JPS63271085A - 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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JPS63271085A JP10315387A JP10315387A JPS63271085A JP S63271085 A JPS63271085 A JP S63271085A JP 10315387 A JP10315387 A JP 10315387A JP 10315387 A JP10315387 A JP 10315387A JP S63271085 A JPS63271085 A JP S63271085A
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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】 〔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、Ｌ
ＮＧ（液化天然ガス）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ずまず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一１６０℃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
まり利用されてぃなかった。
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。ＬＮＧ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５：？−Ｊｆｉ／１８０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Ｌ
ＮＧ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Ａ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くただし、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である。また、
図の上部はど低温である。第２図は、本発明の方法にお
ける作動流体のＴ−３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ず作動流体として
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、−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］００ｔ／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、加熱による熱スイング方式と、脱圧による
圧力スイング方式とがある。
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
、−１７５℃、約ｔｉａｔｍ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の出口では一３０℃
、約４ａｔｍ、　　２９６　ｔ　／　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Ｌ
ＮＧおよび等圧加熱過程の作動流体と熱交換され、−１
２０℃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５
０ａｔｍ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、−１３
５℃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，”Ｃ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ＩＯ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１２４００ＫＷＩ
（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−３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て回
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−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２０〜７５ａｔｍ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′のサイ
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（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−３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−３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−９＝作動流体
圧縮機 １吐エキスバンタ′−圧縮機 １１：エキスパンダー Ａ１ｒ 第１図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （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. （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. （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. （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. （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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