JPH0784979B2 - 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 - Google Patents

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

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JPH0784979B2 JP10315387A JP10315387A JPH0784979B2 JP H0784979 B2 JPH0784979 B2 JP H0784979B2 JP 10315387 A JP10315387 A JP 10315387A JP 10315387 A JP10315387 A JP 10315387A JP H0784979 B2 JPH0784979 B2 JP H0784979B2
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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とエキスパン
ダーサイクルを形成する作動流体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および作動流体の
エキスパンダーサイクルの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エキスパン
ダーサイクルの等圧加熱過程の作動流体と熱交換させ冷
却することを特徴とする。
本発明にいうエキスパンダーサイクルとは、作動流体が
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（断熱
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（等エントロピー膨張過
程）。
なお、上記は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く、特に断熱圧縮過
程と等圧冷却過程とをそれぞれ複数段に分割して交互に
実施すると、被加熱流体と被冷却流体の温度−熱交換量
カーブを近づけることができ、LNGの冷熱を効率的に使
用することが可能となる。
〔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
の等圧冷却過程の冷熱として使用し（ただし、作動流体
は液化させない）、冷却された作動流体をエキスパンダ
ーに供給して等エントロピー膨張させることにより空気
の液化に必要な低温レベルを達成させ、これを空気の液
化に用いるという２段のカスケード冷却により液体空気
を製造する方法である。
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、作動流体の基本的な相互の関係
を示すフローシートであり、わかりやすくするために多
流体熱交換器を３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、本発明の方法におけ
る作動流体のＴ−Ｓ線図である。
本発明に用いる作動流体としては、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挙げることができる
が、アルゴン、一酸化炭素、フレオン13、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３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
される空気および作動流体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、加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、92t/hの流量
で多流体熱交換器３に供給され、ここでLNGおよび等圧
加熱過程の作動流体と熱交換して冷却、液化され、−17
5℃、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エキスパンダーサイク
ルを形成する作動流体は、以下のように流れる。なお、
ここでは作動流体として窒素を用いた。
多流体熱交換器３に導かれ、液化される空気および等圧
冷却過程の作動流体と熱交換として加熱された等圧加熱
過程の作動流体は、多流体熱交換器３の出口では−30
℃、約4atm、296t/hの流量で取り出され、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10へ導かれ、約6atmまで断熱的に圧縮
され、温度は０℃に上昇する。次いで多流体熱交換器３
へ導かれ、再ガス化されるLNGおよび等圧加熱過程の作
動流体と熱交換され、−120℃まで冷却された後、作動
流体圧縮機９へ導かれ、約17atmまで断熱的に圧縮さ
れ、−45℃となる。次いで多流体熱交換器３に導かれ
て、−120℃まで中間冷却された後、再び作動流体圧縮
機９へ導かれ、約50atmまで断熱的に圧縮され、−45℃
となる。作動流体は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と熱交換さ
れ、−135℃まで冷却された後、エキスパンダー11へ導
かれる。作動流体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4.5atmまで減圧される。エキスパ
ンダー11を出た作動流体は、−180℃まで温度が低下
し、液化した状態となり、多流体熱交換器３へ導かれ、
液化される空気および等圧冷却過程の作動流体を冷却し
つつ熱交換され、エキスパンダー圧縮機10へ導かれ、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6300KWHであり、作
動流体圧縮機９で要した動力は12400KWHであり、またエ
キスパンダー11とエキスパンダー圧縮機10での相殺動力
は2630KWHであった。
第４図は、この例における作動流体のＴ−Ｓ線であり、
第５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
示す図である。
ここでは、LNGの冷熱を効率的に利用するために、作動
流体の圧縮を作動流体圧縮機９で２段で行ない、さらに
エキスパンダー圧縮機で圧縮するという３段の断熱圧縮
過程をとり、等圧冷却過程も３段に分けて実施する例を
示したが、もちろんこれらの過程をそれぞれ一段で実施
してもよい。また、装置が小さくエキスパンダーで回収
できる動力が少ない場合には、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、等圧加熱
過程の圧力を0.5〜10atm、等圧冷却過程の圧力を20〜75
atm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、等圧加熱過程を経た作動流体をま
ず作動流体圧縮機９へ送り、その後にエキスパンダー圧
縮機11へ送っている。
以上では、液化する空気、再ガス化するLNGおよび作動
流体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と作動流体のみとし、加圧された空気と等
圧加熱過程の作動流体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′とサイ
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。
【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り、第２図は、本発明の製造方法に
おける作動流体のＴ−Ｓ線図である。 第３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４図は、第３図の設備で
の作動流体のＴ−Ｓ線図であり、第５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:エキスパンダー圧縮機 11:エキスパンダー
───────────────────────────────────────────────────── 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 (5)

    【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とエキスパンダーサイクルを形成
    する作動流体とを多流体熱交換器を通過させ、LNGを再
    ガス化させる過程および作動流体のエキスパンダーサイ
    クルの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エキスパンダーサイクルの等圧
    加熱過程の作動流体と熱交換させ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、かつ作動流体のエキスパンダー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】加圧した空気とエキスパンダーサイクルの
    等圧加熱過程の作動流体とを別途設けた熱交換器を通過
    させて熱交換させ、作動流体のエキスパンダーサイクル
    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。
  5. 【請求項５】エキスパンダーサイクルの断熱圧縮過程お
    よび等圧冷却過程を１サイクル当り２度以上実施する特
    許請求の範囲第１、２、３または４項記載の製造方法。
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