JP2002267355A - 空気分離装置 - Google Patents

空気分離装置

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JP2002267355A JP2001060350A JP2001060350A JP2002267355A JP 2002267355 A JP2002267355 A JP 2002267355A JP 2001060350 A JP2001060350 A JP 2001060350A JP 2001060350 A JP2001060350 A JP 2001060350A JP 2002267355 A JP2002267355 A JP 2002267355A
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oxygen
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Tomoko Ogata
朋子 尾形
Masafumi Fukuda
雅文 福田
Tetsuya Funatsu
徹也 船津
Kazutaro Shinohara
和太郎 篠原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発電プラントで使用するLNGを気化するときに
発生する冷熱を効率よく利用し、発電プラントの高効率
化を達成できる空気分離装置を提供する。 【解決手段】原料空気圧縮機で圧縮された原料空気を精
製、冷却して精留塔に供給し、液化精留分離を行って酸
素や窒素等の空気成分を分離する空気分離装置におい
て、熱交換器を介して、LNGの冷熱で前記原料空気圧縮
機の入口または中間空気を冷却するので、空気分離装置
必要動力のうち、原料空気圧縮機分が低く抑えられ、発
電プラントの効率向上が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気分離装置に係
わり、特にLNGを利用して発電を行う発電プラントに酸
素または窒素を供給する空気分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の空気分離装置は図７に示すよう
に、原料空気１は原料空気圧縮機２で圧縮され、水冷却
塔３で冷却された後、モレキュラーシーブ４にて空気中
の炭酸ガスや水蒸気を除去される。炭酸ガスや水蒸気を
除去された原料空気は、主熱交換器５に送られ、粗窒素
ガス６や高純度酸素ガス７と熱交換して冷却される。主
熱交換器５を通過した冷却空気は、高圧精留塔９に供給
され、ここで窒素ガス１０と主に酸素と窒素を主成分と
する粗液体酸素１１に分離される。窒素ガス１０は、低
圧精留塔１３底部の液体酸素と熱交換して液体窒素とな
る。液体窒素と粗液体酸素１１は、粗液体酸素熱交換器
１２にて粗窒素ガス６と熱交換し低圧精留塔１３に供給
される。低圧精留塔１３では、高純度酸素ガス７と液体
酸素１４および窒素に酸素が混ざった粗窒素ガス６に分
離される。高純度酸素ガス７と粗窒素ガス６は、粗液体
酸素熱交換器１２および主熱交換器５を通って排出され
るが、高純度酸素ガス７は、さらに酸素ガス圧縮機１５
により発電プラントに必要な圧力まで加圧される。
【０００３】ところで、空気分離装置は、液体窒素・液
体酸素温度等の低温による操作であり、この操作は保冷
を施したコールドボックス２５内で行われる。コールド
ボックス２５内の機器には外気の熱が進入し内部の機器
を暖めるので、寒冷を補給することが必要であり、また
空気分離装置から液体窒素・液体酸素等の液製品を取り
出すとき、寒冷の取り出しに相当するので、このために
も寒冷を補給する必要がある。原料空気１の一部は、主
熱交換器５の入口または中段より抽気され、この抽気空
気は寒冷発生装置１６により膨張して寒冷発生源とな
り、低圧精留塔１３に供給される。
【０００４】
【課題が解決しようとする課題】上記のような空気分離
装置において、原料空気を空気圧縮機にて昇圧すると
き、あるいは空気分離装置に発生した酸素を発電プラン
トに必要な圧力まで昇圧するときに動力がかかる。すな
わち、発電プラントの高効率化を達成するためには、い
かにしてこの圧縮動力を減らすかが重要となる。
【０００５】また空気分離装置は、液体窒素・液体酸素
温度等の低温による操作が必要であり、この操作は保冷
を施したコールドボックス内で行われる。コールドボッ
クス内の機器には外気の熱が進入し内部の機器を暖める
ので、寒冷を補給することが必要である。また空気分離
装置から液体窒素・液体酸素等の液製品を取り出すと
き、寒冷の取り出しに相当するので、このためにも寒冷
を補給する必要がある。この寒冷発生を発電プラントの
効率を落とさず、かつ建設費を考慮した上で行うことが
重要となる。
【０００６】本発明は、上記従来技術が有する問題を解
消するためになされたもので、発電プラントで使用する
LNGを気化するときに発生する冷熱を効率よく利用し、
発電プラントの高効率化を達成できる空気分離装置を提
供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、原料空気圧縮機で圧縮され
た原料空気を精製、冷却して精留塔に供給し、液化精留
分離を行って酸素や窒素等の空気成分を分離する空気分
離装置において、熱交換器を介してLNGの冷熱で前記原
料空気圧縮機の入口または中間空気を冷却したことを特
徴とする。
【０００８】請求項１記載の発明によると、熱交換器を
介して、LNGの冷熱で原料空気圧縮機の入口または中間
空気を冷却することにより、空気分離装置必要動力のう
ち、原料空気圧縮機分が低く抑えられ、発電プラントの
効率が向上する。
【０００９】請求項２記載の発明は、原料空気圧縮機で
圧縮された原料空気を圧縮、精製、冷却して精留塔に供
給し、液化精留分離を行って酸素や窒素等の空気成分を
分離し、この分離された酸素を酸素ガス圧縮機で所定圧
力まで加圧する空気分離装置において、熱交換器を介し
てLNGの冷熱で前記酸素ガス圧縮機の入口酸素を冷却し
たことを特徴とする。
【００１０】請求項２記載の発明によると、熱交換器を
介して、LNGの冷熱で酸素圧縮機の入口酸素を冷却する
ことにより、空気分離装置の必要動力のうち、酸素圧縮
機分が低く抑えられ、発電プラントの効率が向上する。
【００１１】請求項３記載の発明は、原料空気圧縮機で
圧縮された原料空気をコールドボックス内に導いて精
製、冷却して精留塔に供給し、液化精留分離を行って酸
素や窒素等の空気成分を分離すると共に前記コールドボ
ックス内を寒冷に維持する寒冷発生装置を備えた空気分
離装置において、前記コールドボックス内に、熱交換器
を介してLNGの冷熱で当該コールドボックス内を保冷す
るようにしたことを特徴とする。請求項３記載の発明に
よると、寒冷発生装置の代りに、熱交換器を介してLNG
の冷熱を利用したもので、酸素製造装置建設費を低く抑
えることができる。
【００１２】請求項４記載の発明は、原料空気圧縮機で
圧縮された原料空気をコールドボックス内に導いて精
製、冷却して精留塔に供給し、液化精留分離を行って酸
素や窒素等の空気成分を分離すると共に前記コールドボ
ックス内を寒冷に維持する寒冷発生装置を備えた空気分
離装置において、前記コールドボックス内に、熱交換器
を介してLNGの冷熱で前記寒冷発生装置の入力または出
口空気を冷却したことを特徴とする。
【００１３】請求項４記載の発明によると、熱交換器を
介して、LNGの冷熱で寒冷発生装置の入口空気または出
口空気を冷却することにより、寒冷発生装置出口温度が
下がることになり、コールドボックスの保冷をより維持
することができ空気分離装置を効率よく運転することが
できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態の空気
分離装置の構成図であり、既に説明した図７の従来例と
同一部分には同一符号を付して説明する。
【００１５】図１に示すように、本実施形態の空気分離
装置は、原料空気圧縮機２と、水冷却塔３と、モレキュ
ラーシーブ４と、冷却器８と、コールドボックス２５を
備えており、このコールドボックス２５内には主熱交換
器５と、高圧精留塔９と、粗液体酸素熱交換器１２と、
低圧精留塔１３と、酸素ガス圧縮機１５と、寒冷発生装
置１６が収納されている。
【００１６】次に、本実施形態の作用について説明す
る。原料空気１は、冷却器８を介してLNG２０（貯蔵−
１６０℃）の冷熱で冷却された後、原料空気圧縮機２で
圧縮され、水冷却塔３で冷却され、さらにモレキュラー
シーブ４にて空気中の炭酸ガスや水蒸気を除去される。
炭酸ガスや水蒸気を除去された原料空気は主熱交換器５
に送られ、粗窒素ガス６や高純度酸素ガス７および液体
酸素と熱交換して冷却される。主熱交換器５を通過した
冷却空気は高圧精留塔９に供給され、ここで窒素ガス１
０と主に酸素と窒素を主成分とする粗液体酸素１１に分
離される。窒素ガス１０は、低圧精留塔１３底部の液体
酸素と熱交換して液体窒素となる。液体窒素と粗液体酸
素１１は、粗液体酸素熱交換器１２にて低圧精留塔から
の粗窒素ガス６と熱交換し低圧精留塔１３に供給され
る。低圧精留塔１３では高純度酸素ガス７と液体酸素１
４および窒素に酸素が混ざった粗窒素ガス６に分離され
る。高純度酸素ガス７と粗窒素ガス６は、粗液体酸素熱
交換器１２および主熱交換器５を通って排出されるが、
高純度酸素ガス７は、さらに酸素ガス圧縮機１５により
発電プラントに必要な圧力まで加圧される。
【００１７】また、空気分離装置は、液体窒素・液体酸
素温度等の低温による操作であり、操作は保冷を施した
コールドボックス２５内で行われる。しかし、コールド
ボックス２５内の機器には外気の熱が進入し内部の機器
を暖めるので、寒冷を補給することが必要であり、また
装置から液体窒素・液体酸素等の液製品を取り出すとき
も寒冷の取り出しに相当するので、このためにも寒冷を
補給する必要がある。したがって、原料空気１の一部
は、主熱交換器５の入口または中段より抽気され寒冷発
生装置１６により膨張して寒冷発生源としており、この
抽気空気は低圧精留塔１３に供給されている。以上述べ
たように、本実施形態によれば、LNGの冷熱を有効利用
し酸素製造装置の必要動力を減らすことができるので、
発電プラント全体の効率が向上する。
【００１８】図２は、本発明の第２実施形態の空気分離
装置の構成図である。図に示すように、本実施形態が図
１の第１実施形態の空気分離装置と異なる構成は、冷却
器と原料空気圧縮機の代りに空気圧縮機１７と中間冷却
器１８と空気圧縮機１９を設けた点であり、その他の構
成は同一であるので、同一部分には同一符号を付して説
明する。
【００１９】本実施形態では、原料空気１を空気圧縮機
１７で圧縮した後、LNG２０の冷熱で、中間冷却する中
間冷却器１８を設け、さらに空気圧縮機１９で圧縮して
水冷却器３で冷却された後、モレキュラーシーブ４にて
空気中の炭酸ガスや水蒸気が除去される。次のコールド
ボックス２５内の作用は図１の第１実施形態と同様であ
るのでその説明は省略する。
【００２０】本実施形態では空気圧縮機１７で圧縮され
た原料空気１はLNG２０の冷熱で中間冷却する中間冷却
器１８を介して空気圧縮機１９でさらに圧縮されて水冷
却器３に導入されているので、空気分離装置の必要動力
のうち、原料空気圧縮機分が低く抑えられることにな
り、発電プラント全体の効率が向上する。
【００２１】図３は、本発明の第３実施形態の空気分離
装置の構成図である。図に示すように、本実施形態が図
１の第１実施形態の空気分離装置と異なる構成は、原料
空気を冷却する冷却器８の代りに酸素ガス圧縮機１５の
入口に酸素ガス圧縮機入口冷却器２１を設けた点であ
り、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一
符号を付して説明する。
【００２２】本実施形態では原料空気は第１実施形態の
ように冷却器８で冷却されてから原料空気圧縮機２で圧
縮されるのではなく、原料空気１はそのまま原料空気圧
縮機２で圧縮されており、また酸素ガス圧縮機１５の入
口に酸素ガス圧縮入口冷却器２１を設置して、主熱交換
器５を出た酸素ガスを冷却している。その他の作用は図
１の第１実施形態と同様であるので、その説明は省略す
る。
【００２３】本実施形態では、LNG２０の冷熱を用いた
冷却器２１で酸素ガス圧縮機１５の入口酸素を冷却する
ことにより、酸素製造装置の必要動力を減らすことがで
き、発電プラント全体の効率上昇を達成することができ
る。
【００２４】図４は、本発明の第４実施形態の空気分離
装置の構成図である。図に示すように、本実施形態が図
１の第１実施形態の空気分離装置と異なる構成は、寒冷
発生装置１６の代りに寒冷用空気冷却器２２を設け、原
料空気を冷却する冷却器８を取り去った点であり、その
他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付
して説明する。
【００２５】本実施形態ではモレキュラーシーブ４で炭
酸ガスや水蒸気が除去された原料空気１は図１の第１実
施形態と同様に保冷を施されたコールドボックス２５内
で液体窒素、液体酸素等の液製品の取り出しが行われる
が、このコールドボックス２５内の保冷のために用いら
れた寒冷発生装置１６の代りにLNG２０の冷熱を利用し
た寒冷用空気冷却器２２を設置して、コールドボックス
２５内の保冷を保つようにしている。その他の作用は図
１の第１実施形態と同様であるので、その説明は省略す
る。
【００２６】本実施形態では、寒冷発生装置１６の代り
に、LNG２０の冷熱を用いた寒冷用空気冷却器２２を利
用しているので、酸素製造装置建設費を低く抑えること
ができ、発電プラント全体の効率を向上させるものであ
る。
【００２７】図５は、本発明の第５実施形態の空気分離
装置の構成図である。図に示すように、本実施形態が図
１の第１実施形態の空気分離装置と異なる構成は、寒冷
発生装置１６の前段に寒冷発生装置入口空気冷却器２３
を設け、原料空気を冷却する冷却器８を取り去った点で
あり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同
一符号を符して説明する。
【００２８】本実施形態では原料空気１は第１実施形態
のように冷却器８で冷却されてから原料空気圧縮機２で
圧縮されるのではなく、原料空気１はそのまま原料空気
圧縮機２で圧縮されており、また、コールドボックス２
５内の寒冷発生装置１６の前段にLNG２０の冷熱を利用
した寒冷発生装置入口空気冷却器２３を設置して、モレ
キュラーシーブ４で炭酸ガスや水蒸気が除去された原料
空気を冷却している。その他の作用は図１の第１実施形
態と同様であるので、その説明は省略する。
【００２９】本実施形態では、LNG２０の冷熱を用いた
寒冷発生装置入口空気冷却器２３で寒冷発生装置１６の
入口空気を冷却することにより、寒冷発生装置出口温度
が下がるので、コールドボックス２５の保冷をより維持
することができ、空気分離装置を効率よく運転すること
ができる。
【００３０】図６は、本発明の第６実施形態の空気分離
装置の構成図である。図に示すように、本実施形態が図
１の第１実施形態の空気分離装置と異なる構成は、寒冷
発生装置１６の後段に寒冷発生装置出口空気冷却器２４
を設け、原料空気を冷却する冷却器８を取り去った点で
あり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同
一符号を付して説明する。
【００３１】本実施形態では原料空気１は第１実施形態
のように、冷却器８で冷却されてから原料空気圧縮機２
で圧縮されるのではなく、原料空気１はそのまま原料空
気圧縮機２で圧縮されており、また、コールドボックス
２５内の寒冷発生装置１６の後段にLNG２０の冷熱を利
用した寒冷発生装置出口空気冷却器２４を設置して、寒
冷発生装置１６の出口空気を冷却している。その他の作
用は図１の第１実施形態と同様であるので、その説明は
省略する。
【００３２】本実施形態では、LNG２０の冷熱を用いた
寒冷発生装置出口空気冷却器２４で寒冷発生装置１６の
出口空気を冷却することにより、コールドボックス２５
の保冷をより維持することができ、空気分離装置を効率
よく運転することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電設備で使用するLNGを気化するときに発生する冷熱
を効率よく利用し、空気分離装置にかかる動力を軽減し
酸素製造原単位を大幅に改善することができ、かつ空気
分離装置建設費も低く抑えることができるので、発電プ
ラント全体の高効率化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の空気分離装置の構成
図。
【図２】本発明の第２実施形態の空気分離装置の構成
図。
【図３】本発明の第３実施形態の空気分離装置の構成
図。
【図４】本発明の第４実施形態の空気分離装置の構成
図。
【図５】本発明の第５実施形態の空気分離装置の構成
図。
【図６】本発明の第６実施形態の空気分離装置の構成
図。
【図７】従来の空気分離装置の構成図。
【符号の説明】
１…原料空気、２…原料空気圧縮機、３…水冷却塔、４
…モレキュラーシーブ、５…主熱交換器、６…粗窒素ガ
ス、７…高純度酸素ガス、８…冷却器、９…高圧精留
塔、１０…窒素ガス、１１…粗液体酸素、１２…粗液体
酸素熱交換器、１３…低圧精留塔、１４…液体酸素、１
５…酸素ガス圧縮機、１６…寒冷発生装置、１７…空気
圧縮機、１８…中間冷却器、１９…空気圧縮機、２０…
LNG、２１…酸素ガス圧縮機入口冷却器、２２…寒冷用
空気冷却器、２３…寒冷発生装置入口空気冷却器、２４
…寒冷発生装置出口空気冷却器、２５…コールドボック
ス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船津 徹也 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 篠原 和太郎 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 4D047 AA08 AB01 AB02 CA07 CA15 DA03 EA05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料空気圧縮機で圧縮された原料空気を
    精製、冷却して精留塔に供給し、液化精留分離を行って
    酸素や窒素等の空気成分を分離する空気分離装置におい
    て、熱交換器を介してLNGの冷熱で前記原料空気圧縮機
    の入口または中間空気を冷却したことを特徴とする空気
    分離装置。
  2. 【請求項２】 原料空気圧縮機で圧縮された原料空気を
    圧縮、精製、冷却して精留塔に供給し、液化精留分離を
    行って酸素や窒素等の空気成分を分離し、この分離され
    た酸素を酸素ガス圧縮機で所定圧力まで加圧する空気分
    離装置において、熱交換器を介してLNGの冷熱で前記酸
    素ガス圧縮機の入口酸素を冷却したことを特徴とする空
    気分離装置。
  3. 【請求項３】 原料空気圧縮機で圧縮された原料空気を
    コールドボックス内に導いて精製、冷却して精留塔に供
    給し、液化精留分離を行って酸素や窒素等の空気成分を
    分離すると共に前記コールドボックス内を寒冷に維持す
    る寒冷発生装置を備えた空気分離装置において、前記コ
    ールドボックス内に、熱交換器を介してLNGの冷熱で当
    該コールドボックス内を保冷するようにしたことを特徴
    とする空気分離装置。
  4. 【請求項４】 原料空気圧縮機で圧縮された原料空気を
    コールドボックス内に導いて精製、冷却して精留塔に供
    給し、液化精留分離を行って酸素や窒素等の空気成分を
    分離すると共に前記コールドボックス内を寒冷に維持す
    る寒冷発生装置を備えた空気分離装置において、前記コ
    ールドボックス内に、熱交換器を介してLNGの冷熱で前
    記寒冷発生装置の入力または出口空気を冷却したことを
    特徴とする空気分離装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2333470A1 (en) * 2009-12-09 2011-06-15 Siemens Aktiengesellschaft Liquid natural gas cooled air separation unit for integrated gasification combined cycle power plants
CN109357475A (zh) * 2018-08-30 2019-02-19 华中科技大学 一种梯级利用lng冷能制取液氧液氮的系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2333470A1 (en) * 2009-12-09 2011-06-15 Siemens Aktiengesellschaft Liquid natural gas cooled air separation unit for integrated gasification combined cycle power plants
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