JPH10274474A - 低純度酸素の製造方法及び装置 - Google Patents
低純度酸素の製造方法及び装置Info
- Publication number
- JPH10274474A JPH10274474A JP16585997A JP16585997A JPH10274474A JP H10274474 A JPH10274474 A JP H10274474A JP 16585997 A JP16585997 A JP 16585997A JP 16585997 A JP16585997 A JP 16585997A JP H10274474 A JPH10274474 A JP H10274474A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- low
- air
- pressure
- temperature
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 液化水素の冷熱を空気分離装置で使用するこ
とにより、低純度酸素を効率よく製造する。 【解決手段】 圧縮，精製した原料空気を二系統に分岐
し、一方を膨張させ、他方は低温で圧縮し、両原料空気
を低温蒸留で得られた流体及び液化水素との熱交換によ
り冷却して蒸留塔に導入し、得られた窒素ガスの少なく
とも一部を液化水素によって凝縮させ、窒素ガスの少な
くとも一部を圧縮して凝縮した後、還流液として蒸留塔
に供給し、低温蒸留で得られた酸素の少なくとも一部を
製品として回収する。。
とにより、低純度酸素を効率よく製造する。 【解決手段】 圧縮，精製した原料空気を二系統に分岐
し、一方を膨張させ、他方は低温で圧縮し、両原料空気
を低温蒸留で得られた流体及び液化水素との熱交換によ
り冷却して蒸留塔に導入し、得られた窒素ガスの少なく
とも一部を液化水素によって凝縮させ、窒素ガスの少な
くとも一部を圧縮して凝縮した後、還流液として蒸留塔
に供給し、低温蒸留で得られた酸素の少なくとも一部を
製品として回収する。。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低純度酸素の製造
方法及び装置に関し、詳しくは、液化水素の冷熱を利用
して低温で空気を蒸留分離し、主として低純度酸素を製
品として回収する低純度酸素の製造方法及び装置に関す
る。
方法及び装置に関し、詳しくは、液化水素の冷熱を利用
して低温で空気を蒸留分離し、主として低純度酸素を製
品として回収する低純度酸素の製造方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】純度９
９％以下の低純度酸素は、近年様々な分野において需要
が期待されている。この低純度酸素を製造するプロセス
として、高圧塔及び低圧塔からなる複式蒸留塔を備えた
空気液化分離装置で空気中の酸素と窒素とを分離して酸
素を回収するプロセスが知られている。このようなプロ
セスにおいて低純度酸素を製造する場合は、高純度酸素
を製造する場合に比べてアルゴンと酸素とを分離する必
要がほとんどないため、低圧塔のアルゴンと酸素とを分
離する部分（回収部）の上昇ガス及び下降液の量を少な
くすることができる。このため、原料空気の一部を直接
低圧塔に導入することによって動力原単位の削減を図る
ことが可能となる。
９％以下の低純度酸素は、近年様々な分野において需要
が期待されている。この低純度酸素を製造するプロセス
として、高圧塔及び低圧塔からなる複式蒸留塔を備えた
空気液化分離装置で空気中の酸素と窒素とを分離して酸
素を回収するプロセスが知られている。このようなプロ
セスにおいて低純度酸素を製造する場合は、高純度酸素
を製造する場合に比べてアルゴンと酸素とを分離する必
要がほとんどないため、低圧塔のアルゴンと酸素とを分
離する部分（回収部）の上昇ガス及び下降液の量を少な
くすることができる。このため、原料空気の一部を直接
低圧塔に導入することによって動力原単位の削減を図る
ことが可能となる。
【０００３】図４は、低純度酸素及び窒素を製造する空
気液化分離装置の一例を示す系統図であって、経路２０
１を流れる所定圧力の原料空気は、その大半が経路２０
２から主熱交換器２０３，経路２０４を経て複式蒸留塔
の高圧塔２０５の下部に導入される。残部の原料空気
は、経路２０１から経路２０６に分岐し、熱交換器２０
７を経て圧縮機２０８で昇圧した後、アフタークーラー
２０９，熱交換器２０７を経て経路２１０から前記主熱
交換器２０３に導入される。主熱交換器２０３の中間部
から経路２１１に導出された分岐原料空気は、膨張ター
ビン２１２で断熱膨張することにより冷熱を発生した
後、経路２１３を通って低圧塔２１４の中段に導入され
る。
気液化分離装置の一例を示す系統図であって、経路２０
１を流れる所定圧力の原料空気は、その大半が経路２０
２から主熱交換器２０３，経路２０４を経て複式蒸留塔
の高圧塔２０５の下部に導入される。残部の原料空気
は、経路２０１から経路２０６に分岐し、熱交換器２０
７を経て圧縮機２０８で昇圧した後、アフタークーラー
２０９，熱交換器２０７を経て経路２１０から前記主熱
交換器２０３に導入される。主熱交換器２０３の中間部
から経路２１１に導出された分岐原料空気は、膨張ター
ビン２１２で断熱膨張することにより冷熱を発生した
後、経路２１３を通って低圧塔２１４の中段に導入され
る。
【０００４】高圧塔２０５及び低圧塔２１４に導入され
た原料空気は、複式蒸留塔における周知の精留作用によ
り、低圧塔２１４の底部に設けられた主凝縮器２１５部
分の液化酸素と、低圧塔２１４頂部の窒素ガスとに分離
する。低純度酸素は、低圧塔２１４の下部から経路２１
６に抜き出され、主熱交換器２０３を経て経路２１７か
ら回収される。また、窒素は、低圧塔２１４の塔頂部か
ら経路２１８に抜き出され、過冷器２１９，２２０及び
主熱交換器２０３を経て経路２２１から回収される。
た原料空気は、複式蒸留塔における周知の精留作用によ
り、低圧塔２１４の底部に設けられた主凝縮器２１５部
分の液化酸素と、低圧塔２１４頂部の窒素ガスとに分離
する。低純度酸素は、低圧塔２１４の下部から経路２１
６に抜き出され、主熱交換器２０３を経て経路２１７か
ら回収される。また、窒素は、低圧塔２１４の塔頂部か
ら経路２１８に抜き出され、過冷器２１９，２２０及び
主熱交換器２０３を経て経路２２１から回収される。
【０００５】上記プロセスでは、原料空気の一部を膨張
タービン２１２で膨張させて低圧塔２１４に導入するよ
うにしているが、低圧塔２１４の上昇ガスと下降液とを
得るために原料空気のほとんどを高圧塔２０５に供給し
なければならないので、低圧塔２１４の回収部における
上昇ガス及び下降液の量は、高純度酸素を製造するプロ
セスとほとんど同じとなる。このため、高純度酸素を製
造するプロセスと比較して動力原単位を削減する効果は
少なかった。
タービン２１２で膨張させて低圧塔２１４に導入するよ
うにしているが、低圧塔２１４の上昇ガスと下降液とを
得るために原料空気のほとんどを高圧塔２０５に供給し
なければならないので、低圧塔２１４の回収部における
上昇ガス及び下降液の量は、高純度酸素を製造するプロ
セスとほとんど同じとなる。このため、高純度酸素を製
造するプロセスと比較して動力原単位を削減する効果は
少なかった。
【０００６】また、特開昭６１−３８２９１号公報に記
載されているプロセスでは、低圧の原料空気を直接低圧
塔に導入することによって上昇ガス及び下降液の量を減
少させ、原料空気の圧縮動力を低減するようにしてい
る。しかし、このプロセスでは、低圧及び高圧の２系統
の圧縮設備及び前処理設備（精製設備）が必要となり、
初期コストが増大する欠点があった。また、低圧の空気
から二酸化炭素や水分等を除去するためには、前処理設
備において多量の再生動力が必要となり、動力原単位の
増大につながる。
載されているプロセスでは、低圧の原料空気を直接低圧
塔に導入することによって上昇ガス及び下降液の量を減
少させ、原料空気の圧縮動力を低減するようにしてい
る。しかし、このプロセスでは、低圧及び高圧の２系統
の圧縮設備及び前処理設備（精製設備）が必要となり、
初期コストが増大する欠点があった。また、低圧の空気
から二酸化炭素や水分等を除去するためには、前処理設
備において多量の再生動力が必要となり、動力原単位の
増大につながる。
【０００７】さらに、このようにして低純度酸素を深冷
による空気液化分離装置で製造する場合には、空気をそ
の液化点付近の温度まで冷却して蒸留分離を行うため、
多量の冷熱を必要とし、高圧の流体、例えば、上述のよ
うに、原料空気の一部を圧縮機２０８で高圧に昇圧して
膨張タービン２１２で膨張させ、仕事をさせることで冷
熱を補っていた。
による空気液化分離装置で製造する場合には、空気をそ
の液化点付近の温度まで冷却して蒸留分離を行うため、
多量の冷熱を必要とし、高圧の流体、例えば、上述のよ
うに、原料空気の一部を圧縮機２０８で高圧に昇圧して
膨張タービン２１２で膨張させ、仕事をさせることで冷
熱を補っていた。
【０００８】一方、低純度酸素の用途として、水素と酸
素とを混合して燃焼させることにより発電するシステム
が知られている。このシステムでは、水素を低温の液化
水素の状態で輸送するため、燃焼させる前には、液化水
素を蒸発させて常温まで加熱する必要があり、液化水素
の冷熱を放出させる必要がある。
素とを混合して燃焼させることにより発電するシステム
が知られている。このシステムでは、水素を低温の液化
水素の状態で輸送するため、燃焼させる前には、液化水
素を蒸発させて常温まで加熱する必要があり、液化水素
の冷熱を放出させる必要がある。
【０００９】そこで本発明は、前記液化水素の冷熱を空
気分離装置で使用することにより、低純度酸素を効率よ
く製造することができる低純度酸素の製造方法及び装置
を提供することを目的としている。
気分離装置で使用することにより、低純度酸素を効率よ
く製造することができる低純度酸素の製造方法及び装置
を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の低純度酸素の製造方法は、第１の構成とし
て、液化水素の冷熱を利用して原料空気を低温蒸留する
ことにより低純度酸素を製造する方法において、原料空
気を圧縮する工程と、圧縮原料空気を予冷する工程と、
予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物を除
去して精製する工程と、精製原料空気を２系統に分岐
し、一方は膨張させ、他方は低温で圧縮する工程と、膨
張させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気を
低温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素と
の熱交換により冷却する工程と、低圧及び高圧原料空気
を低温蒸留することにより酸素と窒素とに分離する工程
と、低温蒸留で得られた窒素ガスの少なくとも一部を液
化水素によって凝縮させる工程と、低温蒸留で得られた
酸素の少なくとも一部を製品として回収する工程とを含
むことを特徴としている。
め、本発明の低純度酸素の製造方法は、第１の構成とし
て、液化水素の冷熱を利用して原料空気を低温蒸留する
ことにより低純度酸素を製造する方法において、原料空
気を圧縮する工程と、圧縮原料空気を予冷する工程と、
予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物を除
去して精製する工程と、精製原料空気を２系統に分岐
し、一方は膨張させ、他方は低温で圧縮する工程と、膨
張させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気を
低温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素と
の熱交換により冷却する工程と、低圧及び高圧原料空気
を低温蒸留することにより酸素と窒素とに分離する工程
と、低温蒸留で得られた窒素ガスの少なくとも一部を液
化水素によって凝縮させる工程と、低温蒸留で得られた
酸素の少なくとも一部を製品として回収する工程とを含
むことを特徴としている。
【００１１】さらに、本発明方法の第２の構成は、液化
水素の冷熱を利用して原料空気を単蒸留塔で低温蒸留す
ることにより低純度酸素を製造する方法において、原料
空気を圧縮する工程と、圧縮原料空気を予冷する工程
と、予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物
を除去して精製する工程と、精製原料空気を２系統に分
岐し、一方は膨張させ、他方は低温で圧縮する工程と、
膨張させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気
を低温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素
との熱交換により冷却する工程と、冷却された高圧原料
空気を凝縮させる工程と、低圧及び高圧原料空気を前記
単蒸留塔に導入して低温蒸留することにより酸素と窒素
とに分離する工程と、低温蒸留で得られた窒素ガスの少
なくとも一部を液化水素によって凝縮させる工程と、低
温蒸留で得られた窒素ガスの少なくとも一部を圧縮し、
凝縮した後、還流液として単蒸留塔に供給する工程と、
低温蒸留で得られた酸素の少なくとも一部を製品として
回収する工程とを含むことを特徴としている。
水素の冷熱を利用して原料空気を単蒸留塔で低温蒸留す
ることにより低純度酸素を製造する方法において、原料
空気を圧縮する工程と、圧縮原料空気を予冷する工程
と、予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物
を除去して精製する工程と、精製原料空気を２系統に分
岐し、一方は膨張させ、他方は低温で圧縮する工程と、
膨張させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気
を低温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素
との熱交換により冷却する工程と、冷却された高圧原料
空気を凝縮させる工程と、低圧及び高圧原料空気を前記
単蒸留塔に導入して低温蒸留することにより酸素と窒素
とに分離する工程と、低温蒸留で得られた窒素ガスの少
なくとも一部を液化水素によって凝縮させる工程と、低
温蒸留で得られた窒素ガスの少なくとも一部を圧縮し、
凝縮した後、還流液として単蒸留塔に供給する工程と、
低温蒸留で得られた酸素の少なくとも一部を製品として
回収する工程とを含むことを特徴としている。
【００１２】また、本発明方法の第３の構成は、液化水
素の冷熱を利用して原料空気を高圧塔及び低圧塔を有す
る蒸留設備で低温蒸留することにより低純度酸素を製造
する方法において、原料空気を圧縮する工程と、圧縮原
料空気を予冷する工程と、予冷した原料空気から水分や
二酸化炭素等の不純物を除去して精製する工程と、精製
原料空気を２系統に分岐し、一方は膨張させ、他方は低
温で圧縮する工程と、膨張させた低圧原料空気及び低温
圧縮した高圧原料空気を低温蒸留で得られた流体及び冷
熱を供給する液化水素との熱交換により冷却する工程
と、低圧原料空気を前記低圧塔に導入するとともに高圧
原料空気を前記高圧塔に導入して低温蒸留することによ
り酸素と窒素とに分離する工程と、低温蒸留で得られた
低圧塔上部の窒素ガスの少なくとも一部を液化水素によ
って凝縮させる工程と、低温蒸留で得られた低圧塔下部
の酸素の少なくとも一部を製品として回収する工程とを
含むことを特徴としている。
素の冷熱を利用して原料空気を高圧塔及び低圧塔を有す
る蒸留設備で低温蒸留することにより低純度酸素を製造
する方法において、原料空気を圧縮する工程と、圧縮原
料空気を予冷する工程と、予冷した原料空気から水分や
二酸化炭素等の不純物を除去して精製する工程と、精製
原料空気を２系統に分岐し、一方は膨張させ、他方は低
温で圧縮する工程と、膨張させた低圧原料空気及び低温
圧縮した高圧原料空気を低温蒸留で得られた流体及び冷
熱を供給する液化水素との熱交換により冷却する工程
と、低圧原料空気を前記低圧塔に導入するとともに高圧
原料空気を前記高圧塔に導入して低温蒸留することによ
り酸素と窒素とに分離する工程と、低温蒸留で得られた
低圧塔上部の窒素ガスの少なくとも一部を液化水素によ
って凝縮させる工程と、低温蒸留で得られた低圧塔下部
の酸素の少なくとも一部を製品として回収する工程とを
含むことを特徴としている。
【００１３】さらに、本発明方法は、上記各構成におい
て、前記低温で圧縮する原料空気を前記原料空気の膨張
による仕事を利用して圧縮すること、前記低温で圧縮す
る原料空気は、前記精製工程を終えた原料空気の温度
と、前記低温蒸留を行う温度との間の温度で低温圧縮工
程に供給されること、前記膨張させる原料空気を、膨張
させる前に加熱すること、前記原料空気と低温蒸留で得
られた流体及び冷熱を供給する液化水素との熱交換は、
前記高圧原料空気の温度と低温蒸留で得られた窒素ガス
との温端温度差を５℃以上とし、かつ、該窒素ガスを前
記圧縮原料空気の予冷に利用すること、前記酸素の回収
は、低温蒸留で得られた液化酸素を圧縮し、次いで原料
空気の少なくとも一部、あるいは、原料空気の一部及び
前記圧縮した窒素ガスのいずれか一方又は双方との熱交
換によって蒸発させることにより行うことを特徴として
いる。
て、前記低温で圧縮する原料空気を前記原料空気の膨張
による仕事を利用して圧縮すること、前記低温で圧縮す
る原料空気は、前記精製工程を終えた原料空気の温度
と、前記低温蒸留を行う温度との間の温度で低温圧縮工
程に供給されること、前記膨張させる原料空気を、膨張
させる前に加熱すること、前記原料空気と低温蒸留で得
られた流体及び冷熱を供給する液化水素との熱交換は、
前記高圧原料空気の温度と低温蒸留で得られた窒素ガス
との温端温度差を５℃以上とし、かつ、該窒素ガスを前
記圧縮原料空気の予冷に利用すること、前記酸素の回収
は、低温蒸留で得られた液化酸素を圧縮し、次いで原料
空気の少なくとも一部、あるいは、原料空気の一部及び
前記圧縮した窒素ガスのいずれか一方又は双方との熱交
換によって蒸発させることにより行うことを特徴として
いる。
【００１４】加えて、前記第３の構成において、前記低
温圧縮した高圧原料空気の一部を更に昇圧し、該昇圧原
料空気を低温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液
化水素との熱交換により液化した後、前記高圧塔に導入
すること、特に、前記液化した昇圧原料空気は、前記高
圧塔における高圧原料空気の導入位置よりも、少なくと
も１理論段上の位置で高圧塔に導入することを特徴とし
ている。
温圧縮した高圧原料空気の一部を更に昇圧し、該昇圧原
料空気を低温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液
化水素との熱交換により液化した後、前記高圧塔に導入
すること、特に、前記液化した昇圧原料空気は、前記高
圧塔における高圧原料空気の導入位置よりも、少なくと
も１理論段上の位置で高圧塔に導入することを特徴とし
ている。
【００１５】また、本発明の低純度酸素の製造装置は、
第１の構成として、液化水素の冷熱を利用して原料空気
を低温蒸留することにより低純度酸素を製造する装置に
おいて、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮原
料空気を予冷する予冷設備と、予冷した原料空気から水
分や二酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備
と、精製原料空気の一部を低温で圧縮する低温圧縮機
と、残部の精製原料空気を膨張させるタービンと、膨張
させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気と低
温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素とを
熱交換させて原料空気を冷却する主熱交換器と、主熱交
換器で冷却された原料空気を低温蒸留して窒素と酸素と
に分離する蒸留塔と、蒸留塔の頂部から抜き出した窒素
ガスの一部を凝縮させる熱交換器と、蒸留塔で生成した
酸素の少なくとも一部を製品として回収する経路とを備
えていることを特徴としている。
第１の構成として、液化水素の冷熱を利用して原料空気
を低温蒸留することにより低純度酸素を製造する装置に
おいて、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮原
料空気を予冷する予冷設備と、予冷した原料空気から水
分や二酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備
と、精製原料空気の一部を低温で圧縮する低温圧縮機
と、残部の精製原料空気を膨張させるタービンと、膨張
させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気と低
温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素とを
熱交換させて原料空気を冷却する主熱交換器と、主熱交
換器で冷却された原料空気を低温蒸留して窒素と酸素と
に分離する蒸留塔と、蒸留塔の頂部から抜き出した窒素
ガスの一部を凝縮させる熱交換器と、蒸留塔で生成した
酸素の少なくとも一部を製品として回収する経路とを備
えていることを特徴としている。
【００１６】さらに、本発明装置の第２の構成は、液化
水素の冷熱を利用して原料空気を低温蒸留することによ
り低純度酸素を製造する装置において、原料空気を圧縮
する原料空気圧縮機と、圧縮原料空気を予冷する予冷設
備と、予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純
物を除去して精製する精製設備と、精製原料空気の一部
を低温で圧縮する低温圧縮機と、精製原料空気の残りを
膨張させるタービンと、膨張させた低圧原料空気及び低
温圧縮した高圧原料空気と低温蒸留で得られた流体及び
冷熱を供給する液化水素とを熱交換させて原料空気を冷
却する主熱交換器と、主熱交換器で冷却された原料空気
を低温蒸留して窒素と酸素とに分離する単蒸留塔と、単
蒸留塔底部の液を蒸発させる熱交換器と、低温蒸留で得
られた液化酸素を蒸発させる熱交換器と、単蒸留塔の頂
部から抜き出した窒素ガスの一部を凝縮させる熱交換器
と、単蒸留塔の頂部から抜き出した窒素ガスの一部を圧
縮する圧縮機と、単蒸留塔で生成した酸素の少なくとも
一部を製品として回収する経路とを備えていることを特
徴としている。
水素の冷熱を利用して原料空気を低温蒸留することによ
り低純度酸素を製造する装置において、原料空気を圧縮
する原料空気圧縮機と、圧縮原料空気を予冷する予冷設
備と、予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純
物を除去して精製する精製設備と、精製原料空気の一部
を低温で圧縮する低温圧縮機と、精製原料空気の残りを
膨張させるタービンと、膨張させた低圧原料空気及び低
温圧縮した高圧原料空気と低温蒸留で得られた流体及び
冷熱を供給する液化水素とを熱交換させて原料空気を冷
却する主熱交換器と、主熱交換器で冷却された原料空気
を低温蒸留して窒素と酸素とに分離する単蒸留塔と、単
蒸留塔底部の液を蒸発させる熱交換器と、低温蒸留で得
られた液化酸素を蒸発させる熱交換器と、単蒸留塔の頂
部から抜き出した窒素ガスの一部を凝縮させる熱交換器
と、単蒸留塔の頂部から抜き出した窒素ガスの一部を圧
縮する圧縮機と、単蒸留塔で生成した酸素の少なくとも
一部を製品として回収する経路とを備えていることを特
徴としている。
【００１７】また、本発明装置の第３の構成は、液化水
素の冷熱を利用して原料空気を低温蒸留することにより
低純度酸素を製造する装置において、原料空気を圧縮す
る原料空気圧縮機と、圧縮原料空気を予冷する予冷設備
と、予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物
を除去して精製する精製設備と、精製原料空気の一部を
低温で圧縮する低温圧縮機と、残部の精製原料空気を膨
張させるタービンと、膨張させた低圧原料空気及び低温
圧縮した高圧原料空気と低温蒸留で得られた流体及び冷
熱を供給する液化水素とを熱交換させて原料空気を冷却
する主熱交換器と、主熱交換器で冷却された原料空気を
低温蒸留して窒素と酸素とに分離する高圧塔及び低圧塔
からなる複式蒸留塔と、低圧塔頂部から抜き出した窒素
ガスの一部を凝縮させる熱交換器と、低圧塔で生成した
酸素の少なくとも一部を製品として回収する経路とを備
えていることを特徴としている。
素の冷熱を利用して原料空気を低温蒸留することにより
低純度酸素を製造する装置において、原料空気を圧縮す
る原料空気圧縮機と、圧縮原料空気を予冷する予冷設備
と、予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物
を除去して精製する精製設備と、精製原料空気の一部を
低温で圧縮する低温圧縮機と、残部の精製原料空気を膨
張させるタービンと、膨張させた低圧原料空気及び低温
圧縮した高圧原料空気と低温蒸留で得られた流体及び冷
熱を供給する液化水素とを熱交換させて原料空気を冷却
する主熱交換器と、主熱交換器で冷却された原料空気を
低温蒸留して窒素と酸素とに分離する高圧塔及び低圧塔
からなる複式蒸留塔と、低圧塔頂部から抜き出した窒素
ガスの一部を凝縮させる熱交換器と、低圧塔で生成した
酸素の少なくとも一部を製品として回収する経路とを備
えていることを特徴としている。
【００１８】さらに、本発明装置は、上記各構成におい
て、タービンと前記低温圧縮機とが同軸上に連結されて
いること、前記圧縮原料空気と低温蒸留によって得られ
た流体とを熱交換させて圧縮原料空気を予冷する熱交換
器を備えていること、前記タービンで膨張させる原料空
気を、膨張前に加熱する熱交換器を備えていること、前
記酸素を製品として回収する経路は、低温蒸留によって
得られた液化酸素を圧縮するポンプを備えていること、
前記蒸留塔が、充填蒸留塔であること、前記主熱交換器
は、冷熱を供給する水素の通路と、その他の酸素含有流
体の通路との間に、窒素の通路が介在していることを特
徴としている。
て、タービンと前記低温圧縮機とが同軸上に連結されて
いること、前記圧縮原料空気と低温蒸留によって得られ
た流体とを熱交換させて圧縮原料空気を予冷する熱交換
器を備えていること、前記タービンで膨張させる原料空
気を、膨張前に加熱する熱交換器を備えていること、前
記酸素を製品として回収する経路は、低温蒸留によって
得られた液化酸素を圧縮するポンプを備えていること、
前記蒸留塔が、充填蒸留塔であること、前記主熱交換器
は、冷熱を供給する水素の通路と、その他の酸素含有流
体の通路との間に、窒素の通路が介在していることを特
徴としている。
【００１９】加えて、前記第３の構成において、前記低
温圧縮機を導出した高圧原料空気の一部を昇圧する昇圧
機と、該昇圧機で昇圧した昇圧原料空気を前記主熱交換
器を介して高圧塔に導入する経路とを備えていること、
特に、昇圧原料空気を高圧塔に導入する経路は、該高圧
塔に導入される前記高圧原料空気の導入位置よりも、少
なくとも１理論段上の位置に接続していることを特徴と
している。
温圧縮機を導出した高圧原料空気の一部を昇圧する昇圧
機と、該昇圧機で昇圧した昇圧原料空気を前記主熱交換
器を介して高圧塔に導入する経路とを備えていること、
特に、昇圧原料空気を高圧塔に導入する経路は、該高圧
塔に導入される前記高圧原料空気の導入位置よりも、少
なくとも１理論段上の位置に接続していることを特徴と
している。
【００２０】
【発明の実施の形態】まず、図１は、本発明の第１形態
例を示す系統図である。この低純度酸素製造装置は、原
料空気を圧縮する原料空気圧縮機１と、圧縮後の圧縮原
料空気を予冷するための予冷設備である熱交換器（空気
予冷器）２と、予冷後の原料空気中に含まれている水分
や二酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備３
と、精製後の精製原料空気の一部を前記予冷用熱交換器
２で加熱してから膨張させる膨張タービン４と、精製原
料空気の残部を主熱交換器５で冷却してから圧縮する低
温圧縮機６と、膨張タービン４で膨張した低圧原料空気
及び低温圧縮機６で圧縮した高圧原料空気を単蒸留塔７
での低温蒸留で得られた酸素や窒素等の低温流体及び冷
熱を供給する液化水素と熱交換させて原料空気を冷却す
る前記主熱交換器５と、該主熱交換器５で冷却した原料
空気を窒素と酸素とに分離する前記単蒸留塔７と、単蒸
留塔７の頂部から抜き出した窒素ガスの一部を液化水素
との熱交換により冷却して凝縮させる熱交換器（凝縮
器）８と、単蒸留塔７の頂部から抜き出した窒素ガスの
一部を過冷器９及び主熱交換器５で昇温後に圧縮する窒
素圧縮機１０と、単蒸留塔７の底部から抜き出した液化
酸素の一部を原料空気の一部で加熱して蒸発させる熱交
換器（リボイラー）１１と、単蒸留塔７の底部から製品
酸素ガス回収経路１２に抜き出した液化酸素を圧縮する
液化酸素ポンプ１３と、該液化酸素を蒸発させる酸素蒸
発器１４と、液化水素を前記凝縮器８，過冷器９及び主
熱交換器５を通して昇温する液化水素蒸発昇温経路１５
とを備えている。また、前記膨張タービン４と低温圧縮
機６とは、軸１６により連結されており、膨張タービン
４での原料空気の膨張による仕事を低温圧縮機６の駆動
源としている。
例を示す系統図である。この低純度酸素製造装置は、原
料空気を圧縮する原料空気圧縮機１と、圧縮後の圧縮原
料空気を予冷するための予冷設備である熱交換器（空気
予冷器）２と、予冷後の原料空気中に含まれている水分
や二酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備３
と、精製後の精製原料空気の一部を前記予冷用熱交換器
２で加熱してから膨張させる膨張タービン４と、精製原
料空気の残部を主熱交換器５で冷却してから圧縮する低
温圧縮機６と、膨張タービン４で膨張した低圧原料空気
及び低温圧縮機６で圧縮した高圧原料空気を単蒸留塔７
での低温蒸留で得られた酸素や窒素等の低温流体及び冷
熱を供給する液化水素と熱交換させて原料空気を冷却す
る前記主熱交換器５と、該主熱交換器５で冷却した原料
空気を窒素と酸素とに分離する前記単蒸留塔７と、単蒸
留塔７の頂部から抜き出した窒素ガスの一部を液化水素
との熱交換により冷却して凝縮させる熱交換器（凝縮
器）８と、単蒸留塔７の頂部から抜き出した窒素ガスの
一部を過冷器９及び主熱交換器５で昇温後に圧縮する窒
素圧縮機１０と、単蒸留塔７の底部から抜き出した液化
酸素の一部を原料空気の一部で加熱して蒸発させる熱交
換器（リボイラー）１１と、単蒸留塔７の底部から製品
酸素ガス回収経路１２に抜き出した液化酸素を圧縮する
液化酸素ポンプ１３と、該液化酸素を蒸発させる酸素蒸
発器１４と、液化水素を前記凝縮器８，過冷器９及び主
熱交換器５を通して昇温する液化水素蒸発昇温経路１５
とを備えている。また、前記膨張タービン４と低温圧縮
機６とは、軸１６により連結されており、膨張タービン
４での原料空気の膨張による仕事を低温圧縮機６の駆動
源としている。
【００２１】次に、本形態例により、９７％Ｏ2 の低純
度酸素を製造する方法の一例を説明する。まず、１０１
００Ｎｍ3 ／ｈの原料空気は、原料空気圧縮機１で３．
３ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂｓ．に圧縮され、導管２１を通
り、空気予冷器２で４℃に冷却された後、導管２２を通
って精製設備３に導入される。精製設備３で二酸化炭素
や水分等の不純物を除去された精製原料空気は、導管２
３から導管２４と導管２５とに分岐する。導管２４に分
岐した精製原料空気６１００Ｎｍ3 ／ｈは、前記空気予
冷器２で圧縮原料空気と熱交換して５４℃に加熱された
後、導管２６を通って前記膨張タービン４に導入され、
該膨張タービン４で１．６ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ．に減圧
する。減圧後の低圧原料空気は、導管２７から前記主熱
交換器５に流入し、低温の戻りガスや低温水素ガスと熱
交換を行って露点温度付近まで冷却され、導管２８を通
って前記単蒸留塔７の中段に導入される。
度酸素を製造する方法の一例を説明する。まず、１０１
００Ｎｍ3 ／ｈの原料空気は、原料空気圧縮機１で３．
３ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂｓ．に圧縮され、導管２１を通
り、空気予冷器２で４℃に冷却された後、導管２２を通
って精製設備３に導入される。精製設備３で二酸化炭素
や水分等の不純物を除去された精製原料空気は、導管２
３から導管２４と導管２５とに分岐する。導管２４に分
岐した精製原料空気６１００Ｎｍ3 ／ｈは、前記空気予
冷器２で圧縮原料空気と熱交換して５４℃に加熱された
後、導管２６を通って前記膨張タービン４に導入され、
該膨張タービン４で１．６ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ．に減圧
する。減圧後の低圧原料空気は、導管２７から前記主熱
交換器５に流入し、低温の戻りガスや低温水素ガスと熱
交換を行って露点温度付近まで冷却され、導管２８を通
って前記単蒸留塔７の中段に導入される。
【００２２】一方、前記導管２５に分岐した１０℃の精
製原料空気３９００Ｎｍ3 ／ｈは、前記主熱交換器５で
−５２℃に冷却され、導管２８を通り、前記低温圧縮機
６で５．１ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ．に圧縮された後、導管
２９を通って再び前記主熱交換器５に流入し、前記戻り
ガス等によって露点温度付近まで冷却される。主熱交換
器５で冷却されて導管３０に流出した高圧原料空気は、
導管３１と導管３２とに分岐し、導管３１を通る３１０
０Ｎｍ3 ／ｈの高圧原料空気は、前記リボイラー１１で
冷却されて凝縮し、導管３２を通る８００Ｎｍ3 ／ｈの
高圧原料空気は、前記酸素蒸発器１４で冷却されて凝縮
する。凝縮後の両原料空気は、導管３３及び導管３４か
ら導管３５に合流し、前記過冷器９で更に冷却され、導
管３６を通って膨張弁１７で減圧された後、導管３７か
ら単蒸留塔７の中上部に導入される。
製原料空気３９００Ｎｍ3 ／ｈは、前記主熱交換器５で
−５２℃に冷却され、導管２８を通り、前記低温圧縮機
６で５．１ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ．に圧縮された後、導管
２９を通って再び前記主熱交換器５に流入し、前記戻り
ガス等によって露点温度付近まで冷却される。主熱交換
器５で冷却されて導管３０に流出した高圧原料空気は、
導管３１と導管３２とに分岐し、導管３１を通る３１０
０Ｎｍ3 ／ｈの高圧原料空気は、前記リボイラー１１で
冷却されて凝縮し、導管３２を通る８００Ｎｍ3 ／ｈの
高圧原料空気は、前記酸素蒸発器１４で冷却されて凝縮
する。凝縮後の両原料空気は、導管３３及び導管３４か
ら導管３５に合流し、前記過冷器９で更に冷却され、導
管３６を通って膨張弁１７で減圧された後、導管３７か
ら単蒸留塔７の中上部に導入される。
【００２３】単蒸留塔７での蒸留操作によって塔上部に
分離した窒素ガスは、塔頂部から導管３８に抜き出さ
れ、一部の窒素ガスが導管３９に分岐し、前記凝縮器８
で液化水素蒸発昇温経路１５を流れる液化水素との熱交
換により冷却されて凝縮し、導管４０を通って塔頂部に
還流として戻される。なお、窒素ガスを液化水素と熱交
換させる場合、凝縮器８において温流体である窒素ガス
の冷端付近で窒素が固化し、窒素流路が閉塞するおそれ
があるが、この閉塞を防ぐためには、設計段階において
固化による堆積量を考慮し、窒素流路の通路断面積を大
きくするなどの対策を講じればよい。
分離した窒素ガスは、塔頂部から導管３８に抜き出さ
れ、一部の窒素ガスが導管３９に分岐し、前記凝縮器８
で液化水素蒸発昇温経路１５を流れる液化水素との熱交
換により冷却されて凝縮し、導管４０を通って塔頂部に
還流として戻される。なお、窒素ガスを液化水素と熱交
換させる場合、凝縮器８において温流体である窒素ガス
の冷端付近で窒素が固化し、窒素流路が閉塞するおそれ
があるが、この閉塞を防ぐためには、設計段階において
固化による堆積量を考慮し、窒素流路の通路断面積を大
きくするなどの対策を講じればよい。
【００２４】残りの窒素ガスは、前記導管３８から導管
４１に流れ、過冷器９で加熱された後、導管４２を通っ
て前記主熱交換器５に導入され、その一部１９００Ｎｍ
3 ／ｈが導管４３に分岐して前記窒素圧縮機１０で５．
９ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ．に低温状態で圧縮される。この
圧縮窒素ガスは、導管４４を通って主熱交換器５の中間
部に導入され、冷却された後、導管４５を通って酸素蒸
発器１４に導入され、冷却されて凝縮し、液化窒素とな
る。この液化窒素は、導管４６から過冷器９に導入され
て冷却された後、導管４７を通って膨張弁１８で減圧さ
れた後、導管４８から単蒸留塔７の頂部に導入される。
４１に流れ、過冷器９で加熱された後、導管４２を通っ
て前記主熱交換器５に導入され、その一部１９００Ｎｍ
3 ／ｈが導管４３に分岐して前記窒素圧縮機１０で５．
９ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ．に低温状態で圧縮される。この
圧縮窒素ガスは、導管４４を通って主熱交換器５の中間
部に導入され、冷却された後、導管４５を通って酸素蒸
発器１４に導入され、冷却されて凝縮し、液化窒素とな
る。この液化窒素は、導管４６から過冷器９に導入され
て冷却された後、導管４７を通って膨張弁１８で減圧さ
れた後、導管４８から単蒸留塔７の頂部に導入される。
【００２５】前記導管４２から主熱交換器５に導入さ
れ、前記原料空気と熱交換して０℃に加熱された窒素ガ
ス８００５Ｎｍ3 ／ｈは、導管４９を流れて空気予冷器
２に導入され、前記圧縮原料空気の冷却源として用いら
れる。空気予冷器２から導管５０に導出した窒素ガスの
一部は、導管５１を通って再生加熱器１９で更に加熱さ
れた後、導管５２を通って前記精製設備３の再生ガスと
して用いられる。
れ、前記原料空気と熱交換して０℃に加熱された窒素ガ
ス８００５Ｎｍ3 ／ｈは、導管４９を流れて空気予冷器
２に導入され、前記圧縮原料空気の冷却源として用いら
れる。空気予冷器２から導管５０に導出した窒素ガスの
一部は、導管５１を通って再生加熱器１９で更に加熱さ
れた後、導管５２を通って前記精製設備３の再生ガスと
して用いられる。
【００２６】このように、主熱交換器５において圧力の
高い原料空気と単蒸留塔７から抜き出した低温窒素ガス
との温端温度の差を５℃以上にすることにより、窒素ガ
スに原料空気予冷能力を持たせることができ、冷凍機等
の動力を使用することなく圧縮原料空気の予冷を行うこ
とができる。したがって、装置構成の簡略化が図れると
ともに、製品低純度酸素ガスの原単位を大幅に低減する
ことができる。
高い原料空気と単蒸留塔７から抜き出した低温窒素ガス
との温端温度の差を５℃以上にすることにより、窒素ガ
スに原料空気予冷能力を持たせることができ、冷凍機等
の動力を使用することなく圧縮原料空気の予冷を行うこ
とができる。したがって、装置構成の簡略化が図れると
ともに、製品低純度酸素ガスの原単位を大幅に低減する
ことができる。
【００２７】一方、前記単蒸留塔７の底部に分離した液
化酸素は、塔底部の導管５３に抜き出され、その一部が
導管５４に分岐して前記リボイラー１１に導入され、前
記高圧原料空気の一部によって加熱されて蒸発し、導管
５５から単蒸留塔７の底部に導入されて上昇ガスとな
る。残りの液化酸素１９９５Ｎｍ3 ／ｈは、前記製品酸
素ガス回収経路１２を流れ、液化酸素ポンプ１３で圧縮
された後、導管１２ａを通って前記酸素蒸発器１４に導
入され、前記高圧原料空気の一部によって加熱されて蒸
発する。蒸発した酸素ガスは、導管１２ｂを通って前記
主熱交換器５に流入し、原料空気と熱交換して０℃まで
加熱され、導管１２ｃから製品低純度酸素ガスとして回
収される。
化酸素は、塔底部の導管５３に抜き出され、その一部が
導管５４に分岐して前記リボイラー１１に導入され、前
記高圧原料空気の一部によって加熱されて蒸発し、導管
５５から単蒸留塔７の底部に導入されて上昇ガスとな
る。残りの液化酸素１９９５Ｎｍ3 ／ｈは、前記製品酸
素ガス回収経路１２を流れ、液化酸素ポンプ１３で圧縮
された後、導管１２ａを通って前記酸素蒸発器１４に導
入され、前記高圧原料空気の一部によって加熱されて蒸
発する。蒸発した酸素ガスは、導管１２ｂを通って前記
主熱交換器５に流入し、原料空気と熱交換して０℃まで
加熱され、導管１２ｃから製品低純度酸素ガスとして回
収される。
【００２８】また、前記液化水素蒸発昇温経路１５に導
入された３９９０Ｎｍ3 ／ｈの液体水素は、前記凝縮器
８で前記窒素ガスにより−１９５℃に加熱されて蒸発
し、さらに、導管１５ａ，過冷器９，導管１５ｂ，主熱
交換器５を流れて−１２０℃に昇温し、導管１５ｃから
抜き出される。
入された３９９０Ｎｍ3 ／ｈの液体水素は、前記凝縮器
８で前記窒素ガスにより−１９５℃に加熱されて蒸発
し、さらに、導管１５ａ，過冷器９，導管１５ｂ，主熱
交換器５を流れて−１２０℃に昇温し、導管１５ｃから
抜き出される。
【００２９】本形態例では、単蒸留塔７から抜き出した
液化酸素を液化酸素ポンプ１３で圧縮し、高圧で製品と
して回収するようにしているが、液化酸素ポンプ１３を
省略して低圧で回収することもできる。この場合の本形
態例における酸素の製品量に対する必要動力の比（酸素
原単位）は、０．３２ｋＷｈ／Ｎｍ3 であった。
液化酸素を液化酸素ポンプ１３で圧縮し、高圧で製品と
して回収するようにしているが、液化酸素ポンプ１３を
省略して低圧で回収することもできる。この場合の本形
態例における酸素の製品量に対する必要動力の比（酸素
原単位）は、０．３２ｋＷｈ／Ｎｍ3 であった。
【００３０】また、本形態例は、酸素流量に対する水素
流量の比が１：２の場合の例である。水素の流量をさら
に増加させ、単蒸留塔７の還流窒素を水素の寒冷のみで
供給することができる場合には、導管４８を通って単蒸
留塔７に還流を供給する循環窒素は不要となる。
流量の比が１：２の場合の例である。水素の流量をさら
に増加させ、単蒸留塔７の還流窒素を水素の寒冷のみで
供給することができる場合には、導管４８を通って単蒸
留塔７に還流を供給する循環窒素は不要となる。
【００３１】上記形態例に示すように、深冷空気分離に
より酸素を製造するプロセスにおいて、液化水素を装置
に導入し、その冷熱を利用して単蒸留塔７の還流液の少
なくとも一部を得ることにより、従来のような高圧流体
をタービンで膨張させることによる冷熱の供給を不要と
することができる。また、供給原料空気を一系統で圧縮
し、前処理（精製）を行い、その後、低圧と高圧との二
系統の供給空気に分岐させて蒸留分離を行うことによ
り、装置の簡略化も図れる。これらの改善を行うこと
で、従来プロセスと比較して製品回収率に対する動力の
比を低減することができる。
より酸素を製造するプロセスにおいて、液化水素を装置
に導入し、その冷熱を利用して単蒸留塔７の還流液の少
なくとも一部を得ることにより、従来のような高圧流体
をタービンで膨張させることによる冷熱の供給を不要と
することができる。また、供給原料空気を一系統で圧縮
し、前処理（精製）を行い、その後、低圧と高圧との二
系統の供給空気に分岐させて蒸留分離を行うことによ
り、装置の簡略化も図れる。これらの改善を行うこと
で、従来プロセスと比較して製品回収率に対する動力の
比を低減することができる。
【００３２】図２は、本発明の第２形態例を示すもの
で、高圧塔１０１及び低圧塔１０２からなる複式蒸留塔
１０３を備えた蒸留設備で原料空気の低温蒸留を行うこ
とにより低純度酸素を製造するようにした例を示してい
る。以下、本形態例において、９５％Ｏ2 の低純度酸素
を製造する場合に付いて説明する。
で、高圧塔１０１及び低圧塔１０２からなる複式蒸留塔
１０３を備えた蒸留設備で原料空気の低温蒸留を行うこ
とにより低純度酸素を製造するようにした例を示してい
る。以下、本形態例において、９５％Ｏ2 の低純度酸素
を製造する場合に付いて説明する。
【００３３】まず、１０２２１０Ｎｍ3 ／ｈの原料空気
は、原料空気圧縮機１０４で３．２ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂ
ｓ．に圧縮され、導管１０５を通り、空気予冷器１０６
で４℃に冷却された後、導管１０７を通って精製設備１
０８に導入される。精製設備１０８で二酸化炭素や水分
等の不純物を除去された精製原料空気は、導管１０９か
ら導管１１０と導管１１１とに分岐する。導管１１０に
分岐した精製原料空気４８０００Ｎｍ3 ／ｈは、前記空
気予冷器１０６で圧縮原料空気と熱交換して６２℃に加
熱された後、導管１１２を通って膨張タービン１１３に
導入され、該膨張タービン１１３で１．５ｋｇ／ｃｍ2
ａｂｓ．に減圧する。減圧後の低圧原料空気は、導管１
１４から主熱交換器１１５に流入し、低温の戻りガスや
低温水素ガスと熱交換を行って露点温度付近まで冷却さ
れ、導管１１６を通って前記低圧塔１０２の中段に導入
される。
は、原料空気圧縮機１０４で３．２ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂ
ｓ．に圧縮され、導管１０５を通り、空気予冷器１０６
で４℃に冷却された後、導管１０７を通って精製設備１
０８に導入される。精製設備１０８で二酸化炭素や水分
等の不純物を除去された精製原料空気は、導管１０９か
ら導管１１０と導管１１１とに分岐する。導管１１０に
分岐した精製原料空気４８０００Ｎｍ3 ／ｈは、前記空
気予冷器１０６で圧縮原料空気と熱交換して６２℃に加
熱された後、導管１１２を通って膨張タービン１１３に
導入され、該膨張タービン１１３で１．５ｋｇ／ｃｍ2
ａｂｓ．に減圧する。減圧後の低圧原料空気は、導管１
１４から主熱交換器１１５に流入し、低温の戻りガスや
低温水素ガスと熱交換を行って露点温度付近まで冷却さ
れ、導管１１６を通って前記低圧塔１０２の中段に導入
される。
【００３４】一方、前記導管１１１に分岐した１５℃の
精製原料空気５４２１０Ｎｍ3 ／ｈは、前記主熱交換器
１１５で−１４０℃に冷却され、導管１１７から低温圧
縮機１１８に導入されて５．８ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ．に
圧縮された後、導管１１９を通って再び前記主熱交換器
１１５に流入し、前記戻りガス等によって露点温度付近
まで冷却され、導管１２０を通って前記高圧塔１０１の
下部に導入される。この原料空気は、高圧塔１０１内を
上昇し、主凝縮器１２１で凝縮した液と気液接触を行う
ことにより、塔頂部の窒素と塔底部の酸素富化液化空気
とに分離する。
精製原料空気５４２１０Ｎｍ3 ／ｈは、前記主熱交換器
１１５で−１４０℃に冷却され、導管１１７から低温圧
縮機１１８に導入されて５．８ｋｇ／ｃｍ2 ａｂｓ．に
圧縮された後、導管１１９を通って再び前記主熱交換器
１１５に流入し、前記戻りガス等によって露点温度付近
まで冷却され、導管１２０を通って前記高圧塔１０１の
下部に導入される。この原料空気は、高圧塔１０１内を
上昇し、主凝縮器１２１で凝縮した液と気液接触を行う
ことにより、塔頂部の窒素と塔底部の酸素富化液化空気
とに分離する。
【００３５】主凝縮器１２１で凝縮して導管１２２に抜
き出された液化窒素は、過冷器１２３で冷却された後、
導管１２４を通り、弁１２５で低圧塔１０２の運転圧力
に減圧された後、導管１２６を通って低圧塔１０２の頂
部に導入される。
き出された液化窒素は、過冷器１２３で冷却された後、
導管１２４を通り、弁１２５で低圧塔１０２の運転圧力
に減圧された後、導管１２６を通って低圧塔１０２の頂
部に導入される。
【００３６】高圧塔１０１の塔底部から導管１２７に抜
き出された酸素富化液化空気は、過冷器１２３で冷却さ
れ、導管１２８を通って弁１２９で低圧塔１０２の運転
圧力に減圧された後、低圧塔１０２の中上段に導入され
る。
き出された酸素富化液化空気は、過冷器１２３で冷却さ
れ、導管１２８を通って弁１２９で低圧塔１０２の運転
圧力に減圧された後、低圧塔１０２の中上段に導入され
る。
【００３７】低圧塔１０２では、さらに蒸留が行われて
塔頂部の窒素と塔底部の液化酸素とに分離する。塔下部
から導管１３０に抜き出された２２３５５Ｎｍ3 ／ｈの
酸素ガスは、前記主熱交換器１１５で原料空気と熱交換
して１０℃に加熱され、導管１３１から製品酸素として
回収される。
塔頂部の窒素と塔底部の液化酸素とに分離する。塔下部
から導管１３０に抜き出された２２３５５Ｎｍ3 ／ｈの
酸素ガスは、前記主熱交換器１１５で原料空気と熱交換
して１０℃に加熱され、導管１３１から製品酸素として
回収される。
【００３８】塔頂部から導管１３２に抜き出された窒素
ガスの一部は、導管１３３に分岐して凝縮器１３４に導
入され、導管１３５から導入される液化水素との熱交換
によって凝縮し、導管１３６を通って前記導管１２６の
液化窒素に合流して低圧塔１０２に戻される。また、導
管１３２から導管１３７に進んだ７９８５５Ｎｍ3 ／ｈ
の窒素ガスは、前記過冷器１２３で寒冷を回収され、導
管１３８を通って主熱交換器１１５で原料空気と熱交換
して０℃に昇温し、導管１３９に導出する。
ガスの一部は、導管１３３に分岐して凝縮器１３４に導
入され、導管１３５から導入される液化水素との熱交換
によって凝縮し、導管１３６を通って前記導管１２６の
液化窒素に合流して低圧塔１０２に戻される。また、導
管１３２から導管１３７に進んだ７９８５５Ｎｍ3 ／ｈ
の窒素ガスは、前記過冷器１２３で寒冷を回収され、導
管１３８を通って主熱交換器１１５で原料空気と熱交換
して０℃に昇温し、導管１３９に導出する。
【００３９】さらに、この導管１３９の窒素ガスは、導
管１４０に至り、空気予冷器１０６で圧縮原料空気と熱
交換を行い、圧縮原料空気を冷却するとともに、９０℃
に加熱される。空気予冷器１０６から導管１４１に導出
した加熱窒素ガスの一部は、導管１４２を通って再生加
熱器１４３に導入され、精製設備１０８の再生ガスとし
て用いられる。また、導管１４１の窒素ガスの残部は、
導管１４４に導出される。
管１４０に至り、空気予冷器１０６で圧縮原料空気と熱
交換を行い、圧縮原料空気を冷却するとともに、９０℃
に加熱される。空気予冷器１０６から導管１４１に導出
した加熱窒素ガスの一部は、導管１４２を通って再生加
熱器１４３に導入され、精製設備１０８の再生ガスとし
て用いられる。また、導管１４１の窒素ガスの残部は、
導管１４４に導出される。
【００４０】前記導管１３５から導入される４２５００
Ｎｍ3 ／ｈの液化水素は、凝縮器１３４で−１９５℃に
加熱され、導管１４５，過冷器１２３を通って主熱交換
器１１５に導入され、原料空気と熱交換して−１８０℃
に昇温し、導管１４６から抜き出される。
Ｎｍ3 ／ｈの液化水素は、凝縮器１３４で−１９５℃に
加熱され、導管１４５，過冷器１２３を通って主熱交換
器１１５に導入され、原料空気と熱交換して−１８０℃
に昇温し、導管１４６から抜き出される。
【００４１】本形態例における酸素原単位は、０．２５
ｋＷｈ／Ｎｍ3 となり、図４に示した従来のプロセスと
比較して、０．１３ｋＷｈ／Ｎｍ3 の削減が図れる。
ｋＷｈ／Ｎｍ3 となり、図４に示した従来のプロセスと
比較して、０．１３ｋＷｈ／Ｎｍ3 の削減が図れる。
【００４２】図３は、本発明の第３形態例を示すもの
で、低純度酸素を高圧で製造するプロセスの一例を示し
ている。なお、前記第２形態例における構成要素と同一
の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。
で、低純度酸素を高圧で製造するプロセスの一例を示し
ている。なお、前記第２形態例における構成要素と同一
の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。
【００４３】原料空気圧縮機１０４で３．３ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 ａｂｓ．に圧縮された１０６１００Ｎｍ3 ／ｈの原
料空気は、前記第２形態例と同様に、空気予冷器１０
６，精製設備１０８を経た後、導管１１０と導管１１１
とに分岐する。導管１１０に分岐した４１１５０Ｎｍ3
／ｈの精製原料空気は、空気予冷器１０６で６５℃に加
熱され、膨張タービン１１３で１．５ｋｇ／ｃｍ2 ａｂ
ｓ．に減圧した後、主熱交換器１１５で露点温度付近ま
で冷却されてから低圧塔１０２の中段に導入される。
ｍ2 ａｂｓ．に圧縮された１０６１００Ｎｍ3 ／ｈの原
料空気は、前記第２形態例と同様に、空気予冷器１０
６，精製設備１０８を経た後、導管１１０と導管１１１
とに分岐する。導管１１０に分岐した４１１５０Ｎｍ3
／ｈの精製原料空気は、空気予冷器１０６で６５℃に加
熱され、膨張タービン１１３で１．５ｋｇ／ｃｍ2 ａｂ
ｓ．に減圧した後、主熱交換器１１５で露点温度付近ま
で冷却されてから低圧塔１０２の中段に導入される。
【００４４】導管１１１に分岐した６４９５０Ｎｍ3 ／
ｈ，１５℃の精製原料空気は、主熱交換器１１５で−１
６５℃に冷却され、低温圧縮機１１８で５．８ｋｇ／ｃ
ｍ2ａｂｓ．に圧縮された後、導管１５１と導管１５２
とに分岐する。導管１５１の高圧原料空気は、再び主熱
交換器１１５を経て露点温度付近まで冷却され、導管１
２０を通って高圧塔１０１の下部に導入される。導管１
５２の高圧原料空気は、昇圧機１５３で１３．０ｋｇ／
ｃｍ2 ａｂｓ．に昇圧され、導管１５４によって主熱交
換器１１５に導入され、露点温度付近まで冷却されて液
化した後、導管１５５を通って弁１５６で高圧塔１０１
の運転圧力に減圧してから高圧塔１０１の下部に導入さ
れる。
ｈ，１５℃の精製原料空気は、主熱交換器１１５で−１
６５℃に冷却され、低温圧縮機１１８で５．８ｋｇ／ｃ
ｍ2ａｂｓ．に圧縮された後、導管１５１と導管１５２
とに分岐する。導管１５１の高圧原料空気は、再び主熱
交換器１１５を経て露点温度付近まで冷却され、導管１
２０を通って高圧塔１０１の下部に導入される。導管１
５２の高圧原料空気は、昇圧機１５３で１３．０ｋｇ／
ｃｍ2 ａｂｓ．に昇圧され、導管１５４によって主熱交
換器１１５に導入され、露点温度付近まで冷却されて液
化した後、導管１５５を通って弁１５６で高圧塔１０１
の運転圧力に減圧してから高圧塔１０１の下部に導入さ
れる。
【００４５】このとき、液化した昇圧原料空気を高圧塔
１０１に導入する導管１５５は、高圧原料空気を高圧塔
１０１に導入する導管１２０の接続位置よりも、少なく
とも１理論段上の位置に接続している。このように液化
した昇圧原料空気を高圧原料空気より上段に導入するこ
とにより、この間の還流比（Ｌ／Ｖ）を１に近付けるこ
とができ、分離効果を向上させることができる。
１０１に導入する導管１５５は、高圧原料空気を高圧塔
１０１に導入する導管１２０の接続位置よりも、少なく
とも１理論段上の位置に接続している。このように液化
した昇圧原料空気を高圧原料空気より上段に導入するこ
とにより、この間の還流比（Ｌ／Ｖ）を１に近付けるこ
とができ、分離効果を向上させることができる。
【００４６】高圧塔１０１及び低圧塔１０２では、前記
同様の蒸留操作が行われ、低圧塔１０２の底部に液化酸
素が、低圧塔１０２の頂部に窒素ガスがそれぞれ分離す
る。低圧塔１０２の底部から導管１５７に抜き出された
２３３５５Ｎｍ3 ／ｈの液化酸素は、液化酸素ポンプ１
５８で３５ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂｓ．に圧縮された後、導
管１５９により主熱交換器１１５に導入され、１０℃で
導管１６０から抜き出される。
同様の蒸留操作が行われ、低圧塔１０２の底部に液化酸
素が、低圧塔１０２の頂部に窒素ガスがそれぞれ分離す
る。低圧塔１０２の底部から導管１５７に抜き出された
２３３５５Ｎｍ3 ／ｈの液化酸素は、液化酸素ポンプ１
５８で３５ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂｓ．に圧縮された後、導
管１５９により主熱交換器１１５に導入され、１０℃で
導管１６０から抜き出される。
【００４７】また、低圧塔１０２の頂部から導管１３２
に抜き出された窒素ガスは、その一部が凝縮器１３４で
液化水素との熱交換により凝縮して低圧塔１０２に戻さ
れ、導管１３７に進んだ８３２５５Ｎｍ3 ／ｈの窒素ガ
スは、過冷器１２３，主熱交換器１１５を経て導管１３
９に導出し、導管１４０を通って一部が再生ガスとして
用いられ、残部が導管１４４から導出される。
に抜き出された窒素ガスは、その一部が凝縮器１３４で
液化水素との熱交換により凝縮して低圧塔１０２に戻さ
れ、導管１３７に進んだ８３２５５Ｎｍ3 ／ｈの窒素ガ
スは、過冷器１２３，主熱交換器１１５を経て導管１３
９に導出し、導管１４０を通って一部が再生ガスとして
用いられ、残部が導管１４４から導出される。
【００４８】導管１３５から導入される４４３００Ｎｍ
3 ／ｈの液化水素は、凝縮器１３４で−１９５℃に加熱
され、さらに、主熱交換器１１５で加熱されて−１３０
℃に昇温し、導管１４６から抜き出される。
3 ／ｈの液化水素は、凝縮器１３４で−１９５℃に加熱
され、さらに、主熱交換器１１５で加熱されて−１３０
℃に昇温し、導管１４６から抜き出される。
【００４９】本形態例における酸素原単位は、０．２８
ｋＷｈ／Ｎｍ3 となり、図４に示した従来のプロセスに
おいて、導管２１７に導出した酸素ガスを圧縮機で３５
ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂｓ．に圧縮する場合と比較して、
０．２６ｋＷｈ／Ｎｍ3 の削減が図れる。
ｋＷｈ／Ｎｍ3 となり、図４に示した従来のプロセスに
おいて、導管２１７に導出した酸素ガスを圧縮機で３５
ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂｓ．に圧縮する場合と比較して、
０．２６ｋＷｈ／Ｎｍ3 の削減が図れる。
【００５０】また、本形態例では、製品酸素を高圧で送
り出すため、低圧塔１０２から酸素を液状で抜き出して
液化酸素ポンプ１５８で圧縮した後に主熱交換器１１５
で気化させるようにしているので、液化酸素の気化潜熱
を補償するため、原料空気の一部を昇圧して主熱交換器
１１５で液化させることにより、主熱交換器１１５の冷
端側で温流体と冷流体との温度差が近接しないように、
すなわち、適切な温度差を維持できるようにしている。
り出すため、低圧塔１０２から酸素を液状で抜き出して
液化酸素ポンプ１５８で圧縮した後に主熱交換器１１５
で気化させるようにしているので、液化酸素の気化潜熱
を補償するため、原料空気の一部を昇圧して主熱交換器
１１５で液化させることにより、主熱交換器１１５の冷
端側で温流体と冷流体との温度差が近接しないように、
すなわち、適切な温度差を維持できるようにしている。
【００５１】上記各形態例に示すように、深冷空気分離
により低純度酸素を製造するプロセスにおいて、液化水
素を装置に導入し、その冷熱を利用して蒸留塔の還流液
の少なくとも一部を得ることにより、従来のような高圧
流体をタービンで膨張させることによる冷熱の供給を不
要とすることができる。また、供給原料空気を一系統で
圧縮し、前処理（精製）を行い、その後、低圧及び高圧
の二系統の供給空気に分岐して蒸留分離を行うことによ
り、装置の簡略化も図れる。これらの改善を行うこと
で、従来プロセスと比較して製品回収率に対する動力の
比を低減することができる。
により低純度酸素を製造するプロセスにおいて、液化水
素を装置に導入し、その冷熱を利用して蒸留塔の還流液
の少なくとも一部を得ることにより、従来のような高圧
流体をタービンで膨張させることによる冷熱の供給を不
要とすることができる。また、供給原料空気を一系統で
圧縮し、前処理（精製）を行い、その後、低圧及び高圧
の二系統の供給空気に分岐して蒸留分離を行うことによ
り、装置の簡略化も図れる。これらの改善を行うこと
で、従来プロセスと比較して製品回収率に対する動力の
比を低減することができる。
【００５２】さらに、各形態例に示すように、主熱交換
器には、酸素との反応性が強い水素と酸素含有流体とが
熱交換を行うので、主熱交換器の通路構成を、水素が流
れる通路と、その他の酸素含有流体、即ち製品酸素や原
料空気が流れる通路との間に、前記蒸留塔（単蒸留塔
７，低圧塔１０２）から抜き出した窒素ガスの通路を設
けた構成とすることにより、各通路間の仕切板に万一漏
洩が発生したとしても、水素と酸素、あるいは、水素と
空気とが直接接触することがなくなるので、爆発の危険
性を回避することができ、安全性を高めることができ
る。
器には、酸素との反応性が強い水素と酸素含有流体とが
熱交換を行うので、主熱交換器の通路構成を、水素が流
れる通路と、その他の酸素含有流体、即ち製品酸素や原
料空気が流れる通路との間に、前記蒸留塔（単蒸留塔
７，低圧塔１０２）から抜き出した窒素ガスの通路を設
けた構成とすることにより、各通路間の仕切板に万一漏
洩が発生したとしても、水素と酸素、あるいは、水素と
空気とが直接接触することがなくなるので、爆発の危険
性を回避することができ、安全性を高めることができ
る。
【００５３】また、前記各形態例における酸素原単位
は、各蒸留塔を多孔板トレイを使用した棚段式で形成し
た場合の数値であり、各蒸留塔を、あるいは高圧塔及び
低圧塔のいずれか一方を充填式の蒸留塔とした場合に
は、棚段式に比べて圧力損失が少ないので、この圧力損
失減少に伴って動力削減効果も更に大きくなる。
は、各蒸留塔を多孔板トレイを使用した棚段式で形成し
た場合の数値であり、各蒸留塔を、あるいは高圧塔及び
低圧塔のいずれか一方を充填式の蒸留塔とした場合に
は、棚段式に比べて圧力損失が少ないので、この圧力損
失減少に伴って動力削減効果も更に大きくなる。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の低純度酸
素の製造方法及び装置によれば、液化水素の冷熱を空気
分離の寒冷源として使用するので、効率的な空気分離プ
ロセスが可能となる。この場合、冷熱を補給するための
タービンは不要となり、高圧の流体を全て蒸留に使用で
きる。
素の製造方法及び装置によれば、液化水素の冷熱を空気
分離の寒冷源として使用するので、効率的な空気分離プ
ロセスが可能となる。この場合、冷熱を補給するための
タービンは不要となり、高圧の流体を全て蒸留に使用で
きる。
【００５５】また、低純度酸素を製造するプロセスにお
いては、蒸留塔下部の酸素を濃縮する部分の下降液及び
上昇ガスの量を、高純度酸素ガスを製造するプロセスに
比較して少なくすることができるため、原料空気の一部
を蒸留塔（単蒸留塔あるいは低圧塔）の中部に低圧で導
入することができ、蒸留塔底部におけるリボイル量を減
少させることができる。
いては、蒸留塔下部の酸素を濃縮する部分の下降液及び
上昇ガスの量を、高純度酸素ガスを製造するプロセスに
比較して少なくすることができるため、原料空気の一部
を蒸留塔（単蒸留塔あるいは低圧塔）の中部に低圧で導
入することができ、蒸留塔底部におけるリボイル量を減
少させることができる。
【００５６】さらに、蒸留塔に導入する高圧の原料空気
と低圧の原料空気とを得るため、圧縮、精製後の原料空
気の一部をタービンで膨張させ、残りの空気をこのター
ビンで得られた仕事を利用して圧縮することにより、原
料空気圧縮機及び原料空気の精製を行う前処理設備は一
系統で、高圧及び低圧の両原料空気を得ることができ
る。
と低圧の原料空気とを得るため、圧縮、精製後の原料空
気の一部をタービンで膨張させ、残りの空気をこのター
ビンで得られた仕事を利用して圧縮することにより、原
料空気圧縮機及び原料空気の精製を行う前処理設備は一
系統で、高圧及び低圧の両原料空気を得ることができ
る。
【図１】 本発明の第１形態例を示す系統図である。
【図２】 本発明の第２形態例を示す系統図である。
【図３】 本発明の第３形態例を示す系統図である。
【図４】 従来の低純度酸素製造プラントの一例を示す
系統図である。
系統図である。
１…原料空気圧縮機、２…空気予冷器、３…精製設備、
４…膨張タービン、５…主熱交換器、６…低温圧縮機、
７…単蒸留塔、８…凝縮器、９…過冷器、１０…窒素圧
縮機、１１…リボイラー、１２…製品酸素ガス回収経
路、１３…液化酸素ポンプ、１４…酸素蒸発器、１５…
液化水素蒸発昇温経路、１６…軸、１７，１８…膨張
弁、１９…再生加熱器、１０１…高圧塔、１０２…低圧
塔、１０３…複式蒸留塔、１０６…空気予冷器、１０８
…精製設備、１１３…膨張タービン、１１５…主熱交換
器、１１８…低温圧縮機、１２１…主凝縮器、１２３…
過冷器、１３４…凝縮器、１４３…再生加熱器、１５３
…昇圧機、１５８…液化酸素ポンプ
４…膨張タービン、５…主熱交換器、６…低温圧縮機、
７…単蒸留塔、８…凝縮器、９…過冷器、１０…窒素圧
縮機、１１…リボイラー、１２…製品酸素ガス回収経
路、１３…液化酸素ポンプ、１４…酸素蒸発器、１５…
液化水素蒸発昇温経路、１６…軸、１７，１８…膨張
弁、１９…再生加熱器、１０１…高圧塔、１０２…低圧
塔、１０３…複式蒸留塔、１０６…空気予冷器、１０８
…精製設備、１１３…膨張タービン、１１５…主熱交換
器、１１８…低温圧縮機、１２１…主凝縮器、１２３…
過冷器、１３４…凝縮器、１４３…再生加熱器、１５３
…昇圧機、１５８…液化酸素ポンプ
Claims (22)
- 【請求項１】 液化水素の冷熱を利用して原料空気を低
温蒸留することにより低純度酸素を製造する方法におい
て、原料空気を圧縮する工程と、圧縮原料空気を予冷す
る工程と、予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の
不純物を除去して精製する工程と、精製原料空気を２系
統に分岐し、一方は膨張させ、他方は低温で圧縮する工
程と、膨張させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原
料空気を低温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液
化水素との熱交換により冷却する工程と、低圧及び高圧
原料空気を低温蒸留することにより酸素と窒素とに分離
する工程と、低温蒸留で得られた窒素ガスの少なくとも
一部を液化水素によって凝縮させる工程と、低温蒸留で
得られた酸素の少なくとも一部を製品として回収する工
程とを含むことを特徴とする低純度酸素の製造方法。 - 【請求項２】 液化水素の冷熱を利用して原料空気を単
蒸留塔で低温蒸留することにより低純度酸素を製造する
方法において、原料空気を圧縮する工程と、圧縮原料空
気を予冷する工程と、予冷した原料空気から水分や二酸
化炭素等の不純物を除去して精製する工程と、精製原料
空気を２系統に分岐し、一方は膨張させ、他方は低温で
圧縮する工程と、膨張させた低圧原料空気及び低温圧縮
した高圧原料空気を低温蒸留で得られた流体及び冷熱を
供給する液化水素との熱交換により冷却する工程と、冷
却された高圧原料空気を凝縮させる工程と、低圧及び高
圧原料空気を前記単蒸留塔に導入して低温蒸留すること
により酸素と窒素とに分離する工程と、低温蒸留で得ら
れた窒素ガスの少なくとも一部を液化水素によって凝縮
させる工程と、低温蒸留で得られた窒素ガスの少なくと
も一部を圧縮し、凝縮した後、還流液として単蒸留塔に
供給する工程と、低温蒸留で得られた酸素の少なくとも
一部を製品として回収する工程とを含むことを特徴とす
る低純度酸素の製造方法。 - 【請求項３】 液化水素の冷熱を利用して原料空気を
高圧塔及び低圧塔を有する蒸留設備で低温蒸留すること
により低純度酸素を製造する方法において、原料空気を
圧縮する工程と、圧縮原料空気を予冷する工程と、予冷
した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物を除去し
て精製する工程と、精製原料空気を２系統に分岐し、一
方は膨張させ、他方は低温で圧縮する工程と、膨張させ
た低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気を低温蒸
留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素との熱交
換により冷却する工程と、低圧原料空気を前記低圧塔に
導入するとともに高圧原料空気を前記高圧塔に導入して
低温蒸留することにより酸素と窒素とに分離する工程
と、低温蒸留で得られた低圧塔上部の窒素ガスの少なく
とも一部を液化水素によって凝縮させる工程と、低温蒸
留で得られた低圧塔下部の酸素の少なくとも一部を製品
として回収する工程とを含むことを特徴とする低純度酸
素の製造方法。 - 【請求項４】 前記低温で圧縮する原料空気は、前記原
料空気の膨張による仕事を利用して圧縮することを特徴
とする請求項１，２又は３記載の低純度酸素の製造方
法。 - 【請求項５】 前記低温で圧縮する原料空気は、前記精
製工程を終えた原料空気の温度と、前記低温蒸留を行う
温度との間の温度で低温圧縮工程に供給されることを特
徴とする請求項１，２又は３記載の低純度酸素の製造方
法。 - 【請求項６】 前記膨張させる原料空気を、膨張させる
前に加熱することを特徴とする請求項１，２又は３記載
の低純度酸素の製造方法。 - 【請求項７】 前記原料空気と低温蒸留で得られた流体
及び冷熱を供給する液化水素との熱交換は、前記高圧原
料空気の温度と低温蒸留で得られた窒素ガスとの温端温
度差を５℃以上とし、かつ、該窒素ガスを前記圧縮原料
空気の予冷に利用することを特徴とする請求項１，２又
は３記載の低純度酸素の製造方法。 - 【請求項８】 前記酸素の回収は、低温蒸留で得られた
液化酸素を圧縮し、次いで原料空気の少なくとも一部と
の熱交換によって蒸発させることにより行うことを特徴
とする請求項１又は３記載の低純度酸素の製造方法。 - 【請求項９】 前記酸素の回収は、低温蒸留で得られた
液化酸素を圧縮し、次いで原料空気の一部及び前記圧縮
した窒素ガスのいずれか一方又は双方との熱交換によっ
て蒸発させることにより行うことを特徴とする請求項２
記載の低純度酸素の製造方法。 - 【請求項１０】 前記低温圧縮した高圧原料空気の一部
を更に昇圧し、該昇圧原料空気を低温蒸留で得られた流
体及び冷熱を供給する液化水素との熱交換により液化し
た後、前記高圧塔に導入することを特徴とする請求項３
記載の低純度酸素の製造方法。 - 【請求項１１】 前記液化した昇圧原料空気は、前記高
圧塔における高圧原料空気の導入位置よりも、少なくと
も１理論段上の位置で高圧塔に導入することを特徴とす
る請求項１０記載の低純度酸素の製造方法。 - 【請求項１２】 液化水素の冷熱を利用して原料空気を
低温蒸留することにより低純度酸素を製造する装置にお
いて、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮原料
空気を予冷する予冷設備と、予冷した原料空気から水分
や二酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備
と、精製原料空気の一部を低温で圧縮する低温圧縮機
と、残部の精製原料空気を膨張させるタービンと、膨張
させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気と低
温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素とを
熱交換させて原料空気を冷却する主熱交換器と、主熱交
換器で冷却された原料空気を低温蒸留して窒素と酸素と
に分離する蒸留塔と、蒸留塔の頂部から抜き出した窒素
ガスの一部を凝縮させる熱交換器と、蒸留塔で生成した
酸素の少なくとも一部を製品として回収する経路とを備
えていることを特徴とする低純度酸素の製造装置。 - 【請求項１３】 液化水素の冷熱を利用して原料空気を
低温蒸留することにより低純度酸素を製造する装置にお
いて、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮原料
空気を予冷する予冷設備と、予冷した原料空気から水分
や二酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備
と、精製原料空気の一部を低温で圧縮する低温圧縮機
と、精製原料空気の残りを膨張させるタービンと、膨張
させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気と低
温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素とを
熱交換させて原料空気を冷却する主熱交換器と、主熱交
換器で冷却された原料空気を低温蒸留して窒素と酸素と
に分離する単蒸留塔と、単蒸留塔底部の液を蒸発させる
熱交換器と、低温蒸留で得られた液化酸素を蒸発させる
熱交換器と、単蒸留塔の頂部から抜き出した窒素ガスの
一部を凝縮させる熱交換器と、単蒸留塔の頂部から抜き
出した窒素ガスの一部を圧縮する圧縮機と、単蒸留塔で
生成した酸素の少なくとも一部を製品として回収する経
路とを備えていることを特徴とする低純度酸素の製造装
置。 - 【請求項１４】 液化水素の冷熱を利用して原料空気を
低温蒸留することにより低純度酸素を製造する装置にお
いて、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮原料
空気を予冷する予冷設備と、予冷した原料空気から水分
や二酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備
と、精製原料空気の一部を低温で圧縮する低温圧縮機
と、残部の精製原料空気を膨張させるタービンと、膨張
させた低圧原料空気及び低温圧縮した高圧原料空気と低
温蒸留で得られた流体及び冷熱を供給する液化水素とを
熱交換させて原料空気を冷却する主熱交換器と、主熱交
換器で冷却された原料空気を低温蒸留して窒素と酸素と
に分離する高圧塔及び低圧塔からなる複式蒸留塔と、低
圧塔頂部から抜き出した窒素ガスの一部を凝縮させる熱
交換器と、低圧塔で生成した酸素の少なくとも一部を製
品として回収する経路とを備えていることを特徴とする
低純度酸素の製造装置。 - 【請求項１５】 前記タービンと前記低温圧縮機とが同
軸上に連結されていることを特徴とする請求項１２，１
３又は１４記載の低純度酸素の製造装置。 - 【請求項１６】 前記圧縮原料空気と低温蒸留によって
得られた流体とを熱交換させて圧縮原料空気を予冷する
熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１２，１
３又は１４記載の低純度酸素の製造装置。 - 【請求項１７】 前記タービンで膨張させる原料空気
を、膨張前に加熱する熱交換器を備えていることを特徴
とする請求項１２，１３又は１４記載の低純度酸素の製
造装置。 - 【請求項１８】 前記酸素を製品として回収する経路
は、低温蒸留によって得られた液化酸素を圧縮するポン
プを備えていることを特徴とする請求項１２，１３又は
１４記載の低純度酸素の製造装置。 - 【請求項１９】 前記蒸留塔が、充填蒸留塔であること
を特徴とする請求項１２，１３又は１４記載の低純度酸
素の製造装置。 - 【請求項２０】 前記主熱交換器は、冷熱を供給する水
素の通路と、その他の酸素含有流体の通路との間に、窒
素の通路が介在していることを特徴とする請求項１２，
１３又は１４記載の低純度酸素の製造装置。 - 【請求項２１】 前記低温圧縮機を導出した高圧原料空
気の一部を昇圧する昇圧機と、該昇圧機で昇圧した昇圧
原料空気を前記主熱交換器を介して高圧塔に導入する経
路とを備えていることを特徴とする請求項１４記載の低
純度酸素の製造装置。 - 【請求項２２】 前記昇圧原料空気を高圧塔に導入する
経路は、該高圧塔に導入される前記高圧原料空気の導入
位置よりも、少なくとも１理論段上の位置に接続してい
ることを特徴とする請求項２１記載の低純度酸素の製造
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16585997A JP3703943B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-06-23 | 低純度酸素の製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-14306 | 1997-01-28 | ||
| JP1430697 | 1997-01-28 | ||
| JP16585997A JP3703943B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-06-23 | 低純度酸素の製造方法及び装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10274474A true JPH10274474A (ja) | 1998-10-13 |
| JPH10274474A5 JPH10274474A5 (ja) | 2005-04-07 |
| JP3703943B2 JP3703943B2 (ja) | 2005-10-05 |
Family
ID=26350236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16585997A Expired - Fee Related JP3703943B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-06-23 | 低純度酸素の製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3703943B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009529648A (ja) * | 2006-03-15 | 2009-08-20 | リンデ アクチエンゲゼルシヤフト | 低温空気分離方法及び装置 |
| CN113865265A (zh) * | 2021-10-08 | 2021-12-31 | 华陆工程科技有限责任公司 | 一种利用液氢冷能的空气分离方法 |
| JP2023164132A (ja) * | 2022-04-28 | 2023-11-10 | トキコシステムソリューションズ株式会社 | 液体水素気化システム |
| JP2025518238A (ja) * | 2022-05-31 | 2025-06-12 | シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | アンモニアを生成するためのプラントおよび方法 |
| JP2025124519A (ja) * | 2024-02-14 | 2025-08-26 | 岩谷産業株式会社 | 空気分離装置、ならびに、液化酸素および液化窒素の製造方法 |
| WO2025224970A1 (ja) * | 2024-04-26 | 2025-10-30 | 川崎重工業株式会社 | 深冷分離装置 |
| WO2025224969A1 (ja) * | 2024-04-26 | 2025-10-30 | 川崎重工業株式会社 | 深冷分離装置 |
-
1997
- 1997-06-23 JP JP16585997A patent/JP3703943B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009529648A (ja) * | 2006-03-15 | 2009-08-20 | リンデ アクチエンゲゼルシヤフト | 低温空気分離方法及び装置 |
| CN113865265A (zh) * | 2021-10-08 | 2021-12-31 | 华陆工程科技有限责任公司 | 一种利用液氢冷能的空气分离方法 |
| JP2023164132A (ja) * | 2022-04-28 | 2023-11-10 | トキコシステムソリューションズ株式会社 | 液体水素気化システム |
| JP2025518238A (ja) * | 2022-05-31 | 2025-06-12 | シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | アンモニアを生成するためのプラントおよび方法 |
| JP2025124519A (ja) * | 2024-02-14 | 2025-08-26 | 岩谷産業株式会社 | 空気分離装置、ならびに、液化酸素および液化窒素の製造方法 |
| WO2025224970A1 (ja) * | 2024-04-26 | 2025-10-30 | 川崎重工業株式会社 | 深冷分離装置 |
| WO2025224969A1 (ja) * | 2024-04-26 | 2025-10-30 | 川崎重工業株式会社 | 深冷分離装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3703943B2 (ja) | 2005-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0412793B2 (en) | Process and apparatus for producing nitrogen from air | |
| JP2865274B2 (ja) | 酸素と窒素を気体及び／又は液体製品として同時に製造するための空気の低温蒸留法 | |
| US5490391A (en) | Method and apparatus for producing oxygen | |
| US4617037A (en) | Nitrogen production method | |
| JP2875206B2 (ja) | 高純度窒素製造装置及び方法 | |
| JPH08175806A (ja) | 加圧下で気体酸素を生産するための方法及びプラント | |
| EP2634517B1 (en) | Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation | |
| JP4276520B2 (ja) | 空気分離装置の運転方法 | |
| JPH09269189A (ja) | 窒素製造法および窒素発生器 | |
| JP3737611B2 (ja) | 低純度酸素の製造方法及び装置 | |
| JP3190016B2 (ja) | 高圧窒素を製造する原料空気の低温蒸留方法 | |
| US4356013A (en) | Split pressure feed for the selective production of pure oxygen from air | |
| JP3703943B2 (ja) | 低純度酸素の製造方法及び装置 | |
| JP4230213B2 (ja) | 空気液化分離装置及び方法 | |
| JP4520667B2 (ja) | 空気分離方法および装置 | |
| JP3748677B2 (ja) | 低純度酸素の製造方法及び装置 | |
| JPH09170872A (ja) | 多成分液体供給原料流の蒸留塔への導入方法 | |
| JP3737612B2 (ja) | 低純度酸素の製造方法及び装置 | |
| JP2920392B2 (ja) | 空気液化分離装置における液化窒素の過冷却方法 | |
| JPH0627620B2 (ja) | 酸素の需要変動に適した空気液化分離方法及び装置 | |
| JP4447501B2 (ja) | 空気液化分離方法及び装置 | |
| JP2001336876A (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
| JP2000258054A (ja) | 低純度酸素の製造方法及び装置 | |
| JP2000130928A (ja) | 酸素製造方法及び装置 | |
| JP4447502B2 (ja) | 空気液化分離方法及び装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040601 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20040601 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050615 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Effective date: 20050628 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050721 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 3 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080729 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110729 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 6 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110729 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110729 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |