JP2645994B2 - 空気液化分離装置における酸素純度制御方法 - Google Patents

空気液化分離装置における酸素純度制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低純度酸素製造装置、特に空気液化分離によ
り酸素60%〜95%程度の低純度酸素を製造する装置又は
酸素60%〜95%程度の低純度酸素を廃ガスとする窒素製
造装置における生成酸素純度の制御方法に関する。
〔従来の技術〕
低純度酸素構造装置としては、例えば主精留塔より液
状で酸素を抜出し、その大部分を副凝縮器等によって気
化することにより製品低純度酸素ガスを採取する空気液
化分離装置や酸素60%〜95%程度の低純度酸素を廃ガス
とする窒素製造装置等があるが、これら低純度の酸素を
製造する装置においては、従来より例えば主精留塔から
抜出す過剰酸素ガスの調節ループや主精留塔へ送る圧縮
空気の流量調節ループ等は設けられていなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そのため、主精留塔より液状で酸素を抜出し、その大
部分を副凝縮器等によって気化することにより、製品低
純度酸素ガスを採取する前記装置においては、原料空気
中に含まれる酸素成分が略全量製品酸素中に回収される
ため、昼夜の気温変化などによって、空気圧縮機からの
圧縮空気吐出量が常に変化し、それによって製品酸素ガ
ス純度が変動し、安定しなかった。さらに低純度である
ことから、精留条件の微少な変動によってもパーセント
単位純度が変動し、安定化が難しかった。
また、減量運転においては運転圧力が低下するが、そ
れにより副凝縮器等の余裕がなくなり、製品酸素圧力を
仕様運転と同じ圧力に保つためには、減量運転を考えて
副凝縮器を大きくするなどの対応が必要であった。
そこで本発明は、低純度酸素製造装置または窒素製造
装置等の空気液化分離装置において上記問題点を解決
し、製品酸素純度または廃ガス濃度を安定させ、減量運
転においても酸素ガス等を規定の圧力で製造できる空気
液化分離装置における酸素純度制御方法を提供すること
を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の第1発明は、主精
留塔より液化酸素を抜出し、気化することにより低純度
酸素ガスを製造する装置における酸素純度制御方法にお
いて、前記主精留塔の酸素最濃縮段付近の酸素純度を検
出するとともに酸素ガスを抜出し、その検出純度によっ
て該酸素ガスの抜出し量を調節することにより前記低純
度酸素ガスの純度を制御することを特徴としており、ま
た第2発明は、上記第1発明の方法に加えて、原料空気
圧縮機から主精留塔に送る圧縮空気流量を一定に調節す
ることをも特徴としており、さらに第3発明は、上記第
1発明の方法に加えて、主精留塔上部より抜出される窒
素ガス通路中に弁を設けて運転圧力の調節を行なうこと
をも特徴としている。
〔作 用〕
このように、主精留塔の酸素最濃縮段付近の酸素ガス
純度を検出すると共にその検出純度によって酸素ガスを
抜出すことにより、該主精留塔の主凝縮器付近の酸素純
度が一定に制御され製品酸素純度が安定する。
また、主精留塔に送る空気圧縮機からの圧縮空気吐出
流量を一定に調節することにより、気温差や冷却水温度
などの影響を少なくでき、さらに、主精留塔上部より抜
出される窒素ガス通路中に弁を設けて装置の減量度合に
応じて弁の開度を調節することにより、精留部の圧力を
適切な値に保ち、製品酸素ガスを規定の圧力で製造する
ことができる。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
大気より吸入された空気10,000Nm3/hは管1より空気
圧縮機2に入り、約4Kg/cm2 Gに昇圧される。圧縮空気
は管3より熱交換器4に入り冷却され、管5より下部塔
6に入る。下部塔6では精留により窒素と酸素富化液化
空気(以下、液空という)に精留分離され、窒素ガスは
管8より抜出され、主凝縮器9および副凝縮器10て液化
酸素と熱交換することにより凝縮し、管11,12を通って
下部塔6へ戻り還流液となる。また、管11の液化窒素の
一部は管13により分岐され、過冷器14,管15,減圧弁16を
通って上部塔7へ供給され、上部塔7の還流液となる。
一方、下部塔6の液空は管17より抜出され、過冷器14,
管18,減圧弁19を通って上部塔7へ導かれる。上部塔7
では精留により上部に窒素,下部に液化酸素が生じ、窒
素ガスは管20より抜出され、弁21,過冷器14,管22,管23,
熱交換器4を通って昇温され、管24より大気に放出され
る。上部塔下部に設けた主凝縮器9には酸素90%の液化
酸素が溜り、気相部は酸素約76%となる。このうち、2,
300Nm3/hの液化酸素は管25より抜出され、弁26を通って
副凝縮器10に入る。副凝縮器10において、液化酸素はほ
ぼ全量気化し、酸素90%の酸素ガスとして2,280Nm3/hが
管27より抜出され熱交換器4を通って昇温され、管28,
管29より使用先へ送られる。副凝縮器10からは原料空気
中に含まれる炭化水素が副凝縮器10内の液化酸素中に濃
縮されるのを防ぐため、管30より少量20Nm3/hの液化酸
素が抜かれる。尚これは必要に応じて気化され、製品ガ
スへ混合される(図示せず)。
装置を低温に保つ寒冷は、下部塔6より管8で抜出し
た窒素ガスの一部を管31,熱交換器4,管32を通して膨張
タービン33で処理することにより得ており、降圧した窒
素は管34より管22,管23を通る窒素ガスに混合し、熱交
換器4で寒冷を回収された後、管24より大気へ放出さ
れ、または使用先へ送られる。
本実施例において、製品酸素量を一定量採取すると
き、昼夜において、気温が20℃から5℃へ変化した場合
を想定すると、空気圧縮機2の吐出流量は、流量制御を
しない場合、吸入条件の変化により約5%増加し、10,5
00Nm3/hとなる。原料空気中の酸素成分はほとんど製品
酸素中に回収されることにより、酸素純度は約95%のバ
ランス点に向って上昇してしまう。この不具合をなく
し、気温差や冷却水温差などの影響を少なくする目的で
空気圧縮機流量調節ループ(FIC−1)35が設けられて
いる。即ち空気圧縮機2の吐出流量を検出し、その値に
より空気圧縮機吸入ガイドベーンなどの容量制御機能を
作動させて吐出流量を予め設定された一定の運転流量に
するよう制御する。
しかし、空気量と酸素量を完全にバランスすることは
できず、プロセス途中の吸着器(図示せず)やリバーシ
ング熱交換器(熱交換器4と兼用できる。)などの外乱
によって純度変動が生ずる。製品酸素ガス量を純度によ
って増減し調節することも可能であるが、主凝縮器9に
溜る液化酸素量が多く、純度上の緩衝を行なうため応答
が遅くなる。
本発明は、上部塔7のほぼ最下段または主凝縮器9の
酸素純度を一定に制御することにより、逆に主凝縮器9
の純度緩衝機能を利用することで製品純度を安定させる
ものであり、上部塔7のほぼ最下段または主凝縮器9の
酸素純度を純度調節ループ36で検出しながら、直接過剰
酸素ガスを管37,管38を通して抜出すことにより、上部
塔7の純度分布を安定させるものである。
空気圧縮機流量調節ループ(FIC−1)35を併用しな
い実装置においても、この純度調節ループ(AO2 C−
4)36は良好に作動し、製品純度の変動幅は と非常に小さくなっている。
さらに本装置をそのまま減量すると全体の圧力損失が
減少し、空気圧力は3.8Kg/cm2 G程度まで低下するが、
この場合副凝縮器10の窒素の凝縮温度が低下し、酸素の
気化温度との温度差が小さくなり、熱交換量の減少が生
じてしまうため、製品酸素ガス圧力を下げる必要があ
る。これを避けるためバタフライ弁21が設置され、減量
度合に応じて開度が設定することにより、精留部と副凝
縮器の圧力を適切な値に保つことができる。
尚、バタフライ弁21は、管20から管22,管23,管24を経
て大気放出または使用先に至る窒素ガス通路のどこかに
設けても同じ機能は達成できるが、本実施例の場合は、
膨張タービン33の出口圧力を少しでも下げ寒冷を有効に
発生させるため、管20か管22のいずれかに設けた方が有
利となる。また、副凝縮器10の形式や加熱源の種類は上
記1例を示したが、上記に限らず、液化酸素を全量気化
させてもよいし、液化酸素の部分気化を行ない残液を主
凝縮器9へ戻してもよい。さらに、加熱源として、空気
も採用可能であり、凝縮液は管11から下部塔6へ戻さず
上部塔7へフィードしてもよい。
また、本実施例においては、主精留塔として複式精留
塔を用いたが、単式精留塔にも同様に適用できる。
さらに、本プロセスをそのまま窒素ガス製造装置と
し、酸素ガスを廃ガスとして大気放出する場合において
も該廃ガスを前記低純度酸素ガスとして制御することに
よる本発明は装置の安定な運転において有効である。
〔発明の効果〕
本発明は以上のように、空気液化分離装置において、
主精留塔の酸素最濃縮段付近の酸素純度を検出しつつ過
剰な酸素ガスを抜出し、該酸素ガスの抜出し量を調節す
るようにしたので、製品酸素純度を安定させることがで
きる。例えば製品酸素純度90%の低純度酸素製造装置に
於て、従来製品純度は±5%程度の変動もあり得たが、
前記純度調節ループ(AO2 C−4)を設けることにより
変動幅を に抑えることが出来た。また、主精留塔に送る空気圧縮
機からの圧縮空気吐出流体量を一定に調節することで、
前記過剰な酸素ガスの抜出し量を極力減らしてエネルギ
ーの節約を達成し、かつ自動化が図れ、酸素純度も安定
できる。さらに、主精留塔上部より抜出される窒素ガス
通路中に弁を設けて装置の減量運転度合に応じて弁の開
度を調節することにより、減量運転時においても、製品
酸素ガス圧力を規定値に保つことができ、また、副凝縮
機を過大にする必要もなくなる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施例の説明図である。 2……空気圧縮機、4……熱交換器、6……下部塔、7
……上部塔、9……主凝縮器、10……副凝縮器、14……
過冷器、21……弁、33……膨張タービン、35……空気圧
縮機流量調節ループ、36……純度調節ループ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主精留塔より液化酸素を抜出し、気化する
    ことにより低純度酸素ガスを製造する装置における酸素
    純度制御方法において、前記主精留塔の酸素最濃縮段付
    近の酸素純度を検出するとともに酸素ガスを抜出し、そ
    の検出純度によって該酸素ガスの抜出し量を調節するこ
    とにより前記低純度酸素ガスの純度を制御することを特
    徴とする空気液化分離装置における酸素純度制御方法。
  2. 【請求項2】主精留塔より液化酸素を抜出し、気化する
    ことにより低純度酸素ガスを製造する装置における酸素
    純度制御方法において、前記主精留塔の酸素最濃縮段付
    近の酸素純度を検出しつつ酸素ガスを抜出し、その検出
    純度によって該酸素ガスの抜出し量を調節するととも
    に、原料空気圧縮機から前記主精留塔に送る圧縮空気流
    量を一定に調節することにより前記低純度酸素ガスの純
    度を制御することを特徴とする空気液化分離装置におけ
    る酸素純度制御方法。
  3. 【請求項3】主精留塔より液化酸素を抜出し、気化する
    ことにより低純度酸素ガスを製造する装置における酸素
    純度制御方法において、前記主精留塔の酸素最濃縮段付
    近の酸素純度を検出しつつ過剰な酸素ガスを抜出し、そ
    の検出純度によって該酸素ガスの抜出し量を調節すると
    ともに、前記主精留塔上部より抜出される窒素ガス通路
    中に弁を設けて該主精留塔の運転圧力の調節を行なうこ
    とにより前記低純度酸素ガスの純度を制御することを特
    徴とする空気液化分離装置における酸素純度制御方法。
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JPS5417390A (en) * 1977-07-11 1979-02-08 Kawasaki Steel Co Apparatus for adjusting flow rate of incoming air in ozone making plant
JPS5771804A (en) * 1980-10-24 1982-05-04 Hitachi Ltd Controlling apparatus of oxygen concentration

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