JPS5825954B2 - エキカテンネンガスノカンレイオリヨウシタエキタイクウキノ セイゾウホウホウ - Google Patents

エキカテンネンガスノカンレイオリヨウシタエキタイクウキノ セイゾウホウホウ

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液化天然ガスの寒冷を利用して液体空気を製造
する方法に関し不活性ガスを循環冷媒として用いること
により安全性を向上させた方法に関するものである。
液化天然ガスは近年都市ガス、火力発電等に大量に使用
される様になりその量は将来更に増大する傾向にある。
然して液化天然ガスの有する寒冷の大部分は使用されず
に無駄にされているのが現状である。
また液体空気は無限に存在する空気を原料とすること、
気化した場合に無害であること等の理由により、その供
給体制が確立し、価格が安価になれば冷凍食品用、冷凍
輸送用、冷凍土木工法用、低温破砕および粉砕用、病院
、大集会場無塵工場の空調用等に大量に需要が見込まれ
る。
現在これらの用途には主として液体窒素が使用されてお
り、液体空気は用いられて居らず、液化天然ガスの寒冷
を利用した空気液化装置も実際稼動している例はない。
従って安価な液体空気の製造、供給法の早急なる確立が
望まれている。
本発明は上記の要求に従い、液化天然ガスの寒冷を利用
して液体空気を製造する方法に関するもので、製造工程
を水除去工程、炭酸ガス除去工程、液化工程より構成し
、各工程の冷却は、冷媒ガスを循環させることにより液
化天然ガスの寒冷を伝達して行い、これにより極めて安
全且つ効率良く液体空気を製造するようにしたものであ
る。
以下本発明の実施例を図によって説明するが、第1図は
循環冷媒ガスとして窒素を用いた場合、第2図はネオン
の場合である。
第1図において管1より常温常圧で導入された原料空気
2000 ONm8/ hは切替弁2を経て切替を使用
される水除去熱交換器の一方3aに入り、該熱交換器中
の空気流路に前周期に於て凝縮固化した水分を融解して
同伴導出し、三方切換弁4aを経て水分離器5に入る。
この時熱交換器3aの冷媒流路は遮断されている。
該水分離器5に於て同伴する水を分離し導出した飽和蒸
気正分の水分を含有する空気は再び切替弁2を経て切替
え使用される水除去熱交換器の一方3bに入り、向流し
て導入される約−150℃の冷媒循環窒素に冷却されて
同伴する水蒸気をその流路に凝縮固化して導出する。
この時の冷却温度は導入圧力で含有する炭酸ガスが固化
しない温度即ち約−140℃である。
熱交換器3bを導出した低温乾燥空気は管6bを経、三
方切換弁7を経て、切り替え使用される炭酸ガス除去熱
交換器の一方8bに入り向流する循環窒素により更に冷
却されて、その流路9bに炭酸ガスを固化して分離し、
得られた低温精製空気は三方切換弁10を経て管20よ
り液化工程に導入される。
炭酸ガス除去熱交換器8bがこの様に炭酸ガスの固化分
離周期にある時、対を成す他方の熱交換器8aは固化炭
酸ガスの除去周期にある。
即ち前周期で該熱交換器8aの流路9aに炭酸ガスの凝
固分離が行われるが、この周期の終りに空気用三方切換
弁I、10、加熱循環流路用三方切換弁11.17、循
環窒素用三方切換弁40および45を切り替えて低温乾
燥空気は流路9aより9bへ、加熱循環流路を9bから
9aへ、循環窒素を循環冷媒ガス流路43aより43b
へ切り替え熱交換器8aに対しては遮断することにより
、該熱交換器8aは固化分離周期より蒸発除去周期に入
る。
三方切替弁11.17を切替えることにより炭酸ガスが
固化している流路9aは弁11、管12、加熱器13、
循環ブロワ−14、循環流路15、加熱器16、弁17
が接続され加熱循環系統が形成される。
該循環系統には弁18を介して真空ポンプ19を接続す
る。
循環系統が形成された抜弁18を開にして循環ブロワ−
14、真空ポンプ19、加熱器13および16を作動さ
せる。
加熱循環系統中に残溜する空気は加熱器13.16によ
り昇温し且つ循環ブロワ−14により循環系統内を循環
され同時に真空ポンプ19により徐々に系外に排出され
始める。
これによって流路9a内に固化していた炭酸ガスは循環
空気中に蒸発し、共に真空ポンプ19によって系外に排
出される。
この過程は炭酸ガスの蒸発に見合う熱を供給しつつまた
圧力も蒸発を促進する様に徐々に低下させるので固化炭
酸ガスは短時間に完全に系外に排出することが出来る。
上記系統中の加熱器は空温加熱器、スチームあるいは電
熱によるもの、場合によっては配管のみ等適宜選択する
循環用ブロワ−はスクリュ一式、ターボ式等があるが、
現在の装置ではルーツ式が安価で適当である。
上記機器の容量は炭酸ガス除去熱交換器8a 、abの
容量および切り替え時間に応じて決定する。
このようにして炭酸ガス除去循環系統の真空度が充分高
くなり流路9a内の炭酸ガスが排出された後、流路を切
り替える前に熱交換器8aの予冷を行う。
即ち三方切替弁40.45の補助弁41.46を開にし
て熱交換器8bの流路43bおよび熱交換器3bに循環
窒素を流したまま、熱交換器8aの流路43aおよび熱
交換器3aにも循環窒素を短時間導入して冷却を行う。
上記炭酸ガスの蒸発除去周期は炭酸ガスを真空下で蒸発
させているため、流路9aの温度をほとんど上げずにす
み、熱履歴の巾が小さい。
従ってこの予冷は短時間で良く、循環冷媒ガスの熱バラ
ンスの乱れる心配はない。
熱交換器8aが所定温度迄冷却した時、三方切替弁I、
10を切り替えて原料空気流路を9bから9aへ三方切
替弁11.17を切り替えて炭酸ガスの除去周期を9a
から9bへ、同時に三方切替弁40.45を切り替える
と共に補助弁41゜46を閉じて循環窒素の流路を43
bから43aに切り替える。
これにより熱交換器8aは蒸発除去周期から固化分離周
期に、熱交換器8bは固化分離周期から蒸発除去周期に
殆ど温度変化は伴わずに切り替わる。
この様に炭酸ガス除去工程は凝縮固化、切替、蒸発、真
空排気、予冷を経て一周期を終了し、これを対で成る熱
交換器に於て交互に繰り返すことにより連続的に行われ
る。
上記炭酸ガス除去熱交換器8a、8bの切り替えと水除
去熱交換器3a 、3bの切替えは循!?!媒ガスが共
通であるため切り替え時間を一致させる必要がある。
従って熱交換器3a、3bと8a 、sbは上記切り替
え周期が一致する様にその容量を選択する。
この様にして水分、炭酸ガスを除去された低温精製空気
は次いで液化工程に入る。
即ち管20を経て導出した低温精製空気は液化器21に
入って向流する約−196℃の循環液体窒素により約−
194,5℃迄冷却されて液化し、液体空気貯槽22に
貯えられ管24、弁25を経て使用に供される。
該貯槽22よりの蒸発ガスは管23より再び液化工程に
戻されて再液化される。
この再液化される量は約40ONm8/hであるので該
貯槽22に供給される液体空気量は20400m″/h
である。
液化器21は熱交換器でも良いが凝縮器の形式のものが
良い。
後者の方が上記貯槽22よりの蒸発空気の再液化を行い
やすく、また蒸発空気中に含まれるネオン、ヘリウム等
の希ガスを回収しやすい。
また液化工程に於て循−t?媒ガスの温度を空気中のア
ルゴンの固化温度以下に選定した場合固化アルゴンによ
る閉塞の心配がない等の利点がある。
液体空気は以上の如く生成されるが循環冷媒窒素の系統
は次の通りである。
はゾ常温、常圧の窒素約2820ONm8/hは管26
を経て吸入冷却器27に導入され向流する液化天然ガス
に冷却されて約−157℃になって導出する。
吸入冷却器27を導出した循環窒素は前記液化工程を経
た後2分した1部である一196℃の循環窒素約118
0 ONm8/ hと合流して約164℃、4000O
Nm8/hとなり第1低温圧縮機28に導入される。
第1低温圧縮機28によって5気圧に圧縮昇温した循環
窒素は、中間冷却器29に導入されて向流する液化天然
ガスにより再び約−157℃迄冷却される。
中間冷却器29を一157℃で導出した5気圧、400
0ON m8/hの循環窒素は管30を経て、第2低温
圧縮機31に導入され25気圧に圧縮昇温するが、管3
3を経て再び冷媒冷却器34に導入され向流する液化天
然ガスにより約−157℃迄冷却液化される。
低温圧縮機28.31を駆動する原動機32はモータ・
−駆動、天然ガス蒸気タービン、その他のタービン駆動
が可能である。
特に海水、廃熱水等により蒸発した液化天然ガスの蒸発
ガスによって駆動したタービンによれば外部からのエネ
ルギーを購入する必要がなくなる。
また液化天然ガスの寒冷を利用して低温圧縮を行うため
通常の圧縮に比較して所要動力が約5割で良い。
冷媒冷却器34を一157℃、25気圧で導出した循環
窒素は液体で管35を経、膨張弁36により膨張約1気
圧迄降圧して約−196℃迄降温し気液混合のまま前記
液化器21に導入され、精製空気と熱交換して該空気を
液化し自身は気化して該液化器21を導出する。
液化器21を導出した一196℃の循環窒素は管37を
経て、2分し、その1部は調節弁38で約1180 O
Nm8/hに調節され管39を経て、第1低温圧縮機2
8の直前で吸入冷却器27を導出した一157℃の循環
窒素2820ONm8/hと合流する。
2分した他部は三方切替弁40を経て管42aまたは4
2bより炭酸ガス除去熱交換器8aまたは8bの循環冷
媒ガス流路43aまたは43bを経、管44aまたは4
4bより水除去熱交換器3aまたは3bを順次通過し、
各熱交換器に於て向流する原料空気を冷却し、自身は昇
温しで導出する。
かくしてはゾ常温、常圧になった循環窒素はこの後三方
切替弁45を経て再び管26より吸入冷却器27に導入
され上記と同じ経路をたどり循環する。
尚上記冷媒ガス循環系統中冷媒冷却器34の次に適冷器
を設けて、液化器21を導出して2分し調節弁38を経
た一196℃の窒素1180ONmンhによって、冷媒
冷却器34を導出した一157℃の液体窒素を更に冷却
することも出来るがこの場合は循環窒素の第1圧縮機2
8の入口直前温度が前記の場合より高くなる。
一方寒冷供給源である液化天然ガスは次の如く供給され
る。
管47より導入され液ポンプ48により約1.2気圧で
圧送された一160℃の液化天然ガス4450ONm8
/hを3分した第1の流れ約2260ONm8/hは管
49を経て冷媒冷却器34に導入され、向流する循環窒
素を冷却して自身は昇温気化して管50より導出される
3分した第2の流れ約1150ONm8/hは管51よ
り中間冷却器29へ導入され、向流する循環窒素を冷却
し自身は昇温気化して管52より導出される。
3分した第3の流れ約1040ON扉8/hは管53を
経て吸入冷却器27に導入され向流する循環窒素を冷却
して自身は昇温気化し管54より導出され、管50.5
2よりの気化天然ガスと合流して管55より糸外へ導出
、使用に供される。
次に第2図の実施例によって循環冷媒ガスがネオンの場
合について説明する。
原料空気の導入から液体空気貯槽迄の空気の精製、液化
工程は第1図の実施例の場合と全く同様であるので省略
する。
冷媒ガス循環系統に於て循環ガスが窒素またはアルゴン
を用いた場合に対してネオンまたはヘリウムを用いた場
合の差異は主として圧縮後の膨張に膨張弁を用いるか膨
張機を用いるかであるが、この差異は循環冷媒ガスの物
性によるものである。
循環冷媒用ネオンははマ常温常圧で管26より吸入冷却
器27に導入され、向流する液化天然ガスに冷却されて
約−157°Cになって導出する。
このネオンは前記液化工程を経た後2分して冷媒熱交換
器56を経て来た循環低温ネオンと合流して低温圧縮機
28′に導入され約3気圧に圧縮され昇温しで導出する
低温圧縮機28′を導出した循環ネオンは次いで冷媒冷
却器34に導入され向流する液化天然ガスに冷却されて
約−157℃になり、次いで冷媒熱交換器56に導入さ
れて、向流する液化工程を経て一193°Cになった後
2分した1部の循環ネオンに冷却され約−184℃迄温
度降下する。
この3気圧−184℃のネオンは次いで管57を経て、
膨張タービン58に入って膨張することにより約210
℃迄温度降下する。
この−210℃は液体空気中のアルゴンが固化しない段
底温度である。
従って次工程の液化器を固体アルゴンが生じても支障の
ない型式のもの例えば前記の様に凝縮器の型式にすれば
上記温度は更に下げることが出来、プロセスの効率は更
に良くなる。
また膨張タービン58には発電機59を接続してエネル
ギーを回収するかあるいは圧縮機28と結合して圧縮動
力の節減に役立ててもよい。
膨張によって大気圧、−210℃になった循環ネオンは
管60を経て前記液化器21に導入され向流する精製空
気を液化し、自身は約−193℃に昇温して管37より
導出する。
この後2分してその1部は調節弁38によりその流量を
調節されて管61より前記冷媒熱交換器56に導入され
、向流する圧縮機28、冷媒冷却器34を経て来た循環
ネオンと熱交換する。
冷媒熱交換器56に於て約−160℃迄昇温した大気圧
のネオンは管62を経、低温圧縮機入口前に於て吸入冷
却器27よりの約−157℃の循環ネオンと合流し低温
圧縮機28′に導入される。
管37に於て2分した循環ネオンの他方は三方弁40を
経て前記切換え使用される炭酸ガス除去熱交換器8aま
たは8bの循環冷媒ガス流路43aまたは43bに入り
向流する低温乾燥空気を冷却、含有する炭酸ガスを固化
せしめて低温精製空気とし、自身は昇温しで約−157
°Cとなり該熱交換器を導出した後管44aあるいは4
4bを経て水除去熱交換器3aまたは3bに入って向流
する原料空気を冷却し含有する飽和水蒸気を固化して乾
燥空気とし、自身ははゾ常温となって三方切替弁45を
経、管26より再び吸入冷却器27に導入されて上記同
様の径路を循環する。
吸入冷却器27および冷媒冷却器34に於て寒冷を供給
する液化天然ガスは次の如く供給される。
即ち管47より導入された一160℃の液化天然ガスは
液ポンプ48により約1.2気圧で圧送された後2分さ
れその第1の流れは管49より冷媒冷却器34に導入さ
れ、向流する低温圧縮機28よりの循環ネオンを約−1
57°C迄冷却し、自身は昇温して管50より導出する
2分した第2の流れは管53より吸入冷却器27に導入
され向流する循環ネオンを約−157℃迄冷却し自身は
昇温して管54より導出し管50よりの気化天然ガスと
合流して管55より糸外へ導出され使用に供される。
本発明は以上の如く構成され実施されるが、その特徴、
効果は次の通りである。
第1に液体空気を製造するに際し原料空気の精製工程、
液化工程共液化天然ガスの寒冷を利用して冷却を行うこ
とにより極めて経済的に液体空気を得ることが出来る。
第2に循環冷媒を使用して寒冷を伝達するため空気と液
化天然ガスは直接熱交換することが無く、万−熱交換器
等に漏洩が生じても、直接混合して爆発混合気を形成す
る危険が無く極めて安全性が高い。
第3に循環冷媒は低温圧縮を行うことにより通常の圧縮
に比較して約5割の動力で済み経済的である。
第4に循環冷媒ガスの圧温度を適当に選択することによ
り原料空気を圧送することなく液体空気を製造すること
が出来、その分動力が少なくて良い。
第5に水除去は冷乾式熱交換器を用いて冷却によっての
み行うので吸着法等に比較して簡単且つ安価に行える。
第6に炭酸ガスおよび残溜水分の除去は冷却固化により
分離した後真空ポンプによって系外に除去するため吸着
法、化学的方法に比較し簡単且つ経済的である。
第7に炭酸ガス除去、水除去両工程共冷却によるが空気
分離装置に用いられているリパーシング熱交換器と異な
り、再生ガスを必要としないため原料空気が100%製
品液体空気となり無駄がない。
且つ使用する熱交換器も2流路で良くまた容量が小さく
て済む。
第8に液体空気貯槽よりの蒸発空気を再液化するので常
に大気と同一組成の液体空気が得られる、等の特徴効果
がある。
【図面の簡単な説明】
図は本発明方法の実施例を示すもので、第1図は循環冷
媒ガスとして窒素を用いた場合の系統図、第2図はネオ
ンを用いた場合の系統図である。 2は切替弁、3a、3bは水除去熱交換器、4a、4b
、7.10は三方切替弁、5は水分離器、8a 、ab
は炭酸ガス除去熱交換器、11゜17は加熱循環流路用
三方切替弁、13.16は加熱器、14は循環ブロワ−
119は真空ポンプ、21は液化器、22は流体空気貯
槽、2γは吸入冷却器、28は第1低温圧縮器、28′
は低温圧縮機、29は中間冷却器、31は第2低温圧縮
機、32は原動機、34は冷媒冷却器、36は膨張弁、
38は調節弁、40.45は循環窒素用三方切替弁、4
1.46は補助弁、48は液ポンプ、56は冷媒熱交換
器、58は膨張タービンである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 液化天然ガスの寒冷を利用した液体空気の製造方法
    に於て、 (a)空気を周期的に切替え使用する対を成す熱交換器
    の一方に導びき該熱交換器の空気流路に前周期に於て凝
    縮固化した水を融解同伴して導出し、水分離器に導入し
    て水を分離した後、対を威す他方の熱交換器に導入して
    冷却し同伴した飽和水蒸気を凝縮固化して低温乾燥空気
    として導出する水除去工程、 (b) 生成した低温乾燥空気を周期的に切り替え使
    用する対を威す熱交換器の一方が冷却により、空気中の
    含有炭酸ガスを固化分離させる固化分離周期で他方が炭
    酸ガス固化流路に、加熱器、循環ブロワ−を介して循環
    流路を接続し、該流路の空気を加熱しつつ循環すること
    により固化している炭酸ガスを蒸発同伴して導出し、且
    つこれを該循環流路に接続された真空ポンプにより糸外
    に排出する蒸発除去周期より成り、これら周期を交互に
    くり返す炭酸ガス除去工程に導ひいて低温精製空気とし
    、 (C) 得られた低温精製空気および液体空気貯槽か
    らの蒸発空気を液化器に導入して液化し液体空気貯槽へ
    導入する液化工程によって液体空気を得ると共に上記各
    工程を、 (d) 冷媒循環ガスを冷却した後低温圧縮機に導入
    して低温圧縮し、加圧昇温した冷媒循環ガスを冷却し、
    且つ膨張せしめ、これを前記液化工程に導びいた上2分
    し、その1部を流量調節弁を介して前記圧縮機に、他部
    を前記炭酸ガス除去工程を経て再び低温圧縮機へ導入す
    る冷媒ガス循環系統により冷却し、 且つ該冷媒ガス循環系統に於ける冷媒ガスの冷却を液化
    天然ガスにより行うことを特徴とする液化天然ガスの寒
    冷を利用した液体空気の製造方法。
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