JPH0627620B2 - 酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及び装置 - Google Patents
酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及び装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及
び装置に関し、特に酸素の需要変動の激しいいわゆるピ
ーク時用に適した空気分離方法及び装置に関する。
び装置に関し、特に酸素の需要変動の激しいいわゆるピ
ーク時用に適した空気分離方法及び装置に関する。
例えば、酸素を使用する製鉄工業や化学工業では、大型
の空気分離装置を設置して酸素を供給しているが、酸素
の需要が時間帯や曜日により大きく変動する。
の空気分離装置を設置して酸素を供給しているが、酸素
の需要が時間帯や曜日により大きく変動する。
このような酸素需要の変動に対応する手段として、空気
分離装置を減量運転しているが、従来の空気分離装置で
は空気圧縮機の制約から約３０％減の減量運転が限界で
あった。
分離装置を減量運転しているが、従来の空気分離装置で
は空気圧縮機の制約から約３０％減の減量運転が限界で
あった。
そこで、これ以上の変動に対応する手段として、空気圧
縮機を２台に分割したり、必要以上の発生酸素ガスを放
出するか、装置を停止してバックアップ用液体酸素を蒸
発して使用していた。
縮機を２台に分割したり、必要以上の発生酸素ガスを放
出するか、装置を停止してバックアップ用液体酸素を蒸
発して使用していた。
しかし、空気圧縮機を２台に分割する歩合には、約５０
％減が可能であるが、設備費が増加し、バックアップ用
液体酸素を発生する場合には、液体酸素の価格が高く、
酸素単価の上昇を来たすことになる。
％減が可能であるが、設備費が増加し、バックアップ用
液体酸素を発生する場合には、液体酸素の価格が高く、
酸素単価の上昇を来たすことになる。
そこで、特公昭４９−４５９９７号及び同４９−４５９
９８号公報に示される如く、液体酸素貯槽と液体窒素又
は液体空気貯槽を有し、酸素増量の場合には液体酸素を
蒸発し、酸素減量の場合には発生酸素ガスを液化して貯
液して酸素の需要の変動に対応する装置がある。
９８号公報に示される如く、液体酸素貯槽と液体窒素又
は液体空気貯槽を有し、酸素増量の場合には液体酸素を
蒸発し、酸素減量の場合には発生酸素ガスを液化して貯
液して酸素の需要の変動に対応する装置がある。
これらの装置は、需要の変動に比較的容易に付随するこ
とができるが、液体酸素の蒸発用に精留塔の空気あるい
は窒素を使用するため、酸素生産量の増減により精留条
件が変動する。また、このため、酸素生産と同時にアル
ゴン採取を行う場合には、精留条件の変動はアルゴン原
料の組成に影響してアルゴン精留の運転状態が変動し、
アルゴンの採取率が低下する。
とができるが、液体酸素の蒸発用に精留塔の空気あるい
は窒素を使用するため、酸素生産量の増減により精留条
件が変動する。また、このため、酸素生産と同時にアル
ゴン採取を行う場合には、精留条件の変動はアルゴン原
料の組成に影響してアルゴン精留の運転状態が変動し、
アルゴンの採取率が低下する。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、酸素の大幅な
需要変動による空気分離装置の増減量運転において、精
留条件の変動を無くすることにより、酸素生産量の増減
は勿論、アルゴン採取率を向上させると共に、夜間の低
価格電力を効率よく使用することができる酸素の需要変
動に適した空気分離方法及び装置を提供することを目的
としている。
需要変動による空気分離装置の増減量運転において、精
留条件の変動を無くすることにより、酸素生産量の増減
は勿論、アルゴン採取率を向上させると共に、夜間の低
価格電力を効率よく使用することができる酸素の需要変
動に適した空気分離方法及び装置を提供することを目的
としている。
本発明は上記目的を達成するため、本発明方法は、空気
圧縮部門，不純物除去部門，熱交換部門を経て、圧縮，
精製，冷却した原料空気を空気分離部門を精留塔で酸
素，窒素に液化分離し、少なくとも酸素を採取する空気
液化分離方法において、精留塔より導出される窒素ガス
の一部を、寒冷発生部門に導入して、該寒冷発生部門で
圧縮，冷却し、圧縮冷却された加圧窒素ガスの一部を分
岐して断熱膨張させて再び精留塔より導出される前記窒
素ガスと合流して圧縮して循環すると共に、分岐した残
りの加圧窒素ガスをさらに冷却して一部を液化させて加
圧窒素ガスと液体窒素に気液分離し、分離された液体窒
素を液貯蔵蒸発部門の液体窒素貯槽内に貯液し、酸素の
増量運転時には、寒冷発生部門で気液分離により分離さ
れた加圧窒素ガスを、液貯蔵蒸発部門に導入し、該液貯
蔵蒸発部門で液体酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させるこ
とにより液化させて液体窒素貯槽内に貯液し、蒸発させ
た酸素ガスを前記熱交換部門へ送ることにより増量採取
し、酸素の原料運転時には、精留塔より導出されて前記
熱交換部門へ向かう酸素ガスの一部を、液貯蔵蒸発部門
に導入して、該液貯蔵蒸発部門で液体窒素貯槽内の液体
窒素を蒸発させることにより液化させて液体酸素貯槽内
に貯液し、蒸発させた窒素ガスを前記熱交換部門へ送る
ことを特徴としている。
圧縮部門，不純物除去部門，熱交換部門を経て、圧縮，
精製，冷却した原料空気を空気分離部門を精留塔で酸
素，窒素に液化分離し、少なくとも酸素を採取する空気
液化分離方法において、精留塔より導出される窒素ガス
の一部を、寒冷発生部門に導入して、該寒冷発生部門で
圧縮，冷却し、圧縮冷却された加圧窒素ガスの一部を分
岐して断熱膨張させて再び精留塔より導出される前記窒
素ガスと合流して圧縮して循環すると共に、分岐した残
りの加圧窒素ガスをさらに冷却して一部を液化させて加
圧窒素ガスと液体窒素に気液分離し、分離された液体窒
素を液貯蔵蒸発部門の液体窒素貯槽内に貯液し、酸素の
増量運転時には、寒冷発生部門で気液分離により分離さ
れた加圧窒素ガスを、液貯蔵蒸発部門に導入し、該液貯
蔵蒸発部門で液体酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させるこ
とにより液化させて液体窒素貯槽内に貯液し、蒸発させ
た酸素ガスを前記熱交換部門へ送ることにより増量採取
し、酸素の原料運転時には、精留塔より導出されて前記
熱交換部門へ向かう酸素ガスの一部を、液貯蔵蒸発部門
に導入して、該液貯蔵蒸発部門で液体窒素貯槽内の液体
窒素を蒸発させることにより液化させて液体酸素貯槽内
に貯液し、蒸発させた窒素ガスを前記熱交換部門へ送る
ことを特徴としている。
また、前記寒冷発生部門での窒素ガスの圧縮圧は、液体
酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させることにより自身が液
化する圧であること、気液分離した前記加圧窒素ガス
は、弁を介して循環する前記窒素ガスと合流させるこ
と、前記液体窒素貯槽内に貯液された液体窒素の一部を
精留塔に導入すること、前記寒冷発生部門に導入される
窒素ガスは、前記精留塔より導出される高純度低温窒素
ガスあるいは低純度低温窒素ガスであることを特徴とし
ている。
酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させることにより自身が液
化する圧であること、気液分離した前記加圧窒素ガス
は、弁を介して循環する前記窒素ガスと合流させるこ
と、前記液体窒素貯槽内に貯液された液体窒素の一部を
精留塔に導入すること、前記寒冷発生部門に導入される
窒素ガスは、前記精留塔より導出される高純度低温窒素
ガスあるいは低純度低温窒素ガスであることを特徴とし
ている。
本発明装置は、空気圧縮部門，不純物除去部門，熱交換
部門を経て、圧縮，精製，冷却した原料空気を空気分離
部門の精留塔で酸素，窒素に液化分離し、少なくとも酸
素を採取する空気液化分離装置において、精留塔より導
出される窒素ガスの一部を導入する寒冷発生部門と、液
体酸素貯槽及び該液体酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させ
る液体酸素蒸発器と液体窒素貯槽及び該液体窒素貯槽内
の液体窒素を蒸発させる液体窒素蒸発器を備えた液貯蔵
蒸発部門とを設け、前記寒冷発生部門は、前記窒素ガス
を圧縮する窒素圧縮機と、該窒素圧縮機導入前の窒素ガ
スを加温すると共に窒素圧縮機導出後の加圧窒素ガスを
冷却する熱交換器と、該熱交換器の途中から一部を抜き
出した加圧窒素ガスを断熱膨張させる膨張タービンと、
該膨張タービンで膨張した窒素ガスを熱交換器導入前の
窒素ガスと合流させて前記熱交換器，窒素圧縮機，熱交
換器，膨張タービンを循環させる循環経路と、熱交換器
から導出した残りの加圧窒素ガス及び該熱交換器の冷却
により液化した液体窒素を夫々液貯蔵蒸発部門に導入す
る経路と、熱交換器から導出した前記残りの加圧窒素を
ガスを膨張させて精留塔より導出される前記窒素ガスの
一部と合流させる経路とを備え、前記液貯蔵蒸発部門
は、前記残りの加圧窒素ガスを液体酸素蒸発器に導入す
る経路と、該液体酸素蒸発器で液体酸素貯槽内の液体酸
素を蒸発させることにより液化した液体窒素を液体窒素
貯槽に導入する経路と、蒸発した酸素ガスを精留塔から
導出する酸素ガスと合流させる経路と、精留塔より導出
される酸素ガスの一部を、液体窒素蒸発器に導入する経
路と、該液体窒素蒸発器で液体窒素貯槽内の液体窒素を
蒸発させることにより液化した液体酸素を液体酸素貯槽
に導入する経路と、蒸発した窒素ガスを精留塔から導出
する窒素ガスと合流させる経路と、前記寒冷発生部門か
ら導入される液体窒素を液体窒素貯槽に導入する経路と
を備えたことを特徴としている。
部門を経て、圧縮，精製，冷却した原料空気を空気分離
部門の精留塔で酸素，窒素に液化分離し、少なくとも酸
素を採取する空気液化分離装置において、精留塔より導
出される窒素ガスの一部を導入する寒冷発生部門と、液
体酸素貯槽及び該液体酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させ
る液体酸素蒸発器と液体窒素貯槽及び該液体窒素貯槽内
の液体窒素を蒸発させる液体窒素蒸発器を備えた液貯蔵
蒸発部門とを設け、前記寒冷発生部門は、前記窒素ガス
を圧縮する窒素圧縮機と、該窒素圧縮機導入前の窒素ガ
スを加温すると共に窒素圧縮機導出後の加圧窒素ガスを
冷却する熱交換器と、該熱交換器の途中から一部を抜き
出した加圧窒素ガスを断熱膨張させる膨張タービンと、
該膨張タービンで膨張した窒素ガスを熱交換器導入前の
窒素ガスと合流させて前記熱交換器，窒素圧縮機，熱交
換器，膨張タービンを循環させる循環経路と、熱交換器
から導出した残りの加圧窒素ガス及び該熱交換器の冷却
により液化した液体窒素を夫々液貯蔵蒸発部門に導入す
る経路と、熱交換器から導出した前記残りの加圧窒素を
ガスを膨張させて精留塔より導出される前記窒素ガスの
一部と合流させる経路とを備え、前記液貯蔵蒸発部門
は、前記残りの加圧窒素ガスを液体酸素蒸発器に導入す
る経路と、該液体酸素蒸発器で液体酸素貯槽内の液体酸
素を蒸発させることにより液化した液体窒素を液体窒素
貯槽に導入する経路と、蒸発した酸素ガスを精留塔から
導出する酸素ガスと合流させる経路と、精留塔より導出
される酸素ガスの一部を、液体窒素蒸発器に導入する経
路と、該液体窒素蒸発器で液体窒素貯槽内の液体窒素を
蒸発させることにより液化した液体酸素を液体酸素貯槽
に導入する経路と、蒸発した窒素ガスを精留塔から導出
する窒素ガスと合流させる経路と、前記寒冷発生部門か
ら導入される液体窒素を液体窒素貯槽に導入する経路と
を備えたことを特徴としている。
また、前記液貯蔵蒸発部門の液体窒素貯槽内に貯液され
た液体窒素の一部を精留塔に導入する経路を設けたこ
と、前記熱交換器の出口に、熱交換器から導出した残り
の加圧窒素ガス及び該熱交換器の冷却により液化した液
体窒素を導入する気液分離器を設け、該気液分離器の液
相部に、前記液体窒素を液体窒素貯槽に導入する経路を
接続し、前記気液分離器の気相部に、前記加圧窒素ガス
を液体酸素蒸発器に導入する経路と該加圧窒素ガスを膨
張させて前記熱交換器導入前の窒素ガスと合流させる経
路とを接続したことを特徴としている。
た液体窒素の一部を精留塔に導入する経路を設けたこ
と、前記熱交換器の出口に、熱交換器から導出した残り
の加圧窒素ガス及び該熱交換器の冷却により液化した液
体窒素を導入する気液分離器を設け、該気液分離器の液
相部に、前記液体窒素を液体窒素貯槽に導入する経路を
接続し、前記気液分離器の気相部に、前記加圧窒素ガス
を液体酸素蒸発器に導入する経路と該加圧窒素ガスを膨
張させて前記熱交換器導入前の窒素ガスと合流させる経
路とを接続したことを特徴としている。
このように構成することにより、酸素増量運転時には、
液体酸素貯槽の液体酸素を寒冷発生部門から導入される
低温加圧窒素により蒸発ガス化して精留塔から発生する
酸素ガスと合流させると共に、加圧窒素を液化して液体
窒素貯槽に貯液し、液体酸素蒸発用に使用したために不
足する寒冷発生部門の循環系統に精留塔から低圧低温窒
素ガスを補給し、液体酸素蒸発用加圧窒素ガスを供給す
ることにより膨張タービにて処理する加圧窒素ガスが不
足することに対応して膨張タービンの処理量を絞り、酸
素減量運転時には、精留塔から発生する酸素の一部を液
体窒素貯槽の液体窒素により液化して液体酸素貯槽に貯
液すると共に、蒸発した窒素ガスを精留塔から発生する
低圧低温窒素ガス系統に合流させるようにして、酸素の
需要変動に応じて、酸素増量運転時には液体酸素を蒸発
させ、酸素減量運転時には酸素ガスを液化して貯液して
も、精留部門での精留条件，熱交換部門での温度バラン
ス，寒冷発生部門の物質収支は変化せずに大幅な増減量
運転を安定して行える。
液体酸素貯槽の液体酸素を寒冷発生部門から導入される
低温加圧窒素により蒸発ガス化して精留塔から発生する
酸素ガスと合流させると共に、加圧窒素を液化して液体
窒素貯槽に貯液し、液体酸素蒸発用に使用したために不
足する寒冷発生部門の循環系統に精留塔から低圧低温窒
素ガスを補給し、液体酸素蒸発用加圧窒素ガスを供給す
ることにより膨張タービにて処理する加圧窒素ガスが不
足することに対応して膨張タービンの処理量を絞り、酸
素減量運転時には、精留塔から発生する酸素の一部を液
体窒素貯槽の液体窒素により液化して液体酸素貯槽に貯
液すると共に、蒸発した窒素ガスを精留塔から発生する
低圧低温窒素ガス系統に合流させるようにして、酸素の
需要変動に応じて、酸素増量運転時には液体酸素を蒸発
させ、酸素減量運転時には酸素ガスを液化して貯液して
も、精留部門での精留条件，熱交換部門での温度バラン
ス，寒冷発生部門の物質収支は変化せずに大幅な増減量
運転を安定して行える。
本発明の方法及び装置の一実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
下部塔１，凝縮器２，上部塔３を有する複式精留塔４の
上部塔３の上部には窒素出口経路５が接続され、上部塔
３の下部には酸素出口経路６が接続され、窒素出口経路
５には経路７を介して寒冷発生部門８が接続され、酸素
出口経路６には経路９を介して液貯蔵蒸発部門１０が接
続されている。空気分離部門である前記複式精留塔４に
は、図示しない空気圧縮部門，不純物除去部門，熱交換
部門を経て、圧縮，精製，冷却した原料空気が導入さ
れ、精留により酸素，窒素を液化分離する。
上部塔３の上部には窒素出口経路５が接続され、上部塔
３の下部には酸素出口経路６が接続され、窒素出口経路
５には経路７を介して寒冷発生部門８が接続され、酸素
出口経路６には経路９を介して液貯蔵蒸発部門１０が接
続されている。空気分離部門である前記複式精留塔４に
は、図示しない空気圧縮部門，不純物除去部門，熱交換
部門を経て、圧縮，精製，冷却した原料空気が導入さ
れ、精留により酸素，窒素を液化分離する。
前記寒冷発生部門８は、窒素ガスを圧縮する窒素圧縮機
１１と、該窒素圧縮機１１導入前の窒素ガスを加温する
と共に窒素圧縮機１１導出後の加圧窒素ガスを冷却する
熱交換器１２と、該熱交換器１２の途中から一部を抜き
出した加圧窒素ガスを断熱膨張させる膨張タービン１３
と、熱交換器１２から導出した残りの加圧窒素ガス及び
該熱交換器１２の冷却により変化した液体窒素を導入し
て気液分離する気液分離器１４と、前記経路７に連結さ
れる窒素ガス導入経路１５と、該経路１５に連結して熱
交換器１２を通って窒素圧縮機１１に連結する経路１６
と、窒素圧縮機１１から熱交換器１２を通って気液分離
器１４に接続する経路１７と、この経路１７から熱交換
器１２の途中で分岐して膨張タービン１３に接続する経
路１８と、膨張タービン１３で膨張した窒素ガスを熱交
換器１２導入前の窒素ガスと合流させて前記熱交換器１
２，窒素圧縮機１１，熱交換器１２，膨張タービン１３
を循環させる循環経路１９と、気液分離器１４の液相部
に接続し、前記液体窒素を前記液貯蔵蒸発部門１０に導
入する経路２０と、気液分離器１４の気相部に接続し、
前記加圧窒素ガスを前記液貯蔵蒸発部門１０に導入する
経路２１と、該加圧窒素ガスを弁２２で膨張させて前記
窒素ガス導入経路１５に合流させる経路２３とを備えて
いる。
１１と、該窒素圧縮機１１導入前の窒素ガスを加温する
と共に窒素圧縮機１１導出後の加圧窒素ガスを冷却する
熱交換器１２と、該熱交換器１２の途中から一部を抜き
出した加圧窒素ガスを断熱膨張させる膨張タービン１３
と、熱交換器１２から導出した残りの加圧窒素ガス及び
該熱交換器１２の冷却により変化した液体窒素を導入し
て気液分離する気液分離器１４と、前記経路７に連結さ
れる窒素ガス導入経路１５と、該経路１５に連結して熱
交換器１２を通って窒素圧縮機１１に連結する経路１６
と、窒素圧縮機１１から熱交換器１２を通って気液分離
器１４に接続する経路１７と、この経路１７から熱交換
器１２の途中で分岐して膨張タービン１３に接続する経
路１８と、膨張タービン１３で膨張した窒素ガスを熱交
換器１２導入前の窒素ガスと合流させて前記熱交換器１
２，窒素圧縮機１１，熱交換器１２，膨張タービン１３
を循環させる循環経路１９と、気液分離器１４の液相部
に接続し、前記液体窒素を前記液貯蔵蒸発部門１０に導
入する経路２０と、気液分離器１４の気相部に接続し、
前記加圧窒素ガスを前記液貯蔵蒸発部門１０に導入する
経路２１と、該加圧窒素ガスを弁２２で膨張させて前記
窒素ガス導入経路１５に合流させる経路２３とを備えて
いる。
前記液貯蔵蒸発部門１０は、液体酸素貯相２４と、液体
窒素貯相２５と、液体酸素貯相２４内の液体酸素を蒸発
させる液体酸素蒸発器２６と、液体窒素貯槽２５内の液
体窒素を蒸発させる液体窒素蒸発器２７とを有してお
り、気液分離器１４から液体窒素を導入する前記経路２
０が弁２８を介して液体窒素貯槽２５に接続し、気液分
離器１４から加圧窒素ガスを導入する経路２１が液体酸
素蒸発器２６，弁２９，経路３０を介して接続してい
る。さらに、液体窒素貯槽２５には、経路７に連通する
窒素ガス導出経路３１と、液体窒素ポンプ３２，弁３３
を介して必要な寒冷を精留塔４の上部筒３上段に補給す
る経路３４とが接続されている。
窒素貯相２５と、液体酸素貯相２４内の液体酸素を蒸発
させる液体酸素蒸発器２６と、液体窒素貯槽２５内の液
体窒素を蒸発させる液体窒素蒸発器２７とを有してお
り、気液分離器１４から液体窒素を導入する前記経路２
０が弁２８を介して液体窒素貯槽２５に接続し、気液分
離器１４から加圧窒素ガスを導入する経路２１が液体酸
素蒸発器２６，弁２９，経路３０を介して接続してい
る。さらに、液体窒素貯槽２５には、経路７に連通する
窒素ガス導出経路３１と、液体窒素ポンプ３２，弁３３
を介して必要な寒冷を精留塔４の上部筒３上段に補給す
る経路３４とが接続されている。
液体酸素貯槽２４は、前記経路９に酸素ガス導入経路３
５，液体窒素蒸発器２７，経路３６，弁３７を介して連
通する前記経路９が接続され、また、経路９に連通する
酸素ガス導出経路３８が接続されている。
５，液体窒素蒸発器２７，経路３６，弁３７を介して連
通する前記経路９が接続され、また、経路９に連通する
酸素ガス導出経路３８が接続されている。
次に、このように構成された空気液分離装置において、
例えば、酸素の需要変動が最大量１５，０００m3／ｈ，
最小量５，０００m3／ｈ，平均需要量１０，０００m3／
ｈで、定格１０，０００m3／ｈの酸素を生産する精留塔
４を備えた空気液化分離装置を設置した場合における酸
素の増減量運転方法について説明する。
例えば、酸素の需要変動が最大量１５，０００m3／ｈ，
最小量５，０００m3／ｈ，平均需要量１０，０００m3／
ｈで、定格１０，０００m3／ｈの酸素を生産する精留塔
４を備えた空気液化分離装置を設置した場合における酸
素の増減量運転方法について説明する。
酸素増量運転の場合は、製品酸素と同品質の液体酸素を
需要変動に対応して運転するのに必要な量が貯液されて
いる液体酸素貯槽２４の液体酸素を液体酸素蒸発器２６
に導入される加圧窒素ガスにより加温して蒸発させ、加
圧窒素ガスは液化して経路３０，弁２９を経て液体窒素
貯槽２５に貯液される。
需要変動に対応して運転するのに必要な量が貯液されて
いる液体酸素貯槽２４の液体酸素を液体酸素蒸発器２６
に導入される加圧窒素ガスにより加温して蒸発させ、加
圧窒素ガスは液化して経路３０，弁２９を経て液体窒素
貯槽２５に貯液される。
蒸発した酸素ガスは経路３８，経路９を経て酸素出口経
路６に合流する。この場合は、液体酸素貯槽２４から酸
素を５，０００m3／ｈ蒸発させて対応する。
路６に合流する。この場合は、液体酸素貯槽２４から酸
素を５，０００m3／ｈ蒸発させて対応する。
そして、酸素生産量が定格より５，０００m3／ｈ多く生
産されるので、酸素出口経路６の通る熱交換部門の低温
ガス量が５，０００m3／ｈ増加して熱交換部門の温度バ
ランスが崩れることになるが、温度バランスを一定に保
つ為に窒素出口経路５に流れる窒素ガスを約５，０００
m3／ｈ抜き出して、管７及び管１５より寒冷発生部門８
に導入する。
産されるので、酸素出口経路６の通る熱交換部門の低温
ガス量が５，０００m3／ｈ増加して熱交換部門の温度バ
ランスが崩れることになるが、温度バランスを一定に保
つ為に窒素出口経路５に流れる窒素ガスを約５，０００
m3／ｈ抜き出して、管７及び管１５より寒冷発生部門８
に導入する。
寒冷発生部門８に導入された窒素ガスは、経路１６を経
て熱交換器１２を通り窒素圧縮機１１に吸入され、液体
酸素貯槽２４の液体酸素を蒸発しうる中圧に加圧され、
経路１７を経て熱交換器１２にて経路１６から導入され
る窒素ガスと熱交換して冷却され、一部は熱交換器１２
の途中で経路１７から分岐する経路１８により抜き出さ
れて膨張タービン１３で断熱膨張し、この空気液化分離
装置に必要な寒冷を発生して循環経路１９を経て経路１
６に合流して循環され、残りの加圧窒素ガスはさらに冷
却されて一部は液化して気液分離器１４に導入され、分
離した液体窒素は経路２０，弁２８を経て液体窒素貯槽
２５に貯液され、液化されない加圧窒素ガスは経路２１
を経て液体酸素蒸発器２６を通り、液体酸素を蒸発させ
るとともに液化して液体窒素貯槽２５に貯液される。
て熱交換器１２を通り窒素圧縮機１１に吸入され、液体
酸素貯槽２４の液体酸素を蒸発しうる中圧に加圧され、
経路１７を経て熱交換器１２にて経路１６から導入され
る窒素ガスと熱交換して冷却され、一部は熱交換器１２
の途中で経路１７から分岐する経路１８により抜き出さ
れて膨張タービン１３で断熱膨張し、この空気液化分離
装置に必要な寒冷を発生して循環経路１９を経て経路１
６に合流して循環され、残りの加圧窒素ガスはさらに冷
却されて一部は液化して気液分離器１４に導入され、分
離した液体窒素は経路２０，弁２８を経て液体窒素貯槽
２５に貯液され、液化されない加圧窒素ガスは経路２１
を経て液体酸素蒸発器２６を通り、液体酸素を蒸発させ
るとともに液化して液体窒素貯槽２５に貯液される。
液体酸素蒸発器２６に送り得ない余剰の加圧窒素ガスが
ある場合には、経路２３，弁２２を通って膨張降圧後、
経路１６の圧縮前の窒素ガスに合流し、循環使用され
る。液体酸素蒸発器２６に送られる加圧窒素ガスは、酸
素増量時には増量酸素に相当する量が使用されるので、
このとき膨張タービン１３に送られる窒素ガスは絞られ
ることになり、循環窒素量が不足すると経路１５ら窒素
ガスが補給される。
ある場合には、経路２３，弁２２を通って膨張降圧後、
経路１６の圧縮前の窒素ガスに合流し、循環使用され
る。液体酸素蒸発器２６に送られる加圧窒素ガスは、酸
素増量時には増量酸素に相当する量が使用されるので、
このとき膨張タービン１３に送られる窒素ガスは絞られ
ることになり、循環窒素量が不足すると経路１５ら窒素
ガスが補給される。
精留塔４が熱バランス上安定運転を行うための寒冷とし
ては、液体窒素貯槽２５から経路３４，ポンプ３２，弁
３３を経て必要寒冷に相当する液体窒素が精留塔４に注
入される。
ては、液体窒素貯槽２５から経路３４，ポンプ３２，弁
３３を経て必要寒冷に相当する液体窒素が精留塔４に注
入される。
これにより、精留塔４の精留条件，熱交換部門の熱バラ
ンス，寒冷発生部門の物質バランスを一定にしている。
ンス，寒冷発生部門の物質バランスを一定にしている。
次に酸素の減量運転の場合は、精留塔４より定格として
発生する酸素１０，０００m3／ｈを、酸素出口経路６か
ら５，０００m3／ｈ抜き出して対応する。抜き出された
酸素ガスは、経路９，経路３５を経て液体窒素蒸発器２
７で液体窒素貯槽２５の液体窒素を蒸発すると共に、液
化して経路３６，弁３７を通って液体酸素貯槽２４に貯
液される。
発生する酸素１０，０００m3／ｈを、酸素出口経路６か
ら５，０００m3／ｈ抜き出して対応する。抜き出された
酸素ガスは、経路９，経路３５を経て液体窒素蒸発器２
７で液体窒素貯槽２５の液体窒素を蒸発すると共に、液
化して経路３６，弁３７を通って液体酸素貯槽２４に貯
液される。
蒸発した窒素ガスは経路３１，経路７を経て窒素出口経
路５に合流する。したがって窒素出口経路５の通る熱交
換部門では、酸素ガスの減量分だけ窒素ガスが増量され
るので、精留条件も熱交換部門の温度バランスも不変で
あり、また、この場合寒冷発生部門の物質収支も不変で
ある。
路５に合流する。したがって窒素出口経路５の通る熱交
換部門では、酸素ガスの減量分だけ窒素ガスが増量され
るので、精留条件も熱交換部門の温度バランスも不変で
あり、また、この場合寒冷発生部門の物質収支も不変で
ある。
以上のように、本発明に係る空気液化分離方法及び装置
は、空気圧縮部門，不純物除去部門，熱交換部門，精留
塔廻りの機器，経路，弁を備えた空気分離部門と、少な
くとも窒素圧縮機と熱交換器と膨張タービンを備え窒素
を循環使用して本装置に必要な寒冷を発生させる寒冷発
生部門と、需要変動に対応するための液貯蔵蒸発部門と
で構成されており、需要変動には寒冷発生部門の膨張タ
ービン量の変動で対応している。しかも、この膨張ター
ビン量の変動による寒冷の変動は、液貯槽の貯液量の変
動であるから、精留部門では需要変動に対して精留条件
の変化は起らず、熱交換部門も酸素の増減量に対して窒
素が減増するから合計の物質バランスも熱バランスも変
化しない。
は、空気圧縮部門，不純物除去部門，熱交換部門，精留
塔廻りの機器，経路，弁を備えた空気分離部門と、少な
くとも窒素圧縮機と熱交換器と膨張タービンを備え窒素
を循環使用して本装置に必要な寒冷を発生させる寒冷発
生部門と、需要変動に対応するための液貯蔵蒸発部門と
で構成されており、需要変動には寒冷発生部門の膨張タ
ービン量の変動で対応している。しかも、この膨張ター
ビン量の変動による寒冷の変動は、液貯槽の貯液量の変
動であるから、精留部門では需要変動に対して精留条件
の変化は起らず、熱交換部門も酸素の増減量に対して窒
素が減増するから合計の物質バランスも熱バランスも変
化しない。
したがって、従来の空気液化分離方法及び装置よりも大
幅な増減量運転を行えるにも拘らず、安定した運転とな
り酸素，窒素はもとよりアルゴンも高い収率で安定して
採取することが可能である。
幅な増減量運転を行えるにも拘らず、安定した運転とな
り酸素，窒素はもとよりアルゴンも高い収率で安定して
採取することが可能である。
液貯蔵蒸発部門では、酸素増量運転時に液体酸素を蒸発
すると共に液体窒素が貯液され、酸素減量運転時に余分
の酸素を液化すると共に液体窒素を蒸発するので、基本
的には液体酸素，液体窒素貯液量の合計は不変であるか
ら寒冷の調節も不要である。
すると共に液体窒素が貯液され、酸素減量運転時に余分
の酸素を液化すると共に液体窒素を蒸発するので、基本
的には液体酸素，液体窒素貯液量の合計は不変であるか
ら寒冷の調節も不要である。
寒冷発生部門は、装置に必要な寒冷を発生させると共に
酸素の需要変動に対応して液体酸素，液体窒素の変換を
効率よく運転させるための設備である。したがって、従
来の通常の空気液化分離部門に附属する寒冷発生部門と
して存在する膨張タービンを除去して寒冷発生部門の膨
張タービで必要な寒冷を発生させることを基本としてい
るが、従来の膨張タービを設置したまま寒冷発生部の膨
張タービと組合せて総合的に最適な量を選択して使用す
ることもできる。
酸素の需要変動に対応して液体酸素，液体窒素の変換を
効率よく運転させるための設備である。したがって、従
来の通常の空気液化分離部門に附属する寒冷発生部門と
して存在する膨張タービンを除去して寒冷発生部門の膨
張タービで必要な寒冷を発生させることを基本としてい
るが、従来の膨張タービを設置したまま寒冷発生部の膨
張タービと組合せて総合的に最適な量を選択して使用す
ることもできる。
また、装置に必要な寒冷は、寒冷発生部門で液化された
窒素と、寒冷発生部門から抜き出されて液体酸素蒸発器
で液体酸素を蒸発する際に液化する窒素とを貯液する液
体窒素貯液槽からの液体窒素を注入することにより補給
されているので、寒冷発生部門の運転を停止しても装置
の運転を行うことができる。
窒素と、寒冷発生部門から抜き出されて液体酸素蒸発器
で液体酸素を蒸発する際に液化する窒素とを貯液する液
体窒素貯液槽からの液体窒素を注入することにより補給
されているので、寒冷発生部門の運転を停止しても装置
の運転を行うことができる。
したがって、寒冷発生部門の容量を自由に決めることが
でき、例えば、液体酸素あるいは液体窒素を製品として
採取しようとすれば、寒冷発生部門の容量を大きくすれ
ばよく、また、通常の空気液化装置のように循環圧縮機
（窒素圧縮機）の運転圧力を高くしたり、さらに、寒冷
を有効に発生させるためにフロン冷凍装置を設置した
り、高圧膨張タービンを設置することもでき、必要に応
じて寒冷発生部の運転を停止することもできる。
でき、例えば、液体酸素あるいは液体窒素を製品として
採取しようとすれば、寒冷発生部門の容量を大きくすれ
ばよく、また、通常の空気液化装置のように循環圧縮機
（窒素圧縮機）の運転圧力を高くしたり、さらに、寒冷
を有効に発生させるためにフロン冷凍装置を設置した
り、高圧膨張タービンを設置することもでき、必要に応
じて寒冷発生部の運転を停止することもできる。
このため、寒冷発生部門は低価格電力の夜間のみ運転を
行い昼間は運転を停止することが可能となる。この場合
寒冷発生部門は平均液発生量に対して装置の規模が大き
くなるが、昼夜の電力費の差が大きく、また低価格電力
の時間帯が長いと充分経済的効果がでてくる。
行い昼間は運転を停止することが可能となる。この場合
寒冷発生部門は平均液発生量に対して装置の規模が大き
くなるが、昼夜の電力費の差が大きく、また低価格電力
の時間帯が長いと充分経済的効果がでてくる。
尚、本発明に係る空気液化分離方法及び装置は、通常の
空気液化分離装置と同様に窒素も製品として採取できる
ので、寒冷発生部門の循環窒素及び液体窒素貯槽の窒素
は、高純度窒素でも低純度窒素でもよい。
空気液化分離装置と同様に窒素も製品として採取できる
ので、寒冷発生部門の循環窒素及び液体窒素貯槽の窒素
は、高純度窒素でも低純度窒素でもよい。
また、液体酸素蒸発器及び液体窒素蒸発器は、それぞれ
貯槽に組込まれていても別置であってもよい。
貯槽に組込まれていても別置であってもよい。
本発明は以上のように、精留塔より導出される窒素ガス
の一部を、寒冷発生部門に導入して、該寒冷発生部門で
圧縮，冷却し、圧縮冷却された加圧窒素ガスの一部を分
岐して断熱膨張させて再び精留塔より導出される前記窒
素ガスと合流して圧縮して循環すると共に、分岐した残
りの加圧窒素ガスをさらに冷却して一部を液化させて加
圧窒素ガスと液体窒素に気液分離し、分離された液体窒
素を液貯蔵蒸発部門の液体窒素貯槽内に貯液し、酸素の
増量運転時には、寒冷発生部門で気液分離により分離さ
れた加圧窒素ガスを、液貯蔵蒸発部門に導入し、該液貯
蔵蒸発部門で液体酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させるこ
とにより液化させて液体窒素貯槽内に貯液し、蒸発させ
た酸素ガスを前記熱交換部門へ送ることにより増量採取
し、酸素の減量運転時には、精留塔より導出されて前記
熱交換部門へ向かう酸素ガスの一部を、液貯蔵蒸発部門
に導入して、該液貯蔵蒸発部門で液体窒素貯槽内の液体
窒素を蒸発させることにより液化させて液体酸素貯槽内
に貯液し、蒸発させた窒素ガスを前記熱交換部門へ送る
ので、精留条件の変動をなくして大幅な酸素の増減量運
転ができ、アルゴン採取も高収率で行えるとともに夜間
の低価格電力を効率よく使用することができる。
の一部を、寒冷発生部門に導入して、該寒冷発生部門で
圧縮，冷却し、圧縮冷却された加圧窒素ガスの一部を分
岐して断熱膨張させて再び精留塔より導出される前記窒
素ガスと合流して圧縮して循環すると共に、分岐した残
りの加圧窒素ガスをさらに冷却して一部を液化させて加
圧窒素ガスと液体窒素に気液分離し、分離された液体窒
素を液貯蔵蒸発部門の液体窒素貯槽内に貯液し、酸素の
増量運転時には、寒冷発生部門で気液分離により分離さ
れた加圧窒素ガスを、液貯蔵蒸発部門に導入し、該液貯
蔵蒸発部門で液体酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させるこ
とにより液化させて液体窒素貯槽内に貯液し、蒸発させ
た酸素ガスを前記熱交換部門へ送ることにより増量採取
し、酸素の減量運転時には、精留塔より導出されて前記
熱交換部門へ向かう酸素ガスの一部を、液貯蔵蒸発部門
に導入して、該液貯蔵蒸発部門で液体窒素貯槽内の液体
窒素を蒸発させることにより液化させて液体酸素貯槽内
に貯液し、蒸発させた窒素ガスを前記熱交換部門へ送る
ので、精留条件の変動をなくして大幅な酸素の増減量運
転ができ、アルゴン採取も高収率で行えるとともに夜間
の低価格電力を効率よく使用することができる。
図は本発明の一実施例の要部を示す系統図である。 ４……精留塔、５……窒素出口経路、６……酸素出口経
路、７……経路、８……寒冷発生部門、９……経路、１
０……液貯蔵蒸発部門、１１……窒素圧縮機、１２……
熱交換器、１３……膨張タービン、１４……気液分離
器、１９……循環経路、２４……液体酸素貯槽、２５…
…液体窒素貯槽、２６……液体酸素蒸発器、２７……液
体窒素蒸発器
路、７……経路、８……寒冷発生部門、９……経路、１
０……液貯蔵蒸発部門、１１……窒素圧縮機、１２……
熱交換器、１３……膨張タービン、１４……気液分離
器、１９……循環経路、２４……液体酸素貯槽、２５…
…液体窒素貯槽、２６……液体酸素蒸発器、２７……液
体窒素蒸発器
Claims (9)
- 【請求項１】空気圧縮部門，不純物除去部門，熱交換部
門を経て、圧縮，精製，冷却した原料空気を空気分離部
門の精留塔で酸素，窒素に液化分離し、少なくとも酸素
を採取する空気液化分離方法において、 精留塔より導出される窒素ガスの一部を、寒冷発生部門
に導入して、該寒冷発生部門で圧縮，冷却し、圧縮冷却
された加圧窒素ガスの一部を分岐して断熱膨張させて再
び精留塔より導出される前記窒素ガスと合流して圧縮し
て循環すると共に、分岐した残りの加圧窒素ガスをさら
に冷却して一部を液化させて加圧窒素ガスと液化窒素に
気液分離し、分離された液体窒素を液貯蔵蒸発部門の液
体窒素貯槽内に貯液し、 酸素の増量運転時には、寒冷発生部門で気液分離により
分離された加圧窒素ガスを、液貯蔵蒸発部門に導入し、
該液貯蔵蒸発部門で液体酸素貯槽内の液体酸素を蒸発さ
せることにより液化させて液体窒素貯槽内に貯液し、蒸
発させた酸素ガスを前記熱交換部門へ送ることにより増
量採取し、 酸素の減量運転時には、精留塔より導出されて前記熱交
換部門へ向かう酸素ガスの一部を、液貯蔵蒸発部門に導
入して、該液貯蔵蒸発部門で液体窒素貯槽内の液体窒素
を蒸発させることにより液化させて液体酸素貯槽内に貯
液し、蒸発させた窒素ガスを前記熱交換部門へ送る ことを特徴とする酸素の需要変動に適した空気液化分離
方法。 - 【請求項２】前記寒冷発生部門での窒素ガスの圧縮圧
は、液体酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させることにより
自身が液化する圧であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の酸素の需要変動に適した空気液化分離方
法。 - 【請求項３】気液分離した前記加圧窒素ガスは、弁を介
して循環する前記窒素ガスと合流させることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の酸素の需要変動に適した
空気液化分離方法。 - 【請求項４】前記液体窒素貯槽内に貯液された液体窒素
の一部を精留塔に導入することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の酸素の需要変動に適した空気液化分離
方法。 - 【請求項５】前記寒冷発生部門に導入される窒素ガス
は、前記精留塔より導出される高純度低温窒素ガスであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸素の
需要変動に適した空気液化分離方法。 - 【請求項６】前記寒冷発生部門に導入される窒素ガス
は、前記精留塔より導出される低純度低温窒素ガスであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸素の
需要変動に適した空気液化分離方法。 - 【請求項７】空気圧縮部門，不純物除去部門，熱交換部
門を経て、圧縮，精製，冷却した原料空気を空気分離部
門の精留塔で酸素，窒素に液化分離し、少なくとも酸素
を採取する空気液化分離装置において、 精留塔よりも導出される窒素ガスの一部を導入する寒冷
発生部門と、液体酸素貯槽及び該液体酸素貯槽内の液体
酸素を蒸発させる液体酸素蒸発器と液体窒素貯槽及び該
液体窒素貯槽内の液体窒素を蒸発させる液体窒素蒸発器
を備えた液貯蔵蒸発部門とを設け、 前記寒冷発生部門は、前記窒素ガスを圧縮する窒素圧縮
機と、該窒素圧縮機導入前の窒素ガスを加温すると共に
窒素圧縮機導出後の加圧窒素ガスを冷却する熱交換器
と、該熱交換器の途中から一部を抜き出した加圧窒素ガ
スを断熱膨張させる膨張タービンと、該膨張タービンで
膨張した窒素ガスを熱交換器導入前の窒素ガスと合流さ
せて前記熱交換器，窒素圧縮機，熱交換器，膨張タービ
ンを循環させる循環経路と、熱交換器から導出した残り
の加圧窒素ガス及び該熱交換器の冷却により液化した液
体窒素を夫々液貯蔵蒸発部門に導入する経路と、熱交換
器から導出した前記残りの加圧窒素ガスを膨張させて精
留塔より導出される前記窒素ガスの一部と合流させる経
路とを備え、 前記液貯蔵蒸発部門は、前記残りの加圧窒素ガスを液体
酸素蒸発器に導入する経路と、該液体酸素蒸発器で液体
酸素貯槽内の液体酸素を蒸発させることにより液化した
液体窒素を液体窒素貯槽に導入する経路と、蒸発した酸
素ガスを精留塔から導出する酸素ガスと合流させる経路
と、精留塔より導出される酸素ガスの一部を、液体窒素
蒸発器に導入する経路と、該液体窒素蒸発器で液体窒素
貯槽内の液体窒素を蒸発させることにより液化した液体
酸素を液体酸素貯槽に導入する経路と、蒸発した窒素ガ
スを精留塔から導出する窒素ガスと合流させる経路と、
前記寒冷発生部門から導入される液体窒素を液体窒素貯
槽に導入する経路とを備えた ことを特徴とする酸素の需要変動に適した空気液化分離
装置。 - 【請求項８】前記液貯蔵蒸発部門の液体窒素貯槽内に貯
液された液体窒素の一部を精留塔に導入する経路を設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の酸素の
需要変動に適した空気液化分離装置。 - 【請求項９】前記熱交換器の出口に、熱交換器から導出
した残りの加圧窒素ガス及び該熱交換器の冷却により液
化した液体窒素を導入する気液分離器を設け、該気液分
離器の液相部に、前記液体窒素を液体窒素貯槽に導入す
る経路を接続し、前記気液分離器の気相部に、前記加圧
窒素ガスを液体酸素蒸発器に導入する経路と該加圧窒素
ガスを膨張させて前記熱交換器導入前の窒素ガスと合流
させる経路とを接続したことを特徴とする特許請求の範
囲第７項記載の酸素の需要変動に適した空気液化分離装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7056285A JPH0627620B2 (ja) | 1985-04-03 | 1985-04-03 | 酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7056285A JPH0627620B2 (ja) | 1985-04-03 | 1985-04-03 | 酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61231380A JPS61231380A (ja) | 1986-10-15 |
| JPH0627620B2 true JPH0627620B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=13435096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7056285A Expired - Lifetime JPH0627620B2 (ja) | 1985-04-03 | 1985-04-03 | 酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627620B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3007838U (ja) * | 1994-08-12 | 1995-02-28 | エブリスペットフード株式会社 | シュリンク包装用フィルム及びシュリンク包装体 |
| CN110160315A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-23 | 兰文旭 | 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5141543A (en) * | 1991-04-26 | 1992-08-25 | Air Products And Chemicals, Inc. | Use of liquefied natural gas (LNG) coupled with a cold expander to produce liquid nitrogen |
| JPH05340666A (ja) * | 1992-06-11 | 1993-12-21 | Kobe Steel Ltd | 超高純度窒素の製造装置および方法 |
| JP5244491B2 (ja) * | 2008-07-29 | 2013-07-24 | エア・ウォーター株式会社 | 空気分離装置 |
| CN110319652B (zh) * | 2019-06-25 | 2024-05-14 | 杭州杭氧化医工程有限公司 | 一种用于储释能的空气分离制氧装置 |
-
1985
- 1985-04-03 JP JP7056285A patent/JPH0627620B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3007838U (ja) * | 1994-08-12 | 1995-02-28 | エブリスペットフード株式会社 | シュリンク包装用フィルム及びシュリンク包装体 |
| CN110160315A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-23 | 兰文旭 | 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法 |
| CN110160315B (zh) * | 2019-06-13 | 2024-04-12 | 兰文旭 | 一种利用夜间廉价电力的液体空分装置及生产方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61231380A (ja) | 1986-10-15 |
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