JPS6044587B2 - 全低圧式の空気分離方法およびその装置 - Google Patents

全低圧式の空気分離方法およびその装置

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JPS6044587B2
JPS6044587B2 JP2352478A JP2352478A JPS6044587B2 JP S6044587 B2 JPS6044587 B2 JP S6044587B2 JP 2352478 A JP2352478 A JP 2352478A JP 2352478 A JP2352478 A JP 2352478A JP S6044587 B2 JPS6044587 B2 JP S6044587B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気を液化して精留することによつ・て空
気中の窒素、酸素およびアルゴンを分離する全低圧空気
分離方法およびその装置に関するものである。
この種の従来の技術を第1図を参照して説明する。
空気分離装置は上塔3および下塔1とからなる複式精留
塔と、アルゴンを分離するための粗アルゴン塔5と、膨
張タービン7とから構成され、前記上塔3の塔底と下塔
1の塔頂との間に主凝縮器2を設置し、前記粗アルゴン
塔5の塔頂に凝縮器6を設置し、前記下塔1、上塔およ
び粗アルゴン塔5内に各々精留を行うための多数の棚段
(図示せず)を内蔵する。
次に、その作用について説明すると、圧縮機で圧縮され
、さらに熱交換器で冷却された原料空気の一部は配管1
01,102を通つて膨張タービン7に導かれ、その膨
張タービン7において冷却され、配管104を通つて上
塔3の中部に冷熱用として供給される。
一方、残りの原料空気は配管101,102を通つて下
塔1の塔底に供給されて塔内を上昇し、塔頂の主凝縮器
2で凝縮され還流液として流下し、棚段上で上昇ガスと
気液接触をなして精留される。その結果、塔頂には高純
度窒素の液およびガスが、また塔底には液体酸素が得ら
れる。下塔1塔頂の高純度液窒素は配管110および膨
張弁81を通つて上塔3の塔頂に供給される。不純液窒
素は高純度液窒素取出位置より下方の位置から配管11
8および膨張弁82を通つて上塔3の中部に供給される
。さらに、塔底の液体酸素は2分され、その一方は配管
105,106および膨張弁83を通つて上塔3の中部
に供給され、他方は配管105,107および膨張弁8
4を通つて粗アルゴン塔5の頂塔の凝縮器6に冷媒とし
て供給され、凝縮器6で熱交換を行いガス化して配管1
08を通つて上端3の中部に供給される。上塔3では、
頂塔に供給された高純度液窒素と、中部に供給された不
純液窒素と液体空気とが還流液として流下し、塔底の凝
縮器2で下塔1の高純度窒素ガスと熱交換し、窒素ガス
を凝縮.させると共に、自身は気化して上塔3の上昇ガ
スとなり、棚段上で気液接触をなして精留される。その
結果、塔底には高純度酸素が、また頂塔には高純度窒素
がそれぞれ得られ、これを取出して製品酸素および製品
窒素とする。さらに、上塔3の−中部からは窒素に富む
ガスが不純窒素として配管113を通つて取出され、そ
の冷熱が熱交換器において回収された後大気に放出され
る。そして、上塔3の下部を上昇するガスが配管111
を通つて粗アルゴン塔4の塔底に供給される。
粗アルゴン塔4に供給されたガスは塔内を上昇し、塔頂
の凝縮器6で冷媒の液体空気と熱交換し、液体空気をガ
ス化させると共に、自身は凝縮して還流液として流下し
、棚段上で気液接触をなして精留される。その結果、塔
頂には高濃度のアルゴンが得られ、これを配管116を
通つて取出し製品粗アルゴンとする。また、還流液は粗
アルゴン塔5の塔底から配管112を通つて上塔3の”
中部に戻される。しかしながら、前述の従来技術では、
アルゴンの回収率に限界がある。
この原因は膨張タービン7からの原料空気を供給する上
塔3の中部の供給棚段から上部の棚段におけるL/V値
(塔内での向流接触する液量とガス量の比)が小さいた
め、粗アルゴン塔5に導びくフィードガス中のアルゴン
濃度に限界が生じることが実機データの解析等から明ら
かにされた。すなわち、向流接触操作ではL/V値を大
きくすることが、直接精留分離効率を向上できることは
周知のことである。ところが、膨張タービン7では液滴
生成状態の流体を導入することは膨張タービン7のハー
ド面および寒冷発生効率の面から困難であり、膨張ター
ビン7の出口の温度が飽和温度に近くなるように調節し
て運転しているのが実情である。
このため、膨張タービン7の出口からの飽和温度のガス
流体は直接複式精留塔の上塔3の中部に供給されており
、従つてガス量が増えL/V値がある程度まで小さくな
り、精留分離効率の向上の支障となつていた。本発明は
、上記の点に鑑み、精留分離効率を向上することができ
る全低圧式の空気分離方法およびその装置を提供せんと
するものである。
本発明者は、膨張タービンを運転する場合液滴が生成す
ると効率が大巾に低下するため、出口温度が飽和温度近
くで運転しており、従つて膨張タービンからガスが供給
される複式精留塔の上塔の中部におけるL/V値が小さ
く、精留分離効率が低下するといつた従来技術に鑑み、
膨張タービンからのガスの複式精留塔上塔の中部への供
給量を調整することによりL/V値を大きくし、精留分
離効率を向上させることができ、一方プロセス内で不足
する寒冷量は膨張タービンの出口ガス流体を熱交換させ
て複式精留塔下塔に原料空気と共に供給することにより
補うことができる空気分離方法およびその装置を発明し
た。
以下、本発明の一具体例を第2図について説明する。図
中、第1図と同符号は同一のものを示す。
しかして、本発明は、圧縮機12および切換式熱交換器
11からの配管101を2つに分岐させ、一方の配管1
31を膨張タービン7の入口に接続し、他方の配管13
0を熱交換器9に接続して該熱交換器9から配管102
を複式精留塔下塔1に接続する。そして、膨張タービン
7の出口側の配管132を2つに分岐させ、一方の配管
133を調節弁10を介して複式精留塔上塔3の中部に
接続し、他方の配管134を調節弁10を介して複式精
留塔上塔3の上部からの配管113に接続し、該合流配
管135を前記熱交換器9に接続し、その熱交換器9の
出口から配管137を前記切換式熱交換器11に接続し
、その切換式熱交換器11の出口からの配管138を配
設する。次に、本発明の作用について説明する。圧縮機
12および切換式熱交換器11により圧縮、冷却された
原料空気は2分され、その一方は熱交換器9を通つて複
式精留塔下塔1の下部に供給される。
他方は配管131を通つて膨張タービン7に供給される
。そして、膨張タービン7出口からのガスの一部または
全部は調節弁10、配管134,135を通つて熱交換
器9に導かれ、さらに配管137を通つて切換式熱交換
器11に導かれ配管138から大気中に放出される。一
方、残つたガスは調節弁10、配管133を通つて複式
精留塔上塔3の中部に供給され、その供給量は製品酸素
および粗アルゴンの抜出量に応じて調節する。次に、本
発明と従来技術との精留分離効率を下記の第1表および
第2表て具体的に比較してみる。
3.,3一上記の第1表および第2表は原
料空気の供給量を93000Nd/hと一定とし、膨張
タービン7への供給量を原量空気量の12.9%と一定
とし、膨張タービン7から複式精留塔上塔3中部への供
給量を第1表ではO%(膨張タービン7への供給量に対
して)とし、第2表では50%とした。
上記の表から、複式精留塔上塔3の中部におけるL/V
値は従来技術ど比較して第1表の本発明のものは約1.
皓に、また第2表のものは約1.34倍に改善された。
この結果、従来技術のアルゴン回収量が424Nd/h
であるのに対して、第1表の本発明のものは507N7
7t′/hに、第2表のものは468Nd/hにと増加
することができる。また、製品酸素の場合第1表のもの
が14450Nイ/h、第2表のものが15040Nイ
/hとなり、膨張タービン7からの複式精留塔上塔3の
中部へのガス供給量を調節することにより製品酸素およ
び粗アルゴンの抜出量を調節することができフレキシブ
ルな運転を行うことができる。なお、上述の実施例にお
いて、膨張タービン7からの配管134の流体は不純窒
素ガスの配管113に限定するものではない。
また、熱交換器9と切換式熱交換器11とを集約したも
のであつても良い。
第3図は、従来技術と本発明による複式精留塔上塔3内
のアルゴン(,Ar′)、酸素(02)、窒素(N2)
の各成分のガス組成分布を示したグラフである。
実線は従来技術、破線は第1表の本発明のもの、一点鎖
線は第2表の本発明のものをそれぞれ表わす。
このグラフからも明らかなように、粗アルゴン塔5への
フィードガス中のアルゴン濃度は、従来が8.54%に
対して、第1表のものは11.38%に、第2表のもの
は9.63%に濃縮されていることが分る。以上のよう
に、本発明においては、膨張タービンからのガスの一部
または全部を熱交換器に導いて原料空気を冷却すると共
に、膨張タービンからのガスの複式精留塔上塔の中部へ
の供給量を製品酸素やアルゴンの叛抜出量に応とて調節
するようにしたものであるから、複式精留塔上塔の中部
におけるL/V値が大きくなり、従つて精留分離効率が
向上され、アルゴン回収率が向上される。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術のフローシート、第2図は本発明の一
具体例を示したフローシート、第3図は複式精留塔上塔
におけるガス組成分布を示したグラフである。 1・・・複式精留塔下塔、2・・・主凝縮器、3・・・
複式精留塔上塔、5・・・粗アルゴン塔、6・・・凝縮
器、7・・・膨張タービン、8・・・膨張弁、9・・・
熱交換器、10・・・調節弁、11・・・切換式熱交換
器、12・・・圧縮機。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 空気を圧縮冷却し、その原料空気の一部を複式精留
    塔の下塔に導き、残りを膨張タービンを介して複式精留
    塔の上塔に導き、前記複式精留塔の上塔中部から酸素と
    アルゴン混合ガスを粗アルゴン塔に導き、前記複式精留
    塔および粗アルゴン塔にてアルゴン、酸素、窒素とに分
    離するようにした全低圧式の空気分離方法において、前
    記膨張タービンの出口側の流体の一部あるいは全部を前
    記複式精留塔内にて発生した帰還低温ガスに合流させて
    熱交換に導き、該熱交換器にて複式精留塔に導く原料空
    気と熱交換させて原料空気を冷却すると共に、前記膨張
    タービン出口側の流体の複式精留塔上塔中部に供給する
    量を、粗アルゴン塔からの粗アルゴン抜出量、複式精留
    塔からの製品酸素ガス抜出量に応じて調整するようにし
    た全低圧式の空気分離方法。 2 空気を圧縮する圧縮機および冷却する熱交換器と、
    圧縮冷却された原料空気を精留してアルゴン、酸素、窒
    素とに分離する複式精留塔および粗アルゴン塔を備え、
    前記原料空気の一部を膨張タービンに通して複式精留塔
    上塔に導く配管を配設した全低圧式の空気分離装置にお
    いて、前記膨張タービン出口から複式精留塔上塔への配
    管と、複式精留塔から熱交換器への帰還低温ガス配管と
    の間に連通管を配設し、膨張タービン出口から熱交換器
    または複式精留塔への流体供給量を粗アルゴン塔の粗ア
    ルゴン抜出量、複式精留塔からの製品酸素ガスの抜出量
    に応じて調整できるように構成した全低圧式の空気分離
    装置。
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