JPS648271B2 - - Google Patents

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JPS648271B2
JPS648271B2 JP17142979A JP17142979A JPS648271B2 JP S648271 B2 JPS648271 B2 JP S648271B2 JP 17142979 A JP17142979 A JP 17142979A JP 17142979 A JP17142979 A JP 17142979A JP S648271 B2 JPS648271 B2 JP S648271B2
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JP
Japan
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gas
heat exchanger
argon
liquid
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Tomio Kura
Hideyuki Pponda
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Japan Oxygen Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気分離装置におけるアルゴンの採取
方法に係り、液状の粗アルゴンを必要な圧力に高
めた後、安定した状態で気化し、次いで有利に常
温まで加熱する方法に関する。
空気分離装置よりアルゴンを採取するには、空
気を液化精溜して酸素と窒素に分離し、アルゴン
濃度の高い酸素を精溜して粗アルゴンを得、この
粗アルゴンを液状又はガス状で加圧した後、常温
まで加温して酸素除去を行う。次いでこれを精溜
して窒素等と分離し高純アルゴンを得るのが普通
であるが、このうち粗アルゴンを加圧し、かつ加
温するまでの工程を第１図を参照して説明する
と、原料空気は、管１より切換弁２のうちの２ｂ
を介して可逆式熱交換器３の通路３Ａを通り分離
低温ガス等との熱交換により冷却精製された後、
管４、切換弁５、管７を介して複式精溜塔８の下
部塔９の下部に導入されて下部塔９及び上部塔１
０において酸素と窒素に精溜分離される。上部塔
１０の中段にはアルゴン濃度約10％、酸素約90
％、窒素微量のアルゴン・酸素混合ガスがたま
り、これは管１１より粗アルゴン塔１２に吸引さ
れ、下部塔９より管１３、弁１４、加圧器１５、
管１６を経て凝縮器１７に供給される液体空気に
よつて粗アルゴン塔１２内で精溜され、また、凝
縮器１７に供給されかつ気化した空気は管１８よ
り上部塔１０に返送される。精溜により得られた
アルゴン濃度約97％の液体粗アルゴンは粗アルゴ
ン塔１２上部より管１９により導出されて加圧器
１５に導入され該加圧器１５内の液粗アルゴンの
自重による圧力を利用して１〜２Kg／cm2Ｇに加圧
される。加圧された粗アルゴンは、管２０より蒸
発器２１を通り前記可逆式熱交換器３の再熱用通
路３Ｄの中間部より管２２を介して抽出された約
−98℃の中圧空気との熱交換により気化され、次
いで管２３より粗アルゴン熱交換器２４に導入さ
れ、前記可逆式熱交換器３の再熱用通路３Ｄの温
端部から管２５を介して導出された中圧空気との
熱交換により常温まで加熱された後、管２６より
図示しない脱酸器に導入されて粗アルゴンガス中
の酸素が除去される。また、蒸発器２１で粗アル
ゴンと熱交換した後管２７より導出された中圧空
気と、粗アルゴン熱交換器２４で粗アルゴンガス
と熱交換した後管２８より導出された中圧空気
は、合流して管２９より膨張タービン３０に導入
され断熱膨張した後、管３１より寒冷を与えるた
めに前記複式精溜塔８の上部塔１０に導入され
る。
なお、図中３３は前記管７より分岐した管で、
この管３３より冷却精製後の原料空気の一部が前
記可逆式熱交換器３の再熱用通路３Ｄに返送され
る。また、３４は前記上部塔１０の下部より製品
酸素ガスを導出する管で、導出された製品酸素ガ
スはこの管３４を通つて前記可逆式熱交換器３の
通路３Ｂに導入されて常温まで加熱された後管３
５より製品として採取される。また、３６は前記
上部塔１０の頂部より不純窒素ガスを導出する管
で、導出された不純窒素ガスはこの管３６を通り
切換弁３７を経て前記可逆式熱交換器３の通路３
Ｃに導入され該通路３Ｃ内に析出した水分、炭酸
ガスを同伴して管３８より外部に排出される。ま
た、３９は前記下部塔９の底部に溜つた液体空気
を前記上部塔１０に供給するための管であり、ま
た４０は前記下部塔９の上部から液体窒素を導出
してこれを前記上部塔１０に供給する管である。
上記のように粗アルゴン塔１２より粗アルゴン
を液状で抜き出し、これを蒸発気化せしめる方式
を採用した場合、加圧器１５で加圧された液状の
粗アルゴンを蒸発器２１で全量気化してガス状で
抜き出そうとすると、粗アルゴンの圧力の脈動及
び出口温度の変動が生じて安定した運転ができな
いという問題がある。
また、可逆式熱交換器３の再熱用通路３Ｄの中
間部より管２２を介して抽出される中圧空気の温
度は可逆式熱交換器３の運転上簡単に変更でき
ず、このため、空気分離装置の減量運転にともな
つて前記中圧空気量が減少した場合には、蒸発器
２１から出る粗アルゴンの出口温度かあるいは中
圧空気の出口温度を大巾に変える必要がある。し
かし、このようにすることは空気分離装置を安定
した状態で運転する際の障害となるが、従来は中
圧空気の出口温度を変えて粗アルゴンを気液混合
状態で蒸発器２１から抜き出し、これをそのまま
粗アルゴン熱交換器２４に導入し気化されないで
残つた液状の粗アルゴンを気化していた。このた
め、粗アルゴン熱交換器２４から出る粗アルゴン
ガスの出口温度が低い不都合が生ずる。
また、粗アルゴン熱交換器２４における加熱流
体である中圧空気は可逆式熱交換器１１及び粗ア
ルゴン熱交換器２４を通ることにより圧力損失が
大きく、このため、一般に該中圧空気の下流に設
けられる膨張タービン３０の入口圧力を低下させ
る問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、蒸発器を安定した状態で
運転させることができる上に、空気分離装置の減
量運転時において支障が生じるようなことがな
く、また膨張タービンの入口圧力が低下するよう
なことのない空気分離装置におけるアルゴンの採
取方法を提供することである。
以下、本発明の実施例を説明する。
まず、第２図を参照して本発明の第一実施例を
説明する。なお、第２図中第１図に示す部分と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略す
る。可逆式熱交換器３の冷端部から中間部まで延
びる再熱用通路３D1より管４５を介して導出さ
れた約−98℃の中圧空気は、該通路３D1に導入
される前に管３３から分岐した管４６、弁４７を
介して導出された約−173℃の中圧空気が混合さ
れて温度が調整された後、管４８より蒸発器２１
に導入されて粗アルゴンと熱交換される。この中
圧空気の温度は、蒸発器２１の出口において粗ア
ルゴンを気液混合状態に安定させる温度に調整さ
れている。また、空気分離装置の減量運転時には
弁４７を操作して可逆式熱交換器３の通路３D1
に導入される前の約−173℃の中圧空気の混合量
を調整して蒸発器２１の出口にいて粗アルゴンを
気液混合状態に安定させると共に、中圧空気の蒸
発器出口温度を原料空気の増減量にかかわらず安
定させる。粗アルゴンは、これにより一部気化し
て気液混合状態に安定し、蒸発器２１より管４９
を介し気液分離器５０に導入されて粗アルゴンガ
スと液粗アルゴンに分離される。分離された粗ア
ルゴンガスは、約−174℃の状態で気液分離器５
０より管５１を介して導出されて可逆式熱交換器
３の冷端部か温端部まで延びる通路３Ｅを通つて
原料空気との熱交換により常温まで加熱された
後、管５２より図示しない脱酸器に導入されて従
来と同様に酸素分が除去される。また、気液分離
器５０で分離された液粗アルゴンは、管５３を介
して導出され管２０を流れる加圧後の粗アルゴン
に合流して再び蒸発器２１に返送される。
一方、蒸発器２１で熱交換した中圧空気は、蒸
発器２１での出口温度が一定となつた状態で管２
７、管２９より膨張タービン３０に導入される
が、膨張タービン３０での入口温度が低くすぎる
ような場合にはその前に管４５から分岐した管５
４、弁５５を経て可逆式熱交換器３で加熱された
中圧空気が混合される。
なお、上記中圧空気は、可逆式熱交換器３の温
度制御を受けもつものであり、同様な働きは中圧
低純窒素や中圧窒素もするので、中圧空気に代え
てこれら中圧低純窒素等を使用しても同じ効果が
得られる。
次に第３図を参照して本発明の第二の実施例を
説明する。なお、第３図中第１図及び第２図に示
す部分と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略する。この第二実施例にあつては、気液分
離器５０で分離された粗アルゴンガスの加熱方法
が前述の第一実施例の場合と異なつている。すな
わち、気液分離器５０で分離された粗アルゴンガ
スは、管５６を介して導出されて粗アルゴン熱交
換器５７に導入されて管４５から分岐した管５
８、弁５９を介して導出された中圧空気との熱交
換により−100℃〜−120℃まで加熱された後、管
６０より可逆式熱交換器３の中間部から温端部ま
で延びる通路３D2に導入されて原料空気との熱
交換により常温まで加熱されて管６１より図示し
ない脱酸器に送られ、従来と同様に酸素分が除去
される。
一方、粗アルゴン熱交換器５７で粗アルゴンガ
スと熱交換した中圧空気は、管６２を通つて管２
７に流れる中圧空気と合流して管２９より膨張タ
ービン３０に導入される。
なお、以上の実施例においては、液状の粗アル
ゴンを加圧する手段として加圧塔を用いている
が、これは液ポンプ等機械的手段による場合にも
適用できる。
以上説明したように本発明によれば、蒸発器に
おいて温度調整された中圧流体との熱交換により
粗アルゴンを気液混合状態に安定させ、この粗ア
ルゴンを気液分離器に導入して粗アルゴンガスと
液粗アルゴンとに分離し、粗アルゴンガスを常温
まで加熱している。したがつて、蒸発器に起因す
る粗アルゴンの圧力及び温度の変動を防止し得、
蒸発器を安定した状態で運転できる。また、空気
分離装置の減量運転時や増量運転時においても、
蒸発器において加熱流体となる中圧流体の温度を
調整することにより、蒸発器から出る粗アルゴン
の出口温度及び中圧空気の出口温度を安定させる
ことができる。また、粗アルゴンを充分加温した
状態で得られ、従来のように温度が低下した粗ア
ルゴンガスを次工程へ供給することの不都合を解
消できる。
また、本発明によれば、粗アルゴンガスを加熱
するのに、可逆式熱交換器の冷端部から温端部ま
で流して加熱するか、または可逆式熱交換器の中
間部から導出した中圧流体の一部を利用して粗ア
ルゴン熱交換器でいつたん予備加熱した後、可逆
式熱交換器の中間部から温端部まで流して加熱し
ている。したがつて、従来の如く、可逆式熱交換
器の温端部より導出した中圧流体を利用する場合
の如く、膨張タービンの入口圧力を必要以上に低
下させるおそれがない。また、粗アルゴンガスを
加熱するのに、粗アルゴンガスを可逆式熱交換器
の冷端部から温端部まで流して加熱する場合に
は、熱交換器を１個省略することができ、また可
逆式熱交換器に流す粗アルゴンガス量は原料空気
量に比して非常に少なく粗アルゴンガスを流すた
めにあえて可逆式熱交換器を大きくする必要がな
く、このため、設備費を安価におさえることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来法の工程図、第２図は本発明の第
一実施例を示す工程図、第３図は本発明の第二実
施例を示す工程図である。 ３……可逆式熱交換器、１５……加圧器、２１
……蒸発器、５０……気液分離器、５７……粗ア
ルゴン熱交換器、３D1，３D2，３Ｅ……通路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 可逆式熱交換器を採用し、かつアルゴン採取
    装置を附設してなる空気分離装置の粗アルゴン塔
    で得られた液状の粗アルゴンを、必要な圧力に高
    めた後、蒸発器において前記可逆式熱交換器の中
    間部から導出した該可逆式熱交換器の温度制御用
    の中圧流体に該中圧流体の可逆式熱交換器に導入
    される前のものを混合して温度を調整した混合中
    圧流体との熱交換により一部気化して気液混合状
    態にし、この気液混合状態の粗アルゴンを気液分
    離器において粗アルゴンガスと液粗アルゴンとに
    分離し、該粗アルゴンガスを常温まで加熱するこ
    とを特徴とする空気分離装置におけるアルゴンの
    採取方法。 ２ 前記気液分離器で分離された液粗アルゴン
    を、前記蒸発器に導入する前の液状粗アルゴンに
    返送することを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の空気分離装置におけるアルゴンの採取方
    法。 ３ 前記粗アルゴンガスの常温までの加熱が、粗
    アルゴンガスを前記可逆式熱交換器の冷端部から
    温端部まで流して原料空気との熱交換により加熱
    することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の空気分離装置におけるアルゴンの採取方法。 ４ 可逆式熱交換器を採用し、かつアルゴン採取
    装置を附設してなる空気分離装置の粗アルゴン塔
    で得られた液状粗アルゴンを、必要な圧力に高め
    た後、蒸発器において前記可逆式熱交換器の中間
    部から導出した該可逆式熱交換器の温度制御用の
    中圧流体の一部に該中圧流体の可逆式熱交換器に
    導入される前のものを混合して温度を調整した混
    合中圧流体との熱交換により一部気化して気液混
    合状態にし、この気液混合状態の粗アルゴンを気
    液分離器において粗アルゴンガスと液粗アルゴン
    とに分離し、該粗アルゴンガスを粗アルゴン熱交
    換器において前記可逆式熱交換器の中間部から導
    出した中圧流体の残部との熱交換により加熱した
    後、前記可逆式熱交換器の中間部から温端部まで
    流して原料空気との熱交換により常温まで加熱す
    ることを特徴とする空気分離装置におけるアルゴ
    ンの採取方法。 ５ 前記粗アルゴンガスを、粗アルゴン熱交換器
    において前記可逆式熱交換器の中間部から導出し
    た中圧流体との熱交換により−100℃〜−120℃ま
    で加熱することを特徴とする特許請求の範囲第４
    項記載の空気分離装置におけるアルゴンの採取方
    法。
JP17142979A 1979-12-29 1979-12-29 Method of sampling argon in air separator Granted JPS5697774A (en)

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