JP5005708B2 - Air separation method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、空気分離方法およびその装置に関し、詳しくは、圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留することにより酸素を製品として採取する空気分離方法およびその装置に関する。 The present invention relates to an air separation method and apparatus, and more particularly to an air separation method and apparatus for collecting oxygen as a product by low-temperature distillation of compressed, purified, and cooled raw material air.
空気を深冷分離して製品酸素ガスを製造する方法としては、図5に示すような複式精留プロセスが最も一般的な方法となっている(非特許文献1参照)。
図5に示す従来の複式精留プロセスの空気分離装置121は、圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと酸素富化液体に分離する高圧塔109と、減圧した前記酸素富化液体を低温蒸留して低圧窒素ガスと高純液化酸素に分離する低圧塔108と、前記中圧窒素ガスと前記高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器106と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収経路L124とを主な構成要素としている。
通常、製品酸素ガスは低圧塔108塔底部から、製品窒素ガスは低圧塔108塔頂部からそれぞれ採取される。
As a method for producing product oxygen gas by cryogenic separation of air, a double rectification process as shown in FIG. 5 is the most common method (see Non-Patent Document 1).
The conventional double rectification process
Usually, the product oxygen gas is collected from the bottom of the
図5に示す複式精留プロセスにおいて消費動力を削減する方法の一つに、高圧塔109塔頂部から中圧窒素ガスを採取する方法がある。製品として圧力の高い窒素が必要な場合、採取した中圧窒素ガスを圧縮することにより窒素圧縮機の動力を低減したり、製品窒素の圧力が中圧窒素ガスの圧力と同程度かそれよりも低い場合は、窒素圧縮機を省略したりすることが可能となる。また、窒素が不要な場合においても採取した中圧窒素ガスを膨張タービンで膨張させて、動力を回収することができる。
One method for reducing power consumption in the double rectification process shown in FIG. 5 is to collect medium-pressure nitrogen gas from the top of the high-
図5に示す複式精留プロセスでは、この中圧窒素ガスの採取率が原料空気量の5〜10%程度であるが、これを増やす方法として低圧塔108へ導入する液体の酸素濃度を高くする方法が考えられる。比較的高い酸素濃度の液体を低圧塔108に導入することにより、低圧塔108回収部のL/Vを大きくすることが可能となるため主凝縮器106で蒸発ガス化する酸素ガスの流量を小さくすることができ、主凝縮器106の交換熱量も小さくすることが可能になる。
したがって、高圧塔109塔頂部から導出された中圧窒素ガスのうち主凝縮器106に導入される中圧窒素ガスの流量割合を小さくすることができ、採取可能な中圧窒素ガス流量を増やすことができる。
In the double rectification process shown in FIG. 5, the sampling rate of the medium pressure nitrogen gas is about 5 to 10% of the amount of raw material air. As a method of increasing this, the oxygen concentration of the liquid introduced into the
Therefore, the flow rate ratio of the medium pressure nitrogen gas introduced into the
また、上述のように低圧塔108へ導入する液体の酸素濃度を高くして、低圧塔108回収部のL/Vを改善する場合において、中圧窒素ガスを採取する替わりに膨張タービンに供給するガスの流量を増やすことにより発生寒冷量を増やして液化製品の採取量を増やすことが可能となる。
Further, as described above, when the oxygen concentration of the liquid introduced into the
また、上述のように低圧塔108へ導入する液体の酸素濃度を高くして、低圧塔108回収部のL/Vを改善する場合において、中圧窒素ガスを採取する替わりに高圧塔109に導入する高圧の原料空気量を減量し、原料空気の一部を低圧で低圧塔108に供給し、空気圧縮機の消費動力を低減することが可能となる。
これらを実現するためのプロセスを図6に示す。
Further, when the oxygen concentration of the liquid introduced into the
A process for realizing these is shown in FIG.
図6に示す参考プロセスは、図5に示した従来プロセスを改良したもので、この空気分離装置221は、圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと酸素富化液体に分離する高圧塔209と、減圧した前記酸素富化液体を低温蒸留して低圧窒素ガスと低純液化酸素に分離する第1低圧塔281と、加圧した前記低純液化酸素を低温蒸留して低純窒素ガスと高純液化酸素に分離する第2低圧塔282と、前記中圧窒素ガスと前記高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器206と、前記低純窒素ガスと前記低純液化酸素とを間接熱交換させて低純窒素ガスを凝縮液化して低純液化窒素を得ると同時に低純液化酸素を蒸発ガス化して低純酸素ガスを得る中間凝縮器216と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスGOとして採取する製品回収経路L224と、前記中圧酸素ガスの一部を熱回収後に製品中圧窒素ガスMGNとして採取する製品回収経路L207とを主な構成要素としている。
製品酸素ガスは第2低圧塔282塔底部から、製品窒素ガスは第1低圧塔281塔頂部および高圧塔209塔頂部からそれぞれ採取される。
The reference process shown in FIG. 6 is an improvement of the conventional process shown in FIG. 5. This
The product oxygen gas is collected from the bottom of the second
図5に示す従来プロセスでは低圧塔中部に酸素濃度40%程度の酸素富化液体が導入されるのに対し、図6に示す参考プロセスでは、酸素濃度40%程度の酸素富化液体が予め第1低圧塔で蒸留分離され、酸素濃度90%以上に濃縮した低純液化酸素が第2低圧塔中部に導入される。
これにより、第2低圧塔回収部の蒸留効率を改善してL/Vを大きくすることができるため、主凝縮器で蒸発ガス化する高純酸素ガスの流量を小さくすることができ、中圧窒素ガスの採取量を増やしたり、液化製品の採取量を増やしたり、原料空気の一部を低圧で供給したりすることができる。
In the conventional process shown in FIG. 5, an oxygen-enriched liquid having an oxygen concentration of about 40% is introduced into the middle portion of the low-pressure column. On the other hand, in the reference process shown in FIG. Low-pure liquefied oxygen distilled and separated in one low-pressure column and concentrated to an oxygen concentration of 90% or more is introduced into the middle of the second low-pressure column.
Thereby, since the L / V can be increased by improving the distillation efficiency of the second low-pressure column recovery section, the flow rate of the high purity oxygen gas which is evaporated and gasified in the main condenser can be reduced, and the intermediate pressure It is possible to increase the amount of nitrogen gas collected, increase the amount of liquefied product collected, or supply a part of the raw material air at a low pressure.
しかし、図6に示す参考プロセスでは、高圧塔の運転圧力が図5の従来プロセスのそれに比べて大幅に高くなり、空気圧縮機の消費動力が大幅に増加する問題がある。
この理由は、中間凝縮器216において、第1低圧塔281塔底部の低純液化酸素を第2低圧塔282塔頂部の低純窒素ガスで蒸発ガス化させなければならないプロセス上の制約により、例えば第1低圧塔281の運転圧力を0.13MPaAとした揚合に第2低圧塔282の運転圧力を0.47MPaA程度まで上げる必要があり、同様に主凝縮器206において第2低圧塔282塔底部の高純液化酸素を高圧塔209塔頂部の中圧窒素ガスで蒸発ガス化させなければならないプロセス上の制約により、高圧塔の運転圧力を1.43MPaA程度まで上げる必要があるためである。
However, the reference process shown in FIG. 6 has a problem that the operating pressure of the high-pressure tower is significantly higher than that of the conventional process of FIG. 5, and the power consumption of the air compressor is greatly increased.
The reason for this is that, in the
本発明の課題は、前記参考プロセスにおいて、第2低圧塔回収部を改善して中圧窒素ガスの採取量を増やしたり、液化製品の採取量を増やしたり、原料空気の1部を低圧で供給したりする場合においても、第2低圧塔の運転圧力を下げ、高圧塔の運転圧力および原料空気圧力を下げて消費動力を低減できるような空気分離方法およびその装置を提供することを目的としている。 The object of the present invention is to improve the second low-pressure column recovery unit in the above reference process to increase the amount of medium-pressure nitrogen gas collected, increase the amount of liquefied product collected, or supply one part of raw air at a low pressure It is an object of the present invention to provide an air separation method and apparatus capable of reducing power consumption by lowering the operating pressure of the second low-pressure column and lowering the operating pressure of the high-pressure column and the raw material air pressure. .
前記課題を達成するため、本発明の空気分離方法は、原料空気を深冷液化分離して製品酸素を採取する空気分離方法において、圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと第1酸素富化液体とに分離する第1分離工程と、前記第1酸素富化液体を減圧後に低温蒸留して第1低圧窒素ガスと第2酸素富化液体とに分離する第2分離工程と、互いに間接熱交換可能とされた蒸発蒸留通路と凝縮蒸留通路を備えた熱交換型蒸留器の蒸発蒸留通路で前記第2酸素富化液体を凝縮蒸留通路との間接熱交換により加熱して前記第2酸素富化液体の一部を蒸発ガス化しつつ蒸留して第1酸素富化ガスと低純液化酸素とに分離する第3分離工程と、前記低純液化酸素を低温蒸留して第2酸素富化ガスと高純液化酸素とに分離する第4分離工程と、前記熱交換型蒸留器の凝縮蒸留通路で前記第2酸素富化ガスを蒸発蒸留通路との間接熱交換により冷却して前記第2酸素富化ガスの一部を凝縮液化しつつ蒸留して第2低圧窒素ガスと第3酸素富化液体とに分離する第5分離工程と、前記中圧窒素ガスと前記高純液化酸素とを間接熱交換して中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る間接熱交換工程と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収工程とを含むことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the air separation method of the present invention is an air separation method for collecting product oxygen by cryogenic liquefaction separation of raw material air. A first separation step for separating the gas into a first oxygen-enriched liquid; and a second process for separating the first oxygen-enriched liquid into a first low-pressure nitrogen gas and a second oxygen-enriched liquid by low-temperature distillation after decompression. The second oxygen-enriched liquid is heated by indirect heat exchange with the condensation distillation passage in the separation step and the evaporation distillation passage of a heat exchange type distiller having an evaporative distillation passage and a condensation distillation passage that can exchange heat indirectly with each other. A third separation step in which a part of the second oxygen-enriched liquid is distilled while evaporating and separating it into a first oxygen-enriched gas and low-pure liquefied oxygen; and the low-pure liquefied oxygen is distilled at a low temperature To separate the second oxygen-enriched gas and the highly pure liquefied oxygen The second oxygen-enriched gas is cooled by indirect heat exchange with the evaporative distillation passage in the condensation distillation passage of the heat exchange-type distiller, and a part of the second oxygen-enriched gas is distilled while being condensed and liquefied. A fifth separation step for separating the second low-pressure nitrogen gas and the third oxygen-enriched liquid, and the intermediate-pressure nitrogen gas and the highly pure liquefied oxygen are indirectly heat exchanged to condense and liquefy the intermediate-pressure nitrogen gas. An indirect heat exchange step for obtaining high-pure oxygen gas by evaporating gas of high-pure liquefied oxygen at the same time as obtaining pressurized liquefied nitrogen; and a product recovery step for collecting a part of the high-pure oxygen gas as product oxygen gas after heat recovery; It is characterized by including.
さらに、本発明の空気分離方法は、前記構成の空気分離方法において、装置の運転に必要な寒冷を得るため、前記原料空気の一部を膨張タービンに導入して膨張させる寒冷発生工程、または前記中圧窒素ガスの一部を膨張タービンに導入して膨張させる寒冷発生工程、または前記第1低圧窒素ガスの一部または全量を膨張タービンに導入して膨張させる寒冷発生工程、または前記第2低圧窒素ガスの一部または全量を膨張タービンに導入して膨張させる寒冷発生工程のいずれかの工程を含むことを特徴としている。 Furthermore, in the air separation method of the present invention, in the air separation method of the above-described configuration, in order to obtain coldness necessary for operation of the apparatus, a cold generation step of introducing a part of the raw material air into an expansion turbine to expand, or the above A cold generating step of introducing a part of the medium-pressure nitrogen gas into the expansion turbine to expand, or a cold generating step of introducing a part or all of the first low-pressure nitrogen gas into the expansion turbine to expand, or the second low pressure It is characterized in that it includes any one of the cold generation steps in which a part or all of the nitrogen gas is introduced into the expansion turbine and expanded.
また、本発明の空気分離装置は、原料空気を深冷液化分離して製品酸素を採取する空気分離装置において、圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと第1酸素富化液体とに分離する高圧塔と、前記第1酸素富化液体を減圧後に低温蒸留して第1低圧窒素ガスと第2酸素冨化液体とに分離する第1低圧塔と、互いに間接熱交換可能とされた凝縮蒸留通路および蒸発蒸留通路を備え、凝縮蒸留通路が蒸発蒸留通路との間接熱交換により前記第2酸素富化液体の一部を加熱して蒸発ガス化しつつ蒸留して第1酸素富化ガスと低純液化酸素とに分離するものであり、蒸発蒸留通路が凝縮蒸留通路との間接熱交換により後記第2酸素富化ガスの一部を冷却して凝縮液化しつつ蒸留して第2低圧窒素ガスと第3酸素富化液体とに分離するものである熱交換型蒸留器と、前記低純液化酸素を低温蒸留して第2酸素富化ガスと高純液化酸素とに分離する第2低圧塔と、前記中圧窒素ガスと高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収経路を備えたことを特徴としている。 Further, the air separation device of the present invention is an air separation device that collects product oxygen by cryogenic liquefaction separation of raw material air. The compressed, purified, and cooled raw material air is subjected to low-temperature distillation to obtain medium pressure nitrogen gas and primary oxygen. A high-pressure column that separates into an enriched liquid; a first low-pressure column that separates the first oxygen-enriched liquid into a first low-pressure nitrogen gas and a second oxygen-enriched liquid by low-temperature distillation after decompression; A condensable distillation passage and an evaporative distillation passage that are exchangeable, and the condensing distillation passage heats a part of the second oxygen-enriched liquid by indirect heat exchange with the evaporative distillation passage and distills while evaporating and gasifying it. 1 Oxygen-enriched gas and low-pure liquefied oxygen are separated, and the evaporative distillation passage cools a part of the second oxygen-enriched gas described later by indirect heat exchange with the condensation distillation passage and distills while condensing into liquid. Into a second low-pressure nitrogen gas and a third oxygen-enriched liquid. A heat-exchange distiller, a second low-pressure column that separates the low-pure liquefied oxygen into a second oxygen-enriched gas and high-pure liquefied oxygen by low-temperature distillation, and the medium-pressure nitrogen gas and high-pure liquefaction A main condenser for indirect heat exchange with oxygen to condense and liquefy medium pressure nitrogen gas to obtain medium pressure liquefied nitrogen and at the same time evaporate gas of high pure liquefied oxygen to obtain high pure oxygen gas; and the high pure oxygen gas A product recovery path for collecting a part of the product as product oxygen gas after heat recovery is provided.
本発明によれば、凝縮蒸留通路と蒸発蒸留通路とにより構成され、両通路間で熱交換させながら同時に各通路内で蒸留することが可能な熱交換型蒸留器を用いて、効率的に第1低圧塔と第2低圧塔とを熱結合することができ、従来のプロセスを用いた場合に比べて、中圧窒素ガスの採取量を増やしたり、液採取量を増やしたり、原料空気の一部を低圧で供給したりしつつ、原料空気圧力の上昇を抑えて、装置全体の消費動力を低減することができる。 According to the present invention, a heat exchange type distiller configured by a condensing distillation passage and an evaporative distillation passage, and capable of distilling in each passage at the same time while exchanging heat between both passages, is efficiently used. The low-pressure column and the second low-pressure column can be thermally coupled, and the amount of medium-pressure nitrogen gas collected, the amount of liquid collected can be increased, The supply power of the entire apparatus can be reduced by suppressing the increase of the raw material air pressure while supplying the part at a low pressure.
本発明の空気分離装置の第1実施形態を図1に示す。
この例の空気分離装置21は、原料空気を圧縮する空気圧縮機1と、圧縮された原料空気の圧縮熱を取り除く空気予冷器2と、空気予冷器2を経た原料空気中の不純物(水分、二酸化炭素等)を除去する精製器3と、精製器3を経た原料空気を冷却する主熱交換器4と、主熱交換器4を経た原料空気を低温蒸留によって塔上部の中圧窒素ガスと塔底部の第1酸素富化液体とに分離する高圧塔9と、前記第1酸素富化液体を減圧後に低温蒸留して塔上部の第1低圧窒素ガスと塔底部の第2酸素富化液体とに分離する第1低圧塔81と、互いに間接熱交換可能とされた凝縮蒸留通路51および蒸発蒸留通路52を備え、凝縮蒸留通路51が蒸発蒸留通路52との間接熱交換により前記第2酸素富化液体の一部を加熱して蒸発ガス化しつつ蒸留して第1酸素富化ガスと低純液化酸素とに分離するものであり、蒸発蒸留通路52が凝縮蒸留通路51との間接熱交換により後記第2酸素富化ガスの一部を冷却して凝縮液化しつつ蒸留して第2低圧窒素ガスと第3酸素富化液体とに分離するものである熱交換型蒸留器5と、前記低純液化酸素を低温蒸留して第2酸素富化ガスと高純液化酸素とに分離する第2低圧塔82と、前記中圧窒素ガスと高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスの一部を凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器6と、前記中圧窒素ガスの一部または全量を導入して装置に必要な寒冷を得る膨張タービン10と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収経路L24と、前記中圧窒素ガスの一部を熱回収後に製品中圧窒素ガスとして採取する製品回収経路L7と、ブロワ11と、過冷器7とを主な構成要素とする。
A first embodiment of the air separation device of the present invention is shown in FIG.
The
次に、この空気分離装置21を用いた空気分離方法の第1実施形態を説明する。
原料空気が、空気圧縮機1で圧縮され、空気予冷器2で常温付近まで冷却された後、精製器3において、原料空気中の水分および二酸化炭素等の不純物が吸着除去される。精製器3を経た原料空気は、保冷外槽15に導入され、主熱交換器4において、露点付近まで冷却され、経路L5を経て、高圧塔9に導入される。
Next, a first embodiment of an air separation method using the
After the raw material air is compressed by the air compressor 1 and cooled to near normal temperature by the air precooler 2, impurities such as moisture and carbon dioxide in the raw material air are adsorbed and removed in the
高圧塔9に導入された原料空気は、後述する中圧液化窒素との気液接触により蒸留され、塔頂に向かって窒素成分が濃縮する。高圧塔9の塔頂部から導出された中圧窒素ガスの一部は経路L6に分岐され、主熱交換器4で熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品中圧窒素ガスMGNとして採取される。
The raw material air introduced into the high-
中圧窒素ガスの残部は、経路L8を経て主凝縮器6に導入され、後述する第2低圧塔82塔底部の高純液化酸素との間接熱交換により、高純液化酸素を蒸発させ、自らは全量凝縮して中圧液化窒素となる。凝縮した中圧液化窒素の一部は高圧塔9の還流液として経路L9を経て高圧塔9の塔頂部に導入される。
中圧液化窒素の残部は、過冷器7を経て冷却され、減圧弁V1で減圧された後に第1低圧塔81の塔頂部に導入される。
また、高圧塔9の塔底部より導出された第1酸素富化液体は、過冷器7を経て冷却され、減圧弁V2で減圧された後に第1低圧塔81の下部に導入される。
The remainder of the medium-pressure nitrogen gas is introduced into the
The remainder of the medium pressure liquefied nitrogen is cooled through the
In addition, the first oxygen-enriched liquid led out from the bottom of the high-
第1低圧塔81では、減圧弁V1で減圧された前記中圧液化窒素と、減圧弁V2で減圧された前記第1酸素富化液体と、後述する第1酸素富化ガスとが蒸留され、第1低圧塔81の上部に窒素成分が、下部に酸素成分が濃縮する。第1低圧塔81の塔頂部から経路L14に第1低圧窒素ガスが導出され、過冷器7、主熱交換器4を経て、熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品低圧窒素ガスGNとして採取される。製品低圧窒素ガスGNの一部または全量は、精製器3の再生用に用いることができる。
In the first low-
第1低圧塔81の塔底部からは経路L16に第2酸素富化液体が導出され、熱交換型蒸留器5の蒸発蒸留通路52の上部に導入される。
熱交換型蒸留器5の蒸発蒸留通路52では、上部から導入された前記第2酸素富化液体が蒸発蒸留通路52内を下降する過程で凝縮蒸留通路51内の流体と熱交換して一部蒸発しながら蒸留され、蒸発蒸留通路52の上部に窒素成分が、下部に酸素成分が濃縮する。
From the bottom of the first low-
In the
熱交換型蒸留器5の蒸発蒸留通路52の上部から経路L17に導出された第1酸素富化ガスは、第1低圧塔81の下部に導入され、蒸発蒸留通路52の下部から経路L18に導出された低純液化酸素は第2低圧塔82の中部または上部に導入される。通常、蒸発蒸留通路52の運転圧力は、第2低圧塔82の運転圧力よりも低いが、その圧力差は比較的小さいため、経路L18における低純液化酸素の液ヘッドにより送液することが可能であるが、必要に応じて経路L18に液ポンプを設けて送液することができる。
The first oxygen-enriched gas led to the path L17 from the upper part of the
第2低圧塔82では、蒸発蒸留通路52から経路L18を経て導入された低純液化酸素と、後述する第3酸素富化液体と、主凝縮器6で蒸発した前記高純酸素ガスの一部とが蒸留され、第2低圧塔82の上部に窒素成分が、下部に酸素成分が濃縮する。
第2低圧塔82の塔頂部から経路L19に導出された第2酸素富化ガスは、熱交換型蒸留器5の凝縮蒸留通路51の下部に導入され、第2低圧塔82の塔底部から経路L23に導出された高純酸素ガスの一部は、主熱交換器4で熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品酸素ガスGOとして採取される。
In the second low-
The second oxygen-enriched gas led out from the top of the second low-
熱交換型蒸留器5の凝縮蒸留通路51では、下部から導入された前記第2酸素富化ガスが凝縮蒸留通路51内を上昇する過程で蒸発蒸留通路52の流体と熱交換して一部凝縮しながら蒸留され、凝縮蒸留通路51の上部に窒素成分が、下部に酸素成分が濃縮する。
In the
熱交換型蒸留器5の凝縮蒸留通路51の上部から経路L21に導出された第2低圧窒素ガスは、過冷器7、主熱交換器4を経て、熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品低圧窒素ガスGNとして採取される。凝縮蒸留通路51の下部から経路L20に導出された第3酸素富化液体は、第2低圧塔82の上部に導入される。
The second low-pressure nitrogen gas led out from the upper part of the condensing
製品液化酸素LOを採取する場合、第2低圧塔82塔底部の前記高純液化酸素を経路L25へ導出して採取することができ、製品液化窒素LNを採取する場合、前記中圧液化窒素の一部を経路L26に分岐して採取することができる。
When collecting the product liquefied oxygen LO, the high-pure liquefied oxygen at the bottom of the second low-
装置の運転に必要な寒冷は、高圧塔9の塔頂部から導出、分岐され、熱回収された中圧窒素ガスの一部または全量を経路L2に分岐し、ブロワ11で昇圧した後に膨張タービン10に導入し、膨張させて得ることができる。ブロワ11で中圧窒素ガスの昇圧を行う際には、膨張タービン10と同軸とし、膨張タービン10で原料空気を断熱膨張させる際に得られる動力を利用してブロワ11を駆動するのが好ましい。
The cold necessary for the operation of the apparatus is led out from the top of the high-
図1に破線で示すように第2低圧窒素ガスは経路L21に導出された後に第1低圧塔81の中間部に導入することもできる。
As indicated by a broken line in FIG. 1, the second low-pressure nitrogen gas can be introduced into the intermediate portion of the first low-
また、図2に示した第2実施形態の空気分離装置22のように、装置の運転に必要な寒冷を圧縮、精製された原料空気の一部を経路L31に分岐し、ブロワ31で昇圧した後に膨張タービン30に導入し、膨張させて得ることもできる。膨張した原料空気は、経路L32を経て第1低圧塔81に導入される。
Further, as in the
また、図3に示した第3実施形態の空気分離装置23のように、装置の運転に必要な寒冷を製品低圧窒素ガスGNの一部を経路L41に分岐し、ブロワ41で昇圧した後に膨張タービン40に導入し、膨張させて得ることもできる。この場合、膨張タービン40で必要な膨張比が得られるように製品低圧窒素ガスGNの圧力を高くする必要があり、装置全体の圧力を上げて運転される。
Further, as in the
このように構成した空気分離装置において、従来のプロセスを用いた場合に比べて、中圧窒素ガスの採取量を増やしつつ、原料空気圧力の上昇を抑えて、装置全体の消費動力を低減することができるようになる。 In the air separation device configured in this way, compared with the case where a conventional process is used, the amount of medium-pressure nitrogen gas collected is increased and the increase in the raw material air pressure is suppressed to reduce the power consumption of the entire device. Will be able to.
次に、図5に示す従来プロセス、図6に示す参考プロセスと比較して、図1に示した第1実施形態における作用効果を説明する。
第1実施形態の構成要素と実質的に同一とみなせる従来プロセスの構成要素には100を加算した数字からなる符号を、また参考プロセスの構成要素には200を加算した数字からなる符号をそれぞれ付してある。
Next, the effects of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described in comparison with the conventional process shown in FIG. 5 and the reference process shown in FIG.
The component of the conventional process that can be regarded as substantially the same as the component of the first embodiment is given a symbol consisting of a number added with 100, and the component of the reference process is assigned a symbol consisting of a number added with 200. It is.
図5に示す従来プロセスの空気分離装置121は、先に述べたように、圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと酸素富化液体に分離する高圧塔109と、減圧した前記酸素富化液体を低温蒸留して低圧窒素ガスと高純液化酸素に分離する低圧塔108と、前記中圧窒素ガスと前記高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器106と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収経路L124とを主な構成要素としている。
As described above, the
図5に示す従来プロセスでは、中圧窒素ガスを採取する場合、高圧塔109塔頂部から導出した中圧窒素ガスの一部を熱回収後に製品中圧窒素ガスMGNとして採取することができる。
さらに高い圧力の窒素ガスを製造する場合、製品中圧窒素ガスMGNを窒素圧縮機で昇圧したり、窒素が不要な場合においても、製品中圧窒素ガスMGNを膨張タービンで膨張させて動力を回収したりすることにより装置全体の消費動力を低減することができる。
In the conventional process shown in FIG. 5, when medium pressure nitrogen gas is collected, a part of medium pressure nitrogen gas derived from the top of the
When producing higher-pressure nitrogen gas, the product intermediate pressure nitrogen gas MGN is boosted with a nitrogen compressor, or even when nitrogen is not required, the product intermediate pressure nitrogen gas MGN is expanded with an expansion turbine to recover power. By doing so, the power consumption of the entire apparatus can be reduced.
しかしながら、製品中圧窒素ガスの採取量を増やすにつれて、主凝縮器106に導入される中圧窒素ガスが減少し、主凝縮器106の交換熱量が減少し、低圧塔108塔底部で蒸発ガス化する高純酸素ガス量が減少する。
低圧塔108回収部の上昇ガスは、低圧塔108回収部の蒸留に寄与しており、低圧塔108塔底部の酸素濃度、低圧塔108中部に導入される液体の酸素濃度、圧力等により、低圧塔108回収部に必要な上昇ガス量が決まる。
したがって、低圧塔108塔底部で蒸発ガス化する高純酸素ガス量が減少すると、低圧塔108塔底部の酸素濃度を維持するために、製品酸素ガスを減量して低圧塔108回収部の上昇ガス量を維持する必要があり、酸素回収率が低下する。
この制約により、従来プロセスにおける中圧窒素ガスの原料空気量に対する採取率は5〜10%程度が最適となる。
However, as the amount of collected intermediate-pressure nitrogen gas is increased, the intermediate-pressure nitrogen gas introduced into the
The rising gas in the recovery unit of the low-
Therefore, when the amount of high pure oxygen gas that evaporates at the bottom of the
Due to this restriction, the extraction rate of medium pressure nitrogen gas in the conventional process with respect to the amount of raw material air is optimally about 5 to 10%.
ところで、低圧塔回収部に必要な上昇ガス量は、低圧塔中部に導入する液体の酸素濃度を高くすることにより小さくすることができるため、酸素回収率を維持しながら、製品中圧窒素ガスの採取量を増やしたい場合、低圧塔中部に導入する液体の酸素濃度を高くすればよい。これを実現するためのプロセスが図6に示したものである。 By the way, the amount of ascending gas necessary for the low pressure column recovery section can be reduced by increasing the oxygen concentration of the liquid introduced into the middle section of the low pressure column. Therefore, while maintaining the oxygen recovery rate, In order to increase the amount to be collected, the oxygen concentration of the liquid introduced into the middle part of the low-pressure column may be increased. The process for realizing this is shown in FIG.
図6に示す参考プロセスの空気分離装置221は、先に述べたように、圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと酸素富化液体に分離する高圧塔209と、減圧した前記酸素富化液体を低温蒸留して低圧窒素ガスと低純液化酸素に分離する第1低圧塔281と、加圧した前記低純液化酸素を低温蒸留して低純窒素ガスと高純液化酸素に分離する第2低圧塔282と、前記中圧窒素ガスと前記高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器206と、前記低純窒素ガスと前記低純液化酸素とを間接熱交換させて低純窒素ガスを凝縮液化して低純液化窒素を得ると同時に低純液化酸素を蒸発ガス化して低純酸素ガスを得る中間凝縮器216と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスGOとして採取する製品回収経路L224と、前記中圧酸素ガスの一部を熱回収後に製品中圧窒素ガスMGNとして採取する製品回収経路L207とを主な構成要素としている。
As described above, the
図5の従来プロセスでは低圧塔108に導入する酸素富化液体の酸素濃度が40%程度であるが、図6の参考プロセスでは、酸素富化液体を第1低圧塔281で予め低圧窒素ガスと酸素濃度90%以上の低純液化酸素に蒸留分離し、この低純液化酸素を第2低圧塔282中部に導入するため、第2低圧塔282回収部に必要な上昇ガス量を少なくすることができ、したがって酸素回収率を維持したままで製品中圧窒素ガスMGNの採取量を増やすことができる。
In the conventional process of FIG. 5, the oxygen concentration of the oxygen-enriched liquid introduced into the low-
しかし、図6の参考プロセスにおいては、中間凝縮器216において、第1低圧塔281塔底部の低純液化酸素を第2低圧塔282塔頂部の低純窒素ガスで蒸発ガス化させなければならないプロセス上の制約により、例えば第1低圧塔281の運転圧力を0.13MPaAとした場合に第2低圧塔282の運転圧力を0.47MPaA程度まで上げる必要がある。
同様に主凝縮器206において、第2低圧塔282塔底部の高純液化酸素を高圧塔209塔頂部の中圧窒素ガスで蒸発ガス化させるために高圧塔209の運転圧力を1.43MPaA程度まで上げる必要があるため、原料空気圧力は1.47MPaA程度となり、空気圧縮機201の消費動力が大幅に上昇する問題がある。
However, in the reference process of FIG. 6, in the
Similarly, in the
これに対して、本発明の第1実施形態では、第2低圧塔82回収部で必要な上昇ガス量を少なくして製品中圧窒素ガスMGNの採取量を増加させる参考プロセスと同様の工夫をした場合においても、熱交換型蒸留器5を用いて、効率的に第1低圧塔と第2低圧塔を熱統合することにより、第2低圧塔82の運転圧力上昇を抑えることができる。
On the other hand, in the first embodiment of the present invention, a device similar to the reference process for increasing the amount of collected intermediate-pressure nitrogen gas MGN by reducing the amount of ascending gas required in the second low-pressure column recovery unit is used. Even in this case, it is possible to suppress an increase in the operating pressure of the second low-
図6の参考プロセスでは、中間凝縮器216において低純液化酸素と低純窒素ガスとを熱交換させ、低純液化酸素を蒸発ガス化させると同時に低純窒素ガスを凝縮液化させるのに対して、本発明のプロセスでは、熱交換型蒸留器5において、蒸発蒸留通路52と凝縮蒸留通路51とを熱交換させ、蒸発蒸留通路52を下降する液体を蒸発ガス化させると同時に凝縮蒸留通路51を上昇するガスを凝縮液化させている。熱交換型蒸留器5では、熱交換と蒸留が同時に行われるため、各通路では蒸留により上部に窒素成分が濃縮し、下部に酸素成分が濃縮する。
したがって、熱交換型蒸留器5の上部では窒素富化流体どうしの熱交換となり、下部では酸素富化流体どうしの熱交換となるため、互いの通路を近い圧力で運転することが可能になる。したがって、第2低圧塔82の圧力上昇を抑え、原料空気圧力を図1の従来プロセスと同程度とすることができるため、効率的に製品中圧窒素ガスMGNを採取し、消費動力を低減することができる。
In the reference process of FIG. 6, while the low pure liquefied oxygen and the low pure nitrogen gas are subjected to heat exchange in the
Therefore, heat exchange between the nitrogen-enriched fluids is performed at the upper part of the heat exchange-
また、製品中圧窒素ガスMGNを採取する替わりに、膨張タービンへ導入する中圧窒素ガスを増量し、寒冷発生量を増やして液化製品を採取することもできる。製品液化酸素LOは第2低圧塔82塔底部から経路L25へ導出して採取され、製品液化窒素LNは主凝縮器6で凝縮液化し、第1低圧塔に導入される中圧液化窒素の一部を経路L26に導出して採取される。
Further, instead of collecting the product intermediate pressure nitrogen gas MGN, it is possible to increase the amount of medium pressure nitrogen gas introduced into the expansion turbine and increase the amount of cold generation to collect the liquefied product. The product liquefied oxygen LO is extracted from the bottom of the second low-
図2に示す第2実施形態のプロセスの場合、経路L31に分岐してブロワ31、膨張タービン30に供給される原料空気の割合を増やすことにより、発生寒冷量を増やして製品液化酸素LOまたは製品液化窒素LNを採取することが可能になる。膨張タービン30の原料空気量を増やして高圧塔9に供給される原料空気量を減らした場合、主凝縮器6に導入される中圧窒素ガスが減少し、主凝縮器6の交換熱量が減少するため、第2低圧塔82回収部の上昇ガス量が減少する傾向にあるが、製品中圧窒素ガスMGNを減量することにより主凝縮器6の交換熱量を一定にすることで膨張タービン30での寒冷発生量増加による液化製品量の増量に対応可能となる。
In the case of the process of the second embodiment shown in FIG. 2, by increasing the ratio of the raw air supplied to the
図3に示す第3実施形態のプロセスの場合、装置全体の運転圧力を上げて、膨張タービン40に供給される廃ガスの圧力を高くすることにより、発生寒冷量を増やして製品液化酸素LOまたは製品液化窒素LNを採取することが可能になる。装置の運転圧力を上げると精留塔内の蒸留効率が低下し、第2低圧塔82回収部において必要な上昇ガス量が増加する傾向にあるが、製品中圧窒素ガスMGNを減量することにより主凝縮器6の交換熱量を大きくすることで運転圧力の上昇に対応可能となる。
In the case of the process of the third embodiment shown in FIG. 3, by increasing the operating pressure of the entire apparatus and increasing the pressure of the waste gas supplied to the
次に本発明の第4実施形態を図4に示す。この空気分離装置24は、第1実施形態の空気分離装置21に加えて原料空気の一部を圧縮する低圧空気圧縮機91と、低圧空気予冷器92と、低圧精製器93とが構成機器として追加されている。
この空気分離装置24を用いた実施形態を前述の第1の実施形態との違いを中心に説明する。
装置に必要な原料空気の一部が、空気圧縮機1で圧縮され、第1の実施形態と同様に精製された後に主熱交換器4を経て高圧塔9に供給される。一方、装置に必要な原料空気の残部は、低圧空気圧縮機91で圧縮され、保冷外槽15に導入され、主熱交換器4で冷却された後に第1低圧塔81に供給される。
保冷外槽15の内部では、第1実施形態と同様に高圧塔9、第1低圧塔81、第2低圧塔82、熱交換型蒸留器5、主凝縮器6、過冷器7などにより、蒸留、熱交換が行われ、製品酸素ガスGO、製品低圧窒素ガスGN、製品中圧窒素ガスMGN、製品液化酸素LO、製品液化窒素LNが採取される。
Next, a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. The
An embodiment using the
Part of the raw material air necessary for the apparatus is compressed by the air compressor 1, purified in the same manner as in the first embodiment, and then supplied to the high-
Inside the cold insulation
このように構成した空気分離装置において、製品中圧窒素ガスMGNを減量することにより、前述の説明の通り、従来プロセスを用いた場合に比べて、高圧塔9に供給される原料空気を減量することが可能になり、したがって装置に必要な原料空気の一部を低圧で供給することが可能となるため、装置全体の消費動力を低減することができるようになる。
In the air separation apparatus configured as described above, by reducing the product intermediate pressure nitrogen gas MGN, as described above, the amount of raw material air supplied to the
(実施例1)
図1に示した第1実施形態の空気分離装置21を用いて、流量1000の原料空気から酸素濃度99.6%以上の製品酸素ガスと、許容酸素濃度1ppmの製品中圧窒素ガスとを採取する場合の実施例を示す。
圧縮、精製された流量1000、0.55MPaA、40℃の原料空気は、保冷外槽15に導入され、主熱交換器4において、露点付近まで冷却され、0.53MPaAで運転される高圧塔9に導入される。高圧塔9に導入された原料空気は、酸素濃度1ppmの中圧窒素ガスと酸素濃度39.7%の第1酸素富化液体とに分離され、高圧塔9の塔頂部から導出された中圧窒素ガスのうち流量280は、主熱交換器4で熱回収された後に保冷外槽15から導出される。
Example 1
Using the
The compressed and refined raw material air having a flow rate of 1000, 0.55 MPaA and 40 ° C. is introduced into the cold insulation
この中圧窒素ガスのうち流量200が製品中圧窒素ガスとして採取され、のこり流量80が経路L2に分岐され、ブロワ11で昇圧され、保冷外槽15に導入され、主熱交換器4において冷却され、膨張タービン10に導入される。膨張タービン10に導入された中圧窒素ガスは、膨張して装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に経路L3を経て後述する第1低圧窒素ガスと合流し、主熱交換器4で熱回収され、製品低圧窒素ガスGNとして採取される。
高圧塔9の塔頂部から導出された中圧窒素ガスの残部は、経路L8を経て主凝縮器6に導入され、第2低圧塔82塔底部の高純液化酸素との間接熱交換により、高純液化酸素を蒸発させ、自らは全量凝縮して中圧液化窒素となる。
Of this medium pressure nitrogen gas, a flow rate 200 is taken as the product medium pressure nitrogen gas, and the remaining flow rate 80 is branched into the path L 2, boosted by the blower 11, introduced into the cold insulation
The remainder of the medium-pressure nitrogen gas derived from the top of the high-
凝縮した中圧液化窒素の一部は高圧塔9の還流液として高圧塔9の塔頂部に導入される。中圧液化窒素の残部は、過冷器7を経て冷却され、減圧弁V1で減圧された後に0.13MPaAで運転される第1低圧塔81の塔頂部に導入される。また、高圧塔9の塔底部より導出された第1酸素富化液体は、過冷器7を経て冷却され、減圧弁V2で減圧された後に第1低圧塔81の下部に導入される。
第1低圧塔81および熱交換型蒸留器5の蒸発蒸留通路52では、第1酸素富化液体が蒸留され、酸素濃度1.7%の第1低圧窒素ガスと、酸素濃度89.8%の低純液化酸素とに分離される。第1低圧塔81塔頂部から導出された第1低圧窒素ガスは、熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品低圧窒素ガスとして採取される。
A part of the condensed medium pressure liquefied nitrogen is introduced into the top of the
In the first low-
また、蒸発蒸留通路52の下部から導出された低純液化酸素は0.13MPaAで運転される第2低圧塔82の中部に導入される。第2低圧塔82および熱交換型蒸留器5の凝縮蒸留通路51では、低純液化酸素が蒸留され、酸素濃度6.1%の第2低圧窒素ガスと、酸素濃度99.6%の高純液化窒素とに分離される。
第2低圧塔82の塔底部の主凝縮器6で蒸発ガス化した高純酸素ガスのうち流量200は、第2低圧塔82の塔底部から導出され、主熱交換器4で熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品酸素ガスGOとして採取される。
Further, the low purity liquefied oxygen led out from the lower portion of the
Of the high-purity oxygen gas evaporated and gasified by the
プロセスの性能を評価するため、実施例1について従来プロセスの装置121、参考プロセスの装置221との消費動力の比較を行った。
その結果を表1に示す。
製品酸素ガスは流量200、圧力0.50MPaAとし、製品窒素ガスは流量200、圧力1.50MPaAとした。保冷外槽15から採取された酸素ガスおよび窒素ガスをそれぞれ酸素圧縮機および窒素圧縮機で圧縮して製造することとし、空気圧縮機の動力に加えて、これらの圧縮機の動力も含めて比較した。動力は図1の従来プロセスの合計値を100としたときの値である。
In order to evaluate the performance of the process, the power consumption of Example 1 was compared with the
The results are shown in Table 1.
The product oxygen gas had a flow rate of 200 and a pressure of 0.50 MPaA, and the product nitrogen gas had a flow rate of 200 and a pressure of 1.50 MPaA. Oxygen gas and nitrogen gas collected from the cold insulation
図5の従来プロセスでは製品中圧窒素ガスMGNの採取量が60であるため、これを中圧窒素圧縮機で1.50MPaAまで圧縮して供給し、製品窒素ガスのうち残り140は製品低圧窒素ガスGNを低圧窒素圧縮機で1.50MPaAまで圧縮して供給する。
同様に図6の参考プロセスでは製品中圧窒素ガスMGNの採取量が80であるため、これを中圧窒素圧縮機で1.50MPaAまで圧縮して供給し、製品窒素ガスのうち残り120は製品低圧窒素ガスGNを低圧窒素圧縮機で1.50MPaAまで圧縮して供給する。
本発明のプロセスでは、製品中圧窒素ガスMGNの採取量が200であるため、これを中圧窒素圧縮機で1.50MPaAまで圧縮して供給し、低圧窒素圧縮機による低圧窒素ガスの圧縮は不要となる。
In the conventional process of FIG. 5, since the amount of product intermediate pressure nitrogen gas MGN collected is 60, this is compressed and supplied to 1.50 MPaA with a medium pressure nitrogen compressor, and the remaining 140 of the product nitrogen gas is product low pressure nitrogen. The gas GN is supplied after being compressed to 1.50 MPaA with a low-pressure nitrogen compressor.
Similarly, in the reference process of FIG. 6, since the amount of product medium pressure nitrogen gas MGN collected is 80, this is compressed and supplied to 1.50 MPaA with a medium pressure nitrogen compressor, and the remaining 120 of the product nitrogen gas is the product. The low-pressure nitrogen gas GN is supplied after being compressed to 1.50 MPaA with a low-pressure nitrogen compressor.
In the process of the present invention, since the amount of product intermediate pressure nitrogen gas MGN collected is 200, this is compressed and supplied to 1.50 MPaA with an intermediate pressure nitrogen compressor, and compression of the low pressure nitrogen gas with the low pressure nitrogen compressor is performed. It becomes unnecessary.
図6の参考プロセスは、図5の従来プロセスに比べて中圧窒素ガスMGNの採取量が増えており、窒素圧縮機の消費動力は低減されているが、空気圧縮機の消費動力が大幅に増加しているため全体としては20%以上消費動力が大きくなっている。
これに対して、本発明のプロセスは、中圧窒素ガスMGNの採取量が増えて窒素圧縮機の消費動力が低減され、なお且つ熱交換型蒸留器5を用いることにより、原料空気の圧力が従来プロセスと同程度に抑えられているため、全体の消費動力は図5の従来プロセスと比較して8%程度低減されている。
In the reference process of FIG. 6, the amount of medium-pressure nitrogen gas MGN collected is increased compared to the conventional process of FIG. 5, and the consumption power of the nitrogen compressor is reduced, but the consumption power of the air compressor is greatly increased. Since it is increasing, overall power consumption is 20% or more.
In contrast, in the process of the present invention, the amount of medium-pressure nitrogen gas MGN collected is increased, the power consumption of the nitrogen compressor is reduced, and the heat
(実施例2)
次に、図1に示した第1実施形態21の空気分離装置を用いて、流量1000の原料空気から酸素濃度99.6%以上の製品酸素ガスに加えて製品液化酸素を最大量採取する場合の実施例を示す。
以下に、実施例1との主な違いを示す。
高圧塔9の塔頂部から導出、分岐され、主熱交換器4で熱回収された流量280の中圧窒素ガスは、全てブロワ11、膨張タービン10に導入され、装置の運転に必要な寒冷を発生させる。第2低圧塔82塔底部の高純液化酸素の一部は経路L25に導出され、製品液化酸素LOとして採取される。
(Example 2)
Next, in the case where the maximum amount of product liquefied oxygen is collected in addition to the product oxygen gas having an oxygen concentration of 99.6% or more from the raw air having a flow rate of 1000 using the air separation device of the
The main differences from Example 1 are shown below.
The medium-pressure nitrogen gas flow 280, which is led out from the top of the high-
プロセスの性能を評価するため、実施例2について従来プロセスの装置121、参考プロセスの装置221との消費動力および製品液化酸素採取量の比較を行った。
その結果を表2に示す。
製品酸素ガスと製品液化酸素の合計流量は200とし、製品酸素ガスの圧力は0.50MPaAとした。保冷外槽から採取された酸素ガスを酸素圧縮機で圧縮して製品酸素ガスを製造することとし、空気圧縮機の動力に加えて、これらの圧縮機の動力も含めて比較した。動力は図1の従来プロセスの合計値を100としたときの値である。
In order to evaluate the performance of the process, the power consumption and the amount of product liquefied oxygen collected in Example 2 were compared with the
The results are shown in Table 2.
The total flow rate of product oxygen gas and product liquefied oxygen was 200, and the pressure of product oxygen gas was 0.50 MPaA. Product oxygen gas was produced by compressing oxygen gas collected from the cold outer tank with an oxygen compressor, and the power of these compressors was compared with the power of the air compressor. The power is a value when the total value of the conventional process in FIG.
図5の従来プロセスでは、ブロワ111、膨張タービン110に供給可能な中圧窒素ガス量が140であるため、製品液化酸素LOの採取量が7であるのに対して、図6の参考プロセスでは、ブロワ211、膨張タービン210に分岐される原料空気量が250まで増量できるため、製品液化酸素の採取量が24となり大幅に増えている。しかし、図5の従来プロセスに比べて原料空気圧力が高く、装置全体の消費動力は35%程度上昇している。 In the conventional process of FIG. 5, the amount of medium-pressure nitrogen gas that can be supplied to the blower 111 and the expansion turbine 110 is 140, so the amount of product liquefied oxygen LO collected is 7, whereas in the reference process of FIG. Since the amount of raw material air branched into the blower 211 and the expansion turbine 210 can be increased to 250, the amount of product liquefied oxygen collected is 24, which is greatly increased. However, the raw material air pressure is higher than in the conventional process of FIG. 5, and the power consumption of the entire apparatus is increased by about 35%.
一方、本発明のプロセスは、ブロワ11、膨張タービン10に分岐される原料空気量が280まで増量できるため、図5の従来プロセスに比べて製品液化酸素LOの採取量が大幅に増えており、なお且つ熱交換型蒸留器を用いることにより、原料空気の圧力が従来プロセスと同程度に抑えられているため、全体の消費動力は図5の従来プロセスと同程度になっている。
このように、製品中圧窒素ガスMGNが不要な場合においても、本発明のプロセスを用いることにより、消費動力を従来プロセスと同程度に抑えながら製品液化酸素LOの採取量を増やすことが可能となる。また、製品液化窒素LNを採取する場合においても、同様に本発明のプロセスを用いることにより従来プロセスと同程度の消費動力で製品液化窒素LNの採取量を増やすことが可能となる。
On the other hand, in the process of the present invention, the amount of raw material air branched into the blower 11 and the
As described above, even when the product intermediate pressure nitrogen gas MGN is unnecessary, it is possible to increase the amount of collected product liquefied oxygen LO while suppressing the power consumption to the same level as the conventional process by using the process of the present invention. Become. Further, when collecting the product liquefied nitrogen LN, similarly, by using the process of the present invention, it is possible to increase the amount of collected product liquefied nitrogen LN with the same power consumption as the conventional process.
(実施例3)
次に図4に示す第4形態例の空気分離装置24を用いて、流量1000の原料空気から酸素濃度99.6%以上の製品酸素ガスを採取する場合の実施例を示す。
以下に、実施例1との主な違いを示す。
装置に必要な原料空気のうち流量800が空気圧縮機1で0.57MPaAに圧縮され、精製され、主熱交換器4で冷却され、高圧塔9に供給される。一方、装置に必要な原料空気のうち200が低圧空気圧縮機91で、0.16MPaAに圧縮され、精製、冷却された後に第1低圧塔81に供給される。高圧塔9塔頂部から導出された中圧窒素ガスのうち流量80が分岐され、主熱交換器4で熱回収され、ブロワ11、主熱交換器4を経て、膨張タービン10に導入され、膨張して装置の運転に必要な寒冷を発生させる。
(Example 3)
Next, an embodiment in which product oxygen gas having an oxygen concentration of 99.6% or more is collected from raw air having a flow rate of 1000 using the
The main differences from Example 1 are shown below.
Of the raw material air necessary for the apparatus, the flow rate 800 is compressed to 0.57 MPaA by the air compressor 1, purified, cooled by the
プロセスの性能を評価するため、実施例3について、図7に示す他の従来プロセスの装置122、図8に示す他の参考プロセスの装置222との消費動力および製品液化酸素採取量の比較を行った。その結果を表3に示す。
In order to evaluate the performance of the process, the consumption power and the amount of product liquefied oxygen collected in Example 3 were compared with the
図7に示す他の従来プロセスの空気分離装置122は、装置に必要な原料空気の一部が低圧空気圧縮機191で圧縮され、精製、冷却された後に低圧塔108に供給される。
図8に示す他の参考プロセスの装置222は、装置に必要な原料空気の一部が低圧空気圧縮機291で圧縮され、精製、冷却された後に第1低圧塔281に供給される。
製品酸素ガスと製品液化酸素の合計流量は200とし、製品酸素ガスの圧力は0.50MPaAとした。保冷外槽から採取された酸素ガスを酸素圧縮機で圧縮して製品酸素ガスを製造することとし、空気圧縮機の動力に加えて、これらの圧縮機の動力も含めて比較した。動力は図7の従来プロセスの合計値を100としたときの値である。
In the
In the
The total flow rate of product oxygen gas and product liquefied oxygen was 200, and the pressure of product oxygen gas was 0.50 MPaA. Product oxygen gas was produced by compressing oxygen gas collected from the cold outer tank with an oxygen compressor, and the power of these compressors was compared with the power of the air compressor. The power is a value when the total value of the conventional process in FIG.
図7の従来プロセスでは、原料空気のうち流量60が低圧空気圧縮機191で0.16MPaAまで圧縮され、原料空気のうち流量940が空気圧縮機101で0.56MPaAまで圧縮される。
図8の参考プロセスでは、原料空気のうち流量80が低圧空気圧縮機291で0.16MPaAまで圧縮され、原料空気のうち流量920が空気圧縮機201で1.47MPaAまで圧縮される。
In the conventional process of FIG. 7, the flow rate 60 of the raw material air is compressed to 0.16 MPaA by the low-
In the reference process of FIG. 8, the flow rate 80 of the raw material air is compressed to 0.16 MPaA by the low-
これらに対して、本発明のプロセスでは、原料空気のうち流量200が低圧空気圧縮機91で0.16MPaAまで圧縮され、原料空気のうち流量800が空気圧縮機1で0.57MPaAまで圧縮される。
したがって、表3に示すように製品中圧窒素ガスMGNや製品液化酸素LOや製品液化窒素LNが不要な場合においても、本発明のプロセスを用いることにより、装置全体の消費動力を従来プロセスと比べて8%程度削減することが可能となる。
In contrast, in the process of the present invention, the flow rate 200 of the raw material air is compressed to 0.16 MPaA by the low-pressure air compressor 91, and the flow rate 800 of the raw material air is compressed to 0.57 MPaA by the air compressor 1. .
Therefore, as shown in Table 3, even when the product intermediate pressure nitrogen gas MGN, the product liquefied oxygen LO, and the product liquefied nitrogen LN are not required, the power consumption of the entire apparatus is compared with the conventional process by using the process of the present invention. About 8%.
1・・空気圧縮機、2・・空気予冷器、3・・精製器、4・・主熱交換器、9・・高圧塔、81・・第1低圧塔、5・・熱交換型蒸留器、51・・凝縮蒸留通路、52・・蒸発蒸留通路、82・・第2低圧塔、6・・主凝縮器、10・・膨張タービン、L24・・製品回収経路、L7・・製品回収経路、11・・ブロワ、7・・過冷器 1 .... Air compressor, 2 .... Air precooler, 3 .... Purifier, 4 .... Main heat exchanger, 9 .... High pressure column, 81 .... First low pressure column, 5 .... Heat exchange distiller , 51 .. Condensed distillation passage, 52 .. Evaporative distillation passage, 82 .. Second low pressure column, 6 .. Main condenser, 10 .. Expansion turbine, L24 ... Product recovery path, L7 ... Product recovery path, 11. Blower, 7 ... Supercooler
Claims (8)
圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと第1酸素富化液体とに分離する第1分離工程と、
前記第1酸素富化液体を減圧後に低温蒸留して第1低圧窒素ガスと第2酸素富化液体とに分離する第2分離工程と、
互いに間接熱交換可能とされた蒸発蒸留通路と凝縮蒸留通路を備えた熱交換型蒸留器の蒸発蒸留通路で前記第2酸素富化液体を凝縮蒸留通路との間接熱交換により加熱して前記第2酸素富化液体の一部を蒸発ガス化しつつ蒸留して第1酸素富化ガスと低純液化酸素とに分離する第3分離工程と、
前記低純液化酸素を低温蒸留して第2酸素富化ガスと高純液化酸素とに分離する第4分離工程と、
前記熱交換型蒸留器の凝縮蒸留通路で前記第2酸素富化ガスを蒸発蒸留通路との間接熱交換により冷却して前記第2酸素冨化ガスの一部を凝縮液化しつつ蒸留して第2低圧窒素ガスと第3酸素富化液体とに分離する第5分離工程と、
前記中圧窒素ガスと前記高純液化酸素とを間接熱交換して中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る間接熱交換工程と、
前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収工程とを含むことを特徴とする空気分離方法。 In the air separation method of collecting product oxygen by cryogenic liquefaction separation of raw material air,
A first separation step of low-temperature distillation of the compressed, purified and cooled raw material air to separate it into medium-pressure nitrogen gas and a first oxygen-enriched liquid;
A second separation step of separating the first oxygen-enriched liquid into a first low-pressure nitrogen gas and a second oxygen-enriched liquid by low-temperature distillation after decompression;
The second oxygen-enriched liquid is heated by indirect heat exchange with the condensing distillation passage in the evaporative distillation passage of a heat exchange type distiller having an evaporative distillation passage and a condensing distillation passage that can exchange heat indirectly with each other. A third separation step of distilling part of the oxygen-enriched liquid while evaporating and separating it into a first oxygen-enriched gas and low-pure liquefied oxygen;
A fourth separation step in which the low-pure liquefied oxygen is distilled at a low temperature to separate it into a second oxygen-enriched gas and high-pure liquefied oxygen;
The second oxygen-enriched gas is cooled by indirect heat exchange with the evaporative distillation passage in the condensation distillation passage of the heat exchange-type distiller, and a part of the second oxygen enriched gas is distilled while being condensed and liquefied. A fifth separation step for separating the low-pressure nitrogen gas and the third oxygen-enriched liquid;
The intermediate pressure nitrogen gas and the high purity liquefied oxygen are indirectly heat-exchanged to condense and liquefy the intermediate pressure nitrogen gas to obtain intermediate pressure liquefied nitrogen, and at the same time evaporate and gasify the high purity liquefied oxygen to obtain high purity oxygen gas. An indirect heat exchange process;
A product recovery step of collecting a part of the high purity oxygen gas as product oxygen gas after heat recovery.
圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと第1酸素富化液体とに分離する高圧塔と、前記第1酸素富化液体を減圧後に低温蒸留して第1低圧窒素ガスと第2酸素富化液体とに分離する第1低圧塔と、互いに間接熱交換可能とされた凝縮蒸留通路および蒸発蒸留通路を備え、凝縮蒸留通路が蒸発蒸留通路との間接熱交換により前記第2酸素富化液体の一部を加熱して蒸発ガス化しつつ蒸留して第1酸素富化ガスと低純液化酸素とに分離するものであり、蒸発蒸留通路が凝縮蒸留通路との間接熱交換により後記第2酸素富化ガスの一部を冷却して凝縮液化しつつ蒸留して第2低圧窒素ガスと第3酸素富化液体とに分離するものである熱交換型蒸留器と、前記低純液化酸素を低温蒸留して第2酸素富化ガスと高純液化酸素とに分離する第2低圧塔と、前記中圧窒素ガスと高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収経路を備えたことを特徴とする空気分離装置。 In an air separation device that collects product oxygen by cryogenic liquefaction separation of raw material air,
A high-pressure column that separates the compressed, purified, and cooled raw material air into a low-pressure distillation by separating it into medium-pressure nitrogen gas and a first oxygen-enriched liquid; A first low pressure column that separates into a gas and a second oxygen-enriched liquid, and a condensation distillation passage and an evaporative distillation passage that are capable of indirect heat exchange with each other, wherein the condensation distillation passage is indirect heat exchange with the evaporative distillation passage. A part of the second oxygen-enriched liquid is heated and evaporated to be distilled to separate it into the first oxygen-enriched gas and low-pure liquefied oxygen, and the evaporative distillation passage is indirectly heated with the condensation distillation passage. A heat exchange-type distiller which cools a part of the second oxygen-enriched gas described later by exchange and distills while condensing it into a second low-pressure nitrogen gas and a third oxygen-enriched liquid; Low-pure liquefied oxygen is distilled at low temperature and separated into second oxygen-enriched gas and high-pure liquefied oxygen. The intermediate pressure nitrogen gas is condensed and liquefied by indirect heat exchange between the second low pressure column and the intermediate pressure nitrogen gas and the high purity liquefied oxygen to obtain medium pressure liquefied nitrogen, and at the same time, the high purity liquefied oxygen is vaporized and gasified. An air separation apparatus comprising: a main condenser for obtaining high-purity oxygen gas; and a product recovery path for collecting a part of the high-purity oxygen gas as product oxygen gas after heat recovery.
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