JP2794048B2 - キセノン濃度調整方法 - Google Patents

キセノン濃度調整方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、空気液化分離装置の主凝縮器に留出する
液体酸素に含まれる微量のキセノンを、所定のキセノン
濃度に濃縮調整する方法に関する。詳しくは、空気液化
分離装置の主凝縮器から供給する液体酸素量の増減によ
り変動する液体酸素中のキセノン濃度を、安定して所定
濃度に濃縮調整する方法に関するである。
従来の技術 写真のフラッシュランプ、蛍光灯、レーザー、麻酔薬
等として用いられる希ガス元素であるキセノンは、空気
中に0.087ppm含まれており、液体空気の分留を繰返すこ
とにより純粋な単体が得られる。
現在では、大型の空気液化分離装置の上部精留塔から
主凝縮器に留出する液体酸素中から回収されている。し
かし、主凝縮器に留出する液体酸素中のキセノン濃度
は、液体酸素生産量を多くすればキセノン濃度は低くな
り、液体酸素生産量を少なくすればキセノン濃度は高く
なる。
従来法では、上記液体酸素中のキセノンを精留法によ
り回収していたが、液体酸素中の炭化水素、特にメタン
の濃縮による爆発の危険を避けるため、キセノン濃度を
抑制し、触媒で炭化水素類を燃焼除去したのち、精留で
濃縮する方法[(株)フジ・テクノシステム技術資料
(61−2−1)P430〜431)、アルゴン置換塔を設けて
酸素とアルゴンを置換したのち、キセノンを精留で濃縮
する方法(特公昭47−22937号公報)、あるいは高圧窒
素と酸素を置換したのち、キセノンを精留で濃縮する方
法(特開昭57−95583号公報)等が提案されているが、
いずれも多段の精留捜査が必要であり、設備コストなら
びにランニングコストが高くなると共に、キセノン回収
率が低いという欠点がある。
また、第1工程でキセノンを精留濃縮したのち、低級
炭化水素を含む酸素ガスと置換しながらキセノンを精留
で濃縮する方法(特公昭63−33634号公報)が提案され
ている。また、本出願人は、キセノンを選択的に吸着す
る吸着剤を充填した複数の吸着塔に、原料液体酸素を導
入して吸脱着を行うことにより、順次キセノンを濃縮す
れば、高純度のキセノンが得られることを見い出し、既
に特許出願(特開昭62−297206号公報)している。
発明が解決しようとする課題 上記特開昭62−297206号公報の方法は、キセノン製造
方法として従来法の欠点を解消した優れた発明である。
しかしながら最近では、液体酸素の需要量の増大に対
応し、液体酸素生産量が増加し、酸素ガス発生量の1%
を液体酸素の生産下限とし、それ以上の範囲で液体酸素
の生産量を調整する操業を実施しているところが多く、
また、夜間の安い電力使用を目的として夜間に液体酸素
を増産している。
このため、特開昭62−297206号公報の方法でキセノン
の製造を行った場合は、液体酸素量の増産による液体酸
素中のキセノン濃度の低下と装置の肥大化、あるいは液
体酸素供給量の変動によるキセノン収率の低下等の問題
がある。また、製造される液体酸素を原料として上記特
公昭63−33634号公報の方法でキセノンを精留濃縮する
には、濃縮塔への液体酸素送入量の大幅な変動に対応で
きない。
この発明の目的は、空気液化分離装置の液体酸素生産
量の変動に関係なく、高収率、低コストで液体酸素中の
キセノンを濃縮できるキセノン濃度調整方法を提供する
ことにある。
課題を解決するための手段 本発明者らは、上記目的を達成すべく種々試験研究を
行った結果、空気液化分離装置の上部精留塔の主凝縮器
から液体酸素をキセノン濃縮塔に導入し、キセノン濃縮
塔に導入する液体酸素量の変動に対応して液体酸素蒸発
量を変動させ、キセノン濃縮塔の液深、圧力およびキセ
ノン濃縮塔からの液体酸素抜出し量を一定に制御し、こ
れを高圧酸素ガスと熱交換させて強制蒸発させてキセノ
ン吸着塔に導入し、高圧酸素ガスは熱交換により液体酸
素として回収すれば、液体酸素導入量が変動しても、キ
セノン吸着塔に導入する原料ガス中のキセノン濃度を、
常に所定濃度に保持できることを究明し、この発明に到
達した。
すなわちこの発明は、空気液化分離装置の上部精留塔
主凝縮器に留出する液体酸素に含まれる微量のキセノン
を所定のキセノン濃度に濃縮調整する方法において、微
量のキセノンを含有する液体酸素を主凝縮器から熱交換
器を内蔵したキセノン濃縮塔に導入し、導入液体酸素量
に対応して液体酸素蒸発量を調整泳して液深、圧力およ
びキセノン濃縮塔からの液体酸素抜出し量を一定に制御
し、キセノン濃縮塔から抜出したキセノン濃縮液体酸素
を熱交換器で高圧酸素ガスと熱交換せしめ、高圧酸素ガ
スを液体酸素として回収すると共に、キセノン濃縮液体
酸素をキセノン濃縮酸素ガスとなし、キセノンを選択的
に吸着する吸着塔に導入し濃縮するのである。
作用 この発明においては、微量のキセノンを含有する液体
酸素を主凝縮器から熱交換器を内蔵したキセノン濃縮塔
に導入し、導入液体酸素量に対応して液体酸素蒸発量を
調整して液深、圧力およびキセノ濃縮塔からの液体酸素
抜出し量を一定に制御するから、キセノン濃縮塔の液
深、圧力の変動による蒸発酸素中のキセノンの増加が抑
制され、かつ抜出し液体酸素中のキセノン濃度をほぼ一
定に保持することができる。
しかも、キセノン濃縮塔から抜出したキセノン濃縮液
体酸素を熱交換器で高圧酸素ガスと熱交換せしめ、高圧
酸素ガスを液体酸素として回収すると共に、キセノン濃
縮液体酸素をキセノン濃縮酸素ガスとなし、キセノンを
選択的に吸着する吸着剤を充填したキセノン吸着塔に導
入し濃縮するので、キセノン吸着塔に導入されるキセノ
ン濃縮酸素ガス量ならびにキセノン濃度は、空気液化分
離装置の液体酸素生産量が変動しても常に一定となり、
高収率、低コストで液体酸素中のキセノンを濃縮するこ
とができる。
なお、キセノン濃縮塔内の液深、圧力およびキセノン
濃縮塔からの液体酸素抜出し量を一定に制御する理由
は、液深ならびに圧力が短時間内で変動すると、蒸発酸
素中のキセノンが増加するためで、また、液体酸素抜出
し量を一定にすることにより、後工程のキセノン吸着塔
に供給する原料ガス中のキセノン濃度を所定値にするこ
とができる。
主凝縮器からキセノン濃縮塔に導入した液体酸素中の
キセノンの挙動は、第2図に示すとおり、液体酸素中の
キセノン濃度が30〜100ppmの場合に蒸発ガス酸素中のキ
セノン濃度は0.28〜0.7ppmとなっており、キセノン濃縮
塔に導入された液体酸素中のキセノンの大部分は、液体
酸素中に濃縮残留している。
つまり、キセノン濃縮塔に導入される液体酸素量が多
く、かつキセノン濃度が低い場合には、多量の液体酸素
を蒸発させて液体酸素抜出し量を一定にすることによっ
て、後工程のキセノン吸着塔に供給する原料ガス中のキ
セノン濃度を一定に保持することができる。また、逆に
キセノン濃縮塔に導入される液体酸素量が少なく、かつ
キセノン濃度が高い場合には、液体酸素の蒸発量を抑制
して液体酸素抜出し量を一定にすることによって、キセ
ノン濃度を一定にすることができる。
さらに、空気液化分離装置で生産される液体酸素量
は、キセノン濃縮塔およびキセノン吸着塔で減少する
が、その分はキセノン濃縮塔の熱交換器、キセノン濃縮
塔から抜出した液体酸素の熱交換器ならびにキセノン濃
縮塔およびキセノン吸着塔からの蒸発ガス酸素の熱交換
器に導入する高圧酸素ガスが熱交換により液化して液体
酸素として回収されるので、液体酸素生産量を確保する
ことができる。
実 施 例 実施例1 第1図はこの発明の濃縮方法の概略フローを示すもの
で、(1)は空気液化分離装置の精留塔で、精留塔
(1)の上部精留塔主凝縮器(2)に留出する液体酸素
の一部は、低級炭化水素除去のため、ポンプ(4)によ
り炭化水素吸着塔(3)を経て主凝縮器(2)に循環さ
れ、需要量に見合う液体酸素がキセノン濃縮塔(5)に
導入される。キセノン濃縮塔(5)に導入された液体酸
素は、熱交換器(6)内を通過する高圧酸素ガスと熱交
換させる。このとき、キセノン濃縮塔(5)は、液深が
一定となるよう高圧酸素瓦斯の負荷分銅を液面指示調節
計(7)によりコントロールすると共に、圧力が一定と
なるよう圧力指示調節計(8)により蒸発酸素ガス抜出
し量をコントロールする。
ここで使用する高圧酸素ガスとしては、高圧酸素ガス
供給配管(9)から必要量導入する。この高圧酸素ガス
は、熱交換器(10)でキセノン濃縮塔(5)からの蒸発
酸素ガスおよびキセノン吸着塔(11)からの酸素ガスと
熱交換し、低温の高圧酸素ガスとなり、その一部は熱交
換器(6)で液体酸素と熱交換することにより液体酸素
として回収され、残部は熱交換器(12)でキセノン濃縮
塔(5)から導出される液体酸素と熱交換し、同様に液
体酸素として回収する。
一方、キセノン濃縮塔(5)から導出された液体酸素
は、熱交換器(12)において低温の高圧酸素ガスと熱交
換して蒸発し、温度指示調節計(13)により低温の酸素
ガスとしてコントロールされてキセノン吸着塔(11)に
導入される。キセノン吸着塔(11)でキセノンが吸着除
去された酸素ガスは、キセノン濃縮塔(5)からの液体
酸素導出量が一定となるような流量指示調節計(14)に
より流量コントロールされる。キセノン吸着塔(11)を
出た酸素ガスは、上記したとおり、キセノン濃縮塔
(5)からの蒸発酸素ガスと共に熱交換器(10)で高圧
酸素ガスと熱交換し、常温となって酸素圧縮器(15)の
吸入側に戻り、精留塔(1)からの酸素ガスと共に高圧
酸素ガスとして使用される。
一方、キセノン濃縮塔(5)および熱交換器(12)で
回収された液体酸素は、管路(16)により抜出され、液
体酸素として図示しないタンクに貯蔵される。
なお、キセノン吸着塔(11)で吸着濃縮されたキセノ
ンは、脱着回収されて管路(17)により図示しないキセ
ノン濃縮ガスタンクに導入される。
したがって、需要に見合って精留塔(1)の主凝縮器
から抜出された液体酸素は、キセノン濃縮塔(5)およ
び熱交換器(12)で全量ガス酸素となるが、キセノン濃
縮塔(5)および熱交換器(12)で液体酸素と熱交換す
る高圧酸素ガスは、液化して液体酸素となる。このた
め、液体酸素のバランスとしては、需要に見合った液体
酸素量を確保することができる。
実施例2 実施例1のフローに示す酸素ガス発生量10000Nm2/Hの
空気液化分離装置の精留塔(1)の主凝縮器(2)から
キセノン濃度3〜11ppmの液体酸素を200〜700Nm3/H(平
均360Nm3/H)で抜出し、キセノン濃縮塔(5)に導入
し、酸素圧縮機(15)で圧縮された15kg/cm2Gの酸素ガ
スと熱交換させ、130〜630Nm3/Hの液体酸素を蒸発さ
せ、熱交換器(10)で温度回復させて酸素圧縮器(15)
の吸入側に戻入した。
一方、キセノン濃縮塔(5)からは、キセノン濃度40
ppmに濃縮された液体酸素を70Nm2/Hで抜出し、熱交換器
(12)で高圧酸素ガスと熱交換させて強制蒸発させ、所
定の温度に調整してキセノン吸着塔(11)に導入し、純
度1.5%のキセノンを収率97%で回収することができ
た。
さらに、キセノン濃縮塔(5)および熱交換器(12)
においては、液体酸素との熱交換に使用した高圧酸素ガ
スが液化し、110〜600Nm2/Hの液体酸素が回収された。
この結果、精留塔(1)の主凝縮器(2)からの液体
酸素抜出し量が大幅に変動した場合においても、キセノ
ン吸着塔(11)に安定したキセノン濃度で所定量の液体
酸素を供給でき、高収率でキセノン生産が可能であっ
た。また、従来に比較し、キセノン吸着塔(11)の容量
を大幅に縮小可能で、塔径を1/3に縮小できた。
発明の効果 以上述べたとおり、この発明方法によれば、空気液化
分離装置の精留塔の主凝縮器からの液体酸素抜出し量が
大幅に変動した場合においても、キセノン吸着塔に安定
したキセノン濃度で所定量の液体酸素を供給でき、高収
率で安定泳してキセノンを生産することができる。ま
た、従来に比較し、キセノン吸着塔の容量を大幅に縮小
でき、しかも液体酸素の需給バランスを保持することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の濃縮方法の概略フロー、第2図はキ
セノン濃縮塔に導入した液体酸素中のキセノンの挙動を
示すグラフである。 1……精留塔、2……主凝縮器、 3……炭化水素吸着塔、4……ポンプ、 5……キセノン濃縮塔、6……熱交換器、 7……液面指示調節計、8……圧力指示調節計、 9……高圧酸素ガス供給配管、 10……熱交換器、11……キセノン吸着塔、 12……熱交換器、13……温度指示調節計、 14……流量指示調節計、 15……酸素圧縮機、16、17……管路、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25J 1/00 - 5/00 C01B 23/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空気液化分離装置の上部精留塔主凝縮器に
    留出する液体酸素に含まれる微量のキセノンを所定のキ
    セノン濃度に濃縮調整する方法において、微量のキセノ
    ンを含有する液体酸素を主凝縮器から熱交換器を内蔵し
    たキセノン濃縮塔に導入し、導入液体酸素量に対応して
    液体酸素蒸発量を調整して液深、圧力およびキセノン濃
    縮塔からの液体酸素抜出し量を一定に制御し、キセノン
    濃縮塔から抜出したキセノン濃縮液体酸素を熱交換器で
    高圧酸素ガスと熱交換せしめ、高圧酸素ガスを液体酸素
    として回収すると共に、キセノン濃縮液体酸素をキセノ
    ン濃縮酸素ガスとなし、キセノンを選択的に吸着する吸
    着塔に導入し濃縮することを特徴とするキセノン濃度調
    整方法。
JP2274197A 1990-10-13 1990-10-13 キセノン濃度調整方法 Expired - Lifetime JP2794048B2 (ja)

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