(57)【要約】【課題】深冷空気分離装置において、効率良く液分散を可能にした液分散器（ディストリビュータ）を備えた充填式精留塔を提供することにある。【解決手段】ディストリビュータ１７の最上段に設置する液流下分散箱１７１の形状を流れに対抗して、台形若しくは三角形にすることにより、流れに直対する面による乱れを緩和すると同時に、側面が流れに対して斜めに当たるため、多孔板から効率よく液を流下することができる。【選択図】　図３
2004019988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機にて大気から圧縮され、吸着塔等にて前処理された空気を原料とし、深冷分離法にて原料の空気から窒素や酸素等を分離連続生産する保冷槽を有し、該保冷槽内に設けられた深冷状態で分離を行う精留塔として、充填物を利用した充填塔式精留塔で構成した深冷空気分離装置において、
該充填塔式精留塔における液分散を行うディストリビュータの内部において、液を最初に分散する液受け段に、液の流動方向に対して傾きを持って液の流動力を受ける側面を有する液流下分散箱を設置したことを特徴とする深冷空気分離装置。
【請求項２】
請求項１の深冷空気分離装置において、前記ディストリビュータの内部に設置された前記液流下分散箱の形状を、液の流れに対して台形にしたことを特徴とする深冷空気分離装置。
【請求項３】
請求項１の深冷空気分離装置において、前記ディストリビュータの内部に設置された前記液流下分散箱の形状を、液の流れに対して三角形にしたことを特徴とする深冷空気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素プラントや窒素発生装置等の深冷空気分離装置における充填式精留塔の液分散器（ディストリビュータ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸着塔等で処理した原料空気を原料とし、深冷分離にて酸素や窒素等の製品ガスまたは液体を連続生産するプラントにおいては、原料である空気を深冷状態で精留分離する精留塔として、最近では、電力原単位向上の観点から、従来のトレー式に代わり、充填式が多く使用されている。この充填式の精留塔は、少ない圧力損失で、効果的に気液接触させ、効率的に精留が行える特徴があるが、常に最適な気液接触を実現することが必須である。そのため、液／蒸気の編流を防止することが設計の重要課題であり、塔に液が供給される段毎に、あるいは、充填層のある程度の高さ毎に、液を再分散させるディストリビュータの設置は避けて通れない。
【０００３】
このディストリビュータの構造高さと箇所数は、充填塔全体の高さに直接影響する。また、よりコンパクトな精留塔実現のためには、これらディストリビュータの合理化設計が重要な意味を含んでいる。
【０００４】
従来の典型的なディストリビュータの構造を図５に示す。供給された、または、上部から流下してきた液は、まず、ディストリビュータの最上段に供給される。
【０００５】
最上段に供給された液体は、その下段に設けられた分散段に対して液体を流下させる液分散箱から、液を下方に供給する。この液分散箱は、縦型の多孔板で矩形に構成されている。下段側へ流下する液体はこの多孔板を通して、動圧を緩和して流下する設計となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き、ディストリビュータ最上段の多孔板等で形成された液流下分散箱構造では、流路幅に対して、幾何的な大きさの制限があると同時に、液負荷の大きい場合には、流れ方向に垂直に液流下分散箱の第一壁が配置されているため、▲１▼第一壁両側で液流れの乱れが生じると共に、▲２▼側面の多孔板壁と流路幅の間隔が狭まり、この部分の流速が非常早くなる。その結果、動圧が大きくなり液が側板から流れ落ちない現象が発生すると、同時に液深さが不均一となり、液が流れ落ちにくい現象を更に助長している。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、効率良く液分散を可能にした液分散器（ディストリビュータ）を備えた充填式精留塔を有する深冷空気分離装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、深冷空気分離装置の充填式精留塔におけるディストリビュータにおいて、最上段の液分散箱の形状を液の流動方向に対して、台形（近似台形も含む）や三角形（近似三角形も含む）で構成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る深冷空気分離装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１０】
深冷空気分離装置は、図１に示すように、大気中の空気を吸入し、所定の圧力まで昇圧する原料空気圧縮機１と、該原料空気圧縮機１で圧縮された約９０〜１００℃の温度の空気を吸着塔での運転温度（約１５℃以下）まで冷却するための、チラー水２１とクリーニングタワー等で冷却された冷却水２２と直接接触して熱交換を行う水洗冷却塔２と、頂部に冷却水２２が供給され、底部から乾燥した窒素ガスや廃窒素ガスを供給することにより、底部へ流下した冷却水の温度を低下させてチラー水２１を生成する蒸発冷却塔４と、冷却された原料空気から、常温から保冷槽５の内部の操作温度−１７０〜−１８０℃に至る間に凝縮、固化する水分やＣＯ２成分等を除去する吸着塔６と、該吸着塔６で障害となる成分が除去されて送り込まれた原料である空気を基に深冷分離にて酸素や窒素等の製品ガスまたは液体を連続生産するコールドボックス（保冷槽）５とで構成される。３は蒸発冷却塔起動バイパス、７は吸着塔起動バイパスである。１３は再生ガスヒータ、１４はタービンライン、１５は保冷槽入口ライン、２３は窒素・廃窒素ガスラインである。
【００１１】
保冷槽５内には、原料空気を、低温部からの戻りの酸素ガスや窒素ガスまたは廃窒素ガス等と熱交換して液化温度近くまで冷却する空気熱交換器９と、一部の空気が抽気されて送り込まれる寒冷発生用の膨張タービン８と、送り込まれた原料の空気から酸素や窒素等を深冷状態で精留分離する精留塔１０とが備えられる。精留塔１０は、下塔１０ａと上塔１０ｂから構成され、両者は主凝縮器１１にて互いに熱交換を行う。この主凝縮器１１には、下塔１０ａの上部から窒素ガスが供給され、液化された窒素は下塔１０ａの上部に戻される。
【００１２】
さらに、精留塔１０は、吸着塔６で水分やＣＯ２成分等を除去して熱交換器９により液化点近くまで冷却されて送り込まれた原料空気３０を窒素ガスと酸素分に富んだ液体空気とに精留分離する下塔１０ａと、下塔１０ａの底部より抜出された液体空気３１および下塔１０ａから抜出された液体不純窒素３２を過冷却する過冷却器１２と、熱交換器９により温度降下し、必要寒冷を発生する膨張タービン８にで大気圧近くまで膨張して原料空気３３として流入し、主凝縮器１１を有し、上記過冷却器１２で過冷却されて送られてきた液体空気および液体不純窒素を精留して底部から酸素ガス３４を取り出す上塔１０ｂとを備えて構成される。なお、上塔１０ｂの頂部から得られる窒素ガス３５は、過冷却器１２において、寒冷の一部を下塔１０ａからの液体空気および液体不純窒素に渡して過冷却することになる。そして、これら上塔１０ｂと下塔１０ａの圧力関係は、主凝縮器１１の温度差で決まる飽和温度に相当する圧力にて運転される。
【００１３】
さらに、吸着塔等で処理した原料空気を原料とし、深冷分離にて酸素や窒素等の製品ガスまたは液体を連続生産する本発明に係るプラント（深冷分離装置）においては、原料である空気を深冷状態で精留分離する精留塔１０として、電力原単位向上の観点から、充填式を使用する。この充填式の精留塔１０は、少ない圧力損失で、効果的に気液接触させ、効率的に精留が行える特徴があるが、常に最適な気液接触を実現することが必須となる。そのため、液／蒸気の編流を防止することが設計の重要課題であり、図２に示すように、塔１０ｂに液３２、３１が供給される段毎に、あるいは、充填槽１６（１６ａ〜１６ｃ）のある程度の高さ毎に、液３２、３１を再分散させるためのディストリビュータ部１７（１７ａ〜１７ｃ）が設置される。
【００１４】
次に、本発明に係る充填塔１０ｂのデイストリビュータの実施例について説明する。
【００１５】
図３は、本発明に係る充填塔１０ｂのデイストリビュータの第１の実施例を示す図で、（ａ）は、平面的に見て台形形状をした液流下分散箱１７１を示す斜視図であり、（ｂ）は、ディストリビュータ１７の最上段における導管４０を線対称にし、台形形状をした液流下分散箱１７１が配置された片側の流路を示す平面図である。本発明に係るデイストリビュータの第１の実施例は、図３に示すように、ディストリビュータ１７内部の最上段において液を最初に分散する液受け段に設置された多孔板１７２からなる液流下分散箱１７１の形状を、導管４０から注がれた液の流れ１７３に対抗して、平面的に上流側に向かって台形（近似台形も含むものとする。）にすることにより、流れ１７３に直対する面１７１１による流れの乱れを緩和すると同時に、側面１７１２は流れに対して斜めに当たるため、多孔板１７２から効率よく液を流下することができるようにしたものである。また、液流下分散箱１７１の形状を台形形状にしたことによって、液流下分散箱１７１が配置された流路１７４の幅も結果的にコンパクトにすることが出来る。
【００１６】
即ち、図３（ｂ）において、導管４０から注がれた液は、矢印で示すように、平面的に左右に分かれて流れ、その後、台形形状の液流下分散箱１７１が配置された左側の流路１７４および右側の流路１７４に向かって流れることになる。ディストリビュータ１７内部の最上段における液を最初に分散する液受け段において、上流に向かって台形形状の多孔板１７２で形成された液流下分散箱１７１が左側および右側の流路１７４に配置されているので、流れ１７３に直接対抗する面１７１１による流れの乱れを緩和し、側面１７１２は流れ１７３に対して斜めに当たるため、側面である多孔板１７２を通して効率良く液を、下段の充填槽１６に向かって下流することが可能となる。そして、液流下分散箱１７１を通過した液は、合流して多孔板からなる液流下分散箱１７５を介して液が、下段の充填槽１６に向かって下流することになる。いずれにしても、液流下分散箱１７１の側面１７１２が、液の流動方向に対して傾きを持ち、液の流れの力を受けるように構成すればよい。
【００１７】
図４は、本発明に係る充填塔１０ｂのデイストリビュータの第２の実施例を示す図で、（ａ）は、平面的に見て三角形形状をした液流下分散箱１７１を示す斜視図であり、（ｂ）は、ディストリビュータ１７内部の最上段における導管４０を線対称にし、三角形状をした液流下分散箱１７１が配置された片側の流路を示す平面図である。本発明に係るデイストリビュータの第２の実施例は、図４に示すように、ディストリビュータ１７内部の最上段（液を最初に分散する液受け段）に設置された液流下分散箱１７１の形状を流れに対抗して、三角形（近似三角形も含むものとする。）にすることにある。これにより、流れ１７３に直対する面１７１１がなくなり、流れの乱れを完全に緩和すると同時に、側面１７１２が流れに対して斜めに当たるため、多孔板１７２から効率よく液を、下段の充填槽１６に向かって流下することができる。また、流路１７４の幅も結果的にコンパクトにすることが出来る。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、深冷空気分離装置において、効率良く液分散を可能にした液分散器（ディストリビュータ）を備えた充填式精留塔を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る深冷空気分離装置での回路構成を示す図である。
【図２】本発明に係る充填式精留塔の一実施の形態を示す図である。
【図３】本発明に係る充填塔のデイストリビュータの第１の実施例を示す図で、（ａ）は、平面的に見て台形形状をした液流下分散箱を示す斜視図であり、（ｂ）は、ディストリビュータの最上段における導管を線対称にし、台形形状をした液流下分散箱が配置された片側の流路を示す平面図である。
【図４】本発明に係る充填塔のデイストリビュータの第２の実施例を示す図で、（ａ）は、平面的に見て三角形形状をした液流下分散箱を示す斜視図であり、（ｂ）は、ディストリビュータの最上段における導管を線対称にし、三角形形状をした液流下分散箱が配置された片側の流路を示す平面図である。
【図５】従来の充填塔のデイストリビュータを示す図で、（ａ）は、平面的に見て矩形形状をした液流下分散箱を示す斜視図であり、（ｂ）は、ディストリビュータの最上段における導管を線対称にし、矩形形状をした液流下分散箱が配置された片側の流路を示す平面図である。
【符号の説明】
１…原料空気圧縮機、２…水洗冷却塔、３…蒸発冷却塔起動バイパス、４…蒸発冷却塔、５…コールドボックス（保冷槽）、６…吸着塔、７…吸着塔起動バイパス、８…膨張タービン、９…空気熱交器、１０…精留塔、１０ａ…下塔、１０ｂ…上塔（充填塔）、１１…主凝縮器、１２…過冷却器、１３…再生ガスヒータ、１４…タービンライン、１５…保冷槽入口ライン、１６…充填槽、１７…ディストリビュータ（液分散器）、３０…原料空気、３１…液体空気、３２…液体不純窒素、３３…原料空気（ガス）、３４…酸素ガス、３５…窒素ガス、４０…導管、１７１…液流下分散箱、１７１１…面、１７１２…側面、１７２…多孔板、１７３…液の流れ、１７４…流路、１７５…液分散箱。
【図１】
2004019988.tif 000003
【図２】
2004019988.tif 000004
【図３】
2004019988.tif 000005
【図４】
2004019988.tif 000006
【図５】
2004019988.tif 000007