JPH0514152Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は空気を原料として、圧縮、冷却、液
化、精留して酸素ガスと窒素ガスを製造する自己
冷熱を利用した空気分離装置に関する。

従来の技術 空気分離装置において、コールド・ボツクス
（非真空型パーライト断熱型保冷槽）内で原料空
気を分離し、酸素ガス及び窒素ガス等を製造する
場合、次の熱エネルギーに相当する寒冷量が必要
となる。

外気からのコールド・ボツクスへの侵入熱エ
ネルギー 熱交換器高温端温度差による熱エネルギー差 一般の空気分離装置では、上記，で述べた
必要寒冷エネルギーを、膨脹機による断熱膨脹に
より発生させている場合と、コールド・ボツクス
の外部に設置された液化窒素貯槽からコールド・
ボツクス内の高圧精留塔に液化窒素を供給してい
る場合がある。

考案が解決しようとする問題点 従来方式で膨脹機を使用する場合は設備費の増
加、運転の困難さ、メンテナンスの複雑さ等の障
害があり、またコールド・ボツクスの外部に設置
された液化窒素貯槽からコールド・ボツクス内の
高圧精留塔に液化窒素を供給する場合は液化窒素
貯槽内の液化窒素を高圧精留塔の内部圧力に打ち
勝つて導入しなければならない。このため、液化
窒素貯槽内の液化窒素を加熱して加圧する必要が
あつた。従来このため液化窒素が持つている寒冷
の一部を無駄にしている現状である。

問題点を解決するための手段 そのため本考案の装置は、圧縮された空気を原
料として高圧精留塔と低圧精留塔とを備えた複式
精留塔により酸素ガスと窒素ガスを製造する、コ
ールドボツクスに封入された空気分離装置におい
て、高圧精留塔の頂部から取出された窒素ガスの
一部を液化して高圧精留塔の頂部付近に戻す液化
ユニツト及び導管、並びに高圧精留塔に戻された
液化窒素を、該精留塔への戻し導管と同一レベル
から取出してコールドボツクス外に設置した断熱
型液化窒素貯槽に送給する導管を有し、さらに前
記断熱型液化窒素貯槽を、断熱パイプを介して低
圧精留塔の頂部に連通し、該断熱パイプはコール
ドボツクス内に膨張弁を有することを特徴として
いる。

以下、本考案による空気分離装置の一実施例を
示す添付のフローシートを参照しながら、本考案
をさらに詳細に説明する。

実施例 図示の如く、原料空気は原料空気圧縮機１にて
分離に必要な圧力迄圧縮された後、水洗浄塔２で
冷却、洗浄される。

常温迄冷却洗浄された原料空気は、低温分離設
備に導入され、切替式空気熱交換器（３，４……
高温熱交換器３及び低温熱交換器４から成る）で
向流する廃ガス及び製品ガスにより冷却され、水
及び炭酸ガスは、これら熱交換器に凝縮、固化す
る。

空気と廃ガスとは、切替バルブ２４ａ，２４
ｂ，２４ｃ，２４ｄ（２４ａと２４ｂが閉のとき
２４ｃと２４ｄは開）とクラペツトボツクス２５
ａ，２５ｂによつて、周期的に切替えされ、凝
縮・固化した空気中の不純物は、廃ガスにより昇
華除去される。一方、製品酸素ガス及び製品窒素
ガスは、切替式空気熱交換器の一定流路を流れ
る。

精製された原料空気は、切替式空気熱交換器
３，４で製品ガス及び廃ガスにより、向流熱交換
し、液化温度近く迄冷却された後、高圧精留塔５
底部へ送られる。原料空気は高圧精留塔に於い
て、塔頂の純窒素ガスと塔底の酸素分に富む液体
空気とに分離される。

高圧精留塔５塔頂の窒素ガスは高圧精留塔５頂
部付近に設置された主蒸化器６で、蒸発する液化
酸素と熱交換し、液化し、再び高圧精留塔５に供
給される。

この塔頂部の液化窒素は高圧精留塔５の還流液
として使用される。塔中部の液化窒素の一部は高
圧精留塔５の還流液として使用され、残部は窒素
過冷却器９に送られ、そこで廃ガスにより過冷却
され、膨脹弁１５ａにより膨脹して液化窒素貯槽
１２からの本装置の冷熱源である液化窒素と合流
後、低圧精留塔１０に導入され、低圧精留塔１０
頂部の還流液として使用される。

高圧精留塔５底部の液化空気は２塔切替式の吸
着塔７を通り、炭化水素分を吸着除去された後、
液化空気過冷却器８で過冷却された後、膨脹弁１
６により膨脹して低圧精留塔１０上部に導入さ
れ、低圧精留塔１０上部の還流液として使用され
る。

空気の最終分離は低圧精留塔１０で行われ、塔
頂に廃ガス、塔中部にアルゴンリツチガス、塔底
に液化酸素が製出される。

液化酸素は低圧精留塔１０塔底より取り出さ
れ、液化酸素ポンプ１３により昇圧され、２塔切
替式の吸着塔１４を通り、炭化水素分を吸着除去
された後、主蒸化器６で前述の窒素ガスと熱交換
し、酸素ガスとなり再び低圧精留塔１０底部に供
給される。

低圧精留塔１０底部の一部の酸素ガスは、切替
式空気熱交換器で加温された後、製品酸素ガスと
なる（図中酸素ガスライン）。

本考案装置に必要な冷熱源はコールド・ボツク
ス（Ｃ・Ｂ）の外方に配設した二重殻真空断熱液
化窒素貯槽１２から二重殻真空断熱導管１８によ
り、コールド・ボツクス（Ｃ・Ｂ）内にある膨脹
弁１８ａ、導管１８ｂを通り、導管１９と合流後
低圧精留塔１０頂部に供給されるが、前記液化窒
素貯槽１２への液化窒素は、高圧精留塔５の頂部
から導管３８で取出された窒素ガスを導管４９で
分岐し、液化ユニツト５０（公知機構のもの）で
液化したものであつて、本考案装置によつて製造
されたものである。図では、この液化ユニツト５
０で液化された液化窒素は、導管５１で高圧精留
塔５の頂部近くに戻され、同一の精留板から導管
４８によつて、貯槽１２に送られている。液化窒
素を一旦、高圧精留塔５へ戻すことにより、その
際のフラツシユ・ガスは高圧精留塔５内に回収さ
れ、効率的な精留に寄与する。液化ユニツト５０
から直接、貯槽１２に送ることもできるが、その
場合には貯槽１２内でのフラツシユ・ガスを高圧
精留塔５へ戻す導管が必要である。

このように、本考案装置では、液運転時に導管
３８から取出される製品窒素の一部を液化ユニツ
ト５０で液化して貯槽１２に貯留し、ガス運転時
にこの貯槽１２の液化窒素すなわち自己冷熱を導
管１８で取出して、本考案装置に必要な冷熱源と
して低圧精留塔１０の頂部から供給するのであ
る。

低圧精留塔中部に形成されるアルゴン・リツチ
ガスはアルゴン精留塔１１底部に吹き込まれて精
留される。アルゴン精留塔１１頂部に於いては、
凝縮器２０が設置され、粗アルゴンガスは、導管
２１さらに、膨脹弁１７を通つて膨脹した液化空
気と熱交換し液化される。液化された粗アルゴン
はアルゴン精留塔の還流液として使用される。

アルゴン精留塔１１頂部の一部の粗アルゴンガ
スは熱交換器（添付図面には図示せず）を通つて
加温され、粗アルゴンガスとなる（図中粗アルゴ
ンライン）。

アルゴン精留塔１１底部のアルゴンリツチの液
体は再び低圧精留塔１０中部へ導入され、低圧精
留塔１０底部の還流液として使用される。

低圧精留塔１０頂部の廃ガスは液化窒素過冷却
器９液化空気過冷却器８を通つた後、切替式空気
熱交換器４，３にて常温迄加温され大気に放出さ
れる（図中廃ガスライン）。

高圧精留塔５頂部の窒素ガスの一部は、切替式
空気熱交換器４，３で加温され製品窒素ガスとな
る（図中窒素ガスライン）。

前記切替式熱交換器３，４は原料空気中の不純
物を物理的（固化←→昇華）に除去するシステムで
あり、不純物の除去にはこれら熱交換器内の温度
差を調整（即ち、昇華させるのに必要な温度ΔT
を保持する）する必要があり、この調整を前記熱
交換器３，４の中間部より分岐した配管２２の調
整弁２３の開閉により、流量調整のために一部の
窒素ガスを抜き出し、この抜き出された窒素ガス
は廃ガスラインの液化窒素過冷却器９手前で合流
され廃ガスとなる。

前述の如く、本考案では多量の液化酸素又は窒
素を製造できる空気分離装置において、需給に差
がある時又は液化ユニツトの停止等の時にガス運
転（ガス製品を製造する）が可能な空気分離装置
を提供するものである。

考案の効果 上記のように空気分離装置のコールド・ボツク
ス外部に設置した断熱貯槽に、本装置によつて製
造された液化窒素を貯蔵し、更に断熱パイプによ
り空気分離装置の低圧精留塔上部にその液化窒素
自己冷熱を供給し、この装置に必要な寒冷と還流
液を同時に満足させることができる。

そのため膨脹機が不要になり、この機器の設置
に伴う設備費の増加、運転の困難さ、メンテナン
スの複雑さから解放される。

また本考案装置では前にも述べたように、高圧
精留塔５の頂部から取出された窒素ガスは、液化
ユニツト５０で液化されて高圧精留塔５の頂部近
くに戻され、その同一精留塔から貯槽１２へ液化
窒素が流し込まれる。液化窒素を一旦、高圧精留
塔５へ戻してから貯槽１２へ流し込むことによ
り、高圧精留塔への戻し時のフラツシユ・ガスを
高圧精留塔内に回収して、精留に寄与させること
ができる。さらに貯槽１２から低圧精留塔１０へ
の液化窒素の供給も圧力差のみを利用している。
もし高圧精留塔５へ貯槽１２から供給するのであ
れば、送液ポンプが必要となるし、それでなけれ
ば高圧精留塔５への供給時には貯槽１２内の圧力
を上げ、液化窒素の貯留時には圧力を下げるとい
う操作を繰返さなければならない。このような昇
圧−減圧を操返すことはその際の気化ガスが放出
されるので寒冷ロスが増加する。

本考案装置では、上記のように送液ポンプが不
要であし、寒冷ロスもないので、液化窒素の寒冷
自己冷熱を有効に活用でき、装置の運転モードの
変更がスムーズに行える利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の一具体例を示すフローシ
ートであり、 図中：１……原料空気圧縮機、２……水洗浄
塔、３，４……切替式空気熱交換器（３は高温熱
交換器、４は低温熱交換器）、５……高圧精留塔、
６……主蒸化器、７……吸着器（２塔切替式……
液化空気過器）、８……液化空気過冷却器、９
……液化窒素過冷却器、１０……低圧精留塔、１
１……アルゴン精留塔、１２……二重殻真空断熱
液化窒素貯槽、１３……液化酸素ポンプ、１４…
…吸着器（２塔切替式……液化酸素過器）、１
８……二重殻真空断熱導管、２０……凝縮器、２
４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ……切替バルブ、
２５ａ，２５ｂ……フラペツト ボツクス、５０
……液化ユニツト、Ｃ・Ｂ……コールドボツク
ス、２６〜４９，５１……導管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 圧縮された空気を原料として高圧精留塔５と低
   圧精留塔１０とを備えた複式精留塔により酸素ガ
   スと窒素ガスを製造する、コールドボツクスC.B.
   に封入された空気分離装置において、高圧精留塔
   ５の頂部から取出された窒素ガスの一部を液化し
   て高圧精留塔５の頂部付近に戻す液化ユニツト５
   ０及び導管４９，５１、並びに高圧精留塔５に戻
   された液化窒素を、該精留塔への戻し導管５１と
   同一レベルから取出してコールドボツクスC.B.外
   に設置した断熱型液化窒素貯槽１２に送給する導
   管４８を有し、さらに前記断熱型液化窒素貯槽１
   ２を、断熱パイプ１８を介して低圧精留塔１０の
   頂部に連通し、該断熱パイプ１８はコールドボツ
   クスC.B.内に膨張弁１８ａを備えていることから
   なる、自己冷熱を利用する空気分離装置。