JPH0763474A - ガス液化装置 - Google Patents

ガス液化装置

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JPH0763474A
JPH0763474A JP5214481A JP21448193A JPH0763474A JP H0763474 A JPH0763474 A JP H0763474A JP 5214481 A JP5214481 A JP 5214481A JP 21448193 A JP21448193 A JP 21448193A JP H0763474 A JPH0763474 A JP H0763474A
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稔弘 若井
Masayuki Tanaka
正幸 田中
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 第一膨張タービンの効率を上昇させることに
よってガス液化装置全体の効率を上昇させ運転コストの
低減を図る。 【構成】 原料ガスＧ圧縮用の低圧圧縮機１と、この下
流側の循環圧縮機２と、さらに下流側の高圧圧縮機３
と、この高圧圧縮機３によって圧縮された高圧ガスＧ３
の一部から熱交換用の寒冷ガスＧ５、Ｇ５’をつくる膨
張タービン４と、高圧ガスＧ４の残部と寒冷ガスＧ５、
Ｇ５’との熱交換によって被熱交換ガスＧ６を液化する
熱交換器７とが設けられ、熱交換器７で熱交換に供され
た寒冷ガスは循環圧縮機２に返送されて循環使用される
ように構成され、高圧圧縮機３として第一圧縮機３１と
第二圧縮機３２とが並列に設けられ、膨張タービン４と
して第一膨張タービン４１と第二膨張タービン４２とが
並列に設けられ、第一膨張タービン４１から排出される
寒冷ガスＧ５’を熱交換器７を介して循環圧縮機２の中
間段に供給する返送経路Ｌ１２’が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒素や酸素等のガスを
液化するガス液化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、図４に例示するようなガス液化装
置が知られている。このガス液化装置Ｆ０は、基本的に
は、窒素あるいは酸素等からなる常温、常圧の原料ガス
を圧縮した後、この圧縮原料ガスに断熱膨張やそれに伴
う膨張仕事をさせることにより原料ガスＧを冷却し液化
するようにしたものである。
【０００３】そして、通常上記のようなガス液化装置Ｆ
０は、原料ガスＧを圧縮する低圧圧縮機１と、この低圧
圧縮機１によって圧縮されたガスＧ１を高圧ガスに圧縮
する循環圧縮機２と、この循環圧縮機２によって圧縮さ
れた高圧ガスＧ２をさらに高圧に圧縮する第一高圧圧縮
機３１および第二高圧圧縮機３２からなる高圧圧縮機３
と、これらの高圧圧縮機３によって圧縮された高圧ガス
Ｇ３の一部を冷却する冷凍機５と、この冷凍機５から供
給された冷却高圧ガスＧ４の供給を受けてこの冷却高圧
ガスＧ４の温度をさらに降下させることにより熱交換用
の寒冷Ｇ５を製造する第一膨張タービン４１および第二
膨張タービン４２からなる膨張タービン４と、上記高圧
ガスＧ３および冷却高圧ガスＧ４の残部からなる被熱交
換ガスＧ６と上記寒冷Ｇ５との熱交換によって上記被熱
交換ガスＧ６を液化するための第一熱交換器７１、第二
熱交換器７２、第三熱交換器７３および第四熱交換器７
４からなる熱交換器７と、この熱交換器７から導出され
る被熱交換ガスＧ６の液化で得られた高圧液化ガスＧ７
をさらに温度降下させる膨張弁８と、上記高圧液化ガス
Ｇ７が膨張弁８を通って得られた気液混合ガスＧ８を一
次貯溜する気液分離器９とから基本構成されている。
【０００４】上記第一熱交換器７１、第二熱交換器７
２、第三熱交換器７３および第四熱交換器７４は、いず
れも断熱処理が施された保冷箱６の中に配設されてい
る。
【０００５】そして、上記気液分離器９の頂部からは気
液混合ガスＧ８中のガス成分が循環ガスＧ９として導出
され、熱交換器７を介して上記低圧圧縮機１と循環圧縮
機２との間の経路に循環供給されるようになっている。
また、上記第一膨張タービン４１と第一高圧圧縮機３１
とは同軸とされ、この軸を介して第一膨張タービン４１
の回転駆動が直接第一高圧圧縮機３１に伝達されるとと
もに、上記第二膨張タービン４２と第二高圧圧縮機３２
とも同軸とされ、第二膨張タービン４２の回転駆動は直
接第二高圧圧縮機３２に伝達されるようになっている。
【０００６】以下、上記各機器間をつないでいる接続経
路について説明すると、まず、低圧圧縮機１と循環圧縮
機２との間には経路Ｌ１が設けられており、循環圧縮機
２と高圧圧縮機３とは経路Ｌ２によって接続されてい
る。また、経路Ｌ２は途中で分岐経路Ｌ３に分岐され、
この経路Ｌ３の先端は第一高圧圧縮機３１の上流側に接
続されているとともに、分岐経路Ｌ３よりも下流側の経
路Ｌ２の先端は第二高圧圧縮機３２の上流側に接続され
ている。
【０００７】そして、第二高圧圧縮機３２の下流側には
経路Ｌ５が接続されているとともに、上記第一高圧圧縮
機３１の下流側には経路Ｌ４が接続され、この経路Ｌ４
の先端は上記経路Ｌ５に合流させられて合流経路Ｌ６が
形成されている。この経路Ｌ６は途中で経路Ｌ７と経路
Ｌ８とに分岐され、経路Ｌ７は冷凍機５の上流側に接続
されているとともに、経路Ｌ８は各熱交換器７（第一〜
第四熱交換器７１、７２、７３、７４）を貫通した被冷
却経路Ｌ９に接続されている。
【０００８】また、冷凍機５の下流側には経路Ｌ１０が
接続されている。この経路Ｌ１０の途中で経路Ｌ１１が
分岐しており、この経路Ｌ１１の先端は第一熱交換器７
１と第二熱交換器７２との間の経路Ｌ９に接続されてい
るととともに、上記経路Ｌ１０の先端は第一膨張タービ
ン４１の上流側に接続されている。
【０００９】そして、第一膨張タービン４１の下流側は
経路Ｌ１２に接続され、この経路Ｌ１２の先端は第三熱
交換器７３と第四熱交換器７４との間の寒冷経路Ｌ１５
に合流している。また、第二熱交換器７２と第三熱交換
器７３との間の経路Ｌ９からは経路Ｌ１３が引き出さ
れ、その先端は第二膨張タービン４２の上流側に接続さ
れているとともに、上記膨張タービン４２の下流側は経
路Ｌ１４に接続され、その先端は気液分離器９と第四熱
交換器７４との間の寒冷経路Ｌ１５に合流させられてい
る。気液分離器９の底部には高圧液化ガスＧ７を系外に
抜き出すための経路Ｌ１６が設けられている。
【００１０】従来のガス液化装置Ｆ０は以上のように構
成されているので、系外から供給された約０．４kg／cm
2Ｇの圧力に予め調整された原料ガスＧは、まず低圧圧
縮機１によって約５kg／cm2Ｇに圧縮されたガスＧ１に
なり、ついでこのガスＧ１は寒冷経路Ｌ１５を介して系
内を循環している循環ガスＧ９と合流し循環圧縮機２に
供給される。
【００１１】上記循環圧縮機２に供給されたガスＧ１
は、この低圧圧縮機１によって約３５kg／cm2Ｇに圧縮
された高圧ガスＧ２になり、経路Ｌ２内に導出される。
この経路Ｌ２を通る高圧ガスＧ２の一部は、分岐経路Ｌ
３を介して第一高圧圧縮機３１に供給され、この第一高
圧圧縮機３１によって約４５kg／cm2Ｇに昇圧された高
圧ガスＧ３が得られる。また、上記分岐経路Ｌ３に導入
されなかった高圧ガスＧ２は、そのまま経路Ｌ２内を通
って第二高圧圧縮機３２に供給され、上記同様約４５kg
／cm2Ｇに昇圧された高圧ガスＧ３が得られる。
【００１２】そして、第二高圧圧縮機３２によって昇圧
された高圧ガスＧ３は同高圧圧縮機３２の下流側から経
路Ｌ５を介して導出され、第一高圧圧縮機３１から経路
Ｌ４を介して導出された高圧ガスＧ３と経路Ｌ６におい
て合流される。この経路Ｌ６内を流れる高圧ガスＧ３の
一部は経路Ｌ７を介して冷凍機５に供給されるととも
に、残部は経路Ｌ８を介して被冷却経路Ｌ９に供給され
る。
【００１３】上記経路Ｌ７に導入された高圧ガスＧ３の
一部は、経路Ｌ１０を介して第一膨張タービン４１に供
給されるとともに、この高圧ガスＧ３の残部は経路Ｌ１
１を介して第一熱交換器７１と第二熱交換器７２との間
の被冷却経路Ｌ９に供給される。上記第一膨張タービン
４１に供給された高圧ガスＧ３は、膨張仕事をしてター
ビン軸を回転させ、同軸の第一高圧圧縮機３１を回転駆
動させるとともに、自身は温度降下し、約５kg／cm2Ｇ
のガスＧ５となって第三熱交換器７３と第四熱交換器７
４との間の寒冷経路Ｌ１５に導入される。
【００１４】一方、第二熱交換器７２と第三熱交換器７
３との間の被冷却経路Ｌ９からは経路Ｌ１３を介して被
熱交換ガスＧ６の一部が抜き出され、この抜き出された
被熱交換ガスＧ６は第二膨張タービン４２で仕事をして
第二高圧圧縮機３２を駆動させるとともに、自身は温度
降下してガスＧ５となり、気液分離器９と第四熱交換器
７４との間の寒冷経路Ｌ１５に導入される。
【００１５】従って、第一膨張タービン４１から寒冷経
路Ｌ１５に供給されたガスＧ５は循環ガスＧ９として第
三熱交換器７３、第二熱交換器７２および第一熱交換器
７１を貫流し、第二膨張タービン４２から寒冷経路Ｌ１
５に供給されたガスＧ５および気液分離器９の頂部から
寒冷経路Ｌ１５に導出されたガスは互いに合流し循環ガ
スＧ９として熱交換器７を貫流し、被冷却経路Ｌ９内を
流れる被熱交換ガスＧ６を液化するための冷熱源として
利用される。
【００１６】そして、上記熱交換器７において循環ガス
Ｇ９との熱交換の結果液化した高圧液化ガスＧ７は、膨
張弁８において断熱膨張し、気液混合ガスＧ８となって
気液分離器９に貯溜され、適宜経路Ｌ１６を介して製品
液化ガスＧ１０として系外に導出されるのである。
【００１７】このようなガス液化装置については、特公
平１−４８４７６号公報や、特開平２−１１８３９１号
公報等によって開示されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の図４
に例示したようなガス液化装置においては、通常系内の
圧力バランス上各膨張タービン４の出口が連通している
寒冷経路Ｌ１５内の圧力は、前記のように約５kg／cm2
Ｇに設定されていることが多い。
【００１９】これに対して各高圧圧縮機３によって昇圧
された高圧ガスＧ３は、その後冷凍機５によって冷却さ
れて冷却高圧ガスＧ４になり経路Ｌ１０を介して第一膨
張タービン４１に供給されたり、第一熱交換器７１およ
び第二熱交換器７２によってさらに冷却されて経路Ｌ１
３に分岐される被熱交換ガスＧ６となって第二膨張ター
ビン４２に導入されるたりするが、高圧圧縮機３以降の
各経路はすべて連通しているため、各経路内の温度は異
なっていても圧力は経路の圧力損失によるバラツキ（バ
ラツキの範囲は０．１〜０．２kg／cm2Ｇ程度である）
は存在するものの約４５kg／cm2Ｇになっている。
【００２０】従って、第一膨張タービン４１および第二
膨張タービン４２の双方について、入口側の圧力と出口
側の圧力とは、それぞれ約４５kg／cm2Ｇおよび約５kg
／cm2Ｇになっているのである。しかし、第一膨張ター
ビン４１に供給される冷却高圧ガスＧ４は、未だ熱交換
器７でさらに冷却されていないため、熱交換器７でさら
に冷却された後に第二膨張タービン４２に供給される被
熱交換ガスＧ６よりも温度が高い。
【００２１】一方、系内の操業バランス上、第一膨張タ
ービン４１が発生するガスＧ５の寒冷量は、第二膨張タ
ービン４２が発生するガスＧ５の寒冷量より相当少ない
量に設定されている。具体的には、例えば約１０，００
０Ｎm3／hの液化ガスをつくる場合であれば、第一膨張
タービン４１を通過する冷却高圧ガスＧ４は約５，５０
０Ｎm3／hに設定されているのに対して、第二膨張ター
ビン４２を通過する被熱交換ガスＧ６は約４２，０００
Ｎm3／hに設定されている。
【００２２】ところで、一般的に、上記のように二基の
高圧圧縮機３の入口圧力が約４５kg／cm2Ｇと相当高
く、出口圧力は約５kg／cm2Ｇと相当低い場合、すなわ
ち両者の差圧が約４０kg／cm2Ｇと相当大きな場合に
は、流量が小さい方が膨張タービンとしての効率は悪く
なる。具体的には、流量が約４２，０００Ｎm3／hに設
定された第二膨張タービン４２の効率が約８６％である
のに対して、流量が約５，５００Ｎm3／hに設定されて
いる第一膨張タービン４１の効率は約８２％にしかなら
ないのである。
【００２３】すなわち、従来のガス液化装置Ｆ０におい
ては、並設された一対の膨張タービン４の効率がアンバ
ランスであり、一方の第一膨張タービン４１の効率が他
方の第二膨張タービン４２の効率よりも劣るため、これ
に起因してガス液化装置Ｆ０全体の効率が悪くなるとい
う問題点が存在していた。
【００２４】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、上記第一膨張タービンの効
率を上昇させることによってガス液化装置全体の効率を
上昇させ、その結果運転コストの低減が可能になるガス
液化装置を提供することを目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
ガス液化装置は、原料ガスを圧縮する低圧圧縮機と、こ
の低圧圧縮機によってを圧縮されたガスを高圧ガスに圧
縮する循環圧縮機と、この循環圧縮機によって圧縮され
た高圧ガスをさらに高圧に圧縮する高圧圧縮機と、この
高圧圧縮機によって圧縮された高圧ガスの一部の供給を
受けて熱交換用の寒冷を製造する膨張タービンと、上記
高圧ガスの残部と上記寒冷との熱交換によって高圧ガス
の残部を液化する熱交換器とが設けられ、上記膨張ター
ビンの回転軸は上記高圧圧縮機の回転軸と同軸とされ、
上記熱交換器で熱交換に供された寒冷は上記循環圧縮機
に返送されて循環使用されるように構成されたガス液化
装置において、上記循環圧縮機として多段の遠心圧縮機
が適用され、上記高圧圧縮機として第一圧縮機と第二圧
縮機とが並列に設けられ、上記膨張タービンとして上流
側の第一膨張タービンと下流側の第二膨張タービンとが
並列に設けられ、上記第一膨張タービンから排出される
寒冷を上記熱交換器を介して上記循環圧縮機の中間段に
供給する返送経路が設けられていることを特徴とするも
のである。
【００２６】本発明の請求項２記載のガス液化装置は、
原料ガスを圧縮する低圧圧縮機と、この低圧圧縮機によ
ってを圧縮されたガスを高圧ガスに圧縮する循環圧縮機
と、この循環圧縮機によって圧縮された高圧ガスをさら
に高圧に圧縮する高圧圧縮機と、この高圧圧縮機によっ
て圧縮された高圧ガスの一部の供給を受けて熱交換用の
寒冷を製造する膨張タービンと、上記高圧ガスの残部と
上記寒冷との熱交換によって高圧ガスの残部を液化する
熱交換器とが設けられ、上記膨張タービンの回転軸は上
記高圧圧縮機の回転軸と同軸とされ、上記熱交換器で熱
交換に供された寒冷は上記循環圧縮機に返送されて循環
使用されるように構成されたガス液化装置において、上
記循環圧縮機として多段の遠心圧縮機が適用され、上記
高圧圧縮機として第一圧縮機と第二圧縮機とが並列に設
けられ、上記膨張タービンとして上流側の第一膨張ター
ビンと下流側の第二膨張タービンとが並列に設けられ、
上記第一膨張タービンには上記循環圧縮機の中間段から
導出されるガスを上記熱交換器を介して第一膨張タービ
ンに供給するバイパス経路が設けられていることを特徴
とするものでる。
【００２７】本発明の請求項３記載のガス液化装置は、
請求項１または２記載のガス液化装置において、上記原
料ガスが深冷分離法に係る空気分離装置の精留塔から導
出された窒素ガスであることを特徴とするものである。
【００２８】
【作用】上記請求項１記載のガス液化装置によれば、第
一膨張タービンから排出されるガスを上記熱交換器を介
して多段の遠心圧縮機からなる循環圧縮機の中間段に供
給する返送経路が設けられているため、第一膨張タービ
ンから導出されたガスは、熱交換器内で冷熱源として熱
交換に供された後、上記返送経路を通って循環圧縮機の
中間段に供給される。従って、第一膨張タービンの上流
側と下流側との圧力差は、略循環圧縮機の中間段と高圧
圧縮機の下流側との圧力差と等しくなり、従来の第一膨
張タービンの前後の圧力差に対して略半減する。
【００２９】一方、上記圧力差の略半減によって、第一
膨張タービンにおける膨張比は減少し、この膨張比の減
少によってガスの温度降下は従来に比較して少なくなる
が、予め第一膨張タービンから導出される冷熱量が一定
になるように流量制御することは可能であり、このよう
な流量制御によって第一膨張タービンに供給される高圧
ガスの流量が増加する。この流量の増加と膨張比の減少
とによって第一膨張タービンの効率が向上する。
【００３０】上記請求項２記載のガス液化装置によれ
ば、第一膨張タービンには循環圧縮機の中間段から導出
されるガスを上記熱交換器を介して第一膨張タービンに
供給するバイパス経路が設けられているとともに、第一
膨張タービンから導出されるガスは上記循環圧縮機の上
流側に供給されるように構成されているため、第一膨張
タービンの上流側と下流側との圧力差は循環圧縮機の上
流側と同圧縮機の中間段までとの間の圧力差と略同じに
なっている。従って、従来第一膨張タービンの上流側が
高圧圧縮機の下流側に連通されていたことによる第一膨
張タービンの前後の圧力差は略半減する。
【００３１】この圧力差の略半減によって、第一膨張タ
ービンにおける膨張比は減少し、この膨張比の減少によ
ってガスの温度降下は従来に比較して少なくなるが、予
め第一膨張タービンから導出される冷熱量が一定になる
ように流量制御することは可能であり、このような流量
制御によって第一膨張タービンに供給される高圧ガスの
流量が増加する。この流量の増加と膨張比の減少とによ
って第一膨張タービンの効率が向上する。
【００３２】上記請求項３記載のガス液化装置によれ
ば、原料ガスが深冷分離法に係る空気分離装置の精留塔
から導出された窒素ガスであるため、空気分離装置とガ
ス液化装置との連動によって効果的に窒素ガスから液体
窒素を製造することが可能になる。
【００３３】
【実施例】図１は、本発明に係るガス液化装置の第一の
例を示す系統図である。この図に示すように、本発明に
係るガス液化装置Ｆは、先に図４を基に詳細に説明した
従来のガス液化装置Ｆ０を基礎とし、このガス液化装置
Ｆ０に以下詳細に述べる改良が加えられたものである。
【００３４】そして、本発明のガス液化装置Ｆには、ま
ず圧縮系統として、原料ガスＧを圧縮する低圧圧縮機１
と、この低圧圧縮機１によってを圧縮されたガスＧ１を
高圧ガスに圧縮する循環圧縮機２と、この循環圧縮機２
によって圧縮された高圧ガスＧ２をさらに高圧に圧縮す
る第一高圧圧縮機３１および第一高圧圧縮機３２からな
る高圧圧縮機３と、これらの高圧圧縮機３によって圧縮
された高圧ガスＧ３の一部を冷却する冷凍機５と、この
冷凍機５から供給された冷却高圧ガスＧ４の供給を受け
てこの冷却高圧ガスＧ４の温度をさらに降下させること
により熱交換用のガスＧ５’Ｇ５を製造する第一膨張タ
ービン４１および第二膨張タービン４２からなる膨張タ
ービン４とが備えられている。
【００３５】上記循環圧縮機２には多段の遠心圧縮機が
適用されている。また上記第一膨張タービン４１と第一
高圧圧縮機３１とは同軸とされ、第一膨張タービン４１
の軸周りの回転駆動は直接第一高圧圧縮機３１の軸周り
の回転駆動に伝達されるようになっているとともに、第
二膨張タービン４２と第二高圧圧縮機３２との関係につ
いても上記と同じに設定されている。
【００３６】また、本発明のガス液化装置Ｆには、熱交
換系統として、上記高圧ガスＧ３および冷却高圧ガスＧ
４の残部からなる被熱交換ガスＧ６と上記ガスＧ５’、
Ｇ５との熱交換によって上記被熱交換ガスＧ６を液化す
るための第一熱交換器７１、第二熱交換器７２、第三熱
交換器７３および第四熱交換器７４からなる熱交換器７
とが備えられており、さらに、上記熱交換器７から導出
される被熱交換ガスＧ６の液化で得られた高圧液化ガス
Ｇ７をさらに温度降下させる膨張弁８と、上記高圧液化
ガスＧ７が膨張弁８を通って得られた気液混合ガスＧ８
を一次貯溜する気液分離器９とが設けられている。
【００３７】そして、本実施例においては、従来第一膨
張タービン４１の下流側に接続されていた経路Ｌ１２の
代わりに返送経路Ｌ１２’が設けられており、従来第一
膨張タービン４１から吐出されるガスが熱交換器７を貫
通して設けられた経路Ｌ１５に供給されていたのを改
め、返送経路Ｌ１２’の先端は循環圧縮機２の中間段に
接続されている。上記返送経路Ｌ１２’以外の系内各機
器を結ぶ各経路については、先に図４を基に詳述した従
来のものと全く同じであるため、ここでは説明を省略す
る。
【００３８】ここで、上記循環圧縮機２について簡単に
補足説明を行う。上記のように、循環圧縮機２には多段
の遠心圧縮機が適用されている。この多段遠心圧縮機に
供給された気体はインペラを回転させることによって圧
縮され、各段を通過する毎に昇圧の度合いが増加するよ
うになっている。
【００３９】従って、本実施例のように、循環圧縮機２
の中間段に返送経路Ｌ１２’の先端を連通させると、返
送経路Ｌ１２’の内部は略循環圧縮機２の中間段の圧力
になることを意味しており、従来第一膨張タービン４１
の前後の圧力差が高圧圧縮機３の下流側と、循環圧縮機
２の上流側との圧力差であったものが、高圧圧縮機３の
下流側と循環圧縮機２の中間段との間の圧力差になり、
第一膨張タービン４１前後の圧力差が従来よりも少なく
なるのである。
【００４０】本発明の第一の例のガス液化装置は以上の
ように構成されているので、系外から供給された約０．
４kg／cm2Ｇの圧力に予め調整された原料ガスＧは、ま
ず低圧圧縮機１によって約５kg／cm2Ｇに圧縮されたガ
スＧ１になり、ついでこのガスＧ１は寒冷経路Ｌ１５を
介して系内を循環している循環ガスＧ９と合流し循環圧
縮機２に供給される。
【００４１】一方、第一膨張タービン４１からは返送経
路Ｌ１２’を介して約９kg／cm2Ｇに調整されたガスＧ
５’が循環圧縮機２の中間段に供給される。
【００４２】上記循環圧縮機２に供給されたガスＧ１お
よびガスＧ５’は、この循環圧縮機２によって約３５kg
／cm2Ｇに圧縮された高圧ガスＧ２になり、経路Ｌ２内
に導出される。この経路Ｌ２を通る高圧ガスＧ２の一部
は、分岐経路Ｌ３を介して第一高圧圧縮機３１に供給さ
れ、この第一高圧圧縮機３１によって約４５kg／cm2Ｇ
に昇圧された高圧ガスＧ３が得られる。また、上記分岐
経路Ｌ３に導入されなかった高圧ガスＧ２は、そのまま
経路Ｌ２内を通って第二高圧圧縮機３２に供給され、上
記同様約４５kg／cm2Ｇに昇圧された高圧ガスＧ３が得
られる。
【００４３】そして、第二高圧圧縮機３２によって昇圧
された高圧ガスＧ３は同高圧圧縮機３２の下流側から経
路Ｌ５を介して導出され、第一高圧圧縮機３１から経路
Ｌ４を介して導出された高圧ガスＧ３と経路Ｌ６におい
て合流される。この経路Ｌ６内を流れる高圧ガスＧ３の
一部は経路Ｌ７を介して冷凍機５に供給されるととも
に、残部は経路Ｌ８を介して被冷却経路Ｌ９に供給され
る。
【００４４】上記経路Ｌ７に導入された高圧ガスＧ３の
一部は、経路Ｌ１０を介して第一膨張タービン４１に供
給されるとともに、この高圧ガスＧ３の残部は経路Ｌ１
１を介して第一熱交換器７１と第二熱交換器７２との間
の被冷却経路Ｌ９に供給される。上記第一膨張タービン
４１に供給された高圧ガスＧ３は、膨張仕事をしてター
ビン軸を回転させ、同軸の第一高圧圧縮機３１を回転駆
動させるとともに、自身は温度降下し、約９kg／cm2Ｇ
の寒冷ガスＧ５’となって返送経路Ｌ１２’を介し循環
圧縮機２の中間段に導入される。
【００４５】一方、第二熱交換器７２と第三熱交換器７
３との間の被冷却経路Ｌ９からは経路Ｌ１３を介して被
熱交換ガスＧ６の一部が抜き出され、この抜き出された
被熱交換ガスＧ６は第二膨張タービン４２で仕事をして
第二高圧圧縮機３２を駆動させるとともに、自身は温度
降下して寒冷ガスＧ５となり、気液分離器９と第四熱交
換器７４との間の寒冷経路Ｌ１５に導入される。
【００４６】従って、第一膨張タービン４１から返送経
路Ｌ１２’に供給されたガスＧ５’は、第二熱交換器７
２および第一熱交換器７１を貫流して経路Ｌ９内を流れ
る被熱交換ガスＧ６冷却するとともに、第二膨張タービ
ン４２から排出されたガスＧ５は気液分離器９の頂部か
ら寒冷経路Ｌ１５に導出されたガスと互いに合流し循環
ガスＧ９として熱交換器７を貫流し、被冷却経路Ｌ９内
を流れる被熱交換ガスＧ６を液化するための冷熱源とし
て利用される。
【００４７】そして、上記熱交換器７において循環ガス
Ｇ９との熱交換の結果液化した高圧液化ガスＧ７は、膨
張弁８において断熱膨張し、気液混合ガスＧ８となって
気液分離器９に貯溜され、適宜経路Ｌ１６を介して製品
液化ガスＧ１０として系外に導出されるのである。
【００４８】以上詳述したように、本実施例において
は、第一膨張タービン４１から排出されるガスＧ５’
を、新たに付設した返送経路Ｌ１２’を介して循環圧縮
機２の中間段に導入するようにしたため、第一膨張ター
ビン４１から導出されたガスは、熱交換器内７１、７２
において冷熱源として熱交換に供された後、上記返送経
路Ｌ１２’を通って循環圧縮機２の中間段に供給され
る。従って、第一膨張タービン４１の上流側と下流側と
の圧力差は、略循環圧縮機２の中間段と高圧圧縮機３の
出口部との圧力差と等しくなり、従来高圧圧縮機３の下
流側と循環圧縮機の上流側との圧力差が略第一膨張ター
ビン４１の前後の圧力差となっていたのに対して圧力差
は略半減する。
【００４９】一方、上記圧力差の略半減によって、第一
膨張タービン４１における膨張比は減少し、この膨張比
の減少によってガスの温度降下は従来に比較して少なく
なるが、予め第一膨張タービン４１から導出される冷熱
量が一定になるように流量制御することは可能であり、
このような流量制御によって第一膨張タービン４１に供
給される高圧ガスＧ４の流量が増加する。この流量の増
加と膨張比の減少とによって第一膨張タービン４１の回
転駆動は安定し効率が向上するのである。
【００５０】図２は、本発明に係るガス液化装置の第二
の例を示す系統図である。この例の場合は、原料ガスＧ
が気液混合ガスＧ８になるまでの各工程については、上
記図１に示した第一の例と全く同じである。そして、本
実施例においては、ガス液化装置Ｆに隣接して設けられ
た深冷分離法による窒素製造設備９０から導出される窒
素ガスが原料ガスＧとして使用されるようになってい
る。
【００５１】そこで、まず上記窒素製造設備９０につい
て説明する。図２に示すように、窒素製造設備９０は、
原料空気Ａを圧縮しかつ冷却する空気圧縮部と、この圧
縮冷却された原料空気Ａを清浄化する空気精製部と、清
浄化しかつ液化した液体空気Ａｌを精留する精留部とか
ら基本構成されている。なお、上記空気精製部について
は図示を省略している。また、系内には通常熱交換に必
要な冷却用の寒冷を発生させる寒冷発生部も設けられて
いるが、寒冷発生部の図示も省略している。
【００５２】上記空気圧縮部には、原料空気Ａを所定圧
に圧縮する空気圧縮機９１と、この空気圧縮機９１によ
って圧縮された原料空気Ａを冷却する冷凍機９２とが設
けられている。また、上記空気精製部には、冷却された
原料空気Ａを清浄化する図略の不純物吸着ユニットが設
けられている。また、上記精留部には、清浄化された原
料空気をさらに冷却する主熱交換器９３と、熱交換後の
原料空気Ａが液化した液体空気Ａｌを精留する精留塔９
４とが設けられている。また、上記寒冷発生部には、精
留塔９４の塔頂より導出された図略の廃ガスを用いて熱
交換用の寒冷を発生させる図略の膨張タービンが設けら
れている。
【００５３】そして、空気圧縮機９１と冷凍機９２との
間には経路Ｌ１７が配設され、冷凍機９２と精留塔９４
の底部との間には経路Ｌ１８が配設され、この経路Ｌ１
８は途中で主熱交換器９３内を通過している。
【００５４】上記精留塔９４は、その内部に設けられた
仕切り板を境にして下塔９４ａと上塔９４ｂとに分割さ
れており、これら下塔９４ａと上塔９４ｂとの間には図
略の各種経路が設けられて互いに連絡されている。そし
て、下塔９４ａの底部に貯溜された液体空気Ａｌは精留
に供され、下塔９４ａを上昇するに従って窒素が高純度
にガス状で分離される。そして、このガス状の窒素が図
略の経路を介して上塔９４ｂに供給され、この上塔９４
ｂ内の図略の凝縮器で液化されて下塔９４ａの上部に返
送され、流下した後ガスＡ２として経路Ｌ１９を介して
導出される。
【００５５】この経路Ｌ１９は上記主熱交換器９３内を
通過しており、従って、経路Ｌ１９内を流れる寒冷ガス
Ａ２は上記主熱交換器９３内で熱交換により経路Ｌ１８
内の原料空気Ａを冷却するとともに、自身は加熱されて
ガス液化装置Ｆの経路Ｌ１５に導入されるようになって
いる。
【００５６】また、上塔９４ｂの頂部から経路Ｌ２０を
介して導出される窒素ガスＡ３についても寒冷として利
用され、主熱交換器９３内で経路Ｌ１８内の原料空気Ａ
に冷熱を供給してから原料ガスＧとしてガス液化装置Ｆ
の低圧圧縮機１に供給される。 さらに下塔９４ａの上
部から抜き出された窒素ガスＡ４は経路Ｌ２１を介して
上記ガス液化装置Ｆの経路Ｌ１５に導入され、循環ガス
Ｇ９として利用されるようになっている。
【００５７】加えて、ガス液化装置Ｆの気液分離器９内
に貯溜している液体窒素を抜き出すための経路Ｌ１６に
は、それより分岐した経路Ｌ２２が設けられ、この経路
Ｌ２２を介して液化ガス（液体窒素）Ｇ１０が精留塔９
４の下塔９４ａ頂部に精留用の還流液として導入される
ようになっている。
【００５８】以上説明したように、本実施例において
は、ガス液化装置Ｆに隣接して設けられた窒素製造設備
９０との間でそれぞれ対応したガスや液が相互に遣り取
り可能に構成されているため、上記両設備に関し、熱エ
ネルギーや装置運転の動力に無駄のない効率的な操業が
可能になり、エネルギー有効利用の面で効果が大きい。
【００５９】図３は、本発明に係るガス液化装置の第三
の例を示す系統図である。この例の場合は、基本的な構
成は図２に示す第二の例と同じであるが、第一膨張ター
ビン４１の上流側と、循環圧縮機２の中間段との間には
第一熱交換器７１を貫通したバイパス経路Ｌ１０’が設
けられているとともに、第一膨張タービン４１の下流側
は、経路Ｌ１２’’を介して第二熱交換器７２と第三熱
交換器７３との間の経路Ｌ１５に連通されている。
【００６０】従って、第一膨張タービン４１の上流側と
下流側との間の圧力差は、循環圧縮機２の上流側と同圧
縮機２の中間段との間の圧力差と略同じになり、従来第
一膨張タービン２の上流側が高圧圧縮機３の下流側に連
通されていたことによる第一膨張タービン２の前後の圧
力差は略半減する。この圧力差の略半減によって、第一
膨張タービン４１における膨張比は減少し、この膨張比
の減少によって高圧ガスの温度降下は従来に比較して少
なくなるが、予め第一膨張タービン４１から導出される
冷熱量が一定になるように流量制御することは可能であ
り、このような流量制御によって第一膨張タービン４１
に供給される高圧ガスＧ４の流量が増加し、この流量の
増加と膨張比の減少とによって第一膨張タービン４１の
回転駆動は安定し効率が向上するのである。
【００６１】本発明のガス液化装置は、以上詳述したよ
うに、従来ガス液化装置Ｆ内にペアーで設けられる膨張
タービン４のうち、上流側に設けられた第一膨張タービ
ン４１については従来流量の割りに上流側と下流側との
間の圧力差が大き過ぎたことに起因する回転駆動の不安
定や効率の低下を、上流側または下流側の圧力値を従来
とは別系列の経路の新設によって改善するようにしたも
のであり、この改善自体配管変更で対応することができ
る簡単なものであるにも拘らず、この改善によって第一
膨張タービン４１の前後の圧力差は従来よりも低いもの
になり、従来に比較して動力消費量は５〜６％の節約が
実現する等その効果は大きい。
【００６２】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のガス液化装
置は、循環圧縮機として多段の遠心圧縮機が適用され、
上記高圧圧縮機として第一圧縮機と第二圧縮機とが並列
に設けられ、上記膨張タービンとして上流側の第一膨張
タービンと下流側の第二膨張タービンとが並列に設けら
れ、上記第一膨張タービンから排出されるガスを上記熱
交換器を介して上記循環圧縮機の中間段に供給する返送
経路が設けられてなるものである。
【００６３】従って、第一膨張タービンから導出された
ガスは、熱交換器内で冷熱源として熱交換に供された
後、上記返送経路を通って循環圧縮機の中間段に供給さ
れる。従って、第一膨張タービンから排出されるガスを
上記熱交換器を介して多段の遠心圧縮機からなる循環圧
縮機の中間段に供給する返送経路が設けられているた
め、第一膨張タービンから導出されたガスは、熱交換器
内で冷熱源として熱交換に供された後、上記返送経路を
通って循環圧縮機の中間段に供給される。よって、第一
膨張タービンの上流側と下流側との圧力差は、略循環圧
縮機の中間段と高圧圧縮機の下流側との圧力差と等しく
なり、従来の第一膨張タービンの前後の圧力差に対して
略半減する。
【００６４】一方、上記圧力差の略半減によって、第一
膨張タービンにおける膨張比は減少し、この膨張比の減
少によって高圧ガスの温度降下は従来に比較して少なく
なるが、予め第一膨張タービンから導出される冷熱量が
一定になるように流量制御することは可能であり、この
ような流量制御によって第一膨張タービンに供給される
高圧ガスの流量が増加する。この流量の増加と膨張比の
減少とによって第一膨張タービンの効率が向上する。
【００６５】上記とは逆に第一膨張タービンには循環圧
縮機の中間段から導出されるガスを上記熱交換器を介し
て第一膨張タービンに供給するバイパス経路を設けるよ
うにすれば、第一膨張タービンの上流側と下流側との圧
力差は循環圧縮機の上流側と同圧縮機の中間段までとの
間の圧力差と略同じになり、従来第一膨張タービンの上
流側が高圧圧縮機の下流側に連通されていたことによる
第一膨張タービンの前後の圧力差は略半減する。この圧
力差の略半減によって、上記と同様の理由で第一膨張タ
ービンの効率が向上する。
【００６６】また、原料ガスとして空気分離装置の精留
塔から導出された窒素ガスを用いるようにすれば、空気
分離装置とガス液化装置との連動によって効果的に窒素
ガスから液体窒素を製造することが可能になり好都合で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス液化装置の第一の例を示す系
統図である。
【図２】本発明に係るガス液化装置の第二の例を示す系
統図である。
【図３】本発明に係るガス液化装置の第三の例を示す系
統図である。
【図４】従来のガス液化装置を例示する系統図である。
【符号の説明】
Ｆ、Ｆ０ ガス液化装置 １ 低圧圧縮機 ２ 循環圧縮機 ３ 高圧圧縮機 ３１ 第一高圧圧縮機３１ ３２ 第二高圧圧縮機３２ ４ 膨張タービン ４１ 第一膨張タービン ４２ 第二膨張タービン ５ 冷凍機 ６ 保冷箱 ７ 熱交換器 ７１ 第一熱交換器 ７２ 第二熱交換器 ７３ 第三熱交換器 ７４ 第四熱交換器 ８ 膨張弁 ９ 気液分離器 Ｇ 原料ガス Ｇ１ ガス Ｇ２ 高圧ガス Ｇ３ 高圧ガス Ｇ４ 冷却高圧ガス Ｇ５ 寒冷 Ｇ６ 被熱交換ガス Ｇ７ 高圧液化ガス Ｇ８ 気液混合ガス Ｇ９ 循環ガス Ｇ１０ 液化ガス Ｌ１２’ 返送経路 Ｌ１０’ バイパス経路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料ガスを圧縮する低圧圧縮機と、この
    低圧圧縮機によってを圧縮されたガスを高圧ガスに圧縮
    する循環圧縮機と、この循環圧縮機によって圧縮された
    高圧ガスをさらに高圧に圧縮する高圧圧縮機と、この高
    圧圧縮機によって圧縮された高圧ガスの一部の供給を受
    けて熱交換用の寒冷を製造する膨張タービンと、上記高
    圧ガスの残部と上記寒冷との熱交換によって高圧ガスの
    残部を液化する熱交換器とが設けられ、上記膨張タービ
    ンの回転軸は上記高圧圧縮機の回転軸と同軸とされ、上
    記熱交換器で熱交換に供された寒冷は上記循環圧縮機に
    返送されて循環使用されるように構成されたガス液化装
    置において、上記循環圧縮機として多段の遠心圧縮機が
    適用され、上記高圧圧縮機として第一圧縮機と第二圧縮
    機とが並列に設けられ、上記膨張タービンとして上流側
    の第一膨張タービンと下流側の第二膨張タービンとが並
    列に設けられ、上記第一膨張タービンから排出される寒
    冷を上記熱交換器を介して上記循環圧縮機の中間段に供
    給する返送経路が設けられていることを特徴とするガス
    液化装置。
  2. 【請求項２】 原料ガスを圧縮する低圧圧縮機と、この
    低圧圧縮機によってを圧縮されたガスを高圧ガスに圧縮
    する循環圧縮機と、この循環圧縮機によって圧縮された
    高圧ガスをさらに高圧に圧縮する高圧圧縮機と、この高
    圧圧縮機によって圧縮された高圧ガスの一部の供給を受
    けて熱交換用の寒冷を製造する膨張タービンと、上記高
    圧ガスの残部と上記寒冷との熱交換によって高圧ガスの
    残部を液化する熱交換器とが設けられ、上記膨張タービ
    ンの回転軸は上記高圧圧縮機の回転軸と同軸とされ、上
    記熱交換器で熱交換に供された寒冷は上記循環圧縮機に
    返送されて循環使用されるように構成されたガス液化装
    置において、上記循環圧縮機として多段の遠心圧縮機が
    適用され、上記高圧圧縮機として第一圧縮機と第二圧縮
    機とが並列に設けられ、上記膨張タービンとして上流側
    の第一膨張タービンと下流側の第二膨張タービンとが並
    列に設けられ、上記第一膨張タービンには上記循環圧縮
    機の中間段から導出されるガスを上記熱交換器を介して
    第一膨張タービンに供給するバイパス経路が設けられて
    いることを特徴とするガス液化装置。
  3. 【請求項３】 上記原料ガスが深冷分離法に係る空気分
    離装置の精留塔から導出された窒素ガスであることを特
    徴とする請求項１または２記載のガス液化装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007507682A (ja) * 2003-10-01 2007-03-29 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・ア・ディレクトワール・エ・コンセイユ・ドゥ・スールベイランス・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 ガス混合物を低温分離するための装置および方法
JP2013536392A (ja) * 2010-07-28 2013-09-19 エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド 一体化された液体貯蔵器
JP2020521098A (ja) * 2017-05-16 2020-07-16 イーバート，テレンス，ジェイ． 気体を液化するための装置およびプロセス

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