JPH09217982A - 空気液化分離装置及び空気液化分離方法 - Google Patents

空気液化分離装置及び空気液化分離方法

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JPH09217982A
JPH09217982A JP8024425A JP2442596A JPH09217982A JP H09217982 A JPH09217982 A JP H09217982A JP 8024425 A JP8024425 A JP 8024425A JP 2442596 A JP2442596 A JP 2442596A JP H09217982 A JPH09217982 A JP H09217982A
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JP
Japan
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air
rectification column
pipe
column
rectification
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Shinji Fukuda
信治 福田
Osamu Utada
修 宇多田
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気液化分離装置およびその方法において、
精留により分離して採取する装置の起動・停止を迅速に
行うことが可能な空気液化分離装置および方法を提供す
る。 【解決手段】 原料空気を圧縮、予備精製、冷却して精
留塔に導入し、液化精留分離により分離して酸素、窒
素、アルゴン等を採取する空気分離装置において、少な
くとも一部に充填物を充填してなる少なくとも１塔の精
留塔１４，１５、または１６を備え、少なくとも１個の
コンデンサ４３または８８にドライタイプコンデンサを
使用して上記精製原料空気を液化精留することにより、
前記製品ガスおよび／または製品液化ガスを採取するこ
とを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空気液化分離装置お
よびその方法に関し、特に空気を原料として、窒素、ア
ルゴン、酸素を精留により分離して採取する装置の起動
・停止を迅速に行うための空気液化分離装置および方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に従来の空気液化分離装置のプロセ
スを示す。この空気液化分離装置は、原料空気を精留す
るための下部塔１４および上部塔１５と、原料となる空
気を下部塔に導入する原料空気導入路Ａと、製品窒素ガ
スを導出するための製品窒素ガス経路Ｂと、製品酸素ガ
スを導出するための製品酸素ガス経路Ｃと、中圧窒素ガ
スを循環させるための中圧窒素ガス経路Ｄと、液体窒素
を導出・導入させるための液体窒素経路Ｅと、下部塔１
４底部より導出した酸素富化液化空気を上部塔１５へ導
入する酸素富化液化空気経路Ｆと、粗アルゴンガスを導
出するための粗アルゴンガス経路Ｇから概略構成されて
いる。この装置は精留塔として上部塔、下部塔、および
粗アルゴン塔を備えており、これらの精留塔はいずれも
棚段式精留塔である。図４に示した空気液化分離装置に
おいて、水、二酸化炭素などを除去した原料空気は露点
温度に近い空気として管１から、下部塔１４に供給され
る。下部塔１４の塔頂から管６を介して抜き出された窒
素は熱交換器１０を通り、上部塔１５の塔頂へ還流液と
して管１７から供給される。下部塔１４の塔底から抜き
出された液化空気は管２を介して熱交換器１０を通り、
管３を介して上部塔１５へ供給される部分と、管４を介
して粗アルゴン塔１６の塔頂コンデンサ１２に供給され
る部分とに分けられる。塔頂コンデンサ１２で一部分が
蒸発した液化空気は、管５を介して上部塔１５に供給さ
れる。上部塔１５の塔頂からは管１８を通って製品窒素
ガスが抜き出され、塔底からは管８を通って製品酸素ガ
スが抜き出される。上部塔１５の中間位置からはアルゴ
ンを含んだガスが管１９を介して粗アルゴン塔１６に供
給され、粗アルゴン塔の塔頂から窒素と酸素を低濃度含
んだ粗アルゴンが管９を通って抜き出される。このプロ
セスは、特公昭61-51233号公報などにその例が示されて
いる公知のものである。
【０００３】この装置を起動させるとき、装置充圧後、
低温液体貯槽であるＣＥなどから低温の液体窒素を管２
０により供給して、約８時間かけて装置を冷却する。ま
た膨張タービン４１を装備しているので、この膨張ター
ビンで精留に必要な寒冷を発生させることもできる。こ
うして装置内が冷却されると、棚段精留塔の各段や塔底
には液体が溜まり始める。そして上部塔１５と下部塔１
４の間に設置されたコンデンサ／リボイラ１１は、通常
上部塔１５の塔底に所定量溜まった液体を冷流体とし
て、下部塔１４の塔頂からの窒素ガスと熱交換を行う。
この上部塔１５塔底の液体の液面が所定の量に達するに
は、冷却終了後約８時間を要し、発生する窒素ガスと酸
素ガスの純度が、製品として所定の値に達するまでに、
さらに約４時間を要する。さらに、粗アルゴン塔の留出
ガスの濃度が所定の値に達するまでには、起動操作開始
から約４０時間を要する。また、定期修理時などには、
この装置を常温に加熱する必要がある。その時には、精
留板上、塔底およびサブマージドタイプのコンデンサに
溜まった、液体を全て放出するので、装置を加温する時
間に加えてさらに放出のための時間を要する。
【０００４】図５には、従来より用いられている、主に
窒素製造のための空気液化分離装置（以下窒素発生装置
という）を示す。この窒素発生装置は、原料となる空気
を精留塔に導入する原料空気導入路Ａと、精製・冷却し
た原料空気を液化精留分離する棚段式単精留塔６１と、
単精留塔６１で液化精留分離して製造した製品窒素ガス
を需要先に供給する製品窒素ガス経路Ｂと、液体窒素を
導出・導入させるための液体窒素経路Ｅと、単精留塔６
１底部より導出した酸素富化液化空気を膨張弁６２を経
由して凝縮器６３に導入する酸素富化液化空気経路Ｆ
と、凝縮器６３で気化した酸素富化空気を熱交換器９で
前記原料空気と熱交換させて膨張タービン６４に導入し
て寒冷を発生させる酸素富化空気経路Ｈと、凝縮器６３
で凝縮した液体窒素の一部を貯留する液体窒素貯槽６５
と、液体窒素貯槽６５内の液体窒素を蒸発器６６で気化
して製品窒素ガスに合流させる液体窒素蒸発経路Ｉとを
備えた窒素製造装置である。
【０００５】図５に示した従来の窒素発生装置は、主に
窒素を発生させる装置として、精留塔が１塔の棚段精留
塔が用いられているが、単精留塔６１塔頂のコンデンサ
６３にはサブマージドタイプのコンデンサが用いられて
いる。このような窒素発生装置において、ＣＥからの液
体窒素で運転上必要な寒冷を補給する場合は、かなり簡
単なプロセスとなり、装置はコンパクトになる。また、
膨張タービンが装備されている場合は、寒冷を膨張ター
ビンで供給することも可能である。すなわち図５に示し
た装置を起動させる場合も、上述の図４で示した空気液
化分離装置と同様に、装置充圧後、低温液体貯槽である
ＣＥなどから低温の液体窒素を管９６により供給して装
置を冷却する。また膨張タービン６４を装備しているの
で、この膨張タービンで精留に必要な寒冷を発生させる
こともできる。
【０００６】こうして装置内が冷却されると、装置内の
精留塔の各棚段や塔底に液体が溜まり始める。単精留塔
６１塔底の液面が所定の液面レベルに達したら、製品が
所定の純度に達するまで操作を行う。図５で示した窒素
発生装置は小型であるため、図４で示した空気液化分離
装置に比べて、起動・停止に要する時間は短いが、それ
でも装置の冷却には約３時間を要する。また、上述のご
とく、単精留塔６１の上部に位置するコンデンサ／リボ
イラ６３には、サブマージドタイプが用いられている
が、このコンデンサ／リボイラ６３では、単精留塔６１
の塔底から抜き出した液化空気を減圧し、この液体を所
定量溜めたものを冷流体として、精留塔６１の塔頂から
のガス窒素と熱交換を行う。このコンデンサ／リボイラ
６３の冷流体の液面が所定の量に達するには約２時間か
かり、この液体が所定の濃度に達して、装置全体が仕様
の製品純度を出すまで、さらに約３時間かかる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の棚段精留塔を使用した空気液化分離装置は、装置の起
動操作において、精留塔内の棚段および塔底に液体を所
定量溜める必要があった。その後、製品の純度が所定値
になるまでに、さらに時間を要した。また、定期点検実
施時などに、装置を停止・加熱させるときには、棚段精
留塔の各段や塔底、またサブマージド方式のコンデンサ
／リボイラ内に溜まった液体を抜き出すための時間がか
かった。本発明は上記課題を解決するためになされたも
ので、空気液化分離装置およびその方法において、精留
により分離して採取する装置の起動・停止を迅速に行う
ことが可能な空気液化分離装置および方法を提供するこ
とを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る空気液化分
離装置は、原料空気を圧縮、予備精製、冷却して精留塔
に導入し、液化精留分離により分離して酸素、窒素、ア
ルゴン等を採取する空気分離装置において、少なくとも
一部に充填物を充填してなる少なくとも１塔の精留塔を
備え、少なくとも１個のコンデンサにドライタイプコン
デンサを使用して上記精製原料空気を液化精留すること
により、前記製品ガスおよび／または製品液化ガスを採
取することを特徴としている。また、前記精留塔に使用
する充填物の比表面積が１０００ｍ2／ｍ3以上、好まし
くは１５００ｍ2／ｍ3以上とすること、前記精留塔を単
式精留塔とすること、前記精留塔を複式精留塔とするこ
と、前記精留塔が粗アルゴン塔を付設してなるように構
成すること、前記複式精留塔を備えた空気液化分離装置
において、主コンデンサを外置きタイプコンデンサとす
ること、前記複式精留塔の少なくとも下部塔に充填精留
塔を使用すること、前記複式精留塔の下部塔のみに充填
精留塔を使用することを特徴とする。また本発明に係る
空気液化分離方法は、原料空気を圧縮、予備精製、冷却
して精留塔に導入し、液化精留分離により分離して酸
素、窒素、アルゴン等を採取する空気分離方法におい
て、少なくとも一部に充填物を充填してなる少なくとも
１塔の精留塔に上記精製原料空気を導入し、少なくとも
１個のコンデンサにドライタイプコンデンサを使用して
液化精留することにより、前記製品ガスおよび／または
製品液化ガスを採取することを特徴としている。また、
前記液化精留分離が複式精留塔を使用した空気液化分離
方法において、主コンデンサが外置きタイプコンデンサ
であり、上部塔底部の液深が１０００ｍｍ以下、好まし
くは５００ｍｍ以下とすること、前記液化精留分離がそ
の必要寒冷を系外から供給する低温液化ガスにより補給
されるように構成すること、前記液化精留分離がその必
要寒冷を系内に設けた膨張タービンにより供給されるよ
うに構成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明においては、少なくとも一
部に充填物を充填してなる少なくとも１塔の精留塔を備
えている。ここで充填物とは、構造充填材、成型充填材
などの規則充填材あるいは不規則充填材であって、精留
塔内に規則的または不規則に充填されるものをいう。構
造充填材とは、ステンレス、アルミニウム、銅などの金
属を、多数の小孔を有する波形の板材に成型し波が相互
に直交する方向に複数枚積層して構成したもの、あるい
は前記金属を線材としこれを縦横に粗く織って形成した
板状物を複数枚積層して構成したものであって、例え
ば、特公昭５７−３６００９号公報に記載されたような
構造充填材を用いることができる。また成型充填物とし
ては、この分野で周知の例えばラシヒリングや米国特許
第４，２９６，０５０号公報に示されたものを用いるこ
とができる。少なくとも一部に充填物を充填してなる精
留塔（以下充填精留塔という）は棚段精留塔と比較して
液ホールドアップ、すなわち精留塔内の気液が接触を行
う部分の体積に対する液相の体積の割合が極端に少ない
という特徴がある。
【００１０】現在、空気液化分離装置の精留塔に、充填
材が使用される場合、その充填物の比表面積は、一般的
に500〜750m2/m3程度であるが、このときの相当理論段
高さは、棚段精留塔の１段あたりの高さと比べると50〜
100％程度大きく、精留塔の塔高さを増大させる。しか
し、本発明者らは充填物の単位充填長さ当たりの物質移
動のための表面積を増大させることによって、棚段精留
塔と同程度以下の塔高さで所定の分離を行なうことを見
いだした。すなわち500〜750m2/m3の充填物の比表面積
を、好ましくは倍以上の1000〜1500m2/m3以上、より好
ましくは３倍以上の1500〜2250m2/m3以上とすることに
よって、棚段精留塔と同程度以下の塔高さで所定の分離
を行える。
【００１１】その際、注意すべき点は、塔径一定で比表
面積の大きな充填物を使用すると、充填物の単位充填長
さあたりの圧力損失が増大することである。図３に、空
塔速度基準のＦファクターをＦｓ＝１．０，１．５，
２．０としたときの充填物の比表面積と圧力損失の関係
を示す。Ｆファクターとは、蒸留塔の段効率に関係があ
ると考えられているパラメーターで、塔内の蒸気の空塔
速度をμG［ｍ／ｓ］、密度をρG［ｋｇ／ｍ3］とする
とき、μG（ρG）0.5として得られる値をいう。
【００１２】図３より、充填物を約３倍の比表面積を持
つものに置き換えると、単位充填長さあたりの圧力損失
が約４倍になることがわかる。つまり、比表面積が３倍
になることで相当理論段高さが約半分になり、相当理論
段高さあたりの圧力損失は約２倍になる。一方、棚段精
留塔の１段あたりの圧力損失は、500〜750m2/m3程度の
充填物を用いた充填精留塔の相当理論段高さあたりの圧
力損失の6〜8倍程度となる。したがって棚段精留塔を、
1500m2/m3以上の比表面積を持つ充填精留塔に置き換え
た場合、精留塔の圧力損失は、同じ塔高さで1/4〜1/3程
度にすることができる。この場合、精留塔への原料空気
圧力を下げて原単位を下げることができる。また、同じ
処理量の棚段精留塔と比較すると、充填精留塔の塔径は
７０〜８０％にできるので、よりコンパクトな装置とな
る。本発明において、複数の精留塔を備えた複式精留塔
とする場合は、少なくとも下部塔に充填精留塔を使用す
るか、あるいは下部塔のみに充填精留塔を使用しても、
塔高さを増大させることなく、起動・停止の所要時間を
短縮化した空気液化分離装置とすることができる。
【００１３】また、本発明で用いられるドライタイプの
コンデンサは、サブマージドタイプのコンデンサと異な
り、液を溜める必要が無い。したがって、起動時に液を
溜めて、所定の純度に達するまでの時間が省ける。ま
た、停止時においてはサブマージドタイプと異なり、溜
まった液体を放出する作業が不要となる。したがって、
装置の起動・停止時の操作が従来よりも早く行える。ま
た、複式精留塔のコンデンサ／リボイラに外置き型を使
用すると、コンデンサ／リボイラの高さに相当する液を
上部塔の塔底に溜める必要が無く、液を溜めて、所定の
純度に達するまでの時間が省ける。
【００１４】以下、図面に基づき本発明を詳細に説明す
る。以下の説明において、従来の空気液化分離装置と共
通する部分には、同一符号を付してその説明を簡略化す
る。図１は、本発明に係る空気液化分離装置の一実施例
を示したもので、上部塔、下部塔、粗アルゴン塔の３塔
による空気液化分離装置のプロセスに本発明を適用した
例を示す。
【００１５】図１において、原料空気導入経路Ａは、原
料空気導入管２１、空気圧縮機２２、管２３、冷却器２
４、管２５、切り替え使用される一対の吸着器２６，２
６′、管２７、熱交換器２８、管２９からなるもので、
下部塔１４の下部に圧縮精製原料空気を導入する。すな
わち原料空気導入管２１より導入された原料空気は空気
圧縮機２２で所定の圧力（５〜１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）に
昇圧された後、管２３を経て冷却器２４で約５℃まで冷
却されて導出し、管２５から切り替え使用される一対の
吸着器２６，２６′に導入されて含有する水分及び炭酸
ガスが除去され、精製されて管２７に導出する。管２７
の精製原料空気は熱交換器２８に入り、向流する低温ガ
スと熱交換して温度降下し、ほぼ液化温度で導出し、管
２９を経て下部塔１４の下部に導入される。
【００１６】下部塔１４は、圧縮精製原料空気を精留し
て、下部塔１４の上部に高純度の窒素を分離し、下部に
は、酸素が濃縮された液化空気（酸素富化液化空気）が
溜まる。酸素富化液化空気経路Ｆは、管２、熱交換器１
０、管４、コンデンサ１２、管５より概略構成される。
下部塔１４の塔底から抜き出された液化空気（酸素富化
液化空気）は管２を介して熱交換器１０を通り、管３を
介して上部塔１５へ供給される部分と、管４を介して粗
アルゴン塔１６の塔頂コンデンサ１２に供給される部分
とに分けられる。塔頂コンデンサ１２で蒸発した液化空
気は、管５を介して上部塔１５に供給される。
【００１７】液体窒素経路Ｅは、管６、熱交換器１０、
バルブ４９、管１７、管２０、および管３８、コンデン
サ／リボイラ４３、管４４、管４５からなる。管３８に
はドライタイプの外置き型のコンデンサ／リボイラ４３
が接続されている。液体窒素は管４４を経てこのコンデ
ンサ４３を出ていき、その一部は管４５を経て還流分と
して下部塔１４に戻される。一方残余の液体窒素は管６
を経て熱交換器１０に送られ、二次冷却された後、管４
８に導出される。管４８は二分されて、その一方は膨張
バルブ４９、管１７を経て上部塔１５に接続され、還流
液として供給されるようになっており、他方は管２０を
経て液体窒素貯槽５０に接続されている。液体窒素貯槽
５０は管２０、管１７を介して上部塔１５の上部に液体
窒素を導入できるようになっており、こうして液化精留
分離の運転上必要な寒冷を得ることができる。
【００１８】製品窒素ガス経路Ｂは、管１８、熱交換器
１０、管３０、熱交換器２８、管３１、量流量制御機構
用のオリフィス３２、送出量制御用の制御弁３３、管３
４からなるもので、上部塔１５上部に分離した窒素ガス
を管１８より導出し、熱交換器１０、管３０を経て、前
記熱交換器２８に導入し、向流する前記圧縮精製原料空
気と熱交換して昇温し、管３１、オリフィス３２、制御
弁３３を経て管３４より製品窒素ガスとして需要先へ送
る。
【００１９】製品酸素ガス経路Ｃは、管８、管３５、管
３６、熱交換器２８からなるもので、上部塔１５の塔底
から管８を通って導出された液化酸素は、ドライタイプ
の外置き型コンデンサ４３を経てガス化して導出した後
二分し、一方は管３５から熱交換器２８を経て製品酸素
ガスとして抜き出され、もう一方は管３６を通って上部
塔１５に戻される。該コンデンサ４３は、後記する下部
塔１４頂部より導出された窒素ガスが上部から導入さ
れ、熱交換流路で向流する酸素と熱交換して凝縮液化
し、液体窒素となって下部出口より流出し、一方下部か
ら導入された前記管８からの液化酸素は熱交換流路を上
昇し、向流する前記窒素と熱交換して蒸発し、ガス状で
上部出口より導出する機構となっている。したがってコ
ンデンサ内で液が滞留せず常に流動する状態になってい
る。
【００２０】中圧窒素ガス経路Ｄは、管３７、３９、熱
交換器２８、バルブ４０、膨張タービン４１、管４２か
らなる。下部塔１４の塔頂から管３７を通って抜き出さ
れた中圧窒素ガスは、管３８または管３８および３９の
両方を経て送ることができる。管３９は熱交換器２８の
一部を通りそして膨張タービン４１と接続している。そ
して膨張タービン４１の出口は管４２によって管３０に
接続されており、液化精留分離の運転上必要な寒冷を供
給することができる。バルブ４０は管３９中で膨張ター
ビン４１の上流側に位置されている。膨張タービン４１
を通る流れは膨張タービン４１上の導入ガイド翼板の調
整によって変動させることができる。一方バルブ４０は
第一義的には膨張タービン４１を通る流れの完全閉鎖の
ために使用される。
【００２１】粗アルゴンガスを製造するための粗アルゴ
ンガス経路Ｇは、管１９、粗アルゴン塔１６、管９、管
４６、コンデンサ１２、管５１、および管４７より概略
構成される。上部塔１５の中間位置からはアルゴンを含
んだガスが管１９より粗アルゴン塔１６に供給され、粗
アルゴン塔１６の塔頂から管９を通って窒素と酸素を低
濃度含んだ粗アルゴンが更なる精製のために抜き出され
るとともに、その一部は管５１を経てコンデンサ１２で
凝縮される。液化された粗アルゴンの一部は還流分とし
て管４６を介して粗アルゴン塔１６に戻される。粗アル
ゴン塔内で酸素富化された液体は粗アルゴン塔１６の底
部から管４７を経て上部塔１５に戻される。
【００２２】上記装置では、粗アルゴン塔１６の塔頂の
コンデンサ１２は、ドライタイプとなっている。また、
上部塔１５と下部塔１４の間に設置されるコンデンサ／
リボイラ４３を外置きにすることによって、上部塔１５
の塔底の鏡部分の底からの液面高さを、サブマージドタ
イプより低く、1000 mm以下、好ましくは500 mm以下に
することができる。これと併せて、精留塔の少なくとも
一部分を、充填精留塔とすることにより、起動・停止の
時間が短縮できる。加えて、従来の棚段精留塔を使用し
たプロセスでも、下部塔のみ充填精留塔にすることによ
り、中圧窒素系統の所定の純度を得るのに要する時間が
短縮され、管３９から導出される中圧窒素ガスの下流側
の系統の純度出しが早期に可能となる。あるいは管２０
から早期に液体窒素が採取可能となる。また膨張タービ
ン４１を含む循環窒素系統を設けた場合は（図示せ
ず）、このサイクル系統の純度出しが短時間でできるよ
うになっている。さらに起動時、液体窒素貯槽５０から
液体窒素を精留塔内へ導入することにより一層起動時間
を短縮できる。
【００２３】図２に、本発明に係る空気液化分離装置の
別の実施例を示す。この空気液化分離装置は、図５に示
した従来の窒素発生装置において、単精留塔６１に充填
精留塔を用い、サブマージドタイプのコンデンサ６３に
代えて、ドライタイプのコンデンサを組み合わせた窒素
発生装置である。
【００２４】図２において、原料空気導入経路Ａは、原
料空気導入管７１、空気圧縮機７２、管７３、冷却器７
４、管７５、切り替え使用される一対の吸着器７６，７
６′、管７７、熱交換器７８，７９、管８０からなるも
ので、単精留塔６１の下部に圧縮精製原料空気を導入す
る。すなわち原料空気導入管７１より導入された原料空
気は空気圧縮機７２で所定の圧力（５〜１０ｋｇ／ｃｍ
2Ｇ）に昇圧された後、管７３を経て冷却器７４で約５
℃まで冷却されて導出し、管７５から切り替え使用され
る一対の吸着器７６，７６′に導入されて含有する水分
及び炭酸ガスが除去され、精製されて管７７に導出す
る。管７７の精製原料空気は熱交換器７８，７９に入
り、向流する低温ガスと熱交換して温度降下し、ほぼ液
化温度で導出し、管８０を経て単精留塔６１の下部に導
出される。該精留塔６１は、前記の通り充填精留塔であ
り、充填物はその比表面積が１０００〜１５００ｍ2／
ｍ3以上、好ましくは１５００〜２２５０ｍ2／ｍ3のも
のである。単精留塔６１は、圧縮精製原料空気を精留
し、単精留塔６１の上部には高純度の窒素を分離し、下
部には酸素が濃縮された液化空気（酸素富化液化空気）
が溜まる。
【００２５】製品窒素ガス経路Ｂは、管８１，８２，熱
交換器７８、管８３、流量制御機構用のオリフィス８
４、送出量制御用の制御弁８５、管８６からなるもの
で、単精留塔６１上部に分離した窒素ガスを管８１より
導出した後二分して、管８２を経て熱交換器７８に導入
し、向流する前記圧縮精製原料空気と熱交換して昇温
し、管８３、オリフィス８４、制御弁８５を経て管８６
より製品窒素ガスとして需要先へ送る。
【００２６】液体窒素経路Ｅは、管８１から分岐した管
８７、ドライタイプのコンデンサ８８、管８９、９０、
制御弁９１、液体窒素貯槽６５からなるもので、管８１
から管８７へ二分された他方の窒素ガスをドライタイプ
コンデンサ８８に導入し、該コンデンサ８８内で前記単
精留塔６１下部より酸素富化液化空気経路Ｆ、すなわち
管９２、膨張弁６２，管９３を経てコンデンサ８８に導
入される酸素富化液化空気と熱交換して凝縮させて液体
窒素にし、コンデンサ８８より管８９に導出して二分
し、その一方を管９０、制御弁９１を経て液体窒素貯槽
６５に製品液体窒素として貯蔵する。上記ドライタイプ
コンデンサは上部から導入された窒素ガスが熱交換流路
で凝縮して液体窒素となり流下して出口から流出し、一
方下部から導入された酸素富化液化空気は熱交換流路を
上昇しながら気化しガス状で導出する。したがって熱交
換器内に液が滞留することがない。コンデンサ８８より
管８９に導出して二分した液体窒素の他方は、管９４に
より単精留塔６１上部に導入され、精留用還流液とな
る。また液体窒素貯槽６５には、管９５が接続されてお
り、管９５およびここから二分し管９６、管９４を介し
て、液体窒素貯槽６５に貯えられた液体窒素を単精留塔
へ導入することができ、こうして精留に必要な寒冷を得
ることができる。起動時にこれを行うことにより、膨張
タービン発生寒冷による起動より早く起動することがで
きる。
【００２７】液体窒素蒸発経路Ｉは液体窒素貯槽６５に
接続した管９５、管９７、蒸発器６６、管９８、蒸発窒
素ガス送出圧力制御機構用の制御弁９９を経て、管８６
に合流する管１００からなるもので、液体窒素貯槽６５
に貯えられた製品液体窒素を、製品窒素ガスの需要量の
増大に応じて管９５、管９７に導出して蒸発器６６で気
化し、管９８、制御弁９９、管１００を経て前記管８６
の製品窒素ガスに合流して需要先へ送る。
【００２８】酸素富化空気経路Ｈは、コンデンサ８８、
管１０１、１０２、熱交換器７９，管１０３，膨張ター
ビン６４，管１０４、熱交換器７９、管１０５、熱交換
器７８、管１０６、１０７、弁１０８からなるもので、
酸素富化液化空気経路Ｆの管９３からコンデンサ８８に
導入された酸素富化液化空気を、管８７よりの窒素ガス
と熱交換して気化し、管１０１より導出し、管１０２よ
り熱交換器７９に導入して、向流する前記圧縮精製原料
空気と熱交換させて昇温し、管１０３へ導出して膨張タ
ービン６４に導入し、膨張、温度降下させた後、管１０
４より再び熱交換器７９に入って向流する圧縮精製原料
空気と熱交換し、管１０５へ導出して、さらに熱交換器
７８に入って圧縮精製原料空気と熱交換し、ほぼ常温近
くまで昇温して管１０６へ導出し、一部を管１０７、弁
１０８を経て大気へ放出する。管１０６から管１０９に
分岐した酸素富化空気の残部は、加熱器１１０に導入さ
れ所要温度に昇温後、管１１１より前記切り替え使用さ
れる吸着器７６，７６′の再生周期にある方に導入さ
れ、前周期で吸着した水分及び炭酸ガスを伴って管１１
２より大気中へ放出される。
【００２９】このプロセスでは、上記構成とすることに
より、起動時において、図５で示したプロセスと比較し
て、液体を溜めるのに要する約１〜２時間と、所定の純
度に達するのに要する２〜３時間、合わせて３〜５時間
が短縮できる。また、停止時においても液体の抜き出し
に要する時間を短縮できる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、原料空気を液化精留分
離により分離して酸素、窒素、アルゴン等を採取する空
気分離装置において、従来装置と同程度の大きさか、そ
れよりもコンパクトな装置で、起動・停止の時間を短縮
できるようになり、これらの操作に要する人件費および
必要ユーティリティの削減、イニシャルコストの低減が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る空気分離装置の一実施例の概略
を示したフローシートである。
【図２】 本発明に係る空気分離装置の別の一実施例の
概略を示したフローシートである。
【図３】 空塔速度基準のＦファクターをパラメータと
したときの、充填物の比表面積と圧力損失の関係を示す
グラフである。
【図４】 従来の空気分離装置の例を示したフローシー
トである。
【図５】 従来の空気分離装置の例を示したフローシー
トである。
【符号の説明】
１２…コンデンサ、１４…下部塔、１５…上部塔、１６
…粗アルゴン塔、２２…空気圧縮機、２４…冷却器、２
６…吸着器、２６′…吸着器、４１…膨張タービン、４
３…コンデンサ／リボイラ、５０…液体窒素貯槽、６１
…単精留塔、６４…膨張タービン、６５…液体窒素貯
槽、７２…空気圧縮機、７４…冷却器、７６…吸着器、
７６′…吸着器、８８…コンデンサ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料空気を圧縮、予備精製、冷却して精
    留塔に導入し、液化精留分離により分離して酸素、窒
    素、アルゴン等を採取する空気分離装置において、 少なくとも一部に充填物を充填してなる少なくとも１塔
    の精留塔を備え、少なくとも１個のコンデンサにドライ
    タイプコンデンサを使用して上記精製原料空気を液化精
    留することにより、前記製品ガスおよび／または製品液
    化ガスを採取することを特徴とする空気液化分離装置。
  2. 【請求項２】 前記精留塔に使用する充填物の比表面積
    が１０００ｍ2／ｍ3以上、好ましくは１５００ｍ2／ｍ3
    以上であることを特徴とする請求項１記載の空気液化分
    離装置。
  3. 【請求項３】 前記精留塔が単式精留塔であることを特
    徴とする請求項１記載の空気液化分離装置。
  4. 【請求項４】 前記精留塔が複式精留塔であることを特
    徴とする請求項１記載の空気液化分離装置。
  5. 【請求項５】 前記精留塔が粗アルゴン塔を付設してな
    ることを特徴とする請求項４記載の空気液化分離装置。
  6. 【請求項６】 前記複式精留塔を備えた空気液化分離装
    置において、主コンデンサが外置きタイプコンデンサで
    あることを特徴とする請求項４記載の空気液化分離装
    置。
  7. 【請求項７】 前記複式精留塔の少なくとも下部塔に充
    填精留塔を使用することを特徴とする請求項４記載の空
    気液化分離装置。
  8. 【請求項８】 前記複式精留塔の下部塔のみに充填精留
    塔を使用することを特徴とする請求項４記載の空気液化
    分離装置。
  9. 【請求項９】 原料空気を圧縮、予備精製、冷却して精
    留塔に導入し、液化精留分離により分離して酸素、窒
    素、アルゴン等を採取する空気分離方法において、 少なくとも一部に充填物を充填してなる少なくとも１塔
    の精留塔に上記精製原料空気を導入し、少なくとも１個
    のコンデンサにドライタイプコンデンサを使用して液化
    精留することにより、前記製品ガスおよび／または製品
    液化ガスを採取することを特徴とする空気液化分離方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記液化精留分離が複式精留塔を使用
    した空気液化分離方法において、主コンデンサが外置き
    タイプコンデンサであり、上部塔底部の液深が１０００
    ｍｍ以下、好ましくは５００ｍｍ以下であることを特徴
    とする請求項９記載の空気液化分離方法。
  11. 【請求項１１】 前記液化精留分離がその必要寒冷を系
    外から供給する低温液化ガスにより補給されることを特
    徴とする請求項９記載の空気液化分離方法。
  12. 【請求項１２】 前記液化精留分離がその必要寒冷を系
    内に設けた膨張タービンにより供給されることを特徴と
    する請求項９記載の空気液化分離方法。
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