JPH10202060A - 空気分離におけるアセチレン除去方法 - Google Patents

空気分離におけるアセチレン除去方法

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JPH10202060A
JPH10202060A JP10011985A JP1198598A JPH10202060A JP H10202060 A JPH10202060 A JP H10202060A JP 10011985 A JP10011985 A JP 10011985A JP 1198598 A JP1198598 A JP 1198598A JP H10202060 A JPH10202060 A JP H10202060A
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Nicole Schoedel
ニコレ・シェーデル
Eberhard Lassmann
エーベルハルト・ラスマン
Wilhelm Rohde
ウィルヘルム・ローデ
Peter Matthias Fritz
ペーター・マティーアス・フリッツ
Ulrike Wenning
ウルリケ・ヴェーニンク
Matthias Meilinger
マティーアス・マイリンガー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気分離設備において水や二酸化炭素の除去
に有利な切換式熱交換器を有効利用したうえで空気分離
設備の高温領域で分子篩および付加的な加熱または冷却
装置を用いることなくアセチレンをppb オーダーの残留
濃度にまで除去することのできる低圧損で設備投資及び
エネルギー消費コストの低いアセチレン除去方法を提供
する。 【解決手段】 空気を圧縮し、切換可能な熱交換器内で
冷却し、次いで蒸留塔内で分離する深冷空気分離におい
て、空気が熱交換器に流入する前にアセチレンを70〜13
0℃、好ましくは80〜110℃の温度で触媒により酸化す
る。酸化で生じた水と二酸化炭素は実質的に熱交換器内
で空気から除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気を圧縮し、少なく
とも１つの切換可能な熱交換器内で冷却し、次いで少な
くとも１つの蒸留塔内で深冷分離操作する際の空気から
アセチレンを除去するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より空気分離設備の稼働には、空気
から水蒸気と二酸化炭素を除去する目的で、流れの向き
を切換可能な熱交換器、例えば再生式熱交換器、即ちレ
ーフェクス(Revex) が使用されたり、或いは分子篩によ
る循環吸着装置が使用されたりしている。生成される酸
素と窒素の合計量が導入空気量の50％未満となるような
設備では、流れの向きを切換可能な熱交換器を利用する
ことにより、供給される高温空気と低温残留ガスとの間
の切換操作のたびに水蒸気や二酸化炭素等の障害成分が
熱交換器から排出除去できるという利点が得られる。
【０００３】しかしながらこのような設備における大き
な欠点は、炭化水素、特にアセチレンが空気から完全に
は除去されず、液体酸素中に蓄積されることである。ア
セチレンの濃度がその溶解限界を超えるとアセチレンが
結晶化し、きわめて引火し易い爆発性混合物を生じる。
それ故に、酸素への溶解性が低いことからアセチレン濃
度は１ppm を超えるべきではないとされている。
【０００４】このため、流れの向きを切換可能な熱交換
器を使用した設備では、低温で殆どのアセチレンを吸着
する循環吸着装置と組合せた、いわゆる気相吸着装置又
は圧力塔吸着装置が使用されている。これら吸着装置
は、特定の稼働時間の後に再生のための切換が必要であ
るので、対構成で配置されている。
【０００５】このような吸着装置の稼働コストはかなり
高く、この場合、吸着装置は分子篩の回復後に空気分離
設備の高温領域内、即ち熱交換器の前に取付けられる。
これらの分子篩はアセチレンを吸着するだけでなく、水
蒸気及び二酸化炭素もきわめて良好に吸着し、従って深
冷液化のために流れの向きを切換可能な熱交換器を使用
することはもはや必ずしも必要ではない。
【０００６】分子篩の吸着作用は温度に強く依存する。
このため、経済上の理由から分子篩は周囲温度に応じて
５℃〜25℃で稼働され、圧縮装置から送り出されてくる
分離すべき空気には予備冷却操作が一般に必要である。
分子篩で生じる圧損も不利に作用し、特に再生ガスの加
熱段階における設備のエネルギー消費を増加してしま
う。しかも分子篩は前記切換式の熱交換器を備えた設備
の吸着装置よりも本質的に大形であり、そのことから設
備投資コストも高くなることになる。
【０００７】深冷方式の空気分離設備における主な危険
要因は、酸素に溶解し難いアセチレンの存在である。一
方、同様に分子篩による吸着装置で不完全の限られた吸
着しか受けないプロパンやエチレン、或いは分子篩によ
る吸着装置では殆ど吸着できないメタンやエタン等、ア
セチレン以外の他の炭化水素は酸素に対する溶解性が良
好であり、これらの炭化水素が許容程度を超えて濃縮さ
れるような事態は、一般には主凝縮器、即ち主な濃縮箇
所から特定量の液化成分を導出し、次いでこれを蒸発さ
せることにより防止することが可能である。
【０００８】文献「深冷空気分離設備の安全設計と操
作」(Chem. Eng. Prog., Vol.11, No.52, PP.441〜447,
1956)には、空気分離設備内で空気がアセチレンによっ
て強く汚染（10〜30 ppm）されている領域でアセチレン
を触媒により除去することが提案されている。この場
合、圧縮装置の後段で高温の空気が特殊な触媒に通さ
れ、触媒内でアセチレン含量が１ppm 以下に低下され
る。但し、アセチレン濃度を数ppb までに強く低下させ
ることはできない。しかもこの触媒が確実に働くのは温
度が充分に高いときだけである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、分離されるべき空気からアセチレンを取り除くこと
ができ、上記の諸欠点を有していない、冒頭に述べた形
式の簡単で経済的な除去方法を提供することであり、具
体的には空気分離設備において水や二酸化炭素の除去に
有利な流れの向きを切換可能な熱交換器を有効利用した
うえで空気分離設備の高温領域で分子篩および付加的な
加熱または冷却装置を用いることなくアセチレンをppb
オーダーの残留濃度にまで除去することのできる低圧損
で設備投資及びエネルギー消費コストの低いアセチレン
除去方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、空気を圧縮し、流れの向きを切換可能な少なくと
も１つの切換式熱交換器内で冷却し、次いで少なくとも
１つの蒸留塔内で深冷分離操作するに際して、前記空気
が熱交換器に流入する前に、空気中のアセチレンを70〜
130 ℃、好ましくは80〜110 ℃の温度で触媒により酸化
し、この酸化によって生じた水と二酸化炭素を実質的に
前記熱交換器の内部で空気から除去することによって解
決される。
【００１１】本発明によれば、アセチレン除去部は水・
二酸化炭素除去部の前段に設けられる。アセチレンは未
だ空気が熱交換器に流入する以前に、即ち空気分離設備
の高温領域内で空気から実質的に除去され、またアセチ
レンの酸化で生じた水と二酸化炭素は切換式の熱交換
器、例えば再生式熱交換器、即ちレーフェクス、の内部
で空気から除去される。単数又は複数の熱交換器に流入
する以前に空気が付加的装置によって加熱されたり冷却
されたりすることがなく、従ってこの方法は簡単安価に
実現することができる。
【００１２】深冷空気分離設備において空気はまず多段
圧縮装置内で圧縮され、この場合、各圧縮段の後段で空
気の中間冷却が行われる。本発明によれば、アセチレン
は触媒による酸化によって空気から除去される。その際
に、アセチレン除去用の触媒に空気が70〜130 ℃、好ま
しくは80〜110 ℃の温度で供給される。これにより、触
媒は圧縮装置の最終圧縮段と再冷却器との間に配置する
ことができる。触媒による酸化の後のアセチレン濃度は
１ppb 未満である。アセチレンの除去された空気は引き
続き再冷却器を介して流れの向きを切換可能な熱交換器
内に送られ、その内部において水と二酸化炭素が外部へ
取り出される。
【００１３】有利には、担体上に支持された貴金属が触
媒として使用される。これによりアセチレンを高い効率
で空気から除去することができる。この場合、貴金属触
媒としては、例えばAl2O3 等の担体上に支持されたプラ
チナPtやパラジウムPd等が特に適していることが判明し
ている。
【００１４】また、触媒として特にMnO2、ホプカライ
ト、Co3O4、Fe2O3、NiO 等の金属酸化物又はこれら金属
酸化物の混合物を使用することも有利である。というの
も、分離される空気からのアセチレンの除去を圧縮装置
の最終圧縮段の出口側温度において良好に達成できるか
らである。
【００１５】本発明による方法は先行技術に比べて顕著
な利点を有する。例えば空気分離設備における高温領域
でのアセチレン除去は低温領域で行う場合よりも技術的
に簡単に実現することができる。この除去操作には空気
の付加的な加熱及び／又は冷却を必要とすることなく実
施でき、これにより、例えば付加的熱交換器を省くこと
ができる。そのことから、設備投資の点でもエネルギー
消費の点でも著しい節約をはかることができる。空気か
ら二酸化炭素及び水を除去する操作は切換可能な熱交換
器内で行われる。このため、アセチレン除去用に配置さ
れる触媒は比較的小さな寸法に設計可能である。本発明
による除去方法は、極めて大きな設備、そして酸素のみ
が分離される設備に特に適している。
【００１６】送入された空気を圧縮する際、圧縮熱によ
って空気が過度に加熱されることのないように注意しな
ければならない。さもないと、圧縮装置の有効仕事率が
過剰に上昇してしまうからである。この理由から、圧縮
は一般に多段で行われ、圧縮熱を排出する冷却器が段間
に設けられている。本発明により選択された70〜130℃
の温度範囲によって、触媒の前で空気を予熱することを
省くことができ、空気の圧縮は比較的低い温度で実行す
ることができる。これにより、従来法に比べて大幅なエ
ネルギーの節約が実現可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、略示図面に基づいて本発明
の好ましい実施形態を例示的に説明する。図１におい
て、分離されるべき空気はエアフィルタ１を介して空気
圧縮機２に供給される。この空気圧縮機２は多段式に構
成されており、各圧縮段の間で空気の中間的な冷却が行
われる。圧縮機２から出てくる空気はそれに続く再冷却
部の前で80℃〜110 ℃の温度である。アセチレン含量は
約10ppb 程度であり、場合によっては数ppm にまで達す
ることもある。空気はそれ以上加熱されることなく触媒
３内に直接的に送られ、そのなかでアセチレンが酸化さ
れる。この触媒としては、アルミナ(Al2O3) 担体上に被
膜形成されたパラジウム(Pd)を用いた。触媒による酸化
反応の後の空気中のアセチレン濃度は１ppb 未満であ
る。これにより、他にアセチレン除去装置を必要とする
ことなく分離設備内の液体酸素にアセチレンが危険な濃
度で濃縮されることが防止される。
【００１８】アセチレンが除去された空気は、触媒３の
後段で圧縮機２の通常の再冷却器４により冷却され、引
き続き一対の再生式熱交換器（レーフェクス）５、６に
供給される。流れの向きを切換可能なこれらの熱交換器
５、６内で空気は露点にまで冷却され、二酸化炭素と水
が空気から除去される。レーフェクス５、６に続く通常
の深冷空気分離設備の蒸留塔は圧力塔８と主凝縮器９と
低圧塔10とを備えており、この低圧塔によって周知の如
くに酸素が獲得される。空気分離設備の低温部全体はコ
ールドボックス外被11内に配置されている。
【００１９】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によるアセ
チレン除去方法では空気分離設備における高温領域でア
セチレン除去操作を行うので低温領域で行う場合よりも
技術的に簡単に実現でき、この除去操作には空気の付加
的な加熱及び／又は冷却を必要とすることがないので例
えば付加的な熱交換器を省くことができ、設備投資の点
でもエネルギー消費の点でも著しい節約をはかることが
可能である。
【００２０】また、空気から二酸化炭素及び水を除去す
る操作は切換可能な熱交換器内で行われるため、アセチ
レン除去用に配置される触媒は比較的小さな寸法に設計
可能である。
【００２１】更に、段間に冷却器を配した多段圧縮が一
般に行われる深冷空気分離において本発明により選択さ
れた70〜130 ℃の温度範囲でアセチレンの除去操作を行
うことにより、触媒の前で空気を予熱することを省くこ
とができ、空気の圧縮も比較的低い温度で実行すること
ができるので、従来法に比べて大幅なエネルギーの節約
が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って深冷空気分離設備の高温領域で
アセチレンを除去するための実施形態の一例を示す概略
系統図である。
【符号の説明】
１：エアフィルタ ２：多段圧縮装置 ３：触媒 ４：再冷却器 ５：再生式熱交換器（レーフェクス） ６：再生式熱交換器（レーフェクス） ８：圧力塔 ９：主凝縮器 10：低圧塔 11：コールドボックス外被
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エーベルハルト・ラスマン ドイツ連邦共和国 82049 プルラッハ、 レーメルシュトラーセ 21 (72)発明者 ウィルヘルム・ローデ ドイツ連邦共和国 81476 ミュンヘン、 フォルシュテンリーダー・アレー 20 (72)発明者 ペーター・マティーアス・フリッツ ドイツ連邦共和国 82008 ウンターハッ シンク、トゥルーデリンガー・シュトラー セ 21 (72)発明者 ウルリケ・ヴェーニンク ドイツ連邦共和国 85757 カールスフェ ルト、アーダルベルト・シュティフター・ シュトラーセ ６ (72)発明者 マティーアス・マイリンガー ドイツ連邦共和国 81369 ミュンヘン、 ヨハン・クランツェ・シュトラーセ 53

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気を圧縮し、少なくとも１つの切換可
    能な熱交換器内で冷却し、次いで少なくとも１つの蒸留
    塔内で深冷分離操作するに際し、前記熱交換器(5)に流
    入する以前に前記空気中のアセチレンを70〜130℃の温
    度で触媒により酸化すると共に、水と二酸化炭素を実質
    的に前記熱交換器(5) の内部で前記空気から除去するこ
    とを特徴とする空気分離におけるアセチレン除去方法。
  2. 【請求項２】 前記触媒(3) として担体上に支持された
    貴金属を使用することを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記触媒(3) として担体上に支持された
    パラジウムPd又はプラチナPtを使用することを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記触媒(3) として金属酸化物又は金属
    酸化物の混合物を使用することを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
JP10011985A 1997-01-10 1998-01-07 空気分離におけるアセチレン除去方法 Pending JPH10202060A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19700644A DE19700644A1 (de) 1997-01-10 1997-01-10 Entfernung von Acetylen bei der Luftzerlegung
DE19700644.2 1997-01-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10202060A true JPH10202060A (ja) 1998-08-04

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ID=7817115

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JP10011985A Pending JPH10202060A (ja) 1997-01-10 1998-01-07 空気分離におけるアセチレン除去方法

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EP (1) EP0852964A1 (ja)
JP (1) JPH10202060A (ja)
KR (1) KR19980070370A (ja)
AR (1) AR011356A1 (ja)
AU (1) AU728970B2 (ja)
BR (1) BR9800276A (ja)
CA (1) CA2226592A1 (ja)
DE (1) DE19700644A1 (ja)
NO (1) NO980101L (ja)
TW (1) TW357255B (ja)
ZA (1) ZA98156B (ja)

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