JPH03191287A - 空気液化分離装置及びその起動方法 - Google Patents

空気液化分離装置及びその起動方法

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JPH03191287A JP33016289A JP33016289A JPH03191287A JP H03191287 A JPH03191287 A JP H03191287A JP 33016289 A JP33016289 A JP 33016289A JP 33016289 A JP33016289 A JP 33016289A JP H03191287 A JPH03191287 A JP H03191287A
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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、空気液化分離装置及びその起動方法に関し、
特に原料空気の精製を吸着設備で行う空気液化分離装置
において、該装置の起動時間の短縮を図れる装置構成及
びその起動方法に関する。
〔従来の技術〕
従来から、原料空気を圧縮、精製、冷却して精留塔に導
入し、液化精留分離して窒素や酸素等を分離する空気液
化分離装置が広く用いられている。
このような空気液化分離装置では、定期的に装置を停止
して加温し、装置内に濃縮する慮のある不純物の除去を
行うことが定められている。
第４図乃至第６図は、上記吸着設備を設けた従来の空気
液化分離装置の構成を示す系統図であって、それぞれ膨
張タービンの使用方法が異なった例を示している。
まず、第４図に示す空気液化分離装置１において、圧縮
機２で圧縮されて昇圧した原料空気Ａは、切替え使用さ
れる一対の吸着器３．３からなる吸着段＃！４に導入さ
れ、該空気中の炭酸ガスや水分が吸着により除去されて
精製される。次いで精製後の原料空気Ａは、管路５から
主熱交換器６に導入されて後述の排ガス、製品ガス等の
帰還ガスと熱交換を行い冷却される。大部分の原料空気
ＧＡは、液化点付近まで冷却された後に管路７から複精
留塔８の下部塔９に導入され、周知のごとく液化精留さ
れて下部塔頂部の窒素ガスＧＮと下部塔底部の酸素富化
液化空気（以下、液化空気という）ＬＡとに分離する。
一部の原料空気ＧＢは、主熱交換器６の中間部から管路
１０に導出され、制御弁１１で流量を調節されて膨張タ
ービン１２に導入され、膨張して寒冷を発生した後に一
部が弁１３、管路１４を経て上部塔１５の中段に導入さ
れ、残部が弁１６を経て管路１７の排ガスＷに合流し、
主熱交換器６における原料空気Ａの冷却源として用いら
れた後に排出される。
前記下部塔９底部の液化空気ＬＡは、管路１８に導出さ
れて適冷器１９．減圧弁２０を経て上部塔中段に導入さ
れる。一方の窒素ガスＯＮは、上部塔底部の主凝縮蒸発
器２１で液化して液化窒素ＬＮとなり、その大部分が下
部塔８の還流液として弁２２を経て下部塔頂部に戻され
、残部が適冷器１９．減圧弁２３を経て上部塔１３の還
流液として管路２４から上部塔頂部に導入される。
前記上部塔１５に導入された原料空気ＧＢ、液化空気Ｌ
Ａ、液化窒素ＬＮは、該塔内で精留されて塔底部の液化
酸素ＬＯと塔頂部の高純度窒素ガスＨＮとに分離する。
上部塔底部の液化酸素ＬＯは、主凝縮蒸発器２１で気化
して酸素ガスＧＯとなり、管路２５に導出され、主熱交
換器６を経て弁２６から採取される。また、上部塔頂部
の窒素ガスＨＮは、管路２７から導出されて適冷器１９
゜主熱交換器６を経て弁２８から採取される。さらに上
部塔１５の中段上部からは、前記管路１７の経路で排ガ
スＷが導出されており、適冷器１９゜主熱交換器６を経
て排出されている。
第５図に示す空気液化分離装置３０は、原料空気Ａの圧
縮圧力を上記空気液化分離装ｆｉｆｌにおける原料空気
の圧縮圧力より高め、主熱交換器６から管路７に導出し
た原料空気ＧＡを減圧弁３１で複精留塔下部塔９の操作
圧力に減圧するとともに、膨張タービン１２における膨
張後の原料空気ＧＢの汗力も下部塔９の操作圧力とし、
両者を管路３２に合流して下部塔９に導入するように構
成したものである。また、第６図に示す空気液化分離装
置４０は、膨張タービン１２に導入する流体を、下部塔
９の中段から管路４１に導出され、主熱交換器６で所定
温度まで昇温したガスＧＸとしたものである。このガス
は、膨張タービン１２で膨張して寒冷を発生した後に、
管ｖＦ１１７の排ガスＷと合流し、主熱交換器６を経て
排出される。
通常、この種の空気液化分離装置の起動は、圧縮機２に
より原料空気Ａの供給を開始するとともに、上記膨張タ
ービン１２で発生した寒冷を主熱交換器６での熱交換に
より原料空気Ａに伝え、冷却後の原料空気ＧＡを主にガ
ス状のまま下部塔９゜上部塔１５に供給して複精留塔８
等の精留部を所定温度に冷却することにより行われてい
る。
ここで、上記空気液化分離装置の原料空気の精製、冷却
手段として可逆式熱交換器を設けたものでは、該可逆式
熱交換器の冷端に、原料空気経路からパージガス（帰還
排ガス）経路への起動弁が設けられており、起動時には
、該起動弁を開いて原料空気の一部を戻すことにより可
逆式熱交換器の負荷を増し、偏流を防止するとともに経
路内に析出している炭酸ガス、水等のパージを行ってい
るが、上述のごとく原料空気の精製手段として吸着設備
を採用したものでは、主熱交換器での一時的な偏流が許
容されるため、上記の可逆式熱交換器のような起動用と
しての弁は設けられていなかっ　Ｉこ　。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述の各種構成の空気液化分離装置にお
いて、下部塔９から液化ガス（液化空気。
液化窒素）を導出して上＃）ｔｉ１５に導入するそれぞ
れの管路１８，２４に設けられた減圧弁２０゜２３は、
通常運転では液体（液化ガス）の流量を制御するもので
あるため、上記起動時に該液量と略等量のガスを流通さ
せることはできない。即ち下部塔９から十分な量のガス
（原料空気）を導出することができないため、下部塔９
に導入できる原料空気量が少なくなり、主熱交換器６で
熱交換する量も少なくなる。この結果、起動時における
主熱交換器６での熱交換量が十分でなく、下部塔９を含
む各精留部に十分な寒冷を導入することができなかった
。従って、起動時に定格の約２倍発生する膨張タービン
１２の発生寒冷を複精留塔８側へ十分に持込めず、起動
時間が長く必要であるという不都合を生じていた。
尚、上記第６図に示したように、膨張タービン１２の作
動流体として下部塔９から導出したガスＧＸを用いる場
合には、他の第４図、第５図に示すものよりも多量のガ
スを下部塔９から抜出すことができるが、膨張タービン
１２の処理量自体が原料空気量の１０〜３０％程度であ
るため、末だ十分に寒冷を移動させることのできる！で
はない。
上述のごとく、精留部への寒冷移動が十分に行えないた
め、主熱交換器６のみが冷却されてしまい、膨張タービ
ン１２に導入するガスのタービン入口側温度が次第に低
下する。そして膨張タービン出口側のガスの温度が液化
点に近付いた°場合には、精留部が未だ十分に冷えてい
ないにもかかわらず、寒冷発生源である膨張タービン１
２の処理流体量を減らす必要が生じてしまう。このため
、従来の装置にあっては、起動時間が６０〜７０時間も
必要であった。
そこで、本発明は、上記空気液化分離装置の起動時間の
短縮を図ることのできる空気液化分離装置を提供するこ
とを目的としている。
〔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に、本発明の空気液化分離
装置は、少なくとも、昇圧した原料空気を精製する吸着
設備と、精製後の原料空気を帰還ガスとの熱交換により
冷却する主熱交換器と、冷却後の原料空気を精留分離す
る下部塔及び上部塔を備えた複精留塔と、原料空気の一
部または分離ガスの一部を膨張させて寒冷を発生する膨
張タービンとを備えた空気液化分離装置において、（イ
）前記複精留塔下部塔内のガスを、複精留塔上部塔から
導出されて前記主熱交換器に帰還するガス系統に導入す
る管路。
（ロ）前記複精留塔下部塔内のガスを複精留塔上部塔に
導入する管路。
（ハ）前記複精留塔下部塔から導出した液化ガスを減圧
弁で減圧して複精留塔上部塔に導入する系統の前記減圧
弁をバイパスする管路の少なくともいずれか一つの管路
と、該管路に設けられる開閉弁とを備えた装置起動用の
回路を設けたことを特徴としている。
また、本発明の起動方法は、空気液化分離装置を起動す
るにあたり、該起動時に、定常運転時の略半分量以上の
原料空気をＩ精留塔下部塔内に導入し、該下部塔から導
出したガスを主熱交換器に導入すること、及び／又は、
前記複精留塔下部塔内のガスの少なくとも一部を、好ま
しくは、定常運転時に液化ガスを下部塔から上部塔に導
入する少なくとも一つの系統に設けた減圧弁をバイパス
する管路を介して複精留塔上部塔に導入した後、該上部
塔から導出したガスを前記主熱交換器に導入することを
特徴としている。
〔作　用ズ 上記のごとく構成することにより、下部塔又は下部塔と
上部塔から多量のガスを抜き出すことができるので、主
熱交換器で冷却された多量の原料空気を下部塔に導入で
き、迅速に精留部を冷却することができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて、さらに詳
細に説明する。尚、以下の説明において前記従来例と同
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図に示す空気液化分離装置５０は、前記第４
図に示した空気液化分離装置１と略同様の機器を備えた
ものであって、前記同様に、圧縮機２．吸着膜＃Ｉ４．
主熱交換器６．下部塔９及び上部塔１５からなる複精留
塔８．主凝縮蒸発器２１、適冷器１９．各種弁１１．，
１３，１６゜２０゜２２．２３，２６．２８等から構成
されており、原料空気Ａから製品として酸素ガスＧＯ２
窒素ガスＨＮを採取するように構成されている。
そしてこの空気液化分離装置５０には、前述の装置起動
時に用いる回路として、下部塔９の下部と前記膨張ター
ビン１２で膨張した原料空気の一部ＧＢを上部塔１５に
導入する管路１４とを接続する管路５１ａ及び該管路５
１ａに設けられた弁５１ｂからなる起動用回路５１．下
部塔９の中段と前記上部塔１５から排ガスＷを導出する
管路１７とを接続する管路５２ａ及び該管路５２８に設
けられた弁５２ｂからなる起動用回路５２．下部塔９の
頂部と前記上部塔１５から高純度窒素ガスＨＮを導出す
る管路２７とを接続する管路５３ａ及び該管路５３ａに
設けられた弁５３ｂからなる起動用回路５３がそれぞれ
設けられている。
このように構成した空気液化分離装置５０を起動する際
には、装置の常温状態で圧縮機２を始動して複精留塔８
への原料空気Ａの供給を開始するとともに、膨張タービ
ン１２へも原料空気の一部ＧＢを供給する。このとき、
下部塔９から管路１８、管路２４に抜出されて上部塔１
５に導入されるガス量は、前述のように減圧弁２０．２
３の容量から約１０％（通常運転時の原料空気量に対す
名割合、以下同じ）であり、膨張タービン１２を経て管
路１４から上部塔１５に導入される原料空気量は約３０
％である。従って、主熱交換器６を経て下部塔９に導入
できる原料空気量は下部塔９から導出されるガス量と等
量の約１０％である。
このままの状態では、主熱交換器６の冷端６ａにおいて
、原料空気量の約１０％と管路１７．管路２５、管路２
７から帰還する各帰還ガスとが熱交換を行うこととなる
。即ち、供給する温流体である原料空気量に比して冷流
体である帰還ガス量が多いことから、主熱交換器６の中
部温度差が大きくなり、前述のごとく膨張タービン１２
に導入する流体（原料空気の一部ＧＢ）の温度が低下し
てしまうための不都合を生じる。
そこで上記起動用回路５１，５２．５３の一部もしく全
部の弁５１ｂ、５２ｂ、５３ｂを開放し、前記管路５１
ａ、５２ａ、５３ａを介して下部塔９内のガスを上部塔
１５もしくは主熱交換器６に帰還するガスの系統に抜出
すことにより、下部塔９に導入する原料空気量を大幅に
増量することができる。
例えば、上記起動用回路５１，５２．５３を用いて下部
塔９内のガスを６０％抜出すことにより、原料空気Ａの
供給量１００％に対して下部塔９から液通路である管路
１８，２４及び減圧弁２０゜２３を介して上部塔１５に
送給されるガス量が１０％、膨張タービン１２を経て上
部塔１５に送給されるガス量が３０％、そして起動用回
路５１゜５２．５３から抜出されるガス量が６０％とな
り、圧縮されて冷却された原料空気Ａの内７０％を下部
塔９に導入することができる。これにより、主熱交換器
６の冷端６ａでは７０％の原料空気Ａと。
１００％の帰還ガスとが熱交換を行うこととなり、十分
な熱交換が可能となるため、該主熱交換器６の中部温度
差も小さくなり、膨張タービン１２の処理量を減らす必
要がなくなる。
このように、膨張タービン１２で十分な量の寒冷を発生
できるとともに、多量の原料空気Ａで寒冷を精留部に移
動させることができるので、精留部を迅速に冷却するこ
とが可能となり、空気液化分離装置５０の起動時間を大
幅に短縮することができる。
尚、上記各起動用回路５１，５２．５３を介して抜出さ
れた各ガスは、主熱交換器６に導入される前にいずれも
適冷器１９を通るので、該適冷器１９の冷却も十分に行
うことができる。
この起動時間短縮の作用効果は、上記各起動用回路５１
．５２．５３だけでなく、第２図に示すように、下部塔
９の中段と排ガスＷを導出する管路１７の適冷器１９導
出後とを接続する管路５４ａ及び弁５４ｂからなる起動
用回路５４．下部塔９の頂部と前記高純度窒素ガスＨＮ
を導出する管路２７の適冷器１９導出後とを接続する管
路５５ａ及び弁５５ｂからなる起動用回路５５．あるい
は下部塔９の頂部と前記酸素ガスＧＯを導出する管路２
５とを接続する管路５６ａ及び弁５６ｂからなる起動用
回路５６等によっても同様に発現することができる。
さらに第３図に示すように、通常運転時に液化空気ＬＡ
、液化窒素ＬＮの流量、圧力を制御する減圧弁２０．２
３をバイパスするようにバイパス管路５７ａ、５８ａを
設け、該バイパス管路５７ａ、５８ａにそれぞれ弁５７
ｂ、５８ｂを設けることによっても起動用回路５７．５
８を形成することができる。即ち、起動時にバイパス管
路５７ａ、５８ｇの弁５７ｂ、５８ｂを開放することに
より、該管路５７ｇ、５８ａを通して多量のガスを下部
塔９から上部塔１５に導入することができ、上記同様に
多量の原料空気Ａを下部塔９に導入することが可能とな
る。
これらの起動用回路は、通常運転時の製品純度保持を考
慮して、起動時に下部塔９から抜出すガスの組成と、通
常運転時における各管路内のガス組成とが近似するよう
に接続することが好ましい。
従って、前述の第２図における下部塔９頂部から酸素ガ
ス採取用の管路２５に起動用回路５６を接続する場合に
は、第３図に示すように、該起動用回路５６の管路５６
ａの２か所に弁５６ｂ、５６Ｃを設けるとともに、両弁
５６ｂ、５６ｃの中間に弁５６ｄを有するブローライン
５６ｅを設け、起動時には弁５６ｂ、５６ｃを開放して
弁５６ｄを閉じることにより下部塔９内のガスを酸素ガ
ス用の管路２５に抜出すようにし、通常運転時には、弁
５６ｃ、５６ｂを閉じて弁５６ｄを開くことにより、管
路２５．５６ａ内のガスが弁５６ｃや弁５６ｂより洩れ
込んでも、弁５６ｄから抜け、管路２５，５６ａのガス
が混合しないようにすることが好ましい。
尚、起動用回路は、上記実施例で例示した各回路をはじ
めとして、接続先の管路や該管路に設けられている弁の
容量、さらには下部塔から導出するガスのバランス等を
考慮して適宜複数箇所設けることができ、１か所のみで
も十分な作用を発揮させることが可能であり、適宜合流
あるいは分岐させることも可能である。また、本発明は
、上記実施例に示す空気液化分離装置に限らず、前記従
来例として挙げた第５図及び第６図に示す空気液化分離
装置をはじめとして各種構成の空気液化分離装置に同様
に適用して、同様の作用効果を得ることができる。
［発明の効果〕 以上説明したように、本発明の空気液化分離装置は、装
置の起動時に、下部塔内のガスを抜出して主熱交換器に
帰還させることのできる起動用回路を設けたから、装置
の起動時に十分な量の原料空気を、複精留塔を含む精留
部に導入することができ、膨張タービンの能力も十分に
発揮させることができるので、精留部を迅速に冷却する
ことが可能となる。従って、装置の起動時間を大幅に短
縮することが可能となり、起動に要する動力費の低減や
装置の稼働効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す空気
液化分離装置の系統図、第４図乃至第６図はそれぞれ従
来例を示す空気液化分離装置の系統図である。 ２・・・圧縮機　　４・・・吸着段＃１　６・・・主熱
交換器　　８・・・複精留塔　　９・・・下部塔　　１
２・・・膨張タービン　　１５・・・上部塔　　５０・
・・空気液化分離装置　　　５１，５２，５３，５４，
５５゜５６．５７．５８・・・起動用回路 麦２因 〜ｎ 力１図 ５１起動用回発 秀３因 声４因 ２７ 第５因 １／ １じ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも、昇圧した原料空気を精製する吸着設備
    と、精製後の原料空気を帰還ガスとの熱交換により冷却
    する主熱交換器と、冷却後の原料空気を精留分離する下
    部塔及び上部塔を備えた複精留塔と、原料空気の一部ま
    たは分離ガスの一部を膨張させて寒冷を発生する膨張タ
    ービンとを備えた空気液化分離装置において、 （イ）前記複精留塔下部塔内のガスを、複精留塔上部塔
    から導出されて前記主熱交換器に帰 還するガス系統に導入する管路、 （ロ）前記複精留塔下部塔内のガスを複精留塔上部塔に
    導入する管路。 （ハ）前記複精留塔下部塔から導出した液化ガスを減圧
    弁で減圧して複精留塔上部塔に導入 する系統の前記減圧弁をバイパスする管路 の少なくともいずれか一つの管路と、該管路に設けられ
    る開閉弁とを備えた装置起動用の回路を設けたことを特
    徴とする空気液化分離装置。 ２、少なくとも、昇圧した原料空気を精製する吸着設備
    と、精製後の原料空気を帰還ガスとの熱交換により冷却
    する主熱交換器と、冷却後の原料空気を精留分離する下
    部塔及び上部塔を備えた複精留塔と、原料空気の一部ま
    たは分離ガスの一部を膨張させて寒冷を発生する膨張タ
    ービンとを備えた空気液化分離装置を起動するにあたり
    、該起動時に、定常運転時の略半分量以上の原料空気を
    前記複精留塔下部塔内に導入し、該下部塔から導出した
    ガスを前記主熱交換器に導入すること、及び／又は、前
    記複精留塔下部塔内のガスの少なくとも一部を複精留塔
    上部塔に導入した後、該上部塔から導出したガスを前記
    主熱交換器に導入することを特徴とする空気液化分離装
    置の起動方法。 ３、前記下部塔から導出して上部塔に導入するガスは、
    定常運転時に液化ガスを下部塔から上部塔に導入する少
    なくとも一つの系統に設けた減圧弁をバイパスする管路
    を介して上部塔に導入することを特徴とする請求項２記
    載の空気液化分離装置の起動方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100768319B1 (ko) * 2001-12-05 2007-10-17 주식회사 포스코 공기분리장치의 한냉손실방지를 위한 운전방법
JP2023135044A (ja) * 2022-03-15 2023-09-28 大陽日酸株式会社 空気分離装置および空気分離装置の運転方法
JP2023137800A (ja) * 2022-03-18 2023-09-29 大陽日酸株式会社 空気液化分離装置、空気液化分離装置の運転停止方法及び起動方法
JP2024508391A (ja) * 2021-02-18 2024-02-27 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 深冷蒸留によって空気を分離する方法

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