JPH07139873A - 酸素ガス製造装置 - Google Patents
酸素ガス製造装置Info
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- JPH07139873A JPH07139873A JP28357593A JP28357593A JPH07139873A JP H07139873 A JPH07139873 A JP H07139873A JP 28357593 A JP28357593 A JP 28357593A JP 28357593 A JP28357593 A JP 28357593A JP H07139873 A JPH07139873 A JP H07139873A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/02—Preparation of oxygen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 加圧状態の酸素ガスを低コストで効率よく製
造しうる酸素ガス製造装置を提供する。 【構成】 精留塔５８の上部塔５９に溜まる液体酸素７
１を取り出し、これを液体の状態で加圧し、ついで熱交
換器５６，５７に送り、さらに膨脹タービン７５に導入
し断熱膨脹させて寒冷を発生させ、その発生寒冷を熱交
換器５６，５７に送り、装置全体の寒冷源とする。
造しうる酸素ガス製造装置を提供する。 【構成】 精留塔５８の上部塔５９に溜まる液体酸素７
１を取り出し、これを液体の状態で加圧し、ついで熱交
換器５６，５７に送り、さらに膨脹タービン７５に導入
し断熱膨脹させて寒冷を発生させ、その発生寒冷を熱交
換器５６，５７に送り、装置全体の寒冷源とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、酸素ガスを加圧状態
で得ることができる酸素ガス製造装置に関するものであ
る。
で得ることができる酸素ガス製造装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、酸素ガスは、空気分離装置を
用い、窒素と酸素の沸点の差を利用し両者を分離するこ
とにより製造されている。この種の典型的な空気分離装
置は、図３に示すように、原料空気吸入管１から原料空
気を吸入し、これを空気圧縮器２で圧縮し、パイプ３を
経て第１および第２の熱交換器４，５を経由して冷却
し、さらに、パイプ７を経由し、精留塔８の下部塔８’
内に、液化点近くまで冷却した状態で導入するようにな
っている。この下部塔８’内においては、空気の精留が
行われ、酸素に富んだ液体空気が下部塔８’の底部に溜
まり、窒素は気体の状態で上方に移行し、下部塔８’の
塔頂からパイプ１０によって導出される。導出された窒
素ガスは、第２および第１の熱交換器５，４で熱交換
し、常温近傍の製品窒素ガスとなり、パイプ３３から導
出される。下部塔８’の塔頂から導出される窒素ガスの
一部は、パイプ１７を経て上部塔８”の凝縮器１６内に
導入され、ここで液化され液体窒素となってパイプ１８
から、下部塔８’内に流下しその還流液となる。上部塔
８”には、下部塔８’の底部から酸素に富んだ液体空気
が、膨脹弁１２’付きのパイプ１２によって、導入され
る。上部塔８”では液体空気の精留が行われ、液体酸素
９が底部に溜まり、窒素に富んだ排ガスが塔頂からパイ
プ２１で導出される。この導出された排ガスは、第２の
熱交換器５を経由し、パイプ２４ならびに弁２５を経て
膨脹タービン２６に入り、ここで断熱膨脹して装置に必
要な寒冷を発生し、ついでパイプ２９を経て第２および
第１の熱交換器５，４に導入され、ここで寒冷を原料空
気に付与し、それ自身はパイプ３１から大気中に放出さ
れる。パイプ２９に設けられた弁３２は、上部塔８”内
の液面により、膨脹タービン２６の系路２１に対する排
ガスの供給量を制御する。液体酸素は、上部塔８”の底
部から、パイプ１０’で導出され、第２および第１の熱
交換器５，４を経て気化し、酸素ガスとなり、ついで加
圧ポンプＰで加圧され、加圧状態の製品酸素ガスとな
り、需要に供される。
用い、窒素と酸素の沸点の差を利用し両者を分離するこ
とにより製造されている。この種の典型的な空気分離装
置は、図３に示すように、原料空気吸入管１から原料空
気を吸入し、これを空気圧縮器２で圧縮し、パイプ３を
経て第１および第２の熱交換器４，５を経由して冷却
し、さらに、パイプ７を経由し、精留塔８の下部塔８’
内に、液化点近くまで冷却した状態で導入するようにな
っている。この下部塔８’内においては、空気の精留が
行われ、酸素に富んだ液体空気が下部塔８’の底部に溜
まり、窒素は気体の状態で上方に移行し、下部塔８’の
塔頂からパイプ１０によって導出される。導出された窒
素ガスは、第２および第１の熱交換器５，４で熱交換
し、常温近傍の製品窒素ガスとなり、パイプ３３から導
出される。下部塔８’の塔頂から導出される窒素ガスの
一部は、パイプ１７を経て上部塔８”の凝縮器１６内に
導入され、ここで液化され液体窒素となってパイプ１８
から、下部塔８’内に流下しその還流液となる。上部塔
８”には、下部塔８’の底部から酸素に富んだ液体空気
が、膨脹弁１２’付きのパイプ１２によって、導入され
る。上部塔８”では液体空気の精留が行われ、液体酸素
９が底部に溜まり、窒素に富んだ排ガスが塔頂からパイ
プ２１で導出される。この導出された排ガスは、第２の
熱交換器５を経由し、パイプ２４ならびに弁２５を経て
膨脹タービン２６に入り、ここで断熱膨脹して装置に必
要な寒冷を発生し、ついでパイプ２９を経て第２および
第１の熱交換器５，４に導入され、ここで寒冷を原料空
気に付与し、それ自身はパイプ３１から大気中に放出さ
れる。パイプ２９に設けられた弁３２は、上部塔８”内
の液面により、膨脹タービン２６の系路２１に対する排
ガスの供給量を制御する。液体酸素は、上部塔８”の底
部から、パイプ１０’で導出され、第２および第１の熱
交換器５，４を経て気化し、酸素ガスとなり、ついで加
圧ポンプＰで加圧され、加圧状態の製品酸素ガスとな
り、需要に供される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種の空気分離装置
において、製品ガスを加圧状態で得ようとする場合に
は、ガスを気体の状態で加圧ポンプにより加圧しなけれ
ばならない。しかしながら、上記ガスを気体の状態で加
圧するためには、かなりのエネルギーを必要とし、コス
ト高になるという難点がある。
において、製品ガスを加圧状態で得ようとする場合に
は、ガスを気体の状態で加圧ポンプにより加圧しなけれ
ばならない。しかしながら、上記ガスを気体の状態で加
圧するためには、かなりのエネルギーを必要とし、コス
ト高になるという難点がある。
【０００４】この発明はこのような事情に鑑みなされた
もので、加圧状態の酸素ガスを低コストで効率よく製造
しうる酸素ガス製造装置の提供をその目的とする。
もので、加圧状態の酸素ガスを低コストで効率よく製造
しうる酸素ガス製造装置の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明は、原料空気を圧縮する空気圧縮手段と、
上記圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、上記超
低温に冷却された圧縮空気を液化分離し窒素を気体の状
態で保持する精留塔と、上記精留塔内の液体酵素を冷媒
として上記熱交換手段に案内し熱交換により気化させ気
化酸素にする液体酸素取出路と、上記液体酸素取出路の
先端から延び上記熱交換手段を経由し上記気化酸素を昇
温させ製品化する製品酸素ガス取出路を備え、上記液体
酸素取出路にその取出路を通る液体酸素を加圧する加圧
手段が設けられているとともに、上記熱交換手段よりも
上流側の上記製品酸素ガス取出路の部分にその取出路を
通る気化酸素を利用する冷熱発生用膨脹器が設けられて
いるという構成をとる。
め、この発明は、原料空気を圧縮する空気圧縮手段と、
上記圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、上記超
低温に冷却された圧縮空気を液化分離し窒素を気体の状
態で保持する精留塔と、上記精留塔内の液体酵素を冷媒
として上記熱交換手段に案内し熱交換により気化させ気
化酸素にする液体酸素取出路と、上記液体酸素取出路の
先端から延び上記熱交換手段を経由し上記気化酸素を昇
温させ製品化する製品酸素ガス取出路を備え、上記液体
酸素取出路にその取出路を通る液体酸素を加圧する加圧
手段が設けられているとともに、上記熱交換手段よりも
上流側の上記製品酸素ガス取出路の部分にその取出路を
通る気化酸素を利用する冷熱発生用膨脹器が設けられて
いるという構成をとる。
【０００６】
【作用】すなわち、この発明の酸素ガス製造装置は、精
留塔の上部塔に溜まる液体酸素を取り出し、これを液体
の状態で加圧し、ついで熱交換器に送り、さらに膨脹タ
ービンに導入し断熱膨脹させて寒冷を発生させ、その発
生寒冷を熱交換器に送り、装置全体の寒冷源とする。こ
のように、この発明では、酸素を液体の状態で加圧する
ことから、気体の状態で加圧する場合に比べて加圧コス
トが大幅に低減（例えば、酸素は１モルが、気体であれ
ば２２．４リットルであるに対し、液体では１６グラム
にすぎない）する。また、この発明では、上記のように
酸素を液体の状態で加圧し、これを熱交換器を経由して
気化させ、この気化酸素を膨脹タービン等の冷熱発生用
膨脹器の駆動源として利用することから、膨脹タービン
に入る前の酸素ガスの圧力が大きくなり、それによって
断熱膨脹の効率を大幅に向上させることができるように
なる。その結果、膨脹タービン等の冷熱発生用膨脹器に
よる発生寒冷のコストを大幅に下げることが可能とな
り、製品酸素ガスのコストを引き下げることができるよ
うになる。
留塔の上部塔に溜まる液体酸素を取り出し、これを液体
の状態で加圧し、ついで熱交換器に送り、さらに膨脹タ
ービンに導入し断熱膨脹させて寒冷を発生させ、その発
生寒冷を熱交換器に送り、装置全体の寒冷源とする。こ
のように、この発明では、酸素を液体の状態で加圧する
ことから、気体の状態で加圧する場合に比べて加圧コス
トが大幅に低減（例えば、酸素は１モルが、気体であれ
ば２２．４リットルであるに対し、液体では１６グラム
にすぎない）する。また、この発明では、上記のように
酸素を液体の状態で加圧し、これを熱交換器を経由して
気化させ、この気化酸素を膨脹タービン等の冷熱発生用
膨脹器の駆動源として利用することから、膨脹タービン
に入る前の酸素ガスの圧力が大きくなり、それによって
断熱膨脹の効率を大幅に向上させることができるように
なる。その結果、膨脹タービン等の冷熱発生用膨脹器に
よる発生寒冷のコストを大幅に下げることが可能とな
り、製品酸素ガスのコストを引き下げることができるよ
うになる。
【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】図１はこの発明の一実施例を示している。
図において、５１は原料空気を圧縮する空気圧縮器、５
２はドレーン分離器、５３はフロン冷却器、５４は２個
一組の吸着塔である。吸着塔５４は、内部にモレキュラ
ーシーブが充填されていて、空気圧縮機５１により圧縮
された空気中のＨ2 Ｏ，ＣＯ2 ，ＣＯ等の不純分を吸着
除去する。５５は、不純分が吸着除去された圧縮空気を
送る圧縮空気供給パイプである。５６は、第１の熱交換
器であり、吸着塔５４により不純分が吸着除去された圧
縮空気が送りこまれる。５７は、第２の熱交換器であ
り、第１の熱交換器５６を経た圧縮空気が送りこまれ
る。５８は、上部塔５９と下部塔６０を備えた精留塔で
ある。下部塔６０は、第１および第２の熱交換器５６，
５７により超低温に冷却され、パイプ５５を経て送りこ
まれる圧縮空気を更に冷却し、その一部を液化し、液体
空気６１として底部に溜め、窒素を気体状態で上部に溜
めるようになっている。上部塔５９の底部側には、凝縮
器６２が内蔵されており、下部塔６０の上部に溜まる窒
素ガスの一部が第１の還流液用パイプ６３を介して送入
される。この上部塔５９内は、下部塔６０内よりも減圧
状態になっており、下部塔の底部の貯留液体空気（Ｎ2
５０〜７０％，Ｏ2 ３０〜５０％）６１が膨脹弁６５付
きパイプ６６で送りこまれ、気化して、上部塔５９の内
部温度を液体窒素の沸点以下の温度に冷却するようにな
っている。この冷却により、凝縮器６２内に送りこまれ
た窒素ガスが液化する。液化した窒素ガスは、第２の還
流液用パイプ６４を通って下部塔６０の上部に還流液と
して導入され、これが液体窒素溜め６７を経て下部塔６
０内を下方に流下し、下部塔６０の底部から上昇する圧
縮空気と向流的に接触し、冷却してその一部を液化する
ようになっている。この過程で、圧縮空気中の高沸点成
分の酸素ガスは液化されて下部塔６０の底部に溜まり、
低沸点成分の窒素ガスが下部塔６０の上部に溜まる。６
４ａは気液分離器である。６８は下部塔６０の天井部に
溜まった窒素ガスを製品窒素ガスとして取り出す取出パ
イプで、超低温の窒素ガスを第２および第１の熱交換器
５７，５６内に案内し、そこに送りこまれる圧縮空気と
熱交換させて常温にし、製品窒素ガスとして送出する。
一方、下部塔６０の底部からパイプ６６を経由して上部
塔５９内に送りこまれた液体空気は、この上部塔５９内
において精留作用を受け、それによって液体酸素中の高
沸点成分の酸素が液化して上部塔５９の底部に液体酸素
７１として溜まる。８０は、この酸素ガス製造装置の起
動時に、上部塔５９内に液体酸素を供給するパイプであ
る。このパイプ８０は、図示していない液体酸素貯蔵タ
ンクから延びている。このタンクには、当該装置でつく
られた液体酸素または他の装置でつくられタンクローリ
等で輸送されてきた液体酸素が貯蔵されている。８１
は、液体酸素供給コントロールバルブで、液面計８２の
液面により、運転中の寒冷バランスが、不足傾向になっ
たときに、開弁し寒冷液体酸素を供給し精留のバランス
をとる。窒素ガスを含む低沸点成分のガスは、上部塔５
９の塔頂からパイプ７０によって排ガスとして導出さ
れ、第２および第１の熱交換器５７，５６を経由し、大
気中に放出される。上部塔５９の底部に溜まった液体酸
素７１は、液体酸素導出パイプ７２により導出され、液
体酸素加圧ポンプ７３によって加圧され、加圧された状
態で第２および第１の熱交換器５７，５６内に導入され
て気化し、製品酸素ガスとなる。このガスは酸素ガス取
出パイプ７４に導入される。この酸素ガス取出パイプ７
４には、膨脹タービン７５が設けられており、製品酸素
ガスはこの膨脹タービン７５の駆動源となり寒冷を発生
する。すなわち、製品酸素ガスは、膨脹タービンに入る
までが３５ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力であったものが、内
部で１０ｋｇ／ｃｍ2 まで膨脹し、熱力学的外部仕事を
行うことにより著しく低温になって装置に必要な寒冷量
を発生し、その状態で第２および第１の熱交換器５７，
５６に入り、ここで原料空気と熱交換して発生寒冷を原
料空気に付与し、それ自身は常温となり、製品酸素ガス
取出パイプ７４の先端から製品として取り出される。特
に、上記膨脹タービン７５は、製品酸素ガスを駆動源と
することから、酸素と反応しにくい材料、例えば銅合金
（真ちゅう等），ニッケル合金（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ），
ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ），アルミ合金（Ａｌ−Ｚ
ｎ）で構成され、爆発等の災害の発生が防止される。
図において、５１は原料空気を圧縮する空気圧縮器、５
２はドレーン分離器、５３はフロン冷却器、５４は２個
一組の吸着塔である。吸着塔５４は、内部にモレキュラ
ーシーブが充填されていて、空気圧縮機５１により圧縮
された空気中のＨ2 Ｏ，ＣＯ2 ，ＣＯ等の不純分を吸着
除去する。５５は、不純分が吸着除去された圧縮空気を
送る圧縮空気供給パイプである。５６は、第１の熱交換
器であり、吸着塔５４により不純分が吸着除去された圧
縮空気が送りこまれる。５７は、第２の熱交換器であ
り、第１の熱交換器５６を経た圧縮空気が送りこまれ
る。５８は、上部塔５９と下部塔６０を備えた精留塔で
ある。下部塔６０は、第１および第２の熱交換器５６，
５７により超低温に冷却され、パイプ５５を経て送りこ
まれる圧縮空気を更に冷却し、その一部を液化し、液体
空気６１として底部に溜め、窒素を気体状態で上部に溜
めるようになっている。上部塔５９の底部側には、凝縮
器６２が内蔵されており、下部塔６０の上部に溜まる窒
素ガスの一部が第１の還流液用パイプ６３を介して送入
される。この上部塔５９内は、下部塔６０内よりも減圧
状態になっており、下部塔の底部の貯留液体空気（Ｎ2
５０〜７０％，Ｏ2 ３０〜５０％）６１が膨脹弁６５付
きパイプ６６で送りこまれ、気化して、上部塔５９の内
部温度を液体窒素の沸点以下の温度に冷却するようにな
っている。この冷却により、凝縮器６２内に送りこまれ
た窒素ガスが液化する。液化した窒素ガスは、第２の還
流液用パイプ６４を通って下部塔６０の上部に還流液と
して導入され、これが液体窒素溜め６７を経て下部塔６
０内を下方に流下し、下部塔６０の底部から上昇する圧
縮空気と向流的に接触し、冷却してその一部を液化する
ようになっている。この過程で、圧縮空気中の高沸点成
分の酸素ガスは液化されて下部塔６０の底部に溜まり、
低沸点成分の窒素ガスが下部塔６０の上部に溜まる。６
４ａは気液分離器である。６８は下部塔６０の天井部に
溜まった窒素ガスを製品窒素ガスとして取り出す取出パ
イプで、超低温の窒素ガスを第２および第１の熱交換器
５７，５６内に案内し、そこに送りこまれる圧縮空気と
熱交換させて常温にし、製品窒素ガスとして送出する。
一方、下部塔６０の底部からパイプ６６を経由して上部
塔５９内に送りこまれた液体空気は、この上部塔５９内
において精留作用を受け、それによって液体酸素中の高
沸点成分の酸素が液化して上部塔５９の底部に液体酸素
７１として溜まる。８０は、この酸素ガス製造装置の起
動時に、上部塔５９内に液体酸素を供給するパイプであ
る。このパイプ８０は、図示していない液体酸素貯蔵タ
ンクから延びている。このタンクには、当該装置でつく
られた液体酸素または他の装置でつくられタンクローリ
等で輸送されてきた液体酸素が貯蔵されている。８１
は、液体酸素供給コントロールバルブで、液面計８２の
液面により、運転中の寒冷バランスが、不足傾向になっ
たときに、開弁し寒冷液体酸素を供給し精留のバランス
をとる。窒素ガスを含む低沸点成分のガスは、上部塔５
９の塔頂からパイプ７０によって排ガスとして導出さ
れ、第２および第１の熱交換器５７，５６を経由し、大
気中に放出される。上部塔５９の底部に溜まった液体酸
素７１は、液体酸素導出パイプ７２により導出され、液
体酸素加圧ポンプ７３によって加圧され、加圧された状
態で第２および第１の熱交換器５７，５６内に導入され
て気化し、製品酸素ガスとなる。このガスは酸素ガス取
出パイプ７４に導入される。この酸素ガス取出パイプ７
４には、膨脹タービン７５が設けられており、製品酸素
ガスはこの膨脹タービン７５の駆動源となり寒冷を発生
する。すなわち、製品酸素ガスは、膨脹タービンに入る
までが３５ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力であったものが、内
部で１０ｋｇ／ｃｍ2 まで膨脹し、熱力学的外部仕事を
行うことにより著しく低温になって装置に必要な寒冷量
を発生し、その状態で第２および第１の熱交換器５７，
５６に入り、ここで原料空気と熱交換して発生寒冷を原
料空気に付与し、それ自身は常温となり、製品酸素ガス
取出パイプ７４の先端から製品として取り出される。特
に、上記膨脹タービン７５は、製品酸素ガスを駆動源と
することから、酸素と反応しにくい材料、例えば銅合金
（真ちゅう等），ニッケル合金（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ），
ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ），アルミ合金（Ａｌ−Ｚ
ｎ）で構成され、爆発等の災害の発生が防止される。
【０００９】この装置は、つぎのようにして製品酸素ガ
スを製造する。すなわち、空気圧縮器５１により原料空
気を圧縮し、その原料空気を、ドレーン分離器５２，フ
ロン冷却器５３，不純分除去用の吸着塔５４，第１およ
び第２の熱交換器５６，５７を経由させ、超低温の状態
に冷却して精留塔５８の下部塔６０内に送入する。下部
塔６０内では、この送入圧縮空気を、液体窒素溜め６７
から溢流する液体窒素と向流的に接触させて冷却し、一
部を液化して下部塔の底部に液体空気６１として溜め
る。この過程において窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸
点−１８３℃，窒素の沸点−１９６℃）により圧縮空気
中の高沸点成分である酸素が液化し、窒素が気体のまま
残る。この気体のまま残った窒素を取出しパイプ６８か
ら取出し、第２および第１の熱交換器５７，５６を経由
させて、熱交換させ、常温近くまで昇温させ製品窒素ガ
スとして送出する。一方、下部塔６０の天井部に溜まっ
た窒素ガスの一部は、第１の還流液用パイプ６３を経由
して上部塔５９に設けられた凝縮器６２内に導入され、
ここで上部塔５９の底部に溜まった液体酸素により冷却
されて液化され、第２の還流液用パイプ６４を経由し、
下部塔６０の還流液溜め６７に導出される。上記上部塔
５９には、下部塔６０の底部の貯留液体空気が、パイプ
６６，膨脹弁６５を経由し、断熱膨脹状態で送入され、
精留作用を受ける。そして、高沸点成分である酸素が液
化して底部に溜まり、窒素ガスを含む低沸点成分ガスが
排ガスとして上部塔５９の塔頂からパイプ７０を経由し
て送出される。この送出された排ガスは、第２および第
１の熱交換器５７，５６を経由し、常温近くに昇温され
大気中に放出される。上部塔５９の底部に溜まった液体
酸素７１は、パイプ７２を経由し、液体の状態において
液体酸素をポンプ７３で加圧され、その状態で第２およ
び第１の熱交換器５７，５６に導入され、ここで熱交換
してガス化し、製品酸素ガス取出パイプ７４に導入され
る。そして、導入された酸素ガスは、この製品取出パイ
プ７４に設けられた膨脹タービン７５により断熱膨脹し
て装置全体に必要な寒冷量を発生し、それを第２および
第１の熱交換器５７，５６において原料空気と熱交換
し、それ自身は常温の酸素ガスとなり、製品酸素ガス取
出パイプ７４の先端から取り出される。図２はこの発明
の他の実施例の装置を示している。この装置は、液体酸
素加圧ポンプを密封ケーシング７３ｃに収容し、このケ
ーシング７３ｃ内に液体酸素を導入し加圧してパイプ７
２に導出するようにしている。そして、上記ケーシング
７３ｃの上部から気化して生成した酸素ガスを上部塔５
９へ戻す戻しパイプ２３ｂが設けられている。それ以外
の部分は図１の装置と同じである。このように構成する
ことにより、酸素ガス気泡を吸い込んで液体酸素加圧ポ
ンプ７３が空転する（ガス噛み現象）という事態の発生
が防止されるようになる。
スを製造する。すなわち、空気圧縮器５１により原料空
気を圧縮し、その原料空気を、ドレーン分離器５２，フ
ロン冷却器５３，不純分除去用の吸着塔５４，第１およ
び第２の熱交換器５６，５７を経由させ、超低温の状態
に冷却して精留塔５８の下部塔６０内に送入する。下部
塔６０内では、この送入圧縮空気を、液体窒素溜め６７
から溢流する液体窒素と向流的に接触させて冷却し、一
部を液化して下部塔の底部に液体空気６１として溜め
る。この過程において窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸
点−１８３℃，窒素の沸点−１９６℃）により圧縮空気
中の高沸点成分である酸素が液化し、窒素が気体のまま
残る。この気体のまま残った窒素を取出しパイプ６８か
ら取出し、第２および第１の熱交換器５７，５６を経由
させて、熱交換させ、常温近くまで昇温させ製品窒素ガ
スとして送出する。一方、下部塔６０の天井部に溜まっ
た窒素ガスの一部は、第１の還流液用パイプ６３を経由
して上部塔５９に設けられた凝縮器６２内に導入され、
ここで上部塔５９の底部に溜まった液体酸素により冷却
されて液化され、第２の還流液用パイプ６４を経由し、
下部塔６０の還流液溜め６７に導出される。上記上部塔
５９には、下部塔６０の底部の貯留液体空気が、パイプ
６６，膨脹弁６５を経由し、断熱膨脹状態で送入され、
精留作用を受ける。そして、高沸点成分である酸素が液
化して底部に溜まり、窒素ガスを含む低沸点成分ガスが
排ガスとして上部塔５９の塔頂からパイプ７０を経由し
て送出される。この送出された排ガスは、第２および第
１の熱交換器５７，５６を経由し、常温近くに昇温され
大気中に放出される。上部塔５９の底部に溜まった液体
酸素７１は、パイプ７２を経由し、液体の状態において
液体酸素をポンプ７３で加圧され、その状態で第２およ
び第１の熱交換器５７，５６に導入され、ここで熱交換
してガス化し、製品酸素ガス取出パイプ７４に導入され
る。そして、導入された酸素ガスは、この製品取出パイ
プ７４に設けられた膨脹タービン７５により断熱膨脹し
て装置全体に必要な寒冷量を発生し、それを第２および
第１の熱交換器５７，５６において原料空気と熱交換
し、それ自身は常温の酸素ガスとなり、製品酸素ガス取
出パイプ７４の先端から取り出される。図２はこの発明
の他の実施例の装置を示している。この装置は、液体酸
素加圧ポンプを密封ケーシング７３ｃに収容し、このケ
ーシング７３ｃ内に液体酸素を導入し加圧してパイプ７
２に導出するようにしている。そして、上記ケーシング
７３ｃの上部から気化して生成した酸素ガスを上部塔５
９へ戻す戻しパイプ２３ｂが設けられている。それ以外
の部分は図１の装置と同じである。このように構成する
ことにより、酸素ガス気泡を吸い込んで液体酸素加圧ポ
ンプ７３が空転する（ガス噛み現象）という事態の発生
が防止されるようになる。
【００１０】
【発明の効果】以上のように、この発明の酸素ガス製造
装置は、精留塔の上部塔に溜まる液体酸素を取り出し、
これを液体の状態で加圧し、加圧状態の製品酸素を製造
する。このようにこの発明では、酸素を液体の状態で加
圧することから、気体の状態で加圧する場合に比べて加
圧コストが大幅に低減する。また、この発明では、上記
のように酸素を液体の状態で加圧し、これを熱交換器を
経由して気化させ、この気化酸素を膨脹タービン等の冷
熱発生用膨脹器の駆動源として利用する。そのため、膨
脹タービンに入る前の酸素ガスの圧力が大きくなり、そ
れによって断熱膨脹の効率を大幅に向上することができ
るようになり、製品酸素ガス等の製造コストを大幅に引
き下げることができるようになる。そして、この発明の
装置は、鉄鋼製造分野、化学工業分野、火力発電分野等
広い分野で有効に利用される。
装置は、精留塔の上部塔に溜まる液体酸素を取り出し、
これを液体の状態で加圧し、加圧状態の製品酸素を製造
する。このようにこの発明では、酸素を液体の状態で加
圧することから、気体の状態で加圧する場合に比べて加
圧コストが大幅に低減する。また、この発明では、上記
のように酸素を液体の状態で加圧し、これを熱交換器を
経由して気化させ、この気化酸素を膨脹タービン等の冷
熱発生用膨脹器の駆動源として利用する。そのため、膨
脹タービンに入る前の酸素ガスの圧力が大きくなり、そ
れによって断熱膨脹の効率を大幅に向上することができ
るようになり、製品酸素ガス等の製造コストを大幅に引
き下げることができるようになる。そして、この発明の
装置は、鉄鋼製造分野、化学工業分野、火力発電分野等
広い分野で有効に利用される。
【図１】この発明の一実施例の構成図である。
【図２】この発明の他の実施例の構成図である。
【図３】従来例の構成図である。
５１ 空気圧縮器 ５６，５７ 熱交換器 ５８ 精留塔 ５９ 上部塔 ６０ 下部塔 ６１ 液体空気 ７１ 液体酸素 ７２ 液体酸素取出パイプ ７３ 液体酸素加圧ポンプ ７４ 製品酸素ガス取出パイプ ７５ 膨脹タービン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１０月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】図１はこの発明の一実施例を示している。
図において、５１は原料空気を圧縮する空気圧縮器、５
２はドレーン分離器、５３はフロン冷却器、５４は２個
一組の吸着塔である。吸着塔５４は、内部にモレキュラ
ーシーブが充填されていて、空気圧縮機５１により圧縮
された空気中のＨ2 Ｏ，ＣＯ2 ，ＣＯ等の不純分を吸着
除去する。５５は、不純分が吸着除去された圧縮空気を
送る圧縮空気供給パイプである。５６は、第１の熱交換
器であり、吸着塔５４により不純分が吸着除去された圧
縮空気が送りこまれる。５７は、第２の熱交換器であ
り、第１の熱交換器５６を経た圧縮空気が送りこまれ
る。５８は、上部塔５９と下部塔６０を備えた精留塔で
ある。下部塔６０は、第１および第２の熱交換器５６，
５７により超低温に冷却され、パイプ５５を経て送りこ
まれる圧縮空気を更に冷却し、その一部を液化し、液体
空気６１として底部に溜め、窒素を気体状態で上部に溜
めるようになっている。上部塔５９の底部側には、凝縮
器６２が内蔵されており、下部塔６０の上部に溜まる窒
素ガスの一部が第１の還流液用パイプ６３を介して送入
される。この上部塔５９内は、下部塔６０内よりも減圧
状態になっており、下部塔の底部の貯留液体空気（Ｎ2
５０〜７０％，Ｏ2 ３０〜５０％）６１が膨脹弁６５付
きパイプ６６で送りこまれ、気化して、上部塔５９の内
部温度を液体窒素の沸点以下の温度に冷却するようにな
っている。この冷却により、凝縮器６２内に送りこまれ
た窒素ガスが液化する。液化した窒素ガスは、第２の還
流液用パイプ６４を通って下部塔６０の上部に還流液と
して導入され、これが液体窒素溜め６７を経て下部塔６
０内を下方に流下し、下部塔６０の底部から上昇する圧
縮空気と向流的に接触し、冷却してその一部を液化する
ようになっている。この過程で、圧縮空気中の高沸点成
分の酸素ガスは液化されて下部塔６０の底部に溜まり、
低沸点成分の窒素ガスが下部塔６０の上部に溜まる。６
４ａは気液分離器である。６８は下部塔６０の天井部に
溜まった窒素ガスを製品窒素ガスとして取り出す取出パ
イプで、超低温の窒素ガスを第２および第１の熱交換器
５７，５６内に案内し、そこに送りこまれる圧縮空気と
熱交換させて常温にし、製品窒素ガスとして送出する。
一方、下部塔６０の底部からパイプ６６を経由して上部
塔５９内に送りこまれた液体空気は、この上部塔５９内
において精留作用を受け、それによって液体空気中の高
沸点成分の酸素が液化して上部塔５９の底部に液体酸素
７１として溜まる。８０は、この酸素ガス製造装置の起
動時に、上部塔５９内に液体酸素を供給するパイプであ
る。このパイプ８０は、図示していない液体酸素貯蔵タ
ンクから延びている。このタンクには、当該装置でつく
られた液体酸素または他の装置でつくられタンクローリ
等で輸送されてきた液体酸素が貯蔵されている。８１
は、液体酸素供給コントロールバルブで、液面計８２の
液面により、運転中の寒冷バランスが、不足傾向になっ
たときに、開弁し寒冷液体酸素を供給し精留のバランス
をとる。窒素ガスを含む低沸点成分のガスは、上部塔５
９の塔頂からパイプ７０によって排ガスとして導出さ
れ、第２および第１の熱交換器５７，５６を経由し、大
気中に放出される。上部塔５９の底部に溜まった液体酸
素７１は、液体酸素導出パイプ７２により導出され、液
体酸素加圧ポンプ７３によって加圧され、加圧された状
態で第２および第１の熱交換器５７，５６内に導入され
て気化し、製品酸素ガスとなる。このガスは酸素ガス取
出パイプ７４に導入される。この酸素ガス取出パイプ７
４には、膨脹タービン７５が設けられており、製品酸素
ガスはこの膨脹タービン７５の駆動源となり寒冷を発生
する。すなわち、製品酸素ガスは、膨脹タービンに入る
までが３５ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力であったものが、内
部で１０ｋｇ／ｃｍ2 まで膨脹し、熱力学的外部仕事を
行うことにより著しく低温になって装置に必要な寒冷量
を発生し、その状態で第２および第１の熱交換器５７，
５６に入り、ここで原料空気と熱交換して発生寒冷を原
料空気に付与し、それ自身は常温となり、製品酸素ガス
取出パイプ７４の先端から製品として取り出される。特
に、上記膨脹タービン７５は、製品酸素ガスを駆動源と
することから、酸素と反応しにくい材料、例えば銅合金
（真ちゅう等），ニッケル合金（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ），
ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ），アルミ合金（Ａｌ−Ｚ
ｎ）で構成され、爆発等の災害の発生が防止される。
図において、５１は原料空気を圧縮する空気圧縮器、５
２はドレーン分離器、５３はフロン冷却器、５４は２個
一組の吸着塔である。吸着塔５４は、内部にモレキュラ
ーシーブが充填されていて、空気圧縮機５１により圧縮
された空気中のＨ2 Ｏ，ＣＯ2 ，ＣＯ等の不純分を吸着
除去する。５５は、不純分が吸着除去された圧縮空気を
送る圧縮空気供給パイプである。５６は、第１の熱交換
器であり、吸着塔５４により不純分が吸着除去された圧
縮空気が送りこまれる。５７は、第２の熱交換器であ
り、第１の熱交換器５６を経た圧縮空気が送りこまれ
る。５８は、上部塔５９と下部塔６０を備えた精留塔で
ある。下部塔６０は、第１および第２の熱交換器５６，
５７により超低温に冷却され、パイプ５５を経て送りこ
まれる圧縮空気を更に冷却し、その一部を液化し、液体
空気６１として底部に溜め、窒素を気体状態で上部に溜
めるようになっている。上部塔５９の底部側には、凝縮
器６２が内蔵されており、下部塔６０の上部に溜まる窒
素ガスの一部が第１の還流液用パイプ６３を介して送入
される。この上部塔５９内は、下部塔６０内よりも減圧
状態になっており、下部塔の底部の貯留液体空気（Ｎ2
５０〜７０％，Ｏ2 ３０〜５０％）６１が膨脹弁６５付
きパイプ６６で送りこまれ、気化して、上部塔５９の内
部温度を液体窒素の沸点以下の温度に冷却するようにな
っている。この冷却により、凝縮器６２内に送りこまれ
た窒素ガスが液化する。液化した窒素ガスは、第２の還
流液用パイプ６４を通って下部塔６０の上部に還流液と
して導入され、これが液体窒素溜め６７を経て下部塔６
０内を下方に流下し、下部塔６０の底部から上昇する圧
縮空気と向流的に接触し、冷却してその一部を液化する
ようになっている。この過程で、圧縮空気中の高沸点成
分の酸素ガスは液化されて下部塔６０の底部に溜まり、
低沸点成分の窒素ガスが下部塔６０の上部に溜まる。６
４ａは気液分離器である。６８は下部塔６０の天井部に
溜まった窒素ガスを製品窒素ガスとして取り出す取出パ
イプで、超低温の窒素ガスを第２および第１の熱交換器
５７，５６内に案内し、そこに送りこまれる圧縮空気と
熱交換させて常温にし、製品窒素ガスとして送出する。
一方、下部塔６０の底部からパイプ６６を経由して上部
塔５９内に送りこまれた液体空気は、この上部塔５９内
において精留作用を受け、それによって液体空気中の高
沸点成分の酸素が液化して上部塔５９の底部に液体酸素
７１として溜まる。８０は、この酸素ガス製造装置の起
動時に、上部塔５９内に液体酸素を供給するパイプであ
る。このパイプ８０は、図示していない液体酸素貯蔵タ
ンクから延びている。このタンクには、当該装置でつく
られた液体酸素または他の装置でつくられタンクローリ
等で輸送されてきた液体酸素が貯蔵されている。８１
は、液体酸素供給コントロールバルブで、液面計８２の
液面により、運転中の寒冷バランスが、不足傾向になっ
たときに、開弁し寒冷液体酸素を供給し精留のバランス
をとる。窒素ガスを含む低沸点成分のガスは、上部塔５
９の塔頂からパイプ７０によって排ガスとして導出さ
れ、第２および第１の熱交換器５７，５６を経由し、大
気中に放出される。上部塔５９の底部に溜まった液体酸
素７１は、液体酸素導出パイプ７２により導出され、液
体酸素加圧ポンプ７３によって加圧され、加圧された状
態で第２および第１の熱交換器５７，５６内に導入され
て気化し、製品酸素ガスとなる。このガスは酸素ガス取
出パイプ７４に導入される。この酸素ガス取出パイプ７
４には、膨脹タービン７５が設けられており、製品酸素
ガスはこの膨脹タービン７５の駆動源となり寒冷を発生
する。すなわち、製品酸素ガスは、膨脹タービンに入る
までが３５ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力であったものが、内
部で１０ｋｇ／ｃｍ2 まで膨脹し、熱力学的外部仕事を
行うことにより著しく低温になって装置に必要な寒冷量
を発生し、その状態で第２および第１の熱交換器５７，
５６に入り、ここで原料空気と熱交換して発生寒冷を原
料空気に付与し、それ自身は常温となり、製品酸素ガス
取出パイプ７４の先端から製品として取り出される。特
に、上記膨脹タービン７５は、製品酸素ガスを駆動源と
することから、酸素と反応しにくい材料、例えば銅合金
（真ちゅう等），ニッケル合金（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ），
ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ），アルミ合金（Ａｌ−Ｚ
ｎ）で構成され、爆発等の災害の発生が防止される。
Claims (2)
- 【請求項１】 原料空気を圧縮する空気圧縮手段と、上
記圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、上記超低
温に冷却された圧縮空気を液化分離し窒素を気体の状態
で保持する精留塔と、上記精留塔内の液体酸素を冷媒と
して上記熱交換手段に案内し熱交換により気化させ気化
酸素にする液体酸素取出路と、上記液体酸素取出路の先
端から延び上記熱交換手段を経由し上記気化酸素を昇温
させ製品化する製品酸素ガス取出路を備え、上記液体酸
素取出路にその取出路を通る液体酸素を加圧する加圧手
段が設けられているとともに、上記熱交換手段よりも上
流側の上記製品酸素ガス取出路の部分にその取出路を通
る気化酸素を利用する冷熱発生用膨脹器が設けられてい
ることを特徴とする酸素ガス製造装置。 - 【請求項２】 冷熱発生用膨脹器が、酸素に対する反応
性の小さい材料で構成された膨脹タービンである請求項
１記載の酸素ガス製造装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5283575A JP2686039B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 酸素ガス製造装置 |
| TW84105421A TW322461B (en) | 1993-11-12 | 1995-05-30 | Oxygen gas manufacturing apparatus |
| US08/796,746 US6082136A (en) | 1993-11-12 | 1997-02-07 | Oxygen gas manufacturing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5283575A JP2686039B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 酸素ガス製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07139873A true JPH07139873A (ja) | 1995-06-02 |
| JP2686039B2 JP2686039B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=17667306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5283575A Expired - Fee Related JP2686039B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 酸素ガス製造装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2686039B2 (ja) |
| TW (1) | TW322461B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017036898A (ja) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | パンパシフィック・カッパー株式会社 | 酸素製造装置の稼動方法 |
| JP2020204458A (ja) * | 2015-08-13 | 2020-12-24 | パンパシフィック・カッパー株式会社 | 酸素製造装置の稼動方法 |
| JP2021063610A (ja) * | 2019-10-11 | 2021-04-22 | エア・ウォーター・クライオプラント株式会社 | 空気分離装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6440271A (en) * | 1987-08-03 | 1989-02-10 | Makino Milling Machine | Truing method for grinding wheel and device thereof |
| JPH024189A (ja) * | 1987-12-14 | 1990-01-09 | Air Prod And Chem Inc | 酸素の極低温分離方法 |
-
1993
- 1993-11-12 JP JP5283575A patent/JP2686039B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-05-30 TW TW84105421A patent/TW322461B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6440271A (en) * | 1987-08-03 | 1989-02-10 | Makino Milling Machine | Truing method for grinding wheel and device thereof |
| JPH024189A (ja) * | 1987-12-14 | 1990-01-09 | Air Prod And Chem Inc | 酸素の極低温分離方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017036898A (ja) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | パンパシフィック・カッパー株式会社 | 酸素製造装置の稼動方法 |
| JP2020204458A (ja) * | 2015-08-13 | 2020-12-24 | パンパシフィック・カッパー株式会社 | 酸素製造装置の稼動方法 |
| JP2021063610A (ja) * | 2019-10-11 | 2021-04-22 | エア・ウォーター・クライオプラント株式会社 | 空気分離装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2686039B2 (ja) | 1997-12-08 |
| TW322461B (en) | 1997-12-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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