JPS5997480A - 空気液化分離装置用原料空気の低温圧縮方法 - Google Patents

空気液化分離装置用原料空気の低温圧縮方法

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JPS5997480A JP20713382A JP20713382A JPS5997480A JP S5997480 A JPS5997480 A JP S5997480A JP 20713382 A JP20713382 A JP 20713382A JP 20713382 A JP20713382 A JP 20713382A JP S5997480 A JPS5997480 A JP S5997480A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 □本発明は空気分離装置に於ける原料空気の低温圧縮方
法に関し、詳しくは既設の空気液化分離装置に於ける原
料空気圧縮工程を液化天然ガス（以下ＬＮＧと略称する
）の寒冷を利用した低温圧縮空気とする方法に関する。
ＬＮＱを発電または都市ガス等に使用する際、このＬＮ
Ｇの有する寒冷を空気の液化分離に利用して製品酸素、
窒素等の電力原単位を低減する試みは数多く行なわれで
おシ、既に実装置が稼動している。しかしこれら従来性
なわれている方法は主として装置内に設けられ良循環窒
素系統の乾燥窒素とＬＮＧを熱交換させて寒冷の受授を
行なっている。即ち従来循環窒素の低温圧縮は行なわれ
ているが原料空気の低温圧縮は行なわれてぃなかった。
この理由は原料空気中の水分を低温圧縮前に除去する方
法が解明されてぃなかったためである。原料空気をメタ
ノールで洗滌して脱水する方法があるが圧縮時の安全性
や洗滌時の安全性に間融があシ、また乾燥剤で脱湿を行
なう方法があるがこの乾燥剤の再生に電力を必要とする
。
本発明は上記に鑑みなされたものでＬＮＧの寒冷を利用
して空気液化分離装置の原料空気の温度を約−１４０Ｃ
迄冷却し同時に含有する水分を除去し、この低温乾燥堅
気を空気圧縮機によって低温圧縮することにニジ、圧縮
に要する電力原単位原単位の低減化を計ったものである
。
以下本発明を図に依って詳細Ｖ？：、説明する。
第１図は不発明方法の一実施例を示す系統図である。空
気吸入口ｌニジ入った温度３０ｃ、湿度８０％の空気は
空気プロワ−２に、Ｃシ約０．１〜０゜１５Ｋｙ／ｆｆ
ｌに圧縮され３８ｃに昇温しで加温器３に導入される。
該加温器３に於てこの原料空気は向流する第１循環冷媒
と熱交換して該第１循環冷媒が後記する空気冷却器１０
ｂの流路１０　ｂ２に入つて該空気冷却器１０ｂの他流
路１０　ｂＩＫ析出している水分をパージ出来る温度迄
これを加温し、自身は約２６０迄降温して管４よシ導出
し空気予冷器５に入る。該空気予冷器５に於て向流する
乾燥低温圧縮空気と熱交換し約２Ｃ迄降温しで導出し、
次いで水分離器６に入って凝縮した水分を分離し管７、
管８．９ｆ９を経て対でなり、切換え使用される空気冷
却器の一万ｌＯａの流路１０ａ、に入る。該空気冷却器
１０ａの流路１０　ａ、に入った低圧原料空気は他の流
路１０ａ２を向流する第１循環冷媒（フロンまたは窒素
）と熱交換し−１４０Ｃ迄降温し、同時に流路１０　ａ
、の管壁に凝縮した水分を析出させ低温乾燥空気となっ
て管１１、弁１２を経て管１３へ導出する。上記第１循
環冷媒□　（フロンまたは窒素）は後記する第１ＬＮＧ
熱交換器１４に於てＬＮＧと熱交換してその寒冷によ、
！１１−１４５ｔＺ’迄降温して空気冷却器１０ａに導
入され上記低圧原料空気を冷却した後導出して第１冷媒
循環ポンプ１５１Ｃ！９圧送され前記加温器３で昇温さ
れた後、他の一万の空気冷却器１０ｂに入ってこれを昇
温した後、再び第１ＬＮＧ熱交換器１４に戻り循環する
。管１３の約−＋４００゜約−２００ｍＡｇの低温乾燥
空気は次いで複数段ニジなる空気圧ｍ機１６Ｖｃ導入さ
れる。本実施例では最終段吐出圧力５に！／ｃｉｔ、　
　５段圧縮の等温圧縮機の場合について示す。即ち各段
１６ａｌ１６ｂ。
１６０ｊ　　１６ｄｌ　　１６８に於ける吐出空気は圧
縮熱のため約２０Ｃ昇温するので各段１６ａ、１６ｂ、
１６０．１６（１吐出後の圧縮乾燥空気は夫々圧縮空気
冷却器１７に入って夫々−１４０ｃ迄冷却後書び圧縮さ
れる。該圧縮空気冷却器１７には後記する第２ＬＮＧ熱
交換器１８に於て同流するＬＮＧよシ寒冷を供給され第
２冷媒循環ポンプ１９によって循環される第２循環冷媒
（フロ□ン）が−１４０ｔｌ’で満たされている。第１
ＬＮＧ熱交換器１４には管２０よシー１６０ＣのＬＮＧ
が導入され向流する第２循環冷媒を一１５０Ｃ迄冷却し
、自身は−１３５Ｃ迄昇温しで導出し使用に供される。
前記空気圧縮機１６の最終段１６ｅを５に９／ｃｒ／ｉ
ａ、　−１２５ｔ：’で吐出した圧縮乾燥空気は次いで
窒素熱交換器２１に導入され、向流する空気液化分離装
！１２２Ｊ：、！ｌ）排出され管２３を経て導入された
廃窒素と熱交換し、該廃窒素を常温ニジ゛−１２０Ｃ迄
降温せしめ自身は一＋２ｔｌ’ｉ′昇温して管２４ニジ
導出する。−４２Ｃの圧縮乾燥空気は次いで前記空気予
冷器５に入ｐ向流する前記原料空気と熱交換してこれを
約２ｃ迄降温させ自身は約２４Ｃ迄昇温して管２５よシ
導出し前記空気液化分離装置２２に導入される。大気空
気はこの様にＬＮ’Ｇの寒冷を利用して冷却、除湿され
低温圧縮されて、既設の空気液化分離装置２２へ圧縮原
料空気として送入される。
次に本発明の特娠である低温除湿工程を第２図および第
３図にニジ更に詳細に述べる。前記空気予冷器１０ａが
空気冷却期にあって流路１０　ａ、には管８から管１１
へ低圧原料空気が流れ、流路ｌＱ　ａ、を流れる第１循
環冷媒に冷却されて、流路ＩＱ　ａ、の管壁に含有する
水分を凝ｉ・析出させている時、切−え使用し対でなる
他方の空気冷却器ＩＱｂは再生期にあって、（第′２図
）前記流路１゜ａ２を導出した一ＩＣの第１循璋冷媒は
弁４９、升５０を経て第１冷媒循環ポンプ１５により圧
送され、前記加温器３に入って２０Ｃに昇温する。つい
で弁２６を経て空気冷却器１０ｂの流路１０ｂ２に入っ
て同流する空気液化分離装置２２がらの廃窒紫を昇温し
、自身（ｒｉ約−６１Ｃに降温して、管２７へ導出し升
２８、弁２９を経て第１ＬＮＧ熱交換器１４に入って冷
却され約−１４５Ｃに降温し管３０．ｃシ導出して弁３
１’ｌｉｒ紅、再び前記空気冷却器１０ａの流路１０ａ
２に入り循環する０第１ＬＮＧ熱交換器１４にＦｉＷ３
２よシー１５０ＣのＬＮＧが導入され前記第１循環冷媒
を熱交換して気化し−６５０で管３３工ｐ導出して使用
先へ供給される。筐だ前記空気液化分離装置２２ニジの
ｂ６窒素は窒素熱交換器２１を一１２０Ｃで導出後、管
３４、％３５を経て前記再生期にある空気冷却器１０ｂ
の流路１０ｂ、に入シ、向流する前記第１循環冷媒に加
温されつつ前周期に於て管壁に析出していた水分を蒸発
し同伴して約１５Ｃで管３６エシ導出し５Ｐ３７、管３
８を経て装置外へ放出される。反対に空気冷却器１０ａ
が再生期、空気冷却器１０ｂが空気冷却期にある時の運
転状態は次の様になる（第３図）。前記水分離器６を導
出した低圧原料空気は管４０、弁４１を経て前記対でな
る空気冷却器の一万ｌＯｂの流路１０ｂ１に入シ同流す
る第１循環冷媒に冷却されて降温し、同時に含有する水
分を凝縮され、その流路１０ｂ、の管壁に析出して低温
乾燥空気となる。該流路１０ｂ。
を導出した低温乾燥空気は管４２、％４３を経て管１３
より前記空気圧縮機１６へ導入される。ま次第１循環冷
媒は次の糸路を循環する０部ち、前記第１ＬＮＧ熱交換
器１４を肯３０工り低温で導出した該第１循環冷媒は弁
４４、管４５、％′２７を経て空気冷却期にある前記空
気冷却器１０ｂの流路１０　ｂ、に入９向流する前記低
圧原流空気を冷却し自身は昇温しで導出し、９ｆ４６を
経て前記第１冷媒ポンプ１５に入って吐出圧送され前記
加温器３に入る。該加温器３　ＴＫ於て昇温した第１循
環冷媒は升４７、宥４８、升４９を経て再生期匡ある前
記空気冷却器１０ａの流路１０ａ、に入９１向流する流
路１０ａ１の廃窒素を加温し自身は降温して専出し升５
１、弁２９ニジ再ひ前記第１ＬＮＧ熱交換器１４へ導入
され以下同様に循環する。上記再生期の全仏冷却器１０
ａの他の流路１０ａ１には前記窒素熱父換器２１を導出
しｆ′ｃ廃窒素が管３４、青５２、うｌ’５’３全５’
導入され昇温しつつ流路１０ａ１の管壁に析出してい／
ζ水分を蒸発同伴して導出し升５４、管５５を経て系外
へ放出される。
この周期に於ける各熱交換器、冷却器の各流路の温度条
件は前周期に夫々対応している。またこの様に空気冷却
器１０ａが再生期、空気冷却器１０ｂが空気冷却期ｉｃ
ある際、９Ｆ４１＋４３、（低圧原料空気系路）、弁４
４，４６，４７，４９，５１．２９　（第１循環冷媒系
路）、弁５３．５４（廃窒累糸路）は開となっておシ、
９″Ｆ３７，３５゜１２（低圧原料空気系路）、升２８
．２６ｔ　　５０１３１（第１循環冷媒系路）、升９（
廃窒紫糸路）に閉となっている。逆に前記の様ＶＣ空気
冷却器１０ａが空気冷却期、１０ｂが再生期の場合は升
９゜１２（低圧原料空気系路）、弁３１，４９，５０ｐ
２６．２８．２９　（第１循環冷媒系路）、升３５゜３
７（廃伝素糸路）が開となっており、９ｆ−５４゜５３
．４３（低圧原料空気系路）、弁４４，４６゜４７．５
１（第１循環冷媒系路）、弁４１（廃窒素糸路）は閉と
なっている。これらの弁はいづれも自動切換升であり、
前記空気冷却期と再生期の切換時自動的に開閉弁する様
に構成する。上記内助に於ける弁開閉の状態お工び各流
路を流れる流体の方向を示したのが第２図および第３図
である。
内助の切換間隔は１０〜１５分の周期とする。
次に上記の如く対でなシ切換使用する空気冷却器によっ
て冷却、水分除去全行なわなければならない理由を以下
ＶＣ説明する。通常空気液化分離装置に装備されている
リパーシング熱交換器や蓄冷器は原料空気圧力が約５　
Ｋ？　／　ｄ、水、炭酸ガスパージ用廃窒素は大気圧で
ある。従って析出水分、炭酸ガスはこの圧力差によって
ノ（−ジ用廃窒素が原料空気温度より低くても充分／く
−ジされる。しかし原料空気、パージ用廃窒素双方が大
気圧に近い場、合１通常の熱交換方式では廃窒素の出口
温度力；原料空気入ロ温度エリ低いため水分はこの戻窒
素では完全にパージ出来ない。第４図に水分含有率と圧
力の関係を示す。圧力１気圧、温度０Ｃ２２Ｃ，１５１
１：に於ける夫々の水分飽和含有率をＸ、・ｘ２．　ｘ
３　　とするとＸｔ　＜　４　＜　Ｘ、＋の関係にある
ため、パージ用廃窒素の出口温度がＯＣ１原料空気入口
温度が２Ｕ（Δｔ＝２Ｃ）の場合水分はＸ、　＜　Ｘｔ
でありこの水分の完全パージは出来ないｏしかしノく−
ジ用廃窒素の出口温度が２Ｕ以上であればノ（−ジは容
易に行なわれる。一般に水分、炭酸ガスをパージする際
はパージ効率を考慮する必要があるが、本発明に於ては
上記パージ用廃窒素にＬシ析出した水分を完全に違び去
ることが出来る様再生（水分パージ）の際空気冷却器の
流路１０ａ２または１０ｂ、に加温器３で約２０Ｃ迄昇
温した冷媒を流しつつ、他の流路１０　ａ、または１０
ｂ、にパージ用廃窒素を流し上記冷媒と熱交換して加温
しつつ前周期に原料空気が流れて析出した水分をパージ
する。廃窒素世が空気針の６０％の場合、空気冷却器１
０ａまたは１０ｂの入口温度は約−１２０Ｃ１出口温度
１５Ｃである。この出口温度１．５　Ｃは原料突気が入
口温度２Ｃの時の水分含有量に対しこの水分をパージす
るために充分余裕のある温度である。
なおＰ）生の場合の水分パージ用加温源は前記原性の製
品ガス圧送のための圧縮熱等を利用するこパ６ジ′１ 以上の様な方法によって空気を低温圧縮することによシ
達成し得る省エネルギーは次の通りである。配本ガス１
２．０００ｄ／ｈ　ｋ生産する空気液化分離装置の項番
、温度３０Ｃ１湿度８０チの空気量５　Ｑ　／　ｃｎｌ
迄圧縮する動力原単位は約０．０’９ｋｗａ／　ｉ　Ａ
ｉｒである。電力原単位は圧縮機入口温度に比例して減
少するので−１４００で低温圧縮することによシ、 とになる工即ち電力原単位は５６％削減出来る。
従って前記酸素ガス１２＋ｏｏｏ？７１″／ｈ、原料空
気量６５．０００ｒｒ？／ｈである様な大型装置の場合
、この省エネルギーの値は美大なものになり、年間稼動
時間８，０００時間とすると約２．６　ｘ　１０’ｋｗ
Ｈ。
となシこの効果は極めて大きい０　　　　　′
【図面の簡単な説明】
第１図は不発用方法の一実施例を示す系統図、第２図お
よび第３図は本発明の低温除湿工程を詳細に示す系統図
、第４図は水分含有率と圧力の２は空気プロワ−１３は
加温器、〒は一気予冷器、６は水分離器、１０ａｌ　　
１０ｂは空気冷神器、１４は第１ＬＮＧ熱交換器、１５
は第１冷媒循環ポンプ、１６は空気圧縮機、１７は一空
気一却器、１８は第２ＬＮＧ熱又換器１．１９は第２冷
媒循環ポンプ、２１は窒素熱交換器、２２は空気液化分
離装置である。 手続補正書 昭和５８年　１月１３日 特許庁長官若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特　許　願第２０７１３３号２、発　明の名
称 空気液化分離装置用原料空気の低温圧縮方法３、補正を
する者 事件との関係　　　特許出願人 ５、補正命令の日付 ７、補正の対象 明細書第６頁第８行の「Ａｇ　Ｊを「Ａｑ」と訂正する
。 以　　　上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、　原料空気を原料空気ブロワ−にニジ加温器に導入
    し循環冷媒と熱交換した後空気予冷器にて低温圧縮空気
    により冷却して降温せしめ不土粉と、該原料空気を対で
    なり切換使用する空気冷癲器の一万に導入して前記循環
    冷媒によシ冷却し、且つ水分をその流路に固化、析出さ
    せて除去し微温乾燥空気とした後空気圧縮機に導入して
    低温下で所望圧力まで圧縮する工程と、該低温圧縮原料
    φ蝋を窒素熱交換器に導入して空気液化分離装置よりの
    窒素と熱交換して昇温せしめ、ついで前記空気予冷器に
    導入してほぼ常温迄昇温せしめた後空気分離装置に導入
    する工程、ならびに液化天然ガス熱交換器で冷却される
    冷媒を前記空気冷却器を経て加温器に導入して昇温した
    後、他の一万の空気冷却器に導入して前記窒素熱交換６
    工りの窒素を昇温せしめた上前配液化天然ガス熱交換器
    に戻す循環冷媒が形成さハる工程と、前記昇温窒素によ
    つそ前周期に於て析出固化した水分を融解蒸発して同伴
    除去せしめる工程よりなることを特徴とする空気液化分
    離装置用原料空気の低温圧縮方法。
JP20713382A 1982-11-26 1982-11-26 空気液化分離装置用原料空気の低温圧縮方法 Granted JPS5997480A (ja)

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