JPH0731003B2 - 高圧下で窒素を製造する方法および装置 - Google Patents
高圧下で窒素を製造する方法および装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、高圧下で窒素を製造する方法および装置に関
するものである。
するものである。
高圧下で窒素を製造する装置においては、例えば、500
〜1000kPaの使用圧力で窒素を直接に製造するのが普通
である。この圧力より僅かに高い圧力に圧縮した清浄空
気を蒸留して蒸留塔の上端部において窒素を発生させ、
「富下液体」(酸素を富化した空気によつて蒸留塔の下
端部に生じる液体)を膨張させて還流とし、この膨張液
体によつて蒸留塔の上端部における凝縮器を冷却してい
る。これがため、富化液体は約300〜600kPaの圧力で蒸
発される。
〜1000kPaの使用圧力で窒素を直接に製造するのが普通
である。この圧力より僅かに高い圧力に圧縮した清浄空
気を蒸留して蒸留塔の上端部において窒素を発生させ、
「富下液体」(酸素を富化した空気によつて蒸留塔の下
端部に生じる液体)を膨張させて還流とし、この膨張液
体によつて蒸留塔の上端部における凝縮器を冷却してい
る。これがため、富化液体は約300〜600kPaの圧力で蒸
発される。
装置の大きさが適正である場合には、蒸発した富化液体
を膨張タービンに通して装置を低温状態に維持すること
ができるが、多くの場合、この寒冷の発生が過剰とな
り、エネルギー損失につながつている。
を膨張タービンに通して装置を低温状態に維持すること
ができるが、多くの場合、この寒冷の発生が過剰とな
り、エネルギー損失につながつている。
上述したとは逆の方法においては、外部供給源から窒素
を加えて低温状態を維持し、蒸発した富化液体を弁によ
つて簡単に膨張させ、最初の清浄空気を冷却するために
用いられている熱交換器に膨張流体を通している。した
がつて、この場合においても、蒸発した富化液体のエネ
ルギーの一部は損失される。
を加えて低温状態を維持し、蒸発した富化液体を弁によ
つて簡単に膨張させ、最初の清浄空気を冷却するために
用いられている熱交換器に膨張流体を通している。した
がつて、この場合においても、蒸発した富化液体のエネ
ルギーの一部は損失される。
本発明の目的は、熱平衡に必要な正確な量の寒冷を装置
に供給するとともに、全ての場合において、蒸発した富
化液体が有するエネルギーを利用し、装置の高圧下で全
ての窒素を製造し得る方法を提供しようとするものであ
る。
に供給するとともに、全ての場合において、蒸発した富
化液体が有するエネルギーを利用し、装置の高圧下で全
ての窒素を製造し得る方法を提供しようとするものであ
る。
したがつて、本発明による高圧下で窒素を製造する方法
は、高圧に圧縮した空気をほぼ露点に冷却した後、その
少なくとも一部を高圧で作動する主蒸留塔の下端部に導
入し、主蒸留塔の下端部に受け入れられた富化液体を膨
張させて前記高圧と大気圧との中間の圧力にし、この中
間圧力で作動する副蒸留塔の中間部に導入し、主蒸留塔
の上端部に設けた凝縮器を副蒸留塔の下端部から取出し
た液体によつて冷却し、この液体の一部を膨張させて低
圧にして副蒸留塔の上端部凝縮器を冷却させ、副蒸留塔
の上端部から液体をポンプによつて引き出して高圧にし
て主蒸留塔の上端部に注入し、主蒸留塔の上端部から窒
素を取り出す。
は、高圧に圧縮した空気をほぼ露点に冷却した後、その
少なくとも一部を高圧で作動する主蒸留塔の下端部に導
入し、主蒸留塔の下端部に受け入れられた富化液体を膨
張させて前記高圧と大気圧との中間の圧力にし、この中
間圧力で作動する副蒸留塔の中間部に導入し、主蒸留塔
の上端部に設けた凝縮器を副蒸留塔の下端部から取出し
た液体によつて冷却し、この液体の一部を膨張させて低
圧にして副蒸留塔の上端部凝縮器を冷却させ、副蒸留塔
の上端部から液体をポンプによつて引き出して高圧にし
て主蒸留塔の上端部に注入し、主蒸留塔の上端部から窒
素を取り出す。
本発明の他の目的は、上述したような方法を実施するた
めの高圧下で窒素を製造する装置を提供しようとするも
のである。本発明による装置は、上端部に凝縮器が設け
られ下端部にほぼ露点に冷却された高圧の圧縮空気が供
給される主蒸留塔と、上端部に凝縮器が設けられ前記高
圧と大気圧との中間の圧力で作動する副蒸留塔と、主蒸
留塔の下端部から取り出した液体を前記中間圧力に膨張
させて副蒸留塔の中間部に導入する装置と、主蒸留塔の
上端部の凝縮器を冷却するよう副蒸留塔の下端部から液
体を取り出して主蒸留塔の上端部の凝縮器に供給する装
置と、副蒸留塔の下端部から取り出した液体の一部を膨
張させて副蒸留塔の上端部の凝縮器を冷却するよう膨張
液体を副蒸留塔の上端部の凝縮器に供給する装置と、副
蒸留塔の上端部から液体を引き出して高圧にした圧縮液
体を主蒸留塔の上端部に注入するポンプが設けられた導
管と、主蒸留塔の上端部から窒素を引き出す装置とを具
える。
めの高圧下で窒素を製造する装置を提供しようとするも
のである。本発明による装置は、上端部に凝縮器が設け
られ下端部にほぼ露点に冷却された高圧の圧縮空気が供
給される主蒸留塔と、上端部に凝縮器が設けられ前記高
圧と大気圧との中間の圧力で作動する副蒸留塔と、主蒸
留塔の下端部から取り出した液体を前記中間圧力に膨張
させて副蒸留塔の中間部に導入する装置と、主蒸留塔の
上端部の凝縮器を冷却するよう副蒸留塔の下端部から液
体を取り出して主蒸留塔の上端部の凝縮器に供給する装
置と、副蒸留塔の下端部から取り出した液体の一部を膨
張させて副蒸留塔の上端部の凝縮器を冷却するよう膨張
液体を副蒸留塔の上端部の凝縮器に供給する装置と、副
蒸留塔の上端部から液体を引き出して高圧にした圧縮液
体を主蒸留塔の上端部に注入するポンプが設けられた導
管と、主蒸留塔の上端部から窒素を引き出す装置とを具
える。
次に、本発明の2実施例を図面につき説明する。
第1図に概略線図で示す純窒素発生装置は膨張タービン
を具備しない相対的に小型の装置である。図示の装置は
熱交換器1と複式蒸留塔2とを具える。蒸留塔は高圧、
すなわち800〜1000kPa程度の発生圧力で作動する下部主
蒸留塔3と400〜500kPa程度の中間圧力で作動する上部
副蒸留塔4とで構成されている。これらの主および副蒸
留塔はそれぞれ上端部に凝縮器5,6を有する。
を具備しない相対的に小型の装置である。図示の装置は
熱交換器1と複式蒸留塔2とを具える。蒸留塔は高圧、
すなわち800〜1000kPa程度の発生圧力で作動する下部主
蒸留塔3と400〜500kPa程度の中間圧力で作動する上部
副蒸留塔4とで構成されている。これらの主および副蒸
留塔はそれぞれ上端部に凝縮器5,6を有する。
上述した高圧の発生圧力より僅かに高い圧に圧縮された
清浄空気を熱交換器1を経て露点近くにまで冷却して主
蒸留塔3の下端部に導入する。この主蒸留塔3の下端部
に導入される空気と平衡の富化液体を膨張弁7内に中間
圧力に膨張して副蒸留塔4の中間点に導入する。副蒸留
塔内において、流下する液体に酸素を富化し、副蒸留塔
4の下端部に位置する主凝縮器5を冷却して主蒸留塔3
内に還流を生ぜしめるようにする。同じ液体の一部を膨
張弁8において大気圧より僅かに高い圧力に再び膨張し
て副凝縮器6を冷却させ、副蒸留塔4内に還流を生ぜし
める。同じ液体を、蒸発後、導管9を経て熱交換器1に
対向流で送つて装置内にガスを残存させる。
清浄空気を熱交換器1を経て露点近くにまで冷却して主
蒸留塔3の下端部に導入する。この主蒸留塔3の下端部
に導入される空気と平衡の富化液体を膨張弁7内に中間
圧力に膨張して副蒸留塔4の中間点に導入する。副蒸留
塔内において、流下する液体に酸素を富化し、副蒸留塔
4の下端部に位置する主凝縮器5を冷却して主蒸留塔3
内に還流を生ぜしめるようにする。同じ液体の一部を膨
張弁8において大気圧より僅かに高い圧力に再び膨張し
て副凝縮器6を冷却させ、副蒸留塔4内に還流を生ぜし
める。同じ液体を、蒸発後、導管9を経て熱交換器1に
対向流で送つて装置内にガスを残存させる。
副蒸留塔4内を上昇する蒸気は次第に窒素を富化され、
純粋な窒素が上部凝縮器6によつて凝縮される。凝縮し
た液体流の一部は樋10に受け取られ、ポンプ11によつて
副蒸留塔4から引き出されて再び高圧にされ、主蒸留塔
3の上端部に再び注入される。これによりガス状となつ
た窒素が主蒸留塔3の上端部から引き出され、導管12に
よつて熱交換器1に対向流で送られて利用される。
純粋な窒素が上部凝縮器6によつて凝縮される。凝縮し
た液体流の一部は樋10に受け取られ、ポンプ11によつて
副蒸留塔4から引き出されて再び高圧にされ、主蒸留塔
3の上端部に再び注入される。これによりガス状となつ
た窒素が主蒸留塔3の上端部から引き出され、導管12に
よつて熱交換器1に対向流で送られて利用される。
装置は主蒸留塔3の上端部に附加的に供給される外部供
給源13からの高圧の液体窒素によつて低温に維持され
る。高圧の窒素富化液体中に含まれるエネルギーは、従
来行なわれていたように主蒸留塔3内での蒸留を行なう
ばかりでなく、副蒸留塔4内で富化液体を蒸留するため
にも用いられ、これがため、副蒸留塔4の上端部から引
き出される量だけ窒素の発生量が増大する。
給源13からの高圧の液体窒素によつて低温に維持され
る。高圧の窒素富化液体中に含まれるエネルギーは、従
来行なわれていたように主蒸留塔3内での蒸留を行なう
ばかりでなく、副蒸留塔4内で富化液体を蒸留するため
にも用いられ、これがため、副蒸留塔4の上端部から引
き出される量だけ窒素の発生量が増大する。
第2図に示す装置は第1図に示す装置とは附加的に低温
による手段の点だけを相違している。この第2に示す例
は、第1図に示す液体窒素の外部供給源13をなくし、膨
張タービン14を設けた大型の装置を示す。ガスは副蒸留
塔4の下部から引き出され、導管15によつて熱交換器1
に対向流で送られて適当な温度レベルにまで上昇された
後、熱交換器から取り出され、タービン14内で膨張さ
れ、低圧で導管9内に熱交換器の上流で注入される。
による手段の点だけを相違している。この第2に示す例
は、第1図に示す液体窒素の外部供給源13をなくし、膨
張タービン14を設けた大型の装置を示す。ガスは副蒸留
塔4の下部から引き出され、導管15によつて熱交換器1
に対向流で送られて適当な温度レベルにまで上昇された
後、熱交換器から取り出され、タービン14内で膨張さ
れ、低圧で導管9内に熱交換器の上流で注入される。
このように構成することによつて、高圧とは無関係に、
熱平衡を達成するに頂度必要な値にタービン流を調整す
ることができる。タービン流が高くなれば、予定の窒素
純度で副蒸留塔4の上端部から引出し得る液体窒素の量
が少なくなること勿論である。さらに、高純度の窒素を
発生させることを希望しない場合には、副蒸留塔4の上
端部から引出す流量を増大させることができる。
熱平衡を達成するに頂度必要な値にタービン流を調整す
ることができる。タービン流が高くなれば、予定の窒素
純度で副蒸留塔4の上端部から引出し得る液体窒素の量
が少なくなること勿論である。さらに、高純度の窒素を
発生させることを希望しない場合には、副蒸留塔4の上
端部から引出す流量を増大させることができる。
第1図は膨張タービンを具備しない本発明による装置の
概略線図、 第2図は膨張タービンを具える本発明による装置の概略
線図である。 1……熱交換器、2……蒸留塔 3…主蒸留塔、4…副蒸留塔 5,6……凝縮器、7,8……膨張弁 9……導管、10……樋 11……ポンプ、12……導管 13……液体窒素外部供給源 14……タービン
概略線図、 第2図は膨張タービンを具える本発明による装置の概略
線図である。 1……熱交換器、2……蒸留塔 3…主蒸留塔、4…副蒸留塔 5,6……凝縮器、7,8……膨張弁 9……導管、10……樋 11……ポンプ、12……導管 13……液体窒素外部供給源 14……タービン
Claims (6)
- 【請求項1】高圧に圧縮した空気をほぼ露点に冷却した
後、その少なくとも一部を高圧で作動する主蒸留塔
(3)の下端部に導入し、主蒸留塔の下端部に受け入れ
られた富化液体を膨張させて前記高圧と大気圧との中間
の圧力にし、この中間圧力で作動する副蒸留塔(4)の
中間部に導入し、主蒸留塔(3)の上端部に設けた凝縮
器(5)を副蒸留塔(4)の下端部から取出した液体に
よって冷却し、この液体の一部を膨張させて低圧にして
副蒸留塔(4)の上端部凝縮器(6)を冷却させ、副蒸
留塔の上端部から液体をポンプによって引き出して高圧
にして主蒸留塔(3)の上端部に注入し、主蒸留塔
(3)の上端部から窒素を取り出すことを特徴とする高
圧下で窒素を製造する方法。 - 【請求項2】液体窒素を外部供給源から主蒸留塔(3)
内に導入して加えることを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の方法。 - 【請求項3】副蒸留塔(4)から取出したガスをタービ
ン(14)内で膨張させて寒冷を発生させることを特徴と
する特許請求の範囲第1項または第2項に記載の方法。 - 【請求項4】上端部に凝縮器(5)が設けられ、下端部
にほぼ露点に冷却された高圧の圧縮空気が供給される主
蒸留塔(3)と、上端部に凝縮器(6)が設けられ前記
高圧と大気圧との中間の圧力で作動する副蒸留塔(4)
と、主蒸留塔(3)の下端部から取り出した液体を前記
中間圧力に膨張させて副蒸留塔(4)の中間部に導入す
る装置(7)と、主蒸留塔(3)の上端部の凝縮器
(5)を冷却するよう副蒸留塔(4)の下端部から液体
を取り出して主蒸留塔(3)の上端部の凝縮器(5)に
供給する装置と、副蒸留塔(4)の下端部から取り出し
た液体の一部を膨張させて副蒸留塔(4)の上端部の凝
縮器(6)を冷却するよう膨張液体を副蒸留塔(4)の
上端部の凝縮器(6)に供給する装置(8)と、副蒸留
塔(4)の上端部から液体を引き出して高圧にして圧縮
液体を主蒸留塔(3)の上端部に注入するポンプ(11)
が設けられた導管と、主蒸留塔(3)の上端部から窒素
を引き出す装置(12)とを具えることを特徴とする高圧
下で窒素を製造する装置。 - 【請求項5】主蒸留塔(3)の上端部に接続された液体
窒素の外部供給源(13)を具えることを特徴とする特許
請求の範囲第4項に記載の装置。 - 【請求項6】副蒸留塔(4)からガスが供給される冷凍
発生タービン(14)を具えることを特徴とする特許請求
の範囲第4項または第5項に記載の装置。
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