JP2582438B2 - 空気分離装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は精留塔から取出した窒素ガスを外部寒冷を用
いて液化させ、還流液として精留塔に戻す外部寒冷利用
形の空気分離装置に関するものである。
いて液化させ、還流液として精留塔に戻す外部寒冷利用
形の空気分離装置に関するものである。
従来の外部寒冷利用形の空気分離装置の構成と作用を
第３図によって説明する。
第３図によって説明する。
原料空気濾過器１で濾過された原料空気は、原料空気
圧縮機２により吸着装置３での吸着操作を行なうのに必
要な圧力まで加圧され、吸着装置３で水分および二酸化
炭素等の不要成分を除去された後、コールドボックスＣ
に入る。４は予冷器、５は再生ガス加熱器である。
圧縮機２により吸着装置３での吸着操作を行なうのに必
要な圧力まで加圧され、吸着装置３で水分および二酸化
炭素等の不要成分を除去された後、コールドボックスＣ
に入る。４は予冷器、５は再生ガス加熱器である。
コールドボックスＣには、主熱交換器６および精留塔
７が設けられている。精留塔７は、原料空気圧力（約5K
g/cm2Ｇ）で操作される高圧塔８と、これよりも低圧
（0.2〜0.5Kg/cm2Ｇ）で操作される低圧塔９と、これら
両塔8,9間で熱交換を行なう主蒸化器10とから成ってい
る。
７が設けられている。精留塔７は、原料空気圧力（約5K
g/cm2Ｇ）で操作される高圧塔８と、これよりも低圧
（0.2〜0.5Kg/cm2Ｇ）で操作される低圧塔９と、これら
両塔8,9間で熱交換を行なう主蒸化器10とから成ってい
る。
吸着装置３から出た原料空気は、主熱交換器６により
沸点近くまで冷却された後、精留塔７の高圧塔８に入
り、同塔内を上昇する間に還流液（液体窒素）との接触
により次第に窒素濃度を高め、頂部では酸素含有量の少
ない窒素ガスとなる。
沸点近くまで冷却された後、精留塔７の高圧塔８に入
り、同塔内を上昇する間に還流液（液体窒素）との接触
により次第に窒素濃度を高め、頂部では酸素含有量の少
ない窒素ガスとなる。
この窒素ガスは主蒸化器10に導入され、ここで液体酸
素との熱交換により凝縮して液体窒素となり、その一部
は低圧塔還流液として低圧塔頂部に、また一部は高圧塔
還流液として高圧塔頂部にそれぞれ供給され、残りは製
品液体窒素として液体窒素タンク11に抜き出される。
素との熱交換により凝縮して液体窒素となり、その一部
は低圧塔還流液として低圧塔頂部に、また一部は高圧塔
還流液として高圧塔頂部にそれぞれ供給され、残りは製
品液体窒素として液体窒素タンク11に抜き出される。
上記高圧塔還流液は、高圧塔８内を下っていく間に空
気と接触して酸素濃度を高め、塔底から酸素35〜40％を
含む液体空気となって抜き出され、低圧塔中間部に供給
される。
気と接触して酸素濃度を高め、塔底から酸素35〜40％を
含む液体空気となって抜き出され、低圧塔中間部に供給
される。
この液体空気は、低圧塔９内を下降する間に酸素濃度
を増し、同塔底部から液体酸素が液体酸素タンク12に抽
出される。また、低圧塔頂部から抜出された高純度窒素
ガスは、主熱交換器５により加熱された後、吸着装置３
に吸着塔再生ガスとして供給される。なお、低圧塔頂部
よりも少し下の低圧塔上部から低純度窒素ガスを取出
し、これを吸着塔再生ガスとして使用してもよい。
を増し、同塔底部から液体酸素が液体酸素タンク12に抽
出される。また、低圧塔頂部から抜出された高純度窒素
ガスは、主熱交換器５により加熱された後、吸着装置３
に吸着塔再生ガスとして供給される。なお、低圧塔頂部
よりも少し下の低圧塔上部から低純度窒素ガスを取出
し、これを吸着塔再生ガスとして使用してもよい。
一方、高圧塔８の上部からは窒素ガスが窒素還流ライ
ン13に取出され、この窒素還流ライン13に設けられた熱
交換器14で外部寒冷を与えられて液化した後、還流液と
して高圧塔８の上部に戻される。
ン13に取出され、この窒素還流ライン13に設けられた熱
交換器14で外部寒冷を与えられて液化した後、還流液と
して高圧塔８の上部に戻される。
上記従来の空気分離装置における窒素還流ライン13の
熱交換器14には、液化天然ガス（以下、LNGという）が
外部寒冷源として供給される。
熱交換器14には、液化天然ガス（以下、LNGという）が
外部寒冷源として供給される。
しかし、このLNGの温度は、高圧塔８（塔内圧力が約5
Kg/cm2Ｇ）での窒素の飽和温度（−176℃）よりも高い
約−150℃であるため、高圧塔８から取出した窒素ガス
をそのまま熱交換器14で液化させることはできない。
Kg/cm2Ｇ）での窒素の飽和温度（−176℃）よりも高い
約−150℃であるため、高圧塔８から取出した窒素ガス
をそのまま熱交換器14で液化させることはできない。
そこで従来は、図示のように窒素還流ライン13におけ
る熱交換器14の入口側に窒素圧縮機15を設け、窒素ガス
をここで50cm2Ｇ以上の高圧まで圧縮することにより窒
素ガスの液化点を上げて熱交換器14に入れ、液化させる
ようにしている。
る熱交換器14の入口側に窒素圧縮機15を設け、窒素ガス
をここで50cm2Ｇ以上の高圧まで圧縮することにより窒
素ガスの液化点を上げて熱交換器14に入れ、液化させる
ようにしている。
なお、図中、16は熱交換器14から出た液体窒素を高圧
塔８の圧力まで減圧するフラッシュボトルで、このフラ
ッシュボトル16でガス化した窒素は窒素熱交換器17を通
って窒素圧縮機15に戻される。また、18は窒素還流ライ
ン13の窒素ガスを予冷する予冷器で、この予冷器18に
は、熱交換器14で冷却された循環冷媒（通常はフロン）
が寒冷源として与えられる。19はこの冷媒用の循環ポン
プ、20はLNG加温器である。
塔８の圧力まで減圧するフラッシュボトルで、このフラ
ッシュボトル16でガス化した窒素は窒素熱交換器17を通
って窒素圧縮機15に戻される。また、18は窒素還流ライ
ン13の窒素ガスを予冷する予冷器で、この予冷器18に
は、熱交換器14で冷却された循環冷媒（通常はフロン）
が寒冷源として与えられる。19はこの冷媒用の循環ポン
プ、20はLNG加温器である。
このように従来装置によると、熱交換器15に窒素圧縮
機15を組合わせて窒素ガスを液化させるようにしている
ため、この圧縮機15の分、動力が増加し、動力コストが
高くなるという欠点があった。
機15を組合わせて窒素ガスを液化させるようにしている
ため、この圧縮機15の分、動力が増加し、動力コストが
高くなるという欠点があった。
そこで本発明は、精留塔から窒素還流ラインに取出し
た窒素ガスを、加圧することなくそのまま液化させるこ
とができる空気分離装置を提供するものである。
た窒素ガスを、加圧することなくそのまま液化させるこ
とができる空気分離装置を提供するものである。
本発明は、精留塔内に発生する窒素ガスを窒素還流ラ
インに取出し、この窒素還流ラインに設けられた液化手
段により液化させて精留塔に還流液として戻すように構
成される空気分離装置において、上記液化手段が、液体
水素を外部寒冷源とする熱交換装置によって構成された
ものである（請求項１）。
インに取出し、この窒素還流ラインに設けられた液化手
段により液化させて精留塔に還流液として戻すように構
成される空気分離装置において、上記液化手段が、液体
水素を外部寒冷源とする熱交換装置によって構成された
ものである（請求項１）。
また、請求項２の発明は、請求項１の構成において、
熱交換装置が、精留塔から取出された窒素ガスとこの窒
素ガスよりも低圧の循環窒素との間で熱交換を行なう窒
素液化器と、上記循環窒素と液体水素との間で熱交換を
行なう水素・窒素熱交換器とによって構成されたもので
ある。
熱交換装置が、精留塔から取出された窒素ガスとこの窒
素ガスよりも低圧の循環窒素との間で熱交換を行なう窒
素液化器と、上記循環窒素と液体水素との間で熱交換を
行なう水素・窒素熱交換器とによって構成されたもので
ある。
このように、精留塔での窒素の飽和温度（高圧塔で−
176℃、低圧塔で−196℃）よりも低温（約−205℃）の
液体水素を外部寒冷源とする熱交換装置を用いることに
より、精留塔から取出した窒素ガスを圧縮機で加圧する
ことなくそのまま熱交換装置によって液化させることが
できる。
176℃、低圧塔で−196℃）よりも低温（約−205℃）の
液体水素を外部寒冷源とする熱交換装置を用いることに
より、精留塔から取出した窒素ガスを圧縮機で加圧する
ことなくそのまま熱交換装置によって液化させることが
できる。
従って、窒素圧縮機が不要となる分、動力を低減で
き、動力コストを安くすることができる。
き、動力コストを安くすることができる。
また、請求項２の構成によると、液体水素と窒素ガス
とが循環窒素を介して間接的に熱交換するため、熱交換
装置での漏れによって液体水素が液体窒素とともに精留
塔に入る危険性がない。
とが循環窒素を介して間接的に熱交換するため、熱交換
装置での漏れによって液体水素が液体窒素とともに精留
塔に入る危険性がない。
本発明の実施例を第１図および第２図によって説明す
る。
る。
以下の実施例では、第３図に示す従来装置と同一部分
には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
第１実施例（第１図参照） 窒素還流ライン21は、従来同様、入口側が精留塔７に
おける高圧塔８の上部に接続され、高圧塔８内の窒素ガ
スがこの窒素還流ライン21に取出される。
おける高圧塔８の上部に接続され、高圧塔８内の窒素ガ
スがこの窒素還流ライン21に取出される。
窒素還流ライン21には熱交換装置22が設けられ、上記
取出された窒素ガスがこの熱交換装置22に直接、すなわ
ち圧縮機で加圧されずにそのまま導入される。
取出された窒素ガスがこの熱交換装置22に直接、すなわ
ち圧縮機で加圧されずにそのまま導入される。
この熱交換装置22は、高圧塔８からの窒素ガス（以
下、被液化窒素ガスという）よりも低い圧力をもって窒
素が閉サイクルで循環する窒素閉ライン23と、外部寒冷
源としての液体水素が通される水素ライン24とを有し、
水素ライン24と窒素閉ライン23とに跨って水素・窒素熱
交換器25、窒素閉ライン23と窒素還流ライン21とに跨っ
て窒素液化器26がそれぞれ設けられている。27は窒素閉
ライン24に設けられた窒素循環ポンプ、28は窒素還流ラ
イン21における窒素液化器26の出口側に設けられた還流
ポンプである。
下、被液化窒素ガスという）よりも低い圧力をもって窒
素が閉サイクルで循環する窒素閉ライン23と、外部寒冷
源としての液体水素が通される水素ライン24とを有し、
水素ライン24と窒素閉ライン23とに跨って水素・窒素熱
交換器25、窒素閉ライン23と窒素還流ライン21とに跨っ
て窒素液化器26がそれぞれ設けられている。27は窒素閉
ライン24に設けられた窒素循環ポンプ、28は窒素還流ラ
イン21における窒素液化器26の出口側に設けられた還流
ポンプである。
この構成において、被液化窒素ガスの圧力をたとえば
1Kg/cm2Ａ、窒素閉ライン23を流れる循環窒素の圧力を
0.6Kg/cm2Ａとすると、循環窒素は約−200℃で凝縮・蒸
発する。従って、この循環窒素は、水素・窒素熱交換器
25で約−205℃の液体水素との熱交換によって凝縮す
る。そして、この液体窒素は窒素液化器26の低温部に送
られ、ここで被液化窒素ガスとの熱交換によって蒸発
し、被液化窒素ガスは液化する。
1Kg/cm2Ａ、窒素閉ライン23を流れる循環窒素の圧力を
0.6Kg/cm2Ａとすると、循環窒素は約−200℃で凝縮・蒸
発する。従って、この循環窒素は、水素・窒素熱交換器
25で約−205℃の液体水素との熱交換によって凝縮す
る。そして、この液体窒素は窒素液化器26の低温部に送
られ、ここで被液化窒素ガスとの熱交換によって蒸発
し、被液化窒素ガスは液化する。
こうして、液体水素の寒冷が循環窒素を介して被液化
窒素ガスに間接的に与えられて同ガスが液化し、還流ポ
ンプ28により精留塔７の高圧塔上部に還流液として戻さ
れる。
窒素ガスに間接的に与えられて同ガスが液化し、還流ポ
ンプ28により精留塔７の高圧塔上部に還流液として戻さ
れる。
このように本装置によると、高圧塔８での窒素の飽和
温度（−176℃）よりも低温（−205℃）の液体水素を外
部寒冷源とする熱交換装置22を用いることにより、精留
塔７から取出した窒素ガスを、第３図に示す従来装置の
場合のように圧縮機15で加圧して液化点を上げる必要が
なくなり、窒素ガスをそのまま熱交換装置22で液化させ
ることができる。従って、圧縮機15を省略できる分、動
力を低減化でき、動力コストを安くすることができる。
温度（−176℃）よりも低温（−205℃）の液体水素を外
部寒冷源とする熱交換装置22を用いることにより、精留
塔７から取出した窒素ガスを、第３図に示す従来装置の
場合のように圧縮機15で加圧して液化点を上げる必要が
なくなり、窒素ガスをそのまま熱交換装置22で液化させ
ることができる。従って、圧縮機15を省略できる分、動
力を低減化でき、動力コストを安くすることができる。
また、熱交換装置22において、液体水素の寒冷を循環
窒素を介して窒素ガスに間接的に与えるため、この熱交
換装置22での漏れによって水素が窒素還流ライン21に流
れ込み、酸素を生産している精留塔７に侵入する危険性
がない。
窒素を介して窒素ガスに間接的に与えるため、この熱交
換装置22での漏れによって水素が窒素還流ライン21に流
れ込み、酸素を生産している精留塔７に侵入する危険性
がない。
さらに、間接冷媒である循環窒素が閉ライン23中で−
180℃〜−205℃の温度レベルで蒸発・凝縮するため、潜
熱を熱交換に利用することができる。すなわち、他のガ
スや液体等、単一相の顕熱での熱交換と比較して、熱交
換装置22での温度差を小さくすることが可能となるた
め、エネルギーのロスが小さくなり、熱交換装置22を小
さくすることができる。
180℃〜−205℃の温度レベルで蒸発・凝縮するため、潜
熱を熱交換に利用することができる。すなわち、他のガ
スや液体等、単一相の顕熱での熱交換と比較して、熱交
換装置22での温度差を小さくすることが可能となるた
め、エネルギーのロスが小さくなり、熱交換装置22を小
さくすることができる。
第２実施例（第２図参照） 第１実施例との相違点のみを説明する。
第２実施例は、精留塔７での液体窒素の生産量が液体
酸素の生産量よりも多い場合（たとえば液体酸素生産量
と液体窒素の生産量との比率が1:2〜３の場合）のプロ
セスを示している。
酸素の生産量よりも多い場合（たとえば液体酸素生産量
と液体窒素の生産量との比率が1:2〜３の場合）のプロ
セスを示している。
この場合は、窒素ガスが精留塔７における低圧塔９の
頂部から窒素還流ライン21に取出され、熱交換装置22に
より液化された後、低圧塔頂部に還流液として戻され
る。
頂部から窒素還流ライン21に取出され、熱交換装置22に
より液化された後、低圧塔頂部に還流液として戻され
る。
この第２実施例の場合も、同じプロセスをとる従来装
置で必要であった、低圧窒素ガスを圧縮してLNG熱交換
器で液化可能な圧力まで加圧するための圧縮機が不要と
なる。
置で必要であった、低圧窒素ガスを圧縮してLNG熱交換
器で液化可能な圧力まで加圧するための圧縮機が不要と
なる。
その他の実施例 （Ｉ）液体水素を外部寒冷源として用いるこの装置にお
いては、精留塔７内への液体水素の侵入を防止するため
に上記実施例のように窒素閉ライン23を介して液体水素
と窒素ガスとを間接的に熱交換させる構成をとるのが望
ましいが、熱交換装置22での液体水素の漏れ対策が万全
な場合には、液体水素と窒素ガスとを直接熱交換させる
ように構成してもよい。
いては、精留塔７内への液体水素の侵入を防止するため
に上記実施例のように窒素閉ライン23を介して液体水素
と窒素ガスとを間接的に熱交換させる構成をとるのが望
ましいが、熱交換装置22での液体水素の漏れ対策が万全
な場合には、液体水素と窒素ガスとを直接熱交換させる
ように構成してもよい。
（II）上記両実施例では、水素・窒素熱交換器25で得ら
れた液体窒素を窒素液化器26に移送し、また窒素液化器
26で得られた液体窒素を精留塔７に戻すためにそれぞれ
ポンプ27,28を用いたが、水素・窒素熱交換器25を窒素
液化器26よりも高い位置に、また窒素液化器26を精留塔
７における還流液流入位置（第１実施例の場合は高圧塔
８の上部、第２実施例の場合は低圧塔９の頂部）よりも
高い位置にそれぞれ設置できる場合には、液ヘッドによ
って液体窒素を窒素液化器26または精留塔７に移送する
ことができるため、これらポンプ27,28は不要となる。
れた液体窒素を窒素液化器26に移送し、また窒素液化器
26で得られた液体窒素を精留塔７に戻すためにそれぞれ
ポンプ27,28を用いたが、水素・窒素熱交換器25を窒素
液化器26よりも高い位置に、また窒素液化器26を精留塔
７における還流液流入位置（第１実施例の場合は高圧塔
８の上部、第２実施例の場合は低圧塔９の頂部）よりも
高い位置にそれぞれ設置できる場合には、液ヘッドによ
って液体窒素を窒素液化器26または精留塔７に移送する
ことができるため、これらポンプ27,28は不要となる。
上記のように本発明によるときは、精留塔での窒素の
飽和温度よりも低温の液体水素を外部寒冷源とする熱交
換装置を用いることにより、精留塔から取出した窒素ガ
スを圧縮機で加圧することなくそのまま熱交換装置によ
って液化させることができる。このため、窒素圧縮機が
不要となる分、動力を低減でき、動力コストを安くする
ことができる。
飽和温度よりも低温の液体水素を外部寒冷源とする熱交
換装置を用いることにより、精留塔から取出した窒素ガ
スを圧縮機で加圧することなくそのまま熱交換装置によ
って液化させることができる。このため、窒素圧縮機が
不要となる分、動力を低減でき、動力コストを安くする
ことができる。
また、請求項２の発明によると、液体水素と窒素ガス
とが循環窒素を介して間接的に熱交換するため、熱交換
装置での漏れによって液体水素が液体窒素とともに精留
塔に侵入する危険性がない。
とが循環窒素を介して間接的に熱交換するため、熱交換
装置での漏れによって液体水素が液体窒素とともに精留
塔に侵入する危険性がない。
第１図は本発明の第１実施例、第２図は同第２実施例、
第３図は従来装置をそれぞれ示すフローシートである。 ７…精留塔、８…精留塔の高圧塔、９…同低圧塔、21…
窒素還流ライン、22…熱交換装置、25…同熱交換装置に
おける水素・窒素熱交換器、26…同窒素液化器。
第３図は従来装置をそれぞれ示すフローシートである。 ７…精留塔、８…精留塔の高圧塔、９…同低圧塔、21…
窒素還流ライン、22…熱交換装置、25…同熱交換装置に
おける水素・窒素熱交換器、26…同窒素液化器。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−155486（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−206373（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−29714（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭62−44190（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−57713（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】精留塔内の窒素ガスを窒素還流ラインに取
出し、この窒素還流ラインに設けられた液化手段により
液化させて精留塔に還流液として戻すように構成される
空気分離装置において、上記液化手段が、液体水素を外
部寒冷源とする熱交換装置によって構成されたことを特
徴とする空気分離装置。 - 【請求項２】熱交換装置が、精留塔から取出された窒素
ガスとこの窒素ガスよりも低圧の循環窒素との間で熱交
換を行なう窒素液化器と、上記循環窒素と液体水素との
間で熱交換を行なう水素・窒素熱交換器とによって構成
されたことを特徴とする請求項１記載の空気分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1166007A JP2582438B2 (ja) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | 空気分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1166007A JP2582438B2 (ja) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | 空気分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328681A JPH0328681A (ja) | 1991-02-06 |
| JP2582438B2 true JP2582438B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=15823161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1166007A Expired - Fee Related JP2582438B2 (ja) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | 空気分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2582438B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090320520A1 (en) * | 2008-06-30 | 2009-12-31 | David Ross Parsnick | Nitrogen liquefier retrofit for an air separation plant |
| DE102022124518A1 (de) * | 2022-09-23 | 2024-03-28 | Messer Se & Co. Kgaa | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Luftgasen |
-
1989
- 1989-06-27 JP JP1166007A patent/JP2582438B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0328681A (ja) | 1991-02-06 |
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