JP2019512075A - 処理プラント水を冷却する方法とシステム - Google Patents

Abstract

本開示は、処理プラント水の冷却用方法とシステムを提供する。システムは、第１処理水流と冷媒との間で熱交換するための第１熱交換器と、前記第１熱交換器に接続されて前記冷媒の圧力を高める多相ポンプと、前記第１熱交換器と前記多相ポンプとに接続されて第２処理水流と前記冷媒との間で熱交換するための第２熱交換器と、前記第２熱交換器に接続されて前記冷媒の温度を低下させる第１膨張バルブと、前記第１膨張バルブと前記多相ポンプとに接続されて前記冷媒の液相と気相とを分離する気液分離装置と、前記気液分離装置と前記第１熱交換器とに接続されて前記冷媒の前記液相の温度を下げる第２膨張バルブ、とを有する。

Description

本出願は、ここにその全体を参考文献として合体させる、２０１６年２月１６日出願の米国仮特許出願第６２／２９５，７９７号の優先権の利益を請求するものである。

本開示は、処理プラント水を冷却する方法とシステムとに関する。

天然ガス、オレフィンの処理および合成ガスの生成等に使用されるもののような石油化学処理プラントは、この処理プラントのコンポーネントを冷却するために、処理プラント水とも呼ばれる、水性冷媒を使用する冷却システムを備えることがある。例えばある種の水冷システムは、処理プラントにおいて行われる反応から熱を取り除くためや、処理プラントに使用される炭化水素混合物中の物質の分離のために使用することができる。水冷システムは、又、炭化水素ガス流の凝縮のためにも使用することができる。

石油化学産業の冷却方法およびシステムは、一連に設けられる、二段圧縮装置、フラッシュドラム、液体ポンプ、冷却塔、熱交換器、を使用することがあり、これらによって資本コストと運転コストが高くなることがある。

従って、処理水の冷却のより効率的で低コストな方法が未だ求められている。

要約
ここに開示される発明は、第１熱交換器内において第１処理水流と液体冷媒とのあいだで熱交換して処理水流の温度を下げる工程を含む処理プラント水の冷却のための方法を提供する。いくつかの実施例において、前記冷媒は、前記第１処理水流との熱交換によって部分的に気化されて気相と液相とを有する部分気化冷媒を生成する。前記方法は、前記部分気化冷媒の圧力を高める工程と、前記冷媒の少なくとも一部を第２熱交換器に送る工程とを含むことができる。

いくつかの実施例において、前記方法は、前記第２熱交換器内において第２処理水流と前記部分気化冷媒との間で熱交換して前記冷媒の温度を下げる工程を有する。前記方法は、前記部分気化冷媒の圧力および／又は温度を下げる工程と、前記部分気化冷媒を気液分離装置に送ってその気相から液相を分離し、それによって液体冷媒を生成する工程を含むことができる。前記方法は、更に、前記液体冷媒の温度を下げる工程と、前記冷媒の少なくとも一部を前記第１熱交換器に送って、前記第１処理水流と熱交換させる工程を含むことができる。前記方法は、前記冷却処理水を単数又は複数の処理プラントに送る工程を備えることができる。前記部分気化冷媒の圧力を多相ポンプで増大させることができる。

いくつかの実施例において、前記気液分離装置は、フラッシュドラムとして構成することができる。いくつかの実施例において、前記液体冷媒は、約０℃の温度で約０．１ｃＰ以上の粘度を有する冷媒を含む。いくつかの実施例において、前記冷媒は、約−１０℃から約−５０℃の沸点を有する冷媒を含む。前記液体冷媒は、Ｒ１３４Ａ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ４０７Ｃ，Ｒ１２５およびＲ４１０Ｒ、とすることができ、前記部分気化冷媒は、気相を約３０％〜約５０％含むことができる。

前記ここに開示の発明は、更に、処理プラント水を冷却するための技術を提供し、これは、第１処理水流と液体冷媒との間で熱交換して前記処理水流の温度を下げ、それによって部分気化冷媒を生成する工程を有する。前記方法の一例は、更に、前記部分気化冷媒の圧力および／又は温度を上げて加圧部分気化冷媒を生成する工程を含むことができる。前記方法は、第２処理水流と前記加圧部分気化冷媒との間で熱交換して前記第２処理水流の温度を上げる、および／又は、前記加圧部分気化冷媒の温度を下げる、工程を含むことができる。前記方法は、前記加圧部分気化冷媒の圧力および／又は温度を下げる工程と、前記部分気化冷媒から少なくとも一部の液相を分離して液体媒体を生成する工程と、前記液体冷媒の温度を下げて前記第１処理水流との熱交換に適した冷媒を生成する工程、とを含むことができる。

ここに開示させる発明は、更に、処理プラント水を冷却するための方法を提供し、これは、第１熱交換器内で第１処理水流と液体冷媒との間で熱交換して前記処理水流の温度を下げ、これによって、前記第１処理水流との熱交換時に前記冷媒を少なくとも部分的に気化する工程を有する。前記方法の一例は、更に、前記第１処理水を前記第１熱交換器から単数又は複数の処理プラントに送る工程と、前記部分気化冷媒を前記第１熱交換器から多相ポンプに送って前記部分気化冷媒の圧力を高める工程、とを有することができる。前記方法は、前記部分気化冷媒を前記多相ポンプから第２熱交換器に送る工程を含むことができる。前記方法は、更に、前記第２熱交換器内で第２処理水流と前記部分気化冷媒との間で熱交換して前記冷媒の圧力および／又は温度を下げる工程を含むことができる。前記方法は、前記第２処理水流を前記第２熱交換器から送って前記第１熱交換器に入る前記第１処理水流とする工程を含むことができる。前記方法は、前記部分気化冷媒を前記第２熱交換器から第１膨張バルブに送って前記冷媒の圧力および／又は温度を下げる工程を含むことができる。

前記方法は、前記部分気化冷媒を前記第１膨張バルブから気液分離装置に送って、その気相から前記液相を分離し、これによって液体冷媒を生成する工程を含むことができる。いくつかの実施例において、前記方法は、前記液体冷媒を前記気液分離装置から第２膨張バルブに送って、前記液体冷媒の温度を下げる工程と、前記冷媒を前記第２膨張バルブから前記第１熱交換器に送って前記第１処理水流と熱交換する工程を含むことができる。

ここに開示の発明は、更に、処理プラント水を冷却する方法を提供し、これは、第１熱交換器内で第１処理水流と液体冷媒との間で熱交換して前記処理水流の温度を下げる工程を有する。前記冷媒は、前記第１処理水流との熱交換で部分的に気化することができる。前記方法は、前記部分気化冷媒を前記第１熱交換器から気液分離装置に送って、前記冷媒の液相から気相を分離する工程を含むことができる。前記方法は、前記冷媒の前記気相を当冷媒の圧縮のためにガス圧縮装置に送る工程を含むことができる。前記方法は、更に、前記冷媒の前記圧縮気相を、前記冷媒の前記液相と組み合わせて、加圧部分気化冷媒を生成する工程と、第２熱交換器内で第２処理水流と前記冷媒との間で熱交換して前記冷媒の温度を下げる工程、とを含むことができる。

いくつかの実施例において、前記方法は、前記冷媒を前記第２熱交換器から第１膨張バルブに送って前記冷媒の圧力および／又は温度を下げる工程を含むことができる。前記方法は、更に、前記冷媒を前記第１膨張バルブから第２気液分離装置に送って前記冷媒の液相から気相を分離する工程を含むことができる。いくつかの実施例において、前記方法は、前記冷媒の液相を前記第２気液分離装置から第２膨張バルブに送って前記液体冷媒の温度を下げる工程と、前記冷媒を前記第２膨張バルブから前記第１熱交換器に送って前記第１処理水流と熱交換させる工程とを含むことができる。前記冷媒は、部分気化させて、約９８％の液体フラクションを得ることができる。いくつかの実施例において、前記方法は、更に、前記冷媒の気相を前記第２気液分離装置から前記ガス圧縮装置に送る工程を含むことができる。

ここに開示の発明は、更に、処理プラント水を冷却するためのシステムを提供し、これは、第１処理水流と冷媒との間で熱交換するための第１熱交換器を有する。いくつかの実施例において、前記システムは、更に、前記第１熱交換器に接続されて前記冷媒の圧力を高める多相ポンプを含むことができる。いくつかの実施例において、前記システムは、前記多相ポンプと前記第１熱交換器とに接続されて第２処理水流と前記冷媒との間で熱交換するための第２熱交換器を含むことができる。前記システムは、前記第２熱交換器に接続されて前記冷媒の温度を低下させる第１膨張バルブを含むことができる。前記システムは、更に、前記第１膨張バルブと前記多相ポンプとに接続されて、前記冷媒の液相と気相とを分離する気液分離装置と、当該気液分離装置と前記第１熱交換器とに接続されて前記冷媒の液相の温度を下げる第２膨張バルブ、を含むことができる。前記気液分離装置は、フラッシュドラムとして構成することができる。

いくつかの実施例において、処理プラント水を冷却するためのシステムは、第１処理水流と冷媒との間で熱交換するための第１熱交換器を有する。前記システムは、前記第１熱交換器に接続されて前記冷媒の液相から気相を分離するための第１気液分離装置を含むことができる。前記システムは、更に、前記第１気液分離装置に接続されて、前記冷媒の液相の少なくとも一部を送るためのポンプを含むことができる。前記システムは、前記第１気液分離装置に接続されて、前記冷媒の気相の圧力を高めるポンプを含むことができる。前記システムは、前記第１気液分離装置に接続されて、前記冷媒の気相の圧力を高めるガス圧縮装置を含むことができる。それは、更に、前記ガス圧縮装置と前記ポンプとに接続されて前記冷媒の気相と、前記冷媒の前記圧縮液相とを組み合わせ、これによって部分的に気化された冷媒を生成する輸送ラインを含むことができる。前記システムは、前記輸送ラインと前記第１熱交換器とに接続されて、第２処理水流と前記冷媒との間で熱交換する第２熱交換器を含むことができる。前記システムは、前記第２熱交換器に接続されて、前記冷媒の温度を下げる第１膨張バルブと、前記第１膨張バルブと前記ガス圧縮装置とに接続されて、前記冷媒の液相と気相とを分離する第２気液分離装置、とを含むことができる。前記システムは、前記第２気液分離装置と前記第１熱交換器とに接続されて、前記冷媒の液相の温度を下げ、前記冷媒を前記第１熱交換器に送る第２膨張バルブを含むことができる。いくつかの実施例において、前記第２膨張バルブから前記第１熱交換器に送られる前記冷媒は、約２％の気体フラクションおよび／又は約９８％の液体フラクションを有する。

ここに開示の発明の一実施例による処理プラント水の冷却のための方法を示す図である。 ここに開示の発明の一実施例による処理プラント水の冷却のための方法を示す図である。 ここに開示の発明の一実施例による処理プラント水の冷却のためのシステムを示す図である。 ここに開示の発明の一実施例による処理プラント水の冷却のためのシステムを示す図である。

詳細説明
ここに開示の発明は、処理プラント水を冷却する技術を提供する。特定の非限定的実施例において、ここに開示の発明は、処理プラント水を冷却するための閉じループ方法およびシステムを提供する。いくつかの実施例において、本開示の前記方法および／又はシステムは、ヒートシンク、例えば冷却塔、を持たない。

水性冷媒、即ち処理プラント水を、石油化学プラント（ここでは、処理プラントおよびプロセッシングプラントとも呼ぶ）等の工業プラントを冷却するために使用することができる。前記処理プラント水は、任意のソースからの水、非限定的に、飲料水、脱ミネラル水、海洋水、海水、地下水、河川水、川水等を含むことができる。いくつかの実施例において、前記処理プラント水は、約７〜約８のｐＨ、および／又は、約０．１５ｍｇ／ｋｇ以下の量の溶解固形物を有するものとすることができる。いくつかの実施例において、そのような処理プラント水は、炭化水素ガス流の凝縮、処理プラント用の混合物中の物質の分離、および／又は、処理プラント内での化学反応からの熱の除去、のために使用することができる。

限定のためにではなく例示の目的で、図１および図２は、ここに開示の発明の非限定的実施例による方法の略図である。いくつかの実施例において、前記方法１００又は２００は、第１処理水流と液体冷媒との間で熱交換して前記第１処理水流１０１又は２０１の温度を下げる、即ち、冷却する工程を含む。前記第１処理水流と冷媒との間の熱交換を第１熱交換器内で行って冷却第１処理水流を形成することができる。

いくつかの実施例において、前記冷媒との熱交換の前に、前記第１処理水流は、約３５℃〜約４０℃の温度を有することができる。いくつかの実施例において、前記冷媒との熱交換の前の前記第１処理水流の温度は、約３８℃とすることができる。いくつかの実施例において、前記冷媒との熱交換の後、前記第１処理水流の温度は、約２４℃〜約２６℃とすることができる。いくつかの実施例において、前記第１処理水流の温度は、前記冷媒との熱交換後、約２５℃の温度まで下げることができる。

ここでの使用において、用語「約」（about, approximately）は、その値がいかにして測定されるか、即ち、その測定システムの限界に依存する、当業者の測定による具体的値に対する許容可能な範囲内にあることを意味する。例えば「約」は、所与の値の、２０％まで、１０％まで、５％まで、および／又は、１％まで、を意味しうる。

ここに開示の発明に使用される前記液体冷媒は、約０．１センチポアズ（ｃＰ）以上の粘度を有する任意の冷媒とすることができる。いくつかの実施例において、前記冷媒は、約０．１ｃＰ〜約．１．０ｃＰ、又は約０．１ｃＰ〜約０．５ｃＰの粘度を有する。例えば、但しそれに限定されるものではないが、前記冷媒は、約０．１ｃＰ〜約０．４５ｃＰ、約０．１ｃＰ〜約０．４ｃＰ、約０．１ｃＰ〜約０．３５ｃＰ、約０．１ｃＰ〜約０．３ｃＰ、約０．１ｃＰ〜約０．２５ｃＰ、約０．１ｃＰ〜約０．２ｃＰ、約０．１ｃＰ〜約０．１５ｃＰ、約０．１５ｃＰ〜約０．５０ｃＰ、約０．２０ｃＰ〜約０．５０ｃＰ、約０．２５ｃＰ〜約０．５０ｃＰ、約０．３０ｃＰ〜約０．５０ｃＰ、約０．３５ｃＰ〜約０．５０ｃＰ、約０．４０ｃＰ〜約０．５０ｃＰ、又は約０．４５ｃＰ〜約０．５ｃＰ、の粘度を有するものとすることができる。いくつかの実施例において、前記冷媒の前記粘度は０℃で測定される。

ここに開示の発明に使用される前記液体冷媒は、約−１０℃〜約−５０℃の沸点温度を有するものとすることができる。例えば前記冷媒は、約−１０℃〜約−４５℃、約−１０℃〜約−４０℃、約−１０℃〜約−３５℃、約−１０℃〜約−３０℃、約−１０℃〜約−２５℃、約−１０℃〜約−２０℃、約−１０℃〜約−１５℃、約−１５℃〜約−５０℃、約−２０℃〜約−５０℃、約−２５℃〜約−５０℃、約−３０℃〜約−５０℃、約−３５℃〜約−５０℃、約−４０℃〜約−５０℃、約−４５℃〜約−５０℃、の沸点温度を有するものとすることができる。そのように低い沸点温度によって、冷媒が、容易に気化し、前記処理水流と迅速に熱交換することが可能となる。ここに開示の発明の使用に適した冷媒の非限定的具体例は、炭化水素系冷媒、Ｒ１３４Ａ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ４０７Ｃ，Ｒ１２５およびＲ４１０Ａを含む。

いくつかの実施例において、前記第１処理水流との熱交換の前、前記冷媒は、約５℃〜約１０℃、例えば約９℃、の温度を有するものとすることができる。いくつかの実施例において、前記第１処理水流との熱交換後、前記冷媒は、約７℃〜約２０℃の温度を有するものとすることができる。

いくつかの実施例において、前記冷媒は、前記第１処理水流との熱交換で少なくとも部分的に気化される。ここで、「部分的に気化される」とは、冷媒の、約１０％以上、約２０％以上、約３０％以上、約３５％以上、約４０％以上、約４５％以上、約５０％以上、約５５％以上、が気化される（すなわち、気相状態にある）ことを意味しうる。いくつかの実施例において、「部分的に気化される」は、前記冷媒と前記第１処理水流との間の熱交換後に、冷媒の約３０％〜約４０％が気化されることを意味しうる。いくつかの実施例において、前記冷媒と前記第１処理水流との間の熱交換後に、冷媒の約４０％が気化される。

前記方法１００又は２００は、更に、前記冷却された第１処理水流を、例えば前記第１熱交換器から、単数又は複数の処理プラント１０２又は２０２に送る工程を更に含むことができる。前記処理プラントは、単数又は複数の反応器を冷却するために処理水、および／又は、その処理プラントのガス流、を使用する任意のプラントとすることができる。例えば前記冷却処理水は、芳香類、特殊化学物質、オレフィン、メタノール、合成ガス等、を製造する処理プラントに送ることができる。

いくつかの実施例において、そして図１を参照すると、前記方法１００は、更に、前記部分気化冷媒１０３の圧力を高めて、例えば、加圧部分気化冷媒を作る工程を含むことができる。いくつかの実施例において、前記部分気化冷媒の圧力は、多相ポンプ内で、例えば、前記部分気化冷媒を前記第１熱交換器から前記多相ポンプに送ることによって、高めることができる。例えば、そして非限定的に、前記部分気化冷媒の少なくとも一部が前記第１熱交換器から前記多相ポンプに送られる。ここでの使用において、「少なくとも一部」とは、約４０％以上、約５０％以上、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、又は約９９％以上、を意味しうる。

いくつかの実施例において、前記部分気化冷媒の圧力は、約５ｂａｒ，から約１５ｂａｒ，例えば、約１４ｂａｒへと高めることができる。前記多相ポンプによって作り出される熱によって、前記部分気化冷媒の気相の温度、および／又は、その比率、を増大させることができる。加圧後、前記冷媒は、約５５％から約６０％の気体フラクションを有するものとすることができる。いくつかの実施例において、前記部分気化冷媒は、前記圧力増大後、例えば、前記多相ポンプ内、および／又は、多相ポンプを出る時、に約５５％の気体フラクションを有するものとすることができる。前記部分気化冷媒の温度は、約５０℃〜約５５℃まで高めることができる。いくつかの実施例において、加圧部分気化冷媒の温度は、約５２℃の温度まで高めることができる。

あるいはそれに代えて、又は、それに追加して、そして図２に図示されているように、ここに開示の発明の方法２００は、前記部分気化冷媒２０３の気相から液相を分離する工程を含むことができる。いくつかの実施例において、前記冷媒の液相の少なくとも一部が前記冷媒の気相から分離される。この冷媒の気相からの液相の分離は、前記部分気化冷媒を、前記第１膨張バルブから気液分離装置、例えばフラッシュドラム、へ送ることによって行うことができる。気液分離装置において、気液混合物流、例えば、多相冷媒流、を入口ポイント（供給入口）から絞りバルブを介して前記気液分離装置に供給して、この流れ中の、液体の急速な減圧と部分気化（フラッシング）を起こすことができる。前記気液分離装置の底部の液体出口からの液体の除去を可能にしながら、当該気液分離装置の頂部の気体出口（蒸気出口）から気体を除去することができる。前記冷媒の分離された気相は、例えば、ガス圧縮装置内において圧縮を受け、そして、前記分離された液相と組み合わせられて、部分気化冷媒２０４、例えば加圧部分気化冷媒、を作り出すことができる。圧縮後、圧縮蒸気は、約５７℃の温度と、約１４ｂａｒの圧力、とを有するものとすることができる。いくつかの実施例において、前記液体ポンプから出る前記液体冷媒は、約９℃の温度と、約１４ｂａｒの圧力を有するものとすることができる。いくつかの実施例において、前記圧縮蒸気冷媒と前記液体ポンプから出る液体冷媒との混合後に得られる前記部分気化冷媒は、約５２℃の温度と約１４ｂａｒの圧力とを有するものとすることができる。

いくつかの実施例において、前記方法１００又は２００は、更に、第２処理水流と前記加圧部分気化冷媒１０４又は２０５との間での熱交換の工程を含むことができる。この第２処理水流と前記冷媒との間の熱交換は、第２熱交換器内で行うことができる。前記第２処理水流は、図３および４に図示されているように、処理プラントから出る処理水流とすることができる。前記第２処理水流は、前記冷媒との熱交換前に、約３０℃〜約３３℃、例えば約３１℃、の温度を有するものとすることができる。前記冷媒との熱交換後、前記第２処理水流は、約３８℃〜約４２℃、例えば約３８℃、の温度を有するものとすることができる。前記冷媒は、前記第２処理水流との熱交換後、約５０℃〜約５２℃、例えば約５１℃、の出口温度、および／又は、約４０％〜約５５％、例えば約４０％、の出口気相、を有するものとすることができる。前記冷媒は、前記第２熱交換器への流入時、約６０％の気体フラクションを有するものとすることができる。前記方法は、前記冷媒との熱交換後、例えば前記第１熱交換器への流入前、前記第２処理水流を、前記第１処理水流と、組み合わせる工程を含むことができる。前記第２処理水流は、図３および４に図示されているように、前記第１処理水流になって、閉じ処理水ループを作り、前記第２処理水流の処理プラントへのリサイクルを可能にするように構成することができる。

いくつかの実施例において、前記方法１００又は２００は、更に、前記加圧部分気化冷媒１０５又は２０６の圧力および／又は温度を下げる工程を含むことができる。いくつかの実施例において、前記加圧部分気化冷媒の少なくとも一部を、前記第２熱交換器から第１膨張バルブに送って、前記冷媒の圧力および／又は温度を下げることができる。例えば、但し、非限定的に、前記第１膨張バルブ内の、又は、当該第１膨張バルブを出る、前記冷媒の圧力は、約４ｂａｒ〜約５ｂａｒ、例えば約４ｂａｒ、とすることができる。或いは、又は、それに追加して、前記第１膨張バルブ内の、又は、当該第１膨張バルブを出る、前記冷媒の温度は、約１０℃〜約１３℃、例えば約１１℃、とすることができる。前記冷媒の蒸気フラクションは、冷媒の約４５％〜約７５％、例えば、４５％、に増加させることができる。

前記方法１００又は２００は、更に、前記冷媒１０６又は２０７の気相から液相を分離する工程を含むことができる。いくつかの実施例において、前記冷媒の液相の少なくとも一部が、前記冷媒の気相から分離されて液体冷媒を作り出す。いくつかの実施例において、前記冷媒の液相から気相の分離は、前記冷媒を前記第１膨張バルブから気液分離装置に送ることによって行うことができる。図１を参照すると、前記方法１００は、前記冷媒の気相を前記気液分離装置から前記多相ポンプに送る工程を含むことができる。或いは、そして図２を参照すると、前記方法２００は、前記冷媒の気相を前記気液分離装置から前記気体圧縮装置に送る工程を含むことができる。

前記方法１００又は２００は、前記冷媒１０７又は２０８の液相の温度を下げて、例えば、冷却液体冷媒を作る工程を含むことができる。このような温度低下は、前記冷媒の液相の少なくとも一部を前記気液分離装置から第２膨張バルブに送る工程を含むことができる。前記第２膨張バルブ内、又は当該第２膨張バルブを出る、前記冷媒の液相は、約１％〜約２％、例えば約１．５％の蒸気を含むものとすることができる。前記液体冷媒の温度を、約８℃〜約１０℃、例えば約９℃、の温度まで低下させることができる。いくつかの実施例において、前記方法１００又は２００は、更に、前記冷却冷媒を前記第１処理水流の冷却のために前記第１熱交換器に送り、例えば、処理プラント水の冷却のための閉じループ法を作り出す工程を含むことができる。

ここに開示の発明は、更に、処理プラント水を冷却するためのシステムを提供する。例えば、図３および４は、ここに開示の発明の非限定的実施例によるシステムの略図である。いくつかの実施例において、前記システム３００又は４００は、第１熱交換器３０１又は４０１を含むことができる。熱交換器を使用して、一つの媒体又は相から別の媒体又は相に熱を移動することができる。例えば、但し非限定的に、ここに開示の発明の前記第１熱交換器３０１又は４０１は、第１処理水流と前記液体媒体との間で熱交換するために使用することができる。

前記熱交換器は、当該技術における様々な構成のものとすることができる。いくつかの実施例において、前記熱交換器は、二重管交換器として構成することができ、シェル内に複数の管の束を含むことができ、それによって、熱交換器内の加熱又は冷却対象流体がシェルおよび／又は前記管束内を流れる。いくつかの実施例において、前記熱交換器は、耐腐食材、合金、例えば、スチールまたは炭素鋼、又はろう付けアルミニウム、等を含みうる。

前記第１熱交換器３０１又は４０１は、単数又は複数の処理プラントシステム３０２又は４０２に接続することができる。処理プラントシステムの非限定的具体例は上に開示されている。ここで、「接続されている」とは、システムコンポーネントの、別のシステムのシステムコンポーネントへの従来から知られている手段による接続を意味する。二つ又はそれ以上のシステムコンポーネントを接続するための接続のタイプは、そのシステムのスケールと作動性とに応じたものとすることができる。例えば、システムの二つ以上のコンポーネントの接続は、単数又は複数のジョイント、バルブ、輸送ライン、又はシール部材、を含みうる。ジョイントの非限定的具体例は、ネジジョイント、ハンダ付ジョイント、溶接ジョイント、圧縮ジョイントおよび機械式ジョイントを含む。バルブの非限定的具体例は、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、蝶バルブおよびチェックバルブを含む。

いくつかの実施例において、前記システム３００は、更に、多相ポンプ３０３を含むことができる。本開示に使用される前記多相ポンプは、複数の相、例えば、気体と液体、をより高い圧力にポンプ送りするために使用することができる。前記多相ポンプ３０３は、前記冷媒の圧力を高めるために使用することができ、前記第１熱交換器３０１に接続することができる。或いは、および／又は、それに加えて、そして図４を参照すると、前記第１熱交換器４０１は、前記冷媒の液相と気相との分離のために、気液分離装置４０３、例えば、フラッシュドラム、に接続することができる。前記気液分離装置４０３は、更に、前記冷媒の分離液相をポンプ送りするために、液体ポンプ４０９に接続することができる。

いくつかの実施例において、前記システム３００又は４００は、例えば、前記処理プラントシステム３０２又は４０２から送られる、第２処理水流と、前記部分気化冷媒、との間で熱交換するために、第２熱交換器３０４又は４０４を備えることができる。熱交換器の具体例は上に開示されている。前記第２熱交換器３０４は前記多相ポンプ３０３に接続することができる。或いは、そして図４を参照すると、前記第２熱交換器４０４は、前記冷媒の液相の前記気液分離装置４０３から前記第２熱交換器４０４への輸送のために、前記液体ポンプ４０９に接続することができる。前記液体ポンプ４０９は、輸送ライン４１１を介して前記第２熱交換器４０４に接続することができる。前記システム４００の気液分離装置４０３は、前記冷媒の分離気相を圧縮するためにガス圧縮装置４１０に接続することができる。そして、このガス圧縮装置４１０は、前記第２熱交換器４０４に接続して、冷媒の前記圧縮気相を前記分離液相と組み合わせて、部分気化冷媒を作り出し、そして、前記部分気化冷媒を前記第２熱交換器４０４に送ることができる。前記ガス圧縮装置４１０は、前記輸送ライン４１１を介して前記第２熱交換器４０４に接続することにができる。

いくつかの実施例において、前記第２熱交換器３０４又は４０４は、更に、前記第１熱交換器３０１又は４０１に接続することができる。前記第２熱交換器３０４又は４０４は、例えば、前記第２処理水流を当該第２熱交換器３０４又は４０４から前記第１熱交換器３０１又は４０１に送るために、液体ポンプ３０８又は４０８を介して、前記第１熱交換器３０１又は４０１に接続することができる。本開示に使用される液体ポンプの非限定的具体例は、ペリスタルチックポンプ、空気ポンプ、ダイアフラムポンプ、ピストンポンプ、回転ポンプ、遠心ポンプ、容積式ポンプ、および往復動ポンプを含む。

前記システム３００又は４００は、更に、前記部分気化冷媒の温度を下げるための第１膨張バルブ３０５又は４０５を含むことができる。膨張バルブは、媒体、例えば、冷媒、の温度を、圧力を変化させることによって変えることができる。前記第１膨張バルブ３０５又は４０５内の圧力は、約４ｂａｒ〜約５ｂａｒの範囲とすることができる。前記第１膨張バルブ３０５又は４０５は、前記第２熱交換器３０４又は４０４に接続することができる。

前記システム３００又は４００は、更に、前記冷媒の液相と気相とを分離するために、気液分離装置、例えばフラッシュドラム、３０６又は４０６、を含むことができる。いくつかの実施例において、前記気液分離装置３０６又は４０６は、前記第１膨張バルブ３０５又は４０５に接続することができる。いくつかの実施例において、前記気液分離装置３０６又は４０６は、前記第１膨張バルブ３０５又は４０５に接続することができる。いくつかの実施例において、そして、図３を参照すると、前記気液分離装置３０６は、前記冷媒の分離気相の少なくとも一部を前記多相ポンプ３０３に送るために、前記多相ポンプ３０３に接続することができる。或いは、又は、それに加えて、図４を参照すると、前記気液分離装置４０６は、例えば、前記分離気相の少なくとも一部を前記ガス圧縮装置４１０に送るために、前記ガス圧縮装置４１０に接続することができる。

前記システム３００又は４００は、前記冷媒の液相を温度を下げるための第２膨張バルブ３０７又は４０７を含むことができる。前記第２膨張バルブ３０７又は４０７は、前記気液分離装置３０６又は４０６に接続することができる。前記第２膨張バルブ３０７又は４０７は、更に、前記冷媒を前記第１熱交換器３０１又は４０１に送り、前記第１処理水流と熱交換するために、前記第１熱交換器３０１又は４０１にも接続することができる。

以下の具体例は、ここに開示の発明を例示するものであって、なんら限定するものと解釈されてはならない。

〔実施例１〕
本開示発明の一非限定的実施例（図３）による、処理プラント水を冷却する方法を実証するべく、ソフトウエアＰＲＯ／ＩＩ（Invensys Systems, Inc.）を使用したシミュレーションを行った。例えば、ＰＲＯ／ＩＩ等の方法シュミレーションソフトウエアにおいて、ユーザ指定処理構成／システムの各処理コンポーネント（たとえば、フラッシュドラム、熱交換器、等）は、各装置によって、放流流、および化学成分の属性、を含んで数学的にモデル化される。コンポーネント間の相互接続と相互作用も、前記モデルにとって不可欠である。表１は、このシミュレーション中の、処理プラント水と冷媒の、温度、圧力、気体フラクション、の変化を示している。

前記シミュレーション法は、第１熱交換器（ＨＸ１）内での、３８℃の処理水流から、２５℃の冷水へと冷却するための液体冷媒の使用を含むものであった。この例において、前記シミュレーションにおいて冷媒Ｒ１３４Ａを使用した。前記熱交換器を出る前記冷媒は、４０％の気相フラクションで６．７℃の温度を有していた。次に、前記冷媒を、更に下流側のフラッシュドラムからの気流と組み合わせ、前記冷媒を、多相ポンプに供給し、ここで、この冷媒の圧力を３．７ｂａｒから１３．９ｂａｒへと上昇させた。前記ポンプから発生する熱によって冷媒の温度は、気体フラクション５４．４％で、７．４℃の入口温度から５２．１℃の出口温度にまで上昇した（表１）。

前記冷却済処理水を、プラント処理に送り、ここで、それは、２５．８ＭＷの総デューティで、前記プラントの種々の流れを冷却し、その後、３１．１℃の出口水温度で前記プラントを出た。その後、前記冷媒を、第２熱交換器（ＨＸ２）に供給し、ここで、それは前記プラントから出る処理水に対して冷却した。前記処理水の温度は、３１．１℃から３８℃まで上昇し、前記冷媒は、４１％の気体フラクションで５１．５℃まで冷却した。次に、前記処理水を、前記第１熱交換器（ＨＸ１）へとポンプ送りで戻した。その後、前記冷媒は、その圧力を膨張バルブ（ＥＶ１）内で４．３ｂａｒまで低下させることによって冷却され、ここでその温度は１１．２℃まで低下した。その後、前記蒸気をフラッシュドラムによって前記液体から分離し、これを前記多相ポンプ流入供給混合物と組み合わせた。前記液体流を第２膨張バルブ（ＥＶ２）に供給し、ここで、その圧力を４ｂａｒまで下げ、９℃の温度の、１．５％気体フラクションの混合物を形成した。この混合物を、前記第１熱交換器にリサイクルした。前記多相ポンプへの前記混合物中の液体は、０．２５センチボアズ（ｃＰ）の粘度を有していたが、これは、前記多相ポンプの作動仕様内である。

ここに図示し請求する種々の実施例に加えて、ここに開示の発明は、更に、ここに開示され請求されている特徴のその他の組み合わせを有する他の実施例も対象とする。従って、ここに提示される具体的特徴構成は、開示される発明の範囲内においてその他方法で互いに組み合わせ可能であり、従って、開示される発明は、ここに開示の特徴構成の任意の適当な組み合わせを含む。開示発明の具体的実施例の以上の説明は、排他的、又は、ここに開示される発明を開示される実施例に限定するもの、と解釈されてはならない。開示発明の構成及び方法において、開示発明の要旨又は範囲から逸脱しない範囲内において様々な改造又はバリエーションが可能であることが当業者には容易に理解されるであろう。従って、開示発明は、添付の請求項とそれらの均等物の範囲内である改変およびバリエーションを含むものであることが意図される。

Claims (16)

1. 処理プラント水を冷却する方法であって、
   （ａ）第１処理水流と液体冷媒とのあいだで熱交換して処理水流の温度を下げ、それによって、気相と液相とを含む部分気化冷媒を作る、
   （ｂ）前記部分気化冷媒の圧力および／又は温度を上げて、加圧部分気化冷媒を生成する、
   （ｃ）第２処理水流と前記加圧部分気化冷媒との間で熱交換して、前記加圧部分気化冷媒の温度を下げ、および／又は、前記第２処理水流の温度を上げる、
   （ｄ）前記加圧部分気化冷媒の圧力および／又は温度を下げ、前記部分気化冷媒から液相の少なくとも一部を分離して液体冷媒を生成する、そして
   （ｅ）前記液体冷媒の温度を下げて、前記第１処理水流との熱交換に適した冷却液体冷媒を生成する、
   工程を含む、処理プラント水を冷却する方法。
2. 工程（ｄ）の前記加圧部分気化冷媒の圧力および／又は温度を下げる工程は第１膨張バルブ内で行われる請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
3. 工程（ｅ）の前記液体冷媒の温度を下げる工程は、第２膨張バルブ内で行われる請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
4. 前記液体冷媒は、約０℃の温度で約０．１ｃＰ以上の粘度を有する冷媒を含む請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
5. 前記液体冷媒は、約−１０℃〜約−５０℃の沸点温度を有する冷媒を含む請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
6. 前記液体冷媒は、Ｒ１３４Ａ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ４０７Ｃ，Ｒ１２５およびＲ４１０Ｒから成るグループから選択される冷媒を含む請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
7. 前記部分気化冷媒は、約３０％〜約５０％の気相を有する冷媒を含む請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
8. 前記部分気化冷媒の圧力および／又は温度を上げる工程は多相ポンプ内で行われる請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
9. 更に、冷却処理水を単数又は複数の処理プラントに送る工程を有する請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
10. 工程（ａ）は、更に、第１熱交換器内で前記第１処理水流と前記液体冷媒との間で熱交換して、前記第１処理水流の温度を下げ、それによって、前記第１処理水流との前記熱交換で、前記気相と前記液相とを含む前記部分気化冷媒を生成する工程を有し、
    工程（ｂ）は、更に、前記部分気化冷媒の圧力を高め、前記部分気化冷媒の少なくとも一部を第２熱交換器に送る工程を有し、
    工程（ｃ）は、更に、前記第２熱交換器内で前記第２処理水流と前記部分気化冷媒との間で熱交換して前記冷媒の温度を下げる工程を有し、
    工程（ｄ）は、更に、前記部分気化冷媒の圧力および／又は温度を下げ、前記部分気化冷媒を気液分離装置に送って、その気相から液相を分離し、それによって前記液体冷媒を生成する工程を有し、そして
    工程（ｅ）は、更に、前記液体冷媒の温度を下げ、前記冷媒の少なくとも一部を前記第１熱交換器に送って、前記第１処理水流と熱交換する工程を有する、
    請求項１に記載の処理プラント水を冷却する方法。
11. 工程（ｂ）の、前記部分気化冷媒の圧力を高める工程は、多相ポンプ内で行われる請求項１０に記載の処理プラント水を冷却する方法。
12. 更に、（ｆ）前記冷媒の前記気相の少なくとも一部を前記気液分離装置から多相ポンプに送る工程を有する請求項１０に記載の処理プラント水を冷却する方法。
13. 前記気液分離装置は、フラッシュドラムを含む請求項１０に記載の処理プラント水を冷却する方法。
14. 処理プラント水を冷却する方法であって、
    （ａ）第１熱交換器内で第１処理水流と液体冷媒との間で熱交換して前記第１処理水流の温度を下げ、これによって、前記第１処理水流との熱交換時に前記冷媒を部分的に気化する、
    （ｂ）前記第１処理水流を前記第１熱交換器から単数又は複数の処理プラントに送る、
    （ｃ）部分気化冷媒を前記第１熱交換器から多相ポンプに送って前記部分気化冷媒の圧力を高める、
    （ｄ）前記部分気化冷媒を前記多相ポンプから第２熱交換器に送る、
    （ｅ）前記第２熱交換器内で第２処理水流と前記部分気化冷媒との間で熱交換して前記冷媒の温度を下げる、
    （ｆ）前記第２処理水流を前記第２熱交換器から送って前記第１熱交換器に入る前記第１処理水流とする、
    （ｇ）前記部分気化冷媒を前記第２熱交換器から第１膨張バルブに送って前記冷媒の圧力および／又は温度を下げる、
    （ｈ）前記部分気化冷媒を前記第１膨張バルブから気液分離装置に送って、その気相から液相を分離し、それによって液体冷媒を生成する、
    （ｉ）前記液体冷媒を前記気液分離装置から第２膨張バルブに送って、前記液体冷媒の温度を下げる、そして
    （ｊ）前記冷媒を前記第２膨張バルブから前記第１熱交換器に送って、前記第１処理水流と熱交換する、
    工程を含む、処理プラント水を冷却する方法。
15. 冷媒によって第１処理水流と第２処理水流との間で熱交換するシステムであって、
    （ａ）前記第１処理水流と前記冷媒との間で熱交換し、それによって気相と液相とを有する部分気化冷媒を生成するための第１熱交換器、
    （ｂ）前記第１熱交換器に接続されて前記部分気化冷媒の圧力を高める多相ポンプ、
    （ｃ）前記多相ポンプと前記第１熱交換器とに接続されて前記第２処理水流と前記部分気化冷媒との間で熱交換するための第２熱交換器、
    （ｄ）前記第２熱交換器に接続されて、前記部分気化冷媒の圧力および／又は温度を下げる第１膨張バルブ、
    （ｅ）前記第１膨張バルブと前記多相ポンプとに接続されて、前記部分気化冷媒の液相と気相とを分離する気液分離装置、そして
    （ｆ）前記気液分離装置と前記第１熱交換器とに接続されて前記冷媒の液相温度を下げる第２膨張バルブ、
    を有するシステム。
16. 前記気液分離装置は、フラッシュドラムを含む請求項１５に記載のシステム。

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