JPS6124970A - 高純度酸素ガス製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、高純度の酸素ガスを簡易に製造しうる高純
度酸素ガス製造装置に関するものである。

〔背景技術〕

従来から、酸素ガスは、空気分離装置を用い、窒素と酸
素の沸点の差を利用して両者を分離することにより製造
されている。そして、上記空気分離装置においては、空
気の液化分離に必要な寒冷を発生させるため、膨張ター
ビンを備え、断熱膨張によるジュールトムソン効果を利
用している。

しかしながら、膨張タービンは回転速度が極めて大（数
万回／分）であるため、負荷変動（製品酸素ガスの取出
量の変化）に対するきめ細かな追従運転が困難である。

すなわち、製品酸素ガスの取出量の変化に応じて膨張タ
ービンの回転速度を正確に変化させ、酸素ガス製造原料
である圧縮空気を常時一定温度に冷却することが困難で
あり、その結果、得られる製品酸素ガスの純度がばらつ
き、頻繁に低純度のものがつくりだされ全体的に製品酸
素ガスの純度が低くなっていた。また、膨張タービンは
高速回転するため機械構造上高精度が要求され、かつ高
価であり、機構が複雑なため特別に養成した保全要員が
必要という難点も有している。すなわち、膨張タービン
は高速回転部を有するため、上記のような諸問題を生じ
るのであり、このような高速回転部を有する膨張タービ
ンの除去に対して強い要望がある。

〔発明の目的〕

この発明は、高純度の酸素ガスを簡易に製造しうる装置
の提供をその目的とする。

〔発明の開示〕

上記の目的を達成するため、この発明の高純度酸素ガス
製造装置は、外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧
縮手段と、この空気圧縮手段によって圧縮された圧縮空
気中の窒素の大部分を吸着除去する窒素除去手段と、こ
の窒素除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却する熱交
換手段と、この熱交換手段により超低温に冷却された圧
縮空気を液化分離し窒素を気体として塔の上部にまた酸
素を液体として塔の下部に保持する精留塔と、液体酸素
を貯蔵する液体酸素貯蔵手段と、この液体酸素貯蔵手段
内の液体酸素を寒冷源として上記精留塔内に導く導入路
と、取出口が上記精留塔内の液体酸素の上面より上方に
開口し液体酸素の気化により生じた酸素ガスを製品酸素
ガスとして取り出す酸素ガス取出路を備えるという構成
をとる。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

第１図はこの発明の一実施例を示している。図において
、■は空気圧縮機、２，３．４はそれぞれ内部にＮ２を
選択的に吸着する吸着剤（合成ゼオライト：モレキュラ
ーシーブ）が充填されている窒素吸着筒で、それぞれそ
の入口が、弁２ｂ。

３ｂ、４ｂを備えた流入路２ａ、３ａ、４ａを介して空
気圧縮機パイプ１ａに接続されている。６は真空ポンプ
で、弁２Ｃ，３Ｃ，４Ｃを備えた吸引路５を介して上記
吸着筒２，３．４の入口に接続されている。２ｄ、３ｄ
、４ｄは、それぞれ上記吸着筒２，３．４の出口に接続
されている吐出路で、それぞれ弁２ｅ、３ｅ、４ｅを備
えている。これらの取出路２ｄ、３ｄ、４ｄは、圧縮空
気供給パイプ８に接続されている。そして、上記吸着筒
２，３．４は、そのなかの１個が吸着に使用され、その
間残るものが真空ポンプ６の真空吸引による再生作用を
受け、ついで再生されたものの１個が再生作用を受ける
。これを繰り返して連続吸着作動するようになっている
。１３は第１の熱交換器であり、吸着筒２．　　（３）
、　　（４）により窒素ガスの大部分が吸着除去され酸
素リッチになった圧縮空気（０□：８０％）の一部が、
分岐パイプ８ａを通して送り込まれる。１４は第２の熱
交換器であり、窒素ガスの大部分が吸着除去され酸素リ
ッチになった圧縮空気の残部が、分岐パイプ８ｂを通し
て送り込まれる。１５は内部が精留棚により多段になっ
ている精留塔である。この精留塔１５の上部には、第１
および第２の熱交換器１３．１４により超低温に冷却さ
れた圧縮空気（酸素リッチ）が、パイプ９に設けられた
冷却器１１により液化されて供給される。精留塔１５は
、供給された液化圧縮空気（液化空気）のうちの窒素分
を気化して上方に移行させ、酸素分を液体のまま下方に
流下させるようになっている。９ａは液体空気を精留塔
１５内に供給するに際し、散布状で供給する散布部、１
０は第１の熱交換器１３で冷却された圧縮空気をパイプ
９に合流させる合流パイプで、その一部が精留塔１５の
底部に入り込み、内部を流れる圧縮空気でそこに溜る液
体酸素１８を加熱気化するようになっている。２３は液
体酸素貯槽であり、内部の液体酸素（高純度品）を、導
入路パイプ２４を経由させて精留塔１５内へ寒冷源とし
て送入するようになっている。２７は精留塔塔部２２の
上部に溜った窒素ガスを廃窒素ガスとして放出する放出
パイプで、超低温の窒素ガスを冷却器１１および第１の
熱交換器１３内に案内し、そこに送り込まれる圧縮空気
と熱交換させて常温にし大気中に放出する作用をする。

２７ａは膨張弁である。２８は製品酸素ガス取出パイプ
で、その取出口が精留塔１５の底部に溜った液体酸素の
上側に位置し、気化した状態の液体酸素（酸素ガス）を
取り込み、取り込んだ超低温の酸素ガスを第１の熱交換
器１３に案内して圧縮空気と熱交換させて常温にしてか
ら製品酸素ガスとして系外に送出するようになっている
。この場合、製品酸素ガス取出パイプ２８は、液体酸素
ではなくそれの気化したものを取り出すようになってい
るため、液体酸素中に混在する不純炭化水素を製品酸素
ガスとともに取り出すことがない。２９は精留塔１５の
底部に溜った液体酸素（炭化水素混在）を放出する放出
パイプで、液体酸素を第２の熱交換器１４に案内して圧
縮空気と熱交換させて常温にし大気中に放出するように
なっている。

この装置は、つぎのようにして製品酸素ガスを製造する
。すなわち、空気圧縮機１により空気を圧縮し、圧縮さ
れた空気を吸着筒２．　　（３）、　　（４）に送り込
み、圧縮空気中の窒素の大部分を吸着除去する。ついで
、窒素の大部分が吸着除去され酸素リッチになった圧縮
空気を、パイプ８および分岐パイプ８ａ、８ｂを経由さ
せて第１．第２の熱交換器１３．１４に送り込み超低温
に冷却する。そして、これをパイプ９に送り込み、パイ
プ９に設けられている冷却器１１で冷却し液化して散布
部９ａから精留塔１５内に散布する。そして、窒素を気
化させて精留塔１５の上部に移行させ、酸素を液体のま
ま下方に流下し底部に液体酸素１８として溜める。つい
で、精留塔１５の上部に溜った廃窒素ガスを放出パイプ
２７から取り出し冷却器１１および第１の熱交換器１３
を経由させ常温ガスにして大気中に放出するとともに、
底部に溜った液体酸素（炭化水素混在）を放出パイプ２
９から取り出し第２の熱交換器を経由させ常温ガスにし
て大気中に放出する。同時に、液体酸素の液面の僅か上
方に滞留する液体酸素気化物（酸素ガス）をパイプ２８
から製品酸素ガスとして取り出し第１の熱交換器１３で
熱交換させ常温製品酸素ガスとして系外に送出する。こ
の場合、液体酸素貯槽２３から導入路パイプ２４を経て
精留塔１５内に送り込まれた液体酸素は、寒冷源として
作用し、それ自身は気化して取出パイプ２８から製品酸
素ガスの一部として取り出される。すなわち、液体酸素
貯槽２３の液体酸素は寒冷源としての作用を終えたのち
、廃棄されるのではなく、圧縮空気を原料とする高純度
酸素ガスと合体して製品化されるのであり、無駄なく利
用される。

第２図は、第１図の装置に真空保冷函を設けた実施例を
示している。すなわち、この実施例は、精留塔１５およ
び第１．第２の熱交換器１３．１４ならびに冷却器１１
を真空保冷函（一点鎖線で示す）中に収容し、精留効率
の向上を図っている。それ以外の部分は第１図の装置と
同じである。

〔発明の効果〕

この発明の高純度酸素ガス製造装置は、膨張タービンを
用いず、それに代えて何ら回転部をもたない液体酸素貯
槽等の液体酸素貯蔵手段を用いるため、装置全体として
回転部がなくなり故障が全く生じない。しかも膨張ター
ビンは高価であるのに対して液体酸素貯槽は安価であり
、また特別な要員も不要になる。そのうえ、膨張タービ
ンは負荷変動（製品酸素ガスの取出量の変化）に対する
きめ細かな追従運転が困難であり、製品酸素ガスの取出
量の変化に応じてその回転数を正確に変化させ、酸素ガ
ス製造原料である圧縮空気を常時一定温度に冷却するこ
とが困難であるところ、この発明は、それに代えて液体
酸素貯槽を装備し、供給量のきめ細かい調節が可能な液
体酸素を寒冷源として用いるため、負荷変動に対するき
め細かな追従が可能となり、純度が安定していて極めて
高い酸素ガスを製造しうるようになる。しかも、この装
置は、空気圧縮手段によって圧縮された圧縮空気が殆ど
圧力損失のない状態で精留塔に供給される。その結果、
エネルギー損失のない状態で製品酸素ガスが製造される
ようになるため、製品酸素ガスのコストが安くなる。ま
た、この装置は、液体酸素を寒冷として用い、使用後こ
れを逃気するのではなく、空気を原料として製造される
酸素ガスに併せて製品酸素ガスとするため資源の無駄を
生じないのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成図、第２図は他の実
施例の構成図である。 １・・・空気圧縮機　２．　３．　４・・・窒素吸着筒
　１１・・・冷却器　１３．１４・・・熱交換器　１５
・・・精留塔　１８・・・液体酸素　２３・・・液体酸
素貯槽　２４・・・導入路　２７・・・廃窒素ガス放出
パイプ　２８・・・製品酸素ガス取出パイプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧縮手段
   と、この空気圧縮手段によって圧縮された圧縮空気中の
   窒素の大部分を吸着除去する窒素除去手段と、この窒素
   除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段
   と、この熱交換手段により超低温に冷却された圧縮空気
   を液化分離し窒素を気体として塔の上部にまた酸素を液
   体として塔の下部に保持する精留塔と、液体酸素を貯蔵
   する液体酸素貯蔵手段と、この液体酸素貯蔵手段内の液
   体酸素を寒冷源として上記精留塔内に導く導入路と、取
   出口が上記精留塔内の液体酸素の上面より上方に開口し
   液体酸素の気化により生じた酸素ガスを製品酸素ガスと
   して取り出す酸素ガス取出路を備えた高純度酸素ガス製
   造装置。