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JP2002286361A - 窒素製造装置の副生ガスを利用した酸素富化ガスの製造方法及び装置 - Google Patents

窒素製造装置の副生ガスを利用した酸素富化ガスの製造方法及び装置

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Publication number
JP2002286361A
JP2002286361A JP2001088688A JP2001088688A JP2002286361A JP 2002286361 A JP2002286361 A JP 2002286361A JP 2001088688 A JP2001088688 A JP 2001088688A JP 2001088688 A JP2001088688 A JP 2001088688A JP 2002286361 A JP2002286361 A JP 2002286361A
Authority
JP
Japan
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oxygen
gas
enriched
air
product
Prior art date
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Application number
JP2001088688A
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English (en)
Inventor
Shinichiro Yamamoto
伸一郎 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Oxygen Co Ltd, Nippon Sanso Corp filed Critical Japan Oxygen Co Ltd
Priority to JP2001088688A priority Critical patent/JP2002286361A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単精留による窒素製造において副生ガスとし
て分離される酸素富化空気を有効に利用するとともに、
この酸素富化空気を圧縮空気や酸素ガスと混合すること
によって所望の酸素濃度の酸素富化ガスを製造する方法
及び装置を提供する。 【解決手段】 深冷式窒素製造方法において、窒素ガス
を製品として常温で採り出すとともに、酸素富化空気を
０．１ＭＰａ以上の圧力で採取し、これに圧縮空気、圧
縮精製空気、酸素ガス等を混合することにより、所望の
酸素濃度を有する製品酸素富化ガスを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素製造装置の副
生ガスを利用した酸素富化ガスの製造方法及び装置に関
し、詳しくは、深冷液化分離によって空気から酸素及び
窒素を分離する方法及び装置であって、単精留による窒
素製造装置から副生ガスとして導出される酸素富化空気
を製品として採取するとともに、該酸素富化空気を圧縮
空気及び／又は酸素ガスと混合することにより、所望の
酸素濃度の製品酸素富化ガスを生産する方法及び装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃焼分野においては、燃焼効率の
向上を図り、燃料の消費を削減するため、あるいは、高
温の火炎を得るために、空気に酸素ガスを富化した酸素
富化空気（酸素富化ガス）を使用した酸素富化燃焼の需
要が高まっている。なお、ここでいう酸素富化空気と
は、酸素濃度が２３〜６０％程度のガスのことであり、
好ましくは酸素濃度２３〜４５％のガスのことを示して
いる。
【０００３】従来、酸素富化空気を使用する際には、酸
素製造装置から発生した酸素ガスと空気とを燃焼装置の
直前で混合していた。このような従来の酸素富化空気供
給設備の概要を図５の系統図に示す。図５について説明
すると、酸素供給設備４２から供給される酸素ガスは、
深冷分離方法、ＰＳＡ式酸素製造方法で製造された酸素
ガスあるいは液化酸素を気化させた酸素ガス等の任意の
方法で得られる酸素ガスであり、通常は、酸素濃度９０
〜９９．８％の酸素ガスである。この酸素供給設備４２
から供給される酸素ガスは、管路（経路）４４を通り、
使用点Ａ付近に送られる。また、空気圧縮機４１にて所
定の圧力に圧縮された圧縮空気は、管路４３を通って使
用点Ａ付近に送られる。そして、使用点付近において、
所望の酸素濃度（２５〜４５％）となるように前記酸素
ガス及び圧縮空気の各流量を弁４５，４６で調節し、使
用点Ａの直前で混合して使用されている。
【０００４】一方、通常の窒素製造装置の一例を図６の
系統図に示す。図６に示した窒素製造装置において、原
料となる空気（原料空気）は、まず、原料空気圧縮機１
にて所定の圧力に圧縮された後、管路２を経て精製器３
に導入され、ここで空気中の水分と炭酸ガスとが除去さ
れる。精製器３を導出した原料空気は、管路４を通って
熱交換器５で冷却され、管路６を経て精留塔７の下部に
導入される。
【０００５】該精留塔７での液化精留により、塔上部に
は窒素ガスが９９．９９％以上の純度で得られる。この
窒素ガスは、精留塔７の上部から管路８を経て熱交換器
５に導入され、ここで原料空気と熱交換することによっ
て寒冷を回収された後、熱交換器５を導出して管路９か
ら製品窒素ガスとして採取される。また、管路８から管
路８ａに分岐した窒素ガスは、凝縮器２０に導入されて
液化窒素になり、管路２１から精留塔７の上部に精留の
還流液として導入される。さらに管路２１ａにより、前
記液化窒素の一部を製品液化窒素として採取することも
できる。
【０００６】一方、精留塔７の下部には、酸素濃度が２
５〜４５％の酸素富化液化空気が得られる。この酸素富
化液化空気は、精留塔７の下部から管路１０に導出さ
れ、減圧弁１０ａで減圧された後、管路１１を経て前記
凝縮器２０に導入され、ここで前記窒素ガスと熱交換し
て気化する。気化した酸素富化空気は、管路１２から管
路１５を経て熱交換器５に導入され、該熱交換器５の中
部から管路１６に導出された後、装置の運転を継続する
ために必要な寒冷を発生させる膨張タービン１７に導入
される。膨張タービン１７に導入されず、寒冷発生に寄
与しない酸素富化空気は、管路１２からの分岐管路１３
を経て減圧弁１４ａで大気圧まで減圧された後、管路１
４に至る。
【０００７】膨張タービン１７を導出した酸素富化空気
は、管路１８を経て前記管路１４の酸素富化空気に合流
し、再度熱交換器５に導入されて寒冷を回収された後、
熱交換器５から略大気圧で管路１９に排出される。
【０００８】したがって、この酸素富化空気を有効に利
用するためには、酸素富化空気を圧縮するための圧縮機
が必要であった。特に、酸素富化空気を圧縮するために
は、支燃性ガスである酸素濃度の関係から、保安上、空
気と同等に扱うことができず、高価な酸素圧縮機を使用
する必要があった。その結果、従来、この酸素富化空気
は、窒素製造装置の前処理用の前記精製器３の再生用途
以外に活用されることはなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記従来の
方法では、窒素製造装置からの排ガスが大気圧で導出さ
れるので、これを利用するには圧縮が必要になるという
問題があった。また、酸素富化ガスの製造は、使用点の
付近で空気と酸素ガスとを混合することで行われてお
り、配管コストが嵩むという問題があり、そして、高濃
度の酸素ガスを空気で希釈して使用することは、エネル
ギーロスが大きいという問題があった。さらに、酸素富
化ガスの圧縮には、安全対策上の設備コストが嵩む問題
もあった。
【００１０】本発明は、上記問題を解決し、酸素富化空
気（酸素富化ガス）を窒素ガスと同時に効率よく製造す
ることができる方法及び装置を提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の窒素製造装置の副生ガスを利用した酸素富
化ガスの製造方法は、圧縮、精製した原料空気を、冷流
体とする製品ガス等の戻りガスとの熱交換により冷却
し、該冷却された原料空気を液化精留によって窒素ガス
と酸素富化液化空気とに分離した後、前記窒素ガスは、
前記原料空気との熱交換により加温して製品窒素ガスと
して常温で採取するとともに、前記酸素富化液化空気
は、０．１ＭＰａ以上の圧力に減圧した後に前記窒素ガ
スと熱交換させ、窒素ガスを凝縮させるとともに酸素富
化液化空気を気化して酸素富化空気とし、気化した酸素
富化空気の一部は、前記原料空気と熱交換させて−４０
〜−１７３℃の温度条件で膨張タービンに導入して寒冷
を発生させた後、前記原料空気と再度熱交換させて常温
の排ガスとし、前記酸素富化空気の残部は、前記原料空
気と熱交換させて常温とし、０．１ＭＰａ以上の圧力を
有する製品酸素富化ガスとして採取することを特徴とし
ている。
【００１２】さらに、本発明方法は、前記製品酸素富化
ガスに、前記圧縮、精製した後の原料空気を混合するこ
とにより、あるいは、原料空気以外の圧縮空気や、酸素
ガスを混合することにより、製品酸素富化ガスの酸素濃
度を２３〜９０％の範囲に調節することを特徴とし、前
記酸素富化空気の酸素濃度が２３〜４５％の範囲である
ことを特徴としている。
【００１３】加えて、前記製品酸素富化ガスを常温で採
取するのに代えて、前記酸素富化空気の膨張タービン導
入温度条件で採取した後、その低温状態のままで圧縮空
気と混合して製品酸素富化ガスとすること、また、前記
酸素富化空気の一部を膨張タービンで膨張させて寒冷を
発生させるのに代えて、系内に液化窒素を導入すること
によって寒冷を供給するとともに、前記酸素富化空気を
前記原料空気と熱交換させてその全量を常温で取出した
後、その一部を製品酸素富化ガスとして圧縮空気及び／
又は酸素ガスと混合することにより、該製品酸素富化ガ
スの酸素濃度を２３〜９０％の範囲に調節することを特
徴としている。
【００１４】本発明の窒素製造装置の副生ガスを利用し
た酸素富化ガスの製造装置は、原料空気を圧縮する原料
空気圧縮機と、該圧縮された原料空気を精製する精製器
と、該精製後の原料空気を製品ガス等の戻りガスと熱交
換させて冷却する熱交換器と、該冷却された原料空気を
液化精留によって窒素ガスと酸素富化液化空気とに分離
する精留塔と、該窒素ガスと該酸素富化液化空気とを熱
交換させて窒素ガスを凝縮させるとともに酸素富化液化
空気を気化させる凝縮器と、寒冷を発生する膨張タービ
ンとを備えるとともに、原料空気が前記原料空気圧縮
機、前記精製器及び前記熱交換器を経て前記精留塔に導
入される経路と、前記窒素ガスが前記精留塔から導出さ
れて前記熱交換器を経て常温となり製品窒素として取り
出される経路と、前記酸素富化液化空気が前記精留塔か
ら導出されて凝縮器で気化して酸素富化空気となった
後、前記熱交換器を経て常温となり製品酸素富化ガスと
して取り出される経路と、該製品酸素富化ガスの経路に
あって、前記熱交換器の中部から分岐して前記膨張ター
ビンに酸素富化空気の一部を導入する経路と、前記膨張
タービンを出た酸素富化空気が再度前記熱交換を経て常
温となり排ガスとして取り出される経路とを備えている
ことを特徴としている。
【００１５】さらに、前記製品酸素富化ガスの経路が、
前記原料空気の経路にあって精製器の後流側から分岐し
た精製空気の経路と連結され、かつ、前記両経路に混合
後の製品酸素富化ガスの酸素濃度を調節する手段を備え
ていることを特徴としている。
【００１６】また、前記製品酸素富化ガスの経路におけ
る前記熱交換器から導出する経路を、前記熱交換器を経
て常温となり製品酸素富化ガスとして取り出される経路
に代えて、前記熱交換器の中部から前記膨張タービンへ
の経路と共に導出して膨張タービン導入前に分岐した低
温酸素富化ガスを製品酸素富化ガスとして導出する経路
とし、該経路に、酸素ガス及び／又は圧縮空気を混合す
る経路を連結するとともに、前記各経路に混合後の製品
酸素富化ガスの酸素濃度を調節する手段を備えているこ
とを特徴としている。
【００１７】さらに、前記膨張タービン及び膨張タービ
ンに導入する経路及び排ガスの経路に代えて、液化窒素
を前記精留塔の上部に導入する経路を備えるとともに、
前記製品酸素富化ガスの経路の出口部から分岐して製品
酸素富化ガスを取出す経路と、圧縮空気及び／又は酸素
ガスを供給する経路と、該経路と前記分岐した経路とを
連結する経路と、前記各経路に混合後の製品酸素富化ガ
スの酸素濃度を調節する手段とを備えていることを特徴
としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の窒素製造装置の副
生ガスを利用した酸素富化ガスの製造装置の第１形態例
を示す系統図である。この酸素富化ガスの製造装置にお
いて、フィルター１ａから吸入された原料空気は、原料
空気圧縮機１で所定の圧力に圧縮され、アフタークーラ
ー１ｂで圧縮熱を除去された後、管路２を経て精製器３
に導入され、ここで空気中の水分と炭酸ガスとが除去さ
れる。精製器３を導出した精製原料空気は、管路４を経
て熱交換器５に導入され、ここで冷流体とする製品ガス
等の戻りガスと熱交換を行うことによって冷却され、管
路６を経て精留塔７の下部に導入される。該精留塔７で
の液化精留により、原料空気は、塔上部の窒素ガスと塔
下部の酸素富化液化空気とに分離し、精留塔７の上部に
分離した窒素ガスは、通常、９９．９９％以上の純度と
なる。
【００１９】前記窒素ガスは、精留塔７の上部から管路
８を経て熱交換器５に導入され、ここで前記原料空気と
熱交換を行うことによって寒冷を回収された後、熱交換
器５を導出して管路９から製品窒素ガスとして採取され
る。また、管路８から管路８ａに分岐した窒素ガスは、
凝縮器２０に導入され、後述の酸素富化液化空気と熱交
換して冷却されることにより液化して液化窒素になり、
管路２１から精留塔７の上部に精留の還流液として導入
される。さらに管路２１ａから液化窒素の一部を製品液
化窒素として採取することもできる。また、この管路２
１ａは、別途設置される液化窒素貯槽からの液化窒素
を、管路２１を通して精留塔７に供給する管路として用
いることもできる。
【００２０】一方、精留塔７の下部に分離した酸素富化
液化空気の酸素濃度は、通常、２５〜４５％となる。こ
の酸素富化液化空気は、精留塔７の下部から管路１０に
導出され、減圧弁１０ａにて０．１ＭＰａ（ゲージ圧、
以下同じ）以上、好ましくは０．２〜０．５ＭＰａに減
圧された後、管路１１を経て前記凝縮器２０に導入さ
れ、ここで前記窒素ガスと熱交換を行い、加温されるこ
とにより気化して酸素富化空気となる。凝縮器２０で気
化した酸素富化空気は、管路１２及び管路１５を経て熱
交換器５に導入される。一部の酸素富化空気は、この熱
交換器５の中部で管路１６に分岐して導出され、装置の
運転を継続するために必要な寒冷を発生させる膨張ター
ビン１７に導入される。管路１６に分岐しなかった残り
の酸素富化空気は、熱交換器５にて常温まで寒冷を回収
された後、前記減圧弁１０ａでの減圧後の圧力を保持し
た製品酸素富化ガスとして管路３０から採取される。
【００２１】また、管路１５に向かわずに手前の管路１
３に分岐した酸素富化空気は、減圧弁１４ａで大気圧ま
で減圧されて管路１４に至る。一方、膨張タービン１７
で膨張して寒冷を発生させた酸素富化空気は、管路１８
を経て前記管路１４の酸素富化空気に合流し、再度熱交
換器５に導入されて寒冷を回収された後、熱交換器５を
導出して略大気圧で管路１９から排出される。管路１９
に排出されたガスの一部は、精製器３の再生ガスとして
使用される。
【００２２】次に、図２は、本発明装置の第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。
【００２３】図２において、原料空気圧縮機１で圧縮さ
れ、精製器３で水及び炭酸ガスを除去された後、管路４
に導出された圧縮精製空気は、その一部が管路４から分
岐管３１に分岐して前記管路３０に連結し、管路３０か
ら採取される製品酸素富化ガスと混合器３２で混合し、
製品酸素富化ガスは、その酸素濃度を２３〜３５％の範
囲内の所望の酸素濃度に調節されて管路３３から取出さ
れる。また、各管路３０，３１，３３には、混合後の製
品酸素富化ガスの酸素濃度を調節するための手段として
弁３０ａ，３１ａ，３３ａがそれぞれ設けられており、
これらの弁を適宜制御することにより、混合後の製品酸
素富化ガスの酸素濃度を適当に調節することができる。
【００２４】図３は、本発明装置の第３形態例を示す系
統図である。本形態例では、製品酸素富化ガスとして採
取する酸素富化空気の取出し位置を熱交換器５の中部と
し、低温部から製品酸素富化空気を抜出すようにしてい
る。すなわち、熱交換器５の出口に接続した前記管路３
０を設けずに、熱交換器５の中部から酸素富化空気を抜
出す管路１６に分岐管３４を設け、この分岐管３４から
製品酸素富化ガスとなる酸素富化空気を低温酸素富化ガ
スとして取出すようにしている。また、分岐管３４に
は、酸素ガスの管路３５及び圧縮空気の管路３６が混合
器３２で連結しており、分岐管３４から取出した製品酸
素富化ガスには、混合器３２で管路３５からの酸素ガス
や、管路３６からの圧縮空気が混合され、各弁１６ａ，
３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａの制御により所望の流
量及び酸素濃度に調節された製品酸素富化ガスとなって
管路３３から採取される。このようにして酸素富化空気
を低温部から取出した場合には、寒冷バランス上、製品
酸素富化ガスの抜出し量は、常温部の管路３０で抜出し
たものよりも少なくなる。
【００２５】また、窒素製造装置の副生ガスである酸素
富化空気は、精製器３で水分が除去された乾燥ガスであ
るため、製品酸素富化ガスに添加混合する圧縮空気が乾
燥空気でない場合においても、ある程度乾燥した製品酸
素富化ガスを得ることができる。
【００２６】さらに、前記第２形態例では、原料空気圧
縮機１で圧縮した原料空気の一部を酸素富化ガスの酸素
濃度調節用に使用することによって構成機器の増加を抑
えているが、製品酸素富化ガスに混合する圧縮空気は、
別の圧縮空気源からのものを利用することができる。す
なわち、圧縮空気源として窒素製造装置の原料空気を利
用する場合、原料空気の圧力は、製品酸素富化ガスの圧
力よりも必ず高くなっているので、混合前に原料空気を
減圧する必要があり、エネルギーのロスを生じる。した
がって、混合用の圧縮空気として、窒素製造装置の原料
空気とは別の圧縮空気源からの圧縮空気を使用すること
により、エネルギーのロスを抑えることができる。
【００２７】図４は、本発明装置の第４形態例を示す系
統図である。本形態例では、膨張タービン１７を設けず
に、膨張タービン１７に代わる寒冷源として外部から導
入される液化窒素を利用するようにしている。寒冷源と
しての液化窒素は、図示しない液化窒素貯槽等から管路
２１ｂを経て精留塔７の上部に供給される。なお、前記
管路２１ａ，２１を利用して液化窒素を導入することも
可能である。
【００２８】精留塔７で分離した酸素富化液化空気は、
凝縮器２０で気化して酸素富化空気となった後、管路１
２を経て全量が熱交換器５に導入され、ここで寒冷を回
収されて管路１９に導出される。管路１９には、製品酸
素富化ガスを取出すための分岐管３７が設けられてお
り、分岐管３７に分岐して製品酸素富化ガスは、混合器
３２で管路３８からの圧縮空気又は酸素ガスが混合され
る。このとき、各弁１９ａ，３３ａ，３７ａ，３８ａを
制御することにより、所望の流量及び酸素濃度に調節さ
れた酸素富化ガスを管路３３から採取できる。このよう
に、液化窒素を寒冷源として使用することにより、所定
圧力の製品酸素富化ガスを大量に得ることができ、製品
酸素富化ガスを大量に使用する場合に好適である。
【００２９】次に、製品酸素富化ガスに圧縮空気や酸素
ガスを混合して製品酸素富化ガスの酸素濃度を所望濃度
に調節する手段について説明する。一般に、窒素製造装
置から副生ガスとして抜出される酸素富化空気の酸素濃
度は、窒素製造装置の運転状態によって異なり、通常は
２５〜４５％の範囲で変動する。したがって、安定した
酸素濃度の製品酸素富化ガスを使用先に供給するために
は、製品酸素富化ガスに混合する圧縮空気量や酸素ガス
量を制御し、酸素濃度を所定濃度に維持する必要があ
る。
【００３０】まず、図７は混合手段の第１形態例を示す
系統図である。この混合手段は、管路５１からの酸素濃
度調節前の製品酸素富化ガス（酸素富化空気）と、管路
６１からの圧縮空気とを混合して管路５０に所望の酸素
濃度の製品酸素富化ガスを送出する例を示すものであ
る。前記酸素富化空気の管路５１には、流量計（ＦＩ
Ｃ）５２、酸素濃度計（ＱＩ）５３及び流量調節弁５４
が設けられており、圧縮空気の管路６１には、流量計６
２と流量調節弁６３とが設けられている。さらに、製品
酸素富化ガスを送出する管路５０にも酸素濃度計５５と
流量調節弁５６とが設けられている。
【００３１】流量計５２で測定した酸素富化空気の流
量、酸素濃度計５３で測定した酸素富化空気の酸素濃度
及び酸素濃度計５５で測定した製品酸素富化ガスの酸素
濃度は、濃度調節器（ＱＩＣ）５７にそれぞれ入力さ
れ、濃度調節器５７では、これらの測定値に基づいて圧
縮空気の流量を演算し、演算結果を流量計６２に出力す
る。該流量計６２は、前記演算結果に基づいて流量調節
弁６３を制御し、圧縮空気の流量を所定量に調節する。
これにより、混合後の製品酸素富化ガスの酸素濃度を所
望酸素濃度に維持することができる。また、製品酸素富
化ガスの流量は、流量計５２に酸素富化空気の流量を設
定することによって調節することができる。
【００３２】図８は混合手段の第２形態例を示す系統図
である。この混合手段は、管路５１からの酸素富化空気
と、管路６１からの圧縮空気と、管路７１からの酸素ガ
スとを混合して管路５０に所望の酸素濃度の製品酸素富
化ガスを送出する例を示すものである。前記形態例と同
様に、酸素富化空気の管路５１には流量計５２、酸素濃
度計５３及び流量調節弁５４が、圧縮空気の管路６１に
は流量計６２及び流量調節弁６３が、製品酸素富化ガス
を送出する管路５０には酸素濃度計５５及び流量調節弁
５６が、それぞれ設けられるとともに、酸素ガスの管路
７１にも、流量計７２及び流量調節弁７３が設けられて
いる。
【００３３】本形態例においても、各流量計、各酸素濃
度計からの測定値が濃度調節器５７に入力され、濃度調
節器５７からの信号によって流量計６２が流量調節弁６
３を、流量計７２が流量調節弁７３を、それぞれ前記同
様に制御することによって混合後の製品酸素富化ガスの
酸素濃度を、酸素富化燃焼等の使用先の条件に応じた２
３〜９０％の広い範囲に任意に調節し、その濃度を維持
しながら供給することが可能となる。
【００３４】このように、製品酸素富化ガスに酸素ガス
を添加混合する酸素ガス系統を加えることにより、窒素
製造装置で発生する酸素富化空気よりも酸素濃度が高い
製品酸素富化ガスが必要な場合にも対応が可能となる。
この場合、単に圧縮空気に酸素ガスを混合して酸素富化
ガスを得た場合に比べて、酸素ガスの添加量を削減する
ことが可能となり、酸素発生設備のコストを削減するこ
とができる。また、必要な酸素濃度が窒素製造装置で発
生する酸素富化空気より低い場合であっても、本形態例
で示すような混合手段を使用することにより、窒素製造
装置を保守点検等で停止した場合にも、圧縮空気と酸素
ガスとを混合することによって酸素富化ガスの供給を継
続することができる。
【００３５】また、製品酸素富化ガスの酸素濃度を一定
に保つ必要が無い場合には、図９の系統図に示すよう
に、管路５１と管路６１とに弁５１ａ、６１ａをそれぞ
れ設けて連結し、連結後の管路５０に製品酸素富化ガス
の酸素濃度を監視するための酸素濃度計５０ａを設ける
だけの単純な混合手段でも、その機能を満足することが
できる。
【００３６】
【実施例】実施例１ 図２に示した構成の酸素富化ガス製造装置を使用して製
品酸素富化ガスを製造した。まず、原料空気圧縮機１で
０．８５ＭＰａに昇圧した１７５０Ｎｍ３／ｈの原料空
気を、精製器（ＭＳ吸着器）３に導入して炭酸ガス及び
水分を除去した後、熱交換器５で戻りガスと熱交換させ
て−１６７℃に冷却し、精留塔７の下部に導入した。精
留塔７の上部から管路８，管路９を経て、流量６９０Ｎ
ｍ３／ｈ、圧力０．７８ＭＰａ、温度３５℃の製品窒素
ガスを採取した。
【００３７】精留塔７の下部から管路１０に導出した酸
素富化液化空気は、減圧弁１０ａで圧力０．３７ＭＰａ
まで減圧した後（温度−１７６℃）、凝縮器２０での熱
交換によって精留塔７からの窒素ガスを液化させるとと
もに、酸素富化液化空気の全量を気化させた。気化した
酸素富化液化空気の流量は、１０６０Ｎｍ３／ｈであ
り、酸素濃度は３５％であった。
【００３８】この酸素富化空気の一部６１５Ｎｍ３／ｈ
は、熱交換器５の中間部から管路１６に−１４２℃で抜
き出して膨張タービン１７に導入した。膨張タービン１
７で膨張して寒冷を発生した酸素富化空気は、管路１４
に合流後、熱交換器５で圧縮原料空気と熱交換して３５
℃に昇温し、管路１９に取出してその一部を精製器３の
再生ガスとして使用した。
【００３９】残りの酸素富化空気４４５Ｎｍ３／ｈは、
圧縮原料空気と熱交換させて３５℃に昇温し、管路３０
に抜出した。この酸素富化空気に、管路３１からの圧縮
空気を適当量混合することにより、酸素富化燃焼に適し
た酸素濃度が２３〜３５％の範囲内の希望の酸素濃度の
製品酸素富化ガスを、圧力約０．３５ＭＰａで取出すこ
とができた。
【００４０】実施例２ 図３に示した構成の酸素富化ガス製造装置において、熱
交換器５の中部から酸素濃度が３５％で、圧力が０．３
ＭＰａの低温酸素富化ガスを分岐管３４から１４Ｎｍ３
／ｈ取出した。この酸素富化空気に、管路３６からの圧
縮空気３６Ｎｍ ３／ｈを添加すると、流量５０Ｎｍ３／
ｈ、酸素濃度２５％、圧力０．３ＭＰａの酸素富化ガス
が得られた。このとき、圧縮空気の圧力が０．３Ｍｐ
ａ、温度が４０℃、湿度が１００％ＲＨの場合、低温酸
素富化ガスを熱交換器５から−１００℃で抜き出してこ
の圧縮空気と混合すると、製品酸素富化ガスの温度は１
℃となり、低温酸素富化ガスが乾燥ガスであることか
ら、混合後の製品酸素富化ガスの露点温度は−１５℃と
なった。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的単純な機器構成で高純度の窒素ガスと酸素富化空
気とを同時に採取することができるため、酸素富化ガス
が必要な場合に従来必要であった酸素製造設備の運転コ
スト及び設備コストを削減することができる。
【００４２】また、酸素富化ガスを窒素製造装置の付近
で圧縮空気や酸素ガスと混合することにより、製品酸素
富化ガスを供給する配管のコストを減少させることがで
きる。そして、高濃度の酸素ガスを空気で希釈すること
に代えて、窒素製造装置の副生ガスである酸素濃度が２
５〜４５％の酸素富化空気を利用することにより、エネ
ルギーロスを減少させることができる。さらに、従来の
窒素製造装置において廃ガスとなる酸素富化空気を利用
する場合と異なり、酸素富化空気用圧縮機を使用せず
に、圧力０．１ＭＰａ以上、０．２〜０．５ＭＰａの酸
素富化ガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の窒素製造装置の副生ガスを利用した
酸素富化ガスの製造装置の第１形態例を示す系統図であ
る。
【図２】 本発明装置の第２形態例を示す系統図であ
る。
【図３】 本発明装置の第３形態例を示す系統図であ
る。
【図４】 本発明装置の第４形態例を示す系統図であ
る。
【図５】 従来の酸素富化空気供給設備の概要を示す系
統図である。
【図６】 窒素製造装置の一例を示す系統図である。
【図７】 混合手段の第１形態例を示す系統図である。
【図８】 混合手段の第２形態例を示す系統図である。
【図９】 混合手段の第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、３…精製器、５…熱交換器、７…
精留塔、１７…膨張タービン、２０…凝縮器、３２…混
合器

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮、精製した原料空気を、冷流体とす
    る製品ガス等の戻りガスとの熱交換により冷却し、該冷
    却された原料空気を液化精留によって窒素ガスと酸素富
    化液化空気とに分離した後、前記窒素ガスは、前記原料
    空気との熱交換により加温して製品窒素ガスとして常温
    で採取するとともに、前記酸素富化液化空気は、０．１
    ＭＰａ以上の圧力に減圧した後に前記窒素ガスと熱交換
    させ、窒素ガスを凝縮させるとともに酸素富化液化空気
    を気化して酸素富化空気とし、気化した酸素富化空気の
    一部は、前記原料空気と熱交換させて−４０〜−１７３
    ℃の温度条件で膨張タービンに導入して寒冷を発生させ
    た後、前記原料空気と再度熱交換させて常温の排ガスと
    し、前記酸素富化空気の残部は、前記原料空気と熱交換
    させて常温とし、０．１ＭＰａ以上の圧力を有する製品
    酸素富化ガスとして採取することを特徴とする窒素製造
    装置の副生ガスを利用した酸素富化ガスの製造方法。
  2. 【請求項２】 前記製品酸素富化ガスに、前記圧縮、精
    製した後の原料空気を混合することにより、製品酸素富
    化ガスの酸素濃度を調節することを特徴とする請求項１
    記載の窒素製造装置の副生ガスを利用した酸素富化ガス
    の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記製品酸素富化ガスに、酸素ガスを混
    合することにより、製品酸素富化ガスの酸素濃度を調節
    することを特徴とする請求項１記載の窒素製造装置の副
    生ガスを利用した酸素富化ガスの製造方法。
  4. 【請求項４】 前記製品酸素富化ガスに、酸素ガスと圧
    縮空気とを、各流量を制御して混合することにより、製
    品酸素富化ガスの酸素濃度を２３〜９０％の範囲に調節
    することを特徴とする請求項１記載の窒素製造装置の副
    生ガスを利用した酸素富化ガスの製造方法。
  5. 【請求項５】 前記酸素富化空気の酸素濃度が、２３〜
    ４５％の範囲であることを特徴とする請求項２、３又は
    ４記載の窒素製造装置の副生ガスを利用した酸素富化ガ
    スの製造方法。
  6. 【請求項６】 前記製品酸素富化ガスを常温で採取する
    のに代えて、前記酸素富化空気の膨張タービン導入温度
    条件で採取した後、その低温状態のままで圧縮空気と混
    合して製品酸素富化ガスとすることを特徴とする請求項
    １記載の窒素製造装置の副生ガスを利用した酸素富化ガ
    スの製造方法。
  7. 【請求項７】 前記酸素富化空気の一部を膨張タービン
    で膨張させて寒冷を発生させるのに代えて、系内に液化
    窒素を導入することによって寒冷を供給するとともに、
    前記酸素富化空気を前記原料空気と熱交換させてその全
    量を常温で取出した後、その一部を製品酸素富化ガスと
    して圧縮空気及び／又は酸素ガスと混合することによ
    り、該製品酸素富化ガスの酸素濃度を２３〜９０％の範
    囲に調節することを特徴とする請求項１記載の窒素製造
    装置の副生ガスを利用した酸素富化ガスの製造方法。
  8. 【請求項８】 原料空気を圧縮する原料空気圧縮機と、
    該圧縮された原料空気を精製する精製器と、該精製後の
    原料空気を製品ガス等の戻りガスと熱交換させて冷却す
    る熱交換器と、該冷却された原料空気を液化精留によっ
    て窒素ガスと酸素富化液化空気とに分離する精留塔と、
    該窒素ガスと該酸素富化液化空気とを熱交換させて窒素
    ガスを凝縮させるとともに酸素富化液化空気を気化させ
    る凝縮器と、寒冷を発生する膨張タービンとを備えると
    ともに、原料空気が前記原料空気圧縮機、前記精製器及
    び前記熱交換器を経て前記精留塔に導入される経路と、
    前記窒素ガスが前記精留塔から導出されて前記熱交換器
    を経て常温となり製品窒素として取り出される経路と、
    前記酸素富化液化空気が前記精留塔から導出されて凝縮
    器で気化して酸素富化空気となった後、前記熱交換器を
    経て常温となり製品酸素富化ガスとして取り出される経
    路と、該製品酸素富化ガスの経路にあって、前記熱交換
    器の中部から分岐して前記膨張タービンに酸素富化空気
    の一部を導入する経路と、前記膨張タービンを出た酸素
    富化空気が再度前記熱交換を経て常温となり排ガスとし
    て取り出される経路とを備えていることを特徴とする窒
    素製造装置の副生ガスを利用した酸素富化ガスの製造装
    置。
  9. 【請求項９】 前記製品酸素富化ガスの経路が、前記原
    料空気の経路にあって精製器の後流側から分岐した精製
    空気の経路と連結され、かつ、前記両経路に混合後の製
    品酸素富化ガスの酸素濃度を調節する手段を備えている
    ことを特徴とする請求項８記載の窒素製造装置の副生ガ
    スを利用した酸素富化ガスの製造装置。
  10. 【請求項１０】 前記製品酸素富化ガスの経路における
    前記熱交換器から導出する経路を、前記熱交換器を経て
    常温となり製品酸素富化ガスとして取り出される経路に
    代えて、前記熱交換器の中部から前記膨張タービンへの
    経路と共に導出して膨張タービン導入前に分岐した低温
    酸素富化ガスを製品酸素富化ガスとして導出する経路と
    し、該経路に、酸素ガス及び／又は圧縮空気を混合する
    経路を連結するとともに、前記各経路に混合後の製品酸
    素富化ガスの酸素濃度を調節する手段を備えていること
    を特徴とする請求項８記載の窒素製造装置の副生ガスを
    利用した酸素富化ガスの製造装置。
  11. 【請求項１１】 前記膨張タービン及び膨張タービンに
    導入する経路及び排ガスの経路に代えて、液化窒素を前
    記精留塔の上部に導入する経路を備えるとともに、前記
    製品酸素富化ガスの経路の出口部から分岐して製品酸素
    富化ガスを取出す経路と、圧縮空気及び／又は酸素ガス
    を供給する経路と、該経路と前記分岐した経路とを連結
    する経路と、前記各経路に混合後製品の酸素富化ガスの
    酸素濃度を調節する手段とを備えていることを特徴とす
    る請求項８記載の窒素製造装置の副生ガスを利用した酸
    素富化ガスの製造装置。
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