JPH0371633B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、アルミプレート式可逆熱交換器を採
用した空気分離装置の起動時における可逆熱交換
器の炭酸ガスの除去に関するものである。

〔発明の背景〕 空気分離装置においては、分離すべき圧縮され
た原料空気中に水分、炭酸ガス等の易凝縮性不純
物が含まれており、原料空気の液化の過程で、こ
れら不純物が析出凝固して原料空気の通路を閉塞
してしまう欠点がある。このため、空気分離装置
には、原料空気の冷却と同時にこれら析出不純物
を分離生成ガス中に昇華随伴させて除去できる特
徴を有する、波形フインと平板とを交互に積層、
ろう着して数多くの微少通路を有するよう構成し
たアルミプレート式可逆熱交換器（以下単に可逆
熱交換器と称する）が採用されている。

かかる可逆熱交換器の機能は、分離すべき圧縮
された原料空気と分離生成ガスとを互いに熱交換
させて、約５Kg／cm²Ｇに昇華された原料空気を常
温から飽和温度付近（−172℃）まで冷却すると
同時に、原料空気中の易凝縮性不純物を熱交換器
内のフイン表面に一旦凝固付着せしめ、次にある
時間経過後通路を切替えて低圧の分離生成ガスを
逆方向に流し、原料空気と熱交換して外気温度ま
で温めると同時に、そこに凝固付着していた不純
物を同ガス中に昇華随伴させて除去し、長期の連
続運転を可能ならしめている。

しかしながら、可逆熱交換器は一般に複数のブ
ロツクを並列にならべ、各通路をヘツダーで連絡
した構造であるため、定格風量以下の減量運転す
なわち、装置の起動から整定運転状態に移る過程
においては、可逆熱交換器を流れる原料空気およ
び分離生成ガスの流量は著しい減量となる。その
ため、その流れは偏流現象を起し、その結果、可
逆熱交換器の流通抵抗が増大する。

このような起動時の流量アンバランスを防止す
るためには、第２図に示すように可逆熱交換器２
から分離工程の精留塔６に送られる低温圧縮空気
の通路５と、精留塔６から可逆熱交換器２に戻さ
れる分離生成ガスの通路１３とを結ぶ連絡通路１
６と閉止弁１７を設け、起動時において、寒冷発
生のために膨脹機９に供給される空気を除いた過
剰空気を連絡通路１６を介して分離生成ガスの通
路１３に閉止弁１７により絞り膨脹させて戻し、
起動時においても定格風量に近い流量を流す方法
が従来からとられている。

可逆熱交換器を採用した空気分離装置において
は、原料空気中の水分、炭酸ガス等の易凝縮性不
純物を可逆熱交換器で析出、昇華させるために
は、原料空気と分離生成ガスとの温度差をある一
定値以内におさえることが必要である。

一般に、原料空気中の不純物のうち、水分は昇
華が容易であるため、運転中にトラブルの原因に
なることはほとんどなく、空気分離装置の詰りの
原因の大部分は微量な炭酸ガスによつてひき起さ
れている。第３図は、可逆熱交換器における炭酸
ガスの除去限界線と、可逆熱交換器内の原料空気
温度に対する分離生成ガスとの温度差を表わした
もので、図中の可逆熱交温度差曲線は、曲線ａ−
ｂ−ｃのごとく、常に炭酸ガス除去限界線の下側
になることが、可逆熱交換器で炭酸ガスを完全に
昇華除去する絶対条件となる。

しかし、従来の運転方法では、低温度圧縮空気
の通路から分離生成ガスの通路への連絡通路は、
第２図のように１系統しかなかつたため、可逆熱
交換器２の常温からの冷却段階および低温圧縮空
気通路５の温度が定状運転温度（−172℃）にな
つた時に、連絡通路１６から閉止弁１７の絞り膨
脹いわゆるジユールトムソン効果によつて、約10
℃温度の下がつた空気が分離ガス通路１３に合流
し、可逆熱交換器２冷端では、原料空気と分離生
成ガスとの温度差は第３図のａ−ｂ−ｃのごとく
なり、炭酸ガス除去限界線との交点ｄからｅまで
のＡ部の範囲は、完全に炭酸ガスが昇華除去でき
ないことになる。

これまでは、この範囲の炭酸ガスは微少である
ということから、起動時は止むを得ず不完全状態
のまま運転していたが、最近は、空気分離装置も
大形化の傾向を示し、起動時のこれら不完全状態
での運転操作ミスによる小さなトラブルでも、装
置停止の他に与える影響は非常に大きく、より完
全なる起動操作が要求されるようになつてきた。

本件解決のための公知技術として特開昭53−
118277号に開示された発明がある。本内容の要旨
は起動時における可逆熱交換器の偏流防止のた
め、低温度圧縮空気通路から分離生成ガス通路に
連絡配管を設けた前記公知の空気分離装置におい
て、低温度圧縮空気通路から更にもう一つの精留
塔出口分離生成ガス通路へ連絡通路を設け、可逆
熱交換器出口の圧縮空気温度が規定の温度以下に
なつたら、連絡通路を切替使用することによつ
て、連絡通路を通つて閉止弁の絞り膨脹で温度低
下した寒冷を過冷却器および液化器で回収し、可
逆熱交換器へ戻る分離生成ガスの温度を第３図の
炭酸ガス除去限界線以内にするようにしたもので
あり、他の一つは、前記公知の連絡通路と、更に
可逆熱交換器の再熱空気出口通路から分離生成ガ
ス通路へもう一つの連絡通路を設け、前記公知の
連絡通路の閉止弁の絞り膨脹で温度低下した空気
と上記再熱空気出口通路の温度の高い空気を混合
することにより、可逆熱交換器に戻る分離生成ガ
スの温度を第２図の炭酸ガス除去限界線以内にし
て、起動時においても可逆熱交換器で完全に炭酸
ガスを昇華除去するようにしたものである。

しかしながら本技術においては偏流防止のため
に二つの通路を必要としこれの切替操作のために
は、流量と温度の両者を監視しながら行う必要が
あり、高度の技術を必要としている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような要求にこたえるべ
く、起動時の可逆熱交換器での炭酸ガス除去の不
完全部分を解消し、空気分離装置の起動操作を容
易にし、起動時の炭酸ガスのトラブルを完全に無
くすることにある。

〔発明の概要〕

本発明は起動時における可逆熱交換器の偏流防
止のため、低温度圧縮空気通路と、膨脹機出口か
ら三方弁へ至る通路とを結ぶ連絡通路と閉止弁を
設け、可逆熱交換器出口の圧縮空気温度が規定の
温度以下になつたら、三方弁を切替操作すること
によつて、連絡通路を通つて閉止弁の絞り膨脹で
温度低下した寒冷を過冷却器および液化器で回収
し可逆熱交換器へ戻る分離生成ガスの温度を第３
図の炭酸ガス除去限界線以内にして、起動時にお
いても可逆熱交換器で完全に炭酸ガスを昇華除去
するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第１図により詳細に説明
する。約５Kg／cm²Ｇに圧縮され常温に冷却された
原料空気は、通路１を通つて可逆熱交換器２に導
かれ、精留塔６からの分離生成ガスと熱交換する
ことによつて、圧縮空気の飽和温度近く（−172
℃）まで冷却される。この時、原料空気中の水
分、炭酸ガス等の易凝縮性不純物は可逆熱交換器
２内の通路１上に析出付着される。一方、分離生
成ガスは通路３を通つて可逆熱交換器２内で常温
まで温度回復し、装置外へ取出される。この際、
可逆熱交換器２内の通路３の上に析出付着してい
る水分、炭酸ガスは昇華除去され、分離生成ガス
と一諸に装置外へ取出される。原料空気通路１と
分離生成ガスの通路３とは定期的（15〜20分毎）
に切替弁（図示せず）と逆止弁４によつて自動的
に切替えられる。定状運転時には、可逆熱交換器
２で飽和温度近くまで冷却され、不純物を除去さ
れた原料空気は、低温圧縮空気通路５を通つて大
部分は精留塔６に導かれる。残りの低温圧縮空気
は、通路７を通つて可逆熱交換器２の再熱空気と
なり、可逆熱交換器２で昇温され約−120℃とな
つて通路８を通つてきた低温圧縮空気と合温し、
約−150℃で膨脹機９に導かれ、断熱膨脹するこ
とによつて装置の寒冷をまかなつている。

膨脹機９で断熱膨脹した空気は通路１０，１２
ｂを通つて精留塔６に吹込まれる。一方、精留塔
６で分離生成されたガスは、分離生成ガス通路１
３を通つて可逆熱交換器２に戻される。分離生成
ガス通路１３の途中には、過冷却器１４、液化器
１５が設けられており、精留塔６出口の分離生成
ガスの飽和温度（約−193℃）から、可逆熱交換
器２で炭酸ガスを昇華除去できる温度（約−177
℃）まで昇温される。

しかしながら、装置の起動時においては低温分
離生成ガスが無いため、低温圧縮空気通路５の空
気の温度は常温に近く、原料空気中の不純物はそ
のまま装置内に持込まれることになるため、原料
空気は精留塔６に吹込まれることなくすべて膨脹
機９に導かれ、装置冷却源として使われる。

膨脹機９を出た空気は、起動時においては同様
に不純物が含まれているため、三方弁１１で起動
時のバイパス通路１２ａを通つて分離生成ガス通
路１３に導かれ、可逆熱交換器２の冷却に使われ
る。一般に、空気分離装置の膨脹機９の容量は、
原料空気の15〜30％の処理能力しかないため、起
動時には可逆熱交換器２を通る流量は極度に少な
く、減量運転による流量アンバランスを引き起
し、可逆熱交換器２での不純物除去が極めて困難
になる。

このため起動時においても定状運転時に近い流
量を可逆熱交換器２に流すように連絡通路１６と
閉止弁１７を設け低温空気の一部を膨脹機９出口
通路１０にバイパスさせる。

前述の如く起動時の温度の高い時点においては
膨脹機９を出た空気には不純物を含んでいるため
精留塔６に吹込めないため三方弁１１は起動時の
バイパス通路１２ａ側となつており、連絡通路１
６よりの偏流防止用の空気は、膨脹機９よりの空
気と合流して三方弁１１、バイパス通路１２ａ、
分離生成ガス通路１３を通つて可逆熱交換器２に
戻される。

この状態で冷却が進み低温圧縮空気通路５の温
度が約−165℃程度になると低温圧縮空気中の不
純物はほとんど可逆熱交換器２の通路に付着し清
浄な空気となり精留塔６への吹込みが可能とな
る。なおこの時の分離生成ガス通路１３の流体温
度は約−170℃程度であり規定値（−177℃）以下
ではなく昇華除去可能の時点である。

しかるにこの後更に冷却が進み分離生成ガス通
路１３の流体温度が昇華除去可能温度（−177℃）
になれば、これ以上低下させないように三方弁１
１を精留塔６側に用いてゆく。この操作により連
絡通路１６と膨脹機９よりの低温合流空気はバイ
パス通路１２ａ側から、通路１２ｂ側に徐々に切
替わり、精留塔６、通路１３を通つて、過冷却器
１４、液化器１５で熱回収されて、可逆熱交換器
２へ戻る分離生成ガス通路１３の温度を規定値に
保つことができる。

なおこの三方弁１１の操作は従来技術において
も、プラントの起動時においては必ず必要な操作
であり、本発明のための特別な操作ではない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、これまでア
ルミプレート式可逆熱交換器を採用した空気分離
装置の起動時に、可逆熱交換器で完全に炭酸ガス
を昇華できず、これによつて装置内に持込まれて
いたドライアイスのトラブルを一つの起動用通路
により解消することができ、空気分離装置の起動
操作を極めて円滑に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す空気分離装置
の系統図、第２図は従来のアルミプレート式可逆
熱交換器を採用した空気分離装置の系統図、第３
図は可逆熱交換器の温度差曲線と炭酸ガス除去限
界線の説明図を示す。 １，３，８，１０……通路、２……可逆熱交換
器、４……逆止弁、５……低温圧縮空気通路、６
……精留塔、７……再熱空気出口通路、９……膨
脹機、１１……三方弁、１２ａ……バイパス通
路、１２ｂ……精留塔吹込通路、１３……分離生
成ガス通路、１４……過冷却器、１５……液化
器、１６……連絡通路、１７……閉止弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分離すべき圧縮された原料空気の冷却ならび
   に水分、炭酸ガス等の不純物の除去を行なわせる
   ために切替使用されるアルミプレート式可逆熱交
   換器と、該可逆熱交換器を通つた原料空気を低温
   圧縮空気通路を介して導入し精留分離する精留塔
   と、該精留塔で分離精製されたガスを飽和温度か
   ら可逆熱交換器で炭酸ガスを昇華除去できる温度
   まで昇温するための加温手段と、原料空気を前記
   低温圧縮空気通路から分岐させ装置に必要な寒冷
   を発生する膨張機と、該膨張器で断熱膨張した原
   料空気を精留塔側と加温手段を通つた分離精製後
   のガス通路側とに切替える三方弁及びそれぞれの
   通路とを備えた空気分離装置において、 前記可逆熱交換器から精留塔に供給される原料
   空気の低温圧縮空気通路と膨張機出口から三方弁
   へ至る通路とを結ぶ連絡通路を設け、該連絡通路
   に閉止弁を設けたことを特徴とする空気分離装
   置。