JP2002181443A - 空気蒸留または液化ユニットの廃ガスを排気する設備及び方法 - Google Patents

空気蒸留または液化ユニットの廃ガスを排気する設備及び方法

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JP2002181443A JP2001320818A JP2001320818A JP2002181443A JP 2002181443 A JP2002181443 A JP 2002181443A JP 2001320818 A JP2001320818 A JP 2001320818A JP 2001320818 A JP2001320818 A JP 2001320818A JP 2002181443 A JP2002181443 A JP 2002181443A
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ダニエル・グールダン
Jean-Marc Peyron
ジャン−マルク・ペイロン
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【課題】空気蒸留または液化ユニットを安全にするこ
と。 【解決手段】設備のスタックにより放出される廃ガスの
中の酸素濃度のレベルを減少させるために、本発明によ
れば、接続手段は、窒素のような酸素と混和性で空気よ
り低密度の不活性ガスを排出するためのチャンバおよび
スタックのそれぞれの内部空間を接続する。したがっ
て、この不活性ガスは、スタックを流れる少なくとも酸
素と混合し、得られる混合物は、スタックの出口でほぼ
７ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気の蒸留または
液化ユニットの廃ガスを排気するための設備及び方法に
関し、特に、例えばコンクリートで作られたスタック及
び水−窒素塔を具備する前記排気設備のそれらユニット
において用いられ得る。
【０００２】この明細書においては、「酸素」という言
葉は、少なくとも７５モル％の酸素、好ましくは少なく
とも９５モル％の酸素を含む流体を含むものと解されね
ばならず、「窒素」という言葉は、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
む流体を含むものと解されねばならず、そして、「アル
ゴン」という言葉は少なくとも６０モル％のアルゴンを
含む流体を含むものと解されなければならない。
【０００３】
【従来の技術】多量（実質的に１日あたり１０００トン
以上）の空気を扱うユニットにおいて、空気蒸留及び液
化プロセスの実施の間、精製ユニットの上流で入ってく
る空気を冷却することを意図する水は、乾燥窒素との熱
交換により、その上方部分で水が注入される水−窒素塔
においてそれ自体冷却される。得られる湿潤窒素は、次
いで、連続的にまたは少なくともほとんど連続的に塔の
頂部で排気される。更に、酸素等の空気蒸留または液化
から到来する汚染されているかまたは汚染されていない
製品の排気のために、それらは、コンクリートのスタッ
クにおいて集められ、スタックの頂部を介して排出され
る。
【０００４】通気設備をよりコンパクトにし、その構造
をより簡単にするために、水−窒素塔の横にスタックを
配置することが可能である。
【０００５】そのような通気設備は、図１において模式
的に描写され、それは、垂直平面においてこのプラント
の断面を示す。
【０００６】この図１において、空気蒸留または液化ユ
ニット由来の廃ガスを排気するための設備は、共通の隔
壁により互いに結合された水−窒素塔およびスタック２
を含む。
【０００７】水−窒素塔は、その基部近くに乾燥窒素供
給管１１およびその上方部分に、冷却される温水を供給
するための管１２を含み、その水は、上に述べたように
空気を冷却することが意図されている。したがって、塔
１において、窒素は、大気に湿潤窒素を排出するための
出口１４を頂部に有する上方チャンバ１３まで一般に上
方に垂直経路を経て進み、一方、塔の下部にポンプ供給
される冷水１６は、上記ユニットに送られ、そこで、冷
却される空気と接触される。スタック２は、その基部近
くに、例えば、空気管２１、窒素管２２および酸素管２
３のような大気に排出される廃ガスを供給するための管
を含む。スタック２は、その頂部近くに、廃ガス排出出
口２４を含む。
【０００８】水−窒素塔１により排気される湿潤窒素は
連続的に排出されることに注意しうる。他方、プロセス
の中の様々の工程において、単一の廃ガスがスタック２
により排気されることが可能である。スタックの設計
は、もちろん、起こり得る状況で同時に３種の気体を排
気し得るように選ばれなければならない。したがって、
スタックは、典型的には、約２０ｍ／ｓの排出速度に対
応する全最大流量で気体を排気するように設計される。
しかしながら、この設計は、欠陥がないわけではない。
もし単一のガスが排気されるならば、小さな流量のため
に、排気速度は、この場合２０ｍ／ｓである選ばれた値
よりはるかに小さい。もし単一排気ガスが酸素であるな
らば、これは極めて不運な結果を有しうる。酸素は空気
より重いので、スタックを出て行った直後、それが地面
に向かって逆流する傾向が存在し、ある種の気象条件下
（例えば、ほとんど風のないとき）で、地面の水準での
濃度レベルは、局所的には、２５％を超えるようになり
え、それは過剰である。というのは、特に、この気体の
酸化特性のために危険であるからである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この欠点を
救済し、克服することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気の蒸留ま
たは液化プロセスの廃ガスを排気するための設備であっ
て、大気に連通し、少なくとも間歇的に特に酸素を排出
するために適切な廃ガス排出スタックおよびスタックに
より排出されるガスの中の酸素濃度レベルを下げるため
の手段を含むことを特徴とする設備を提供するものであ
り、該手段は、可能的には、酸素と混和性で、同じ温度
及び圧力条件の下で酸素より小さな密度、好ましくは、
同じ温度及び圧力条件の下で空気より小さな密度の不活
性ガスを排出されたガスと混合するための手段からな
る。
【００１１】好ましくは、設備は、酸素と混和性で同じ
温度及び圧力条件の下で空気より小さな密度の不活性ガ
スを大気にほとんど恒久的に排出するチャンバおよび不
活性ガスがスタックの中で少なくとも酸素と混合され、
そうしてスタックにより排出されるガスの酸素濃度レベ
ルを減少させるようにスタックに不活性ガスの少なくと
も一部を移行させるために、排出チャンバとスタックの
それぞれの内部空間を接続するための手段を含む。
【００１２】この配置により、酸素のみがスタックの基
部近くに導入される場合でさえ、スタックの出口で出て
行くガスの酸素濃度レベルを十分に減少させることが可
能である。
【００１３】更に、その設備は、１以上の以下の特徴を
有しうる。
【００１４】−排出チャンバは水−窒素塔の部分を形成
するチャンバである。
【００１５】−不活性ガスは、窒素、または酸素、また
は空気、またはそれらのガスの混合物である。
【００１６】−排出チャンバはスタックに並置される水
−窒素塔の部分を形成し、該チャンバおよびスタック中
の内部空間は、内部空間を接続するための手段として該
チャンバの中に含まれる湿潤窒素をスタックに排出する
ための出口を有する隔壁により区切られている。
【００１７】−スタックは、スタックの基部に導入され
るガスの一部または全部が流れる１組のノズルを内部に
備える。
【００１８】−接続手段はチャンバおよびスタック中の
内部空間を区切る隔壁の中に設けられた排出出口を具備
し、スタックは、その頂部が排出出口の頂部の下のレベ
ルにあるような方式で配列される１組のノズルを内部に
備える。
【００１９】−排出チャンバは、その基部近くに乾燥窒
素供給管およびその上部に冷却される温水を供給するた
めの管を有する水−窒素塔に属し、そのレベルの上に、
スタック内に開口する湿潤窒素排出出口が設けられる。
【００２０】−スタックは、その基部近くに、空気供給
管および／または窒素供給管および／または酸素供給管
および／または蒸留に由来する別のガスを供給するため
の管を含む。
【００２１】本発明はまた空気蒸留または液化ユニット
のスタックの排出出口を経由して酸素含有廃ガスを排気
するための方法であって、湿潤または乾燥窒素が少なく
とも酸素と混合され、得られる酸素／窒素混合物が排出
出口でほぼ７ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排出され
ることを特徴とする方法を提供する。
【００２２】変形として、−得られる酸素／窒素混合物
は、排出出口で１０ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排
出される。
【００２３】−得られる酸素／窒素混合物は、排出出口
でほぼ１２ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排出され
る。
【００２４】または、−得られる酸素／窒素混合物は排
出出口でほぼ２０ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排出
される。
【００２５】本発明の更なる特徴及び利点は、発明を限
定しない例により与えられ、垂直平面において本発明に
よる設備の模式的断面図である本明細書に添付される図
２により例示される本発明の１態様の以下の記載から明
らかになるであろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】すでに記載された図１における要
素に対応する図２におけるそれらの要素は同じ参照番号
を有する。
【００２７】図２において、水−窒素塔１は、その基部
近くに乾燥窒素供給管１１およびその上方部分において
冷却される温水を供給するための管１２を含み、その水
はそれ自体、ユニットの中を流れる空気を冷却すること
が意図されている。したがって、塔の中で、窒素はまず
上方チャンバ１３までの一般的に垂直の経路を通る。し
かしながら、塔の頂部は、湿潤窒素排出出口を有さな
い。代わりに、湿潤窒素排出出口１５は、例えば塔１の
頂部近くでもちろんいずれの場合でもチャンバ１３の中
の温水供給管１２のレベルの上で塔１およびスタック２
に共通の隔壁３を貫通する。したがって、この出口１５
は、スタック２の上方部分内に開口し、チャンバ１３中
の窒素は、ほぼ水平に終止する経路を通る。以前のよう
に、冷水１６は、上記ユニットに向けられ、そのユニッ
トにおいて、冷却される空気との接触される。また、以
前のように、スタック２は、その基部近くに大気に排出
される廃ガスを供給するための管、すなわち、この場合
においては、空気管２１、窒素管２２及び酸素管２３を
含む。スタック２は、その頂部に、この場合においては
塔１のレベルとほぼ同じレベルに排出出口２４を有す
る。更に、スタック２は、内部に、湿潤窒素排出出口１
５とほぼ同じレベルに１組のノズル２５を備え、ノズル
の頂部は、スタック２の基部に導入されるガスが何であ
れ、一方ではガスが湿潤窒素排出出口１５の頂部に達す
る前にノズル２５の組を通過し、他方では、ガスがスタ
ックの排出出口２４に達する前に湿潤窒素と少なくとも
部分的に、或いは可能であれば完全に混合されるように
排出出口１５の頂部の下のレベルに存在する。加えて、
ノズル２５の組は、一方で好ましくは全流入ガスが排出
されることを可能とし、他方で、酸素のみの初期流入の
場合においてスタック２の排出出口２４で、少なくとも
約７ｍ／ｓ、好ましくは少なくとも１０ｍ／ｓ、有利に
は少なくとも１２ｍ／ｓ及びさらによりよくは少なくと
も２０ｍ／ｓの排出速度を得るように設計される。変形
として、もちろんこのように規定されたノズルは、全流
入ガスより少ない流入ガスがそれらを通過することを可
能とし、それゆえ、流入ガスの残りは中間排出手段を介
して排出される。
【００２８】したがって、排出出口１５を介して塔１を
出て行く湿潤窒素は、窒素の密度は空気の密度より低い
ので、スタックの基部から到来するガスの流れを上方に
運び去り、その間、ガスのこの流れとなお混合される。
加えて、窒素または窒素混合物による排気スタックの連
続パージは、外部から発する全ての不純物に対する保護
を提供する。更に、設備由来の初期のほとんど純粋な酸
素との流出窒素の連続混合のために、空気の過剰酸素化
（ｏｖｅｒｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）が防がれ、約２５
％を超えて上昇する地表水準での空気中のガス状酸素の
濃縮の危険が減少する。最後に、通常の設備において
は、水−窒素塔は約１２メートルを超える高さをほとん
ど必要としないけれども、ところが、スタックからの排
出は通常約１６メートルから１８メートルの高さをスタ
ックに要求するものであるが、酸素かが低い（ｕｎｄｅ
ｒｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）のために水−窒素塔の高
さ、すなわち約１２メートルにスタックの高さを減少さ
せることが可能である。
【００２９】もちろん、本発明は、上記例示態様に限定
されず、それはその範囲から逸脱することなくその他の
態様を提供することが可能であり、特に、水−窒素塔を
有さないが排気チャンバに移行する過剰の廃窒素（例え
ば純粋でない窒素またはより一般的には、そのままでは
利用されえない窒素）が存在する設備において本発明を
用いることまたは、少なくとも操作条件の下で当該ガス
が不活性ならば、すなわち特に、毒性でも爆発性でもな
く、それ自体または酸素と混合されたとき燃料または酸
化剤のいずれでもないならば、酸素を窒素でく酸素と混
和性であり空気より低密度の別のガスと混合することが
できる。変形として、上方チャンバ１３がスタック２由
来のガスが排出されるであろう排出出口１４を図１に示
すようにその頂部に有する水−窒素塔１を提供すること
もまた可能である。しかしながら、この技術は、希釈の
観点でわずかながらあまり有効ではないであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】通気設備の断面を示す図である。
【図２】本発明による設備の模式的断面図である。
【符号の説明】
１…水−窒素塔、２…スタック、３…共通区画、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・グールダン フランス国、77400 ラグニー・シュー ル・マルヌ、リュ・ドゥ・ピエール・グー ベルヌ 20 (72)発明者 ジャン−マルク・ペイロン フランス国、94000 クレテイユ、アブニ ュ・ドゥ・ラ・レンヌ・ブランシュ ５ Ｆターム(参考） 4D047 AA08 BA06 DB05 EA07

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気蒸留または液化プロセスの廃ガスを
    排気するための設備であって、大気に連通し、少なくと
    も間歇的に特に酸素を排出するのに適切な廃ガス排出ス
    タックおよびスタックにより排出されるガスの酸素濃度
    レベルを減少させるための手段を具備し、該手段は可能
    的には、酸素と混和性で、同じ温度及び圧力条件の下で
    酸素より小さな密度の、好ましく同じ温度及び圧力条件
    の下で空気より小さな密度の不活性ガスを排出ガスとを
    混合するための手段からなることを特徴とする設備。
  2. 【請求項２】 酸素と混和性で、同じ温度及び圧力条件
    の下で空気より小さい密度の不活性ガスを大気にほとん
    ど恒久的に排出するためのチャンバ、および不活性ガス
    がスタックの中の少なくとも酸素と混合され、スタック
    により排出されるガスの酸素濃度レベルを減少させるよ
    うに不活性ガスの少なくとも一部をスタックに移行させ
    るために、排出チャンバ及びスタックのそれぞれの内部
    空間を接続するための手段を含む請求項１記載の設備。
  3. 【請求項３】 排出チャンバが水−窒素塔の部分を形成
    するチャンバであることを特徴とする請求項１または２
    記載の設備。
  4. 【請求項４】 不活性ガスが窒素、アルゴン、空気また
    はそれらのガスの混合物であることを特徴とする請求項
    １ないし３のいずれか１項記載の設備。
  5. 【請求項５】 排出チャンバがスタックに並置される水
    −窒素塔の部分を形成し、該チャンバおよびスタックの
    中の内部空間が、内部空間を接続する手段として該チャ
    ンバの中に含まれる湿潤窒素をスタックに排出するため
    の出口を有する隔壁により区切られていることを特徴と
    する請求項２ないし４のいずれか１項記載の設備。
  6. 【請求項６】 スタックが、スタックの基部に導入され
    るガスの一部または全部が流れる１組のノズルを内部に
    備えることを特徴とする請求項１及び５のいずれか１項
    記載の設備。
  7. 【請求項７】 接続手段がチャンバおよびスタックにお
    ける内部空間を区切る隔壁に設けられた排出出口を具備
    し、スタックが、その頂部が排出出口の頂部より下のレ
    ベルに存在するように配列される１組のノズルを内部に
    備えることを特徴とする請求項１及び６のいずれか１項
    記載の設備。
  8. 【請求項８】 排出チャンバがその基部近くに乾燥窒素
    供給管およびその上方部分に冷却される温水を供給する
    ための管を有する水−窒素塔に属し、そのレベルの上に
    スタック内に開口する湿潤窒素排出出口が設けられるこ
    とを特徴とする請求項１及び７のいずれか１項記載の設
    備。
  9. 【請求項９】 スタックがその基部近くに空気供給管お
    よび／または窒素供給管および／または酸素供給管およ
    び／または蒸留に由来する別のガスを供給するための管
    を含むことを特徴とする請求項１及び８のいずれか１項
    記載の設備。
  10. 【請求項１０】 空気蒸留または液化ユニットのスタッ
    クの排出出口を経由して酸素含有廃ガスを排気するため
    の方法であって、湿潤または乾燥窒素が少なくとも酸素
    と混合され、得られる酸素／窒素混合物が排出出口でほ
    ぼ７ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排出されることを
    特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 得られる酸素／窒素混合物が排出出口
    でほぼ１０ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排出される
    ことを特徴とする請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 得られる酸素／窒素混合物が排出出口
    でほぼ１２ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排出される
    ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
  13. 【請求項１３】 得られる酸素／窒素混合物が排出出口
    でほぼ２０ｍ／ｓに少なくとも等しい速度で排出される
    ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
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