JPH03230080A - 低温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法 - Google Patents

低温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法

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JPH03230080A JP2561590A JP2561590A JPH03230080A JP H03230080 A JPH03230080 A JP H03230080A JP 2561590 A JP2561590 A JP 2561590A JP 2561590 A JP2561590 A JP 2561590A JP H03230080 A JPH03230080 A JP H03230080A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温貯槽内の蒸発ガスの回収方法に関し、特
に深冷分離装置に付属した低温貯槽内の蒸発ガスを回収
し利用する方法に関する。
〔従来の技術〕
従来から、深冷分離装置の一種として空気液化分離装置
が広く用いられている。通常、中型、大型の空気液化分
離装置に付属する低温貯槽としては、貯蔵設備コストの
関係から、低圧貯槽であることが多い。このため、低温
貯槽内で蒸発するガス、いわゆるオフガスを有効利用す
るためには、加圧操作によるエネルギーを付加するか、
又は別途寒冷を用いて再液化させる熱交換器を増設しな
ければ、低圧のオフガスを回収できないので、回収コス
トが高くなり、一般には、大気放出されている。
このような低温貯槽のオフガスを回収する方法として、
オフガスを空気液化分離装置の製品ガスに合流させて回
収することが知られている。
一方、最近の空気液化分離装置等の深冷分離装置は、窒
素をはじめとし各種製品ガスの需要増大により、原料ガ
スに対する製品ガス（液化ガスも含む）の採取割合が増
加し、排ガス量が減少している。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、原料ガス中の水分や炭酸ガスを除去する吸着設
備や、原料ガスの予冷を行う冷水塔等の前処理工程の再
生や冷却に用いる再生ガスあるいは冷却ガスの量か減少
し不足してきている。例えば、吸着器の再生ガスとして
低圧乾燥ガスである排ガスを用いているか、排ガス量の
減少に伴い十分な再生ガス流量を確保できないため、再
生ガスを長時間流して再生する必要がでてきた。このよ
うに長時間かけて再生を行うと、原料ガスの吸着処理時
間も長くなるため、結果的に大型の吸着器を設置せざる
を得なくなり、吸着剤コストや容器製作コストが高くな
り、さらに吸着器設置スペースの増大も招くという問題
がある。また、冷却ガスが減少すれば、別途冷凍機等を
用意しなければならない。
一方、低温貯槽のオフガスを製品ガスに合流させるよう
にした場合、一般に低圧貯槽のオフガスの圧力は、精留
塔から採取する製品ガスの圧力よりも低いため、両ガス
を合流させるためには製品ガス出口系統に減圧弁を設け
、製品ガスの圧力をオフガスの圧力より低くず、る必要
があった。しかしながら、この方法では、製品ガス量に
対して少量のオフガスを回収するために製品ガス系統を
減圧しているが、この減圧分製品ガス運転圧力を低下さ
せることはエネルギーの有効利用上問題である。従って
、この方法は、多少のエネルギーロスを無視すれば中圧
以上の貯槽のオフガスの回収には利用できるが、大型空
気液化分離装置の低圧低温貯槽のオフガスを回収するた
めに用いることはできなかった。
そこで、本発明は、低温貯槽のオフガス発生量が貯液量
と蒸発量に比例するため、小型の低温貯槽に比べてオフ
ガス発生量の多いにもかかわらず低圧であるかために利
用されることのなかった中型又は大型の低温貯槽のオフ
ガスを有効に利用することのできる回収利用方法及び中
圧貯槽のオフガスをエネルギーロスなしに有効に回収利
用する方法を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記した目的を達成するために、本発明の低温貯槽内の
蒸発ガスの回収方法は、前処理工程を経た原料ガスを熱
交換器で冷却し、精留塔に導入して深冷分離する深冷分
離装置に付属した低温貯槽内で蒸発するガスを回収する
にあたり、前記低温貯槽内の蒸発ガスを捕集し、前記深
冷分離装置の精留塔内の排ガスもしくは精留塔から導出
された排ガスの少なくともいずれか一方に、好ましくは
バッファタンクを介して合流させ、熱交換器で寒冷を回
収した後に、前記前処理工程の再生ガスもしくは冷水塔
冷却ガスの少なくともいずれか一方に用いることを特徴
としている。
〔作　用〕
従って、貯槽内で発生したオフガスを、排ガスと合流さ
せて寒冷回収した上、吸着器の再生ガス又は冷水塔冷却
ガスとして利用できる。
〔実施例〕
以下、本発明を、図面に示す実施例に基づいて、さらに
詳細に説明する。
まず、第１図は本発明を深冷液化分離法による窒素製造
装置に適用したものである。
この窒素製造装置１は、空気を原料として窒素ガスＧＮ
及び液化窒素ＬＮを製品として採取するもので、原料ガ
スである空気ＧＡを、圧縮、精製。
冷却して精留塔２に導入し、液化精留分離して窒素ガス
ＧＮ、液化窒素ＬＮ及び酸素成分に富む排ガスＷＧに分
離する。
即ち、フィルター３から吸入された原料空気ＧＡは、圧
縮機４て中圧Ｃ４ｋｇ／ＣＪＧ〜７　ｋｇ　／　ｌｊ　
Ｇ程度）に昇圧され、熱交換器５及び冷却器６で冷却さ
れた後に気液分離器７て凝縮水を分離して吸着設備８に
導入され、該原料空気中の水分、炭酸ガス等が除去され
る。吸着設備８は、切り替え使用される一対の吸着器９
ａ、９ｂを切替弁群１０゜１０で接続したもので、一方
の吸着器９ａが吸着］−程にあるときには、他方の吸着
器９ｂが再生工程にあり、原料空気ＧＡは、吸着工程に
ある吸着器９ａを通って精製される。精製後の原料空気
ＧＡは、管路１１から保冷箱１２内の主熱交換器１３に
導入され、窒素ガスＧＮ及び排ガスＷＧと熱交換を行い
液化点付近まで冷却されて管路１４から精留塔２の下部
に導入される。
精留塔２の上部に分離した窒素ガスＧＮは、塔上部から
管路１５に導出され、その一部が管路１６を経て主熱交
換器１３に導入され、常温に温度回復して採取される。
窒素ガスＧＮの残部は、凝縮器１８に導入されて後述の
液化空気ＬＡとの熱交換により液化し、液化窒素ＬＮと
なる。液化窒素ＬＮの一部は、製品液化窒素として管路
１９に分岐し、流量調整弁２０を経て液化窒素貯槽２］
に貯留される。残部の液化窒素は、管路２２から精留塔
２の頂部に還流液として戻される。
一方、精留塔２底部に分離した酸素成分に富む液化空気
ＬＡは、塔底部から管路２３に導出され、減圧弁２４で
管１５からの窒素ガスを凝縮器１−８て液化し得る圧力
（ａ度）迄減圧された後に凝縮器１８に導入される。こ
の液化空気ＬＡは、凝縮器１８で前記窒素ガスＧＮと熱
交換を行い蒸発して排ガスＷＧとなり、逆止弁２５を介
して管路２６に導出される。この排ガスＷＧは、一部が
流量調整弁２７を介して管路２８に分岐し、主熱交換器
１３の再熱回路２９て中間温度まで昇温した後にタービ
ン流体として膨張タービン３０に導入され、はぼ大気圧
程度迄膨張して寒冷を発生する。
排ガスＷＧの残部は、減圧弁３１で膨張タービン導出後
の膨張ガスと同じ圧力に減圧され、合流して主熱交換器
１３に導入される。主熱交換器１３で原料空気ＧＡと熱
交換を行い常温まで温度回復した排ガスＷＧは、前記吸
着設備８の再生ガスＲＧとして用いられた後に消音器３
２から外部に排出される。
再生工程にある吸着器９ｂの再生は、まず、排ガスＷＧ
を弁３３から管路３４を介して前記熱交換器５に導入し
、圧縮機４て圧縮されて高温となった原料空気ＧＡと熱
交換させ、所定温度まで昇温する。尚、必要に応じて別
途加熱器等を設けて加熱してもよい。昇温後の排ガスＷ
Ｇは、管路３５から管路３６を経て管路３７に導入され
、吸着器９ｂの出口側切替弁１０ａから吸着器９ｂに導
入され、吸着剤の加熱再生を行い、切替弁１０ｂ。
管路３８．消音器３２を経て排出される。加熱再生終了
後は、排ガスＷＧを加熱することなく弁３９から管路３
６に導入し、同様に吸着器９ｂを逆流させて吸着剤の冷
却を行い排出する。
前記液化窒素貯槽２１は、周囲に断熱層２１ａを配した
平底型の低圧低温貯槽てあって、液化窒素ＬＮは、その
底部の管路４０から弁４１を介して需要先に供給される
。一方、該液化窒素貯槽２］の頂部には、オフガスＯＧ
を回収するオフガス回収系統４２が設けられている。こ
のオフガス回収系統４２は、貯槽頂部に連通する管路４
３と、該管路４３に設けられた逆止弁４４．流量制御弁
４６とにより構成されており、管路４３の終端は、前記
凝縮器１８で蒸発した排ガスＷＧを排出する管路２６に
接続している。このように形成することにより、液化窒
素貯槽２１内で蒸発したオフガスＯＧを、上記オフガス
回収系統４２を経た後排ガス系統に合流させて主熱交換
器１３で寒冷を回収した上、吸着段ｆｉ８の再生ガスＲ
Ｇとして用いることができる。
従って、吸着段［８の再生ガス量を多くすることができ
、吸着器９ａ、９ｂの再生を短時間で終了させることが
できる。これにより、切り替え時間の短縮、即ち吸着運
転時間の短縮を図ることができ、吸着剤量の低減、吸着
設備８の小型化を図ることができる。さらに、オフガス
ＯＧが有する寒冷を主熱交換器１３で回収できるので、
エネルギー　ニア　ストの低減も図ることができ、設備
費や運転コストの低減を図れる。
尚、上記実施例における排ガス出口管路２６の逆止弁２
５とオフガス回収系統４２の逆止弁４４は、運転圧力の
変動により排ガスＷＧが液化窒素貯槽２１に逆流し、液
化窒素ＬＮの純度を損うこと、及びオフガスＯＧの圧力
変動が凝縮器１８及び精留塔２の運転圧力に影響を与え
ることを防止するためのもので、装置運転上、圧力変動
が無視てきる場合には省略することができる。
また、第２図は貯槽２１が中圧貯槽２１′である場合の
例であり、オフガス回収系統４２の途中にバッファタン
ク４５を設けた場合を示している。
貯槽２１′の型式及びバッファタンク４５以外の構成は
、前記第１図の場合と同様であるため同一要素には同一
符号を付してその説明を省略する。
上記中圧貯槽２１′は運転圧（設計圧）が精留塔２の運
転圧とほぼ同圧であり、従って、平底型貯槽よりは小容
量の二重円筒耐圧容器による貯槽である。バッファタン
ク４５と流量制御弁４６は、吸着段８Ｂの再生ガスＲＧ
が間欠使用になるため、再生ガスＲＧの使用に合せてオ
フガスＯＧを貯留。
放出して有効利用し、再生ガス量増大を図るもので、オ
フガスＯＧを常時排ガスＷＧに合流させる場合には、両
者を省略することができる。
上記バッファタンク４５は、低温ガス貯蔵であるため、
常温ガス貯蔵に比べてガス密度が大きくなる分、容積を
小型化することができる。特に中圧排ガスの場合には、
より小型化を図れるため、圧力変動や流量変動を吸収す
る手段として効果的である。
さらに、上記実施例では、原料空気中の不純物除去工程
として吸着設備８を用いたが、水分除去塔と炭酸ガス除
去塔に分離した工程にも同様に適用することができる。
次に第３図は、複精留塔５０を用いて酸素ガスＧｏ、窒
素ガスＧＮ、液化酸素ＬＯ，液化窒素ＬＮを採取する空
気液化分離装置５１に本発明を適用した例を示すもので
、液化酸素ＬＯ及び液化窒素ＬＮを貯留するためのそれ
ぞれの低温貯槽５２゜５３が設けられている。また、こ
の装置５１には、圧縮されて昇温した原料空気ＧＡを洗
浄冷却する水洗冷却塔５４と、該水洗冷却塔５４に冷却
水ＣＷを供給する冷水塔５５及び冷却器５６．送水ポン
プ５７．切替弁５８等が付設されている。
上記冷水塔５５は、排ガスＷＧの一部を利用して冷却水
ＣＷを冷却するもので、塔下部から排ガスＷＧを導入す
るとともに塔頂部から冷却水ＣＷを導入して両者を直接
接触させている。従って、複精留塔５０から排出される
排ガスＷＧは、上記同様の吸着設備８の再生とこの冷却
水ＣＷの冷却とに用いられる。
圧縮機４．水洗冷却塔５４．吸着設置８．主熱交換器１
３を経て複精留塔５０の下部塔５９に導入された原料空
気ＧＡは、周知の精留操作により、上部塔６０の下部の
酸素ガスＧＯ１上部塔底部の液化酸素ＬＯ，上部塔頂部
の窒素ガスＧＮ、主凝縮蒸発器６１で凝縮した液化窒素
ＬＮに分離し、それぞれが製品として採取され、上部塔
中段からは排ガスＷＧが排出される。
上記排ガスＷＧを排出する管路６２には、前記液化酸素
及び液化窒素を貯留する低温貯槽５２゜５３の頂部に連
通するオフガス回収用の管路６３゜６４が接続されてお
り、貯槽内で発生したオフガスＯＧを排ガスＷＧに合流
させている。オフガス合流後の排ガスＷＧは、適冷器６
５．主熱交換器１３を経て保冷箱１２から管路６６に導
出され、弁６７を介して管路６８から冷水塔５５に導入
される冷却用ガスＣＧと、弁６９を介して管路７０に分
岐する吸着器再生ガスＲＧとになる。再生ガスＲＧは、
吸着器９ａ、９ｂの加熱再生時には加熱器７１を備えた
管路７２を通り、冷却時には管路７３を通って吸着器９
ａ、９ｂを逆流し、管路７４から消音器３２を経て外部
に排出される。
尚、装置各部の他の気液の流れ等は、複精留塔を用いた
周知の空気液化分離装置と同様であり、各種機器の作用
も同様のため、詳細な説明を省略する。
このように吸着器の再生ガスだけでなく、冷水塔の冷却
ガスとしても排ガスを用いる場合には、排ガスを僅かで
も増量することにより、大きな効果を期待することがで
きる。
上記構成の空気液化分離装置におけるオフガス回収によ
る排ガス増量効果の一例を説明する。装置の主な仕様を
下表に示す。
第１表 第２表 上記第２表から、１時間当りに発生するそれぞれの貯槽
のオフガス量は、窒素ガス２３３Ｎｒｒｌ’／ｈ、酸素
ガス１４６Ｎｒｒｉ’／ｈとなり、合計３７９Ｎｒｔ１
’／ｈのオフガスが発生していることになる。
また、吸着器の切り替え時間内における再生ガスの使用
時間を全体の３／４とし、残りの１／４を貯留して再生
に用いるとすると、再生ガスとして使用できる量は５０
５Ｎｒｒｉ’／ｈとなる。このオフガス量は全体の排ガ
ス量に比べて少量であるか、上記実施例のごとく、冷水
塔の冷却ガスとして排ガスを使用する装置では、吸着器
再生用に用いる排ガスは、通常２５０ＯＮｒｎ’／ｈ程
度であるので、オフガス合流による再生ガス増量の効果
は大きい。
尚、上記両案施例では、オフガスを精留塔から排出され
た直後の排ガスに合流させたが、両者の合流位置は、オ
フガスの種類や圧力１発生量あるいは装置構成等により
適宜に設定することが可能である。また、深冷分離装置
として、空気液化分離装置に限らず、各種のガス分離装
置、ガス精製装置等にも本発明を適用することができる
。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の低温貯槽内の蒸発ガスの
回収方法は、低温貯槽内の蒸発ガス（オフガス）を排ガ
スに合流させて熱交換器で寒冷を回収し、前処理工程の
再生ガスもしくは冷却ガスの少なくともいずれか一方に
用いるようにしたから、従来大気中に放出されていたオ
フガスから寒冷を回収でき、エネルギーコストを低減で
きるとともに、吸着器の再生ガスを増量でき、吸着剤の
再生時間の短縮による吸着器切り替え間隔の短縮により
、吸着剤量の低減と吸着器の小型化が図れ、設備費の低
減も図れる。また、冷水塔の冷却効果を増加でき、フレ
オン冷凍機の負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は本発明を適用した窒素製造装置の一
例を示す系統図、第３図は同じく複精留塔を用いた空気
液化分離装置の一例を示す系統図である。 １・・・窒素製造装置　　２・・・精留塔　　８・・・
吸着段＠　　　９ａ、９ｂ・・・吸着器　　１３・・・
主熱交換器　　１８・・・凝縮器　　２１．２１’・・
・液化窒素貯槽　　４２・・・オフガス回収系統　　４
４・・・逆止弁　　４５・・・バッファタンク　　４６
・・・流量制御弁　　ＯＧ・・・オフガス　　ＲＧ・・
・再生ガスＷＧ・・・排ガス

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、前処理工程を経た原料ガスを熱交換器で冷却し、精
    留塔に導入して深冷分離する深冷分離装置に付属した低
    温貯槽内で蒸発するガスを回収するにあたり、前記低温
    貯槽内の蒸発ガスを捕集し、前記深冷分離装置の精留塔
    内の排ガスもしくは精留塔から導出された排ガスの少な
    くともいずれか一方に合流させ、熱交換器で寒冷を回収
    した後に、前記前処理工程の再生ガスもしくは冷却ガス
    の少なくともいずれか一方に用いることを特徴とする低
    温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法。 ２、前記低温貯槽から捕集される蒸発ガスは、バッファ
    タンクを介して前記深冷分離装置の精留塔内の排ガスも
    しくは精留塔から導出された排ガスの少なくともいずれ
    か一方に合流させることを特徴とする請求項１記載の低
    温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法。
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CN113198394A (zh) * 2021-04-20 2021-08-03 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司 间歇性再生废气的余热利用装置和余热利用系统

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