JPH0611257A - ランダムパッキングを用いる極低温式空気分離方法及び装置 - Google Patents
ランダムパッキングを用いる極低温式空気分離方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ランダムパッキングを利用する改良された極
低温式空気分離方法及び装置を提供すること。 【構成】 構造型パッキングから成る上側セクション
と、ランダムパッキングから成る下側セクションとの互
いに隣接した２つのセクションを含む少くとも１組のパ
ッキングセクション組を使用するたことを特徴とする極
低温式空気分離方法及び装置。好ましくは、液体再分配
器によって互いに分離された少くとも２組のパッキング
セクション組を使用する。
低温式空気分離方法及び装置を提供すること。 【構成】 構造型パッキングから成る上側セクション
と、ランダムパッキングから成る下側セクションとの互
いに隣接した２つのセクションを含む少くとも１組のパ
ッキングセクション組を使用するたことを特徴とする極
低温式空気分離方法及び装置。好ましくは、液体再分配
器によって互いに分離された少くとも２組のパッキング
セクション組を使用する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、空気を極低温
で、即ち空気を液相にするのに十分に低い温度で蒸留す
ることによって、空気を主として窒素、酸素及びアルゴ
ン等の成分に分離することに関する。
で、即ち空気を液相にするのに十分に低い温度で蒸留す
ることによって、空気を主として窒素、酸素及びアルゴ
ン等の成分に分離することに関する。
【０００２】
【従来の技術】極低温式空気分離は、半世紀以上に亙っ
て、空気のいろいろな成分を得るための主要な商業的手
段として用いられている。例えば、今日の製鋼所は、極
低温式空気分離によって得られ、パイプラインで供給さ
れる多量の酸素に依存している。極低温式空気分離は、
一般に、気液接触構造物を備えた１基又はそれ以上の円
筒形のコラム内で行われ行われる。即ち、コラム内で液
体は構造物を被うようにして流下し、一方、ガス状蒸気
は液体と向流関係をなし構造物を通って上昇する。その
ような気液接触構造物の一例として、「パッキング」と
称されるものがある。パッキングは、多数の迷路状表面
を提供する。液体は、それらの迷路状表面を覆って液膜
の形で流下し、蒸気は、流下する液体と接触しながらパ
ッキングの迷路状表面の間に画定された迷路を通って上
昇する。
て、空気のいろいろな成分を得るための主要な商業的手
段として用いられている。例えば、今日の製鋼所は、極
低温式空気分離によって得られ、パイプラインで供給さ
れる多量の酸素に依存している。極低温式空気分離は、
一般に、気液接触構造物を備えた１基又はそれ以上の円
筒形のコラム内で行われ行われる。即ち、コラム内で液
体は構造物を被うようにして流下し、一方、ガス状蒸気
は液体と向流関係をなし構造物を通って上昇する。その
ような気液接触構造物の一例として、「パッキング」と
称されるものがある。パッキングは、多数の迷路状表面
を提供する。液体は、それらの迷路状表面を覆って液膜
の形で流下し、蒸気は、流下する液体と接触しながらパ
ッキングの迷路状表面の間に画定された迷路を通って上
昇する。
【０００３】「パッキング」には、後に定義するよう
に、規則的に配向された「構造体型パッキング」と、不
規則に配置された「ランダムパッキング」との基本的な
２つの種類がある。構造体型パッキングは、一定の設計
によって固定されたものであり、板金で製造されたハネ
カム（蜂の巣）構造体のものが典型的な例である。ラン
ダムパッキングは、コラム内へ投げ入れる、又は流し込
むことができるガラスビード、セラミックリング、又は
特定形状の金属部片等のばら部材の塊である。
に、規則的に配向された「構造体型パッキング」と、不
規則に配置された「ランダムパッキング」との基本的な
２つの種類がある。構造体型パッキングは、一定の設計
によって固定されたものであり、板金で製造されたハネ
カム（蜂の巣）構造体のものが典型的な例である。ラン
ダムパッキングは、コラム内へ投げ入れる、又は流し込
むことができるガラスビード、セラミックリング、又は
特定形状の金属部片等のばら部材の塊である。
【０００４】別のタイプの気液接触構造物として、「ト
レー」と称されるものがある。コラム内に上下に重ねて
配置された一連のトレーは、それぞれ浅い液体プールを
保持する。ガスは、この液体プール内を通って気泡を生
じながら上昇する。
レー」と称されるものがある。コラム内に上下に重ねて
配置された一連のトレーは、それぞれ浅い液体プールを
保持する。ガスは、この液体プール内を通って気泡を生
じながら上昇する。
【０００５】構造体型パッキングであれ、ランダムパッ
キングであれ、パッキングは極低温式空気分離及びその
他の蒸留プロセスにとって有用であることが立証されて
いるが、パッキング、特に構造体型パッキングが好まし
い気液接触構造物として認められるようになったのは１
９８０年代になってからである。パッキングの望ましい
特性は、トレーを用いた場合に比べて、供給原料として
蒸留コラムへ供給すべき空気を圧縮するのに要するパワ
ー（電力）が少なくてすむという点である。なぜなら、
ガスを各トレーの液体プールを通して気泡を生じながら
上昇させるには、ガスをパッキングの表面の液膜を覆う
ようにして上昇させるのに比べて、コラムの頂部と底部
との間の圧力差を大きくしなければならないからであ
る。しかも、電力コストは、極低温式空気分離プラント
の総運転コストの約３分の１を占めるので、電力コスト
を僅か１〜２％節約するだけでも大きな意味がある。
キングであれ、パッキングは極低温式空気分離及びその
他の蒸留プロセスにとって有用であることが立証されて
いるが、パッキング、特に構造体型パッキングが好まし
い気液接触構造物として認められるようになったのは１
９８０年代になってからである。パッキングの望ましい
特性は、トレーを用いた場合に比べて、供給原料として
蒸留コラムへ供給すべき空気を圧縮するのに要するパワ
ー（電力）が少なくてすむという点である。なぜなら、
ガスを各トレーの液体プールを通して気泡を生じながら
上昇させるには、ガスをパッキングの表面の液膜を覆う
ようにして上昇させるのに比べて、コラムの頂部と底部
との間の圧力差を大きくしなければならないからであ
る。しかも、電力コストは、極低温式空気分離プラント
の総運転コストの約３分の１を占めるので、電力コスト
を僅か１〜２％節約するだけでも大きな意味がある。
【０００６】構造体型パッキングを用いることにより運
転コストの節約が得られることは古くから知られていた
が、従来技術ではその節約はパッキングに要する設備投
資額が高いことによって相殺されてしまっていた。又、
トレーの設計は、正確な、予測し得る結果が得られるよ
うに既に高度に開発されていた。しかしながら、１９７
０年代から１９８０年代の初めにかけて事態が一変し
た。即ち、発電コストが、１つには、ＯＰＥＣ（オペッ
ク）のカルテルによって劇的に増大し、又、１つには、
ＯＰＥＣのカルテルほどではないが、公害対策コストの
負担によっても増大した。それとともに（おそらくは電
力コストの高騰に刺激されて）、より効率的で安い構造
体型パッキングが開発され、蒸留装置を使用する主要な
産業である石油化学及び石油精製産業において商業的に
使用されている。石油化学及び石油精製産業に次いで構
造体型パッキングを多く利用しているのが、極低温空気
分離産業である。
転コストの節約が得られることは古くから知られていた
が、従来技術ではその節約はパッキングに要する設備投
資額が高いことによって相殺されてしまっていた。又、
トレーの設計は、正確な、予測し得る結果が得られるよ
うに既に高度に開発されていた。しかしながら、１９７
０年代から１９８０年代の初めにかけて事態が一変し
た。即ち、発電コストが、１つには、ＯＰＥＣ（オペッ
ク）のカルテルによって劇的に増大し、又、１つには、
ＯＰＥＣのカルテルほどではないが、公害対策コストの
負担によっても増大した。それとともに（おそらくは電
力コストの高騰に刺激されて）、より効率的で安い構造
体型パッキングが開発され、蒸留装置を使用する主要な
産業である石油化学及び石油精製産業において商業的に
使用されている。石油化学及び石油精製産業に次いで構
造体型パッキングを多く利用しているのが、極低温空気
分離産業である。
【０００７】構造体型パッキングは、いろいろな改良が
重ねられてきたが、依然としてトレーより製造コストが
高い。他方、ランダムパッキングは、構造体型パッキン
グより安く、構造体型パッキングと同様にトレーより低
い圧力差で作動することができるが、空気分離性能の点
では大きな欠点がある。ランダムパッキングの主要な欠
点は、ランダムパッキングのセクション又は床が空気分
離のための通常の深さを有している場合、流下する液体
の流れがコラムの全断面に亙って均一にならないことで
ある。空気分離システムが経済的に実行可能なシステム
であるためには、沸点が比較的狭い温度範囲内にある酸
素と、窒素とアルゴンをほぼ完全に分離することができ
るように正確な作動制御が必要とされるが、液体の流れ
がコラムの全断面に亙って均一でないと、そのような制
御ができない。ちなみに、酸素と、窒素及びアルゴンの
常圧下における沸点は、それぞれ−１８２．２℃、−１
９５℃及び−１８６．７℃である。
重ねられてきたが、依然としてトレーより製造コストが
高い。他方、ランダムパッキングは、構造体型パッキン
グより安く、構造体型パッキングと同様にトレーより低
い圧力差で作動することができるが、空気分離性能の点
では大きな欠点がある。ランダムパッキングの主要な欠
点は、ランダムパッキングのセクション又は床が空気分
離のための通常の深さを有している場合、流下する液体
の流れがコラムの全断面に亙って均一にならないことで
ある。空気分離システムが経済的に実行可能なシステム
であるためには、沸点が比較的狭い温度範囲内にある酸
素と、窒素とアルゴンをほぼ完全に分離することができ
るように正確な作動制御が必要とされるが、液体の流れ
がコラムの全断面に亙って均一でないと、そのような制
御ができない。ちなみに、酸素と、窒素及びアルゴンの
常圧下における沸点は、それぞれ−１８２．２℃、−１
９５℃及び−１８６．７℃である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、気液接触構造物としてランダムパッキングを使用す
る改良された極低温式空気分離方法を提供することであ
る。本発明の他の目的は、ランダムパッキングセクショ
ンと構造型パッキングセクションを交互に有する極低温
式空気分離のための改良された蒸留コラムを提供するこ
とである。
は、気液接触構造物としてランダムパッキングを使用す
る改良された極低温式空気分離方法を提供することであ
る。本発明の他の目的は、ランダムパッキングセクショ
ンと構造型パッキングセクションを交互に有する極低温
式空気分離のための改良された蒸留コラムを提供するこ
とである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、構造型パッキングから成る上側気液接触
セクションと、ランダムパッキングから成る下側気液接
触セクションとの互いに隣接した２つの気液接触セクシ
ョンを含む少くとも１組の気液接触セクション組を備え
たことを特徴とする極低温式空気分離のための蒸留コラ
ムを提供する。
成するために、構造型パッキングから成る上側気液接触
セクションと、ランダムパッキングから成る下側気液接
触セクションとの互いに隣接した２つの気液接触セクシ
ョンを含む少くとも１組の気液接触セクション組を備え
たことを特徴とする極低温式空気分離のための蒸留コラ
ムを提供する。
【００１０】本発明は、又、構造型パッキングから成る
上側気液接触セクションと、それに隣接するランダムパ
ッキングから成る下側気液接触セクションを有するコラ
ム内において空気の流下液体成分と、空気の上昇ガス状
成分とを接触させることを特徴とする極低温式空気分離
方法を提供する。
上側気液接触セクションと、それに隣接するランダムパ
ッキングから成る下側気液接触セクションを有するコラ
ム内において空気の流下液体成分と、空気の上昇ガス状
成分とを接触させることを特徴とする極低温式空気分離
方法を提供する。
【００１１】ここでいう「コラム」とは、蒸留又は分留
コラム又は帯域、即ち、流体混合物の分離を行うために
液相と蒸気相とを向流関係で接触させる接触コラム又は
帯域のことである。流体混合物の分離は、例えば、コラ
ム内に設置された一連の上下に離隔したトレー又はプレ
ート、又は、コラム内に充填したパッキング部材上で蒸
気相と液相を接触させることによって行われる。このよ
うな蒸留コラムの詳細については、Ｒ．Ｈ．ペリー、
Ｃ．Ｈ．チルトン編「ケミカルエンジニアのハンドブッ
ク」第５版、米国ニューヨーク・マックグロー−ヒル・
ブック・カンパニー刊、セクション１３Ｂ．Ｄ．スミス
著「蒸留」第１３−３頁を参照されたい。
コラム又は帯域、即ち、流体混合物の分離を行うために
液相と蒸気相とを向流関係で接触させる接触コラム又は
帯域のことである。流体混合物の分離は、例えば、コラ
ム内に設置された一連の上下に離隔したトレー又はプレ
ート、又は、コラム内に充填したパッキング部材上で蒸
気相と液相を接触させることによって行われる。このよ
うな蒸留コラムの詳細については、Ｒ．Ｈ．ペリー、
Ｃ．Ｈ．チルトン編「ケミカルエンジニアのハンドブッ
ク」第５版、米国ニューヨーク・マックグロー−ヒル・
ブック・カンパニー刊、セクション１３Ｂ．Ｄ．スミス
著「蒸留」第１３−３頁を参照されたい。
【００１２】「複コラムシステム」とは、比較的高い圧
力のコラムと、比較的低い圧力のコラムとを組合せたも
のであり、比較的高い圧力のコラムの上端と、比較的低
い圧力のコラムの下端が熱交換関係に接続されている。
複コラムの詳細は、ルエマン著「ガスの分離」オクスフ
ォード大学出版、１９４９年刊、第VII 章「商業用空気
分離」に記載されている。
力のコラムと、比較的低い圧力のコラムとを組合せたも
のであり、比較的高い圧力のコラムの上端と、比較的低
い圧力のコラムの下端が熱交換関係に接続されている。
複コラムの詳細は、ルエマン著「ガスの分離」オクスフ
ォード大学出版、１９４９年刊、第VII 章「商業用空気
分離」に記載されている。
【００１３】「アルゴン生成コラム」（単に「アルゴン
コラム」とも称する）とは、アルゴンを含む供給物（上
昇蒸気）と流下液体を向流関係に接触させることによっ
て上昇蒸気中のアルゴン濃度を漸次高め、アルゴン生成
物即ち製品アルゴン（製品としてのアルゴン）を取出す
ためのコラムのことである。通常、コラム本体と、その
頂部に設けられた頂部凝縮器とから成るコラムシステム
である。
コラム」とも称する）とは、アルゴンを含む供給物（上
昇蒸気）と流下液体を向流関係に接触させることによっ
て上昇蒸気中のアルゴン濃度を漸次高め、アルゴン生成
物即ち製品アルゴン（製品としてのアルゴン）を取出す
ためのコラムのことである。通常、コラム本体と、その
頂部に設けられた頂部凝縮器とから成るコラムシステム
である。
【００１４】ここでいう「間接熱交換」とは、２つの流
体流れを互いに物理的に接触又は混合させることなく熱
交換関係にもたらすことである。「気液接触構造物」又
は「気液接触部材」とは、コラム内での液相と気相との
向流関係をなしての移動中、気液界面における物質移動
又は成分分離を促進するためにコラム内器材として用い
られる器材のことである。「トレー」とは、蒸気を通す
ための多数の開口又は孔と、液体入口及び出口を備えた
実質的に平坦なプレートのことであり、液体をプレート
の面に沿って流動させるとともに、蒸気をプレートの多
数の孔を通して上昇させることによって両流体層の間の
物質移動を促進するためのものである。
体流れを互いに物理的に接触又は混合させることなく熱
交換関係にもたらすことである。「気液接触構造物」又
は「気液接触部材」とは、コラム内での液相と気相との
向流関係をなしての移動中、気液界面における物質移動
又は成分分離を促進するためにコラム内器材として用い
られる器材のことである。「トレー」とは、蒸気を通す
ための多数の開口又は孔と、液体入口及び出口を備えた
実質的に平坦なプレートのことであり、液体をプレート
の面に沿って流動させるとともに、蒸気をプレートの多
数の孔を通して上昇させることによって両流体層の間の
物質移動を促進するためのものである。
【００１５】「パッキング」とは、コラム内での液相と
気相との向流関係をなしての移動中、気液界面における
物質移動を促進するための表面を提供するコラム内器材
として用いられる所定の形態、サイズ及び形状の充実又
は中空部材のことである。「ランダムパッキング」（不
規則なパッキング部材）とは、互いに、かつ、コラムの
軸線に対して特定の向きをもたない、不規則に配置され
たパッキング部材のことである。「構造体型パッキン
グ」とは、互いに、かつ、コラムの軸線に対して特定の
向きに構造体として配向されたパッキング部材のことで
ある。典型的な構造体型パッキングは、板金で製造され
たハネカム（蜂の巣）構造体のパッキングである。
気相との向流関係をなしての移動中、気液界面における
物質移動を促進するための表面を提供するコラム内器材
として用いられる所定の形態、サイズ及び形状の充実又
は中空部材のことである。「ランダムパッキング」（不
規則なパッキング部材）とは、互いに、かつ、コラムの
軸線に対して特定の向きをもたない、不規則に配置され
たパッキング部材のことである。「構造体型パッキン
グ」とは、互いに、かつ、コラムの軸線に対して特定の
向きに構造体として配向されたパッキング部材のことで
ある。典型的な構造体型パッキングは、板金で製造され
たハネカム（蜂の巣）構造体のパッキングである。
【００１６】「理論段」とは、その段から出ていく上昇
蒸気と流下液体が物質移動の点で平衡状態となるように
する気液接触段、例えば、１００％の効率を有するトレ
ー、又は、１つの理論プレートの高さに等しい高さ（Ｈ
ＥＴＰ）を有するパッキングのことである。
蒸気と流下液体が物質移動の点で平衡状態となるように
する気液接触段、例えば、１００％の効率を有するトレ
ー、又は、１つの理論プレートの高さに等しい高さ（Ｈ
ＥＴＰ）を有するパッキングのことである。
【００１７】
【実施例】本発明の方法及び装置を図１〜３を参照して
説明する。図１を参照して説明すると、高圧の供給空気
１を複コラムシステムの高圧コラムであるコラム２へ導
入する。「供給空気」とは、成分分離のための原料とし
て供給される、主として窒素と酸素から成る空気（混合
物）のことである。コラム２内で、供給空気１は、極低
温蒸留によって窒素濃縮蒸気と酸素濃縮液体とに分離さ
れる。酸素濃縮液体３は、コラム２からアルゴン生成コ
ラム（以下、単に「アルゴン」と称する）１４の頂部凝
縮器２０へ通され、頂部凝縮器２０内で該凝縮器内の蒸
気と接触して少くとも一部分は気化し、蒸気流２１とし
て複コラムシステムの比較的低い圧力のコラムであるコ
ラム４へ送られる。頂部凝縮器２０内で気化せず液体の
まま残った酸素濃縮液体３の残りの部分は、液体流２３
としてコラム４へ送られる。一方、窒素濃縮蒸気５は、
高圧コラム２から低圧コラム４の底部凝縮器６内へ送ら
れ、そこで低圧コラム４の底部の沸騰する底部液との熱
交換器によって凝縮する。その結果生じた窒素濃縮液体
７の一部分８は、液体還流としてコラム２へ戻され、他
の一部分９は液体還流としてコラム４へ戻される。
説明する。図１を参照して説明すると、高圧の供給空気
１を複コラムシステムの高圧コラムであるコラム２へ導
入する。「供給空気」とは、成分分離のための原料とし
て供給される、主として窒素と酸素から成る空気（混合
物）のことである。コラム２内で、供給空気１は、極低
温蒸留によって窒素濃縮蒸気と酸素濃縮液体とに分離さ
れる。酸素濃縮液体３は、コラム２からアルゴン生成コ
ラム（以下、単に「アルゴン」と称する）１４の頂部凝
縮器２０へ通され、頂部凝縮器２０内で該凝縮器内の蒸
気と接触して少くとも一部分は気化し、蒸気流２１とし
て複コラムシステムの比較的低い圧力のコラムであるコ
ラム４へ送られる。頂部凝縮器２０内で気化せず液体の
まま残った酸素濃縮液体３の残りの部分は、液体流２３
としてコラム４へ送られる。一方、窒素濃縮蒸気５は、
高圧コラム２から低圧コラム４の底部凝縮器６内へ送ら
れ、そこで低圧コラム４の底部の沸騰する底部液との熱
交換器によって凝縮する。その結果生じた窒素濃縮液体
７の一部分８は、液体還流としてコラム２へ戻され、他
の一部分９は液体還流としてコラム４へ戻される。
【００１８】低圧コラム４内へは、又、低圧供給空気２
２を導入することもできる。コラム４内へ導入された低
圧供給空気２２は、やはり、極低温蒸留によって窒素豊
富部分と酸素豊富部分とに分離される。窒素豊富部分
は、コラム４から流れ１０として抽出され、製品窒素と
して回収される。一方、酸素豊富部分は、コラム４から
流れ１１として抽出され、製品酸素として回収される。
２を導入することもできる。コラム４内へ導入された低
圧供給空気２２は、やはり、極低温蒸留によって窒素豊
富部分と酸素豊富部分とに分離される。窒素豊富部分
は、コラム４から流れ１０として抽出され、製品窒素と
して回収される。一方、酸素豊富部分は、コラム４から
流れ１１として抽出され、製品酸素として回収される。
【００１９】コラム４からは、制御の目的で廃棄流れ１
２が排出される。更に、コラム４の中間点から、主とし
て酸素とアルゴンを含む流れ１３が抽出され、アルゴン
コラム１４へ通されてアルゴンコラム内で極低温蒸留に
よってアルゴン豊富部分（蒸気）と酸素豊富部分（液
体）とに分離される。アルゴン豊富部分蒸気は、アルゴ
ンコラム１４内の頂部凝縮器２０内で凝縮され、その一
部分は流れ１５として抽出され、製品粗アルゴン（製品
としての粗アルゴン）として回収される。一方、酸素豊
富液体は、コラム１４の底部から抽出されて流れ１６と
してコラム４へ戻される。
２が排出される。更に、コラム４の中間点から、主とし
て酸素とアルゴンを含む流れ１３が抽出され、アルゴン
コラム１４へ通されてアルゴンコラム内で極低温蒸留に
よってアルゴン豊富部分（蒸気）と酸素豊富部分（液
体）とに分離される。アルゴン豊富部分蒸気は、アルゴ
ンコラム１４内の頂部凝縮器２０内で凝縮され、その一
部分は流れ１５として抽出され、製品粗アルゴン（製品
としての粗アルゴン）として回収される。一方、酸素豊
富液体は、コラム１４の底部から抽出されて流れ１６と
してコラム４へ戻される。
【００２０】図２は、本発明に従って、構造体型パッキ
ングから成る気液接触セクション（区間）２４と、ラン
ダムパッキングから成る気液セクション（区間）２５と
を上下に交互に配置したコラムの一部分を示す。「気液
接触セクション」は、ここでは、「パッキングセクショ
ン」又は単に「セクション」とも称する。又、互いに隣
接した構造体型パッキングのセクション２４とランダム
パッキングのセクション２５との組合せを「１組のパッ
キングセクション組」と称することとする。本発明によ
れば、コラム内に構造体型パッキングの上側セクション
２４と、その下に配置されたランダムパッキングの下側
セクション２５から成る少くとも１組のパッキングセク
ション組を設ける。所望ならば、図２に示されるよう
に、互いに上下に隣接させて２組以上のパッキングセク
ション組を設けることができる。その場合、各２組のパ
ッキングセクション組の間に、液体再分配器（パッキン
グによって分配された液体を更に分配するための手段）
２６を配置することが好ましい。図２でみて上方のパッ
キングセクション組の上には、液体分配器２６' が配置
されている。このようなパッキングセクションの順序配
置は、極低温式空気分離における蒸留又は精留のための
気液接触コラム即ち物質／熱移動（物質移動及び熱移
動）系内に多量のランダムパッキングを使用することを
可能にする。この物質／熱移動系の全体的効率及び性能
は、構造体型パッキングだけを用いた場合と実質的に同
じであり、しかも、ランダムパッキングは、構造体型パ
ッキングよりも製造コストが安く、設置費用も安いの
で、本発明による物質／熱移動系は、設備投資の相当な
節約を実現する。
ングから成る気液接触セクション（区間）２４と、ラン
ダムパッキングから成る気液セクション（区間）２５と
を上下に交互に配置したコラムの一部分を示す。「気液
接触セクション」は、ここでは、「パッキングセクショ
ン」又は単に「セクション」とも称する。又、互いに隣
接した構造体型パッキングのセクション２４とランダム
パッキングのセクション２５との組合せを「１組のパッ
キングセクション組」と称することとする。本発明によ
れば、コラム内に構造体型パッキングの上側セクション
２４と、その下に配置されたランダムパッキングの下側
セクション２５から成る少くとも１組のパッキングセク
ション組を設ける。所望ならば、図２に示されるよう
に、互いに上下に隣接させて２組以上のパッキングセク
ション組を設けることができる。その場合、各２組のパ
ッキングセクション組の間に、液体再分配器（パッキン
グによって分配された液体を更に分配するための手段）
２６を配置することが好ましい。図２でみて上方のパッ
キングセクション組の上には、液体分配器２６' が配置
されている。このようなパッキングセクションの順序配
置は、極低温式空気分離における蒸留又は精留のための
気液接触コラム即ち物質／熱移動（物質移動及び熱移
動）系内に多量のランダムパッキングを使用することを
可能にする。この物質／熱移動系の全体的効率及び性能
は、構造体型パッキングだけを用いた場合と実質的に同
じであり、しかも、ランダムパッキングは、構造体型パ
ッキングよりも製造コストが安く、設置費用も安いの
で、本発明による物質／熱移動系は、設備投資の相当な
節約を実現する。
【００２１】図２に示された構成ほど望ましいものでは
ないが、その代替構成として、図２の２つの構造体型パ
ッキングセクション２４の代りに、それぞれランダムパ
ッキングセクションを使用し、各ランダムパッキングセ
クションの間に液体再分配器（パッキングによって分配
された液体を更に分配するための手段）を配置すること
ができる。即ち、一連の比較的短い（低い）各ランダム
セクションの間に液体再分配器を配置した構成とするこ
とができる。
ないが、その代替構成として、図２の２つの構造体型パ
ッキングセクション２４の代りに、それぞれランダムパ
ッキングセクションを使用し、各ランダムパッキングセ
クションの間に液体再分配器（パッキングによって分配
された液体を更に分配するための手段）を配置すること
ができる。即ち、一連の比較的短い（低い）各ランダム
セクションの間に液体再分配器を配置した構成とするこ
とができる。
【００２２】上述した本発明の原理は、図１に示される
ような典型的な極低温式空気分離プラントの複コラムシ
ステムのコラムより直径の小さいアルゴンコラムに適用
することが好ましい。直径の小さいコラムに適用するこ
とが好ましいのは、ランダムパッキングのセクションを
その直径を増大することによって大型化した場合、一般
に、大型化したランダムパッキングの方が、大型化した
構造体型パッキングよりも性能の低下率が大きいからで
ある。ランダムパッキングのセクションは、複数段のパ
ッキングから成っている。例えば、直径約９１ｃｍ（約
３ｆｔ）のコラム内に、液体分配の不均一をほとんど起
こすことなく設置することができるランダムパッキング
の理論段の段数は約１５段であることが実験によって立
証された。理論段数が約１５段より少なければ、直径約
９１ｃｍよりはるかに大きい空気分離コラムにも、ラン
ダムパッキングだけから成るパッキングセクションを実
用上用いることができる。
ような典型的な極低温式空気分離プラントの複コラムシ
ステムのコラムより直径の小さいアルゴンコラムに適用
することが好ましい。直径の小さいコラムに適用するこ
とが好ましいのは、ランダムパッキングのセクションを
その直径を増大することによって大型化した場合、一般
に、大型化したランダムパッキングの方が、大型化した
構造体型パッキングよりも性能の低下率が大きいからで
ある。ランダムパッキングのセクションは、複数段のパ
ッキングから成っている。例えば、直径約９１ｃｍ（約
３ｆｔ）のコラム内に、液体分配の不均一をほとんど起
こすことなく設置することができるランダムパッキング
の理論段の段数は約１５段であることが実験によって立
証された。理論段数が約１５段より少なければ、直径約
９１ｃｍよりはるかに大きい空気分離コラムにも、ラン
ダムパッキングだけから成るパッキングセクションを実
用上用いることができる。
【００２３】図２は、約５０段の理論段を備えた代表的
なアルゴンコラム（図１にコラム１４として示されるよ
うなコラム）の気液接触系（物質／熱移動系）として適
用された本発明を例示する。ランダムパッキングの２つ
のセクション２５の各々が、１５段の理論段を有してい
るとすれば、極低温蒸留の半分以上、即ち、合計５０段
の理論段のうちの３０段をランダムパッキングで構成す
ることができる。このことは、アルゴンコラムのための
設備投資コストの相当な節約を意味する。もちろん、本
発明の構造体型パッキングとランダムパッキングとの組
合せ構成は、その固有の特性として圧力降下（圧力損
失）が低いので（トレーの理論段１段当りの圧力降下が
約４．９２１〜５．６１２４ｇ／ｃｍ2 （絶対圧）であ
るのに対して、本発明の組合せ構成の圧力降下は約０．
７０３〜１．４０６ｇ／ｃｍ2 （絶対圧）である）、運
転コストは、構造体型パッキングだけを用いたものと同
じである。更に、(1) アルゴンの回収率を高めるため
に、あるいは、(2) より純度の高いアルゴンを得るため
に、構造体型パッキングを使用した場合の低い圧力降下
でもって、５０段より多い理論段を用いることもでき
る。
なアルゴンコラム（図１にコラム１４として示されるよ
うなコラム）の気液接触系（物質／熱移動系）として適
用された本発明を例示する。ランダムパッキングの２つ
のセクション２５の各々が、１５段の理論段を有してい
るとすれば、極低温蒸留の半分以上、即ち、合計５０段
の理論段のうちの３０段をランダムパッキングで構成す
ることができる。このことは、アルゴンコラムのための
設備投資コストの相当な節約を意味する。もちろん、本
発明の構造体型パッキングとランダムパッキングとの組
合せ構成は、その固有の特性として圧力降下（圧力損
失）が低いので（トレーの理論段１段当りの圧力降下が
約４．９２１〜５．６１２４ｇ／ｃｍ2 （絶対圧）であ
るのに対して、本発明の組合せ構成の圧力降下は約０．
７０３〜１．４０６ｇ／ｃｍ2 （絶対圧）である）、運
転コストは、構造体型パッキングだけを用いたものと同
じである。更に、(1) アルゴンの回収率を高めるため
に、あるいは、(2) より純度の高いアルゴンを得るため
に、構造体型パッキングを使用した場合の低い圧力降下
でもって、５０段より多い理論段を用いることもでき
る。
【００２４】本発明は、特定のタイプの構造体型パッキ
ングの使用に限定されるものではないが、米国特許第
４，２９６，０５０号に記載されたタイプの構造体型パ
ッキングを使用することが好ましい。同様に、本発明
は、特定のタイプのランダムパッキングの使用に限定さ
れるものではない。本発明に使用することができるラン
ダムパッキングとしては、例えば、約３８．１ｍｍ未
満、好ましくは約６．３５〜２５．４ｍｍのサイズを有
する「ポール」、「インターロックス」、「ナッター」
及び「ラシグ」（いずれも商標名）と称されるリングが
ある。ランダムパッキングの容積密度に対する表面積の
比率は、４９２〜５８ｍ2 ／ｍ3 とすることが好まし
い。又、。パッキングの空隙率は、約９０〜９８％であ
ることが好ましい。これらの基準を満たす市販のパッキ
ングとして好ましいのは、１５，８７５ｍｍのサイズの
「ナッター」リングである。
ングの使用に限定されるものではないが、米国特許第
４，２９６，０５０号に記載されたタイプの構造体型パ
ッキングを使用することが好ましい。同様に、本発明
は、特定のタイプのランダムパッキングの使用に限定さ
れるものではない。本発明に使用することができるラン
ダムパッキングとしては、例えば、約３８．１ｍｍ未
満、好ましくは約６．３５〜２５．４ｍｍのサイズを有
する「ポール」、「インターロックス」、「ナッター」
及び「ラシグ」（いずれも商標名）と称されるリングが
ある。ランダムパッキングの容積密度に対する表面積の
比率は、４９２〜５８ｍ2 ／ｍ3 とすることが好まし
い。又、。パッキングの空隙率は、約９０〜９８％であ
ることが好ましい。これらの基準を満たす市販のパッキ
ングとして好ましいのは、１５，８７５ｍｍのサイズの
「ナッター」リングである。
【００２５】図３は、本発明に使用するの適する代表的
なオリフィスプレート型液体再分配器を示す。オリフィ
スプレート２７は、コラムの流れ断面積１ｆｔ2 当り少
くとも６個、好ましくは少くとも９個（１ｍ2 当り少く
とも６５個、好ましくは少くとも９７個）のオリフィス
２８を有する。ガス排出筒２９は、上昇がすを通すため
の通路を構成する。これらのガス排出筒２９の合計断面
積は、コラムの流れ断面積約１０％である。液体が直接
各ガス排出筒２９を通って流下するのを）即ち、液体の
バイパスを）防止するために、滴下液防護板３０がガス
排出筒２９の頂部を覆うようにそれらの上方に配置され
ている。ただし、図２にみられる液体分配器２６' のよ
うにコラムの頂部に配置される液体分配器には、必ずし
も、滴下液防護板３０は必要ない。オリフィスプレート
２７は、実質的に水平に配置すべきである。
なオリフィスプレート型液体再分配器を示す。オリフィ
スプレート２７は、コラムの流れ断面積１ｆｔ2 当り少
くとも６個、好ましくは少くとも９個（１ｍ2 当り少く
とも６５個、好ましくは少くとも９７個）のオリフィス
２８を有する。ガス排出筒２９は、上昇がすを通すため
の通路を構成する。これらのガス排出筒２９の合計断面
積は、コラムの流れ断面積約１０％である。液体が直接
各ガス排出筒２９を通って流下するのを）即ち、液体の
バイパスを）防止するために、滴下液防護板３０がガス
排出筒２９の頂部を覆うようにそれらの上方に配置され
ている。ただし、図２にみられる液体分配器２６' のよ
うにコラムの頂部に配置される液体分配器には、必ずし
も、滴下液防護板３０は必要ない。オリフィスプレート
２７は、実質的に水平に配置すべきである。
【００２６】
【発明の効果】本発明の重要な特徴は、コラム内に構造
体型パッキングの上側セクション２４と、その下に配置
されたランダムパッキングの下側セクション２５から成
る少くとも１組のパッキングセクション組を設けること
である。このようなパッキングセクションの順序配置
は、極低温式空気分離における蒸留又は精留のための気
液接触コラム即ち物質／熱移動（物質移動及び熱移動）
系内に多量のランダムパッキングを使用することを可能
にする。この物質／熱移動系の全体的効率及び性能は、
構造体型パッキングだけを用いた場合と実質的に同じで
あり、しかも、ランダムパッキングは、構造体型パッキ
ングよりも製造コストが安く、設置費用も安いので、本
発明による物質／熱移動系は、設備投資の相当な節約を
実現する。
体型パッキングの上側セクション２４と、その下に配置
されたランダムパッキングの下側セクション２５から成
る少くとも１組のパッキングセクション組を設けること
である。このようなパッキングセクションの順序配置
は、極低温式空気分離における蒸留又は精留のための気
液接触コラム即ち物質／熱移動（物質移動及び熱移動）
系内に多量のランダムパッキングを使用することを可能
にする。この物質／熱移動系の全体的効率及び性能は、
構造体型パッキングだけを用いた場合と実質的に同じで
あり、しかも、ランダムパッキングは、構造体型パッキ
ングよりも製造コストが安く、設置費用も安いので、本
発明による物質／熱移動系は、設備投資の相当な節約を
実現する。
【００２７】本発明によれば、互いに上下に隣接させて
２組以上のパッキングセクション組を設けることができ
る。その場合、液体の分配を良好にし、物質／熱移動系
の効率を一層高めるために、各２組のパッキングセクシ
ョン組の間に液体再分配器２６を配置することができ
る。
２組以上のパッキングセクション組を設けることができ
る。その場合、液体の分配を良好にし、物質／熱移動系
の効率を一層高めるために、各２組のパッキングセクシ
ョン組の間に液体再分配器２６を配置することができ
る。
【００２８】本発明の構造体型パッキングとランダムパ
ッキングとの組合せ構成は、その固有の特性として圧力
降下（圧力損失）が低いので、運転コストは、構造体型
パッキングだけを用いたものと同じである。更に、構造
体型パッキングの使用によって圧力降下を低くすること
ができるので、(1) アルゴンの回収率を高めるために、
あるいは、(2) より純度の高いアルゴンを得るために、
５０段より多い理論段を用いることもできる。
ッキングとの組合せ構成は、その固有の特性として圧力
降下（圧力損失）が低いので、運転コストは、構造体型
パッキングだけを用いたものと同じである。更に、構造
体型パッキングの使用によって圧力降下を低くすること
ができるので、(1) アルゴンの回収率を高めるために、
あるいは、(2) より純度の高いアルゴンを得るために、
５０段より多い理論段を用いることもできる。
【００２９】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図１】図１は、本発明を実施することができる、互い
に熱交換関係に配置された低あるコラムと高圧コラムを
有する慣用の複コラムシステムと、脇コラム即ちアルゴ
ンコラムを備えた極低温式空気分離プラントの概略流れ
図である。
に熱交換関係に配置された低あるコラムと高圧コラムを
有する慣用の複コラムシステムと、脇コラム即ちアルゴ
ンコラムを備えた極低温式空気分離プラントの概略流れ
図である。
【図２】図２は、図１にコラム１４として概略的に示さ
れているような粗アルゴンコラムの気液接触構造物の断
面図である。
れているような粗アルゴンコラムの気液接触構造物の断
面図である。
【図３】図３は、図２に示された液体再分配器２６の透
視図である。
視図である。
１：高圧供給空気 ２：高圧コラム ３：酸素濃縮液体 ４：低圧コラム ５：窒素濃縮蒸気 ６：凝縮器 ７：窒素濃縮液体 １０：製品窒素 １１：製品酸素 １３：酸素とアルゴンの流れ １４：アルゴンコラム １５：アルゴン豊富流れ（製品粗アルゴン） １６：酸素豊富部分 ２０：頂部凝縮器 ２４：構造体パッキングのセクション ２５：ランダムパッキングのセクション ２６：液体再分配器 ２６' ：液体分配器 ２７：オリフィスプレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・エイモリー・ビクター アメリカ合衆国ニューヨーク州グランド・ アイランド、フェアビュー・コート153
Claims (8)
- 【請求項１】構造型パッキングのセクションの下に隣接
して配置された少くとも１つのランダムパッキングのセ
クションを有するコラム内において、空気の流下液体成
分と、空気の上昇ガス状成分とを接触させることから成
る極低温式空気分離方法。 - 【請求項２】前記隣接する構造型パッキングのセクショ
ンとランダムパッキングのセクションをアルゴンコラム
内に配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】隣接する構造型パッキングのセクションと
ランダムパッキングのセクションとの組合せを少くとも
２組配設し、それらのパッキングセクション組とパッキ
ングセクション組の間で液体を再分配させることを特徴
とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】構造型パッキングから成る上側セクション
と、ランダムパッキングから成る下側セクションとの互
いに隣接した２つのセクションを含む少くとも１組のパ
ッキングセクション組を備えたことを特徴とする極低温
式空気分離のための物質／熱移動コラム。 - 【請求項５】構造型パッキングから成る上側セクション
と、ランダムパッキングから成る下側セクションとの互
いに隣接した２つのセクションを含む少くとも１組のパ
ッキングセクション組を備えたことを特徴とする極低温
式空気分離プラントに使用するためのアルゴンコラム。 - 【請求項６】液体再分配器によって互いに分離された少
くとも２組の前記パッキングセクション組が設けられて
いることを特徴とする請求項５に記載のアルゴンコラ
ム。 - 【請求項７】前記液体再分配器は、該コラムの流れ断面
積１ｆｔ2 当り少くとも６個（１ｍ2 当り少くとも６５
個）のオリフィスを有するオリフィスプレートを含むも
のであることを特徴とする請求項５に記載のアルゴンコ
ラム。 - 【請求項８】前記パッキングセクション組の直径は、約
９１ｃｍ（約３ｆｔ）未満であることを特徴とする請求
項５に記載のアルゴンコラム。
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