JPH05203346A - 空気成分ガス使用設備におけるガス冷却方法及び空気成分ガス使用設備 - Google Patents

空気成分ガス使用設備におけるガス冷却方法及び空気成分ガス使用設備

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JPH05203346A
JPH05203346A JP4237227A JP23722792A JPH05203346A JP H05203346 A JPH05203346 A JP H05203346A JP 4237227 A JP4237227 A JP 4237227A JP 23722792 A JP23722792 A JP 23722792A JP H05203346 A JPH05203346 A JP H05203346A
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Abstract

(57)【要約】 空気分離装置（１１）に供給する圧縮空気（６）が、吸
収式冷却装置（１１）にその熱を伝達（１３）し、冷却
装置（１１）は、空気成分ガス使用設備全体のエネルギ
ー消費を確実に減少させるように、設備のガス（１６）
を冷却するために、設備のガス（１６）と熱交換関係
（１５）にある液体流束（１４）を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧縮空気を供給される
少なくとも１基の空気成分ガス分離装置を有する、空気
成分ガス使用設備におけるガス冷却方法及び空気成分ガ
ス使用設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気成分ガスの使用設備、特に古典的な
複式精留塔型で、酸素、窒素、アルゴンのような空気成
分ガスの分離装置と組合された使用設備は、一般に４〜
１７×１０5 Ｐａ（絶対圧力）の圧力で大量の空気を供
給することに関して特に大量のエネルギーを消費する。
【０００３】他方では、これらの分離装置は、使用設備
において、特に供給圧縮空気を部分的に冷却するのに用
いられる窒素に富んだ残部混合物を製造し、供給圧縮空
気は、精製及び分離装置への導入前に、典型的には２０
℃以下の温度に必ず冷却されねばならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、その
ような使用設備のエネルギー消費を低減することがで
き、大巾な使用の融通性を提供し、多くの利用に供せら
れる、簡単で信頼性のある方法を提案することである。
また本発明はそのような方法を実施する空気成分ガスの
使用設備も目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため本発明の一特徴
によれば、本発明の方法は、４×１０5 Ｐａ以上の圧
力、１００℃以上、典型的には１５０℃以上の温度に供
給空気を圧縮する段階、供給された熱圧縮空気を冷流体
を製造する吸収式冷却装置の熱源として用いる段階、及
び設備のガスを冷却するために冷流体と設備のガスとの
間に熱交換を行う段階を有している。
【０００６】本発明のさらに特定の特徴によれば、冷却
されるガスは、圧縮供給空気、圧縮すべき供給空気又は
分離装置によつて製造される空気成分の一つ又は設備で
使用される他のガスである。このような方法によれば、
供給圧縮空気流束の過剰な熱は、回転機器をもつ種類の
冷却設備と比べて、大きな運転の融通性と大きな信頼性
を提供することによつて、いろいろな方法で利用できる
寒冷を供給する吸収式冷却装置を作動するのに用いられ
る。
【０００７】本発明による空気成分ガスの使用設備は、
圧縮機によつて圧縮された空気を供給される少なくとも
１基の空気成分ガス分離装置、少なくとも１基の冷却装
置を通過する供給圧縮空気の供給ラインを有する設備に
おいて、設備が１００℃以上の温度の供給圧縮空気を供
給する少なくとも１基の非冷却式圧縮機、及び少なくと
も１基の吸収式冷却装置を有し、前記冷却装置の熱源が
供給圧縮空気のラインと熱的に接続され、また冷却装置
の冷流体回路が使用設備のガスを冷却するために使用設
備のガスラインと熱的に接続されている。
【０００８】使用設備は分離装置によつて製造される少
なくとも一種類のガス（典型的には酸素）を使用するす
べての種類の設備、特に石炭のガス化による合成ガスの
燃焼によつて電気エネルギーを供給するいわゆる“ＩＧ
ＣＣ”又は自然につくられる酸素と両方を使用するいわ
ゆる“ＣＯＲＥＸ”法による鉄鉱石の直接還元設備であ
つてよい。
【０００９】これらの二つの場合、空気圧縮機は発電機
と接続されたガスタービン圧縮機であり、圧縮機は２５
０℃以上の温度で８×１０5 Ｐａ以上の圧縮空気を供給
する。使用設備はまた、自然につくられた酸素を伴なっ
た過度の酸素を含む空気を供給される高炉でもよく、こ
の場合空気圧縮機は、ほぼ１５０℃〜２００℃の温度で
４×１０5 Ｐａの圧縮空気を供給するブロワーである。
本発明の他の特徴及び利点は、全く限定のない例とし
て、与えられたいくつかの実施態様について、添付の図
面を参照しながら以下になされる説明から明らかとなろ
う。
【００１０】
【実施例】以下の記載及び図面において、同一又は類似
の構成要素は、同じ符号がつけられている。図１には、
少なくとも出口ライン２にはガス状酸素を、出口ライン
３には残部のガス状窒素を供給する、典型的には空気精
留低温装置である空気成分ガス分離装置１が示されてい
る。分離装置に供給される空気は４で示すように、非冷
却式圧縮装置５に送られ、圧縮装置５の出口ライン６で
は、５×１０5 Ｐａ（絶対圧力）以上の圧力、１００℃
以上の、典型的には１５０〜５００℃の温度の圧縮空気
を供給する。
【００１１】この圧縮空気は、水・二酸化炭素除去装置
７を通過する前に冷却されなければならず、次いで分離
装置１に導入されなければならない。圧縮空気の最初の
冷却は、圧縮装置５の出口で、出口ライン３から出て典
型的には圧縮機９において圧縮された残部の窒素が向流
で流れる熱交換器８で行われるのが有利である。窒素の
流量は空気の流量よりも必ず少なく、空気は入手できる
過剰な熱を有している。下流の第２の冷却は、除去装置
７の上流で、従来方式の水の循環によつて冷却される第
２の熱交換器１０において行われるのが典型的である。
【００１２】本発明の一態様によれば、圧縮空気の供給
ライン（圧縮装置５の出口ライン）６の一部分は、二成
分混合物系、例えば水／臭化リチウム又はアンモニア／
水及び特にカリエール（Carrier)社及びボルジグ（Bors
ig) 社によつて商品化されている種類の吸収式冷却装置
１１と機能的に接続されている。
【００１３】圧縮空気の熱の冷却装置１１における回収
は、水蒸気回路により吸収式冷却装置のリボイラーに熱
空気を通過させることによつて直接行うことができ（水
／アンモニア二成分混合物の場合）、前記水蒸気回路で
は、回収ボイラーが吸着式冷却装置で使われる蒸気を発
生するために空気から熱を回収するか、又は図１に示さ
れたように、熱交換器８と１０との間の供給ライン６に
配置された熱交換器１３に供給する圧縮空気と熱交換関
係にある昇圧熱水回路１２によつて、熱水がそのカロリ
ーを吸収式冷却装置１１に伝達する。この冷却装置１１
は、典型的には水である冷流体の循環回路１４を有し、
冷流体は設備のガスライン１６内を流れるガスを冷却す
るために、熱交換器１５内を通過させられる。
【００１４】設備がさらに窒素液化器又は酸素液化器を
有する、本発明の第一実施態様では、液化すべきガス
は、典型的には膨張タービンで十分に冷却、液化される
前に約−４０℃の温度まで熱交換器１５内で予冷される
ために、ガスライン１６によつて送られる。この場合冷
却装置１１は、必然的にアンモニア／水型である。
【００１５】本発明の他の実施態様では圧縮装置５の出
力を低減するために、ライン１６を通って熱交換器１５
を通過するガスは、圧縮装置５に供給される空気からな
り、熱交換器１５は圧縮装置５の吸引側入口４に配置さ
れる。同様にライン１６を通って熱交換器１５を通過す
るガスは、圧縮機９の中間段から出て、冷却されて中間
段に戻される残部の窒素からなることもできる。他の変
形では、ライン１６内を流れるガスは、設備の部分的又
は全体の空気調整に用いる大気であつてもよい。
【００１６】図２に示された本発明の他の実施態様で
は、熱交換器１５で冷却されるガスは、供給圧縮空気自
身である。図２には、すでに図１に関連して述べられた
構成要素が示されている。この実施態様では、供給空気
の圧縮装置５は、タービン１８及び圧縮装置５における
圧縮空気の一部分と燃料２０を供給される燃焼室１９を
有する自動圧縮装置１７の一構成要素である。燃料２０
は、燃料油、天然ガス、あるいは例えば石炭ガス化装置
又は鉄鉱石還元装置のような、分離装置１の出口２で製
造された酸素を供給される処理装置２１から出る合成ガ
スであつてよい。
【００１７】圧縮装置５及び発電機２２を駆動するター
ビン１８は、燃焼室１９から出る燃焼ガス２３及び有利
には圧縮機９で圧縮され熱交換器８で冷却された残部の
窒素によつて作動される。この実施態様では圧縮空気供
給ライン６は、水冷熱交換器１０と水・二酸化炭素除去
装置７との間に、吸収式冷却装置１１の冷たい液体回路
１４と組合された熱交換器１５を有し、冷却装置１１に
は冷却水補足回路が２４で示されている。
【００１８】参考までに、図２の実施態様では、供給圧
縮空気は圧縮装置５の出口において、約１６×１０5 Ｐ
ａ（絶対圧力）の圧力、ほぼ４００℃の温度である。圧
縮空気はまず熱交換器８で約２１０℃の温度に冷却さ
れ、熱交換器１３において、約１５×１０5 Ｐａ（絶対
圧力）の圧力の昇圧熱水を収容する回路内の水にその熱
を移す。圧縮空気は、約１８０℃の温度で熱交換器１３
を出て、熱交換器１０で約３０℃の温度に冷却される。
【００１９】圧縮空気は、吸収式冷却装置１１から出る
約７℃の温度の冷却水によつて、熱交換器１５で最終的
に約１０℃の温度に冷却され、吸収式冷却装置１１は、
ここでは２ＭＷ以上の冷却出力を有する。冷却された圧
縮空気は、分離装置１内に導入するために、除去装置７
で二酸化炭素及び水を除かれる。この分離装置１は、圧
縮機９で約１９×１０5 Ｐａ（絶対圧力）の圧力に圧縮
され、タービン１８に導入される前に熱交換器８で約３
６０℃の温度に加熱される残部の窒素をライン３内に供
給する。
【００２０】約１５×１０5 Ｐａ（絶対圧力）の圧力に
昇圧された回路１２内の熱水は、約１４５℃の温度に熱
交換器１３内で加熱され、冷却装置１１内でその熱を与
えて、約１２０℃の温度でそこから出る。回路１４内の
冷水は７℃の温度で冷却装置１１から出て、熱交換器１
５で約１２℃の温度まで加熱される。水／臭化リチウム
型の吸収式冷却装置１１をもつたこの例では、設備の全
エネルギー利得は約８００ｋＷである。本発明によるこ
の種の設備では、全エネルギー利得は設備の大きさに応
じて、ほぼ３〜５％である。
【００２１】本発明は特定の実施態様に関して述べられ
てきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、む
しろ当業者に知られている改良型及び変形を受け入れる
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法の図式的説明図。
【図２】 本発明による設備の略図。
【符号の説明】
１ 空気成分ガス分離装置 ２，３ 空気成分ガス分離装置１の出口ライン ５ 空気圧縮装置 ６ 圧縮装置５の出口ライン ７ 水・二酸化炭素除去装置 ８，１０，１３，１５ 熱交換器 ９ 圧縮機 １１ 吸収式冷却装置 １２ 昇圧熱水回路 １４ 冷流体循環回路 １６ ガスライン １７ 自動圧縮装置 １８ タービン １９ 燃焼室 ２０ 燃料 ２１ 処理装置 ２２ 発電機 ２３ 燃焼ガス ２４ 冷却水補足回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マジエレ・フイリツプ フランス国．93370・モンフエルメイル. アブニユ・デ・ベゴニア．55

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮空気を供給される（６）少なくとも
    １基の空気成分ガス分離装置（１）を有する、空気成分
    ガス使用設備におけるガス冷却方法において、４×１０
    5 Ｐの以上の圧力、１００℃以上の温度に供給空気を圧
    縮する段階、供給された熱圧縮空気を冷流体（１４）を
    製造する吸収式冷却装置（１１）の熱源として用いる段
    階、及び設備のガス（６；１６）を冷却するために、冷
    流体と設備のガスとの間に熱交換（１５）を行う段階を
    有することを特徴とするガス冷却方法。
  2. 【請求項２】 圧縮空気が１５０〜５００℃の温度を有
    することを特徴とする請求項１記載のガス冷却方法。
  3. 【請求項３】 冷却されるガスが、空気成分ガス分離装
    置の供給圧縮空気であることを特徴とする請求項１又は
    ２記載のガス冷却方法。
  4. 【請求項４】 冷却されるガスが、圧縮すべき供給ガス
    であることを特徴とする請求項１又は２記載のガス冷却
    方法。
  5. 【請求項５】 冷却されるガスが、空気成分ガス分離装
    置によつて製造される空気成分の一つであることを特徴
    とする請求項１又は２記載のガス冷却方法。
  6. 【請求項６】 供給圧縮空気が、空気成分ガス分離装置
    （１）によつて製造される窒素に富んだ残部混合物
    （３）との熱交換によつてあらかじめ冷却（８）される
    ことを特徴とする請求項１又は２記載のガス冷却方法。
  7. 【請求項７】 圧縮機（５）によつて圧縮された空気を
    供給（６）される少なくとも１基の空気成分ガス分離装
    置（１）、少なくとも１基の冷却装置を通過する供給圧
    縮空気の供給ライン（６）を有する、請求項１ないし６
    のいずれか１項に記載のガス冷却方法を用いる空気成分
    ガス使用設備において、１００℃以上の温度の供給圧縮
    空気を供給する少なくとも１基の非冷却式圧縮機
    （５）、及び少なくとも１基の吸収式冷却装置（１１）
    を有し、前記冷却装置（１１）の熱源が、供給圧縮空気
    のライン（６）と熱的に接続され、また冷却装置（１
    １）の冷流体回路（１４）が、冷却すべきガスが流れる
    前記使用設備のガスライン（１６；６）と熱的に接続さ
    れていることを特徴とする空気成分ガス使用設備。
  8. 【請求項８】 冷却すべきガスのラインが、供給圧縮空
    気のライン（６）であることを特徴とする請求項７記載
    の空気成分ガス使用設備。
  9. 【請求項９】 冷却すべきガスのラインが、圧縮機
    （５）の空気供給ライン（４）であることを特徴とする
    請求項７記載の空気成分ガス使用設備。
  10. 【請求項１０】 冷却すべきガスのラインが、空気成分
    ガス分離装置（１）から出る空気成分ガスの製造ライン
    （１６）であることを特徴とする請求項７記載の空気成
    分ガス使用設備。
  11. 【請求項１１】 圧縮機（５）が、ガスタービン装置
    （１７）の圧縮機であることを特徴とする請求項７ない
    し１０のいずれか１項に記載の空気成分ガス使用設備。
  12. 【請求項１２】 空気成分ガス分離装置（１）から出
    て、ガスタービン装置（１７）のタービン（１８）の入
    口に接続される、窒素に富んだ残部混合物のライン
    （３）を有することを特徴とする請求項１１記載の空気
    成分ガス使用設備。
  13. 【請求項１３】 空気成分ガス分離装置（１）からの酸
    素を供給される処理装置（２１）を有する請求項１１又
    は１２記載の空気成分ガス使用設備。
  14. 【請求項１４】 処理設備（２１）が、ガスタービン装
    置（１７）の燃焼室（１９）に供給する燃料ガス（２
    ０）を製造することを特徴とする請求項１３記載の空気
    成分ガス使用設備。
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