JPS5810526A - ガスの圧縮方法および装置 - Google Patents

ガスの圧縮方法および装置

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JPS5810526A
JPS5810526A JP57104667A JP10466782A JPS5810526A JP S5810526 A JPS5810526 A JP S5810526A JP 57104667 A JP57104667 A JP 57104667A JP 10466782 A JP10466782 A JP 10466782A JP S5810526 A JPS5810526 A JP S5810526A
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compressing
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ロドニ−・ジヨン・アラム
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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】 本発明はガスを圧縮する方法および装置に関するもので
ある。
多くの工業工種は、高圧におけるガスの連続供給に依存
する。これらには、供給空気が典型的には５〜９バール
絶対圧であることを必要とする空気の極低温分嬉、なら
びにアンモニア合成ガスが典型的にはｘｏｏ−：ｚｓｏ
ノマール絶対圧であることを必要とするアンモニアの合
成がアル。
従来、ガスをほぼ等視的に圧縮するのが良好な慣行であ
ると考えられており、この理由で本出願人の知る限り空
気分離プラントおよびアンモニアプラントに関する全て
のコンプレッサは中間冷却器により分離された複数の圧
縮工程からなっている。中間冷却器は一般に空気または
水で冷却され。
冷却水からエネルギを回収しようと試みているが。
回収される有用エネルギの量は典型的には８００〜１３
０℃である冷却水の比較的低温度のため最小であった。
今回１．ｉ１立されている慣行に反し、圧縮はほぼ断熱
的に行なうべきであることが突き止め°られた。
圧縮比が充分高ければ、コンプレッサから出るガスは、
コンプレッサの駆動を助けるため使用しうるグレート９
の高いエネルギを供給するのに充分な温度になるであろ
う。断熱的にガスを圧縮するのに要する燃料の量は好１
橿条件下でガスを等視的に圧縮するのに要する燃料の量
より大であるが、断熱圧縮されたガスからは有用なエネ
ルギを回収することができ、これはコンプレッサの駆動
に役立てるため直接的または間接的に使用する場合、慣
用の４温コンプレツサで使用するよりもガスの圧縮ＶＣ
１！！用される燃料を少な（することができる。これに
対し、慣用のすなわち等視的コンプレッサと関連する中
間冷却器から回収しうろ有用エネルギの量は比較した場
合極めて少な（Ｓｏ 本発明によれば、少なくとも２．５：１の圧力比により
ほぼ断熱的にガスを圧縮して熱ガスを生成させ、この熱
ガスを冷却剤との熱交換により冷却し、この冷却剤を使
用して前記ガスを圧縮するだめのエネルギの１部を供給
する工程からなるガスの圧縮方法が提供される。
多（の設備においては単一のガスコンプレッサしか存在
しないのが現実であり、このような具体列の湯汗エネル
ギは置部的にまたは間接的に喫されてこの単一コンプレ
ッサを駆動させるのに役立てるっ一連のコンプレッサを
使用する場合は、たとえば第１のコンプレッサから出る
冷却剤に関連するエネルギを１吏用してたとえば第２も
しくは第３のコンプレッサを駆動させるのに役立てるが
。
実際上エネルギは全コンプレッサに配分するための共通
源に笑すのが現実である。
ガスを圧縮すべき乗置の圧力比は、ガスの定容比熱に対
する定圧比熱の比率（Ｃｐ／Ｃｖ）によりおよび冷却剤
により変化する。大抵の実用上の目的に対しては、冷却
剤は水であって、約１．６７のＣｐ／Ｃマを有するガス
（すなわちモノアトミックガス）については典型的操作
条件において最適圧力比は約４：１であり、範囲として
の圧力比は２．５＝１乃至８：１であり、より好ましく
は３：１乃至７：１が極めて良好である。１．４のｃｐ
、’ｃマを有スるガス（すなわちジアドミックガス）の
場合、最適圧力比は約７：１であり、２．５：１乃至３
０：ｌの範囲、より好ましくは４：１乃至２０：１の範
囲の圧力比が有利である。１．２５のＣｐ／Ｃマを有す
るガス（すなわちトリアトミックガス）の場合は、最適
圧力比は約１５：１であり、２．５：１乃至７５：１、
より好ましくは６：１乃至５０：、１の範囲の圧力比が
有利である。より低いＣｐ／Ｃｖのガスについては、最
適圧力比はより高いであろう。ガスの混合物については
、最適圧力比はＯｐ／Ｃマの比を知って計算することが
できる。しかしながら、初期の評価目的には、１．５５
より大きいＣｐ　／　Ｃｖを有するガス混合物はモノア
トミックガスと同じ最適および好適圧力比を有すると見
なすことができる。同様に、１，３３未満のＣｐ／Ｃマ
を有するガス混合物は、トリアトミックガスと同じ最適
および好適圧力比を有すると見なすことができろ。１．
３３〜１．５５のＣｐ／Ｃｖを有するガス混合物は、ジ
アドミックガスと同じ最適および好適圧力比を＊ｊると
見なすことができる。
それ以上になると本発明が従来の等温系より殆んどまた
は全く有利でなくなるような圧力比が存在すると思われ
る。この圧力比はＣｐ／Ｃマ＝１．６７のガスについて
は推定９：１を越え、Ｃｐ／Ｃマ＝１．４のガスについ
ては推定３２：１を越え、またＣｐ／　Ｃｖ−＝１．２
５のガスについては推定８０：１を越える。
好ましくは、熱ガスは大気圧を超過する圧力圧下にて水
との熱交換により冷却するのが好ましいであろう。この
よ５な具体例の場合、好ましくは）ｘＪ熱された水を次
いでボイラ中で気化させ、この蒸気ヲコンプレツサの駆
動用に配置した水蒸気タービンに通して膨張させる。
熱ガスから冷却剤への熱交換は直接的でも間接的でもよ
い。
さらに、本発明は１吏用の希少なくとも２．５：１（好
ましくは３：１）の圧力比によりほぼ＠熱的にガスを圧
縮して熱ガスを生成させるコンプレッサと、前記熱ガス
からの熱を冷却剤に伝達する熱交換４と、前記冷却剤に
伝達された熱の少なくとも１部を回収してこれを前記ガ
スを圧＠するため使用する手段とからなる装置を提供す
る。
好ましくは、この冷却剤は液体からなりかつ前記手段は
液体を気化させるためのボイラからなる。
有利には、液体は水でありかつ前記手段はさらにコンプ
レッサに接続されかつ使用時にボイラから水蒸気を受は
入れるよ、う配置された水蒸気タービンからなっている
。
本発明は、ガスを圧縮する殆んど全ての場合に応用する
ことができる。幾つかの用途は特に産業上重要であり、
したがって本発明は本発明による装置を備えた空気分離
プラント、本発明による装置を備えたアンモニア合成プ
ラント、本発明による装置を備えたエチレンプラント、
本発明による装置を備えた尿素合成プラント、本発明に
よる装置を備えた天然ガス圧縮および／または液化プラ
ントならびに本発明による装置を備えたメタノールプラ
ントを提供する。
本発明をより良く理解するため、添付図面を参照して本
発明を具体列により以下詳細に説明する。
第１図を参照して、経路１からの燃料は経路２からの空
気と混合されて燃焼される。得られる熱ガスを使用して
過熱水蒸気をボイラ３中で９００戸ｉ＠（６２バール絶
対圧）かつ９００″Ｆ（４８２’Ｃ）Ｋ高める。ボイラ
３から流出する種部ガスを使用して、図示したように経
路２において空気を予備加熱する。
過熱水蒸気は経路４を介してボイラ３から流出し、水蒸
気タービン５により０．７　ｐｍｉｍ　（０，０５）Ｚ
−ル絶可圧）まで膨張された後、経路６を介し９０’Ｆ
（３２，２℃）にて流出する。次いで水蒸気は凝縮器７
において冷却水（ＣＷ）Ｋより凝縮され、次いで水蒸気
脱気装置１−４にて脱気され、ポンプ８により再カロ圧
されて、図示したように経路９を介しボイラ３に循環さ
れる。
水蒸気タービン５は、水冷中間冷却器１１および１２に
より分離された３段階を有する空気コンプレッサ１０＆
Ｃ対し機械的に接続される。３段階全てから流出した圧
縮空気は８０″Ｆ（２６，６℃）まで冷却される。
典型的ＶＣハ、２１８０００　ｋｆ／　ｈ　ｒ、ｆ）９
％ヲ大気圧から９０．５　ｐｍｉｍ　（６，２５）Ｚ−
ル絶対圧）まで圧縮するため第１図について示した装置
（たとえば１１３０　ＭＴ／ｄ酸素プラント）Ｋつき必
要とされる燃料の量は１４９．１×１０・　ＢＴＵ／ｈ
ｒ。
（４３，７００ｋＷ　）である。
第２図を参照して、経路１０１からの燃料は１鏝路１０
２からの空気と混合されて燃焼される。得られる熱ガス
を使用して過熱水蒸気をボイラ１０３にて９００ｐ畠ｉ
ｍ（６２バール絶対圧゛）かつ９００”ＦＣ４８２℃）
Ｋ高める。ボイラ１０３から流出する種部ガスを愛用し
て１図示したように経路１０２において空気を予備８口
熱する。種部ガス排出温度は両図において四じである。
過熱水蒸気は経路１０４を介しボイラ１０３から流出し
、水蒸気タービン１０５＆Ｃより０．７ｐｍｉａ（０，
０５７２−ル絶対王）まで膨張された後、経路１０６を
介し９０”Ｆ（３２，２℃）Ｋて流出する。
次いで、水蒸気は凝縮器１０７にて凝縮される。
次いで減圧脱気装置１１４にて脱気され、ポンプ１０８
により再ＵＯ圧され、熱交換器１２０において４９４’
Ｆ（２５７℃）まで予備加熱されて１図示したように、
＠路１０９を介しボイラ１０３に循環される。
水蒸気タービン１０５は、中間冷却器を備えない喚−ケ
ーシングを有しかつ圧力比（９２，２／１４．２　）＝
６．３：１を有する空気コンプレッサ１１ｏ（すなわち
実質上所熱的なコンプレッサ）に膚械的に接続される。
空気は導管１１１を介して空気コンプレッサ１１０中に
流入し、導管１１２を介し９２、２　ｐｓｉａ（６，３
６／’−ル絶対圧）かっ５１１°Ｆ（２６６℃）にて流
出するっ熱空気は次いで１２５’Ｆ（５１，７℃）まで
−交攬器１２０中で冷却された後、冷却ｉ！３１１３［
テ８０’Ｆ（２６，７℃）マチ冷却される。
２１８ρＯＯｋｔ／　ｈ　ｒ　、の空気を大気圧から９
０．５ｐｍｉａ（６，２５バール絶対圧）まで圧縮する
ため第２図に示した装置で必要とされる燃料の量は１２
３．ｌＸ１０’ＢＴＵ／ｈｒ、（３６，１００ｋＷ　　
）であり、これは第１図に示した具体例に比べて１７％
以上の燃料節約を意味する。
第３図は、節約し５る燃料の量がどのようにガスのＣｐ
／ｃｖＯ比に依存するかを示している。たとえば、約１
，４のＣｐ／Ｃマを有する空気に関し、最適圧力比は７
：１である。たとえば空気を１７２−ルから４９７２−
ルまで圧縮することを望む場合、好適配置は空気を１．
５−ルから７パールまでほぼ断熱的に圧縮し、流出ガス
を冷却剤で冷却し、冷却されたガスを７パールから４９
パールまでほぼ断熱的に圧縮し、次いで流出ガスを冷却
剤により冷却することである。微小調整にかければこの
配置は、従来技術と比較して最大の燃料節約をもたらす
であろう゛。この関係で、正確な最適値は、はぼ！９？
熱同なコンプレッサの断熱効率と、比較されている従来
のコンプレッサの等偏重効率と、問題とする圧力および
温度における問題とするガスのＣｐ／Ｃマの正確な比と
、水蒸気の温度および圧力とに応じて変化することに注
目すべきである。大抵の慣用設備において、使用圧力比
は前記した範囲内圧存在するのが現実である。第２図に
示した具体例においては、６．３：１の圧力比を１史用
して、本発明の標準的空気分離プラントの１つに必要と
される操作圧力を達成したことを特記すべきである。
第２図を参照して記載した具体例につき種々の変更が具
体化される。たとえば、好１１！具体列においてはエネ
ルギを水蒸気を介してコンプレッサに直接戻したが、こ
れは間接的にコンプレッサへ戻すこともできるであろう
。たとえば、コンプレッサを電動モータで駆動させるな
らば、冷却剤を使用して発電機負荷タービンを駆動さぜ
、発生した電気をグリッド”Ｋ戻すことができるであろ
う。
本発明に使用するほぼ断熱的なコンプレッサは、断熱効
率をできるだけ高（丁べきである。必須的なことではな
いが、断熱効率を少なくとも７５％。
好ましくは８３％より太き（することが推奨される。
【図面の簡単な説明】 第１図はガス圧縮用の公知装置の系統図、第２図は本発
明による装置の系統図、第３図は使用した圧力比により
節約しうる燃料％と圧縮されるガスのＣｐ／Ｃマの比と
を示すグラフである。 ３・・・・・・ボイラ、５・・・・・・タービン、７・
・・・・・凝縮器、１０・・・・・・コンプレッサ、１
１．１２・・・・・・中間冷却器、１４・・・・・・脱
気装置、１０３・・・・・・ボイラ、１０５・・・・・
・タービン、１０７・・・・・・凝縮器、１１０・・・
・・・コンプレッサ、１１１・・・・・・導管、１１３
・・・・・・冷却器、１１４・・・・・・脱気装置、１
２０・・・・・・熱交換器。 代１１人ｆＦａ士今　　村　　　　元 ｙｌ　３ 圧　　力　　員〕

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも２．５：１の圧力比によりほぼ断熱的
    にガスを圧縮して熱ガスを生成させ、この熱ガスを冷却
    剤との熱交換により冷却し、この冷却剤を使用して前記
    ガスを圧縮するためのエネルギの１部を声給することを
    特徴とするガスの圧縮方法。 （２）ガスが１．５５より大きいＣｐ／Ｃマ比を有し、
    圧力比が２．５：１乃至８：１である特許請求の範囲第
    １貨矩戒の方法。 （３）　　ガスが１．５５〜１．３３　ｆ）　Ｃｐ／Ｃ
    ｖ　　比ヲ有シ、圧力比が２．５：１乃至３０：１であ
    る特許請求の範囲第１貨魁載の方法。２ （４）ガスが１．３３未満のＣｐ／Ｃｖ＃Ｊを有し、圧
    力比比が２．５：１乃至７５：１である特許請求の範囲
    第１貨籠載の方法。 （５）熱ガスを大気圧を超過した圧力下で水との熱交換
    により冷却する特許請求の範囲第１項乃至第４項のいず
    れかに記載の方法。 （６）水をボイラ中で気化させ、この蒸気をコンプレッ
    サを駆動させるよう配置した水蒸気タービンにより膨張
    させる特許請求の範囲第５１ｍ１載の方法。 （７）使用の際少なくとも２．５：１の圧力比圧よりほ
    ぼ断熱的にガスを圧縮して熱ガスを生成させるコンプレ
    ッサと、前記熱ガスからの熱を冷却剤に伝達する熱交換
    器と、前記冷却剤に伝達された熱の少な（とも１部を回
    収してこれを前記ガスを圧縮するため使用する手段とか
    らなることを特徴とするガスの圧縮装置。 （８）冷却剤が液体でありかつ手段が液体を気化させる
    ボイラからなる特許請求の範囲第７ｉ載の装置。 （９）液体が水でありかつ手段がさらにコンプレッサに
    接続されて使用時にボイラから水蒸気を受は入れるよう
    配置した水蒸気タービンからなる特許請求の範囲第８１
    載の装置。 ｉｌｌ　　４Ｉｉｔ’Ｆｉｌ１ｗ求の範囲第７項乃至第
    ９項のいずれかに記載の装置からなる空気分離プラント
    。 α］）Ｉ！！！許請求の範囲第７項乃至第９項のいずれ
    かに記載の装置からなるアンモニア合成プラント。 （１り　　特許請求の範囲第７項乃至第９項のいずれか
    に記載の装置からなるエチレンプラント。 Ｉ　特許請求の範囲第７項乃至第９項のいずれかに記載
    の装置からなる天然ガス圧縮プラント。 Ｉ　特許請求の範囲第７項乃至第９項のいずれかに記載
    の装置からなる天然ガス液化プラント。 （２）特許請求の範囲第７項乃至ＩＬＱ項のいずれかに
    記載の装置からなるメタノールプラント。 αｅ　％許請求の範囲第７項乃至第９項のいずれかに記
    載の装置からなる尿素合成プラント。
JP57104667A 1981-06-18 1982-06-17 ガスの圧縮方法および装置 Pending JPS5810526A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8118865 1981-06-18
GB08118865A GB2100801B (en) 1981-06-18 1981-06-18 Method and apparatus for compressing gas

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