JPH01121678A - 空気液化分離方法及びその装置 - Google Patents

空気液化分離方法及びその装置

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JPH01121678A
JPH01121678A JP62278634A JP27863487A JPH01121678A JP H01121678 A JPH01121678 A JP H01121678A JP 62278634 A JP62278634 A JP 62278634A JP 27863487 A JP27863487 A JP 27863487A JP H01121678 A JPH01121678 A JP H01121678A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、空気を圧縮、精製、冷却し、低温で液化分離
する空気液化分離方法及びその装置に関し、特に低純度
酸素を製造する空気液化分離方法及びその￥Ｍ＠に関す
る。
〔従来の技術〕
第７図は、従来の代表的な低純度酸素製造装置の系統図
を示すもので、フィルタ１により除塵された原料空気Ａ
は、原料空気圧縮機２で圧縮され、予熱器３及びアフタ
ークーラ４で冷却され、フロン冷却装置５でさらに冷却
された後に吸着器６に入り、水分と炭酸ガスを除去され
、主熱交換器７で低温ガスにより露点付近まで冷却され
て下部塔８の下部に導入される。
原料空気Ａは、下部塔８で精留され、塔頂の中圧窒素ガ
スＧＮと塔底の酸素富化の液化空気ＬＡとに分離される
。この液化空気ＬＡは、液化空気適冷器１０で過冷され
、弁１１で膨張して上部塔１２の中段に導入されて塔頂
の高純度窒素ガスＨＧＮ、塔中部の低純度窒素ガスＷＮ
及び塔底の低純度液化酸素ＬＯに分離される。
一方下部塔８の塔頂の中圧窒素ガスＧＮの一部は、上部
塔１２の底部に配設された主凝縮蒸発器１３に導入され
、上記低純度液化酸素ＬＯと熱交換して液化し、液化窒
素ＬＮとなる。この液化窒素ＬＮの一部は、下部塔８の
塔頂へ戻されて還流液となり、残部は、液化窒素適冷器
１４で過冷にされた後に弁１５で膨張して上部塔１２の
頂部に還流液と゛して導入される。
前記低純度液化酸素ＬＯは、上記中圧窒素ガスＧＮと熱
交換を行い、気化して低純度酸素ガスＧＯとなり一部が
上部塔から取出され、残部が上部塔１２の上昇ガスとな
る。また低純度液化酸素ＬＯの一部は上部塔１２底部よ
り導出され、サーモサイフオンリボイラ１６及び循環吸
着器１７を通って上部塔１２の塔底に戻るルートで循環
されており、その一部が炭化水素の蓄積を防ぐために、
いわゆる保安液酸Ｓ゛０として扱き出されている。
前記下部塔８頂部から抜き出された中圧窒素ガスＧＮの
残部は、その一部が主熱交換器７で所定温度まで加熱さ
れた後、膨張タービン１８で大気圧程度に膨張し、寒冷
を発生して再び主熱交換器７に導入されて原料空気Ａを
冷却し、常温まで加熱されて大気へ放出される。残部の
中圧窒素ガスＧＮは、中圧のまま主熱交換器７で加熱さ
れて外部に取り出され、製品中圧窒素ガスＭＧＮとなる
。
また上部塔１２から抜き出された高純度窒素ガスＨＧＮ
及び低純度窒素ガスＷＮは、液化窒素適冷器１４．液化
空気過冷器１０及び主熱交換器７で常温まで加温され、
高純度窒素ガス・ＨＧＮは、製品として採取され、低純
度窒素ガスＷＮの一部は、弁１９から大気へ放出される
。低純度窒素ガスＷＮの残部は、予熱器３及び電気ヒー
タ２０により吸着器６の再生に必要な温度（１００〜１
５０℃程度）にまで加熱されて吸着器６に送られる。
また吸着器６の冷却工程時には、低純度窒素ガスを弁２
１から吸着器６に導入し、吸着器６を冷却する。
そして上部塔１２塔底から抜き出された低純度酸素ガス
Ｇｏは、主熱交換器７で常温まで加温され、液化酸素蒸
発器２２で加温されて常温とされた前記保安液酸ＳＯと
混合されて酸素圧縮機２３で圧縮され、製品低純度酸素
ガスＰＯとして需要者設備に送出される。
第８図は、上記系統に主凝縮蒸発器１３とは別に副凝縮
蒸発器２４を配設した例を示すもので、上部塔１２の塔
底から低純度液化酸素ＬＯを導出して弁２５で膨張させ
た後に副凝縮蒸発器２４に導入し、下部塔８頂部の中圧
窒素ガスＧＮと熱交換させて気化させ、製品低純度酸素
ガスＰｏを得ている。
このように上部塔１２塔底から低純度液化酸素ＬＯを抜
き取り、Ｄ１凝凝縮光器２４に導入し、ここで気化させ
ることで、上部塔１２塔底の低純度液化酸素ＬＯの組成
を製品低純度Ｍ素ガスＰＯと同じ組成とすることができ
る。このとき、ｆｉ１″Ｉ縮蒸発器２４の液化酸素の純
度は、製品低純度酸素ガスＰＯの純度より高くなるので
、副凝縮器蒸発２４内の圧力を下げることにより、この
液化酸素の蒸発温度を主凝縮器１３の液化酸素の蒸発温
度と同じにすることができる。これにより主凝縮蒸発器
１３およびｆ１１″ｇｋ縮蒸発器２４内の低純度液化酸
素１０の沸点を下げることができ、下部塔８塔頂から主
凝縮蒸発器１３および副凝縮蒸発器２４に導入する中圧
窒素がスＧＮの温度を下げることができる。従って、下
部塔８の圧力、即ち原料空気への圧縮圧力を下げて動力
原単位を低減させている。
例えば、製品低純度酸素ガスＰＯを１．４５ａｔａ、９
０％０２とした場合、前記第７図に示した方法では、上
部塔１２塔底の低純度液化酸素ＬＯの組成は、約９５．
７％０２　（沸点−１８０，２℃）であり、第８図に示
す方法では、約９０．０％０２　　（沸点−１８１，５
℃）となる。このように低純度液化酸素ＬＯの沸点が１
．３℃低下するので、下部塔１２からの中圧窒素ガスＧ
Ｎの温度も１．３℃ドげることができる。即ち、中圧窒
素ガスＧＮの露点を下げることができるのでその圧力、
即ち原料空気Ａの圧縮圧を約０．５Ｎ９／ｍＡ下げるこ
とができる。この方法によれば第７図の方法に比して純
度９０％の酸素を製造する場合で約４％の動力低減とな
る（第３図参照）。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら上述のものでは、製品低純度酸素ガス、上
部塔上界ガス及び上部塔に還流液とじて導入する液化窒
素の生成を、製品低純度酸素ガスと平衡な低純度液化酸
素、または製品低純度酸素ガスと同濃度の低純度液化酸
素と、下部塔頂部の中圧窒素ガスとの間の熱交換だけに
依っているため、高い原料空気圧力が必要となる。また
上部塔の精留において、第９図に示すように特に酸素濃
度の高い領域（図の左下部分）では操作線ＯＬと平衡１
１ＧＬがかなり離れており、上部塔でかなり大きな有効
エネルギの損失を生じている。この損失は、空気分離装
置全体の有効エネルギ損失の大きな割合を占めている。
また第８図に示す方法による動力費の低減効宋は、第７
図に示す方法に比べて製品酸素ガスが９０％０２の場合
で約４％、９５％０２の場合で約１％である。尚、この
方法では、製品低純度酸素ガスが上部塔より低い圧力の
副凝縮蒸発器から採取されるため、前記第７図の方法に
比べて酸素圧縮機の負荷を増大させている（上記動力費
は、この分を含めた比較値である）。
そこで本発明は、これらの問題点を改善し、消費動力を
大幅に低減することができる空気液化分離方法及びその
装置を提供することを目的としている。
（問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は、まず空気液化分
離方法として、原料空気を圧縮、精製。
冷却して下部塔と上部塔からなる複精留塔に導入し、液
化分離する空気液化分離方法において、前記下部塔を高
圧下部塔と中圧、下部塔とに分割するとともに、前記上
部塔を中圧下部塔より低圧の第一及び第二上部塔とに分
割し、高圧及び中圧の原料空気を異なった２系統の供給
系統により供給し、それぞれ前記高圧下部塔と中圧下部
塔とに導入して精留分離し、両下部塔底部に分離したＩ
ＩＩ素富化の液体空気を導出し膨張させた後に、前記第
二上部塔の中間部に供給してさらに精留し、該第二上部
塔の底部に分離した塔底液を前記第一上部塔の塔頂部に
還流液として供給して精留し、該第一上部塔の底部から
製品酸素を採取するとともに、前記高圧下部塔の塔頂部
に分離した窒素ガスを前記第一上部塔の塔底液と熱交換
を行う主凝縮蒸発器の温流体とし、また前記中圧下部塔
の塔頂部に分離した窒素ガスを前記第二上部塔の塔底液
と熱交換を行う中間凝縮蒸発器の温流体とし、さらに前
記第一上部塔の塔頂部に分離した酸素富化ガスを前記第
二上部塔の塔下部に上昇ガスとして導入することを特徴
とし、またその装置として、前記下部塔を高圧下部塔と
中圧下部塔とに分割するとともに前記上部塔を中圧Ｆ部
塔より低圧の第一及び第二上部塔とに分割し、前記両下
部塔底部と前記第二上部塔の中間部とを膨張弁を介して
接続し、該第二上部塔の底部と前記第一上部塔の頂部と
を接続し、該第一上部塔の底部に製品酸素採取管を接続
し、第一上部塔の頂部と第二上部塔の下部とを接続し、
また高圧下部塔の塔頂部のガスと第一上部塔の塔底部の
液とを熱交換させる主凝縮蒸発器を配設し、さらに中圧
下部塔の塔頂部のガスと第二上部塔の塔底部の液とを熱
交換させる中間凝縮蒸発器を配設するとともに、前記高
圧下部塔に原料空気を供給する高圧空気供給系統と、前
記中圧下部塔に原料空気を供給する中圧空気供給系統と
を備えたことを特徴とするものである。
〔作　用〕
上記のごとく構成することにより、精留分離された気体
あるいは液体の組成に応じて各塔内を最適な圧力や温度
にでき、原料空気を高圧空気供給系統と中圧空気供給系
統とに分割して供給することで、装置全体での原料空気
の圧縮圧を下げることができ、動力原単位の低減を図る
ことができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。尚、前記従来
例と同一要素のものには、同符号あるいは同符号にａ、
ｂを付して示し詳細な説明を省略する。また、以下の説
明において、各気液の組成や圧力、あるいは動力費の比
較等は、上部塔の圧力を１．４〜１．５ａｔａとした場
合を示すもので、上部塔の圧力をこれ以上の圧力、例え
ば２　ａｔａ程度とした場合でも同様に良好な結果を得
ることができる。
まず第１図は、本発明の第１実施例を示すものであって
、下部塔は、高圧下部塔３０ａと中圧下部塔３０ｂとに
分割されており、上部塔は、第一及び第二上部塔３１ａ
、３１ｂとに分割されている。
前記両下部塔３０ａ、３０ｂ底部と前記第二上部塔３１
ｂの中間部とは、膨張弁３２ａ、３２ｂを介して接続さ
れており、両下部塔３０ａ、３０ｂ底部に精留分離され
る酸素富化の液化空気ＬＡを第二上部塔３１ｂに導入し
ている。
第二上部塔３１ｂの底部は、前記第一上部塔３１ａの頂
部に弁３３を備えた導管３４により接続されており、第
二上部塔３１ｂ底部に精留分離される低純度液化酸素Ｌ
Ｏｂが第一上部塔３１ａに還流液として導入されている
。
第一上部塔３１ａの底部には、製品酸素採取管３５が接
続され、製品低純度酸素ガスＰＯが採取されている。ま
た第一上部塔３１ａの頂部は、前記導管３４とは別の導
管３６により第二上部塔３１ｂの下部と接続されており
、第一上部塔３１ａ頂部に精留分離される低純度酸素ガ
スＧＯを第二上部塔３１ｂの上昇ガスとして導入してい
る。
さらに第一上部塔３１ａの底部には、前記高圧下部塔３
０ａ塔頂部の窒素ガスＧＮａと第一上部塔３１ａ底部の
低純度液化酸素ＬＯａとを熱交換させる主凝縮蒸発器３
７が配設されており、また第二上部塔３１ｂの底部には
、中圧下部塔３０ｂ頂部の窒素ガスＧＮｂと第二上部塔
３１ｂ底部の低純度液化酸素ＬＯｂとを熱交換させる中
間凝縮蒸発各３８が配設されている。
そして原料空気供給系統は、前記高圧下部塔３０ａに原
料空気Ａａを供給する＾圧空気供給系統３９と、前記中
圧下部塔３０ｂに原料空気Ａｂを供給する中圧空気供給
系統４０とで構成されている。
以下、本実施例装置を気液の流れに従って説明する。
まず原料空気Ａａ、Ａｂは、高圧空気供給系統３９、中
圧空気供給系統４０ともに、フィルタ１ａ、ｌｂにより
除塵され、原料空気圧縮１１１２８゜２ｂでそれぞれ所
定の圧力に圧縮され、予熱器３（高圧空気供給系統のみ
）及びアフタークーラ４ａ、４ｂで冷却され、フロン冷
却装置Ｉ！５ａ、　５ｂでさらに冷却された後、吸’Ｊ
ＩＢ６ａ、６ｂに入り、水分と炭酸ガスを除去され、主
熱交換器７ａ、７ｂで低温ガスにより露点付近まで冷却
される。
そして高圧空気供給系統３９の原料空気Ａａは、高圧下
部塔３０ａの底部に導入され、中圧空気供給系統４０の
原料空気Ａｂは、中圧下部塔３０ｂの底部に導入される
。
原料空気Ａａ、Ａｂは、両下部塔３０ａ、３０ｂ内で精
留され、塔頂部の高圧及び中圧窒素ガスＧＮａ、ＧＮｂ
と塔底部の酸素富化の液化空気ＬＡ、ＬＡとなる。この
液化空気ＬＡは、それぞれ液化空気適冷器１０ａ、１０
ｂで適冷され、膨張弁３２ａ、３２ｂで膨張して第二上
部塔３１ｂの中段に導入されて精留され、塔頂の高純度
窒素ガスＨＧＮ、塔中部の低純度窒素ガスＷＮ及び塔底
の低純度液化酸素ＬＯｂに分離する。この低純度液化酸
素ＬＯｂは、酸素１１度が６０〜８５％で、かつ第一上
部塔３１ａ塔底液の１１！索漠度より低い濃度であり、
一部が中ｒｍ凝縮蒸発器３８で前記中圧の窒素ガスＧＮ
ｂと熱交換を行い気化し、低純度酸素ガスとなって第二
上部塔３１ｂの上昇ガスとなる。
残部の酸素濃度６０〜８５％の低純度液化酸素ＬＯｂは
、前記導管３４により導出されて第一上部塔３１ａの塔
頂部に還流液として導入され、精留されて酸素濃度３２
〜６５％の酸素富化ガスＧＯと酸素の濃度９２〜９９％
の低純度液化酸素ＬＱａとに分離する。この低純度液化
酸素ＬＯａは、第一上部塔３１ａ内で精留されることに
より、前記第二上部塔３Ｉｂ塔底の低純度液化酸素ＬＯ
ｂより酸素濃度が高くなっている。
そして第一上部塔３１８＊部の低純度液化酸素ＬＯａは
、主凝縮蒸発器３７で前記高圧の窒素ガスＧＮａと熱交
換を行い、気化して平衡組成である８０〜９８％の低純
度酸素ガスとなり、一部が製品低純度酸素ガスＰＯとし
て製品酸素採取管３５から取出され、残部が第一上部塔
３１ａの上昇ガスとなる。また低純度液化酸素ＬＯａの
一部は、前記従来例と同様にサーモサイフォンリボイラ
１６により循環吸６ｖ！１１７を通して循環されており
、その一部が保安液酸ＳＯとして抜き出されている。
また第一上部塔３１ａ頂部の酸素富化ガスＧ。
は、塔頂部から前記導管３６により導出されて第二上部
塔３１ｂの下部に導入され、第二上部塔３１ｂの上昇ガ
スとなる。
そして第一上部塔３１ａ下部から抜き出された製品低純
度酸素ガスＰＯは、分岐してそれぞれ主熱交換器７ａ、
７ｂで常温まで加温された後に再び合流し、さらに液化
ＩＩＩ素蒸発器２２で加温されて常温とされた前記保安
液酸ＳＯと合流して酸素圧縮ｖｓ２３で圧縮され、需要
者設備に送出される。
一方前記高圧下部塔３０ａの塔頂に分離した高圧の窒素
ガスＧＮａの一部は、第一上８Ｉｌ塔３１ａに配設され
た主凝縮蒸発器３７に導入され、前記低純度液化酸素Ｌ
Ｏａと熱交換して液化し、凝縮液化して液化窒素ＬＮａ
となる。この液化窒素ＬＮａは、一部が高圧下部塔３０
ａの塔頂部に戻されて還流液となり、残部が膨張弁４１
で膨張した後に中圧下部塔３０ｂの頂部に導入され、中
圧下部塔３０ｂの還流液となる。
また中圧下部塔３０ｂの塔頂の中圧の窒素ガスＧＮｂの
一部は、第二上部塔３１ｂに配設された中間凝縮蒸発器
３８に導入され、前記低純度液化酸素ＬＯｂと熱交換し
て液化し、液化窒素ＬＮｂとなり、一部が中圧下部塔３
０ｂの還流液となり、残部が液化窒素適冷器１４で適冷
にされた後に膨張弁１５で膨張して第二上部塔３１ｂの
頂部に導入され、第二上部塔３１ｂの還流液となる。
中圧窒素ガスＧＮｂの残部は、その一部が主熱交゛換器
７ａ、７ｂで所定温度まで加熱された後に合流して、膨
張タービン１８で大気圧程度に膨張し、寒冷を発生して
再び主熱交換器７ｂ＆ｍｍ１人され、中圧の原料空気Ａ
ｂを冷却し、常温まで加熱されて大気へ放出される。残
部の中圧窒素ガスＧＮｂは、中圧のまま主熱交換！７ｂ
で加温されて中圧窒素ガスＭＧＮとして取出される。
また第二上部＃５３Ｉｂ塔頂の高純度窒素ガスＨＯＮと
塔中部の低純度窒素ガスＷＮは、それぞれ第二上部塔３
１ｂから導出されて液化窒素適冷器１４、液化空気適冷
器１０ａ、１０ｂを通った後に、高純度窒素ガスＨＧＮ
は、主熱交換器７ａで原料空気Ａａと熱交換を行い常温
となり採取される。
また低純度窒素ガスＷＮは、主熱交換器７ｂで原料空気
Ａｂと熱交換を行い常温となり、その−部が弁１９から
大気へ放出される。残部は、予熱器３及び電気ヒータ２
０により吸着器６ａ、６ｂの再生に必要な温度にまで加
熱されて両系統３９゜４０のそれぞれの吸着器６ａ、６
ｂに送られる。
また吸着器６ａ、６ｂの冷却工程時には、この低純度窒
素ガスＷＮを弁２１ａ、２１ｂから吸着器６ａ、６ｂに
導入し、吸着器５ａ、５ｂを冷却する。
このように空気液化分離装置を形成し、各気液の流れを
上述のごと（とすることにより、精留分離された気体あ
るいは液体の組成に応じて各塔内を最適な圧力や温度に
できる。
例えば、製品低純度酸素ガスＰＯの組成を８０〜９８％
０２とした場合、第一上部塔３１ａの下部から導出する
製品低純度酸素ガスＰＯがこの組成となるので、第一上
部塔３１ａ底部の液化酸素ＬＯａの組成は、９２〜９９
％０２どなる。この時、第二上部塔３１ｂから第一上部
塔３１ａの還流液として導入する液化酸素ＬＯｂの組成
は、第一上部塔３１ａの精留作用により第一上部塔３１
ａ底部の液化酸素ＬＯａの組成より低くてよく、６０〜
８５％０２程度でよいことになる。
これにより、第二上部塔３１ｂの底部に配設された中間
凝縮蒸発器３８での液化酸素ＬＯｂの沸点が、第一上部
塔３１ａの底部に配設された主擬縮蒸発器３７での液化
酸素ＬＯａの沸点に比べて低くなるので、中間凝縮蒸発
器３８に温流体として導入する窒素ガスＧＮｂの露点を
低くすることができる。
即ち、窒素ガスＧＮｂの圧力を下げることが可能となり
、これに合わせて下部塔を高圧（５にｇ／ｃｎＡ〜６に
ｇ／ｃｄＡ　）の高圧下部塔３０ａとこれより低圧（０
，８〜２．５にｇ／ｃｄＡ低い圧力、３゜２ＫＱ／ｄＡ
　〜４．８にｇ／ｃｄＡ　）の中圧下部塔３０ｂとに分
割し、原料空気を高圧空気供給系統３９と中圧空気供給
系統４０に分割して供給する（高圧空気：全原料空気量
の３６〜５５％、中圧空気：同６４〜４５％）ことで、
装置全体での原料空気の圧縮圧を下げることができ、動
力原単位の低減を図ることができる。
法衣に上記装置における原料空気の量（割合）とその圧
力の例を示す。比較として前記第７図及び第８図の従来
例装置における原料空気の圧力を示す。
Ａ：第二上部塔塔底の液化酸素組成８５％０２Ｂ：第二
上部塔塔底の液化酸素組成　７５％０２上表に示すごと
く、この例の要件下では全原料空気中の５３〜６３％を
従来の原料空気圧縮圧より０．９〜１．８Ｋｇ／ｃＩｉ
ａｂｓ低い中圧とすることができ、全体としての空気圧
縮量を１０％程度低減させることが可能となる。
尚、上記高圧下部塔および中圧下部塔の圧力範囲は上記
範囲に限らず、得られる動力原単位の上限としてざらに
高い値を許容する場合にはさらに広い範囲に設定できる
。それに伴って第一上部塔。
第二上部塔とも、さらに広い圧力範囲に設定することが
できる。
また第２図（本発明方法における上部塔のマツケープ・
シール線図）に示すように、中間凝縮蒸発器３８を設け
ることにより、第一上部塔３１８部分の操作ＦＪＯＬａ
が平衡線ＧＬに接近するため、第一上部塔３１ａと第二
上部塔３１ｂを合せた上部塔としての有効エネルギーの
損失を低減でき、。
装置全体の精留分離効率を向上させることができる。
さらに、製品低純度酸素ガスＰＯを第一上部塔３１ａの
圧力で導出・採取することができるので、酸素圧縮機２
３の負荷を増大させることがない。
第３図は、本例における動力原単位の低減効果を、前記
第７図の装置で９５％０２を採取する場合を１００とし
て示すもので、第８図の装置も参考として同時に示す。
尚、いずれも原料空気は吸着器による精製であって、中
圧窒素ガス（ＭＧＮ）を採取しない場合である。また酸
素圧縮機の動力も考慮に入れている。
図から明らかなように、本発明の方法及び装置は、従来
の方法及び装置に比べて動力原単位を１０％近く低減す
ることができる。そのため運転コストが大幅に低減でき
、原料空気系統を２系統とするための設備費を上回るコ
スト低減が図れる。
また本例における装置では、第一上部塔からの低純度酸
素ガスと同時に、中圧下部塔からの中圧窒素ガス及び第
二上部塔からの高純度窒素ガスを採取しているが、中圧
下部塔からの窒素ガス（製品）が不要のときは採取する
必要がなく、第二上部塔からの高純度窒素ガスの採取を
しない時は、第二上部塔塔頂部から低純度窒素ガスのみ
を導出すればよい。尚、上記中圧下部塔か、らの窒素ガ
スを採取しない場合は、その分第二上部塔に導入される
液化窒素量が増加し、族基の還流液が増えた分精留板の
必要段数が減り、塔底の圧力が低くなり原料空気圧力を
さらに低くすることが出来る。
第４図は、前記第１図に示した系統に動力回収系統を設
けたものである。この動力回収系統４２′は、中圧の窒
素ガスＭＧＮを予熱器３に導入して加温した後にタービ
ン４３に導入し、窒素ガスＭＧＮの圧力を動力として回
収し、圧縮機やポンプ等の動力源として利用するもので
ある。
第５図は、前記第１図に示した系統中の中圧下部塔３０
ｂから導出する中圧窒素ガスＧＮを第二上部塔３１ｂの
中間凝縮蒸発器３８に導入するのみとし、中圧下部塔３
０ｂの下段がら空気Ａｃを導出して主熱交換器７ａ、７
ｂで昇温させた後に膨張タービン１８に導入し、膨張、
冷却した空気ＡＣを第二上部塔３１ｂの中段に導入した
ものである。
また第６図は、原料空気の供給系統に、冷却水ｃａ、ｃ
ｂを用いた水洗冷却塔４４ａ、４４ｂとリパーシング（
可逆式）熱交換器４５ａ、４５ｂを用いた例を示すもの
で、さらに高圧及び中圧両下部塔３０ａ、３０ｂの底部
に、該底部の空気Ａａ、Ａｂを液化させる液化器４６ａ
、４６ｂ’をそれぞれ接続しており、また中圧下部塔３
０ｂの底部には、リボイラー４７を備えた循環回路４８
を設けている。
原料空気Ａａ、Ａｂは、圧縮された後に水洗浄ｌｊ］塔
４４ａ、４４ｂＦ予冷され、切ｎ弁４９ａ。
４９ｂで流路を切替えられてリバーシング熱交換器４５
ａ、４５ｂでそれぞれ冷却され、逆止弁５０ａ、５０ｂ
を通ッテ両下部塔３０ａ、３０ｂに導入される。両下部
塔３０ａ、３０ｂと第一及び第二上部塔３１８．３１ｂ
では、前記実施例と同様に精留分離及び気液の授受が行
われ、製品低純度酸素ガスＰＯが採取される。
一方第二上部塔３１ｂのＴＩｉ部の窒素ガスＷＧＮは、
液化窒素適冷器１４を経て分岐し、両者とも空気適冷器
１０ａ、１０ｂを通った後、一方が、高圧空気供給系統
３９ａのりパージング熱交換器４５ａに導入され、原料
空気Ａａを冷却するとともにリバーシング熱交換器４５
ａの再生を行い、他の一方の窒素ガスＷＧＮは、中圧空
気供給系統・４０ａのりパージング熱交換器４５ｂに導
入される。
また中圧下部塔３０ｂがら導出された中圧窒素ガスＧＮ
ｂの一部は、３方向に分岐した後、２系統がそれぞれリ
バーシング熱交換器４５ａ、４５ｂで昇温される。そし
て再び低温のままの中圧窒素ガスＧＮｂと合流し、膨張
タービン１８で膨張して寒冷を発生し、前記第二上部塔
３１ｂからの窒素ガスＷＧＮの一部と合流して中圧空気
供給系統４０ａのりパージング熱交換１４５ｂに導入さ
れ、原料空気Ａｂを冷却するとともにリバーシング熱交
換器４５ｂの再生を行う。両すバーシング熱交換器４５
ａ、４５ｂを出たガスは、合流した”　　　侵に弁５１
を経て放出される。
本発明は、このように各種の系統により実施することが
でき、いずれの系統においても従来の同種の系統に比べ
て大幅な運転コストの低減を図ることができる。
尚、８塔の気液の組成や圧力及び温度は、製品として採
取される低純度酸素ガスの組成や圧力等により適宜設定
することができ、さらに従来から用いられている各種制
御機器等を付加して動力原単位を向上させることができ
る。
また８塔を、完全に分離独立させることなく１基の精留
塔の内部を仕切って上下に連設させてもよい。特に上部
塔は、第一上部塔と第二上部塔の内部圧力が同程度であ
るので、一体的に形成して中間部に中間凝縮蒸発器を配
設しても同等の作用を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、下部塔を高圧下部塔と
中圧下部塔とに分割するとともに、上部塔を第一及び第
二上部塔に分割し、高圧下部塔と第一上部塔との間に主
凝縮熱発器を、中圧下部塔と第二上部塔との間に中間凝
縮蒸発器をそれぞれ配設し、前記高圧下部塔に原料空気
を供給する高圧空気供給系統と、前記中圧下部塔に原料
空気を供給する中圧空気供給系統とを備えて、各部に適
正な圧力、温度０組成の気液を供給したから、従来の空
気液化分離方法及びその装置に比べて°大幅な動力原単
位の低減を図ることができ、低コストの製品ガスを供給
することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は本発
明の上部塔におけるマツケープ・シール線図、第３図は
動力原単位の低減効果を示す説明図、第４図乃至第６図
は、それぞれ本発明の他の実施例を示す系統図、第７図
及び第８図はそれぞれ従来例を示す系統図、第９図は従
来の上部塔におけるマツケープ・シール線図である。 ２ａ、２ｂ・・・原料空気圧縮ｖｉ　　６ａ、６ｂ・・
・吸着器　　７ａ、７ｂ・・・主熱交換器　　１８・・
・膨張タービン　　３０ａ・・・高圧下部塔　　３０ｂ
・・・中圧下部塔　　３１ａ・・・第一上部塔　　３１
ｂ・・・第二上部塔　　３２ａ、３２ｂ・・・膨張弁　
　３４・・・導管　　３５・・・製品酸素採取管　　３
６・・・導管３７・・・主凝縮蒸発器　　３８・・・中
間凝縮蒸発器３９・・・高圧空気供給系統　　４０・・
・中圧空気供給系統　　４１・・・膨張弁　　Ａａ、Ａ
ｂ・・・原料空気ＧＮａ、ＧＮｂ・・・中圧窒素ガス　
　ＧＯ・・・低純度酸素ガス　　ＨＧＮ・・・高純度窒
素ガス　　ＬＡ・・・液化空気　　ＬＮａ、ＬＮｂ・・
・液化窒素　　１０ａ、ＬＯｂ・・・低純度液化酸素　
　ＭＧＮ・・・製品中圧窒素ガス　　ＰＯ・・・製品低
純度酸素ガスＷＮ・・・低純度窒素ガス 勅の室鬼合涜４）５ω 製品Ｅｌ棗最震

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、原料空気を圧縮、精製、冷却して下部塔と上部塔か
    らなる複精留塔に導入し、液化分離する空気液化分離方
    法において、前記下部塔を高圧下部塔と中圧下部塔とに
    分割するとともに、前記上部塔を中圧下部塔より低圧の
    第一及び第二上部塔とに分割し、高圧及び中圧の原料空
    気を異なった２系統の供給系統により供給し、それぞれ
    前記高圧下部塔と中圧下部塔とに導入して精留分離し、
    両下部塔底部に分離した酸素富化の液体空気を導出し膨
    張させた後に、前記第二上部塔の中間部に供給してさら
    に精留し、該第二上部塔の底部に分離した塔底液を前記
    第一上部塔の当頂部に還流液として供給して精留し、該
    第一上部塔の底部から製品酸素を採取するとともに、前
    記高圧下部塔の塔頂部に分離した窒素ガスを前記第一上
    部塔の塔底液と熱交換を行う主凝縮蒸発器の温流体とし
    、また前記中圧下部塔の塔頂部に分離した窒素ガスを前
    記第二上部塔の塔底液と熱交換を行う中間凝縮蒸発器の
    温流体とし、さらに前記第一上部塔の塔頂部に分離した
    酸素富化ガスを前記第二上部塔の塔下部に上昇ガスとし
    て導入することを特徴とする空気液化分離方法。 ２、原料空気を圧縮、精製、冷却して下部塔と上部塔か
    らなる複精留塔に導入し、液化分離する空気液化分離装
    置において、前記下部塔を高圧下部塔と中圧下部塔とに
    分割するとともに前記上部塔を中圧下部塔より低圧の第
    一及び第二上部塔とに分割し、前記両下部塔底部と前記
    第二上部塔の中間部とを膨張弁を介して接続し、該第二
    上部塔の底部と前記第一上部塔の頂部とを接続し、該第
    一上部塔の底部に製品酸素採取管を接続し、第一上部塔
    の頂部と第二上部塔の下部とを接続し、また高圧下部塔
    の塔頂部のガスと第一上部塔の塔底部の液とを熱交換さ
    せる主凝縮蒸発器を配設し、さらに中圧下部塔の塔頂部
    のガスと第二上部塔の塔底部の液とを熱交換させる中間
    凝縮蒸発器を配設するとともに、前記高圧下部塔に原料
    空気を供給する高圧空気供給系統と、前記中圧下部塔に
    原料空気を供給する中圧空気供給系統とを備えたことを
    特徴とする空気液化分離装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010159890A (ja) * 2009-01-06 2010-07-22 Taiyo Nippon Sanso Corp 空気分離方法及び装置
JP2017032242A (ja) * 2015-08-05 2017-02-09 大陽日酸株式会社 空気液化分離方法及び装置

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