JP2000346546A - 空気分離用低温蒸留システム - Google Patents

空気分離用低温蒸留システム

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JP2000346546A JP2000151596A JP2000151596A JP2000346546A JP 2000346546 A JP2000346546 A JP 2000346546A JP 2000151596 A JP2000151596 A JP 2000151596A JP 2000151596 A JP2000151596 A JP 2000151596A JP 2000346546 A JP2000346546 A JP 2000346546A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高純度酸素の製造、また場合によってはアル
ゴンの製造が可能な高圧プロセスを提供する。 【解決手段】 空気を、高圧塔、中間圧塔、および低圧
塔を備える三塔システムで分離する。低圧塔からのアル
ゴン富化された液体をアルゴン塔へ供給する。少なくと
も９５ｍｏｌ％の酸素を含む酸素富化された流体を、ア
ルゴン塔および随意に低圧塔から取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に低温蒸留(cry
ogenic distillation)による空気分離に適用される。何
年もの間、多くの試みが、この製造技術を改善して主に
電力消費および装置コストからなる酸素コストを下げる
ことに費やされている。
【０００２】
【従来の技術】高圧蒸留システム(elevated pressure d
istillation system)がコスト低減には有利であり、加
圧窒素が利用できるならばシステムの電力消費も非常に
競争力があることが知られている。高圧システムの特徴
は低圧側の塔の圧力が２絶対バールを上回る点であるこ
とに留意することは有用である。一方、通常のまたは低
圧プロセスの有する低圧側の塔は、大気圧をわずかに上
回るところで動作する。
【０００３】低圧側の塔の圧力が高いほど高圧塔へ供給
される空気圧が高くなり、プラントの加熱および冷却部
分の両方に対する装置がよりコンパクトになって、その
結果コストが著しく低減される。しかし、圧力が高いほ
ど蒸留プロセスは難しくなる。それは、空気中に存在す
る成分（酸素、アルゴン、窒素など）の揮発性が互いに
近づくため、蒸留による分離を行うために電力をより集
約するからである。従って、高圧プロセスが非常に適し
ているのは低純度酸素（＜９８％純度）の製造（分離が
行われるのは、非常に難しい酸素−アルゴンの主要成分
(key components)間ではなく、より簡単な酸素−窒素の
主要成分間である）である。酸素およびアルゴンの揮発
性は非常に近いため、大気圧においても、このような分
離を行うためには多数の蒸留ステージと高い再沸騰およ
び還流比を必要とする。現在の従来技術のプロセスサイ
クルにおける現状の構成での高圧プロセスは、高純度酸
素の製造（＞９８％純度）に対して適してもおらず、経
済的でもない。酸素中の主な不純物はアルゴンであるの
で、低純度の酸素を製造するということはアルゴンの製
造が全く行われないことを意味し、これは供給空気に含
まれるアルゴンの５０％を上回る量が酸素および窒素製
造物中で失われることによる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、高純度酸素の
製造、また場合によってはアルゴンの製造が可能な高圧
プロセスを提供することは、有利なことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以下に説明する新しい発
明は、低純度酸素を製造するために開発された基本的な
三塔プロセスを利用しており、未精製(crude)アルゴン
塔を加えて低純度酸素をさらに分離し、より高純度な酸
素とアルゴン副産物とにする。未精製アルゴン塔を加え
ることで、多くの工業ガスの用途で必要とされる高純度
酸素（典型的に９９．５体積％の純度）を製造でき、同
時に空気分離プラントの貴重な製造物であるアルゴンを
製造できる。
【０００６】高圧二塔プロセスは、US-A-5224045に記載
されている。
【０００７】三塔プロセスは、US特許5231837および以
下の刊行物に記載されている。
【０００８】US-A-5257504、5438835、5341646、EP6368
45A1、EP684438A1、US5513497、US5692395、US568276
4、US5678426、US5666823、US5675977、US5868007、EP8
33118A1。
【０００９】US特許5245832の開示するプロセスでは、
高圧での二塔システムを第３の塔とともに用いて酸素、
窒素、およびアルゴンを製造している。高圧で蒸留を行
うために、窒素ヒートポンプサイクルを用いてシステム
に必要な再沸騰および還流をもたらしている。第３の塔
でのアルゴンおよび酸素の分離に必要な電力に加えて、
ヒートポンプサイクルは十分な還流および再沸騰を第２
の塔に対して与えなければならないため、結果として再
循環の流れおよび電力消費は高いものとなる。
【００１０】US特許5331818は、低圧側の塔がカスケー
ドに配置されて液体窒素の還流を頂部で受ける高圧の三
塔プロセスを開示している。第２の塔が底部において高
圧塔の頂部と熱交換している。第３の塔が底部において
第２の塔の頂部と熱交換している。このプロセスによっ
てサイクル効率が、製造された低圧窒素と高圧窒素との
比の関数として最適化されている。
【００１１】上記プロセスのうちのどれも、経済的およ
び効率的に用いて高純度酸素またはアルゴンを製造する
ことができない。
【００１２】US特許4433989は、高圧塔、中間圧塔、お
よび低圧塔を使用し、低圧および中間圧塔の底部リボイ
ラーが高圧塔からのガスによって加熱されている空気分
離ユニットを開示している。低圧塔からのガスがアルゴ
ン塔に供給され、アルゴン塔の頂部凝縮器は中間圧塔の
底部からの液体を用いて冷却されている。この場合、中
間圧塔には頂部凝縮器がなく、この塔からの窒素はすべ
て冷却をもたらすために膨張されている。
【００１３】本発明によれば、低温蒸留によって空気を
分離するプロセスであって、圧縮、冷却、および精製さ
れた空気を高圧塔へ供給し、そこで前記空気を、頂部に
おける第１の窒素富化された流れと、底部における第１
の酸素富化された流れとに分離する工程と、第１の酸素
富化された流れの少なくとも一部を中間圧塔へ送って、
頂部における第２の窒素富化された流れと、底部におけ
る第２の酸素富化された流れとを製造し、第２の窒素富
化された流れおよび第２の酸素富化された流れの少なく
とも一部を、低圧塔へまたはアルゴン塔の頂部凝縮器へ
送る工程と、低圧塔の底部における第３の酸素富化され
た流れと頂部における第３の窒素富化された流れとに分
離する工程と、加熱ガスを低圧塔の底部リボイラーに送
る工程と、第３の酸素富化された流れの少なくとも一部
を取り出し位置において取り出す工程と、３ないし２０
％のアルゴンを含む第１のアルゴン富化された流れを、
低圧塔から取り出す工程と、第１のアルゴン富化された
流れを頂部凝縮器を有するアルゴン塔へ送り、第１のア
ルゴン富化された流れよりもアルゴンがより富化された
第２のアルゴン富化された流れをアルゴン塔の頂部にお
いて回収し、第４の酸素富化された流れをアルゴン塔の
底部において、酸素富化された製造物の流れとして取り
出す工程とを含むことを特徴とするプロセスが提供され
る。
【００１４】酸素富化された流れは、少なくとも７０ｍ
ｏｌ％の酸素、好ましくは８０ｍｏｌ％の酸素、より好
ましくは９０ｍｏｌ％の酸素、より好ましくは９５ｍｏ
ｌ％の酸素、より好ましくは９９ｍｏｌ％の酸素を含
む。
【００１５】流れを塔への供給物と定義する場合、その
供給点位置は、特に指定がなければ、この塔の物質移動
および熱伝達のゾーンのどこかであって、この流れと塔
の内部流体の流れとの間に直接接触があるところならば
どこでも良いことに留意しておくことは有用である。従
って、底部リボイラーまたは頂部凝縮器は塔の一部とみ
なす。例えば、塔の底部リボイラーへの液体供給物は、
この塔への供給物とみなす。
【００１６】本発明のさらなる随意的な側面によれば、
以下のものが含まれる。
【００１７】プロセスは、第２の窒素富化された液体の
流れの少なくとも一部を低圧塔へ送り、第２の酸素富化
された液体の流れの一部を中間圧塔の頂部凝縮器におい
て少なくとも部分的に気化し、少なくとも部分的に気化
された第２の酸素富化された流れの少なくとも一部と第
２の酸素富化された液体の一部とを低圧塔へ送ることを
含む。
【００１８】アルゴン塔は、ガスの流れによって加熱さ
れる底部リボイラーを有する。
【００１９】ガスの流れは、少なくとも９０%の窒素を
含む。
【００２０】アルゴン塔の底部リボイラーを加熱するガ
スの流れは、第１、第２および第３の窒素富化された流
れの１つの少なくとも一部である。
【００２１】プロセスは、第３の窒素富化された流れの
少なくとも一部を圧縮して、それを加熱ガスとしてアル
ゴン塔の底部リボイラーへ送ることを含む。
【００２２】プロセスは、第４の酸素富化された流れを
低圧塔へ送ることを含む。
【００２３】プロセスは、第１のアルゴン富化された流
れを、低圧塔の最大アルゴン濃度位置から少なくとも２
０理論トレイ下方で取り出すことを含む。
【００２４】プロセスは、第１のアルゴン富化された流
れを、低圧塔の最大アルゴン濃度位置から多くても３０
理論トレイ下方で取り出すことを含む。
【００２５】プロセスは、第１のアルゴン富化された流
れを、低圧塔の底部で取り出すことを含む。
【００２６】プロセスは、第３の酸素富化された流れと
第２のアルゴン富化された流れとを、製造物として取り
出すことを含む。
【００２７】第３の酸素富化された流れは少なくとも９
５%の酸素を含み、第２のアルゴン富化された流れは少
なくとも９５%のアルゴンを含む。
【００２８】プロセスは、第１のアルゴン富化された流
れを、低圧塔の底部から多くても５理論トレイ上方で取
り出し、第４の酸素富化された流れを製造物として取り
出すことを含む。
【００２９】第４の酸素富化された流れは、少なくとも
９５%の酸素を含む。
【００３０】プロセスは、低圧塔の頂部からの又はその
付近での窒素富化された液体を、アルゴン塔の頂部凝縮
器へ送ることを含む。
【００３１】低圧塔の底部リボイラー用の加熱ガスは、
高圧塔からの窒素富化されたガスまたは空気である。
【００３２】純度の異なる酸素富化された流れを低圧塔
から取り出す。
【００３３】アルゴン塔は、低圧塔よりも低い圧力で動
作する。
【００３４】中間圧塔は、底部リボイラーを有する。
【００３５】プロセスは、窒素富化されたガスを高圧塔
から中間圧塔の底部リボイラーへ送ることを含む。
【００３６】プロセスは、第２の窒素富化された流体の
少なくとも一部を、それを低圧塔へ送る前に少なくとも
部分的に気化またはサブ冷却することを含む。
【００３７】プロセスは、第２の酸素富化された流体の
少なくとも一部を、それを低圧塔へ送る前に少なくとも
部分的に気化またはサブ冷却することを含む。
【００３８】中間圧塔は頂部凝縮器を有し、プロセスは
第２の酸素富化された流体の少なくとも一部を、気化す
るためにこの頂部凝縮器へ送ることを含む。
【００３９】空気を中間圧塔へ送る。
【００４０】本発明のさらなる側面によれば、低温蒸留
によって空気を分離する装置であって、高圧塔と、中間
圧塔と、底部リボイラーを有する低圧塔と、頂部凝縮器
を有するアルゴン塔と、空気を高圧塔へ送るための配管
と、第１の酸素富化された液体の少なくとも一部を高圧
塔から中間圧塔へ送るための配管と、第２の酸素富化さ
れた流体を中間圧塔の底部から低圧塔へ送るための配管
と、第２の窒素富化された流体を中間圧塔の頂部から、
低圧塔へまたはアルゴン塔の頂部凝縮器へ送るための配
管と、加熱ガスを低圧塔の底部リボイラーへ送るための
配管と、第３の酸素富化された流体を低圧塔から取り出
すための配管と、窒素富化された液体を高圧塔から低圧
塔へ送るための配管と、第１のアルゴン富化された流れ
を低圧塔からアルゴン塔へ送るための配管と、少なくと
も５０％のアルゴンを含む第２のアルゴン富化された流
れをアルゴン塔から回収するための配管と、第４の酸素
富化された流れをアルゴン塔から回収するための配管と
を含むことを特徴とする装置が提供される。
【００４１】さらに随意的に、以下のものが含まれる。
【００４２】アルゴン塔は底部リボイラーを有する。
【００４３】第３の窒素富化された流れを低圧塔からア
ルゴン塔の底部リボイラーへ送るための配管がある。
【００４４】第３の窒素富化された流れを、それをアル
ゴン塔の底部リボイラーへ送る前に圧縮するための圧縮
機がある。
【００４５】窒素富化された液体を低圧塔の頂部からア
ルゴン塔の頂部凝縮器へ送るための配管がある。
【００４６】第１のアルゴン富化された流れを取り出す
ための配管が、低圧塔の底部に接続されている。
【００４７】第４の酸素富化された流れを低圧塔の中間
点に送るための配管がある。
【００４８】アルゴン塔または低圧塔から回収された少
なくとも１つの酸素富化された液体を加圧するための手
段がある。
【００４９】純度の異なる酸素富化された流れを低圧塔
から回収するための配管がある。
【００５０】第１のアルゴン富化された流れを取り出す
ための配管が、低圧塔の中間レベルに接続されている。
【００５１】第２の窒素富化された液体を、それを低圧
塔へ送る前に少なくとも部分的に気化またはサブ冷却す
る手段がある。
【００５２】第２の酸素富化された液体を、それを低圧
塔へ送る前に少なくとも部分的に気化またはサブ冷却す
る手段がある。
【００５３】中間圧塔は底部リボイラーを有する。
【００５４】窒素富化されたガスを高圧塔から中間圧塔
の底部リボイラーへ送るための手段がある。
【００５５】中間圧塔は頂部凝縮器を有する。
【００５６】第２の酸素富化された流体の少なくとも一
部を中間圧塔の頂部凝縮器へ送るための手段がある。
【００５７】空気を中間圧塔へ送るための手段がある。
【００５８】本新発明はこの側面を、比較的低圧で動作
する未精製アルゴン塔を高圧三塔の塔プロセスに加える
ことで対処して、高純度酸素の製造および／アルゴン製
造に不可欠な効果的なアルゴンおよび酸素の分離を行っ
ている。
【００５９】１つの態様においては（図１）、本プロセ
スは以下のように記述できる。
【００６０】不純物たとえば水分およびＣＯ2が除かれ
た空気を高圧塔へ供給し、そこで頂部での窒素富化され
た流れと底部での酸素富化された流れとに分離する。
【００６１】酸素富化された流れの少なくとも一部を側
部の塔へ供給して、頂部における第２の窒素富化された
流れと底部における第２の酸素富化された流れとを産出
する。この側部の塔は好ましくは、高圧塔の頂部または
その付近での窒素富化されたガスと熱交換するリボイラ
ーを有する。
【００６２】第２の窒素富化された流れの一部を液体の
還流として回収し、低圧塔へ供給する。
【００６３】第２の酸素富化された流れの少なくとも一
部を、側部の塔の塔頂凝縮器内で気化して、この気化し
た流れおよび気化していない部分を低圧塔へ供給する。
【００６４】低圧塔はその供給物を、底部における第３
の酸素富化された流れと、頂部における第３の窒素富化
された流れとに分離する。低圧塔の底部は、高圧塔の頂
部と熱交換する。
【００６５】第３の酸素富化された流れの少なくとも一
部を、酸素製造物として回収する。
【００６６】酸素−アルゴンの流れを、第３の酸素富化
された流れの上方で抽出する。この酸素−アルゴンの流
れを、未精製アルゴン塔へ供給する。アルゴンの流れを
未精製アルゴン塔の頂部で回収し、第４の酸素富化され
た流れを未精製アルゴン塔の底部で回収する。
【００６７】
【発明の実施の形態】図１ないし図５に、本発明に係る
種々の空気分離プロセスに対するフローダイアグラムを
示す。すべてのプロセスは、その使用によって少なくと
も９８％の酸素、好ましくは９９％を上回る酸素を含む
酸素を、低圧塔および／またはアルゴン塔から製造する
ことができる。
【００６８】図１の態様において、実質的に水分および
ＣＯ2が除かれた供給空気１が３つの流れ３、１７、５
０に分割され、それぞれはメイン交換器１００で冷却さ
れる。空気の流れ３は冷却前にブースター５で圧縮さ
れ、熱交換器１００を通過し、バルブまたは液体タービ
ン（図示せず）で膨張されて、高圧塔１０１に液体状で
供給される。流れ１７は、高圧塔１０１に気体状で供給
される。流れ５０がブースター６で圧縮され熱交換器１
００で部分的に冷却されることが、タービン７で膨張さ
れ低圧塔１０３に送られる前に行われる。もちろん、代
替または追加として、冷却を、空気を高圧塔に送るクロ
ード(Claude)タービンによって、または塔１０１、１０
２の１つからのガスを膨張させるタービンによって、行
うことができる。塔１０１から抽出された第１の酸素富
化された流れ１０が、サブ冷却され、膨張された後、中
間圧塔１０２の中間レベルに送られる。そこでは流れ１
０は分離されて第２の酸素富化された流れ２０と、頂部
での第２の窒素富化された流れとになる。第２の窒素富
化された流れの一部は、液体の還流２５として抽出され
て、低圧塔の頂部に送られる。
【００６９】高圧塔１０１からの第１の窒素富化された
ガスの一部９が、中間圧塔１０２の底部リボイラー１１
に送られて凝縮された後、高圧塔へ還流として送り返さ
れる。他の加熱流体たとえば高圧塔のより下方からのガ
スを、想定しても良い。
【００７０】高圧塔１０１からの第１の窒素富化された
ガスの一部を用いて、低圧塔の底部リボイラー８を加熱
する。
【００７１】第２の酸素富化された流れ２０の一部は膨
張されたのち低圧塔に送られる。残りは中間圧塔１０２
の頂部凝縮器１３に送られてそこで気化された後、低圧
塔１０３に送られる。
【００７２】窒素富化された流れ１５が、流れ９の下方
でまたは流れ９と同じレベルから取り出され、膨張され
たのち低圧塔に送られる。この場合、何らの窒素富化さ
れた液体も高圧塔から中間圧塔へ送られない。
【００７３】低圧塔１０３はその供給物を、少なくとも
９５％の酸素を含む底部における第３の酸素富化された
流れ３１と、頂部における第３の窒素富化された流れと
に分離する。液体の流れ３１がポンプ１９によって熱交
換器へ送られ、そこで気化されてガス状の酸素製造物を
形成する。
【００７４】もちろん液体酸素を、製造物気化器(produ
ct vaporizer)において、空気または窒素のみとの熱交
換によって気化させても良い。
【００７５】中間圧塔は高圧塔の圧力よりも低いが低圧
塔の圧力よりも高い圧力で動作する。
【００７６】３ないし２０ｍｏｌ%のアルゴンを含ん
だ、この例では液体の流れである第１のアルゴン富化さ
れた流れ３３が、底部の流れ３１の上方で抽出される。
酸素とアルゴンとからなる流れ３３を、バルブまたはタ
ービン（図示せず）で膨張させた後に、液体状で未精製
アルゴン塔１０４の中間レベルへ送り、そこで頂部にお
ける未精製アルゴンの流れ８０と、底部における第４の
酸素富化された流れ３６とに分離される。このように、
アルゴン塔に供給されるのは、バルブでのフラッシュに
起因する微量のガス状成分を有する液体の流れのみであ
る。液体の流れ３６は、ポンプによって流れ３１の圧力
へ送られて、流れ３１と混合される。この態様におい
て、未精製アルゴン塔は低圧塔よりも低い圧力で動作
し、窒素富化された流れ７０によって再沸騰される。流
れ７０は、少なくとも９５ｍｏｌ%の窒素、好ましくは
少なくとも９８ｍｏｌ%の窒素を含み、低圧塔の頂部か
ら底部リボイラー２３へ送られ、そして低圧塔１０３の
頂部へ戻る。
【００７７】この場合、必要ならば追加のトレイをアル
ゴン塔内で用いて高純度アルゴン（９９．９９９９％）
を製造することもできる。
【００７８】アルゴン塔の頂部凝縮器２７は、低圧塔１
０３の頂部からの膨張した窒素富化された液体８１（少
なくとも９５ｍｏｌ%の窒素、好ましくは少なくとも９
８ｍｏｌ%の窒素を含む）を用いて冷却される。気化さ
れた液体は、サブ冷却器８３そして熱交換器１００で加
熱されて、低圧窒素８５を形成する。
【００７９】その代わりに、中間圧塔の頂部もしくは高
圧塔の頂部からの窒素富化された液体または両方の富化
された窒素の組み合わせを用いて、凝縮器２７を冷却し
ても良い。他の代替技術は、窒素富化されたガスを低圧
塔の頂部からアルゴン塔の底部リボイラーへ送り、そこ
で凝縮させて窒素富化された液体を形成することであ
る。この窒素富化された液体の少なくとも一部をアルゴ
ン塔の凝縮器へ送り、そこで塔の頂部ガスと熱交換する
ことで気化させて必要な還流作用を起こすことができ
る。
【００８０】また、低圧塔の頂部からの窒素富化された
ガスも交換器８３、１００で加熱されて、中圧窒素７２
を形成する。
【００８１】高圧窒素９３を高圧塔から取り出して、熱
交換器１００へ送る。
【００８２】加えてまたは代わりに、液体窒素を塔の１
つから取り出してポンプで送り、熱交換器１００内で気
化させても良い。液体アルゴンをアルゴン塔１０４から
取り出しても良い。
【００８３】例として、図１のプロセスを例証するため
に、シミュレーションを行って新しい発明の主要な流れ
を示した。
【００８４】
【表１】
【００８５】図２の態様が図１のそれと異なる点は、未
精製アルゴン塔１０４の再沸騰を、流れ８５（または低
圧塔の窒素製造物）の一部をさらに圧縮機８１において
周囲温度でさらに圧縮し、圧縮した流れを交換器１００
で冷却し、この再循環の流れを未精製アルゴン塔の底部
リボイラー２３で凝縮させて行うことである。流れ８５
は少なくとも９０％の窒素を含む。凝縮した液体を低圧
塔１０３の頂部に供給する。この状況が適用されるの
は、供給空気の圧力が低いために低圧塔の圧力がより低
く、そのため未精製アルゴン塔の再沸騰を、低圧塔の頂
部での窒素富化されたガスを用いて行うことがもはや不
可能であるときである。
【００８６】図３の態様が図２のそれと異なる点は、第
４の酸素富化された流れ３６を製造物として回収する代
わりに、この流れをポンプで送って再循環して低圧塔へ
戻し、さらなる蒸留を流れ３３の回収位置と同じレベル
で行うことである。第１のアルゴン富化された流れ３３
を、アルゴン塔１０４の底部へ送る。
【００８７】図４の態様においては、再循環した窒素を
用いてアルゴン塔１０４を再沸騰させている。第４の酸
素富化された流れ３６をポンプで送って、他の流れと混
合させることなく熱交換器で気化させる。高純度酸素製
造物を低圧塔から製造する代わりに、酸素−アルゴンの
流れ４１を低圧塔の底部から抽出して未精製アルゴン塔
の中間レベルへ送り、そこで蒸留して底部での高純度酸
素３６と頂部での未精製アルゴンの流れ８０とにする。
【００８８】すべての酸素を高純度で製造する代わり
に、一部３１のみを高純度（すなわち９８％を上回る酸
素）で与え、他の部分をそれよりも低い純度（たとえば
９３％のＯ2）で製造するということも考えられる。こ
の場合（図１を参照）、低純度酸素の流れを、流れ３３
から直接にまたは流れ３３を抽出したトレイ近傍での低
圧塔１０３において、抽出することができる。この構成
によって、純粋酸素の製造量の関数として電力消費量を
最適化することができる。
【００８９】アルゴンが必要でない場合は、未精製アル
ゴン塔の理論トレイの数を流れ３３の供給位置から上方
において減らすことができる。この場合、未精製アルゴ
ンの流れは依然著しい濃度の酸素を含んでおり、廃棄し
ても良いし、供給空気の冷却に用いても良いし、低圧塔
へ送り返しても良い。
【００９０】低圧塔内のトレイの数を、３ｐｐｍ未満、
好ましくは１ｐｐｍ未満の窒素を含む酸素−アルゴン供
給の流れを未精製アルゴン塔へ与えるように配置するこ
とができる。その結果、未精製アルゴン製造物は窒素を
含まず（ｐｐｍ範囲で）、別の塔を窒素除去のために必
要とはしなくなる。十分な数のトレイを未精製アルゴン
塔内に設置すれば、未精製アルゴンの流れを蒸留してｐ
ｐｍレベルの酸素含有量とすることができるため、最終
的なアルゴン製造物を未精製アルゴン塔から直接製造す
ることができる。この未精製塔は、一つのセクション、
またはセクション間に液体移動用のポンプを備える複数
のセクションからなることができる。
【００９１】図において、高圧、低圧およびアルゴン塔
は、中間圧塔を側部の塔として備える単一構造を形成し
ている。塔の配置を違うものにしても良く、たとえば高
圧および低圧塔を並べて配置しても良く、中間圧塔が高
圧および／または低圧塔などとともに単一構造を形成し
ても良い。同様に、未精製アルゴン塔を低圧塔と並べて
配置して、未精製アルゴン塔の底部リボイラーからの窒
素富化された液体を凝縮して、低圧塔へ例えばポンプに
よって戻すことができる。
【００９２】上記説明によって、高圧塔からの窒素富化
されたガスを用いて低圧塔を再沸騰させることが示され
ている。低圧塔のより上方からの液体に対して窒素富化
されたガスを凝縮させるための別のリボイラーが与えら
れるならば、もちろん空気または塔の１つからの他のガ
スを用いて低圧塔を再沸騰させることができる。
【００９３】高圧塔は１０ないし２０バールで、中間圧
塔は６ないし１３バールで、低圧塔は３ないし７バール
で、アルゴン塔は１．１ないし２．５バールで動作でき
る。
【００９４】アルゴン塔の底部からの酸素富化された流
れは、少なくとも８０％の酸素、好ましくは９０％の酸
素、より好ましくは９５％の酸素を含む。
【００９５】上述の説明から、第３および第４の酸素富
化された流れを酸素製造物として取り出せることが分か
る。ＬＯＸポンプサイクル（液体酸素をポンプによって
高圧へ送った後、高圧空気または窒素との間接熱交換に
よって気化させて、高圧のガス状酸素製造物を産出す
る）に対しては、第３の酸素富化された液体の流れを膨
張させてアルゴン塔の溜め(sump)へ送り、第４の酸素富
化物と混合した後、組み合わせた液体酸素の流れを１セ
ットのポンプによってより高い圧力へ送ることで、２つ
の異なるセットのＬＯＸポンプを２つの製造物の流れに
対して持つことを避けることができる。ポンプに要する
電力はわずかに高いが、ポンプの配置はより簡単になっ
てコストがより低い。
【００９６】従って、図５に示したように、第３の酸素
富化された流れがアルゴン塔の底部のリボイラーの領域
へ送られる。そして、残りの底部液体とともに回収さ
れ、ポンプによって気化圧力に送られて、交換器で気化
される。
【００９７】しかし、第３および第４の酸素の流れが異
なる純度を有するか、または異なる圧力で必要とされる
場合には、別々に流れを取り出して気化させても良い。
【００９８】第３および第４の酸素富化された流れは、
ガス状または液体状で取り出すことができる。
【００９９】十分な冷却が利用できるならば、本プロセ
スを用いて、酸素、窒素、またはアルゴンを液体状で製
造することができる。
【０１００】全部または一部の塔は、交差波 (cross co
rrugated)タイプまたはEP-A-0845293に記載されたウェ
ーレン／レーマン（Werlen/Lehman）タイプの構造化さ
れた充填物を含んでいても良い。
【０１０１】ガスタービンの圧縮機またはブラスト炉の
送風機から空気分離ユニットに、空気を、恐らくはさら
に圧縮工程を経た後に供給しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気分離プロセスの一態様を示す
フローダイアグラム。
【図２】本発明に係る空気分離プロセスの他の態様を示
すフローダイアグラム。
【図３】本発明に係る空気分離プロセスの他の態様を示
すフローダイアグラム。
【図４】本発明に係る空気分離プロセスの他の態様を示
すフローダイアグラム。
【図５】本発明に係る空気分離プロセスの他の態様を示
すフローダイアグラム。
【符号の説明】
１…供給空気 ３、１７、５０…空気の流れ ５、６…ブースター ７…タービン ９…第１の窒素富化されたガス １１…中間圧塔の底部リボイラー １３…中間圧塔の頂部凝縮器 １５、７０…窒素富化された流れ １９…ポンプ ２０…第２の酸素富化された流れ ２３…低圧塔のリボイラー ２５、２５Ａ…第２の窒素富化された流れ ２７…アルゴン塔の頂部凝縮器 ３１…第３の酸素富化された流れ ３３…第１のアルゴン富化された液体 ３６…第４の酸素富化された流れ ４１…酸素−アルゴンの流れ ７２…中圧窒素 ８０…アルゴン流れ ８１…窒素富化された液体 ８３…サブ冷却器 ８５…低圧窒素 ９３…高圧窒素 １００…メイン交換器 １０１…高圧塔 １０２…中間圧塔 １０３…低圧塔 １０４…アルゴン塔

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低温蒸留によって空気を分離する方法で
    あって、 圧縮、冷却、および精製された空気を高圧塔へ供給し、
    そこで前記空気を、頂部における第１の窒素富化された
    流れと、底部における第１の酸素富化された流れとに分
    離する工程と、 第１の酸素富化された流れの少なくとも一部を中間圧塔
    へ供給して、頂部における第２の窒素富化された流れ
    と、底部における第２の酸素富化された流れとを製造
    し、第２の窒素富化された流れの少なくとも一部を、低
    圧塔へおよび／またはアルゴン塔の頂部凝縮器へ送り、
    第２の酸素富化された流れの少なくとも一部を低圧塔へ
    送る工程と、 低圧塔の底部における第３の酸素富化された流れと頂部
    における第３の窒素富化された流れとに分離する工程
    と、 加熱ガスを低圧塔の底部リボイラーに送る工程と、 第３の酸素富化された流れの少なくとも一部を取り出し
    位置において取り出す工程と、 ３ないし２０ｍｏｌ％のアルゴンを含む第１のアルゴン
    富化された流れを、低圧塔から取り出す工程と、 第１のアルゴン富化された流れを頂部凝縮器を有するア
    ルゴン塔へ送り、第１のアルゴン富化された流れよりも
    アルゴンがより富化された第２のアルゴン富化された流
    れをアルゴン塔の頂部において回収し、第４の酸素富化
    された流れの少なくとも一部をアルゴン塔の底部におい
    て、酸素富化された製造物の流れとして取り出す工程と
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 第２の窒素富化された液体の流れの少な
    くとも一部を低圧塔へ送り、第２の酸素富化された液体
    の流れの一部を中間圧塔の頂部凝縮器において少なくと
    も部分的に気化し、少なくとも部分的に気化された第２
    の酸素富化された流れの少なくとも一部と第２の酸素富
    化された液体の一部とを低圧塔へ送ることを含むことを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 アルゴン塔は、ガスの流れによって加熱
    される底部リボイラーを有することを特徴とする請求項
    １または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 ガスの流れは、少なくとも９５%の窒素
    を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 アルゴン塔の底部リボイラーを加熱する
    ガスの流れは、第１、第２および第３の窒素富化された
    流れの１つの少なくとも一部であることを特徴とする請
    求項４記載の方法
  6. 【請求項６】 第３の窒素富化された流れの少なくとも
    一部を圧縮して、それを加熱ガスとしてアルゴン塔の底
    部リボイラーへ送ることを含むことを特徴とする請求項
    ５記載の方法
  7. 【請求項７】 第１のアルゴン富化された流れを、低圧
    塔から液体状で取り出すことを含むことを特徴とする請
    求項１ないし６いずれか１項記載の方法。
  8. 【請求項８】 第１のアルゴン富化された流れを、低圧
    塔の底部で取り出すことを含むことを特徴とする請求項
    １ないし７いずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 第３の酸素富化された流れおよび／また
    は第２のアルゴン富化された流れを、製造物として取り
    出すことを含むことを特徴とする請求項１ないし８いず
    れか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 第３の酸素富化された流れは少なくと
    も９５ｍｏｌ%の酸素を含み、および／または第２のア
    ルゴン富化された流れは少なくとも９５ｍｏｌ%のアル
    ゴンを含むことを特徴とする請求項１ないし９いずれか
    １項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 第１のアルゴン富化された流れを、低
    圧塔の底部から多くても５理論トレイ上方で取り出すこ
    とを特徴とする請求項１ないし１０いずれか1項記載の
    方法。
  12. 【請求項１２】 第４の酸素富化された流れは、少なく
    とも９５ｍｏｌ%の酸素を含むことを特徴とする請求項
    １ないし１１いずれか1項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 窒素富化された液体を、低圧塔の頂部
    からアルゴン塔の頂部凝縮器へ送ることを含むことを特
    徴とする請求項１ないし１２いずれか１項記載の方法。
  14. 【請求項１４】 窒素富化された液体を、高圧塔の頂部
    からアルゴン塔の頂部凝縮器へ送ることを含むことを特
    徴とする請求項１ないし１３いずれか１項記載の方法。
  15. 【請求項１５】 低圧塔の底部リボイラー用の加熱ガス
    は、高圧塔からの窒素富化されたガスまたは空気である
    ことを特徴とする請求項１ないし１４いずれか１項記載
    の方法。
  16. 【請求項１６】 低圧塔は３ないし７バールで動作する
    ことを特徴とすることを特徴とする請求項１ないし１５
    いずれか１項記載の方法。
  17. 【請求項１７】 アルゴン塔は、低圧塔の圧力よりも少
    なくとも０．５バール低い圧力で動作することを特徴と
    する請求項１ないし１６いずれか１項記載の方法。
  18. 【請求項１８】 中間圧塔は底部リボイラーを有するこ
    とを特徴とする請求項１ないし１７いずれか１項記載の
    方法。
  19. 【請求項１９】 窒素富化されたガスを高圧塔から中間
    圧塔の底部リボイラーへ送ることを含むことを特徴とす
    る請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 第２の窒素富化された流体の少なくと
    も一部および／または第２の酸素富化された流体の少な
    くとも一部を、それを低圧塔へ送る前に少なくとも部分
    的に気化またはサブ冷却することを含むことを特徴とす
    る請求項１ないし１９いずれか１項記載の方法。
  21. 【請求項２１】 空気を、中間圧塔および／または低圧
    塔へ送ることを含むことを特徴とする請求項１ないし２
    ０いずれか１項記載の方法。
  22. 【請求項２２】 第３および第４の酸素富化された流体
    は実質的に同じ純度を有し、第３および第４の酸素富化
    された流体を混合してそれらを一緒にポンプによって気
    化圧力へ送ることを含むことを特徴とする請求項１ない
    し２１いずれか１項記載の方法。
  23. 【請求項２３】 第３の酸素富化された液体をアルゴン
    塔の底部へ送ることを含むことを特徴とする請求項２２
    記載の方法。
  24. 【請求項２４】 第３の酸素富化された流れを、別個の
    製造物の流れとして取り出すことを含むことを特徴とす
    る請求項１ないし２３いずれか１項記載の方法。
  25. 【請求項２５】 第３の酸素富化された流れを加圧およ
    び気化して製造物の流れを形成することを含むことを特
    徴とする請求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 第４の酸素富化された流れを加圧およ
    び気化して製造物の流れを形成することを含むことを特
    徴とする請求項１ないし２５いずれか１項記載の方法。
  27. 【請求項２７】 アルゴン塔は、多くても２％のガス状
    の供給物を受けることを特徴とする請求項１ないし２６
    いずれか１項記載の方法。
  28. 【請求項２８】 凝縮した窒素富化された流れの少なく
    とも一部をアルゴン塔の底部リボイラーからアルゴン塔
    の頂部凝縮器へ送ることを特徴とする請求項１ないし２
    ７いずれか１項記載の方法。
  29. 【請求項２９】 低温蒸留によって空気を分離する装置
    であって、 高圧塔と、 中間圧塔と、 底部リボイラーを有する低圧塔と、 頂部凝縮器を有するアルゴン塔と、 空気を高圧塔へ送るための配管と、 第１の酸素富化された液体の少なくとも一部を高圧塔か
    ら中間圧塔へ送るための配管と、 第２の酸素富化された流体を中間圧塔の底部から低圧塔
    へ送るための配管と、 第２の窒素富化された流体を中間圧塔の頂部から、低圧
    塔へおよび／またはアルゴン塔の頂部凝縮器へ送るため
    の配管と、 加熱ガスを低圧塔の底部リボイラーへ送るための配管
    と、 第３の酸素富化された流体を低圧塔から取り出すための
    配管と、 窒素富化された液体を高圧塔から低圧塔へ送るための配
    管と、 第１のアルゴン富化された流れを低圧塔からアルゴン塔
    へ送るための配管と、 第２のアルゴン富化された流れをアルゴン塔から回収す
    るための配管と、 第４の酸素富化された流れをアルゴン塔から回収し、第
    ４の酸素富化された流れの少なくとも一部を製造物の流
    れとして取り出すための配管とを備えることを特徴とす
    る装置。
  30. 【請求項３０】 アルゴン塔は底部リボイラーを有する
    ことを特徴とする請求項２９記載の装置。
  31. 【請求項３１】 第３の窒素富化された流れを低圧塔か
    らアルゴン塔の底部リボイラーへ送るための配管を備え
    ることを特徴とする請求項３０記載の装置。
  32. 【請求項３２】 第３の窒素富化された流れを、それを
    アルゴン塔の底部リボイラーへ送る前に圧縮するための
    圧縮機を備えることを特徴とする請求項３１記載の装
    置。
  33. 【請求項３３】 窒素富化された液体を低圧塔の頂部か
    らアルゴン塔の頂部凝縮器へ送るための配管を備えるこ
    とを特徴とする請求項２９ないし３２いずれか１項記載
    の装置。
  34. 【請求項３４】 第１のアルゴン富化された流れを取り
    出すための配管が低圧塔の底部に接続されていることを
    特徴とする請求項２９ないし３３いずれか１項記載の装
    置。
  35. 【請求項３５】 アルゴン塔および／または低圧塔から
    回収された少なくとも１つの酸素富化された液体を加圧
    するための手段を備えることを特徴とする請求項２９な
    いし３４いずれか１項記載の装置。
  36. 【請求項３６】 第１のアルゴン富化された流れを取り
    出すための配管が低圧塔の中間レベルに接続されている
    ことを特徴とする請求項２９ないし３５いずれか１項記
    載の装置。
  37. 【請求項３７】 第２の窒素富化された液体および／ま
    たは第２の酸素富化された液体を、それを低圧塔へ送る
    前に少なくとも部分的に気化またはサブ冷却する手段を
    備えることを特徴とする請求項２９ないし３６いずれか
    １項記載の装置。
  38. 【請求項３８】 中間圧塔は底部リボイラーを有するこ
    とを特徴とする請求項２９ないし３７いずれか１項記載
    の装置。
  39. 【請求項３９】 窒素富化されたガスを高圧塔から中間
    圧塔の底部リボイラーへ送るための手段を備えることを
    特徴とする請求項３８項記載の装置。
  40. 【請求項４０】 中間圧塔は頂部凝縮器を有することを
    特徴とする請求項２９ないし３９いずれか１項記載の装
    置。
  41. 【請求項４１】 第２の酸素富化された流体の少なくと
    も一部を中間圧塔の頂部凝縮器へ送るための手段を備え
    ることを特徴とする請求項４０記載の装置。
  42. 【請求項４２】 空気を中間圧塔および／または低圧塔
    へ送るための手段を備えることを特徴とする請求項２９
    ないし４１いずれか１項記載の装置。
  43. 【請求項４３】 第３および第２の酸素富化された液体
    を混合した後、それらをポンプによって気化圧力へ送る
    手段を備えることを特徴とする請求項２９ないし４２い
    ずれか１項記載の装置。
  44. 【請求項４４】 第３の酸素富化された液体をアルゴン
    塔へ送るために配管を備えることを特徴とする請求項２
    ９ないし４３いずれか１項記載の装置。
  45. 【請求項４５】 第１のアルゴン富化された流れをアル
    ゴン塔の上流で膨張させるための手段を備えることを特
    徴とする請求項２９ないし４４いずれか１項記載の装
    置。
  46. 【請求項４６】 膨張させる手段はバルブであることを
    特徴とする請求項４５記載の装置。
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