JPH0114509B2

JPH0114509B2 -

Info

Publication number: JPH0114509B2
Application number: JP7079979A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Honda
Original assignee: Japan Oxygen Co Ltd
Current assignee: Japan Oxygen Co Ltd
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1979-06-06
Publication date: 1989-03-13
Also published as: JPS55162581A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、空気液化分離装置において操業変
動が生じた場合、製品酸素ガス純度を適確に制御
する方法に関するものである。

空気液化分離装置では操業変動等の原料空気の
導入量を変化する等の外乱により、導出する製品
酸素（酸素ガスまたは液化酸素）の純度が変化す
るおそれがある。このため、手動または自動によ
つて、外乱を補償して製品酸素の純度を可及的速
やかに所望する基準純度に保つよう制御する必要
がある。そしてその純度制御方法として一般に製
品酸素ガスの一部を分岐し、これを分析し酸素純
度を検出して該分析値にもとづいて製品酸素ガス
の導出量を増減して、空気液化分離装置内の酸素
純度を制御している。即ちこれを第１図にもとづ
いて説明する。

空気液化分離装置では、まず原料空気は予め圧
縮機１および交換器２でそれぞれ圧縮および冷却
され、さらに湿分および炭酸ガス等の不純物が除
去される。このような処置の施こされた原料空気
は管３を介して複式精溜塔Ａの中圧塔４の塔底に
導びかれ、この中圧塔４内を上昇ガスとして上昇
し、後述する低圧塔の塔底の凝縮器５の液化酸素
と熱交換して、この結果、凝縮されて還流液とな
る。この還流液の大部分は中圧塔４内を下降して
いき、この結果、この下降する還流液と前述の上
昇ガスとが各棚段６上で気液接触して精溜が行わ
れる。そして、中圧塔４の塔底には酸素濃度の高
い液化空気が蓄えられる。

中圧塔４の塔底の液化空気および前述の還流液
の一部は、管７及び８によつて低圧塔９の中央部
および塔頂にそれぞれ導かれ、この低圧塔９内の
各棚段１０で精溜されて下降して、該低圧塔９の
塔底の凝縮器５に液化酸素として貯えられる。そ
して凝縮器５内の液化酸素は、前述のとおり中圧
塔４の上昇ガスと熱交換して加熱され、その一部
が気化して低圧塔９内を上昇ガスとして上昇す
る。このため、この上昇ガスと前述の下降する液
化空気および還流液とが低圧塔９の各棚段１０上
で気液接触して精溜が行われる。そして、低圧塔
９の塔底の凝縮器５内に高純度の液化酸素が蓄え
られる。そして、凝縮器５の上方には取出口が形
成され、管１１、熱交換器２および弁１２を介し
て、製品酸素ガスが取り出せるようになつてい
る。

このような装置で低圧塔９より導出する製品酸
素の酸素純度の制御は、導出管１１を流れる製品
酸素ガスの純度を分析計１３で検出し、該検出値
により弁１２の開度を調節していた。即ち、前記
導出管１１を流れる製品酸素ガスの純度が基準値
以上より高い場合は弁１２をより以上開いて導出
ガス量を増加し、逆に前記酸素ガス純度が基準値
以下の場合は弁１２を絞り導出ガス量を減少して
純度回復を図る。

しかるに製品酸素ガスは前記した如く空気分離
装置の低圧塔９の底部の凝縮器５内の液化酸素を
気化させたものであり、従つて製品酸素ガスの純
度は凝縮器５の液化酸素の純度と気液平衝関係に
ある。そして凝縮器５内には多量の液化酸素が貯
えられており、それ故凝縮器５内に貯えられた液
化酸素と気液平衝関係にある酸素ガスの純度を分
析してその導出量を制御する場合、凝縮器５内の
液化酸素が大量であるためこれが緩衝作用とな
り、操業変動による凝縮器内の液化酸素の純度変
化は遅れ、従つて該ガスによる分析の純度変化の
検出が遅れ、これにより純度回復の対応操作に遅
れを来し、純度の回復安定に多くの時間を要する
不都合があつた。

そこで、従来ではこの純度回復を速めるため
に、製品酸素の純度の基準値に対する偏差に対応
して製品酸素導出量を過剰に変動させるようにし
ている。

たとえば、第２図（破線参照）において、時刻
t₀で製品酸素純度の基準値に対する偏差が＋△p₁
となつた時、これに基づいて純度回復を速めるた
め製品酸素ガスの量を大幅に増加させるよう弁１
２を操作する。そうすると、低圧塔９内の上昇ガ
スが減少し、精溜効果が低下し基準濃度より低い
純度の液化酸素が凝縮器に流下し、凝縮器５内の
純度の高い液化酸素に混合される。この結果、凝
縮器５内の液化酸素の純度を早期に（時刻t₁で）
基準値に回復することとなる。そして基準値への
回復は速い一方、更に基準値以下へ大巾に降下
し、時刻t₂で基準値に対する偏差が−△p₂とな
る。このため、導出管１１に備えた弁１２により
導出製品酸素ガス量を大巾に減少せしめる。この
結果低圧塔９での精溜が緩慢となり精溜効果が向
上し、凝縮器５内の液化酸素の純度も逐一上昇し
基準値へと回復する。

このように製品酸素ガスの純度の基準値に対す
る偏差に応じて純度回復を早急に達成するため弁
１２の操作量を過剰に変動させるとつぎのような
不都合が生じる。

(1) 製品酸素の純度の変動巾が大きく不安定とな
る。

たとえば、第２図において、時刻t₀で前述の
ように製品酸素ガス量を大幅に増加させると、
時刻t₁で製品酸素の純度が基準値となる。他
方、分析計１３の指示値は第２図に実線で示す
ように、時刻t₁以降も基準値を大幅に下まわ
り、このため時刻t₁の後で製品酸素純度が基準
値を下まわつていき、なかなか基準値に安定さ
せることが困難である。また、逆の場合には、
製品酸素純度が基準値を上まわつて、その純度
を安定させることが困難である。そして、その
純度の変動巾が極めて大きい。

(2) 製品酸素の収率が悪くなる製品酸素の純度の基準値に対する偏差に対応
して過剰に製品酸素ガス量を変動させているた
め、製品酸素ガスの発生量が不安定になる。ま
た、前述の(1)のとおり製品酸素の純度が不安定
になる。したがつて、製品酸素の収率が悪化す
る。

かかる不都合に鑑み発明者は、これら製品酸素
ガスの純度に対応して弁１２の開度を調節して製
品酸素ガス導出量を制御した場合、低圧塔９の第
１段の棚段の酸素純度の変動を検討確認したとこ
ろ、第２図における実線の如き変化を示し、次の
ことが判明した。

(イ) 製品酸素ガス導出管１１よりの導出量を弁１
２により変動した場合製品ガス純度（第２図点
線）変化よりその応答速度が速いこと。

(ロ) 又変動巾が大きく感度が敏感であること。

この発明は、このような事情を考慮してなされ
たもので、製品酸素の純度および製造量を安定化
し、また、この安定化によつて製品酸素の収率を
向上させることのできる、空気液化分離装置にお
ける酸素純度制御方法を提供することを目的とし
ている。

そしてこの発明は、前記目的を達成するため
に、前記知見にもとづいてなされたもので、その
特徴は、低圧塔の下部より１〜10段の棚段、好ま
しくは下部より１〜５段の棚段に分析口を設け、
この分析口から前記棚段の気体または液体を所定
の分析計に導びき、この分析計の指示値に基づい
て製品酸素ガス量を調節し、これにより製品酸素
の純度を制御するようにしたものである。

以下、この発明の一実施例について説明する。

即ち前記第１図において、低圧塔９の複数個の
棚段１０のうち製品酸素ガスを導出する凝縮器５
に至近場所に位置する棚段即ち、下部より一段目
を下限として、中圧塔４より低圧塔９へ導入され
る還流液の供給棚段を上限とし、かつ前記還流液
の導入によつて状態の撹拌による変動が生じない
適宜な棚段１００に分析用導管１０１を設け、該
棚段１００の液化酸素あるいは気体酸素の酸素純
度を分析計１０２で分析し、この分析値により製
品酸素ガスが導出管１１より導出される量を弁１
２により調節することにより低圧塔９内の酸素純
度を制御するものである。そして前記分析用導管
１０１を設ける棚段１００は前記条件を満すもの
として下部より１〜10段、好ましくは１〜５段が
適切である。そして該棚段１００の液化酸素又は
気化酸素の純度は装置の負荷状態に関わらず安定
していることが判明した。

以上の本発明方法により制御した場合について
製品酸素ガスの変動について第３図に図示する。
なお制御すべき酸素ガス純度の棚段１００を下部
より２段目とした。そしてその酸素純度の分析値
の基準値に対する変動を実線ａで図示し、これに
伴つて導出管１１より導出される製品酸素ガスの
酸素純度の基準値に対する変動を点線ｂで図示し
た。

即ちたとえば需要の変動に応じて第１図におけ
る圧縮機１より管３を介して供給する原料空気を
減じた場合、この外乱により低圧塔９の各棚段１
０の精溜状態が変化し、低圧塔９の酸素純度を制
御すべき下部より２段目の棚段１００の酸素純度
が低下し、ついには基準値より−△p′₁の偏差と
なる。そこで運転者は、分析計１０２の値から偏
差−△p′がマイナスとなつたことを察知し、弁１
２を操作して偏差△p′がゼロとなるように製品酸
素ガス量を減少させる。ところで、下部より２段
の棚段１００の酸素の純度は、凝縮器５の緩衝作
用の影響を受けるものでないから、製品酸素ガス
量を減少させると比較的速い応答速度で基準値に
近づいていく。したがつて、偏差△p′に対して過
剰に製品酸素ガス量を減少させる必要がない。そ
して一方下部より２段目の棚段１００の酸素純度
が△p₂′と基準値に対してプラスの偏差が生じた
場合、これを分析計１０２の指示で認め、弁１２
を操作して導出管１１より導出増加させる。この
ようにして得られる導出管１１よりの製品酸素ガ
スの酸素純度の基準値に対する変動は点線ｂで示
されるごとく、基準値との偏差が極めて微少で、
安定した状態に保持して製品酸素ガスを採取する
ことが可能となる。しかもこの制御は極めて状態
の変動を敏感に顕示する棚段の酸素純度を制御し
たので、導出する製品酸素ガス量を過剰に変動せ
しめることなく速やかに制御し得るので、精溜状
態を常に安定した状態に保ち、製品酸素ガスの発
生量も又安定する。したがつて製品酸素の収率が
向上する。

なお上記説明では分析計１０２の指示にもとづ
いて運転者が弁１２を操作するようにしたが、こ
れらを自動制御で行うように構成してもよいこと
は勿論であり、これにより、より一層本発明方法
の効果が発揮される。

以上、一実施例について説明したように、この
発明によれば、低圧塔の下部より１〜10段の適宜
な棚段に分析口を設け、この分析口から前記棚段
の気体または液体を所定の分析計に導びき、この
分析計の指示値に基づいて製品酸素ガス量を調節
し、これにより製品酸素の純度を制御している。
したがつて、精溜の状態を直接に把握でき、製品
酸素ガス量を大幅に変動させることなしに製品酸
素の純度を安定させることができる。他方、製品
酸素ガス量を大幅に変動させる必要がないから、
製品酸素ガスの発生量も安定させることができ、
このため、製品酸素の収率を向上させることがで
きる。

また、前記所定の棚段を、精溜状態をより広
く、より単的に察知できる下部段たとえば１〜５
段目程度とすれば、一層上記効果を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空気液化分離装置を説明
する系統略図、第２図は従来の制御方法による酸
素純度の変動を説明するグラフ、第３図は本発明
方法の制御方法による酸素純度の変動を説明する
グラフ。Ａ……複式精溜塔、４……中圧塔、５……凝縮
器、６，１０……棚段、９……低圧塔、１１……
製品酸素導出管、１２……弁、１３……分析計、
１００……酸素純度を分析すべき棚段、１０１…
…分析用導出管、１０２……分析計。

Claims

【特許請求の範囲】

１空気液化分離装置の製品酸素ガス純度を、導
出する製品酸素ガスの流量を調節することによつ
て制御する方法において、低圧精溜塔の下部より
１〜10段の間に位置する適宜の棚段の気体または
液体の酸素純度を分析して該分析値にもとづいて
前記製品酸素ガスの導出流量を調節することによ
り製品酸素ガス純度を制御したことを特徴とする
空気液化分離装置における酸素純度制御方法。