TW201940415A - 製品氮氣及製品氬之製造方法及其製造裝置 - Google Patents

製品氮氣及製品氬之製造方法及其製造裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201940415A
TW201940415A TW108105261A TW108105261A TW201940415A TW 201940415 A TW201940415 A TW 201940415A TW 108105261 A TW108105261 A TW 108105261A TW 108105261 A TW108105261 A TW 108105261A TW 201940415 A TW201940415 A TW 201940415A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gas
oxygen
condenser
product
nitrogen
Prior art date
Application number
TW108105261A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI685468B (zh
Inventor
廣瀬献
馬克辛姆 蘭修
富田伸二
洛克 傑利
Original Assignee
法商液態空氣喬治斯克勞帝方法研究開發股份有限公司
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 法商液態空氣喬治斯克勞帝方法研究開發股份有限公司 filed Critical 法商液態空氣喬治斯克勞帝方法研究開發股份有限公司
Publication of TW201940415A publication Critical patent/TW201940415A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI685468B publication Critical patent/TWI685468B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04406—Processes 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 dual pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/0228—Processes 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 characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes 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 characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/0228—Processes 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 characterised by the separated product stream
    • F25J3/028—Processes 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 characterised by the separated product stream separation of noble gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/0228—Processes 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 characterised by the separated product stream
    • F25J3/028—Processes 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 characterised by the separated product stream separation of noble gases
    • F25J3/0285—Processes 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 characterised by the separated product stream separation of noble gases of argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/0423—Subcooling of liquid process streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04315—Lowest pressure or impure nitrogen, so-called waste nitrogen expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04321—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04327—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of argon or argon enriched stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04406—Processes 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 dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes 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 dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04793—Rectification, e.g. columns; Reboiler-condenser
    • F25J3/048—Argon recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes 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
    • F25J3/04—Processes 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
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20—Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/30—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column in a single pressure column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/32—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/50—Oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/58—Argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/42—Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/58—Argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/52—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen enriched compared to air ("crude oxygen")
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/58—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being argon or crude argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

本發明提供一種藉由利用含氧氣體之寒冷而以高能量效率製造高純度之氮及氬之方法及用於該方法之裝置。
製品氮氣及製品氬之製造裝置100具有：第一精餾塔2，其被導入原料空氣；第二精餾塔5，其導出製品氮氣；第三精餾塔6，其導出製品氬氣；及第一冷凝器3，其構成為使貯存於第一精餾塔2之塔頂部之氣體與貯存於上述第二精餾塔5之塔底部之液體進行熱交換；該製品氮氣及製品氬之製造裝置100使含有氮之中間部氣體自第二精餾塔5之中間部導出，與自第一冷凝器3排出之冷凝器氣體合流。藉由利用膨脹渦輪8使合流之氣體膨脹冷卻而利用其寒冷。

Description

製品氮氣及製品氬之製造方法及其製造裝置
本發明係關於一種用以製造氮氣並且製造氬之氮及氬之製造方法及裝置。
於藉由使用深冷分離法之氮製造裝置製造氮氣之方法中，提出藉由將自精餾塔之冷凝器部分導出之含有氧之氣體用作寒冷源而提高能量效率之方法（例如專利文獻1）。專利文獻1中，藉由將自精餾塔之中間部導出之流體導入至主熱交換器，使其與原料空氣進行熱交換，而用作寒冷源。揭示有利用膨脹渦輪使該用作寒冷源後之流體膨脹冷卻並再次導入至主熱交換器，進而利用其寒冷之方法。
已知有藉由使用深冷分離法之空氣分離裝置而製造氮、氬及氧之方法。氧與氬由於其沸點近似，故於欲製造氬之情形時，需要進行用以使氧與氬分離之精餾，該步驟中，一般亦製造高純度之氧（例如專利文獻2）。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]美國專利第4,222,756號說明書
[專利文獻2]日本特開平8-61844號公報
[發明所欲解決之課題]
難以使專利文獻1中揭示之將自精餾塔之冷凝器部分導出之含有氧之氣體用作寒冷源之方法應用於不僅製造氮亦製造氬之方法以提昇能量效率。又，專利文獻1中揭示之方法中，雖能夠製造氮，但未提及關於氬之製造。
然而，近年來，不僅想取出氮亦想取出氬之要求高漲。
鑒於上述實際情況，本發明之目的在於提供一種藉由利用含氧氣體之寒冷而以高能量效率製造高純度之氮及氬之方法及用於該方法之裝置。
[解決課題之技術手段]
（發明1）
本發明之製品氮氣及製品氬氣之製造方法，包含：
冷卻步驟，其使已去除既定之雜質之原料空氣冷卻；
原料空氣導入步驟，其將上述預冷步驟中冷卻之上述原料空氣導入至第一精餾塔；
第一富氧液體導入步驟，其將自上述第一精餾塔之塔底部導出之富氧液體導入至第二精餾塔；
第二富氧液體導入步驟，其將自上述第一精餾塔之塔底部導出之富氧液體之至少一部分導入至配置於第三精餾塔之第二冷凝器；
含氮液體導入步驟，其將上述第一精餾塔中冷凝之含氮液體作為環流液導入至上述第二精餾塔上部；
膨脹步驟，其使自上述第二精餾塔之中間部導出之中間部氣體與自第一冷凝器導出之冷凝器氣體的混合氣體之至少一部分膨脹而產生寒冷，其中上述第一冷凝器係構成為使貯存於上述第一精餾塔之塔頂部之氣體與貯存於上述第二精餾塔之塔底部之液體進行熱交換；
含氬氣體導入步驟，其將自上述第二精餾塔之下部導出之含氬氣體導入至上述第三精餾塔；
製品氮氣導出步驟，其自上述第二精餾塔之塔頂部導出製品氮氣；及
製品氬導出步驟，其自上述第二精餾塔之中間部導出製品氬。
第一精餾塔運轉壓力高於第二精餾塔，能夠將原料空氣分離為富氧液體與氮氣。第二精餾塔中，製造含有氬與氧之氣體，供給至第三精餾塔。第三精餾塔中，製造製品氬。
首先，經壓縮已去除既定之雜質之原料空氣藉由主熱交換器中之冷卻步驟冷卻，成為低溫之原料空氣。該原料空氣於原料空氣導入步驟中，導入至第一精餾塔。導入至第一精餾塔之原料空氣與第一精餾塔之塔頂部中冷凝之液體氮接觸進行精餾，並分離為富氧液體與氮氣。
貯存於第一精餾塔之下部之富氧液體於第一富氧液體導入步驟中，供給至第二精餾塔之既定之位置。供給至第二精餾塔之富氧液體為製品氮及製品氬之原料，亦用作第二精餾塔中之冷媒。
貯存於第一精餾塔之下部之富氧液體之至少一部分於供給至第二精餾塔前，於第二富氧液體導入步驟中，供給至配置於第三精餾塔之第二冷凝器。導入之富氧液體於第二冷凝器中用作用以使氬冷凝之冷媒。
第二冷凝器中氣化之富氧液體自第三精餾塔導出之後，作為冷媒供給至第二精餾塔之既定之位置。
貯存於第一精餾塔之下部之富氧液體能夠經分流而將一部分供給至第二精餾塔，將未供給至第二精餾塔之部分供給至第二冷凝器，但亦可將富氧液體之全部供給至第二冷凝器之後，再供給至第二精餾塔。即便在富氧液體經分流，一部分不經由第二冷凝器而供給至第二精餾塔之情形時，由於經由第二冷凝器之後之富氧液體亦會供給至第二精餾塔，故最終將富氧液體之總量供給至第二精餾塔。
第一精餾塔中冷凝之含氮液體於含氮液體導入步驟中，作為環流液導入至第二精餾塔上部。
第一精餾塔之冷凝器係構成為使貯存於第一精餾塔之塔頂部之氣體與貯存於第二精餾塔之塔底部之液體進行熱交換。冷凝器氣體自該冷凝器導出。冷凝器中冷凝之氣體作為環流液供給至第一精餾塔，冷凝器中氣化之液體作為冷凝器氣體供給至第二精餾塔。由於含氬氣體自第二精餾塔之下部被導出，故冷凝器氣體之主成分成為氧。其原因在於：為了藉由深冷分離而製造氬，需要將幾乎全部之氧高純度地濃縮進行回收。否則，由於氬與氧之沸點非常近，故氬容易混入至氧流而流出，無法實現氬之回收。因此，自第二精餾塔之底部導出之冷凝器氣體成為幾乎100%之純氧氣體。
因此，於欲於主熱交換器中利用冷凝器氣體之寒冷之情形時，需要使用可耐氧氣使用之特殊素材之配管。進而，使於主熱交換器中利用寒冷後之冷凝器氣體膨脹冷卻，進而於主熱交換器中使用其寒冷之情形時，必須使用可耐氧氣使用之特殊素材之膨脹渦輪。將冷凝器氣體不經由主熱交換器而直接導入至膨脹渦輪，藉由膨脹渦輪使其膨脹冷卻之情形亦同樣地，必須使用能夠應對高濃度氧之特殊之膨脹渦輪。作為特殊素材，例如可列舉杜拉鋁等素材，但其難以獲取，價格昂貴。
因此本發明中，使自第二精餾塔之中間部導出之中間部氣體與上述冷凝器氣體合流之後，使其釋放寒冷並膨脹冷卻，進而使其產生寒冷。中間部氣體含有較多氮氣，故若與冷凝器氣體混合，則能夠使氣體中含有之氧濃度降低。藉此，能夠利用不使用可耐氧氣使用之特殊素材的通常之配管或膨脹渦輪。不使用特殊素材之膨脹渦輪或配管具有容易獲取，費用亦低廉之優點。雖然藉由將製品氮氣代替中間部氣體混合於上述冷凝器氣體亦能夠使導入至膨脹渦輪之氣體中氧濃度降低，但由於會使製品氮氣量降低，故不理想。
將富氧液體自第一精餾塔之塔底部導入至第二精餾塔時，亦可經由過冷卻器，使導入至第二精餾塔前之富氧液體冷卻。其原因在於：能夠抑制因使富氧液體於第二精餾塔內部大量氣化而導致精餾效率降低之現象，精餾效率進一步提昇。過冷卻器中，通過富氧液體導出管及含氮液體導入管之流體藉由進行與通過製品氮氣導出管之製品氮氣之熱交換而被冷卻。
本發明中，能夠將氧氣之寒冷用於原料空氣之冷卻。藉由將以氧為主成分之冷凝器氣體與中間部氣體一起導入至主熱交換器，能夠利用冷凝器氣體及中間部氣體之寒冷之後，使其膨脹冷卻，並進而利用其寒冷。因此，尤其對於需要氮及氬但不需要氧氣之用途，能夠利用作為氣體製品而言不需要之氧之寒冷，故能夠提供一種能量效率較高之製品氮氣及製品氬之製造方法。
且說，第二精餾塔中，含有氮之氣體一面於第二精餾塔內部上升，一面與供給至第二精餾塔之上部之液體氮接觸而被精餾。該步驟中，伴隨含有氮之氣體之氬及氧之一部分亦於第二精餾塔內部上升。由於伴隨之氬及氧混入至製品氮氣中，故成為使製品氮氣之純度降低之因素。為使氧氮氬成分完全分離，製造高純度之製品氮氣，亦考慮設置多個蒸餾段，但存在成本變高之問題，同時，氧氮氬成分之完全之精餾分離需要極精密之運轉控制之調整，原料空氣之供給量等負載變動時，難以進行穩定之裝置之運轉。
本發明中，藉由使含有氮之中間部氣體自第二精餾塔之中間部導出，能夠使於第二精餾塔內部上升之氬及氧之量降低。其結果為，製品氮氣中所含有之氬及氧之量降低，能夠不設置多個蒸餾段而提高製品氮氣之純度。
（發明2）
本發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置（100、101、102、103），具備：
主熱交換器（1），其使已去除既定之雜質之原料空氣冷卻；
第一精餾塔（2），其被導入冷卻之上述原料空氣；
第二精餾塔（5），其導出製品氮氣；
第三精餾塔（6），其導出製品氬；
第一冷凝器（3），其構成為使貯存於上述第一精餾塔之塔頂部之氣體與貯存於上述第二精餾塔之塔底部之液體進行熱交換；
含氮液體導入管（11），其將上述第一冷凝器（3）中冷凝之含氮液體之至少一部分作為環流液導入至上述第二精餾塔；
含氬氣體導入管（17），其使含氬氣體自上述第二精餾塔之下部導入至上述第三精餾塔；
含氬液體導出管（19），其將含氬液體自上述第三精餾塔之塔底部導入至上述第二精餾塔；
冷凝器氣體導出管（14），其使冷凝器氣體自上述第一冷凝器（3）之氣相部導出；
中間部氣體導出管（15），其使中間部氣體自上述第二精餾塔之中間部導出；
膨脹渦輪（8），其使上述冷凝器氣體與上述中間部氣體之混合氣體膨脹冷卻；
製品氮氣導出管（16），其使上述製品氮氣自上述第二精餾塔導出；及
製品氬導出管（18），其使上述製品氬自上述第三精餾塔之中間部導出。
再者，本說明書中用括號記載之符號表示一實施形態，並不限定於此。
於不設置本發明中之中間部氣體導出管（15）之情形時，自冷凝器氣體導出管（14）導出之冷凝器氣體中之氧濃度變得極高（例如為99%以上）。其原因在於：為了製造氬氣，藉由含氬氣體導入管（17）使含有氬之氣體自第二精餾塔（5）導出。
本發明中，藉由設置中間部氣體導出管（15），使含有氮之中間部氣體與含有高濃度之氧之冷凝器氣體合流，而使氧濃度降低（例如為70%以上97%以下）。因此，膨脹渦輪（8）不必使用能夠用於氧氣之特殊素材（例如杜拉鋁）。因此，具有容易獲取配管或膨脹渦輪，價格亦低廉之優點。
冷凝器氣體與中間部氣體之混合氣體被導入至膨脹渦輪（8）而膨脹冷卻。藉此產生之寒冷被導入至主熱交換器（1）而用於與原料空氣之熱交換。
於導入至膨脹渦輪（8）前，冷凝器氣體與中間部氣體之混合氣體亦可被導入至主熱交換器（1）。於該情形時，冷凝器氣體與中間部氣體之混合氣體藉由於主熱交換器（1）中進行與原料空氣之熱交換而釋放其寒冷。進而於釋放寒冷之後導入至膨脹渦輪（8）而膨脹冷卻。膨脹冷卻之氣體再次導入至主熱交換器（1）而將其寒冷用於與原料空氣之熱交換。
由於如上所述利用含有氧之氣體之寒冷，故而尤其於不需要作為製品氣體之氧之用途中，能夠以高能量效率製造製品氮氣及製品氬氣。
進而於本發明中，藉由設置中間部氣體導出管（15），能夠使伴隨第二精餾塔（5）內上升之氮氣而於第二精餾塔（5）內上升之氬及氧之量降低。因此，有自第二精餾塔（5）之塔頂部獲得之製品氮氣之純度變高之效果。
（發明3）
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置中，可進而具備：
富氧液體導出管（21），其自上述第一精餾塔之塔底部導出貯存於上述第一精餾塔之塔底部之富氧液體；
第二富氧液體導入管（13），其將自上述富氧液體導出管（21）導出之富氧液體導入至配置於上述第三精餾塔之第二冷凝器（7）；及
第三富氧液體導入管（22），其將自上述第二冷凝器導出之富氧液體導入至上述第二精餾塔。
（發明4）
發明3中，上述第三富氧液體導入管（22）可將氣體狀態之富氧液體自上述第二冷凝器（7）之氣相部導入至上述第二精餾塔（5）。
富氧液體係作為冷媒且作為製品氮及製品氬之原料導入至第二精餾塔（5）。然而，富氧液體之一部分或全部亦可導入至第二冷凝器（7）且於利用富氧液體之寒冷之後，送回至第二精餾塔（5）。於該情形時，第二冷凝器（7）中氣化之富氧液體以氣體狀態存在於第二冷凝器（7）之上部，藉由自第二冷凝器（7）之上部延伸之第三富氧液體導入管（22）送回至第二精餾塔（5）。
（發明5）
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置可進而具有：
第四精餾塔（9），其配置於上述第二冷凝器之上部；及
第四精餾塔塔頂部氣體導入管（23），其將自上述第四精餾塔之塔頂部取出之第四精餾塔塔頂部氣體導入至上述第二精餾塔。
上述第三富氧液體導入管將液體狀態之富氧液體自上述第二冷凝器之液相部導入至上述第二精餾塔。
貯存於上述第一精餾塔之塔底部之富氧液體經由上述第四精餾塔之氣相部而導入至上述第二冷凝器。
藉由設置第四精餾塔（9），能夠使富氧液體中含有之氬於第四精餾塔（9）內部進一步濃縮，供給至第二精餾塔（5）。因此，能夠降低第二精餾塔（5）中之分離之負載，提昇精餾效率，進而，亦能夠提昇氬之回收率。
（發明6）
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置中，亦能夠進而具備：
第四精餾塔（9），其配置於上述第二冷凝器之上部；及第一富氧液體導入管（12），其將貯存於上述第一精餾塔之塔底部之富氧液體之至少一部分導入至上述第二精餾塔。
（發明7）
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置中，冷凝器氣體與中間部氣體之混合氣體被導入至壓縮渦輪（8）。該混合氣體可為自上述第一冷凝器（3）之氣相部直接取出之上述冷凝器氣體與自上述第二精餾塔（5）之中間部直接取出之上述中間部氣體的混合氣體。
藉由膨脹渦輪（8）使冷凝器氣體與中間部氣體之混合氣體進而冷卻之後，能夠於主熱交換器（1）中利用其寒冷。藉由有效地利用混合氣體之寒冷，能夠提昇能量效率。
（發明8）
又，該混合氣體亦可為將自上述第一冷凝器之氣相部直接取出之上述冷凝器氣體與自上述第二精餾塔之中間部直接取出之上述中間部氣體混合之後，經由上述主熱交換器的混合氣體。
亦能夠於將冷凝器氣體與中間部氣體之混合氣體導入至膨脹渦輪（8）之前，導入至主熱交換器（1），利用其寒冷，進而藉由膨脹渦輪（8）使其膨脹冷卻之後，於主熱交換器（1）中利用其寒冷。藉由有效地利用混合氣體之寒冷，能夠提昇能量效率。
（發明9）
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置中，可構成為使上述含氮液體配管（11）及上述富氧液體導出管（21）之至少任一者與上述製品氮氣導出管經由過冷卻器（4）。
藉由經由過冷卻器（4）進行與溫度較低之製品氮氣之熱交換，而將含氮液體及/或富氧液體冷卻。藉此，能夠抑制導入至第二精餾塔（5）之含氮液體及/或富氧液體於第二精餾塔（5）內部大量氣化而降低精餾效率之現象。
（發明10）
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置中，中間部氣體導出管可於導入至上述過冷卻器後，與上述冷凝器氣體導出管於第一合流點（25）連接。第一合流點（25）為上述過冷卻器之後段且上述膨脹渦輪之前段。
藉由將中間部氣體導入至過冷卻器（4），而將中間部氣體之寒冷用於富氧液體及/或含氮液體之冷卻，故能夠實現能量效率之進一步提昇。
（發明11）
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置中，上述第二精餾塔之中間部可為較上述含氮液體導入管（11）之上述第二精餾塔（5）側之安裝位置下方，且為較上述第一富氧液體導入管（12）之上述第二精餾塔（5）側之安裝位置上方。
藉由將中間部氣體導出管（15）安裝於較含氮液體導入管（11）下方，且較第一富氧液體導入管（12）上方，能夠將製品氮氣之純度維持得較高，並且將導入至膨脹渦輪（8）之氣體中之氧濃度控制為既定之濃度以下（例如97%以下）。
（發明12）
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置中，
自中間部氣體導出管（15）導出之中間部氣體之導出流量相對於自冷凝器氣體導出管（14）導出之冷凝器氣體之導出流量的比可為0.03以上且2以下。中間部氣體之導出流量相對於冷凝器氣體之導出流量的比較佳可為0.25以上且0.5以下。
藉由設為上述流量比，能夠將導入至主熱交換器（1）之冷凝器氣體及中間部氣體之混合氣體所含有之氧濃度維持於70%以上且97%以下，並且將溫度控制於-185℃以上且-165℃以下。
上述發明之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置中，導入至膨脹渦輪（8）之氣體中之氧濃度可為70%以上且97以下。藉由使氧濃度為70%以上且97以下，能夠應用由廉價之材料（例如不鏽鋼）構成之膨脹渦輪（8）。
根據以上所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，能夠不降低氬之回收率，藉由利用含有氧之冷凝器氣體及中間部氣體之寒冷，而以高能量效率製造製品氮氣及製品氬。又，於利用寒冷時，能夠不使用對氧氣具有耐久性之特殊構件，而使用利用一般之素材（例如不鏽鋼）之配管及膨脹渦輪。又，能夠製造氧及含氬量少之高純度之製品氮氣。
以下針對本發明之一些實施形態進行說明。以下所說明之實施形態係對本發明之一例進行說明者。本發明並不受以下之實施形態任何限定，亦包含於不變更本發明之主旨之範圍內所實施之各種變化形態。再者，以下所說明之所有構成未必為本發明之必須構成。
針對本發明之氮製造方法之流程進行說明。
（冷卻步驟）
冷卻步驟為使原料空氣於熱交換器中冷卻之步驟。導入至主熱交換器之原料空氣可為經過將自外部收集之原料空氣藉由1個或複數個壓縮機壓縮之壓縮步驟、及自壓縮之原料空氣去除既定之雜質之去除步驟的原料空氣。去除步驟中之雜質之去除方法並無特別限定，可藉由吸附、冷卻等已知之方法進行。去除之雜質並無特別限定，可為成為堵塞熱交換器等之原因之二氧化碳、水分等。
壓縮步驟可包含使壓縮之原料空氣冷卻之冷卻步驟。於藉由複數個壓縮機壓縮原料空氣之情形時，可包含使利用各壓縮機壓縮之原料空氣冷卻之複數個冷卻步驟。
冷卻步驟中，原料空氣藉由與下述之製品氮氣、冷凝器氣體、及中間部氣體中之至少任一者進行熱交換而冷卻。
圖1中所示之製品氮氣及製品氬氣之製造裝置100中，利用主熱交換器1實施冷卻步驟。
（原料空氣導入步驟）
原料空氣導入步驟為將冷卻步驟中冷卻之原料空氣導入至第一精餾塔之步驟。可於導入至第一精餾塔前，使原料空氣膨脹冷卻。原料空氣之膨脹冷卻可藉由膨脹閥實施。導入至第一精餾塔之原料空氣之溫度例如為-170℃至-155℃之範圍，壓力例如為7.0 barA至15 barA之範圍。
原料空氣導入步驟中導入至第一精餾塔之原料空氣分離為富氧液體與氮氣。富氧液體貯存於第一精餾塔之塔底部，氮氣利用配置於第一精餾塔之上部之冷凝器冷凝而成為液體氮。
（第一富氧液體導入步驟）
第一富氧液體導入步驟為將貯存於第一精餾塔之塔底部之富氧液體導入至第二精餾塔之步驟。富氧液體導入至第二精餾塔之前，可將其一部分或全部導入至第三精餾塔之第二冷凝器。導入至第二精餾塔之富氧液體之溫度例如為-175℃以上且-160℃以下，一面於第二精餾塔之內部下降，一面與第二精餾塔中上升之氣體接觸，並貯存於配置於第一精餾塔與第二精餾塔之間之冷凝部。
自第一精餾塔之塔底部導出之富氧液體可藉由於導入至第二精餾塔之前經由過冷卻器而被冷卻，亦可不經由過冷卻器。
（第二富氧液體導入步驟）
第二富氧液體導入步驟為將貯存於第一精餾塔之塔底部之富氧液體之一部分或全部（例如貯存於塔底部之富氧液體之10%以上且100%以下）導入至第三精餾塔之步驟。導入至第三精餾塔之富氧液體於配置於第三精餾塔之上部之冷凝部中，與氬氣進行熱交換。自配置於第三精餾塔之上部之冷凝部之上部導出之氣化之富氧液體被送回至第二精餾塔。
此處，氣化之富氧液體與自第二精餾塔上部下降之液體接觸而被精餾。
（含氮液體導入步驟）
含氮液體導入步驟為將藉由在第一冷凝器中冷凝而獲得之液體氮作為環流液導入至第二精餾塔上部之步驟。第一冷凝器構成為使貯存於第一精餾塔之塔頂部之氣體與貯存於上述第二精餾塔之塔底部之液體進行熱交換。導入至第二精餾塔之含氮液體之溫度例如為-192℃以上且-175℃以下。
自第一冷凝器導出之含氮氧液可藉由於導入至第二精餾塔之前經由過冷卻器而被冷卻，亦可不經由過冷卻器。
（含氬氣體導入步驟）
含氬氣體導入步驟為將自第二精餾塔之下部導出之含氬氣體導入至第三精餾塔之步驟。導入至第三精餾塔之含氬氣體藉由精餾分離為含氬富氧液體與製品氬。
（製品氬氣導出步驟）
製品氬氣導出步驟為將第三精餾塔中獲得之製品氬氣自第三精餾塔導出之步驟。製品氬氣之純度例如為99.9%以上。
（製品氮氣導出步驟）
製品氮氣導出步驟為自第二精餾塔之塔頂部導出製品氮氣之步驟。製品氮氣之純度例如為99.9999%以上。自第二精餾塔之塔頂部導出之製品氮氣之溫度例如可為-192℃以上且-175℃以下，製品氮氣雖可於過冷卻器中使富氧液體、及/或液體氮冷卻，但亦可不設置過冷卻器。製品氮氣進而自冷端側導入至主熱交換器，於進行與原料空氣之熱交換之後，自溫端側導出。自主熱交換器導出之製品氮氣之溫度例如可為0℃以上。
（膨脹步驟）
膨脹步驟為使冷凝器氣體與中間部氣體之混合氣體於主熱交換器中釋放寒冷之後進行膨脹冷卻，使膨脹冷卻之氣體再次於主熱交換器中釋放寒冷的步驟。冷凝器氣體與中間部氣體之混合氣體例如以-185℃以上且-165℃以下之溫度導入至主熱交換器之冷端側。在此，藉由進行與原料空氣之熱交換而釋放寒冷，該混合氣體之溫度例如成為-120℃以上且-80℃以下。該混合氣體利用膨脹渦輪而膨脹冷卻，其溫度例如成為-140℃以上且-100℃以下，再次導入至主熱交換器之冷端側。此處，該混合氣體於進行與原料空氣之熱交換而釋放寒冷之後，自主熱交換器之溫端側釋放。
冷凝器氣體之氧濃度例如為99%以上，但藉由與中間部氣體混合，氧濃度例如降低至70%以上且97%以下。
（實施形態1）
針對實施形態1之製品氮氣及製品氬之製造裝置，參照圖1進行說明。
實施形態1之製品氮氣及製品氬之製造裝置100具備：主熱交換器1、第一精餾塔2、第二精餾塔5、第三精餾塔6、含氮液體導入管11、第一富氧液體導入管12、第二富氧液體導入管13、冷凝器氣體導出管14、中間部氣體導出管15、膨脹渦輪8、製品氮氣導出管16、含氬氣體導入管17及製品氬導出管18。
製品氮氣及製品氬氣之製造裝置100為藉由深冷分離製造氮氣及氬氣之裝置，為可不製造作為製品氣體使用之氧氣之裝置。
主熱交換器1為使原料空氣冷卻之熱交換器。於導入至主熱交換器之前，原料空氣（例如原料空氣量為1000 Nm3 /h）藉由壓縮機（未圖示）而被壓縮，去除既定之雜質。所謂既定之雜質，並無特別限定，可為成為堵塞熱交換器等之原因之二氧化碳、水分等。
於主熱交換器1內部，原料空氣與下述之製品氮氣、冷凝器氣體、及中間部氣體中之至少一者進行熱交換。藉此，原料空氣冷卻至其液化點附近。原料空氣之溫度例如於導入至主熱交換器1時為20℃，例如利用主熱交換器1冷卻至-170℃~-155℃。
第一精餾塔2中，導入利用主熱交換器1冷卻之原料空氣進行精餾。第一精餾塔2之理論段數為30段至80段，例如可設為50段。第一精餾塔2之運轉壓力範圍為7 barA~15 barA，運轉壓力例如可設為9 barA。
第二精餾塔5中，自塔頂部取出製品氮氣。第二精餾塔5之理論段數為40段至120段，例如可設為80段。第二精餾塔5之運轉壓力範圍為1.5 barA~6 barA，運轉壓力例如可設為2.5 barA。
第三精餾塔6中，取出製品氬氣。第三精餾塔6之理論段數為100段至300段，例如可設為180段。第三精餾塔6之運轉壓力範圍為1.5 barA~6 barA，運轉壓力例如可設為2.5 barA。
以使貯存於第一精餾塔之塔頂部之氣體與貯存於上述第二精餾塔之塔底部之液體進行熱交換之方式配置第一冷凝器3。第一精餾塔2中，原料空氣分離為富氧液體與氮氣，富氧液體貯存於第一精餾塔2之塔底部。第一冷凝器3中，分離之氮氣被冷凝而成為液體氮。藉由於配置於第一冷凝器3之上之第二精餾塔5之內部下降，而將下述之富氧液體用作第一冷凝器3之冷媒。
第一冷凝器3中冷凝獲得之液體氮之至少一部分（例如利用第一冷凝器3冷凝之液體氮之10%以上且97%以下）經由含氮液體導入管11，作為環流液向第二精餾塔5之上部導入。所謂第二精餾塔5之上部，為較第二精餾塔5之內部之精餾部之最上段上方，例如於第二精餾塔5之理論段數為80段之情形時，為較80段上方。
再者，第二精餾塔2可配置於第一冷凝器3之上方，亦能夠橫向配置。
貯存於第一精餾塔2之塔底部之富氧液體藉由富氧液體導出管21自第一精餾塔之塔底部導出。該富氧液體之一部分或全部（例如貯存於塔底部之富氧液體之10%以上且100%以下）經由第一富氧液體導入管12而導入至第二精餾塔5，貯存於第一精餾塔2之塔底部之富氧液體中之未導入至第二精餾塔5之部分經由第二富氧液體導入管13導入至第三精餾塔6。
第一富氧液體導入管12之第二精餾塔5側之安裝位置為較含氮液體導入管11及下述中間部氣體導出管15下方。
含氮液體導入管11之第二精餾塔5側之安裝位置例如為較第二精餾塔內之填充有精餾填充劑之位置上方。第一富氧液體導入管12之第二精餾塔5側之安裝位置例如可為較第二精餾塔之高度之2/4上方，較3/4下方。
於利用理論段數算出之情形時，第一富氧液體導入管12之第二精餾塔5側之安裝位置例如為相當於前段數乘以0.5以上且0.7以下之段數之位置。具體而言，於第二精餾塔5理論段數為80段之情形時，為較40段（80×0.5=40）上方，且為較56段（80×0.7=56）下方。
第二富氧液體導入管13配置為使富氧液體導入至配置於第三精餾塔6之上方之第二冷凝器。經由第二富氧液體導入管13之富氧液體為了使於第三精餾塔6內部上升之氬氣冷凝而於第二冷凝器7中用作冷媒。第二冷凝器7中氣化之富氧液體可自第二冷凝器7排出之後，與第一富氧液體導入管12合流，導入至第二精餾塔5。
冷凝器氣體導出管14為導出自第一冷凝器3排出之冷凝器氣體之配管，其中第一冷凝器3構成為使貯存於第一精餾塔2之塔頂部之氣體與貯存於第二精餾塔5之塔底部之液體進行熱交換。冷凝器氣體中之氧濃度例如為99.9%以上。
中間部氣體導出管15為自第二精餾塔5之中間部導出中間部氣體之配管。中間部氣體導出管15為較含氮液體導入管11之第二精餾塔側之安裝位置下方，且為較第一富氧液體導入管12之上述第二精餾塔側之安裝位置上方。於第二精餾塔5之理論段數為80段之情形時，中間部氣體導出管15之安裝位置例如為56段以上且79段以下之位置。中間部氣體中之氮濃度例如為80%以上且99%以下。
冷凝器氣體導出管14與中間部氣體導出管15於主熱交換器1之前段合流，中間部氣體與冷凝器氣體於該處混合。混合之氣體中之氧濃度例如為70%以上且97%以下。
中間部氣體之導出流量相對於冷凝器氣體之導出流量的比可為0.1以上且2以下，較佳可為0.2以上且0.5以下。
膨脹渦輪8為使藉由經由主熱交換器1於主熱交換器1之內部進行與原料空氣之熱交換而釋放寒冷後之中間部氣體及冷凝器氣體之混合氣體膨脹冷卻的膨脹渦輪。最初導入至主熱交換器時之中間部氣體及冷凝器氣體之混合氣體之溫度例如為-185℃以上且-165℃以下，自主熱交換器1導出而導入至膨脹渦輪8之前之溫度例如為-120℃以上且-80℃以下。該混合氣體藉由膨脹渦輪8而膨脹冷卻，例如成為-140℃以上且-100℃以下之溫度。經膨脹冷卻之混合氣體再次導入至主熱交換器1，藉由進行與原料空氣之熱交換而釋放寒冷之後，自主熱交換器1排出。
製品氮氣導出管16為自第二精餾塔5之塔頂部導出製品氮氣之配管。導出之製品氮氣之溫度例如為-192℃以上且-175℃以下之範圍，可直接作為氮氣供給，亦可藉由導入至主熱交換器1進行與原料空氣之熱交換而釋放寒冷，作為例如0℃以上~20℃以下之溫度之氮氣供給。進而可於導入至主熱交換器1之前，於過冷卻器4中進行熱交換。
於過冷卻器4之內部，含氮液體及富氧液體與製品氮氣進行熱交換。即，於過冷卻器4之內部，利用製品氮氣之寒冷而將含氮液體及富氧液體冷卻。
藉由使含氮液體及富氧液體冷卻，能夠抑制含氮液體及富氧液體於第二精餾塔5內部大量氣化而降低第二精餾塔5之精餾效率之現象，但亦可不設置過冷卻器。
於未設置過冷卻器4之情形時，於第一冷凝器3中冷凝之含氮液體藉由含氮液體導入管11而直接導入至第二精餾塔5之上部。同樣地，自第一精餾塔2之塔底部經由富氧液體導出管21導出之富氧液體直接導入至第二精餾塔5之中間部。自第二精餾塔4之塔頂部經由製品氮氣導出管16導出之製品氮氣直接導入至主熱交換器1，於利用製品氮氣之寒冷之後，自主熱交換器1排出。
含氬氣體導入管17為將含氬氣體自第二精餾塔5之下部導入至第三精餾塔6之配管。含氬氣體導入管17之第二精餾塔5側之安裝位置為較第一富氧液體導入管12下方，例如於第二精餾塔5之理論段數為80段之情形時，為20段以上且40段以下之位置。
導入至第三精餾塔6之含氬氣體藉由精餾而分離為含氬富氧液體與製品氬氣。製品氬氣自製品氬氣導出管18導出。另一方面，貯存於第三精餾塔6之塔底部之含氬富氧液體經由含氬液體導出管19導入至第二精餾塔5。含氬液體導出管19之位置為較製品氬氣導出管18下方。
（實施形態2）
針對實施形態2之製品氮氣及製品氬之製造裝置101，參照圖2進行說明。由於與實施形態1之製品氮氣及製品氬之製造裝置相同之符號之組件具有相同之功能，故省略其說明。
實施形態2中，中間部氣體經由中間部氣體導出管152導入至過冷卻器4。於過冷卻器4中，中間部氣體溫度上升至-170℃左右之後，與冷凝器氣體混合。
藉此，能夠使富氧液體及/或含氮液體進一步冷卻，能夠提昇第二及第三精餾塔中之精餾效率。
中間部氣體導出管152經由過冷卻器4，於第一合流點25與冷凝器氣體導出管14連接。第一合流點位於過冷卻器4之後段且膨脹渦輪8之前段。於將導入至膨脹渦輪之前之中間部氣體與冷凝器氣體之混合氣體導入至主熱交換器1之情形時，第一合流點位於過冷卻器4之後段且主熱交換器1之前段。
於第一合流點25，中間部氣體與冷凝器氣體混合而生成混合氣體。該混合氣體中之氧濃度例如為70%以上且97%以下，故不必使用可應對高濃度氧之特殊之膨脹渦輪。
（實施形態3）
針對實施形態3之製品氮氣及製品氬之製造裝置102，參照圖3進行說明。由於與實施形態1或實施形態2之製品氮氣及製品氬之製造裝置相同之符號之組件具有相同之功能，故省略其說明。
可於配置於第三精餾塔6之第二冷凝器之上部配置使於第二冷凝器中蒸發之富氧液體精餾之第四精餾塔9。於第二冷凝器中氣化之富氧液體於第四精餾塔9中進而分離為富集氧之液體與富集氮之氣體。此處富集氮之氣體係自第四精餾塔9之塔頂部即第三精餾塔6之塔上部取出，經由氣相側之第一富氧液體導入管121而向第二精餾塔導入。另一方面，於第四精餾塔9中進而富集氧之液體貯存於第二冷凝器7，經由液相側之第一富氧液體導入管122導入至第二精餾塔。藉由如此將在第四精餾塔9中分離為氣相與液相之富氧液體分別導入至第二精餾塔5，能夠提昇第二精餾塔之精餾效率。
實施形態3中，貯存於第一精餾塔2之塔底部之富氧液體藉由富氧液體導出管21而自第一精餾塔2導出。繼而，富氧液體自第二富氧液體導入管133向第四精餾塔9之上部導入，經由第四精餾塔9向第二冷凝器7導入。
經由富氧液體導出管之富氧液體可導入至過冷卻器4，亦可不導入至過冷卻器4。
（另一實施形態）
作為另一實施形態，亦能夠設為實施形態3中之中間部氣體導出管15經由過冷卻器4之構成。
（實施形態4）
針對實施形態4之製品氮氣及製品氬之製造裝置103，參照圖4進行說明。由於與實施形態1~32之製品氮氣及製品氬之製造裝置相同之符號之組件具有相同之功能，故省略其說明。
實施形態1至實施形態3中，第一冷凝器3配置於第一精餾塔2之上，進而，第二精餾塔5配置於第一冷凝器3之上。然而，存在若以此方式朝上方向堆積，則精餾塔整體之高度變得非常高，建設、設置變困難之情況。因此，實施形態4中，將相當於第二精餾塔之上部之部分（以541進行圖示）配置於第一精餾塔2及第一冷凝器3之橫向。
實施形態4中，第二精餾塔由圖4中以542所示之區域與以541所示之區域之2個區域構成。於第二精餾塔之第一區域541之塔底部，自第二區域542之塔頂部通過配管41供給氣體。另一方面，於第二區域542之塔頂部，自第一區域541之塔底部經由配管42與環流液泵30供給流體。
中間部氣體導出管154自第二精餾塔之上部541之中間部導出中間部氣體，與冷凝器氣體導出管14合流。
同樣地，第四精餾塔9亦視需要分割為2個區域，第四精餾塔之上部能夠配置於第三精餾塔6及第二冷凝器7之橫向。
（實施例1）
於使用實施形態1之氮製造裝置100（圖2中所示），以1295 kg/hr使用具有氮75.6重量%、具有溫度20℃、壓力9.0 barA之空氣作為原料之情形時，藉由模擬證實了各部之壓力（barA）、溫度（℃）及流量（kg/h）等。
（結果）
使藉由原料空氣壓縮機（未圖示）而自外部收集之原料空氣壓力自1.013 barA升壓至9.0 barA。
其後，將去除部中已去除二氧化碳、水分之原料空氣向主熱交換器1導入。導入至主熱交換器1時之原料空氣之溫度為20℃。
自主熱交換器1導出之原料空氣之溫度為-160℃。將原料空氣向第一精餾塔2導入而進行精餾。第一精餾塔2之運轉壓為8.8 barA。第一精餾塔2之理論段數為50段。
貯存於第一精餾塔2之塔底部之富氧液體中之10重量%經由第一富氧液體導入管12，以溫度-180℃導入至第二精餾塔5之理論段50之位置。貯存於第一精餾塔2之塔底部之富氧液體中之未導入至第二精餾塔5之部分經由第二富氧液體導入管13，以溫度-180℃向第三精餾塔6之第二冷凝器導入。
分離至第一精餾塔之上部之氮氣於第一冷凝器3中冷凝而生成液體氮。獲得之氮中之40重量%經由含氮液體導入管1，以溫度-190℃向第二精餾塔5之上部導入。導入位置為較理論段數80之位置上方。自配置於第一精餾塔2與第二精餾塔5之中間之第一冷凝器之上部，含有99重量%氧氣之冷凝器氣體自冷凝器氣體導出管14排出。
自第二精餾塔5之中間部經由中間部氣體導出管排出中間部氣體。中間部氣體之組成為氮85重量%、氧13重量%、氬2重量%。中間部氣體導出管15之安裝位置為理論段數55段之位置。
中間部氣體與冷凝器氣體混合，成為混合氣體，以溫度-170℃向主熱交換器1導入並釋放寒冷。混合氣體之氧濃度為84%。其後，自主熱交換器1導出之混合氣體以-110℃導入至膨脹渦輪8而膨脹冷卻，以溫度-130℃再次導入至主熱交換器1。其後，於主熱交換器1之內部進行與原料空氣之熱交換而釋放寒冷，並自主熱交換器1排出。
自第二精餾塔5之塔頂部經由製品氮氣導出管16導出溫度-185℃之製品氮氣（純度為99.99重量%）。製品氮氣藉由利用過冷卻器4進行熱交換而溫度上升至-170℃，其後，進而於主熱交換器1中釋放寒冷，成為15℃之製品氮氣。製品氮氣之純度為99.99重量%，含氬量為10 ppm、含氧量為100 ppb。
自第二精餾塔5之下部，含氬氣體（氬濃度為10重量%）經由含氬氣體導入管導入至第三精餾塔6而被精餾。第三精餾塔6之運轉壓力為2.5 barA，理論段數為200段。製品氬導出管18配置於第二冷凝器之下部，導出純度99.9重量%之製品氬。
貯存於第三精餾塔6之塔底部之富氧含氬液體經由含氬液體導出管19而送回至第二精餾塔5。含氬液體含有氧92重量%與氬8重量%。
自配置於第三精餾塔6之上部之第二冷凝器7之上部排出氣化之富氧液體，與第一富氧液體導入管12合流而向第二精餾塔5導入。
藉由以上之構成，能夠獲得溫度20℃、壓力2.2 barA之製品氮氣（935 kg/hr）及溫度-175℃、壓力2.3 barA之製品氬（14 kg/hr）。製品氮氣及製品氬之製造所必需之能量為110 kW，能夠有效地利用中間部氣體及冷凝器氣體之寒冷，故可謂能夠以高能量效率製造製品氮氣及製品氬氣。又，製造時，能夠不使用可耐氧氣使用之特殊材料，而使用一般所使用之膨脹渦輪。進而，藉由設置中間部氣體導出管15，能夠降低製品氮氣中之氬及氧濃度，可獲得高純度之製品氮氣。
1‧‧‧主熱交換器
2‧‧‧第一精餾塔
3‧‧‧第一冷凝器
4‧‧‧過冷卻器
5‧‧‧第二精餾塔
6‧‧‧第三精餾塔
7‧‧‧第二冷凝器
8‧‧‧膨脹渦輪
9‧‧‧第四精餾塔
11‧‧‧含氮液體導入管
12‧‧‧第一富氧液體導入管
13‧‧‧第二富氧液體導入管
14‧‧‧冷凝器氣體導出管
15‧‧‧中間部氣體導出管
16‧‧‧製品氮氣導出管
17‧‧‧含氬氣體導入管
18‧‧‧製品氬導出管
19‧‧‧含氬液體導出管
21‧‧‧富氧液體導出管
22‧‧‧第三富氧液體導入管
23‧‧‧第四精餾塔塔頂部氣體導入管
25‧‧‧第一合流點
100‧‧‧製品氮氣及製品氬之製造裝置
圖1係表示實施形態1之製品氮氣及製品氬之製造裝置之構成例之圖。
圖2係表示實施形態2之製品氮氣及製品氬之製造裝置之構成例之圖。
圖3係表示實施形態3之製品氮氣及製品氬之製造裝置之構成例之圖。
圖4係表示實施形態4之製品氮氣及製品氬之製造裝置之構成例之圖。

Claims (12)

  1. 一種製品氮氣及製品氬之製造方法，包含： 冷卻步驟，其使已去除既定之雜質之原料空氣冷卻； 原料空氣導入步驟，其將上述預冷步驟中冷卻之上述原料空氣導入至第一精餾塔； 第一富氧液體導入步驟，其將自上述第一精餾塔之塔底部導出之富氧液體導入至第二精餾塔； 第二富氧液體導入步驟，其將自上述第一精餾塔之塔底部導出之富氧液體之至少一部分導入至配置於第三精餾塔之第二冷凝器； 含氮液體導入步驟，其將上述第一精餾塔中冷凝之含氮液體作為環流液導入至上述第二精餾塔上部； 膨脹步驟，其使自上述第二精餾塔之中間部導出之中間部氣體與自冷凝器導出之冷凝器氣體之混合氣體之至少一部分膨脹而產生寒冷，其中上述冷凝器係構成為使貯存於上述第一精餾塔之塔頂部之氣體與貯存於上述第二精餾塔之塔底部之液體進行熱交換，且位於上述第一精餾塔與上述第二精餾塔之中間； 含氬氣體導入步驟，其將自上述第二精餾塔之下部導出之含氬氣體導入至上述第三精餾塔； 製品氮氣導出步驟，其自上述第二精餾塔之塔頂部導出製品氮氣；及 製品氬導出步驟，其自上述第二精餾塔之中間部導出製品氬。
  2. 一種製品氮氣及製品氬之製造裝置，具備： 主熱交換器，其使已去除既定之雜質之原料空氣冷卻； 第一精餾塔，其被導入冷卻之上述原料空氣； 第二精餾塔，其導出製品氮氣； 第三精餾塔，其導出製品氬； 第一冷凝器，其構成為使貯存於上述第一精餾塔之塔頂部之氣體與貯存於上述第二精餾塔之塔底部之液體進行熱交換； 含氮液體導入管，其將上述第一冷凝器中冷凝之含氮液體之至少一部分作為環流液導入至上述第二精餾塔； 含氬氣體導入管，其使含氬氣體自上述第二精餾塔之下部導入至上述第三精餾塔； 含氬液體導出管，其使含氬液體自上述第三精餾塔之塔底部導入至上述第二精餾塔； 冷凝器氣體導出管，其使冷凝器氣體自上述第一冷凝器之氣相部導出； 中間部氣體導出管，其使中間部氣體自上述第二精餾塔之中間部導出； 膨脹渦輪，其使上述冷凝器氣體與上述中間部氣體之混合氣體膨脹冷卻； 製品氮氣導出管，其使上述製品氮氣自上述第二精餾塔導出；及 製品氬導出管，其使上述製品氬自上述第三精餾塔之中間部導出。
  3. 如請求項2所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其中，具備： 富氧液體導出管，其使貯存於上述第一精餾塔之塔底部之富氧液體自上述第一精餾塔之塔底部導出； 第二富氧液體導入管，其將自上述富氧液體導出管導出之富氧液體導入至配置於上述第三精餾塔之第二冷凝器；及 第三富氧液體導入管，其將自上述第二冷凝器導出之富氧液體導入至上述第二精餾塔。
  4. 如請求項3所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其中，上述第三富氧液體導入管將氣體狀態之富氧液體自上述第二冷凝器之氣相部導入至上述第二精餾塔。
  5. 如請求項2或3所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其進而具有： 第四精餾塔，其配置於上述第二冷凝器之上部；及 第四精餾塔塔頂部氣體導入管，其將自上述第四精餾塔之塔頂部取出之第四精餾塔塔頂部氣體導入至上述第二精餾塔； 上述第三富氧液體導入管將液體狀態之富氧液體自上述第二冷凝器之液相部導入至上述第二精餾塔； 貯存於上述第一精餾塔之塔底部之富氧液體經由上述第四精餾塔之氣相部而導入至上述第二冷凝器。
  6. 如請求項2至4中任一項所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其進而具備第一富氧液體導入管，將貯存於上述第一精餾塔之塔底部之富氧液體之至少一部分導入至上述第二精餾塔。
  7. 如請求項2至4中任一項所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其中，上述混合氣體為自上述第一冷凝器之氣相部直接取出之上述冷凝器氣體與自上述第二精餾塔之中間部直接取出之上述中間部氣體的混合氣體。
  8. 如請求項2至4中任一項所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其中，上述混合氣體為將自上述第一冷凝器之氣相部直接取出之上述冷凝器氣體與自上述第二精餾塔之中間部直接取出之上述中間部氣體混合之後，經由上述主熱交換器的混合氣體。
  9. 如請求項2至4中任一項所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其中，上述含氮液體配管及上述富氧液體導出管之至少任一者與上述製品氮氣導出管經由過冷卻器。
  10. 如請求項9所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其中，上述中間部氣體導出管於導入至上述過冷卻器之後，與上述冷凝器氣體導出管於第一合流點連接，上述第一合流點為上述過冷卻器之後段且上述膨脹渦輪之前段。
  11. 如請求項2至4中任一項所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其中，上述第二精餾塔之中間部為較上述含氮液體導入管之上述第二精餾塔側之安裝位置下方，且為較上述第一富氧液體導入管之上述第二精餾塔側之安裝位置上方。
  12. 如請求項2至4中任一項所述之製品氮氣及製品氬之製造裝置，其中，自上述中間部氣體導出管導出之上述中間部氣體之導出流量，相對於自上述冷凝器氣體導出管導出之上述冷凝器氣體之導出流量的比為0.03以上且2以下。
TW108105261A 2018-03-20 2019-02-18 製品氮氣及製品氬之製造方法及其製造裝置 TWI685468B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018051859A JP6440232B1 (ja) 2018-03-20 2018-03-20 製品窒素ガスおよび製品アルゴンの製造方法およびその製造装置
JPJP2018-051859 2018-03-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201940415A true TW201940415A (zh) 2019-10-16
TWI685468B TWI685468B (zh) 2020-02-21

Family

ID=64668481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108105261A TWI685468B (zh) 2018-03-20 2019-02-18 製品氮氣及製品氬之製造方法及其製造裝置

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20190293347A1 (zh)
JP (1) JP6440232B1 (zh)
KR (1) KR102041071B1 (zh)
CN (1) CN110307695B (zh)
IE (1) IE87303B1 (zh)
SG (1) SG10201900806PA (zh)
TW (1) TWI685468B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7378695B2 (ja) * 2020-01-06 2023-11-14 日本エア・リキード合同会社 空気分離システム
CN115516263A (zh) * 2020-05-15 2022-12-23 普莱克斯技术有限公司 对中压氮和氩产生低温空气分离单元的优化
KR20230069966A (ko) * 2020-09-17 2023-05-19 린데 게엠베하 혼합 가스 터빈을 이용한 공기의 극저온 분리를 위한 공정 및 장치
CN112066644A (zh) * 2020-09-18 2020-12-11 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种生产高纯氮和低纯氧的方法和装置
CN113606865A (zh) * 2021-08-06 2021-11-05 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 一种空气分离制取液氮的装置和方法
US11933541B2 (en) * 2021-08-11 2024-03-19 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation unit with argon condenser vapor recycle
JP7133735B1 (ja) 2022-03-07 2022-09-08 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 空気分離装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1576910A (en) 1978-05-12 1980-10-15 Air Prod & Chem Process and apparatus for producing gaseous nitrogen
GB8512563D0 (en) * 1985-05-17 1985-06-19 Boc Group Plc Air separation method
US4737177A (en) * 1986-08-01 1988-04-12 Erickson Donald C Air distillation improvements for high purity oxygen
ES2032012T3 (es) * 1987-04-07 1993-01-01 The Boc Group Plc Separacion de aire.
GB8806478D0 (en) * 1988-03-18 1988-04-20 Boc Group Plc Air separation
US4842625A (en) * 1988-04-29 1989-06-27 Air Products And Chemicals, Inc. Control method to maximize argon recovery from cryogenic air separation units
GB9008752D0 (en) * 1990-04-18 1990-06-13 Boc Group Plc Air separation
CA2048146C (en) * 1990-08-06 1994-05-17 Rakesh Agrawal Production of nitrogen free of light impurities
US5341646A (en) * 1993-07-15 1994-08-30 Air Products And Chemicals, Inc. Triple column distillation system for oxygen and pressurized nitrogen production
FR2716816B1 (fr) 1994-03-02 1996-05-03 Air Liquide Procédé de redémarrage d'une colonne auxiliaire de séparation argon/oxygène par distillation, et installation correspondante.
JP3020816B2 (ja) * 1994-09-28 2000-03-15 川崎製鉄株式会社 空気分離装置におけるアルゴンの製造方法およびそれに用いる空気分離装置
DE4443190A1 (de) * 1994-12-05 1996-06-13 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
WO1997001068A1 (fr) 1995-06-20 1997-01-09 Nippon Sanso Corporation Procede et appareil de separation de l'argon
JP3181546B2 (ja) * 1997-12-15 2001-07-03 大陽東洋酸素株式会社 空気からの窒素およびアルゴンの製造方法および装置
DE10103968A1 (de) 2001-01-30 2002-08-01 Linde Ag Drei-Säulen-System zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE10217091A1 (de) * 2002-04-17 2003-11-06 Linde Ag Drei-Säulen-System zur Tieftemperatur-Luftzerlegung mit Argongewinnung
CN100357684C (zh) * 2004-10-28 2007-12-26 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 一种空气分离的方法和装置
CN204115392U (zh) * 2014-08-29 2015-01-21 中国空分设备有限公司 带补气压缩机的全液体空分设备
CN104406365B (zh) * 2014-11-27 2017-04-05 苏州制氧机股份有限公司 一种双膨胀机中压液体设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN110307695A (zh) 2019-10-08
IE20190043A1 (en) 2021-05-26
US20220325952A1 (en) 2022-10-13
CN110307695B (zh) 2020-10-30
JP2019163897A (ja) 2019-09-26
KR102041071B1 (ko) 2019-11-05
JP6440232B1 (ja) 2018-12-19
KR20190110430A (ko) 2019-09-30
IE87303B1 (en) 2022-06-08
US20190293347A1 (en) 2019-09-26
TWI685468B (zh) 2020-02-21
SG10201900806PA (en) 2019-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201940415A (zh) 製品氮氣及製品氬之製造方法及其製造裝置
JP5425100B2 (ja) 低温空気分離方法及び装置
JP2989516B2 (ja) 昇圧窒素を製造するための極低温精留方法及びその装置
US8448463B2 (en) Cryogenic rectification method
JP2002327981A (ja) ３塔式深冷空気分離方法
US20090320520A1 (en) Nitrogen liquefier retrofit for an air separation plant
TW201940824A (zh) 氮製造方法及氮製造裝置
US20220146195A1 (en) Method for flexible recovery of argon from a cryogenic air separation unit
US9222726B2 (en) Air separation method and apparatus with improved argon recovery
US20200054985A1 (en) System and method for enhanced recovery of liquid oxygen from a nitrogen and argon producing cryogenic air separation unit
KR0158730B1 (ko) 비중이 큰 불순물을 저농도로 함유한 기상산소 생성물을 제조하기 위한 방법 및 장치
JPH1054658A (ja) 空気から種々の比率で液体製品を製造する方法及び装置
US8820115B2 (en) Oxygen production method and apparatus
US20010052243A1 (en) Process and unit for the production of a fluid enriched in oxygen by cryogenic distillation
TW202108222A (zh) 空氣的低溫分離方法與設備
US4530708A (en) Air separation method and apparatus therefor
US10359231B2 (en) Method for controlling production of high pressure gaseous oxygen in an air separation unit
AU2019202524A1 (en) Method for cryogenic separation of air, and air separation plant
CN106016969B (zh) 通过低温空气分离产生氧的系统和方法
US20130019634A1 (en) Air separation method and apparatus
JP2003156284A (ja) 窒素製造方法及び装置
JP2000018813A (ja) 窒素製造方法及び装置
US20180017321A1 (en) Method for recovering gaseous nitrogen from the waste nitrogen stream of an air separation unit
JPS6354992B2 (zh)
JPH09303958A (ja) 窒素又は窒素・酸素の製造方法及び装置