JP2773858B2 - 空気を分離する方法および装置 - Google Patents
空気を分離する方法および装置Info
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- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は空気分離に係るものである。特に、本発明は
少くとも１つの逆流熱交換器を使用して低温で空気を分
離する方法と装置とに係るものである。 従来の技術 低温分離装置は製品として窒素、酸素およびアルゴン
の１種またはそれ以上を生成する産業で良く知られ広く
使用されている。極低温空気分離装置の１例が英国特許
第1,258,568号に記載されている。そのような装置で
は、空気を清浄にするかまたは選択した極低温に冷却す
る。次いで、ほぼ純粋の窒素か酸素、この英国特許の装
置の例ではアルゴンを生成するため空気を分別する。二
酸化炭素と水蒸気とを除去するため空気を清浄にするに
は主に３種類の方法がある。１つの方法では、空気清浄
化の一部を少くとも１つの逆流熱交換器か熱交換器で行
う。逆流熱交換器か熱交換器では、空気を漸次に冷却し
水蒸気の如き不純物が冷却中の空気に接触する熱交換器
の表面に凍結粒子として析出する。 逆流熱交換器または熱交換器には窒素流（ある程度酸
素不純物を含んでいる）用の通路が設けられており、こ
の窒素流は空気流と向流して流れ凍結不純物を蒸発させ
るため使用する。空気が通過する熱交換器の通路内にお
ける不純物のレベルがある選択したレベルに達すると、
空気通路を窒素流通路に切換えてこの不純物を取り除
く。逆流熱交換器または熱交換器を通過した後、窒素流
を大気に排出する。現在使用してない別の方法では複数
の再生器を使用する。冷却される空気を１つの再生器を
通し窒素の廃流を別の再生器をある時間通し、その後両
方の流れを切換え、空気は戻り製品流により予め冷却さ
れた再生器を通して流れる。再生器には「冷たく」貯蔵
できるようにする適当なパッキングが設けてある。二酸
化炭素と水蒸気とを冷却されている空気から固体として
析出させ次いで窒素流で再昇華させる。 第３の方法では、温度変動式ふるい洗浄ユニットを使
用する。二酸化炭素と水蒸気とをこのふるいの吸収剤の
少くとも１つの床における液状水滴から遊離した圧縮空
気から吸収し、他方残りの床は再生される。選択した時
間の経過後、床を切り換える。例は典型的な窒素流の少
くとも一部分を加熱しそれを分子ふるい吸収剤を通過さ
せて行いそれにより水蒸気、二酸化炭素およびその他の
吸収された不純物とを吸収する。 従って、これらの方法のいずれにおいても、典型的に
は容量にして１％程度の酸素を含み空気清浄ユニットか
らの流れにより取り除かれる不純物を担持した窒素廃流
が生成される。典型的には、窒素廃流は空気分離器内で
製品として生成された窒素を容量にして35％程度含んで
いる。数年来窒素の需要が増大し、従って、そのような
空気分離器からの窒素の吸率を増す必要がある。 従って、本発明の法と装置とはその最も広範な面にお
いて不純物担持流を清浄にする。 従って、本発明は水蒸気と二酸化炭素とを抽出手段で
除去する段階と、空気を低温に冷却しそれを分別して酸
素製品および窒素製品ならびに酸素の濃度が窒素製品の
O2濃度より高い窒素流を生成する段階と、窒素流の少く
とも一部分を使用して水蒸気と二酸化炭素とを抽出手段
からパージする段階と、その結果による不純物担持窒素
の少くとも一部分を清浄にする段階とを含む空気分離方
法を提供する。 本発明はまた空気から水蒸気と二酸化炭素とを抽出す
る手段と、空気を極低温に冷却する手段と、酸素および
窒素ならびに酸素の濃度が窒素製品のO2濃度より高い窒
素流を生成する少くとも１つの分別カラムと、窒素流の
少くとも一部分を抽出手段を通過させこの流れから水蒸
気と二酸化炭素とを排出する手段と、その結果による不
純物担持窒素流を清浄にする手段とを含む空気分離装置
を提供する。 抽出手段は少くとも１つの逆流熱交換器で構成するこ
とが好ましく、この熱交換器では空気の少くとも一部分
を冷却し、従って、水蒸気と二酸化炭素とを固体として
沈澱させ、次いで窒素流により昇華させる。 不純物担持窒素流は膜分離により清浄にすることが好
ましい。酸素、水蒸気および二酸化炭素を窒素から分離
できる膜は既知で市販されている。清浄にされた廃流に
所望の酸素濃度如何により１つまたはそれ以上の数の膜
分離段を使用できる。一般には洗浄化以前に窒素流は容
量にして１％かそれ以下の酸素を含んでいることが好ま
しい。 あるいはまた圧力振動吸収を利用して窒素流を清浄に
することもできる。 不純物担持窒素流は膜分離に先立ち望ましいのは10な
いし30気圧に圧縮することが好ましい。コンプレッサま
たはそれに関係した後段冷却器においてこのように凝縮
した水は窒素流に入る以前に膜分離手段により流出でき
る。清浄にされた窒素流が不透過流であるので、この流
れは膜分離器では比較的に僅かしか圧力が降下しない。
従って、コンプレッサ（または別のコンプレッサ）を駆
動するため典型的に使用される膨張タービン内で圧縮手
段が行った圧縮の一部分を元に戻すことができる。もし
所望ならば、清浄にされた窒素流の加工膨張による冷凍
作用を空気分離機の熱交換系統に関係した液化装置に利
用できる。 もし所望ならば、不純物担持窒素流を清浄にする手段
は既存の空気分離器に再び装備できる。 不純物担持窒素内の水と二酸化炭素の濃度はそのよう
な逆転熱交換器の回生にわたり一定でない。水と二酸化
炭素との濃度が平均以下である場合運転中膜分離器の透
過流に窒素が入る速度を押さえるため、窒素を膜分離器
に供給する圧力を変えることができる。あるいはまた、
不純物担持窒素流を膜分離器に供給する速度は典型的に
は逆流熱交換器または熱交換器の出口の下手順にそのよ
うな流れの一部分を放出することにより変えることがで
きる。それに代えてかまたはそれに加えて、不純物担持
窒素流は清浄化手段の上手側で緩衝容器に流れることが
できる。 以下に本発明を空気分離装置の一部を形成する逆流熱
交換器に流れ連通関係にした清浄化ユニットを線図で示
す添付図面を参照して例示的に説明する。 実施例 図面を参照すると、分離される空気流は、典型的には
容量で１％の酸素不純物を含む窒素流および比較的に純
粋な窒素製品流のそれぞれ用の通路4,6,8を有する逆転
熱交換器２が示してある。逆転熱交換器２は通路4,6を
切換える手段（図示せず）を有している。そのような手
段は全く従来技術のものであり、従って、詳細には説明
しない。不純物担持チッ素通路は濃縮水用のドレン14を
装備した後段冷却器を有するコンプレッサ10の入口に連
通している。コンプレッサの出口側は後段冷却器12を介
して膜分離器18に連通し、この分離器は非不透過ガス用
の出口20と透過ガス用の出口22とを有している。出口22
は典型的にはコンプレッサ10を駆動するため使用する膨
張タービン24の入口に連通している。 運転すると、逆流熱交換器２を通過する不純のチッ素
流が空気流により先に沈澱した固体不純物を蒸発させ
る。固体不純物は固体の二酸化炭素と水とから成る。そ
の結果による不純物担持チッ素流はコンプレッサ10内で
10ないし30絶対大気圧に圧縮され後段冷却器12でその結
果凝縮した水をドレン14を通り排出して膜分離器18に入
る。分離器18に入る不純物担持窒素中の酸素不純物の少
なくとも90％、窒素中のほぼ全部の水蒸気と二酸化炭素
不純物及び１部の窒素を含む透過流が生成され出口22を
通り装置を出る。ほぼ純粋の窒素から成る残りのガスが
出口20を通り分離器を出て膨張タービン24内で低い圧力
に膨張する。ガスは次いでパイプライン（図示せず）を
経て膨張タービン24の出口からそれを使用する装置（た
とえば非反応雰囲気を生じる）に生成物として送られ
る。もし窒素が高圧であることが必要であれば、たとえ
ば、窒素が液化されるシリンダを満たす必要のある場合
には、膨張タービン24は第１図の装置から省略できる。 装置は更にまた吸収器すなわち膜分離器18の上手側か
ら下手側で窒素流からこん跡量の炭化水素を取り除く吸
収器を含むことができる。 本発明の１つの例では、逆流熱交換器２は英国特許第
1,258,568号に記載しまた図面に示した如き逆流熱交換
器の如くにして使用することもできる。従って、膜分離
器とそれに関係したコンプレッサと膨張タービンとは、
もし所望ならば、前記英国特許の図面に示した如く空気
分離装置に再び装備できる。前記英国特許にはアルゴン
を分離するため側柱付きの単一の精留柱を使用する空気
分離装置が記載してあるが、本発明の方法と装置とは２
重の精留柱（アルゴン側柱付きかそれのない）空気分離
装置かまたは酸素および窒素製品のみを生成する単一柱
を使用する空気分離装置と併用できることは理解する必
要がある。
少くとも１つの逆流熱交換器を使用して低温で空気を分
離する方法と装置とに係るものである。 従来の技術 低温分離装置は製品として窒素、酸素およびアルゴン
の１種またはそれ以上を生成する産業で良く知られ広く
使用されている。極低温空気分離装置の１例が英国特許
第1,258,568号に記載されている。そのような装置で
は、空気を清浄にするかまたは選択した極低温に冷却す
る。次いで、ほぼ純粋の窒素か酸素、この英国特許の装
置の例ではアルゴンを生成するため空気を分別する。二
酸化炭素と水蒸気とを除去するため空気を清浄にするに
は主に３種類の方法がある。１つの方法では、空気清浄
化の一部を少くとも１つの逆流熱交換器か熱交換器で行
う。逆流熱交換器か熱交換器では、空気を漸次に冷却し
水蒸気の如き不純物が冷却中の空気に接触する熱交換器
の表面に凍結粒子として析出する。 逆流熱交換器または熱交換器には窒素流（ある程度酸
素不純物を含んでいる）用の通路が設けられており、こ
の窒素流は空気流と向流して流れ凍結不純物を蒸発させ
るため使用する。空気が通過する熱交換器の通路内にお
ける不純物のレベルがある選択したレベルに達すると、
空気通路を窒素流通路に切換えてこの不純物を取り除
く。逆流熱交換器または熱交換器を通過した後、窒素流
を大気に排出する。現在使用してない別の方法では複数
の再生器を使用する。冷却される空気を１つの再生器を
通し窒素の廃流を別の再生器をある時間通し、その後両
方の流れを切換え、空気は戻り製品流により予め冷却さ
れた再生器を通して流れる。再生器には「冷たく」貯蔵
できるようにする適当なパッキングが設けてある。二酸
化炭素と水蒸気とを冷却されている空気から固体として
析出させ次いで窒素流で再昇華させる。 第３の方法では、温度変動式ふるい洗浄ユニットを使
用する。二酸化炭素と水蒸気とをこのふるいの吸収剤の
少くとも１つの床における液状水滴から遊離した圧縮空
気から吸収し、他方残りの床は再生される。選択した時
間の経過後、床を切り換える。例は典型的な窒素流の少
くとも一部分を加熱しそれを分子ふるい吸収剤を通過さ
せて行いそれにより水蒸気、二酸化炭素およびその他の
吸収された不純物とを吸収する。 従って、これらの方法のいずれにおいても、典型的に
は容量にして１％程度の酸素を含み空気清浄ユニットか
らの流れにより取り除かれる不純物を担持した窒素廃流
が生成される。典型的には、窒素廃流は空気分離器内で
製品として生成された窒素を容量にして35％程度含んで
いる。数年来窒素の需要が増大し、従って、そのような
空気分離器からの窒素の吸率を増す必要がある。 従って、本発明の法と装置とはその最も広範な面にお
いて不純物担持流を清浄にする。 従って、本発明は水蒸気と二酸化炭素とを抽出手段で
除去する段階と、空気を低温に冷却しそれを分別して酸
素製品および窒素製品ならびに酸素の濃度が窒素製品の
O2濃度より高い窒素流を生成する段階と、窒素流の少く
とも一部分を使用して水蒸気と二酸化炭素とを抽出手段
からパージする段階と、その結果による不純物担持窒素
の少くとも一部分を清浄にする段階とを含む空気分離方
法を提供する。 本発明はまた空気から水蒸気と二酸化炭素とを抽出す
る手段と、空気を極低温に冷却する手段と、酸素および
窒素ならびに酸素の濃度が窒素製品のO2濃度より高い窒
素流を生成する少くとも１つの分別カラムと、窒素流の
少くとも一部分を抽出手段を通過させこの流れから水蒸
気と二酸化炭素とを排出する手段と、その結果による不
純物担持窒素流を清浄にする手段とを含む空気分離装置
を提供する。 抽出手段は少くとも１つの逆流熱交換器で構成するこ
とが好ましく、この熱交換器では空気の少くとも一部分
を冷却し、従って、水蒸気と二酸化炭素とを固体として
沈澱させ、次いで窒素流により昇華させる。 不純物担持窒素流は膜分離により清浄にすることが好
ましい。酸素、水蒸気および二酸化炭素を窒素から分離
できる膜は既知で市販されている。清浄にされた廃流に
所望の酸素濃度如何により１つまたはそれ以上の数の膜
分離段を使用できる。一般には洗浄化以前に窒素流は容
量にして１％かそれ以下の酸素を含んでいることが好ま
しい。 あるいはまた圧力振動吸収を利用して窒素流を清浄に
することもできる。 不純物担持窒素流は膜分離に先立ち望ましいのは10な
いし30気圧に圧縮することが好ましい。コンプレッサま
たはそれに関係した後段冷却器においてこのように凝縮
した水は窒素流に入る以前に膜分離手段により流出でき
る。清浄にされた窒素流が不透過流であるので、この流
れは膜分離器では比較的に僅かしか圧力が降下しない。
従って、コンプレッサ（または別のコンプレッサ）を駆
動するため典型的に使用される膨張タービン内で圧縮手
段が行った圧縮の一部分を元に戻すことができる。もし
所望ならば、清浄にされた窒素流の加工膨張による冷凍
作用を空気分離機の熱交換系統に関係した液化装置に利
用できる。 もし所望ならば、不純物担持窒素流を清浄にする手段
は既存の空気分離器に再び装備できる。 不純物担持窒素内の水と二酸化炭素の濃度はそのよう
な逆転熱交換器の回生にわたり一定でない。水と二酸化
炭素との濃度が平均以下である場合運転中膜分離器の透
過流に窒素が入る速度を押さえるため、窒素を膜分離器
に供給する圧力を変えることができる。あるいはまた、
不純物担持窒素流を膜分離器に供給する速度は典型的に
は逆流熱交換器または熱交換器の出口の下手順にそのよ
うな流れの一部分を放出することにより変えることがで
きる。それに代えてかまたはそれに加えて、不純物担持
窒素流は清浄化手段の上手側で緩衝容器に流れることが
できる。 以下に本発明を空気分離装置の一部を形成する逆流熱
交換器に流れ連通関係にした清浄化ユニットを線図で示
す添付図面を参照して例示的に説明する。 実施例 図面を参照すると、分離される空気流は、典型的には
容量で１％の酸素不純物を含む窒素流および比較的に純
粋な窒素製品流のそれぞれ用の通路4,6,8を有する逆転
熱交換器２が示してある。逆転熱交換器２は通路4,6を
切換える手段（図示せず）を有している。そのような手
段は全く従来技術のものであり、従って、詳細には説明
しない。不純物担持チッ素通路は濃縮水用のドレン14を
装備した後段冷却器を有するコンプレッサ10の入口に連
通している。コンプレッサの出口側は後段冷却器12を介
して膜分離器18に連通し、この分離器は非不透過ガス用
の出口20と透過ガス用の出口22とを有している。出口22
は典型的にはコンプレッサ10を駆動するため使用する膨
張タービン24の入口に連通している。 運転すると、逆流熱交換器２を通過する不純のチッ素
流が空気流により先に沈澱した固体不純物を蒸発させ
る。固体不純物は固体の二酸化炭素と水とから成る。そ
の結果による不純物担持チッ素流はコンプレッサ10内で
10ないし30絶対大気圧に圧縮され後段冷却器12でその結
果凝縮した水をドレン14を通り排出して膜分離器18に入
る。分離器18に入る不純物担持窒素中の酸素不純物の少
なくとも90％、窒素中のほぼ全部の水蒸気と二酸化炭素
不純物及び１部の窒素を含む透過流が生成され出口22を
通り装置を出る。ほぼ純粋の窒素から成る残りのガスが
出口20を通り分離器を出て膨張タービン24内で低い圧力
に膨張する。ガスは次いでパイプライン（図示せず）を
経て膨張タービン24の出口からそれを使用する装置（た
とえば非反応雰囲気を生じる）に生成物として送られ
る。もし窒素が高圧であることが必要であれば、たとえ
ば、窒素が液化されるシリンダを満たす必要のある場合
には、膨張タービン24は第１図の装置から省略できる。 装置は更にまた吸収器すなわち膜分離器18の上手側か
ら下手側で窒素流からこん跡量の炭化水素を取り除く吸
収器を含むことができる。 本発明の１つの例では、逆流熱交換器２は英国特許第
1,258,568号に記載しまた図面に示した如き逆流熱交換
器の如くにして使用することもできる。従って、膜分離
器とそれに関係したコンプレッサと膨張タービンとは、
もし所望ならば、前記英国特許の図面に示した如く空気
分離装置に再び装備できる。前記英国特許にはアルゴン
を分離するため側柱付きの単一の精留柱を使用する空気
分離装置が記載してあるが、本発明の方法と装置とは２
重の精留柱（アルゴン側柱付きかそれのない）空気分離
装置かまたは酸素および窒素製品のみを生成する単一柱
を使用する空気分離装置と併用できることは理解する必
要がある。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明に係る空気分離装置の線図である。
２……抽出手段、８……通過手段
10……コンプレッサ、12……冷却手段
18……分離器、24……タービン
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．抽出手段で空気から水蒸気と二酸化炭素とを抽出
し、その空気を極低温まで冷却し、空気を分別して酸素
製品および窒索製品ならびに酸素濃度が窒素製品の酸素
濃度より高い窒素流を生成し、その窒素流の少なくとも
一部分を使用して抽出手段からの水蒸気と二酸化炭素と
をパージし、得られた二酸化炭素及び水蒸気不純物を持
った窒素流の少なくとも一部分を精製して、そこから水
蒸気および二酸化炭素不純物を除去し、そしてその精製
した窒素から追加の窒素生成物を取出すことを特徴とす
る空気を分離する方法。 ２．抽出手段が少なくとも１個の逆流熱交換器で構成さ
れておりその熱交換器で空気冷却の少なくとも一部分が
行われ、そのため水蒸気と二酸化炭素とが固体として析
出され、そしてその後窒素流により昇華せしめられる特
許請求の範囲第１項の方法。 ３．二酸化炭素および水蒸気不純物を持った窒素流を膜
分離により精製される特許請求の範囲第１項または第２
頃の方法。 ４．二酸化炭素および水蒸気不純物を持った窒素流を膜
分離部の上流側で圧縮する特許請求の範囲第３項の方
法。 ５．二酸化炭素および水蒸気不純物を持った窒素流を10
〜30気圧の範囲の圧力に圧縮する特許請求の範囲第４項
の方法。 ６．精製した空気流を膜分離の下手側で加工膨張する特
許請求の範囲第４頃または第５頃の方法。 ７．二酸化炭素および水蒸気不純物を持った窒素流を圧
力振動吸収により精製する特許請求の範囲第１頃または
第２頃の方法。 ８．二酸化炭素および水蒸気不純物を持った窒素流が１
容量％又はそれ以下の酸素を含んでいる前記各項のいず
れか１つの方法。 ９．空気から水蒸気と二酸化炭素とを抽出する手段と、
空気を極低温に冷却する手段と、酸素および窒素製品な
らびに酸素濃度が窒素製品の酸素濃度より高い窒素流を
生成する少なくとも１つの分別カラムと、その窒素流の
少なくとも一部分を抽出手段を通過させて抽出手段から
水蒸気と二酸化炭素とをパージする手段と、その得られ
た二酸化炭素および水蒸気不純物を持った窒素流の少な
くとも一部分を精製してそこから水蒸気及び二酸化炭素
不純物を除去する手段とその精製した窒素から追加の窒
素精製物を取り出す手段を含んでいることを特徴とする
空気を分離する装置。 １０．抽出手段が内部で空気冷却の少なくとも一部分を
行う少なくとも１つの逆流交換器により構成してある特
許請求の範囲第９頃の装置。 １１．精製手段が膜分離器を備えている特許請求の範囲
第10項の装置。 １２．更にまた膜分離器の上流側において不純物担持窒
素流用のコンプレッサを含んでいる特許請求の範囲第11
頃の装置。 １３．更にまた精製した窒素流を加工膨張する膨張ター
ビンを含んでいる特許請求の範囲第12頃の装置。 １４．精製手段が圧縮振動吸収により作用する特許請求
の範囲第10項の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8524080 | 1985-09-30 | ||
| GB8524080A GB2181528B (en) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Air separation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62142985A JPS62142985A (ja) | 1987-06-26 |
| JP2773858B2 true JP2773858B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=10585954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61233122A Expired - Lifetime JP2773858B2 (ja) | 1985-09-30 | 1986-09-30 | 空気を分離する方法および装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2773858B2 (ja) |
| GB (1) | GB2181528B (ja) |
| ZA (1) | ZA867376B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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-
1986
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- 1986-09-30 JP JP61233122A patent/JP2773858B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS62142985A (ja) | 1987-06-26 |
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| GB2181528B (en) | 1989-09-06 |
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