JPH03158693A - 窒素ガスおよび酸素ガス製造装置 - Google Patents
窒素ガスおよび酸素ガス製造装置Info
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- JPH03158693A JPH03158693A JP29870989A JP29870989A JPH03158693A JP H03158693 A JPH03158693 A JP H03158693A JP 29870989 A JP29870989 A JP 29870989A JP 29870989 A JP29870989 A JP 29870989A JP H03158693 A JPH03158693 A JP H03158693A
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- F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
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- F25J3/04448—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system in a double column flowsheet with an intermediate pressure column
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、窒素ガスおよび酸素ガス製造装置に関する
ものである。
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。この窒素ガスは、−ｉ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
交換器を通して室温近（まで昇温させるという工程を経
て製造されている。このような窒素ガス製造装置では、
従来から圧縮機で圧縮された圧縮空気を熱交換するため
の冷媒の冷却手段として膨脹タービンを用いており、精
留塔内に溜まる液体空気からの気化ガスの圧力でこれを
駆動するようにしている。ところが、上記膨脹タービン
は回転速度が極めて大（数万回／分）で負荷変動に対す
る追従運転が困難なため、特別に養成した運転員が必要
である。また、上記膨脹タービンは、機械の構成が複雑
で、その組み立てに高精度が要求されるため、特別に養
成した保全要員も必要である。
、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。この窒素ガスは、−ｉ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
交換器を通して室温近（まで昇温させるという工程を経
て製造されている。このような窒素ガス製造装置では、
従来から圧縮機で圧縮された圧縮空気を熱交換するため
の冷媒の冷却手段として膨脹タービンを用いており、精
留塔内に溜まる液体空気からの気化ガスの圧力でこれを
駆動するようにしている。ところが、上記膨脹タービン
は回転速度が極めて大（数万回／分）で負荷変動に対す
る追従運転が困難なため、特別に養成した運転員が必要
である。また、上記膨脹タービンは、機械の構成が複雑
で、その組み立てに高精度が要求されるため、特別に養
成した保全要員も必要である。
したがって、上記膨脹タービンを必要としない窒素ガス
製造装置の開発が強く望まれていた。
製造装置の開発が強く望まれていた。
そこで、この発明者は、このような要望に応えるため、
膨脹タービンに代えて、当該装置外で製造された液体窒
素を寒冷源として精留塔内に導入するようにした装置を
開発し、すでに出願している（特開昭６１−２４９６８
号公報、特開昭５９１６４８７４号公報等）。これらの
装置は、極めて高純度の窒素ガスを製造することができ
、膨脹タービンにもとづく弊害もないため、電子工業向
けに最適といえる。
膨脹タービンに代えて、当該装置外で製造された液体窒
素を寒冷源として精留塔内に導入するようにした装置を
開発し、すでに出願している（特開昭６１−２４９６８
号公報、特開昭５９１６４８７４号公報等）。これらの
装置は、極めて高純度の窒素ガスを製造することができ
、膨脹タービンにもとづく弊害もないため、電子工業向
けに最適といえる。
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、窒素ガス製造の過程で副生される酸素
ガスも併せて製品として取り出すことができるような装
置の提供が望まれている。
も使用しており、窒素ガス製造の過程で副生される酸素
ガスも併せて製品として取り出すことができるような装
置の提供が望まれている。
この発明は、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
スを製造でき、しかも同時に酸素ガスを製造することの
できる装置の提供をその目的とするものである。
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
スを製造でき、しかも同時に酸素ガスを製造することの
できる装置の提供をその目的とするものである。
上記の目的を達成するため、この発明の窒素ガスおよび
酸素ガス製造装置は、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って圧縮され
た圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、上記熱交
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取り出す窒素精留
塔と、装置外から液体窒素の供給を受けてこれを貯蔵す
る液体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の液体
窒素を圧縮空気液化用の寒冷源として窒素精留塔内に導
入する液体窒素導入路と、上記窒素精留塔の上部に設け
られる凝縮器内蔵型の分縮器と、上記窒素精留塔内に溜
まる液体空気を上記凝縮器冷却用の寒冷として上記分縮
器中に導く液体空気導入パイプと、上記窒素精留塔内で
生成する窒素ガスの一部を上記凝縮器内に案内する第１
の還流パイプと、上記凝縮器内で生じる液化窒素を還流
液として窒素精留塔内に戻す第２の還流パイプと、上記
窒素精留塔内で生成する窒素ガスの残部を製品として導
出する製品窒素ガス導出手段と、上記分縮器内に溜まる
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
者を分離し酸素を液体として下部から取り出す酸素精留
塔と、上記酸素精留塔から取り出された液体酸素を気化
し製品として導出する製品酸素ガス導出路とを備えた窒
素ガスおよび酸素ガス製造装置であって、上記熱交換器
と窒素精留塔の間に圧縮空気の予備精留を行う予備精留
塔を設けるとともに、上記酸素精留塔内の底部に凝縮器
を内蔵させ、上記予備精密塔内の気化空気をこの凝縮器
内に導入し液化させてその一部を予備精留塔内に戻すた
めの還流路を上記予備精留塔から凝縮器に延ばし、かつ
上記液化空気の残部を酸素精留塔内に供給するため上記
還流路から酸素精留塔に延びる液化空気供給路を設け、
上記酸素精留塔内に生じる気体窒素を製品として導出す
る第２の製品窒素ガス導出路を上記酸素精留塔から延ば
しているという構成をとる。
酸素ガス製造装置は、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って圧縮され
た圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、上記熱交
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取り出す窒素精留
塔と、装置外から液体窒素の供給を受けてこれを貯蔵す
る液体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の液体
窒素を圧縮空気液化用の寒冷源として窒素精留塔内に導
入する液体窒素導入路と、上記窒素精留塔の上部に設け
られる凝縮器内蔵型の分縮器と、上記窒素精留塔内に溜
まる液体空気を上記凝縮器冷却用の寒冷として上記分縮
器中に導く液体空気導入パイプと、上記窒素精留塔内で
生成する窒素ガスの一部を上記凝縮器内に案内する第１
の還流パイプと、上記凝縮器内で生じる液化窒素を還流
液として窒素精留塔内に戻す第２の還流パイプと、上記
窒素精留塔内で生成する窒素ガスの残部を製品として導
出する製品窒素ガス導出手段と、上記分縮器内に溜まる
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
者を分離し酸素を液体として下部から取り出す酸素精留
塔と、上記酸素精留塔から取り出された液体酸素を気化
し製品として導出する製品酸素ガス導出路とを備えた窒
素ガスおよび酸素ガス製造装置であって、上記熱交換器
と窒素精留塔の間に圧縮空気の予備精留を行う予備精留
塔を設けるとともに、上記酸素精留塔内の底部に凝縮器
を内蔵させ、上記予備精密塔内の気化空気をこの凝縮器
内に導入し液化させてその一部を予備精留塔内に戻すた
めの還流路を上記予備精留塔から凝縮器に延ばし、かつ
上記液化空気の残部を酸素精留塔内に供給するため上記
還流路から酸素精留塔に延びる液化空気供給路を設け、
上記酸素精留塔内に生じる気体窒素を製品として導出す
る第２の製品窒素ガス導出路を上記酸素精留塔から延ば
しているという構成をとる。
［作用〕
すなわち、この発明の窒素ガスおよび酸素ガス製造装置
は、窒素精留塔の外に酸素精留塔を設けて窒素ガスおよ
び酸素ガスを同時に製造することができるようにし、か
つこれらの精留塔における精留に先立ち冷却圧縮空気の
予備精留を行う予備精留を設けている。この装置によれ
ば、窒素精留塔内に導入される圧縮空気が予備精留によ
って酸素リッチな状態になるため、窒素精留塔の高さを
従来のものより低くしても充分な精留を行うことができ
るようになる。したがって、窒素精留塔の小型化を実現
することができ、運搬の容易化と装置の組み立ての容易
化を図ることができる。また、予備精留塔内で生しる気
体空気（窒素リッチ）を酸素精留塔内の凝縮器に通し液
化させてその一部を予備精密の寒冷源として用いるよう
にしているため、予備精留塔の寒冷源として別個の寒冷
源を設ける必要がない。そして、酸素精留塔の底部の凝
縮器で得られる上記液化空気（窒素リッチ）の残部を酸
素精留塔内の上部に導入して気化させるため、従来の酸
素精留塔に比べ、その内部に滞空する窒素ガス濃度が高
くなる。したがって、これをそのまま製品窒素ガスとし
て取り出すことができる。
は、窒素精留塔の外に酸素精留塔を設けて窒素ガスおよ
び酸素ガスを同時に製造することができるようにし、か
つこれらの精留塔における精留に先立ち冷却圧縮空気の
予備精留を行う予備精留を設けている。この装置によれ
ば、窒素精留塔内に導入される圧縮空気が予備精留によ
って酸素リッチな状態になるため、窒素精留塔の高さを
従来のものより低くしても充分な精留を行うことができ
るようになる。したがって、窒素精留塔の小型化を実現
することができ、運搬の容易化と装置の組み立ての容易
化を図ることができる。また、予備精留塔内で生しる気
体空気（窒素リッチ）を酸素精留塔内の凝縮器に通し液
化させてその一部を予備精密の寒冷源として用いるよう
にしているため、予備精留塔の寒冷源として別個の寒冷
源を設ける必要がない。そして、酸素精留塔の底部の凝
縮器で得られる上記液化空気（窒素リッチ）の残部を酸
素精留塔内の上部に導入して気化させるため、従来の酸
素精留塔に比べ、その内部に滞空する窒素ガス濃度が高
くなる。したがって、これをそのまま製品窒素ガスとし
て取り出すことができる。
つぎに、この発明を実施例にもとづいて説明する。
［実施例］
第１図はこの発明の一実施例を示している。図において
、９は空気圧縮機、１０はドレン分離器１１はフロン冷
却器、１２は２個１組の吸着筒である。上記吸着筒１２
は内部にモレキュラーシーブが内蔵されていて空気圧縮
機９により圧縮された空気中のＨ２ＯおよびＣＯｔを吸
着除去する作用をする。１３は第１の熱交換器で、圧縮
空気がパイプ８を経て送り込まれ、パイプ７およびバイ
ブロからそれぞれ製品である窒素ガスが送り込まれ、パ
イプ５から装置内で副生ずる不純ガスが送り込まれるよ
うになっている。したがって、この第１の熱交換器１２
内では、常温の圧縮空気と、超低温の窒素ガスおよび不
純ガスとが熱交換を行い、圧縮空気は超低温に冷却され
、窒素ガスおよび不純ガスは常温近くまで昇温される。
、９は空気圧縮機、１０はドレン分離器１１はフロン冷
却器、１２は２個１組の吸着筒である。上記吸着筒１２
は内部にモレキュラーシーブが内蔵されていて空気圧縮
機９により圧縮された空気中のＨ２ＯおよびＣＯｔを吸
着除去する作用をする。１３は第１の熱交換器で、圧縮
空気がパイプ８を経て送り込まれ、パイプ７およびバイ
ブロからそれぞれ製品である窒素ガスが送り込まれ、パ
イプ５から装置内で副生ずる不純ガスが送り込まれるよ
うになっている。したがって、この第１の熱交換器１２
内では、常温の圧縮空気と、超低温の窒素ガスおよび不
純ガスとが熱交換を行い、圧縮空気は超低温に冷却され
、窒素ガスおよび不純ガスは常温近くまで昇温される。
１４は予備精留塔で、上記第１の熱交換器１３で冷却さ
れた圧縮空気がパイプ１３ａを経て気−液温相状態で送
り込まれるようになっている。この予備精留塔１４内で
は、後述する酸素精留塔２８内の凝縮器３１を通って還
流する液体空気を寒冷源として用い、送り込まれる圧縮
空気の予備精留を行うようになっている。この予備精留
によって底部に溜まる液体空気は、高沸点である酸素（
沸点−１８３°Ｃ）が多く含まれ、滞空する気体は、上
記気体圧縮空気には、低沸点である窒素（沸点−１９６
°Ｃ）、ヘリウム（沸点−２６９°Ｃ）。
れた圧縮空気がパイプ１３ａを経て気−液温相状態で送
り込まれるようになっている。この予備精留塔１４内で
は、後述する酸素精留塔２８内の凝縮器３１を通って還
流する液体空気を寒冷源として用い、送り込まれる圧縮
空気の予備精留を行うようになっている。この予備精留
によって底部に溜まる液体空気は、高沸点である酸素（
沸点−１８３°Ｃ）が多く含まれ、滞空する気体は、上
記気体圧縮空気には、低沸点である窒素（沸点−１９６
°Ｃ）、ヘリウム（沸点−２６９°Ｃ）。
水素（沸点−２５３°Ｃ）等が多く含まれる。
１５は、塔頂に凝縮器２０内藏の分縮器２１を備えた窒
素精留塔で、上記予備精留塔１４内の底部に溜まる液体
空気がパイプ１６を介して送り込まれ、同じく予備精留
塔１４内の上部に滞空する気体空気がパイプ１６ａを介
して送り込まれるようになっている。そして、上記液体
空気および気体空気をさらに冷却してその一部を液化し
、より酸素リッチな液体空気として底部に溜め、窒素を
主とする低沸点成分を気体状態で上部空間に滞空させる
ようになっている。１７は装置外から液体窒素が供給さ
れる液体窒素貯槽で、パイプ１８を介して液体窒素が窒
素精留塔１５の内側上部の液体窒素溜まり１５ａに導入
されるようになっている。そして、液体窒素の溢流分が
窒素精留塔１５内を下方に流下して、下方から上昇して
くる気化圧縮空気と向流的に接触しこれを冷却して圧縮
空気の高沸点成分（主として酸素）のみを液化するよう
になっている。したがって、底部に溜まる圧縮空気は徐
々に酸素リッチになり、低沸点成分（主として窒素）の
みが気化して滞空するようになる。そして、高純度化さ
れた窒素ガスは、その−部が第１の還流パイプ２２を介
して上記分縮器２１内の凝縮器２０に送入されるように
なっている。この分縮器２１内は、窒素精留塔１５内よ
りも減圧状態になっており、窒素精留塔１５内に溜まる
液体空気（酸素リッチ）が膨張弁２３付きパイプ２４を
介して送入され、気化して内部を窒素の沸点以下の温度
に冷却するようになっている。この冷却により、凝縮器
２０内に送入された窒素ガスが液化し還流液となって第
２の還流パイプ２５から窒素精留塔１５内の液体窒素溜
まり１５ｂ内に流下するようになっている。そして、こ
の溢流骨は、前記液体窒素貯槽１７内から導入される液
体窒素の溢流骨と同様、窒素精留塔１５内における圧縮
空気の冷却に用いられる。なお、７は上記窒素精留塔１
５の上部に滞空する窒素ガスを製品として取り出す取出
パイプで、すでに述べたように、上記窒素ガスは第１の
熱交換器１３に送り込まれ常温近（まで昇温されてパイ
プ４５から導出されるようになっている。
素精留塔で、上記予備精留塔１４内の底部に溜まる液体
空気がパイプ１６を介して送り込まれ、同じく予備精留
塔１４内の上部に滞空する気体空気がパイプ１６ａを介
して送り込まれるようになっている。そして、上記液体
空気および気体空気をさらに冷却してその一部を液化し
、より酸素リッチな液体空気として底部に溜め、窒素を
主とする低沸点成分を気体状態で上部空間に滞空させる
ようになっている。１７は装置外から液体窒素が供給さ
れる液体窒素貯槽で、パイプ１８を介して液体窒素が窒
素精留塔１５の内側上部の液体窒素溜まり１５ａに導入
されるようになっている。そして、液体窒素の溢流分が
窒素精留塔１５内を下方に流下して、下方から上昇して
くる気化圧縮空気と向流的に接触しこれを冷却して圧縮
空気の高沸点成分（主として酸素）のみを液化するよう
になっている。したがって、底部に溜まる圧縮空気は徐
々に酸素リッチになり、低沸点成分（主として窒素）の
みが気化して滞空するようになる。そして、高純度化さ
れた窒素ガスは、その−部が第１の還流パイプ２２を介
して上記分縮器２１内の凝縮器２０に送入されるように
なっている。この分縮器２１内は、窒素精留塔１５内よ
りも減圧状態になっており、窒素精留塔１５内に溜まる
液体空気（酸素リッチ）が膨張弁２３付きパイプ２４を
介して送入され、気化して内部を窒素の沸点以下の温度
に冷却するようになっている。この冷却により、凝縮器
２０内に送入された窒素ガスが液化し還流液となって第
２の還流パイプ２５から窒素精留塔１５内の液体窒素溜
まり１５ｂ内に流下するようになっている。そして、こ
の溢流骨は、前記液体窒素貯槽１７内から導入される液
体窒素の溢流骨と同様、窒素精留塔１５内における圧縮
空気の冷却に用いられる。なお、７は上記窒素精留塔１
５の上部に滞空する窒素ガスを製品として取り出す取出
パイプで、すでに述べたように、上記窒素ガスは第１の
熱交換器１３に送り込まれ常温近（まで昇温されてパイ
プ４５から導出されるようになっている。
また、２８は酸素精留塔で、上記窒素精留塔１５上部の
分縮器２１内に溜まる液体圧縮空気が膨張弁２９付きパ
イプ３０を経て送り込まれるようになっている。そして
、上記窒素精留塔１５上部の分縮器２１頂部からもパイ
プ２７を介して気体空気が送り込まれるようになってい
る。この酸素精留塔２８内は、前記窒素精留塔１５に比
べて非常に低圧（例えば窒素精留塔１５が４ ｋｇ／ｃ
ｉｌで酸素精留塔が０．５ ｋｇ ／ ｃ４ ）に設定
されており、送り込まれる液体圧縮空気のうち低沸点成
分（窒素。
分縮器２１内に溜まる液体圧縮空気が膨張弁２９付きパ
イプ３０を経て送り込まれるようになっている。そして
、上記窒素精留塔１５上部の分縮器２１頂部からもパイ
プ２７を介して気体空気が送り込まれるようになってい
る。この酸素精留塔２８内は、前記窒素精留塔１５に比
べて非常に低圧（例えば窒素精留塔１５が４ ｋｇ／ｃ
ｉｌで酸素精留塔が０．５ ｋｇ ／ ｃ４ ）に設定
されており、送り込まれる液体圧縮空気のうち低沸点成
分（窒素。
ヘリウム、水素等）が瞬時に気化し、高沸点成分である
酸素のみが液体のまま底部に溜まるようになっている。
酸素のみが液体のまま底部に溜まるようになっている。
なお、上記酸素精留塔２８の底部には、凝縮器３１が設
けられており、前記予備精留塔１４内の上部に滞空する
気体空気の一部が第３の還流パイプ３２を介して導入さ
れるようになっている。この気体空気は、酸素精留塔２
８内に溜まる液体酸素を加温して酸素中の低沸点不純分
を気化させる働きをし、それ自身は液体酸素の冷熱によ
って液化し、その一部が第４の還流パイプ３３を通って
予備精留塔１４内の液体空気溜まり１４ａに還流するよ
うになっている。この溢流骨は、圧縮空気の冷却に用い
られる。また、上記液化空気の残部は、膨張弁３４付き
パイプ３５を通って酸素精留塔２８内の上部の液体窒素
溜まり２８ａに導入され酸素の精留に供されるようにな
っている。なお、６は上記酸素精留塔２８の上部に滞空
する窒素ガスを製品として取り出す取り出、しパイプで
、すでに述べたように、この窒素ガスは第１の熱交換器
１３に送り込まれ常温近くまで昇温されてパイプ２６か
ら導出される。また、５は酸素精留塔２８の頂部に溜ま
る低沸点不純分ガスを第１の熱交換器１３に送り込むパ
イプで、常温に昇温された不純分ガスは、パイプ４６か
ら装置外に除去される。さらに、４７は上記凝縮器３１
内の頂部に溜まる低沸点不純分ガスを逃気するためのパ
イプである。
けられており、前記予備精留塔１４内の上部に滞空する
気体空気の一部が第３の還流パイプ３２を介して導入さ
れるようになっている。この気体空気は、酸素精留塔２
８内に溜まる液体酸素を加温して酸素中の低沸点不純分
を気化させる働きをし、それ自身は液体酸素の冷熱によ
って液化し、その一部が第４の還流パイプ３３を通って
予備精留塔１４内の液体空気溜まり１４ａに還流するよ
うになっている。この溢流骨は、圧縮空気の冷却に用い
られる。また、上記液化空気の残部は、膨張弁３４付き
パイプ３５を通って酸素精留塔２８内の上部の液体窒素
溜まり２８ａに導入され酸素の精留に供されるようにな
っている。なお、６は上記酸素精留塔２８の上部に滞空
する窒素ガスを製品として取り出す取り出、しパイプで
、すでに述べたように、この窒素ガスは第１の熱交換器
１３に送り込まれ常温近くまで昇温されてパイプ２６か
ら導出される。また、５は酸素精留塔２８の頂部に溜ま
る低沸点不純分ガスを第１の熱交換器１３に送り込むパ
イプで、常温に昇温された不純分ガスは、パイプ４６か
ら装置外に除去される。さらに、４７は上記凝縮器３１
内の頂部に溜まる低沸点不純分ガスを逃気するためのパ
イプである。
上記酸素精留塔２８内に溜まる液体酸素は、精留塔２８
の底部から、パイプ３５によって取り出され、液体加圧
ポンプ３６によって所定の圧力に圧縮されてパイプ３７
内に取り出されるようになっている。そして、この加圧
液体酸素は、パイプ８から分岐する圧縮機３８付きパイ
プ３９によって常温の圧縮空気が導入される第２の熱交
換器４０を通って圧縮空気と熱交換して気化し、パイプ
４１から製品酸素ガスとして取り出される。なお、上記
第２の熱交換器４０は、プレートフィン型の縦長熱交換
器を縦方向に２段連結したものである。これは、上記液
体加圧ポンプ３６が間歇的に加圧液体酸素を吐出するの
に対応させたもので、第２の熱交換器４０内に導入され
る液体酸素量が多少変化しても、定量的に導入される圧
縮空気との熱交換が充分に確保されるよう配慮したもの
である。
の底部から、パイプ３５によって取り出され、液体加圧
ポンプ３６によって所定の圧力に圧縮されてパイプ３７
内に取り出されるようになっている。そして、この加圧
液体酸素は、パイプ８から分岐する圧縮機３８付きパイ
プ３９によって常温の圧縮空気が導入される第２の熱交
換器４０を通って圧縮空気と熱交換して気化し、パイプ
４１から製品酸素ガスとして取り出される。なお、上記
第２の熱交換器４０は、プレートフィン型の縦長熱交換
器を縦方向に２段連結したものである。これは、上記液
体加圧ポンプ３６が間歇的に加圧液体酸素を吐出するの
に対応させたもので、第２の熱交換器４０内に導入され
る液体酸素量が多少変化しても、定量的に導入される圧
縮空気との熱交換が充分に確保されるよう配慮したもの
である。
この装置を用い、例えばつぎのようにして窒素ガスおよ
び酸素ガスを製造することができる。すなわち、まず空
気圧縮機９により空気を圧縮し、ドレン分＃器１０によ
り圧縮された空気中の水分を除去してフロン冷却器１１
により冷却し、その状態で吸着筒１２に送り込み、空気
中のＨ２ＯおよびＣＯ２を吸着除去する。ついで、Ｈ，
Ｏ，ＣＯ２が吸着除去された圧縮空気の一部を第２の熱
交換器４０内に送り込んで低温に冷却するとともに、残
部を第１の熱交換器１３に送り込んで超低温に冷却し、
その状態で予備精留塔１４の下部内に導入する。ついで
、この圧縮空気と、酸素精留塔２８内の凝縮ａ３１内を
通って還流する液体空気とを向流接触させて圧縮空気を
冷却し、窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−１８３°
Ｃ１窒素の沸点−１９６°Ｃ）を利用して予備精留を行
う。そして、予備精留された液体空気および気体空気を
それぞれパイプ１６と１６ａで窒素精留塔１５内に、導
入する。窒素精留塔１５内では、この液体空気および気
体空気を、液体窒素貯槽１７からの液体窒素および上部
の分縮器２１内の凝縮器２０で生成し流下した液体窒素
と接触させて冷却し、精留を行う。この場合、液体窒素
貯槽１７から窒素精留塔１５内に導入される液体窒素は
、圧縮空気液化用の寒冷源として作用し、それ自身は気
化して製品窒素ガスの一部として取り出される。また、
窒素精留塔１５の上部に滞空する窒素ガスは、パイプ７
を経て第１の熱交換器１３に送り込まれ、パイプ４５か
ら製品窒素ガスとして取り出される。さらに、酸素精留
塔２８の上部に滞空する窒素ガスは、バイブロを経て同
じく上記第１の熱交換器１３に送り込まれ、パイプ２６
から製品窒素ガスとして取り出される。他方、窒素精留
塔１５の下部に溜った液体空気は、パイプ２４を経て上
部の分縮器２１に送り込まれ、凝縮器２０を冷却したの
ら、酸素精留２８内に送り込まれ、窒素を気化除去され
液体酸素となって酸素精留塔２８内に溜まる。この液体
酸素は、液体のまま液体加圧ポンプ３６内に送り込まれ
て圧縮され、所定の圧力で第２の熱交換器４０内に送り
込まれて昇温気化され、所定圧力の酸素ガスとして製品
酸素ガス取出パイプ４１から取り出される。このように
して、高純度の窒素ガスと酸素ガスとが１台の装置によ
り同時に得られるようになる。
び酸素ガスを製造することができる。すなわち、まず空
気圧縮機９により空気を圧縮し、ドレン分＃器１０によ
り圧縮された空気中の水分を除去してフロン冷却器１１
により冷却し、その状態で吸着筒１２に送り込み、空気
中のＨ２ＯおよびＣＯ２を吸着除去する。ついで、Ｈ，
Ｏ，ＣＯ２が吸着除去された圧縮空気の一部を第２の熱
交換器４０内に送り込んで低温に冷却するとともに、残
部を第１の熱交換器１３に送り込んで超低温に冷却し、
その状態で予備精留塔１４の下部内に導入する。ついで
、この圧縮空気と、酸素精留塔２８内の凝縮ａ３１内を
通って還流する液体空気とを向流接触させて圧縮空気を
冷却し、窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−１８３°
Ｃ１窒素の沸点−１９６°Ｃ）を利用して予備精留を行
う。そして、予備精留された液体空気および気体空気を
それぞれパイプ１６と１６ａで窒素精留塔１５内に、導
入する。窒素精留塔１５内では、この液体空気および気
体空気を、液体窒素貯槽１７からの液体窒素および上部
の分縮器２１内の凝縮器２０で生成し流下した液体窒素
と接触させて冷却し、精留を行う。この場合、液体窒素
貯槽１７から窒素精留塔１５内に導入される液体窒素は
、圧縮空気液化用の寒冷源として作用し、それ自身は気
化して製品窒素ガスの一部として取り出される。また、
窒素精留塔１５の上部に滞空する窒素ガスは、パイプ７
を経て第１の熱交換器１３に送り込まれ、パイプ４５か
ら製品窒素ガスとして取り出される。さらに、酸素精留
塔２８の上部に滞空する窒素ガスは、バイブロを経て同
じく上記第１の熱交換器１３に送り込まれ、パイプ２６
から製品窒素ガスとして取り出される。他方、窒素精留
塔１５の下部に溜った液体空気は、パイプ２４を経て上
部の分縮器２１に送り込まれ、凝縮器２０を冷却したの
ら、酸素精留２８内に送り込まれ、窒素を気化除去され
液体酸素となって酸素精留塔２８内に溜まる。この液体
酸素は、液体のまま液体加圧ポンプ３６内に送り込まれ
て圧縮され、所定の圧力で第２の熱交換器４０内に送り
込まれて昇温気化され、所定圧力の酸素ガスとして製品
酸素ガス取出パイプ４１から取り出される。このように
して、高純度の窒素ガスと酸素ガスとが１台の装置によ
り同時に得られるようになる。
したがって、この装置によれば、膨張タービンを用いる
ことなく、高純度の製品窒素ガスと製品酸素ガスとを製
造することができる。しかも、この装置は、窒素精留塔
内に導入される圧縮空気が予備精留によって酸素リッチ
な状態になるため、窒素精留塔の高さを従来のものより
低くしても充分な精留を行うことができるようになる。
ことなく、高純度の製品窒素ガスと製品酸素ガスとを製
造することができる。しかも、この装置は、窒素精留塔
内に導入される圧縮空気が予備精留によって酸素リッチ
な状態になるため、窒素精留塔の高さを従来のものより
低くしても充分な精留を行うことができるようになる。
したがって、窒素精留塔の小型化を実現することができ
、運搬の容易化と装置の組み立ての容易化を図ることが
できる。また、装置内における予備精留塔１４、窒素精
留塔１５．酸素精留塔２８の配置を、模式的な平面図で
ある第２図に示すように、並列的にしても充分な精留を
行うことができるため、装置全体の高さを従来に比べ大
幅に低くすることができる。しかも、予備精留塔内で生
じる気体空気（窒素リッチ）を酸素精留塔内の凝縮器に
通し液化させてその一部を予備精留の寒冷源として用い
るようにしているため、予備精留塔の寒冷源として別個
に寒冷源を設ける必要がない、そして、酸素精留塔内の
凝縮器から取り出される液化空気（窒素リッチ）の残部
を酸素精留塔内の上部に導入して気化させているため、
従来の酸素精留塔に比べ、その内部に滞空する窒素ガス
濃度が高くこれを製品窒素ガスとして取り出すことがで
きる。したがって、窒素精留塔１５から取り出される製
品窒素ガスと、酸素精留塔２８から取り出される製品窒
素ガスとを混合加圧して高圧窒素ガスとして供給するこ
とができる（ただし、両窒素ガスの純度は異なる）。例
えば、第３図に示すように、圧縮機が２個連結されたブ
ースターコンプレッサ５０等を用い、まず酸素精留塔２
８から取り出される製品窒素ガスＧＮ２ （例えば０．
３ ｋｇ ／ ｃｄ）を第１の圧縮機５０ａに導入して
例えば３．５ ｋｇ／ ｃ４に圧縮し、ついで窒素精留
塔１５から取り出される製品窒素ガス（：、Ｎｌ（例え
ば３．５ ｋｇ／ｃＸ１１）を第２の圧ｗ３機５０ｂに
導入して両者を合わせて９ ｋｇ ／ ｃ４の高圧ガス
にすることができる。
、運搬の容易化と装置の組み立ての容易化を図ることが
できる。また、装置内における予備精留塔１４、窒素精
留塔１５．酸素精留塔２８の配置を、模式的な平面図で
ある第２図に示すように、並列的にしても充分な精留を
行うことができるため、装置全体の高さを従来に比べ大
幅に低くすることができる。しかも、予備精留塔内で生
じる気体空気（窒素リッチ）を酸素精留塔内の凝縮器に
通し液化させてその一部を予備精留の寒冷源として用い
るようにしているため、予備精留塔の寒冷源として別個
に寒冷源を設ける必要がない、そして、酸素精留塔内の
凝縮器から取り出される液化空気（窒素リッチ）の残部
を酸素精留塔内の上部に導入して気化させているため、
従来の酸素精留塔に比べ、その内部に滞空する窒素ガス
濃度が高くこれを製品窒素ガスとして取り出すことがで
きる。したがって、窒素精留塔１５から取り出される製
品窒素ガスと、酸素精留塔２８から取り出される製品窒
素ガスとを混合加圧して高圧窒素ガスとして供給するこ
とができる（ただし、両窒素ガスの純度は異なる）。例
えば、第３図に示すように、圧縮機が２個連結されたブ
ースターコンプレッサ５０等を用い、まず酸素精留塔２
８から取り出される製品窒素ガスＧＮ２ （例えば０．
３ ｋｇ ／ ｃｄ）を第１の圧縮機５０ａに導入して
例えば３．５ ｋｇ／ ｃ４に圧縮し、ついで窒素精留
塔１５から取り出される製品窒素ガス（：、Ｎｌ（例え
ば３．５ ｋｇ／ｃＸ１１）を第２の圧ｗ３機５０ｂに
導入して両者を合わせて９ ｋｇ ／ ｃ４の高圧ガス
にすることができる。
なお、上記実施例では、製品酸素ガスの円滑な送出およ
び消費サイドにおける使用の便を図るために、製品酸素
ガスを加圧状態で送出しているが、その加圧を、気体の
状態で行うのはな（、液体の状態で行っている。したが
って、気化させてから加圧するよりも加圧効率が高く、
僅かな動力で充分な圧縮を行うことができる。すなわち
、気体は１モルが２２．４１と大容積であるため、これ
を圧縮するには大掛かりな装置を必要とするが、液体の
体積は小さく、その圧縮が容易である。特に、酸素は活
性が高（、気体状態ではポンプの潤滑油等と反応して直
ちに爆発するところ、液体状態ではそのような事態の発
生を防止できるうえ、ポンプのシールも気体に比べて液
体の方が容易であり簡易に行いうるという利点を有する
。ただし、酸素精留塔２８から取り出された酸素を、上
記のように液体のまま加圧するかどうかは任意である。
び消費サイドにおける使用の便を図るために、製品酸素
ガスを加圧状態で送出しているが、その加圧を、気体の
状態で行うのはな（、液体の状態で行っている。したが
って、気化させてから加圧するよりも加圧効率が高く、
僅かな動力で充分な圧縮を行うことができる。すなわち
、気体は１モルが２２．４１と大容積であるため、これ
を圧縮するには大掛かりな装置を必要とするが、液体の
体積は小さく、その圧縮が容易である。特に、酸素は活
性が高（、気体状態ではポンプの潤滑油等と反応して直
ちに爆発するところ、液体状態ではそのような事態の発
生を防止できるうえ、ポンプのシールも気体に比べて液
体の方が容易であり簡易に行いうるという利点を有する
。ただし、酸素精留塔２８から取り出された酸素を、上
記のように液体のまま加圧するかどうかは任意である。
以上のように、この発明の窒素ガスおよび酸素ガスの製
造装置は、窒素精留塔の外に酸素精留塔を設けて窒素ガ
スおよび酸素ガスを同時に製造することができるように
し、かつこれらの精留塔における精密に先立ち冷却圧縮
空気の予備精留を行う予備精留塔を設けるようにしたた
め、窒素精留塔内に導入される圧縮空気が予備精留によ
って酸素リッチな状態になる。したがって、窒素精留塔
の高さを従来のものより低くしても充分な精留を行うこ
とができ、窒素精留塔の小型化を実現することができる
。これにより、精留塔運搬の容易化、装置の組み立ての
容易化および装置全体の高さの低減を図ることができる
。また、予備精留塔内で生じる気体空気（窒素リッチ）
を酸素精密塔内の凝縮器に通し液化させてその一部を予
備精留塔の寒冷源として用いるようにしているため、予
備精留塔の寒冷源として別個に寒冷源を設ける必要がな
い。そして、酸素精留塔内の凝縮器から取り出される液
化空気の残部を酸素精留塔内の上部に導入して気化させ
るため、従来の酸素精留塔に比べ、その内部に滞空する
窒素ガス濃度が高（、これを製品窒素ガスとして取り出
すことができる。
造装置は、窒素精留塔の外に酸素精留塔を設けて窒素ガ
スおよび酸素ガスを同時に製造することができるように
し、かつこれらの精留塔における精密に先立ち冷却圧縮
空気の予備精留を行う予備精留塔を設けるようにしたた
め、窒素精留塔内に導入される圧縮空気が予備精留によ
って酸素リッチな状態になる。したがって、窒素精留塔
の高さを従来のものより低くしても充分な精留を行うこ
とができ、窒素精留塔の小型化を実現することができる
。これにより、精留塔運搬の容易化、装置の組み立ての
容易化および装置全体の高さの低減を図ることができる
。また、予備精留塔内で生じる気体空気（窒素リッチ）
を酸素精密塔内の凝縮器に通し液化させてその一部を予
備精留塔の寒冷源として用いるようにしているため、予
備精留塔の寒冷源として別個に寒冷源を設ける必要がな
い。そして、酸素精留塔内の凝縮器から取り出される液
化空気の残部を酸素精留塔内の上部に導入して気化させ
るため、従来の酸素精留塔に比べ、その内部に滞空する
窒素ガス濃度が高（、これを製品窒素ガスとして取り出
すことができる。
第１図はこの発明の一実施例の構成図、第２図はその模
式的な平面図、第３図は上記実施例における製品窒素ガ
スの高圧化の一例を示す説明図である。 ９・・・空気圧縮機 １２・・・吸着筒 １３・・・第
１の熱交換器 １４・・・予備精留塔 １４ａ・・・液
体空気溜まり １５・・・窒素精留塔 １５ａ、１５ｂ
・・・液体窒素溜まり １７・・・液体窒素貯槽 ２０
・・・凝縮器 ２１・・・分縮器 ２２・・・第１の還
流パイプ ２５・・・第２の還流パイプ ２８・・・酸
素精留塔 ２８ａ・・・液体窒素溜まり ３１・・・凝
縮器 ３２・・・第３の還流パイプ ３３・・・第４の
還流パイプ ３６・・・液体加圧ポンプ ４０・・・第
２の熱交換器第２図
式的な平面図、第３図は上記実施例における製品窒素ガ
スの高圧化の一例を示す説明図である。 ９・・・空気圧縮機 １２・・・吸着筒 １３・・・第
１の熱交換器 １４・・・予備精留塔 １４ａ・・・液
体空気溜まり １５・・・窒素精留塔 １５ａ、１５ｂ
・・・液体窒素溜まり １７・・・液体窒素貯槽 ２０
・・・凝縮器 ２１・・・分縮器 ２２・・・第１の還
流パイプ ２５・・・第２の還流パイプ ２８・・・酸
素精留塔 ２８ａ・・・液体窒素溜まり ３１・・・凝
縮器 ３２・・・第３の還流パイプ ３３・・・第４の
還流パイプ ３６・・・液体加圧ポンプ ４０・・・第
２の熱交換器第２図
Claims (2)
- （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を超
低温に冷却する熱交換手段と、上記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取り出す窒素精留塔と、装置外か
ら液体窒素の供給を受けてこれを貯蔵する液体窒素貯蔵
手段と、この液体窒素貯蔵手段内の液体窒素を圧縮空気
液化用の寒冷源として窒素精留塔内に導入する液体窒素
導入路と、上記窒素精留塔の上部に設けられる凝縮器内
蔵型の分縮器と、上記窒素精留塔内に溜まる液体空気を
上記凝縮器冷却用の寒冷として上記分縮器中に導く液体
空気導入パイプと、上記窒素精留塔内で生成する窒素ガ
スの一部を上記凝縮器内に案内する第１の還流パイプと
、上記凝縮器内で生じる液化窒素を還流液として窒素精
留塔内に戻す第２の還流パイプと、上記窒素精留塔内で
生成する窒素ガスの残部を製品として導出する製品窒素
ガス導出手段と、上記分縮器内に溜まる液体空気を対象
とし窒素と酸素の沸点の差を利用して両者を分離し酸素
を液体として下部から取り出す酸素精留塔と、上記酸素
精留塔から取り出された液体酸素を気化し製品として導
出する製品酸素ガス導出路とを備えた窒素ガスおよび酸
素ガス製造装置であつて、上記熱交換器と窒素精留塔の
間に圧縮空気の予備精留を行う予備精留塔を設けるとと
もに、上記酸素精留塔内の底部に凝縮器を内蔵させ、上
記予備精留塔内の気化空気をこの凝縮器内に導入し液化
させてその一部を予備精留塔内に戻すための還流路を上
記予備精留塔から凝縮器に延ばし、かつ上記液化空気の
残部を酸素精留塔内に供給するため上記還流路から酸素
精留塔に延びる液化空気供給路を設け、上記酸素精留塔
内に生じる気体窒素を製品として導出する第２の製品窒
素ガス導出路を上記酸素精留塔から延ばしていることを
特徴とする窒素ガスおよび酸素ガス製造装置。 - （２）上記製品酸素ガス導出路において、酸素精留塔か
ら取り出された液体酸素を液体のまま加圧して圧縮する
加圧手段を設けた請求項（１）記載の窒素ガスおよび酸
素ガス製造装置。
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| JP1298709A JP2859663B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 窒素ガスおよび酸素ガス製造装置 |
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| JP1298709A JP2859663B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 窒素ガスおよび酸素ガス製造装置 |
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| JP2859663B2 JP2859663B2 (ja) | 1999-02-17 |
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| JP1298709A Expired - Fee Related JP2859663B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 窒素ガスおよび酸素ガス製造装置 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970026900A (ko) * | 1995-11-02 | 1997-06-24 | 미츠이 마코토 | 순도가 매우 높은 질소 및 산소 생성 장치 |
| JP2006349319A (ja) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 空気分離装置 |
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| CN106225423B (zh) * | 2016-08-19 | 2019-04-19 | 浙江智海化工设备工程有限公司 | 一种降低空分装置能耗的装置及方法 |
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