JPS58183901A - 分縮による混合ガス分離法 - Google Patents

分縮による混合ガス分離法

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JPS58183901A
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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】 本発明は室温以下の蟲度における分縮により圧力のもと
て混合ガスを2又は3以上の異なる組成流に分離する方
法、特にM縮液からえられた生成流を供給混合ガス圧よ
り実質的に低くない高圧で[!!IQする上記方法に関
する。
混合ガスの好ましい分離法は分縮さゼる様至渇以下の温
度に冷却した後凝縮物を非&酪ガスから分離する方法で
ある。
供給混合ガスを1又は2以上の冷却流との間接向流熱交
換により冷却する場合、操作できるためには熱交換の温
度範囲タルビーが冷却される供給混合ガスのエンタルピ
ー〜よりも大きいことがもちろん重要である。それは別
としてもし横軸温度Tに対し縦軸にこれらの各エンタル
ピーをプロットしたならば冷却流(単微又#iw数)に
ついてえた曲l11(総合ウオーミングFIk線)は全
温度範囲をとおして供給混合ガスのについてえた曲線(
冷却面II)の左になければならない。
分離からえた凝縮流と非凝縮ガス流のエンタルピー(そ
れぞれHeとH6とする)の和を温度Tに対しプロット
すればえられる曲at:i一般に全滅が同一圧力であれ
ば全温度範囲内において全く冷却面−の右にあるであろ
う。この様な方法は操作できない。しかしよく知られて
いるとおり、この方法を!#作ロエ能にする1手段は供
給混合ガスを高圧で供給し111伽凝縮物と非凝縮ガス
のエンタルピーの和から見られる曲線が全く冷却曲線の
左に行く様十分に凝縮物を膨張させる方法である。次い
で供給混合ガスの望む冷却と分縮をさせるため熱交換器
中の冷却流として非凝縮ガスと蒸発膨張した凝縮物を用
いれば望む分離法は簡単に行なうことができる。
しかし供給混合ガスの圧力より実質的に低くない圧力で
又Fi凝縮物膨張に必要な圧力以上の圧力で蒸発した凝
縮物を固数したい場合にはこの方法はあまり魅力がない
別法は別の冷却剤流によってこの方法を操作する方法で
ある。この冷却剤流のエンタルピー祉凝縮物非凝縮ガス
および冷却剤流のエンタルピーの和の温度Tに対しプロ
ットしてえた総合ウオーミンダ曲線は全温度範囲にわた
り冷却曲纏の全く左にあるにちがいない。
分縮によるガス分離の多くの場合においてはしかしH,
とHC+ HGの間の差△Hがある温度範囲内において
他のより温かな範囲におけるよりも大きいことが關めら
れている。こ才1は普通の種類の別冷却剤流によって冷
却が供給された場合総合ウオーミング曲線が全温度範囲
にわたり冷延曲線の左にあるために必要な冷却度は曲線
が高温において甚しく分離する様なものであり、一端に
おいて大きな温度差となることを意味する。かくて系は
過冷却となるため非能率である。
本発明によればこの間1iiIFi第1温度範囲内で熱
を吸収し供給混合ガスが冷却されるより高い第2WA度
範囲内て熱を放出する多成分熱ポンプの使用によって解
決される。多成分熱ポンプ媒質組成および熱ポンプ系統
中媒質が圧縮され11張する圧力を適当に選ぶことによ
って熱を与えまた取去る温度範囲は全温度範囲にわ九り
冷却曲纏の形によく匹適した望む形の総合ウオーミング
曲−となる様調整できる。この冷却曲線の形への修正法
は分離法の所要エネルギーを与えて等しくできるので、
本川細口に関連している。しかし熱ポンプも方法に□ 
必要な全冷却の少なくも幾分乃至全部を賄ってもよい。
lk言すれば総合ウオーミング曲纏の形を望む様に補正
するばかりでなく曲線か全く冷却曲線の左に行く様に横
軸にそって曲線を左に移動する様にできるのである。ま
た冷却は別の冷却系統によって行なうこともできる。
故に本発明によれば圧力のもとで分縮により混合ガスを
分離し混合ガスが供給された圧力より実質的に低くない
高庄において凝縮ガスからえた生成流を回収する方法が
提供される。
その方法if高圧の混合ガスを大気温以下に冷却してそ
れを分縮し凝縮液を非凝縮ガスから分離し凝縮液を目立
ったジュール−トムソン膨張をさせることなく分離した
凝縮流を供給混合ガスとの1&t1接向流熱交換により
瀉ため、瀉められた凝縮液から生成流をえかつ分離に要
する冷却とエネルギーを熱ポンプのみにより又は熱ポン
プと井に少なくも別の1冷却系統により充足しまた熱ポ
ンプ中で多成分ガス&質を圧縮し、次いで圧縮した媒質
を上記分離流との間接向流熱交換関係で#細した後凝縮
した媒質を上記供給混合ガスおよび凝縮媒質との範囲内
で“jll張蒸発させかつ蒸発した°媒質を再圧縮に戻
すことより成るのである。
“凝縮液に目立つ九ジュールートムソンI11張をさせ
ることなく°とは凝縮液が操作に目立った冷却を与える
様な膨張、即ち分離用供給混合ガスの圧力と大気圧の差
と説明される約10%又Fi15%の有効圧力低下以上
の膨張をさせないことを意味する。しかしこの様な11
張は流111節弁を用いてもおこるかもしれない。
膨張した熱ポンプ媒質の蒸発する温度範囲を同じ媒質の
凝縮する温度範囲よりも低くすることによって、初めの
温度軛vBの上限値が第2温度範囲の上限値より低いし
また下限値について4同様のことを意味する。故に初め
の温度組曲#′i第2温度範囲の下にあり又は範髄が重
複している。
一般に凝縮した熱交換媒質がll張する時−間約におこ
らぬ様それを半冷却するとよい。半冷却は分離流および
その膨張したもの自体との熱交換によって便利に行なう
ことかできまた凝縮と同じ熱交換器中で行なわせること
もできる。
この方法はただ凝縮液の膨張により又は冷却するための
凝縮物の膨張使用と必要エネルギーを与える熱ポンプ使
用の組合せにより、!I]ち総合ウオーミング曲線の形
を冷却曲線の形により近づける様調節することによりこ
の方法の別法に比べて実質的にエネルギー節約ができる
。更に本発明の別の冷却系統を使用しない実施態様にお
いてけ所要機械は少なくてよい。
非凝縮ガスの僅少瀘が凝縮液からえ九生成物中で許容で
きる場合、凝縮液を熱交換において入って来る供給混合
ガスて渇ためる前に凝縮管中に非凝縮ガスを半蓋注入す
るとよいことがわかっている。これは低温範囲において
総合ウオーミング曲線を左に移動させる効果をもちまた
熱ポンプの負担とそれによる消費動力を減少する。この
利益は注入量によって増加するが、注入は分離目的に反
するので注入量は一般に比較的少臘となるであろう。最
適量は供給ガスの特性と分離凝縮液の使用目的による。
例として固体炭化水素燃料のガス化から見られた様な水
素含有ガス流からの合成天然ガス製造において又Fi精
油又は石油化学操作中において凝縮液中に注入される非
凝縮ガスtは典型的に供給ガスの約2乃至3容量%であ
るが、8%迄の多量でもよい。
本発明の1実施紗様によれば熱ポンプは主として又は単
に分屋用エネルギーを与えるためにのみ使われ所要冷却
ti1又1li2以上の別の冷却系統によって供給され
る。この場合熱ポンプは実質的に均衡するだろう。即ち
分離流と熱交換される熱交換器の暖端に入る圧縮された
熱ポンプ媒質のエンタルピ’CHPと供給混合ガスとの
熱交換により蒸発された僧熱交換器の上記F!I!端を
出る膨張した熱ポンプ媒質のエンタルピーHHHP  
の間に目立った差異がないであろう。この方法の所要冷
却は適当な冷却系統(単数又はIl数)によってなされ
る。
他の実IM態様において熱ポンプは分離の作用をするば
かりでなく少なくも冷却の一部もするのである。この場
合熱ポンプiiHgHPがH6HPより本大きい様に均
衡しない設計であり正味の冷却がある。“不均衡−は知
られた方法、例えば多成分熱ポンプ媒質の高沸点成分割
合の増加および必要ならば媒質王縮圧の増加により、お
よび(又#′i)媒質が1#張中にうける主力低下の増
加によって達成される。
更に他の実ah様において冷却は圧縮された媒質を分離
流と熱交換する前に上記圧縮された熱ポンプ媒質の分縮
によって見られた凝縮物を系統媒質として使う蒸気圧縮
冷却系統によって行なうことができる。これをするに祉
、熱ポンプ系統媒質の組成は媒質が圧縮された後、例え
ば圧縮媒質と分離流との熱交換前に冷却水との熱交換に
よって凝縮する様な成分換前に凝縮液は非凝縮物質から
分離され冷却系統に使われ。
ここで凝縮液は先づ半冷却(普通)された後膨張し次い
で渇ためる低圧熱ポンプ媒質と再混合され熱交換器の暖
熱部分中で蒸発した後圧縮機の吸引側に戻される。
上記のとおり本発明は混合ガスが冷却される温度範囲の
一部において同一圧力の余波についてエンタルピーを計
算した時HpとH6+Hoの差△Hが他の高温範囲にお
けるより本大きい様な混合ガスの分離に特に使用できる
のである。この分離法の例、は石炭又は他の固体炭化水
素燃料のガス化によって又は精油と石油化学操作中に見
られた様な水素含有ガス流、特に水素80モル襲以下、
例えば20乃至80モル%、特に35乃至70モル襲を
含む水素と炭化水*m合物より成る水素含有ガス流から
水素豊富なガスを回収する方法である。本発明の方法は
これらガス流からの合成天然ガス(SNG)製造に特に
適している。
上記のウオーミング曲線と総合冷却曲線の決定法はよく
知られておりこの知識から分離操作をするに贅する熱ポ
ンプ系統の特性を決定できる。
例えば必要な熱ポンプ系統の助変数の便利な決定法は冷
却曲線と総合ウオーミング曲線の間の垂直開き△Hrt
温度Tに対しプロットすることである。熱ポンプ系統は
圧縮状診における熱ポンプ媒質と膨張状態におする熱ポ
ンプ媒質の温度に対するエンタルピー差を同様にプロッ
トして見られた曲線がTに対し△Hについて見られた上
記曲線にできる限り近く対応しすべての点でその上にあ
る様な系統であることか望ましい。熱ポンプ系統の見ら
れた曲線形は熱ポンプ媒質の組成とその圧縮とW1張の
圧力によって定まるであろう。組成特性とこれらの圧力
値は簡単な実験で測定できる。実際組成特性は試行m誤
に基いてinばれるが一般に本発明の最も広く使用でき
る場合、即ち本案含有供給ガス流から水素豊富なガスの
分離法において、熱ポンプ媒1jNI/′i普通軽炭化
水素(MJち炭素原子1乃至4をもつ炭化水素)と少量
の窒業の混合物より成る。
多くの場合熱ポンプ媒質の炭化水素部分は分離した凝縮
物から合成できまた媒質/fi1又は2以上の化合物、
特に窒素を凝縮物と同じ組成を4つ物質又は凝縮物から
蒸留によって見られた物質に加えて生成できることがわ
かるだろう。
熱ポンプによって与えられまた取去られる冷却fIkF
i熱ポンプ媒質の循還速度を#11整して調節できる。
今や本発明の好ましい実施態様についてまた付図の助け
をかりてより許細に本発明を記述する。
図1it不均衡熱ポンプが冷却と分離に必要な全エネル
ギーを与える本発明の配置の工程図である。
図2Fi本発明の少なくも冷却の一部か別の冷却系統で
与えられる同様の配置の工程図である。
図3FiF1!J2と同様の配列の工程図であるが、冷
却剤が熱ポンプ系統中で使われる媒質から分割されてい
る様な蒸気圧縮冷却系統によって冷却が与えられている
図1において102が冷却箱、104が熱交換W、10
Sが液体−蒸気分離器、108がEE縮機、110か圧
縮後冷却器である。
供給混合ガスはパイプ112をとおり高圧大9Ic溢で
冷却箱に入り熱交換器104中で冷却され一部凝縮し見
られた液体と蒸気は液体蒸気分離器106中で分離され
、非凝縮部分は熱交換器106中で分離され、非凝縮部
分線熱交換@104をとおりパイプ114で民りまた凝
縮fi#′iパイグ1パイをとおって戻り熱交換器10
4内で温ためられ蒸発する。熱交換器104の冷端に入
る前非凝縮ガスから非凝縮流118がとられパイプ11
6中の凝縮液中に注入される。パイプ118中の流速は
流量調節弁120によって調節されまた分#ll器かこ
の方法の冷却と所要エネルギーは熱ポンプによって与え
られる。熱ポンプ中の適当な組成をもつ多成分熱ポンプ
媒質は圧縮機108内で第1圧力に圧縮されまた圧縮熱
を冷却器110内の冷却水に放出した後パイプ124を
へて熱交換器104の暖端に送られここでパイプ114
,116および128中の各流との熱交換で冷却され第
1温度範囲内で凝縮させられる。凝縮した媒質は交換器
の冷端から回収され膨張弁126をへて低圧にF11張
した後パイプ128をへて交換器の冷端に入り、ここで
パイプ112と124中の各流と熱交換してそれが凝縮
した温度範囲より低い第2温度範囲内で蒸発する。熱ポ
ンプは熱交換器のより冷い領域に冷却を与えより暖かい
領域から冷却をとり夫り、かくて熱交換系の高温におい
てギャップを広けることなくこの糸の全温度範囲にわた
り操作てきる様ウォー之ンダ曲線が冷却曲線の左に充分
とおくはなれていることを確保する様できている。
操作の所要冷苅を与えるため熱ポンプ媒質の組成および
弁126をとおり媒質膨張による圧力低下は熱lンプが
不均衡であり望む正味の冷却量を生成する様選ばれる。
図2に示された別の配置において図1の配置の設備と共
通の設備は同じ番号で表わしているが、熱ポンプ媒質組
成と膨張弁126による圧力低下を熱〆ンプが意図的に
不jll衡でない様に選ぶ点で異なっている。この配置
において操作の所要冷却は別の冷却系統によって充足さ
れる。実施態様に示すとおりこの系統は普通の蒸気圧縮
冷却系統で冷却剤は圧縮機130内で圧縮され圧縮熱が
圧縮後の冷却器132て除去された後顧張弁134をと
おり#張した後パイプ136により熱交換器104中の
追加通路に送られ、ここで冷却作用をした後圧縮機入口
に戻る。
図2に示した配置と別のものが図3に示されているが、
図2の配置と共通の設備が同じ番号で示されている。こ
の場合操作の冷却Fi蒸気圧縮冷却系統によってなされ
、その冷却剤は熱ポンプ媒質が圧縮機後の冷却器110
中で冷却で分縮される様な組成をもつ様用意される。か
く見られた蒸気液体混合物は蒸気液体分離器138に送
られ非凝縮蒸気はパイプ124に除去されて圧縮された
熱ポンプ媒質となり図2の配置のとおり熱交換器104
中で凝縮される。パイプ140中に回収された凝縮液は
蒸気圧縮冷却系統用冷却剤となる。これは熱交換器10
4の追加通路中で半冷却されパイプ142をへて熱交換
器の中間位置から出て膨張パルプ144をとおり膨張し
た後、熱交換器の他の中間点において熱交換器104を
とおり蒸発している低圧熱ポンプ媒質を送るパイプ12
8中に注入される。かくて凝縮液は熱交換器中で蒸発し
て操作の所要冷却を充足する。
図1から3に示した配置変更はこの技術分野の知識ある
者には明白であろう。例えば熱交換11Q4ij平行お
よび(又は)並列に配置できる2又は3以上の熱交換器
によって11挟できる。圧縮機108と130のいづれ
か又は両者が多段圧縮機であってもよい。パイプ112
に入る供給混合ガスの1段分IklJは例えば各段後に
凝縮液を分離する多段操作で置換できる。図6に示す配
置における圧縮機108から@収された圧縮1に質の分
縮は一部圧縮礪あとの冷却器110においてま曳一部は
少なくも次の熱交換器又は全態別の熱交換g#(単数又
はW!li、)においてなされる。所要冷却は一部熱ポ
ンプによりまた一部情別の冷却系列によりおよび(又#
i)熱交換器の戻り流と同じく熱交換前の熱ボングm賀
の分縮によって冷却剤かえられる冷却系統によって与え
られる。更に操作は効率はわるいか凝縮液パイプ116
中に非凝縮流118を注入しないでも行なうことができ
る。
本発明を史に次の実施例で例証する。その各供給流は下
記分離される。分屡流の各組成と流速も示されている。
組成 H,56,0395,081Q、OQ N意  α06     α06    Q、06Co
   O,84α67   104ムr   0.09
     α05   0.14CH434944,1
47125 C!H,[1120,26 C雪Hs  7.92        17.25パイ
プ118中の流1lVi供給ガス流の約3%に等しい。
実施例1 図1に示す配置を使い供給混合ガスを586絶対バール
においてパイプ112をとおし冷却箱102に入t1#
l交換器104で305Kから115Kに冷却した。水
準#節のもとて蒸気液体分離器106から回収されパイ
プ118から注入された非凝縮ガスを含む凝縮液は熱交
換器で蒸発させられ57、6絶対バールおよび300に
で回収された。#気も熱交換器から57.6絶対バール
および500にでパイプ114に回収された。
操作の所要エネルギーと冷却を与えるため圧縮機108
、あとの冷却器110、バイブ124.膨張弁、126
およびパイプ128をとおしモル組成二窒素12%、メ
タン44%、エチレン39%、イソブタン5%をもつ熱
ポンプ媒懺を2333キロモル/峙の速度で循還させ良
。媒質は50バールで圧縮機108を出た後、あとの冷
却器110において圧縮熱をとられてパイプ124によ
り熱交換器104の鎖端に入りここで冷却され凝縮し1
15Kに半冷却された。次いで媒質はパイプ126中で
20絶対バール、10115Kに膨張しパイプ128に
より熱交換器に戻り蒸発し300Kに湿められ18絶対
バール圧で圧縮機吸引側に戻った。
圧縮機の消費動力はBoloにWである。
比較のため熱ポンプを使用する代りに操作の所要エネル
ギーと冷却をパイプ116中の凝縮液の膨張によって供
給して同誌供給ガスを同一生成物に分離するならば、凝
縮液を3絶対バールにIIl張させる必要があり、SN
Gを同−回収圧516絶対バールに再圧縮するに要する
動力は14500KWとなる。したがって本発明の方法
は45%のエネルギー節約となる。
実施例2 供給混合ガス、回収SNGおよび回収水素流の圧力と温
度および供給混合ガスの熱交換器中での冷却湿度は実施
例1の場合と同じとした。本実施例においてはしかし図
2の配置を用いた。即ち熱ポンプ系統#i図1の配置に
おけるよりも均衡に近くなる様配備し所要冷却の相当部
分を別の冷却系統によって行なった。このための熱ポン
プ媒質の組成は窒素12モル%、メタン41モル%、エ
チレン42モル襲およびイソブタン5モル%で3045
キロモル/時の割合で循還させ氾これを圧縮機108中
で3α0絶対バールに圧縮し圧縮熱除去後熱交換器10
4内で凝縮させ115Kに半冷却した。次いで凝縮液を
膨張弁126中で!Lo絶対パールと110Kに&l−
張させ、熱交換器に戻し、ここで蒸発させ50DKに温
ためて圧縮機吸引側に戻した。
必要冷却を与えるため冷却剤R22を圧力216絶対バ
ール、温度250におよび流M106キロモル/時でパ
イプ166から熱交換器104に送っム 熱ポンプ圧縮機と冷却機圧縮機の消費動力はそれぞれ7
477KWと161 KWテ、合計7638KWであッ
7’7かくてこの配置は実施例1のものよりも動力にお
いて史に経済的である。
比較のため別の冷却系統使用の代りに必要冷却を蒸気液
体分離器106から回収した凝縮液のl!張によって供
給して操作を反復したならば凝縮液を195絶対バール
に膨張させる必要があるであろう。熱交換器104中の
必要な加熱および冷却分布の必然的変化を調整するため
熱ポング系統の組成と条件の調節が必要である。変った
条件は窒素15%、メタン65%およびエチレン20%
(モル)の熱ポンプ媒質組成、10614キ四モル/時
の流速、および20バールと15バー゛ルの圧力によっ
て充足され2850KWの熱ポンプ圧縮機消費動力を要
する。分離エネルギーの実質的部分は凝縮液のに張によ
っても供給されるのでこの動力消費は減少される。
jl侵した凝縮物を195バールから57.6絶対バー
ルに再圧縮するに要する動力は5440KWであり合計
8270KWとなって約8%の増加となる。
パイプ118中の非凝縮流をパイプ116中の凝縮液に
注入せず実施例1又は2を反復するならば、所要冷却と
エネルギーをあとで再圧縮する必要のある凝縮液の膨張
によって賄なう普通の方法に比べて少ないがなおかなり
の動力節約が本発明の方法によってえられるのである。
実施例3 本実施例において入る供給混合ガスの圧力と温度および
熱交換器104中の供給混合ガスの冷却温度#i実施例
1と同じであるが、図6の配置を用いた。
窒素12%、メタン41%、エチレン30襲およびイソ
ブタン17%の組成をもつ3600キロモル/時の速度
のIi!i越流を圧縮機108で40絶対バールに圧縮
しあとの冷却器110で303Kに冷却して分縮し15
2キロモル/時の液体とした。この液体を分離器158
中で分離しパイプ140に回収し熱交換器104に送り
、ここで半冷却し中間点てパイプ142に250にで回
収した。次いで液は膨張弁144で30絶対バール、2
5OKに!Il張させ他の中間点で熱交換器に戻し操作
の冷却をさせた。
分離器138から回収した非凝縮蒸気はパイプ124よ
り熱交換@104に入り凝縮し115Kに半冷却された
後。
五〇絶対パール、1116Kに膨張させられパイプ12
8で熱交換器に戻され、ここで255Kに温められ、冷
却回路から来たII張液体と合併され熱交換器の温端か
らガスとして295にで回収される。水素と8NG流は
共に295にで回収される。
この場合の圧縮機108の消費動力は9778KWであ
る。
上記のすべての実施例において、熱ポンプ媒質中のエチ
レンはエタンで置換できる。
【図面の簡単な説明】
図1ii不均衡熱ポンプが分離に必要な冷却とエネルギ
ーをすべて賄なう本発明の配置の工程図である。 図2は少なくも冷却の一部が別の冷却系統で与えられる
本発明の9置の工程図である。 図3は図2と同様の配置の工程図であるが、冷却剤が熱
ポンプ系統中で使われる媒質から分割されている様な蒸
気圧縮冷却系統によって冷却が与えられている。 図中 102=冷却箱 104−熱交換器 106−液体−蒸気分離器 108.150−圧縮機 110.152−圧縮後冷却器 112−供給混合ガスパイプ 114−非凝縮ガス戻りパイプ 116−凝縮液戻りパイプ 第1頁の続き ■出 願 人 ブリティッシュ・ガス・コーポレーショ
ン イギリス国ロンドン・ニスダブ リュー1ブイ3ジエイエル・グ ロスベノア・ロード152

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 混合ガスを高圧において大気温以下に冷却してそれ
    を分縮し、凝縮液を非凝縮ガスから分離し凝縮液を殆ん
    どジュール−トムソン膨張をさせることなく供給混合ガ
    スとの間接向流熱交換によって分離液流を温ため、上記
    温ためられた凝縮液から生成流をつくり、かつ分離に必
    要な冷却とエネルギーを熱ポンプ単独又はポンプおよび
    別の少なくも1冷却系皺によって充足しまた熱ポンプに
    おいては多成分ガス媒質を圧縮した後これを上記分離液
    流との間接向流熱交換関係において凝縮させ、次いで凝
    縮した媒質を上記供給混合ガスおよび凝縮媒質との間接
    向流熱交換関係において媒質の凝縮湿度より低い湿度範
    囲内で膨張蒸発させて蒸発した媒質を再圧縮のため返送
    することを特徴とする混合ガスを圧力のもとで分縮し混
    合ガス供給圧よりも実質的に低くない高圧で凝縮物から
    生成流を同数する混合ガス分離法。 2 正味冷却を賄なうため熱ポンプを配置して冷却を行
    なう特許請求の範囲第1項に記載の方法。 S 冷却が蒸気圧縮冷却系統によって供給され、その系
    統媒質は圧縮され良熱ポンプ媒質を上記分離液流との間
    接熱交換関係に送る前に上記媒質を分縮して見られた凝
    縮液より成る特許請求の範囲第1項に記載の方法。 4 人って来る混合ガスとの間接熱交換によって分1I
    fu縮液を謳ためる前にその凝縮液に非凝縮ガスの一部
    を注入して然ポンプの負担を減少する特許請求の範囲第
    1項から6項までのいづれかに記載の方法。 5 誦鎗した熱ポンプa實を膨張させる…1に半冷却す
    る特許請求の範囲第1項から第4項迄のいづれかに記載
    の方法。 6、tM、合ガスが炭rヒ水業と20乃至80モル%の
    水素との混合物より成る特許請求の範囲第1項から5項
    まてのいづれかに記載の方法。 7 固体燃料のガス化によって又は精油又は石油化学操
    作中にえられた水業含有ガス流からの合成天然ガス製造
    用の特許請求の範囲第1項から6項までのいづれかに記
    載の方法。
JP57208752A 1982-04-14 1982-11-30 分縮による混合ガス分離法 Granted JPS58183901A (ja)

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GB8210820 1982-04-14
GB8210820 1982-04-14

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Publication Number Publication Date
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JPH036433B2 JPH036433B2 (ja) 1991-01-30

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JP57208752A Granted JPS58183901A (ja) 1982-04-14 1982-11-30 分縮による混合ガス分離法

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JP (1) JPS58183901A (ja)
DE (1) DE3372921D1 (ja)
GB (1) GB2118705B (ja)
ZA (1) ZA832536B (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9702074D0 (en) * 1997-01-31 1997-03-19 Boc Group Plc Production of cryogenic liquid mixtures
FR2914990B1 (fr) 2007-04-13 2010-02-26 Air Liquide Procede de mise en froid d'une ligne d'echange cryogenique.

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1181049A (en) * 1967-12-20 1970-02-11 Messer Griesheim Gmbh Process for the Liquifaction of Natural Gas
US3606761A (en) * 1968-06-28 1971-09-21 Texaco Inc Method and apparatus for cryogenic gas separation
US4110996A (en) * 1977-05-02 1978-09-05 Phillips Petroleum Company Method and apparatus for recovering vapor
DE2924179A1 (de) * 1979-06-15 1980-12-18 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abluft
DE3167736D1 (en) * 1980-10-16 1985-01-24 Petrocarbon Dev Ltd Separation of gas mixtures by partial condensation
IT1168452B (it) * 1981-08-10 1987-05-20 Orlando Bedolo Impianto depuratore a ciclo figorifero e pompa di calore per miscugli gassosi condensabili

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GB2118705B (en) 1986-04-30
GB2118705A (en) 1983-11-02
ZA832536B (en) 1984-03-28
EP0091830A2 (en) 1983-10-19
GB8310022D0 (en) 1983-05-18
EP0091830A3 (en) 1984-05-16
JPH036433B2 (ja) 1991-01-30
DE3372921D1 (en) 1987-09-17

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