JPH09105579A - 高純度窒素ガス製造装置 - Google Patents
高純度窒素ガス製造装置Info
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- JPH09105579A JPH09105579A JP8293016A JP29301696A JPH09105579A JP H09105579 A JPH09105579 A JP H09105579A JP 8293016 A JP8293016 A JP 8293016A JP 29301696 A JP29301696 A JP 29301696A JP H09105579 A JPH09105579 A JP H09105579A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】精留塔と液体窒素貯槽とは別個に設置されるも
のという従来の技術常識を打破すると同時に、設置作業
の簡略化、設置スペースの狭小化および構造の簡単化を
行うことのできる高純度窒素ガス製造装置を提供する。 【解決手段】空気圧縮機９と、吸着筒１２と、熱交換器
１３，１４と、熱交換器１３，１４により超低温に冷却
された圧縮空気の一部を液化して内部に溜め窒素のみを
気体として保持する精留塔１５と、液体窒素貯蔵手段２
３と、この液体窒素貯蔵手段２３内の液体窒素を圧縮空
気液化用の寒冷源として上記精留塔１５に導く液体窒素
導入通路２４ａと、上記精留塔１５内に保持されている
気化窒素を取り出す窒素ガス取出通路２７と、それ自身
の内部に上記精留塔１５と液体窒素貯蔵手段２３と液体
窒素導入通路２７を収容する真空保冷函３７を備えてい
る。
のという従来の技術常識を打破すると同時に、設置作業
の簡略化、設置スペースの狭小化および構造の簡単化を
行うことのできる高純度窒素ガス製造装置を提供する。 【解決手段】空気圧縮機９と、吸着筒１２と、熱交換器
１３，１４と、熱交換器１３，１４により超低温に冷却
された圧縮空気の一部を液化して内部に溜め窒素のみを
気体として保持する精留塔１５と、液体窒素貯蔵手段２
３と、この液体窒素貯蔵手段２３内の液体窒素を圧縮空
気液化用の寒冷源として上記精留塔１５に導く液体窒素
導入通路２４ａと、上記精留塔１５内に保持されている
気化窒素を取り出す窒素ガス取出通路２７と、それ自身
の内部に上記精留塔１５と液体窒素貯蔵手段２３と液体
窒素導入通路２７を収容する真空保冷函３７を備えてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高純度窒素ガス
製造装置に関するものである。
製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の窒素ガスの製造装置は、圧縮機で
圧縮された圧縮空気を熱交換するための熱交換器の冷媒
の冷却用に、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、残部が酸素リッチな液体空気となって
溜る）から蒸発したガスの圧力で駆動するようになって
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）であり、負荷変動に対する追従運転が困
難であり、特別に養成した運転員が必要である。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
た保全要員が必要という難点を有している。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った。
圧縮された圧縮空気を熱交換するための熱交換器の冷媒
の冷却用に、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、残部が酸素リッチな液体空気となって
溜る）から蒸発したガスの圧力で駆動するようになって
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）であり、負荷変動に対する追従運転が困
難であり、特別に養成した運転員が必要である。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
た保全要員が必要という難点を有している。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った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような要望に対し
て、この発明者は、膨脹タービンの発生寒冷に代え、液
体窒素貯蔵タンクから精留塔に対して液体窒素を寒冷と
して供給する高純度窒素ガス製造装置を提案している
（特願昭５９−４１２３号）。この装置は、上記液体窒
素貯槽がバックアップラインの液体窒素源ともなってい
ることから、従来のバックアップ源が精留塔等に対する
保全作業の容易化等を考慮して、精留塔とは別置されて
いるという技術常識に従って、液体窒素貯槽を精留塔と
は別置にしている。しかし、この装置では、液体窒素貯
槽に貯留されている液体窒素の気化物が上記貯槽の上部
から大気中に放出されるため、ロスが多い。また、精留
塔に対する真空断熱と、液体窒素貯槽に対する真空断熱
とをそれぞれ分けて行う必要があることから、設置作業
が煩雑になるとともに、設置場所も広くなるという難点
がある。さらに、精留塔と液体窒素貯槽とを連結する配
管として真空断熱配管を用いる必要がある。
て、この発明者は、膨脹タービンの発生寒冷に代え、液
体窒素貯蔵タンクから精留塔に対して液体窒素を寒冷と
して供給する高純度窒素ガス製造装置を提案している
（特願昭５９−４１２３号）。この装置は、上記液体窒
素貯槽がバックアップラインの液体窒素源ともなってい
ることから、従来のバックアップ源が精留塔等に対する
保全作業の容易化等を考慮して、精留塔とは別置されて
いるという技術常識に従って、液体窒素貯槽を精留塔と
は別置にしている。しかし、この装置では、液体窒素貯
槽に貯留されている液体窒素の気化物が上記貯槽の上部
から大気中に放出されるため、ロスが多い。また、精留
塔に対する真空断熱と、液体窒素貯槽に対する真空断熱
とをそれぞれ分けて行う必要があることから、設置作業
が煩雑になるとともに、設置場所も広くなるという難点
がある。さらに、精留塔と液体窒素貯槽とを連結する配
管として真空断熱配管を用いる必要がある。
【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、精留塔と液体窒素貯槽とは別個に設置される
ものという従来の技術常識を打破すると同時に、設置作
業の簡略化、設置スペースの狭小化および構造の簡単化
をその目的とする。
たもので、精留塔と液体窒素貯槽とは別個に設置される
ものという従来の技術常識を打破すると同時に、設置作
業の簡略化、設置スペースの狭小化および構造の簡単化
をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の高純度窒素ガス製造装置は、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
手段によって圧縮された圧縮空気中の炭酸ガスと水とを
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内部に溜め
窒素のみを気体として保持する精留塔と、液体窒素を貯
蔵する液体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の
液体窒素を圧縮空気液化用の寒冷源として上記精留塔に
導く液体窒素導入通路と、上記精留塔内に保持されてい
る気化窒素を取り出す窒素ガス取出通路と、それ自身の
内部に上記精留塔と液体窒素貯蔵手段と液体窒素導入通
路を収容する真空保冷函を備えているという構成をと
る。
め、この発明の高純度窒素ガス製造装置は、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
手段によって圧縮された圧縮空気中の炭酸ガスと水とを
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内部に溜め
窒素のみを気体として保持する精留塔と、液体窒素を貯
蔵する液体窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の
液体窒素を圧縮空気液化用の寒冷源として上記精留塔に
導く液体窒素導入通路と、上記精留塔内に保持されてい
る気化窒素を取り出す窒素ガス取出通路と、それ自身の
内部に上記精留塔と液体窒素貯蔵手段と液体窒素導入通
路を収容する真空保冷函を備えているという構成をと
る。
【０００６】この発明の高純度窒素ガス製造装置は、上
記のように、液体窒素貯槽から精留塔へ寒冷となる液体
窒素を供給し、これを装置全体の寒冷として用いる。し
たがって、膨脹タービンを使用する必要がなくなり、膨
脹タービンの使用に基づく弊害が生じない。またこの発
明では、上記のように、真空保冷函中に精留塔と液体窒
素貯蔵手段と液体窒素導入通路を収容している。そのた
め、装置を停止状態からスタートアップさせる時には、
液体窒素貯槽によって、精留塔が予冷された状態となっ
ていることから、スタートアップ時間を短縮することが
できる。また、同一の真空保冷函中に精留塔と液体窒素
貯蔵手段と液体窒素導入通路が収容されていることか
ら、全体の設置スペースが小さくてすむという効果を奏
するうえ、各別に断熱材を用いて保冷するという手間が
不要となる。また、従来、精留塔と液体窒素貯槽とを連
結していた真空断熱配管が不要となることから、装置全
体の構造が簡単となるとともに、設備費も少なくてすむ
ようになる。
記のように、液体窒素貯槽から精留塔へ寒冷となる液体
窒素を供給し、これを装置全体の寒冷として用いる。し
たがって、膨脹タービンを使用する必要がなくなり、膨
脹タービンの使用に基づく弊害が生じない。またこの発
明では、上記のように、真空保冷函中に精留塔と液体窒
素貯蔵手段と液体窒素導入通路を収容している。そのた
め、装置を停止状態からスタートアップさせる時には、
液体窒素貯槽によって、精留塔が予冷された状態となっ
ていることから、スタートアップ時間を短縮することが
できる。また、同一の真空保冷函中に精留塔と液体窒素
貯蔵手段と液体窒素導入通路が収容されていることか
ら、全体の設置スペースが小さくてすむという効果を奏
するうえ、各別に断熱材を用いて保冷するという手間が
不要となる。また、従来、精留塔と液体窒素貯槽とを連
結していた真空断熱配管が不要となることから、装置全
体の構造が簡単となるとともに、設備費も少なくてすむ
ようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態を
実施例に基づいて詳しく説明する。
実施例に基づいて詳しく説明する。
【０００８】
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示している。図
において、９は空気圧縮機、１０はドレン分離器、１１
はフロン冷却器、１２は２個１組の吸着筒である。吸着
筒１２は内部にモレキュラー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ＣＯ
2 を吸着除去する作用をする。８はＨ2 ＯおよびＣＯ2
が吸着除去された圧縮空気を送る圧縮空気供給通路であ
る。１３は第１の熱交換器であり、除去手段（吸着筒）
１２によりＨ2 ＯおよびＣＯ2 が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
塔頂部が凝縮器２１ａを有する分縮器部２１になってお
り、それより下が塔部２２になっている精留塔であり、
第１および第２の熱交換器１３，１４により超低温に冷
却され圧縮空気供給通路１７を経て送り込まれる圧縮空
気をさらに冷却し、その一部を液化し液体空気１８とし
て塔部２２の底部に溜め、窒素のみを気体状態で塔部２
２の上部天井部に溜めるようになっている。２３は液体
窒素貯蔵手段（槽）であり、内部の液体窒素（高純度
品）を液体窒素導入通路２４ａを経由させて精留塔１５
の塔部２２の上部側に送入し、塔部２２内に供給される
圧縮空気の寒冷源にする。液体窒素貯蔵手段２３には通
路３６から液体窒素の充填が行われる。精留塔１５は熱
交換器１３，１４ならびに液体窒素貯蔵手段２３と共に
真空保冷函（図２参照）３７に収容されている。なお、
図２では図示の都合上、後記の膨脹弁１９ａ付きの通路
１９等を省略している。この場合、両熱交換器１３，１
４は真空保冷函３７外に配置することも可能である。ま
た、精留塔１５は仕切板２０によって分縮器部２１と塔
部２２とに区切られており、上記分縮器部２１内の凝縮
器２１ａには、塔部２２の上部に溜る窒素ガスの一部が
第１の還流液用通路２１ｂを介して送入される。この分
縮器部２１内は、塔部２２内よりも減圧状態になってお
り、塔部２２の底部の貯留液体空気（Ｎ2 ５０〜７０
％，Ｏ2 ３０〜５０％）１８が膨脹弁１９ａ付き通路１
９を経て送り込まれ、気化して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２１ａ内に送入された窒素ガスが液化す
る。２５は液面計であり、分縮器部２１内の液体空気の
液面に応じてバルブ２６を制御し液体窒素貯蔵手段２３
からの液体窒素の供給量を制御する。精留塔１５の塔部
２２の上部側の部分には、上記分縮器部２１の凝縮器２
１ａで生成した液体窒素が第２の還流液用通路２１ｃを
通って流下供給されるとともに、液体窒素貯蔵手段２３
から液体窒素が液体窒素導入通路２４ａを経て供給さ
れ、これらが液体窒素溜２１ｄを経て塔部２２内を下方
に流下し、塔部２２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は液化されて塔
部２２の底部に溜り、低沸点成分の窒素ガスが塔部２２
の上部に溜る。２７は精留塔１５の塔部２２の上部天井
部に溜った窒素ガスを製品窒素ガスとして取り出す窒素
ガス取出通路で、超低温の窒素ガスを第２および第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通路２８に送り込
む作用をする。この場合、精留塔１５の塔部２２内にお
ける最上部には、窒素ガスとともに、沸点の低いＨｅ
（−２６９℃），Ｈ2 （−２５３℃）等が溜りやすいた
め、窒素ガス取出通路２７は、塔部２２の最上部よりか
なり下側に開口しており、Ｈｅ，Ｈ2 の混在しない純窒
素ガスのみを製品窒素ガスとして取り出すようになって
いる。液体窒素貯蔵手段２３の頂部は圧力調整弁３８付
きの気化窒素抜出通路３９により窒素ガス取出通路２７
に接続され、かつ、凝縮器２１ａは上記Ｈｅ，Ｈ2 等を
外気へ逃がすためのガス抜き通路４０を備えている。２
９は分縮器部２１内の気化液体空気を第２および第１の
熱交換器１４，１３に送り込む通路、２９ａはその保圧
弁である。３０はバックアップ通路であり、精留塔１５
からメイン通路２８に流れる製品窒素ガスの不足分を補
うべく、液体窒素貯蔵手段２３内の液体窒素を蒸発器３
１により蒸発させてメイン通路２８に常時一定量供給さ
せる機能と、空気圧縮系ラインが故障したとき、消費窒
素ガスの全量を供給させる機能を備えている。この場
合、バックアップ通路３０の流量調整は、蒸発器３１の
下流部に配置された圧力調整弁３５のそれにより行われ
る。３２は不純物分析計であり、メイン通路２８に送り
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３４，３４ａ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。
において、９は空気圧縮機、１０はドレン分離器、１１
はフロン冷却器、１２は２個１組の吸着筒である。吸着
筒１２は内部にモレキュラー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ＣＯ
2 を吸着除去する作用をする。８はＨ2 ＯおよびＣＯ2
が吸着除去された圧縮空気を送る圧縮空気供給通路であ
る。１３は第１の熱交換器であり、除去手段（吸着筒）
１２によりＨ2 ＯおよびＣＯ2 が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
塔頂部が凝縮器２１ａを有する分縮器部２１になってお
り、それより下が塔部２２になっている精留塔であり、
第１および第２の熱交換器１３，１４により超低温に冷
却され圧縮空気供給通路１７を経て送り込まれる圧縮空
気をさらに冷却し、その一部を液化し液体空気１８とし
て塔部２２の底部に溜め、窒素のみを気体状態で塔部２
２の上部天井部に溜めるようになっている。２３は液体
窒素貯蔵手段（槽）であり、内部の液体窒素（高純度
品）を液体窒素導入通路２４ａを経由させて精留塔１５
の塔部２２の上部側に送入し、塔部２２内に供給される
圧縮空気の寒冷源にする。液体窒素貯蔵手段２３には通
路３６から液体窒素の充填が行われる。精留塔１５は熱
交換器１３，１４ならびに液体窒素貯蔵手段２３と共に
真空保冷函（図２参照）３７に収容されている。なお、
図２では図示の都合上、後記の膨脹弁１９ａ付きの通路
１９等を省略している。この場合、両熱交換器１３，１
４は真空保冷函３７外に配置することも可能である。ま
た、精留塔１５は仕切板２０によって分縮器部２１と塔
部２２とに区切られており、上記分縮器部２１内の凝縮
器２１ａには、塔部２２の上部に溜る窒素ガスの一部が
第１の還流液用通路２１ｂを介して送入される。この分
縮器部２１内は、塔部２２内よりも減圧状態になってお
り、塔部２２の底部の貯留液体空気（Ｎ2 ５０〜７０
％，Ｏ2 ３０〜５０％）１８が膨脹弁１９ａ付き通路１
９を経て送り込まれ、気化して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２１ａ内に送入された窒素ガスが液化す
る。２５は液面計であり、分縮器部２１内の液体空気の
液面に応じてバルブ２６を制御し液体窒素貯蔵手段２３
からの液体窒素の供給量を制御する。精留塔１５の塔部
２２の上部側の部分には、上記分縮器部２１の凝縮器２
１ａで生成した液体窒素が第２の還流液用通路２１ｃを
通って流下供給されるとともに、液体窒素貯蔵手段２３
から液体窒素が液体窒素導入通路２４ａを経て供給さ
れ、これらが液体窒素溜２１ｄを経て塔部２２内を下方
に流下し、塔部２２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は液化されて塔
部２２の底部に溜り、低沸点成分の窒素ガスが塔部２２
の上部に溜る。２７は精留塔１５の塔部２２の上部天井
部に溜った窒素ガスを製品窒素ガスとして取り出す窒素
ガス取出通路で、超低温の窒素ガスを第２および第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通路２８に送り込
む作用をする。この場合、精留塔１５の塔部２２内にお
ける最上部には、窒素ガスとともに、沸点の低いＨｅ
（−２６９℃），Ｈ2 （−２５３℃）等が溜りやすいた
め、窒素ガス取出通路２７は、塔部２２の最上部よりか
なり下側に開口しており、Ｈｅ，Ｈ2 の混在しない純窒
素ガスのみを製品窒素ガスとして取り出すようになって
いる。液体窒素貯蔵手段２３の頂部は圧力調整弁３８付
きの気化窒素抜出通路３９により窒素ガス取出通路２７
に接続され、かつ、凝縮器２１ａは上記Ｈｅ，Ｈ2 等を
外気へ逃がすためのガス抜き通路４０を備えている。２
９は分縮器部２１内の気化液体空気を第２および第１の
熱交換器１４，１３に送り込む通路、２９ａはその保圧
弁である。３０はバックアップ通路であり、精留塔１５
からメイン通路２８に流れる製品窒素ガスの不足分を補
うべく、液体窒素貯蔵手段２３内の液体窒素を蒸発器３
１により蒸発させてメイン通路２８に常時一定量供給さ
せる機能と、空気圧縮系ラインが故障したとき、消費窒
素ガスの全量を供給させる機能を備えている。この場
合、バックアップ通路３０の流量調整は、蒸発器３１の
下流部に配置された圧力調整弁３５のそれにより行われ
る。３２は不純物分析計であり、メイン通路２８に送り
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３４，３４ａ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。
【０００９】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
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およびＣＯ2 が吸着除去
された圧縮空気を、精留塔１５から窒素ガス取出通路２
７を経て送り込まれる製品窒素ガス等によって冷やされ
ている第１，第２の熱交換器１３，１４に送り込んで超
低温に冷却し、その状態で精留塔１５の塔部２２の下部
内に投入する。ついで、この投入圧縮空気を、液体窒素
貯蔵手段２３から液体窒素導入通路２４ａを経由して精
留塔１５の塔部２２内に送り込まれた液体窒素および液
体窒素溜め２１ｄからの溢流液体窒素と接触させて冷却
し、一部を液化して塔部２２の底部に液体空気１８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。ついで、この気体のまま残った窒素
を窒素ガス取出通路２７から取り出して第２および第１
の熱交換器１４，１３に送り込み、常温近くまで昇温さ
せメイン通路２８から製品窒素ガスとして送り出す。こ
の場合、精留塔１５の塔部２２内は、空気圧縮機９の圧
縮力および液体窒素の蒸気圧により高圧になっているた
め、窒素ガス取出通路２７から取り出される製品窒素ガ
スの圧力も高い。したがって、この製品窒素ガスをパー
ジ用ガス等として用いるようなときには有利となる。ま
た、圧力がこのように高いため、同一径のパイプでは多
量のガスを輸送できるようになるし、輸送量を一定にし
たときには小径のパイプを用いることができるようにな
り、設備費の節約を実現しうるようになる。他方、精留
塔１５の塔部２２の下部に溜った液体空気１８について
は、これを分縮器部２１内に送り込み凝縮機２１ａを冷
却させる。この冷却により、精留塔１５の塔部２２の上
部から第１の還流液用通路２１ｂを通って凝縮器２１ａ
に送入された窒素ガスが液化して精留塔塔部２２内の還
流液となり、第２の還流液用通路２１ｃを経て精留塔１
５の塔部２２に戻る。そして、凝縮器２１ａを冷却し終
えた液体空気１８は、気化し通路２９により第２および
第１の熱交換器１４，１３に送られその熱交換器１４，
１３を冷やしたのち、空中に放出される。なお、液体窒
素貯蔵手段２３から液体窒素導入通路２４ａを経由して
精留塔１５の塔部２２内に送り込まれた液体窒素は、圧
縮空気液化用の寒冷源として作用し、それ自身は気化し
て窒素ガス取出通路２７から製品窒素ガスの一部として
取り出される。このように、液体窒素貯蔵手段２３の液
体窒素は、圧縮空気液化用の寒冷源としての作用を終え
たのち、廃棄されるのではなく、圧縮空気を原料とする
高純度窒素ガスと合体して製品化されるのであり、無駄
なく利用される。また、液体窒素貯蔵手段２３の頂部に
溜る気化窒素は気化窒素抜出通路３９から窒素ガス取出
通路２７に導かれるので、エネルギーの無駄な消費が防
止される。
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
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およびＣＯ2 が吸着除去
された圧縮空気を、精留塔１５から窒素ガス取出通路２
７を経て送り込まれる製品窒素ガス等によって冷やされ
ている第１，第２の熱交換器１３，１４に送り込んで超
低温に冷却し、その状態で精留塔１５の塔部２２の下部
内に投入する。ついで、この投入圧縮空気を、液体窒素
貯蔵手段２３から液体窒素導入通路２４ａを経由して精
留塔１５の塔部２２内に送り込まれた液体窒素および液
体窒素溜め２１ｄからの溢流液体窒素と接触させて冷却
し、一部を液化して塔部２２の底部に液体空気１８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。ついで、この気体のまま残った窒素
を窒素ガス取出通路２７から取り出して第２および第１
の熱交換器１４，１３に送り込み、常温近くまで昇温さ
せメイン通路２８から製品窒素ガスとして送り出す。こ
の場合、精留塔１５の塔部２２内は、空気圧縮機９の圧
縮力および液体窒素の蒸気圧により高圧になっているた
め、窒素ガス取出通路２７から取り出される製品窒素ガ
スの圧力も高い。したがって、この製品窒素ガスをパー
ジ用ガス等として用いるようなときには有利となる。ま
た、圧力がこのように高いため、同一径のパイプでは多
量のガスを輸送できるようになるし、輸送量を一定にし
たときには小径のパイプを用いることができるようにな
り、設備費の節約を実現しうるようになる。他方、精留
塔１５の塔部２２の下部に溜った液体空気１８について
は、これを分縮器部２１内に送り込み凝縮機２１ａを冷
却させる。この冷却により、精留塔１５の塔部２２の上
部から第１の還流液用通路２１ｂを通って凝縮器２１ａ
に送入された窒素ガスが液化して精留塔塔部２２内の還
流液となり、第２の還流液用通路２１ｃを経て精留塔１
５の塔部２２に戻る。そして、凝縮器２１ａを冷却し終
えた液体空気１８は、気化し通路２９により第２および
第１の熱交換器１４，１３に送られその熱交換器１４，
１３を冷やしたのち、空中に放出される。なお、液体窒
素貯蔵手段２３から液体窒素導入通路２４ａを経由して
精留塔１５の塔部２２内に送り込まれた液体窒素は、圧
縮空気液化用の寒冷源として作用し、それ自身は気化し
て窒素ガス取出通路２７から製品窒素ガスの一部として
取り出される。このように、液体窒素貯蔵手段２３の液
体窒素は、圧縮空気液化用の寒冷源としての作用を終え
たのち、廃棄されるのではなく、圧縮空気を原料とする
高純度窒素ガスと合体して製品化されるのであり、無駄
なく利用される。また、液体窒素貯蔵手段２３の頂部に
溜る気化窒素は気化窒素抜出通路３９から窒素ガス取出
通路２７に導かれるので、エネルギーの無駄な消費が防
止される。
【００１０】
【発明の効果】この発明の高純度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もた
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
いうえ、膨脹タービンの使用時の弊害（製品窒素ガスの
取り出し量の変化に応じて迅速に寒冷量を制御すること
ができない）が生じず、純度の高い製品窒素ガスを製造
することができるようになる。そのうえ、この発明の高
純度窒素ガス製造装置は、上記のように、液体窒素貯槽
から精留塔へ寒冷となる液体窒素を供給し、これを装置
全体の寒冷として用いる。したがって、膨脹タービンを
使用する必要がなくなり、膨脹タービンの使用に基づく
弊害が生じない。またこの発明では、上記のように、真
空保冷函中に精留塔と液体窒素貯蔵手段と液体窒素導入
通路とを収容している。そのため、装置を停止状態から
スタートアップさせる時には、液体窒素貯槽によって、
精留塔が予冷された状態となっていることから、スター
トアップ時間を短縮することができる。また、同一の真
空保冷函中に精留塔と液体窒素貯蔵手段と液体窒素導入
通路とが収容されていることから、全体の設置スペース
が小さくてすむという効果を奏するうえ、各別に断熱材
を用いて保冷するという手間が不要となる。また、従
来、精留塔と液体窒素貯槽とを連結していた真空断熱配
管が不要となることから、装置全体の構造が簡単となる
とともに、設備費も少なくてすむようになる。
膨脹タービンを用いず、それに代えて何ら回転部をもた
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
いうえ、膨脹タービンの使用時の弊害（製品窒素ガスの
取り出し量の変化に応じて迅速に寒冷量を制御すること
ができない）が生じず、純度の高い製品窒素ガスを製造
することができるようになる。そのうえ、この発明の高
純度窒素ガス製造装置は、上記のように、液体窒素貯槽
から精留塔へ寒冷となる液体窒素を供給し、これを装置
全体の寒冷として用いる。したがって、膨脹タービンを
使用する必要がなくなり、膨脹タービンの使用に基づく
弊害が生じない。またこの発明では、上記のように、真
空保冷函中に精留塔と液体窒素貯蔵手段と液体窒素導入
通路とを収容している。そのため、装置を停止状態から
スタートアップさせる時には、液体窒素貯槽によって、
精留塔が予冷された状態となっていることから、スター
トアップ時間を短縮することができる。また、同一の真
空保冷函中に精留塔と液体窒素貯蔵手段と液体窒素導入
通路とが収容されていることから、全体の設置スペース
が小さくてすむという効果を奏するうえ、各別に断熱材
を用いて保冷するという手間が不要となる。また、従
来、精留塔と液体窒素貯槽とを連結していた真空断熱配
管が不要となることから、装置全体の構造が簡単となる
とともに、設備費も少なくてすむようになる。
【図１】この発明の一実施例の構成図である。
【図２】精留塔と液体窒素貯蔵手段と液体窒素導入通路
を真空保冷函に収容した部分の構成図である。
を真空保冷函に収容した部分の構成図である。
９ 空気圧縮機 １２ 吸着筒 １３，１４ 熱交換器 １５ 精留塔 １９ 液体空気取入通路 １９ａ 膨脹弁 ２１ 分縮器部 ２１ａ 凝縮器 ２１ｂ 第１の還流液用通路 ２１ｃ 第２の還流液用通路 ２２ 塔部 ２３ 液体窒素貯蔵手段 ２４ａ 液体窒素導入通路 ２７ 窒素ガス取出通路 ３７ 真空保冷函 ３９ 気化窒素抜出通路
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って圧縮された圧縮
空気中の炭酸ガスと水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
の一部を液化して内部に溜め窒素のみを気体として保持
する精留塔と、液体窒素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圧縮空気液化
用の寒冷源として上記精留塔に導く液体窒素導入通路
と、上記精留塔内に保持されている気化窒素を取り出す
窒素ガス取出通路と、それ自身の内部に上記精留塔と液
体窒素貯蔵手段と液体窒素導入通路を収容する真空保冷
函を備えていることを特徴とする高純度窒素ガス製造装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8293016A JPH09105579A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 高純度窒素ガス製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8293016A JPH09105579A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 高純度窒素ガス製造装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7014413A Division JP2686050B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 高純度窒素ガス製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09105579A true JPH09105579A (ja) | 1997-04-22 |
Family
ID=17789397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8293016A Pending JPH09105579A (ja) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | 高純度窒素ガス製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09105579A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS515499A (en) * | 1974-07-03 | 1976-01-17 | Hitachi Ltd | Hoshaseikigasuno bunrikaishusochi |
| JPS5239100A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-26 | Hitachi Ltd | The enriched extraction of 85kr from the bottom liquid of a column still |
| JPS60147086A (ja) * | 1984-01-11 | 1985-08-02 | 大同酸素株式会社 | 高純度窒素ガス製造装置 |
-
1996
- 1996-11-05 JP JP8293016A patent/JPH09105579A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS515499A (en) * | 1974-07-03 | 1976-01-17 | Hitachi Ltd | Hoshaseikigasuno bunrikaishusochi |
| JPS5239100A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-26 | Hitachi Ltd | The enriched extraction of 85kr from the bottom liquid of a column still |
| JPS60147086A (ja) * | 1984-01-11 | 1985-08-02 | 大同酸素株式会社 | 高純度窒素ガス製造装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980818 |