極低温ガスプラント

極低温ガスプラントは、分子状酸素、分子状窒素、アルゴン、クリプトン、ヘリウム、キセノンを比較的高純度で製造する産業施設です。 [ 1 ]空気は、大気中で最も一般的な気体である窒素が78%、酸素が19%、アルゴンが1%で構成されており、残りは微量ガスで構成されているため、極低温ガスプラントでは、蒸留塔内で極低温（約100 K/-173 °C）で空気を分離し、アルゴン、窒素、酸素など、不純物が1 ppm以下の高純度ガスを生成します。このプロセスは、1895年に カール・フォン・リンデが発明したハンプソン・リンデの空気分離サイクルの一般理論に基づいています。

地球の大気の体積による構成。
生産量80 Nm 3 /時の液体酸素プラント

目的

生産量800 Nm 3 /時のガス窒素（GAN）プラント

極低温窒素プラントの主な目的は、高純度の窒素ガス (GAN)、液体窒素(LIN)、液体アルゴン (LAR)、高純度アルゴン PLAR [ 2 ]を高純度で顧客に提供し、同時にクリプトン、キセノン、ヘリウムなどの微量ガスを抽出することです。極低温プラントで生成される酸素や窒素などの高純度液体物質は、ローカルタンクに貯蔵され、戦略的備蓄として使用されます。この液体は、需要のピークをカバーするため、またはプラントがオフラインのときに使用するために気化できます。アルゴン、キセノン、ヘリウムは通常、容量が少ないため高圧タンク車またはトラックで顧客に直接販売されます。[ 3 ] 一般的な極低温窒素プラントは、200 ft 3 /時から、1日あたり63トンの窒素を生産できる非常に大規模なプラント (メキシコのカンタレル フィールドプラントなど) まであります。

極低温空気分離により、99.5%以上の高純度酸素が得られます。得られた高純度製品は、液体として貯蔵することも、ボンベに充填することもできます。これらのボンベは、医療分野の顧客に供給したり、溶接に使用したり、他のガスと混合して潜水用の呼吸ガスとして使用したりすることもできます。このプラントではまた、肥料産業 向けのアンモニア製造、フロートガラス製造、石油化学用途、パージガス、[ 4 ]アミンガス処理、ベアリングシールガス、ポリエステル製造に使用される窒素も生産しています。

得られたアルゴンガスは半導体製造[ 5 ]や太陽光発電製造に使用することができる。[ 6 ]

プラントモジュール

極低温プラントは次の要素で構成されています。

ウォームエンド（W/E）コンテナ

コールドボックス

ストレージ

  • ガソリンスタンド

工場の仕組み

極低温空気分離ユニットの図

ウォームエンドプロセス

大気中の空気はコンプレッサーによって粗ろ過され、加圧されて製品圧力が供給され、お客様に供給されます。吸入される空気の量は、お客様の酸素需要に応じて異なります。

極低温で生成された酸素（液体およびガス）の分配

エアレシーバーは凝縮水を集塵し、圧力損失を最小限に抑えます。圧縮された乾燥空気は約10℃で 冷媒熱交換器へと送られます。

プロセスエアをさらに浄化するために、複数のろ過段階が設けられています。まず、凝縮水が除去され、次に重力式ろ過器として機能する凝集ろ過器が、最後に活性炭を充填した吸着器が炭化水素を除去します。

ウォームエンドコンテナにおける最後のユニットプロセスは、熱スイング吸着装置（TSA）です。空気浄化ユニットは、圧縮プロセス空気中の残留水蒸気、二酸化炭素、および炭化水素を除去して浄化します。このユニットは、2つの容器、バルブ、および容器の切り替えを可能にする排気装置で構成されています。TSAベッドの1つが稼働している間、もう1つのベッドは排ガス流によって再生され、サイレンサーを通して周囲環境に排出されます。

コールドボックスプロセス

プロセス空気はコールドボックス内の主熱交換器に入り、そこで排ガス流と向流で冷却されます。主熱交換器を出たプロセス空気の温度は約-112℃で、部分的に液化しています。完全な液化は、ボイラー内で冷却された液体酸素を蒸発させることによって達成されます。純度制御弁を通過した後、プロセス空気は蒸留塔の上部に入り、充填材を通って下方に流れます。

ボイラーのシェル内で蒸発した酸素蒸気の流れは蒸留塔に戻り、塔の充填材を通り抜けて上昇し、下降する液体プロセス空気の流れと衝突します。

塔を降下する液体空気は窒素を失います。酸素濃度が高まり、純粋な液体酸素として塔底に集まります。そしてボイラーからコールドボックスの液体製品バルブへと流れ出ます。オンライン酸素分析計が液体製品バルブの開度を制御し、純粋な低圧液体酸素を貯蔵タンクへと送り込みます。

上昇する酸素蒸気は窒素とアルゴンを豊富に含みます。塔を出て、主熱交換器を通って常温のコールドボックスから廃ガスとして排出されます。この廃ガスは、TSAユニットの再生と冷凍タービンの冷却のためのパージガスとして供給されます。

コールドボックスの底部に設置されたタービンが、プロセスに冷却を提供します。メイン熱交換器から排出された高圧ガスは、タービン内で冷却・膨張し、低圧になります。この冷気は熱交換器の廃気流に戻り、冷媒として供給されます。タービンで除去されたエネルギーは、タービンの閉サイクル空気ブレーキ回路で熱として再び放出されます。この熱は、コールドボックスからの廃ガスによって 空冷器で除去されます。

保管と蒸発プロセス

タンクからの液体は極低温液体ポンプで高圧に圧縮されます。その後、常温蒸発器で気化され、酸素または窒素ガスが生成されます。高圧ガスは、ガスマニホールドを介してシリンダーに送られるか、お客様の製品パイプラインに供給されます。

アプリケーション

高純度酸素の用途

高純度窒素製造の用途

高純度アルゴンの用途

キセノンの用途

参照

参考文献

  1. ^ 「ASUとは何か？」Ranch Cryogenics . Ranch Cryogenic . 2022年12月1日閲覧。
  2. ^ 「極低温空気分離の概要」。極低温空気分離・液化システムの概要。ユニバーサル・インダストリアル・ガス。 2022年12月1日閲覧。
  3. ^ Saferack. 「液体アルゴンの取り扱い設計、積載、設置」バルクアルゴン輸送. Saferack . 2022年12月2日閲覧。
  4. ^ NiGen (2020年10月13日). 「窒素パージガスとは」 .窒素パージガスとは. 2022年12月1日閲覧。
  5. ^ a b「アルゴンと半導体チップ不足の関係は？」 .アルゴンと半導体チップ不足の関係は？ . Rocky Mountain Air. 2021年9月28日. 2022年12月1日閲覧。
  6. ^ a b「Gas Recovery and Recycle Limited（GR2L）は、太陽光発電用シリコンウェーハの製造に使用される高純度アルゴンパージガスをリサイクルするための、独自の閉ループ式アルゴンパージガス回収・精製システム「ArgonØ」を開発した」。 『 Wafers For Solar PV』 。 2022年12月1日閲覧。
  7. ^ a b Products、Linde。「SPECTRA製品」。SPECTRA製品。 2022年12月2日閲覧。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cryogenic_gas_plant&oldid=1315351514」より取得