JP2024104492A - Air separation method and air separation apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】酸素回収率の維持又は低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能な空気分離方法及び空気分離装置を提供する。【解決手段】高圧原料空気を分離する高圧分離工程と、中圧タービン空気を生成するタービン空気生成工程と、高圧タービン空気を生成するタービン空気圧縮工程と、低圧タービン空気を生成するタービン空気断熱膨張工程と、低圧タービン空気を分離する低圧分離工程と、アルゴン富化液化酸素を分離するアルゴン分離工程と、液化アルゴン及び低圧酸素ガスを生成するアルゴン凝縮工程と、高圧液化窒素及び中圧酸素ガスを生成する高圧窒素凝縮工程と、アルゴンを抜き出す製品アルゴン導出工程とを有し、タービン空気圧縮工程は、タービン空気断熱膨張工程によって発生したエネルギーを用いて中圧タービン空気を圧縮し、さらに、高圧原料空気の一部を分岐させて、減圧後に高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパス工程を含む。【選択図】図1[Problem] To provide an air separation method and an air separation apparatus capable of improving the argon recovery rate while maintaining or suppressing a decrease in the oxygen recovery rate. [Solution] The air separation method and the air separation apparatus include a high-pressure separation step for separating high-pressure feed air, a turbine air generation step for generating intermediate-pressure turbine air, a turbine air compression step for generating high-pressure turbine air, a turbine air adiabatic expansion step for generating low-pressure turbine air, a low-pressure separation step for separating the low-pressure turbine air, an argon separation step for separating argon-enriched liquefied oxygen, an argon condensation step for generating liquefied argon and low-pressure oxygen gas, a high-pressure nitrogen condensation step for generating high-pressure liquefied nitrogen and medium-pressure oxygen gas, and a product argon extraction step for extracting argon, and the turbine air compression step compresses the intermediate-pressure turbine air using energy generated by the turbine air adiabatic expansion step, and further includes a feed air bypass step for branching off a portion of the high-pressure feed air and joining it with the high-pressure turbine air after decompression. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、空気分離方法及び空気分離装置に関するものである。 The present invention relates to an air separation method and an air separation device.
従来から、工業的に酸素や窒素を製造する方法として、一般的に、空気を原料とした低温蒸留により製造する方法(空気分離方法)、及び、それに用いられる装置(空気分離装置)が知られている。 Conventionally, methods for industrially producing oxygen and nitrogen have generally been known that involve low-temperature distillation using air as a raw material (air separation method), and the equipment used for this (air separation unit).
例えば、下記特許文献1には、高圧塔と、低圧塔と、アルゴン塔と、低圧塔底部の低圧液化酸素とアルゴン塔頂部のアルゴンガスとを間接熱交換させる間接熱交換器と、アルゴン塔底部の中圧液化酸素と高圧塔頂部の高圧窒素ガスとを間接熱交換させる間接熱交換器と、を含む空気分離装置を用いた空気分離方法が提案されている。特許文献1によれば、アルゴン回収率を維持または改善しつつ、より多くの製品高圧窒素ガスを回収可能であり、製品ガスの圧送動力を含む装置全体の消費動力を削減することが可能とされている。 For example, the following Patent Document 1 proposes an air separation method using an air separation unit including a high-pressure column, a low-pressure column, an argon column, an indirect heat exchanger that performs indirect heat exchange between low-pressure liquefied oxygen at the bottom of the low-pressure column and argon gas at the top of the argon column, and an indirect heat exchanger that performs indirect heat exchange between medium-pressure liquefied oxygen at the bottom of the argon column and high-pressure nitrogen gas at the top of the high-pressure column. According to Patent Document 1, it is possible to recover more product high-pressure nitrogen gas while maintaining or improving the argon recovery rate, and it is possible to reduce the power consumption of the entire unit, including the power for pumping the product gas.
また、特許文献1の図1には、高圧塔の底部から導出された高圧酸素富化液化空気を減圧後に間接熱交換器で気化させて中圧酸素富化空気を生成し、これをタービンブロワで圧縮した後に膨張タービンで断熱膨張させ、低圧塔に供給する装置が開示されている。特許文献1によれば、上記のように、酸素富化空気を膨張タービンに用いることで、原料空気の一部を膨張タービンに用いる場合に比べて、低圧塔に供給される空気の酸素濃度が高くなり、さらにアルゴン回収率が改善されるとされている。 Furthermore, FIG. 1 of Patent Document 1 discloses an apparatus in which high-pressure oxygen-enriched liquefied air drawn from the bottom of the high-pressure column is reduced in pressure and then vaporized in an indirect heat exchanger to generate medium-pressure oxygen-enriched air, which is then compressed in a turbine blower and adiabatically expanded in an expansion turbine before being supplied to the low-pressure column. According to Patent Document 1, as described above, by using oxygen-enriched air in the expansion turbine, the oxygen concentration of the air supplied to the low-pressure column is increased compared to when a portion of the feed air is used in the expansion turbine, and the argon recovery rate is further improved.
ところで、一般的に、特許文献1に開示されたような深冷空気分離装置では、上記のように寒冷を発生させるための膨張タービンが必要であり、液製品量が多くなると必要な寒冷も多くなるため、膨張タービンの処理流量が増加する。一方、膨張タービンで断熱膨張した空気を低圧塔に供給する構成とされた、一般的な空気分離装置の場合、低圧タービン空気の流量が増え過ぎると、低圧塔下部での上昇ガスの減少によってアルゴン回収率が低下する傾向がある。 Generally, in a cryogenic air separation unit such as that disclosed in Patent Document 1, an expansion turbine is required to generate refrigeration as described above, and as the amount of liquid product increases, the amount of refrigeration required also increases, so the processing flow rate of the expansion turbine increases. On the other hand, in the case of a typical air separation unit that is configured to supply air adiabatically expanded by an expansion turbine to the low-pressure tower, if the flow rate of the low-pressure turbine air increases too much, the argon recovery rate tends to decrease due to a decrease in the ascending gas at the bottom of the low-pressure tower.
上記のようなアルゴン回収率の低下を抑制する手段として、特許文献2には、低圧タービン空気の一部又は全量を、上塔で発生した帰還低温ガスに合流させて回収することにより、上塔に供給する低圧タービン空気の流量を最適化することが開示されている。
As a means of suppressing the above-mentioned decrease in argon recovery rate,
特許文献1に開示された空気分離装置は、アルゴン回収率を維持又は改善しつつ、より多くの製品高圧窒素ガスを回収可能とされ、また、装置全体の消費動力を削減可能であるとされている。一方、特許文献1に開示された空気分離装置は、膨張タービンの処理流体に原料空気を用いる場合に比べて、膨張タービンの入口圧力が低くなり、膨張比が小さくなるため、同じ量の寒冷を発生させる場合であっても処理量が多くなる。このため、特許文献1の空気分離装置では、特に液製品量が多く、空気分離装置の運転に必要な寒冷量が多い場合には、膨張タービン量が過剰となり、アルゴン回収率が大きく低下するという問題がある。 The air separation unit disclosed in Patent Document 1 is said to be capable of recovering a larger amount of product high-pressure nitrogen gas while maintaining or improving the argon recovery rate, and is also said to be capable of reducing the power consumption of the entire unit. On the other hand, the air separation unit disclosed in Patent Document 1 has a lower inlet pressure and smaller expansion ratio for the expansion turbine compared to when feed air is used as the processing fluid for the expansion turbine, so that the processing volume is larger even when the same amount of refrigeration is generated. For this reason, the air separation unit of Patent Document 1 has a problem in that the expansion turbine volume becomes excessive, and the argon recovery rate is significantly reduced, especially when the amount of liquid product is large and the amount of refrigeration required to operate the air separation unit is large.
ここで、原料空気の一部を膨張タービンに用いる空気分離装置であれば、例えば、特許文献2に開示された方法によって低圧タービン空気量を最適化し、アルゴン回収率が低下するのを抑制することも可能である。しかしながら、膨張タービンに酸素富化空気を用いる場合には、原料空気に比べて酸素成分やアルゴン成分が豊富な酸素富化空気の一部を低圧塔に供給することなく、帰還ガスとして回収(大気放出)するため、むしろ、酸素回収率やアルゴン回収率を低下させる要因になるという問題があった。
Here, in an air separation unit that uses a portion of the feed air in the expansion turbine, it is possible to optimize the amount of low-pressure turbine air by, for example, the method disclosed in
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、酸素回収率を維持又は酸素回収率の低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能な空気分離方法及び空気分離装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide an air separation method and air separation apparatus that can improve the argon recovery rate while maintaining the oxygen recovery rate or suppressing a decrease in the oxygen recovery rate.
本発明者等は、上記問題を解決するため、高圧塔の底部から導出された高圧酸素富化液化空気を減圧後に間接熱交換して気化させることで、酸素富化空気である中圧タービン空気を生成し、これをタービンブロワで圧縮した後に膨張タービンで断熱膨張させて低圧塔に供給する装置について、鋭意検討を重ねた。この結果、原料空気の一部を分岐して膨張タービン入口の酸素富化空気である高圧タービン空気と合流させることにより、発生寒冷量を維持しつつ膨張タービンの処理量を削減できること、あるいは、膨張タービンの処理量を維持しつつ発生寒冷量を増やすことが可能となることを知見した。これにより、酸素回収率を維持又は酸素回収率の低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能になることを見出し、本発明を完成させた。 In order to solve the above problems, the inventors have conducted extensive research into an apparatus that generates oxygen-enriched medium-pressure turbine air by reducing the pressure of high-pressure oxygen-enriched liquefied air drawn out from the bottom of the high-pressure column and vaporizing it through indirect heat exchange, and then compressing this medium-pressure turbine air with a turbine blower and then adiabatically expanding it with an expansion turbine to supply it to the low-pressure column. As a result, they have discovered that by branching off a portion of the feed air and merging it with the high-pressure turbine air, which is oxygen-enriched air at the inlet of the expansion turbine, it is possible to reduce the amount of refrigeration generated while maintaining the amount of refrigeration, or to increase the amount of refrigeration generated while maintaining the amount of refrigeration generated by the expansion turbine. They have discovered that this makes it possible to improve the argon recovery rate while maintaining the oxygen recovery rate or suppressing a decrease in the oxygen recovery rate, and have completed the present invention.
即ち、上記課題を解決するため、請求項1に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、及び精製することで得られる高圧原料空気を冷却した後に低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧分離工程と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧して得られた中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧タービン空気を生成するタービン空気生成工程と、前記中圧タービン空気を加温した後に圧縮して高圧タービン空気を生成するタービン空気圧縮工程と、前記高圧タービン空気を断熱膨張させて低圧タービン空気を生成し、空気分離運転に必要な寒冷を発生させるタービン空気断熱膨張工程と、前記低圧タービン空気を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、前記アルゴン富化液化酸素を加圧した後に前記低圧分離工程よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成するとともに、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するアルゴン凝縮工程と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることで、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する高圧窒素凝縮工程と、前記アルゴンガスの一部、前記アルゴン凝縮工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す製品アルゴン導出工程と、を有し、前記タービン空気圧縮工程は、前記タービン空気断熱膨張工程によって発生したエネルギーを用いて前記中圧タービン空気を圧縮し、さらに、前記高圧原料空気の一部を分岐させて、減圧後に前記高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパス工程を含むことを特徴とする空気分離方法が提供される。 That is, in order to solve the above problem, according to the invention of claim 1, there is provided a high-pressure separation process in which high-pressure feed air obtained by compressing, precooling, and purifying air containing oxygen, nitrogen, and argon is cooled and then subjected to low-temperature distillation to separate it into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air; a turbine air generation process in which the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air obtained by reducing the pressure of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air is vaporized to generate medium-pressure turbine air; a turbine air compression process in which the medium-pressure turbine air is heated and then compressed to generate high-pressure turbine air; a turbine air adiabatic expansion process in which the high-pressure turbine air is adiabatically expanded to generate low-pressure turbine air and generate the cold necessary for air separation operation; a low-pressure separation process in which the low-pressure turbine air is low-temperature distilled to separate it into low-pressure nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen, and argon-enriched liquefied oxygen; an argon separation process in which the argon-enriched liquefied oxygen is pressurized and then subjected to low-temperature distillation at a pressure higher than that of the low-pressure separation process to separate it into argon gas and medium-pressure liquefied oxygen; The method includes an argon condensation step in which the argon gas is liquefied to produce liquefied argon by indirect heat exchange between the argon gas and the low-pressure liquefied oxygen, and the low-pressure liquefied oxygen is vaporized to produce low-pressure oxygen gas; a high-pressure nitrogen condensation step in which the high-pressure nitrogen gas is liquefied to produce high-pressure liquefied nitrogen by indirect heat exchange between the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure liquefied oxygen, and the medium-pressure oxygen is vaporized to produce medium-pressure oxygen gas; and a product argon extraction step in which at least one of a portion of the argon gas, the argon gas not liquefied in the argon condensation step, and a portion of the liquefied argon is extracted as a product. The turbine air compression step compresses the medium-pressure turbine air using the energy generated by the turbine air adiabatic expansion step, and further includes a feed air bypass step in which a portion of the high-pressure feed air is branched off and merged with the high-pressure turbine air after decompression.
また、請求項2に係る発明によれば、前記タービン空気生成工程は、前記高圧窒素ガスと前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、前記中圧酸素富化液化空気を気化させて前記中圧タービン空気を生成することを特徴とする請求項1に記載の空気分離方法が提供される。
According to the invention of
また、請求項3に係る発明によれば、前記タービン空気生成工程は、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素富化空気を液化させて高圧窒素富化液化空気を生成するとともに、前記中圧酸素富化液化空気を気化させて前記中圧タービン空気を生成することを特徴とする請求項1に記載の空気分離方法が提供される。 According to the invention of claim 3, the air separation method described in claim 1 is provided, characterized in that the turbine air generation process liquefies the high-pressure nitrogen-enriched air generated in an intermediate stage of the high-pressure separation process by indirect heat exchange between the high-pressure nitrogen-enriched air and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate high-pressure nitrogen-enriched liquefied air, and vaporizes the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate the medium-pressure turbine air.
また、請求項4に係る発明によれば、前記タービン空気生成工程は、前記高圧原料空気と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気を液化させて高圧液化空気を生成するとともに、前記中圧酸素富化液化空気を気化させて前記中圧タービン空気を生成することを特徴とする請求項1に記載の空気分離方法が提供される。 According to the invention of claim 4, the air separation method described in claim 1 is provided, characterized in that the turbine air generation process liquefies the high-pressure feed air by indirect heat exchange between the high-pressure feed air and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate high-pressure liquefied air, and vaporizes the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate the medium-pressure turbine air.
また、請求項5に係る発明によれば、前記原料空気バイパス工程は、前記高圧原料空気から分岐する該高圧原料空気の流量を、減圧後の圧力を制御することで間接的に調節することを特徴とする請求項1~請求項4の何れか一項に記載の空気分離方法が提供される。 According to the invention of claim 5, there is provided an air separation method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the feed air bypass process indirectly adjusts the flow rate of the high-pressure feed air branched off from the high-pressure feed air by controlling the pressure after reduction.
また、上記課題を解決するため、請求項6に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、及び精製することで得られる高圧原料空気を冷却した後に低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧して得られた中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧タービン空気を生成するタービン空気蒸化器と、前記中圧タービン空気を加温した後に圧縮して高圧タービン空気を生成するタービンブロワと、前記高圧タービン空気を断熱膨張させて低圧タービン空気を生成し、空気分離運転に必要な寒冷を発生させる膨張タービンと、前記低圧タービン空気を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔と、前記アルゴン富化液化酸素を加圧した後に前記低圧塔よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成するとともに、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するアルゴン凝縮器と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する高圧窒素凝縮器と、前記アルゴンガスの一部、前記アルゴン凝縮器において液化されなかった前記アルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す製品アルゴン導出ラインと、を有し、前記タービンブロワは、前記膨張タービンで発生した回転エネルギーを用いて前記タービンブロワを回転駆動し、前記高圧原料空気の一部を分岐させて、減圧後に前記高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパスラインを含むことを特徴とする空気分離装置が提供される。 In addition, in order to solve the above problem, according to the invention of claim 6, there is provided a high-pressure tower which cools the high-pressure feed air obtained by compressing, precooling, and purifying air containing oxygen, nitrogen, and argon, and then performs low-temperature distillation to separate it into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air; a turbine air evaporator which vaporizes the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air obtained by reducing the pressure of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate medium-pressure turbine air; a turbine blower which warms the medium-pressure turbine air and then compresses it to generate high-pressure turbine air; an expansion turbine which adiabatically expands the high-pressure turbine air to generate low-pressure turbine air and generates the cold required for air separation operation; a low-pressure tower which performs low-pressure distillation of the low-pressure turbine air to separate it into low-pressure nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen, and argon-enriched liquefied oxygen; an argon tower which pressurizes the argon-enriched liquefied oxygen and then performs low-temperature distillation at a pressure higher than that of the low-pressure tower to separate it into argon gas and medium-pressure liquefied oxygen; The air separation unit has an argon condenser that liquefies the argon gas to produce liquefied argon by indirect heat exchange between the gas and the low-pressure liquefied oxygen and vaporizes the low-pressure liquefied oxygen to produce low-pressure oxygen gas, a high-pressure nitrogen condenser that indirectly exchanges heat between the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure liquefied oxygen to liquefy the high-pressure nitrogen gas to produce high-pressure liquefied nitrogen and vaporizes the medium-pressure liquefied oxygen to produce medium-pressure oxygen gas, and a product argon discharge line that extracts at least one type of argon as a product from among a portion of the argon gas, the argon gas that was not liquefied in the argon condenser, and a portion of the liquefied argon, and the turbine blower is driven to rotate by using the rotational energy generated by the expansion turbine, and includes a feed air bypass line that branches off a portion of the high-pressure feed air and merges it with the high-pressure turbine air after decompression.
また、請求項7に係る発明によれば、前記タービン空気蒸化器は、前記高圧窒素ガスと前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、前記中圧酸素富化液化空気を気化させて前記中圧タービン空気を生成することを特徴とする請求項6に記載の空気分離装置が提供される。 According to the invention of claim 7, the turbine air evaporator liquefies the high-pressure nitrogen gas by indirect heat exchange between the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate high-pressure liquefied nitrogen, and vaporizes the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate the medium-pressure turbine air. The air separation unit according to claim 6 is characterized in that the turbine air evaporator liquefies the high-pressure nitrogen gas by indirect heat exchange between the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate the medium-pressure turbine air.
また、請求項8に係る発明によれば、前記タービン空気蒸化器は、前記高圧塔における処理の中間段階で生成された高圧窒素富化空気と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素富化空気を液化させて高圧窒素富化液化空気を生成するとともに、前記中圧酸素富化液化空気を気化させて前記中圧タービン空気を生成することを特徴とする請求項6に記載の空気分離装置が提供される。 According to the invention of claim 8, the air separation unit according to claim 6 is provided, characterized in that the turbine air evaporator liquefies the high-pressure nitrogen-enriched air produced in the intermediate stage of the process in the high-pressure column by indirect heat exchange between the high-pressure nitrogen-enriched air and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to produce high-pressure nitrogen-enriched liquefied air, and vaporizes the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to produce the medium-pressure turbine air.
また、請求項9に係る発明によれば、前記タービン空気蒸化器は、前記高圧原料空気と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気を液化させて高圧液化空気を生成するとともに、前記中圧酸素富化液化空気を気化させて前記中圧タービン空気を生成することを特徴とする請求項6に記載の空気分離装置が提供される。 According to the invention of claim 9, the air separation unit according to claim 6 is provided, characterized in that the turbine air evaporator liquefies the high-pressure feed air by indirect heat exchange between the high-pressure feed air and the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate high-pressure liquefied air, and vaporizes the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate the medium-pressure turbine air.
また、請求項10に係る発明によれば、前記原料空気バイパスライン上に、さらに、前記高圧原料空気から分岐する該高圧原料空気の流量を、減圧後の圧力を制御することで間接的に調節可能な原料空気バイパス弁を有することを特徴とする請求項6~請求項9の何れか一項に記載の空気分離装置が提供される。
According to the invention of
本発明に係る空気分離方法によれば、上記のように、中圧タービン空気を生成するタービン空気生成工程と、高圧タービン空気を生成するタービン空気圧縮工程と、を備え、さらに、高圧原料空気の一部を減圧して高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパス工程を含む方法を採用している。このように、高圧原料空気の一部を分岐して酸素富化空気である高圧タービン空気と合流させることにより、発生寒冷量を維持しつつ膨張タービンの処理量を削減するか、あるいは、膨張タービンの処理量を維持しつつ発生寒冷量を増やすことが可能となる。
従って、酸素回収率を維持又は酸素回収率の低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能となる。
As described above, the air separation method according to the present invention includes a turbine air generating step for generating intermediate pressure turbine air, a turbine air compressing step for generating high pressure turbine air, and a feed air bypass step for reducing the pressure of a portion of the high pressure feed air and merging it with the high pressure turbine air. In this manner, by branching off a portion of the high pressure feed air and merging it with the high pressure turbine air, which is oxygen-enriched air, it is possible to reduce the amount of refrigeration processed by the expansion turbine while maintaining the amount of refrigeration generated, or to increase the amount of refrigeration generated while maintaining the amount of refrigeration processed by the expansion turbine.
Therefore, it is possible to improve the argon recovery rate while maintaining the oxygen recovery rate or suppressing a decrease in the oxygen recovery rate.
また、本発明に係る空気分離装置によれば、上記のように、高圧塔の底部から導出された高圧酸素富化液化空気を減圧後に間接熱交換して気化させることで、酸素富化空気である中圧タービン空気を生成し、これをタービンブロワで圧縮した後に膨張タービンで断熱膨張させて低圧塔に供給する装置構成において、さらに、高圧原料空気の一部を減圧してから高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパスラインを含む構成を採用している。このような原料空気バイパスラインを備えることで、上記同様、発生寒冷量を維持しつつ膨張タービンの処理量を削減できること、あるいは、膨張タービンの処理量を維持しつつ発生寒冷量を増やすことが可能となる。
従って、上記同様、酸素回収率を維持又は酸素回収率の低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能となる。
In addition, according to the air separation unit of the present invention, in the apparatus configuration in which high-pressure oxygen-enriched liquefied air discharged from the bottom of the high-pressure column is depressurized and then vaporized by indirect heat exchange to generate medium-pressure turbine air, which is oxygen-enriched air, and this is compressed by a turbine blower and then adiabatically expanded by an expansion turbine to supply to the low-pressure column, a configuration is further adopted which includes a feed air bypass line for depressurizing a portion of the high-pressure feed air before it is merged with the high-pressure turbine air. By providing such a feed air bypass line, it is possible to reduce the amount of refrigeration generated while maintaining the amount of refrigeration generated, or to increase the amount of refrigeration generated while maintaining the amount of refrigeration generated by the expansion turbine.
Therefore, similarly to the above, it is possible to improve the argon recovery rate while maintaining the oxygen recovery rate or suppressing a decrease in the oxygen recovery rate.
以下、本発明を適用した一実施形態である空気分離方法及び空気分離装置について、図1を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするため、便宜上、特徴となる部分を拡大あるいは簡略化して示している場合がある。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
An air separation method and an air separation unit according to one embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG.
In addition, the drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged or simplified form for the sake of convenience in order to make the characteristics easier to understand. Furthermore, the materials and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and can be appropriately modified and implemented within the scope of the present invention.
<空気分離装置>
以下、本実施形態の空気分離方法による操業に用いることが可能な空気分離装置について詳述する。
図1は、本実施形態の空気分離装置10の全体概略構成を示す系統図である。
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、詳細を後述する低圧塔18の操作圧力以下で、且つ400kPaA以下の圧力のことをいう。また、「中圧」とは、高圧窒素凝縮器H2で気化して生成される中圧酸素ガス、タービン空気蒸化器H3で気化して生成される中圧タービン空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔18の操作圧力よりも高い圧力のことをいう。また、「高圧」とは、高圧窒素凝縮器H2で気化して生成される中圧酸素ガス、タービン空気蒸化器H3で気化して生成される中圧タービン空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
<Air separation unit>
An air separation unit that can be used in the operation of the air separation method of this embodiment will be described in detail below.
FIG. 1 is a system diagram showing an overall schematic configuration of an
In the description of this embodiment, "low pressure" refers to a pressure that is equal to or lower than the operating pressure of the low-
図1に示すように、本実施形態の空気分離装置10は、空気圧縮機11と、空気予冷器12と、空気精製器13と、空気昇圧機14と、空気昇圧機アフタークーラ15と、主熱交換器16と、高圧塔17と、低圧塔18と、アルゴン塔19と、タービン空気蒸化器外筒20と、過冷器21と、タービンブロワ22と、タービンブロワアフタークーラ23と、膨張タービン24と、液化酸素ポンプ25と、アルゴン富化液化酸素ポンプ26と、アルゴン凝縮器H1と、高圧窒素凝縮器H2と、タービン空気蒸化器H3と、ラインL1,L2,L4~L6,L8~L18,L20~L24,L31~L35,L51,L52,L71,L72,L191,L192と、バルブV1~V8と、を有する。そして、本実施形態の空気分離装置10は、さらに、原料空気バイパスラインL25と、原料空気バイパス弁V9と、を有して概略構成される。
As shown in FIG. 1, the
空気圧縮機11は、ラインL1に設けられており、ラインL1を介して、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気(原料空気)を供給する図示略の原料空気供給源、及び空気予冷器12と接続されている。空気圧縮機11は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を圧縮する。空気圧縮機11により圧縮された空気(原料空気)は、ラインL1を介して、空気予冷器12に輸送される。
The
ラインL1は、一端側が図示略の原料空気供給源と接続され、他端側が高圧塔17の底部と接続されている。ラインL1の一部は、主熱交換器16を通過している。ラインL1は、図示略の原料空気供給源の空気を、空気圧縮機11で圧縮し、空気予冷器12で予冷し、空気精製器13で精製して高圧原料空気を生成し、主熱交換器16で冷却した後に高圧塔17に供給する。
One end of line L1 is connected to a feed air supply source (not shown), and the other end is connected to the bottom of high-
空気予冷器12は、空気圧縮機11と空気精製器13との間に位置するラインL1に設けられている。空気予冷器12は、ラインL1を介して、空気圧縮機11及び空気精製器13と接続されている。空気予冷器12は、空気圧縮機11によって圧縮された空気の圧縮熱を取り除く。空気予冷器12により圧縮熱が取り除かれた空気は、ラインL1を介して、空気精製器13に供給される。
The
空気精製器13は、空気予冷器12とラインL2の分岐位置との間に位置するラインL1に設けられている。空気精製器13は、ラインL1を介して、空気予冷器12及び主熱交換器16と接続されている。空気精製器13は、空気予冷器12により圧縮熱が取り除かれた空気中に含まれる不純物、具体的には、例えば、水や二酸化炭素等を除去し、高圧原料空気を生成する。空気精製器13によって不純物が除去された高圧原料空気は、ラインL1及び主熱交換器16を介して、高圧塔17の底部に供給されるとともに、ラインL1から分岐されたラインL2を介して、空気昇圧機14に供給され、さらに、ラインL1から分岐された原料空気バイパスラインL25を介してラインL51に供給される。
The
ラインL2は、空気精製器13と主熱交換器16との間に位置するラインL1から分岐されており、一端側が高圧塔17の下部と接続されている。ラインL2の一部は主熱交換器16を通過しており、また、ラインL2にはバルブV4が設けられている。ラインL2は、空気精製器13で精製された高圧原料空気の一部を、空気昇圧機14で圧縮し、空気昇圧機アフタークーラ15で予冷し、主熱交換器16で冷却し、バルブV4で減圧した後に高圧塔17に供給する。
Line L2 branches off from line L1, which is located between
空気昇圧機14は、ラインL2のラインL1からの分岐位置と空気昇圧機アフタークーラ15との間に位置するラインL2に設けられている。空気昇圧機14は、不純物が除去された高圧原料空気の一部をさらに圧縮して昇圧原料空気を生成する。空気昇圧機14により圧縮された昇圧原料空気は、ラインL2を介して、空気昇圧機アフタークーラ15に輸送される。
The
空気昇圧機アフタークーラ15は、空気昇圧機14の下流側に位置するラインL2に設けられている。空気昇圧機アフタークーラ15は、空気昇圧機14で圧縮された昇圧原料空気の圧縮熱を取り除く。空気昇圧機アフタークーラ15で冷却された昇圧原料空気は、ラインL2、主熱交換器16及びバルブV4を介して高圧原料液化空気となり、高圧塔17の下部に供給される。
The
バルブV4は、主熱交換器16と高圧塔17との間に位置するラインL2に設けられている。バルブV4は、空気昇圧機アフタークーラ15及び主熱交換器16で冷却された昇圧原料空気を減圧し、高圧原料液化空気を生成する。
Valve V4 is provided in line L2 located between the
主熱交換器16は、ラインL1,L2,L5,L51,L8,L13,L14,L16,L20の一部が通過するように配置されている。主熱交換器16は、ラインL1,L2,L51を流れる高温流体と、ラインL5、L8,L13,L16,L20を流れる低温流体と、を間接熱交換させて各高温流体を冷却し、各低温流体を加温する。
The
高圧塔17は、ラインL1,L2,L72と接続されている。高圧塔17は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部に加えて、ラインL2から供給された高圧原料液化空気と、ラインL72から供給された高圧液化窒素と、を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する。
高圧塔17では、上記低温蒸留により、高圧塔17の上部に高圧窒素ガスが濃縮され、高圧塔17の下部に高圧酸素富化液化空気が濃縮される。
The high-
In the
ラインL71は、一端側が高圧塔17の頂部と接続され、他端側が高圧窒素凝縮器H2の液化通路入口と接続されている。ラインL71は、高圧塔17の上部に濃縮された高圧窒素ガスを高圧窒素凝縮器H2に供給する。
One end of line L71 is connected to the top of high-
高圧窒素凝縮器H2は、アルゴン塔19の底部に収容されており、液化通路入口がラインL71と接続され、液化通路出口がラインL72と接続されている。高圧窒素凝縮器H2は、ラインL71から供給された高圧窒素ガスとアルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成するとともに、中圧液化酸素を気化して中圧酸素ガスを生成する。
The high-pressure nitrogen condenser H2 is housed at the bottom of the
ラインL8は、ラインL71から分岐されたラインである。ラインL8の一部は、主熱交換器16を通過している。ラインL8は、高圧窒素ガスの一部を主熱交換器16で熱回収した後に製品高圧窒素ガス(HPGN2)として回収するためのラインである。
The line L8 is a line branched off from the line L71. A portion of the line L8 passes through the
ラインL72は、一端側が高圧窒素凝縮器H2の液化通路出口と接続され、他端側が高圧塔17の頂部と接続されている。ラインL72は、高圧窒素凝縮器H2で生成された高圧液化窒素を高圧塔17に供給する。
ラインL9は、ラインL72から分岐されたラインで、低圧塔18の頂部と接続されている。ラインL9の一部は過冷器21を通過しており、経路中にバルブV6が設けられている。ラインL9は、高圧窒素凝縮器H2で生成された高圧液化窒素の一部を過冷器21で冷却し、バルブV6で減圧した後に低圧塔18に供給する。
バルブV6は、低圧塔18と過冷器21との間に位置するラインL9に設けられている。バルブV6は、ラインL9を流れる高圧液化窒素を減圧する。
ラインL10は、ラインL9から分岐されたラインである。ラインL10は、高圧液化窒素の一部を製品高圧液化窒素(HPLN2)として回収するためのラインである。
ラインL11は、一端側が高圧塔17の中間部又は下部と接続され、他端側が低圧塔18の中間部又は上部と接続されている。ラインL11の一部は過冷器21を通過しており、また、ラインL11の経路上にはバルブV7が設けられている。ラインL11は、高圧塔17の中間部又は下部を下降する流体の一部を抜き出して、過冷器21で冷却し、バルブV7で減圧した後に低圧塔18に供給する。
バルブV7は、低圧塔18と過冷器21との間に位置するラインL11に設けられている。バルブV7は、ラインL11を流れる流体を減圧する。
One end of the line L72 is connected to the liquefaction passage outlet of the high-pressure nitrogen condenser H2, and the other end is connected to the top of the high-
The line L9 is a line branched off from the line L72 and connected to the top of the low-
The valve V6 is provided in a line L9 located between the low-
The line L10 is a line branched off from the line L9. The line L10 is a line for recovering a part of the high-pressure liquefied nitrogen as product high-pressure liquefied nitrogen (HPLN 2 ).
One end of the line L11 is connected to an intermediate or lower portion of the high-
The valve V7 is provided in a line L11 located between the low-
ラインL4は、一端側が高圧塔17の底部と接続され、他端側がタービン空気蒸化器外筒20と接続されている。ラインL4の経路には、バルブV1が設けられている。ラインL4は、高圧塔17から抜き出した高圧酸素富化液化空気をバルブV1で減圧し、中圧酸素富化液化空気を生成してタービン空気蒸化器外筒20に供給する。
バルブV1は、ラインL4に設けられている。バルブV1は、ラインL4を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧して中圧酸素富化液化空気を生成する。
なお、図1中に破線で示すように、ラインL4から分岐させたラインL12によって高圧酸素富化液化空気の一部を抜き出して過冷器21で冷却し、バルブV3で減圧した後に低圧塔18に供給することも可能である。
One end of the line L4 is connected to the bottom of the high-
The valve V1 is provided in the line L4. The valve V1 reduces the pressure of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air flowing through the line L4 to generate medium-pressure oxygen-enriched liquefied air.
As shown by a dashed line in FIG. 1, it is also possible to extract a portion of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air through a line L12 branched off from the line L4, cool it in a
ラインL31は、一端側が高圧塔17の上部と接続され、他端がタービン空気蒸化器H3の液化通路入口と接続されている。ラインL31は、高圧塔17の上部に濃縮した高圧窒素ガスを抜き出してタービン空気蒸化器H3に供給する。
なお、ラインL31によって高圧塔17の上部から高圧窒素ガスを抜き出すのに替えて、図1中に破線で示すように、ラインL1から分岐させたラインL33によって高圧原料空気の一部を抜き出してタービン空気蒸化器H3に供給したり、高圧塔17中間部又は下部に一端側が接続されたラインL34によって、高圧塔17の中間部又は下部を上昇する高圧窒素富化空気を抜き出してタービン空気蒸化器H3に供給したりすることも可能である。
One end of the line L31 is connected to the upper part of the high-
Incidentally, instead of extracting high pressure nitrogen gas from the upper part of the
タービン空気蒸化器外筒20は、ラインL4の一端側と接続されており、その内部にタービン空気蒸化器H3が収納されている。タービン空気蒸化器外筒20は、ラインL4から供給された中圧酸素富化液化空気を貯めることができる。
The turbine air evaporator
タービン空気蒸化器H3は、タービン空気蒸化器外筒20に収容されており、その液化通路入口がラインL31の一端側と接続されている。タービン空気蒸化器H3は、ラインL31から供給された高圧窒素ガスと、ラインL4から供給された中圧酸素液化空気と、を間接熱交換させることにより、ラインL31から供給された高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成すると共に、ラインL4から供給されてタービン空気蒸化器外筒20の内部に貯められた中圧酸素富化液化空気を気化して中圧タービン空気を生成する。
The turbine air evaporator H3 is housed in the turbine air evaporator
ラインL32は、一端側がタービン空気蒸化器H3の液化通路出口と接続され、他端側が低圧塔18の上部と接続されている。ラインL32の一部は過冷器21を通過しており、また、その経路中にはバルブV5が設けられている。ラインL32は、タービン空気蒸化器H3で生成された高圧液化窒素を、過冷器21で冷却し、バルブV5で減圧した後に低圧塔18に供給する。
なお、本実施形態においては、図1中に破線で示したように、タービン空気蒸化器H3の液化通路出口と過冷器21との間に位置するラインL32から分岐され、一端側が高圧塔17の上部に接続されたラインL35を設けることも可能である。ラインL35は、ラインL32を流れる高圧液化窒素の全量又は一部を高圧塔17に供給する。
One end of the line L32 is connected to the liquefaction passage outlet of the turbine air evaporator H3, and the other end is connected to the upper part of the low-
1, it is also possible to provide a line L35 which is branched off from the line L32 located between the liquefaction passage outlet of the turbine air evaporator H3 and the subcooler 21 and has one end connected to the upper part of the high-
バルブV5は、低圧塔18と過冷器21との間に位置するラインL32の経路中に設けられている。バルブV5は、ラインL32を流れる高圧液化窒素を減圧する。
Valve V5 is provided in the path of line L32 located between
ラインL5は、一端側がタービン空気蒸化器外筒20のガス取出し口と接続され、他端側がタービンブロワ22と接続されている。ラインL5の一部は、主熱交換器16を通過している。
ラインL5は、タービン空気蒸化器外筒20の内部に収容されたタービン空気蒸化器H3で生成された中圧タービン空気を、主熱交換器16で熱回収した後にタービンブロワ22に供給する。
One end of the line L5 is connected to the gas outlet of the turbine air evaporator
The line L5 supplies the intermediate pressure turbine air generated in the turbine air evaporator H3 housed inside the turbine air evaporator
タービンブロワ22は、ラインL5の一端側と接続されている。タービンブロワ22は、ラインL5を介して輸送される中圧タービン空気を更に圧縮し、高圧タービン空気を生成する。タービンブロワ22は、後述する膨張タービン24で発生した回転エネルギーを用いて回転駆動される。
The
ラインL51は、一端側がタービンブロワ22と接続され、他端側が膨張タービン24と接続されている。図示例におけるラインL51にはタービンブロワアフタークーラ23が設けられており、また、その一部は主熱交換器16を通過している。ラインL51は、タービンブロワ22で圧縮された高圧タービン空気を、タービンブロワアフタークーラ23及び主熱交換器16で冷却した後に膨張タービン24に供給する。
One end of the line L51 is connected to the
タービンブロワアフタークーラ23は、タービンブロワ22と主熱交換器16との間に位置するラインL51の経路に設けられている。タービンブロワアフタークーラ23は、タービンブロワ22で圧縮された高圧タービン空気の圧縮熱を取り除くものである。
The
膨張タービン24は、ラインL51の一端側と接続されている。膨張タービン24は、タービンブロワアフタークーラ23及び主熱交換器16を経由した高圧タービン空気を断熱膨張させて装置の運転に必要な寒冷を発生させるとともに、低圧タービン空気を生成する。
膨張タービン24は、この膨張タービン24で発生した回転エネルギーを用いてタービンブロワ22を回転駆動する。
The
The
ラインL52は、一端側が膨張タービン24の出口と接続され、他端側が低圧塔18の中間部と接続されている。ラインL52は、膨張タービン24で生成された低圧タービン空気を低圧塔18の中間部に供給する。
One end of line L52 is connected to the outlet of the
ラインL6は、一端側がタービン空気蒸化器外筒20の液取出し口と接続され、他端側が低圧塔18の中間部と接続されている。ラインL6の経路中には、バルブV2が設けられている。ラインL6は、タービン空気蒸化器外筒20の内部に収容されたタービン空気蒸化器H3で気化されなかった中圧酸素富化液化空気を、バルブV2で減圧した後に低圧塔18に供給する。
バルブV2は、ラインL6の経路中に設けられている。バルブV2は、ラインL6を流れる流体を減圧する。
One end of the line L6 is connected to the liquid outlet port of the turbine air evaporator
The valve V2 is provided in the path of the line L6. The valve V2 reduces the pressure of the fluid flowing through the line L6.
低圧塔18は、ラインL9の一端側、ラインL32の一端側、ラインL11の一端側、ラインL52の一端側、及びラインL6の一端側と接続されており、その底部にアルゴン凝縮器H1を収容している。低圧塔18は、バルブV5で減圧された流体と、バルブV6で減圧された流体と、バルブV2で減圧された流体と、バルブV7で減圧された流体と、膨張タービン24で断熱膨張して得られた低圧タービン空気と、に加えて、アルゴン凝縮器H1で気化して得られた低圧酸素ガスと、を低温蒸留して低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する。
The low-
ラインL13は、一端側が低圧塔18の頂部と接続されており、その一部が過冷器21及び主熱交換器16を通過している。ラインL13は、低圧塔18の上部に濃縮した低圧窒素ガスを、過冷器21及び主熱交換器16により熱回収した後に製品低圧窒素ガス(LPGN2)として回収するためのラインである。
One end of the line L13 is connected to the top of the low-
低圧塔18の底部には、アルゴン凝縮器H1が設けられており、液化通路入口がラインL191と接続されている。アルゴン凝縮器H1は、ラインL191から供給されたアルゴンガスと低圧塔18の底部に位置する低圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成すると共に、低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する。
An argon condenser H1 is provided at the bottom of the low-
ラインL18は、一端側が低圧塔18の中間部と接続され、他端側がアルゴン塔19の中間部または下部と接続されている。ラインL18には、アルゴン富化液化酸素ポンプ26が設けられている。ラインL18は、低圧塔18の中間部に濃縮したアルゴン富化液化酸素を、アルゴン富化液化酸素ポンプ26で加圧した後にアルゴン塔19に供給する。
One end of line L18 is connected to the middle part of
アルゴン富化液化酸素ポンプ26は、ラインL18の経路中に設けられている。アルゴン富化液化酸素ポンプ26は、低圧塔18からラインL18に導出されたアルゴン富化液化酸素を加圧する。
The argon-enriched
アルゴン塔19は、ラインL18及びL192の一端と接続されており、その底部に高圧窒素凝縮器H2を収容している。アルゴン塔19は、アルゴン富化液化酸素ポンプ26で加圧されたアルゴン富化液化酸素と、ラインL192から供給された液化アルゴンと、を低圧塔18よりも高い圧力で低温蒸留することで、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する。
The
ラインL191は、一端側がアルゴン塔19の頂部と接続され、他端側がアルゴン凝縮器H1の液化通路入口と接続されている。ラインL191は、アルゴン塔19の上部に濃縮したアルゴンガスをアルゴン凝縮器H1に供給する。
ラインL192は、一端側がアルゴン凝縮器H1の液化通路出口と接続され、他端側がアルゴン塔19の頂部と接続されている。ラインL192は、アルゴン凝縮器H1で生成された液化アルゴンをアルゴン塔19に供給する。
ラインL15は、一端側が低圧塔18の底部と接続され、他端側がラインL23の一端側及びラインL16の一端側と接続されている。ラインL15は、低圧塔18の底部に位置する低圧液化酸素をラインL16に供給するためのラインである。
One end of the line L191 is connected to the top of the
One end of the line L192 is connected to the liquefaction passage outlet of the argon condenser H1, and the other end is connected to the top of the
One end of the line L15 is connected to the bottom of the low-
ラインL17は、ラインL15から分岐されたラインである。ラインL17は、ラインL15を流れる低圧液化酸素の一部を製品低圧液化酸素(LPLO2)として回収するためのラインである。
ラインL23は、一端側がアルゴン塔19の底部と接続され、他端側がラインL15の一端側及びラインL16の一端と接続されている。ラインL23の経路中には、バルブV8が設けられている。ラインL23は、アルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素をラインL16に供給するためのラインである。
バルブV8は、ラインL23に設けられている。バルブV8は、ラインL23を流れる中圧液化酸素を減圧する。
ラインL24は、ラインL23から分岐されたラインである。ラインL24は、ラインL23を流れる中圧液化酸素の一部を製品中圧液化酸素(MPLO2)として回収するためのラインである。
The line L17 is a line branched off from the line L15. The line L17 is a line for recovering a portion of the low-pressure liquefied oxygen flowing through the line L15 as product low-pressure liquefied oxygen (LPLO 2 ).
One end of the line L23 is connected to the bottom of the
The valve V8 is provided in the line L23. The valve V8 reduces the pressure of the medium-pressure liquefied oxygen flowing through the line L23.
The line L24 is a line branched off from the line L23. The line L24 is a line for recovering a portion of the medium pressure liquefied oxygen flowing through the line L23 as product medium pressure liquefied oxygen (MPLO 2 ).
ラインL16は、一端側がラインL15の一端側及びラインL23の一端側と接続されている。ラインL16の一部は主熱交換器16を通過しており、また、ラインL16の経路中には液化酸素ポンプ25が設けられている。ラインL16は、ラインL16に供給された流体を、液化酸素ポンプ25で加圧し、主熱交換器16で熱回収した後に製品高圧酸素ガス(HPGO2)として回収するためのラインである。
液化酸素ポンプ25は、主熱交換器16の上流側に位置するラインL16に設けられている。液化酸素ポンプ25は、ラインL16に供給された流体を加圧する。
One end of the line L16 is connected to one end of the line L15 and one end of the line L23. A part of the line L16 passes through the
The liquefied
ラインL20は、ラインL191から分岐されたラインであり、その一部が主熱交換器16を通過している。ラインL20は、ラインL191を流れるアルゴンガスの一部を主熱交換器16で熱回収した後に製品アルゴンガス(GAR)として回収するためのラインである。
なお、図1に破線で示すように、ラインL21の一端側がアルゴン凝縮器H1の液化通路出口に接続される場合もある。この場合、ラインL21は、アルゴン凝縮器H1で液化しなかったアルゴンガスを主熱交換器16で熱回収した後に製品アルゴンガス(GAR)として回収する。
ラインL22は、ラインL192から分岐されたラインである。ラインL22は、ラインL192を流れる液化アルゴンの一部を製品液化アルゴン(LAR)として回収するためのラインである。
The line L20 is a line branched off from the line L191, and a portion of the line L20 passes through the
1, one end of the line L21 may be connected to the liquefaction passage outlet of the argon condenser H1. In this case, the line L21 recovers the argon gas that was not liquefied in the argon condenser H1 as product argon gas (GAR) after heat recovery in the
The line L22 is a line branched off from the line L192. The line L22 is a line for recovering a portion of the liquefied argon flowing through the line L192 as product liquefied argon (LAR).
過冷器21は、ラインL14の一部、ラインL13の一部、ラインL11の一部、ラインL32の一部、及びラインL9の一部が通過するように配置されている。過冷器21は、ラインL13を流れる低温流体と、ラインL11、ラインL32、ラインL9を流れる高温流体と、を間接熱交換させて低温流体を加温し、各高温流体を冷却する。
なお、過冷器21における低温流体と高温流体の組み合わせはこの限りではない。
The
However, the combination of the low-temperature fluid and the high-temperature fluid in the
ラインL14は、一端側が低圧塔18の上部と接続されており、その一部が過冷器21及び主熱交換器16を通過している。ラインL14は、低圧塔18の上部に濃縮した低純度の低圧窒素ガスを、過冷器21及び主熱交換器16により熱回収した後、廃窒素ガスWGN2として回収するためのラインである。
One end of the line L14 is connected to the upper part of the low-
原料空気バイパスラインL25は、一端側がラインL1における空気精製器13の下流側に接続され、他端側がラインL51における主熱交換器16の上流側に接続され、経路中に原料空気バイパス弁V9が設けられている。原料空気バイパスラインL25は、ラインL1から高圧原料空気の一部を分岐させて、原料空気バイパス弁V9で減圧させた後に、ライン51を流通する高圧タービン空気と合流させる。
原料空気バイパス弁V9は、主熱交換器16の上流側に位置する原料空気バイパスラインL25の経路上に設けられている。原料空気バイパス弁V9は、原料空気バイパスラインL25を流通する高圧原料空気を減圧する。より詳しくは、原料空気バイパス弁V9は、ラインL1から分岐された高圧原料空気の減圧後の圧力を制御することで、原料空気バイパスラインL25における高圧原料空気の流量を間接的に調節可能な構成とされている。
One end of the feed air bypass line L25 is connected to the line L1 downstream of the
The feed air bypass valve V9 is provided on the route of the feed air bypass line L25 located upstream of the
本実施形態では、原料空気バイパス弁V9を自動弁とし、図示略の流量調節計を用いて、原料空気バイパスラインL25に設けられた図示略の流量計が設定値と一致するように、原料空気バイパス弁V9を操作することもできる。これに加えて、図示略の圧力調節計を用いて、膨張タービン24の入口系統に設けられた図示略の圧力計の指示値が目標値と一致するように、流量調節計の設定値を操作し、間接的に流量を制御することも可能である。
In this embodiment, the feed air bypass valve V9 is an automatic valve, and a flow regulator (not shown) can be used to operate the feed air bypass valve V9 so that the value indicated by a flow meter (not shown) installed in the feed air bypass line L25 matches the set value. In addition, a pressure regulator (not shown) can be used to indirectly control the flow rate by manipulating the set value of the flow regulator so that the value indicated by a pressure gauge (not shown) installed in the inlet system of the
本実施形態の空気分離装置10においては、一例として、製品アルゴンガス(GAR)又は製品液化アルゴン(LAR)を導出するラインL20,L22を有する場合を例に挙げて説明したが、ラインL20,L22のうち、少なくとも一方のラインを有していればよい。
In the
図1においては図示を省略しているが、例えば、製品低圧酸素ガス(LPGO2)が回収される場合、一端が低圧塔18の底部に接続され、その一部が主熱交換器16を通過する製品導出ラインが設けられる。この場合、図示略の製品導出ラインは、低圧塔18の低圧酸素ガスを主熱交換器16で熱回収した後に製品低圧酸素ガス(LPGO2)として回収する。
また、例えば、製品中圧酸素ガス(MPGO2)が回収される場合、一端側がアルゴン塔19の底部に接続され、その一部が主熱交換器16を通過する図示略の製品導出ラインが設けられる。この場合、この製品導出ラインは、アルゴン塔19の中圧酸素ガスを主熱交換器16で熱回収した後に製品中圧酸素ガス(MPGO2)として回収する。
1, for example, when product low-pressure oxygen gas (LPGO 2 ) is recovered, a product discharge line is provided whose one end is connected to the bottom of the low-
Furthermore, for example, when product medium-pressure oxygen gas ( MPGO2 ) is recovered, a product discharge line (not shown) is provided, one end of which is connected to the bottom of the
また、製品低圧酸素ガス(LPGO2)、製品中圧酸素ガス(MPGO2)、製品中圧液化酸素(MPLO2)、及び製品低圧液化酸素(LPLO2)等を回収する代わりに、製品高圧酸素ガス(HPGO2)を回収しない場合には、ラインL16、液化酸素ポンプ25、空気昇圧機14、空気昇圧機アフタークーラ15、ラインL2、及びバルブV4,V8を構成要素から除くことができる。
In addition, if product high pressure oxygen gas (HPGO 2 ) is not recovered instead of recovering product low pressure oxygen gas (LPGO 2 ), product medium pressure oxygen gas (MPGO 2 ), product medium pressure liquefied oxygen (MPLO 2 ), product low pressure liquefied oxygen (LPLO 2 ), etc., line L16, liquefied
本実施形態の空気分離装置10は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、及び精製することで得られる高圧原料空気を冷却した後に低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔17と、高圧酸素富化液化空気を減圧して得られた中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧タービン空気を生成するタービン空気蒸化器H3と、中圧タービン空気を加温した後に圧縮して高圧タービン空気を生成するタービンブロワ22と、高圧タービン空気を断熱膨張させて低圧タービン空気を生成し、空気分離運転に必要な寒冷を発生させる膨張タービン24と、低圧タービン空気を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔18と、アルゴン富化液化酸素を加圧した後に低圧塔18よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔19と、アルゴンガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成するとともに、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するアルゴン凝縮器H1と、高圧窒素ガスと中圧液化酸素とを間接熱交換させて、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する高圧窒素凝縮器H2と、アルゴンガスの一部、アルゴン凝縮器において液化されなかったアルゴンガス及び液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品アルゴンガス(GAR)又は製品液化アルゴン(LAR)として抜き出す、製品アルゴン導出ラインであるラインL20,L21と、を有する。そして、本実施形態の空気分離装置10は、タービンブロワ22が、膨張タービン24で発生した回転エネルギーを用いてタービンブロワ22を回転駆動し、さらに、高圧原料空気の一部を分岐させて、減圧後に高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパスラインL25を有する。
The
本実施形態の空気分離装置10によれば、上記構成を備えることにより、例えば、製品中圧液化酸素(MPLO2)、製品低圧液化酸素(LPLO2)、製品高圧液化窒素(HPLN2)等の流量が多く、運転に必要な寒冷量が多い場合においても、高圧原料空気の一部を膨張タービン24の入口となるラインL51にバイパスさせることにより、相対的にタービンブロワ22の流量を抑えて圧縮比を高め、膨張タービン24の膨張比を高めて処理量が増加するのを抑制することができる。これにより、低圧塔18に供給される低圧タービン空気の流量を低減できるので、アルゴン回収率を改善することが可能となる。
According to the
一方、上述した特許文献2のような、低圧タービン空気の一部又は全量を低圧塔に供給することなく回収(大気放出)する構成の場合、低圧塔に供給する低圧タービン空気の流量が最適化され、アルゴン回収率を改善できるものの、低圧塔に供給されない低圧タービン空気に含まれる酸素成分を製品として回収できないため、酸素回収率が低下する。これに対し、本実施形態の空気分離装置10を用いることで、低圧タービン空気の全量を低圧塔18に供給し、低圧塔18の原料とすることができるので、酸素回収率が低下するのを抑制できる。
On the other hand, in the case of a configuration in which some or all of the low-pressure turbine air is recovered (released into the atmosphere) without being supplied to the low-pressure tower, as in
<空気分離方法>
以下、本実施形態の空気分離方法について、図1に示した空気分離装置10を用いて空気分離を行う方法を例示して詳述する。
なお、以下の説明においては、上述した本実施形態の空気分離装置10の説明と同様、図1を参照しながら説明するとともに、既に説明した空気分離装置10の構成については、その詳細な説明を省略する。
<Air separation method>
The air separation method of this embodiment will be described in detail below by taking as an example a method of performing air separation using the
In the following explanation, similar to the explanation of the
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気はラインL1に供給される。この空気は、空気圧縮機11により圧縮され、空気予冷器12で圧縮熱が取り除かれ、空気精製器13で該空気中に含まれる不純物、具体的には、例えば、水や二酸化炭素等が除去され、高圧原料空気となる。
空気精製器13において該不純物が除去された高圧原料空気の一部は、主熱交換器16で冷却され、高圧塔17に供給される。
Air containing oxygen, nitrogen, and argon is supplied to a line L1. This air is compressed by an
A portion of the high-pressure feed air from which the impurities have been removed in the
空気精製器13において不純物が除去された高圧原料空気の残りの一部は、ラインL1から分岐されたラインL2に設けられた空気昇圧機14によってさらに昇圧され、昇圧原料空気となる。昇圧原料空気は、空気昇圧機アフタークーラ15によって圧縮熱が取り除かれ、主熱交換器16で冷却され、その後、バルブV4で減圧されることで高圧原料液化空気となり、高圧塔17に供給される。
The remaining part of the high-pressure feed air from which impurities have been removed in the
主熱交換器16では、ラインL1,L2,L51を流れる高温流体と、ラインL5、L8,L13,L14,L16,L20を流れる低温流体と、を間接熱交換させて各高温流体が冷却され、各低温流体が加温される。
In the
高圧塔17では、ラインL1を介して導入される高圧原料空気と、ラインL2を介して導入される高圧原料液化空気と、ラインL72を介して導入される高圧液化窒素と、が低温蒸留により、高圧塔17の上部に位置する高圧窒素ガスと、下部に位置する高圧酸素富化液化空気と、に分離される(高圧分離工程)。
In the high-
高圧塔17の頂部に位置する高圧窒素ガスは、ラインL71を介して、アルゴン塔19の底部に収容された高圧窒素凝縮器H2に導入される。
ラインL71を介して高圧窒素凝縮器H2に供給された高圧窒素ガスは、アルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して高圧液化窒素になるとともに、アルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する(高圧窒素凝縮工程)。
The high pressure nitrogen gas located at the top of the
The high-pressure nitrogen gas supplied to the high-pressure nitrogen condenser H2 via line L71 liquefies itself to become high-pressure liquefied nitrogen through indirect heat exchange with the medium-pressure liquefied oxygen located at the bottom of the
ラインL71に導出された高圧窒素ガスの一部は、ラインL71から分岐されたラインL8に導出され、主熱交換器16で熱回収された後に製品高圧窒素ガス(HPGN2)として回収される。
A part of the high pressure nitrogen gas discharged to the line L71 is discharged to a line L8 branched off from the line L71, and after heat recovery in the
高圧窒素凝縮器H2で生成された高圧液化窒素は、ラインL72を介して、高圧塔17の頂部に導入される。
ラインL72に導出された高圧液化窒素の一部は、ラインL9に導出され、過冷器21で冷却され、バルブV6で減圧された後に低圧塔18の頂部に導入される。
ラインL9の高圧液化窒素の一部は、ラインL10に導出され製品高圧液化窒素(HPLN2)として回収される。
High pressure liquefied nitrogen produced in high pressure nitrogen condenser H2 is introduced into the top of
A portion of the high pressure liquefied nitrogen discharged to the line L72 is discharged to the line L9, cooled in the
A portion of the high pressure liquefied nitrogen in line L9 is discharged to line L10 and recovered as product high pressure liquefied nitrogen (HPLN 2 ).
高圧塔17の底部に位置する高圧酸素富化液化空気は、ラインL4に導出され、バルブV1で減圧されて中圧酸素富化液化空気となり、タービン空気蒸化器外筒20に供給される。
高圧塔17の上部に濃縮した高圧窒素ガスの一部は、高圧塔17の上部からラインL31に導出され、タービン空気蒸化器H3に導入される。
The high-pressure oxygen-enriched liquefied air located at the bottom of the high-
A portion of the high pressure nitrogen gas concentrated in the upper portion of the
ラインL31を介してタービン空気蒸化器H3に供給された高圧窒素ガスは、ラインL4を介してタービン空気蒸化器外筒20に供給された中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、自らは液化して高圧液化窒素になるとともに、ラインL4を介してタービン空気蒸化器外筒20に供給された中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧タービン空気を生成する(タービン空気生成工程)。
The high-pressure nitrogen gas supplied to the turbine air evaporator H3 via line L31 liquefies itself to become high-pressure liquefied nitrogen through indirect heat exchange with the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air supplied to the turbine air evaporator
なお、ラインL31を介してタービン空気蒸化器H3に導入される流体は、高圧塔17の上部に濃縮した高圧窒素ガスに替えて、図1中に破線で示すように、高圧原料空気の一部(ラインL33)又は高圧塔17の中間部又は下部を上昇する高圧窒素富化空気の一部(ラインL34)とすることができる。
この場合においても、高圧原料空気の一部又は高圧窒素富化空気の一部はタービン空気蒸化器H3で液化し、それぞれ高圧液化空気又は高圧窒素富化液化空気となる。
The fluid introduced into the turbine air evaporator H3 via line L31 may be a part of the high-pressure feed air (line L33) or a part of the high-pressure nitrogen-enriched air rising in the middle or lower part of the high-pressure column 17 (line L34), instead of the high-pressure nitrogen gas concentrated in the upper part of the high-
Even in this case, a portion of the high pressure feed air or a portion of the high pressure nitrogen-enriched air is liquefied in the turbine air evaporator H3 to become high pressure liquefied air or high pressure nitrogen-enriched liquefied air, respectively.
上記の流体の変更により、タービン空気蒸化器H3で凝縮側の流体温度が上昇し、蒸発側の流体温度も上昇するため、タービン空気蒸化器H3で発生する中圧タービン空気の圧力が高くなり、結果的として、後述する膨張タービン24における膨張比を大きくすることが可能になるという利点がある。
By changing the fluid as described above, the fluid temperature on the condensation side in the turbine air evaporator H3 increases, and the fluid temperature on the evaporation side also increases, so the pressure of the medium-pressure turbine air generated in the turbine air evaporator H3 increases, which has the advantage of making it possible to increase the expansion ratio in the
また、本実施形態においては、図1中に破線で示したように、タービン空気蒸化器H3で液化した流体の全量又は一部を、ラインL32から分岐させたラインL35に導出し、高圧塔17に供給することも可能である。
In addition, in this embodiment, as shown by the dashed line in Figure 1, it is also possible to discharge all or part of the fluid liquefied in the turbine air evaporator H3 to line L35 branched off from line L32 and supply it to the high-
タービン空気蒸化器H3において生成された高圧液化窒素は、ラインL32に導出された後、過冷器21で冷却され、バルブV5で減圧された後に低圧塔18の上部に導入される。
タービン空気蒸化器H3において生成された中圧タービン空気は、ラインL5に導出され、主熱交換器16で常温まで熱回収された後、タービンブロワ22で圧縮される(タービン空気圧縮工程)。
なお、タービン空気圧縮工程においては、詳細を後述するタービン空気断熱膨張工程によって発生したエネルギーを利用して、中圧タービン空気を圧縮する。即ち、タービン空気圧縮工程では、膨張タービン24によってタービンブロワ22が回転駆動され、中圧タービン空気を圧縮する。
The high-pressure liquefied nitrogen produced in the turbine air evaporator H3 is discharged to a line L32, cooled in a
The intermediate-pressure turbine air generated in the turbine air evaporator H3 is discharged to a line L5, and is subjected to heat recovery to room temperature in the
In the turbine air compression process, the intermediate-pressure turbine air is compressed using energy generated in a turbine air adiabatic expansion process, the details of which will be described later. That is, in the turbine air compression process, the
タービンブロワ22で圧縮して生成された高圧タービン空気は、ラインL51に導出され、タービンブロワアフタークーラ23で圧縮熱を取り除かれ、主熱交換器16でさらに冷却された後に膨張タービン24に導入される。
膨張タービン24に導入された高圧タービン空気は、断熱膨張により低圧塔18の操作圧力付近まで減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に低圧タービン空気となり、ラインL52に導出される(タービン空気断熱膨張工程)。
なお、タービン空気断熱膨張工程によって発生したエネルギーは、上述したタービン空気圧縮工程に利用され、中圧タービン空気を圧縮する。
The high-pressure turbine air compressed and generated by the
The high-pressure turbine air introduced into the
The energy generated by the turbine air adiabatic expansion process is utilized in the above-mentioned turbine air compression process to compress the intermediate-pressure turbine air.
ここで、本実施形態の空気分離方法においては、原料空気バイパスラインL25によってラインL1から高圧原料空気の一部を分岐させ、原料空気バイパス弁V9で減圧させた後に、ライン51を流通する高圧タービン空気と合流させる(原料空気バイパス工程)。
上記により、タービンブロワ22の流量が膨張タービン24の流量に比べて相対的に少なくなり、タービンブロワ22の出口圧力が上昇するため、膨張タービン24の膨張比が大きくなる。これにより、膨張タービン24における単位処理量あたりの発生寒冷量を増加させることが可能になる。
また、原料空気バイパスラインL25の流量増加に伴い、高圧タービン空気の圧力が上昇するので、原料空気バイパスラインL25の流量により、高圧タービン空気の圧力を調節することが可能になる。高圧タービン空気の圧力は、高圧原料空気の圧力又は高圧塔17の圧力と同等か、それ以下の圧力とされる。
Here, in the air separation method of this embodiment, a portion of the high-pressure feed air is branched off from line L1 by feed air bypass line L25, and after being reduced in pressure by feed air bypass valve V9, it is merged with the high-pressure turbine air circulating through line 51 (feed air bypass process).
As a result, the flow rate of the
Since the pressure of the high-pressure turbine air increases with an increase in the flow rate of the feed air bypass line L25, it becomes possible to adjust the pressure of the high-pressure turbine air by adjusting the flow rate of the feed air bypass line L25. The pressure of the high-pressure turbine air is set to be equal to or lower than the pressure of the high-pressure feed air or the pressure of the high-
原料空気バイパス工程においては、例えば、原料空気バイパス弁V9が、ラインL1から分岐された高圧原料空気の減圧後の圧力を制御することで、原料空気バイパスラインL25における高圧原料空気の流量を間接的に調節可能とされている。
なお、原料空気バイパスラインL25及び原料空気バイパス弁V9は、空気分離装置10の起動時にも使用することができる。このような場合、空気分離装置10を起動して高圧塔17、低圧塔18、アルゴン塔19等の各機器を、常温の初期状態から低温の定常状態まで冷却する際に、ラインL1の高圧原料空気を、原料空気バイパスラインL25を経由して、高圧塔17を経由することなく膨張タービン24に供給することができる。これにより、膨張タービン24での断熱膨張によって低温の流体を生成することができるので、効率的に装置を冷却することが可能となる。
In the feed air bypass step, for example, the feed air bypass valve V9 controls the pressure after reduction of the high-pressure feed air branched off from the line L1, thereby indirectly adjusting the flow rate of the high-pressure feed air in the feed air bypass line L25.
The feed air bypass line L25 and the feed air bypass valve V9 can also be used during start-up of the
ラインL52に導出された低圧タービン空気は、低圧塔18の原料として低圧塔18の中間部に導入される。
The low-pressure turbine air discharged to line L52 is introduced into the middle of low-
タービン空気蒸化器外筒20に供給され、タービン空気蒸化器H3において気化されなかった中圧酸素富化液化空気は、ラインL6に導出され、バルブV2で減圧された後に低圧塔18の原料として低圧塔18の中間部に導入される。
The medium-pressure oxygen-enriched liquefied air that is supplied to the turbine air evaporator
低圧塔18では、バルブV5で減圧された流体と、バルブV7で減圧された流体と、バルブV6で減圧された流体と、バルブV2で減圧された流体と、膨張タービン24で断熱膨張して得られた低圧タービン空気と、に加えて、アルゴン凝縮器H1で気化して得られた低圧酸素ガスと、が低温蒸留により、低圧塔18の上部に位置する低圧窒素ガスと、低圧塔18の下部に位置する低圧液化酸素と、低圧塔18の中間部に位置するアルゴン富化液化酸素と、に分離される(低圧分離工程)。
In the low-
低圧塔18の頂部に位置する低圧窒素ガスは、ラインL13に導出され、過冷器21及び主熱交換器16によって熱回収された後に、製品低圧窒素ガス(LPGN2)として回収される。
低圧塔18の上部を上昇する低純度の低圧窒素ガスは、ラインL14に導出され、過冷器21及び主熱交換器16で熱回収された後、廃窒素ガスWGN2として回収される。 過冷器21では、ラインL11、ラインL32、ラインL9を流れる高温流体と、ラインL13、ラインL14を流れる低温流体と、の間接熱交換により、各高温流体が冷却され、各低温流体が加温されるが、高温流体と低温流体の組み合わせはこの限りではない。
低圧塔18の底部に位置する低圧液化酸素は、低圧塔18の底部に収容されたアルゴン凝縮器H1において、アルゴン塔19の頂部のアルゴンガスとの間接熱交換により、自らは気化して低圧酸素ガスになるとともに、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成する(アルゴン凝縮工程)。
The low-pressure nitrogen gas located at the top of the low-
The low-purity low-pressure nitrogen gas rising in the upper part of the low-
The low-pressure liquefied oxygen located at the bottom of the low-
アルゴン凝縮器H1で気化されなかった低圧液化酸素は、ラインL15に導出され、バルブV8で減圧された中圧液化酸素と合流してラインL16に導入される。
ラインL16に導入された流体は、液化酸素ポンプ25で製品仕様に応じた必要な圧力まで加圧され、高圧液化酸素となる。高圧液化酸素は、主熱交換器16で全量気化し、常温まで熱回収された後に製品高圧酸素ガス(HPGO2)として回収される。
ラインL15に導出された低圧液化酸素の一部は、ラインL15から分岐されたラインL17に導出され、製品低圧液化酸素(LPLO2)として回収される。
The low-pressure liquefied oxygen that was not vaporized in the argon condenser H1 is discharged to a line L15, where it merges with the medium-pressure liquefied oxygen whose pressure has been reduced by a valve V8, and is introduced into a line L16.
The fluid introduced into line L16 is pressurized to the required pressure according to the product specifications by the liquefied
A portion of the low-pressure liquefied oxygen discharged to line L15 is discharged to line L17 branched off from line L15 and recovered as product low-pressure liquefied oxygen (LPLO 2 ).
低圧塔18の中間部に濃縮されたアルゴン富化液化酸素は、ラインL18に導出され、アルゴン富化液化酸素ポンプ26により、低圧塔18よりも操作圧力の高いアルゴン塔19に送液するのに必要な圧力まで加圧された後に、アルゴン塔19の中間部又は下部に導入される。
The argon-enriched liquefied oxygen concentrated in the middle of the low-
なお、低圧塔18とアルゴン塔19との位置関係により、アルゴン富化液化酸素ポンプ26を用いることなく、液面高さの違いによる液ヘッドを利用して、アルゴン塔19に低圧塔18のアルゴン富化液化酸素を送液できる場合もある。この場合、アルゴン富化液化酸素ポンプ26が不要となる。
Depending on the relative positions of the low-
アルゴン塔19では、ラインL18を介して供給されたアルゴン富化液化酸素と、ラインL192を介して供給された液化アルゴンと、高圧窒素凝縮器H2で気化して得られた中圧酸素ガスと、が低温蒸留により、アルゴン塔19の上部に位置するアルゴンガスと、アルゴン塔19の下部に位置する中圧液化酸素と、に分離される(アルゴン分離工程)。
In the
アルゴン塔19の上部に位置するアルゴンガスは、ラインL191を介して、アルゴン凝縮器H1に導入される。
アルゴン凝縮器H1導入されたアルゴンガスは、低圧塔18の底部に位置する低圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して液化アルゴンになるとともに、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する(アルゴン凝縮工程)。
アルゴン凝縮工程によって生成された液化アルゴンは、ラインL192を介して、アルゴン塔19の頂部に導入される。
ラインL191のアルゴンガスの一部は、ラインL191から分岐されたラインL20に導出され、主熱交換器16で常温まで熱回収された後に、製品アルゴンガス(GAR)として回収される(製品アルゴン導出工程)。
The argon gas located at the top of the
The argon gas introduced into the argon condenser H1 liquefies itself to become liquefied argon through indirect heat exchange with the low-pressure liquefied oxygen located at the bottom of the low-
The liquefied argon produced by the argon condensation step is introduced into the top of the
A portion of the argon gas in line L191 is discharged to line L20 branched off from line L191, and after heat recovery to room temperature in the
また、図1中に破線示すように、アルゴン凝縮器H1で液化しなかったアルゴンガスが、ラインL21に導出され、主熱交換器16で常温まで熱回収された後に、製品アルゴンガス(GAR)として回収される場合もある。
ラインL192を流れる液化アルゴンの一部は、ラインL192から分岐されたラインL22に導出され、製品液化アルゴン(LAR)として回収される(製品アルゴン導出工程)。
In addition, as shown by the dashed line in FIG. 1, argon gas that is not liquefied in the argon condenser H1 may be discharged to a line L21, and after heat recovery to room temperature in the
A portion of the liquefied argon flowing through line L192 is discharged to line L22 branched off from line L192 and recovered as product liquefied argon (LAR) (product argon discharge step).
アルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素は、アルゴン塔19の底部に収容された高圧窒素凝縮器H2において、高圧塔17の頂部から供給された高圧窒素ガスとの間接熱交換により、自らは気化して中圧酸素ガスになるとともに、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成する(高圧窒素凝縮工程)。
高圧窒素凝縮器H2で気化されなかった中圧液化酸素は、ラインL23に導出され、バルブV8で減圧された後にラインL15の低圧液化酸素と合流する。
ラインL23に導出された中圧液化酸素の一部は、ラインL23から分岐されたラインL24に導出され、製品中圧液化酸素(MPLO2)として回収される。
The medium-pressure liquefied oxygen located at the bottom of the
The medium-pressure liquefied oxygen that has not been vaporized in the high-pressure nitrogen condenser H2 is discharged to a line L23, and after being reduced in pressure by a valve V8, it joins with the low-pressure liquefied oxygen in a line L15.
A portion of the medium pressure liquefied oxygen discharged to the line L23 is discharged to a line L24 branched off from the line L23 and recovered as product medium pressure liquefied oxygen (MPLO 2 ).
なお、図1においては図示を省略しているが、一端側が低圧塔18の底部に接続されたラインL15の他端側が、アルゴン塔19の下部に接続される場合もある。この場合、ラインL15は、低圧塔18の底部から導出された低圧液化酸素を、液面高さの違いによる液ヘッド又はラインL15に設置されたポンプ(図示略)等によって加圧して加圧液化酸素を生成し、アルゴン塔19の下部に供給する。ラインL15から供給された加圧液化酸素は、アルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素と合流し、ラインL23に導出され、ラインL16を経由して製品高圧酸素ガス(HPGO2)として回収される。この場合は、ラインL23に設けられたバルブV8が不要となる。
また、図1においては図示を省略しているが、一端側がアルゴン塔19の底部に接続されたラインL23の他端側が、低圧塔18の下部に接続される場合もある。この場合、ラインL23は、アルゴン塔19の底部から導出された中圧液化酸素を、バルブV8によって減圧して減圧液化酸素を生成し、低圧塔18の下部に供給する。ラインL23から供給された減圧液化酸素は、低圧塔18の底部に位置する低圧液化酸素と合流し、ラインL15に導出され、ラインL16を経由して製品高圧酸素ガス(HPGO2)として回収される。
Although not shown in FIG. 1, one end of the line L15 connected to the bottom of the low-
1, one end of a line L23 connected to the bottom of the
また、図1においては図示を省略しているが、ラインL2を介して高圧塔17に導入される高圧原料液化空気は、その一部又は全量が低圧塔18の中間部又は上部に供給される場合もある。
また、原料空気バイパスラインL25は、ラインL1の主熱交換器16の途中から、又はラインL1の主熱交換器16の出口から分岐して、ラインL51の膨張タービン24の入口に合流する場合もある。この場合、ラインL1の主熱交換器16で冷却された高圧原料空気の一部を膨張タービン24の入口にバイパスして供給することが可能である。
Although not shown in FIG. 1, a part or all of the high-pressure liquefied feed air introduced into the high-
In addition, the feed air bypass line L25 may branch off from the middle of the
製品アルゴンガス(GAR)に含まれるアルゴンの濃度、及び製品液化アルゴン(LAR)に含まれるアルゴンの濃度は、例えば、50%以上、好ましくは95%以上にすることが好ましい。
アルゴンガスや液化アルゴンは、上述の通り製品としてそのまま回収される場合の他に、後段に図示略のアルゴン精製設備を設けて酸素成分や窒素成分等の不純物を除去する場合がある。
製品アルゴンガス(GAR)や製品液化アルゴン(LAR)が不要な場合においても、製品高圧酸素ガス(HPGO2)や製品液化酸素(LPLO2やMPLO2等)の純度が高い場合、例えば、酸素濃度が98%以上の場合には、酸素回収率の改善を目的としてアルゴンガスが回収される場合もある。
The concentration of argon contained in the product argon gas (GAR) and the concentration of argon contained in the product liquefied argon (LAR) are, for example, 50% or more, and preferably 95% or more.
In addition to being recovered as a product as described above, argon gas and liquefied argon may be provided with an argon purification facility (not shown) in a downstream stage to remove impurities such as oxygen and nitrogen components.
Even when product argon gas (GAR) or product liquefied argon (LAR) is not required, if the purity of product high pressure oxygen gas ( HPGO2 ) or product liquefied oxygen ( LPLO2 , MPLO2 , etc.) is high, for example, if the oxygen concentration is 98% or more, argon gas may be recovered in order to improve the oxygen recovery rate.
図1においては図示を省略しているが、製品低圧酸素ガス(LPGO2)が回収される場合、低圧塔18の底部から低圧酸素ガスが導出され、主熱交換器16で常温まで熱回収された後に、製品として回収される。
また、製品中圧酸素ガス(MPGO2)が回収される場合、アルゴン塔19の底部から中圧酸素ガスが導出され、主熱交換器16で常温まで熱回収された後に、製品として回収される。
Although not shown in FIG. 1, when product low-pressure oxygen gas (LPGO 2 ) is recovered, the low-pressure oxygen gas is discharged from the bottom of the low-
When medium pressure oxygen gas product (MPGO 2 ) is recovered, the medium pressure oxygen gas is discharged from the bottom of the
製品低圧酸素ガス(LPGO2)、及び/又は、製品中圧酸素ガス(MPGO2)が回収される場合、図示略のラインを経由して低圧塔18の底部の低圧液化酸素をアルゴン塔19の底部に導入したり、図示略のラインを経由してアルゴン塔19の底部の中圧液化酸素を低圧塔18の底部に導入したりすることで、流量バランスを調整できる。
When product low-pressure oxygen gas (LPGO 2 ) and/or product medium-pressure oxygen gas (MPGO 2 ) are recovered, the flow rate balance can be adjusted by introducing low-pressure liquefied oxygen from the bottom of the low-
本実施形態の空気分離方法は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、及び精製することで得られる高圧原料空気を冷却した後に低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧分離工程と、高圧酸素富化液化空気を減圧して得られた中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧タービン空気を生成するタービン空気生成工程と、中圧タービン空気を加温した後に圧縮して高圧タービン空気を生成するタービン空気圧縮工程と、高圧タービン空気を断熱膨張させて低圧タービン空気を生成し、空気分離運転に必要な寒冷を発生させるタービン空気断熱膨張工程と、低圧タービン空気を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、アルゴン富化液化酸素を加圧した後に低圧分離工程よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、アルゴンガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成するとともに、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するアルゴン凝縮工程と、高圧窒素ガスと中圧液化酸素とを間接熱交換させることで、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する高圧窒素凝縮工程と、アルゴンガスの一部、アルゴン凝縮工程において液化されなかったアルゴンガス及び液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す製品アルゴン導出工程と、を有し、タービン空気圧縮工程は、タービン空気断熱膨張工程によって発生したエネルギーを用いて中圧タービン空気を圧縮し、さらに、高圧原料空気の一部を分岐させて、減圧後に前記高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパス工程を有する。 The air separation method of this embodiment includes a high-pressure separation process in which high-pressure feed air obtained by compressing, precooling, and purifying air containing oxygen, nitrogen, and argon is cooled and then subjected to low-temperature distillation to separate it into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air; a turbine air generation process in which the medium-pressure oxygen-enriched liquefied air obtained by reducing the pressure of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air is vaporized to generate medium-pressure turbine air; a turbine air compression process in which the medium-pressure turbine air is heated and then compressed to generate high-pressure turbine air; a turbine air adiabatic expansion process in which the high-pressure turbine air is adiabatically expanded to generate low-pressure turbine air and generate the cold necessary for air separation operation; a low-pressure separation process in which the low-pressure turbine air is low-temperature distilled to separate it into low-pressure nitrogen gas, low-pressure liquefied oxygen, and argon-enriched liquefied oxygen; and an adiabatic separation process in which the argon-enriched liquefied oxygen is pressurized and then subjected to low-temperature distillation at a pressure higher than that in the low-pressure separation process to separate it into argon gas and medium-pressure liquefied oxygen. The turbine air compression process includes a argon separation process, an argon condensation process in which argon gas is liquefied to produce liquefied argon by indirect heat exchange between argon gas and low-pressure liquefied oxygen, and low-pressure oxygen gas is produced by vaporizing the low-pressure liquefied oxygen, a high-pressure nitrogen condensation process in which high-pressure nitrogen gas is liquefied to produce high-pressure liquefied nitrogen by indirect heat exchange between high-pressure nitrogen gas and medium-pressure liquefied oxygen, and medium-pressure oxygen gas is produced by vaporizing the medium-pressure liquefied oxygen, and a product argon extraction process in which at least one of a portion of the argon gas, the argon gas not liquefied in the argon condensation process, and a portion of the liquefied argon is extracted as a product. The turbine air compression process compresses the medium-pressure turbine air using the energy generated by the turbine air adiabatic expansion process, and further includes a feed air bypass process in which a portion of the high-pressure feed air is branched off and merged with the high-pressure turbine air after decompression.
本実施形態の空気分離方法によれば、上記各工程を備えた方法を備えることにより、上記同様、例えば、製品中圧液化酸素(MPLO2)、製品低圧液化酸素(LPLO2)、製品高圧液化窒素(HPLN2)等の流量が多く、運転に必要な寒冷量が多い場合においても、高圧原料空気の一部を膨張タービン24の入口となるラインL51にバイパスさせることで、相対的にタービンブロワ22の流量を抑えて圧縮比を高め、膨張タービン24の膨張比を高めて処理量が増加するのを抑制することができる。これにより、低圧塔18に供給される低圧タービン空気の流量を低減できるので、アルゴン回収率を改善することが可能となる。
According to the air separation method of the present embodiment, by providing a method including the above-mentioned steps, even when, for example, the flow rates of product medium pressure liquefied oxygen (MPLO 2 ), product low pressure liquefied oxygen (LPLO 2 ), product high pressure liquefied nitrogen (HPLN 2 ), etc. are high and a large amount of refrigeration is required for operation, by bypassing a portion of the high pressure feed air to the line L51 which serves as the inlet of the
また、上述した特許文献2のように、低圧タービン空気の一部又は全量を低圧塔に供給することなく回収(大気放出)する場合には、低圧塔に供給する低圧タービン空気の流量が最適化され、アルゴン回収率を改善できるものの、低圧塔に供給されない低圧タービン空気に含まれる酸素成分を製品として回収できないため、酸素回収率が低下する。これに対し、本実施形態の空気分離装置10を用いることで、低圧タービン空気の全量を低圧塔18に供給し、低圧塔18の原料とすることができるので、酸素回収率が低下するのを抑制できる。
In addition, as in
なお、上述したように、高圧塔17、低圧塔18、及びアルゴン塔19は、各工程により熱的に統合されているため、各蒸留塔の操作圧力は、低圧塔18、アルゴン塔19、高圧塔17の順に高くなっている。
As mentioned above, the
<その他の形態>
以上、実施形態により本発明に係る空気分離方法及び空気分離装置の一例を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
<Other forms>
Although an example of the air separation method and air separation apparatus according to the present invention has been described above using the embodiments, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. Each configuration and their combination in the above-mentioned embodiments is an example, and addition, omission, substitution, and other modifications of the configuration are possible within the scope of the gist of the present invention.
<作用効果>
以上説明したように、本実施形態の空気分離方法によれば、中圧タービン空気を生成するタービン空気生成工程と、高圧タービン空気を生成するタービン空気圧縮工程と、を備え、さらに、高圧原料空気の一部を減圧して高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパス工程を含む方法を採用している。このように、高圧原料空気の一部を分岐して酸素富化空気である高圧タービン空気と合流させることにより、発生寒冷量を維持しつつ膨張タービン24の処理量を削減するか、あるいは、膨張タービン24の処理量を維持しつつ発生寒冷量を増やすことが可能となる。
従って、酸素回収率を維持又は酸素回収率の低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能となる。
<Action and effect>
As described above, the air separation method of the present embodiment includes a turbine air generating step for generating intermediate pressure turbine air, a turbine air compressing step for generating high pressure turbine air, and further includes a feed air bypass step for reducing the pressure of a portion of the high pressure feed air and merging it with the high pressure turbine air. In this manner, by branching off a portion of the high pressure feed air and merging it with the high pressure turbine air, which is oxygen-enriched air, it is possible to reduce the throughput of the
Therefore, it is possible to improve the argon recovery rate while maintaining the oxygen recovery rate or suppressing a decrease in the oxygen recovery rate.
また、本実施形態の空気分離装置10によれば、上記のような、高圧塔17の底部から導出された高圧酸素富化液化空気を減圧後に間接熱交換して気化させることで、酸素富化空気である中圧タービン空気を生成し、これをタービンブロワ22で圧縮した後に膨張タービン24で断熱膨張させて低圧塔18に供給する装置構成において、さらに、高圧原料空気の一部を減圧してから高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパスラインL25を含む構成を採用している。このような原料空気バイパスラインL25を備えることで、上記同様、発生寒冷量を維持しつつ膨張タービン24の処理量を削減できること、あるいは、膨張タービン24の処理量を維持しつつ発生寒冷量を増やすことが可能となる。
従って、上記同様、酸素回収率を維持又は酸素回収率の低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能となる。
Moreover, according to the
Therefore, similarly to the above, it is possible to improve the argon recovery rate while maintaining the oxygen recovery rate or suppressing a decrease in the oxygen recovery rate.
以下、本発明の空気分離方法及び空気分離装置について、実施例を示してより詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 The air separation method and air separation apparatus of the present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and can be modified as appropriate without departing from the spirit and scope of the present invention.
<実施例>
実施例においては、大陽日酸株式会社製のシミュレータ(本シミュレータは実際に空気分離装置を設計する際に使用しているものと同じもの)を用いて、図1に示す空気分離装置10を用いた場合のシミュレーションを実施した。
<Example>
In the examples, a simulation was carried out using
本実施例におけるシミュレーションは、高圧原料空気の流量を100とし、流量が24.1、圧力が117kPaA、酸素濃度が0.1ppm以下とされた製品低圧窒素ガス(LPGN2)と、流量が9.8、圧力が800kPaA以上、酸素濃度が0.1ppm以下の製品高圧窒素ガス(HPGN2)と、流量が2.2、酸素濃度が0.1ppm以下の製品低圧液化窒素(LPLN2)を回収する条件において、圧力が3120kPaA、酸素濃度99.6%以上とされた製品高圧酸素ガス(HPGO2)と、酸素濃度が1.5%以下の製品アルゴンガス(GAR)の回収可能な流量を計算する条件とした。また、原料空気バイパスラインL25に流す高圧原料空気の流量は6.1の条件とした。 In the simulation in this embodiment, the flow rate of the high pressure feed air was set to 100, and the conditions for recovering product low pressure nitrogen gas (LPGN 2 ) with a flow rate of 24.1, pressure of 117 kPaA, and oxygen concentration of 0.1 ppm or less, product high pressure nitrogen gas (HPGN 2 ) with a flow rate of 9.8, pressure of 800 kPaA or more, and oxygen concentration of 0.1 ppm or less, and product low pressure liquefied nitrogen (LPLN 2 ) with a flow rate of 2.2 and oxygen concentration of 0.1 ppm or less were set to calculate the recoverable flow rates of product high pressure oxygen gas (HPGO 2 ) with a pressure of 3120 kPaA and oxygen concentration of 99.6% or more, and product argon gas (GAR) with an oxygen concentration of 1.5% or less. The flow rate of the high pressure feed air flowing through the feed air bypass line L25 was set to 6.1.
上記実施例のシミュレーションの条件、及びその結果を下記表1に示す。下記表1は、実施例及び後述する比較例のシミュレーション条件及びシミュレーション結果の一覧を示す表である。また、下記表1中、括弧を付与した値は、シミュレーションによる計算値である。 The simulation conditions and results of the above embodiment are shown in Table 1 below. Table 1 below is a table showing a list of the simulation conditions and simulation results of the embodiment and the comparative example described below. In addition, in Table 1 below, values in parentheses are calculated values obtained by simulation.
<比較例>
比較例においては、図1中に示した原料空気バイパスラインL25を使用しない場合、即ち、原料空気バイパスラインL25における高圧原料空気の流量を0(ゼロ)とした場合について、上記実施例と同じ条件でシミュレーションを実施し、結果を上記表1に示した。
Comparative Example
In the comparative example, a simulation was carried out under the same conditions as in the above example, except for the case where the feed air bypass line L25 shown in FIG. 1 was not used, i.e., the flow rate of the high-pressure feed air in the feed air bypass line L25 was set to 0 (zero), and the results are shown in Table 1 above.
<実施例及び比較例の評価結果>
表1のシミュレーション結果に示すように、図1に示したような原料空気バイパスラインL25を備えた空気分離装置10を用い、原料空気バイパスラインL25に高圧原料空気の一部を流量6.1で流す条件でシミュレーションを実施した実施例においては、膨張タービン24により駆動されるタービンブロワ22の出口圧力、即ち、膨張タービン24の入口圧力が上昇し、膨張タービン24の膨張比が上昇し、膨張タービン24の処理量が減少している。これにより、実施例では、低圧塔18に供給される低圧タービン空気の量が減少し、逆に、高圧窒素凝縮器やアルゴン凝縮器で発生する中圧酸素ガス及び低圧酸素ガスの流量が増加することで、結果的に、製品高圧酸素ガス(HPGO2)の流量を維持しつつ、製品アルゴンガス(GAR)の流量が増加することが確認できた。具体的には、実施例においては、製品高圧酸素ガス(HPGO2)の流量が19.2で維持されるとともに、製品アルゴンガス(GAR)の流量が0.62で得られる結果となった。
<Evaluation Results of Examples and Comparative Examples>
As shown in the simulation results in Table 1, in an example where a simulation was performed using an
一方、原料空気バイパスラインL25に高圧原料空気を流さない条件でシミュレーションを実施した比較例においては、実施例に比べて、膨張タービン24により駆動されるタービンブロワ22の出口圧力、即ち、膨張タービン24の入口圧力が低下していることから、膨張タービン24の膨張比も低下して処理量が増加していることが確認できる。これにより、比較例では、実施例に比べて、低圧塔18に供給される低圧タービン空気の量が30.0に増加したことから、製品高圧酸素ガス(HPGO2)の流量が19.2に維持される一方、製品アルゴンガス(GAR)の流量が0.50に減少する結果となった。
On the other hand, in the comparative example where the simulation was performed under the condition that high pressure feed air was not flowing through the feed air bypass line L25, it was confirmed that the outlet pressure of the
以上説明した実施例の結果より、原料空気バイパス工程を備えた本発明の空気分離方法、及び、原料空気バイパスラインL25を備えた本発明に係る空気分離装置10が、酸素回収率の維持又は低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能であることが確認できた。
From the results of the examples described above, it has been confirmed that the air separation method of the present invention equipped with a feed air bypass process, and the
本発明の空気分離方法及び空気分離装置は、酸素回収率の維持又は低下を抑制しつつ、アルゴン回収率を改善することが可能なものなので、工業的に酸素や窒素を製造する各種の用途において非常に好適である。 The air separation method and air separation apparatus of the present invention can improve argon recovery while maintaining or suppressing a decrease in oxygen recovery, and is therefore highly suitable for various applications in which oxygen and nitrogen are produced industrially.
10…空気分離装置
11…空気圧縮機
12…空気予冷器
13…空気精製器
14…空気昇圧機
15…空気昇圧機アフタークーラ
16…主熱交換器
17…高圧塔
18…低圧塔
19…アルゴン塔
20…タービン空気蒸化器外筒
21…過冷器
22…タービンブロワ
23…タービンブロワアフタークーラ
24…膨張タービン
25…液化酸素ポンプ
26…アルゴン富化液化酸素ポンプ
H1…アルゴン凝縮器
H2…高圧窒素凝縮器
H3…タービン空気蒸化器
L1,L2,L4~L6,L8~L18,L20~L24,L31~L35,L51,L52,L71,L72,L191,L192…ライン
L25…原料空気バイパスライン
V1~V8…バルブ
V9…原料空気バイパス弁
LIST OF SYMBOLS 10: Air separation unit 11: Air compressor 12: Air precooler 13: Air purifier 14: Air booster 15: Air booster aftercooler 16: Main heat exchanger 17: High pressure column 18: Low pressure column 19: Argon column 20: Turbine air evaporator outer cylinder 21: Subcooler 22: Turbine blower 23: Turbine blower aftercooler 24: Expansion turbine 25: Liquefied oxygen pump 26: Argon-enriched liquefied oxygen pump H1: Argon condenser H2: High pressure nitrogen condenser H3: Turbine air evaporator L1, L2, L4-L6, L8-L18, L20-L24, L31-L35, L51, L52, L71, L72, L191, L192: Line L25: Feed air bypass line V1-V8: Valve V9: Feed air bypass valve
Claims (10)
前記高圧酸素富化液化空気を減圧して得られた中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧タービン空気を生成するタービン空気生成工程と、
前記中圧タービン空気を加温した後に圧縮して高圧タービン空気を生成するタービン空気圧縮工程と、
前記高圧タービン空気を断熱膨張させて低圧タービン空気を生成し、空気分離運転に必要な寒冷を発生させるタービン空気断熱膨張工程と、
前記低圧タービン空気を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、
前記アルゴン富化液化酸素を加圧した後に前記低圧分離工程よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、
前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成するとともに、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するアルゴン凝縮工程と、
前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることで、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する高圧窒素凝縮工程と、
前記アルゴンガスの一部、前記アルゴン凝縮工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す製品アルゴン導出工程と、を有し、
前記タービン空気圧縮工程は、前記タービン空気断熱膨張工程によって発生したエネルギーを用いて前記中圧タービン空気を圧縮し、
さらに、前記高圧原料空気の一部を分岐させて、減圧後に前記高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパス工程を含むことを特徴とする空気分離方法。 A high-pressure separation process in which high-pressure feed air obtained by compressing, pre-cooling, and purifying air containing oxygen, nitrogen, and argon is cooled and then subjected to low-temperature distillation to separate it into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air;
a turbine air generating step of vaporizing medium-pressure oxygen-enriched liquefied air obtained by reducing the pressure of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate medium-pressure turbine air;
a turbine air compression step of heating the intermediate pressure turbine air and then compressing it to generate high pressure turbine air;
a turbine air adiabatic expansion step of adiabatically expanding the high-pressure turbine air to generate low-pressure turbine air and generate refrigeration necessary for air separation operation;
a low pressure separation step for cryogenically distilling the low pressure turbine air and separating it into low pressure nitrogen gas, low pressure liquefied oxygen, and argon-enriched liquefied oxygen;
an argon separation step in which the argon-enriched liquefied oxygen is pressurized and then subjected to low-temperature distillation at a pressure higher than that of the low-pressure separation step to separate the argon-enriched liquefied oxygen into argon gas and medium-pressure liquefied oxygen;
an argon condensation step in which the argon gas is liquefied to produce liquefied argon by indirect heat exchange between the argon gas and the low-pressure liquefied oxygen, and the low-pressure liquefied oxygen is vaporized to produce low-pressure oxygen gas;
a high-pressure nitrogen condensation step of liquefying the high-pressure nitrogen gas to produce high-pressure liquefied nitrogen and vaporizing the medium-pressure liquefied oxygen to produce medium-pressure oxygen gas by indirect heat exchange between the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure liquefied oxygen;
and a product argon extraction step of extracting at least one type of argon as a product from among a portion of the argon gas, the argon gas not liquefied in the argon condensation step, and a portion of the liquefied argon,
the turbine air compression process compresses the intermediate-pressure turbine air using the energy generated by the turbine air adiabatic expansion process;
The air separation method further comprises a feed air bypass step of branching off a portion of the high pressure feed air and, after reducing the pressure, allowing it to merge with the high pressure turbine air.
前記高圧酸素富化液化空気を減圧して得られた中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧タービン空気を生成するタービン空気蒸化器と、
前記中圧タービン空気を加温した後に圧縮して高圧タービン空気を生成するタービンブロワと、
前記高圧タービン空気を断熱膨張させて低圧タービン空気を生成し、空気分離運転に必要な寒冷を発生させる膨張タービンと、
前記低圧タービン空気を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔と、
前記アルゴン富化液化酸素を加圧した後に前記低圧塔よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、
前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成するとともに、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するアルゴン凝縮器と、
前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する高圧窒素凝縮器と、
前記アルゴンガスの一部、前記アルゴン凝縮器において液化されなかった前記アルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す製品アルゴン導出ラインと、を有し、
前記タービンブロワは、前記膨張タービンで発生した回転エネルギーを用いて前記タービンブロワを回転駆動し、
さらに、前記高圧原料空気の一部を分岐させて、減圧後に前記高圧タービン空気と合流させる原料空気バイパスラインを含むことを特徴とする空気分離装置。 A high-pressure column that compresses, pre-cools, and refines air containing oxygen, nitrogen, and argon, cools the high-pressure feed air, and then performs low-temperature distillation to separate the air into high-pressure nitrogen gas and high-pressure oxygen-enriched liquefied air;
a turbine air evaporator for vaporizing medium-pressure oxygen-enriched liquefied air obtained by reducing the pressure of the high-pressure oxygen-enriched liquefied air to generate medium-pressure turbine air;
a turbine blower that warms the intermediate pressure turbine air and then compresses it to generate high pressure turbine air;
an expansion turbine that adiabatically expands the high-pressure turbine air to generate low-pressure turbine air and generates refrigeration necessary for air separation operation;
a low pressure column for cryogenically distilling the low pressure turbine air and separating it into low pressure nitrogen gas, low pressure liquefied oxygen, and argon-enriched liquefied oxygen;
an argon column for compressing the argon-enriched liquefied oxygen and then subjecting it to low-temperature distillation at a pressure higher than that of the low-pressure column to separate it into argon gas and medium-pressure liquefied oxygen;
an argon condenser for liquefying the argon gas to produce liquefied argon and vaporizing the low-pressure liquefied oxygen to produce low-pressure oxygen gas by indirect heat exchange between the argon gas and the low-pressure liquefied oxygen;
a high-pressure nitrogen condenser that indirectly exchanges heat between the high-pressure nitrogen gas and the medium-pressure liquefied oxygen to liquefy the high-pressure nitrogen gas to produce high-pressure liquefied nitrogen and vaporizes the medium-pressure liquefied oxygen to produce medium-pressure oxygen gas;
a product argon discharge line for extracting at least one of a portion of the argon gas, the argon gas not liquefied in the argon condenser, and a portion of the liquefied argon as a product,
The turbine blower is rotationally driven by using rotational energy generated in the expansion turbine,
The air separation unit further comprises a feed air bypass line for branching off a portion of the high pressure feed air and for joining the high pressure turbine air after reduction in pressure.
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