JP6092804B2 - 空気液化分離方法及び装置 - Google Patents
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- 圧縮、予冷された高圧原料空気を精製手段で精製して精製高圧原料空気を生成する精製工程と、精製高圧原料空気をあらかじめ設定された低温状態に冷却して低温高圧原料空気を生成する主熱交換工程と、前記低温高圧原料空気を深冷液化分離して高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とを生成する高圧蒸留工程と、前記高圧窒素ガスを液化後に減圧した中圧液化窒素と前記高圧酸素富化液化空気を減圧した中圧酸素富化液化空気とを深冷液化分離して中圧窒素ガスと中圧液化酸素とを生成する中圧蒸留工程と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する間接熱交換工程と、該間接熱交換工程で生成した中圧酸素ガスの一部及び該間接熱交換工程で気化しなかった中圧液化酸素を昇圧手段で昇圧した後に気化させて得られる高圧酸素ガスのうち少なくともいずれか一方を製品として採取する製品酸素ガス採取工程と、前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスを製品として採取する製品窒素ガス採取工程とを含む高圧型の空気液化分離方法において、
前記精製高圧原料空気の一部をあらかじめ設定された中間温度に冷却した後に断熱膨張させて寒冷を発生させるとともに低圧原料空気を生成する低圧原料空気生成工程と、
前記間接熱交換工程で生成した高圧液化窒素を減圧した低圧液化窒素と前記低圧原料空気とを深冷液化分離して低圧窒素ガスと低圧酸素富化液化空気とを生成する低圧蒸留工程と、
前記低圧酸素富化液化空気を昇圧した第2の中圧酸素富化液化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する第2の中圧酸素富化液化空気導入工程と、
前記低圧蒸留工程で生成した前記低圧窒素ガスを導出して前記主熱交換工程で熱回収後に前記精製手段の再生ガスとして使用する精製手段再生工程と、
を含むことを特徴とする空気液化分離方法。 - 前記高圧蒸留工程で生成した高圧酸素富化液化空気の一部又は前記高圧蒸留工程の中間生成物である高圧液化空気の一部を減圧した低圧液化空気と前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部である第2の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第2の中圧窒素ガスを液化させて第2の中圧液化窒素を生成する第2の間接熱交換工程と、
第2の間接熱交換工程で生成した前記低圧空気を前記低圧蒸留工程中に導入する低圧空気導入工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気液化分離方法。 - 前記第2の間接熱交換工程で生成した第2の中圧液化窒素を減圧した第2の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第2の低圧液化窒素導入工程を含むことを特徴とする請求項2記載の空気液化分離方法。
- 前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧液化空気の一部を減圧した低圧液化空気と前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部である第2の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第2の中圧窒素ガスを液化させて第2の中圧液化窒素を生成する第2の間接熱交換工程と、
第2の間接熱交換工程で生成した前記低圧空気を前記低圧蒸留工程中に導入する低圧空気導入工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気液化分離方法。 - 第2の間接熱交換工程で生成した前記第2の中圧液化窒素を減圧した第2の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第2の低圧液化窒素導入工程を含むことを特徴とする請求項4記載の空気液化分離方法。
- 前記中圧蒸留工程で生成した前記中圧窒素ガスの一部である第2の中圧窒素ガスと、前記低圧蒸留工程で生成した前記低圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることにより、前記第2の中圧窒素ガスを液化させて第2の中圧液化窒素を生成するとともに、前記低圧酸素富化液化空気を気化させて低圧蒸留工程の上昇ガスとなる低圧酸素富化空気を生成する第3の間接熱交換工程と、
第3の間接熱交換工程で生成した前記第2の中圧液化窒素を減圧した第2の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第2の低圧液化窒素導入工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気液化分離方法。 - 前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン蒸留工程と、
前記高圧蒸留工程で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第3の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスとを間接熱交換させることにより、前記第3の中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧酸素富化空気を生成するとともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて中圧液化アルゴンを生成するアルゴン間接熱交換工程と、
該アルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する中圧酸素富化空気導入工程と、
アルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧液化アルゴンを中圧アルゴン蒸留工程に還流液として導入する中圧液化アルゴン導入工程と、
中圧アルゴン蒸留工程で生成した前記中圧アルゴンガスの一部及びアルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧液化アルゴンの一部のうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取工程と、
を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の空気液化分離方法。 - 前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン蒸留工程と、
前記高圧蒸留工程で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第3の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスの一部とを間接熱交換させることにより、前記第3の中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧酸素富化空気を生成するとともに、前記中圧アルゴンガスの一部を液化させて第1の中圧液化アルゴンを生成する第1のアルゴン間接熱交換工程と、
前記中圧蒸留工程で生成した前記中圧液化酸素の一部を減圧した低圧液化酸素と前記中圧アルゴンガスの残部とを間接熱交換させることにより、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するとともに、前記中圧アルゴンガスの残部を液化させて第2の中圧液化アルゴンを生成する第2のアルゴン間接熱交換工程と、
第1のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する中圧酸素富化空気導入工程と、
中圧アルゴン蒸留工程で生成した前記中圧アルゴンガスの一部、第1のアルゴン間接熱交換工程で生成した第1の中圧液化アルゴン及び第2のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記第2の中圧液化アルゴンのうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取工程とを含むとともに、
前記製品酸素ガス採取工程に替えて、又は追加して前記第2のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記低圧酸素ガスを採取する第2の製品酸素ガス採取工程を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の空気液化分離方法。 - 圧縮、予冷された高圧原料空気を精製して精製高圧原料空気を生成する精製手段と、精製高圧原料空気をあらかじめ設定された低温状態に冷却して低温高圧原料空気を生成する主熱交換器と、前記低温高圧原料空気を深冷液化分離して高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とを生成する高圧塔と、前記高圧窒素ガスを液化後に減圧した中圧液化窒素と前記高圧酸素富化液化空気を減圧した中圧酸素富化液化空気とを深冷液化分離して中圧窒素ガスと中圧液化酸素とを生成する中圧塔と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成するとともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する間接熱交換器と、前記中圧酸素ガスの一部及び該間接熱交換器で気化しなかった中圧液化酸素を昇圧手段で昇圧した後に気化させて得られる高圧酸素ガスのうち少なくともいずれか一方を製品として採取する製品酸素ガス採取経路と、前記中圧窒素ガスを製品として採取する製品窒素ガス採取経路とを備えた高圧型の空気液化分離装置において、
前記精製高圧原料空気の一部をあらかじめ設定された中間温度に冷却した後に断熱膨張させて寒冷を発生させるとともに低圧原料空気を生成する膨張タービンと、
前記間接熱交換器で生成した高圧液化窒素を減圧した低圧液化窒素と前記低圧原料空気とを深冷液化分離して低圧窒素ガスと低圧酸素富化液化空気とを生成する低圧塔と、
前記低圧酸素富化液化空気をポンプで昇圧した第2の中圧酸素富化液化空気を前記中圧塔中に導入する第2の中圧酸素富化液化空気導入経路と、
前記低圧塔で生成した前記低圧窒素ガスを導出して前記主熱交換器で熱回収後に前記精製手段の再生ガスとする精製手段再生ガス経路と、
を備えていることを特徴とする空気液化分離装置。 - 前記高圧塔で生成した高圧酸素富化液化空気の一部又は前記高圧塔の中間生成物である高圧液化空気の一部を減圧弁で減圧した低圧液化空気と前記中圧塔で生成した中圧窒素ガスの一部である第2の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第2の中圧窒素ガスを液化させて第2の中圧液化窒素を生成する第2の間接熱交換器と、
第2の間接熱交換器で生成した前記低圧空気を前記低圧塔中に導入する低圧空気導入経路と、
を備えていることを特徴とする請求項9記載の空気液化分離装置。 - 前記第2の間接熱交換器で生成した第2の中圧液化窒素を減圧弁で減圧した第2の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第2の低圧液化窒素導入経路を備えていることを特徴とする請求項10記載の空気液化分離装置。
- 前記中圧塔の中段から中圧液化空気の一部を導出して減圧した低圧液化空気と前記中圧塔で生成した中圧窒素ガスの一部である第2の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第2の中圧窒素ガスを液化させて第2の中圧液化窒素を生成する第2の間接熱交換器と、
第2の間接熱交換器で生成した前記低圧空気を前記低圧塔中に導入する低圧空気導入経路と、
を備えていることを特徴とする請求項9記載の空気液化分離装置。 - 第2の間接熱交換器で生成した前記第2の中圧液化窒素を減圧した第2の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第2の低圧液化窒素導入経路を備えていることを特徴とする請求項12記載の空気液化分離装置。
- 前記中圧塔で生成した前記中圧窒素ガスの一部である第2の中圧窒素ガスと、前記低圧塔で生成した前記低圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることにより、前記第2の中圧窒素ガスを液化させて第2の中圧液化窒素を生成するとともに、前記低圧酸素富化液化空気を気化させて低圧蒸留工程の上昇ガスとなる低圧酸素富化空気を生成する第3の間接熱交換器と、
第3の間接熱交換器で生成した前記第2の中圧液化窒素を減圧した第2の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第2の低圧液化窒素導入経路と、
を備えていることを特徴とする請求項9記載の空気液化分離装置。 - 前記中圧塔の中段から導出した中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン塔と、
前記高圧塔で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧弁で減圧した第3の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスとを間接熱交換させることにより、前記第3の中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧酸素富化空気を生成するとともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて中圧液化アルゴンを生成するアルゴン間接熱交換器と、
アルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧塔中に導入する中圧酸素富化空気導入経路と、
アルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧液化アルゴンを中圧アルゴン塔に還流液として導入する中圧液化アルゴン導入経路と、
中圧アルゴン塔で生成した前記中圧アルゴンガスの一部及びアルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧液化アルゴンの一部のうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取経路と、
を備えていることを特徴とする請求項9乃至14のいずれか1項記載の空気液化分離装置。 - 前記中圧塔の中段から導出した中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン塔と、
前記高圧塔で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第3の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスの一部とを間接熱交換させることにより、前記第3の中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧酸素富化空気を生成するとともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて第1の中圧液化アルゴンを生成する第1のアルゴン間接熱交換器と、
前記中圧塔で生成した前記中圧液化酸素の一部を減圧した低圧液化酸素と前記中圧アルゴンガスの残部とを間接熱交換させることにより、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するとともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて第2の中圧液化アルゴンを生成する第2のアルゴン間接熱交換器と、
第1のアルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧塔中に導入する中圧酸素富化空気導入経路と、
中圧アルゴン塔で生成した前記中圧アルゴンガスの一部、第1のアルゴン間接熱交換器で生成した前記第1の中圧液化アルゴン及び第2のアルゴン間接熱交換器で生成した前記第2の中圧液化アルゴンのうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取経路とを備えるとともに、
前記製品酸素ガス採取経路に替えて、又は追加して第2のアルゴン間接熱交換器で生成した前記低圧酸素ガスを採取する第2の製品酸素ガス採取経路を備えていることを特徴とする請求項9乃至14のいずれか1項記載の空気液化分離装置。
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