(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を複精留塔で液化精留して酸素、窒素を採取するとともに、上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを粗アルゴン塔に導き、精留して粗アルゴンを得るアルゴンの分離方法において、
粗アルゴン塔の粗アルゴン凝縮器としてドライ式凝縮器を用い、下部塔の塔底よりも上方の棚段から抜き出した酸素富化液化空気をドライ式凝縮器の寒冷源として供給することを特徴とするアルゴンの分離方法。
【請求項２】
空気を複精留塔で液化精留して酸素、窒素を採取するとともに、上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを粗アルゴン塔に導き精留して粗アルゴンを得、この粗アルゴンを脱酸塔に送って精留し、脱酸アルゴンを得るアルゴンの分離方法において、
脱酸塔の凝縮器としてドライ式凝縮器を用い、下部塔の塔底よりも上方の棚段から抜き出した酸素富化液化空気をドライ式凝縮器の寒冷源として供給することを特徴とするアルゴンの分離方法。
【請求項３】
空気を複精留塔で液化精留して酸素、窒素を採取するとともに、上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを一塔または二塔の精留塔に送って精留して、脱酸アルゴンを得、この脱酸アルゴンを高純アルゴン塔に送って精留し、高純アルゴンを得るアルゴンの分離方法において、
高純アルゴン塔の凝縮器としてドライ式凝縮器を用い、下部塔の塔底よりも上方の棚段から抜き出した酸素富化液化空気をドライ式凝縮器の寒冷源として供給することを特徴とするアルゴンの分離方法。
【請求項４】
下部塔の塔底よりも３段ないし５段上方の棚段から液化空気を抜き出すことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアルゴンの分離方法。
【請求項５】
複精留塔の上部塔、粗アルゴン塔、脱酸塔のいずれか１以上を充填塔としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアルゴンの分離方法。
【請求項６】
空気を液化精留して酸素、窒素を採取する複精留塔と、この複精留塔の上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを精留して粗アルゴンを採取する粗アルゴン塔を有し、粗アルゴン塔の粗アルゴン凝縮器がドライ式凝縮器であり、複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段の酸素富化液化空気を抜き出し、これをドライ式凝縮器の冷媒流路に送る管路を設けたことを特徴とするアルゴンの分離装置。
【請求項７】
空気を液化精留して酸素、窒素を採取する複精留塔と、この複精留塔の上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを精留して粗アルゴンとする粗アルゴン塔と、この粗アルゴン塔で得られた粗アルゴンを導入し、精留して酸素を除去し脱酸アルゴンとする脱酸塔を有し、脱酸塔の凝縮器がドライ式凝縮器であり、複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段の酸素富化液化空気を抜き出し、これを上記ドライ式凝縮器の冷媒流路に送る管路を設けたことを特徴とするアルゴンの分離装置。
【請求項８】
空気を液化精留して酸素、窒素を採取する複精留塔と、この複精留塔の上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを精留して粗アルゴンとする粗アルゴン塔と、この粗アルゴン塔で得られた粗アルゴンを導入し精留して酸素を除去し脱酸アルゴンとする脱酸塔と、この脱酸塔で得られた脱酸アルゴンを導入して精留して高純アルゴンとする高純アルゴン塔を有し、高純アルゴン塔の凝縮器がドライ式凝縮器であり、複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段の酸素富化液化空気を抜き出し、これを上記ドライ式凝縮器の冷媒流路に送る管路を設けたことを特徴とするアルゴンの分離装置。
【請求項９】
前記管路の液化空気の抜き出し位置が下部塔の塔底よりも３段ないし５段上方の棚段であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のアルゴンの分離装置。
【請求項１０】
前記複精留塔の上部塔、粗アルゴン塔、脱酸塔、アルゴン塔、高純アルゴン塔のいずれか１以上が充填塔であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載のアルゴンの分離装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、空気液化分離法によってアルゴンを分離、採取するアルゴンの分離方法およびこれに用いられる分離装置に関する。
背景技術
図４は、従来の空気液化分離法によるアルゴンの分離装置の例を示すものである。
約６ｋｇ／ｃｍ2に加圧され、水分、二酸化炭素が除去された原料空気は、その露点まで冷却されて、管１から複精留塔２の下部塔３の下部に送り込まれ精留され、液化窒素、窒素ガス、酸素に富む液化空気に分離される。
液化窒素は、下部塔３の上部から抜き出され、管４、過冷器５、管６、膨張弁７、管８を経て上部塔９の上部に還流液として導入される。
窒素ガスは、下部塔３の上部から管１０により導出される。酸素に富む液化空気は下部塔３の塔底に溜まり、ここから管１１によって抜き出され、過冷器１２、管１３、膨張弁１４、管１５を経て、粗アルゴン塔１６の塔頂部の粗アルゴン凝縮器１７に送られ、その一部がここで気化することで寒冷を与えたのち、管１８から上部塔９の中間部に導入される。
上部塔９では、管８および管１８から導入された液留分が上部塔９内を還流液として降下し、凝縮蒸発器１９で気化して上部塔９内を上昇し、流下液と上昇ガスとの気液接触により精留が進み、この結果上部塔９の上部から窒素ガスが管２０により導出され、廃ガスが管２１により導出され、中央部からは、酸素を主成分とし、アルゴンが５〜１５％、微量の窒素を含む組成のアルゴン原料ガス（アルゴン含有酸素ガス）が管２２により抜き出され、粗アルゴン塔１６の下部に導入される。
粗アルゴン塔１６に導入されたアルゴン原料ガスは塔１６内を上昇し、粗アルゴン凝縮器１７で液化され、その一部は液化粗アルゴンとして管２３より取り出され、図示しない脱酸工程を経て高純アルゴン塔に送られ、高純アルゴンとされる。
残部の液化粗アルゴンは塔１６内を下降し、上昇ガスと接触して塔底にアルゴン濃度の低い液化酸素として溜まり、管２４を経て上部塔９に送り返される。
そして、上記粗アルゴン塔１６の粗アルゴン凝縮器１７には、図５に示すような浸漬式凝縮器２５が用いられている。このものは、粗アルゴン塔１６の頂部に形成された液化空気の液溜部２６内にその熱交換部２７が配され、この熱交換部２７が液化空気中にほぼ完全に浸漬された状態となっている。この熱交換部２７には、直管式、プレートフィン式などが用いられている。
しかしながら、このような浸漬式凝縮器２５にあっては、次のような欠点がある。まず、液溜部２６に蓄積する液化空気は管１５内の液化空気よりも高沸点成分が多く、管１５内の液化空気よりも温度が高く、また凝縮器２５の下部では液化空気の液柱圧によって蒸発側の温度が高くなるため、凝縮側と蒸発側との温度差が小さくなる。さらに、構造上、熱交換部２７と液溜部２６が必要であり、コンパクト化が困難である。また、起動時に液溜部２６に液が溜まるまでに時間を要するなどの不都合がある。
このような浸漬式凝縮器２５に伴う欠点を解決するものとして、実開昭５７−１３４５９６号公報（実公昭６１−４２０７２号公報、日本国実用新案登録第１６８７５１８号）に示されるドライ式凝縮器を用いる試みがある。
このドライ式凝縮器２８は、図６に示すように熱交換部２７が粗アルゴン塔１６の上方に配され、液化空気中に浸漬されておらず、熱交換部２７の冷媒流路に流入する液化空気が、アルゴン流路に流入するアルゴン含有ガスと熱交換し、ここで完全に気化して導出するようにしたものである。
このドライ式凝縮器２８では、浸漬式のように浸漬液の液柱圧による蒸発側の冷却部の温度上昇がないため、液化空気とアルゴン含有ガスとの温度差を大きくすることができることおよびコンパクト化が容易であると言う利点があるものの、条件によっては液化空気側の伝熱面に液化空気に同伴されて含まれるメタン、エチレンなどの炭化水素が濃縮して析出する可能性、爆発の可能性がある。
一方、アルゴンの分離方法として粗アルゴン中の酸素の除去を水素との反応によって行わず、精留塔（脱酸塔）で行う方法がある（日本国特開平６−１０９３６１号公報参照）。
この方法は、図７に示すように、粗アルゴン塔１６から導出した粗アルゴンを粗アルゴン熱交換器２９に送り、加温して常温とし、ブロアー３０で加圧したのち粗アルゴン熱交換器２９で冷却し、７０段以上の理論段数を有する脱酸塔３１に導入し、精留を行いその上部から酸素含有量１ｐｐｍ以下の脱酸アルゴンを導出し、これを高純アルゴン塔３２に送って高純アルゴンを得るものである。
この分離方法では水素ガスを用いることなく粗アルゴン中の酸素を除去でき、操業上の安全性が高められる利点がある。
しかしながら、脱酸塔３１では、酸素とアルゴンとの沸点の差が小さいため、理論段数を７０段以上とせねば、両者を十分に分離することができず、粗アルゴン塔１６と脱酸塔３１の内部での圧力損失が大きくなる不都合がある。このため、脱酸塔３１の上部の凝縮器３３において温度差を大きくとれなくなって精留効率が低下する。したがって、図示したようにブロアー３０を設けて粗アルゴンを加圧する必要が生じ、これに伴って粗アルゴン熱交換器２９も必要となり、装置コストおよび運転コストが増大する要因となっている。
よって、本発明は、空気の液化精留によってアルゴンを分離するプロセスにおいて、粗アルゴン塔、高純アルゴン塔の凝縮器にドライ式凝縮器を十分な安全性を確保しつつ採用できるようにすることおよび脱酸塔を用いて粗アルゴン中の酸素を除去するプロセスにおいて、脱酸塔にドライ式凝縮器を採用して粗アルゴン塔と脱酸塔との合計段数を充分確保できるとともに凝縮に必要な温度差が得られ、かつ装置コスト、運転コストの増大を抑えることができるようにすることにある。さらに、上記粗アルゴン塔と脱酸塔を一体化したアルゴン塔の凝縮器にドライ式凝縮器を用いて同様の効果を得ることにある。
発明の開示
本発明は、空気液化精留によってアルゴンを分離する方法および装置において、粗アルゴン塔、高純アルゴン塔、脱酸塔、アルゴン塔の凝縮器として、小温度差でも熱交換が可能なドライ式凝縮器を用い、これの寒冷源として複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段から抜き出した塔底液よりも低温の酸素富化液化空気を用いるものである。
この酸素富化液化空気の抜出位置を塔底よりも３段ないし５段上方の棚段とするものであり、これによってプロセス全体の酸素、窒素の採取量およびその純度の点、さらには炭化水素の析出の危険防止の点から好ましい。
さらに、これら精留塔を充填塔とすることによって塔内における圧力損失を減少させ、凝縮器での温度差をより大きくすることができる。
本発明の実施態様は、以下の通りである。
（１）空気を複精留塔で液化精留して酸素、窒素を採取するとともに、上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを粗アルゴン塔に導き、精留して粗アルゴンを得るアルゴンの分離方法において、
粗アルゴン塔の粗アルゴン凝縮器としてドライ式凝縮器を用い、下部塔の塔底よりも上方の棚段抜き出した酸素富化液化空気をドライ式凝縮器の寒冷源として供給することを特徴とするアルゴンの分離方法である。
（２）空気を複精留塔で液化精留して酸素、窒素を採取するとともに、上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを粗アルゴン塔に導き精留して粗アルゴンを得、この粗アルゴンを脱酸塔に送って精留し、脱酸アルゴンを得るアルゴンの分離方法において、
脱酸塔の凝縮器としてドライ式凝縮器を用い、下部塔の塔底よりも上方の棚段から抜き出した酸素富化液化空気をドライ式凝縮器の寒冷源として供給することを特徴とするアルゴンの分離方法である。
（３）空気を複精留塔で液化精留して酸素、窒素を採取するとともに、上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを粗アルゴン塔に導いて精留し粗アルゴンを得、この粗アルゴンを脱酸塔に送って精留し、脱酸アルゴンを得るアルゴンの分離方法において、
粗アルゴン塔と脱酸塔とを一体とし、この塔の凝縮器としてドライ式凝縮器を用い、下部塔の塔底よりも上方の棚段から抜き出した酸素富化液化空気をドライ式凝縮器の寒冷源として供給することを特徴とするアルゴンの分離方法である。
（４）空気を複精留塔で液化精留して酸素、窒素を採取するとともに、上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを一塔または二塔の精留塔に送って精留して、脱酸アルゴンを得、この脱酸アルゴンを高純アルゴン塔に送って精留し、高純アルゴンを得るアルゴンの分離方法において、
高純アルゴン塔の凝縮器としてドライ式凝縮器を用い、下部塔の塔底よりも上方の棚段から抜き出した酸素富化液化空気をドライ式凝縮器の寒冷源として供給することを特徴とするアルゴンの分離方法である。
（５）前記下部塔の塔底よりも３段ないし５段上方の棚段から液化空気を抜き出すことを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のアルゴンの分離方法である。
（６）前記複精留塔の上部塔、粗アルゴン塔、脱酸塔のいずれか１以上を充填塔としたことを特徴とする上記（２）ないし（４）のいずれかに記載のアルゴンの分離方法である。
また、本発明の実施態様における装置構成は下記の通りである。
（７）空気を液化精留して酸素、窒素を採取する複精留塔と、この複精留塔の上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを精留して粗アルゴンを採取する粗アルゴン塔を有し、粗アルゴン塔の粗アルゴン凝縮器がドライ式凝縮器であり、複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段の酸素富化液化空気を抜き出し、これをドライ式凝縮器の冷媒流路に送る管路を設けたことを特徴とするアルゴンの分離装置である。
（８）空気を液化精留して酸素、窒素を採取する複精留塔と、この複精留塔の上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを精留して粗アルゴンとする粗アルゴン塔と、この粗アルゴン塔で得られた粗アルゴンを導入し、精留して酸素を除去し脱酸アルゴンとする脱酸塔を有し、脱酸塔の凝縮器がドライ式凝縮器であり、複精溜塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段の酸素富化液化空気を抜き出し、これを上記ドライ式凝縮器の冷媒流路に送る管路を設けたことを特徴とするアルゴンの分離装置である。
（９）空気を液化精留して酸素、窒素を採取する複精留塔と、この複精留塔の上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを精留するとともに酸素を除去して脱酸アルゴンとするアルゴン塔を有し、アルゴン塔の凝縮器がドライ式凝縮器であり、複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段の酸素富化液化空気を抜き出し、これを上記ドライ式凝縮器の冷媒流路に送る管路を設けたことを特徴とするアルゴンの分離装置である。
（１０）空気を液化精留して酸素、窒素を採取する複精留塔と、この複精留塔の上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを精留して粗アルゴンとする粗アルゴン塔と、この粗アルゴン塔で得られた粗アルゴンを導入し精留して酸素を除去し脱酸アルゴンとする脱酸塔と、この脱酸塔で得られた脱酸アルゴンを導入して精留して高純アルゴンとする高純アルゴン塔を有し、高純アルゴン塔の凝縮器がドライ式凝縮器であり、複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段の酸素富化液化空気を抜きだし、これを上記ドライ式凝縮器の冷媒流路に送る管路を設けたことを特徴とするアルゴンの分離装置である。
（１１）空気を液化精留して酸素、窒素を採取する複精留塔と、この複精留塔の上部塔よりアルゴン含有酸素を抜き出し、これを精留して脱酸素アルゴンとするアルゴン塔と、このアルゴン塔で得られた脱酸素アルゴンを導入し精留して高純度アルゴンとする高純アルゴン塔を有し、高純アルゴン塔の凝縮器がドライ式凝縮器であり、複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段の酸素富化液化空気を抜き出し、これを上記ドライ式凝縮器の冷媒流路に送る管路を設けたことを特徴とするアルゴンの分離装置である。
（１２）前記管路の液化空気の抜き出し位置が下部塔の塔底よりも３段ないし５段上方の棚段であることを特徴とする上記（７）ないし（１０）のいずれかに記載のアルゴンの分離装置である。
（１３）前記複精留塔の上部塔、粗アルゴン塔、脱酸塔、アルゴン塔、高純アルゴン塔のいずれか１以上が充填塔であることを特徴とする上記（８）ないし（１０）のいずれかに記載のアルゴンの分離装置である。
（１４）前記複精留塔の上部塔、粗アルゴン塔、脱酸塔、アルゴン塔、高純アルゴン塔のいずれか１以上が部分的に充填材を充填して構成された塔であることを特徴とする上記記載のアルゴンの分離装置である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の例を示すアルゴンの分離装置の系統図である。
図２は、本発明の第２の例を示すアルゴンの分離装置の系統図である。
図３は、本発明の第３の例を示すアルゴンの分離装置の系統図である。
図４は、従来のアルゴンの分離装置の系統図である。
図５は、浸漬式凝縮器の例を示す概略構成図である。
図６は、ドライ式凝縮器の例を示す概略構成図である。
図７は、従来のアルゴンの分離装置の他の例の系統図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の例を示すもので、請求項１および請求項６に記載の発明に対応するものである。ここで、図４に示した従来の装置と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この例にあっては、粗アルゴン塔１６の粗アルゴン凝縮器１７に図６に示したようなドライ式凝縮器２８が用いられ、粗アルゴン塔１６から分離されている。このドライ式凝縮器２８には、複精留塔２の下部塔３の塔底より上方の棚段から抜き出された酸素富化液化空気が管３４、過冷器１２、管３４、膨張弁１４、管１５から気液混相状態でその冷媒流路（蒸発側）に送られ、ここでその全量が気化して寒冷を与え、管３５を経て上部塔９に導入される。
液化空気の抜液位置は、下部塔３の塔底より数段上方の棚段から下部塔３の最上段の棚段までの間の棚段とされるが、上部の棚段から抜き出す場合には上部塔９への還流液が不足して上部塔９での精留に影響が生じる。また、上部に近い棚段から抜き出すほど、抜出段より下方の棚段における還流液が不足して下部塔３での精留が不十分となって製品窒素ガスの純度が低下することになる。
このため、凝縮器１７での温度差を確保し、凝縮器１７での炭化水素の析出を少なくするためには、下部塔３の最下段（塔底）から上方の数段ないし十数段までの間で液化空気を抜き出すのが好ましく、最も好ましくは最下段から３段目ないし５段目の棚段から抜き出すのが良い。
粗アルゴン塔１６の凝縮器１７における温度差は、該粗アルゴン塔の塔内圧と寒冷源である酸素富化液化空気の露点によってほぼ定められ、その露点は該液化空気の組成と圧力とによって決まる。
表１は、下部塔３の液化空気の抜き出し位置を最下段および最下段より上の各段、１０段目までの棚段とした時のその抜出段における液化空気中の窒素の割合（モル比）と粗アルゴン塔凝縮器運転圧力における露点との関係およびその抜出液中の炭化水素濃度を最下段（塔底）よりの抜出液中の炭化水素濃度との比によって示したものである。
なお、表１のデータは、段数５９段の通常の下部塔の塔底液を導出して粗アルゴン塔凝縮器の寒冷液とする場合、全塔の段数を５９段と一定とし、塔底より１ないし１０段上から液化空気を抜き出し粗アルゴン塔凝縮器に供給するものについてのものである。
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表１から明らかなように、４段目と最下段とでは、露点が約０．８Ｋ低くなり、粗アルゴン凝縮器１７での温度差を大きくすることができる。このため、粗アルゴン塔１６を上昇してくるアルゴンを凝縮しやすくなり、還流液量が増え、精留効率が向上し、また凝縮器１７を小型化できる。
また、下部塔３に管１から送り込まれる原料空気には数ｐｐｍ程度の炭化水素、二酸化炭素が同伴されており、これら同伴物はその沸点が酸素のそれよりも高いため、その大部分が下部塔３の最下部に溜まる液化空気中に濃縮する。
この表１より、液化空気の抜き出し位置を塔底より上方にするにつれて炭化水素濃度が急激に減少することがわかる。
例えば、最下段から５段目の棚段から抜き出した場合には、メタン濃度は最下段からのものに比べて１００分の３に減少している。また、エチレンは１０-5以下に減少している。
このため、本発明では粗アルゴン凝縮器１７にドライ式凝縮器２８を用いても、これにに炭化水素が析出する量が著しく低下し、炭化水素の析出による危険性は極めて低くなることがわかる。
表２は、段数５９段の通常の下部塔の塔底液を導出して寒冷液とする場合に対して、塔底より１乃至６段上から凝縮器寒冷源用液化空気を抜き出して粗アルゴン塔凝縮器に供給する場合に、抜出段より上の段数は常に５９段一定とした時と、全段数を５９段に固定して抜出段を塔底より上方６段目とした時を比較した計算値である。
表２より明らかなように液化空気の抜き出しを塔底より順次上から抜き出すとともに抜出段より上の精留段は常に５９段に維持したことにより、下部塔頂部の窒素中の酸素はほぼ一定となるが、一方全段数を一定（５９段）として抜き出し段を塔底より６段上とした場合は酸素濃度が約６倍になっている。
抜出液中の窒素濃度（抜出液の沸点）及び炭化水素濃度の傾向は表１の場合とほぼ同様である。
従って、製品窒素ガス純度を維持しつつ、粗アルゴン塔凝縮器における温度差の確保、炭化水素の危険性の低減を図るためには、寒冷用液化空気の抜き出し段を塔底より上方に設定するとともに、抜き出し段より上方の下部塔段数を所定数確保するよう全段数を増やすことが望ましい。
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以上のように、液化空気の抜き出し位置を最下段（塔底）より上方の位置とすることで、粗アルゴン凝縮器１７における温度差を大きくすることができ、かつ炭化水素の析出量を大幅に低下せしめることができる。
しかし、粗アルゴン凝縮器１７に寒冷源として供給する液化空気量は、下部塔３に導入される原料空気量の３０〜４０％程度となるため、抜き出し段よりも下方の棚段では還流液量が減少し、窒素の組成変化量が減少することになり、精留効率が低下し、製品窒素の純度に影響を与えることになる。
よって、液化空気の抜き出し位置は、塔底より３〜５段目の棚段とすることが最も実用的であって最も好ましい。
図２は、この発明の第２の例を示すもので、請求項２および請求項７に対応するものである。この例でも、先の図４に示した従来装置と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この例は、粗アルゴン中の酸素の除去を脱酸塔３１での精留によって行うもので、脱酸塔３１の凝縮器３３にドライ式凝縮器２８を用い、これの寒冷源として下部塔３の塔底より上方の棚段から抜き出した液化空気を用いるものである。
下部塔３の塔底より上方の棚段から抜き出された液化空気は、管３６から過冷器１２、管３７を経て、脱酸塔３１の塔底のリボイラー３８に送られ、ここで粗アルゴンを加熱し、管３９、膨張弁４０を経て脱酸塔３１上部に設けられたドライ式凝縮器２８に送られる。液化空気は、寒冷を与え、自らは気化して管４１から上部塔９に導入される。
この例では、凝縮器２８での温度差を大きくとれるため、脱酸塔３１塔頂部でのアルゴンガスの圧力低下がある程度許容されることになり、粗アルゴン塔１６と脱酸塔３１との合計理論段数が１００段を越えても、粗アルゴンを加圧するブロアーおよびこれに伴う粗アルゴン熱交換器が不要となる。
しかしながら、この場合でも粗アルゴン塔１６と脱酸塔３１の合計理論段数があまり大きくなると、圧力損失が過大となり、凝縮器２８での必要な温度差が確保できなくなる。このため、合計理論段数は百数拾段以下と言う制限がある。
通常、凝縮蒸発器における凝縮側と蒸発側との温度差はおよそ２℃程度である。粗アルゴン塔１６と脱酸塔３１との合計理論段数が増加し、この温度差の確保が困難になると合計段数を制限するかあるいは粗アルゴンを加圧するブロアーを設置することが必要となる。しかし、表１に示したように下部塔３の最下段から４段目の位置で液化空気を抜き出した場合には約０．８Ｋ沸点が低くなり、合計段数をこれに相当する分多くすることができる。
本発明では、また粗アルゴン塔と脱酸塔とを一体としたアルゴン塔を設け、このアルゴン塔の上方にドライ式凝縮器を配し、これに下部塔の塔底より上方の棚段から抜き出した液化空気を寒冷源として供給してもよい。
この場合、上部塔の中間から抜き出されたアルゴン原料ガスは、導管によってアルゴン塔の下部に導入され、精留される。下部塔の塔底の上方の棚段から抜き出された液化空気は、導管によってアルゴン塔の上方のドライ式凝縮器に送られ、ここに寒冷を与えたのち、気化し、導管によって上部塔に導入される。
ドライ式凝縮器で液化した脱酸アルゴンの一部はアルゴン塔を流下し、導入されたアルゴン原料ガスと気液接触して、アルゴン原料ガスが精留され、塔底にはアルゴン含有液化酸素が溜まり、ポンプにより上部塔に送られる。
ドライ式凝縮器で液化した脱酸アルゴンの残部は抜き出され、高純アルゴン塔に送られ、ここでさらに精留され、高純アルゴンとされる。
この例でも、アルゴン塔の理論段数が１００段を越えても凝縮器での温度差を大きくとれることになる。
また、この例の応用例として粗アルゴン塔と脱酸塔と高純アルゴン塔とを一体とし、この精留塔の凝縮器としてドライ式凝縮器を用い、この寒冷源として下部塔の塔底よりも上方の棚段が抜き出した液化空気を用いることにより、高純度アルゴンを得るようにすることもできる。
図３は、この発明の第３の例を示すもので、請求項３および請求項８に対応するもので、図２に示した第２の例に高純アルゴン塔３２を設け、この高純アルゴン塔３２に脱酸塔３１からの脱酸アルゴンを管５４から送り込むもので、この高純アルゴン塔３２の凝縮器５２にドライ式凝縮器２８を用い、これの寒冷源として下部塔３の塔底よりも上方の棚段から抜き出した酸素富化液化空気を用いるものである。
下部塔３の塔底よりも上方の棚段から抜き出された酸素富化液化空気は、管４８を経て高純アルゴン塔３２の塔底のリボイラー４９に送られ、ここで冷却されたのち管５０、膨張弁５１を経て、上記ドライ式凝縮器５２に送られる。液化空気は、こ  ここでその全量が気化して寒冷を与え、管５３を経て、上部塔９に戻される。また、本発明では複式精留塔の上部塔、粗アルゴン塔および脱酸塔を、規則充填材あるいは不規則充填材を充填した充填塔で構成し、かつ脱酸塔の凝縮器にドライ式凝縮器を用い、これの寒冷源として下部塔の底塔より上方の棚段から抜き出した酸素富化液化空気を用いるようにしてもよい。
このような充填塔を採用することにより、各塔での圧力損失が減少し、凝縮器における温度差が棚段塔のものに比べて大きくでき、粗アルゴン塔と脱酸塔の合計理論段数を２００段前後にまで設定できる。この場合、脱酸塔の頂部から導出される脱酸素アルゴン中の酸素濃度は０．１ｐｐｍ以下とすることも出来る。
また、この例の応用例として上部塔、粗アルゴン塔および脱酸塔を充填塔と棚段塔との任意の組み合わせで構成することも可能である。さらに、前記アルゴン塔と高純アルゴン塔の一方または両方を充填塔とすることも可能である。さらに上記それぞれの塔の一部を充填材を充填し、他部を棚段（シーブトレイ）で構成することも可能である。
産業上の利用分野
本発明のアルゴンの分離方法およびその装置は、粗アルゴン塔、脱酸塔、アルゴン塔、高純アルゴン塔の凝縮器として、小温度差でも熱交換が可能なドライ式凝縮器を用い、これの寒冷源として複精留塔の下部塔の塔底よりも上方の棚段から抜き出した、塔底液より低温の酸素富化液化空気を用いるものである。
これにより、これら各塔の凝縮器において、凝縮側と蒸発側との温度差を大きくとることができ、しかも小型化、コンパクト化が可能で、炭化水素の析出の恐れもなくなる。
また、粗アルゴン塔と脱酸塔との合計理論段数を１００段以上にした場合でも、粗アルゴンを加圧するブロアーが不要となり、装置コスト、運転コストを低減することができる。
さらに、各塔を充填塔とすることによって塔内における圧力損失を減少させ、凝縮器での温度差を大きくすることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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