JP3203181B2 - 窒素製造装置に付随する酸素製造方法 - Google Patents
窒素製造装置に付随する酸素製造方法Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
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-
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気を原料として
精留塔を使用する窒素製造装置において、窒素の製造量
を変えることなく、同時に少量の酸素を製造する必要が
ある場合に適するものである。
精留塔を使用する窒素製造装置において、窒素の製造量
を変えることなく、同時に少量の酸素を製造する必要が
ある場合に適するものである。
【０００２】
【従来の技術】特開昭５４−１６３７９７、実開昭５５
−１４０９９０及び特開昭６１−１５０６９は、原料空
気配管又は窒素精留塔下部より酸素精留塔下部のリボイ
ラ用の加熱ガスを採っていた。
−１４０９９０及び特開昭６１−１５０６９は、原料空
気配管又は窒素精留塔下部より酸素精留塔下部のリボイ
ラ用の加熱ガスを採っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、窒
素精留塔内を上昇する窒素原料ガスが減少し、製品窒素
の回収率が数％乃至十数％（製品酸素量に比例する。）
減少することはやむを得なかった。
素精留塔内を上昇する窒素原料ガスが減少し、製品窒素
の回収率が数％乃至十数％（製品酸素量に比例する。）
減少することはやむを得なかった。
【０００４】上記問題点を鑑み、この欠点を解消し、窒
素製造量を減少させることなく、同時に少量の酸素を製
造できる装置を提供することにある。
素製造量を減少させることなく、同時に少量の酸素を製
造できる装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の窒素製造装置に
付随する酸素製造方法は、原料空気中の水分及び炭酸ガ
スを除去した後の原料空気の全量を窒素精留塔内に導入
して冷却液化させ、この窒素精留塔から製品としての窒
素を採取し、前記窒素精留塔にて得られる酸素リッチ液
体空気を窒素凝縮器の冷熱源として使用した後、成出し
た酸素リッチ空気を酸素精留塔のリボイラの加熱源とし
て使用し、それにより凝縮して成出した酸素リッチ液体
空気を前記酸素精留塔の酸素原料及び還流液として使用
することを特徴とする。ここで、前記酸素リッチ液体空
気とは、窒素精留塔から製品として窒素が採取されるこ
とに基づいて、窒素精留塔の底部から取出される液体空
気中の酸素分が相対的に増大したものを指す。
付随する酸素製造方法は、原料空気中の水分及び炭酸ガ
スを除去した後の原料空気の全量を窒素精留塔内に導入
して冷却液化させ、この窒素精留塔から製品としての窒
素を採取し、前記窒素精留塔にて得られる酸素リッチ液
体空気を窒素凝縮器の冷熱源として使用した後、成出し
た酸素リッチ空気を酸素精留塔のリボイラの加熱源とし
て使用し、それにより凝縮して成出した酸素リッチ液体
空気を前記酸素精留塔の酸素原料及び還流液として使用
することを特徴とする。ここで、前記酸素リッチ液体空
気とは、窒素精留塔から製品として窒素が採取されるこ
とに基づいて、窒素精留塔の底部から取出される液体空
気中の酸素分が相対的に増大したものを指す。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１に、本発明に基づく窒素製造
量を減少させることなく、同時に少量の酸素を製造でき
る窒素製造装置の一例のフローシートを示す。図中、５
は主熱交換器、１０は第一の精留塔、１１は第一上部空
間部、１２は精留部、１３は第一下部空間部、１４は窒
素凝縮器、２０は第二の精留塔、２１は第二上部空間
部、２２は精留部、２３は第二下部空間部、２４はリボ
イラ、３１は第一の膨張弁、３２は第二の膨張弁、３３
は第三の膨張弁、４０は断熱容器、５０は膨張タービ
ン、１００は原料空気導入配管、１０１は酸素リッチ液
体空気払い出し配管、１０２は１０１より分岐した配
管、１０３は製品窒素ガス払い出し配管、１０５は酸素
リッチ空気払い出し配管、１０６は１０５より分岐した
配管、１２１はリボイラで液化された酸素リッチ液体空
気払い出し配管、１２２は製品酸素ガス払い出し配管、
１２３は製品液体酸素払い出し配管、１２４は廃ガス払
い出し配管を表わす。
量を減少させることなく、同時に少量の酸素を製造でき
る窒素製造装置の一例のフローシートを示す。図中、５
は主熱交換器、１０は第一の精留塔、１１は第一上部空
間部、１２は精留部、１３は第一下部空間部、１４は窒
素凝縮器、２０は第二の精留塔、２１は第二上部空間
部、２２は精留部、２３は第二下部空間部、２４はリボ
イラ、３１は第一の膨張弁、３２は第二の膨張弁、３３
は第三の膨張弁、４０は断熱容器、５０は膨張タービ
ン、１００は原料空気導入配管、１０１は酸素リッチ液
体空気払い出し配管、１０２は１０１より分岐した配
管、１０３は製品窒素ガス払い出し配管、１０５は酸素
リッチ空気払い出し配管、１０６は１０５より分岐した
配管、１２１はリボイラで液化された酸素リッチ液体空
気払い出し配管、１２２は製品酸素ガス払い出し配管、
１２３は製品液体酸素払い出し配管、１２４は廃ガス払
い出し配管を表わす。
【０００７】以下に、この装置を使用して、窒素及び少
量の酸素を製造する装置について説明する。
量の酸素を製造する装置について説明する。
【０００８】原料空気は、フィルター（図示せず）で除
塵後、圧縮機１で圧力約８．４kg／cm2Ｇに圧縮され、
冷凍機３で冷却された後、除炭・乾燥ユニット４ａある
いは４ｂで二酸化炭素及び水分が除去される。この後、
主熱交換器５で後述する冷媒との間接熱交換により温度
約−１６７℃まで冷却されて、一部が液化した状態で、
配管１００により第一精留塔１０の精留部１２の下部へ
供給される。
塵後、圧縮機１で圧力約８．４kg／cm2Ｇに圧縮され、
冷凍機３で冷却された後、除炭・乾燥ユニット４ａある
いは４ｂで二酸化炭素及び水分が除去される。この後、
主熱交換器５で後述する冷媒との間接熱交換により温度
約−１６７℃まで冷却されて、一部が液化した状態で、
配管１００により第一精留塔１０の精留部１２の下部へ
供給される。
【０００９】第一精留塔１０へ供給された原料空気の
内、液相部分は第一下部空間部１３の底部に溜まり、気
相部分は第一精留塔１０の中を上昇して、精留部１２を
通過して、上方から流れ下る液体窒素を成分とする還流
液と向流し気液接触を行う。これによって、気相中の酸
素が還流液の中に溶け込み、他方、還流液中の窒素が気
化して気相中に放出される。この結果、第一上部空間部
１１には窒素ガスが溜まり、第一下部空間部１３には酸
素リッチ液体空気が溜まる。
内、液相部分は第一下部空間部１３の底部に溜まり、気
相部分は第一精留塔１０の中を上昇して、精留部１２を
通過して、上方から流れ下る液体窒素を成分とする還流
液と向流し気液接触を行う。これによって、気相中の酸
素が還流液の中に溶け込み、他方、還流液中の窒素が気
化して気相中に放出される。この結果、第一上部空間部
１１には窒素ガスが溜まり、第一下部空間部１３には酸
素リッチ液体空気が溜まる。
【００１０】第一上部空間部１１に溜まった窒素ガスの
一部は、配管１０３により払い出され、主熱交換器に導
入され、原料空気と熱交換され常温となり、原料空気よ
りわずかに圧力の低い製品窒素ガスとして配管１１３に
より使用先に供給される。
一部は、配管１０３により払い出され、主熱交換器に導
入され、原料空気と熱交換され常温となり、原料空気よ
りわずかに圧力の低い製品窒素ガスとして配管１１３に
より使用先に供給される。
【００１１】第一上部空間部１１に溜まった窒素ガスの
残部は、配管１０７により窒素凝縮器１４に導入され、
後述する冷媒としての酸素リッチ液体空気との間接熱交
換により冷却され、凝縮した液体窒素は、配管１０８を
通って前述の還流液として精留部１２の上部へ戻され
る。
残部は、配管１０７により窒素凝縮器１４に導入され、
後述する冷媒としての酸素リッチ液体空気との間接熱交
換により冷却され、凝縮した液体窒素は、配管１０８を
通って前述の還流液として精留部１２の上部へ戻され
る。
【００１２】第一下部空間部１３に溜まった温度約−１
６８℃の酸素リッチ液体空気は配管１０１により取り出
され、一部は膨張弁３１に導入されて、ここで圧力約
３．２kg／cm2Ｇに減圧されて、前述の冷媒としての酸
素リッチ液体空気となって窒素凝縮器１４へ供給され
る。ここで使用された温度約−１７５℃の酸素リッチ廃
ガスは、更に酸素リッチ廃ガス配管１０５により、一部
は主熱交換器５に導入され、ここで冷媒として原料空気
の冷却に使用され、少し温度上昇した後、主熱交換器５
の途中から配管１１５で取り出され、膨張タービン５０
に導入され、減圧され、寒冷を発生し、配管１１６で取
り出されて、主熱交換器５に導入され、再度、原料空気
の冷却に使用され、更に、除炭・乾燥ユニット４ａある
いは４ｂの再生用のガスとして使用された後、系外に排
出される。
６８℃の酸素リッチ液体空気は配管１０１により取り出
され、一部は膨張弁３１に導入されて、ここで圧力約
３．２kg／cm2Ｇに減圧されて、前述の冷媒としての酸
素リッチ液体空気となって窒素凝縮器１４へ供給され
る。ここで使用された温度約−１７５℃の酸素リッチ廃
ガスは、更に酸素リッチ廃ガス配管１０５により、一部
は主熱交換器５に導入され、ここで冷媒として原料空気
の冷却に使用され、少し温度上昇した後、主熱交換器５
の途中から配管１１５で取り出され、膨張タービン５０
に導入され、減圧され、寒冷を発生し、配管１１６で取
り出されて、主熱交換器５に導入され、再度、原料空気
の冷却に使用され、更に、除炭・乾燥ユニット４ａある
いは４ｂの再生用のガスとして使用された後、系外に排
出される。
【００１３】前記配管１０１により取り出された酸素リ
ッチ液体空気の残部は配管１０２により第二の膨張弁３
２に導入される。第二の膨張弁３２に導入された酸素リ
ッチ液体空気は、圧力約０．３kg／cm2Ｇに減圧され、
部分的に気化して温度約−１９３℃の気液混合物とな
り、第二精留塔２０の精留部２２の上部に供給される。
この内、気相部分は第二上部空間部２１に溜まり、液相
部分は還流液として精留部２２を流下し、下方から上昇
する気体と向流気液接触により低沸点成分を放出し、酸
素濃度を高めて第二下部空間部２３に溜まる。第二下部
空間部２３にはリボイラ２４が設置されていて、加熱源
として、窒素凝縮器１４の冷熱源として使用された温度
約−１７５℃の酸素リッチ廃ガスが配管１０５より配管
１０６に分岐されリボイラ２４に導入される。そして、
第二下部空間２３に溜まった液体を加熱し、酸素と共に
酸素より低沸点の成分（アルゴン、一酸化炭素、窒素
等）を選択的に気化させて精留部２２を上昇させる。
尚、リボイラで温熱源として使用された酸素リッチ廃ガ
スは、凝縮して配管１２１により、膨張弁３３に導入さ
れ、圧力約０．３kg／cm2Ｇに膨張して気液混合物とな
り、第二精留塔２０の精留部２２の上部に導入され、前
記配管１０２で導入された気液混合物と同様になる。
ッチ液体空気の残部は配管１０２により第二の膨張弁３
２に導入される。第二の膨張弁３２に導入された酸素リ
ッチ液体空気は、圧力約０．３kg／cm2Ｇに減圧され、
部分的に気化して温度約−１９３℃の気液混合物とな
り、第二精留塔２０の精留部２２の上部に供給される。
この内、気相部分は第二上部空間部２１に溜まり、液相
部分は還流液として精留部２２を流下し、下方から上昇
する気体と向流気液接触により低沸点成分を放出し、酸
素濃度を高めて第二下部空間部２３に溜まる。第二下部
空間部２３にはリボイラ２４が設置されていて、加熱源
として、窒素凝縮器１４の冷熱源として使用された温度
約−１７５℃の酸素リッチ廃ガスが配管１０５より配管
１０６に分岐されリボイラ２４に導入される。そして、
第二下部空間２３に溜まった液体を加熱し、酸素と共に
酸素より低沸点の成分（アルゴン、一酸化炭素、窒素
等）を選択的に気化させて精留部２２を上昇させる。
尚、リボイラで温熱源として使用された酸素リッチ廃ガ
スは、凝縮して配管１２１により、膨張弁３３に導入さ
れ、圧力約０．３kg／cm2Ｇに膨張して気液混合物とな
り、第二精留塔２０の精留部２２の上部に導入され、前
記配管１０２で導入された気液混合物と同様になる。
【００１４】この結果、第二上部空間２１には酸素より
低沸点の成分を含む窒素ガスが溜まり、第二下部空間部
２３には液体酸素が溜まる。第二上部空間２１に溜まっ
た窒素ガスは、頂部から廃ガス配管１２４を介して酸素
リッチ廃ガス配管１１６に合流後、冷媒として主熱交換
器５に導入され、一方、第二下部空間部２３に溜まった
酸素ガスは、製品酸素ガスとして配管１２２で払い出さ
れ、主熱交換器５で熱交換され常温になって配管１１９
で使用先に供給され、液体酸素は配管１２３で払い出さ
れ製品液体酸素として使用先に供給される。
低沸点の成分を含む窒素ガスが溜まり、第二下部空間部
２３には液体酸素が溜まる。第二上部空間２１に溜まっ
た窒素ガスは、頂部から廃ガス配管１２４を介して酸素
リッチ廃ガス配管１１６に合流後、冷媒として主熱交換
器５に導入され、一方、第二下部空間部２３に溜まった
酸素ガスは、製品酸素ガスとして配管１２２で払い出さ
れ、主熱交換器５で熱交換され常温になって配管１１９
で使用先に供給され、液体酸素は配管１２３で払い出さ
れ製品液体酸素として使用先に供給される。
【００１５】図２に、本発明に基づく窒素ガス及び少量
の酸素の製造装置の他の例のフローシートを示す。図中
３４は第四の膨張弁を表わす。図１では膨張弁３２、３
３の圧力を０．３kg／cm2Ｇ迄膨張させ、ほとんど圧力
のない製品酸素を造り出したが、この圧力を調整するこ
とにより製品酸素圧力を高めることができる。その時、
廃ガスの圧力を調整して減圧し、配管１２４を膨張ター
ビンから出る配管１１６に合流させる。
の酸素の製造装置の他の例のフローシートを示す。図中
３４は第四の膨張弁を表わす。図１では膨張弁３２、３
３の圧力を０．３kg／cm2Ｇ迄膨張させ、ほとんど圧力
のない製品酸素を造り出したが、この圧力を調整するこ
とにより製品酸素圧力を高めることができる。その時、
廃ガスの圧力を調整して減圧し、配管１２４を膨張ター
ビンから出る配管１１６に合流させる。
【００１６】
【発明の効果】従来の装置では、窒素精留塔（本発明の
第一の精留塔）の下部又は原料空気配管より、酸素精留
塔（本発明の第二の精留塔）の下部のリボイラの加熱ガ
スを採っていた。この場合、窒素精留塔での上昇する原
料空気が減少する。その結果、製品窒素の回収率が酸素
量に比例して数％乃至十数％減少する。この欠点を解決
するため、本発明では、原料空気中の水分及び炭酸ガス
を除去した後の原料空気の全量を窒素精留塔内に導入し
て冷却液化させ、この窒素精留塔から製品としての窒素
を採取し、前記窒素精留塔にて得られる酸素リッチ液体
空気を窒素凝縮器の冷熱源として使用した後、成出した
酸素リッチ空気を酸素精留塔のリボイラの加熱源として
使用し、それにより凝縮して成出した酸素リッチ液体空
気を前記酸素精留塔の酸素原料及び還流液として使用す
る。このことにより、窒素の回収率を維持しながら酸素
を製造することを可能にした。
第一の精留塔）の下部又は原料空気配管より、酸素精留
塔（本発明の第二の精留塔）の下部のリボイラの加熱ガ
スを採っていた。この場合、窒素精留塔での上昇する原
料空気が減少する。その結果、製品窒素の回収率が酸素
量に比例して数％乃至十数％減少する。この欠点を解決
するため、本発明では、原料空気中の水分及び炭酸ガス
を除去した後の原料空気の全量を窒素精留塔内に導入し
て冷却液化させ、この窒素精留塔から製品としての窒素
を採取し、前記窒素精留塔にて得られる酸素リッチ液体
空気を窒素凝縮器の冷熱源として使用した後、成出した
酸素リッチ空気を酸素精留塔のリボイラの加熱源として
使用し、それにより凝縮して成出した酸素リッチ液体空
気を前記酸素精留塔の酸素原料及び還流液として使用す
る。このことにより、窒素の回収率を維持しながら酸素
を製造することを可能にした。
【図１】本発明に基づく製造装置の一例。
【図２】本発明に基づく製造装置の他の例。
１・・・圧縮機 ３・・・冷凍器 ４ａ、４ｂ・・・除炭・乾燥ユニット ５・・・主熱交換器 １０・・・第一の精留塔 ２０・・・第二の精留塔 １４・・・窒素凝縮器 １１・・・第一上部空間部 １２・・・精留部 １３・・・第一下部空間部 ２１・・・第二上部空間部 ２２・・・精留部 ２３・・・第二下部空間部 ４０・・・ 断熱容器 ５０・・・膨張タービン ２４・・・リボイラ ３１，３２，３３，３４・・・膨張弁 １０１，１０２，１０５，１０７，１０８・・・配管 １１３，１１５，１１６，１１７，１１９・・・配管 １２１，１２２，１２３，１２４・・・配管
Claims (1)
- 【請求項１】原料空気中の水分及び炭酸ガスを除去した
後の原料空気の全量を窒素精留塔内に導入して冷却液化
させ、この窒素精留塔から製品としての窒素を採取し、
前記窒素精留塔にて得られる酸素リッチ液体空気を窒素
凝縮器の冷熱源として使用した後、成出した酸素リッチ
空気を酸素精留塔のリボイラの加熱源として使用し、そ
れにより凝縮して成出した酸素リッチ液体空気を前記酸
素精留塔の酸素原料及び還流液として使用することを特
徴とする窒素製造装置に付随する酸素製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11889696A JP3203181B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 窒素製造装置に付随する酸素製造方法 |
| US08/754,134 US5921107A (en) | 1996-05-14 | 1996-11-22 | Oxygen production method related to a nitrogen generator unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11889696A JP3203181B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 窒素製造装置に付随する酸素製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09303959A JPH09303959A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3203181B2 true JP3203181B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=14747852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11889696A Expired - Lifetime JP3203181B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 窒素製造装置に付随する酸素製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5921107A (ja) |
| JP (1) | JP3203181B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010012920A1 (de) * | 2010-03-26 | 2011-09-29 | Linde Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
| JP6546504B2 (ja) * | 2015-10-20 | 2019-07-17 | 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 | 酸素製造システム及び酸素製造方法 |
| CN110207458B (zh) * | 2019-07-10 | 2024-04-02 | 上海联风气体有限公司 | 一种空气为原料的高纯氧生产装置及其生产方法 |
| JP7379764B1 (ja) * | 2022-08-09 | 2023-11-15 | 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 | 空気分離装置および空気分離方法 |
| JP7355980B1 (ja) * | 2023-04-24 | 2023-10-04 | 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 | 超高純度酸素製造方法及び超高純度酸素製造装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3348385A (en) * | 1964-12-23 | 1967-10-24 | Gas Equipment Engineering Corp | Separation of gas mixtures |
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