JP2008511793A - 圧縮気体の処理のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

液体により冷却および／または潤滑される、気体を圧縮するための圧縮機（１０）とともに使用するための装置であって、気体が圧縮機に入る前にこの気体を冷却する目的で液体を添加するための設備を組み込む装置であり、この装置において、この圧縮機の下流には、液体を気体から分離するための液体／気体分離器（１１）があり、この液体から熱を回収するための手段（２９）があり、そして液体／気体分離器の下流の気体ストリーム中に、少なくとも１つのフィルタ（１７または１８）があり、そしてこのフィルタの下流の気体ストリーム中に、ヒータ（１９）があり、このヒータにおいて、気体が、（２９において）液体から回収された熱を使用して加熱され、これによって、加圧された気体の温度を調節する。分離器とフィルタとの間に、熱交換器（１４）が存在し得る。

Description

（発明の技術分野）
本発明は、空気−気体分離ユニットまたは他の気体−気体分離ユニットにおける、例えば、好ましくは、膜濾過による分離のための、圧縮された気体を前処理するための装置に関する。この配置は、気体のための圧縮機と共に使用するための、熱回収装置を備える。本発明はまた、気体が気体分離ユニットに入る前に、圧縮された気体の温度を調節するための熱を、圧縮機冷却液から回収する方法に関する。

（発明の背景）
空気または他の気体を、膜ベースの空気−気体分離ユニットまたは他の気体−気体分離ユニットのために前処理することにおいて、この分離ユニットに供給される空気が、規定された基準を満たすことが重要である。空気の露点は、凝縮を回避するような露点でなければならない。空気は、エアロゾルおよび粒子の持ち越しを回避するために、認容可能な温度に濾過されなければならない。空気は、効率的な膜分離のために適切な作動温度でなければならない。このことは特に重要であり、そして温度は、分離ユニットに入る前に、この分離ユニットの最良の可能な作動を達成するように調節されなければならない。本発明は、これらの基準を満足するように、空気の供給を連続的に温度調節するための、圧縮機冷却液からの熱回収に関連する。

（発明の開示）
本発明は、液体により冷却および／または潤滑される、気体を圧縮するための圧縮機と共に使用するための装置を提供する。この装置は、この気体がこの圧縮機に入る前に、この気体に、冷却目的で液体を添加するための設備を組み込む。この装置において、この圧縮機の下流には、液体を気体から分離するための液体／気体分離器が存在し、この液体から熱を回収するための手段が存在し、この液体／気体分離器の下流の気体ストリーム中に、少なくとも１つのフィルタが存在し、そしてこのフィルタの下流の気体ストリーム中に、ヒータが存在する。このヒータにおいて、この気体は、液体から回収された熱を使用して加熱され、これによって、この加圧された気体の温度は、この気体が分離器ユニットに入る前に調節される。

液体／気体分離器と少なくとも１つのフィルタとの間の気体ストリーム中に、熱交換器が存在することが好ましく、そして外部供給源からの、熱交換器冷媒は、気体ストリームを冷却するために使用される。

液体が気体から分離された後であって、この気体が少なくとも１つのフィルタを通過する前に、この気体を冷却するように配置された、冷剤乾燥機群が存在することもまた、好ましい。

少なくとも１つのフィルタは、合体（ｃｏａｌｅｓｃｉｎｇ）粒子フィルタであり得るか、または冷却液から蒸気を除去するための炭素フィルタであり得る。

少なくとも１つのフィルタは、２段階濾過を包含し得、第一のフィルタ段階は、合体粒子フィルタを備え、そして第二のフィルタ段階は、冷却液から蒸気を除去するための炭素フィルタを備える。

本発明は、液体がフィルタを通過する前にこの液体から回収された熱を使用するヒータから気体を受容するように配置された、膜気体分離器ユニットと組み合わせられた、上記装置を包含する。

本発明は、気体を圧縮するための圧縮機と組み合わせられた、上記装置を包含する。この圧縮機は、スクリュー圧縮機（ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）であり得、そしてこのスクリュー圧縮機は、油または他の適切な冷却液によって、冷却され得るか、または冷却および潤滑され得る。

本発明はまた、液体により冷却および／または潤滑される圧縮機からの圧縮された気体から、熱を回収するための方法を包含し、この方法は、気体が圧縮機に入る前に、冷却目的で、この気体にかまたはこの圧縮機内に直接、液体を添加する工程、この気体がこの圧縮機を離れた後に、この気体から液体を分離する工程、この液体から熱を回収する工程、この気体を少なくとも１つのフィルタに通す工程、およびこのフィルタの下流で、気体がフィルタを通過する前に液体から回収された熱を使用して、この気体を加熱する工程であって、これによって、この圧縮された気体の温度を調節する、工程を包含する。

（本発明の利点）
この分離プロセスの性能は、比較的狭い範囲の作動パラメータ（特に、供給空気の温度および圧力）に依存する。分離器に供給される供給空気の効率的な調整が重要であるのは、このことが理由である。上に記載される本発明の特定の実施形態は、空気に供給される熱の効率的な使用、圧縮された空気がほぼ最適な条件で作動するためのフィルタの配置を包含し、そして分離膜が、ほぼ最適な空気圧、温度および乾燥状態で機能することを可能にする。濾過前に気体の温度を低下させるために気体ストリームから取り出される熱を使用して、濾過後の気体ストリームを予熱することは、このシステムに適用されるエネルギーの使用を効率的にする。分離ユニットに入る前の気体の温度の調節は、数個の先行技術の例において、外部熱源からの調節であり得る。いくつかの場合において、外部供給源からのさらなる加熱が必要とされ得る可能性がある。しかし、その必要性は低く、そして多くの場合において、本発明により排除される。

本発明は、調整モジュールが外部熱源を必要としない、モジュールベースのシステム（圧縮機、圧縮された気体の調整のための装置、分離ユニット）を構築するために、特に適している。

膜窒素分離器のために空気を前処理するための装置の具体的な実施形態が、ここで、添付のプロセス流れ図を参照して、例として記載される。この流れ図は、圧縮機セクションおよび窒素分離器セクションを示す。

（具体的な実施形態の説明）
膜窒素分離器の効率的な性能を容易にするために、圧縮された空気は、液体を除去するために冷却されなければならず、露点の温度は、液体の凝縮を回避するために低下されなければならず、空気は、エアロゾルおよび粒子の持ち越しを回避するために、認容可能な温度で濾過されなければならず、そして最後に、空気の温度は、膜分離のための作動温度まで上昇されなければならない。

この実施例によれば、圧縮機セクションのための空気は、入口フィルタ９を通して、単一ステージ油冷却／潤滑スクリュー圧縮機１０へと引き込まれる。この圧縮された空気は、巻き込まれた油と一緒に、安全弁１２を有する油／空気分離器１１に通る。この空気は、圧縮された空気の最終冷却器１４（「コンビクーラー（ｃｏｍｂｉｃｏｏｌｅｒ）」としてもまた公知）を通過する。最終冷却器１４は、一体化された水冷式熱交換器を備え、この熱交換器もまた、圧縮された空気のための温度制御ユニットとして機能する。

次いで、この空気は、組み合わせられた水分離器／冷剤冷却器／乾燥器１５を通過する。これにより、露点が、入口温度よりも約１５℃低下し、その結果、凝縮は、さらに下流では起こらない。乾燥器１５は、エバポレーター、圧縮機および凝縮器を有する、専用の冷媒リサイクルユニットを備える。

乾燥器１５は、必須ではないことに留意するべきである。しかし、乾燥機なしの場合、圧縮機１０からの空気は、冷却器１４を離れた後に、その飽和点にある。この状況において、この空気の温度は、さらなる下流での凝縮を回避するために、上昇されなければならない。上昇した温度は、窒素分離器セクションにおいて好ましくは使用されるポリマー膜の制約を超えるかもしれない点で、問題が生じ得る。

乾燥器１５からの空気は、逆止め弁１６および玉弁１６ａを通過する。冷却された空気は、ここで、合体粒子フィルタ１７（油のエアロゾルの持ち越し分を保持するため）および炭素フィルタ１８（油蒸気の除去のため）を通過するために適切な温度、圧力および乾燥状態である。乾燥器１５の排除はまた、より高い作動温度に起因する、フィルタ１７および１８の非効率性をもたらし得る。

炭素フィルタ１８から出た後に、この空気は、供給空気ヒータ１９を通過して、この空気を、窒素分離器セクションにおける処理のために予熱する。供給空気ヒータ１９は、圧縮された空気の温度を、４５℃〜５０℃まで上昇させる。制御弁２１は、圧縮機セクションを離れる空気を調節し、そしてこの空気は、弁２２を通して二重（ｄｕｐｌｅｘ）システム（図示せず）へと方向付けられ得るか、または弁２３を通して窒素分離器セクションへと方向付けられ得る。

油／空気分離器１１からの油は、冷却熱交換回路へと導かれる。入口２４からの冷却水は、圧縮空気最終冷却器１４および油／空気／水熱交換器２７へと供給され、その後、出口２５によって、圧縮機セクションを離れる。油／空気分離器１１からの油は、三方向熱可塑性弁２６を通過して、熱交換器２７に入るか、または入口フィルタ９ａを通って圧縮機１０に戻る。

本発明にしたがって、油／空気分離器ユニット１１からの油は、エネルギー回収ユニット２９に通り得る。このユニットは、第二の三方向熱可塑性弁２８から冷却水を供給される。エネルギー回収ユニット２９において加熱された水は、フィルタ１８および１９を通して運ばれ、そして供給空気ヒータ１９内の空気の温度を上昇させるために使用される。従って、フィルタ１８および１９は、最適な温度の近くで作動され得、そして空気は、これらのフィルタを越えて予熱され得、窒素分離器セクションに、より高温（これは、分離膜の作動のために適切である）で入り得る。

排液口３２、３３および３４は、それぞれ冷剤空気乾燥器１５、合体粒子フィルタ１７および炭素フィルタ１８から、外部排液弁３５へと延びる。

弁２３からの調整された空気は、窒素分離器セクションに導かれる。このセクションは、複数の膜空気／気体分離器を有する、膜モジュールバンク４１を備える。各分離器は、金属ハウジングに収容された、中空繊維の束からなる。このハウジングは、３つの外部接続部４２、４３および４４を有する。１つの接続部は、ハウジングの各端部に位置して、それぞれ繊維の穴の側から、入口４２および出口４３へと延び、そして１つの側部の接続部４４は、繊維のシェル面に延びる。各繊維は、ポリマーの複合層からなる。１つの比較的厚い層は、支持体として働き、そして他の層（薄膜）は、分離制御層として機能する。この段階で、作動温度が、このポリマーの最大の許容可能な温度を超えないことが重要である。

分離は、複合ポリマー膜の薄膜を通る空気中の、気体の選択的な透過によって行われる。窒素は、他の気体より遅い速度で透過し、従って、接続部４２に入る、調整された空気中の窒素は、ボアに沿って通過し、そして分離器４３の他端から出る。一方で、酸素および他の気体は、この膜を通過し、そしてこの分離器の側部接続部４４を通し、そして通気ラインを介して大気へと導かれる。

この窒素分離器セクションの出口接続部４３は、生成物流れ指示器４５、流れ制御弁４６、および圧力制御弁４７を備える。品質モニタリング分析器が、品質モニタリング群４８に備え付けられる。これは、本発明の一部を形成しない。

膜分離器４１において生成された窒素は、生成物出口４９へと導かれるか、または品質が変動する場合、始動の間に、通気口５０へと導かれ得る。この通気口はまた、他の気体が大気へと逃れることを可能にする。

図１は、圧縮機セクションおよび窒素分離器セクションを示す流れ図である。

Claims (11)

1. 液体により冷却および／または潤滑される、気体を圧縮するための圧縮機（１０）と共に使用するための、該圧縮機に気体が入る前に該気体を冷却する目的で液体を添加するための設備を組み込む装置であって、該装置は、
   該圧縮機の下流に、該液体を該気体から分離するための液体／気体分離器（１１）が存在し、そして該液体から熱を回収するための手段（２９）が存在し、そして少なくとも１つのフィルタ（１７または１８）が、該液体／気体分離器の下流の気体ストリーム中に存在し、そしてヒータ（１９）が、該フィルタの下流の気体ストリーム中に存在し、該装置において、該気体は、該液体から回収された熱を使用して加熱され、これによって、加圧された気体の温度を、該気体が気体−気体分離ユニットに通るために適切に調節することを特徴とする、装置。
2. 前記液体／気体分離器と前記少なくとも１つのフィルタとの間の気体ストリーム中に、熱交換器（１４）が存在すること、および外部供給源からの該熱交換器の冷媒が、該気体ストリームを冷却するために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記液体が前記気体から分離された後であって、該気体が前記少なくとも１つのフィルタを通過する前に、該気体を冷却するように配置された、冷剤乾燥器群（１５）が存在することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記少なくとも１つのフィルタが、合体粒子フィルタであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つのフィルタが、前記冷却液から蒸気を除去するための炭素フィルタであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記少なくとも１つのフィルタが、２段階濾過を包含し、第一のフィルタ段階が、合体粒子フィルタを備え、そして第二のフィルタ段階が、前記冷却液から蒸気を除去するための炭素フィルタを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
7. 膜気体分離器ユニットと組み合わせられた、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置であって、該膜気体分離器ユニットは、前記液体が前記フィルタを通過する前に、該液体から回収された熱を使用して、該装置から気体を受容するように配置されている、装置。
8. 前記気体を圧縮するための圧縮機と組み合わせられた、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記圧縮機が、スクリュー圧縮機であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記圧縮機が、油によって冷却および潤滑されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 液体により冷却されそして／または潤滑される圧縮機からの圧縮された気体から熱を回収する方法であって、該方法は、
    該気体が該圧縮機に入る前に、該気体に冷却目的で液体を添加する工程、
    該気体が該圧縮機を離れた後に、該気体から液体を分離する工程、
    該液体から熱を回収する工程、
    該気体を、少なくとも１つのフィルタに通す工程、および
    該フィルタの下流で、該気体が該フィルタを通過する前に該液体から回収された熱を使用して、該気体を加熱する工程であって、これによって、該加圧された気体の温度を調節する、工程、
    を包含する、方法。

Images