JP5684058B2 - 空気分離方法および空気分離装置 - Google Patents
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Description
(A)上記製品窒素ガス導出工程における過冷却器の上流側に、第一の膨張手段が配設されている。
(B)上記製品窒素ガス導出工程における過冷却器の下流側に、この過冷却器を通過した窒素ガスの残部を断熱膨脹させる第一の膨張手段が配設され、この第一の膨脹手段で冷却された上記窒素ガスの残部が、再度、上記過冷却器を経由するようになっている。
(C)上記製品窒素ガス流路における過冷却器の上流側に、第一の膨張手段が配設されている。
(D)上記製品窒素ガス流路における過冷却器の下流側に、この過冷却器を通過した窒素ガスの残部を断熱膨脹させる第一の膨張手段が配設され、この第一の膨脹手段で冷却された上記窒素ガスの残部が、再度上記過冷却器を経由するようになっている。
(A)上記製品窒素ガス導出工程における過冷却器の上流側に、第一の膨張手段が配設されている。
(B)上記製品窒素ガス導出工程における過冷却器の下流側に、この過冷却器を通過した窒素ガスの残部を断熱膨脹させる第一の膨張手段が配設され、この第一の膨脹手段で冷却された上記窒素ガスの残部が、再度、上記過冷却器を経由するようになっている。
これにより、精留塔内の酸素を寒冷として使用することなく、上記窒素ガス液化工程と還流液供給工程とに、冷熱を効率的に供給することができる。しかも、この空気分離方法は、窒素ガスの圧縮のために費やすエネルギー(循環窒素圧縮機に投入する電力等)を低減することができ、もって、より低コストで工程全体を稼働させることが可能となる。
(C)上記製品窒素ガス流路における過冷却器の上流側に、第一の膨張手段が配設されている。
(D)上記製品窒素ガス流路における過冷却器の下流側に、この過冷却器を通過した窒素ガスの残部を断熱膨脹させる第一の膨張手段が配設され、この第一の膨脹手段で冷却された上記窒素ガスの残部が、再度、上記過冷却器を経由するようになっている。
この構成により、本発明の空気分離装置は、窒素ガスの循環の過程で、還流液の生成のために必要な寒冷を、上記窒素ガスや精留塔内の寒冷エネルギーを利用して、効率的に発生させることが可能となる。すなわち、本発明の空気分離装置は、酸素を安全に取り扱うための複雑な装置や、酸素圧縮機等の高価な機器を使用することなく、上記精留塔の還流液として用いられる窒素ガスを、低消費エネルギーで効率よく冷却することができる。しかも、この装置は、窒素ガスの圧縮のために費やすエネルギー(循環窒素圧縮機に投入する電力等)が低減され、もって、より低コストで装置全体を稼働させることが可能となる。
1a 頂部
1b 底部
3 循環窒素圧縮機
4 製品窒素膨張タービン
6 窒素冷却器
7 過冷却器
8 リボイラー
S 原料空気流路
O 製品酸素ガス流路
P 製品窒素ガス流路
Q 排窒素ガス流路
R 窒素循環流路
Claims (14)
- 外部から取り入れた空気を精留塔に導入し、その精留塔の内部で深冷分離により酸素を液体として底部側に溜め、窒素を気体として上部側に溜める空気分離方法であって、
上記精留塔の上部から窒素ガスの一部を取り出し、循環窒素圧縮機を経由させて昇圧させた後、窒素冷却器を経由させて冷却し、精留塔内の底部側に配置されたリボイラーに導入して、このリボイラーの周囲の液体酸素と熱交換させて液化させる窒素ガス液化工程と、
上記精留塔の上部から取り出された窒素ガスの残部を、過冷却器を経由させた後上記窒素冷却器に導入し、上記循環窒素圧縮機で圧縮されて昇圧した窒素ガスと熱交換させて昇温させ、製品窒素ガスとして外部に導出する製品窒素ガス導出工程と、
上記リボイラーで生じた液化窒素を、上記過冷却器でさらに冷却し、上記精留塔の上部に還流液として供給する還流液供給工程と、
上記精留塔の上部から取り出された窒素ガスの残部を断熱膨脹させる第一の膨張手段をもつ膨張工程と、を備え、
上記第一の膨張手段が、下記(A)および(B)の一方になっていることを特徴とする非酸素圧縮系の空気分離方法。
(A)上記製品窒素ガス導出工程における過冷却器の上流側に、第一の膨張手段が配設されている。
(B)上記製品窒素ガス導出工程における過冷却器の下流側に、この過冷却器を通過した窒素ガスの残部を断熱膨脹させる第一の膨張手段が配設され、この第一の膨脹手段で冷却された上記窒素ガスの残部が、再度、上記過冷却器を経由するようになっている。 - 上記精留塔の上部と底部の間の中間部から、純度の高くない窒素ガスを取り出し、上記過冷却器および窒素冷却器の寒冷として用いた後、排窒素ガスとして外部に導出する排窒素ガス導出工程を備える請求項1記載の非酸素圧縮系の空気分離方法。
- 上記排窒素ガス導出工程における過冷却器の上流側に、上記精留塔の上部と底部の間の中間部から取り出した純度の高くない窒素ガスを断熱膨脹させる第二の膨張手段が配設されている請求項2記載の非酸素圧縮系の空気分離方法。
- 上記排窒素ガス導出工程における過冷却器の下流側に、この過冷却器を通過した純度の高くない窒素ガスを断熱膨脹させる第二の膨張手段が配設され、この第二の膨脹手段で冷却された上記純度の高くない窒素ガスが、再度上記過冷却器を経由するようになっている請求項2記載の非酸素圧縮系の空気分離方法。
- 上記リボイラーが、上記精留塔内の底部側ではなく中間部に配置されて窒素冷却器を経由した上記窒素ガスの一部とそれ自体の周囲に貯留された液体酸素と熱交換させて液化させるようになっており、上記精留塔内の底部側には、新たに第二のリボイラーが配設され、外部から取り入れた空気を精留塔に直接供給する第一原料空気供給工程に加えて、外部から取り入れた空気を上記第二のリボイラーに導入して、この第二のリボイラーの周囲の液体酸素と熱交換させて冷却した後、この冷却空気を上記精留塔に供給する第二原料空気供給工程が設けられている請求項1〜4のいずれか一項に記載の非酸素圧縮系の空気分離方法。
- 上記精留塔の下部から酸素ガスを取り出し、熱交換器で外部から取り入れた空気と熱交換させてこれを昇温させた後、製品酸素ガスとして外部に導出する製品酸素ガス導出工程を備える請求項1〜5のいずれか一項に記載の非酸素圧縮系の空気分離方法。
- 上記精留塔の底部から液体酸素を取り出し、液体酸素ポンプで昇圧させて、熱交換器で外部から取り入れた空気と熱交換させてこれを昇温させた後、製品酸素ガスとして外部に導出する製品酸素ガス導出工程を備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の非酸素圧縮系の空気分離方法。
- 外部から取り入れられた原料空気を導入し、空気の各成分の沸点差を利用した深冷分離により、その底部側に液体状態の酸素を溜め、その上部側に気体状態の窒素を溜める機能をもつ精留塔と、上記精留塔の上部から窒素ガスを取り出す機能をもつ窒素ガス取出部と、その窒素ガス取出部から取り出される窒素ガスの一部を断熱圧縮する機能をもつ循環窒素圧縮機と、上記窒素ガス取出部から取り出される窒素ガスの残部を断熱膨張させる機能をもつ第一の膨張手段と、上記循環窒素圧縮機を経由した高圧の窒素ガスを、上記窒素ガス取出部から取り出されて過冷却器を経由した窒素ガスの残部と熱交換させて冷却する機能をもつ窒素冷却器と、上記精留塔内の底部側に配置され、上記窒素冷却器を経由して導入された高圧の窒素ガスを、その周囲に存在する液体酸素と熱交換させて液化させる機能をもつリボイラーと、上記リボイラーを経由した液化窒素を、上記窒素ガス取出部から取り出された窒素ガスの残部と熱交換させて冷却する機能をもつ過冷却器と、
上記窒素ガス取出部と上記循環窒素圧縮機,窒素冷却器,リボイラー,過冷却器,精留塔の還流液導入部とを連絡し、精留塔の上部から取り出された窒素ガスの一部を、循環窒素圧縮機で昇圧させ、それを上記窒素冷却器,リボイラー,過冷却器の順に循環させ、過冷却されて極低温となった液化窒素を、上記精留塔内の還流液導入部から還流液として精留塔内に導入するための窒素循環流路と、
上記窒素ガス取出部と上記過冷却器,窒素冷却器とを連絡し、上記精留塔の上部から取り出された窒素ガスの残部を、上記過冷却器,窒素冷却器の順に通過させ、寒冷として作用させた後、製品窒素ガスとして外部に導出するための製品窒素ガス流路と、を備え、
上記第一の膨張手段が、下記(C)および(D)のいずれかになっていることを特徴とする非酸素圧縮系の空気分離装置。
(C)上記製品窒素ガス流路における過冷却器の上流側に、第一の膨張手段が配設されている。
(D)上記製品窒素ガス流路における過冷却器の下流側に、この過冷却器を通過した窒素ガスの残部を断熱膨脹させる第一の膨張手段が配設され、この第一の膨脹手段で冷却された上記窒素ガスの残部が、再度、上記過冷却器を経由するようになっている。 - 上記精留塔の上部と底部の間の中間部に、純度の高くない窒素ガスを取り出す機能をもつ低純度窒素ガス取出部を備え、この低純度窒素ガス取出部と上記過冷却器,窒素冷却器とを連絡し、上記純度の高くない窒素ガスを、上記過冷却器,窒素冷却器の順に通過させ、寒冷として作用させた後、排窒素ガスとして外部に導出するための排窒素ガス流路が設けられている請求項8記載の非酸素圧縮系の空気分離装置。
- 上記排窒素ガス流路における過冷却器の上流側に、上記精留塔の上部と底部の間の中間部から取り出した純度の高くない窒素ガスを断熱膨脹させる第二の膨張手段が配設されている請求項9記載の非酸素圧縮系の空気分離装置。
- 上記排窒素ガス流路における過冷却器の下流側に、この過冷却器を通過した純度の高くない窒素ガスを断熱膨脹させる第二の膨張手段が配設され、この第二の膨脹手段で冷却された上記純度の高くない窒素ガスが、再度上記過冷却器を経由するようになっている請求項9記載の非酸素圧縮系の空気分離装置。
- 上記リボイラーが、上記精留塔内の底部側ではなく中間部に配置され、上記精留塔内の底部側に、第二のリボイラーを備えるとともに、外部から取り入れた空気を精留塔に直接導入するための第一原料空気流路と、外部から取り入れた空気を、上記第二のリボイラーを経由して精留塔に導入するための第二原料空気流路とが設けられている請求項8〜11のいずれか一項に記載の非酸素圧縮系の空気分離装置。
- 上記精留塔の下部に、酸素ガスを取り出す機能をもつ酸素ガス取出部を備え、この酸素ガス取出部から取り出した酸素ガスを熱交換器に通過させ、外部から取り入れた空気を冷却する寒冷として作用させた後、昇温した上記酸素ガスを製品酸素ガスとして外部に導出する製品酸素ガス流路が設けられている請求項8〜12のいずれか一項に記載の非酸素圧縮系の空気分離装置。
- 上記精留塔の底部に、液体酸素を取り出す機能をもつ液体酸素取出部を備え、この液体酸素取出部から取り出した液体酸素を、液体酸素ポンプで昇圧させ、熱交換器を通過させて、外部から取り入れた空気を冷却する寒冷として作用させた後、気化した酸素を製品酸素ガスとして外部に導出する製品酸素ガス流路が設けられている請求項8〜13のいずれか一項に記載の非酸素圧縮系の空気分離装置。
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