JP2003021458A - 深冷空気分離装置 - Google Patents

深冷空気分離装置

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JP2003021458A JP2001209169A JP2001209169A JP2003021458A JP 2003021458 A JP2003021458 A JP 2003021458A JP 2001209169 A JP2001209169 A JP 2001209169A JP 2001209169 A JP2001209169 A JP 2001209169A JP 2003021458 A JP2003021458 A JP 2003021458A
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tower
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラント補機の一部であるクーリングタワーの
消費動力を下げる、または、クーリングタワーの設計容
量を低減することが出来、プラントの電力原単位の低減
を行うことが出来る空気前処理装置を備えた深冷分離方
式の空気分離装置を提供することにある。 【解決手段】本発明は、クーリングタワーの戻り水温度
を少しでも低下させるために、水洗冷却塔１６の底部か
らの排出温水３２をと熱交換させる。また、本発明は、
保冷槽５から出る放散液、保冷槽５から出る液化ガスブ
ロー蒸発器ライン３５の液の一部を分岐し、温水３６を
ためる放散塔２４の下部液を一部分岐し、温水と熱交換
させることで、クーリングタワー戻り冷却水の温度を低
下させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、深冷分離方式の空
気分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】原料空気の冷却に、水洗冷却および蒸発
冷却塔を有する一般的な空気分離装置の機器構成を図１
に示す。
【０００３】概略プロセスとして、コールドボックス
（保冷槽）５にて深冷分離される原料空気は、原料空気
圧縮機１で圧縮されて７０〜１００℃になったものが、
吸着塔３に入る前に、空気前処理（冷却）装置２であ
る、冷凍水および冷却水と直接接触熱交換を行う水洗冷
却塔１６にて所定の温度（約１５℃以下）に冷却され
る。原料空気は、吸着塔３にて水分や他の不純物を吸着
除去された後、深冷分離を行う保冷槽５に導かれる。吸
着塔ユニット３は複数基の吸着塔から構成されており、
決められた運転サイクルに従い、各々が吸着、脱圧、再
生、加圧を繰返される。
【０００４】吸着塔３から出た原料空気は、保冷槽５へ
送られ、（１）精留塔下塔８に送られる原料空気、
（２）寒冷発生のための膨張タービン６へ送られる原料
空気、（３）製品の液体酸素を蒸発させるための空気昇
圧機４による昇圧原料空気、に分流される。これらのう
ち、（１）の原料空気は、保冷槽５内の空気熱交換器１
３により液化点近くまで冷却された状態で、精留塔下塔
８の下部に送り込まれる。（２）の原料空気は、タービ
ンコンプレッサにより昇圧されるか、あるいはそのまま
の圧力で、同じく空気熱交換器１３により温度降下し、
保冷槽５の必要寒冷を発生する膨張タービン６にて、大
気圧近くまで膨張し、精留塔上塔７へ原料空気として流
入する。空気昇圧機４によって昇圧された（３）の原料
空気は、液体酸素熱交換器１４により液体酸素と熱交換
して液化され、精留塔下塔８へ原料液体空気として連続
的に供給される。
【０００５】そして、内部昇圧式の中圧酸素ガスを取り
出すプラントにおいては、製品酸素を深冷状態で精留分
離する精留塔は、下塔８と上塔７とから構成され、両者
は主凝縮機４０にて互いに熱交換が行う。
【０００６】さらに、精留塔上塔７の底部から取り出さ
れる液体酸素は、液体酸素ポンプ１０にて所定の圧力に
加圧され、液体酸素ドラム（液体酸素蒸発部）９内にお
いて、その飽和温度より更に高い飽和温度となる昇圧空
気と液体酸素熱交換器１４により間接的に熱交換されて
所定圧力の製品酸素ガスとして蒸発し、更に熱交換器１
３により常温まで温度回復され、より多くの製品酸素ガ
ス３１としてプラントから取り出されることになる。な
お、１１は、窒素ガスの圧力を上げて吸着塔ユニット３
に送り込むための再生ガス加熱装置である。
【０００７】ところで、原料空気の前処理（冷却）装置
２では、図２に示すように、水洗冷却塔１６の上部には
冷凍機２０からの６℃程度の冷凍水、中部にはクーリン
グタワー等の冷却水設備からの冷却水用水ポンプ１９に
よる供給水（２３℃程度）が供給され、塔内部を上昇す
る原料空気と直接接触することにより、原料空気を冷却
するものである。
【０００８】上記冷凍水としては、蒸発冷却塔１７にて
温度低下した冷凍水用水ポンプ１８による冷凍水、もし
くは更に冷凍機２０にて冷却された冷凍水が供給され、
中部の冷却水としては、クーリングタワー等の冷却水設
備から、水ポンプ１９を介して供給されるのが一般的で
ある。蒸発冷却塔１７は、保冷槽５から得られる廃ガス
（窒素ガス）を下部から導入することによって、上部よ
り注ぎ込まれたクーリングタワーからの水を７〜１０℃
程度に冷却するものである。保冷槽５からの廃ガスは、
例えば、精留塔上塔７の頂部から廃ガス（窒素ガス）ラ
イン３４を通して空気熱交換器１３を通過後得られるも
のである。
【０００９】このような水洗冷却塔システムにおいて
は、底部に原料空気との熱交換を終えた温水が溜まり、
定常的に外部へ排出され、他のクーラ類の戻りライン同
様に、クーリングタワーの一次側へ戻され、クーリング
タワーにて冷却された後、再び冷却水系統１７、１８に
送られる。水洗冷却塔１６の底部から排出される冷却水
は、原料空気圧縮機の最終段ガス（７０〜１３０℃）と
熱交換するため、水の温度は最終的に５０〜６５℃の温
水の状態で排出される。一方、他の機器のクーラからの
冷却水戻りは、約４０℃であり、水洗冷却塔１６からの
排出冷却水の方が一般的に高い温度で戻ることになる。
【００１０】従来は、この水洗冷却塔１６の排出水は、
熱回収されることなく、クーリングタワーの一次側に戻
すため、クーリングタワーの熱ロスに直接影響し、夏場
の厳しい外気条件等では、クーリングタワーの冷却能力
に少なからず影響していた。
【００１１】また、ガス採取の空気分離プラントでは、
保冷槽５の液化ガス溜め（例：液体酸素ドラム）９から
濃縮防止の目的で、常に少量の液化ガスを保冷槽５から
直接ブローダウンし、液体酸素蒸発器２１にて温度回復
させて、製品酸素ガスへ合流させる液化ガスブロー蒸発
器ライン３５が設けられている。
【００１２】この液化ガスブロー蒸発器２１は、通常、
空温式等で構成されるが、液化ガス側の温度が−１８０
℃〜−１６０℃レベルであることから、温水式にするに
は、通常の水温（５〜３０℃）では難があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】前記のごとき、従来の
水洗冷却塔の排出水を直接クーリングタワーへ戻す方式
では、クーリングタワーの熱負荷がその分増加するた
め、クーリングタワーの消費動力増大や、クーリングタ
ワーの機器の大きさアップを招いていた。
【００１４】近年の空気分離プラントは電力原単位を極
限まで改良する方向にあり、プラント全体の熱ロス改善
の観点から、クーリングタワーの消費動力の低減を行う
必要がある。
【００１５】本発明の目的は、プラント補機の一部であ
るクーリングタワーの消費動力を下げる、または、クー
リングタワーの設計容量を低減することが出来、プラン
トの電力原単位の低減を行うことが出来る空気前処理装
置を備えた深冷分離方式の空気分離装置を提供すること
にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、深冷分離方式の空気分離装置における空
気前処理装置において、水洗冷却塔の底部排水（温水）
を、液化ガスブロー蒸発器の熱源に利用して、冷却水の
クーリングタワーへの戻り温度の低下を図ることにあ
る。
【００１７】また、本発明は、前記空気前処理装置にお
ける保冷槽からの液化ガスブロー蒸発器ラインにおい
て、空温式蒸発器の一次側への液体の一部を分岐して水
洗冷却塔の底部からの温排水と熱交換する温水利用熱交
換器を有することを特徴とする。
【００１８】また、本発明は、更に、温水利用熱交換器
の温水出口側に温度計を設け、該温度計で計測される温
水の温度に基づいて温水利用熱交換器の液化ガス側流量
の制御を行うことにより、クーリングタワーに戻る温水
の温度が極度に低下しないようにすることを特徴とす
る。
【００１９】また、本発明は、深冷分離方式の空気分離
装置における空気前処理装置において、保冷槽から排出
される放散液（液化ガス）を放散塔へ集め、外気へと自
然蒸発されるが、この放散液の一部を利用して、水洗冷
却塔の底部排水の温度低下を行うことにある。
【００２０】また、本発明は、前記空気前処理装置にお
いて、前記放散塔の下部からの液を分岐して前記水洗冷
却塔の底部からの戻り温水と熱交換する温水利用熱交換
器を有することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明に係る深冷分離方式の空気
分離装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】なお、本発明に係る深冷分離方式の空気分
離装置は、図１に示す内部昇圧式に限定されるものでは
ない。
【００２３】本発明に係る深冷空気分離装置における原
料空気の前処理（冷却）装置２では、水洗冷却塔１６の
上部には冷凍機２０からの６℃程度の冷凍水、中部には
クーリングタワー等の冷却水設備からの冷却水用水ポン
プ１９による供給水（２３℃程度）が供給され、塔内部
を上昇する原料空気と直接接触することにより、原料空
気を冷却するものである。
【００２４】上記冷凍水としては、蒸発冷却塔１７にて
温度低下した冷凍水用水ポンプ１８による冷凍水、もし
くは更に冷凍機２０にて冷却された冷凍水が供給され、
中部の冷却水としては、クーリングタワー等の冷却水設
備から、水ポンプ１９を介して供給されるのが一般的で
ある。蒸発冷却塔１７は、保冷槽５から得られる廃ガス
（窒素ガス）を下部から導入することによって、上部よ
り注ぎ込まれたクーリングタワーからの水を７〜１０℃
程度に冷却するものである。保冷槽５からの廃ガスは、
例えば、精留塔上塔７の頂部から廃ガス（窒素ガス）ラ
イン３４を通して空気熱交換器１３を通過後得られるも
のである。
【００２５】まず、本発明の空気分離装置における空気
前処理装置の第１の実施の形態について図３を用いて説
明する。即ち、本発明に係るガス採取の空気分離プラン
ト（空気分離装置）では、保冷槽５の液化ガス溜め（例
えば、液体酸素ドラム９）から濃縮防止の目的で、常に
少量の液化ガスを保冷槽５から直接ブローダウンし、蒸
発器にて温度回復させ、製品ガスへ合流させる液化ガス
ブロー蒸発器ライン３５が設けられている。
【００２６】そして、本発明の空気前処理装置の第１の
実施の形態は、保冷槽５からの液化ガスブロー蒸発器ラ
イン３５の、空温式蒸発器２１の一次側への液体の一部
３５ａを分岐して温水利用熱交換器２２に導入し、該導
入された液体の一部は、温水利用熱交換器２２により水
洗冷却塔１６の底部からの温排水（戻り温水）３２と熱
交換して蒸発すると共に、該温排水の温度を低下させる
ものである。残り液体３５ｂは、空温式蒸発器２１にて
蒸発させ、合流して常温酸素ガスとして下流側へ用い
る。
【００２７】即ち、第１の実施の形態は、水洗冷却塔１
６の底部からの戻り温水３２を液化ガスブロー蒸発器２
１、２２の熱源に利用して戻り温水３２の温度を低下さ
せるように構成したものである。このように、液化ガス
ブロー蒸発器としては、空温式蒸発器（液体酸素蒸発
器）２１と温水利用熱交換器２２とで構成され、本第１
の実施の形態においては、戻り温水（５０〜６５℃）３
２が、液体の一部３５ａの蒸発熱源として利用される。
【００２８】なお、温水利用熱交換器２２の温水出口側
に温度計４２を設け、該温度計４２で計測される温水の
温度に基づいて制御弁４３を制御して温水利用熱交換器
２２への液化ガス側流量の制御を行うことにより、温水
利用熱交換器２２から得られてクーリングタワーに戻る
温水が極度に温度低下しないようにすることが可能とな
る。
【００２９】以上説明したように、空気分離装置におけ
る空気前処理装置において、水洗冷却塔１６の底部から
排出される温水の熱を有効に回収することが可能とな
り、その結果、クーリングタワーへの戻り温度の低下を
図り、クーリングタワーでの消費動力の低減を図ること
が可能となる。
【００３０】次に、本発明の空気分離装置における空気
前処理装置の第２の実施の形態について図４を用いて説
明する。精留塔８、７に送り込まれる原料液体空気に
は、吸着塔ユニット３にて完全に除去できずに微量の不
純物が混入することになる。そのため、この不純物がた
まらないように、常時精留塔８、７などから微量の液体
空気や液体酸素を廃液ライン３６として抜き取る必要が
ある。
【００３１】そこで、空気前処理装置の第２の実施の形
態は、保冷槽５からの廃液（放散液）（例えば精留塔
８、７から抜き取られた微量の液体空気や液体酸素な
ど）３６をためる（集める）放散塔２４の下部から液配
管を分岐し、制御弁２３を介して、温水利用熱交換器２
１側へ導入する。放散塔２４は、自然蒸発させて廃棄す
るものである。制御弁２３は、温度計４２で計測される
温水側の熱交換器２１の出口温度にて制御され、液化ガ
ス側は一部がガス化し大気へ放出される。即ち、制御弁
２３によって、温水利用熱交換器２２から得られてクー
リングタワーに戻る温水が極度に温度低下しないように
制御される。
【００３２】即ち、第２の実施の形態は、水洗冷却塔１
６の底部からの戻り温水３２を保冷槽５から排出される
廃液（放散液）（例えば精留塔８、７から抜き取られる
微量の液体空気や液体酸素など）が集められる放散塔２
４の補助熱源として利用して戻り温水３２の温度を低下
させるように構成したものである。
【００３３】そして、第２の実施の形態は、放散塔２４
の下部からの液を制御弁２３を介して分岐して水洗冷却
塔１６の底部からの戻り温水３２と熱交換する温水利用
熱交換器２１を有して構成される。
【００３４】これにより、温水側のクーリングタワーへ
の戻り温度の低下を図ることが可能となり、クーリング
タワーでの消費動力の低減を図ることが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、深冷空気分離装置の空
気前処理（冷却）装置において、水洗冷却塔の底部から
の排出温水の熱を回収し、クーリングタワーへの戻り冷
却水の温度をさげることにより、プラント補機の一部で
あるクーリングタワーの消費動力を下げる、または、ク
ーリングタワーの設計容量を低減することが出来、その
結果、プラントの電力原単位低減を行うことが出来る効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の深冷空気分離装置の回路構成を示す図で
ある。
【図２】空気前処理（冷却）装置の回路構成を示す図で
ある。
【図３】本発明に係る深冷空気分離装置の空気前処理
（冷却）装置における温熱回収回路の第１の実施の形態
を示す図である。
【図４】本発明に係る深冷空気分離装置の空気前処理
（冷却）装置における温熱回収回路の第２の実施の形態
を示す図である。
【符号の説明】 １…原料空気圧縮機、２…空気前処理（冷却）装置、３
…吸着塔ユニット、４…空気昇圧機、５…コールドボッ
クス（保冷槽）、６…膨張タービン、７…精留塔（上
塔）、８…精留塔（上塔）、９…液体酸素ドラム、１０
…内部昇圧用液体酸素ポンプ、１１…再生ガス過熱装
置、１２…過冷却器、１３…空気熱交換器、１４…液体
酸素熱交器、１５…昇圧空気過冷却器、１６…水洗冷却
塔、１７…蒸発冷却塔、１８…冷凍水用水ポンプ、１９
…冷却水用水ポンプ、２０…冷凍機、２１…空温式蒸発
器（液体酸素蒸発器）、２２…温水利用熱交換器、２３
…制御弁、２４…放散塔、３２…戻り温水、３３…保冷
槽からの廃ガス、３５…液化ガスブロー蒸発器ライン
（保冷槽からの液体酸素）、３６…保冷槽からの廃液ラ
イン、４０…主凝縮器、４２…温度計、４３…制御弁。

Claims (8)

    【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、
    送入された冷凍水および冷却水と直接接触させて冷却す
    る水洗冷却塔を有する空気前処理装置と、 該空気前処理装置で冷却された原料空気から水分や他の
    不純物を吸着除去する吸着塔ユニットと、 該吸着塔ユニットによって吸着除去された原料空気から
    深冷分離法によって窒素や酸素等を分離して連続生産す
    る保冷槽と、 該保冷槽からの製品戻りラインに設けられた液体ガスブ
    ロー蒸発器とを備えた深冷空気分離装置であって、 前記空気前処理装置における水洗冷却塔の底部からの戻
    り温水を前記液化ガスブロー蒸発器の熱源に利用して前
    記戻り温水の温度を低下させるように構成したことを特
    徴とする深冷空気分離装置。
  2. 【請求項２】前記空気前処理装置において、送入された
    冷却水を前記保冷槽から得られる廃ガスを蒸発させるこ
    とによって冷却して冷凍水を得る蒸発冷却塔を備え、該
    蒸発冷却塔で得られた前記冷凍水を前記水洗冷却塔へ送
    入するように構成したことを特徴とする請求項１記載の
    深冷空気分離装置。
  3. 【請求項３】前記空気前処理装置において、前記水洗冷
    却塔に送入する前記冷凍水を冷凍機で冷却するように構
    成したことを特徴とする請求項１記載の深冷空気分離装
    置。
  4. 【請求項４】前記空気前処理装置において、前記液化ガ
    スブロー蒸発器における空温式蒸発器の一次側への液体
    の一部を分岐して前記水洗冷却塔の底部からの戻り温水
    と熱交換する温水利用熱交換器を有することを特徴とす
    る請求項１記載の深冷空気分離装置。
  5. 【請求項５】前記温水利用熱交換器の温水出口側に温度
    計を設け、該温度計で計測される温水の温度に基づいて
    前記温水利用熱交換器の液化ガス側の流量を制御するよ
    うに構成したことを特徴とする請求項４記載の深冷空気
    分離装置。
  6. 【請求項６】原料空気圧縮機で圧縮された原料空気を、
    送入された冷凍水および冷却水と直接接触させて冷却す
    る水洗冷却塔を有する空気前処理装置と、 該空気前処理装置で冷却された原料空気から水分や他の
    不純物を吸着除去する吸着塔ユニットと、 該吸着塔ユニットによって吸着除去された原料空気から
    深冷分離法によって窒素や酸素等を分離して連続生産す
    る保冷槽と、 該保冷槽からの製品戻りラインに設けられた液体ガスブ
    ロー蒸発器とを備えた空気分離装置であって、 前記空気前処理装置における水洗冷却塔の底部からの戻
    り温水を前記保冷槽から排出される放散液が集められる
    放散塔の補助熱源として利用して前記戻り温水の温度を
    低下させるように構成したことを特徴とした深冷空気分
    離装置。
  7. 【請求項７】前記空気前処理装置において、前記放散塔
    の下部からの液を分岐して前記水洗冷却塔の底部からの
    戻り温水と熱交換する温水利用熱交換器を有することを
    特徴とする請求項６記載の深冷空気分離装置。
  8. 【請求項８】前記温水利用熱交換器の温水出口側に温度
    計を設け、該温度計で計測される温水の温度に基づいて
    前記温水利用熱交換器に導入される液の流量を制御する
    ように構成したことを特徴とする請求項７記載の深冷空
    気分離装置。
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