JP3513667B2 - 空気液化分離方法及び装置 - Google Patents
空気液化分離方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気液化分離方法及び
装置に関し、詳しくは、圧縮，精製，冷却した原料空気
を精留塔に導入して液化精留分離を行い、製品として酸
素ガス，窒素ガス，液化酸素，液化窒素，アルゴン等を
製造する空気液化分離方法及び装置に関する。
装置に関し、詳しくは、圧縮，精製，冷却した原料空気
を精留塔に導入して液化精留分離を行い、製品として酸
素ガス，窒素ガス，液化酸素，液化窒素，アルゴン等を
製造する空気液化分離方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６及び図７は、製品として酸素ガスを
採取する従来の空気液化分離装置の概略を示す系統図で
ある。図６において、圧縮機１で圧縮された原料空気
は、冷却器２で冷却された後、該原料空気中の水分や二
酸化炭素を、モレキュラーシーブス等の吸着剤に吸着さ
せて除去精製する吸着精製設備３に導入され、次いで主
熱交換器４で戻りガスと熱交換を行い、略液化温度まで
冷却されて管５から複精留塔の下部塔６の下部に導入さ
れる。
採取する従来の空気液化分離装置の概略を示す系統図で
ある。図６において、圧縮機１で圧縮された原料空気
は、冷却器２で冷却された後、該原料空気中の水分や二
酸化炭素を、モレキュラーシーブス等の吸着剤に吸着さ
せて除去精製する吸着精製設備３に導入され、次いで主
熱交換器４で戻りガスと熱交換を行い、略液化温度まで
冷却されて管５から複精留塔の下部塔６の下部に導入さ
れる。
【０００３】上記下部塔６に導入された原料空気は、該
下部塔６における精留操作により塔頂部に窒素ガスが分
離し、塔底部に酸素富化液化空気が分離する。この酸素
富化液化空気は、塔底部の管７に導出され、膨張弁８を
介して上部塔９の中段上部に導入される。
下部塔６における精留操作により塔頂部に窒素ガスが分
離し、塔底部に酸素富化液化空気が分離する。この酸素
富化液化空気は、塔底部の管７に導出され、膨張弁８を
介して上部塔９の中段上部に導入される。
【０００４】一方、下部塔頂部の窒素ガスは、管１０に
導出されて主凝縮蒸発器１１に導入され、後述の液化酸
素と熱交換を行い、液化して液化窒素となり、管１２に
導出される。管１２の液化窒素の一部は、管１３，膨張
弁１４を経て上部塔９の頂部に導入され、残部は管１５
により下部塔頂部に導入される。
導出されて主凝縮蒸発器１１に導入され、後述の液化酸
素と熱交換を行い、液化して液化窒素となり、管１２に
導出される。管１２の液化窒素の一部は、管１３，膨張
弁１４を経て上部塔９の頂部に導入され、残部は管１５
により下部塔頂部に導入される。
【０００５】また、上部塔９においては、精留操作によ
り塔底部に液化酸素が分離するとともに、塔頂部に窒素
ガスが分離する。この窒素ガスは、管１６に導出され、
主熱交換器４で前記原料空気と熱交換を行い、昇温して
導出される。
り塔底部に液化酸素が分離するとともに、塔頂部に窒素
ガスが分離する。この窒素ガスは、管１６に導出され、
主熱交換器４で前記原料空気と熱交換を行い、昇温して
導出される。
【０００６】上記上部塔底部の液化酸素は、管１７によ
り前記主凝縮蒸発器１１に導入され、前記下部塔頂部か
ら導出された窒素ガスと熱交換を行い、気化して酸素ガ
スとなり、管１９により上部塔下部に導入され、酸素ガ
スの一部は管１８から主熱交換器４を経て製品として導
出される。また、液化酸素の一部は、管２０から導出さ
れる。
り前記主凝縮蒸発器１１に導入され、前記下部塔頂部か
ら導出された窒素ガスと熱交換を行い、気化して酸素ガ
スとなり、管１９により上部塔下部に導入され、酸素ガ
スの一部は管１８から主熱交換器４を経て製品として導
出される。また、液化酸素の一部は、管２０から導出さ
れる。
【０００７】さらに、系全体に必要な寒冷を補給するた
めに、前記管５又は管１０の経路に膨張タービン（図示
せず）を設置して、断熱膨張により寒冷を発生させる。
めに、前記管５又は管１０の経路に膨張タービン（図示
せず）を設置して、断熱膨張により寒冷を発生させる。
【０００８】このようにして酸素を分離採取する空気液
化分離装置において、原料空気中に含まれるメタン，エ
タン，プロパン等の炭化水素等、高酸素雰囲気中で爆発
する危険性のある物質で、前記通常の吸着精製設備３や
従来の可逆式熱交換器で十分に除去することが困難な危
険物質は、原料空気と共に精留塔に導入された後、その
ほとんどが前記上部塔底部の液化酸素中に濃縮されてし
まう。
化分離装置において、原料空気中に含まれるメタン，エ
タン，プロパン等の炭化水素等、高酸素雰囲気中で爆発
する危険性のある物質で、前記通常の吸着精製設備３や
従来の可逆式熱交換器で十分に除去することが困難な危
険物質は、原料空気と共に精留塔に導入された後、その
ほとんどが前記上部塔底部の液化酸素中に濃縮されてし
まう。
【０００９】なお、上記吸着精製設備３では、炭素数４
以上の炭化水素及びアセチレンは略完全に除去できる
が、メタン，エタン，プロパンは、現状では完全除去が
困難である。また、可逆式熱交換器では、該熱交換器冷
端温度における蒸気圧分量の炭化水素は原料空気と共に
精留塔に導入される。
以上の炭化水素及びアセチレンは略完全に除去できる
が、メタン，エタン，プロパンは、現状では完全除去が
困難である。また、可逆式熱交換器では、該熱交換器冷
端温度における蒸気圧分量の炭化水素は原料空気と共に
精留塔に導入される。
【００１０】このため、従来の装置では、上記危険物質
が前記主凝縮蒸発器１１の壁面に析出しないように、常
に壁面を液化酸素で洗う必要があり、図６に示す外設方
式、あるいは図７に示す内設方式のいずれの主凝縮蒸発
器１１，１１′の場合でも、上部塔９の底部に多量の液
化酸素を溜めてサブマージェンスＳを大きくすることで
熱交換器ブロック（コア）内の酸素流量（循環倍率）を
大きくするようにしていた。
が前記主凝縮蒸発器１１の壁面に析出しないように、常
に壁面を液化酸素で洗う必要があり、図６に示す外設方
式、あるいは図７に示す内設方式のいずれの主凝縮蒸発
器１１，１１′の場合でも、上部塔９の底部に多量の液
化酸素を溜めてサブマージェンスＳを大きくすることで
熱交換器ブロック（コア）内の酸素流量（循環倍率）を
大きくするようにしていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように主凝縮蒸発器におけるサブマージェンス、即ち液
化酸素の液高さを大きくすると、液ヘッドの影響で主凝
縮蒸発器下部の液化酸素の温度が上昇するので、液化酸
素と窒素ガスとの平均温度差を大きくするために、窒素
ガスの圧力、即ち下部塔圧力を上げると、該下部塔に導
入する原料空気の圧力、即ち圧縮機の吐出圧力を高めな
ければならず運転コストが上昇するという問題があっ
た。
ように主凝縮蒸発器におけるサブマージェンス、即ち液
化酸素の液高さを大きくすると、液ヘッドの影響で主凝
縮蒸発器下部の液化酸素の温度が上昇するので、液化酸
素と窒素ガスとの平均温度差を大きくするために、窒素
ガスの圧力、即ち下部塔圧力を上げると、該下部塔に導
入する原料空気の圧力、即ち圧縮機の吐出圧力を高めな
ければならず運転コストが上昇するという問題があっ
た。
【００１２】ところで、上述の炭化水素類は、一般に沸
点が高いので、前述のように、精留操作により上部塔底
部の液化酸素中に濃縮されるが、該炭化水素の量が、主
凝縮蒸発器における酸素の蒸発温度でのそれぞれの炭化
水素の蒸気圧以下の量である場合には、主凝縮蒸発器に
導入される炭化水素が蓄積されることなく、酸素の蒸発
と同時に蒸発して酸素ガス中に同伴され、製品酸素ガス
の不純物成分として導出されるため、サブマージェンス
を大きくして主凝縮蒸発器の壁面を液化酸素で洗う必要
がなくなる。
点が高いので、前述のように、精留操作により上部塔底
部の液化酸素中に濃縮されるが、該炭化水素の量が、主
凝縮蒸発器における酸素の蒸発温度でのそれぞれの炭化
水素の蒸気圧以下の量である場合には、主凝縮蒸発器に
導入される炭化水素が蓄積されることなく、酸素の蒸発
と同時に蒸発して酸素ガス中に同伴され、製品酸素ガス
の不純物成分として導出されるため、サブマージェンス
を大きくして主凝縮蒸発器の壁面を液化酸素で洗う必要
がなくなる。
【００１３】そこで本発明は、主凝縮蒸発器における前
記メタン，エタン，プロパン等の炭化水素のような危険
物質の量を、酸素の蒸発温度でのそれぞれの炭化水素の
蒸気圧以下とすることにより、上記従来技術の欠点を解
消し、運転コストの低減を図ることができる空気液化分
離方法及び装置を提供することを目的としている。
記メタン，エタン，プロパン等の炭化水素のような危険
物質の量を、酸素の蒸発温度でのそれぞれの炭化水素の
蒸気圧以下とすることにより、上記従来技術の欠点を解
消し、運転コストの低減を図ることができる空気液化分
離方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の空気液化分離方法は、圧縮，精製，冷却
した原料空気を、下部塔，上部塔，主凝縮蒸発器を備え
た複精留塔に導入して液化精留分離を行う空気液化分離
方法において、前記上部塔を上昇する酸素ガス中の炭化
水素を該上部塔を下降する液化酸素で洗浄除去する洗浄
部を上部塔下部に設け、該洗浄部の上部から抜出した前
記液化酸素の大部分を前記主凝縮蒸発器に供給し、該主
凝縮蒸発器で前記下部塔頂部に分離する窒素ガスと熱交
換させて前記液化酸素を気化させ、気化した前記酸素ガ
スを前記洗浄部の下部に導入し、該酸素ガス中の炭化水
素を前記液化酸素の残部で洗浄除去し、炭化水素が溶け
込んだ液化酸素を前記上部塔底部から導出することを特
徴としている。
ため、本発明の空気液化分離方法は、圧縮，精製，冷却
した原料空気を、下部塔，上部塔，主凝縮蒸発器を備え
た複精留塔に導入して液化精留分離を行う空気液化分離
方法において、前記上部塔を上昇する酸素ガス中の炭化
水素を該上部塔を下降する液化酸素で洗浄除去する洗浄
部を上部塔下部に設け、該洗浄部の上部から抜出した前
記液化酸素の大部分を前記主凝縮蒸発器に供給し、該主
凝縮蒸発器で前記下部塔頂部に分離する窒素ガスと熱交
換させて前記液化酸素を気化させ、気化した前記酸素ガ
スを前記洗浄部の下部に導入し、該酸素ガス中の炭化水
素を前記液化酸素の残部で洗浄除去し、炭化水素が溶け
込んだ液化酸素を前記上部塔底部から導出することを特
徴としている。
【００１５】また、本発明の空気液化分離装置は、圧縮
設備，精製設備，冷却設備を備えた原料空気供給系統を
経た原料空気を、下部塔，上部塔，主凝縮蒸発器を備え
た複精留塔に導入して液化精留分離する空気液化分離装
置において、前記上部塔を上昇する酸素ガス中の炭化水
素を該上部塔を下降する液化酸素で洗浄除去する洗浄部
を上部塔下部に設け、該洗浄部の上部と前記主凝縮蒸発
器との間に、該洗浄部の上部から抜出した前記液化酸素
の大部分を前記主凝縮蒸発器に供給する液化酸素供給管
を設け、前記洗浄部の下部と前記主凝縮蒸発器との間
に、該主凝縮蒸発器で前記下部塔頂部に分離する窒素ガ
スと熱交換して気化した前記酸素ガスを前記上部塔に導
入する酸素ガス導入管を設けるとともに、該酸素ガス中
の炭化水素を洗浄除去することにより、炭化水素が溶け
込んだ液化酸素を前記上部塔底部から導出する液化酸素
導出管を設けたことを特徴としている。
設備，精製設備，冷却設備を備えた原料空気供給系統を
経た原料空気を、下部塔，上部塔，主凝縮蒸発器を備え
た複精留塔に導入して液化精留分離する空気液化分離装
置において、前記上部塔を上昇する酸素ガス中の炭化水
素を該上部塔を下降する液化酸素で洗浄除去する洗浄部
を上部塔下部に設け、該洗浄部の上部と前記主凝縮蒸発
器との間に、該洗浄部の上部から抜出した前記液化酸素
の大部分を前記主凝縮蒸発器に供給する液化酸素供給管
を設け、前記洗浄部の下部と前記主凝縮蒸発器との間
に、該主凝縮蒸発器で前記下部塔頂部に分離する窒素ガ
スと熱交換して気化した前記酸素ガスを前記上部塔に導
入する酸素ガス導入管を設けるとともに、該酸素ガス中
の炭化水素を洗浄除去することにより、炭化水素が溶け
込んだ液化酸素を前記上部塔底部から導出する液化酸素
導出管を設けたことを特徴としている。
【００１６】さらに本発明の空気液化分離方法は、洗浄
部の上部から抜出した液化酸素の大部分は、前記上部塔
を下降する液化酸素の約８０％であること、前記上部塔
底部から導出した前記液化酸素を、前記主凝縮蒸発器と
は別に設置した副凝縮蒸発器に導入して気化させること
により酸素ガスを得ること、前記主凝縮蒸発器における
前記液化酸素の液高さを、該主凝縮蒸発器の熱交換器ブ
ロックの高さの５０％以下に設定することを特徴を特徴
としている。また本発明の空気液化分離方法は、前記主
凝縮蒸発器は、前記下部塔及び上部塔とは別に設置され
ていること、前記上部塔底部から導出した前記液化酸素
を気化して酸素ガスを得る副凝縮蒸発器を備えているこ
と、前記液化酸素供給管は、液化酸素供給量を調節する
流量調節弁を備えていること、前記洗浄部は、目皿板又
は充填材で構成すること、前記主凝縮蒸発器は、容器内
の上部塔から抜き出した液化酸素中に窒素ガス流路を設
けた熱交換器を浸漬する形式であることを特徴としてい
る。
部の上部から抜出した液化酸素の大部分は、前記上部塔
を下降する液化酸素の約８０％であること、前記上部塔
底部から導出した前記液化酸素を、前記主凝縮蒸発器と
は別に設置した副凝縮蒸発器に導入して気化させること
により酸素ガスを得ること、前記主凝縮蒸発器における
前記液化酸素の液高さを、該主凝縮蒸発器の熱交換器ブ
ロックの高さの５０％以下に設定することを特徴を特徴
としている。また本発明の空気液化分離方法は、前記主
凝縮蒸発器は、前記下部塔及び上部塔とは別に設置され
ていること、前記上部塔底部から導出した前記液化酸素
を気化して酸素ガスを得る副凝縮蒸発器を備えているこ
と、前記液化酸素供給管は、液化酸素供給量を調節する
流量調節弁を備えていること、前記洗浄部は、目皿板又
は充填材で構成すること、前記主凝縮蒸発器は、容器内
の上部塔から抜き出した液化酸素中に窒素ガス流路を設
けた熱交換器を浸漬する形式であることを特徴としてい
る。
【００１７】
【作 用】上記構成によれば、主凝縮蒸発器の液化酸素
中に炭化水素類が危険濃度以上に濃縮することがないた
め、主凝縮蒸発器におけるサブマージェンスを小さくし
て液深の影響を最小に抑えることができ、熱交換効率が
向上して圧縮機の動力削減が図れる。
中に炭化水素類が危険濃度以上に濃縮することがないた
め、主凝縮蒸発器におけるサブマージェンスを小さくし
て液深の影響を最小に抑えることができ、熱交換効率が
向上して圧縮機の動力削減が図れる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を、図に示す実施例に基づい
て、さらに詳細に説明する。まず、図１は、本発明の第
１実施例を示すもので、前記図６に示した空気液化分離
装置と略同様の構成を備えた実施例を示すものである。
なお、前記従来装置と同一要素のものには同一符号を付
して、その詳細な説明は省略する。
て、さらに詳細に説明する。まず、図１は、本発明の第
１実施例を示すもので、前記図６に示した空気液化分離
装置と略同様の構成を備えた実施例を示すものである。
なお、前記従来装置と同一要素のものには同一符号を付
して、その詳細な説明は省略する。
【００１９】本実施例装置は、上部塔２１の下部に、目
皿板又は充填材で構成された洗浄部２２を設け、該洗浄
部２２の上部に該上部塔２１から液化酸素を抜出して主
凝縮蒸発器２３の下部に供給する液化酸素供給管２４
を、該洗浄部２２の下部に前記主凝縮蒸発器２３で気化
した酸素ガスを上部塔２１に導入する酸素ガス導入管２
５を、それぞれ設けるとともに、上部塔２１の底部に液
化酸素を導出する液化酸素導出管２６を設けた構成を備
えている。
皿板又は充填材で構成された洗浄部２２を設け、該洗浄
部２２の上部に該上部塔２１から液化酸素を抜出して主
凝縮蒸発器２３の下部に供給する液化酸素供給管２４
を、該洗浄部２２の下部に前記主凝縮蒸発器２３で気化
した酸素ガスを上部塔２１に導入する酸素ガス導入管２
５を、それぞれ設けるとともに、上部塔２１の底部に液
化酸素を導出する液化酸素導出管２６を設けた構成を備
えている。
【００２０】圧縮機１で５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ圧縮された原
料空気、例えば１００００Ｎｍ3 ／ｈは、前記同様に、
冷却器２を経て吸着精製設備３で精製され、主熱交換器
４で冷却された後、複精留塔の下部塔６に導入され、該
下部塔６及び前記上部塔２１で精留される。この原料空
気中には、大気条件により異なるが、一般的な大気条件
下で、前記吸着精製設備３の出口において、メタン約２
ｐｐｍ，エタン約０．０２ｐｐｍ，プロパン約０．０２
ｐｐｍが含まれている。
料空気、例えば１００００Ｎｍ3 ／ｈは、前記同様に、
冷却器２を経て吸着精製設備３で精製され、主熱交換器
４で冷却された後、複精留塔の下部塔６に導入され、該
下部塔６及び前記上部塔２１で精留される。この原料空
気中には、大気条件により異なるが、一般的な大気条件
下で、前記吸着精製設備３の出口において、メタン約２
ｐｐｍ，エタン約０．０２ｐｐｍ，プロパン約０．０２
ｐｐｍが含まれている。
【００２１】前記上部塔２１の精留段２１ａの下端部か
らは、精留分離された液化酸素が流下し、その大部分、
例えば約８０％が前記液化酸素供給管２４から流量調節
弁２７によりその量を調節されて抜出され、前記主凝縮
蒸発器２３に上昇流として供給される。主凝縮蒸発器２
３に供給された液化酸素は、前記下部塔６の頂部から管
１０に導出された窒素ガスと熱交換を行い、全量が気化
して酸素ガスとなり、前記酸素ガス導入管２５を通って
前記上部塔２１の底部に導入される。このとき、前記液
化酸素中に混在している微量のメタン，エタン，プロパ
ン等は、それぞれ液化酸素と同時に完全に気化して前記
酸素ガスと共に酸素ガス導入管２５から上部塔２１に戻
される。なお、この酸素ガスの一部を管２８に分岐し、
前記主熱交換器４を経て導出することもできる。
らは、精留分離された液化酸素が流下し、その大部分、
例えば約８０％が前記液化酸素供給管２４から流量調節
弁２７によりその量を調節されて抜出され、前記主凝縮
蒸発器２３に上昇流として供給される。主凝縮蒸発器２
３に供給された液化酸素は、前記下部塔６の頂部から管
１０に導出された窒素ガスと熱交換を行い、全量が気化
して酸素ガスとなり、前記酸素ガス導入管２５を通って
前記上部塔２１の底部に導入される。このとき、前記液
化酸素中に混在している微量のメタン，エタン，プロパ
ン等は、それぞれ液化酸素と同時に完全に気化して前記
酸素ガスと共に酸素ガス導入管２５から上部塔２１に戻
される。なお、この酸素ガスの一部を管２８に分岐し、
前記主熱交換器４を経て導出することもできる。
【００２２】また、前記主凝縮蒸発器２３において、導
入される液化酸素は、全量気化させることが望ましい
が、一部を液のままの状態で前記酸素ガス導入管２５か
ら帰還させてもよい。この場合、未気化液の量は、洗浄
部２２を流下する液との合計で２０％を上限とする。
入される液化酸素は、全量気化させることが望ましい
が、一部を液のままの状態で前記酸素ガス導入管２５か
ら帰還させてもよい。この場合、未気化液の量は、洗浄
部２２を流下する液との合計で２０％を上限とする。
【００２３】そして、前記上部塔２１の洗浄部２２で
は、前記精留段２１ａから流下した液化酸素の約２０％
と、前記酸素ガス導入管２５から導入された酸素ガスと
が接触し、該酸素ガス中に含まれている前記メタン等の
炭化水素類が液化酸素中に溶け込んで上部塔底部に流下
する。この上部塔底部からは、液化酸素２０００Ｎｍ3
／ｈが管２６に導出され、そのまま液化酸素として、あ
るいは適宜な蒸発手段で気化して酸素ガスとして採取さ
れる。
は、前記精留段２１ａから流下した液化酸素の約２０％
と、前記酸素ガス導入管２５から導入された酸素ガスと
が接触し、該酸素ガス中に含まれている前記メタン等の
炭化水素類が液化酸素中に溶け込んで上部塔底部に流下
する。この上部塔底部からは、液化酸素２０００Ｎｍ3
／ｈが管２６に導出され、そのまま液化酸素として、あ
るいは適宜な蒸発手段で気化して酸素ガスとして採取さ
れる。
【００２４】このように、上部塔２１の下部に洗浄部２
２を設け、該洗浄部２２の上部から液化酸素を抜出して
前記主凝縮蒸発器２３に供給するとともに、該主凝縮蒸
発器２３で気化した酸素ガスを前記洗浄部２２の下部に
導入するように構成したことにより、上昇する酸素ガス
中に含まれる炭化水素類を下降する液化酸素中に取込ん
で酸素ガス中から除去することができ、上部塔２１の精
留段２１ａにおける炭化水素類の量、すなわち、主凝縮
蒸発器２３に供給される液化酸素中の炭化水素類の濃度
を前述の吸着精製設備３の出口濃度に保つことができ
る。
２を設け、該洗浄部２２の上部から液化酸素を抜出して
前記主凝縮蒸発器２３に供給するとともに、該主凝縮蒸
発器２３で気化した酸素ガスを前記洗浄部２２の下部に
導入するように構成したことにより、上昇する酸素ガス
中に含まれる炭化水素類を下降する液化酸素中に取込ん
で酸素ガス中から除去することができ、上部塔２１の精
留段２１ａにおける炭化水素類の量、すなわち、主凝縮
蒸発器２３に供給される液化酸素中の炭化水素類の濃度
を前述の吸着精製設備３の出口濃度に保つことができ
る。
【００２５】したがって、主凝縮蒸発器２３内で液化酸
素が気化するのと同時に炭化水素類も全量が気化するた
め、主凝縮蒸発器２３内に炭化水素類が蓄積することが
なくなるので、サブマージェンスを大きくして主凝縮蒸
発器２３の壁面を液化酸素で洗う必要がなくなる。これ
により、主凝縮蒸発器２３のサブマージェンスを小さく
設定することが可能となり、主凝縮蒸発器２３の酸素通
路のコア出口で液化酸素が完全に気化するドライ方式で
運転でき、液化酸素の液面を主凝縮蒸発器２３の下部ま
で下げることが可能になる。
素が気化するのと同時に炭化水素類も全量が気化するた
め、主凝縮蒸発器２３内に炭化水素類が蓄積することが
なくなるので、サブマージェンスを大きくして主凝縮蒸
発器２３の壁面を液化酸素で洗う必要がなくなる。これ
により、主凝縮蒸発器２３のサブマージェンスを小さく
設定することが可能となり、主凝縮蒸発器２３の酸素通
路のコア出口で液化酸素が完全に気化するドライ方式で
運転でき、液化酸素の液面を主凝縮蒸発器２３の下部ま
で下げることが可能になる。
【００２６】すなわち、主凝縮蒸発器２３における液化
酸素の液面を、主凝縮蒸発器コアの全高に対して５０％
以下に設定することができ、例えば、従来、コア全高が
約２０００ｍｍの場合、サブマージェンスが２０００ｍ
ｍ程度必要だったものを０〜２００ｍｍ程度にすること
が可能になる。また、主凝縮蒸発器として、例えば直管
式等を採用した場合でも、同様に単に液面を下げた状態
で運転することができる。
酸素の液面を、主凝縮蒸発器コアの全高に対して５０％
以下に設定することができ、例えば、従来、コア全高が
約２０００ｍｍの場合、サブマージェンスが２０００ｍ
ｍ程度必要だったものを０〜２００ｍｍ程度にすること
が可能になる。また、主凝縮蒸発器として、例えば直管
式等を採用した場合でも、同様に単に液面を下げた状態
で運転することができる。
【００２７】このように、主凝縮蒸発器２３のサブマー
ジェンスを小さく設定することにより、該主凝縮蒸発器
２３における液化酸素の液深による温度上昇を小さくす
ることができ、これにより、液化酸素と熱交換する下部
塔頂部の窒素ガスの圧力、すなわち、原料空気圧縮圧を
下げることができ、電力原単位を低減することができ
る。
ジェンスを小さく設定することにより、該主凝縮蒸発器
２３における液化酸素の液深による温度上昇を小さくす
ることができ、これにより、液化酸素と熱交換する下部
塔頂部の窒素ガスの圧力、すなわち、原料空気圧縮圧を
下げることができ、電力原単位を低減することができ
る。
【００２８】図２は、本発明の第２実施例を示すもの
で、前記第１実施例に示した空気液化分離装置における
液化酸素導出管２６の下流に、膨張弁３１を介して副凝
縮蒸発器３２を設置し、該副凝縮蒸発器３２で下部塔頂
部から管３３により導出された窒素ガスを熱源として液
化酸素を気化し、酸素ガスを得るように構成したもので
ある。なお、前記第１実施例装置と同一要素のものには
同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
で、前記第１実施例に示した空気液化分離装置における
液化酸素導出管２６の下流に、膨張弁３１を介して副凝
縮蒸発器３２を設置し、該副凝縮蒸発器３２で下部塔頂
部から管３３により導出された窒素ガスを熱源として液
化酸素を気化し、酸素ガスを得るように構成したもので
ある。なお、前記第１実施例装置と同一要素のものには
同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２９】前記上部塔２１の底部から液化酸素導出管
２６に導出された液化酸素２０００Ｎｍ3 ／ｈは、膨張
弁３１で減圧して副凝縮蒸発器３２に導入され、前記管
３３から導入される窒素ガスと熱交換を行い、１９８０
Ｎｍ3 ／ｈが気化して酸素ガスとなり、管３４から前記
主熱交換器４を経て導出される。残りの液化酸素２０Ｎ
ｍ3 ／ｈは、該液化酸素中に濃縮した炭化水素とともに
管３５から抜出される。
２６に導出された液化酸素２０００Ｎｍ3 ／ｈは、膨張
弁３１で減圧して副凝縮蒸発器３２に導入され、前記管
３３から導入される窒素ガスと熱交換を行い、１９８０
Ｎｍ3 ／ｈが気化して酸素ガスとなり、管３４から前記
主熱交換器４を経て導出される。残りの液化酸素２０Ｎ
ｍ3 ／ｈは、該液化酸素中に濃縮した炭化水素とともに
管３５から抜出される。
【００３０】一方、前記管３３から副凝縮蒸発器３２に
導入された窒素ガスは、前記液化酸素と熱交換を行い液
化して液化窒素となり、管３６に導出され、前記管１２
からの液化窒素と合流する。
導入された窒素ガスは、前記液化酸素と熱交換を行い液
化して液化窒素となり、管３６に導出され、前記管１２
からの液化窒素と合流する。
【００３１】このとき、副凝縮蒸発器３２に導入される
液化酸素中には前記炭化水素類が濃縮されているため、
副凝縮蒸発器３２の壁面を液化酸素で洗う必要があり、
サブマージェンスを大きくする必要があるが、液化酸素
を前記膨張弁３１で減圧して副凝縮蒸発器３２に導入す
ることにより、コア下部の液化酸素と下部塔頂部の窒素
ガスとの温度差を確保することができるので、従来より
低い圧力の窒素ガスで十分に液化酸素を気化させること
ができ、原料空気圧縮圧を高める必要がない。
液化酸素中には前記炭化水素類が濃縮されているため、
副凝縮蒸発器３２の壁面を液化酸素で洗う必要があり、
サブマージェンスを大きくする必要があるが、液化酸素
を前記膨張弁３１で減圧して副凝縮蒸発器３２に導入す
ることにより、コア下部の液化酸素と下部塔頂部の窒素
ガスとの温度差を確保することができるので、従来より
低い圧力の窒素ガスで十分に液化酸素を気化させること
ができ、原料空気圧縮圧を高める必要がない。
【００３２】さらに、このように副凝縮蒸発器３２を設
けて酸素ガスを得るように構成することにより、液化酸
素を気化させるための熱源を任意に選定することが可能
となり、例えば、下部塔下部に導入する原料空気の一部
や、他のライン，他の設備からのガスを利用することも
可能になる。なお、液化酸素の液面圧力は、熱源となる
ガスの組成や圧力に応じて熱交換に適切な圧力に設定す
ればよく、減圧を必要としない場合は、前記膨張弁３１
を省略でき、下部塔底部に副凝縮蒸発器３２を設置する
ことも可能となる。
けて酸素ガスを得るように構成することにより、液化酸
素を気化させるための熱源を任意に選定することが可能
となり、例えば、下部塔下部に導入する原料空気の一部
や、他のライン，他の設備からのガスを利用することも
可能になる。なお、液化酸素の液面圧力は、熱源となる
ガスの組成や圧力に応じて熱交換に適切な圧力に設定す
ればよく、減圧を必要としない場合は、前記膨張弁３１
を省略でき、下部塔底部に副凝縮蒸発器３２を設置する
ことも可能となる。
【００３３】図３乃至図５は主凝縮蒸発器部分の酸素の
流れの他の実施例を示すものである。図３に示すもの
は、上部塔４１の精留段４１ａの下部に液化酸素溜４２
を設けて精留分離した液化酸素の全量を液化酸素供給管
４３に導出し、その一部、例えば２０％を流量調節弁４
４を有する管４５に分岐して洗浄部４６の上部に導入す
るように構成している。また、主凝縮蒸発器４７で気化
した液化酸素は、管４８から前記洗浄部４６の下部に導
入し、該洗浄部４６で液化酸素により洗浄した後、管４
９から前記精留段４１ａの下部に導入するようにしてい
る。
流れの他の実施例を示すものである。図３に示すもの
は、上部塔４１の精留段４１ａの下部に液化酸素溜４２
を設けて精留分離した液化酸素の全量を液化酸素供給管
４３に導出し、その一部、例えば２０％を流量調節弁４
４を有する管４５に分岐して洗浄部４６の上部に導入す
るように構成している。また、主凝縮蒸発器４７で気化
した液化酸素は、管４８から前記洗浄部４６の下部に導
入し、該洗浄部４６で液化酸素により洗浄した後、管４
９から前記精留段４１ａの下部に導入するようにしてい
る。
【００３４】図４に示すものは、液化酸素供給管５１の
途中に流量調節弁５２を介して気液分離器５３を接続
し、該気液分離器５３底部の液化酸素を管５４により主
凝縮蒸発器５５に供給し、主凝縮蒸発器５５で気化した
液化酸素は、管５６から前記気液分離器５３の上部に導
入し、頂部から管５７を経て上部塔５８の下部に設けた
洗浄部５９の下部に導入するようにしている。
途中に流量調節弁５２を介して気液分離器５３を接続
し、該気液分離器５３底部の液化酸素を管５４により主
凝縮蒸発器５５に供給し、主凝縮蒸発器５５で気化した
液化酸素は、管５６から前記気液分離器５３の上部に導
入し、頂部から管５７を経て上部塔５８の下部に設けた
洗浄部５９の下部に導入するようにしている。
【００３５】図５に示すものは、主凝縮蒸発器６１を、
容器６２内の液化酸素中に窒素ガス流路を設けた熱交換
器６３を浸漬する形式としたものであり、上部塔６４の
洗浄部６５の上部から抜き出された液化酸素は、管６
６，弁６７を経て容器６２内に供給され、該容器６２内
で気化した酸素ガスは、容器頂部の管６８から洗浄部６
５の下部に導入される。
容器６２内の液化酸素中に窒素ガス流路を設けた熱交換
器６３を浸漬する形式としたものであり、上部塔６４の
洗浄部６５の上部から抜き出された液化酸素は、管６
６，弁６７を経て容器６２内に供給され、該容器６２内
で気化した酸素ガスは、容器頂部の管６８から洗浄部６
５の下部に導入される。
【００３６】表１乃至表３は、前記第２実施例に示した
装置と、前記図６に示した従来例装置とを比較したもの
で、表１は運転条件及び液化酸素中の炭化水素濃度を示
すもの、表２は主凝縮蒸発器の操作条件等を示すもの、
表３は副凝縮蒸発器の操作条件等を示すものである。
装置と、前記図６に示した従来例装置とを比較したもの
で、表１は運転条件及び液化酸素中の炭化水素濃度を示
すもの、表２は主凝縮蒸発器の操作条件等を示すもの、
表３は副凝縮蒸発器の操作条件等を示すものである。
【００３７】なお、主凝縮蒸発器におけるサブマージェ
ンスは、実施例装置では０ｍｍ、従来例装置では２００
０ｍｍとし、液面圧力は両者とも０．６ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ
とした。また、圧縮機から下部塔頂部までの圧力損失は
４０００ｍｍＡｑとした。
ンスは、実施例装置では０ｍｍ、従来例装置では２００
０ｍｍとし、液面圧力は両者とも０．６ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ
とした。また、圧縮機から下部塔頂部までの圧力損失は
４０００ｍｍＡｑとした。
【００３８】
【表１】
【表２】
【表３】
【００３９】表１に示すように、本実施例装置の場合
は、主凝縮蒸発器の液化酸素中の炭化水素濃度が、実施
例条件における各炭化水素の蒸気圧での濃度、メタン１
１体積％、エタン１８体積ｐｐｍ，プロパン０．０７体
積ｐｐｍ以下になるため、熱交換器壁面を液化酸素で洗
う必要がなくなり、サブマージェンスを小さくすること
が可能となる。
は、主凝縮蒸発器の液化酸素中の炭化水素濃度が、実施
例条件における各炭化水素の蒸気圧での濃度、メタン１
１体積％、エタン１８体積ｐｐｍ，プロパン０．０７体
積ｐｐｍ以下になるため、熱交換器壁面を液化酸素で洗
う必要がなくなり、サブマージェンスを小さくすること
が可能となる。
【００４０】そして、表２に示すように、本実施例装置
の場合は、主凝縮蒸発器のサブマージェンスを小さくし
て主凝縮蒸発器コア下部の液化酸素の温度上昇を小さく
できるので、平均温度差を小さくしても、コア下部にお
ける液化酸素と窒素ガスとの温度差を十分にとることが
でき、窒素ガスの温度を従来よりも低くすることができ
る。これにより、下部塔頂部の窒素ガス圧力を下げるこ
とができるので、圧縮機の原料空気吐出圧力を下げるこ
とが可能となり、圧縮機の動力費を削減することができ
る。
の場合は、主凝縮蒸発器のサブマージェンスを小さくし
て主凝縮蒸発器コア下部の液化酸素の温度上昇を小さく
できるので、平均温度差を小さくしても、コア下部にお
ける液化酸素と窒素ガスとの温度差を十分にとることが
でき、窒素ガスの温度を従来よりも低くすることができ
る。これにより、下部塔頂部の窒素ガス圧力を下げるこ
とができるので、圧縮機の原料空気吐出圧力を下げるこ
とが可能となり、圧縮機の動力費を削減することができ
る。
【００４１】また、表３に示すように、液化酸素を減圧
して副凝縮器に導入しているので、サブマージェンスが
大きくなってコア下部での液化酸素の温度上昇を生じて
も、上記条件の窒素ガスをそのまま用いて十分な温度差
を得ることができるので、熱交換効率が損なわれること
がない。
して副凝縮器に導入しているので、サブマージェンスが
大きくなってコア下部での液化酸素の温度上昇を生じて
も、上記条件の窒素ガスをそのまま用いて十分な温度差
を得ることができるので、熱交換効率が損なわれること
がない。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
主凝縮蒸発器部分の液化酸素中に炭化水素が危険濃度以
上に濃縮することを防止できるので、主凝縮蒸発器の壁
面を液化酸素で洗う必要がなくなり、主凝縮蒸発器にお
けるサブマージェンスを小さくして液深の影響を最小に
抑えることができ、熱交換効率を向上させて窒素ガス圧
力を低くすることが可能となり、原料空気を昇圧する圧
縮機の動力削減による運転コストの低減が図れる。ま
た、洗浄部は、目皿板又は充填材で構成することによ
り、容易に形成することができる。
主凝縮蒸発器部分の液化酸素中に炭化水素が危険濃度以
上に濃縮することを防止できるので、主凝縮蒸発器の壁
面を液化酸素で洗う必要がなくなり、主凝縮蒸発器にお
けるサブマージェンスを小さくして液深の影響を最小に
抑えることができ、熱交換効率を向上させて窒素ガス圧
力を低くすることが可能となり、原料空気を昇圧する圧
縮機の動力削減による運転コストの低減が図れる。ま
た、洗浄部は、目皿板又は充填材で構成することによ
り、容易に形成することができる。
【図１】 本発明の第１実施例を示す空気液化分離装置
の系統図である。
の系統図である。
【図２】 本発明の第２実施例を示す空気液化分離装置
の系統図である。
の系統図である。
【図３】 主凝縮蒸発器部分の酸素の流れの他の実施例
を示す系統図である。
を示す系統図である。
【図４】 同じくさらに他の実施例を示す系統図であ
る。
る。
【図５】 同じくさらに他の実施例を示す要部系統図で
ある。
ある。
【図６】 従来の空気液化分離装置の一例を示す系統図
である。
である。
【図７】 主凝縮蒸発器の他の例を示す要部系統図であ
る。
る。
１…圧縮機、２…冷却器、３…吸着精製設備、４…主熱
交換器、６…下部塔、２１…上部塔、２１ａ…精留段、
２２…洗浄部、２３…主凝縮蒸発器、２４…液化酸素供
給管、２５…酸素ガス導入管、２６…液化酸素導出管、
２７…流量調節弁、３１…膨張弁、３２…副凝縮蒸発器
交換器、６…下部塔、２１…上部塔、２１ａ…精留段、
２２…洗浄部、２３…主凝縮蒸発器、２４…液化酸素供
給管、２５…酸素ガス導入管、２６…液化酸素導出管、
２７…流量調節弁、３１…膨張弁、３２…副凝縮蒸発器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F25J 1/00 - 5/00
Claims (10)
- 【請求項１】 圧縮，精製，冷却した原料空気を、下部
塔，上部塔，主凝縮蒸発器を備えた複精留塔に導入して
液化精留分離を行う空気液化分離方法において、前記上
部塔を上昇する酸素ガス中の炭化水素を該上部塔を下降
する液化酸素で洗浄除去する洗浄部を上部塔下部に設
け、該洗浄部の上部から抜出した前記液化酸素の大部分
を前記主凝縮蒸発器に供給し、該主凝縮蒸発器で前記下
部塔頂部に分離する窒素ガスと熱交換させて前記液化酸
素を気化させ、気化した前記酸素ガスを前記洗浄部の下
部に導入し、該酸素ガス中の炭化水素を前記液化酸素の
残部で洗浄除去し、炭化水素が溶け込んだ液化酸素を前
記上部塔底部から導出することを特徴とする空気液化分
離方法。 - 【請求項２】 洗浄部の上部から抜出した液化酸素の大
部分は、前記上部塔を下降する液化酸素の約８０％であ
ることを特徴とする請求項１記載の空気液化分離方法。 - 【請求項３】 前記上部塔底部から導出した前記液化酸
素を、前記主凝縮蒸発器とは別に設置した副凝縮蒸発器
に導入して気化させることにより酸素ガスを得ることを
特徴とする請求項１又は２記載の空気液化分離方法。 - 【請求項４】 前記主凝縮蒸発器における前記液化酸素
の液高さを、該主凝縮蒸発器の熱交換器ブロックの高さ
の５０％以下に設定することを特徴とする請求項１乃至
３のいずれか１項記載の空気液化分離方法。 - 【請求項５】 圧縮設備，精製設備，冷却設備を備えた
原料空気供給系統を経た原料空気を、下部塔，上部塔，
主凝縮蒸発器を備えた複精留塔に導入して液化精留分離
する空気液化分離装置において、前記上部塔を上昇する
酸素ガス中の炭化水素を該上部塔を下降する液化酸素で
洗浄除去する洗浄部を上部塔下部に設け、該洗浄部の上
部と前記主凝縮蒸発器との間に、該洗浄部の上部から抜
出した前記液化酸素の大部分を前記主凝縮蒸発器に供給
する液化酸素供給管を設け、前記洗浄部の下部と前記主
凝縮蒸発器との間に、該主凝縮蒸発器で前記下部塔頂部
に分離する窒素ガスと熱交換して気化した前記酸素ガス
を前記上部塔に導入する酸素ガス導入管を設けるととも
に、該酸素ガス中の炭化水素を洗浄除去することによ
り、炭化水素が溶け込んだ液化酸素を前記上部塔底部か
ら導出する液化酸素導出管を設けたことを特徴とする空
気液化分離装置。 - 【請求項６】 前記主凝縮蒸発器は、前記下部塔及び上
部塔とは別に設置されていることを特徴とする請求項５
記載の空気液化分離装置。 - 【請求項７】 前記上部塔底部から導出した前記液化酸
素を気化して酸素ガスを得る副凝縮蒸発器を備えている
ことを特徴とする請求項５又は６記載の空気液化分離装
置。 - 【請求項８】 前記液化酸素供給管は、液化酸素供給量
を調節する流量調節弁を備えていることを特徴とする請
求項５乃至７のいずれか１項記載の空気液化分離装置。 - 【請求項９】 前記洗浄部は、目皿板又は充填材で構成
することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項記
載の空気液化分離装置。 - 【請求項１０】 前記主凝縮蒸発器は、容器内の上部塔
から抜き出した液化酸素中に窒素ガス流路を設けた熱交
換器を浸漬する形式であることを特徴とする請求項５乃
至９のいずれか１項記載の空気液化分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11872594A JP3513667B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 空気液化分離方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11872594A JP3513667B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 空気液化分離方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07324858A JPH07324858A (ja) | 1995-12-12 |
| JP3513667B2 true JP3513667B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=14743542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11872594A Expired - Fee Related JP3513667B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 空気液化分離方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3513667B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09217982A (ja) * | 1996-02-09 | 1997-08-19 | Nippon Sanso Kk | 空気液化分離装置及び空気液化分離方法 |
| EP1736237A4 (en) | 2004-03-30 | 2009-05-06 | Taiyo Nippon Sanso Corp | PRE-TREATMENT OF A CLEANING AGENT FOR AIR CLEANING DEVICE AND HYDROCARBON ABSORPTION AGENT FOR USE THEREIN AND PROCESS FOR PRE-TREATMENT OF ROLE AIR |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP11872594A patent/JP3513667B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07324858A (ja) | 1995-12-12 |
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