JP3488600B2 - 空気分離装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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型の空気分離装置に関するもの
である。
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型の空気分離装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、外部寒冷利用型の空気分離装置と
して、図９に示すものが公知である。
して、図９に示すものが公知である。
【０００３】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。
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。
【０００４】コールドボックスＣには、第１熱交換器６
および精留塔７が設けられている。
および精留塔７が設けられている。
【０００５】精留塔７は、原料空気圧力（約５Ｋｇ／ｃ
ｍ2Ｇ）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間で熱交換を行う主蒸化器１０
とから成っている。
ｍ2Ｇ）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間で熱交換を行う主蒸化器１０
とから成っている。
【０００６】吸着装置３から出た原料空気は、第１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。
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。
【０００７】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。
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。
【０００８】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。
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。
【０００９】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。
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。
【００１０】また、低圧塔頂部から抜き出された高純度
窒素ガスは、第１熱交換器６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。
窒素ガスは、第１熱交換器６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。
【００１１】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
に設けられた第２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。
素還流ライン１３に取出され、この窒素還流ライン１３
に設けられた第２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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の空気分離装
置における窒素還流ライン１３の第２熱交換器１４に
は、液化天然ガス（ＬＮＧ）が外部寒冷源として供給さ
れる。
置における窒素還流ライン１３の第２熱交換器１４に
は、液化天然ガス（ＬＮＧ）が外部寒冷源として供給さ
れる。
【００１３】しかし、このＬＮＧの温度は、高圧塔８
（塔内圧力が約５Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）での窒素の飽和温度
よりも高いため、高圧塔８から取出した窒素ガスをその
まま第２熱交換器１４で液化させることはできない。
（塔内圧力が約５Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）での窒素の飽和温度
よりも高いため、高圧塔８から取出した窒素ガスをその
まま第２熱交換器１４で液化させることはできない。
【００１４】そこで従来は、図示のように窒素還流ライ
ン１３における第２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５０Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ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
て第２熱交換器１４に入れ、液化させるようにしてい
る。
ン１３における第２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５０Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ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
て第２熱交換器１４に入れ、液化させるようにしてい
る。
【００１５】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。
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。
【００１６】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、第２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。
スを予冷する予冷器で、この予冷器１８には、第２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。
【００１７】このようにＬＮＧ方式の従来装置による
と、第２熱交換器１４に窒素圧縮機１５を組み合わせて
窒素ガスを液化させるようにしているため、この窒素圧
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。
と、第２熱交換器１４に窒素圧縮機１５を組み合わせて
窒素ガスを液化させるようにしているため、この窒素圧
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。
【００１８】一方、このような問題を解決するために、
図１０に示すように、窒素還流ライン２１に、高圧塔で
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
する熱交換器２２を設け、精留塔高圧塔８から取出した
窒素ガスを（圧縮機で加圧することなく）そのままこの
熱交換器２２によって液化させる技術が提案された（特
開平３−２８６８１号参照）。
図１０に示すように、窒素還流ライン２１に、高圧塔で
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
する熱交換器２２を設け、精留塔高圧塔８から取出した
窒素ガスを（圧縮機で加圧することなく）そのままこの
熱交換器２２によって液化させる技術が提案された（特
開平３−２８６８１号参照）。
【００１９】この液体水素方式の空気分離装置による
と、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。
と、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。
【００２０】ところが、同装置によると、外部寒冷源で
ある液体水素と還流窒素ガスの温度差が大き過ぎるた
め、直接これらの間で熱交換させると、熱交換器２２に
過大な熱応力が作用するとともに、還流窒素が凝固する
おそれがある。
ある液体水素と還流窒素ガスの温度差が大き過ぎるた
め、直接これらの間で熱交換させると、熱交換器２２に
過大な熱応力が作用するとともに、還流窒素が凝固する
おそれがある。
【００２１】そこで、図示のように熱交換器２２に、還
流窒素ガスよりも低い圧力をもって窒素が閉サイクルで
循環する独立した低圧窒素循環ライン２３を設け、この
窒素循環ライン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とに跨って水素・窒素熱交換部
２５、窒素循環ライン２３と窒素還流ライン２１とに跨
って窒素液化部２６をそれぞれ設けることにより、液体
水素と還流窒素ガスの温度差を循環窒素により縮めて熱
交換させる構成をとっている。
流窒素ガスよりも低い圧力をもって窒素が閉サイクルで
循環する独立した低圧窒素循環ライン２３を設け、この
窒素循環ライン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とに跨って水素・窒素熱交換部
２５、窒素循環ライン２３と窒素還流ライン２１とに跨
って窒素液化部２６をそれぞれ設けることにより、液体
水素と還流窒素ガスの温度差を循環窒素により縮めて熱
交換させる構成をとっている。
【００２２】しかし、この構成によると、窒素循環ライ
ン２３で窒素ガスを循環させるための窒素循環ポンプ２
７が必要となるため、動力コストの低減という所期の目
的が十分達成されない。
ン２３で窒素ガスを循環させるための窒素循環ポンプ２
７が必要となるため、動力コストの低減という所期の目
的が十分達成されない。
【００２３】しかも、このように循環窒素ライン２３を
設けても、同ライン２３の循環窒素と液体水素の温度差
がなお大きいため、循環窒素が凝固して窒素循環ライン
２３が閉塞するおそれがある。
設けても、同ライン２３の循環窒素と液体水素の温度差
がなお大きいため、循環窒素が凝固して窒素循環ライン
２３が閉塞するおそれがある。
【００２４】そこで本発明は、液体水素を外部寒冷源と
して用いながら、この液体水素と還流窒素の温度差を縮
めるための独立した窒素循環ラインを不要として循環ポ
ンプによる動力増加を避け、かつ、窒素の凝固を防止す
ることができる空気分離装置を提供するものである。
して用いながら、この液体水素と還流窒素の温度差を縮
めるための独立した窒素循環ラインを不要として循環ポ
ンプによる動力増加を避け、かつ、窒素の凝固を防止す
ることができる空気分離装置を提供するものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、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熱交換器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、上記熱交換器に、上記還流窒素ガスが通される高
温流路と、外部寒冷源としての液体水素が通される低温
流路が設けられるとともに、この両流路間に、上記低温
流路を通過して上記還流窒素ガスと液体水素の中間温度
まで昇温した水素ガスが通される中間温度流路が設けら
れたものである。
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熱交換器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、上記熱交換器に、上記還流窒素ガスが通される高
温流路と、外部寒冷源としての液体水素が通される低温
流路が設けられるとともに、この両流路間に、上記低温
流路を通過して上記還流窒素ガスと液体水素の中間温度
まで昇温した水素ガスが通される中間温度流路が設けら
れたものである。
【００２６】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、熱交換器の下流に、熱交換器の高温流路から出た還
流窒素が通される高温流路と、低温流路とを備えた副熱
交換器が設けられるとともに、この熱交換器と副熱交換
器の間に、触媒を用いてパラ水素をオルソ水素に変換し
て吸熱反応を行うパラ−オルソ変換触媒反応器が設けら
れ、上記熱交換器から出た水素がこのパラ−オルソ変換
触媒反応器に通され、上記副熱交換器の高温流路に上記
熱交換器から出た窒素、低温流路に上記パラ−オルソ変
換触媒反応器によって低温化した水素がそれぞれ通され
るように構成されたものである。
て、熱交換器の下流に、熱交換器の高温流路から出た還
流窒素が通される高温流路と、低温流路とを備えた副熱
交換器が設けられるとともに、この熱交換器と副熱交換
器の間に、触媒を用いてパラ水素をオルソ水素に変換し
て吸熱反応を行うパラ−オルソ変換触媒反応器が設けら
れ、上記熱交換器から出た水素がこのパラ−オルソ変換
触媒反応器に通され、上記副熱交換器の高温流路に上記
熱交換器から出た窒素、低温流路に上記パラ−オルソ変
換触媒反応器によって低温化した水素がそれぞれ通され
るように構成されたものである。
【００２７】上記構成によると、外部寒冷源である液体
水素は低温流路を流れて還流窒素に冷熱を供給し、自身
は蒸発し昇温する。そして、この蒸発した水素ガスは中
間温度流路を通り、還流窒素ガスの凝固を防止する。
水素は低温流路を流れて還流窒素に冷熱を供給し、自身
は蒸発し昇温する。そして、この蒸発した水素ガスは中
間温度流路を通り、還流窒素ガスの凝固を防止する。
【００２８】このように、熱交換済みの水素ガスを液体
水素と還流窒素との間に伝熱抵抗として介在させること
により、従来必要であった循環窒素ラインを不要としな
がら窒素の凝固を防止することができる。
水素と還流窒素との間に伝熱抵抗として介在させること
により、従来必要であった循環窒素ラインを不要としな
がら窒素の凝固を防止することができる。
【００２９】また、請求項２の構成によると、熱交換器
を出た水素ガスは、パラ−オルソ変換触媒反応器での吸
熱作用により冷却された後、副熱交換器に流入し、還流
窒素に冷熱を与える。
を出た水素ガスは、パラ−オルソ変換触媒反応器での吸
熱作用により冷却された後、副熱交換器に流入し、還流
窒素に冷熱を与える。
【００３０】これにより、パラ−オルソ変換触媒反応器
および副熱交換器を用いない場合と比較して、水素の冷
熱回収効率を向上させ、上記場合よりも少量の液体水素
によって同等量の還流窒素を液化させることができる。
および副熱交換器を用いない場合と比較して、水素の冷
熱回収効率を向上させ、上記場合よりも少量の液体水素
によって同等量の還流窒素を液化させることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１〜図８に
よって説明する。
よって説明する。
【００３２】第１実施形態（図１〜図３参照）
図１０に示す従来技術との相違点のみを説明する。
【００３３】精留塔７の高圧塔８を出て第１熱交換器６
を通過した還流窒素ガスは、第２熱交換器３０で外部寒
冷源である液体水素の冷熱を受けて液化し、低圧塔９の
塔頂部に入り、還流液となる。
を通過した還流窒素ガスは、第２熱交換器３０で外部寒
冷源である液体水素の冷熱を受けて液化し、低圧塔９の
塔頂部に入り、還流液となる。
【００３４】第２熱交換器３０には、還流窒素ガスが通
される高温流路３１と、液体水素が通される低温流路３
２が設けられるとともに、この両流路３１，３２間に中
間温度流路３３が設けられている。
される高温流路３１と、液体水素が通される低温流路３
２が設けられるとともに、この両流路３１，３２間に中
間温度流路３３が設けられている。
【００３５】中間温度流路３３は、その入口（冷端）側
が低温流路３２の出口（温端）側に接続され、低温流路
３２を通過した水素がこの中間温度流路３３に流入し、
同流路３３を流れて高・低温両流路３１，３２間で伝熱
抵抗の役割を果たす。
が低温流路３２の出口（温端）側に接続され、低温流路
３２を通過した水素がこの中間温度流路３３に流入し、
同流路３３を流れて高・低温両流路３１，３２間で伝熱
抵抗の役割を果たす。
【００３６】すなわち、液体水素は低温流路３２を流れ
て高温流路３１を流れる還流窒素ガスに冷熱を供給し、
自身は蒸発して還流窒素ガスと液体窒素の中間温度（窒
素の凝固温度である６３Ｋよりも高い温度。たとえば６
５Ｋ）の水素ガスとなる。
て高温流路３１を流れる還流窒素ガスに冷熱を供給し、
自身は蒸発して還流窒素ガスと液体窒素の中間温度（窒
素の凝固温度である６３Ｋよりも高い温度。たとえば６
５Ｋ）の水素ガスとなる。
【００３７】そして、この水素ガスが中間温度流路３３
を通ることにより、高温流路３１の還流窒素ガスが凝固
することなく冷却される。
を通ることにより、高温流路３１の還流窒素ガスが凝固
することなく冷却される。
【００３８】図２はこの熱交換器３０における各流路３
１，３２，３３を流れる流体（窒素ガス、液体水素、水
素ガス）の熱交換器コア長手方向の温度分布のイメージ
を表している。
１，３２，３３を流れる流体（窒素ガス、液体水素、水
素ガス）の熱交換器コア長手方向の温度分布のイメージ
を表している。
【００３９】図中、ＴＨ2inは低温流路３２の入口での
液体水素温度（たとえば３６Ｋ）、ＴＬｍは低温流路３
２の出口での水素温度、ＴＨ2outは中間温度流路３３の
出口での水素ガス温度、ＴＮ2は窒素温度をそれぞれ示
す。
液体水素温度（たとえば３６Ｋ）、ＴＬｍは低温流路３
２の出口での水素温度、ＴＨ2outは中間温度流路３３の
出口での水素ガス温度、ＴＮ2は窒素温度をそれぞれ示
す。
【００４０】また、図３は、この熱交換器３０における
具体的流路配列を示し、高温流路３１と低温流路３２が
直接隣り合わないで、これらの間に中間温度流路３３が
介在されるように各流路３１，３２，３３が配置され
る。
具体的流路配列を示し、高温流路３１と低温流路３２が
直接隣り合わないで、これらの間に中間温度流路３３が
介在されるように各流路３１，３２，３３が配置され
る。
【００４１】このように、液体水素が蒸発して生じた水
素ガスを、還流窒素ガスと液体水素との間で通流させる
ことにより、従来の独立した循環窒素ラインを不要とし
ながら還流窒素ガスの凝固を防止することができる。
素ガスを、還流窒素ガスと液体水素との間で通流させる
ことにより、従来の独立した循環窒素ラインを不要とし
ながら還流窒素ガスの凝固を防止することができる。
【００４２】第２実施形態（図４，５参照）
第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００４３】第１実施形態では、熱交換器３０におい
て、中間温度流路３３を通る水素ガスの流れ方向が、高
温流路３１を通る還流窒素ガスの流れ方向と反対（所謂
対向流となり、低温流路３２を通る液体水素の流れ方向
と同じ（所謂並行流）となるように構成されている。
て、中間温度流路３３を通る水素ガスの流れ方向が、高
温流路３１を通る還流窒素ガスの流れ方向と反対（所謂
対向流となり、低温流路３２を通る液体水素の流れ方向
と同じ（所謂並行流）となるように構成されている。
【００４４】これに対し、第２実施形態では、水素ガス
の流れ方向が、高温流路３１を通る還流窒素ガスの流れ
方向と同じで、低温流路３２を通る液体水素の流れ方向
と反対となる構成をとっている。
の流れ方向が、高温流路３１を通る還流窒素ガスの流れ
方向と同じで、低温流路３２を通る液体水素の流れ方向
と反対となる構成をとっている。
【００４５】この構成によっても第１実施形態と基本的
に同じ作用効果を得ることができる。
に同じ作用効果を得ることができる。
【００４６】図５は、この第２実施形態の場合の熱交換
器３０における各流体の熱交換器コア長手方向の温度分
布のイメージを示す。
器３０における各流体の熱交換器コア長手方向の温度分
布のイメージを示す。
【００４７】第３実施形態（図６参照）
第１および第２両実施形態では還流窒素ガスを高圧塔頂
部から抜き出して液化させた後、低圧塔頂部に戻す構成
をとったのに対し、第３実施形態では、還流窒素ガスを
低圧塔頂部から抜き出して液化させた後、同じく低圧塔
頂部に戻す構成をとっている。
部から抜き出して液化させた後、低圧塔頂部に戻す構成
をとったのに対し、第３実施形態では、還流窒素ガスを
低圧塔頂部から抜き出して液化させた後、同じく低圧塔
頂部に戻す構成をとっている。
【００４８】この場合、熱交換器３０における各流体の
流れについて、第１および第２両実施形態のいずれの方
式をとってもよい。
流れについて、第１および第２両実施形態のいずれの方
式をとってもよい。
【００４９】なお、便宜上、熱交換器３０を出た還流液
が一旦アップフローになるように記載しているが、実際
は熱交換器３０は低圧塔９よりも高い位置に配置されて
いる。
が一旦アップフローになるように記載しているが、実際
は熱交換器３０は低圧塔９よりも高い位置に配置されて
いる。
【００５０】第４実施形態（図７，８参照）
周知のように、水素にはパラ型とオルソ型の二種類があ
り、通常、液体水素はパラ型であるが、触媒によって反
応させることにより、オルソ型に変換することができ
る。
り、通常、液体水素はパラ型であるが、触媒によって反
応させることにより、オルソ型に変換することができ
る。
【００５１】このパラ−オルソ変換（Ｐ−Ｏ変換）反応
は吸熱反応であるため、この反応により、水素を冷却す
ることができる。
は吸熱反応であるため、この反応により、水素を冷却す
ることができる。
【００５２】第４実施形態ではこの作用を利用し、還流
窒素液化用熱交換装置を二つの熱交換器に分け、その間
にパラ−オルソ変換触媒反応器を配置して両熱交換器の
中間で水素を低温化させる構成をとっている。
窒素液化用熱交換装置を二つの熱交換器に分け、その間
にパラ−オルソ変換触媒反応器を配置して両熱交換器の
中間で水素を低温化させる構成をとっている。
【００５３】すなわち、
熱交換器３０（以下、還流窒素液化用主熱交換器と
いう）の下流に還流窒素液化用副熱熱交換器３４を設け
て熱交換装置３５を構成し、 還流窒素液化用副熱交換器３４には高温流路３６と
低温流路３７を設け、 還流窒素液化用主、副両熱交換器３０，３４の間に
パラ−オルソ変換触媒反応器３８を設けている。
いう）の下流に還流窒素液化用副熱熱交換器３４を設け
て熱交換装置３５を構成し、 還流窒素液化用副熱交換器３４には高温流路３６と
低温流路３７を設け、 還流窒素液化用主、副両熱交換器３０，３４の間に
パラ−オルソ変換触媒反応器３８を設けている。
【００５４】この構成において、（イ）まず、還流窒素
液化用主熱交換器３０において、高温、低温、中間温度
各流路３１，３２，３３による還流窒素、液体水素、水
素ガス間での熱交換作用が行われ、（ロ）この還流窒素
液化用主熱交換器３０で蒸発し昇温した水素ガスが、反
応器３８での吸熱作用によって冷却・低温化した後、
（ハ）還流窒素液化用副熱交換器３４の低温流路３７に
入り、高温流路３６を流れる還流窒素に冷熱を与える。
液化用主熱交換器３０において、高温、低温、中間温度
各流路３１，３２，３３による還流窒素、液体水素、水
素ガス間での熱交換作用が行われ、（ロ）この還流窒素
液化用主熱交換器３０で蒸発し昇温した水素ガスが、反
応器３８での吸熱作用によって冷却・低温化した後、
（ハ）還流窒素液化用副熱交換器３４の低温流路３７に
入り、高温流路３６を流れる還流窒素に冷熱を与える。
【００５５】この構成によると、還流窒素液化用主熱交
換器３０で昇温した水素ガスを再低温化させて還流窒素
の液化に再利用するため、第１〜第３各実施形態の場合
と比較して水素の冷熱回収効率が向上し、上記場合より
も少量の液体水素で同等量の窒素ガスを液化することが
できる。
換器３０で昇温した水素ガスを再低温化させて還流窒素
の液化に再利用するため、第１〜第３各実施形態の場合
と比較して水素の冷熱回収効率が向上し、上記場合より
も少量の液体水素で同等量の窒素ガスを液化することが
できる。
【００５６】図８はこの実施形態の主、副両熱交換器３
０，３４におけるコア長手方向の各流体の温度分布イメ
ージを示している。
０，３４におけるコア長手方向の各流体の温度分布イメ
ージを示している。
【００５７】
【発明の効果】上記のように本発明によるときは、精留
塔から取出した還流窒素を、液体水素を外部寒冷源とす
る熱交換器に通すことによって液化させる構成を前提と
して、液体水素が通される低温流路と、還流窒素が通さ
れる高温流路との間に、液体水素が蒸発して生じた水素
ガスが通される中間温度流路を介在させる構成としたか
ら、従来必要であった独立した循環窒素ラインを不要と
でき、しかも中間温度流路が伝熱抵抗となって窒素の凝
固を防止することができる。
塔から取出した還流窒素を、液体水素を外部寒冷源とす
る熱交換器に通すことによって液化させる構成を前提と
して、液体水素が通される低温流路と、還流窒素が通さ
れる高温流路との間に、液体水素が蒸発して生じた水素
ガスが通される中間温度流路を介在させる構成としたか
ら、従来必要であった独立した循環窒素ラインを不要と
でき、しかも中間温度流路が伝熱抵抗となって窒素の凝
固を防止することができる。
【００５８】また、請求項２の発明によると、還流窒素
液化用熱交換器を出た水素ガスを、パラ−オルソ変換触
媒反応器での吸熱作用により冷却した後、副熱交換器に
導入して還流窒素に冷熱を与える構成としたから、パラ
−オルソ変換触媒反応器および副熱交換器を用いない場
合と比較して、水素の冷熱回収効率を向上させ、上記場
合よりも少量の液体水素によって同等量の還流窒素を液
化させることができる。
液化用熱交換器を出た水素ガスを、パラ−オルソ変換触
媒反応器での吸熱作用により冷却した後、副熱交換器に
導入して還流窒素に冷熱を与える構成としたから、パラ
−オルソ変換触媒反応器および副熱交換器を用いない場
合と比較して、水素の冷熱回収効率を向上させ、上記場
合よりも少量の液体水素によって同等量の還流窒素を液
化させることができる。
【図１】本発明の第１実施形態にかかる空気分離装置の
フローシートである。
フローシートである。
【図２】同実施形態における熱交換器での各流体の温度
分布イメージを示す図である。
分布イメージを示す図である。
【図３】同実施形態における熱交換器の流路構成図であ
る。
る。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる空気分離装置の
フローシートの一部を示す図である。
フローシートの一部を示す図である。
【図５】同実施形態における熱交換器での各流体の温度
分布イメージを示す図である。
分布イメージを示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる空気分離装置の
フローシートである。
フローシートである。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる空気分離装置の
フローシートである。
フローシートである。
【図８】同実施形態にかける熱交換器での各流体の温度
分布イメージ図である。
分布イメージ図である。
【図９】外部寒冷源として液化天然ガスを用いた従来装
置のフローシートである。
置のフローシートである。
【図１０】外部寒冷源として液体水素を用いた従来装置
のフローシートである。
のフローシートである。
７ 精留塔
８ 精留塔の高圧塔
９ 精留塔の低圧塔
２１ 還流窒素ライン
３０ 熱交換器
３１ 高温流路
３２ 低温流路
３３ 中間温度流路
３４ 副熱交換器
３６ 副熱交換器の高温流路
３７ 同低温流路
３８ パラ−オルソ変換触媒反応器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 宮本 英樹
大阪府堺市築港新町２−６−40 大同ほ
くさん株式会社 堺工場内
(72)発明者 菊地 延尚
大阪府堺市築港新町２−６−40 大同ほ
くさん株式会社 堺工場内
(72)発明者 赤松 正明
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号
株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内
(72)発明者 岡本 重美
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号
株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内
(72)発明者 渡辺 幸夫
大阪市中央区備後町４丁目１番３号 株
式会社神戸製鋼所 大阪支社内
(72)発明者 田中 正幸
大阪市中央区備後町４丁目１番３号 株
式会社神戸製鋼所 大阪支社内
(72)発明者 若井 稔弘
大阪市中央区備後町４丁目１番３号 株
式会社神戸製鋼所 大阪支社内
(56)参考文献 特開 平３−28681（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F25J 1/00 - 5/00
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熱交換器によ
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、上記熱交換器に、上記還流窒
素ガスが通される高温流路と、外部寒冷源としての液体
水素が通される低温流路が設けられるとともに、この両
流路間に、上記低温流路を通過して上記還流窒素ガスと
液体水素の中間温度まで昇温した水素ガスが通される中
間温度流路が設けられたことを特徴とする空気分離装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の空気分離装置において、
熱交換器の下流に、熱交換器の高温流路から出た還流窒
素が通される高温流路と、低温流路とを備えた副熱交換
器が設けられるとともに、この熱交換器と副熱交換器の
間に、触媒を用いてパラ水素をオルソ水素に変換して吸
熱反応を行うパラ−オルソ変換触媒反応器が設けられ、
上記熱交換器から出た水素がこのパラ−オルソ変換触媒
反応器に通され、上記副熱交換器の高温流路に上記熱交
換器から出た窒素、低温流路に上記パラ−オルソ変換触
媒反応器によって低温化した水素がそれぞれ通されるよ
うに構成されたことを特徴とする空気分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20175097A JP3488600B2 (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 空気分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20175097A JP3488600B2 (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 空気分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1151558A JPH1151558A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3488600B2 true JP3488600B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=16446327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20175097A Expired - Fee Related JP3488600B2 (ja) | 1997-07-28 | 1997-07-28 | 空気分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3488600B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| CN108266965A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-10 | 北京拓首能源科技股份有限公司 | 一种利用液化天然气冷能的氧氮分离系统 |
| CN108240733A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-03 | 北京拓首能源科技股份有限公司 | 一种利用液化天然气冷能的空气分离系统 |
| CN113646601B (zh) * | 2019-04-05 | 2023-11-03 | 林德有限责任公司 | 用于操作热交换器的方法、具有热交换器的排布结构以及具有对应排布结构的系统 |
| KR102485122B1 (ko) * | 2020-12-21 | 2023-01-06 | 주식회사 포스코 | 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비 |
| EP4345057A1 (en) * | 2022-09-29 | 2024-04-03 | Linde GmbH | Method and apparatus for evaporating liquefied hydrogen |
Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5426698A (en) * | 1977-07-30 | 1979-02-28 | Matsushita Electric Works Ltd | Alarm unit using ultrasonic waves |
| JPH10239426A (ja) * | 1997-02-27 | 1998-09-11 | Ikuo Arai | 物標変位検出装置 |
| WO2006000835A1 (en) * | 2004-06-24 | 2006-01-05 | Bae Systems Integrated System Technologies Limited | Improvements relating to velocity extraction |
| US9500747B2 (en) * | 2012-01-10 | 2016-11-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Travel distance measurement device |
| JP2014126523A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | 速度算出装置、速度算出方法及びプログラム |
-
1997
- 1997-07-28 JP JP20175097A patent/JP3488600B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH1151558A (ja) | 1999-02-26 |
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