JPH0363490A - 空気の低温分離方法及び装置 - Google Patents

空気の低温分離方法及び装置

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JPH0363490A
JPH0363490A JP2107706A JP10770690A JPH0363490A JP H0363490 A JPH0363490 A JP H0363490A JP 2107706 A JP2107706 A JP 2107706A JP 10770690 A JP10770690 A JP 10770690A JP H0363490 A JPH0363490 A JP H0363490A
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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、空気を圧縮し、予備浄化し、冷却し２段精溜
塔の高圧段にて酸素に富んだ液状成分及び窒素成分に予
備分離し、前記酸素に富んだ液状成分を前記高圧段と熱
交換を行うように連結された精溜塔の低圧段に導入して
更に酸素成分及び窒素成分に分離し、又酸素の要求量が
大なる場合に酸素を酸素タンクから取出し、酸素の要求
量が少ない場合に前記低圧段からの液状酸素を前記酸素
タンクに導入するようになされた可変的な量で酸素の製
造を行う空気の低温分離方法に関するものである。
［従来の技術］ 種々の工業的分野に於て、酸素の要求量は分、時間又は
日の時間単位で大なる変動を受けるのである。低温空気
分離装置の作動の惰性の為に短時間内での導入量の変化
及び精溜塔に於ける交換量（Ｕｍｓａｔｚ）の同時の変
化にこのような装置を適応させることは不経済である。
更に、このような方法は分離作業に対して不具合な影響
を与える。
他方に於て、過剰の酸素を高圧ガス容器に貯蔵し、容器
量が増大した時にこれを再度取出すことも同様に不具合
である。この目的の為には大きい高圧ガス容器及び附加
的な圧縮エネルギーが必要になる。
このような理由で、分離生成物を液体の状態で精溜塔か
ら取出して液体タンクに貯蔵するような融通性のある酸
素製造方法が開発された。酸素及び窒素の為の夫々の容
器を使用するこのような方法は「技術及び経済」のリン
ダ報告第５４／１９８４号。
第１８乃至２０頁によって知られている。
前述の方法に於ては、導入される空気量により装置が発
生出来るよりも多量のガス状酸素が必要な時には低圧段
の底部に酸素タンクからの液状酸素を導入し、こ＼で高
圧段の頭部に於ける高圧窒素との熱交換により蒸発され
るようになされている。窒素はこの熱交換の際に液化さ
れ、高圧段から取出されて窒素タンクに貯蔵されるので
ある。
発生されるガス状酸素が過剰の場合には、貯蔵される液
状窒素が低圧段の戻し流として得られ、過剰の酸素が低
圧段の底部から液状で取出されて酸素タンクに貯蔵され
るのである。
２つの液体タンクにより交代的貯蔵を行う公知の方法に
於ては、分離された空気量は常に一定に保持される。こ
れによって高圧段に於ても、又低圧段に於ても精溜塔の
定常的な稼働が得られるのである。
しかし酸素の要求量が大きい時には、低圧段の底部の液
状酸素が蒸発され、引続いてガス状生戒物として取出さ
れ得るようにする為に、高圧段の頭部でガス状の窒素が
得られることが必要である。このような理由によって通
常の負荷の場合には成る量のガス状の高圧窒素が取出さ
れて一定の精溜塔の交換量を保持出来るようにしなけれ
ばならないのである。この通常負荷の稼働の場合に取出
される高圧窒素量は、窒素の要求量が大きい場合に酸素
の蒸発の為に利用出来る。しかし、これは精溜には影響
しない。何故ならば一方では高圧段の頭部で液化された
窒素及び他方では低圧段の底部から蒸発する酸素が直ち
に引出されて夫々の精溜塔に於ける交換量には関与しな
いからである。
附加的に生ずる液状窒素は窒素タンクに貯蔵され、蒸発
された酸素が所望の附加的生成物となるのである。
附加的に取出される酸素、従って生成物の量の変動幅は
通常負荷にてガス状で取出される高圧窒素の量によって
調節される。高圧段で発生される酸素のこの部分は基本
的には低圧段には与えられないで、直接ガス状生戒物と
して（通常負荷に於て、及び最も低い酸素要求量の場合
）、又は窒素タンクに中間的に貯蔵することによって（
酸素の必要量が大なる場合）この処理工程から取出され
るのである。従って、瞬間的に生ずる負荷に無関係にこ
の窒素量は低圧段に対する戻し流としては使用されない
のである。
このような戻し流のないことは精溜塔に対して低圧段に
て不具合に働く、この影響は、空気の分離に引続いてア
ルゴンが回収されなければならない場合に特に不利であ
る。この目的の為に低圧段にて大なるアルゴン濃度の位
置、所謂アルゴン腹部（Ａｒｇｏｎｂａｕｃｈ）に開口
が作られる。このアルゴン腹部の構造は戻し流の比率に
強く関係する。この位置に於けるアルゴン濃度、従って
可能なアルゴンの収量は、高圧段にて発生される全体の
窒素量よりも少ない量しか液状で低圧段に与えられない
場合に低下する。従って、低圧段に於ける精溜比率及び
特に可変量酸素回収の従来公知の方法に於けるアルゴン
の収量は満足なものではなく、酸素製造の変動幅が大き
く調節される程益々甚だしくなるのである。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、従来よりも更に好都合な収量を有し、
特に製造されるアルゴン精溜を有する場合に可変量酸素
回収を可能になす方法を発展させることである。
［課題を解決する為の手段］ 上述の目的は、酸素要求量が大きい場合に酸素に富んだ
液体成分の少ない一部分を液体タンクに導入してこ＼に
貯蔵し、酸素要求量が少ない場合に再度これを取出すよ
うになすことによって解決される。高圧段の底部液体の
本発明による中間的貯蔵は、一方では高圧段及び低圧段
の戻し流比率及び低圧段に於ける交換量が一定に保持出
来、他方では通常負荷にて高圧段に発生される全体の窒
素が液状で取出されて低圧段に導入されることが出来る
ような装置の稼働態様を可能になすのである。これによ
って低圧精溜に対する戻し流の最良の量を得ることが出
来、最大限に可能なアルゴン濃度が得られるのである。
このことは本発明によって、附加的に必要な酸素が高圧
段の交換量を増大させることにより蒸発されるようにな
すことによって達成される。この場合に生ずる多量の底
部液体の量は附加的に液体空気タンクに貯蔵されること
が出来、又酸素要求量が少ない場合にはこれを低圧段に
供給する為に再度利用出来るのである。高圧段の頭部に
て蒸発酸素に対する熱交換で附加的に液化される窒素は
公知の方法に於けると同様に窒素タンクに排出されるの
である。
この目的の為に、本発明の更に他の特徴によって、酸素
要求量が大きい場合には導入される空気量が増加される
。このことは精溜塔の交換量を所望のように増大させ、
従って附加的に酸素タンクから低圧段の底部に導入され
る液体の蒸発を増加させるのである。これに反して酸素
要求量が少ない場合には空気の導入量が絞られて液体空
気タンク及び窒素タンクからの液体が取出されて低圧段
の交換量を一定に保持するようになされるのである。高
圧段の頭部に於ける交換量が少ないことによって低圧段
に生ずる酸素の蒸発される部分が少なくなる。対応する
量が液状で引出され、酸素タンクに貯蔵されるのである
。
本発明による方法は有利に、製造される酸素量が変動す
る場合に戻し流比率及び低圧段の交換量が実質的に一定
に保持されるように制御されるのである。高圧段に於て
も同様に戻し流比率が一定に保持される。
酸素及び窒素と共にアルゴンを収得する為に、低圧段の
中間範囲からアルゴン含有酸素成分が取出されて、粗製
アルゴン精溜塔にて粗製アルゴン及び残余成分に分離さ
れることが出来る。この場合本発明による方法によって
、特に大なるアルゴンの収量、従って甚だ経済的な方法
の実施が可能になるのである。
本発明は更に上述の方法を実施する装置に関するが、こ
の装置は、共通の凝縮器／蒸発器を有する高圧段及び低
圧段より成る２段精溜塔、窒素導管によって高圧段及び
低圧段に連結される窒素タンク及び酸素導管によって低
圧段に連結された酸素タンクを有する０本発明による装
置は、液体空気タンク、高圧段の底部及び液体空気タン
クの間の第１の液体導管及び液体空気タンク及び低圧段
を連結する第２の液体導管を有することを特徴とする。
本発明の方法による上述の装置を制御する為に、種々の
パラメーターが測定されなければならない。この目的の
為に、この装置が高圧及び低圧段の底部液体の状態の測
定装置、高圧段及び窒素タンクの間の窒素導管内の流量
測定装置、液体空気導管、酸素導管及び窒素導管内の流
量を制御する為の絞り装置及びこれらの測定装置に連結
されて絞り装置を制御する調整装置を有するのが有利で
ある。
［実施例］ 本発明及び本発明の更に詳細な事項は以下に於て実施例
につき詳細に説明される。
図面は概略的に本発明による方法の１つの実施態様を示
している。
空気は空気圧縮機ｌによって吸引され、引続いて予備冷
却及び予備浄化（２）され、導管３によって主熱交換器
４を通して導かれ、この熱交換器内で空気が生成ガスと
向流状態で冷却される。７０乃至９５％、望ましくは８
８％の空気が主熱交換器４の低温端部に導かれて導管５
によって９５乃至１０５にの温度及び４乃至８バールの
圧力にて２段精溜塔９の高圧段１０に供給される。
空気の残余の部分は１３０乃至１９０にの温度で導管６
を経て主熱交換器４の中間から排出され、膨張タービン
７にて２．０乃至１．１バールの圧力まで膨張され、精
溜塔９の低圧段１１に導入される。
高圧段ＩＯ内では導管５を経て導入された空気が液体窒
素及び酸素に富んだ底部液体に分離される。両方の成分
は液状で取出されるが、窒素は導管１４を経て、底部液
体は導管１２を経て液状で取出されるのである。窒素は
弁１３４によって膨張されて窒素タンク３５に供給され
、液状の窒素がＩ乃至６バールの圧力で貯蔵される。こ
の液体は少なくとも一部分導管３７を経て更に導かれ、
熱交換器２３にて過冷却されて導管１５を経て低圧段１
１の頭部に導入される。
導管１２内の底部液体は同様に膨張（弁１３２）されて
窒素タンク３５と同様の圧力状態の液体空気タンク４０
に導入される。このタンク４０からは導管４２を経て液
体が取出され、熱交換器２３にて冷却されて導管１３ｂ
を経て低圧段１１に導入される。こ＼で前述した高圧段
ＩＯからの酸素に富んだ液体が更に分離されるのである
。
主生成物として低圧段１１から底部の上方でガス状酸素
が導管１６を経て取出され、主熱交換器４にて殆ど大気
温度まで加熱（導管１９）される、副生酸物として生ず
る窒素は頭部から導管１８を経て排出され、熱交換器２
３にて高圧段ＩＯ或いはタンク３５．４０からの液状の
成分３７及び４２との熱交換によって加熱されて導管１
９によって主熱交換器４を通って導かれ、こ＼で更に実
質的に大気温度まで加熱されるのである。
導管３０を経てポンプ３１により液状の酸素が低圧段１
１の底部から引出されて酸素タンク３２に導入される。
酸素タンク３２からの液体が導管３４を経て反対に低圧
段１１に供給されることが出来る。
低圧段１１から、比較的高いアルゴン濃度を有する位置
、即ち「アルゴン腹部」にて導管２０を経てアルゴンに
富んだ酸素成分が引出されて粗製アルゴン精溜塔２１に
導入され、こ＼で、導管２２により粗製アルゴン精溜塔
２１の頭部から引出される粗製アルゴン及び導管２０を
経て低圧段１１に戻される液状の残余成分に分離される
。
粗製アルゴン精溜塔２１の頭部は高圧段１００頭部から
の液体又は液体空気タンク４０からの液体によって冷却
される。この目的の為に、導管４２から副導管２４が分
岐され、粗製精溜塔２１の頭部凝縮器４５に導かれてい
る。こ覧で蒸発された酸素に富んだ空気は導管４６を経
て排出されて導管１３ａを経て液状の成分（導管１３ｂ
）の供給位置よりも若干下方で低圧段１１内に導入され
るのである。
以下に於て、如何にしてこの実施例の方法にて本発明に
よる負荷交代方法が行われるかを説明する。この為に例
示的に通常負荷から増大された酸素製造量への切替えが
説明される。
導管１６を経て取出される酸素量が増大する場合には空
気圧縮機ｌに増大された流量が設定される。この流量は
空気圧縮機１に連結されたＣｗｉ線により示された導管
により）測定装置１２５によって監視される。
導管６によって膨張タービン７を経て低圧段１１に導か
れる流量は実質的に一定に保持され、その際、測定装置
１２７によって指示される値により膨張タービン７を通
る流量が制御されるのである（図面の破線を参照）。
従って空気圧縮機１によって附加的に吸引される空気量
は実際上完全に高圧段１０に導入され、こ＼で精溜塔の
交換量を増大させるのである。例えば２５％だけ増大さ
れたガス状の生成酸素量を取出す為には全体の空気量は
約６．８％だけ増大されなければならない。
このような附加的な空気量に対応して増大された液体が
導管１４及び１２を経て引出されなければならない。こ
の状態は導管１４内の流量に対し、又制御弁１３２．１
３４に連結される高圧段１０内の液体の状態に対して測
定装置１２２及び１２４によって調整されるのである。
導管１５及び１３ｂを経て供給される液体量は一定に保
持されるのである（流量測定装置１２７．１２Ｂ）。高
圧段からの過剰の液体は窒素タンク３５又は液体空気タ
ンク４０に貯蔵される。
高圧段ｌＯの交換量が増大されることは低圧段１１の底
部への凝縮器／蒸発器４８を通る熱の導入を増大させる
。附加的に蒸発される酸素は導管１６を経て増大された
生成量として排出されることが出来る。この状態は導管
１７の流量測定装置１２６及び弁１３６によって調整さ
れる。低圧段１１内の精溜を正しく保持する為に、附加
的に取出される酸素ガスに対応する量の液状の酸素が酸
素タンク３２から取出される（導管３４）。液状の酸素
の補充は低圧段１１の底部の液体状Ｂ１１１１定装置１
２３及び弁１３３によって調整される。
平均値よりも少ない量の酸素が製造されなければならな
い場合には、上述と反対に高圧段１０に導入される空気
量が減少され、附加的に窒素タンク３５及び液体空気タ
ンク４０からの液体が低圧段に導入されて酸素が液状で
低圧段１１の底部から酸素タンク３２内に導かれるので
ある。
液体タンク３２．３５．４０内の圧力は測定装置１０１
．１０２．１０３によって監視される。
必要な場合には、弁１１１．１１２又は１１３の開口を
通してタンク３２．３５．４０からのガスが排出される
のであるが、液体空気タンク４０からは導管４１及び１
３ａを経て低圧段内に導入され、酸素タンク３２からは
導管３３を経て生成物導管１７内に導入され、又窒素タ
ンクからは導管３６を経て生成物導管１９内に導入され
るのである。
［発明の効果］ 本発明は上述のように構成されているから、酸素要求量
が大きい場合に酸素に富んだ液体成分の少なくとも一部
分を液体タンクに導入してこ覧に貯蔵し、酸素要求量が
少ない場合に再度これを取出すようになすことによって
、従来よりも更に好都合な収量を有し、特にアルゴン精
溜を伴う場合に可変量酸素回収を可能になす方法優れた
方法が提供されるのである。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明による方法の１つの実施例の概略的図
面。 ２・・・・・予備冷却及び予備浄化する装置４・・・・
・主熱交換器 ７・・・・・膨張タービン ９・・・・・２段精溜塔 １０・・・・・高圧段 １１・・・・・低圧段 ２１・・・・・粗製アルゴン精溜塔 ２３・・・・・熱交換器 ３１・・・・・ポンプ ３２・・・・・酸素タンク ３５・・・・・窒素タンク ４０・・・・・液体空気タンク ４５・・・・・粗製アルゴン精溜塔の頭部凝縮器４８・
・・・・凝縮器／蒸発器 １０１．１０２．１０３　　・・圧力の測定装置１１１
．１１２．１１３・・弁 １２２．１２４　　・・測定装置 １２３　・・・・・液体状態測定装置 １２５　・・・・・測定装置 １２６．１２７．１２８　　・・流量測定装置１３２．
１３４　　・・制御弁 １３３・・・・・弁

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、空気を圧縮（１）し、予備浄化（２）し、冷却（４
    ）し、２段精溜塔（９）の高圧段（１０）にて酸素に富
    んだ液状成分（１２）及び第１の窒素成分（１４）に予
    備分離し、前記酸素に富んだ液状成分（１２）を前記高
    圧段（１０）と熱交換を行うように連結（４８）された
    精溜器（９）の低圧段（１１）に導入（１３ａ、１３ｂ
    ）して更に酸素成分（１６、３０）及び第２の窒素成分
    （１８）に分離し、又酸素の要求量が大なる場合に酸素
    を酸素タンク（３２）から取出し、酸素の要求量が少な
    い場合に低圧段（１１）からの液状酸素を酸素タンク（
    ３２）に導入するようになされた可変的な量で酸素の製
    造を行う空気の低温分離方法に於て、酸素要求量が大な
    る場合に前記酸素に富んだ液状成分（１２）の少なくと
    も一部分を液体空気タンク（４０）に導入してこゝに貯
    蔵し、酸素要求量が少ない場合に再度これを取出すこと
    を特徴とする空気の低温分離方法。 ２、酸素の要求量が大なる場合に導入される空気量を増
    大させることを特徴とする請求項１に記載された方法。 ３、製造される酸素量が変動する場合に低圧段（１１）
    の戻り流比率及び交換量を実質的に一定に保持すること
    を特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載された方法
    。 ４、低圧段（１１）の中間範囲からアルゴン含有酸素成
    分（２０）を取出して粗製アルゴン精溜塔（２１）にて
    粗製アルゴン（２２）に分離することを特徴とする請求
    項１乃至３の何れかに記載された方法。 ５、共通の凝縮器／蒸発器（４８）、窒素導管（１４；
    ３７、１５）によって高圧及び低圧段（１０、１１）に
    連結されている窒素タンク（３５）及び酸素導管（３０
    、１３ａ、１３ｂ）によって低圧段に連結されている酸
    素タンク（３２）を有する高圧段（１０）及び低圧段（
    １１）より成る２段精溜塔（９）により請求項１乃至４
    の何れかに記載された方法を実施する装置に於て、液体
    空気タンク（４０）、高圧段（１０）及び液体空気タン
    ク（４０）の間の導管（１２）及び液体空気タンク（４
    ０）及び低圧段（１１）を連結すゝ更に他の導管（４１
    、１３ａ；４２、１３ｂ）を有することを特徴とする装
    置。 ６、高圧段（１０）及び窒素タンク（３５）の間の窒素
    導管（１４）内の流量測定装置（１２４）を有し、液体
    空気導管（１２）、酸素導管（３０）及び窒素導管（１
    ４）内の流量を制御する絞り装置（１３２、１３３、１
    ３４）を有し、又前記測定装置（１２２、１２３、１２
    ４）に連結されて前記絞り装置（１３２、１３３、１３
    ４）を制御する制御装置を有する前記高圧及び低圧段の
    底部の液体の状態の測定装置（１２２、１２３）を有す
    ることを特徴とする請求項５に記載された装置。
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