JP2997939B2 - 低温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法 - Google Patents

低温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法

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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、低温貯槽内の蒸発ガスの回収方法に関し、
特に深冷分離装置に付属した低温貯槽内の蒸発ガスを回
収し利用する方法に関する。
〔従来の技術〕
従来から、深冷分離装置の一種として空気液化分離装
置が広く用いられている。通常、中型，大型の空気液化
分離装置に付属する低温貯槽としては、貯蔵設備コスト
の関係から、低圧貯槽であることが多い。このため、低
温貯槽内で蒸発するガス、いわゆるオフガスを有効利用
するためには、加圧操作によるエネルギーを付加する
か、又は別途寒冷を用いて再液化させる熱交換器を増設
しなければ、低圧のオフガスを回収できないので、回収
コストが高くなり、一般には、大気放出されている。
このような低温貯槽のオフガスを回収する方法とし
て、オフガスを空気液化分離装置の製品ガスに合流させ
て回収することが知られている。
一方、最近の空気液化分離装置等の深冷分離装置は、
窒素をはじめとし各種製品ガスの需要増大により、原料
ガスに対する製品ガス（液化ガスも含む）の採取割合が
増加し、排ガス量が減少している。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、原料ガス中の水分や炭酸ガスを除去する吸着
設備や、原料ガスの予冷を行う冷水塔等の前処理工程の
再生や冷却に用いる再生ガスあるいは冷却ガスの量が減
少し不足してきている。冷えば、吸着器の再生ガスとし
て低圧乾燥ガスである排ガスを用いているが、排ガス量
の減少に伴い十分な再生ガス流量を確保できないため、
再生ガスを長時間流して再生する必要がでてきた。この
ように長時間かけて再生を行うと、原料ガスの吸着処理
時間も長くなるため、結果的に大型の吸着器を設置せざ
るを得なくなり、吸着剤コストや容器製作コストが高く
なり、さらに吸着器設置スペースの増大も招くという問
題がある。また、冷却ガスが減少すれば、別途冷凍機等
を用意しなければならない。
一方、低温貯槽のオフガスを製品ガスに合流させるよ
うにした場合、一般に低圧貯槽のオフガスの圧力は、精
留塔から採取する製品ガスの圧力よりも低いため、両ガ
スを合流させるためには製品ガス出口系統に減圧弁を設
け、製品ガスの圧力をオフガスの圧力より低くする必要
があった。しかしながら、この方法では、製品ガス量に
対して少量のオフガスを回収するために製品ガス系統を
減圧しているが、この減圧分製品ガス運転圧力を低下さ
せることはエネルギーの有効利用上問題である。従っ
て、この方法は、多少のエネルギーロスを無視すれば中
圧以上の貯槽のオフガスの回収には利用できるが、大型
空気液化分離装置の低圧低温貯槽のオフガスを回収する
ために用いることはできなかった。
そこで、本発明は、低温貯槽のオフガス発生量が貯液
量と蒸発量に比例するため、小型の低温貯槽に比べてオ
フガス発生量の多いにもかかわらず低圧であるがために
利用されることのなかった中型又は大型の低温貯槽のオ
フガスを有効に利用することのできる回収利用方法及び
中圧貯槽のオフガスをエネルギーロスなしに有効に回収
利用する方法を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記した目的を達成するために、本発明の低温貯槽内
の蒸発ガスの回収方法は、前処理工程を経た原料ガスを
熱交換器で冷却し、精留塔に導入して深冷分離する深冷
分離装置に付属した低温貯槽内で蒸発するガスを回収す
るにあたり、前記低温貯槽内の蒸発ガスを捕集し、前記
深冷分離装置の精留塔内の排ガスもしくは精留塔から導
出された排ガスの少なくともいずれか一方に、好ましく
はバッファタンクを介して合流させて排ガスを増量し、
該増量した排ガスの寒冷を熱交換器で回収した後に、前
記前処理工程の再生ガスもしくは冷水塔冷却ガスの少な
くともいずれか一方に用いることを特徴としている。
〔作 用〕
従って、貯槽内で発生したオフガスを、排ガスと合流
させて寒冷回収した上、吸着器の再生ガス又は冷水塔冷
却ガスとして利用できる。
〔実施例〕
以下、本発明は、図面に示す実施例に基づいて、さら
に詳細に説明する。
まず、第１図は本発明を深冷液化分離法による窒素製
造装置に適用したものである。
この窒素製造装置１は、空気を原料として窒素ガスGN
及び液化窒素LNを製品として採取するもので、原料ガス
である空気GAを、圧縮，精製，冷却して精留塔２に導入
し、液化精留分離して窒素ガスGN,液化窒素LN及び酸素
成分に富む排ガスWGに分離する。
即ち、フィルター３から吸入された原料空気GAは、圧
縮機４で中圧（4kg/cm2G〜7kg/cm2G程度）に昇圧され、
熱交換器５及び冷却器６で冷却された後に気液分離器７
で凝縮水を分離して吸着設備８に導入され、該原料空気
中の水分，炭酸ガス等が除去される。吸着設備８は、切
り替え使用される一対の吸着器9a,9bを切替弁群10,10で
接続したもので、一方の吸着器9aが吸着工程にあるとき
には、他方の吸着器9bが再生工程にあり、原料空気GA
は、吸着工程にある吸着器9aを通って精製される。精製
後の原料空気GAは、管路11から保冷箱12内の主熱交換器
13に導入され、窒素ガスGN及び排ガスWGと熱交換を行い
液化点付近まで冷却されて管路14から精留塔２の下部に
導入される。
精留塔２の上部に分離した窒素ガスGNは、塔上部から
管路15に導出され、その一部が管路16を経て主熱交換器
13に導入され、常温に温度回復して採取される。窒素ガ
スGNの残部は、凝縮器18に導入されて後述の液化空気LA
との熱交換により液化し、液化窒素LNとなる。液化窒素
LNの一部は、製品液化窒素として管路19に分岐し、流量
調整弁20を経て液化窒素貯槽21に貯留される。残部の液
化窒素は、管路22から精留塔２の頂部に還流液として戻
される。
一方、精留塔２底部に分離した酸素成分に富む液化空
気LAは、塔底部から管路23に導出され、減圧弁24で管15
からの窒素ガスを凝縮器18で液化し得る圧力（温度）迄
減圧された後に凝縮器18に導入される。この液化空気LA
は、凝縮器18で前記窒素ガスGNと熱交換を行い蒸発して
排ガスWGとなり、逆止弁25を介して管路26に導出され
る。この排ガスWGは、一部が流量調整弁27を介して管路
28に分岐し、主熱交換器13の再熱回路29で中間温度まで
昇温した後にタービン流体として膨張タービン30に導入
され、ほぼ大気圧程度迄膨張して寒冷を発生する。排ガ
スWGの残部は、減圧弁31で膨張タービン導出後の膨張ガ
スと同じ圧力に減圧され、合流して主熱交換器13に導入
される。主熱交換器13で原料空気GAと熱交換を行い常温
まで温度回復した排ガスWGは、前記吸着設備８の再生ガ
スRGとして用いられた後に消音器32から外部に排出され
る。
再生工程にある吸着器9bの再生は、まず、排ガスWGを
弁33から管路34を介して前記熱交換器５に導入し、圧縮
機４で圧縮されて高温となった原料空気GAと熱交換さ
せ、所定温度まで昇温する。尚、必要に応じて別途加熱
器等を設けて加熱してもよい。昇温後の排ガスWGは、管
路35から管路36を経て管路37に導入され、吸着器9bの出
口側切替弁10aから吸着器9bに導入され、吸着剤の加熱
再生を行い、切替弁10b,管路38,消音器32を経て排出さ
れる。加熱再生終了後は、排ガスWGを加熱することなく
弁39から管路36に導入し、同様に吸着器9bを逆流させて
吸着剤の冷却を行い排出する。
前記液化窒素貯槽21は、周囲に断熱槽21aを配した平
底型の低圧低温貯槽であって、液化窒素LNは、その底部
の管路40から弁41を介して需要先に供給される。一方、
該液化窒素貯槽21の頂部には、オフガスOGを回収するオ
フガス回収系統42が設けられている。このオフガス回収
系統42は、貯槽頂部に連通する管路43と、該管路43に設
けられた逆止弁44,流量制御弁46とにより構成されてお
り、管路43の終端は、前記凝縮器18で蒸発した排ガスWG
を排出する管路26に接続している。このように形成する
ことにより、液化窒素貯槽21内で蒸発したオフガスOG
を、上記オフガス回収系統42を経た後排ガス系統に合流
させて排ガスWGを増量させ、該増量した排ガスWGの寒冷
を主熱交換器13で回収した上、吸着設備８の再生ガスRG
として用いることができる。
従って、吸着設備８の再生ガス量を多くすることがで
き、吸着器9a,9bの再生を短時間で終了させることがで
きる。これにより、切り替え時間の短縮、即ち吸着運転
時間の短縮を図ることができ、吸着剤量の低減，吸着設
備８の小型化を図ることができる。さらに、オフガスOG
が有する寒冷を主熱交換器13で回収できるので、エネル
ギーコストの低減も図ることができ、設備費や運転コス
トの低減を図れる。
尚、上記実施例における排ガス出口管路26の逆止弁25
とオフガス回収系統42の逆止弁44は、運転圧力の変動に
より排ガスWGが液化窒素貯槽21に逆流し、液化窒素LNの
純度を損うこと、及びオフガスOGの圧力変動が凝縮器18
及び精留塔２の運転圧力に影響を与えることを防止する
ためのもので、装置運転上、圧力変動が無視できる場合
には省略することができる。
また、第２図は貯槽21が中圧貯槽21′である場合の例
であり、オフガス回収系統42の途中にバッファタンク45
を設けた場合を示している。貯槽21′の型式及びバッフ
ァタンク45以外の構成は、前記第１図の場合と同様であ
るため同一要素には同一符号を付してその説明を省略す
る。
上記中圧貯槽21′は運転圧（設計圧）が精留塔２の運
転圧とほぼ同圧であり、従って、平底型貯槽よりは小容
量の二重円筒耐圧容器による貯槽である。バッファタン
ク45と流量制御弁46は、吸着設備８の再生ガスRGが間欠
使用になるため、再生ガスRGの使用に合せてオフガスOG
を貯留，放出して有効利用し、再生ガス量増大を図るも
ので、オフガスOGを常時排ガスWGに合流させる場合に
は、両者を省略することができる。
上記バッファタンク45は、低温ガス貯蔵であるため、
常温ガス貯蔵に比べてガス密度が大きくなる分、容積を
小型化することができる。特に中圧排ガスの場合には、
より小型化を図れるため、圧力変動や流量変動を吸収す
る手段として効果的である。
さらに、上記実施例では、原料空気中の不純物除去工
程として吸着設備８を用いたが、水分除去塔と炭酸ガス
除去塔に分離した工程にも同様に適用することができ
る。
次に第３図は、複精留塔50を用いて酸素ガスGO,窒素
ガスGN,液化酸素LO,液化窒素LNを採取する空気液化分離
装置51に本発明を適用した例を示すもので、液化酸素LO
及び液化窒素LNを貯留するためのそれぞれの低温貯槽5
2,53が設けられている。また、この装置51には、圧縮さ
れて昇温した原料空気GAを洗浄冷却する水洗冷却塔54
と、該水洗冷却塔54に冷却水CWを供給する冷水塔55及び
冷却器56,送水ポンプ57,切替弁58等が付設されている。
上記冷水塔55は、排ガスWGの一部を利用して冷却水CW
を冷却するもので、塔下部から排ガスWGを導入するとと
もに塔頂部から冷却水CWを導入して両者を直接接触させ
ている。従って、複精留塔50から排出される排ガスWG
は、上記同様の吸着設備８の再生とこの冷却水CWの冷却
とに用いられる。
圧縮機4,水洗冷却塔54,吸着設備8,主熱交換器13を経
て複精留塔50の下部塔59に導入された原料空気GAは、周
知の精留操作により、上部塔60の下部の酸素ガスGO,上
部塔底部の液化酸素LO,上部塔頂部の窒素ガスGN,主凝縮
蒸発機61で凝縮した液化窒素LNに分離し、それぞれが製
品として採取され、上部塔中段からは排ガスWGが排出さ
れる。
上記排ガスWGを排出する管路62には、前記液化酸素及
び液化窒素を貯留する低温貯槽52,53の頂部に連通する
オフガス回収用の管路63,64が接続されており、貯槽内
で発生したオフガスOGを排ガスWGに合流させて排ガスWG
を増量させている。オフガス合流後の増量した排ガスWG
は、過冷器65,主熱交換器13を経て保冷箱12から管路66
に導出され、弁67を介して管路68から冷水塔55に導入さ
れる冷却用ガスCGと、弁69を介して管路70に分岐する吸
着器再生ガスRGとになる。再生ガスRGは、吸着器9a,9b
の加熱再生時には加熱器71を備えた管路72を通り、冷却
時には管路73を通って吸着器9a,9bを逆流し、管路74か
ら消音器32を経て外部に排出される。
尚、装置各部の他の気液の流れ等は、複精留通を用い
た周知の空気液化分離装置と同様であり、各種機器の作
用も同様のため、詳細な説明を省略する。
このように吸着器の再生ガスだけでなく、冷水塔の冷
却ガスとしても排ガスを用いる場合には、排ガスを僅か
でも増量することにより、大きな効果を期待することが
できる。
上記構成の空気液化分離装置におけるオフガス回収に
よる排ガス増量効果の一例を説明する。装置の主な使用
を下表に示す。
上記第２表から、１時間当りに発生するそれぞれの貯
槽のオフガス量は、窒素ガス233Nm3/h,酸素ガス146Nm3/
hとなり、合計379Nm3/hのオフガスが発生していること
になる。また、吸着器の切り替え時間内における再生ガ
スの使用時間を全体の3/4とし、残りの1/4を貯留して再
生に用いるとすると、再生ガスとして使用できる量は50
5Nm3/hとなる。このオフガス量は全体の排ガス量に比べ
て少量であるが、上記実施例のごとく、冷水塔の冷却ガ
スとして排ガスを使用する装置では、吸着器再生用に用
いる排ガスは、通常2500Nm3/h程度であるので、オフガ
ス合流による再生ガス増量の効果は大きい。
尚、上記両実施例では、オフガスを精留塔から排出さ
れた直後の排ガスに合流させたが、両者の合流位置は、
オフガスの種類や圧力，発生量あるいは装置構成等によ
り適宜に設定することが可能である。また、深冷分離装
置として、空気液化分離装置に限らず、各種のガス分離
装置，ガス精製装置等にも本発明を適用することができ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の低温貯槽内の蒸発ガス
の回収方法は、低温貯槽内の蒸発ガス（オフガス）を排
ガスに合流させて排ガスを増量し、該増量した排ガスの
寒冷を熱交換器で回収し、前処理工程の再生ガスもしく
は冷却ガスの少なくともいずれか一方に用いるようにし
たから、従来大気中に放出されていたオフガスから寒冷
を回収でき、エネルギーコストを低減できるとともに、
製品ガスの採取率の向上に伴う吸着器の再生ガスの不足
を、寒冷回収後のオフガスによって増量して、吸着剤の
再生時間を短縮できる。これによって、吸着器切り替え
間隔が短縮でき、吸着剤量の低減と吸着器の小型化が図
れ、設備費の低減も図れる。また、冷水塔の冷却効果を
増加でき、フレオン冷凍機の負荷を軽減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は本発明を適用した窒素製造装置の一
例を示す系統図、第３図は同じく複精留塔を用いた空気
液化分離装置の一例を示す系統図である。 １……窒素製造装置、２……精留塔、８……吸着設備、
9a,9b……吸着器、13……主熱交換器、18……凝縮器、2
1,21′……液化窒素貯槽、42……オフガス回収系統、44
……逆止弁、45……バッファタンク、46……流量制御
弁、OG……オフガス、RG……再生ガス、WG……排ガス

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】前処理工程を経た原料ガスを熱交換器で冷
    却し、精留塔に導入して深冷分離する深冷分離装置に付
    属した低温貯槽内で蒸発するガスを回収するにあたり、
    前記低温貯槽内の蒸発ガスを捕集し、前記深冷分離装置
    の精留塔内の排ガスもしくは精留塔から導出された排ガ
    スの少なくともいずれか一方に合流させて排ガスを増量
    し、該増量した排ガスの寒冷を熱交換器で回収した後
    に、前記前処理工程の再生ガスもしくは冷却ガスの少な
    くともいずれか一方に用いることを特徴とする低温貯槽
    内の蒸発ガスの回収利用方法。
  2. 【請求項２】前記低温貯槽から捕集される蒸発ガスは、
    バッファタンクを介して前記深冷分離装置の精留塔内の
    排ガスもしくは精留塔から導出された排ガスの少なくと
    もいずれか一方に合流させることを特徴とする請求項１
    記載の低温貯槽内の蒸発ガスの回収利用方法。
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