JPS6136679A - ガス液化装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、空気分離装置等で分離した窒素、酸素等の沸
点が極めて低いガスを寒冷発生源として高圧膨張タービ
ンと低圧膨張タービンを用いた、いわゆる２段膨張ター
ビンを使用して液化するガス液化装置に関するものであ
る。

〔発明の背景〕

酸素、窒素等の沸点の極めて低いガスを効率良く液化す
る方法として、例えば特公昭４９−４０５４７号公報に
示されるように、高圧膨張タービンと低圧膨張タービン
を組合せた２段膨張式のタービンを使用した方法が知ら
れている。

ガス液化装置においては、高圧の状態で液化された製品
液化ガスを貯蔵タンクその他に供給する場合、低圧の状
態に減圧する必要があり、この時、製品液化ガスが十分
に過冷却されていないと、減圧された時液の一部がフラ
ッシュしてガスが発生する。

このフラブンユロスを少なくするためには、高圧の製品
液化ガスを減圧後の飽和温度まで過冷却してやる必要が
あり、そのため、低圧膨張タービンのガスの出口温度を
、液化ガスの減圧後の飽和温度以下に下げる必要がある
。しかしながら、低圧膨張タービンの出口温度を下げ過
ぎると、ガスの一部が液化し、ミストが発生する。膨張
タービンは、一般に敵方回転という高速回転で運転され
ており、ガス中に液ミストが発生すると、摩耗やアンバ
ランスを起してタービンを破壊する恐れがある。このた
めの保護装置として特公昭４９−４０５４７号公報に示
されているように、低圧膨張タービンの出口ガス温度を
制御する方法がこれまで採用されている。

一方、寒冷を発生する膨張タービンは、熱力学の原理か
らガスの温度、圧力が高い方が理論断熱熱落差が多いた
め、熱交換器が許容できる範囲内で膨張タービンの入口
ガス温度を高めた方がガス液化装置の効率が向上する。

従来技術による高圧膨張タービンと低圧膨張タービンを
用いたガス液化装置の一例を液体窒素発生装置で第２図
により説明する。

第２図において、ｌは窒素ガスを昇圧する循環圧縮機、
２は予冷器、３はフロン等を冷媒とする冷却器、４は熱
交換器、５は液化器、６は高圧膨張タービン、７は低圧
膨張タービン、８は液化ガス出口弁、９は熱交換器４で
冷却された窒素ガスの一部を寒冷発生用の高圧膨張ター
ビン６に導く導管、１０は残部を液化用ガスとして液化
器５に導く導管、１１は液化器５を通して高圧膨張ター
ビン６の出口と低圧膨張タービン７の入口とを連結した
導管である。

ガス窒素な循環圧縮機１で約３５Ｋｇ／ｃｔＩＧに昇圧
した後、予冷器２および冷却器３で冷却し、更に熱交換
器４で低温戻りガス窒素で約−】ｏｏ”ｃまで冷却した
後２分流し、その一方の高圧窒素ガスを導管９より高圧
膨張タービン６に導入し、圧力約５Ｋｓ＋／ｃＩＩＧま
で膨張させて約−１６０”Ｃの寒冷を発生させ、この窒
素ガスを導管１１を介して液化器５で約−１５０℃まで
温度回復させた後、低圧膨張タービン７に導入して約−
１９０”Ｃの寒冷を発生させる。低圧膨張タービン７で
圧力約ｏ３Ｋｐ／ｃａｌ　Ｇとなった低圧、低温度の窒
素ガスは液化器５に導かれ、熱交換器４の出口で分流さ
れ導管１０より液化器５に導かれた他方の高圧液化用の
窒素ガスを液化させると同時に過冷却し、更に熱交換器
４で高圧窒素ガスを冷却して温度回復した後、予冷器２
を経て循環圧縮機１に戻される。一方、液化器５で液化
された高圧液化用窒素ガスは、液化器５の後流で製品の
飽和温度まで過冷却され、導管校より液化ガス出口弁８
を通って製品液体窒素として貯蔵タンクに溜められたり
、空気分離装などの精留塔の寒冷源として使用される。

低圧膨張タービン７の出口ガス温度の調節は、出口温度
検出器を設け、温度調節装Ｍ１３により液化ガス出口弁
８を介して調節する方法が従来より行なわれている。ま
た、減量運転時または液化用ガスの調整が間に合わない
ような場合は、前述の特公昭４９−４０５４７号公報の
方法なども併用されている。

しかしながら、第２図に示す従来の調節方法では、液化
器５で温度回復される低圧膨張タービン７の入口温度は
、高温流体である高圧の液化用ガスの流量によって変化
する。換言すれば、低圧膨張タービン７の出口ガス温度
で液化用ガス量を制御する方法では、設計点以外の減量
運転などでは液化器５の伝熱面積の関係を変えることが
できないため、液化器５より製品として取出される液体
窒素の温度は、低圧膨張タービン７の出口温度優先制御
により、液化用ガス量の変動により大きく変化し、また
。高圧膨張タービン６の入口温度にも影響を与えるなど
の欠点があった。

液体窒素の温度が上昇するとフラッシュロスが増加し、
余分な窒素ガスを捨てることになり、効率が低下する。

一方、特公昭４９−４０５４７号公報の高圧膨張タービ
ン６の入口ガスをバイパスする方法は、低圧膨張タービ
ン７の保護としては有効であるが、エネルギーの損失と
なり、同様に液化装置の効率が大幅に低下する。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来技術の欠点をな曵するため、低圧
膨張タービンの出口ガス温度を、高圧膨張タービンの入
口温度や液化ガスの最終冷却温度に影響を与えることな
く、装置の最適運転条件に合せて運転できるガス液化装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の要点は、高圧膨張タービン出口と低圧膨張ター
ビン入口とを連結する導管の途中に、低圧膨張タービン
の出口ガス温度を調節するためのタービン熱交換器を設
け、温度調節するための高温流体に液化用ガスを２分し
てその一方をタービン熱交換器に通し、低圧膨張タービ
ンの出口ガス温度によりタービン熱交換器に導かれる液
化用ガスと液化器を通る液化ガス量をそれぞれ調節弁に
より自動的に調整するようにしたもので、更に液化器出
口の製品液化ガスの温度を検出し、液化温度で高圧膨張
タービンの入口温度を最適温度に自動調整するようにし
たものである。

〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を窒素ガス液化装置についてｇ
Ｊ１図により詳細に説明する。

第１図において、第２図と同一部分は同一符号で示し説
明を省略する。１４は高圧膨張タービン６の出口と低圧
膨張タービン７の入口とを連結した導管１１の途中に設
けられたタービン熱交換器、１５はタービン熱交換器１
４を通る液化用ガスの自動調節弁、１６は液化器５の中
間部を流れる液化用ガスの自動調節弁、１７はタービン
熱交換器１４に液化用ガスを導（導管、１８は液化器５
の中間から液化用ガスを導く導管、１９は自動調節弁１
５．１６を出た後の液化用ガスを再び液化器５の後流側
に導く導管、囚は液化ガス出口温度を検出し高圧膨張タ
ービン６の入口温度を調節する温度調節装置２１のセッ
ト値を変える自動調節装置である。

第２図で説明したように、熱交換器４を出た高圧の窒素
ガスは２分され、寒冷発生用の窒素ガスは導管９より高
圧膨張タービン６に導かれ、ここで寒冷発生した窒素ガ
スは導管１１の途中に設けられたタービン熱交換器１４
に導かれる。一方、導管１０より液化器５に導かれた液
化用高圧窒素ガスは更に２分され、一方の高圧窒素ガス
は導管１７よりタービン熱交換器１４に導かれる。ター
ビン熱交換器１４では、高圧膨張タービン６で低温にな
った寒冷発生用窒素ガスと液化用高圧窒素ガスとが熱交
換し、寒冷発生用ガスは所定の温度まで昇温されて低圧
膨張タービン７の入口に導かれる。液化用高圧窒素ガス
はここで液化され、液化器５で分流されて液化された残
りの液化用ガスと自動調節弁１５および１６を経て導管
１９で合流し、再び液化器５の後流側に導かれて低圧膨
張タービン７で寒冷発生した出口窒素ガスと熱交換し、
過冷却されて導管１２．液化ガス出口弁８を通って製品
液化ガスとして取出される。

一方、低圧膨張タービン７の出口窒素ガス温度は、温度
調節装置１１３により自動調節弁１５．１６を介して自
動制御される。また、製品液化ガスの温度は導管校に取
付けられた温度検出器により、高圧膨張タービン６の入
口導管９に設置された温度調節装置Ｉ２１のセット値を
自動セブトする自動調節装置加で液化ガス出口弁８を介
して自動制御される。

上述の実施例では、低圧膨張タービン７の出口窒素ガス
温度を検出して自動調節弁１５．１６を作動する場合に
ついて説明したが、低圧膨張タービン７０入口温度を検
出しても間接的に同様な効果が得られる。また、製品液
化ガスの温度を検出して液化ガス出口弁８を介して直接
制御しても、液化器５の熱交換性能上から高圧膨張ター
ビン６の入口温度は自動的に最適温度に制御されるが、
起動時など液化ガスが発生していない状態では温度が定
まらず、また、液化ガスの温度変化が小さいため制御性
が悪い。本発明によれば、高圧膨張タービン６人口の温
度調節装置１ｉ２１に、運転範囲内の限界値にセットポ
イントのりミツターを設けることもできるので、起動時
の問題や制御性の問題が解消される。

なお、本発明のタービン熱交換器１４の代りに、従来の
液化器５に高圧膨張タービン出口ガスを昇温する通路と
、液化器５を通らない高圧膨張タービン出口から直接低
圧膨張タービン入口にパイ／ｆスする導管を設けて、低
圧膨張タービン出口温度調節計でそれぞれの弁を作動さ
せて制御しても、本発明と類似の制御は可能であるが、
液化器５の伝熱面積の増加割合が太きえなるばかりでな
曵、流量の大きな大口径導管に調節弁を設けることは経
済的に不利となり、しかも弁の圧力損失増加により膨張
タービンの寒冷発生量も低下するため、性能上も損失が
大きい。また、運転の変化によって液化器の温度ゾーン
が変化するため最適条件とは成り得す、液化器の温度ゾ
ーンの変化に影響しない本発明の方が有効である。

〔発明の効果〕

本発明は以上述べたように、高圧膨張タービン出口と低
圧膨張タービン入口を連結する導間の途中に、低圧膨張
タービン出口温度を調整するためのタービン熱交換器を
設けたことにより、従来ののように液化器で低圧膨張タ
ービン入口温度を昇温していたものに比べて、低圧膨張
タービン出口の低圧、低温の窒素ガスの温度の影響が無
いため、いかなる運転条件においても低圧膨張タービン
出口温度を一定に制御することができ、しかも、液化ガ
スの出口温度による高圧膨張タービン入口温度制御と相
俟って、常にエネルギーロスの最小なガス液化装置の最
適運転条件を容易に設定することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一冥施例を示すガス液化装置の系統図
、第２図は高圧膨張タービンおよび低圧膨張タービンを
使用したいわゆる２段式膨張タービンを採用した従来の
ガス液化装置の系統図である。 ｌ・・・・・・循環圧縮機、２・・・・・・予冷器、３
・・・・・・冷却器、４・・・・・・熱交換器、５・・
・・・・液化器、６・・・・・高圧膨張タービン、７・
・・・・・低圧膨張タービン、８・・・・・・液化ガス
出口弁、９〜１２．１７〜１９・・・・・導管、１３゜
４・・・・・・温度調節装置、１４・・・・・・タービ
ン熱交換器、＝１−１図 ′Ｉ＝２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、循環圧縮機で昇圧したガスを熱交換器で低温戻りガ
   スにより冷却した後、寒冷発生用ガスと液化用ガスに２
   分流し、第１分流の寒冷発生用ガスを第１段目の高圧膨
   張タービンに導入して寒冷を発生させ、高圧膨張タービ
   ン出口のガスを温度回復させた後、第２段目の低圧膨張
   タービンに導入して更に寒冷を発生させ、低温戻りガス
   を液化器を通して前記第２分流の液化用ガスを液化する
   と共に、熱交換器を通して温度回復させた後、循環圧縮
   機に循環させるようにしたガス液化装置において、前記
   高圧膨張タービン出口と低圧膨張タービン入口とを連結
   した導管の途中に、高圧膨張タービン出口ガス温度を昇
   温するためのタービン熱交換器を設け、前記第２分流の
   液化用ガスを液化器の上流側で更に２分流し、一方の分
   流ガスを前記タービン熱交換器を通して液化器の下流側
   で他方の分流ガスと合流させる導管を設け、該導管およ
   び他方の分流ガスの導管にそれぞれ流量を調整する自動
   調節弁を設け、前記低圧膨張タービンの入口または出口
   温度を検出して自動調節弁を作動する温度調節装置を設
   けたことを特徴とするガス液化装置。 ２、循環圧縮機で昇圧したガスを熱交換器で低温戻りガ
   スにより冷却した後、寒冷発生用ガスと液化用ガスに２
   分流し、第１分流の寒冷発生用ガスを第１段目の高圧膨
   張タービンに導入して寒冷を発生させ、高圧膨張タービ
   ン出口のガスを温度回復させた後、第２段目の低圧膨張
   タービンに導入して更に寒冷を発生させ、低温戻りガス
   を液化器を通して前記第２分流の液化用ガスを液化する
   と共に、熱交換器を通して温度回復させた後、循環圧縮
   機に循環させるようにしたガス液化装置において、前記
   高圧膨張タービン出口と低圧膨張タービン入口とを連結
   した導管の途中に、高圧膨張タービン出口ガス温度を昇
   温するためのタービン熱交換器を設け、前記第２分流の
   液化用ガスを液化器の上流側で更に２分流し、一方の分
   流ガスを前記タービン熱交換器を通して液化器の下流側
   で他方の分流ガスと合流させる導管を設け、該導管およ
   び他方の分流ガスの導管にそれぞれ流量を調整する自動
   調節弁を設け、前記低圧膨張タービンの入口または出口
   温度を検出して自動調節弁を作動する温度調節装置を設
   け、前記第１分流を高圧膨張タービンに導く導管に高圧
   膨張タービン入口ガスの温度調節装置を設け、液化器出
   口の液化ガス導管に製品液化ガス温度を検出して前記温
   度調節装置のセット値を自動調整する自動調節装置を設
   けたことを特徴とするガス液化装置。