JP2016519277A - Gear coupled compressor for precooling in LNG applications - Google Patents
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Abstract
第1の冷媒を循環させるように構成された予冷ループ(103)を少なくとも備える天然ガス液化システムが開示される。予冷ループは、第1の冷媒を加圧するための少なくとも1つの圧縮機(109)と、圧縮機(109)を駆動するための少なくとも1つの原動機(111)と、第1の冷媒から熱を取り去るための少なくとも1つの凝縮器(115)と、第1の冷媒を膨張させるための少なくとも第1の膨張要素(119A〜119D)と、天然ガスから第1の冷媒へと熱を移動させるための少なくとも第1の熱交換器(123A〜123D)とを備える。更にシステムは、第2の冷媒を循環させる予冷ループの下流の冷却ループ(105)を少なくとも備える。天然ガスが予冷ループ及び冷却ループにおいて順次冷却されるように構成されている。予冷ループの圧縮機は、複数の圧縮機段(109A〜109D)を備える歯車結合ターボ圧縮機である。【選択図】図2A natural gas liquefaction system is disclosed that includes at least a pre-cooling loop (103) configured to circulate a first refrigerant. The precooling loop removes heat from the first refrigerant, at least one compressor (109) for pressurizing the first refrigerant, at least one prime mover (111) for driving the compressor (109). At least one condenser (115) for the expansion, at least a first expansion element (119A-119D) for expanding the first refrigerant, and at least for transferring heat from the natural gas to the first refrigerant A first heat exchanger (123A to 123D). The system further comprises at least a cooling loop (105) downstream of the precooling loop for circulating the second refrigerant. Natural gas is configured to be sequentially cooled in the pre-cooling loop and the cooling loop. The precooling loop compressor is a gear-coupled turbocompressor comprising a plurality of compressor stages (109A-109D). [Selection] Figure 2
Description
本明細書に開示される実施形態は、天然ガスを液化させるためのプロセス及びシステムに関する。 Embodiments disclosed herein relate to processes and systems for liquefying natural gas.
天然ガスは、ますます重要なエネルギー源となってきている。供給源から使用の場所までの天然ガスの輸送を可能にするために、ガスの体積を小さくする必要がある。極低温液化が、より便利、より安価、且つより安全に貯蔵及び輸送することができる液体へと天然ガスを変化させるためにごく普通に実施される処理となっている。液化天然ガス(LNG)のパイプライン又は船舶による輸送が、冷却されて液化したガスを周囲圧力における液化温度よりも低い温度に保つことによって、周囲圧力において可能になる。 Natural gas has become an increasingly important energy source. In order to be able to transport natural gas from the source to the point of use, the gas volume needs to be reduced. Cryogenic liquefaction has become a routine process for converting natural gas into a liquid that can be stored and transported more conveniently, cheaper and more safely. Transportation of liquefied natural gas (LNG) by pipeline or ship is possible at ambient pressure by keeping the cooled and liquefied gas at a temperature below the liquefaction temperature at ambient pressure.
天然ガスを液体の状態で貯蔵及び輸送するために、天然ガスは、好ましくはガスがほぼ大気の蒸気圧を有する約−150〜−170℃に冷却される。 In order to store and transport natural gas in a liquid state, the natural gas is preferably cooled to about −150 to −170 ° C., where the gas has a vapor pressure of approximately atmospheric.
天然ガスの液化のために、高い圧力の天然ガスを複数の冷却段に順次通すことで、液化温度が達成されるまでガスを順次の冷却サイクルにおいてより低い温度に冷却するいくつかのプロセス及びシステムが、先行技術に存在する。 For natural gas liquefaction, several processes and systems that sequentially pass high pressure natural gas through multiple cooling stages to cool the gas to lower temperatures in sequential cooling cycles until the liquefaction temperature is achieved Exists in the prior art.
天然ガスを冷却段に通す前に、天然ガスは、処理を妨げる可能性があり、装置を傷める可能性があり、或いは最終製品において望ましくない不純物を取り除くために、前処理される。不純物として、酸性ガス、イオウ化合物、二酸化炭素、メルカプタン類、水、及び水銀が挙げられる。次いで、不純物が取り除かれた前処理後のガスは、冷媒の流れによって冷却され、より重質の炭化水素が分離される。残るガスは、主としてメタンで構成され、プロパン又はより重質の炭化水素などの高分子量の炭化水素の含有量は、通常は0.1モル%未満である。このようにして不純物が取り除かれて精製された天然ガスは、極低温部において最終温度まで冷却される。得られたLNGは、ほぼ大気圧で貯蔵及び輸送が可能である。 Prior to passing the natural gas through the cooling stage, the natural gas is pretreated to remove unwanted impurities in the final product that may interfere with processing, damage the equipment, or in the final product. Impurities include acid gases, sulfur compounds, carbon dioxide, mercaptans, water, and mercury. Then, the pretreated gas from which impurities have been removed is cooled by the refrigerant flow, and heavier hydrocarbons are separated. The remaining gas is mainly composed of methane, and the content of high molecular weight hydrocarbons such as propane or heavier hydrocarbons is usually less than 0.1 mol%. The natural gas purified by removing impurities in this way is cooled to the final temperature in the cryogenic part. The resulting LNG can be stored and transported at approximately atmospheric pressure.
極低温液化は、通常は、マルチサイクルプロセス、即ちいくつかの異なる冷却サイクルを使用するプロセスによって行われる。プロセスの種類に応じて、各サイクルは、異なる冷却流体を使用することができ、或いは同じ冷却流体を、2つ以上のサイクルにおいて使用することができる。 Cryogenic liquefaction is usually performed by a multi-cycle process, ie a process that uses several different cooling cycles. Depending on the type of process, each cycle can use a different cooling fluid, or the same cooling fluid can be used in more than one cycle.
図1は、いわゆるAPCIプロセスを使用する極低温天然ガス液化システムの図を概略的に示している。この公知のプロセスは、2つの冷却サイクルを使用する。第1のサイクルは、冷却媒体としてプロパンを使用し、第2のサイクルは、通常はチッ素、メタン、エタン、及びプロパンで作られる混合冷媒を使用する。システム(全体として1で示されている)は、圧縮機列を駆動するガスタービン3によって形成されたラインを含む第1のサイクル2を備えている。圧縮機列は、混合冷媒を圧縮するための直列な第1の圧縮機5及び第2の圧縮機7を備えている。段間冷却器(インタークーラ)9が、第1の圧縮機5によってもたらされる混合冷媒を冷却し、第2の圧縮機7への進入前に混合冷媒の温度を下げ、体積を減少させる。第2の圧縮機7によってもたらされる圧縮された混合冷媒は、熱交換器11において空気又は水を相手に凝縮させられる。混合冷媒は、以下で開示されるように、プロパンサイクル12によって更に冷却され、部分的に液化させられる。 FIG. 1 schematically shows a diagram of a cryogenic natural gas liquefaction system using a so-called APCI process. This known process uses two cooling cycles. The first cycle uses propane as the cooling medium, and the second cycle uses a mixed refrigerant usually made of nitrogen, methane, ethane, and propane. The system (shown generally as 1) comprises a first cycle 2 that includes a line formed by a gas turbine 3 that drives a compressor train. The compressor row includes a first compressor 5 and a second compressor 7 in series for compressing the mixed refrigerant. An interstage cooler (intercooler) 9 cools the mixed refrigerant provided by the first compressor 5, lowers the temperature of the mixed refrigerant before entering the second compressor 7, and reduces the volume. The compressed mixed refrigerant provided by the second compressor 7 is condensed in the heat exchanger 11 against air or water. The mixed refrigerant is further cooled and partially liquefied by the propane cycle 12, as disclosed below.
プロパンは、第2のサイクル又は予冷サイクルにおいて処理される。第2のサイクルは、多段圧縮機15を駆動するガスタービン13を含むラインを備えている。圧縮機15によってもたらされる圧縮されたプロパンは、凝縮器17において水又は空気を相手に凝縮させられる。凝縮させられたプロパンは、天然ガスを−40℃まで予冷するとともに、混合冷媒を冷却し、部分的に液化させるために使用される。天然ガスの予冷及び混合冷媒の部分的な液化は、多圧力のプロセスにて実行され、図示の例では4段階の圧力にて実行される。 Propane is processed in the second cycle or precooling cycle. The second cycle includes a line including a gas turbine 13 that drives the multistage compressor 15. The compressed propane provided by the compressor 15 is condensed in the condenser 17 against water or air. Condensed propane is used to precool natural gas to −40 ° C. and to cool and partially liquefy the mixed refrigerant. The natural gas precooling and the partial liquefaction of the mixed refrigerant are performed in a multi-pressure process, and in the illustrated example, are performed at four stages of pressure.
凝縮器17からの凝縮させられたプロパンの流れは、第1組の4つの直列に配置された熱交換器へともたらされて混合冷媒を冷却し、部分的に液化させるとともに、第2組の4つの直列に配置された予冷熱交換器へともたらされて天然ガスを冷却する。凝縮器17からの圧縮されたプロパンの流れの第1の部分が、配管19を通って第1組の熱交換器へともたらされ、直列に配置された膨張機21、23、25、及び27において4つの異なる次第に低くなる圧力レベルへと順次膨張させられる。各々の膨張機21、23、及び25の下流において、膨張後のプロパンの流れの一部分が、それぞれの熱交換器29、31、33へと流される。最後の膨張機27を通って流れるプロパンは、熱交換器35へと流される。 The condensed propane stream from condenser 17 is brought into a first set of four in-line heat exchangers to cool and partially liquefy the mixed refrigerant, while a second set of It is brought into four pre-cooled heat exchangers arranged in series to cool the natural gas. A first portion of the compressed propane stream from condenser 17 is brought through line 19 to a first set of heat exchangers, and expanders 21, 23, 25, and 27 arranged in series. At 4 different progressively lower pressure levels. Downstream of each expander 21, 23, and 25, a portion of the expanded propane stream is passed to a respective heat exchanger 29, 31, 33. Propane flowing through the last expander 27 is passed to the heat exchanger 35.
熱交換器11からもたらされる圧縮された混合冷媒は、配管37を主極低温熱交換器38に向かって流れる。配管37は、混合冷媒が膨張後のプロパンを相手に次第に冷却させられて部分的に液化するように、熱交換器29、31、33、及び35を順次通過する。 The compressed mixed refrigerant provided from the heat exchanger 11 flows through the pipe 37 toward the main cryogenic heat exchanger 38. The pipe 37 sequentially passes through the heat exchangers 29, 31, 33, and 35 so that the mixed refrigerant is gradually cooled against the expanded propane and partially liquefied.
凝縮器17からの凝縮させられたプロパンの流れの第2の部分は、第2の配管39へともたらされ、4つの直列に配置された膨張機41、43、45、及び47において順次膨張させられる。各々の膨張機41、43、及び45において膨張させられたプロパンの一部、並びに最後の膨張機47から流れるプロパンは、それぞれ対応する予冷熱交換器49、51、53、及び55に向かって流される。主天然ガスライン61は、天然ガスが主極低温熱交換器38への進入前に予冷されるように、前記予冷熱交換器49、51、53、及び55を順次通過して流れる。予冷熱交換器49、51、53、及び55を出る加熱されたプロパンは、熱交換器29、31、33、及び35を出るプロパンと集められ、4つの気化したプロパンの支流を回収してこの蒸気を凝縮器17において再び凝縮させられるように例えば15〜25barへと圧縮する圧縮機15へと再び供給される。 A second portion of the condensed propane stream from the condenser 17 is brought to the second line 39 and expanded in sequence in four in-line expanders 41, 43, 45 and 47. It is done. A portion of the propane expanded in each expander 41, 43, and 45 and the propane flowing from the last expander 47 flow toward the corresponding precooling heat exchangers 49, 51, 53, and 55, respectively. It is. The main natural gas line 61 flows through the precooling heat exchangers 49, 51, 53, and 55 sequentially so that the natural gas is precooled before entering the main cryogenic heat exchanger 38. The heated propane exiting the pre-cooling heat exchangers 49, 51, 53, and 55 is collected with the propane exiting the heat exchangers 29, 31, 33, and 35 to recover four vaporized propane tributaries. The steam is again fed to the compressor 15 which compresses it to, for example, 15-25 bar so that it can be condensed again in the condenser 17.
本明細書に開示される主題は、第1の冷媒を循環させる少なくとも予冷回路又はループと、第2の冷媒を循環させる少なくとも1つの冷却又は液化ループとを備える改良された天然ガス液化システムに関する。気体の状態の天然ガスが、予冷ループの熱交換器装置を通った後に冷却又は液化ループの熱交換器装置に流される。天然ガスは、第1の冷媒及び少なくとも第2の冷媒との熱交換によって予冷され、冷却され、最終的に液化させられる。追加の第3の冷却及び/又は液化回路又はループ(或いは、更なる冷却及び/又は液化回路又はループ)を、天然ガスを徐々に冷やして最終的に液化させるために、カスケード配置又は連続配置にて配置することができる。ループは、それぞれの冷媒を処理するためのそれぞれの圧縮機装置と、少なくとも1つの凝縮器と、例えばターボ膨張機及び/又は絞り弁などの1つ以上の膨張要素とを含む。少なくとも予冷ループは、第1の冷媒を処理するための歯車結合(integrally−geared)ターボ圧縮機を備える。第1の冷媒を、天然ガス並びに/或いは後続の冷却又は液化ループを循環する冷媒と次第に低くなる圧力値において熱を交換するために使用される2つ以上の支流へと分割することができる。 The subject matter disclosed herein relates to an improved natural gas liquefaction system comprising at least a precooling circuit or loop for circulating a first refrigerant and at least one cooling or liquefaction loop for circulating a second refrigerant. The natural gas in the gaseous state passes through the heat exchanger apparatus of the precooling loop and then flows into the heat exchanger apparatus of the cooling or liquefaction loop. Natural gas is pre-cooled by heat exchange with the first refrigerant and at least the second refrigerant, cooled, and finally liquefied. An additional third cooling and / or liquefaction circuit or loop (or further cooling and / or liquefaction circuit or loop) can be placed in a cascade or continuous arrangement to gradually cool the natural gas and eventually liquefy it. Can be arranged. The loop includes a respective compressor device for processing a respective refrigerant, at least one condenser, and one or more expansion elements such as turbo expanders and / or throttle valves. At least the pre-cooling loop includes a gear-coupled turbo compressor for processing the first refrigerant. The first refrigerant may be divided into two or more tributaries that are used to exchange heat at progressively lower pressure values with natural gas and / or refrigerant circulating in the subsequent cooling or liquefaction loop.
いくつかの実施形態によれば、
第1の冷媒を循環させるように構成され、
前記第1の冷媒を加圧するための少なくとも1つの圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するための少なくとも1つの原動機と、
前記第1の冷媒から熱を取り去るための少なくとも1つの凝縮器と、
前記第1の冷媒を膨張させるための少なくとも第1の膨張要素と、
天然ガスから前記第1の冷媒へと熱を移動させるための少なくとも第1の熱交換器と
を備えている予冷ループ、及び
前記予冷ループの下流に位置し、第2の冷媒を循環させる冷却ループ
を少なくとも備えており、
前記天然ガスは、前記予冷ループ及び前記冷却ループにおいて順次冷却されるように構成され、
前記圧縮機は、複数の圧縮機段を備える歯車結合ターボ圧縮機であり、各々の圧縮機段は、圧縮機段に進入する流れを独立して調節するための独立した可動の入り口ガイドベーンの組を備えている天然ガス液化システムが提供される。
According to some embodiments,
Configured to circulate the first refrigerant;
At least one compressor for pressurizing the first refrigerant;
At least one prime mover for driving the compressor;
At least one condenser for removing heat from the first refrigerant;
At least a first expansion element for expanding the first refrigerant;
A precooling loop comprising at least a first heat exchanger for transferring heat from natural gas to the first refrigerant, and a cooling loop located downstream of the precooling loop and circulating the second refrigerant At least,
The natural gas is configured to be sequentially cooled in the pre-cooling loop and the cooling loop,
The compressor is a gear-coupled turbo compressor comprising a plurality of compressor stages, each compressor stage having an independent movable inlet guide vane for independently adjusting the flow entering the compressor stage. A natural gas liquefaction system comprising the set is provided.
いくつかの実施形態によれば、可動の入り口ガイドベーンを備えない追加の圧縮機段が設けられてもよい。複数の圧縮機段が直列に配置される場合、下流の段はより上流の段の可動の入り口ベーンの組によって調節されるため、1組の可動の入り口ガイドベーンで十分である。直列に配置される圧縮機段は、第1の冷媒の流れが2つ以上の支流へと分割され、2つの後続の圧縮機段の間の中間位置において順次再合流する場合に、それぞれの可動入り口ベーンの組を備えることができる。 According to some embodiments, an additional compressor stage may be provided that does not include a movable inlet guide vane. When multiple compressor stages are arranged in series, one set of movable inlet guide vanes is sufficient because the downstream stage is regulated by the set of movable inlet vanes in the upstream stage. Compressor stages arranged in series are each movable when the flow of the first refrigerant is divided into two or more tributaries and sequentially rejoins at an intermediate position between two subsequent compressor stages. A set of entrance vanes can be provided.
別の態様によれば、天然ガスの流れが少なくとも予冷ループを循環する第1の冷媒並びに冷却及び/又は液化ループを循環する第2の冷媒との熱交換によって冷却されて液化させられる天然ガスの液化方法が提供される。第1の冷媒は、次第に低くなる圧力値の複数の支流へと分割される。支流は、天然ガスの流れ及び/又は第2の冷媒と熱を交換する。支流は、歯車結合ターボ圧縮機のそれぞれの圧縮機段に戻される。 According to another aspect, the natural gas stream is cooled and liquefied by heat exchange with at least a first refrigerant circulating in the precooling loop and a second refrigerant circulating in the cooling and / or liquefaction loop. A liquefaction method is provided. The first refrigerant is divided into a plurality of tributaries having pressure values that gradually decrease. The tributary exchanges heat with the flow of natural gas and / or the second refrigerant. The tributaries are returned to the respective compressor stages of the gear-coupled turbo compressor.
一実施形態によれば、
複数の圧縮機段を有する歯車結合ターボ圧縮機と、少なくとも1つの凝縮器と、少なくとも1つの膨張要素と、少なくとも1つの熱交換器とを備えている予冷ループを用意するステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機を原動機で駆動するステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機を通って第1の冷媒を循環させるステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機によってもたらされる前記第1の冷媒を前記凝縮器において凝縮させるステップと、
前記第1の冷媒を複数の部分流に分割するステップと、前記凝縮させられた第1の冷媒を前記膨張要素において膨張させるステップと、
前記膨張させられた冷媒を前記熱交換器を通って循環させ、天然ガスから熱を取り去って天然ガスを予冷するステップと、
前記圧縮機段の吸い込み側において前記部分流を調節するために可動な入り口ガイドベーンを個別に制御するステップと、
少なくとも1つの冷却ループを用意するステップと、
第2の冷媒を前記少なくとも1つの冷却ループにおいて循環させるステップと、
前記第2の冷媒との熱交換によって前記予冷された天然ガスから熱を取り去るステップとを含む方法が提供される。
According to one embodiment,
Providing a pre-cooling loop comprising a gear coupled turbo compressor having a plurality of compressor stages, at least one condenser, at least one expansion element, and at least one heat exchanger;
Driving the gear-coupled turbo compressor with a prime mover;
Circulating a first refrigerant through the gear-coupled turbo compressor;
Condensing in the condenser the first refrigerant provided by the gear-coupled turbo compressor;
Dividing the first refrigerant into a plurality of partial flows; expanding the condensed first refrigerant in the expansion element;
Circulating the expanded refrigerant through the heat exchanger, removing heat from the natural gas and precooling the natural gas;
Individually controlling movable inlet guide vanes to regulate the partial flow on the suction side of the compressor stage;
Providing at least one cooling loop;
Circulating a second refrigerant in the at least one cooling loop;
Removing heat from the pre-cooled natural gas by heat exchange with the second refrigerant.
特徴及び実施形態が、本明細書において以下で開示され、本明細書の一体の一部分を形成する添付の特許請求の範囲に更に記載される。以上の簡単な説明は、以下の詳細な説明をよりよく理解することができ、且つ今回の技術的な貢献をよりよく評価できるように、本発明の種々の実施形態の特徴を述べている。当然ながら、本明細書において後述され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴も存在する。この点に関し、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態が、それらの応用において、以下の説明に記載され、或いは図面に示される構成の詳細及び構成要素の配置に限られないことを、理解すべきである。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施及び実行が可能である。また、本明細書において使用される表現及び用語が、説明を目的とするものであり、限定として解釈されてはならないことを、理解すべきである。 Features and embodiments are disclosed herein below and are further described in the appended claims forming an integral part of this specification. The foregoing brief description sets forth features of various embodiments of the present invention so that the detailed description that follows may be better understood, and this technical contribution may be better appreciated. There are, of course, other features of the invention that will be described later in this specification and set forth in the appended claims. In this regard, before describing some embodiments of the present invention in detail, various embodiments of the present invention, in their application, will be described in the following description or illustrated in detail in the drawings and in the drawings. It should be understood that the arrangement is not limited to the components. The invention is capable of other embodiments and of being practiced and carried out in various ways. It should also be understood that the expressions and terms used herein are for illustrative purposes and should not be construed as limiting.
本システム及び方法によってもたらされる第1の冷媒の流量は、圧縮機段の回転速度によらなくても制御可能である。これにより、より効率的且つ信頼できるLNG回路が提供される。 The flow rate of the first refrigerant provided by the present system and method can be controlled without depending on the rotational speed of the compressor stage. This provides a more efficient and reliable LNG circuit.
したがって、当業者であれば、本発明の根底にある概念を、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、及び/又はシステムを設計するための基礎として容易に利用できることを、理解できるであろう。したがって、特許請求の範囲を、そのような同等の構成を、それらが本発明の技術的思想及び技術的範囲から外れない限りにおいて含むものと理解することが重要である。 Thus, one of ordinary skill in the art can readily use the concepts underlying the present invention as a basis for designing other structures, methods, and / or systems for carrying out some of the objectives of the present invention. Can be understood. It is important, therefore, that the claims be understood as including such equivalent constructions insofar as they do not depart from the spirit and scope of the present invention.
開示される本発明の実施形態及びそれらの付随の利点の多くについて、より完全な評価が、それらを以下の詳細な説明を参照し、添付の図面と併せて検討することによってよりよく理解することで、容易に得られるであろう。 A more thorough evaluation of many of the disclosed embodiments of the invention and their attendant advantages will be better understood by reference to the following detailed description and considered in conjunction with the accompanying drawings. It will be easy to obtain.
典型的な実施形態を、添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。種々の図において、同じ参照番号は、同一又は類似の構成要素を指し示している。更に、図は、必ずしも比例尺で描かれてはいない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。 Exemplary embodiments are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the various figures, the same reference numbers refer to the same or analogous elements. Further, the figures are not necessarily drawn to scale. Also, the following detailed description does not limit the invention. Rather, the scope of the invention is defined by the appended claims.
明細書の全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」或いは「いくつかの実施形態」への言及は、或る実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、開示される主題の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の種々の箇所において現れる「一実施形態において」又は「実施形態において」或いは「いくつかの実施形態において」という表現は、必ずしも同じ実施形態に言及しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性を、1つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることが可能である。 Throughout the specification, references to “one embodiment” or “embodiments” or “some embodiments” refer to particular features, structures, or characteristics described in connection with an embodiment. It is meant to be included in at least one embodiment of the disclosed subject matter. Thus, the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” or “in some embodiments” appearing in various places in the specification do not necessarily refer to the same embodiment. Furthermore, the particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.
図2は、本明細書に開示される主題を具現化するAPCIプロセスに基づく極低温天然ガス液化システムの図を概略的に示している。このプロセスは、第1の冷媒及び第2の冷媒がそれぞれ処理される2つの冷却サイクル又はループを使用する。第1のループは、天然ガス並びに第2のループを循環する第2の冷媒が第1の冷媒と熱を交換することによって冷却される予冷ループである。 本明細書において、第1のループが予冷ループ又はサイクルと称されるがゆえに、第2のループは、冷却又は液化ループ又はサイクルと称される。 FIG. 2 schematically shows a diagram of a cryogenic natural gas liquefaction system based on an APCI process that embodies the subject matter disclosed herein. This process uses two cooling cycles or loops in which the first refrigerant and the second refrigerant are each processed. The first loop is a pre-cooling loop in which natural gas and a second refrigerant circulating through the second loop are cooled by exchanging heat with the first refrigerant. In the present specification, the first loop is referred to as a pre-cooling loop or cycle, so the second loop is referred to as a cooling or liquefaction loop or cycle.
いくつかの実施形態において、予冷ループを循環する第1の冷媒は、プロパンを含むことができ、或いはプロパンからなってよい。第1の冷媒は、少なくとも35の平均分子量を有することができ、例えば35〜41の間の平均分子量を有することができる。いくつかの実施形態において、第2のループを循環する第2の冷媒は、例えばチッ素、メタン、エタン、及びプロパンを含む混合冷媒を含むことができる。 In some embodiments, the first refrigerant circulating in the pre-cooling loop can include propane or can consist of propane. The first refrigerant can have an average molecular weight of at least 35, such as an average molecular weight between 35 and 41. In some embodiments, the second refrigerant circulating in the second loop can include a mixed refrigerant including, for example, nitrogen, methane, ethane, and propane.
より具体的には、図2の実施形態において、システムは全体として101で示され、第1のループ又は予冷ループは103と標記され、第2の液化サイクル又はループは105と標記されている。天然ガスは、配管107によってシステム101へともたらされ、予冷ループ103及び冷却ループ105のそれぞれの複数の直列に配置された熱交換器を通って流れることによって順次冷却され、最終的に液化する。 More specifically, in the embodiment of FIG. 2, the system is generally designated 101, the first loop or precooling loop is labeled 103 and the second liquefaction cycle or loop is labeled 105. Natural gas is brought into the system 101 by piping 107 and is sequentially cooled and finally liquefied by flowing through a plurality of serially arranged heat exchangers in each of the pre-cooling loop 103 and the cooling loop 105.
予冷ループ103は、多段歯車結合ターボ圧縮機109を備えている。歯車結合ターボ圧縮機は、図4に更に詳しく示されるとおりに構成されてよく、この図を参照して更に詳しく後述される。 The precooling loop 103 includes a multistage gear-coupled turbo compressor 109. The gear-coupled turbo compressor may be configured as shown in more detail in FIG. 4 and will be described in more detail below with reference to this figure.
歯車結合ターボ圧縮機の少なくとも1つの段、いくつかの段、或いは好ましくはすべての段は、システム101の実際の動作における必要に応じてこの(これらの)段の動作条件を調節するために、可動の入り口ガイドベーンを備える。可動の入り口ガイドベーンの各組を、例えば或る段と他の段とで異なる流量を考慮するために、他の組とは別個独立に調整することができる。 At least one stage, some stages, or preferably all stages of the gear-coupled turbocompressor may adjust the operating conditions of these (these) stages as needed in the actual operation of the system 101. With movable entrance guide vanes. Each set of movable inlet guide vanes can be adjusted independently of the other sets, for example to account for different flow rates in one stage and the other.
いくつかの実施形態において、歯車結合ターボ圧縮機は、2〜8の間に含まれる数の段を備える。例えば、歯車結合ターボ圧縮機は、3〜6つの段を含むことができる。更に詳しく後述されるとおり、1つ以上のインタークーラを、歯車結合ターボ圧縮機の連続的に配置された段の1つ以上のペアの間に設けることができる。更に、いくつかの実施形態においては、いくつかの実施形態において、多段歯車結合ターボ圧縮機109を、ガスタービン(例えば、航空転用ガスタービン)などの内燃機関を含むことができる原動機によって駆動することができる。好都合な実施形態においては、歯車結合ターボ圧縮機109は、電動モータ111によって駆動される。 In some embodiments, the gear-coupled turbo compressor comprises a number of stages comprised between 2-8. For example, a gear-coupled turbo compressor can include 3 to 6 stages. As will be described in more detail below, one or more intercoolers may be provided between one or more pairs of consecutively arranged stages of a gear-coupled turbo compressor. Further, in some embodiments, in some embodiments, the multi-gear coupled turbo compressor 109 is driven by a prime mover that can include an internal combustion engine such as a gas turbine (eg, an aeroderivative gas turbine). Can do. In an advantageous embodiment, the gear-coupled turbo compressor 109 is driven by an electric motor 111.
図2に典型的な実施形態が示されており、歯車結合ターボ圧縮機109は、順に配置された4つの段(それぞれ109A、109B、109C、109Dと標記されている)で構成され、段109Dが最も低い圧力の段であり、段109Aが最も高い圧力の段である。 An exemplary embodiment is shown in FIG. 2, where the gear-coupled turbo compressor 109 is composed of four stages (designated 109A, 109B, 109C, and 109D, respectively) arranged in sequence, and stage 109D. Is the lowest pressure stage, and stage 109A is the highest pressure stage.
圧縮された第1の冷媒の流れが、歯車結合ターボ圧縮機109によって凝縮器115へともたらされる。凝縮器115を通ってもたらされる第1の冷媒の流れは、例えば水又は空気を相手に冷却され、凝縮させられる。 A compressed first refrigerant stream is provided to the condenser 115 by a gear-coupled turbo compressor 109. The flow of the first refrigerant brought through the condenser 115 is cooled and condensed with water or air, for example.
いくつかの実施形態において、凝縮させられた第1の冷媒は、予冷ループ103を循環して天然ガスを予冷するとともに、冷却ループ105を循環する第2の冷媒を冷却し、随意により部分的に液化させる。 In some embodiments, the condensed first refrigerant circulates through the precooling loop 103 to precool the natural gas and cools the second refrigerant circulating through the cooling loop 105, optionally partially. Allow to liquefy.
いくつかの実施形態において、プロセスは、4つの圧力レベルに分割される。圧力レベルの数は、歯車結合ターボ圧縮機109の段数に対応することができる。好ましい実施形態において、凝縮器115を通ってもたらされる第1の冷媒の流れは、いくつかの部分流へと分割され、次いで部分流は、次第に低くなる圧力レベルにおいて順次膨張させられる。冷媒の各々の部分流は、サブサイクルを循環し、支流として歯車結合ターボ圧縮機へと、複数の圧縮機段のうちの対応する1つの圧縮機段の入り口に戻される。 In some embodiments, the process is divided into four pressure levels. The number of pressure levels can correspond to the number of stages of the gear-coupled turbo compressor 109. In a preferred embodiment, the first refrigerant stream brought through the condenser 115 is divided into several partial streams, which are then expanded sequentially at progressively lower pressure levels. Each partial stream of refrigerant circulates through the sub-cycle and is returned as a tributary to a gear-coupled turbo compressor at the inlet of a corresponding one of the plurality of compressor stages.
送出ライン117が、凝縮させられた第1の冷媒の流れの第1の部分を、複数の直列に配置された第1の膨張要素119A〜119Dへともたらす。送出ライン117から分岐した第2の送出ライン118が、凝縮させられた第1の冷媒の流れの第2の部分を、複数の直列に配置された第2の膨張要素121A〜121Dへともたらす。 Delivery line 117 provides a first portion of the condensed first refrigerant flow to a plurality of serially arranged first expansion elements 119A-119D. A second delivery line 118 branched from delivery line 117 provides a second portion of the condensed first refrigerant flow to a plurality of second expansion elements 121A-121D arranged in series.
凝縮器115からの凝縮させられた第1の冷媒の第1の部分は、4つの異なる次第に低くなる圧力レベルにある4つの膨張要素119A〜119Dにおいて順次膨張させられる。各々の膨張要素119A〜119Dの下流において、部分的に膨張させられた第1の冷媒の流れの一部が、第1の予冷熱交換器123A〜123Dのうちの該当の1つへと流される。部分的に膨張させられた第1の冷媒の残りの部分は、次の膨張要素119A〜119Dを通って流され、以下同様である。第1の膨張要素119A〜119Dのうちの最も下流の膨張要素(119D)を通って流れる残余の第1の冷媒は、最も下流の予冷熱交換器123Dへともたらされる。 The first portion of the condensed first refrigerant from the condenser 115 is expanded in sequence in four expansion elements 119A-119D at four different progressively lower pressure levels. Downstream of each expansion element 119A-119D, a portion of the partially expanded first refrigerant flow is channeled to the corresponding one of the first precooling heat exchangers 123A-123D. . The remaining portion of the partially expanded first refrigerant is flowed through the next expansion element 119A-119D, and so on. The remaining first refrigerant flowing through the most downstream expansion element (119D) of the first expansion elements 119A-119D is brought to the most downstream precooling heat exchanger 123D.
前記第1の熱交換器123A〜123Dの各々において、第1の冷媒は、配管107を流れる天然ガスを相手に熱を交換し、したがって天然ガスを予冷し、随意により部分的に液化させる。 In each of the first heat exchangers 123A to 123D, the first refrigerant exchanges heat with the natural gas flowing through the pipe 107, and thus precools the natural gas and optionally partially liquefies.
第2の膨張要素121A、121B、121C、121Dの各々において膨張させられた第1の冷媒の一部が、複数の第2の熱交換器125A〜125Dのうちの対応する1つへと流される。前記第2の膨張要素121A〜121Dの各々によってもたらされる冷媒の流れのうち、それぞれの熱交換器125A〜125Dへは流されない部分は、後続の膨張要素を通って送られる。前記第2の熱交換器のうちの最も下流の熱交換器(125D)が、前記第2の膨張要素121A〜121Dのうちの最も下流(121D)において膨張する第1の冷媒の残りの全部分を受け取る。前記第2の熱交換器125A〜125Dの各々において、第1の冷媒は、冷却又は液化ループ105を循環する第2の冷媒を相手に熱を交換し、結果として、熱交換器125Dの送出側において第2の冷媒が冷却されて少なくとも部分的に液化する。 A part of the first refrigerant expanded in each of the second expansion elements 121A, 121B, 121C, and 121D is caused to flow to a corresponding one of the plurality of second heat exchangers 125A to 125D. . Of the refrigerant flow provided by each of the second expansion elements 121A-121D, the portion that is not flowed to the respective heat exchangers 125A-125D is routed through subsequent expansion elements. The remaining downstream portion of the first refrigerant in which the most downstream heat exchanger (125D) of the second heat exchanger expands in the most downstream (121D) of the second expansion elements 121A to 121D. Receive. In each of the second heat exchangers 125A to 125D, the first refrigerant exchanges heat with the second refrigerant circulating in the cooling or liquefaction loop 105, and as a result, the delivery side of the heat exchanger 125D The second refrigerant is cooled and at least partially liquefied.
第1の予冷熱交換器123A〜123Dを出る加熱された第1の冷媒は、第2の熱交換器125A〜125Dから出る加熱された第1の冷媒と集められ、歯車結合ターボ圧縮機109へと再び供給される。 The heated first refrigerant exiting the first precooling heat exchangers 123A-123D is collected with the heated first refrigerant exiting the second heat exchangers 125A-125D and sent to the gear-coupled turbo compressor 109. And will be supplied again.
いくつかの実施形態において、第2の熱交換器125A〜125Dの各々から出る加熱された第1の冷媒は、対応する第1の熱交換器123A〜123Dを出る加熱された第1冷媒とほぼ同じ圧力にある。対応する圧力レベルにおいて集められた冷媒は、歯車結合ターボ圧縮機109の対応する段の入り口にもたらされる。このようにして、冷媒の複数の支流が、次第に低くなる圧力で、歯車結合ターボ圧縮機109の直列に配置された段の入り口に戻される。 In some embodiments, the heated first refrigerant exiting each of the second heat exchangers 125A-125D is approximately the same as the heated first refrigerant exiting the corresponding first heat exchanger 123A-123D. At the same pressure. The refrigerant collected at the corresponding pressure level is brought to the inlet of the corresponding stage of the gear-coupled turbo compressor 109. In this way, the multiple tributaries of refrigerant are returned to the inlets of the stages arranged in series of the gear-coupled turbo compressor 109 with progressively lower pressure.
図2において、参照番号130A〜130Dが、熱交換器123A〜123D及び125A〜125Dからもたらされる膨張及び使用後の支流を歯車結合ターボ圧縮機の対応する段109A〜109Dへと戻す戻りのラインを示している。 In FIG. 2, reference numbers 130A-130D indicate return lines that return the expanded and used tributaries resulting from heat exchangers 123A-123D and 125A-125D to the corresponding stages 109A-109D of the gear-coupled turbo compressor. Show.
いくつかの実施形態において、冷却又は液化ループ105は、圧縮機列を備えている。いくつかの実施形態においては、圧縮機列を、直列に配置された第1の圧縮機131及び第2の圧縮機133で構成することができる。他の実施形態においては、ただ1つの圧縮機を設けることができる。各々の圧縮機は、例えば多段遠心圧縮機など、多段圧縮機であってよい。 In some embodiments, the cooling or liquefaction loop 105 comprises a compressor train. In some embodiments, the compressor row may be composed of a first compressor 131 and a second compressor 133 arranged in series. In other embodiments, only one compressor may be provided. Each compressor may be a multi-stage compressor, such as a multi-stage centrifugal compressor.
いくつかの実施形態において、冷却ループ105の圧縮機は、内燃機関を含むことができる原動機によって駆動される。原動機は、例えば航空転用ガスタービンなど、ガスタービン135であってよい。 In some embodiments, the compressor of the cooling loop 105 is driven by a prime mover that can include an internal combustion engine. The prime mover may be a gas turbine 135, such as an aeroderivative gas turbine.
段間冷却器(インタークーラ)137を、第1の圧縮機131によってもたらされる第2の冷媒について第2の圧縮機133へと進入する前に温度を下げ、体積を減らすために、第1の圧縮機131と第2の圧縮機133との間に配置することができる。 第2の圧縮機133によってもたらされる圧縮された第2の冷媒は、凝縮器139において凝縮させられる。凝縮器139は、第2の冷媒を空気又は水を相手とする熱の交換によって凝縮させる空気凝縮器又は水凝縮器であってよい。上述のように、凝縮させられた第2の冷媒は、次に送出ライン141によって順に配置された第2の熱交換器125A〜125Dを通って送られ、第2の熱交換器125A〜125Dにおいて、第2の冷媒は、予冷ループ103を循環する第1の冷媒との熱交換によって冷却され、おそらくは液化させられる。 To reduce the temperature and reduce the volume of the interstage cooler (intercooler) 137 before entering the second compressor 133 for the second refrigerant provided by the first compressor 131, It can be arranged between the compressor 131 and the second compressor 133. The compressed second refrigerant provided by the second compressor 133 is condensed in the condenser 139. The condenser 139 may be an air condenser or a water condenser that condenses the second refrigerant by exchanging heat with air or water. As described above, the condensed second refrigerant is then sent through the second heat exchangers 125A to 125D sequentially arranged by the delivery line 141, and in the second heat exchangers 125A to 125D. The second refrigerant is cooled by heat exchange with the first refrigerant circulating in the pre-cooling loop 103 and possibly liquefied.
熱交換器125A〜125Dからもたらされる冷却され且つ随意により部分的に液化させられた第2の冷媒は、配管143を通って主極低温熱交換器145へと流れ、主極低温熱交換器145において、第2の冷媒は、予冷され且つ随意により部分的に液化させられた天然ガスから更なる熱を除去し、液化プロセスを完了させる。完全に液化した天然ガスが、149においてシステムから出る一方で、加熱された第2の冷媒は、配管151を通って圧縮機又は圧縮機列131、133へと戻される。 The cooled and optionally partially liquefied second refrigerant from heat exchangers 125A-125D flows through piping 143 to main cryogenic heat exchanger 145 where main cryogenic heat exchanger 145. The second refrigerant removes additional heat from the pre-cooled and optionally partially liquefied natural gas to complete the liquefaction process. While fully liquefied natural gas exits the system at 149, the heated second refrigerant is returned to the compressor or compressor row 131, 133 through line 151.
図2に、歯車結合ターボ圧縮機109が、あくまでも概略的に示されている。典型的な歯車結合ターボ圧縮機109の主な構成要素が、図2Aに更に詳しく示されている。図4が、歯車結合ターボ圧縮機109の共通の回転軸に支持された2つの圧縮機段の縦断面を更に詳しく示している。より具体的には、図4は、第1及び第2の段109D、109Cを例として示している。 In FIG. 2, the gear-coupled turbo compressor 109 is only schematically shown. The main components of a typical gear-coupled turbo compressor 109 are shown in more detail in FIG. 2A. FIG. 4 shows in more detail a longitudinal section of the two compressor stages supported on a common rotating shaft of the gear-coupled turbo compressor 109. More specifically, FIG. 4 shows the first and second stages 109D and 109C as an example.
好ましくは、圧縮機の各段109A〜109Dは、4つの段109A〜109Dについて110A〜110Dに概念的に示される可動の入り口ガイドベーンを備える。他の実施形態において、可動の入り口ガイドベーンは、圧縮機段のうちの一部の段の入り口にのみ設けられ、或いはいずれの段にも設けられない。図4から理解できるように、入り口ガイドベーンを、圧縮機段の軸方向の入り口に配置することができる。可動入り口ガイドベーンの各組を、圧縮機段に進入する流れを自立的に調節するために、他の組とは別個独立に制御することができる。インタークーラを、2つの連続して配置された圧縮機段109A〜109Dの間に設けることができる。図2Aに示されるように、第1のインタークーラ153を、第1の圧縮機段109Dの送出側と第2の圧縮機段109Cの吸い込み側との間に配置することができる。第2のインタークーラ155を、第2の圧縮機段109Cの送出側と第3の圧縮機段109Bの吸い込み側との間に配置することができる。第3のインタークーラ157を、第3の圧縮機段109Bの送出側と第4の圧縮機段109Aの吸い込み側との間に配置することができる。 Preferably, each stage 109A-109D of the compressor comprises a movable inlet guide vane conceptually shown at 110A-110D for the four stages 109A-109D. In other embodiments, the movable inlet guide vanes are provided only at the inlet of some of the compressor stages, or not at any stage. As can be seen from FIG. 4, an inlet guide vane can be placed at the axial inlet of the compressor stage. Each set of movable inlet guide vanes can be controlled independently of the other sets in order to autonomously regulate the flow entering the compressor stage. An intercooler can be provided between two consecutively arranged compressor stages 109A-109D. As shown in FIG. 2A, the first intercooler 153 can be disposed between the delivery side of the first compressor stage 109D and the suction side of the second compressor stage 109C. A second intercooler 155 can be disposed between the delivery side of the second compressor stage 109C and the suction side of the third compressor stage 109B. A third intercooler 157 can be disposed between the delivery side of the third compressor stage 109B and the suction side of the fourth compressor stage 109A.
各々の圧縮機段109A〜109Dは、回転軸上に支持された少なくとも1つのインペラを備える。図4は、2つの最も上流側の圧縮機段109D、109Cのそれぞれの2つのインペラ112D、112Cを示している。各々のインペラは、軸方向の入り口と径方向の出口とを有する遠心インペラであってよい。インペラによって処理された流体は、圧縮機段109D、109Cのボリュート114D、114Cなど、それぞれのボリュートに集められる。 Each compressor stage 109A-109D comprises at least one impeller supported on a rotating shaft. FIG. 4 shows two impellers 112D, 112C in each of the two most upstream compressor stages 109D, 109C. Each impeller may be a centrifugal impeller having an axial inlet and a radial outlet. The fluid processed by the impeller is collected in respective volutes, such as the volutes 114D, 114C of the compressor stages 109D, 109C.
インペラは、ペアにされてよく、インペラの各ペアは、共通の回転軸によって支持される。図2Aの実施形態においては、2つの回転軸159、161が設けられている。第1及び第2の圧縮機段109D、109Cのインペラは、第1の回転軸159に回転可能に取り付けられ、第3及び第4の圧縮機段109B、109Aのインペラは、第2の回転軸161に回転可能に取り付けられている。別の数の回転軸並びにそれぞれの圧縮機段及びインペラを設けることができる。いくつかの実施形態においては、設けられる段の数が奇数であってよく、その場合には、回転軸のうちの1つが、ペアにされたインペラではなく、ただ1つのインペラを支持することができる。 The impellers may be paired and each pair of impellers is supported by a common axis of rotation. In the embodiment of FIG. 2A, two rotating shafts 159 and 161 are provided. The impellers of the first and second compressor stages 109D and 109C are rotatably attached to the first rotary shaft 159, and the impellers of the third and fourth compressor stages 109B and 109A are the second rotary shaft. 161 is rotatably attached. Another number of rotating shafts and respective compressor stages and impellers can be provided. In some embodiments, the number of stages provided may be odd, in which case one of the rotating shafts may support only one impeller rather than a paired impeller. it can.
各々の回転軸159、161は、各々の回転軸159、161にキー留めされたピニオン159A、161Aを備える。ピニオン159A、161Aは、電動モータ111によって駆動軸165を介して回転駆動される中央歯車又はクラウン163に噛合している。2つの回転軸159、161、及び、したがって2つの回転軸159、161に取り付けられたそれぞれのインペラは、異なる回転速度で回転することができる。 Each rotating shaft 159, 161 includes a pinion 159A, 161A keyed to each rotating shaft 159, 161. The pinions 159A and 161A mesh with a central gear or crown 163 that is rotationally driven by the electric motor 111 via the drive shaft 165. The two rotary shafts 159, 161 and thus the respective impellers attached to the two rotary shafts 159, 161 can rotate at different rotational speeds.
歯車結合ターボ圧縮機109の構成は、予冷ループ103を循環する第1の冷媒の異なる支流を処理するために特に適している。圧縮機段の入り口に位置する可動の入り口ガイドベーン110A〜110Dの各組の状態を、圧縮機段の動作の状態を温度条件及び種々の熱交換器123A〜123D、125A〜125Dにおける流量に合わせることができるように、各々の支流(即ち、圧縮機段のそれぞれの吸い込み側へともたらされる各々の冷媒の流れ)の流れの条件に合わせて調整することができる。したがって、圧縮機の効率及び操作性を最大にすることができる。歯車結合ターボ圧縮機109の構造に容易に統合できるインタークーラ153、155、157などの1つ以上のインタークーラが、圧縮機、したがってLNGシステム全体の効率を、更に向上させる。 The configuration of the gear coupled turbo compressor 109 is particularly suitable for treating different tributaries of the first refrigerant circulating in the precooling loop 103. The state of each set of movable inlet guide vanes 110A-110D located at the inlet of the compressor stage is matched to the operating conditions of the compressor stage to the temperature conditions and flow rates in the various heat exchangers 123A-123D, 125A-125D Can be tailored to the flow conditions of each tributary (i.e. each refrigerant flow brought to the respective suction side of the compressor stage). Therefore, the efficiency and operability of the compressor can be maximized. One or more intercoolers, such as intercoolers 153, 155, 157, which can be easily integrated into the structure of the gear coupled turbocompressor 109, further improve the efficiency of the compressor and thus the overall LNG system.
本明細書に開示される主題の更なる実施形態が、図3に示され、以下で説明される。図3のLNG系200は、3枚の閉ループ(単数又は複数)、201、203、205から構成されている。3つの異なる冷媒が、3つのループで処理される。ループ201において処理される第1の冷媒は、プロパンであってよい。第1のループ201は、以下では予冷ループと称される。ループ203において処理される第2の冷媒は、エチレンであってよく、ループ205を循環する第3の冷媒は、メタンであってよい。天然ガスのライン207は、3つのループ201、203、205の3つの連続的に配置された熱交換器209、211、及び213を通って流れる。天然ガスは、気体の状態で第1の熱交換器209に進入し、液体の状態で最後の熱交換器213を出る。 A further embodiment of the subject matter disclosed herein is shown in FIG. 3 and described below. The LNG system 200 shown in FIG. 3 includes three closed loops (single or plural) 201, 203, and 205. Three different refrigerants are processed in three loops. The first refrigerant processed in the loop 201 may be propane. The first loop 201 is hereinafter referred to as a precooling loop. The second refrigerant processed in the loop 203 may be ethylene, and the third refrigerant circulating in the loop 205 may be methane. Natural gas line 207 flows through three consecutively arranged heat exchangers 209, 211, and 213 in three loops 201, 203, 205. Natural gas enters the first heat exchanger 209 in the gaseous state and exits the last heat exchanger 213 in the liquid state.
図3のシステムは、或る程度簡略化したやり方で表されている。第1の予冷ループ又はサイクル201は、複数の圧縮機段を含む歯車結合ターボ圧縮機229を備える。いくつかの実施形態においては、図3の概略図に例として示されているように、3つの圧縮機段229A〜229Cを設けることができる。他の実施形態においては、異なる数の圧縮機段を設けることができる。一般に、圧縮機段の数は、図2及び2Aに関連して開示したものと同様のやり方で、予冷ループ201に設けられる支流の数に依存することができる。 The system of FIG. 3 is represented in a somewhat simplified manner. The first precooling loop or cycle 201 comprises a gear coupled turbo compressor 229 that includes a plurality of compressor stages. In some embodiments, three compressor stages 229A-229C may be provided, as shown by way of example in the schematic diagram of FIG. In other embodiments, a different number of compressor stages can be provided. In general, the number of compressor stages can depend on the number of tributaries provided in the precooling loop 201 in a manner similar to that disclosed in connection with FIGS. 2 and 2A.
入り口ガイドベーン228C、228B、228Aを、一部の圧縮機段(好ましくは、各々の圧縮機段)の入り口に設けることができる。インタークーラを、連続的に配置された圧縮機段のペアの間に配置することができ、例えば第1のインタークーラ230を、第1の圧縮機段229Cの送出側と、第2の圧縮機段229Bの吸い込み側との間に配置することができる。更なるインタークーラ231を、圧縮機段229Bの送出側と、圧縮機段229Aの吸い込み側との間に配置することができる。 Inlet guide vanes 228C, 228B, 228A may be provided at the inlet of some compressor stages (preferably each compressor stage). An intercooler can be placed between a pair of consecutively arranged compressor stages, for example, the first intercooler 230 can be connected to the delivery side of the first compressor stage 229C and to the second compressor. It can arrange | position between the suction side of the step 229B. A further intercooler 231 can be arranged between the delivery side of the compressor stage 229B and the suction side of the compressor stage 229A.
最後の圧縮機段229A、即ち圧力が高まる流れの方向における最も下流の圧縮機段の送出側が、凝縮器233へと接続される。歯車結合ターボ圧縮機229を通って循環する第1の冷媒は、凝縮器233において凝縮させられ、ライン235を通って第1の熱交換器209へともたらされる。圧縮されて凝縮させられた冷媒の流れを、1つ以上の膨張要素(そのうちの1つが、237で示されている)を通して膨張させることができる。図2と同様のやり方で、送出ライン235を流れる主冷媒流を、次第に低下する圧力及び温度の支流へと分割することができる。熱交換器209を、直列に配置された複数の熱交換器部分で構成でき、冷媒の一部が、図2及び2Aに関連して説明した内容ときわめてよく似たやり方で、次第に低下する圧力でこれらの熱交換器部分を通って流される。このようにして、複数の支流が形成され、各々の支流は圧縮機段229A、229B、229Cのうちの該当の1つに戻される。 The last compressor stage 229A, ie, the delivery side of the most downstream compressor stage in the direction of increasing pressure, is connected to the condenser 233. The first refrigerant circulating through the gear-coupled turbo compressor 229 is condensed in the condenser 233 and brought to the first heat exchanger 209 through the line 235. The compressed and condensed refrigerant stream can be expanded through one or more expansion elements, one of which is indicated at 237. In a manner similar to FIG. 2, the main refrigerant stream flowing through the delivery line 235 can be divided into progressively decreasing pressure and temperature tributaries. The heat exchanger 209 can be composed of a plurality of heat exchanger parts arranged in series, with a portion of the refrigerant gradually decreasing in a manner very similar to that described in connection with FIGS. 2 and 2A. In these heat exchanger sections. In this way, a plurality of tributaries are formed and each tributary is returned to the corresponding one of the compressor stages 229A, 229B, 229C.
したがって、各々の圧縮機段は、可変且つ最も上流の圧縮機段229Cから最も下流の圧縮機段229Aへと次第に高くなる圧力の異なる冷媒の流量を処理する。 Thus, each compressor stage handles a variable and progressively different flow rate of refrigerant from the most upstream compressor stage 229C to the most downstream compressor stage 229A.
歯車結合ターボ圧縮機229を、原動機によって駆動することができる。いくつかの実施形態において、原動機は、図2を参照して説明したモータ111と同様の電動モータ(図示せず)であってよい。他の実施形態において、原動機は、例えば航空転用ガスタービンなどのガスタービンを備えることができる。 The gear coupled turbo compressor 229 can be driven by a prime mover. In some embodiments, the prime mover may be an electric motor (not shown) similar to the motor 111 described with reference to FIG. In other embodiments, the prime mover may comprise a gas turbine, such as an aeroderivative gas turbine.
第2のループ203は、圧縮機装置241を備えている。圧縮機装置241は、1つの圧縮機又は複数の連続的に配置された圧縮機を備えることができる。圧縮機装置241の圧縮機のうちの1つ以上は、例えば多段遠心圧縮機など、多段圧縮機であってよい。圧縮機装置241を、第2の原動機243によって駆動することができる。いくつかの実施形態において、第2の原動機243は、例えば航空転用ガスタービンなど、ガスタービンを備えることができる。他の実施形態において、動力源は、電動モータを備えることができる。異なる機関又はモータの組み合わせも、考えられる。 The second loop 203 includes a compressor device 241. The compressor device 241 can comprise one compressor or a plurality of sequentially arranged compressors. One or more of the compressors of the compressor device 241 may be a multistage compressor, such as a multistage centrifugal compressor. The compressor device 241 can be driven by the second prime mover 243. In some embodiments, the second prime mover 243 can comprise a gas turbine, such as an aeroderivative gas turbine. In other embodiments, the power source may comprise an electric motor. Combinations of different engines or motors are also conceivable.
第2のループ203は、圧縮機装置241によってもたらされる圧縮された第2の冷媒を凝縮させる凝縮器245を備える。送出ライン247が、圧縮されて凝縮させられた第2の冷媒を第1の熱交換器209及び第2の熱交換器211へともたらす。第1の熱交換器209において、凝縮させられた第2の冷媒は、第1のループ201を循環する第1の冷媒との熱交換によって冷却される。第2の熱交換器211において、第2の冷媒は、1つ以上の連続的に配置された膨張要素(そのうちの1つが249で示されている)において膨張させられる。このようにして、次第に低くなる異なる圧力の第2の冷媒の前記流れを、それ自身は公知のやり方で生成でき、これらの支流は、低くなる圧力の戻りのライン251、253、255を通って第2の圧縮機装置241へと戻される。いくつかの実施形態において、各々の支流は、圧縮機装置241を構成する複数の連続的に配置された圧縮機のうちの該当の圧縮機の入り口に注入される。可動の入り口ガイドベーンを、各々のそのような圧縮機の入り口に設けることができる。第2の熱交換器211において、第2の冷媒は、ガスのライン207を通って流れる天然ガスを冷却し、更に/或いは部分的に液化させる。 The second loop 203 includes a condenser 245 that condenses the compressed second refrigerant provided by the compressor device 241. A delivery line 247 brings the compressed and condensed second refrigerant to the first heat exchanger 209 and the second heat exchanger 211. In the first heat exchanger 209, the condensed second refrigerant is cooled by heat exchange with the first refrigerant circulating in the first loop 201. In the second heat exchanger 211, the second refrigerant is expanded in one or more continuously arranged expansion elements, one of which is indicated by 249. In this way, the said flow of the second refrigerant of different pressures which gradually decreases can be generated in a manner known per se, and these tributaries pass through the lower pressure return lines 251, 253, 255. Returned to the second compressor unit 241. In some embodiments, each tributary is injected into the inlet of the corresponding compressor of the plurality of consecutively arranged compressors that make up the compressor unit 241. A movable inlet guide vane can be provided at the inlet of each such compressor. In the second heat exchanger 211, the second refrigerant cools and / or partially liquefies the natural gas flowing through the gas line 207.
第3のループ205が、更なる圧縮機装置261を備える。圧縮機装置261は、1つの圧縮機又は複数の連続的に配置された圧縮機で構成されてよい。圧縮機装置261の圧縮機は、例えば多段遠心圧縮機など、遠心圧縮機であってよい。圧縮機装置261を駆動して回転させるために、更なる原動機263が設けられている。いくつかの実施形態において、原動機263は、例えば航空転用ガスタービンなど、ガスタービンを備えることができる。他の実施形態において、原動機263は、電動モータを備えることができる。異なるモータ及び機関の組み合わせを設けることもできる。 The third loop 205 comprises a further compressor device 261. The compressor device 261 may be composed of one compressor or a plurality of continuously arranged compressors. The compressor of the compressor device 261 may be a centrifugal compressor such as a multistage centrifugal compressor. In order to drive and rotate the compressor device 261, a further prime mover 263 is provided. In some embodiments, prime mover 263 may comprise a gas turbine, such as an aeroderivative gas turbine. In other embodiments, prime mover 263 can include an electric motor. Different motor and engine combinations may be provided.
圧縮機装置261によってもたらされる圧縮された第3の冷媒は、凝縮器265において凝縮させられ、送出ライン267を通って第1、第2、及び第3の熱交換器209、211、213に液体の状態でもたらされる。第1及び第2の熱交換器209、211において、第3の冷媒は、液体の状態で流れ、それぞれ第1の冷媒及び第2の冷媒との熱交換によって冷却される。ループの最後の部分において、第3の冷媒は、1つ以上の連続的に配置された膨張要素269において膨張させられる。気化した第3の冷媒は、天然ガスが第3の熱交換器213からもたらされるときに液化するまで、第3の熱交換器213において天然ガスとの熱交換を行う。いくつかの実施形態においては、第3の冷媒を、次第に減少する圧力で支流へと分割することができ、各々の支流は、それぞれの戻りのライン271、273、275を介して圧縮機装置261へと戻される。この場合にも、支流を、圧縮機装置の一部を構成する連続的に配置された圧縮機の入り口に注入でき、各々の圧縮機には、おそらくは可動の入り口ガイドベーンが設けられる。 The compressed third refrigerant provided by the compressor device 261 is condensed in the condenser 265 and liquids through the delivery line 267 to the first, second and third heat exchangers 209, 211, 213. Brought on in the state. In the first and second heat exchangers 209 and 211, the third refrigerant flows in a liquid state and is cooled by heat exchange with the first refrigerant and the second refrigerant, respectively. In the last part of the loop, the third refrigerant is expanded in one or more continuously arranged expansion elements 269. The vaporized third refrigerant performs heat exchange with the natural gas in the third heat exchanger 213 until the natural gas is liquefied when the natural gas comes from the third heat exchanger 213. In some embodiments, the third refrigerant can be divided into tributaries at progressively decreasing pressures, each tributary being connected to the compressor unit 261 via a respective return line 271, 273, 275. Returned to. Again, the tributaries can be injected into the inlets of continuously arranged compressors that form part of the compressor unit, each compressor possibly having a movable inlet guide vane.
以上説明し、図3に示したLNGプロセスは、カスケードプロセスとして知られている。上述のように、公知のカスケードプロセス及びシステムとは異なり、本実施形態においては、少なくとも第1の予冷ループ201が、多段歯車結合ターボ圧縮機を備える。 The LNG process described above and shown in FIG. 3 is known as a cascade process. As described above, unlike known cascade processes and systems, in the present embodiment, at least the first precooling loop 201 comprises a multi-stage gear-coupled turbo compressor.
歯車結合ターボ圧縮機を通る予冷ループにおける第1の冷媒の処理は、図2、2Aの実施形態に関連してすでに説明したように、いくつかの利点を有する。図3の実施形態の歯車結合ターボ圧縮機229は、図2、2Aの実施形態に関連して説明され、図4に更に詳しく示される歯車結合ターボ圧縮機と概念的に類似することができる。あくまでも例として、図3に示される歯車結合ターボ圧縮機229の圧縮機段の数は、図2、2Aの実施形態の段の数から異なっており、このことは、歯車結合ターボ圧縮機の段の数が、設計上の考慮事項に基づき、例えば第1の冷媒の主流の凝縮器の下流における支流への分割の数に基づいて、様々であってよいことを示している。 The treatment of the first refrigerant in the precooling loop through the gear-coupled turbo compressor has several advantages, as already described in connection with the embodiment of FIGS. The gear-coupled turbo compressor 229 of the embodiment of FIG. 3 can be conceptually similar to the gear-coupled turbo compressor described in relation to the embodiment of FIGS. 2 and 2A and shown in more detail in FIG. By way of example only, the number of compressor stages of the gear coupled turbo compressor 229 shown in FIG. 3 differs from the number of stages in the embodiment of FIGS. This number may vary based on design considerations, for example, based on the number of divisions of the main refrigerant mainstream into the tributaries downstream of the condenser.
いくつかの実施形態においては、歯車結合ターボ圧縮機を、約12MW〜約40MWの範囲の動力で駆動することができる。いくつかの実施形態において、歯車結合ターボ圧縮機は、約14MW〜40MWの間、より具体的には約25MW〜30MWの間の範囲の定格出力を有することができる。 In some embodiments, the gear coupled turbocompressor can be driven with a power in the range of about 12 MW to about 40 MW. In some embodiments, the gear-coupled turbo compressor may have a rated power in the range of between about 14 MW to 40 MW, more specifically between about 25 MW to 30 MW.
いくつかの実施形態においては、約10、000m3/h〜約70、000m3/hの範囲の第1の冷媒の流量を、歯車結合ターボ圧縮機によって処理することができる。 In some embodiments, the flow rate of the first refrigerant in the range of about 10,000 m 3 / h to about 70,000 3 / h, can be processed by the geared turbo compressor.
上記開示のように、LNGシステムにおける第1の冷媒は、通常は、次第に低くなる圧力の値において膨張させられ、支流へと分割され、各々の流れが歯車結合ターボ圧縮機のいくつかの圧縮機段のうちの該当の1つへと戻される。いくつかの実施形態において、最も下流の圧縮機段、即ち最も高い圧力の圧縮機段の送出圧力は、約45bar(絶対圧)〜約65bar(絶対圧)の範囲であり、いくつかの実施形態においては、この送出圧力が、約52bar(絶対圧)〜約56bar(絶対圧)の間の範囲であってよい。 いくつかの実施形態においては、それぞれの吸い込み圧力、即ち最も上流の圧縮機段の入り口における圧力が、約2.5〜約15bar(絶対圧)の間の範囲であってよく、より具体的には、例えば約3〜約10bar(絶対圧)の間の範囲であってよく、例えば3〜3.5bar(絶対圧)付近であってよい。 As disclosed above, the first refrigerant in an LNG system is usually expanded at progressively lower pressure values and divided into tributaries, each flow being several compressors of a gear-coupled turbocompressor. Return to the appropriate one of the stages. In some embodiments, the delivery pressure of the most downstream compressor stage, ie, the highest pressure compressor stage, ranges from about 45 bar (absolute pressure) to about 65 bar (absolute pressure), in some embodiments The delivery pressure may range between about 52 bar (absolute pressure) to about 56 bar (absolute pressure). In some embodiments, each suction pressure, i.e., the pressure at the inlet of the most upstream compressor stage, may range between about 2.5 and about 15 bar (absolute pressure), more specifically. May range, for example, from about 3 to about 10 bar (absolute pressure), such as around 3 to 3.5 bar (absolute pressure).
他の実施形態において、歯車結合ターボ圧縮機の最終段の送出圧力(吐出圧)は、約10bar(絶対圧)〜30bar(絶対圧)の間の範囲であってよく、いくつかの特定の実施形態においては、15〜25bar(絶対圧)の間の範囲であってよい。最も上流の圧縮機段におけるそれぞれの吸い込み圧力は、約1〜約2.5bar(絶対圧)の間の範囲であってよく、更に具体的には約1.5〜約2bar(絶対圧)の間の範囲であってよく、例えば1.6〜1.9bar(絶対圧)の付近であってよい。 In other embodiments, the final stage delivery pressure (discharge pressure) of the gear-coupled turbocompressor may range between about 10 bar (absolute pressure) to 30 bar (absolute pressure), some specific implementations. In form, it may be in the range between 15 and 25 bar (absolute pressure). Each suction pressure in the most upstream compressor stage may range between about 1 and about 2.5 bar (absolute pressure), more specifically between about 1.5 and about 2 bar (absolute pressure). For example, it may be in the vicinity of 1.6 to 1.9 bar (absolute pressure).
予冷サイクルにおける歯車結合ターボ圧縮機の使用は、現在の技術の遠心多段圧縮機と比較して、圧縮機の効率を向上させ、したがって消費する動力が少なくてすみ、結果として顕著なコスト削減をもたらす。 The use of a gear-coupled turbo compressor in the precooling cycle improves the efficiency of the compressor and therefore consumes less power compared to current technology centrifugal multistage compressors, resulting in significant cost savings .
これによって達成される効率の向上並びにエネルギー消費及びコストの削減に関する大きな利益を十分に理解するために、以下の比較例を熟考すべきである。 In order to fully appreciate the significant benefits associated with the efficiency gains and energy consumption and cost reductions achieved by this, the following comparative examples should be considered.
図1によるシステムにおいて、例えばイタリアのフィレンツェ(Florence)のGE Oil & Gas社によって製造される3MCL804などの「100%」の効率を有するビーム遠心圧縮機を、この圧縮機に直結されたイタリアのフィレンツェのGE Oil & Gas社から入手可能なPGT25+G4という航空転用ガスタービンによって駆動して使用する標準的な構成では、以下の動作条件、即ち
・入り口圧力 1.13bar(絶対圧)、
・入り口体積流量 56,000m3/h、及び
・回転数 6,100rpm
において、圧縮機は設計条件において21,108kWを消費すると考えられる。例えば同等のガスタービンによって駆動され、102.4%の効率を有しているイタリアのフィレンツェのGE Oil & Gas社によって製造されるSRL804などの歯車結合ターボ圧縮機を備える図2、2Aによる構成は、同じ動作条件のもとで20,493kWを消費すると考えられ、これは動力の消費の3%の削減を意味する。
In the system according to FIG. 1, a beam centrifugal compressor with “100%” efficiency, such as 3MCL804 manufactured by GE Oil & Gas, for example, Florence, Italy, is connected to this compressor in Florence, Italy. In a standard configuration driven and used by an aeroderivative gas turbine called PGT25 + G4 available from GE Oil & Gas, the following operating conditions are: • Inlet pressure 1.13 bar (absolute pressure),
・ Inlet volume flow rate 56,000m 3 / h and ・ Rotation speed 6,100rpm
The compressor is considered to consume 21,108 kW in the design conditions. 2, 2A comprising a gear-coupled turbocompressor such as SRL 804 manufactured by GE Oil & Gas, Florence, Italy, driven by an equivalent gas turbine and having an efficiency of 102.4% It is considered to consume 20,493 kW under the same operating conditions, which means a 3% reduction in power consumption.
歯車結合による構成における合計のコスト削減は、5%である。 The total cost reduction in the configuration with gear coupling is 5%.
歯車結合圧縮機の使用は、すれば、ガスタービンの代わりに電動モータが使用される構成を考えるとき、ギアボックスの省略ゆえに、更により魅力的である。電動モータを動力源として用いる先行技術による標準的な技術的解決策においては、速度固定の電動モータが、ギアボックスを介して圧縮機に接続され、圧縮機を駆動する。対照的に、歯車結合圧縮機を用いる場合には、圧縮機を、追加のギアボックスを必要とすることなく最適な速度に設計することができる。圧縮機は、最大104.1%の効率に達しうる。結果として、上述の動作条件のもとで、動力の消費は20,102kWとなり、動力の消費の1006kWの削減がもたらされると考えられる。コストに関して、歯車結合圧縮機及び電動モータを備える技術的解決策は、電動モータ、ギアボックス、及び圧縮機を備える標準的な技術的解決策と比べ、主としてギアボックスの省略ゆえに、14%安価である。 The use of a gear-coupled compressor is thus even more attractive because of the omission of a gearbox when considering a configuration in which an electric motor is used instead of a gas turbine. In a standard technical solution according to the prior art using an electric motor as the power source, a fixed speed electric motor is connected to the compressor via a gearbox and drives the compressor. In contrast, when using a gear-coupled compressor, the compressor can be designed for optimum speed without the need for an additional gearbox. The compressor can reach an efficiency of up to 104.1%. As a result, under the above operating conditions, power consumption is 20,102 kW, which is thought to result in a reduction of power consumption of 1006 kW. In terms of cost, the technical solution comprising a gear-coupled compressor and electric motor is 14% less expensive than the standard technical solution comprising an electric motor, gearbox and compressor, mainly due to the omission of the gearbox. is there.
本明細書に記載の主題について開示される実施形態を、いくつかの典型的な実施形態に関する詳細及び細部とともに図面に示して十分に上述したが、本明細書において説明した新規な教示、原理、及び考え方の組、並びに添付の特許請求の範囲に記載される主題の利点から実質的に離れることなく、多数の変更、変化、及び省略が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、開示された発明の適切な範囲は、そのような変更、変化、及び省略をすべて包含するような添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されなければならない。更に、プロセス又は方法の各段階の順序及び順番は、別の実施形態にしたがって変更又は並べ替えが可能である。 While the embodiments disclosed for the subject matter described herein have been fully described above in the drawings, together with details and details regarding some exemplary embodiments, the novel teachings, principles, It will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications, variations, and omissions can be made without departing substantially from the advantages of the subject matter recited in the appended claims and in the appended claims. Accordingly, the proper scope of the disclosed invention should be determined only by the broadest interpretation of the appended claims, including all such changes, modifications, and omissions. Furthermore, the order and order of the steps of the process or method can be changed or rearranged according to other embodiments.
2 第1のサイクル
3 ガスタービン
5 第1の圧縮機
7 第2の圧縮機
11 熱交換器
12 プロパンサイクル
13 ガスタービン
15 多段圧縮機
17 凝縮器
19 配管
21、23、25、27 膨張機
29、31、33、35 熱交換器
37 配管
38 主極低温熱交換器
39 第2の配管
41、43、45、47 膨張機
49、51、53 予冷熱交換器
61 主天然ガスライン
101 システム
103 予冷ループ
105 冷却又は液化ループ
107 配管
109 多段歯車結合ターボ圧縮機
109A〜109D 圧縮機段
110A〜110D 入り口ガイドベーン
111 電動モータ
112C、112D インペラ
114C、114D ボリュート
115 凝縮器
117、118 送出ライン
119A〜119D 第1の膨張要素
121A〜121D 第2の膨張要素
123A〜123D 第1の熱交換器
125A〜125D 第2の熱交換器
130A〜130D 参照番号
131 第1の圧縮機
133 第2の圧縮機
135 ガスタービン
139 凝縮器
141 送出ライン
143 配管
145 主極低温熱交換器
151 配管
153 第1のインタークーラ
155 第2のインタークーラ
157 第3のインタークーラ
159 第1の回転軸
159A 回転軸
159A ピニオン
161 第2の回転軸
161A ピニオン
163 クラウン
165 駆動軸
200 LNG系
201 第1のループ
203 第2のループ
205 第3のループ
207 ライン
209 第1の熱交換器
211 第2の熱交換器
213 第3の熱交換器
228A〜228C 入り口ガイドベーン
229 歯車結合ターボ圧縮機
229A〜229C 圧縮機段
230 第1のインタークーラ
231 インタークーラ
233、245、265 凝縮器
235、247、267 送出ライン
241、261 圧縮機装置
243、263 原動機
251、253、255 ライン
269 膨張要素
271、273、275 ライン
2 First cycle 3 Gas turbine 5 First compressor 7 Second compressor 11 Heat exchanger 12 Propane cycle 13 Gas turbine 15 Multistage compressor 17 Condenser 19 Pipes 21, 23, 25, 27 Expander 29, 31, 33, 35 Heat exchanger 37 Pipe 38 Main cryogenic heat exchanger 39 Second pipe 41, 43, 45, 47 Expander 49, 51, 53 Precooling heat exchanger 61 Main natural gas line 101 System 103 Precooling loop 105 Cooling or liquefaction loop 107 Piping 109 Multi-stage gear-coupled turbo compressor 109A-109D Compressor stage 110A-110D Entrance guide vane 111 Electric motor 112C, 112D Impeller 114C, 114D Volute 115 Condenser 117, 118 Delivery line 119A-119D First Expansion elements 121A to 121D of the second expansion element 12 A to 123D First heat exchangers 125A to 125D Second heat exchangers 130A to 130D Reference number 131 First compressor 133 Second compressor 135 Gas turbine 139 Condenser 141 Delivery line 143 Piping 145 Main pole low Heat exchanger 151 Pipe 153 First intercooler 155 Second intercooler 157 Third intercooler 159 First rotation shaft 159A Rotation shaft 159A Pinion 161 Second rotation shaft 161A Pinion 163 Crown 165 Drive shaft 200 LNG system 201 1st loop 203 2nd loop 205 3rd loop 207 Line 209 1st heat exchanger 211 2nd heat exchanger 213 3rd heat exchangers 228A-228C Inlet guide vane 229 Gear coupled turbo compressor 229A-229C Compressor stage 230 1st interque 231 Intercooler 233, 245, 265 Condenser 235, 247, 267 Delivery line 241, 261 Compressor unit 243, 263 Motor 251, 253, 255 line 269 Expansion element 271, 273, 275 line
Claims (23)
前記第1の冷媒を加圧するための少なくとも1つの圧縮機(109)と、
前記圧縮機(109)を駆動するための少なくとも1つの原動機(111)と、
前記第1の冷媒から熱を取り去るための少なくとも1つの凝縮器(115)と、
前記第1の冷媒を膨張させるための少なくとも第1の膨張要素(119A〜119D)と、
天然ガスから前記第1の冷媒へと熱を移動させるための少なくとも第1の熱交換器(123A〜123D)と、
を備えている予冷ループ(103)、及び
前記予冷ループ(103)の下流に位置し、第2の冷媒を循環させる冷却ループ(105)
を少なくとも備えており、
前記天然ガスは、前記予冷ループ(103)及び前記冷却ループ(105)において順次冷却されるように構成され、
前記圧縮機(109)は、複数の圧縮機段(109A〜109D)を備える歯車結合ターボ圧縮機(109)であり、各々の圧縮機段は、圧縮機段に進入する流れを独立して調節するための独立した可動の入り口ガイドベーンの組を備えている天然ガス液化システム。 Configured to circulate the first refrigerant;
At least one compressor (109) for pressurizing the first refrigerant;
At least one prime mover (111) for driving the compressor (109);
At least one condenser (115) for removing heat from the first refrigerant;
At least first expansion elements (119A-119D) for expanding the first refrigerant;
At least a first heat exchanger (123A-123D) for transferring heat from natural gas to the first refrigerant;
A pre-cooling loop (103) comprising: a cooling loop (105) that is located downstream of the pre-cooling loop (103) and circulates the second refrigerant
At least,
The natural gas is configured to be sequentially cooled in the pre-cooling loop (103) and the cooling loop (105),
The compressor (109) is a gear-coupled turbo compressor (109) comprising a plurality of compressor stages (109A-109D), each compressor stage independently adjusting the flow entering the compressor stage. Natural gas liquefaction system with a set of independent movable entrance guide vanes to do.
を更に備える請求項1乃至11のいずれか1項に記載のシステム。 The system according to any one of the preceding claims, further comprising at least one intercooler between at least two consecutively arranged compressor stages of the gear-coupled turbo compressor (109).
複数の圧縮機段を有しており、各々の段が可動の入り口ガイドベーンを備えている歯車結合ターボ圧縮機(109)と、少なくとも1つの凝縮器(115)と、少なくとも1つの膨張要素(119A〜119D)と、少なくとも1つの熱交換器(123A〜123D)とを備えている予冷ループ(103)を用意するステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機(109)を原動機(111)で駆動するステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機(109)を通って第1の冷媒を循環させるステップと、
前記歯車結合ターボ圧縮機(109)によってもたらされる前記第1の冷媒を前記凝縮器(115)において凝縮させるステップと、
前記第1の冷媒を複数の部分流に分割するステップと、
前記凝縮させられた第1の冷媒を前記膨張要素(119A〜119D)において膨張させるステップと、
前記膨張させられた冷媒を前記熱交換器(123A〜123D)を通って循環させ、天然ガスから熱を取り去って天然ガスを予冷するステップと、
前記圧縮機段の吸い込み側において前記部分流を調節するために可動な入り口ガイドベーンを個別に制御するステップと、
少なくとも1つの冷却ループ(105)を用意するステップと、
第2の冷媒を前記少なくとも1つの冷却ループ(105)に循環させるステップと、
前記第2の冷媒との熱交換によって前記予冷された天然ガスから熱を取り去るステップとを含む方法。 A method for liquefying natural gas,
A gear-coupled turbo compressor (109) having a plurality of compressor stages, each stage having a movable inlet guide vane, at least one condenser (115), and at least one expansion element ( 119A-119D) and providing a pre-cooling loop (103) comprising at least one heat exchanger (123A-123D);
Driving the gear-coupled turbo compressor (109) with a prime mover (111);
Circulating a first refrigerant through the gear-coupled turbo compressor (109);
Condensing in the condenser (115) the first refrigerant provided by the gear-coupled turbo compressor (109);
Dividing the first refrigerant into a plurality of partial flows;
Expanding the condensed first refrigerant in the expansion element (119A to 119D);
Circulating the expanded refrigerant through the heat exchangers (123A-123D), removing heat from the natural gas and precooling the natural gas;
Individually controlling movable inlet guide vanes to regulate the partial flow on the suction side of the compressor stage;
Providing at least one cooling loop (105);
Circulating a second refrigerant through the at least one cooling loop (105);
Removing heat from the precooled natural gas by heat exchange with the second refrigerant.
凝縮させられた第1の冷媒を複数の低くなる圧力レベルにおいて前記第1の膨張要素(119A〜119D)を通って膨張させるステップと、
前記第1の膨張要素(119A〜119D)の各々からの前記膨張させられた第1の冷媒の一部分を複数の第1の熱交換器(123A〜123D)を通って循環させ、前記天然ガスから熱を取り去るステップと、
前記第1の熱交換器(123A〜123D)からの前記膨張させられた第1の冷媒の一部分をそれぞれの戻り経路(130A〜130D)を通って前記複数の圧縮機段のそれぞれの圧縮機段へと戻すステップと、
を更に含む請求項18乃至21のいずれか1項に記載の方法。 Providing a plurality of continuously disposed first expansion elements (119A-119D) in the precooling loop (103);
Expanding the condensed first refrigerant through the first expansion elements (119A-119D) at a plurality of lower pressure levels;
A portion of the expanded first refrigerant from each of the first expansion elements (119A-119D) is circulated through a plurality of first heat exchangers (123A-123D) from the natural gas. Removing heat,
A portion of the expanded first refrigerant from the first heat exchanger (123A-123D) passes through a respective return path (130A-130D) and each compressor stage of the plurality of compressor stages. Step back to
The method according to any one of claims 18 to 21, further comprising:
凝縮させられた第1の冷媒を複数の低くなる圧力レベルにおいて前記第2の膨張要素(121A〜121D)を通って膨張させるステップと、
前記膨張させられた第1の冷媒の一部分を前記予冷ループ(103)の複数の第2の熱交換器(125A〜125D)を通って循環させ、前記第2の冷媒から熱を取り去るステップと、
前記第2の熱交換器(125A〜125D)の各々からの前記第1の冷媒の一部分を前記歯車結合ターボ圧縮機(109)のそれぞれの圧縮機段へと戻すステップと
を更に含む請求項18乃至21のいずれか1項に記載の方法。 Providing a plurality of continuously arranged second expansion elements (121A-121D) in the precooling loop (103);
Expanding the condensed first refrigerant through the second expansion elements (121A-121D) at a plurality of lower pressure levels;
Circulating a portion of the expanded first refrigerant through a plurality of second heat exchangers (125A-125D) of the precooling loop (103) to remove heat from the second refrigerant;
Returning a portion of the first refrigerant from each of the second heat exchangers (125A-125D) to a respective compressor stage of the gear-coupled turbo compressor (109). The method of any one of thru | or 21.
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