JPS63143482A - Tsa吸着式空気深冷分離装置 - Google Patents

Tsa吸着式空気深冷分離装置

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JPS63143482A
JPS63143482A JP61288851A JP28885186A JPS63143482A JP S63143482 A JPS63143482 A JP S63143482A JP 61288851 A JP61288851 A JP 61288851A JP 28885186 A JP28885186 A JP 28885186A JP S63143482 A JPS63143482 A JP S63143482A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、温度再生(TSA)方式吸着塔を使用した空
気の液化深冷分離装置に関し、特に、膨張圧縮機を使用
した空気分離装置に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、空気液化深冷分離装置の運転性の改善、省エネル
ギ一対策として、これまでのアルミプレート式可逆熱交
換器に代わりて、原料空気の水分および炭酸ガス等の不
純物を吸着剤で吸着除去する温度再生(Thermal
 Swing Adsorption)方式と装置の寒
冷を発生させるための膨張機に圧縮機を直結させた膨張
圧縮機が採用されるようになってきている。TSA方式
吸着塔では、一般に原料空気は不純物の吸着性能を上げ
るため、氷結しなれる膨張機用の空気は、TSA吸着塔
を通った後の空気の一部が使われるが、圧縮機で昇圧さ
れることによって昇a(約60℃)し、これを冷却水で
冷却するが、夏場では最高40℃程度まで温度が上昇し
てしまう。従来、この昇温された空気は、水で冷却され
た後、フロン冷凍機などを使って原料空気と同程度まで
冷却され、空気熱交換器に導かれるか、又は、戻り分離
ガスの冷熱を使って冷却されていた。しかし、この場合
は、冷凍機が余分に必要であり、分離ガスの冷熱を使う
のは熱の有効利用の面から不適当であった。このための
対策として、従来の装置は、特開昭60−23771号
に示されるように、膨張機に供給される低温度の空気、
又は窒素を膨張圧縮機の圧縮機側に供給するための専用
の熱交換器を、空気熱交換器の他に別に単独に分離器保
冷槽内に設置していた。
従来のTSA吸着式空気深冷分離装置を第3図により説
明すると、原料空気圧縮機lで約5 K4/dGに圧縮
された原料空気は、後部冷却器2で水により約40℃ま
で冷却され、更に空気冷却器3でフロン等の冷媒により
約7℃まで冷却され、原料空気中の水分を少な鳴してT
SAg&看塔4に導かれる。TSA吸着塔4は2基−組
で構成され、一方が原料空気を通して空気中の水分、炭
酸ガス。
アセチレン等の炭化水素系不純物を吸着除去している間
に、他方は戻り分離窒素ガスで再生されており、飽和に
なった吸着塔は一定周期毎に切替使用される。TSA吸
着塔4で不純物を除去された原料空気は、導管5より空
気熱交換器6へ全量導かれ、精留塔上塔9で分離された
低温戻りガスによって約−174℃まで冷却されて、導
管7より精留塔下塔8に吹込まれる。精留塔下塔8に吹
込まれた原料空気は、液体窒素と酸素純度的40%の液
体空気に分離され、液体空気は精留塔下塔8の下部から
導管14.過冷却器10を通って精留塔上−塔9の中部
に゛還流液として吹込まれる。精留塔下塔8の液体窒素
は、導管15より過冷却器10で冷却されて精留塔上塔
9の上部に連流窒素として供給される。精留塔上塔9に
吹込まれたこれらの流体は、精留分離によって精留塔上
塔9の上部の窒素と下部の酸素に分離され、下部の酸素
は導管16より空気熱交換器6に導かれ、原料空気およ
び膨張圧msの圧縮fi12に供給される空気と熱交換
して昇温され、導管17より製品として取出される。一
方、精留塔上塔9の上部から取出される窒素ガスは、導
管18より過冷却器10で精留塔下塔8からの液体空気
、液体窒素と熱交換し、約−177℃で空気熱交換器6
に導かれ、酸素ガスと同様に空気を冷却し、昇温して導
管19より取出され、一部は製品として採取され、残り
の窒素ガスはTSA吸着塔4の再生ガスとして使用され
る。
空気熱交換器6の中間から原料空気の一部を導管スから
取出し、約−100℃の状態で膨張機用熱交換器δを通
し温度回復させて膨張圧縮機の圧縮e、12に供給し、
約7に4/dGまで昇圧した後アフタークーラー13で
冷却され、膨11&機用熱交換器器で昇圧前の空気と熱
交換させて冷却した後膨張機11に導入し、断熱膨張し
た空気は精留塔上塔9に吹込まれる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記、冷凍機や戻り分離ガスの冷熱を使わない従来技術
は、主空気熱交換器と膨張圧縮機用に単独に追加される
専用熱交換器を含めた熱交換器全体の大きさや経済性に
全く配慮がなされておらず、分離器保冷槽が太き曵なる
ための寒冷損失増加、熱交換器全体の価格増加などの問
題があった。本発明の目的は、かかる不都合をなくし、
経済性と性能の改善を計ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、分離器保冷槽内に従来設置されていた膨張
圧縮^用の専用熱交換器を保冷槽外に設置できる温度範
囲の熱交換器とすることによって達成される。従来技術
では、膨張機に導入される一100℃以下の温度レベル
の熱交換器のため、保冷槽内に設置せざるを得なかった
が、本発明では、吸着塔出口の5℃以上の温度レベルで
膨張圧縮機用の空気予冷器を設置することによって、こ
の問題点を解決したものである。
〔作  用〕
圧縮機で昇圧され昇温された空気は、冷却水で冷されて
、更に空気予冷器で吸着塔を通った後の原料空気の一部
を分岐した圧縮機の吸入空気又は空気熱交換器より出た
製品ガスと熱交換して予冷されるため、熱損失は熱交換
器の層端での温度差の違いによる損失だけで、従来方法
と変わるところがなく、追加する空気予冷器は7℃から
40℃程度の交換熱量となり、従来の一100℃から4
0℃までの交換熱量とは大きな差がある。また、空気予
冷器を出た後の空気熱交換器には専用の通路を設けるこ
とにより、従来のものと同程度の交換熱量で済むため、
熱交性能上も大きな差を生じない。
〔実 施 例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図において、第3図と同一部分は同一符号で示し、説明
を省略する。TSA吸着塔4で不純物を除去された原料
空気は、導管5より空気熱交換器6に入る前に、その一
部が導管加より空気予冷器4に導かれ、空気予冷器21
で膨張圧縮機の圧縮機稔で約7Kp/c!LGまで昇圧
され、アフタークーラー13で水により約40℃まで冷
却された膨張!&11用の空気と熱交換し、約37℃と
なって圧縮1!&[の吸入側に導かれる。圧縮機12で
圧縮され、空気予冷器4で10℃まで予冷された膨張機
11用の空気は、導管こより空気熱交換器6の専用通路
を通って、TSA吸着塔4を通った残りの原料空気と共
に低温戻りガスと熱交換して冷却され、約−100℃で
空気熱交換器6の中間から抜出されて膨張機11に導か
れ、ここで断熱膨張により約0゜4に9/cIIGまで
膨張し、この時発生するエネルギーで圧縮機12を作動
させる。断熱膨張した空気は約−160℃となり、装置
の寒冷を補償すると共に、精留塔上塔9に吹込まれて精
留分離される。
つぎに、本発明の他の実施例を第2図により説明する。
第2図において、第3図と同一部分は同一符号で示し説
明を省略する。TSA吸着塔4で不純物を除去された約
7℃の原料空気は、導管5より空気熱交換器6に入る前
に、その一部が導管おより圧縮機12に導かれて約7に
9/adGまで昇圧された後、アフタークーラー13で
水により約40℃まで冷却され、更に空気予冷器21で
空気熱交換器6より出た約4℃の製品ガスと熱交換して
約10℃まで冷却される。TSA吸看吸基金り出た原料
空気とはぼ同一温度まで冷却された膨lik機11用の
空気は、導管乙により空気熱交換器6に毒力)れ、低温
戻りガスと熱交換して冷却され、約−100℃で空気熱
交換器6の中間から抜出されて膨張機11に導かれ、こ
こで約0.4 Kg / d Gまで断熱膨張し、発生
したエネルギーで圧縮機12を作動させる。
断熱膨張した空気は約−160℃となり、装置の寒冷を
補償すると共に、精留塔上塔9に吹込まれて精留分離さ
れる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来の約−100℃からの膨張機用熱
交換器に代えて空気予冷器を設置することによって、熱
交換器の伝熱面積を従来方式の約1/4と小さくするこ
とができ、しかも、空気予冷器は常温機器として、深冷
分離の保冷槽内に設置する必要が無く、保冷損失も小さ
くなる。
また、空気熱交換器についてみると、昇圧空気の専用通
路が必要となるが、交換熱量は全体の原料空気量が変わ
らず一定であるため、全体として熱損失の減少となり、
性能上もまた経済的にも大きなメリットとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるT8に吸着式空気深冷分離装置の
一実施例を示す系統図、第2図は同じ(他の実施例を示
す系統図、第3図は従来のTS大人吸着空気深冷分離装
置の系統図である。 1・・・・・・原料空気圧縮機、2・・・・・・後部冷
却器、3・・・・・・空気冷却器、4・・・・・・T 
S ke1g塔、6・・・・・・空気熱交換器、8・・
・・・・精留塔下塔、9・・・・・・精留塔上塔、10
・・・・・・過冷却器、11・・・・・・膨張機、ル・
・・・・・圧縮機、13・・・・・・アフタークーラー
、21・・・・・・空気予冷器、3・・・・・・膨張機
用熱交換器、5,7.14〜20.22゜z2−−−−
fL 補1卿 21−−−・矛欠千Alト

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、原料空気中の不純物を吸着除去するTSA吸着塔と
    、不純物を除去した原料空気を精留塔で分離された低温
    戻りガスと熱交換させて冷却する空気熱交換器と、深冷
    分離装置の寒冷を補償するための膨張機に、該膨張機に
    供給される空気を昇圧するための圧縮機を直結した膨張
    圧縮機を備えた空気深冷分離装置において、前記膨張圧
    縮機の圧縮機側に設けた圧縮機の吸入空気と吐出空気を
    熱交換させる空気予冷器と、前記TSA吸着塔を通った
    原料空気の一部を分岐し前記空気予冷器を通して圧縮機
    に導く導管と、該圧縮機からの昇圧空気を前記空気予冷
    器を通して前記空気熱交換器に導く導管と、該空気熱交
    換器で低温まで冷却された昇圧空気を前記膨張機に導く
    導管を備えたことを特徴とするTSA吸着式空気深冷分
    離装置。 2、原料空気中の不純物を吸着除去するTSA吸着塔と
    、不純物を除去した原料空気を精留塔で分離された低温
    戻りガスと熱交換させて冷却する空気熱交換器と、深冷
    分離装置の寒冷を補償するための膨張機に、該膨張機に
    供給される空気を昇圧するための圧縮機を直結した膨張
    圧縮機を備えた空気深冷分離装置において、前記膨張圧
    縮機の圧縮機側に設けた圧縮機の吐出空気を前記空気熱
    交換器で温度回復した戻りガスと熱交換させて冷却する
    空気予冷器と、前記TSA吸着塔を通った原料空気の一
    部を分岐し前記圧縮機に導く導管と、該圧縮機からの昇
    圧空気を前記空気予冷器を通して前記空気熱交換器に導
    く導管と、該空気熱交換器で低温まで冷却された昇圧空
    気を前記膨張機に導く導管を備えたことを特徴とするT
    SA吸着式空気深冷分離装置。
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