(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モレキュラーシーブス式酸素プラントの原料空気水洗冷却塔の循環水を、１次冷却器で冷却後、不足分を２次冷却器により所定温度まで冷却する循環水冷却装置の運転方法において、１次冷却器にバイパスを設け、１次冷却器の出口の循環水が２次冷却器の最低負荷操業可能な設定温度以上となるように、バイパス量を自動的に調整することを特徴とするモレキュラーシーブス式酸素プラントの循環水冷却装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、モレキュラーシーブス式酸素プラントの循環水冷却装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モレキュラーシーブス式の酸素プラントの一般的な処理フローを図２に示す。原料空気濾過器１を経て、原料空気圧縮機２によりプラントに取り込まれた大気は、水洗冷却塔３内で冷却され、モレキュラーシーブス式吸着器４にてＨ2 Ｏ及びＣＯ2 を吸着除去した後、空気分離装置５内に導入される。空気分離装置５内では、この原料空気を液化させて精溜によって酸素Ｏ2 と窒素Ｎ2 を分離するため、−１８０〜−２００℃という極低温になる。導入される空気がＨ2 Ｏ及びＣＯ2 を同伴して空気分離装置５内に入ると、製品液化酸素の純度が悪くなるほか、最悪の場合、空気分離装置５内の配管に凍結を生じて配管が閉塞してしまうため、プラントの継続運転が不可能になる。このためモレキュラーシーブス式吸着器４でＨ2 Ｏ及びＣＯ2 を確実に除去しなくてはならない。モレキュラーシーブス式吸着器４でＨ2 Ｏ及びＣＯ2 を除去する能力には限界があり、水洗冷却塔３からモレキュラーシーブス式吸着器４に導入される原料空気の温度が高いと、含有されるＨ2 Ｏが多くなるので、制限される。
【０００３】
水洗冷却塔３では原料空気は循環水によって冷却されている。
水洗冷却塔３を出た循環水２０は、３０℃程度の温排水となっているので、再びこれを循環して冷却水として利用するには、冷却器を用いて冷却する必要がある。通常のプロセスでは、上記循環水２０をまず水洗塔か海水熱交換器などの１次冷却器７で大気又は海水等（以下大気又は海水等を海水等と総称する）を用いて冷却するが、海水等の温度が変化すると１次冷却器７の出口における循環水２１の温度も変化し、結局、水洗冷却塔３を出る原料空気の温度が変化する。前述のように、モレキュラーシーブス式吸着器４に導入される空気の温度はその吸着能力により一意に定まっている。
【０００４】
従って、水洗冷却塔用循環水の温度が海水等の温度変化によって変動するのを防止する必要があり、この補償の目的でフロン循環式冷凍装置あるいは冷媒吸収式冷凍装置などの機械式２次冷却器８を設けて水洗冷却塔３へ供給する循環水温度を一定にしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題を図３、図４によって説明する。図３は、２次冷却器８としてフロン冷凍機を用いた場合の冷却系フロー図であり、図４は、このような冷却水系の海水等６の温度Ｔ1 と、モレキュラーシーブス式吸着器４の入口空気温度Ｔ2 、１次冷却器７の出口の循環水２１の温度Ｔ3 、２次冷却器８の出口循環水２２の温度Ｔ4 との関係を示す図である。このような系において、熱交換性能により、通例
Ｔ3 ＝Ｔ1 ＋２℃
Ｔ2 ＝Ｔ4 ＋２℃
となる。図３のような循環水を再冷却するシステムでは、海水等６の温度変化によって１次冷却器７の出口水温Ｔ3 が変化し、Ｔ3 の温度変化により２次冷却装置８の負荷が変動するが、海水等６の温度Ｔ1 が低下して装置負荷が機械的な最低負荷を下廻る場合には２次冷却器８を停止する必要がある。
【０００６】
例として掲げたフロン冷凍機は、蒸発器１０と凝縮器１２の間にフロンを循環させて潜熱の受渡しを行うことによって循環水２１の冷却を行う装置である。１次冷却器７の出口水温Ｔ3 が低くなり、蒸発器１０での抜熱負荷が小さくなって冷媒の循環量が少なくなると、循環コンプレッサ１３がサージングするため、蒸発器１０での蒸発量を一定値（２０〜３０％）以下にはできない。たとえば２次冷却器８の容量を海水等の最高温度３５℃に合せて設計すると、Ｔ3 ＝１５℃（Ｔ1 ＝１３℃）の時には装置を停止する必要がある。
【０００７】
２次冷却器８が停止すると、１次冷却器７より出た循環水２１が水洗冷却塔３にそのまま供給されＴ3 ＝Ｔ4 となる。モレキュラーシーブス式吸着器４の入口空気温度Ｔ2 は２次冷却器８の出口の冷却水温度Ｔ4 よりさらに２℃高くなるため、モレキュラーシーブス式吸着器４の入口温度は１７℃まで上昇する。モレキュラーシーブス式吸着器４の入口の空気温度は、あまり高温になると空気の絶対湿度が高くなって、モレキュラーシーブス式吸着器４でＨ2 Ｏ及びＣＯ2 を吸着し切れなくなる。このためモレキュラーシーブス式吸着器４への原料空気温度をある温度以下に低下させるために、通常水洗冷却塔３で冷却してからモレキュラーシーブス式吸着器４へ導入する。通常の操業時のモレキュラーシーブス式吸着器４入口温度空気温度を、モレキュラーシーブス式吸着器４設置のための設備投資及び冷凍機運転中の冷却能力から考えて妥当な６〜１０℃とすると、空気中の絶対湿度は１０℃の時には２倍となるため、モレキュラーシーブス式吸着器４では吸着し切れない。モレキュラーシーブス式吸着器４にこれだけの性能的な余力をもたせることは経済的に困難である。そこで、現実的な従来技術としては、
イ）原料空気量を減量して、モレキュラーシーブス式吸着器４を通過する水分の絶対量を少なくする。
ロ）小容量の２次冷却器を２基設置しておき、小負荷時は片方を停止する。
などの操業上の対応、装置設計時の対策をとっていた。
【０００８】
しかしこれらの対策は、原料空気圧縮機２のサージングの発生を防止するため減量幅が制限されること、製品量そのものが減少してしまうこと、あるいは設備投資費用が増大してしまうこと、などの問題点があった。
本発明は、前記問題点を解決した２次冷却器の負荷調整方法を提供することを目的とし、モレキュラーシーブス式吸着器４の入口空気温度を安定化させようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記問題点を解決するために提案されたものであって、モレキュラーシーブス式酸素プラントの原料空気水洗冷却塔の循環水を、１次冷却器で冷却後、不足分を２次冷却器により所定温度まで冷却する循環水冷却装置の運転方法において、１次冷却器にバイパスを設け、１次冷却器の出口の循環水が２次冷却器の最低負荷操業可能な設定温度以上となるように、バイパス量を自動的に調整することを特徴とするモレキュラーシーブス式酸素プラントの循環水冷却装置の運転方法を提供する。
【００１０】
【作用】
本発明は、海水等の温度Ｔ1 が低い場合でも、１次冷却器７出口の循環水の温度Ｔ3 を確保し、２次冷却器８が最低負荷以下にならないように制御するものである。
本発明のフローシートを図１に示す。水洗冷却塔３から排出された循環水２０は１次冷却器７、２次冷却器８を経て循環水２２として水洗冷却塔３に循環される。本発明では、１次冷却器７に循環水２０のバイパス１１及びバイパス弁１５を設け、１次冷却器７の出口循環水の温度Ｔ3 を温度計１７で検出し、２次冷却器８の入口の循環水２１の温度Ｔ5 、出口の循環水２２の温度Ｔ4 をそれぞれ温度計１６、１８によって検出し、これらを演算制御装置１９に入力する。演算制御装置１９は、２次冷却器８の出口の循環水２２の温度Ｔ4 をそれぞれ設定温度Ｔ6 と比較し、Ｔ4 ＜Ｔ6 となるように、バイパス弁１５によりバイパス流量を調節し、２次冷却器８の抜熱負荷の最低量を確保する。
【００１１】
本発明では、海水等の温度が低下して１次冷却器の出口温度が低下してもバイパス弁１５の開度を調節することにより２次冷却器入口の循環水２１の温度を一定値に保つようにしたから、２次冷却器８を停止する必要がなく、水洗冷却塔３への循環水２２の温度を一定に維持できるようになる。これによりモレキュラーシーブス式吸着器４入口の原料空気温度は一定温度以下に保たれ、空気分離装置へのＨ2 Ｏ及びＣＯ2 の持ち込みが過剰になるのを防止することができる。
【００１２】
【実施例】
本発明の制御の例としては、２次冷却器８の最低負荷を確保するための冷却器入口温度をＴ0 としたとき、Ｔ3 ＞Ｔ0 のときはバイパス弁１５は全閉とし、Ｔ3 ＜Ｔ0 の時はＴ5 ＝Ｔ0 となるようにバイパス弁１５を制御する。また、Ｔ4 の設定値をＴ6 とすると、Ｔ3 ＜Ｔ6 の時にはバイパス弁を全閉として２次冷凍装置を停止することも可能である。
【００１３】
図５は、図１に示したような冷却水系において、本発明を用いた場合の海水等６の温度Ｔ1 と２次冷却器負荷、モレキュラーシーブス式吸着器４入口空気温度Ｔ2 、１次冷却器出口循環水温度Ｔ3 、２次冷却器出口循環水温度Ｔ4 との関係を示す図である。本発明によれば、海水等の温度が１３℃となって２次冷却器８の負荷が３０％となっても、バイパス弁１５を開いて２次冷却器を最低負荷に保つことができる。１次冷却器７の出口水温が水洗冷却塔３入口水温の規定値を下回った後にバイパス弁を全閉にして２次冷却器を停止することもできる。これにより予想される海水等の全ての温度範囲においてモレキュラーシーブス式吸着器４の入口空気温度を一定値以下にすることができる良好な結果が得られる。
【００１４】
本発明によれば、海水等の温度が低下しても２次冷却器負荷を維持できるため、原料空気量を減らすなどの措置が不用となり、プラントを安定運転することができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明により、モレキュラーシーブス式酸素プラントにおいて、モレキュラーシーブス式吸着器の入口空気温度を一定温度以下に維持することができ、Ｈ2 Ｏ及びＣＯ2 の空気分離装置内への侵入を防ぐことができる。また、これを防止するための従来の対応であるプラントの負荷変更を行わなくてもよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した冷却系のフロー図である。
【図２】モレキュラーシーブス式酸素プラントにおける原料空気の処理方法を示すフロー図である。
【図３】２次冷却器の例としてフロン冷凍機を用いた場合の水洗冷却塔用の冷却水の再冷却処理フロー図である。
【図４】従来のフローにおける海水等の温度と２次冷却器負荷、モレキュラーシーブス式吸着器の入口空気温度、１次冷却器の出口冷却水温度、２次冷却器の出口冷却水温度との関係を示す図である。
【図５】実施例の海水等の温度と２次冷却器負荷、モレキュラーシーブス式吸着器の入口空気温度、１次冷却器の出口冷却水温度、２次冷却器の出口冷却水温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１    原料空気濾過器              ２    原料空気圧縮機
３    水洗冷却塔                  ４    モレキュラーシーブス式吸着器
５    空気分離装置                ６    海水等
７    １次冷却器                  ８    ２次冷却器
１０  蒸発器                      １１  バイパス
１２  凝縮器                      １３  循環コンプレッサ
１４  絞り弁                      １５  バイパス弁
１６、１７、１８  温度計          １９  演算制御装置
２０、２１、２２  循環水
【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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