JPS5814808B2 - 乾燥酸素富化空気製造法 - Google Patents
乾燥酸素富化空気製造法Info
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- JPS5814808B2 JPS5814808B2 JP7801677A JP7801677A JPS5814808B2 JP S5814808 B2 JPS5814808 B2 JP S5814808B2 JP 7801677 A JP7801677 A JP 7801677A JP 7801677 A JP7801677 A JP 7801677A JP S5814808 B2 JPS5814808 B2 JP S5814808B2
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- Japan
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- enriched air
- oxygen
- enriched
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は空気から酸素含有割合の大きい乾燥した乾燥酸
素富化空気製造法に関する。
素富化空気製造法に関する。
従来、酸素富化空気は深冷法或いはゼオライト系の吸着
剤を用いた吸着法等により製造され、また脱湿は塩化リ
チウム等を用いた吸着法が主体であった。
剤を用いた吸着法等により製造され、また脱湿は塩化リ
チウム等を用いた吸着法が主体であった。
しかしこれらのいずれの方法も高純度の酸素或いに高脱
湿率が得られるがコスト高であり、最近需要の大きい高
炉吹込み用の比較的低純度低脱湿率の安価な乾燥酸素富
化空気の製造には必ずしも適しているとは言えなかった
。
湿率が得られるがコスト高であり、最近需要の大きい高
炉吹込み用の比較的低純度低脱湿率の安価な乾燥酸素富
化空気の製造には必ずしも適しているとは言えなかった
。
そこで、本発明は製鉄の高炉吹込用などを対象とした比
較的低純度低脱湿率の安価な乾燥酸素富化空気製造法を
提供することを目的としており、従来の深冷法や吸着法
と異り、酸素透過膜を用いることにより相変化を伴わず
に空気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分離し、かつ
阻止ガスである高圧な窒素富化空気を間欠的に断熱膨張
させることにより冷熱と高熱とに分離し、分離冷熱を用
いて透過ガスである酸素富化空気或いは原料空気中の水
分を除去し、さらに必要に応じて分離高熱を用いて再加
熱することを特徴としている。
較的低純度低脱湿率の安価な乾燥酸素富化空気製造法を
提供することを目的としており、従来の深冷法や吸着法
と異り、酸素透過膜を用いることにより相変化を伴わず
に空気を酸素富化空気と窒素富化空気とに分離し、かつ
阻止ガスである高圧な窒素富化空気を間欠的に断熱膨張
させることにより冷熱と高熱とに分離し、分離冷熱を用
いて透過ガスである酸素富化空気或いは原料空気中の水
分を除去し、さらに必要に応じて分離高熱を用いて再加
熱することを特徴としている。
ポリカーボネート膜やポリビニルトリメチルミラン膜な
どの有機高分子膜は空気中の酸素を窒素よりも優先的に
透過させる性質を有している。
どの有機高分子膜は空気中の酸素を窒素よりも優先的に
透過させる性質を有している。
これらの膜のあるガスに対する透過性は標準の圧力およ
び温度条件のもとで、膜の上流側と下流側の間の１ｃｍ
Ｈｇの圧力差に対し、毎秒、平方センナメーター当り１
ｃｍの厚さの膜を通るガスの量（立方センチメータで）
と定義することができる。
び温度条件のもとで、膜の上流側と下流側の間の１ｃｍ
Ｈｇの圧力差に対し、毎秒、平方センナメーター当り１
ｃｍの厚さの膜を通るガスの量（立方センチメータで）
と定義することができる。
（以後ここで定義されたあるガスに対する膜の透過性を
透過係数（ Ｐｅｒｍｅａｂｉ ｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆ
ｉｃｉ＝ｅｎｔ）と呼びＰで表わずこととする。
透過係数（ Ｐｅｒｍｅａｂｉ ｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆ
ｉｃｉ＝ｅｎｔ）と呼びＰで表わずこととする。
単位はｄ（ Ｓ Ｔ Ｐ ） ・ｃｍ／ｃｒｉｆ． ・
Ｓｅｃ ・ｍＨ，９である。
Ｓｅｃ ・ｍＨ，９である。
）この透過係数は膜の種類、製造などによりかなり異な
るが例をあげると表１の通りである。
るが例をあげると表１の通りである。
表１に示す様なＯ２選択的透過膜を用いると空気を透過
ガスであるＯ２富化空気と阻止ガスであるＮ２富化空気
とに分離することが可能である。
ガスであるＯ２富化空気と阻止ガスであるＮ２富化空気
とに分離することが可能である。
一方、圧力のあるガスを等エントロピーに近く断熱膨張
させるとそのガスが低温になることは良く知られている
。
させるとそのガスが低温になることは良く知られている
。
この原理を利用した冷気発生装置を第４図により説明す
る。
る。
高圧ガス１３０をノズル１３１から間欠的に、一端を閉
じたチューブ１３２の中に吹き込むと、ガス体の圧力エ
ネルギーは運動エネルギーとなって噴流ガス１３３とし
てチューブ内で断熱膨張して低温になり、一方チューブ
１３０内にもともとあったガス１３４はノズル１３１か
ら吹き込まれた噴流ガス１３３により温度が上昇してチ
ューブ表面から熱１３５が放熱する（第４図のｂの状態
）。
じたチューブ１３２の中に吹き込むと、ガス体の圧力エ
ネルギーは運動エネルギーとなって噴流ガス１３３とし
てチューブ内で断熱膨張して低温になり、一方チューブ
１３０内にもともとあったガス１３４はノズル１３１か
ら吹き込まれた噴流ガス１３３により温度が上昇してチ
ューブ表面から熱１３５が放熱する（第４図のｂの状態
）。
噴流ガス１３３の膨張が終るとチューブ１３２内にもと
もとあって圧縮されたガス１３４により、噴流ガス１３
３はチューブ１３２の外に押し戻され（第４図Ｃの状態
）、圧縮されたガス１３４は圧力が下り、元の状態（第
４図のａ）に復元する。
もとあって圧縮されたガス１３４により、噴流ガス１３
３はチューブ１３２の外に押し戻され（第４図Ｃの状態
）、圧縮されたガス１３４は圧力が下り、元の状態（第
４図のａ）に復元する。
この例で示した冷気発生装置の原理は端的に言うと、ガ
ス体のもつ圧力エネルギーを最終的に熱に交換してチュ
ーブ外に取り出し、その熱量に相当した冷気を発生させ
るものである。
ス体のもつ圧力エネルギーを最終的に熱に交換してチュ
ーブ外に取り出し、その熱量に相当した冷気を発生させ
るものである。
この様に冷気発生装置を用いると圧力ガスを比較的低圧
の低温ガスと熱とに分離することが可能である。
の低温ガスと熱とに分離することが可能である。
この冷熱発生装置として熱分離機を用いて圧縮空気を断
熱膨張させた時の測定結果例を第１図に示した。
熱膨張させた時の測定結果例を第１図に示した。
第１図において（Ｉ）は熱分離機ＲＴＳ型で、熱分離機
ＲＴＳ型とは前記チューブ１３０を放射状に全周配列し
、その中心部に噴流発生用の前記ノズル１３１として、
スプリンクラーと同原理の自動回転式ノズルを設けたも
のであり、（■）は熱分離機ＳＴＳ型で、熱分離機ＳＴ
Ｓとは前記チューブ１３０を扇状に配列し、前記ノズル
１３１として固定式ノズルをチューブに対向して設けた
ものである。
ＲＴＳ型とは前記チューブ１３０を放射状に全周配列し
、その中心部に噴流発生用の前記ノズル１３１として、
スプリンクラーと同原理の自動回転式ノズルを設けたも
のであり、（■）は熱分離機ＳＴＳ型で、熱分離機ＳＴ
Ｓとは前記チューブ１３０を扇状に配列し、前記ノズル
１３１として固定式ノズルをチューブに対向して設けた
ものである。
（■）の場合は固定式ノズルの為にそれぞれのチューブ
に吹き込む圧縮ガスの分配性などが（Ｉ）！こくらべて
劣り、断熱効率が（Ｉ）より若干悪い。
に吹き込む圧縮ガスの分配性などが（Ｉ）！こくらべて
劣り、断熱効率が（Ｉ）より若干悪い。
本発明は以上述べた二つの事実、即ち適当な支持体を有
する酸素の選択的透過膜に圧縮空気を送り、透過ガスで
ある０２富化空気と阻止ガスである高圧Ｎ２富化空気と
ζこ分離し、高圧Ｎ２富化空気は断熱膨張による冷気発
生装置に送り発生冷熱を用いて０２富化空気或いは原料
空気を冷却し、それらの含水分を凝縮分離することによ
り乾燥０２富化空気を製造するものであり、低コストの
０２富化空気製造法を提供しでいる。
する酸素の選択的透過膜に圧縮空気を送り、透過ガスで
ある０２富化空気と阻止ガスである高圧Ｎ２富化空気と
ζこ分離し、高圧Ｎ２富化空気は断熱膨張による冷気発
生装置に送り発生冷熱を用いて０２富化空気或いは原料
空気を冷却し、それらの含水分を凝縮分離することによ
り乾燥０２富化空気を製造するものであり、低コストの
０２富化空気製造法を提供しでいる。
次に本発明を第２図に示す第１の実施の態様例ζこ基づ
いて具体的ζこ説明する。
いて具体的ζこ説明する。
空気は空気供給管１０１を通り空気圧縮機１により圧縮
され圧縮空気供給管１０２により膜分離装置２へ送られ
る。
され圧縮空気供給管１０２により膜分離装置２へ送られ
る。
膜分離装置２は多孔質支持体３の上に接着された酸素の
選択的透過膜４が内蔵されており、この膜４により透過
ガスである酸素富化空気と阻止ガスである高圧の窒素富
化空気とに分離される。
選択的透過膜４が内蔵されており、この膜４により透過
ガスである酸素富化空気と阻止ガスである高圧の窒素富
化空気とに分離される。
高圧の窒素富化空気は調圧弁１１６にて調圧された後阻
止ガス供給管１０３により冷気発生装置５へ送られ、低
温の窒素富化空気と熱とに分離される。
止ガス供給管１０３により冷気発生装置５へ送られ、低
温の窒素富化空気と熱とに分離される。
低温の窒素富化空気は冷気供給管１０５により冷却管７
に送られる。
に送られる。
酸素富化空気は透過ガス供給管１０４ｌこより混合器６
に送られ、空気供給管１０７より送られた空気と混合さ
れ所定の濃度の酸素富化空気に調整された後、混合空気
供給管１０８により冷却器７に送られ、ここで低温の窒
素富化空気と接触し冷却され酸素富化空気中の水分は冷
却された温度の飽和温度まで除去される。
に送られ、空気供給管１０７より送られた空気と混合さ
れ所定の濃度の酸素富化空気に調整された後、混合空気
供給管１０８により冷却器７に送られ、ここで低温の窒
素富化空気と接触し冷却され酸素富化空気中の水分は冷
却された温度の飽和温度まで除去される。
熱交換を行った後の低温の窒素富化空気はガス排出管１
０９にて系外へ放出される。
０９にて系外へ放出される。
又、冷却器７で熱交換後の窒素富化空気は必要に応じて
前記の冷気発生装置５で発生する熱を回収する為ガス供
給管１１７，１１９により冷気発生装置５へ送られ、発
生熱が回収される。
前記の冷気発生装置５で発生する熱を回収する為ガス供
給管１１７，１１９により冷気発生装置５へ送られ、発
生熱が回収される。
冷却された酸素富化空気は冷却空気供給管１１０により
凝縮器８へ送られ、ここで凝縮水は回収され、凝縮水排
出管１１１から排出される。
凝縮器８へ送られ、ここで凝縮水は回収され、凝縮水排
出管１１１から排出される。
この様にして得られた乾燥酸素富化空気は乾燥空気供給
管１１２を通り空気圧縮機９により圧縮され圧縮空気供
給管１１３により熱風炉１０へ送られる。
管１１２を通り空気圧縮機９により圧縮され圧縮空気供
給管１１３により熱風炉１０へ送られる。
又熱風炉１０へ入る前に圧縮空気供給管１１３から分離
し一部又は全量を１１８，１１９番こより冷気発生装置
５の高温側へ送り加熱した後に高熱供給管１ ０６，１
２１＋こより熱風炉１０へ送ることもできる。
し一部又は全量を１１８，１１９番こより冷気発生装置
５の高温側へ送り加熱した後に高熱供給管１ ０６，１
２１＋こより熱風炉１０へ送ることもできる。
高温になった乾燥酸素富化空気は高温空気供給管１１４
を通り熱風炉１１にて所定の温度まで加熱された後、高
炉吹込用乾燥酸素富化空気として高炉吹込用空気供給管
１１５から高炉１２へ送られる。
を通り熱風炉１１にて所定の温度まで加熱された後、高
炉吹込用乾燥酸素富化空気として高炉吹込用空気供給管
１１５から高炉１２へ送られる。
なお冷気発生装置５で発生する熱を回収する為のガスの
供給先および回収高熱の利用先は主に操作条件や圧縮機
９の種類、特性により異なるが、一般的に圧縮機９の出
口温度が比較的低温の場合は熱回収用ガスとして前記圧
縮後の乾燥酸素富化空気を供給管１１８，１１９、高熱
供給管１０６，１２１の経路により熱風炉１０へ送り、
圧縮後の乾燥酸素富化空気が比較的高温の場合には熱回
収用ガスとして前記冷却器７で熱交換後の窒素富化空気
を供給管１１７，１１９、高熱供給管１０６，１２０の
経路により他の加熱、例えば高炉供給用の重油やコーク
ス加熱用など（図示せず）として利用することが出来る
。
供給先および回収高熱の利用先は主に操作条件や圧縮機
９の種類、特性により異なるが、一般的に圧縮機９の出
口温度が比較的低温の場合は熱回収用ガスとして前記圧
縮後の乾燥酸素富化空気を供給管１１８，１１９、高熱
供給管１０６，１２１の経路により熱風炉１０へ送り、
圧縮後の乾燥酸素富化空気が比較的高温の場合には熱回
収用ガスとして前記冷却器７で熱交換後の窒素富化空気
を供給管１１７，１１９、高熱供給管１０６，１２０の
経路により他の加熱、例えば高炉供給用の重油やコーク
ス加熱用など（図示せず）として利用することが出来る
。
この態様例のほか、第３図に示すように冷気発生装置５
の低温窒素富化空気を供給管１０５により冷却器７ζこ
送り、原料空気の冷却脱湿にまず使用し、冷却除湿後の
原料空気を供給管１２３ζこより冷気発生装置５の発熱
側に送り、発生熱ｔこより再加熱したのち、その一部又
は全量を乾燥空気供給管１２４により膜分離装置２へ送
るものがあり，その他は第１の実施の態様例と同じであ
るのでここでは説明は省略する。
の低温窒素富化空気を供給管１０５により冷却器７ζこ
送り、原料空気の冷却脱湿にまず使用し、冷却除湿後の
原料空気を供給管１２３ζこより冷気発生装置５の発熱
側に送り、発生熱ｔこより再加熱したのち、その一部又
は全量を乾燥空気供給管１２４により膜分離装置２へ送
るものがあり，その他は第１の実施の態様例と同じであ
るのでここでは説明は省略する。
次に第２図ｐこ示す装置を用いて、乾燥酸素富化空気を
製造した具体的実験例について説明する。
製造した具体的実験例について説明する。
透過膜４としてポリビニルトＩＪメチルシラン膜（表１
の例２）、断熱膨張による冷気発生装置５を用いて膜分
離装置２の入口圧力７ｋｇ／ｃｒｉｌ ａｂ ｓで試験
を実施した。
の例２）、断熱膨張による冷気発生装置５を用いて膜分
離装置２の入口圧力７ｋｇ／ｃｒｉｌ ａｂ ｓで試験
を実施した。
その結果透過ガス中の酸素濃度は約４２％であり、阻止
ガス中の酸素濃度は約１１％であった。
ガス中の酸素濃度は約１１％であった。
阻止ガスは調圧弁１１Ｇで７ｋｇ／ｆｆｌａｂｓζこ調
圧した後、冷気発生装置５へ送った。
圧した後、冷気発生装置５へ送った。
その結果入口温度２０゜Ｃ、７ ｋｇ／Ｃｒ？Ｌａｂ
ｓの阻止ガスは出口温度−６５゜Ｃ、常圧の冷気として
回収され、回収冷気は冷却器７へ送った。
ｓの阻止ガスは出口温度−６５゜Ｃ、常圧の冷気として
回収され、回収冷気は冷却器７へ送った。
熱交換後の冷気は約−５℃であり、これを用いて冷気発
生装置５の発生熱を回収したところ、約７５℃の高熱が
得られ、これは高炉供給用の重油加熱に利用した。
生装置５の発生熱を回収したところ、約７５℃の高熱が
得られ、これは高炉供給用の重油加熱に利用した。
一方透過ガスは混合器６にて空気と１：６の割合で混合
し酸素濃度２４％とした後、回収冷気による冷却器７へ
送り冷却したところ、温度２０℃、湿度０．１２ｋｇ−
水蒸気／ｋｇ−乾き空気の入口ガスは出口で温度０℃で
湿度０．０４ｋ９一水蒸気／ｋｇ−乾き空気にまで湿度
が低減していた。
し酸素濃度２４％とした後、回収冷気による冷却器７へ
送り冷却したところ、温度２０℃、湿度０．１２ｋｇ−
水蒸気／ｋｇ−乾き空気の入口ガスは出口で温度０℃で
湿度０．０４ｋ９一水蒸気／ｋｇ−乾き空気にまで湿度
が低減していた。
この様にして得られた酸素濃度２４％、湿度０．０４ｋ
ｇ−水蒸気／ｋｇ−乾き空気の空気を昇温後、高炉吹込
み用空気として、用いたところ、酸素濃度２１％，湿度
０．１２ｋｙ−水蒸気／ｋｇ一乾き空気の空気を用いる
と比較して、加熱用燃料消費を大巾に節約することがで
きた。
ｇ−水蒸気／ｋｇ−乾き空気の空気を昇温後、高炉吹込
み用空気として、用いたところ、酸素濃度２１％，湿度
０．１２ｋｙ−水蒸気／ｋｇ一乾き空気の空気を用いる
と比較して、加熱用燃料消費を大巾に節約することがで
きた。
第１図は冷気発生装置５の特性を示すグラフ、第２図は
本発明に基づく第１の実施態様例を示すブロック線図、
第３図は別の実施の態様例を示すブロック線図である。 第４図は冷気発生装置の原理図である。 １・・・・・・空気圧縮機、２・・・・・・膜分離装置
、３・・・・・・支持体、４・・・・・・膜、５・・・
・・・冷気発生装置、６・・・・・・混合器、７・・・
・・・冷却器、８・・・・・・凝縮器、９・・・・・・
空気圧縮機、１０・・・・・・熱風炉、１１・・・・・
・熱風炉、１２・・・・・・高炉、１０１・・・・・・
空気供給管、１０２・・・・・・圧縮空気供給管、１０
３・・・・・・阻止ガス供給管，１０４・・・・・・透
過ガス供給管、１０５・・・・・・冷気供給管、１０６
，１２０，１２１・・・・・・熱ガス供給管、１０γ・
・・・・・空気供給管、１０８・・・・・・混合空気供
給管、１０９・・・・・・ガス排出管、１１０・・・・
・・冷却空気供給管、１１１・・・・・・凝縮水排出管
、１１２，１２２，１２４・・・・・・乾燥空気供給管
、１１３・・・・・・圧縮空気供給管、１１４・・・・
・・高温空気供給管、１１５・・・・・・高炉吹込用空
気供給管、１１６・・・・・・調圧弁、１１７，１１８
，１１９，１２３・・・・・・熱回収用供給管、１３０
・・・・・・高圧ガス、１３１・・・・・・ノズル、１
３２・・・・・・チューブ、１３３・・・・・・噴流ガ
ス、１３４・・・・・・チューブ内ガス、１３５・・・
・・・発生熱。
本発明に基づく第１の実施態様例を示すブロック線図、
第３図は別の実施の態様例を示すブロック線図である。 第４図は冷気発生装置の原理図である。 １・・・・・・空気圧縮機、２・・・・・・膜分離装置
、３・・・・・・支持体、４・・・・・・膜、５・・・
・・・冷気発生装置、６・・・・・・混合器、７・・・
・・・冷却器、８・・・・・・凝縮器、９・・・・・・
空気圧縮機、１０・・・・・・熱風炉、１１・・・・・
・熱風炉、１２・・・・・・高炉、１０１・・・・・・
空気供給管、１０２・・・・・・圧縮空気供給管、１０
３・・・・・・阻止ガス供給管，１０４・・・・・・透
過ガス供給管、１０５・・・・・・冷気供給管、１０６
，１２０，１２１・・・・・・熱ガス供給管、１０γ・
・・・・・空気供給管、１０８・・・・・・混合空気供
給管、１０９・・・・・・ガス排出管、１１０・・・・
・・冷却空気供給管、１１１・・・・・・凝縮水排出管
、１１２，１２２，１２４・・・・・・乾燥空気供給管
、１１３・・・・・・圧縮空気供給管、１１４・・・・
・・高温空気供給管、１１５・・・・・・高炉吹込用空
気供給管、１１６・・・・・・調圧弁、１１７，１１８
，１１９，１２３・・・・・・熱回収用供給管、１３０
・・・・・・高圧ガス、１３１・・・・・・ノズル、１
３２・・・・・・チューブ、１３３・・・・・・噴流ガ
ス、１３４・・・・・・チューブ内ガス、１３５・・・
・・・発生熱。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 原料空気を酸素透過膜で酸素富化空気と窒素富化空
気とに２分し、同窒素富化空気を断熱膨張させて冷熱窒
素富化空気とした後、前記原料空気と前記酸素富化空気
との少なくともどちらか１方を前記冷熱窒素空気で冷却
して水分を凝縮分離することを特徴とする乾燥酸素富化
空気製造法。 ２ 原料空気を酸素透過膜で酸素富化空気と窒素富化空
気とに２分し、同窒素富化空気を断熱膨張させて冷熱窒
素富化空気とした後、前記原料空気と前記酸素富化空気
との少なくともどちらか１方を前記冷熱窒素富化空気で
冷却して水分を凝縮分離し、前記断熱膨張させる際に発
生する熱により、前記冷却された原料空気又は酸素富化
空気と前記水分凝縮用に使用した後の冷熱窒素富化空気
との少なくともどちらか１方を加熱することを特徴とす
る乾燥酸素富化空気製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7801677A JPS5814808B2 (ja) | 1977-06-30 | 1977-06-30 | 乾燥酸素富化空気製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7801677A JPS5814808B2 (ja) | 1977-06-30 | 1977-06-30 | 乾燥酸素富化空気製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5411881A JPS5411881A (en) | 1979-01-29 |
| JPS5814808B2 true JPS5814808B2 (ja) | 1983-03-22 |
Family
ID=13649989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7801677A Expired JPS5814808B2 (ja) | 1977-06-30 | 1977-06-30 | 乾燥酸素富化空気製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5814808B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3134539C2 (de) * | 1981-09-01 | 1984-10-31 | Leonid Nikolaevič Čekalov | Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser mit Belebtschlamm |
| US4584439A (en) * | 1983-12-01 | 1986-04-22 | Floating Membranes, Inc. | Audio transducer with controlled flexibility diaphragm |
| JPS61205603A (ja) * | 1985-03-08 | 1986-09-11 | Teijin Ltd | 酸素富化器 |
| US5855648A (en) * | 1997-06-05 | 1999-01-05 | Praxair Technology, Inc. | Solid electrolyte system for use with furnaces |
-
1977
- 1977-06-30 JP JP7801677A patent/JPS5814808B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5411881A (en) | 1979-01-29 |
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