JP2000065470A - 空気分離装置 - Google Patents

空気分離装置

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伸二 富田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力の少ない外部冷熱利用空気分離装置
を提供すること。 【解決手段】 原料空気供給ユニット、及び、塔上部に
リサイクルガス排出口５１・塔底部に酸素富化空気リボ
イラーを有する高圧精留塔５と、塔上部に低圧窒素ガス
排出口６１を有する低圧精留塔６と、前記両精留塔５，
６から排出する低温ガスと原料ガスとを熱交換させる第
一熱交換器Ｅ１とからなる空気分離ユニット、及び、前
記第一熱交換器Ｅ１を経た低圧窒素ガスの一部を昇圧
し、リサイクルラインに供給するメイクアップ圧縮機Ｃ
１及び外部冷熱源とリサイクルガスを熱交換させる第二
熱交換器Ｅ２を有する寒冷供給ユニットからなり、前記
寒冷供給ユニットを経たリサイクルガスを高圧精留塔５
底部のリボイラーＥ４を経由して前記高圧精留塔５上部
に供給するリサイクルガス返送路Ｐ２５，Ｐ２６を設け
てある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原料空気供給ユニ
ット、及び、塔上部にリサイクルガス排出口・塔底部に
酸素富化空気リボイラーを有する高圧精留塔と、塔上部
に低圧窒素ガス排出口を有する低圧精留塔と、前記両精
留塔から排出する低温ガスと原料ガスとを熱交換させる
第一熱交換器とからなる空気分離ユニット、外部冷熱源
とリサイクルガスを熱交換させる第二熱交換器を有する
寒冷供給ユニットを有し、前記第一熱交換器を経た低圧
窒素ガスの一部を昇圧し、前記寒冷供給ユニットに供給
するメイクアップ圧縮機を備えてなる空気分離装置に関
し、具体的には、液化天然ガス（ＬＮＧ）等との熱交換
により外部からの冷熱を利用して空気分離を行う空気分
離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の空気分離装置としては、
前記リサイクルガスを高圧精留塔の上部に直接返送する
リサイクルガス返送路を設けて構成してある空気分離装
置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の空気分
離装置は、ＬＮＧ等の外部冷熱量の供給変動による空気
分離量の変動を極力抑制したもの（特公平２−９２７４
号公報参照）あるいは、寒冷供給ユニットのより効果的
な利用が可能となる構成（特許番号２６２２０２１号参
照）を提案するものである。
【０００４】しかしながら、このような構成を採用する
限り、外部冷熱の有効利用を図ることが出来るとして
も、リサイクルガスの返送は、直接高圧精留塔の上部に
為されるため、リサイクルガスは、前記精留塔における
空気分離効率の向上に寄与していなかった。
【０００５】従って、本発明の目的は、上記実状に鑑
み、上述の従来の目的を発展させ、さらに、消費電力を
少なくできる空気分離装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の空気分離装置の特徴構成は、原料空気供給ユ
ニット、及び、塔上部にリサイクルガス排出口・塔底部
に酸素富化空気リボイラーを有する高圧精留塔と、塔上
部に低圧窒素ガス排出口を有する低圧精留塔と、前記両
精留塔から排出する低温ガスと原料ガスとを熱交換させ
る第一熱交換器とからなる空気分離ユニット、外部冷熱
源とリサイクルガスを熱交換させる第二熱交換器を有す
る寒冷供給ユニットを有し、前記第一熱交換器を経た低
圧窒素ガスの一部を昇圧し、前記寒冷供給ユニットに供
給するメイクアップ圧縮機を備えたからなる空気分離装
置であって、前記寒冷供給ユニットを経たリサイクルガ
スを高圧精留塔底部のリボイラーを経由して前記高圧精
留塔上部に供給するリサイクルガス返送路を設けてある
点にあり、さらに、前記高圧精留塔の原料空気導入部と
前記リボイラーとの間に精留部を設けてあることが望ま
しい。
【０００７】〔作用効果〕つまり、上述の構成によれ
ば、前記寒冷供給ユニットを経たリサイクルガスは、高
圧精留塔底部に設けてあるリボイラーを経由して高圧精
留塔上部に供給されるので、塔底の酸素富化ガスは、リ
サイクルガスによりリボイルされることになり、前記高
圧精留塔での精留効率は高まり、前記塔の上部から取出
されるリサイクル窒素ガス量は増加する。従って、メイ
クアップ圧縮機により昇圧され、寒冷供給ユニットに供
給されるガス量は、その分減少させられることになる。
つまり、この減少分に相当する電力量が低減できる事に
なる。
【０００８】さらに、前記高圧精留塔の原料空気導入部
と、前記リボイラーとの間に精留部を設けることによ
り、塔底の酸素富化濃度が高くなり、そのため、精留効
率は、さらに高くなるので、さらに一層、電力量の低減
につなげることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。第１図は本発明による外部冷熱源
利用の空気分離方法の実施例を示すフローダイヤグラム
である。つまり、この空気分離装置は、原料空気供給ユ
ニット、及び、塔上部にリサイクルガス排出口５１・塔
底部に酸素富化空気リボイラーを有する高圧精留塔５
と、塔上部に低圧窒素ガス排出口６１を有する低圧精留
塔６と、前記両精留塔５，６から排出する低温ガスと原
料ガスとを熱交換させる第一熱交換器Ｅ１とからなる空
気分離ユニット、及び、及び外部冷熱源とリサイクルガ
スを熱交換させる第二熱交換器Ｅ２を有する寒冷供給ユ
ニットを有し、前記第一熱交換器Ｅ１を経た低圧窒素ガ
スの一部を昇圧し、前記寒冷供給ユニットに供給するメ
イクアップ圧縮機Ｃ１からなり、前記寒冷供給ユニット
を経たリサイクルガスを高圧精留塔５底部のリボイラー
Ｅ４を経由して前記高圧精留塔５上部に供給するリサイ
クルガス返送路Ｐ２５，Ｐ２６を設けてある。また、前
記高圧精留塔５の原料空気導入部５２と前記リボイラー
Ｅ４との間に精留部５３を設けてある。
【００１０】〔原料空気供給ユニット〕空気瀘過器１を
通過して空気中の塵埃が除去された原料空気は、配管Ｐ
１で空気圧縮機２に導かれて圧力約５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに
圧縮され、配管Ｐ２に導かれて除炭乾燥ユニット３で炭
酸ガスと水分が除去され、配管Ｐ３で第一熱交換器Ｅ１
に導入される。
【００１１】尚、ここにいう除炭乾燥ユニット３は、一
対の吸着塔からなり、一方の吸着塔で原料空気の除炭乾
燥を行うと同時に他方で除炭乾燥後の吸着塔を再生可能
に構成してあり、両者を交互に使用することで、連続的
に原料空気の除炭乾燥に供することが出来るように設け
られている。
【００１２】〔空気分離ユニット〕第一熱交換器Ｅ１に
導入された原料空気は、後述の両精留塔５，６から排出
する低温ガスと熱交換して液化点近くにまで冷却され、
配管Ｐ４で高圧精留塔５に導入され、この高圧精留塔５
内で精留されて頂部に窒素ガス及び液体窒素、底部に酸
素リッチ液体が製出する。高圧精留塔５の底部に溜まっ
た酸素リッチ液体は配管Ｐ５で膨張弁Ｖ１に導かれて自
由膨張され、配管Ｐ６で低圧精留塔６の中部に導入され
る。高圧精留塔５の頂部にできる液体窒素の一部は配管
Ｐ９で膨張弁Ｖ３に導かれて自由膨張され、配管Ｐ１０
で低圧精留塔６の頂部に導入されるとともに、残りは製
品液体窒素として配管Ｐ３５で導出される。
【００１３】低圧精留塔６は底部で高圧精留塔５から熱
を授受し、頂部に窒素ガス、下部に液体酸素を製出す
る。尚、製品液体酸素は配管Ｐ３６で導出される。配管
Ｐ３０で第一熱交換器Ｅ１に導入された廃ガスは原料空
気と熱交換して常温になり、配管Ｐ３１を通って除炭乾
燥ユニット３に導かれ、除炭乾燥ユニット３の再生に使
用する。
【００１４】〔寒冷供給ユニット〕次にリサイクルガス
について説明する。低圧精留塔６の頂部から配管Ｐ１１
で第一熱交換器Ｅ１に導入された低圧窒素ガスは原料空
気との熱交換で圧力約０．０５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの常温に
なり、配管Ｐ１２でメイクアップ圧縮機Ｃ１に導かれて
圧力約４．２ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに圧縮される。メイクアッ
プ圧縮機Ｃ１で圧縮されたメイクアップ窒素ガスは、高
圧精留塔５の頂部から配管Ｐ１５で導かれた圧力約４．
２ｋｇ／ｃｍ2 Ｇのリサイクル窒素ガスと合流した後、
低温圧縮機Ｃ２，Ｃ３で、圧力約８０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに
低温圧縮され、圧縮リサイクルガスとなる。
【００１５】圧力約８０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに低温圧縮され
た圧縮リサイクルガスは配管Ｐ２１で第二熱交換器Ｅ２
に導かれてＬＮＧの昇温時やガス化時に発生する冷熱で
冷却され、熱交換器Ｅ３に導かれて、リサイクルガスに
冷熱を与えた後、再び第二熱交換器Ｅ２に導かれて冷却
されて液体窒素となり、配管Ｐ２４、サブクーラーＦ、
配管Ｐ２５を通り、リボイラーＥ４で酸素リッチ液体と
熱交換し、配管Ｐ２６を通り、膨張弁Ｖ４で断熱自由膨
張された後、高圧精留塔５の上部に導入される。
【００１６】尚、高圧精留塔５に対する原料空気導入部
５２は、前記リボイラーＥ４と間隔を隔てて設け、間に
さらに精留盤やパッキン等を挿入して精留部５３を設け
ることによりこの部分でも精留分離がなされ、高圧精留
塔５の精留効率は更に高まり、メイクアップ圧縮機の消
費電力を減少させることが出来る。具体的には、第１熱
交換の温端温度差が３℃、リボイラーの温端温度差を２
℃とした場合には、表１に示すエネルギー回収量となる
ことが分かり、これは空気分離に要する電力の３〜１０
％の削減に寄与することが分かった。
【００１７】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る外部冷熱源利用の空気分離方法の
実施例を示す系統図
【符号の説明】
９ 圧縮機 Ｅ１ 第１熱交換器 ５ 高圧精留塔 Ｆ 流量計 Ｖ４ 膨張弁 Ｃ１ メイクアップ圧縮機 Ｅ４ リボイラー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料空気供給ユニット、及び、塔上部に
    リサイクルガス排出口・塔底部に酸素富化空気リボイラ
    ーを有する高圧精留塔と、塔上部に低圧窒素ガス排出口
    を有する低圧精留塔と、前記両精留塔から排出する低温
    ガスと原料ガスとを熱交換させる第一熱交換器とからな
    る空気分離ユニット、外部冷熱源とリサイクルガスを熱
    交換させる第二熱交換器を有する寒冷供給ユニットを有
    し、前記第一熱交換器を経た低圧窒素ガスの一部を昇圧
    し、前記寒冷供給ユニットに供給するメイクアップ圧縮
    機を備えてなる空気分離装置であって、前記寒冷供給ユ
    ニットを経たリサイクルガスを高圧精留塔底部のリボイ
    ラーを経由して前記高圧精留塔上部に供給するリサイク
    ルガス返送路を設けてある空気分離装置。
  2. 【請求項２】 前記高圧精留塔の原料空気導入部と前記
    リボイラーとの間に精留部を設けてある請求項１に記載
    の空気分離装置。
JP10234212A 1998-08-20 1998-08-20 空気分離装置 Pending JP2000065470A (ja)

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