JPH0914830A - Oxygen and nitrogen liquefying device - Google Patents
Oxygen and nitrogen liquefying deviceInfo
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- JPH0914830A JPH0914830A JP15762995A JP15762995A JPH0914830A JP H0914830 A JPH0914830 A JP H0914830A JP 15762995 A JP15762995 A JP 15762995A JP 15762995 A JP15762995 A JP 15762995A JP H0914830 A JPH0914830 A JP H0914830A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、空気分離装置によって
分離された酸素および窒素を同一装置で液化する酸素窒
素液化装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen-nitrogen liquefaction device for liquefying oxygen and nitrogen separated by an air separation device in the same device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、図4に示すような酸素窒素液化装
置が知られている。この酸素窒素液化装置10は、深冷
分離法によって空気Aを5〜10kgf/cm2Gの気
体酸素GOと気体窒素GNとに分離する空気分離装置S
の下流側に設けられており、気体窒素GNを液化する窒
素液化循環ラインL10と、気体酸素GOを液化する酸
素液化循環ラインL20とを有している。2. Description of the Related Art Conventionally, an oxygen-nitrogen liquefier as shown in FIG. 4 has been known. This oxygen-nitrogen liquefaction device 10 is an air separation device S that separates air A into 5-10 kgf / cm 2 G of gaseous oxygen GO and gaseous nitrogen GN by a cryogenic separation method.
It has a nitrogen liquefaction circulation line L10 for liquefying the gas nitrogen GN and an oxygen liquefaction circulation line L20 for liquefying the gas oxygen GO.
【0003】上記窒素液化循環ラインL10は、窒素往
ラインL110と窒素復ラインL120とから構成され
ている。窒素往ラインL110の上流側には窒素圧縮機
20が設けられ、窒素復ラインL120の下流端は窒素
圧縮機20の上流側の窒素往ラインL110に接続され
ている。そして、窒素圧縮機20によって30〜60k
gf/cm2Gに昇圧された気体窒素GNは、窒素往ラ
インL110が貫通した第1熱交換器31、冷凍機用熱
交換器41および第2熱交換器32を通って冷却され
る。冷却された気体窒素GNの一部は第3熱交換器33
を通って液化され、液体窒素LNになって液窒タンク2
01に導入されるとともに、同残部は膨張タービン50
に導入され、断熱膨張仕事をして冷却用の寒冷GN1に
なり、窒素復ラインL120を通って窒素圧縮機20に
戻されるようになっている。The nitrogen liquefaction circulation line L10 is composed of a nitrogen forward line L110 and a nitrogen return line L120. The nitrogen compressor 20 is provided on the upstream side of the nitrogen forward line L110, and the downstream end of the nitrogen return line L120 is connected to the nitrogen forward line L110 on the upstream side of the nitrogen compressor 20. And 30-60k by the nitrogen compressor 20
The gaseous nitrogen GN pressurized to gf / cm 2 G is cooled through the first heat exchanger 31, the refrigerator heat exchanger 41, and the second heat exchanger 32 which the nitrogen outgoing line L110 penetrates. Part of the cooled gaseous nitrogen GN is the third heat exchanger 33.
Liquefaction tank 2 liquefied by passing through to become liquid nitrogen LN
01, and the remainder is the expansion turbine 50.
And is subjected to adiabatic expansion work to become the cold GN1 for cooling, and is returned to the nitrogen compressor 20 through the nitrogen return line L120.
【0004】上記窒素復ラインL120は、第3熱交換
器33、第2熱交換器32および第1熱交換器31に貫
通されており、これらの熱交換器において窒素復ライン
L120内の寒冷GN1は窒素往ラインL110内の気
体窒素GNに向流で冷熱を供給して冷却するとともに、
寒冷GN1自身は順次昇温され、常温になって窒素圧縮
機20に戻される。The nitrogen return line L120 passes through the third heat exchanger 33, the second heat exchanger 32, and the first heat exchanger 31, and the cold GN1 in the nitrogen return line L120 in these heat exchangers. Supplies cold heat to the gaseous nitrogen GN in the nitrogen outgoing line L110 in a counterflow to cool it, and
The temperature of the cold GN1 itself is sequentially increased, and the temperature of the cold GN1 is returned to the nitrogen compressor 20 after reaching the normal temperature.
【0005】一方、上記酸素液化循環ラインL20は、
酸素往路L210と酸素復ラインL220とから構成さ
れ、酸素往ラインL210の上流側に酸素圧縮機30が
設けられているとともに、同下流端に液酸タンク202
が設けられている。この液酸タンク202の上部から酸
素復ラインL220が延設され、その下流端は酸素圧縮
機30の上流側の酸素往ラインL210に接続されてい
る。上記酸素往ラインL210は、上流側から第1熱交
換器31、冷凍機用熱交換器41、第2熱交換器32お
よび第3熱交換器33に順次貫通されているとともに、
上記酸素復ラインL220は各熱交換器に逆の順序で順
次貫通されている。On the other hand, the oxygen liquefaction circulation line L20 is
The oxygen outward line L210 and the oxygen return line L220 are provided, the oxygen compressor 30 is provided on the upstream side of the oxygen outward line L210, and the liquid acid tank 202 is provided at the downstream end.
Is provided. An oxygen recovery line L220 is extended from the upper part of the liquid acid tank 202, and its downstream end is connected to the oxygen outward line L210 on the upstream side of the oxygen compressor 30. The oxygen outgoing line L210 is sequentially penetrated from the upstream side to the first heat exchanger 31, the refrigerator heat exchanger 41, the second heat exchanger 32, and the third heat exchanger 33,
The oxygen return line L220 is sequentially penetrated through the heat exchangers in the reverse order.
【0006】そして、酸素圧縮機30によって25〜5
5kgf/cm2Gに昇圧された気体酸素GOは、上記
各熱交換器31,32,33における窒素復ラインL1
20内の窒素との熱交換、および冷凍機用熱交換器41
における冷凍機40の冷媒との熱交換によって順次冷却
され、特に第3熱交換器33で寒冷GN1からの冷熱を
得て液化し、液体酸素LOになって液酸タンク202に
導入されるようになっている。Then, by the oxygen compressor 30, 25 to 5
The gaseous oxygen GO pressurized to 5 kgf / cm 2 G is supplied to the nitrogen return line L1 in each of the heat exchangers 31, 32 and 33.
Heat exchange with nitrogen in 20 and heat exchanger 41 for refrigerator
In the third heat exchanger 33, the cold heat from the cold GN1 is liquefied and liquefied to be liquid oxygen LO, which is introduced into the liquid acid tank 202. Has become.
【0007】また、液酸タンク202内で気化して生成
した酸素蒸気GO1は、酸素復ラインL220を通り、
各熱交換器33,32,41,31においてその冷熱を
酸素往ラインL210内の気体酸素GOに与え、第1熱
交換器31の出口で常温になり、酸素圧縮機30に戻さ
れるようになっている。The oxygen vapor GO1 generated by vaporization in the liquid acid tank 202 passes through the oxygen return line L220,
In each of the heat exchangers 33, 32, 41, 31 the cold heat is given to the gaseous oxygen GO in the oxygen outgoing line L210, the temperature becomes normal at the outlet of the first heat exchanger 31, and is returned to the oxygen compressor 30. ing.
【0008】そして、窒素圧縮機20および酸素圧縮機
30の運転によって得られた液体窒素LNおよび液体酸
素LOはそれぞれ液窒タンク201および液酸タンク2
02に一旦貯留され、適宜系外に抜き出されるようにな
っている。The liquid nitrogen LN and the liquid oxygen LO obtained by the operation of the nitrogen compressor 20 and the oxygen compressor 30 are stored in the liquid nitrogen tank 201 and the liquid acid tank 2, respectively.
No. 02 is temporarily stored, and is appropriately taken out of the system.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記酸素窒
素液化装置10において、気体酸素GOが酸素圧縮機3
0によって25〜55kgf/cm2Gに昇圧されてい
るが、これは以下の理由による。すなわち、気体窒素G
Nは30〜60kgf/cm2Gに昇圧された状態で液
化されるように熱バランス上の設計が行われており、気
体酸素GOの圧力が、上記昇圧された気体窒素GNの圧
力に見合った圧力にまで昇圧されていないと、熱バラン
スの点で気体窒素GNは液体窒素LNとの熱交換によっ
ては液化しないためである。By the way, in the oxygen nitrogen liquefaction apparatus 10, the gaseous oxygen GO is replaced by the oxygen compressor 3.
The pressure is increased to 25 to 55 kgf / cm 2 G by 0. This is for the following reason. That is, gaseous nitrogen G
The heat balance is designed so that N is liquefied in a state of being pressurized to 30 to 60 kgf / cm 2 G, and the pressure of the gaseous oxygen GO matches the pressure of the pressurized gaseous nitrogen GN. This is because the gas nitrogen GN is not liquefied by heat exchange with the liquid nitrogen LN in terms of heat balance unless the pressure is increased to the pressure.
【0010】なお、気体窒素GNが30〜60kgf/
cm2Gに昇圧されるのに対して、気体酸素GOがそれ
より若干低めの25〜55kgf/cm2Gに昇圧され
るのは、大気圧における窒素の沸点が−193℃である
のに対し、酸素の沸点がそれよりも若干高い−183℃
であり、酸素の方が窒素よりも液化し易く、従って、窒
素ほど高圧にする必要がないためである。The gas nitrogen GN is 30-60 kgf /
Whereas is boosted to cm 2 G, the gaseous oxygen GO is boosted slightly below that of 25~55kgf / cm 2 G, the boiling point of nitrogen at atmospheric pressure whereas it is -193 ° C. , The boiling point of oxygen is slightly higher than -183 ℃
This is because oxygen is easier to liquefy than nitrogen, and therefore it is not necessary to make it as high as nitrogen.
【0011】従って、従来、空気分離装置Sから得られ
た気体窒素GNおよび気体酸素GOを液化するために
は、酸素圧縮機30は必須であると考えられてり、この
酸素圧縮機30の存在によって酸素窒素液化装置10の
設備コストおよび運転コストが嵩むという問題点を有し
ていた。Therefore, conventionally, it is considered that the oxygen compressor 30 is indispensable for liquefying the gaseous nitrogen GN and the gaseous oxygen GO obtained from the air separation device S, and the presence of the oxygen compressor 30. Therefore, there is a problem that the equipment cost and the operating cost of the oxygen-nitrogen liquefaction device 10 increase.
【0012】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、気体酸素および気体窒素を
同時に液化するに際し、酸素圧縮機を省略することがで
き、これによって設備コストおよび運転コストの低減に
寄与し得る酸素窒素液化装置を提供することを目的とし
ている。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and in simultaneously liquefying gaseous oxygen and gaseous nitrogen, an oxygen compressor can be omitted. It is an object of the present invention to provide an oxygen-nitrogen liquefaction device that can contribute to a reduction in operating cost.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
酸素窒素液化装置は、空気分離装置によって分離された
気体酸素および気体窒素を液化して液体酸素および液体
窒素にする酸素窒素液化装置であって、空気分離装置か
らの気体窒素を液化する窒素液化サイクルラインと、空
気分離装置からの気体酸素を液化する酸素液化器とが設
けられ、この酸素液化器は、上記窒素液化サイクルライ
ンから導出された液体窒素の蒸発潜熱によって気体酸素
を液化するように構成されていることを特徴とするもの
である。The oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to claim 1 of the present invention is an oxygen-nitrogen liquefaction apparatus that liquefies gaseous oxygen and gaseous nitrogen separated by an air separation apparatus into liquid oxygen and liquid nitrogen. A nitrogen liquefaction cycle line for liquefying gaseous nitrogen from the air separation device and an oxygen liquefaction device for liquefying gaseous oxygen from the air separation device are provided, and the oxygen liquefaction device is provided from the nitrogen liquefaction cycle line. It is characterized in that it is configured to liquefy gaseous oxygen by the derived latent heat of vaporization of liquid nitrogen.
【0014】本発明の請求項2記載の酸素窒素液化装置
は、請求項1記載の酸素窒素液化装置において、上記窒
素液化サイクルラインには、気体窒素を圧縮して圧縮気
体窒素にする圧縮機と、上記圧縮気体窒素を冷却する冷
凍機と、この冷凍機で冷却された圧縮気体窒素の一部に
断熱膨張仕事をさせることによって窒素液化用の寒冷を
発生する膨張タービンと、上記寒冷と上記圧縮機の下流
側の残部の気体窒素との熱交換を行うことによって残部
の気体窒素を液体窒素にする熱交換器とが備えられ、上
記熱交換に供された寒冷は圧縮機の上流側に戻され、上
記熱交換器で気体酸素と上記寒冷との熱交換を行わせる
気体酸素ラインが設けられ、上記酸素液化器は、酸素液
化室とこの酸素液化室内に配設された気化手段とを有
し、上記気体酸素ラインの下流端は酸素液化室に接続さ
れ、上記気化手段は、上記窒素液化サイクルラインから
導出された液体窒素を蒸発させるように構成されている
ことを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided an oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to the first aspect, wherein the nitrogen-liquefaction cycle line has a compressor for compressing gaseous nitrogen into compressed gaseous nitrogen. A refrigerator for cooling the compressed gaseous nitrogen, an expansion turbine for producing cold for nitrogen liquefaction by adiabatic expansion work of a part of the compressed gaseous nitrogen cooled by the refrigerator, the cold and the compression A heat exchanger for converting the remaining gaseous nitrogen to liquid nitrogen by performing heat exchange with the remaining gaseous nitrogen on the downstream side of the machine is provided, and the cold used for the heat exchange is returned to the upstream side of the compressor. A gas oxygen line is provided for performing heat exchange between the gas oxygen and the cold in the heat exchanger, and the oxygen liquefier has an oxygen liquefaction chamber and a vaporization means arranged in the oxygen liquefaction chamber. The above-mentioned gaseous oxygen The downstream end of the emission is connected to the oxygen liquefaction chamber, the vaporizing means is characterized in that it is configured so as to evaporate the liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line.
【0015】本発明の請求項3記載の酸素窒素液化装置
は、請求項2記載の酸素窒素液化装置において、上記窒
素液化サイクルラインから導出された液体窒素を酸素液
化器の上流側で減圧する減圧弁が設けられていることを
特徴とするものである。The oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to claim 3 of the present invention is the oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to claim 2, in which the pressure of the liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line is reduced on the upstream side of the oxygen liquefier. It is characterized in that a valve is provided.
【0016】本発明の請求項4記載の酸素窒素液化装置
は、請求項2または3記載の酸素窒素液化装置におい
て、上記酸素液化器の気化手段から導出された寒冷を圧
縮機に戻すラインが設けられていることを特徴とするも
のである。The oxygen-nitrogen liquefier according to claim 4 of the present invention is the oxygen-nitrogen liquefaction device according to claim 2 or 3, wherein a line is provided for returning refrigeration drawn from the vaporizing means of the oxygen liquefier to the compressor. It is characterized by being.
【0017】[0017]
【作用】上記請求項1記載の酸素窒素液化装置によれ
ば、窒素液化サイクルラインに供給された空気分離装置
からの気体窒素は、その循環過程で冷却されて液体窒素
になる。一方、酸素液化器に供給された空気分離装置か
らの気体酸素は、窒素液化サイクルラインから導出され
た液体窒素の蒸発によって得られる冷熱との熱交換で冷
却され液化される。According to the oxygen-nitrogen liquefaction apparatus of the first aspect, the gaseous nitrogen supplied from the air separation apparatus to the nitrogen liquefaction cycle line is cooled in the circulation process to become liquid nitrogen. On the other hand, the gaseous oxygen from the air separation device supplied to the oxygen liquefier is cooled and liquefied by heat exchange with the cold heat obtained by the evaporation of liquid nitrogen led out from the nitrogen liquefaction cycle line.
【0018】このように、気体酸素は、窒素液化サイク
ルラインから導出され、同サイクルライン内の気体窒素
の圧力とは独立した状態の液体窒素の断熱膨張によって
液化されるため、従来のように気体酸素を液化前の気体
窒素の圧力に略等しくなるまで昇圧しなくても酸素は液
化される。As described above, the gaseous oxygen is derived from the nitrogen liquefaction cycle line and is liquefied by the adiabatic expansion of the liquid nitrogen in a state independent of the pressure of the gaseous nitrogen in the cycle line. Oxygen is liquefied without increasing the pressure of oxygen until it becomes substantially equal to the pressure of gaseous nitrogen before liquefaction.
【0019】上記請求項2記載の酸素窒素液化装置によ
れば、空気分離装置から窒素液化サイクルラインに導入
された気体窒素は、圧縮機によって圧縮され、冷凍機に
よって冷却され、その一部が膨張タービンに供給されて
断熱膨張仕事をすることによってさらに冷却されて寒冷
になり、この寒冷が熱交換器において上記圧縮された気
体窒素の残部との熱交換に供され、この熱交換によって
残部の気体窒素は液化される。According to the oxygen-nitrogen liquefaction apparatus of the second aspect, the gaseous nitrogen introduced from the air separation apparatus to the nitrogen liquefaction cycle line is compressed by the compressor and cooled by the refrigerator, and a part thereof is expanded. By being supplied to the turbine and performing adiabatic expansion work, it is further cooled and becomes refrigerated, and this refrigeration is used for heat exchange with the rest of the compressed gaseous nitrogen in a heat exchanger, and the rest of the gas is exchanged by this heat exchange. Nitrogen is liquefied.
【0020】一方、空気分離装置から酸素供給ラインに
供給された気体酸素は、熱交換器において上記寒冷との
熱交換で所定の温度にまで予め冷却されて酸素液化器内
に導入される。一方、窒素液化サイクルラインから導出
された液体窒素は、酸素液化器の気化手段内に導入さ
れ、ここで断熱膨張することによって降温して寒冷にな
るため、酸素液化器内に導入された予備冷却済みの気体
酸素はこの寒冷との熱交換によって冷却され液化する。On the other hand, the gaseous oxygen supplied from the air separation device to the oxygen supply line is precooled to a predetermined temperature by heat exchange with the cold in the heat exchanger and introduced into the oxygen liquefier. On the other hand, the liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line is introduced into the vaporization means of the oxygen liquefaction device, where it is adiabatically expanded to lower the temperature and become cold, so the pre-cooling introduced into the oxygen liquefaction device is performed. The already-exhausted gaseous oxygen is cooled and liquefied by heat exchange with the cold.
【0021】このように、気体酸素は、熱交換器とは別
に設けられた酸素液化器において、液体窒素の断熱膨張
によって冷却されるようにしているため、気化手段内の
窒素の圧力を窒素液化サイクルライン内の窒素の圧力と
は独立した、気体酸素の圧力に見合ったものにすること
が可能であり、これによって、従来のように気体酸素を
気体窒素の圧力に見合うまで昇圧するための圧縮機を設
けなくても酸素は液化される。As described above, since the gaseous oxygen is cooled by the adiabatic expansion of liquid nitrogen in the oxygen liquefier provided separately from the heat exchanger, the pressure of nitrogen in the vaporizing means is liquefied with nitrogen. It is possible to match the pressure of gaseous oxygen, which is independent of the pressure of nitrogen in the cycle line, so that it is possible to compress gas oxygen to the pressure of gaseous nitrogen in the conventional manner. Oxygen is liquefied without a machine.
【0022】上記請求項3記載の酸素窒素液化装置によ
れば、窒素液化サイクルラインから導出された液体窒素
を酸素液化器の上流側で減圧する減圧弁が設けられてい
るため、この減圧弁の開度を調節することによって気化
手段に供給する窒素量の調節が可能になるとともに、減
圧弁での減圧によって液体窒素は断熱膨張して降温す
る。According to the oxygen-nitrogen liquefaction apparatus of the third aspect, since the pressure reducing valve for reducing the pressure of the liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line is provided on the upstream side of the oxygen liquefier, the pressure reducing valve By adjusting the opening degree, the amount of nitrogen supplied to the vaporizing means can be adjusted, and the liquid nitrogen is adiabatically expanded by the pressure reduction by the pressure reducing valve to lower the temperature.
【0023】上記請求項4記載の酸素窒素液化装置によ
れば、酸素液化器の気化手段から導出された寒冷を圧縮
機に戻すラインが設けられているため、上記寒冷はこの
ラインを通って系内を循環移動し、これによって寒冷と
して用いた窒素が回収される。According to the oxygen-nitrogen liquefaction apparatus of the above-mentioned claim 4, since a line for returning the cold drawn out from the vaporizing means of the oxygen liquefier to the compressor is provided, the cold passes through this line to the system. It circulates inside, and the nitrogen used as cold is recovered.
【0024】[0024]
【実施例】図1は、本発明に係る酸素窒素液化装置の第
1実施例を示す説明図である。この図に示すように、酸
素窒素液化装置1は、深冷分離法で空気Aを分離する空
気分離装置Sの下流側に接続されている。この空気分離
装置Sにおいて空気Aは深冷されることによって液体空
気になり、この液体空気は沸点差を利用した精溜処理に
よって窒素と酸素とに分離され、それらが気体窒素GN
および気体酸素GOとなって空気分離装置Sから導出さ
れるようになっている。そして、酸素窒素液化装置1
は、上記導出された気体窒素GNおよび気体酸素GOを
液化して液体窒素LNおよび液体酸素LOにするための
ものである。1 is an explanatory view showing a first embodiment of an oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to the present invention. As shown in this figure, the oxygen-nitrogen liquefaction device 1 is connected to the downstream side of an air separation device S that separates the air A by the cryogenic separation method. In this air separation device S, the air A is deeply cooled to become liquid air, and this liquid air is separated into nitrogen and oxygen by a rectification process using a boiling point difference, and these are separated into gaseous nitrogen GN.
And gaseous oxygen GO is discharged from the air separation device S. And the oxygen nitrogen liquefaction device 1
Is for liquefying the derived gas nitrogen GN and gas oxygen GO into liquid nitrogen LN and liquid oxygen LO.
【0025】上記酸素窒素液化装置1は、気体窒素GN
を液化するための窒素液化サイクルラインLと、気体酸
素GOを液化するための酸素供給ラインL3とを備えて
いる。上記窒素液化サイクルラインLには、窒素圧縮機
2と、冷凍機4と、膨張タービン5とが接続されてい
る。また、上記各ラインL,L3が貫通した熱交換器3
が設けられている。窒素液化サイクルラインLからは液
体窒素ラインL4が分岐され、この液体窒素ラインL4
の下流端に液窒タンク6が接続されている。上記酸素供
給ラインL3の下流端には酸素液化器7が接続されてい
る。The above-mentioned oxygen-nitrogen liquefying apparatus 1 is composed of gaseous nitrogen GN.
A nitrogen liquefaction cycle line L for liquefying oxygen and an oxygen supply line L3 for liquefying the gaseous oxygen GO are provided. A nitrogen compressor 2, a refrigerator 4, and an expansion turbine 5 are connected to the nitrogen liquefaction cycle line L. In addition, the heat exchanger 3 through which each of the lines L and L3 penetrates
Is provided. A liquid nitrogen line L4 is branched from the nitrogen liquefaction cycle line L, and this liquid nitrogen line L4
The liquid nitrogen tank 6 is connected to the downstream end of the. An oxygen liquefier 7 is connected to the downstream end of the oxygen supply line L3.
【0026】上記熱交換器3は、空気分離装置S側から
順次直列に配設された第1熱交換器31、第2熱交換器
32および第3熱交換器33によって構成されている。
また、上記窒素液化サイクルラインLは、窒素往ライン
L1と窒素復ラインL2とからなり、上記窒素圧縮機2
は窒素往ラインL1の上流端に設けられている。窒素往
ラインL1は、窒素圧縮機2の下流側で第1熱交換器3
1および第2熱交換器32に貫通しているとともに、第
1熱交換器31の上流側と同下流側とを結ぶ分岐ライン
L5を有し、この分岐ラインL5に冷凍機4が設けられ
ている。The heat exchanger 3 is composed of a first heat exchanger 31, a second heat exchanger 32, and a third heat exchanger 33, which are sequentially arranged in series from the air separating device S side.
The nitrogen liquefaction cycle line L is composed of a nitrogen forward line L1 and a nitrogen return line L2.
Is provided at the upstream end of the nitrogen forward line L1. The nitrogen forward line L1 is located downstream of the nitrogen compressor 2 and has the first heat exchanger 3
The first and second heat exchangers 32 are penetrated, and a branch line L5 connecting the upstream side and the downstream side of the first heat exchanger 31 is provided, and the refrigerator 4 is provided in the branch line L5. There is.
【0027】従って、窒素圧縮機2によって送出された
気体窒素GNは、第1熱交換器31の上流側で一部が窒
素往ラインL1に、残部が分岐ラインL5に分流され、
一部は第1熱交換器31で熱交換されるとともに、残部
は冷凍機4によって冷却され、第1熱交換器31の下流
側で合流されるようになっている。Therefore, the gaseous nitrogen GN delivered by the nitrogen compressor 2 is partly branched to the nitrogen forward line L1 and the balance is branched to the branch line L5 on the upstream side of the first heat exchanger 31,
Part of the heat is exchanged in the first heat exchanger 31, and the rest is cooled by the refrigerator 4 so as to be joined on the downstream side of the first heat exchanger 31.
【0028】また、窒素往ラインL1は、第2熱交換器
32の下流側で液体窒素ラインL4が分岐し、この液体
窒素ラインL4は、第3熱交換器33を貫通し、その下
流端が液窒タンク6に接続されている。Further, the nitrogen forward line L1 is branched from the liquid nitrogen line L4 on the downstream side of the second heat exchanger 32. The liquid nitrogen line L4 penetrates the third heat exchanger 33, and its downstream end is It is connected to the liquid nitrogen tank 6.
【0029】上記第2熱交換器32の下流側の窒素往ラ
インL1は膨張タービン5の入口側に接続されていると
ともに、同出口側に窒素復ラインL2の上流端が接続さ
れている。そして、窒素復ラインL2は、第3熱交換器
33、第2熱交換器32および第1熱交換器31に順次
貫通され、その下流端は窒素圧縮機2の上流側に接続さ
れている。The downstream nitrogen line L1 of the second heat exchanger 32 is connected to the inlet side of the expansion turbine 5, and the upstream side of the nitrogen return line L2 is connected to the outlet side thereof. The nitrogen return line L2 is sequentially passed through the third heat exchanger 33, the second heat exchanger 32, and the first heat exchanger 31, and its downstream end is connected to the upstream side of the nitrogen compressor 2.
【0030】上記膨張タービン5に供給された気体窒素
GNは、ここで断熱膨張仕事をして降温し、寒冷GN1
となって窒素復ラインL2に供給されるようになってい
る。そして、上記寒冷GN1は第3熱交換器33におい
て液体窒素ラインL4内の気体窒素GNとの熱交換に供
され、気体窒素GNを冷却して液体窒素LNに変えると
ともに、第2熱交換器32および第1熱交換器31にお
いて窒素往ラインL1内の気体窒素GNと向流で熱交換
され、第1熱交換器31の出口で常温になって窒素圧縮
機2に供給されるようになっている。The gaseous nitrogen GN supplied to the expansion turbine 5 performs adiabatic expansion work here to lower the temperature, and the cold GN1.
Is supplied to the nitrogen recovery line L2. Then, the cold GN1 is used for heat exchange with the gas nitrogen GN in the liquid nitrogen line L4 in the third heat exchanger 33, and the gas nitrogen GN is cooled to be converted into the liquid nitrogen LN, and at the same time, the second heat exchanger 32 is used. And, in the first heat exchanger 31, the heat is exchanged with the gaseous nitrogen GN in the nitrogen outward line L1 in a counterflow, and the temperature of the outlet of the first heat exchanger 31 becomes normal temperature and the nitrogen compressor 2 is supplied with the room temperature. There is.
【0031】上記液窒タンク6の底部と、膨張タービン
5の下流側の窒素復ラインL2との間には酸素冷却用窒
素ラインL6が設けられている。この酸素冷却用窒素ラ
インL6は上記酸素液化器7を貫通するように配設され
ている。この酸素冷却用窒素ラインL6からは液体窒素
導出ラインL7が分岐され、液窒タンク6から導出され
た液体窒素LNの一部がこの酸素冷却用窒素ラインL6
を通って系外に導出されるとともに、残部は酸素冷却用
窒素ラインL6を通って窒素復ラインL2内の寒冷GN
1に合流されるようになっている。An oxygen cooling nitrogen line L6 is provided between the bottom of the liquid nitrogen tank 6 and the nitrogen return line L2 on the downstream side of the expansion turbine 5. The oxygen cooling nitrogen line L6 is arranged so as to pass through the oxygen liquefier 7. A liquid nitrogen derivation line L7 is branched from the oxygen cooling nitrogen line L6, and a part of the liquid nitrogen LN derived from the liquid nitrogen tank 6 is part of the oxygen cooling nitrogen line L6.
Is discharged to the outside of the system through the oxygen cooling nitrogen line L6 and the rest is cooled GN in the nitrogen return line L2.
It is designed to be merged into 1.
【0032】また、上記液窒タンク6の頂部と、膨張タ
ービン5の下流側の窒素復ラインL2との間には気化窒
素用ラインL9が設けられており、液窒タンク6内で気
化した気体窒素GNを、この気化窒素用ラインL9を通
って窒素復ラインL2内に戻すようにしている。A vaporized nitrogen line L9 is provided between the top of the liquid nitrogen tank 6 and the nitrogen return line L2 on the downstream side of the expansion turbine 5, and the gas vaporized in the liquid nitrogen tank 6 is provided. The nitrogen GN is returned to the nitrogen return line L2 through the vaporized nitrogen line L9.
【0033】また、上記液体窒素導出ラインL7への分
岐点よりも下流側の酸素冷却用窒素ラインL6には減圧
弁8が設けられ、この減圧弁8の開度によって酸素液化
器7に向けて送出される液体窒素LNの流量および圧力
が調節されるようになっている。A decompression valve 8 is provided in the oxygen cooling nitrogen line L6 downstream of the branch point to the liquid nitrogen derivation line L7, and an opening of the decompression valve 8 directs the oxygen liquefier 7. The flow rate and pressure of the delivered liquid nitrogen LN are adjusted.
【0034】上記酸素液化器7は、断熱膨張器の一種で
あり、この中に供給された液体窒素LNは蛇行した熱交
換器(気化手段)71の中で断熱膨張して減圧冷却さ
れ、これによって気体酸素GOを液化する寒冷GN2が
生成されるようにしている。The oxygen liquefier 7 is a kind of adiabatic expander, and the liquid nitrogen LN supplied therein is adiabatically expanded in the meandering heat exchanger (vaporizer) 71 and cooled under reduced pressure. By this, cold GN2 that liquefies gaseous oxygen GO is generated.
【0035】一方、酸素供給ラインL3は、第1熱交換
器31、第2熱交換器32および第3熱交換器33に貫
通され、その下流端が酸素液化器7に接続されている。
そして、酸素液化器7内に導入された気体酸素GOは、
上記熱交換器71内の寒冷GN2との熱交換によって冷
却され、液体酸素LOになるようにしている。酸素液化
器7の底部には液体酸素導出ラインL8が接続されてお
り、酸素液化器7内の液体酸素LOは適宜この液体酸素
導出ラインL8を通って系外に導出されるようになって
いる。On the other hand, the oxygen supply line L3 penetrates through the first heat exchanger 31, the second heat exchanger 32, and the third heat exchanger 33, and its downstream end is connected to the oxygen liquefier 7.
Then, the gaseous oxygen GO introduced into the oxygen liquefier 7 is
It is cooled by heat exchange with the cold GN2 in the heat exchanger 71 to become liquid oxygen LO. A liquid oxygen lead-out line L8 is connected to the bottom of the oxygen liquefier 7, and the liquid oxygen LO in the oxygen liquefier 7 is appropriately led out of the system through the liquid oxygen lead-out line L8. .
【0036】そして、本実施例においては、空気分離装
置Sから導出される気体窒素GNおよび気体酸素GOの
圧力はそれぞれ10kgf/cm2Gに設定され、この
圧力の気体窒素GNを窒素圧縮機2によって60kgf
/cm2Gに昇圧するようにしている。また、膨張ター
ビン5によって60kgf/cm2Gの気体窒素GNは
10kgf/cm2Gにまで降圧されるようにしてい
る。さらに、酸素冷却用窒素ラインL6内の液体窒素L
Nは、上記熱交換器71内で10kgf/cm2Gにま
で降圧されるようにしている。In this embodiment, the pressures of the gaseous nitrogen GN and the gaseous oxygen GO discharged from the air separation unit S are set to 10 kgf / cm 2 G, and the gaseous nitrogen GN at this pressure is set to the nitrogen compressor 2. By 60kgf
The pressure is increased to / cm 2 G. Also, gaseous nitrogen GN of 60 kgf / cm 2 G by the expansion turbine 5 is to be stepped down to the 10kgf / cm 2 G. Furthermore, the liquid nitrogen L in the oxygen cooling nitrogen line L6
N is made to fall to 10 kgf / cm 2 G in the heat exchanger 71.
【0037】以下本発明の作用について説明する。空気
分離装置Sから導出された10kgf/cm2Gの気体
窒素GNは、窒素液化サイクルラインLの窒素往ライン
L1において窒素圧縮機2により圧縮され60kgf/
cm2Gにまで昇圧される。そして、窒素圧縮機2の下
流側で昇圧された気体窒素GNの一部が分岐ラインL5
に分流され、この分流された気体窒素GNは冷凍機4に
おいて所定の温度にまで冷却される。一方、気体窒素G
Nの残部はそのまま窒素往ラインL1を流下し、第1熱
交換器31内で寒冷GN1,GN2との熱交換で冷却さ
れ、第1熱交換器31の下流側で上記冷凍機4からの所
定温度に冷却された気体窒素GNと合流する。この合流
した気体窒素GNの温度は略−40℃になっている。The operation of the present invention will be described below. The 10 kgf / cm 2 G of gaseous nitrogen GN derived from the air separation device S is compressed by the nitrogen compressor 2 in the nitrogen outward line L1 of the nitrogen liquefaction cycle line L to 60 kgf /
The pressure is increased to cm 2 G. Then, a part of the gas nitrogen GN pressurized on the downstream side of the nitrogen compressor 2 is branched off from the branch line L5.
The divided nitrogen gas GN is cooled to a predetermined temperature in the refrigerator 4. On the other hand, gaseous nitrogen G
The rest of N flows down the nitrogen outgoing line L1 as it is, is cooled by heat exchange with the cold GN1 and GN2 in the first heat exchanger 31, and is cooled from the refrigerator 4 on the downstream side of the first heat exchanger 31. It joins the gaseous nitrogen GN cooled to the temperature. The temperature of the combined gaseous nitrogen GN is approximately -40 ° C.
【0038】ついで、上記合流気体窒素GNは、第2熱
交換器32において寒冷GN1,L2との熱交換で略−
100℃にまで冷却される。この略−100℃に冷却さ
れた気体窒素GNは、第2熱交換器32の下流側で一部
が液体窒素ラインL4に分流されるとともに、同残部は
膨張タービン5に導入される。そして、膨張タービン5
に導入された気体窒素GNは、ここで断熱膨張仕事をし
て10kgf/cm2Gにまで減圧されるとともに、−
165℃まで冷却され、寒冷GN1となって窒素復ライ
ンL2に導出される。Next, the combined gaseous nitrogen GN is exchanged with the cold GN1 and L2 in the second heat exchanger 32, so that it is substantially negative.
It is cooled to 100 ° C. The gaseous nitrogen GN cooled to approximately −100 ° C. is partly branched to the liquid nitrogen line L4 on the downstream side of the second heat exchanger 32, and the rest is introduced into the expansion turbine 5. And the expansion turbine 5
The gaseous nitrogen GN introduced into the above performs adiabatic expansion work here and is decompressed to 10 kgf / cm 2 G, and
It is cooled to 165 ° C., becomes cold GN1, and is led to the nitrogen return line L2.
【0039】そして、上記10kgf/cm2G,−1
65℃の寒冷GN1は、窒素復ラインL2を通って第3
熱交換器33に導入され、ここで液体窒素ラインL4内
の気体窒素GNに冷熱を与え、これによって気体窒素G
Nは−150℃にまで降温されて液体窒素LNになる。
なお、常圧で沸点が−196℃の窒素が−150℃で液
化するのは、気体窒素GNが60kgf/cm2Gにま
で昇圧されているからである。Then, the above 10 kgf / cm 2 G, -1
The cold GN1 at 65 ° C. passes through the nitrogen return line L2 to the third
It is introduced into the heat exchanger 33, where cold heat is given to the gaseous nitrogen GN in the liquid nitrogen line L4, whereby the gaseous nitrogen G
N is cooled to −150 ° C. and becomes liquid nitrogen LN.
The nitrogen having a boiling point of −196 ° C. at normal pressure is liquefied at −150 ° C. because the gaseous nitrogen GN is pressurized to 60 kgf / cm 2 G.
【0040】上記第3熱交換器33を通過した寒冷GN
1は、酸素液化器7からの寒冷GN2と合流して第2熱
交換器32、第1熱交換器31を順次通過し、このとき
窒素往ラインL1内の気体窒素GNに冷熱を与えながら
自身は昇温し、常温になって第1熱交換器31から導出
され、窒素圧縮機2に戻される。Cold GN that has passed through the third heat exchanger 33
1 merges with the cold GN2 from the oxygen liquefier 7 and sequentially passes through the second heat exchanger 32 and the first heat exchanger 31. At this time, the cold nitrogen heats the gaseous nitrogen GN in the nitrogen forward line L1 and cools itself. Is heated to normal temperature, is discharged from the first heat exchanger 31, and is returned to the nitrogen compressor 2.
【0041】そして、第3熱交換器33から導出された
液体窒素LNは、液体窒素ラインL4を流下して液窒タ
ンク6に供給され、ここで一時貯留されてから一部は液
体窒素導出ラインL7を通って系外に導出されるととも
に、残部は酸素冷却用窒素ラインL6を通って酸素液化
器7の熱交換器71に供給され、ここで断熱膨張して1
0kgf/cm2Gにまで減圧されるとともに、−15
0℃よりもさらに低温の寒冷GN2になり、窒素復ライ
ンL2に合流される。The liquid nitrogen LN discharged from the third heat exchanger 33 flows down the liquid nitrogen line L4 and is supplied to the liquid nitrogen tank 6, where it is temporarily stored and then part of the liquid nitrogen discharge line. While being discharged to the outside of the system through L7, the rest is supplied to the heat exchanger 71 of the oxygen liquefier 7 through the oxygen cooling nitrogen line L6, where it is adiabatically expanded to 1
While the pressure is reduced to 0 kgf / cm 2 G, -15
It becomes cold GN2 having a temperature lower than 0 ° C., and merges with the nitrogen return line L2.
【0042】一方、空気分離装置Sから酸素供給ライン
L3に導出された気体酸素GOは、第1熱交換器31、
第2熱交換器32および第3熱交換器33を通過しなが
ら窒素復ラインL2内の寒冷GN1,GN2との熱交換
によって順次冷却され、−150℃になって酸素液化器
7に導入される。On the other hand, the gaseous oxygen GO discharged from the air separation device S to the oxygen supply line L3 is the first heat exchanger 31,
While passing through the second heat exchanger 32 and the third heat exchanger 33, they are sequentially cooled by heat exchange with the cold GN1 and GN2 in the nitrogen return line L2, and are cooled to −150 ° C. and introduced into the oxygen liquefier 7. .
【0043】ところで、気体酸素GOは、上記熱交換に
よって−150℃にまで冷却されても、その圧力が10
kgf/cm2Gであるため、上記60kgf/cm2G
の気体窒素GNのようには液化しない。従って、−15
0℃の気体酸素GOは液化しない状態で酸素液化器7内
に導入されることになるが、酸素液化器7内は、熱交換
器71内での液体窒素LNの断熱膨張によって−150
℃以下に降温しているため、気体酸素GOはこの冷熱を
得て液化し、液体酸素LOになって酸素液化器7内に一
時貯留される。この液体酸素LOは、適宜液体酸素導出
ラインL8を介して系外に導出される。By the way, even if the gaseous oxygen GO is cooled to -150 ° C. by the heat exchange, its pressure is 10
Since it is kgf / cm 2 G, the above 60 kgf / cm 2 G
It does not liquefy like the gaseous nitrogen GN. Therefore, -15
The gaseous oxygen GO at 0 ° C. is introduced into the oxygen liquefier 7 in a state where it is not liquefied, but inside the oxygen liquefier 7 is −150 due to the adiabatic expansion of the liquid nitrogen LN in the heat exchanger 71.
Since the temperature is lowered to below 0 ° C., the gaseous oxygen GO obtains this cold heat and is liquefied to become liquid oxygen LO, which is temporarily stored in the oxygen liquefier 7. The liquid oxygen LO is appropriately led out of the system via the liquid oxygen lead line L8.
【0044】本実施例の酸素窒素液化装置1によれば、
系内に液体窒素LNを断熱膨張させることによって冷熱
源を発生させる酸素液化器7が設けられているため、従
来、気体酸素GOの圧力を、窒素圧縮機2によって60
kgf/cm2Gにまで昇圧された気体窒素GNと略同
圧になるまで昇圧しなければ、液体窒素LNとの熱交換
では液化しなかった不都合が解消され、気体酸素GO用
の圧縮機を設けることなく、気体酸素GOは10kgf
/cm2Gのままで液化される。従って、従来設けられ
ていた気体酸素用の圧縮機を省略することが可能になり
設備コストおよび運転コストの低減を図る上で有効であ
る。According to the oxygen-nitrogen liquefier 1 of this embodiment,
Since the oxygen liquefier 7 that generates a cold heat source by adiabatically expanding the liquid nitrogen LN is provided in the system, the pressure of the gaseous oxygen GO is conventionally 60 by the nitrogen compressor 2.
If the pressure is not increased to almost the same pressure as the gas nitrogen GN that has been increased to kgf / cm 2 G, the inconvenience of not being liquefied by heat exchange with the liquid nitrogen LN is solved, and a compressor for gas oxygen GO is used. Without providing, the oxygen gas GO is 10 kgf
/ Cm 2 G is liquefied as it is. Therefore, the conventionally provided compressor for gaseous oxygen can be omitted, which is effective in reducing the facility cost and the operating cost.
【0045】図2は、本発明に係る酸素窒素液化装置の
第2実施例を示す説明図である。この実施例において
は、酸素冷却用窒素ラインL6aは、液窒タンク6の上
流側の液体窒素ラインL4のから分岐され、酸素液化器
7および熱交換器3(第3熱交換器33、第2熱交換器
32および第1熱交換器31)を通って窒素圧縮機2の
中間段に戻されるようにしている。その他は実施例1の
ものと同様である。FIG. 2 is an explanatory view showing a second embodiment of the oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to the present invention. In this embodiment, the oxygen cooling nitrogen line L6a is branched from the liquid nitrogen line L4 on the upstream side of the liquid nitrogen tank 6, and the oxygen liquefier 7 and the heat exchanger 3 (third heat exchanger 33, second heat exchanger 33, The heat is passed through the heat exchanger 32 and the first heat exchanger 31) and returned to the intermediate stage of the nitrogen compressor 2. Others are the same as those in the first embodiment.
【0046】このようにした理由は、第1実施例(図
1)のように、酸素冷却用窒素ラインL6aの下流端を
膨張タービン5の下流側の窒素復ラインL2に接続する
と、窒素復ラインL2内の寒冷GN1の圧力(10kg
f/cm2G)に影響されて酸素冷却用窒素ラインL6
a内の寒冷GN2が10kgf/cm2Gにまで圧力低
下してしまうからである。これを防止し、酸素冷却用窒
素ラインL6内の寒冷GN2の圧力を15kgf/cm
2Gにするために、本実施例においては、酸素冷却用窒
素ラインL6aの下流端を窒素復ラインL2には接続せ
ず、窒素圧縮機2の中間段に直接戻すようにしている。The reason for doing so is that when the downstream end of the oxygen cooling nitrogen line L6a is connected to the nitrogen return line L2 on the downstream side of the expansion turbine 5 as in the first embodiment (FIG. 1), the nitrogen return line L2 is connected. Pressure of cold GN1 in L2 (10kg
f / cm 2 G) is affected by oxygen cooling nitrogen line L6
This is because the cold GN2 in a has its pressure reduced to 10 kgf / cm 2 G. To prevent this, the pressure of the cold GN2 in the oxygen cooling nitrogen line L6 is set to 15 kgf / cm.
In order to achieve 2 G, in this embodiment, the downstream end of the oxygen cooling nitrogen line L6a is not connected to the nitrogen return line L2 but is returned directly to the intermediate stage of the nitrogen compressor 2.
【0047】また、酸素冷却用窒素ラインL6a内の圧
力を15kgf/cm2Gに設定したのは、酸素の沸点
は窒素のそれよりも高く、従って10kgf/cm2G
の気体酸素GOに対して−150℃以下に冷却された1
5kgf/cm2Gの窒素で充分に気体酸素GOは液化
するためである。The pressure in the oxygen cooling nitrogen line L6a is set to 15 kgf / cm 2 G because the boiling point of oxygen is higher than that of nitrogen, and therefore 10 kgf / cm 2 G
Cooled to -150 ° C or lower for gaseous oxygen GO of 1
This is because gaseous oxygen GO is sufficiently liquefied with 5 kgf / cm 2 G of nitrogen.
【0048】このようにすると、窒素圧縮機2に戻され
る寒冷GN2の圧力は、10kgf/cm2Gに対して
差し引き5kgf/cm2G高くなっているため、その
分窒素圧縮機2の動力が削減され、酸素窒素液化装置1
の運転コストの低減を図ることが可能になる。In this way, the pressure of the cold GN2 returned to the nitrogen compressor 2 is 5 kgf / cm 2 G higher than 10 kgf / cm 2 G, so the power of the nitrogen compressor 2 is correspondingly increased. Reduced and oxygen nitrogen liquefaction device 1
It is possible to reduce the operating cost of
【0049】図3は、本発明に係る酸素窒素液化装置の
第3実施例を示す説明図である。この実施例は、空気分
離装置Sから導出される気体酸素GOの圧力が常圧より
も若干高い程度(例えば1kgf/cm2G)である場
合に対応させるものである。そのために酸素冷却用窒素
ラインL6b内の寒冷GN2の圧力が4kgf/cm2
Gになるように圧力設定されている。また、この4kg
f/cm2Gの寒冷GN2を昇圧する小型の窒素回収用
圧縮機9が酸素冷却用窒素ラインL6bの下流端に設け
られ、これによって酸素冷却用窒素ラインL6b内の気
体窒素からなる寒冷GN2の圧力が10kgf/cm2
Gに昇圧されるようにしている。この昇圧された寒冷G
N2は窒素圧縮機2に戻される。その他は上記第2実施
例のものと同様である。FIG. 3 is an explanatory view showing a third embodiment of the oxygen-nitrogen liquefying apparatus according to the present invention. This embodiment corresponds to the case where the pressure of the gaseous oxygen GO discharged from the air separation device S is slightly higher than the normal pressure (for example, 1 kgf / cm 2 G). Therefore, the pressure of the cold GN2 in the oxygen cooling nitrogen line L6b is 4 kgf / cm 2.
The pressure is set to G. Also, this 4kg
A small-sized nitrogen recovery compressor 9 for boosting the f / cm 2 G cold GN2 is provided at the downstream end of the oxygen cooling nitrogen line L6b, whereby the cold GN2 consisting of gaseous nitrogen in the oxygen cooling nitrogen line L6b is provided. Pressure is 10 kgf / cm 2
The pressure is increased to G. This boosted cold G
N2 is returned to the nitrogen compressor 2. Others are the same as those in the second embodiment.
【0050】このようにすると、空気分離装置Sから導
出される気体酸素GOが常圧よりも若干高い程度の圧力
であっても、寒冷GN2の圧力がそれに見合った4kg
f/cm2Gになっているため、気体酸素GOは確実に
液化される。また、窒素回収用圧縮機9の駆動によって
4kgf/cm2Gにまで降圧された窒素が10kgf
/cm2Gに昇圧され、窒素液化サイクルラインLに戻
されるため、窒素のロスが確実に防止される。By doing so, even if the pressure of the gaseous oxygen GO discharged from the air separation device S is slightly higher than the normal pressure, the pressure of the cold GN2 is 4 kg, which is commensurate with the pressure.
Since it is f / cm 2 G, the gaseous oxygen GO is surely liquefied. Further, the nitrogen reduced in pressure to 4 kgf / cm 2 G by driving the nitrogen recovery compressor 9 is 10 kgf.
Since the pressure is increased to / cm 2 G and is returned to the nitrogen liquefaction cycle line L, the loss of nitrogen is reliably prevented.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明の請求項1記載の酸素窒素液化装
置によれば、窒素液化サイクルラインに供給された空気
分離装置からの気体窒素は、その循環過程で冷却され、
その一部が気体窒素を冷却するための熱交換用として用
いられるため、この熱交換によって残部の気体窒素は液
体窒素になる。一方、酸素液化器に供給された空気分離
装置からの気体酸素は、窒素液化サイクルラインから導
出された液体窒素を蒸発させて冷熱源として用いるよう
にしているため、この冷熱源を窒素液化サイクルライン
内の気体窒素の圧力に拘りなく液化すべき気体酸素の圧
力と略同一の圧力にまで断熱膨張によって降圧すること
が可能であり、これによって気体酸素を窒素液化サイク
ルライン内の気体窒素の圧力と略同一の圧力にまで昇圧
しなくても気体酸素は液化されるので、従来のように気
体酸素を昇圧するための圧縮機を設ける必要はなくな
り、設備コストおよび運転コストを低減する上で好都合
である。According to the oxygen-nitrogen liquefaction device of the first aspect of the present invention, the gaseous nitrogen from the air separation device supplied to the nitrogen liquefaction cycle line is cooled in the circulation process,
Since a part of the heat is used for heat exchange for cooling the gaseous nitrogen, the remaining gas nitrogen becomes liquid nitrogen by this heat exchange. On the other hand, the gaseous oxygen from the air separation device supplied to the oxygen liquefaction device is used as a cold heat source by evaporating the liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line. It is possible to reduce the pressure by adiabatic expansion to almost the same pressure as the pressure of the gaseous oxygen to be liquefied regardless of the pressure of the gaseous nitrogen in the nitrogen gas. Gaseous oxygen is liquefied without increasing the pressure to almost the same pressure, so there is no need to provide a compressor for increasing the pressure of gaseous oxygen as in the conventional case, which is convenient for reducing equipment costs and operating costs. is there.
【0052】本発明の請求項2記載の酸素窒素液化装置
によれば、空気分離装置から窒素液化サイクルラインに
導入された気体窒素は、圧縮機によって圧縮され、冷凍
機によって冷却され、その一部が膨張タービンに供給さ
れて断熱膨張仕事をすることによってさらに冷却されて
寒冷になり、この寒冷が熱交換器において上記圧縮され
た気体窒素の残部との熱交換に供され、この熱交換によ
って残部の気体窒素は液化される。According to the oxygen-nitrogen liquefier of the second aspect of the present invention, the gaseous nitrogen introduced from the air separator to the nitrogen liquefaction cycle line is compressed by the compressor and cooled by the refrigerator, and a part thereof Is supplied to the expansion turbine to perform further adiabatic expansion work, whereby it is further cooled to be chilled, and this chill is subjected to heat exchange with the rest of the compressed gaseous nitrogen in a heat exchanger, and the rest is due to this heat exchange. The gaseous nitrogen is liquefied.
【0053】一方、空気分離装置から酸素供給ラインに
供給された気体酸素は、熱交換器において上記寒冷との
熱交換で所定の温度にまで予め冷却されて酸素液化器内
に導入される。一方、窒素液化サイクルラインから導出
された液体窒素は、酸素液化器の気化手段内に導入さ
れ、ここで断熱膨張することによって降温して寒冷にな
るため、酸素液化器内に導入された予備冷却済みの気体
酸素はこの寒冷との熱交換によって冷却され液化する。On the other hand, the gaseous oxygen supplied from the air separation device to the oxygen supply line is precooled to a predetermined temperature by heat exchange with the cold in the heat exchanger and introduced into the oxygen liquefier. On the other hand, the liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line is introduced into the vaporization means of the oxygen liquefaction device, where it is adiabatically expanded to lower the temperature and become cold, so the preliminary cooling introduced into the oxygen liquefaction device. The already-exhausted gaseous oxygen is cooled and liquefied by heat exchange with the cold.
【0054】このように、気体酸素は、熱交換器とは別
に設けられた酸素液化器において、液体窒素の断熱膨張
によって冷却されるようにしているため、気化手段内の
窒素の圧力を窒素液化サイクルライン内の窒素の圧力と
は独立した、気体酸素の圧力に見合ったものにすること
が可能であり、これによって、従来のように気体酸素を
気体窒素の圧力に見合うまで昇圧するための圧縮機を設
けずして酸素の液化が実現し、設備コストおよび運転コ
ストの低減を図る上で有効である。As described above, since the gaseous oxygen is cooled by the adiabatic expansion of liquid nitrogen in the oxygen liquefier provided separately from the heat exchanger, the pressure of nitrogen in the vaporizing means is liquefied with nitrogen. It is possible to match the pressure of gaseous oxygen, which is independent of the pressure of nitrogen in the cycle line, so that it is possible to compress gas oxygen to the pressure of gaseous nitrogen in the conventional manner. This is effective in realizing the liquefaction of oxygen without installing a machine and reducing the equipment cost and operating cost.
【0055】本発明の請求項3記載の酸素窒素液化装置
によれば、窒素液化サイクルラインから導出された液体
窒素を酸素液化器の上流側で減圧する減圧弁が設けられ
ているため、この減圧弁の開度を調節することによって
気化手段に供給する窒素量の調節がさ可能になるととも
に、減圧弁での減圧によって液体窒素は断熱膨張して降
温する。According to the oxygen-nitrogen liquefaction apparatus of the third aspect of the present invention, since the decompression valve for decompressing the liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line is provided upstream of the oxygen liquefier, this decompression is performed. By adjusting the opening of the valve, the amount of nitrogen supplied to the vaporizing means can be adjusted, and the liquid nitrogen is adiabatically expanded by the decompression of the decompression valve to lower the temperature.
【0056】本発明の請求項4記載の酸素窒素液化装置
によれば、酸素液化器から導出された寒冷を圧縮機に戻
すラインが設けられているため、上記寒冷はこのライン
を通って系内を循環移動し、これによって寒冷として用
いた窒素が回収される。According to the oxygen-nitrogen liquefying apparatus of the fourth aspect of the present invention, since a line for returning the cold drawn out from the oxygen liquefier to the compressor is provided, the cold is passed through this line to the inside of the system. The nitrogen used as cold is recovered.
【図1】本発明に係る酸素窒素液化装置の第1実施例を
示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of an oxygen-nitrogen liquefaction device according to the present invention.
【図2】本発明に係る酸素窒素液化装置の第2実施例を
示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a second embodiment of the oxygen-nitrogen liquefaction device according to the present invention.
【図3】本発明に係る酸素窒素液化装置の第3実施例を
示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a third embodiment of the oxygen-nitrogen liquefier according to the present invention.
【図4】従来の酸素窒素液化装置の一例を示す説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a conventional oxygen-nitrogen liquefaction device.
1 酸素窒素液化装置 2 窒素圧縮機 3 熱交換器 31 第1熱交換器 32 第2熱交換器 33 第3熱交換器 4 冷凍機 5 膨張タービン 6 液窒タンク 7 酸素液化器 71 熱交換器 8 減圧弁 9 窒素回収用圧縮機 S 空気分離装置 A 空気 GN 気体窒素 GO 気体酸素 LN 液体窒素 GN1,GN2 寒冷 LO 液体酸素 L 窒素液化サイクルライン L1 窒素往ライン L2 窒素復ライン L3 酸素供給ライン L4 液体窒素ライン L5 分岐ライン L6,L6a,L6b 酸素冷却用窒素ライン L7 液体窒素導出ライン L8 液体酸素導出ライン 1 Oxygen-nitrogen liquefier 2 Nitrogen compressor 3 Heat exchanger 31 1st heat exchanger 32 2nd heat exchanger 33 3rd heat exchanger 4 Refrigerator 5 Expansion turbine 6 Liquid nitrogen tank 7 Oxygen liquefier 71 Heat exchanger 8 Pressure reducing valve 9 Nitrogen recovery compressor S Air separator A Air GN Gaseous nitrogen GO Oxygen oxygen LN Liquid nitrogen GN1, GN2 Cold LO liquid oxygen L Nitrogen liquefaction cycle line L1 Nitrogen forward line L2 Nitrogen return line L3 Oxygen supply line L4 Liquid nitrogen Line L5 Branch line L6, L6a, L6b Oxygen cooling nitrogen line L7 Liquid nitrogen derivation line L8 Liquid oxygen derivation line
Claims (4)
素および気体窒素を液化して液体酸素および液体窒素に
する酸素窒素液化装置であって、空気分離装置からの気
体窒素を液化する窒素液化サイクルラインと、空気分離
装置からの気体酸素を液化する酸素液化器とが設けら
れ、この酸素液化器は、上記窒素液化サイクルラインか
ら導出された液体窒素の蒸発潜熱によって気体酸素を液
化するように構成されていることを特徴とする酸素窒素
液化装置。1. An oxygen-nitrogen liquefaction device for liquefying gaseous oxygen and gaseous nitrogen separated by an air separation device into liquid oxygen and liquid nitrogen, and a nitrogen liquefaction cycle line for liquefying gaseous nitrogen from the air separation device. And an oxygen liquefaction device for liquefying gaseous oxygen from the air separation device, and the oxygen liquefaction device is configured to liquefy gaseous oxygen by the latent heat of vaporization of liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line. An oxygen-nitrogen liquefaction device characterized in that
窒素を圧縮して圧縮気体窒素にする圧縮機と、上記圧縮
気体窒素を冷却する冷凍機と、この冷凍機で冷却された
圧縮気体窒素の一部に断熱膨張仕事をさせることによっ
て窒素液化用の寒冷を発生する膨張タービンと、上記寒
冷と上記圧縮機の下流側の残部の気体窒素との熱交換を
行うことによって残部の気体窒素を液体窒素にする熱交
換器とが備えられ、上記熱交換に供された寒冷は圧縮機
の上流側に戻され、上記熱交換器で気体酸素と上記寒冷
との熱交換を行わせる気体酸素ラインが設けられ、上記
酸素液化器は、酸素液化室とこの酸素液化室内に配設さ
れた気化手段とを有し、上記気体酸素ラインの下流端は
酸素液化室に接続され、上記気化手段は、上記窒素液化
サイクルラインから導出された液体窒素を蒸発させるよ
うに構成されていることを特徴とする請求項1記載の酸
素窒素液化装置。2. The nitrogen liquefaction cycle line comprises a compressor for compressing gaseous nitrogen into compressed gaseous nitrogen, a refrigerator for cooling the compressed gaseous nitrogen, and a compressed gaseous nitrogen cooled by the refrigerator. An expansion turbine that produces cold for nitrogen liquefaction by performing adiabatic expansion work on a part, and heat exchange between the cold and the residual gaseous nitrogen on the downstream side of the compressor causes the residual gaseous nitrogen to become liquid. A heat exchanger for making nitrogen is provided, and the cold used for the heat exchange is returned to the upstream side of the compressor, and a gas oxygen line for performing heat exchange between the gas oxygen and the cold in the heat exchanger is provided. Provided, the oxygen liquefier has an oxygen liquefaction chamber and a vaporization means arranged in the oxygen liquefaction chamber, the downstream end of the gas oxygen line is connected to the oxygen liquefaction chamber, the vaporization means, the From nitrogen liquefaction cycle line The oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to claim 1, which is configured to evaporate the liquid nitrogen that is drawn out.
れた液体窒素を酸素液化器の上流側で減圧する減圧弁が
設けられていることを特徴とする請求項2記載の酸素窒
素液化装置。3. The oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to claim 2, further comprising a decompression valve for decompressing the liquid nitrogen derived from the nitrogen liquefaction cycle line on the upstream side of the oxygen liquefier.
た寒冷を圧縮機に戻すラインが設けられていることを特
徴とする請求項2または3記載の酸素窒素液化装置。4. The oxygen-nitrogen liquefaction apparatus according to claim 2 or 3, further comprising a line for returning the cold drawn out from the vaporizing means of the oxygen liquefier to the compressor.
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1995
- 1995-06-23 JP JP15762995A patent/JP2961072B2/en not_active Expired - Lifetime
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