JPH01273982A - ガス分離方法及び装置 - Google Patents

ガス分離方法及び装置

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JPH01273982A
JPH01273982A JP10257288A JP10257288A JPH01273982A JP H01273982 A JPH01273982 A JP H01273982A JP 10257288 A JP10257288 A JP 10257288A JP 10257288 A JP10257288 A JP 10257288A JP H01273982 A JPH01273982 A JP H01273982A
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JP
Japan
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gas
temperature
low
raw material
liquid nitrogen
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JP10257288A
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Shigeo Watanabe
茂雄 渡辺
Yoshio Okabayashi
岡林　芳夫
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Hitachi Ltd
Hitachi Plant Technologies Ltd
Original Assignee
Hitachi Techno Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔所業上の利用分野〕 本発明は深冷分離により高純度製品ガスを供給する！Ｉ
Ｍ置に係り、特に膨張タービンの代わりに寒冷発生源と
して液体窒素を利用するのに好適なガス分離方法及び装
置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の深冷分離法による一酸化炭素回収装置における系
統図を第２図および第３図に示す。第２　・図は寒冷発
生源として膨張タービンを設置した場合の系統図を示す
。本装置において、水系・窒素・メタン等を含む一酸化
炭素（以下ＣＯと略す）を主成分とする原料ガスは導管
１５よ）」約３５にノ／ｄＧの圧力で入り、然交侠ａ１
，２により低温の戻りガスにより約−１９５℃程度まで
冷却、一部液化され導管１８より低温分離器３に入る。
ここで、００より低沸点成分の水素・室系を主成分とす
る未凝縮ガス（以下、水素ガスと称す）は分離さＩＬ、
導′Ｉｋ１９１に経て熱交換器２にて若干温度を回俣さ
れたのち！！３２．４６より膨張タービン５にて約１０
Ｋｐ／ｃｒｉａ近くまで膨張される。水素ガスは、二の
膨張により約−２００℃まで低下し、４管４７を経て熱
交換器２．ｌを経ろことにより原料ガスを所定の冷却温
度まで下げる寒冷源となるとともに、常ｌ晶まで回復さ
れたのち導管３１より送出され、水素ガスとして供給さ
れる。
また、低温分離器３にて分離されたＣＯを主成分とする
液化留分は、導管加を経て弁１０にて大気圧程度まで減
圧された後、導管加、熱交換器２を経て導管あよりＯＯ
精留塔４に供給される。二こで精留分離され、＃２留塔
上部より高純度の製品００ガスを、塔下部よりメタンを
主成分とする燃料ガスが送出される。
第３図は水冷発生源として膨張タービンのかわｌ】に液
体窒素を利用する場合の系統図を示す。本装置はｌｌＵ
記の膨張タービンのかわりに外部より液体窒素な供船し
、埠１１２２９を経て熱交換器２，１へ送られる。ここ
で液体窒素は原料ガスを所定の冷却温度まで下げる寒冷
源となる。また、低温分離器３で分離された水素ガスは
、＃に管１９を経て熱交換器２，１に送られ低温ガスと
して原料ガスの冷却に利用される。なお、液体窒素を利
用するため、原料ガスの冷却ｉｆＡ度は一１９０℃程度
と第２図の膨張タービンの冷却４度に比べて高くなるＯ
従って、水素ガスの純度は低くなＩ】、また、ＣＯの回
収率も悪くなっている。
前記従来技術では、水素ガス純度を高（、かつ、００の
回収率を高４とる装置には、膨張タービンを使用し、ま
た、水素ガス純度、００回収率ともあまり高くとる必要
のない装置には液体窒素が利用されている。なお、この
種の装置として関連するものには例えば特開昭５９−２
４１６号が挙げられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は寒冷〜の冷却温度に関して配慮がされて
おらず、膨張タービンを使用した場合は、膨張タービン
の入口圧力、温度条件および出口圧力条件を父えること
により、水素ガスの膨張温度を一１９５℃以下（例えは
、−２００℃程度）に下げることができる。しかし、寒
冷発生源として、膨張タービンのかわりに液体窒素を利
用した場合。
窒素の大気圧での沸点は−１９５，８℃であ一ノ、実際
には液体窒素に若干の圧力を持たせるため、液体窒素の
利用温度としては一１９４℃程度が限度である。このた
め、原料ガスは、熱交換器での液体窒素との温度差を１
℃とすれば＋−１９３℃までの冷却が限度であるため、
寒冷源として液体窒素を利用した場合、原料ガスを所定
の冷却温度まで冷却することができず、膨張タービンな
みの水素がス純度、ＣＯ回収率を得ることができないと
いう課題があった。
本発明の目的は、寒冷発生源として液体窒素を使用し、
膨張タービンなみの水素ガス純度、００回収率が得られ
るガス分離方法及び装置を提供することにある。
〔課題を解決するだめの手段〕 上記目的は、寒冷発生源として液体窒素を利用した場合
に、原料ガスを冷却、液化させて低温分離器により分離
された水素力°スの一部を抜き出し、膨張させると共に
、低温分離器にて分離された００を主成分とする液化留
分の一部を抜き出Ｉ１１、膨張させ、前記の水素ガスと
合流させて原料力スを冷却させる寒冷源とする（以下、
循環ガスと称す）。
さらに、この循環ガスを前記原料ガスと熱交換させて常
温まで温度回復させたのち、圧縮機にて昇圧し原料ガス
に供給することにより、達成される。
〔作　　　用〕
深冷ガス分離装置の寒冷発生ｇ＜ｍ料ガスを深冷する寒
冷源）として、膨張タービンのかわＩＪ　Ｃ液体窒素を
利用した場合、液体窒素の利用温度として、大気圧の沸
点で−１９５，８℃、実際は供給圧力が必要なため圧力
分を考慮すると一１９４℃程度が限界である。逆に、原
料ガス側から考えると、熱交換器での温度差を１℃とす
れば、液体窒素により、原料ガスは一１９３℃程度まで
しか冷却されない。
このため、原料ガスを冷却・一部液化させて。
低温分離器により分離された水素ガスおよびＣＯを主成
分とする液化留分をおのおの一部抜き出して膨張させる
。水素の大気圧での沸点は−２５２゜７℃、−酸化炭素
の大気圧での沸点は一１９２℃のため、水素ガスおよび
液化留分を大気圧程度まで弁にて膨張し合流させること
によりジュール・トムソン効果で一２００℃程度の液体
窒素より低い温度のガス又は液（以下循環ガスと称す）
を得ることができる。つまり、膨張タービンを設置して
得られる低温ガスと同程度のガスを得ることができる。
この−２００℃の循環ガスと液体窒素とを利用して、熱
交換器で原料ガスを冷却させることにより、原料ガスを
一１９５℃程度、又はそれ以下の温度まで冷却すること
ができる。
また、この循環ガスをオフガスとして捨てると。
ＣＯの回収率は低温分離よりＣＯを主成分とする液を抜
き出した量だけ急くなるため、熱交換器で常温まで回復
させたのち、圧縮機で昇圧し、ｐ＋度原料ガス中に供給
することにより、循環ガス中のＣＯを回収することが可
能になる。
〔実　施　例〕
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
図において、本装置の全体構成は、熱交換ａｌ。
２、低温分離器３．００精留塔４．００圧縮機６゜循環
圧縮機７、導管等からなる。
原料ガスは導管１５．１６より約３５にｙ／ｄｌＧの圧
力で入り、熱交換器！、２により外部より導管９を経て
供給された液体窒素、低温分離′ａ３にて分離された水
素ガス等の低塩の戻りガスにより冷却される。
前記のとおり１本装置の寒冷源として液体窒素のみを供
給した場合には、原料ガスは一１９３℃程度までしか冷
却されず、水素ガスの濃度の向上。
製品ＣＯＯ２０回収率の向上を計ることができない。
このため、低温分離器３にて分離された水素ガスの一部
を導管１９．２１より抜き出し、弁しにて大気圧程度ま
で膨張させる。さらに、低塩分離器３にて分離された○
Ｑを主成分とする液化留分の一部を導管２０．２３より
抜き出し、弁１１にて大気圧程度まで膨張させ、前記の
水素ガスと合流させる（以下、ＩＲ項ガスと称す）。該
合流した循環ガスは水素リッチなガスであり、大気圧程
度まで膨少させるため、−２００℃程度の低温ガスとな
る。従って、循環ガスおよび液体窒素を熱交換器２．　
１に供給することにより、原料ガスを液体窒素のみ冷却
でき得る温度より更に低い温度まで冷却できる。
なお、常温まで温度回復された循環ガスを循環圧縮ｊａ
７により原料ガス圧力まで昇圧し、導管器より原料ガス
ラインに戻して循環サイクルとして利用する。
本実施例によれば、膨張タービンのかわりに液体窒素を
寒冷発生源として利用しても、原料ガスを膨張タービン
なみ以下の冷却温度に冷却することができるため、製品
ＣＯＯ２０回収率の向上および、水素ガス濃度を高（す
ることができる。さらに、膨張タービ、ンの役割を液体
窒素で代用することが可能となり、本装置の設備の簡略
化ができると共に、信頼性が向上するため、製品ＣＯＯ
２０使用する後流設備へ悪影響を及ぼすことなく安定し
た運転を継続できる効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、膨張タービンのかわＩＪに液体窒素を
利用し、原料ガスを液体窒素の利用できる範囲以下の冷
却過度に冷却することができるので。
００の回収率の向上、水素ガス純度の向上を計ることが
できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例のガス分離装置の系統図、第
２図は従来法の膨張タービンを使用した場合のガス分離
装置の系統図、第３図は従来法の液体窒素を使用した場
合のガス分離装置の系統図である。 １．２・・・・・・熱交換器、３・・・・・・低温分離
器、４・・・００精留塔、５・・・・・・膨張タービン
、６・・・・・・ＣＯ圧圧機機７・・・・・・循環圧縮
機、１０〜１４・・・・・・弁、１５〜４９・・・・・
・導管 ｔ、−一−−ｃｏｘ笥Ｕ残゛

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、水素・窒素およびメタン等の不純物を含む一酸化炭
    素を主成分とする原料ガスから高純度の水素ガスと一酸
    化炭素とを分離回収するために、原料ガスを液体窒素と
    低温の戻りガスとにより冷却、液化させ、所定の温度ま
    で冷却させて液とガスとに分離し、該分離した高純度の
    水素ガスを抜き出すと共に、液化した低純度の一酸化炭
    素から高純度の一酸化炭素を精留分離するガス分離方法
    において、前記高純度の水素ガスの一部を大気圧まで膨
    張させると共に、液化留分の低純度の一酸化炭素の一部
    を大気圧まで膨張させ、前記膨張させた水素ガスと合流
    させた低温の戻りガスと、別に供給される液体窒素とを
    寒冷源として前記原料ガスと熱交換させ、常温まで温度
    回復された低温の戻りガスを昇圧し、該昇圧したガスを
    前記原料ガスに合流させて循環させることを特徴とする
    ガス分離方法。 ２、水素・窒素およびメタン等の不純物を含む一酸化炭
    素を主成分とする原料ガスから高純度の水素ガスと一酸
    化炭素とを分離回収するために、原料ガスを液体窒素と
    低温の戻りガスとにより、冷却、液化させる熱交換器と
    、所定の温度まで冷却させて液とガスとに分離させる低
    温分離器と、該低温分離器で液化した液化留分を精留分
    離する精留塔とからなるガス分離装置において、前記低
    温分離器から高純度の水素ガスの一部を弁を介して導く
    と共に、液化留分の低純度の一酸化炭素の一部を弁を介
    して導き、前記導いた水素ガスと合流させて熱交換器に
    導き、該導いた低温の戻りガスと液体窒素とにより熱交
    換器で原料空気と、熱交換させ、常温まで温度回復した
    低温の戻りガスを圧縮機を経由して前記原料ガスに導く
    ように構成したことを特徴とするガス分離装置。
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