JPH04297781A - 窒素ガス製造装置 - Google Patents
窒素ガス製造装置Info
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- JPH04297781A JPH04297781A JP2417888A JP41788890A JPH04297781A JP H04297781 A JPH04297781 A JP H04297781A JP 2417888 A JP2417888 A JP 2417888A JP 41788890 A JP41788890 A JP 41788890A JP H04297781 A JPH04297781 A JP H04297781A
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- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/10—Boiler-condenser with superposed stages
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、窒素ガス製造装置に
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子工業では極めて多量の窒素ガスが使
用されている。このため、安価な窒素ガスの供給が望ま
れ、その要望に応えるためにＰＳＡ方式が導入され、そ
れによつて窒素ガスが製造され供給されるようになつて
いる。このＰＳＡ方式による窒素ガス製造装置を図１に
示す。図において、１は空気取入口、２は空気圧縮機、
３はアフタークーラー、３ａは冷却水供給路、４は油水
セパレーターである。５は第１の吸着槽、６は第２の吸
着槽であり、Ｖ１ およびＶ２ は空気作動弁で、空気
圧縮機２によつて圧縮された空気を弁作用により吸着槽
６に送り込む。Ｖ３ およびＶ４ は真空弁であり、吸
着槽５，６内を真空ポンプ６ａの作用により真空状態に
する。６ｂは真空ポンプ６ａに冷却水を供給する冷却パ
イプ、６ｃはサイレンサー、６ｄはその排気パイプであ
る。 Ｖ５ ，Ｖ６ ，Ｖ７ およびＶ９ は空気作動弁であ
る。７は製品槽であり、パイプ８により吸着槽５，６に
接続されている。７ａは製品窒素ガス取出パイプ、７ｂ
は不純物分析計、７ｃは流量計である。この窒素ガス製
造装置は、空気圧縮機２により空気を圧縮し、この空気
圧縮機２に付随するアフタークーラー３によつて圧縮さ
れた空気を冷却してセパレーター４で凝縮水を除去し、
空気作動弁Ｖ１ またはＶ２ を経由させて吸着槽５，
６に送入する。２基の吸着槽５，６はそれぞれ酸素吸着
用のカーボンモレキユラシーブを内蔵しており、これら
の吸着槽５，６にはプレツシヤースイング方式により１
分間毎に交互に圧縮空気が送り込まれる。この場合、圧
縮空気の送り込まれていない吸着槽５，６は真空ポンプ
６ａの作用により内部が真空状態にされる。すなわち、
空気圧縮機２により圧縮された空気は、一方の吸着槽５
内に入りカーボンモレキユラシーブによつてそのなかの
酸素分を吸着除去され、窒素ガスとなつて弁Ｖ５ ，Ｖ
６ ，Ｖ９ を経て製品槽７に送られパイプ７ａから取
り出される。この時、他方の吸着槽６は、空気圧縮機２
からの空気が弁Ｖ２ の閉成によつて遮断され、かつ弁
Ｖ４ の開成によつて内部が真空ポンプ６ａにより真空
吸引される。その結果、カーボンモレキユラシーブに吸
着された酸素が吸引除去されカーボンモレキユラシーブ
が再生される。このようにして、吸着槽５，６から交互
に窒素ガスが製品槽７に送られ製品窒素ガスが連続的に
得られる。
用されている。このため、安価な窒素ガスの供給が望ま
れ、その要望に応えるためにＰＳＡ方式が導入され、そ
れによつて窒素ガスが製造され供給されるようになつて
いる。このＰＳＡ方式による窒素ガス製造装置を図１に
示す。図において、１は空気取入口、２は空気圧縮機、
３はアフタークーラー、３ａは冷却水供給路、４は油水
セパレーターである。５は第１の吸着槽、６は第２の吸
着槽であり、Ｖ１ およびＶ２ は空気作動弁で、空気
圧縮機２によつて圧縮された空気を弁作用により吸着槽
６に送り込む。Ｖ３ およびＶ４ は真空弁であり、吸
着槽５，６内を真空ポンプ６ａの作用により真空状態に
する。６ｂは真空ポンプ６ａに冷却水を供給する冷却パ
イプ、６ｃはサイレンサー、６ｄはその排気パイプであ
る。 Ｖ５ ，Ｖ６ ，Ｖ７ およびＶ９ は空気作動弁であ
る。７は製品槽であり、パイプ８により吸着槽５，６に
接続されている。７ａは製品窒素ガス取出パイプ、７ｂ
は不純物分析計、７ｃは流量計である。この窒素ガス製
造装置は、空気圧縮機２により空気を圧縮し、この空気
圧縮機２に付随するアフタークーラー３によつて圧縮さ
れた空気を冷却してセパレーター４で凝縮水を除去し、
空気作動弁Ｖ１ またはＶ２ を経由させて吸着槽５，
６に送入する。２基の吸着槽５，６はそれぞれ酸素吸着
用のカーボンモレキユラシーブを内蔵しており、これら
の吸着槽５，６にはプレツシヤースイング方式により１
分間毎に交互に圧縮空気が送り込まれる。この場合、圧
縮空気の送り込まれていない吸着槽５，６は真空ポンプ
６ａの作用により内部が真空状態にされる。すなわち、
空気圧縮機２により圧縮された空気は、一方の吸着槽５
内に入りカーボンモレキユラシーブによつてそのなかの
酸素分を吸着除去され、窒素ガスとなつて弁Ｖ５ ，Ｖ
６ ，Ｖ９ を経て製品槽７に送られパイプ７ａから取
り出される。この時、他方の吸着槽６は、空気圧縮機２
からの空気が弁Ｖ２ の閉成によつて遮断され、かつ弁
Ｖ４ の開成によつて内部が真空ポンプ６ａにより真空
吸引される。その結果、カーボンモレキユラシーブに吸
着された酸素が吸引除去されカーボンモレキユラシーブ
が再生される。このようにして、吸着槽５，６から交互
に窒素ガスが製品槽７に送られ製品窒素ガスが連続的に
得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の窒素ガス製造装
置は、カーボンモレキユラシーブが酸素を選択的に吸着
するという特性を利用して窒素ガスを製造するため、安
価に窒素ガスを得ることができる。しかしながら、前記
のように、２基の吸着槽５，６に１分間毎に交互に圧縮
空気を送り、それと同時に、他方の吸着槽内を真空吸引
するため、弁が多数必要になるとともに、弁操作も煩雑
になり故障が多発しやすいという欠点を有している。そ
のため、２個１組の吸着槽５，６を２組設け、１組を予
備としなければならないのが実情である。したがつて、
設備費がかさむという欠点も有している。
置は、カーボンモレキユラシーブが酸素を選択的に吸着
するという特性を利用して窒素ガスを製造するため、安
価に窒素ガスを得ることができる。しかしながら、前記
のように、２基の吸着槽５，６に１分間毎に交互に圧縮
空気を送り、それと同時に、他方の吸着槽内を真空吸引
するため、弁が多数必要になるとともに、弁操作も煩雑
になり故障が多発しやすいという欠点を有している。そ
のため、２個１組の吸着槽５，６を２組設け、１組を予
備としなければならないのが実情である。したがつて、
設備費がかさむという欠点も有している。
【０００４】他方、従来の深冷液化方式の窒素ガス製造
装置は、圧縮機で圧縮された圧縮原料空気の冷却用熱交
換器の冷却のために、膨脹タービンを用い、これを精留
塔内に溜る液体空気（深冷液化分離により低沸点の窒素
はガスとして取り出され、残部が酸素リツチな液体空気
となつて溜る）から蒸発したガスの圧力で駆動するよう
になつている。ところが、膨脹タービンは回転速度が極
めて大（数万回／分）であつて負荷変動（製品窒素の取
出量《需要量》の変動）に対する追従運転が困難である
ため、負荷変動時に製品の純度がばらつくという難点を
有している。また、このもの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要員が必要という難点も有している
。すなわち、膨脹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
回転部を有する膨脹タービンの除去に対して強い要望が
あつた。
装置は、圧縮機で圧縮された圧縮原料空気の冷却用熱交
換器の冷却のために、膨脹タービンを用い、これを精留
塔内に溜る液体空気（深冷液化分離により低沸点の窒素
はガスとして取り出され、残部が酸素リツチな液体空気
となつて溜る）から蒸発したガスの圧力で駆動するよう
になつている。ところが、膨脹タービンは回転速度が極
めて大（数万回／分）であつて負荷変動（製品窒素の取
出量《需要量》の変動）に対する追従運転が困難である
ため、負荷変動時に製品の純度がばらつくという難点を
有している。また、このもの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要員が必要という難点も有している
。すなわち、膨脹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
回転部を有する膨脹タービンの除去に対して強い要望が
あつた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、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
手段によつて圧縮された圧縮空気中の炭酸ガスと水分と
を除去する除去手段と、この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の一部を液化して底部に溜
め窒素のみを上部側から気体として取り出す精留塔を備
えた窒素ガス製造装置において、精留塔の上部に設けら
れ液体窒素の冷熱により還流液をつくりこれを連続的に
精留塔内へ流下させる分縮器と、装置外から液体窒素の
供給を受けこれを貯蔵する液体窒素貯蔵手段と、この液
体窒素貯蔵手段内の液体窒素を冷熱発生用膨脹器からの
発生冷熱に代えて圧縮空気液化用の寒冷源として連続的
に上記精留塔内に導く導入路と、上記精留塔から気体と
して取り出される窒素ガスおよび上記精留塔内において
寒冷源としての作用を終え気化した上記液体窒素を上記
熱交換手段を経由させ上記圧縮空気と熱交換させること
により温度上昇させ製品窒素ガスとする窒素ガス取出路
を備えたことを特徴とする窒素ガス製造装置をその要旨
とするものである。
り入れた空気を圧縮する空気圧縮手段と、この空気圧縮
手段によつて圧縮された圧縮空気中の炭酸ガスと水分と
を除去する除去手段と、この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の一部を液化して底部に溜
め窒素のみを上部側から気体として取り出す精留塔を備
えた窒素ガス製造装置において、精留塔の上部に設けら
れ液体窒素の冷熱により還流液をつくりこれを連続的に
精留塔内へ流下させる分縮器と、装置外から液体窒素の
供給を受けこれを貯蔵する液体窒素貯蔵手段と、この液
体窒素貯蔵手段内の液体窒素を冷熱発生用膨脹器からの
発生冷熱に代えて圧縮空気液化用の寒冷源として連続的
に上記精留塔内に導く導入路と、上記精留塔から気体と
して取り出される窒素ガスおよび上記精留塔内において
寒冷源としての作用を終え気化した上記液体窒素を上記
熱交換手段を経由させ上記圧縮空気と熱交換させること
により温度上昇させ製品窒素ガスとする窒素ガス取出路
を備えたことを特徴とする窒素ガス製造装置をその要旨
とするものである。
【０００６】すなわち、この発明の窒素ガス製造装置は
、液体窒素の蒸発熱を利用して、精留塔に送り込まれる
圧縮空気を冷却し、圧縮空気の一部を液化分離して窒素
を気体のままで保持し、これを、精留塔における寒冷源
としての作用を終えて気化した液体窒素と合わせて製品
窒素ガスとして取り出すため、膨脹タービンが不要にな
り、膨脹タービンに起因する上記負荷変動時における純
度ばらつき等の弊害を回避でき、かつ窒素ガスを安価に
得ることができるようになる。そのうえ、この装置は、
精留塔とは別個に液体窒素蒸発器を備えており、精留塔
ラインの故障時もしくは精留塔だけでは対応できないよ
うな製品窒素ガスの需要量の大幅な増加時に、上記液体
窒素蒸発器を作動させ、上記液体窒素貯蔵手段の液体窒
素をその液体窒素蒸発器で製品窒素ガスとして気化させ
うるため、製品窒素ガスの供給がとぎれたり、需要量の
大幅増加時における製品窒素ガスの純度低下が生じない
のである。
、液体窒素の蒸発熱を利用して、精留塔に送り込まれる
圧縮空気を冷却し、圧縮空気の一部を液化分離して窒素
を気体のままで保持し、これを、精留塔における寒冷源
としての作用を終えて気化した液体窒素と合わせて製品
窒素ガスとして取り出すため、膨脹タービンが不要にな
り、膨脹タービンに起因する上記負荷変動時における純
度ばらつき等の弊害を回避でき、かつ窒素ガスを安価に
得ることができるようになる。そのうえ、この装置は、
精留塔とは別個に液体窒素蒸発器を備えており、精留塔
ラインの故障時もしくは精留塔だけでは対応できないよ
うな製品窒素ガスの需要量の大幅な増加時に、上記液体
窒素蒸発器を作動させ、上記液体窒素貯蔵手段の液体窒
素をその液体窒素蒸発器で製品窒素ガスとして気化させ
うるため、製品窒素ガスの供給がとぎれたり、需要量の
大幅増加時における製品窒素ガスの純度低下が生じない
のである。
【０００７】つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳
しく説明する。
しく説明する。
【０００８】
【実施例】図２はこの発明の一実施例の構成図である。
図において、９は空気圧縮機、１０はドレン分離器、１
１はフロン冷却器、１２は２個１組の吸着筒である。吸
着筒１２は内部にモレキユラシーブが充填されていて空
気圧縮機９により圧縮された空気中のＨ２ ＯおよびＣ
Ｏ２ を吸着除去する作用をする。１３は第１の熱交換
器であり、吸着筒１２によりＨ２ ＯおよびＣＯ２ を
吸着除去された圧縮空気が送り込まれる。１４は第２の
熱交換器であり、第１の熱交換器１３を経た圧縮空気が
送り込まれる。１５は液体窒素を溜めるための分縮器１
６を塔頂に備えた精留塔であり、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をさ
らに冷却し、その一部を液化して底部に溜め、窒素のみ
を気体状態で上部から取り出すようになつている。すな
わち、この精留塔１５は、第１および第２の熱交換器１
３，１４を経て超低温（約−１７０℃）に冷却された圧
縮空気を、パイプ１７により精留塔１５の底部の貯溜液
体空気（Ｎ２ ５０〜７０％，Ｏ２３０〜５０％）１８
中を通してさらに冷却し、ついで膨脹弁１９を経て内部
に噴射させ、精留棚および分縮器１６で酸素等を液化し
、窒素を気体のまま残すようになつている。この分縮器
１６は、多数のチユーブ２０が植設されている仕切板２
１によつて塔部２２と区切られていて、仕切板２１上に
は圧縮空気の液化分離の際に生じた液体窒素および液体
窒素貯槽２３から第１の導入路パイプ２４を経て供給さ
れた液体窒素が貯溜される。そして、上記分縮器１６は
、精留棚を経て精留塔１５内を上昇する圧縮空気由来の
ガスをチユーブ２０内に案内して貯溜液体窒素の冷熱で
冷却し、そのガスを分縮すると同時にそのガス中の微量
酸素（沸点−１８３℃）等を液化して流下させ窒素（沸
点−１９６℃）を気体のまま上方に移行させるようにな
つている。上方に移行した気体窒素の一部は先に述べた
ように液化して仕切板２１上の貯溜液体窒素となる。
１はフロン冷却器、１２は２個１組の吸着筒である。吸
着筒１２は内部にモレキユラシーブが充填されていて空
気圧縮機９により圧縮された空気中のＨ２ ＯおよびＣ
Ｏ２ を吸着除去する作用をする。１３は第１の熱交換
器であり、吸着筒１２によりＨ２ ＯおよびＣＯ２ を
吸着除去された圧縮空気が送り込まれる。１４は第２の
熱交換器であり、第１の熱交換器１３を経た圧縮空気が
送り込まれる。１５は液体窒素を溜めるための分縮器１
６を塔頂に備えた精留塔であり、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をさ
らに冷却し、その一部を液化して底部に溜め、窒素のみ
を気体状態で上部から取り出すようになつている。すな
わち、この精留塔１５は、第１および第２の熱交換器１
３，１４を経て超低温（約−１７０℃）に冷却された圧
縮空気を、パイプ１７により精留塔１５の底部の貯溜液
体空気（Ｎ２ ５０〜７０％，Ｏ２３０〜５０％）１８
中を通してさらに冷却し、ついで膨脹弁１９を経て内部
に噴射させ、精留棚および分縮器１６で酸素等を液化し
、窒素を気体のまま残すようになつている。この分縮器
１６は、多数のチユーブ２０が植設されている仕切板２
１によつて塔部２２と区切られていて、仕切板２１上に
は圧縮空気の液化分離の際に生じた液体窒素および液体
窒素貯槽２３から第１の導入路パイプ２４を経て供給さ
れた液体窒素が貯溜される。そして、上記分縮器１６は
、精留棚を経て精留塔１５内を上昇する圧縮空気由来の
ガスをチユーブ２０内に案内して貯溜液体窒素の冷熱で
冷却し、そのガスを分縮すると同時にそのガス中の微量
酸素（沸点−１８３℃）等を液化して流下させ窒素（沸
点−１９６℃）を気体のまま上方に移行させるようにな
つている。上方に移行した気体窒素の一部は先に述べた
ように液化して仕切板２１上の貯溜液体窒素となる。
【０００９】この場合、精留塔１５の塔部２２内に噴射
された圧縮空気は、チユーブ２０から流下する液体酸素
と向流的に接触するため、酸素の液化分離が一層促進さ
れる。２５は上記分縮器１６内の貯溜液体窒素の液面を
一定に保つ液面計であり、分縮器１６内の液体窒素の液
面の変動に応じてバルブ２６を制御し液体窒素貯槽２３
からの液体窒素の供給量を制御する。２７は分縮器１６
の上部に溜まつた窒素ガスを取り出す取り出しパイプで
、超低温の窒素ガスを第２，第１の熱交換器１４，１３
内に案内し、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交換させ
て常温にしメインパイプ２８に送り込む作用をする。 ２９は精留塔１５の底部の貯溜液体空気１８を第２およ
び第１の熱交換器１４，１３に送り込む送り込みパイプ
で、２９ａは保圧弁である。上記第２および第１の熱交
換器１４，１３で熱交換（熱交換器１４，１３内の圧縮
空気の冷却）を終えた上記貯溜液体空気は気化して第１
の熱交換器１３から矢印Ａのように放出されるようにな
つている。３０はバツクアツプ系ラインであり、液体窒
素蒸発器３１，これに上記液体窒素貯槽２３から液体窒
素を供給する第２の導入路パイプ３０ａ，上記液体窒素
蒸発器３１で気化生成した窒素ガスをメインパイプ２８
に送入する案内パイプ３０ｂ，この案内パイプ３０ｂに
設けられた圧力調節弁３３ａから構成されている。上記
圧力調節弁３３ａは、２次側（使用側）の圧力が設定圧
力より下がると、弁を開き、または弁の開度を調節し、
２次側の圧力が設定圧力を保つよう作用する。このバツ
クアツプ系ライン３０では、精留塔ラインが故障したり
、または製品窒素ガスの需要量が大幅に増加したりして
メインパイプ２８内の圧力が下がると、上記圧力調節弁
３３ａが開成作動するため、上記液体窒素貯槽２３から
液体窒素が液体窒素蒸発器３１に流れて気化し、その生
成気化窒素ガスが製品窒素ガスとして上記メインパイプ
２８内に流入するようになつている。３２は不純物分析
計であり、メインパイプ２８から送り出される製品窒素
ガスの純度を分析し、純度の低いときは、弁３４，３４
ａを作動させて製品窒素ガスを矢印Ｂのように外部に逃
気する作用をする。３３はメインパイプ２８に設けられ
た圧力調節弁である。
された圧縮空気は、チユーブ２０から流下する液体酸素
と向流的に接触するため、酸素の液化分離が一層促進さ
れる。２５は上記分縮器１６内の貯溜液体窒素の液面を
一定に保つ液面計であり、分縮器１６内の液体窒素の液
面の変動に応じてバルブ２６を制御し液体窒素貯槽２３
からの液体窒素の供給量を制御する。２７は分縮器１６
の上部に溜まつた窒素ガスを取り出す取り出しパイプで
、超低温の窒素ガスを第２，第１の熱交換器１４，１３
内に案内し、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交換させ
て常温にしメインパイプ２８に送り込む作用をする。 ２９は精留塔１５の底部の貯溜液体空気１８を第２およ
び第１の熱交換器１４，１３に送り込む送り込みパイプ
で、２９ａは保圧弁である。上記第２および第１の熱交
換器１４，１３で熱交換（熱交換器１４，１３内の圧縮
空気の冷却）を終えた上記貯溜液体空気は気化して第１
の熱交換器１３から矢印Ａのように放出されるようにな
つている。３０はバツクアツプ系ラインであり、液体窒
素蒸発器３１，これに上記液体窒素貯槽２３から液体窒
素を供給する第２の導入路パイプ３０ａ，上記液体窒素
蒸発器３１で気化生成した窒素ガスをメインパイプ２８
に送入する案内パイプ３０ｂ，この案内パイプ３０ｂに
設けられた圧力調節弁３３ａから構成されている。上記
圧力調節弁３３ａは、２次側（使用側）の圧力が設定圧
力より下がると、弁を開き、または弁の開度を調節し、
２次側の圧力が設定圧力を保つよう作用する。このバツ
クアツプ系ライン３０では、精留塔ラインが故障したり
、または製品窒素ガスの需要量が大幅に増加したりして
メインパイプ２８内の圧力が下がると、上記圧力調節弁
３３ａが開成作動するため、上記液体窒素貯槽２３から
液体窒素が液体窒素蒸発器３１に流れて気化し、その生
成気化窒素ガスが製品窒素ガスとして上記メインパイプ
２８内に流入するようになつている。３２は不純物分析
計であり、メインパイプ２８から送り出される製品窒素
ガスの純度を分析し、純度の低いときは、弁３４，３４
ａを作動させて製品窒素ガスを矢印Ｂのように外部に逃
気する作用をする。３３はメインパイプ２８に設けられ
た圧力調節弁である。
【００１０】この装置は、つぎのようにして製品窒素ガ
スを製造する。すなわち、空気圧縮機９により空気を圧
縮し、ドレン分離器１０により圧縮された空気中の水分
を除去してフロン冷却器１１により冷却し、その状態で
モレキユラシーブが充填されている吸着筒１２に送り込
み、空気中のＨ２ ＯおよびＣＯ２ を吸着除去する。 ついで、Ｈ２ Ｏ，ＣＯ２ が吸着除去された圧縮空気
を第１の熱交換器１３および第２の熱交換器１４に送り
込んで超低温に冷却し、さらに精留塔１５の下部の貯溜
液体空気１８で冷却したのち、精留塔１５内に噴射させ
る。そして、窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−１８
３℃，窒素の沸点−１９６℃）を利用して空気中の酸素
を液化し、窒素を気体のまま取り出して第１または第２
の熱交換器１３，１４に送り込み常温近くまで昇温させ
メインパイプ２８から窒素ガスとして取り出す。この場
合、液体窒素貯槽２３内の液体窒素は、精留塔１５の分
縮器１６の寒冷源として作用し、それ自身は気化してメ
インパイプ２８内に送り込まれ、上記精留塔１５から得
られる空気中の窒素ガスと合わされ製品窒素ガスとして
取り出される。
スを製造する。すなわち、空気圧縮機９により空気を圧
縮し、ドレン分離器１０により圧縮された空気中の水分
を除去してフロン冷却器１１により冷却し、その状態で
モレキユラシーブが充填されている吸着筒１２に送り込
み、空気中のＨ２ ＯおよびＣＯ２ を吸着除去する。 ついで、Ｈ２ Ｏ，ＣＯ２ が吸着除去された圧縮空気
を第１の熱交換器１３および第２の熱交換器１４に送り
込んで超低温に冷却し、さらに精留塔１５の下部の貯溜
液体空気１８で冷却したのち、精留塔１５内に噴射させ
る。そして、窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点−１８
３℃，窒素の沸点−１９６℃）を利用して空気中の酸素
を液化し、窒素を気体のまま取り出して第１または第２
の熱交換器１３，１４に送り込み常温近くまで昇温させ
メインパイプ２８から窒素ガスとして取り出す。この場
合、液体窒素貯槽２３内の液体窒素は、精留塔１５の分
縮器１６の寒冷源として作用し、それ自身は気化してメ
インパイプ２８内に送り込まれ、上記精留塔１５から得
られる空気中の窒素ガスと合わされ製品窒素ガスとして
取り出される。
【００１１】このように、この窒素ガス製造装置によれ
ば、液体窒素の蒸発熱を利用して圧縮空気を冷却し、そ
れを精留塔１５に送り込んで酸素等を分離し窒素のみを
取り出し、これを寒冷源となつた液体窒素（気体状にな
つている）と合わせて製品窒素ガスとするため、膨脹タ
ービンに起因する前記弊害を全く生じず、極めて安価に
、かつ高純度の窒素ガスを得ることができる。
ば、液体窒素の蒸発熱を利用して圧縮空気を冷却し、そ
れを精留塔１５に送り込んで酸素等を分離し窒素のみを
取り出し、これを寒冷源となつた液体窒素（気体状にな
つている）と合わせて製品窒素ガスとするため、膨脹タ
ービンに起因する前記弊害を全く生じず、極めて安価に
、かつ高純度の窒素ガスを得ることができる。
【００１２】すなわち、精留塔１５を高精度に設定する
ことにより、純度９９．９９９％の窒素ガスを純度ばら
つきなく得ることができるようになる。これに対して、
ＰＳＡ方式の窒素ガス製造装置では、たかだか９９．３
％の純度のものしか得られないのであり、膨脹タービン
を用いる深冷液化分離装置では負荷変動時に純度がばら
つくのである。そのうえ、この窒素ガス製造装置は、製
品窒素ガスの需要量に変動が生じても、その変動に応じ
て液面計２５がバルブ２６の開度や開閉を制御するため
、迅速に対応できる。そして、液面計２５によるバルブ
制御では対応できないような需要量の大幅な増加時、も
しくは精留塔ラインの故障によつて精留塔１５から製品
窒素ガスが得られなくなつたりした時等に、バツクアツ
プ系ライン３０が作動して液体窒素貯槽２３内の液体窒
素を直接蒸発器３１で気化し、これを製品窒素ガスとし
てメインパイプ２８に流すため、需要量の大幅増加時に
おける製品窒素ガスの純度低下現象の発生や、製品窒素
ガス供給のとだえが回避され、常時安定に製品窒素ガス
を供給しうるのであり、これが大きな特徴である。しか
も、この装置は、１基の液体窒素貯槽２３を、精留塔ラ
インとバツクアツプラインの双方の貯槽として共用する
ため、設備費を大幅に節約できると同時に、液体窒素貯
槽の設置スペースを小さくでき、装置全体のコンパクト
化を実現できるのであり、これも大きな特徴である。
ことにより、純度９９．９９９％の窒素ガスを純度ばら
つきなく得ることができるようになる。これに対して、
ＰＳＡ方式の窒素ガス製造装置では、たかだか９９．３
％の純度のものしか得られないのであり、膨脹タービン
を用いる深冷液化分離装置では負荷変動時に純度がばら
つくのである。そのうえ、この窒素ガス製造装置は、製
品窒素ガスの需要量に変動が生じても、その変動に応じ
て液面計２５がバルブ２６の開度や開閉を制御するため
、迅速に対応できる。そして、液面計２５によるバルブ
制御では対応できないような需要量の大幅な増加時、も
しくは精留塔ラインの故障によつて精留塔１５から製品
窒素ガスが得られなくなつたりした時等に、バツクアツ
プ系ライン３０が作動して液体窒素貯槽２３内の液体窒
素を直接蒸発器３１で気化し、これを製品窒素ガスとし
てメインパイプ２８に流すため、需要量の大幅増加時に
おける製品窒素ガスの純度低下現象の発生や、製品窒素
ガス供給のとだえが回避され、常時安定に製品窒素ガス
を供給しうるのであり、これが大きな特徴である。しか
も、この装置は、１基の液体窒素貯槽２３を、精留塔ラ
インとバツクアツプラインの双方の貯槽として共用する
ため、設備費を大幅に節約できると同時に、液体窒素貯
槽の設置スペースを小さくでき、装置全体のコンパクト
化を実現できるのであり、これも大きな特徴である。
【００１３】上記のように、この発明の窒素ガス製造装
置によれば高純度の窒素ガスが安定な状態で得られるた
め、それをそのまま電子工業向けにすることができる。 そして、このガスには炭酸ガスが含まれていない（製造
装置内で除去されている）ため、炭酸ガス用の吸着槽を
別個に装備する必要がない。さらに、少量の液体窒素を
供給するだけで大量の窒素ガスが得られるようになる。 すなわち、この発明の窒素ガス製造装置によれば、液体
窒素貯槽２３から１００Ｎｍ３ （ガス換算）の液体窒
素を分縮器１６に送り込むことにより、１０００Ｎｍ３
の製品窒素ガスを得ることができる。このように、こ
の製造装置によれば少量の液体窒素を供給するだけで、
その１０倍の製品窒素ガスが得られるようになるのであ
る。 したがつて、極めて安価な窒素ガスが得られるようにな
る。また、ＰＳＡ方式や膨脹タービン使用の従来の深冷
液化分離方式による窒素ガス製造装置に比べて、装置が
簡単であるため装置全体が安価であり、かつ多数の弁等
も不要なため、装置の信頼度が大である。また、膨脹タ
ービンに起因する特別な要員も不要になる。
置によれば高純度の窒素ガスが安定な状態で得られるた
め、それをそのまま電子工業向けにすることができる。 そして、このガスには炭酸ガスが含まれていない（製造
装置内で除去されている）ため、炭酸ガス用の吸着槽を
別個に装備する必要がない。さらに、少量の液体窒素を
供給するだけで大量の窒素ガスが得られるようになる。 すなわち、この発明の窒素ガス製造装置によれば、液体
窒素貯槽２３から１００Ｎｍ３ （ガス換算）の液体窒
素を分縮器１６に送り込むことにより、１０００Ｎｍ３
の製品窒素ガスを得ることができる。このように、こ
の製造装置によれば少量の液体窒素を供給するだけで、
その１０倍の製品窒素ガスが得られるようになるのであ
る。 したがつて、極めて安価な窒素ガスが得られるようにな
る。また、ＰＳＡ方式や膨脹タービン使用の従来の深冷
液化分離方式による窒素ガス製造装置に比べて、装置が
簡単であるため装置全体が安価であり、かつ多数の弁等
も不要なため、装置の信頼度が大である。また、膨脹タ
ービンに起因する特別な要員も不要になる。
【００１４】図３は他の実施例の構成図である。この窒
素ガス製造装置は、精留塔１５の上方に凝縮器３５を付
帯させて連通パイプ３６により分縮器１６の上部と連通
させ、分縮器１６の上部に溜められた窒素ガス（分縮器
１６によつて酸素が液化分離され得られた窒素ガス＋液
体窒素貯槽２３から供給された液体窒素の気化窒素ガス
）を凝縮器３５内に入れるように構成している。そして
、この窒素ガスを、一端３５ｂが精留塔１５の底部と連
通し他端３５ｃが第２および第１の熱交換器１４，１３
を通つて空気中に開放されている冷却パイプ３５ａで冷
却して（冷媒は精留塔１５底部の貯溜液体空気）その一
部を凝縮させ、生成した液体窒素３７を、ヘツド差を利
用して戻しパイプ３８から分縮器１６内へ戻し、未凝縮
の窒素ガスを第２および第１の熱交換器１４，１３を通
してメインパイプ２８に送り込むようにしている。それ
以外の部分は前記の実施例と同じであり、同一部分に同
一符号を付している。
素ガス製造装置は、精留塔１５の上方に凝縮器３５を付
帯させて連通パイプ３６により分縮器１６の上部と連通
させ、分縮器１６の上部に溜められた窒素ガス（分縮器
１６によつて酸素が液化分離され得られた窒素ガス＋液
体窒素貯槽２３から供給された液体窒素の気化窒素ガス
）を凝縮器３５内に入れるように構成している。そして
、この窒素ガスを、一端３５ｂが精留塔１５の底部と連
通し他端３５ｃが第２および第１の熱交換器１４，１３
を通つて空気中に開放されている冷却パイプ３５ａで冷
却して（冷媒は精留塔１５底部の貯溜液体空気）その一
部を凝縮させ、生成した液体窒素３７を、ヘツド差を利
用して戻しパイプ３８から分縮器１６内へ戻し、未凝縮
の窒素ガスを第２および第１の熱交換器１４，１３を通
してメインパイプ２８に送り込むようにしている。それ
以外の部分は前記の実施例と同じであり、同一部分に同
一符号を付している。
【００１５】すなわち、この窒素ガス製造装置は、分縮
器１６の上部から得られる製品窒素ガスを凝縮器３５に
導き、その一部を凝縮させて分縮器１６内に戻し、液体
窒素貯槽２３から供給される液体窒素に合わせるように
するため、上記凝縮器３５が精留作用を発揮するように
なる。したがつて、前記の実施例の装置に比べて、液体
窒素貯槽２３に供給する液体窒素として純度の低いもの
を用いうるという優れた効果を得ることができるように
なる。 図４はさらに他の実施例の構成図である。こ
の窒素ガス製造装置は、戻しパイプ３８を分縮器１６で
はなく、精留塔１５の上部に接続して凝縮液体窒素を精
留塔１５の上部へ戻すようにしている。それ以外の部分
は図３の実施例と同じであり同一部分に同一符号を付し
ている。
器１６の上部から得られる製品窒素ガスを凝縮器３５に
導き、その一部を凝縮させて分縮器１６内に戻し、液体
窒素貯槽２３から供給される液体窒素に合わせるように
するため、上記凝縮器３５が精留作用を発揮するように
なる。したがつて、前記の実施例の装置に比べて、液体
窒素貯槽２３に供給する液体窒素として純度の低いもの
を用いうるという優れた効果を得ることができるように
なる。 図４はさらに他の実施例の構成図である。こ
の窒素ガス製造装置は、戻しパイプ３８を分縮器１６で
はなく、精留塔１５の上部に接続して凝縮液体窒素を精
留塔１５の上部へ戻すようにしている。それ以外の部分
は図３の実施例と同じであり同一部分に同一符号を付し
ている。
【００１６】この実施例によれば、上記と同様の効果が
得られるほか、還流液量が増加するため精留効果の向上
も実現しうるようになる。
得られるほか、還流液量が増加するため精留効果の向上
も実現しうるようになる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、この発明の窒素ガス製造
装置は、膨脹タービンを用いず、それに代えて何ら回転
部を持たない液体窒素貯槽のような液体窒素貯蔵手段を
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。しかも膨脹タービンは高速回転機器である
ため、負荷変動（製品窒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ところ、この発明の
装置は、膨脹タービンに代えて液体窒素貯槽を用い、供
給量のきめ細かい調節が可能な液体窒素を寒冷源として
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窒素ガスを製造し
うるようになる。特に、この発明の装置は、精留塔とは
別個に液体窒素蒸発器を備えており、精留塔ラインの故
障時もしくは精留塔だけでは対応できないような製品窒
素ガスの需要量の大幅な増加時に、上記液体窒素蒸発器
を作動させ、上記液体窒素貯蔵手段の液体窒素をその液
体窒素蒸発器で製品窒素ガスとして気化させうるため、
製品窒素ガスの供給がとぎれたり、需要量の大幅増加時
における製品窒素ガスの純度低下が生じないという優れ
た効果を奏するのである。しかも、この装置は、１基の
液体窒素貯蔵手段を、精留塔ラインとバツクアツプライ
ンの双方の液体窒素貯蔵手段として共用するため、設備
費を大幅に節約できると同時に、液体窒素貯槽等の液体
窒素貯蔵手段の設置スペースを小さくでき、装置全体の
コンパクト化を実現できるのであり、これが大きな特徴
である。
装置は、膨脹タービンを用いず、それに代えて何ら回転
部を持たない液体窒素貯槽のような液体窒素貯蔵手段を
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。しかも膨脹タービンは高速回転機器である
ため、負荷変動（製品窒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ところ、この発明の
装置は、膨脹タービンに代えて液体窒素貯槽を用い、供
給量のきめ細かい調節が可能な液体窒素を寒冷源として
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窒素ガスを製造し
うるようになる。特に、この発明の装置は、精留塔とは
別個に液体窒素蒸発器を備えており、精留塔ラインの故
障時もしくは精留塔だけでは対応できないような製品窒
素ガスの需要量の大幅な増加時に、上記液体窒素蒸発器
を作動させ、上記液体窒素貯蔵手段の液体窒素をその液
体窒素蒸発器で製品窒素ガスとして気化させうるため、
製品窒素ガスの供給がとぎれたり、需要量の大幅増加時
における製品窒素ガスの純度低下が生じないという優れ
た効果を奏するのである。しかも、この装置は、１基の
液体窒素貯蔵手段を、精留塔ラインとバツクアツプライ
ンの双方の液体窒素貯蔵手段として共用するため、設備
費を大幅に節約できると同時に、液体窒素貯槽等の液体
窒素貯蔵手段の設置スペースを小さくでき、装置全体の
コンパクト化を実現できるのであり、これが大きな特徴
である。
【００１８】
【図１】従来例の構成図である。
【図２】この発明の一実施例の構成図である。
【図３】他の実施例の構成図である。
【図４】さらに他の実施例の構成図である。
【００１９】
９ 空気圧縮機
１２ 吸着筒
１３，１４ 熱交換器
１５ 精留塔
１６ 分縮器
１８ 貯溜液体空気
２３ 液体窒素貯槽
２４ 第１の導入路パイプ
２５ 液面計
２６ バルブ
２７ 取り出しパイプ
２８ メインパイプ
３０ バツクアツプライン系
３０ａ 第２の導入路パイプ
３１ 液体窒素蒸発器
３３，３３ａ 圧力調節弁
Claims (1)
- 【請求項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つて圧縮された圧
縮空気中の炭酸ガスと水分とを除去する除去手段と、こ
の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
気の一部を液化して底部に溜め窒素のみを上部側から気
体として取り出す精留塔を備えた窒素ガス製造装置にお
いて、精留塔の上部に設けられ液体窒素の冷熱により還
流液をつくりこれを連続的に精留塔内へ流下させる分縮
器と、装置外から液体窒素の供給を受けこれを貯蔵する
液体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の液体窒
素を冷熱発生用膨脹器からの発生冷熱に代えて圧縮空気
液化用の寒冷源として連続的に上記精留塔内に導く導入
路と、上記精留塔から気体として取り出される窒素ガス
および上記精留塔内において寒冷源としての作用を終え
気化した上記液体窒素を上記熱交換手段を経由させ上記
圧縮空気と熱交換させることにより温度上昇させ製品窒
素ガスとする窒素ガス取出路を備えたことを特徴とする
窒素ガス製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2417888A JP2540244B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 窒素ガス製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2417888A JP2540244B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 窒素ガス製造装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29469487A Division JPS63148080A (ja) | 1987-11-20 | 1987-11-20 | 窒素ガス製造装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5198415A Division JP2672251B2 (ja) | 1993-08-10 | 1993-08-10 | 窒素ガス製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04297781A true JPH04297781A (ja) | 1992-10-21 |
| JP2540244B2 JP2540244B2 (ja) | 1996-10-02 |
Family
ID=18525902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2417888A Expired - Lifetime JP2540244B2 (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 窒素ガス製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2540244B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07305952A (ja) * | 1994-12-22 | 1995-11-21 | Daido Hoxan Inc | 窒素ガス製造装置 |
| CN117537574A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-09 | 华能（天津）煤气化发电有限公司 | 一种液氮回注精馏塔加快空分启动结构及方法 |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2417888A patent/JP2540244B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07305952A (ja) * | 1994-12-22 | 1995-11-21 | Daido Hoxan Inc | 窒素ガス製造装置 |
| CN117537574A (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-09 | 华能（天津）煤气化发电有限公司 | 一种液氮回注精馏塔加快空分启动结构及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2540244B2 (ja) | 1996-10-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19931116 |