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JPH03170784A - 寒冷の発生方法、この方法を用いた冷却サイクル並びにこの方法を用いた空気精留方法及び装置 - Google Patents

寒冷の発生方法、この方法を用いた冷却サイクル並びにこの方法を用いた空気精留方法及び装置

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JPH03170784A
JPH03170784A JP2240192A JP24019290A JPH03170784A JP H03170784 A JPH03170784 A JP H03170784A JP 2240192 A JP2240192 A JP 2240192A JP 24019290 A JP24019290 A JP 24019290A JP H03170784 A JPH03170784 A JP H03170784A
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JP
Japan
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air
turbine
pressure turbine
low
temperature
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Application number
JP2240192A
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English (en)
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JP3086857B2 (ja
Inventor
Odile Guilleminot
オデイル・グイルミノー
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.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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.)
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Publication date
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Publication of JPH03170784A publication Critical patent/JPH03170784A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、寒冷の発生に関し、特に空気の成分ガスの液
化及び空気精留装置に利用され、最初に高圧タービンと
呼ばれる第１タービンでの流体の膨張、次いで低圧ター
ビンと呼ばれる第２タービンでの前記第１タービンから
出た流体の一部の膨張による寒冷の発生方法に関する。
（従来技術） この種の公知方法では、高圧タービンは、いわゆる゛熱
”タービン、丁ｔｘυち入口温度が低圧タービンの入口
温度よりも高いタービンであり、このよりなタービンは
、次のよりなある種の不利益を示す． 一流入空気全量の冷却を熱タービンの入口温度に限定す
るという事実は、熱交換にとって好ましくない． “冷１タービンは、少い流量のガスを処理し、そのとき
流体の単位流量当りより少い寒冷を発生する．こｖＪこ
とは、冷却区域ではガスを液化させるときに最大量の寒
冷が必要であることを示し、さらにまたこの冷却区域で
は、熱損失が最大ということでもある． （発明が解決しよりとする課題） 本発明は、熱交換を改善し、必要に応じたより大き々寒
冷を発生することのできる方法を提供することを目的と
している．他の目的は、このより？！方法を用いる冷却
サイクルを提供することであ．る．本発明はまた、空気
精留方法及び空気精留装置への前起方法の利用も目的と
している。
（課題を解決する手段） 上記第１の目的のために、本発明の方法は前記の種類の
寒冷発生万法において、高圧タービンの入口＠度が、低
圧タービンの入口温度より明らかに低いことを特徴とし
ている・ 他の目的である冷却サイクルは、循環流体の流れる回路
、循環圧縮器、高圧タービンと呼ばれる＠１タービン及
び低圧タービンと呼ばれる第２メ−ヒンを有し、回路は
、第１の温度まで冷却後に圧縮機によって圧縮された循
環流体の少くとも一部を高圧タービンに通過させる手段
及び高圧タービンから出た流体の少くとも一部を低圧タ
ービンに通過させる手段を有するｍ類の冷却サイクルに
おいて、高圧タービンの入口温度が低圧タービンの入口
謳度より明らＤ１に低いことを特徴としている． また本発明の空気精留方法は、圧縮された空気が冷却さ
れ、高圧タービンと呼ばれる第１タービンで中圧Ｋ膨張
され、こうして膨張された空気の一部は複式精留塔に送
られ、一方こうして膨張されだ空気の残部は、低圧ター
ビンと呼ばれるｗＥ２タービンで大気圧付近まで再び膨
張される種類の空気清留万法において、高圧タービンの
入口温度が低圧タービンの入口薦度より明らかに低いこ
とを特徴としている。
さらに本発明による空気精留装置は、複式空気攬留塔と
冷却サイクルとを有する空気精留装置において、冷却サ
イクルは、循環流体が分離すべき空気である上記で定義
したよりなものであって、Ｉ＆置は、流入空気の一部を
空気の露点付近まで冷却し、膨張し、複式精留塔に送給
する各手段及び高圧タービンから出た空気の一部を前記
複式精留塔に送給する手段を有することを特徴としてい
る．以下に、本発ｆ！Ａ９ｔ用いた実施例を添付の図面
を参照して述べることとする． （実施例） ＠１図に示された空気精留装置は、酸素及び窒素を液状
で製造するものである。装置は複式精留塔１を有し、精
留塔ｔＦｉ、絶対圧力約６バールで作動する中圧塔２を
有し、大気圧よりわずかに高い圧力で作動する低圧塔３
を上にのせている。中圧塔２０頭部のがス（窒素）は、
蒸発凝縮器４によって低圧塔３の槽部の液体（酸素）と
間接熱交換関係にある． 装置はまた、熱交換関係にある流体の向流流をもった熱
交換ライン及び２基のタービン・ブースター６、７も有
している．タービン・ブースター６は、ブースター８及
び同一軸１０に取うつゆられた低圧の“熱”タービン９
を有し、タービン・ブースター７Ｆｉ、ブースターｌ１
及び同一軸ｌ３に取ｂつけられた高圧の“冷０タービン
１２を有する。２基のブースター８及びｌ１＃′ｉ、直
列に取うつけられている。
約２０ノ｛−ルに圧縮され、水及びＣＯ２を除かれた原
料空気は、第１ブースター８及び第２ブースｆｉ−１１
で構或されたセットによって約３０パールに過圧され、
次いで熱交換ライン５の管路１４内で、例えばほぼ−１
２５°Ｃという温度Ｔ１　　まで冷却される。この空気
の一部、例えば約１／４Ｆｉ、同じ管路１４内で熱交換
ラインの冷端部まで冷却されつすげて液化され、次いで
管路ｌ５を経ても膨張弁ｌ６で６パールに膨張され、中
圧＃！ｒ２の底部に注入される。変形として、この液体
の全部又は一部は低圧に膨張され、低圧塔３に注入する
ことができるｍ５Ｑノ４−ルの空気の残部は、管路ｌ７
によって熱交換ライン５から取出され、タービンｌ２で
６ノ々−ルに膨張され、それによシ露点付近まで冷却さ
れる． タービンｌ２から出た空気の一部、例えば当初の空気流
量の約半分は、管路ｌ８を経て中圧塔２の槽部に送られ
、残部は熱父換ラインの管路ｌ９内で、管路１９の冷端
部からＴ１　　よｂ明らかに高温のＴ２　　まで加熱さ
れる．この温度Ｔ２Ｆｉ、例えば大気温度と約−３０°
Ｃとの間にあってもよい。
こうして加熱された空気は、管路２０を経て熱交換ライ
ンから取出され、タービン９で大気正付近まで膨張され
て、それによりＴ１　　付近の温度で取出される。次い
でこの空気は、管路２ｌを経て熱交換ラインに再導入さ
れ、管路２２内で大気温度まで加熱されて、場合によっ
ては取入れ空気の精製に用いられた吸着剤の再生及び／
又は主ｌＥ縮機（図示せず）から出てくる空気の冷却に
利用した後に、装置から排出される． 変形として第１図で一点鎖線で示されたよりに、タービ
ン９を出た空気の全部又は一部は管路２３内で熱交換ラ
インの冷端部まで冷却され、次いで低圧塔３に吹き込ま
れるか、熱交換ラインの管路２４内で加熱される複式精
留塔の廃ガスを構或する不純宮素と混合されることがで
きろ。
装置の他の部分は公知の種類のものであり、中正塔２の
槽部に集められたリッチ・リキッドＬＲ（酸素富化空気
）Ｆｉ、低巴塔３の槽部から取出されてフィルター２５
Ａでｆ過され、低圧塔３に戻される液体酸素の気化によ
る過冷却器２５での過冷却、次いで膨張弁２６での膨張
後、低圧塔３に送られる。中正塔２の上部から取出され
た窒素で主として構成されたプアー・リキッドＬＲ　は
過冷却器２７で過冷却、次いで膨張弁２８での膨張後、
同様に低モ塔３へ送られる．装置は、管路２９を経て低
モ塔２の頭部から採取され、過冷却器２７で過冷却され
て膨張弁３０で大気圧付近まで膨張され、貯槽３１内に
貯蔵される液体窒素、及び管路３２を経て低圧塔３の槽
部から採取され、過冷却器２７で過冷却さ・れる液体ｒ
Ｒ累を製造する。液体酸素は、管路３３を経て低圧塔３
の頭部から取出され、熱交換ラインの管路２４に送られ
る不純室素によって冷却される。貯檜３１内で発生する
窒素ガスは、管路３４を経て管路３３に送られる。
上に述べた２基のタービンの配置によって、過圧された
空気の全量が、冷タービンの入口温度まで、この実施例
では−１２５°Ｃまで冷却される。
２基のタービンの公知゛の逆配置と比べて、本発明の配
置は、熱タービンの入口から冷タービンの入口まで広が
る温度範囲で、ジュール・トムソン効果によって圧力下
の空気の冷却力を増加する．他方からすれば、温度０Ｃ
　　を横座標にエンタルピーＨを縦座標にとった第２図
を参照すると、下方の力、一プＣ１　　は冷却及び液化
の間のエンタルピー変化を示し、上方のカープＣ２　　
は加熱の間のエンタルピーの変化を示す。この図から、
次のことが見られる． 一冷タービン１２は、空気の液化範囲３５を囲む入口温
度と出口温度とをもった大流量の空気を処理し、すなわ
ち低温での作動にもかかわらず大量の寒冷馨発生し、さ
らに、正確には大量の寒冷が空気の液化に必要であり、
その上熱損失が最大である温度範囲でこの大量の寒冷を
発生する。
一熱タービン９は、小流量の空気を処理し、６ｚ４−／
ｌ／　カＣ：，　ｉ　／４−ルへの膨張を保証すること
によって、前記温度範囲の上方に位置し、そこでの冷却
がタービンによって保証される温度範囲の要部をカバー
することができる。したがって熱タービン９１１ｔ．正
確には熱交換によるガス状製品に必要な寒冷が少く、そ
の上熱損失が少い広い温度で少量の寒冷を発生する． 上記の考案から、第１図の装置は、液化の比エネルギー
を低下させることがわかる。管路１８Ｋよって這ばれる
中圧空気を、不都合なしに露点付近の温度にすることが
でき、このことは複式精留塔での精留に好ましいことは
注目されるであろう。
液化の比エネルギーに関する利点は、第３図に示された
窒素の液化サイクルに見出される。第３図でＶｉ第１図
と対応する構或要素はサフィックスＡを付した同一参照
番号で示す．したがって熱交換サイクル５Ａ，低圧の熱
タービン９人と組合された第１ブースター８Ａ、及び高
圧の冷タービン１２Ａと組合された第２ブースター１１
Ａが見出され、さらに前記サイクルは直列に配置された
２基の循環圧縮機３６（１パールを６・｛−ルヘ）及び
３７＜６ノ４−ルを３０パールへ）ヲ有している。
圧縮機３７によって圧縮された循環窒素は、ブースター
８Ａと１ースター１１Ａのセットによって５０パールに
過圧され、熱交換ラインの管路１４Ａに導入される。こ
の窒素の一部は、熱交換ラインの冷端部まで冷却をつず
げ、膨張弁１６Ａで中圧（６／４−ル）に膨張され、気
液分離器３８内で液体と蒸気の２相に分離される。気相
は、熱交換ラインの管路１９Ａ内で大気温度まで加熱さ
れ、液相は、過冷却器３９内で過冷却される。この過冷
却された液体の一部は、膨張弁４０で約１パールに膨張
され、過冷却器３９内で向流する流体で気化され、次い
で熱交換ラインの管路２４Ａ内で大気温度まで加熱され
る。過冷却された液体の残部は、液体窒素製品とたり、
管路４１を経て取出される． 高圧窒素の未液化部分は、管路１７Ａを経て温度Ｔ１　
　で熱交換ラインから取出されてタービン１２Ａで中圧
まで膨張され、気流分離器３８内に注入される．管路１
９Ａによって運ばれた流量の一部は、管路２０Ａを経て
温度Ｔ１　　よＤ明らかに高い温度Ｔ２　　で熱交換ラ
インから取出され、管路２１Ａを経てＴ１　　付近の＠
度で管路２４Ａ内に注入される。管路４２及び４３は、
それぞれ管路１９Ａ及び２４Ａを圧縮機３７及び３６の
吸引側に接続される。管路４４は、管路４１による製品
液体窒素の流量と同じ流量の窒素ガスを圧縮機３６の吸
引側に供給する・ 本発明による冷却サイクルではＴ２とＴ１との温度差は
、少くともタービンによる温度降下の半分と等しいのが
好ましい． 熱交換ライン５又は５Ａの熱い部分は、場合によっては
アンモニア又はフロンによる補助冷却装置で約−４０°
Ｃまで冷却してもよいことは注記すべきである。
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明による空気精留装置の７ローシート、
第２図は、前記装置に対応する熱交換のグラフ、第３図
は、本発明による液化サイクルのフローシ一トである。 １：複式精留塔、　　２：中圧塔、　　４：低圧塔、５
：熱交換ライン、　　６．７：タービン・ブースター　
　８．１１：ブースター　　９＝低圧の熱タービン、　
　１２：高圧の冷タービン、１６．２６．２８．３０．
４０：膨張弁、２５．２７．３９：過冷却器、　３１：
液体窒素貯槽、　３５：空気の液化範囲、　　３６．３
７＝圧縮機、　３８：気液分離器。 ℃

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、高圧タービンと呼ばれる第１タービンでの流体の膨
    張、次いで低圧タービンと呼ばれる第２タービンでの前
    記第１タービンから出た流体の一部の膨張による寒冷の
    発生方法において、高圧タービンの入口温度が、低圧タ
    ービンの入口温度より低いことを特徴とする方法。 ２、ガスの液化のための方法であつて高圧タービンの入
    口温度と出口温度とが、ガスが液化する温度範囲を囲ん
    でいることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、低圧タービンの入口温度と出口温度とが、両タービ
    ンによつて保証された冷却開始温度と高圧タービンの入
    口温度との間に位置する温度範囲の要部を囲んでいるこ
    とを特徴とする請求項２記載の方法。 ４、圧縮された空気が冷却され、高圧タービンと呼ばれ
    る第１タービン（１２）で中圧に膨張され、こうして膨
    張された空気の一部が複式精留塔に送られ、一方こうし
    て膨張された空気の残部が低圧タービンと呼ばれる第２
    タービン（９）で大気圧付近まで再び膨張される種類の
    空気精留方法において、高圧タービンの入口温度（Ｔ１
    ）が低圧タービンの入口温度（Ｔ２）より低いことを特
    徴とする方法。 ５、低圧タービン（９）から出た空気が加熱され次いで
    、場合によつては分離すべき圧縮された空気の冷却、及
    び／又は前記空気の精製用吸着剤の再生に使つた後に、
    排出されることを特徴とする請求項４記載の方法。 ６、低圧タービン（９）から出た空気が、少くとも部分
    的に冷却され、次いで複式精留塔（１）の低圧塔（３）
    内に吹き込まれることを特徴とする請求項４記載の方法
    。 ７、循環流体の流れる回路、少くとも１基の循環圧縮機
    （３６、３７）、高圧タービンと呼ばれる第１タービン
    （１２；１２Ａ）及び低圧タービンと呼ばれる第２ター
    ビン（９；９Ａ）を有し、回路が、第１の温度（Ｔ１）
    まで冷却後に圧縮機によつて圧縮された循環流体の少く
    とも一部を高圧タービンに通過させる手段、及び第２の
    温度（Ｔ２）に加熱後に高圧タービンから出た流体の少
    くとも一部を低圧タービンに通過させる手段を有する種
    類の冷却サイクルにおいて、高圧タービンの入口の第１
    の温度（Ｔ１）が低圧タービンの入口の第２の温度（Ｔ
    ２）より低いことを特徴とする冷却サイクル。 ８、複式精留塔（１）及び冷却サイクルを有する空気精
    製装置において、冷却サイクルは、循環流体が分離すべ
    き空気である請求項７記載によるものであつて、装置が
    、流入空気の一部を空気の露点まで冷却する手段（５）
    、前記冷却された空気を膨張弁（１６）で膨張する手段
    、次いで複式精留塔に送給する手段、及び高圧タービン
    （１２）から出た空気の一部を前記複式精留塔に送給す
    る手段（１８）を有することを特徴とする装置。 ９、低圧タービン（９）から出た空気を加熱する手段（
    ５）及び前記加熱された空気を、場合によつては、流入
    圧縮空気の冷却器及び／又は前記空気の吸着精製装置を
    通過させた後に、装置から取出す手段を有することを特
    徴とする請求項８記載の装置。 １０、低圧タービン（９）から出た空気を冷却する手段
    （２３）及び複式精留塔の低圧塔（３）内に吹き込む手
    段を有することを特徴とする請求項８記載の装置。
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