JPS61211687A - Production unit for nitrogen gas - Google Patents
Production unit for nitrogen gasInfo
- Publication number
- JPS61211687A JPS61211687A JP27877585A JP27877585A JPS61211687A JP S61211687 A JPS61211687 A JP S61211687A JP 27877585 A JP27877585 A JP 27877585A JP 27877585 A JP27877585 A JP 27877585A JP S61211687 A JPS61211687 A JP S61211687A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitrogen gas
- nitrogen
- air
- liquid nitrogen
- liquid
- 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
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 213
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 77
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 76
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 68
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 6
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 5
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 etc. Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は窒素ガス製造装置に関するものである。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] This invention relates to a nitrogen gas production device.
電子工業では極めて多量の窒素ガスが使用されている。 The electronic industry uses extremely large amounts of nitrogen gas.
このため、安価な窒素ガスの供給が望まれ、その要望に
応えるためにPSA方式が導入され、それによって窒素
ガスが製造され供給されるようになっている。このPS
A方式による窒素ガス製造装置を第1図に示す。図にお
いて、■は空気取入口、2は空気圧縮機、3はアフター
クーラー、3aは冷却水供給路、4は油水セパレーター
である。5は第1の吸着槽、6は第2の吸着槽であり、
V、およびV2は空気作動弁で、空気圧縮機2によって
圧縮された空気を弁作用により吸着槽6に送り込む。■
3および■4は真空弁であり、吸着槽5.6内を真空ポ
ンプ6aの作用により真空状態にする。6bは真空ポン
プ6aに冷却水を供給する冷却パイプ、6Cはサイレン
サー、6dはその排気パイプである。VS、V6.V?
およびV、は空気作動弁である。7は製品槽であり、パ
イプ8により吸着槽5,6に接続されている。7aは製
品窒素ガス取出パイプ、7bは不純物分析針、7Cは流
量計である。Therefore, it is desired to supply nitrogen gas at low cost, and in order to meet this demand, the PSA method has been introduced, and nitrogen gas has been manufactured and supplied using this method. This PS
Fig. 1 shows a nitrogen gas production apparatus using method A. In the figure, ■ is an air intake port, 2 is an air compressor, 3 is an aftercooler, 3a is a cooling water supply path, and 4 is an oil-water separator. 5 is a first adsorption tank, 6 is a second adsorption tank,
V and V2 are air-operated valves that send air compressed by the air compressor 2 into the adsorption tank 6 by valve action. ■
3 and 4 are vacuum valves, and the interior of the adsorption tank 5.6 is brought into a vacuum state by the action of the vacuum pump 6a. 6b is a cooling pipe that supplies cooling water to the vacuum pump 6a, 6C is a silencer, and 6d is its exhaust pipe. VS, V6. V?
and V, are air operated valves. 7 is a product tank, which is connected to the adsorption tanks 5 and 6 through a pipe 8. 7a is a product nitrogen gas extraction pipe, 7b is an impurity analysis needle, and 7C is a flow meter.
この窒素ガス製造装置は、空気圧縮機2により空気を圧
縮し、この空気圧縮機2に付随するアフタークーラー3
によって圧縮された空気を冷却してセパレーター4で凝
縮水を除去し、空気作動弁■1または■2を経由させて
吸着槽5,6に送入する。2基の吸着槽5,6はそれぞ
れ酸素吸着用のカーボンモレキュラシーブを内蔵してお
り、これらの吸着槽5.6にはプレッシャースイング方
式により一分間毎に交互に圧縮空気が送り込まれる。こ
の場合、圧縮空気の送り込まれていない吸着槽5,6は
真空ポンプ6aの作用により内部が真空状態にされる。This nitrogen gas production device compresses air with an air compressor 2, and an aftercooler 3 attached to the air compressor 2.
The compressed air is cooled, condensed water is removed by a separator 4, and the air is sent to adsorption tanks 5 and 6 via an air-operated valve (1) or (2). The two adsorption tanks 5 and 6 each contain a carbon molecular sieve for oxygen adsorption, and compressed air is alternately fed into these adsorption tanks 5 and 6 every minute by a pressure swing method. In this case, the adsorption tanks 5 and 6 to which compressed air is not fed are brought into a vacuum state by the action of the vacuum pump 6a.
すなわち、空気圧縮機2により圧縮された空気は、一方
の吸着槽5内に入りカーボンモレキュラシニプによって
そのなかの酸素骨を吸着除去され、窒素ガスとなって弁
V、、V1.■、を経て製品槽7に送られパイプ7aか
ら取り出される。この時、他方の吸着槽6は、空気圧縮
機2からの空気が弁vtの閉成によって遮断され、かつ
弁v4の開成によって内部が真空ポンプ6aにより真空
吸引される。その結果、カーボンモレキュラシーブに吸
着された酸素が吸引除去されカーボンモレキュラシープ
が再生される。このようにして、吸着槽5,6から交互
に窒素ガスが製品槽7に送られ製品窒素ガスが連続的に
得られる。That is, the air compressed by the air compressor 2 enters one of the adsorption tanks 5, and the oxygen bones therein are adsorbed and removed by the carbon molecular resin, and the air becomes nitrogen gas, which flows into the valves V, V1. (2), and then sent to the product tank 7 and taken out from the pipe 7a. At this time, the air from the air compressor 2 is shut off from the other adsorption tank 6 by closing the valve vt, and the inside of the adsorption tank 6 is vacuumed by the vacuum pump 6a by opening the valve v4. As a result, the oxygen adsorbed on the carbon molecular sieve is removed by suction and the carbon molecular sieve is regenerated. In this way, nitrogen gas is alternately sent from the adsorption tanks 5 and 6 to the product tank 7, and product nitrogen gas is continuously obtained.
上記の窒素ガス製造装置は、カーボンモレキュラシープ
が酸素を選択的に吸着するという特性を利用して窒素ガ
スを製造するため、安価に窒素ガスを得ることができる
。しかしながら、上記のように、2基の吸着槽5.6に
一分間毎に交互に圧縮空気を送り、それと同時に、他方
の吸着槽内を真空吸引するため、弁が多数必要になると
ともに、弁操作も煩雑になり故障が多発しやすいという
欠点を有している。そのため、2個1組の吸着槽5.6
を2組設け、1組を予備としなければならないのが実情
である。したがって、設備費がかさむという欠点も有し
ている。The above-mentioned nitrogen gas production apparatus produces nitrogen gas by utilizing the property of the carbon molecular sheet that selectively adsorbs oxygen, and therefore can obtain nitrogen gas at low cost. However, as mentioned above, compressed air is alternately sent to the two adsorption tanks 5.6 every minute, and at the same time, the inside of the other adsorption tank is vacuumed, which requires a large number of valves. It has the drawback of being complicated to operate and prone to frequent failures. Therefore, a set of two adsorption tanks 5.6
The reality is that we have to set up two sets and keep one set as a reserve. Therefore, it also has the disadvantage of high equipment costs.
他方、従来の深冷液化方式の窒素ガス製造装置は、圧縮
機で圧縮された圧縮原料空気の冷却用熱交換器の冷却の
ために、膨張タービンを用い、これを精留塔内に溜る液
体空気(深冷液化分離により低沸点の窒素はガスとして
取り出され、残部が酸素リッチな液体空気となって溜る
)から蒸発したガスの圧力で駆動するようになっている
。ところが、膨張タービンは回転速度が極めて大(数万
回/分)であって負荷変動(製品窒素の取出量(需要量
)の変動)に対する追従運転が困難であるため、負荷変
動時に製品の純度がばらつくという難点を有している。On the other hand, conventional cryogenic liquefaction nitrogen gas production equipment uses an expansion turbine to cool the heat exchanger for cooling the compressed raw air compressed by the compressor, and uses the expansion turbine to cool the liquid accumulated in the rectification tower. It is driven by the pressure of gas evaporated from air (low boiling point nitrogen is extracted as a gas through cryogenic liquefaction separation, and the remainder is stored as oxygen-rich liquid air). However, expansion turbines have extremely high rotational speeds (tens of thousands of rotations per minute), making it difficult to follow load fluctuations (fluctuations in the amount of product nitrogen taken out (demand amount)). It has the disadvantage that it varies.
また、このものは高速回転するため機械構造上高精度が
要求され、かつ高価であり、機構が複雑なため特別に養
成した要員が必要という難点も有している。すなわち、
膨張タービンは高速回転部を有するため、上記のような
諸問題を生じるのであり、このような高速回転部を有す
る膨張タービンの除去に対して強い要望があった。Furthermore, since this device rotates at high speed, it requires high precision in its mechanical structure, is expensive, and has the disadvantage that specially trained personnel are required due to the complicated mechanism. That is,
Since the expansion turbine has a high-speed rotating section, the above-mentioned problems arise, and there has been a strong desire to eliminate the expansion turbine having such a high-speed rotating section.
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、外
部より取り入れた空気を圧縮する空気圧縮手段と、この
空気圧縮手段によって圧縮された圧縮空気中の炭酸ガス
と水分とを除去する除去手段と、この除去手段を経た圧
縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、この熱交換手
段により超低温に冷却された圧縮空気の一部を液化して
底部に溜め、窒素のみを上部から気体として取り出す精
留塔を備えた窒素ガス製造装置において、精留塔の上部
に設けられた液体窒素を溜める分縮器と、装置外から液
体窒素の供給を受けこれを貯蔵する液体窒素貯蔵手段と
、この液体窒素貯蔵手段内の液体窒素を冷熱発生用膨脹
器からの発生冷熱に代えて圧縮空気液化用の寒冷源とし
て連続的に上記精留塔における上記分縮器中の貯溜液体
窒素内に導(導入路と、上記分縮器の液面を制御する制
御手段と、上記精留塔から気体として取り出される窒素
ガスおよび上記精留塔内において寒冷源としての作用を
終え気化した上記液体窒素を上記熱交換手段を経由させ
上記圧縮空気と熱交換させることにより温度上昇させ製
品窒素ガスとする窒素ガス取出路と、この窒素ガス取出
路の中間部に設けられ上記窒素ガス取出路を流れる窒素
ガスを冷却してその一部を凝縮液化する凝縮器と、上記
精留塔の底部に溜る液体空気の冷熱を利用して上記凝縮
器内を冷却する冷却手段と、上記凝縮器内における凝縮
液化により生成した液体窒素を上記凝縮器から上記精留
塔へ戻す戻し路を備えたことを特徴とする窒素ガス製造
装置をその要旨とするものである。This invention was made in view of the above circumstances, and includes an air compression means for compressing air taken in from the outside, and a removal means for removing carbon dioxide and moisture from the compressed air compressed by the air compression means. A heat exchange means cools the compressed air that has passed through the removal means to an ultra-low temperature, and a part of the compressed air cooled to an ultra-low temperature by this heat exchange means is liquefied and stored at the bottom, and only nitrogen is taken out as a gas from the upper part. A nitrogen gas production device equipped with a rectification column includes a dephlegmator provided above the rectification column for storing liquid nitrogen, a liquid nitrogen storage means for receiving and storing liquid nitrogen from outside the device, and a liquid nitrogen storage means for receiving and storing liquid nitrogen from outside the device. The liquid nitrogen in the liquid nitrogen storage means is continuously introduced into the stored liquid nitrogen in the partial condenser in the rectification column as a cold source for compressed air liquefaction instead of the cold heat generated from the cold heat generation expander ( an introduction path, a control means for controlling the liquid level of the dephlegmator, and a control means for controlling the liquid level of the nitrogen gas taken out as a gas from the rectification column and the liquid nitrogen that has finished acting as a cooling source and has been vaporized in the rectification column. A nitrogen gas take-off passage is provided at an intermediate portion between the nitrogen gas take-off passage and the nitrogen gas that flows through the nitrogen gas take-off passage is provided at an intermediate portion of the nitrogen gas take-off passage. A condenser that cools and condenses and liquefies a part of the air, a cooling means that uses the cold heat of the liquid air accumulated at the bottom of the rectification column to cool the inside of the condenser, and a part of the liquid air that is generated by condensation and liquefaction in the condenser. The gist of the present invention is a nitrogen gas production apparatus characterized by comprising a return path for returning liquid nitrogen from the condenser to the rectification column.
すなわち、この発明の窒素ガス製造装置は、液体窒素の
蒸発熱を利用して、精留塔に送り込まれる圧縮空気を冷
却し、圧縮空気の一部を液化分離して窒素を気体のまま
で保持し、これを、精留塔における寒冷源しての作用を
終えて気化した液体窒素と合わせて製品窒素ガスとして
取り出すため、膨張タービンが不要になり、膨張タービ
ンに起因する上記負荷変動時における純度ばらつき等の
弊害を回避でき、かつ窒素ガスを安価に得ることができ
るようになる。特に、この装置は、窒素ガス取出路の中
間部に凝縮器を設け、窒素ガス取出路中を流れる窒素ガ
スを冷却してその一部を液化し、これを精留塔へ戻すよ
うにしているため1、上記凝縮器が精留作用を発渾する
ようになる。その結果、液体窒素貯蔵手段から精留塔の
分縮器へ供給される液体窒素の純度が多少悪くても、そ
の影響を受けず、常時安定した純度の製品窒素ガスを製
造することができるようになる。そのうえ、この装置は
、PSA方式のような多数の弁を要しないため故障が少
ない。したがって、PSA方式のように、2個1組の吸
着槽を予備にもう1組設けるというようなことが不要に
なり設備費も節約できるようになる。In other words, the nitrogen gas production device of this invention uses the heat of vaporization of liquid nitrogen to cool the compressed air sent to the rectification column, liquefies and separates a portion of the compressed air, and retains the nitrogen as a gas. However, this is extracted as a product nitrogen gas by combining it with the vaporized liquid nitrogen after it has finished its role as a cold source in the rectification column, eliminating the need for an expansion turbine. Bad effects such as variations can be avoided, and nitrogen gas can be obtained at low cost. In particular, this device is equipped with a condenser in the middle of the nitrogen gas extraction path to cool the nitrogen gas flowing through the nitrogen gas extraction path, liquefy a portion of it, and return it to the rectification column. Therefore, 1. the condenser begins to produce rectifying action. As a result, even if the purity of the liquid nitrogen supplied from the liquid nitrogen storage means to the partial condenser of the rectification column is somewhat poor, product nitrogen gas with stable purity can be produced at all times without being affected by this. become. Moreover, this device is less likely to fail because it does not require a large number of valves like the PSA system. Therefore, unlike the PSA method, it is not necessary to prepare a set of two adsorption tanks as a backup, and equipment costs can also be saved.
つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。Next, the present invention will be explained in detail based on examples.
第2図はこの発明の一実施例の構成図である。 FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
図において、9は空気圧縮機、lOはドシン分離器、1
1はフロン冷却器、12は2個1組の吸着筒である。吸
着筒12は内部にモレキュラシーブが充填されていて空
気圧縮機9により圧縮された空気中のHtOおよびCO
!を吸着除去する作用をする。13は第1の熱交換器で
あり、吸着筒12により■20およびCO!を吸着除去
された圧縮空気が送り込まれる。14は第2の熱交換器
であり、第1の熱交換器13を経た圧縮空気が送り込ま
れる。15は液体窒素を溜めるための分縮器16を塔頂
に備えた精留塔であり、第1および第2の熱交換器13
.14により超低温に冷却された圧縮空気をさらに冷却
し、その一部を液化して底部に溜め、窒素のみを気体状
態で上部から取り出すようになっている。すなわち、こ
の精留塔15は、第1および第2の熱交換器13.14
を経て超低温(約−170℃)に冷却された圧縮空気を
、パイプ17により精留塔15の底部の貯溜液体空気(
N250〜70%、0130〜50%)18中を通して
さらに冷却し、ついで膨張弁19を経て内部に噴射させ
、分縮器16で酸素等を液化し、窒素を気体のまま残す
ようになっている。この分縮器16は、多数のチューブ
20が植設されている仕切板21によって塔部22と区
切られていて、仕切板21上には圧縮空気の液化分離の
際に生じた液体窒素および液体窒素貯槽23から導入路
バイブ24を経て供給された液体窒素が貯溜される。そ
して、上記分縮器16は、精留塔15内に噴射された圧
縮空気をチューブ20内に案内して貯溜液体窒素の冷熱
で冷却し、酸素(沸点−183℃)を液化して流下させ
窒素(沸点−196℃)を気体のまま上方に移行させる
ようになっている。上方に移行した気体状窒素の一部は
先に述べたように液化して仕切板21上の貯溜液体窒素
となる。In the figure, 9 is an air compressor, 1O is a doshin separator, 1
1 is a fluorocarbon cooler, and 12 is a set of two adsorption cylinders. The adsorption cylinder 12 is filled with molecular sieve inside and absorbs HtO and CO in the air compressed by the air compressor 9.
! It has the effect of adsorbing and removing. 13 is the first heat exchanger, and the adsorption column 12 generates ■20 and CO! The compressed air that has been adsorbed and removed is sent in. 14 is a second heat exchanger, into which the compressed air that has passed through the first heat exchanger 13 is sent. 15 is a rectification column equipped with a dephlegmator 16 at the top for storing liquid nitrogen, and a first and second heat exchanger 13
.. The compressed air cooled to an ultra-low temperature by 14 is further cooled, a part of which is liquefied and stored at the bottom, and only nitrogen in a gaseous state is taken out from the top. That is, this rectification column 15 includes first and second heat exchangers 13.14.
The compressed air cooled to an ultra-low temperature (approximately -170°C) is transferred to the liquid air stored at the bottom of the rectification column 15 (
N250-70%, 0130-50%) is passed through 18 for further cooling, then injected into the interior through an expansion valve 19, oxygen, etc. are liquefied in a partial condenser 16, and nitrogen remains as a gas. . The decentralizer 16 is separated from the column section 22 by a partition plate 21 in which a large number of tubes 20 are installed. Liquid nitrogen supplied from the nitrogen storage tank 23 through the introduction path vibrator 24 is stored. The dephlegmator 16 guides the compressed air injected into the rectification column 15 into the tube 20 and cools it with the cold heat of the stored liquid nitrogen, liquefies oxygen (boiling point -183°C) and causes it to flow down. Nitrogen (boiling point -196°C) is moved upward as a gas. A portion of the gaseous nitrogen that has moved upward is liquefied as described above and becomes liquid nitrogen stored on the partition plate 21.
この場合、精留塔15の塔部22内に噴射された圧縮空
気は、チューブ20から流下する液体酸素と向流的に接
触する。ため、酸素の液化分離が一層促進される。25
は上記分縮器16内の貯溜液体窒素の液面を一定に保つ
液面計であり、分縮器16内の液体窒素の液面の変動に
応じてバルブ26を制御し液体窒素貯槽23からの液体
窒素の供給量を制御する。27は分縮器16の上部に溜
まった窒素ガスを取り出す取り出しパイプで、超低温の
窒素ガスを第2.第1の熱交換器14,13内に案内し
、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交換させて常温にし
メインパイプ28に送り込む作用をする。35は凝縮器
で、上記取り出しパイプ27の中間部に設けられ、取り
出しパイプ27内を流れる窒素ガスの一部を凝縮液化さ
せ底部に液体窒素37として溜めるようになっている。In this case, the compressed air injected into the column section 22 of the rectification column 15 contacts the liquid oxygen flowing down from the tube 20 in a countercurrent manner. Therefore, liquefaction and separation of oxygen is further promoted. 25
is a liquid level gauge that keeps the liquid level of the liquid nitrogen stored in the dephlegmator 16 constant, and controls the valve 26 according to fluctuations in the liquid level of the liquid nitrogen in the dephlegmator 16 to control the liquid nitrogen from the liquid nitrogen storage tank 23. control the amount of liquid nitrogen supplied. 27 is a take-out pipe for taking out the nitrogen gas accumulated in the upper part of the dephlegmator 16, and the extremely low temperature nitrogen gas is taken out from the second pipe. The air is guided into the first heat exchangers 14 and 13, where it exchanges heat with the compressed air sent there to bring it to room temperature and send it into the main pipe 28. A condenser 35 is provided in the middle of the take-out pipe 27, and is configured to condense and liquefy a portion of the nitrogen gas flowing through the take-out pipe 27 and store it as liquid nitrogen 37 at the bottom.
この凝縮器35内には、一端35bが精留塔15の底部
と連通している冷却パイプ35aが設けられ、上記精留
塔15の底部に溜る液体空気18を、膨張弁19を介し
て導入し、上記窒素ガスの凝縮液化用の冷熱を発生する
ようになっている。上記冷却パイプ35aの他端35c
は第2および第1の熱交換器14.13を通って伸びて
おり、冷熱を発生した後の液体空気を、上記熱交換器1
3.14内に送入される原料空気と熱交換させて昇温気
化し大気中に矢印Aのように放出するようになっている
。29aはその保圧弁である。38は戻しパイプで、上
記凝縮器35の底部に溜る液体窒素37を、ヘッド差を
利用して精留塔塔部22の上部へ還流液として戻すよう
になっている。30はバックアップ系ラインであり、空
気圧縮系ラインが故障したときに液体窒素貯槽23内の
液体窒素を蒸発器31により蒸発させてメインパイプ2
8に送り込み、窒素ガスの供給がとだえることのないよ
うにする。32は不純物分析計であり、メインパイプ2
8から送り出される製品窒素ガスの純度を分析し、純度
の低いときは、弁34,34aを作動させて製品窒素ガ
スを矢印Bのように外部に逃気する作用をする。33は
圧力調節弁である。A cooling pipe 35a is provided in the condenser 35, and one end 35b communicates with the bottom of the rectification column 15, and liquid air 18 accumulated at the bottom of the rectification column 15 is introduced through the expansion valve 19. It also generates cold heat for condensing and liquefying the nitrogen gas. The other end 35c of the cooling pipe 35a
extends through the second and first heat exchangers 14.13 and transfers the liquid air after generating cold heat to said heat exchanger 1.
3.14 It exchanges heat with the raw material air sent into the interior, heats it up, vaporizes it, and releases it into the atmosphere as shown by arrow A. 29a is its pressure holding valve. A return pipe 38 is designed to return the liquid nitrogen 37 accumulated at the bottom of the condenser 35 to the upper part of the rectification column section 22 as a reflux liquid using a head difference. Reference numeral 30 denotes a backup system line, in which liquid nitrogen in the liquid nitrogen storage tank 23 is evaporated by an evaporator 31 and transferred to the main pipe 2 when the air compression system line breaks down.
8 to ensure that the supply of nitrogen gas does not stop. 32 is an impurity analyzer, and main pipe 2
The purity of the product nitrogen gas sent out from 8 is analyzed, and when the purity is low, the valves 34 and 34a are operated to release the product nitrogen gas to the outside as shown by arrow B. 33 is a pressure regulating valve.
この装置は、つぎのようにして製品窒素ガスを製造する
。すなわち、空気圧縮機9により空気を圧縮し、ドレン
分離器10により圧縮された空気中の水分を除去してフ
ロン冷却器11により冷却し、その状態でモレキュラシ
ーブが充填されている吸着筒12に送り込み、空気中の
HtOおよびC02を吸着除去する。ついで、H,0、
CO□が吸着除去された圧縮空気を第1の熱交換器工3
および第2の熱交換器14に送り込んで超低温に冷却し
、さらに精留塔15の下部の貯溜液体空気18で冷却し
たのち、精留塔15内に噴射させる。そして、窒素と酸
素の沸点の差(酸素の沸点−183℃、窒素の沸点−1
96℃)を利用して空気中の酸素を液化し、窒素を気体
のまま取り出す。そして、これを凝縮器35内に入れて
その一部を液化させ、戻しパイプ38を介し還流液とし
て精留塔15a塔部22の上部に戻し、残部(気体)を
第1または第2の熱交換器13.14に送り込み常温近
くまで昇温させメインパイプ28から窒素ガスとして取
り出す、この場合、液体窒素貯槽23内の液体窒素は、
精留塔15の分縮器16の寒冷源として作用し、それ自
身は気化してメインパイプ28内に送り込まれ、上記精
留塔15から得られる空気中の窒素ガスと合わされ製品
窒素ガスとして取り出される。This device produces product nitrogen gas in the following manner. That is, air is compressed by an air compressor 9, water in the compressed air is removed by a drain separator 10, and cooled by a fluorocarbon cooler 11. In this state, the air is sent to an adsorption column 12 filled with molecular sieve. , adsorbs and removes HtO and CO2 in the air. Then, H,0,
The compressed air from which CO□ has been adsorbed and removed is transferred to the first heat exchanger 3.
Then, it is sent to the second heat exchanger 14 to be cooled to an ultra-low temperature, further cooled by the stored liquid air 18 at the bottom of the rectification column 15, and then injected into the rectification column 15. And the difference between the boiling points of nitrogen and oxygen (boiling point of oxygen -183℃, boiling point of nitrogen -1
(96°C) to liquefy oxygen in the air and extract nitrogen as a gas. Then, this is put into the condenser 35 and a part of it is liquefied, and it is returned to the upper part of the column section 22 of the rectification column 15a as a reflux liquid via the return pipe 38, and the remaining part (gas) is heated to the first or second heat source. The liquid nitrogen in the liquid nitrogen storage tank 23 is fed into exchangers 13 and 14, heated to near room temperature, and taken out from the main pipe 28 as nitrogen gas.
It acts as a cold source for the partial condenser 16 of the rectification column 15, and is vaporized and sent into the main pipe 28, and is combined with the nitrogen gas in the air obtained from the rectification column 15 and taken out as a product nitrogen gas. It will be done.
このように、この窒素ガス製造装置によれば、液体窒素
の蒸発熱を利用して圧縮空気を冷却し、それを精留塔1
5に送り込んで酸素等を分離し窒素のみを取り出し、こ
れを寒冷源となった液体窒素(気体状になっている)と
合わせて製品窒素ガスとするため、膨張タービンに起因
する前記弊害を全く生じず、極めて安価に、かつ高純度
の窒素ガスを得ることができる。In this way, according to this nitrogen gas production device, compressed air is cooled using the heat of vaporization of liquid nitrogen, and the compressed air is sent to the rectification column 1.
5 to separate oxygen, etc., extract only nitrogen, and combine this with liquid nitrogen (in gaseous form), which is the cooling source, to produce nitrogen gas, completely eliminating the above-mentioned problems caused by expansion turbines. It is possible to obtain highly pure nitrogen gas at an extremely low cost.
すなわち、精留塔15を高精度に設定することにより、
純度99.999%の窒素ガスを純度ばらつきなく得る
ことができるようになる。これに対して、PSA方式の
窒素ガス製造装置では、たかだか99.3%の純度のも
のしか得られないのであり、膨張タービンを用いる深冷
液化分離装置では負荷変動時に純度がばらつくのである
。特に、この装置は、窒素ガス取出パイプ27の中間部
に凝縮器35を設け、窒素ガス取出バイブ27中を流れ
る窒素ガスを冷却してその一部を液化し精留塔塔部22
の上部へ還流液として戻すため、上記凝縮器35が精留
作用を発揮するようになると同時に、精留塔塔部22内
の還流液量が増加するようになる。その結果、液体窒素
貯槽23から精留塔15の分縮器16へ供給される液体
窒素の純度が多少悪くても、その影響を受けず、常時安
定した純度の製品窒素ガスを製造することができるよう
になるとともに、還流液量の増加により精留効果の向上
効果も得られるようになる。そのうえ、この窒素ガス製
造装置は、製品窒素ガスの需要量に変動が生じても、そ
の変動に応じて液面計25がバルブ26の開度や開閉を
制御するため、迅速に対応できるのであり、これが大き
な特徴である。That is, by setting the rectification column 15 with high precision,
Nitrogen gas with a purity of 99.999% can be obtained without variation in purity. On the other hand, a PSA type nitrogen gas production device can only obtain a purity of 99.3% at most, and a cryogenic liquefaction separation device using an expansion turbine causes variations in purity when the load fluctuates. In particular, this device is equipped with a condenser 35 in the middle of the nitrogen gas extraction pipe 27 to cool the nitrogen gas flowing through the nitrogen gas extraction pipe 27 and liquefy a part of it.
Since the liquid is returned to the upper part of the column as a reflux liquid, the condenser 35 comes to exert a rectification effect, and at the same time, the amount of reflux liquid in the rectification column section 22 increases. As a result, even if the purity of the liquid nitrogen supplied from the liquid nitrogen storage tank 23 to the demultiplexer 16 of the rectification column 15 is somewhat poor, product nitrogen gas with stable purity can be produced at all times without being affected by the purity. At the same time, the rectification effect can be improved by increasing the amount of reflux liquid. Moreover, this nitrogen gas production device can respond quickly even if there are fluctuations in the demand for product nitrogen gas because the liquid level gauge 25 controls the opening and closing of the valve 26 according to the fluctuations. , this is a major feature.
このように、この発明の窒素ガス製造装置によれば高純
度の窒素ガスが安定な状態で得られるため、それをその
まま電子工業向けにすることができる。しかもこのガス
には炭酸ガスが含まれていない(製造装置内で除去され
ている)ため、炭酸ガス用の吸着槽を別個に装備する必
要がない、さらに、少量の液体窒素を供給するだけで大
量の窒素・ガスが得られるようになる。すなわち、この
発明の窒素ガス製造装置によれば、液体窒素貯槽23か
ら100Nnr(ガス換算)の液体窒素を分縮器16に
送り込むことにより、100ON−の製品窒素ガスを得
ることができる。このように、この製造装置によれば少
量の液体窒素を供給するだけで、その10倍の製品窒素
ガスが得られるようになるのである。したがって、極め
て安価な窒素ガスが得られるようになる。また、PSA
方式や膨張タービン使用の従来の深冷液化分離方式によ
る窒素ガス製造装置にくらべて、装置が簡単であるため
装置全体が安価であり、かつ多数の弁等も不要なため、
装置の信顧度が大である。また、膨張タービンに起因す
る特別な要員も不要になる。しかも、バックアップ系ラ
インが設けられているため、空気圧縮系ラインの不調時
にも窒素ガスを供給しうるのであり、窒素ガスの供給が
中断されるということが生じない。As described above, the nitrogen gas production apparatus of the present invention allows highly pure nitrogen gas to be obtained in a stable state, so that it can be directly used in the electronic industry. Furthermore, since this gas does not contain carbon dioxide (it is removed within the manufacturing equipment), there is no need to separately equip an adsorption tank for carbon dioxide, and what is more, all you need to do is supply a small amount of liquid nitrogen. A large amount of nitrogen and gas can be obtained. That is, according to the nitrogen gas production apparatus of the present invention, by sending 100 Nnr (gas equivalent) of liquid nitrogen from the liquid nitrogen storage tank 23 to the dephlegmator 16, a product nitrogen gas of 100 ON- can be obtained. In this way, according to this manufacturing apparatus, by supplying only a small amount of liquid nitrogen, 10 times as much product nitrogen gas can be obtained. Therefore, extremely cheap nitrogen gas can be obtained. Also, P.S.A.
Compared to nitrogen gas production equipment using the conventional cryogenic liquefaction separation method that uses expansion turbines and expansion turbines, the equipment is simple and inexpensive, and it does not require a large number of valves.
The reliability of the device is high. It also eliminates the need for special personnel due to expansion turbines. Moreover, since a backup system line is provided, nitrogen gas can be supplied even when the air compression system line is malfunctioning, and the supply of nitrogen gas will not be interrupted.
なお、凝縮器35内の液体窒素の戻し先は、上記のよう
な精留塔の塔部22の上部に限定するものではない。例
えば、第3図に示すように分縮器16内に戻すようにし
てもよい。このようにすると、精留塔塔部22内の還流
液の増加による効果は得られなくなるが、凝縮器35の
精留効果は発揮されるため、液体窒素貯槽23の液体窒
素の純度が多少悪くてもその影響を受けな(なる。Note that the return destination of the liquid nitrogen in the condenser 35 is not limited to the upper part of the column section 22 of the rectification column as described above. For example, it may be returned to the demultiplexer 16 as shown in FIG. In this case, the effect of increasing the reflux liquid in the rectification column section 22 will not be obtained, but the rectification effect of the condenser 35 will be exerted, so the purity of the liquid nitrogen in the liquid nitrogen storage tank 23 will deteriorate to some extent. But don't be influenced by it.
以上のように、この発明の窒素ガス製造装置は、膨張タ
ービンを用いず、それに代えて何ら回転部を持たない液
体窒素貯槽のような液体窒素貯蔵手段を用いるため、装
置全体として回転部がなくなり故障が全(生じない。し
かも膨張タービンは高速回転機器であって負荷変動(製
品窒素ガスの取出量の変化)に対するきめ細かな追従運
転が困難であるところ、この発明の装置は、膨張タービ
ンに代えて液体窒素貯槽を用い、供給量のきめ細かい調
節が可能な液体窒素を寒冷源として用いるため、負荷変
動に対するきめ細かな追従が可能となり、純度が安定し
ていて極めて高い窒素ガスを製造しうるようになる。特
に、この発明の装置は、窒素ガス取出路の中間部に凝縮
器を設け、窒素ガス取出路中を流れる窒素ガスを冷却し
てその一部を液化し精留塔へ戻すようにしているため、
上記凝縮器が精留作用を発揮するようになる。その結果
、液体窒素貯蔵手段から精留塔の分縮器へ供給される液
体窒素の純度が多少悪くても、その影響を受けず、常時
安定した純度の製品窒素ガスを製造することができると
いう優れた効果を奏するのである。As described above, the nitrogen gas production device of the present invention does not use an expansion turbine and instead uses a liquid nitrogen storage means such as a liquid nitrogen storage tank that does not have any rotating parts, so the entire device has no rotating parts. Failures do not occur.Moreover, the expansion turbine is a high-speed rotating device, and it is difficult to operate to closely follow load fluctuations (changes in the amount of product nitrogen gas taken out). By using a liquid nitrogen storage tank as a cooling source, the supply amount of which can be finely adjusted, is used as a cooling source, making it possible to closely follow load fluctuations and producing nitrogen gas with stable and extremely high purity. In particular, the apparatus of the present invention is configured such that a condenser is provided in the middle of the nitrogen gas take-off passage to cool the nitrogen gas flowing through the nitrogen gas take-off passage, liquefy a part of it, and return it to the rectification column. Because there are
The condenser comes to perform a rectifying action. As a result, even if the purity of the liquid nitrogen supplied from the liquid nitrogen storage means to the fractionator of the rectification column is somewhat poor, product nitrogen gas with stable purity can be produced at all times without being affected by this. It has excellent effects.
第1図は従来例の構成図、第2図はこの発明の一実施例
の構成図、第3図は他の実施例の構成図である。FIG. 1 is a block diagram of a conventional example, FIG. 2 is a block diagram of one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of another embodiment.
Claims (1)
と、この空気圧縮手段によつて圧縮された圧縮空気中の
炭酸ガスと水分とを除去する除去手段と、この除去手段
を経た圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段と、この
熱交換手段により超低温に冷却された圧縮空気の一部を
液化して底部に溜め、窒素のみを上部から気体として取
り出す精留塔を備えた窒素ガス製造装置において、精留
塔の上部に設けられた液体窒素を溜める分縮器と、装置
外から液体窒素の供給を受けこれを貯蔵する液体窒素貯
蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の液体窒素を冷熱発
生用膨脹器からの発生冷熱に代えて圧縮空気液化用の寒
冷源として連続的に上記精留塔における上記分縮器中の
貯溜液体窒素内に導く導入路と、上記分縮器の液面を制
御する制御手段と、上記精留塔から気体として取り出さ
れる窒素ガスおよび上記精留塔内において寒冷源として
の作用を終え気化した上記液体窒素を上記熱交換手段を
経由させ上記圧縮空気と熱交換させることにより温度上
昇させ製品窒素ガスとする窒素ガス取出路と、この窒素
ガス取出路の中間部に設けられ上記窒素ガス取出路を流
れる窒素ガスを冷却してその一部を凝縮液化する凝縮器
と、上記精留塔の底部に溜る液体空気の冷熱を利用して
上記凝縮器内を冷却する冷却手段と、上記凝縮器内にお
ける凝縮液化により生成した液体窒素を上記凝縮器から
上記精留塔へ戻す戻し路を備えたことを特徴とする窒素
ガス製造装置。(1) An air compression means for compressing air taken in from the outside, a removal means for removing carbon dioxide and moisture from the compressed air compressed by the air compression means, and a removal means for removing the compressed air after passing through the removal means. A nitrogen gas production device equipped with a heat exchange means that cools the air to an ultra-low temperature, and a rectification column that liquefies a portion of the compressed air cooled to an ultra-low temperature by the heat exchange means, stores it at the bottom, and extracts only nitrogen as a gas from the top. , a dephlegmator installed in the upper part of the rectification column stores liquid nitrogen, a liquid nitrogen storage means for receiving and storing liquid nitrogen from outside the apparatus, and a liquid nitrogen storage means for storing liquid nitrogen in the liquid nitrogen storage means. An introduction path that continuously leads into the stored liquid nitrogen in the partial condenser in the rectification column as a cold source for compressed air liquefaction in place of the generated cold heat from the generation expander, and a liquid level in the partial condenser. and a control means for controlling the nitrogen gas taken out as a gas from the rectification column and the liquid nitrogen which has finished acting as a cold source and has been vaporized in the rectification column and exchanges heat with the compressed air through the heat exchange means. A nitrogen gas take-off passage that raises the temperature by exchanging the nitrogen gas to produce a product nitrogen gas; and a condenser that cools the nitrogen gas flowing through the nitrogen gas take-out passage and condenses and liquefies a part of it, which is provided in the middle of the nitrogen gas take-off passage. a cooling means for cooling the inside of the condenser using the cold heat of the liquid air accumulated at the bottom of the rectifying column; A nitrogen gas production device characterized by being equipped with a return path for returning to a tower.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27877585A JPS61211687A (en) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | Production unit for nitrogen gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27877585A JPS61211687A (en) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | Production unit for nitrogen gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61211687A true JPS61211687A (en) | 1986-09-19 |
| JPH0325715B2 JPH0325715B2 (en) | 1991-04-08 |
Family
ID=17602006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27877585A Granted JPS61211687A (en) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | Production unit for nitrogen gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61211687A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07305952A (en) * | 1994-12-22 | 1995-11-21 | Daido Hoxan Inc | Preparation of nitrogen gas |
-
1985
- 1985-12-10 JP JP27877585A patent/JPS61211687A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07305952A (en) * | 1994-12-22 | 1995-11-21 | Daido Hoxan Inc | Preparation of nitrogen gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0325715B2 (en) | 1991-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS61190277A (en) | High-purity nitrogen and oxygen gas production unit | |
| WO1986000694A1 (en) | Apparatus for producing high-purity nitrogen gas | |
| WO1985004466A1 (en) | Apparatus for producing high-purity nitrogen gas | |
| WO1986000693A1 (en) | Apparatus for producing high-frequency nitrogen gas | |
| JPS6119902B2 (en) | ||
| JP4401999B2 (en) | Air separation method and air separation device | |
| JPS61211687A (en) | Production unit for nitrogen gas | |
| JP2672251B2 (en) | Nitrogen gas production equipment | |
| JPH06281322A (en) | Manufacturing apparatus for high purity nitrogen and oxygen gas | |
| JP2540244B2 (en) | Nitrogen gas production equipment | |
| JPS63148080A (en) | Production unit for nitrogen gas | |
| JPS61211688A (en) | Production unit for nitrogen gas | |
| JPH0587447A (en) | Producing apparatus for nitrogen gas | |
| JPS61217670A (en) | Production unit for nitrogen gas | |
| JP3021389B2 (en) | High-purity nitrogen gas production equipment | |
| JP3476526B2 (en) | Nitrogen gas production equipment | |
| JPH03158693A (en) | Nitrogen gas and oxygen gas manufacturing device | |
| JP2533262B2 (en) | High-purity nitrogen and oxygen gas production equipment | |
| JPS62116887A (en) | Production unit for high-impurity nitrogen gas | |
| JPH07305952A (en) | Preparation of nitrogen gas | |
| JPS61190278A (en) | High-purity oxygen gas production unit | |
| JPS63148079A (en) | Production unit for high-purity nitrogen gas | |
| JPS60232470A (en) | Production unit for high-purity nitrogen gas | |
| JPS59129372A (en) | Device for manufacturing nitrogen gas | |
| JPS6217149B2 (en) |