JPH0313505B2 - - Google Patents

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JPH0313505B2
JPH0313505B2 JP60029042A JP2904285A JPH0313505B2 JP H0313505 B2 JPH0313505 B2 JP H0313505B2 JP 60029042 A JP60029042 A JP 60029042A JP 2904285 A JP2904285 A JP 2904285A JP H0313505 B2 JPH0313505 B2 JP H0313505B2
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nitrogen
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Daido Sanso Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高純度窒素および酸素ガス製造装置
に関するものである。
〔従来の技術〕
電子工業では極めて多量の窒素ガスが使用され
ているが、部品精度維持向上の観点から窒素ガス
の純度について厳しい要望をだしてきている。す
なわち、窒素ガスは、一般に、空気を原料とし、
これを圧縮機で圧縮したのち、吸着筒に入れて炭
酸ガスおよび水分を除去し、さらに熱交換器を通
して冷媒と熱交換させて冷却し、ついで精留塔で
深冷液化分離して製品窒素ガスを製造し、これを
前記の熱交換器を通して常温近傍に昇温させると
いう工程を経て製造されている。しかしながら、
このようにして製造される製品窒素ガスには、酸
素が不純分として混在しているため、これをその
まま使用することは不都合なことが多い。不純酸
素の除去方法としては、Pt触媒を使用し窒素
ガス中に微量の水素を添加して不純酸素と200℃
程度の温度雰囲気中で反応させ水として除去する
方法およびNi触媒を使用し、窒素ガス中の不
純酸素を200℃程度の温度雰囲気においてNi触媒
と接触させNi＋１／202→NiOの反応を起こさせ
て除去する方法がある。しかしながら、これらの
方法は、いずれも窒素ガスを高温にして触媒と接
触させなければならないため、その装置を、超低
温系である窒素ガス製造装置中には組み込めな
い。したがつて、窒素ガス製造装置とは別個に精
製装置を設置しなければならず、全体が大形にな
るという欠点がある。そのうえ、前記の方法で
は、水素の添加量の調整に高精度が要求され、不
純酸素量と丁度反応するだけの量の水素を添加し
ないと、酸素が残存したり、また添加した水素が
残存して不純分となつてしまうため、操作に熟練
を要するという問題がある。さらに、前記の方
法では、不純酸素との反応で生じたNiOの再生
（NiO＋H2→Ni＋H2O）をする必要が生じ、再生
用H2ガス設備が必要となつて精製費の上昇を招
いていた。したがつて、これらの改善が強く望ま
れていた。
また、従来の窒素ガスの製造装置は、圧縮機で
圧縮された圧縮空気を冷却するための熱交換器の
冷媒冷却用に、膨脹タービンを用い、これを精留
塔内に溜る液体空気（深冷液化分離により低沸点
の窒素はガスとして取り出され、残部が酸素リツ
チな液体空気となつて溜る）から蒸発したガスの
圧力で駆動するようになつている。ところが、膨
脹タービンは回転速度が極めて大（数万回／分）
であつて負荷変動に対する追従運転が困難であ
り、特別に養成した運転員が必要である。また、
このものは高速回転するため機械構造上高精度が
要求され、かつ高価であり、機構が複雑なため特
別に養成した要員が必要という難点を有してい
る。すなわち、膨脹タービンは高速回転部を有す
るため、上記のような諸問題を生じるのであり、
このような高速回転部を有する膨脹タービンの除
去に対して強い要望があつた。
この発明者は、このような要望に応えるため、
膨脹タービンを除去し、それに代えて外部から液
化窒素を寒冷として精留塔内に供給する窒素ガス
製造装置を開発し、すでに特許出願（特願昭58−
38050）している。この装置は、極めて高純度の
窒素ガスを製造しうるため、これまでのような精
製装置が全く不要になる。また、膨脹タービンを
除去しているため、それにもとづく弊害も生じな
い。したがつて、電子工業向に最適である。しか
しながら、電子工業では、窒素ガス以外に、酸素
ガスも使用しており、１台の装置で窒素ガスのみ
ならず酸素ガスも製造しうるような装置の提供が
望まれてきている。特に、このように窒素ガスと
酸素ガスを製造するような装置においては、原料
空気中に微量混入している炭化水素（メタン、ア
セチレン等）の集積を防止して爆発成分を連続的
に除去し、安全性を確保することが必要であり、
その配慮も強く求められている。このため、炭化
水素等の爆発成分の蓄積を防止する空気分溜分離
装置が提案されている（特公昭31−8124号公報）。
この装置は、酸素精留塔の底部に溜まつた液体酸
素を精留塔の底部から取り出して第２の熱交換器
に送り込み、ここに窒素精留塔の底部の液体空気
を加熱源として送り込むことにより、痕跡の炭化
水素を含む液体酸素を気化させ、その気化物をパ
イプを通じて第１の熱交換器に送り込み、さらに
第１の熱交換器で熱交換させ外部に導出させるよ
うになつている。しかし、この装置は、微量の炭
化水素を含む液体酸素を、その液体酸素と沸点が
近似している液体空気で気化させることから、液
体酸素の一部が未気化の状態で第１の熱交換器に
送られ、ここで沸点の低い酸素のみが気化し沸点
の高い炭化水素（メタン、アセチレン等）は濃縮
された状態になる。そしてそこへ気化した窒素が
到来し、その状態において、例えば膨脹タービン
の故障時における打撃衝撃が加わると爆発事故を
招来するという危険性がある。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みなされたもの
で、膨脹タービンや精製装置を用いることなく高
純度の窒素ガスおよび酸素ガスを製造でき、しか
も爆発の危険が皆無である装置の提供をその目的
とする。
〔発明の開示〕
上記の目的を達成するために、本発明は、外部
より取り入れた空気を圧縮する空気圧縮手段と、
この空気圧縮手段によつて圧縮された圧縮空気中
の炭酸ガスと水とを除去する除去手段と、この除
去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却する第１の
熱交換手段と、上記第１の熱交換手段により超低
温に冷却された圧縮空気の一部を液化して内部に
溜め窒素のみを気体として保持する窒素精留塔
と、上記窒素精留塔内の窒素ガスを製品窒素ガス
として上記窒素精留塔より取り出す窒素ガス取出
路と、液体空気を対象とし窒素と酸素の沸点の差
を利用して両者を分離する酸素精留塔と、上記窒
素精留塔内の滞留液体空気を上記酸素精留塔内に
供給する液体空気供給路と、上記酸素精留塔内の
酸素ガスを製品酸素ガスとして取り出す酸素ガス
取出路を備え、液体窒素貯蔵手段および液体酸素
貯蔵手段の少なくとも一方と、上記液体窒素貯蔵
手段および液体酸素貯蔵手段の少なくとも一方の
貯蔵低温液化ガスをこの低温液化ガスと同種ガス
の精留塔内に寒冷源として導く低温液化ガス導入
路と、第２の熱交換器と、上記酸素精留塔の底部
から痕跡の炭化水素を含む液体酸素を取り出し上
記第２の熱交換器に送る導入路と、上記除去手段
を経た圧縮空気の一部を加熱源として上記第２の
熱交換器に導く流路と、上記第２の熱交換器で気
化した液体酸素を同じく気化した痕跡の炭化水素
と共に外部へ排出するための上記第２の熱交換器
から延びる排出路を備えていることを特徴とする
高純度窒素および酸素ガス製造装置を第１の要旨
とし、外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧
縮手段と、この空気圧縮手段によつて圧縮させた
圧縮空気中の炭酸ガスと水とを除去する除去手段
と、この除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却
する第１の熱交換手段と、上記第１の熱交換手段
により超低温に冷却された圧縮空気の一部を液化
して内部に溜め窒素のみを気体として保持する窒
素精留塔と、上記窒素精留塔内の窒素ガスを製品
窒素ガスとして上記窒素精留塔より取り出す窒素
ガス取出路と、液体空気を対象としその窒素分を
気化させ酸素分に富んだ状態にする酸素凝縮塔
と、上記窒素精留塔内の滞留液体空気を上記酸素
凝縮塔内に供給する液体空気供給路と、酸素と窒
素の沸点の差を利用して両者を分離する酸素精留
塔と、上記酸素凝縮塔内の酸素分に富んだ液体空
気を上記酸素精留塔内に供給する供給路と、上記
酸素精留塔内の酸素ガスを製品酸素ガスとして取
り出す酸素ガス取出路を備え、液体窒素貯蔵手段
および液体酸素貯蔵手段の少なくとも一方と、上
記液体窒素貯蔵手段および液体酸素貯蔵手段の少
なくとも一方の貯蔵低温液化ガスをこの低温液化
ガスと同種ガスの精留塔内に寒冷源として導く低
温液化ガス導入路と、第２の熱交換器と、上記酸
素精留塔の底部から痕跡の炭化水素を含む液体酸
素を取り出し上記第２の熱交換器に送る導入路
と、上記除去手段を経た圧縮空気の一部を加熱源
として上記第２の熱交換器に導く流路と、上記第
２の熱交換器で気化した液体酸素を同じく気化し
た痕跡の炭化水素と共に外部へ排出するための上
記第２の熱交換器から延びる排出路を備えている
ことを特徴とする高純度窒素および酸素ガス製造
装置を第２の要旨とする。
つぎに、本発明を実施例にもとづいて詳しく説
明する。
〔実施例〕
第１図は本発明の一実施例を示している。図に
おいて、１は第１の空気圧縮機、２は廃熱回収
器、３はインタークーラ、４は第２の空気圧縮
機、５はアフタークーラ、６は２個１組の空気冷
却筒で、一方６ａが密閉型になつており、他方６
ｂが上部開放型になつている。７は２個１組の吸
着筒で、内部にモレキユラーシーブが充填されて
おり、第１および第２の空気圧縮機１，４により
圧縮された空気中のH2OおよびCO2を交互に作動
して吸着除去する。８は第１の熱交換器であり、
この熱交換器８に、吸着筒７によりH2Oおよび
CO2を吸着除去された圧縮空気が、圧縮空気供給
パイプ９を経て送り込まれ熱交換作用により超低
温に冷却される。１０は第２の熱交換器であり、
上記圧縮空気供給パイプ９から分岐した分岐パイ
プ１１により、H2OおよびCO2の吸着除去された
圧縮空気が送り込まれる。この第２の熱交換器１
０に送り込まれた圧縮空気も熱交換作用により超
低温に冷却され、ついで上記第１の熱交換器８で
冷却された超低温圧縮空気に合流される。１２は
棚段式の窒素精留塔であり、第１および第２の熱
交換器８，１０により超低温に冷却されパイプ９
を経て送り込まれる圧縮空気をさらに冷却し、そ
の一部を液化し液体空気１３として底部に溜め、
窒素のみを気体状態で取り出すようになつてい
る。この精留塔１２の上部側の部分には、液体窒
素溜め１２ａが設けられ、そこに、液体窒素貯槽
１４から液体窒素が導入路パイプ１４ａを介して
送入される。送入された液体窒素は、上記液体窒
素溜め１２ａから溢れて精留塔１２内を下方に流
下し、精留塔１２の底部から上昇する圧縮空気と
向流的に接触し冷却してその一部を液化するよう
になつている。すなわち、この過程で圧縮空気中
の高沸点成分（酸素分）が液化されて精留塔１２
の底部に溜り、低沸点成分の窒素ガスが精留塔１
２の上部に溜る。１９は、このようにして精留塔
１２の上部に溜つた窒素ガスを製品窒素ガスとし
て取り出す取出パイプで、超低温の窒素ガスを第
１の熱交換器８内に案内し、そこに送り込まれる
圧縮空気と熱交換させて常温にしメインパイプ２
０に送り込む作用をする。この場合、精留塔１２
の最上部には、窒素ガスとともに、沸点の低い
He（−269℃）、H2（−253℃）が溜りやすいため、
取出パイプ１９は、精留塔１２の最上部よりかな
り下側に開口しており、He、H2の混在しない純
窒素ガスのみを取り出すようになつている。１５
は棚段式の酸素凝縮塔で、内部に凝縮器１６が配
設されている。この凝縮器１６に、精留塔１２の
上部に溜る窒素ガスの一部がパイプ１２ｂを介し
て送入されて液化し、パイプ１２ｃを経て上記導
入路パイプ１４ａ内の液体窒素に合流する。上記
酸素凝縮塔１５内は、精留塔１２内よりも減圧状
態になつており、精留塔１２の底部の貯留液体空
気（N2：50〜70％、O2：30〜50％）１３が、液
面計１７によつて制御されている膨脹弁１７ａ付
きパイプ１８を経て送り込まれ、その高沸点成分
である窒素分を気化させて塔１５の内部温度を超
低温に保持し、それ自身は酸素リツチな超低温液
体となつて塔１５の底部に溜るようになつてい
る。この酸素リツチな超低温液体の冷熱により凝
縮器１６内に送入された窒素ガスが液化し、前記
のように導入路パイプ１４ａ内の液体窒素に合流
するのである。３０は、酸素凝縮塔１５の上部に
溜つた窒素分（純度はそれ程高くない）を廃窒素
ガスとして取り出す廃窒素ガス取出パイプで、上
記廃窒素ガスを第１の熱交換器８に案内してその
冷熱により原料空気を超低温に冷却し、続いてそ
の一部を、２個１組の冷却筒６のうちの上部開放
型冷却筒６ｂに案内し、パイプ３４の先端ノズル
からシヤワー状に流下される水と接触させて冷却
し、熱交換を終えた廃窒素ガスを矢印Ｄのように
大気中に放出するとともに、上記廃窒素ガスの残
部を分岐パイプ３０ａかろ矢印Ａのように直接大
気中に放出するようになつている。この場合、冷
却筒６に送られる廃窒素ガスは、その一部が、前
記２個１組の吸着筒７における吸着作動していな
い方の吸着筒の再生に用いられる。すなわち、弁
３８を開いて超低温の廃窒素ガスをパイプ３９を
経由させ廃熱回収器２に送入して昇温させ、つい
で再生用ヒータ４１でさらに常温まで昇温させ、
吸着作動していない方の吸着筒に送入してモレキ
ユラーシーブの再生を行わせ、ついで大気中に矢
印Ｂのように放出する。上記モレキユラーシーブ
は常温では吸着能が殆どなく、超低温において優
れた吸着能を発揮するものであり、上記のように
して再生されたままの状態では常温になつていて
吸着能を発揮しえない。そのため、常温の廃窒素
ガスを流したのち、直ちに弁３８を閉じ弁３７を
開き、超低温の廃窒素ガスを流してモレキユラー
シーブを冷却し、使用済みの廃窒素ガスを矢印Ｂ
のように放出するということが行われ、これによ
つてモレキユラーシーブの再生が完了する。２個
１組の吸着筒７はこのようにして交互に再生され
使用される。３５ａは液面計３５により制御され
る膨脹弁である。なお、上部開放型冷却筒６ｂに
おいて、廃窒素ガスにより冷却された水３１は、
上部開放型冷却筒６ｂの底部に溜り、モータ３２
の作用により、パイプ３３を経て密閉型冷却筒６
ａの上部に送られ、そこからシヤワー状に流下し
て空気圧縮機１から送り込まれる原料空気を冷却
する。そして、冷却を終えた水３１は、モータ３
２の作用により上部開放型冷却筒６ｂに還流さ
れ、廃窒素ガスの冷熱により再び冷却される。２
１は棚段式の酸素精留塔で、パイプ２２によつて
酸素凝縮塔１５の底部と連通しており、酸素凝縮
塔１５の底部に溜つた酸素リツチな超低温流体を
圧力差によつて取り込むようになつている。２５
は液面計、２６はその液面計２５により制御され
る膨脹弁、２７はアセチレン吸収器で、上記酸素
リツチな超低温流体中のアセチレンを吸収除去す
る。２８は上記酸素リツチな超低温流体を冷却す
る第３の熱交換器である。この熱交換器２８によ
る冷却により、酸素リツチな超低温流体が一層冷
却され、酸素精留塔２１内に、膨脹弁２６の作用
によつて噴霧状になつて取り込まれる際、酸素分
が直ちに液化するとともに窒素分がガス化し両者
が高精度で分離されるようになる。上記酸素精留
塔２１の下部側の部分には、液体酸素貯槽２３か
ら液体酸素が寒冷として導入路パイプ２３ａを介
して送入され、酸素精留塔２１内に内臓された凝
縮器２４を冷却し、酸素凝縮塔１５の上部からそ
の凝縮器２４内に送り込まれる廃窒素ガスを液化
しパイプ１５ｂを介して酸素凝縮塔１５の還流液
留め１５ｃに戻す作用をする。２９は酸素精留塔
２１の上部に溜る超低温の窒素ガスを上記熱交換
器２８の冷媒として送るパイプ、２９ｂは冷媒と
しての作用を終えた窒素ガスを第１の熱交換器８
に送るパイプであり、第１の熱交換器８において
熱交換を終えた窒素ガスを廃窒素ガスに合流させ
るよう先端が廃窒素ガス取出パイプ３０に連結し
ている。２９ａは逆止弁である。２５ａは酸素精
留塔２１に設けられた液面計、２３ｂはそれによ
つて制御される流量調節弁である。上記液面計２
５ａは、液体酸素の流量だけでなく、液体窒素貯
槽１４から送出される液体窒素の流量も、流量調
節弁１４ｂに対する制御によつて制御し、常時精
留塔１２，２１に適正量の寒冷が送入されるよう
にしている。２１ａは、酸素ガス取出パイプで、
酸素精留塔２１の底部滞留液体酸素２１ｃ（純度
99.5％）から気化した超高純度の酸素ガスを取り
出し、第１の熱交換器８内に案内し、そこに送り
込まれる圧縮空気と熱交換させて常温にし、製品
酸素ガス取出パイプ２１ｂに送り込む作用をす
る。２９ｃは酸素精留塔２１の底部の滞留液体酸
素２１ｃを廃棄する廃棄パイプであり、上記液体
酸素を第２の熱交換器１０に送り込み、そこで原
料空気と熱交換させて原料空気を超低温に冷却し
たのち、矢印Ｃのように放出する。上記滞留液体
酸素２１ｃには、メタン、アセチレン等の不純分
が含まれており、これら不純分は滞留液体酸素２
１ｃの下部側に多いため、廃棄パイプ２９ｃは、
酸素精留塔２１の底部に開口している。４２，４
４はバツクアツプ系ラインであり、空気圧縮系ラ
インが故障したとき弁４２ａ，４４ａを開き、液
体窒素貯槽１４内の液体窒素を蒸発器４３により
蒸発させてメインパイプ２０に送り込み、窒素ガ
スの供給がとだえることのないようにするととも
に、液体酸素貯槽２３内の液体酸素を蒸発器４５
により蒸発させてメインパイプ２１ｂに送り込
み、酸素ガスの供給もとだえることのないように
する。一点鎖線は真空保冷函を示している。この
真空保冷函は外部からの熱侵入を遮断し、一層精
製効率を向上させるものである。
この装置は、つぎのようにして製品窒素ガスお
よび酸素ガスを製造する。すなわち、空気圧縮機
１により空気を圧縮し、このとき発生した熱を廃
熱回収器２で回収する。そして、圧縮された空気
をインタークーラ３で加給冷却し、ついで空気圧
縮機４により圧縮し、アフタークーラ５でさらに
冷却したのち、密閉型冷却筒６ａに送入し、廃窒
素ガスで冷却された水と向流接触させて冷却す
る。つぎに、これを吸着筒７に送り込み、H2O
およびCO2を吸着除去する。ついで、H2Oおよび
CO2が吸着除去された圧縮空気の一部を、パイプ
９を経由させ第１の熱交換機８内に送り込んで超
低温に冷却するとともに、残部を、分岐パイプ１
１を経由させ第２の熱交換器１０に送り込んで超
低温に冷却し、両者を合流させて精留塔１２の下
部内に投入する。ついで、この投入圧縮空気を、
液体窒素貯槽１４から精留塔１２内に送り込まれ
た液体窒素および液体窒素溜め１２ａからの溢流
液体窒素と向流的に接触させて冷却し、その一部
を液化して精留塔１２の底部に溜める。この過程
において、窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−
183℃、窒素の沸点−196℃）により、圧縮空気中
の高沸点成分である酸素が液化し、窒素が気体の
まま残る。そして、精留塔１２の底部には酸素分
が多い液体空気１３が溜る。ついで、上記気体の
まま残つた窒素を取出パイプ１９から取り出して
第１の熱交換器８に送り込み、常温近くまで昇温
させメインパイプ２０から超高純度の製品窒素ガ
スとして送り出す。この場合、液体窒素貯槽１４
からの液体窒素は、圧縮空気液化用の寒冷源とし
て作用し、それ自身は気化して取出パイプ１９か
ら製品窒素ガスの一部として取り出される。他
方、精留塔１２の底部に溜つた液体空気１３は、
パイプ１８を介して酸素凝縮塔１５内に噴霧さ
れ、還流液溜め１５ｃからの溢流液体窒素と接触
しながら塔１５の底部に流下する。このとき、前
記同様、窒素と酸素の沸点の差により、高沸点成
分である酸素が液化し窒素が気体のまま残るた
め、塔１５の底部に溜る液体空気の酸素濃度は、
前記精留塔１２における液体空気１３の酸素濃度
よりも高くなる（O2：60〜80％）。つぎに、この
酸素リツチな液体空気１３を膨脹弁２６で断熱膨
脹させたのちアセチレン吸収器２７に送入してア
セチレンを除去し、第３の熱交換器２８に送入し
て冷却し、酸素分を液化して分離し（窒素分は気
体のまま残る）、その状態で酸素精留塔２１に送
り込む。酸素精留塔２１に送り込まれた気液混合
物のうち、液体酸素は塔底に溜り、窒素ガスは塔
２１の上部に溜つたのちパイプ２９を経由して上
記第３の熱交換器２８に送入され冷媒として作用
し、その後第１の熱交換器８を経て廃窒素ガス取
出パイプ３０に送入され投棄等される。上記酸素
精留塔２１には、液体酸素貯槽２３から液体酸素
が寒冷として供給され、上記液化分離された液体
酸素と混じり合つて塔底に溜り、酸素精留塔２１
内臓の凝縮器２４を冷却する。他方、酸素凝縮塔
１５内で分離された窒素ガスは、その殆どが廃窒
素ガス取出パイプ３０から取り出され、第１の熱
交換器８の冷媒として、また空気冷却筒６の冷却
水の作製および吸着筒７の再生に利用される。そ
して、上記窒素ガスの残部が、酸素精留塔２１内
臓の凝縮器２４に送り込まれ、液体酸素により冷
却され液化して酸素凝縮塔１５内の還流液溜め１
５ｃ内に還流する。上記酸素精留塔２１の底部の
液体酸素は、そのまま製品として取り出されるの
ではなく、その気化物（酸素ガス）として製品酸
素ガスパイプ２１ａからとり出され、第１の熱交
換器８で熱交換したのち、常温製品ガスとして系
外に送出される。なお、上記酸素精留塔２１の滞
留液体酸素のうち、底部近傍のものには、アセチ
レン、メタン等の不純分が多く含まれているた
め、パイプ２９ｃを経由して外部に投棄される。
このようにして、高純度の窒素ガスと酸素ガスが
１台の装置により同時に得られる。
第２図は、他の実施例を示している。この装置
は、酸素凝縮塔を除去し、酸素精留塔２１を大形
化し機能アツプして窒素精留塔１２に直接接続
し、窒素精留塔１２で生成された製品窒素ガスの
一部を酸素精留塔２１の第１の凝縮器２４に送入
して冷却液化し還流液とするとともに、窒素精留
塔１２の底部に溜る液体空気を液体酸素貯槽２３
から送出される液体酸素に混合し酸素精留塔２１
内に送入して酸素を液化分離するようにしてい
る。そして、酸素精留塔２１内に第２の凝縮器４
８をさらに設け、分離生成した廃窒素ガスをその
冷媒として用い、酸素に対する液化分離の精度を
向上させるようにしている。５０は液面計、４９
はその液面計５０によつて制御される弁である。
それ以外の部分は第１図と同じであるから、同一
部分に同一符号を付して説明の繰り返しを省略す
る。
この装置は、第１図の装置と同様の作用効果を
奏するほか、全体を小形化しうるという効果を有
する。
なお、第１図および第２図の実施例において、
パイプ１４ａおよび２３ａの弁１４ｂ，２３ｂは
液面計２５ａの制御から切り離し、独自に制御し
うる。すなわち、上記装置は、液体窒素貯槽１
４、液体酸素貯槽２３のいずれか一方のみを用い
て連続操業し窒素ガスおよび酸素ガスの双方を製
造できるのであり、何らかの事情で一方の寒冷が
入手できないような場合には、直ちに上記弁１４
ｂ，２３ｂを操作し他方の寒冷のみを用いて連続
操業しうるのである。
〔作用効果〕
以上のように、本発明の高純度窒素および酸素
ガス製造装置は、膨脹タービンを用いず、それに
代えて何ら回転部をもたない液体窒素貯槽および
液体酸素貯槽を用いるため、装置全体として回転
部がなくなり故障が全く生じない。しかも膨脹タ
ービンは高価であるのに対して液体窒素等の貯槽
は安価であり、また特別な要員も不要になる。そ
のうえ、膨脹タービン（窒素精留塔内に溜る液体
空気から蒸発したガスの圧力で駆動する）は、回
転速度が極めて大（数万回／分）であるため、負
荷変動（製品窒素ガス等の取出量の変化）に対す
るきめ細かな追従運転が困難である。したがつ
て、製品窒素ガス等の取出量の変化に応じて膨脹
タービンに対する液体空気の供給量を正確に変化
させ、窒素ガス等の製造原料である圧縮空気を常
時一定温度に冷却することが困難であり、その結
果、得られる製品窒素ガス等の純度がばらつき、
頻繁に低純度のものがつくりだされ全体的に製品
窒素ガス等の純度が低くなつていた。この装置
は、それに代えて低温液化ガス貯槽を用い、供給
量のきめ細かい調節が可能な液体窒素、液体酸素
等の低温液化ガスを寒冷として用いるため、負荷
変動に対するきめ細かな追従が可能となり、純度
が安定していて極めて高い窒素および酸素ガスを
製造しうるようになる。したがつて、従来の精製
装置が不要となる。しかも、この装置は、上記の
ような低温液化ガスを寒冷として用い、使用後こ
れを逃気するのではなく、空気を原料として製造
される窒素ガスおよび酸素ガスに併せて製品ガス
とするため資源の無駄を生じない、そのうえ、こ
の装置は、液体窒素および液体酸素のいずれか一
方を寒冷として用いても窒素ガスおよび酸素ガス
の双方を製造しうる。したがつて、上記寒冷のう
ち入手しやすい方の寒冷のみを用いて操業しうる
ため、極めて便利である。特に、この装置は、第
２の熱交換器を設けて、その熱交換器に、痕跡の
炭化水素を含む液体酸素を導入し、これと原料空
気（液体酸素より著しく高温）とを熱交換させて
液体酸素を気化させるため、痕跡の炭化水素を含
む液体酸素は全量が炭化水素と共に気化し一部が
液体のまま残留することがない。したがつて、導
入路中で炭化水素の濃縮現象が生じない。そのう
え、上記気化物は従来例のように第１の熱交換器
に送られて再度熱交換されるのではなく、常温の
排ガスとしてそのまま外部へ排出されるため、仮
に痕跡の炭化水素を含む液体酸素が完全に気化さ
れず一部液体の状態で残つていても、その残留物
は直ちに外部へ排出される。また、この装置は、
上記のように膨脹タービンのような高速回転機器
を使用していない。したがつて、炭化水素が蓄積
され、それが膨脹タービン故障時の衝突等で爆発
するというような恐れが全くない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の一実施例の構成図、第２
図は他の実施例の構成図である。 １……第１の空気圧縮機、４……第２の空気圧
縮機、７……吸着筒、８……第１の熱交換器、１
０……第２の熱交換器、１１……分岐パイプ、１
２……窒素精留塔、１４……液体窒素貯槽、１４
ａ……導入路パイプ、１５……酸素凝縮塔、１８
……パイプ、１９……取出パイプ、２１……酸素
精留塔、２１ａ……酸素ガス取出パイプ、２２…
…パイプ、２３……液体酸素貯槽、２３ａ……導
入路パイプ、２９ｃ……パイプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧縮
    手段と、この空気圧縮手段によつて圧縮された圧
    縮空気中の炭酸ガスと水とを除去する除去手段
    と、この除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却
    する第１の熱交換手段と、上記第１の熱交換手段
    により超低温に冷却された圧縮空気の一部を液化
    して内部に溜め窒素のみを気体として保持する窒
    素精留塔と、上記窒素精留塔内の窒素ガスを製品
    窒素ガスとして上記窒素精留塔より取り出す窒素
    ガス取出路と、液体空気を対象とし窒素と酸素の
    沸点の差を利用して両者を分離する酸素精留塔
    と、上記窒素精留塔内の滞留液体空気を上記酸素
    精留塔内に供給する液体空気供給路と、上記酸素
    精留塔内の酸素ガスを製品酸素ガスとして取り出
    す酸素ガス取出路を備え、液体窒素貯蔵手段およ
    び液体酸素貯蔵手段の少なくとも一方と、上記液
    体窒素貯蔵手段および液体酸素貯蔵手段の少なく
    とも一方の貯蔵低温液化ガスをこの低温液化ガス
    と同種ガスの精留塔内に寒冷源として導く低温液
    化ガス導入路と、第２の熱交換器と、上記酸素精
    留塔の底部から痕跡の炭化水素を含む液体酸素を
    取り出し上記第２の熱交換器に送る導入路と、上
    記除去手段を経た圧縮空気の一部を加熱源として
    上記第２の熱交換器に導く流路と、上記第２の熱
    交換器で気化した液体酸素を同じく気化した痕跡
    の炭化水素と共に外部へ排出するための上記第２
    の熱交換器から延びる排出路を備えていることを
    特徴とする高純度窒素および酸素ガス製造装置。 ２ 外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧縮
    手段と、この空気圧縮手段によつて圧縮された圧
    縮空気中の炭酸ガスと水とを除去する除去手段
    と、この除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却
    する第１の熱交換手段と、上記第１の熱交換手段
    により超低温に冷却された圧縮空気の一部を液化
    して内部に溜め窒素のみを気体として保持する窒
    素精留塔と、上記窒素精留塔内の窒素ガスを製品
    窒素ガスとして上記窒素精留塔より取り出す窒素
    ガス取出路と、液体空気を対象としその窒素分を
    気化させ酸素分に富んだ状態にする酸素凝縮塔
    と、上記窒素精留塔内の滞留液体空気を上記酸素
    凝縮塔内に供給する液体空気供給路と、酸素と窒
    素の沸点の差を利用して両者を分離する酸素精留
    塔と、上記酸素凝縮塔内の酸素分に富んだ液体空
    気を上記酸素精留塔内に供給する供給路と、上記
    酸素精留塔内の酸素ガスを製品酸素ガスとして取
    り出す酸素ガス取出路を備え、液体窒素貯蔵手段
    および液体酸素貯蔵手段の少なくとも一方と、上
    記液体窒素貯蔵手段および液体酸素貯蔵手段の少
    なくとも一方の貯蔵低温液化ガスをこの低温液化
    ガスと同種ガスの精留塔内に寒冷源として導く低
    温液化ガス導入路と、第２の熱交換器と、上記酸
    素精留塔の底部から痕跡の炭化水素を含む液体酸
    素を取り出し上記第２の熱交換器に送る導入路
    と、上記除去手段を経た圧縮空気の一部を加熱源
    として上記第２の熱交換器に導く流路と、上記第
    ２の熱交換器で気化した液体酸素を同じく気化し
    た痕跡の炭化水素と共に外部へ排出するための上
    記第２の熱交換器から延びる排出路を備えている
    ことを特徴とする高純度窒素および酸素ガス製造
    装置。
JP60029042A 1985-02-02 1985-02-16 高純度窒素および酸素ガス製造装置 Granted JPS61190277A (ja)

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