JPH11201637A - 空気分離方法及びその装置 - Google Patents
空気分離方法及びその装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】空気から分離して得た酸素ガスや窒素ガスの放
散を削減し、また減圧によるエネルギー損失を低減でき
る空気分離方法及びその装置を提供する。 【解決手段】圧縮した原料空気を深冷分離して得られた
製品酸素ガスを製品酸素ガス圧縮機６の吸入側から還元
管路１８を通じて原料空気圧縮機１の吸入側に還元す
る。このとき、製品酸素ガス圧縮機６の吸入側の製品酸
素ガス圧力の上昇が所定値以上にならないように、還元
酸素ガス調節装置１９で圧力調整しながら還元酸素ガス
量を制御する。
散を削減し、また減圧によるエネルギー損失を低減でき
る空気分離方法及びその装置を提供する。 【解決手段】圧縮した原料空気を深冷分離して得られた
製品酸素ガスを製品酸素ガス圧縮機６の吸入側から還元
管路１８を通じて原料空気圧縮機１の吸入側に還元す
る。このとき、製品酸素ガス圧縮機６の吸入側の製品酸
素ガス圧力の上昇が所定値以上にならないように、還元
酸素ガス調節装置１９で圧力調整しながら還元酸素ガス
量を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は原料空気を主として
酸素と窒素とに分離する空気分離方法及びその装置に関
し、特に余剰となった酸素の処理に関するものである。
酸素と窒素とに分離する空気分離方法及びその装置に関
し、特に余剰となった酸素の処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の空気分離装置としては、例えば
図２に示すようなものがある。この空気分離装置では、
まず原料空気流量計２ａ，原料空気流量調節計２ｂ並び
に原料空気流量調節弁２ｃからなる原料空気流量制御装
置２によって原料空気圧縮機１の吐出側の流量をフィー
ドバック制御しながら、当該原料空気圧縮機１で原料空
気を圧縮して熱交換器３に送給する。この熱交換器３で
は、既に分離された低温の製品（空気を分離して得た酸
素ガスや窒素ガスを、以下、製品酸素ガス或いは製品窒
素ガスなどとも称する）酸素ガスＯ2 や製品窒素ガスＮ
2 によって、圧縮された原料空気が冷却され、その中で
固化分離した水分や炭酸ガスが除去されてから空気液化
分離器４に送給される。この空気液化分離器４で深冷分
離された製品酸素ガスＯ2 は、前記熱交換器３を経由す
る製品酸素ガス送給管路５を介して製品酸素ガス圧縮機
６によって圧縮され、高圧製品酸素ガスＯ2 として高圧
製品酸素ガス送給管路７を介して使用先に送給されると
共に、その一部は製品酸素ガスホルダ８に貯蔵される。
一方、前記空気液化分離器４で分離された製品窒素ガス
Ｎ2 は、やはり前記前記熱交換器３を経由する製品窒素
ガス送給管路１１を介して製品窒素ガス圧縮機１２によ
って圧縮され、高圧製品窒素ガスＮ2 として高圧製品窒
素ガス送給管路１３を介して使用先に送給される。な
お、前記空気液化分離器４内で余剰の液体酸素が発生し
た場合には、液体酸素送給管路９を介して液体酸素貯槽
１０に貯蔵可能である。また、気化した製品酸素ガスＯ
2 は、製品酸素ガス圧縮機６の吸入側及び吐出側の夫々
に設けられた吸入側製品酸素放散弁１４及び吐出側製品
酸素放散弁１５から大気放散される。ちなみに、図中の
符号１６は空気を断熱膨張させ、寒冷を発生させるため
の膨張タービン，符号１７は断熱膨張用空気送給管路で
ある。
図２に示すようなものがある。この空気分離装置では、
まず原料空気流量計２ａ，原料空気流量調節計２ｂ並び
に原料空気流量調節弁２ｃからなる原料空気流量制御装
置２によって原料空気圧縮機１の吐出側の流量をフィー
ドバック制御しながら、当該原料空気圧縮機１で原料空
気を圧縮して熱交換器３に送給する。この熱交換器３で
は、既に分離された低温の製品（空気を分離して得た酸
素ガスや窒素ガスを、以下、製品酸素ガス或いは製品窒
素ガスなどとも称する）酸素ガスＯ2 や製品窒素ガスＮ
2 によって、圧縮された原料空気が冷却され、その中で
固化分離した水分や炭酸ガスが除去されてから空気液化
分離器４に送給される。この空気液化分離器４で深冷分
離された製品酸素ガスＯ2 は、前記熱交換器３を経由す
る製品酸素ガス送給管路５を介して製品酸素ガス圧縮機
６によって圧縮され、高圧製品酸素ガスＯ2 として高圧
製品酸素ガス送給管路７を介して使用先に送給されると
共に、その一部は製品酸素ガスホルダ８に貯蔵される。
一方、前記空気液化分離器４で分離された製品窒素ガス
Ｎ2 は、やはり前記前記熱交換器３を経由する製品窒素
ガス送給管路１１を介して製品窒素ガス圧縮機１２によ
って圧縮され、高圧製品窒素ガスＮ2 として高圧製品窒
素ガス送給管路１３を介して使用先に送給される。な
お、前記空気液化分離器４内で余剰の液体酸素が発生し
た場合には、液体酸素送給管路９を介して液体酸素貯槽
１０に貯蔵可能である。また、気化した製品酸素ガスＯ
2 は、製品酸素ガス圧縮機６の吸入側及び吐出側の夫々
に設けられた吸入側製品酸素放散弁１４及び吐出側製品
酸素放散弁１５から大気放散される。ちなみに、図中の
符号１６は空気を断熱膨張させ、寒冷を発生させるため
の膨張タービン，符号１７は断熱膨張用空気送給管路で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、製品酸素ガ
スＯ2 の使用先での消費量，つまり需要が減少するとき
には、前記空気液化分離器４によって分離する製品酸素
ガスＯ2 の量そのものを減少させるが、このとき前述し
た原料空気圧縮機１の機械的な制約から、実質的に約３
０％程度しか分離される製品酸素ガスＯ2 の量を減少で
きない。また、前記製品酸素ガスホルダ８に貯蔵できる
製品酸素ガスＯ2 の量にも自ずと限界がある。従って、
これ以上に余剰な製品酸素ガスＯ2 は、前記吸入側製品
酸素放散弁１４及び吐出側製品酸素放散弁１５から大気
に放散するしかない。
スＯ2 の使用先での消費量，つまり需要が減少するとき
には、前記空気液化分離器４によって分離する製品酸素
ガスＯ2 の量そのものを減少させるが、このとき前述し
た原料空気圧縮機１の機械的な制約から、実質的に約３
０％程度しか分離される製品酸素ガスＯ2 の量を減少で
きない。また、前記製品酸素ガスホルダ８に貯蔵できる
製品酸素ガスＯ2 の量にも自ずと限界がある。従って、
これ以上に余剰な製品酸素ガスＯ2 は、前記吸入側製品
酸素放散弁１４及び吐出側製品酸素放散弁１５から大気
に放散するしかない。
【０００４】このような問題を解決するために、例えば
特公昭４９−４５９９７号公報や特公昭４９−４５９９
８号公報に記載される空気分離方法や装置がある。この
公報に記載される空気分離方法及び装置では、分離され
た酸素と窒素とを夫々液体状態で貯蔵できる貯槽を有
し、例えば製品酸素ガスＯ2 を増加する場合には、製品
窒素ガスＮ2 との熱交換によって液体酸素を気化し、製
品酸素ガスＯ2 を減少する場合には、液体窒素による冷
熱の回収により製品酸素ガスＯ2 を液化して貯蔵するよ
うにしている。しかしながら、この従来技術によれば、
特に製品酸素ガスＯ2 を減少させるとき、当該製品酸素
ガスＯ2 の液化に伴って発生する気化した窒素ガスＮ2
が利用されることなく放散されるという問題がある。
特公昭４９−４５９９７号公報や特公昭４９−４５９９
８号公報に記載される空気分離方法や装置がある。この
公報に記載される空気分離方法及び装置では、分離され
た酸素と窒素とを夫々液体状態で貯蔵できる貯槽を有
し、例えば製品酸素ガスＯ2 を増加する場合には、製品
窒素ガスＮ2 との熱交換によって液体酸素を気化し、製
品酸素ガスＯ2 を減少する場合には、液体窒素による冷
熱の回収により製品酸素ガスＯ2 を液化して貯蔵するよ
うにしている。しかしながら、この従来技術によれば、
特に製品酸素ガスＯ2 を減少させるとき、当該製品酸素
ガスＯ2 の液化に伴って発生する気化した窒素ガスＮ2
が利用されることなく放散されるという問題がある。
【０００５】また、この他にも本出願人が先に提案した
特開平５−３４０６１号公報に記載される空気分離方法
及び装置では、図２に二点鎖線で示すように、前記製品
酸素ガス圧縮機６の吐出側から前記原料空気圧縮機１の
吐出側に余剰な製品酸素ガスＯ2 を還元する（単に入側
に戻すといった意味であり、製品酸素ガスを原料空気側
に戻すことを還元と記し、その酸素ガスを還元酸素ガス
とも記す）。しかしながら、例えば製鉄所においては、
吹錬に対応するために、前記製品酸素ガス圧縮機６の吐
出圧は２５kg/cm2程度であり、片や前記原料空気圧縮機
１の吐出圧は５kg/cm2程度であることから、当該製品酸
素ガス圧縮機６の吐出側から前記原料空気圧縮機１の吐
出側に製品酸素ガスＯ2 を還元する場合には、わざわざ
高圧化した製品酸素ガスＯ2 を再び減圧するというエネ
ルギー損失がある。
特開平５−３４０６１号公報に記載される空気分離方法
及び装置では、図２に二点鎖線で示すように、前記製品
酸素ガス圧縮機６の吐出側から前記原料空気圧縮機１の
吐出側に余剰な製品酸素ガスＯ2 を還元する（単に入側
に戻すといった意味であり、製品酸素ガスを原料空気側
に戻すことを還元と記し、その酸素ガスを還元酸素ガス
とも記す）。しかしながら、例えば製鉄所においては、
吹錬に対応するために、前記製品酸素ガス圧縮機６の吐
出圧は２５kg/cm2程度であり、片や前記原料空気圧縮機
１の吐出圧は５kg/cm2程度であることから、当該製品酸
素ガス圧縮機６の吐出側から前記原料空気圧縮機１の吐
出側に製品酸素ガスＯ2 を還元する場合には、わざわざ
高圧化した製品酸素ガスＯ2 を再び減圧するというエネ
ルギー損失がある。
【０００６】本発明はこれらの諸問題に鑑みて開発され
たものであり、わざわざ分離した酸素ガスや窒素ガスを
放散することを抑制し、また高圧化した酸素ガスＯ2 を
減圧するといったエネルギー損失を小さくすることがで
きる空気分離方法及びその装置を提供することを目的と
するものである。
たものであり、わざわざ分離した酸素ガスや窒素ガスを
放散することを抑制し、また高圧化した酸素ガスＯ2 を
減圧するといったエネルギー損失を小さくすることがで
きる空気分離方法及びその装置を提供することを目的と
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明のうち請求項１に係る空気分離方法は、空気
を分離して得た酸素ガスのうち、余剰となった酸素ガス
を、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機の吸入側に還元
することを特徴とするものである。
に、本発明のうち請求項１に係る空気分離方法は、空気
を分離して得た酸素ガスのうち、余剰となった酸素ガス
を、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機の吸入側に還元
することを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明のうち請求項２に係る空気分
離装置は、空気を分離して得た酸素ガスを圧縮する酸素
ガス圧縮機の吸入側と原料空気を圧縮する原料空気圧縮
機の吸入側とを連結する還元管路と、前記酸素ガス圧縮
機の吸入側における酸素ガスの圧力の上昇を所定値以下
に保持するように、前記還元管路に設けられた調節弁を
調節して、余剰となった酸素ガスを、前記原料空気圧縮
機の吸入側に還元する調節装置を備えたことを特徴とす
るものである。
離装置は、空気を分離して得た酸素ガスを圧縮する酸素
ガス圧縮機の吸入側と原料空気を圧縮する原料空気圧縮
機の吸入側とを連結する還元管路と、前記酸素ガス圧縮
機の吸入側における酸素ガスの圧力の上昇を所定値以下
に保持するように、前記還元管路に設けられた調節弁を
調節して、余剰となった酸素ガスを、前記原料空気圧縮
機の吸入側に還元する調節装置を備えたことを特徴とす
るものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る空気分離方法
及びその装置の一実施形態について図面を用いながら説
明する。
及びその装置の一実施形態について図面を用いながら説
明する。
【００１０】図１には本実施形態の空気分離装置の概要
を示す。この空気分離装置の概略構成は、前記図２に示
す従来のものと同様であるので、同等の構成には同等の
符号を附して、その詳細な説明を省略する。
を示す。この空気分離装置の概略構成は、前記図２に示
す従来のものと同様であるので、同等の構成には同等の
符号を附して、その詳細な説明を省略する。
【００１１】この実施形態では、まず前記製品酸素ガス
圧縮機６の吸入側と原料空気圧縮機１の吸入側，より厳
密には前記原料空気流量制御装置２の原料空気流量調節
弁２ｃより更に入側とを、酸素ガス還元管路１８で連結
すると共に、この還元管路１８には還元酸素ガス流量調
節装置１９のアクチュエータとして圧力調節弁１９ｃを
介装する。また、この還元管路１８の入側には、還元酸
素ガス流量調節装置１９の検出器としての製品酸素ガス
圧力計１９ａを取付け、製品酸素ガス圧縮機６の吸入
側，つまり熱交換器３で得られる製品酸素ガスＯ2 の圧
力を検出する。そして、還元酸素ガス流量調節装置１９
のコントローラである還元酸素ガス流量調節計１９ｂ
は、前記還元酸素ガス圧力計１９ａで検出される製品酸
素ガスＯ2 の圧力の上昇が所定値以下になるように、即
ち製品酸素ガスＯ2 の圧力が所定値を越えないように、
前記圧力調節弁１９ｃの開度を調節して当該製品酸素ガ
スＯ2の圧力を制御する。
圧縮機６の吸入側と原料空気圧縮機１の吸入側，より厳
密には前記原料空気流量制御装置２の原料空気流量調節
弁２ｃより更に入側とを、酸素ガス還元管路１８で連結
すると共に、この還元管路１８には還元酸素ガス流量調
節装置１９のアクチュエータとして圧力調節弁１９ｃを
介装する。また、この還元管路１８の入側には、還元酸
素ガス流量調節装置１９の検出器としての製品酸素ガス
圧力計１９ａを取付け、製品酸素ガス圧縮機６の吸入
側，つまり熱交換器３で得られる製品酸素ガスＯ2 の圧
力を検出する。そして、還元酸素ガス流量調節装置１９
のコントローラである還元酸素ガス流量調節計１９ｂ
は、前記還元酸素ガス圧力計１９ａで検出される製品酸
素ガスＯ2 の圧力の上昇が所定値以下になるように、即
ち製品酸素ガスＯ2 の圧力が所定値を越えないように、
前記圧力調節弁１９ｃの開度を調節して当該製品酸素ガ
スＯ2の圧力を制御する。
【００１２】これにより、余剰の製品酸素ガスＯ2 だけ
が、一旦原料空気側に還元され、それらが前記原料空気
圧縮機１で圧縮される。一方、空気液化分離器４に送ら
れた余剰酸素は内部で液化され、前記液体酸素送給管路
９を介して液体酸素貯槽１０に貯蔵される。従って、熱
交換器３の出側における余剰な製品酸素ガスＯ2 ，即ち
製品酸素ガス圧縮機６の吸入側の余剰な製品酸素ガスＯ
2 は、高圧に圧縮される以前に原料空気に還元，混入さ
れるので、その減圧代は、前記製品酸素ガス圧縮機６の
吐出側の高圧製品酸素ガスＯ2 を原料空気圧縮機１の吐
出側に還元するよりも小さい。
が、一旦原料空気側に還元され、それらが前記原料空気
圧縮機１で圧縮される。一方、空気液化分離器４に送ら
れた余剰酸素は内部で液化され、前記液体酸素送給管路
９を介して液体酸素貯槽１０に貯蔵される。従って、熱
交換器３の出側における余剰な製品酸素ガスＯ2 ，即ち
製品酸素ガス圧縮機６の吸入側の余剰な製品酸素ガスＯ
2 は、高圧に圧縮される以前に原料空気に還元，混入さ
れるので、その減圧代は、前記製品酸素ガス圧縮機６の
吐出側の高圧製品酸素ガスＯ2 を原料空気圧縮機１の吐
出側に還元するよりも小さい。
【００１３】より具体的には、例えば前述のように原料
空気圧縮機１の吐出圧が５kg/cm2程度、熱交換器３の出
側，即ち製品酸素ガス圧縮機６の吸入圧が０．２kg/cm2
程度、製品酸素ガス圧縮機６の吐出圧が２５kg/cm2程度
で、例えば原料空気圧縮機１の処理量が１０００００〜
１４３０００Ｎm3/h，製品酸素ガスの発生量が２０００
０〜２８６００Ｎm3/h，製品酸素ガス圧縮機（複数機に
より構成）の処理量が０〜３００００Ｎm3/hという条件
下で、２０００Ｎm3/hの余剰な製品酸素ガスＯ 2 が発生
した場合の本実施形態の減圧損失は１００kW程度の減圧
損失になる。一方、前記製品酸素ガス圧縮機６の吐出側
の高圧製品酸素ガスＯ2 を原料空気圧縮機１の吐出側に
還元する従来技術で１７１kW程度の減圧損失が生じるか
ら、その差は７１kW程度で約４２％の損失低減が可能と
なる。
空気圧縮機１の吐出圧が５kg/cm2程度、熱交換器３の出
側，即ち製品酸素ガス圧縮機６の吸入圧が０．２kg/cm2
程度、製品酸素ガス圧縮機６の吐出圧が２５kg/cm2程度
で、例えば原料空気圧縮機１の処理量が１０００００〜
１４３０００Ｎm3/h，製品酸素ガスの発生量が２０００
０〜２８６００Ｎm3/h，製品酸素ガス圧縮機（複数機に
より構成）の処理量が０〜３００００Ｎm3/hという条件
下で、２０００Ｎm3/hの余剰な製品酸素ガスＯ 2 が発生
した場合の本実施形態の減圧損失は１００kW程度の減圧
損失になる。一方、前記製品酸素ガス圧縮機６の吐出側
の高圧製品酸素ガスＯ2 を原料空気圧縮機１の吐出側に
還元する従来技術で１７１kW程度の減圧損失が生じるか
ら、その差は７１kW程度で約４２％の損失低減が可能と
なる。
【００１４】勿論、余剰な製品酸素ガスＯ2 も製品窒素
ガスＮ2 も無駄に放散する必要はない。
ガスＮ2 も無駄に放散する必要はない。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る空気分離方法によれば、余剰となった酸素ガ
スを、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機の吸入側に還
元するようにしたため、過酸素状態で圧縮された原料空
気は、その酸素成分だけが、例えば空気液化分離器にお
いて液体酸素として回収されるので、前記余剰となった
酸素ガスや窒素ガスの放散を抑制でき、わざわざ高圧化
した酸素ガスを減圧するといったエネルギー損失を小さ
くすることができる。
項１に係る空気分離方法によれば、余剰となった酸素ガ
スを、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機の吸入側に還
元するようにしたため、過酸素状態で圧縮された原料空
気は、その酸素成分だけが、例えば空気液化分離器にお
いて液体酸素として回収されるので、前記余剰となった
酸素ガスや窒素ガスの放散を抑制でき、わざわざ高圧化
した酸素ガスを減圧するといったエネルギー損失を小さ
くすることができる。
【００１６】また、本発明のうち請求項２に係る空気分
離装置によれば、酸素ガス圧縮機の吸入側における酸素
ガスの圧力の上昇を所定値以下に保持するように、前記
還元管路に設けられた調節弁を調節して、余剰となった
酸素ガスだけを原料空気圧縮機の吸入側に還元するよう
にしたため、過酸素状態で圧縮された原料空気は、その
酸素成分だけが、例えば空気液化分離器において液体酸
素として回収されるので、前記余剰となった酸素ガスや
窒素ガスの放散を削減でき、わざわざ高圧化した酸素ガ
スを減圧するといったエネルギー損失を小さくすること
ができる。
離装置によれば、酸素ガス圧縮機の吸入側における酸素
ガスの圧力の上昇を所定値以下に保持するように、前記
還元管路に設けられた調節弁を調節して、余剰となった
酸素ガスだけを原料空気圧縮機の吸入側に還元するよう
にしたため、過酸素状態で圧縮された原料空気は、その
酸素成分だけが、例えば空気液化分離器において液体酸
素として回収されるので、前記余剰となった酸素ガスや
窒素ガスの放散を削減でき、わざわざ高圧化した酸素ガ
スを減圧するといったエネルギー損失を小さくすること
ができる。
【図１】本発明の空気分離方法及びその装置の一実施形
態を示す概略構成図である。
態を示す概略構成図である。
【図２】従来の空気分離方法及びその装置の概略説明図
である。
である。
１は原料空気圧縮機 ２は原料空気流量制御装置 ３は熱交換器 ４は空気液化分離器 ５は製品酸素ガス送給管路 ６は製品酸素ガス圧縮機 ７は高圧製品酸素ガス送給管路 ８は製品酸素ガスホルダ ９は液体酸素送給管路 １０は液体酸素貯槽 １１は製品窒素ガス送給管路 １２は製品窒素ガス圧縮機 １３は高圧製品窒素ガス送給管路 １４は吸入側製品酸素放散弁 １５は吐出側製品酸素放散弁 １６は膨張タービン １７は断熱膨張用空気送給管路 １８は酸素ガス還元管路 １９は還元酸素ガス流量調節装置
Claims (2)
- 【請求項１】 空気を分離して得た酸素ガスのうち、余
剰となった酸素ガスを、原料空気を圧縮する原料空気圧
縮機の吸入側に還元することを特徴とする空気分離方
法。 - 【請求項２】 空気を分離して得た酸素ガスを圧縮する
酸素ガス圧縮機の吸入側と原料空気を圧縮する原料空気
圧縮機の吸入側とを連結する還元管路と、前記酸素ガス
圧縮機の吸入側における酸素ガスの圧力の上昇を所定値
以下に保持するように、前記還元管路に設けられた調節
弁を調節して、余剰となった酸素ガスを、前記原料空気
圧縮機の吸入側に還元する調節装置を備えたことを特徴
とする空気分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP329498A JPH11201637A (ja) | 1998-01-09 | 1998-01-09 | 空気分離方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP329498A JPH11201637A (ja) | 1998-01-09 | 1998-01-09 | 空気分離方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11201637A true JPH11201637A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11553373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP329498A Pending JPH11201637A (ja) | 1998-01-09 | 1998-01-09 | 空気分離方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11201637A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011046557A (ja) * | 2009-08-26 | 2011-03-10 | Jfe Steel Corp | 酸素供給設備及び酸素供給方法 |
-
1998
- 1998-01-09 JP JP329498A patent/JPH11201637A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011046557A (ja) * | 2009-08-26 | 2011-03-10 | Jfe Steel Corp | 酸素供給設備及び酸素供給方法 |
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