(57)【要約】【課題】作業量の増加を抑制し、下塔から上塔への液化ガス移送の圧力となる下塔運転圧力を下げることができ、さらに、粗アルゴン塔を付加した場合、粗アルゴン塔へ供給されるガス中の窒素濃度が増えた場合などの負荷変動時に、該負荷変動の影響を少なくするようにした精留塔を備えた深冷空気分離装置を提供することにある。【解決手段】上塔を分割し、上塔の第１の部分Ｂ１４を主凝縮器２上部に設け、上塔の第２の部分Ａ４を並設したことにより、上塔全体の高さを低くしたことにある。また、上塔の分割を粗アルゴン抽出部にすることで、粗アルゴン塔１８から戻る液体は上塔の第２の部分Ａ４の底部に蓄液されてから上塔の第１の部分Ｂ１４に供給分配することにある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料空気圧縮機にて大気から圧縮され、吸着塔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酸素、窒素またはアルゴンを分離連続生産するコールドボックスを有する深冷空気分離装置であって、
下塔、主凝縮器及び上塔の組合せからなる精留分離の主機である精留塔において前記上塔を少なくとも第１及び第２の部分に分割し、該分割された上塔の第１の部分を前記主凝縮器の上部に設け、さらに前記分割された上塔の第１の部分と第２の部分を管路で接続して構成し、前記下塔から液体窒素及び液体空気を上塔の第２の部分へ移送する管路を設けたことを特徴とする深冷空気分離装置。
【請求項２】
前記上塔の第２の部分の底部に蓄積された液体をポンプを介して前記上塔の第１の部分へ供給するように構成したことを特徴とする請求項１記載の深冷空気分離装置。
【請求項３】
前記主凝縮器と前記上塔の第１の部分とを管路で接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の深冷空気分離装置。
【請求項４】
さらに、粗アルゴン塔を設け、該粗アルゴン塔への粗アルゴン抽出位置を前記上塔の分割位置であることを特徴とする請求項１記載の深冷空気分離装置。
【請求項５】
さらに、粗アルゴン塔を設け、前記上塔の第２の部分の底部からのガスを管路を介して前記粗アルゴン塔に供給し、前記粗アルゴン塔から管路を介して戻る液体を前記上塔の第２の部分の底部で一旦蓄液し、その後前記上塔の第１の部分へ供給配分することを特徴とする請求項１記載の深冷空気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料空気圧縮機にて大気から圧縮され、吸着塔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酸素、窒素またはアルゴンを分離連続生産するコールドボックスを有する深冷空気分離装置における精留塔の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原料空気圧縮機で所定の圧力まで圧縮され、吸着塔等で水分除去、ＣＯ２除去等を処理した空気を原料とし、深冷分離にて酸素や窒素、アルゴン等の製品ガスまたは液体を精留操作により連続生産するプラントにおいては、動力低減が最大の技術努力点である。
【０００３】
この動力低減としては圧力損失を下げることが有効で、圧力損失の低い規則充填物を充填した充填式精留塔がある。この充填式精留塔は圧力損失は低いものの連続充填物高さに制限があることから、充填物積層間に必ず下降液を集めて分散する内部装置が組込まれており、従来の棚段式と比較し高くなっている。このように充填式精留塔を備えた空気分離装置としては、特開平７−９１８２５号公報および特開平７−３１８２３９号公報において知られている。
【０００４】
また、精留塔上塔への還流用及び粗アルゴン塔凝縮器供給用の液体空気ラインを独立して精留塔下塔から抜出して構成した空気分離装置としては、特開平４−２９５５８６号公報で知られている。
【０００５】
また、精留塔の高さに対する手段として、下塔、主凝縮器及び上塔の組合せからなる精留塔において、上塔を独立塔として上塔底部の液体を主凝縮器にポンプで移送する方法が一般的である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−９１８２５号公報
【特許文献２】
特開平７−３１８２３９号公報
【特許文献３】
特開平４−２９５５８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上塔を独立塔とした従来技術では、精留塔の全体高さは下塔、主凝縮器及び上塔を一体とした高さから上塔のみの高さとなり、低くはなるが、棚段式に比べると高く、従来以上に高さ制限に対する配慮が必要となる。即ち、独立した上塔では輸送制限にかかりやすく、上塔独立による輸送量の増加、現地での上塔接合に伴う作業量増加、据付組立においては足場高さの嵩上げ対策が必要などの課題がある。
【０００８】
また、プロセス的には下塔から上塔への液体移送は圧力差を利用しているため、精留塔として下塔、主凝縮器及び上塔を一体にし、上塔が高い従来技術の場合には液ヘッドが大きくなり、この液ヘッドを配慮した下塔圧力が下塔運転圧力の下限界となる課題がある。
【０００９】
また、精留塔として下塔、主凝縮器及び上塔を一体にし、粗アルゴン塔が付加された従来技術の場合においては、粗アルゴン塔へ供給されるガス中の窒素濃度が増えると、粗アルゴン塔の凝縮器での温度差が接近して熱交換能力低下となり、粗アルゴン塔の精留部分に保持された液体が上塔側へ一気にもどることになる。このもどった液体は上塔の精留分離に対して過負荷となり、正常な精留が損なわれる課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、作業量の増加を抑制した精留塔を備えた深冷空気分離装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、下塔から上塔への液化ガス移送の圧力となる下塔運転圧力を下げることができる精留塔を備えた深冷空気分離装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明のさらに他の目的は、粗アルゴン塔へ供給されるガス中の窒素濃度が増えた場合などの負荷変動時に、該負荷変動の影響を少なくするようにした粗アルゴン塔を付加した精留塔を備えた深冷空気分離装置を提供することにある。
【００１３】
【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、原料空気圧縮機にて大気から圧縮され、吸着塔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酸素、窒素またはアルゴンを分離連続生産するコールドボックスを有する深冷空気分離装置であって、下塔、主凝縮器及び上塔の組合せからなる精留分離の主機である精留塔において前記上塔を少なくとも第１及び第２の部分に分割し、該分割された上塔の第１の部分を前記主凝縮器の上部に設け、前記分割された上塔の第２の部分を並設し、さらに前記分割された上塔の第１の部分と第２の部分を管路で接続して構成し、前記下塔から液体窒素及び液体空気を上塔の第２の部分へ移送する管路を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記深冷空気分離装置の精留塔において、前記上塔の第２の部分の底部に蓄積された液体をポンプを介して前記上塔の第１の部分へ供給するように構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記深冷空気分離装置の精留塔において、前記主凝縮器と前記上塔の第１の部分とを管路で接続して構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記深冷空気分離装置の精留塔において、さらに、粗アルゴン塔を設け、該粗アルゴン塔への粗アルゴン抽出位置を前記上塔の分割位置であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記深冷空気分離装置の精留塔において、さらに、粗アルゴン塔を設け、前記上塔の第２の部分の底部からのガスを管路を介して前記粗アルゴン塔に供給し、前記粗アルゴン塔から管路を介して戻る液体を前記上塔の第２の部分の底部で一旦蓄液し、その後前記上塔の第１の部分へ供給配分することを特徴とする。
【００１８】
以上説明したように前記構成によれば、上塔の高さは主凝縮器の上部に設けた上塔の一部の高さ分だけは確実に低くすることができ、作業量を軽減することができる。
【００１９】
また、前記構成によれば、下塔から上塔への液体移送においても、上塔の一部の高さに相当する圧力だけ下塔側の運転圧力を低くすることができる。
【００２０】
また、前記構成によれば、粗アルゴン採取において上塔の分割位置を上塔の粗アルゴン抽出位置にすることにより、粗アルゴン塔から戻る液を上塔底部に一旦蓄液し、その後上塔の精留分離部へ配分することで負荷変動の影響を少なくすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る深冷空気分離装置の精留塔の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
深冷空気分離装置（プラント）は、空気圧縮機（図示せず）等にて大気から圧縮され、吸着塔（図示せず）等にて水分除去、ＣＯ２除去等を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酸素、窒素、アルゴン等を分離連続生産するコールドボックスを有して構成される。
【００２３】
まず、本発明に係る深冷空気分離装置で粗アルゴン塔が附加された精留塔の第１の実施例について説明する。
図１は、本発明に係る深冷空気分離装置で粗アルゴン塔１８が附加された精留塔の第１の実施例の構成と各機器との系統を示す。図示のように精留塔の組合せは、下塔１、主凝縮器２、上塔（第２の部分）Ａ４および上記主凝縮器２の上部に直接設置した上塔（第１の部分）Ｂ１４から構成される。
【００２４】
吸着塔（図示せず）等で大気中の水分とＣＯ２を除去し、熱交換器（図示せず）で冷却された原料空気２２は、下塔１に供給される。下塔１内で原料空気は精留分離され、下塔１の上部では窒素濃度の高い液体窒素、下塔１の底部では液体空気となる。下塔１で精留分離された液体窒素は下塔１の上部から管路３を介して並設された上塔（第２の部分）Ａ４へ供給される。下塔１の中部の液体窒素は管路５を介して上塔Ａ４へ供給される。下塔１の底部の液体空気は管路６を介して上塔Ａ４へ供給され、一部は管路７を介して粗アルゴン塔の凝縮器８へ供給される。粗アルゴン塔の凝縮器８で蒸発したガスは管路９と管路５の一部を介して上塔４へ供給される。
【００２５】
下塔１から供給された液体窒素と液体空気は上塔Ａ４で精留分離される。精留分離された高純度の窒素ガスは上塔Ａ４の頂部から管路１０を介して窒素ガス３１として使用される。上塔Ａ４の底部に蓄積される液体は高純度の酸素に分離するため管路１１、ポンプ１２、管路１３を介して主凝縮器２の上部に設けられた上塔（第１の部分）Ｂ１４に供給される。上塔Ｂ１４で精留分離された液体酸素は主凝縮器２に蓄積される、主凝縮器２で蒸発したガスの一部は管路１５を介して酸素ガス３０として使用される。残りのガスは精留分離の上昇ガスとして上塔Ｂ１４、管路１６を介して上塔Ａ４の底部に戻る。
【００２６】
上塔Ａ４の底部を粗アルゴン抽出に最適となるように（上塔の分割位置を粗アルゴン抽出位置となるように）、上塔Ａ４と上塔Ｂ１４とに分割しておけば、上塔Ａ４の底部のガスは管路１７を介して直接粗アルゴン塔１８へ供給することができる。その結果、粗アルゴン塔１８へ供給されたガスは精留分離されて粗アルゴン塔１８の上部から粗アルゴンガス３３として抽出されて使用される。粗アルゴン塔１８の底部の液体は管路１９を介して上塔Ａ４の底部へもどる。
【００２７】
上塔Ａ４内で精留分離された酸素、窒素、粗アルゴン以外の排ガス３２は管路２１を介して使用される。
そして、下塔１と上塔Ａ４間の管路３、５、６、上塔Ａ４からの管路１０、２１は熱交換器２０を経由し寒冷回収が行われている。即ち、熱交換器２０は過冷却器となる。
【００２８】
上塔（第２の部分）Ａ４と上塔（第１の部分）Ｂ１４の分割位置は、本実施例では上塔の粗アルゴン抽出位置としているが、プロセス、輸送、据付などを配慮し、性能が達成される範囲で経済的に有利な位置とすればよい。
【００２９】
次に、本発明に係る深冷空気分離装置で粗アルゴン塔が附加された精留塔の第２の実施例について説明する。
図２は、本発明に係る深冷空気分離装置で粗アルゴン塔１８が附加された精留塔の第２の実施例の構成と各機器との系統を示す。精留塔の第２の実施例において、上記第１の実施例と相違する点は、主凝縮器２の上部に直接上塔Ｂ１４を設置しない点にある。この第２の実施例の場合、主凝縮器２と上塔Ｂ１４’とは管路２５、２６を介して液体とガスが導かれ、主凝縮器２の上部に直接上塔Ｂ１４を設置した第１の実施例と同等になる。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態の第１の特徴は、従来一体であった上塔を上塔Ａ４と上塔Ｂ１４に分割し、上塔Ｂ１４を主凝縮器２の上部に設けたことにある。この分割により、従来上塔は上塔Ａ４と上塔Ｂ１４を加算した高さであったものが、上塔Ｂ１４を減じた高さにすることが可能となる。
【００３１】
また、本実施の形態の第２の特徴は、下塔１と上塔Ａ４間の管路３、５、６を介して行われる液体窒素、液体空気の移送において、上塔Ｂ１４に相当する高さだけ圧力が減じられる点である。特に、管路６を介して移送される液体空気において顕著である。このため下塔１の運転圧力を従来より上塔Ｂ１４の高さ分だけは確実に下げることが可能となる。
【００３２】
また、本実施の形態の第３の特徴は、粗アルゴン塔１８が附加された場合において、上塔の分割部（例えば上塔Ａ４の底部）を上塔の粗アルゴン塔１８への粗アルゴン抽出部にしたことにある。粗アルゴン塔１８の運転において上塔Ａ４から抽出されるガス中に窒素濃度が増えると粗アルゴン塔１８の負荷が変動し、アルゴン塔１８から上塔Ａ４に戻る液体が急に増加する。この場合、この液体は直接上塔Ｂ１４の精留分離部分に供給されず、上塔Ａ４の底部に一旦蓄液され、その後上塔Ｂ１４に供給配分されることになり、上塔Ｂ１４の精留分離部分への負荷変動を少なくすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、上塔を複数に分割し、該分割された上塔の一部を主凝縮器の上部に設けるように構成したことにより、上塔の高さを低くすることができる効果を奏する。
【００３４】
また、本発明によれば、上塔を複数に分割し、該分割された上塔の一部を主凝縮器の上部に設けるように構成したことにより、上塔を低くすることにより下塔からの液移送圧力を低くでき、下塔運転の圧力を下げることができる効果を奏する。
【００３５】
また、本発明によれば、上塔を複数に分割し、該分割された上塔の一部を主凝縮器の上部に設けるように構成したことにより、粗アルゴン塔が附加された場合において、上塔の粗アルゴン抽出位置を分割位置にすることで、粗アルゴン塔から戻る液体を上塔底部に蓄液することができ、上塔の精留分離部分への影響を少なくすることができる効果を奏する。
【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粗アルゴン塔が附加された精留塔の第１の実施例の構成と各機器との系統を示す図である。
【図２】本発明に係る深冷空気分離装置で粗アルゴン塔が附加された精留塔の第２の実施例の構成と各機器との系統を示す図である。
【符号の説明】
１…下塔、２…主凝縮器、３…管路、４…上塔（第２の部分）Ａ、５…管路、６…管路、７…管路、８…粗アルゴン塔の凝縮器、９…管路、１０…管路、１１…管路、１２…ポンプ、１３…管路、１４、１４’…上塔（第１の部分）Ｂ、１５…管路、１６…管路、１７…管路、１８…粗アルゴン塔、１９…管路、２０…熱交換器（過冷却器）、２１…管路、２２…原料空気、２５…管路、２６…管路、３０…酸素ガス、３１…窒素ガス、３２…排ガス、３３…粗アルゴンガス。
【図１】
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【図２】
2004251569.tif 000004