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JPH06299174A - 天然ガス液化プロセスに於けるプロパン系冷媒を用いた冷却装置 - Google Patents

天然ガス液化プロセスに於けるプロパン系冷媒を用いた冷却装置

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Publication number
JPH06299174A
JPH06299174A JP5024924A JP2492493A JPH06299174A JP H06299174 A JPH06299174 A JP H06299174A JP 5024924 A JP5024924 A JP 5024924A JP 2492493 A JP2492493 A JP 2492493A JP H06299174 A JPH06299174 A JP H06299174A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
propane
natural gas
heat exchanger
refrigerant
drum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5024924A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshitsugu Yoshikawa
喜次 吉川
Osamu Yamamoto
修 山本
Kenro Omori
賢郎 大森
Motohiro Omori
元裕 大森
Moriyuki Nozawa
謹至 野沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chiyoda Corp
Original Assignee
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Chiyoda Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd, Chiyoda Corp filed Critical Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority to JP5024924A priority Critical patent/JPH06299174A/ja
Priority to CA002090811A priority patent/CA2090811C/en
Priority to DE69313952T priority patent/DE69313952D1/de
Priority to EP93301751A priority patent/EP0580276B1/en
Priority to US08/028,479 priority patent/US5365740A/en
Publication of JPH06299174A publication Critical patent/JPH06299174A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 天然ガス液化プロセスとして広く行われてい
るプロパン冷媒プロセスに於いて、天然ガスを予冷し、
或いは天然ガス液化用の混合冷媒を冷却するための改良
された冷却装置を提供する。 【構成】 天然ガスを予冷し、或いは天然ガス液化用の
混合冷媒を冷却するための熱交換器として、プロパン系
冷媒が垂直方向に流通するように、好ましくは複数並列
に設けられたプレートフィン型熱交換器と、概ね水平に
置かれた横長のプロパン系冷媒用サーモサイフォンドラ
ムとを有し、天然ガス或いは混合冷媒の通路が全長に亘
って変わらないようにすることにより、プロパン系冷
媒、天然ガス或いは混合冷媒のいずれもが気液混相であ
っても、高い伝熱効率を達成することができ、熱交換器
を小型化することができる。特に、サーモサイフォンド
ラムがフラッシュタンクも兼ねるものであるのが経済性
の点で好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は天然ガス液化プロセスに
於いて広く行われているプロパン冷媒プロセスに於け
る、プロパンを用いた、天然ガスを予冷し、或いは天然
ガス液化用の混合冷媒を冷却するための冷却装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般的な天然ガス液化のプロセスに於い
ては、図１に示されるように、予めＣｏ2、Ｈ2Ｓ等の酸
性ガスを除去された高圧の天然ガスは、ＨＨＰプロパン
が流通するシェルアンドチューブ型熱交換器１により２
０℃程度まで冷却され、水分の大半が凝縮され、ドラム
２で分離される。次にドライヤ３にて水を更に１wt ppm
程度まで除去され、ＨＰプロパンが流通するシェルアン
ドチューブ熱交換器４にて０℃まで冷却され、更にＭＰ
プロパンが流通するシェルアンドチューブ型熱交換器５
にて−１０℃まで冷却され、そしてＬＰプロパンが流通
するシェルアンドチューブ型熱交換器６にて−２５℃ま
で冷却されて、スクラブカラム７に供給され、ここで重
質留分が除去される。
【０００３】次に、図２に示されるように、メイン熱交
換器８に入って混合冷媒と熱交換して−１４５℃まで冷
却されることにより液化される。このストリームは、２
回フラッシユをドラム９、１０で行い、減圧されＮ2を
除去された後、大気圧の沸点液、ＬＮＧとなつてポンプ
１１により貯蔵設備に送られる。
【０００４】一方、混合冷媒サイクルに於いては、図２
に示されるように、メイン熱交換器８で天然ガスと熱交
換した混合冷媒は、３Ｂａｒ、−３０℃の状態で、ＬＰ
ＭＲコンプレツサ１２に送られ１３Ｂａｒまで加圧さ
れ、アフタークーラ１３で常温まで冷却される。更に、
ＨＰＭＲコンプレッサ１４に送られ２５Ｂａｒまで加圧
され、インタークーラ１５にて常温まで冷却された後、
再びＨＰＭＲコンプレッサ１４にて４０Ｂａｒまで加圧
される。加圧された混合冷媒は、アフタークーラ１６に
て常温まで冷却された後、シェルアンドチューブ型熱交
換器１７に於いてＨＨＰプロパンにより１５℃まで冷却
され、シェルアンドチューブ型熱交換器１８に於いてＨ
Ｐプロパンにより０℃まで冷却され、更にシェルアンド
チューブ型熱交換器１９に於いてＭＰプロパンにより−
１０℃、シェルアンドチューブ型熱交換器２０に於いて
ＬＰプロパンにより−２５℃までそれぞれ冷却される。
【０００５】この場合、混合冷媒は、シェルアンドチュ
ーブ型熱交換器１７で部分凝縮が始まり、シェルアンド
チューブ型熱交換器２０に於いては全体の３／４程度の
部分凝縮が行われ、分離ドラム２１に入る。ここで分離
した気液はそれぞれメイン熱交換器８に入り天然ガスの
液化を行う。
【０００６】ここで、年産２６０万トンのＬＮＧプラン
トを例にとると、プロパンによって冷却されるシェルア
ンドチューブ型熱交換器（ケトル型）１、４、５、６は
それぞれ１，０００ｍ2から２，０００ｍ2の大型ケトル
型熱交換器であることを要し、シェルアンドチューブ型
熱交換器（ケトル型）１７、１８、１９、２０はそれぞ
れ約２，０００ｍ2×２セットの大型ケトル型熱交換器
であることを要する。これらの熱交換器が巨大であるた
め、陸上輸送が困難なことや、それぞれの熱交換器のコ
ストが高いことの他、基礎ストラクチャーの費用、現地
での工事費等も高くなる等の問題が生じる。
【０００７】また、シェルアンドチューブ型熱交換器
５、６、１８、１９、２０では、天然ガス或いは混合冷
媒が、これらの熱交換器入口で混相のため、熱交換器の
各チューブに対し気液比が理論値から外れ、熱交換器の
性能が大幅に下がることが避けられない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、天然ガス液化プロ
セスに於いて広く行われているプロパン冷媒プロセスに
於いて、天然ガスを予冷し、或いは天然ガス液化用の混
合冷媒を冷却するための改良された冷却装置を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、天然ガス液化プロセスに於いてプロパン系
の冷媒を用いて天然ガスを予冷し、或いは天然ガス液化
用の混合冷媒を冷却するための装置であって、前記天然
ガス或いは前記混合冷媒の複数の通路が概ねその全長に
渡って互いに分離された状態で延在し、かつ前記プロパ
ン系冷媒が垂直方向に流通するように、好ましくは複数
並列に設けられたプレートフィン型熱交換器と、概ね水
平に置かれた横長のタンクからなり、かつ前記プレート
フィン型熱交換器に接続された前記プロパン系冷媒用サ
ーモサイフォンドラムとを有することを特徴とする装置
を提供することにより達成される。特に、サーモサイフ
ォンドラムがフラッシュタンクも兼ねるものであるのが
経済性の点で好ましい。
【００１０】
【作用】このように、単位体積当たりシェルアンドチュ
ーブ型熱交換器に対し１０倍の伝熱面積を持つプレート
フィン型熱交換器を使用することにより、上記コストの
低減を図る他、シェルアンドチューブ型の熱交換器間の
配管を省いて熱交換器を一体化して、プレートフィン型
熱交換器にすることにより、熱交換器を巨大化すること
なく所要の伝熱面積を得ることが出来る。このような用
途に用い得るプレートフィン型熱交換器の一例が特公昭
５８−５５４３２号公報に開示されている。また、天然
ガス或いは混合冷媒が混相となり、所期の伝熱効率が得
られなくなるという従来技術の問題点も、プレートフィ
ン型熱交換器に於ける通路を全長に亘って変えないこと
により回避することができる。更に、プラントの減量運
転時でもその性能をキープすることを考え、天然ガスあ
るいは混合冷媒は垂直ダウンフローあるいは水平フロー
を用い、プロパンは垂直アップフローを用いるのが好ま
しい。
【００１１】
【実施例】図３は、図２に於ける熱交換器１７、１８、
１９、２０に代えて用いられるべき、プレートフィン型
熱交換器３１を用いた、本発明に基づくプロパン冷却装
置の要部を示すもので、符号３３、３５、３７、３９は
サーモサイフォンドラムであり、３３′、３５′、３
７′、３９′は低圧プロパン冷媒を作るためのフラッシ
ュタンクである。本実施例の場合１組のプレートフィン
型熱交換器３１について４つのサーモサイフォンドラム
が設けられている。
【００１２】１５Ｂａｒ、４３℃の条件下の液化プロパ
ンが、減圧弁３２で７Ｂａｒ、１０℃のＨＨＰプロパン
とされ、気液混相となってフラッシュタンク３３′に導
入され、気液分離され、気化部分は管路４０によりプロ
パン冷却系のコンプレッサなどに戻され、液体分は、熱
交換器３１内を循環されるべくサーモサイフォンドラム
３３に送られ、一部は減圧弁３４により５Ｂａｒ、−５
℃のＨＰプロパンとされ、気液混相となって次段のフラ
ッシュタンク３５′に供給される。熱交換器３１内を循
環したプロパンは、熱交換器３１内で混合冷媒と熱交換
して蒸発し気液混相となりサーモサイフォンドラム３３
に戻る。サーモサイフォンドラム３３に於いて気液分離
された気化分も、管路４０によりプロパン冷却系に戻さ
れる。以下、各段のサーモサイフォンドラム３５、３
７、３９、フラッシュタンク３５′、３７′、３９′及
び減圧弁３６、３８の組も同様に機能するので、その詳
しい説明を省略する。
【００１３】冷却されるべき媒体が天然ガスである図１
に於ける熱交換器４、５、６に代えてプレートフィン型
熱交換器を用いた場合も上記と略同様であるが、天然ガ
スの場合には、ＨＨＰプロパンとプレートフィン型熱交
換器で熱交換しないのが望ましい。これは、図１でのシ
ェルアンドチューブ熱交換器ではハイドレート生成を防
ぐため、ＨＨＰプロパンの温度を厳しくコントロールす
る必要があり、これはプロパンの圧力を気相ラインに設
けたコントロール弁で行うのが得策で、プレートフィン
型熱交換器３１とは別個にシェルアンドチューブ型熱交
換器で行う方が望ましいことによるものである。。
【００１４】通常のベースロードＬＮＧプラントで年産
２６０万トンの能力を持つプラントになると、理論上
は、このようなプレートフィン型熱交換器３１は、現在
製作可能な最大のものを用いても６〜８個必要になるた
め、各々のプレートフィン型熱交換器毎にサーモサイフ
ォンドラム等の分離ドラムを設置すると分離ドラムの数
が増えコストがかかるので、各々のレベルのプロパンに
大きな立型の分離ドラムを設け、液はヘッダから各々の
プレートフィン型熱交換器に分配し、各々のプレートフ
ィン型熱交換器から出てくる気液混相のプロパンは、各
々の配管をヘッダに集めて分離ドラムに戻すことが考え
られる。
【００１５】更に、本発明者の知見によれば、サーモサ
イフォンドラムの流体導入部分に於いて、例えば、水平
バッフルを設けるなどして、泡が液中に潜らないように
留意することにより、サーモサイフォンの気液分離器に
フラッシュタンクの役割を兼用させコストダウンを図る
ことができる。このような知見に基づく実施例のフロー
の概略図が図４に示されている。
【００１６】しかしながら、冷媒が気液混相であるた
め、各プレートフィン型熱交換器から分離ドラムへの圧
力損失を均一にすることが難しく、かつ圧損も大きくプ
レートフィン型熱交換器の伝熱性能に悪影響を与えるこ
とが避けられない。いままでプレートフィン型熱交換器
が余り使われなかった理由の１つは、このように圧力損
失のアンバランスから生じる伝熱性能の低下があること
であった。そこで、本発明によれば、サーモサイフォン
ドラムとしての分離ドラムを横型にして水平方向に長く
し、分離ドラムにヘッダの役割をもたせ、プレートフィ
ン型熱交換器から分離ドラムへの戻り配管を各々直接接
続して、各々１本の配管で入るようにして圧力損失を均
一にかつ少なくし、各プレートフィン型熱交換器の伝熱
性能を改善するようにしている。
【００１７】即ち、図５及び６に示すように、４基の立
型のプレートフィン型熱交換器３１が並列に立設され、
サーモサイフォンドラム３３、３５、３７、３９が左右
に横長にかつ各プレートフィン型熱交換器３１に対して
共通のヘッダをなすように設けられている。本実施例の
場合、サーモサイフォンドラムが左右にそれぞれ上下２
段に設けられ、１組のプレートフィン型熱交換器３１当
たり計４基のサーモサイフォンドラムが用いられてい
る。この場合、プロパンは垂直フロー、特に垂直アップ
フローとし、全長に渡って互いに分離された通路を流れ
るようにしていることから、それが混相となるにも拘ら
ず、圧損を低減し、かつプレートフィン型熱交換器の各
通路について均等化することができる。一方、天然ガス
或いは混合冷媒は、垂直ダウンフローあるいは水平フロ
ーとし、やはりそれが混相となる事情に鑑み、プレート
フィン型熱交換器に於ける天然ガスあるいは混合冷媒の
通路を全長に亘って変えないようにし、伝熱効率の低下
を回避するようにするのが好ましい。
【００１８】図７及び８は本発明の第３の実施例を示
す。前記実施例に対応する部分には同様の符号を付し
た。本実施例の場合、プレートフィン熱交換器３１が水
平に配置され、天然ガス或いは混合冷媒が水平方向に流
され、プロパン冷媒が、垂直上昇サーモサイフォンとし
て上向きに流される。図７に良く示されるようにプレー
トフィン熱交換器３１は複数の長寸のセグメントを組み
合わせてなるもので、各セグメントは、互いに長手方向
に沿って平行に配列されている。サーモサイフォンドラ
ムとして機能する分離ドラム３３、３５、３７及び３９
はそれぞれ横長のタンクとして構成され、第２の実施例
の場合と同様に、長寸の熱交換器セグメントに対して直
交するように、かつ熱交換器をその上方から左右に横切
るように配列されている。この場合も、各分離ドラムは
それぞれヘッダの機能も備えており、分離ドラムからプ
レートフィン熱交換器の各セグメントに至る管路及びプ
レートフィン熱交換器の各セグメントから分離ドラムに
戻る管路が、それぞれ１本の管路を介して直接的に接続
されている。従って、これらの管路による圧力損失が低
減され、しかもプレートフィン熱交換器の異なる管路内
に於て圧力が均一に分散される。従って、熱交換器の熱
交換効率を高めることができる。
【００１９】本実施例の場合、熱交換器内に於て天然ガ
ス或いは混合冷媒が水平に流されるが、それらのストリ
ームの冷却に伴う凝縮物が熱交換器の下部に分離され、
熱交換器の伝熱効率が損なわれることを回避するため、
プレートフィン熱交換器としてストレートフィン型のプ
レートフィン熱交換器を用いる必要がある。ストレート
フィンは、上向流或いは下向流のストリームを凝縮させ
る際に一般的に用いられる孔空きフィンに比較して、伝
熱効率がやや低下するが、プロパンの各レベルに於てス
トリームを分配するためのスペースが不要となることか
ら、熱交換に有効な面積を実際には増大させることがで
きる。
【００２０】図９及び１０は本発明の第４の実施例を示
すもので、上記実施例に於ては分離ドラムとプレートフ
ィン熱交換器とがそれぞれ別個に設けられていたのに対
し、本実施例に於ては分離ドラムとプレートフィン熱交
換器を一体化している。即ち、各分離ドラム３３、３
５、３７及び３９は１つの長寸のタンクを隔壁により分
割してなり、プレートフィン熱交換器３１が、これらの
隔壁を貫通するようにして各分離ドラム内にて延在する
ようにされている。図１０に示されるように、各分離ド
ラム内に於ては、熱交換器が液相のプロパンにほぼ浸さ
れるようにプロパンの液面が定められ、プロパンが、対
流により垂直上昇サーモサイフォンとして熱交換器内を
上向きに循環することとなる。
【００２１】この実施例によれば、分離ドラムの内部構
造がやや複雑になるが、配管が大幅に不要となり、製作
に要するコストの低減が期待でき、しかも全体的な圧力
損失を低減することができる。また、このような構成を
複数並列に設置すれば、必要な容量を確保できる。ま
た、所望に応じて、隔離により区分されてはいるが全体
として１つの分離ドラム内に、前記実施例の場合のよう
に、複数の長寸の熱交換器セグメントを複数並列に配置
することもできる。
【００２２】
【発明の効果】天然ガスを予冷し、或いは天然ガス液化
用の混合冷媒を冷却するための冷却装置に於いて、シェ
ルアンドチューブ型の熱交換器に代えてプレートフィン
型熱交換器を使用し、しかも熱交換器内のプロパン、天
然ガス或いは混合冷媒の通路を全長に亘って変えないこ
とにより、通路毎の気液比のむらを減少させることによ
り、高い伝熱効率を達成し、コストの低減を図ることが
できる。更に、プレートフィン型熱交換器に於けるプロ
パンは垂直アップフローとし、それに付設されるサーモ
サイフォンドラムを横置きとすることにより、プロパン
が気液混相であっても、圧損を低減し、かつ均等化する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくプロパンを用いた冷却装置が適
用された天然ガス液化プロセスに於ける天然ガスの予冷
装置を示すダイヤグラム図。
【図２】本発明に基づくプロパンを用いた冷却装置が適
用された天然ガス液化プロセスに於ける天然ガスの液化
装置を示すダイヤグラム図。
【図３】本発明に基づく冷却装置の第１の実施例の要部
を示すダイヤグラム図。
【図４】本発明に基づく冷却装置の第２の実施例の要部
を示すダイヤグラム図。
【図５】図４に示された装置の配置を示す平面図。
【図６】図４に示された装置の配置を示す立面図。
【図７】本発明に基づく冷却装置の第３の実施例の要部
を示す平面図。
【図８】図７に示された実施例の側縦断面図。
【図９】本発明に基づく冷却装置の第４の実施例を示す
側面図。
【図１０】図９に示された実施例の正面横断面図。
【符号の説明】
１ 熱交換器 ２ ドラム ３ ドライヤ ４、５、６ 熱交換器 ７ スクラブカラム ８ メイン熱交換器 ９、１０ ドラム １１ ポンプ １２、１４ コンプレッサ １３、１６ アフタークーラ １５ インタークーラ １７〜２０ 熱交換器 ２１ 分離ドラム ３１ プレートフィン型熱交換器 ３２、３４、３６、３８ 減圧弁 ３３、３５、３７、３９ サーモサイフォンドラム ３３′、３５′、３７′、３９′ フラッシュタンク ４０ 管路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ０９Ｋ 5/00 Ｆ (72)発明者 大森 賢郎 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 大森 元裕 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 野沢 謹至 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 天然ガス液化プロセスに於いてプロパ
    ン系の冷媒を用いて天然ガスを予冷し、或いは天然ガス
    液化用の混合冷媒を冷却するための装置であって、 前記天然ガス或いは前記混合冷媒の複数の通路が概ねそ
    の全長に渡って互いに分離された状態で延在し、かつ前
    記プロパン系冷媒が垂直方向に流通するように設けられ
    たプレートフィン型熱交換器と、 概ね水平に置かれた横長のタンクからなり、かつ前記プ
    レートフィン型熱交換器に接続された前記プロパン系冷
    媒用サーモサイフォンドラムとを有することを特徴とす
    る装置。
  2. 【請求項２】 前記サーモサイフォンドラムが、複数
    設けられた前記プレートフィン型熱交換器について共通
    に設けられたヘッダの役割を果たすように接続されてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記サーモサイフォンドラムがフラッ
    シュタンクも兼ねることを特徴とする請求項１若しくは
    ２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 天然ガス液化プロセスに於いてプロパ
    ン系の冷媒を用いて天然ガスを予冷し、或いは天然ガス
    液化用の混合冷媒を冷却するための装置であって、 プロパン系冷媒の供給源と、 前記供給源から送られた前記プロパン系冷媒を減圧する
    膨張装置と、 前記膨張装置から得られた蒸気及び液体の混合物からな
    る前記プロパン系冷媒を気液分離するための分離ドラム
    と、 前記分離ドラムから得られた沸点液としての前記プロパ
    ン系冷媒により、天然ガス叉は天然ガス液化用の混合冷
    媒を冷却し、かつ熱交換後の蒸気及び液体の混合物から
    なる前記プロパン系冷媒を前記分離ドラムに戻すように
    された熱交換器と、 前記分離ドラムから得られた液体としての前記プロパン
    系冷媒の一部を抽出して減圧する次段の膨張装置と、 前記次段の膨張装置から得られた蒸気及び液体の混合物
    からなる前記プロパン系冷媒を気液分離するための次段
    の分離ドラムと、 前記次段の分離ドラムから得られた沸点液としての前記
    プロパン系冷媒により、天然ガス叉は天然ガス液化用の
    混合冷媒を冷却し、かつ熱交換後の蒸気及び液体の混合
    物からなる前記プロパン系冷媒を前記次段の分離ドラム
    に戻すようにされた次段の熱交換器と、 前記各段の分離ドラムから得られた蒸気としての前記プ
    ロパン系冷媒を前記供給源に戻すための蒸気用管路とを
    有し、 前記熱交換器が、前記天然ガス或いは前記混合冷媒の複
    数の通路が概ねその全長に渡って互いに分離された状態
    で延在し、かつ前記プロパン系冷媒が垂直方向に流通す
    るように設けられたプレートフィン型熱交換器からな
    り、 前記分離ドラムが、前記プレートフィン型熱交換器に接
    続された前記プロパン系冷媒用サーモサイフォンドラム
    として、概ね水平に置かれた横長のタンクからなること
    を特徴とする装置。
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