JPS6346371A - 空気分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、精留塔を用いて空気の分離を行ないながら、
分ＭＡ程中のガスを一部抜き出し、これを膨弓長タービ
ンによって膨弓長させることにより必要な寒冷を得る空
気分離方法に関し、特に上記膨張タービンの寒冷発生能
力を向上させると共にこれによって精留効率を高めるこ
とに成功した空気分離方法に関するものである。

［従来の技術］ 空気を窒素ガスと酸素ガスに分離する空気分離装置は、
製鉄、化学、電子工業等の広範な分野で使用されている
。この様な空気分離装置は、分離効率の向上、ランニン
グコストの低下、運転操業の容易性向上等をその開発テ
ーマとして研究が進められてきた。

第２図は、その様な状況の下で開発されたモレキュラシ
ーブ型の空気分離装置を示すフロー図である。原料空気
は、エアフィルタ１．原料空気圧縮機２．後方冷却器３
．冷凍機４．水分離器５等を経て所望の圧力（５，Ｑ　
〜１０　ｋｇｆ／ｃｍ３Ｇ）　、温度（約５℃）、湿度
（１００％）の空気（以下圧縮空気ということがある）
とされ、モレキュラシーブ吸着器６へ導かれる０図のモ
レキュラシーブ吸着器６は２基１対の切換え方式であり
、該吸着器６内では、ゼオライト等の吸着作用によフて
上記圧縮空気中の水分、炭酸ガス、炭化水素ガス等がは
Ｘ完全に除去される。上記吸着器５から管路６ａを通し
て導出された空気は、主熱交換器７へ導かれ後述する戻
りガスとの熱交換によって液化点付近まで冷却され、精
留塔８の下塔８ａ下部へ導入される。

上記下ｉ８ａに導入された空気は下塔８ａ内を上昇して
いく過程で冷却されつつ蒸留分離が進行していぎ、下塔
上部からは低沸点の窒素リッチ液（液体窒素）９として
取出され、一方下部においては高沸点の酸素リッチ液体
１０が貯留される（以下粗留工程ということがある）、
上部窒素リッチガスは管路１３によフて主蒸化器８ｂへ
導かれここで液化されて管路１４を下降し下塔上部に戻
る。下塔上部の窒素リッチ液は管路１５によって過冷却
器１２を経て上塔８ｃの頂部へ導かれる。一方上記酸素
リッチ液体１０は管路２５によって過冷却器１２を経て
上塔８ｃの中段へ導かれる。また下塔８ａ中段からは粗
留工程中期の液体窒素が管路１１によって過冷却器１２
を経て、上塔８ｃの上段へ導かれる。この様に上塔８ｃ
の中段、上段及び頂部から導入されて上塔８ｃ内を降下
する低温の液体空気及び酸素リッチ液体１０は、上塔８
ｃ内を上昇する窒素ガスとの間で熱交換が行なわれるこ
とによって精留が進行し、上塔８Ｃの頂部では高純度窒
素ガスが精製採取されると共に上塔８Ｃ底部には同じく
高純度の液体酸素が貯留される。

こうした各工程が繰り返されることによって、上塔８Ｃ
の頂部においては高純度窒素ガスが精製され、一方上塔
８Ｃの下部には高純度液体酸素が貯留されるのであり、
これらは、管路１６及び１７を経由し前記戻りガスとな
って主熱交換器７へ導かれ、モレキュラシーブ吸着器６
から導出される空気との間で熱交換を行なって寒冷を利
用した後、高純度窒素及び高純度酸素として製品化され
る。

ところでこの様な装置の運転システムにおいては寒冷の
確保が極めて重要な課題であり、その手段として、第２
図の装置では膨張タービン１８が用いられている。該タ
ービン１８は下塔８ａの中段から導出される粗留工程中
期の窒素を利用することによって作動するものであり、
更に詳述すると、下塔８ａの中段から管路１９を通して
抽気した粗留工程中期の窒素を、主熱交換器７へ導き前
記戻りガスとして寒冷を利用した後（−８０〜−１２０
℃に上昇している）、上記膨張タービン１８へ供給して
これを膨張させ、ここに得られる冷却粗留空気を装置の
寒冷用に有効活用するのである。そして上記冷却粗留窒
素は、上塔８Ｃの上段より管路２０及び過冷却器１２を
通して送給される上塔上段引き抜きガスと合流して再度
主熱交換器７へ導かれ、上記と同様戻りガスとして寒冷
を利用する。上記熱交換後の引き抜きガスは、再生ガス
加熱器２９を経てモレキュラシーブ吸着器６に供給され
該モレキュラシーブ吸着器６の再生に利用される。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記空気分離装置においては、下塔８ａの中段から導出
される粗留工程中期の空気を膨張タービンへ導きこれを
膨張させることによって、必要な寒冷を得ているが、装
置系冷却に必要十分な寒冷を得ようとすれば、上記粗留
工程中期の空気を極めて大量（例えば２０％）抽気しな
ければならず、その分の粗留工程中期の上昇窒素量が減
少し、従りて精留効率の低下を来すという問題が生じて
いた。

本発明はこうした事情を憂慮してなされたものであって
、膨張タービンにおける寒冷発生能力を高めることがで
き、これによって上記粗留工程中期の抽出空気量を可及
的に減少させると共に精留効率を高め、ひいては装置全
体のエネルギー原単位を低下させることのできる空気分
離方法を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ しかして本発明に係る空気分離方法とは、圧縮空気を予
冷して精留塔へ供給し、精留塔下塔の中段より抽気され
る冷却ガスを膨張タービンに供給して膨張せしめ、ここ
に得られる寒冷を前記圧縮空気の予冷に利用する空気分
離方法において、前記膨張タービンの出側ガスをブロワ
−で吸引することによフて、前記膨張タービンの入側と
出側の圧力差を高め、前記膨張タービンの寒冷発生能力
を高めるところにその要旨が存在するものである。

［作用］ 本発明に係る空気分離方法は、前述の如く膨張タービン
の出側ガスをブロワ−で吸引することによフて、前記膨
張タービンの入側と出側の圧力差を増大せしめ前記膨張
タービンの寒冷発生能力を高めるところに特長を有する
ものである。膨張タービンの寒冷発生能力は、膨張ター
ビンによって膨張される窒素量（下塔中段から導出され
る粗密工程中期の窒素）や膨張比等に影響され、しかも
これらの間には密接な関係（寒冷発生能力を一定に保ち
且つ上記空気量を節約する為には膨張比を大きくする必
要があるという様な関係）が存在するものと考えられる
。従って本発明の前記目的を達成するには膨張タービン
の膨張比を高めてやれば良いのであるが、本発明者等は
その為の方法として膨張タービンの入側と出側との圧力
差に着目し、これを大きくする様な具体的手段としてブ
ロアーを選定し本発明を完成するに至った。当該ブロワ
−としては、別途駆動源を設ける必要のない制動ブロワ
−が推奨されるが、これに限定される訳ではない。尚本
発明方法はモレキュラーシーブタイプの空気分離装置に
限定して用いられるものではなく、リバーシンゲタイブ
の空気分離装置等にも使用される。

以下実施例を挙げることによって本発明を具体的に説明
していくが、本発明は該実施例に限定される性質のもの
ではなく、前・後の記載内容に基づぎ適宜変更すること
ができる。

［実施例］ 第１図は本発明方法の一実施例を示すフロー図である。

尚該実施例において前記第２図に対応する部分について
は同一の番号を付すことによって重複説明を省略する。

下塔８ａ中段から抽気された粗密工程中期の窒素（以下
中段抽気ガスということがある）は膨張タービン１８に
導かれ断熱膨張によって寒冷を発生するのであるが、実
施例では該膨張後の窒素を管路２１によって主熱交換器
７へ導き前述の如き熱交換を行なってから本発明の特徴
であるブロワ−２２へ導く、また本実施例ではブロワ−
２２として制動ブロワ−を使用しており、膨張タービン
１８の駆動軸とブロワ−２２の駆動軸を一体型とするこ
とによって前記中段抽気ガスのエネルギー利用率を高め
ているが、本発明においては必ずしもこの様にする必要
はなく、要するに膨張タービンの出側ガスをブロワ−で
吸引する様な構成が溝足されておれば良い。

ブロワ−２２によって膨張タービン１８の出側ガスを吸
引するのであるから、該出側ガスの圧力は低下し、結局
膨張タービン１８の入側と出側の圧力差は大きくなり、
寒冷発生能力は高まることとなる。

尚ブロワ−２２から排出されたガスは上塔８Ｃの上段よ
り導出される上塔上段引き抜きガスと合流して前述の如
くモレキュラシーブ吸着！６に供給される。

こうした本発明方法を用いることによって中段抽気ガス
量を第２図例に比べて２０％程減少させ、その結果エネ
ルギー原単位を４％節約することができた。尚第１表に
、上記本発明方法の実施結果を従来例と共に示した。

第　　　　１　　　　表 ＰＩｎ：入口圧　　、　τＩｎ：入ロ温度Ｐｏｕｔ　：
出口圧　、　　Ｔａｕｔ二出ロ温度上記第１表から明ら
かな様に、制動ブロワ−を採用することにより、エキス
パンダー出口圧を４０００〜５０００ｍｍＡｑ下げるこ
とができ、従って全体空気量に占める膨張量を約２０％
［即ち２０Ｘ０．２＝４（％）］節約することができ、
原単位を４％低下させることができた。

［発明の効果］ 本発明は上述の如く構成されているので、膨張タービン
における寒冷発生能力を高めることができ、これによっ
て前記中段抽気ガスを可及的に減少させると共に精留効
率を高め、ひいては装置全体の運転エネルギー原単位を
低下させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が用いられた空気分離装置のフロー
説明図、第２図は従来方法における第１図相当のフロー
説明図である。 １・・・エアフィルタ　　２・・・原料空気圧縮機３・
・・後方冷却器　　　４・・・冷凍機５・・・水分離器 ６・・・モレキュラシーブ吸着器 ７・・・主熱交換器　　　８・・・精留塔８ａ・・・下
塔　　　　　　８ｂ・・・主蒸化器８Ｃ・・・上塔　　
　　　　９・・・窒素リッチ液１０・・・酸素リッチ液
体　１８・・・膨張タービン２２・・・ブロワ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮空気を予冷して精留塔へ供給し、精留塔下塔の中段
   より抽気される冷却ガスを膨張タービンに供給して膨張
   せしめ、ここに得られる寒冷を前記圧縮空気の予冷に利
   用する空気分離方法において、前記膨張タービンの出側
   ガスをブロワーで吸引することによって、前記膨張ター
   ビンの入側と出側の圧力差を高め、前記膨張タービンの
   寒冷発生能力を高めることを特徴とする空気分離方法。