WO2024018739A1 - 熱交換器 - Google Patents

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信明 江越
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大陽日酸株式会社
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    • F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger used in an air separation device having a low pressure column, a high pressure column, and a mixing column, for cooling feed air and heating liquid supplied from the low pressure column to the mixing column.
  • Some air separation devices use a mixing column in addition to a low pressure column and a high pressure column.
  • a mixing column low-purity oxygen with an oxygen concentration of about 97% or less is produced as a product oxygen gas.
  • liquid oxygen from the top of the column comes into direct contact with gaseous air from the bottom of the column to convert the liquid oxygen into a low-purity oxygen gas, and this low-purity oxygen gas is taken out from the top of the column as a product oxygen gas.
  • the liquid oxygen supplied to the top of the column is obtained by pressurizing the liquid oxygen at the bottom of the low-pressure column using a pump, and its temperature is lower than the boiling point at the elevated pressure. Therefore, if it is supplied to the low-pressure column in this state, it will reduce the flow rate of product oxygen gas from the top of the mixing column and increase the flow rate of liquid air from the bottom of the column, causing a decrease in the oxygen yield of the air separation device. Become. Therefore, in a heater for heating the liquid oxygen pressurized by a pump, heat is exchanged with the side cut liquid and bottoms discharged from the mixing tower, and in an auxiliary heat exchanger, heat is exchanged with gas air. A process is disclosed in which the mixture is heated at a temperature close to the saturation temperature and then supplied to a mixing column (for example, see Patent Document 1).
  • heating liquid oxygen pressurized by a pump requires the installation of a heater and auxiliary heat exchanger, as well as the installation of piping to these devices. Furthermore, the size of the cold box to house these devices and piping increases, resulting in an increase in equipment costs.
  • the present invention was made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a heat exchanger that is used in an air separation device having a low pressure column, a high pressure column, and a mixing column, and can suppress increases in equipment costs. .
  • the heat exchanger according to the present invention is a heat exchanger used in an air separation device having a low pressure column, a high pressure column, and a mixing column, Consists of a plate and a fin, A hot stream gas, which is at least a portion of the feed air, and at least one hot stream liquid taken out from the mixing column, at least one cold stream gas taken out from the low pressure column, and a cold stream taken out from the mixing column.
  • the method is characterized in that the cold liquid stream is cooled by a gas and is also heated, which is taken out from the low-pressure column via a pressure booster pump and supplied to the mixing column.
  • the heat exchanger according to (1) above is also characterized in that it cools at least one hot liquid taken out from the high pressure column.
  • the cold liquid passage through which the cold liquid flows, the cold gas passage through which the cold gas flows, and the hot liquid The hot gas passage includes a hot liquid passage through which the hot liquid flows and a hot gas passage through which the hot gas flows, and the hot gas passage is configured such that the hot gas flows countercurrently with respect to the cold liquid and the cold gas.
  • the hot liquid passage is arranged such that the hot liquid flows in a cross flow with respect to the cold liquid and the cold gas. be.
  • the number of devices can be reduced and the cold box can be made more compact, thereby reducing equipment costs.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of an air separation device including a heat exchanger according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the internal structure of the heat exchanger according to the first embodiment. It is an explanatory view of an air separation device provided with a heat exchanger concerning a 2nd embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of an air separation device using a heat exchanger according to this embodiment.
  • the heat exchanger 110 according to this embodiment is a heat exchanger used in an air separation apparatus 1100 having a low pressure column 600, a high pressure column 500, and a mixing column 400, as shown in FIG.
  • the heat exchanger 110 of the present embodiment is composed of plates and fins, and is configured to carry at least one hot stream gas (at least one of W1, W2, and W3), which is at least part of the raw material air, and at least one hot stream gas taken out from the mixing column 400.
  • C6 cold flowing liquid taken out from the low pressure column 600 via the boost pump 800 and supplied to the mixing column 400.
  • air separation device 1100 including heat exchanger 110 will be described based on FIG. 1, and then the internal structure of heat exchanger 110 will be described.
  • a symbol indicating a fluid with "C” indicates that the fluid is a cold fluid
  • a symbol with "W” indicates that the fluid is a cold fluid. indicates that the fluid in question is a hot fluid.
  • Air separation apparatus 1100 includes a high pressure column 500, a low pressure column 600, a mixing column 400, a subcooler 190, and a heat exchanger 110.
  • a portion (W2) of the raw air (W1, W2, W3) compressed by the compressor 90 and purified by the purifier 91 is supplied to the heat exchanger 110 through the pipe line 21.
  • a part of the raw air (W2) is mixed with the product oxygen gas (C1) supplied from the top of the mixing column 400 through the pipe line 1, and the supercooling 190 from the top of the low pressure column 600.
  • Nitrogen gas (C2) is supplied from the top of the high-pressure column 500 through the pipe 3, and pressure is increased from the bottom of the low-pressure column 600 by the boost pump 800.
  • the liquid oxygen (C6) is cooled by heat exchange with the liquid oxygen (C6), and is supplied to the bottom of the high pressure column 500 through the pipe 22.
  • Nitrogen gas generated in the high pressure column is liquefied in the main condenser 300, and a part of it is supplied to the subcooler 190 through a pipe 51 to be cooled, and after being depressurized through a pipe 52, it becomes a reflux liquid. It is fed to the top of the low pressure column 600.
  • liquid air drawn from the bottom of the high pressure column 500 through a pipe 53 passes through a pipe 41 and a heat exchanger 110 from the mixing tower 400, and is filtered through a pipe 43 together with the liquid air taken out through a pipe 42.
  • the liquid is supplied to the cooler 190, cooled, and depressurized through the pipe 44, and then supplied to the low pressure column 600 as a reflux liquid.
  • the cooling source for these liquids in the subcooler 190 is nitrogen gas supplied from the top of the low-pressure column 600 through the pipe line 60.
  • the reflux liquid supplied to the low-pressure column 600 flows down due to gas-liquid contact with the rising gas in the column, and oxygen, which is a high boiling point component, is concentrated, and liquid oxygen is generated at the bottom of the column. Further, as the rising gas rises, nitrogen, which is a low boiling point component, is concentrated, and nitrogen gas is generated at the top of the column. Liquid oxygen (C6) generated at the bottom of the low-pressure column 600 is taken out through a pipe 61, boosted in pressure by a boost pump 800, and then led to a heat exchanger 110 through a pipe 62.
  • C6 Liquid oxygen
  • the pressurized liquid oxygen (C6) is mixed with a liquid side-cut (hereinafter referred to as "side-cut liquid") (W5) from the mixing column 400 in the pipe line 45 and a canned liquid in the pipe line 41. After being heated by exchanging heat with the liquid (W4) and part of the raw air (W1, W2), it is taken out through the pipe 64 and supplied to the top of the mixing column 400.
  • the supplied liquid oxygen and the gas air introduced through the pipe 13 come into direct contact, and a low-purity product oxygen gas (C1) is produced from the top of the tower through the pipe 1.
  • FIG. 2 shows each layer of the heat exchanger 110 separated for each flow path.
  • the heat exchanger 110 has three hot fluid passages A1 to A3 and three cold fluid passages B1 to B3.
  • the hot fluid passage A1 has a hot gas passage a1 between the hot end side and the cold end side, through which the hot gas W1 flows.
  • the hot fluid passage A2 is divided into two basins between a hot end side and a cold end side, and the hot end side compartment has a hot gas passage a2 through which a hot gas W2 flows,
  • the section on the cold end side has a hot liquid passage a4 through which the hot liquid W4 flows.
  • the hot fluid passage A3 is divided into two basins between the hot end side and the cold end side, and the hot end side compartment has a hot gas passage a3 through which the hot gas W3 flows,
  • the section on the cold end side has a hot liquid passage a5 through which the hot liquid W5 flows.
  • the cold fluid passage B1 is divided into two basins between the warm end side and the cold end side, and the cold gas passage B1 has a cold gas passage b1 in which the cold gas C1 flows in the warm end side division, The section on the cold end side has a cold flow liquid passage b6 through which the cold flow liquid C6 flows.
  • the cold fluid passage B2 has a cold gas passage b2 between the warm end side and the cold end side, through which the cold gas C2 flows.
  • the cold fluid passage B3 has a cold gas passage b3 through which the cold gas C3 flows between the warm end side and the cold end side.
  • the hot gas passages a1, a2, a3 through which the raw material air (W1, W2, W3), which is a hot gas, flow, are connected to the product oxygen, which is a cold gas.
  • Cold flow gas passages b1, b2, b3 through which gas (C1), nitrogen gas (C2), and intermediate pressure nitrogen gas (C3) flow, and a liquid that is a cold flow liquid.
  • the oxygen (C6) is arranged to flow countercurrently to the cold liquid passage b6 passage (see FIG. 2(d)) through which oxygen (C6) flows.
  • hot liquid passages a4 and a5 Fig.
  • FIGS. 2(e) and (f) are the cold flow gas passages b2 and b3 (see FIGS. 2(e) and (f)) through which nitrogen gas (C2), which is a cold gas, and intermediate pressure nitrogen gas (C3) flow, and the liquid, which is a cold flow liquid.
  • the oxygen (C6) is arranged to flow in a cross flow with respect to the cold liquid passage b6 (see FIG. 2(d)) through which oxygen (C6) flows.
  • the bottom liquid (W4) passage (see FIG. 2(b)) consists of five passes, and the side cut liquid (W5) passage (see FIG. 2(c)) consists of seven passes.
  • the bottoms (W4) of the mixing column 400 extracted through the pipe line 41 flows into the inlet (in) of the passage, as shown in FIG. It flows in a cross direction with respect to the gas (C3) and liquid oxygen (C6), flows in the opposite direction through the subsequent path arranged on the cold end side, and is discharged from the outlet (out) after passing through a total of five paths.
  • the side cut liquid (W5) from the mixing tower 400 extracted through the pipe line 45 flows into the inlet (in) as shown in FIG. It flows in a cross direction relative to C3) and liquid oxygen (C6), then flows in the opposite direction through the paths arranged on the cold end side, and is discharged from the outlet (out) after passing through a total of seven paths.
  • the inlets (in) of these bottoms liquid (W4) and side cut liquid (W5) are provided on the warm end side with respect to their respective outlets (out), and the pipes 41 and 45 connect the mixing tower 400 is connected to.
  • the bottom liquid (W4) and side cut liquid (W5) passages are located below the feed air passages (W2, W3), respectively. Although it is arranged in a partitioned manner, it may be arranged below the passage for the raw material air (W1) and the product oxygen gas (C1).
  • liquid oxygen (C6) outlet (out) connected to the top of the mixing column 400 and the side cut liquid (W5) inlet (in) connected to the side cut of the mixing column 400 are connected to the raw material air. It is provided on the warm end side of the outlet (out) of (W1, W2).
  • This arrangement takes into account the temperature of each fluid and increases the efficiency of heat exchange.
  • the heat exchanger 110 is integrated, and in this sense, the heat exchanger 110 is similar to the heater and auxiliary heat exchanger that were separately provided in the conventional example. are not simply connected to the main heat exchanger side by side. However, depending on the pressure of the mixing column 400, it may be arranged on the cold end side.
  • the heat exchanger 110 since the heat exchanger 110 has the above-mentioned functions, it is not necessary to install a heater and an auxiliary heat exchanger, which were separately provided in the conventional example, and furthermore, it is possible to store these devices. can reduce cold box space and equipment costs.
  • FIG. 3 shows an air separation device 1200 using a heat exchanger 120 according to the second embodiment, and the air separation device 1200 includes a high pressure column 500, a low pressure column 600, a mixing column 400, and a heat exchanger 120. It is equipped with Note that in FIG. 3, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals.
  • the heat exchanger 120 is different from the heat exchanger 110 shown in FIGS. 1 and 2 in that a liquid containing oxygen-enriched liquid air (hereinafter simply " In addition, passages for cooling the liquid nitrogen (W7) from the main condenser 300 introduced in line 51 are added.
  • a liquid containing oxygen-enriched liquid air hereinafter simply "
  • passages for cooling the liquid nitrogen (W7) from the main condenser 300 introduced in line 51 are added.
  • the cooling sources of these oxygen-enriched liquid air (W6) and liquid nitrogen (W7) are nitrogen gas (C2) introduced from the top of the low pressure column 600 to the heat exchanger 12 via the pipe 60, and the high pressure column 500. This is medium pressure nitrogen gas (C3) introduced from the top of the column through pipe 3 into heat exchanger 120.
  • Oxygen-enriched liquid air (W6) and liquid nitrogen (W7) cooled by heat exchanger 120 are taken out through pipes 44 and 52, respectively, and are supplied to low pressure column 600 after being depressurized.
  • the heat exchanger 120 eliminates the need to install the conventional heater, auxiliary heat exchanger, and subcooler 190 that was installed in the first embodiment, and furthermore, Cold box space can be reduced and equipment costs can be reduced.
  • Air separation device 800 Boosting pump 500 High pressure column 600 Low pressure column 400 Mixing column 300 Main condenser 190 Subcooler 110, 120 Heat exchanger 90 Compressor 91 Purifier 92, 93 Recompressor 94 Expansion turbine 1, 2 , 3, 11, 13, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 43, 44, 45, 51, 52, 53, 60, 61, 62, 64, pipes A1 to A3 hot fluid passages B1 to B3 Cold fluid passages a1, a2, a3 Hot gas passages a4, a5 Hot liquid passages b1 to b3 Cold gas passage b6 Cold liquid passage C1 Product oxygen gas C2 Nitrogen gas C3 Medium pressure nitrogen gas C6 Liquid oxygen W1, W2, W3 Raw material air W4 Bottom liquid W5 Side cut liquid W6 Oxygen-enriched liquid air W7 Liquid nitrogen

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Abstract

低圧塔と、高圧塔と、混合塔とを有する空気分離装置において用いられ、設備コスト増大を抑制できる熱交換器を提供することを目的とし、低圧塔（６００）と、高圧塔（５００）と、混合塔（４００）とを有する空気分離装置１１００において用いられるものであって、プレートとフィンとから構成され、少なくとも一部の原料空気である温流ガス（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の少なくとも一つ）と、混合塔（４００）から取り出される少なくとも１つの温流液（Ｗ４，Ｗ５の少なくとも一つ）とを、低圧塔６００から取り出される少なくとも１つの冷流ガス（Ｃ２，Ｃ３の少なくとも一つ）と、混合塔４００から取り出される冷流ガス（Ｃ１）とにより冷却するとともに、低圧塔（６００）から昇圧ポンプ（８００）を介して取り出されて混合塔（４００）に供給される冷流液（Ｃ６）を加熱することを特徴とする。

Description

熱交換器
　本発明は、低圧塔と高圧塔及び混合塔を有する空気分離装置において用いられ、原料空気を冷却するとともに、低圧塔から混合塔に供給する液体を加熱するための熱交換器に関するものである。
　空気分離装置には、低圧塔と、高圧塔とに加えて、混合塔が用いられるものがある。一般的に混合塔が用いられる空気分離装置においては、酸素濃度約９７％以下の低純度の酸素が製品酸素ガスとして製造される。混合塔では塔頂からの液体酸素と塔底からのガス空気との直接接触により液体酸素を低純度の酸素ガスとし、この低純度の酸素ガスが塔頂から製品酸素ガスとして取り出される。
　塔頂に供給される液体酸素は低圧塔塔底の液体酸素をポンプで昇圧したものであり、その温度は昇圧圧力での沸点よりも低い。そのため、この状態で低圧塔に供給すると、混合塔塔頂からの製品酸素ガスの流量を低下させるとともに、塔底からの液体空気流量を増加させ、空気分離装置の酸素収率を低下させる要因となる。
　そこで、ポンプで昇圧された液体酸素を加熱するための加熱器において、混合塔から排出されるサイドカット液体及び缶出液と熱交換させ、さらに補助熱交換器において、ガス空気と熱交換させることで加熱し、飽和温度に近づけて混合塔に供給するプロセスが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－２８５７２号公報
　しかしながら、ポンプで昇圧された液体酸素の加熱には加熱器や補助熱交換器の設置、またこれらの機器への配管の設置が必要となる。さらに、これらの機器や配管を格納するためにコールドボックスが大きくなるため、設備コストが増大することが問題となっていた。
　本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、低圧塔と高圧塔及び混合塔を有する空気分離装置において用いられ、設備コスト増大を抑制できる熱交換器を提供することを目的としている。
（１）本発明に係る熱交換器は、低圧塔、高圧塔及び混合塔を有する空気分離装置において用いられる熱交換器であって、
　プレートとフィンとから構成され、
　少なくとも一部の原料空気である温流ガスと、前記混合塔から取り出される少なくとも１つの温流液とを、前記低圧塔から取り出される少なくとも１つの冷流ガスと、前記混合塔から取り出される冷流ガスとにより冷却するとともに、前記低圧塔から昇圧ポンプを介して取り出されて前記混合塔に供給される冷流液を加熱することを特徴とするものである。
（２）また、上記（１）に記載の熱交換器において、前記高圧塔から取り出される少なくとも１つの温流液を冷却することを特徴するものである。
（３）また、上記（１）又は（２）に記載の熱交換器において、前記冷流液が流れる冷流液通路と、前記冷流ガスが流れる冷流ガス通路と、前記温流液が流れる温流液通路と、温流ガスが流れる温流ガス通路とを備え、前記温流ガスが、前記冷流液と、前記冷流ガスとに対して向流で流れるように前記温流ガス通路は配されており、前記温流液が、前記冷流液と、前記冷流ガスとに対して十字流で流れるように前記温流液通路は配されていることを特徴とするものである。
　本発明によれば、機器数を減らすとともにコールドボックスをコンパクトにすることができ、これによって設備コストを削減することができる。
第１実施形態に係る熱交換器を備えた空気分離装置の説明図である。 第１実施形態に係る熱交換器の内部構造の説明図である。 第２実施形態に係る熱交換器を備えた空気分離装置の説明図である。
［第１実施形態］
　図１は、本実施形態に係る熱交換器を用いた空気分離装置の一例を示したものである。
　本実施形態に係る熱交換器１１０は、図１に示すように、低圧塔６００、高圧塔５００及び混合塔４００を有する空気分離装置１１００において用いられる熱交換器である。本実施形態の熱交換器１１０は、プレートとフィンとから構成され、少なくとも一部の原料空気である温流ガス（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の少なくとも一つ）と、混合塔４００から取り出される少なくとも１つの温流液（Ｗ４，Ｗ５の少なくとも一つ）とを、低圧塔６００から取り出される少なくとも１つの冷流ガス（Ｃ２，Ｃ３の少なくとも一つ）と、混合塔４００から取り出される冷流ガス（Ｃ１）とにより冷却するとともに、低圧塔６００から昇圧ポンプ８００を介して取り出されて混合塔４００に供給される冷流液（Ｃ６）を加熱することを特徴とする熱交換器である。
　まず、図１に基づいて熱交換器１１０を含む空気分離装置１１００の全体構成を説明し、その後、熱交換器１１０の内部構造について説明する。
　なお、本明細書において、流体を示す記号として「Ｃ」（ｃｏｌｄの頭文字）を付したものは当該流体が冷流体であることを示し、「Ｗ」（ｗａｒｍの頭文字）を付したものは当該流体が温流体であることを示している。
＜空気分離装置の構成の説明＞
　空気分離装置１１００は、高圧塔５００、低圧塔６００、混合塔４００、過冷器１９０、および熱交換器１１０を備えている。
　圧縮機９０で圧縮され、精製器９１で精製された原料空気（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）は、その一部（Ｗ２）が管路２１により熱交換器１１０に供給される。熱交換器１１０にて、原料空気の一部（Ｗ２）は、混合塔４００の塔頂から管路１で供給される製品酸素ガス（Ｃ１）と、低圧塔６００の塔頂から過冷却１９０を経て管路２で供給される窒素ガス（Ｃ２）と、高圧塔５００の塔頂から管路３で供給される中圧窒素ガス（Ｃ３）と、低圧塔６００の塔底から昇圧ポンプ８００で昇圧された液体酸素（Ｃ６）との熱交換により冷却され、管路２２により高圧塔５００の底部に供給される。
　また、原料空気の他の一部（Ｗ１）は、再圧縮機９２で昇圧された後、管路１１により熱交換器１１０に供給される。熱交換器１１０にて、原料空気の他の一部（Ｗ１）は、冷流体である製品酸素ガス（Ｃ１）と、窒素ガス（Ｃ２）と、中圧窒素ガス（Ｃ３）と、液体酸素（Ｃ６）との熱交換により冷却された後、管路１３により混合塔４００の塔底に供給される。
　さらに、原料空気のさらに他の一部（Ｗ３）は、再圧縮機９３で昇圧された後、管路３１により熱交換器１１０に供給される。熱交換器１１０にて、冷流体である製品酸素ガス（Ｃ１）と、窒素ガス（Ｃ２）と、中圧窒素ガス（Ｃ３）との熱交換により冷却され、さらに膨張タービン９４によって膨張した後、管路３２により低圧塔６００に供給される。
　高圧塔５００の塔底に管路２２で供給された原料空気の一部（Ｗ１）は、塔内を流下する還流液との気液接触により、上昇しながら低沸点成分である窒素が濃縮し、塔頂にて窒素ガスが生成する。
　また、高圧塔５００の塔底には高沸点成分である酸素が富化した酸素富化液体空気が生成し、管路５３によって引抜かれる。
　高圧塔で生成した窒素ガスは、主凝縮器３００にて液化され、その一部は、管路５１により過冷器１９０に供給されて冷却され、管路５２を経て減圧された後に還流液として低圧塔６００の塔頂に供給される。
　また、高圧塔５００の塔底から管路５３で引抜かれた液体空気は、混合塔４００から管路４１、熱交換器１１０を経て、管路４２で取り出された液体空気とともに管路４３により過冷器１９０に供給され、冷却され、管路４４を経て減圧された後に、還流液として低圧塔６００に供給される。
　なお、過冷器１９０におけるこれら液体の冷却源は、低圧塔６００の塔頂から管路６０を経て供給される窒素ガスである。
　低圧塔６００に供給された還流液は、塔内の上昇ガスとの気液接触により流下しながら高沸点成分である酸素が濃縮し、塔底にて液体酸素が生成する。また、上昇ガスは上昇しながら低沸点成分である窒素が濃縮し、塔頂にて窒素ガスが生成する。
　低圧塔６００の塔底に生成した液体酸素（Ｃ６）は、管路６１により取り出され、昇圧ポンプ８００で昇圧された後、管路６２で熱交換器１１０に導かれる。熱交換器１００において、昇圧された液体酸素（Ｃ６）は、混合塔４００から管路４５でサイドカットされた液体（以下、「サイドカット液」という）（Ｗ５）と、管路４１の缶出液（Ｗ４）と、原料空気の一部（Ｗ１、Ｗ２）と熱交換し、加熱された後、管路６４で取り出され、混合塔４００の塔頂に供給される。
　混合塔４００では供給された液体酸素と管路１３で導入されたガス空気が直接接触し、塔頂から管路１で低純度の製品酸素ガス（Ｃ１）が製造される。
＜熱交換器の説明＞
　熱交換器１１０には、プレートとフィンとを有してなる各層が積層されたプレートフィン型熱交換器が用いることができる。図２は、熱交換器１１０の各層を流路毎に分離して示したものである。
　熱交換器１１０は、図２に示すように、３つの温流体通路Ａ１～Ａ３と３つの冷流体通路Ｂ１～Ｂ３を有している。
　そして、温流体通路Ａ１は、温端側と冷端側との間で、温流ガスＷ１が流れる温流ガス通路ａ１を有する。
　また、温流体通路Ａ２は、温端側と冷端側との間で２つの流域に区画されており、温端側の区画には温流ガスＷ２が流れる温流ガス通路ａ２を有し、冷端側の区画には温流液Ｗ４が流れる温流液通路ａ４を有する。
　また、温流体通路Ａ３は、温端側と冷端側との間で２つの流域に区画されており、温端側の区画には温流ガスＷ３が流れる温流ガス通路ａ３を有し、冷端側の区画には温流液Ｗ５が流れる温流液通路ａ５を有する。
　また、冷流体通路Ｂ１は、温端側と冷端側との間で２つの流域に区画されており、温端側の区画には冷流ガスＣ１が流れる冷流ガス通路ｂ１を有し、冷端側の区画には冷流液Ｃ６が流れる冷流液通路ｂ６を有する。
　また、冷流体通路Ｂ２は、温端側と冷端側との間で、冷流ガスＣ２が流れる冷流ガス通路ｂ２を有する。
　また、冷流体通路Ｂ３は、温端側と冷端側との間で、冷流ガスＣ３が流れる冷流ガス通路ｂ３を有する。
　そして、温流ガスである原料空気（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）が流れる温流ガス通路ａ１、ａ２、ａ３（図２（ａ）（ｂ）（ｃ）参照）は、冷流ガスである製品酸素ガス（Ｃ１）、窒素ガス（Ｃ２）、中圧窒素ガス（Ｃ３）が流れる冷流ガス通路ｂ１、ｂ２、ｂ３（図２（ｄ）（ｅ）（ｆ）参照）及び冷流液である液体酸素（Ｃ６）が流れる冷流液通路ｂ６通路（図２（ｄ）参照）に対して向流で流れるように配置されている。
　また、混合塔４００から管路４１、４５により引抜かれた温流液である缶出液（Ｗ４）及びサイドカット液（Ｗ５）が流れる温流液通路ａ４、ａ５（図２（ｂ）（ｃ）参照）は、冷流ガスである窒素ガス（Ｃ２）、中圧窒素ガス（Ｃ３）の流れる冷流ガス通路ｂ２、ｂ３（図２（ｅ）（ｆ）参照）及び冷流液である液体酸素（Ｃ６）が流れる冷流液通路ｂ６（図２（ｄ）参照）に対して十字流で流れるように配置されている。
　缶出液（Ｗ４）の通路（図２（ｂ）参照）は５つのパス、サイドカット液（Ｗ５）の通路（図２（ｃ）参照）は７つのパスから構成されている。
　管路４１により抜き出された混合塔４００の缶出液（Ｗ４）は、図２（ｂ）に示すように、通路の導入口（ｉｎ）に流入し、窒素ガス（Ｃ２）、中圧窒素ガス（Ｃ３）及び液体酸素（Ｃ６）に対して十字方向に流れ、つづく冷端側に配したパスを逆向きに流れ、計５つのパスを経て導出口（ｏｕｔ）から排出される。
　管路４５により抜き出された混合塔４００のサイドカット液（Ｗ５）は、図２（ｃ）に示すように、導入口（ｉｎ）から流入し、窒素ガス（Ｃ２）、中圧窒素ガス（Ｃ３）及び液体酸素（Ｃ６）に対して十字方向に流れ、つづく冷端側に配したパスを逆向きに流れ、計７つのパスを経て導出口（ｏｕｔ）から排出される。これら缶出液（Ｗ４）及びサイドカット液（Ｗ５）の導入口（ｉｎ）は、それぞれの導出口（ｏｕｔ）に対して温端側に設けられており、管路４１、４５により混合塔４００と接続されている。
　なお、本実施形態では、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、缶出液（Ｗ４）及びサイドカット液（Ｗ５）の通路は、それぞれ原料空気（Ｗ２、Ｗ３）の通路の下方に仕切られて配されているが、原料空気（Ｗ１）、製品酸素ガス（Ｃ１）の通路の下方に配してもよい。
　また、混合塔４００の塔頂に接続される液体酸素（Ｃ６）の導出口（ｏｕｔ）、混合塔４００のサイドカットに接続されるサイドカット液（Ｗ５）の導入口（ｉｎ）は、原料空気（Ｗ１、Ｗ２）の導出口（ｏｕｔ）の温端側に設けられている。これは、流体それぞれの温度を考慮して、熱交換の効率が高くなるように配置されたものである。このような配置は、一体化された熱交換器１１０であるが故に可能となるものであり、この意味で、熱交換器１１０は、従来例において別途設けられていた加熱器、補助熱交換器を主熱交換器に単純に並べて結合したものでない。もっとも、混合塔４００の圧力に応じて、冷端側に配してもよい。
　以上のように、熱交換器１１０が上記の機能を有することにより、従来例において別途設けられていた加熱器、補助熱交換器を設置しなくてもよく、さらには、これら機器を格納するためのコールドボックス空間を削減でき設備コストが低減できる。
［第２実施形態］
　図３は、第２実施形態に係る熱交換器１２０を用いた空気分離装置１２００を示したものであり、空気分離装置１２００は、高圧塔５００、低圧塔６００、混合塔４００および熱交換器１２０を備えている。なお、図３において、図１と同一部分には同一の符号を付してある。
　熱交換器１２０は、図１、図２に示した熱交換器１１０に対して、管路４３で導入される高圧塔５００の塔底からの酸素富化液体空気を含む液体（以下、単に「酸素富化液体空気」）を冷却するための通路、また管路５１で導入される主凝縮器３００からの液体窒素（Ｗ７）を冷却するための通路が加えられたものである。
　これら酸素富化液体空気（Ｗ６）及び液体窒素（Ｗ７）の冷却源は、低圧塔６００の塔頂から管路６０を経て熱交換器１２に導入される窒素ガス（Ｃ２）と、高圧塔５００の塔頂から管路３を経て熱交換器１２０に導入される中圧窒素ガス（Ｃ３）である。
　熱交換器１２０で冷却された酸素富化液体空気（Ｗ６）及び液体窒素（Ｗ７）は、それぞれ管路４４、５２で取り出され、減圧された後に低圧塔６００に供給される。
　このように熱交換器１２０により、従来の加熱器、補助熱交換器および第１実施形態において設置していた過冷器１９０を設置しなくてもよく、さらには、これら機器を格納するためのコールドボックス空間を削減でき設備コストが低減できる。
１１００、１２００　空気分離装置
８００　昇圧ポンプ
５００　高圧塔
６００　低圧塔
４００　混合塔
３００　主凝縮器
１９０　過冷器
１１０、１２０　熱交換器
９０　圧縮機
９１　精製器
９２、９３　再圧縮機
９４　膨張タービン
１、２、３、１１、１３、２１、２２、３１、３２、４１、４２、４３、４４、４５、５１、５２、５３、６０、６１、６２、６４、管路
Ａ１～Ａ３　温流体通路
Ｂ１～Ｂ３　冷流体通路
ａ１、ａ２、ａ３　温流ガス通路
ａ４、ａ５　温流液通路
ｂ１～ｂ３　冷流ガス通路
ｂ６　冷流液通路
Ｃ１　製品酸素ガス
Ｃ２　窒素ガス
Ｃ３　中圧窒素ガス
Ｃ６　液体酸素
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３　原料空気
Ｗ４　缶出液
Ｗ５　サイドカット液
Ｗ６　酸素富化液体空気
Ｗ７　液体窒素

Claims (3)

  1. 　低圧塔、高圧塔及び混合塔を有する空気分離装置において用いられる熱交換器であって、
    　プレートとフィンとから構成され、
    　少なくとも一部の原料空気である温流ガスと、前記混合塔から取り出される少なくとも１つの温流液とを、前記低圧塔から取り出される少なくとも１つの冷流ガスと、前記混合塔から取り出される冷流ガスとにより冷却するとともに、前記低圧塔から昇圧ポンプを介して取り出されて前記混合塔に供給される冷流液を加熱することを特徴とする熱交換器。
  2. 　前記高圧塔から取り出される少なくとも１つの温流液を冷却することを特徴する請求項１記載の熱交換器。
  3. 　前記冷流液が流れる冷流液通路と、前記冷流ガスが流れる冷流ガス通路と、前記温流液が流れる温流液通路と、温流ガスが流れる温流ガス通路とを備え、前記温流ガスが、前記冷流液と、前記冷流ガスとに対して向流で流れるように前記温流ガス通路は配されており、前記温流液が、前記冷流液と、前記冷流ガスとに対して十字流で流れるように前記温流液通路は配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
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EP3179186A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur gewinnung eines flüssigen und eines gasförmigen, sauerstoffreichen luftprodukts in einer luftzerlegungsanlage und luftzerlegungsanlage
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