JPS62238980A - アルゴンの製造方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分腎］ 本発明は、空気の液化分離工程から得られるアルゴン含
有ガスから高純度のアルゴンを収率良く回収することの
できる方法に関するものである。

［従来の技術］ アルゴンの製造は一般に第３図に示す様なフローに従っ
て行なわれる。即ち第３図は、特に主精留塔以後のフロ
ーを示し、空気液化分離工程（イ）にアルゴン製造工程
（ロ）が結合された構成を示す。公知の方法によフて液
化点付近まで冷却された原料空気は、経路１から主精留
塔下塔３の底部へ導入され、主精留塔２の頂部（主精留
塔上塔４の頂部４ａでもある）には高純度の窒素ガスが
、又主精留塔上塔４の中部４ｂ及び底部４ｃには夫々ア
ルゴン含有（約１２％）ガス及び高純度液体酸素が、更
に主精留塔２の底部（主精留塔下塔３の底部３ｂでもあ
る）には酸素に富んだ液体空気が夫々分離され且つ貯留
される。

主精留塔上塔４の中部４ｂに溜ったアルゴン含有不純酸
素ガスは経路５より粗アルゴン塔６の底部へ供給される
。アルゴン含有不純酸素ガスは粗アルゴン塔６内で精留
され、塔頂部に設けられたコンデンサー（以下単に「頂
部コンデンサー」という）１０の下面側には少量の酸素
・窒素を含む富アルゴンガス（純度：９５〜９８％程度
、以下単に「粗アルゴンガス」という）が分離され、又
塔底部には富酸素の液体が分離される。この富酸素の液
体は経路７により主精留塔上塔４の適当な部位に返送す
る。−労組アルゴン塔６上部の粗アルゴンガスは経路８
から取り出され、アルゴン熱交換器１７を経て常温とな
り、更に後述の酸素除去設備５０を経由した後、精製ア
ルゴン塔９に供給する。尚粗アルゴン塔６の頂部コンデ
ンサーｌＯには、主精留塔下塔３の底部３ｂに溜った富
酸素液体空気を、経路１１から液空フィルタ１２及び過
冷却器１３を経由し更に膨張弁１４により減圧膨張して
経路１５から粗アルゴン塔６の上部へ供給し、頂部コン
デンサー１０内で蒸発したガスは経路１６より主精留塔
上塔４の中部付近に供給する。一方経路８からアルゴン
熱交換器１７を経由した粗アルゴンガスは、経路１８か
ら供給されてくる適量の高純度水素ガスと混合された後
、化学的脱酸素処理塔１９へ送られる。この処理塔１９
で、粗アルゴンガス中に含まれている酸素は水素と反応
して水に転化する。

次にこの水分を含む、組成の変化したアルゴンガス（以
下「変成アルゴンガス」という）は乾燥器２０へ送られ
完全に除湿された後、再びアルゴン熱交換器１７を経由
することにより十分冷却されて精製アルゴン塔９に供給
される。そして変成アルゴンガス中に含まれている窒素
及び水素が該精製アルゴン塔９で精留分離され、分離さ
れた窒素及び水素は塔頂部の経路２１から廃ガスとして
抜き出されアルゴン熱交換器１７を経て常温となり、大
気へ放出される。又高純度の液体アルゴンは塔底部から
経路２２を経由し、そのまま液状又はガス状の製品アル
ゴンとして取り出される。

一方主精留塔下塔３の上部３ａにおける富窒素ガスは経
路３１から精製アルゴン塔９の底部リボイラー２３に供
給され、該底部における前記高純度液体アルゴンの一部
を気化させると共に富窒素ガス自身も該リボイラー２３
内で液化する。この液化した富窒素ガスは経路２４を経
由して膨張弁２５により大気圧近くにまで膨張減圧され
た後、精製アルゴン塔９の頂部コンデンサー２６に供給
され、該コンデンサー２６内で蒸発した富窒素ガスは経
路２７から廃ガスとして引き出され、過冷却器１３を経
た後又は直接大気へ放出される。尚主精留塔下塔３の中
部から放出される富窒素液体の一部も経路３２を経由し
て膨張弁３３により膨張減圧した後、精製アルゴン塔９
の頂部コンデンサー２６に供給することにより、該コン
デンサー２６を有効に冷却している。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで上記の様なフロー、特にアルゴン製造工程（ロ
）においては、下記の如き問題がある。

■少量の窒素及び水素を含む変性アルゴンガスの最終精
留は単式精留塔により行なわれている為、相当量のアル
ゴンが水素や窒素と共に塔頂部から放出され、アルゴン
回収率の向上を阻害している。

■精製アルゴン塔９で分離される水素とアルゴンの沸点
差が非常に大きく、且つ水素の沸点はアルゴンの凝固点
よりもかなり低温である為、ともすればアルゴンが精製
アルゴン塔内で凍結し操業不能におちいることがある。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、その目的は、上記■、■とじて示した従来の問題点を
解消し、優れた操業安定性のもとてアルゴンの高回収率
を保障し得る様な方法を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係るアルゴン製造方法の構成は、空気を液化分
離して得られるアルゴン含有不純酸素ガスを粗アルゴン
塔へ供給して粗アルゴンを回収し、次いで該粗アルゴン
中の酸素を化学的脱酸素設備に導入して水素と反応させ
ることによって除去し、更に不純物として残留する窒素
及び前記化学的脱酸素の為の混入水素を精留して高純度
のアルゴンを製造する方法において、酸素の除去された
粗アルゴンガスを第１段目の精留塔に供給して水素を分
離した後、第２段目の精留塔に供給して窒素を分離する
ことによって高純度のアルゴンを回収すると共に、第１
段目の精留塔によって分離された水素は前記化学的脱酸
素設備への供給水素として利用する様にしたところに要
旨を有するものである。

［作用及び実施例］ 以下実施例図面に沿って本発明の構成及び作用効果を詳
細に説明するが、本発明の基本的構成は第３図に示した
従来例と同様であるので、共通部分については同じ符号
を付すことによって重複説明は省略する。また本発明で
は殊に粗アルゴンガスから水素及び窒素を分離し高純度
アルゴンガスを回収する工程に特徴を有するものである
から、第３図に示したフロー図のうち経路８以後の処理
フローのみを図示することによって本発明の特徴とする
ところを明確にしていく。

第１図は本発明の実施例を示すものであり、粗アルゴン
塔６（第３図）から経路８を通して抜き出される粗アル
ゴンガスとしては、主精留塔上塔４（第３図）の中腹部
よりやや下方側から抜き出された後粗アルゴン塔６で精
留される酸素含有率のやや多い粗アルゴンガスが使用さ
れる。

この粗アルゴンガスは、図示する如く経路８から必要に
よってはアルゴン熱交換器１７を経た後、圧縮器４０へ
送り込んで加圧し、後方冷却器４１で冷却した後化学的
脱酸素処理塔１９へ供給する。そして該処理塔１９の上
流側から経路１８を通して供給される高純度の水素と反
応させて酸素を除去した後冷却器４２で冷却し、次いで
切換式の乾燥器２０へ送って完全に除湿される（化学的
脱酸素によって生成した水分を除去する）。そしてアル
ゴン熱交換器１７へ通すことによって蒸留に必要な寒冷
を得た後第１段階の水素分留塔４３へ供給される。該水
素分留塔４３では、沸点の最も低い水素が気体となって
塔頂部方向へ分離され、窒素及びアルゴンは液状物とし
て塔底部へ分離されるので、これらの液状物は塔底部か
ら抜き出して順次窒素分留塔４４へ送られる。尚図例で
は水素分留塔４３頂部から分離される水素ガスを窒素分
留塔４４底部の凝縮蒸発器４５との間で循環させ、凝縮
した窒素を水素分留塔４３へ戻すことによって、アルゴ
ンが水素分留塔４３の頂部から漏洩するのを阻止してい
る。また凝縮蒸発器４５の適所から分離された一部の水
素は順次抜き出し、この水素はアルゴン熱交換器１７で
寒冷を回収した後粗アルゴン供給経路８内の粗アルゴン
中に合流させ、化学的脱酸素の為の水素として有効利用
できる様にしている。

一方窒素分留塔４４へ送り込まれた変性アルゴン（但し
水素はすでに除去されている）は、凝縮蒸発器４５から
の加熱と、塔頂部のコンデンサー４６へ供給される冷媒
（冷媒としては、第３図で説明した様に主精留塔で分離
される液体窒素を使用するのが有利である）による冷却
によって精留が行なわれ、窒素が塔頂部から順次抜き出
され、高純度に生成されたアルゴンは液状の製品アルゴ
ンとして塔底部から抜き出される。尚塔頂部から抜き出
される窒素は、一旦アルゴン熱交換器１７に通して寒冷
を回収し系外へ放出される。

この方法であれば、変性アルゴン中の最も沸点の低い水
素を第１段目の水素分留塔４３で分離し、アルゴン濃度
を高めた状態で第２段目の窒素分留塔４４で窒素を分留
除去する方法であるから、従来例に比べて水素や窒素の
分離効率を高めることができ、ひいては高純度アルゴン
の回収率を高めることができる。しかも第１段目の水素
分留塔４３では、水素、窒素及びアルゴン（常圧におけ
る沸点は水素ニー２５２．２℃、窒素ニー１９５．８℃
、アルゴンニー１８５．７℃）のうち最も沸点が低く且
つ他の成分との沸点差の大きい水素を分離する方法を採
用しており、水素分留塔４３の操作温度を過度に下げる
必要がないので、塔内でアルゴンや窒素が凍結して操業
不能を招く様な恐れもない。更に水素分留塔４３で回収
される水素は再び原料粗アルゴンに合流させるので、こ
の時点で若干量のアルゴンが分留水素中に混入すること
があってもアルゴンの収率を下げる恐れがなく、且つ酸
素除去の為の供給水素量も低減することができる。

第２図は本発明の他の実施例を示したもので、水素分留
塔４３の底部に再沸器４７を設け、前記主精留塔から抜
き出した液体空気を水素分留の為の熱源として利用した
他は第１図の例と全く同一である。即ち水素分留塔４３
へ供給される変性アルゴンガスの温度がやや高めである
ときは、それ自身の熱によって精留が行なわれるが、同
温度が低すぎる場合は水素分留塔４３内における熱収支
がくずれ精留効率が低下してくるので、この様な場合は
第２図に示した様な再沸器を設けた不足分の熱を補給す
る必要がある。但し再沸器４７或はコンデンサー４６等
へ供給される熱媒或は冷媒の種類はもとより上記の例に
限定される訳ではなく、必要に応じて任意に変更するこ
とができる。また処理ラインの他の構成も図示例に制約
を受けるものではなく、要は水素除去の為の第１段分留
工程と窒素除去の為の第２段分留工程とを含み、且つ第
１段分留工程で分離される水素を循環利用できる様に構
成されている限り、圧縮機や冷却器、化学的脱酸素処理
塔等の各構成やそれらの配列構造等は設置現場の状況等
に応じて自由に変更することができ、それらはすべて本
願発明の技術的範囲に含まれる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
ると下記の通りである。

（１）変性アルゴン中量も沸点の低い水素を第１段目で
分離除去し、アルゴン濃度を高めた状態で窒素の分離を
行なう方法であり、高純度アルゴンの回収率を従来例よ
り２〜５％高くすることができる。

（２）シかも第１段目の分留で水素を除く際、蒸留操作
温度を過度に低下させる必要がないので、水素分留塔内
でアルゴンや窒素が凍結する様な恐れがなく、操業安定
性が高められる。

（３）第１段目の分留でアルゴン及び窒素から分離され
た水素は粗アルゴン中の酸素との反応に返還利用される
ので、水素の消費量を低減することができ、且つ第１段
目の水素分留工程で生ずるアルゴンのロスは実質的に皆
無となる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明の実施例を示す概略フロー図、第３
図は従来法を示す概略フロー図である。 ２・・・主精留塔　　　　　３・・・粗アルゴン塔９・
・・Ｍ製アルゴン塔　　１７・・・アルゴン熱交換器１
９・・・化学的脱酸素処理塔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気を液化分離して得られるアルゴン含有不純酸素ガス
   を粗アルゴン塔へ供給して粗アルゴンを回収し、次いで
   該粗アルゴン中の酸素を化学的脱酸素設備に導入して水
   素と反応させることによって除去し、更に不純物として
   残留する窒素及び前記化学的脱酸素の為の混入水素を精
   留して高純度のアルゴンを製造する方法において、酸素
   の除去された粗アルゴンガスを第１段目の精留塔に供給
   して水素を分離した後、第２段目の精留塔に供給して窒
   素を分離することによって高純度のアルゴンを回収する
   と共に、第１段目の精留塔によって分離された水素は前
   記化学的脱酸素設備への供給水素として利用する様にし
   たことを特徴とするアルゴンの製造方法。