JP3117702B2 - 空気の精留による可変流量の酸素ガスの製造方法及びその設備 - Google Patents

空気の精留による可変流量の酸素ガスの製造方法及びその設備

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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、空気の精留による可変流量の酸素ガスの製
造に関する。本発明はまず、可変量の酸素が第１のタン
ク内に液状で貯蔵され、該タンクから採取された可変流
量の酸素が、同じように第２のタンク内に液状で貯蔵さ
れた他の流体によって気化される種類の方法に関し、ま
たこの方法を実施する設備に関する。
（従来技術） 実際の設備に用いられ、“シーソー式方法”として知
られているこの種の公知方法では、酸素の気化及び凝縮
は、窒素の凝縮及び気化と対応し、熱交換は空気精留装
置を構成する複式精留塔内で行われる。したがって製造
される酸素ガス流量の修正ごとに、複式精留塔の運転条
件、特に加熱率及び還流率の修正を伴う。このことは、
条件の変化が頻繁で急速なものであればあるほど大き
く、精留効率の損失を生じる。さらに設備の複雑な調整
が必要である。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、より簡単なやり方を用いることのできる方
法及び装置を提供することを目的としている。
（課題を解決するための手段） このため本発明は、前記の種類の方法において、前記
流体が処理すべき空気の一部によって構成されること、
一定流量の液体酸素が前記第１のタンク内に送られ、前
記第２のタンク内の一定流量の液体空気が精留装置に送
られること、及び酸素ガスの需要に応じて可変流量の液
体酸素が第１のタンクから取出され、対応する可変流量
の処理すべき空気の凝縮によって気化されることを特徴
としている。
有利な実施態様においては、酸素の需要の変化時に、
精留装置内に導入される各流体の流量及び該装置から取
出される各流体の流量は一定に維持され、処理すべき空
気の全流量は、酸素の気化によって凝縮された空気流量
と同じように変えさせられる。
また本発明の設備は、主空気圧縮機、前記圧縮機によ
って供給される複式精留塔をもった精留装置、可変流量
の液体酸素を貯蔵する第１のタンク、可変量の液状をし
た他の流体を貯蔵する第２のタンク、第１のタンク内の
可変量の液体酸素を採取する手段、該液体酸素を気化す
る手段、及びほぼ同時に前記液状をした他の流体を第２
のタンク内に追加する手段を有する種類のものにおい
て、前記気化手段が、一端を主圧縮機の出口に、他端を
第２のタンクに接続された熱交換器を有し、さらに第２
のタンクの下部が精留装置に接続されていること、及び
前記設備が、一定流量の液体酸素を第１のタンク内に流
させる手段、該第１のタンクの可変流量の液体酸素を採
取する手段、熱交換器に送られる空気流量を変化させる
手段、及び第２のタンクの一定流量の液体空気を精留装
置内に送る手段を有することを特徴としている。
本発明を用いた実施例について、添付の図を参照して
以下に述べることとする。
（実施例） 第１図に示された設備は、例えば可動翼配列遠心型の
可変流量式主空気圧縮機１、吸着精製装置２、熱交換ラ
イン３、寒冷維持用タービン４、低圧精留塔７と蒸発凝
縮器８を上にのせた中圧精留塔６を有する複式精留塔か
らなる空気精留装置５、補助熱交換器９、液体酸素タン
ク10及び液体空気タンク11を主として備えている。この
装置は、大気圧よりわずかに高い圧力をもった可変量の
酸素ガスを管路12を経て製出するものである。
この装置の作動を述べるために、管路12の酸素ガスの
需要が一定で、圧縮機１によって圧縮された公称空気量
の20％という公称製造量と等しいことをまず想定しよ
う。本明細書では、圧力はおよその絶対圧力であり、流
量はモル流量である。
圧縮機１によって６バールに圧縮され、大気温度に冷
却された吸着装置２で精製された公称流量の処理すべき
空気は、それぞれ一定流量を有する二つの流れに分割さ
れる。
−第１の流れは、熱交換ラインの管路13内で冷却され、
一部は部分的冷却後にこの熱交換ラインから取出され、
タービン４で１バールまで膨張されて、露点付近の温度
で低圧塔７内に吹込まれ、残部は６バール下の露点付近
の温度まで冷却されつずけ、次いで管路14を経て中圧塔
の低部に注入される。
−第２の流れは、熱交換ラインの管路15内で露点付近ま
で冷却され、補助熱交換器９内で凝縮されてタンク11内
に液状で貯蔵される。液体空気の一定流量はこのタンク
11の底部から取出され、管路16を経て中圧塔６に送られ
る６バールの第１の一定流量部分と、膨張弁17で１バー
ルまで膨張され、次いで低圧塔７に注入される第２の一
定流量部分に分割される。
蒸発凝縮器８は、低圧塔槽部の液体酸素の一定流量
を、中圧塔頭部のほぼ同流量の窒素ガスを凝縮すること
によって気化する。中圧塔槽部で採取され、膨張弁18で
１バールまで膨張されたリッチ・リキッド（酸素富化空
気）は、低圧塔の中間高さに注入され、中圧塔頭部で採
取され、膨張弁19で１バールまで膨張されたプアー・リ
キッド（ほぼ純粋な窒素）は、低圧塔頂部に注入され
る。
流入空気流量の20％に相当する一定流量の液体酸素
は、管路20を経てタンク10内に流入する。同じ一定流量
の液体酸素は、このタンクの底部から取出され、補助熱
交換器９で気化された熱交換ラインの管路21内で加熱さ
れて、製品管路12に供給される。さらに、低圧塔頂部か
ら取出された一定流量の不純窒素は、熱交換ラインの管
路22内で加熱され、管路23を経て廃ガスとして排出され
る。
複式精留塔５に入るすべての管路及び同精留塔から出
るすべての管路は、一定流量を保証する手段（図示せ
ず）を備えている。したがって酸素ガスの需要が変化し
たときに、この複式精留塔の調整は変更されない。
この場合、その代りに補助熱交換器９内で凝縮される
空気流量が変化し、圧縮器１の可動翼の位置がそれに対
応するように修正される。
したがって酸素ガスの需要が増加すると、さらに大流
量の酸素が補助熱交換器９内で気化され、これが熱交換
ラインの管路15にこの熱交換器９への追加の空気を引込
むことになる。そのとき圧縮機１の翼配列の調整は、こ
の追加の空気流量を取入れることができるように修正さ
れる。タンク10内の液体酸素の液面は低下し、タンク11
内では液体空気の液面は上昇する。
反対に酸素ガスの需要が減少すると、少い流量の液体
酸素が補助熱交換器９で気化される。これが補助熱交換
器９内で凝縮される空気流量を減少し、したがって熱交
換ラインの管路15内を流れる空気流量も同様に減少す
る。そのとき圧縮機１の翼配列の調整は、吸入される大
気流量を同じだけ減少するように修正される。
したがって圧縮機１の翼配列の簡単な修正によって酸
素ガスの需要の変化に応答でき、このことは複式精留塔
５の作動に何の混乱も起こすことなく、簡単にほぼ瞬間
的に行われることがわかった。
第２図に示された設備は、圧力下の酸素ガスを供給す
るものであり、可変流量のポンプ24が、タンク10の底部
を補助熱交換器９に接続する管路に設けられているこ
と、可変翼配列をもった空気ブースター25が、圧縮され
た空気の一部を熱交換ラインの管路15まで送る管路に設
けられていることのみが前記の設備と異なる。
設備の定常運転は、タンク10から取出された液体酸素
が所望の圧力でポンプ24によって送られ、次いでこの圧
力下で補助熱交換器９内で気化されることを除いては、
前記設備と同様である。この気化が行われるには、対応
する流量の空気が、酸素の気化圧力よりいくらか高い圧
力にブースター25で過圧され、補助熱交換器９で凝縮さ
れて、タンク11内に貯蔵される前に膨張弁26で６バール
に膨張される。
この場合には、管路12での酸素ガスの需要の各変化
が、ポンプ24の流量と対応する変化、ブースター25によ
って過圧される空気流量の同程度の変化及び主圧縮機１
によって圧縮される空気流量の同じ変化を必要とする。
これらの回転機械の調整の修正も同様に簡単に行われ
ほぼ瞬間的であり、複式精留塔の作動に何の障害も、製
品に何の損失ももたらさない。
その簡便さと効果とによって、本発明は、酸素の需要
が頻繁に急激に変化する酸素製造設備に融通性を与える
のに特に便利である。
本発明が、酸素の需要が与えられた最低値より常に大
きく、この最定値と同じ一定流量の酸素ガスが、第１図
及び第２図で鎖線で示されたように低圧塔７の下部から
管路27を経て直接取出され、次いで熱交換ラインにおい
て加熱される場合にも同様に適用されることは注目すべ
きである。この変形は、タンク10及び11の容量を減少す
ることができる。同じように、液体酸素及び／又は窒素
ガス及び／又は液体窒素の定常的製造が、同様に第１図
及び第２図に鎖線で示されたように複式精留塔によって
管路28及び／又は管路29及び／又は管路30を経て同時に
保証できる。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は、本発明による設備の二つの実施態
様を示すフローシートである。 1:主空気圧縮機、2:吸着精製装置、 3:熱交換ライン、 4:寒冷維持用（膨張）タービン、 5:複式精留塔、6:中圧精留塔、 7:低圧精留塔、8:蒸発凝縮器、 9:補助熱交換器、10:液体酸素タンク、 11:液体空気タンク、17,18,19,26:膨張弁、 24:ポンプ、25:ブースター。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00 C01B 13/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空気の精留によって圧力下酸素ガスを可変
    流量で製造する方法において、処理空気は単一圧縮機で
    圧縮され、一部は液状酸素を気化するために用いられる
    ことなく精留装置に送られ、残部は酸素を気化するため
    に用いられる空気で構成されること、可変量の酸素が第
    １のタンク（10）に液状で貯蔵され、該タンクから可変
    流量の酸素が取出されかつ気体状の処理空気との熱交換
    によって気化され、それに対応して空気が第２のタンク
    （11）に液状で貯蔵されること、一定流量の液体酸素が
    前記第１のタンク（10）に送られ、一定流量の液体空気
    が前記第２のタンク（11）から精留装置（５）に送られ
    ること、酸素ガスの需要に応じて対応する可変流量の処
    理空気の凝縮によって気化される液体酸素の可変流量が
    第１のタンク（10）から取出されること、酸素の需要の
    変化時に精留装置（５）内に導入される各流体の流量及
    び該装置から取出される各流体の流量が一定に維持さ
    れ、酸素の気化によって凝縮される空気流量に応じて処
    理空気の全流量を変化させること、液体酸素の前記可変
    流量がポンプ圧送（24）で製造圧力にされ、対応して液
    化すべき空気がブースター（25）で加圧されることを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記液体酸素の可変流量が酸素ガスの需要
    に対応することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】空気の精留による可変流量の酸素ガスの製
    造設備において、精留工程に送られる全ての処理空気を
    圧縮する主空気圧縮機（１）、前記圧縮機によって供給
    される複式精留塔をもった精留装置（５）、可変量の液
    体酸素を貯蔵する第１のタンク（10）、液体状態の空気
    の可変量を貯蔵する第２のタンク（11）、第１のタンク
    （10）から可変流量の液体酸素を取出し、該液体酸素を
    気化すると同時に液体状態の空気を第２のタンク（11）
    に加える手段（9,12）を有していること、前記気化手段
    （９）が一端を主空気圧縮機（１）の出口に他端を第２
    のタンク（11）に接続された熱交換器を有し、更に第２
    のタンクの下部が精留装置（５）に接続されているこ
    と、及び前記装置が、一定流量の液体酸素を第１のタン
    ク（10）内に送る手段、該第１のタンクから可変流量の
    液体酸素を取出す手段、熱交換器（９）に送られる空気
    流量を変化させる手段、一定流量の液体空気を第２のタ
    ンク（11）から精留装置（５）に送る手段を有するこ
    と、及び第１のタンク（10）の出口と熱交換器（９）と
    の間に設けられた可変流量ポンプ（24）及び主空気圧縮
    機（１）の出口と前記熱交換器との間に設けられた可変
    流量ブースター（25）を有すること、及び供給される空
    気の一部をブースターに送る手段及び残部の空気をブー
    スターで圧縮することなく精留装置に直接に送る手段を
    有することを特徴とする設備。
  4. 【請求項４】前記設備が、熱交換器（９）に送られる空
    気流量と同様に処理空気の全流量を変化させる手段を有
    することを特徴とする請求項３に記載の設備。
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