JPH06147751A - 空気液化分離装置 - Google Patents

空気液化分離装置

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JPH06147751A
JPH06147751A JP29517992A JP29517992A JPH06147751A JP H06147751 A JPH06147751 A JP H06147751A JP 29517992 A JP29517992 A JP 29517992A JP 29517992 A JP29517992 A JP 29517992A JP H06147751 A JPH06147751 A JP H06147751A
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pressure
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pressure tower
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JP29517992A
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English (en)
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Yutaka Miyagawa
裕 宮川
Yasuo Tanaka
康夫 田中
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来よりもさらに効率的運転が可能なように
かつ操業管理が行ない易いようにする。 【構成】 圧力塔と低圧塔の上塔部下部とを連通する経
路の先端部には減圧弁が設けられ、上部圧力塔２の頂部
の上記を上部蒸化器３２ａに熱源として供給する往復系
路の往路には圧力調節弁が設けられ、上部蒸化器３２ａ
内の流体の温度を検出する第一温度計６１と、上部塔３
２底部に貯溜している液の温度を検出する第二温度計６
２とが設けられ、これらの温度計が検出した温度の温度
差が制御装置７によって演算され、制御装置７は上記温
度差によって上記各分岐管に設けられた圧力調節弁に弁
開度を指示するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気を低温に冷却して
分離する空気液化分離装置に関するものであり、詳しく
は、現在の水準よりもより低圧でかつ効率的に空気を液
化分離することができる分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】空気を深冷して液体にし、この液体空気
を精留して酸素と窒素とに分離するいわゆる深冷分離法
による空気の分離技術についてはその技術が確立されて
すでに久しい。当初は原料空気は数十〜数百kg／cm2Ｇ
に圧縮されて分離装置の系内に導入され、系内において
も相当の高圧が保持された状態で操業されていたが、そ
の後鋭意研究・改良がなされた結果、一つの精留塔を中
央部で上塔と下塔とに二分し、下塔では液体空気の精留
を行ない、上塔では分離した成分の凝縮を行なうように
役割を分担させる、いわゆる上下塔方式が採用されるに
及び、原料空気は５〜１０kg／cm2Ｇ程度に圧縮すれば
足るようになり、現在では上記上下塔方式が主流になっ
ている。
【０００３】しかし、その後さらに研究が進み、原料空
気は４．０〜５．０kg／cm2Ｇに圧縮されれば足るよう
な分離装置が出現しており、このような改良された空気
液化分離装置については、例えば特公昭５７−４４９１
２号公報によって開示されている。 図３は上記公報に
よって開示された、従来よりも低い圧力で操業が可能な
空気液化分離装置の要部を例示する系統図である。以下
この図を基に改良された分離装置について説明する。
【０００４】図３に示すように、改良された空気分離装
置Ａは精留装置である圧力塔１０と、凝縮分離装置であ
る低圧塔３とから基本構成されている。上記圧力塔１０
は従来の上下塔方式の下塔に相当し、低圧塔３は同上塔
に相当する。すなわち、改良された空気分離装置Ａは、
従来一塔が上下に仕切られていたのを、全く別々に分離
し、上塔下塔分割方式にしたというところに特徴があ
る。
【０００５】以下さらに詳しく説明する。圧力塔１０に
は内部が仕切られない状態で下部空間１１と上部空間１
２とに区分されている。図外の圧縮器によって４．０〜
５．０kg／cm2Ｇに圧縮され、かつ、熱交換器などから
なる冷却器によって所定温度にまで冷却された原料空気
は、経路Ｌ１を介して圧力塔１０の下部空間１１に導入
され、ここで精留に供されるようになっている。
【０００６】一方、低圧塔３はその上下方向の中間部に
設けられた仕切り板３ａによって上下に分割され、下塔
部３１と上塔部３２とが形成されている。これらの空間
３１、３２の底部には、それぞれ下部蒸化器３１ａおよ
び上部蒸化器３２ａが設けられている。なお上記仕切り
板３ａには低圧塔３の下塔部３１の蒸気を上塔部３２に
通すための上昇導管３ｃと、上塔部３２からの還流液を
下塔部３１に流下させるための降下導管３ｂとが設けら
れている。
【０００７】以上のような圧力塔１０と低圧塔３とは以
下のような配管経路で接続されている。すなわち、ま
ず、圧力塔１０の底部に貯溜している液体空気は経路Ｌ
２を通り膨張弁５３を介して低圧塔３の上塔部３２下部
に供給されるようになっている。
【０００８】また、圧力塔１０の中間部分の蒸気は経路
Ｌ１０を通って低圧塔３の下塔部３１底部に設けられた
下部蒸化器３１ａに供給され、そこの貯溜している液体
酸素と熱交換して液化し、経路Ｌ１１を通って圧力塔１
０の下部空間１１と上部空間１２との間に設けられた堰
に富窒素液体空気として一旦貯められるようになってい
る。
【０００９】さらに、圧力塔１０の頂部の富窒素蒸気は
経路Ｌ８を通って低圧塔３の上塔部３２の底部に設けら
れた上部蒸化器３２ａでそこに貯溜している富酸素液体
空気と熱交換して冷却させられて液化し、経路Ｌ９を通
って圧力塔１０の上部空間１２の上部に設けられた堰に
一旦液体窒素として貯溜されるようになっている。
【００１０】加えて、圧力塔１０の下部空間１１と上部
空間１２との間に設けられた堰に一旦貯められている富
窒素液体空気は、経路Ｌ３を通りこの経路に設けられた
膨張弁５２を介して低圧塔３の上塔部３２の中間部に設
けられた横溢堰に供給されるようになっているととも
に、上部空間１２の上部に設けられた堰に一旦貯溜され
ている液体窒素は経路Ｌ４を通り膨張弁５１を介して低
圧塔３の上塔部３２頂部に設けられた横溢堰に供給され
るようになっている。
【００１１】一方、低圧塔３の下塔部３１底部に貯溜し
ている液体酸素は、経路Ｌ７を介して製品酸素として導
出され、また、低圧塔３の上塔部３２の中間部からは経
路Ｌ６を介して純度の低い排窒素が導出され、さらに、
同上塔部３２の頂部からは経路Ｌ５を介して製品窒素が
導出されるようになっている。
【００１２】以上の改良された空気液化分離装置を用い
て精留操作を行なえば、例えば原料空気の圧力を４．０
kg／cm2Ｇ、圧力塔１０の操作圧力を０．４kg／cm2Ｇに
設定すると、圧力塔１０内の温度分布は底部が−１７５
℃、頂部が−１７９℃になりかなり狭い範囲であるのに
対して、低圧塔３内は底部の−１７９℃から頂部の−１
９３℃までかなり広い範囲の温度分布を示す。
【００１３】従って、圧力塔１０の上部空間１２頂部の
窒素ガスを低圧塔３の中間部仕切り板３ａ上の還流液と
上部蒸化器３２ａを介して熱交換させるとともに、低圧
塔３の下塔部３１底部に貯溜している液体酸素を下部蒸
化器３１ａで圧力塔１０中部の上昇ガスと熱交換させる
ことにより、低圧塔３の下塔部３１底部に貯溜している
液体酸素の蒸発と、圧力塔１０の上部空間１２頂部の窒
素ガスの凝縮とに必要な温度差が確保され、改良前の一
塔を上塔と下塔とに仕切る上下塔方式では到底実現する
ことができなかった低い圧力による空気分離操作が可能
になる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の図３
に示すような空気液化分離装置にあっては、上記の通
り、圧力塔１０の中間部からは、低圧塔３の下塔部３１
底部に設けられた下部蒸化器３１ａに、経路Ｌ１０を介
して蒸化熱源としての高温蒸気が供給され、下塔部３１
に貯溜している富酸素液体空気が加熱される。そして低
圧塔３から導出された上記の蒸気自身は冷却され、気液
混合した状態で経路Ｌ１１を通り圧力塔１０の下部空間
１１上部に設けられた堰に返される。
【００１５】しかしながら、低圧塔３から一定量の分離
製品（窒素および酸素）を安定的に得るためには、圧力
塔１０の中間部から下部蒸化器３１ａに供給される導入
蒸気量による熱交換量が一定になるように制御するのが
理想的であるにも拘らず、従来はあまりこのことについ
ては意が払われずに操業されていたのが実情である。
【００１６】そして、上記熱交換量を一定にする方法と
しては、 圧力塔１０の上昇蒸気の一部を定量的に下部蒸化器
３１ａに導入するように制御し、導入した蒸気を全て凝
縮させてしまう方法、 圧力塔１０の上昇蒸気の全てを下部蒸化器３１ａに
導入し、この下部蒸化器３１ａで蒸気の一部を凝縮させ
る方法、 の二方法が考えられる。
【００１７】この二方法を比較検討すると、まず上記
の全凝縮方式においては、圧力塔１０内を上昇している
蒸気のどの部分からどれだけの量の蒸気を下部蒸化器３
１ａに導くかを制御しなければならず、この制御が困難
であるほか、一旦下部蒸化器３１ａに導入された蒸気の
入口温度と出口温度との間の温度差が大きい。通常熱交
換のメカニズムから考えて、熱交換されるべき高温流体
（上記の蒸気）と低温流体（低圧塔３の下塔部３１底部
に貯溜している液）との間の温度差があまりにも大きい
ということは、制御面、熱効率面であまり有利ではな
い。
【００１８】これに対して、上記の部分凝縮方式は、
圧力塔１０の底部に貯溜している原料液体空気から発す
る全ての上昇蒸気を低圧塔３の下部蒸化器３１ａに導入
するように設定すればよく、このようにするためには設
備的に対処が可能であり、運転制御面ではそれ程の困難
は伴わないこと、および上記の温度差は上記の方式よ
りも小さく済ませることができるため、熱交換を行なう
上で有利である。
【００１９】以上の理由で上記の部分凝縮方式を採用
することとし、これの具体的な実現のために鋭意研究し
た結果本発明に到達したものである。
【００２０】本発明は、上塔下塔分割方式の空気分離装
置を対象とし、圧力塔を上部圧力塔と下部圧力塔に分割
するとともに、上部圧力塔から低圧塔の上塔部に設けら
れた上部蒸化器に供給される蒸化用の熱源としての蒸気
の圧力を調節することによって、従来よりもさらに効率
的に空気液化分離を行なうことができるように改良され
た分離装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の空気液化分離装
置は、圧縮冷却された原料空気を精留する圧力塔と、こ
の圧力塔から導出される蒸気を熱源として気液分離する
蒸化器が設けられた低圧塔とからなる空気液化分離装置
において、上記圧力塔は原料空気が供給される下部圧力
塔とその上部に設けられた上部圧力塔とから構成され、
上記低圧塔はその中間部で仕切り板を介して下塔部と上
塔部とに区分され、上記下塔部の底部から製品酸素を導
出する経路が設けられ、上記上塔部の頂部および中間部
にはそれぞれ製品窒素および排窒素を導出する経路が設
けられ、上記仕切り板には上塔部内の液を降下させる降
下導管および下塔部内の蒸気を上昇させる上昇導管が設
けられ、上記下塔部の底部には下部蒸化器が設けられ、
上記上塔部の底部には上部蒸化器が設けられ、下部圧力
塔と低圧塔の上塔部下部とを連通する経路が設けられ、
上部圧力塔の底部と低圧塔の上塔部の中間部とを連通す
る経路が設けられ、上部圧力塔の頂部と上塔部の上部と
を連通する経路が設けられ、上部圧力塔の頂部の蒸気を
上部蒸化器に熱源として供給する往復経路が設けられ、
下部圧力塔の頂部の蒸気を下部蒸化器に熱源として供給
する経路が設けられ、下部蒸化器に供給された蒸気を下
部圧力塔の頂部に返送する返送経路が設けられ、この返
送経路の先端には気液分離器が設けられ、この気液分離
器で分離された蒸気および液をそれぞれ上部圧力塔の下
部に供給する蒸気供給経路と下部圧力塔の頂部に返送す
る液返送経路とが設けられ、上記下部圧力塔の底部と低
圧塔の上塔部下部とを連通する経路の先端部には減圧弁
が設けられ、上記上部圧力塔の頂部の蒸気を上部蒸化器
に熱源として供給する往復経路の往路には圧力調節弁が
設けられ、上記上部蒸化器内の流体の温度と上部塔底部
に貯溜している液との温度差を検出するための温度差計
が設けられ、この温度差計が検出した温度差によって上
記圧力調節弁に弁開度を指示する制御装置が設けられて
いることを特徴とするものである。
【００２２】
【作用】本発明の空気液化分離装置によれば、低圧塔の
下塔部に設けられた下部蒸化器に供給される蒸気を下部
圧力塔の頂部に返送する返送経路が設けられており、こ
の返送経路の先端には気液分離器が設けられ、この気液
分離器で分離された蒸気および液をそれぞれ上部圧力塔
の下部に供給する蒸気供給経路と下部圧力塔の頂部に返
送する液返送経路とが設けられているため、下部圧力塔
で精留され、その頂部から導出されて上記下部蒸化器に
蒸化用の熱源として供給された蒸気は熱交換の結果凝縮
して気液混合物となり、その状態で気液分離器に供給さ
れる。
【００２３】この気液分離器において上記気液混合物は
蒸気と凝縮液とに分離される。そして、分離された蒸気
は窒素リッチになっており、凝縮液は酸素リッチになっ
ている。そして、窒素リッチの蒸気は上部圧力塔に供給
されるため、上部圧力塔内は全体的に富窒素状態にな
り、この上部圧力塔で窒素を蒸気として頂部より取り出
し、かつ、富窒素液体空気として底部より取り出して低
圧塔の上塔部に供給する精留操作は効率的に非常に有利
なものになる。
【００２４】加えて、本発明の空気液化分離装置におい
ては、下部圧力塔の底部と低圧塔の上塔部下部とを連通
する経路の先端部には減圧弁が設けられ、上記上部圧力
塔の頂部の蒸気を上部蒸化器に熱源として供給する往復
経路の往路には圧力調節弁が設けられ、上記上部蒸化器
内の流体の温度と上部塔底部に貯溜している液との温度
差を検出するための温度差計が設けられ、この温度差計
が検出した温度差によって上記圧力調節弁に弁開度を指
示する制御装置が設けられているため、この温度差計で
検出された温度差が適正でないときは、制御装置から上
記調節弁に弁開度が適正になるような指令信号が発信さ
れ、調節弁は適正な弁開度に修正され、その結果上部蒸
化器と低圧塔の上塔部底部に貯溜した液との熱交換が適
正に行なわれ、予め設定された通りの製品窒素が低圧塔
の塔頂から得られる。
【００２５】
【実施例】図１は、本発明に係る空気液化分離装置の一
例を示す系統図である。この図においては、外気から取
り入れた原料空気を圧縮し、その後冷却する原料前処理
工程および原料冷却工程は図示を省略している。まず、
この図に示すように、本実施例の空気液化分離装置は、
経路Ｌ１を介して供給された低温の原料空気（圧力約４
kg／cm2Ｇ、温度−１７５℃〜−１７９℃）を精留する
圧力塔と、この圧力塔から導出される蒸気を熱源として
気液分離する蒸化器が設けられた低圧塔とから基本構成
されている。低圧塔の操作圧力を０．４kg／cm2Ｇに設
定すると、温度分布は底部の−１７９℃から頂部の−１
９３℃まで分布する。
【００２６】上記圧力塔Ｐは原料空気が供給される下部
圧力塔１とその上部に設けられた上部圧力塔２との二塔
で構成されている。また、上記低圧塔３はその中間部で
仕切り板３ａを介して下塔部３１と上塔部３２とに区分
されている。そして、上記下塔部の底部からは製品酸素
を導出する経路Ｌ７が設けられ、上記上塔部３２の頂部
および中間部にはそれぞれ製品窒素および排窒素を導出
する経路Ｌ５および経路Ｌ６が設けられている。
【００２７】上記仕切り板３ａには上塔部３２内の液を
降下させる降下導管３ｂおよび下塔部３１内の蒸気を上
昇させる上昇導管３ｃが設けられており、仕切り板３ａ
の上部に貯溜した酸素リッチの液は適宜上記降下導管３
ｂを介して下塔部３１に垂下するとともに、下塔部３１
を上昇した窒素リッチの蒸気は上昇導管３ｃを介して上
塔部３２に導入されるようになっている。
【００２８】また、下塔部３１の底部には下部蒸化器３
１ａが設けられ、上塔部３２の底部には上部蒸化器３２
ａが設けられており、各蒸化器３１ａ、３２ａには下部
圧力塔１の頂部からの蒸気と、上部圧力塔２からの蒸気
とがそれぞれ供給されるようになっている。
【００２９】一方、下部圧力塔１の底部と低圧塔３の上
塔部３２下部との間には、経路Ｌ２が布設されており、
この経路Ｌ２には第一減圧弁５１が設けられ、下部圧力
塔１底部に貯溜している液体空気が第一減圧弁５１を介
して上塔部３２の下部に供給されるようになっている。
蒸気減圧弁はいわゆる膨張弁であって、この弁を介して
高圧の液体が急激に放出され、そのときの断熱膨張仕事
によって冷却されるというものである。
【００３０】また、上部圧力塔２の底部と低圧塔３の上
塔部３２の中間部とは経路Ｌ３ａによって連通されてい
る。この経路Ｌ３ａには第二減圧弁５２が設けられてお
り、上部圧力塔２の底部に貯溜した液は上記第二減圧弁
５２で断熱膨張仕事をして温度が下げられ低圧塔３の上
塔部３２の中間部に供給されるようになっている。
【００３１】さらに、上部圧力塔２の頂部と低圧塔３の
上塔部３２の上部とを連通する経路Ｌ４ａが設けられて
いる。この経路Ｌ４ａには第三減圧弁５３が設けられて
おり、上部圧力塔２の頂部の窒素リッチの蒸気が上記第
三減圧弁５３を介して上塔部３２の上部に供給されるよ
うになっている。
【００３２】そして、上部圧力塔２の頂部の蒸気を上記
上部蒸化器３ｃに熱源として供給する経路Ｌ８が設けら
れ、この経路Ｌ８を介して上部蒸化器３２ａに供給され
た上記の熱を間接的に得て低圧塔３の上塔部３２底部に
貯溜した液から窒素が蒸化されるように構成されてい
る。また、経路Ｌ８には圧力調節弁５４が設けられてい
る。この圧力調節弁５４を介して上部圧力塔２内の高圧
が上部蒸化器３２ａに伝わるため、この弁の弁開度を調
節することによって上部蒸化器３２ａ内の蒸気（この蒸
気はほとんどが窒素ガスで構成されている）の圧力を調
節することができる。
【００３３】ところで、図３は窒素の沸点と圧力との関
係を示すグラフであるが、このグラフに示すように、圧
力と沸点とは略比例関係にある。従って、圧力を上昇さ
せれば沸点も上昇し、圧力を下げれば沸点は下降する。
【００３４】上部蒸化器３２ａを通過した蒸気は熱交換
により冷却させられ、経路Ｌ９を介して上部圧力塔２の
頂部に返送されるようになっている。上記経路Ｌ８と経
路Ｌ９とで蒸化熱源として上部蒸化器３２ａに供給され
る上部圧力塔２頂部の上記の往復経路が形成されてい
る。
【００３５】また、下部圧力塔１の頂部の蒸気を低圧塔
３の下塔部３１底部に設けられた下部蒸化器３１ａに熱
源として供給する経路Ｌ１０が設けられている。この経
路Ｌ１０によって下部蒸化器３１ａに供給された蒸気
は、間接的に低圧塔３の下塔部３１底部に貯溜している
液を加熱して後、自身は冷却され、気液混合物となって
返送経路Ｌ１１ａを介して導出されるようになってい
る。
【００３６】そして、上記返送経路Ｌ１１ａの先端には
気液分離器４が設けられている。この気液分離器４は、
内部が空洞の円筒状の容器であって、この気液分離器４
に導入された上記気液混合物は、窒素リッチの蒸気と、
酸素リッチの液とに分離される。この分離された蒸気
は、蒸気供給経路Ｌ１２を介して上部圧力塔２の下部に
供給され、気液分離器４の下部に溜った液は液返送経路
Ｌ１３を通って下部圧力塔１の頂部に還流液として返送
される。
【００３７】このような空気分離装置Ａａにおいて、上
記経路Ｌ９には、この経路内の温度を検出するための第
一温度計６１が設けられ、上部蒸化器３２ａから上部圧
力塔２に向かって導出される供熱後の凝縮液の温度が検
出されるようになっている。また、低圧塔３の上塔部３
２底部に貯溜している被蒸化液の温度を検出する第二温
度計６２が設けられ、逐一上記上塔部３２に貯溜してい
る被蒸化液の温度が測定されるようになっている。
【００３８】一方、上記第一温度計６１および第二温度
計６２が検出した温度が入力される制御装置７が設けら
れている。この制御装置７は、いわゆる制御用のコンピ
ュータであって、この中には圧力調節弁５４に弁の開度
を指示するためのプログラムが予め入力されている。こ
のプログラムに基づいて、上記入力された各温度からま
ず温度差が演算される。本実施例においては、上記第一
温度計６１と、第二温度計６２と、制御装置７内の温度
差を演算する演算機構とで温度差計が構成されている。
【００３９】そして、制御装置７には予め設定温度差が
入力されており、上記演算された温度差との比較演算が
行なわれるようになっている。この比較演算の結果、上
記温度差が設定温度差よりも小さいときには、圧力調節
弁５４の開度を大きくする指令信号が制御装置７から圧
力調節弁５４に発信され、それにより圧力調節弁５４の
開度は大きくなり、その結果上部蒸化器３２ａ内の圧力
は上昇し、その分上記温度差は広がり、設定温度差にま
で回復する。
【００４０】逆に上記温度差が設定温度差よりも大きい
ときには、圧力調節弁５４の弁開度を小さくする指令信
号が制御装置７から圧力調節弁５４に発信され、その結
果上記とは逆の作用で温度差は設定温度差にまで回復す
ることになる。
【００４１】本実施例の空気液化分離装置は以上のよう
に構成されているので、経路Ｌ１を介して下部圧力塔１
に供給された約４kg／cm2Ｇおよび約−１７７℃の原料
空気は精留され、その一部が上昇蒸気となって下降して
くる還流液と気液接触しながら上昇し、窒素リッチにな
って経路Ｌ１０を通り低圧塔３の下塔部３１内に設けら
れた下部蒸化器３１ａに導入される。
【００４２】そして、そこに貯溜している液に熱を与え
て自身は冷却され、気液混合物となって返送経路Ｌ１１
ａを通り気液分離器４に導入される。この気液分離器４
で上記気液混合物は窒素リッチの蒸気と、酸素リッチの
液とに分離され、窒素リッチの蒸気は上部圧力塔２の下
部に供給される。また、酸素リッチの液は下部圧力塔１
の頂部に液返送経路Ｌ１３を通って還流液として供給さ
れる。
【００４３】気液分離器４から上部圧力塔２の下部に供
給された上記窒素リッチの蒸気は、下降してくる上部圧
力塔２内の還流液と気液接触しながらさらに窒素リッチ
となって上昇し、その一部は経路Ｌ４ａを通り、第三減
圧弁５３を介して冷却され、低圧塔３の上塔部３２上部
に還流液として供給される。また、上記窒素リッチの上
記の残部は経路Ｌ８を通って低圧塔３の上塔部３２底部
に設けられた上部蒸化器３２ａに供給される。そして、
この上部蒸化器３２ａで上塔部３２底部に貯溜している
液に熱を与えて液中の窒素を蒸化させ、自身は冷却され
て液化し、経路Ｌ９を介して上部圧力塔２の頂部に還流
液として返送される。
【００４４】また、上部圧力塔２の底部に溜った比較的
酸素含量の多い液は、経路Ｌ３ａを通り第二減圧弁５２
を介して冷却されてこれも低圧塔３の上塔部３２中間部
に還流液として供給される。
【００４５】そして、下部圧力塔１の底部の液体空気は
経路Ｌ２を通り、第一減圧弁５１を介して低圧塔３の上
塔部３２の底部に供給される。このとき経路Ｌ８を介し
て供給された蒸化熱源としての流体の上部蒸化器３２ａ
の出口温度が第一温度計６１によって検出され、また、
蒸化用として上塔部３２底部に貯溜している被蒸化液の
温度が第二温度計６２によって検出され、それらの温度
差が制御装置７で演算される。この温度差が予め設定さ
れた温度差よりも小さいときには、制御装置７からの指
令信号によって圧力調節弁５４の弁開度は大きくされる
ため、上部蒸化器３２ａ内の圧力が上昇して図２に示す
ように沸点は上昇し、その結果上記温度差は広がって設
定温度差に近づくことになる。
【００４６】逆に、上記温度差が設定温度差よりも大き
いときには、上記同様制御装置７における比較演算の結
果、制御装置７からの指令信号に基づいて、圧力調節弁
５４開度は絞られるため、上記とは逆の作用で温度差は
小さくなる。
【００４７】このようにして、適正に低圧塔３の上塔部
３２に供給された下部圧力塔１からの原料液体空気は、
ここで上部蒸化器３２ａによって加熱され、液中の窒素
は蒸化して上昇し、上部からの還流液と気液接触しなが
ら窒素の純度が高められ、塔頂から経路Ｌ５を介して製
品窒素として系外に導出される。
【００４８】また、上塔部３２の底部に溜った酸素リッ
チの液は、仕切り板３ａに設けられた降下導管３ｂを通
って還流液として下塔部３１内を流下し、逆に下塔部３
１の底部の液は下部蒸化器３１ａによって加熱され、窒
素リッチの蒸気は上昇導管３ｃを通って上塔部３２に導
入される。上塔部３２の中間部からは経路Ｌ６を介して
排窒素が系外に導出され、下塔部３１の底部に貯溜した
液は製品酸素として経路Ｌ７を介して系外に導出され
る。
【００４９】本発明の空気冷却分離装置は、以上詳述し
たように、従来一塔であった圧力塔を原料空気の供給さ
れる下部圧力塔１と精留分離専門の上部圧力塔２とに分
割し、さらに、別途設けられた低圧塔３の下塔部３１と
圧力塔Ｐとの間に気液分離器４を介在させ、上記下部圧
力塔１から下塔部３１に蒸化用の熱源として供給される
塔頂上部の蒸気が凝縮した気液混合物を気液分離器４に
導入し、ここで分離された窒素リッチの蒸気は上部圧力
塔２に導入し、酸素リッチの液は下部圧力塔１に還流液
として返送するようにしたものであるため、まず原料空
気を精留して生成する蒸気は全て低圧塔３の下部蒸化器
３１ａに導入され、この下部蒸化器３１ａにおける空気
の分離効果を享受することができる。また、気液分離器
４で分離された窒素リッチの蒸気のみが上部圧力塔２に
導入しされるとともに酸素リッチの凝縮液が下部圧力塔
１に返送され、従来にも増してさらに効率的に空気が分
離される。
【００５０】加えて、被蒸化液の蒸化用の熱源として、
上部圧力塔２の頂部から低圧塔３の上塔部３２底部に設
けられた上部蒸化器３２ａに供給される蒸気（主に窒
素）は、経路Ｌ８に設けられた圧力調節弁５４を介して
上部蒸化器３２ａに導入されるように構成されて一方、
蒸化用熱源としての流体（上記の上記が凝縮した液）の
出口温度が第一温度計６１によって検出され、上塔部３
２底部に貯溜している被蒸化液の温度は第二温度計６２
によって検出され、これらの温度差が予め設定された温
度差と比較され、この設定温度差になるように圧力調節
弁５４の弁開度が制御装置７からの指令信号によって調
節されるように構成されているため、上部蒸化器３２ａ
内の圧力が適正に調節され、その結果流体の沸点が変化
し、上記温度差は常に予め設定された温度になり、低圧
塔３の上塔部３２においては常に設定通りの製品窒素が
得られ、安定した空気分離装置Ａａの運転管理に寄与す
る。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の空気液化分
離装置は、下部圧力塔の頂部の蒸気を下部蒸化器に熱源
として供給する経路が設けられ、下部蒸化器に供給され
た蒸気を下部圧力塔の頂部に返送する返送経路が設けら
れ、この返送経路の先端には気液分離器が設けられ、こ
の気液分離器で分離された蒸気および液をそれぞれ上部
圧力塔の下部に供給する蒸気供給経路と下部圧力塔の頂
部に返送する液返送経路とが設けられている。
【００５２】従って、上記気液分離器で分離された蒸気
および液をそれぞれ上部圧力塔の下部に供給する蒸気供
給経路と下部圧力塔の頂部に返送する液返送経路とが設
けられているため、下部圧力塔で精留され、その頂部か
ら導出されて上記下部蒸化器に蒸化用の熱源として供給
された蒸気は熱交換の結果凝縮して気液混合物となり、
その状態で気液分離器に供給される。
【００５３】そして、この気液分離器において上記気液
混合物は蒸気と凝縮液とに分離され、分離された蒸気は
窒素リッチになっており、凝縮液は酸素リッチになって
いるため、窒素リッチの蒸気は上部圧力塔に供給され、
上部圧力塔内は全体的に富窒素状態になり、この上部圧
力塔で窒素を蒸気として頂部より取り出し、かつ、富窒
素液体空気として底部より取り出して低圧塔の上塔部に
供給する精留操作は非常に有利なものになり、従来にも
増して効率的な空気の液化分離処理が実現する。
【００５４】加えて、本発明の空気液化分離装置におい
ては、下部圧力塔の底部と低圧塔の上塔部下部とを連通
する経路の先端部には減圧弁が設けられ、上記上部圧力
塔の頂部の蒸気を上部蒸化器に熱源として供給する往復
経路の往路には圧力調節弁が設けられ、上記上部蒸化器
内の流体の温度と上部塔底部に貯溜している液との温度
差を検出するための温度差計が設けられ、この温度差計
が検出した温度差によって上記圧力調節弁に弁開度を指
示する制御装置が設けられているため、この温度差計で
検出された温度差が適正でないときは、制御装置から上
記調節弁に弁開度が適正になるような指令信号が発信さ
れ、調節弁は適正な弁開度に修正され、その結果上部蒸
化器と低圧塔の上塔部底部に貯溜した液との熱交換が適
正に行なわれ、予め設定された通りの製品窒素が低圧塔
の塔頂から得られ好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気液化分離装置の一例を示す系
統図である。
【図２】窒素の圧力と沸点との関係を示すグラフであ
る。
【図３】従来の上塔下塔分割方式が採用された空気液化
分離装置の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 下部圧力塔 １０、Ｐ 圧力塔 １１ 下部空間 １２ 上部空間 ２ 上部圧力塔 ３ 低圧塔 ３ａ 仕切り板 ３ｂ 降下導管 ３ｃ 上昇導管 ３１ 下塔部 ３１ａ 下部蒸化器 ３２ 上塔部 ３２ａ 上部蒸化器 ４ 気液分離器 ５１ 第一減圧弁 ５２ 第二減圧弁 ５３ 第三減圧弁 ５４ 圧力調節弁 ６１ 第一温度計 ６２ 第二温度計

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮冷却された原料空気を精留する圧力
    塔と、この圧力塔から導出される蒸気を熱源として気液
    分離する蒸化器が設けられた低圧塔とからなる空気液化
    分離装置において、上記圧力塔は原料空気が供給される
    下部圧力塔とその上部に設けられた上部圧力塔とから構
    成され、上記低圧塔はその中間部で仕切り板を介して下
    塔部と上塔部とに区分され、上記下塔部の底部から製品
    酸素を導出する経路が設けられ、上記上塔部の頂部およ
    び中間部にはそれぞれ製品窒素および排窒素を導出する
    経路が設けられ、上記仕切り板には上塔部内の液を降下
    させる降下導管および下塔部内の蒸気を上昇させる上昇
    導管が設けられ、上記下塔部の底部には下部蒸化器が設
    けられ、上記上塔部の底部には上部蒸化器が設けられ、
    下部圧力塔と低圧塔の上塔部下部とを連通する経路が設
    けられ、上部圧力塔の底部と低圧塔の上塔部の中間部と
    を連通する経路が設けられ、上部圧力塔の頂部と上塔部
    の上部とを連通する経路が設けられ、上部圧力塔の頂部
    の蒸気を上部蒸化器に熱源として供給する往復経路が設
    けられ、下部圧力塔の頂部の蒸気を下部蒸化器に熱源と
    して供給する経路が設けられ、下部蒸化器に供給された
    蒸気を下部圧力塔の頂部に返送する返送経路が設けら
    れ、この返送経路の先端には気液分離器が設けられ、こ
    の気液分離器で分離された蒸気および液をそれぞれ上部
    圧力塔の下部に供給する蒸気供給経路と下部圧力塔の頂
    部に返送する液返送経路とが設けられ、上記下部圧力塔
    の底部と低圧塔の上塔部下部とを連通する経路の先端部
    には減圧弁が設けられ、上記上部圧力塔の頂部の蒸気を
    上部蒸化器に熱源として供給する往復経路の往路には圧
    力調節弁が設けられ、上記上部蒸化器内の流体の温度と
    上部塔底部に貯溜している液との温度差を検出するため
    の温度差計が設けられ、この温度差計が検出した温度差
    によって上記圧力調節弁に弁開度を指示する制御装置が
    設けられていることを特徴とする空気液化分離装置。
JP29517992A 1992-11-04 1992-11-04 空気液化分離装置 Pending JPH06147751A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0684435A1 (en) * 1994-05-13 1995-11-29 Praxair Technology, Inc. Process for the recovery of oxygen from a cryogenic air separation system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0684435A1 (en) * 1994-05-13 1995-11-29 Praxair Technology, Inc. Process for the recovery of oxygen from a cryogenic air separation system

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