JPH0792328B2 - 空気液化分離装置における低温弁の作動ガス供給方法 - Google Patents

空気液化分離装置における低温弁の作動ガス供給方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気液化分離装置に用いられる低温弁と該低
温弁の駆動部とをコールドボックス内に配設した空気液
化分離装置における低温弁の作動ガス供給方法に関する
ものである。
〔従来の技術〕
空気液化分離装置内の低温流体の流量を制御する低温弁
としては、例えば実開昭56−95667号公報に示される低
温流体用制御弁装置等が知られている。
上記公報に示される低温弁は、弁体部と、これを開閉さ
せる駆動部とを一体化したもので、該駆動部を作動させ
る作動ガスとして、流量を制御される低温流体と略同程
度の低温のものを用いている。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、液化窒素や液化酸素等と同程度の温度
で、しかも弁体を開閉させることのできる圧力下で液化
しないガスは、ヘリウム（He）またはネオン（Ne）ある
いはこれらを主成分とするガス等、限られたものであ
り、その供給や保管のために特別な装置及び経費を必要
としていた。
そこで、本発明は、低温弁の開閉を行うための作動ガス
を容易に供給することのできる空気液化分離装置におけ
る低温弁の作動ガス供給方法を提供することを目的とし
ている。
〔問題点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は、空気液化分離
装置に用いられる低温弁と該低温弁の駆動部とをコール
ドボックス内に配設した空気液化分離装置における低温
弁の作動ガス供給方法において、主凝縮器で凝縮しない
不凝縮ガスを採取して濃縮・精製し、この濃縮・精製さ
れたガスを作動ガスとして前記低温弁の駆動部に供給す
ることを特徴とする。
〔作 用〕
従って、空気液化分離装置の運転とともに、低温弁用の
作動ガスを供給することができる。また、主凝縮器の不
凝縮ガスを濃縮・精製して低温弁の駆動部の作動ガスと
して用いるので、低温で固化する炭酸ガスや水分等、ま
た液化する酸素等、あるいは燃焼，爆発の危険性を有す
る水素や炭化水素等を含まない作動ガスを得ることがで
きる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
尚、図においては、本発明の説明に必要な系統のみを示
す。
空気液化分離装置１は、下部塔２及び上部塔３からなる
精留塔４に液化点付近まで冷却された原料空気Ａを導入
して窒素や酸素等を精留分離するもので、液化窒素ある
いは液化酸素等の低温流体用の配管５には、これらの流
量を制御するための低温弁６が設けられている。
上記精留塔４や低温弁６及び熱交換器7,8等は、外部と
気密及び断熱されたコールドボックス９内に収納されて
いる。尚、図ではコールドボックス9,9を説明上分離し
て示しているが、同一のものである。
原料空気Ａ、圧縮，精製されてコールドボックス９内に
導入され、熱交換器７で液化点付近まで冷却され、精留
塔４の下部塔２に導入されて精留分離される。
この時、沸点の低い窒素，ネオン，ヘリウム及び水素
は、それぞれの分圧に応じてガス体のまま下部塔２内を
上昇して主凝縮器10に導入される。
また窒素の一部およびその他の低沸点成分ガスを分解し
た原料空気Ａは、液化空気となり下部塔２の底部から導
出されて膨張した後に上部塔３に導入され、再び精留分
離されて頂部の窒素ガスと、底部の酸素となる。
前記主凝縮器10では、下部塔２頂部のガス体が上部塔３
の液化酸素と熱交換を行い、主として窒素ガスが凝縮液
化して液化窒素となり、他の低沸点成分であるネオン，
ヘリウム及び水素は、凝縮することなく不凝縮ガスUGと
して主凝縮器10の凝縮室の上部に濃縮される。
上記不凝縮ガスUGは、未凝縮の窒素ガスと共に主凝縮器
10の上部から導出され、不凝縮ガスUGの濃縮器11に導入
される。
この濃縮器11は、濡れ壁式の濃縮筒12を備えており、前
記主凝縮器10で凝縮した液化窒素LNの一部を減圧弁13で
減圧してさらに真空ポンプ14で吸引し寒冷源として用
い、前記不凝縮ガスUG中の窒素ガスを凝縮させ、液化窒
素として底部から下部塔２に戻し、前記低沸点成分であ
るネオン，ヘリウム及び水素の濃縮を行う。寒冷源とし
て用いられた液化窒素LNは、熱交換器７で常温にまで昇
温して真空ポンプ14に吸引され、窒素ガス導管15に合流
する。
そして濃縮筒12の上部に濃縮された不凝縮ガスUGは、濃
縮筒12の上部から導出されて熱交換器７に導入され、原
料空気Ａと熱交換を行い昇温してコールドボックス９か
ら導出され、精製工程16に向かう。
不凝縮ガスUGの精製は、不凝縮ガスUG中に含まれる水素
を除去するもので、可燃性ガスである水素の燃焼，爆発
等を防止するために行われる。
不凝縮ガスUGは、酸素ガス導管17から導入される所定量
の酸素ガスと混合され、触媒が充填された精製器18に導
入され、該不凝縮ガスUG中の水素は、酸素ガスと反応
し、燃焼して水となり、燃焼により発生した熱は、冷却
器19で冷却除去され、生成した水分は、吸着剤を充填し
た乾燥器20で吸着除去される。
これにより、低沸点成分ガスを主体とした低温弁６の作
動ガスVGが得られる。この作動ガスVGは、空気液化分離
装置１の主凝縮器10で凝縮しない不凝縮ガスUGを濃縮・
精製して得ているので、低温で固化する炭酸ガスや水分
等、また液化する酸素やアルゴン等、あるいは燃焼，爆
発の危険性を有する水素や炭化水素等を含まないもので
あり、低温弁の作動ガスVGとして優れた性状を備えてい
る。さらに、従来大気中に放出されていた主凝縮器10で
の不凝縮ガスUGを用いるため、ほとんどコストが掛ら
ず、ヘリウムやネオンを別途導入するのに比べて大幅な
コストダウンを図れる。
一方コールドボックス９内の低温流体の配管５に設けら
れた低温弁６は、弁体部21と、該弁体部21を開閉駆動す
る駆動部22と、弁体部21の開度を制御するポジショナ23
とで構成されている。
ポジショナ23は、弁棒24に接続されたフィードバックレ
バー25により弁体部21の開度を検出し、別に設けられた
流量調節器からの開度信号26と比較し、駆動部22に供給
する作動ガスVGの流量（圧力）を調節して弁体部21の開
度を制御する。
この低温弁６を作動させる作動ガスVGは、次に説明する
循環系統27により低温弁６に供給される。
不凝縮ガスUGを濃縮・精製した後の作動ガスVGは、流量
計28で流量を測定され、調節弁29で流量を調節されて吸
入リザーバ30に導入される。次いで作動ガスVGは、圧縮
機31により作動圧まで昇圧され、吐出リザーバ32を経て
コールドボックス９内に導入される。コールドボックス
９内に導入された作動ガスVGは、熱交換器８で低温流体
と略同じ作動温度に冷却されてポジショナ23に導入さ
れ、該ポジショナ23により圧力を調節されて駆動部22に
供給される。
ポジショナ23で使用された後の作動ガスVGは、略常圧で
ポジショナ23から導出され、前記熱交換器８で昇温して
コールドボックス９から出て前記吸入リザーバ30に循環
し、再び圧縮機31に導入される。
また前記圧縮機31の吐出側と吸入リザーバ30の間には、
圧力調節計33が設けられており、吸入リザーバ30内が負
圧にならないように制御している。
このように、低温弁６の作動ガスVGを密閉式の循環系統
27で循環使用して作動ガスVGの放出をなくすことによ
り、所定量の作動ガス量を得た後は、作動ガスVG、即ち
不凝縮ガスUGの採取量をほとんど零とできるので、前記
不凝縮ガスUGの精製工程16で使用する酸素ガスや冷却水
の使用量も極僅かでよく、運転経費も低廉である。
またこのように循環使用することにより余剰となる不凝
縮ガスを、他の空気液化分離装置の低温弁の作動ガスと
して用いることもでき、複数基の空気液化分離装置が併
設されている場合には、１基のみに不凝縮ガス採取工程
を設置すれば、簡単な配管の接続だけで他の装置に低温
弁の作動ガスを供給できる。
次に作動ガスの組成の一例を説明する。
まず液化酸素の温度−196℃で主凝縮器10の上部に濃縮
される不凝縮ガスUGは、ネオン約4.5％，ヘリウム約1.1
％，水素約1.2％，残部窒素ガスである。次に濃縮器11
に導入され、60mmHgに減圧されて−200℃以下とされた
液化窒素LNにより冷却される。−200℃における窒素ガ
スの分圧は、約0.6ataであるから、この時の不凝縮ガス
UGの全圧を6ataとすると、不凝縮ガスUGの組成は、ネオ
ン約59.5％，ヘリウム約14.6％，水素約15.9％，窒素ガ
ス10.0％となる。
そして精製工程16により水素が除去されると、ネオン約
70.7％，ヘリウム約17.4％，窒素ガス約11.9％となる。
この組成のガスを低温弁６の作動ガスVGとすることよ
り、液化酸素や液化窒素を低温流体とした低温弁６を作
動させるための、例えば温度−196℃，圧力5Kg/cm2の条
件下でも作動ガスVGが液化することなく、低温弁６の確
実な作動を図ることができる。
尚、精留塔や低温弁等の各種機器は、一般に用いられて
いる構造のものを適宜に用いることができる。
〔発明の効果〕
本発明は以上説明したように、空気液化分離装置の主凝
縮器で凝縮しない不凝縮ガスを採取して濃縮・精製し、
コールドボックス内に配設された低温弁の駆動部を作動
させる作動ガスとしたから、空気液化分離装置の運転と
ともに低温弁用の作動ガスを供給することができる。
また従来放出していた主凝縮器の不凝縮ガスを用いるの
で低コストであり、しかも、主凝縮器の不凝縮ガスを濃
縮・精製して低温弁の駆動部の作動ガスとして用いるの
で、低温で固化する炭酸ガスや水分等、また液化する酸
素等、あるいは燃焼，爆発の危険性を有する水素や炭化
水素等を含まない作動ガスを得ることができるから、低
温弁の作動ガスとして優れた性状を備えている。さらに
作動ガスを循環使用する場合は、不凝縮ガスの採取量を
極僅かとすることができるので、濃縮や精製に用いる酸
素ガス、冷却水等の運転コストもほとんど掛らず、駆動
部を弁体部と共にコールドボックス内に配設した低温弁
の作用効果とともに、より低コストで空気液化分離装置
の運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明方法の一実施例を説明するための空気液化分
離装置の要部の系統図である。 １……空気液化分離装置、４……精留塔、５……低温流
体用の配管、６……低温弁、7,8……熱交換器、９……
コールドボックス、10……主凝縮器、11……濃縮器、16
……精製工程、18……精製器、19……冷却器、20……乾
燥器、21……弁体部、22……駆動部、23……ポジショ
ナ、24……弁棒、27……循環系統、31……圧縮機、UG…
…不凝縮ガス、VG……作動ガス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空気液化分離装置に用いられる低温弁と該
    低温弁の駆動部とをコールドボックス内に配設した空気
    液化分離装置における低温弁の作動ガス供給方法におい
    て、主凝縮器で凝縮しない不凝縮ガスを採取して濃縮・
    精製し、この濃縮・精製されたガスを作動ガスとして前
    記低温弁の駆動部に供給することを特徴とする空気液化
    分離装置における低温弁の作動ガス供給方法。
  2. 【請求項２】前記不凝縮ガスの精製は、水素の除去であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気液
    化分離装置における低温弁の作動ガス供給方法。
  3. 【請求項３】前記作動ガスは、圧縮機及び熱交換器を備
    えた循環系統を介して前記低温弁の駆動部に循環供給す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気液
    化分離装置における低温弁の作動ガス供給方法。
JP62278633A 1987-11-04 1987-11-04 空気液化分離装置における低温弁の作動ガス供給方法 Expired - Lifetime JPH0792328B2 (ja)

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