JPS6096877A - 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ρ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’）Ｎ２　＋　０２　
＋Ａ　ｒ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。この種の空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
業上の要請が強く、特に膨張タービンについては後述る
ことか行なわれている。

即ち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。この図におい
て原料空気は空気濾過器１を通して供給され、空気圧縮
機２にょシ所定の圧力まで圧縮された後、アフタクーラ
３で冷却される。次に導管５からいずれか一方の吸着装
置６ａ又は６１）に導入され、主に水分と炭酸ガス等を
吸着除去された後、導管７から主熱交換器８に導入され
る。除湿後の原料空気は主熱交換器８に導入される。除
湿後の原料空気は主熱交換器８内で戻シガスにより十分
冷却された後、導管９を経て精留塔下塔（以下単に下塔
という）１０ｂに導かれる。こうして下塔１０ｂに導入
された空気は上昇ガスとなる一方、該下塔１０ｂ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
精質し、下塔１０ａの頂部で富窒素ガスを得ると共に、
前記還流液は下塔１０ｂの底部で酸素成分約３０〜４０
％の富酸素液体空気となる。下塔ｉｏｂで前記の如く粗
精質された液体空気は、管路１１を通って液体空気過冷
却器１２内に導入・冷却された後、膨張弁を経て管路１
３から精留塔上塔（以下単に上塔という）１０ａの中部
へ導かれる。又下塔１０ｂの頂部に貯留された富窒素液
は管路１４を通って液体空気過冷却器１２内に導入・冷
却された後、同様に膨張弁を経て管路１５から上塔１０
ａの上部へ導かれる。一方水分と炭酸ガスを除去された
後の原料空気の一部は主熱交換器８の中間伺近から抜出
された後調整弁１６を経て膨張タービン１７に送られ、
該タービン１７において約０、３２　ｋｇ７’ｃｎＦ　
Ｇに膨張され所要寒冷を得た空気は、導管１８を経て上
塔１０ａに吹込まれる。

こうして上塔１０ａ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よシ抽気されて主熱交換器８に送られ、前
述の知く原料空気と熱交換することによって常温まで温
度回復を受けた後夫夫製品酸素、製品窒素及び放出不純
窒素として取り出され、製品酸素は導管２２から圧縮機
２３に導入して加圧された後回収される。一方製品窒素
は導管２４から圧縮機２５に導入して加圧された後回収
される。又不純窒素は導管２６から取出された後２分さ
れ、分岐管２７を経由するものは、蒸発冷却器２日を通
過した後導管２９から放出される。尚不純窒素は蒸発冷
却器２８を通過する間にアフタクーラ３から邪ト出され
てきた約６０’Ｃの温水のシャワーを浴び、自らは昇温
湿潤される一方、温水は降温され底部に溜まる。この場
合蒸発冷却器に供給される不純窒素には水分が含まれて
いないので、蒸発潜熱の増大によシ上記温水の降温作用
が促進される。こうしてほぼ常温近くまで効率良く降温
された水はポンプ３ｏで吸上げられ、冷凍機３１で所定
の温度まで冷却した後２分され、一方はアフタクーラ３
の冷却用水として使用され、他方は後述の再生冷却器３
４の冷却用水として使用される。

又分岐管３２を経由する不純窒素は、再生加熱器３３も
しくは再生冷却器３４を下記する如く所定の順序で経由
した後導管３５から吸着装置６ｂに供給され、該装置６
ｂ内の吸着剤の再生を行なう。再生に供された不純窒素
はサイレンサー３６を経由した後放出される。尚再生に
当っては再生加熱器３３によシ約２００℃に加熱された
不純窒素をまず吸着装置６ｂ内に所定時間供給して性能
低下した吸着剤の脱着が行なわれ、次いで再生冷却器３
４により約１０℃に冷却された不純窒素を供給し吸着剤
の吸着能を高めて待機させる。そして吸着装置６への原
料空気の供給が６ａから６ｂに切換えられると、不純窒
素の供給が６ｂから６ａに切換えられ、吸着装置６ａ内
における失活吸着剤の再生が行なわれる。以後、原料空
気中の不純物の吸着と不純窒素による吸着剤の再生を交
互に切換えつつ連続運転が行なわれる。

ところで不純窒素によって吸着剤の再生を行なうに当っ
ては圧損を考慮し、供給すべき放出不純窒素の圧力を０
．１５〜０゜２　ｋｇ／ｃ♂Ｇ程度にする必要がある。

この為には上塔１０ａの操作圧即ち空気分離装置への原
料空気供給圧を上げておく必要があり、現状では導管７
内の原料空気圧が約５．４５〜５．６０　ｋｇ／ｃＩＴ
１２Ｇになる様に空気圧縮機３の運転が行なわれている
が、これは、切替式熱交換器を有する空気分離装置の運
転時原料空気供給圧は約５　ｋｇ／ｃ♂Ｇ）に比べて動
力消費の割合が大きく、ランニングコストの増大によＪ
）ＦＪ品酸素の製造コストが高いものになっていた。

これに対し本発明者等も前述の産業上の要請に対応すべ
く運転動力費の一層の削減手段をめて鋭意検削を行なっ
てきたが、下記の事実に着１］シした。

■膨張タービン１７での膨張（寒冷発生）時にとシ出せ
る外部仕事は気体を常圧から約０．３ｋｇ＝’ｃ＋ｆＧ
以上まで昇圧できる圧縮動力に相当する。

■第１図に示すプロセスにおいて膨張タービン１７ａに
導入される大気はブロワ−１７ａで昇圧されるが、これ
は外部にエネルギーを捨てていることとなる。

そこで本発明者等は上塔１０ａ内の圧力を予め高めるこ
となく従って不純窒素を大気圧で取出すと共にこの大気
圧の放出不純窒素の一部を膨張タービン１７の負荷ブロ
ワ１７ａに通してやれば、該タービン駆動による圧縮動
力を有効に回収でき、しかも空気圧縮機２における圧縮
比を約５．５Ｒｇｚ６♂Ｇから５　ｋｇ／ｃｉａまで落
とすことができるので消費動力を大きく削減できること
に想到し、遂に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、主熱交換
器から取出された放出不純窒素の一部を予め前記膨張タ
ービンの負荷ブロワにかけて昇圧した後、切換式吸着装
置内吸着剤の再生用ガスとして使用する様にした点に要
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・後記の趣旨に泊って適宜変更して実施し得
ることは言うまでもない。

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シ、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％徴とする構成を中心に説明する。

主熱交換器８から放出不純窒素成分を取出すだめの導管
２６を途中で導管４０と導管４１に２分し、導管４０は
蒸発冷却器と連結する一方、導管４１は負荷ブロワ１７
ａの入口側に連結する。又負荷ブロワ１７ａの出］コ側
から延設した導管４２は再生加熱器３３及び再生冷却器
３４に連結されるが、その途中に導管４１と導管４２を
連通する短絡管４３が設けられ、導管４２には、アフタ
ークーラー４４が付設され更に該短絡管４３にはバイパ
ス弁４５が取伺けられる。

この様に４１力戊された酸素製造プロセスにおいて、主
熱交換器６内を原料空気との熱交換によシ温度回復を受
けつつ通過した常圧の不純窒素成分を、導管２６．４１
から膨張タービン１７の負荷ブロワ１７ａに導入するこ
とによりタービン駆動による圧縮動力を効率良く回収す
ることができ、最終的には常圧から約０．３〜０．４　
ｋｍｃ＃Ｇまで昇圧させることができる。尚吸着装置６
内の吸着剤の再生に要する圧力は前述した様に０．１５
〜２　ｋｇ／ｃｒｆ　Ｇあればよいので、その一部は導
管４１内へバイパスさせる。尚導管４１内へのバイパス
に当っては圧縮によシ発熱した分をアフタクーラ４４に
よシ所定温度まで降温調節すると共にバイパス弁４５の
開度調整を行なうことにより、負荷ブロワ１７ａでの圧
力調節を所定範囲内で自由に行なうことができる。バイ
パスされない不純窒素成分は導管４２内を更に進んで再
生加熱器３３及び再生冷却器３４を前述した様な所定の
順序で経由した後導管３５から吸着装置６内に供給され
、該装置６内において吸着剤の賦活が行なわれる。

この様に本発明プロセスにおいては従来プロセスに比べ
て上塔１０ａ間の圧力を高めることなく即ち原料空気圧
縮比を予め！５ｋｇ／ｃ♂Ｇ（通常時）から約５．５　
ｋｇ／Ｃ＋＋ＰＧｔで高める必要がないので、消費動力
即ちランニングコストを大きく削減できることになシ、
製品酸素をよシ安価に製造することができる。

（実施例） 製造規模１０，０００　Ｎｍ’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
々適用した場合の製品酸素製造コストの比較を行なった
所、約４−の低減効果が得られることを確認した。

本発明の空気分離方法ｔ」、以上の様に構成されるが、
要は吸着剤の再生用ガスとして使用する不純シ、製品酸
素の製造コストを更に低減できる様になった。

【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図は
本発明に係る酸素製造方法を例示する系統図である。 ２・・・空気圧縮機　６・・・吸着装置８・・・主熱交
換器　］、Ｏａ・・・精留塔上塔１０１＞・・・精留塔
下塔　１７・・・膨張タービン１７ａ・・・負荷ブロワ
　３３・・・再生加熱器３４・・・再生冷却器 出願人　株式会社神戸製鋼所 −ｒ売先９市工Ｅ書　（自発） １．事件の表示 昭和５８年特許願第２０６２３２号 ２、発明の名称 空気分離方法 ３、補」Ｊ・をする渚 １１￥件との関係　４５′訂出願人 神戸市中央区脇浜町−丁ｒ１３＠１８号（１，１９）株
式会社　神戸製鋼所 代表者　牧　冬　彦 ４、代　理　人　〒５３０ 大阪市北区゛卓島２丁１１３番７号 シンコービル 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ６、補ＬＬＥの内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気圧縮機で圧縮され、更に切換式吸着装置で除湿され
   た原料空気を主熱交換器に導入して低温戻シガスと熱交
   換させて冷却せしめた後精留塔下塔に導入し富酸素液体
   空気と富窒素ガスに粗精留する一方、原料空気の一部を
   前記主熱交換器の中間伺近から抜出した後膨張タービン
   に導入し、該富窒素ガヌ全稍留塔上塔ｌこ導入して高純
   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り温度回復させた後夫々製品酸素
   、製品窒素及び放出不純窒素として取出す一方、該放出
   不純窒素の一部を前記切換式吸着装置に装填された吸着
   剤の再生用ガスとじて使用する様にした空気分離方法に
   おいて、前記主熱交換器から取出された放出不純窒素の
   一部を前記膨張タービンの負荷プロワにかけて昇圧した
   後前記切換式吸着装置内吸着剤の再生用ガスとして使用
   することを特徴とする空気分離方法。