JPH11325721A - 窒素製造方法及び装置 - Google Patents
窒素製造方法及び装置Info
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- JPH11325721A JPH11325721A JP13812698A JP13812698A JPH11325721A JP H11325721 A JPH11325721 A JP H11325721A JP 13812698 A JP13812698 A JP 13812698A JP 13812698 A JP13812698 A JP 13812698A JP H11325721 A JPH11325721 A JP H11325721A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 廃ガスの一部を精留塔へ戻すプロセスにおい
て、循環ガス量を増量するとともに、動力の増加を抑え
て高い収率で効率よく窒素を製造することができる窒素
製造方法及び装置を提供する。 【解決手段】 単精留塔５１の底部から導出した酸素富
化液を減圧した後、塔頂部の窒素ガスと熱交換させるこ
とにより気化して酸素富化ガスとし、該酸素富化ガスの
一部を循環ガスとして低温圧縮機５３で低温圧縮した
後、冷却して単精留塔５１に再導入するとともに、前記
酸素富化ガスの残部の少なくとも一部を廃ガスとして寒
冷タービン５４及び駆動タービン５５で膨張させること
により寒冷及び動力を発生させる。
て、循環ガス量を増量するとともに、動力の増加を抑え
て高い収率で効率よく窒素を製造することができる窒素
製造方法及び装置を提供する。 【解決手段】 単精留塔５１の底部から導出した酸素富
化液を減圧した後、塔頂部の窒素ガスと熱交換させるこ
とにより気化して酸素富化ガスとし、該酸素富化ガスの
一部を循環ガスとして低温圧縮機５３で低温圧縮した
後、冷却して単精留塔５１に再導入するとともに、前記
酸素富化ガスの残部の少なくとも一部を廃ガスとして寒
冷タービン５４及び駆動タービン５５で膨張させること
により寒冷及び動力を発生させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素製造方法及び
装置に関し、詳しくは、圧縮，精製，冷却した原料空気
を単精留塔に導入するとともに廃ガスの一部を単精留塔
に循環再導入して低温蒸留することにより、少なくとも
窒素ガスを製品として採取する窒素製造方法及び装置に
関する。
装置に関し、詳しくは、圧縮，精製，冷却した原料空気
を単精留塔に導入するとともに廃ガスの一部を単精留塔
に循環再導入して低温蒸留することにより、少なくとも
窒素ガスを製品として採取する窒素製造方法及び装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】工業的
に窒素を製造する方法として、空気を原料としてこれを
圧縮，精製，冷却して液化し、その組成分をその沸点差
によって精留分離する空気液化分離方法が多く採用され
ている。比較的純度の高い窒素を製造する目的で、この
空気液化分離方法を用いた単一の精留塔をもつ装置が実
用化されているが、窒素の製造コストを抑える工夫が常
に工業的に必要とされている。
に窒素を製造する方法として、空気を原料としてこれを
圧縮，精製，冷却して液化し、その組成分をその沸点差
によって精留分離する空気液化分離方法が多く採用され
ている。比較的純度の高い窒素を製造する目的で、この
空気液化分離方法を用いた単一の精留塔をもつ装置が実
用化されているが、窒素の製造コストを抑える工夫が常
に工業的に必要とされている。
【０００３】窒素の製造コストを抑えるための様々なプ
ロセスが提案されている中で、廃ガスの一部を精留塔下
部の圧力まで昇圧し、再び精留塔へ導入することによ
り、窒素収率を改善する方法が知られている。この方法
は、原料空気を低温蒸留によって分離し、製品として窒
素を採取した残りの、本来は廃ガスとして排出されるガ
ス中には５０％以上の窒素が含まれていることに着目
し、廃ガスの一部を排出せずに精留塔へ戻して再び原料
として使用することで、窒素収率の高いプロセスを実現
するものである。このようなプロセスは、特公平７−９
４９５３号公報や国際公開番号ＷＯ９６／２７１１１号
公報等に開示されている。
ロセスが提案されている中で、廃ガスの一部を精留塔下
部の圧力まで昇圧し、再び精留塔へ導入することによ
り、窒素収率を改善する方法が知られている。この方法
は、原料空気を低温蒸留によって分離し、製品として窒
素を採取した残りの、本来は廃ガスとして排出されるガ
ス中には５０％以上の窒素が含まれていることに着目
し、廃ガスの一部を排出せずに精留塔へ戻して再び原料
として使用することで、窒素収率の高いプロセスを実現
するものである。このようなプロセスは、特公平７−９
４９５３号公報や国際公開番号ＷＯ９６／２７１１１号
公報等に開示されている。
【０００４】図４は、廃ガスの一部を精留塔に循環させ
る上記方法を採用した窒素製造装置の一例を示す系統図
あって、塵埃，炭酸ガス及び水分等の不純物を除去され
た圧縮精製原料空気が、経路１を経て主熱交換器２に導
入され、低温流体と熱交換することにより圧縮空気の露
点に近い温度まで冷却される。この冷却原料空気は、経
路３を経て単精留塔４の塔底より数段上へ導入される。
る上記方法を採用した窒素製造装置の一例を示す系統図
あって、塵埃，炭酸ガス及び水分等の不純物を除去され
た圧縮精製原料空気が、経路１を経て主熱交換器２に導
入され、低温流体と熱交換することにより圧縮空気の露
点に近い温度まで冷却される。この冷却原料空気は、経
路３を経て単精留塔４の塔底より数段上へ導入される。
【０００５】単精留塔４では、導入された空気が、その
組成分をその沸点差を利用して精留分離され、単精留塔
４の上部で低沸点成分である窒素分が増し、反対に塔底
では高沸点成分である酸素分が増す。塔上部の還流液
は、塔内を下降するうちに精留分離によって酸素分を増
やし、塔底に達したときに最も酸素に富む液となる。
組成分をその沸点差を利用して精留分離され、単精留塔
４の上部で低沸点成分である窒素分が増し、反対に塔底
では高沸点成分である酸素分が増す。塔上部の還流液
は、塔内を下降するうちに精留分離によって酸素分を増
やし、塔底に達したときに最も酸素に富む液となる。
【０００６】単精留塔４の塔底液は、経路５を経て過冷
器６で過冷却され、弁７で減圧されて単精留塔上方に設
置された凝縮器８へ導入される。凝縮器８において、塔
底液と潜熱交換した単精留塔上部の窒素ガスは凝縮・液
化し、単精留塔４上部へ経路９を経て還流液として戻さ
れ、一方、塔底液はガス化し、経路１０を経て廃ガスと
して導出される。
器６で過冷却され、弁７で減圧されて単精留塔上方に設
置された凝縮器８へ導入される。凝縮器８において、塔
底液と潜熱交換した単精留塔上部の窒素ガスは凝縮・液
化し、単精留塔４上部へ経路９を経て還流液として戻さ
れ、一方、塔底液はガス化し、経路１０を経て廃ガスと
して導出される。
【０００７】廃ガスの一部は、経路１１に分岐して主熱
交換器２で昇温された後、膨張タービン１２を駆動して
減圧し、主熱交換器２を経て排出される。一方、経路１
０から経路１３に進んだ残りの廃ガスは循環ガスとな
り、前記膨張タービン１２に連結された圧縮機１４で単
精留塔圧力まで昇圧され、経路１５を経て主熱交換器２
へ導入され、精留温度に近い温度まで冷却された後、経
路１６を経て再び単精留塔４へ導入され、精留分離の原
料として使用される。
交換器２で昇温された後、膨張タービン１２を駆動して
減圧し、主熱交換器２を経て排出される。一方、経路１
０から経路１３に進んだ残りの廃ガスは循環ガスとな
り、前記膨張タービン１２に連結された圧縮機１４で単
精留塔圧力まで昇圧され、経路１５を経て主熱交換器２
へ導入され、精留温度に近い温度まで冷却された後、経
路１６を経て再び単精留塔４へ導入され、精留分離の原
料として使用される。
【０００８】前記膨張タービン１２と圧縮機１４とを連
結するシャフト１７には、膨張タービン１２を廃ガスで
駆動することにより生じる駆動力の一部を消散させるオ
イルブレーキ１８が備え付けられており、これにより、
プロセス系内を冷却する仕組みとなっている。しかし、
この方法は、膨張タービン１２の駆動力の一部が熱等に
変換されて失われ、有効に活用できない欠点がある。
結するシャフト１７には、膨張タービン１２を廃ガスで
駆動することにより生じる駆動力の一部を消散させるオ
イルブレーキ１８が備え付けられており、これにより、
プロセス系内を冷却する仕組みとなっている。しかし、
この方法は、膨張タービン１２の駆動力の一部が熱等に
変換されて失われ、有効に活用できない欠点がある。
【０００９】さらに、廃ガスの一部を単精留塔４へ循環
導入する別のプロセスとして、図５の系統図に示すもの
が知られている。このプロセスは、単精留塔２０の塔底
液を弁２１で減圧後、単精留塔上部に設置された第一液
溜容器２２に導入し、その液中に浸されている液浸型の
第一凝縮器２３で単精留塔上部の窒素ガスと熱交換させ
て気化し、循環ガスとして経路２４を経て取出され、第
一タービン２５に連結された圧縮機２６に吸入され、単
精留塔圧力まで昇圧された後、主熱交換器２７で冷却さ
れ、経路２８を経て単精留塔２０に再導入される。この
とき、第一液溜容器２２における液の気化量は、循環ガ
スとして必要な量のみでよいため、弁２１での減圧幅を
比較的小さくすることができる。これにより、圧縮機２
６の入口における循環ガス圧力が高くなるために圧縮比
が下がり、より多くの循環ガスを昇圧し、単精留塔２０
へ再導入できるようになる。
導入する別のプロセスとして、図５の系統図に示すもの
が知られている。このプロセスは、単精留塔２０の塔底
液を弁２１で減圧後、単精留塔上部に設置された第一液
溜容器２２に導入し、その液中に浸されている液浸型の
第一凝縮器２３で単精留塔上部の窒素ガスと熱交換させ
て気化し、循環ガスとして経路２４を経て取出され、第
一タービン２５に連結された圧縮機２６に吸入され、単
精留塔圧力まで昇圧された後、主熱交換器２７で冷却さ
れ、経路２８を経て単精留塔２０に再導入される。この
とき、第一液溜容器２２における液の気化量は、循環ガ
スとして必要な量のみでよいため、弁２１での減圧幅を
比較的小さくすることができる。これにより、圧縮機２
６の入口における循環ガス圧力が高くなるために圧縮比
が下がり、より多くの循環ガスを昇圧し、単精留塔２０
へ再導入できるようになる。
【００１０】第一液溜容器２２で気化せず残った液は、
弁２９で全量気化できる圧力まで減圧された後、第二液
溜容器３０に導入される。続いて、液浸型の第二凝縮器
３１で単精留塔上部の窒素ガスと熱交換を行うことによ
り、全量気化されて廃ガスとなり、経路３２から取出さ
れ、第一タービン２５と第二タービン３３とを駆動し、
減圧後に排出される。第二タービン３３は、オイルブレ
ーキ等の通常の方法で制御される。
弁２９で全量気化できる圧力まで減圧された後、第二液
溜容器３０に導入される。続いて、液浸型の第二凝縮器
３１で単精留塔上部の窒素ガスと熱交換を行うことによ
り、全量気化されて廃ガスとなり、経路３２から取出さ
れ、第一タービン２５と第二タービン３３とを駆動し、
減圧後に排出される。第二タービン３３は、オイルブレ
ーキ等の通常の方法で制御される。
【００１１】図５のプロセスは、図４のプロセスに比べ
て循環ガス量を多くすることができるが、凝縮器や液溜
容器を２組必要とし、設備費が増加するという欠点があ
る。さらに、液浸型凝縮器を用いているため、気化する
液溜容器内の液の気化点圧力に液ヘッドが加わり、圧力
が高くなって沸点が高くなり、凝縮する単精留塔頂の窒
素ガスと気化する液溜容器内液との飽和温度差が小さく
なる。その結果、凝縮器の必要伝熱面積を大きくしなけ
ればならず、装置コストが増加したり、あるいは温度差
を確保する場合は、気化して得られる廃ガスや循環ガス
の圧力をより低くする必要が生じ、循環ガス量の減少に
よる収率や原単位の低下につながるという問題がある。
また、液溜容器が２つあり、保有液量が多いことによ
り、起動時間が増長するという欠点もあった。
て循環ガス量を多くすることができるが、凝縮器や液溜
容器を２組必要とし、設備費が増加するという欠点があ
る。さらに、液浸型凝縮器を用いているため、気化する
液溜容器内の液の気化点圧力に液ヘッドが加わり、圧力
が高くなって沸点が高くなり、凝縮する単精留塔頂の窒
素ガスと気化する液溜容器内液との飽和温度差が小さく
なる。その結果、凝縮器の必要伝熱面積を大きくしなけ
ればならず、装置コストが増加したり、あるいは温度差
を確保する場合は、気化して得られる廃ガスや循環ガス
の圧力をより低くする必要が生じ、循環ガス量の減少に
よる収率や原単位の低下につながるという問題がある。
また、液溜容器が２つあり、保有液量が多いことによ
り、起動時間が増長するという欠点もあった。
【００１２】そこで本発明は、廃ガスの一部を精留塔へ
戻すプロセスにおいて、従来よりも単精留塔に戻す循環
ガス量を増量するとともに、動力の増加を抑えて高い収
率で効率よく窒素を製造することができる窒素製造方法
及び装置を提供することを目的としている。
戻すプロセスにおいて、従来よりも単精留塔に戻す循環
ガス量を増量するとともに、動力の増加を抑えて高い収
率で効率よく窒素を製造することができる窒素製造方法
及び装置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、本発明の窒素製造方法は、第１の構成として、圧
縮，精製，冷却した原料空気を単精留塔に導入して蒸留
することにより酸素富化液と窒素ガスとに分離し、少な
くとも窒素ガスを製品として採取する窒素製造方法にお
いて、単精留塔から導出した前記酸素富化液を減圧した
後、前記窒素ガスと熱交換させることにより気化して酸
素富化ガスを生成し、該酸素富化ガスの一部を循環ガス
として低温圧縮した後に前記単精留塔に再導入するとと
もに、前記酸素富化ガスの残部の少なくとも一部を廃ガ
スとして膨張させることにより動力及び寒冷を発生させ
ることを特徴としている。
め、本発明の窒素製造方法は、第１の構成として、圧
縮，精製，冷却した原料空気を単精留塔に導入して蒸留
することにより酸素富化液と窒素ガスとに分離し、少な
くとも窒素ガスを製品として採取する窒素製造方法にお
いて、単精留塔から導出した前記酸素富化液を減圧した
後、前記窒素ガスと熱交換させることにより気化して酸
素富化ガスを生成し、該酸素富化ガスの一部を循環ガス
として低温圧縮した後に前記単精留塔に再導入するとと
もに、前記酸素富化ガスの残部の少なくとも一部を廃ガ
スとして膨張させることにより動力及び寒冷を発生させ
ることを特徴としている。
【００１４】また、本発明の窒素製造方法の第２の構成
は、前記単精留塔から導出した前記酸素富化液を一次圧
力に減圧して前記窒素ガスと熱交換させることにより部
分気化させた後に気液分離し、該気液分離で得られたガ
スを循環ガスとして低温圧縮した後に前記単精留塔に再
導入するとともに、前記気液分離で得られた液を二次圧
力に減圧して再び前記窒素ガスとの熱交換させることに
より全量気化して廃ガスとし、該廃ガスを膨張させるこ
とにより動力及び寒冷を発生させることを特徴としてい
る。
は、前記単精留塔から導出した前記酸素富化液を一次圧
力に減圧して前記窒素ガスと熱交換させることにより部
分気化させた後に気液分離し、該気液分離で得られたガ
スを循環ガスとして低温圧縮した後に前記単精留塔に再
導入するとともに、前記気液分離で得られた液を二次圧
力に減圧して再び前記窒素ガスとの熱交換させることに
より全量気化して廃ガスとし、該廃ガスを膨張させるこ
とにより動力及び寒冷を発生させることを特徴としてい
る。
【００１５】さらに、本発明方法は、前記循環ガスの低
温圧縮を前記廃ガスの膨張で得られた動力で行うこと、
好ましくは、前記循環ガスを、低温で一次圧力まで低温
圧縮した後、常温まで昇温して二次圧力まで常温圧縮す
ることを特徴とし、特に、前記循環ガスの一次圧力まで
の低温圧縮を、前記廃ガスの動力を発生する膨張で得ら
れた動力で行い、前記循環ガスの二次圧力までの常温圧
縮を、前記廃ガスの寒冷を発生する膨張で得られた動力
で行うことを特徴としている。また、前記廃ガスの一部
を中間温度に昇温した後に膨張させて動力を発生させる
ととも、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を常温まで
昇温して常温圧縮した後に膨張させて寒冷を発生させる
ことを特徴とし、該廃ガスの常温圧縮を、前記廃ガスの
寒冷を発生する膨張で得られた動力で行うことを特徴と
している。
温圧縮を前記廃ガスの膨張で得られた動力で行うこと、
好ましくは、前記循環ガスを、低温で一次圧力まで低温
圧縮した後、常温まで昇温して二次圧力まで常温圧縮す
ることを特徴とし、特に、前記循環ガスの一次圧力まで
の低温圧縮を、前記廃ガスの動力を発生する膨張で得ら
れた動力で行い、前記循環ガスの二次圧力までの常温圧
縮を、前記廃ガスの寒冷を発生する膨張で得られた動力
で行うことを特徴としている。また、前記廃ガスの一部
を中間温度に昇温した後に膨張させて動力を発生させる
ととも、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を常温まで
昇温して常温圧縮した後に膨張させて寒冷を発生させる
ことを特徴とし、該廃ガスの常温圧縮を、前記廃ガスの
寒冷を発生する膨張で得られた動力で行うことを特徴と
している。
【００１６】また、本発明の窒素製造装置は、第１の構
成として、圧縮，精製，冷却した原料空気を低温蒸留す
ることにより少なくとも窒素ガスを製品として採取する
窒素製造装置において、圧縮，精製した原料空気を低温
蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷却する主熱交
換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸
素富化液とに分離する単精留塔と、前記窒素ガスと前記
酸素富化液とを熱交換させることにより前記窒素ガスを
液化させて単精留塔の還流液を生成するとともに前記酸
素富化液を気化させて酸素富化ガスを生成する凝縮蒸発
器と、前記酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低温で
圧縮する低温圧縮機と、前記酸素富化ガスの一部を廃ガ
スとして膨張させることにより寒冷を発生する寒冷ター
ビンと、前記酸素富化ガスの一部を廃ガスとして膨張さ
せることにより動力を発生する駆動タービンと、前記寒
冷タービンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガス圧
縮機とを備えるとともに、前記単精留塔の下部から減圧
弁を介して前記凝縮器蒸発器に接続された酸素富化液導
出経路と、該酸素富化液導出経路から凝縮器蒸発器を経
て延長され、前記主熱交換器を通って前記駆動タービン
に接続された廃ガス径路と、該廃ガス経路から分岐して
前記主熱交換器を通り、前記廃ガス圧縮機を経て再び主
熱交換器を通り、前記寒冷タービンに接続された廃ガス
昇圧経路と、前記酸素富化液導出経路から凝縮器蒸発器
を経て延長され、前記低温圧縮機を通り、前記主熱交換
器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガス導入
経路とを備えたことを特徴としている。
成として、圧縮，精製，冷却した原料空気を低温蒸留す
ることにより少なくとも窒素ガスを製品として採取する
窒素製造装置において、圧縮，精製した原料空気を低温
蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷却する主熱交
換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸
素富化液とに分離する単精留塔と、前記窒素ガスと前記
酸素富化液とを熱交換させることにより前記窒素ガスを
液化させて単精留塔の還流液を生成するとともに前記酸
素富化液を気化させて酸素富化ガスを生成する凝縮蒸発
器と、前記酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低温で
圧縮する低温圧縮機と、前記酸素富化ガスの一部を廃ガ
スとして膨張させることにより寒冷を発生する寒冷ター
ビンと、前記酸素富化ガスの一部を廃ガスとして膨張さ
せることにより動力を発生する駆動タービンと、前記寒
冷タービンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガス圧
縮機とを備えるとともに、前記単精留塔の下部から減圧
弁を介して前記凝縮器蒸発器に接続された酸素富化液導
出経路と、該酸素富化液導出経路から凝縮器蒸発器を経
て延長され、前記主熱交換器を通って前記駆動タービン
に接続された廃ガス径路と、該廃ガス経路から分岐して
前記主熱交換器を通り、前記廃ガス圧縮機を経て再び主
熱交換器を通り、前記寒冷タービンに接続された廃ガス
昇圧経路と、前記酸素富化液導出経路から凝縮器蒸発器
を経て延長され、前記低温圧縮機を通り、前記主熱交換
器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガス導入
経路とを備えたことを特徴としている。
【００１７】また、本発明の窒素製造装置の第２の構成
は、圧縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温
流体と熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原
料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離す
る単精留塔と、前記窒素ガスと前記酸素富化液とを熱交
換させることにより前記窒素ガスを液化させて単精留塔
の還流液を生成するとともに前記酸素富化液を気化させ
て酸素富化ガスからなる廃ガスと循環ガスとを生成する
凝縮蒸発器と、前記廃ガスの一部を膨張させて寒冷を発
生する寒冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも
一部を膨張させて動力を発生する駆動タービンと、前記
循環ガスを低温で一次圧力に圧縮する低温圧縮機と、該
低温圧縮機を導出した循環ガスを常温で二次圧力に昇圧
する常温圧縮機とを備えるとともに、前記単精留塔の下
部から減圧弁を介して前記凝縮器蒸発器に接続された酸
素富化液導出経路と、該酸素富化液導出経路から凝縮器
蒸発器を経て延長され、前記主熱交換器を通り、分岐後
に前記駆動タービン及び寒冷タービンにそれぞれ接続さ
れた廃ガス径路と、前記酸素富化液導出経路から凝縮器
蒸発器を経て延長され、前記低温圧縮機を通り、主熱交
換器を経て前記常温圧縮機を通り、さらに前記主熱交換
器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガス導入
経路とを備えたことを特徴としている。
は、圧縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温
流体と熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原
料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離す
る単精留塔と、前記窒素ガスと前記酸素富化液とを熱交
換させることにより前記窒素ガスを液化させて単精留塔
の還流液を生成するとともに前記酸素富化液を気化させ
て酸素富化ガスからなる廃ガスと循環ガスとを生成する
凝縮蒸発器と、前記廃ガスの一部を膨張させて寒冷を発
生する寒冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも
一部を膨張させて動力を発生する駆動タービンと、前記
循環ガスを低温で一次圧力に圧縮する低温圧縮機と、該
低温圧縮機を導出した循環ガスを常温で二次圧力に昇圧
する常温圧縮機とを備えるとともに、前記単精留塔の下
部から減圧弁を介して前記凝縮器蒸発器に接続された酸
素富化液導出経路と、該酸素富化液導出経路から凝縮器
蒸発器を経て延長され、前記主熱交換器を通り、分岐後
に前記駆動タービン及び寒冷タービンにそれぞれ接続さ
れた廃ガス径路と、前記酸素富化液導出経路から凝縮器
蒸発器を経て延長され、前記低温圧縮機を通り、主熱交
換器を経て前記常温圧縮機を通り、さらに前記主熱交換
器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガス導入
経路とを備えたことを特徴としている。
【００１８】さらに、本発明装置は、前記酸素富化液導
出経路における前記凝縮蒸発器の出口側に気液分離器を
設け、前記循環ガス導入経路を流れる循環ガスを該気液
分離器のガス相から取出すように形成するとともに、前
記廃ガス経路を流れる廃ガスを該気液分離器の液相から
減圧弁を通した後に前記凝縮蒸発器を通して取出すよう
に形成したことを特徴としている。また、前記酸素富化
液導出経路が、前記単精留塔の異なる位置から酸素富化
液を取出す２経路からなり、一方の経路が前記廃ガス経
路と接続され、他方の経路が前記循環ガス導入経路と接
続されていることを特徴としている。さらに、前記凝縮
蒸発器がドライ型熱交換器であることを特徴とし、特
に、前記窒素ガスを液化して還流液を生成する通路と、
前記酸素富化液を気化させて前記廃ガスを生成する通路
と、前記酸素富化液を気化させて前記循環ガスを生成す
る通路との３流路からなる一体構造で形成されているこ
とを特徴としている。
出経路における前記凝縮蒸発器の出口側に気液分離器を
設け、前記循環ガス導入経路を流れる循環ガスを該気液
分離器のガス相から取出すように形成するとともに、前
記廃ガス経路を流れる廃ガスを該気液分離器の液相から
減圧弁を通した後に前記凝縮蒸発器を通して取出すよう
に形成したことを特徴としている。また、前記酸素富化
液導出経路が、前記単精留塔の異なる位置から酸素富化
液を取出す２経路からなり、一方の経路が前記廃ガス経
路と接続され、他方の経路が前記循環ガス導入経路と接
続されていることを特徴としている。さらに、前記凝縮
蒸発器がドライ型熱交換器であることを特徴とし、特
に、前記窒素ガスを液化して還流液を生成する通路と、
前記酸素富化液を気化させて前記廃ガスを生成する通路
と、前記酸素富化液を気化させて前記循環ガスを生成す
る通路との３流路からなる一体構造で形成されているこ
とを特徴としている。
【００１９】さらに、前記第１の構成において、寒冷タ
ービンと前記廃ガス圧縮機、前記駆動タービンと前記低
温圧縮機がそれぞれ同一軸上に連結されていること、ま
た、第２の構成においては、前記寒冷タービンと前記常
温圧縮機、前記駆動タービンと前記低温圧縮機とがそれ
ぞれ同一軸上に連結されていることを特徴としている。
ービンと前記廃ガス圧縮機、前記駆動タービンと前記低
温圧縮機がそれぞれ同一軸上に連結されていること、ま
た、第２の構成においては、前記寒冷タービンと前記常
温圧縮機、前記駆動タービンと前記低温圧縮機とがそれ
ぞれ同一軸上に連結されていることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の窒素製造装置の第
１形態例を示す系統図である。この窒素製造装置は、単
精留塔５１の底部から取出して凝縮蒸発器５２で気化し
た酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低温で圧縮する
低温圧縮機５３と、前記酸素富化ガスの一部を廃ガスと
して膨張させることにより寒冷を発生する寒冷タービン
５４と、前記酸素富化ガスの一部を廃ガスとして膨張さ
せることにより動力を発生する駆動タービン５５と、前
記寒冷タービン５４に導入する廃ガスを常温で圧縮する
廃ガス圧縮機５６とを備えたものである。
１形態例を示す系統図である。この窒素製造装置は、単
精留塔５１の底部から取出して凝縮蒸発器５２で気化し
た酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低温で圧縮する
低温圧縮機５３と、前記酸素富化ガスの一部を廃ガスと
して膨張させることにより寒冷を発生する寒冷タービン
５４と、前記酸素富化ガスの一部を廃ガスとして膨張さ
せることにより動力を発生する駆動タービン５５と、前
記寒冷タービン５４に導入する廃ガスを常温で圧縮する
廃ガス圧縮機５６とを備えたものである。
【００２１】圧力７．６ｂａｒに昇圧され、前処理設備
にて塵埃，炭酸ガス及び水分等の不純物を除去された圧
縮精製原料空気５７５０Ｎｍ３／ｈは、経路５７から主
熱交換器５８に流入して低温流体と熱交換することによ
り冷却された後、経路５９を経て単精留塔５１に導入さ
れる。
にて塵埃，炭酸ガス及び水分等の不純物を除去された圧
縮精製原料空気５７５０Ｎｍ３／ｈは、経路５７から主
熱交換器５８に流入して低温流体と熱交換することによ
り冷却された後、経路５９を経て単精留塔５１に導入さ
れる。
【００２２】単精留塔５１では、導入された原料空気と
後述の循環ガスとが精留分離され、塔頂部に窒素ガス
が、塔底部に酸素富化液がそれぞれ分離する。単精留塔
５１の塔頂部からは、経路６０に不純物含有量約０．１
ｐｐｂの製品窒素３０００Ｎｍ３／ｈを含む窒素ガスが
取出され、塔底部からは、酸素富化液導出経路を構成す
る経路６１に窒素分約５４．３％の酸素富化液が取出さ
れる。
後述の循環ガスとが精留分離され、塔頂部に窒素ガス
が、塔底部に酸素富化液がそれぞれ分離する。単精留塔
５１の塔頂部からは、経路６０に不純物含有量約０．１
ｐｐｂの製品窒素３０００Ｎｍ３／ｈを含む窒素ガスが
取出され、塔底部からは、酸素富化液導出経路を構成す
る経路６１に窒素分約５４．３％の酸素富化液が取出さ
れる。
【００２３】経路６１の酸素富化液は、過冷器６２で冷
却され、減圧弁６３で減圧された後、前記凝縮蒸発器５
２に導入され、前記経路６０から経路６４に分岐した窒
素ガスと熱交換を行い、全量が気化して酸素富化ガスと
なる。この酸素富化ガスは、廃ガス経路を構成する経路
６５に導出され、過冷器６２で昇温した後、廃ガス経路
を構成する経路６６を流れる廃ガス２７５０Ｎｍ３／ｈ
と、循環ガス導入経路を構成する経路６７を流れる循環
ガス１０４０Ｎｍ３／ｈとに分岐する。
却され、減圧弁６３で減圧された後、前記凝縮蒸発器５
２に導入され、前記経路６０から経路６４に分岐した窒
素ガスと熱交換を行い、全量が気化して酸素富化ガスと
なる。この酸素富化ガスは、廃ガス経路を構成する経路
６５に導出され、過冷器６２で昇温した後、廃ガス経路
を構成する経路６６を流れる廃ガス２７５０Ｎｍ３／ｈ
と、循環ガス導入経路を構成する経路６７を流れる循環
ガス１０４０Ｎｍ３／ｈとに分岐する。
【００２４】経路６６の廃ガスは、主熱交換器５８に導
入されて中間温度まで昇温した段階で経路６８と経路６
９とに分岐する。経路６８に分岐した廃ガスは、中間温
度で前記駆動タービン５５に導かれ、膨張して動力を発
生する。経路６９の廃ガスは、寒冷発生用ガスとして主
熱交換器５８で常温まで昇温した後、前記廃ガス圧縮機
５６により圧縮される。圧縮された寒冷発生用ガスは、
アフタークーラー７０で圧縮熱を除去された後、経路７
１を経て主熱交換器５８で中間温度まで冷却された後、
前記寒冷タービン５４で膨張して寒冷を発生する。前記
駆動タービン５５及び寒冷タービン５４でそれぞれ膨張
した廃ガスは、経路７２に合流した後、主熱交換器５８
を経て経路７３に排出される。
入されて中間温度まで昇温した段階で経路６８と経路６
９とに分岐する。経路６８に分岐した廃ガスは、中間温
度で前記駆動タービン５５に導かれ、膨張して動力を発
生する。経路６９の廃ガスは、寒冷発生用ガスとして主
熱交換器５８で常温まで昇温した後、前記廃ガス圧縮機
５６により圧縮される。圧縮された寒冷発生用ガスは、
アフタークーラー７０で圧縮熱を除去された後、経路７
１を経て主熱交換器５８で中間温度まで冷却された後、
前記寒冷タービン５４で膨張して寒冷を発生する。前記
駆動タービン５５及び寒冷タービン５４でそれぞれ膨張
した廃ガスは、経路７２に合流した後、主熱交換器５８
を経て経路７３に排出される。
【００２５】一方、前記経路６７に分岐した循環ガス
は、前記低温圧縮機５３で単精留塔５１の圧力７．６ｂ
ａｒに圧縮され、経路７４を経て主熱交換器５８で冷却
された後、循環ガス導入経路を構成する経路７５を経て
単精留塔５１に再導入される。製品となる窒素ガスは、
塔頂部の前記経路６０から経路７６，過冷器６２，主熱
交換器５８を経て経路７７から採取される。
は、前記低温圧縮機５３で単精留塔５１の圧力７．６ｂ
ａｒに圧縮され、経路７４を経て主熱交換器５８で冷却
された後、循環ガス導入経路を構成する経路７５を経て
単精留塔５１に再導入される。製品となる窒素ガスは、
塔頂部の前記経路６０から経路７６，過冷器６２，主熱
交換器５８を経て経路７７から採取される。
【００２６】このとき、駆動タービン５５及び寒冷ター
ビン５４で発生した動力は、各タービンにそれぞれ同軸
上に連結された低温圧縮機５３及び廃ガス圧縮機５６の
圧縮動力として消費される。
ビン５４で発生した動力は、各タービンにそれぞれ同軸
上に連結された低温圧縮機５３及び廃ガス圧縮機５６の
圧縮動力として消費される。
【００２７】このように本形態例では、寒冷発生用ガス
を廃ガス圧縮機５６で圧縮した後に寒冷タービン５４で
膨張させるため、寒冷発生用ガスを減量させることがで
きるから、その分、循環ガスの割合を多くでき、循環ガ
ス量を増量できるので、前述の図４に示す従来プロセス
に比べて窒素収率と原単位とが向上する。
を廃ガス圧縮機５６で圧縮した後に寒冷タービン５４で
膨張させるため、寒冷発生用ガスを減量させることがで
きるから、その分、循環ガスの割合を多くでき、循環ガ
ス量を増量できるので、前述の図４に示す従来プロセス
に比べて窒素収率と原単位とが向上する。
【００２８】なお、本形態例において、酸素富化液導出
経路を構成する経路６１，減圧弁６３及び経路６５を、
廃ガス用と循環ガス用とに別々に２系統設けることがで
きる。例えば、塔底液より酸素含有量の少ない（窒素含
有量が多い）酸素富化液を単精留塔５１の塔底の数段上
から取出して気化し、これを循環ガスとして循環ガス導
入経路を構成する経路６７に導くようにしてもよい。ま
た、逆に酸素含有量の多い塔底液を循環ガスとして単精
留塔５１に再導入することもできる。この場合は、循環
導入する循環ガス中の水素等の低沸点成分が少なくなる
ので、窒素収率は低下するが、製品窒素中の低沸点不純
物を少なくすることができる。
経路を構成する経路６１，減圧弁６３及び経路６５を、
廃ガス用と循環ガス用とに別々に２系統設けることがで
きる。例えば、塔底液より酸素含有量の少ない（窒素含
有量が多い）酸素富化液を単精留塔５１の塔底の数段上
から取出して気化し、これを循環ガスとして循環ガス導
入経路を構成する経路６７に導くようにしてもよい。ま
た、逆に酸素含有量の多い塔底液を循環ガスとして単精
留塔５１に再導入することもできる。この場合は、循環
導入する循環ガス中の水素等の低沸点成分が少なくなる
ので、窒素収率は低下するが、製品窒素中の低沸点不純
物を少なくすることができる。
【００２９】図２は、本発明の第２形態例を示す系統図
である。なお、以下の説明において、前記第１形態例に
おける構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して
詳細な説明は省略する。
である。なお、以下の説明において、前記第１形態例に
おける構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して
詳細な説明は省略する。
【００３０】経路５７から主熱交換器５８，経路５９を
経て単精留塔５１に導入された−１６８．７℃の原料空
気５５５０Ｎｍ３／ｈは、循環ガスと混合して精留分離
され、塔頂部の窒素ガスと塔底部の酸素富化液とに分離
する。塔頂部で最高純度の０．１ｐｐｂＯ２に達した窒
素ガスは、その一部３０００Ｎｍ３／ｈが経路６０，経
路７６，過冷器６２，主熱交換器５８，経路７７を介し
て採取され、残りの窒素ガスは、経路６０から経路６４
に分岐し、凝縮蒸発器５２で液化して単精留塔５１の還
流液となる。塔底に分離した酸素濃度約３８％の酸素富
化液は、酸素富化液導出経路を構成する経路６１に３８
９５Ｎｍ３／ｈが取出され、過冷器６２で飽和温度より
低い−１７３．５℃まで冷却された後、減圧弁６３で、
凝縮蒸発器５２で酸素富化液が部分気化する圧力（一次
圧力）である４．３ｂａｒまで減圧される。一次圧力の
酸素富化液は、液浸漬型ではなくドライ型で形成された
凝縮蒸発器５２の第１段流路５２ａに流入し、その約３
４．５％が気化する。この第１段階の気化において、窒
素と酸素との揮発度の違いにより、窒素濃度は気相で約
７５．１％まで上昇し、逆に液相では約５２．４％まで
低下する。
経て単精留塔５１に導入された−１６８．７℃の原料空
気５５５０Ｎｍ３／ｈは、循環ガスと混合して精留分離
され、塔頂部の窒素ガスと塔底部の酸素富化液とに分離
する。塔頂部で最高純度の０．１ｐｐｂＯ２に達した窒
素ガスは、その一部３０００Ｎｍ３／ｈが経路６０，経
路７６，過冷器６２，主熱交換器５８，経路７７を介し
て採取され、残りの窒素ガスは、経路６０から経路６４
に分岐し、凝縮蒸発器５２で液化して単精留塔５１の還
流液となる。塔底に分離した酸素濃度約３８％の酸素富
化液は、酸素富化液導出経路を構成する経路６１に３８
９５Ｎｍ３／ｈが取出され、過冷器６２で飽和温度より
低い−１７３．５℃まで冷却された後、減圧弁６３で、
凝縮蒸発器５２で酸素富化液が部分気化する圧力（一次
圧力）である４．３ｂａｒまで減圧される。一次圧力の
酸素富化液は、液浸漬型ではなくドライ型で形成された
凝縮蒸発器５２の第１段流路５２ａに流入し、その約３
４．５％が気化する。この第１段階の気化において、窒
素と酸素との揮発度の違いにより、窒素濃度は気相で約
７５．１％まで上昇し、逆に液相では約５２．４％まで
低下する。
【００３１】凝縮蒸発器５２で部分的に気化した酸素富
化液は、続いて気液分離器８０に導入され、気相と液相
とに分離し、窒素分の多いガス１３４５Ｎｍ３／ｈが気
液分離器８０の頂部から経路８１に取出されて循環ガス
となる。気液分離器８０の底部から経路８２に取出され
た酸素分の多い液は、凝縮蒸発器５２で全量が気化可能
な二次圧力である３．２ｂａｒに第２減圧弁８３で減圧
された後、前記凝縮蒸発器５２の第２段流路５２ｂに再
流入し、第二段階の気化が行われ、完全に気化して廃ガ
ス２５５０Ｎｍ３／ｈとなる。この廃ガスは、廃ガス経
路を構成する経路８４を経て主熱交換器５８に導入さ
れ、中間温度まで昇温して２方向に分岐する。主熱交換
器５８で約−１４９℃まで昇温して経路６８に分岐した
廃ガスの一部は、駆動タービン５５で膨張して動力を発
生し、廃ガスの残部は、主熱交換器５８で約３６℃の常
温まで昇温して経路６９に導出し、寒冷タービン５４に
連結された廃ガス圧縮機５６にて３．８ｂａｒに昇圧さ
れる。昇圧後の廃ガスは、アフタークーラー７０で約４
０℃まで冷却された後、経路７１を経て主熱交換器５８
で中間温度に冷却された後、寒冷タービン５４で膨張し
て寒冷を発生し、前記駆動タービン５５で膨張した廃ガ
スと合流し、経路７２から主熱交換器５８を通り、寒冷
を回収されて経路７３から排出される。
化液は、続いて気液分離器８０に導入され、気相と液相
とに分離し、窒素分の多いガス１３４５Ｎｍ３／ｈが気
液分離器８０の頂部から経路８１に取出されて循環ガス
となる。気液分離器８０の底部から経路８２に取出され
た酸素分の多い液は、凝縮蒸発器５２で全量が気化可能
な二次圧力である３．２ｂａｒに第２減圧弁８３で減圧
された後、前記凝縮蒸発器５２の第２段流路５２ｂに再
流入し、第二段階の気化が行われ、完全に気化して廃ガ
ス２５５０Ｎｍ３／ｈとなる。この廃ガスは、廃ガス経
路を構成する経路８４を経て主熱交換器５８に導入さ
れ、中間温度まで昇温して２方向に分岐する。主熱交換
器５８で約−１４９℃まで昇温して経路６８に分岐した
廃ガスの一部は、駆動タービン５５で膨張して動力を発
生し、廃ガスの残部は、主熱交換器５８で約３６℃の常
温まで昇温して経路６９に導出し、寒冷タービン５４に
連結された廃ガス圧縮機５６にて３．８ｂａｒに昇圧さ
れる。昇圧後の廃ガスは、アフタークーラー７０で約４
０℃まで冷却された後、経路７１を経て主熱交換器５８
で中間温度に冷却された後、寒冷タービン５４で膨張し
て寒冷を発生し、前記駆動タービン５５で膨張した廃ガ
スと合流し、経路７２から主熱交換器５８を通り、寒冷
を回収されて経路７３から排出される。
【００３２】一方、前記気液分離器８０から循環ガス導
入経路を構成する経路８１に取出された循環ガスは、過
冷器６２を経た後、前記駆動タービン５５に連結された
低温圧縮機５３に吸入され、単精留塔圧力７．６ｂａｒ
まで圧縮されて経路７４から主熱交換器５８に導入さ
れ、精留温度に近い−１６５．２℃まで冷却され、循環
ガス導入経路を構成する経路７５を経て単精留塔５１に
再導入される。
入経路を構成する経路８１に取出された循環ガスは、過
冷器６２を経た後、前記駆動タービン５５に連結された
低温圧縮機５３に吸入され、単精留塔圧力７．６ｂａｒ
まで圧縮されて経路７４から主熱交換器５８に導入さ
れ、精留温度に近い−１６５．２℃まで冷却され、循環
ガス導入経路を構成する経路７５を経て単精留塔５１に
再導入される。
【００３３】本形態例に示すように、寒冷発生ガスとな
る廃ガスを廃ガス圧縮機５６で昇圧することによって廃
ガス量を減少させ、循環ガス量を増量するとともに、２
段階の気化によって単精留塔５１に再導入する循環ガス
の窒素濃度を上げることにより、製品窒素ガスの収率を
更に向上させることができる。また、タービン発生動力
を殆ど外部に逃がすことなく、循環ガスや廃ガスの圧縮
に利用するようにしたから、窒素収率の向上とあいまっ
て原単位を低減することができる。また、凝縮蒸発器５
２を液浸型ではなくドライ型とし、かつ、３通路から構
成される単一の凝縮蒸発器を用いているため、液ヘッド
による前記不都合が回避できるとともに、装置構成が簡
単となり、設備費を抑えることができ、また、保有液量
が少なくなるので装置の起動時間を短縮できる。
る廃ガスを廃ガス圧縮機５６で昇圧することによって廃
ガス量を減少させ、循環ガス量を増量するとともに、２
段階の気化によって単精留塔５１に再導入する循環ガス
の窒素濃度を上げることにより、製品窒素ガスの収率を
更に向上させることができる。また、タービン発生動力
を殆ど外部に逃がすことなく、循環ガスや廃ガスの圧縮
に利用するようにしたから、窒素収率の向上とあいまっ
て原単位を低減することができる。また、凝縮蒸発器５
２を液浸型ではなくドライ型とし、かつ、３通路から構
成される単一の凝縮蒸発器を用いているため、液ヘッド
による前記不都合が回避できるとともに、装置構成が簡
単となり、設備費を抑えることができ、また、保有液量
が少なくなるので装置の起動時間を短縮できる。
【００３４】図３は、本発明の第３形態例を示す系統図
である。単精留塔５１では、圧力７．６ｂａｒの原料空
気５５００Ｎｍ３／ｈと再導入された循環ガスとが精留
分離されることにより、塔頂部から製品窒素ガス３００
０Ｎｍ３／ｈが取出され、塔底から酸素に富む酸素富化
液が取出される。この酸素富化液は、前記第２形態例と
同様に、凝縮蒸発器５２及び気液分離器８０を通り、経
路８１の循環ガス１３９０Ｎｍ３／ｈと、経路８４の廃
ガス２５００Ｎｍ３／ｈとになる。
である。単精留塔５１では、圧力７．６ｂａｒの原料空
気５５００Ｎｍ３／ｈと再導入された循環ガスとが精留
分離されることにより、塔頂部から製品窒素ガス３００
０Ｎｍ３／ｈが取出され、塔底から酸素に富む酸素富化
液が取出される。この酸素富化液は、前記第２形態例と
同様に、凝縮蒸発器５２及び気液分離器８０を通り、経
路８１の循環ガス１３９０Ｎｍ３／ｈと、経路８４の廃
ガス２５００Ｎｍ３／ｈとになる。
【００３５】経路８４を流れる廃ガスは、主熱交換器５
８で中間温度の約−１４６．８℃まで昇温した後、駆動
タービン５５に導入される経路８５と、寒冷タービン５
４に導入される経路８６とに分岐し、それぞれ膨張して
動力と寒冷とを発生した後、経路７２に合流して再び主
熱交換器５８を通り、寒冷回収されて経路７３から系外
へ排出される。
８で中間温度の約−１４６．８℃まで昇温した後、駆動
タービン５５に導入される経路８５と、寒冷タービン５
４に導入される経路８６とに分岐し、それぞれ膨張して
動力と寒冷とを発生した後、経路７２に合流して再び主
熱交換器５８を通り、寒冷回収されて経路７３から系外
へ排出される。
【００３６】一方、循環ガス導入経路を構成する経路８
１を流れる循環ガスは、駆動タービン５５に連結された
一次低温圧縮機８７で６．４ｂａｒに昇圧した後、経路
８８から主熱交換器５８に導入されて約３６℃まで昇温
し、続いて経路８９を通って寒冷タービン５４に連結さ
れた二次常温圧縮機９０で最終的に単精留塔圧力の７．
６ｂａｒまで昇圧される。昇圧後の循環ガスは、アフタ
ークーラー９１で約４０℃に冷却され、経路９２を経て
主熱交換器５８に導入され、−１６５．２℃に冷却され
た後、循環ガス導入経路を構成する経路９３を経て単精
留塔５１へ再導入される。
１を流れる循環ガスは、駆動タービン５５に連結された
一次低温圧縮機８７で６．４ｂａｒに昇圧した後、経路
８８から主熱交換器５８に導入されて約３６℃まで昇温
し、続いて経路８９を通って寒冷タービン５４に連結さ
れた二次常温圧縮機９０で最終的に単精留塔圧力の７．
６ｂａｒまで昇圧される。昇圧後の循環ガスは、アフタ
ークーラー９１で約４０℃に冷却され、経路９２を経て
主熱交換器５８に導入され、−１６５．２℃に冷却され
た後、循環ガス導入経路を構成する経路９３を経て単精
留塔５１へ再導入される。
【００３７】本形態例では、循環ガスの昇圧を２段階で
行うようにしているので、１段圧縮に比較して各圧縮段
の圧縮比を小さくでき、圧縮比が高くなる場合にも適用
できるとともに、全体の圧縮効率が向上するので、窒素
収率や原単位をさらに改善することができる。
行うようにしているので、１段圧縮に比較して各圧縮段
の圧縮比を小さくでき、圧縮比が高くなる場合にも適用
できるとともに、全体の圧縮効率が向上するので、窒素
収率や原単位をさらに改善することができる。
【００３８】以上説明した各形態例と、図４に示した従
来例とにおける窒素収率及び原単位を比較した結果を表
１に示す。なお、窒素収率は、次式にて得られたもので
ある。 窒素収率＝（製品窒素量／原料空気量）×１００
来例とにおける窒素収率及び原単位を比較した結果を表
１に示す。なお、窒素収率は、次式にて得られたもので
ある。 窒素収率＝（製品窒素量／原料空気量）×１００
【表１】
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
廃ガスを循環導入する窒素製造プロセスにおける窒素収
率を高めて原単位を下げることができる。また、膨張タ
ービンとこれに連結される圧縮機の運用効率を高め、動
力ロスを少なくすることができる。さらに、ドライ型凝
縮器を使用して部分気化と全量気化との２段階で気化さ
せることにより、設備費を抑えながら窒素収率をより高
めることができるだけでなく、装置の起動時間を短縮す
ることもできる。
廃ガスを循環導入する窒素製造プロセスにおける窒素収
率を高めて原単位を下げることができる。また、膨張タ
ービンとこれに連結される圧縮機の運用効率を高め、動
力ロスを少なくすることができる。さらに、ドライ型凝
縮器を使用して部分気化と全量気化との２段階で気化さ
せることにより、設備費を抑えながら窒素収率をより高
めることができるだけでなく、装置の起動時間を短縮す
ることもできる。
【図１】 本発明の窒素製造装置の第１形態例を示す系
統図である。
統図である。
【図２】 本発明の窒素製造装置の第２形態例を示す系
統図である。
統図である。
【図３】 本発明の窒素製造装置の第３形態例を示す系
統図である。
統図である。
【図４】 従来の窒素製造装置の一例を示す系統図であ
る。
る。
【図５】 従来の窒素製造装置の他の例を示す系統図で
ある。
ある。
５１…単精留塔、５２…凝縮蒸発器、５３…低温圧縮
機、５４…寒冷タービン、５５…駆動タービン、５６…
廃ガス圧縮機、５８…主熱交換器、６２…過冷器、６３
…減圧弁、７０…アフタークーラー、８０…気液分離
器、８３…第２減圧弁、８７…一次低温圧縮機、９０…
二次常温圧縮機
機、５４…寒冷タービン、５５…駆動タービン、５６…
廃ガス圧縮機、５８…主熱交換器、６２…過冷器、６３
…減圧弁、７０…アフタークーラー、８０…気液分離
器、８３…第２減圧弁、８７…一次低温圧縮機、９０…
二次常温圧縮機
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年３月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、圧縮、精製、冷却した原料空気を単精留塔に導入し
て蒸留することにより酸素富化液と窒素ガスとに分離
し、少なくとも窒素ガスを製品として採取する窒素製造
方法において、本発明の第１の方法は、前記単精留塔か
ら導出した前記酸素富化液を減圧した後、前記窒素ガス
と熱交換させることにより気化して酸素富化ガスを生成
し、該酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低温圧縮し
た後冷却して前記単精留塔に再導入するとともに、前記
酸素富化ガスの残部を廃ガスとしてその一部を中間温度
に昇温して膨脹させることにより動力を発生させ、廃ガ
スの残りの少なくとも一部を常温まで昇温して常温圧縮
した後中間温度に冷却して膨脹させることにより寒冷を
発生させることを特徴としている。また、第２の方法
は、前記単精留塔から導出した前記酸素富化液を減圧し
て前記窒素ガスと熱交換させることにより部分気化させ
た後に気液分離し、該気液分離で得られたガスを循環ガ
スとして低温圧縮した後冷却して前記単精留塔に再導入
するとともに、前記気液分離で得られた液をさらに減圧
して再び前記窒素ガスと熱交換させることにより全量気
化して廃ガスとし、該廃ガスの一部を中間温度に昇温し
て膨張させることにより動力を発生させ、廃ガスの残り
の少なくとも一部を常温まで昇温して常温圧縮した後中
間温度に冷却して膨張させることにより寒冷を発生させ
ることを特徴としている。
め、圧縮、精製、冷却した原料空気を単精留塔に導入し
て蒸留することにより酸素富化液と窒素ガスとに分離
し、少なくとも窒素ガスを製品として採取する窒素製造
方法において、本発明の第１の方法は、前記単精留塔か
ら導出した前記酸素富化液を減圧した後、前記窒素ガス
と熱交換させることにより気化して酸素富化ガスを生成
し、該酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低温圧縮し
た後冷却して前記単精留塔に再導入するとともに、前記
酸素富化ガスの残部を廃ガスとしてその一部を中間温度
に昇温して膨脹させることにより動力を発生させ、廃ガ
スの残りの少なくとも一部を常温まで昇温して常温圧縮
した後中間温度に冷却して膨脹させることにより寒冷を
発生させることを特徴としている。また、第２の方法
は、前記単精留塔から導出した前記酸素富化液を減圧し
て前記窒素ガスと熱交換させることにより部分気化させ
た後に気液分離し、該気液分離で得られたガスを循環ガ
スとして低温圧縮した後冷却して前記単精留塔に再導入
するとともに、前記気液分離で得られた液をさらに減圧
して再び前記窒素ガスと熱交換させることにより全量気
化して廃ガスとし、該廃ガスの一部を中間温度に昇温し
て膨張させることにより動力を発生させ、廃ガスの残り
の少なくとも一部を常温まで昇温して常温圧縮した後中
間温度に冷却して膨張させることにより寒冷を発生させ
ることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】さらに、第３の方法は、前記単精留塔から
導出した前記酸素富化液を減圧した後、前記窒素ガスと
熱交換させることにより気化して酸素富化ガスを生成
し、該酸素富化ガスの一部を循環ガスとし、この循環ガ
スを、低温圧縮した後常温まで昇温し、さらに常温圧縮
し、次いで再冷却してから前記単精留塔に再導入すると
ともに、酸素富化ガスの残部を廃ガスとして中間温度に
昇温した後分岐し、分岐した廃ガスの一部を膨脹させる
ことにより動力を発生させ、分岐した廃ガスの残りの少
なくとも一部を膨脹させることにより寒冷を発生させる
ことを特徴としている。さらにまた、第４の方法は、前
記単精留塔から導出した前記酸素富化液を減圧して前記
窒素ガスと熱交換させることにより部分気化させた後に
気液分離し、該気液分離で得られたガスを循環ガスと
し、この循環ガスを、低温圧縮した後常温まで昇温し、
さらに常温圧縮し、次いで再冷却してから前記単精留塔
に再導入するとともに、前記気液分離で得られた液をさ
らに減圧して再び前記窒素ガスと熱交換させることによ
り全量気化して廃ガスとし、該廃ガスを中間温度に昇温
した後分岐し、分岐した廃ガスの一部を膨張させること
により動力を発生させ、分岐した廃ガスの残りの少なく
とも一部を膨張させることにより寒冷を発生させること
を特徴としている。
導出した前記酸素富化液を減圧した後、前記窒素ガスと
熱交換させることにより気化して酸素富化ガスを生成
し、該酸素富化ガスの一部を循環ガスとし、この循環ガ
スを、低温圧縮した後常温まで昇温し、さらに常温圧縮
し、次いで再冷却してから前記単精留塔に再導入すると
ともに、酸素富化ガスの残部を廃ガスとして中間温度に
昇温した後分岐し、分岐した廃ガスの一部を膨脹させる
ことにより動力を発生させ、分岐した廃ガスの残りの少
なくとも一部を膨脹させることにより寒冷を発生させる
ことを特徴としている。さらにまた、第４の方法は、前
記単精留塔から導出した前記酸素富化液を減圧して前記
窒素ガスと熱交換させることにより部分気化させた後に
気液分離し、該気液分離で得られたガスを循環ガスと
し、この循環ガスを、低温圧縮した後常温まで昇温し、
さらに常温圧縮し、次いで再冷却してから前記単精留塔
に再導入するとともに、前記気液分離で得られた液をさ
らに減圧して再び前記窒素ガスと熱交換させることによ
り全量気化して廃ガスとし、該廃ガスを中間温度に昇温
した後分岐し、分岐した廃ガスの一部を膨張させること
により動力を発生させ、分岐した廃ガスの残りの少なく
とも一部を膨張させることにより寒冷を発生させること
を特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】また、第１及び第２の方法において、前記
循環ガスの低温圧縮を、前記廃ガスの動力を発生する膨
張で得られた動力で行うことを特徴とし、前記廃ガスの
常温圧縮を、前記廃ガスの寒冷を発生する膨張で得られ
た動力で行うことを特徴としている。さらに、第３及び
第４の方法において、前記循環ガスは、前記廃ガスの動
力を発生する膨張で得られた動力で低温圧縮し、前記廃
ガスの寒冷を発生する膨張で得られた動力で常温圧縮す
ることを特徴としている。
循環ガスの低温圧縮を、前記廃ガスの動力を発生する膨
張で得られた動力で行うことを特徴とし、前記廃ガスの
常温圧縮を、前記廃ガスの寒冷を発生する膨張で得られ
た動力で行うことを特徴としている。さらに、第３及び
第４の方法において、前記循環ガスは、前記廃ガスの動
力を発生する膨張で得られた動力で低温圧縮し、前記廃
ガスの寒冷を発生する膨張で得られた動力で常温圧縮す
ることを特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】次に、圧縮，精製，冷却した原料空気を低
温蒸留することにより少なくとも窒素ガスを製品として
採取する窒素製造装置において、本発明の第１の装置
は、圧縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温
流体と熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原
料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離す
る単精留塔と、前記窒素ガスと前記酸素富化液とを熱交
換させることにより前記窒素ガスを液化させて単精留塔
の還流液を生成するとともに前記酸素富化液を気化させ
て酸素富化ガスからなる循環ガスと廃ガスとを生成する
凝縮蒸発器と、前記循環ガスを低温で圧縮する低温圧縮
機と、前記廃ガスの一部を膨脹させて寒冷を発生する寒
冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を膨
脹させて動力を発生する駆動タービンと、前記寒冷ター
ビンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガス圧縮機と
を備えるとともに、前記単精留塔の下部から減圧弁を介
して前記凝縮蒸発器に接続された酸素富化液導出経路
と、該酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長さ
れ、前記主熱交換器を通って前記駆動タービンに接続さ
れた廃ガス経路と、該廃ガス経路から分岐して前記主熱
交換器を通り、前記廃ガス圧縮機を経て再び主熱交換器
を通り、前記寒冷タービンに接続された廃ガス昇圧経路
と、前記酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長
され、前記低温圧縮機を通り、前記主熱交換器を経て前
記単精留塔の下部に接続された循環ガス導入経路とを備
えたことを特徴としている。また、第２の装置は、圧
縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温流体と
熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原料空気
を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精
留塔と、前記窒素ガスと前記酸素富化液とを熱交換させ
ることにより前記窒素ガスを液化させて単精留塔の還流
液を生成するとともに前記酸素富化液を気化させて酸素
富化ガスからなる循環ガスと廃ガスとを生成する凝縮蒸
発器と、前記廃ガスの一部を膨脹させて寒冷を発生する
寒冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を
膨脹させて動力を発生する駆動タービンと、前記循環ガ
スを低温圧縮する低温圧縮機と、該低温圧縮機を導出し
て常温まで昇温した循環ガスをさらに常温圧縮する常温
圧縮機とを備えるとともに、前記単精留塔の下部から減
圧弁を介して前記凝縮蒸発器に接続された酸素富化液導
出経路と、該酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て
延長され、前記主熱交換器を通った後２つに分岐し、分
岐した一方は前記駆動タービンに、他方は寒冷タービン
にそれぞれ接続された廃ガス経路と、前記酸素富化液導
出経路から凝縮蒸発器を経て延長され、前記低温圧縮機
を通り、前記主熱交換器を経て前記常温圧縮機を通り、
さらに前記主熱交換器を経て前記単精留塔の下部に接続
された循環ガス導入経路とを備えたことを特徴としてい
る。
温蒸留することにより少なくとも窒素ガスを製品として
採取する窒素製造装置において、本発明の第１の装置
は、圧縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温
流体と熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原
料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離す
る単精留塔と、前記窒素ガスと前記酸素富化液とを熱交
換させることにより前記窒素ガスを液化させて単精留塔
の還流液を生成するとともに前記酸素富化液を気化させ
て酸素富化ガスからなる循環ガスと廃ガスとを生成する
凝縮蒸発器と、前記循環ガスを低温で圧縮する低温圧縮
機と、前記廃ガスの一部を膨脹させて寒冷を発生する寒
冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を膨
脹させて動力を発生する駆動タービンと、前記寒冷ター
ビンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガス圧縮機と
を備えるとともに、前記単精留塔の下部から減圧弁を介
して前記凝縮蒸発器に接続された酸素富化液導出経路
と、該酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長さ
れ、前記主熱交換器を通って前記駆動タービンに接続さ
れた廃ガス経路と、該廃ガス経路から分岐して前記主熱
交換器を通り、前記廃ガス圧縮機を経て再び主熱交換器
を通り、前記寒冷タービンに接続された廃ガス昇圧経路
と、前記酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長
され、前記低温圧縮機を通り、前記主熱交換器を経て前
記単精留塔の下部に接続された循環ガス導入経路とを備
えたことを特徴としている。また、第２の装置は、圧
縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温流体と
熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原料空気
を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精
留塔と、前記窒素ガスと前記酸素富化液とを熱交換させ
ることにより前記窒素ガスを液化させて単精留塔の還流
液を生成するとともに前記酸素富化液を気化させて酸素
富化ガスからなる循環ガスと廃ガスとを生成する凝縮蒸
発器と、前記廃ガスの一部を膨脹させて寒冷を発生する
寒冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を
膨脹させて動力を発生する駆動タービンと、前記循環ガ
スを低温圧縮する低温圧縮機と、該低温圧縮機を導出し
て常温まで昇温した循環ガスをさらに常温圧縮する常温
圧縮機とを備えるとともに、前記単精留塔の下部から減
圧弁を介して前記凝縮蒸発器に接続された酸素富化液導
出経路と、該酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て
延長され、前記主熱交換器を通った後２つに分岐し、分
岐した一方は前記駆動タービンに、他方は寒冷タービン
にそれぞれ接続された廃ガス経路と、前記酸素富化液導
出経路から凝縮蒸発器を経て延長され、前記低温圧縮機
を通り、前記主熱交換器を経て前記常温圧縮機を通り、
さらに前記主熱交換器を経て前記単精留塔の下部に接続
された循環ガス導入経路とを備えたことを特徴としてい
る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】さらに、第３の装置は、圧縮，精製した原
料空気を低温蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷
却する主熱交換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して
窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精留塔と、前記酸
素富化液を減圧した後導入して気液分離する気液分離器
と、該気液分離器に導入する酸素富化液と該気液分離器
で気液分離された後の酸素富化液とを前記窒素ガスと熱
交換させることにより前記窒素ガスを液化させて単精留
塔の還流液を生成するとともに前記気液分離器に導入す
る酸素富化液を部分気化して循環ガスとし、前記気液分
離された後の酸素富化液を全量気化して廃ガスとする凝
縮蒸発器と、前記循環ガスを低温圧縮する低温圧縮機
と、前記廃ガスの一部を膨脹させて寒冷を発生する寒冷
タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を膨脹
させて動力を発生する駆動タービンと、前記寒冷タービ
ンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガス圧縮機とを
備えるとともに、前記単精留塔の下部から減圧弁を介し
て前記凝縮蒸発器を通り前記気液分離器に接続された酸
素富化液導出経路と、前記気液分離器の液相部から減圧
弁を介して前記凝縮蒸発器を経て前記主熱交換器を通っ
て前記駆動タービンに至る廃ガス経路と、該廃ガス経路
から分岐して前記主熱交換器を通り、前記廃ガス圧縮機
を経て再び主熱交換器を通り、前記寒冷タービンに至る
廃ガス昇圧経路と、前記気液分離器の気相部から前記低
温圧縮機を通り、さらに前記主熱交換器を経て前記単精
留塔の下部に接続された循環ガス導入経路とを備えたこ
とを特徴としている。さらにまた、第４の装置は、圧
縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温流体と
熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原料空気
を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精
留塔と、前記酸素富化液を減圧した後導入して気液分離
する気液分離器と、該気液分離器に導入する酸素富化液
と該気液分離器で気液分離された後の酸素富化液とを前
記窒素ガスと熱交換させることにより前記窒素ガスを液
化させて単精留塔の還流液を生成するとともに前記気液
分離器に導入する酸素富化液を部分気化して循環ガスと
し、前記気液分離された後の酸素富化液を全量気化して
廃ガスとする凝縮蒸発器と、前記廃ガスの一部を膨脹さ
せて寒冷を発生する寒冷タービンと、前記廃ガスの残部
の少なくとも一部を膨脹させて動力を発生する駆動ター
ビンと、前記循環ガスを低温圧縮する低温圧縮機と、該
低温圧縮機を導出して常温まで昇温した循環ガスを常温
圧縮してさらに昇圧する常温圧縮機とを備えるととも
に、前記単精留塔の下部から減圧弁を介して前記凝縮蒸
発器を通り前記気液分離器に接続された酸素富化液導出
経路と、前記気液分離器の液相部から減圧弁を介して前
記凝縮蒸発器を経て前記主熱交換器を通った後２つに分
岐し，分岐した一方は前記駆動タービンに、他方は寒冷
タービンにそれぞれ接続された廃ガス経路と、前記気液
分離器の気相部から前記低温圧縮機を通り、前記主熱交
換器を経て前記常温圧縮機を通り、さらに前記主熱交換
器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガス導入
経路とを備えたことを特徴としている。
料空気を低温蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷
却する主熱交換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して
窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精留塔と、前記酸
素富化液を減圧した後導入して気液分離する気液分離器
と、該気液分離器に導入する酸素富化液と該気液分離器
で気液分離された後の酸素富化液とを前記窒素ガスと熱
交換させることにより前記窒素ガスを液化させて単精留
塔の還流液を生成するとともに前記気液分離器に導入す
る酸素富化液を部分気化して循環ガスとし、前記気液分
離された後の酸素富化液を全量気化して廃ガスとする凝
縮蒸発器と、前記循環ガスを低温圧縮する低温圧縮機
と、前記廃ガスの一部を膨脹させて寒冷を発生する寒冷
タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を膨脹
させて動力を発生する駆動タービンと、前記寒冷タービ
ンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガス圧縮機とを
備えるとともに、前記単精留塔の下部から減圧弁を介し
て前記凝縮蒸発器を通り前記気液分離器に接続された酸
素富化液導出経路と、前記気液分離器の液相部から減圧
弁を介して前記凝縮蒸発器を経て前記主熱交換器を通っ
て前記駆動タービンに至る廃ガス経路と、該廃ガス経路
から分岐して前記主熱交換器を通り、前記廃ガス圧縮機
を経て再び主熱交換器を通り、前記寒冷タービンに至る
廃ガス昇圧経路と、前記気液分離器の気相部から前記低
温圧縮機を通り、さらに前記主熱交換器を経て前記単精
留塔の下部に接続された循環ガス導入経路とを備えたこ
とを特徴としている。さらにまた、第４の装置は、圧
縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温流体と
熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原料空気
を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精
留塔と、前記酸素富化液を減圧した後導入して気液分離
する気液分離器と、該気液分離器に導入する酸素富化液
と該気液分離器で気液分離された後の酸素富化液とを前
記窒素ガスと熱交換させることにより前記窒素ガスを液
化させて単精留塔の還流液を生成するとともに前記気液
分離器に導入する酸素富化液を部分気化して循環ガスと
し、前記気液分離された後の酸素富化液を全量気化して
廃ガスとする凝縮蒸発器と、前記廃ガスの一部を膨脹さ
せて寒冷を発生する寒冷タービンと、前記廃ガスの残部
の少なくとも一部を膨脹させて動力を発生する駆動ター
ビンと、前記循環ガスを低温圧縮する低温圧縮機と、該
低温圧縮機を導出して常温まで昇温した循環ガスを常温
圧縮してさらに昇圧する常温圧縮機とを備えるととも
に、前記単精留塔の下部から減圧弁を介して前記凝縮蒸
発器を通り前記気液分離器に接続された酸素富化液導出
経路と、前記気液分離器の液相部から減圧弁を介して前
記凝縮蒸発器を経て前記主熱交換器を通った後２つに分
岐し，分岐した一方は前記駆動タービンに、他方は寒冷
タービンにそれぞれ接続された廃ガス経路と、前記気液
分離器の気相部から前記低温圧縮機を通り、前記主熱交
換器を経て前記常温圧縮機を通り、さらに前記主熱交換
器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガス導入
経路とを備えたことを特徴としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】また、第１又は第２の装置において、前記
廃ガス経路及び前記循環ガス導入経路は、前記酸素富化
液導出経路から分岐されていることを特徴とし、前記廃
ガス経路及び前記循環ガス導入経路は、前記単精留塔の
異なる位置から酸素富化液を取り出す別々の酸素富化液
導出経路から延長されていることを特徴としている。さ
らに、これらの装置において、前記凝縮蒸発器がドライ
型熱交換器であることを特徴とし、特に、前記窒素ガス
を液化して還流液を生成する通路と、前記酸素富化液を
気化させて前記廃ガスを生成する通路と、前記酸素富化
液を気化させて前記循環ガスを生成する通路との３通路
からなる一体構造で形成されていることを特徴としてい
る。
廃ガス経路及び前記循環ガス導入経路は、前記酸素富化
液導出経路から分岐されていることを特徴とし、前記廃
ガス経路及び前記循環ガス導入経路は、前記単精留塔の
異なる位置から酸素富化液を取り出す別々の酸素富化液
導出経路から延長されていることを特徴としている。さ
らに、これらの装置において、前記凝縮蒸発器がドライ
型熱交換器であることを特徴とし、特に、前記窒素ガス
を液化して還流液を生成する通路と、前記酸素富化液を
気化させて前記廃ガスを生成する通路と、前記酸素富化
液を気化させて前記循環ガスを生成する通路との３通路
からなる一体構造で形成されていることを特徴としてい
る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】また、第１又は第３の装置において、前記
寒冷タービンと前記廃ガス圧縮機、前記駆動タービンと
前記低温圧縮機とがそれぞれ同一軸上に連結されている
こと、さらに、第２又は第４の装置において、前記寒冷
タービンと前記常温圧縮機、前記駆動タービンと前記低
温圧縮機とがそれぞれ同一軸上に連結されていることを
特徴としている。
寒冷タービンと前記廃ガス圧縮機、前記駆動タービンと
前記低温圧縮機とがそれぞれ同一軸上に連結されている
こと、さらに、第２又は第４の装置において、前記寒冷
タービンと前記常温圧縮機、前記駆動タービンと前記低
温圧縮機とがそれぞれ同一軸上に連結されていることを
特徴としている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】経路６６の廃ガスは、主熱交換器５８に導
入されて中間温度まで昇温した段階で経路６８と経路６
９とに分岐する。経路６８に分岐した廃ガスは、中間温
度で前記駆動タービン５５に導かれ、膨張して動力を発
生する。廃ガス昇圧経路を構成する経路６９の廃ガス
は、寒冷発生用ガスとして主熱交換器５８で常温まで昇
温した後、前記廃ガス圧縮機５６により圧縮される。圧
縮された寒冷発生用ガスは、アフタークーラー７０で圧
縮熱を除去された後、経路７１を経て主熱交換器５８で
中間温度まで冷却された後、前記寒冷タービン５４で膨
張して寒冷を発生する。前記駆動タービン５５及び寒冷
タービン５４でそれぞれ膨張した廃ガスは、経路７２に
合流した後、主熱交換器５８を経て経路７３に排出され
る。
入されて中間温度まで昇温した段階で経路６８と経路６
９とに分岐する。経路６８に分岐した廃ガスは、中間温
度で前記駆動タービン５５に導かれ、膨張して動力を発
生する。廃ガス昇圧経路を構成する経路６９の廃ガス
は、寒冷発生用ガスとして主熱交換器５８で常温まで昇
温した後、前記廃ガス圧縮機５６により圧縮される。圧
縮された寒冷発生用ガスは、アフタークーラー７０で圧
縮熱を除去された後、経路７１を経て主熱交換器５８で
中間温度まで冷却された後、前記寒冷タービン５４で膨
張して寒冷を発生する。前記駆動タービン５５及び寒冷
タービン５４でそれぞれ膨張した廃ガスは、経路７２に
合流した後、主熱交換器５８を経て経路７３に排出され
る。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】経路５７から主熱交換器５８，経路５９を
経て単精留塔５１に導入された−１６８．７℃の原料空
気５５５０Ｎｍ３／ｈは、循環ガスと混合して精留分離
され、塔頂部の窒素ガスと塔底部の酸素富化液とに分離
する。塔頂部で最高純度の０．１ｐｐｂＯ２に達した窒
素ガスは、その一部３０００Ｎｍ３／ｈが経路６０，経
路７６，過冷器６２，主熱交換器５８，経路７７を介し
て採取され、残りの窒素ガスは、経路６０から経路６４
に分岐し、凝縮蒸発器５２で液化して単精留塔５１の還
流液となる。塔底に分離した酸素濃度約３８％の酸素富
化液は、酸素富化液導出経路を構成する経路６１に３８
９５Ｎｍ３／ｈが取出され、過冷器６２で飽和温度より
低い−１７３．５℃まで冷却された後、減圧弁６３で、
凝縮蒸発器５２で酸素富化液が部分気化する圧力（一次
圧力）である４．３ｂａｒまで減圧される。一次圧力に
減圧された酸素富化液は、液浸漬型ではなくドライ型で
形成された凝縮蒸発器５２の第１段流路５２ａに流入
し、その約３４．５％が気化する。この第１段階の気化
において、窒素と酸素との揮発度の違いにより、窒素濃
度は気相で約７５．１％まで上昇し、逆に液相では約５
２．４％まで低下する。
経て単精留塔５１に導入された−１６８．７℃の原料空
気５５５０Ｎｍ３／ｈは、循環ガスと混合して精留分離
され、塔頂部の窒素ガスと塔底部の酸素富化液とに分離
する。塔頂部で最高純度の０．１ｐｐｂＯ２に達した窒
素ガスは、その一部３０００Ｎｍ３／ｈが経路６０，経
路７６，過冷器６２，主熱交換器５８，経路７７を介し
て採取され、残りの窒素ガスは、経路６０から経路６４
に分岐し、凝縮蒸発器５２で液化して単精留塔５１の還
流液となる。塔底に分離した酸素濃度約３８％の酸素富
化液は、酸素富化液導出経路を構成する経路６１に３８
９５Ｎｍ３／ｈが取出され、過冷器６２で飽和温度より
低い−１７３．５℃まで冷却された後、減圧弁６３で、
凝縮蒸発器５２で酸素富化液が部分気化する圧力（一次
圧力）である４．３ｂａｒまで減圧される。一次圧力に
減圧された酸素富化液は、液浸漬型ではなくドライ型で
形成された凝縮蒸発器５２の第１段流路５２ａに流入
し、その約３４．５％が気化する。この第１段階の気化
において、窒素と酸素との揮発度の違いにより、窒素濃
度は気相で約７５．１％まで上昇し、逆に液相では約５
２．４％まで低下する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】凝縮蒸発器５２で部分的に気化した酸素富
化液は、続いて気液分離器８０に導入され、気相と液相
とに分離し、窒素分の多いガス１３４５Ｎｍ３／ｈが気
液分離器８０の頂部から経路８１に取出されて循環ガス
となる。気液分離器８０の底部から経路８２に取出され
た酸素分の多い液は、凝縮蒸発器５２で全量が気化可能
な二次圧力である３．２ｂａｒに第２減圧弁８３で減圧
された後、この二次圧力に減圧された酸素分の多い液
は、前記凝縮蒸発器５２の第２段流路５２ｂに再流入
し、第二段階の気化が行われ、完全に気化して廃ガス２
５５０Ｎｍ３／ｈとなる。この廃ガスは、廃ガス経路を
構成する経路８４を経て主熱交換器５８に導入され、中
間温度まで昇温して２方向に分岐する。主熱交換器５８
で約−１４９℃まで昇温して経路６８に分岐した廃ガス
の一部は、駆動タービン５５で膨張して動力を発生す
る。廃ガスの残部は、廃ガス昇圧経路に分岐し、主熱交
換器５８で約３６℃の常温まで昇温して経路６９に導出
し、寒冷タービン５４に連結された廃ガス圧縮機５６に
て３．８ｂａｒに昇圧される。昇圧後の廃ガスは、アフ
タークーラー７０で約４０℃まで冷却された後、経路７
１を経て主熱交換器５８で中間温度に冷却された後、寒
冷タービン５４で膨張して寒冷を発生する。そして、こ
の膨張後の廃ガスは、前記駆動タービン５５で膨張した
廃ガスと合流し、経路７２から主熱交換器５８を通り、
寒冷を回収されて経路７３から排出される。
化液は、続いて気液分離器８０に導入され、気相と液相
とに分離し、窒素分の多いガス１３４５Ｎｍ３／ｈが気
液分離器８０の頂部から経路８１に取出されて循環ガス
となる。気液分離器８０の底部から経路８２に取出され
た酸素分の多い液は、凝縮蒸発器５２で全量が気化可能
な二次圧力である３．２ｂａｒに第２減圧弁８３で減圧
された後、この二次圧力に減圧された酸素分の多い液
は、前記凝縮蒸発器５２の第２段流路５２ｂに再流入
し、第二段階の気化が行われ、完全に気化して廃ガス２
５５０Ｎｍ３／ｈとなる。この廃ガスは、廃ガス経路を
構成する経路８４を経て主熱交換器５８に導入され、中
間温度まで昇温して２方向に分岐する。主熱交換器５８
で約−１４９℃まで昇温して経路６８に分岐した廃ガス
の一部は、駆動タービン５５で膨張して動力を発生す
る。廃ガスの残部は、廃ガス昇圧経路に分岐し、主熱交
換器５８で約３６℃の常温まで昇温して経路６９に導出
し、寒冷タービン５４に連結された廃ガス圧縮機５６に
て３．８ｂａｒに昇圧される。昇圧後の廃ガスは、アフ
タークーラー７０で約４０℃まで冷却された後、経路７
１を経て主熱交換器５８で中間温度に冷却された後、寒
冷タービン５４で膨張して寒冷を発生する。そして、こ
の膨張後の廃ガスは、前記駆動タービン５５で膨張した
廃ガスと合流し、経路７２から主熱交換器５８を通り、
寒冷を回収されて経路７３から排出される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】一方、循環ガス導入経路を構成する経路８
１を流れる循環ガスは、駆動タービン５５に連結された
低温圧縮機８７で６．４ｂａｒに昇圧した後、経路８８
から主熱交換器５８に導入されて約３６℃まで昇温し、
続いて経路８９を通って寒冷タービン５４に連結された
常温圧縮機９０で最終的に単精留塔圧力の７．６ｂａｒ
まで昇圧される。昇圧後の循環ガスは、アフタークーラ
ー９１で約４０℃に冷却され、経路９２を経て主熱交換
器５８に導入され、−１６５．２℃に冷却された後、循
環ガス導入経路を構成する経路９３を経て単精留塔５１
へ再導入される。 ─────────────────────────────────────────────────────
１を流れる循環ガスは、駆動タービン５５に連結された
低温圧縮機８７で６．４ｂａｒに昇圧した後、経路８８
から主熱交換器５８に導入されて約３６℃まで昇温し、
続いて経路８９を通って寒冷タービン５４に連結された
常温圧縮機９０で最終的に単精留塔圧力の７．６ｂａｒ
まで昇圧される。昇圧後の循環ガスは、アフタークーラ
ー９１で約４０℃に冷却され、経路９２を経て主熱交換
器５８に導入され、−１６５．２℃に冷却された後、循
環ガス導入経路を構成する経路９３を経て単精留塔５１
へ再導入される。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年７月２６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、圧縮、精製、冷却した原料空気を単精留塔に導入し
て蒸留することにより酸素富化液と窒素ガスとに分離
し、少なくとも窒素ガスを製品として採取する窒素製造
方法において、本発明の第１の方法は、前記単精留塔か
ら導出した前記酸素富化液を減圧した後、前記窒素ガス
の一部と熱交換させることにより気化して酸素富化ガス
を生成し、該酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低温
圧縮した後冷却して前記単精留塔に再導入するととも
に、前記酸素富化ガスの残部を廃ガスとしてその一部を
中間温度に昇温して膨脹させることにより動力を発生さ
せ、廃ガスの残りの少なくとも一部を常温まで昇温して
常温圧縮した後中間温度に冷却して膨脹させることによ
り寒冷を発生させることを特徴としている。また、第２
の方法は、前記単精留塔から導出した前記酸素富化液を
減圧して前記窒素ガスの一部と熱交換させることにより
部分気化させた後に気液分離し、該気液分離で得られた
ガスを循環ガスとして低温圧縮した後冷却して前記単精
留塔に再導入するとともに、前記気液分離で得られた液
をさらに減圧して再び前記一部の窒素ガスと熱交換させ
ることにより全量気化して廃ガスとし、該廃ガスの一部
を中間温度に昇温して膨張させることにより動力を発生
させ、廃ガスの残りの少なくとも一部を常温まで昇温し
て常温圧縮した後中間温度に冷却して膨張させることに
より寒冷を発生させることを特徴としている。
め、圧縮、精製、冷却した原料空気を単精留塔に導入し
て蒸留することにより酸素富化液と窒素ガスとに分離
し、少なくとも窒素ガスを製品として採取する窒素製造
方法において、本発明の第１の方法は、前記単精留塔か
ら導出した前記酸素富化液を減圧した後、前記窒素ガス
の一部と熱交換させることにより気化して酸素富化ガス
を生成し、該酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低温
圧縮した後冷却して前記単精留塔に再導入するととも
に、前記酸素富化ガスの残部を廃ガスとしてその一部を
中間温度に昇温して膨脹させることにより動力を発生さ
せ、廃ガスの残りの少なくとも一部を常温まで昇温して
常温圧縮した後中間温度に冷却して膨脹させることによ
り寒冷を発生させることを特徴としている。また、第２
の方法は、前記単精留塔から導出した前記酸素富化液を
減圧して前記窒素ガスの一部と熱交換させることにより
部分気化させた後に気液分離し、該気液分離で得られた
ガスを循環ガスとして低温圧縮した後冷却して前記単精
留塔に再導入するとともに、前記気液分離で得られた液
をさらに減圧して再び前記一部の窒素ガスと熱交換させ
ることにより全量気化して廃ガスとし、該廃ガスの一部
を中間温度に昇温して膨張させることにより動力を発生
させ、廃ガスの残りの少なくとも一部を常温まで昇温し
て常温圧縮した後中間温度に冷却して膨張させることに
より寒冷を発生させることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】さらに、第３の方法は、前記単精留塔から
導出した前記酸素富化液を減圧した後、前記窒素ガスの
一部と熱交換させることにより気化して酸素富化ガスを
生成し、該酸素富化ガスの一部を循環ガスとし、この循
環ガスを、低温圧縮した後常温まで昇温し、さらに常温
圧縮し、次いで再冷却してから前記単精留塔に再導入す
るとともに、酸素富化ガスの残部を廃ガスとし、該廃ガ
スの少なくとも一部を中間温度まで昇温した後分岐し、
分岐した廃ガスの一方を膨脹させることにより動力を発
生させ、分岐した廃ガスの他方を膨脹させることにより
寒冷を発生させることを特徴としている。さらにまた、
第４の方法は、前記単精留塔から導出した前記酸素富化
液を減圧して前記窒素ガスの一部と熱交換させることに
より部分気化させた後に気液分離し、該気液分離で得ら
れたガスを循環ガスとし、この循環ガスを、低温圧縮し
た後常温まで昇温し、さらに常温圧縮し、次いで再冷却
してから前記単精留塔に再導入するとともに、前記気液
分離で得られた液をさらに減圧して再び前記一部の窒素
ガスと熱交換させることにより全量気化して廃ガスと
し、該廃ガスの少なくとも一部を中間温度まで昇温した
後分岐し、分岐した廃ガスの一方を膨張させることによ
り動力を発生させ、分岐した廃ガスの他方を膨張させる
ことにより寒冷を発生させることを特徴としている。
導出した前記酸素富化液を減圧した後、前記窒素ガスの
一部と熱交換させることにより気化して酸素富化ガスを
生成し、該酸素富化ガスの一部を循環ガスとし、この循
環ガスを、低温圧縮した後常温まで昇温し、さらに常温
圧縮し、次いで再冷却してから前記単精留塔に再導入す
るとともに、酸素富化ガスの残部を廃ガスとし、該廃ガ
スの少なくとも一部を中間温度まで昇温した後分岐し、
分岐した廃ガスの一方を膨脹させることにより動力を発
生させ、分岐した廃ガスの他方を膨脹させることにより
寒冷を発生させることを特徴としている。さらにまた、
第４の方法は、前記単精留塔から導出した前記酸素富化
液を減圧して前記窒素ガスの一部と熱交換させることに
より部分気化させた後に気液分離し、該気液分離で得ら
れたガスを循環ガスとし、この循環ガスを、低温圧縮し
た後常温まで昇温し、さらに常温圧縮し、次いで再冷却
してから前記単精留塔に再導入するとともに、前記気液
分離で得られた液をさらに減圧して再び前記一部の窒素
ガスと熱交換させることにより全量気化して廃ガスと
し、該廃ガスの少なくとも一部を中間温度まで昇温した
後分岐し、分岐した廃ガスの一方を膨張させることによ
り動力を発生させ、分岐した廃ガスの他方を膨張させる
ことにより寒冷を発生させることを特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】次に、圧縮，精製，冷却した原料空気を低
温蒸留することにより少なくとも窒素ガスを製品として
採取する窒素製造装置において、本発明の第１の装置
は、圧縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温
流体と熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原
料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離す
る単精留塔と、前記窒素ガスの一部と前記酸素富化液と
を熱交換させることにより該一部の窒素ガスを液化させ
て単精留塔の還流液を生成するとともに前記酸素富化液
を気化させて酸素富化ガスからなる循環ガスと廃ガスと
を生成する凝縮蒸発器と、前記循環ガスを低温で圧縮す
る低温圧縮機と、前記廃ガスの一部を膨張させて寒冷を
発生する寒冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくと
も一部を膨張させて動力を発生する駆動タービンと、前
記寒冷タービンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガ
ス圧縮機と、前記単精留塔の下部から減圧弁を介して前
記凝縮蒸発器に接続された酸素富化液導出経路と、該酸
素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長され、前記
主熱交換器を通って前記駆動タービンに接続された廃ガ
ス経路と、該廃ガス経路から分岐して前記主熱交換器を
通り、前記廃ガス圧縮機を経て再び主熱交換器を通り、
前記寒冷タービンに接続された廃ガス昇圧経路と、前記
酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長され、前
記低温圧縮機を通り、前記主熱交換器を経て前記単精留
塔の下部に接続された循環ガス導入経路と、を備えたこ
とを特徴としている。また、第２の装置は、圧縮，精製
した原料空気を低温蒸留で得られた低温流体と熱交換さ
せて冷却する主熱交換器と、冷却した原料空気を低温蒸
留して窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精留塔と、
前記窒素ガスの一部と前記酸素富化液とを熱交換させる
ことにより該一部の窒素ガスを液化させて単精留塔の還
流液を生成するとともに前記酸素富化液を気化させて酸
素富化ガスからなる循環ガスと廃ガスとを生成する凝縮
蒸発器と、前記廃ガスの一部を膨張させて寒冷を発生す
る寒冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも一部
を膨張させて動力を発生する駆動タービンと、前記循環
ガスを低温圧縮する低温圧縮機と、該低温圧縮機から導
出して常温まで昇温した循環ガスをさらに常温圧縮する
常温圧縮機と、前記単精留塔の下部から減圧弁を介して
前記凝縮蒸発器に接続された酸素富化液導出経路と、該
酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長され、前
記主熱交換器を通った後２つに分岐し、分岐した一方は
前記駆動タービンに、他方は寒冷タービンにそれぞれ接
続された廃ガス経路と、前記酸素富化液導出経路から凝
縮蒸発器を経て延長され、前記低温圧縮機を通り、前記
主熱交換器を経て前記常温圧縮機を通り、さらに前記主
熱交換器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガ
ス導入経路と、を備えたことを特徴としている。
温蒸留することにより少なくとも窒素ガスを製品として
採取する窒素製造装置において、本発明の第１の装置
は、圧縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温
流体と熱交換させて冷却する主熱交換器と、冷却した原
料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液とに分離す
る単精留塔と、前記窒素ガスの一部と前記酸素富化液と
を熱交換させることにより該一部の窒素ガスを液化させ
て単精留塔の還流液を生成するとともに前記酸素富化液
を気化させて酸素富化ガスからなる循環ガスと廃ガスと
を生成する凝縮蒸発器と、前記循環ガスを低温で圧縮す
る低温圧縮機と、前記廃ガスの一部を膨張させて寒冷を
発生する寒冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくと
も一部を膨張させて動力を発生する駆動タービンと、前
記寒冷タービンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガ
ス圧縮機と、前記単精留塔の下部から減圧弁を介して前
記凝縮蒸発器に接続された酸素富化液導出経路と、該酸
素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長され、前記
主熱交換器を通って前記駆動タービンに接続された廃ガ
ス経路と、該廃ガス経路から分岐して前記主熱交換器を
通り、前記廃ガス圧縮機を経て再び主熱交換器を通り、
前記寒冷タービンに接続された廃ガス昇圧経路と、前記
酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長され、前
記低温圧縮機を通り、前記主熱交換器を経て前記単精留
塔の下部に接続された循環ガス導入経路と、を備えたこ
とを特徴としている。また、第２の装置は、圧縮，精製
した原料空気を低温蒸留で得られた低温流体と熱交換さ
せて冷却する主熱交換器と、冷却した原料空気を低温蒸
留して窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精留塔と、
前記窒素ガスの一部と前記酸素富化液とを熱交換させる
ことにより該一部の窒素ガスを液化させて単精留塔の還
流液を生成するとともに前記酸素富化液を気化させて酸
素富化ガスからなる循環ガスと廃ガスとを生成する凝縮
蒸発器と、前記廃ガスの一部を膨張させて寒冷を発生す
る寒冷タービンと、前記廃ガスの残部の少なくとも一部
を膨張させて動力を発生する駆動タービンと、前記循環
ガスを低温圧縮する低温圧縮機と、該低温圧縮機から導
出して常温まで昇温した循環ガスをさらに常温圧縮する
常温圧縮機と、前記単精留塔の下部から減圧弁を介して
前記凝縮蒸発器に接続された酸素富化液導出経路と、該
酸素富化液導出経路から凝縮蒸発器を経て延長され、前
記主熱交換器を通った後２つに分岐し、分岐した一方は
前記駆動タービンに、他方は寒冷タービンにそれぞれ接
続された廃ガス経路と、前記酸素富化液導出経路から凝
縮蒸発器を経て延長され、前記低温圧縮機を通り、前記
主熱交換器を経て前記常温圧縮機を通り、さらに前記主
熱交換器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガ
ス導入経路と、を備えたことを特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】さらに、第３の装置は、圧縮，精製した原
料空気を低温蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷
却する主熱交換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して
窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精留塔と、部分気
化された酸素富化液を導入して気液分離し、分離された
ガスを循環ガスにする気液分離器と、単精留塔からの酸
素富化液を減圧した酸素富化液と該気液分離器で気液分
離された後の酸素富化液とを前記窒素ガスの一部と熱交
換させることにより該一部の窒素ガスを液化させて単精
留塔の還流液を生成するとともに前記減圧した酸素富化
液を部分気化して気液分離器に導入する前記部分気化さ
れた酸素富化液を生成し、かつ、前記気液分離された後
の酸素富化液を全量気化して廃ガスとする凝縮蒸発器
と、前記循環ガスを低温圧縮する低温圧縮機と、前記廃
ガスの一部を膨張させて寒冷を発生する寒冷タービン
と、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を膨張させて動
力を発生する駆動タービンと、前記寒冷タービンに導入
する廃ガスを常温で圧縮する廃ガス圧縮機と、前記単精
留塔の下部から減圧弁を介して前記凝縮蒸発器を通り前
記気液分離器に接続された酸素富化液導出経路と、前記
気液分離器の液相部から減圧弁を介して前記凝縮蒸発器
を経て前記主熱交換器を通って前記駆動タービンに至る
廃ガス経路と、該廃ガス経路から分岐して前記主熱交換
器を通り、前記廃ガス圧縮機を経て再び主熱交換器を通
り、前記寒冷タービンに至る廃ガス昇圧経路と、前記気
液分離器の気相部から前記低温圧縮機を通り、さらに前
記主熱交換器を経て前記単精留塔の下部に接続された循
環ガス導入経路と、を備えたことを特徴としている。さ
らにまた、第４の装置は、圧縮，精製した原料空気を低
温蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷却する主熱
交換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して窒素ガスと
酸素富化液とに分離する単精留塔と、部分気化された酸
素富化液を導入して気液分離し、分離されたガスを循環
ガスにする気液分離器と、単精留塔からの酸素富化液を
減圧した酸素富化液と該気液分離器で気液分離された後
の酸素富化液とを前記窒素ガスの一部と熱交換させるこ
とにより該一部の窒素ガスを液化させて単精留塔の還流
液を生成するとともに前記減圧した酸素富化液を部分気
化して気液分離器に導入する前記部分気化された酸素富
化液を生成し、かつ、前記気液分離された後の酸素富化
液を全量気化して廃ガスとする凝縮蒸発器と、前記廃ガ
スの一部を膨張させて寒冷を発生する寒冷タービンと、
前記廃ガスの残部の少なくとも一部を膨張させて動力を
発生する駆動タービンと、前記循環ガスを低温圧縮する
低温圧縮機と、該低温圧縮機から導出して常温まで昇温
した循環ガスを常温圧縮する常温圧縮機と、前記単精留
塔の下部から減圧弁を介して前記凝縮蒸発器を通り前記
気液分離器に接続された酸素富化液導出経路と、前記気
液分離器の液相部から減圧弁を介して前記凝縮蒸発器を
経て前記主熱交換器を通った後２つに分岐し，分岐した
一方は前記駆動タービンに、他方は寒冷タービンにそれ
ぞれ接続された廃ガス経路と、前記気液分離器の気相部
から前記低温圧縮機を通り、前記主熱交換器を経て前記
常温圧縮機を通り、さらに前記主熱交換器を経て前記単
精留塔の下部に接続された循環ガス導入経路と、を備え
たことを特徴としている。
料空気を低温蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷
却する主熱交換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して
窒素ガスと酸素富化液とに分離する単精留塔と、部分気
化された酸素富化液を導入して気液分離し、分離された
ガスを循環ガスにする気液分離器と、単精留塔からの酸
素富化液を減圧した酸素富化液と該気液分離器で気液分
離された後の酸素富化液とを前記窒素ガスの一部と熱交
換させることにより該一部の窒素ガスを液化させて単精
留塔の還流液を生成するとともに前記減圧した酸素富化
液を部分気化して気液分離器に導入する前記部分気化さ
れた酸素富化液を生成し、かつ、前記気液分離された後
の酸素富化液を全量気化して廃ガスとする凝縮蒸発器
と、前記循環ガスを低温圧縮する低温圧縮機と、前記廃
ガスの一部を膨張させて寒冷を発生する寒冷タービン
と、前記廃ガスの残部の少なくとも一部を膨張させて動
力を発生する駆動タービンと、前記寒冷タービンに導入
する廃ガスを常温で圧縮する廃ガス圧縮機と、前記単精
留塔の下部から減圧弁を介して前記凝縮蒸発器を通り前
記気液分離器に接続された酸素富化液導出経路と、前記
気液分離器の液相部から減圧弁を介して前記凝縮蒸発器
を経て前記主熱交換器を通って前記駆動タービンに至る
廃ガス経路と、該廃ガス経路から分岐して前記主熱交換
器を通り、前記廃ガス圧縮機を経て再び主熱交換器を通
り、前記寒冷タービンに至る廃ガス昇圧経路と、前記気
液分離器の気相部から前記低温圧縮機を通り、さらに前
記主熱交換器を経て前記単精留塔の下部に接続された循
環ガス導入経路と、を備えたことを特徴としている。さ
らにまた、第４の装置は、圧縮，精製した原料空気を低
温蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷却する主熱
交換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して窒素ガスと
酸素富化液とに分離する単精留塔と、部分気化された酸
素富化液を導入して気液分離し、分離されたガスを循環
ガスにする気液分離器と、単精留塔からの酸素富化液を
減圧した酸素富化液と該気液分離器で気液分離された後
の酸素富化液とを前記窒素ガスの一部と熱交換させるこ
とにより該一部の窒素ガスを液化させて単精留塔の還流
液を生成するとともに前記減圧した酸素富化液を部分気
化して気液分離器に導入する前記部分気化された酸素富
化液を生成し、かつ、前記気液分離された後の酸素富化
液を全量気化して廃ガスとする凝縮蒸発器と、前記廃ガ
スの一部を膨張させて寒冷を発生する寒冷タービンと、
前記廃ガスの残部の少なくとも一部を膨張させて動力を
発生する駆動タービンと、前記循環ガスを低温圧縮する
低温圧縮機と、該低温圧縮機から導出して常温まで昇温
した循環ガスを常温圧縮する常温圧縮機と、前記単精留
塔の下部から減圧弁を介して前記凝縮蒸発器を通り前記
気液分離器に接続された酸素富化液導出経路と、前記気
液分離器の液相部から減圧弁を介して前記凝縮蒸発器を
経て前記主熱交換器を通った後２つに分岐し，分岐した
一方は前記駆動タービンに、他方は寒冷タービンにそれ
ぞれ接続された廃ガス経路と、前記気液分離器の気相部
から前記低温圧縮機を通り、前記主熱交換器を経て前記
常温圧縮機を通り、さらに前記主熱交換器を経て前記単
精留塔の下部に接続された循環ガス導入経路と、を備え
たことを特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】また、第１又は第２の装置において、前記
廃ガス経路及び前記循環ガス導入経路は、前記酸素富化
液導出経路から分岐されていることを特徴とし、前記廃
ガス経路及び前記循環ガス導入経路は、前記単精留塔の
異なる位置から酸素富化液を取り出す別々の酸素富化液
導出経路から延長されていることを特徴とし、さらに、
前記凝縮蒸発器が、前記窒素ガスを液化して還流液を生
成する通路と、前記酸素富化液を気化させて前記廃ガス
を生成する通路と、前記酸素富化液を気化させて前記循
環ガスを生成する通路との３通路からなる一体構造で形
成されていることを特徴としている。また、第１乃至第
４の装置において、前記凝縮蒸発器がドライ型熱交換器
であることを特徴としている。
廃ガス経路及び前記循環ガス導入経路は、前記酸素富化
液導出経路から分岐されていることを特徴とし、前記廃
ガス経路及び前記循環ガス導入経路は、前記単精留塔の
異なる位置から酸素富化液を取り出す別々の酸素富化液
導出経路から延長されていることを特徴とし、さらに、
前記凝縮蒸発器が、前記窒素ガスを液化して還流液を生
成する通路と、前記酸素富化液を気化させて前記廃ガス
を生成する通路と、前記酸素富化液を気化させて前記循
環ガスを生成する通路との３通路からなる一体構造で形
成されていることを特徴としている。また、第１乃至第
４の装置において、前記凝縮蒸発器がドライ型熱交換器
であることを特徴としている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 淳 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内
Claims (15)
- 【請求項１】 圧縮，精製，冷却した原料空気を単精留
塔に導入して蒸留することにより酸素富化液と窒素ガス
とに分離し、少なくとも窒素ガスを製品として採取する
窒素製造方法において、単精留塔から導出した前記酸素
富化液を減圧した後、前記窒素ガスと熱交換させること
により気化して酸素富化ガスを生成し、該酸素富化ガス
の一部を循環ガスとして低温圧縮した後に前記単精留塔
に再導入するとともに、前記酸素富化ガスの残部の少な
くとも一部を廃ガスとして膨張させることにより動力及
び寒冷を発生させることを特徴とする窒素製造方法。 - 【請求項２】 圧縮，精製，冷却した原料空気を単精留
塔に導入して蒸留することにより酸素富化液と窒素ガス
とに分離し、少なくとも窒素ガスを製品として採取する
窒素製造方法において、単精留塔から導出した前記酸素
富化液を一次圧力に減圧して前記窒素ガスと熱交換させ
ることにより部分気化させた後に気液分離し、該気液分
離で得られたガスを循環ガスとして低温圧縮した後に前
記単精留塔に再導入するとともに、前記気液分離で得ら
れた液を二次圧力に減圧して再び前記窒素ガスとの熱交
換させることにより全量気化して廃ガスとし、該廃ガス
を膨張させることにより動力及び寒冷を発生させること
を特徴とする窒素製造方法。 - 【請求項３】 前記循環ガスの低温圧縮を、前記廃ガス
の膨張で得られた動力で行うことを特徴とする請求項１
又は２記載の窒素製造方法。 - 【請求項４】 前記循環ガスを、低温で一次圧力まで低
温圧縮した後、常温まで昇温して二次圧力まで常温圧縮
することを特徴とする請求項１又は２記載の窒素製造方
法。 - 【請求項５】 前記循環ガスの一次圧力までの低温圧縮
を、前記廃ガスの動力を発生する膨張で得られた動力で
行い、前記循環ガスの二次圧力までの常温圧縮を、前記
廃ガスの寒冷を発生する膨張で得られた動力で行うこと
を特徴とする請求項４記載の窒素製造方法。 - 【請求項６】 前記廃ガスの一部を中間温度に昇温した
後に膨張させることにより動力を発生させるととも、前
記廃ガスの残部の少なくとも一部を常温まで昇温して常
温圧縮した後に膨張させることにより寒冷を発生させる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の窒素製造方法。 - 【請求項７】 前記廃ガスの常温圧縮を、前記廃ガスの
寒冷を発生する膨張で得られた動力で行うことを特徴と
する請求項６記載の窒素製造方法。 - 【請求項８】 圧縮，精製，冷却した原料空気を低温蒸
留することにより少なくとも窒素ガスを製品として採取
する窒素製造装置において、圧縮，精製した原料空気を
低温蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷却する主
熱交換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して窒素ガス
と酸素富化液とに分離する単精留塔と、前記窒素ガスと
前記酸素富化液とを熱交換させることにより前記窒素ガ
スを液化させて単精留塔の還流液を生成するとともに前
記酸素富化液を気化させて酸素富化ガスを生成する凝縮
蒸発器と、前記酸素富化ガスの一部を循環ガスとして低
温で圧縮する低温圧縮機と、前記酸素富化ガスの一部を
廃ガスとして膨張させることにより寒冷を発生する寒冷
タービンと、前記酸素富化ガスの一部を廃ガスとして膨
張させることにより動力を発生する駆動タービンと、前
記寒冷タービンに導入する廃ガスを常温で圧縮する廃ガ
ス圧縮機とを備えるとともに、前記単精留塔の下部から
減圧弁を介して前記凝縮器蒸発器に接続された酸素富化
液導出経路と、該酸素富化液導出経路から凝縮器蒸発器
を経て延長され、前記主熱交換器を通って前記駆動ター
ビンに接続された廃ガス径路と、該廃ガス経路から分岐
して前記主熱交換器を通り、前記廃ガス圧縮機を経て再
び主熱交換器を通り、前記寒冷タービンに接続された廃
ガス昇圧経路と、前記酸素富化液導出経路から凝縮器蒸
発器を経て延長され、前記低温圧縮機を通り、前記主熱
交換器を経て前記単精留塔の下部に接続された循環ガス
導入経路とを備えたことを特徴とする窒素製造装置。 - 【請求項９】 圧縮，精製，冷却した原料空気を低温蒸
留することにより少なくとも窒素ガスを製品として採取
する窒素製造装置において、圧縮，精製した原料空気を
低温蒸留で得られた低温流体と熱交換させて冷却する主
熱交換器と、冷却した原料空気を低温蒸留して窒素ガス
と酸素富化液とに分離する単精留塔と、前記窒素ガスと
前記酸素富化液とを熱交換させることにより前記窒素ガ
スを液化させて単精留塔の還流液を生成するとともに前
記酸素富化液を気化させて酸素富化ガスからなる廃ガス
と循環ガスとを生成する凝縮蒸発器と、前記廃ガスの一
部を膨張させて寒冷を発生する寒冷タービンと、前記廃
ガスの残部の少なくとも一部を膨張させて動力を発生す
る駆動タービンと、前記循環ガスを低温で一次圧力に圧
縮する低温圧縮機と、該低温圧縮機を導出した循環ガス
を常温で二次圧力に昇圧する常温圧縮機とを備えるとと
もに、前記単精留塔の下部から減圧弁を介して前記凝縮
器蒸発器に接続された酸素富化液導出経路と、該酸素富
化液導出経路から凝縮器蒸発器を経て延長され、前記主
熱交換器を通り、分岐後に前記駆動タービン及び寒冷タ
ービンにそれぞれ接続された廃ガス径路と、前記酸素富
化液導出経路から凝縮器蒸発器を経て延長され、前記低
温圧縮機を通り、主熱交換器を経て前記常温圧縮機を通
り、さらに前記主熱交換器を経て前記単精留塔の下部に
接続された循環ガス導入経路とを備えたことを特徴とす
る窒素製造装置。 - 【請求項１０】 前記酸素富化液導出経路における前記
凝縮蒸発器の出口側に気液分離器を設け、前記循環ガス
導入経路を流れる循環ガスを該気液分離器のガス相から
取出すように形成するとともに、前記廃ガス経路を流れ
る廃ガスを該気液分離器の液相から減圧弁を通した後に
前記凝縮蒸発器を通して取出すように形成したことを特
徴とする請求項８又は９記載の窒素製造装置。 - 【請求項１１】 前記酸素富化液導出経路が、前記単精
留塔の異なる位置から酸素富化液を取出す２経路からな
り、一方の経路が前記廃ガス経路と接続され、他方の経
路が前記循環ガス導入経路と接続されていることを特徴
とする請求項８記載の窒素製造装置。 - 【請求項１２】 前記凝縮蒸発器がドライ型熱交換器で
あることを特徴とする請求項８又は９記載の窒素製造装
置。 - 【請求項１３】 前記凝縮蒸発器が、前記窒素ガスを液
化して還流液を生成する通路と、前記酸素富化液を気化
させて前記廃ガスを生成する通路と、前記酸素富化液を
気化させて前記循環ガスを生成する通路との３流路から
なる一体構造で形成されていることを特徴とする請求項
１２記載の窒素製造装置。 - 【請求項１４】 前記寒冷タービンと前記廃ガス圧縮
機、前記駆動タービンと前記低温圧縮機がそれぞれ同一
軸上に連結されていることを特徴とする請求項８記載の
窒素製造装置。 - 【請求項１５】 前記寒冷タービンと前記常温圧縮機、
前記駆動タービンと前記低温圧縮機とがそれぞれ同一軸
上に連結されていることを特徴とする請求項９記載の窒
素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10138126A JP2992750B2 (ja) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | 窒素製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10138126A JP2992750B2 (ja) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | 窒素製造方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11325721A true JPH11325721A (ja) | 1999-11-26 |
| JP2992750B2 JP2992750B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=15214592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10138126A Expired - Fee Related JP2992750B2 (ja) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | 窒素製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2992750B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013142509A (ja) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Shinko Air Water Cryoplant Ltd | 空気分離装置 |
| JP6351895B1 (ja) * | 2018-03-20 | 2018-07-04 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 窒素製造方法および窒素製造装置 |
| CN114413570A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-29 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | 一种双塔落地式制氮装置 |
-
1998
- 1998-05-20 JP JP10138126A patent/JP2992750B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013142509A (ja) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Shinko Air Water Cryoplant Ltd | 空気分離装置 |
| JP6351895B1 (ja) * | 2018-03-20 | 2018-07-04 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 窒素製造方法および窒素製造装置 |
| JP2019163905A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 窒素製造方法および窒素製造装置 |
| CN110307694A (zh) * | 2018-03-20 | 2019-10-08 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 氮制造方法和氮制造装置 |
| CN110307694B (zh) * | 2018-03-20 | 2021-09-14 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 氮制造方法和氮制造装置 |
| CN114413570A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-29 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | 一种双塔落地式制氮装置 |
| CN114413570B (zh) * | 2022-01-19 | 2023-01-31 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | 一种双塔落地式制氮装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2992750B2 (ja) | 1999-12-20 |
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