JPH10170145A - 窒素ガス製造方法 - Google Patents

窒素ガス製造方法

Info

Publication number
JPH10170145A
JPH10170145A JP8329855A JP32985596A JPH10170145A JP H10170145 A JPH10170145 A JP H10170145A JP 8329855 A JP8329855 A JP 8329855A JP 32985596 A JP32985596 A JP 32985596A JP H10170145 A JPH10170145 A JP H10170145A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
raw material
cooling
cooled
material 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.)
Pending
Application number
JP8329855A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideyuki Honda
秀幸 本田
Nobuhisa Kinoshita
暢久 木下
Nariyuki Takahashi
斉之 高橋
Osamu Asano
道 浅野
Shunichi Hirakawa
俊一 平河
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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 Japan Oxygen Co Ltd, Nippon Sanso Corp filed Critical Japan Oxygen Co Ltd
Priority to JP8329855A priority Critical patent/JPH10170145A/ja
Publication of JPH10170145A publication Critical patent/JPH10170145A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/044Processes 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 single pressure main column system only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04157Afterstage cooling and so-called "pre-cooling" of the feed air upstream the air purification unit and main heat exchange line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163Hot end purification of the feed air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04254Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using the cold stored in external cryogenic fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F25J3/04824Stopping of the process, e.g. defrosting or deriming; Back-up procedures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/0489Modularity and arrangement of parts of the air fractionation unit, in particular of the cold box, e.g. pre-fabrication, assembling and erection, dimensions, horizontal layout "plot"
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/10Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using combined expansion and separation, e.g. in a vortex tube, "Ranque tube" or a "cyclonic fluid separator", i.e. combination of an isentropic nozzle and a cyclonic separator; Centrifugal separation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/34Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as evaporative cooling tower to produce chilled water, e.g. evaporative water chiller [EWC]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42Nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30External 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
    • F25J2250/42One fluid being nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90External 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 Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の小型化や設置工事等の妨げとなる水冷
式を避けて空冷式とし、かつ、気温の上昇する夏季にお
いても空気中の不純物を確実に吸着除去して装置を安定
して運転できるようにした窒素製造方法を提供する。 【解決手段】 圧縮,精製した原料空気をコールドボッ
クスに導入するとともに、寒冷源として系外から液化窒
素を導入して冷却,液化精留分離を行う窒素ガス製造方
法において、圧縮した原料空気を空冷により冷却した
後、空冷式の冷凍乾燥装置あるいは吸着式乾燥装置によ
り露点20℃以下に乾燥し、次いで原料空気中の水分,
炭酸ガス等の不純物を吸着除去してからコールドボック
スに導入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素ガス製造方法
に関し、詳しくは、圧縮、精製、冷却した原料空気を精
留筒に導入して精留分離を行うことにより窒素ガスを製
造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、空気を原料として空気液化分
離法により窒素ガスを製造することが行われている。図
5は、空気液化分離法による窒素ガス製造装置の一例を
示す系統図であって、原料空気は、まず、原料空気圧縮
機1で所定圧力に圧縮され、水冷式アフタークーラー2
で冷却水により約40℃まで冷却された後、フレオン冷
凍設備3内のフレオン冷却器3aでフレオンによって約
10℃まで冷却され、次いで凝縮水を分離してから吸着
器4に導入され、含有する水分,炭酸ガス等の不純物が
除去されて精製される。
【0003】上記吸着器4で精製されるとともに、吸着
熱により約15℃に昇温した原料空気は、コールドボッ
クス5内の主熱交換器6に導入され、戻りガスと熱交換
を行って略液化温度まで冷却された後、精留筒7の下部
に導入される。原料空気は、精留筒7における精留操作
により窒素と酸素富化液化空気等とに分離し、筒上部に
分離した窒素ガスの一部が前記主熱交換器6で約10℃
に昇温した後、製品として採取される。また、凝縮器8
で液化した液化窒素の一部は、液化窒素貯槽9に貯留さ
れ、必要に応じて蒸発器10で気化して送出される。さ
らに、前記精留筒7の底部に分離した酸素富化液化空気
は、前記凝縮器8で気化した後、膨張タービン11で断
熱膨張して寒冷を発生し、前記主熱交換器6で発生寒冷
を回収し約10℃に昇温してコールドボックス5から導
出され、その一部が前記吸着器4の再生ガスとして用い
られる。
【0004】さらに、一般の装置では、前記水冷式アフ
タークーラー2の冷却源や、フレオン冷凍設備3内の凝
縮器3bの冷却源として冷却水を使用しており、冷却塔
12や冷却水ポンプ13等の冷却水設備及び配管が設け
られている。
【0005】このような空気液化分離装置において、前
記原料空気中の水分,炭酸ガスを吸着器4で吸着除去し
て原料空気の精製を行う場合、吸着器4内の吸着剤の吸
着性能は、吸着温度が低いほど大きくなり、少ない吸着
剤量で処理することができる。このため、従来は、前述
のように、フレオン冷凍設備3で原料空気を5〜10℃
に冷却し、凝縮水を分離してから吸着器4に導入するよ
うにしていた。
【0006】一方、近時は、前記フレオン冷凍設備を設
けず、圧縮した原料空気を冷却水で25〜40℃に冷却
し、凝縮水を分離した後に吸着器に導入する方式が採用
されるようになってきている。
【0007】また、装置の運転に必要な寒冷の補給を、
前記膨張タービン11に代えて系外からの液化窒素の導
入により賄う構成の空気液化分離装置も知られており、
特に、空冷式を前提とするような小型の装置において
は、コストの面や運転の容易性の面から、この液化窒素
導入タイプが選択されることが多い。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、冷却水を使用
して原料空気を冷却するものでは、大気温度が40℃近
くなった場合でも、水の蒸発潜熱を利用できるために原
料空気の吸着器入口温度を40℃以下に保つことはでき
るが、冷却塔,冷却水ポンプ等の冷却水設備や配管が必
要であり、空気液化分離装置の小型化に対して大きな障
害となっていた。
【0009】一方、装置の小型化のために、水冷式に代
えて空冷式を採用した場合は、夏季において大気温度が
40℃近くなると、原料空気の吸着器入口温度を40℃
以下に保つことができなくなるため、冷凍機等を用いて
冷却する必要が生じる。
【0010】いずれにしても、吸着器に導入される原料
空気が水分飽和の状態では、水分の吸着熱による昇温が
約22℃となり、吸着器入口温度が40℃の場合は、炭
酸ガス吸着部の温度が約62℃となってしまう。このた
め、原料空気条件や大気条件に応じて、その都度吸着器
の諸元を決定して装置を製作しなければならなかった。
【0011】また、各種分野において乾燥(低湿度)空
気の需要は多く、空気圧縮機メーカーでは、圧縮機に冷
凍ドライヤや吸着ドライヤを付属させて標準品として市
販している。しかし、得られる乾燥空気の温度は、冷却
水や大気の温度より高いのが普通であり、空気液化分離
装置の吸着精製で使用されている5〜10℃程度の温度
の空気を得ることや、夏季に約40℃以下まで温度を下
げることまでは考慮されていない。
【0012】そこで本発明は、空気液化分離法により窒
素ガスを製造する方法において、装置の小型化や設置工
事等の妨げとなる水冷式を避けて空冷式とし、かつ、気
温の上昇する夏季においても空気中の不純物を確実に吸
着除去して装置を安定して運転できるようにしたことに
より、ユーティリティ及びメンテナンスに要する費用を
極力小さくした経済的な窒素製造方法を提供することを
目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の窒素ガス製造方法は、圧縮,精製した原料
空気をコールドボックスに導入するとともに、寒冷源と
して系外から液化窒素を導入して冷却,液化精留分離を
行う窒素ガス製造方法において、第1の構成は、前記原
料空気等の冷却を行うプロセスユーティリティとして冷
却水を使用しないことを特徴としている。
【0014】また、第2の構成は、前記圧縮した原料空
気を空冷により冷却した後、空冷式の冷凍乾燥装置によ
り、圧縮圧力における原料空気の湿度を露点20℃以
下、好ましくは10℃にまで減少させ、次いで原料空気
中の水分,炭酸ガス等の不純物を吸着除去することを特
徴としている。
【0015】さらに、第3の構成は、前記圧縮した原料
空気を空冷により冷却した後、吸着式乾燥装置、好まし
くは回転吸着式乾燥装置により、圧縮圧力における原料
空気の湿度を露点20℃以下、好ましくは10℃以下に
まで減少させ、次いで該乾燥処理により昇温した原料空
気を空冷により冷却した後、原料空気中の水分,炭酸ガ
ス等の不純物を吸着除去することを特徴としている。
【0016】加えて、本発明の窒素ガス製造方法は、前
記不純物を吸着除去することにより昇温した原料空気を
空冷により冷却した後、前記コールドボックスに導入す
ること、あるいは、前記不純物を吸着除去することによ
り昇温した原料空気を冷却することなく前記コールドボ
ックスに導入するとともに、該コールドボックスから導
出される製品窒素ガスを空冷により冷却することを特徴
としている。
【0017】ここで、前記空冷とは、大気の顕熱のみを
利用して冷却する方式であり、一般に、ファン等で送風
して間接熱交換により対象(圧縮空気、油、循環水等)
を冷却することをいう。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の窒素ガス製造方
法を適用した空気液化分離装置の第1形態例を示す系統
図であって、膨張タービンを用いずに寒冷源として系外
から液化窒素を導入するとともに、原料空気等の冷却を
行うプロセスユーティリティとして冷却水を使用しない
装置構成を採用したものである。なお、以下の説明にお
いて、前記図5に示した従来例装置における構成要素と
同一の構成要素にはそれぞれ同一符号を付し、その詳細
な説明は省略する。
【0019】原料空気圧縮機1で圧縮され、圧縮熱によ
り昇温した原料空気は、空冷式アフタークーラー21で
ファン21aから送風される大気、例えば30℃の大気
と間接熱交換することにより約40℃まで冷却され、該
冷却により発生した凝縮水をドレン分離器22で分離し
た後、空冷式の冷凍乾燥装置30に導入される。
【0020】上記冷凍乾燥装置30は、冷凍サイクルを
構成する冷媒圧縮機31,空冷式の冷媒凝縮器32,膨
張弁33及び該冷凍乾燥装置30に導入される前記原料
空気と低温冷媒とを熱交換させる冷媒熱交換器(蒸発
器)34と、該冷媒熱交換器34で冷却された原料空気
中の凝縮水を分離するドレン分離器35と、該ドレン分
離器35を導出した原料空気と前記冷媒熱交換器34に
導入される前の原料空気とを熱交換させる空気熱交換器
36とを備えるもので、冷凍乾燥装置30に導入された
原料空気は、空気熱交換器36で約15℃に冷却され、
更に冷媒熱交換器34で低温冷媒と熱交換することによ
り、圧縮圧力における原料空気の湿度が露点20℃以下
となる温度、例えば10℃に冷却される。冷却された原
料空気は、ドレン分離器35で冷却により発生した凝縮
水を分離した後、前記空気熱交換器36に導入され、前
記冷媒熱交換器34に導入される前の原料空気と熱交換
を行って約35℃に昇温する。
【0021】上記冷凍乾燥装置30を温度約35℃,露
点10℃で導出した原料空気は、含有する水分,炭酸ガ
スを吸着除去する吸着器4に導入され、不純物を除去さ
れて精製される。このときの吸着熱で約45℃に昇温し
た精製原料空気は、前記空冷式アフタークーラー21と
同様の空冷式冷却器23でファン23aから送風される
大気との間接熱交換により約40℃まで冷却された後、
前記コールドボックス5に導入される。
【0022】コールドボックス5に導入された原料空気
は、通常の空気液化分離法により、主熱交換器6で戻り
ガスと熱交換を行って略液化温度まで冷却された後、精
留筒7の下部に導入される。原料空気は、精留筒7にお
ける精留操作により筒上部の窒素と筒底部の酸素富化液
化空気等とに分離する。精留筒7の上部から導出した窒
素ガスの一部は、前記主熱交換器6での原料空気との熱
交換により約35℃に昇温し、製品として採取される。
また、前記窒素ガスの一部は、凝縮器8で液化して液化
窒素となり、筒上部に戻されて還流液となる。さらに、
精留筒7の上部には、コールドボックス5の外部に設置
されている液化窒素貯槽9からの液化窒素が、装置の運
転に必要な寒冷源として導入されている。また、前記精
留筒7の底部に分離した酸素富化液化空気は、前記凝縮
器8で気化し、前記主熱交換器6で約35℃に昇温して
コールドボックス5から導出され、その一部が前記吸着
器4の再生ガスとして用いられる。
【0023】なお、前記液化窒素貯槽9への液化窒素の
注入は、注入口9aから行われ、液化窒素貯槽9から精
留筒7への液化窒素の導入は、蒸発器9bを有する加圧
経路により槽内圧力を高めることにより行われる。ま
た、液化窒素貯槽9内の液化窒素を、蒸発器10で気化
して送出することもできる。
【0024】ここで、大気温度が40℃まで上昇した場
合を想定すると、空冷式アフタークーラー21の出口の
原料空気は、温度約50℃で飽和の水分を含んだ状態と
なる。この状態の原料空気を冷凍乾燥装置30を通さず
に吸着器4に導入した場合は、水分の吸着熱で約36℃
の大幅な温度上昇が生じて正常な運転ができなくなる。
【0025】一方、空冷式アフタークーラー21の後段
に前記冷凍乾燥装置30を設け、原料空気中の水分を露
点20℃以下にまで除去すると、例えば露点を10℃程
度にすると、冷凍乾燥装置30から吸着器4に向かう原
料空気の温度が45℃程度になっても、吸着器4での水
分吸着による温度上昇を5〜10℃に抑えることができ
るので、正常な運転を継続することができる。
【0026】このように、空冷式の冷凍乾燥装置30に
より原料空気の湿度を露点20℃以下、好ましくは10
℃にまで減少させることにより、吸着器4での水分吸着
による温度上昇を抑えることができるので、水冷式アフ
タークーラーを用いずに空冷式アフタークーラー21に
よる空冷で十分に原料空気の冷却を行うことができる。
したがって、冷却水設備が不要となり、装置を大幅に小
型化及び簡略化することができる。また、膨張タービン
を用いずに系外から液化窒素を導入して寒冷を得るよう
にしているので、装置コストも低減でき、特に、小型の
空気液化分離装置に最適である。
【0027】さらに、吸着器入口温度が45℃程度に上
昇しても問題はないので、前記空冷式の冷凍乾燥装置3
0としては、乾燥空気を供給するために空気圧縮機に付
属している冷凍ドライヤーを用いることができる。すな
わち、原料空気圧縮機1,空冷式アフタークーラー2
1,ドレン分離器22及び冷凍乾燥装置30を空気圧縮
機メーカー製の標準品を使用することができる。これに
より、従来のフレオン冷凍設備等のように、その都度設
計して製作するものに比べて設備コストを大幅に低減さ
せることができ、設計期間や設置期間の短縮も図れる。
【0028】また、大気温度が40℃で、吸着器4の入
口の原料空気温度が約45℃の場合、吸着器4から導出
される原料空気の温度は、吸着熱による昇温で50〜5
5℃程度になるため、これをそのままコールドボックス
5の主熱交換器6に導入すると、該主熱交換器6で昇温
して導出される製品窒素ガスの温度が約50℃となり、
製品として送出する温度としては高すぎることになる。
したがって、前述のように、吸着器4の後段に空冷式冷
却器23を設けてコールドボックス5に導入する原料空
気を45℃程度に冷却することにより、製品として送出
する窒素ガスの温度を40℃程度にすることができる。
このときは、図示した空冷式冷却器24を設ける必要は
ない。また、前記空冷式冷却器23を設けずに、製品窒
素ガスの送出経路に空冷式冷却器24を設け、送出する
窒素ガスを冷却するようにしてもよい。なお、これらの
空冷式冷却器は、大気温度や製品許容温度によって省略
することもできる。
【0029】図2は、本発明の第2形態例を示すもの
で、前記第1形態例における冷凍乾燥装置30を、吸着
式乾燥装置の一つである回転吸着式乾燥装置40に置き
換えたものである。この回転吸着式乾燥装置40は、回
転軸線方向に空気通路を有するハニカム状エレメント又
はコルゲート状積層板エレメントからなる除湿ドラム4
1を有するものであって、該除湿ドラム41をモーター
42により所定速度で回転させ、前記ハニカム状又はコ
ルゲート状積層板エレメントを除湿操作部41aと再生
操作部41bとに順次位置させ、除湿操作部41aで原
料空気の除湿操作を、再生操作部41bで再生ガスによ
る再生(脱着)操作を、それぞれ行って連続的に除湿操
作を行うように形成したものである(特公平1−256
14号公報,特公平5−81831号公報,特開平3−
68415号公報等参照)。
【0030】除湿ドラム41のエレメントは、ハニカム
又はコルゲート状積層板形成材料である波板状の基材、
例えば、ガラス繊維,セラミックス繊維又はその混合物
を主成分とする無機繊維紙に、塩化リチウム,塩化マグ
ネシウム等の金属塩化物、硫酸アルミニウム,硫酸ナト
リウム,硫酸マグネシウム等の金属硫酸塩、シリカ,シ
リカエロゲル,金属シリケート等の水分吸収機能を有す
る物質を担持あるいは含浸させ、基材をドラム状に巻回
したものであって、例えば、前記特公平1−25614
号公報に記載された製造法により製造されたものを使用
することができる。
【0031】また、エレメントの再生ガスとしては、原
料空気圧縮機1で圧縮され、圧縮熱により昇温した原料
空気の一部を経路43aに分岐して用いることができ、
再生操作部41bに導入され、エレメントに吸着してい
る水分を脱着させて再生操作を終えた原料空気は、経路
43bにより空冷式アフタークーラー21の入口に戻す
ことにより、無駄なく使用することができる。このと
き、再生操作部41bの再生により増加した原料空気中
の水分は、空冷式アフタークーラー21での冷却により
ドレンとしてドレン分離器22で分離することができ
る。なお、除湿操作部41aと再生操作部41bとの割
合は、処理量,再生ガス量やその加熱温度等に応じて任
意に設定することが可能であり、例えば全体の2/3を
除湿操作部41aとすればよい。また、再生ガスとして
用いた原料ガスを残部の原料ガスとの合流部には、再生
操作部41bを通過するために生じる圧力損失を補償す
るための減圧機構43cが設けられている。
【0032】このような回転式除湿機41は、出口空気
の露点が安定していること、空気流量や圧力に変動がな
いこと、構造が簡単で運転保守が容易であること、ハニ
カム又はコルゲート状積層板構造であるために圧力損失
がほとんど無いことなどの多くの利点を有しているが、
空気液化分離装置で要求されるような高度の精製レベル
を達成することは経済的に困難であり、このような用途
に実際に用いられたことはなかった。また、空気液化分
離装置で水分と同時に除去しなければならない炭酸ガス
に対する除去機能は有していない。
【0033】本形態例において、原料空気圧縮機1で圧
縮され、圧縮熱により昇温した原料空気は、その一部が
前記経路43aに分岐して前記再生ガスとなり、除湿ド
ラム41の再生操作部41bでの再生を行った後、減圧
機構43cを経た残部の大部分の原料空気と合流し、圧
縮された原料空気の全量が空冷式アフタークーラー21
で大気との間接熱交換により冷却され、ドレン分離器2
2で凝縮水を分離した後、前記回転吸着式乾燥装置40
に導入される。
【0034】回転吸着式乾燥装置40に導入された原料
空気は、除湿ドラム41の除湿操作部41aを通過する
ことにより水分が吸着除去され、このときの吸着熱によ
り約50℃に昇温して回転吸着式乾燥装置40を導出す
る。この回転吸着式乾燥装置40で乾燥処理された原料
空気は、空冷式冷却器44で約40℃まで大気との間接
熱交換により冷却された後、吸着器4に導入される。
【0035】以下、前記形態例と同様に、吸着器4で原
料空気中の水分,炭酸ガス等の不純物を吸着除去し、コ
ールドボックス5内で原料空気を精留分離することによ
り製品窒素ガスが得られる。なお、吸着器4以後は、前
記第1形態例と同様に構成できるので、同一の構成要素
にはそれぞれ同一符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。
【0036】図3は、回転吸着式乾燥装置40の他の形
態例を示すもので、回転吸着式乾燥装置40の内部に、
除湿ドラム41の再生操作部41bの再生を行った再生
ガス(原料ガスの一部)を大気により冷却する空冷式冷
却器45とドレン分離器46とを設けたものである。す
なわち、再生操作部41bの再生を行った高温の圧縮原
料空気の一部は、空冷式冷却器45で冷却され、ドレン
分離器46で凝縮水を分離した後、除湿操作部41aの
入口で残部の原料空気と合流する。以下の流れは前記第
2形態例と同様である。
【0037】図4は吸着式乾燥装置として切換吸着式乾
燥装置50を設けた例を示すものである。この吸着式乾
燥装置50は、複数、例えば2基の吸着塔51a,51
bを有するとともに、除湿操作と再生操作とを切換える
切換弁52a,52bを有しており、この切換弁52
a,52bを所定時間毎に切換えることにより、両吸着
塔51a,51bを除湿操作と再生操作とに切換えて連
続的に原料空気の乾燥処理を行う。
【0038】原料空気圧縮機1で圧縮され、空冷式アフ
タークーラー21及びドレン分離器22を経た原料空気
は、吸着式乾燥装置50に導入されて切換弁52aで除
湿操作中の一方の吸着塔51aに導入され、含有する水
分が除去される。水分除去後の原料空気は、切換弁52
bから導出され、その一部が再生用の経路53に分岐
し、切換弁52bから再生操作中の他方の吸着塔51b
に導入され、塔内に充填された吸着剤に吸着している水
分を脱着した後、切換弁52aを経て導出される。
【0039】吸着式乾燥装置50を導出した乾燥原料空
気は、以下、前記第2形態例と同様に、空冷式冷却器4
4で冷却されて吸着器4に導入され、不純物除去後にコ
ールドボックス5に導入される。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒素ガス
製造方法は、膨張タービンを使わず、液化窒素の注入に
よって寒冷を賄い、運転する窒素製造装置において、冷
却水を一切使用せずに空冷式とすることで冷却水設備
(冷却塔,冷却水ポンプ,冷却水配管等)を省略でき、
設備費、設置面積、設置期間等の低減や短縮ができ、冷
却水の有無に関係なく窒素製造装置を設置できる。ま
た、冷凍装置で空気を冷却する代わりに、市販の冷凍ド
ライヤや吸着ドライヤを採用することができるので、夏
季や熱帯地方で大気温度が40℃程度の高気温時にも経
済的かつ確実に運転できる。さらに、吸着精製の後や製
品窒素ガスの出口に空冷の冷却器を設けることにより、
略大気温度に近い温度で送ガスでき、需要側に温度的な
負担を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1形態例を示す系統図である。
【図2】 本発明の第2形態例を示す系統図である。
【図3】 回転吸着式乾燥装置の他の形態例を示す要部
の系統図である。
【図4】 吸着式乾燥装置を採用した形態例を示す要部
の系統図である。
【図5】 空気液化分離法による従来の窒素ガス製造装
置の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
1…原料空気圧縮機、4…吸着器、5…コールドボック
ス、6…主熱交換器、7…精留筒、8…凝縮器、9…液
化窒素貯槽、21…空冷式アフタークーラー、22…ド
レン分離器、23,24…空冷式冷却器、30…冷凍乾
燥装置、31…冷媒圧縮機、32…冷媒凝縮器、33…
膨張弁、34…冷媒熱交換器、35…ドレン分離器、3
6…空気熱交換器、40…回転吸着式乾燥装置、41…
除湿ドラム、41a…除湿操作部、41b…再生操作
部、44,45…空冷式冷却器、46…ドレン分離器、
50…切換吸着式乾燥装置、51a,51b…吸着塔、
52a,52b…切換弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 道 神奈川県川崎市川崎区小島町6−2 日本 酸素株式会社内 (72)発明者 平河 俊一 神奈川県川崎市川崎区小島町6−2 日本 酸素株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮,精製した原料空気をコールドボッ
    クスに導入するとともに、寒冷源として系外から液化窒
    素を導入して冷却,液化精留分離を行う窒素ガス製造方
    法において、前記原料空気等の冷却を行うプロセスユー
    ティリティとして冷却水を使用しないことを特徴とする
    窒素ガス製造方法。
  2. 【請求項2】 圧縮,精製した原料空気をコールドボッ
    クスに導入するとともに、寒冷源として系外から液化窒
    素を導入して冷却,液化精留分離を行う窒素ガス製造方
    法において、前記圧縮した原料空気を空冷により冷却し
    た後、空冷式の冷凍乾燥装置により、圧縮圧力における
    原料空気の湿度を露点20℃以下にまで減少させ、次い
    で原料空気中の水分,炭酸ガス等の不純物を吸着除去し
    た後、冷却,液化精留分離を行うことを特徴とする窒素
    ガス製造方法。
  3. 【請求項3】 圧縮,精製した原料空気をコールドボッ
    クスに導入するとともに、寒冷源として系外から液化窒
    素を導入して冷却,液化精留分離を行う窒素ガス製造方
    法において、前記圧縮した原料空気を空冷により冷却し
    た後、吸着式乾燥装置により、圧縮圧力における原料空
    気の湿度を露点20℃以下にまで減少させ、次いで該乾
    燥処理により昇温した原料空気を空冷により冷却した
    後、原料空気中の水分,炭酸ガス等の不純物を吸着除去
    し、次いで、冷却,液化精留分離を行うことを特徴とす
    る窒素ガス製造方法。
  4. 【請求項4】 前記吸着式乾燥装置は、回転吸着式乾燥
    装置であることを特徴とする請求項3記載の窒素ガス製
    造方法。
  5. 【請求項5】 前記不純物を吸着除去することにより昇
    温した原料空気を空冷により冷却した後、前記コールド
    ボックスに導入することを特徴とする請求項2又は3記
    載の窒素ガス製造方法。
  6. 【請求項6】 前記不純物を吸着除去することにより昇
    温した原料空気を冷却することなく前記コールドボック
    スに導入するとともに、該コールドボックスから導出さ
    れる製品窒素ガスを空冷により冷却することを特徴とす
    る請求項2又は3記載の窒素ガス製造方法。
JP8329855A 1996-12-10 1996-12-10 窒素ガス製造方法 Pending JPH10170145A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8329855A JPH10170145A (ja) 1996-12-10 1996-12-10 窒素ガス製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8329855A JPH10170145A (ja) 1996-12-10 1996-12-10 窒素ガス製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10170145A true JPH10170145A (ja) 1998-06-26

Family

ID=18225995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8329855A Pending JPH10170145A (ja) 1996-12-10 1996-12-10 窒素ガス製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10170145A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003056981A (ja) * 2001-08-15 2003-02-26 Nippon Sanso Corp 空気液化分離装置及びその加熱方法
JP2008232575A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Shinko Air Water Cryoplant Ltd 空気分離設備の前処理装置
CN102588253A (zh) * 2012-03-03 2012-07-18 贵州虹山虹飞轴承有限责任公司 一种用于零部件清洗的高纯度压缩空气制备方法
WO2013102715A1 (fr) * 2012-01-03 2013-07-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation de séparation par distillation à basse température et procédé de séparation dans une telle installation
CN115468382A (zh) * 2022-09-23 2022-12-13 江苏索普新材料科技有限公司 一种液体空分装置以及工艺

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003056981A (ja) * 2001-08-15 2003-02-26 Nippon Sanso Corp 空気液化分離装置及びその加熱方法
JP4580127B2 (ja) * 2001-08-15 2010-11-10 大陽日酸株式会社 空気液化分離装置及びその加熱方法
JP2008232575A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Shinko Air Water Cryoplant Ltd 空気分離設備の前処理装置
WO2013102715A1 (fr) * 2012-01-03 2013-07-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation de séparation par distillation à basse température et procédé de séparation dans une telle installation
CN104093465A (zh) * 2012-01-03 2014-10-08 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 低温蒸馏分离设备和采用这种设备的分离方法
CN102588253A (zh) * 2012-03-03 2012-07-18 贵州虹山虹飞轴承有限责任公司 一种用于零部件清洗的高纯度压缩空气制备方法
CN115468382A (zh) * 2022-09-23 2022-12-13 江苏索普新材料科技有限公司 一种液体空分装置以及工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3277340B2 (ja) 半導体製造工場向け各種ガスの製造方法及び装置
CN107940801B (zh) 一种回收压缩空气余热的空分系统
CN108758807A (zh) 超低露点环境的多级空气深度除湿装置
BR112020021060A2 (pt) unidade de separação de ar, e, método de separação de ar.
WO2019127179A1 (en) Utilization of nitrogen-enriched streams produced in air separation units comprising split-core main heat exchangers
US20100300124A1 (en) Refrigerating machine comprising different sorption materials
JP2011208828A (ja) 水蒸気吸着材を用いた空調システム
JP5542777B2 (ja) 空気調和装置
JPH10170145A (ja) 窒素ガス製造方法
JPH11188224A (ja) 乾式減湿システム
CN105874278A (zh) 空调装置
JPH10170144A (ja) 空気液化分離装置の原料空気精製装置及び方法
JP6319902B2 (ja) アイスリンクの冷却設備及び冷却方法
US6067817A (en) Process and installation for the supply of an apparatus for separating air
JP3532465B2 (ja) 空気分離装置
JP3304810B2 (ja) 原料空気多段圧縮機における原料空気の除湿・冷却システム
CN105688596B (zh) 一种多组分VOCs吸附冷凝回收装置
JPH1030568A (ja) 圧縮空気の除湿装置における冷凍式ドライヤー
JP3004545B2 (ja) 燃焼タービンの吸気冷却装置
JP2502313B2 (ja) 冷凍式圧縮空気除湿装置
JP3327808B2 (ja) 原料空気多段圧縮機における原料空気の除湿・冷却システム
KR200234358Y1 (ko) 냉매와 공기의 예냉방식을 이용한 냉동식 제습기
JP3385409B2 (ja) 空気液化分離方法及び装置
JP2997939B2 (ja) 低温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法
JP2559220Y2 (ja) 冷凍装置