JPH029276B2 - - Google Patents

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JPH029276B2
JPH029276B2 JP59058320A JP5832084A JPH029276B2 JP H029276 B2 JPH029276 B2 JP H029276B2 JP 59058320 A JP59058320 A JP 59058320A JP 5832084 A JP5832084 A JP 5832084A JP H029276 B2 JPH029276 B2 JP H029276B2
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、液体窒素を採取する液化回路付窒素
発生装置に関する。
〔発明の背景〕 酸素および窒素を採取する一般の空気分離装置
においては、装置の運転温度では液化しない低沸
点ガス（H2、He、Ne、etc以下不凝縮ガスと称
する）を装置内より抽出する回路を設け、それら
を保冷槽と称する断熱剤充填ケーシング内のパー
ジ等に使用することが多い。これは、一般の空気
分離装置においては大気を精留し窒素と酸素分に
富んだ液体空気とに分離させる中圧精留塔の頂部
より窒素ガスを抜き出すケースが少なく、従つて
中圧精留塔頂部（別置きとする場合も有る）に設
けた熱交換器（窒素凝縮器）内に、前述不凝縮ガ
スが液化することなく濃縮してゆき、熱交換器
（窒素凝縮器）の性能を低下させてしまうことが
あるからである。また、中圧精留塔頂部より窒素
ガスを採取する場合においても、熱交換器（窒素
凝縮器）の型式によりそのまま採取する窒素ガス
中に不凝縮ガスが混入して取り出される場合と、
やはり熱交換器のある部分に不凝縮ガスが濃縮し
てゆき、不凝縮ガスの抽出を行なう回路が必要な
場合がある。
従来からの窒素発生装置は、酸素を併産する一
般の空気分離装置から、酸素を精留するために設
けられたとも言える低圧精留塔を無くしたプロセ
スであり、中圧精留塔頂部より製品窒素ガスを採
取するもので、頂部熱交換器（窒素凝縮器）の型
式あるいは構造の制限が無い限り、不凝縮ガスの
抽出回路は設けず、窒素ガス中に混入させて装置
外へ取り出していた。
しかし、通常の窒素発生装置に液化回路を附設
し、発生する窒素をほぼ全量液状に採取するプロ
セスを形成する場合、窒素発生装置としては不凝
縮ガスを窒素ガス中に混入させて系外に取り出し
ても、その窒素ガスを液化させる液化回路内にお
いてもそれらは凝縮することなく、フラツシユガ
スの一部として中圧精留塔に戻ることになり、装
置全体の系内で濃縮してしまう欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、液化回路付窒素発生装置にお
いて、不凝縮ガスの影響による装置能力の低下を
防ぐと共に該不凝縮ガスを有効に利用することで
ある。
〔発明の概要〕
液体窒素を採取する液化回路付窒素発生装置に
おいては、不凝縮ガスの排気は装置能力の低下を
防ぐために必要である。不凝縮ガスを抽出排気す
ること自体は、排気用の管路を設けることで良い
が、この排気された不凝縮ガスを有効に利用する
ために、本発明は次のような構成を採用する。
すなわち、本発明は、所定圧力に昇圧され水分
および炭酸ガスを除去された原料空気を冷却する
熱交換部と、該熱交換部で冷却された原料空気の
供給を受け窒素を採取する空気分離部と、該空気
分離部で分離された窒素ガスを抜出して前記熱交
換部を通して昇圧機で昇圧後冷却し、窒素液化器
で液化して前記空気分離部に液体窒素を戻す液化
回路と、該液化回路の窒素液化器の寒冷を発生さ
せる循環回路とを備えた液化回路付窒素発生装置
において、前記空気分離部の窒素凝縮器内の不凝
縮ガスの貯まる部分から該不凝縮ガスを抜出す管
路を設け、該管路を前記循環回路を形成する前記
窒素液化器の前の管路に連結し、該不凝縮ガスを
該循環回路を流れるガスとして利用するように構
成したことを特徴とする。これによつて、低温の
不凝縮ガスの冷熱を回収することができ、また液
化回路の寒冷供給源である循環回路（圧縮機、膨
張タービン、およびそれらの間にガスを循環させ
る管路など）からの循環ガスのリーク分を補償す
ることができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を具体的な実施例である第１図を
用いて説明する。
まず、第１図における各機器について説明す
る。１は熱交換器であり、原料空気を冷却する。
２は精留塔、３は窒素凝縮器であり、空気分離部
を形成する。４は膨張タービンである。５は窒素
ガスを昇圧する昇圧機、６は冷却器、１０は昇圧
された窒素ガスを液化する窒素液化器である。な
お、管１９から昇圧機５、管２０、冷却器６、管
２１、窒素液化器１０、管２２を通つて精留塔２
に戻るまでのラインを液化回路と称する。７は圧
縮機、８は熱交換器、９は膨張タービンである。
なお、窒素液化器１０内を通り、熱交換器８、圧
縮機７、管２３を経て、再び熱交換器８を通り、
管２４、膨張タービン９、管２５に至る循環ライ
ンを循環回路と呼ぶ。
次に、第１図の動作を説明する。所定圧力に昇
圧され、水分および炭酸ガスを除去された原料空
気は、管１１から熱交換器１に導びかれる。この
熱交換器１において冷却され、一部液化した原料
空気は、管１２を通り精留塔２に供給される。精
留塔２内において、上昇ガスと下降液との接触に
より精留分離が行なわれ、塔上部には高純度の窒
素ガスができる。また精留塔２の下部には、酸素
分に富んだ液体空気（通常、30〜38％の酸素濃度
を有する。）ができる。塔下部に溜まるこの液体
空気は、管１３より取出され、塔頂部に設けられ
るかあるいは別置される窒素凝縮器３に送込まれ
る。この窒素凝縮器３は、精留塔２内における精
留分離のための下降液を作ると同時に、酸素分に
富んだ液体空気をガス化させ、廃ガスとして管１
４に送出す役割を持つている。管１４により取出
された廃ガスは、熱交換器１で若干温度回復（約
−150℃）した後、管１５を通り膨張タービン４
に入る。この膨張タービン４は、断熱膨張により
発生する寒冷によつて、装置損失あるいは保冷損
失を補う役割を果すものである。膨張ターブン４
で温度低下した廃ガスは、管１６を経て再度空気
熱交換器１に導びかれ、器内で原料空気と熱交換
して常温まで温度回復した後、管１７を通り装置
外へ廃出される。一方、精留塔２上部からは、管
１８より高純度窒素ガスが取り出され、同様に空
気熱交換器１により原料空気と熱交換して常温ま
で温度回復した後管１９を通り装置外部へ送られ
る。この時、窒素凝縮器３で凝縮された液体窒素
の一部を管２７を介して採取することもある。以
上が通常の液化回路を設けない窒素発生装置のプ
ロセスであるが、発生する窒素を全量液体窒素と
して採取する場合、以下に説明する液化回路を附
設することが多い。液化回路として形成される一
般の回路は、管１９より取り出された窒素ガスを
昇圧機５により20〜40Kg／cm2Ｇの所定圧力まで昇
圧し、フロン等の冷媒を使用した冷却器６で予冷
した後管２１を介して窒素液化器１０へ導く、窒
素液化器１０内で、窒素を液化させる寒冷を発生
させるためだけに循環する循環ガスと熱交換し液
化した液体窒素は管２２を通り減圧した後精留塔
２上部に導びかれる。この時、窒素液化器１０を
出た液体窒素を直接精留塔２に入れず、気液分離
器等、別の槽を設けることもあるが、20〜40Kg／
cm2Ｇの液体窒素を減圧する時に生じるフラツシユ
ガスは、最終的には精留塔２内に回収される。精
留塔２上部に液化回路から送入された液体窒素
は、管２７を介して採取され、また減圧により生
じたフラツシユガス（窒素）は、窒素凝縮器３で
凝縮されるか、あるいは管１８より窒素ガスとし
て取り出される。
尚、液化回路の寒冷発生源として設けられる循
環回路は、循環圧縮機７で昇圧し、循環熱交換器
８で同回路戻りガスで冷却し循環膨張タービン９
に導く。この循環膨張タービン９で断熱膨張し冷
却された循環ガスは、窒素液化器１０で窒素を液
化させた後循環熱交換器８で常温まで温度回復
し、管２６を介して再び循環圧縮機７に入るとい
うサイクルを形成するものである。
以上で説明した液化回路付窒素発生装置のプロ
セスにおいて、原料空気中に含まれる不凝縮ガス
は、装置外へ抜き出されることは少ない。管１８
より抜き出される窒素ガス中に混入させたとして
も、その窒素ガスは液化回路を経て精留塔２内に
戻るため、不凝縮ガスは装置内に濃縮されてゆ
き、窒素凝縮器３内でその熱交換性能を低下させ
る原因となる。そこで、窒素凝縮器３内の不凝縮
ガスが溜り易い箇所より窒素ガスと不凝縮ガスの
混合ガスを取り出し、それを単に排気することな
く循環回路戻りガスラインに導き、寒冷の回収と
循環回路内の外部リークを補うため、管２８が設
けられている。本実施例によれば、窒素凝縮器３
の性能低下の防止および寒冷損失による装置能力
の低下を起こさないことは勿論のこと、定常運転
時における循環圧縮機および循環膨張タービンか
ら生じる外部リーク量を全てこの不凝縮ガス処理
ライン（管２８）よりまかなうことができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、不凝縮ガ
スを空気分離部から抜出し、これを液化回路の寒
冷を発生させる循環回路の循環ガスとして利用し
ているので、装置能力の低下を防ぎ、しかも不凝
縮ガスの有効な利用ができ、装置全体の効率を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す図面である。 １……熱交換器、２……精留塔、３……窒素凝
縮器、４……膨張タービン、５……昇圧機、６…
…冷却器、７……圧縮器、８……熱交換器、９…
…膨張タービン、１０……窒素液化器、１１〜２
７……管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 所定圧力に昇圧され水分および炭酸ガスを除
    去された原料空気を冷却する熱交換部と、該熱交
    換部で冷却された原料空気の供給を受け窒素を採
    取する空気分離部と、該空気分離部で分離された
    窒素ガスを抜出して前記熱交換部を通して昇圧機
    で昇圧後冷却し、窒素液化器で液化して前記空気
    分離部に液体窒素を戻す液化回路と、該液化回路
    の窒素液化器の寒冷を発生させる循環回路とを備
    えた液化回路付窒素発生装置において、 前記空気分離部の窒素凝縮器内の不凝縮ガスの
    貯まる部分から該不凝縮ガスを抜出す管路を設
    け、該管路を前記循環回路を形成する前記窒素液
    化器の前の管路に連結し、該不凝縮ガスを該循環
    回路を流れるガスとして利用するように構成した
    ことを特徴とする液化回路付窒素発生装置。
JP59058320A 1984-03-28 1984-03-28 液化回路付窒素発生装置 Granted JPS60205168A (ja)

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JP59058320A JPS60205168A (ja) 1984-03-28 1984-03-28 液化回路付窒素発生装置

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JP59058320A JPS60205168A (ja) 1984-03-28 1984-03-28 液化回路付窒素発生装置

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4940547A (ja) * 1972-08-18 1974-04-16
JPS501719A (ja) * 1972-11-22 1975-01-09
JPS51120977A (en) * 1975-03-26 1976-10-22 Siad Air fractionation method and apparatus therefor by single rectification column

Patent Citations (3)

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