JPH0792332B2 - 低純度酸素製造方法 - Google Patents

低純度酸素製造方法

Info

Publication number
JPH0792332B2
JPH0792332B2 JP62335446A JP33544687A JPH0792332B2 JP H0792332 B2 JPH0792332 B2 JP H0792332B2 JP 62335446 A JP62335446 A JP 62335446A JP 33544687 A JP33544687 A JP 33544687A JP H0792332 B2 JPH0792332 B2 JP H0792332B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
low
column
tower
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP62335446A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH01174878A (ja
Inventor
高司 辰巳
Original Assignee
日本酸素株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本酸素株式会社 filed Critical 日本酸素株式会社
Priority to JP62335446A priority Critical patent/JPH0792332B2/ja
Publication of JPH01174878A publication Critical patent/JPH01174878A/ja
Publication of JPH0792332B2 publication Critical patent/JPH0792332B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04278—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using external refrigeration units, e.g. closed mechanical or regenerative refrigeration units
    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • 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
    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • 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
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04636—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a hybrid air separation unit, e.g. combined process by cryogenic separation and non-cryogenic separation techniques
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/24—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using regenerators, cold accumulators or reversible heat exchangers
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/62—Purifying more than one feed stream in multiple adsorption vessels, e.g. for two feed streams at different pressures
    • 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
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • 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
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/50—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being oxygen
    • 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
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
    • 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
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/50—One fluid being oxygen
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原料空気を圧縮，精製，冷却して複精留塔に
導入して精留分離する低純度酸素製造方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕
第６図は、従来の一般的な低純度酸素製造方法を示すも
ので、フィルタ１で除塵された原料空気Ａは、圧縮機２
で約6.0Kg/cm2Aに圧縮され、アフタークーラ３及びフロ
ン冷却装置４で冷却されて吸着器５で精製される。
吸着器５で水分，炭酸ガス塔を除去された原料空気Ａ
は、主熱交換器６で低温ガスにより、露点付近または一
部が液化する状態まで冷却され、約5.6Kg/cm2Aで複精留
塔７の下部塔８下部に導入され、精留されて塔上部の窒
素ガスGNと塔底部の酸素富化液化空気LAに分離する。
塔底部の酸素富化液化空気LAは、液化空気過冷器９で過
冷状態とされた後に、弁10で膨張して約1.4Kg/cm2Aとな
って上部塔11の中段に導入され、精留されて塔頂部の高
純度窒素ガスHGNの低純度窒素ガスWN及び塔底部の低純
度液化酸素LOに分離する。
一方下部塔８頂部の窒素ガスGNは、上部塔11底部に配設
された凝縮蒸発器12に導入され、前記低純度液化酸素LO
と熱交換を行い、液化して液化窒素LNとなる。この液化
窒素LNは、一部が下部塔８頂部に導入されて下部塔８の
還流液となり、残部が液化窒素過冷器13で過冷にされ、
弁14で膨張して約1.3Kg/cm2Aとなって上部塔11頂部に上
部塔11の還流液として導入される。
上記下部塔８上部の不純窒素ガスRNは、主熱交換器６で
所定温度まで昇温した後に膨張タービン15に導入され、
大気圧程度にまで膨張して寒冷を発生し、再び主熱交換
器６に導入されて原料空気Ａの冷却源となる。
また前記上部塔11頂部に分離した高純度窒素ガスHGN及
び上部塔11の上部から導出された低純度窒素ガスWNは、
液化窒素過冷器13,液化空気過冷器９及び主熱交換器６
を通って温度回復し、高純度窒素ガスHGNは、製品窒素
ガスPNとして採取され、低純度窒素ガスWNは、吸着器５
の再生用に用いられ、吸着器５の再生時には、ヒータ16
で加熱されて吸着器５の再生ガスとなり、吸着器５が冷
却工程の時には、弁17を経て吸着器５に導入され、吸着
器５を冷却する。
そして上部塔11底部に分離した低純度液化酸素LOは、前
記凝縮蒸発器12で下部塔８の窒素ガスGNと熱交換して蒸
発し、低純度酸素ガスGOとなる。この低純度酸素ガスGO
は、一部が上部塔11の上昇ガスとなり、残部が上部塔11
から導出されて主熱交換器６で原料空気Ａを冷却するこ
とにより常温にまで温度回復して製品酸素ガスPOとな
り、圧縮器18から使用者設備等に圧送される。
また低純度液化酸素LOは、上部塔11底部より導出され、
サーモサイフォンリボイラ19及び循環吸着器20を通って
上部塔11の下部に戻る回路で循環されており、その一部
が炭化水素の蓄積を防止するために、いわゆる保安液酸
SOとして抜き出され、蒸発器21に導入されて気化し、前
記製品酸素ガスPOに合流する。
上記方法は、高純度酸素の製造方法をそのまま流用して
低純度酸素を製造しているため、低純度酸素製造の場合
は、高純度酸素の製造に比べて凝縮蒸発器12に必要な熱
量、即ち、上部塔11の低純度液化酸素LOを蒸発させるの
に必要な下部塔８上部の窒素ガスGNの量がかなり少なく
てよいにもかかわらず、多量の原料空気Ａを高圧に圧縮
して下部塔８に導入しており、動力費の無駄を生じてい
た。
これを改善するため、特公昭61−38391に示される低純
度の酸素を採取する方法では、原料空気の供給系統を高
圧と低圧の２系統として原料空気の一部を低圧で上部塔
に導入している。
即ち、第７図に示すように、一部の原料空気ATは、フィ
ルタ22で除塵されて低圧圧縮機23で上部塔11に見合う圧
力の、約1.8Kg/cm2Aに昇圧された後に、アフタークーラ
24及びフロン冷却装置25で冷却され、吸着器26で精製さ
れて水分，炭酸ガス塔を除去される。
そして、この低圧の原料空気ATは、低圧熱交換器27で上
部塔11の上部から導出された低純度窒素ガスWNの一部に
より冷却され、約1.45Kg/cm2Aで複精留塔７の上部塔11
中部に導入され、精留分離されて塔頂部の高純度窒素ガ
スHGNと低純度窒素ガスWN及び低純度液化酸素LOにな
る。尚、上記原料空気ATを冷却した後の低純度窒素ガス
WNは、ヒータ28及び弁29を有する経路により吸着器26の
再生及び冷却に用いられて放出される。
尚、下部塔８に導入される高圧の原料空気Ａは、前記第
６図に示す系統と同系統により処理されるので、同番号
を付して、その説明を省略する。
このように、原料空気の系統を、凝縮蒸発器12に必要な
熱量を得るために下部塔８に導入する高圧系統の原料空
気Ａと、残部の低圧系統の原料空気ATとに分けることに
より、原料空気全体の圧縮動力を低減し、動力原単位を
低減させている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、複精留塔に供給する原料空気の系統を単
に高圧と低圧に分割して、低圧の原料空気を上部塔に導
入したのみでは、第８図のマッケーブ・シール線図に示
すように、下部塔から上部塔に導入される酸素富化液化
空気の組成（38〜40％O2;蒸気組成は16〜17％O2）と、
低圧で上部塔に導入される原料空気の組成（21％O2）が
気液平衡に近いため、上部塔の操作線L1を改善すること
ができず、低純度酸素製造装置の性能の向上には限界が
あった。
また、下部塔は、原料空気量の減少により塔径を縮径さ
せることができるが、一般に下部塔の塔径より大径に形
成されている上部塔の処理量が変らないため、上部塔を
小径とすることができなかった。また上部塔に導入する
低圧の空気の精製工程を吸着器により行うことは、1.8K
g/cm2A程度では困難である。
そこで、本発明は、動力原単位を低減するとともに複精
留塔を小型に形成できる低純度酸素製造方法を提供する
ことを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記した目的を達成するために、本発明は、低純度酸素
製造方法において、原料空気の全所要量の約70〜90％
を、4.5〜6.5Kg/cm2Aに圧縮し、精製，冷却を行った
後、前記複精留塔の下部塔に導入して精留を行い、塔上
部の窒素と塔底部の酸素富化液化空気とに分離し、該酸
素富化液化空気を複精留塔の上部塔の中段に導入すると
ともに、原料空気の残部を圧力変動式吸着分離装置に導
入して酸素濃度約30〜60％，好ましくは35〜50％の酸素
富化空気とした後、冷却して前記上部塔の酸素富化液化
空気の導入位置と塔底との間に導入して精留を行うこと
を特徴とする。
〔作 用〕 上記のごとく、原料空気の一部を圧力変動式吸着分離装
置（以下PSA装置という）により酸素富化状態として上
部塔に導入するため、上部塔の操作線を改善でき、精留
分離効率を向上させることができる。またこれにより、
凝縮蒸発器に必要な熱量が減少し、下部塔に導入する高
圧の空気量を低減できるので、圧縮器の消費動力を低減
できるとともに、塔径を小さくすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。尚、前記従来
例と同一要素のものには、同符号を付して詳細な説明を
省略する。
まず第１図乃至第３図は、本発明の一実施例を示すもの
で、原料空気の供給系統を、従来と同様に高圧に圧縮し
て下部塔８に導入する高圧系統30と、PSA装置31により
酸素富化空気として上部塔11に導入する低圧系統32とで
構成したものである。
原料空気の全所要量の約70〜90％（符号Ａ）は、前記第
６図に示した従来例と同様に、圧縮機２で4.5〜6.5Kg/c
m2Aに圧縮され、精製，冷却された後に下部塔８の下部
に導入され、塔上部の窒素ガスGNと不純窒素ガスRN及び
塔底部の酸素富化液化空気LAに分離する。この酸素富化
液化空気LAは、過冷され、膨張した後に上部塔11の中段
に導入される。
一方原料空気の残部、全所要量の約10〜30％（符号AT）
は、PSA装置31に導入されて窒素及び水分，炭素ガス等
が分離され、酸素濃度が30〜60％，好ましくは35〜50％
の酸素富化空気OAとして導出される。
上記PSA装置31は、第２図に示すように、内部にそれぞ
れ吸着剤33が充填された３本の吸着筒34a,34b,34cを備
えており、各吸着筒がそれぞれ吸着工程，再生工程，再
加圧工程を受け持ち、一定の時間、例えば60秒のサイク
ルタイムで各吸着塔の工程を切り換えることにより、酸
素濃度約20.96％の原料空気ATから、酸素濃度約30〜60
％の酸素富化空気OAを連続的に発生するものである。
以下吸着塔34aを吸着工程、吸着塔34bを再生工程から再
加圧工程、吸着塔34cを既に吸着工程を終えたものとし
て説明する。
フィルタ35で除塵された原料空気ATは、空気ファン36に
より約500mmAqに加圧されて吸着工程にある吸着筒34aに
導入される。この原料空気ATは、吸着筒34a下部の弁37a
から導入され、吸着筒34a内に充填された吸着剤33によ
り、窒素及び水分，炭酸ガス等が吸着分離され、吸着筒
34aの上部の弁38aから酸素富化空気OAとなって流出し、
調整弁39を経て導出される。
吸着筒34bの再生は、まず吸着筒34b内の残留ガスを、下
部の弁40bから真空ポンプ41で吸引して消音器42から外
部に排気し、吸着筒34b内を所定の真空度とする。次い
で上部の弁43bから酸素富化空気OAを導入してパージを
行い、吸着剤33に吸着している窒素等を脱着し、同様に
真空ポンプ41により吸引して排気する。
この再生工程を終えた吸着筒34bは、吸着工程を終えて
いる吸着筒34cと、上部の弁38b,38cを通して連通され、
吸着工程後に吸着筒34c内に残留する酸素濃度の高いガ
ス吸着筒34bに回収される。この時両吸着筒34b,34cは、
それぞれ中間圧となる（再加圧工程の一次加圧工程：均
圧工程）。次いで吸着筒34bに上部の弁43bから酸素富化
空気OAが導入されて吸着圧力にまで昇圧され（再加圧工
程の二次加圧工程）、吸着筒34c内の残留ガスが下部の
弁40cから真空ポンプ41により吸引される（再生工
程）。
そして吸着筒34bが所定圧力まで昇圧した時点で各弁37
a,37b,37c,38a,38b,38c,43a,43b,43cが切換えられ、吸
着筒34bが吸着工程に、吸着筒34cが再加圧工程に、また
吸着筒34aが再生工程に入る。
このようにしてPSA装置31で生成された酸素富化空気OA
は、略大気圧で第一バッファタンク44に導入された後
に、低圧圧縮機45で約1.63Kg/cm2Aに圧縮されてアフタ
ークーラ46で予冷される。次いで第二バッファタンク47
を経て低圧熱交換器27に導入され、上部塔11上部から導
出されて液化窒素過冷器13から分岐した低純度窒素ガス
WNにより冷却されて略露点温度となり、約1.45Kg/cm2A
の圧力で上部塔11の前記酸素富化液化空気LAの導入段と
塔底部との間に導入される。
上部塔11に導入された酸素富化空気OAは、前記酸素富化
液化空気LAとともに上部塔11で精留され、塔底部の低純
度液化酸素LOと塔頂部の高純度窒素ガスHGN及び低純度
窒素ガスWNに分離する。分離した低純度液化酸素LOは、
前記凝縮蒸発器12で下部塔８の窒素ガスGNと熱交換を行
い蒸発し、低純度酸素ガスGOとなり、一部が上部塔11か
ら導出されて主熱交換器６で温度回復して製品酸素ガス
POとなり、圧縮機17で使用者設備等に圧送される。
このように上部塔11に酸素富化空気OAを導入することに
より、上部塔11の下部の操作線が改善され、第３図に示
すように、酸素富化空気OAの導入段から塔底部にかけて
の操作線L2の傾きが大きくなる。またこれにより、凝縮
蒸発器12で低純度液化酸素LOを蒸発させる必要熱量が減
少するため、熱源となる下部塔８の窒素ガスGN量を低減
できるので、下部塔８に導入する高圧の原料空気Ａの必
要量が減少し、圧縮機１の動力費を低減させることがで
きる。
次表に、95％O2の酸素を採取する場合における前記第６
図及び第７図に示した従来例と本発明方法を適用した上
記実施例装置との動力原単位の比較を示す（第６図装置
と100として比較）。
上表のように、95％O2の酸素を採取する場合で動力原単
位を５％低減できる。さらに製品酸素ガスの濃度が95％
O2より低い場合でも同等の効果が得られる。
また下部塔８の処理量が減少することにより下部塔８の
塔径を小さくでき、上部塔11もPSA装置31で吸着分離さ
れた窒素塔の減少分により処理量が減少して塔径を小さ
くすることができる。
これにより、複精留塔７を小型化でき、該複精留塔７等
の低温機器を収納するコールドボックスを小型化できる
ので熱損失が減少するとともに、装置の製造コストも低
減できる。
さらにPSA装置31の吸着剤33により、水分や炭酸ガス塔
を除去できるので、低圧系統32の原料空気ATの精製用と
して技術的に困難な低圧の吸着器等を設ける必要がな
い。
また既存の設備を改造して本発明を適用することによ
り、既存の原料空気圧縮機のままで低純度酸素の製造量
を15〜30％増加させることができる。
また、PSA装置で直接低純度酸素を製造することもでき
るが、PSA装置は、その構造上、大量の低純度酸素を製
造するのに適しておらず、5000Nm2/h以上、特に数万Nm2
/h以上の低純度酸素を必要とする場合には、深冷式の空
気液化分離装置が消費動力や設置スペースの面などで優
れており、本発明のごとく、大型の空気液化分離装置に
小型のPSA装置を組合わせることで、両者の特徴を生か
した低純度酸素製造装置を提供することができる。
尚、高圧と低圧の原料空気の割合や圧力等は、空気液化
分離装置及びPSA装置の構造や能力、採取製品の組成や
種類等により適宜決定されるものである。
第４図及び第５図は、他の系統により構成された空気液
化分離装置に本発明を適用した実施例を示すもので、前
記第１図と同一要素、同一処理を行う部分は、同符号を
付して説明を省略し、特徴部分のみを説明する。
まず第４図は、複精留塔７に配設された凝縮蒸発器12と
は別に副凝縮蒸発器48を設けたものであり、該副凝縮蒸
発器48に上部塔11底部の低純度液化酸素LOを弁49で膨張
させた後に導入し、下部塔８上部から導入される窒素ガ
スGNにより蒸発気化させて低純度酸素ガスGOとし、該低
純度酸素ガスGOを主熱交換器６で温度回復させて製品酸
素ガスPOとしている。
このように副凝縮蒸発器48を設けることにより、上部塔
11底部の低純度液化酸素LOを製品酸素ガスPOと同じ組成
にできるので、低純度液化酸素LOの沸点が低くなり、下
部塔８から凝縮蒸発器12に導入する窒素ガスGNの温度を
下げることができる。即ち、下部塔８の運転圧力を下げ
ることができるので高圧系統30の原料空気Ａの圧縮圧力
を下げ、動力原単位をさらに低減することができる。
また第５図は、原料空気Ａの高圧系統30に設けられる主
熱交換器をリバージング熱交換器50としたものである。
圧縮器２で高圧に圧縮された原料空気Ａは、アフターク
ーラ３及び水洗冷却塔51で予冷された後に、切換弁52で
流路を切換えられてリバーシング熱交換器50に導入さ
れ、低温ガスにより冷却され、逆止弁53を経て下部塔８
に導入される。
下部塔８に導入された原料空気Ａの一部は、液化器54に
導入され、上部塔11からの高純度窒素ガスHGN及び低純
度窒素ガスWNにより液化され、下部塔８底部に戻されて
いる。また下部塔８底部の酸素富化液化空気LAを上部塔
11に導入する回路には、アセチレン吸着器55が設けられ
ており、下部塔８上部から導出されて膨張タービン15に
至る不純窒素ガスRNの回路には、弁56を備えたバイパス
回路57が設けられている。さらに上部塔11から導出され
た低純度窒素ガスWNは、逆止弁53からリバーシング熱交
換器50に導入され、リバーシング熱交換器50の再生を行
い、切換弁52から排出される。
このようにリバーシング熱交換器50を用いることによ
り、フロン冷却装置や吸着器の再生のためのヒータ等を
省略できるので動力原単位の低減を図ることができる。
上記のごとく、各種の低純度酸素製造装置に本発明方法
を組合わせることで、低純度酸素のコストを低減させる
ことができる。
尚、PSA装置も上記実施例に限ることなく、他の種々の
方式を適用し得ることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように、原料空気の一部を圧力
変動式吸着分離装置に導入して酸素濃度約30〜60％の酸
素富化空気として上部塔に導入して精留を行うから、上
部塔の操作線を改善することができ、精留分離効率が向
上するとともに、下部塔に導入する高圧の原料空気量を
低減できるので、圧縮機の動力費が低減し、製品の動力
原単位を低減することができる。
さらに下部塔及び上部塔の処理量が減少し、複精留塔を
小径に形成できるので低温機器を収納するコールドボッ
クスを小型化でき、熱損失の低減とともに、装置の製造
コストの低減も図れる。
また既設の低純度酸素製造装置を改造して本発明を適用
することにより、既存の原料空気圧縮機のままで製品量
を増加させることができ、コストダウンを図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の低純度酸素製造方法の一実施例を示す
系統図、第２図はPSA装置の一実施例を示す系統図、第
３図は実施例系統の上部塔におけるマッケーブ・シール
線図、第４図は複凝縮蒸発器凝縮を備えた装置に適用し
た実施例を示す系統図、第５図はリバーシング熱交換器
を備えた装置に適用した実施例を示す系統図、第６図及
び第７図はそれぞれ従来の低純度酸素製造方法を示す系
統図、第８図は第７図に示す系統の上部塔におけるマッ
ケーブ・シール線図である。 ２……圧縮機、６……主熱交換器、７……複精留塔、８
……下部塔、11……上部塔、12……凝縮蒸発器、27……
低圧熱交換器、30……高圧系統、31……PSA装置（圧力
変動式吸着分離装置）、32……低圧系統、34a,34b,34c
……吸着筒、45……低圧圧縮機、A,AT……原料空気、GN
……窒素ガス、HGN……高純度窒素ガス、LA……酸素富
化液化空気、LO……低純度液化酸素、OA……酸素富化空
気、PO……製品酸素ガス、RN……不純窒素ガス、SO……
保安液酸、WN……低純度窒素ガス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】原料空気を圧縮し、精製，冷却して複精留
    塔に導入して精留分離を行う低純度酸素製造方法におい
    て、原料空気の全所要量の約70〜90％を、4.5〜6.5Kg/c
    m2Aに圧縮し、精製，冷却を行った後、前記複精留塔の
    下部塔に導入して精留を行い、塔上部の窒素と塔底部の
    酸素富化液化空気とに分離し、該酸素富化液化空気を複
    精留塔の上部塔の中段に導入するとともに、原料空気の
    残部を、圧力変動式吸着分離装置に導入して酸素濃度約
    30〜60％の酸素富化空気とした後、冷却して前記上部塔
    の酸素富化液化空気の導入位置と塔底との間に導入して
    精留を行うことを特徴とする低純度酸素製造方法。
JP62335446A 1987-12-28 1987-12-28 低純度酸素製造方法 Expired - Fee Related JPH0792332B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62335446A JPH0792332B2 (ja) 1987-12-28 1987-12-28 低純度酸素製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62335446A JPH0792332B2 (ja) 1987-12-28 1987-12-28 低純度酸素製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01174878A JPH01174878A (ja) 1989-07-11
JPH0792332B2 true JPH0792332B2 (ja) 1995-10-09

Family

ID=18288650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62335446A Expired - Fee Related JPH0792332B2 (ja) 1987-12-28 1987-12-28 低純度酸素製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0792332B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4782380B2 (ja) * 2003-03-26 2011-09-28 エア・ウォーター株式会社 空気分離装置
EP1952081A1 (en) * 2005-11-17 2008-08-06 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
FR3110685B1 (fr) * 2020-05-20 2022-12-23 Air Liquide Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01174878A (ja) 1989-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4557735A (en) Method for preparing air for separation by rectification
US4732580A (en) Argon and nitrogen coproduction process
JPH0875349A (ja) ガス状酸素生成物を供給圧力にて得るための空気分離法
US3854914A (en) Recovery of neon and helium from air by adsorption and closed cycle neon refrigeration
EP1612496B1 (en) Air separator
WO1985004466A1 (en) Apparatus for producing high-purity nitrogen gas
US6499312B1 (en) Cryogenic rectification system for producing high purity nitrogen
JPH0792332B2 (ja) 低純度酸素製造方法
JPH11228116A (ja) アルゴンの回収精製方法及び装置
JPH02282682A (ja) アルゴンの回収方法
JPS59164874A (ja) 窒素ガス製造装置
US5711166A (en) Air separation method and apparatus
JP2997939B2 (ja) 低温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法
JP2001336876A (ja) 窒素製造方法及び装置
JPH0942831A (ja) 高純度窒素ガス製造装置
JPH0792326B2 (ja) 空気液化分離方法
JP3082092B2 (ja) 酸素の精製方法及び装置
JP2873381B2 (ja) 空気液化分離方法及び装置
JPH0427476B2 (ja)
JPH0792329B2 (ja) 空気液化分離方法及びその装置
JP2005090915A (ja) 空気分離装置および空気分離方法
JP3563557B2 (ja) 空気分離方法および空気分離設備
JP3623850B2 (ja) 窒素又は窒素・酸素の製造方法及び装置
JPS6138391B2 (ja)
JPH11153382A (ja) 空気分離装置

Legal Events

Date Code Title Description
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees