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JPS6038633B2 - 流体の冷却方法 - Google Patents

流体の冷却方法

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Publication number
JPS6038633B2
JPS6038633B2 JP51068168A JP6816876A JPS6038633B2 JP S6038633 B2 JPS6038633 B2 JP S6038633B2 JP 51068168 A JP51068168 A JP 51068168A JP 6816876 A JP6816876 A JP 6816876A JP S6038633 B2 JPS6038633 B2 JP S6038633B2
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JP
Japan
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low
liquid phase
temperature
phase
heat exchange
Prior art date
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Expired
Application number
JP51068168A
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English (en)
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JPS51150757A (en
Inventor
アレクサンドル・ロジエ
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.)
ANSUCHICHU FURANSE DEYU PETOROORU
Original Assignee
ANSUCHICHU FURANSE DEYU PETOROORU
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 ANSUCHICHU FURANSE DEYU PETOROORU filed Critical ANSUCHICHU FURANSE DEYU PETOROORU
Publication of JPS51150757A publication Critical patent/JPS51150757A/ja
Publication of JPS6038633B2 publication Critical patent/JPS6038633B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、たとえば冷凍工業において用いられる流体
の冷却方法に関するものである。
冷凍の技術はたとえは竪質ガスの液化と分留に使用され
ている。
しかしながら、従来法によれば熱ェネルギの損失が大き
いために、たとえば熱エネルギーの損失が大きいために
、たとえばメタン運搬船によって輪送される天然ガスの
液化は、１５％の自己消費を生起する。またたとえば気
相クラッキングの隆質蟹分の分留はその圧縮のために非
常に高い圧力を必要とする。したがってこのようなガス
の液化と分留を経済的に行なう技術の出現が強く望まれ
ている。この種の技術に一般的に使用されている方法は
、カスケードの原理に基づいている。この原理によれば
、たとえば−１００００およびそれ以下の範囲の温度を
得るためには、その所望の温度よりも沸点が低く、かつ
臨界温度が一股に室温より低い液体成分を袷煤として使
用し、これを低温において減圧することが必要である。
たとえば脱メタンの分留を実施するには、プロピレン、
エチレンをカスケードにより日頃液化させる。またたと
えば天然ガスを液化するためにはプロパン、エチレン、
メタンをカスケ−ド‘こより順次液化させる。しかしな
がら、このような方法を実施するには圧縮機、熱交換器
のような設備を多く要し、そのために莫大な設備費が必
要となる。ところで、袷嬢のサイクルに純粋成分だけで
なく、混合成分を使用することによって上記のような従
来法の改良がなれ、これによって１台の圧縮機で、しか
も単一の循環系路を使用して、天然ガスを−１６０〜一
１７び○の温度まで冷却し、液化することができるよう
になった。このような方法は結合カスケードといわれる
。この方法によって設備費はかなり低減せられるが、カ
スケードの原理に基づく連続的な熱交換は実施しなけれ
ばならない。また混合物の凝縮は温度差を大きく保持し
て行なわれるためにサイクルの冷却効率が悪いという問
題があった。この発明は、上記の従来技術の問題を解決
するためになされたもので、サイクルの冷却効率がよく
、しかも使用する装置の構造を簡単になし得て、設備費
を大幅に低減せしめうる経済的に有利な流体の冷却方法
を提供することを目的とするものである。
この発明は、上記の目的を達成するために、冷煤の気相
を圧縮帯において圧縮して圧縮冷煤気相を得、この圧縮
冷嬢気相と溶媒液相とを接触させてその冷煤気相の少な
くとも一部が溶媒液相に熔解した溶液を得、この溶液に
含まれる圧縮熱と溶解熱の少なくとも一部を除去するよ
うにこの溶液を冷却する第１工程と、この第１工程から
の溶液を第１熱交換帯において低温軽相と低温軍液相と
によって冷却し、溶液を２種の低温液相に区分せしめる
第２工程と、この第２工程における２種の低温液相を互
いに分離して低温鰹液相と低温車液相とを得る第３工程
と、この第３工程からの低温童液相を上記第１熱交換帯
に返送し、上記溶液と熱交換後にこれを溶媒液相として
、第１工程に循環せしめる第４工程と、上記第３工程か
らの低温軽液相を減圧し、ついでこれを第２熱交換帯に
導き、そこでこの低温蟹液相の少なくとも一部を蒸発さ
せ、これによって被冷却流体を冷却する第５工程と、こ
の第５工程から排出される低温軽相を上記第１熱交換帯
に返送し、上記溶液と熱交換後にこの第１熱交換帯から
排出される軽気相を上記第１工程の圧縮帯に袷煤気相と
して循環せしめる第６工程とよりなる流体の冷却方法を
要旨としている。
上記第１工程において、まず冷嬢としては、たとえばメ
タン、ヱタン、プロパンのような好ましくは炭素数１〜
４の炭化水素、炭素数１〜２のハロゲン化炭化水素、好
ましくは塩化もしくはフッ化炭化水素、および窒素、ヘ
リウム、水素、アンモニウム、炭酸ガス等の通常の使用
されるものを１種または複数種混合して使用する。
この冷煤は０〜５０ｏｏ、通常約２０ＣＯの室温におい
て１２〜７ぴ気圧に圧縮される。つぎに上記溶媒として
は室温で凝縮するものであって、たとえばアルコール、
ケトン、アミンまたはニトリルのような好ましくは極性
溶媒を使用する。上記冷媒はこの溶媒に溶解せしめられ
るために冷媒の液化はきわめてスムーズに行なわれる。
したがって冷煤としてたとえば室温において単純な圧縮
のみによっては凝縮し‘こくいメタン、エタン、エチレ
ンおよびクロロトリフロロメタンのようなものを使用す
る場合に、この発明の方法はとりわけ有効となる。圧縮
冷煤相と溶媒との混合物は、通常水または空気よりなる
外部冷却流体によって冷却し、それに含まれる圧縮熱と
溶解熱とを除去する。上記溶媒は、たとえば一般式ＲＯ
Ｈ、ＲＣＯＲ、ＲＣＮ、ＲＮＨ２、ＲＮＨＲ′で表わさ
れるのである。
ここで、ＲとＲ′は炭素数１〜３のアルキル基である。
この溶媒としては具体的には、メタノール、エタノール
、アセトン、アセトニトリル、エチルアミン、ジメチル
アミンおよびプロピオニトリル等を使用する。また溶媒
としては一般式で表わされるアミドも使用でき る。
ここで、Ｒ，、Ｒ２およびＲ３は水素もしくはァルキル
基を表わす。具体的にはたとえばジメチルホルムアミド
を使用する。上記第３工程において分離された竪液相は
主として冷媒の液相によって構成されており、また童液
相は主として溶媒によって構成されている。
上記第５工程においては、軽液相は通常膨張弁によって
１〜１ぴ気圧、好ましくは大気圧に近い圧力まで減圧す
る。また第２工程と第５工程で使用せられる第１および
第２熱交換帯は、たとえば熱交換させる各流体の導管が
互いに並行状に分離して配置せられたものを使用し、各
流体の異なる圧力を保持しうるようにする。なお第３工
程からの軽液相を第５工程において減圧する前にこれを
過冷却に付してもよい。また第１熱交換帯に返送される
低温軽相と低温量液相は、この第１熱交換帯を別々に通
過せしめてもよいし、またこれらをほぼ岡圧とした後互
いに混合せしめ、混合物として第１熱交換帯を通過せし
めてもよい。上記のこの発明の方法によればば、冷媒の
気相を圧縮し、ついで液化する段階でこれと溶媒とを混
合せしめているから、冷煤が溶媒に速やかに溶解せられ
、これによって冷煤の液化がきわめてスムーズとなる。
したがって圧縮機の負担が軽減され、設備費も非常に低
減することができるうえ、通常液化いこくい冷煤でも容
易に液化せしめることができる。またその際の溶解熱が
可及的に速やかに除かれているから、溶液は冷却され易
くなり、非常に低温となされうる。またこのように低温
となされた溶液はその溶解度の低下によって、主として
冷蝶によって構成される低温軽液相と、主として溶媒に
よって構成される低温童液相とに簡単に分離でき、した
がって低温軽液相を被冷却流体の冷却に使用し、低温車
液相を熱交換後に溶媒として再使用できるから、これに
よりきわめてェネルギ消費の少ない冷却サイクルを実現
しうる効果がある。つぎに、この発明の実施例を図面を
参照しながら説明する。
実施例 １ 第１図にそのフロー・シートが示された装置を使用する
。
まず冷煤としてェタンを使用し、また溶媒としてメタノ
ールを使用する。導管１によってェタン：０．４とメタ
ノール：０．６（モル比）の混合溶液を第１熱交換帯Ｅ
Ｉに導入する。この溶液は温度３０００、圧力３４．５
気圧で、流量は２．４４ｔ／時である。第１熱交換帯Ｅ
Ｉにおいてこの溶液は−６０ｏｏに冷却される。ついで
これを導管２によって分離器ＢＩに導く。温度低下のた
めに溶液は軽液相を重液相とに区分せられており、これ
らをデカンテーションによって分離する。この分離器Ｂ
Ｉから導管３によって排出される低温竪液相は、ェタン
９２％とメタノール８％とよりなるものである。この低
温軽液相をついで第３熱交換帯Ｅ３に導入してそこで過
冷却する。この第３熱交換帯Ｅ３からの過冷却軽液相を
つぎに導管５によって膨張弁ＶＩに導き、この弁ＶＩを
通過させて１．６気圧まで減圧する。この減圧低温藤液
相を導管９によって第２熱交換帯Ｅ２に導入する。一方
、この熱交換帯Ｅ２に導入管１２から導入されかつ磯管
１３から排出せられる被冷却流体を、上記減圧竪液相の
低温における蒸発によって冷却する。この第２熱交換帯
Ｂ２の出口において竪液相中のエタノールはすべて蒸発
し、これにより排出される気体状のエタノールと若干量
の気体状もしくは液体状のメタノールとの混合物よりな
る軽相の温度は−８２００である。この第２熱交換帯Ｅ
２におては２２×ｌびＫｃａｌ（ｇ）の熱量が被冷却流
体から取り去れたことになる。つぎに−８２ｑｏの軽相
を導管１６によって上記第３熱交換帯Ｅ３に導き、これ
によって上記低温軽液相を過冷却させる。この第３熱交
換帯Ｅ３から導管４によって排出される軽相は−７００
Ｃであり、これを上記第１熱交換帯ＥＩに返送する。一
方、分離器ＢＩから導管８によって排出された低温車液
相は、主としてメタノールより構成されており、これを
第１熱交換帯ＥＩに返送する。第１熱交換帯ＥＩ‘こお
いては、これらの低温軽気相と低温車液相とによって上
記溶液が−６０℃まで冷却される。この第１熱交換帯Ｅ
Ｉの出口における鞍気相の温度は２３００、また車液相
の温度は２６０である。この軽気相は冷煤を構成するも
であり、これを導管６によって圧縮帯ＫＩに導き、そこ
で３６気圧まで３段階で圧縮する。これによって冷嬢の
温度は９〆０となされる。つぎにこの冷媒を圧縮帯ＫＩ
から導管７によって第１冷却器ＣＩに導き、そこで空気
または水よりなる外部冷却流体によって３が０まで冷却
し、これを導管１ １によって取り出す。また第１熱交
換帯ＥＩから導管１４によって排出した車液相は溶媒を
構成するものであり、これをポンプＰＩによって返送し
、上記袷煤と導管１５内で混合させる。そしてこの冷煤
が溶媒中に溶解して形成された溶液を第２冷却器Ｃ２に
導き、空気または水よりなる外部冷却流体によってその
溶解熱を除去し、溶液の温度を３０００として第２冷却
器Ｃ２から導管１に取り出す。このようにして冷蝶と溶
媒がサイクル内を循環し、ェネルギ消費量を少なくして
被冷却流体を連続的に冷却することができる。実施例
２ 第２図にそのフロー・シートが示された装置を使用する
。
冷煤としてェタンとプロパンの混合物を使用し、溶媒と
してメタノールを使用する。導管１によってェタン：０
．３プロパン：０．２およびメタノール：０．５（モル
比）の混合溶液を第１熱交換器ＥＩに導入する。この溶
液は温度３０ｏｏ、圧力３ぴ気圧、流量は３．１７ｔ／
時である。第１熱交換帯ＥＩにおいてこの溶液は−５５
ｑＣに冷却される。ついでこれを導管２によって第１分
離器ＢＩに導く。温度低下のために溶液は軽液相と重液
相とに区分せられており、これらをデカンテーションに
よって分離する。ついで軽気相を導管３によって第２熱
交換帯Ｅ２に導き、そこで一７３ｏｏに冷却する。つい
でこの低温軽液相を導管５によって第１膨張弁ＶＩに導
き、その圧力を１．６気圧まで低下させる。この減圧低
温軽液相を上記第２熱交換帯Ｅ２に導き、他方この熱交
換帯Ｅ２に導入管１２から導入されかつ排出管１３から
排出せられる被冷却流体を、上誌減圧軽液相の低温にお
ける蒸発によって冷却する。この第２熱交換帯Ｅ２の出
口における竪相の温度は−７８ｏ○である。したがって
この第２熱交換帯Ｅ２においては２０×１びＫｃａｌ（
ｇ）の熱量が被冷却流体から取り出されたことになる。
一方、分離器Ｂ１′から導管８によって排出された低温
重液相を第２膨張弁Ｖ２に通過させ、の圧力を１．４気
圧まで低下させる。そしてこの低温蚤液相と上記低碗軽
相とを混合し、混合物を導管１０によって第１熱交換帯
ＥＩに返送する。この第１熱交換帯ＥＩにおいては混合
物によって上記溶液が−５５００に冷却されるとともに
、この熱交換帯ＥＩに導入管１７によって導入されかつ
排出管１９によって排出される被冷却流体が冷却せられ
る。この場合被冷却流体から５×１びＫｃａｌ（ｇ）の
熱量が取り去られた。
この結果、第１熱交換帯ＥＩから導管１８によって排出
される混合物の温度は２４００であり、これを第２分離
器Ｂ２に導入する。第２分離器Ｂ２から導管２０によっ
て排出される軽気相は袷媒を構成するものであり、これ
を圧縮帯ＫＩに導き、そこで３ぴ気圧まで３段階で圧縮
する。これによって冷煤の温度は８５００となされる。
そしてこの圧縮帯ＫＩから冷媒を導管によって第１冷却
器ＣＩに導き、３〆○の温度まで冷却し、これを導管１
１によって取り出す。また上記第２分離器８２から導管
１４によって取り出した車液相は溶媒を構成するもので
あり、これをポンプＰＩによって圧送し、上記の冷煤と
導管１５内で混合させる。そしてこのように形成された
溶液を第２冷却器Ｃ２で冷却して冷嬢の溶解熱を除き、
その温度を３０００とした後、これを導管１によって取
り出す。このように、この実施例では冷媒として２種の
軟質炭化水素を用いたので、第１熱交換帯ＥＩと第２熱
交換帯Ｅ２とで互いに異なる冷却力でそれぞれ液体を冷
却することができた。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の実施に使用する装置を例示するもので
、第１図は第１実施例に使用する装置のフロー・シート
、第２図は第２実施例に使用する装置のフロー・シート
である。 Ｅ１・・…・第１熱交換帯、Ｅ２・・・・・・第２熱交
換帯、Ｅ３・・・・・・第３熱交換帯、Ｂ１・・・・・
・第１分離器、Ｂ２・・・・・・第２分離器、ＣＩ・・
…・第１冷却器、２…・・・第２冷却器、Ｋ１・・・…
圧縮帯、Ｐ１・・・・・・ポンプ、Ｖ１・・…・第１膨
張弁、Ｖ２・・・・・・第２膨張弁、１・・・・・・冷
煤と溶媒の混合物供給用導管、３・・・・・・低温軽液
相流送用導管、８・・・・・・低温車液相流送用導管、
１２，１７……被冷却流体導入管、１３，１９・・・・
・・冷却済み流体排出管、１５・・・・・・冷煤と溶媒
の混合用導管。 第１図 第２図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 冷媒の気相を圧縮帯におて圧縮して圧縮冷媒気相を
    得、この圧縮冷媒気相と溶媒液相とを接触させてその冷
    媒気相の少なくとも一部が溶媒液相に溶解した溶液を得
    、この溶液に含まれる圧縮熱と溶解熱の少なくとも一部
    を除去するようにこの溶液を冷却する第１工程と、この
    第１工程からの溶液を第１熱交換帯において低温軽相と
    低温重液相とによつて冷却し、溶液を２種の低温液相に
    区分せしめる第２工程と、この第２工程における２種の
    低温液相を互いに分離して低温軽液相と低温重液相とを
    得る第３工程と、この第３工程からの低温重液相を上記
    第１熱交換帯に返送し、上記溶液と熱交換後にこれを溶
    媒液相として第１工程に循環せしめる第４工程と、上記
    第３工程からの低温軽液相を減圧し、ついでこれを第２
    熱交換帯に導き、そこでこの低温軽液相の少なくとも一
    部を蒸発させ、これによつて被冷却流体を冷却する第５
    工程と、この第５工程から排出される低温軽相を上記第
    １熱交換帯に返送し、上記溶液と熱交換後にこの第１熱
    交換帯から排出される軽気相を上記第１工程の圧縮帯に
    冷媒気相として循環せしめる第６工程とよりなる流体の
    冷却方法。 ２ 冷媒が室温において凝縮しない気体である特許請求
    の範囲第１項記載の冷却方法。 ３ 冷媒が炭化水素の類に属する少なくとも１つの化合
    物を含むものである特許請求の範囲第１項記載の冷却方
    法。 ４ 冷媒が塩素化および（または）フツ素化炭化水素で
    ある特許請求の範囲第１項または第２項記載の冷却方法
    。 ５ 冷媒がメタン、エチレン、エタンおよびクロロトリ
    フロロメタンのうちの少なくとも１つよりなる特許請求
    の範囲第１項記載の冷却方法。 ６ 溶媒がアルコール、ケトン、アミンまたはニトリル
    の類に属する極性溶媒である特許請求の範囲第１項記載
    の冷却方法。 ７ 溶媒がメタノールである特許請求の範囲第６項記載
    の冷却方法。 ８ 溶媒がアセトニトリルである特許請求の範囲第６項
    記載の方法。 ９ 第１工程の圧縮帯において冷媒気相を１２〜７０気
    圧に圧する特許請求の範囲第１項〜第８項のうちのいず
    れか１つに記載の冷却方法。 １０ 第５工程において低温軽気相を１〜１０気圧に減
    圧する特許請求の範囲第１項〜第９項のうちのいずれか
    １つに記載の冷却方法。 １１ 第３工程において分離された低温軽液相を第５工
    程において減圧する前に過冷却する特許請求の範囲第１
    項〜第１０項のうちのいずれか１つに記載の冷却方法。 １２ 第３工程において分離された低温軽液相の過冷却
    を、第５工程から返送される低温軽相によつて第３熱交
    換帯において実施する特許請求の範囲第１１項記載の冷
    却方法。１３ 冷媒が互いに沸点を異にする少なくとも
    ２種類の成分によつて構成され、この冷媒の気相を圧縮
    帯において圧縮して圧縮冷媒気相を得、この圧縮冷媒気
    相を溶媒液相に接触させてその冷媒気相の少なくとも一
    部が溶媒液相に溶解した溶液を得、この溶液に含まれる
    圧縮熱と溶解熱の少なくとも一部を除去するようにこの
    溶液を冷却する第１工程と、この第１工程からの溶液を
    第１熱交換帯において低温軽相と低温重液相との混合物
    によつて冷却し、溶液を２種の低温液相に区分せしめる
    第２工程と、この第２工程における２種の低温液相を互
    いに分離して低温軽液相と低温重液相とを得る第３工程
    と、この第３工程からの低温軽液相を減圧し、ついでこ
    れを第２熱交換帯に導き、そこでこの低温軽液相の少な
    くとも一部を蒸発させ、これによつて被冷却流体を冷却
    する第４工程と、この第４工程において蒸発した低温軽
    相を上記第３工程からの低温重液相と混合する第５工程
    と、この第５工程からの低温混合物を上記第１熱交換帯
    に返送し、上記溶液との熱交換によつて該混合物から生
    じた気相と液相を互いに分離し、その気相を上記第１工
    程の圧縮帯に冷媒気相として循環せしめるとともに、そ
    の液相を上記第１工程に溶媒として循環せしめる第６工
    程とよりなる流体の冷却方法。 １４ 第５工程において低温重液相を第４工程からの低
    温軽相と混合する前に低温重液相の減圧を行なう特許請
    求の範囲第１３項記載の冷却方法。 １５ 第３工程において分離された低温軽液相を第４工
    程において減圧する前に過冷却する特許請求の範囲第１
    ３項記載の冷却方法。 １６ 第３工程において分離された低温軽液相の過冷却
    を、第４工程から返送された低温蒸発軽相によつて第３
    熱交換帯において実施する特許請求の範囲第１５項記載
    の冷却方法。
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