JP5005708B2 - 空気分離方法及び装置 - Google Patents
空気分離方法及び装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5005708B2 JP5005708B2 JP2009000776A JP2009000776A JP5005708B2 JP 5005708 B2 JP5005708 B2 JP 5005708B2 JP 2009000776 A JP2009000776 A JP 2009000776A JP 2009000776 A JP2009000776 A JP 2009000776A JP 5005708 B2 JP5005708 B2 JP 5005708B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- low
- pressure
- gas
- nitrogen gas
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
- F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
- F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
- F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04436—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system
- F25J3/04454—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system a main column system not otherwise provided, e.g. serially coupling of columns or more than three pressure levels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04624—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using integrated mass and heat exchange, so-called non-adiabatic rectification, e.g. dephlegmator, reflux exchanger
- F25J3/0463—Simultaneously between rectifying and stripping sections, i.e. double dephlegmator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
- F25J2200/32—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the high pressure column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
- F25J2205/62—Purifying more than one feed stream in multiple adsorption vessels, e.g. for two feed streams at different pressures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
- F25J2235/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
- F25J2235/52—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen enriched compared to air ("crude oxygen")
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
- F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
- F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
- F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
図5に示す従来の複式精留プロセスの空気分離装置121は、圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと酸素富化液体に分離する高圧塔109と、減圧した前記酸素富化液体を低温蒸留して低圧窒素ガスと高純液化酸素に分離する低圧塔108と、前記中圧窒素ガスと前記高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器106と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収経路L124とを主な構成要素としている。
通常、製品酸素ガスは低圧塔108塔底部から、製品窒素ガスは低圧塔108塔頂部からそれぞれ採取される。
したがって、高圧塔109塔頂部から導出された中圧窒素ガスのうち主凝縮器106に導入される中圧窒素ガスの流量割合を小さくすることができ、採取可能な中圧窒素ガス流量を増やすことができる。
これらを実現するためのプロセスを図6に示す。
製品酸素ガスは第2低圧塔282塔底部から、製品窒素ガスは第1低圧塔281塔頂部および高圧塔209塔頂部からそれぞれ採取される。
これにより、第2低圧塔回収部の蒸留効率を改善してL/Vを大きくすることができるため、主凝縮器で蒸発ガス化する高純酸素ガスの流量を小さくすることができ、中圧窒素ガスの採取量を増やしたり、液化製品の採取量を増やしたり、原料空気の一部を低圧で供給したりすることができる。
この理由は、中間凝縮器216において、第1低圧塔281塔底部の低純液化酸素を第2低圧塔282塔頂部の低純窒素ガスで蒸発ガス化させなければならないプロセス上の制約により、例えば第1低圧塔281の運転圧力を0.13MPaAとした揚合に第2低圧塔282の運転圧力を0.47MPaA程度まで上げる必要があり、同様に主凝縮器206において第2低圧塔282塔底部の高純液化酸素を高圧塔209塔頂部の中圧窒素ガスで蒸発ガス化させなければならないプロセス上の制約により、高圧塔の運転圧力を1.43MPaA程度まで上げる必要があるためである。
この例の空気分離装置21は、原料空気を圧縮する空気圧縮機1と、圧縮された原料空気の圧縮熱を取り除く空気予冷器2と、空気予冷器2を経た原料空気中の不純物(水分、二酸化炭素等)を除去する精製器3と、精製器3を経た原料空気を冷却する主熱交換器4と、主熱交換器4を経た原料空気を低温蒸留によって塔上部の中圧窒素ガスと塔底部の第1酸素富化液体とに分離する高圧塔9と、前記第1酸素富化液体を減圧後に低温蒸留して塔上部の第1低圧窒素ガスと塔底部の第2酸素富化液体とに分離する第1低圧塔81と、互いに間接熱交換可能とされた凝縮蒸留通路51および蒸発蒸留通路52を備え、凝縮蒸留通路51が蒸発蒸留通路52との間接熱交換により前記第2酸素富化液体の一部を加熱して蒸発ガス化しつつ蒸留して第1酸素富化ガスと低純液化酸素とに分離するものであり、蒸発蒸留通路52が凝縮蒸留通路51との間接熱交換により後記第2酸素富化ガスの一部を冷却して凝縮液化しつつ蒸留して第2低圧窒素ガスと第3酸素富化液体とに分離するものである熱交換型蒸留器5と、前記低純液化酸素を低温蒸留して第2酸素富化ガスと高純液化酸素とに分離する第2低圧塔82と、前記中圧窒素ガスと高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスの一部を凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器6と、前記中圧窒素ガスの一部または全量を導入して装置に必要な寒冷を得る膨張タービン10と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収経路L24と、前記中圧窒素ガスの一部を熱回収後に製品中圧窒素ガスとして採取する製品回収経路L7と、ブロワ11と、過冷器7とを主な構成要素とする。
原料空気が、空気圧縮機1で圧縮され、空気予冷器2で常温付近まで冷却された後、精製器3において、原料空気中の水分および二酸化炭素等の不純物が吸着除去される。精製器3を経た原料空気は、保冷外槽15に導入され、主熱交換器4において、露点付近まで冷却され、経路L5を経て、高圧塔9に導入される。
中圧液化窒素の残部は、過冷器7を経て冷却され、減圧弁V1で減圧された後に第1低圧塔81の塔頂部に導入される。
また、高圧塔9の塔底部より導出された第1酸素富化液体は、過冷器7を経て冷却され、減圧弁V2で減圧された後に第1低圧塔81の下部に導入される。
熱交換型蒸留器5の蒸発蒸留通路52では、上部から導入された前記第2酸素富化液体が蒸発蒸留通路52内を下降する過程で凝縮蒸留通路51内の流体と熱交換して一部蒸発しながら蒸留され、蒸発蒸留通路52の上部に窒素成分が、下部に酸素成分が濃縮する。
第2低圧塔82の塔頂部から経路L19に導出された第2酸素富化ガスは、熱交換型蒸留器5の凝縮蒸留通路51の下部に導入され、第2低圧塔82の塔底部から経路L23に導出された高純酸素ガスの一部は、主熱交換器4で熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品酸素ガスGOとして採取される。
第1実施形態の構成要素と実質的に同一とみなせる従来プロセスの構成要素には100を加算した数字からなる符号を、また参考プロセスの構成要素には200を加算した数字からなる符号をそれぞれ付してある。
さらに高い圧力の窒素ガスを製造する場合、製品中圧窒素ガスMGNを窒素圧縮機で昇圧したり、窒素が不要な場合においても、製品中圧窒素ガスMGNを膨張タービンで膨張させて動力を回収したりすることにより装置全体の消費動力を低減することができる。
低圧塔108回収部の上昇ガスは、低圧塔108回収部の蒸留に寄与しており、低圧塔108塔底部の酸素濃度、低圧塔108中部に導入される液体の酸素濃度、圧力等により、低圧塔108回収部に必要な上昇ガス量が決まる。
したがって、低圧塔108塔底部で蒸発ガス化する高純酸素ガス量が減少すると、低圧塔108塔底部の酸素濃度を維持するために、製品酸素ガスを減量して低圧塔108回収部の上昇ガス量を維持する必要があり、酸素回収率が低下する。
この制約により、従来プロセスにおける中圧窒素ガスの原料空気量に対する採取率は5〜10%程度が最適となる。
同様に主凝縮器206において、第2低圧塔282塔底部の高純液化酸素を高圧塔209塔頂部の中圧窒素ガスで蒸発ガス化させるために高圧塔209の運転圧力を1.43MPaA程度まで上げる必要があるため、原料空気圧力は1.47MPaA程度となり、空気圧縮機201の消費動力が大幅に上昇する問題がある。
したがって、熱交換型蒸留器5の上部では窒素富化流体どうしの熱交換となり、下部では酸素富化流体どうしの熱交換となるため、互いの通路を近い圧力で運転することが可能になる。したがって、第2低圧塔82の圧力上昇を抑え、原料空気圧力を図1の従来プロセスと同程度とすることができるため、効率的に製品中圧窒素ガスMGNを採取し、消費動力を低減することができる。
この空気分離装置24を用いた実施形態を前述の第1の実施形態との違いを中心に説明する。
装置に必要な原料空気の一部が、空気圧縮機1で圧縮され、第1の実施形態と同様に精製された後に主熱交換器4を経て高圧塔9に供給される。一方、装置に必要な原料空気の残部は、低圧空気圧縮機91で圧縮され、保冷外槽15に導入され、主熱交換器4で冷却された後に第1低圧塔81に供給される。
保冷外槽15の内部では、第1実施形態と同様に高圧塔9、第1低圧塔81、第2低圧塔82、熱交換型蒸留器5、主凝縮器6、過冷器7などにより、蒸留、熱交換が行われ、製品酸素ガスGO、製品低圧窒素ガスGN、製品中圧窒素ガスMGN、製品液化酸素LO、製品液化窒素LNが採取される。
図1に示した第1実施形態の空気分離装置21を用いて、流量1000の原料空気から酸素濃度99.6%以上の製品酸素ガスと、許容酸素濃度1ppmの製品中圧窒素ガスとを採取する場合の実施例を示す。
圧縮、精製された流量1000、0.55MPaA、40℃の原料空気は、保冷外槽15に導入され、主熱交換器4において、露点付近まで冷却され、0.53MPaAで運転される高圧塔9に導入される。高圧塔9に導入された原料空気は、酸素濃度1ppmの中圧窒素ガスと酸素濃度39.7%の第1酸素富化液体とに分離され、高圧塔9の塔頂部から導出された中圧窒素ガスのうち流量280は、主熱交換器4で熱回収された後に保冷外槽15から導出される。
高圧塔9の塔頂部から導出された中圧窒素ガスの残部は、経路L8を経て主凝縮器6に導入され、第2低圧塔82塔底部の高純液化酸素との間接熱交換により、高純液化酸素を蒸発させ、自らは全量凝縮して中圧液化窒素となる。
第1低圧塔81および熱交換型蒸留器5の蒸発蒸留通路52では、第1酸素富化液体が蒸留され、酸素濃度1.7%の第1低圧窒素ガスと、酸素濃度89.8%の低純液化酸素とに分離される。第1低圧塔81塔頂部から導出された第1低圧窒素ガスは、熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品低圧窒素ガスとして採取される。
第2低圧塔82の塔底部の主凝縮器6で蒸発ガス化した高純酸素ガスのうち流量200は、第2低圧塔82の塔底部から導出され、主熱交換器4で熱回収された後に保冷外槽15から導出され、製品酸素ガスGOとして採取される。
その結果を表1に示す。
製品酸素ガスは流量200、圧力0.50MPaAとし、製品窒素ガスは流量200、圧力1.50MPaAとした。保冷外槽15から採取された酸素ガスおよび窒素ガスをそれぞれ酸素圧縮機および窒素圧縮機で圧縮して製造することとし、空気圧縮機の動力に加えて、これらの圧縮機の動力も含めて比較した。動力は図1の従来プロセスの合計値を100としたときの値である。
同様に図6の参考プロセスでは製品中圧窒素ガスMGNの採取量が80であるため、これを中圧窒素圧縮機で1.50MPaAまで圧縮して供給し、製品窒素ガスのうち残り120は製品低圧窒素ガスGNを低圧窒素圧縮機で1.50MPaAまで圧縮して供給する。
本発明のプロセスでは、製品中圧窒素ガスMGNの採取量が200であるため、これを中圧窒素圧縮機で1.50MPaAまで圧縮して供給し、低圧窒素圧縮機による低圧窒素ガスの圧縮は不要となる。
これに対して、本発明のプロセスは、中圧窒素ガスMGNの採取量が増えて窒素圧縮機の消費動力が低減され、なお且つ熱交換型蒸留器5を用いることにより、原料空気の圧力が従来プロセスと同程度に抑えられているため、全体の消費動力は図5の従来プロセスと比較して8%程度低減されている。
次に、図1に示した第1実施形態21の空気分離装置を用いて、流量1000の原料空気から酸素濃度99.6%以上の製品酸素ガスに加えて製品液化酸素を最大量採取する場合の実施例を示す。
以下に、実施例1との主な違いを示す。
高圧塔9の塔頂部から導出、分岐され、主熱交換器4で熱回収された流量280の中圧窒素ガスは、全てブロワ11、膨張タービン10に導入され、装置の運転に必要な寒冷を発生させる。第2低圧塔82塔底部の高純液化酸素の一部は経路L25に導出され、製品液化酸素LOとして採取される。
その結果を表2に示す。
製品酸素ガスと製品液化酸素の合計流量は200とし、製品酸素ガスの圧力は0.50MPaAとした。保冷外槽から採取された酸素ガスを酸素圧縮機で圧縮して製品酸素ガスを製造することとし、空気圧縮機の動力に加えて、これらの圧縮機の動力も含めて比較した。動力は図1の従来プロセスの合計値を100としたときの値である。
このように、製品中圧窒素ガスMGNが不要な場合においても、本発明のプロセスを用いることにより、消費動力を従来プロセスと同程度に抑えながら製品液化酸素LOの採取量を増やすことが可能となる。また、製品液化窒素LNを採取する場合においても、同様に本発明のプロセスを用いることにより従来プロセスと同程度の消費動力で製品液化窒素LNの採取量を増やすことが可能となる。
次に図4に示す第4形態例の空気分離装置24を用いて、流量1000の原料空気から酸素濃度99.6%以上の製品酸素ガスを採取する場合の実施例を示す。
以下に、実施例1との主な違いを示す。
装置に必要な原料空気のうち流量800が空気圧縮機1で0.57MPaAに圧縮され、精製され、主熱交換器4で冷却され、高圧塔9に供給される。一方、装置に必要な原料空気のうち200が低圧空気圧縮機91で、0.16MPaAに圧縮され、精製、冷却された後に第1低圧塔81に供給される。高圧塔9塔頂部から導出された中圧窒素ガスのうち流量80が分岐され、主熱交換器4で熱回収され、ブロワ11、主熱交換器4を経て、膨張タービン10に導入され、膨張して装置の運転に必要な寒冷を発生させる。
図8に示す他の参考プロセスの装置222は、装置に必要な原料空気の一部が低圧空気圧縮機291で圧縮され、精製、冷却された後に第1低圧塔281に供給される。
製品酸素ガスと製品液化酸素の合計流量は200とし、製品酸素ガスの圧力は0.50MPaAとした。保冷外槽から採取された酸素ガスを酸素圧縮機で圧縮して製品酸素ガスを製造することとし、空気圧縮機の動力に加えて、これらの圧縮機の動力も含めて比較した。動力は図7の従来プロセスの合計値を100としたときの値である。
図8の参考プロセスでは、原料空気のうち流量80が低圧空気圧縮機291で0.16MPaAまで圧縮され、原料空気のうち流量920が空気圧縮機201で1.47MPaAまで圧縮される。
したがって、表3に示すように製品中圧窒素ガスMGNや製品液化酸素LOや製品液化窒素LNが不要な場合においても、本発明のプロセスを用いることにより、装置全体の消費動力を従来プロセスと比べて8%程度削減することが可能となる。
Claims (8)
- 原料空気を深冷液化分離して製品酸素を採取する空気分離方法において、
圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと第1酸素富化液体とに分離する第1分離工程と、
前記第1酸素富化液体を減圧後に低温蒸留して第1低圧窒素ガスと第2酸素富化液体とに分離する第2分離工程と、
互いに間接熱交換可能とされた蒸発蒸留通路と凝縮蒸留通路を備えた熱交換型蒸留器の蒸発蒸留通路で前記第2酸素富化液体を凝縮蒸留通路との間接熱交換により加熱して前記第2酸素富化液体の一部を蒸発ガス化しつつ蒸留して第1酸素富化ガスと低純液化酸素とに分離する第3分離工程と、
前記低純液化酸素を低温蒸留して第2酸素富化ガスと高純液化酸素とに分離する第4分離工程と、
前記熱交換型蒸留器の凝縮蒸留通路で前記第2酸素富化ガスを蒸発蒸留通路との間接熱交換により冷却して前記第2酸素冨化ガスの一部を凝縮液化しつつ蒸留して第2低圧窒素ガスと第3酸素富化液体とに分離する第5分離工程と、
前記中圧窒素ガスと前記高純液化酸素とを間接熱交換して中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る間接熱交換工程と、
前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収工程とを含むことを特徴とする空気分離方法。 - 前記第2分離工程の替わりに、圧縮、精製、冷却した原料空気の一部と減圧された前記第1酸素富化液体とを低温蒸留して第1低圧窒素ガスと第2酸素富化液体とに分離する第6分離工程を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。
- 前記原料空気の一部を膨張タービンに導入して膨張させる寒冷発生工程を含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載の空気分離方法。
- 前記中圧窒素ガスの一部を熱回収後に膨張タービンに導入して膨張させる寒冷発生工程を含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載の空気分離方法。
- 前記第1低圧窒素ガスを熱回収後に膨張タービンに導入して膨張させる寒冷発生工程を含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載の空気分離方法。
- 前記第2低圧窒素ガスを熱回収後に膨張タービンに導入して膨張させる寒冷発生工程を含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載の空気分離方法。
- 原料空気を深冷液化分離して製品酸素を採取する空気分離装置において、
圧縮、精製、冷却した原料空気を低温蒸留して中圧窒素ガスと第1酸素富化液体とに分離する高圧塔と、前記第1酸素富化液体を減圧後に低温蒸留して第1低圧窒素ガスと第2酸素富化液体とに分離する第1低圧塔と、互いに間接熱交換可能とされた凝縮蒸留通路および蒸発蒸留通路を備え、凝縮蒸留通路が蒸発蒸留通路との間接熱交換により前記第2酸素富化液体の一部を加熱して蒸発ガス化しつつ蒸留して第1酸素富化ガスと低純液化酸素とに分離するものであり、蒸発蒸留通路が凝縮蒸留通路との間接熱交換により後記第2酸素富化ガスの一部を冷却して凝縮液化しつつ蒸留して第2低圧窒素ガスと第3酸素富化液体とに分離するものである熱交換型蒸留器と、前記低純液化酸素を低温蒸留して第2酸素富化ガスと高純液化酸素とに分離する第2低圧塔と、前記中圧窒素ガスと高純液化酸素とを間接熱交換させて中圧窒素ガスを凝縮液化して中圧液化窒素を得ると同時に高純液化酸素を蒸発ガス化して高純酸素ガスを得る主凝縮器と、前記高純酸素ガスの一部を熱回収後に製品酸素ガスとして採取する製品回収経路を備えたことを特徴とする空気分離装置。 - 原料空気の一部を圧縮、精製、冷却して第1低圧塔に供給する原料空気導入経路を備えたことを特徴とする請求項7記載の空気分離装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009000776A JP5005708B2 (ja) | 2009-01-06 | 2009-01-06 | 空気分離方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009000776A JP5005708B2 (ja) | 2009-01-06 | 2009-01-06 | 空気分離方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010159890A JP2010159890A (ja) | 2010-07-22 |
JP5005708B2 true JP5005708B2 (ja) | 2012-08-22 |
Family
ID=42577176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009000776A Expired - Fee Related JP5005708B2 (ja) | 2009-01-06 | 2009-01-06 | 空気分離方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5005708B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014173496A2 (de) * | 2013-04-25 | 2014-10-30 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren zur gewinnung eines luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage mit zwischenspeicherung und luftzerlegungsanlage |
JP6155515B2 (ja) * | 2014-06-24 | 2017-07-05 | 大陽日酸株式会社 | 空気分離方法、及び空気分離装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0792329B2 (ja) * | 1987-11-04 | 1995-10-09 | 日本酸素株式会社 | 空気液化分離方法及びその装置 |
US6227005B1 (en) * | 2000-03-01 | 2001-05-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for the production of oxygen and nitrogen |
JP4447501B2 (ja) * | 2005-03-29 | 2010-04-07 | 大陽日酸株式会社 | 空気液化分離方法及び装置 |
JP4401999B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2010-01-20 | 大陽日酸株式会社 | 空気分離方法および空気分離装置 |
-
2009
- 2009-01-06 JP JP2009000776A patent/JP5005708B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010159890A (ja) | 2010-07-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5878310B2 (ja) | 空気分離方法及び装置 | |
CN100592013C (zh) | 利用从液化天然气中提取的冷量生产液氧的空气分离方法 | |
JPH087019B2 (ja) | 空気の高圧低温蒸留方法 | |
JPH06101963A (ja) | 空気の高圧低温蒸留方法 | |
JP5655104B2 (ja) | 空気分離方法及び空気分離装置 | |
NO174684B (no) | Fremgangsmaate ved fremstilling av nitrogen ved destillasjon av luft | |
CN108700373A (zh) | 用于稀有气体回收的***和方法 | |
JP5417054B2 (ja) | 空気分離方法及び装置 | |
JPH06257939A (ja) | 空気の低温蒸留方法 | |
JP5307055B2 (ja) | 窒素及び酸素の製造方法並びに窒素及び酸素の製造装置。 | |
JP5032407B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
JP4401999B2 (ja) | 空気分離方法および空気分離装置 | |
JP5685168B2 (ja) | 低純度酸素の製造方法及び低純度酸素の製造装置 | |
JP5005708B2 (ja) | 空気分離方法及び装置 | |
JP4519010B2 (ja) | 空気分離装置 | |
JP4841591B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
JP4787796B2 (ja) | 空気分離方法及び装置 | |
JP5027173B2 (ja) | アルゴン製造方法およびその装置 | |
JP3738213B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
JP4230094B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
JP4515225B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
JP2016040494A (ja) | 超高純度酸素の製造方法および超高純度酸素製造装置 | |
JP5647853B2 (ja) | 空気液化分離方法及び装置 | |
MX2014006737A (es) | Metodo y aparato de separacion de aire. | |
JP4451438B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111124 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120419 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120424 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120523 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150601 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5005708 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150601 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |