JP2000356464A - 空気分離用低温蒸着システム - Google Patents

空気分離用低温蒸着システム

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JP2000356464A JP2000151607A JP2000151607A JP2000356464A JP 2000356464 A JP2000356464 A JP 2000356464A JP 2000151607 A JP2000151607 A JP 2000151607A JP 2000151607 A JP2000151607 A JP 2000151607A JP 2000356464 A JP2000356464 A JP 2000356464A
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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
塔を備え中間圧塔には酸素富化された液体が高圧塔から
供給される三塔において分離する。低圧塔は、アルゴン
塔にアルゴン富化された液体を供給し、アルゴン塔より
も高い圧力で動作する。ガスを底部リボイラーに送るこ
とによって、熱をアルゴン塔の底部に供給する。このガ
スは好ましくは窒素富化されており、低圧塔の頂部から
来ても良い。

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、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。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
33118。
【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
て膨張されて冷却をもたらしている。
【００１３】US-A-5868007は、低圧塔とほぼ同じ圧力で
動作するアルゴン塔を用いた三塔システムを開示してい
る。アルゴン塔の底部からのガスを用いて、中間圧塔を
再沸騰させている。
【００１４】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またはアルゴン塔の頂部凝縮器
へ送る工程と、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１２
mol％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、頂部凝縮器とガスの流れによって加熱され
る底部リボイラーと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。
【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】底部リボイラーを加熱するガスの流れは、
少なくとも９０%の窒素を含む。
【００１８】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。
【００１９】プロセスは、窒素富化されたガスの流れの
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。
【００２０】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。
【００２１】アルゴン富化された液体を低圧塔から液体
状で取り出し、ガス状成分の含有量が最大２％であるア
ルゴン塔へ送る。
【００２２】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。
【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多くても３０
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、低圧塔の底部で取り出すことを含む。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】プロセスは、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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】低圧塔は、２バール(bara)より上で、好ま
しくは３バールより上で、最も好ましくは４バールより
上で動作する。
【００３３】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。
【００３４】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。
【００３５】中間圧塔は、底部リボイラーを有する。
【００３６】プロセスは、窒素富化されたガスを高圧塔
から底部リボイラーへ送ることを含む。
【００３７】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。
【００３８】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。
【００３９】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この頂部
凝縮器へ送ることを含む。
【００４０】空気を中間圧塔へ送る。
【００４１】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
と底部リボイラーと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。
【００４２】さらに随意的に、以下のものが含まれる。
【００４３】アルゴン塔は底部リボイラーを有する。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】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。
【００４８】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。
【００４９】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。
【００５０】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。
【００５１】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。
【００５２】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。
【００５３】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。
【００５４】中間圧塔は底部リボイラーを有する。
【００５５】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。
【００５６】中間圧塔は頂部凝縮器を有する。
【００５７】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。
【００５８】空気を中間圧塔へ送るための手段がある。
【００５９】低圧塔からアルゴン塔へ送られる第１のア
ルゴン富化された流れを膨張させるための、好ましくは
バルブによって構成される手段がある。
【００６０】本新発明はこの側面を、比較的低圧で動作
する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。
【００６１】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。
【００６２】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。
【００６３】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。
【００６４】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。
【００６５】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少なくとも部分的に気
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。
【００６６】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。
【００６７】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。
【００６８】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、アルゴン塔へ供給する。
【００６９】アルゴンの流れを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アルゴン塔の底部で回
収する。
【００７０】
【発明の実施の形態】図１ないし図４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
酸素を製造することができる。
【００７１】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）で膨張されて、高圧塔１０１に液体状で供給され
る。流れ１７は熱交換器１００で冷却されて、高圧塔１
０１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１００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、１０２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、サブ冷却器８
３でサブ冷却され、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１０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。その代わりに、破線２５Ａで示したよう
に、この流れの全部または一部をアルゴン塔１０４の頂
部凝縮器２７へ送っても良い。
【００７２】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、凝縮されたのち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。
【００７３】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。
【００７４】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に送られてそこで少なくとも部分的に
気化された後、低圧塔１０３における流れ２０の他の部
分から数トレイ下方に送られる。
【００７５】窒素富化された流れ１５は、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。
【００７６】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１００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。
【００７７】もちろん液体酸素を、別個の製造物気化器
(product 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。
【００７８】また、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その他の場所で気化
させることで、加圧された液体窒素を製造することもで
きる。
【００７９】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。
【００８０】３ないし１２ｍｏｌ%のアルゴンを含んだ
液体第１のアルゴン富化された液体の流れ３３が、底部
の流れ３１の上方で抽出される。主に酸素とアルゴンと
を含む流れ３３をバルブで膨張させた後、液体状でアル
ゴン塔１０４の中間レベルへ送り、そこで頂部における
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
へはガス状成分の含有量が多くても２％である液体の流
れのみが供給される。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、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１
０３の頂部へ戻る。
【００８１】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。
【００８２】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。この液
体は、中間圧塔１０２からの流れ２５Ａ（少なくとも９
５ｍｏｌ％の窒素、好ましくは９８ｍｏｌ％の窒素を含
む）によって、補充または交換されても良い。
【００８３】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。
【００８４】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。
【００８５】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。
【００８６】高圧窒素９３を高圧塔から取り出して、熱
交換器１００へ送る。
【００８７】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。
【００８８】また、液体を最終製造物として製造しても
良い。
【００８９】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。
【００９０】
【表１】
【００９１】図２の態様が図１のそれと異なる点は、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アルゴン塔の底部リボイラー２
３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。
【００９２】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。
【００９３】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
と頂部でのアルゴンの流れ８０とにする。
【００９４】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
９５％以下の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。
【００９５】アルゴンが必要でない場合は、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、アルゴンの流れは依
然著しい濃度の酸素（たとえば５０％アルゴンと５０％
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。
【００９６】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、アルゴン製造物は窒素を含まず（ｐｐ
ｍ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アルゴン塔内に設置すれば、
アルゴンの流れを蒸留してｐｐｍ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アル
ゴン塔から直接製造することができる。この塔は、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
プを備えた複数のセクションからなることができる。
【００９７】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、アルゴン塔を低圧塔の上部よりも、
むしろ低圧塔と並べて配置することもできる。
【００９８】アルゴン塔の底部リボイラーからの液体窒
素を凝縮して、低圧塔へ例えばポンプによって、または
アルゴン塔の凝縮器へポンプを使わずに戻すことができ
る。
【００９９】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。
【０１００】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。
【０１０１】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。
【０１０２】ガスタービンの圧縮機から高圧塔または本
装置の他の塔に、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 (43)

    【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１２ｍｏｌ％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、ガスの流れによって加熱される底部リボ
    イラーを有するアルゴン塔の底部において取り出す工程
    とを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ガスの流れは、少なくとも９０ｍｏｌ%
    の窒素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２記載の方法
  4. 【請求項４】 窒素富化されたガスの流れの少なくとも
    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
    ３記載の方法
  5. 【請求項５】 第４の酸素富化された流れを低圧塔へ送
    ることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 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５いずれか１項記載の方法
  7. 【請求項７】 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および／または第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および／または第４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
    ９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
    を特徴とする請求項１０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
    １１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】 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】 低圧塔は２バールより上で動作するこ
    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】 低圧塔は４バールより上で動作するこ
    とを特徴とする請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 アルゴン塔は、低圧塔よりも低い圧力
    で、好ましく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請求項１７記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】 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１９いずれか１項記載の
    方法
  21. 【請求項２１】 窒素富化されたガスを高圧塔から底部
    リボイラーへ送ることを含むことを特徴とする請求項２
    ０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 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２２いずれか１項記載の方法。
  24. 【請求項２４】 中間圧塔は頂部凝縮器を有し、第２の
    酸素富化された流体の少なくとも一部を頂部凝縮器へ送
    ることを含むことを特徴とする請求項１ないし２３いず
    れか１項記載の方法。
  25. 【請求項２５】 空気を、中間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２４いずれか１項記載の
    方法
  26. 【請求項２６】 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、 頂部凝縮器と底部リボイラーと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、 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
    めの配管とを備えることを特徴とする装置。
  27. 【請求項２７】 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２６記載の装置。
  28. 【請求項２８】 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２７記載の装
    置。
  29. 【請求項２９】 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２６記載の装置。
  30. 【請求項３０】 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２６ないし２９いずれか１項記載の装
    置。
  31. 【請求項３１】 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を備えることを特徴とする請求
    項２６ないし３０いずれか１項記載の装置
  32. 【請求項３２】 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
    の手段を備えることを特徴とする請求項２６ないし３１
    いずれか１項記載の装置
  33. 【請求項３３】 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を備えることを特徴とする
    請求項２６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、低圧塔の中間レベルに接続されてい
    ることを特徴とする請求項２６ないし３３いずれか１項
    記載の装置。
  35. 【請求項３５】 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
    却する手段を備えることを特徴とする請求項２６ないし
    ３４いずれか１項記載の装置。
  36. 【請求項３６】 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２６ないし
    ３５いずれか１項記載の装置。
  37. 【請求項３７】 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２６ないし３６いずれか１項記載
    の装置。
  38. 【請求項３８】 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２６ないし３７いずれか１項記載の装
    置。
  39. 【請求項３９】 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２６ないし３８いずれか１項記載の装
    置。
  40. 【請求項４０】 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３９記載の装置。
  41. 【請求項４１】 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２６
    ないし４０いずれか１項記載の装置。
  42. 【請求項４２】 低圧塔からアルゴン塔へ送られる第１
    のアルゴン富化された流れを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２６ないし４１いずれか１
    項記載の装置。
  43. 【請求項４３】 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４２記載の装置。
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