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The Claude Process for Liquefaction

1902
  • Georges Claude

The Claude process improves upon the Hampson-Linde cycle by incorporating an expansion engine or turbine. A portion of the compressed gas does work in an expander, causing a much larger temperature drop (nearly isentropic expansion) than Joule-Thomson expansion alone. This provides more efficient cooling, making it the dominant method for large-scale gas liquefaction and separation today.

Georges Claude recognized the thermodynamisch inefficiency of relying solely on the isenthalpic Joule-Thomson effect. He reasoned that making the gas perform external work during expansion would extract more energy and thus produce a greater cooling effect. In his system, the main stream of high-pressure gas is split. One part goes to an expansion engine, where it cools significantly while producing work. This extremely cold gas is then used to pre-cool the other part of the high-pressure stream in a heat exchanger. This second stream then undergoes a final Joule-Thomson expansion to produce the liquid. By combining the bulk cooling from the expander with the final-stage liquefaction from the J-T valve, the Claude cycle achieves higher efficiency and can operate at lower initial pressures than the Linde cycle. The work produced by the expander can also be recovered to help power the initial compressor, further improving overall efficiency. This principle is fundamental to virtually all modern large-scale cryogenic plants.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Thermodynamik

Typ

Thermodynamic Cycle

Unterbrechung

Inkremental

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Hampson-Linde Cycle
  • Brayton cycle (thermodynamic basis for the expansion engine)
  • Joule-Thomson effect
  • Development of reliable high-speed expansion engines and turbines

Anwendungen

  • large-scale industrial air separation units (ASUs)
  • production of liquid nitrogen, oxygen, and argon
  • helium and hydrogen liquefaction plants
  • liquefied natural gas (LNG) production
  • turboexpanders in natural gas processing

Patente:

  • FR324949A

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