JP2005221199A - 空気分離装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 原料空気をLNGの冷熱で冷却することにより、原料空気圧縮機の動力を低減することを可能ならしめる空気分離装置を提供する。
【解決手段】 LNG冷熱回収ライン27を有する空気分離装置において、原料空気を所定の圧力に圧縮する多段式の原料空気圧縮機を前段の原料空気圧縮機と後段の原料空気圧縮機24とから構成し、前記前段の原料空気圧縮機と後段の原料空気圧縮機24の間に、原料空気中の炭酸ガス、水分、およびハイドロカーボン等を除去するMS吸着器を配設すると共に、このMS吸着器から吐出された原料空気とLNG冷熱回収ライン27を流れるLNGの冷熱と熱交換させる第2主熱交換器22、第3主熱交換器23を前記MS吸着器と後段の原料空気圧縮機24の間に設ける。
【選択図】 図3

Description

本発明は、空気分離装置の改善に係り、より詳しくは、原料空気を液化天然ガス(以下、LNGという。)の冷熱で冷却することにより、原料空気圧縮機の動力を低減することを可能ならしめるようにした空気分離装置に関する。
周知のとおり、空気分離装置は空気中の窒素と酸素とを分離して取出すものであり、圧縮・冷却・膨張サイクルからなる寒冷熱発生装置を備えている。このような寒冷熱発生装置に加えて、または代えてLNGの冷熱を利用することによって、空気の分離、および液体製品(液体酸素、液体窒素、液体アルゴン等)の製造に必要な圧縮動力を大幅に低減させるようにした空気分離装置が知られている。このような空気分離装置としては、例えば、後述する構成になるものが公知である。以下、このような従来例に係る空気分離装置を説明する。
先ず、従来例1に係る空気分離装置は、原料空気を取り入れて圧縮して一次ガスとする原料空気圧縮機と、この一次ガス中の炭酸ガスおよび水分を除去して二次ガスとする炭酸ガス・水分除去装置とを備えている。そして、炭酸ガス・水分除去装置から流出する二次ガスを高圧精留塔(内圧;0.4〜1.2MPa)で富酸素液体と窒素とに分離し、さらに前記富酸素液体を低圧精留塔(内圧;0.04〜0.3MPa)の中部に、窒素を低圧精留塔の頂部にフィードすることにより、酸素と窒素とに精留分離する複式精留塔を備えている。また、前記低圧精留塔の頂部からの窒素ガスを、メークアップ圧縮機を経由して循環系統にメークアップするメークアップラインと、循環圧縮機の吐出ガスを冷却液化して、前記複式精留塔に戻すラインと、LNGの冷熱を循環系統に伝える熱交換器とを備えている。従って、この従来例に係る空気分離装置によれば、寒冷発生用の循環系統に用いる循環窒素圧縮機の各段の窒素ガスの吸込温度を低減させることができるので、循環窒素圧縮機の動力を低減させることができる(例えば、特許文献1参照。)。
次に、従来例2に係る空気分離装置の概要を、その系統図の図6を参照しながら説明する。図に示す符号50は、従来例2に係る空気分離装置である。この空気分離装置50の場合には、図示しない吸着塔等により前処理(水分や炭酸ガス等を除去する。)された原料ガスが主熱交換器51を通じて精留塔高圧塔(以下、高圧精留塔という。)52H内に導入される。そして、高圧精留塔52H内の底部から精留塔低圧塔(以下、低圧精留塔という。)52Lの中腹部に酸素リッチの液体空気が送られると共に、高圧精留塔52Hの上段から低圧精留塔52Lの塔頂に液体窒素が送られる。低圧精留塔52Lの塔底液は、弁53を通じて製品酸素として図示しない液体酸素タンク内に取出される。
一方、前記低圧精留塔52Lの塔頂ガス(窒素ガス)は、前記主熱交換器51による前処理済みの原料ガスと熱交換した後、窒素予冷器54、窒素冷却器55、複数段の循環圧縮機56、および窒素凝縮器57を順に通って凝縮して、液窒分離器58で分離される。
液窒分離器58の気相成分は、前記窒素凝縮器57および窒素冷却器55を通じて循環圧縮機56に戻される一方、液相成分は空気分離装置50に液体窒素として還元される。
より具体的には、液体窒素の一部は弁60を通じて前記高圧精留塔52H内に還元され、残りの液体窒素は弁59を通じて図示しない液体窒素タンク内に取出される。前記窒素予冷器54、窒素冷却器55、および窒素凝縮器57は熱交換器であって、これらの熱交換器を通じて、図示しないLNG貯槽から抽出されるLNGと窒素ガスとの熱交換が行われる。そして、この熱交換によってLNGの蒸発昇温と窒素ガスの冷却凝縮とが同時に行われる(例えば、特許文献2参照。)。
特公昭56−34875号公報 特開2002−295799号公報
上記従来例に係る空気分離装置は、寒冷発生用の循環系統に用いる循環窒素圧縮機の各段の吸込温度を低減させることにより、循環窒素圧縮機の動力を低減させることができるから、それなりに有用であると考えられる。しかしながら、原料空気中には水分、炭酸ガスが含まれていて、吸込み温度を低温にすると固化する問題が発生する。従って、LNGの冷熱を利用する空気分離装置にあっても、原料空気圧縮機の各段の原料空気の吸込み温度をLNGの冷熱を利用して冷却することができないので、さらなる動力エネルギーの低減に対する要望があるにもかかわらず、これ以上の動力低減ができないという解決すべき課題があった。
従って、本発明の目的は、大気中から取り込んだ原料空気をLNGの冷熱で冷却することにより、原料空気圧縮機の動力を低減することを可能ならしめる空気分離装置を提供することである。
発明者らは、空気分離装置の原料空気圧縮機にあっては、通常2段以上の多段の遠心圧縮機が用いられていることに着目して本発明をなしたものである。より詳しくは、多段の遠心圧縮機を前段の原料空気圧縮機と後段の原料空気圧縮機とに分け、前段の原料圧縮機で原料空気を1段または2段を含む複数段で圧縮し、MS吸着器等の吸着除去装置で水分、炭酸ガス、その他ハイドロカーボン等を除去した後に、LNGの冷熱を利用して原料空気を冷却して圧縮する。さすれば、後段の原料空気圧縮機の各段または幾つかの吸込み温度を低減させることができ、原料空気圧縮機の動力の低減が可能になると考えて、本発明をなしたものである。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、従って本発明の請求項1に係る空気分離装置が採用した手段の特徴とするところは、原料空気を所定の圧力に圧縮する多段式の原料空気圧縮機と、原料空気中の水分、炭酸ガスを含む不純物成分を除去する吸着除去装置と、原料空気を酸素と窒素に分離する精留塔と、所定の圧力に圧縮された原料空気を熱源として前記酸素および/または窒素を昇温させて製品ガスとする熱交換器を含む熱交換部と、液化天然ガスの冷熱を回収する液化天然ガス冷熱回収ラインとを備えた空気分離装置において、前記多段式の原料空気圧縮機が前段の原料空気圧縮器と後段の原料空気圧縮機で構成され、これら前段の原料空気圧縮機と後段の原料空気圧縮機の間に前記吸着除去装置が配設されると共に、この吸着除去装置から吐出された圧縮空気と前記液化天然ガス冷熱回収ラインを流れる液化天然ガスの冷熱とを熱交換させる主熱交換器を前記吸着除去装置と後段の原料空気圧縮機との間に設けたところにある。
本発明の請求項2に係る空気分離装置が採用した手段の特徴とするところは、請求項1に記載の空気分離装置において、前記後段の原料空気圧縮機の吐出口から吐出される原料空気を供給する原料空気供給ラインは、前記吐出口の下流側で分岐して前記精留塔の高圧精留塔に連通し、前記液化天然ガス冷熱回収ラインを流れる液化天然ガスの冷熱と熱交換させる主熱交換器を通る第1ラインと、前記吐出口の下流側で分岐して酸素熱交換器を通る第2ラインとからなるところにある。
本発明の請求項3に係る空気分離装置が採用した手段の特徴とするところは、請求項2に記載の空気分離装置において、前記後段の原料空気圧縮機の下流側に、前記酸素熱交換器に導入される原料空気の圧力を高める空気昇圧圧縮機を設けたところにある。
本発明の請求項1に係る空気分離装置では、前段の原料空気圧縮機と後段の原料空気圧縮機の間に吸着除去装置が配設されると共に、この吸着除去装置から吐出された圧縮空気と前記LNG冷熱回収ラインを流れるLNGの冷熱とを熱交換させる熱交換器が前記吸着除去装置と後段の原料空気圧縮機との間に設けられている。従って、本発明の請求項1に係る空気分離装置によれば、前段の原料空気圧縮機で圧縮された原料空気中の水分、炭酸ガス、その他ハイドロカーボン等が吸着除去装置により除去される。そして、水分、炭酸ガス、その他ハイドロカーボン等が除去された原料空気がLNG冷熱回収ラインを流れるLNGの冷熱と熱交換して冷却されても、炭酸ガスが固化するような虞がない。また、冷却された原料空気を後段の原料空気圧縮機により圧縮することができるから、後段の原料空気圧縮機の所要動力が低減される。
本発明の請求項2に係る空気分離装置では、後段の原料空気圧縮機の吐出口から吐出される原料空気を供給する原料空気供給ラインは、前記吐出口の下流側で分岐して前記精留塔の高圧精留塔に連通し、前記液化天然ガス冷熱回収ラインを流れる液化天然ガスの冷熱と熱交換させる主熱交換器を通る第1ラインと、前記吐出口の下流側で分岐して酸素熱交換器を通る第2ラインとからなっている。従って、本発明の請求項2に係る空気分離装置によれば、上記請求項1に係る空気分離装置の効果に加えて、第2ラインを流れる原料空気の温度を、酸素の昇温、蒸発に利用することができるから、製品酸素ガスを製造することができる。
本発明の請求項3に係る空気分離装置では、後段の原料空気圧縮機の下流側に、酸素熱交換器に導入される原料空気の圧力を高める空気昇圧圧縮機が設けられている。従って、本発明の請求項3に係る空気分離装置によれば、上記請求項2に係る空気分離装置の効果に加えて、空気昇圧圧縮機で圧縮した昇圧空気で酸素を昇温させ、蒸発させることができるので、より高圧の酸素を取出すことができる。
以下、本発明の形態1に係る空気分離装置を、添付図面を順次参照しながら説明する。
図1は本発明の形態1に係る空気分離装置のブロック図である。図2は本発明の形態1に係る空気分離装置の原料空気圧縮・前処理部の模式的系統図、図3は本発明の形態1に係る空気分離装置のLNGの冷熱回収・原料空気圧縮部の模式的系統図、図4は本発明の形態1に係る空気分離装置のコールドボックス部の模式的系統図である。なお、各添付図において示すA〜Gの英文字については、同じ英文字が付されている連通ラインは、同一の連通ラインであることを示すものとする。そして、以下の説明において、Aが付されている連通ラインを連通ラインAと表現することとし、B〜Gと記載された連通ラインについても同様の表現とする。
本発明の形態1に係る空気分離装置は、図1に示すように、主として後述する3つの主要部から構成されている。即ち、本発明の形態1に係る空気分離装置の第1の主要部は、大気から原料空気を取り込んで、取り込んだ原料空気を前処理に必要な圧力まで圧縮する前段の原料空気圧縮機を備えると共に、圧縮空気を浄化する原料空気圧縮・前処理部1である。第2の主要部は、LNGの冷熱を回収するLNG冷熱回収ラインを備えると共に、後段の原料空気圧縮機を備えたLNG冷熱回収・原料空気圧縮部2である。そして、第3の主要部は、酸素熱交換器、精留塔、および過冷却器等を収容したコールドボックス部3である。
以下、本発明の形態1に係る空気分離装置を構成する上記各主要部の構成を、添付図面を順次参照しながら説明する。先ず、前記原料空気圧縮・前処理部1は、図2に示すように構成されている。即ち、吸込フィルタ11を介して大気から前段の原料空気圧縮機12に吸込まれた原料空気は、この前段の原料空気圧縮機12により所定圧力、例えば0.1MPa以上の圧力になるまで圧縮される。この前段の原料空気圧縮機12から吐出された原料空気は冷却媒体と熱交換するクーラ13により冷却された後に、吸着除去装置であるMS吸着器14に導入され、水分、炭酸ガス、ハイドロカーボン等が除去される。原料空気圧縮・前処理部1には2基のMS吸着器14が並列配設されており、通常、原料空気は何れか一方のMS吸着器14に導入される。そして、他方の使用に供されないMS吸着器14の図示しない吸着剤は、再生電気ヒータ15を通って加熱された窒素ガスによって吸着機能が再生された後に、切り替え使用のために待機するように構成されている。
つまり、2基のMS吸着器14を交互に使用することによって、吸着剤を再生するために空気分離装置の運転を停止することのないように配慮されている。MS吸着器14により水分、炭酸ガス、ハイドロカーボン等が除去された原料空気は、連通ラインAを介してLNG冷熱回収、原料空気圧縮部2に送られるように構成されている。なお、前記再生電気ヒータ15は、後述するコールドボックス部3に収納されている低圧精留塔から、LNG冷熱回収・原料空気圧縮部2を経由した後、連通ラインBを介して供給される窒素ガスを加熱し、この加熱した窒素ガスをMS吸着器14に供給することにより吸着剤を再生させるものである。そして、MS吸着器14の吸着剤を再生した後の窒素ガスはサイレンサ16から大気中に放出される。
前記LNG冷熱回収・原料空気圧縮部2内には、図3に示すような複数種の機器類が収容されている。即ち、このLNG冷熱回収・原料空気圧縮部2は、LNG冷熱回収ライン27が経由する第1主熱交換器21、第2主熱交換器22、第3主熱交換器23を備えている。そして、前記流路Aから流入する原料空気は、第1主熱交換器21、第2主熱交換器22でLNGと熱交換して冷却された後に後段の原料空気圧縮機24に吸込まれ、この原料空気圧縮機24の各段で圧縮されると共に冷却される。前記後段の原料空気圧縮機24から吐出されと共に冷却された原料空気は原料空気供給ライン25を流れ、連通ラインCを介して、後述するコールドボックス部3に送られるようになっている。ここで、第1主熱交換器21、第2主熱交換器22が吸着除去装置であるMS吸着器14と後段の原料空気圧縮機24との間に設置された主熱交換器として位置付けられる。
一方、前記原料空気供給ライン25から第1ライン26と第2ライン26′が分岐しており、前記第1ライン26はコールドボックス部3の精留塔の高圧精留塔34に、第2ライン26′はコールドボックス部3の酸素熱交換器31に連通している。つまり、前記後段の原料空気圧縮機24から吐出されて第1ライン26に流れ込んだ原料空気は第2主熱交換器22、第3主熱交換器23を経由して冷却されて、連通ラインDを介して後述するコールドボックス部3の精留塔の高圧精留塔34に流入し、第2ライン26′に流れ込んだ原料空気は連通ラインCを介して後述するコールドボックス部3の第1酸素熱交換器31に流入するようになっている。なお、このLNG冷熱回収・原料空気圧縮部2には第1主熱交換器21が設けられているが、後段の原料空気圧縮機24の吸込み温度によっては、第1主熱交換器21が設けられない場合もある。
前記コールドボックス部3の内部には、図4に示すような複数種の機器類が収容されている。これら複数種の機器類は、第1酸素熱交換器31、第2酸素熱交換器32、上部の低圧精留塔33、下部の高圧精留塔34、過冷却器35、気液分離器38、および液体酸素ポンプ38aである。即ち、前記LNG冷熱回収・原料空気圧縮部2で圧縮されると共に冷却され、連通ラインCを介して第1酸素熱交換器31に送られた冷却原料空気は、第2酸素熱交換器32で液化されて高圧精留塔34に供給される。そして、前記低圧精留塔33の頂部から過冷却器35を介して取出された高純度窒素ガスは、連通ラインEを介して前記LNG冷熱回収、原料空気圧縮部2内の第3主熱交換機23、第2主熱交換機22、および第1主熱交換機21を順に経て窒素ガス圧縮機4により圧縮されて製品窒素ガスとなる。この場合には、上記のとおり、この窒素ガスは第3主熱交換機23、第2主熱交換機22、および第1主熱交換機21を順に経て昇温される。なお、この窒素ガスは第1酸素熱交換器31で昇温しても良い。
また、低圧精留塔33の上部付近から流出して過冷却器35をとおり、連通ラインFを介して取出された低純度窒素ガスは、段落番号〔0018〕において説明したとおり、吸着材を再生するために前記MS吸着器14に供給される。即ち、低圧精留塔33の上部付近から取出された低純度窒素ガスは、第3主熱交換機23、第2主熱交換機22、第1主熱交換機21の順に熱交換して連通ラインBを介して、またはコールドボックス部3内の第1酸素熱交換器31と熱交換して連通ラインG、連通ラインBを介して吸着材を再生するために前記MS吸着器14に供給される。
前記高圧精留塔34の底部に供給された原料空気は、塔内を上昇する間に次第に窒素リッチになり、高圧精留塔34の頂部では高純度窒素となる。この高純度窒素はガス状で抜き出されて主凝縮器37に導かれ、この主凝縮器37により冷却、凝縮されて液体窒素となる。凝縮された液体窒素の一部は、高圧精留塔34の上部より抜出され、前記過冷却器35を通って過冷却され、減圧された後に低圧精留塔33の上部に供給される。残りの液体窒素は塔内を流下する間に、次第に酸素リッチになり、高圧精留塔34の底部に液体空気36として溜まる。この液体空気36は、高圧精留塔34から引出された後に、過冷却器35で過冷却されて低圧精留塔33の中部に導入される。
前記低圧精留塔33の中部に導入された酸素リッチな液体空気36は塔内を流下しながら次第に酸素が凝縮され、底部において高純度酸素となる。そして、この低圧精留塔33の底部に溜まった液体酸素は、製品液体酸素として系外に取出されるようになっている。
一方、この低圧精留塔33の底部に溜まった液体酸素は、液体酸素ポンプ38aにより昇圧されて気液分離器38に送られる。この液体酸素は、第2酸素熱交換器32で原料空気と熱交換して酸素ガスとなる。そして、この気液分離器38により分離された酸素ガスは、酸素ガス排出ライン39を流れて第1酸素熱交換器31で熱交換した後に、酸素ガス圧縮機5により圧縮されて製品酸素ガスとなる。なお、液体酸素の圧力により、液体酸素ポンプ38aを設けない場合もある。また、酸素ガスの圧力により、酸素ガス圧縮機5を設けない場合もある。
本発明の形態1に係る上記構成になる空気分離装置によれば、後述するとおりの効果を得ることができる。即ち、後段の原料空気圧縮機24に吸込まれる原料空気は、前段の原料空気圧縮機12で圧縮された後に、MS吸着器14によって水分、炭酸ガス、その他ハイドロカーボン等が除去される。つまり、後段の原料空気圧縮機24は冷却しても固化する恐れのない原料空気を吸込んで圧縮するものであり、後段の原料空気圧縮機24に吸込まれる原料空気をLNGの冷熱で冷却することができるから、後段の原料空気圧縮機24の所要動力を低減させることができる。
また、後段の原料空気圧縮機24の吐出口から吐出される原料空気の原料空気供ライン25から分岐して連通ラインDを介して精留塔の高圧精留塔34に連通し、LNG冷熱回収ライン27を流れるLNGの冷熱と熱交換させる第2,3主熱交換器22、23を通る第1ライン26と、第2ライン26′を流れ連通ラインCを介して第1酸素熱交換器31、第2酸素熱交換器32を通るラインとが別系統になっている。従って、この第2ライン26′から流出する原料空気の温度を酸素の昇温と蒸発に利用することができるから、製品酸素ガスを製造することができる。
次に、本発明の形態2に係る空気分離装置を、そのLNG冷熱回収・原料空気圧縮部2の模式的系統図の図5を参照しながら説明する。但し、本発明の形態2に係る空気分離装置が、上記形態1に係る空気分離装置と相違するところは、LNG冷熱回収・原料空気圧縮部2の構成の一部が相違するだけであって、これ以外は全く同構成であるから、同一のものに同一符号を付し、主としてその相違する点についての説明に止める。
即ち、後段の原料空気圧縮機24から吐出されると共に冷却された原料空気は原料空気供給ライン25から分岐した第2ライン26′を流れ、この原料空気の圧力を高める空気昇圧圧縮機28に吸込まれる。そして、この空気昇圧圧縮機28の各段で圧縮、冷却された原料空気は、本発明の形態1に係る空気分離装置の場合と同様に、連通ラインCを介して前記コールドボックス部3内の第1酸素熱交換器31、第2酸素熱交換器32の順に経由して高圧精留塔34に送られるように構成されている。勿論、原料空気供給ライン25の原料空気圧縮機24と、空気昇圧圧縮機28との間から、連通ラインDを介して高圧精留塔34に連通する第1ライン26が分岐している。
本発明の形態2に係る空気分離装置では、上記のとおり、後段の原料空気圧縮機24の下流側に、第1酸素熱交換器31、第2酸素熱交換器32に導入される原料空気の圧力を高める空気昇圧圧縮機28が設けられている。そのため、空気昇圧圧縮機28で圧縮した昇圧空気で酸素を昇温させ、蒸発させることができるから、より高圧の酸素ガスを取出すことができる。従って、本発明の形態2に係る空気分離装置によれば、酸素ガス圧縮機5の圧縮能力を小さくすることができるから、この酸素ガス圧縮機5の所要動力の低減が可能になり、また酸素の必要圧力によっては酸素ガス圧縮機5を削除することができるという効果が得られる。
また、本発明の形態2に係る空気分離装置では、空気昇圧圧縮機28の吸込口の上流側にLNG冷熱回収ライン27を流れるLNGの冷熱と熱交換させるための第2主熱交換器22が設けられている。従って、本発明の形態2に係る空気分離装置によれば、空気昇圧圧縮機28の各段に吸込まれる原料空気をLNGの冷熱で冷却することができるから、空気昇圧圧縮機28の所要動力を低減させることができる。
本発明の形態1に係る空気分離装置のブロック図である。 本発明の形態1に係る空気分離装置の原料空気圧縮・前処理部の模式的系統図である。 本発明の形態1に係る空気分離装置のLNG冷熱回収・原料空気圧縮部の模式的系統図である。 本発明の形態1に係る空気分離装置のコールドボックス部の模式的系統図である。 本発明の形態2に係る空気分離装置のLNG冷熱回収、原料空気圧縮部の模式的系統図である。 従来例2に係る空気分離装置の系統図である。
符号の説明
A〜G…連通ライン
1…原料空気圧縮・前処理部,11…吸込フィルタ,12…空気圧縮機,13…クーラ,14…MS吸着器,15…再生電気ヒータ,16…サイレンサ
2…LNG冷熱回収・原料空気圧縮部,21…第1主熱交換器,22…第2主熱交換器,23…第3主熱交換器,24…後段の原料空気圧縮機,25…原料空気供給ライン,26…第1ライン,26′…第2ライン,27…LNG冷熱回収ライン,28…空気昇圧圧縮機
3…コールドボックス部,31…第1酸素熱交換器,32…第2酸素熱交換器,33…低圧精留塔,34…高圧精留塔,35…過冷却器,36…液体空気,37…主凝縮器,38…気液分離器,38a…液体酸素ポンプ,39…酸素ガス排出ライン
4…窒素ガス圧縮機
5…酸素ガス圧縮機

Claims (3)

  1. 原料空気を所定の圧力に圧縮する多段式の原料空気圧縮機と、原料空気中の水分、炭酸ガスを含む不純物成分を除去する吸着除去装置と、原料空気を酸素と窒素に分離する精留塔と、所定の圧力に圧縮された原料空気を熱源として前記酸素および/または窒素を昇温させて製品ガスとする熱交換器を含む熱交換部と、液化天然ガスの冷熱を回収する液化天然ガス冷熱回収ラインとを備えた空気分離装置において、前記多段式の原料空気圧縮機が前段の原料空気圧縮器と後段の原料空気圧縮機で構成され、これら前段の原料空気圧縮機と後段の原料空気圧縮機の間に前記吸着除去装置が配設されると共に、この吸着除去装置から吐出された圧縮空気と前記液化天然ガス冷熱回収ラインを流れる液化天然ガスの冷熱とを熱交換させる主熱交換器を前記吸着除去装置と後段の原料空気圧縮機との間に設けたことを特徴とする空気分離装置。
  2. 前記後段の原料空気圧縮機の吐出口から吐出される原料空気を供給する原料空気供給ラインは、前記吐出口の下流側で分岐して前記精留塔の高圧精留塔に連通し、前記液化天然ガス冷熱回収ラインを流れる液化天然ガスの冷熱と熱交換させる主熱交換器を通る第1ラインと、前記吐出口の下流側で分岐して酸素熱交換器を通る第2ラインとからなることを特徴とする請求項1に記載の空気分離装置。
  3. 前記後段の原料空気圧縮機の下流側に、前記酸素熱交換器に導入される原料空気の圧力を高める空気昇圧圧縮機を設けたことを特徴とする請求項2に記載の空気分離装置。

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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101943512A (zh) * 2010-09-29 2011-01-12 中国海洋石油总公司 一种利用液化天然气冷能的空分方法
JP2015215104A (ja) * 2014-05-08 2015-12-03 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 液化ガスの製造装置および製造方法
CN105972935A (zh) * 2016-05-04 2016-09-28 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种含氧煤层气分离甲烷的方法
CN108641750A (zh) * 2018-05-09 2018-10-12 天津市天地创智科技发展有限公司 一种基于氩循环制冷的干气分离系统干气分离系统及分离方法
CN108676579A (zh) * 2018-05-09 2018-10-19 天津市天地创智科技发展有限公司 一种基于氩循环制冷的干气顺序分离系统及分离方法
WO2019137359A1 (zh) * 2018-01-10 2019-07-18 毛文军 一种基于氩循环的lng冷能利用系统及方法
CN110529208A (zh) * 2019-07-24 2019-12-03 西安交通大学 一种lng冷能梯级利用控制系统及控制方法
US10794630B2 (en) 2017-08-03 2020-10-06 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and device for separating air by cryogenic distillation

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101943512A (zh) * 2010-09-29 2011-01-12 中国海洋石油总公司 一种利用液化天然气冷能的空分方法
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JP2015215104A (ja) * 2014-05-08 2015-12-03 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 液化ガスの製造装置および製造方法
CN105972935A (zh) * 2016-05-04 2016-09-28 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种含氧煤层气分离甲烷的方法
CN105972935B (zh) * 2016-05-04 2018-06-05 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种含氧煤层气分离甲烷的方法
US10794630B2 (en) 2017-08-03 2020-10-06 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and device for separating air by cryogenic distillation
US10866024B2 (en) 2017-08-03 2020-12-15 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Device and method for separating air by cryogenic distillation
WO2019137359A1 (zh) * 2018-01-10 2019-07-18 毛文军 一种基于氩循环的lng冷能利用系统及方法
CN108676579A (zh) * 2018-05-09 2018-10-19 天津市天地创智科技发展有限公司 一种基于氩循环制冷的干气顺序分离系统及分离方法
CN108641750A (zh) * 2018-05-09 2018-10-12 天津市天地创智科技发展有限公司 一种基于氩循环制冷的干气分离系统干气分离系统及分离方法
CN108676579B (zh) * 2018-05-09 2023-04-25 天津市天地创智科技发展有限公司 一种基于氩循环制冷的干气顺序分离系统及分离方法
CN108641750B (zh) * 2018-05-09 2023-04-25 天津市天地创智科技发展有限公司 一种基于氩循环制冷的干气分离系统及分离方法
CN110529208A (zh) * 2019-07-24 2019-12-03 西安交通大学 一种lng冷能梯级利用控制系统及控制方法
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