JPH0784978B2 - Ｌｎｇ冷熱および逆ランキンサイクルによる液体空気の製造方法 - Google Patents

Ｌｎｇ冷熱および逆ランキンサイクルによる液体空気の製造方法

Info

Publication number
JPH0784978B2
JPH0784978B2 JP10315287A JP10315287A JPH0784978B2 JP H0784978 B2 JPH0784978 B2 JP H0784978B2 JP 10315287 A JP10315287 A JP 10315287A JP 10315287 A JP10315287 A JP 10315287A JP H0784978 B2 JPH0784978 B2 JP H0784978B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
working fluid
fluid
heat exchanger
rankine cycle
air
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP10315287A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63271084A (ja
Inventor
喜次 吉川
亨 近藤
俊晴 清水
楯夫 吉村
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.)
Chiyoda Corp
Original Assignee
Chiyoda Corp
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 Chiyoda Corp filed Critical Chiyoda Corp
Priority to JP10315287A priority Critical patent/JPH0784978B2/ja
Publication of JPS63271084A publication Critical patent/JPS63271084A/ja
Publication of JPH0784978B2 publication Critical patent/JPH0784978B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0204—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow SCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/005—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by expansion of a gaseous refrigerant stream with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F25J1/0072—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F25J1/0077—Argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0082—Methane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0085—Ethane; Ethylene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0087—Propane; Propylene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/0095—Oxides of carbon, e.g. CO2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0205—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level SCR refrigeration cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0221—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体空気の製造方法に関し、より詳しくは、LN
G（液体天然ガス）の再ガス化を行いつつその冷熱を利
用して液体空気を製造する方法に関する。
〔従来の技術〕
LNGは無公害性が高いため、石油の代替エネルギーとし
て近年その消費量はますます増加する傾向にある。天然
ガスは産出地ではガス状で得られるが、消費地への輸送
のために、常圧での沸点である−160℃程度まで冷却し
液化される。
LNGは、消費地では再ガス化された天然ガスの形で消費
者に供給されるが、従来は海水等を用いて加熱して再ガ
ス化する方法が一般的であり、LNGのもつ冷熱はあまり
利用されていなかった。
液体空気の製造にLNGの冷熱を利用することは公知であ
り、空気分離設備の冷凍サイクルの作動媒体の冷却源と
して使用されてきた。しかし、このような利用方法では
LNGの冷熱を十分に有効に利用しているとはいえない。L
NGの冷熱を有効に利用して液体空気を製造する方法とし
て、特開昭52−16480号に開示された方法が知られてい
る。しかしながら、この方法ではLNGを常圧で再ガス化
する必要があり、このようにして再ガス化した天然ガス
を消費者に供給するためには、再ガス化した天然ガスを
加圧しなければならないという安定供給に対する信頼性
低下という問題点を有していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、LNGを加圧状態で再ガス化しつつLNGの
冷熱を効率よく利用して液体空気を製造する方法を提供
することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の液体空気の製造方法は、加圧した空気を冷却し
て液体空気を製造する方法において、LNGと、逆ランキ
ンサイクルを形成する作動流体（ａ）と、エキスパンダ
ーサイクルを形成する作動流体（ｂ）とを多流体熱交換
器を通過させ、LNGを再ガス化させる過程、作動流体
（ａ）の逆ランキンサイクルの等圧冷却過程ならびに作
動流体（ｂ）のエキスパンダーサイクルの等圧加熱過程
および等圧冷却過程を該多流体熱交換器にて実施し、加
圧した空気を少なくとも逆ランキンサイクルの等圧加熱
過程の作動流体（ａ）と熱交換させて冷却することを特
徴とする。
本発明にいう逆ランキンサイクルとは、作動流体（ａ）
が下記の４つの過程を有する閉鎖サイクルを形成してい
ることをいう。
ａ−１ 作動流体が定圧下に周囲から熱を奪い、蒸発し
て完全に気体となり温度が上がる過程（等圧加熱過
程）。
ａ−２ 気体状の作動流体を断熱的に圧縮する過程（等
エントロピー圧縮過程）。
ａ−３ 作動流体を定圧下に冷却し完全に液化させる過
程（等圧冷却過程）。
ａ−４ 液状の作動流体を膨張弁等を通じてJoule−Tho
mson膨張させる過程（等エンタルピー膨張過程）。
一方、本発明にいうエキスパンダーサイクルとは、作動
流体（ｂ）が下記の４つの過程を有する閉鎖サイクルを
形成していることをいう。
ｂ−１ 作動流体が定圧下に周囲から熱を奪い、蒸発し
て完全に気体となり温度が上がる過程（等圧加熱過
程）。
ｂ−２ 気体状の作動流体を断熱的に圧縮する過程（断
熱圧縮過程）。
ｂ−３ 作動流体を定圧下に冷却し完全に液化させる過
程（等圧冷却過程）。
ｂ−４ 液状の作動流体をエキスパンダー等により外部
に仕事をさせつつ膨張させる過程（等エンタルピー膨張
過程）。
なお、上記では逆ランキンサイクルおよびエキスパンダ
ーサイクルの基本型を示したもので、各過程を複数個有
してもよい。
〔作用〕
本発明の液体空気の製造方法は、概念的には、再ガス化
されるLNGの冷熱をエキスパンダーサイクルの作動流体
（ｂ）の等圧冷却過程の冷熱として使用し、このエキス
パンダーサイクルの作動流体（ｂ）の等圧加熱過程の冷
熱を逆ランキンサイクルの作動流体（ａ）の等圧冷却過
程の冷熱として使用し、さらに逆ランキンサイクルの作
動流体（ａ）の等圧加熱過程の冷熱を空気液化の冷熱に
使用するという３段のカスケード冷却により液体空気を
製造する方法である。
逆ランキンサイクルの作動流体（ａ）を使用せずに、LN
Gの冷熱をエキスパンダーサイクルの作動流体（ｂ）に
使用し、エキスパンダーサイクルの作動流体（ｂ）の冷
熱を空気液化の冷熱に使用するという２段のカスケード
冷却により液体空気を製造することも可能であるが、３
段のカスケード冷却とすることにより、作動流体の高圧
時の圧力を低く設定することができ、また、被冷却媒体
と被加熱媒体との温度−熱交換量カーブを接近させるこ
とができ、より効率的にLNGの冷熱を利用することが可
能となる。
第１図は、本発明の製造方法における、再ガス化される
LNG、液化される空気、逆ランキンサイクルの作動流体
（ａ）およびエキスパンダーサイクルの作動流体（ｂ）
の基本的な相互の関係を示すフローチャートであり、わ
かりやすくするために多流体熱交換器を４段に分割して
図示してある。また、図の上部ほど低温である。
第２図は、本発明の製造方法における逆ランキンサイク
ルの作動流体（ａ）およびエキスパンダーサイクルの作
動流体（ｂ）のＴ−Ｓ線図である。
また、第３図は、多流体熱交換器における各被冷却媒体
および各被加熱媒体の温度（Ｔ）と熱交換量（Ｑ）との
関係を示す図であり、各曲線は、第２図のサイクルと対
応している。
本発明に用いる作動流体（ａ）および（ｂ）としては、
常温でガス状であり、−190℃程度までは固化せずに液
体として存在できるものである必要がある。また、LNG
の冷熱の有効利用上からは、再ガス化されるLNGおよび
液化される空気と温度−熱交換量カーブが近似している
ものであることが望ましい。このような条件を満たす作
動流体としては、不活性な窒素を最適なものとして上げ
ることができるが、アルゴン、一酸化炭素、フレオン1
3、炭素数が１〜３の炭化水素あるいは水と二酸化炭素
を除去した空気のような混合媒体も使用できる。
〔実施例〕
本発明の液体空気の製造方法を第４図を参照しつつ具体
的に説明する。
LNG貯蔵タンク１に貯蔵されているLNGはLNGホンプ２に
導かれ、天然ガスの消費目的に応じた圧力まで昇圧され
る。ここでは約20atmまで昇圧した。昇圧したLNGは100t
/hの流量で多流体熱交換器３に供給され、ここで、液化
される空気、作動流体（ａ）および（ｂ）と熱交換して
常温まで暖められ、昇圧した状態で再ガス化された後消
費者へ送られる。
一方、液化される空気は、まず空気圧縮機４で圧縮され
る。ここでは約6atmまで圧縮したが、圧力は液体空気の
使用目的により適宜変更される。空気圧縮機４での温度
上昇の抑制と、圧縮エネルギーの節減の目的で中間冷却
機５を設置した。空気圧縮機４で圧縮された空気は、冷
却機６で常温まで冷却された後、ドラム７に導かれ、水
滴が分離除去される。
圧縮された空気は、次いでドライヤー８、８′に導か
れ、圧縮された空気中の水分と二酸化炭素が除去され
る。ドライヤー８、８′には、通常モレキュラーシーブ
等の吸着剤を充填する。ドライヤーは複数個設置し、切
替え運転しつつ再生を計るのがよい。ドライヤーの再生
の方法としては、各熱による熱スィング方式と、脱圧に
よる圧力スィング方式とがある。
ドライヤー８、８′で処理された空気は、106t/hの流量
で多流体熱交換器３に供給され、ここでLNG、等圧加熱
過程の作動流体（ａ）および（ｂ）と熱交換して冷却、
液化され、−175℃、約6atmの液体空気として取り出さ
れる。
また、多流体熱交換器を循環する逆ランキンサイクルを
形成する作動流体（ａ）およびエキスパンダーサイクル
を形成する作動流体（ｂ）は、以下のように流れる。な
お、ここでは作動流体（ａ）および（ｂ）としてともに
窒素を用い、一部を合流させてサイクルを形成してい
る。
多流体熱交換器３に導かれ、液化される空気、等圧冷却
過程の作動流体（ａ）および（ｂ）と熱交換した等圧加
熱過程の作動流体（ａ）は、多流体熱交換器３の出口で
は−100℃、約4atm、168t/hの流量で取り出され、作動
流体圧縮機９へ導かれ、約20atmまで断熱的に圧縮さ
れ、36℃となる。次いで多流体熱交換器３に導かれて、
−100℃まで冷却される。ここでエキスパンダーサイク
ルの作動流体（ｂ）と合流し、再び作動流体圧縮機９へ
導かれ、約30atmまで断熱的に圧縮され、−71℃とな
る。ここでエキスパンダー圧縮機へ送られる作動流体
（ｂ）と分流され、再度多流体熱交換器３へ導かれ、再
ガス化されるLNG、等圧加熱過程の作動流体（ａ）およ
び（ｂ）と熱交換され、冷却される。多流体熱交換器３
を出るときには、作動流体（ａ）はほぼ完全に液化して
おり、次いでＪ−Ｔ弁10に導かれ、約30atmから約4atm
まで減圧されて気液混相となる。このＪ−Ｔ弁での減圧
過程はほぼ等エンタルピー膨張である。Ｊ−Ｔ弁10を出
た作動流体（ａ）は冷却媒体として再び多流体熱交換器
３へ供給され、次いで作動流体圧縮機９へと導かれ、閉
鎖した逆ランキンサイクルが形成される。
一方、エキスパンダーサイクルを形成する作動流体
（ｂ）は、以下のように流れる。作動流体圧縮機９を出
た約30atm、−71℃の作動流体（ｂ）は、エキスパンダ
ーと連動しエキスパンダーのエネルギーで駆動するエキ
スパンダー圧縮機11へ656t/hの流量で送られ、ここで約
33atmに断熱的に圧縮され、温度は−65℃に上昇する。
次いで多流体熱交換器へ３導かれ、再ガス化されるLNG
および等圧加熱過程の作動流体（ａ）および（ｂ）と熱
交換され、−175℃まで冷却され、エキスパンダー12へ
導かれる。作動流体（ｂ）はエキスパンダー中で等エン
トロピー膨張に近い状態でエキスパンダー圧縮機の駆動
力を放出しながら膨張され、約20atmまで減圧される。
エキスパンダー12を出た作動流体（ｂ）は、−175℃ま
で温度が低下し、作動流体（ｂ）の一部は液化した状態
となり、多流体熱交換器３へ導かれ、液化される空気、
等圧冷却過程の作動流体（ａ）および（ｂ）を冷却しつ
つ熱交換され、−100℃まで加熱された後多流体熱交換
器３から出る。この作動流体（ｂ）は、作動流体圧縮機
９の中間部から取り出され多流体熱交換器で中間加熱さ
れた作動流体（ａ）と合流し、作動流体圧縮機９へ導か
れ、約30atmまで加圧される。次いで作動流体（ａ）と
分流した後、エキスパンダー圧縮機11へ送られ、閉鎖し
たエキスパンダーサイクルが形成される。
なお、空気圧縮機４で要した動力は9970KWHであり、作
動流体圧縮機９で要した動力は12150KWHであり、またエ
キスパンダー12とエキスパンダー圧縮機11での相殺動力
は1070KWHであった。
第５図は、この例における作動流体（ａ）および（ｂ）
のＴ−Ｓ線図である。
この例では、作動流体圧縮機９が１台で済むように、作
動流体（ａ）と作動流体（ｂ）とを合流させて作動流体
圧縮機へ供給する例を示したが、もちろん作動流体
（ａ）と作動流体（ｂ）とが第１図のように全く別の閉
鎖流路を流れるように構成し、それぞれの作動流体に異
る流体を用いることもできる。また、装置が小さくエキ
スパンダーで回収できる動力が小さい場合には、動力と
して回収しないで空気ブロワー等のブレーキを使用して
もよい。
作動流体（ａ）および（ｂ）の各過程での圧力は、再ガ
ス化されるLNGの圧力、液化される空気の圧力、作動流
体として使用する流体の種類、組成等に応じて適宜変更
されるが、作動流体（ａ）の逆等圧加熱過程の圧力を0.
5〜10atm、等圧冷却過程の圧力を20〜70atm、作動流体
（ｂ）の等圧加熱過程の圧力を0.5〜10atm、等圧冷却過
程の圧力を20〜75atmに設定するのが適当である。
第６図は、本発明の他の実施例を示すフローシートであ
り、この実施例では、作動流体圧縮機９を出た作動流体
（ａ）および（ｂ）の全量をエキスパンダー圧縮機11へ
送り、その後に作動流体（ａ）と作動流体（ｂ））とを
分流させている。
以上では、液化する空気、再ガス化するLNGならびに作
動流体（ａ）および（ｂ）を全て多流体熱交換器へ供給
する例を示したが、液体空気にLNGから炭化水素がリー
クするのを完全に防止するために、第７図に示すよう
に、多流体熱交換器での熱交換はLNGと作動流体（ａ）
および（ｂ）のみとし、加圧された空気と逆ランキンサ
イクルの等圧加熱過程の作動流体（ａ）との熱交換を別
途設けた熱交換器にて実施することも可能である。
また、他の変形態様として、ドライヤー８、８′のサイ
ズを小さくするために、ドラム７で水滴を分離除去した
空気をフロン冷却機等で冷却するか、あるいは多流体熱
交換器３で10℃程度まで冷却した後にドライヤーへ導
き、次いで再度多流体熱交換器へ供給して液化させても
よい。
〔発明の効果〕
本発明の方法によれば、従来の冷凍サイクルの作動流体
の冷却源としてLNGの冷熱を利用して液体空気を製造す
る方法に比較すると、半分程度の所要動力により液体空
気を製造することができ、極めて効率よくLNGの冷熱を
利用することが可能である。
また、LNGを加圧状態で再ガス化することができるの
で、再ガス化された天然ガスをそのまま消費者へ供給す
ることができる。
更に、逆ランキンサイクルおよびエキスパンダーサイク
ルを形成する作動流体の高圧時の圧力を、ともに30atm
程度の比較的低い圧力に設定できるので、多流体熱交換
器等の必要設備の仕様を簡略化することが可能になると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の製造方法の基本プロセスの概要を示
すフローシートである。 第２図は、本発明の製造方法における逆ランキンサイク
ルの作動流体（ａ）およびエキスパンダーサイクルの作
動流体（ｂ）のＴ−Ｓ線図であり、第３図は、多流体熱
交換器における各被冷却流体および各被加熱流体の温度
（Ｔ）と熱交換量（Ｑ）との関係を示す図である。 第４図は、本発明の方法による液体空気製造設備の概要
を示すフローシートであり、第５図は、第４図の設備で
の作動流体（ａ）および（ｂ）のＴ−Ｓ線図である。 第６図および第７図は、本発明の方法による液体空気製
造設備の変形例を示すフローシートである。 1:LNGタンク、2:LNGポンプ 3:多流体熱交換器、4:空気圧縮機 5:中間冷却機、6:冷却機 7:ドラム、８、８′：ドライヤー 9:作動流体圧縮機、10:J−Ｔ弁 11:エキスパンダー 12:エキスパンダー圧縮機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭46−13002（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭52−42433（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭58−25954（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭58−25953（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】加圧した空気を冷却して液体空気を製造す
    る方法において、LNGと、逆ランキンサイクルを形成す
    る作動流体（ａ）と、エキスパンダーサイクルを形成す
    る作動流体（ｂ）とを多流体熱交換器を通過させ、LNG
    を再ガス化させる過程、作動流体（ａ）の逆ランキンサ
    イクルの等圧冷却過程ならびに作動流体（ｂ）のエキス
    パンダーサイクルの等圧加熱過程および等圧冷却過程を
    該多流体熱交換器にて実施し、加圧した空気を少なくと
    も逆ランキンサイクルの等圧加熱過程の作動流体（ａ）
    と熱交換させて冷却することを特徴とする液体空気の製
    造方法。
  2. 【請求項２】前記作動流体（ａ）および作動流体（ｂ）
    として窒素を用いる特許請求の範囲第１項記載の製造方
    法。
  3. 【請求項３】加圧した空気を多流体熱交換器を通過さ
    せ、作動流体（ａ）の逆ランキンサイクルの等圧加熱過
    程を前記多流体熱交換器にて実施する特許請求の範囲第
    １または２項記載の製造方法。
  4. 【請求項４】加圧した空気と逆ランキンサイクルの等圧
    加熱過程の作動流体（ａ）とを別途設けた熱交換器を通
    過させて熱交換させ、作動流体（ａ）の逆ランキンサイ
    クルの等圧加熱過程を該熱交換器および前記多流体熱交
    換器にて実施する特許請求の範囲第１または２項記載の
    製造方法。
JP10315287A 1987-04-28 1987-04-28 Ｌｎｇ冷熱および逆ランキンサイクルによる液体空気の製造方法 Expired - Lifetime JPH0784978B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10315287A JPH0784978B2 (ja) 1987-04-28 1987-04-28 Ｌｎｇ冷熱および逆ランキンサイクルによる液体空気の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10315287A JPH0784978B2 (ja) 1987-04-28 1987-04-28 Ｌｎｇ冷熱および逆ランキンサイクルによる液体空気の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63271084A JPS63271084A (ja) 1988-11-08
JPH0784978B2 true JPH0784978B2 (ja) 1995-09-13

Family

ID=14346530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10315287A Expired - Lifetime JPH0784978B2 (ja) 1987-04-28 1987-04-28 Ｌｎｇ冷熱および逆ランキンサイクルによる液体空気の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0784978B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2512360B (en) * 2013-03-27 2015-08-05 Highview Entpr Ltd Method and apparatus in a cryogenic liquefaction process
JP6290703B2 (ja) * 2014-05-08 2018-03-07 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 液化ガスの製造装置および製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63271084A (ja) 1988-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6412302B1 (en) LNG production using dual independent expander refrigeration cycles
US5836173A (en) System for producing cryogenic liquid
EP3368630B1 (en) Low-temperature mixed--refrigerant for hydrogen precooling in large scale
JP5647299B2 (ja) 液化方法及び液化装置
KR100438079B1 (ko) 공급 가스 액화 방법 및 장치
RU2496066C2 (ru) Способ двойного расширения азота
JPH0391593A (ja) 天燃ガスの液化法
AU2002245599A1 (en) LNG production using dual independent expander refrigeration cycles
EP3368631B1 (en) Method using hydrogen-neon mixture refrigeration cycle for large-scale hydrogen cooling and liquefaction
CA1298775C (en) Hydrogen liquefaction using a dense fluid expander and neon as a pre-coolant refrigerant
JPH0663698B2 (ja) 液体寒剤の製造方法
KR102305156B1 (ko) 수소 액화 장치
WO2017072018A1 (en) Novel cascade process for cooling and liquefying hydrogen in large-scale
JPH0784979B2 (ja) Ｌｎｇ冷熱およびエキスパンダ−サイクルによる液体空気の製造方法
AU701955B2 (en) Method for cooling and/or liquefying a medium
JPH0784978B2 (ja) Ｌｎｇ冷熱および逆ランキンサイクルによる液体空気の製造方法