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JPS61105087A - 永久ガス流れを液化する方法および装置 - Google Patents

永久ガス流れを液化する方法および装置

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JPS61105087A
JPS61105087A JP60163785A JP16378585A JPS61105087A JP S61105087 A JPS61105087 A JP S61105087A JP 60163785 A JP60163785 A JP 60163785A JP 16378585 A JP16378585 A JP 16378585A JP S61105087 A JPS61105087 A JP S61105087A
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gas stream
work
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JP60163785A
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BOC Group Ltd
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Publication date
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Application filed by BOC Group Ltd filed Critical BOC Group Ltd
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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】 本発明は、冷却方法およびその装置に関し、特に永久ガ
ス、例えば窒素又はメタンの液化に関する。
永久ガスは、単にガスの圧力を増加しただけでは液化で
きない性質を有する。ガスがその液相と平衡して存在で
きる温度に達するにはガスを（圧力で）冷却させる必要
がある。
永久ガスを液化又は臨界点以下に冷却するための従来方
法は、ガスが適当な高圧、一般に３０気圧よりも高い圧
力にて得られなければ一般にガスを圧縮し、作動流体の
少な（とも一つの比較的低い圧力流れに抗して１つ以上
の熱交換器で熱交換しなければならない。少なくとも作
動流体のある部分は永久ガスの臨界温度より低い温度で
与えられ、作動流体流れの少なくとも一部分又は各法れ
は、作動流体を圧縮し、上記熱交換器内で冷却し、次に
内部の仕事（仕事膨張）させることにより膨張させるこ
とにより一般に形成される。作動流体自体は永久ガスの
高圧流れから取出してもよいし、又は永久ガスは作動流
体から別にしてもよいが、それにもかかわらず作動流体
は永久ガスと同一組成を有することはできない。
一般に液化された永久ガスは、臨界温度より低く等圧冷
却するため取出すときの圧力よりも実質的に低い圧力で
貯蔵又は使用される。従って、このような等圧冷却が完
了した後、臨界温度より低い永久ガスを膨張文はスロッ
トル弁を通過してガスの受ける圧力を実質的に低下し、
フラッシュガスと呼ばれるかなりの量のガスを製造する
。この膨張は実質的に等エンタルピーであるので、生成
される液体の温度が低下する。一般にこのような膨張を
一回又は２回行なって、貯蔵圧で蒸気と平衡する液化永
久ガスを製造する。
一般に液化永久ガスの商業用プロセスの熱力学的効率は
比較的低く、このような効率を改善するには十分な余地
がある。ｈ分野では、プロセス時の熱交換の効率を改善
することによりプロセスの全効率を改善することが大き
く強調されている。
従って、当分野における従来の提案は、永久ガス流れと
これと熱交換する作動流体流れとの間の温度差を最小化
することに集中していた。
しかしながら本発明は、永久ガス流れを冷却するのに使
用される準臨界温度の作動流体サイクルを改善すること
にある。
本発明によれば、高圧で永久ガス流れの温度を臨界温度
より低くし、少なくとも２回作動流体サイクルを実施し
て永久ガスの温度を臨界温度より低い温度まで低下する
のに必要な冷却の少なくとも一部を行なう行程から成り
、各作動流体サイクルは作動流体を圧縮し、これを冷却
し、冷却した作動流体を仕事膨張させ、仕事膨張した作
動流体を永久ガス流れおよび冷却中の作動流体と向流状
態で熱交換しながら暖め、それにより永久ガス流れに対
し冷却を行い、少なくとも一回の作動流体サイクルにて
仕事膨張した流体を永久ガスの臨界温度より低い温度の
永久ガス流れと向流状態で熱交換するようにし、このサ
イクルで仕事膨張完了時に作動流体を少なくとも１０気
圧にする永久ガス流れ液化方法が提供される。
前記圧力は好ましくは１２〜２０気圧の範囲にある。
作動流体を仕事膨張するための膨張タービンを使用する
作動流体サイクルでは、少なくとも１０気圧の圧力は膨
張タービンの出口圧力である。このような出口圧力は匹
敵する液化法で従来使用される圧力よりも高くなってい
る。少なくとも１０気圧の出口圧力を使用すれば、永久
ガス流れと熱交換する作動流体の比熱を増加でき、これ
により準臨界作動流体のサイクルの熱力学的効率を増加
できるので、その固有の動力消費量も低下できる。
膨張タービンの出口圧力が１２〜２０気圧の範囲内にあ
って、一旦仕事膨張が完了すれば、作動流体は飽和温度
又は飽和温度より２Ｋ高い温度にあることが好ましい。
飽和温度又はこれに近い温度では、作動流体の比熱は温
度低下と共に比較的急速に増加する、従って、作動流体
の仕事によりその飽和温度（又はそれに近い温度に）ま
で膨張させるという我々の考えは、少なくとも１０気圧
の膨張タービンの出口圧力を利用することにより得られ
る高い熱効率により利点を大きくできる。
作動流体は一旦その仕事膨張が完了すれば好適には完全
に飽和した蒸気すなわち湿った蒸気にできる。
準臨界温度の作動流体サイクルで少なくとも１０気圧の
膨張タービン出口圧力を使用する結果、本サイクルによ
って行うことができる冷却すなわち冷却負荷が制限され
る。従って、一般には比較的高温度（例えば、１０７〜
１１７にの範囲、窒素に対しては好ましくは約１１０Ｋ
）の永久ガス流れを貯蔵圧（例えば、１気圧の大きさの
圧力）まで膨張することが好ましい。従来は、永久ガス
流れが１つ又は２つの膨張弁を通過するようにして等エ
ンタルピー的に液化永久ガス流れを貯蔵圧まで膨張させ
ていた。このような方法はかなりの非可逆的仕事量を要
する膨張を行う比較的効率の良くないやり方で、このよ
うな方法を全てでないにしても多く利用すれば、本発明
により可能となった動力消費上の利点が失われる。しか
しながら、１回又は２回の等エンタルピー膨張で可能で
あった効率よりもより効率良く貯蔵圧力まで膨張できる
と信ず。例えば、永久ガス流れの臨界温度より低い温度
から高圧での永久ガス流れは、少なくとも３回連続して
等エンタルピー膨張でき、この結果生じるフラッシュガ
スと液体は分離され、最終膨張を除き各等エンタルピー
膨張からの液体はその直後の等エンタルピー膨張で膨張
されて、前記フラッシュガスの少なくとも一部（一般に
はすべて）が前記永久ガス流れと熱交換される。一般的
に、フラッシュガスは通過して永久ガス流れと熱交換し
ないようになった後液化のため進入永久ガスにより再圧
縮される。−回収玉のフラッシュガス分離段の他に、１
つ以上の膨張タービンにより流体の圧力を低下してもよ
い。
仕事膨張した作動流体が前記永久ガス流れと熱交換して
いるときの温度よりも低い永久ガス流れ温度の前記永久
ガスと前記フラッシュガスの少なくとも一部、好ましく
はすべてを熱交換させたい。
一つの典型例では、永久ガス流れの温度を約３にだけ低
下できると信する。このことは、膨張のため永久ガス流
れを取り出す温度は他の方法で必要な温度よりも３にだ
け高くできることを意味するので、１２気圧を越える前
記準臨界作動流体サイクルにおける膨張タービンの出口
圧力の範囲が増加し、従って永久ガス流れと熱交換する
ようになる作動流体の比熱を上げることができる。
永久ガス流れが窒素である例では、ガス流れが上記の連
続等エンタルピー膨張を受ける前に窒素の温度を１０７
〜１１７Ｋまで低下したい。従って、フラッシュガスは
、永久ガス流れを周囲温度又はその近くの温度から１０
７〜１１７Ｋまでの温度に冷却できる。永久ガス流れの
広範囲の圧力にて１１０にの温度を利用できる。一般的
に準臨界的温度の作動流体サイクルでは仕事膨張した作
動流体は周囲温度又はその近くの温度から１１０〜１１
８・Ｋまでの範囲の温度に冷却する。
永久ガスが例えば１日あたり少な（とも数千トンの酸素
を発生する超低温空気分離プラントにより製造される窒
素の流れであれば、フラッシュガスは一般に製品の液体
窒素が形成されるレートの約半分のレートで製造され、
前記１１０にの温度で前記等エンタルピー膨張のため窒
素流れを取ることができる。遠心コンプレッサを使用す
る小さなプラントにおける作動流体の臨界温度に近い膨
張ターくン出ロ温度では、リサイクルガスの容積を大き
くし、リサイクルコンプレッサの効率を維持するにはフ
ラッシュガスを比較的高レート（例えば製品液体を形成
するときのレートの１００％まで）で形成することが好
ましい。タービンの出口温度が臨界温度に近づけば、例
外的に高い出口圧力（すなわち作動流体として窒素を使
用した例では２０気圧以上）を使用しない限り、出口温
度を飽和温度の２Ｋ内に維持することはできない。
所望すれば、作動流体サイクルで２つ以上の仕事膨張段
を使用することができる。例えば永久ガス流れの臨界温
度を越える温度で作動する作動流体サイクルでは、冷却
段と加熱段との間の作動流体を中間圧力までに仕事膨張
させ、低圧力であるが一般に最初の仕事膨張により発生
される同一温度まで部分的に予熱して仕事膨張してもよ
い。
ガス流れの臨界温度より高い温度の永久ガスと作動流体
を熱交換させる少なくとも一回の作動流体サイクルを設
けることが好ましい。このような作動流体サイクルを使
用することは、準臨界温度の作動流体サイクルの冷却負
荷を低下することにも役立つ。一般にこのような作動流
体サイクルでは、仕事膨張した作動流体は永久ガス流れ
を周囲温度又はそれに近い温度から１３５〜１８０にの
範囲内の温度に冷却する。
一般に永久ガス流れは少なくとも一つの冷却剤流れとの
熱交換によっても冷却される。前記冷却剤流れは、仕事
膨張した作動流体が永久ガス流れと熱交換するときの温
度又はそれより高い温度の永久ガス流れと向流状態で熱
交換する。
窒素ガスを液化する場合では、前記冷却剤流れにより周
囲温度から約２１０Ｋまで永久ガス流れを冷却したい。
このようにすることの利点は、より高温の仕事膨張段へ
の冷却負荷を減少するので。
仕事膨張を他の方法で得られるよりももっと効率良く作
動できる。
この冷却剤は一般に冷凍に使用されるフレオン又は他の
非永久ガスである。作動ガスは一般には永久ガスであり
都合良く液化するガスから取出され、圧縮のため液化ガ
スと再合流させてもよい。
一般に永久ガス流れの温度−エンタルピー曲線と作動流
体の温度−エンタルピー曲線は、特に永久ガスの比熱の
変化率が最大となる臨界温度より高い温度範囲（例えば
、４５気圧の窒素に対しては約１３５と１８０にの間）
で接近するよう維持することが好ましい。仕事膨張した
作動流体が永久ガス流れと向流状態で熱交換するときの
正しい温度および実施する作動流体サイクルの数はこの
ような一致が得られるように選択される。４５気圧以下
の圧力で供給される永久ガスを液化する際、このために
は作動流体サイクルを３回行ないたい。
サイクルを３回利用すれば、準臨界温度作動サイクル中
のタービンの出口圧力を少なくとも１０気圧のレベルに
セットするを容易とするレベルに準臨界温度サイクルに
加わる冷却負荷を保つことができる。４５気圧で窒素を
液化する場合、出口圧力が約１６気圧で出口温度が約１
１２Ｋの膨張タービンにより準臨界温度すなわち低温作
動流体サイクルを実施し、いずれも出口温度が約１３６
にの２つの膨張タービンにより中間作動流体サイクルを
実施し、出口温度が約１６０にの膨張タービンで中温作
動流体サイクルを実施したい。
永久ガスの圧力が高くなればなる程、温度−エンタルピ
ー曲線の屈曲は少なくなるので、永久ガスの温度−エン
タルピー曲線と作動流体の温度−エンタルピー曲線とを
より容易に接近できる。従って、４５気圧よりも高い永
久ガス圧では、作動流体サイクルを２回行ないたい。例
えば、５０気圧の窒素では、膨張タービンの出口圧力が
１４気圧、出口温度が約１１０〜１１２Ｋの低温作動流
体サイクルを実施し、膨張タービンの出口温度が約１５
０にの中温作動流体サイクルを実施したい。
永久ガスが適当に高い圧力で入手できなければ、適当な
コンプレッサ又はコンプレッサ列で永久ガスを高圧まで
昇圧することが好ましい。−例では、永久ガスの圧力を
、多段コンプレッサ内の数工程で中間圧力まで昇圧し、
次に作動流体の仕事膨張の際に使用される膨張タービン
のロータ上の同一シャフトにロータが取付けられている
少なくとも一つのブーストコンプレッサにより最終選択
圧力まで昇圧する。一般に各異なる圧力のフラッシュガ
ス流れは多段コンプレフサの異なる段へ戻される。熱交
換器を通路する通路の数を少なくするため、作動流体サ
イクルは熱交換器を通ってコンプレッサに戻る共通通路
を共用する。
本発明は、窒素およびメタンの液化のみに限定されるも
のではなく、他のガス例えば−酸化炭素および酸素も液
化できる。
以下添付図面を参照して本発明を説明する。
次に第１図を参照すると、周囲温度（すなわち３００Ｋ
）および例えば４５気圧の超臨界圧力の主窒素流れ３０
は、中温端３４および低温端３６を有する熱交換手段３
２を通過する。この熱交換手段３２は一連の熱交換器３
８．４０．４２．４４．４６．４８および５０を含み、
各熱交換器は、その上流側（流体３０の流れ方向に対し
）の熱交換器よりも漸次より低温の範囲で作動する。
流れ３２が熱交換器５０から離れるとき約１１０にの温
度になっている。次にこの流れはスロットル弁５４を通
して等エンタルピー的に膨張され、８気圧の圧力の液体
窒素および８気圧のフラッシュガスが製造される。この
８気圧のフラ・７シユガスおよび液体窒素は次に相分離
器５６内で互いに分離される。分離器５６からは、フラ
ッシュガス流れ５８が取り出され、このガス流れは流れ
３０と向流状態で熱交換するように熱交換手段３２内の
低温端３６から中温端３４へ戻される。
相分離器５６からの液体窒素は第２スロツトル弁６０を
通って等エンタルピー的に膨張され、３．５気圧の圧力
の液体窒素とフラッシュガスが製造される。第２相分離
器６２内ではフラッシュガスから液体窒素が分離される
。分離器６２から取り出されたフラッシュガス流れ６４
は流れ３０と向流状態で熱交換するよう熱交換手段３２
の低温端３６から中温端３４へ戻される。相分離器６２
Ｋ収集されたいくらかの液体は第３スロットル弁６６を
通して等エンタルピー的に膨張され１．３気圧の圧力の
液体窒素およびフラッシュガスが製造される。第３相分
離器６８内でフラッシュガスから分離された液体窒素は
゛流れ３０と向流状態で熱交換しながら熱交換手段３２
の低温端から中温端３４へ戻される。相分離器６２から
引出された液体は、第３相分離器６８内の液体窒素内に
浸漬されたコイル７２内で冷却されたあとタンクへ送ら
れる。相分離器６８内の液体窒素はこうして沸とうされ
、この結果生じる蒸気はフラッシュガス流れ７０に合流
する。
フラッシュガス流れ５８．６４および７０は、すべて熱
交換器５０を冷却し、窒素の流れ３０の温度を１１３Ｋ
から１１０Ｋに下げるのに有効である。一般的にフラッ
シュガスは、タンクへ送られる液体窒素の量の５０％だ
け製造される。フラッシュガスを製造する圧力は、熱交
換手段３２の中温端３４からフランシュガスが戻される
コンプレッサ役向の圧力によって決定される。
３４．５気圧の圧力および約３００にの温度の第１作動
流体サイクル７７内の窒素作動流体の流れ７６は、流れ
３０と同一方向に流れながら熱交換手段３２を通過し、
熱交換器３８．４０．４２．４４および４６を次々に通
過して流れ、１３８にの温度にて熱交換器４６を離れる
。次にこの流れは「低温」膨張タービン７８内で１６気
圧の圧力に仕事膨張される。このような圧力では作動流
体は比較的高い比熱を有しているので、永久ガス流れを
より効率的に冷却できる。この結果生じる作動流体は１
１２Ｋの温度の流れ８０としてタービン７８を離れ、流
れ３０に対して向流状態で熱交換器４８を通過されるの
で、暖められ熱交換器４８の冷却条件を満し、次に熱交
換器４６．４４．４２．４０および３８を次々に通過し
て流れる。
第２作動流体サイクル８１では、熱交換器４４の低温、
端と熱交換器４６の中温端との中間位置にて１６３にの
温度の作動流体として流れ３０の一部を取り出し、第１
中間膨張タービン８２内へ送り、この中で仕事膨張させ
　１３６にの温度および２３気圧の圧力の流れ３２とし
てタービン８２を離間する。この流れ８４は、流れ３０
と向流４−：態で熱交換器４６を通過するので、予熱さ
れ中間位置にて１５０にの温度で熱交換器より取出され
る。次に第２中間膨張タービン８６へ送られ、この中で
仕事膨張される。この窒素は１６気圧の圧力および１３
６にの温度の流れ８８としてタービン８６から離間し、
次に熱交換器４６の低温端と熱交換器４８の中温端の中
間領域にて流れ８０と合流されるので、特に１６気圧の
圧力では作動流体は比較的高い比熱を有するという熱交
換器４６の冷却条件を満すのに役立つことができる。
第３作動流体サイクル８９では、熱交換器４２の低温端
と熱交換器４４の中温端との中間領域にて作動流体とし
て流れ３０の一部が取出され、２１０にの温度にて中温
膨張タービン９０内へ流れ込み、この中で仕事膨張され
る。窒素は、約１６気圧の圧力および１６０．５にの温
度の流れ９２として膨張タービンを離間する。この圧力
では、作動流体は比較的高い比熱を有しているので、永
久ガス流れをより効率的に冷却することができる。次に
この流れ９２は熱交換器４４の低温端と熱交換器４６の
中温端との中間領域にて流れ８０と合流する。従って、
流れ９２は、熱交換器４２の冷却条件を満すのに役立つ
。
熱交換器３８．４０および４２を冷却するのに従来のフ
レオン冷却器９４．９６および９８がそれぞれ使用され
る。この手段により、流れ３０の温度は熱交換器３２の
中温端の３０００Ｋから熱交換器４２の低温端の２１０
Ｋまで低下できる。
第３図に示すプラント内で使用されるコンプレッサシス
テムは第３図をより明瞭にするためのものであり、この
中には示されていない。しかしながら、このコンプレッ
サシステムは１気圧の入口圧力で作動する第１段および
３４．５気圧の出口圧力を有する最終段を有する多段コ
ンプレッサを含。
む。第１段の人口にはフラッシュガス流れ７０と共に１
気圧の窒素が送られる。この窒素はフラッシュガス流れ
６４および５８が熱交換手段３２の中温端３４を離間し
た後流れ６４および５８と合流される。更にコンプレッ
サの次の役向で仕事膨張された戻り作動流体の流れ８０
とも合流される。
流れ５８．６４．７０および８０の各々は、他からコン
プレッサの別の段に供給される。
多段コンブレフすを離れるガスの一部が取出されて流れ
７６を形成する。残りのガスは、４つのブーストコンプ
レッサ（各ブーストコンプレッサは膨張タービンのそれ
ぞれにより駆動されている）により４５気圧の圧力に圧
縮され、次に主窒素流れ３０を形成するのに使用される
。
多段コンプレッサの各段および各ブーストコンプレッサ
は、圧縮したガスから圧縮熱を除去するため連動する専
用水冷器を一般に存している。
第１図に示すプラントは第３図に略図として示されてお
り、第４図には４５気圧よりも高い圧力（例えば、５０
気圧）で窒素流れを液化するのに適した別のプラントが
同様に示されている。第１図に示されたプラントと第４
図に示されたプラントの差異は前者が４つの仕事膨張タ
ービンを使用するのに対して、後者は２つのタービンし
か使用していないことである。一つのタービン（低温タ
ービン）１５０にで圧縮された窒素を取入れ、仕事膨張
により約１１０にの温度（５０気圧の窒素の場合では約
１４気圧に）まで低下させるのに対し、他方のタービン
（中温タービン）は２１０にの圧縮窒素を取入れその温
度を約１５０Ｋに低下させる。従って、製品の窒素流れ
を臨界温度より低く冷却するのに作動流体の２つの仕事
膨張流れしか使用しないが、この流れの比較的高い圧力
は温度−エンタルピー曲線（図示せず）をあまり屈曲し
ないようにするので、戻り流れの温度−エンタルピー曲
線を製品窒素流れの温度−エンタルピー曲線に適当に合
致させることが可能となる。
第２図を参照すると、ラインＡＢは液化プロセス中窒素
を冷却する等圧線であり、点Ｂは液体窒素が熱交換器３
６　（すなわちｌｌ０Ｋ）より離間するときの温度を示
し、曲線ＤＥＦは、窒素が液体とガスの２相状態にある
包絡線を示し、ラインＢＧＨＩ、ＪＫＬおよびＭＮＯは
等エンタルピーラインで、ラインＰＱ、、ＲＳおよびＴ
Ｕはガス状窒素の等圧線である。
次に第１図の弁５４による第１等エンタルピー膨張を考
察すると、窒素は包絡線ＤＥＦ内の点Ｈに達するまで等
エンタルピーラインＢＧＨＩに従う。ここでは窒素はガ
スと液体の２相状態にある。
相分離器５６は液体からガスを分離し、従ってこの分離
の結果、点Ｊで液体窒素が得られ、点Ｐではフラッシュ
ガスが得られる。第２の等エンタルピー膨張すると、窒
素は点Ｋに達するまで等エンタルピーラインＪＫＬに沿
い、第２の相分離をすると、点Ｍで液体、点Ｒでフラン
シュガスが発生する。第３の等エンタルピー膨張をする
と窒素は点Ｎに達するまでラインＭＮＯに沿い、従って
第３の相分離をすると、点■で液体、点Ｊでフラッシュ
ガスが発生する。第１図に示すように第３分離器内の液
体は、過冷却されている第２分離器より液体により蒸発
される。過冷却された液体は点Ｍの圧力に等しい圧力で
かつ点■の温度に近く、点Ｍの温度と点■の温度との間
の温度でタンクに送られる。
次に点■の液体は一回だけの等エンタルピー膨張の結果
発生したと仮定すると、この場合窒素は点Ｖに達するま
で通路ＢＧＨＩを通る。この工程で生じる全エントロピ
ー増加量は、経路ＧＨ１ＪＫお孝びＭＮを通−ときに生
じるエントロピー増加量の合計よりも大きい。これはラ
インＧＨ１ＪＫおよびＭＷはすべて比較的急勾配である
が、経路ＨＩはこれ程急勾配でない（等エンタルピーの
各ラインの（負）の傾きは温度低下と共に減少する）か
らである。従って、−回の等エンタルピー膨張が行なわ
れるときには、連続して３回等エンタルピー膨張すると
きよりも多くの非可逆的仕事がなされ、このため本発明
に係る後者の方法は前者の方法よりも熱力学的に効率が
よい。
更に少なくとも３回等エンタルピー膨張すれば、最初の
膨張の後の各等エンタルピー膨張で非可逆的仕事を行う
作動流体量が減少する。
更に４回又は５回又はそれ以上の連続した等エンタルピ
ー膨張を行って点■に達すると、もっと効率を高めるこ
とができると理解されよう。しかしながら実際には、６
回以上の等エンタルピー膨張を行うと別の利点が少なく
なるのでほとんど行なわれない。
又工程ＢＧは比較的大きなエントロピー増加を生じさせ
るので、最初の等エントロピー膨張（ＢＧＨ）は、第２
および第３の等エントロピー膨張よりも比較的効率が低
いことが判るであろう。
従って、点Ｊ′に対応する温度まで等圧的に冷却し、次
に３回より少ない等エンタルピー膨張スることはより利
点が多いと考えられる。しかしながらこのようなやり方
は、窒素の温度を等エンタルピー膨張が行なわれる温度
まで低下するのに必要な作動流体の仕事膨張時の熱力学
的効率の重なりロスが生じ、更にエントロピーの増加Ｊ
’Ｊは定エンタルピーラインに沿うＢＧよりも大きいの
で不利である。
次に再度添附図面中の第１図を参照すると、仕事膨張し
た作動流体（窒素）の流れ８０が熱交換手段３２を通っ
てその中温端３４へ向うとき、この流れは漸次加熱され
る。このような通過がほぼ等圧的に行なわれると仮定す
れば、このことば窒素は等圧線、例えば添附図面の第５
図に示された等圧線のうちの一つに従うことを意味する
。第５図は圧力を１気圧から２５気圧に変えたときの温
度による窒素の比熱変化を示す曲線群である。各等圧線
の左側の端（図示するように）はガス状窒素の飽和温度
により定められる。等圧線（暖化曲線として有効）の圧
力が高くなればなるほど、等圧線上にある特定温度にお
ける窒素の比熱も大きくなり、従ってその温度における
冷却容量も大となる。高圧および所定温度における窒素
の比熱と低圧・同−温・度における窒素の比熱の相対差
は圧力増加と共に小さくなる。この差は特に１０気圧以
上の圧力で顕著である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る窒素液化プラントの一部を示す
回路略図、第２図は窒素のエントロピーに対する°温度
の略グラフ、第３図は第１図に示したプラントの略図、
第４図は窒素液化用の別のプラントを示す略図、第５図
は異なる圧力の窒素に対する比熱一温度曲線を示すグラ
フである。 ３０・・・主窒素流れ、 ３２・・・熱交換手段、 ３４・・・中温端、 ３６・・・低温端、 ３８．４０．４２．４４．４６．４８．５０・・・熱交
換器。 Ｃｐ　Ｋｃａｌ／Ｓｍ３／に 呻犬１ｊ−１’、おＬ−７や九軒・伍林手続補正書（方
式） １、事件の表示　　　　昭和６０年特許願第１６３７８
５号２、発明の名称　　　　永久ガス流れを液化する方
法および装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　出願人 ４、代理人

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）永久ガス流れを液化する方法において、高圧で永
    久ガス流れの温度を臨界温度より低くし、少なくとも２
    回作動流体サイクルを実施して永久ガスの温度を臨界温
    度より低い温度まで低下するのに必要な冷却の少なくと
    も一部を行なう行程から成り、各作動流体サイクルは作
    動流体を圧縮し、これを冷却し、冷却した作動流体を仕
    事膨張させ、仕事膨張した作動流体を永久ガス流れおよ
    び冷却中の作動流体と向流状態で熱交換しながら暖め、
    それにより永久ガス流れに対し冷却を行い、少なくとも
    一回の作動流体サイクルにて仕事膨張した流体を永久ガ
    スの臨界温度より低い温度の永久ガス流れと向流状態で
    熱交換するようにし、このサイクルで仕事膨張完了時に
    作動流体を少なくとも１０気圧にする方法。
  2. （２）前記圧力が１２〜２０気圧の範囲内にある特許請
    求の範囲第１項記載の方法。
  3. （３）仕事膨張完了時の作動流体の温度は前記圧力にお
    ける飽和温度又は前記飽和温度よりも２Ｋだけ大きい温
    度である特許請求の範囲第２項記載の方法。
  4. （４）その臨界温度より低い永久ガス流れが少なくとも
    ３回連続して等エンタルピー膨張し、各等エンタルピー
    膨張が終了する度にその結果生じるフラッシュガスを液
    体から分離し、最終膨張を除く各等エンタルピー膨張か
    らの流体をその次の等エンタルピー膨張で膨張される流
    体とし、少なくとも前記フラッシュガス部分は前記永久
    ガス流れと熱交換される特許請求の範囲第１項又は第２
    項記載の方法。
  5. （５）３回、４回又は５回連続して等エンタルピー膨張
    を実施する特許請求の範囲第３項記載の方法。
  6. （６）仕事膨張した作動流体を前記永久ガス流れと熱交
    換させる温度よりも低い永久ガス温度にある前記永久ガ
    ス流れと少なくとも前記フラッシュガス分を熱交換させ
    る特許請求の範囲第３項又は第４項記載の方法。
  7. （７）１０７から１１７Ｋの範囲内の温度にて窒素であ
    る永久ガス流れに対し第１の等エンタルピー膨張させる
    特許請求の範囲第３〜５項のいずれかに記載の方法。
  8. （８）永久ガスの臨界温度よりも高い温度の仕事膨張し
    た作動流体を発生する少なくとも一回の作動流体サイク
    ルにて、作動流体を永久ガスの臨界温度より高い温度に
    ある永久ガス流れと熱交換させる特許請求の範囲第１〜
    ７項のいずれかに記載の方法。
  9. （９）少なくとも一回の作動流体サイクルで仕事膨張し
    た作動流体により永久ガス流れを周辺温度又はその近傍
    の温度から１３５から１８０Ｋの範囲内の温度まで冷却
    する特許請求の範囲第８項記載の方法。
  10. （１０）永久ガス流れを少なくとも一つの冷却剤流れと
    熱交換させることによっても冷却する特許請求の範囲第
    ８項又は第９項記載の方法。
  11. （１１）少なくとも前記冷却剤流れは周囲温度又はその
    近傍の温度から２１０Ｋまで永久ガス流れを冷却する特
    許請求の範囲第１０項記載の方法。
  12. （１２）作動流体は永久ガスである特許請求の範囲第１
    〜１１項のいずれかに記載の方法。
  13. （１３）作動流体は冷却中の永久ガス流れから取出され
    、圧縮のため再び合流される特許請求の範囲第１２項記
    載の方法。
  14. （１４）永久ガス流れは４５気圧以下の圧力で供給され
    、３回の作動流体サイクルを実施する特許請求の範囲第
    １〜１３項のいずれかに記載の方法。
  15. （１５）４５気圧よりも大きい圧力で永久ガス流れを供
    給し、２回の流体サイクルを実施する特許請求の範囲第
    １〜１３項のいずれかに記載の方法。
  16. （１６）仕事膨張した作動流体を永久ガス流れの臨界温
    度より低い温度の永久ガス流れと熱交換させる作動流体
    サイクルにて仕事膨張した作動流体は永久ガス流れを周
    囲温度又はその近傍の温度から１１０〜１１８Ｋの範囲
    内の温度まで冷却する特許請求の範囲第１〜１５項のい
    ずれかに記載の方法。
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