本發(fā)明涉及例如將天然氣液化為液化天然氣的氣體液化裝置以及氣體液化方法。

背景技術：

例如，將天然氣(ng：naturalgas)液化為液化天然氣(lng：liquefiednaturalgas)的工藝采用使用特定組成的制冷劑(例如氮(n2)、混合制冷劑)并使該專用的制冷劑作為閉鎖系統(tǒng)進行循環(huán)的所謂的閉環(huán)類型，因此，作為優(yōu)選簡易裝置的中小規(guī)模的天然氣的液化工藝存在以下的課題。

1)需要制冷劑的制造設備、貯存設備，或者在不制造制冷劑的情況下需要購入。

2)在閉環(huán)類型中制冷劑使用混合制冷劑的情況下，當原料組成發(fā)生變化時需要調整制冷劑組成，變得繁瑣。另外，由于需要準確地進行制冷劑混合，因此存在啟動和設備的穩(wěn)定需要時間這樣的問題。因而，在頻繁地反復進行運轉停止、再起動的情況下變得不適合。

3)在閉環(huán)類型中將氮(n2)用作制冷劑的情況下，通常需要使氮制冷劑壓力升壓至80kg/cm²以上的高壓，因此，壓縮機等機器設備、配管、閥等供給設備導致成本增加。

因此，近年來，提出了將天然氣直接有效地利用為制冷劑的作為開環(huán)循環(huán)工藝的技術(專利文獻1)。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特表2010-537151號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在專利文獻1的提案中，在熱交換區(qū)域需要多個冷卻環(huán)路，熱交換設備變得復雜，因此，期望出現(xiàn)進一步實現(xiàn)設備成本減少、動力減少的技術。

本發(fā)明鑒于前述問題而完成，其課題在于，提供一種熱交換設備簡易且實現(xiàn)設備成本減少、動力減少的氣體液化裝置以及氣體液化方法。

用于解決課題的方案

用于解決上述課題的本發(fā)明的第一方案提供一種氣體液化裝置，其特征在于，所述氣體液化裝置具備：原料氣體供給管線，其供給原料氣體；常溫熱交換器、預備冷卻熱交換器以及液化過冷卻熱交換器，它們串聯(lián)地依次設置于所述原料氣體供給管線，用于冷卻所述原料氣體；分離鼓，其將包含通過熱交換而被冷卻至所述原料氣體的液化溫度以下的冷凝物的原料氣體分離為氣體成分和液化成分；制冷劑氣體供給管線，其將由所述分離鼓分離出的氣體成分作為制冷劑氣體，并將該制冷劑氣體沿著與所述原料氣體的供給方向相反的方向依次供給至所述液化過冷卻熱交換器、所述預備冷卻熱交換器以及所述常溫熱交換器，來對所述原料氣體進行冷卻；壓縮機，其設置于所述制冷劑氣體供給管線的前端部，對用于冷卻的所述制冷劑氣體進行壓縮；壓縮氣體抽出管線，其從所述壓縮機抽出由該壓縮機壓縮后的壓縮氣體；混合部，其在所述原料氣體供給管線的所述常溫熱交換器的上游側與所述壓縮氣體抽出管線的前端連接，將所述壓縮氣體與所述原料氣體混合；抽出管線，其在所述常溫熱交換器與所述預備冷卻熱交換器之間、或者所述預備冷卻熱交換器與所述液化過冷卻熱交換器之間的任一方或兩方，從所述原料氣體供給管線分支，抽出熱交換后的原料氣體的一部分；膨脹渦輪，其與所述抽出管線的前端連接，使抽出的原料氣體的一部分隔熱膨脹；以及冷卻源氣體供給管線，其將經(jīng)由所述膨脹渦輪降溫后的冷卻源氣體向所述液化過冷卻熱交換器的上游側的所述制冷劑氣體供給管線供給。

第二方案提供一種氣體液化裝置，其特征在于，所述氣體液化裝置具備：原料氣體供給管線，其供給原料氣體；常溫熱交換器、預備冷卻熱交換器以及液化過冷卻熱交換器，它們串聯(lián)地依次設置于所述原料氣體供給管線，利用制冷劑氣體進行熱交換來冷卻所述原料氣體；分離鼓，其設置于所述原料氣體供給管線的前端部，將被冷卻而包含冷凝物的原料氣體分離為氣體成分和液化成分；制冷劑氣體供給管線，其將由所述分離鼓分離并被冷卻后的氣體成分作為制冷劑氣體，并將該制冷劑氣體沿著與所述原料氣體相反的方向依次供給至所述液化過冷卻熱交換器、所述預備冷卻熱交換器以及所述常溫熱交換器，來對所述原料氣體進行冷卻；壓縮機，其設置于所述制冷劑氣體供給管線的前端部，用于壓縮制冷劑氣體；壓縮氣體抽出管線，其抽出由所述壓縮機壓縮后的壓縮氣體；混合部，其在所述原料氣體供給管線的所述常溫熱交換器的上游側與所述壓縮氣體抽出管線的前端連接，將所述壓縮氣體與所述原料氣體混合；第一抽出管線，其從所述常溫熱交換器與所述預備冷卻熱交換器之間的原料氣體供給管線分支，抽出經(jīng)由所述常溫熱交換器進行熱交換后的原料氣體的一部分；熱膨脹渦輪，其與所述第一抽出管線的前端連接，使抽出的原料氣體的一部分隔熱膨脹；第一冷卻源氣體供給管線，其將經(jīng)由所述熱膨脹渦輪降溫后的第一冷卻源氣體向所述預備冷卻熱交換器與所述液化過冷卻熱交換器之間的制冷劑氣體供給管線供給；第二抽出管線，其從所述預備冷卻熱交換器與所述液化過冷卻熱交換器之間的原料氣體供給管線分支，抽出經(jīng)由所述預備冷卻熱交換器進行熱交換后的原料氣體的一部分；冷膨脹渦輪，其與所述第二抽出管線的前端連接，使抽出的原料氣體的一部分隔熱膨脹；以及第二冷卻源氣體供給管線，其將經(jīng)由所述冷膨脹渦輪降溫后的第二冷卻源氣體向所述液化過冷卻熱交換器與所述分離鼓之間的制冷劑氣體供給管線供給。

第三方案提供一種氣體液化裝置，其特征在于，在第二方案的基礎上，將所述液化過冷卻熱交換器分為兩個而成為液化熱交換器以及過冷卻熱交換器這兩臺，以串聯(lián)的方式設置這兩臺液化熱交換器以及過冷卻熱交換器，并且，將經(jīng)由所述熱膨脹渦輪降溫后的第一冷卻源氣體分支為兩部分，將分支出的第一冷卻源氣體分別向預備冷卻熱交換器與液化熱交換器之間以及所述液化熱交換器與所述過冷卻熱交換器之間的制冷劑氣體供給管線供給。

第四方案提供一種氣體液化裝置，其特征在于，在第一至第三方案中的任一方案的基礎上，將用于冷卻所述原料氣體的冷卻器設置于所述原料氣體供給管線的所述常溫熱交換器的上游側。

第五方案提供一種氣體液化裝置，其特征在于，在第一至第四方案中的任一方案的基礎上，在所述氣體液化裝置中設置有重質成分分離器，該重質成分分離器從抽出所述原料氣體的一部分而得到的抽出液中分離重質成分。

第六方案提供一種氣體液化裝置，其特征在于，在第一至第五方案中的任一方案的基礎上，在與所述制冷劑氣體供給管線連接的壓縮機的上游側，連接有供給蒸發(fā)氣體的蒸發(fā)氣體供給管線。

第七方案提供一種氣體液化方法，其是將原料氣體冷卻至液化溫度、從冷卻后的氣體成分和液化成分制造氣體液化物的開環(huán)循環(huán)工藝的氣體液化方法，所述氣體液化方法的特征在于，具有如下工序：熱交換工序，在該熱交換工序中，將所述冷卻后的氣體成分作為制冷劑氣體而與原料氣體對置地供給，并且利用至少兩個以上的熱交換部進行熱交換；隔熱膨脹工序，在該隔熱膨脹工序中，在所述熱交換部與熱交換部之間抽出冷卻后的原料氣體的一部分，并使該原料氣體的一部分隔熱膨脹；以及制冷劑氣體供給工序，在該制冷劑氣體供給工序中，將經(jīng)由所述隔熱膨脹工序降溫后的冷卻源氣體向所述制冷劑氣體供給。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，在常溫熱交換器與預備冷卻熱交換器之間、或者預備冷卻熱交換器與液化過冷卻熱交換器之間的任一方或兩方抽出熱交換后的原料氣體的一部分，并在膨脹渦輪中使該原料氣體的一部分隔熱膨脹，由此得到降溫后的冷卻源氣體。通過使該得到的冷卻源氣體與制冷劑氣體合流，能夠得到在各熱交換器中依次冷卻原料氣體而需要的足夠的冷卻量，熱交換設備成為簡易的結構，能夠實現(xiàn)設備成本減少和動力減少。

附圖說明

圖1是實施例1的氣體液化裝置的概要圖。

圖2-1是實施例2的氣體液化裝置的概要圖。

圖2-2是試驗例1的氣體液化裝置的概要圖。

圖3是實施例3的氣體液化裝置的概要圖。

圖4是實施例4的氣體液化裝置的概要圖。

圖5-1是實施例5的氣體液化裝置的概要圖。

圖5-2是試驗例2的氣體液化裝置的概要圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳細進行說明。需要說明的是，并不通過該實施例來限定本發(fā)明，另外，在具有多個實施例的情況下，也包括組合各實施例而構成的結構。

實施例1

圖1是實施例1的氣體液化裝置的概要圖。如圖1所示，本實施例的氣體液化裝置10a具備：原料氣體供給管線l1，其供給例如天然氣等原料氣體11；常溫熱交換器12、預備冷卻熱交換器13以及液化過冷卻熱交換器14，它們與原料氣體供給管線l1串聯(lián)地依次設置，用于冷卻原料氣體11；分離鼓15，其設置于原料氣體供給管線l1的前端部，將包含通過熱交換被冷卻至原料氣體11的液化溫度以下的液化冷凝物的原料氣體11分離為氣體成分和液化成分；制冷劑氣體供給管線l2，其將由分離鼓15分離出的氣體成分作為制冷劑氣體21，并將該制冷劑氣體21沿著與原料氣體11的供給方向相反的方向依次供給至液化過冷卻熱交換器14、預備冷卻熱交換器13以及常溫熱交換器12，利用各熱交換部12a、13a、14a對導入的原料氣體11進行冷卻；壓縮機31，其設置于制冷劑氣體供給管線l2的前端部，對用于冷卻的制冷劑氣體21進行壓縮；壓縮氣體抽出管線l3，其從壓縮機31抽出由該壓縮機31壓縮后的壓縮氣體22；混合部32，其在原料氣體供給管線l1的常溫熱交換器12的上游側與壓縮氣體抽出管線l3的前端連接，用于將壓縮氣體22與原料氣體11混合；抽出管線l4，其在預備冷卻熱交換器13與液化過冷卻熱交換器14之間從原料氣體供給管線l1分支出，抽出熱交換后的原料氣體11的一部分11a；膨脹渦輪33，其與抽出管線l4的前端連接，使抽出后的原料氣體11的一部分11a隔熱膨脹；以及冷卻源氣體供給管線l5，其將由膨脹渦輪33降溫后的冷卻源氣體34供給至液化過冷卻熱交換器14的上游側的制冷劑氣體供給管線l2。

在本實施例中，例如使用以甲烷為主成分的天然氣(ng)作為原料氣體11，通過對該原料氣體11進行液化而得到液化天然氣(lng)。該天然氣的壓力為由管路供給的例如30～70kg/cm²程度的壓力。需要說明的是，除天然氣以外，例如也能夠應用于對空氣進行液化的情況。

在本實施例中，原料氣體供給管線l1形成供給原料氣體11的供給氣流的液化管線，并且，制冷劑氣體供給管線l2形成供給制冷劑氣體21的制冷劑氣流的冷卻管線，在它們進行熱交換的位置處依次設置常溫熱交換器12、預備冷卻熱交換器13以及液化過冷卻熱交換器14作為熱交換機構。而且，利用在制冷劑氣體供給管線l2中與由原料氣體供給管線l1供給的原料氣體11對置地供給的制冷劑氣體21，在熱交換部12a、13a、14a對該原料氣體11間接地進行冷卻。此時，實現(xiàn)了在液化管線的端區(qū)將原料氣體11的未液化的氣體成分有效地利用為制冷劑氣體21的開環(huán)循環(huán)工藝。

在此，在本實施例中，作為在常溫熱交換器12、預備冷卻熱交換器13以及液化過冷卻熱交換器14內(nèi)部分別設置的熱交換部12a、13a、14a，例如使用板翅型的熱交換器，但只要是使用制冷劑氣體21有效地對原料氣體11進行熱交換的結構，則不局限于此。

首先，常溫熱交換器12利用制冷劑氣體21，將常溫(例如20～40℃)的原料氣體11熱交換至例如0℃程度或0℃以下。

預備冷卻熱交換器13利用制冷劑氣體21，將冷卻至0℃附近的該原料氣體11進一步熱交換至例如-80℃以下。

液化過冷卻熱交換器14利用制冷劑氣體21，將冷卻至-80℃以下的該原料氣體11進一步熱交換至例如-120℃以下。需要說明的是，各熱交換器中的冷卻溫度是大致目標，根據(jù)原料氣體11的組成、制冷劑氣體21的條件而適當變更。

由液化過冷卻熱交換器14冷卻后的原料氣體11通過夾設在液化過冷卻熱交換器14與分離鼓15之間的膨脹閥51而膨脹后，被導入到與原料氣體供給管線l1的前端側連接的分離鼓15。在該分離鼓15中，分離為閃蒸氣體的氣體成分和液化天然氣的液化成分。

閃蒸氣體由于被冷卻，因此作為制冷劑氣體21而導入到制冷劑氣體供給管線l2，從而依次導入到液化過冷卻熱交換器14、預備冷卻熱交換器13以及常溫熱交換器12。并且，作為在各熱交換部14a、13a、12a對原料氣體11進行冷卻的制冷劑氣體進行循環(huán)利用。

該原料氣體11的冷卻所使用的制冷劑氣體21被導入到在制冷劑氣體供給管線l2的前端部設置的壓縮機31。該壓縮機31在本實施例中為兩級壓縮，但不局限于此，也可以設置兩臺以上的多級。并且，該原料氣體11的冷卻所使用的制冷劑氣體21通過該壓縮機31壓縮至規(guī)定壓力(與原料氣體為相同的程度)后，經(jīng)由混合部32再次與原料氣體11混合而重新循環(huán)。

另外，由分離鼓15分離出的液化成分的液化天然氣(lng)被另外提取為產(chǎn)品。

在本實施例中，通過抽出管線l4抽出在設置于原料氣體供給管線l1的預備冷卻熱交換器13進行了熱交換后的原料氣體11的一部分11a，并在與該抽出管線l4的前端連接的膨脹渦輪33中使該原料氣體11的一部分11a隔熱膨脹，由此得到降溫至例如-150℃以下的冷卻源氣體34。

然后，該得到的冷卻源氣體34經(jīng)由冷卻源氣體供給管線l5在制冷劑合流部41與制冷劑氣體21合流，該制冷劑合流部41設于液化過冷卻熱交換器14的上游側的、液化過冷卻熱交換器14與分離鼓15之間的制冷劑氣體供給管線l2。通過使該冷卻源氣體34在制冷劑合流部41向制冷劑氣體21合流，從而來供給液化過冷卻熱交換器14、預備冷卻熱交換器13以及常溫熱交換器12中的冷卻所需要的與熱交換容量相應的量的制冷劑。

因此，利用未圖示的調整機構或者預先調整將經(jīng)由預備冷卻熱交換器13進行了熱交換后的原料氣體11的一部分11a抽出的抽出量，以使得成為利用經(jīng)由膨脹渦輪33得到的制冷劑源氣體34將原料氣體11冷卻到規(guī)定溫度的熱容量。

參照圖1對本實施例的氣體液化裝置10a的動作進行說明。首先，利用原料氣體供給管線l1供給規(guī)定壓力(40k)的原料氣體11，形成供給氣流。在原料氣體供給管線l1，沿著原料氣體11的流動方向依次設置有具有熱交換部12a、13a、14a的常溫熱交換器12、預備冷卻熱交換器13以及液化過冷卻熱交換器14。

在常溫熱交換器12、預備冷卻熱交換器13以及液化過冷卻熱交換器14中被制冷劑氣體21依次冷卻而液化后的原料氣體11，經(jīng)由在設置于原料氣體供給管線l1的前端的端區(qū)的分離鼓15的附近設置的膨脹閥51發(fā)生膨脹后，被分離為氣體成分和液化成分。液化成分作為液化天然氣(lng)被送至例如貯存罐或管路等。

由分離鼓15分離出的該氣體成分被冷卻，因此，作為制冷劑氣體21被從分離鼓15的頂部送至制冷劑氣體供給管線l2，形成制冷劑氣流。然后，制冷劑氣體21沿著與原料氣體11的供給方向相反的方向流向液化過冷卻熱交換器14、預備冷卻熱交換器13以及常溫熱交換器12，在各熱交換部14a、13a、12a間接地對原料氣體11進行冷卻。通過基于該制冷劑氣體21的熱交換冷卻，原料氣體11的被液化了的液化成分作為液化天然氣(lng)而被分離，未被液化的未液化的氣體成分被作為制冷劑氣體21而用于冷卻。制冷劑氣體21在對冷卻作出貢獻之后，被送至設置于制冷劑氣體供給管線l2的前端的端區(qū)的壓縮機31，在此被壓縮成與原料氣體11的氣體壓力相同的程度。被壓縮而得到的壓縮氣體22在混合部32與原料氣體11混合，再次被作為原料氣體11供給。由此，構筑出將原料氣體11的未液化的氣體用作制冷劑氣體21、且再次與原料氣體11混合后用于液化而進行循環(huán)再利用的開環(huán)循環(huán)工藝。

在本實施例中，利用抽出管線l4，將經(jīng)由設置于原料氣體供給管線l1的預備冷卻熱交換器13冷卻后的原料氣體11的一部分11a抽出，并使該原料氣體11的一部分11a在與該抽出管線l4的前端連接的膨脹渦輪33進行隔熱膨脹，由此得到降溫至例如-150℃以下的冷卻源氣體34。

然后，該得到的冷卻源氣體34經(jīng)由冷卻源氣體供給管線l5在制冷劑合流部41與制冷劑氣體21合流，該制冷劑合流部41設置于液化過冷卻熱交換器14的上游側的、液化過冷卻熱交換器14與分離鼓15之間的制冷劑氣體供給管線l2。通過該合流，向制冷劑氣體21供給制冷劑源氣體34，從而供給液化過冷卻熱交換器14、預備冷卻熱交換器13以及常溫熱交換器12中的冷卻所需要的熱交換量。

這樣，由于僅利用由分離鼓15分離出的制冷劑氣體21無法充分地冷卻原料氣體11，因此，將經(jīng)由預備冷卻熱交換器13熱交換后的原料氣體11的一部分11a抽出，并導入到膨脹渦輪33進行隔熱膨脹，得到制冷劑源氣體34，使該制冷劑源氣體34在制冷劑氣體供給管線l2的制冷劑合流部41與制冷劑氣體21合流，由此，成為用于在各熱交換部14a、13a、12a依次冷卻原料氣體11所需的充分的冷卻量的制冷劑氣體21。

另外，壓縮機31的動力通過同軸相連的該膨脹渦輪33的動力而回收，從而實現(xiàn)壓縮動力的減少。需要說明的是，在壓縮機31設置有冷卻器31a、31b，用于冷卻壓縮后的氣體。

根據(jù)本實施例，使原料氣體的氣流線與制冷劑氣體的氣流線對置，且通過常溫熱交換器12、預備冷卻熱交換器13以及液化過冷卻熱交換器14的熱交換部12a、13a、14a依次進行熱交換的熱交換設備為簡易的結構，因此，無需采用復雜的熱交換環(huán)路，能夠實現(xiàn)設備成本減少和動力減少。

本發(fā)明的氣體液化方法是將原料氣體(例如天然氣)11冷卻至液化溫度、并從冷卻后的氣體成分和液化成分制造氣體液化物的液化天然氣(lng)的開環(huán)循環(huán)工藝的氣體液化制造方法，其具有如下工序：熱交換工序，在該熱交換工序中，將冷卻后的氣體成分作為制冷劑氣體21而與原料氣體11對置地供給，并且利用至少兩個以上的熱交換部(本實施例中為三個熱交換部14a、13a、12a)進行熱交換；隔熱膨脹工序，在該隔熱膨脹工序中，例如在預備冷卻熱交換器13的熱交換部13a與液化過冷卻熱交換器14的熱交換部14a之間抽出經(jīng)由預備冷卻熱交換器13的熱交換部13a冷卻后的原料氣體的11的一部分11a，并使該原料氣體的11的一部分11a在膨脹渦輪33中隔熱膨脹；以及制冷劑氣體供給工序，在該制冷劑氣體供給工序中，向制冷劑氣體21供給經(jīng)由隔熱膨脹工序降溫后的冷卻源氣體34。

需要說明的是，在本實施例中，在預備冷卻熱交換器13與液化過冷卻熱交換器14之間設置從原料氣體供給管線l1分支、用于抽出預備冷卻熱交換器13中的熱交換后的原料氣體11的一部分11a的抽出管線l4，但本發(fā)明不局限于此。例如，也可以為，從設置于原料氣體供給管線l1的常溫熱交換器12與預備冷卻熱交換器13之間設置抽出常溫熱交換器12中的熱交換后的原料氣體11的一部分11a的抽出管線l4，將該原料氣體11的一部分11a送至膨脹渦輪33并使其在該膨脹渦輪33中隔熱膨脹，得到降溫后的冷卻源氣體34，使該得到的制冷劑源氣體34在制冷劑合流部41與制冷劑氣體21合流，從而供給充分的冷卻容量的制冷劑。

實施例2

參照附圖對本發(fā)明的實施例的氣體液化裝置進行說明。圖2-1是實施例2的氣體液化裝置的概要圖。需要說明的是，關于與圖1所示的實施例1的氣體液化裝置相同的結構，標注相同的附圖標記并省略重復的說明。如圖2-1所示，本實施例的氣體液化裝置10b在圖1的氣體液化裝置10a的基礎上具備：第一抽出管線l4a，其從常溫熱交換器12與預備冷卻熱交換器13之間的原料氣體供給管線l1分支，抽出經(jīng)由常溫熱交換器12進行熱交換后的原料氣體11的一部分11a；熱膨脹渦輪33a，其與第一抽出管線l4a的前端連接，使抽出的原料氣體11的一部分11a隔熱膨脹；第一冷卻源氣體供給管線l5a，其將經(jīng)由熱膨脹渦輪33a降溫后的第一冷卻源氣體34a向預備冷卻熱交換器13與液化過冷卻熱交換器14之間的制冷劑氣體供給管線l2的第一制冷劑合流部41a供給；第二抽出管線l4b，其從預備冷卻熱交換器13與液化過冷卻熱交換器14之間的原料氣體供給管線l1分支，抽出經(jīng)由預備冷卻熱交換器13進行熱交換后的原料氣體11的一部分11b；冷膨脹渦輪33b，其與第二抽出管線l4b的前端連接，使抽出的原料氣體11的一部分11b隔熱膨脹；以及第二冷卻源氣體供給管線l5b，其將經(jīng)由冷膨脹渦輪33b降溫后的第二冷卻源氣體34b向液化過冷卻熱交換器14與分離鼓15之間的制冷劑氣體供給管線l2的第二制冷劑合流部41b供給。

在本實施例中，經(jīng)由熱膨脹渦輪33a得到的第一冷卻源氣體34a經(jīng)由第一冷卻源氣體供給管線l5a，在設置于預備冷卻熱交換器13與液化過冷卻熱交換器14之間的制冷劑氣體供給管線l2上的第一制冷劑合流部41a，與制冷劑氣體21合流。

另外，經(jīng)由冷膨脹渦輪33b得到的第二冷卻源氣體34b經(jīng)由第二冷卻源氣體供給管線l5b，在設置于液化過冷卻熱交換器14與分離鼓15之間的制冷劑氣體供給管線l2上的第二制冷劑合流部41b，與制冷劑氣體21合流。

通過使這些第一冷卻源氣體34a以及第二冷卻源氣體34b在第一制冷劑合流部41a以及第二制冷劑合流部41b依次向制冷劑氣體21合流，由此來供給液化過冷卻熱交換器14、預備冷卻熱交換器13以及常溫熱交換器12中的冷卻所需要的熱交換容量的制冷劑。

[試驗例1]

進行了確認本發(fā)明的實施例2的效果的試驗。圖2-2是試驗例1的氣體液化裝置的概要圖。在圖2-2中，在主要的管線上記載有溫度以及壓力的一例。需要說明的是，在試驗例1中，在圖中例示說明壓力以及溫度，但本發(fā)明不局限于此。另外，在圖中，壓力(kg/cm²a)由圓圈包圍，溫度(℃)由四邊形包圍(圖5-2也同樣)。

如圖2-2所示，使用40℃、40kg/cm²a的天然氣作為原料氣體11進行了試驗。

在常溫熱交換器12中，原料氣體11被在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-34.4℃的制冷劑氣體21冷卻，由此原料氣體11被冷卻至0℃。該0℃的原料氣體11的一部分11a被送至熱膨脹渦輪33a，在此成為-131.1℃的第一制冷劑源氣體34a，使該第一制冷劑源氣體34a在第一制冷劑合流部41a向制冷劑氣體21合流，與在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-153.1℃的制冷劑氣體21混合而成為-145.8℃的制冷劑氣體21，并被導入到預備冷卻熱交換器13。

在預備冷卻熱交換器13中，原料氣體11被在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-145.8℃的制冷劑氣體21冷卻，由此原料氣體被從0℃冷卻至-88.2℃。該-88.2℃的原料氣體11的一部分11b被送至冷膨脹渦輪33b，在此成為-155.2℃的第二制冷劑源氣體34b，使該第二制冷劑源氣體34b在第二制冷劑合流部41b向制冷劑氣體21合流，與在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-154.1℃的制冷劑氣體21混合而成為-155.2℃的制冷劑氣體21，并被導入到液化過冷卻熱交換器14。

在液化過冷卻熱交換器14中，原料氣體11被在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-155.2℃的制冷劑氣體21對進行冷卻，由此原料氣體11被從-88.2℃冷卻至-127.0℃。

冷卻至-127.0℃的該原料氣體11經(jīng)由設置于分離鼓15的近前的膨脹閥51發(fā)生膨脹之后，在分離鼓15內(nèi)通過閃蒸作用而分離為-154.1℃的氣體成分和液化成分。液化成分作為液化天然氣(lng)而被送至貯存罐或管路等。氣體成分作為制冷劑氣體21而被送至制冷劑氣體供給管線l2進行循環(huán)利用。

制冷劑氣體21在對冷卻作出貢獻之后成為19.1℃、1.2kg/cm²a的氣體，被送至設置于制冷劑氣體供給管線l2的前端的端區(qū)的壓縮機31，在此被壓縮為與原料氣體11的氣體壓力相同程度的40℃、40.0kg/cm²a，并在混合部32中與原料氣體11合流而再次被液化。

實施例3

參照附圖對本發(fā)明的實施例的氣體液化裝置進行說明。圖3是實施例3的氣體液化裝置的概要圖。需要說明的是，關于與實施例1以及2的氣體液化裝置相同的結構，標注相同的附圖標記并省略重復的說明。如圖3所示，本實施例的氣體液化裝置10c在圖2-1的氣體液化裝置10b的基礎上，在供給原料氣體11的原料氣體供給管線l1中，在常溫熱交換器12的上游側設置有預備冷卻器52，對原料氣體11進行預備冷卻，從而實現(xiàn)壓縮機31的動力減少。

另外，在制冷劑氣體供給管線l2的常溫熱交換器12與壓縮機31之間的壓縮機31的近前側，例如在lng設備等連接有蒸發(fā)氣體供給管線l11，該蒸發(fā)氣體供給管線l11從外部供給因自然熱輸入使一部分氣化而得到的蒸發(fā)氣體(bog)。經(jīng)由該蒸發(fā)氣體供給管線l11供給bog，并與對冷卻作出貢獻之后的制冷劑氣體21合流，由此能夠有效地使bog再次液化。由此，無需采用單獨使bog再次液化的設備。

另外，在本實施例中，在將經(jīng)由常溫熱交換器12被冷卻后的原料氣體11的一部分11a抽出的第一抽出管線l4a設置有重質成分分離部53a，以分離在由常溫熱交換器12冷卻時產(chǎn)生的重質成分的液體。另外，在本實施例中，在將經(jīng)由預備冷卻熱交換器13冷卻后的原料氣體11的一部分11b抽出的第二抽出管線l4b設置有重質成分分離部53b，以分離在由預備冷卻熱交換器13冷卻時產(chǎn)生的重質成分的液體。需要說明的是，在預備冷卻熱交換器13的冷卻條件中不產(chǎn)生液體的情況下，也可以不需要設置重質成分分離部53b。由此，通過除去重質成分，來防止后游側的熱交換器的固化。需要說明的是，分離出的重質成分54例如用作渦輪驅動用的燃料。

另外，在本實施例中，代替分離鼓15的近前的膨脹用的膨脹閥51，而設置由液化膨脹渦輪55a和調壓閥55b構成的液體膨脹機55，由此能夠將液化工序中的消耗能量作為電能來回收。

實施例4

參照附圖對本發(fā)明的實施例的氣體液化裝置進行說明。圖4是實施例4的氣體液化裝置的概要圖。需要說明的是，關于與實施例1以及2的氣體液化裝置相同的結構，標注相同的附圖標記并省略重復的說明。如圖4所示，本實施例的氣體液化裝置10d在圖2-1的氣體液化裝置10b的基礎上，將壓縮機31、熱膨脹渦輪33a以及冷膨脹渦輪33b作為齒輪傳動壓擴器(增速機內(nèi)置型離心壓縮機)61，給予使各階段的效率成為最佳的轉數(shù)。

在本實施例中，通過使用齒輪傳動壓擴器61，與實施例2相比實現(xiàn)了壓縮機的效率提高。

實施例5

參照附圖對本發(fā)明的實施例的氣體液化裝置進行說明。圖5-1是實施例5的氣體液化裝置的概要圖。需要說明的是，關于與實施例1以及2的氣體液化裝置相同的結構，標注相同的附圖標記并省略重復的說明。如圖5-1所示，本實施例的氣體液化裝置10e將實施例1所示的液化過冷卻熱交換器14分為兩個，成為液化熱交換器14a以及過冷卻熱交換器14b這兩臺，以串聯(lián)的方式設置這兩臺液化熱交換器以及過冷卻熱交換器。而且，將經(jīng)由熱膨脹渦輪33a降溫后的第一冷卻源氣體34a分支為兩部分，將分支出的第一冷卻源氣體34a通過第一冷卻源氣體供給管線l5a-1向預備冷卻熱交換器13與液化熱交換器14a之間的第一制冷劑合流部41a-1輸送，并且通過第一冷卻源氣體供給管線l5a-2向液化熱交換器14a與過冷卻熱交換器14b之間的第二制冷劑合流部41a-2輸送。

另外，設置兩臺分離鼓15，設置有動作壓力不同的第一分離鼓15a和第二分離鼓15b。

由第一分離鼓15a分離出的制冷劑氣體21以高于大氣壓的壓力在制冷劑氣體供給管線l2中流動，經(jīng)由過冷卻熱交換器14b、液化熱交換器14a、預備冷卻熱交換器13以及常溫熱交換器12的各熱交換部14b、14a、13a、12a分別進行了熱交換之后，被導入到壓縮機31側。由此，與不像實施例1那樣將壓力釋放到的大氣壓程度相應地，實現(xiàn)壓縮機31中的動力減少。

另外，經(jīng)由冷膨脹渦輪33b降溫后的第二冷卻源氣體34b成為氣體成分和液化成分的混相，因此，第二冷卻源氣體供給管線l5b的連接目的地成為第一分離鼓15a。而且，向該第一分離鼓15a直接導入第二制冷劑源氣體34b，使第二制冷劑源氣體34b在其內(nèi)部閃蒸而分離出氣體成分和液化成分。

由第一分離鼓15a分離出的液化成分通過設置于第二分離鼓15b的近前的膨脹閥51b發(fā)生膨脹之后，在第二分離鼓15b內(nèi)被閃蒸，在此分離為氣體成分和液化成分。液化成分作為液化天然氣(lng)被送至貯存罐或管路等。氣體成分被作為燃料氣體另外利用。

[試驗例2]

進行了確認本發(fā)明的實施例5的效果的試驗。圖5-2是試驗例2的氣體液化裝置的概要圖。需要說明的是，在試驗例2中，在圖中例示說明壓力以及溫度，但本發(fā)明不局限于此。

如圖5-2所示，使用40℃、40kg/cm²a的天然氣作為原料氣體11進行了試驗。

在常溫熱交換器12中，原料氣體11被在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-26.3℃的制冷劑氣體21冷卻，由此原料氣體11被冷卻至-5.0℃。該-5.0℃的原料氣體11的一部分11a被送至熱膨脹渦輪33a，在此成為-112.7℃的第一制冷劑源氣體34a-1、34a-2，使第一制冷劑源氣體34a-1在第一制冷劑合流部41a-1向經(jīng)由液化熱交換器14a冷卻后的在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-91.4℃的制冷劑氣體21合流而成為-95.0℃的制冷劑氣體21，并被導入到預備冷卻熱交換器13。

另外，使-112.7℃的第一制冷劑源氣體34a-2經(jīng)由第二制冷劑合流部41a-2向經(jīng)由過冷卻熱交換器14b冷卻后的在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-91.4℃的制冷劑氣體21合流，成為-104.8℃的制冷劑氣體21，并被導入到液化熱交換器14a。

在預備冷卻熱交換器13中，原料氣體11被在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-95.0℃的制冷劑氣體21冷卻，由此原料氣體11被從-5.0℃冷卻至-88.4℃。該-88.4℃的原料氣體11的一部分11b被送至冷膨脹渦輪33b，在此成為-144.3℃的第二制冷劑源氣體34b，并被導入到第一分離鼓15a，在此，通過閃蒸成為-144.3℃的制冷劑氣體21并被導入到制冷劑氣體供給管線l2，從而導入到過冷卻熱交換器14b。

在過冷卻熱交換器14b中，原料氣體11被在制冷劑氣體供給管線l2中流動的-144.3℃的制冷劑氣體21冷卻，由此原料氣體11被從-88.4℃冷卻至-141.0℃。

冷卻至-141.0℃的該原料氣體11經(jīng)由設置于第一分離鼓15a的近前的膨脹閥51a發(fā)生膨脹之后，由第一分離鼓15a分離為-144.3℃、3.5kg/cm²a的氣體成分和液化成分。該液化成分接著經(jīng)由設置于第二分離鼓15b的近前的膨脹閥51b發(fā)生膨脹之后，由第二分離鼓15b分離為-161.3℃、1.05kg/cm²a的氣體成分與液化成分。

液化成分作為液化天然氣(lng)被送至例如貯存罐或管路等。氣體成分被用作燃料氣體。

制冷劑氣體21在對冷卻作出貢獻之后成為36.3℃、3.0kg/cm²a的氣體，被送至設置于制冷劑氣體供給管線l2的前端的端區(qū)的壓縮機31，在此，被壓縮為與原料氣體11的氣體壓力相同程度的40℃、40kg/cm²a，在混合部32中與原料氣體11混合而再次被液化。在該再次液化時，將制冷劑氣體設為高于試驗例1的壓力，因此，能夠減少壓縮機31的壓縮負載而實現(xiàn)動力減少。

其結果是，在本試驗例2中，與試驗例1相比，能夠實現(xiàn)制造原單位的大幅提高。

附圖標記說明：

10a～10e氣體液化裝置；

11原料氣體；

12常溫熱交換器；

13預備冷卻熱交換器；

14液化過冷卻熱交換器；

14a液化熱交換器；

14b過冷卻熱交換器；

15分離鼓；

21制冷劑氣體；

22壓縮氣體；

31壓縮機；

32混合部；

l1原料氣體供給管線；

l2制冷劑氣體供給管線；

l3壓縮氣體抽出管線；

l4抽出管線；

l5冷卻源氣體供給管線。