JPS6060484A - 空気分離方法 - Google Patents

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】 本発明は空気を液化して分離する方法に関し、特に全低
圧方式によって空気を分離し高純度の製品酸素を経済的
に製造する方法に関するものである。

空気を液化して精留することによ、りＮ２．０２１Ａｒ
等を分離する空気の液化分離装置は種々の分野で稼動し
ている。この種の上気液化分離装置では、原料空気等に
対して運転条件に応じた加圧。

減圧操作を施す必要がある為、圧縮機や膨張タービン等
の機器の設置が不可欠である。そして空気液化分離装置
は一般に大容量のものが多く運転動力費が嵩むため製品
酸素の製造コストの低減を図るには精留効率を向上させ
ると共に、運転動力費をできる限シ節約しなければなら
ないとする産朶−トの要請が強く、本発明者等もこの要
請に対応すべぐ特に製品酸素圧送用圧縮機について鋭意
検討を行なってきた。

従来の全低圧式空気分離による高純度酸素製造方法（以
下単に酸素製造方法という）は、主として第１図に示す
様な系統図に従って行なわれている。

以下の説明中、切換式熱交換器は特許請求の範囲に記載
の「主熱交換器」の−例であって、例えば切替式吸着器
を入口側に有する熱交換器等にも適用可能である。第１
図において原料空気は空気濾過器１を通して供給され、
空気圧縮用２で約５ｋｇ　／　ｃｍ２Ｇに圧縮加圧され
た後、アフタクーラ３で冷却される。次いで導管５から
切換式熱交換器６に導入され、精留塔８で分離精製さ九
た戻りガスにより冷却されると共に、空気中に含−止れ
る水分及び炭酸ガス等が除去される。この空気は、導管
７を経て精留塔下塔（以下単に下塔という）８ｂに導か
れる。こうして下塔８ｂＫ導入された空気は上昇ガスと
なる一方、該下塔８ｂの頂部で凝縮して得られる還流液
（富窒素液）に接触させて粗精留し、下塔８ｂの頂部で
富窒素液を得ると共に、前記還流液は下塔８ｂの底部で
酸素成分約３０〜４０茅の富酸素液体空気と々る。下塔
８ｂで前述の如く粗鞘留された液体空気は、管路９を通
って液体空気過冷却器１０内に導入・冷却された後、管
路１１から精留塔上塔（以下単に上塔という）８ａの中
部へ導かれる。又下塔８ｂの頂部に貯留された富窒素液
は管路１２を通って液体空気過冷却器１０内に導入・冷
却された後、管路１３から上塔８ａの上部へ導かれる。

一方下塔８ｂ内を上昇する気体空気の一部は導管１４か
ら抜出された後、切換式熱交換器６の再熱回路１５に導
入され、切換式熱交換器６の中間温度を調整した後、調
整弁１６を経て膨張タービン１７に送られる。膨張ター
ビン１７において約０．３２　ｋｇ　／　ｃｍ２Ｇに膨
張され大気吸込型負荷プロワで外部仕事を取り出すこと
によって所要寒冷を得た空気は、導管Ｊ８を経て上塔８
ａに吹込まれる。

こうして上塔８ａで分離精製された高純度酸素成分、高
純度窒素成分及び不純窒素成分は、それぞれ導管１９，
２０．２１よりガス状で抽気されて切換式熱交換器６に
送られ、前述の如く原料空気と熱交換することによって
、常Ｒ１才で温度回復を受けた後製品として取り出され
、特に酸素は導管２２から圧縮機３０に導入して例えば
約３０ｋｇ　／　ｃｍ２Ｇまで加圧された後、製品酸素
として回収される。

これに対し本発明者等は上記の従来プロセスにおける圧
縮機３０についての、製品酸素圧送用動力の効率的外低
減の可能性について消Ｒ々検討を行なっているが、圧縮
機３０に導入される気化製品酸素を別の圧縮機によるこ
となく、即ち動力の消費を伴わずに予め昇圧させておく
ことができれば圧縮機３０についての動力消費量を効果
的に低減し得るという技術的指針の下にその様な非耐力
的昇圧手段を開発すべく鋭意研究の結果、本発明を完成
したものである。

しかしてこの様な本発明の空気分離方法とは、精留塔の
外部に配置された蒸発器に酸素を液状で導入する一方、
前記精留塔下塔から抜出された気体空気の一部を循環熱
交換器に通して昇温した後、前記膨張タービンの負荷ブ
ロワにかけて昇圧し、更に該昇圧空気を前記循環熱交換
器に通して冷却した後、前ｊ己蒸発器内に設置されたリ
ポイラに導入して高純度液体酸素成分を気化せしめると
共に自らは液化し、気化酸素成分は上記切換式熱交換器
に送る一方、液化空気は前記精留塔下塔内に戻す様にし
た点に要旨を有するものである。

以下実施例図面に基づき本発明の構成及び作用効果を説
明するが、下記実施例は単に一代表例に過ぎないもので
あって、前・後記の趣旨に泪って適宜変更して実施し得
ることは言う壕でもない。

第２図は本発明の全低圧式空気分離方法の系統図を示し
、第１図に示す従来例と基本的構成は同一であり、同一
構成のものには同一の符号を付し、その説明は省略する
。以下本実施例の特徴とする構成を中心に説明する。

精留塔８の外部には蒸発器３１が配設され、該蒸発器３
］下部と最下底部８’ａは導管３２で連結される。又蒸
発器３１の頂部から延設された導管３６は切換式熱交換
器６と連結されている。更に蒸発器３１には蒸発用熱交
換器（以下単に蒸発熱交という）３７が収納されており
、該蒸発熱交３７の上部と気体空気抜出用導管１４から
の分岐導管３８は循環熱交換器３９、膨張タービンの負
荷ブロワ１７ａ及びアフタク〜う４２を介して連結され
ると共に、蒸発熱交３７の下部と下塔）３１〕は導管４
４で連結されている。即ち下塔８ｂから抜出された気体
空気の一部は導管３８から循環熱交換器３９を経由して
導管４０から負荷ブロワ１７ａに導入され、更に該ブロ
ワ１７ａを出だ後アフククーラ４２及び循環熱交換器３
９を順次経由して導管４３から蒸発熱交３７に送られ、
ここで液化された後導管４４から下塔８ｂ内に戻る様に
構成されている。

この様に構成された酸素製造プロセスにおいて、上塔８
ａの底部に留まる液体酸素は導管３２を通ン って蒸発器３１に供給される一方、蒸発熱交３７には下
塔８ｂから抜出された気体空気が前述の如く導管４３か
ら供給されるので、熱交換によって蒸発器３１内の液体
酸素を気化せしめると共に自らは液化する。こうして気
化された液体酸素（以下気化酸素という）は導管３６か
ら抜出されて切換式熱交換器６を経由した後圧縮機３０
に供給されるが、このときの供給圧力は従来の場合に比
べて高くなっている。

即ち本発明プロセスでは上述した様に導管１４から抜出
された気付空気は膨張タービン１７の負荷ブロワ１７ａ
にかけて圧縮・昇圧を受けた後で蒸発熱交３７に供給さ
れるので、蒸発器３１内における液体酸素との熱交換に
よる液化温度が高めになる。従ってそれに伴う効果とし
て液体酸素の蒸発温度も高くすることができ、気化圧力
がその分増加する。その結果、導管３６内を輸送される
気化酸素の圧力は第１図に示す導管１９内を輸送される
従来の気化酸素圧力よシも高くなっている。

従って圧縮機３０における消費動力をその分削減するこ
とができる。従って上塔８ａ内の上昇ガス量は変化せず
、従来プロセスと比べて上塔８ａ内の精留条件が悪くな
ることはないので特に製品酸素については十分な収率を
維持することができる。

一方蒸発熱交３７内で液化した空気は導管４４から下塔
８ｂ内に返送されるが、この液化分だけ下塔８ｂ内の上
昇ガス量が減少するので、下塔８ｂにつｂては精留条件
の多少の低下が懸念される。

しかしこの場合は製品窒素の収率が若干低下するだけで
あって製品酸素の収率には何ら影響しないので、製品酸
素の回収を主目的とする本発明プロセスにおいて上記構
成部ち液化空気の下塔８ｂ内への返送は何ら問題とはな
らない。

又図示の如く蒸発器３１を予め上塔８ａの最下底部より
十分下方に設置しておけば、蒸発器３１に供給される液
体酸素の圧力は、上塔８ａ内における液体酸素上面と蒸
発器３１における液体酸素上面との間の水頭差に相当す
る分だけ高くなり、蒸発器３１内における液体酸素の気
化能力を更に強化されるので推奨構成例と言える。

尚蒸発熱交３７に昇圧空気を供給するだめのプロセス構
成としては図示側以外に例えば第３図に示すものでもよ
く、この例では下塔８ｂからの気体空気を切換式熱交換
器６の再熱回路１５を通過せしめた後、循環熱交換器３
９に通して昇温し、これを膨張タービンの負荷ブロワ１
７ａにかけて昇圧し、更に循環熱交換器３９に通して冷
却した後の昇圧空気の一部を導管５ｏから蒸発熱交３７
に供給している。との構成例においても第２図例の場合
と同様の作用効゛果が得られることは言うまでもない。

（実施例） 製造机模１１０００ＯＮ’、回収酸素圧力３０　ｋｇ／
ｃｍ２Ｇの酸素製造装置について第１図に示す従来方法
及び第２図に示す本発明方法を夫夕適用した場合の製品
酸素圧送動力の比較を行なった所、第１表に示す結果が
得られた。

第１表から明らかな様に本発明方法による場合は従来方
法に比べて動力消費原単位が約９乃以上減少しているこ
とが計算でめられる。従って本発明方法によればランニ
ングコストの大巾な節約が期待でき、製品酸素をより安
価に製造できることが明らかである。

本発明の空気分離方法は以上の様に措成されるが、要は
製品酸素圧送用圧縮機に導入される気化酸素を予め自己
昇圧できるようにしたので、該圧縮機の消費動力を相応
に刷減できることとなシ、高純度製品酸素はよシ安価に
製造できる様になった。又空気分離装置の運転に要する
動力を低減することによシいわゆる省エネルギー化を図
ることができるので、エネルギーの節約が強く叫ばれて
いる今日、こうした面からの産業界に果たす役割も大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の酸素製造方法を示す系統図、第２図及び
第３図は本発明に係る酸素製造方法を例示する系統図で
ある。 ６・・・切換式熱交換器　８ａ・・・精留塔上塔８ｂ・
・・精留塔下塔　１７・・・膨張タービン１７ａ・・・
負荷ブロワ 凹・・・製品酸素圧送用圧縮機 ３１・・・蒸発器　３９・・・循環熱交換器４２・・・
アフタクーラ 出願人　株式会社神戸製鋼所 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主熱交換器によって低温度シガスと熱交換して冷却した
   原料空気を精留塔下塔に導入して富酸素液体空気と酸窒
   素液に粗精留した後、更にこれらの富酸素液体空気と富
   窒素液を精留塔上塔に導入して高純度酸素成分、高純度
   窒素成分及び不純窒素成分に夫々分離精製すると共に夫
   々な精留塔上塔底部、同頂部及び同上部から抽気した後
   、上記主熱交換器に送って原料空気と熱交換することに
   よ多温度回復を受けた後製品として取出す一方、塔内を
   上昇する気体空気の一部を精留塔下塔から抜出して上記
   主熱交換器の再熱回路を通過せしめた後膨張タービンに
   導入し、又膨張せしめ、外部仕事を行なうことによって
   系の熱平衡を成立させる様にした空気分離方法において
   、前記精留塔の外部に配置された蒸発器に精留塔上塔底
   部から抜出された高純度液体酸素成分を液状で導入する
   一方、前記精留塔下塔から抜出された気体空気の一部を
   循環熱交換器に通して昇温した後、前記膨張タービンの
   負荷ブロワにかけて昇圧し、更に該昇圧空気を前記循環
   熱交換器に通して冷却した後、前記蒸発器内に設置され
   たリボイラに導入して高純度液体酸素成分を気化せしめ
   ると共に自らは液化し、気化酸素成分は上記主熱交換器
   に送る一方、液化空気は前記精留塔下塔内に戻すことを
   特徴とする空気分離方法。