JPS6038577A - 空気分離方法 - Google Patents

空気分離方法

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JPS6038577A
JPS6038577A JP58148651A JP14865183A JPS6038577A JP S6038577 A JPS6038577 A JP S6038577A JP 58148651 A JP58148651 A JP 58148651A JP 14865183 A JP14865183 A JP 14865183A JP S6038577 A JPS6038577 A JP S6038577A
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liquid
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正幸 田中
浅原　一彦
一郎 船田
富阪　泰
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Kobe Steel Ltd
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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】 本発明は空気を液化して分離する方法に関し、特に全低
圧方式によって空気を分離して高純度の酸素及びアルゴ
ンを経済的に製造する方法に関するものである。
空気を液化して精留することによってＮ２　。
０　、Ａｒ等を分離する空気の液化分離装置は種々の分
野で稼動している。この種の空気液化分敲装置では、原
料空気や製品酸素及び製品アルゴンに対して運転条件に
応じた加圧、減圧操作を施す必要がある為、圧縮機、膨
張機等の機器の設置が不可欠である。かかる機器に要す
る動力のうち、特に圧縮のための動力は大きな比重を占
めており、該圧縮機の動力費が空気液化分離装置の動力
費の大半を占めているのが実情である。特に空気液化分
離装置は大容量のものが多く動力費が嵩むため、製品酸
素及び製品アルゴンの製造コストの低減を図る一環とし
て動力費の低減が強く要望されている。こうした事情は
いわゆる全低圧式空気分離装置に於ても全く同様である
が、有効な対策はほとんど講じられていない。
本発明者等はこうした点に鑑み、従来の全低圧式空気分
離システムにおける製品酸素圧１ｉ！機の採用を中止し
て、別途新規な技術的手段を有機的に結合させることに
より、少なくとも製品酸素の回収効率及びその円滑性を
損なうことなく、従来の１　製品酸素圧縮機に要してい
た動力費を節減し、全低圧式空気分離装置全体の経済性
を高めることに成功し、先に特許出願を行なった（特願
昭５７−２１６４７号）。第１図は該特許出願における
空気分離方法の系統図を示し、この図において原料空気
は空気　過器１から供給され、空気圧縮機２で約４．８
ａｔａに圧縮加圧されたのち、アフタークーラ３で冷却
される。次に可逆式熱交換器４に入り、製品゛酸素、不
純窒素及び富アルゴンガスと熱交換してほぼ沸点近くま
で冷却される。更に精留塔低圧塔（以下単に低圧塔とい
う）５の下部の第１コンデンサ６に導入し、該コンデン
サ６で低圧塔５の還流液との熱交換により沸点以下まで
過冷却される。従って一部は液化する。次いで気液分離
器７内で気体空気と液体空気に分離され、液体空気は全
量精留塔中圧塔（以下単に中圧塔という）８に導かれる
。中圧塔８に導入された液体空気は気化して上昇ガスと
なる一方、該中圧塔８の頂部で凝縮して得られる還流液
（富窒素液）に接触させて粗精留し、中圧塔８の頂部で
富窒素ガスを得ると共に、前記還流液は中圧塔８の底部
で酸素成分的４０％の液体空気となる。尚中圧塔８の中
間部より抽出された気体空気は管路３１　、３２から膨
張タービン９に入り、ここで寒冷を発生した後、管路３
３を通って低圧塔５に導かれる。
中圧塔８で前述の如く粗精留された液体空気は、管路３
４を通って液体空気過冷却器１０内に導入冷却された後
、管路３５から粗アルゴン塔１１（）Ｊ内圧は約０．８
〜１．０　ａｔａ）の塔頂部に配設された第２コンデン
サ１２に導き、該コンデンｔ１？？１１フルゴンｉｌｌ
内の富アルコンガスと熱交換して液体空気をガス化した
後、管路３６から低圧塔５へ導かれる。一方巾圧塔８の
頂部に貯留された富窒素液は管路３７を通って液体空気
過冷却器１０内に導入・冷却された後、管路３８から低
圧塔５の上部へ導かれる。又気液分離器７で分離された
気体空気は管路２７から液化器１３を通過する間に全量
液化された後、管路２９．液体空気過冷却器ｌＯ９管路
３０を経て低圧塔５の上部へ導かれる。更に低圧塔５で
精留分離され、底部に貯留された高純度の富酸素液は、
低圧塔５の底部最下端より抽出され、管路５１を通って
粗アルゴン塔１１の下部へ導かれ、更に精留される。
この後、粗アルゴン塔１１の底部から高純度の富酸素液
をその液面よりも下部から下降管路４５を通して抜き出
され、この間に約１．２ａｔａまで重力加圧された富酸
素液は管路４６を通して液化器１３へ導く。該液化器１
３内で若干温度回復した高純度富酸素ガスは更に管路４
７を通ってＢ（逆火熱交換器４へ導入され、該熱交換器
４内で大きく温度回復した後、管路４８から外部へ製品
酸素として回収される。尚上記説明中、切換式熱交換器
４は＃許請求の＃ｉ囲に記載の「主熱交！！！！器ｊの
一例であって、例えば切替式吸着器を入口側に有する熱
交換器等にも適用可能である。
一方粗アルゴン塔１１の頂部には富アルゴンガスが集ま
ってくるが、該富アルゴンガスは管路５２から液体空気
過冷却器１ｏ、管路５３及び可逆式熱交換器４を経由し
て富アルゴン抜出用ブロワ（以下単にアルゴンブロワと
いう）１５がら抜き出される。こうして抜き出されたい
わば半′製品のアルゴンを精製して製品化する場合には
富アルボン中の酸素成分（約２．５％）、窒素成分（約
２．５％）等を除去する必要があり、一般的には図示例
の様にアルゴンブロワエ５により抜き出された富アルゴ
ンガスを酪素除去設備５６内に導入し、富アルゴンガス
中の酸素分を触媒の存在下に水素を添加することにより
燃焼反応除去し、更に不純物として残存する窒素分及び
水素性を精製アルゴン塔５７内で深冷分離し、底部から
高純度の製品アルゴンが回収される一方、頂部からは分
離された窒素分及び水素性が廃ガスとして放出される。
ところが酩素除去設＠５６に導入される富アルゴンガス
中のアルゴン純度は多くみても約５５％であって上述の
如く酸素成分は約４４％も含んでいるので、この富アル
ゴンガスと水素を反応させると発熱が急激となり、触媒
の劣化が著しくなって良好な反応を長時間安定して行な
わせることにぐ　ついて期待できない。そこで（約９５
％以上）の製品アルゴンを効率よく回収するに当っては
、図示の如く酸素除去済みの富アルゴンガスの一部を管
路５５に返送し、アルゴンブロワ１５から送られてくる
富アルゴンガスに合流して再び酸素除去設備５６へ導入
することにより酸素を希釈して酸素除去反応時の発熱を
緩和して触媒活性の早期低下を妨ぎ、該酸素除去反応を
良好に維持せしめ、その結果として精製アルゴン塔５７
での精留効率の向上並びに製品アルゴンの回収率向上に
努めている。しかしその為にアルゴンブロワ１５の容量
が必要以上に大きくなってしまい、製品酸素や製品アル
ゴンの製造コストの低減を更に進める上で一つの律速に
なっており、改善すべき課題として残されていた。
本発明者等はこの課題を解決すべくひき続き鋭意検討を
重ねてきたものであり、アルゴンブロワ１５から酸素除
去設備５６へ導入される富アルゴンガス中の酸素濃度を
予め２〜３％程度以下にまで抑えておくことができれば
上述の如き酸素除去済みアルゴンガスの循環供給を行な
わなくとも触媒活性を十分保持し得て、水添による酸素
除去反応を過熱状態に至らしめずに安定に行なわせると
共に、アルゴンブロワ１５の容量を小さくすることがで
きるとの方針の下に、上記富アルゴンガス中の酸素濃度
抑制手段、換言すれば粗アルゴン塔頂部における富アル
ゴン純度増加手段を開発すべく更に研究を行なって完成
したものである。しかしてこの様な本発明の空気分離方
法は、粗アルゴン塔底部から液体酸素を抜、き出すと共
に重力作用により自己加圧した後、可逆式熱交換器によ
りガス化、して製品酸素とする一方、粗アルゴン塔頂部
の富アルゴンガスをブロワにより抜き出すことにより粗
アルゴン塔内を減圧状態に維持すると共に、前記中圧塔
頂部から富窒素液を抜出した後空気過冷却器を経由して
前記粗アルゴン塔頂部の第３コンデンサに導き、該コン
デンサで富アルゴンガスと熱交換した後前記低圧塔の上
部へ導くようにした点に要旨を有するものである。
以下実施例図面に基づき本発明の構成及び作用効果を説
明するが、下記実施例は単に一代表例に過ぎないもので
あって、前・後記の趣旨に沿って適宜変更して実施し得
ることは言うまでもない。
第２図は本発明の全低圧式空気分離方法の系統図を示し
、第１図の既提案例（以下従来例という）と基本的構成
は同一であり、同一構成のものには同一の符号を付しで
ある。本実施例が従来例と最も異なり、又特徴とすると
ころは粗アルゴン塔１１’の配設構成にあり、以下この
構成を中心に説明し、従来例と同一構成についてはその
説明を省略する。
図示の如く粗アルゴン塔１１’にはコンデンサとして、
中圧塔８下部の液体空気（約−１８７，４°Ｃ）を使用
して塔内上昇ガスを冷却する第２コンデンサ１２及び中
圧塔８頂部の富窒素液（約−１９４°Ｃ）を使用して頂
部のガス即ち富アルゴンガスを冷却する第３コンデンサ
６０を設けている。
ところで従来方法においては第１図に示した様に第２コ
ンデンサ１２のみが粗アルゴン塔１１の頂部に設けられ
ている一方、粗アルゴン塔ｌｌ内の精留操作圧力は前述
の如く約０．８〜１．０　ａｔａの減圧状態に設定され
ている為、塔頂部における富アルゴンガスの廓点が低下
しがちとなり、その組成如何によっては第２コンデンサ
１２の内外において適正な温度差をつけることが困難と
なる。この様な状態では必要な還流量が得られず精留効
率は低下（製品酸素収率の低下）するので、かかる状ｙ
Ｅの発生を防止するためには塔頂部のガス組成を酸素リ
ッチにし、即ち富アルゴンガス中の酸素成分をやむを得
ず約４４％まで増加せしめて露点を上昇させなければな
らなかった訳で、この様に酸素濃度の高い富アルゴンガ
スを水添反応及び深冷分離処理により精製するに当って
の不都合な点（従来技術の欠点）については前述した通
りである。
これに対し第２図の本発明プロセスでは、粗アルゴン塔
頂部の第３コンデンサ６０に上述した如く液体空気（約
−１８７，４°Ｃ）よりもはるかに低温の富窒素液（−
１９４℃）を供給するので、第３コンデンサ６０の内外
のおいて十分な温度差をつけることができる。その結果
富アルゴンガス中の酸素濃度を２〜３％程度まで抑えて
も必要な還流量を確保し、製品酸素の高率回収に成功し
たものである。従ってアルゴンブロワ１５によって粗ア
ルゴン塔１１’から抜き出された富アルゴンガスの全量
を酸素除去設備５６に導入しても酸素濃度が非常に低い
ので反応時の発熱は少なく、触媒活性を十分保持して酸
素除去反応を効率良く行なうことができ、製品アルゴン
の回収率を良好に維持できる。この場合においてアルゴ
ンブロワ１５の容量は粗アルゴン塔１．１’から抜き出
す富アルゴン量に見合ったものであればよく、従来の様
に酸素除去設備５６の後方から循環すべき酸素除去済み
富アルゴンカスの増量分を見込む必要がないのでアルゴ
ンブロワ１５の容量の減少又は小型化が実現されること
により動力費を低減することができる。
本発明の空気分離方法は概略以上の様に構成されるので
、高純度の製品酸素及び製品アルゴンをより経済的に製
造することができる様になった。
又空気分離装置の運転に要する動力を低減することによ
りいわゆる省エネルギー化を図ることができるので、エ
ネルギーの節約が強く叫ばれる今日、当業界に果す役割
は大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の全低圧式空気分離方法を示す系統図、第
２図は本発明の全低圧式空気分離方法を例示する系統図
である。 ２・・・空気圧縮機　４・・・可逆式熱交換器５・・・
低圧塔　６・・・第１コンデンサ７・・・気液分離器　
８・・・中圧塔 ９・・・膨張タービン　１０・・・液体空気過冷却器１
１’、！＋４・・粗アルゴン塔　１２・・・第２コンデ
ンサ１３・・・液化器 １５・・・富アルーン抜出ブロワ ５Ｂ・・・酸素除去設備　５７・・・精製アルゴン塔６
０・・・第３コンデンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）圧縮機で圧縮され、更に主熱交換器で冷却された
    原料空気を低圧塔底部の第１コンデンサに導き、該コン
    デンサで低圧塔の液体酸素と熱交換し、該液体酸素を蒸
    発させ低圧塔の上Ａガスとな。 すと共に原料空気を情意以下の温度に過冷却して一部を
    液化せしめ、前記上昇カスを低圧塔上部からの還流液に
    接触させて精留し、これにより前記低圧塔底部に貯留さ
    れる還流液を富酸素液となす一方、前記液化空気を中圧
    塔に導入気化して中圧塔の上昇ガスとなし中圧塔頂部で
    凝縮して得られる還流液に接触せしめて精留し、中圧塔
    頂部で富窒素カスを得ると共に前記還流液は中圧塔底部
    で液体空気となし、更に該液体空気は液体空気過冷却器
    を通過させて冷却した後粗アルゴン塔内部の第２コンデ
    ンサに導き、該コンデンサで粗アルゴン塔の富アルゴン
    ガスと熱交換し液体空気をガス化してから低圧塔へ導く
    ようにした空気分離方法において、粗アルゴン塔底部か
    ら液体酸素を抜き出すと共に重力作用により自己加圧し
    た後、可逆式熱交換器によりガス化して製品酸素とする
    一方、粗アルゴン塔頂部の富アルゴンガスをブロワによ
    り抜き出すことにより粗アルゴン塔内を減圧状ｊ法に維
    持すると共に、前記中圧塔頂部から富窒素液を抜出した
    後空気過冷却器を経由して前記粗アルゴン塔頂部の第３
    コンデンサに導き、該コンデンサで富アルゴンガスと熱
    交換した後前記低圧塔の上部へ導くことを特徴とする空
    気分離方法。
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