JP2550205B2 - 空気分離方法及び装置 - Google Patents

空気分離方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空気分離装置における酸素・アルゴンの採取
量の調整に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の空気分離装置において、原料空気の一部は寒冷
発生のための膨張タービンに送られ、残りは精留塔下塔
に吹き込まれる。精留塔下塔に吹き込まれた原料空気
は、上部より液体窒素下部より約38％O2の液体空気に分
離されて、それぞれ上塔に還流される。液体空気の一部
はアルゴン分離を行なう粗アルゴン塔のコンデンサーを
経由してガス状で精留塔上塔に吹き込まれる。一方膨張
タービンで使用された原料空気は、精留塔上塔下部主凝
縮悪部からの製品酸素によりタービン低温熱交にて冷却
されて精留塔上塔に吹き込まれる。
従来の装置では、アルゴン採取量の調整は上記の還流
液を液体窒素の量を調節するか、膨張タービン出口から
不純窒素ラインにバイパスすることにより、精留塔上塔
に吹き込まれる原料である空気量を減らすことにより、
酸素を採取しにくくさせてアルゴンをより多く分離でき
るようにしていた。なお、この種の装置として関連する
ものには例えば特願平１−100055号が挙げられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は下記の不具合点があった。
１）還流液調節方法は、精留塔上塔の中部・下部を酸素
過剰雰囲気からアルゴンを採取し易い窒素過剰雰囲気に
変化させるものであるが、精留塔上塔の上流の下塔の組
成を変化させてしまうため、ある一つの操作を実施して
も、まず精留塔下塔が完全に整定してから精留塔上塔が
整定されるためかなりの時間的な遅れがあり、整定しす
ぎることにより粗アルゴン塔に窒素を多量に送り込み、
コンデンサーでの熱交換に支障を与えて、塔内のアルゴ
ン分を多く含んだ液を精留塔上塔下部に逆流させて製品
酸素純度を低下させてしまう可能性があった。
２）膨張タービン出口空気のバイパス方法は、上記の精
留塔下塔の整定の不具合点はないが、精留塔上塔に吹き
込まれる原料空気量を減らすことにより、酸素を採取し
にくくして、精留塔上塔内部を窒素過剰雰囲気にしてア
ルゴンの調整をするため、原料空気中の酸素と共にアル
ゴンもロスすることになるため、酸素およびアルゴンの
採取量の調整の上で不具合点があった。
本発明の目的は、前述の酸素およびアルゴンの採取量
の調整による不具合点を解決して安定したアルゴン調整
ができる空気分離装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、下塔の組成変更はしない
で、かつ原料空気の精留塔上塔への吹き込み量の変化を
極力小さくして、タービン低温熱交の交換熱量を変更す
ることにより、タービン低温熱交出口の製品酸素温度を
変化させて、空気熱交への寒冷量を調節し、精留塔下塔
吹き込みの原料空気温度を変更するものである。この温
度を変化させることは、主凝縮器の熱交換量が変化する
ことになり、すなわち精留塔上塔下部の上昇ガス量が変
化する。この上昇ガス量の変化は精留操作の上で重要な
因子であるL/V（精留操作線）が変化することになり、
製品酸素および粗アルゴン塔へのフィードガス濃度を変
化させることにより実施する。本発明の場合は、精留塔
下塔吹込み空気の温度のみを変化させるのであり、精留
塔上塔への還流液量は変化ないため、塔内濃度変化も極
小であり、整定までの時間的遅れも生じない。
〔作用〕
タービン低温熱交の交換熱量を調節することによっ
て、精留塔上塔の精留操作線（L/V比）を変化させるこ
と、すなわち論理段数を変化させるものである。従っ
て、精留塔下塔への影響はほとんどないこと、精留塔上
塔自体も処理空気量が変化しないことより、時間遅れの
影響が小さく、制御性が良い上、原料空気のロスをなく
して製品の回収量を向上できる。
〔実 施 例〕
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
図において、約5Kに昇圧された原料空気は、炭酸ガス
および水分を事前に除去されたのち、空気熱交１により
精留分離された製品酸素・窒素および不純窒素との熱交
換により約−170℃まで冷却されて、精留塔下塔２に送
入される。送入された原料空気は主凝縮器３にて液化さ
れ、精留塔下塔２にて液体窒素と液体空気に分離され
る。該分離された一方の液体窒素は導管14、弁９を経
て、精留塔上塔４の上部に還流される。他方、液体空気
は導管15、弁10を経て精留塔上塔４の中部に還流され
る。
精留塔上塔４においては、主凝縮器３にてガス化さ
れ、製品窒素、酸素および不純窒素と精留塔上塔４下部
から一部上昇ガスが、導管16を経て粗アルゴン塔５に抜
き出されフィードガスに分離される。該分離されたフィ
ードガスは、精留塔上塔４に還流される液体空気の一部
が弁11を経て供給されるコンデンサー６にて液化され、
粗アルゴン塔５内にて粗アルゴンと戻り液に分離され
る。該分離された戻り液は導管17を経て精留塔上塔４下
部に戻される。
一方空気熱交１の中部から約−100℃にて抜き出され
た原料空気の一部は、導管18を経て膨張タービン７に送
られる。ここで寒冷を発生した低温空気は導管19を経
て、タービン低温熱交８に送られ、ここで製品酸素との
熱交換により約−175℃に冷却されて精留塔上塔４中部
に供給される。該タービン低温熱交８での熱交換量は、
主凝縮器３から導管20により抜き出された製品酸素を弁
12と弁13とにより分配されて製品酸素量が調節される。
本実施例では、この酸素流量の調節を製品酸素の空気熱
交１の入口導管21に設置された温度調節計22により行な
う事例を示す。
ここで、発明動作の一例として、導管21の製品酸素の
温度を上げる場合について述べる。温度調節計22の設定
温度を上げると、タービン低温熱交８にて十分寒冷回収
が行なわれるようになり、弁12は開方向、弁13は閉方向
に動作する。該動作により、空気熱交１に供給される製
品酸素温度が上昇するため、寒冷量が減少する。したが
って、精留塔下塔２に供給される原料空気の流量は同じ
であるが、温度が上昇する。これにより主凝縮器３への
熱負荷が増加し、精留塔上塔４内の上昇ガスが増加す
る。この場合、請留塔下塔２に関しては還流量の変化が
ないため、若干の温度変化があるだけで大きな影響はな
い。
精留塔上塔４内の上昇ガスは増加することにより、下
降する液量との比（L/V比）は小さくなり、精留操作と
しては薬になる。第２図に操作線（L/V比）が1.3と1.4
の事例を示し説明する。本図に示すように理論段数が、
ａ％Ar→ｂ％Arにするのにおのおの３段と3.4段と差が
生じる。
このように、本発明によれば精留塔下塔２の状態変化
がほとんどない状態で、精留塔上塔４への原料空気処理
量を変化させないで、塔内濃度分布が変更可能となる。
なお、本実施例はタービン低温熱交の熱交量の調節を
温度調節計にて実施しているが、例えば製品酸素純度で
の調節等にて行なうことも可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、制御のための時間的な遅れを最少限
とし、かつ高回収率で製品酸素、アルゴンの採取が可能
となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の空気分離装置の説明図、第
２図は操作線と理論段数との関係を示す気液平衡図であ
る。 １……空気熱交、２……精留塔下塔、３……主凝縮器、
４……精留塔上塔、５……粗アルゴン塔、６……コンデ
ンサー、７……膨張タービン、８……タービン低温熱
交、22……温度調節計

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】大気から取入れた原料空気中の水分および
    炭素ガスを除去し、除去後の原料空気を精留塔から得ら
    れる低温気体により空気熱交換器で冷却し、冷却後の原
    料空気を精留塔の下塔に供給して精留分離された所望の
    成分を取り出す空気分離方法において、 上記空気熱交換器の途中から原料空気の一部を取り出し
    て寒冷を発生させ、該寒冷を発生させた原料空気を、上
    記空気熱交換器に供給される前の低温気体により低温熱
    交換器で冷却して上記精留塔の上塔に供給する際に、上
    記低温熱交換器を通過して上記空気熱交換器に供給され
    る前の低温気体の温度を調節して上記精留塔の下塔に供
    給される原料空気の温度を調節し、これにより酸素とア
    ルゴンとの採取量を調節する ことを特徴とする空気分離方法。
  2. 【請求項２】上記低温気体は上記精留塔から得られる製
    品酸素であり、 上記製品酸素の流路は２分割され、２分割された流路の
    一方は上記低温熱交換器を通された後他方の流路と合流
    されて上記空気熱交換器に接続され、 上記製品酸素の温度の調節は、上記２つの流路に流れる
    製品酸素の流量制御によりなされる ことを特徴とする請求項１記載の空気分離方法。
  3. 【請求項３】大気から取入れた原料空気中の水分および
    炭素ガスを除去し、除去後の原料空気を精留塔から得ら
    れる低温気体により空気熱交換器で冷却し、冷却後の原
    料空気を精留塔の下塔に供給して精留分離された所望の
    成分を取り出す空気分離装置において、 上記空気熱交換器の途中から原料空気の一部を取り出し
    て寒冷を発生させる寒冷発生手段と、 該寒冷を発生させた原料空気を、上記空気熱交換器に供
    給される前の低温気体により低温熱交換器で冷却して上
    記精留塔の上塔に供給する寒冷供給手段と、 上記低温熱交換器を通過して上記空気熱交換器に供給さ
    れる前の低温気体の温度を調節する低温気体温度調節手
    段とからなり、 これにより上記精留塔の下塔に供給される原料空気の温
    度を調節して酸素とアルゴンとの採取量を調節する ことを特徴とする空気分離装置。
  4. 【請求項４】上記低温気体は上記精留塔から得られる製
    品酸素であり、 上記低温気体温度調節手段は、 上記製品酸素の流路が２分割され、２分割された流路の
    一方が上記低温熱交換器を通された後他方の流路と合流
    されて上記空気熱交換器に接続された分割流路と、 上記２つの流路に流れる製品酸素の流量を制御する流量
    制御手段とからなる ことを特徴とする請求項３記載の空気分離装置。
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