JPH0217795B2 - - Google Patents
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- JPH0217795B2 JPH0217795B2 JP56164658A JP16465881A JPH0217795B2 JP H0217795 B2 JPH0217795 B2 JP H0217795B2 JP 56164658 A JP56164658 A JP 56164658A JP 16465881 A JP16465881 A JP 16465881A JP H0217795 B2 JPH0217795 B2 JP H0217795B2
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- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
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- F25J2250/42—One fluid being nitrogen
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は空気液化精溜法によつて窒素ガスを製
造する装置に係り、特に空気中に含まれるヘリウ
ム等低沸点成分を含有しない極めて高純度の窒素
ガスを採取すると共に需要変動に対しても、充分
その高純度を維持して自動的に対応し得ることを
可能とした高純度窒素製造装置に関するものであ
る。
造する装置に係り、特に空気中に含まれるヘリウ
ム等低沸点成分を含有しない極めて高純度の窒素
ガスを採取すると共に需要変動に対しても、充分
その高純度を維持して自動的に対応し得ることを
可能とした高純度窒素製造装置に関するものであ
る。
工業的に窒素ガスを製造する装置として、空気
を原料としてこれを液化して、その組成分をその
沸点差によつて分離するいわゆる空気液化分離装
置が採用されている。即ち該装置は吸入フイルタ
ーにより清浄された原料空気を約９Kg／cm2に圧縮
し、且つ予冷した後乾燥器に導入して含有水分、
炭酸ガス等を除去する。ついでこれを製品ガス等
の分離戻りガスとの熱交換によつて冷却し、一部
液化の状態で単精溜塔の下部に導入する。単精溜
塔において、原料空気は上部より降下する還流液
によつて精溜され、該塔上部に窒素ガスが、又下
部に酸素に富んだ液体空気が生成される。このう
ち窒素ガスが頂部から抽出されて製品ガスとして
供給され、又酸素に富んだ液体空気は、前記抽出
した窒素の一部を熱交換により冷却液化して還流
液を作つた後戻りガスとなり原料空気を冷却す
る。又膨張して寒冷を発生せしめ、更に原料空気
の冷却源として使用された後廃棄される。
を原料としてこれを液化して、その組成分をその
沸点差によつて分離するいわゆる空気液化分離装
置が採用されている。即ち該装置は吸入フイルタ
ーにより清浄された原料空気を約９Kg／cm2に圧縮
し、且つ予冷した後乾燥器に導入して含有水分、
炭酸ガス等を除去する。ついでこれを製品ガス等
の分離戻りガスとの熱交換によつて冷却し、一部
液化の状態で単精溜塔の下部に導入する。単精溜
塔において、原料空気は上部より降下する還流液
によつて精溜され、該塔上部に窒素ガスが、又下
部に酸素に富んだ液体空気が生成される。このう
ち窒素ガスが頂部から抽出されて製品ガスとして
供給され、又酸素に富んだ液体空気は、前記抽出
した窒素の一部を熱交換により冷却液化して還流
液を作つた後戻りガスとなり原料空気を冷却す
る。又膨張して寒冷を発生せしめ、更に原料空気
の冷却源として使用された後廃棄される。
しかるにこの種の装置で採取される窒素ガスは
高い純度のものではあるが、液体で採取する装置
と異なり、気体状で採取するので空気中に含まれ
る微量な低沸点成分、例えばヘリウム（沸点−
268.9℃）、水素（沸点−252.8℃）、ネオン（沸点
−245.9℃）が分離されずに含有している。そし
てこれら成分はたとえ微量であつても半導体工業
等の超高純度の窒素ガスを要求される分野におい
てはその製品に及ぼす影響は無視し得ない。
高い純度のものではあるが、液体で採取する装置
と異なり、気体状で採取するので空気中に含まれ
る微量な低沸点成分、例えばヘリウム（沸点−
268.9℃）、水素（沸点−252.8℃）、ネオン（沸点
−245.9℃）が分離されずに含有している。そし
てこれら成分はたとえ微量であつても半導体工業
等の超高純度の窒素ガスを要求される分野におい
てはその製品に及ぼす影響は無視し得ない。
又一方この種装置で窒素ガスを製造する場合、
需要が安定していて常に一定した状態で運転され
ているのが望ましいが、昼間の作業時には大量の
窒素ガスを使用するが、夜間には作業がなく小量
の窒素ガスのみ使用するか或は全く使用しなくな
る等の需要変動が生じる。そしてその都度運転を
休止したり、減量運転することは装置の特殊性に
より定常の運転に至る迄多くの時間と労力を要
し、又非効率な運転となり好ましくない。
需要が安定していて常に一定した状態で運転され
ているのが望ましいが、昼間の作業時には大量の
窒素ガスを使用するが、夜間には作業がなく小量
の窒素ガスのみ使用するか或は全く使用しなくな
る等の需要変動が生じる。そしてその都度運転を
休止したり、減量運転することは装置の特殊性に
より定常の運転に至る迄多くの時間と労力を要
し、又非効率な運転となり好ましくない。
それ故その対策として余剰ガスを貯蔵しておく
貯槽を設けたり、又余剰ガスを液化して貯槽に貯
蔵する等の手段があるが、いづれにしても大巾な
需要変動に対応するため、大きな貯槽を必要とし
たり、高価な液化装置を別に設ける等の不都合が
あつた。更にこのような不都合を解消するため、
この種窒素ガス製造装置に液体窒素貯槽と液体空
気貯槽とを有機的に結合して附設し、窒素の需要
変動に対して両貯槽間の熱移動を調整操作して運
転する手段が知られている。しかしこのような調
整運転操作に際しても製品ガスである窒素ガスに
は前記装置のようにヘリウム、水素等の低沸点成
分が含まれ前記した如く高純度窒素ガスを要求さ
れる半導体工業においては極めて不都合である。
貯槽を設けたり、又余剰ガスを液化して貯槽に貯
蔵する等の手段があるが、いづれにしても大巾な
需要変動に対応するため、大きな貯槽を必要とし
たり、高価な液化装置を別に設ける等の不都合が
あつた。更にこのような不都合を解消するため、
この種窒素ガス製造装置に液体窒素貯槽と液体空
気貯槽とを有機的に結合して附設し、窒素の需要
変動に対して両貯槽間の熱移動を調整操作して運
転する手段が知られている。しかしこのような調
整運転操作に際しても製品ガスである窒素ガスに
は前記装置のようにヘリウム、水素等の低沸点成
分が含まれ前記した如く高純度窒素ガスを要求さ
れる半導体工業においては極めて不都合である。
本発明は上述の如き種々の不都合に鑑みなされ
たもので、その目的はヘリウム、水素等の低沸点
成分を含有しない高純度の窒素ガスを常に採取し
得ると共に、需要変動に対応して、供給するガス
の増減を装置の安定した運転を保つて自動的に行
ない、しかも前記窒素ガスの高純度をこれによつ
ていささかも劣化することなく自動制御すること
の可能としたものである。そしてその特徴は水
分、炭酸ガスを除去し圧縮された原料空気を精溜
塔に供給して精溜し、塔頂より窒素を下部より液
体空気をそれぞれ分離し、前記分離窒素の一部を
製品ガスとして採取するとともに、残部を前記液
体空気と熱交換して液化して還流液とする高純度
窒素製造装置において、凝縮部を介して上部に減
圧液体窒素を導入する気化部を、下部に前記分離
窒素のうちの一部である製品ガスを導入する液化
部を夫々備え、かつ前記凝縮部で液化した液化窒
素を液化部より弁を介して減圧して気化部に導入
し気化せしめて採取する窒素採取経路、及び製品
窒素ガス中に含有する低沸点成分を未凝縮ガスと
して凝縮部より排出せしめる排出経路を備えてな
る熱交換器と、前記分離窒素の残部又は全部を前
記凝縮器で液体空気により液化して貯留する液体
窒素貯槽と、該液体窒素貯槽内の液体窒素を環流
液として所定量精溜塔に戻す経路と、精溜塔下部
より導出した液体空気を貯留する液体空気貯槽
と、該液体空気貯槽内の液体空気を減圧した後に
前記凝縮器に供給する経路とを設けると共に、前
記熱交換器の液化部より気化部へ減圧して供給す
る液体窒素量を気化部の液面を一定にするよう調
節する調節機構と、精溜塔の精溜条件を一定にす
るため精溜塔へ戻す前記還流液量及び／又は精溜
塔底部より取り出す前記液体空気量を調節する調
節機構と、前記液体空気貯槽より凝縮器へ導入す
る液体空気量を精溜塔圧力を検知して調節する調
節機構とを設けて調節するようにした高純度窒素
製造装置である。
たもので、その目的はヘリウム、水素等の低沸点
成分を含有しない高純度の窒素ガスを常に採取し
得ると共に、需要変動に対応して、供給するガス
の増減を装置の安定した運転を保つて自動的に行
ない、しかも前記窒素ガスの高純度をこれによつ
ていささかも劣化することなく自動制御すること
の可能としたものである。そしてその特徴は水
分、炭酸ガスを除去し圧縮された原料空気を精溜
塔に供給して精溜し、塔頂より窒素を下部より液
体空気をそれぞれ分離し、前記分離窒素の一部を
製品ガスとして採取するとともに、残部を前記液
体空気と熱交換して液化して還流液とする高純度
窒素製造装置において、凝縮部を介して上部に減
圧液体窒素を導入する気化部を、下部に前記分離
窒素のうちの一部である製品ガスを導入する液化
部を夫々備え、かつ前記凝縮部で液化した液化窒
素を液化部より弁を介して減圧して気化部に導入
し気化せしめて採取する窒素採取経路、及び製品
窒素ガス中に含有する低沸点成分を未凝縮ガスと
して凝縮部より排出せしめる排出経路を備えてな
る熱交換器と、前記分離窒素の残部又は全部を前
記凝縮器で液体空気により液化して貯留する液体
窒素貯槽と、該液体窒素貯槽内の液体窒素を環流
液として所定量精溜塔に戻す経路と、精溜塔下部
より導出した液体空気を貯留する液体空気貯槽
と、該液体空気貯槽内の液体空気を減圧した後に
前記凝縮器に供給する経路とを設けると共に、前
記熱交換器の液化部より気化部へ減圧して供給す
る液体窒素量を気化部の液面を一定にするよう調
節する調節機構と、精溜塔の精溜条件を一定にす
るため精溜塔へ戻す前記還流液量及び／又は精溜
塔底部より取り出す前記液体空気量を調節する調
節機構と、前記液体空気貯槽より凝縮器へ導入す
る液体空気量を精溜塔圧力を検知して調節する調
節機構とを設けて調節するようにした高純度窒素
製造装置である。
以下本発明の高純度窒素製造装置を図面により
説明する。
説明する。
第１図は本発明装置の一実施例を示す系統図で
あり、原料空気1000Nm3／ｈを供給し高純度窒素
ガスを300Nm3／ｈを採取する基準状態の場合に
ついてまづ説明する。
あり、原料空気1000Nm3／ｈを供給し高純度窒素
ガスを300Nm3／ｈを採取する基準状態の場合に
ついてまづ説明する。
水、炭酸ガス等の不純物を除去し且つ予備処理
された圧力９Kg／cm2、温度５℃の原料空気1000N
m3／ｈが管１より熱交換器２に導入されて冷却さ
れ、ついで管３より液化器４に導びかれて更に冷
却され、一部液化した状態で管５より精溜塔６の
下部に供給される。精溜塔６に導入された空気は
塔頂部より約1000Nm3／ｈの窒素が分離され取出
されるが、その一部300Nm3／ｈは管７より凝縮
部９を介して上部に気化部１０と下部に液化部１
１とを設けて構成された熱交換器８の液化部１１
に導入された窒素ガスは凝縮部９を上昇する過程
で後記する気化部１０に収容されているより低い
圧力の液体窒素と熱交換して冷却されて液化す
る。この時含有されているヘリウム等の低沸点成
分は凝縮されず凝縮部９の頂部の管１２より導出
し弁１３、管１４を経て外気に放出される。それ
故液化部１１に貯液される液体窒素には低沸点成
分が除去されたものである。この液体窒素は管１
５より抽出され、弁１６において約９Kg／cm2より
８〜７Kg／cm2に減圧された後管１７より熱交換器
８の上部気化部１０に導入され前記した如く、液
化部１１内で凝縮部９を上昇する窒素ガスを冷却
せしめてこれを液化し自身は気化して管１８より
導出する。ついで原料空気との熱交換によつてこ
れを冷却して寒冷を回収した後低沸点成分を含ま
ない８〜７Kg／cm2の高い圧力の高純度窒素ガスと
して使用先に供給される。なお上記した液化部１
１より気化部１０に液体窒素を供給する際弁１６
で減圧するのは、液化部１１に導入された窒素ガ
スを凝縮部９で凝縮液化するに必要な冷却用温度
差を得るためであり、可能な限り減圧巾を小さく
することが望ましい。そして更に気化部１０では
貯液される液体窒素の液面が一定になるよう液面
調節機構１９を設け、該機構１９の作用により弁
１６を調整して、液化部１１より気化部１０への
液体窒素供給量を制御する。
された圧力９Kg／cm2、温度５℃の原料空気1000N
m3／ｈが管１より熱交換器２に導入されて冷却さ
れ、ついで管３より液化器４に導びかれて更に冷
却され、一部液化した状態で管５より精溜塔６の
下部に供給される。精溜塔６に導入された空気は
塔頂部より約1000Nm3／ｈの窒素が分離され取出
されるが、その一部300Nm3／ｈは管７より凝縮
部９を介して上部に気化部１０と下部に液化部１
１とを設けて構成された熱交換器８の液化部１１
に導入された窒素ガスは凝縮部９を上昇する過程
で後記する気化部１０に収容されているより低い
圧力の液体窒素と熱交換して冷却されて液化す
る。この時含有されているヘリウム等の低沸点成
分は凝縮されず凝縮部９の頂部の管１２より導出
し弁１３、管１４を経て外気に放出される。それ
故液化部１１に貯液される液体窒素には低沸点成
分が除去されたものである。この液体窒素は管１
５より抽出され、弁１６において約９Kg／cm2より
８〜７Kg／cm2に減圧された後管１７より熱交換器
８の上部気化部１０に導入され前記した如く、液
化部１１内で凝縮部９を上昇する窒素ガスを冷却
せしめてこれを液化し自身は気化して管１８より
導出する。ついで原料空気との熱交換によつてこ
れを冷却して寒冷を回収した後低沸点成分を含ま
ない８〜７Kg／cm2の高い圧力の高純度窒素ガスと
して使用先に供給される。なお上記した液化部１
１より気化部１０に液体窒素を供給する際弁１６
で減圧するのは、液化部１１に導入された窒素ガ
スを凝縮部９で凝縮液化するに必要な冷却用温度
差を得るためであり、可能な限り減圧巾を小さく
することが望ましい。そして更に気化部１０では
貯液される液体窒素の液面が一定になるよう液面
調節機構１９を設け、該機構１９の作用により弁
１６を調整して、液化部１１より気化部１０への
液体窒素供給量を制御する。
一方前記精溜塔６の塔頂で分離される1000N
m3／ｈの窒素のうち残部700Nm3／ｈは管２０よ
り凝縮器２１に導入され、後記する液体空気に熱
交換して冷却され液化し、管２２を経て液体窒素
貯槽２３に導入される。この液体窒素はついで管
２４、一定流量調節機構２５を有する弁２６を介
して精溜塔６の上部に環流液として導入される。
なお基準状態の場合は凝縮器２１で液化された窒
素と等量の約700Nm3／ｈを還流液として精溜塔
６へ戻す必要があるので、還流液は液体窒素貯槽
２３を通過した状態となる。
m3／ｈの窒素のうち残部700Nm3／ｈは管２０よ
り凝縮器２１に導入され、後記する液体空気に熱
交換して冷却され液化し、管２２を経て液体窒素
貯槽２３に導入される。この液体窒素はついで管
２４、一定流量調節機構２５を有する弁２６を介
して精溜塔６の上部に環流液として導入される。
なお基準状態の場合は凝縮器２１で液化された窒
素と等量の約700Nm3／ｈを還流液として精溜塔
６へ戻す必要があるので、還流液は液体窒素貯槽
２３を通過した状態となる。
次に精溜塔６下部よりは約700Nm3／ｈの酸素
に富む液体空気が管２７より抽出されるが、その
抽出量は塔底に貯溜される液体空気の液面が常に
一定に保つように働く液面調節機構２８と連結し
て開閉作動する弁２９によつて調節されて液体空
気貯槽３０に導入される。ついで該貯槽３０より
管３１を介して導出され、弁３２により約４Kg／
cm2に膨張せしめ、管３３を経て前記凝縮器２１に
導入され、前記したごとく窒素ガスを液化せしめ
て自らは気化した後管３４を介して導出し、続い
て精溜塔６に供給される原料空気を液化器４、熱
交換器２で冷却するために使用し、後常温の廃ガ
スとして外気に放出される。なお、前記液体空気
貯槽３０より管３１，３３を介して凝縮器２１に
供給される液体空気の量は、前記精溜塔６の頂部
より凝縮器２１に導入する窒素ガスの圧力を管２
０で検知して、その圧力を一定に保つよう働く圧
力一定調節機構３５で前記弁３２の開度を調節し
て制御する。即ち管２０内の圧力が所定圧力より
低くなると弁３２の開度を狭くして凝縮器２１に
導く液体空気の流量を減じ、一方管２０内の圧力
が所定圧力より上昇すると弁３２の開度を大にし
て凝縮器２１への液体空気の量を増加せしめるよ
うになつている。なお基準状態では９Kg／cm2の圧
力で凝縮器２１は前記した如く700Nm3／ｈの窒
素ガスを液化し還流する必要があるので、液体空
気貯槽３０より凝縮器２１への供給量はそれに相
当する700Nm3／ｈになるように弁３２が調整さ
れる。
に富む液体空気が管２７より抽出されるが、その
抽出量は塔底に貯溜される液体空気の液面が常に
一定に保つように働く液面調節機構２８と連結し
て開閉作動する弁２９によつて調節されて液体空
気貯槽３０に導入される。ついで該貯槽３０より
管３１を介して導出され、弁３２により約４Kg／
cm2に膨張せしめ、管３３を経て前記凝縮器２１に
導入され、前記したごとく窒素ガスを液化せしめ
て自らは気化した後管３４を介して導出し、続い
て精溜塔６に供給される原料空気を液化器４、熱
交換器２で冷却するために使用し、後常温の廃ガ
スとして外気に放出される。なお、前記液体空気
貯槽３０より管３１，３３を介して凝縮器２１に
供給される液体空気の量は、前記精溜塔６の頂部
より凝縮器２１に導入する窒素ガスの圧力を管２
０で検知して、その圧力を一定に保つよう働く圧
力一定調節機構３５で前記弁３２の開度を調節し
て制御する。即ち管２０内の圧力が所定圧力より
低くなると弁３２の開度を狭くして凝縮器２１に
導く液体空気の流量を減じ、一方管２０内の圧力
が所定圧力より上昇すると弁３２の開度を大にし
て凝縮器２１への液体空気の量を増加せしめるよ
うになつている。なお基準状態では９Kg／cm2の圧
力で凝縮器２１は前記した如く700Nm3／ｈの窒
素ガスを液化し還流する必要があるので、液体空
気貯槽３０より凝縮器２１への供給量はそれに相
当する700Nm3／ｈになるように弁３２が調整さ
れる。
以上は基準状態の運転態様であるが、次に使用
先での窒素ガスの使用量が減じた場合について説
明する。原料空気量は常に1000Nm3／ｈが９Kg／
cm2の圧力で管５より精溜塔６に導入されており、
そして一方使用される窒素ガスが基準状態
（300Nm3／ｈ）より減じて例えば100Nm3／ｈと
なると熱交換器８の気化部１０の圧力が上昇し、
凝縮器の温度差が小さくなり、気化量が減少する
ので気化部１０の液面が上昇しこれを検知した液
面調節機構１９が、この液面上昇を防いで一定に
保つよう弁１６の開度を閉じるように働く。一方
液化部１１の窒素ガス液化量が減少するのでこの
結果液化部１１及びこれと連通する精溜塔６の頂
部附近の圧力が９Kg／cm2以上に上昇し、従つて凝
縮器２１の通づる管２０の圧力が上昇し900N
m3／ｈの窒素ガスが凝縮器２１へ導入することと
なる。この圧力上昇は、調節機構３５が検知し弁
３２がその圧力上昇に相当する開度となるため液
体空気貯槽３０より凝縮器２１に供給される液体
空気量が前記精溜塔６頂部の圧力上昇に伴う凝縮
器２１へ導入される窒素ガスの増量分を液化する
に充分な寒冷量に相当する量の900Nm3／ｈに調
節される。そして、凝縮器２１では前記圧力上昇
分に見合つた窒素ガスの増量分も液化されて管２
２を経て液体窒素貯槽２３に導入される。
先での窒素ガスの使用量が減じた場合について説
明する。原料空気量は常に1000Nm3／ｈが９Kg／
cm2の圧力で管５より精溜塔６に導入されており、
そして一方使用される窒素ガスが基準状態
（300Nm3／ｈ）より減じて例えば100Nm3／ｈと
なると熱交換器８の気化部１０の圧力が上昇し、
凝縮器の温度差が小さくなり、気化量が減少する
ので気化部１０の液面が上昇しこれを検知した液
面調節機構１９が、この液面上昇を防いで一定に
保つよう弁１６の開度を閉じるように働く。一方
液化部１１の窒素ガス液化量が減少するのでこの
結果液化部１１及びこれと連通する精溜塔６の頂
部附近の圧力が９Kg／cm2以上に上昇し、従つて凝
縮器２１の通づる管２０の圧力が上昇し900N
m3／ｈの窒素ガスが凝縮器２１へ導入することと
なる。この圧力上昇は、調節機構３５が検知し弁
３２がその圧力上昇に相当する開度となるため液
体空気貯槽３０より凝縮器２１に供給される液体
空気量が前記精溜塔６頂部の圧力上昇に伴う凝縮
器２１へ導入される窒素ガスの増量分を液化する
に充分な寒冷量に相当する量の900Nm3／ｈに調
節される。そして、凝縮器２１では前記圧力上昇
分に見合つた窒素ガスの増量分も液化されて管２
２を経て液体窒素貯槽２３に導入される。
この間液体窒素貯槽２３より管２４を介して精
溜塔６へ還流される液体窒素量は、一定流量調節
機構２５の作用により弁２６を調節し常に一定流
量（この場合700Nm3／ｈ）に保持されており、
従つて前記凝縮器２１で液化された900Nm3／ｈ
の液体窒素のうち200Nm3／ｈは貯槽２３に貯液
される。又精溜塔６の底部に貯液される酸素富化
された液体空気は液面調節機構２８により、一定
液面が保たれるよう弁２９の開度が調節される
が、常に大略700Nm3／ｈの量が管２７、弁２９
を介して液体空気貯槽３０に導入される。
溜塔６へ還流される液体窒素量は、一定流量調節
機構２５の作用により弁２６を調節し常に一定流
量（この場合700Nm3／ｈ）に保持されており、
従つて前記凝縮器２１で液化された900Nm3／ｈ
の液体窒素のうち200Nm3／ｈは貯槽２３に貯液
される。又精溜塔６の底部に貯液される酸素富化
された液体空気は液面調節機構２８により、一定
液面が保たれるよう弁２９の開度が調節される
が、常に大略700Nm3／ｈの量が管２７、弁２９
を介して液体空気貯槽３０に導入される。
次に使用先での高純度窒素ガスの使用量が基準
量の300Nm3／ｈより増量し、たとえば600Nm3／
ｈにしようとした場合、熱交換器８の気化部１０
より気化する窒素ガス量が300Nm3／ｈであるか
ら気化部１０の圧力が低下し、凝縮器の温度差が
つき気化量が増大するため気化部１０に貯液され
ている液体窒素の液面が下降する。これを液面調
節機構１９が検知し、前記気化部１０の液面を一
定に保つよう弁１６の開度を開きより多くの液体
窒素を液化部１１より気化部１０に送給する。気
化量が増大することは液化量も増大することであ
り、この結果液化部１１及び該部１１と連通する
精溜塔６の頂部附近の圧力が基準状態の９Kg／cm2
以下に下降し、この圧力降下に相当する量だけ基
準状態（700Nm3／ｈ）より少ない窒素ガス例え
ば400Nm3／ｈが凝縮器２１へ導入することとな
る。そしてこの圧力降下を圧力調節機構３５が検
知し、その圧力降下に相当する信号を弁３２に伝
え、その開度を調節し前記凝縮器２１へ導入した
400Nm3／ｈの窒素ガスを液化するに必要な液体
空気400Nm3／ｈが凝縮器２１に供給され該器２
１で400Nm3／ｈの窒素ガスが液化して管２２を
経て液体窒素貯槽２３に導入される。この場合、
液体窒素貯槽２３より管２４を介して精溜塔６へ
供給される還流用液体窒素量は、常に一定流量の
700Nm3／ｈに保持されて供給されるので300N
m3／ｈが不足となるが、これは消費が減じた時に
還流窒素量以上に液化される液体窒素が貯槽２３
に貯えられるので、これがその不足に充当され
る。又精溜塔６の底部には酸素が富化された液体
空気が一定液面を保つて貯液され、大略700N
m3／ｈの液体空気が管２７、弁２９を介して液体
空気貯槽３０に導入される。そしてこの時前記し
た如く液体空気貯槽３０より凝縮器２１に供給さ
れる液体空気は400Nm3／ｈであるので前記精溜
塔６の底部より導出される700Nm3／ｈのうちの
余剰分300Nm3／ｈは液体空気貯槽３０に貯えら
れ、これは前記高純度窒素ガスの使用量が減じた
時に生づる凝縮器２１で液化される窒素の増量に
際しての必要寒冷を充足するに使用される。
量の300Nm3／ｈより増量し、たとえば600Nm3／
ｈにしようとした場合、熱交換器８の気化部１０
より気化する窒素ガス量が300Nm3／ｈであるか
ら気化部１０の圧力が低下し、凝縮器の温度差が
つき気化量が増大するため気化部１０に貯液され
ている液体窒素の液面が下降する。これを液面調
節機構１９が検知し、前記気化部１０の液面を一
定に保つよう弁１６の開度を開きより多くの液体
窒素を液化部１１より気化部１０に送給する。気
化量が増大することは液化量も増大することであ
り、この結果液化部１１及び該部１１と連通する
精溜塔６の頂部附近の圧力が基準状態の９Kg／cm2
以下に下降し、この圧力降下に相当する量だけ基
準状態（700Nm3／ｈ）より少ない窒素ガス例え
ば400Nm3／ｈが凝縮器２１へ導入することとな
る。そしてこの圧力降下を圧力調節機構３５が検
知し、その圧力降下に相当する信号を弁３２に伝
え、その開度を調節し前記凝縮器２１へ導入した
400Nm3／ｈの窒素ガスを液化するに必要な液体
空気400Nm3／ｈが凝縮器２１に供給され該器２
１で400Nm3／ｈの窒素ガスが液化して管２２を
経て液体窒素貯槽２３に導入される。この場合、
液体窒素貯槽２３より管２４を介して精溜塔６へ
供給される還流用液体窒素量は、常に一定流量の
700Nm3／ｈに保持されて供給されるので300N
m3／ｈが不足となるが、これは消費が減じた時に
還流窒素量以上に液化される液体窒素が貯槽２３
に貯えられるので、これがその不足に充当され
る。又精溜塔６の底部には酸素が富化された液体
空気が一定液面を保つて貯液され、大略700N
m3／ｈの液体空気が管２７、弁２９を介して液体
空気貯槽３０に導入される。そしてこの時前記し
た如く液体空気貯槽３０より凝縮器２１に供給さ
れる液体空気は400Nm3／ｈであるので前記精溜
塔６の底部より導出される700Nm3／ｈのうちの
余剰分300Nm3／ｈは液体空気貯槽３０に貯えら
れ、これは前記高純度窒素ガスの使用量が減じた
時に生づる凝縮器２１で液化される窒素の増量に
際しての必要寒冷を充足するに使用される。
第２図は第１図に示した実施例において、精溜
塔６と別置していた熱交換器８を精溜塔６の塔頂
で結合一体化した実施例を示す。なお第２図中第
１図と同一記号は同一構造よりなる。
塔６と別置していた熱交換器８を精溜塔６の塔頂
で結合一体化した実施例を示す。なお第２図中第
１図と同一記号は同一構造よりなる。
即ち、精溜塔１０１の塔頂部に凝縮器部１０２
を介してその上部に気化部１０３をそしてその下
部は精溜塔１０１内に配置された液溜皿１０４が
設けられている液化部１０５を形成した熱交換器
１０６と精溜塔１０１とが一体化している。そし
て液化部１０５と気化部１０３とは前記した如く
管１５、弁１６、管１７を介して連設されてお
り、又弁１６は気化部１０３に貯溜される液体窒
素が一定液面になるよう液面調節機構１９により
その開度が調節される。又１２は凝縮部１０２頂
部に連設された低沸点ガスを排出する管である。
を介してその上部に気化部１０３をそしてその下
部は精溜塔１０１内に配置された液溜皿１０４が
設けられている液化部１０５を形成した熱交換器
１０６と精溜塔１０１とが一体化している。そし
て液化部１０５と気化部１０３とは前記した如く
管１５、弁１６、管１７を介して連設されてお
り、又弁１６は気化部１０３に貯溜される液体窒
素が一定液面になるよう液面調節機構１９により
その開度が調節される。又１２は凝縮部１０２頂
部に連設された低沸点ガスを排出する管である。
そしてこの装置のその外は第１図と全く同じよ
う形成されかつ操作運転されて、同様な作用効果
発揮するが、第１図の装置と異つて熱交換器１０
６が精溜塔１０１と一体化しているので装置が簡
単化したり、配管工事が省略し得て経済的な面で
有利である。
う形成されかつ操作運転されて、同様な作用効果
発揮するが、第１図の装置と異つて熱交換器１０
６が精溜塔１０１と一体化しているので装置が簡
単化したり、配管工事が省略し得て経済的な面で
有利である。
なお上記各実施例では常に精溜状態に一定に保
つため還流液体窒素を一定にして精溜塔に戻し、
塔底より液体空気を液面一定に保つようにして導
出するように調節する調節機構２８，３５を例示
したが、本発明に限定されるものではなく、塔底
より抽出する液体空気を一定量にして、還流液体
窒素の量を塔底に溜る液体空気の液面を一定に保
つように調節するようにしても又精溜を一定に保
つことが可能である。
つため還流液体窒素を一定にして精溜塔に戻し、
塔底より液体空気を液面一定に保つようにして導
出するように調節する調節機構２８，３５を例示
したが、本発明に限定されるものではなく、塔底
より抽出する液体空気を一定量にして、還流液体
窒素の量を塔底に溜る液体空気の液面を一定に保
つように調節するようにしても又精溜を一定に保
つことが可能である。
本発明装置は以上のように構成されているの
で、常にヘリウム、水素等の低沸点成分を含まな
い高純度窒素ガスが採取されると共に、需要変動
に対しても、原料側操作を何等変動することがな
く極めて安定した運転を保持して対処し得るの
で、採取される高純度窒素ガスの純度が常に保持
され、しかも無駄な電力を消費することなく効果
的な電力消費を保持して対応し得る等の効果を発
揮する。従つて特に水素等の低沸点成分を含まな
い窒素ガスを必要とする半導体工業等の工場等の
使用場所に設置する窒素製造装置として極めて効
果的である。
で、常にヘリウム、水素等の低沸点成分を含まな
い高純度窒素ガスが採取されると共に、需要変動
に対しても、原料側操作を何等変動することがな
く極めて安定した運転を保持して対処し得るの
で、採取される高純度窒素ガスの純度が常に保持
され、しかも無駄な電力を消費することなく効果
的な電力消費を保持して対応し得る等の効果を発
揮する。従つて特に水素等の低沸点成分を含まな
い窒素ガスを必要とする半導体工業等の工場等の
使用場所に設置する窒素製造装置として極めて効
果的である。
第１図は本発明装置の一実施例を説明する系統
図、第２図は本発明装置の他の実施例を説明する
系統図である。 ２は熱交換器、４は液化器、６は精溜塔、８は
熱交換器、９は凝縮部、１０は気化部、１１は液
化部、１９は液面調節機構、２３は液体窒素貯
槽、２５は一定流量調整機構、２８は液面調節機
構、３０は液体空気貯槽、３５は一定圧力調節機
構、１０１は精溜塔、１０２は凝縮器部、１０３
は気化部、１０４は液溜皿、１０５は液化部、１
０６は熱交換器である。
図、第２図は本発明装置の他の実施例を説明する
系統図である。 ２は熱交換器、４は液化器、６は精溜塔、８は
熱交換器、９は凝縮部、１０は気化部、１１は液
化部、１９は液面調節機構、２３は液体窒素貯
槽、２５は一定流量調整機構、２８は液面調節機
構、３０は液体空気貯槽、３５は一定圧力調節機
構、１０１は精溜塔、１０２は凝縮器部、１０３
は気化部、１０４は液溜皿、１０５は液化部、１
０６は熱交換器である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 水分、炭酸ガスを除去し圧縮された原料空気
を精溜塔に供給し、液化精溜して塔頂に窒素を、
下部に液体空気をそれぞれ分離し、前記分離窒素
の一部を製品ガスとして採取するとともに、残部
を凝縮器で前記液体空気と熱交換して液化し、還
流液とする高純度窒素製造装置において、 凝縮部を介して上部に減圧液体窒素を導入する
気化部を、下部に前記分離窒素のうちの一部であ
る製品ガスを導入する液化部を夫々備え、かつ前
記凝縮部で液化した液化窒素を液化部より弁を介
して減圧して気化部に導入し気化せしめて採取す
る窒素採取経路、及び製品窒素ガス中に含有する
低沸点成分を未凝縮ガスとして凝縮部より排出せ
しめる排出経路を備えてなる熱交換器と、 前記分離窒素の残部又は全部を前記凝縮器で液
体空気により液化して貯留する液体窒素貯槽と、 該液体窒素貯槽内の液体窒素を環流液として所
定量精溜塔に戻す経路と、 精溜塔下部より導出した液体空気を貯留する液
体空気貯槽と、 該液体空気貯槽内の液体空気を減圧した後に前
記凝縮器に供給する経路と を設けると共に、 前記熱交換器の液化部より気化部へ減圧して供
給する液体窒素量を気化部の液面を一定にするよ
う調節する調節機構と、 精溜塔の精溜条件を一定にするため精溜塔へ戻
す前記還流液量及び／又は精溜塔底部より取り出
す前記液体空気量を調節する調節機構と、 前記液体空気貯槽より凝縮器へ導入する液体空
気量を精溜塔圧力を検知して調節する調節機構と
を設けたことを特徴とする高純度窒素製造装置。 ２ 前記熱交換器が、該器の下部に配置する液化
部を精溜塔塔頂部内に共有して位置せしめて、精
溜塔と一体化して形成してなることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の高純度窒素製造装
置。 ３ 前記精溜塔の精溜条件を一定にするための調
節機構は、精溜塔に戻す還流液量を一定流量と
し、精溜塔底部より液体空気貯槽への液体空気量
を精溜塔底部の液面が一定となるよう調節するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第
２項記載の高純度窒素製造装置。 ４ 前記精溜塔の精溜条件を一定とするための調
節機構は、精溜塔底部より液体空気貯槽へ導入す
る液体空気量を一定とし、精溜塔底部液面が一定
となるよう精溜塔へ戻す還流液量を調節すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２
項記載の高純度窒素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56164658A JPS5864478A (ja) | 1981-10-15 | 1981-10-15 | 高純度窒素製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56164658A JPS5864478A (ja) | 1981-10-15 | 1981-10-15 | 高純度窒素製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5864478A JPS5864478A (ja) | 1983-04-16 |
| JPH0217795B2 true JPH0217795B2 (ja) | 1990-04-23 |
Family
ID=15797345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56164658A Granted JPS5864478A (ja) | 1981-10-15 | 1981-10-15 | 高純度窒素製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5864478A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991019142A1 (en) * | 1990-05-31 | 1991-12-12 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Method of and device for producing nitrogen of high purity |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60147086A (ja) * | 1984-01-11 | 1985-08-02 | 大同酸素株式会社 | 高純度窒素ガス製造装置 |
| JPS60142183A (ja) * | 1983-12-28 | 1985-07-27 | 日本酸素株式会社 | 空気液化分離方法及び装置 |
| JPS60232470A (ja) * | 1984-05-02 | 1985-11-19 | 大同酸素株式会社 | 高純度窒素ガス製造装置 |
| JPS6115068A (ja) * | 1984-07-02 | 1986-01-23 | 大同酸素株式会社 | 高純度窒素ガス製造装置 |
| JPS6115066A (ja) * | 1984-07-02 | 1986-01-23 | 大同酸素株式会社 | 高純度窒素ガス製造装置 |
| JPS6124968A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-03 | 大同酸素株式会社 | 高純度窒素ガス製造装置 |
| JPS6124971A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-03 | 大同酸素株式会社 | 高純度窒素ガス製造装置 |
| FR2920866A1 (fr) * | 2007-09-12 | 2009-03-13 | Air Liquide | Ligne d'echange principale et appareil de separation d'air par distillation cryogenique incorporant une telle ligne d'echange |
| JP6900241B2 (ja) * | 2017-05-31 | 2021-07-07 | 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 | ガス製造システム |
-
1981
- 1981-10-15 JP JP56164658A patent/JPS5864478A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991019142A1 (en) * | 1990-05-31 | 1991-12-12 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Method of and device for producing nitrogen of high purity |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5864478A (ja) | 1983-04-16 |
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