JP2000346547A - 空気分離のための極低温蒸留 - Google Patents

空気分離のための極低温蒸留

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで、空気の極低温蒸留を行う方法お
よび装置を提供すること。 【解決手段】 ３連塔プロセスは、高圧塔（１０１）、
中間圧塔（１０２）、および低圧塔（１０３）を用いる
ものである。低圧塔から供給を受けたアルゴン塔は、低
圧塔の圧力より低い、少なくとも０．５バールの圧力で
動作する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極低温蒸留による
空気の分離に関する。
【０００２】
【従来の技術】長年にわたり、主として動力の消費と装
置コストからなる酸素コストを低減するために、酸素の
製造技術の改良に、多くの努力が払われてきた。
【０００３】昇圧蒸留システムがコストの低減に有利で
あり、かつ加圧された窒素を用いるときには、システム
の動力消費もまたそれに競合することが知られている。
昇圧システムは、低圧塔の圧力が約２バール（絶対圧）
以上であるという事実により、特徴づけられる。通常の
または低圧プロセスは、大気圧よりも少し高い圧力で動
作する低圧塔を有する。
【０００４】低圧塔の圧力が高くなればなるほど、高圧
塔に供給される空気圧は高くなり、かつプラントの高温
部および低温部両方の装置がよりコンパクトとなり、実
質的なコストの低減をもたらす。しかし、圧力が高くな
ればなるほど、空気中に存在する成分（酸素、アルゴ
ン、窒素等）の揮発度が相互により近くなり、蒸留によ
る分離を実施する動力がより強くなるので、蒸留プロセ
スはより困難となる。
【０００５】従って、非常に困難な酸素−アルゴンのキ
ー成分間の代わりに、より容易な酸素−窒素のキー成分
間の分離が行われる昇圧システムは、低純度酸素（＜９
８％純度）の製造に良く適している。酸素とアルゴンの
揮発度は非常に近いので、大気圧下でさえ、そのような
分離を行うためにかなりの段数の蒸留と高い再沸騰およ
び還流率を必要とする。
【０００６】現状のプロセスサイクルの形態における昇
圧プロセスは、高純度酸素（＞９８％純度）の製造に適
切でもなければ、経済的でもない。酸素中の主要な不純
物はアルゴンであるが、原料に含まれるアルゴンの５０
％以上が酸素および窒素生成物において失われるで、低
純度酸素の製造は、アルゴンの製造を伴わない。
【０００７】従って、高純度の酸素の製造が可能である
とともに、ある場合にはアルゴンの製造をも可能とする
昇圧プロセスを提案することは有利である。
【０００８】以下に説明する新規な発明は、低純度酸素
の製造のために開発された基本的な３連塔（ｔｒｉｐｌ
ｅ ｃｏｌｕｍｎ）プロセスを使用し、低純度酸素を高
純度酸素とアルゴン副産物とに分離するためにアルゴン
塔を追加するものである。アルゴン塔を追加することに
より、多くの産業用ガス用途に必要な、高純度酸素（典
型的には、体積純度９９．５モル％）を生成し、同時に
空気分離プラントの価値ある生成物であるアルゴンを生
成する。
【０００９】昇圧２連塔（ｄｏｕｂｌｅ ｃｏｌｕｍ
ｎ）プロセスは、ＵＳ−Ａ５２２４０４５に記載されて
いる。３連塔プロセスは、以下の刊行物に記載されてい
る。ＵＳ５２５７５０４、ＵＳ５４３８８３５、ＵＳ５
３４１６４６、ＥＰ６３６８４５Ａ１、ＥＰ６８４４３
８Ａ１、ＵＳ５５１３４９７、ＵＳ５６９２３９５、Ｕ
Ｓ５６８２７６４、ＵＳ５６７８４２６、ＵＳ５６６６
８２３、ＵＳ５６７５９７７、ＵＳ５８６８００７、Ｅ
Ｐ８３３１１８Ａ１．ＵＳ−Ａ５２４５８３２は、昇圧
下における２連塔システムが、酸素、窒素およびアルゴ
ンを生成するために、第３の塔とともに用いられるプロ
セスを開示している。昇圧下での蒸留を実施するため
に、システムに必要な再沸騰および還流を提供する、窒
素ヒートポンプサイクルが用いられる。第３の塔におい
て、アルゴンと酸素の分離に必要な動力に加えて、ヒー
トポンプサイクルは、第２の塔のための充分な還流およ
び再沸騰を提供しなければならず、そのため生じたリサ
イクル流および動力消費は高いであろう。
【００１０】ＵＳ−Ａ−５３３１８１８には、低圧塔が
カスケード状に配置され、かつ頂部において液体窒素還
流を受ける、３連塔プロセスが開示されている。第２の
塔は、底部の熱を、高圧塔の頂部と熱交換する。第３の
塔は、底部の熱を、第２の塔の頂部と熱交換する。この
プロセスは、生成された高圧窒素に対する低圧窒素の比
の関数の形で、サイクル効率を最適化する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述のプロセスのいず
れも、高純度酸素またはアルゴンを生成するために、経
済的にかつ効率よく用いることが出来ない。
【００１２】ＵＳ−Ａ−４４３３９８９には、高圧塔、
中間圧塔、および低圧塔を用いる空気分離ユニットが開
示されている。低圧および中間圧塔の底部は、高圧塔か
らのガスにより加熱される。低圧塔からのガスは、アル
ゴン塔に供給され、この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る。この場
合、中間圧塔は、頂部凝縮器を持たず、その塔からのす
べての窒素は、膨張して冷凍を生ずる。
【００１３】ＵＳ−Ａ−５８６８００７には、低圧塔と
して、ほぼ同一の圧力で動作するアルゴン塔を用いる３
連塔システムが開示されている。アルゴン塔の底部から
のガスは、中間圧塔を再沸騰させるために使用される。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、空気が
頂部における第１の窒素濃縮流と底部における第１の酸
素濃縮流とに分離される、高圧塔に、圧縮され、冷却さ
れ、清浄化された空気を供給する工程、第１の酸素濃縮
流の少なくとも１部を中間圧塔に供給して、頂部におい
て第２の窒素濃縮流を、底部において第２の酸素濃縮流
を生ぜしめ、第２の窒素濃縮流の少なくとも１部を低圧
塔におよび／またはアルゴン塔の頂部凝縮器に送り、第
２の酸素濃縮流の少なくとも１部を低圧塔に送る工程、
低圧塔の底部における第３の酸素濃縮流と、頂部におけ
る第３の窒素濃縮流とに分離する工程、加熱ガスを低圧
塔の底部リボイラーに送る工程、除去地点において第３
の酸素濃縮流の少なくとも１部を除去する工程、３〜２
０モル％のアルゴンを含む第１のアルゴン濃縮流を、低
圧塔から除去する工程、および第１のアルゴン濃縮流
を、頂部凝縮器を有するアルゴン塔に送り、アルゴン塔
の頂部において、第１のアルゴン濃縮流よりもアルゴン
に富む第２のアルゴン濃縮流を回収し、アルゴン塔の底
部において第４の酸素濃縮流を除去する工程を具備す
る、極低温蒸留による空気の分離プロセスが提供され
る。なお、アルゴン塔は、低圧塔よりも少なくとも０．
５バール低い圧力で動作する。
【００１５】流れが塔への供給原料として定義されると
き、その供給位置は、もし特定されていなければ、この
流れと塔の内部流体流との間に直接の接触がある場所な
らばどこでも、この塔の物質移動および熱移動のゾーン
における任意の位置とすることが出来る。従って、底部
リボイラーおよび頂部凝縮器は、塔の一部とみなされ
る。例えば、塔の底部リボイラーへの液体の供給は、こ
の塔への供給とみなされる。
【００１６】本発明の更に任意の態様によると、プロセ
スは、第２の窒素濃縮液体流の少なくとも１部を低圧塔
に送る工程と、中間塔の頂部凝縮器において第２の酸素
濃縮液体流の一部を少なくとも部分的に気化させる工程
と、少なくとも部分的に気化した第２の酸素濃縮流の少
なくとも１部および第２の酸素濃縮液体を低圧塔に送る
工程とを備える。
【００１７】アルゴン塔はガス流により加熱された底部
リボイラーを有する。ガス流は、少なくとも９０モル％
の窒素を含有する。アルゴン塔の底部リボイラーを加熱
するガス流は、第１、第２および第３の窒素濃縮流のう
ちの１つの少なくとも１部である。
【００１８】プロセスは、窒素濃縮ガス流の少なくとも
１部を圧縮する工程と、それを加熱ガスとして、アルゴ
ン塔の底部リボイラーに送る工程とを備える。プロセス
は、第４の酸素濃縮流を低圧塔に送る工程を備える。プ
ロセスは、低圧塔の底部において、第１のアルゴン濃縮
流を除去する工程を備える。
【００１９】プロセスは、第３の酸素濃縮流および第２
のアルゴン濃縮流を生成物として除去する工程を備え
る。第３の酸素濃縮流は、少なくとも９５モル％の酸素
を含有し、第２のアルゴン濃縮流は、少なくとも９５モ
ル％のアルゴンを含有する。プロセスは、低圧塔の底部
上の少なくとも５段の理論段数において、第１のアルゴ
ン濃縮流を除去する工程と、生成物としての第４の酸素
濃縮流を除去する工程とを備える。
【００２０】プロセスは、低圧塔の底部上の少なくとも
２０段の理論段数において、第１のアルゴン濃縮流を除
去する工程を備える。プロセスは、低圧塔の底部上のせ
いぜい３０段の理論段数において、第１のアルゴン濃縮
流を除去する工程を備える。第４の酸素濃縮流は、少な
くとも９５％の酸素を含有する。
【００２１】プロセスは、窒素濃縮液体を、低圧塔の頂
部からアルゴン塔の頂部凝縮器へ送る工程を備える。低
圧塔の底部リボイラーのための加熱ガスは、高圧塔から
の窒素濃縮流または空気である。純度の異なる酸素濃縮
流が低圧塔から除去される。
【００２２】低圧塔は、２バール以上、好ましくは３バ
ール以上、最も好ましくは４バール以上で動作する。ア
ルゴン塔は、低圧塔の圧力よりも低い少なくとも１バー
ルで動作し、中間圧塔は、底部リボイラーを有する。プ
ロセスは、窒素濃縮ガスを、高圧塔から底部リボイラー
へ送る工程を備え屡。プロセスは、低圧塔へ送る前に、
第２の窒素濃縮流体の少なくとも１部を、少なくとも部
分的に気化または補助冷却する工程を備える。中間圧塔
は、頂部凝縮器を有し、プロセスは、第２の酸素濃縮流
体の少なくとも１部を頂部凝縮器に送る工程を備える。
空気が中間圧塔に送られ、窒素濃縮液体は少なくとも９
５モル％を含む。凝縮した窒素濃縮流の少なくとも１部
がアルゴン塔の底部リボイラーからアルゴン塔の頂部凝
縮器に送られる。
【００２３】本発明の更に他の態様によると、高圧塔、
中間圧塔、底部リボイラーを有する低圧塔および頂部凝
縮器を有するアルゴン塔、空気を高圧塔に送るための導
管、第１の酸素濃縮液体の少なくとも１部を高圧塔から
中間圧塔に送るための導管、第２の酸素濃縮流体を中間
圧塔の底部から低圧塔に送るための導管、第２の窒素濃
縮流体を中間圧塔の頂部から低圧塔および／またはアル
ゴン塔の頂部凝縮器に送るための導管、加熱ガスを低圧
塔の底部リボイラーへ送るための導管、第３の酸素濃縮
流体を低圧塔から除去するための導管、窒素濃縮ガスを
高圧塔から低圧塔へ送るための導管、第１のアルゴン濃
縮流を低圧塔からアルゴン塔へ送るための導管、少なく
とも５０％のアルゴンを含む第２のアルゴン濃縮流をア
ルゴン塔から取り出すための導管、第４の酸素濃縮流を
アルゴン塔から取り出すための導管、および低圧塔から
アルゴン塔へ送られた第１のアルゴン濃縮流を膨張させ
る、好ましくはバルブにより構成される手段を具備す
る、極低温蒸留により空気を分離する装置が提供され
る。
【００２４】更に、任意の態様では、以下のようにな
る。アルゴン塔が底部リボイラーを有する。第３の窒素
濃縮流を低圧塔からアルゴン塔の底部リボイラーへ送る
ための導管がある。アルゴン塔の底部リボイラーへ送る
前に、第３の窒素網宿流を圧縮するコンプレッサーがあ
る。
【００２５】窒素濃縮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導管がある。第１のアルゴ
ン濃縮流を除去するための導管が、低圧塔の底部に接続
されている。第４の酸素濃縮流を低圧塔の中間地点に送
るための導管がある。
【００２６】アルゴン塔および／または低圧塔から取り
出された少なくとも１種の酸素濃縮液体および／または
高圧塔、中間圧塔または低圧塔から取り出された少なく
とも１種の窒素濃縮液体および／またはアルゴン塔から
の少なくとも１種のアルゴン濃縮液体を加圧するための
手段があり、好ましくは圧送された液体がＡＳＵの主熱
交換器において気化される。
【００２７】低圧塔から異なる純度の酸素濃縮流を取り
出すための導管がある。第１のアルゴン濃縮流を除去す
るための導管は、低圧塔の中間のレベルに接続されてい
る。低圧塔に送る前に、第２の窒素濃縮液体を少なくと
も部分的に気化または補助冷却する手段がある。
【００２８】低圧塔に送る前に、第２の酸素濃縮液体を
少なくとも部分的に気化または補助冷却する手段があ
る。中間圧塔は底部リボイラーを有する。窒素濃縮流
を、高圧塔から中間圧塔の底部リボイラーへ送る手段が
ある。中間圧塔は頂部凝縮器を有する。
【００２９】第２の酸素濃縮流体の少なくとも１部を、
中間圧塔の凝縮器に送る手段がある。空気を中間圧塔に
送る手段がある。本願新規な発明は、高純度の酸素およ
び／またはアルゴンの製造に必要なアルゴンと酸素との
効率的分離を行なうために、昇圧３連塔プロセスに対
し、比較的低圧で動作するアルゴン塔を加えることによ
り、本態様に向かうものである。
【００３０】１つの態様（図１）では、プロセスは、以
下のように説明される。湿分およびＣＯ２ のような不
純物を含まない空気が、高圧塔に供給され、そこでは、
頂部における窒素濃縮流と底部における酸素濃縮流とに
分離される。
【００３１】酸素濃縮流の少なくとも１部は、側部塔に
供給され、頂部に第２の窒素濃縮流を、底部に第２の酸
素濃縮流を与える。側部塔は、高圧塔の頂部またはその
近傍において窒素濃縮ガスと熱交換するリボイラーを有
している。第２の窒素濃縮流の１部は、液体還流として
回収され、低圧塔に供給される。
【００３２】第２の酸素濃縮流の少なくとも１部は、側
部塔の塔頂凝縮器において少なくとも部分的に気化さ
れ、この気化した流れを供給し、気化しない部分は低圧
塔に供給される。
【００３３】低圧塔は、その供給原料を、底部における
第３の酸素濃縮流と頂部における第３の窒素濃縮流に分
離する。
【００３４】低圧塔の底部は、高圧塔の頂部と熱交換す
る。
【００３５】第３の酸素濃縮流は、酸素生成物として回
収される。
【００３６】酸素―アルゴン流は、第３の酸素濃縮流の
上方において取り出される。この酸素―アルゴン流は、
アルゴン塔に供給される。アルゴン流がアルゴン塔の頂
部において回収され、第４の酸素濃縮流がアルゴン塔の
底部において回収される。
【００３７】
【発明の実施の形態】図１の態様において、湿分および
ＣＯ２ を実質的に含まない原料空気１が、３つの流れ
３，１７，５０に分割され、それぞれは主交換器１００
で冷却される。空気流３は冷却前にブースター５内で圧
縮され、熱交換器１００を横断し、バルブまたは液体タ
ービン内で膨張され、高圧塔１０１に液状で供給され
る。
【００３８】流れ１７は、熱交換器１００で冷却され、
高圧塔１０１にガス状で供給される。流れ５０は、ブー
スター６内で圧縮され、タービン７において膨張させら
れる前に熱交換器１００内で部分的に冷却され、低圧塔
１０３に送られる。或いは又はそれに追加して、もちろ
ん、クラウデ（Ｃｌａｕｄｅ）タービン（即ち、高圧塔
に空気を送るタービン）または１つまたは幾つかの塔１
０１，１０２，１０３からのガスを膨張させるタービン
により、冷凍が提供され得る。
【００３９】塔１０１から取り出された酸素濃縮流１０
は、補助クーラー８３において補助冷却され、膨張せし
められ、中間圧塔１０２の中間レベルに送られ、そこで
頂部において第２の酸素濃縮流２０と第２の窒素濃縮流
とに分離される。第２の窒素濃縮流の一部は、液体還流
２５として取り出され、低圧塔の頂部に送られる。或い
は、この流れのすべては、破線２５Ａに示すように、ア
ルゴン塔１０４の頂部凝縮器２７に送られる。
【００４０】高圧塔１０１からの第１の窒素濃縮ガスの
部分９は、中間圧塔１０２のリボイラー１１に送られ、
凝縮され、還流として高圧塔に戻される。高圧塔の下部
からのガスのような他の加熱流体を考えることが出来
る。
【００４１】高圧塔１０１からの第１の窒素濃縮ガスの
１部は、低圧塔の底部リボイラー８を加熱するために使
用される。第２の酸素濃縮流２０の１部は、膨張を伴う
低圧塔に送られ、残りは、中間圧塔１０２の頂部凝縮器
１３に送られ、そこで気化し、流れ２０の他の部分より
も数段下の段の低圧塔１０３に送られる。
【００４２】窒素濃縮流１５は、流れ９より下または同
一のレベルから除去され、膨張せしめられ、低圧塔に送
られる。この場合、窒素濃縮流は、高圧塔から中間圧塔
に送られない。
【００４３】低圧塔１０３は、その供給原料を、底部に
おける少なくとも９５％の酸素を含む第３の酸素濃縮流
３１と、頂部における第３の窒素濃縮流とに分離する。
液体流３１は、ポンプ１９によりポンプ輸送され、熱交
換器１００に送られ、そこで、液体流３１は気化し、ガ
ス状酸素生成物を形成する。
【００４４】もちろん、液体酸素は、空気または窒素の
みとの熱交換により、個別の生成物気化器内で気化され
てもよい。塔の１つから液体窒素を除去し、ポンプ輸送
し、熱交換器１００または他の場所で気化させることに
より、圧力下で液体窒素を生成することも可能である。
中間圧塔は、高圧塔よりも低いが、低圧塔の圧力よりも
高い圧力の下で操作される。
【００４５】３〜２０モル％のアルゴンを含む第１のア
ルゴン濃縮流は、底部流３１の上方において、液状で取
り出される。主として酸素およびアルゴンを含む流れ３
３は、バルブにおいて膨張せしめられ、アルゴン塔１０
４の中間レベルに供給され、そこで、頂部におけるアル
ゴン流８０と底部における第４の酸素濃縮流３６とに分
離される。液体流３６は、流れ３１の圧力までポンプで
昇圧され、流れ３１と混合される。
【００４６】この実施形態では、アルゴン塔は、低圧塔
よりも低い圧力で動作し、少なくとも９０モル％の窒
素、好ましくは少なくとも９５モル％の窒素を含み、低
圧塔から底部リボイラー２３に送られ、次いで低圧塔１
０３に戻される窒素濃縮流７０により再沸騰される。こ
の場合、アルゴンは粗製であるが、必要ならば、高純度
（９９．９９９９モル％）のアルゴンを得るために、追
加のトレイ（段）をアルゴン塔に用いることが出来る。
【００４７】アルゴン塔の頂部凝縮器２７は、少なくと
も９０モル％の窒素、好ましくは少なくとも９５モル％
の窒素を含む、低圧塔１０３の頂部からの膨張した窒素
濃縮流８１を用いて冷却される。この液体は、低圧塔の
頂部トレイの下のトレイから取り出された液体、または
中間圧塔１０２からの、少なくとも９０モル％の窒素を
含む流れ２５Ａにより追加され、または置換される。
【００４８】液体が取り出されるトレイの位置は、例え
ば、頂部トレイから２０段（理論段数）下の位置とする
ことが出来る。もちろん、同様に冷却を行うため、高圧
塔の頂部、または高圧塔の頂部の下のトレイから取り出
された窒素濃縮流を、この凝縮器に送ることが出来る。
気化した液体は、補助クーラー８３において、次いで熱
交換器１００において暖められ、低圧窒素８５を形成す
る。
【００４９】低圧塔の頂部からの窒素濃縮流は、熱交換
器８３，１００においても暖められ、中間圧窒素７２を
形成する。高圧窒素９３が高圧塔から除去され、熱交換
器１００に送られる。或いは、またはそれに追加して、
液体窒素が塔の１つから除去され、ポンプで昇圧され、
熱交換器１００で気化される。液体アルゴンが、アルゴ
ン塔１０４から除去される。液体はまた、最終生成物と
して得ることが出来る。
【００５０】実施例 図１のプロセスを例示するため、本発明の鍵となる流れ
を示すために、シミュレーションが行われた。
【００５１】
【表１】
【００５２】図２の実施形態は、アルゴン塔１０４の再
沸騰が、流れ８５の１部（または低圧塔の窒素生成物）
をコンプレッサー８１において常温で圧縮し、圧縮され
た流れを熱交換器１００で冷却し、このリサイクル流を
アルゴン塔の底部リボイラー２３において凝縮すること
により達成されることにおいて、図１の実施形態と異な
っている。
【００５３】流れ８５は、少なくとも９０％の窒素を含
んでいる。凝縮された液体は、低圧塔１０３の頂部に供
給される。この事態は、低圧塔の頂部において窒素濃縮
流でアルゴン塔を再沸騰させることがもはや可能ではな
いように、供給空気圧が、低圧塔に低圧を生ずるほど低
い時に適用する。
【００５４】図３の実施形態は、第４の酸素濃縮流を生
成物として回収する代わりに、この流れをポンプで昇圧
し、流れ３３の取り出し地点と同一のレベルの地点にお
いて、更に蒸留するために低圧塔に戻される。この第１
のアルゴン濃縮流３３は、アルゴン塔１０４の底部に送
られる。
【００５５】図４の実施形態において、アルゴン塔１０
４を再沸騰させるために、リサイクルされた窒素が用い
られる。第４の酸素濃縮流３６は、ポンプで昇圧され、
他の流れと混合されることなく、熱交換器で気化され
る。低圧塔から高純度酸素生成物を生成する代わりに、
高圧塔の底部から酸素−アルゴン流４１が取り出され、
アルゴン塔の中間レベルに送られ、そこで、底部におけ
る高純度酸素３６と頂部におけるアルゴン流８０とに蒸
留される。
【００５６】すべての酸素を高純度で生成する代わり
に、部分３１のみが高純度（即ち、９８モル％以上の酸
素）で提供され、他の部分が低純度（例えば９５モル％
以下の酸素）で生成される態様を考えることが可能であ
る。この事態（図１に関する）において、低純度酸素流
は、流れ３３から直接、または低圧塔で、流れ３３が取
り出されるトレイの近傍において取り出され得る。この
配置は、製造された純酸素の質との相関で、動力の消費
を最適化する。
【００５７】上記説明から、第３および第４の酸素濃縮
流を酸素生成物として取り出すことが出来ることがわか
る。ＬＯＸポンプサイクル（液体酸素が高圧にポンプで
昇圧され、高圧空気または窒素との直接の熱交換により
気化され、高圧のガス状酸素を生ずる）の場合、第３の
液体酸素濃縮流をアルゴン塔の溜め内に膨張させ、第４
の酸素濃縮物質と混合させることにより、２つの生成物
流のための２つの異なるセットのＬＯＸポンプを設置す
ることを避けることが出来、混合された液体酸素流は、
次いで、１つのポンプにより高圧に昇圧される。ポンプ
の動力は、少し高いが、ポンプ設備は単純であり、安価
である。
【００５８】図５に示すように、第３の酸素濃縮流は、
リボイラーの領域におけるアルゴン塔の底部に送られ
る。次いで、底部液体の残りとともに取りだされ、気化
圧力にポンプで昇圧され、熱交換器で気化される。しか
し、第３および第４の酸素流は、異なる純度を有し、ま
たは異なる圧力で必要とされるならば、流れは別々に除
去され、気化される。第３および第４の酸素濃縮流は、
ガス状または液状で除去される。
【００５９】アルゴンが必要でないならば、流れ３３の
供給地点の上の、アルゴン塔の理論段数を減少させるこ
とが出来る。この状態では、アルゴン流は、ある程度の
濃度の酸素（例えば、５０％アルゴン、５０％酸素）を
含んでおり、廃棄することが出来、供給空気を冷却する
ために使用され、または低圧塔に戻される。
【００６０】低圧塔の段数は、３ｐｐｍ未満、好ましく
は１ｐｐｍ未満の窒素を含むアルゴン塔に酸素ーアルゴ
ン供給原料流をもたらすように、設定することが出来
る。従って、アルゴン生成物は、窒素を含まず（ｐｐｍ
範囲）、他の塔は、窒素の除去を必要としない。
【００６１】アルゴン塔に充分な段数を設置するなら
ば、最終のアルゴン生成物をアルゴン塔から直接生成し
得るように、アルゴン流をｐｐｍのレベルの酸素含量ま
で蒸留することが出来る。この塔は、単一のセクショ
ン、または間に液体輸送ポンプを備えた複数のセクショ
ンを有するものとすることが出来る。
【００６２】図では、高圧塔、低圧塔、およびアルゴン
塔は、側部等として中間圧塔を備えた単一構造を形成す
る。塔を異なる形で配置することが出来ることがわかる
であろう。例えば、高圧塔と低圧塔が並設するように位
置し、中間圧塔が、高圧塔および／または低圧塔等を備
えた単一構造を形成することが出来る。
【００６３】例示した形は、低圧塔を再沸騰させるため
に、高圧塔からの窒素濃縮流の使用を示している。もち
ろん、他のリボイラーが、窒素濃縮ガスを液状に凝縮す
るために、低圧塔の更に上に設けられるならば、低圧塔
を再沸騰するために、空気または塔の１つからの他のガ
スを用いることが出来よう。
【００６４】高圧塔は１０〜２０バールで動作し、中間
圧塔は６〜１３バールで動作し、低圧塔は３〜７バール
で動作し、アルゴン塔は１．３〜２バールで動作する。
塔のすべて又はいくつかは、ＥＰ−Ａ−０８４５２９３
に記載されている、断面波形またはＷｅｒｌｅｎ／Ｌｅ
ｈｍａｎ型の充填構造を含むことが出来る。空気分離装
置に送られる空気は、ガスタービンのコンプレッサーま
たはブラスト炉のブロアから導くことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】少なくとも９８モル％、好ましくは９９％以上
の酸素を含む酸素を生成するために使用する、本発明の
空気分離プロセスを示す図。
【図２】少なくとも９８モル％、好ましくは９９％以上
の酸素を含む酸素を生成するために使用する、本発明の
空気分離プロセスを示す図。
【図３】少なくとも９８モル％、好ましくは９９％以上
の酸素を含む酸素を生成するために使用する、本発明の
空気分離プロセスを示す図。
【図４】少なくとも９８モル％、好ましくは９９％以上
の酸素を含む酸素を生成するために使用する、本発明の
空気分離プロセスを示す図。
【図５】少なくとも９８モル％、好ましくは９９％以上
の酸素を含む酸素を生成するために使用する、本発明の
空気分離プロセスを示す図。
【符号の説明】
１…原料空気 ３，１７，５０…流れ ６…ブースター ７…タービン ８…中間圧塔の頂部凝縮器 １０…酸素濃縮流 １１…中間圧塔のリボイラー １５…窒素濃縮流 １９…ポンプ ２０…第２の酸素濃縮流 ２５…液体還流 ２７…アルゴン塔の頂部凝縮器 ８３…補助クーラー １００…熱交換器 １０１…高圧塔 １０２…中間圧塔 １０３…低圧塔 １０４…アルゴン塔

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空気が頂部における第１の窒素濃縮流と底
    部における第１の酸素濃縮流（１０）とに分離される、
    高圧塔（１０１）に、圧縮され、冷却され、清浄化され
    た空気を供給する工程、 第１の酸素濃縮流の少なくとも１部を中間圧塔（１０
    ２）に供給して、頂部において第２の窒素濃縮流を、底
    部において第２の酸素濃縮流を生ぜしめ、第２の窒素濃
    縮流の少なくとも１部を低圧塔（１０３）におよび／ま
    たはアルゴン塔（１０４）の頂部凝縮器（２７）に送
    り、第２の酸素濃縮流の少なくとも１部を低圧塔に送る
    工程、 低圧塔の底部における第３の酸素濃縮流と、頂部におけ
    る第３の窒素濃縮流とに分離する工程、 加熱ガスを低圧塔の底部リボイラー（８）に送る工程、 除去地点において第３の酸素濃縮流（３１）の少なくと
    も１部を除去する工程、 ３〜２０モル％のアルゴンを含む第１のアルゴン濃縮流
    （３３，４１）を、低圧塔から除去する工程、および第
    １のアルゴン濃縮流を、頂部凝縮器を有するアルゴン塔
    に送り、アルゴン塔の頂部において、第１のアルゴン濃
    縮流よりもアルゴンに富む第２のアルゴン濃縮流（８
    ０）を回収し、アルゴン塔の底部において第４の酸素濃
    縮流（３６）を除去する工程を具備し、 アルゴン塔は、低圧塔よりも少なくとも０．５バール低
    い圧力で動作することを特徴とする、極低温蒸留による
    空気を分離する方法。
  2. 【請求項２】前記アルゴン塔は、ガス流により加熱され
    た底部リボイラー（２３）を有することを特徴とする請
    求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記ガス流は、少なくとも９０モル％の窒
    素を含有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記アルゴン塔（１０４）の底部リボイラ
    ー（２３）を加熱するガス流は、第１、第２および第３
    の窒素濃縮流のうちの１つの少なくとも１部であること
    を特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】窒素濃縮ガス流の少なくとも１部を圧縮す
    る工程と、それを加熱ガスとして、アルゴン塔（１０
    ４）の底部リボイラー（２３）に送る工程とを備えるこ
    とを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】低圧塔から液状で前記第１のアルゴン濃縮
    流（３３，４１）を除去する工程を備えることを特徴と
    する請求項１〜５のいずれかの項に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記第４の酸素濃縮竜（３３）を低圧塔に
    送る工程を備えることを特徴とする請求項１〜６のいず
    れかの項に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記低圧塔の底部において、第１のアルゴ
    ン濃縮流（４１）を除去する工程を備えることを特徴と
    する請求項１〜７のいずれかの項に記載の方法。
  9. 【請求項９】プロセスは、第３の酸素濃縮流（３１）お
    よび／または第２のアルゴン濃縮流（８０）を生成物と
    して除去する工程を備えることを特徴とする請求項１〜
    ８のいずれかの項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記第３の酸素濃縮流は、少なくとも９
    ５モル％の酸素を含有し、前記第２のアルゴン濃縮流
    は、少なくとも９５モル％のアルゴンを含有することを
    特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記低圧塔（１０３）の底部上の少なく
    とも５段の理論段数において、第１のアルゴン濃縮流
    （３３）を除去する工程と、生成物としての第４の酸素
    濃縮流（３）を除去する工程とを備えることを特徴とす
    る請求項１〜１０のいずれかの項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記第４の酸素濃縮流は、少なくとも９
    ５％の酸素を含有することを特徴とする請求項１１に記
    載の方法。
  13. 【請求項１３】前記低圧塔（１０３）の頂部より下のせ
    いぜい３０段の理論段から、アルゴン塔（１０４）の頂
    部凝縮器（２７）に窒素濃縮流を送る工程を備えること
    を特徴とする請求項１〜１２のいずれかの項に記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】前記低圧塔（１０３）の底部リボイラー
    のための加熱ガスは、高圧塔（１０１）からの窒素濃縮
    流または空気であることを特徴とする請求項１〜１３の
    いずれかの項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】純度の異なる酸素濃縮流が低圧塔から除
    去されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかの
    項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記低圧塔は、２バール以上で動作する
    ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかの項に記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】前記低圧塔は、４バール以上で動作する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記中間圧塔（１０２）は、底部リボイ
    ラー（１１）を有することを特徴とする請求項１〜１７
    のいずれかの項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】窒素濃縮ガスを、高圧塔から中間圧塔の
    底部リボイラー（１１）へ送る工程を備えることを特徴
    とする請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】低圧塔へ送る前に、第２の窒素濃縮流体
    （２５）の少なくとも１部を、少なくとも部分的に気化
    または補助冷却する工程を備えることを特徴とする請求
    項１〜１９のいずれかの項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】低圧塔へ送る前に、第２の酸素濃縮流体
    （２０）の少なくとも１部を、少なくとも部分的に気化
    または補助冷却する工程を備えることを特徴とする請求
    項１〜２０のいずれかの項に記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記中間圧塔（１０２）は、頂部凝縮器
    （１３）を有し、第２の酸素濃縮流体（２０）の少なく
    とも１部を頂部凝縮器に送る工程を備えることを特徴と
    する請求項１〜２１のいずれかの項に記載の方法。
  23. 【請求項２３】空気を中間圧塔に送る工程を備えること
    を特徴とする請求項１〜２２のいずれかの項に記載の方
    法。
  24. 【請求項２４】高圧塔（１０１）、中間圧塔（１０
    ２）、底部リボイラー（８）を有する低圧塔（１０３）
    および頂部凝縮器（２７）を有するアルゴン塔（１０
    ４）、空気を高圧塔に送るための導管、第１の酸素濃縮
    液体の少なくとも１部を高圧塔から中間圧塔に送るため
    の導管、第２の酸素濃縮流体を中間圧塔の底部から低圧
    塔に送るための導管、第２の窒素濃縮流体を中間圧塔の
    頂部から低圧塔および／またはアルゴン塔の頂部凝縮器
    に送るための導管、加熱ガスを低圧塔の底部リボイラー
    へ送るための導管、第３の酸素濃縮流体を低圧塔から除
    去するための導管、窒素濃縮ガスを高圧塔から低圧塔へ
    送るための導管、第１のアルゴン濃縮流を低圧塔からア
    ルゴン塔へ送るための導管、少なくとも５０％のアルゴ
    ンを含む第２のアルゴン濃縮流をアルゴン塔から取り出
    すための導管、第４の酸素濃縮流をアルゴン塔から取り
    出すための導管、および低圧塔からアルゴン塔へ送られ
    た第１のアルゴン濃縮流を膨張させる手段を具備する、
    極低温蒸留により空気を分離する装置。
  25. 【請求項２５】前記アルゴン塔が底部リボイラー（２
    ３）を有することを特徴とする請求項２４に記載の装
    置。
  26. 【請求項２６】第３の窒素濃縮流を低圧塔からアルゴン
    塔の底部リボイラー（２３）へ送るための導管を備える
    ことを特徴とする請求項２５に記載の装置。
  27. 【請求項２７】前記アルゴン塔の底部リボイラーへ送る
    前に、第３の窒素網宿流を圧縮するコンプレッサーを備
    えることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】窒素濃縮液体（８１）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導管を備えるこ
    とを特徴とする請求項２４〜２７のいずれかの項に記載
    の装置。
  29. 【請求項２９】前記第１のアルゴン濃縮流を除去するた
    めの導管が、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２４〜２８のいずれかの項に記載の装置。
  30. 【請求項３０】前記第４の酸素濃縮流（３６）を低圧塔
    （１０３）の中間地点に送るための導管を備えることを
    特徴とする請求項２４〜２９のいずれかの項に記載の装
    置。
  31. 【請求項３１】アルゴン塔および／または低圧塔から取
    り出された少なくとも１種の酸素濃縮液体を加圧するた
    めの手段（１９）を備えることを特徴とする請求項２４
    〜３０のいずれかの項に記載の装置。
  32. 【請求項３２】低圧塔から異なる純度の酸素濃縮流を取
    り出すための導管を備えることを特徴とする請求項２４
    〜３１のいずれかの項に記載の装置。
  33. 【請求項３３】第１のアルゴン濃縮流（４１）を除去す
    るための導管が、低圧塔の中間のレベルに接続されてい
    ることを特徴とする請求項２４〜３２のいずれかの項に
    記載の装置。
  34. 【請求項３４】低圧塔に送る前に、第２の窒素濃縮液体
    を少なくとも部分的に気化または補助冷却する手段を備
    えることを特徴とする請求項２４〜３３のいずれかの項
    に記載の装置。
  35. 【請求項３５】低圧塔に送る前に、第２の酸素濃縮液体
    を少なくとも部分的に気化または補助冷却する手段を備
    えることを特徴とする請求項２４〜３４のいずれかの項
    に記載の装置。
  36. 【請求項３６】前記中間圧塔は、底部リボイラーを有す
    ることを特徴とする請求項２４〜３５のいずれかの項に
    記載の装置。
  37. 【請求項３７】窒素濃縮流を、高圧塔から中間圧塔の底
    部リボイラーへ送る手段を備えることを特徴とする請求
    項３６に記載の装置。
  38. 【請求項３８】前記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２４〜３７のいずれかの項に記載の
    装置。
  39. 【請求項３９】第２の酸素濃縮流体の少なくとも１部
    を、中間圧塔の凝縮器に送る手段を備えることを特徴と
    する請求項３８に記載の装置。
  40. 【請求項４０】空気を前記中間圧塔に送る手段を備える
    ことを特徴とする請求項２４〜３９のいずれかの項に記
    載の装置。
  41. 【請求項４１】前記膨張手段はバルブであることを特徴
    とする請求項２４〜４０のいずれかの項に記載の装置。
  42. 【請求項４２】前記膨張手段はタービンであることを特
    徴とする請求項２４〜４０のいずれかの項に記載の装
    置。
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