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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ガスである窒素が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ことから、極低温ガスプラントは、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・リンデによって発明された空気分離のハンプソン・リンデサイクルの一般理論に基づいています。
目的
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、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材料は、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することができます。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、200ft 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、液体として保存することも、シリンダーに充填することもできます。これらのシリンダーは、医療分野の顧客に配布したり、溶接したり、他のガスと混合してダイビング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、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
極低温プラントは以下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
- 液体酸素タンク
- 気化器
- ガソリンスタンド
プラントの仕組み
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大まかに濾過され、加圧されて、製品圧力を供給し、顧客に届けられます。吸入される空気の量は、顧客の酸素需要に応じて異なります。
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エアレシーバーは凝縮水を収集し、圧力降下を最小限に抑えます。乾燥した圧縮空気は、約 10°C で 冷媒熱交換器に送られます。
プロセス空気をさらに浄化するために、さまざまな段階の濾過が行われます。まず、より多くの凝縮水が除去され、次に凝集フィルターが重力フィルターとして機能し、最後に活性炭で満たされた吸着器が炭化水素の一部を除去します。
ウォームエンドコンテナの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、残留水蒸気、二酸化炭素、炭化水素を除去して、圧縮されたプロセス空気を浄化します。このユニットは、容器の切り替えを可能にするために、2 つの容器、バルブ、および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、2 つ目のベッドは、サイレンサーを通じて周囲環境に排出される廃ガス流によって再生されます。
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メイン熱交換器に入り、そこで排ガス流と逆流して冷却されます。メイン熱交換器を出たプロセス空気の温度は約 -112°C で、部分的に液化しています。完全な液化は、ボイラー内の冷却された液体酸素の蒸発によって達成されます。純度制御バルブを通過した後、プロセス空気は蒸留塔の上部に入り、パッキング材を通って流れ落ちます。
ボイラーのシェル内で蒸発した酸素蒸気の流れは、蒸留塔に戻ります。この蒸気は塔の充填材を通って上昇し、下降する液体プロセス空気の流れに遭遇します。
塔を下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の底に集まります。液体酸素はボイラーからコールドボックスの液体製品バルブに流れ出ます。オンライン酸素分析装置が液体製品バルブの開きを制御し、純粋な低圧液体酸素を貯蔵タンクに送ります。
上昇する酸素蒸気は窒素とアルゴンを多く含みます。この蒸気はカラムを出て、主熱交換器を通って常温でコールドボックスから廃ガスとして排出されます。この廃ガスはパージガスとしてTSAユニットを再生し、冷凍タービンを冷却します。
冷却ボックスの底部にあるタービンが、プロセスの冷却を行います。メインの熱交換器からの高圧ガスの流れは、タービン内で冷却され、低圧に膨張します。この冷気は、熱交換器の廃気流に戻り、冷却を注入します。タービンによって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現れます。この熱は、冷却ボックスからの廃ガスによって空気対空気冷却器で除去されます。
保管と蒸発のプロセス
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、周囲空気蒸発器で気化され、ガス状の酸素または窒素が生成されます。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、顧客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
- 炉の濃縮
- 医療ガス
- 金属生産
- 溶接
- ロケット推進剤酸化剤
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
- ^ 「ASU とは何か?」。Ranch Cryogenics。Ranch Cryogenic。2022年12 月 1 日閲覧。
- ^ 「極低温空気分離の概要」。極低温空気分離および液化システムの概要。ユニバーサル工業ガス。 2022年12月1日閲覧。
- ^ 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。
- ^ NiGen (2020年10月13日). 「窒素パージガスとは何か」.窒素パージガスとは何か. 2022年12月1日閲覧。
- ^ ab 「アルゴンは半導体チップ不足とどう関係があるのか？」。アルゴンは半導体チップ不足とどう関係があるのか？。ロッキーマウンテンエア。2021年9月28日。 2022年12月1日閲覧。
- ^ ab 「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アルゴンパージガス回収・精製システム、ArgonØを開発しました」。太陽光発電用ウェーハ。 2022年12月1日閲覧。
- ^ ab Products、Linde。「SPECTRA Products」。SPECTRA Products 。 2022年12月2日閲覧。