JPH01167567A - 空気液化分離装置 - Google Patents

空気液化分離装置

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JPH01167567A
JPH01167567A JP32455187A JP32455187A JPH01167567A JP H01167567 A JPH01167567 A JP H01167567A JP 32455187 A JP32455187 A JP 32455187A JP 32455187 A JP32455187 A JP 32455187A JP H01167567 A JPH01167567 A JP H01167567A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気液化分離装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第４図は、雫精留塔を用いて窒素を採取する従来の空気
液化分離装置であって、単精留塔１の上部には、凝縮器
２が一体的に設けられている。この凝縮器２は、塔底部
の液化空気ＬＡを膨張弁３で膨張させて低温とし、塔頂
部の窒素ガスＧＮを液化するためのものであって、凝縮
器２で液化しだ液化窒素ＬＮは、自重で単′Ｍ留塔１の
頂部に流下して主精留塔１の還流液となる。
原料空気へは、熱交換器４で冷ＩＪＩされて主精留塔１
の下部に導入され、重粘留塔１の上部から流下する還流
液と接触して精留され、塔頂部の窒素ガスＧＮと塔底部
の酸素富化の液化空気ＬＡとに分ｌ１１１する。この液
化空気ＬＡは、膨張弁３を紅で凝縮器２に導入され、蒸
発気化して排ガスＷとなり、凝縮器２の上部から導出さ
れる。排ガスＷは、熱交換器４で昇温した侵に膨張ター
ビン５に導入され、寒冷を発生し、再び熱交換器４に導
入されて原料空気への冷ｆＪ］源となる。
一方単精留塔１頂部の窒素ガスＧＮは、塔頂部から導出
され、一部が熱交換器４で原料空気Ａと熱交換を行い、
温度回復して製品窒素ガスＰＧＮとして採取される。残
部の窒素ガスＧＮは、凝縮器２の窒素室に導入され、前
記液化空気り八により冷却されて凝縮液化し、液化窒素
ＬＮとなる。
この液化窒素［Ｎは、一部が製品液化窒素ＰＬＮとして
採取され、残部が主精留塔１の頂部に自重で流下し、還
流液となる。
そして前記単結留塔１．凝縮器２．熱交換器４等の低温
機器は、第５図に示ずように、外槽６内に収納されてお
り、外部と断熱されている。
次に第６図は、複精留塔を用いて窒素及び酸素を採取す
る空気液化分離装置であって、複精留塔１０の上部塔１
１と下部塔１２との間に凝縮器１３が配設されている。
原料空気Δは、熱交換器１４で液化点付近まで冷却され
て下部塔１２の下部に導入され、下部塔１２頂部の窒素
ガスＧＮと塔底部の酸素富化の液化空気ＬＡとに分離す
る。また原料空気Ａの一部は、熱交換器１４の中間部か
ら膨張タービン１５に導入され、膨張して低温となり、
上部塔１１の中段に導入される。
前記下部塔１２底部の液化空気ＬＡは、過冷器１６と膨
張弁１７を経て上部塔１１の中段に導入され、前記膨張
タービン１５を経て上部塔１１に導入された原料空気Ａ
と共に、さらに精留されて塔頂部の１３＠度窒素ガスＨ
ＧＮと塔底部の液化酸素ＬＯとなる。この液化酸素ＬＯ
は、凝縮ム１３で蒸発気化して酸素ガスＧＯとなり、一
部が上部塔１１の下部から導出され、熱交換器１４で温
度回復して製品酸素ガスＰＧＯとして採取され、残部の
酸素ガスＧｏが上部塔１１の上昇ガスとなる。
また液化酸素Ｌ○の一部は、液状のまま導出され、過冷
器１６を経て製品液化酸素ＰＬＯとして採取される。
一方下部塔１２頂部の窒素ガスＧＮは、凝縮器１３の窒
素室に導入されて前記液化酸素ＬＯにより冷却され、凝
縮液化して液化窒素ＬＮとなる。
この液化窒素ＬＮは、一部が還流液として下部塔１２の
頂部に導入され、残部が過冷器１６を経た後に分岐して
一部が製品液化窒素ＰＬＮとして採取され、残部が膨張
弁１８を経て−Ｌ部塔１１頂部に導入され、上部塔１１
の還流液となる。
上部塔１１頂部の高純度窒素ガス）（ＧＮは、過冷器１
６．熱交換器１４を経て製品窒素ガスＰＧＮとして採取
されており、また上部塔１１の中段からは、低純度窒素
ガスＷＧＮが導出され、過冷器１６．熱交換器１４を経
て吸着器（図示せず）の再生等に用いられている。
この複精留塔１０を用いたものち、前記主精留塔のもの
と同様に外部と断熱された外槽内に収納されている（図
示せず）。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述のものでは、凝縮器２．１３で液化
した液化窒素ＬＮをその自重（液ヘツド）で主精留塔１
（複精留塔１０の場合は下部塔１２）の頂部に導入し、
還流液としているため、凝縮器２．１３を主精留塔１（
下部塔１２）より上方に設置する必要があった。
そのため外槽６内に収納される他のｖｓ志に比べて主精
留塔１（複精留塔１０）部分の高さが高くなり、外槽６
内の熱交換器上方にデッドスペース７が生じていた（第
５図）。
そこで、本発明は、外槽内のスペースを有効に利用でき
るとともに、動力原単位を低減できる空気波化分！！１
装首を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 上記した目的を達成するために本発明は、圧縮。
精製、冷却されて精留塔の下部に導入される原料空気と
、凝縮器で液化されて前記精留塔の上部から流下する還
流液とを接触させて精留分離する空気液化分離装置にお
いて、前記凝縮器を精留塔の側方に配置するとともに、
該凝縮器で液化した液化ガスを精留塔の還流液とするた
めに精留塔の上部に揚液するサーモサイホン熱交換器を
設けたものであって、該サーモサイホン熱交換器の温流
体を前記原料空気、あるいは精留塔より導出後に昇温さ
れた製品窒素、低純度窒素または排ガス等としたことを
特徴とする。
〔作　用〕
従って、従来≠ラドスペースとなっていた部分に凝縮器
を配設できるので外槽内のスペースを有効に利用でき、
外槽を小さく形成できて熱損失を減少させるとともに、
原料空気等を温流体としたサーモサイホン熱交換器によ
り揚液するので液化ガス用ポンプ等の動力を必要とせず
、動力費が増すこともない。また外槽を同一容積とした
場合には、精留塔を高く、即ち精留段数を多くとれるの
で従来の空気液化分離装置に比べて分離効率を向上させ
ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図に基づいて説
明する。尚、前記従来例と同一要素のものには、同一符
号を付して詳細な説明を省略する。
まず第１図は、主精留塔を用いた空気液化分離装置であ
って、前記第４図に示した空気液化分離装置に対応する
ものである。
この空気液化分離装置２０は、凝縮器２１を単量留塔２
２の側方で熱交換器４の上方の位置に配設するとともに
、該凝縮器２１と主精留塔２２との囚にサーモサイホン
熱交換器２３を配設している。
上記凝縮器２１は、前記従来例と同様に、車積留塔２２
底部の液化空気ＬＡと主精留塔２２頂部の窒素ガスＧＮ
を導入して液化空気ＬＡを蒸発させるとともに窒素ガス
ＧＮを凝縮させるもので、凝縮器２１の上部からは蒸発
した液化空気ＬＡが排ガスＷとして導出され、下部から
は液化窒素ＬＮが導出されている。
また前記サーモサイホン熱交換器２３は、前記凝縮器２
１で凝縮した液化窒素ＬＮを単粒留塔２２の頂部に還流
液として導入するためのもので、原料空気Ａの一部を温
流体として液化窒素ＬＮの一部を蒸発させ、蒸発時に生
じる気泡の上昇力により液化窒素ＬＮを揚液している。
さらに前記凝縮器２１の下部には、サーモサイホン熱交
換器２３に導入する液化窒素ＬＮの液ヘツドを得るため
の液溜め２４が設けられている。
以下気液の流れに従って本装置を説明する。
熱交換器４で冷却された原料空気Ａは、熱交換器４を出
た侵に分岐し、一部が導管２５によりサーモサイホン熱
交換器２３に上方から導入され、前記液化窒素ＬＮの一
部を蒸発させるとともに、自身は僅かに冷ｒＪＩされて
液化率が高まり、導管２６により導出されて単粒留塔２
２の下部に導入される。このサーモサイホン熱交換器２
３に導入する原料空気への聞は、単粒留塔２２の導入部
に設けられた弁２７により調節されている。
そして、単粒留塔２２の下部に導入された原料空気Ａは
、重積留塔２２内を流下する還流液と接触して精留分離
され、塔頂部の窒素ガスＧＮと塔底部の酸素富化の液化
空気ＬＡになる。この液化空気ＬＡは、膨張弁３を経て
凝縮器２１に導入され、蒸発気化して排ガスＷとなり、
凝縮器２の上部から導出される。排ガスＷは、熱交換器
４で昇温した後に膨張タービン５に導入されて寒冷を発
生し、再び熱交換器４に導入されて原料空気Ａの冷却源
となった俊に排出される。
一方単精留塔２２の塔頂部から導出された窒素ガスＧＮ
の一部は、熱交換器４に導入されて温度回復し、製品窒
素ガスＰＧＮとして採取される。
残部の窒素ガスＧＮは、凝縮器２１の窒素室に導入され
て前記液化空気ＬＡにより冷却され、凝縮液化して液化
窒素ＬＮとなり、液溜め２４に貯えられる。この液化窒
素ＬＮは、一部が製品液化窒素ＰＬＮとして採取され、
残部がサーモサイホン熱交換器２３に導入されて原料空
気へと熱交換を行い、一部が蒸発して発泡することによ
り揚液され、単粒留塔２２の頂部に還流液として導入さ
れ。
る。この時、サーモサイホン熱交換器２３内の液化窒素
ＬＮは、前記液溜め２４内の液ヘツドにより、揚液に必
要なｍが導入されている。
第２図は、上記空気液化分離装置２０を外槽２８内に収
納した状態を示すもので、従来、熱交換器４の上方に生
じていたデッドスペース部分（第５図の符号７参照）に
凝縮器２１及びサーモサイホン熱交換器２３を配置でき
るから、外槽２８内のスペースを有効に利用できるとと
もに、単粒留塔２２の上方に一体的に配設されていた凝
縮器２１が単粒留塔２２の横位置となるので、外槽２８
を単粒留塔２２のみの高さに対応した高さとすることが
でき、従来より低くすることができる。これにより外槽
２８の容積や表面積が減少するとともに、装置を小型に
まとめることができ、熱１員失が減少し、消費動力を低
減させることができる。
また外槽２８の大きさを輸送時の制限等の最大寸法とし
て、外槽２８を従来と同じ大きさに形成した場合は、主
精留塔２２を高くすることができ、その分精密段数を多
くすることができる。これにより精留効率が向上し、原
料空気への吊を少なくすることができ、動力原単位を低
減することができる。
次に第３図は、複精留塔を用いた例を示すもので、前記
第６図に示した空気液化分離装置に対応するものである
。
この空気液化分離装Ｍ３０は、凝縮器３１を複精留塔３
２の側方で過冷濫１６の上方の位置に配設するとともに
、該凝縮器３１と複精留塔３２との間にサーモサイホン
熱交換器３３を配設している。
これにより前記主精留塔を用いた空気液化分離装置の場
合における効果と同様の効果を得ることができる。
以下、要部の気液の流れを説明する。
原料空気Ａは、三方に分岐して用いられている。
まず熱交換器１４の中間で分岐した原料空気Ａ１は、膨
張タービン１５を経て上部塔３２に導入されており、ま
た下部塔３４の底部に導入される前に分岐した原料空気
Ａ２は、前記サーモサイホン熱交換器３３の温流体とし
て用いられた後に下部塔３４の下部に導入されている。
そして残部の原料空気Ａ３は、弁３７により流量を調節
されて下部塔３４の下部に導入されている。
凝縮器３１には、下部塔３４頂部の窒素ガスＧＮと上部
塔３５底部の液化ＭＨＦｉＬＯが導入され、窒素ガスＧ
Ｎが凝縮して液化窒素ＬＮになるとともに、液化酸素Ｌ
Ｏが蒸発して酸素ガスＧＯになる。この酸素ガスＧｏは
、凝縮器３１の上部から導出されて上部塔３５の下部に
戻され、一部が上部塔３５のト界ガスとなり、残部が上
部塔３５から導出され、熱交換器１４を経て製品酸素ガ
スＰＧｏとして採取される。
また液化窒素ＬＮは、凝縮器３１の下部から導出され、
液溜め３６を経てサーモサイホン熱交換器３３に導入さ
れて下部塔３４頂部に揚液され、下部塔３４の還流液と
なる。また一部の液化窒素ＬＮは、適冷器１６を経て分
岐し、一方が上部塔３２頂部に還流液として導入され、
他方が製品液化窒素ＰＬＮとして採取される。
尚、上部塔３２の頂部からは、製品（ＰＧＮ）となる高
純度窒素ガスｌ−Ｉ　Ｇ　Ｎが採取され、中段からは低
純度窒素ガスＷＧＮが導出されている。
また、前記両実施例において、凝縮器とサーモサイホン
熱交換器の間に設けられる液溜めは、サーモサイホン熱
交換器の液ヘツドを他の手段により得られる場合には省
略することができる。例えば凝縮器導出側の配管の径が
他に比べて十分に大径の場合には、これに代えることが
できる。また各機器や配管等は、製品の種類や純度、採
取量等により適宜設定されるものである。
以トの例は、す〜モサイホン熱交換器の温流体として、
原料空気を利用した場合であるが、この温流体として他
の流体、例えば車積流塔の場合には、凝縮器で気化後熱
交換器で加温された排ガスを用いても良いし、複精留塔
の場合には、上部塔から導出後過冷器、主熱交換器等に
より加温された製品窒素、低純度窒素等を用いても良い
。
さらに複精留塔に附属して粗アルゴン塔、高純度アルゴ
ン塔を設置する場合、従来これらのアルゴン塔の頂部は
、複精留塔頂部より高い位置になるように設置されてい
るが、本発明により粗アルゴン塔あるいは高純度アルゴ
ン塔の各々の凝縮器を各々の塔の側方に設置することが
可能であり、同様に外槽の高さを低くすることができる
。
（発明の効果） 本発明は、以上説明したように、従来外槽内のデッドス
ペースとなっていた精留塔の側方に凝縮器を配設すると
ともに、該凝縮器で液化した液化ガスを、サーモサイホ
ン熱交換器により揚液して１１留塔の還流液とするから
、従来と同じ精留塔を用いた場合には外槽を小さく形成
できて熱損失を減少させることができ、また従来と同じ
外槽を用いた場合には精留塔を高くして精留段数を多く
でき、分離効率を向上させることができる。さらに液化
ガスの揚液に動力を必要としないから動力費が増すこと
がなく、前記熱損失の減少あるいは分離効率の向上によ
り、空気液化分離装置の動力原単位を低減させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第３図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は車積留塔を用いた空気液化分離装置の系統図、第２
図は同装置を外槽内に収納した状態を示す説明図、第３
図は複精留塔を用いた空気液化分離装置の系統図、第４
図乃至第６図は従来例を示すもので、第４図は車積留塔
を用いた空気液化分離装置の系統図、第５図は同装置を
外槽内に収納した状態を示″ｔｊ説明図、第６図は複精
留塔を用いた空気液化分離装置の系統図である。 ２０．３０・・・空気液化分離装置　　２１．３１・・
・凝縮器　　２２・・・車積留塔　　２３．３３・・・
サーモサイホン熱交換″ＪＳ　　２８・・・外槽　　３
２・・・複精留塔　　Ａ・・・原料空気　　ＧＮ・・・
窒素ガスＧｏ・・・酸素ガス　　ＬＮ・・・液化窒素　
　ＬＯ・・・液化酸素 特　許　出　願　人　日本酸素株式会社声１円 、コ９　Ａｔ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮、精製、冷却されて精留塔の下部に導入される
    原料空気と、凝縮器で液化されて前記精留塔の上部から
    流下する還流液とを接触させて精留分離する空気液化分
    離装置において、前記凝縮器を精留塔の側方に配置する
    とともに、該凝縮器で液化した液化ガスを精留塔の還流
    液とするために精留塔の上部に揚液するサーモサイホン
    熱交換器を設けたことを特徴とする空気液化分離装置。 ２、前記サーモサイホン熱交換器の温流体が、原料空気
    であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空
    気液化分離装置。 ３、前記サーモサイホン熱交換器の温流体が、精留塔よ
    り導出後に昇温された製品窒素、低純度窒素あるいは排
    ガスであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の空気液化分離装置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0588690A1 (fr) * 1992-09-16 1994-03-23 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation de traitement cryogénique, notamment de distillation d'air
JP2002513908A (ja) * 1998-04-30 2002-05-14 レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 空気蒸留プラントおよび付随するコールドボックス
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