JPH1082582A - 空気液化分離装置及びその起動方法 - Google Patents

空気液化分離装置及びその起動方法

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JPH1082582A
JPH1082582A JP8236192A JP23619296A JPH1082582A JP H1082582 A JPH1082582 A JP H1082582A JP 8236192 A JP8236192 A JP 8236192A JP 23619296 A JP23619296 A JP 23619296A JP H1082582 A JPH1082582 A JP H1082582A
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gas
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Toshiyuki Nojima
俊幸 野島
Koichi Okamoto
孝一 岡本
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Nippon Sanso Corp
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複精留塔に粗アルゴン塔や脱酸塔を備えた空
気液化分離装置において、その起動をスムーズに行うこ
とができる空気液化分離装置及びその起動方法を提供す
る。 【解決手段】 粗アルゴン塔３の塔頂部あるいは中間部
と、上部塔１からの廃ガスの配管２１、あるいは、粗ア
ルゴン塔３の粗アルゴン凝縮器５の冷却用流体の配管１
８とを接続するバイパス配管３１を設け、装置起動時に
は、このバイパス配管３１を介してガスを導出する。

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
及びその起動方法に関し、詳しくは、空気を原料として
窒素、酸素、アルゴンを精留分離して採取する空気分離
装置における起動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、空気を原料として窒素、酸素、
アルゴンを精留により分離して採取する従来の空気分離
装置の一例を示す系統図である。この空気分離装置は、
上部塔１及び下部塔２を備えた複精留塔と、粗アルゴン
塔３とを有するもので、上部塔１の底部には主凝縮蒸発
器４が、粗アルゴン塔３の上部には粗アルゴン凝縮器５
が、それぞれ設けられている。
【０００３】圧縮機で圧縮され、水分及び二酸化炭素を
除去された原料空気は、露点付近まで冷却されて配管６
から下部塔２の下部に導入される。この原料空気は、下
部塔２での精留作用により塔頂部の窒素ガスと塔底部の
酸素富化液化空気とに分離し、塔頂部の窒素ガスは、主
凝縮蒸発器４で凝縮して液化窒素を生成する。この液化
窒素は、配管７，過冷器８，配管９，膨張弁１０，配管
１１を通り、上部塔１の上段上部に還流液として導入さ
れる。また、窒素ガスは、下部塔２の上部から配管１２
に導出され、図示しない主熱交換器，膨張タービンに送
られ，装置を冷却する寒冷を得るために使用される。
【０００４】前記下部塔２の底部から配管１３に導出さ
れた酸素富化液化空気は、過冷器１４で冷却された後、
配管１５，膨張弁１６，配管１７を通り、アルゴン凝縮
器５に導入され、一部がガス化することにより寒冷を与
えた後、配管１８を通って上部塔１の中段に導入され
る。
【０００５】上部塔１では、配管１１，１８及び後述の
配管１９によってそれぞれ導入された液が塔内を下降
し、主凝縮蒸発器４で略全量が気化して塔内を上昇す
る。この下降液と上昇ガスとによって精留が行われ、酸
素，アルゴン，窒素の分離が行われる。その結果、上部
塔頂部の配管２０から窒素ガスが、その下方の配管２１
から廃ガスが、下部の配管２２から酸素ガスが、ぞれぞ
れ導出される。
【０００６】また、上部塔１の中段下部からは、配管２
３に原料アルゴンガスが導出されてアルゴン塔３の底部
に導入される。アルゴン塔３に導入された原料アルゴン
ガスは、塔内を上昇してアルゴン凝縮器５で液化され、
一部は液状又はガス状の粗アルゴンとして配管２４から
導出され、残りの液は塔内を下降する。アルゴン塔内を
下降した液は、塔下部から配管１９を通って上部塔１の
中段下部に戻される。
【０００７】上部塔１の頂部から配管２０に導出された
窒素ガスは、過冷器８，１４を通り、主熱交換器に送ら
れて常温まで昇温される。また、上部塔１から配管２１
に導出された廃ガスは、窒素ガスと同様に過冷器８，１
４を通り、主熱交換器で常温まで昇温される。さらに、
上部塔１の下部からは、配管２２に酸素ガスが導出され
るとともに、配管２５からは液化酸素が導出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような空気液化分
離装置の従来の起動方法は、最初に下部塔２と上部塔１
を起動し、最後に粗アルゴン塔３を起動するのが一般的
である。一方、上部塔１における塔径、圧力損失等の計
画は、粗アルゴン塔３を含めた定常運転状態を想定して
行われるため、起動時に粗アルゴン塔３が機能するまで
の間は、上部塔中下部の上昇ガス量に問題を生じてい
た。
【０００９】すなわち、定常運転状態では、上部塔下部
の区間ａを上昇するガスは、その一部がそのまま上部塔
中下部の区間ｂを上昇し、残りは配管２３から粗アルゴ
ン塔３に導入されるのに対し、起動時には、粗アルゴン
塔３の粗アルゴン凝縮器５が機能していないので、上部
塔下部の区間ａを上昇してきたガスが、全て上部塔中下
部の区間ｂを上昇することになる、したがって、この部
分における上昇ガス量が定常運転状態に比べて多くなる
ため、ここでの圧力損失が大きくなり、場合によって
は、液が下降できない状態（フラッディング) となって
いた。このフラッディングを防ぐためには、原料空気量
を減量し（定常状態の６０〜７０％程度)、しかも、上
部塔１の運転状態を確認しながらその量を調節する必要
があった。
【００１０】また、上述の圧力損失の増大に対する対策
として、上部塔中下部をバイパスさせることも考えられ
るが、この方法では、上部塔１及び下部塔２の起動が終
了してから、新たに粗アルゴン塔３の冷却、整定を行う
必要があった。
【００１１】そこで本発明は、複精留塔に粗アルゴン塔
や脱酸塔を備えた空気液化分離装置において、その起動
をスムーズに行うことができる空気液化分離装置及びそ
の起動方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の空気液化分離装置は、上部塔及び下部塔を
備えた複精留塔と粗アルゴン塔とを有し、空気を原料と
して、窒素，酸素，粗アルゴンを精留分離して導出する
空気液化分離装置において、前記粗アルゴン塔の塔頂部
あるいは中間部に接続するバイパス配管を、前記上部塔
からの廃ガスの配管、あるいは、前記粗アルゴン塔の粗
アルゴン凝縮器の冷却用流体の配管に接続したことを特
徴としている。
【００１３】さらに、上部塔及び下部塔を備えた複精留
塔と粗アルゴン塔及び脱酸塔とを有し、空気を原料とし
て、窒素，酸素，脱酸素アルゴンを精留分離して導出す
る空気液化分離装置において、前記脱酸塔へガスを導入
する配管あるいは中間部と、前記上部塔からの廃ガスの
配管、あるいは、脱酸塔からの脱酸素アルゴンガスの配
管、あるいは、脱酸塔の凝縮器の冷却用流体の配管とを
接続するバイパス配管を設けたことを特徴としている。
【００１４】また、本発明の空気液化分離方法は、装置
起動時に、前記粗アルゴン塔の塔頂部あるいは中間部の
ガスの少なくとも一部を、上部塔からの廃ガス、あるい
は、粗アルゴン凝縮器の冷却用流体の該凝縮器の入口側
又は出口側に合流させること、又は、上部塔の前記冷却
用流体の導入位置と略同位置に導入することを特徴とし
ている。
【００１５】さらに、前記脱酸塔のガス導入部あるいは
中間部のガスの少なくとも一部を、上部塔からの廃ガ
ス、あるいは、脱酸塔からの脱酸素アルゴンガス、ある
いは、脱酸塔の凝縮器の冷却用流体の該凝縮器の入口側
又は出口側に合流させること、又は、上部塔の前記冷却
用流体の導入位置と略同位置に導入することを特徴とし
ている。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照して
さらに詳細に説明する。なお、以下の説明において、前
記従来例装置における構成要素と同一の構成要素には同
一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００１７】まず、図１は本発明の空気液化分離装置の
第１形態例を示すもので、前記図５に示したものと略同
じ構成の空気液化分離装置における上部塔１からの廃ガ
スの配管２１に、粗アルゴン塔３の塔頂部に接続するバ
イパス配管３１を設けた例を示している。
【００１８】上記バイパス配管３１は、粗アルゴン塔３
の塔頂部のガス（定常運転状態では粗アルゴンガス）を
粗アルゴン凝縮器５に導入する配管３２から分岐して廃
ガスの配管２１に至るもので、その途中には、バイパス
弁３３が設けられている。
【００１９】装置を起動する際には、前記バイパス弁３
３を開くことにより、上部塔下部の区間ａを上昇してき
たガスの一部を、配管２３，粗アルゴン塔３，配管３
２，バイパス配管３１を介して廃ガス用の配管２１に流
すことにより、上部塔中下部の区間ｂを上昇するガス量
を、定常運転状態における上昇ガス量と同量にすること
が可能となる。
【００２０】したがって、区間ｂにおける圧力損失が増
大することがなくなり、フラッディングを防止できるの
で、原料空気量を減量する必要がなくなる。しかも、上
部塔１の起動と同時に粗アルゴン塔３の冷却も同時に進
めることができるので、起動時間の短縮が図れる。
【００２１】図２は、本発明の第２形態例を示すもの
で、粗アルゴン凝縮器５の冷却用流体である液体空気の
配管１８に、粗アルゴン塔３の塔頂部に接続するバイパ
ス配管４１を設けたものである。なお、本形態例では、
粗アルゴン凝縮器５が浸漬式であるが、粗アルゴン塔３
とは別個に設けたドライコンデンサーの場合でもよく、
この場合は、配管１８は、酸素富化空気用の配管とな
る。
【００２２】本形態例においても、装置の起動時に、バ
イパス配管４１に設けたバイパス弁４２を開くことによ
り、上部塔下部の区間ａを上昇してきたガスの一部を、
粗アルゴン塔３を通してバイパス配管４１から配管１８
に流すことができるので、上部塔中下部の区間ｂを上昇
するガス量を、定常運転状態における上昇ガス量と同量
にすることが可能となる。
【００２３】また、前記バイパス配管４１は、粗アルゴ
ン凝縮器５の冷却用流体用の配管１８に接続するのでは
なく、上部塔１の該配管１８の導入部と略同位置に接続
してもよい。
【００２４】図３は、本発明の第３形態例を示すもの
で、粗アルゴン塔３の後工程に脱酸塔５１を設置した空
気液化分離装置において、脱酸塔５１の凝縮器５２の冷
却用流体である空気の配管５３に、脱酸塔５１のガス導
入部に連通する配管５４に接続するバイパス配管５５を
設けたものである。凝縮器５２に冷却用流体として導入
される液体空気は、下部塔２の中下部から配管５６に抜
出され、過冷器１４，配管５７，脱酸塔５１の底部のリ
ボイラー５８，配管５９，膨張弁６０を経て凝縮器５２
に導入され、ここで脱酸塔５１の頂部の脱酸素アルゴン
を液化させて自身は気化した後、配管５３を通って上部
塔１の中間部に導入される。また、下部塔２の底部から
配管１３に導出した酸素富化液化空気は、凝縮器５２を
経由することなく、膨張弁１６を経た後、配管１７から
上部塔１の中段に直接導入される。
【００２５】本形態例においても、装置の起動時にバイ
パス配管５５に設けたバイパス弁６１を開くことによ
り、上部塔１の区間ａを上昇してきたガスの一部を、粗
アルゴン塔３，バイパス配管５５，配管５３に流すこと
ができるので、区間ｂの上昇ガス量を所定量にすること
ができる。
【００２６】また、上記バイパス配管５５に代えて、図
３に破線で示すように、脱酸塔５１の頂部から脱酸素ア
ルゴンガスを導出する配管６２と前記空気の配管５３と
の間に、バイパス弁６３を備えたバイパス配管６４を設
置することによっても、起動時の区間ａの上昇ガスの一
部を、配管２３，粗アルゴン塔３，配管５４，脱酸塔５
１，配管６２，バイパス配管６４及び配管５３に流すこ
とができる。
【００２７】なお、前記配管５３によらず、バイパス配
管５５，６４を直接上部塔１の前記配管５３の導入部と
略同位置に接続しても同じ効果が得られ、この場合も、
本発明の範囲内である。
【００２８】図４は、本発明の第４形態例を示すもの
で、上部塔１からの廃ガスの配管２１に、脱酸塔５１の
ガス導入部に連通する配管５４に接続するバイパス配管
７１を設けたものである。本形態例においても、装置の
起動時にバイパス配管７１に設けたバイパス弁７２を開
くことにより、上部塔１の区間ｂを上昇するガス量を所
定量にすることができる。
【００２９】また、図４において、脱酸素アルゴンガス
を導出する配管６２から前記廃ガスの配管２１に接続す
るバイパス配管７３（破線で示す）を設けるようにして
もよく、さらに、配管５４から配管６２に接続するバイ
パス配管７４（破線で示す）を設けるようにしてもよ
い。
【００３０】このようにバイパス配管７３，７４を設け
ることにより、起動時にバイパス配管７３のバイパス弁
７５を開くことにより、あるいは、バイパス配管７４の
バイパス弁７６を開くことにより、区間ａの上昇ガスの
一部を、粗アルゴン塔３や脱酸塔５１を経由して廃ガス
配管２１あるいは脱酸素アルゴンガスの配管６２に流す
ことができる。なお、このとき、バイパス弁は、必要箇
所に１個だけ設けるようにしてもよい。
【００３１】そして、図４に示すバイパス配管７４は、
脱酸塔５１の凝縮器５２から配管７７に導出する製品脱
酸素液化アルゴンを最大量必要としない場合に、このバ
イパス配管７４を定常運転時にも用いて、余剰のアルゴ
ンをバイパス配管７４を経由して排出することにより、
脱酸塔５１の精留条件を改善できる効果を有している。
【００３２】例えば、配管５４から脱酸塔５１に導入さ
れる粗アルゴンガスの流量を３０００Ｎｍ3 ／ｈ、配管
７７から導出する製品脱酸素液化アルゴンの流量を５０
Ｎｍ3 ／ｈ、配管６２から導出する余剰の脱酸素アルゴ
ンガスの流量を５０Ｎｍ3 ／ｈとした場合、通常の運転
状態では、脱酸塔５１内の下降液の流量は２９００Ｎｍ
3 ／ｈ、上昇ガスの流量は３０００Ｎｍ3 ／ｈとなり、
下降液流量と上昇ガス流量との比（Ｌ／Ｖ）は、２９０
０：３０００で、比の値は０．９６６７となる。一方、
バイパス配管７４のバイパス弁７６を開いて余剰となる
脱酸素アルゴンガス５０Ｎｍ3 ／ｈ分の粗アルゴンガス
５０Ｎｍ3 ／ｈを、バイパス配管７４から配管６２に直
接導出して脱酸塔５１をバイパスさせた場合は、上昇ガ
スの流量が２９５０Ｎｍ3 ／ｈとなるので、Ｌ／Ｖは、
２９００／２９５０から、０．９８３１となる。
【００３３】同様に、バイパス弁７２を開いてバイパス
配管７１から粗アルゴンガスを一部導出させた場合も、
また、図３の場合も、定常運転時にバイパス弁６１を開
いて粗アルゴンガスの一部をバイパス配管５５から導出
することにより、脱酸塔５１の精留条件を改善すること
ができる。
【００３４】したがって、Ｌ／Ｖを１に近付けることが
でき、脱酸塔５１内の精留条件が改善されて脱酸塔５１
の小型化を図ることもできる。
【００３５】なお、図１乃至図４に示した各形態例にお
いて、上部塔１，粗アルゴン塔３，脱酸塔５１は、それ
ぞれシーブトレイを用いた棚段塔でもよく、また、規則
充填材あるいは構造化充填材を充填した精留塔でもよ
い。さらに、各形態例において、バイパス配管を接続す
る位置を、粗アルゴン塔や脱酸塔の中間にしても同様の
作用効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装置の起動時における上部塔中下部の圧力損失の増大や
フラッディングを防止することができるので、装置のス
ムーズな起動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の空気液化分離装置の第１形態例を示
す系統図である。
【図２】 同じく第２形態例を示す系統図である。
【図３】 同じく第３形態例を示す系統図である。
【図４】 同じく第４形態例を示す系統図である。
【図５】 従来の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…上部塔、２…下部塔、３…粗アルゴン塔、４…主凝
縮蒸発器、５…粗アルゴン凝縮器、８…過冷器、１０…
膨張弁、１４…過冷器、１６…膨張弁、１８…液体空気
の配管、２１…廃ガスの配管、３１…バイパス配管、３
３…バイパス弁、４１…バイパス配管、４２…バイパス
弁、５１…脱酸塔、５２…凝縮器、５３…液体空気の配
管、５５…バイパス配管、５８…リボイラー、６１…バ
イパス弁、６３…バイパス弁、６４…バイパス配管、７
１…バイパス配管、７２…バイパス弁、７３…バイパス
配管、７４…バイパス配管、７５…バイパス弁、７６…
バイパス弁

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と粗
    アルゴン塔とを有し、空気を原料として、窒素，酸素，
    粗アルゴンを精留分離して導出する空気液化分離装置に
    おいて、前記粗アルゴン塔の塔頂部と、前記上部塔から
    の廃ガスの配管とを接続するバイパス配管を設けたこと
    を特徴とする空気液化分離装置。
  2. 【請求項２】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と粗
    アルゴン塔とを有し、空気を原料として、窒素，酸素，
    粗アルゴンを精留分離して導出する空気液化分離装置に
    おいて、前記粗アルゴン塔の塔頂部と、該粗アルゴン塔
    の粗アルゴン凝縮器の冷却用流体の配管とを接続するバ
    イパス配管を設けたことを特徴とする空気液化分離装
    置。
  3. 【請求項３】 前記バイパス配管を、前記粗アルゴン塔
    の塔頂部に代えて，粗アルゴン塔の中間部に接続したこ
    とを特徴とする請求項１又は２記載の空気液化分離装
    置。
  4. 【請求項４】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と粗
    アルゴン塔及び脱酸塔とを有し、空気を原料として、窒
    素，酸素，脱酸素アルゴンを精留分離して導出する空気
    液化分離装置において、前記脱酸塔へガスを導入する配
    管と、前記上部塔からの廃ガスの配管とを接続するバイ
    パス配管を設けたことを特徴とする空気液化分離装置。
  5. 【請求項５】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と粗
    アルゴン塔及び脱酸塔とを有し、空気を原料として、窒
    素，酸素，脱酸素アルゴンを精留分離して導出する空気
    液化分離装置において、前記脱酸塔へガスを導入する配
    管と、該脱酸塔からの脱酸素アルゴンガスの配管とを接
    続するバイパス配管を設けたことを特徴とする空気液化
    分離装置。
  6. 【請求項６】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と粗
    アルゴン塔及び脱酸塔とを有し、空気を原料として、窒
    素，酸素，脱酸素アルゴンを精留分離して導出する空気
    液化分離装置において、前記脱酸塔へガスを導入する配
    管と、該脱酸塔の凝縮器の冷却用流体の配管とを接続す
    るバイパス配管を設けたことを特徴とする空気液化分離
    装置。
  7. 【請求項７】 前記バイパス配管を、前記脱酸塔へガス
    を導入する配管に代えて、脱酸塔の中間部に接続したこ
    とを特徴とする請求項４，５又は６記載の空気液化分離
    装置。
  8. 【請求項８】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と粗
    アルゴン塔とを有し、空気を原料として、窒素，酸素，
    粗アルゴンを精留分離して導出する空気液化分離装置を
    起動する方法において、装置起動時に、前記粗アルゴン
    塔の塔頂部を導出したガスの少なくとも一部を、前記上
    部塔から導出する廃ガスに合流させることを特徴とする
    空気液化分離装置の起動方法。
  9. 【請求項９】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と粗
    アルゴン塔とを有し、空気を原料として、窒素，酸素，
    粗アルゴンを精留分離して導出する空気液化分離装置を
    起動する方法において、装置起動時に、前記粗アルゴン
    塔の塔頂部を導出したガスの少なくとも一部を、前記粗
    アルゴン塔の粗アルゴン凝縮器の冷却用流体に合流させ
    ることを特徴とする空気液化分離装置の起動方法。
  10. 【請求項１０】 前記粗アルゴン塔から導出するガス
    を、粗アルゴン塔の塔頂部に代えて，粗アルゴン塔の中
    間部から導出することを特徴とする請求項８又は９記載
    の空気液化分離装置の起動方法。
  11. 【請求項１１】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と
    粗アルゴン塔及び脱酸塔とを有し、空気を原料として、
    窒素，酸素，脱酸素アルゴンを精留分離して導出する空
    気液化分離装置を起動する方法において、装置起動時
    に、前記粗アルゴン塔を導出して前記脱酸塔へ導入する
    ガスの少なくとも一部を、前記上部塔から導出する廃ガ
    スに合流させることを特徴とする空気液化分離装置の起
    動方法。
  12. 【請求項１２】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と
    粗アルゴン塔及び脱酸塔とを有し、空気を原料として、
    窒素，酸素，脱酸素アルゴンを精留分離して導出する空
    気液化分離装置を起動する方法において、装置起動時
    に、前記粗アルゴン塔を導出して前記脱酸塔へ導入する
    ガスの少なくとも一部を、該脱酸塔から導出する脱酸素
    アルゴンガスに合流させることを特徴とする空気液化分
    離装置の起動方法。
  13. 【請求項１３】 上部塔及び下部塔を備えた複精留塔と
    粗アルゴン塔及び脱酸塔とを有し、空気を原料として、
    窒素，酸素，脱酸素アルゴンを精留分離して導出する空
    気液化分離装置を起動する方法において、装置起動時
    に、前記粗アルゴン塔を導出して前記脱酸塔へ導入する
    ガスの少なくとも一部を、該脱酸塔の凝縮器の冷却用流
    体に合流させることを特徴とする空気液化分離装置の起
    動方法。
  14. 【請求項１４】 前記脱酸塔へ導入するガスに代えて、
    該脱酸塔の中間部から導出したガスとすることを特徴と
    する請求項１１，１２又は１３記載の空気液化分離装置
    の起動方法。
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