JPH11132652A - 低純度酸素の製造方法及び装置 - Google Patents

低純度酸素の製造方法及び装置

Info

Publication number
JPH11132652A
JPH11132652A JP9294500A JP29450097A JPH11132652A JP H11132652 A JPH11132652 A JP H11132652A JP 9294500 A JP9294500 A JP 9294500A JP 29450097 A JP29450097 A JP 29450097A JP H11132652 A JPH11132652 A JP H11132652A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
low
column
pressure
air
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.)
Pending
Application number
JP9294500A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhiro Murata
康浩 村田
Kazunari Arai
一成 新井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Oxygen Co Ltd, Nippon Sanso Corp filed Critical Japan Oxygen Co Ltd
Priority to JP9294500A priority Critical patent/JPH11132652A/ja
Publication of JPH11132652A publication Critical patent/JPH11132652A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • F25J3/04248—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
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
    • 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
    • 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
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the 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
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/50—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being oxygen

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)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電設備から供給される圧縮空気の圧力を有
効に利用して製品低純度酸素ガスの回収率の向上や電力
原単位の低減を図る。 【解決手段】 発電設備から受給した圧縮空気を含む原
料空気を精製する工程と、精製原料空気を冷却する工程
と、冷却原料空気を三塔式蒸留塔８の高圧塔３に導入し
て酸素富化液化空気と窒素とに分離する工程と、高圧塔
３で分離した酸素富化液化空気等を中圧塔５に導入して
酸素と窒素とに分離する工程と、中圧塔５で分離した流
体を低圧塔７に導入して酸素富化流体と窒素とに分離す
る工程と、低圧塔７で分離した酸素富化流体を圧縮して
中圧塔５に戻す工程と、三塔式蒸留塔８で分離した少な
くとも酸素を製品酸素ガスとして回収する工程とを含ん
でいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低純度酸素の製造
方法及び装置に関し、詳しくは、発電設備からの圧縮空
気を原料空気として用い、精製、冷却した原料空気を三
塔式蒸留塔に導入して比較的高圧下で蒸留分離すること
により、主として低純度酸素（９９％Ｏ２以下）を製品
として回収する低純度酸素の製造方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】低純度
酸素は、近年、石炭ガス化複合発電や石油重質残さガス
化発電等において利用されるようになり、今後、更に需
要が見込まれている。これらの設備では、大量の酸素を
消費することから、特に酸素の製造コストを低減するこ
とが望まれている。
【０００３】一方、低純度酸素を製造する装置において
は、低純度酸素の製造コストを低減するため、低温空気
蒸留装置に導入する原料空気の一部又は全部として、発
電設備の燃焼ガスタービンに接続された空気圧縮機から
の圧縮空気を用いる方法が提案されている。このとき、
発電設備から供給される圧縮空気は、一般的な低温空気
蒸留装置に用いられる原料空気と比較して圧力が高いの
で、この比較的高い圧力を有効に利用する必要がある。
【０００４】この圧力の高い圧縮空気を有効に利用する
方法として、通常の低温空気蒸留装置よりも高い圧力で
蒸留分離を行い、低純度酸素ガス等の製品ガスを高圧で
回収することにより、従来行われていた製品ガスの再圧
縮を行うことなく、低温空気蒸留装置から回収される圧
力で製品ガスを直接消費設備に送給する方法や、この圧
縮空気の一部を更に昇圧し、製品酸素を液状で圧縮する
液化酸素ポンプの導出液を気化させる熱源として用いる
方法等が提案されている。
【０００５】ここで、前記発電設備で発生する圧縮空気
の圧力は、例えば、燃焼器で燃焼させた１３００℃の燃
焼ガスを燃焼ガスタービンに導入して発電する方法の場
合、燃焼ガスタービンと同軸上に連結された空気圧縮機
の吐出圧力は約１５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度になる。また、
燃焼ガスを１５００℃で燃焼ガスタービンに導入する方
法も検討されているが、この場合の圧縮空気の圧力は、
約３０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度と更に高圧となる。これらの
圧力は、通常の低温空気蒸留装置に用いられている原料
空気の圧力（約５〜６ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ）に比較してか
なり高いものである。
【０００６】このような高圧（約１５ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ
以上）の空気を低温空気蒸留塔に導入して蒸留を行う場
合、通常の低圧蒸留法に比較して酸素に対する窒素の比
揮発度の値が小さくなるため、酸素と窒素との分離効果
が低下し、高圧塔から抜き出される液化窒素の流量が減
少することになり、低圧塔上部における還流液が不足す
ることになる。また、低圧塔の操作圧力も、高圧塔の操
作圧力に応じて高く（約５ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ）なり、同
様に酸素と窒素との分離効果が低下するため、製品回収
率が極端に低下し、回収率低下に伴って動力（電力）原
単位が大幅に悪化することになる。
【０００７】したがって、高圧下で蒸留する方法（高圧
蒸留）において、製品回収率を確保するためには、低圧
下で蒸留する方法（低圧蒸留）に比較して蒸留塔上部に
おける下降液（還流液）と上昇ガスとの比（以下、Ｌ／
Ｖ比と言う）を増加させる必要があるが、従来のプロセ
スでは、Ｌ／Ｖ比を十分に増加させることができず、製
品回収率の向上や電力原単位の改善を十分には達成でき
なかった。
【０００８】そこで本発明は、発電設備から供給される
高圧の圧縮空気が有する圧力エネルギーを有効に利用し
て低純度酸素ガスを比較的高圧で効率よく回収すること
ができ、製品回収率の向上や電力原単位の低減を図るこ
とができる低純度酸素の製造方法及び装置を提供するこ
とを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の低純度酸素の製造方法は、原料空気を高圧
塔，中圧塔及び低圧塔からなる三塔式蒸留設備で低温蒸
留することにより、少なくとも低純度酸素を製品として
分離回収する低純度酸素の製造方法において、発電設備
から圧縮空気を受給して原料空気の少なくとも一部と
し、該原料空気中の水分や二酸化炭素等の不純物を除去
して精製する工程と、精製した原料空気を低温蒸留で得
られた流体との熱交換により冷却する工程と、冷却した
原料空気を前記高圧塔に導入して酸素富化液化空気と窒
素とに分離する工程と、該高圧塔で分離した少なくとも
酸素富化液化空気を前記中圧塔に導入して酸素と窒素と
に分離する工程と、該中圧塔で分離した流体を前記低圧
塔に導入して酸素富化流体と窒素とに分離する工程と、
該低圧塔で分離した酸素富化流体を圧縮して前記中圧塔
に戻す工程と、前記三塔式蒸留塔で分離した酸素及び窒
素を抜き出して原料空気との熱交換により昇温した後、
少なくとも前記酸素を製品酸素ガスとして回収する製品
回収工程とを含むことを特徴としている。
【００１０】さらに、本発明の低純度酸素の製造方法
は、前記高圧塔の頂部から少なくとも一理論段下から窒
素富化液を抜き出し、該窒素富化液を前記中圧塔の上部
に導入すること、運転に必要な寒冷の補給を、前記原料
空気の一部を膨張させて発生した寒冷で行うことを特徴
としている。
【００１１】また、本発明の低純度酸素の製造装置は、
原料空気を高圧塔，中圧塔及び低圧塔からなる三塔式蒸
留設備で低温蒸留することにより、少なくとも低純度酸
素を製品として分離回収する低純度酸素の製造装置にお
いて、発電設備から受給した圧縮空気を少なくとも一部
として含む原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物を
除去して精製する精製設備と、精製した原料空気を低温
蒸留で得られた流体との熱交換により冷却する主熱交換
器と、冷却した原料空気を導入して酸素富化液化空気と
窒素とに分離する高圧塔，該高圧塔で分離した少なくと
も酸素富化液化空を導入して酸素と窒素とに分離する中
圧塔，該中圧塔で分離した流体を導入して酸素富化流体
と窒素とに分離する低圧塔，前記高圧塔の塔頂部と前記
中圧塔の塔底部とを熱交換関係に構成する主凝縮器及び
前記中圧塔の塔頂部と前記低圧塔の塔底部とを熱交換関
係に構成するリボイラ／コンデンサを有する三塔式蒸留
塔と、前記低圧塔で分離した酸素富化流体を圧縮して前
記中圧塔に戻すポンプと、前記三塔式蒸留塔で分離した
酸素及び窒素を抜き出して原料空気との熱交換により昇
温した後、少なくとも前記酸素を製品酸素ガスとして回
収する製品回収経路とを備えたことを特徴としている。
【００１２】さらに、本発明の低純度酸素の製造装置
は、前記高圧塔の塔頂部から少なくとも一理論段下から
窒素富化液を抜き出して前記中圧塔の中部に導入する経
路を備えていること、前記原料空気の一部を膨張させる
膨張タービンを備えていること、また、前記三塔式蒸留
塔の内の少なくともいずれか一塔が、充填式蒸留塔であ
ることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の低純度酸素製造
装置の一形態例を示す系統図である。この低純度酸素製
造装置Ｓは、主要な構成機器として、少なくとも発電設
備から供給された圧縮空気を含む原料空気中の水分や二
酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備１と、
精製した原料空気を低温蒸留で得られた流体で冷却する
主熱交換器２と、冷却された原料空気を低温蒸留により
酸素と窒素とに分離する高圧塔３，主凝縮器４，中圧塔
５，リボイラ／コンデンサ６，低圧塔７からなる三塔式
蒸留塔８と、前記中圧塔５及び前記低圧塔７に導入する
還流液を冷却する過冷器９，１０，１１，１２と、前記
高圧塔３の上部から抜き出した窒素富化液を減圧して前
記中圧塔５の上部に導入する経路と、前記低圧塔７の塔
底部に分離した酸素富化液を圧縮して前記中圧塔５の中
下部に導入するポンプ１３とを備えている。そして、こ
れらの構成機器の内、低温となる機器は、保冷槽に収納
されて低温蒸留設備Ｃを構成している。
【００１４】次に、このように構成した低純度酸素製造
装置Ｓに、発電設備から供給された圧縮空気を原料空気
の一部又は全部として供給し、製品の低純度酸素ガスを
製造するプロセスに基づいて本発明を説明する。
【００１５】１０２２００Ｎｍ３／ｈ、３０．５ｋｇｆ
／ｃｍ２ａｂｓ．の原料空気は、図示を省略した予冷装
置で必要な温度に予冷された後、経路２１を通って精製
設備１に導入され、含有する水分や二酸化炭素等の不純
物が吸着除去されて精製される。精製された原料空気
は、経路２２を通って主熱交換器２に導入され、三塔式
蒸留塔８から導出される低温流体と熱交換して略露点温
度に冷却された後、経路２３から高圧塔３の塔底部に導
入される。
【００１６】高圧塔３の塔底部に導入された原料空気
は、塔内を上昇し、塔内を流下する下降液と気液接触す
ることにより、比較的高圧で蒸留が行われ、塔頂部の窒
素ガスと塔底部の酸素富化液化空気とに分離される。塔
底部の経路２４から抜き出された酸素富化液化空気は、
過冷器９で低温窒素ガスと熱交換して過冷状態に冷却さ
れ、経路２５を通って減圧弁２６で１１．３ｋｇｆ／ｃ
ｍ２ａｂｓ．に減圧された後、経路２７から中圧塔５の
中上部に還流液として導入される。
【００１７】一方、高圧塔３の塔頂部に分離した窒素ガ
スは、経路２８に抜き出され、経路２９と経路３０とに
分岐する。製品窒素回収経路を構成する経路２９に分岐
した１００００Ｎｍ３／ｈの窒素ガスは、前記主熱交換
器２に導かれ、前記原料空気を冷却することにより昇温
し、圧力２９．８ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．，温度１３℃
の高圧製品窒素ガスＭＮとして経路３１から導出され
る。また、経路３０に分岐した残りの窒素ガスは、高圧
塔３の塔頂部と中圧塔５の塔底部とを熱交換関係に構成
する前記主凝縮器４に導入され、中圧塔５の塔底部の液
化酸素と熱交換し、該液化酸素を気化して中圧塔５の上
昇ガスを生成するとともに自身は液化し、経路３２から
高圧塔３の塔頂部に還流液として戻される。
【００１８】高圧塔３の塔頂部から１４段下の位置から
経路３３に抜き出された１８９００Ｎｍ３／ｈの窒素富
化液は、過冷器１０で低温窒素ガスと熱交換して過冷状
態に冷却され、経路３４を通り、減圧弁３５で１１．３
ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧された後、経路３６から
中圧塔５の上部に還流液として導入される。
【００１９】中圧塔５では、高圧塔３と低圧塔７との中
間圧力で更に蒸留が行われ、塔頂部の窒素ガスと塔底部
の酸素とに分離される。中圧塔５の塔底部に分離した２
２３５５Ｎｍ３／ｈの酸素ガスは、製品酸素回収経路を
構成する経路３７から抜き出されて前記主熱交換器２に
導入され、前記原料空気を冷却することにより昇温し、
圧力１１．１ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．、温度１３℃，純
度９５％の製品酸素ガスＧＯとして経路３８から導出さ
れる。
【００２０】また、中圧塔５の中上部、即ち、前記高圧
塔３の塔底部から前記経路２７を経て導入される酸素富
化空気の導入位置と略同じ位置から、窒素と酸素の中間
組成の酸素富化液が経路３９に抜き出され、過冷器１１
で低温窒素ガスと熱交換して過冷状態に冷却され、経路
４０を通って減圧弁４１で４．９ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂ
ｓ．に減圧された後、経路４２から低圧塔７の中部に還
流液として導入される。
【００２１】さらに、中圧塔５の塔頂部に分離して経路
４３に抜き出された窒素ガスは、中圧塔５の塔頂部と低
圧塔７の塔底部とを熱交換関係に構成するリボイラ／コ
ンデンサ６に導かれ、低圧塔７の塔底部の酸素富化液と
熱交換し、該酸素富化液を気化して低圧塔７の上昇ガス
を生成するとともに、自身は液化して経路４４に導出
し、その大部分は経路４５から還流液として中圧塔５の
頂部に戻される。一方、経路４４から経路４６に分岐し
た残りの３９５００Ｎｍ３／ｈの液化窒素は、過冷器１
２で低温窒素ガスと熱交換して過冷状態に冷却され、経
路４７に導出し、その大部分は経路４８を通って減圧弁
４９で４．８ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧された後、
経路５０から低圧塔７の塔頂部に還流液として導入され
る。前記経路４７から液化窒素取出経路５１に分岐した
液化窒素の一部２４５Ｎｍ３／ｈは、低温蒸留設備Ｃの
寒冷調節のために製品液化窒素ＬＮとして系外に抜き出
される。
【００２２】低圧塔７では比較的低圧で更に蒸留が行わ
れ、塔底部の酸素富化液と塔頂部の窒素ガスとに分離さ
れる。塔底部に分離した酸素富化液は経路５２を通り、
ポンプ１３で前記中圧塔５の圧力に圧縮された後、経路
５３を通り、前記中圧塔５の中下部に還流液として導入
され、再蒸留される。
【００２３】低圧塔７の塔頂部に分離し、製品窒素回収
経路を構成する経路５４に抜き出された６９６００Ｎｍ
３／ｈの窒素ガスは、前記過冷器１２，経路５５，前記
過冷器１１，経路５６，前記過冷器１０，経路５７，前
記過冷器９を通り、この間、前記中圧塔５の塔頂部から
抜き出された還流液化窒素、前記中圧塔５の中上部から
抜き出された還流酸素富化液、前記高圧塔３の上部から
抜き出された還流窒素富化液及び前記高圧塔３の塔底部
から抜き出された還流酸素富化液化空気をそれぞれ順次
冷却して自身は昇温する。この窒素ガスは、次いで経路
５８を通って前記主熱交換器２に導入され、前記原料空
気を冷却することにより昇温され、経路５９から圧力
４．１ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．、温度１３℃の低圧製品
窒素ガスＧＮとして抜き出される。また、該低圧製品窒
素ガスの一部は、前記経路５９から経路６０に分岐し、
前記精製設備１の再生ガスとして利用される。
【００２４】このように、本発明では、従来の複式蒸留
塔に相当する高圧塔３と中圧塔５とからなる構成に低圧
塔７を加え、３段階の圧力を効率的に組み合わせて蒸留
するから、中圧塔５の塔頂部に導入する還流液化窒素を
低圧塔７の塔低部のリボイラ／コンデンサ６によって供
給することができ、低圧塔７の塔底部から抜き出した酸
素富化液を圧縮して中圧塔５の中下部に戻して再蒸留す
ることにより、比較的高い圧力の酸素を９９．２％の高
い回収率で得ることができる。
【００２５】また、本発明によれば、上述のように、各
塔の還流液化窒素を十分に確保できるため、高圧製品窒
素ガスを高圧塔３から直接抜き出すことができる。さら
に、中圧塔５の還流液となる窒素富化液を、高圧塔３の
塔頂部からではなく、少なくとも一理論段下、本形態例
では塔頂部から１４段下で抜き出すようにしたことによ
り、塔頂部から前記窒素富化液の抜き出し段（例えば塔
頂から１４段）までの間のＬ／Ｖ比を改善できるため、
高圧製品窒素ガスＭＮの抜き出し量を増加することがで
きる。このように、発電設備の燃焼温度調整用等に利用
される窒素ガスを、高圧でしかも増量して回収すること
ができるので、発電設備に供給する窒素ガスの製造コス
ト及び圧縮動力費を同時に低減することができる。
【００２６】なお、高圧製品窒素ガスの需要が少ない場
合は、高圧塔３の塔頂部から１４段下の窒素富化液を抜
き出して中圧塔５の還流液とする代わりに、高圧塔３の
塔頂部の液化窒素を前記低圧塔７の塔頂部に導入し、低
圧塔７の還流液とするように構成することができる。
【００２７】さらに、本発明によれば、高圧の原料空気
が低温蒸留設備Ｃに直接供給されるため、原料空気が低
温蒸留設備Ｃに持ち込むエンタルピーよりも、低温蒸留
によって得られる製品が低温蒸留設備Ｃから持ち出すエ
ンタルピーの方が大きくなる。このため、寒冷発生ター
ビンが不要となり、前述のように液製品を回収すること
ができる。
【００２８】また、本形態例では、寒冷調節のために液
化窒素を製品として抜き出す場合を示したが、液化窒素
に代えて、又は液化窒素と同時に、製品液化酸素ＬＯ
を、破線で示す経路６１から抜き出すこともできる。ま
た、寒冷調節の方法として、液製品を抜き出さず、主熱
交換器２の温端温度差の調節によって行うことにより、
主熱交換器２のサイズを小さくすることができる。
【００２９】一方、供給される原料空気の圧力が、上記
形態例に示した圧力より低く、約２０ｋｇｆ／ｃｍ２ａ
ｂｓ．以下の場合には、上述のエンタルピーは逆転し、
寒冷を供給するための寒冷発生タービンが必要となる。
この場合、前記精製設備１から経路２２に導出した原料
空気の一部を、破線で示す経路６２に分岐し、予冷器１
４、経路６３を経由して昇圧機１５に導入し、該昇圧機
１５で昇圧した昇圧空気を、アフタークーラー１６、前
記予冷器１４，経路６４，主熱交換器２を通して冷却
し、冷却の途中で経路６５から寒冷発生タービン１７に
導入して膨張させ、寒冷を発生させるように構成した寒
冷発生回路を設けることによって対処することができ
る。寒冷発生タービン１７で膨張して低温化した空気
は、経路６６から前記中圧塔５の中下部に導入すること
ができ、これによって低温蒸留装置Ｃの運転に必要な寒
冷を供給することができる。
【００３０】なお、前記寒冷発生回路における昇圧機１
５と前記寒冷発生タービン１７とを同軸上に連結して設
け、昇圧機１５の昇圧動力の少なくとも一部を、寒冷発
生タービン１７における膨張仕事で賄うことにより、効
率的に寒冷を発生させることができる。
【００３１】また、三塔式蒸留塔８の一部又は全部の気
液接触手段として、シーブトレイよりも圧力損失の小さ
い充填物を用いた充填式蒸留塔を使用することにより、
三塔式蒸留塔８に供給される原料空気の圧力が同じ場
合、シーブトレイを用いた場合より更に高い圧力で製品
を抜き出すことができ、製品ガスを圧縮するための動力
を低減することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電設備から供給される圧縮空気の圧力を有効に利用す
ることができ、製品低純度酸素ガスの回収率の向上や電
力原単位の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一形態例を示す低純度酸素製造装置
の系統図である。
【符号の説明】
１…精製設備、２…主熱交換器、３…高圧塔、４…主凝
縮器、５…中圧塔、６…リボイラ／コンデンサ、７…低
圧塔、８…三塔式蒸留塔、９，１０，１１，１２…過冷
器、１３…ポンプ、１４…予冷器、１５…昇圧機、１６
…アフタークーラー、１７…寒冷発生タービン、２６，
３５，４１…減圧弁、Ｃ…低温蒸留設備、Ｓ…低純度酸
素製造装置、ＧＮ…低圧製品窒素ガス、ＧＯ…製品酸素
ガス、ＬＮ…製品液化窒素、ＬＯ…製品液化酸素、ＭＮ
…高圧製品窒素ガス

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料空気を高圧塔，中圧塔及び低圧塔か
    らなる三塔式蒸留設備で低温蒸留することにより、少な
    くとも低純度酸素を製品として分離回収する低純度酸素
    の製造方法において、発電設備から圧縮空気を受給して
    原料空気の少なくとも一部とし、該原料空気中の水分や
    二酸化炭素等の不純物を除去して精製する工程と、精製
    した原料空気を低温蒸留で得られた流体との熱交換によ
    り冷却する工程と、冷却した原料空気を前記高圧塔に導
    入して酸素富化液化空気と窒素とに分離する工程と、該
    高圧塔で分離した少なくとも酸素富化液化空気を前記中
    圧塔に導入して酸素と窒素とに分離する工程と、該中圧
    塔で分離した流体を前記低圧塔に導入して酸素富化流体
    と窒素とに分離する工程と、該低圧塔で分離した酸素富
    化流体を圧縮して前記中圧塔に戻す工程と、前記三塔式
    蒸留塔で分離した酸素及び窒素を抜き出して原料空気と
    の熱交換により昇温した後、少なくとも前記酸素を製品
    酸素ガスとして回収する製品回収工程とを含むことを特
    徴とする低純度酸素の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記高圧塔の頂部から少なくとも一理論
    段下から窒素富化液を抜き出し、該窒素富化液を前記中
    圧塔の上部に導入することを特徴とする請求項１記載の
    低純度酸素の製造方法。
  3. 【請求項３】 運転に必要な寒冷の補給を、前記原料空
    気の一部を膨張させて発生した寒冷で行うことを特徴と
    する請求項１記載の低純度酸素の製造方法。
  4. 【請求項４】 原料空気を高圧塔，中圧塔及び低圧塔か
    らなる三塔式蒸留設備で低温蒸留することにより、少な
    くとも低純度酸素を製品として分離回収する低純度酸素
    の製造装置において、発電設備から受給した圧縮空気を
    少なくとも一部として含む原料空気から水分や二酸化炭
    素等の不純物を除去して精製する精製設備と、精製した
    原料空気を低温蒸留で得られた流体との熱交換により冷
    却する主熱交換器と、冷却した原料空気を導入して酸素
    富化液化空気と窒素とに分離する高圧塔，該高圧塔で分
    離した少なくとも酸素富化液化空を導入して酸素と窒素
    とに分離する中圧塔，該中圧塔で分離した流体を導入し
    て酸素富化流体と窒素とに分離する低圧塔，前記高圧塔
    の塔頂部と前記中圧塔の塔底部とを熱交換関係に構成す
    る主凝縮器及び前記中圧塔の塔頂部と前記低圧塔の塔底
    部とを熱交換関係に構成するリボイラ／コンデンサを有
    する三塔式蒸留塔と、前記低圧塔で分離した酸素富化流
    体を圧縮して前記中圧塔に戻すポンプと、前記三塔式蒸
    留塔で分離した酸素及び窒素を抜き出して原料空気との
    熱交換により昇温した後、少なくとも前記酸素を製品酸
    素ガスとして回収する製品回収経路とを備えたことを特
    徴とする低純度酸素の製造装置。
  5. 【請求項５】 前記高圧塔の塔頂部から少なくとも一理
    論段下から窒素富化液を抜き出して前記中圧塔の中部に
    導入する経路を備えたことを特徴とする請求項４記載の
    低純度酸素の製造装置。
  6. 【請求項６】 前記原料空気の一部を膨張させる膨張タ
    ービンを備えたことを特徴とする請求項４記載の低純度
    酸素の製造装置。
  7. 【請求項７】 前記三塔式蒸留塔の内の少なくともいず
    れか一塔が、充填式蒸留塔であることを特徴とする請求
    項４記載の低純度酸素の製造装置。
JP9294500A 1997-10-27 1997-10-27 低純度酸素の製造方法及び装置 Pending JPH11132652A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9294500A JPH11132652A (ja) 1997-10-27 1997-10-27 低純度酸素の製造方法及び装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9294500A JPH11132652A (ja) 1997-10-27 1997-10-27 低純度酸素の製造方法及び装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11132652A true JPH11132652A (ja) 1999-05-21

Family

ID=17808584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9294500A Pending JPH11132652A (ja) 1997-10-27 1997-10-27 低純度酸素の製造方法及び装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11132652A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1199532A1 (de) * 2000-10-20 2002-04-24 Linde Aktiengesellschaft Drei-Säulen-System zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
JP2010025513A (ja) * 2008-07-24 2010-02-04 Taiyo Nippon Sanso Corp 窒素製造方法及び装置
EP2634517A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-04 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
US20220090855A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 L'Air Liquide, Societe Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procedeseorges Claude Method and apparatus for producing high-purity nitrogen and low-purity oxygen

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1199532A1 (de) * 2000-10-20 2002-04-24 Linde Aktiengesellschaft Drei-Säulen-System zur Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
JP2010025513A (ja) * 2008-07-24 2010-02-04 Taiyo Nippon Sanso Corp 窒素製造方法及び装置
EP2634517A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-04 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
US9360250B2 (en) 2012-02-29 2016-06-07 L'Air Liquide Société Anonyme Pour L'Étude Et L'Exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
US20220090855A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 L'Air Liquide, Societe Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procedeseorges Claude Method and apparatus for producing high-purity nitrogen and low-purity oxygen
US11988446B2 (en) * 2020-09-18 2024-05-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and apparatus for producing high-purity nitrogen and low-purity oxygen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1320679C (en) Air separation
US6178774B1 (en) Process and plant for the combined production of an ammonia synthesis mixture and carbon monoxide
JPH02272289A (ja) 空気分離方法及び装置
JP6092804B2 (ja) 空気液化分離方法及び装置
JPH07151458A (ja) 圧力下のガス状酸素及び／又はガス状窒素の製造方法並びに設備
JPH0933166A (ja) 超高純度窒素製造方法及び装置
JPH1163810A (ja) 低純度酸素の製造方法及び装置
JPH11132652A (ja) 低純度酸素の製造方法及び装置
JPH0545050A (ja) 液化天然ガスの寒冷を利用した永久ガスの液化方法
JP3748677B2 (ja) 低純度酸素の製造方法及び装置
JPH07151459A (ja) 空気から圧力下の少なくとも一つのガスを製造する方法及び設備
JP4447501B2 (ja) 空気液化分離方法及び装置
JP4177507B2 (ja) 低純度酸素の製造方法及び装置
JP3181546B2 (ja) 空気からの窒素およびアルゴンの製造方法および装置
JP3737612B2 (ja) 低純度酸素の製造方法及び装置
JP4447502B2 (ja) 空気液化分離方法及び装置
JP2003028568A (ja) 空気分離方法および装置
JP2000130928A (ja) 酸素製造方法及び装置
JP2007510879A (ja) 低温蒸留により空気を分離するための方法および装置
JP2000018813A (ja) 窒素製造方法及び装置
JPH05306885A (ja) 加圧式空気分離装置
JP2003028569A (ja) 空気分離方法および装置
JPH11118352A (ja) 低純度酸素の製造方法及び装置
JP2002147949A (ja) 空気液化分離方法及び装置
CN114041034B (zh) 空气分离装置及空气分离方法