JPS6332277A - 可燃性毒性ガスの液化方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は化学工業用原料ガス等として有用なガス殊に可
燃性毒性ガスを液化する方法に関し、詳細には液化操作
が安全であり且つ所要動力が少なくて済む様な可燃性毒
性ガスの液化方法に関するものである。

［従来の技術］ 製鉄所等においてはＣＯ等の可燃性毒性ガスが多量に発
生するが、ＣＯ等は化学工業用原料ガスとして利用価値
の高いものであるから、タンク等に一旦貯留し必要に応
じて遠隔の需要者へ供給されることが多い。輸送に当た
っては密度の高い液化状態の方が経済的に有利であるか
ら、ここに上記可燃性毒性ガスの液化装置が必要となる
。

第３図は従来の可燃性毒性ガス液化方法（所謂クロード
サイクル）を示す模式図、第４図は該液化サイクルにお
けるエントロピー・温度変化を示すグラフであり、グラ
フ中の数字を付したポイントは第３図に数字を付した箇
所の温度並びにエントロピー値を示している。

液化装置Ｚは、空冷あるいは水冷のアフタークーラーｂ
を付設した圧縮機ａ１高温側、中間部、低温側の各熱交
換器Ｅｈ、Ｈｍ、Ｅｌ、膨張機ｆ１ジュールトムソン弁
（以下ＪＴ弁という）ｊ等から構成され、Ｈは高圧側ガ
ス流路、Ｌは低圧側ガス流路を夫々示している。原料ガ
スの液化に当たっては、新しい原料ガスＧと高温側熱交
換器Ｅｈの低圧側ガス流路出口から回収された原料ガス
Ｇ１を混合した後圧縮機ａへ供給し、２°。

（あるいは２″′）の状態まで圧縮する（圧縮によって
昇熱方向への変化が生じる）。圧縮過程としては等温過
程（１−２）あるいは等エントロピー過程（１→２゛）
を設定しているが、往復圧縮機またはスクリュー圧縮機
を用いた場合の実際の圧縮過程は第４図中に夫々（１−
２°”）および（１−２”’）に示した通り不等温及び
不等エントロピー過程になる。こうして圧縮されたガス
はアフタークーラーｂによって大気温度まで冷却される
が、第４図中の降混線（２°°→２）あるいは＜　２′
＋’→２′）は夫々アフタークーラーによる冷却過程を
示している。内国に示した圧縮過程は１段階圧縮１回冷
却の場合であるが通常は２段階以上に分けて圧縮が行な
われ、各圧縮段階毎にアフタークーラーによる冷却が実
施される。例えば２段階で圧縮する場合は、第４図に破
線で示す如く（１→Ａ→Ｂ→Ｃ→２）の過程が目標とし
て設定される。

アフタークーラーから出た原料ガスは、高温側熱交換器
Ｅｈに導入され、低圧側ガス流路りを流れる低温ガスと
の熱交換によって冷却される。冷却された原料ガスは、
中間熱交換器Ｅｍへ至る区間の途中で分岐され膨張機ｆ
へ送られ膨張される。膨張過程としては第４図中に３−
１０で示される等温膨張、３→９°で示されるポリトロ
ピック膨張、３−９で示される等エントロピー膨張が考
えられるが、一般的にはポリトロピック膨張が行なわれ
、寒冷が発生する。発生した寒冷は低圧側ガス流路りへ
合流して上向し、高圧ガス流路Ｈな漬れる原料ガスの冷
却に利用される。即ち３の地点で分岐されずに本流を流
れ中間熱交換器Ｅｍに導入された高圧原料ガスは、低圧
側ガス流路りを流れる低温ガスとの熱交換によって４の
状態まで冷却され、さらに低温側熱交換器Ｅ１へ導入さ
れて５の状態まで冷却される。冷却されたガスはＪＴ弁
ｊにおいて等エンタルピー的に膨張し、６の状態で示さ
れる飽和蒸気と飽和液の混合体となる。この混合体は気
液分離器りによって液体と蒸気相に分離され、飽和液は
分離器りの液溜めに貯留し、液化ガス７として系外へ取
り出される。一方飽和蒸気８は気液分離器りから排出さ
れ、低温側、中間部、高温側の各熱交換器の低圧側ガス
流路りを順次に流れる間に高圧側ガス流路Ｈを流れる高
温ガスを冷却し、自らは９°、１０．１１の状態まで加
熱される。そして新しい原料ガスＧと混合されて圧縮機
ａへ再び送給される。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のクロードサイクルによる液化方法における、膨張
エンジンによる断熱膨張は、ジュールトムソン効果より
降温効果が大きい為低温発生法としては極めて有用であ
り、その意味から上記クロードサイクル法は優れた液化
方法であると位置付けられている。

しかるに上記液化方法においては膨張機ｆを使用して寒
冷を発生させている為、膨張機による減圧分を見込んで
高圧側ガス流路Ｈ内のガス圧を高めなければならず、そ
の分だけ圧縮機ａの負荷が高められる共に高圧側ガス流
路Ｈ内のガス圧は高くなる。その結果、圧縮機や膨張機
の回転・摺動部からガス淵れを起こし易く、被液化ガス
が毒性ガスの場合には微少量の洩れによっても人体に大
きな悪影響を与える。又可燃性ガスの場合には爆発の危
険も考えられる為洩れ対策に千金の備えが必要となり、
又電気機器には防御仕様を施す関係から設備コストが高
騰する。さらに液化装置に対する負荷が小さい場合には
付帯設備の稼動が過剰気味となり、ランニングコストは
割高となる。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、ガス洩れを起こさず安全であり且つ所要動力が少なく
て済む様な可燃性毒性ガスの液化方法を提供することを
目的とするものである。

［問題点を解決する為の手段］ しかして本発明の液化方法は圧縮機で圧縮した可燃性毒
性ガスをアフタークーラーへ導入して予鈴した後、非燃
性無毒性液化ガスを冷媒とする熱交換器へ導入して冷却
し、次いでジュールトムソン弁で等エンタルピー膨張さ
せて液化すると共に非液化分は前記熱交換器のガス流路
を経由して原料ガス流路へ還流させる点に要旨が存在す
る。

［作用］ 圧縮機等の回転・摺動部分からのガス洩れを防止する為
にはシール性能を強化すればよい訳であるが、シール性
の改善には限界があり、またいくらシール性能を強化し
ても長時間の稼動ではどうしてもシール性能の低下を招
き板木的解決にはならない。又動力コスト等のランニン
グコストの低減については何ら解決をみない。そこで本
発明者等は別の角度から解決手段を探し求めた結果、高
圧側ガス流路内のガス圧を低下させればシール構造を変
更することなくシール性を向上させることができ、さら
に動力コスト等の低減をはかることも可能であるとの結
論に到達した。即ちシール性能は内圧が高くなればなる
程その維持が難しくなることはよく知られていることで
あり、本発明においてはシ゛−ル性能を向上させる為に
逆にシールすべき領域の内圧を下げるという解決手段に
想到した。しかるに前記液化装置においては被液化ガス
の臨界点との関係からむやみに圧力を下げることができ
ない。そこで内圧上昇の要因となっている膨張機の仕様
を省略することによって目標を達成することとしたので
ある。しかし膨張機の使用を止めると、その分冷却能力
が不足して被液化ガスを臨界温度まで冷却することがで
きない。そこで本発明においてはＮ２等の非燃性で且つ
無毒性の液化ガスを冷媒として使用することによって液
化装置における被液化ガスを冷却するという構成を採用
しており、これによって膨張機が不要となり、また膨張
機使用分の圧力を見込む必要がない為圧縮機に対する負
荷が小さくなり、高圧側ガス流路内の圧力を低減するこ
とができる。

［実施例］ 以下本発明を実施例によってさらに詳述する。

第１図は本発明方法の一実施態様を示す模式図、第２図
は該液化方法におけるエントロピー・温度変化を示すグ
ラフであり、第３．４図の場合と同様付記数字は互いに
対応している。

液化装置Ｓａは、基本的には従来の液化装置Ｚ（第３図
例）と同等の構成を採っているが、熱交換器部分が主熱
交換器１基で構成され、しかも該主熱交換器には液体Ｎ
２を冷媒とする冷媒流路が内設されている。尚高圧側ガ
ス流路Ｈには分岐流路を設けず、膨張機も設置していな
い。

７の状態で低圧側ガス流路りから回収された原料ガスＧ
、は、１０の状態で加えられる新しい原料ガスＧと混合
され、１の状態で圧縮機ａへ供給されて１′の状態まで
圧縮される。このとぎ圧縮は目標圧力が低いので１段圧
縮で十分であり、所定の圧力に到達させることができる
。圧縮機ａから排出されたガスはアフタークーラーｂに
よって大気温度近くまで冷却され、主熱交換器Ｅへ供給
される。主熱交換器Ｅの低圧側ガス流路りには低温ガス
が流れると共に、冷媒流路Ｒには系外から液体Ｎ２が供
給されており、その顕熱及び潜熱によって高圧側ガス流
路Ｈな流れる原料ガスが冷却される。３め状態まで冷却
された原料ガスは、次いでＪＴ弁ｊへ供給され等エンタ
ルピー的に膨張して飽和蒸気と飽和液の混在した４の状
態になる。この混合体は気液分離器りによって液体と蒸
気相に分離され、飽和液は気液分離器の液溜めに貯留さ
れて５の状態で液化装置から系外へ取出される。一方飽
和蒸気は６の状態で気液分離器から排出され、主熱交換
器Ｅに入り上記圧縮ガスとの熱交換によって７の状態ま
で加熱され新しい供給ガスＧと混合され再び圧縮機ａへ
送給される。

本発明方法の基本構成は上記の通りであるが、本発明は
上記に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に徴して
適宜設計変更を加えてもよい。例えば上記では主熱交換
器を一基だけ示したが、複数の側熱交換器を適宜追加し
てもよい。

ここで蒸気本発明方法と前述の従来方法によって夫々Ｃ
Ｏガスの液化を行なった場合の諸元を比較したところ第
１表に示す結果が得られた。

第１表に示す様に、本発明方法によれば膨張機が不要で
あるのでその分の圧縮圧力が割愛され、従来に比べて圧
縮機出口圧力は格段に低い値となっている。即ち圧縮機
出口圧力が低い為圧縮機の回転・摺動部分からのガス洩
れが起こり難く、又圧縮機容量並びに圧縮動力は従来例
の約１／１３〜ｌ／２０の大きさで十分であった。尚本
発明では液体窒素冷媒が必要であるのでこうした冷媒が
安価に且つ容易に入手できる場合、例えば液体窒素が副
産量として得られるプラント等においてその利用価値が
高い液化方法と言うことができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の禄に構成されており、以下要約する効果
を得ることができる。

（１）不活性で且つ無毒の液化ガスを冷媒として使用す
ることにより膨張機が不要となり、且つ圧縮機の所要圧
力が低くなる。その結果圧縮機の回転・摺動部からガス
洩れ対策　。

並びに防御仕様が容易となり且つ安全性は飛躍的に向上
する。

（２）圧縮機の所要圧力が低下すると共に膨張機へ送給
する分のガス量が不要となる為圧縮機の処理ガス量が大
幅に減少し、圧縮機の容量並びに所要動力が大幅に減少
する。

（３）膨張力が不要となり圧縮機も小型化し、さらに付
帯設備も簡素化されるので設備コストが大幅に減少する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施態様を示す模式図、第２図
は該実施態様におけるエントロピー・温度変化を示すグ
ラフ、第３図は従来の液化方法を示す模式図、第４図は
該従来方法におけるエントロピー・温度変化を示すグラ
フである。 ａ：圧縮機　　　　　ｂニアフタ−クーラーＥ：熱交換
器　　　　ｆ：膨張機 ｊ：ＪＴ弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機で圧縮した可燃性毒性ガスをアフタークーラーへ
   導入して予冷した後、非燃性無毒性液化ガスを冷媒とす
   る熱交換器へ導入して冷却し、次いでジュールトムソン
   弁で等エンタルピー膨張させて液化すると共に非液化分
   は前記熱交換器のガス流路を経由して原料ガス流路へ還
   流させることを特徴とする可燃性毒性ガスの液化方法。