JP2000018813A - 窒素製造方法及び装置 - Google Patents
窒素製造方法及び装置Info
- Publication number
- JP2000018813A JP2000018813A JP10175985A JP17598598A JP2000018813A JP 2000018813 A JP2000018813 A JP 2000018813A JP 10175985 A JP10175985 A JP 10175985A JP 17598598 A JP17598598 A JP 17598598A JP 2000018813 A JP2000018813 A JP 2000018813A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitrogen
- distillation column
- enriched
- oxygen
- 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.)
- Granted
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
- F25J3/04406—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 a dual pressure main column system
- F25J3/0443—A main column system not otherwise provided, e.g. a modified double column flowsheet
-
- 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
- F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
- F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
- F25J3/0406—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. 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
- F25J3/04248—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
-
- 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
- F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
- F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
-
- 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
- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
- F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel
-
- 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
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
-
- 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
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
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】 動力の増加や設備の追加を極力抑えながら窒
素回収率を向上させて窒素の製造原単位を低減すること
ができる窒素製造方法及び装置を提供する。 【解決手段】 原料空気を低温蒸留して窒素ガスを採取
するにあたり、主蒸留塔５４の底部の酸素富化液化空気
の一部を減圧後に主蒸留塔５４の頂部の窒素ガスと熱交
換させて気化し、補助蒸留塔５７に上昇ガスとして導入
するとともに、前記酸素富化液化空気の残部を減圧して
補助蒸留塔５７に還流液として導入し、補助蒸留塔５７
で蒸留分離した酸素富化液を減圧後に前記窒素ガスと熱
交換させて気化し、酸素富化ガスを生成してこれを寒冷
タービン５８及び駆動タービン５９で膨張させるととも
に、補助蒸留塔５７で蒸留分離した窒素富化ガスを循環
圧縮機６０で圧縮して主蒸留塔５４に循環導入する。
素回収率を向上させて窒素の製造原単位を低減すること
ができる窒素製造方法及び装置を提供する。 【解決手段】 原料空気を低温蒸留して窒素ガスを採取
するにあたり、主蒸留塔５４の底部の酸素富化液化空気
の一部を減圧後に主蒸留塔５４の頂部の窒素ガスと熱交
換させて気化し、補助蒸留塔５７に上昇ガスとして導入
するとともに、前記酸素富化液化空気の残部を減圧して
補助蒸留塔５７に還流液として導入し、補助蒸留塔５７
で蒸留分離した酸素富化液を減圧後に前記窒素ガスと熱
交換させて気化し、酸素富化ガスを生成してこれを寒冷
タービン５８及び駆動タービン５９で膨張させるととも
に、補助蒸留塔５７で蒸留分離した窒素富化ガスを循環
圧縮機６０で圧縮して主蒸留塔５４に循環導入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素製造方法及び
装置に関し、詳しくは、圧縮，精製，冷却した原料空気
を主蒸留塔に導入して低温蒸留することにより窒素ガス
を分離し、製品として採取する窒素製造方法及び装置に
関する。
装置に関し、詳しくは、圧縮，精製，冷却した原料空気
を主蒸留塔に導入して低温蒸留することにより窒素ガス
を分離し、製品として採取する窒素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】原料空
気を低温蒸留して窒素ガスを採取する窒素製造装置にお
いて、設備の増加を抑えながら、窒素の製造原単位を低
減することは、重要な技術的課題であり、従来から様々
な方式が提案されている。この技術的課題を解決するた
めの一つのプロセスとして、特開平３−１３７４８４公
報に記載された窒素製造プロセスが知られている。図２
は、該公報に記載された窒素製造プロセスの系統図を示
すものである。以下、図２を参照しながら、前記プロセ
スにより窒素を製造する手順を説明する。
気を低温蒸留して窒素ガスを採取する窒素製造装置にお
いて、設備の増加を抑えながら、窒素の製造原単位を低
減することは、重要な技術的課題であり、従来から様々
な方式が提案されている。この技術的課題を解決するた
めの一つのプロセスとして、特開平３−１３７４８４公
報に記載された窒素製造プロセスが知られている。図２
は、該公報に記載された窒素製造プロセスの系統図を示
すものである。以下、図２を参照しながら、前記プロセ
スにより窒素を製造する手順を説明する。
【０００３】経路１１から導入された原料空気は、原料
空気圧縮機１で１０ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．程度に圧縮さ
れた後、アフタークーラー１ａで冷却される。この原料
空気は、モレキュラシーブ等を充填した前処理設備２に
導入され、二酸化炭素，水分等の不純物が吸着・除去さ
れて精製される。精製後の原料空気は、経路１２を通
り、主熱交換器３で、後述する製品窒素ガス及び酸素富
化空気と熱交換し、露点温度付近まで冷却された後、経
路１３を通って蒸留塔４の下部に導入される。
空気圧縮機１で１０ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．程度に圧縮さ
れた後、アフタークーラー１ａで冷却される。この原料
空気は、モレキュラシーブ等を充填した前処理設備２に
導入され、二酸化炭素，水分等の不純物が吸着・除去さ
れて精製される。精製後の原料空気は、経路１２を通
り、主熱交換器３で、後述する製品窒素ガス及び酸素富
化空気と熱交換し、露点温度付近まで冷却された後、経
路１３を通って蒸留塔４の下部に導入される。
【０００４】蒸留塔４では、塔内を上昇するガスと頂部
のリボイラー／コンデンサー５で凝縮・液化されて塔内
を下降する液との気液接触により低温蒸留が行われ、頂
部から窒素ガスが、底部から酸素富化液化空気がそれぞ
れ抜き出される。
のリボイラー／コンデンサー５で凝縮・液化されて塔内
を下降する液との気液接触により低温蒸留が行われ、頂
部から窒素ガスが、底部から酸素富化液化空気がそれぞ
れ抜き出される。
【０００５】塔頂部から経路１４に抜き出された窒素ガ
スの一部は、経路１６，過冷器６、経路１７，主熱交換
器３を通って昇温され、経路１８から製品窒素ガスＧＮ
として回収される。残りの窒素ガスは、リボイラー／コ
ンデンサー５で凝縮液化されて経路１５を通り、還流液
として蒸留塔４に戻される。
スの一部は、経路１６，過冷器６、経路１７，主熱交換
器３を通って昇温され、経路１８から製品窒素ガスＧＮ
として回収される。残りの窒素ガスは、リボイラー／コ
ンデンサー５で凝縮液化されて経路１５を通り、還流液
として蒸留塔４に戻される。
【０００６】また、蒸留塔４の底部から経路１９に抜き
出された酸素富化液化空気は、過冷器６で冷却された
後、経路２０を通って減圧弁２０ａで減圧された後、経
路２１を通ってリボイラー／コンデンサー５に導入さ
れ、前記窒素ガスとの熱交換により気化されて酸素富化
空気となる。このときの気化圧力は、リボイラー／コン
デンサー５における窒素ガスとの温度差が適当となるよ
うに前記減圧弁２０ａで調節される。リボイラー／コン
デンサー５において生成した酸素富化空気は、経路２２
を通り、過冷器６で昇温された後、経路２３を通って２
つに分岐される。一方の経路２４に分岐した酸素富化空
気は、主熱交換器３で昇温された後、経路２５を通って
膨張タービン８に導入され、膨張して寒冷を発生し、経
路２６を通って主熱交換器３で寒冷が回収され、常温と
なって経路２７から廃ガスＷＧとして抜き出される。こ
の廃ガスの少なくとも一部は、経路２８を通って前処理
設備２の再生ガスとして使用される。
出された酸素富化液化空気は、過冷器６で冷却された
後、経路２０を通って減圧弁２０ａで減圧された後、経
路２１を通ってリボイラー／コンデンサー５に導入さ
れ、前記窒素ガスとの熱交換により気化されて酸素富化
空気となる。このときの気化圧力は、リボイラー／コン
デンサー５における窒素ガスとの温度差が適当となるよ
うに前記減圧弁２０ａで調節される。リボイラー／コン
デンサー５において生成した酸素富化空気は、経路２２
を通り、過冷器６で昇温された後、経路２３を通って２
つに分岐される。一方の経路２４に分岐した酸素富化空
気は、主熱交換器３で昇温された後、経路２５を通って
膨張タービン８に導入され、膨張して寒冷を発生し、経
路２６を通って主熱交換器３で寒冷が回収され、常温と
なって経路２７から廃ガスＷＧとして抜き出される。こ
の廃ガスの少なくとも一部は、経路２８を通って前処理
設備２の再生ガスとして使用される。
【０００７】前記経路２３から経路２９に分岐した酸素
富化空気は、低温圧縮機９で圧縮され、経路３０を通
り、主熱交換器３で冷却された後、経路３１を通って蒸
留塔４の下部に塔内の上昇ガスとして循環導入される。
富化空気は、低温圧縮機９で圧縮され、経路３０を通
り、主熱交換器３で冷却された後、経路３１を通って蒸
留塔４の下部に塔内の上昇ガスとして循環導入される。
【０００８】このように、酸素富化空気の一部を膨張タ
ービン８の動力の一部によって圧縮し、蒸留塔４に循環
導入することにより、窒素の回収率を向上させるように
している。また、膨張タービン８の動力の一部を動力回
収装置１０によって回収し、これをコールドボックス外
に放出することによって寒冷を発生させている。
ービン８の動力の一部によって圧縮し、蒸留塔４に循環
導入することにより、窒素の回収率を向上させるように
している。また、膨張タービン８の動力の一部を動力回
収装置１０によって回収し、これをコールドボックス外
に放出することによって寒冷を発生させている。
【０００９】このようなプロセスによれば、蒸留塔４の
塔底から抜き出した酸素富化液化空気を気化させ、酸素
富化空気として再び蒸留塔４の下部に循環導入させてい
るため、この流体の酸素濃度は、原料空気中の酸素濃度
よりも高くなっている。このような酸素富化液化空気を
コンデンサー・リボイラー５で窒素ガスとの熱交換によ
り気化させるためには、前述のように、温度差が適当に
なるような圧力まで減圧弁２０ａで減圧させなければな
らない。この気化圧力は、液中の酸素濃度に関係し、酸
素濃度が高くなるのに伴って低い圧力となる。したがっ
て、低温圧縮機９の吸入圧力が低下するので、酸素富化
空気の循環量の減少につながり、窒素の製造原単位の低
減効果を十分に達成しているとはいえない。
塔底から抜き出した酸素富化液化空気を気化させ、酸素
富化空気として再び蒸留塔４の下部に循環導入させてい
るため、この流体の酸素濃度は、原料空気中の酸素濃度
よりも高くなっている。このような酸素富化液化空気を
コンデンサー・リボイラー５で窒素ガスとの熱交換によ
り気化させるためには、前述のように、温度差が適当に
なるような圧力まで減圧弁２０ａで減圧させなければな
らない。この気化圧力は、液中の酸素濃度に関係し、酸
素濃度が高くなるのに伴って低い圧力となる。したがっ
て、低温圧縮機９の吸入圧力が低下するので、酸素富化
空気の循環量の減少につながり、窒素の製造原単位の低
減効果を十分に達成しているとはいえない。
【００１０】また、窒素回収率を向上させて原単位を改
善する他の方法として、米国特許第４８４８９９６号明
細書に記載されている方法が知られている。この方法で
は、主蒸留塔の塔底から抜き出した酸素富化液化空気を
補助蒸留塔の頂部に導入している。この補助蒸留塔の底
部は、主蒸留塔の頂部とコンデンサー・リボイラーによ
って熱的にリンクしており、主蒸留塔の頂部窒素ガスと
補助蒸留塔底部の酸素富化液とが熱交換する。これによ
り、窒素ガスは凝縮し、還流として主蒸留塔に供給され
るとともに、酸素富化液は気化し、補助蒸留塔内を上昇
して蒸留される。補助蒸留塔の頂部からは、大気圧より
高い圧力の空気成分に近いガスが抜き出され、寒冷を回
収した後、循環ガスとして原料空気圧縮機の中間段に導
入され、外部から導入された原料空気と共に圧縮され、
再び主蒸留塔に循環導入される。
善する他の方法として、米国特許第４８４８９９６号明
細書に記載されている方法が知られている。この方法で
は、主蒸留塔の塔底から抜き出した酸素富化液化空気を
補助蒸留塔の頂部に導入している。この補助蒸留塔の底
部は、主蒸留塔の頂部とコンデンサー・リボイラーによ
って熱的にリンクしており、主蒸留塔の頂部窒素ガスと
補助蒸留塔底部の酸素富化液とが熱交換する。これによ
り、窒素ガスは凝縮し、還流として主蒸留塔に供給され
るとともに、酸素富化液は気化し、補助蒸留塔内を上昇
して蒸留される。補助蒸留塔の頂部からは、大気圧より
高い圧力の空気成分に近いガスが抜き出され、寒冷を回
収した後、循環ガスとして原料空気圧縮機の中間段に導
入され、外部から導入された原料空気と共に圧縮され、
再び主蒸留塔に循環導入される。
【００１１】このように、大気圧よりも圧力が高く、空
気に近い成分のガスを原料の一部とし、再圧縮して循環
させることにより、空気分離に必要な原料空気の全てを
大気圧から圧縮する場合と比較し、窒素の製造原単位を
低減させるようにしている。しかし、主蒸留塔の底部か
ら抜き出された酸素富化液化空気は、補助蒸留塔の底部
のコンデンサー・リボイラーにおいて、より酸素濃度の
高い酸素富化液と窒素ガスとの温度差が適当になるよう
に減圧されて導入されるため、補助蒸留塔の頂部から抜
き出す循環ガスの圧力も低くなり、原料空気圧縮機に循
環させるガスの圧力が低下してしまうとともに、補助蒸
留塔から抜き出した循環ガスを常温まで加熱した後に原
料空気圧縮機に導入するため、熱交換器や配管による圧
力損失が大きくなり、その分循環量が減少するから、窒
素の製造原単位の低減効果は十分とはいえない。
気に近い成分のガスを原料の一部とし、再圧縮して循環
させることにより、空気分離に必要な原料空気の全てを
大気圧から圧縮する場合と比較し、窒素の製造原単位を
低減させるようにしている。しかし、主蒸留塔の底部か
ら抜き出された酸素富化液化空気は、補助蒸留塔の底部
のコンデンサー・リボイラーにおいて、より酸素濃度の
高い酸素富化液と窒素ガスとの温度差が適当になるよう
に減圧されて導入されるため、補助蒸留塔の頂部から抜
き出す循環ガスの圧力も低くなり、原料空気圧縮機に循
環させるガスの圧力が低下してしまうとともに、補助蒸
留塔から抜き出した循環ガスを常温まで加熱した後に原
料空気圧縮機に導入するため、熱交換器や配管による圧
力損失が大きくなり、その分循環量が減少するから、窒
素の製造原単位の低減効果は十分とはいえない。
【００１２】そこで本発明は、従来よりもプロセス全体
の動力の増加を極力抑え、設備を極力追加しない条件に
おいて、窒素回収率を向上させて窒素の製造原単位を低
減できる窒素製造方法及び装置を提供することを目的と
している。
の動力の増加を極力抑え、設備を極力追加しない条件に
おいて、窒素回収率を向上させて窒素の製造原単位を低
減できる窒素製造方法及び装置を提供することを目的と
している。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の窒素製造方法は、圧縮，精製，冷却した原
料空気を主蒸留塔に導入して低温蒸留し、酸素富化液化
空気と窒素ガスとに分離して分離した窒素ガスを製品と
して採取する窒素製造方法において、前記酸素富化液化
空気の一部を減圧後に前記窒素ガスと熱交換させて気化
し、補助蒸留塔に導入するとともに、前記酸素富化液化
空気の残部を減圧して前記補助蒸留塔に導入し、該補助
蒸留塔での蒸留により酸素富化液と窒素富化ガスとに分
離し、前記酸素富化液を減圧後に前記窒素ガスと熱交換
させて気化することにより酸素富化ガスを生成し、生成
した酸素富化ガスを膨張させるとともに、前記窒素富化
ガスを圧縮して前記主蒸留塔に循環導入することを特徴
としている。
め、本発明の窒素製造方法は、圧縮，精製，冷却した原
料空気を主蒸留塔に導入して低温蒸留し、酸素富化液化
空気と窒素ガスとに分離して分離した窒素ガスを製品と
して採取する窒素製造方法において、前記酸素富化液化
空気の一部を減圧後に前記窒素ガスと熱交換させて気化
し、補助蒸留塔に導入するとともに、前記酸素富化液化
空気の残部を減圧して前記補助蒸留塔に導入し、該補助
蒸留塔での蒸留により酸素富化液と窒素富化ガスとに分
離し、前記酸素富化液を減圧後に前記窒素ガスと熱交換
させて気化することにより酸素富化ガスを生成し、生成
した酸素富化ガスを膨張させるとともに、前記窒素富化
ガスを圧縮して前記主蒸留塔に循環導入することを特徴
としている。
【００１４】さらに、本発明の窒素製造方法は、前記圧
縮した窒素富化ガスを、前記主蒸留塔に導入する原料空
気の導入位置より少なくとも１理論段上から主蒸留塔に
導入すること、あるいは、該窒素富化ガスを、前記主蒸
留塔に導入する前の原料空気に混合することを特徴とし
ている。また、窒素富化ガスを圧縮する前の温度が、蒸
留温度レベルから常温までの範囲であること、前記主蒸
留塔から導出して減圧する前の酸素富化液化空気を、前
記窒素ガス及び前記窒素富化ガス及び前記酸素富化ガス
のいずれか少なくとも一つで冷却することを特徴として
いる。
縮した窒素富化ガスを、前記主蒸留塔に導入する原料空
気の導入位置より少なくとも１理論段上から主蒸留塔に
導入すること、あるいは、該窒素富化ガスを、前記主蒸
留塔に導入する前の原料空気に混合することを特徴とし
ている。また、窒素富化ガスを圧縮する前の温度が、蒸
留温度レベルから常温までの範囲であること、前記主蒸
留塔から導出して減圧する前の酸素富化液化空気を、前
記窒素ガス及び前記窒素富化ガス及び前記酸素富化ガス
のいずれか少なくとも一つで冷却することを特徴として
いる。
【００１５】本発明の窒素製造装置は、原料空気を圧
縮，精製、冷却して低温蒸留することにより窒素を採取
する窒素製造装置において、圧縮，精製した原料空気を
低温蒸留で得られた低温戻りガス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低温蒸留して窒
素ガスと酸素富化液化空気とに分離する主蒸留塔と、前
記主蒸留塔で得られた酸素富化液化空気の一部を減圧・
気化した後に上昇ガスとして導入するとともに、前記主
蒸留塔で得られた酸素富化液化空気の残部を還流液とし
て導入し、低温蒸留して酸素富化液と窒素富化ガスとに
分離する補助蒸留塔と、前記窒素ガスと前記酸素富化液
化空気及び前記酸素富化液とを熱交換させ、窒素ガスを
液化して前記主蒸留塔の還流液を生成するとともに、酸
素富化液化空気及び酸素富化液を気化するコンデンサー
・リボイラーと、該コンデンサー・リボイラーで酸素富
化液を気化して生成した酸素富化ガスを膨張させて寒冷
を発生する寒冷タービン及び動力を発生する駆動タービ
ンと、前記窒素富化ガスを圧縮する循環圧縮機とを備え
たことを特徴としている。
縮，精製、冷却して低温蒸留することにより窒素を採取
する窒素製造装置において、圧縮，精製した原料空気を
低温蒸留で得られた低温戻りガス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低温蒸留して窒
素ガスと酸素富化液化空気とに分離する主蒸留塔と、前
記主蒸留塔で得られた酸素富化液化空気の一部を減圧・
気化した後に上昇ガスとして導入するとともに、前記主
蒸留塔で得られた酸素富化液化空気の残部を還流液とし
て導入し、低温蒸留して酸素富化液と窒素富化ガスとに
分離する補助蒸留塔と、前記窒素ガスと前記酸素富化液
化空気及び前記酸素富化液とを熱交換させ、窒素ガスを
液化して前記主蒸留塔の還流液を生成するとともに、酸
素富化液化空気及び酸素富化液を気化するコンデンサー
・リボイラーと、該コンデンサー・リボイラーで酸素富
化液を気化して生成した酸素富化ガスを膨張させて寒冷
を発生する寒冷タービン及び動力を発生する駆動タービ
ンと、前記窒素富化ガスを圧縮する循環圧縮機とを備え
たことを特徴としている。
【００１６】さらに、本発明の窒素製造装置は、前記主
蒸留塔及び前記補助蒸留塔の少なくとも一つが充填式蒸
留塔であること、前記コンデンサー・リボイラーが、ド
ライタイプであること、前記コンデンサー・リボイラー
が、前記酸素富化液化空気を気化させるものと、前記酸
素富化液を気化させるものとに分割して別々に構成され
ていることを特徴としている。また、前記循環圧縮機が
低温仕様のものであり、前記寒冷タービン又は駆動ター
ビンと同軸上に連結して構成されていることを特徴とし
ている。
蒸留塔及び前記補助蒸留塔の少なくとも一つが充填式蒸
留塔であること、前記コンデンサー・リボイラーが、ド
ライタイプであること、前記コンデンサー・リボイラー
が、前記酸素富化液化空気を気化させるものと、前記酸
素富化液を気化させるものとに分割して別々に構成され
ていることを特徴としている。また、前記循環圧縮機が
低温仕様のものであり、前記寒冷タービン又は駆動ター
ビンと同軸上に連結して構成されていることを特徴とし
ている。
【００１７】加えて、本発明の窒素製造装置は、圧縮，
精製した原料空気を前記主熱交換器を経て前記主蒸留塔
に導く原料空気導入経路と、前記主蒸留塔の下部から減
圧弁及び前記コンデンサー・リボイラーを経て前記補助
蒸留塔の下部に接続された上昇ガス生成経路と、前記主
蒸留塔の下部から減圧弁を経て前記補助蒸留塔の上部に
接続された還流液導入経路と、前記補助蒸留塔の下部か
ら減圧弁を経て前記コンデンサー・リボイラーを通り、
前記主熱交換器を経て前記寒冷タービン及び前記駆動タ
ービンに接続された酸素富化ガス導出経路と、前記寒冷
タービン及び前記駆動タービンから熱交換器を経て導出
する寒冷回収経路と、前記補助蒸留塔の上部から前記循
環圧縮機を通り、前記主熱交換器を経て前記主蒸留塔の
下部に接続された窒素富化ガス循環導入経路とを備えて
いることを特徴とし、前記窒素富化ガス循環導入経路が
前記原料空気導入経路に合流して前記主蒸留塔の下部に
接続されていることを特徴としている。
精製した原料空気を前記主熱交換器を経て前記主蒸留塔
に導く原料空気導入経路と、前記主蒸留塔の下部から減
圧弁及び前記コンデンサー・リボイラーを経て前記補助
蒸留塔の下部に接続された上昇ガス生成経路と、前記主
蒸留塔の下部から減圧弁を経て前記補助蒸留塔の上部に
接続された還流液導入経路と、前記補助蒸留塔の下部か
ら減圧弁を経て前記コンデンサー・リボイラーを通り、
前記主熱交換器を経て前記寒冷タービン及び前記駆動タ
ービンに接続された酸素富化ガス導出経路と、前記寒冷
タービン及び前記駆動タービンから熱交換器を経て導出
する寒冷回収経路と、前記補助蒸留塔の上部から前記循
環圧縮機を通り、前記主熱交換器を経て前記主蒸留塔の
下部に接続された窒素富化ガス循環導入経路とを備えて
いることを特徴とし、前記窒素富化ガス循環導入経路が
前記原料空気導入経路に合流して前記主蒸留塔の下部に
接続されていることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一形態例を示す系
統図である。以下、この窒素製造装置により窒素を製造
するプロセスに基づいて本発明をさらに詳細に説明す
る。
統図である。以下、この窒素製造装置により窒素を製造
するプロセスに基づいて本発明をさらに詳細に説明す
る。
【００１９】まず、５６９２Ｎｍ３／ｈの原料空気は、
経路６１を通り、原料空気圧縮機５１で７．７ｋｇ／ｃ
ｍ２ａｂｓ．に圧縮され、アフタークーラー５１ａで４
０℃に冷却された後、前処理設備５２で二酸化炭素及び
水分等の不純物が吸着・除去されて精製される。この精
製原料空気は、経路６２を通り、主熱交換器５３で露点
温度付近まで冷却された後、原料空気導入経路を構成す
る経路６３を通って主蒸留塔５４の下部に導入される。
経路６１を通り、原料空気圧縮機５１で７．７ｋｇ／ｃ
ｍ２ａｂｓ．に圧縮され、アフタークーラー５１ａで４
０℃に冷却された後、前処理設備５２で二酸化炭素及び
水分等の不純物が吸着・除去されて精製される。この精
製原料空気は、経路６２を通り、主熱交換器５３で露点
温度付近まで冷却された後、原料空気導入経路を構成す
る経路６３を通って主蒸留塔５４の下部に導入される。
【００２０】主蒸留塔５４では、塔内を上昇するガスと
頂部のリボイラー／コンデンサー５５で凝縮して塔内を
下降する液との気液接触によって蒸留が行われ、頂部か
ら窒素ガス、底部から酸素濃度３６％の酸素富化液化空
気が抜き出される。
頂部のリボイラー／コンデンサー５５で凝縮して塔内を
下降する液との気液接触によって蒸留が行われ、頂部か
ら窒素ガス、底部から酸素濃度３６％の酸素富化液化空
気が抜き出される。
【００２１】塔頂部の経路６４に抜き出された窒素ガス
のうち、３０００Ｎｍ３／ｈが経路６６に分岐し、過冷
器５６，経路６７，主熱交換器５３を通って昇温され
る。この窒素ガスは、経路６８を通り，７．３ｋｇ／ｃ
ｍ２ａｂｓ．、３６℃で抜き出され、酸素濃度０．１ｐ
ｐｂ以下の製品窒素ガスＧＮとして回収される。
のうち、３０００Ｎｍ３／ｈが経路６６に分岐し、過冷
器５６，経路６７，主熱交換器５３を通って昇温され
る。この窒素ガスは、経路６８を通り，７．３ｋｇ／ｃ
ｍ２ａｂｓ．、３６℃で抜き出され、酸素濃度０．１ｐ
ｐｂ以下の製品窒素ガスＧＮとして回収される。
【００２２】経路６４の残りの窒素ガスは、リボイラー
／コンデンサー５５に導入され、主蒸留塔５４から抜き
出された酸素富化液化空気及び後述の補助蒸留塔５７か
ら抜き出された酸素富化液と熱交換することによって凝
縮液化し、経路６５から主蒸留塔５４の頂部に還流液と
して戻される。
／コンデンサー５５に導入され、主蒸留塔５４から抜き
出された酸素富化液化空気及び後述の補助蒸留塔５７か
ら抜き出された酸素富化液と熱交換することによって凝
縮液化し、経路６５から主蒸留塔５４の頂部に還流液と
して戻される。
【００２３】主蒸留塔５４の底部から抜き出された３８
４４Ｎｍ３／ｈの酸素富化液化空気は、経路６９を通っ
て過冷器５６で冷却された後、経路７０から２つの経路
に分岐する。上昇ガス生成経路を構成する経路７１に分
岐した９１５Ｎｍ３／ｈの酸素富化液化空気は、リボイ
ラー／コンデンサー５５を通る窒素ガスと適当な温度差
が得られるような圧力（３．６ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．）
に減圧弁７１ａで減圧された後、経路７２を通ってリボ
イラー／コンデンサー５５に導入されて気化する。この
ガスは、上昇ガス生成経路を構成する経路７３を通り、
補助蒸留塔５７の下部に上昇ガスとして導入される。一
方、前記過冷器５６を導出後に還流液導入経路を構成す
る経路７４に分岐した２９２９Ｎｍ３／ｈの酸素富化液
化空気は、減圧弁７４ａで補助蒸留塔５７の圧力に減圧
され、経路７５から補助蒸留塔５７の塔頂部に還流液と
して供給される。
４４Ｎｍ３／ｈの酸素富化液化空気は、経路６９を通っ
て過冷器５６で冷却された後、経路７０から２つの経路
に分岐する。上昇ガス生成経路を構成する経路７１に分
岐した９１５Ｎｍ３／ｈの酸素富化液化空気は、リボイ
ラー／コンデンサー５５を通る窒素ガスと適当な温度差
が得られるような圧力（３．６ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．）
に減圧弁７１ａで減圧された後、経路７２を通ってリボ
イラー／コンデンサー５５に導入されて気化する。この
ガスは、上昇ガス生成経路を構成する経路７３を通り、
補助蒸留塔５７の下部に上昇ガスとして導入される。一
方、前記過冷器５６を導出後に還流液導入経路を構成す
る経路７４に分岐した２９２９Ｎｍ３／ｈの酸素富化液
化空気は、減圧弁７４ａで補助蒸留塔５７の圧力に減圧
され、経路７５から補助蒸留塔５７の塔頂部に還流液と
して供給される。
【００２４】補助蒸留塔５７では、上記上昇ガス及び還
流液による蒸留が行われ、塔頂部からは、１１５２Ｎｍ
３／ｈの空気に近い組成の窒素富化ガスが窒素富化ガス
循環導入経路を構成する経路７６に循環流体として抜き
出され、塔底からは酸素を４４％含む酸素富化液が抜き
出される。補助蒸留塔５７の塔底から抜き出された２６
９２Ｎｍ３／ｈの酸素富化液は、経路８０を通り、リボ
イラー／コンデンサー５５を通る窒素ガスと適当な温度
差が得られる圧力（３．３ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．）に減
圧弁８０ａで減圧された後、経路８１を通ってリボイラ
ー／コンデンサー５５に導入され、気化して酸素富化ガ
スとなる。
流液による蒸留が行われ、塔頂部からは、１１５２Ｎｍ
３／ｈの空気に近い組成の窒素富化ガスが窒素富化ガス
循環導入経路を構成する経路７６に循環流体として抜き
出され、塔底からは酸素を４４％含む酸素富化液が抜き
出される。補助蒸留塔５７の塔底から抜き出された２６
９２Ｎｍ３／ｈの酸素富化液は、経路８０を通り、リボ
イラー／コンデンサー５５を通る窒素ガスと適当な温度
差が得られる圧力（３．３ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．）に減
圧弁８０ａで減圧された後、経路８１を通ってリボイラ
ー／コンデンサー５５に導入され、気化して酸素富化ガ
スとなる。
【００２５】この酸素富化ガスは、酸素富化ガス導出経
路を構成する経路８２を通り、過冷器５６で昇温した
後、経路８３を通って主熱交換器５３で−１４３℃に昇
温した時点で経路８４に流出し、ここで２つの経路に分
岐する。一方の経路８５を通る１００８Ｎｍ３／ｈの酸
素富化ガスは、プロセスに寒冷を供給するため、寒冷タ
ービン５８で１．３ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧されて
経路８６に導出される。一方、経路８７に分岐した残部
の酸素富化ガスは、後述する循環圧縮機６０と連結した
駆動タービン５９で１．３ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧
され、動力を発生して経路８８に導出される。経路８６
及び経路８８の酸素富化ガスは、寒冷回収経路を構成す
る経路８９に合流し、主熱交換器５３で原料空気と熱交
換することにより寒冷が回収されて３６℃に昇温し、経
路９０を通って廃ガスＷＧとして抜き出され、その一部
が前処理設備５３の再生に利用される。
路を構成する経路８２を通り、過冷器５６で昇温した
後、経路８３を通って主熱交換器５３で−１４３℃に昇
温した時点で経路８４に流出し、ここで２つの経路に分
岐する。一方の経路８５を通る１００８Ｎｍ３／ｈの酸
素富化ガスは、プロセスに寒冷を供給するため、寒冷タ
ービン５８で１．３ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧されて
経路８６に導出される。一方、経路８７に分岐した残部
の酸素富化ガスは、後述する循環圧縮機６０と連結した
駆動タービン５９で１．３ｋｇ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧
され、動力を発生して経路８８に導出される。経路８６
及び経路８８の酸素富化ガスは、寒冷回収経路を構成す
る経路８９に合流し、主熱交換器５３で原料空気と熱交
換することにより寒冷が回収されて３６℃に昇温し、経
路９０を通って廃ガスＷＧとして抜き出され、その一部
が前処理設備５３の再生に利用される。
【００２６】前記寒冷タービン５８及び駆動タービン５
９の導入側の酸素富化ガス導出経路を構成する経路８３
と、寒冷タービン５８及び駆動タービン５９の導出側の
寒冷回収経路を構成する経路８９とを接続する経路９１
及び弁９１ａは、両タービン５８，５９に導入する酸素
富化ガスの全部又は一部を両タービン５８，５９をバイ
パスして流すもので、両タービン５８，５９の少なくと
も１つが停止したときや，必要により両タービン５８，
５９の少なくとも１つの流量を調節するときに使用され
る。
９の導入側の酸素富化ガス導出経路を構成する経路８３
と、寒冷タービン５８及び駆動タービン５９の導出側の
寒冷回収経路を構成する経路８９とを接続する経路９１
及び弁９１ａは、両タービン５８，５９に導入する酸素
富化ガスの全部又は一部を両タービン５８，５９をバイ
パスして流すもので、両タービン５８，５９の少なくと
も１つが停止したときや，必要により両タービン５８，
５９の少なくとも１つの流量を調節するときに使用され
る。
【００２７】補助蒸留塔５７の頂部から窒素富化ガス循
環導入経路を構成する経路７６に抜き出された循環流体
としての窒素富化ガスは、過冷器５６で昇温して経路７
７を通り、循環圧縮機６０で圧縮される。圧縮された窒
素富化ガスは、窒素富化ガス循環導入経路を構成する経
路７８を通り、主熱交換器５３で冷却された後、経路７
９を通って主蒸留塔５４の下部に循環導入される。
環導入経路を構成する経路７６に抜き出された循環流体
としての窒素富化ガスは、過冷器５６で昇温して経路７
７を通り、循環圧縮機６０で圧縮される。圧縮された窒
素富化ガスは、窒素富化ガス循環導入経路を構成する経
路７８を通り、主熱交換器５３で冷却された後、経路７
９を通って主蒸留塔５４の下部に循環導入される。
【００２８】低温圧縮機６０は、前述した駆動タービン
５９と同軸上に接続されており、駆動タービン５９によ
って発生した動力を利用して駆動されている。
５９と同軸上に接続されており、駆動タービン５９によ
って発生した動力を利用して駆動されている。
【００２９】このように、本形態例によれば、前記図２
に示した従来プロセスに比べて酸素含有量の少ない窒素
富化ガスを主蒸留塔５４に循環導入するから、主蒸留塔
５４から経路６９に抜き出す酸素富化液化空気中の酸素
含有量も少なくなる。したがって、リボイラー／コンデ
ンサー５５で酸素富化液化空気を気化させるとき、酸素
含有量が少ない分、気化圧力を約０．３ｋｇ／ｃｍ２高
くすることができる。これにより、酸素富化ガス導出経
路を構成する経路８２を通る酸素富化ガスの圧力よりも
循環流体の圧力を高くすることができ、低温圧縮機６０
に導入する窒素富化ガスの吸入圧力も高くできるため、
循環圧縮機６０の圧縮比が小さくとれ、主蒸留塔５４に
循環導入する循環流体の流量を増加させることができ、
窒素の製造原単位を低減することができる。
に示した従来プロセスに比べて酸素含有量の少ない窒素
富化ガスを主蒸留塔５４に循環導入するから、主蒸留塔
５４から経路６９に抜き出す酸素富化液化空気中の酸素
含有量も少なくなる。したがって、リボイラー／コンデ
ンサー５５で酸素富化液化空気を気化させるとき、酸素
含有量が少ない分、気化圧力を約０．３ｋｇ／ｃｍ２高
くすることができる。これにより、酸素富化ガス導出経
路を構成する経路８２を通る酸素富化ガスの圧力よりも
循環流体の圧力を高くすることができ、低温圧縮機６０
に導入する窒素富化ガスの吸入圧力も高くできるため、
循環圧縮機６０の圧縮比が小さくとれ、主蒸留塔５４に
循環導入する循環流体の流量を増加させることができ、
窒素の製造原単位を低減することができる。
【００３０】すなわち、循環圧縮機６０の入口圧力は、
これに導入する流体のリボイラー／コンデンサー５５に
おける気化圧力に依存する。この圧力は、リボイラー／
コンデンサー５５を通る窒素ガスとの温度差が適当にな
るように決定され、この流体の組成に依存する。つま
り、主蒸留塔５４の底部から抜き出した酸素富化液化空
気は、補助蒸留塔５７の底部から抜き出した酸素富化液
と比較して酸素濃度が低いため、リボイラー／コンデン
サー５５で気化させる際の圧力を高くすることができ
る。さらに、この気化ガスは、補助蒸留塔５７に導入さ
れるため、補助蒸留塔５７の頂部から抜き出す循環流体
の圧力を高くすることができる。しかも、循環圧縮機６
０は、駆動タービン５９によって駆動されているので、
入口圧力が高くなれば吸入量が増加する。これは、循環
量の増加につながり、主蒸留塔５４における上昇ガス量
及び下降液量が増加し、結果として製品窒素の回収率が
増加し、窒素の製造原単位を低減することができる。
これに導入する流体のリボイラー／コンデンサー５５に
おける気化圧力に依存する。この圧力は、リボイラー／
コンデンサー５５を通る窒素ガスとの温度差が適当にな
るように決定され、この流体の組成に依存する。つま
り、主蒸留塔５４の底部から抜き出した酸素富化液化空
気は、補助蒸留塔５７の底部から抜き出した酸素富化液
と比較して酸素濃度が低いため、リボイラー／コンデン
サー５５で気化させる際の圧力を高くすることができ
る。さらに、この気化ガスは、補助蒸留塔５７に導入さ
れるため、補助蒸留塔５７の頂部から抜き出す循環流体
の圧力を高くすることができる。しかも、循環圧縮機６
０は、駆動タービン５９によって駆動されているので、
入口圧力が高くなれば吸入量が増加する。これは、循環
量の増加につながり、主蒸留塔５４における上昇ガス量
及び下降液量が増加し、結果として製品窒素の回収率が
増加し、窒素の製造原単位を低減することができる。
【００３１】本形態例におけるコンデンサー・リボイラ
ー５５には、液浸漬型ではなく、ドライタイプを使用し
ている。本形態例のように、冷流体が２流体ある場合に
浸漬型のコンデンサー・リボイラーを使用すると、冷流
体の液中にコンデンサー・リボイラーを浸す必要がある
ため、２つのコンデンサー・リボイラーを設置すること
が必須となる。しかし、ドライタイプの場合には、液中
に浸す必要がないため、冷流体の流路を２流路に構成す
ることによって、容易に一体化ができる。但し、コンデ
ンサー・リボイラー５５は、主蒸留塔５４からの酸素富
化液化空気を気化させるものと、補助蒸留塔５７からの
酸素富化液を気化させるものと、別々に構成してもよ
い。さらに、液浸漬型の場合は、気化側の液体が液ヘッ
ドにより過冷却となり、この分、気化圧力を低くしなけ
ればならないが、ドライタイプの場合は、このようなこ
とがないので、気化圧力を高めることができる。さらに
また、液浸漬型に比べて保有液量が少ないので、装置の
起動時間を短縮する効果もある。
ー５５には、液浸漬型ではなく、ドライタイプを使用し
ている。本形態例のように、冷流体が２流体ある場合に
浸漬型のコンデンサー・リボイラーを使用すると、冷流
体の液中にコンデンサー・リボイラーを浸す必要がある
ため、２つのコンデンサー・リボイラーを設置すること
が必須となる。しかし、ドライタイプの場合には、液中
に浸す必要がないため、冷流体の流路を２流路に構成す
ることによって、容易に一体化ができる。但し、コンデ
ンサー・リボイラー５５は、主蒸留塔５４からの酸素富
化液化空気を気化させるものと、補助蒸留塔５７からの
酸素富化液を気化させるものと、別々に構成してもよ
い。さらに、液浸漬型の場合は、気化側の液体が液ヘッ
ドにより過冷却となり、この分、気化圧力を低くしなけ
ればならないが、ドライタイプの場合は、このようなこ
とがないので、気化圧力を高めることができる。さらに
また、液浸漬型に比べて保有液量が少ないので、装置の
起動時間を短縮する効果もある。
【００３２】また、本形態例では、補助蒸留塔５７にお
ける蒸留により、その塔頂から抜き出す窒素富化ガス中
の窒素濃度を空気中の窒素濃度より高くできるため、こ
れを圧縮して主蒸留塔５４に循環導入するに際し、この
循環流体と同じ組成の塔内上昇ガスの精留段の位置、す
なわち、原料空気の供給段より少なくとも１平衡段上
に、好ましくは４平衡段上に供給することが望ましい
が、循環圧縮機６０から経路７８に導出する循環流体
を、主熱交換器５３の原料空気導入通路の原料空気と合
流させるようにしてもよい。これにより、循環流体の流
路や主熱交換器５３の流路を減らすことができるため、
設備費を削減することができる。
ける蒸留により、その塔頂から抜き出す窒素富化ガス中
の窒素濃度を空気中の窒素濃度より高くできるため、こ
れを圧縮して主蒸留塔５４に循環導入するに際し、この
循環流体と同じ組成の塔内上昇ガスの精留段の位置、す
なわち、原料空気の供給段より少なくとも１平衡段上
に、好ましくは４平衡段上に供給することが望ましい
が、循環圧縮機６０から経路７８に導出する循環流体
を、主熱交換器５３の原料空気導入通路の原料空気と合
流させるようにしてもよい。これにより、循環流体の流
路や主熱交換器５３の流路を減らすことができるため、
設備費を削減することができる。
【００３３】また、主蒸留塔５４から抜き出す酸素富化
液化空気を減圧する前に、過冷器５６において、主蒸留
塔５４からの窒素ガス，補助蒸留塔５７からの窒素富化
ガス及びコンデンサー・リボイラー５５からの酸素富化
ガスで過冷却することにより、コンデンサー・リボイラ
ー５５での冷却源としての温度を低めることができると
ともに、経路７５から補助蒸留塔５７に導入する還流液
の減圧によるフラッシュロスを低減でき、補助蒸留塔５
７における精留効率を高めることができる。
液化空気を減圧する前に、過冷器５６において、主蒸留
塔５４からの窒素ガス，補助蒸留塔５７からの窒素富化
ガス及びコンデンサー・リボイラー５５からの酸素富化
ガスで過冷却することにより、コンデンサー・リボイラ
ー５５での冷却源としての温度を低めることができると
ともに、経路７５から補助蒸留塔５７に導入する還流液
の減圧によるフラッシュロスを低減でき、補助蒸留塔５
７における精留効率を高めることができる。
【００３４】さらに、循環圧縮機６０での循環ガスの圧
縮は、本形態例で示したように、低温蒸留温度で行って
もよいし、主熱交換器５３で適当な温度まで昇温した後
に圧縮することもでき、設計条件により、蒸留低温レベ
ルから常温までの間の温度を任意に選択することができ
る。
縮は、本形態例で示したように、低温蒸留温度で行って
もよいし、主熱交換器５３で適当な温度まで昇温した後
に圧縮することもでき、設計条件により、蒸留低温レベ
ルから常温までの間の温度を任意に選択することができ
る。
【００３５】また、主蒸留塔５４と補助蒸留塔５７の少
なくとも１つに充填物を使用することにより、蒸留塔の
圧力損失を少なくすることができるので、さらに窒素製
造原単位を低下させることができる。
なくとも１つに充填物を使用することにより、蒸留塔の
圧力損失を少なくすることができるので、さらに窒素製
造原単位を低下させることができる。
【００３６】本形態例によれば、窒素回収率を約５３
％、窒素動力原単位（製品窒素流量に対する全動力の
比）を０．２４７ｋＷｈ／Ｎｍ３にできる。同条件で計
算を行った前記図２の従来プロセスと比較し、動力原単
位を０．０２ｋＷｈ／Ｎｍ３減少することが可能とな
る。
％、窒素動力原単位（製品窒素流量に対する全動力の
比）を０．２４７ｋＷｈ／Ｎｍ３にできる。同条件で計
算を行った前記図２の従来プロセスと比較し、動力原単
位を０．０２ｋＷｈ／Ｎｍ３減少することが可能とな
る。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
補助蒸留塔での蒸留によって循環ガスの窒素濃度を上げ
ることができるとともに、各気液の組成の改善によって
主蒸留塔に循環させるガスを増量できるので、動力の増
加を極力抑えながら窒素回収率を向上させて窒素の製造
原単位を低減することができる。
補助蒸留塔での蒸留によって循環ガスの窒素濃度を上げ
ることができるとともに、各気液の組成の改善によって
主蒸留塔に循環させるガスを増量できるので、動力の増
加を極力抑えながら窒素回収率を向上させて窒素の製造
原単位を低減することができる。
【図１】 本発明の一形態例を示す窒素製造装置の系統
図である。
図である。
【図２】 従来プロセスの一例を示す系統図である。
５１…原料空気圧縮機、５２…前処理設備、５３…主熱
交換器、５４…主蒸留塔、５５…リボイラー／コンデン
サー、５６…過冷器、５７…補助蒸留塔、５８…寒冷タ
ービン、５９…駆動タービン、６０…循環圧縮機
交換器、５４…主蒸留塔、５５…リボイラー／コンデン
サー、５６…過冷器、５７…補助蒸留塔、５８…寒冷タ
ービン、５９…駆動タービン、６０…循環圧縮機
Claims (13)
- 【請求項１】 圧縮，精製，冷却した原料空気を主蒸留
塔に導入して低温蒸留し、酸素富化液化空気と窒素ガス
とに分離して分離した窒素ガスを製品として採取する窒
素製造方法において、前記酸素富化液化空気の一部を減
圧後に前記窒素ガスと熱交換させて気化し、補助蒸留塔
に導入するとともに、前記酸素富化液化空気の残部を減
圧して前記補助蒸留塔に導入し、該補助蒸留塔での蒸留
により酸素富化液と窒素富化ガスとに分離し、前記酸素
富化液を減圧後に前記窒素ガスと熱交換させて気化する
ことにより酸素富化ガスを生成し、生成した酸素富化ガ
スを膨張させるとともに、前記窒素富化ガスを圧縮して
前記主蒸留塔に循環導入することを特徴とする窒素製造
方法。 - 【請求項２】 前記圧縮した窒素富化ガスを、前記主蒸
留塔に導入する原料空気の導入位置より少なくとも１理
論段上から主蒸留塔に導入することを特徴とする請求項
１記載の窒素製造方法。 - 【請求項３】 前記圧縮した窒素富化ガスを、前記主蒸
留塔に導入する前の原料空気に混合することを特徴とす
る請求項１記載の窒素製造方法。 - 【請求項４】 前記窒素富化ガスを圧縮する前の温度
が、蒸留温度レベルから常温までの範囲であることを特
徴とする請求項１記載の窒素製造方法。 - 【請求項５】 前記主蒸留塔から導出して減圧する前の
酸素富化液化空気を、前記窒素ガス及び前記窒素富化ガ
ス及び前記酸素富化ガスのいずれか少なくとも一つで冷
却することを特徴とする請求項１記載の窒素製造方法。 - 【請求項６】 原料空気を圧縮，精製、冷却して低温蒸
留することにより窒素を採取する窒素製造装置におい
て、圧縮，精製した原料空気を低温蒸留で得られた低温
戻りガスとの熱交換により冷却する主熱交換器と、冷却
した原料空気を低温蒸留して窒素ガスと酸素富化液化空
気とに分離する主蒸留塔と、前記主蒸留塔で得られた酸
素富化液化空気の一部を減圧・気化した後に上昇ガスと
して導入するとともに、前記主蒸留塔で得られた酸素富
化液化空気の残部を還流液として導入し、低温蒸留して
酸素富化液と窒素富化ガスとに分離する補助蒸留塔と、
前記窒素ガスと前記酸素富化液化空気及び前記酸素富化
液とを熱交換させ、窒素ガスを液化して前記主蒸留塔の
還流液を生成するとともに、酸素富化液化空気及び酸素
富化液を気化するコンデンサー・リボイラーと、該コン
デンサー・リボイラーで酸素富化液を気化して生成した
酸素富化ガスを膨張させて寒冷を発生する寒冷タービン
及び動力を発生する駆動タービンと、前記窒素富化ガス
を圧縮する循環圧縮機とを備えたことを特徴とする窒素
製造装置。 - 【請求項７】 前記主蒸留塔及び前記補助蒸留塔の少な
くとも一つが充填式蒸留塔であることを特徴とする請求
項６記載の窒素製造装置。 - 【請求項８】 前記コンデンサー・リボイラーが、ドラ
イタイプであることを特徴とする請求項６記載の窒素製
造装置。 - 【請求項９】 前記コンデンサー・リボイラーが、前記
酸素富化液化空気を気化させるものと、前記酸素富化液
を気化させるものとに分割して別々に構成されているこ
とを特徴とする請求項６記載の窒素製造装置。 - 【請求項１０】 前記循環圧縮機が、低温仕様のもので
あることを特徴とする請求項６記載の窒素製造装置。 - 【請求項１１】 前記循環圧縮機が、前記寒冷タービン
又は駆動タービンと同軸上に連結して構成されているこ
とを特徴とする請求項６記載の窒素製造装置。 - 【請求項１２】 圧縮，精製した原料空気を前記主熱交
換器を経て前記主蒸留塔に導く原料空気導入経路と、前
記主蒸留塔の下部から減圧弁及び前記コンデンサー・リ
ボイラーを経て前記補助蒸留塔の下部に接続された上昇
ガス生成経路と、前記主蒸留塔の下部から減圧弁を経て
前記補助蒸留塔の上部に接続された還流液導入経路と、
前記補助蒸留塔の下部から減圧弁を経て前記コンデンサ
ー・リボイラーを通り、前記主熱交換器を経て前記寒冷
タービン及び前記駆動タービンに接続された酸素富化ガ
ス導出経路と、前記寒冷タービン及び前記駆動タービン
から熱交換器を経て導出する寒冷回収経路と、前記補助
蒸留塔の上部から前記循環圧縮機を通り、前記主熱交換
器を経て前記主蒸留塔の下部に接続された窒素富化ガス
循環導入経路とを備えていることを特徴とする請求項６
記載の窒素製造装置。 - 【請求項１３】 前記窒素富化ガス循環導入経路が、前
記原料空気導入経路に合流して前記主蒸留塔の下部に接
続されていることを特徴とする請求項１２記載の窒素製
造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17598598A JP4150107B2 (ja) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | 窒素製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17598598A JP4150107B2 (ja) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | 窒素製造方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000018813A true JP2000018813A (ja) | 2000-01-18 |
| JP4150107B2 JP4150107B2 (ja) | 2008-09-17 |
Family
ID=16005693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17598598A Expired - Fee Related JP4150107B2 (ja) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | 窒素製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4150107B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008112556A3 (en) * | 2007-03-09 | 2008-12-24 | Praxair Technology Inc | Nitrogen production method and apparatus |
| CN105222525A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-06 | 西亚特工业气体科技（杭州）有限公司 | 富氧空气产品的制备装置及方法 |
| WO2020083525A1 (de) * | 2018-10-23 | 2020-04-30 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft |
| CN115451610A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-12-09 | 安徽正刚新能源科技有限公司 | 一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统 |
-
1998
- 1998-06-23 JP JP17598598A patent/JP4150107B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008112556A3 (en) * | 2007-03-09 | 2008-12-24 | Praxair Technology Inc | Nitrogen production method and apparatus |
| CN101285640B (zh) * | 2007-03-09 | 2012-07-11 | 普莱克斯技术有限公司 | 氮气生产方法及装置 |
| CN105222525A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-06 | 西亚特工业气体科技（杭州）有限公司 | 富氧空气产品的制备装置及方法 |
| WO2020083525A1 (de) * | 2018-10-23 | 2020-04-30 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft |
| CN115451610A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-12-09 | 安徽正刚新能源科技有限公司 | 一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统 |
| CN115451610B (zh) * | 2022-09-07 | 2024-02-27 | 安徽正刚新能源科技有限公司 | 一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4150107B2 (ja) | 2008-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102258570B1 (ko) | 질소 생성 극저온 공기 분리 유닛으로부터의 아르곤 및 산소의 향상된 회수율을 위한 시스템 및 방법 | |
| JP2989516B2 (ja) | 昇圧窒素を製造するための極低温精留方法及びその装置 | |
| KR102258573B1 (ko) | 질소 생성 극저온 공기 분리 유닛으로부터의 아르곤 및 산소의 향상된 회수율을 위한 시스템 및 방법 | |
| JPH07174461A (ja) | 空気を分離してガス状酸素生成物を供給圧力にて製造する方法 | |
| US5170630A (en) | Process and apparatus for producing nitrogen of ultra-high purity | |
| JPH0447234B2 (ja) | ||
| KR20200138388A (ko) | 질소 생성 극저온 공기 분리 유닛으로부터의 아르곤 및 산소의 향상된 회수율을 위한 시스템 및 방법 | |
| JPH06207775A (ja) | 一酸化炭素のない窒素を製造するための低温空気分離方法 | |
| JPH05231765A (ja) | 空気分離 | |
| JPH03186183A (ja) | 窒素の製造方法 | |
| JPH06257939A (ja) | 空気の低温蒸留方法 | |
| JP2000329456A (ja) | 空気分離方法及び装置 | |
| JP4150107B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
| JP4230213B2 (ja) | 空気液化分離装置及び方法 | |
| JP4520667B2 (ja) | 空気分離方法および装置 | |
| JP3748677B2 (ja) | 低純度酸素の製造方法及び装置 | |
| JP4401999B2 (ja) | 空気分離方法および空気分離装置 | |
| JP4230094B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
| JP4520668B2 (ja) | 空気分離方法および装置 | |
| JP4577977B2 (ja) | 空気液化分離方法及び装置 | |
| JP4447501B2 (ja) | 空気液化分離方法及び装置 | |
| JP2000130928A (ja) | 酸素製造方法及び装置 | |
| JP2992750B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
| JP2000258054A (ja) | 低純度酸素の製造方法及び装置 | |
| JP6159242B2 (ja) | 空気分離方法及び装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050615 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071211 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071218 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080218 |
|
| 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: 20080603 |
|
| 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: 20080627 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |