JPH0563718B2 - - Google Patents

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JPH0563718B2
JPH0563718B2 JP60084150A JP8415085A JPH0563718B2 JP H0563718 B2 JPH0563718 B2 JP H0563718B2 JP 60084150 A JP60084150 A JP 60084150A JP 8415085 A JP8415085 A JP 8415085A JP H0563718 B2 JPH0563718 B2 JP H0563718B2
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air
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Japan Oxygen Co Ltd
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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、空気液化分離方法、特にアルゴンを
同時に採取するに好適な空気液化分離方法に関す
る。
〔従来の技術〕
一般にアルゴンの製造は、複精留塔の上部塔か
らアルゴン含量の多い酸素を原料ガスとして抜き
出し、これを粗アルゴン塔に送り、粗アルゴン塔
で精留して粗アルゴンとし、この粗アルゴン中の
酸素を除去したのち、高純アルゴン塔で精留し、
高純アルゴンを得る方法によつて行なわれてい
る。
このようなアルゴン製造を伴う空気液化分離方
法としては、例えば、第5図に示す如く、圧縮機
(図示せず)で約5Kg/cm2Gに圧縮された原料空
気は、管1からリバーシリング熱交換器2に導入
され、ここで冷却されて原料空気中の水、炭素ガ
スが除去され、ほぼ5Kg/cm2Gの空気の飽和温度
となつて管3を通り、上部塔4a、凝縮器4b、
下部塔4cよりなる複精留塔4の下部塔4cの下
部に送られる。
下部塔4cでは、空気の予備精留が行なわれ、
下部塔4c頂部からは不純液化窒素が抜き出され
管5を経て上部塔4aの頂部に導かれ、また下部
塔4c底部からは液化空気が管6を経て抜き出さ
れて上部塔4aの中間段に導入されそれぞれ還流
液として上部塔4a内を流下し、凝縮器4bにて
上部塔4aの還流液の気化と、下部塔4cの上昇
ガスの液化が行なわれ、これによつて上部塔4
a、下部塔4cでの精留が進む。
そして、上部塔4aの頂部から管7に不純窒素
ガスが、また上部塔4aの下部から管8に酸素ガ
スがそれぞれ抜き出され、リバーシング熱交換器
2に送られ、ここで原料空気と熱交換して加温さ
れ、常温のガスとして取り出される。
また、上部塔4aの中間段から管11を経て、
粗アルゴン凝縮器9が設けられた粗アルゴン塔1
0に、アルゴン5〜15%、窒素1%以下、残部酸
素よりなるアルゴン原料ガスが導入される。
粗アルゴン凝縮器9には、下部塔4c底部から
抜き出された液化空気の一部が管6から分岐され
て、管12を経て導入され、ここで粗アルゴン塔
10の上昇ガスが凝縮され、還流液として粗アル
ゴン塔10内を流下し精留が行なわれる。
これによつて粗アルゴン塔10の頂部から、ア
ルゴン95〜98%、酸素1〜3%、窒素1〜3%程
度の粗アルゴンが管13に導出され、以下図示し
ない公知のアルゴン精製工程に送られ、高純アル
ゴンが採取される。粗アルゴン凝縮器9に導入さ
れた液化空気は、気化して管14を経て上部塔4
aの中間段に送り込まれる。
そして、装置の運転に必要な寒冷を補うために
管3から圧縮空気の一部が管15に分岐され、リ
バーシング熱交換器2にて再熱され、さらに膨張
タービン16で断熱膨張されたのち管17から上
部塔4aの中間段に送り込まれる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、以上のようにアルゴン採取を伴う空
気液化分離方法においては、膨張タービン16で
断熱膨張した低温低圧空気や粗アルゴン凝縮器9
で気化した低温低圧空気は、ガス状で上部塔4a
に吹き込まれるので、主に酸素を目的とする分離
方法としては低コストで酸素ガスを生産できる特
長があるものの、完全分離に近い厳しい条件を必
要とする比較的高価なアルゴンの併産を目的とし
た精留の場合には、上部塔4aへのガス吹込みは
非常に好ましくない操作である。
そこで、従来の装置では第5図に示す管18よ
り膨張タービン16で断熱膨張した低温低圧空気
を管7の不純窒素ラインへ導入し、そのまま大気
に放散する運転方法によつて上部塔4aの精留条
件を良くし、アルゴンの増産を図つている例が多
くなつてきている。
この場合、管18を通る低圧空気中に含まれる
酸素・アルゴンは、精留に関与せずそのまま放散
されてしまうという問題があつた。
そこで、上部塔へのガスフイードを減少させる
方法として特公昭57−42832号公報に示される方
法があるが、この方法では微妙な運転の要求され
粗アルゴン塔凝縮器に循環圧縮機の発・停時の圧
力変動を与え、安定した運転切換が難しい。ま
た、粗アルゴン塔凝縮器で液体空気を完全気化さ
せるので閉ループであつてもアセチレンや炭化水
素が析出することになり危険を伴う。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、アル
ゴンの増産が可能となり、しかも酸素の収率ある
いは純度の向上が図られるアルゴン採取を伴う空
気液化分離方法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〕 本発明は上記目的を達成するために、第1発明
では、原料空気を5乃至10Kg/cm2Gに加圧し冷却
すると共にCO2,H2Oを除去して精製し、複精
留塔に導入して液化精留を行ない、酸素、窒素を
採取すると同時に上部塔中間段よりアルゴン原料
ガスを吹き出して粗アルゴン塔に送り、精留分離
してアルゴンを採取する空気液化分離方法におい
て、膨張タービンにより断熱膨張した低温低圧の
ガスを後記する圧縮機よりの吐出ガスと熱交換し
て昇温後、圧縮機により再圧縮し、前記膨張ター
ビンの吐出ガスと熱交換して降温後、複精留塔下
部塔に導入することを特徴とし、また、第2発明
では、膨張タービンにより断熱膨張した低温低圧
のガスを後記する圧縮機よりの吐出ガスと熱交換
して昇温後、圧縮機により再圧縮し、前記膨張タ
ービンの吐出ガスと熱交換して降温後、主凝縮器
の液体酸素と熱交換して液化し膨張弁にて膨張後
複精留塔上部塔に導入することを特徴としてい
る。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。なお、第5図と同一部材については同符号を
付して説明は省略する。
第1図は本発明の第1実施例を示すもので、管
3から分岐した管15を経てリバーシング熱交換
器2にて再熱され、さらに膨張タービン16で膨
張された低温低圧空気は、管19を経て熱交換器
20に導入され、常温となつて管21を経て圧縮
機22に吸入され、ここで下部塔より少し高い圧
に圧縮され、管23を経て再び熱交換器20に導
入されて前記膨張タービン16で膨張された低温
低圧空気と熱交換して冷却され、低温の圧縮空気
となつた後、下部塔4cの底部へ導入される。
第2図は膨張タービン16の処理ガスとして下
部塔4cより導出したガス例えば窒素ガスを使用
した実施例を示すもので、下部塔4cより管25
で抜き出された窒素ガスは、リバーシング熱交換
器2にて再熱されたのち、膨張タービン16で断
熱膨張され、管19、熱交換器20、管21を経
て圧縮機22に吸入され、下部塔圧より少し高い
圧に圧縮され、管23、熱交換器20を経て下部
塔4cの上部に導入される。
第3図は第3実施例を示すもので、管3から分
岐し管15を経て膨張タービン16で断熱膨張さ
れた低温低圧空気は、管19、熱交換器20、管
21を経て圧縮機22に吸入され、ここで下部塔
圧力よりも低い約4.2Kg/cm2Gに圧縮され、管2
3、熱交換器20、管24を経て熱交換器26で
複精留塔4の凝縮器4bよりの液体酸素と熱交換
して、酸素を気化するとともに空気は液化され、
膨張弁24aで膨張後上部塔4aの中間段へ導入
される。
第4図は上記第3実施例における膨張タービン
16の処理ガスとして下部塔4cより導出したガ
ス例えば窒素ガスを使用した実施例を示すもので
ある。前記第2実施例と同様に、下部塔4cより
管25で抜き出された窒素ガスは膨張タービン1
6で断熱膨張され、管19、熱交換器20、管2
1を経て圧縮機22に吸入され、約5Kg/cm2Gに
圧縮され、管23、熱交換器20、管24を経て
熱交換器26で複精留塔4の凝縮器4bよりの液
体酸素と熱交換して、酸素を気化するとともに窒
素は液化され、膨張弁24aで膨張後上部塔4a
の上部に導入される。
以上のようにすることにより、装置の運転に必
要な寒冷を補うために上部塔4aに吹き込まれて
いたガスを下部塔への低温の圧縮ガスあるいは上
部塔への液化ガスとすることができるので、精留
効果が向上し、酸素、アルゴンの増産が図れる。
上記上部塔へ液化ガスとして導入する場合は圧縮
機22の吐出圧力は原料空気圧力に比して低くて
よく、単純に原料空気の増量により酸素、アルゴ
ンを増産する場合に比べ経済的である。また下部
塔に低温ガスとして導入する場合はCO2,H2
を除去するリバーシング熱交換器を大容量にしな
いですみ、既設装置の改造の場合に好適である。
また、圧縮機22の発・停において弁17aまた
は弁18aを開けておくことにより精留部への影
響を少なくでき、スムースな運転変更ができる。
さらに、圧縮機22の吐出より吸入に戻るバイパ
ス弁を設けて吐出圧力による圧力調節弁としてお
けば、運転変更はさらに容易となり主に弁24a
を操作する程度でよい。またさらに故障等により
圧縮機22を止めてもプロセスは成立し、従つて
原量運転も可能である。さらに、既設の装置に熱
交換器、圧縮機を追加して設けることにより容易
に改造が可能で、これにより簡単に既設装置の能
力アツプが図れる。
尚、上記各実施例では熱交換器2としてCO2
H2Oの除去を兼ねるリバーシング熱交換器で説
明したが、他のタイプのものであつてもよく、ま
た再熱でなく、熱交換器2の途中から空気を抜き
出してもよい。
〔発明の効果〕
本発明は上記のように、従来装置に必要な寒冷
を発生させるため低温空気を膨張タービンで膨張
させた後複精留塔の上部塔に吹き込んでいたもの
を、第1発明では膨張タービンで膨張した低圧空
気を熱交換器で加熱したのち圧縮機で昇圧し、再
び熱交換器で冷却して低温圧縮空気として下部塔
に導入させ、第2発明では熱交換器で冷却された
低温圧縮空気を複精留塔の凝縮器に溜る液体酸素
と熱交換して液化して膨張弁にて膨張後上部塔に
導入するので、上部塔の精留条件が向上し、アル
ゴンおよび酸素の増産を図ることができる。ま
た、上記空気の代りに下部塔からの窒素ガスを用
いた場合には、上部塔の精留効果はさらに向上
し、酸素、アルゴンをさらに増産することができ
る。また運転条件の変更等運転操作も容易であ
り、アセチレン等炭化水素の蓄積の心配も無く安
全性が高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の第1実施例を示す系統
図、第2図は第2実施例を示す系統図、第3図は
第3実施例を示す系統図、第4図は第4実施例を
示す系統図、第5図は従来の空気液化分離方法の
系統図である。 4……複精留塔、4a……上部塔、4b……凝
縮器、4c……下部塔、9……粗アルゴン凝縮
器、10……粗アルゴン塔、16……膨張タービ
ン、20……熱交換器、22……圧縮機、26…
…熱交換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 原料空気を5乃至10Kg/cm2Gに加圧し冷却す
    ると共にCO2,H2Oを除去して精製し、複精留
    塔に導入して液化精留を行ない、酸素、窒素を採
    取すると同時に上部塔中間段よりアルゴン原料ガ
    スを抜き出して粗アルゴン塔に送り、精留分離し
    てアルゴンを採取する空気液化分離方法におい
    て、膨張タービンにより断熱膨張した低温低圧の
    ガスを後記する圧縮機よりの吐出ガスと熱交換し
    て昇温後、圧縮機により再圧縮し、前記膨張ター
    ビンの吐出ガスと熱交換して降温後、複精留塔に
    導入することを特徴とする空気液化分離方法。 2 前記膨張タービンにより断熱膨張するガス
    が、前記精製原料空気を分岐した一部であり、圧
    縮機により再圧縮し熱交換して降温後、複精留塔
    下部塔に導入することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の空気液化分離方法。 3 前記膨張タービンにより断熱膨張するガス
    が、複精留塔下部塔より導出したガスであり、圧
    縮機により再圧縮し熱交換して降温後、複精留塔
    下部塔に導入することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の空気液化分離方法。 4 前記膨張タービンにより断熱膨張するガス
    が、複製精留塔下部塔より導出した窒素であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の空気
    液化分離方法。 5 原料空気を5乃至10Kg/cm2Gに加圧し冷却す
    ると共にCO2,H2Oを除去して精製し、複精留
    塔に導入して液化精留を行ない、酸素、窒素を採
    取すると同時に上部塔中間段よりアルゴン原料ガ
    スを抜き出して粗アルゴン塔に送り、精留分離し
    てアルゴンを採取する空気液化分離方法におい
    て、膨張タービンにより断熱膨張した低温低圧の
    ガスを後記する圧縮機よりの吐出ガスと熱交換し
    て昇温後、圧縮機により再圧縮し、前記膨張ター
    ビンの吐出ガスと熱交換して降温後、主凝縮器の
    液体酸素と熱交換して液化し膨張弁にて膨張後複
    精留塔上部塔に導入することを特徴とする空気液
    化分離方法。 6 前記膨張タービンにより断熱膨張するガス
    が、前記精製原料空気を分岐した一部であること
    を特徴とする特許請求の範囲第5項記載の空気液
    化分離方法。 7 前記膨張タービンにより断熱膨張するガス
    が、複精留塔下部塔より導出したガスであること
    を特徴とする特許請求の範囲第5項記載の空気液
    化分離方法。 8 前記膨張タービンにより断熱膨張するガス
    が、複精留塔下部塔より導出した窒素であること
    を特徴とする特許請求の範囲第7項記載の空気液
    化分離方法。
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