(57)【要約】【課題】複数の空気分離装置を備えた空気分離設備において、空気分離装置の起動から定常運転までに要する時間を短縮し、空気分離効率を向上させる。【解決手段】本発明に係る空気分離設備は、上塔、下塔および主凝縮器を有し原料空気より窒素および酸素を精留分離する精留塔が設けられた複数の空気分離装置を備えた空気分離設備であって、一の空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体酸素の貯留部と、他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体酸素の貯留部とを接続する液体酸素供給管と、一の空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体窒素の貯留部と、他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体窒素の貯留部とを接続する液体窒素供給管とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上塔、下塔および主凝縮器を有し原料空気より窒素および酸素を精留分離する精留塔が設けられた複数の空気分離装置を備えた空気分離設備であって、
一の空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体酸素の貯留部と、他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体酸素の貯留部とを接続する液体酸素供給管と、
一の空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体窒素の貯留部と、他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体窒素の貯留部とを接続する液体窒素供給管とを有する空気分離設備。
【請求項２】
上塔、下塔および主凝縮器を有し原料空気より窒素および酸素を精留分離する精留塔が設けられた複数の空気分離装置を備えた空気分離設備の運転方法であって、
一の空気分離装置を起動する際に、これから停止を行う他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に貯留された液体酸素および液体窒素を、起動する一の空気分離装置の主凝集器の液体酸素および液体窒素が貯留される部分にそれぞれ供給する空気分離設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の深冷分離型の空気分離装置を備えた空気分離設備およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気中の酸素と窒素を、沸点差を利用して精留分離する深冷分離型の空気分離装置が知られている。空気分離装置は、法令により定期的な検査が義務付けられており、検査時には、空気分離装置を停止させて、検査を行う必要がある。
【０００３】
製鉄所の高炉や転炉など、常時、酸素の供給を必要とする場所では、複数の空気分離装置を設置し、１つの空気分離装置の検査中には、他の空気分離装置を運転して、酸素を常時生成し、高炉や転炉に供給している。
【０００４】
運転中の空気分離装置は、系内の物質および熱がバランスした状態となっているが、検査のために運転を停止した後に再稼働させると、物質および熱がバランスした状態になるまでに長い時間がかかるという課題がある。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、「原料空気を酸素と窒素に分離する高圧蒸留塔と低圧蒸留塔と、分離された液状の酸素または液状の窒素を貯溜する液体貯槽、および、圧縮された原料空気を熱源とし、前記液状酸素および／または液状窒素を気化させて製品ガスとする熱交換器を備えた空気分離装置において、前記蒸留塔と前記液体貯槽を結ぶラインに液体抜出量調節弁が設けられると共に、該液体抜出量調節弁を閉止した際に該蒸留塔とは独立して該液体貯槽内の圧力を調整するための加圧手段を備えていることを特徴とする空気分離装置」が開示されている。
【０００６】
特許文献１では、蒸留塔と液体貯槽を結ぶラインに液体抜出量調節弁を設けると共に、該液体抜出量調節弁を閉止した際に該蒸留塔とは独立して該液体貯槽内の圧力を調整するための加圧手段を付設することで、再稼動後に、液体抜出量調節弁を閉止したまま、加圧手段によって液体貯槽内の液体を熱交換器方向へ圧送し、圧縮された原料空気を熱源として該液体を気化させることで、製品ガスを取り出せるように工夫している。
【０００７】
特許文献２には、「所定圧に圧縮された原料空気を系内で発生した寒冷との熱交換により冷却する原料空気圧縮冷却工程、およびこの原料空気圧縮冷却工程からの液体空気を下塔とこの下塔の近傍に設けられた上塔とからなる精留塔で精留する精留工程とから構成され、上記精留工程では、精留塔の下塔で上記空気を精留して塔頂部に気体窒素を集め、上塔と下塔との間に設けられた主凝縮器部において上記集められた気体窒素を凝縮し還流液として下塔の塔頂部に戻すとともに、下塔の底部に滞留する富酸素液と、下塔塔頂部の液体窒素とを還流液として上塔に使用する空気分離方法において、上記上塔の液を貯留する液留容器を設け、空気分離装置の運転を停止するに際し上塔内の液を上記液留容器内に導入して貯留するとともに、空気分離装置の運転を再開するに際し上記液留容器内に貯留されている液を精留用の還流液として精留塔上塔に戻すことを特徴とする空気分離装置のクイックスタート方法」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１９７９８１号公報
【特許文献２】特開平９−６１０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、液体貯槽内の圧力を調整するための加圧手段を付設し、圧力を制御する必要があり、制御が複雑になるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２では、主凝縮器部とは別に、上塔の液を貯留する液留容器を設置する必要があり、構造およびその制御が複雑になるという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような問題点に対してなされたものであり、複数の空気分離装置を備えた空気分離設備において、簡易な構成で、空気分離装置の起動から定常運転までに要する時間を短縮することができる空気分離設備およびその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述のような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］  上塔、下塔および主凝縮器を有し原料空気より窒素および酸素を精留分離する精留塔が設けられた複数の空気分離装置を備えた空気分離設備であって、
一の空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体酸素の貯留部と、他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体酸素の貯留部とを接続する液体酸素供給管と、
一の空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体窒素の貯留部と、他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に設けられた液体窒素の貯留部とを接続する液体窒素供給管とを有する空気分離設備。
［２］  上塔、下塔および主凝縮器を有し原料空気より窒素および酸素を精留分離する精留塔が設けられた複数の空気分離装置を備えた空気分離設備の運転方法であって、
一の空気分離装置を起動する際に、これから停止を行う他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に貯留された液体酸素および液体窒素を、一の空気分離装置の主凝集器の液体酸素および液体窒素が貯留される部分にそれぞれ供給する空気分離設備の運転方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の空気分離装置を備えた空気分離設備において、空気分離装置の起動から定常運転までに要する時間を短縮し、空気分離効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る空気分離設備の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る空気分離設備の構成を示す図である。
【００１７】
この空気分離設備は、略同一構成を有する２つの空気分離装置１１、１２を備えている。空気分離装置１１は、空気圧縮器１１０と、熱交換器１１１と、精留塔１１２とを有している。精留塔１１２は、上塔１１２ａ、下塔１１２ｂおよび主凝縮器１１２ｃを有している。同様に、空気分離装置１２は、空気圧縮器１２０と、熱交換器１２１と、精留塔１２２を有している。精留塔１２２は、上塔１２２ａ、下塔１２２ｂおよび主凝縮器１２２ｃを有している。
【００１８】
空気分離装置１１と空気分離装置１２は、略同一構成を有している。ここでは、空気分離装置１１の各構成を例にして説明を行い、空気分離装置１２の各構成の説明を省略する。
【００１９】
原料空気を、圧縮器１１０で圧縮し、図示しない吸着塔により水分及び二酸化炭素を除去し、清浄にする。清浄後の圧縮空気は、熱交換器１１１で露点付近まで冷却され、下塔１１２ｂの底部へ導入される。下塔１１２ｂでの精留により、液化空気は、窒素ガスと酸素に富む液化空気（以下、酸素富化液化空気という）とに分離され、窒素ガスは塔頂部に、酸素富化液化空気は底部に溜まる。塔頂部の窒素ガスは、主凝縮器１１２ｃによって凝縮し、液化窒素となる。この液化窒素の一部は、配管等を介して、上塔１１２ａの上段に環流液として供給される。
【００２０】
一方、下塔１１２ｂの窒素ガスは、下塔１１２ｂの上部から抜き出され、図示していない熱交換器、膨張タービンに送られ、装置全体を冷却する寒冷を得るために使用される。下塔１１２ｂの底部の酸素富化液化空気は、底部より抜き出され、一部がガス化した状態で上塔１１２ａの中段に導入される。
【００２１】
上塔１１２ａでは、主凝縮器１１２ｃから導入された液化窒素と、下塔１１２ｂの底部から中段に導入された酸素富化液化空気が塔内を下降し、上塔１１２ａに導入された液が、主凝縮器１１２ｃにおいてほぼ全量が気化して塔内を上昇する。この下降液と上昇ガスとにより精留が行われ、酸素及び窒素の分離が行われる。その結果、上塔１１２ａの塔頂部から窒素ガスが、下部から酸素ガスが排出される。
【００２２】
上塔１１２ａの塔頂部から抜き出された窒素ガスは、熱交換器１１１に送られ、常温まで昇温される。さらに、上塔１１２ａの下部からは、液体酸素は、熱交換器１１１に送られ、常温まで昇温される。
【００２３】
主凝縮器１１２ｃには、上塔１１２ａから下降した液（主に、液体酸素）を貯留する液体酸素貯留部（図示せず）と、下塔１１２ｂの塔頂部から取り出された窒素ガスが凝縮した液体窒素を貯留する液体窒素貯留部（図示せず）が設けられている。この液体窒素貯留部に貯留された液体窒素は、空気分離装置１１の全体を冷却するための寒冷として利用される。液体酸素貯留部および液体窒素貯留部は、主凝縮器１１２ｃにもともと設けられている部分である。
【００２４】
本発明に係る空気分離設備では、空気分離装置１１の主凝縮器１１２ｃに設けられた液体酸素貯留部と、空気分離装置１２の主凝縮器１２２ｃに設けられた液体酸素貯留部とを接続する液体酸素供給管１３を新たに設置する。また、本発明に係る空気分離設備では、空気分離装置１１の主凝縮器１１２ｃに設けられた液体窒素貯留部と、空気分離装置１２の主凝縮器１２２ｃに設けられた液体窒素貯留部とを接続する液体窒素供給管１４を新たに設置する。
【００２５】
空気分離装置１１と空気分離装置１２は、相互に液体酸素供給管１３および液体窒素供給管１４を介して、液体酸素または液体窒素を供給できる構成になっている。
【００２６】
なお、液体酸素供給管１３および液体窒素供給管１４は、空気分離装置１１から空気分離装置１２へ供給するものと、空気分離装置１２から空気分離装置１１へ供給するものとをそれぞれ設けてもよく、液体酸素供給管１３および液体窒素供給管１４を１つずつ設けて、供給方向を切替弁などで切り替えるように構成してもよい。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態に係る空気分離設備の運転方法について説明する。空気分離装置は、法令により定期的な検査が義務付けられており、検査時には、空気分離装置を停止させて、検査を行う必要がある。
【００２８】
製鉄所の高炉や転炉など、常時、酸素の供給を必要とする場所では、複数の空気分離装置を設置し、１つの空気分離装置の検査中には、他の空気分離装置を運転して、酸素を常時生成し、高炉や転炉に供給している。
【００２９】
本発明では、このような常時、酸素の供給を必要とする場所に設置された空気分離設備において、停止していた一の空気分離装置を再起動させる際に、これから停止を行う他の空気分離装置の主凝縮器に貯留されている液体酸素および液体窒素を一の空気分離装置へ供給する。
【００３０】
具体的には、定常運転時において、主凝縮器では、液体酸素と気体窒素の間で熱交換が行われるが、本発明では、再起動を行う空気分離装置の主凝縮器に、停止する空気分離装置から液体酸素を供給することで、起動直後から主凝縮器において、空気中に含まれる窒素と、停止する空気分離装置から供給された液体酸素との間で熱交換を行うことができ、起動時から定常運転までに要する時間を短縮することができる。
【００３１】
また、定常運転時において、主凝縮器で生成された液体窒素は、空気分離装置の全体を冷却するための寒冷として利用されるが、本発明では、再起動を行う空気分離装置の主凝縮器に、停止する空気分離装置から液体窒素を供給することで、再起動を行う空気分離装置の起動時から定常運転までに要する時間を短縮することができる。
【００３２】
本発明では、液体酸素供給管１３および液体窒素供給管１４を設置し、一方の空気分離装置を再起動させる際には、他の空気分離装置から液体酸素および液体窒素を供給することで、簡易な構成で、再起動から通常運転までに要する時間を短縮することができる。なお、本発明では、一方の空気分離装置の再起動時には、他の空気分離装置に貯留されている液体酸素および液体窒素を任意の量（例えば、全量）だけ移せばよいので、簡単な制御を追加するだけで、再起動から通常運転までに要する時間を短縮することができる。
【００３３】
本発明に係る本発明の実施の形態に係る空気分離設備の運転方法は、図１に示すような設備を用い、液体酸素供給管１３および液体窒素供給管１４を介して液体酸素および液体窒素を供給してもよいが、空気分離装置１１と空気分離装置１２とが離れた位置にあり、液体酸素供給管１３および液体窒素供給管１４を設置することが困難な場合には、停止する空気分離装置から取り出した液体酸素および液体窒素をタンクローリーで他方の起動する空気分離装置に運び、この空気分離装置に供給するようにしてもよい。
【００３４】
なお、点検を行うために停止する空気分離装置では、主凝縮器に貯留されている液体酸素や液体窒素が排出されて処分されるため、本発明では、この停止を行う際に排出された液体酸素や液体窒素を利用する。これにより、処分される液体酸素や液体窒素を有効利用し、通常運転までに要するエネルギーコストを低減することができる。
【００３５】
また、上述では、２つの空気分離装置を備えた空気分離設備について説明したが、本発明は、３以上の空気分離装置を備えた空気分離設備にも適用できる。この場合には、再起動を行う一の空気分離装置の主凝縮器に、これから停止を行う他の少なくとも１つの空気分離装置の主凝縮器に供給するように構成すればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１１  空気分離装置
１１０  空気圧縮器
１１１  熱交換器
１１２  精留塔
１１２ａ  上塔
１１２ｂ  下塔
１１２ｃ  主凝縮器
１２  空気分離装置
１２０  空気圧縮器
１２１  熱交換器
１２２  精留塔
１２２ａ  上塔
１２２ｂ  下塔
１２２ｃ  主凝縮器
１３  液体酸素供給管
１４  液体窒素供給管
【図１】
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