JPH06201259A - 可変流量のガス状窒素を製造する方法及び装置 - Google Patents

可変流量のガス状窒素を製造する方法及び装置

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JPH06201259A
JPH06201259A JP5254126A JP25412693A JPH06201259A JP H06201259 A JPH06201259 A JP H06201259A JP 5254126 A JP5254126 A JP 5254126A JP 25412693 A JP25412693 A JP 25412693A JP H06201259 A JPH06201259 A JP H06201259A
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nitrogen
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rich liquid
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Bernard Darredeau
ダルドー，ベルナル
Maurice Grenier
グルニエ，モーリス
Catherine Garnier
ガルニエ，キヤサリン
Francois Venet
ヴエネ，フランソワ
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体窒素を流すためのいかなるポンプも廃止
するように、公知の可変流量のガス状窒素製造方法を改
良する。 【構成】 液体窒素／リッチリキッドＨＰＮ揺動式のこ
の方法では、精留塔（４）の頂部と液体窒素貯槽（７）
との間の接続は、液体窒素の二つの流れ方向用に、減圧
装置（１３）を備えた１本の管路（１２）によって行わ
れる。液体窒素流の方向と流量は、精留塔の圧力変化に
よって制御され、液体窒素貯槽及びリッチリキッド貯槽
は一定圧力に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、−水と二酸化炭素を除
去精製された圧縮空気を、その露点付近まで冷却し、頂
部に製品ガス状窒素を、液溜に酸素で富化された空気か
らなる、いわゆるリッチリキッドという液体を製造する
精留塔の液溜に導入し、 −精留塔頂部の窒素の一部を、低圧に膨張されたリッチ
リキッドを精留塔の頂部凝縮器内で気化することによっ
て液化し、 −ガス状窒素の需要が公称需要以上になったとき、液体
窒素貯槽から精留塔頂部に液体窒素を送り、一方では精
留塔液溜に、他方では前記頂部凝縮器に接続されたリッ
チリキッド貯槽内にリッチリキッドを貯蔵し、かつ −ガス状窒素の需要が公称需要以下になったとき、精留
塔頂部から液体窒素貯槽内に液体窒素を送り、リッチリ
キッド貯槽内のリッチリキッドの液面を低下させる種類
の可変流量で、ほぼ一定の組成を有するガス状窒素の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】“液体窒素／リッチリキッド揺動式ＨＰ
Ｎ法”と呼ばれるこの種の方法では、精留塔と熱交換系
が、ガス状窒素の公称製造量に対して適正な大きさに定
められる。小さな設備では、公称運転中の寒冷の保持
は、液体窒素貯槽から精留塔頂部への液体窒素の“がぶ
飲み”によって通常は保証される。大きな設備ではこれ
とは逆に、寒冷の保持は、廃ガス（気化されたリッチリ
キッド）をタービンで膨張することによって保証され
る。
【０００３】例えば、酸素１ｖｐｍ（気相で百万分の１
部）を含むガス状窒素１００Ｎｍ３／ｈを製造するに
は、精製と熱交換系での冷却後に精留塔液溜に送られる
２４０Ｎｍ３／ｈの空気を圧縮し、約５Ｎｍ３／ｈの液
体窒素を飲ませなければならない。
【０００４】増加した窒素需要については、液化される
窒素流量が少なくなるように、過剰な製品が凝縮器に送
られたガス状窒素から取出される。したがって精留塔の
還流は減少し、理論段数は、頂部で所望の組成を保証す
るには不十分となる。したがって、所望の組成を満足さ
せる還流を回復するように、精留塔頂部に液体窒素を送
らなければならない。精留塔内に冷たい液体を送られた
ことによってアンバランスにされた熱収支を回復するに
は、当量のリッチリキッドが、リッチリキッド貯槽内に
送られる。
【０００５】減少した窒素需要については、還流が増加
し、頂部の組成が所望の組成よりよくなるように、過剰
な窒素が凝縮器内で液化される。したがって液体窒素貯
槽に過剰の液体を送ることによって、還流は、頂部で所
望の窒素組成に調整される。熱収支は、リッチリキッド
貯槽から、気化されるべき当量のリッチリキッドを精留
塔の頂部凝縮器に送ることによって回復される。
【０００６】したがって、一方の貯槽から他方の貯槽へ
と、二つの方向に、液体窒素もリッチリキッドも流せる
ことが必要である。従来の技術では、精留塔の圧力は、
常に一定に維持される。リッチリキッドを、精留塔の圧
力と低圧との中間圧力で貯蔵することによって、リッチ
リキッドを精留塔液溜から貯槽へ、そして貯槽から頂部
凝縮器へ流すのに、いかなるポンプも必要としなかっ
た。その代わり、精留塔頂部と液体窒素貯槽との間に２
本の管路を配置し、安全性を２倍にしなければならない
ので、これらの管路の一方にポンプを備える必要があっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、液体窒素の
通路からすべてのポンプを取除くように、公知の方法を
簡略化することを目的としている。本発明はまた、この
ような方法を実施するための設備も目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため本発明の方法
は、前記種類の方法において、減圧装置を備えた１本の
管路を経て、精留塔から液体窒素貯槽に、及びその逆に
液体窒素を通過させ、液体窒素貯槽とリッチリキッド貯
槽の圧力を一定値に維持することを特徴としている。一
実施態様によれば、本発明の方法は、製品窒素の純度を
で監視し、必要があれば、前記純度を、頂部凝縮器内で
気化されたリッチリキッドの膨張装置の作動によって修
正するものである。
【０００９】また本発明の設備は、 −空気圧縮手段、 −圧縮空気からの水・二酸化炭素除去精製手段、 −頂部凝縮器を備え、製品ガス状窒素を頂部に、酸素で
富化された空気からなる、いわゆるリッチリキッドとい
う液体を液溜に製造する精留塔、 −精製された空気をその露点付近まで冷却し、精留塔か
ら出る製品類を加熱するための熱交換系、 −リッチリキッド貯槽、膨張弁を備え精留塔液溜を該貯
槽に接続する第１管路、及び膨張弁を備えリッチリキッ
ド貯槽を頂部凝縮器に接続する第２管路、さらに −液体窒素貯槽、及び精留塔頂部から該貯槽に、その逆
に液体窒素を送るための手段を有する種類の可変流量
で、ほぼ一定の組成を有するガス状窒素の製造設備にお
いて、精留塔頂部が、減圧装置を備えた１本の接続管路
によって液体窒素貯槽に接続されること、及び設備が、
二つの貯槽のそれぞれを一定圧力に維持する手段を有す
ることを特徴としている。
【００１０】他の特徴によれば、本発明の設備は、 −減圧装置が、接続管路内の二つの流れ方向に対して対
称であり、口径が定められた開口、固定位置式手動弁、
又はベンチュリ管である。 −設備が、頂部凝縮器内で気化されたリッチリキッドの
膨張の調整装置、及び該膨張調整装置を制御する、製品
窒素純度の分析装置を有する。 −減圧装置が、接続管路内の二つの流れ方向に対して非
対称であり、特に固定位置式手動弁が次にある集束体で
ある。本発明の実施例は、添付の図面を参照しながら以
下に述べられるであろう。
【００１１】
【実施例】図１に示された設備は、明らかに使用圧力よ
り高いほぼ８バール（絶対圧）の圧力の窒素を製造する
ためのものである。設備は主として、空気圧縮機１、吸
着装置２、熱交換系３、頂部凝縮器５を備えた精留塔
４、リッチリキッド貯槽６、及び液体窒素貯槽７を有す
る。膨張弁９を備えた第１管路８は、精留塔液溜をリッ
チリキッド貯槽６に接続する。膨張弁１１を備えた第２
管路１０は、リッチリキッド貯槽６の底部を凝縮器５に
接続する。
【００１２】さらに、減圧装置１３を備えた１本の接続
管路１２は、液体窒素貯槽７の底部を、精留塔４の頂部
に設けられた液体窒素の収集樋に接続する。減圧装置１
３は、接続管路１２内で可能な二つの流れ方向に対して
対称であり、この装置は、口径が定められた開口、固定
位置式手動弁、集束−発散体、又はベンチュリ管によっ
て構成することができる。
【００１３】リッチリキッド貯槽６は、この貯槽６の頂
部から出る管路１５に設けられた制御弁１４によって、
精留塔４の圧力と凝縮器５の圧力との間に含まれる一定
の圧力に保たれる。同様に、液体窒素貯槽７は、管路１
７に設けられた排気弁１６によって、一定の圧力に保た
れる。
【００１４】公称運転では、１で約８バール（絶対圧）
に圧縮された空気は、２で水と二酸化炭素を除去精製さ
れ、３でその露点付近まで冷却されて、次いで管路１８
を経て所望純度の窒素を分離する精留塔の液溜に導入さ
れ、その一部は、熱交換系内で加熱され次いで管路２０
を経て製品として回収されるために、管路１９を経て精
留塔の頂部で取出され、“リッチリキッド”（酸素で富
化された空気）は液溜に集められる。
【００１５】取出されなかった窒素は、精留塔の還流を
保証するために、凝縮器５内で凝縮される。この凝縮器
の寒冷は、管路１０を経てリッチリキッド貯槽６から採
取され、膨張弁１１で膨張されたリッチリキッドを凝縮
器へ送ることによって得られる。気化されたリッチリキ
ッドは、設備の廃ガスＷを構成し、熱交換系内で加熱さ
れるために管路２１を経て凝縮器５から排出され、次い
で調整可能な開口をもった弁２３を備えた管路２２を経
て設備から排出される。
【００１６】この公称運転の間、設備の寒冷を確実に保
持するために、少量の液体窒素が、液体窒素貯槽７から
管路１２を経て，精留塔頂部に常に送られる。この“が
ぶ飲み”は、減圧装置１３の通路断面積と弁１６の指令
圧力の的確な選択によって得られる。実際、管路１７内
の液体窒素量は であり、ここでは、 ｋ＝減圧装置１３と液体の特性定数 Ｓ＝装置１３の通路断面積 Ｐ１及びＰ２＝装置１３の上流及び下流圧力 である。
【００１７】さらに、弁９及び１１を横切るリッチリキ
ッドの流量は、精留塔の液溜と凝縮器５で一定液面を維
持するためにそれぞれ調整される。ガス状窒素の需要
が、公称値以上になったときは、追加のガスが精留塔の
頂部で取出される。凝縮すべき窒素の量はそれだけ減少
し、したがって凝縮器５内で気化されるリッチリキッド
の量も減少する。
【００１８】さらに、管路１９及び２０での窒素需要の
増加は、精留塔の圧力を低下し、その結果、追加の液体
窒素が、液体窒素貯槽７から精留塔頂部に、管路１２及
び減圧装置１３を経て流れる。全体として、これはリッ
チリキッド貯槽６内のリッチリキッドの液面の上昇によ
って表される。
【００１９】液体窒素量が、５で凝縮された窒素の不足
を補償するのに不十分ならば、精留塔の還流は、製品窒
素の純度を所望の値に維持することができない。この純
度の低下は、管路１９に接続された分析装置２４によっ
て検知され、これは、凝縮器５内で気化されるリッチリ
キッドの量、したがって凝縮される窒素の量を増加する
ために弁２３の開度を大きくする。もはや“がぶ飲み”
によってではなく、気化されたリッチリキッドをタービ
ンで膨張することによって寒冷を保持する大型設備の場
合には、分析装置２４は、製品窒素の純度を維持するよ
うに、このタービンの羽の傾斜に作用する。
【００２０】逆に同様な理由で、ガス状窒素の需要が公
称値以下になったときは、精留塔内の圧力の増加は、
“がぶ飲み”の液体窒素量を減少するのに、或いは圧力
の低下が十分であれば、精留塔頂部から液体窒素貯槽７
まで管路１２及び減圧装置１３を経て、リッチリキッド
を流れさせるのに効果がある。その結果、リッチリキッ
ド貯槽６内のリッチリキッドの液面が低下する。この運
転モードでは、再び、分析装置は、製品窒素の純度を所
望の値に維持するように、弁２３の開度（又はタービン
の羽）に作用することができる。
【００２１】図２は、ガス状窒素の需要に応じた精留塔
の圧力（縦軸）の変化、さらに詳しくは、（窒素流量−
公称窒素流量）／（公称窒素流量）の比率（％）のカー
ブＣを示す。カーブのＳ字形は、窒素の需要が大きい場
合には、上に説明された圧力低下は精留を助長し、逆
に、窒素の需要が小さい場合には、上に述べられた圧力
の増加は精留を一層困難にすることを考慮にいれて説明
している。変形として、所望の値以上の、又はそれと等
しい窒素純度を常に得ることができる、簡略化された調
整を採用することができる。
【００２２】このため、分析装置２４が廃止され、口径
が定められた開口又は固定開度式弁（又は固定羽式ター
ビン）、及び精留に安全選択幅を与えるのに十分な多数
の精留板をもった精留塔が使用される。この開口２３内
で気化されたリッチリキッドの膨張は音速であり、この
ガス流量は、凝縮器５の作動によって精留塔の圧力と関
連させられる凝縮器の圧力に比例する。
【００２３】したがって、非対称な、口径が定められた
開口１３によって、公称流量以上の窒素需要及び以下の
窒素需要のそれぞれについて、図２に一点鎖線で示され
たように、完全にカーブＣの下に位置する２本の作動直
線Ｄ１，Ｄ２を得ることができる。これは、精留塔の圧
力低下が精留を助けるので、少なくとも所望の値と等し
い窒素純度を得ることを保証する。このような非対称の
開口１３は特に、精留塔の方へ断面が縮小し、手動式絞
り弁が次にある集束体によって構成することができる。
【００２４】この場合、開口２３は、固定位置式手動弁
からなるのが好ましい。あらゆる場合に、管路２０内に
は、製品窒素の品質低下の場合に閉じられる安全弁（図
示せず）が設けられている。液体窒素貯槽７内の液面高
さの変化の影響（常にわずか）を除くために、貯槽内の
圧力調整は、この貯槽の液溜の圧力から達成することが
できる。減圧装置１３は、真空発生装置であるのがよ
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス状窒素製造設備のフローシー
ト。
【図２】この設備の作動を説明するダイヤグラム。
【符号の説明】
１ 空気圧縮機 ２ 吸着式空気精製装置 ３ 熱交換系 ４ 精留塔 ５ 精留塔４の頂部凝縮器 ６ リッチリキッド貯槽 ７ 液体窒素貯槽 １３ 減圧装置 ２４ 膨張調整装置（口径が定められた開口） ２５ 分析装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グルニエ，モーリス フランス国．75018・パリ．リユ・カミ ユ・ターン．３ (72)発明者 ガルニエ，キヤサリン フランス国．75012・パリ．リユ・デユ・ フアウブル・サン・アントワーヌ．60 (72)発明者 ヴエネ，フランソワ フランス国．75017・パリ．リユ・ジヨフ ロイ．36

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 −水と二酸化炭素を除去精製された圧縮
    空気を、その露点付近まで冷却し、頂部に製品ガス状窒
    素を、液溜に酸素で富化された空気からなる、いわゆる
    リッチリキッドという液体を製造する精留塔（４）の液
    溜に導入し、 −精留塔頂部の窒素の一部を、低圧に膨張されたリッチ
    リキッドを精留塔の頂部凝縮器（５）内で気化すること
    によって液化し、 −ガス状窒素の需要が公称需要以上になったとき、液体
    窒素貯槽（７）から精留塔頂部に液体窒素を送り、一方
    では精留塔液溜に、他方では前記頂部凝縮器に接続され
    たリッチリキッド貯槽（６）内にリッチリキッドを貯蔵
    し、かつ −ガス状窒素の需要が公称需要以下になったとき、精留
    塔頂部から液体窒素貯槽（７）内に液体窒素を送り、リ
    ッチリキッド貯槽（６）内のリッチリキッドの液面を低
    下させる種類の可変流量で、ほぼ一定の組成を有するガ
    ス状窒素の製造方法において、減圧装置（１３）を備え
    た１本の管路（１２）を経て、精留塔（４）から液体窒
    素貯槽（７）に、及びその逆に液体窒素を通過させ、液
    体窒素貯槽（７）とリッチリキッド貯槽（６）の圧力を
    一定値に維持することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 製品窒素の純度を（２４）で監視し、必
    要があれば、前記純度を、頂部凝縮器（５）内で気化さ
    れたリッチリキッドの膨張装置（２３）の作動によって
    修正することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 −空気圧縮手段（１）、 −圧縮空気からの水・二酸化炭素除去精製手段（２）、 −頂部凝縮器（５）を備え、製品ガス状窒素を頂部に、
    酸素で富化された空気からなる、いわゆるリッチリキッ
    ドという液体を液溜に製造する精留塔（４）、 −精製された空気をその露点付近まで冷却し、精留塔か
    ら出る製品類を加熱するための熱交換系（３）、 −リッチリキッド貯槽（６）、膨張弁（９）を備え精留
    塔液溜を該貯槽に接続する第１管路（８）、及び膨張弁
    （１１）を備えリッチリキッド貯槽を頂部凝縮器に接続
    する第２管路（１０）、さらに −液体窒素貯槽（７）、及び精留塔頂部から該貯槽に、
    その逆に液体窒素を送るための手段を有する種類の可変
    流量で、ほぼ一定の組成を有するガス状窒素の製造設備
    において、精留塔頂部が、減圧装置（１３）を備えた１
    本の接続管路（１２）によって液体窒素貯槽（７）に接
    続されること、及び設備が、二つの貯槽（６、７）のそ
    れぞれを一定圧力に維持する手段（１４、１６）を有す
    ることを特徴とする設備。
  4. 【請求項４】 減圧装置（１３）が、接続管路（１２）
    内の二つの流れ方向に対して対称であり、口径が定めら
    れた開口、固定位置式手動弁、又はベンチュリ管である
    ことを特徴とする請求項３記載の設備。
  5. 【請求項５】 設備が、頂部凝縮器（５）内で気化され
    たリッチリキッドの膨張の調整装置（２３）、及び該膨
    張調整装置を制御する、製品窒素純度の分析装置（２
    ４）を有することを特徴とする請求項４記載の設備。
  6. 【請求項６】 減圧装置（１３）が、接続管路内の二つ
    の流れ方向に対して非対称であり、特に固定位置式手動
    弁が次にある集束体であることを特徴とする請求項４記
    載の設備。
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