LNGプラント向け天然ガス液化プロセスの選定
現在、天然ガス液化の分野では、主にカスケード冷凍サイクル方式、混合冷凍サイクル方式、エキスパンダー冷凍サイクル方式の3つの成熟した液化プロセスが存在する。
A) カスケード冷凍サイクルプロセス
カスケード冷凍サイクルは、プロパン（またはプロピレン）、エタン（またはエチレン）、メタン（または窒素）などの冷媒を用いた3段階の冷凍サイクルです（それぞれの蒸発温度は-100°F、-121°F、-256°Fです）。この段階冷凍方式では、天然ガスを複数の温度段階の対応する冷媒と熱交換させることで、天然ガスを冷却・液化することができます。
B) 混合冷凍サイクルプロセス
の 混合冷媒冷凍サイクル Nの混合物を使用するプロセスです 2 およびC 1 Cへ 5 炭化水素を循環冷媒として使用する。
C) 膨張冷凍サイクルプロセス
エキスパンダー冷凍サイクルとは、クラウダーサイクル冷凍の一種で、高圧冷媒がターボエキスパンダーを通して断熱膨張することで天然ガスの液化を実現するものです。ガスはエキスパンダー内で膨張・冷却される際に仕事を発生させ、そのエネルギーを利用して圧縮機を駆動することができます。
冷媒の種類によって、膨張式冷凍サイクルは、窒素膨張式冷凍サイクル、窒素メタン膨張式冷凍サイクル、天然ガス膨張式冷凍サイクルに分類できる。
D）3つのプロセスの技術経済比較
カスケード冷凍サイクルのエネルギー消費量を1とし、さまざまな冷凍サイクルの比較を表5.1-2に示し、さまざまな冷凍サイクルの特性を表5.1-3に比較した。
表5.1-2 各種冷凍サイクルの効率比較
| 冷凍プロセス | カスケード冷却に対する相対的なエネルギー消費量 |
| カスケード冷凍サイクル | 1.00 |
| 混合冷媒冷凍サイクル | 1.15 |
| R22予冷N 2 -CH 4 膨張冷凍サイクル | 1.35 |
表5.1-3 各種冷凍サイクル特性の比較
| 索引 | カスケード冷却 | 混合冷媒 | 膨張式冷凍 |
| 効率 | 高い | 真ん中 | 低い |
| 複雑 | 高い | 真ん中 | 真ん中 |
| 主要移動機器 | コンプレッサー3台 | コンプレッサー1台 | コンプレッサー＋エキスパンダー |
| 熱交換器タイプ | プレートフィン | プレートフィンまたは巻管 | プレートフィン |
| 熱交換器エリア | 大きい | 大きい | 小さい |
| 適応性 | 高い | 真ん中 | 真ん中 |
| 冷媒源 | 3種類の冷媒が必要です | 3～6種類の冷媒が必要であり、冷媒は供給ガスから直接抽出することができる。 | 必要な冷媒は窒素1種類だけで、これは空気から抽出できます。 |
| 投資する | 高い | 真ん中 | 中程度に高い |
投資額、エネルギー消費量、運転・保守といった要素を総合的に考慮した結果、本装置の液化プロセスには混合冷媒冷凍方式を採用している。
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