JPH05306885A - 加圧式空気分離装置 - Google Patents
加圧式空気分離装置Info
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- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
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-
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
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- F25J2230/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being nitrogen
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
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Abstract
(57)【要約】
【目的】操作圧力（原料空気圧力）が１０kg/cm2・G以上
と高い極低温下の精留による空気分離装置において、従
来技術ベースの酸素回収率を確保することを目的とす
る。 【構成】精留塔上塔より得られる加圧された不純窒素ガ
スを、寒冷回収後タービンコンプレッサーで昇圧し、更
に断熱膨脹させて再び寒冷回収を行なう。 【効果】不純窒素ガスを寒冷回収用として利用すること
により、余分な空気を供給する必要がなくなったので、
従来技術ベースの酸素回収率を確保できるようになっ
た。
と高い極低温下の精留による空気分離装置において、従
来技術ベースの酸素回収率を確保することを目的とす
る。 【構成】精留塔上塔より得られる加圧された不純窒素ガ
スを、寒冷回収後タービンコンプレッサーで昇圧し、更
に断熱膨脹させて再び寒冷回収を行なう。 【効果】不純窒素ガスを寒冷回収用として利用すること
により、余分な空気を供給する必要がなくなったので、
従来技術ベースの酸素回収率を確保できるようになっ
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温下の精留による
空気分離装置に係り、特に操作圧力が高い空気分離装
置、例えば石炭ガス化複合発電用の酸素発生装置などに
好適な加圧式空気分離装置である。
空気分離装置に係り、特に操作圧力が高い空気分離装
置、例えば石炭ガス化複合発電用の酸素発生装置などに
好適な加圧式空気分離装置である。
【０００２】
【従来の技術】従来の極低温下の精留により酸素や窒素
を製造する空気分離装置は、分離効率や電力原単位の点
で、精留塔下塔の操作圧力が５〜６kg/cm2・Gに設定され
ている。
を製造する空気分離装置は、分離効率や電力原単位の点
で、精留塔下塔の操作圧力が５〜６kg/cm2・Gに設定され
ている。
【０００３】図２に示すように、加圧された原料空気が
保冷槽内の精留塔下塔に供給され、精留により酸素、窒
素並びに不純窒素ガス等に分離して、ほぼ大気圧で精留
塔上塔から取り出されるようになっている。
保冷槽内の精留塔下塔に供給され、精留により酸素、窒
素並びに不純窒素ガス等に分離して、ほぼ大気圧で精留
塔上塔から取り出されるようになっている。
【０００４】一般に寒冷源は、原料空気の一部をタービ
ンコンプレッサーで８〜９kg/cm2・Gに昇圧後、膨脹ター
ビンでほぼ大気圧まで断熱膨脹させ、精留塔上塔に供給
することにより得ている。なお、この種の装置として関
連するものには例えば特開昭− 号公報が挙
げられる。
ンコンプレッサーで８〜９kg/cm2・Gに昇圧後、膨脹ター
ビンでほぼ大気圧まで断熱膨脹させ、精留塔上塔に供給
することにより得ている。なお、この種の装置として関
連するものには例えば特開昭− 号公報が挙
げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】極低温下の精留による
空気分離装置は、操作圧力が高くなると酸素とアルゴン
の比揮発度が小さくなるため、分離効率が低下する。こ
のため、従来圧力下での操作に比べ、原料空気量が多量
に必要となる。従って、従来技術に近い酸素回収率を確
保するためには、精留塔上塔に供給していた寒冷源空気
を総て精留塔下塔へ回す必要がある。
空気分離装置は、操作圧力が高くなると酸素とアルゴン
の比揮発度が小さくなるため、分離効率が低下する。こ
のため、従来圧力下での操作に比べ、原料空気量が多量
に必要となる。従って、従来技術に近い酸素回収率を確
保するためには、精留塔上塔に供給していた寒冷源空気
を総て精留塔下塔へ回す必要がある。
【０００６】ところが、従来技術では、寒冷を原料空気
の一部をタービンコンプレッサーで昇圧後、膨脹タービ
ンで大気圧まで断熱膨脹させることにより得ていたが、
操作圧力が高くなると原料空気を総て圧力の高い精留塔
下塔へ供給するため、空気を寒冷源として利用できない
という不具合がある。
の一部をタービンコンプレッサーで昇圧後、膨脹タービ
ンで大気圧まで断熱膨脹させることにより得ていたが、
操作圧力が高くなると原料空気を総て圧力の高い精留塔
下塔へ供給するため、空気を寒冷源として利用できない
という不具合がある。
【０００７】本発明の目的は、原料空気を殆ど増加させ
ることなく、寒冷発生源を確保する空気分離装置を提供
することにある。
ることなく、寒冷発生源を確保する空気分離装置を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、精留塔上塔から得られる不純窒素ガスを一旦タービ
ンコンプレッサーで昇圧し、その後膨脹タービンでほぼ
大気圧まで断熱膨脹させ、空気熱交換器で寒冷回収を行
なうように構成したものである。
に、精留塔上塔から得られる不純窒素ガスを一旦タービ
ンコンプレッサーで昇圧し、その後膨脹タービンでほぼ
大気圧まで断熱膨脹させ、空気熱交換器で寒冷回収を行
なうように構成したものである。
【０００９】
【作用】精留塔上塔から得られる不純窒素ガスは、ドラ
イでかつＣＯ2を含まないものの、従来技術ではほぼ大
気圧であるため、原料空気の前処理用吸着塔の再生や冷
凍水の製造に使用された後、系外の大気中に放棄されて
いた。
イでかつＣＯ2を含まないものの、従来技術ではほぼ大
気圧であるため、原料空気の前処理用吸着塔の再生や冷
凍水の製造に使用された後、系外の大気中に放棄されて
いた。
【００１０】ところが、操作圧力が高い場合、この不純
窒素ガスの圧力も高くなる。例えば、操作圧力が、１
２.５kg/cm2・Gの場合、不純窒素ガスの圧力は約３kg/cm
2・Gで取り出せる。更にタービンコンプレッサーで４kg/
cm2・G前後にまで昇圧できるから、これを膨脹タービン
で大気圧まで断熱膨脹させれば空気熱交換器で寒冷を回
収できる。又、この不純窒素ガス量は、製品窒素ガス量
により操作が可能で、寒冷発生に必要な量を確保するこ
とは容易である。
窒素ガスの圧力も高くなる。例えば、操作圧力が、１
２.５kg/cm2・Gの場合、不純窒素ガスの圧力は約３kg/cm
2・Gで取り出せる。更にタービンコンプレッサーで４kg/
cm2・G前後にまで昇圧できるから、これを膨脹タービン
で大気圧まで断熱膨脹させれば空気熱交換器で寒冷を回
収できる。又、この不純窒素ガス量は、製品窒素ガス量
により操作が可能で、寒冷発生に必要な量を確保するこ
とは容易である。
【００１１】寒冷回収後の不純窒素ガスは、従来技術に
於けるものと性状が全く同じであるから、原料空気の前
処理用吸着塔の再生や冷凍水の製造に利用が可能であ
る。
於けるものと性状が全く同じであるから、原料空気の前
処理用吸着塔の再生や冷凍水の製造に利用が可能であ
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。
る。
【００１３】図１は、本発明による空気分離装置のフロ
ー図である。図１において、所定量の原料空気１が圧縮
機２でおよそ１２.５kg/cm2・Gに昇圧され、吸着塔３に
供給される。この吸着塔３には、極低温下で固化する水
分とＣＯ2を吸着する吸着剤が充填されており、該２塔
の吸着塔３で交互に吸着と脱着再生を繰り返して、原料
空気１中の水分とＣＯ2を除去するようになっている。
ー図である。図１において、所定量の原料空気１が圧縮
機２でおよそ１２.５kg/cm2・Gに昇圧され、吸着塔３に
供給される。この吸着塔３には、極低温下で固化する水
分とＣＯ2を吸着する吸着剤が充填されており、該２塔
の吸着塔３で交互に吸着と脱着再生を繰り返して、原料
空気１中の水分とＣＯ2を除去するようになっている。
【００１４】ドライになった原料空気１は、極低温機器
の入った保冷槽４に供給され、まず、空気熱交換器５で
およそ−１６０℃に冷却された後、精留塔下塔６に供給
される。そして、ここで窒素と酸素濃度の高い空気に分
離される。
の入った保冷槽４に供給され、まず、空気熱交換器５で
およそ−１６０℃に冷却された後、精留塔下塔６に供給
される。そして、ここで窒素と酸素濃度の高い空気に分
離される。
【００１５】精留塔下塔６の塔底に溜った液体空気７、
塔頂部の液体窒素８そして中間部の液体窒素９はそれぞ
れ抜き出され、精留塔上塔１０の中間部、塔頂部そして
上部へ供給される。この際、液窒液空過冷却器１１で精
留塔上塔１０から産出された製品窒素ガス１２及び不純
窒素ガス１３と熱交換して冷却される。
塔頂部の液体窒素８そして中間部の液体窒素９はそれぞ
れ抜き出され、精留塔上塔１０の中間部、塔頂部そして
上部へ供給される。この際、液窒液空過冷却器１１で精
留塔上塔１０から産出された製品窒素ガス１２及び不純
窒素ガス１３と熱交換して冷却される。
【００１６】精留塔上塔１０では、精留塔下塔６から供
給された液体空気７が更に精留され、塔底に液体酸素１
４が溜る。この液体酸素１４は、リボイラー１５で精留
塔下塔６の液体窒素８と熱交換して温められ、この一部
が気化して上昇するようになっている。
給された液体空気７が更に精留され、塔底に液体酸素１
４が溜る。この液体酸素１４は、リボイラー１５で精留
塔下塔６の液体窒素８と熱交換して温められ、この一部
が気化して上昇するようになっている。
【００１７】製品酸素ガス１６は、この塔底の上部から
取り出され、空気熱交換器５を通って寒冷回収され、常
温、約３kg/cm2・Gの状態で保冷槽４から出て来る。
取り出され、空気熱交換器５を通って寒冷回収され、常
温、約３kg/cm2・Gの状態で保冷槽４から出て来る。
【００１８】一方、精留塔上塔１０の上部では窒素分が
濃縮して、上部より不純窒素ガス１３、塔頂部より製品
窒素ガス１２が取り出され、液窒液空過冷却器１１、更
に空気熱交換器５を通って寒冷回収され、常温、約３kg
/cm2・Gの状態で保冷槽４から出て来る。
濃縮して、上部より不純窒素ガス１３、塔頂部より製品
窒素ガス１２が取り出され、液窒液空過冷却器１１、更
に空気熱交換器５を通って寒冷回収され、常温、約３kg
/cm2・Gの状態で保冷槽４から出て来る。
【００１９】製品酸素ガス１６と製品窒素ガス１２は次
セクションへ送られるが、不純窒素ガス１３は全量ター
ビンコンプレッサー１７のコンプレッサー側に供給さ
れ、約４kg/cm2・Gに昇圧されて再び保冷槽４内の空気熱
交換器５を通り、ここで約−９０℃に冷却され、タービ
ンコンプレッサー１７のタービン側に供給される。そし
て、ここで断熱膨脹により約−１６０℃、大気圧状態と
なって空気熱交換器５に供給され、常温にまで寒冷回収
が行なわれて保冷槽４から出て来る。保冷槽４から出た
後は、原料空気１の前処理用吸着塔３の再生や冷凍水の
製造に利用される。
セクションへ送られるが、不純窒素ガス１３は全量ター
ビンコンプレッサー１７のコンプレッサー側に供給さ
れ、約４kg/cm2・Gに昇圧されて再び保冷槽４内の空気熱
交換器５を通り、ここで約−９０℃に冷却され、タービ
ンコンプレッサー１７のタービン側に供給される。そし
て、ここで断熱膨脹により約−１６０℃、大気圧状態と
なって空気熱交換器５に供給され、常温にまで寒冷回収
が行なわれて保冷槽４から出て来る。保冷槽４から出た
後は、原料空気１の前処理用吸着塔３の再生や冷凍水の
製造に利用される。
【００２０】尚、この寒冷源は、保冷槽４の熱損失や空
気熱交換器５の温端損失を補填するものである。
気熱交換器５の温端損失を補填するものである。
【００２１】本プロセスは分離効率が悪いので、従来技
術ベースの酸素回収率を確保するためには、原料空気１
の一部を断熱膨脹させて寒冷源を得ることが出来ない。
そこで、加圧状態(約３kg/cm2・G)で得られる不純窒素ガ
ス１３を利用して、これを昇圧した後、断熱膨脹させる
ことより、従来技術ベースの酸素回収率を確保しながら
寒冷源を得ることが出来るようにしたものである。又、
圧力が高くなった為、配管などの径をダウンさせること
が出来るなど経済性の面からも効果が期待出来るもので
ある。
術ベースの酸素回収率を確保するためには、原料空気１
の一部を断熱膨脹させて寒冷源を得ることが出来ない。
そこで、加圧状態(約３kg/cm2・G)で得られる不純窒素ガ
ス１３を利用して、これを昇圧した後、断熱膨脹させる
ことより、従来技術ベースの酸素回収率を確保しながら
寒冷源を得ることが出来るようにしたものである。又、
圧力が高くなった為、配管などの径をダウンさせること
が出来るなど経済性の面からも効果が期待出来るもので
ある。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、精留により得られる加
圧された不純窒素ガスを昇圧した後、断熱膨脹させるこ
とより寒冷源を得ることが出来るので、加圧下の状態で
も、従来技術ベースの酸素回収率を確保できる極低温下
の精留による空気分離装置を供給することが出来る。
圧された不純窒素ガスを昇圧した後、断熱膨脹させるこ
とより寒冷源を得ることが出来るので、加圧下の状態で
も、従来技術ベースの酸素回収率を確保できる極低温下
の精留による空気分離装置を供給することが出来る。
【図１】本発明の一実施例の空気分離装置のフローシー
ト図である。
ト図である。
【図２】従来技術による空気分離装置のフローシート図
である。
である。
１…原料空気、２…圧縮機、３…吸着塔、４…保冷槽、
５…空気熱交換器、６…精留塔下塔、７…液体空気、
８，９…液体窒素、１０…精留塔上塔、１１…液窒液空
過冷却器、１２…製品窒素ガス、１３…不純窒素ガス、
１４…液体酸素、１５…リボイラー、１６…製品酸素ガ
ス、１７…タービンコンプレッサー。
５…空気熱交換器、６…精留塔下塔、７…液体空気、
８，９…液体窒素、１０…精留塔上塔、１１…液窒液空
過冷却器、１２…製品窒素ガス、１３…不純窒素ガス、
１４…液体酸素、１５…リボイラー、１６…製品酸素ガ
ス、１７…タービンコンプレッサー。
フロントページの続き (72)発明者 津嶋 寛 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内
Claims (3)
- 【請求項１】原料空気を極低温下の精留により酸素、窒
素、アルゴン等に分離精製する空気分離装置において、
前記原料空気を任意の操作圧力に加圧し、精留の過程で
生ずる加圧された不純窒素ガスを、保冷槽内の空気熱交
換器で寒冷回収後、保冷槽外で一旦昇圧して、再び該熱
交換器で所定の温度に冷却し、更に膨脹タービンで大気
圧付近まで断熱膨脹させて寒冷を発生させ、該熱交換器
でその寒冷を再び回収して、寒冷源を得るように構成し
たことを特徴とする空気分離装置。 - 【請求項２】請求項１において、操作圧力が１０kg/cm2
・G以上の任意圧力にも効率良く対応出来ることを特徴と
する空気分離装置。 - 【請求項３】請求項１において、寒冷回収後の不純窒素
ガスを、膨脹タービンのブレーキ側で昇圧することを特
徴とする空気分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06187692A JP3237892B2 (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | 加圧式空気分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06187692A JP3237892B2 (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | 加圧式空気分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05306885A true JPH05306885A (ja) | 1993-11-19 |
| JP3237892B2 JP3237892B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=13183776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06187692A Expired - Fee Related JP3237892B2 (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | 加圧式空気分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3237892B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013142509A (ja) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Shinko Air Water Cryoplant Ltd | 空気分離装置 |
| JP2015183922A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 大陽日酸株式会社 | 空気液化分離方法及び装置 |
| CN113606866A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-05 | 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 | 一种空气分离制取氮气的装置和方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5417054B2 (ja) * | 2009-06-15 | 2014-02-12 | 大陽日酸株式会社 | 空気分離方法及び装置 |
| CN110608583B (zh) * | 2019-09-12 | 2021-07-23 | 北京首钢股份有限公司 | 一种压力控制方法及装置 |
-
1992
- 1992-03-18 JP JP06187692A patent/JP3237892B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013142509A (ja) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Shinko Air Water Cryoplant Ltd | 空気分離装置 |
| JP2015183922A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 大陽日酸株式会社 | 空気液化分離方法及び装置 |
| CN113606866A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-05 | 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 | 一种空气分离制取氮气的装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3237892B2 (ja) | 2001-12-10 |
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