JP6351895B1 - 窒素製造方法および窒素製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
液体窒素の製造量を増加させようとする場合には、窒素精留塔から採取される液体窒素量を増加させる方法や、製造されたガス窒素を液化する方法が考えられる。
文献1は、ガス窒素の製造量を減少させて廃ガス量を増加させることにより、液体窒素の製造量を増加させる方法を開示する。廃ガス量を増加させた分、膨張タービンにおいて廃ガスの断熱膨張によって作り出される寒冷量を増加させることができる。その寒冷を主熱交換器で回収し、窒素の液化に使用することができるためである。
文献2は、酸素富化液の寒冷を主熱交換器と凝縮器で回収した後に、さらに膨張タービン及びブレーキにより寒冷を発生させて回収することによりガス窒素及び液体窒素を製造する方法を開示する。
窒素精留塔から採取する液体窒素量を増加させるとタービンの負荷が増加し、主熱交換器における熱交換効率が低下する。
一方、文献2に開示される方法において製造されたガス窒素を液化させて液化窒素を得る場合には、液化装置の使用が必要となる。液化装置では窒素の多段圧縮のための圧縮装置等の機器が多数必要であり、設備が高額となる。また、圧縮の際のエネルギー損失が大きく、液化装置自身の電力消費量も大きいことから、エネルギー効率が悪い。
本発明に係る製品液体窒素の製造方法は、
所定の不純物が除去された原料空気の少なくとも一部を第一温度まで冷却し、予冷原料空気とする予冷工程と、
前記予冷工程で冷却された前記原料空気の少なくとも一部を第一温度よりも低い第二温度まで冷却し、低温原料空気とする冷却工程と、
前記予冷工程で冷却された原料空気の他の一部を膨張冷却させ、第一低温空気とする第一膨張工程と、
前記原料空気の少なくとも一部を膨張冷却させ、第二低温空気とする第二膨張工程と、
第一精留部を有する精留塔の前記第一精留部の位置よりも下部に、前記冷却工程で冷却された前記原料空気を膨張させて導入する第一導入工程と、
前記精留塔の塔上部に配置される凝縮部おいて、前記精留塔の下部に貯留された酸素富化液との熱交換を行うことにより、前記精留塔内部のガスの少なくとも一部を凝縮させる凝縮工程と、
前記精留塔の塔上部に配置される凝縮部から取り出された廃ガス(リサイクル空気)を分流し、分流された前記排ガスの一方を圧縮するリサイクル空気圧縮工程と、
分流された前記廃ガスの他方を、前記原料空気および前記予冷原料空気のうち少なくともいずれかと熱交換させる廃ガス熱交換工程と、
前記精留塔の前記第一精留部の位置よりも下部に、前記リサイクル空気圧縮工程で圧縮された圧縮リサイクル空気を導入する第二導入工程と、
前記精留塔から製品液体窒素を取り出す製品液体窒素取出工程と、
を含む。
前記予冷工程および前記冷却工程において、前記第一低温空気および/または第二低温空気と、前記原料空気との熱交換が行われる。
低温原料空気の一部は主熱交換器内で液化される。液化する低温原料空気の量は、例えば低温原料空気中の5重量%以上90重量%以下であり、好ましくは7重量%以上75重量%以下である。このときの液化量は、精留塔で製造される液体窒素量に比例する。したがって、大量の液体窒素を製造する場合には、必要とされる原料液化空気の量が大幅に増大する。原料液化空気の量が増大すると、相対的に液化しない低温原料空気の量が減少するため、精留塔における低温原料空気の精留のために必要なガス流が不足する結果となる。また、液化量を増大させるには、原料空気の冷却に大きなエネルギーが必要であるため、エネルギー効率が悪い。
また、主熱交換器内部で予冷された原料空気の一部を主熱交換器外部へ取り出して膨張させて冷却し、膨張されなかった残りの予冷された原料空気を主熱交換器内部で冷却するための寒冷として利用する。主熱交換器内部で予冷された原料空気の一部とは、例えば主熱交換器内部で予冷された原料空気中の1重量%以上40重量%以下であり、好ましくは5重量%以上30重量%以下である。
このように原料空気の一部を寒冷として利用することにより、原料空気を大量に液化させる場合におけるエネルギー効率を向上させることができる。
窒素ガスは精留塔の塔頂部から凝縮部に供給され、液化される。得られた液体窒素の一部は還流液として精留塔の塔頂部に供給され、他の一部は液体窒素取出工程において製品液化窒素として窒素製造装置から取り出される。液体窒素の一部とは、例えば液体窒素中の1重量%以上60重量%以下であり、好ましくは4重量%以上50重量%以下である。
取り出された製品液体窒素をさらに冷却するため、製品液体窒素の一部を減圧して冷媒として使用しても良い。製品液体窒素の一部とは、例えば製品液体窒素中の1重量%以上30重量%以下であり、好ましくは5重量%以上25重量%以下である。減圧させることにより冷却された液体窒素は、サブクーラにおいて、減圧されていない液体窒素との熱交換を行う。これにより製品液体窒素はさらに冷却されるのである。サブクーラにおいて、製品液体窒素と、第一膨張タービンから導出される第一低温空気とを熱交換させ、製品液体窒素を冷却しても良い。
冷媒とする一部の液体窒素と、他の液体窒素とを主熱交換器を通じて熱交換させても良い。
凝縮部に冷媒として供給された酸素富化液と原料液化空気の混合液は、窒素ガスとの熱交換によって蒸発される。蒸発されたガス(廃ガス)の一部は、リサイクル空気としてリサイクル空気圧縮機に供給されて圧縮され、精留塔の下部に供給される。
本発明により製造される製品液体窒素は、例えば純度が99%以上であり、好ましくは99.9999%以上である。
本発明に係る窒素製造装置は、
所定の不純物が除去された原料空気を冷却する主熱交換器(1)と、
前記原料空気を前記主熱交換器(1)において冷却させることにより得られた低温原料空気を膨張させて、低温原料空気の一部を原料液化空気とする原料空気膨張弁(4)と、
膨張された前記低温原料空気が導入される、第一精留部(18)を有する精留塔(5)と、を備える窒素製造装置(100;101;102;103;104)であって、
前記原料空気を、前記主熱交換器(1)を経由して、前記精留塔(5)に供給する主原料空気供給ライン(28)と、
前記主原料空気供給ライン(28)から前記主熱交換器(1)の内部で分岐された第一分岐ライン(25)と、
前記第一分岐ライン(25)から供給された第一分流原料空気を膨張させて第一低温空気とする第一タービン(2)と、
前記第一低温空気を前記主熱交換器(1)に導入する第一低温空気導入ライン(26)と、
前記主原料空気供給ライン(28)から、前記主熱交換器(1)より前段で分岐された第二分岐ライン(23)と、
前記第二分岐ライン(23)から供給された第二分流原料空気を膨張させて、前記第一低温空気よりも温度が低い第二低温空気とする第二タービン(3)と、
前記第二低温空気を前記主熱交換器(1)に導入する第二低温空気導入ライン(24)と、
前記精留塔(5)の塔上部に配置される凝縮部(9)と、
前記精留塔(5)の下部から酸素富化液の少なくとも一部を導出し、前記凝縮部(9)に冷媒として前記酸素富化液を導入する酸素富化液導入ライン(31)と、
前記凝縮部(9)のある位置から廃ガス(リサイクル空気)の少なくとも一部を取り出すリサイクル空気取出ライン(34)と、
前記リサイクル空気取出ライン(34)から供給された前記廃ガスの少なくとも一部を圧縮するリサイクル空気圧縮機(12)と、
前記リサイクル空気圧縮機(12)から導出された圧縮リサイクル空気を前記精留塔(5)の第一精留部(18)の位置よりも下部から前記精留塔(5)に導入するリサイクル空気導入ライン(36)と、
前記凝縮部(9)から前記廃ガスの一部を取出し、前記主熱交換器(1)に導入する廃ガスライン(43;432)と、
前記精留塔(5)から液体窒素を取り出す製品液体窒素取出ライン(37)と、
を備える。
なお、本明細書にカッコ書きで記載された符号は一実施形態を示すものであって、これに限られるものではない。
低温原料空気の一部は主熱交換器内で液化される。ここでの液化量を、高いエネルギー効率を維持しながら増加させるため、本発明にかかる窒素製造装置は、第一タービン及び第二タービンを有する。液化する低温原料空気の量は、例えば低温原料空気中の5重量%以上90重量%以下であり、好ましくは7重量%以上75重量%以下である。
第二タービンは、主熱交換器の前段で分流された原料空気の一部を膨張させ、冷却させる。第二タービンにより冷却された原料空気は、主熱交換器の中間に供給され、第二タービンで膨張されなかった原料空気を主熱交換器内部で予冷させるための寒冷として利用される。主熱交換器の前段で分流された原料空気の一部とは、例えば原料空気中の1重量%以上50重量%以下であり、好ましくは3重量%以上40重量%以下である。
このように原料空気の一部を寒冷として利用することにより、原料空気を大量に液化させる場合におけるエネルギー効率を向上させることができる。
このように廃ガスを寒冷として利用することにより、本発明にかかる窒素製造装置のエネルギー効率を向上させることができる。
上記発明のいずれかに記載の窒素製造装置の凝縮部(9)は、第二凝縮器(6)と第一凝縮器(7)を備えてもよい。該窒素製造装置において、前記リサイクル空気取出ライン(34)は、前記第一凝縮器(7)で蒸発するガスの少なくとも一部を前記リサイクル空気圧縮機(12)に導入するように凝縮部に配置される。前記廃ガスライン(43;432)は、前記第二凝縮部(6)で蒸発するガスの少なくとも一部を前記主熱交換器(1)に導入するように配置しても良い。
上記発明のいずれかにおいて、酸素富化液が、前記酸素富化液導入ライン(31)を経由して前記第一凝縮器(7)に供給された後に、前記第二凝縮器(6)に供給されてもよい。
酸素富化液は、酸素富化液導入ライン(31)を経由して、精留塔(5)底部から凝縮部へと導入される。このとき、酸素富化液はまず、第一凝縮器に導入された後に、第二凝縮器に導入しても良い。このように酸素富化液を導入することにより、第一凝縮器と第二凝縮器とは異なる蒸発圧力を有するようにすることができる。
比較的高い蒸発側圧力を有する第一凝縮器から排出される廃ガスは、リサイクル空気として、圧縮し、再度精留塔で精留される。比較的低い蒸発側圧力を有する第二凝縮器から排出される廃ガスは主熱交換器において寒冷として利用された後に排出される。このように圧力の比較的高い廃ガスを圧縮する構成とすることにより、効率的に圧縮を行うことが可能となる。
主熱交換器に供給された排ガスは、主熱交換器内部で原料空気との熱交換を行うための寒冷として利用される。このように廃ガスを寒冷として利用することにより、本発明にかかる窒素製造装置のエネルギー効率を向上させることができる。
リサイクル空気圧縮機に供給されたガスは、圧縮されて、リサイクル空気として精留塔に供給され、精留される。原料空気にくわえて、リサイクル空気も精留塔に導入することにより、精留に必要とされるガス流を確保することができる。また、廃ガスをリサイクル空気として再度精留することにより、窒素の回収率を向上させることが可能となる。
上記発明のいずれかに記載の窒素製造装置は、前記廃ガスライン(43;432)から前記主熱交換器(1)を経由して供給された前記廃ガスを膨張させて低温廃ガスとする第三タービン(13)をさらに備え、前記第三タービン(13)の軸端は、前記リサイクル空気圧縮機(12)の軸端に接続されてもよい。
上記発明のいずれかに記載の窒素製造装置はさらに、前記圧縮リサイクル空気を前記主熱交換器(1)で冷却させる圧縮リサイクル空気冷却ライン(42)を備える。
窒素製造装置の精留塔(5)は、前記第一精留部(18)の下方に配置される第二精留部(19)を備えてもよい。かかる窒素製造装置において、低温原料空気は、前記第一精留部(18)位置よりも下部であって前記第二精留部(19)位置よりも上部に導入され、前記圧縮リサイクル空気は、前記第二精留部(19)位置よりも下部に導入される。
本発明にかかる窒素製造装置は、原料空気圧縮機(61)により圧縮され、除去部において所定の不純物を除去された原料空気をさらに圧縮する第一圧縮機(14)と、
前記第一圧縮機(14)から導出された原料空気を冷却する第一冷却器(16)と、
前記第一冷却器(16)から導出された原料空気をさらに圧縮する第二圧縮機(15)と、
前記第二圧縮機(15)から導出された原料空気を冷却する第二冷却器(17)と、をさらに備えてもよい。
第一圧縮機(14)の後段には、第一圧縮機(14)で圧縮された原料空気を冷却する第一冷却器(16)が配置されても良い。第二圧縮機(15)の後段には、第二圧縮機(15)で圧縮された原料空気を冷却する第二冷却器(17)が配置されても良い。
なお、第一タービン(2)、第二タービン(3)、および第三タービン(13)の軸端は、それぞれ独立してリサイクル空気圧縮機(12)、第一圧縮機(14)、および第二圧縮機(15)のいずれか少なくとも1つの軸端に接続されていても良い。
本発明に係る窒素製造装置はまた、
外部より取り入れた空気を圧縮する原料空気圧縮機(61)と、
前記原料空気圧縮機(61)で圧縮された前記空気から所定の不純物を除去して原料空気とする除去部(62)と、をさらに含んでも良い。
図1に示す圧縮工程は、外部より取り入れた原料空気を1つまたは複数の圧縮機により圧縮する工程である。圧縮工程は、圧縮された原料空気を冷却する冷却工程を含んでも良い。複数の圧縮機により原料空気を圧縮する場合には、それぞれの圧縮機で圧縮された原料空気を冷却する複数の冷却工程を含んでも良い。
図2に示す窒素製造装置100においては、原料空気圧縮機61で圧縮工程を実施する。
圧縮工程はあってもなくてもよく、圧縮工程がない場合には、圧縮された原料空気を外部から導入する工程を有しても良い
除去工程は、圧縮工程で圧縮された原料空気から所定の不純物を除去する工程である。除去工程における不純物の除去方法は特に限定されず、吸着、冷却等の既知の方法により行われても良い。除去される不純物は特に限定されず、熱交換器などを閉塞する原因となる炭酸ガス、水分などであってもよい。
除去工程で所定の不純物を除去された原料空気のうち、一部は第二膨張工程へ送られる。第二膨張工程へ送られない原料空気は予冷工程へと送られる。
図2では、除去部62において除去工程を実施する。
除去工程はあってもなくてもよく、除去工程がない場合には、所定の不純物を除去した、圧縮された原料空気を外部から導入する工程を有しても良い。
第二膨張工程は、除去工程で所定の不純物を除去された原料空気の少なくとも一部を膨張冷却させる工程である。膨張冷却された原料空気は第二低温空気となる。原料空気の膨張冷却には膨張タービン(図2中の3で示す)が使用される。
第二膨張工程で膨張タービンから導出された第二低温空気は、主熱交換器(図2中の1で示す)の中間部へ導入され、後述する予冷工程において、第二膨張工程を経由していない原料空気との熱交換を行った後に、主熱交換器の温端から導出される。
第二低温空気が主熱交換器に導入される場合の導入位置(第一導入位置とする。図2中の51で示す)とは、主熱交換器の温端と冷端の間であれば良く、主熱交換器の温端と冷端の中央から冷端側であってもよい。第二膨張工程を経由しない原料空気が、主熱交換器に導入されるときの温度をTinとし、主熱交換器から導出されるときの温度をToutとした場合、第一導入位置は、第二膨張工程を経由しない原料空気の温度がTinよりも低くToutよりも高い温度(Tm1とする)である位置としてもよい。Tm1の温度の範囲は、好ましくは下記の式(1)が成立する範囲とすることができる。
Tin―(Tin―Tout)×0.9 < Tm1 < Tin―(Tin―Tout)×0.5 ・・・(1)
予冷工程は、除去工程で所定の不純物が除去された原料空気の少なくとも一部を、主熱交換器における熱交換により、第一温度まで冷却し、予冷原料空気とする工程である。
第一温度は前記Tinよりも低く、前記Toutよりも高い温度Tm1と同等の温度である。
予冷工程においては、第二膨張工程を経由していない原料空気と、第二低温空気および/または後述する第一低温空気との熱交換が行われる。
予冷工程を経由した原料空気のうち一部は冷却工程へ送られる。予冷工程を経由した原料空気のうち、冷却工程へ送られない原料空気は第一膨張工程へ送られる。
冷却工程は、予冷工程で冷却された原料空気の少なくとも一部を、第一温度よりも低い第二温度まで冷却し、低温原料空気とする工程である。第二温度は、前記Toutと同等の温度である
冷却工程においては、予冷工程を経由した原料空気と、後述する第一低温空気との熱交換が行われる。
第一膨張工程は予冷工程で冷却された原料空気の少なくとも一部を膨張冷却させる工程である。膨張冷却された原料空気は第一低温空気となる。原料空気の膨張冷却には膨張タービンが使用される。
第一膨張工程で膨張タービンから導出された第一低温空気は、主熱交換器の冷端へ導入され、冷却工程において予冷原料空気との熱交換を行った後に、主熱交換器の温端から導出される。
第一導入工程は、冷却工程で原料空気を冷却することにより得られた低温原料空気を、精留塔(図2中に5で示す)に導入する工程である。精留塔は第一精留部を有する。低温原料空気は、精留塔の第一精留部位置よりも下部に導入される。
低温原料空気は、精留塔に導入される前に、膨張弁(原料空気膨張弁、図2中に4で示す)を経由することにより膨張され、一部が液化されて原料液化空気とされても良い。
第一導入工程により精留塔に導入された低温原料空気および原料液化空気は、精留され、酸素富化液と窒素ガスに分離される。
酸素富化液は、精留塔に供給された原料液化空気ととともに凝縮部に冷媒として供給される。
窒素ガスは精留塔の塔頂部から凝縮部(図2中の9)に供給され、液化される。
精留により得られた液体窒素の一部は還流液として精留塔の塔頂部に供給され、他の一部は液体窒素取出工程において製品液化窒素として窒素製造装置から取り出される(図2中の37)。
取り出された製品液体窒素をさらに冷却するため、液体窒素の一部を減圧して冷媒として使用しても良い。冷媒とする一部の液体窒素と、他の液体窒素とを主熱交換器を通じて熱交換させても良い。製品液体窒素をサブクーラにより熱交換させても良い。
リサイクル空気圧縮工程は、精留塔の塔上部に配置される凝縮部から取り出された廃ガス(リサイクル空気)を圧縮機(図2中の12)により圧縮する工程である。凝縮部から取り出された廃ガスの一部はリサイクル空気圧縮工程へ送られる。リサイクル空気圧縮工程へ送られなかった廃ガスは、主熱交換器の冷端に供給されてもよい、主熱交換器において、廃ガスと、原料空気および/または予冷原料空気との熱交換が行われても良い。
第二導入工程は、精留塔の第一精留部位置よりも下部に、前記リサイクル空気圧縮工程で圧縮された圧縮リサイクル空気を導入する工程である。精留塔が、第一精留部の下方に配置される第二精留部を有する場合には、第二精留部位置よりも下部に圧縮リサイクル空気を導入しても良い。
実施形態1の窒素製造装置について、図2を参照し説明する。
実施形態1に係る窒素製造装置100は、原料空気圧縮機61と、除去部62と、主熱交換器1と、原料空気膨張弁4と、精留塔5と、を備える。精留塔5は第一精留部18と凝縮部9を有する。
窒素製造装置100はさらに、主原料空気供給ライン28と、第一分岐ライン25と、
第一タービン2と、第一低温空気導入ライン26と、第二分岐ライン23と、第二タービン3と、第二低温空気導入ライン24と、リサイクル空気取出ライン34と、廃ガスライン43と、リサイクル空気圧縮機12と、リサイクル空気導入ライン36と、製品液体窒素取出ライン37と、を備える。
原料空気圧縮機61は外部より取り入れた原料空気(例えば原料空気量は1000Nm3/hである)を圧縮する圧縮機である。
除去部62は所定の不純物を除去する精製ユニットである。吸着、冷却等の既知の方法により精製を行うユニットであってもよい。除去される不純物は特に限定されず、熱交換器などを閉塞する原因となる炭酸ガス、水分などであってもよい。
主熱交換器1では、原料空気が第一温度まで冷却されて予冷原料空気とされた後に、予冷原料空気がさらに第二温度まで冷却され、低温原料空気とされる。低温原料空気はガス状であってもよく、一部が液化していても良い。原料空気の温度は例えば、主熱交換器1導入時にはー40℃であり、第一温度(例えばー90℃)まで予冷されて予冷原料空気となる。
第二タービン3は、第二分岐ライン23から供給された第二分流原料空気を膨張させて第二低温空気とする膨張タービンである。原料空気は、第二タービン3における膨張冷却により、第二低温空気となる。第二低温空気の温度は、例えば―180℃からー192℃である。
第二タービン3から導出された第二低温空気は、主熱交換器1の中間部へ導入され、第二タービン3を経由していない原料空気との熱交換を行った後に、主熱交換器1の温端から導出される。第二低温空気導入ライン24は、第二低温空気を第二タービン3から主熱交換器1に導入するラインである。
第二低温空気が主熱交換器1に導入される場合の導入位置(第一導入位置51とする)とは、主熱交換器1の温端と冷端の間であれば良く、主熱交換器1の温端と冷端の中央から温端側であってもよい。第二タービン3を経由しない原料空気が、主熱交換器1に導入されるときの温度をTinとし、主熱交換器1から導出されるときの温度をToutとした場合、第一導入位置51は、第二タービン3を経由しない原料空気の温度がTinよりも低くToutよりも高い温度(Tm1とする)である位置としてもよい。Tm1の温度の範囲は、好ましくは下記の式(1)が成立する範囲とすることができる。
(Tin+Tout)×0.5 < Tm1 < (Tin+Tout)×0.9 ・・・(1)
第二低温空気導入ライン24から主熱交換器1に導入された第二低温空気は、第二タービン3を経由しない原料空気との熱交換を行った後、主熱交換器1外部へと放出される。
第一タービン2は、第一分岐ライン25から供給された第一分流原料空気を膨張させて第一低温空気とする膨張タービンである。第一タービン2へ供給されない予冷原料空気は、主熱交換器1の内部でさらに冷却され、低温原料空気となる。
予冷原料空気は、第一タービン2により膨張冷却され、第一低温空気となる。第一低温空気の温度は、例えばー90℃−110℃である。第一低温空気導入ライン26は、第一低温空気を前記主熱交換器1に導入するラインである。
第一低温空気導入ライン26を通じて主熱交換器1に導入された第一低温空気は、第一タービン2および第二タービン3を経由しない原料空気との熱交換をされた後に、主熱交換器1の温端から外部へと放出される。
主原料空気供給ライン28は、主熱交換器1を経由させた原料空気を精留塔5に供給するラインである。
リサイクル空気導入ライン36は、リサイクル空気圧縮機12から導出された圧縮リサイクル空気を精留塔5の第一精留部18位置よりも下部から前記精留塔5に導入するラインである。圧縮リサイクル空気は、主原料空気供給ライン28から供給される低温原料空気および原料液化空気とともに精留塔5内部で精留される。
廃ガスライン43を通じて主熱交換器1の冷端に導入された廃ガスは、主熱交換器1内部で原料空気および/または予冷原料空気との熱交換を行った後に、主熱交換器1の温端から導出される。
さらに第三タービン13とリサイクル空気圧縮機12を連結させても良い(不図示)。このように構成させることにより第三タービン13で回収される動力をリサイクル空気の圧縮に転用させることができ、電力効率が向上する。
実施形態2の窒素製造装置103について、図5を参照し、説明する。実施形態1の窒素製造装置100と同じ符号の要素は同じ機能を有するので、その説明を省略する。
図5に示すように、凝縮部9は第二凝縮器6と、前記第二凝縮器6の上部に配置される第一凝縮器7を備えてもよい。リサイクル空気取出しライン34は、第一凝縮器7で蒸発するガスの少なくとも一部をリサイクル空気圧縮機12に導入するように凝縮部に配置される。凝縮部9は、第二凝縮器6で蒸発するガスの少なくとも一部を主熱交換器1に導入する廃ガスライン432を備える。
第一凝縮器7で蒸発する廃ガス(リサイクル空気)の少なくとも一部はリサイクル空気取出ライン34を通じてリサイクル空気圧縮機12に導入される。廃ガスはリサイクル空気圧縮機12により圧縮リサイクル空気となる。圧縮リサイクル空気は、そのまま精留塔5に導入されることも出来るが、冷却された後に精留塔5に導入されても良い。圧縮リサイクル空気は、独立した冷却器(不図示)で冷却することも出来るが、圧縮リサイクル空気冷却ライン42を通じて主熱交換器1に導入し、主熱交換器1の内部で熱交換により冷却しても良い。
第一タービン2で回収される動力を第一圧縮機14に転用するため、第一タービン2の軸端が第一圧縮機14の軸端に接続されても良い。同様に、第二タービン3で回収される動力を第二圧縮機15に転用するため、第二タービン3の軸端が第二圧縮機15の軸端に接続されても良い。
別実施形態として、第一タービン2、第二タービン3、および第三タービン13の軸端は、それぞれ独立してリサイクル空気圧縮機12、第一圧縮機14、および第二圧縮機15のいずれか少なくとも1つの軸端に接続されていても良い。
実施形態3の窒素製造装置104について、図6を参照し、説明する。実施形態1の窒素製造装置100ないし102、および実施形態2の窒素製造装置103と同じ符号の要素は同じ機能を有するので、その説明を省略する。
図6に示すように、製品液体窒素取出ライン37にはサブクーラ71が配置されていても良い。サブクーラ71により、製品液体窒素はさらに冷却される。製品液体窒素の一部をサブクーラ71の後段で分流させ、サブクーラ膨張弁72により膨張冷却して、サブクーラ71の冷媒として使用することも出来る。第一タービン2から導出された第一低温空気を、冷媒としてサブクーラ71に導入することも可能である。
サブクーラ71を通過した製品液体窒素は、寒冷回収のために主熱交換器1に導入された後に排出されても良い。
実施形態1にかかる窒素製造装置100(図2に示す)を用いて、原料として窒素75.6重量%を有し、温度40℃、圧力22.2barAを有する空気を1547Nm3/hr使用した場合の、各部における圧力(barA)、温度(℃)、流量(kg/h)等をシミュレーションにより実証した。
原料空気圧縮機61により、外部より取り入れた原料空気圧力は1.013barAから22.7barAへと昇圧される。
その後、除去部62において炭酸ガス、水分を除去された原料空気は分流され、その一部である1100Nm3/hrは主熱交換器1へ導入される。主熱交換器1の導入時の原料空気の温度は40℃である。
主熱交換器1へ導入されない原料空気(447Nm3/hr)は、第二分岐ライン23を経由して第二タービン3へ導入される。温度40℃の原料空気は、第二タービン3により膨張冷却され、温度がー92℃に低下した第二低温空気となる。第二低温空気は、主熱交換器1へ導入され、原料空気との熱交換を行ったのち排出される。
第二タービン3を経由せずに主熱交換器1に導入された原料空気は、主熱交換器1の内部で予冷され、予冷原料空気となる。予冷原料空気は分流され、予冷原料空気の一部(200Nm3/hr)は第一タービン2へと導入される。温度−115℃の予冷原料空気は、第一タービン2により膨張冷却され、温度がー184℃に低下した第一低温空気となる。第一低温空気は主熱交換器1の冷端に導入され、原料空気および予冷原料空気との熱交換により寒冷を放出した後に排出される。
第一タービン2を経由しない予冷原料空気は、第一低温空気との熱交換により冷却され、温度−152℃の低温原料空気となる。
低温原料空気は原料空気膨張弁4によりー166℃にまで膨張冷却される。低温原料空気および原料液化空気は精留塔5へ導入され、精留される。精留塔の運転圧は9.9barAである。
精留塔5の塔底部に貯留された、酸素富化液は温度−172℃で凝縮部9に導入され、凝縮部9で熱交換を行うことにより廃ガス(リサイクル空気)となる。廃ガス(合計流量1140Nm3/hr)の一部(700Nm3/hr)はリサイクル空気圧縮機12により圧縮され、精留塔5に再度導入される。リサイクル圧縮機12に導入されなかった廃ガス(440Nm3/hr)は、膨張冷却されて、主熱交換器1に導入される。
実施形態2にかかる窒素製造装置103(図5に示す)を用いて、原料として窒素75.6重量%を有し、温度40℃、圧力14.0barAを有する空気を1547Nm3/hr使用した場合の、各部における圧力(barA)、温度(℃)、流量(kg/h)等をシミュレーションにより実証した。
原料空気圧縮機61により、外部より取り入れた原料空気圧力は1.013barAから14.5barAへと昇圧される。
その後、除去部62において炭酸ガス、水分を除去された原料空気は第一圧縮機14により15.0barAまで昇圧される。その後に第一冷却器16により40℃まで冷却された原料空気は分流され、その一部である1100Nm3/hrは第二圧縮機15へ導入される。第二圧縮機15により22.6barAまで昇圧された後、第二冷却器17により40℃まで冷却された原料空気は主熱交換器1へ導入される。
第二圧縮機15へ導入されない原料空気(447Nm3/hr)は、第二分岐ライン23を経由して第二タービン3へ導入される。温度40℃の原料空気は、第二タービン3により膨張冷却され、温度が−92℃に低下した第二低温空気となる。第二低温空気は、主熱交換器1へ導入され、原料空気との熱交換を行ったのち排出される。
第二タービン3を経由せずに主熱交換器1に導入された原料空気は、主熱交換器1の内部で予冷され、予冷原料空気となる。予冷原料空気は分流され、予冷原料空気の一部(200Nm3/hr)は第一タービン2へと導入される。温度−115℃の予冷原料空気は、第一タービン2により膨張冷却され、温度がー184℃に低下した第一低温空気となる。第一低温空気は主熱交換器1の冷端に導入され、原料空気および予冷原料空気との熱交換により寒冷を放出した後に排出される。
第一タービン2を経由しない予冷原料空気は、第一低温空気との熱交換により冷却され、温度−152℃の低温原料空気となる。
低温原料空気は原料空気膨張弁4によりー166℃にまで膨張冷却され、一部が液化して原料液化空気となる。低温原料空気および原料液化空気は精留塔5へ導入され、精留される。精留塔5の運転圧は9.9barAである。
精留塔5の塔底部に貯留された、酸素富化液は温度−172℃で凝縮部9の第一凝縮器7に導入され、第一凝縮器7で熱交換を行うことにより廃ガス(リサイクル空気)となる。第一凝縮器7の蒸発圧力は6.3barAであり、第一凝縮器7内で酸素富化液は蒸発して700Nm3/hrの廃ガス(リサイクル空気)となる。リサイクル空気はリサイクル空気圧縮機12により10.0barAまで昇圧された後に主熱交換器1でー153℃まで冷却されて、精留塔5へ導入される。
第一凝縮器7において気化しない酸素富化液は、第二凝縮器6へ導入される。第二凝縮器6の蒸発圧力は5.0barAである。第二凝縮器6における熱交換により気化した酸素富化液は廃ガスとして主熱交換器1内に導入され、寒冷を放出したのちに、さらに慣例を利用するため膨張冷却され、主熱交換器1へと導入される。
2. 第一タービン
3. 第二タービン
4. 原料空気膨張弁
5. 精留塔
6. 第二凝縮器
7. 第一凝縮器
9. 凝縮部
12. リサイクル空気圧縮機
13. 第三タービン
14. 第一圧縮機
15. 第二圧縮機
16. 第一冷却器
17. 第二冷却器
18. 第一精留部
19. 第二精留部
23. 第二分岐ライン
24. 第二低温空気導入ライン
25. 第一分岐ライン
26. 第一低温空気導入ライン
28. 主原料空気供給ライン
31. 酸素富化液導入ライン
34. リサイクル空気取出ライン
36. リサイクル空気導入ライン
37. 製品液体窒素取出ライン
42. 圧縮リサイクル空気冷却ライン
43. 廃ガスライン
61. 原料空気圧縮機
62. 除去部
100. 窒素製造装置
Claims (8)
- 所定の不純物が除去された原料空気を冷却する主熱交換器と、
前記原料空気を前記主熱交換器において冷却させることにより得られた低温原料空気を膨張させる原料空気膨張弁と、
膨張された前記低温原料空気が導入される、第一精留部を有する精留塔と、を備える窒素製造装置であって、
前記原料空気を前記主熱交換器を経由して前記精留塔に供給する主原料空気供給ラインと、
前記主原料空気供給ラインから、前記主熱交換器の内部で分岐された第一分岐ラインと、
前記第一分岐ラインから供給された第一分流原料空気を膨張させて第一低温空気とする第一タービンと、
前記第一低温空気を前記主熱交換器に導入する第一低温空気導入ラインと、
前記主原料空気供給ラインから、前記主熱交換器1より前段で分岐された第二分岐ラインと、
前記第二分岐ラインから供給された第二分流原料空気を膨張させて、前記第一低温空気よりも温度が低い第二低温空気とする第二タービンと、
前記第二低温空気を前記主熱交換器に導入する第二低温空気導入ラインと、
前記精留塔の塔上部に配置される凝縮部と、
前記精留塔の下部から酸素富化液の少なくとも一部を導出し、前記凝縮部に冷媒として前記酸素富化液を導入する酸素富化液導入ラインと、
前記凝縮部のある位置から廃ガス(リサイクル空気)の少なくとも一部を取り出すリサイクル空気取出ラインと、
前記リサイクル空気取出ラインから供給された前記廃ガスの少なくとも一部を圧縮するリサイクル空気圧縮機と、
前記リサイクル空気圧縮機から導出された圧縮リサイクル空気を前記精留塔の第一精留部の位置よりも下部から前記精留塔に導入するリサイクル空気導入ラインと、
前記凝縮部から前記廃ガスの一部を取出し、前記主熱交換器に導入する廃ガスラインと、
前記精留塔から液体窒素を取り出す製品液体窒素取出ラインと、
を備える窒素製造装置。 - 前記凝縮部は、第二凝縮器と、第一凝縮器を備え、
前記リサイクル空気取出しラインは前記第一凝縮器で蒸発するガスの少なくとも一部を前記リサイクル空気圧縮機に導入するように配置され、
前記廃ガスラインは、前記第二凝縮器で蒸発するガスの少なくとも一部を前記主熱交換器に導入するように配置される、請求項1に記載の窒素製造装置。 - 前記酸素富化液が、前記酸素富化液導入ラインを経由して前記第一凝縮器に供給された後に、前記第二凝縮器に供給されることを特徴とする、請求項2に記載の窒素製造装置。
- 前記廃ガスラインから前記主熱交換器を経由して供給された前記廃ガスを膨張させて低温廃ガスとする第三タービンをさらに備え
前記第三タービンの軸端は、前記リサイクル空気圧縮機の軸端に接続される、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の窒素製造装置。 - 前記圧縮リサイクル空気を前記主熱交換器で冷却させる圧縮リサイクル空気冷却ラインをさらに備える、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の窒素製造装置。
- 前記精留塔は、前記第一精留部の下方に配置される第二精留部を備え、
前記低温原料空気は、前記第一精留部の位置よりも下部であって前記第二精留部の位置よりも上部に導入され、
前記圧縮リサイクル空気は、前記第二精留部の位置よりも下部に導入される、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の窒素製造装置。 - 前記原料空気をさらに圧縮する第一圧縮機と、
前記第一圧縮機から導出された原料空気を冷却する第一冷却器と、
前記第一空気クーラーから導出された原料空気をさらに圧縮する第二圧縮機と、
前記第二圧縮機から導出された原料空気を冷却する第二冷却器と、をさらに備え、
前記第二タービンの軸端は、前記第一圧縮機および/または前記第二圧縮機の軸端に接続され、
前記第一タービンの軸端は、前記第一圧縮機および/または前記第二圧縮機の軸端に接続される、
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の窒素製造装置。 - 外部より取り入れた空気を圧縮する原料空気圧縮機と、
前記原料空気圧縮機で圧縮された前記空気から所定の不純物を除去して原料空気とする除去部と、をさらに含む、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の窒素製造装置。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109838975A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-04 | 杭州特盈能源技术发展有限公司 | 一种低能耗液氮制取装置及工艺 |
CN114440554A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-06 | 中科富海(杭州)气体工程科技有限公司 | 一种生产高纯氧的装置及其方法 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11566841B2 (en) * | 2019-11-27 | 2023-01-31 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Cryogenic liquefier by integration with power plant |
KR102184730B1 (ko) * | 2020-01-20 | 2020-11-30 | 안규철 | 순산소를 열원으로 하는 공정의 부생가스를 이용한 이산화탄소 회수 시스템 |
KR102194763B1 (ko) * | 2020-01-20 | 2020-12-23 | 김상현 | 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템 |
CN113551483A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-26 | 上海加力气体有限公司 | 一种单塔精馏废气返流膨胀制氮系统及制氮机 |
US20230055205A1 (en) * | 2021-08-17 | 2023-02-23 | Neil M. Prosser | Nitrogen producing cryogenic air separation unit with excess air circuit |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61171523A (ja) * | 1984-12-21 | 1986-08-02 | エアー.プロダクツ.アンド.ケミカルス.インコーポレーテツド | ガス分離方法 |
JPH07324857A (ja) * | 1993-12-31 | 1995-12-12 | L'air Liquide | ガスの液化のための方法およびプラント |
US5711167A (en) * | 1995-03-02 | 1998-01-27 | Air Liquide Process & Construction | High efficiency nitrogen generator |
US5887447A (en) * | 1997-05-30 | 1999-03-30 | The Boc Group Plc | Air separation in a double rectification column |
JPH11325721A (ja) * | 1998-05-20 | 1999-11-26 | Nippon Sanso Kk | 窒素製造方法及び装置 |
JP2003156284A (ja) * | 2001-11-19 | 2003-05-30 | Nippon Sanso Corp | 窒素製造方法及び装置 |
JP3180832U (ja) * | 2011-10-28 | 2013-01-10 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 低温蒸留による、加圧された精製された空気と液体生成物の製造のための装置 |
JP2017078532A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 酸素製造システム及び酸素製造方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4867773A (en) * | 1988-10-06 | 1989-09-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic process for nitrogen production with oxygen-enriched recycle |
JP3217320B2 (ja) | 1999-01-18 | 2001-10-09 | 株式会社日立製作所 | 窒素発生装置およびその運転方法 |
CN100472159C (zh) * | 2006-04-29 | 2009-03-25 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | 一种空气分离装置及其方法 |
US20110097225A1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-04-28 | Freund Sebastian W | Air compression and expansion system with single shaft compressor and turbine arrangement |
CN204421487U (zh) * | 2014-12-19 | 2015-06-24 | 常熟市永安工业气体制造有限公司 | 纯液氮制备装置 |
CN105115244B (zh) * | 2015-08-10 | 2017-06-27 | 开封空分集团有限公司 | 一种低纯度氧空气分离的装置及方法 |
WO2017108187A1 (de) * | 2015-12-23 | 2017-06-29 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von reinem stickstoff und reinem sauerstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft |
CN106247757B (zh) * | 2016-08-26 | 2019-09-24 | 陈正洪 | 一种气体转化方法及系统 |
-
2018
- 2018-03-20 JP JP2018051957A patent/JP6351895B1/ja active Active
-
2019
- 2019-02-13 KR KR1020190016564A patent/KR20190110431A/ko active IP Right Grant
- 2019-02-18 CN CN201910123268.7A patent/CN110307694B/zh active Active
- 2019-02-18 TW TW108105262A patent/TW201940824A/zh unknown
- 2019-03-20 US US16/359,150 patent/US11353262B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61171523A (ja) * | 1984-12-21 | 1986-08-02 | エアー.プロダクツ.アンド.ケミカルス.インコーポレーテツド | ガス分離方法 |
JPH07324857A (ja) * | 1993-12-31 | 1995-12-12 | L'air Liquide | ガスの液化のための方法およびプラント |
US5711167A (en) * | 1995-03-02 | 1998-01-27 | Air Liquide Process & Construction | High efficiency nitrogen generator |
US5887447A (en) * | 1997-05-30 | 1999-03-30 | The Boc Group Plc | Air separation in a double rectification column |
JPH11325721A (ja) * | 1998-05-20 | 1999-11-26 | Nippon Sanso Kk | 窒素製造方法及び装置 |
JP2003156284A (ja) * | 2001-11-19 | 2003-05-30 | Nippon Sanso Corp | 窒素製造方法及び装置 |
JP3180832U (ja) * | 2011-10-28 | 2013-01-10 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 低温蒸留による、加圧された精製された空気と液体生成物の製造のための装置 |
JP2017078532A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 酸素製造システム及び酸素製造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109838975A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-04 | 杭州特盈能源技术发展有限公司 | 一种低能耗液氮制取装置及工艺 |
CN109838975B (zh) * | 2019-03-22 | 2024-01-16 | 杭州特盈能源技术发展有限公司 | 一种低能耗液氮制取装置及工艺 |
CN114440554A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-06 | 中科富海(杭州)气体工程科技有限公司 | 一种生产高纯氧的装置及其方法 |
CN114440554B (zh) * | 2022-01-26 | 2024-05-07 | 中科富海(杭州)气体工程科技有限公司 | 一种生产高纯氧的装置及其方法 |
Also Published As
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