JP4577977B2 - Air liquefaction separation method and apparatus - Google Patents
Air liquefaction separation method and apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP4577977B2 JP4577977B2 JP2000346409A JP2000346409A JP4577977B2 JP 4577977 B2 JP4577977 B2 JP 4577977B2 JP 2000346409 A JP2000346409 A JP 2000346409A JP 2000346409 A JP2000346409 A JP 2000346409A JP 4577977 B2 JP4577977 B2 JP 4577977B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- distillation
- passage
- argon
- liquefied
- 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
- F25J3/04642—Recovering noble gases from air
- F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
- F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
- F25J3/0466—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column or auxiliary column system in a single 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
- 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
- F25J3/04054—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 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
- 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
- F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
- F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of 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
- 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
- F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or 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
- 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
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, 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
- F25J3/04248—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
- 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
-
- 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
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
- F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
- F25J3/04963—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network and inter-connecting equipment within or downstream of the fractionation unit(s)
-
- 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
- F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
- F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
- F25J5/007—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger combined with mass exchange, i.e. in a so-called 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
- F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single 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
- F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
- F25J2230/24—Multiple compressors or compressor stages 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
- F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
- F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid 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
- 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")
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気液化分離方法及び装置に関し、詳しくは、熱交換型蒸留器を利用して空気を低温液化蒸留することにより、空気から窒素、アルゴン、酸素等を製品として採取する空気液化分離方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、空気を低温蒸留することによって窒素、アルゴン、酸素等を生産するには,一般に、高圧塔と低圧塔とからなる複式蒸留塔と、低圧塔にサイドカラムとして接続されるアルゴン塔との計3つの蒸留塔からなる空気液化分離装置が使用されている.しかし近年は、時代の要求により、動力消費量の低減とともに、装置の小型化がますます強く要求されており、その目的のために熱交換型蒸留器を利用した方法、装置が提案されている。
【0003】
例えば、特許第2833594号公報には、中純度酸素(85〜99%)の製造方法が開示されている。ここでは、二組の通路を有するプレートフィン熱交換器を熱交換型蒸留器として使用し、その一組の通路において原料空気ガスを蒸留し、該通路の上部に窒素に富む生成物を、下部に酸素に富む生成物を分離するとともに、他の一組の通路において、酸素に富んだ液を原料としてストリッピングを行い、上部に窒素に富む生成物を、下部に酸素をそれぞれ分離し、下部から製品として酸素を得るようにしている。
【0004】
また、特開平11−153383号公報には、熱交換型蒸留器を用いて動力消費量を最大限制限しつつ、小型化を図りながら高純度窒素ガスを製造する方法及び装置が開示されている。ここでは、三通路式の熱交換型蒸留器が用いられ,蒸留通路の下部では空気還流液がリボイルされ、上部では窒素に富むガスの分縮が行われ、これにより小型化が可能であることが示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような蒸留塔と熱交換型蒸留器との組合わせにおいて、その消費動力の低減及び装置の小型化は、未だ不十分であり、さらに、これまで熱交換型蒸留器を用いて製造される製品は、窒素と酸素とに限られており、窒素、酸素及びアルゴンを採取することが求められている。
【0006】
そこで本発明は、蒸留塔で分離した窒素ガスを熱交換型蒸留器の熱媒体として利用することにより、消費動力の削減及び装置の小型化を図りながら、製品として窒素や酸素だけでなくアルゴンも採取することができ、また、前記窒素ガスを循環使用することによって消費動力の更なる削減を図ることができる空気液化分離方法及び装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の空気液化分離方法は、圧縮、精製、冷却した原料空気を蒸留塔に導入し、該蒸留塔で低温蒸留することによって塔上部の窒素ガスと塔下部の窒素を含む粗液化酸素とに分離した後、蒸留塔から導出した前記粗液化酸素を熱交換型蒸留器の蒸留通路に下降液として導入するとともに、前記蒸留塔から導出した窒素ガスを昇温し、その一部を昇圧した後、再度冷却してから前記熱交換型蒸留器の凝縮通路に下降ガスとして導入し、前記蒸留通路内の流体との熱交換により凝縮させて液化窒素とし、該液化窒素を減圧してから前記蒸留塔の還流液とし、該窒素ガスと前記粗液化酸素とを熱交換させることにより前記液化酸素の一部を気化させて上昇ガスとし、該蒸留通路内で上昇ガスと下降液とを気液接触させることによって該蒸留通路の上部に酸素を含む窒素ガスを、該蒸留通路の下部に液化酸素をそれぞれ分離し、該液化酸素を製品酸素として採取することを特徴としている。
【0008】
さらに、本発明の空気液化分離方法は、圧縮、精製、冷却した原料空気を蒸留塔に導入し、該蒸留塔で低温蒸留することによって塔上部の窒素ガスと塔下部の窒素を含む粗液化酸素とに分離した後、蒸留塔から導出した前記粗液化酸素を熱交換型蒸留器の蒸留通路に下降液として導入するとともに、前記蒸留塔から導出した前記窒素ガスを前記熱交換型蒸留器の凝縮通路に下降ガスとして導入し、該窒素ガスと前記粗液化酸素とを熱交換させることにより前記液化酸素の一部を気化させて上昇ガスとし、該蒸留通路内で上昇ガスと下降液とを気液接触させることによって該蒸留通路の上部に酸素を含む窒素ガスを、該蒸留通路の下部に液化酸素をそれぞれ分離し、該液化酸素を製品酸素として採取し、蒸留塔から液状の粗液化アルゴンとして導出し、前記熱交換型蒸留器の蒸留通路に下降液として導入し、前記凝縮通路の窒素ガスとの熱交換により粗液化アルゴンの一部を気化させて上昇ガスとし、該蒸留通路内で上昇ガスと下降液とを気液接触させることによって該蒸留通路の上部にアルゴンを含む窒素ガスを、該蒸留通路の下部に液化アルゴンをそれぞれ分離し、該液化アルゴンを製品アルゴンとして採取するとともに、上部のアルゴンを含む窒素ガスを前記蒸留塔に再導入することを特徴としている。
【0009】
また、本発明方法においては、前記熱交換型蒸留器の凝縮通路に、前記窒素ガスに代えて冷却後の原料空気の一部を下降ガスとして導入することもできる。
【0010】
さらに、前記蒸留通路から導出した液化酸素を昇圧してから気化させることにより、高圧の製品酸素ガスを得ることができる。運転に必要な寒冷は、原料空気、分離ガスの少なくともいずれか一部を断熱膨張させることによって得ることができ、この断熱膨張で発生する膨張仕事を利用して前記原料空気を二次圧縮することもできる。
【0011】
加えて、前記蒸留塔から粗液化アルゴンを導出するのに代えてガス状の粗アルゴンガスとして導出し、該導出した粗アルゴンガスをアルゴン蒸留塔に導入して更に低温蒸留することにより窒素ガスと粗液化アルゴンとに分離し、分離した粗液化アルゴンを前記熱交換型蒸留器の蒸留通路に下降液として導入することもできる。
【0012】
また、本発明の空気液化分離装置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、圧縮された原料空気中に含まれる水分や二酸化炭素等の低温で固化する不純物を除去する精製器と、精製された原料空気を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空気を低温蒸留して窒素ガスと粗液化酸素とに分離する蒸留塔と、蒸留通路及び凝縮通路を有する熱交換型蒸留器とを備え、該熱交換型蒸留器は、前記蒸留塔で分離した前記粗液化酸素を前記蒸留通路に下降液として導入する経路と、該蒸留通路で前記凝縮通路を流れる流体との熱交換により気化して該蒸留通路の上部に上昇した酸素を含む窒素ガスを導出する経路と、該蒸留通路の下部に下降した液化酸素を製品酸素として導出する経路と、前記蒸留塔の上部から導出した窒素ガスの一部を前記主熱交換器に導入する経路と、該主熱交換器で加温された窒素ガスを導出して循環窒素圧縮機に導入する経路と、該循環窒素圧縮機で圧縮した圧縮窒素ガスを前記主熱交換器に導入する経路と、該主熱交換器で冷却された圧縮窒素ガスを導出して前記熱交換器型蒸留器の凝縮通路に下降ガスとして導入する経路と、該凝縮通路で前記蒸留通路を流れる酸素との熱交換により液化して該凝縮通路の下部に下降した液化窒素を導出して減圧後に前記蒸留塔の上部に還流液として導入する経路とを備えていることを特徴としている。
【0013】
さらに、本発明の空気液化分離装置は、前記蒸留塔で原料空気を低温蒸留する際に塔中部に生成する窒素を含む粗アルゴンを該蒸留塔から液状の粗液化アルゴンとして導出し、前記熱交換型蒸留器の蒸留通路の一部に下降液として導入する経路と、該蒸留通路で前記凝縮通路を流れる流体との熱交換により気化して該蒸留通路の上部に上昇したアルゴンを含む窒素ガスを導出する経路と、該蒸留通路の下部に下降した液化アルゴンを製品アルゴンとして採取する経路とを設けたことを特徴としている。
【0014】
また、粗液化アルゴンを前記蒸留通路に導入する手段として、粗アルゴンガスを低温蒸留して窒素ガスと粗液化アルゴンとに分離するアルゴン蒸留塔を設け、該アルゴン蒸留塔に、前記蒸留塔の塔中部に生成した粗アルゴンをガス状の粗アルゴンガスとして導出し、該アルゴン蒸留塔に導入する経路と、該アルゴン蒸留塔で分離した窒素ガスを導出する経路と、分離した粗液化アルゴンを前記蒸留通路に下降液として導入する経路とを採用することができる。
【0015】
さらに、前記蒸留通路の下部に気液分離器を設けたこと、前記蒸留塔から導出した粗液化酸素を前記熱交換型蒸留器の蒸留通路に供給する液化酸素供給ポンプを備えていること、前記熱交換型蒸留器の蒸留通路から導出した液化酸素を昇圧する液化酸素昇圧ポンプを備えていることを特徴としている。
【0016】
また、前記凝縮通路に、窒素に代えて、冷却後の原料空気の一部を前記凝縮通路に下降ガスとして導入する経路と、該凝縮通路で前記蒸留通路を流れる流体との熱交換により液化して該凝縮通路の下部に下降した液化空気を導出する経路とを設けることができる。
【0018】
また、前記主熱交換器の途中から前記昇圧窒素ガスの一部を分岐して膨張タービンに導入する経路と、該膨張タービンで断熱膨張して寒冷を発生した低温窒素ガスを前記主熱交換器に導入する経路とを備えていることを特徴とし、前記主熱交換器の途中から原料空気を導出する経路と、該経路に導出した原料空気を低温圧縮する二次空気圧縮機を設けるとともに、該二次空気圧縮機を、前記膨張タービンでの断熱膨張で発生する膨張仕事、あるいは、該二次空気圧縮機で低温圧縮された高圧原料空気を断熱膨張させる空気膨張タービンでの断熱膨張で発生する膨張仕事を利用して駆動することを特徴としている。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の空気液化分離装置の第1形態例を示す系統図、図2は本発明で使用する熱交換型蒸留器の一形態例を示す一部断面斜視図である。
【0020】
この空気液化分離装置は、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機1と、圧縮空気の圧縮熱を取り除く空気予冷器2と、圧縮された原料空気中に含まれる水分や二酸化炭素等の低温で固化する不純物を除去する精製器3と、精製され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4と、冷却された原料空気を低温蒸留する蒸留塔5と、酸素用の蒸留通路(酸素蒸留通路)61、アルゴン用の蒸留通路(アルゴン蒸留通路)62及び窒素用の凝縮通路(窒素凝縮通路)63を有する熱交換型蒸留器6と、窒素循環経路を形成する循環窒素圧縮機7と、寒冷を発生する膨張タービン8とを主要な構成機器としており、低温仕様の機器は、保冷槽9内に収納されている。
【0021】
前記熱交換型蒸留器6における酸素蒸留通路61及びアルゴン蒸留通路62は、窒素凝縮通路63に対してそれぞれ熱交換関係にあり、酸素蒸留通路61及びアルゴン蒸留通路62が被加温側、窒素凝縮通路63が被冷却側となっている。なお、図1においては、図の簡略化のために各通路61,62,63を1本の線で示しているが、実際の熱交換型蒸留器6は、図2に示すような形態となっている。
【0022】
図2に示す熱交換型蒸留器6は、プレートフィン式熱交換器10を熱交換型蒸留器6として使用したものであって、鉛直方向に設置した多数の仕切板11によって蒸留通路12と凝縮通路13とを交互に積層し、熱交換器上部には、蒸留通路12に粗液化酸素又は粗液化アルゴンを導入する蒸留通路液導入ヘッダー14及び蒸留通路12内で気化したガスを導出する蒸留通路ガス導出ヘッダー15を、熱交換器下部には、蒸留通路12内を下降した液(液化酸素、液化アルゴン)を導出する蒸留通路液導出ヘッダー16を、それぞれ蒸留通路12に連通するようにして設けるとともに、熱交換器側面上部には、凝縮通路13に窒素ガスを導入する凝縮通路ガス導入ヘッダー17を、下部には凝縮通路13で液化した液化窒素を導出する凝縮通路液導出ヘッダー18を、それぞれ凝縮通路13に連通するようにして設けている。また、蒸留通路12の上部には、各蒸留通路12内へ液を均等に流下させるための液ディストリビューター19が設けられ、酸素側とアルゴン側とは仕切板11と直交する壁板11aによって区切られている。さらに、これらの各ヘッダーには、後述の各経路を構成する配管がそれぞれ接続されている。
【0023】
以下、空気を深冷液化分離して窒素、酸素、アルゴンを得る手順を図1に基づいて説明する。まず、原料空気は、原料空気圧縮機1で所定の圧力に圧縮され、空気予冷器2で常温まで冷却された後、精製器3で原料空気中の水分や二酸化炭素等の不純物を吸着除去される。精製された原料空気は、経路21から保冷槽9内に流入し、主熱交換器4で後述の製品ガスや排ガスからなる低温流体と熱交換して所定温度に冷却される。さらに、原料空気は、経路22から過冷器23を通り、経路24を経て蒸留塔5の中下部に導入される。
【0024】
蒸留塔5に導入された原料空気は、塔内を下降する還流液との気液接触により低沸点成分である窒素分を富化しながら上昇し、塔上部に窒素ガスが分離する。この窒素ガスは、蒸留塔5の上部から経路25に導出され、過冷器23、経路26を経て主熱交換器4に導入され、昇温した後に経路27から窒素ガスGNとして採取される。
【0025】
一方、蒸留塔5内を流下する還流液は、塔内を上昇する上昇ガスとの気液接触により高沸点成分である酸素分を富化しながら流下し、塔下部に窒素分を含む粗液化酸素が分離する。この粗液化酸素は、蒸留塔5の下部から経路31に導出され、液化酸素供給ポンプ32で所定圧力に昇圧された後、経路33を経て熱交換型蒸留器6の酸素蒸留通路61に下降液として導入される。
【0026】
酸素蒸留通路61内を流下する粗液化酸素は、隣接する窒素凝縮通路63を流れる流体、即ち窒素ガスと熱交換を行って加温され、粗液化酸素の一部が気化して酸素蒸留通路61内を上昇する。このとき、粗液化酸素中の低沸点成分である窒素がより多く気化するので、酸素蒸留通路61内を上昇する過程で下降液と気液接触を行い、窒素分を富化しながら酸素蒸留通路61内を上昇して経路34から導出される。この酸素を少量含む窒素ガスは、蒸留塔5の下部に戻されて上昇ガスとなる。
【0027】
また、酸素蒸留通路61内で気化せずに下降する流下液は、高沸点成分である酸素を富化しながら流下し、酸素蒸留通路61の下部で液化酸素となる。この液化酸素は、経路35に抜出されて気液分離器36に導入され、気液分離された液化酸素が、経路37から主熱交換器4を通って気化、昇温した後、経路38から酸素ガスGOとして採取される。このとき、図1に破線で示すように、経路38に液化酸素昇圧ポンプ39を設け、該液化酸素昇圧ポンプ39で昇圧してから主熱交換器4で気化させることにより、経路38から高圧の製品酸素ガスを得ることができる。
【0028】
また、熱交換型蒸留器6の窒素凝縮通路63に導入される窒素ガスは、前記蒸留塔5の上部から経路25に抜出した窒素ガスの一部を経路41に分岐し、この窒素ガスを循環使用するようにしている。すなわち、経路41に分岐した窒素ガスは、主熱交換器4で加温されて常温になり、経路42を通って保冷槽9から導出され、前記循環窒素圧縮機7で所定圧力に圧縮される。この圧縮窒素ガスは、窒素予冷器43で圧縮熱を除去された後、経路44から再び保冷槽9内に導入され、主熱交換器4で再び所定温度に冷却される。冷却された圧縮窒素ガスは、経路45を通って熱交換型蒸留器6の窒素凝縮通路63に下降ガスとして導入され、隣接する酸素蒸留通路61及びアルゴン蒸留通路62を流れる流体と熱交換を行う。
【0029】
このとき、窒素凝縮通路63を流下する圧縮窒素ガスは、圧力を高くすることによって温度を高く設定し、窒素凝縮通路63に隣接する酸素蒸留通路61及びアルゴン蒸留通路62を流れる粗液化酸素及び粗液化アルゴンよりも温度を高くしているので、粗液化酸素及び粗液化アルゴンを気化させるリボイルガス源として作用する。したがって、圧縮窒素ガスは、窒素凝縮通路63を流下しながら、酸素蒸留通路61及びアルゴン蒸留通路62をそれぞれ流れる粗液化酸素及び粗液化アルゴンに熱を与えて気化させることにより、自身は冷却されて凝縮し、液化窒素となって窒素凝縮通路63の下部から経路46に流出する。経路46の液化窒素は、過冷器23を通って経路47に導出し、減圧弁48で蒸留塔5の操作圧力近くまで減圧した後、経路49から蒸留塔5の上部に還流液として戻される。
【0030】
また、前記経路44から主熱交換器4に導入された圧縮窒素ガスの一部は、主熱交換器4の途中から経路51に分岐して膨張タービン8に導入され、該膨張タービン8で断熱膨張することにより、装置の運転に必要な寒冷を発生する。寒冷を得た低温窒素ガスは、膨張タービン8から経路52に導出し、前記経路26の窒素ガスと合流して主熱交換器4に流入し、昇温した後に経路27から導出される。
【0031】
さらに、本形態例では、アルゴンを採取するため、蒸留塔5の中上部から経路71に、略窒素とアルゴンとからなる粗液化アルゴンを導出し、熱交換型蒸留器6のアルゴン蒸留通路62に下降液として導入している。この粗液化アルゴンは、前記粗液化酸素と同様に、隣接する窒素凝縮通路63を流れる窒素ガスと熱交換を行い、一部が気化してアルゴン蒸留通路62内を窒素分を富化しながら上昇し、アルゴンを少量含む窒素ガスとなって経路72に導出され、蒸留塔5の中上部に戻されて上昇ガスとなる。
【0032】
また、アルゴン蒸留通路62内の流下液は、高沸点成分であるアルゴンを富化しながら流下し、液化アルゴンとなってアルゴン蒸留通路62の下部から経路73に抜出され、気液分離器74を経て経路75から製品液化アルゴンLArとして採取される。
【0033】
図3は本発明の空気液化分離装置の第2形態例を示す系統図である。なお、以下の説明において、前記第1形態例の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0034】
本形態例では、蒸留塔5の中上部から略窒素とアルゴンとからなる粗アルゴンガスを経路81に導出し、アルゴン蒸留塔82に導入して窒素ガスと粗液化アルゴンとに分離し、塔下部に分離した粗液化アルゴンを経路83から前記熱交換型蒸留器6のアルゴン蒸留通路62に下降液として導入するとともに、該アルゴン蒸留通路62を上昇したアルゴンを少量含む窒素ガスを経路84からアルゴン蒸留塔82の下部に上昇ガスとして戻すようにしている。また、アルゴン蒸留塔82の上部には、前記経路49から経路85に分岐した液化窒素が還流液として導入され、塔上部に分離した窒素ガスは、経路86に導出されて前記経路25に合流する。
【0035】
すなわち、アルゴン蒸留塔82では、塔下部に上昇ガスとして導入された粗アルゴンガスと、塔上部に還流液として導入された液化窒素とによる低温蒸留が行われ、上昇ガスと還流液との気液接触により、上昇ガスは、低沸点成分である窒素が富化しながら塔内を上昇し、還流液は、高沸点成分であるアルゴンが富化しながら塔内を下降する。その結果、塔上部に窒素ガスが分離し、塔下部に粗液化アルゴンが分離することになる。
【0036】
アルゴン蒸留塔82からアルゴン蒸留通路62に下降液として導入された粗液化アルゴンは、前記同様に、窒素凝縮通路63を流れる窒素ガスにより加温されることにより、粗液化アルゴン中の低沸点成分である窒素がより多く気化し、気化したガスは、窒素分を富化しながらアルゴン蒸留通路62を上昇してアルゴン蒸留塔82に戻される。一方、気化しないでアルゴン蒸留通路62を下降する液は、高沸点成分であるアルゴンを富化しながらアルゴン蒸留通路62の下部に至り、経路73、気液分離器74、経路75を経て製品液化アルゴンLArとして採取される。
【0037】
図4は、本発明の空気液化分離装置の第3形態例を示す系統図である。本形態例において、精製器3で精製され、経路21から主熱交換器4に導入された原料空気は、該主熱交換器4の途中から経路91に導出された後、2個の二次空気圧縮機92に導入されてそれぞれ所定圧力に低温圧縮される。低温圧縮された高圧原料空気は、経路93を通って再び主熱交換器4に導入されて冷却された後、経路94と経路95とに分岐する。経路94の高圧原料空気は、減圧弁96で自由膨張して低温空気となった後、経路97から過冷器23を通り、経路24を経て蒸留塔5に導入される。また、経路95に分岐した高圧原料空気は、空気膨張タービン98に導入され、断熱膨張して低温空気となり、経路99に導出された後、前記経路97の低温空気と合流して蒸留塔5に導入される。
【0038】
さらに、前記循環窒素圧縮機7で圧縮された圧縮窒素ガスの一部が、経路44から経路53に分岐して膨張タービン8に導入され、断熱膨張して低温窒素ガスとなり、経路54に導出される。この低温窒素ガスは、前記経路26から主熱交換器4に導入された窒素ガスと主熱交換器4の途中で合流し、寒冷を回収されて経路27から導出される。
【0039】
そして、前記膨張タービン8及び空気膨張タービン98での断熱膨張で発生する膨張仕事利用して前記二次空気圧縮機92をそれぞれ駆動することにより、寒冷を有効に発生させることができるとともに、動力消費量を低減することができる。
【0040】
ここで、前記熱交換型蒸留器6の酸素蒸留通路61では、窒素凝縮通路63を流れる窒素ガスから熱の供給を受けることにより、酸素蒸留通路61に供給された粗液化酸素の一部が気化して上昇ガスを生成する。ここで生成した上昇ガスの量に対し、粗液化酸素の気化熱量と、窒素凝縮通路63を流れる窒素ガスの液化熱量とが見合うようすることにより、窒素凝縮通路63を流れる窒素ガスの流量が決まる。
【0041】
このとき、窒素凝縮通路63の窒素ガス流量は、上述のように窒素ガスを循環させることによって任意に設定することができるので、粗液化酸素の量も任意に設定することが可能となる。この粗液化酸素は、熱交換型蒸留器6の上部に下降液として供給されるので,酸素蒸留通路61においては還流液に相当する。したがって、還流液量を任意に設定できることになり、還流比を大きくすることができ、酸素蒸留通路61の内部還流比を増大することができる。さらに,従来の空気液化分離装置では、アルゴンを回収するため、アルゴン−酸素系の混合ガスを低圧塔からサイドカットしていたのに対し、本発明では、相対揮発度が大きい窒素・アルゴン系の混合流体を蒸留塔5からサイドカットできるので、アルゴン蒸留通路62やアルゴン蒸留塔82における蒸留を飛躍的に促進させることができる。これにより、装置の高さを低くして小型化した装置構成で窒素ガスと液化アルゴン及び酸素ガスを製品として効率的に回収することができる。
【0042】
なお、各形態例では、蒸留塔5の下部から導出した粗液化酸素を液化酸素供給ポンプ32で酸素蒸留通路61に供給しているが、蒸留塔5と熱交換型蒸留器6との位置関係によっては、この液化酸素供給ポンプ32を省略することができる。また、蒸留塔5への原料空気の導入位置も任意であり、塔下部に導入するようにしてもよい。さらに、熱交換型蒸留器6の凝縮通路63には、窒素ガスに代えて原料空気の一部をリボイルガス源として導入することが可能であり、液化した空気は、蒸留塔5の適当な位置に下降液として導入することができる。
【0043】
【実施例】
図1に示す構成の第1形態例装置を使用して窒素、酸素、アルゴンを採取する運転を行った。まず、原料空気圧縮機1で170kPaまで圧縮した原料空気を、空気予冷器2で常温まで冷却し、精製器3で不純物を吸着除去した後、主熱交換器4で約−190℃の気液二相状態まで冷却してから蒸留塔5に導入した。蒸留塔5での低温蒸留の結果、塔上部からは、窒素濃度99.99%以上で、酸素含有量1ppb以下窒素ガスが得られた。
【0044】
そして、塔下部の粗液化酸素を、熱交換型蒸留器6の酸素蒸留通路61の上部に下降液(還流液)として導入し、窒素凝縮通路63を流れる循環窒素ガスと熱交換させて蒸留操作を行った。その結果、酸素蒸留通路61の下部から、酸素純度99.5%以上の液化酸素を得ることができた。このとき、窒素凝縮通路63には、循環窒素圧縮機7で490kPaに圧縮し、主熱交換器4で−179.6℃に冷却した循環窒素ガスを下降ガスとして導入した。
【0045】
また、蒸留塔5の中上部から、アルゴン含有量20%以上で、残部が略窒素である粗液化アルゴンをサイドカットし、熱交換型蒸留器6のアルゴン蒸留通路62に下降液として導入し、窒素凝縮通路63の窒素ガスと熱交換させた。その結果、アルゴン蒸留通路62の下部から、純度98%以上の液化アルゴンを回収することができた。
【0046】
さらに、図3に示す第2形態例装置を使用した場合は、蒸留塔5の中上部から略窒素とアルゴン(含有量10%以上)との粗アルゴンガスをサイドカットし、アルゴン蒸留塔82の下部に導入して蒸留を行った。このアルゴン蒸留塔82の上部からは、窒素濃度99.99%以上、酸素含有量1ppb以下の窒素ガスが得られた。また、塔下部の粗液化アルゴンを熱交換型蒸留器6のアルゴン蒸留通路62に下降液として導入した結果、アルゴン蒸留通路62の下部から、純度98%以上の液化アルゴンが得られた。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱交換型蒸留器を使用した空気深冷液化分離法及び装置において、窒素、アルゴン及び酸素を製品として同時に採取することができる。また、同じ品質(純度,量,圧力)の製品を採取するための従来の規則充填蒸留塔を用いた空気分離装置における保冷槽の高さに比べて、本発明では、保冷槽の高さを約65%にまで低減することができ、装置コストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の空気液化分離装置の第1形態例を示す系統図である。
【図2】本発明で使用する熱交換型蒸留器の一形態例を示す一部断面斜視図である。
【図3】本発明の空気液化分離装置の第2形態例を示す系統図である。
【図4】本発明の空気液化分離装置の第3形態例を示す系統図である。
【符号の説明】
1…原料空気圧縮機、2…空気予冷器、3…精製器、4…主熱交換器、5…蒸留塔、6…熱交換型蒸留器、7…循環窒素圧縮機、8…膨張タービン、9…保冷槽、14…蒸留通路液導入ヘッダー、15…蒸留通路ガス導出ヘッダー、16…蒸留通路液導出ヘッダー、17…凝縮通路ガス導入ヘッダー、18…凝縮通路液導出ヘッダー、23…過冷器、32…液化酸素供給ポンプ、36…気液分離器、39…液化酸素昇圧ポンプ、61…酸素蒸留通路、62…アルゴン蒸留通路、63…窒素凝縮通路、82…アルゴン蒸留塔、92…二次空気圧縮機、96…減圧弁、98…空気膨張タービン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air liquefaction separation method and apparatus, and more specifically, an air liquefaction separation method for collecting nitrogen, argon, oxygen, etc. from air as a product by low-temperature liquefaction distillation of air using a heat exchange distiller. And an apparatus.
[0002]
[Prior art]
Currently, in order to produce nitrogen, argon, oxygen, etc. by low-temperature distillation of air, generally, a double distillation column composed of a high-pressure column and a low-pressure column and an argon column connected as a side column to the low-pressure column are combined. An air liquefaction separation apparatus consisting of three distillation columns is used. However, in recent years, due to the demands of the times, there has been a strong demand for reduction in power consumption and downsizing of equipment, and a method and equipment using a heat exchange-type distiller have been proposed for that purpose. .
[0003]
For example, Japanese Patent No. 2833594 discloses a method for producing medium purity oxygen (85 to 99%). Here, a plate fin heat exchanger having two sets of passages is used as a heat exchange type distiller, the raw air gas is distilled in the one set of passages, and a nitrogen-rich product is placed in the upper portion of the passages. In the other set of passages, stripping is performed using an oxygen-rich liquid as a raw material to separate the nitrogen-rich product in the upper part and the oxygen in the lower part. I try to get oxygen as a product.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-153383 discloses a method and apparatus for producing high-purity nitrogen gas while minimizing the power consumption while limiting the power consumption to the maximum using a heat exchange type distiller. . Here, a three-pass heat exchange distiller is used, the air reflux is reboiled in the lower part of the distillation passage, and the nitrogen-rich gas is shrunk in the upper part, thereby enabling miniaturization. It is shown.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the combination of such a distillation column and a heat exchange type distiller, the reduction of the power consumption and the downsizing of the apparatus are still insufficient, and it has been produced using a heat exchange type distiller. Products to be produced are limited to nitrogen and oxygen, and it is required to collect nitrogen, oxygen and argon.
[0006]
Therefore, the present invention uses not only nitrogen and oxygen but also argon as a product while reducing power consumption and downsizing the apparatus by using the nitrogen gas separated in the distillation tower as a heat medium of the heat exchange type distillation apparatus. An object of the present invention is to provide an air liquefaction separation method and apparatus that can be collected and that can further reduce power consumption by circulating and using the nitrogen gas.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the air liquefaction separation method according to the present invention introduces compressed, purified, and cooled raw material air into a distillation column, and performs low-temperature distillation in the distillation column, whereby nitrogen gas at the top of the column and nitrogen at the bottom of the column are separated. And the crude liquefied oxygen led out from the distillation column is introduced as a descending liquid into the distillation passage of the heat exchange type distiller, The temperature of the nitrogen gas derived from the distillation column is raised, and a part of the nitrogen gas is pressurized, and then cooled again, and then introduced as a descending gas into the condensation passage of the heat exchange distillation apparatus, and the fluid in the distillation passage It is condensed by heat exchange to form liquefied nitrogen, and the liquefied nitrogen is decompressed before being used as the reflux liquid of the distillation column. The nitrogen gas and the crude liquefied oxygen are heat-exchanged to vaporize a part of the liquefied oxygen to form a rising gas, and the rising gas and the falling liquid are brought into gas-liquid contact in the distillation passage. Nitrogen gas containing oxygen is separated in the upper part of the passage, and liquefied oxygen is separated in the lower part of the distillation passage, and the liquefied oxygen is collected as product oxygen.
[0008]
Furthermore, the air liquefaction separation method of the present invention comprises: The compressed, purified, and cooled raw material air is introduced into the distillation column, and is separated into crude liquefied oxygen containing nitrogen gas at the top of the column and nitrogen at the bottom of the column by low-temperature distillation in the distillation column, and then derived from the distillation column. The crude liquefied oxygen is introduced as a descending liquid into the distillation passage of the heat exchange type distiller, and the nitrogen gas derived from the distillation column is introduced into the condensing passage of the heat exchange type distiller as a descending gas. The crude liquefied oxygen is heat-exchanged to vaporize a part of the liquefied oxygen to form a rising gas, and the rising gas and the descending liquid are brought into gas-liquid contact in the distillation passage so as to be in the upper part of the distillation passage. Nitrogen gas containing oxygen is separated into liquefied oxygen at the lower part of the distillation passage, and the liquefied oxygen is collected as product oxygen; Derived as liquid coarse liquefied argon from the distillation tower, introduced as a descending liquid into the distillation passage of the heat exchange type distiller, and raised by vaporizing a part of the coarse liquefied argon by heat exchange with nitrogen gas in the condensation passage Gas, and ascending gas and falling liquid are brought into gas-liquid contact in the distillation passage to separate nitrogen gas containing argon in the upper portion of the distillation passage and liquefied argon in the lower portion of the distillation passage, respectively. Is collected as product argon, and nitrogen gas containing argon at the top is reintroduced into the distillation column.
[0009]
Further, in the method of the present invention, instead of the nitrogen gas, a part of the cooled raw air can be introduced as a descending gas into the condensation passage of the heat exchange type distiller. wear .
[0010]
Furthermore, high-pressure product oxygen gas can be obtained by increasing the pressure of the liquefied oxygen derived from the distillation passage and then evaporating it. The cold necessary for operation can be obtained by adiabatically expanding at least one part of the source air and the separation gas, and the source air is secondarily compressed using the expansion work generated by the adiabatic expansion. You can also.
[0011]
In addition, instead of deriving the crude liquefied argon from the distillation column, it is derived as a gaseous crude argon gas, and the derived crude argon gas is introduced into the argon distillation column and further subjected to low-temperature distillation to form nitrogen gas. The liquefied argon can be separated into the liquefied argon, and the separated liquefied argon can be introduced into the distillation passage of the heat exchange type distiller as a descending liquid.
[0012]
The air liquefaction separation apparatus of the present invention includes a raw material air compressor that compresses raw material air, a purifier that removes impurities that solidify at a low temperature, such as moisture and carbon dioxide, contained in the compressed raw material air, A main heat exchanger for cooling the raw material air, a distillation tower for separating the cooled raw air into nitrogen gas and crude liquefied oxygen by low-temperature distillation, and a heat-exchange distiller having a distillation passage and a condensation passage The heat exchange-type distiller is configured to perform gas exchange by heat exchange between a path for introducing the crude liquefied oxygen separated by the distillation column as a descending liquid into the distillation passage and a fluid flowing through the condensation passage in the distillation passage. A route for deriving nitrogen gas containing oxygen that has been converted to an upper portion of the distillation passage and a route for deriving liquefied oxygen lowered to the lower portion of the distillation passage as product oxygen, A path for introducing a part of the nitrogen gas derived from the upper part of the distillation column into the main heat exchanger, and a path for deriving the nitrogen gas heated in the main heat exchanger and introducing it into the circulating nitrogen compressor; A path for introducing compressed nitrogen gas compressed by the circulating nitrogen compressor into the main heat exchanger, and a condensed passage of the heat exchanger type distiller by extracting compressed nitrogen gas cooled by the main heat exchanger In Liquefied nitrogen that has been liquefied by heat exchange between the path to be introduced as the descending gas and oxygen flowing through the distillation path in the condensing passage and descended to the lower part of the condensing passage And then introduced as reflux into the top of the distillation column after decompression It is characterized by having a route to perform.
[0013]
Further, the air liquefaction separation apparatus of the present invention derives crude argon containing nitrogen generated in the middle of the tower when the raw air is subjected to low-temperature distillation in the distillation tower from the distillation tower as liquid crude liquefied argon, and the heat exchange A nitrogen gas containing argon that has been vaporized by heat exchange between a passage for introducing a descending liquid into a part of a distillation passage of the mold distiller and a fluid flowing through the condensation passage in the distillation passage and has risen to the upper portion of the distillation passage. It is characterized in that there are provided a route for leading out and a route for collecting the liquefied argon descending at the lower part of the distillation passage as product argon.
[0014]
Further, as means for introducing the crude liquefied argon into the distillation passage, an argon distillation tower for separating the crude argon gas into nitrogen gas and crude liquefied argon by low-temperature distillation is provided, and the argon distillation tower is provided with a tower of the distillation tower. The crude argon produced in the middle is led out as gaseous crude argon gas, the path for introducing it into the argon distillation column, the path for leading out the nitrogen gas separated in the argon distillation tower, and the separated crude liquefied argon in the distillation It is possible to employ a route for introducing the liquid into the passage as a descending liquid.
[0015]
Furthermore, a gas-liquid separator is provided in the lower part of the distillation passage, and a liquefied oxygen supply pump for supplying the crude liquefied oxygen derived from the distillation column to the distillation passage of the heat exchange type distillation device is provided. It is characterized by having a liquefied oxygen pressurizing pump that pressurizes liquefied oxygen derived from the distillation passage of the heat exchange type still.
[0016]
In addition, instead of nitrogen, the condenser passage is liquefied by heat exchange between a path for introducing a part of the cooled raw material air as a descending gas to the condensation passage and a fluid flowing through the distillation passage in the condensation passage. And a path for leading the liquefied air descending to the lower part of the condensing passage.
[0018]
A path through which a part of the pressurized nitrogen gas is branched from the middle of the main heat exchanger and introduced into the expansion turbine; and the low-temperature nitrogen gas that is adiabatically expanded by the expansion turbine to generate cold is supplied to the main heat exchanger. A path for introducing the raw air from the middle of the main heat exchanger, and a secondary air compressor for low-temperature compression of the raw air led to the path, The secondary air compressor is generated by expansion work generated by adiabatic expansion in the expansion turbine, or by adiabatic expansion in an air expansion turbine that adiabatically expands high-pressure raw material air compressed at low temperature by the secondary air compressor. It is characterized by being driven by using the expanding work.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of the air liquefaction separation apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional perspective view showing one embodiment of a heat exchange type distiller used in the present invention.
[0020]
This air liquefaction separation apparatus is solidified at a low temperature such as moisture and carbon dioxide contained in the compressed raw material air, a raw air compressor 1 that compresses the raw material air, an air precooler 2 that removes the compression heat of the compressed air, and A purifier 3 for removing impurities, a
[0021]
The
[0022]
The heat
[0023]
Hereinafter, a procedure for obtaining nitrogen, oxygen and argon by cryogenic liquefaction separation of air will be described with reference to FIG. First, the raw material air is compressed to a predetermined pressure by the raw material air compressor 1 and cooled to room temperature by the air precooler 2, and then impurities such as moisture and carbon dioxide in the raw material air are adsorbed and removed by the purifier 3. The The purified raw material air flows into the
[0024]
The raw material air introduced into the
[0025]
On the other hand, the reflux liquid flowing down the
[0026]
The crude liquefied oxygen flowing down in the
[0027]
In addition, the falling liquid that descends without being vaporized in the
[0028]
Further, the nitrogen gas introduced into the
[0029]
At this time, the compressed nitrogen gas flowing down the
[0030]
Further, a part of the compressed nitrogen gas introduced into the
[0031]
Furthermore, in the present embodiment, in order to collect argon, crude liquefied argon composed of substantially nitrogen and argon is led out from the middle upper part of the
[0032]
Further, the falling liquid in the
[0033]
FIG. 3 is a system diagram showing a second embodiment of the air liquefaction separation apparatus of the present invention. In the following description, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0034]
In the present embodiment, a crude argon gas composed of substantially nitrogen and argon is led out from the middle upper part of the
[0035]
That is, in the
[0036]
The crude liquefied argon introduced as a descending liquid from the
[0037]
FIG. 4 is a system diagram showing a third embodiment of the air liquefaction separation apparatus of the present invention. In the present embodiment, the raw material air purified by the purifier 3 and introduced into the
[0038]
Further, a part of the compressed nitrogen gas compressed by the circulating
[0039]
The
[0040]
Here, in the
[0041]
At this time, the flow rate of nitrogen gas in the
[0042]
In each embodiment, the crude liquefied oxygen derived from the lower part of the
[0043]
【Example】
An operation of collecting nitrogen, oxygen, and argon was performed using the first embodiment apparatus having the configuration shown in FIG. First, after the raw material air compressed to 170 kPa by the raw material air compressor 1 is cooled to room temperature by the air precooler 2, the impurities are adsorbed and removed by the purifier 3, and then the gas-liquid at about −190 ° C. by the
[0044]
The crude liquefied oxygen in the lower part of the tower is introduced as a descending liquid (reflux) into the upper part of the
[0045]
Further, from the upper part of the
[0046]
Further, when the second embodiment apparatus shown in FIG. 3 is used, the crude argon gas of substantially nitrogen and argon (content of 10% or more) is side-cut from the upper part of the
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the air deep liquefaction separation method and apparatus using a heat exchange type distiller, nitrogen, argon and oxygen can be collected simultaneously as products. In addition, in the present invention, the height of the cold storage tank is compared with the height of the cold storage tank in an air separation apparatus using a conventional regular packed distillation column for collecting products of the same quality (purity, quantity, pressure). It can be reduced to about 65%, and the apparatus cost can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of an air liquefaction separation apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing one embodiment of a heat exchange type distiller used in the present invention.
FIG. 3 is a system diagram showing a second embodiment of the air liquefaction separation apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a system diagram showing a third embodiment of the air liquefaction separation apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Raw material air compressor, 2 ... Air precooler, 3 ... Purifier, 4 ... Main heat exchanger, 5 ... Distillation tower, 6 ... Heat exchange type distiller, 7 ... Circulating nitrogen compressor, 8 ... Expansion turbine, DESCRIPTION OF
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000346409A JP4577977B2 (en) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | Air liquefaction separation method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000346409A JP4577977B2 (en) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | Air liquefaction separation method and apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002147949A JP2002147949A (en) | 2002-05-22 |
JP4577977B2 true JP4577977B2 (en) | 2010-11-10 |
Family
ID=18820280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000346409A Expired - Fee Related JP4577977B2 (en) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | Air liquefaction separation method and apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4577977B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6694775B1 (en) * | 2002-12-12 | 2004-02-24 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process and apparatus for the recovery of krypton and/or xenon |
CN100436989C (en) * | 2004-01-29 | 2008-11-26 | 宝山钢铁股份有限公司 | Method for preparing high purity oxygen using full low pressure air separation plant |
JP5027173B2 (en) * | 2009-03-06 | 2012-09-19 | 大陽日酸株式会社 | Argon production method and apparatus thereof |
CN105509414B (en) * | 2014-09-23 | 2017-12-26 | 宝山钢铁股份有限公司 | The heating apparatus and heating method of oxygen expanding machine processed |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0755333A (en) * | 1993-08-06 | 1995-03-03 | Praxair Technol Inc | Very low temperature rectification system for low-pressure operation |
JPH09170875A (en) * | 1995-10-03 | 1997-06-30 | Air Prod And Chem Inc | Low-temperature method and equipment for manufacturing oxygen product |
WO1999061854A1 (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-02 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process and apparatus for the production of nitrogen by cryogenic distillation using a dephlegmator |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6142072Y2 (en) * | 1981-02-17 | 1986-11-29 | ||
JPS61123388U (en) * | 1985-01-19 | 1986-08-04 | ||
JPH0814458B2 (en) * | 1987-07-10 | 1996-02-14 | 日本酸素株式会社 | Nitrogen production method |
FR2700205B1 (en) * | 1993-01-05 | 1995-02-10 | Air Liquide | Method and installation for producing at least one gaseous product under pressure and at least one liquid by air distillation. |
JP3414947B2 (en) * | 1996-09-30 | 2003-06-09 | 株式会社神戸製鋼所 | Argon purification method and air separation device |
JP3957842B2 (en) * | 1997-11-25 | 2007-08-15 | 大陽日酸株式会社 | Nitrogen production method and apparatus |
JP3181546B2 (en) * | 1997-12-15 | 2001-07-03 | 大陽東洋酸素株式会社 | Method and apparatus for producing nitrogen and argon from air |
US5901576A (en) * | 1998-01-22 | 1999-05-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Single expander and a cold compressor process to produce oxygen |
US5970743A (en) * | 1998-06-10 | 1999-10-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Production of argon from a cryogenic air separation process |
JP3992387B2 (en) * | 1998-12-08 | 2007-10-17 | 日本エア・リキード株式会社 | Air separation device |
-
2000
- 2000-11-14 JP JP2000346409A patent/JP4577977B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0755333A (en) * | 1993-08-06 | 1995-03-03 | Praxair Technol Inc | Very low temperature rectification system for low-pressure operation |
JPH09170875A (en) * | 1995-10-03 | 1997-06-30 | Air Prod And Chem Inc | Low-temperature method and equipment for manufacturing oxygen product |
WO1999061854A1 (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-02 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process and apparatus for the production of nitrogen by cryogenic distillation using a dephlegmator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002147949A (en) | 2002-05-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4331460B2 (en) | Method and apparatus for producing krypton and / or xenon by low temperature air separation | |
JPH0719727A (en) | Separation of air | |
JP2002327981A (en) | Cryogenic air-separation method of three-tower type | |
CN1121173A (en) | Air separation | |
CN101351680A (en) | Cryogenic air separation process | |
JPH07198249A (en) | Method and equipment for separating air | |
JPH06257939A (en) | Distilling method at low temperature of air | |
CN102192637B (en) | Air separation method and apparatus | |
KR950006408A (en) | Liquid oxygen pumping method and apparatus | |
CN101535755B (en) | Cryogenic air separation system | |
JPH08240380A (en) | Separation of air | |
JP4577977B2 (en) | Air liquefaction separation method and apparatus | |
US20090223247A1 (en) | Method of generating nitrogen and apparatus for use in the same | |
US4530708A (en) | Air separation method and apparatus therefor | |
JP4230213B2 (en) | Air liquefaction separation apparatus and method | |
JP4230094B2 (en) | Nitrogen production method and apparatus | |
JP2007147113A (en) | Nitrogen production method and apparatus | |
JP3748677B2 (en) | Method and apparatus for producing low purity oxygen | |
JP5027173B2 (en) | Argon production method and apparatus thereof | |
JP4150107B2 (en) | Nitrogen production method and apparatus | |
JP4519010B2 (en) | Air separation device | |
JP2006284075A (en) | Air separation method and air separation device | |
US20130139547A1 (en) | Air separation method and apparatus | |
JP2992750B2 (en) | Nitrogen production method and apparatus | |
JPH11325716A (en) | Separation of air |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071031 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090819 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090908 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091109 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100511 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100707 |
|
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: 20100727 |
|
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: 20100824 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130903 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4577977 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: 20130903 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130903 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 |
|
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 |