JP6178454B1 - 充填塔 - Google Patents

充填塔 Download PDF

Info

Publication number
JP6178454B1
JP6178454B1 JP2016063977A JP2016063977A JP6178454B1 JP 6178454 B1 JP6178454 B1 JP 6178454B1 JP 2016063977 A JP2016063977 A JP 2016063977A JP 2016063977 A JP2016063977 A JP 2016063977A JP 6178454 B1 JP6178454 B1 JP 6178454B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
liquid
liquid contact
distributor
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016063977A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017180871A (ja
Inventor
伊藤　健志
健志 伊藤
信明 江越
信明 江越
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyo Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyo Nippon Sanso Corp filed Critical Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority to JP2016063977A priority Critical patent/JP6178454B1/ja
Priority to PCT/JP2017/008554 priority patent/WO2017169512A1/ja
Priority to US15/762,787 priority patent/US10569190B2/en
Priority to CN201780003820.8A priority patent/CN108351164B/zh
Priority to EP17774057.8A priority patent/EP3438582A4/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6178454B1 publication Critical patent/JP6178454B1/ja
Publication of JP2017180871A publication Critical patent/JP2017180871A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/26—Fractionating columns in which vapour and liquid flow past each other, or in which the fluid is sprayed into the vapour, or in which a two-phase mixture is passed in one direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/008—Liquid distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/343—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas
    • B01D3/346—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas the gas being used for removing vapours, e.g. transport gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/044—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a single pressure main column system only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04848—Control strategy, e.g. advanced process control or dynamic modeling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • F25J3/04909—Structured packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • F25J3/04927—Liquid or gas distribution devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/18—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid with horizontal bubble plates
    • B01D3/20—Bubble caps; Risers for vapour; Discharge pipes for liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/32—Other features of fractionating columns ; Constructional details of fractionating columns not provided for in groups B01D3/16 - B01D3/30
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/72—Refluxing the column with at least a part of the totally condensed overhead gas

Abstract

【課題】 気液接触部の高さを低くしても十分な蒸留性能を得ることができる充填塔を提供する。【解決手段】 筒状体１６内に気液接触部１７，１８を有し、最上部に液分配器１９を有し、前記気液接触部で下降液と上昇ガスとを接触させる充填塔において、運転圧力が２００〜１５００ｋＰａＧの範囲であり、相対揮発度が１．９〜３．１の範囲であり、前記気液接触部を上下方向に少なくとも２分割して複数個の気液接触部を形成するとともに、下部の気液接触部から上部の気液接触部に向かって上昇する上昇ガスを分散させるガス分散器２０を上下の気液接触部の間の少なくとも１箇所に設ける。【選択図】 図１

Description

本発明は、充填塔に関し、特に、空気液化分離装置での蒸留操作に好適な充填塔に関する。
図１５は、深冷分離によって原料となる空気から窒素を採取する窒素製造装置の基本的な構成を示す系統図である。この窒素製造装置１００は、蒸留塔１０１として、塔内の上から順に、上部液分配器１０２、上部気液接触部１０３、中間部液分配器１０４，下部気液接触部１０５を配置したものを使用している。
この窒素製造装置１００を使用して７００ｋＰａＧ（ゲージ圧、以下同じ）の窒素ガスを製品として採取する場合、原料となる空気は、空気圧縮機１０６で７６０ｋＰａＧまで圧縮される。空気を圧縮することによって生じる圧縮熱は、アフタークーラー１０７で除去され、圧縮空気は４０℃に冷却される。次に、２基の吸着器を交互に使用する前処理ユニット１０８で、空気に含まれる二酸化炭素、水、炭化水素が吸着除去されて精製空気となる。
前処理ユニット１０８を経た精製空気は、精製空気経路１０９からコールドボックス１１０に導入され、主熱交換器１１１で露点付近の−１６５℃まで冷却される。冷却された精製空気は、ガス導入経路１１２を通って蒸留塔１０１の下部に導入され、蒸留塔１０１の上昇ガスとなる。蒸留塔１０１内での蒸留操作によって塔上部に分離された窒素ガスは、塔頂部のガス導出経路１１３に抜き出され、一部が凝縮経路１１４に分流して凝縮器１１５に導入される。
一方、蒸留塔１０１の底部には、蒸留によって酸素が富化された液体空気が分離し、液導出経路１１６に抜き出され、液体空気減圧弁１１７で３００ｋＰａＧまで圧力が下がり、ジュール・トムソン効果により−１８０℃まで温度が低下する。この低温液体空気は、前記凝縮器１１５に導入されて前記窒素ガスと熱交換を行い、窒素ガスを液化するとともに、低温液体空気の全量が気化して低温空気となる。凝縮器１１５で液化した液体窒素は、液導入経路１１８を通って蒸留塔１０１の上部に導入されて蒸留塔１０１の下降液となる。
凝縮器１１５で気化した低温空気は、低温空気経路１１９を通って主熱交換器１１１に導入され、精製空気と熱交換を行って−１４０℃に加温された中間温度状態で主熱交換器１１１の中間部からタービン入口経路１２０に抜き出される。中間温度状態の低温空気は、膨張タービン１２１に導入され、断熱膨張によって３０ｋＰａＧまで膨張し、−１７０℃まで温度が低下する。膨張タービン１２１で温度が低下した低温空気は、タービン出口経路１２２を通って再び主熱交換器１１１に導入され、精製空気と熱交換を行って精製空気を冷却することにより、精製空気よりも数℃低い温度まで十分に加温された後、廃ガス経路１２３を通ってコールドボックス１１０から導出される。
また、蒸留塔１０１から前記ガス導出経路１１３に導出された前記窒素ガスの残部は、主熱交換器１１１に導入され、前記低温空気と同様に、精製空気と熱交換を行って精製空気よりも数℃低い温度まで十分に加温された後、製品窒素ガス経路１２４を通ってコールドボックス１１０から導出され、製品窒素ガスとして採取される。このようにして圧力が７００ｋＰａＧの製品窒素ガスを採取する場合、前記蒸留塔１０１は、７３０ｋＰａＧの高い圧力で運転される。
前記蒸留塔１０１において、凝縮器１１５から液導入経路１１８を経て蒸留塔１０１に導入された液体窒素は、上部液分配器１０２で充填塔１０１の断面方向に均一に分配されてから上部気液接触部１０３に向かって流下する。上部気液接触部１０３の下端から下方に流下した下降液は、中間部液分配器１０４で再び充填塔１０１の断面方向に均一に分配されて下部気液接触部１０５に向かって流下する。これにより、上昇ガスと気液接触しながら上部気液接触部１０３及び下部気液接触部１０５内を流下する下降液の流量や組成の均一化を図るようにしている。
また、図１６に示す蒸留塔１３１のように、一つの気液接触部１３２の上方に、一つの液分配器１３３を配置した構成を採用することもあるが、気液接触部を上下複数に分割し、例えば、図１７に示すように、上下２分割した気液接触部１３５，１３６の各気液接触部１３５，１３６の上方に上部液分配器１３７と中間部液分配器１３８とをそれぞれ設けた充填塔１３９が広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３３７７６６号公報
比較的低圧で運転される充填塔、例えば、空気液化分離装置における粗アルゴン塔のように、１０〜５０ｋＰａＧで運転される充填塔では、相対揮発度が１．４〜１．５と比較的小さく、蒸留における操作線と平衡線が近い状態にある。従って、僅かな液偏流が発生すると、操作線と平衡線が接近することで蒸留性能（分離性能）が低下することが知られている。そのため、下降液の偏流を防止するために、図１７に示すように、一定間隔毎に中間部液分配器を設置している。
一方、比較的高圧で運転される充填塔、例えば、前記窒素製造装置の場合は、相対揮発度が１．９〜３．１、すなわち、運転圧力２００〜１５００ｋＰａＧでの蒸留は、操作線と平衡線が比較的離れており、液偏流が蒸留性能低下に直接与える影響は小さくなるにも関わらず、充填塔を使用すると、中間部液分配器を設置しても蒸留性能が低下することがあった。
この問題に対する適切な対処法は開発されておらず、単純に充填塔の気液接触部を高くしたり、原料空気量を増大させることで対処しているのが現状である。しかし、原料空気量の増大は空気圧縮機での消費動力増加につながり、また、気液接触部を高くすることは、蒸留塔のみならず、コールドボックスが大きくなるため装置のコストが増大する問題が生じる。
このような問題は、窒素製造装置だけでなく、酸素やアルゴンも併せて採取する複精留式空気分離装置の高圧塔（下部塔）においても発生している。
そこで本発明は、比較的高圧で運転される充填塔において、気液接触部を高くしたり、空気量を増大させなくても蒸留性能が低下し難い充填塔を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の充填塔は、筒状体内に気液接触部を有し、最上部に液分配器を有し、前記気液接触部で下降液と上昇ガスとを接触させる充填塔において、運転圧力が２００〜１５００ｋＰａＧの範囲であり、相対揮発度が１．９〜３．１の範囲であり、前記気液接触部を上下方向に少なくとも２分割して複数個の気液接触部を形成するとともに、下部の気液接触部から上部の気液接触部に向かって上昇する上昇ガスの濃度を均一にを分散させるガス分散器を上下の気液接触部の間の少なくとも１箇所に設けたことを特徴としている。
さらに、本発明の充填塔は、最も上部に位置する前記ガス分散器より上側の気液接触部の高さの合計が、全気液接触部の高さに対して０．７以上の高さに設定されていることを特徴としている。
また、前記下降液を再度分配させる中間部液分配器が少なくとも１器設けられていることを特徴としている。
加えて、前記ガス分散器が前記中間部液分配器と一体に形成されていることを特徴としている。
本発明の充填塔によれば、気液接触部に向かって上昇する上昇ガスを、ガス分散器によって分散させることができる。これにより、上昇ガスの組成を均一化できるとともに、上昇ガスの流量も均等化することができる。したがって、蒸留効率と気液接触効率の低下を抑制することができるので、気液接触部の高さを低くしたり、気液の導入量を少なくしたりすることができる。
本発明の充填塔の第１形態例を示す説明図である。 ガス分散器の一例を示す概略断面図である。 同じく概略底面図である。 本発明の充填塔の第２形態例を示す説明図である。 第１形態例に対応したシミュレーションモデルである。 ガス分散器及び中間部液分配器を設けていない従来例のシミュレーションモデルである。 図５及び図６のシミュレーションモデルから得られた液偏流率と性能低下率との関係を示す図である。 第２形態例に対応したシミュレーションモデルである。 上部気液接触部と下部気液接触部との間に中間部液分配器を設置した充填塔に対応したシミュレーションモデルである。 図８及び図９のシミュレーションモデルから得られた液偏流率と性能低下率との関係を示す図である。 図８及び図９のシミュレーションモデルから得られた運転圧力と性能低下率との関係を示す図である。 図８のシミュレーションモデルから得られた気液接触部モデルの全体の高さに対する上部気液接触部モデル及び中部気液接触部モデルの合計高さの割合と性能低下率との関係を示す図である。 図５のシミュレーションモデルから得られた気液接触部モデルの全体の高さに対する上部気液接触部モデル及び中部気液接触部モデルの合計高さの割合と性能低下率との関係を示す図である。 上部気液接触部と下部気液接触部との間に、中間部液分配器とガス分散器とを設けたシミュレーションモデルである。 窒素製造装置の基本的な構成を示す系統図である。 一つの気液接触部の上方に、一つの液分配器を配置した蒸留塔の一例を示す説明図である。 上下２分割した気液接触部の各気液接触部の上方に上部液分配器と中間部液分配器とをそれぞれ設けた充填塔の一例を示す説明図である。
図１は、本発明の充填塔の第１形態例を示している。この充填塔１１は、底部にガス導入部１２及び液導出部１３を有するとともに、頂部にガス導出部１４及び液導入部１５を有する筒状体１６内に気液接触部を設けた充填塔であって、筒状体１６内の気液接触部を、上部気液接触部１７と下部気液接触部１８とに上下方向に分割形成し、上部気液接触部１７の上方に、液導入部１５から導入される液体を上部気液接触部１７に向けて均等に流下させるための液分配器１９を設けるとともに、上部気液接触部１７と下部気液接触部１８との間に、前記下部気液接触部１８から前記上部気液接触部１７に向かって上昇する上昇ガスを分散させるガス分散器２０を設けている。
前記ガス導入部１２から導入された上昇ガスは、下部気液接触部１８で蒸留操作が行われ、ガス分散器２０に導入され、分散された後に上部気液接触部１７に導入されて蒸留操作が行われ、ガス導出部１４から導出される。一方、液導入部１５から導入された下降液は、液分配器１９により分配され、上部気液接触部１７、下部気液接触部１８の順に導入される。この導入された液体は、下降するにつれて偏流し、液導出部１３から導出される。
図２はガス分散器２０の一例を示す概略断面図、図３は同じく概略底面図である。このガス分散器２０において、下部気液接触部１８から上昇した上昇ガスは、複数の通路２１を通り、折り返し部２２で抵抗を受けることによって水平方向に濃度が一様になる。ガス分散器２０から上部気液接触部１７に流入する上昇ガスの流量は、上部気液接触部１７を流下する下降液の偏りに依存した分布を持って導入される。また、上部気液接触部１７から流下する下降液は、折り返し部２２の上から液受け部２３に流下し、底孔２４から下部気液接触部１８に向かって流下する。
図４は、本発明の充填塔の第２形態例を示している。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示した充填塔の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
この充填塔３１は、筒状体３２内の気液接触部を、上部気液接触部３３ａ及び中部気液接触部３３ｂと、下部気液接触部３４とに上下方向に３分割して形成し、上部気液接触部３３ａの上方に上部液分配器３５ａを設け、上部気液接触部３３ａと中部気液接触部３３ｂとの間に中間部液分配器３５ｂを設けるとともに、中部気液接触部３３ｂと下部気液接触部３４との間にガス分散器３６を設けている。
前記ガス導入部１２から充填塔３１の下部に導入された上昇ガスは、下部気液接触部３４にて蒸留操作が行われ、ガス分散器３６に導入され、分散された後に中部気液接触部３３ｂ、上部気液接触部３３ａの順に導入されて蒸留操作が行われ、ガス導出部１４から導出される。一方、液導入部１５から導入された下降液は、上部液分配器３５ａにて分配され、上部気液接触部３３ａに導入された後に中間部液分配器３５ｂにて再度分配される。その後、中部気液接触部３３ｂ、下部気液接触部３４の順に導入されて蒸留操作が行われる。
以下、上下の気液接触部間にガス分散器を設置した効果を確認するためのシミュレーションを行った結果を説明する。また、各シミュレーションモデルにおいて、下降液は実線で表示し、上昇ガスは破線で表示する。
図５は、前記形態例１に示すように、上部気液接触部１７と下部気液接触部１８との間にガス分散器２０を設けたシミュレーションモデルである。各充填塔モデル４１，４２に導入する下降液は、充填塔最上部から液分配器モデル４３にて任意の割り振りで導入された後、各充填塔モデル４１，４２の最下部まで到達する。また、各充填塔モデル４１、４２に導入する全下降液量をＬＦ、液分配器モデル４３での下降液量の調整量をδＦとしたときに、第１充填塔モデル４１に導入する下降液量ＬＦ１をＬＦ／２＋δＦとし、第２充填塔モデル４２に導入する下降液量ＬＦ２をＬＦ／２−δＦとし、δＦ／ＬＦを液偏流率としている。
このシミュレーションモデルでは、上部気液接触部モデル４４と下部気液接触部モデル４５との間に、ガス分散器２０に相当するガス分散器モデル４６を設けている。図６は、前記図１６に示したように、ガス分散器及び中間部液分配器を設けていない従来例のシミュレーションモデルである。
図５に示すシミュレーションモデルでは、ガス導入部４７から導入される原料空気は、各充填塔モデル４１，４２にそれぞれ導入されて上昇ガスとなり、下部気液接触部モデル４５で蒸留操作がそれぞれ行われる。その後、ガス分散器モデル４６に導入されて上昇ガス組成の均一化が行われた後、上部気液接触部モデル４４に導入されて蒸留操作が行われ、各充填塔モデル４１，４２の最上部までそれぞれ上昇する。
液導入部４８から導入される下降液は、液分配器モデル４３で任意の割り振りで導入された後、中間部で流量や組成が是正されることなく、各充填塔モデルの最下部までそれぞれ下降する。
図６に示すシミュレーションモデルでは、ガス導入部５１から導入される原料空気は、各充填塔モデル５２，５３にそれぞれ導入されて上昇ガスとなり、下部気液接触部モデル５４から続いて上部気液接触部モデル５５に導入される。この上昇ガスは、流量や組成が是正されることなく、各充填塔モデル５２，５３の最上部までそれぞれ上昇する。液導入部５６から導入される下降液については、図５に示すシミュレーションモデルと同様に、液分配器モデル５７で任意の割り振りで各充填塔モデル５２，５３の最上部に導入された後、流量や組成が是正されることなく、各充填塔モデル５２，５３の最下部までそれぞれ下降する。
図５及び図６に示した各シミュレーションモデルを使用して液偏流率（δＦ／ＬＦ）に対する性能低下率を算出した結果を図７に示す。図６に示した従来例モデルの性能低下率６Ａでは、液偏流率１％を境界に急激に大きくなっている。これは、各充填塔モデル５２，５３における上昇ガス組成の異なりが顕著になるためである。一方、ガス分散器モデル４６を設置して上昇ガス組成を均一化した図５に示す第１形態例モデルの性能低下率５Ａは、液偏流率５％まで緩やかな変化であり、液偏流率２％まではほとんど性能低下が生じていない。この結果は、ガス分散器を設置し、上昇ガス組成の均一化を行うことで性能低下を効果的に抑制できることを示している。
図８は、前記第２形態例に示すように、気液接触部を、上部気液接触部３３ａ及び中部気液接触部３３ｂと、下部気液接触部３４とに上下方向に分割形成し、上部気液接触部３３ａの上方に上部液分配器３５ａを設け、上部気液接触部３３ａと中部気液接触部３３ｂとの間に中間部液分配器３５ｂを設けるとともに、中部気液接触部３３ｂと下部気液接触部３４との間にガス分散器３６を設けたシミュレーションモデルである。
このシミュレーションモデルでは、ガス導入部６１から導入される原料空気は、各充填塔モデル６２，６３の下部にそれぞれ導入されて上昇ガスとなり、下部気液接触部モデル６４で蒸留操作がそれぞれ行われた後、ガス分散器モデル６５に導入されて上昇ガス組成の均一化が行われた後、中部気液接触部モデル６６ｂ及び上部気液接触部モデル６６ａを経て各充填塔モデル６２，６３の最上部に上昇する。
一方、液導入部６７から導入される下降液は、上部液分配器モデル６８ａにて任意の割り振りにて各充填塔モデル６２，６３の上部にそれぞれ導入され、上部気液接触部モデル６６ａで蒸留操作が行われてから、中間部液分配器モデル６８ｂにおいて、組成が均一化された後、上部液分配器モデル６８ａと同様に割り振りされて中部気液接触部モデル６６ｂに導入され、そのまま下部気液接触部６４に導入されて各充填塔モデル６２，６３の最下部に下降する。
図９は、図１７の従来例に示すように、上下に２分割した上部気液接触部１３５と下部気液接触部１３６との間に中間部液分配器１３８を設置した充填塔１３９のシミュレーションモデルである。
このシミュレーションモデルでは、ガス導入部７１から導入される原料空気は、各充填塔モデル７２，７３にそれぞれ導入されて上昇ガスとなり、下部気液接触部モデル７４で蒸留操作がそれぞれ行われた後、そのまま流量や組成が是正されることなく、上部気液接触部モデル７５を経て各充填塔モデル７２，７３の最上部に上昇する。
一方、液導入部７６から導入される下降液は、上部液分配器モデル７７にて任意の割り振りにて各充填塔モデル７２，７３にそれぞれ導入され、上部気液接触部モデル７５で蒸留操作が行われてから、中間部液分配器モデル７８において、組成が均一化された後、上部液分配器モデル７７と同様に割り振りされて下部気液接触部モデル７４に導入されて各充填塔モデル７２，７３の最下部に下降する。
図８及び図９に示した各シミュレーションモデルを使用して液偏流率に対する性能低下率を算出した結果を図１０に示す。ガス分散器を設置せずに、中間部液分配器を設置した図９に示すシミュレーションモデルにおける性能低下率９Ａは、液偏流率の増加に対して緩やかに変化し、前記図７に示した従来例モデルの性能低下率６Ａに比べて蒸留性能低下率の抑制に一定の効果はあるものの、図８に示すシミュレーションモデルにおける性能低下率８Ａに示すように、中間部液分配器とガス分散器とを併用することにより、一層の抑制効果が得られることを示している。
さらに、図８及び図９に示した各シミュレーションモデルを使用し、液偏流率を３％とした条件において、運転圧力に対する性能低下率を算出した結果を図１１に示す。ガス分散器を設置していない図９に示すシミュレーションモデルにおける性能低下率９Ｂは、運転圧力が２００ｋＰａＧ以上になると、上昇ガスの偏流によって上昇ガス組成の相違が大きくなることで、性能低下率が顕著に大きくなっている。これに対し、ガス分散器を設置した図８に示すシミュレーションモデルにおける性能低下率８Ｂは、運転圧力が２００〜１５００ｋＰａＧの運転圧力範囲、すなわち、相対揮発度が１．９〜３．１の範囲で蒸留性能の低下を抑制できていることが分かる。
また、図８に示すシミュレーションモデルを使用してガス分散器を設置する位置と性能低下率との関係を検討した結果を図１２に示す。図８において、上部気液接触部モデル６６ａの高さをＨ１Ａ，中部気液接触部モデル６６ｂの高さをＨ１Ｂ，下部気液接触部モデル６４の高さをＨ２とし、気液接触部モデルの全体高さ（Ｈ１Ａ＋Ｈ１Ｂ＋Ｈ２）に対する上部気液接触部モデル６６ａ及び中部気液接触部モデル６６ｂの合計高さ（Ｈ１Ａ＋Ｈ１Ｂ）の割合を変化させて性能低下率８Ｃを算出した。その結果を図１２に示す。
この結果から、気液接触部モデルの全体の高さに対して上部気液接触部モデル６６ａ及び中部気液接触部モデル６６ｂの合計高さを０．５以上、特に、０．７以上に設定することにより、性能低下抑制効果が高いことがわかる。
また、図５に示すシミュレーションモデルを使用し、同様にして上部気液接触部モデル４４の高さをＨ１、下部気液接触部モデル４５の高さをＨ２としたときの気液接触部モデルの全体の高さ（Ｈ１＋Ｈ２）に対する上部気液接触部モデル４４の高さＨ１の割合と性能低下率５Ａとの関係を算出した。図１３に示すように、この結果においても、０．５以上、好ましくは、０．７以上の割合に設定することにより、性能低下抑制効果が高いことがわかる。
図１４は、上部気液接触部８１と下部気液接触部８２との間に、中間部液分配器８３とガス分散器８４とを設けたシミュレーションモデルである。このように、同じ位置に中間部液分配器８３とガス分散器８４とを設ける場合には、液分配機能とガス分散機能とを一体に形成した液分配・ガス分散器を設けることができる。この結果を、図１２の黒三角印に示しており、（Ｈ１Ａ＋Ｈ１Ｂ＋Ｈ２）に対する（Ｈ１Ａ＋Ｈ１Ｂ）の割合が０．７において、図８に示すシミュレーションモデルと同等の結果を得ている。
なお、本発明における一つの気液接触部は、下降液の導入部又は導出部と、上昇ガスの導入部又は導出部との間に気液接触部を有した部分を指すものであって、筒状体の内部に複数の気液導入部、気液導出部を有する充填塔においても、各気液接触部に対して本発明を適用することができる。また、ガス分散器の構造は任意である。
１１…充填塔、１２…ガス導入部、１３…液導出部、１４…ガス導出部、１５…液導入部、１６…筒状体、１７…上部気液接触部、１８…下部気液接触部、１９…液分配器、２０…ガス分散器、２１…通路、２２…折り返し部、２３…液受け部、２４…底孔、３１…充填塔、３２…筒状体、３３ａ…上部気液接触部、３３ｂ…中部気液接触部、３４…下部気液接触部、３５ａ…上部液分配器、３５ｂ…中間部液分配器、３６…ガス分散器、４１，４２…充填塔モデル、４３…液分配器モデル、４４…上部気液接触部モデル、４５…下部気液接触部モデル、４６…ガス分散器モデル、４７…ガス導入部、４８…液導入部、５１…ガス導入部、５２，５３…充填塔モデル、５４…下部気液接触部モデル、５５…上部気液接触部モデル、５６…液導入部、５７…液分配器モデル、６１…ガス導入部、６２，６３…充填塔モデル、６４…下部気液接触部モデル、６５…ガス分散器モデル、６６ａ…上部気液接触部モデル、６６ｂ…中部気液接触部モデル、６７…液導入部、６８ａ…上部液分配器モデル、６８ｂ…中間部液分配器モデル、７１…ガス導入部、７２，７３…充填塔モデル、７４…下部気液接触部モデル、７５…上部気液接触部モデル、７６…液導入部、７７…上部液分配器モデル、７８…中間部液分配器モデル、８１…上部気液接触部、８２…下部気液接触部、８３…中間部液分配器、８４…ガス分散器、１００…窒素製造装置、１０１…蒸留塔、１０２…上部液分配器、１０３…上部気液接触部、１０４…中間部液分配器、１０５…下部気液接触部、１０６…空気圧縮機、１０７…アフタークーラー、１０８…前処理ユニット、１０９…精製空気経路、１１０…コールドボックス、１１１…主熱交換器、１１２…ガス導入経路、１１３…ガス導出経路、１１４…凝縮経路、１１５…凝縮器、１１６…液導出経路、１１７…液体空気減圧弁、１１８…液導入経路、１１９…低温空気経路、１２０…タービン入口経路、１２１…膨張タービン、１２２…タービン出口経路、１２３…廃ガス経路、１２４…製品窒素ガス経路、１３１…蒸留塔、１３２…気液接触部、１３３…液分配器、１３５，１３６…気液接触部、１３７…上部液分配器、１３８…中間部液分配器、１３９…充填塔

Claims (3)

  1. 筒状体内に気液接触部を有し、最上部に液分配器を有し、前記気液接触部で下降液と上昇ガスとを接触させる充填塔において、運転圧力が２００〜１５００ｋＰａＧの範囲であり、相対揮発度が１．９〜３．１の範囲であり、前記気液接触部を上下方向に少なくとも２分割して複数個の気液接触部を形成するとともに、下部の気液接触部から上部の気液接触部に向かって上昇する上昇ガスの濃度を均一に分散させるガス分散器を上下の気液接触部の間の少なくとも１箇所に設け、
    最も上部に位置する前記ガス分散器より上側の気液接触部の高さの合計が、全気液接触部の高さに対して０．７以上の高さに設定されていることを特徴とする充填塔。
  2. 前記下降液を再度分配させる中間部液分配器が少なくとも１器設けられていることを特徴とする請求項１記載の充填塔。
  3. 前記ガス分散器は、前記中間部液分配器と一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の充填塔。
JP2016063977A 2016-03-28 2016-03-28 充填塔 Active JP6178454B1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016063977A JP6178454B1 (ja) 2016-03-28 2016-03-28 充填塔
PCT/JP2017/008554 WO2017169512A1 (ja) 2016-03-28 2017-03-03 充填塔
US15/762,787 US10569190B2 (en) 2016-03-28 2017-03-03 Packed column
CN201780003820.8A CN108351164B (zh) 2016-03-28 2017-03-03 填充塔
EP17774057.8A EP3438582A4 (en) 2016-03-28 2017-03-03 PILLOW COLUMN

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016063977A JP6178454B1 (ja) 2016-03-28 2016-03-28 充填塔

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6178454B1 true JP6178454B1 (ja) 2017-08-09
JP2017180871A JP2017180871A (ja) 2017-10-05

Family

ID=59559172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016063977A Active JP6178454B1 (ja) 2016-03-28 2016-03-28 充填塔

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10569190B2 (ja)
EP (1) EP3438582A4 (ja)
JP (1) JP6178454B1 (ja)
CN (1) CN108351164B (ja)
WO (1) WO2017169512A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3100320B1 (fr) * 2019-09-02 2022-02-18 Air Liquide Dispositif de distribution destiné à une colonne de séparation gaz/liquide
CN111530113B (zh) * 2020-05-07 2023-12-01 杭氧集团股份有限公司 一种大型填料塔塔内液体分配试验系统及操作方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2946200A (en) * 1955-06-09 1960-07-26 Air Prod Inc Method of separating gaseous mixtures
US3796657A (en) * 1965-05-11 1974-03-12 V Pretorius Apparatus for distribution separation processes,their manufacture and use
US4009230A (en) * 1971-06-01 1977-02-22 Stark Amsterdam Nv Device for vacuum treatment of liquids by means of a gaseous strip-medium
US4432913A (en) * 1981-08-31 1984-02-21 The Dow Chemical Company Liquid distributing apparatus and method for a liquid-vapor contact column
US4689183A (en) * 1985-12-02 1987-08-25 The Dow Chemical Company Ultra low flow rate liquid redistributor assembly for use in a liquid-vapor contact tower
FR2655877B1 (fr) * 1989-12-14 1994-09-16 Air Liquide Distributeur de fluides pour colonne d'echange de chaleur et de matiere, notamment a garnissage, et colonne munie d'un tel distributeur.
JPH0791825A (ja) * 1993-09-20 1995-04-07 Hitachi Ltd 空気分離装置
EP0925109B1 (de) * 1997-07-04 2009-04-01 Kühni Ag Einbauten für stoffaustauschkolonnen
JP2000249464A (ja) * 1998-12-28 2000-09-14 Nippon Sanso Corp 気液接触装置、空気液化分離装置、およびガス分離方法
US6128922A (en) 1999-05-21 2000-10-10 The Boc Group, Inc. Distillation method and column
US6475349B1 (en) * 1999-09-24 2002-11-05 The Boc Group, Inc. Distillation column and method for promoting a uniform vapor flow
FR2813809B1 (fr) * 2000-09-11 2003-07-25 Air Liquide Colonne a garnissage d'echange de chaleur et/ou de matiere
KR101666250B1 (ko) * 2009-09-29 2016-10-13 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 단일 컬럼 스트립핑 및 건조 방법
FR2962349B1 (fr) * 2010-07-08 2014-01-10 Inst Francais Du Petrole Colonne avec distribution de gaz et methode de caracterisation d'un element de mise en contact entre gaz et liquide
CN103987431B (zh) * 2011-12-16 2016-10-26 气体产品与化学公司 带混合器的液体分配器

Also Published As

Publication number Publication date
CN108351164B (zh) 2021-05-07
US20180257001A1 (en) 2018-09-13
WO2017169512A1 (ja) 2017-10-05
US10569190B2 (en) 2020-02-25
EP3438582A1 (en) 2019-02-06
EP3438582A4 (en) 2019-12-04
CN108351164A (zh) 2018-07-31
JP2017180871A (ja) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6204231B2 (ja) 空気液化分離装置及び方法
JP6257656B2 (ja) 空気分離装置、アルゴンを含有する生成物を獲得する方法、及び、空気分離装置を建造する方法
JP3678787B2 (ja) 大気ガスの混合物を低温分離する方法
US10436508B2 (en) Air separation method and air separation apparatus
JP6178454B1 (ja) 充填塔
TW201940415A (zh) 製品氮氣及製品氬之製造方法及其製造裝置
CN1121173A (zh) 空气分离
US20110138856A1 (en) Separation method and apparatus
US20160003539A1 (en) Argon condensation system and method
JP5307055B2 (ja) 窒素及び酸素の製造方法並びに窒素及び酸素の製造装置。
KR20010085483A (ko) 극저온 정류 컬럼을 작동시키는 방법
CN111512107B (zh) 用于从低温空气分离单元灵活回收氩的系统和方法
JP6557763B1 (ja) 空気分離装置
CN102901322B (zh) 通过低温空气分离获得压力氮和压力氧的方法和装置
CN102985775B (zh) 氧气产生方法和设备
JP2017536523A (ja) 極低温分離によってアルゴンを可変的に取得する方法及び装置
US6637239B2 (en) Nitrogen rejection method and apparatus
KR20020027181A (ko) 감소된 높이의 증류 칼럼용 구조적 충전 시스템
CN106211791B (zh) 用于通过低温蒸馏来分离空气的塔，包括这样的塔的空气分离设备以及用于生产这样的塔的方法
RU2016108638A (ru) Установка и способ получения кислорода низкотемпературным разделением воздуха
EP2562502A1 (en) Process and installation for supplying gaseous carbon monoxide by cryogenic distillation
US10018414B2 (en) Method for the production of low pressure gaseous oxygen
JP2010210151A (ja) 粗アルゴン塔
JP4963691B2 (ja) 気液接触装置
US11680747B2 (en) Method and installation for cryogenic separation of a gaseous mixture by methane scrubbing

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170614

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20170622

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170711

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170713

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6178454

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250