JP2917033B2 - 空気液化分離方法及び装置 - Google Patents
空気液化分離方法及び装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空気液化分離方法及び装置に関し、特に、単
精留塔を用いて原料空気を液化分離し、主として窒素ガ
スを採取する空気液化分離方法及び装置に関する。
精留塔を用いて原料空気を液化分離し、主として窒素ガ
スを採取する空気液化分離方法及び装置に関する。
第３図は、単精留塔を用いて窒素ガスを製造する従来
の空気液化分離装置を示すもので、原料空気Ａは圧縮機
１で圧縮され、吸着除去設備２で水分や二酸化炭素等の
不純物を除去されて精製された後に、熱交換器３に導入
されて冷却される。冷却された原料空気Ａは、単精留塔
４の下部に導入されて精留分離され、単精留塔４上部の
窒素ガスGNと下部の酸素に富んだ液化空気LAとに分離す
る。
の空気液化分離装置を示すもので、原料空気Ａは圧縮機
１で圧縮され、吸着除去設備２で水分や二酸化炭素等の
不純物を除去されて精製された後に、熱交換器３に導入
されて冷却される。冷却された原料空気Ａは、単精留塔
４の下部に導入されて精留分離され、単精留塔４上部の
窒素ガスGNと下部の酸素に富んだ液化空気LAとに分離す
る。
窒素ガスGNは、単精留塔４の頂部から導出されて分岐
し、一方の分岐流が熱交換器３で原料空気Ａと熱交換し
て温度回復した後に製品窒素ガスPNとして採取される。
また他方の分岐流は、凝縮器５に導入されて液化し、単
精留塔４の上部に導入されて還流液となる。
し、一方の分岐流が熱交換器３で原料空気Ａと熱交換し
て温度回復した後に製品窒素ガスPNとして採取される。
また他方の分岐流は、凝縮器５に導入されて液化し、単
精留塔４の上部に導入されて還流液となる。
一方単精留塔４の下部から導出された液化空気LAは、
減圧弁６を経て凝縮器５に導入され、前記窒素ガスGNを
液化させて自身は気化し、排ガスＷとなって熱交換器３
に導入される。熱交換器３で原料空気Ａと熱交換を行な
って適当温度まで昇温した排ガスＷは、膨張タービン７
に導入されて膨張し、寒冷を発生して再び熱交換器３に
導入され、原料空気Ａの冷却を行なう。
減圧弁６を経て凝縮器５に導入され、前記窒素ガスGNを
液化させて自身は気化し、排ガスＷとなって熱交換器３
に導入される。熱交換器３で原料空気Ａと熱交換を行な
って適当温度まで昇温した排ガスＷは、膨張タービン７
に導入されて膨張し、寒冷を発生して再び熱交換器３に
導入され、原料空気Ａの冷却を行なう。
しかしながら、上述のものでは、単精留塔４内の還流
液を得るために、窒素ガスGNの一部を凝縮器５に導入し
て液化させているが、この窒素ガスGNの液化に用いられ
る冷却源が単精留塔４下部から導出された液化空気LAで
あるため、窒素ガスGNを液化させるためには、窒素ガス
GNの圧力を、液化空気LAの蒸発温度より高い温度で液化
するだけの高い圧力とする必要があった。
液を得るために、窒素ガスGNの一部を凝縮器５に導入し
て液化させているが、この窒素ガスGNの液化に用いられ
る冷却源が単精留塔４下部から導出された液化空気LAで
あるため、窒素ガスGNを液化させるためには、窒素ガス
GNの圧力を、液化空気LAの蒸発温度より高い温度で液化
するだけの高い圧力とする必要があった。
そして冷却源の液化空気LAは、膨張タービン７が装置
の寒冷を補償するのに必要な圧力レベルで気化されるた
め、単精留塔４の運転圧力が高くなり精留分離効率の低
下を招くとともに、製品ガスの増減量幅も限定されてし
まう。また、原料空気Ａを圧縮するための動力費も多大
なものとなり、製品の動力原単位を悪くしていた。特
に、排ガスＷを膨張タービン７で膨張させて寒冷を発生
させるこの方式では、凝縮器５における排ガスＷの気化
圧力を低くできないため、精留操作圧力を低下させるこ
とは困難であった。
の寒冷を補償するのに必要な圧力レベルで気化されるた
め、単精留塔４の運転圧力が高くなり精留分離効率の低
下を招くとともに、製品ガスの増減量幅も限定されてし
まう。また、原料空気Ａを圧縮するための動力費も多大
なものとなり、製品の動力原単位を悪くしていた。特
に、排ガスＷを膨張タービン７で膨張させて寒冷を発生
させるこの方式では、凝縮器５における排ガスＷの気化
圧力を低くできないため、精留操作圧力を低下させるこ
とは困難であった。
そこで本発明は、精留塔の運転圧力を低くして精留効
率を向上できるとともに、電力原単位を低減でき、かつ
製品の増減量幅も広くとることのできる空気液化分離方
法及び装置を提供することを目的としている。
率を向上できるとともに、電力原単位を低減でき、かつ
製品の増減量幅も広くとることのできる空気液化分離方
法及び装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る原料空気を
圧縮、精製，冷却して精留塔に導入し、液化分離して製
品を採取する空気液化分離方法の第１の方法発明は、原
料空気を、圧縮工程により昇圧し、該昇圧後の原料空気
を主熱交換器に導入して冷却した後に、少なくともその
一部を膨張タービンに導入して膨張させ、膨張後の原料
空気の少なくとも一部を前記精留塔の下部に導入すると
ともに、該精留塔の原料空気の導入段と塔底部との間で
少なくとも１段の精留を行い、精留塔底部に分離する液
化空気の一部を加熱手段により加熱気化させて精留塔の
上昇ガスとし、かつ、前記精留塔から導出して昇温・昇
圧した製品窒素ガスの一部を帰還窒素ガスとして分岐
し、この帰還窒素ガスを冷却した後前記加熱手段に加熱
源として導入することを特徴とし、第２の方法発明は、
第１の方法発明における圧縮工程を、第１圧縮工程と第
２圧縮工程とで行うとともに、前記膨張タービンに導入
して膨張した後の原料空気の一部を主熱交換器で温度回
復させて前記第２圧縮工程前の原料空気に循環合流させ
ることを特徴とし、第３の方法発明は、原料空気を、第
１圧縮工程と第２圧縮工程とにより昇圧し、該昇圧後の
原料空気を主熱交換器に導入して冷却した後に、少なく
ともその一部を膨張タービンに導入して膨張させ、膨張
後の原料空気を分岐し、その一方を主熱交換器で温度回
復させて前記第２圧縮工程前の原料空気に循環合流させ
るとともに他方を前記精留塔の下部に導入することを特
徴とし、第４の方法発明は、第３の方法発明において、
精留塔の原料空気の導入段と塔底部との間で少なくとも
１段の精留を行い、該精留塔の底部に分離する液化空気
の一部を加熱手段により加熱気化させて精留塔の上昇ガ
スとすることを特徴としている。
圧縮、精製，冷却して精留塔に導入し、液化分離して製
品を採取する空気液化分離方法の第１の方法発明は、原
料空気を、圧縮工程により昇圧し、該昇圧後の原料空気
を主熱交換器に導入して冷却した後に、少なくともその
一部を膨張タービンに導入して膨張させ、膨張後の原料
空気の少なくとも一部を前記精留塔の下部に導入すると
ともに、該精留塔の原料空気の導入段と塔底部との間で
少なくとも１段の精留を行い、精留塔底部に分離する液
化空気の一部を加熱手段により加熱気化させて精留塔の
上昇ガスとし、かつ、前記精留塔から導出して昇温・昇
圧した製品窒素ガスの一部を帰還窒素ガスとして分岐
し、この帰還窒素ガスを冷却した後前記加熱手段に加熱
源として導入することを特徴とし、第２の方法発明は、
第１の方法発明における圧縮工程を、第１圧縮工程と第
２圧縮工程とで行うとともに、前記膨張タービンに導入
して膨張した後の原料空気の一部を主熱交換器で温度回
復させて前記第２圧縮工程前の原料空気に循環合流させ
ることを特徴とし、第３の方法発明は、原料空気を、第
１圧縮工程と第２圧縮工程とにより昇圧し、該昇圧後の
原料空気を主熱交換器に導入して冷却した後に、少なく
ともその一部を膨張タービンに導入して膨張させ、膨張
後の原料空気を分岐し、その一方を主熱交換器で温度回
復させて前記第２圧縮工程前の原料空気に循環合流させ
るとともに他方を前記精留塔の下部に導入することを特
徴とし、第４の方法発明は、第３の方法発明において、
精留塔の原料空気の導入段と塔底部との間で少なくとも
１段の精留を行い、該精留塔の底部に分離する液化空気
の一部を加熱手段により加熱気化させて精留塔の上昇ガ
スとすることを特徴としている。
また、本発明に係る圧縮，精製，冷却された原料空気
を精留塔に導入して液化分離し、製品を採取する空気液
化分離装置の第１の装置発明は、原料空気を圧縮する圧
縮手段と、昇圧後の原料空気を冷却する主熱交換器と、
冷却後の原料空気の少なくとも一部を膨張させる膨張タ
ービンと、膨張後の原料空気の少なくとも一部を前記精
留塔の下部に導入する経路と、前記精留塔の原料空気の
導入段と塔底部との間に設けられた少なくとも１段の精
留段と、前記精留塔の底部に分離する液化空気の一部を
加熱気化させて精留塔の上昇ガスとする加熱手段と、前
記精留塔から導出して昇温・昇圧した製品窒素ガスから
分岐した帰還窒素ガスを冷却して前記加熱手段の加熱源
として導入する帰還経路とを備えたことを特徴とし、第
２の装置発明は、第１の装置発明における圧縮手段が第
１圧縮手段と第２圧縮手段とを有し、前記膨張タービン
で膨張後の原料空気の一部を主熱交換器で温度回復させ
た後に前記第１圧縮手段と第２圧縮手段の間の原料空気
に合流させる循環経路を備えたことを特徴とし、第３の
装置発明は、原料空気を圧縮する第１圧縮手段及び第２
圧縮手段と、昇圧後の原料空気を冷却する主熱交換器
と、冷却後の原料空気の少なくとも一部を膨張させる膨
張タービンと、膨張後の原料空気の少なくとも一部を前
記精留塔の下部に導入する経路と、該経路から分岐して
膨張後の原料空気の一部を主熱交換器で温度回復させた
後に前記第１圧縮手段と第２圧縮手段の間の原料空気に
合流させる循環経路とを備えたことを特徴とし、第４の
装置発明は、第３の装置発明において、精留塔の原料空
気の導入段と塔底部との間に少なくとも１段の精留段を
設けるとともに、精留塔底部に分離する液化空気の一部
を加熱気化させる加熱手段を設けたことを特徴としてい
る。
を精留塔に導入して液化分離し、製品を採取する空気液
化分離装置の第１の装置発明は、原料空気を圧縮する圧
縮手段と、昇圧後の原料空気を冷却する主熱交換器と、
冷却後の原料空気の少なくとも一部を膨張させる膨張タ
ービンと、膨張後の原料空気の少なくとも一部を前記精
留塔の下部に導入する経路と、前記精留塔の原料空気の
導入段と塔底部との間に設けられた少なくとも１段の精
留段と、前記精留塔の底部に分離する液化空気の一部を
加熱気化させて精留塔の上昇ガスとする加熱手段と、前
記精留塔から導出して昇温・昇圧した製品窒素ガスから
分岐した帰還窒素ガスを冷却して前記加熱手段の加熱源
として導入する帰還経路とを備えたことを特徴とし、第
２の装置発明は、第１の装置発明における圧縮手段が第
１圧縮手段と第２圧縮手段とを有し、前記膨張タービン
で膨張後の原料空気の一部を主熱交換器で温度回復させ
た後に前記第１圧縮手段と第２圧縮手段の間の原料空気
に合流させる循環経路を備えたことを特徴とし、第３の
装置発明は、原料空気を圧縮する第１圧縮手段及び第２
圧縮手段と、昇圧後の原料空気を冷却する主熱交換器
と、冷却後の原料空気の少なくとも一部を膨張させる膨
張タービンと、膨張後の原料空気の少なくとも一部を前
記精留塔の下部に導入する経路と、該経路から分岐して
膨張後の原料空気の一部を主熱交換器で温度回復させた
後に前記第１圧縮手段と第２圧縮手段の間の原料空気に
合流させる循環経路とを備えたことを特徴とし、第４の
装置発明は、第３の装置発明において、精留塔の原料空
気の導入段と塔底部との間に少なくとも１段の精留段を
設けるとともに、精留塔底部に分離する液化空気の一部
を加熱気化させる加熱手段を設けたことを特徴としてい
る。
上記のごとく、本発明によれば、精留塔導入前の原料
空気を膨張タービンで膨張させて寒冷を得ることによ
り、排ガスの気化圧力を低くすることができる。また、
加熱源として帰還窒素ガスを用いると、その流量を制御
することにより、液化空気の気化量を調節することがで
き、一方、原料空気の一部を循環させることにより、精
留塔に導入する原料空気量を調節できる。これによっ
て、製品増減幅を広く設定することができる。
空気を膨張タービンで膨張させて寒冷を得ることによ
り、排ガスの気化圧力を低くすることができる。また、
加熱源として帰還窒素ガスを用いると、その流量を制御
することにより、液化空気の気化量を調節することがで
き、一方、原料空気の一部を循環させることにより、精
留塔に導入する原料空気量を調節できる。これによっ
て、製品増減幅を広く設定することができる。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいてさらに詳
細に説明する。
細に説明する。
まず第１図は、本発明の第１実施例を示す系統図であ
る。
る。
この空気液化分離装置11は、圧縮工程を行う第１圧縮
手段12及び第２圧縮手段13からなる圧縮手段と、前処理
工程を行う冷却器14,吸着器15等を有する前処理手段
と、主熱交換器16,精留塔17,凝縮器18,過冷器19等を有
するとともに、主熱交換器16で冷却された原料空気の少
なくとも一部を膨張させる膨張タービン20及び精留塔底
部に分離する液化空気LAの一部を加熱気化させるプレー
トフィン型熱交換器からなる熱交換器21（加熱手段）を
備えた本体部とを備えている。
手段12及び第２圧縮手段13からなる圧縮手段と、前処理
工程を行う冷却器14,吸着器15等を有する前処理手段
と、主熱交換器16,精留塔17,凝縮器18,過冷器19等を有
するとともに、主熱交換器16で冷却された原料空気の少
なくとも一部を膨張させる膨張タービン20及び精留塔底
部に分離する液化空気LAの一部を加熱気化させるプレー
トフィン型熱交換器からなる熱交換器21（加熱手段）を
備えた本体部とを備えている。
また、精留塔17の頂部には、製品窒素ガス採取用経路
31が接続されている。この経路31には、精留塔17の頂部
から導出され、過冷器19及び主熱交換器16で昇温した製
品窒素ガスを昇圧する製品窒素ガス圧送用の窒素圧縮機
22が備えられている。さらに、該窒素圧縮機22の後段に
は、経路31を流れる製品窒素ガスの一部を帰還窒素ガス
として抜き出す帰還経路32が分岐している。この帰還経
路32は、主熱交換器16,熱交換器21,過冷器19を介して精
留塔17の頂部に接続している。膨張後の原料空気を精留
塔17の下部に導入する経路33には、この原料空気の一部
を第２圧縮手段13の前段に循環させる循環経路23が分岐
している。また、経路33が接続している精留塔下部の原
料空気導入段と塔底部との間には、１乃至数段の補助精
留段24が設けられている。
31が接続されている。この経路31には、精留塔17の頂部
から導出され、過冷器19及び主熱交換器16で昇温した製
品窒素ガスを昇圧する製品窒素ガス圧送用の窒素圧縮機
22が備えられている。さらに、該窒素圧縮機22の後段に
は、経路31を流れる製品窒素ガスの一部を帰還窒素ガス
として抜き出す帰還経路32が分岐している。この帰還経
路32は、主熱交換器16,熱交換器21,過冷器19を介して精
留塔17の頂部に接続している。膨張後の原料空気を精留
塔17の下部に導入する経路33には、この原料空気の一部
を第２圧縮手段13の前段に循環させる循環経路23が分岐
している。また、経路33が接続している精留塔下部の原
料空気導入段と塔底部との間には、１乃至数段の補助精
留段24が設けられている。
以下、気液の流れに従い本実施例装置及び本発明方法
を説明する。
を説明する。
3000Nm3/hの原料空気Ａは、第１圧縮手段12で3.3kg/c
m2Gに圧縮され、運転条件に応じて後述の循環空気RAと
合流する。この合流後の原料空気（以下、合流空気GAと
いう）は、第２圧縮手段13で4.6kg/cm2Gに圧縮され、冷
却器14で予冷された後に、吸着器15で精製されて含有す
る水分炭酸ガス等を除去される。次いで、主熱交換器16
で−169℃まで冷却された後に膨張タービン20に導入さ
れ、3.3kg/cm2Gに膨張するとともに−175℃に降温す
る。
m2Gに圧縮され、運転条件に応じて後述の循環空気RAと
合流する。この合流後の原料空気（以下、合流空気GAと
いう）は、第２圧縮手段13で4.6kg/cm2Gに圧縮され、冷
却器14で予冷された後に、吸着器15で精製されて含有す
る水分炭酸ガス等を除去される。次いで、主熱交換器16
で−169℃まで冷却された後に膨張タービン20に導入さ
れ、3.3kg/cm2Gに膨張するとともに−175℃に降温す
る。
膨張降温後の合流空気GAは、その大部分が経路33を介
して精留塔17の下部に導入され、前記運転条件に応じて
一部が経路33から分岐して循環空気RAとなって前記循環
経路23を経て主熱交換器16で常温まで温度回復した後
に、前記第２圧縮手段13の前段で、第１圧縮手段12で圧
縮された後の原料空気Ａに循環合流する。この循環空気
RAの量は、空気液化分離装置11の運転状態等により最適
な量に設定されるもので、例えば減量運転時には、第１
圧縮手段12の吸入空気量を減少させるとともに、循環空
気RAの循環量を増加させて精留塔17に導入する原料空気
量を減らすことにより、製品窒素ガス量を少なくするこ
とができる。循環量の幅は、本実施例では、圧縮機の一
般的な処理能力を考慮して、０〜1000Nm3/hの間に設定
することができる。
して精留塔17の下部に導入され、前記運転条件に応じて
一部が経路33から分岐して循環空気RAとなって前記循環
経路23を経て主熱交換器16で常温まで温度回復した後
に、前記第２圧縮手段13の前段で、第１圧縮手段12で圧
縮された後の原料空気Ａに循環合流する。この循環空気
RAの量は、空気液化分離装置11の運転状態等により最適
な量に設定されるもので、例えば減量運転時には、第１
圧縮手段12の吸入空気量を減少させるとともに、循環空
気RAの循環量を増加させて精留塔17に導入する原料空気
量を減らすことにより、製品窒素ガス量を少なくするこ
とができる。循環量の幅は、本実施例では、圧縮機の一
般的な処理能力を考慮して、０〜1000Nm3/hの間に設定
することができる。
精留塔17の主精留段25と補助精留段24との間に導入さ
れた合流空気GAは、塔頂部の窒素ガスGNと塔底部の液化
空気LAとに分離する。塔底部の液化空気LAは、その一部
が前記熱交換機21に導出され、後述の帰還窒素ガスRNと
熱交換を行い、気化した後に再び精留塔17内に導入さ
れ、精留塔17の上昇ガスとなる。また、液化空気LAの一
部1000Nm3/hは、塔底部から管26に導出され、過冷器19,
膨張弁27を経て0.32kg/cm2Gに降圧した後に凝縮器18に
導入される。この液化空気LAは、凝縮器18で後述の窒素
ガスGNを凝縮させて自身は気化して排ガスＷとなり、主
熱交換器16で常温に温度回復した後に一部が前記吸着器
15の再生ガスや冷却塔の冷却用ガス等に用いられて大気
に放出される。
れた合流空気GAは、塔頂部の窒素ガスGNと塔底部の液化
空気LAとに分離する。塔底部の液化空気LAは、その一部
が前記熱交換機21に導出され、後述の帰還窒素ガスRNと
熱交換を行い、気化した後に再び精留塔17内に導入さ
れ、精留塔17の上昇ガスとなる。また、液化空気LAの一
部1000Nm3/hは、塔底部から管26に導出され、過冷器19,
膨張弁27を経て0.32kg/cm2Gに降圧した後に凝縮器18に
導入される。この液化空気LAは、凝縮器18で後述の窒素
ガスGNを凝縮させて自身は気化して排ガスＷとなり、主
熱交換器16で常温に温度回復した後に一部が前記吸着器
15の再生ガスや冷却塔の冷却用ガス等に用いられて大気
に放出される。
一方、精留塔17頂部からは、4000Nm3/hの窒素ガスGN
が導出され、その一部1000Nm3/hが前記凝縮器18で液化
した後に精留塔17頂部に還流液として導入される。窒素
ガスGNの残部3000Nm3/hは、製品窒素ガス採取用経路31
を通り過冷器19を経た後に主熱交換器16に導入され、合
流空気GAと熱交換を行い温度回復し、窒素圧縮機22にて
約7kg/cm2Gに昇圧される。昇圧後の窒素ガスGNの内2000
Nm3/hは製品窒素ガスPNとして採取され、残部の1000Nm3
/hが帰還窒素ガスRNとして帰還経路32に分岐して、再び
主熱交換器16に導入されて冷却された後に前記熱交換器
21に、液化空気を気化する加熱源として導入される。こ
の帰還窒素ガスRNは、前記液化空気LAと熱交換を行なっ
て凝縮液化し、過冷器19,膨張弁28を経て減圧した後に
精留塔17の上部に導入され、還流液となる。
が導出され、その一部1000Nm3/hが前記凝縮器18で液化
した後に精留塔17頂部に還流液として導入される。窒素
ガスGNの残部3000Nm3/hは、製品窒素ガス採取用経路31
を通り過冷器19を経た後に主熱交換器16に導入され、合
流空気GAと熱交換を行い温度回復し、窒素圧縮機22にて
約7kg/cm2Gに昇圧される。昇圧後の窒素ガスGNの内2000
Nm3/hは製品窒素ガスPNとして採取され、残部の1000Nm3
/hが帰還窒素ガスRNとして帰還経路32に分岐して、再び
主熱交換器16に導入されて冷却された後に前記熱交換器
21に、液化空気を気化する加熱源として導入される。こ
の帰還窒素ガスRNは、前記液化空気LAと熱交換を行なっ
て凝縮液化し、過冷器19,膨張弁28を経て減圧した後に
精留塔17の上部に導入され、還流液となる。
空気液化分離装置11の減量運転を行うときには、第１
圧縮手段12の空気圧縮量を絞るとともに膨張タービン20
を出た合流空気GAの内の循環空気RAの量を増して精留塔
17に導入する原料空気量を少なくし、さらに熱交換器21
に導入する帰還窒素ガスRNの量を調節して上昇ガスの発
生量を制御することにより、精留塔17内の精留条件を好
ましい状態に保ったまま所定量の製品窒素ガスPNを製出
することができる。
圧縮手段12の空気圧縮量を絞るとともに膨張タービン20
を出た合流空気GAの内の循環空気RAの量を増して精留塔
17に導入する原料空気量を少なくし、さらに熱交換器21
に導入する帰還窒素ガスRNの量を調節して上昇ガスの発
生量を制御することにより、精留塔17内の精留条件を好
ましい状態に保ったまま所定量の製品窒素ガスPNを製出
することができる。
このように、原料空気Ａの一部あるいは全部を膨張タ
ービン20に導入して装置の運転に必要な寒冷を得ること
により、排ガスＷを膨張させる必要がなくなり、凝縮器
18で気化する液化空気LAの圧力を低くすることができ、
より低温で窒素ガスGNを液化させることができる。従っ
て、窒素ガスGNの圧力、即ち精留塔17内の圧力を低くす
ることが可能となり、精留塔17内の圧力を低減して精留
効率の向上による製品収率の向上、及び原料空気圧縮機
の動力原単位の低減を図ることができる。さらに、還流
液としての液化窒素の発生を、凝縮器18と熱交換器21の
両方で行うことにより、窒素圧縮機22の容量を小さく
し、動力原単位の削減を図れる。
ービン20に導入して装置の運転に必要な寒冷を得ること
により、排ガスＷを膨張させる必要がなくなり、凝縮器
18で気化する液化空気LAの圧力を低くすることができ、
より低温で窒素ガスGNを液化させることができる。従っ
て、窒素ガスGNの圧力、即ち精留塔17内の圧力を低くす
ることが可能となり、精留塔17内の圧力を低減して精留
効率の向上による製品収率の向上、及び原料空気圧縮機
の動力原単位の低減を図ることができる。さらに、還流
液としての液化窒素の発生を、凝縮器18と熱交換器21の
両方で行うことにより、窒素圧縮機22の容量を小さく
し、動力原単位の削減を図れる。
また、膨張タービン20で寒冷を発生した原料空気の一
部を循環させることにより、精留塔17に導入する原料空
気量に関係なく必要な寒冷を発生させることができる。
さらに精留塔17下部に熱交換器21を配設して精留塔17底
部の液化空気LAを気化させて上昇ガスを得るようにした
ので、熱交換器21に導入する加熱源である昇圧後の帰還
窒素ガスRNの量を調節して液化空気LAの気化量を制御す
ることにより、製品窒素ガスPNの増減量を幅広くとるこ
とができる。加えて、液化空気LAの加熱手段としてプレ
ートフィン型熱交換器を採用することにより、一般のリ
ボイラに比べて装置の小型化を図ることができる。加え
て、精留塔の外部に熱交換器を配置することにより製作
を容易にし、工期を著しく短縮できる。
部を循環させることにより、精留塔17に導入する原料空
気量に関係なく必要な寒冷を発生させることができる。
さらに精留塔17下部に熱交換器21を配設して精留塔17底
部の液化空気LAを気化させて上昇ガスを得るようにした
ので、熱交換器21に導入する加熱源である昇圧後の帰還
窒素ガスRNの量を調節して液化空気LAの気化量を制御す
ることにより、製品窒素ガスPNの増減量を幅広くとるこ
とができる。加えて、液化空気LAの加熱手段としてプレ
ートフィン型熱交換器を採用することにより、一般のリ
ボイラに比べて装置の小型化を図ることができる。加え
て、精留塔の外部に熱交換器を配置することにより製作
を容易にし、工期を著しく短縮できる。
さらに本実施例に示すように、第２圧縮手段13を吸着
器15より前段に配置するとともに、該第２圧縮手段13と
吸着器15との間に冷却器14を配置して合流空気GAを冷却
することにより、吸着器15に導入する合流空気GAの圧力
を高く、かつ低温にすることができるので、吸着器15に
おける吸着効率の向上を図り、吸着器の小型化が図れ
る。同時に、主熱交換器16に導入する合流空気GAの温度
を低くできるので、主熱交換器16の温端ロスも低減でき
る。
器15より前段に配置するとともに、該第２圧縮手段13と
吸着器15との間に冷却器14を配置して合流空気GAを冷却
することにより、吸着器15に導入する合流空気GAの圧力
を高く、かつ低温にすることができるので、吸着器15に
おける吸着効率の向上を図り、吸着器の小型化が図れ
る。同時に、主熱交換器16に導入する合流空気GAの温度
を低くできるので、主熱交換器16の温端ロスも低減でき
る。
また、圧縮工程に設けられる圧縮機の各圧縮段のそれ
ぞれのインペラーを空気圧縮用と窒素圧縮用で構成し、
かつ空気圧縮用のインペラーを、原料空気Ａを膨張ター
ビン20で膨張した後の圧力、即ち精留塔17内の圧力まで
圧縮するものと、循環空気RAと合流した合流空気GAを膨
張タービン20の導入圧力まで圧縮するものとで構成する
ことにより、これらの機能の一層の向上を図ることがで
きる。
ぞれのインペラーを空気圧縮用と窒素圧縮用で構成し、
かつ空気圧縮用のインペラーを、原料空気Ａを膨張ター
ビン20で膨張した後の圧力、即ち精留塔17内の圧力まで
圧縮するものと、循環空気RAと合流した合流空気GAを膨
張タービン20の導入圧力まで圧縮するものとで構成する
ことにより、これらの機能の一層の向上を図ることがで
きる。
尚、熱交換器21に導入する加熱源としては、上記昇圧
後の帰還窒素ガスRNに限らず、適宜な流体を用いること
が可能であり、また窒素圧縮機22は、必ずしも空気液化
分離装置11に一体的に付設する必要はない。
後の帰還窒素ガスRNに限らず、適宜な流体を用いること
が可能であり、また窒素圧縮機22は、必ずしも空気液化
分離装置11に一体的に付設する必要はない。
次に第２図は、本発明の第２実施例を示すもので、上
記第１実施例の熱交換器21に代えて、精留塔17底部に蛇
管式又は直管式のリボイラ30を配設して液化空気LAの気
化を行うように形成し、さらに第２圧縮手段13を吸着器
15の後段に配置するとともに、膨張タービン20で膨張し
た後に循環経路23を経て循環する空気RAを吸着器15と第
２圧縮手段13の間で原料空気Ａに合流させるように形成
したものである。このように空気液化分離装置を構成し
ても、上記同様に、原料空気Ａの導入量に関係なく寒冷
を得られること、低圧下での精留による精留効率の向
上、精留塔17底部の液化空気LAのリボイル量の調節によ
る製品窒素ガスPN量の増減量幅の拡大等の作用効果を得
ることができる。また、循環空気RAの原料空気Ａへの合
流点を、図に想像線で示す循環回路23aにより、第１圧
縮手段12と吸着器15の間とすることも可能である。
記第１実施例の熱交換器21に代えて、精留塔17底部に蛇
管式又は直管式のリボイラ30を配設して液化空気LAの気
化を行うように形成し、さらに第２圧縮手段13を吸着器
15の後段に配置するとともに、膨張タービン20で膨張し
た後に循環経路23を経て循環する空気RAを吸着器15と第
２圧縮手段13の間で原料空気Ａに合流させるように形成
したものである。このように空気液化分離装置を構成し
ても、上記同様に、原料空気Ａの導入量に関係なく寒冷
を得られること、低圧下での精留による精留効率の向
上、精留塔17底部の液化空気LAのリボイル量の調節によ
る製品窒素ガスPN量の増減量幅の拡大等の作用効果を得
ることができる。また、循環空気RAの原料空気Ａへの合
流点を、図に想像線で示す循環回路23aにより、第１圧
縮手段12と吸着器15の間とすることも可能である。
尚、両実施例では、本発明を単精留塔を用いた窒素製
造装置に適用したもので説明したが、本発明は、他の空
気液化分離装置等にも適用することが可能である。
造装置に適用したもので説明したが、本発明は、他の空
気液化分離装置等にも適用することが可能である。
以上説明したように、本発明によれば、精留効率の向
上による製品採取量の増大とともに電力原単位を低減で
き、かつ製品製出量を需要に応じて幅広く増減すること
ができる。また、精留塔下部の原料空気導入段と塔底部
との間に精留段を設け、塔底部に帰還窒素を加熱源とす
る加熱手段を設けることにより、加熱手段の加熱量を調
節して上昇ガスの量を制御でき、減量運転時でも原料空
気導入量に見合う最適な精留条件で精留を行うことがで
きる。
上による製品採取量の増大とともに電力原単位を低減で
き、かつ製品製出量を需要に応じて幅広く増減すること
ができる。また、精留塔下部の原料空気導入段と塔底部
との間に精留段を設け、塔底部に帰還窒素を加熱源とす
る加熱手段を設けることにより、加熱手段の加熱量を調
節して上昇ガスの量を制御でき、減量運転時でも原料空
気導入量に見合う最適な精留条件で精留を行うことがで
きる。
さらに、第１及び第２圧縮手段で圧縮した原料空気の
少なくとも一部を精留塔に導入する前に膨張タービンに
導入して膨張させ、運転条件に応じて該膨張後の原料空
気の一部を第２圧縮手段前の原料空気に循環合流させる
とともに、原料空気の残部を精留塔の下部に導入して精
留するようにすると、精留塔内の精留圧力を低くして精
留効率の向上を図ることができる。さらに、原料空気量
に関係なく必要な寒冷を発生させることができるととも
に、精留塔に導入する原料空気量を寒冷発生量に関係な
く調節できるので、製品製出量の増減幅を広くとること
ができる。
少なくとも一部を精留塔に導入する前に膨張タービンに
導入して膨張させ、運転条件に応じて該膨張後の原料空
気の一部を第２圧縮手段前の原料空気に循環合流させる
とともに、原料空気の残部を精留塔の下部に導入して精
留するようにすると、精留塔内の精留圧力を低くして精
留効率の向上を図ることができる。さらに、原料空気量
に関係なく必要な寒冷を発生させることができるととも
に、精留塔に導入する原料空気量を寒冷発生量に関係な
く調節できるので、製品製出量の増減幅を広くとること
ができる。
第１図及び第２図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は第１実施例を示す系統図、第２図は第２実施例を示
す系統図、第３図は従来例を示す系統図である。 11……空気液化分離装置、12……第１圧縮手段、13……
第２圧縮手段、15……吸着器、16……主熱交換器、17…
…精留塔、18……凝縮器、20……膨張タービン、21……
熱交換器、23……循環経路、24……補助精留段、Ａ……
原料空気、GA……合流空気、LA……液化空気、RA……循
環空気
図は第１実施例を示す系統図、第２図は第２実施例を示
す系統図、第３図は従来例を示す系統図である。 11……空気液化分離装置、12……第１圧縮手段、13……
第２圧縮手段、15……吸着器、16……主熱交換器、17…
…精留塔、18……凝縮器、20……膨張タービン、21……
熱交換器、23……循環経路、24……補助精留段、Ａ……
原料空気、GA……合流空気、LA……液化空気、RA……循
環空気
Claims (8)
- 【請求項１】原料空気を圧縮，精製，冷却して精留塔に
導入し、液化分離して製品を採取する空気液化分離方法
において、前記原料空気を、圧縮工程により昇圧し、該
昇圧後の原料空気を主熱交換器に導入して冷却した後
に、少なくともその一部を膨張タービンに導入して膨張
させ、膨張後の原料空気の少なくとも一部を前記精留塔
の下部に導入するとともに、該精留塔の原料空気の導入
段と塔底部との間で少なくとも１段の精留を行い、精留
塔底部に分離する液化空気の一部を加熱手段により加熱
気化させて精留塔の上昇ガスとし、かつ、前記精留塔か
ら導出して昇温・昇圧した製品窒素ガスの一部を帰還窒
素ガスとして分岐し、この帰還窒素ガスを冷却した後前
記加熱手段に加熱源として導入することを特徴とする空
気液化分離方法。 - 【請求項２】前記圧縮工程を、第１圧縮工程と第２圧縮
工程とで行うとともに、前記膨張タービンに導入して膨
張した後の原料空気の一部を主熱交換器で温度回復させ
て前記第２圧縮工程前の原料空気に循環合流させること
を特徴とする請求項１記載の空気液化分離方法。 - 【請求項３】原料空気を圧縮，精製，冷却して精留塔に
導入し、液化分離して製品を採取する空気液化分離方法
において、前記原料空気を、第１圧縮工程と第２圧縮工
程とにより昇圧し、該昇圧後の原料空気を主熱交換器に
導入して冷却した後に、少なくともその一部を膨張ター
ビンに導入して膨張させ、膨張後の原料空気を分岐し、
その一方を主熱交換器で温度回復させて前記第２圧縮工
程前の原料空気に循環合流させるとともに他方を前記精
留塔の下部に導入することを特徴とする空気液化分離方
法。 - 【請求項４】前記精留塔の原料空気の導入段と塔底部と
の間で少なくとも１段の精留を行い、該精留塔の底部に
分離する液化空気の一部を加熱手段により加熱気化させ
て精留塔の上昇ガスとすることを特徴とする請求項３記
載の空気液化分離方法。 - 【請求項５】圧縮，精製，冷却された原料空気を精留塔
に導入して液化分離し、製品を採取する空気液化分離装
置において、前記原料空気を圧縮する圧縮手段と、昇圧
後の原料空気を冷却する主熱交換器と、冷却後の原料空
気の少なくとも一部を膨張させる膨張タービンと、膨張
後の原料空気の少なくとも一部を前記精留塔の下部に導
入する経路と、前記精留塔の原料空気の導入段と塔底部
との間に設けられた少なくとも１段の精留段と、前記精
留塔の底部に分離する液化空気の一部を加熱気化させて
精留塔の上昇ガスとする加熱手段と、前記精留塔から導
出して昇温・昇圧した製品窒素ガスから分岐した帰還窒
素ガスを冷却して前記加熱手段の加熱源として導入する
帰還経路とを備えたことを特徴とする空気液化分離装
置。 - 【請求項６】前記圧縮手段は第１圧縮手段と第２圧縮手
段とを有し、前記膨張タービンで膨張後の原料空気の一
部を主熱交換器で温度回復させた後に前記第１圧縮手段
と第２圧縮手段の間の原料空気に合流させる循環経路を
備えたことを特徴とする請求項５記載の空気液化分離装
置。 - 【請求項７】圧縮，精製，冷却された原料空気を精留塔
に導入して液化分離し、製品を採取する空気液化分離装
置において、前記原料空気を圧縮する第１圧縮手段及び
第２圧縮手段と、昇圧後の原料空気を冷却する主熱交換
器と、冷却後の原料空気の少なくとも一部を膨張させる
膨張タービンと、膨張後の原料空気の少なくとも一部を
前記精留塔の下部に導入する経路と、該経路から分岐し
て膨張後の原料空気の一部を主熱交換器で温度回復させ
た後に前記第１圧縮手段と第２圧縮手段の間の原料空気
に合流させる循環経路とを備えたことを特徴とする空気
液化分離装置。 - 【請求項８】前記精留塔の原料空気の導入段と塔底部と
の間に少なくとも１段の精留段を設けるとともに、精留
塔底部に分離する液化空気の一部を加熱気化させる加熱
手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の空気液化
分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1305994A JP2917033B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 空気液化分離方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1305994A JP2917033B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 空気液化分離方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03168584A JPH03168584A (ja) | 1991-07-22 |
| JP2917033B2 true JP2917033B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=17951794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1305994A Expired - Fee Related JP2917033B2 (ja) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | 空気液化分離方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2917033B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2906605B1 (fr) * | 2006-10-02 | 2009-03-06 | Air Liquide | Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique. |
-
1989
- 1989-11-24 JP JP1305994A patent/JP2917033B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03168584A (ja) | 1991-07-22 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
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