JPH0114510B2 - - Google Patents

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JPH0114510B2
JPH0114510B2 JP15704979A JP15704979A JPH0114510B2 JP H0114510 B2 JPH0114510 B2 JP H0114510B2 JP 15704979 A JP15704979 A JP 15704979A JP 15704979 A JP15704979 A JP 15704979A JP H0114510 B2 JPH0114510 B2 JP H0114510B2
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JP
Japan
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air
liquid
heat exchanger
pipe
column
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JP15704979A
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JPS5680680A (en
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Toshihiro Kurasono
Shizuo Iwase
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Japan Oxygen Co Ltd
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可逆式熱交換器を使用した比較的原
料空気圧力の低い方式の空気分離装置において多
量の液状製品を採取する方法に係り、動力の低減
化と設備の簡略化を図つたものである。
可逆式熱交換器を備えた空気分離装置におい
て、例えば液採取量をガス採取量に対して1:1
あるいはそれ以上にしようとする場合には、液化
精溜に必要な寒冷が不足するため、圧縮原料空気
の供給量を増加するか、あるいは冷凍サイクルを
付設して寒冷不足に対処しているのが普通であ
る。しかしながら、原料空気の供給量を増加する
場合には必要寒冷量を得るため多量の原料空気を
圧縮するため動力費が上昇する問題があり、また
冷凍サイクルを付設する場合には冷凍サイクル専
用の圧縮機、断熱膨脹機またはタービン等を必要
として設備費が高騰化する問題がある。
また、可逆式熱交換器を使用しない高中圧ガス
プロセス方式の空気分離装置を採用することも考
えられるが、この場合には吸着システムが使用さ
れるため、吸着システムの再生電力を必要とし、
また装置の規模によつては原料空気圧縮機のメン
テナンスに多大の労力と費用とを必要として得策
ではない。
このように、従来の空気分離装置において液採
取量をガス採取量に対して1:1あるいはそれ以
上にしようとすると、運転費や設備費等が高騰化
する問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、運転費や設備費等がかか
らず液採取量とガス採取量を1:1あるいはそれ
以上にすることができる空気分離方法を提供する
点にある。
以下、本発明の実施例を図によつて説明する。
なお実施例として液体酸素1040Nm3/hr.と酸
素ガス1000Nm3/hr.を採取する場合について説
明する。
原料空気20000Nm3/hr.は圧縮機1で8.5at.G
(ゲージ圧力)に圧縮された後、管2から可逆式
熱交換器3の通路3Aに導入されて、精溜塔4よ
り導出されて該器3を向流に流れる低温の不純窒
素ガス製品酸素ガス、窒素ガス等との熱交換によ
り冷却されて原料空気中の水分、炭酸ガスが除去
される。なお通路3Aと通路3Bとは切り換機構
5,6の操作で一定時間毎に切換えられて、原料
空気が通過し冷却される過程で析出した水分や炭
酸ガスは不純窒素ガスの通過時に該不純窒素ガス
中に再気化して外部に排出される。通路3Aを通
過した原料空気は、冷却精製されて温度−165℃
となつて管7より液化器8の通路8Aを通り逆流
する低温の不純窒素ガス等により更に−167℃に
冷却されて一部液化された後、管9から精溜塔4
の下部塔10の底部に導入される。該下部塔10
は多数の精溜棚段よりなり、該塔10に導入され
た前記気液混合状態の空気のうち気体分は該塔1
0内を上昇し、各棚段で該塔10上部より降下し
てくる液体と順次気液接触して精溜が行なわれ、
該塔10上部に高純窒素が、後述する上部塔11
底部の凝縮器12に貯溜した液体酸素により冷却
されて液体状で貯溜し、又該塔10底部には酸素
が溜化された液体空気が貯溜する。酸素35%の酸
素に富んだ液体空気圧力8.5at.G、6000Nm3/h
は管13より下部塔10から導出されて過冷器1
4を通り向流に流れる低温の不純窒素ガス等によ
り冷却され弁15で膨脹し2at.G、−180℃の温度
で精溜塔4の上部塔11の中間部に導入される。
又前記下部塔10の中間部から管16により95%
窒素の還流窒素5350Nm3/hが導出されて過冷器
14を通り前記した如く逆流する低温の不純窒素
ガス等により冷却された後弁17を介して2at.G
に膨脹して−180℃の温度で上部塔11の上部に
導入される。この結果上部塔11内では該塔11
に設けた多数の精溜棚段で気液接触による精溜が
行なわれる。そして上部塔11の底部の凝縮器1
2に液体酸素が貯溜し、この凝縮器12で、上部
塔11の底部に集まつた液体酸素は下部塔10の
頂部の窒素により加熱で蒸発されると共に、下部
塔10の頂部に集まつた窒素の液化が行なわれ
る。
一方、前記下部塔10の底部寄り位置(好まし
くは下部より2、3段の位置)からは8.5at.G、−
167℃の空気8650Nm3/hが管18により導出さ
れ、この空気は途中管19で3120Nm3/hが分岐
され、5530Nm3/hが管20を介して液化器8の
通路8Dに導入され、これを逆流した後前記可逆
式熱交換器3の通路3Dに導入される。通路3D
は前記可逆式熱交換器3の冷端部から中間部まで
設けられていて、その先端に抽気管21が接続さ
れている。通路3Dを通過した空気は原料空気と
の熱交換により再熱されて−95℃となり、抽気管
21により前記可逆式熱交換器3の中間部から導
出され、前記管19で分岐された3120Nm3/hrの
−167℃の空気と合流し、8.5at.G、−135℃で膨脹
タービン22に導入される。膨脹タービン22に
導入された8at.G、−135℃、8650Nm3/hrの空気
は該機22で0.35at.G断熱膨脹して−183℃に降
温された後、管24を経て後述する他の膨脹ター
ビン22′の吐出ガスと合流する。また、前記上
部塔11の頂部からは9310Nm3/hrの不純窒素ガ
スが2at.Gで−182℃の状態で管25により導出さ
れ、この不純窒素ガスは液化器8の通路8Eを逆
流した後管26で8905Nm3/hrを分岐して、残り
の405Nm3/hが管27より前記可逆式熱交換器
3の通路3Eに導入される。通路3Eは前記可逆
式熱交換器3の冷端部から温端部まで設けられて
いて、外気への導出管28に通気する。一方通路
3Eの中間部には抽気管29が分岐して設けられ
てその流量は弁30で調節される。通路3Eに導
入された405Nm3/hrの不純窒素ガスは通路3E
の中間部まで流れて原料空気との熱交換により再
熱された後、このうち155Nm3/hrは熱交換器3
の通路3Eの温端より排出され、250Nm3/hrは
−98℃で抽気管29により可逆式熱交換器3から
導出されて前記管26で分岐された8905Nm3/hr
の不純窒素ガスと合流し、管31を介して膨脹タ
ービン22′に−170℃、2at.Gの状態で導入され
る。膨脹タービン22′に導入された9155Nm3
hrの不純窒素ガスは該機22′で0.35at.Gに断熱
膨脹して−185℃に降温された後、管24′を介し
て前記一方の膨脹タービン22の吐出管24に流
れる空気8650Nm3/hrと合流し、そして17805N
m3/hrの不純窒素ガスは0.35at.G、−184℃の状態
で管32を介して過冷器14に至り、前記還流窒
素、空気を冷却した後、管33、液化器8の通路
8Bを通つて前記可逆式熱交換器3の通路3Bに
導入され、それぞれ液化器8と可逆式熱交換器3
で寒冷が回収されて管34から外部に排出され
る。このとき、可逆式熱交換器3の通路3Bに前
工程で原料空気中から析出して捕捉された水分、
炭酸ガスを同伴して排出され該通路3Bが再生さ
れる。
上述の如き操作により、前記上部塔11の底部
寄り位置からは酸素ガス1000Nm3/hrが管35に
より導出され、この酸素ガスは液化器8を通路8
Cを介して逆流し、つづいて前記可逆式熱交換器
3の通路3Cを通り原料空気と熱交換してほぼ常
温に加温された後管36から製品として採取され
る。また前記上部塔10の底部からは1040Nm3
hrの液体酸素が管37により導出されて製品とし
て採取される。
なお、上記の説明では酸素ガスと液体酸素を同
時に採取した場合について説明したが、酸素ガ
ス、液体酸素、窒素ガス、液体窒素を同時に採取
し得ることは勿論である。
即ち、液体酸素に代えて管38より液体窒素
を、又管39より窒素ガスを採取する場合は、下
部塔10の底部より管13を介して上部塔11に
供給する液体空気の量及び下部塔10より管16
を介して上部塔11に還流する窒素量を、適宜選
択して供給するようにすれば所望する適宜量の割
合で酸素ガス、窒素ガス、液体酸素、液体窒素が
採取し得る。
その理由は、下部塔10からの空気の一部を管
18により導出して、これを液化器8、可逆式熱
交換器3に通して原料空気により再熱した後、膨
脹タービン22で断熱膨脹して降温する一方、上
部塔11から不純窒素ガスを管25により導出し
て、これを液化器6、可逆式熱交換器3に通して
原料空気により再熱した後、膨脹タービン22′
で断熱膨脹して降温し、そしてこれら降温した低
温の空気及び不純窒素ガスを管32を介して過冷
器14に導き、その寒冷を与えた後管33を介し
て液化器8から可逆式熱交換器3に通して原料空
気と向流熱交換して更に寒冷を回収した後、外部
に排出しているようにしているので、液体製品を
採取するための寒冷が、これにより充分得られる
からである。
又製品として酸素ガス及び/又は窒素ガスの如
きガス製品のみで得る場合は上部塔11の頂部よ
り管25を介して導出される不純窒素ガスを膨脹
タービン22′に送ることなく全量熱交換器3の
通路3Eを通過させた後管28より外部に排出さ
せればよい。
更に、酸素ガスを1000Nm3/h採取する一方、
液体酸素を1000Nm3/h、液体アルゴンを45N
m3/h採取する場合、本発明では原料空気の供給
量は20000Nm3/hですむ。これに対し、従来の
全低圧式空気分離装置において同様のことを行な
おうとする場合には寒冷を得るため、原料空気の
供給量は27000Nm3/h必要となり、動力費が節
減し得るのである。
なお前記実施例では、原料空気を8.5at.Gに圧
縮し、下部塔圧力を8.5at.G、上部塔圧力を2at.G
で操作する場合について説明したが、前記圧力
は、採取する液製品の所望量によつて原料空気の
供給圧力は6.5〜9.5at.Gの圧力に、又下部塔圧力
は6.5〜9.5at.Gに、上部塔圧力は1.2〜2.5at.Gに適
宜選択して実施し得るものであることは勿論であ
る。
以上説明したように本発明によれば、可逆式熱
交換器を使用した全低圧式空気分離装置で液体製
品を得るため、原料空気の供給量が少なくてすむ
上に、原料空気の圧縮圧をそれほど高くしなくて
もすむから、動力費が1236KW程度で、従来の全
低圧式の装置の動力費1425KWに比して約15%程
度少なくすることができる。また、冷凍サイクル
を付設したり、大型の空気圧縮機を必要とせず、
従来の場合よりも設備費を約20%程度節減でき
る。さらに、高中圧プロセスと異なり全低圧式の
装置であるのでプロセスが簡単であると共に、従
来の全低圧式装置で液体製品を採取のための装置
と比べて装置全体を囲繞する保冷箱は小型です
む。さらにまた、排出ガス圧が高いので吸着器等
の再生のためのブロアーを必要としない。したが
つて、運転費や設備費等がかからず、保守、運転
操作が容易で液採取とガス採取を同時に行うもの
として適している。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の方法を説明するフローシートで
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 圧縮原料空気を可逆式熱交換器により冷却精
    製した後、複精留塔に供給して液化精留分離しガ
    ス市品と共に液製品を採取する方法であつて、前
    記原料空気圧を6.5at.G〜9.5at.G上部塔圧を1.2at.
    G〜2.5at.Gの条件下で精留操作すると共に、下部
    塔より低温空気を抽出し二分してその一方を可逆
    式熱交換器を通して加温し前記二分した残部と合
    流した後、第1の膨張機に供給し、断熱膨張せし
    める一方、上部塔よりの低温の不純窒素ガスを二
    分してその一方を可逆式熱交換器を通して加温し
    前記二分した残部と合流した後、第2の膨張機に
    供給し断熱膨張せしめ、前記断熱膨張した低温空
    気と共に過冷器に導入して下部塔より上部塔に導
    入する液体空気および還流用窒素を冷却し、次い
    で可逆式熱交換器に通して原料空気を冷却するこ
    とを特徴とする空気分離方法。
JP15704979A 1979-12-04 1979-12-04 Air separation method for collecting liquefied product Granted JPS5680680A (en)

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US4560397A (en) * 1984-08-16 1985-12-24 Union Carbide Corporation Process to produce ultrahigh purity oxygen
JP4594360B2 (ja) * 2007-08-27 2010-12-08 神鋼エア・ウォーター・クライオプラント株式会社 深冷空気液化分離装置およびその運転方法

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