JP2002235982A - 三塔式空気低温精留システム - Google Patents

三塔式空気低温精留システム

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JP2002235982A
JP2002235982A JP2002020001A JP2002020001A JP2002235982A JP 2002235982 A JP2002235982 A JP 2002235982A JP 2002020001 A JP2002020001 A JP 2002020001A JP 2002020001 A JP2002020001 A JP 2002020001A JP 2002235982 A JP2002235982 A JP 2002235982A
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Japan
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column
low
liquid
nitrogen
evaporator
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JP2002020001A
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Dietrich Rottmann
ロットマン ディートリッヒ
Christian Kunz
クンツ クリスチャン
Horst Corduan
コルデュラン ホルスト
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷変動に対する柔軟性が高い三塔式空気低
温精留システムを提供する。 【解決手段】 供給空気（１）を高圧塔（５）内で酸素
富化液と窒素留分（１６）とに分離し、窒素留分の一部
（１９）を凝縮・蒸発器（８）内で凝縮して液体窒素留
分（２０）とし、高圧塔からの酸素富化留分（２２）を
中間塔（６）内で酸素富化液と窒素留分（２４）とに分
離し、窒素留分の一部を凝縮・蒸発器（２５）内で凝縮
して液体窒素留分（２６）とし、三塔の一つに還流とし
て添加、及び／又は液体生成物（６４）として回収し、
高・中間塔からの酸素富化留分（２９、３１）を低圧塔
（７）内で酸素富化液と窒素留分とに分離する三塔式空
気低温精留システム。第二凝縮・蒸発器（２５）におい
て生成したものではない液体還流窒素（５４、６０）を
中間塔（６）内に導入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特許請求の範囲の
請求項１の前文（本発明の特徴に関する記載を除く部
分）に記載の空気低温精留方法に関する。この方法にお
いては、空気は、高圧塔、低圧塔及び中間塔を有する三
塔式システムにおいて精留される。
【０００２】
【従来の技術】一般的な空気低温精留の原理は、ハウゼ
ン／リンデ（Hausen／Linde）による研究論文「低温技
術（Tieftemperaturtechnik）」（１９８５年第二
版）、更にはケミカル・エンジニアリング・プロセス誌
（Chemical Engineering Progress；１９６７年、第
６３巻第２号第３５頁）のラティマー（Latimer）によ
る論文に記載されている。三塔式システムにおいては、
高圧塔及び低圧塔はリンデ方式の二重塔を構成している
ことが好ましく、即ちこれら二つの塔は主コンデンサー
を介して熱交換連通している（但し、原則的に本発明
は、高圧塔及び低圧塔のその他の構成及び／又はその他
のコンデンサー構成にも適用可能である。窒素／酸素分
離用の上記三塔式システムに加え、他の空気成分（とり
わけ希ガス）を得るための他の装置、例えばアルゴン回
収用装置を装備してもよい）。古典的なリンデ方式の二
塔式精留法とは異なり、三塔式精留法では、高圧塔で生
成した酸素富化液の全てを低圧塔に直接誘導するのでは
なく、高圧塔からの第一酸素富化留分を中間塔に流入さ
せ、該中間塔内で一般的には高圧塔の運転圧力と低圧塔
の運転圧力との間の圧力下で、該流体（第一酸素富化留
分）を更に分留する。この精留法では、液体窒素（第二
液体窒素留分）を、第一酸素富化留分から生成して、三
塔式システムにおける付加的還流として使用及び／又は
液体生成物として回収する。特許請求の範囲の請求項１
の前文に記載の精留法は、例えばドイツ特許第１０６５
８６７号、ドイツ特許公開第２９０３０８９号又は欧州
特許公開第１０４３５５６号によって公知となってい
る。
【０００３】この種の三塔式精留法は、通常、従来の二
塔式精留法よりもエネルギー的に有利である。しかしな
がら、プロセス（精留法）がより複雑化するという面も
あり、このことは、とりわけ製品需要の変化に比較的迅
速に対応しなければならない場合においては欠点とな
る。この種の急激な負荷変動は、例えばＩＧＣＣ（Inte
grated Gasification Combined Cycle：ガス化複合
発電）プラントに組み込まれ、例えばガスタービン用窒
素や、ガスタービン用燃料ガスを製造するためのガス化
装置用酸素等を供給する空気精留塔において発生する。
これらはいずれも空気精留プロセスに（負荷変動に対す
る）高い柔軟性を要求するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、特に
柔軟性が高い序冒頭に記述した方式の精留法とそれに対
応する装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
れば、第二凝縮・蒸発器内で生成されたものではない液
体還流窒素を中間塔内へ導入するという基本理念により
達成される。
【０００６】これまで一般的であった三塔式システムに
おいては、第二凝縮・蒸発器は中間塔の塔頂コンデンサ
ーとして運転されていた。即ち、その領域で生成された
液体窒素が中間塔用の還流となっていた。
【０００７】一方、本発明による方法は、一見すると得
策ではないように思われる。何故なら中間塔用に十分な
還流が第二凝縮・蒸発器から凝縮液として得られるにも
拘らず、他の供給源からの還流を供給するために余分な
支出を増やすことは何らの利益をもたらすようには見え
ないためである。しかしながら本発明に関しては、とり
わけ上記方法によってプロセスの柔軟性を著しく向上さ
せ得ることが確認されている。
【０００８】その理由は、負荷が変動する場合に、中間
塔への低純度供給留分（第一酸素富化留分）の組成が変
化するためである。中間塔内の理論段数は比較的小さい
ので、このような濃度変化は、中間塔の塔頂生成物（こ
の塔頂生成物は第二凝縮・蒸発器において液化される）
にも影響を及ぼす。しかしながら第二凝縮・蒸発器から
の液体窒素の一部は、液体生成物として、あるいは他の
塔における還流として使用されるので、濃度変動は、最
終生成物の純度に直接影響を及ぼし、あるいは他の塔
（例えば低圧塔）における運転に悪影響を及ぼす。
【０００９】本発明に至る研究途上において発見された
この問題点は、第二凝縮・蒸発器以外の供給源からの液
体窒素を中間塔の還流として使用することにより少なか
らず解決される。このような液体窒素はそれほど大きな
濃度変動に晒されないので、実質的に一定組成の還流
を、たとえ負荷変動が生じる場合においても常時利用す
ることができる。従って中間塔において生成する窒素の
純度（従って第二凝縮・蒸発器において生成する液体窒
素の濃度も）は、負荷変動が生じる場合であっても実質
的に一定に保たれる。従ってプラント運転方法に対する
生成物純度の依存性が低減し、結果として公知のプロセ
スに比べて柔軟性が著しく向上する。
【００１０】中間塔用液体還流窒素の少なくとも一部
を、第一液体窒素留分の少なくとも一部で構成すること
は有利である。高圧塔の窒素生成物における濃度変動は
特に小さいので、第一凝縮・蒸発器において液化した窒
素のみを中間塔用還流として使用することが好ましい。
代替的に、あるいは付加的に、他の液体還流窒素源、例
えば液体窒素タンク、あるいは液体窒素を生成する窒素
循環流路等を使用することも可能である。
【００１１】本発明においては、中間塔用還流の一部を
第二凝縮・蒸発器から引き出す可能性、即ち中間塔内で
生成した第二窒素留分から生成する可能性を完全に排除
するものではないが、その量は、一例として、中間塔で
使用する還流全量の最大３０％、好ましくは２０％未
満、最も好ましくは１０％未満とする。但し、中間塔上
部領域における還流は、第二凝縮・蒸発器内で生成され
たものではない液体還流窒素によって排他的又は実質排
他的に構成されることが特に好ましい。このことは、第
二凝縮・蒸発器内で生成された第二液体窒素留分を、中
間塔内に全く導入しない、又は実質的に殆ど（即ち、例
えば１０％未満、好ましくは５％未満）導入しないこと
を意味する。
【００１２】既述のように、公知のプロセスにおいて
は、第二凝縮・蒸発器は中間塔の塔頂コンデンサーとし
て設計されていた。この場合、ある条件下においては、
そこで生成した液体窒素を低圧塔へ導入するためにポン
プを使用する必要がある。しかしながら本発明によるプ
ロセスにおいては、第二凝縮・蒸発器は中間塔の位置と
は独立の位置、例えば低圧塔塔頂よりも測地的に高い位
置に配置されても良い。従って、第二凝縮・蒸発器から
の液体窒素を、静圧により低圧塔に導入することが可能
である。また、第二凝縮・蒸発器の液化空間と低圧塔塔
頂部との間に圧力勾配が全くあるいは殆ど無い場合は、
ポンプを使用して導入することも可能である。
【００１３】第二凝縮・蒸発器は、単一の冷媒、一般に
は蒸発性の液体により冷却することが好ましい。第二凝
縮・蒸発器用の冷媒は、低圧塔からの液体留分で構成し
てもよい。これは、例えば、低圧塔の塔底から、あるい
は第二酸素富化留分の導入点より下位にある中間点から
引き出すことができる。
【００１４】中間塔は、第二酸素富化液を沸騰させる塔
底エバポレーター（第三凝縮・蒸発器）を具備している
ことが好ましい。それ自体公知である塔底エバポレータ
ーは高圧塔からの気体窒素を直接利用することが可能で
ある。しかしながら多くの場合において、高圧塔、中間
塔又は低圧塔からの気体窒素を循環圧縮機により高圧塔
の圧力を超えるまで圧縮し、次いでこの気体窒素を第三
凝縮・蒸発器において凝縮させる方が有利である。
【００１５】第三凝縮・蒸発器において液化した（循
環）窒素を、中間塔用の液体還流窒素の全部又は一部と
してもよい。
【００１６】既述のように、中間塔は一般的に中間的な
圧力で運転される。しかしながら本発明においては、中
間塔を高圧塔の運転圧力よりも高い圧力で運転すること
が好ましい場合もある。この態様は、例えば第二凝縮・
蒸発器を加圧気体生成物の生成に使用する場合に好適で
ある。
【００１７】また本発明は、特許請求の範囲の請求項１
０及び１１に記載の空気の低温精留装置に関するもので
もある。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面に例示した実施形態を
参照しつつ、その他の詳細部分も含めて本発明をより具
体的に説明する。
【００１９】図１に示す実施形態において、予め圧縮及
び浄化された供給空気１の第一部分２は、主熱交換器３
のウォームエンド（高温側出入口）に供給される。空気
の第一部分は、ほぼ露点温度で流路４を介して主熱交換
器３のコールドエンド（低温側出入口）から、高圧塔５
の塔底直上部分へ流入する。
【００２０】高圧塔５は、三塔式システムの一部を成す
ものであり、該三塔式システムはこの他に中間塔６と低
圧塔７とを含んでなる。高圧塔５及び低圧塔７は、第一
凝縮・蒸発器８を介して熱交換連通しており、該第一凝
縮・蒸発器は主コンデンサーとしても知られている。
【００２１】高圧塔５において、第一窒素留分１６が塔
頂ガスとして生成し、第一酸素富化液が塔底部に生成す
る。高圧塔窒素１６の一部１７は、場合により主熱交換
器３において加熱され、少なくとも部分的に加圧気体生
成物１８として回収される。残りの部分１９は、主コン
デンサー８において凝縮されて第一液体窒素留分２０と
なる。この液体窒素の一部は高圧塔５における還流とし
て使用され、残りの部分は流路２１を介して高圧塔から
排出される。
【００２２】高圧塔からの酸素富化塔底液（この例では
この液体の全部）は、第一酸素富化留分として流路２２
を通り、制限弁２３を介して中間塔６の中間点に供給さ
れる。中間塔６においては、第二窒素留分２４が塔頂ガ
スとして生成し、第二酸素富化液が塔底部に生成する。
塔頂ガス２４は第二凝縮・蒸発器２５の液化空間へ供給
され、該凝縮・蒸発器において凝縮されて第二液体窒素
留分２６となる。この例では、前記第二液体窒素留分
は、その全部が部分膨張２７を経て一定の条件下で低圧
塔７の塔頂部に還流として添加される。低圧塔７に対し
圧力勾配が全く無いか極く僅かしか無い場合であって
も、第二液体窒素留分２５は低圧塔内へ自然に流入す
る。これは、図面に示すように低圧塔の塔頂より上方に
第二凝縮・蒸発器を配した測地的配置によるものであ
る。
【００２３】図１に示す実施形態では、第三凝縮・蒸発
器２８が設けられており、該第三凝縮・蒸発器は、中間
塔６の底部エバポレーターとして接続されている。この
凝縮・蒸発器２８内で蒸発しない中間塔６の塔底液体部
分は、第二酸素富化留分２９として向流過冷却器３０内
で過冷却され、第二酸素富化留分３１として制限弁３２
を介して低圧塔７に供給される。
【００２４】低圧塔７の塔頂部からは気体窒素３３が抽
出され、この気体窒素は向流過冷却器３０内で加熱され
て、流路３４を介して主熱交換器３に至り、最終的に窒
素生成物及び／又は残渣ガスとして流路３５を介してほ
ぼ大気温度で放出される。純酸素又は低純度酸素は、低
圧塔７の塔底部において得られ、流路３６を介して液体
状態で抽出される。この液体酸素生成物は、ポンプ３７
により流路３８、向流過冷却器３０、流路３９及び制御
弁４０を介して第二凝縮・蒸発器２５の蒸発空間へ搬送
される。この蒸発空間で生成した蒸気４１は、低圧塔７
から直接抽出された気体酸素４２と合流する。合流した
気体酸素生成物４３は主熱交換器３に流入し、最終的に
流路４４を介してほぼ大気温度で抽出される。第二凝縮
・蒸発器内に液体として残った酸素６３は、液体生成物
（ＬＯＸ）として抽出される。
【００２５】高圧塔５からの液体窒素２１は、流路５
７、向流過冷却器３０、流路５８及び制限弁５９を介し
て、新たに還流として低圧塔７へ添加される。高圧塔液
体窒素２１の他の部分６０は、部分膨張（６１）を受け
て、還流として中間塔６の塔頂部へ注入される。
【００２６】図１に示す実施形態は、窒素循環流路を更
に含んでいる。この窒素循環流路を構成するには、高圧
塔５から抽出した窒素１６、１７、４５を、循環圧縮機
４６において高圧塔の圧力を超えるよう加圧し、再冷却
し（４７）、流路４８を介して主熱交換器３へ供給し、
この熱交換器内においてコールドエンド（低温側出入
口）の温度を僅かに上回る温度まで冷却して、流路４９
を介して第三凝縮・蒸発器２８の液化空間へ供給する。
該液化空間で生成した凝縮物５０は、流路５１を介して
向流過冷却器３０へ流入し、更に流路５２及び制限弁５
３を介して高圧塔の塔頂部へ流入する。また、この凝縮
物の部分５４は、高圧塔から抽出された液体窒素２１の
代わりに、あるいは該液体窒素２１と共に、還流として
中間塔６に添加しうる。両者の割合は、弁５５及び６１
を使用して調節可能である。
【００２７】循環圧縮機４６は、再冷却器４７の上流又
は下流において高圧生成物６２を抽出することにより、
生成物圧縮機として使用することもできる。液体窒素生
成物（ＬＩＮ）は、低圧塔７から流路６４を介して抽出
できる。
【００２８】以上のプロセスにおいては、供給空気の一
部を仕事発生膨張（エクセルギー膨張）１４させること
により冷凍を行う。この操作を実施するには、供給空気
１の第二部分９を再圧縮機１０内で更に圧縮し、再冷却
（１１）した後、流路１２を介して主熱交換器３のウォ
ームエンド（高温側出入口）へ同様に流入させる。空気
の第二部分は、流路１３を介して中程度の温度で主熱交
換器３から再び取り出され、ほぼ低圧塔圧力となるまで
タービン１４において仕事を発生する方式で膨張せしめ
られ、低圧塔７へ送風（１５）される。タービン１４
は、再圧縮機１０と機械的に結合している。
【００２９】塔の運転圧力（それぞれ塔頂部における場
合）は以下の通りである。高圧塔５の場合は、例えば
３．５〜１７ｂａｒ、好ましくは約１２ｂａｒ、中間塔
６の場合は、例えば３．５〜１７ｂａｒ、好ましくは約
９ｂａｒ、低圧塔７の場合は、例えば１．３〜７ｂａ
ｒ、好ましくは約３ｂａｒである。
【００３０】図２に示す実施形態では、中間塔６で生成
する窒素２４が、低圧塔７の塔底液体の第二凝縮・蒸発
器２５内における蒸発によって全気体酸素生成物を製造
するに十分なものとなるように、中間塔６の大きさが規
定されている。低圧塔７の塔底生成物は流路３６を介し
て液体状態で抽出される。液体酸素は、３７、３８、３
０、３９、４０を介して第二凝縮・蒸発器２５へ流入す
る。この凝縮・蒸発器において生成した蒸気４１が全気
体酸素生成物４３、４４となる。気体酸素は、低圧塔７
から直接には一切引き出されない。従って、中間塔６の
運転圧力に応じて、低圧塔７の運転圧力よりも高い圧力
で全気体酸素生成物を得ることが可能である（この場
合、例えば図７に示すように、粗酸素を高圧塔５から中
間塔６へ汲出する必要がある）。一種の内部圧縮である
この方法によれば、気体酸素生成物の放出圧力は、気体
圧縮機（外部圧縮）を必要とせずに増大する。勿論、温
酸素生成物４４を更に高圧にする酸素圧縮機を設けるこ
とも可能である（内部圧縮と外部圧縮との組み合わ
せ）。
【００３１】この方法においては、第二凝縮・蒸発器２
５の運転圧力によって、気体酸素生成物４１、４３、４
４の圧力に多様性（柔軟性）を持たせることができる。
一方、中間塔６及び凝縮・蒸発器２５を好適に設計する
ことにより、所望の定常生成物圧力、及び／又は、気体
状態を更に圧縮するための廉価な酸素圧縮機に対し、特
定のプロセスを変更することも可能である。他方、高圧
塔５又は低圧塔７の運転圧力変化を必要とせずにプラン
トを稼動している間、流路４１、４３、４４内の酸素圧
力を変化させることも可能である。この種の変更は、例
えば、弁４０、６１、５５及び２３を好適に調節するこ
とにより実施しても良い。（酸素生成物圧力が低圧塔７
の運転圧力よりも高い場合、それに応じて流路２２にお
けるポンプ（不図示）の吐出ヘッドも変更する必要があ
る。）
【００３２】図３の実施形態は、高圧塔窒素の代わりに
低圧塔７からの気体窒素３３、３４、３４５を循環圧縮
機３４６に供給する点が図２と異なっている。この構成
は、循環運転に掛かるエネルギー消費を増大させるが、
より多くの液体窒素を還流として利用することができる
ので、還流、とりわけ低圧塔７の上部領域における還流
を改善することができる。
【００３３】以上に述べた本発明の各実施態様では温循
環圧縮機４６、３４６が設けられているが、図４に示す
実施形態おける窒素循環流路は冷圧縮機４４６により駆
動される。高圧塔からの気体窒素１６の一部４４５は塔
温度で分岐され、循環圧縮機４４６に供給される。圧縮
された循環窒素４４９は、第三凝縮・蒸発器２８の液化
空間へ直接流入する。冷圧縮機による循環流路は、中間
塔６の運転圧力が比較的小さい場合、即ち低圧塔圧力に
比べそれほど大きくない場合に特に有利である。この場
合、冷圧縮機は、比較的小さな圧力差、例えば０．３〜
１．０ｂａｒ、好ましくは約０．５ｂａｒを克服（圧
縮）するだけでよい。
【００３４】中間塔の圧力が極端に低い場合は、特定条
件下において、循環圧縮機全体を不用とすることも可能
である。この場合は、図５に示すように高圧塔からの気
体窒素５４９で第三凝縮・蒸発器２８が直接加熱される
ようにする。
【００３５】図６に示す実施形態では、中間塔６は図５
に示す実施形態の場合よりも高圧で運転される（中間塔
６の圧力は高圧塔の圧力と同等であってもよく、或いは
高圧塔圧力より最大２ｂａｒ低いか、又は最大１３ｂａ
ｒ高くてもよい。好ましくは中間塔の圧力を高圧塔の圧
力よりも約２ｂａｒ高くするとよい）。高圧塔の塔底液
体２２は、付設ポンプ６６５により相応の高圧にされ
る。中間塔６への供給位置にある弁２３は、制御目的に
のみ使用される。運転圧力を高くすることにより中間塔
６の塔頂生成物２４の圧力が上昇し、これに伴い第二凝
縮・蒸発器２５の圧力も上昇する。従って、気体酸素４
１、４３、４４における生成物圧力を相応に上昇させる
ことが可能である。凝縮液体２６も同様に高圧塔圧力よ
りも高圧であるので、流路６２６を介して高圧塔に供給
することができ、好ましくは高圧となるまで汲出（３
７）された液体酸素６３８と対向して予過冷却６６６し
た後に供給するのがよい。
【００３６】図７に示す実施形態は、高圧塔窒素の代わ
りに低圧塔７からの気体窒素３３、３４、３４５を循環
圧縮機３４６に供給する点が図６の実施形態と異なる。
この構成は、循環運転に掛かるエネルギー消費を増加さ
せるが、より多くの液体窒素を還流として利用できるの
で、還流、とりわけ低圧塔７の上部領域における還流を
改善することができる。
【００３７】図５の場合と同様に、図８の場合も、中間
塔６の塔底エバポレーター（第三凝縮・蒸発器）２８
は、高圧塔５の塔頂からの気体窒素１６、５４９を直接
使用して運転される。塔底エバポレーターで生成する全
凝縮物８５１は、高圧塔５の塔頂部へ戻される。一方、
低圧塔及び中圧塔への還流は、１〜１０の理論段数又は
実効段数を有する物質移動領域８６７より下位で抽出さ
れる。この方法によれば、ヘリウム、ネオン又は水素の
ような易揮発性不純物の含量が少ない液体窒素を流路８
２１を介して取り出すことが可能である。第一部分８６
０は、液体還流窒素として中間塔６の塔頂部へ添加され
る。残りの部分８５７は、過冷却（３０）されて低圧塔
７の塔頂部へ添加される（８５８、８５９）。結果とし
て、中間塔６及び低圧塔７において高純度（とりわけヘ
リウム、ネオン及び水素を実質的に含まない）窒素を生
成することが可能である。図８において、生成した液体
窒素８６４は、高圧塔５又は主コンデンサー８から抽出
される。
【００３８】図８において、第二凝縮・蒸発器２５は、
中間塔６からの塔底液体（第二酸素富化液）２９、８６
８により冷却されるが、該塔底液体は、３０において過
冷却され、８６９において膨張せしめられる。このよう
にして生成された蒸気８７０は、液体のまま残っている
部分８７１と同様に、低圧塔７の好適位置へ各々導入さ
れる。第二凝縮・蒸発器２５において得られた液体窒素
２６は、向流過冷却器３０において冷却され、流路８７
２及び弁２７を介して低圧塔７へ添加される。液体酸素
生成物８６３は、低圧塔７の塔底部から直接抽出され
る。
【００３９】図９に示す実施形態では、付加的な物質移
動領域９６７が低圧塔内に設けられており、この領域は
１〜１０の理論段数又は実効段数を有している。この場
合の低圧塔７及び中間塔６への還流液体５７、６０は、
図１の場合と同様に、流路２１を介して高圧塔の塔頂部
から直接取り出される。中間塔の塔頂ガスから第二凝縮
・蒸発器２５を経て得られ、更に過冷却された液体窒素
９７２は、部分膨張（９２７）を受けてから物質移動領
域９６７の下位に注入される。この方法において、中間
塔６内の濃度変化は、低圧塔７の生成物純度、とりわけ
液体窒素生成物６４の純度に殆ど影響を及ぼさない。低
純度窒素は、流路９７３、９７４及び９７５を介して低
圧塔７の塔中間部から抽出され、熱交換器３０及び３に
おいてほぼ大気温度まで加熱される。
【００４０】図１０は、従来の内部圧縮法を利用した本
発明の別の実施形態を示している（要部以外は図９に対
応する）。全酸素生成物１０３６は、低圧塔７から液体
状態で抽出される。液体生成物８６３として放出されな
い部分１０７６はポンプ１０７７へ流れ、そこで所望の
生成物圧力にされる。高圧流路１０７８を介して、液体
流は主熱交換器３へ流れ、そこで蒸発される（あるい
は、超臨界圧力にある場合は、擬似蒸発する）。この目
的に使用される加熱手段は第三空気流１０８０であり、
該空気流は、再冷却器１０８２を具備する再圧縮機１０
８１においてこの目的に必要な圧力にされ、流路１０８
３を介して主熱交換器３のウォームエンドに供給され
る。液化空気又は超臨界高圧空気１０８４は、流路１０
８５を介して高圧塔５の好適位置に、及び／又は流路１
０８６及び１０８７を介して低圧塔７に供給される。
【００４１】酸素の内部圧縮に加えて、あるいはその代
わりに、高圧塔５からの窒素１０８８をポンプ１０８９
により内部圧縮し、主熱交換器３において蒸発（超臨界
圧力にある場合は、擬似蒸発）させることも可能であ
る。
【００４２】図１１に示すように、主熱交換器３におけ
る熱交換作用を二段式タービンにより向上させることが
できる。この場合、内部圧縮に必要な空気流１１８４の
みならず、ほぼ高圧塔５の運転圧力まで仕事発生方式
（膨張機１１１４及び１１９２）で膨張される二つの空
気流１１１３及び１１９０／１１９１もまた、再圧縮機
において更に圧縮されている。タービンで膨張した空気
流は、直接空気２と共に、流路１１０４を介して高圧塔
５の塔底部へ供給される。内部圧縮空気１１８４及び冷
タービン１１１４用空気１１１３は、タービン１１１
４、１１９２により駆動される二段直列型再圧縮機にて
共に再圧縮されている。
【００４３】図１１に示すプロセスにおいて空気を低圧
塔７内に送入しないことにより、破線で示したプロセス
工程によりアルゴンを得ることが可能になる。粗アルゴ
ン塔１１０２は、流路１１００及び１１０１を介して低
圧塔７と連通している。この粗アルゴン塔１１０２の塔
頂部において気体粗アルゴン１１０３が生成し、その第
一部分１１０５が塔頂コンデンサー１１０４において凝
縮され、粗アルゴン塔の塔頂部へ還流として添加され
る。残りの部分１１０６は、気体生成物として抽出さ
れ、必要があれば更に加工される。塔頂コンデンサー１
１０４は、過冷却された中間塔６の塔底液体１１３１の
一部１１０７により冷却される。
【００４４】図１２においては、過冷却された中間塔６
の塔底液体３１が部分膨張（３２）を受けて、図１の場
合と同様に低圧塔７に直接注入される。第二凝縮・蒸発
器２５は、高圧塔５の塔底液体１２２２の一部１２９３
／１２９４を利用して運転される。第二凝縮・蒸発器２
５において生成した蒸気１２７０並びに液体状態のまま
残った部分１２７１は、それぞれ低圧塔７の好適位置へ
導入される。図１２におけるその他の部分は、図８と大
差ない。第二凝縮・蒸発器２５を冷却するこの方法は、
図９〜１１に示すプロセスの何れにおいても採用しう
る。
【００４５】勿論、図示の各実施形態それぞれに固有の
特徴を別途組み合わせることも、本発明の範囲内におい
て可能である。
【００４６】図示の実施形態は、いずれもガスタービン
を具備するＩＧＣＣプロセスとの組合せにおいて特に好
適である。供給空気１は専用空気圧縮機において圧縮し
てもよく、或いはまた、ガスタービンに連結されている
圧縮機からその全部又は一部を抽出してもよい。生成物
の少なくとも一部（必要に応じてガス化ユニット用酸素
４４、必要に応じてガスタービン内の質量流れを増加さ
せ、またＮＯＸ（窒素酸化物）の生成を減少させるため
の窒素１８、６２、３５）は、必要があれば更に圧縮し
たのちにＩＧＣＣプロセスに供給することもできる。
【００４７】
【発明の効果】以上、説明したように本発明に係る三塔
式空気低温精留方法及び装置によれば、製品需要の変化
による負荷変動に対して柔軟に対応できるというすぐれ
た効果を奏する。特に、ＩＧＣＣ（ガス化複合発電）プ
ラントのように高い柔軟性を要求するものに対して非常
に優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図８】本発明の第８実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図９】本発明の第９実施形態に係る三塔式空気低温精
留法の系統図である。
【図１０】本発明の第１０実施形態に係る三塔式空気低
温精留法の系統図である。
【図１１】本発明の第１１実施形態に係る三塔式空気低
温精留法の系統図である。
【図１２】本発明の第１２実施形態に係る三塔式空気低
温精留法の系統図である。
【符号の説明】
１、２、４、１０８０、１０８３、１０８４、１０８
５、１１０４、１１１３、１１８３、１１８４、１１９
０、１１９１：供給空気又はその流路 ５：高圧塔 ６：中間塔 ７：低圧塔 ８：第一凝縮・蒸発器 １６：第一窒素留分 １９：第一窒素留分の少なくとも一部 ２０、２１：第一液体窒素留分 ２２：第一酸素富化留分又はその流路 ２４：第二窒素留分 ２５：第二凝縮・蒸発器 ２６：第二液体窒素留分 ２８：第三凝縮・蒸発器 ２９、３１、８７０、８７１、１２７０、１２７１：第
二酸素富化留分又はその流路 ３６、３８、３９：液体留分 ４６、３４６、４４６：循環圧縮機 ４９、４４９、５４９：気体窒素 ５０、５４、６０、８６０：液体還流窒素又はその流路 ６０：液体還流窒素の少なくとも一部 ６４：液体生成物又はその流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチャン クンツ ドイツ連邦共和国 81479 ミュンヘン、 イルムガルトシュトラーセ ５ (72)発明者 ホルスト コルデュラン ドイツ連邦共和国 82178 プッフハイム、 アーリンガーシュトラーセ 21

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧塔（５）、低圧塔（７）及び中間塔
    （６）を有する三塔式の空気低温精留方法であって、 （ａ）供給空気（１、２、４、１０８０、１０８３、１
    ０８４、１０８５、１１０４、１１１３、１１８３、１
    １８４、１１９０、１１９１）を前記高圧塔（５）内に
    導入し、該高圧塔内で該空気を第一酸素富化液と第一窒
    素留分（１６）とに分離し、 （ｂ）前記第一窒素留分（１６）の少なくとも一部（１
    ９）を第一凝縮・蒸発器（８）内で凝縮して第一液体窒
    素留分（２０）とし、 （ｃ）前記高圧塔（５）からの第一酸素富化留分（２
    ２）を前記中間塔（６）内に導入し、該中間塔内で該第
    一酸素富化留分を第二酸素富化液と第二窒素留分（２
    ４）とに分離し、 （ｄ）前記第二窒素留分（２４）の少なくとも一部を、
    第二凝縮・蒸発器（２５）内で凝縮して第二液体窒素留
    分（２６）とすると共に、前記三塔式の塔の一つに還流
    として添加及び／又は液体生成物（６４）として回収
    し、 更に、 （ｅ）前記高圧塔又は前記中間塔（６）からの少なくと
    も第二酸素富化留分（２９、３１、８７０、８７１、１
    ２７０、１２７１）を前記低圧塔（７）内に導入し、該
    低圧塔内で該第二酸素富化留分を第三酸素富化液と第三
    窒素留分とに分離する方法において、 前記第二凝縮・蒸発器（２５）において生成したもので
    はない液体還流窒素（５４、６０、８６０）を前記中間
    塔（６）内に導入することを特徴とする三塔式空気低温
    精留方法。
  2. 【請求項２】 前記中間塔用の前記液体還流窒素の少な
    くとも一部（６０）を前記第一液体窒素留分（２０、２
    １）の少なくとも一部で構成することを特徴とする請求
    項１に記載の三塔式空気低温精留方法。
  3. 【請求項３】 前記第二凝縮・蒸発器（２５）内で生成
    された前記第二液体窒素留分（２６）を前記中間塔
    （６）内に全く、又は実質的に殆ど導入しないことを特
    徴とする請求項１又は２に記載の三塔式空気低温精留方
    法。
  4. 【請求項４】 前記第二液体窒素留分（２６）の少なく
    とも一部を静圧で前記低圧塔（７）内に導入することを
    特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の三塔式
    空気低温精留方法。
  5. 【請求項５】 前記低圧塔（７）から液体留分（３６、
    ３８、３９）を取り除くと共に前記第二凝縮・蒸発器
    （２５）内で蒸発させることを特徴とする請求項１〜４
    のいずれか１項に記載の三塔式空気低温精留方法。
  6. 【請求項６】 前記第二酸素富化液を、第三凝縮・蒸発
    器（２８）を使用して沸騰させることを特徴とする請求
    項１〜５のいずれか１項に記載の三塔式空気低温精留方
    法。
  7. 【請求項７】 前記第三凝縮・蒸発器を、循環圧縮機
    （４６、３４６、４４６）において圧縮された気体窒素
    （４９、３４９、４４９）を使用して加熱することを特
    徴とする請求項６に記載の三塔式空気低温精留方法。
  8. 【請求項８】 前記第三凝縮・蒸発器において液化した
    窒素（５０、５４）を液体還流窒素として前記中間塔
    （６）内に導入することを特徴とする請求項７に記載の
    三塔式空気低温精留方法。
  9. 【請求項９】 前記中間塔（６）を前記高圧塔（５）の
    運転圧力よりも高い圧力で運転することを特徴とする請
    求項１〜８のいずれか１項に記載の三塔式空気低温精留
    方法。
  10. 【請求項１０】 高圧塔（５）、低圧塔（７）及び中間
    塔（６）の三塔を有する空気低温精留装置であって、 （ａ）高圧塔（５）に通じる供給空気流路（１、２、
    ４、１０８０、１０８３、１０８４、１０８５、１１０
    ４、１１１３、１１８３、１１８４、１１９０、１１９
    １）と、 （ｂ）前記高圧塔（５）からの第一窒素留分（１６）の
    少なくとも一部（１９）を凝縮して第一液体窒素留分
    （２０）とするための第一凝縮・蒸発器（８）と、 （ｃ）前記高圧塔（５）からの第一酸素富化留分を前記
    中間塔（６）へ導入するための流路（２２）と、 （ｄ）前記三塔の一つ又は液体生成物用流路（６４）と
    還流用流路を介して連通する液化空間を有し、前記中間
    塔（６）からの第二窒素留分（２４）の少なくとも一部
    を凝縮して第二液体窒素留分（２６）とするための第二
    凝縮・蒸発器（２５）と、 （ｅ）前記高圧塔又は前記中間塔（６）からの第二酸素
    富化留分を前記低圧塔（７）内へ導入するための流路
    （２９、３１、８７０、８７１、１２７０、１２７
    １）、 とを有する空気低温精留装置において、 前記第二凝縮・蒸発器（２５）の前記液化空間と流体連
    通することなく、前記中間塔（６）内へ液体還流窒素を
    導入するための液体流路（５４、６０、８６０）を有し
    ていることを特徴とする空気低温精留装置。
  11. 【請求項１１】 前記第二凝縮・蒸発器（２５）が、前
    記低圧塔（７）の塔頂よりも測地的に高位に設置されて
    いることを特徴とする請求項１０に記載の空気低温精留
    装置。
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