JPH0755331A - 合成ガス精製装置 - Google Patents
合成ガス精製装置Info
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- JPH0755331A JPH0755331A JP19722193A JP19722193A JPH0755331A JP H0755331 A JPH0755331 A JP H0755331A JP 19722193 A JP19722193 A JP 19722193A JP 19722193 A JP19722193 A JP 19722193A JP H0755331 A JPH0755331 A JP H0755331A
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- heat exchanger
- synthesis
- liquid separator
- synthesis gas
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/20—Ammonia synthesis gas, e.g. H2/N2 mixture
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 大きな設備投資を行うことなく、また製品合
成ガスの圧力を昇圧することなく充分に熱交換用の冷熱
を発生させるようにする。 【構成】 所定の組成割合の製品合成ガスＳを製造する
合成ガス精製装置であって、断熱が施された保冷箱１の
内部に熱交換器２と、気液分離器３と、膨張弁４とが設
けられるとともに、保冷箱１の内部または外部に膨張タ
ービン５が設けられ、上記原料合成ガスＳは上記熱交換
器２を介して上記気液分離器３に導入され、この気液分
離器３内で気化しているガスは製品合成ガスＳａとして
上記熱交換器２を介して系外に導出され、上記気液分離
器３の底部に貯溜した液化ガスＦは膨張弁４および熱交
換器２を介して上記膨張タービン５に供給され、この膨
張タービン５で断熱膨張したオフガスＯは熱交換器２を
介して系外に排出されるように構成されている。
成ガスの圧力を昇圧することなく充分に熱交換用の冷熱
を発生させるようにする。 【構成】 所定の組成割合の製品合成ガスＳを製造する
合成ガス精製装置であって、断熱が施された保冷箱１の
内部に熱交換器２と、気液分離器３と、膨張弁４とが設
けられるとともに、保冷箱１の内部または外部に膨張タ
ービン５が設けられ、上記原料合成ガスＳは上記熱交換
器２を介して上記気液分離器３に導入され、この気液分
離器３内で気化しているガスは製品合成ガスＳａとして
上記熱交換器２を介して系外に導出され、上記気液分離
器３の底部に貯溜した液化ガスＦは膨張弁４および熱交
換器２を介して上記膨張タービン５に供給され、この膨
張タービン５で断熱膨張したオフガスＯは熱交換器２を
介して系外に排出されるように構成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学合成用として用い
られる各種原料ガスが混合された合成ガスの組成を調製
するための合成ガス精製装置に関するものである。
られる各種原料ガスが混合された合成ガスの組成を調製
するための合成ガス精製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】化学合成を行うに際し、複数の原料をガ
ス状で混合したものを合成ガスといい、メタノール合成
のときに用いられる一酸化炭素と水素との混合ガスや、
アンモニア合成のときに用いられる窒素と水素との混合
ガス等を代表的なものとして挙げることができる。この
ような合成ガスは、予め所定の混合割合が設定されてお
り、この混合割合を実現するためにガス組成の調製が行
われる。このガス組成の調製においては、予め純粋な各
原料ガスを、流量調節を行いながら混合容器に導入し、
この混合容器で混合して合成ガスをつくることが行われ
る。
ス状で混合したものを合成ガスといい、メタノール合成
のときに用いられる一酸化炭素と水素との混合ガスや、
アンモニア合成のときに用いられる窒素と水素との混合
ガス等を代表的なものとして挙げることができる。この
ような合成ガスは、予め所定の混合割合が設定されてお
り、この混合割合を実現するためにガス組成の調製が行
われる。このガス組成の調製においては、予め純粋な各
原料ガスを、流量調節を行いながら混合容器に導入し、
この混合容器で混合して合成ガスをつくることが行われ
る。
【０００３】しかし、上記のような混合方式において
は、工業規模で大量に各種原料ガスを使用する場合であ
って、必要成分は含まれているが、組成割合が所定のも
のと異なるようなガスを出発原料として使用するような
場合には、予め上記出発原料を各成分ガスに分離し、再
度所定割合で混合しなければならないため、予め合成ガ
スを調製する段階で面倒な処理操作を行わなければなら
ないという不都合が存在する。
は、工業規模で大量に各種原料ガスを使用する場合であ
って、必要成分は含まれているが、組成割合が所定のも
のと異なるようなガスを出発原料として使用するような
場合には、予め上記出発原料を各成分ガスに分離し、再
度所定割合で混合しなければならないため、予め合成ガ
スを調製する段階で面倒な処理操作を行わなければなら
ないという不都合が存在する。
【０００４】そのようなことから、組成割合が所定のも
のと異なるような出発原料ガスから、所定の合成ガスを
つくる方法として、深冷分離法が適用されることがあ
る。深冷分離法は、ガスを低温に冷却して液化した場
合、ガスの種類によって沸点が異なることを利用して成
分を分離するものであるが、所定の温度と圧力とを保持
させると、気液平衡関係から、各成分ガスの割合が所定
のものになるという性質を利用することができる。この
ことが合成ガスの調製に深冷分離法が適用される所以で
ある。
のと異なるような出発原料ガスから、所定の合成ガスを
つくる方法として、深冷分離法が適用されることがあ
る。深冷分離法は、ガスを低温に冷却して液化した場
合、ガスの種類によって沸点が異なることを利用して成
分を分離するものであるが、所定の温度と圧力とを保持
させると、気液平衡関係から、各成分ガスの割合が所定
のものになるという性質を利用することができる。この
ことが合成ガスの調製に深冷分離法が適用される所以で
ある。
【０００５】そこで、従来から行われてきた深冷分離法
が適用された合成ガスの調製について、アンモニア合成
プラントで実施されているものを例に挙げて以下説明す
る。図３は、従来の深冷分離法が適用された第一の例の
合成ガス調製法を例示している。この例の場合、ナフサ
や天然ガスの改質工程で得られた水素と窒素との混合物
が原料合成ガスＳとして用いられ、この原料合成ガスＳ
が断熱の施された保冷箱１内の熱交換器２を通って冷却
され、同保冷箱１内の気液分離器３内に導入される。
が適用された合成ガスの調製について、アンモニア合成
プラントで実施されているものを例に挙げて以下説明す
る。図３は、従来の深冷分離法が適用された第一の例の
合成ガス調製法を例示している。この例の場合、ナフサ
や天然ガスの改質工程で得られた水素と窒素との混合物
が原料合成ガスＳとして用いられ、この原料合成ガスＳ
が断熱の施された保冷箱１内の熱交換器２を通って冷却
され、同保冷箱１内の気液分離器３内に導入される。
【０００６】この気液分離器３内の温度と圧力とは、気
液平衡関係から、水素（Ｈ2）と窒素（Ｎ2）との容量割
合が、Ｈ2：Ｎ2＝３：１になるように制御されているた
め、気液分離器３内の上部には上記比率の製品合成ガス
Ｓａが得られたことになる。この製品合成ガスＳａが気
液分離器３の頂部から導出され、熱交換器２において原
料合成ガスＳを冷却するために熱交換された後自工程に
製品合成ガスＳａとして供給されるようになっている。
液平衡関係から、水素（Ｈ2）と窒素（Ｎ2）との容量割
合が、Ｈ2：Ｎ2＝３：１になるように制御されているた
め、気液分離器３内の上部には上記比率の製品合成ガス
Ｓａが得られたことになる。この製品合成ガスＳａが気
液分離器３の頂部から導出され、熱交換器２において原
料合成ガスＳを冷却するために熱交換された後自工程に
製品合成ガスＳａとして供給されるようになっている。
【０００７】そして、原料合成ガスＳを冷却して液化す
る冷熱源（寒冷）は、気液分離器３の底部に滞留した液
化ガスＦの気化熱によって賄われる。具体的には、気液
分離器３の底部から上記液化ガスＦが抜き出され、この
液化ガスＦは途中に設けられた膨張弁４において断熱膨
張して冷却され、この冷却したガスが上記熱交換器２に
おいて原料合成ガスＳの冷却用として使用されるのであ
る。熱交換後のガスはオフガスＯとして系外に導出され
る。
る冷熱源（寒冷）は、気液分離器３の底部に滞留した液
化ガスＦの気化熱によって賄われる。具体的には、気液
分離器３の底部から上記液化ガスＦが抜き出され、この
液化ガスＦは途中に設けられた膨張弁４において断熱膨
張して冷却され、この冷却したガスが上記熱交換器２に
おいて原料合成ガスＳの冷却用として使用されるのであ
る。熱交換後のガスはオフガスＯとして系外に導出され
る。
【０００８】また、図４に従来の第二の例の合成ガス調
製法を示している。この例においては、原料合成ガスＳ
は上記熱交換器２から一旦保冷箱１の外部にまで引き出
され、膨張タービン５によってまず冷却されてから再度
熱交換器２内に戻されるようになっている。その他は上
記図３に示す第一の例と同じである。第一の例において
は、冷却し難いガス組成であっても、膨張タービン５に
よって冷却される分原料合成ガスＳをよく冷却すること
ができる。
製法を示している。この例においては、原料合成ガスＳ
は上記熱交換器２から一旦保冷箱１の外部にまで引き出
され、膨張タービン５によってまず冷却されてから再度
熱交換器２内に戻されるようになっている。その他は上
記図３に示す第一の例と同じである。第一の例において
は、冷却し難いガス組成であっても、膨張タービン５に
よって冷却される分原料合成ガスＳをよく冷却すること
ができる。
【０００９】さらに、図５に従来の第三の例の合成ガス
調製法を示している。この例では、気液分離器３から導
出された製品合成ガスＳａは途中で熱交換器２から保冷
箱１外に引き出され、この引き出された製品合成ガスＳ
ａが膨張タービン５によって断熱膨張により冷却され、
この冷却された製品合成ガスＳａが寒冷として再度熱交
換器２内を通り原料合成ガスＳとの熱交換に供されるよ
うになっている。製品合成ガスＳａを冷却するために膨
張タービン５が設けられている他は上記図３に示す第一
の例と同じである。この場合も膨張タービン５によって
冷却されるため、第一の例では冷却され難いガス組成で
あっても、分製品合成ガスＳａはよく冷却され、原料合
成ガスＳはこのよく冷却された製品合成ガスＳａと熱交
換されるため原料合成ガスＳの液化が良好に行われる。
調製法を示している。この例では、気液分離器３から導
出された製品合成ガスＳａは途中で熱交換器２から保冷
箱１外に引き出され、この引き出された製品合成ガスＳ
ａが膨張タービン５によって断熱膨張により冷却され、
この冷却された製品合成ガスＳａが寒冷として再度熱交
換器２内を通り原料合成ガスＳとの熱交換に供されるよ
うになっている。製品合成ガスＳａを冷却するために膨
張タービン５が設けられている他は上記図３に示す第一
の例と同じである。この場合も膨張タービン５によって
冷却されるため、第一の例では冷却され難いガス組成で
あっても、分製品合成ガスＳａはよく冷却され、原料合
成ガスＳはこのよく冷却された製品合成ガスＳａと熱交
換されるため原料合成ガスＳの液化が良好に行われる。
【００１０】加えて、図６に従来の第四の例の合成ガス
調製法を示している。この例においては、別途圧縮機６
および膨張タービン５を備えた窒素を循環移動させる冷
却系統がが設けられ、この冷却系統をによって冷却され
た窒素を熱交換器２に通じさせることによって冷却効果
が高めれるようになっている。
調製法を示している。この例においては、別途圧縮機６
および膨張タービン５を備えた窒素を循環移動させる冷
却系統がが設けられ、この冷却系統をによって冷却され
た窒素を熱交換器２に通じさせることによって冷却効果
が高めれるようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図３に
示す第一の方法においては、気液分離器３で分離された
液化ガスＦの断熱膨張によってのみ温度を下げるように
構成されており、いわゆるジュールトムソン効果のみに
よる冷却が行われるため、装置自体は極めてシンプルで
具合がよいが、原料合成ガスＳの圧力が相当高いこと、
および液化ガスＦとなる成分がジュールトムソン効果の
大きいメタン、エタン、プロパン等を多く含むものでな
くてはならないこと等条件が揃わないと充分な冷却が実
現しないという問題点を含んでいる。
示す第一の方法においては、気液分離器３で分離された
液化ガスＦの断熱膨張によってのみ温度を下げるように
構成されており、いわゆるジュールトムソン効果のみに
よる冷却が行われるため、装置自体は極めてシンプルで
具合がよいが、原料合成ガスＳの圧力が相当高いこと、
および液化ガスＦとなる成分がジュールトムソン効果の
大きいメタン、エタン、プロパン等を多く含むものでな
くてはならないこと等条件が揃わないと充分な冷却が実
現しないという問題点を含んでいる。
【００１２】また、図４に示す第二の例においては、原
料合成ガスＳが膨張タービン５によって減圧され、その
分製品合成ガスＳａの圧力も下がってしまうため、この
圧力を所定の圧力に維持しようとすれば、当初の原料合
成ガスＳを相当の高圧にしなければならないという不都
合をはらんでいる。
料合成ガスＳが膨張タービン５によって減圧され、その
分製品合成ガスＳａの圧力も下がってしまうため、この
圧力を所定の圧力に維持しようとすれば、当初の原料合
成ガスＳを相当の高圧にしなければならないという不都
合をはらんでいる。
【００１３】さらに、図５に示す第三の方法においても
上記同様に製品合成ガスＳａの圧力が下がり、それの補
償のためにやはり当初の原料合成ガスＳの圧力を相当の
高圧にしなければならないという欠点を有している。
上記同様に製品合成ガスＳａの圧力が下がり、それの補
償のためにやはり当初の原料合成ガスＳの圧力を相当の
高圧にしなければならないという欠点を有している。
【００１４】加えて、上記図６に示す第四の方法におい
ては窒素の循環系統を別途設けなければならないため、
設備コストおよび運転コストの面で難がある。
ては窒素の循環系統を別途設けなければならないため、
設備コストおよび運転コストの面で難がある。
【００１５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、大きな設備投資を行うこと
なく、また製品合成ガスの圧力を昇圧することなく充分
熱交換用の冷熱を発生させることが可能な合成ガス精製
装置を提供することを目的としている。
ためになされたものであり、大きな設備投資を行うこと
なく、また製品合成ガスの圧力を昇圧することなく充分
熱交換用の冷熱を発生させることが可能な合成ガス精製
装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
合成ガス精製装置は、所定の高圧に圧力設定された複数
成分からなる原料合成ガスを冷却することによって上記
原料合成ガスを液化合成ガスにし、この液化合成ガスか
ら気化するガスの圧力および温度を制御することによっ
て所定の組成割合の製品合成ガスを製造する合成ガス精
製装置であって、断熱が施された保冷箱の内部に熱交換
器と、気液分離器と、膨張弁とが設けられるとともに、
保冷箱の内部または外部に膨張タービンが設けられ、上
記原料合成ガスを上記熱交換器を介して上記気液分離器
に導入する経路が設けられ、この気液分離器内で気化し
たガスを製品合成ガスとして上記熱交換器を介して系外
に導出する経路が設けられ、上記気液分離器の底部に貯
溜した液化ガスを膨張弁および熱交換器を介して上記膨
張タービンに供給する経路が設けられ、この膨張タービ
ンで断熱膨張してたオフガスを上記熱交換器を介して系
外に導出する経路が設けられていることを特徴とするも
のである。
合成ガス精製装置は、所定の高圧に圧力設定された複数
成分からなる原料合成ガスを冷却することによって上記
原料合成ガスを液化合成ガスにし、この液化合成ガスか
ら気化するガスの圧力および温度を制御することによっ
て所定の組成割合の製品合成ガスを製造する合成ガス精
製装置であって、断熱が施された保冷箱の内部に熱交換
器と、気液分離器と、膨張弁とが設けられるとともに、
保冷箱の内部または外部に膨張タービンが設けられ、上
記原料合成ガスを上記熱交換器を介して上記気液分離器
に導入する経路が設けられ、この気液分離器内で気化し
たガスを製品合成ガスとして上記熱交換器を介して系外
に導出する経路が設けられ、上記気液分離器の底部に貯
溜した液化ガスを膨張弁および熱交換器を介して上記膨
張タービンに供給する経路が設けられ、この膨張タービ
ンで断熱膨張してたオフガスを上記熱交換器を介して系
外に導出する経路が設けられていることを特徴とするも
のである。
【００１７】本発明の請求項２記載の合成ガス精製装置
は、請求項１記載の合成ガス精製装置において、上記原
料合成ガスはアンモニア合成用の水素ガスと窒素ガスと
を主成分とする混合ガスであることを特徴とするもので
ある。
は、請求項１記載の合成ガス精製装置において、上記原
料合成ガスはアンモニア合成用の水素ガスと窒素ガスと
を主成分とする混合ガスであることを特徴とするもので
ある。
【００１８】本発明の請求項３記載の合成ガス精製装置
は、請求項２記載の合成ガス精製装置において、上記保
冷箱の近傍に設けられたアンモニア合成工程の合成ルー
プにおいて発生する合成ループオフガスを、気液分離器
から導出されかつ上記熱交換器を通った液化ガスに合流
させるように構成されていることを特徴とするものであ
る。
は、請求項２記載の合成ガス精製装置において、上記保
冷箱の近傍に設けられたアンモニア合成工程の合成ルー
プにおいて発生する合成ループオフガスを、気液分離器
から導出されかつ上記熱交換器を通った液化ガスに合流
させるように構成されていることを特徴とするものであ
る。
【００１９】
【作用】上記請求項１記載の合成ガス精製装置によれ
ば、気液分離器の底部に貯溜した液化ガスは膨張弁およ
び熱交換器を介して上記膨張タービンに供給され、この
膨張タービンで断熱膨張して気化したオフガスは熱交換
器を介して系外に排出されるように構成されている。従
って、保冷箱内の熱交換器に供給されここで熱交換によ
って冷却された原料合成ガスＳは、気液分離器において
液化ガスと製品合成ガスとに分離され、分離された製品
合成ガスはそのまま熱交換器を介して系外に排出され
る。そして、その間膨張タービン等の大きな圧損要因が
介在されていないため、原料合成ガスと製品合成ガスと
は略同じ圧力になり、特に圧損を補償するために製品合
成ガスを昇圧する必要はない。
ば、気液分離器の底部に貯溜した液化ガスは膨張弁およ
び熱交換器を介して上記膨張タービンに供給され、この
膨張タービンで断熱膨張して気化したオフガスは熱交換
器を介して系外に排出されるように構成されている。従
って、保冷箱内の熱交換器に供給されここで熱交換によ
って冷却された原料合成ガスＳは、気液分離器において
液化ガスと製品合成ガスとに分離され、分離された製品
合成ガスはそのまま熱交換器を介して系外に排出され
る。そして、その間膨張タービン等の大きな圧損要因が
介在されていないため、原料合成ガスと製品合成ガスと
は略同じ圧力になり、特に圧損を補償するために製品合
成ガスを昇圧する必要はない。
【００２０】一方、気液分離器の底部から抜き出された
液化ガスは、一旦膨張弁による断熱膨張によって冷却さ
れて後熱交換器を介して膨張タービンに供給され、この
膨張タービンで仕事をして冷却させられ、寒冷の役目を
果たすオフガスとなって再度熱交換器に供給される。そ
して、この熱交換器において冷熱を原料合成ガスに供給
し系外に排出される。
液化ガスは、一旦膨張弁による断熱膨張によって冷却さ
れて後熱交換器を介して膨張タービンに供給され、この
膨張タービンで仕事をして冷却させられ、寒冷の役目を
果たすオフガスとなって再度熱交換器に供給される。そ
して、この熱交換器において冷熱を原料合成ガスに供給
し系外に排出される。
【００２１】つまり、圧力の降下が問題にならない液化
ガスが気化したオフガスを原料合成ガスの冷却のための
寒冷にしているため、製品合成ガスの圧力の低下を招く
ような操作を行って寒冷を得る必要はなく、その結果製
品合成ガスの圧力を低下させることなくことなく原料合
成ガスを充分に冷却することができるようになったので
ある。
ガスが気化したオフガスを原料合成ガスの冷却のための
寒冷にしているため、製品合成ガスの圧力の低下を招く
ような操作を行って寒冷を得る必要はなく、その結果製
品合成ガスの圧力を低下させることなくことなく原料合
成ガスを充分に冷却することができるようになったので
ある。
【００２２】さらに本発明装置は、従来の合成ガス精製
装置において原料合成ガスまたは製品合成ガスを温度降
下させるために適用されていた膨張タービンを、オフガ
ス温度を降下させるために配管の流路変更のみを行うこ
とによって転用することによって完成させることがで
き、例えば従来行われていた新たに別系統の冷却設備を
付加すること等に比較して設備投資を最小限に抑止する
ことができるという利点が存在する。
装置において原料合成ガスまたは製品合成ガスを温度降
下させるために適用されていた膨張タービンを、オフガ
ス温度を降下させるために配管の流路変更のみを行うこ
とによって転用することによって完成させることがで
き、例えば従来行われていた新たに別系統の冷却設備を
付加すること等に比較して設備投資を最小限に抑止する
ことができるという利点が存在する。
【００２３】上記請求項２記載の合成ガス精製装置によ
れば、原料合成ガスはアンモニア合成用の水素ガスと窒
素ガスとを主成分とする混合ガスとされているため、ア
ンモニア合成プラントの合理的な運転が可能になる。
れば、原料合成ガスはアンモニア合成用の水素ガスと窒
素ガスとを主成分とする混合ガスとされているため、ア
ンモニア合成プラントの合理的な運転が可能になる。
【００２４】上記請求項３記載の合成ガス精製装置によ
れば、保冷箱の近傍に設けられたアンモニア合成工程の
合成ループにおいて発生する合成ループオフガスを、気
液分離器から導出されかつ上記熱交換器を通った液化ガ
スに合流させるように構成されているため、不用な合成
ループガスを不足している寒冷の補充用に有効活用させ
ることができる。
れば、保冷箱の近傍に設けられたアンモニア合成工程の
合成ループにおいて発生する合成ループオフガスを、気
液分離器から導出されかつ上記熱交換器を通った液化ガ
スに合流させるように構成されているため、不用な合成
ループガスを不足している寒冷の補充用に有効活用させ
ることができる。
【００２５】
【実施例】図１は、本発明の合成ガス精製装置の一例を
示す説明図である。この実施例においてはこの合成ガス
精製装置は、アンモニア合成プラントに設けられたもの
を例示しているが、本発明はアンモニア合成プラントへ
の適用に限定されるものではなく、例えばメタノール合
成プラント等の他の化学プラントの合成ガス精製装置に
も適用することが可能である。
示す説明図である。この実施例においてはこの合成ガス
精製装置は、アンモニア合成プラントに設けられたもの
を例示しているが、本発明はアンモニア合成プラントへ
の適用に限定されるものではなく、例えばメタノール合
成プラント等の他の化学プラントの合成ガス精製装置に
も適用することが可能である。
【００２６】本実施例においては、原料となる合成ガス
Ｓとして、ナフサや天然ガスの改質工程で得られた水素
と窒素との混合物が用いられている。そして本発明装置
は、上記原料合成ガスＳを所定の圧力に昇圧してから冷
却することによって一旦液化して液化ガスＦにし、この
液化ガスＦから気化するガスの圧力および温度を制御す
ることによって所定の組成割合の製品合成ガスＳａを製
造するいわゆる深冷分離法が適用されている。
Ｓとして、ナフサや天然ガスの改質工程で得られた水素
と窒素との混合物が用いられている。そして本発明装置
は、上記原料合成ガスＳを所定の圧力に昇圧してから冷
却することによって一旦液化して液化ガスＦにし、この
液化ガスＦから気化するガスの圧力および温度を制御す
ることによって所定の組成割合の製品合成ガスＳａを製
造するいわゆる深冷分離法が適用されている。
【００２７】まず、本実施例の合成ガス精製装置１０
は、断熱が施された保冷箱１と、この保冷箱１の内部に
設けられた熱交換器２と、保冷箱１の内部であって熱交
換器２の下流側に設けられた気液分離器３と、同じく保
冷箱１の内部であって気液分離器３の直後に設けられた
膨張弁４と、保冷箱１に並設された膨張タービン５とか
ら基本構成されている。なお、本実施例においては、膨
張タービン５は保冷箱１の外部に設けられているが、保
冷箱１の内部に設けてもよい。
は、断熱が施された保冷箱１と、この保冷箱１の内部に
設けられた熱交換器２と、保冷箱１の内部であって熱交
換器２の下流側に設けられた気液分離器３と、同じく保
冷箱１の内部であって気液分離器３の直後に設けられた
膨張弁４と、保冷箱１に並設された膨張タービン５とか
ら基本構成されている。なお、本実施例においては、膨
張タービン５は保冷箱１の外部に設けられているが、保
冷箱１の内部に設けてもよい。
【００２８】そして、上記原料合成ガスＳは、経路Ｌ１
を介して保冷箱１内に導入されるようになっている。こ
の経路Ｌ１は保冷箱１内において、熱交換器２を通過し
気液分離器３の略中央部分に接続されている。上記気液
分離器３の上部には経路Ｌ２が接続されているととも
に、気液分離器３の底部には経路Ｌ３が接続されてい
る。上記経路Ｌ２は気液分離器３の上部空間に溜った製
品合成ガスＳａを系外に導出するためのものであり、熱
交換器２を通過してから保冷箱１の外部に導き出されて
いる。
を介して保冷箱１内に導入されるようになっている。こ
の経路Ｌ１は保冷箱１内において、熱交換器２を通過し
気液分離器３の略中央部分に接続されている。上記気液
分離器３の上部には経路Ｌ２が接続されているととも
に、気液分離器３の底部には経路Ｌ３が接続されてい
る。上記経路Ｌ２は気液分離器３の上部空間に溜った製
品合成ガスＳａを系外に導出するためのものであり、熱
交換器２を通過してから保冷箱１の外部に導き出されて
いる。
【００２９】また、上記経路Ｌ３は気液分離器３の底部
に滞留した液化ガスＦを系外に導出するためのものであ
る。気液分離器３と熱交換器２との間の経路Ｌ３には膨
張弁４が設けられている。この経路Ｌ３は、膨張弁４の
下流側が一旦熱交換器２内を通過するように配設され、
その後熱交換器２の外部に導出されて膨張タービン５に
接続されている。この膨張タービン５の下流側は経路Ｌ
４に接続されており、この経路Ｌ４は熱交換器２の内部
を通過するように配設され、その後保冷箱１外に導出さ
れている。
に滞留した液化ガスＦを系外に導出するためのものであ
る。気液分離器３と熱交換器２との間の経路Ｌ３には膨
張弁４が設けられている。この経路Ｌ３は、膨張弁４の
下流側が一旦熱交換器２内を通過するように配設され、
その後熱交換器２の外部に導出されて膨張タービン５に
接続されている。この膨張タービン５の下流側は経路Ｌ
４に接続されており、この経路Ｌ４は熱交換器２の内部
を通過するように配設され、その後保冷箱１外に導出さ
れている。
【００３０】この実施例の合成ガス精製装置１０は以上
のように構成されているので、経路Ｌ１を介して保冷箱
１内に導入された原料合成ガスＳは、まず熱交換器２内
において後述する寒冷との熱交換によって冷却され液化
する。そして、この液化した液化ガスＦは気液分離器３
に導入され、ここで液化ガスＦは気液に分離される。
のように構成されているので、経路Ｌ１を介して保冷箱
１内に導入された原料合成ガスＳは、まず熱交換器２内
において後述する寒冷との熱交換によって冷却され液化
する。そして、この液化した液化ガスＦは気液分離器３
に導入され、ここで液化ガスＦは気液に分離される。
【００３１】この気液分離器３内の温度と圧力とは、所
定の気液平衡関係から、アンモニアの原料である水素
（Ｈ2）と窒素（Ｎ2）との容量割合が、Ｈ2：Ｎ2＝３：
１になるように設定され、かつこのような容量割合が実
現するように図略の制御装置によって温度および圧力が
自動制御されるようになっている。
定の気液平衡関係から、アンモニアの原料である水素
（Ｈ2）と窒素（Ｎ2）との容量割合が、Ｈ2：Ｎ2＝３：
１になるように設定され、かつこのような容量割合が実
現するように図略の制御装置によって温度および圧力が
自動制御されるようになっている。
【００３２】従って、気液分離器３の頂部から経路Ｌ２
を介して導出された製品合成ガスＳａの組成は、アンモ
ニア合成に必要な容量割合が、おのずからＨ2：Ｎ2＝
３：１になっている。そして、この経路Ｌ２を介して系
外に導出される製品合成ガスＳａは、熱交換器２内にお
いて経路Ｌ１内の原料合成ガスＳを冷却するための第一
の寒冷として利用され、自身は原料合成ガスＳから熱を
受けて加温される。
を介して導出された製品合成ガスＳａの組成は、アンモ
ニア合成に必要な容量割合が、おのずからＨ2：Ｎ2＝
３：１になっている。そして、この経路Ｌ２を介して系
外に導出される製品合成ガスＳａは、熱交換器２内にお
いて経路Ｌ１内の原料合成ガスＳを冷却するための第一
の寒冷として利用され、自身は原料合成ガスＳから熱を
受けて加温される。
【００３３】一方、気液分離器３の底部に滞留した液化
ガスＦは、経路Ｌ３を介して抜き出され、膨張弁４を通
過することによって断熱膨張してジュールトムソン効果
によって温度降下し、下流側の経路Ｌ３を通って第二の
寒冷となり、熱交換器２内においてその冷熱を経路Ｌ１
内の原料合成ガスＳに提供する。そして自身は加温され
て膨張タービン５に供給され、ここで仕事をして一旦上
昇した温度が再度降下されオフガスＯとなる。そしてこ
のオフガスＯは経路Ｌ４を通じて第三の寒冷として導出
され、熱交換器２内において経路Ｌ１内の原料合成ガス
Ｓを冷却するように供されるのである。
ガスＦは、経路Ｌ３を介して抜き出され、膨張弁４を通
過することによって断熱膨張してジュールトムソン効果
によって温度降下し、下流側の経路Ｌ３を通って第二の
寒冷となり、熱交換器２内においてその冷熱を経路Ｌ１
内の原料合成ガスＳに提供する。そして自身は加温され
て膨張タービン５に供給され、ここで仕事をして一旦上
昇した温度が再度降下されオフガスＯとなる。そしてこ
のオフガスＯは経路Ｌ４を通じて第三の寒冷として導出
され、熱交換器２内において経路Ｌ１内の原料合成ガス
Ｓを冷却するように供されるのである。
【００３４】本発明においては、このように、気液分離
器３の頂部から導出される製品合成ガスＳａが第一の寒
冷として、膨張弁４後の液化ガスＦが気化した気体が第
二の寒冷として、また膨張タービン５後のオフガスＯが
第三の寒冷として利用され、それらで経路Ｌ１内の原料
合成ガスＳを冷却するようになっているため、原料合成
ガスＳを充分に冷却して効果的に液化することが可能に
なる。
器３の頂部から導出される製品合成ガスＳａが第一の寒
冷として、膨張弁４後の液化ガスＦが気化した気体が第
二の寒冷として、また膨張タービン５後のオフガスＯが
第三の寒冷として利用され、それらで経路Ｌ１内の原料
合成ガスＳを冷却するようになっているため、原料合成
ガスＳを充分に冷却して効果的に液化することが可能に
なる。
【００３５】しかも、膨張タービン５は、アンモニア合
成には不用な気液分離器３の底部に溜った液化ガスＦを
対象として適用されており、従来のように経路Ｌ１また
は経路Ｌ２に膨張タービンを設けたものではなく、原料
合成ガスＳおよび製品合成ガスＳａの圧変動には影響を
及ぼすことはない。従って、従来のように、製品合成ガ
スＳａの圧力を上昇させるために別途昇圧手段を設ける
必要はなく、この面から特に本発明は優れている。
成には不用な気液分離器３の底部に溜った液化ガスＦを
対象として適用されており、従来のように経路Ｌ１また
は経路Ｌ２に膨張タービンを設けたものではなく、原料
合成ガスＳおよび製品合成ガスＳａの圧変動には影響を
及ぼすことはない。従って、従来のように、製品合成ガ
スＳａの圧力を上昇させるために別途昇圧手段を設ける
必要はなく、この面から特に本発明は優れている。
【００３６】図２は、本発明の合成ガス精製装置の他の
例を示す説明図である。この例の場合は、合成ガス精製
装置１０ａの近傍に設けられた図外のアンモニア合成工
程の合成ループで発生する合成ループオフガスＯ１を、
経路Ｌ５を介して熱交換器２出の経路Ｌ３に供給するよ
うにしている。具体的には、経路Ｌ５は一旦熱交換器２
内に配設されここで熱交換により経路Ｌ５内の合成ルー
プオフガスＯ１を一次冷却するようにしてから熱交換器
２から導き出されて保冷箱１外で経路Ｌ３に接続されて
いる。
例を示す説明図である。この例の場合は、合成ガス精製
装置１０ａの近傍に設けられた図外のアンモニア合成工
程の合成ループで発生する合成ループオフガスＯ１を、
経路Ｌ５を介して熱交換器２出の経路Ｌ３に供給するよ
うにしている。具体的には、経路Ｌ５は一旦熱交換器２
内に配設されここで熱交換により経路Ｌ５内の合成ルー
プオフガスＯ１を一次冷却するようにしてから熱交換器
２から導き出されて保冷箱１外で経路Ｌ３に接続されて
いる。
【００３７】その他の構成については、上記先の例の精
製装置１０と全く同じである。なお、合成ループオフガ
スＯ１の圧力は当初から通常相当の高圧になっているた
め、特に昇圧操作を行うことなく経路Ｌ３内の液化ガス
Ｆに合流させることができる。
製装置１０と全く同じである。なお、合成ループオフガ
スＯ１の圧力は当初から通常相当の高圧になっているた
め、特に昇圧操作を行うことなく経路Ｌ３内の液化ガス
Ｆに合流させることができる。
【００３８】この例の合成ガス精製装置１０ａは以上の
ように構成されているので、熱交換器２内で使用される
経路Ｌ４内の寒冷（オフガスＯ）の量が多くなり、より
原料合成ガスＳを冷す冷却効果を上昇させることができ
好都合である。なお、このような合成ループオフガスＯ
１の系内への導入は常に行う必要はなく、気液分離器３
内の温度および圧力を所定の設定値に制御する一連の制
御過程において適用するようにすればよく、具体的には
経路Ｌ４内の寒冷の量が不足して気液分離器３内の温度
を所定の低温にすることができないようなときにのみ合
成ループオフガスＯ１を系内に導入するような適用の仕
方が好ましい。
ように構成されているので、熱交換器２内で使用される
経路Ｌ４内の寒冷（オフガスＯ）の量が多くなり、より
原料合成ガスＳを冷す冷却効果を上昇させることができ
好都合である。なお、このような合成ループオフガスＯ
１の系内への導入は常に行う必要はなく、気液分離器３
内の温度および圧力を所定の設定値に制御する一連の制
御過程において適用するようにすればよく、具体的には
経路Ｌ４内の寒冷の量が不足して気液分離器３内の温度
を所定の低温にすることができないようなときにのみ合
成ループオフガスＯ１を系内に導入するような適用の仕
方が好ましい。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の合成ガス精
製装置は、気液分離器の底部に貯溜した液化ガスは膨張
弁および熱交換器を介して上記膨張タービンに供給さ
れ、この膨張タービンで断熱膨張して気化したオフガス
は熱交換器を介して系外に排出されるように構成されて
いる。従って、保冷箱内の熱交換器に供給されここで熱
交換によって冷却された原料合成ガスＳは、気液分離器
において液化ガスと製品合成ガスとに分離され、分離さ
れた製品合成ガスはそのまま熱交換器を介して系外に排
出される。そして、その間膨張タービン等の大きな圧損
要因が介在されていないため、原料合成ガスと製品合成
ガスとは略同じ圧力になる。
製装置は、気液分離器の底部に貯溜した液化ガスは膨張
弁および熱交換器を介して上記膨張タービンに供給さ
れ、この膨張タービンで断熱膨張して気化したオフガス
は熱交換器を介して系外に排出されるように構成されて
いる。従って、保冷箱内の熱交換器に供給されここで熱
交換によって冷却された原料合成ガスＳは、気液分離器
において液化ガスと製品合成ガスとに分離され、分離さ
れた製品合成ガスはそのまま熱交換器を介して系外に排
出される。そして、その間膨張タービン等の大きな圧損
要因が介在されていないため、原料合成ガスと製品合成
ガスとは略同じ圧力になる。
【００４０】一方、気液分離器の底部から抜き出された
液化ガスは、一旦膨張弁による断熱膨張によって冷却さ
れて後熱交換器を介して膨張タービンに供給され、この
膨張タービンで仕事をしてさらに冷却させられ、寒冷の
役目を果たすオフガスとなって再度熱交換器に供給され
る。そして、この熱交換器において冷熱を原料合成ガス
に供給し系外に排出される。
液化ガスは、一旦膨張弁による断熱膨張によって冷却さ
れて後熱交換器を介して膨張タービンに供給され、この
膨張タービンで仕事をしてさらに冷却させられ、寒冷の
役目を果たすオフガスとなって再度熱交換器に供給され
る。そして、この熱交換器において冷熱を原料合成ガス
に供給し系外に排出される。
【００４１】つまり、圧力の降下が問題にならない液化
ガスが気化したオフガスを原料合成ガスの冷却のための
寒冷にしているため、製品合成ガスの圧力の低下を招く
ような操作を行って寒冷を得る必要はなく、その結果製
品合成ガスの圧力を低下させることなくことなく原料合
成ガスを充分に冷却することができるのであり、特に圧
損を補償するために製品合成ガスを昇圧する必要はな
く、設備面および運転コスト面で有用である。
ガスが気化したオフガスを原料合成ガスの冷却のための
寒冷にしているため、製品合成ガスの圧力の低下を招く
ような操作を行って寒冷を得る必要はなく、その結果製
品合成ガスの圧力を低下させることなくことなく原料合
成ガスを充分に冷却することができるのであり、特に圧
損を補償するために製品合成ガスを昇圧する必要はな
く、設備面および運転コスト面で有用である。
【００４２】さらに本発明装置は、従来の合成ガス精製
装置において原料合成ガスまたは製品合成ガスを温度降
下させるために適用されていた膨張タービンを、オフガ
ス温度を降下させるために配管の流路変更のみを行うこ
とによって転用することによって完成させることがで
き、例えば従来行われていた新たに別系統の冷却設備を
付加すること等に比較して設備投資を最小限に抑止する
ことができ経済的に有利である。
装置において原料合成ガスまたは製品合成ガスを温度降
下させるために適用されていた膨張タービンを、オフガ
ス温度を降下させるために配管の流路変更のみを行うこ
とによって転用することによって完成させることがで
き、例えば従来行われていた新たに別系統の冷却設備を
付加すること等に比較して設備投資を最小限に抑止する
ことができ経済的に有利である。
【００４３】上記原料合成ガスが、アンモニア合成用の
水素ガスと窒素ガスとを主成分とする混合ガスである場
合には、アンモニア合成プラントの合理的な運転が可能
になり好都合である。
水素ガスと窒素ガスとを主成分とする混合ガスである場
合には、アンモニア合成プラントの合理的な運転が可能
になり好都合である。
【００４４】上記保冷箱の近傍に設けられたアンモニア
合成工程の合成ループにおいて発生する合成ループオフ
ガスを、気液分離器から導出されかつ上記熱交換器を通
った液化ガスに合流させるようにすれば、不用な合成ル
ープガスを不足している寒冷の補充用に有効活用させる
ことができ好都合である。
合成工程の合成ループにおいて発生する合成ループオフ
ガスを、気液分離器から導出されかつ上記熱交換器を通
った液化ガスに合流させるようにすれば、不用な合成ル
ープガスを不足している寒冷の補充用に有効活用させる
ことができ好都合である。
【図１】本発明の合成ガス精製装置の一例を示す説明図
である。
である。
【図２】本発明の合成ガス精製装置の他の例を示す説明
図である。
図である。
【図３】従来の合成ガス精製装置の第一の例を示す説明
図である。
図である。
【図４】従来の合成ガス精製装置の第二の例を示す説明
図である。
図である。
【図５】従来の合成ガス精製装置の第三の例を示す説明
図である。
図である。
【図６】従来の合成ガス精製装置の第四の例を示す説明
図である。
図である。
１ 保冷箱 ２ 熱交換器 ３ 気液分離器 ４ 膨張弁 ５ 膨張タービン Ｓ 原料合成ガス Ｓａ 製品合成ガス Ｆ 液化ガス Ｏ オフガス Ｏ１ 合成ループオフガス
Claims (3)
- 【請求項１】 所定の高圧に圧力設定された複数成分か
らなる原料合成ガスを冷却することによって上記原料合
成ガスを液化合成ガスにし、この液化合成ガスから気化
するガスの圧力および温度を制御することによって所定
の組成割合の製品合成ガスを製造する合成ガス精製装置
であって、断熱が施された保冷箱の内部に熱交換器と、
気液分離器と、膨張弁とが設けられるとともに、保冷箱
の内部または外部に膨張タービンが設けられ、上記原料
合成ガスを上記熱交換器を介して上記気液分離器に導入
する経路が設けられ、この気液分離器内で気化したガス
を製品合成ガスとして上記熱交換器を介して系外に導出
する経路が設けられ、上記気液分離器の底部に貯溜した
液化ガスを膨張弁および熱交換器を介して上記膨張ター
ビンに供給する経路が設けられ、この膨張タービンで断
熱膨張して気化したオフガスを上記熱交換器を介して系
外に導出する経路が設けられていることを特徴とする合
成ガス精製装置。 - 【請求項２】 上記原料合成ガスはアンモニア合成用の
水素ガスと窒素ガスとを主成分とする混合ガスであるこ
とを特徴とする請求項１記載の合成ガス精製装置。 - 【請求項３】 上記保冷箱の近傍に設けられたアンモニ
ア合成工程の合成ループにおいて発生する合成ループオ
フガスを、気液分離器から導出されかつ上記熱交換器を
通った液化ガスに合流させるように構成されていること
を特徴とする請求項２記載の合成ガス精製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19722193A JPH0755331A (ja) | 1993-08-09 | 1993-08-09 | 合成ガス精製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19722193A JPH0755331A (ja) | 1993-08-09 | 1993-08-09 | 合成ガス精製装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0755331A true JPH0755331A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16370855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19722193A Pending JPH0755331A (ja) | 1993-08-09 | 1993-08-09 | 合成ガス精製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0755331A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6266976B1 (en) | 2000-06-26 | 2001-07-31 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic H2 and carbon monoxide production with an impure carbon monoxide expander |
| JP2008508184A (ja) * | 2004-07-29 | 2008-03-21 | フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン | 改良されたアンモニアプラント |
-
1993
- 1993-08-09 JP JP19722193A patent/JPH0755331A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6266976B1 (en) | 2000-06-26 | 2001-07-31 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic H2 and carbon monoxide production with an impure carbon monoxide expander |
| EP1167294A2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-01-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic H2 and carbon monoxide production with an impure carbon monoxide expander |
| EP1167294A3 (en) * | 2000-06-26 | 2002-05-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic H2 and carbon monoxide production with an impure carbon monoxide expander |
| JP2008508184A (ja) * | 2004-07-29 | 2008-03-21 | フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン | 改良されたアンモニアプラント |
| JP4815439B2 (ja) * | 2004-07-29 | 2011-11-16 | フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン | 改良されたアンモニアプラント |
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