JPH0132434B2 - - Google Patents
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- JPH0132434B2 JPH0132434B2 JP56177197A JP17719781A JPH0132434B2 JP H0132434 B2 JPH0132434 B2 JP H0132434B2 JP 56177197 A JP56177197 A JP 56177197A JP 17719781 A JP17719781 A JP 17719781A JP H0132434 B2 JPH0132434 B2 JP H0132434B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitrogen
- flow rate
- product nitrogen
- heat exchanger
- conduit
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、深冷分離法により空気から窒素を分
離する窒素分離装置に係り、特に、余剰な製品窒
素が有する圧力エネルギーを寒冷として回収する
に好適な窒素分離装置に関する。
離する窒素分離装置に係り、特に、余剰な製品窒
素が有する圧力エネルギーを寒冷として回収する
に好適な窒素分離装置に関する。
従来の窒素分離装置例を第１図により説明す
る。
る。
第１図に示すような窒素分離装置では、原料空
気から窒素が分離され製品窒素として抜出される
までの窒素分離装置による圧力損失は１Kg／cm2Ｇ
程度であり、製品窒素の圧力は５〜８Kg／cm2Ｇの
場合が多い。そこで、製品窒素の圧力が約７Kg／
cm2Ｇの場合を例にとり以下説明する。
気から窒素が分離され製品窒素として抜出される
までの窒素分離装置による圧力損失は１Kg／cm2Ｇ
程度であり、製品窒素の圧力は５〜８Kg／cm2Ｇの
場合が多い。そこで、製品窒素の圧力が約７Kg／
cm2Ｇの場合を例にとり以下説明する。
約８Kg／cm2Ｇに昇圧された常温の原料空気は、
単式精留塔１０の下部に連結され途中熱交換器１
１内を通る原料空気供給導管２０を流通し、熱交
換器１１内を通過する間に、製品窒素や原料空気
から窒素を分離した残りのガスである廃ガスによ
り、常温から約−170℃まで冷却され一部は液化
する。気液混合状態となつた原料空気は、原料空
気供給導管２０を流通し単式精留塔１０の下部へ
供給される。単式精留塔１０には多孔板方式等に
よる精留皿１２が多数段内設されており、気液混
合状態で供給された原料空気の内ガス状態の原料
空気は精留皿１２を通過上昇することにより窒素
分が次第に増加し単式精留塔１０の頂部では窒素
濃度が99％以上の精製窒素となる。精製窒素の約
１／３は製品窒素として単式精留塔１０の上部に連
結され熱交換器１１内を通る製品窒素抜出し導管
２１により単式精留塔１０から抜出される。残り
２／３の精製窒素は単式精留塔１０の頂部に設置さ
れた凝縮器１３により液化され、その大部分は還
流液として精留皿１２を順次流下して原料空気か
らの窒素の分離、精製に使用され、又、液化され
た精製窒素の一部は製品液体窒素として単式精留
塔１０の上部に連結され途中に弁３０が設けられ
た製品液体窒素採取導管２２より膨張タービン１
４の発生する寒冷量に応じて抜出される。原料空
気から窒素を分離、精製し単式精留塔１０の底部
まで流下した還流液は液化して単式精留塔１０に
供給された原料空気と一緒になり酸素分に富んだ
液体となり単式精留塔１０の底部に滞留する。こ
の酸素分に富んだ液体は単式精留塔１０の底部と
凝縮器１３を連結し途中に膨張弁３１が設けられ
た酸素分に富んだ液体抜出し導管２３より抜出さ
れ膨張弁３１で約３〜４Kg／cm2Ｇに減圧されて凝
縮器１３に供給される。凝縮器１３で酸素分に富
んだ液体は精製窒素の2/3を液化すると同時に蒸
発し廃ガスとなり、凝縮器１３と膨張タービン１
４の入口を連結し熱交換器１１内を通る廃ガス抜
出し導管２４より抜出され、熱交換器１１で原料
空気を冷却し約−180℃から約−150℃程度まで温
度回復した後に膨張タービン１４に供給される。
膨張タービン１４で廃ガスは断熱膨張することに
より約−185℃まで温度降下し、廃ガスが有する
圧力エネルギーが寒冷として回収される。温度降
下した廃ガスは膨張タービン１４の出口に連結さ
れ熱交換器１１内を通る廃ガス取出し導管２５を
流通し、熱交換器１１内を通過する間に原料空気
を冷却し約−185℃から常温まで温度回復した後
に廃ガス取出し導管２５を更に流通して窒素分離
装置外へ取出される。一方、単式精留塔１０から
抜出された製品窒素は製品窒素抜出し導管２１を
流通し熱交換器１１内を通過する間に原料空気を
冷却し常温まで温度回復した後に圧力が約７Kg／
cm2Ｇとなり製品窒素抜出し導管２１を更に流通し
て別途使用先（図示省略）へ送給される。この場
合、単式精留塔１０から抜出される製品窒素の量
は、単式精留塔１０の操作の安定化を図るために
別途使用先での需要量の変動によらず一定に保持
する必要がある。このため、単式精留塔１０から
抜出され製品窒素抜出し導管２１を流通する製品
窒素の流量を熱交換器１１内の出口側の製品窒素
抜出し導管２１の途中に設けられた流量検出器３
２で検出し、その信号を流量検出器３２に接続さ
れた流量調節器３３に与え、単式精留塔１０から
抜出される製品窒素の量が常に一定となるよう
に、流量検出器３２の後流側で製品窒素抜出し導
管２１の途中に設けられ、かつ、流量調節器３３
に接続された流量調節弁３４と、余剰な製品窒素
を大気へ放出するため流量検出器３２と流量調節
弁３４の間で製品窒素抜出し導管２１から分岐さ
れた余剰製品窒素大気放出導管２６の途中に設け
られ、かつ、流量調節器３３に接続された流量調
節弁３５との弁開度がそれぞれ流量調節器３３に
より調節される。つまり、別途使用先での需要量
が単式精留塔１０から抜出される製品窒素の量よ
りも少ない場合は、圧力が約７Kg／cm2Ｇの余剰な
製品窒素は流量調節弁３５余剰製品窒素大気放出
導管２６を通して大気へ放出される。
単式精留塔１０の下部に連結され途中熱交換器１
１内を通る原料空気供給導管２０を流通し、熱交
換器１１内を通過する間に、製品窒素や原料空気
から窒素を分離した残りのガスである廃ガスによ
り、常温から約−170℃まで冷却され一部は液化
する。気液混合状態となつた原料空気は、原料空
気供給導管２０を流通し単式精留塔１０の下部へ
供給される。単式精留塔１０には多孔板方式等に
よる精留皿１２が多数段内設されており、気液混
合状態で供給された原料空気の内ガス状態の原料
空気は精留皿１２を通過上昇することにより窒素
分が次第に増加し単式精留塔１０の頂部では窒素
濃度が99％以上の精製窒素となる。精製窒素の約
１／３は製品窒素として単式精留塔１０の上部に連
結され熱交換器１１内を通る製品窒素抜出し導管
２１により単式精留塔１０から抜出される。残り
２／３の精製窒素は単式精留塔１０の頂部に設置さ
れた凝縮器１３により液化され、その大部分は還
流液として精留皿１２を順次流下して原料空気か
らの窒素の分離、精製に使用され、又、液化され
た精製窒素の一部は製品液体窒素として単式精留
塔１０の上部に連結され途中に弁３０が設けられ
た製品液体窒素採取導管２２より膨張タービン１
４の発生する寒冷量に応じて抜出される。原料空
気から窒素を分離、精製し単式精留塔１０の底部
まで流下した還流液は液化して単式精留塔１０に
供給された原料空気と一緒になり酸素分に富んだ
液体となり単式精留塔１０の底部に滞留する。こ
の酸素分に富んだ液体は単式精留塔１０の底部と
凝縮器１３を連結し途中に膨張弁３１が設けられ
た酸素分に富んだ液体抜出し導管２３より抜出さ
れ膨張弁３１で約３〜４Kg／cm2Ｇに減圧されて凝
縮器１３に供給される。凝縮器１３で酸素分に富
んだ液体は精製窒素の2/3を液化すると同時に蒸
発し廃ガスとなり、凝縮器１３と膨張タービン１
４の入口を連結し熱交換器１１内を通る廃ガス抜
出し導管２４より抜出され、熱交換器１１で原料
空気を冷却し約−180℃から約−150℃程度まで温
度回復した後に膨張タービン１４に供給される。
膨張タービン１４で廃ガスは断熱膨張することに
より約−185℃まで温度降下し、廃ガスが有する
圧力エネルギーが寒冷として回収される。温度降
下した廃ガスは膨張タービン１４の出口に連結さ
れ熱交換器１１内を通る廃ガス取出し導管２５を
流通し、熱交換器１１内を通過する間に原料空気
を冷却し約−185℃から常温まで温度回復した後
に廃ガス取出し導管２５を更に流通して窒素分離
装置外へ取出される。一方、単式精留塔１０から
抜出された製品窒素は製品窒素抜出し導管２１を
流通し熱交換器１１内を通過する間に原料空気を
冷却し常温まで温度回復した後に圧力が約７Kg／
cm2Ｇとなり製品窒素抜出し導管２１を更に流通し
て別途使用先（図示省略）へ送給される。この場
合、単式精留塔１０から抜出される製品窒素の量
は、単式精留塔１０の操作の安定化を図るために
別途使用先での需要量の変動によらず一定に保持
する必要がある。このため、単式精留塔１０から
抜出され製品窒素抜出し導管２１を流通する製品
窒素の流量を熱交換器１１内の出口側の製品窒素
抜出し導管２１の途中に設けられた流量検出器３
２で検出し、その信号を流量検出器３２に接続さ
れた流量調節器３３に与え、単式精留塔１０から
抜出される製品窒素の量が常に一定となるよう
に、流量検出器３２の後流側で製品窒素抜出し導
管２１の途中に設けられ、かつ、流量調節器３３
に接続された流量調節弁３４と、余剰な製品窒素
を大気へ放出するため流量検出器３２と流量調節
弁３４の間で製品窒素抜出し導管２１から分岐さ
れた余剰製品窒素大気放出導管２６の途中に設け
られ、かつ、流量調節器３３に接続された流量調
節弁３５との弁開度がそれぞれ流量調節器３３に
より調節される。つまり、別途使用先での需要量
が単式精留塔１０から抜出される製品窒素の量よ
りも少ない場合は、圧力が約７Kg／cm2Ｇの余剰な
製品窒素は流量調節弁３５余剰製品窒素大気放出
導管２６を通して大気へ放出される。
このような窒素分離装置では、別途使用先での
製品窒素の需要量が減少した場合、余剰な製品窒
素は唯単に大気へ放出されるのみで余剰な製品窒
素が有する圧力エネルギーを全く回収できず、従
つて、精留塔の操作条件が一定の場合は製品液体
窒素の採取量を更に増加できないといつた欠点が
あつた。
製品窒素の需要量が減少した場合、余剰な製品窒
素は唯単に大気へ放出されるのみで余剰な製品窒
素が有する圧力エネルギーを全く回収できず、従
つて、精留塔の操作条件が一定の場合は製品液体
窒素の採取量を更に増加できないといつた欠点が
あつた。
本発明は、上記欠点の除去を目的としたもの
で、精留塔から抜き出され熱交換器で原料空気を
冷却した後の製品窒素が流通する製品窒素抜出し
導管の前記熱交換器の入口側に流量検出器を設
け、前記製品窒素抜出し導管の前記熱交換器の出
口側に流量調節弁を設け、前記熱交換器の入口側
で、かつ、前記流量検出器の後流側で前記製品窒
素抜出し導管から余剰製品窒素抜出し導管を分岐
させ、前記精留塔から抜き出され前記熱交換器で
一旦温度回復した後に膨張タービンで断熱膨張さ
せられる廃ガスが流通する廃ガス抜出し導管の前
記熱交換器の入口側に前記余剰製品窒素抜出し導
管を合流連結し、該余剰製品窒素抜出し導管に流
量調節弁を設け、前記製品窒素の需要量と前記流
量検出器による前記製品窒素の検出量とに応じて
前記各流量調節弁の弁開度をそれぞれ調節する流
量調節器を設けたことで、余剰な製品窒素が有す
る圧力エネルギーを膨張タービンで寒冷として回
収し、製品液体窒素の採取量をこの寒冷に相当す
る量だけ更に増量できる窒素分離装置を提供する
ものである。
で、精留塔から抜き出され熱交換器で原料空気を
冷却した後の製品窒素が流通する製品窒素抜出し
導管の前記熱交換器の入口側に流量検出器を設
け、前記製品窒素抜出し導管の前記熱交換器の出
口側に流量調節弁を設け、前記熱交換器の入口側
で、かつ、前記流量検出器の後流側で前記製品窒
素抜出し導管から余剰製品窒素抜出し導管を分岐
させ、前記精留塔から抜き出され前記熱交換器で
一旦温度回復した後に膨張タービンで断熱膨張さ
せられる廃ガスが流通する廃ガス抜出し導管の前
記熱交換器の入口側に前記余剰製品窒素抜出し導
管を合流連結し、該余剰製品窒素抜出し導管に流
量調節弁を設け、前記製品窒素の需要量と前記流
量検出器による前記製品窒素の検出量とに応じて
前記各流量調節弁の弁開度をそれぞれ調節する流
量調節器を設けたことで、余剰な製品窒素が有す
る圧力エネルギーを膨張タービンで寒冷として回
収し、製品液体窒素の採取量をこの寒冷に相当す
る量だけ更に増量できる窒素分離装置を提供する
ものである。
本発明の一実施例を第２図により説明する。
尚、第２図で、第１図と同一装置、部品等は同一
符号で示し説明を省略する。
尚、第２図で、第１図と同一装置、部品等は同一
符号で示し説明を省略する。
第２図で、熱交換器１１の出口側に流量調節器
３３′に接続された流量調節弁３４が設けられた
製品窒素抜出し導管２１の熱交換器１１の入口側
に流量検出器３２′の後流側で熱交換器１１の入
口側の製品窒素抜出し導管２１から余剰製品窒素
抜出し導管２７を分岐させ、余剰製品窒素抜出し
導管２７を熱交換器１１の入口側の廃ガス抜出し
導管２４に連結し、余剰製品窒素抜出し導管２７
の途中に流量調節弁３６を設けると共に、流量調
節弁３６及び流量検出器３２′を流量調節器３
３′にそれぞれ接続している。
３３′に接続された流量調節弁３４が設けられた
製品窒素抜出し導管２１の熱交換器１１の入口側
に流量検出器３２′の後流側で熱交換器１１の入
口側の製品窒素抜出し導管２１から余剰製品窒素
抜出し導管２７を分岐させ、余剰製品窒素抜出し
導管２７を熱交換器１１の入口側の廃ガス抜出し
導管２４に連結し、余剰製品窒素抜出し導管２７
の途中に流量調節弁３６を設けると共に、流量調
節弁３６及び流量検出器３２′を流量調節器３
３′にそれぞれ接続している。
単式精留塔１０の上部から抜出され製品窒素抜
出し導管２１を流通する製品窒素の流量は流量検
出器３２′で検出される。製品窒素抜出し導管２
１を流通し熱交換器１１内を通過する間に、原料
空気を冷却し常温まで温度回復した、例えば、原
料空気の圧力が約８Kg／cm2Ｇの場合、圧力が約７
Kg／cm2Ｇとなる製品窒素の別途使用先（図示省
略）での需要量が単式精留塔１０から抜出される
製品窒素の量よりも少なくなつた場合は、それに
応じて流量調節弁３４の弁開度が流量調節器３
３′により調節されると同時に単式精留塔１０か
ら抜出される製品窒素の量も一定に保持するため
流量調節弁３６が流量調節器３３′により適量開
弁される。その後、余剰な製品窒素は余剰製品窒
素抜出し導管２７を流通し廃ガス抜出し導管２４
を流通している廃ガスと合流する。廃ガスと合流
した余剰な製品窒素は廃ガス抜出し導管２４を流
通し熱交換器１１内を通過する間に、原料空気を
冷却し約−150℃まで温度回復した後に膨張ター
ビン１４に供給され、ここで断熱膨張することに
より約−185℃まで温度降下し廃ガスと余剰な製
品窒素が有する圧力エネルギーが寒冷として回収
される。膨張タービン１４を出た廃ガスと余剰な
製品窒素の混合ガスは廃ガス取出し導管２５を流
通し熱交換器１１内を通過する間に、原料空気を
冷却し常温まで温度回復した後に廃ガス取出し導
管２５を更に流通して窒素分離装置外へ取出され
る。
出し導管２１を流通する製品窒素の流量は流量検
出器３２′で検出される。製品窒素抜出し導管２
１を流通し熱交換器１１内を通過する間に、原料
空気を冷却し常温まで温度回復した、例えば、原
料空気の圧力が約８Kg／cm2Ｇの場合、圧力が約７
Kg／cm2Ｇとなる製品窒素の別途使用先（図示省
略）での需要量が単式精留塔１０から抜出される
製品窒素の量よりも少なくなつた場合は、それに
応じて流量調節弁３４の弁開度が流量調節器３
３′により調節されると同時に単式精留塔１０か
ら抜出される製品窒素の量も一定に保持するため
流量調節弁３６が流量調節器３３′により適量開
弁される。その後、余剰な製品窒素は余剰製品窒
素抜出し導管２７を流通し廃ガス抜出し導管２４
を流通している廃ガスと合流する。廃ガスと合流
した余剰な製品窒素は廃ガス抜出し導管２４を流
通し熱交換器１１内を通過する間に、原料空気を
冷却し約−150℃まで温度回復した後に膨張ター
ビン１４に供給され、ここで断熱膨張することに
より約−185℃まで温度降下し廃ガスと余剰な製
品窒素が有する圧力エネルギーが寒冷として回収
される。膨張タービン１４を出た廃ガスと余剰な
製品窒素の混合ガスは廃ガス取出し導管２５を流
通し熱交換器１１内を通過する間に、原料空気を
冷却し常温まで温度回復した後に廃ガス取出し導
管２５を更に流通して窒素分離装置外へ取出され
る。
本実施例のように窒素分離装置を構成した場合
は、別途使用先での需要量の減少により余剰とな
つた製品窒素を大気へ放出することなく膨張ター
ビンに供給することで、余剰な製品窒素が有する
圧力エネルギーを寒冷として回収することができ
る。
は、別途使用先での需要量の減少により余剰とな
つた製品窒素を大気へ放出することなく膨張ター
ビンに供給することで、余剰な製品窒素が有する
圧力エネルギーを寒冷として回収することができ
る。
本発明によれば、余剰な製品窒素が有する圧力
エネルギーを寒冷として回収できるので、精留塔
の操作条件が一定であつても製品液体窒素の採取
量をこの寒冷に相当する量だけ更に増加できる効
果がある。
エネルギーを寒冷として回収できるので、精留塔
の操作条件が一定であつても製品液体窒素の採取
量をこの寒冷に相当する量だけ更に増加できる効
果がある。
第１図は、従来の窒素分離装置例を説明するも
ので、単式精留塔を用いた従来の窒素分離装置の
系統図、第２図は、本発明の一実施例を設明する
もので、単式精留塔を用いた本発明による窒素分
離装置の系統図である。 １０……単式精留塔、１１……熱交換器、１３
……凝縮器、１４……膨張タービン、２０……原
料空気供給導管、２１……製品窒素抜出し導管、
２２……製品液体窒素採取導管、２４……廃ガス
抜出し導管、２５……廃ガス取出し導管、２７…
…余剰製品窒素抜出し導管、３２′……流量検出
器、３３′……流量調節器、３４，３６……流量
調節弁。
ので、単式精留塔を用いた従来の窒素分離装置の
系統図、第２図は、本発明の一実施例を設明する
もので、単式精留塔を用いた本発明による窒素分
離装置の系統図である。 １０……単式精留塔、１１……熱交換器、１３
……凝縮器、１４……膨張タービン、２０……原
料空気供給導管、２１……製品窒素抜出し導管、
２２……製品液体窒素採取導管、２４……廃ガス
抜出し導管、２５……廃ガス取出し導管、２７…
…余剰製品窒素抜出し導管、３２′……流量検出
器、３３′……流量調節器、３４，３６……流量
調節弁。
Claims (1)
- １ 昇圧された原料空気を冷却する熱交換器と、
該熱交換器で冷却された前記原料空気が供給され
該原料空気から窒素を精留分離する精留塔と、該
精留塔から抜き出され前記熱交換器で前記原料空
気を一旦冷却して温度回復した廃ガスを断熱膨張
させて寒冷を回収する膨張タービンとを有する窒
素分離装置において、前記精留塔から抜き出され
前記熱交換器で前記原料空気を冷却した後の製品
窒素が流通する製品窒素抜出し導管の前記熱交換
器の入口側に流量険出器を設け、前記製品窒素抜
出し導管の前記熱交換器の出口側に流量調節弁を
設け、前記熱交換器の入口側で、かつ、前記流量
検出器の後流側で前記製品窒素抜出し導管から余
剰製品窒素抜出し導管を分岐させ、前記廃ガスが
流通する廃ガス抜出し導管の前記熱交換器の入口
側に前記余剰製品窒素抜出し導管を合流連結し、
該余剰製品窒素抜出し導管に流量調節弁を設け、
前記製品窒素の需要量と前記流量検出器による前
記製品窒素の検出量とに応じて前記各流量調節弁
の弁開度をそれぞれ調節する流量調節器を設けた
ことを特徴とする窒素分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17719781A JPS5880484A (ja) | 1981-11-06 | 1981-11-06 | 窒素分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17719781A JPS5880484A (ja) | 1981-11-06 | 1981-11-06 | 窒素分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5880484A JPS5880484A (ja) | 1983-05-14 |
| JPH0132434B2 true JPH0132434B2 (ja) | 1989-06-30 |
Family
ID=16026871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17719781A Granted JPS5880484A (ja) | 1981-11-06 | 1981-11-06 | 窒素分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5880484A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5099990A (ja) * | 1974-01-09 | 1975-08-08 | ||
| JPS55152373A (en) * | 1979-05-16 | 1980-11-27 | Hitachi Ltd | Nitrogen extraction of full low pressure type air separator |
-
1981
- 1981-11-06 JP JP17719781A patent/JPS5880484A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5880484A (ja) | 1983-05-14 |
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