JP3385409B2 - 空気液化分離方法及び装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【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、詳しくは、液化天然ガス(LNG)の寒冷
を利用して原料空気を冷却する回路を設けた空気液化分
離方法及び装置に関する。
装置に関し、詳しくは、液化天然ガス(LNG)の寒冷
を利用して原料空気を冷却する回路を設けた空気液化分
離方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、空気を圧縮,精製,冷却して
精留塔に導入し、液化精留分離を行って酸素や窒素等の
空気成分を分離する空気液化分離装置において、LNG
の寒冷を利用して製品の製造コストを低減することが行
われている。一般的に、LNGの寒冷は、循環窒素系に
のみ利用しているものが多かったが、近年、LNGの寒
冷を原料空気系にも利用して原料空気の低温圧縮を行う
ことにより、更に動力費の低減を図ることが行われてい
る。
精留塔に導入し、液化精留分離を行って酸素や窒素等の
空気成分を分離する空気液化分離装置において、LNG
の寒冷を利用して製品の製造コストを低減することが行
われている。一般的に、LNGの寒冷は、循環窒素系に
のみ利用しているものが多かったが、近年、LNGの寒
冷を原料空気系にも利用して原料空気の低温圧縮を行う
ことにより、更に動力費の低減を図ることが行われてい
る。
【0003】図3は、原料空気系にLNGの寒冷を利用
した従来の空気液化分離装置の一例を示すものである。
この装置は、原料空気圧縮機1で中間圧力に昇圧し、切
換え使用される一対の吸着器を有する吸着設備2で含有
する水分,炭酸ガスを除去した精製原料空気を、第1熱
交換器3,第2熱交換器4及び低温圧縮機5を設けた冷
却系に導入して低温圧縮を行うようにしている。
した従来の空気液化分離装置の一例を示すものである。
この装置は、原料空気圧縮機1で中間圧力に昇圧し、切
換え使用される一対の吸着器を有する吸着設備2で含有
する水分,炭酸ガスを除去した精製原料空気を、第1熱
交換器3,第2熱交換器4及び低温圧縮機5を設けた冷
却系に導入して低温圧縮を行うようにしている。
【0004】原料空気圧縮機1で中間圧力まで昇圧され
た原料空気は、吸着設備2の切換え使用される一対の吸
着器の一方に導入されて精製された後、まず、第1熱交
換器3で低温圧縮機5からの低温圧縮空気により予備冷
却され、更に第2熱交換器4で低温にまで冷却される。
この第2熱交換器4には、第3熱交換器6に導入される
LNGにより冷却された循環冷媒が導入されており、前
記予備冷却後の原料空気は、この循環冷媒と熱交換して
冷却される。冷却後の原料空気は、低温圧縮機5で液化
精留に必要な所定圧力に昇圧され、前記第1熱交換器3
で前記精製後の原料空気と熱交換して加温された後、コ
ールドボックス7内に導入される。この原料空気は、常
法により、主熱交換器8で所定の温度に冷却された後、
精留塔9に導入されて液化精留分離され、酸素や窒素等
に分離する。
た原料空気は、吸着設備2の切換え使用される一対の吸
着器の一方に導入されて精製された後、まず、第1熱交
換器3で低温圧縮機5からの低温圧縮空気により予備冷
却され、更に第2熱交換器4で低温にまで冷却される。
この第2熱交換器4には、第3熱交換器6に導入される
LNGにより冷却された循環冷媒が導入されており、前
記予備冷却後の原料空気は、この循環冷媒と熱交換して
冷却される。冷却後の原料空気は、低温圧縮機5で液化
精留に必要な所定圧力に昇圧され、前記第1熱交換器3
で前記精製後の原料空気と熱交換して加温された後、コ
ールドボックス7内に導入される。この原料空気は、常
法により、主熱交換器8で所定の温度に冷却された後、
精留塔9に導入されて液化精留分離され、酸素や窒素等
に分離する。
【0005】このように原料空気系にLNGの寒冷を利
用した冷却系を設けることにより、原料空気圧縮機1の
動力費を低減することができ、製品コストの低減を図る
ことが可能になる。
用した冷却系を設けることにより、原料空気圧縮機1の
動力費を低減することができ、製品コストの低減を図る
ことが可能になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成では、精製後の原料空気を予備冷却するための第1
熱交換器3を必要としており、主熱交換器8に加えて大
流量原料空気に対応する大型の熱交換器を別に設置しな
ければならなかった。このため、設備コストが上昇した
り、大きな設置面積が必要になるなどの問題があった。
構成では、精製後の原料空気を予備冷却するための第1
熱交換器3を必要としており、主熱交換器8に加えて大
流量原料空気に対応する大型の熱交換器を別に設置しな
ければならなかった。このため、設備コストが上昇した
り、大きな設置面積が必要になるなどの問題があった。
【0007】そこで本発明は、LNGの寒冷を原料空気
系に利用して動力費の低減を図りながら、設備コストの
上昇を抑えることが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。
系に利用して動力費の低減を図りながら、設備コストの
上昇を抑えることが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。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の空気液化分離方法は、原料空気圧縮機で
中間圧力まで昇圧した原料空気を吸着器に導入し、含有
する水分及び炭酸ガスを吸着除去して精製した後、主熱
交換器に導入して中間温度まで冷却し、次いで液化天然
ガスを寒冷源とする熱交換器で更に冷却し、その後、低
温圧縮機で所定圧力まで昇圧し、再び前記主熱交換器に
導入して所定温度まで冷却することを特徴としている。
ため、本発明の空気液化分離方法は、原料空気圧縮機で
中間圧力まで昇圧した原料空気を吸着器に導入し、含有
する水分及び炭酸ガスを吸着除去して精製した後、主熱
交換器に導入して中間温度まで冷却し、次いで液化天然
ガスを寒冷源とする熱交換器で更に冷却し、その後、低
温圧縮機で所定圧力まで昇圧し、再び前記主熱交換器に
導入して所定温度まで冷却することを特徴としている。
【0009】また、本発明の空気液化分離装置は、原料
空気を中間圧力まで昇圧する原料空気圧縮機と、該原料
空気圧縮機で昇圧した原料空気中の水分及び炭酸ガスを
吸着除去して精製する吸着器と、該吸着器で精製した原
料空気を主熱交換器の温端側に導入する経路と、主熱交
換器の中間部から中間温度まで冷却した原料空気を導出
する経路と、該中間温度の原料空気を液化天然ガスを寒
冷源として冷却する熱交換器と、該熱交換器で冷却した
原料空気を所定圧力に昇圧する低温圧縮機と、該低温圧
縮機で所定圧力に昇圧した原料空気を前記主熱交換器の
中間部に導入する経路とを備え、前記主熱交換器は、前
記精製後の原料空気を常温から中間温度まで冷却する経
路と、前記低温圧縮機で所定圧力に昇圧した原料空気を
中間温度から所定の温度まで冷却する経路とを備えてい
ることを特徴とし、前記主熱交換器の中間部の導出経路
と中間部の導入経路とが略同位置であること、あるい
は、前記主熱交換器の中間部の導出経路に対して中間部
の導入経路を低温端寄りの位置に設けたことを特徴とし
ている。
空気を中間圧力まで昇圧する原料空気圧縮機と、該原料
空気圧縮機で昇圧した原料空気中の水分及び炭酸ガスを
吸着除去して精製する吸着器と、該吸着器で精製した原
料空気を主熱交換器の温端側に導入する経路と、主熱交
換器の中間部から中間温度まで冷却した原料空気を導出
する経路と、該中間温度の原料空気を液化天然ガスを寒
冷源として冷却する熱交換器と、該熱交換器で冷却した
原料空気を所定圧力に昇圧する低温圧縮機と、該低温圧
縮機で所定圧力に昇圧した原料空気を前記主熱交換器の
中間部に導入する経路とを備え、前記主熱交換器は、前
記精製後の原料空気を常温から中間温度まで冷却する経
路と、前記低温圧縮機で所定圧力に昇圧した原料空気を
中間温度から所定の温度まで冷却する経路とを備えてい
ることを特徴とし、前記主熱交換器の中間部の導出経路
と中間部の導入経路とが略同位置であること、あるい
は、前記主熱交換器の中間部の導出経路に対して中間部
の導入経路を低温端寄りの位置に設けたことを特徴とし
ている。
【0010】
【作 用】上記構成によれば、原料空気の予備冷却に主
熱交換器を利用しているので、予備冷却用の熱交換器を
別に設置する必要がなくなり、原料空気の低温圧縮によ
る動力費低減を図りながら、設備コストの上昇を抑える
ことができる。
熱交換器を利用しているので、予備冷却用の熱交換器を
別に設置する必要がなくなり、原料空気の低温圧縮によ
る動力費低減を図りながら、設備コストの上昇を抑える
ことができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明を、図1に示す一実施例に基づ
いてさらに詳細に説明する。この空気液化分離装置は、
原料空気を中間圧力まで昇圧する原料空気圧縮機11
と、該原料空気圧縮機11で昇圧した原料空気中の水分
及び炭酸ガスを吸着除去して精製する一対の吸着器12
a,12bを切換え使用する吸着設備12と、該吸着設
備12で精製した原料空気を主熱交換器13の温端側1
3aに導入する経路51と、該主熱交換器13の中間部
13bから中間温度まで冷却された原料空気を導出する
経路52と、該中間温度の原料空気を液化天然ガスを寒
冷源とした冷媒により冷却する熱交換器14と、該熱交
換器14で冷却した原料空気を所定圧力に昇圧する低温
圧縮機15と、該低温圧縮機15で所定圧力に昇圧した
原料空気を前記主熱交換器13の中間部13bに導入す
る経路53とを有するものであって、前記主熱交換器1
3は、前記精製後の原料空気を常温から中間温度まで冷
却する経路61と、前記低温圧縮機15で所定圧力に昇
圧した原料空気を中間温度から所定の温度まで冷却する
経路62とを有している。
いてさらに詳細に説明する。この空気液化分離装置は、
原料空気を中間圧力まで昇圧する原料空気圧縮機11
と、該原料空気圧縮機11で昇圧した原料空気中の水分
及び炭酸ガスを吸着除去して精製する一対の吸着器12
a,12bを切換え使用する吸着設備12と、該吸着設
備12で精製した原料空気を主熱交換器13の温端側1
3aに導入する経路51と、該主熱交換器13の中間部
13bから中間温度まで冷却された原料空気を導出する
経路52と、該中間温度の原料空気を液化天然ガスを寒
冷源とした冷媒により冷却する熱交換器14と、該熱交
換器14で冷却した原料空気を所定圧力に昇圧する低温
圧縮機15と、該低温圧縮機15で所定圧力に昇圧した
原料空気を前記主熱交換器13の中間部13bに導入す
る経路53とを有するものであって、前記主熱交換器1
3は、前記精製後の原料空気を常温から中間温度まで冷
却する経路61と、前記低温圧縮機15で所定圧力に昇
圧した原料空気を中間温度から所定の温度まで冷却する
経路62とを有している。
【0012】すなわち、原料空気圧縮機11で中間圧
力、例えば1.5kg/cm2 Gまで昇圧された原料空
気約10000Nm3 /hは、吸着設備12で含有する
水分,炭酸ガスが除去されて精製された後、経路51か
らコールドボックス16内に入り、主熱交換器13の温
端側13aに導入され、中間温度、例えば−83℃に冷
却されて中間部13bから経路52に導出される。次
に、この中間温度の原料空気は、前記熱交換器14で−
130℃に冷却された後、低温圧縮機15により所定の
圧力、例えば5.3kg/cm2 Gまで昇圧され、同時
に圧縮熱により昇温し、例えば前記同様の−83℃に昇
温する。
力、例えば1.5kg/cm2 Gまで昇圧された原料空
気約10000Nm3 /hは、吸着設備12で含有する
水分,炭酸ガスが除去されて精製された後、経路51か
らコールドボックス16内に入り、主熱交換器13の温
端側13aに導入され、中間温度、例えば−83℃に冷
却されて中間部13bから経路52に導出される。次
に、この中間温度の原料空気は、前記熱交換器14で−
130℃に冷却された後、低温圧縮機15により所定の
圧力、例えば5.3kg/cm2 Gまで昇圧され、同時
に圧縮熱により昇温し、例えば前記同様の−83℃に昇
温する。
【0013】上記低温圧縮機15から経路53に導出さ
れた原料空気は、主熱交換器13の同一温度部分、この
場合は、前記中間部13bに導入されて経路62で所定
の温度まで冷却され、冷端側13cから経路54を介し
て精留塔17に導入される。
れた原料空気は、主熱交換器13の同一温度部分、この
場合は、前記中間部13bに導入されて経路62で所定
の温度まで冷却され、冷端側13cから経路54を介し
て精留塔17に導入される。
【0014】一方、熱交換器14で原料空気を冷却する
冷媒、例えば窒素等は、循環ポンプ18等の循環手段に
より該熱交換器14と第2熱交換器19とを循環してお
り、原料空気は、この循環冷媒を介して第2熱交換器1
9に導入されるLNGの寒冷により間接的に冷却されて
いる。なお、循環冷媒を用いずに、原料空気とLNGと
を直接熱交換させるようにしてもよい。
冷媒、例えば窒素等は、循環ポンプ18等の循環手段に
より該熱交換器14と第2熱交換器19とを循環してお
り、原料空気は、この循環冷媒を介して第2熱交換器1
9に導入されるLNGの寒冷により間接的に冷却されて
いる。なお、循環冷媒を用いずに、原料空気とLNGと
を直接熱交換させるようにしてもよい。
【0015】このように、原料空気をLNGの寒冷を利
用して冷却し、低温圧縮を行うことにより、空気圧縮機
の動力費を大幅に低減できるとともに、原料空気の予備
冷却に主熱交換器13の温端側約半分を用い、低温圧縮
後の原料空気を主熱交換器13の冷端側約半分で所定温
度に冷却するように構成したことにより、前記従来装置
のような予備冷却用の熱交換器を別途に設置する必要が
なくなり、装置コストの低減が図れる。なお、主熱交換
器は、必ずしも一体である必要はなく、温度範囲によっ
て別々の熱交換器としてもよい。
用して冷却し、低温圧縮を行うことにより、空気圧縮機
の動力費を大幅に低減できるとともに、原料空気の予備
冷却に主熱交換器13の温端側約半分を用い、低温圧縮
後の原料空気を主熱交換器13の冷端側約半分で所定温
度に冷却するように構成したことにより、前記従来装置
のような予備冷却用の熱交換器を別途に設置する必要が
なくなり、装置コストの低減が図れる。なお、主熱交換
器は、必ずしも一体である必要はなく、温度範囲によっ
て別々の熱交換器としてもよい。
【0016】上記実施例の原料空気の低温圧縮における
動力消費量を、低温圧縮を行わない従来法1及び低温圧
縮を行った従来法2と比較して表1に示す。
動力消費量を、低温圧縮を行わない従来法1及び低温圧
縮を行った従来法2と比較して表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】上記表1から明らかなように、低温圧縮を
行わない従来法に比較して約19%、低温圧縮を行った
従来法に比較して加温用熱交換器が不要の分、圧力損失
が少なくなり所用動力のみで約1%、それぞれ有利にな
っている。
行わない従来法に比較して約19%、低温圧縮を行った
従来法に比較して加温用熱交換器が不要の分、圧力損失
が少なくなり所用動力のみで約1%、それぞれ有利にな
っている。
【0019】次に、図2は本発明の他の実施例を示すも
のであり、寒冷源が多量にある場合に採用することがで
きるプロセスである。なお、前記図1に示した実施例と
同一要素のものには同一符号を付して、その詳細な説明
は省略する。
のであり、寒冷源が多量にある場合に採用することがで
きるプロセスである。なお、前記図1に示した実施例と
同一要素のものには同一符号を付して、その詳細な説明
は省略する。
【0020】経路51から略常温で主熱交換器13の温
端側13aに導入された精製原料空気は、経路61を経
て、約−115℃まで冷却され、中間部13bから経路
52に導出される。この中間温度の原料空気は、熱交換
器14aに入り、約−150℃に冷却された後、低温圧
縮機15により所定の圧力、例えば5.3kg/cm2
Gまで昇圧され、昇温して約−115℃で再度前記熱交
換器14aの温端側へ経路55により導入され、約−1
50℃まで冷却されて経路56に導出される。
端側13aに導入された精製原料空気は、経路61を経
て、約−115℃まで冷却され、中間部13bから経路
52に導出される。この中間温度の原料空気は、熱交換
器14aに入り、約−150℃に冷却された後、低温圧
縮機15により所定の圧力、例えば5.3kg/cm2
Gまで昇圧され、昇温して約−115℃で再度前記熱交
換器14aの温端側へ経路55により導入され、約−1
50℃まで冷却されて経路56に導出される。
【0021】次いで、この低温圧縮原料空気は、主熱交
換器13の低温端寄りの中間部13cの経路63に導入
され、さらに所定温度まで冷却されて導出し、経路54
を経て精留塔17に導入される。
換器13の低温端寄りの中間部13cの経路63に導入
され、さらに所定温度まで冷却されて導出し、経路54
を経て精留塔17に導入される。
【0022】また、寒冷源のLNG量が十分でない場合
には、前記経路53の約−150℃の低温圧縮空気の一
部を、経路55から経路57に分岐し、弁58によりそ
の量を調整しつつ主熱交換器13の中間部13bに導入
すればよい。
には、前記経路53の約−150℃の低温圧縮空気の一
部を、経路55から経路57に分岐し、弁58によりそ
の量を調整しつつ主熱交換器13の中間部13bに導入
すればよい。
【0023】なお、前記熱交換器14aは、3流路の構
成となっているが各2流路の2個の熱交換器を用いても
よい。また、熱交換器14aの冷却側は、前記実施例と
同様に、KNGにより冷却された循環冷媒、例えば窒素
等である。
成となっているが各2流路の2個の熱交換器を用いても
よい。また、熱交換器14aの冷却側は、前記実施例と
同様に、KNGにより冷却された循環冷媒、例えば窒素
等である。
【0024】このような系統を採用することにより、L
NGの寒冷が十分にある場合には、更に多量の製品液化
ガスを採取することができる。
NGの寒冷が十分にある場合には、更に多量の製品液化
ガスを採取することができる。
【0025】なお、原料空気圧縮機の圧縮比、主熱交換
器中間部の導出・導入部の位置、低温圧縮機の圧縮比、
原料空気の圧力や温度、その他の条件は、原料空気の量
やLNGの量に応じて適宜最適に設定することが可能で
あり、また、原料空気圧縮機と低温圧縮機とは、常温圧
縮部と低温圧縮部が一体的に形成された空気圧縮機を用
いることもできる。
器中間部の導出・導入部の位置、低温圧縮機の圧縮比、
原料空気の圧力や温度、その他の条件は、原料空気の量
やLNGの量に応じて適宜最適に設定することが可能で
あり、また、原料空気圧縮機と低温圧縮機とは、常温圧
縮部と低温圧縮部が一体的に形成された空気圧縮機を用
いることもできる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の空気液化
分離方法及び装置によれば、僅かな設備の追加,改造で
動力費の大幅な低減が可能になり、製品製造コストの低
減が図れる。また、従来のLNGの寒冷を利用した原料
空気の低温圧縮法に比較しても設備費を節減し、動力消
費量を更に低減することができる。
分離方法及び装置によれば、僅かな設備の追加,改造で
動力費の大幅な低減が可能になり、製品製造コストの低
減が図れる。また、従来のLNGの寒冷を利用した原料
空気の低温圧縮法に比較しても設備費を節減し、動力消
費量を更に低減することができる。
【図1】 本発明の一実施例を示す空気液化分離装置の
系統図である。
系統図である。
【図2】 本発明の他の実施例を示す空気液化分離装置
の系統図である。
の系統図である。
【図3】 従来の空気液化分離装置の一例を示す系統図
である。
である。
11…原料空気圧縮機、12…吸着設備、13…主熱交
換器、14…熱交換器、15…低温圧縮機、17…精留
塔
換器、14…熱交換器、15…低温圧縮機、17…精留
塔
Claims (4)
- 【請求項1】 圧縮,精製,冷却した原料空気を液化精
留分離する空気液化分離方法において、原料空気圧縮機
で中間圧力まで昇圧した原料空気を吸着器に導入し、含
有する水分及び炭酸ガスを吸着除去して精製した後、主
熱交換器に導入して中間温度まで冷却し、次いで液化天
然ガスを寒冷源とする熱交換器で更に冷却し、その後、
低温圧縮機で所定圧力まで昇圧し、再び前記主熱交換器
に導入して所定温度まで冷却することを特徴とする空気
液化分離方法。 - 【請求項2】 圧縮,精製,冷却した原料空気を液化精
留分離する空気液化分離装置において、原料空気を中間
圧力まで昇圧する原料空気圧縮機と、該原料空気圧縮機
で昇圧した原料空気中の水分及び炭酸ガスを吸着除去し
て精製する吸着器と、該吸着器で精製した原料空気を主
熱交換器の温端側に導入する経路と、主熱交換器の中間
部から中間温度まで冷却した原料空気を導出する経路
と、該中間温度の原料空気を液化天然ガスを寒冷源とし
て冷却する熱交換器と、該熱交換器で冷却した原料空気
を所定圧力に昇圧する低温圧縮機と、該低温圧縮機で所
定圧力に昇圧した原料空気を前記主熱交換器の中間部に
導入する経路とを備え、前記主熱交換器は、前記精製後
の原料空気を常温から中間温度まで冷却する経路と、前
記低温圧縮機で所定圧力に昇圧した原料空気を中間温度
から所定の温度まで冷却する経路とを備えていることを
特徴とする空気液化分離装置。 - 【請求項3】 前記主熱交換器の中間部の導出経路と中
間部の導入経路とが略同位置であることを特徴とする請
求項2記載の空気液化分離装置。 - 【請求項4】 前記主熱交換器の中間部の導出経路に対
して中間部の導入経路を低温端寄りの位置に設けたこと
を特徴とする請求項2記載の空気液化分離装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2791993A JP3385409B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 空気液化分離方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2791993A JP3385409B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 空気液化分離方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06241648A JPH06241648A (ja) | 1994-09-02 |
JP3385409B2 true JP3385409B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=12234296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2791993A Expired - Fee Related JP3385409B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 空気液化分離方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3385409B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6196021B1 (en) * | 1999-03-23 | 2001-03-06 | Robert Wissolik | Industrial gas pipeline letdown liquefaction system |
FR2804882B1 (fr) * | 2000-02-11 | 2002-05-10 | Air Liquide | Procede de compression d'air atmospherique |
-
1993
- 1993-02-17 JP JP2791993A patent/JP3385409B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06241648A (ja) | 1994-09-02 |
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