JPH0328682A - 空気分離方法および装置 - Google Patents

空気分離方法および装置

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JPH0328682A
JPH0328682A JP1166008A JP16600889A JPH0328682A JP H0328682 A JPH0328682 A JP H0328682A JP 1166008 A JP1166008 A JP 1166008A JP 16600889 A JP16600889 A JP 16600889A JP H0328682 A JPH0328682 A JP H0328682A
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air
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tank
conduit
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Masayuki Tanaka
正幸 田中
Tetsuo Senchi
泉地　哲夫
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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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〕 この発明は、原料空気から液体酸素（ＬＯ２　）や液体
窒素（ＬＮ２）などを分離回収する空気分離方法および
装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来知られ゛ζいる空気分離方法を例えば第１図に示す
装置に基い−Ｃ説明する。
まず原料空気は、原料空気圧縮機１１により圧縮され、
吸着塔１．２ａ．，１２ｂにより原料空気中の水分（Ｈ
２　０）および炭酸ガス（ＣＯ２）などが吸着除去され
、前処理された残りの原料空気が導骨１１０を通して深
伶部Ａ内の主熱交換器２に送られる。この主熱交換器２
で上記原料空気は、その沸点近くまで玲・却された後に
、導管１１１を通して精留塔３に入れられる。
この精留塔３はド塔３１と、上塔３２と、これら両者間
で熱交換を行う主蒸化器３３とから構成され、上記主熱
交換器２からの■料空気はまずこの精留塔３のド塔１３
１下部に入れられる。
下塔３〕に入った原料空気はこの下塔３１内を上昇する
間に還流ＬＮ２と接触し、しだいにそのＮ２ａ度が高め
られ、−ド塔３］頂部では高純度Ｎ２となる。このＮ２
は導管３１０を通して主蒸化器３３に入り上塔３２のＬ
Ｏ２と熱交換１，て凝縮することによりＬＮ２となる。
このＬＮ２は、その一部が導管４０〔Ｊを通してＬＮ２
タンク４に製品ＬＮ２として送られ、他の一部が過冷却
器３４が介在された導管３１１を通して上塔３２］二部
に還流液として供給され、そして残部が下塔３１頂部に
還流液として戻される。
この還流ＬＮ２は下塔３１を下っていく間にこの下塔３
１内を上昇してくる原料空気と接触して０２ａ度が高め
られ、この下塔３１底部に０２が４０％程度含まれる液
体空気となって溜められる。
そしてこの液体空気は下塔３１底部から取出されて導管
３１２を通して上塔３２中部に供給される。
この液体空気は、上塔３２中部から下方に流れる間に０
２が濃縮されて上塔３２底部には高純度のＬＯ２が溜り
、このＬＯ２の一部は主蒸化器３３でＮ２と熱交換する
ことにより蒸発してガス酸素（以下ＧＯ２という）とな
り、これが上塔３２での精留塔上昇ガスとなって精留操
作が行われる。
残りのＬＯ２は導管５００を通して取出され、Ｌ０２タ
ンク５に蓄えられる。
一力、上塔３２頂部からは高純度Ｎ２が取出され、この
高純度Ｎ２は導管３２１を通して主熱交換器２に送られ
、この主熱交換器２で原料空気と熱交換される。この主
熱交換器２で原料空気を冷却してガス化したガス窒素（
以下ＧＮ２という）は、その一部が導管３２２を通して
前処理用吸着塔１．２ａ，］．２ｂに再生ガスとして送
られ、Ｊ紀吸着塔１２ａ，１．２ｂはこの再生ガスによ
って再生される。吸着Ｊ；Ａ１２ａ，１．２ｂの再生用
ノｆスは、この上塔３２頂部から取出された高純度Ｎ２
の他に、上塔３２項部から少し下から低純度Ｎ２を取出
し、これを吸着礒の再生用ガスとして使用しても良い。
また上記ＧＮ２の他部は導管３２３を通してＶ４環経路
Ｂの低圧循環Ｎ２圧縮機６ｂに送られ、圧縮された後に
高圧循環Ｎ２圧縮機６ａに送られる。
また導管３１３を通して取出された循環Ｎ２は主熱交換
器２で熱交換した後に循環Ｎ２経路Ｂの高圧循環Ｎ２圧
縮機６ａで圧縮され、循環動力が付与される。この循環
Ｎ２は冷凍機７や膨脹タビン８によって冷却されて導管
６０２，６０１を循環するとともに、その一部が導管３
１６を通して精留塔３の下塔３１上部に寒冷として戻さ
れる。
したがって精留塔゛３には、この循環Ｎ２を介して上記
ＬＪ−，ＬＯ２の分離精製のための寒冷が与えられる。
また図示しないが、深冷部Ａの冷却のための寒冷も上記
循環Ｎ２によっ′Ｃ与えられる。
そ｛，゛Ｃ上記空気分離装置は一定の操作圧力で定常的
に運転され、通常、週初めから週末までは昼も夜も上記
定常運転が連続して行われ、一定量の１，０２やＩ，Ｎ
２が製品として製造される。
また従来の他の空気分離方法としては、ｔｊｌアルゴン
塔を別に設けてこれを精留塔３の上塔３２に接続ｌ７て
アルゴン（Ａｒ　）をも併せて回収するようにしたたも
のなどが知られている。
〔允明が解決しようとする課題〕
上記空気分離力法においては、その装置の運転に際し、
循環経路Ｂの例えば循環Ｎ２圧縮機６ａ，６ｂや冷凍機
７だけで装置全体の電力使用量のほぼ７５％が消費され
、運転コストの大部分を占めている。このため運転コス
トの低減化を図るために、上記循環経路Ｂの運転を停止
するなどの運転縁作を行うことが考えられる。ところが
、この循環経路Ｂからの寒冷の供給は空気分離に不可欠
であるために停止することはできむい。
ところで我国では、夜間の電力使用量が昼間に比べてか
なり少なく、夜間電力の使用促進のために夜間の電力料
金が昼間よりも低く設定されている。このため上記夜間
の電力を積極的に使用することにより運転コストの低減
化を図るここが望まれる。
そこで空気分離装置の運転を夜間のみ行い、昼間は停止
することが考えられる。ところが、精留塔での精留が一
旦停止する乏、精留塔内の各組成成分の分Ａｉが完全に
乱れでしまい、再起動しても所定純度の製品ＬＯ２など
を安定して取出せるまでに１〜２時間の時間がかかるこ
とになる。このため、この間の運転に要する電力が毎日
無駄になる。
この発明は、このような事情に鑑みでなされたものであ
り、電力事情などの社会情勢に応じて運転状態を変化さ
せることができ、ｌ７かも効率よく製品ＬＯ２などを原
料空気から分離精製ずろことができ運転コストの低減化
を図ることができる空気分離方法および装置を提供する
ことを１１的とＬ２ている。
〔課題を解決するための手段〕
ユ．記１１的を達成するために、この発明の請求項１で
は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮された
原料空気を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空気
から選択的に２種以上の組成成シ〕をその沸点の差を利
用して分離精製する精留塔と、この精留塔に寒冷を供給
する寒冷定生手段と、液状に分離された組成成分を種類
別に貯留する夕冫クとを（１？！　Ｘた空気分離装置を
用いる空気分離力法においで、第１工程と第２工程とか
らなり、上記第１王程では寒冷発生手段を作動させて寒
冷を発生させ、この寒冷を用いて精留塔で原料空気から
２種類以上の組或成分を分離精製し、得られた液状組成
成分を種類別にタンクに貯留し、つぎに士，記単２工程
では上記寒伶発生手段の作動を停止させ、上記第１工程
で蓄えられた複数の液状組或成分のいずれか一つをタン
クから精留塔に寒冷として供給し、この寒冷を用いて精
留塔での分離精製を行うように構成した。
請求項２では、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、
圧縮された原料空気を玲却する主熱交換器と、冷却され
た原料空気から選択的に２種以上の組成戊分をその沸点
の差を利用１，て分Ｍ猜製する精留塔と、この精留塔に
寒冷を供給する寒冷発生手段と、精留塔での分離精製の
途中段階で発生する液．状の中間精製物を貯留するタン
クとを備えた空気分離装置を用いる空気分離方法であー
，て、第１工程と第２工程とからなり、上記第ＩＪ−ｆ
ｘでは寒冷発生手段を作動させて寒冷を発生させ、この
寒冷を用いて精留塔で分離精製を行うととも１，−、上
記液状の中間精製物を精留塔から取出してタンクに貯留
し、つぎに上記昂２工程では−上記寒冫令発生手段の作
動を停止させ、上記第１工程で貯留された液状中間精製
物をタンクから精留塔に寒伶として供給し、この寒冷を
用いて組成成分の分離精製を行うように構威した。
請求項３では、請求項２の方法を実施するための空気分
離装置を、空気圧縮機と、この空気圧縮機により取入れ
た原料空気を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空
気から選択的に２種以上の組成成分を分離する精留塔と
、この精留塔に寒冷を供給する寒冷発生手段と、上記精
留塔での分離精製の途中段階で発生する液状の中間精製
物を叶留するタンクとを有し、このタンクと上記精留塔
とは導管によって上記液状中間精製物が互いの間で可逆
的に移送可能に接続され、上記導管もしくはタンクには
このタンクから精留塔へ上記液状中間精製物を移送する
移送手段が設けられているように構成した。
〔作用〕
上記請求項１の構成によれば、第１工程で分離精製した
液状組或成分を第２工程で寒冷源として用いることによ
り、この第２工程では循環経路の作動を停止することが
でき、例えば上記第１の工程を電力料金が安価な夜間、
第２工程を昼間にそれぞれ行うことにより、夜間も昼間
も循環経路を作動させて定常運転させる従来の方法と比
べて動力費用である電力費用は低減される。
また請求項２の方法によれば、請求項１での液状組成成
分の代りに液状中間精製物を第１工程で取出し、この液
状中間情製物を第２工程での寒冷源として用いているた
めに、この第２工程においても上記液状組成成分の取出
しを行うことができ、また上記液状中間精製物は分離の
途中段階で生成されるものであるために、第１工程で原
料空気からの分離のために使用される冷熱エネルギーは
請求項１の場合と比べて少ない。
請求項３の装置によれば、液状中間精製物を精留塔から
取出して貯留タンクに蓄え、かつこの貯留タンクから上
記液状中間精製物を上記精留塔に逆供給することができ
るために、上記請求項２の方法を確実に実施することが
できる。
〔実施例〕
第１図にはこの発明における空気分離方法の第１実施例
を実施する空気分離装置が示される。この空気分離装置
は、空気圧縮機１１と、原料空気を前処理する一対の吸
着塔１２ａ，１２ｂと、原料空気を冷却する主熱交換器
２と、原料空気からＬＮ２およびＬＯ２を分離する精留
塔３と、寒冷を発生、供給する循環経路（寒冷発生手段
）Ｂと、製品ＬＮ２を蓄えるＬＮＺタンク４と、製品Ｌ
−０２を蓄える製品ＬＯ２タンク５とから基本構成され
ている。
上記前処理用吸着塔１２ａ，１２ｂは、一方の吸着塔１
２ａで原料空気から水分（Ｈ２　０）および炭酸ガス（
ＣＯ２）を吸着除去する間に、他方の吸着塔１２ｂが精
留塔３からのＧＮ２によって再生されるように構成され
ている。これは精留塔３の上塔３２の頂部から少し下の
低純度のＧＮ２を抜出し、再生用として使用しても良い
。
上記空気圧縮機１１は上記前処理用吸着塔１２ａ，１２
ｂが介在された導管１１０によって主熱交換器２と接続
され、この主熱交換器２は導管１１１によって精留塔３
の下塔３１下部と接続される。主熱交換器２でその液化
温度付近まで冷却された原料空気は、導管１１１によっ
て下塔３１下部に導入される。
上記精留塔３は、下塔３１と、上塔３２と、これらの間
に設けられた主蒸化器３３とから構成される。下塔３１
頂部と主蒸化器３３頂部とは導管３１０によって互いに
接続され、主蒸化器３３下部色下塔３１頂部とは導管３
０９によって互いに接続されている。上記下塔３１頂部
には受皿３５が設けられ、この受皿３５には導管３１１
の一端と導管４００の一端とが接続されている。この導
管４００の他端は製品ＬＮＺタンク４と接続され、また
上記導管３１１の他端は過冷却器３４を介在して上塔３
２上部と接続されている。
また上記導管３１１の下塔３１との接続部の下側には導
管３１３の一端が接続されている。この導管３１３の他
端は主熱交換器２側で導管３１４と導管３１５との２つ
に分岐し、これら２つの導管３１４，３１５は主熱交換
器２に通された後、導管３１４は循環経路Ｂの第１低温
熱交換器６２と第２低温熱交換器６３との間で導管６０
２に接続されている。また導管３１５は予冷器６１と高
圧循環Ｎ２圧縮機６ａとの間で導管６０２に接続されて
いる。
さらに下塔３１底部と上塔３２中部とは、過冷却器３４
を介在した導管３１２によって互いに接続されている。
上塔３２頂部は過冷却器３４を介在した導管３２１によ
って主熱交換器２と接続され、この導管３２１は主熱交
換器２を通された後、導管３２２と導管３２３との２つ
に分岐し、この導管３２２の下流端は前処理用吸着塔１
２ａ，１２ｂまで導かれ、また上記導管３２３の下流端
は低圧循環Ｎ２圧縮機６ｂの人口側と接続されている。
まｔ；上塔３２底部には導管５００の一端が接続され、
この導管５００の他端はＬＯＺタンク５と接続されてい
る。導管４００および導管５００にはポンプ（移送手段
）４１．５１が設けられ、このボンブ４１，５１の作動
によってタンク４，５に貯留されたＬＯ２もしくはＬＮ
２が導管４００，５００を通して精留塔３に逆に供給さ
れる。また上記導管４００，５００には、上記ボンブ４
１，５１の人口側と出口側とを結ぶバイパス４１１，５
１１が形成され、このバイパス４１１，５１１を通して
精留塔３で分離精製されたＬＯ２やＬＮ２がタンク４．
５に貯留される。上記ボンプ４１，５１による逆供給と
バイパス４ｉ１，５１１による貯留とは図示しないバル
ブの操作によっ゜Ｃ切換えられる。
循環経路Ｂは、低圧循環Ｎ２圧縮機６ｂと、高圧循環Ｎ
２圧縮機６ａと、冷凍機７および冷却器７１と、膨脹タ
ービン８と、予冷器６１と、第１および第２の低温熱交
換器６２．６３とから構成される。上記冷却器７１は、
これに冷凍機７からフロンなどの冷媒が循環されるよう
に構成されている。
高圧循環Ｎ２圧縮機６ａの出口に導管６０１，の一端が
接続され、この導管６０１は予冷器６１、冷却器７１お
よび第１低温熱交換器６２に通されて膨脹タービン８の
入口側に接続されている。この膨脹タービン８の出口側
には導管６０２の一端が接続され、この導管６０２は第
２低温熱交換器６３、第１低温熱交換器６２および予冷
器６１に通されて上記高圧循環Ｎ２圧縮機６ａの人口側
と接続されている。
上記導管６０１は膨脹タービン８の手前で分岐し、この
導管６０１から分岐した導管３１６は第２低温熱交換器
６３に通された後、精留塔３の下塔３１上部に接続され
ている。また上記高圧循環Ｎ２圧縮機６ａの入口側の導
管６０２には、低圧循ｍＮ２圧縮機６ｂの出口側にその
一端が接続された導管６００の他端が接続されている。
つぎに、上紀構或の空気分離装置によるプロセスを説明
する。このプロセスでは、第１工程と第２工程とから構
成される１サイクルが繰返し行なわれ、まず第１工程を
夜間、つぎに第２工程を昼間にそれぞれ行うことにより
、上紀１サイクルが１日で行われる。
上記第１工程では循環経路Ｂの循環Ｎ２による寒冷を用
い゛Ｃ製品ＬＯ２および製品ＬＮ２の分離精製が行われ
、第２工程ではＬＮ２タンク４から精留塔３に逆供給さ
れる製品ＬＮ２による寒冷を用いて製品ＬＯ２の分離精
製が行われる。これによって第１工程では、ＬＮ２の１
日の総生産量が例えば２４０００Ｎ−である場合に、Ｌ
Ｎ２の生産量が２０００Ｎ１ｉ／ｈとなるように運転し
てＬＮ２を夜間の１２時間で２４０００Ｎ１Ｉｔ生産し
てＬＮＺタンク４に貯留する。
上記第１工程では導管４００．５００におけるポンプ４
１．５１は停止されるとともに、その流路はバイパス４
１１，５１１を通るように切換えられる。そし、て空気
圧縮機１１および循環経路Ｂの循環Ｎ２圧縮機６などが
所定の操作圧力で作動され、従来のプロセスと基本的に
は同様のプロセスによりＬＯ２とＬＮ２とが分離精製さ
れる。この第１工程のプロセスを第１図に基いて説明す
る。
まず空気圧縮機１１により圧縮された原料空気は、吸着
塔１２ａにより原料空気中のＨ２　０およびＣＯ２など
が吸着除去され、前処理された残りの原料空気が深冷部
Ａ内の主熱交換器２に導管１１０を通して送られる。こ
の主熱交換器２で上記原料空気は、その沸点近くまで冷
却された後に、導管１１１を通して精留塔３の下塔３１
に入れられる。
下塔３１に入った原料空気はこの下塔３１内を上昇する
間に還流ＬＮ２と接触し、しだいにそのＮ２′ａ度が高
められ、下塔３１頂部では高純度Ｎ２となる。このＮ２
は導管３１０を通して主薫化器３３に入り上塔３２のＬ
Ｏ２と熱交換して凝縮することによりＬＮ２となる。こ
の高純度のＬ　Ｎ２は、その一部が導管４００およびバ
イパス４１］を通してＬＮ２タンク４に製品ＬＮ２εし
て送られ、他の一部が導管３１１を通して上塔３２ｒＩ
４部に還流液として供給され、また他の一部が導管３１
３を通して循環Ｎ２として取出され、そして残部が下塔
３１の還流液となる。
この還流液は下塔３１を下っていく間にこの下塔３１内
を上昇してくる原料空気ε接触して０２濃度が高められ
、この下塔３１底部に０２が４０％程度含まれる液体空
気となって溜められる。そしてこの液体空気は下塔３１
底部から取出されて上塔３２中部に導管３１２を通して
供給される。
この液体空気は、上塔３２中部から下方に流れる間に０
２が濃縮されて上塔３２底部には高純度のＬＯ２が溜り
、このＬＯ２の一部は主蒸化器３３でＮ２と熱交換して
ＬＯ２は蒸発してＧＯ２となり、これが上塔３２での精
留塔上昇ガスとなって精留操作が行われる。残りのＩ、
０２は導管５００およびバイパス５１１を通して取出さ
れ、ＬＯｚタンク５に蓄えられる。
一方、上塔３２頂部からは高純度Ｎ２が取出され、この
高純度Ｎ２は導管３２１を通して主熱交換器２に送られ
る。この主熱交換器２で原料空気を冷却することにより
加熱されたＧＮ２は、一部が再生ガスとして導管３２２
を通して前処理用吸着塔１２ａ，１２ｂ，残部が循環Ｎ
２とし゜Ｃ導管３２３を通して低圧循環Ｎ２圧縮機６ｂ
にそれぞれ送られる。そして低圧循環Ｎ２圧縮機６．　
ｂで圧縮された循環Ｎ２は導管６００および導管６０２
を通して高圧循環Ｎ２圧縮機６ａに送られる。また導管
３１３によって取出された循環Ｎ２は、主熱交換器２で
原料空気を冷却した径、導管３１４および導管３１５に
よっ゛Ｃ循環経路Ｂの導青６０２に合流きれ、そして高
圧循環Ｎ２ＢＥ縮機６ａに送られる。
上記循環Ｎ２は高圧循ｆｆｉＮ２圧縮機６ａで圧縮され
た後、導管６０１を流れることにより予冷器６１、冷却
器’７　１および第１低温熱交換器６２で冷却され、そ
の一部が導管３１６によって第２低温熱交換器６３に通
されることにより液化され、．このＬＮ２が精留塔３の
下塔３１上部に寒冷として上記導管３１６を通して供給
される。第２低温熱交換器６′３の手前で分岐した循環
Ｎ２の残部は膨脹タービン８で断熱膨脹されて温度が下
がった後、導’ｆｆ　６　０　２を流れて第２低温熱交
換器６３、第１低温熱交換器６２および予冷器６１での
寒冷源として送られる。これらの熱交換器６３．６２．
６１で熱交換されてガス化した循環Ｎ２は再び高圧循環
Ｎ２圧縮機６ａで圧縮されて導管６０１に循璋される。
上記プロセスによって第１工程では、循環経路Ｂから供
給される寒冷によって原籾空気から所定塩のＬＮ２とＬ
Ｏ２とが分離精製されてＬＮ２タンク４やＬ　０２タン
ク５に貯留される。
第２工程では、分離精製を行うことができる最低限の運
転状態である精留塔３の減量限界に対応一させて原料空
気圧縮機１１が減Ω運転され、また循環経路Ｂの循環Ｎ
２圧縮機６ａ，６ｂＳ玲凍；幾７および膨脹タービン８
の運転が停止されるとともに、導管４００が逆供給側に
切換えられてボ冫ブ４１が作動される。この第２工程の
プロセスを第２図に基いて説明する。
原料空気圧縮機１１により取入れられたＤｉｔ料空気が
前処理用吸着塔１２ａ，１２ｂで前処理され、前処理さ
れた原料空気が主熱交換器２で冷却されて精留塔３の下
塔３１下部に送られる。精留塔３でのプロセスは第１工
程と基本的には同じであるが、下塔３１上部には、主蒸
化器３３で発牛したＬＮ２が還流されるとともに、タン
ク４内の■、Ｎ２がボンブ４１の作動によって導管４０
０を通して戻される。そしてこの第２工程では、導管３
１３を通して下塔３１からの循環Ｎ２の取出しと、導管
３１６を通しての寒冷としての循環Ｎ２の導入とが停止
される（第２図の破線参照）。したがってこの第２工程
では、導管３１６からの循環Ｎ２の代りに、導管４００
からの製品ＬＮ２が寒冷源εして用いられる。そしてこ
の寒冷によって分離および液化されたＬＯ２が導管５０
０およびバ，イバス５１１を通してＬＯＺタンク５に貯
留される。なお上記製品ＬＮ２は寒冷εして利用されて
ガス化し、このＧ　Ｎ　２は製品εして取出され、もＩ
、くは廃ガスεし５て大気中に放出される。
上記横或の空気分離方法において、第２王程では比校的
大電力を消費する循環経′ｊ８Ｂの作動が停ｉＦされて
いるために、この分だけ従来の空気分離７（１゛法と比
べて昼間の電力使用量を少なくすることができる。すな
わち上記循環経路Ｂにおける循環Ｎ２圧縮機６ａ。６．
　ｂおよび冷凍機７の作動に要する電力は、通常、空気
分離装置のほぼ７５％を．占めているために、これらを
停止することによりＩＩｉ力使用量は従来の定常運転の
場合の１５％で済む。また原料空気圧縮機１１．が減量
運転されているために、その分だけ上記昼間の電力使用
量をより少なくすることができる。
し、かも電ノ〕料金が昼間より安価な夜間の電力を使用
して第１工程を行っているために、昼間も夜間も連続し
て循環経路Ｂや原料空気圧縮機１１を定常運転させる従
来方法ε比べて、１サイクルの運転で使用する総電ノ）
１１の内、安価な夜間の電力の使用比率が大きくなり、
これによりＬＮ２やＬＯ２の製造に際する運転コストの
低減化を図ることができる。
なお上記第１実施例において、ＬＮ２の製造量はその最
大量が精留塔などの分離精製能力によって決まるために
、第１王程でのＬＮ２の製造員を上記製造能力以上に増
やすには、設備を増大させる必要があり、これにより設
１費用が増加することになる。このためこの第１実施例
の第１工程でのＬＮ２の製造量は、上記設備費用の増分
と運転費用の減分とを比較考量して設定することが好ま
しい。
なお上記第１実施例では、第１工程でＬＮ２を余剰に製
造し、第２工程で上記ＬＮ２を寒冷として精留塔３に逆
供給しているが、これに限らず、−１えば第１工程でＬ
Ｏ２を余剰に製造し、第２工程でこのＬＯ２をボンブ５
１を作動することにより精留塔３に寒冷として逆供給す
るよろにしてもＪ゛い。この場合の第２玉程では、ＬＮ
２が製造されてＬＮＺタンク４に貯留される。
また−１，記実施例では、製品とＬ７てＬＮ２やＬＯ２
を製造する場合を示しているが、これに限らず、、例え
ば第２工程、または第１および第２の双方（ハＩ７程で
ｒ，Ｎ２もしくはＬＯ２に加えてＧＮ２や００２などを
製品としで取出すようにしてもよい。
きらに例、えば粗Ａ『塔などを精留塔３に接続してＡ『
をも製造するようにしてもよい。
さらに上記実施例では、ＬＮＺタンク４や１．０２タン
ク５から精留塔３へＬＮ２などを逆供給する１′一段た
して導管４００，５００にボ〉・ブ４１，５１を設けて
Ｌ）るが、これに限らず、例えば第３園１コ示４゛よう
に■、Ｎ２タンク４などに上下部を連結する導管４１０
，５１０を設けこの導管４１０，５１０に蒸発器（移送
手段）４２．５２を設け、この蒸発器４２、５２の作動
によってＬＮ２タンク４やＬＯ２タンク５などの内圧を
高め、この内圧によって貯留されたＬＮ２などを精留塔
３に逆供給するようにしてもよい。
第４図には空気分離方法の第２実施例を実施するための
装置が示されている。この装置は、第１図に示す第１実
施例で用いる装置に、精留塔３での分離精製過程で生じ
る０２とＮ２との液状の混合物である中間精製物（液体
中間成分）を精留塔３中部から取出す導管９００と、上
記液体中間成分を貯留する貯留タンク９とが付加された
ものである。
すなわち精留塔３のド塔３１中部に導Ｎ　９　０　０の
一端が接続され、この導管９００の他端は上記貯留タン
ク９と接続されている。この導管９００にはボンブ（移
送手段）９〕が設けられるとともに、このボンブ９１の
入口側と出１−ｊ側とを連桔するバイパス９１１が設け
られている。上記導管９００は精留塔３から取出した液
体中間成分の貯留タンク９への貯留と、貯留された液体
中間成分の精留塔３への逆供給とが切換え可能に構成さ
れ、これにより貯留側に切換えられた時には導管９００
はバイパス９１１と連通され、逆供給側に切換えられた
時には上記導管９００はボンブ９１と連通される。
上記構成の空気分離装置による第２実施例におけるプロ
セスを説明する。このプロセスは、第１実施例と同様に
１サイクルが第１工程と第２工程とから横或され、まず
第１工程が夜間、つぎに第２工程が昼間にそれぞれ行わ
れることにより１サイクノレが１日で行われるものであ
る。
４一記第１工程を第４図に基づいて説明する。この第１
工程では、第１実施例の第１工程と同様に原料空気圧縮
機１１および循環経路Ｂが作動され、この循環経路Ｂか
ら供給される循環Ｎ２を寒冷源として精留塔３ではＬＮ
２とＬＯ２とが原料空気から分離精製され、これらＬ　
Ｎ　２およびＬＯ２が導管４００および５００を通して
タンク４．５に貯留される。これと同時に精留塔３の下
塔３１中部から導管９００を通して液体中間成分が取出
され、この液体中間成分は貯留タンク９に貯留される。
第２工程では、第５図に破線で示すように循環経路Ｂの
運転を第１実施例と同様に停止させるとともに、原料空
気圧縮機１１を減量運転させる。
そして導管タンク９００を逆供給側に切換え、ボンプ９
１を作動させることにより貯留タンク９内の液体中間成
分を上記導管９００を通して精留塔３の下塔３１に逆供
給（第５図の矢印参照）する。
精留塔３ではこの逆供給された液体中間成分を寒冷源と
して原料空気からＬＮ２およびＬＯ２の分離精製が行わ
れ、このＬＮ２およびＬＯ２がタンク４，５に貯留され
る。
上記構或の第２実施例においては、第１実施例ε同様に
第２工程で比較的大電力を消費する循環経路Ｂの作動が
停止されるとともに、原料空気圧縮機１１も減量運転さ
れているために、この分だけ従来の空気分離方法と比べ
て昼間の電力使用量が小さくなる。しかも電力料金が昼
間より安１ＩｆｌＩな夜間の電力を使用して第１工程を
行っているために、昼間も夜間も連続して循環経路Ｂや
原＃１空気圧縮機１１を定常運転させる従来方法と比べ
て、１サイクルで要する電力費用を少なくすることがで
き、これによりＬＮ２やＬＯ２の製造に際する運転コス
トの低減化を図ることができる。
また第１実施例では、第１工程で分離したＬＮ２を第２
工程で寒冷源として利用してＬＯ２のみ製造され、上記
ＬＮ２を寒冷として利用した後に発生する比較的大量の
ＧＮ２は利用されないまま放出されるおそれがある。こ
れに対して、第２実施例では第２工程で液体中間成分を
精留塔３の下塔３１に逆供給しているために、この液体
中間成分を寒冷源および原料εして有効に利用すること
ができる。これによりこの第２実施例では、第１工程お
よび第２工程の双方でＬＮ２およびＬＯ２をそれぞれ製
品として取出すことができる。
さらにＬＮ２を製品として取出す場合、寒冷は、一般に
原料空気からＮ２の分離と、その液化との２つに利用さ
れる。第１実施例では、原料空気から分離および液化さ
れたＬＮ２を第２工程での寒冷として用いるために、上
記ＧＮ２を大気中に放出すると、上記ＬＮ２の製造時の
液化に要したエネルギーは回収されるが、分離に要した
エネ＋ｌ，ギーは回収されないまま無駄に使用されたこ
とになる。
これに対し．て、第２実施例では分離の途中段階の液体
中間成分を第２工程での寒冷として用いるために、分離
のために使用されたエネルギーは第１実施例と比べて小
さく、この分だけ回収され４″に使用されるエネルギー
を低減することができ１エネルギーの有効利用を図るこ
とができる。
また第１実施例では、第１工程で製造したＬＮ２を第２
工程で寒冷として用いるために、１サイクル当たりのし
Ｎ２の製造量に限度があり、］サイクル当たりで製造す
ることができるＬＮ２とＬ０２との比率がある範囲に制
限される。第１　ｉｉｉ　ｆＷで製造し、たＬＯ２を第
２工程で寒冷として用いる場合にも同様に上記比率はあ
る範囲に制限される。
これに対して、第２実施例ではＬＮ２　、ＬＯ２および
液体中間成分の製造比率を自由に設定することができる
ために、第１実施例のように制限されることはない。
なおこの第２実施例の方法およびその装置においても、
第１実施例と同様に、ＬＡｒなどを併せて分離精製する
ように構戊したり、製品としてＧＮ２などを取出すよう
に構戊したりしてもよい。
また貯留タンク９から液体中間成分を精留塔３に逆供給
する手段として、ボンプ９１のほかに、第１実施例と同
様に蒸発器９２（移送手段；第３図参照）を貯留タンク
９に付設してこの貯留タンク９の内圧を上昇させるよう
にしてもよい。さらに第４図に示す装置では、液体中間
成分を下堪３１中部から取出しているが、これに限らず
、例えば下塔３１底部の液体を液体中間成分として取出
すように導管９００の一端を下塔３１底部と接続させて
装置を構成してもよい。
なお上記第１および第２の実施例では、第１工程を夜間
、第２工程を昼間にそれぞれ行わせているが、これに限
らず、例えば１日もしくは１週間の内で、時間帯もしく
は曜日などで電力料金が異なる場合に、第１工程を電力
料金が安い時間帯もしくは曜！］、第２工程を電力料金
が高い時間帯もしくは曜日にそれぞれ行なわせればよい
。
〔発明の効果〕
この発明の請求項１の空気分離方法によれば、第１工程
で分離精製した液体組成成分を第２工程で寒冷源として
用いることにより、この第２工程では循環経路の作動を
停止することができ、例えば上記第１工程を電力料金が
安価な夜間、第２工程を昼間にそれぞれ行い、１サイク
ルを１日で行うことにより、夜間も昼間も循環経路を作
動させて定常運転させる従来の方法と比べて動力費用で
ある電力費用を低減することができる。したがって上記
第１工程と第２工程とを組合せることにより、電力事情
などの社会情勢に応じて運転状態を変化させて運転コス
ト、ひいては製品ＬＮ２などの製造コストの低減化を図
ることができる。
また請求項２の空気分離方法によれば、請求項１での液
体組成成分の代りに液体中間成分を第１工程で取出し、
この液体中間成分を第２工程での寒冷源として用いてい
るために、この第２工程においても上記液体組成成分の
取出しを行うことができ、また上記液体中間成分は分離
の途中段階で生成されるものであるために、第２工程で
寒冷源となる成分を原料空気から分離するために第１工
程で使用される冷熱エネルギーを請求項１の方法と比べ
て少なくすることができ、寒冷利用の効率化を図ること
ができる。
請求項３の空気分離装置によれば、液体中間成分を精留
塔から取出して貯留タンクに蓄え、かつこの貯留タンク
から上記液体中間戊分を上記精留塔に逆供給することが
できるために、上記請求項２の方法を確実に実施するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の第１実施例を実施するために用いる
空気分離装置を示す説明図、第２図は上記第１実施例の
第２工程における装置を示す説明図、第３図は第１図の
装置の他の態様を示す説明図、第４図は第２実施例を実
施するために用いる空気分離装置を示す説明図、第５図
は第２実施例の第２工程における装置を示す説明図であ
る。 ２・・・主熱交換器、３・・・精留塔、４・・・ＬＮ２
タンク、５・・・ＬＯ２タンク、９・・・貯留タンク、
１１・・・原料空気圧縮機、３１・・・下塔、３２・・
・上塔、３３、・・主蒸化器、４１，５１．９１・・・
ボンブ、４２５２．９２・・・蒸発器、Ｂ・・・循環経
路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮された
    原料空気を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空気
    から選択的に２種以上の組成成分をその沸点の差を利用
    して分離精製する精留塔と、この精留塔に寒冷を供給す
    る寒冷発生手段と、液状に分離された組成成分を種類別
    に貯留するタンクとを備えた空気分離装置を用いる空気
    分離方法において、第１工程と第２工程とからなり、上
    記第１工程では寒冷発生手段を作動させて寒冷を発生さ
    せ、この寒冷を用いて精留塔で原料空気から２種類以上
    の組成成分を分離精製し、得られた液状組成成分を種類
    別にタンクに貯留し、つぎに上記第２工程では上記寒冷
    発生手段の作動を停止させ、上記第１工程で蓄えられた
    複数の液状組成成分のいずれか一つをタンクから精留塔
    に寒冷として供給し、この寒冷を用いて精留塔での分離
    精製を行うことを特徴とする空気分離方法。 ２、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮された
    原料空気を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空気
    から選択的に２種以上の組成成分をその沸点の差を利用
    して分離精製する精留塔と、この精留塔に寒冷を供給す
    る寒冷発生手段と、精留塔での分離精製の途中段階で発
    生する液状の中間精製物を貯留するタンクとを備えた空
    気分離装置を用いる空気分離方法であって、第１工程と
    第２工程とからなり、上記第１工程では寒冷発生手段を
    作動させて寒冷を発生させ、この寒冷を用いて精留塔で
    分離精製を行うとともに、上記液状の中間精製物を精留
    塔から取出してタンクに貯留し、つぎに上記第２工程で
    は上記寒冷発生手段の作動を停止させ、上記第１工程で
    貯留された液状中間精製物をタンクから精留塔に寒冷と
    して供給し、この寒冷を用いて組成成分の分離精製を行
    うことを特徴とする空気分離方法。 ３、空気圧縮機と、この空気圧縮機により取入れた原料
    空気を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空気から
    選択的に２種以上の組成成分を分離する精留塔と、この
    精留塔に寒冷を供給する寒冷発生手段と、上記精留塔で
    の分離精製の途中段階で発生する液状の中間精製物を貯
    留するタンクとを有し、このタンクと上記精留塔とは導
    管によって上記液状中間精製物が互いの間で可逆的に移
    送可能に接続され、上記導管もしくはタンクにはこのタ
    ンクから精留塔へ上記液状中間精製物を移送する移送手
    段が設けられていることを特徴とする空気分離装置。
JP1166008A 1989-06-27 1989-06-27 空気分離方法および装置 Pending JPH0328682A (ja)

Priority Applications (2)

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