JPH06159927A - 低沸点ガスの液化方法及び装置並びに空気分離方法及び装置 - Google Patents

低沸点ガスの液化方法及び装置並びに空気分離方法及び装置

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JPH06159927A
JPH06159927A JP5197400A JP19740093A JPH06159927A JP H06159927 A JPH06159927 A JP H06159927A JP 5197400 A JP5197400 A JP 5197400A JP 19740093 A JP19740093 A JP 19740093A JP H06159927 A JPH06159927 A JP H06159927A
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gas
pressure
heat exchange
low
temperature
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Bao Ha
バオ・ハ
Jean P Tranier
− ピエール・トラニエール ジャン
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Liquid Air Engineering Corp Canada
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 実質的にエネルギーコストを節約できる低沸
点ガスの液化方法を提供する。 【構成】 ガスの一部を高圧と低圧との間の中間圧まで
圧縮する工程と、第1の温度で中間圧ガスを断熱的に膨
張し、断熱的に膨張したガスを用いて熱交換手段の比較
的暖かい部分を冷却した後、断熱的に膨張したガスを循
環させる工程と、第2の温度で高圧ガスの一部を断熱的
に膨張し、これを用いて熱交換手段の比較的冷たい部分
を冷却した後、第3の温度で後者のガスの一部の少なく
ともいくらかを低圧まで再び断熱的に膨張し、これを熱
交換手段を通して戻して熱交換手段を冷却した後、これ
を循環させる工程とを有し、第1の温度が第2の温度よ
りも高く、かつ第2の温度が第3の温度よりも高い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フィードの一部の複数
回の仕事膨張を伴い、向流熱交換によってフィードの残
部を冷却するのに必要な冷凍を生じさせる、低沸点ガス
の液化に関する。
【0002】
【従来の技術】低沸点ガスの液化は、圧縮及び冷却した
後、膨張してその温度を液化温度まで低下させることに
よりもたらされる。当然ではあるが、圧縮されたフィー
ドをジュール−トムソン膨張のみにより必要な液化温度
にまで冷却することは経済的ではない。そこで長年の
間、フィードを分割し、その一部を断熱的に膨張し、こ
うして生じた冷凍を向流熱交換によってフィードの残部
を冷却するために用いることが、標準的な方法であっ
た。
【0003】しかし、低沸点ガスは、単位量の温度低下
当たり一定のエンタルピー変化を伴って冷却されるわけ
ではない。その代わりに、低沸点ガスの冷却曲線は、こ
の分野において「S曲線」として知られるものである。
【0004】一方、加熱した場合には、低沸点ガスは同
じS曲線をたどり直すのではなく、実際には本質的に直
線をなす加熱「曲線」をたどる傾向がある。熱力学的な
最大効率したがって必要とする冷凍の起源である圧縮を
行うために必要な仕事の最小コストは、間接的に熱交換
している間に加熱流と冷却流との温度差を、熱交換手段
の全長にわたってできるだけ小さく維持することによっ
て助長される。しかし、上述した場合には、S形の冷却
曲線を直線をなす加熱曲線に近接させることは不可能で
ある。すなわち、2つの曲線は一致した状態からはかな
り離れているため、2つの曲線の間の距離を最小に保つ
ことができない。この分野の設計者によく知られた大問
題であるこの状況は、添付の図面の図1に図示されてい
る。
【0005】(公知の従来技術)低沸点ガスの冷却曲線
を変化させることはできないので、この分野の設計者
は、フィード流の仕事膨張部分によって与えられる冷凍
を再分配することによって、熱交換経路の中間部分に沿
って加熱曲線を変化させることを追求してきた。具体的
には、フィードの一部を断熱的に膨張させ、このように
して生じた冷凍を熱交換経路の冷たい末端と暖かい末端
との中間の一部のみに沿うフィードの残部に加え、その
後さらに同じ一部を熱交換手段に沿ってその暖かい末端
まで戻す前に断熱的に膨張させることが知られている。
【0006】例えば、スミスら(Smith et a
l.)の米国特許第3,358,460号においては、
高圧流の一部を断熱的に膨張し、向流熱交換において中
間温度レベルのフィードの残部とともに戻し、その後フ
ィードとの向流熱交換において熱交換手段の暖かい末端
まで戻す前に再び断熱的に膨張しながら、高圧のフィー
ド流を少しずつ冷却した後、等エンタルピー的に膨張し
てこれを液化している。
【0007】しかし、これらの2回の断熱膨張は要求さ
れる冷凍を生じさせるには不十分であるので、約−74
℃という比較的低温で運転しなければならない別個の外
部冷凍ユニットを設けている。このような低温では、非
常に高価な外部冷媒を使用する必要がある。しかも、低
温用材料を使用しなければならないので、冷凍ユニット
は非常に高価になる。
【0008】マーシャルら(Marshall et
al.)の米国特許第4,638,639号は、加熱曲
線を冷却曲線に一致させることを追求した他のやり方を
提案している。この後者の特許においては、二重圧力サ
イクルを与え、フィードは比較的高圧にあり、第2の流
れを中間圧まで圧縮する。高圧流の一部を断熱的に膨張
し、中間温度レベルのフィードを冷却するために用い、
再び断熱的に膨張し、フィードとの向流熱交換において
熱交換手段の暖かい末端まで戻している。しかし、スミ
スらにおけるような外部冷凍ユニットの代わりに、マー
シャルらはさらに2回の断熱膨張を与えている。これら
の断熱膨張のうちより暖かい方では、最初に述べた高圧
フィードの一部よりも高い温度レベルで高圧フィードの
一部を断熱的に膨張し、最初に述べたフィードの一部よ
り暖かい熱交換手段の部分を冷却するために戻してい
る。しかし、中間圧流の方も、最初に述べた高圧流の一
部よりもさらに低い温度まで冷却し、断熱的に膨張し、
最初に述べた一部よりも冷たい熱交換手段の部分を冷却
するために戻している。
【0009】いいかえれば、マーシャルらにおいては、
フィードの3つの部分を3つの異なる温度レベルで断熱
的に膨張し、対応する3つの異なる温度レベルで熱交換
手段の3つの異なる部分を冷却するために最初に用いて
いる。したがって、少なくとも4つの膨張機関が必要に
なる。このことは、サイクルの複雑さを大幅に増し、よ
り高い資金コストをもたらす。
【0010】最後に、ドブラキーら(Dobracki
et al.)の米国特許第4,894,076にお
いては、中間圧流を分割し、比較的暖かい一部を断熱的
に膨張して比較的高い温度レベルで冷凍を与え、比較的
冷たい一部を断熱的に膨張して比較的低い温度レベルで
冷凍を与えるサイクルが提案されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
1つの目的は、低温用の外部冷凍を必要としない低沸点
ガスの液化方法及び装置を提供することにある。本発明
の他の目的は、最少数の膨張機関を用いる方法及び装置
を提供することにある。
【0012】本発明のさらなる目的は、ガスの加熱曲線
をガスの冷却曲線と一致するように接近させる方法及び
装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的
は、実質的なエネルギーコストの節約を享受できるよう
な方法及び装置を提供することにある。
【0013】本発明のさらなる目的は、空気分離ユニッ
トと組み合わせた方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、窒素の液化に特に有用性がある方
法及び装置を提供することにある。
【0014】最後に、本発明の目的は、信頼性があって
比較的コスト効果があり、維持及び運転が簡単であり、
かつ使用にあたり丈夫で耐用性がある装置を提供するこ
とにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの及び他
の目的は、本発明による方法及び装置によって達成され
る。本発明においては、フィードの中間圧の一部を断熱
的に膨張して熱交換手段の比較的暖かい部分を冷却する
ために用い、一方でフィードの高圧の一部を断熱的に膨
張して熱交換手段のより冷たい部分を暖めるために用い
た後、再び断熱的に膨張して熱交換手段のさらに冷たい
部分のために冷凍を与える二重圧力サイクルを提供する
ことによって、低温外部冷凍の使用を避け、同時に膨張
機関の数を最少に保つ。この第3の断熱膨張は、好まし
くは最低のサイクル圧力及び温度に達し、いくつかの例
では液化ガスを製造することもできる。
【0016】結果として、添付の図面の図2に示される
ように、本発明の熱交換手段の全長に沿った加熱曲線
は、冷却曲線とかなり良好な一致をもたらす。以上で指
摘したように、これは本発明が向流的に流れる流れの間
でかなり小さい温度差を実現することにより運転効率を
改善することを意味し、このことは要求される圧縮を生
じさせるに必要なエネルギーコストの実質的な節約をも
たらす。エネルギーの節約は少なくとも約3%であり、
50バールより低い比較的低圧を伴うサイクルと比較す
ると節約は約5%まで上がる。
【0017】(従来技術からの特徴)上述したスミスら
の特許の開示と比較して、本発明は少なくとも以下のか
なりの特徴を示す。
【0018】1.低温で作動する外部冷凍ユニットが不
要であり、以上に記載した長所がある。 2.スミスらは、二重圧力サイクルではない。すなわ
ち、外部冷凍を、その一部が連続的な断熱膨張を受け
る、同じ高圧フィード流に適用している。
【0019】上述したマーシャルらと比較して、本発明
は少なくとも以下の特徴を有する。 1.マーシャルらによって示された工程は二重圧力サイ
クルのようであるけれども、最も暖かい断熱膨張は、本
発明のように中間圧流に対してではなく、高圧流の一部
に対して行われる。
【0020】2.マーシャルらにおいては、中間圧流の
断熱膨張は3つの断熱的に膨張された流れのうち最も低
い温度レベルで行われる。 3.マーシャルらにおいては、断熱膨張によって得られ
る冷凍は3つの異なる温度レベルで適用され、このため
4つの膨張機関が必要になる。
【0021】4.マーシャルらにおいては、2回の中間
温度での等温膨張の生成物を熱交換手段の同じ温度レベ
ルに適用する。一方、本発明においては、連続的に膨張
された材料が熱交換手段の連続的により低くなっている
温度部分に適用される。
【0022】上述したドブラキーらと比較して、本発明
は少なくとも以下の著しい特徴を含んでいる。 1.ドブラキーらにおいては、中間圧流を分割し、2つ
の異なる温度レベルで断熱的に膨張して2つの異なる温
度レベルで冷凍を与えている。しかし、本発明において
は、中間圧流を断熱的に膨張し、比較的高い温度レベル
でのみ冷凍を与えるために用いている。
【0023】2.ドブラキーらにおいては、高圧流の一
部を取り出して断熱的に2回膨張するが、これらの膨張
の間では熱交換を伴わない。しかし、本発明において
は、2回膨張した高圧流の一部は2つの異なる温度レベ
ルの冷凍を与える。
【0024】3.ドブラキーらにおいては、断熱的に膨
張した高圧流の一部と断熱的に膨張した中間圧流の一部
とは、これらが合流するので、同じ温度レベルの冷凍を
与える。しかし、本発明においては、断熱的に膨張した
3つの流れは3つの異なる温度レベルの冷凍を与える。
【0025】
【実施例】本発明の他の特徴及び長所は、添付の図面と
の関連で、以下の記載から明らかになるであろう。 (定義)以下の文章において、全ての温度は摂氏で与え
られる。
【0026】圧力は絶対バールである。「断熱膨張」と
は、膨張機内での仕事を伴う膨張をいう。膨張機は、図
面中ではターボ膨張機として図示されているが、例えば
往復膨張機など、どのような他のタイプの膨張機関でも
よい。
【0027】同様に、圧縮機は、図面中では遠心圧縮機
として示されているが、スクリュー圧縮機、往復圧縮
機、軸流圧縮機などでもよい。本文で用いている「低沸
点ガス」とは、最も広い意味において、−80℃未満で
沸騰するガスをいう。しかし、好ましいガスは、大気す
なわち酸素よりも低温で沸騰するもの、及び大気よりも
低温で沸騰するガス、例えば水素及びヘリウムである。
特に好ましいのは、窒素又は空気であり、以下の記載で
は窒素との関連で本発明を例示する。しかし、表現とし
てクレームしたものを除いて、本発明が窒素と関連した
使用に限定されないことは理解されるべきである。
【0028】次に、図面のうちまず図3をより詳細に参
照すると、窒素液化サイクルを図示しており、1バール
よりわずかに高い圧力の気体窒素が導管1から入り、圧
縮機3中で約5バールまで圧縮される。窒素は最も低い
サイクル圧力で導管5を通して圧縮機3を出る。この低
圧窒素は、導管7を通して流れ、圧縮機9中でさらに中
間圧まで圧縮される。窒素は約36バールの圧力及び2
5℃の温度で導管11を通して圧縮機9を出る。この中
間圧流は分割され、導管13中の一部は圧縮機15中で
76バールの高圧及び25℃の温度まで圧縮された後、
導管17を経由して熱交換手段を通して流れる。この熱
交換手段は、図中では一連の連続的に冷たくなっている
熱交換器19,21,23,25及び27として描かれ
ている。当然ではあるが、この熱交換手段の説明は、図
示のためだけであることが理解されるべきである。例え
ば、別個の熱交換器又は1つの連続熱交換器を用いるこ
ともできる。熱交換器は、記載の便宜のため、別個の熱
交換器として示されている。
【0029】最も冷たい熱交換器27を出た高圧フィー
ドはジュール−トムソン膨張機29において等エンタル
ピー膨張を受け、その中で部分的に液化され、気液混合
物は相分離器31へ供給され、そこから液体窒素が導管
33を通して取り出される。もちろん、この高圧フィー
ド流を、代わりに任意に密液膨張機中で膨張させて、最
小のフラッシュロスで圧力を下げてもよい。気体窒素は
導管35を通して分離器31を出て、フィードとともに
向流熱交換して熱交換手段の暖かい末端へ戻され、それ
から導管7中の補給ガスと再び合流する。いいかえれ
ば、液化していない窒素を循環させる。
【0030】導管17中の高圧流は、約−177℃の温
度で膨張機29に達し、ほとんど最低のサイクル圧力す
なわち5バール及び−179℃の温度まで膨張され、こ
の温度で分離器31からの液化していない一部は最も冷
たい熱交換器27へ入る。液化していない一部は熱交換
器27中で−140℃まで暖められ、熱交換器25中で
−130℃まで暖められ、熱交換器23中で−95℃ま
で、熱交換器21中で−28℃まで、熱交換器19中で
+22℃まで、暖められる。
【0031】中間圧フィードの一部は、導管13を通過
する代わりに、導管37を通して分岐し、前に示したよ
うに、そこで36バールの圧力及び+25℃の温度を持
つ。この中間圧流は、熱交換器19中で−25℃まで冷
却された後、膨張機39中で最低のサイクル圧力である
5バール及び−95℃の温度まで断熱膨張される。この
膨張流は導管41を通過し、熱交換手段の暖かい末端ま
で伸びる導管35中の流れと再び合流して循環される。
【0032】高圧フィードの一部は、熱交換器21と2
3との間から、76バールの圧力及び−90℃の温度で
導管43を通して取り出され、膨張機45中で24バー
ルの圧力及び−140℃の温度まで断熱的に膨張され、
この条件において導管47を通して熱交換器25の冷た
い末端まで供給され、導管49を通して24バールの圧
力及び−130℃の温度で熱交換器25を出て、膨張機
関51に入り、ここで−179℃という最低温のサイク
ル温度及び5バールという最低圧のサイクル圧力までさ
らに断熱膨張を受ける。この流れは、導管53を通過
し、それから熱交換手段の最も暖かい末端まで戻るため
の導管35中のガスと合流する。しかし、この流れが液
体を含んでいる場合には、その代わりに導管55を通し
て相分離器31へ供給してもよい。
【0033】図4は図5〜図9を編集したものを示して
おり、一目で、サイクルが変更され得る種々の手段の概
要を与え、同時に図5〜図9において図3と異なりかつ
互いに異なる手段を示す。
【0034】次に、図5を参照すると、このサイクル
は、以下の点で図3のそれと異なっていることがわかる
であろう。すなわち、膨張機関39においてサイクルの
最低圧まで膨張させて膨張した流れを導管35中の同等
の圧力の流れと合流する代わりに、中間圧流を機関39
においてわずかに10バールの圧力まで膨張し、こうし
て導管57によって別個に熱交換器21及び19をこの
順に通して輸送した後、導管5及び13における圧力が
中間圧であるため、これらの間を圧縮機9まで供給して
循環する。
【0035】図6は以下の点で図3と異なっている。す
なわち、機関45中で膨張し導管47を通して冷たい熱
交換器25まで通過する高圧ガスの一部を、その全てを
機関51まで輸送するかもしれない導管49から分岐し
ている。この分岐した部分は、導管5及び13における
一般的な圧力の間の中間圧である場合にはそれらの間を
圧縮機9まで供給され、導管59を経由して熱交換器2
3,21及び19をこの順に通過する。
【0036】しかし、導管47中の材料が導管37中に
おける一般的な中間圧である場合には、熱交換器23及
び21をこの順に通過した後、熱交換器19を通過する
ための導管37へ合流して循環する。
【0037】図7のサイクルは、比較的暖かいレベルの
外部冷凍63が追加されていることから、図3のそれと
異なっている。中間圧流の一部は、導管37から分岐
し、それから導管65及び外部冷凍63を通過した後、
膨張機関39へ入る前に導管37と再び合流し、これに
よって熱交換器19をバイパスしている。
【0038】本発明において低温外部冷凍がないことが
スミスらに対する特許と比べて顕著な特徴であることを
初めに指摘したことを思い出すであろう。外部冷凍63
があることは、その原理を破るものではない。すなわ
ち、63の出口温度は−45℃よりも高く、それで低温
用の装置をこの位置で用いる必要がなく、かなりのコス
ト節約を伴う。また、例えばアンモニア、フレオン、炭
化水素混合物などの普通の冷媒を用いることもできる。
【0039】図8のサイクルは、中間圧流の扱いにおい
て図3のそれと異なる。図8においては、導管37から
膨張機39へ通過する全ての中間圧流の代わりに、熱交
換器19を通過した後に一部が分岐し、直接的に熱交換
器21,23,25及び27をこの順に進んだ後、ジュ
ール−トムソン膨張機69中で5バールをわずかに越え
るまで等エンタルピー的に膨張され、液体分離器31へ
導入される。
【0040】図9のサイクルは、以下の点で図3のそれ
と異なる。すなわち、膨張機45を出たものの一部が導
管47から導管71へ分岐し、導管71中で熱交換器2
7を通過し、ジュール−トムソン膨張機73中で5バー
ルをわずかに越えるまで、相分離器31へ導入される前
に、等エンタルピー的に膨張される。
【0041】図10は、本発明による液化サイクルを、
他の点では従来のものである空気分離ユニットと組み合
わせたものを示す。したがって、図10の左側から始め
ると、導管75を通して導入された空気は、圧縮機77
で圧縮され、導管79を経由して熱交換器81を通過
し、そこでほぼ空気の液化温度まで冷却され、その後低
圧段87が高圧段83上に搭載され両者の間に共通の凝
縮器−再沸騰器を共用するという通常の構成を有する二
段空気蒸留塔85の高圧段83の底部へ導入される。高
圧段83における圧力は、実質的に液化サイクルの最低
圧すなわち5バールに等しい。
【0042】従来と同様に、酸素リッチの液体は高圧段
83の液だめから導管89を経由して取り出され、ジュ
ール−トムソン膨張機91中で等エンタルピー的に膨張
され、適当な組成レベルで低圧段87へ導入される。ま
た、従来と同様に、液体窒素を高圧段83の頂部から導
管93を経由して取り出され、ジュール−トムソン膨張
機95において大気圧をわずかに越えるまで等エンタル
ピー的に膨張され、低圧段87の上部へ還流分として導
入される。
【0043】また、従来と同様に、低圧段87の液だめ
からの液体酸素は導管97を経由して貯蔵器へ取り出さ
れる。低圧段87の底部からの気体酸素は導管99から
取り出され、その冷凍が熱交換器81で回収され、それ
から気体酸素は適当な利用部へ通過する。
【0044】しかし、本発明によれば、気体窒素は高圧
段83の頂部から導管101を経由して取り出され、導
管35の同様な組成、温度及び圧力の流れと合流する。
また、本発明によれば、導管33を通して相分離器31
から出る液体窒素は、導管103を経由して通常の貯蔵
器へ(同時に例えば膨張によるような必要とされる圧力
調整がなされて)通過する一部と、導管105を通して
液相で通過する残部とに分割される。導管105中の5
バールの圧力にある液体は、ジュール−トムソン膨張機
107によって低圧段87の低圧まで等エンタルピー的
に膨張され、さらに還流分としてその頂部へ導入され
る。
【0045】低圧段87からの気体オーバーヘッドは、
導管109を経由し熱交換器81を通った後、導管1へ
流れ、その中で窒素冷凍サイクルのための補給分として
作用する。
【0046】また、本発明によれば、導管101を経由
して取り出された気体窒素の一部は導管101から導管
111を通して分岐され、少なくとも熱交換器81を通
る部分的な経路を通過し、その中で冷凍が回収される。
その後、導管111中の材料は中間圧流のための暖かい
補給分として作用する。この目的のためには、この補給
分はすでに必要とされる圧力である5バールであるの
で、直接的に導管13へ導入してもよい。
【0047】熱交換器81中で加熱される気体窒素の一
部は、適当な温度レベルで導管111から導管113を
経由して取り出し、例えば熱交換器23と25との間の
導管35中の対応する圧力及び温度レベルにある材料と
合流してもよい。
【0048】上述したように、具体的に記載された温度
及び圧力は典型例にすぎず、もちろん窒素サイクルにの
み適用される。しかし、一般に、圧縮器15を出る高圧
材料は、20〜100バールの範囲の圧力を有するべき
であり、圧縮器9を出るものは10〜50バールの範囲
の圧力を有するべきであり、膨張機関45を出るものは
10〜80バールの範囲の圧力を有するべきである。
【0049】したがって、以上の開示を考慮すれば、最
初に記載した本発明の全ての目的が達成されていること
は明かである。本発明は好ましい態様との関連で記載及
び図示されているけれども、この分野における熟練者が
用意に理解するであろうように、修正及び変更は本発明
の精神から逸脱することなく、有効であることは理解さ
れるべきである。このような修正及び変更は、添付のク
レームによって定義されるように、本発明の範囲内にあ
ると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による加熱曲線の補正がなされない場合
の温度に対する伝熱を示す図。
【図2】本発明による加熱曲線の補正が必要な場合の温
度に対する伝熱を示す図。
【図3】本発明に係る液化サイクルの構成図。
【図4】本発明に係る図5〜図9の液化サイクルを編集
したものを図3と同様に示す構成図。
【図5】本発明に係る液化サイクルの変形例を示す構成
図。
【図6】本発明に係る液化サイクルの変形例を示す構成
図。
【図7】本発明に係る液化サイクルの変形例を示す構成
図。
【図8】本発明に係る液化サイクルの変形例を示す構成
図。
【図9】本発明に係る液化サイクルの変形例を示す構成
図。
【図10】本発明に係る液化サイクルを空気分離ユニッ
トへ組み込んだものを図3と同様に示す構成図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591036572 レール・リキード・ソシエテ・アノニム・ プール・レテュード・エ・レクスプロワタ シオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロ ード フランス国、75321 パリ・セデクス 07、 カイ・ドルセイ 75 (72)発明者 バオ・ハ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95688、ベイカビル、 ウェザースフィー ルド・ドライブ 807 (72)発明者 ジャン − ピエール・トラニエール フランス国、94800 ビルジュイフ、リ ュ・ドゥ・レスペランス 9

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低沸点ガスを高圧まで圧縮し、熱交換手
    段において冷却し、低圧まで膨張して少なくともその一
    部を液化する、低沸点ガスを液化する方法において、改
    良点が、前記ガスの一部を前記高圧と低圧との間の中間
    圧まで圧縮する工程と、第1の温度で前記中間圧ガスを
    断熱的に膨張し、断熱的に膨張したガスを用いて前記熱
    交換手段の比較的暖かい部分を冷却した後、前記断熱的
    に膨張したガスを循環させる工程と、第2の温度で前記
    高圧ガスの一部を断熱的に膨張し、これを用いて前記熱
    交換手段の比較的冷たい部分を冷却した後、第3の温度
    で後者のガスの一部の少なくともいくらかを前記低圧ま
    で再び断熱的に膨張し、これを熱交換手段を通して戻し
    て熱交換手段を冷却した後、後者のガスを循環させる工
    程とを有し、前記第1の温度が前記第2の温度よりも高
    く、かつ前記第2の温度が前記第3の温度よりも高いこ
    とからなる低沸点ガスの液化方法。
  2. 【請求項2】 前記中間圧ガスを、断熱膨張する前に、
    前記熱交換手段の暖かい末端において冷却する工程を有
    する請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 高圧ガスを、前記高圧ガスの一部を断熱
    膨張する前に、前記熱交換手段において中間圧ガスより
    も低い温度まで冷却する工程を有する請求項1又は2の
    いずれかに記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記高圧ガスを、その一部を断熱膨張す
    る前に、前記熱交換手段の比較的暖かい部分において冷
    却する工程を有する請求項1乃至3のいずれかに記載の
    方法。
  5. 【請求項5】 液体を、最後に言及した断熱的に膨張し
    たガスから分離する工程を有する請求項1乃至4のいず
    れかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記低沸点ガスが、酸素のそれよりも高
    くない沸点を有する請求項1乃至5のいずれかに記載の
    方法。
  7. 【請求項7】 前記低沸点ガスが、窒素である請求項1
    乃至6のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記低沸点ガスが、空気である請求項1
    乃至7のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記中間圧流が、前記低圧まで前記断熱
    膨張を受ける請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記中間圧ガスが、前記低圧と前記高
    圧との間の圧力まで前記断熱膨張を受ける請求項1乃至
    9のいずれかに記載の方法。
  11. 【請求項11】 最後の2回の断熱膨張の間の前記ガス
    の一部を、最後に断熱膨張する前に分岐し、前記熱交換
    手段を通してその暖かい末端まで戻して循環する請求項
    1乃至10のいずれかに記載の方法。
  12. 【請求項12】 最後の2回の断熱膨張の間の前記ガス
    の一部を、最後に断熱膨張する前に分岐し、前記熱交換
    手段の一部を通過してこれを冷却するが、その暖かい末
    端に達する前に、前記熱交換手段から取り出し、前記中
    間圧ガスとともに循環する請求項1乃至11のいずれか
    に記載の方法。
  13. 【請求項13】 さらに、前記中間圧ガスが、断熱膨張
    する前に、−45℃より高い温度レベルで外部冷凍を受
    ける請求項1乃至12のいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項14】 外部冷凍を受ける前記中間ガスの一部
    を、断熱膨張する前に、前記熱交換手段をバイパスし、
    前記中間圧ガスの残部を、断熱膨張する前に、前記冷凍
    手段の暖かい末端を通過して冷却する請求項1乃至13
    のいずれかに記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記中間圧ガスの一部を、断熱膨張を
    バイパスし、代わりに前記熱交換手段をその冷たい末端
    まで通過し続けて膨張する請求項1乃至14のいずれか
    に記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記最後の2回の断熱膨張の間の前記
    ガスの一部を、最後に断熱膨張する前に分岐し、前記熱
    交換手段の冷たい末端において冷却し、膨張する請求項
    1乃至15のいずれかに記載の方法。
  17. 【請求項17】 空気を圧縮して冷却する工程と、冷却
    された空気を低圧段をも有する二段空気蒸留塔の高圧段
    へ導入する工程と、酸素リッチの液体を高圧段の低部側
    から取り出してこれを膨張させ、これを低圧段に導入し
    て前記低圧段において分離する工程と、液体窒素を高圧
    段から取り出して膨張させ、これを低圧段へ還流分とし
    て導入する工程と、窒素を低圧段の頂部から取り出す工
    程とを有する空気分離方法において、改良点が、前記気
    体窒素を請求項1乃至16のいずれかに記載の液化サイ
    クルへのフィードとして用いることからなる空気分離方
    法。
  18. 【請求項18】 さらに、気体窒素を高圧段の頂部から
    取り出し、これを用いて前記空気を冷却した後、これを
    前記液化サイクルにおいて前記サイクルの前記低圧にあ
    るガスと合流させる工程を有する請求項17記載の空気
    分離方法。
  19. 【請求項19】 前記液化サイクルにおいて生じた液体
    窒素を膨張して、前記低圧段へ還流分として供給する請
    求項17又は18のいずれかに記載の空気分離方法。
  20. 【請求項20】 前記高圧段からの気体窒素を用いて、
    まず流入する空気を冷却し、次に前記熱交換手段のより
    暖かい部分を冷却する請求項17乃至19のいずれかに
    記載の空気分離方法。
  21. 【請求項21】 前記高圧段が、前記液化サイクルの前
    記低圧にある請求項17乃至20のいずれかに記載の空
    気分離方法。
  22. 【請求項22】 低沸点ガスを高圧まで圧縮し、熱交換
    手段において冷却し、低圧まで膨張してその少なくとも
    一部を液体に凝縮させる低沸点ガスの液化装置におい
    て、改良点が、前記ガスの一部を前記高圧と低圧との間
    の中間圧まで圧縮する手段と、第1の温度で前記中間圧
    ガスを断熱的に膨張し、断熱的に膨張したガスを用いて
    前記熱交換手段の比較的暖かい部分を冷却した後、前記
    断熱的に膨張したガスを循環させる手段と、第2の温度
    で前記高圧ガスの一部を断熱的に膨張し、これを用いて
    前記熱交換手段の比較的冷たい部分を冷却した後、第3
    の温度で後者のガスの一部の少なくともいくらかを前記
    低圧まで再び断熱膨張し、これを熱交換手段を通して戻
    して熱交換手段を冷却した後、後者のガスを循環させる
    手段とを有し、前記第1の温度が前記第2の温度よりも
    高く、かつ前記第2の温度が前記第3の温度よりも高い
    ことからなる低沸点ガスの液化装置。
  23. 【請求項23】 さらに、前記中間圧ガスを、断熱膨張
    する前に、前記熱交換手段の暖かい末端において冷却す
    る手段を有する請求項22記載の装置。
  24. 【請求項24】 さらに、高圧ガスを、前記高圧ガスの
    前記一部を断熱膨張する前に、前記熱交換手段において
    中間圧ガスよりも低い温度まで冷却する手段を有する請
    求項22又は23のいずれかに記載の装置。
  25. 【請求項25】 さらに、前記高圧ガスを、その一部を
    断熱膨張する前に、前記熱交換手段の比較的暖かい部分
    において冷却する手段を有する請求項22乃至24のい
    ずれかに記載の装置。
  26. 【請求項26】 さらに、液体を、最後に言及した断熱
    的に膨張したガスから分離する手段を有する請求項22
    乃至25のいずれかに記載の装置。
  27. 【請求項27】 前記中間圧流が、前記低圧まで前記断
    熱膨張を受ける請求項22乃至26のいずれかに記載の
    装置。
  28. 【請求項28】 前記中間圧ガスが、前記低圧と前記中
    間圧との間の圧力まで前記断熱膨張を受ける請求項22
    乃至27のいずれかに記載の装置。
  29. 【請求項29】 さらに、最後の2回の断熱膨張の間の
    前記ガスの一部を最後に断熱膨張する前に分岐し、これ
    を前記熱交換手段を通し、その暖かい末端まで戻して循
    環する手段を有する請求項22乃至28のいずれかに記
    載の装置。
  30. 【請求項30】 さらに、最後の2回の断熱膨張の間の
    前記ガスの一部を最後に断熱膨張する前に分岐し、これ
    を前記熱交換手段を通過させてこれを冷却するが、これ
    を前記熱交換手段からその暖かい末端へ達する前に取り
    出し、これを前記中間圧ガスとともに循環する手段を有
    する請求項22乃至29のいずれかに記載の装置。
  31. 【請求項31】 さらに、前記中間圧ガスを、断熱膨張
    する前に、−45℃より高い温度で外部冷凍する手段を
    有する請求項22乃至30のいずれかに記載の装置。
  32. 【請求項32】 外部冷凍を受けた前記中間ガスの一部
    を断熱膨張する前に前記熱交換手段をバイパスし、前記
    中間圧ガスの残部を断熱膨張する前に前記冷凍手段の暖
    かい末端を通過させて冷却する請求項22乃至31のい
    ずれかに記載の装置。
  33. 【請求項33】 さらに、前記中間圧ガスの一部を断熱
    膨張をバイパスさせ、代わりにこれを前記熱交換手段を
    通してその冷たい末端まで輸送し、これを膨張する手段
    を有する請求項22乃至32のいずれかに記載の装置。
  34. 【請求項34】 さらに、最後の2回の断熱膨張の間の
    前記ガスの一部を最後に断熱膨張する前に分岐し、これ
    を前記熱交換手段の冷たい末端において冷却し、これを
    膨張する手段を有する請求項22乃至33のいずれかに
    記載の装置。
  35. 【請求項35】 空気を圧縮かつ冷却してこれを部分的
    に液化する手段と、部分的に液化された空気を低圧段を
    も有する二段空気蒸留塔の高圧段へ導入する手段と、酸
    素リッチの液体を高圧段の低部側から取り出してこれを
    膨張させ、これを低圧段に導入して前記低圧段において
    分離する手段と、液体窒素を高圧段から取り出し、これ
    を膨張して低圧段へ還流分として導入する手段と、窒素
    を低圧段の頂部から取り出す手段とを有する空気分離装
    置において、改良点が、前記気体窒素を、請求項22乃
    至34のいずれかに記載の液化装置へのフィードとして
    用いる手段を有することからなる空気分離装置。
  36. 【請求項36】 さらに、気体窒素を高圧段の頂部から
    取り出す手段と、これを用いて前記空気を冷却する手段
    と、その後これを前記液化装置において前記液化装置の
    前記低圧にあるガスと合流させる手段を有する請求項3
    5記載の空気分離装置。
  37. 【請求項37】 さらに、それによって前記相分離から
    の液体窒素を膨張して前記低圧段へ還流分として供給す
    る手段を有する請求項35又は36のいずれかに記載の
    空気分離装置。
  38. 【請求項38】 さらに、それによって前記高圧段から
    の気体窒素を用いて、まず流入する空気を冷却し、次に
    前記熱交換手段のより暖かい部分を冷却する手段を有す
    る請求項35乃至37のいずれかに記載の空気分離装
    置。
  39. 【請求項39】 前記高圧段が、前記液化装置の前記低
    圧にある請求項35乃至38のいずれかに記載の空気分
    離装置。
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