JPH07111301B2 - 空気分離装置 - Google Patents
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- JPH07111301B2 JPH07111301B2 JP5146347A JP14634793A JPH07111301B2 JP H07111301 B2 JPH07111301 B2 JP H07111301B2 JP 5146347 A JP5146347 A JP 5146347A JP 14634793 A JP14634793 A JP 14634793A JP H07111301 B2 JPH07111301 B2 JP H07111301B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、原料空気中に存在す
る一酸化炭素および水素を予め酸化除去し極めて高純度
の酸素ガスを製造できる空気分離装置に関するものであ
る。
る一酸化炭素および水素を予め酸化除去し極めて高純度
の酸素ガスを製造できる空気分離装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】電子工業では極めて多量の窒素ガスを使
用しているが、部品精度維持向上の観点から窒素ガスの
純度について厳しい要望をだしてきている。このため、
本発明者は図５に示すような、高純度窒素ガスを製造し
うる空気分離装置を開発し、本件出願に先だつ昭和５９
年７月１３日（特願昭５９−１４６３３２）に出願して
いる。図５において、９は空気圧縮機、１０はドレン分
離器、１１はフロン冷却器、１２は２個１組の吸着筒で
ある。吸着筒１２は内部にモレキュラーシーブが充填さ
れていて空気圧縮機９により圧縮された空気中のＨ２Ｏ
およびＣＯ２を吸着除去する作用をする。８はＨ２Ｏ，
ＣＯ２が吸着除去された圧縮空気の流路、１３は第１の
熱交換器、１４は第２の熱交換器で、第１の熱交換器１
３を経た圧縮空気が送り込まれる。１５は塔頂が凝縮器
２１ａを有する分縮器部２１になっている精留塔であ
り、流路１７を経て送入される圧縮空気を窒素と酸素ガ
スに分離し、酸素を液化して流下し、窒素を気体のまま
上部に保持する作用をする。２１ｄは塔部２２内に設け
られた液体窒素溜めで、液体窒素貯槽２３から導入路パ
イプ２４ａを介して液体窒素が送入される。２０は仕切
板であり、精留塔１５の塔部２２と分縮器部２１とを仕
切っている。１８は精留塔１５内に送入された圧縮空気
の冷却液化により生成した液体空気（Ｎ２：５０〜７０
％，Ｏ２：３０〜５０％）、１９は上記液体空気１８を
分縮器部２１内に送り込む膨脹弁１９ａ付きパイプであ
る。上記液体空気１８は凝縮器部２１内の寒冷として作
用する。２９は凝縮器部２１内において寒冷としての作
用を終えて気化した気化液体空気（酸素分は液化してお
り窒素リッチになっている）を、第１および第２の熱交
換器１３，１４を経由させて熱交換させたのち系外に放
出する放出路パイプであり、２９ａはその保圧弁であ
る。分縮器部２１の凝縮器２１ａには、塔部２２の上部
に溜る窒素ガスの一部がパイプ２１ｂを介して送り込ま
れて冷却液化されパイプ２１ｃを通って塔部２２内の液
体窒素溜め２１ｄ内に流下する。２５は液面計であり、
分縮器部２１内の液体空気の液面に応じてバルブ２６を
制御し液体窒素貯槽２３からの液体窒素の供給量を制御
する。２７は上記塔部２２の上部に溜る窒素ガス（空気
を原料として得られた窒素ガス＋液体窒素貯槽からの液
体窒素が寒冷として作用を終えて気化したもの）を製品
窒素ガスとして取り出す取出パイプである。なお、３０
はバックアップ系ラインであり、空気圧縮系ライン８が
故障したときに液体窒素貯槽２３内の液体窒素を蒸発器
３１に送り蒸発させてメインパイプ２８に送り込み、窒
素ガスの供給がとだえることのないようにする。３２は
不純物分析計であり、メインパイプ２８に送り出される
製品窒素ガスの純度を分析し、純度の低いときは、弁３
４、３４ａを作動させて製品窒素ガスを矢印Ｂのように
外部に投棄する作用をする。一点鎖線は真空保冷函を示
し、内部を真空断熱して精留効果の向上を図るものであ
る。
用しているが、部品精度維持向上の観点から窒素ガスの
純度について厳しい要望をだしてきている。このため、
本発明者は図５に示すような、高純度窒素ガスを製造し
うる空気分離装置を開発し、本件出願に先だつ昭和５９
年７月１３日（特願昭５９−１４６３３２）に出願して
いる。図５において、９は空気圧縮機、１０はドレン分
離器、１１はフロン冷却器、１２は２個１組の吸着筒で
ある。吸着筒１２は内部にモレキュラーシーブが充填さ
れていて空気圧縮機９により圧縮された空気中のＨ２Ｏ
およびＣＯ２を吸着除去する作用をする。８はＨ２Ｏ，
ＣＯ２が吸着除去された圧縮空気の流路、１３は第１の
熱交換器、１４は第２の熱交換器で、第１の熱交換器１
３を経た圧縮空気が送り込まれる。１５は塔頂が凝縮器
２１ａを有する分縮器部２１になっている精留塔であ
り、流路１７を経て送入される圧縮空気を窒素と酸素ガ
スに分離し、酸素を液化して流下し、窒素を気体のまま
上部に保持する作用をする。２１ｄは塔部２２内に設け
られた液体窒素溜めで、液体窒素貯槽２３から導入路パ
イプ２４ａを介して液体窒素が送入される。２０は仕切
板であり、精留塔１５の塔部２２と分縮器部２１とを仕
切っている。１８は精留塔１５内に送入された圧縮空気
の冷却液化により生成した液体空気（Ｎ２：５０〜７０
％，Ｏ２：３０〜５０％）、１９は上記液体空気１８を
分縮器部２１内に送り込む膨脹弁１９ａ付きパイプであ
る。上記液体空気１８は凝縮器部２１内の寒冷として作
用する。２９は凝縮器部２１内において寒冷としての作
用を終えて気化した気化液体空気（酸素分は液化してお
り窒素リッチになっている）を、第１および第２の熱交
換器１３，１４を経由させて熱交換させたのち系外に放
出する放出路パイプであり、２９ａはその保圧弁であ
る。分縮器部２１の凝縮器２１ａには、塔部２２の上部
に溜る窒素ガスの一部がパイプ２１ｂを介して送り込ま
れて冷却液化されパイプ２１ｃを通って塔部２２内の液
体窒素溜め２１ｄ内に流下する。２５は液面計であり、
分縮器部２１内の液体空気の液面に応じてバルブ２６を
制御し液体窒素貯槽２３からの液体窒素の供給量を制御
する。２７は上記塔部２２の上部に溜る窒素ガス（空気
を原料として得られた窒素ガス＋液体窒素貯槽からの液
体窒素が寒冷として作用を終えて気化したもの）を製品
窒素ガスとして取り出す取出パイプである。なお、３０
はバックアップ系ラインであり、空気圧縮系ライン８が
故障したときに液体窒素貯槽２３内の液体窒素を蒸発器
３１に送り蒸発させてメインパイプ２８に送り込み、窒
素ガスの供給がとだえることのないようにする。３２は
不純物分析計であり、メインパイプ２８に送り出される
製品窒素ガスの純度を分析し、純度の低いときは、弁３
４、３４ａを作動させて製品窒素ガスを矢印Ｂのように
外部に投棄する作用をする。一点鎖線は真空保冷函を示
し、内部を真空断熱して精留効果の向上を図るものであ
る。
【０００３】この装置は、つぎのようにして製品窒素ガ
スを製造する。すなわち、空気圧縮機９により空気を圧
縮し、ドレン分離器１０により圧縮された空気中の水分
を除去してフロン冷却器１１により冷却し、その状態で
吸着塔１２に送り込み、圧縮空気中のＨ２ＯおよびＣＯ
２を吸着除去する。ついで、Ｈ２Ｏ，ＣＯ２が吸着除去
された圧縮空気を、第１，第２の熱交換器１３，１４に
送り込んで超低温に冷却し、その状態で塔部２２の下部
内に投入する。ついで、この投入圧縮空気を、液体窒素
貯槽２３から導入路パイプ２４ａを経由して塔部２２内
に、寒冷源として送り込まれた液体窒素および液体窒素
溜め２１ｄからの溢流液体窒素と接触させて冷却し、一
部を液化して塔部２２の底部に液体空気１８として溜め
る。この液体空気１８を分縮器部２１内に送り込み凝縮
器２１ａを冷却させる。この冷却により、塔部２２の上
部から凝縮器２１ａに送入された窒素ガスが液化して塔
部２２内の還流液となり、パイプ２１ｃを経て液体窒素
溜め２１ｄに戻る。そして、上記のように塔部２２内に
おいて、投入された圧縮空気を溢流液体窒素と接触させ
て冷却する過程において、窒素と酸素の沸点の差（酸素
の沸点−１８３℃，窒素の沸点−１９６℃）により、圧
縮空気中の高沸点成分である酸素が液化して流下し、窒
素が気体のまま残り塔部２２の上部に溜る。ついで、こ
の溜った窒素ガスを取出パイプ２７から取り出して第２
および第１の熱交換器１４，１３に送り込み、常温近く
まで昇温させメインパイプ２８から製品窒素ガスとして
送り出す。
スを製造する。すなわち、空気圧縮機９により空気を圧
縮し、ドレン分離器１０により圧縮された空気中の水分
を除去してフロン冷却器１１により冷却し、その状態で
吸着塔１２に送り込み、圧縮空気中のＨ２ＯおよびＣＯ
２を吸着除去する。ついで、Ｈ２Ｏ，ＣＯ２が吸着除去
された圧縮空気を、第１，第２の熱交換器１３，１４に
送り込んで超低温に冷却し、その状態で塔部２２の下部
内に投入する。ついで、この投入圧縮空気を、液体窒素
貯槽２３から導入路パイプ２４ａを経由して塔部２２内
に、寒冷源として送り込まれた液体窒素および液体窒素
溜め２１ｄからの溢流液体窒素と接触させて冷却し、一
部を液化して塔部２２の底部に液体空気１８として溜め
る。この液体空気１８を分縮器部２１内に送り込み凝縮
器２１ａを冷却させる。この冷却により、塔部２２の上
部から凝縮器２１ａに送入された窒素ガスが液化して塔
部２２内の還流液となり、パイプ２１ｃを経て液体窒素
溜め２１ｄに戻る。そして、上記のように塔部２２内に
おいて、投入された圧縮空気を溢流液体窒素と接触させ
て冷却する過程において、窒素と酸素の沸点の差（酸素
の沸点−１８３℃，窒素の沸点−１９６℃）により、圧
縮空気中の高沸点成分である酸素が液化して流下し、窒
素が気体のまま残り塔部２２の上部に溜る。ついで、こ
の溜った窒素ガスを取出パイプ２７から取り出して第２
および第１の熱交換器１４，１３に送り込み、常温近く
まで昇温させメインパイプ２８から製品窒素ガスとして
送り出す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような空気分離
装置は、膨脹タービンを取り除き、液体窒素貯槽２３の
液体窒素を寒冷として用いるため、製品窒素ガスの消費
量の変動に、寒冷である液体窒素を精度よく追従させる
ことができ、それによって高純度の製品窒素ガスを製造
できる。しかし、窒素の沸点（−１９６℃）と一酸化炭
素の沸点（−１９２℃）との間にあまり差がないととも
に、気化状態での比重量（窒素：１．２５０５ｋｇ／Ｎ
Ｍ３，一酸化炭素：１．２５００ｋｇ／ＮＭ３）もほと
んど同じであるため、原料空気中の一酸化炭素の分離除
去が事実上不可能であり、一酸化炭素が不純分として残
存するようになる。また、原料空気中に微量存在する水
素についてもその沸点が−２５３℃であり、窒素の沸点
（−１９６℃）より低いため、水素が液化除去されずに
製品窒素ガス中に混在するようになる。半導体工業の技
術内容がますます高度化している現状では、このような
極微量の不純分も問題となってきており、これら一酸化
炭素および水素の完全除去が強く望まれている。
装置は、膨脹タービンを取り除き、液体窒素貯槽２３の
液体窒素を寒冷として用いるため、製品窒素ガスの消費
量の変動に、寒冷である液体窒素を精度よく追従させる
ことができ、それによって高純度の製品窒素ガスを製造
できる。しかし、窒素の沸点（−１９６℃）と一酸化炭
素の沸点（−１９２℃）との間にあまり差がないととも
に、気化状態での比重量（窒素：１．２５０５ｋｇ／Ｎ
Ｍ３，一酸化炭素：１．２５００ｋｇ／ＮＭ３）もほと
んど同じであるため、原料空気中の一酸化炭素の分離除
去が事実上不可能であり、一酸化炭素が不純分として残
存するようになる。また、原料空気中に微量存在する水
素についてもその沸点が−２５３℃であり、窒素の沸点
（−１９６℃）より低いため、水素が液化除去されずに
製品窒素ガス中に混在するようになる。半導体工業の技
術内容がますます高度化している現状では、このような
極微量の不純分も問題となってきており、これら一酸化
炭素および水素の完全除去が強く望まれている。
【０００５】本発明は、このような事情に鑑み、一酸化
炭素および水素が完全に除去された高純度な製品ガスを
製造しうる空気分離装置の提供をその目的とする。
炭素および水素が完全に除去された高純度な製品ガスを
製造しうる空気分離装置の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の空気分離装置は、外部より取り入れた
空気を圧縮する空気圧縮手段と、この空気圧縮手段によ
って圧縮された空気中の炭酸ガスと水とを除去する除去
手段と、上記空気圧縮手段と除去手段との間に設けられ
圧縮空気中の一酸化炭素および水素を酸化する触媒筒
と、上記除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却する熱
交換手段と、液体酸素を貯蔵する液体酸素貯蔵手段と、
上記熱交換手段により超低温に冷却された圧縮空気を上
部から導入しその一部を液化して底部に溜めるとともに
窒素および酸素を気体として上部および下部に分けて保
持する酸素精留塔と、上記液体酸素貯蔵手段内の液体酸
素を圧縮空気液化用の寒冷源として上記酸素精留塔内に
導く導入路と、上記酸素精留塔の上部の圧力の高低の変
化に応じて上記熱交換手段からの圧縮空気の供給量を制
御する圧力制御手段と、上記酸素精留塔の底部の液体酸
素の液面の上下の変化に応じて上記液体酸素貯蔵手段か
らの液体酸素の供給量を制御する液面制御手段と、寒冷
源としての作用を終えて気化した液体酸素および上記酸
素精留塔の下部に保持されている気体酸素の双方を製品
酸素ガスとして上記酸素精留塔より取り出す酸素ガス取
出路を備えているという構成をとる。
めに、この発明の空気分離装置は、外部より取り入れた
空気を圧縮する空気圧縮手段と、この空気圧縮手段によ
って圧縮された空気中の炭酸ガスと水とを除去する除去
手段と、上記空気圧縮手段と除去手段との間に設けられ
圧縮空気中の一酸化炭素および水素を酸化する触媒筒
と、上記除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却する熱
交換手段と、液体酸素を貯蔵する液体酸素貯蔵手段と、
上記熱交換手段により超低温に冷却された圧縮空気を上
部から導入しその一部を液化して底部に溜めるとともに
窒素および酸素を気体として上部および下部に分けて保
持する酸素精留塔と、上記液体酸素貯蔵手段内の液体酸
素を圧縮空気液化用の寒冷源として上記酸素精留塔内に
導く導入路と、上記酸素精留塔の上部の圧力の高低の変
化に応じて上記熱交換手段からの圧縮空気の供給量を制
御する圧力制御手段と、上記酸素精留塔の底部の液体酸
素の液面の上下の変化に応じて上記液体酸素貯蔵手段か
らの液体酸素の供給量を制御する液面制御手段と、寒冷
源としての作用を終えて気化した液体酸素および上記酸
素精留塔の下部に保持されている気体酸素の双方を製品
酸素ガスとして上記酸素精留塔より取り出す酸素ガス取
出路を備えているという構成をとる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示している。図に
おいて、１″は空気濾過器、２″は空気圧縮機、３５は
パラジウム内蔵触媒筒、３″は廃熱回収器、４″はイン
タークーラ、５″は圧縮空気冷却機、６″は２個１組の
吸着筒で、内部に、吸着剤としてモレキュラーシーブ
（低温で優れた吸着能を発揮する）が充填されていて、
交互に吸着，再生を行う。すなわち、一方の吸着筒６″
が、空気圧縮機２″により圧縮され、かつインタークー
ラ４″および圧縮空気冷却機５″によって冷却された空
気中のＨ２ＯおよびＣＯ２を吸着除去する間、他方の吸
着筒６″は吸着剤の再生を行う。７″は熱交換器であ
り、吸着筒６″によりＨ２ＯおよびＣＯ２を吸着除去さ
れた圧縮空気が、圧縮空気供給パイプ８″を経て送り込
まれる。ここに送り込まれた圧縮空気は、この熱交換器
７″の熱交換作用により超低温に冷却される。９″は棚
段式の酸素精留塔であり、下部に凝縮器１１″が設けら
れている。熱交換器７″により超低温に冷却された圧縮
空気は、パイプ１２″を経て凝縮器１１″に送り込まれ
て液化され、ついでパイプ１３″および膨脹弁１９″を
経て噴霧状で酸素精留塔９″の上部に送り込まれる。酸
素精留塔９″は、送り込まれた噴霧状液体空気のうちの
気体分（窒素分）を上方に移行させるとともに、液体分
を下降させ、この下降の間に、沸点の差により窒素を気
化させて塔の上部に上昇させ、酸素を液体のまま下方に
流下させるようになっている。９ａ″は上記のようにし
て分離され、酸素精留塔９″の底部に溜った液体酸素で
ある。１４″は液体酸素貯槽であり、内部の液体酸素
（高純度品）を、導入路パイプ１５″を経由させて酸素
精留塔９″内へ寒冷源として送り込み、上記分離された
液体酸素９ａ″と混合するようになっている。９ｂ″は
酸素精留塔９″の上部に溜った窒素ガスを廃窒素ガスと
して放出する放出パイプで、超低温の窒素ガスを熱交換
器７″内に案内し、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交
換させて常温にし矢印Ｃ″のように大気中に放出する。
１６″は液面計で、酸素精留塔９″内の液体酸素９ａ″
の液面に応じてバルブ１７″を制御し、液体酸素貯槽１
４″からの液体酸素の供給量を制御する。１８″は酸素
精留塔９″の上部に設けられた圧力計で、酸素精留塔
９″内の圧力に応じて弁１９″を制御し、その中を流れ
る液体空気の流量を制御する。２０″は製品酸素ガス取
出パイプで、その取出口が酸素精留塔９″の底部に溜っ
た液体酸素９ａ″の上側に位置し、気化した状態の液体
酸素（酸素ガス）を取り込み、取り込んだ超低温の酸素
ガスを熱交換器７″に案内して圧縮空気と熱交換させて
常温にしてから製品酸素ガスとしてメインパイプ２０
ａ″に送出するようになっている。この場合、製品酸素
ガス取出パイプ２０″は、液体酸素９ａ″ではなくそれ
の気化したものを取り出すようになっているため、液体
酸素９ａ″中に混在する不純炭化水素等を製品酸素ガス
とともに取り出すことがない。２１″は酸素精留塔９″
の底部に溜った液体酸素９ａ″のうち、底面近傍部分の
もの（不純炭化水素混在）を放出する放出パイプで、液
体酸素９ａ″を矢印Ｂ″のように大気中に放出するよう
になっている。２２″は、放出パイプ９ｂ″の先端から
分岐した分岐パイプで、放出パイプ９ｂ″内の廃窒素ガ
スの一部を廃熱回収器３″に導いて常温まで昇温させ、
ついでパイプ２４″を経由して、２個１組の吸着筒６″
のうちの再生側のもののなかに送り込み、吸着剤の再生
を行うようになっている。上記吸着筒６″は、前記のよ
うに２個１組となっており、弁操作によって、一方の吸
着筒６″が吸着作動しているときは、他方の吸着筒６″
は上記常温廃窒素ガスで再生される。２３″は弁、２
５″は再生を終えた廃窒素ガスを矢印Ｄ″のように大気
に放出する放出パイプである。２６″はバックアップ系
ラインであり、空気圧縮系ラインが故障したときに弁２
６ａ″を開き、液体酸素貯槽１４″内の液体酸素を蒸発
器２７″より蒸発させてメインパイプ２０ａ″に送り込
み、酸素ガスの供給がとだえることのないようにする。
一点鎖線は、内部にパーライトが充填され、かつ真空に
なっている真空保冷函であり、この真空保冷函中に、精
留塔９″および熱交換器７″ならびに吸着筒６″が収容
され、精留効果向上が実現されている。２８″は不純物
分析計であり、メインパイプ２０ａ″に送り出される製
品酸素ガスの純度を分析して純度の低いときは、弁２
９″，３０″を作動させて製品酸素ガスを矢印Ａ″のよ
うに外部に逃気する作用をする。
おいて、１″は空気濾過器、２″は空気圧縮機、３５は
パラジウム内蔵触媒筒、３″は廃熱回収器、４″はイン
タークーラ、５″は圧縮空気冷却機、６″は２個１組の
吸着筒で、内部に、吸着剤としてモレキュラーシーブ
（低温で優れた吸着能を発揮する）が充填されていて、
交互に吸着，再生を行う。すなわち、一方の吸着筒６″
が、空気圧縮機２″により圧縮され、かつインタークー
ラ４″および圧縮空気冷却機５″によって冷却された空
気中のＨ２ＯおよびＣＯ２を吸着除去する間、他方の吸
着筒６″は吸着剤の再生を行う。７″は熱交換器であ
り、吸着筒６″によりＨ２ＯおよびＣＯ２を吸着除去さ
れた圧縮空気が、圧縮空気供給パイプ８″を経て送り込
まれる。ここに送り込まれた圧縮空気は、この熱交換器
７″の熱交換作用により超低温に冷却される。９″は棚
段式の酸素精留塔であり、下部に凝縮器１１″が設けら
れている。熱交換器７″により超低温に冷却された圧縮
空気は、パイプ１２″を経て凝縮器１１″に送り込まれ
て液化され、ついでパイプ１３″および膨脹弁１９″を
経て噴霧状で酸素精留塔９″の上部に送り込まれる。酸
素精留塔９″は、送り込まれた噴霧状液体空気のうちの
気体分（窒素分）を上方に移行させるとともに、液体分
を下降させ、この下降の間に、沸点の差により窒素を気
化させて塔の上部に上昇させ、酸素を液体のまま下方に
流下させるようになっている。９ａ″は上記のようにし
て分離され、酸素精留塔９″の底部に溜った液体酸素で
ある。１４″は液体酸素貯槽であり、内部の液体酸素
（高純度品）を、導入路パイプ１５″を経由させて酸素
精留塔９″内へ寒冷源として送り込み、上記分離された
液体酸素９ａ″と混合するようになっている。９ｂ″は
酸素精留塔９″の上部に溜った窒素ガスを廃窒素ガスと
して放出する放出パイプで、超低温の窒素ガスを熱交換
器７″内に案内し、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交
換させて常温にし矢印Ｃ″のように大気中に放出する。
１６″は液面計で、酸素精留塔９″内の液体酸素９ａ″
の液面に応じてバルブ１７″を制御し、液体酸素貯槽１
４″からの液体酸素の供給量を制御する。１８″は酸素
精留塔９″の上部に設けられた圧力計で、酸素精留塔
９″内の圧力に応じて弁１９″を制御し、その中を流れ
る液体空気の流量を制御する。２０″は製品酸素ガス取
出パイプで、その取出口が酸素精留塔９″の底部に溜っ
た液体酸素９ａ″の上側に位置し、気化した状態の液体
酸素（酸素ガス）を取り込み、取り込んだ超低温の酸素
ガスを熱交換器７″に案内して圧縮空気と熱交換させて
常温にしてから製品酸素ガスとしてメインパイプ２０
ａ″に送出するようになっている。この場合、製品酸素
ガス取出パイプ２０″は、液体酸素９ａ″ではなくそれ
の気化したものを取り出すようになっているため、液体
酸素９ａ″中に混在する不純炭化水素等を製品酸素ガス
とともに取り出すことがない。２１″は酸素精留塔９″
の底部に溜った液体酸素９ａ″のうち、底面近傍部分の
もの（不純炭化水素混在）を放出する放出パイプで、液
体酸素９ａ″を矢印Ｂ″のように大気中に放出するよう
になっている。２２″は、放出パイプ９ｂ″の先端から
分岐した分岐パイプで、放出パイプ９ｂ″内の廃窒素ガ
スの一部を廃熱回収器３″に導いて常温まで昇温させ、
ついでパイプ２４″を経由して、２個１組の吸着筒６″
のうちの再生側のもののなかに送り込み、吸着剤の再生
を行うようになっている。上記吸着筒６″は、前記のよ
うに２個１組となっており、弁操作によって、一方の吸
着筒６″が吸着作動しているときは、他方の吸着筒６″
は上記常温廃窒素ガスで再生される。２３″は弁、２
５″は再生を終えた廃窒素ガスを矢印Ｄ″のように大気
に放出する放出パイプである。２６″はバックアップ系
ラインであり、空気圧縮系ラインが故障したときに弁２
６ａ″を開き、液体酸素貯槽１４″内の液体酸素を蒸発
器２７″より蒸発させてメインパイプ２０ａ″に送り込
み、酸素ガスの供給がとだえることのないようにする。
一点鎖線は、内部にパーライトが充填され、かつ真空に
なっている真空保冷函であり、この真空保冷函中に、精
留塔９″および熱交換器７″ならびに吸着筒６″が収容
され、精留効果向上が実現されている。２８″は不純物
分析計であり、メインパイプ２０ａ″に送り出される製
品酸素ガスの純度を分析して純度の低いときは、弁２
９″，３０″を作動させて製品酸素ガスを矢印Ａ″のよ
うに外部に逃気する作用をする。
【０００８】注目すべきは、空気圧縮機２″と熱交換器
７″との間に、圧縮空気中の一酸化炭素および水素を酸
化するパラジウム触媒内蔵の触媒筒３５を設けたことで
ある。この触媒筒３５についてさらに詳しく説明する
と、この触媒筒３５は、図２および図３に示すように２
枚の蓋体４７ａ，４７ｂで密閉された両端閉鎖形の筒体
４８の内部を、仕切板４９および多孔質レンガ状パラジ
ウム触媒積重体５１で上下に区切って内部室５０ａ，５
０ｂにし、内部室５０ａにはパイプ５４ａを介して空気
圧縮機２″から圧縮空気を供給し、内部室５０ｂにはパ
ラジウム触媒積重体５１を通過した上記圧縮空気を到来
させ、これをパイプ５４ｂを介してインタークーラ４″
に送入するようになっている。上記多孔質レンガ状パラ
ジウム触媒積重体５１は、多数の多孔質レンガ状パラジ
ウム触媒５１ａを隙間なく２列に並べこれを多段に積重
し、枠５２で固定して構成されている。そして、この触
媒筒３５はつぎのようにして圧縮空気中の一酸化炭素お
よび水素を完全除去する。すなわち、空気圧縮機２″に
よって圧縮された圧縮空気は、その圧縮熱によって高温
（約１２０℃）に昇温されており、その高温状態でパイ
プ５４ａを通って触媒筒３５の内部に導入される。導入
された高温の圧縮空気は、内部室５０ａから、多孔質レ
ンガ状パラジウム触媒積重体５１を通過し内部室５０ｂ
に達する。この過程で、高温の圧縮空気の熱によって多
孔質レンガ状パラジウム触媒５１ａが昇温され触媒作用
を効果的に発揮する状態となり、そこを通過する高温の
圧縮空気中の一酸化炭素および水素の全量を酸化し、そ
れぞれ二酸化炭素および水にする。これらは、吸着筒に
送入され、ここで、原料空気中に当初から存在する二酸
化炭素および水を吸着除去する際、同時に吸着除去され
る。
７″との間に、圧縮空気中の一酸化炭素および水素を酸
化するパラジウム触媒内蔵の触媒筒３５を設けたことで
ある。この触媒筒３５についてさらに詳しく説明する
と、この触媒筒３５は、図２および図３に示すように２
枚の蓋体４７ａ，４７ｂで密閉された両端閉鎖形の筒体
４８の内部を、仕切板４９および多孔質レンガ状パラジ
ウム触媒積重体５１で上下に区切って内部室５０ａ，５
０ｂにし、内部室５０ａにはパイプ５４ａを介して空気
圧縮機２″から圧縮空気を供給し、内部室５０ｂにはパ
ラジウム触媒積重体５１を通過した上記圧縮空気を到来
させ、これをパイプ５４ｂを介してインタークーラ４″
に送入するようになっている。上記多孔質レンガ状パラ
ジウム触媒積重体５１は、多数の多孔質レンガ状パラジ
ウム触媒５１ａを隙間なく２列に並べこれを多段に積重
し、枠５２で固定して構成されている。そして、この触
媒筒３５はつぎのようにして圧縮空気中の一酸化炭素お
よび水素を完全除去する。すなわち、空気圧縮機２″に
よって圧縮された圧縮空気は、その圧縮熱によって高温
（約１２０℃）に昇温されており、その高温状態でパイ
プ５４ａを通って触媒筒３５の内部に導入される。導入
された高温の圧縮空気は、内部室５０ａから、多孔質レ
ンガ状パラジウム触媒積重体５１を通過し内部室５０ｂ
に達する。この過程で、高温の圧縮空気の熱によって多
孔質レンガ状パラジウム触媒５１ａが昇温され触媒作用
を効果的に発揮する状態となり、そこを通過する高温の
圧縮空気中の一酸化炭素および水素の全量を酸化し、そ
れぞれ二酸化炭素および水にする。これらは、吸着筒に
送入され、ここで、原料空気中に当初から存在する二酸
化炭素および水を吸着除去する際、同時に吸着除去され
る。
【０００９】上記空気分離装置は、つぎのようにして製
品酸素ガスを製造する。すなわち、外部空気を濾過器
１″で濾過したのち、空気圧縮機２″に送り込んで圧縮
し、圧縮された空気をインタークーラ４″および空気冷
却機５″で冷却し、これを２個１組の吸着筒６″のどち
らか一方に送り込み、圧縮空気中のＨ２ＯおよびＣＯ２
を吸着除去する。ついで、Ｈ２ＯおよびＣＯ２が吸着除
去された圧縮空気をパイプ８″を経由させて熱交換器
７″に送り込み冷却する。そして、これをパイプ１２″
に送り込み、酸素精留塔９″内の凝縮器１１″でさらに
冷却し液化して膨脹弁１９″付きのパイプ１３″によっ
て酸素精留塔９″内に噴霧状で送り込む。酸素精留塔
９″内で、送入されたもののうちの気体分（窒素分）を
上方に移行させ、液体分を下降させる。この下降中に、
沸点の差により、液体分のなかの窒素を気化させて酸素
精留塔９″の上部に移行させ、酸素を液体のまま下方に
流下し底部に液体酸素９ａ″として溜める。ついで、酸
素精留塔９″の上部に溜った廃窒素ガスを放出パイプ９
ｂ″から取り出し熱交換器７″を経由させ常温ガスにし
て矢印Ｃ″のように大気中に放出するとともに、その一
部分を廃熱回収器３″によって昇温し、２個１組の吸着
筒６″のうちの再生側に送り込み、モレキュラーシーブ
を再生させたのち矢印Ｄ″のように大気中に放出する。
他方、底部に溜った液体酸素９ａ″のうち、その底面近
傍部分のもの（炭化水素混在）については、これを放出
パイプ２１″から取り出し矢印Ｂ″のように大気中に放
出する。このとき、液体酸素９ａ″の液面の僅か上方に
滞留する液体酸素気化物（高純度酸素ガス）をパイプ２
０″から製品酸素ガスとして取り出し熱交換器７″で熱
交換させ常温製品酸素ガスとしてメインパイプ２０ａ″
に送出する。この場合、液体酸素貯槽１４″から導入路
パイプ１５″を経て酸素精留塔９″内に送り込まれた液
体酸素は、寒冷源として作用し、それ自身は気化して取
出パイプ２０″から製品酸素ガスの一部として取り出さ
れる。すなわち、液体酸素貯槽１４″の液体酸素は寒冷
源としての作用を終えたのち、廃棄されるのではなく、
圧縮空気を原料とする高純度酸素ガスと合体して製品化
されるのであり、無駄なく利用される。
品酸素ガスを製造する。すなわち、外部空気を濾過器
１″で濾過したのち、空気圧縮機２″に送り込んで圧縮
し、圧縮された空気をインタークーラ４″および空気冷
却機５″で冷却し、これを２個１組の吸着筒６″のどち
らか一方に送り込み、圧縮空気中のＨ２ＯおよびＣＯ２
を吸着除去する。ついで、Ｈ２ＯおよびＣＯ２が吸着除
去された圧縮空気をパイプ８″を経由させて熱交換器
７″に送り込み冷却する。そして、これをパイプ１２″
に送り込み、酸素精留塔９″内の凝縮器１１″でさらに
冷却し液化して膨脹弁１９″付きのパイプ１３″によっ
て酸素精留塔９″内に噴霧状で送り込む。酸素精留塔
９″内で、送入されたもののうちの気体分（窒素分）を
上方に移行させ、液体分を下降させる。この下降中に、
沸点の差により、液体分のなかの窒素を気化させて酸素
精留塔９″の上部に移行させ、酸素を液体のまま下方に
流下し底部に液体酸素９ａ″として溜める。ついで、酸
素精留塔９″の上部に溜った廃窒素ガスを放出パイプ９
ｂ″から取り出し熱交換器７″を経由させ常温ガスにし
て矢印Ｃ″のように大気中に放出するとともに、その一
部分を廃熱回収器３″によって昇温し、２個１組の吸着
筒６″のうちの再生側に送り込み、モレキュラーシーブ
を再生させたのち矢印Ｄ″のように大気中に放出する。
他方、底部に溜った液体酸素９ａ″のうち、その底面近
傍部分のもの（炭化水素混在）については、これを放出
パイプ２１″から取り出し矢印Ｂ″のように大気中に放
出する。このとき、液体酸素９ａ″の液面の僅か上方に
滞留する液体酸素気化物（高純度酸素ガス）をパイプ２
０″から製品酸素ガスとして取り出し熱交換器７″で熱
交換させ常温製品酸素ガスとしてメインパイプ２０ａ″
に送出する。この場合、液体酸素貯槽１４″から導入路
パイプ１５″を経て酸素精留塔９″内に送り込まれた液
体酸素は、寒冷源として作用し、それ自身は気化して取
出パイプ２０″から製品酸素ガスの一部として取り出さ
れる。すなわち、液体酸素貯槽１４″の液体酸素は寒冷
源としての作用を終えたのち、廃棄されるのではなく、
圧縮空気を原料とする高純度酸素ガスと合体して製品化
されるのであり、無駄なく利用される。
【００１０】この空気分離装置は、先に述べたように、
原料となる圧縮空気中の一酸化炭素および水素が触媒筒
３５中のパラジウム触媒の作用により酸化されて二酸化
炭素および水になり、吸着筒７’において予め吸着除去
されるため、上記酸素ガスは超高純度のものとなる。
原料となる圧縮空気中の一酸化炭素および水素が触媒筒
３５中のパラジウム触媒の作用により酸化されて二酸化
炭素および水になり、吸着筒７’において予め吸着除去
されるため、上記酸素ガスは超高純度のものとなる。
【００１１】図４はこの触媒筒３５に代えて使用するこ
とができる触媒筒の他の例を示している。図において、
５５は上下密閉円筒形の筒体で、複数の透孔が形成され
た２枚の仕切板５６によって内部が、上部室５６ａ，中
部室５６ｂおよび下部室５６ｃの三つに区切られてい
る。５７は粒状のパラジウム触媒で、中部室５６ｂに充
填されている。５８ａは筒体の下部室５６ｃと連通する
ように接続された送入パイプ、５８ｂは筒体の上部室５
６ａと連通するように接続された取出パイプである。す
なわち、この触媒筒３５は、圧縮空気を、送入パイプ５
８ａを介して下部室５６ｃに送り込み、ついで、仕切板
５６の透孔を通って中部室５６ｂに送入し、パラジウム
触媒５７を昇温させるとともに、圧縮空気中の一酸化炭
素および水素を酸化させて、二酸化炭素および水に変換
させ、ついでその状態で仕切板５６の透孔を通って上部
室５６ａに送入し、取出パイプ５８ｂから取り出すよう
になっている。なお、５９ａは筒体５５の外周部に、中
部室５６ｂの上部と連通するように設けられたパイプ
で、パラジウム触媒５７を中部室５６ｂに充填する作用
をする。５９ｂは筒体５５の、上記パイプ５９ａと対峙
する外周部に中部室５６ｂの下部と連通するように接続
されたパイプで、パラジウム触媒５７を中部室５６ｂか
ら取り出す作用をする。一点鎖線は保温函である。この
触媒筒もその送入パイプ５８ａを空気圧縮機９側に、ま
たパイプ５８ｂを廃熱交換器３６側に位置決めして上記
空気分離装置に装着しうる。
とができる触媒筒の他の例を示している。図において、
５５は上下密閉円筒形の筒体で、複数の透孔が形成され
た２枚の仕切板５６によって内部が、上部室５６ａ，中
部室５６ｂおよび下部室５６ｃの三つに区切られてい
る。５７は粒状のパラジウム触媒で、中部室５６ｂに充
填されている。５８ａは筒体の下部室５６ｃと連通する
ように接続された送入パイプ、５８ｂは筒体の上部室５
６ａと連通するように接続された取出パイプである。す
なわち、この触媒筒３５は、圧縮空気を、送入パイプ５
８ａを介して下部室５６ｃに送り込み、ついで、仕切板
５６の透孔を通って中部室５６ｂに送入し、パラジウム
触媒５７を昇温させるとともに、圧縮空気中の一酸化炭
素および水素を酸化させて、二酸化炭素および水に変換
させ、ついでその状態で仕切板５６の透孔を通って上部
室５６ａに送入し、取出パイプ５８ｂから取り出すよう
になっている。なお、５９ａは筒体５５の外周部に、中
部室５６ｂの上部と連通するように設けられたパイプ
で、パラジウム触媒５７を中部室５６ｂに充填する作用
をする。５９ｂは筒体５５の、上記パイプ５９ａと対峙
する外周部に中部室５６ｂの下部と連通するように接続
されたパイプで、パラジウム触媒５７を中部室５６ｂか
ら取り出す作用をする。一点鎖線は保温函である。この
触媒筒もその送入パイプ５８ａを空気圧縮機９側に、ま
たパイプ５８ｂを廃熱交換器３６側に位置決めして上記
空気分離装置に装着しうる。
【００１２】
【発明の効果】以上のように、この発明の空気分離装置
は、空気圧縮手段と、炭酸ガスおよび水の除去手段の間
に、酸化触媒内蔵の触媒筒を設け、空気圧縮手段の圧縮
熱を利用することにより上記触媒筒の酸化触媒を加熱昇
温活性化し、そこに上記圧縮熱で高温になった圧縮空気
を通すようにしているため、本来廃棄されるべき空気圧
縮機の圧縮熱の有効利用を実現でき、一酸化炭素および
水素を極めて効率よく酸化して二酸化炭素と水に変換し
除去手段で除去しうる。そのうえ、この発明の空気分離
装置は、圧力制御手段で酸素精留塔の上部の圧力を計測
し、この圧力の高低の変化に応じて上記熱交換手段から
の圧縮空気の供給量を制御している。このため、上記酸
素精留塔の上部の圧力が高い（例えば、酸素精留塔の上
部に保持されている気体窒素量が多い）場合には、上記
熱交換器からの圧縮空気の供給量を減少させることによ
り、酸素精留塔の上部において上記圧縮空気中から気体
窒素を充分に分離させることができ、酸素精留塔の下部
には、上記気体窒素が混じり込まない状態で、高純度の
酸素ガスだけを保持することができるようになる。一
方、液面制御手段で上記酸素精留塔の底部の液体酸素の
液面を計測し、この液面の上下の変化に応じて上記液体
酸素貯蔵手段からの液体酸素の供給量を制御している。
このため、上記のように熱交換器からの圧縮空気の供給
量を減少させ、これにより、酸素精留塔の底部に溜めら
れる液体酸素量が減少した場合には、この減少を酸素精
留塔の底部の液体酸素の液面の低下として上記液面制御
手段で検出し、上記液体酸素貯蔵手段からの液体酸素の
供給量を増加させる。したがって、酸素精留塔内におい
て、上記液体酸素貯蔵手段から供給される液体酸素の気
化量が増加し、適正な量の製品酸素ガスを取り出すこと
ができる。一方、上記酸素精留塔の上部の圧力が適正で
ある（例えば、酸素精留塔の上部に保持されている気体
窒素量が適正である）場合には、圧力制御手段により上
記熱交換器から供給される圧縮空気量をそのままに（適
正量に）保持する。これにより、酸素精留塔の底部に溜
められる液体酸素の液面にあまり変化がなく、液体酸素
貯蔵手段からの液体酸素の供給があまり必要でなくな
る。このように、通常時には、主として、外部から取り
入れた圧縮空気により液体酸素を製造し、液体酸素貯蔵
手段からの液体酸素の供給量を少なくしている。
は、空気圧縮手段と、炭酸ガスおよび水の除去手段の間
に、酸化触媒内蔵の触媒筒を設け、空気圧縮手段の圧縮
熱を利用することにより上記触媒筒の酸化触媒を加熱昇
温活性化し、そこに上記圧縮熱で高温になった圧縮空気
を通すようにしているため、本来廃棄されるべき空気圧
縮機の圧縮熱の有効利用を実現でき、一酸化炭素および
水素を極めて効率よく酸化して二酸化炭素と水に変換し
除去手段で除去しうる。そのうえ、この発明の空気分離
装置は、圧力制御手段で酸素精留塔の上部の圧力を計測
し、この圧力の高低の変化に応じて上記熱交換手段から
の圧縮空気の供給量を制御している。このため、上記酸
素精留塔の上部の圧力が高い（例えば、酸素精留塔の上
部に保持されている気体窒素量が多い）場合には、上記
熱交換器からの圧縮空気の供給量を減少させることによ
り、酸素精留塔の上部において上記圧縮空気中から気体
窒素を充分に分離させることができ、酸素精留塔の下部
には、上記気体窒素が混じり込まない状態で、高純度の
酸素ガスだけを保持することができるようになる。一
方、液面制御手段で上記酸素精留塔の底部の液体酸素の
液面を計測し、この液面の上下の変化に応じて上記液体
酸素貯蔵手段からの液体酸素の供給量を制御している。
このため、上記のように熱交換器からの圧縮空気の供給
量を減少させ、これにより、酸素精留塔の底部に溜めら
れる液体酸素量が減少した場合には、この減少を酸素精
留塔の底部の液体酸素の液面の低下として上記液面制御
手段で検出し、上記液体酸素貯蔵手段からの液体酸素の
供給量を増加させる。したがって、酸素精留塔内におい
て、上記液体酸素貯蔵手段から供給される液体酸素の気
化量が増加し、適正な量の製品酸素ガスを取り出すこと
ができる。一方、上記酸素精留塔の上部の圧力が適正で
ある（例えば、酸素精留塔の上部に保持されている気体
窒素量が適正である）場合には、圧力制御手段により上
記熱交換器から供給される圧縮空気量をそのままに（適
正量に）保持する。これにより、酸素精留塔の底部に溜
められる液体酸素の液面にあまり変化がなく、液体酸素
貯蔵手段からの液体酸素の供給があまり必要でなくな
る。このように、通常時には、主として、外部から取り
入れた圧縮空気により液体酸素を製造し、液体酸素貯蔵
手段からの液体酸素の供給量を少なくしている。
【図１】この発明の一実施例の構成図である。
【図２】それに用いる触媒筒の断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ’線に沿う縦断側面図である。
【図４】触媒筒の他の応用例の部分的断面図である。
【図５】この発明の基礎となる空気分離装置の構成図で
ある。
ある。
２″ 空気圧縮機 ６″ 吸着筒 ７″ 熱交換器 ９″ 酸素精留塔 １４″ 液体酸素貯槽 ２０ａ″ メインパイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２５Ｊ 3/04 Ｅ １０２ 8925−4Ｄ
Claims (1)
- 【請求項１】 外部より取り入れた空気を圧縮する空気
圧縮手段と、この空気圧縮手段によって圧縮された空気
中の炭酸ガスと水とを除去する除去手段と、上記空気圧
縮手段と除去手段との間に設けられ圧縮空気中の一酸化
炭素および水素を酸化する触媒筒と、上記除去手段を経
た圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、液体酸素
を貯蔵する液体酸素貯蔵手段と、上記熱交換手段により
超低温に冷却された圧縮空気を上部から導入しその一部
を液化して底部に溜めるとともに窒素および酸素を気体
として上部および下部に分けて保持する酸素精留塔と、
上記液体酸素貯蔵手段内の液体酸素を圧縮空気液化用の
寒冷源として上記酸素精留塔内に導く導入路と、上記酸
素精留塔の上部の圧力の高低の変化に応じて上記熱交換
手段からの圧縮空気の供給量を制御する圧力制御手段
と、上記酸素精留塔の底部の液体酸素の液面の上下の変
化に応じて上記液体酸素貯蔵手段からの液体酸素の供給
量を制御する液面制御手段と、寒冷源としての作用を終
えて気化した液体酸素および上記酸素精留塔の下部に保
持されている気体酸素の双方を製品酸素ガスとして上記
酸素精留塔より取り出す酸素ガス取出路を備えているこ
とを特徴とする空気分離装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5146347A JPH07111301B2 (ja) | 1985-04-02 | 1993-06-17 | 空気分離装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60069687A JPH0633934B2 (ja) | 1985-04-02 | 1985-04-02 | 空気分離装置 |
| JP5146347A JPH07111301B2 (ja) | 1985-04-02 | 1993-06-17 | 空気分離装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60069687A Division JPH0633934B2 (ja) | 1985-04-02 | 1985-04-02 | 空気分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0626760A JPH0626760A (ja) | 1994-02-04 |
| JPH07111301B2 true JPH07111301B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=26410855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5146347A Expired - Fee Related JPH07111301B2 (ja) | 1985-04-02 | 1993-06-17 | 空気分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111301B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| FR2765493B1 (fr) * | 1997-07-04 | 1999-08-06 | Air Liquide | Procede et dispositif de traitement de flux gazeux par oxydation et/ou reduction catalytique |
| KR102391987B1 (ko) * | 2020-04-14 | 2022-04-27 | 주식회사 포스코 | 공기 분리 시스템 |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
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| JPS59122877A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-16 | 共同酸素株式会社 | 全低圧式空気分離装置による空気液化分離法 |
| JPS59164874A (ja) * | 1983-03-08 | 1984-09-18 | 大同酸素株式会社 | 窒素ガス製造装置 |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP5146347A patent/JPH07111301B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0626760A (ja) | 1994-02-04 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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