JPS63169468A - 濃密流体エクスパンダーと予備冷却冷凍剤としてのネオンとを用いる水素の液化方法 - Google Patents
濃密流体エクスパンダーと予備冷却冷凍剤としてのネオンとを用いる水素の液化方法Info
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- JPS63169468A JPS63169468A JP62331858A JP33185887A JPS63169468A JP S63169468 A JPS63169468 A JP S63169468A JP 62331858 A JP62331858 A JP 62331858A JP 33185887 A JP33185887 A JP 33185887A JP S63169468 A JPS63169468 A JP S63169468A
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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。
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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、水素の液化方法に関する。
低分子量ガスを工業的に液化するいくつかの方法が提案
されている。
されている。
Zeitschrift fiir 1)ie Qes
amte −Industrie 39 、 llk
6 。
amte −Industrie 39 、 llk
6 。
14〜7 (l933)のに、C1usiusによる1
中間作用物質としてのネオンによる液体水素製造用プラ
ント”の項には、予備冷却剤として液体空気又は液体窒
素を、また中間作用液体として高圧ネオンを用い、高圧
リンプサイクルを利用して水素を液化する方法が記載さ
れている。その記事は、クララブサイクル又はプレイト
ンサイクルに用いられるような膨張エンジンサイクルを
用いることを教えていない。
中間作用物質としてのネオンによる液体水素製造用プラ
ント”の項には、予備冷却剤として液体空気又は液体窒
素を、また中間作用液体として高圧ネオンを用い、高圧
リンプサイクルを利用して水素を液化する方法が記載さ
れている。その記事は、クララブサイクル又はプレイト
ンサイクルに用いられるような膨張エンジンサイクルを
用いることを教えていない。
米国特許第3,180,709号明細書は、エクスパン
ダーとパラレルに組み合わせて複合的な等エンタルピー
膨張(J−Tパルプ)を行わせ、例えば水素、ヘリウム
及びネオンの如きガスの液化方法を開示している。
ダーとパラレルに組み合わせて複合的な等エンタルピー
膨張(J−Tパルプ)を行わせ、例えば水素、ヘリウム
及びネオンの如きガスの液化方法を開示している。
米国特許第3.473.342号は、液体窒素で圧縮ガ
ス状ネオンを冷却することによって、特に、大量のネオ
ンを液化する方法を記載している。その方法では、冷却
され九圧縮ネオンの一部をターボ−エクスパンダ−に膨
張させて中間冷却を与え、残部のネオンをジュール−ト
ムソン(J−T)エクスバンジョンニヨシ膨張させて液
化ネオンを製造している。本来、そのサイクルは単純な
工°ンジンクラクデ冷却器である。
ス状ネオンを冷却することによって、特に、大量のネオ
ンを液化する方法を記載している。その方法では、冷却
され九圧縮ネオンの一部をターボ−エクスパンダ−に膨
張させて中間冷却を与え、残部のネオンをジュール−ト
ムソン(J−T)エクスバンジョンニヨシ膨張させて液
化ネオンを製造している。本来、そのサイクルは単純な
工°ンジンクラクデ冷却器である。
米国特許第3.609.984号は、水素、ヘリウム及
びネオンのようなガスの液化方法を記載している。根本
的には、その方法はガスの圧縮によって液化を達成する
が、その圧力は、圧縮ガスを等エントロピー的に膨張さ
せて、大気圧で実質的に単一液相を形成することができ
るガスの臨界温度以上の温度に等圧的に冷却し、次いで
そのガスは等圧的に冷却され、続いてその冷却ガスをワ
ークエンジンによって等エントロピー的に膨張させ、そ
れにより実質的に液相をつくるものである。
びネオンのようなガスの液化方法を記載している。根本
的には、その方法はガスの圧縮によって液化を達成する
が、その圧力は、圧縮ガスを等エントロピー的に膨張さ
せて、大気圧で実質的に単一液相を形成することができ
るガスの臨界温度以上の温度に等圧的に冷却し、次いで
そのガスは等圧的に冷却され、続いてその冷却ガスをワ
ークエンジンによって等エントロピー的に膨張させ、そ
れにより実質的に液相をつくるものである。
米国特許第3,992,167号及びHydrogen
EnergyProgress IV、 Vol 3
. Pargamon press (l982)のシ
ー、エフ、ペーカーによる“遠心圧縮を用いる水素液化
″の項には、遠心圧縮を利用するために水素と混合する
第二成分を用いる水素の液化方法を開示している。両文
献は、遠心圧縮を利用するためには高分子量のガスが必
要であることを教えている。
EnergyProgress IV、 Vol 3
. Pargamon press (l982)のシ
ー、エフ、ペーカーによる“遠心圧縮を用いる水素液化
″の項には、遠心圧縮を利用するために水素と混合する
第二成分を用いる水素の液化方法を開示している。両文
献は、遠心圧縮を利用するためには高分子量のガスが必
要であることを教えている。
米国特許第4,498,313号は、ヘリクムガスを予
備冷却し、タービンタイプコンプレッサーを用いるネオ
ンガス−冷却及び液化回路を含むヘリウム冷却法及び装
置を記載している。
備冷却し、タービンタイプコンプレッサーを用いるネオ
ンガス−冷却及び液化回路を含むヘリウム冷却法及び装
置を記載している。
その方法はまた、付加的冷却の総効率のために液体窒素
を利用している。
を利用している。
本発明は、水素流を圧縮し、冷却し、そして大部分がオ
ルソ型の水素を大部分がパラ型の水素に触媒的に変換す
る水素液化法の改善法を提供する。この圧縮され、冷却
され、変換された水素流を次いでエクスパンダ−に膨張
させ、それによって上記変換された水素流を部分凝縮さ
せる。次に、部分凝縮した水素流を液相とガス相に分離
し;ガス相は冷却を回復させるために暖められ、圧縮さ
れ、変換に先だって上記圧縮された水素流と組み合わさ
れ;液相は液体水素生成物として取り出す。1水素液化
方法の改善は、変換された水素流を膨張させるための濃
密流体エクスパンダ−を利用すること及び液化方法のた
めの中間冷却゛を提供する閉回路(closed 1o
op )ネオン冷却サイクルを利用することからなって
いる。
ルソ型の水素を大部分がパラ型の水素に触媒的に変換す
る水素液化法の改善法を提供する。この圧縮され、冷却
され、変換された水素流を次いでエクスパンダ−に膨張
させ、それによって上記変換された水素流を部分凝縮さ
せる。次に、部分凝縮した水素流を液相とガス相に分離
し;ガス相は冷却を回復させるために暖められ、圧縮さ
れ、変換に先だって上記圧縮された水素流と組み合わさ
れ;液相は液体水素生成物として取り出す。1水素液化
方法の改善は、変換された水素流を膨張させるための濃
密流体エクスパンダ−を利用すること及び液化方法のた
めの中間冷却゛を提供する閉回路(closed 1o
op )ネオン冷却サイクルを利用することからなって
いる。
選択的であるが、圧縮された水素流を冷却するため又は
閉回路冷却サイクルにおけるネオンを予備冷却するため
の付加的冷却は、液体窒素で行われる。
閉回路冷却サイクルにおけるネオンを予備冷却するため
の付加的冷却は、液体窒素で行われる。
二寒剤、すなわち水素とヘリウムのための大規模液化及
び冷却プラントは大型圧縮系が必要である。これらの系
は、両寒剤が低分子量、すなわち2と4である丸め、そ
れぞれ容積置換型(positive displac
ement type ) =r :yプレノサー及び
エクスパンダ−を用いなければならない。
び冷却プラントは大型圧縮系が必要である。これらの系
は、両寒剤が低分子量、すなわち2と4である丸め、そ
れぞれ容積置換型(positive displac
ement type ) =r :yプレノサー及び
エクスパンダ−を用いなければならない。
液体水素、殊に推進燃料用にもくろまれた要求の増大と
共に水素の大量生産が必要になって来た。この大規模水
素の生産を達成するユニットは、現存する実施タイプの
ものよりも2〜3倍大きいかも知れない。これらのふく
らむ要求を効果的に増大させるためには、最小の改築で
ある場所から他の場所へ容易に移すことのできる方式で
あることが望ましい。
共に水素の大量生産が必要になって来た。この大規模水
素の生産を達成するユニットは、現存する実施タイプの
ものよりも2〜3倍大きいかも知れない。これらのふく
らむ要求を効果的に増大させるためには、最小の改築で
ある場所から他の場所へ容易に移すことのできる方式で
あることが望ましい。
移送の規模と容易さについてのそれらの望ましい特性は
、遠心コンプレッサーとエクスパンダ−を用いる水素液
化システムを発展させる。
、遠心コンプレッサーとエクスパンダ−を用いる水素液
化システムを発展させる。
現存する水素液化装置は、容積置換コンプレッサーを用
いている。大規模の水素とヘリウム系に用いられ、提案
されているコンプレッサーに三つの主要なタイプがある
。それらは、a) 1oots−タイプのロープ・プロ
ワ−1b)Lyaholm−タイプアクシャルスクリュ
ーコンプレッサー、及びC)往復式(reciproc
ating ) ピストンコンプレッサーである。主
として、圧縮されるガスは液体、通常、潤滑剤として又
は潤滑剤と冷却剤の組合せとして機能する油と直接接触
するか、しないかのいずれかの数種のタイプがある。
いている。大規模の水素とヘリウム系に用いられ、提案
されているコンプレッサーに三つの主要なタイプがある
。それらは、a) 1oots−タイプのロープ・プロ
ワ−1b)Lyaholm−タイプアクシャルスクリュ
ーコンプレッサー、及びC)往復式(reciproc
ating ) ピストンコンプレッサーである。主
として、圧縮されるガスは液体、通常、潤滑剤として又
は潤滑剤と冷却剤の組合せとして機能する油と直接接触
するか、しないかのいずれかの数種のタイプがある。
Rootss−タイプのコンプレッサーは、ヘリウムの
大気圧以下の吸引圧のみの適用に主として用いられてい
る。これらのタイプのコンプレッサー類は、ステージあ
たりの控え目な圧縮割合では、1.4〜2.0に、また
、相対的に低い最大のキャスティング圧では約200p
sigに限定される。
大気圧以下の吸引圧のみの適用に主として用いられてい
る。これらのタイプのコンプレッサー類は、ステージあ
たりの控え目な圧縮割合では、1.4〜2.0に、また
、相対的に低い最大のキャスティング圧では約200p
sigに限定される。
ヘリウム系に広く用いられるLysho1m油充満スク
リューコンプレッサー類は、本来300psigの範囲
の圧力に制限される。それらのコンブレッサーは、機械
を循環し、水の冷却に交換される大量の油の効果的冷却
のゆえに、ステージ当たりの高い圧縮割合、すなわち、
6tでの圧縮率を有するという利点がある。そのコンプ
レッサーは、より小さなエネルギー効率であるが、ガス
漏れし難い。
リューコンプレッサー類は、本来300psigの範囲
の圧力に制限される。それらのコンブレッサーは、機械
を循環し、水の冷却に交換される大量の油の効果的冷却
のゆえに、ステージ当たりの高い圧縮割合、すなわち、
6tでの圧縮率を有するという利点がある。そのコンプ
レッサーは、より小さなエネルギー効率であるが、ガス
漏れし難い。
往復式コンプレッサーは、主として、水素液化の雇い操
業圧が、例えば1,200 psigであるから、多く
のヘリウム系や、殊に多くの水素系に用いられる。最近
の進歩に伴なって、往復式コンプレッサーのエネルギー
効率は改善されている。あいにく、往復運動力が等しく
ないので、これらのコンプレッサー類は大きな基礎の上
に取り付けられねばならない。
業圧が、例えば1,200 psigであるから、多く
のヘリウム系や、殊に多くの水素系に用いられる。最近
の進歩に伴なって、往復式コンプレッサーのエネルギー
効率は改善されている。あいにく、往復運動力が等しく
ないので、これらのコンプレッサー類は大きな基礎の上
に取り付けられねばならない。
大型スクリュータイプ又は往復式コンプレッサーはいず
れもコンパクトではない。スクリューコンプレッサーハ
、通常、スキットマウント(5kid mounted
)されるが、他方、それらは−機当たり約2250h
pに制限される。大装置は、ステージ毎に複合的多重並
行型機が必要であろう。
れもコンパクトではない。スクリューコンプレッサーハ
、通常、スキットマウント(5kid mounted
)されるが、他方、それらは−機当たり約2250h
pに制限される。大装置は、ステージ毎に複合的多重並
行型機が必要であろう。
大きさの上記問題の解決は、遠心型コンプレッサーの使
用にあるが、しかし遠心型コンプレッサーは、水素又は
ヘリ9ムのような低分子量ガスには不適切である。
用にあるが、しかし遠心型コンプレッサーは、水素又は
ヘリ9ムのような低分子量ガスには不適切である。
本発明は、一部、予備冷却剤としてネオンを用いる水素
液化方法に関する。ネオンは、例えば16 psiaの
大気圧近傍の吸引圧から適当な遠心又は細流コンプレッ
サーに循環される。
液化方法に関する。ネオンは、例えば16 psiaの
大気圧近傍の吸引圧から適当な遠心又は細流コンプレッ
サーに循環される。
その圧力は、ネオンのトリプルポイントでの6.27
psiaの蒸気圧より低くはないが、良好な全体にわた
る熱力学的効率とネオン保護とに両立するより高い圧力
である。ネオンは、−又はそれ以上のラジアル−流人タ
ーボ一二りスパングーによる膨張により冷却される。ネ
オンは、効率を高めるために、他の寒剤、例えば、沸と
うする液体窒素、液体二酸化炭素で選択的に予備冷却さ
れる。
psiaの蒸気圧より低くはないが、良好な全体にわた
る熱力学的効率とネオン保護とに両立するより高い圧力
である。ネオンは、−又はそれ以上のラジアル−流人タ
ーボ一二りスパングーによる膨張により冷却される。ネ
オンは、効率を高めるために、他の寒剤、例えば、沸と
うする液体窒素、液体二酸化炭素で選択的に予備冷却さ
れる。
最も冷たいエクスパンダ−を出るネオンは、冷ガス又は
二相混合物である。それはまた、最も冷たいターボ−エ
クスパンダ−の出口と膨張バルブとの間の回復力のある
熱交換で、あるいはそれなしでジュール−トムソンパル
プを横切って膨張させることによって二相混合物を形成
させることができる。往゛復式エクスパンダ−の使用が
妨げられず、また、容量、確実性及びコンパクトさがタ
ーボ−エクスパンダ−を好ましいものにすることは注目
さるべきである。
二相混合物である。それはまた、最も冷たいターボ−エ
クスパンダ−の出口と膨張バルブとの間の回復力のある
熱交換で、あるいはそれなしでジュール−トムソンパル
プを横切って膨張させることによって二相混合物を形成
させることができる。往゛復式エクスパンダ−の使用が
妨げられず、また、容量、確実性及びコンパクトさがタ
ーボ−エクスパンダ−を好ましいものにすることは注目
さるべきである。
本発明の方法の他の事項に関しては、純化された水素は
、臨界圧188 peta以上の圧力に圧縮され、主と
して低圧循環ネオンガスや、また低圧循環水素ガスによ
ってマルチブルーパス熱交換器で予備冷却される。更に
、水素ガスは、液体水素により又はネオン用予備冷却剤
として用いられる他の液化ガスによって予冷却される。
、臨界圧188 peta以上の圧力に圧縮され、主と
して低圧循環ネオンガスや、また低圧循環水素ガスによ
ってマルチブルーパス熱交換器で予備冷却される。更に
、水素ガスは、液体水素により又はネオン用予備冷却剤
として用いられる他の液化ガスによって予冷却される。
その手段は、水素の型をオルソ75%とパラ25チの通
常の組成から、液化で95多以上のパラ型組成に触媒的
に変換するためのものである。大部分がオルソ型の水素
から大部分がパラ型の水素へのこの変換には、液化水素
を貯蔵時に液体として保持することが必要である。
常の組成から、液化で95多以上のパラ型組成に触媒的
に変換するためのものである。大部分がオルソ型の水素
から大部分がパラ型の水素へのこの変換には、液化水素
を貯蔵時に液体として保持することが必要である。
冷却の最終ステージは、85〜90モルチの液体水素生
成物を得るような入口条件と膨張効率で操作する濃密流
体エクスパンダ−を利用する。この二相混合物は、相分
離器に入り、分離された液体留分は貯蔵され、一方、飽
和蒸気留分は再圧縮用の周囲温度にするために熱回収性
熱交換器に循環される。更に、供給物は液相変換器によ
ってパラ−水素濃度が一層増大する。変換された液体(
オルソからパラに)は、次にJ−Tパルプを横切ってフ
ラッシングすることによシ一部液相に冷却され、生成物
予備冷却器の冷却剤として提供される。
成物を得るような入口条件と膨張効率で操作する濃密流
体エクスパンダ−を利用する。この二相混合物は、相分
離器に入り、分離された液体留分は貯蔵され、一方、飽
和蒸気留分は再圧縮用の周囲温度にするために熱回収性
熱交換器に循環される。更に、供給物は液相変換器によ
ってパラ−水素濃度が一層増大する。変換された液体(
オルソからパラに)は、次にJ−Tパルプを横切ってフ
ラッシングすることによシ一部液相に冷却され、生成物
予備冷却器の冷却剤として提供される。
上の記載から理解されるように、本発明は、二つの補足
的要素、すなわち中間冷却剤としてのネオンの使用と水
素用の濃密流体エクスパンダ−の使用の二要素をもって
いる。
的要素、すなわち中間冷却剤としてのネオンの使用と水
素用の濃密流体エクスパンダ−の使用の二要素をもって
いる。
中間冷却剤としてのネオンの使用は、ネオンの熱力学的
性質からして実用に適している。
性質からして実用に適している。
ネオンは原子量20.正規の沸点−410,4″F(2
7,2に、 −248,9℃)及び395 peta(
2,723kPa )の臨界圧においての臨界温度−3
79,7’F (44,1K。
7,2に、 −248,9℃)及び395 peta(
2,723kPa )の臨界圧においての臨界温度−3
79,7’F (44,1K。
−229℃)を有する。それは各種の水素アイソトープ
と酸素(−361,8”F (54,OK、 −219
,1℃)〕、ふっ素(−363,3°F(53,2に、
−219,9℃)〕又はOF。
と酸素(−361,8”F (54,OK、 −219
,1℃)〕、ふっ素(−363,3°F(53,2に、
−219,9℃)〕又はOF。
(−370’F(49,4に、 −223,7℃)〕の
三重点の間の液相中に存在する唯一の物質である。酸素
、ふっ素又はOF、の三重煮蒸気圧は0.01 psi
a (68,9Pa)のオーダーであるから、それらは
実用的温度限界を表わすものとは考えられない。また、
これらの物質は、化学的には残念なことに水素と反応的
である。ネオンは分子量18をもつ水蒸気に匹適するの
で、適当数のステージで適切な圧縮比に圧縮することが
事実上可能である。ネオンは貴ガスの一種であり、不活
性、不燃性且つ無毒性である。
三重点の間の液相中に存在する唯一の物質である。酸素
、ふっ素又はOF、の三重煮蒸気圧は0.01 psi
a (68,9Pa)のオーダーであるから、それらは
実用的温度限界を表わすものとは考えられない。また、
これらの物質は、化学的には残念なことに水素と反応的
である。ネオンは分子量18をもつ水蒸気に匹適するの
で、適当数のステージで適切な圧縮比に圧縮することが
事実上可能である。ネオンは貴ガスの一種であり、不活
性、不燃性且つ無毒性である。
濃密流体エクスパンダ−を用いると、生成液体水素単位
量当九りの消耗エネルギーが低減する。
量当九りの消耗エネルギーが低減する。
次に、これらの全部材の相互作用を更によく説明するた
めに、本発明の方法を実施する好ましい一興体例につい
て記載する。唯一つの添付概要図面において、ガス状水
素供給流は、管10を経て往復式コンプレッサー12に
供給され圧縮される。管14中の圧縮された水素流は、
管間中の圧縮循環水素流と混合されて、管16において
混合水素流に形成される。管16中のこの混合水素流は
、次いで、熱交換器18において、あたためられる処理
流と熱交換され、冷却された合一水素流が管20に導か
れる。
めに、本発明の方法を実施する好ましい一興体例につい
て記載する。唯一つの添付概要図面において、ガス状水
素供給流は、管10を経て往復式コンプレッサー12に
供給され圧縮される。管14中の圧縮された水素流は、
管間中の圧縮循環水素流と混合されて、管16において
混合水素流に形成される。管16中のこの混合水素流は
、次いで、熱交換器18において、あたためられる処理
流と熱交換され、冷却された合一水素流が管20に導か
れる。
この冷却された管20中の混和合一水素流は、熱交換器
四において液体窒素の温度に近い温度に更に冷却される
。更に冷却された管り中の混合水素流は、第一のオルソ
−パラ接触的変換器26に供給され、そこで、水素のオ
ルソ型部分がパラ型に変換される。変換器26はまた、
合一された水素流を更に冷却する熱交換器として作用す
る。第一のオルソ−パラ変換器26から得られた管あ中
の生成物は、オルソ型からパラ型へ更に変換するため及
び更に冷却するため第二のオルンーパラ接触的変換器加
に供給される。オルソ−パラ変換器26と28は、混合
水素流を全体として約75/25モルチのオルソ/パラ
組成から約5/95モルチのオルソ/パラ組成に変換す
る。管32中の変換された水素流は、次に濃密流体エク
スパンダ−腕に膨張され、二相水素流が形成される。管
36中のこの二相水素流は、変換−分離器部に供給され
る。変換−分離器部は、二つの目的に役立っており、そ
の一つは二相流36を液相とガス相に分離し、更に、液
相水素のパラ濃度を98%以上に変換することである。
四において液体窒素の温度に近い温度に更に冷却される
。更に冷却された管り中の混合水素流は、第一のオルソ
−パラ接触的変換器26に供給され、そこで、水素のオ
ルソ型部分がパラ型に変換される。変換器26はまた、
合一された水素流を更に冷却する熱交換器として作用す
る。第一のオルソ−パラ変換器26から得られた管あ中
の生成物は、オルソ型からパラ型へ更に変換するため及
び更に冷却するため第二のオルンーパラ接触的変換器加
に供給される。オルソ−パラ変換器26と28は、混合
水素流を全体として約75/25モルチのオルソ/パラ
組成から約5/95モルチのオルソ/パラ組成に変換す
る。管32中の変換された水素流は、次に濃密流体エク
スパンダ−腕に膨張され、二相水素流が形成される。管
36中のこの二相水素流は、変換−分離器部に供給され
る。変換−分離器部は、二つの目的に役立っており、そ
の一つは二相流36を液相とガス相に分離し、更に、液
相水素のパラ濃度を98%以上に変換することである。
液体水素をオルソ−からパラ−水素に更に変換する場合
には、液相の一部は気化される。更に変換された変換−
分離器部からの液体部分は液体水素生成物として、管4
0Vcより除去される。
には、液相の一部は気化される。更に変換された変換−
分離器部からの液体部分は液体水素生成物として、管4
0Vcより除去される。
液体の変換により生じたガス状水素を含む変換−分離器
部からのガス部分は、いくらかの冷却価(refrig
eration volue )を回収するために管C
を経て変換器(資)及び26を通って循環される。管4
6中の暖められ九循環流は、往復運動コンプレッサー胡
中で圧縮され、圧縮循環水素流団が形成される。水素液
化循環のための熱交換は、循環水素流C1閉じたネオン
冷却回路及び任意に液体窒素を気化し、続いてガス状窒
素を過熱して冷却価を回収することによって提供される
。
部からのガス部分は、いくらかの冷却価(refrig
eration volue )を回収するために管C
を経て変換器(資)及び26を通って循環される。管4
6中の暖められ九循環流は、往復運動コンプレッサー胡
中で圧縮され、圧縮循環水素流団が形成される。水素液
化循環のための熱交換は、循環水素流C1閉じたネオン
冷却回路及び任意に液体窒素を気化し、続いてガス状窒
素を過熱して冷却価を回収することによって提供される
。
閉じたネオン冷却回路は、熱交換器18と22及び変換
器26と(資)における水素液化工程と互に影響する。
器26と(資)における水素液化工程と互に影響する。
管70中のこの冷却された圧縮ネオン流は、次いで第一
及び第二の部分に分割される。管72中の第一の部分は
、変換器26の暖まる処理流と熱交換することによって
更に冷却される。管74中の冷却された第一の部分は、
次いでタービン76に膨張され、管78に更に冷却され
た第一の部分が得られる。更に冷却された管78中のこ
の第一の部分は、変換器頷で暖められ、それによジ工程
に冷却が与えられる。管82の第二の部分はタービン8
内に膨張され、管部の冷却された第二の部分に誘導され
る。管部中のこの冷却された第二の部分と管部中の暖ま
った第一の部分は、管部において循環ネオン流に混和さ
れ、変換器26で暖められ、それにより工程に冷凍が提
供される。循環ネオン流は、いくらかの残留冷却価を回
収するように熱交換器18で更に暖められ、管92を経
てネオン冷却回路コンプレッサー94に供給される。
及び第二の部分に分割される。管72中の第一の部分は
、変換器26の暖まる処理流と熱交換することによって
更に冷却される。管74中の冷却された第一の部分は、
次いでタービン76に膨張され、管78に更に冷却され
た第一の部分が得られる。更に冷却された管78中のこ
の第一の部分は、変換器頷で暖められ、それによジ工程
に冷却が与えられる。管82の第二の部分はタービン8
内に膨張され、管部の冷却された第二の部分に誘導され
る。管部中のこの冷却された第二の部分と管部中の暖ま
った第一の部分は、管部において循環ネオン流に混和さ
れ、変換器26で暖められ、それにより工程に冷凍が提
供される。循環ネオン流は、いくらかの残留冷却価を回
収するように熱交換器18で更に暖められ、管92を経
てネオン冷却回路コンプレッサー94に供給される。
任意の付加的冷凍源の総効率として、液体窒素及び/又
は冷ガス状窒素は液化工程で熱交換される。その工程に
おいて、管52中の液体窒素は、熱交換器nに供給され
暖められて、少なくとも一部が気化した窒素流が管部中
に形成される。管シ中の少なくとも部分的に気化したこ
の窒素流は、管部中の冷たい窒素ガスと組み合わされ、
管58を経て熱交換器18に供給される。管部中の窒素
流は、いくらかの残った冷凍価を回収するために熱交換
器18で暖められ、次いで管60から大気中に排出され
る。
は冷ガス状窒素は液化工程で熱交換される。その工程に
おいて、管52中の液体窒素は、熱交換器nに供給され
暖められて、少なくとも一部が気化した窒素流が管部中
に形成される。管シ中の少なくとも部分的に気化したこ
の窒素流は、管部中の冷たい窒素ガスと組み合わされ、
管58を経て熱交換器18に供給される。管部中の窒素
流は、いくらかの残った冷凍価を回収するために熱交換
器18で暖められ、次いで管60から大気中に排出され
る。
本発明の利点を示すため、また近似の従来技術と対比す
るために、以下の具体例により説明する。
るために、以下の具体例により説明する。
実施例1
唯一の添付図面に描かれているような本発 −明方法に
ついて、25モルチがパラ型アイソトープで75%がオ
ルソ型アイソトープであるガス状水素を管10により供
給し、往復式コンブレフt−12中で650psia(
4,4801d)a)に圧縮した。管14中の圧縮され
た水素供給流は、管側において圧縮された循環水素流と
混合され、循環水素15容量チを含む混合水素流が管1
6中に形成される。管16中のこの混合水素流は、次い
で熱交換器18において−290”F(−179℃)に
冷却され、管20にシいて冷やされた混合水素流となり
、更に熱交換器22において一310’F(−190℃
)にまで冷却される。その更に冷ヤされた管り中の混合
水素流は、第一のオルソ−パラ触媒(接触)豹変換器2
6に供給され、そこで水素のオルン型の一部をパラ型に
変換させる。変換器26はまた、熱交換器として作用し
、混合水素流を更に冷却させる。第一のオルソ−パラ変
換器からの管28中の得られた生成物は、第二のオルソ
−パラ触媒的変換量器に供給され、更にオルン型からパ
ラ型に変換されると共に更に冷却される。オルソ−パラ
変換器26と羽は、全体として混合窒素流をオルソ/パ
ラ約64736モルチの組成から、オルソ/パラ約57
95モル%に変換し、その温度を一404°F(−24
2℃)K低下させる。管32の変換された水素流は、次
いで濃密流体エクスパンダー中に膨張され、その結果、
90重量%以上が液体の二相水素流が形成される。管3
6中のこの二相水素流は分離器38に供給される。
ついて、25モルチがパラ型アイソトープで75%がオ
ルソ型アイソトープであるガス状水素を管10により供
給し、往復式コンブレフt−12中で650psia(
4,4801d)a)に圧縮した。管14中の圧縮され
た水素供給流は、管側において圧縮された循環水素流と
混合され、循環水素15容量チを含む混合水素流が管1
6中に形成される。管16中のこの混合水素流は、次い
で熱交換器18において−290”F(−179℃)に
冷却され、管20にシいて冷やされた混合水素流となり
、更に熱交換器22において一310’F(−190℃
)にまで冷却される。その更に冷ヤされた管り中の混合
水素流は、第一のオルソ−パラ触媒(接触)豹変換器2
6に供給され、そこで水素のオルン型の一部をパラ型に
変換させる。変換器26はまた、熱交換器として作用し
、混合水素流を更に冷却させる。第一のオルソ−パラ変
換器からの管28中の得られた生成物は、第二のオルソ
−パラ触媒的変換量器に供給され、更にオルン型からパ
ラ型に変換されると共に更に冷却される。オルソ−パラ
変換器26と羽は、全体として混合窒素流をオルソ/パ
ラ約64736モルチの組成から、オルソ/パラ約57
95モル%に変換し、その温度を一404°F(−24
2℃)K低下させる。管32の変換された水素流は、次
いで濃密流体エクスパンダー中に膨張され、その結果、
90重量%以上が液体の二相水素流が形成される。管3
6中のこの二相水素流は分離器38に供給される。
液は、液体水素生成物として管部から取り出される。濃
密流体エクスパンダ−から90重量%の液体が得られる
が、液の一部は他の理由によって蒸発し、最終液体収率
が約85重量qbKなるように、オルン整水素と熱のエ
ネルギーの漏洩に注意することは重要である。
密流体エクスパンダ−から90重量%の液体が得られる
が、液の一部は他の理由によって蒸発し、最終液体収率
が約85重量qbKなるように、オルン整水素と熱のエ
ネルギーの漏洩に注意することは重要である。
流36のガス部分は、管Cを経て変換器□□□及び26
に循環され、いくらかでも冷却価が回収される。管46
中の暖まった循環流は往復式コンプレッサー銘で650
psia (4,480kP&)に圧縮され、圧縮循
環水素流部となる。水素液化サイクルのための熱交換は
、循環水素流C、ネオン冷却閉回路及び暖められた液体
窒素から冷却価を回収することによって提供される。
に循環され、いくらかでも冷却価が回収される。管46
中の暖まった循環流は往復式コンプレッサー銘で650
psia (4,480kP&)に圧縮され、圧縮循
環水素流部となる。水素液化サイクルのための熱交換は
、循環水素流C、ネオン冷却閉回路及び暖められた液体
窒素から冷却価を回収することによって提供される。
ネオン冷却閉回路は、熱交換器18とn及び変換器26
と(9)において水素液化工程と相互作用する。その閉
回路においては、管68中の150 psia (l,
034kPa )の圧に圧縮されたネオン流は、熱交換
器18と22KThイテ、−310″F’(−190℃
)に冷却される。管70中のこの冷却され圧縮されたネ
オン流は、次に第一と第二の部分に分割される。管72
中の全ネオン流の約58容量−の第一の部分は、変換器
26において、更に−366,5°F(−221℃)に
冷却される。管74中の冷却された第一の部分は、次い
でタービン76内に膨張され、更に冷却された一403
°F(−245℃)の温度の第一の部分が管78中に得
られる。管78のこの更に冷却された第一の部分は、変
換器30において−376,5″’F(−227℃)に
暖ためられ、それによりその工程に冷却を提供する。管
82中の全ネオン流の約42容量チの第二の部分はター
ビン84に膨張され、−376,5’F(−227℃)
の温度の冷却された第二の部分が管86に得られる。管
86中のこの冷却された第二の部分と管部中の暖まった
第一の部分は、管88において循環ネオン流に混合され
、変換器26で−320’F (−196℃)に暖めら
れて、工程に冷却が提供される。循環ネオン流は、熱交
換器18において、更に100″F’(38℃)に暖め
られて、残留する冷却価が回収され、管92を通ってネ
オン冷却回路のコンプレッサー94に供給される。
と(9)において水素液化工程と相互作用する。その閉
回路においては、管68中の150 psia (l,
034kPa )の圧に圧縮されたネオン流は、熱交換
器18と22KThイテ、−310″F’(−190℃
)に冷却される。管70中のこの冷却され圧縮されたネ
オン流は、次に第一と第二の部分に分割される。管72
中の全ネオン流の約58容量−の第一の部分は、変換器
26において、更に−366,5°F(−221℃)に
冷却される。管74中の冷却された第一の部分は、次い
でタービン76内に膨張され、更に冷却された一403
°F(−245℃)の温度の第一の部分が管78中に得
られる。管78のこの更に冷却された第一の部分は、変
換器30において−376,5″’F(−227℃)に
暖ためられ、それによりその工程に冷却を提供する。管
82中の全ネオン流の約42容量チの第二の部分はター
ビン84に膨張され、−376,5’F(−227℃)
の温度の冷却された第二の部分が管86に得られる。管
86中のこの冷却された第二の部分と管部中の暖まった
第一の部分は、管88において循環ネオン流に混合され
、変換器26で−320’F (−196℃)に暖めら
れて、工程に冷却が提供される。循環ネオン流は、熱交
換器18において、更に100″F’(38℃)に暖め
られて、残留する冷却価が回収され、管92を通ってネ
オン冷却回路のコンプレッサー94に供給される。
付加的冷却源総効率として、液体窒素及び/又は冷たい
ガス状窒素が液化工程で熱交換される。その実施におい
ては、管52中の液体窒素は、熱交換器22に供給され
て暖められ、その結果、少なくとも一部気化した窒素流
が管54に生ずる。この管54中の少なくとも一部気化
した窒素流は、管56において冷たい飽和窒素ガスと混
合され、管58を通って熱交換器18に供給される。管
58の窒素流は、残存冷却価を回収するために熱交換器
18で暖められ、次いで管60を経て大気中に排出され
る。
ガス状窒素が液化工程で熱交換される。その実施におい
ては、管52中の液体窒素は、熱交換器22に供給され
て暖められ、その結果、少なくとも一部気化した窒素流
が管54に生ずる。この管54中の少なくとも一部気化
した窒素流は、管56において冷たい飽和窒素ガスと混
合され、管58を通って熱交換器18に供給される。管
58の窒素流は、残存冷却価を回収するために熱交換器
18で暖められ、次いで管60を経て大気中に排出され
る。
本発明の方法を用いて36トン7日の液体水素を製造す
るのに必要なパワーは、液化された窒素とガス状窒素と
を与えるのに必要なパワーを算入しないならば12.9
74KWである。
るのに必要なパワーは、液化された窒素とガス状窒素と
を与えるのに必要なパワーを算入しないならば12.9
74KWである。
選択された流れに着目する工程の物質パランスを第1表
に示す。
に示す。
実施例2
添付図面の唯一の図に描かれるような方法において、濃
密流体エクスパンダ−をジュール−トムソンバルブでお
きかえて行い、その結果、はそや壕の米国特許第4,4
98,313号明細書に記載されているような結果が得
られた。
密流体エクスパンダ−をジュール−トムソンバルブでお
きかえて行い、その結果、はそや壕の米国特許第4,4
98,313号明細書に記載されているような結果が得
られた。
濃密流体エクスパンダ−にかえてJ−Tパルプを含んだ
方法では、約76重量%の液体生成がJ−Tバルブから
得られた。液体水素を36トン7日製造するのに必要な
エネルギーは、14.674KWである。実施例2につ
いての選択流に着目した物質パランスを第2表に示す。
方法では、約76重量%の液体生成がJ−Tバルブから
得られた。液体水素を36トン7日製造するのに必要な
エネルギーは、14.674KWである。実施例2につ
いての選択流に着目した物質パランスを第2表に示す。
本発明の実施例1と最も近い従来技術の実施例2の結果
を比較すれば、両方法は36トン7日の水素を製造でき
るが、両方法の間に顕著な要求パワーの差がある。本発
明の方法は、実施例2に記載の方法より約13%エネル
ギーが節約されることを示している。寒剤の液化に必要
なパワーの2〜3%の減少は大きいと思われる。更に、
本発明における濃密流体エクスパンダ−の使用は、実施
例2の方法に必要なネオン量の10.8%の低減が得ら
れる。
を比較すれば、両方法は36トン7日の水素を製造でき
るが、両方法の間に顕著な要求パワーの差がある。本発
明の方法は、実施例2に記載の方法より約13%エネル
ギーが節約されることを示している。寒剤の液化に必要
なパワーの2〜3%の減少は大きいと思われる。更に、
本発明における濃密流体エクスパンダ−の使用は、実施
例2の方法に必要なネオン量の10.8%の低減が得ら
れる。
本発明は、好ましい具体例について記載したが、本発明
の範囲はこの具体例に限定されない。
の範囲はこの具体例に限定されない。
添付図面は、本発明の方法を実施するための概要図であ
る。
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、水素流を圧縮し、冷却し、大部分がオルソ型の水素
を大部分がパラ型の水素に触媒的に変換させ、その変換
され、冷却され、圧縮された水素流をエクスパンダーに
膨張させ、それにより上記変換された水素流を部分的に
凝縮させ、その部分的凝縮水素流を液相とガス相に分離
し、該ガス相を冷却回収のために暖め、再圧縮し、冷却
にさきだつて上記の圧縮された水素流と混合し、上記液
相を液体水素生成物として取り出す水素を液化する方法
において、上記変換され、冷却され、圧縮された水素流
を膨張させるために濃密流体エクスパンダーを利用する
こと及び該工程に少なくとも中間冷却を与える閉回路ネ
オン冷却サイクルを利用することを特徴とする改善され
た上記方法。 2、上記圧縮水素流を冷却するため、又は閉回路ネオン
冷却サイクルにおけるネオンもしくは液体と冷たいガス
状の窒素を予備冷却するために、更に付加的冷却を与え
ることから成る特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、(a)ガス状水素供給流を圧縮し、冷却すること; (b)上記圧縮された水素供給流を、工程(g)からの
圧縮された循環水素流と合流させて、合一水素供給流を
形成させること; (c)上記合体水素供給流を、暖かい循環水素流及び閉
回路ネオン冷却サイクルと熱交換によつて冷却すること
; (d)上記冷却された合一水素供給流を第一及び第二の
変換器/熱交換器の二ステージにおいて、大部分がオル
ソ型の水素から大部分がパラ型の水素に変換し、一方、
同時に上記合一水素供給流を閉回路ネオン冷却サイクル
及び暖める循環水素流との熱交換によつて冷却すること
; (e)変換された合一水素供給流を濃密流体エクスパン
ダー内に膨張させ、それにより、該供給流を部分凝縮さ
せること; (f)工程(e)の部分凝縮水素供給流をガス相と液相
に分離し、該ガス相を循環水素流を形成させるのに使用
し、該液相をパラ−水素濃度を増加させるために更に変
換させて液体水素生成流として除去すること; (g)上記循環水素流を冷却を回収するために暖ため、
次いで上記循環水素流を工程(b)の上記圧縮水素供給
流と合体させる前に圧縮すること; (h)閉回路ネオン冷却流を圧縮し、予備冷却すること
; (i)上記閉回路ネオン冷却流を第一の部分と第二の部
分に分割すること; (j)上記第一の部分を更に冷却し、次いでその冷却さ
れた第一の部分をタービン中に膨張させること; (k)工程(j)からの上記第一の部分を上記第二の変
換器/熱交換器において暖め、それにより冷却を与える
こと; (l)上記第二の部分をエクスパンダー中に膨張させ、
その膨張した第二の部分を工程(k)からの上記暖まつ
た第一の部分と合流させて、再合流された閉回路ネオン
冷却流を形成させること; (m)上記再合流された閉回路冷却流を上記第一の変換
器/熱交換器中で暖めて、それにより冷却を与えること
; (n)上記再合流された閉回路ネオン冷却流を更に暖め
て冷却価を回収すること;及び (o)上記再合流閉回路ネオン冷却流を、上記閉回路ネ
オン冷却流として工程(h)に再循環すること; から成る水素の液化方法。 4、工程(c)における上記冷却のため、及び液体窒素
並びに冷たいガス状窒素で工程(h)における予備冷却
のための冷却を更に供給することから成る特許請求の範
囲第3項記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/001,127 US4765813A (en) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | Hydrogen liquefaction using a dense fluid expander and neon as a precoolant refrigerant |
US1127 | 1987-01-07 | ||
EP88107846A EP0342250B1 (en) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | Hydrogen liquefaction using a dense fluid expander and neon as a precoolant refrigerant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63169468A true JPS63169468A (ja) | 1988-07-13 |
JPH0319471B2 JPH0319471B2 (ja) | 1991-03-15 |
Family
ID=8198979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62331858A Granted JPS63169468A (ja) | 1987-01-07 | 1987-12-26 | 濃密流体エクスパンダーと予備冷却冷凍剤としてのネオンとを用いる水素の液化方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4765813A (ja) |
EP (1) | EP0342250B1 (ja) |
JP (1) | JPS63169468A (ja) |
CA (1) | CA1298775C (ja) |
DE (1) | DE3877351T2 (ja) |
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EP3163235A1 (en) | 2015-10-27 | 2017-05-03 | Linde Aktiengesellschaft | Novel cascade process for cooling and liquefying hydrogen in large-scale |
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US11391511B1 (en) | 2021-01-10 | 2022-07-19 | JTurbo Engineering & Technology, LLC | Methods and systems for hydrogen liquefaction |
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-
1987
- 1987-01-07 US US07/001,127 patent/US4765813A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-12-26 JP JP62331858A patent/JPS63169468A/ja active Granted
- 1987-12-31 CA CA000555727A patent/CA1298775C/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-05-16 DE DE8888107846T patent/DE3877351T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-05-16 EP EP88107846A patent/EP0342250B1/en not_active Expired - Lifetime
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EP0342250A1 (en) | 1989-11-23 |
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