JP2007507682A - ガス混合物を低温分離するための装置および方法 - Google Patents

ガス混合物を低温分離するための装置および方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、塔の系（１３、１５）、前記塔の系に属する塔に分離されるガスを送るための手段、塔の系の少なくとも１種の生成物（３１、３５）を取り出すための手段、およびデバイス（２３）からベアリングを有するタービン（１１）にガスを送り出すための手段を備える低温蒸留によりガスを分離するための装置であって、前記タービンのベアリングが無摩擦ベアリングである装置に関する。

Description

本発明は、低温蒸留によりガス混合物を分離するための装置および方法に関する。
きわめて長い間、ハウゼンとリンデによる「クリオジェニック・エンジニアリング」の４５７ページから４６１ページに記載されているように、エアガス分離装置は、給油軸受を有するタービンを用い、それらの軸受はアキシャル又はラジアルである。冷凍を行うために、タービンは外部への仕事を行いながら空気または窒素を膨張させ、その膨張は、不可逆性とは別に等方性タイプのものである。
しかしながら、給油軸受、例えばオイルで潤滑される軸受を有するタービンは、２つの主要な欠点を有する。
第１に、オイルで汚染されたプロセスガスがシャフトに沿ったシーリングシステムを損なうかもしれないというリスクがある。そのような汚染は、装置の機器類（交換器、配管、蒸留塔、リボイラー）のさまざまの部品へのオイルの移行をもたらし、そのオイルは、比較的純粋な酸素の存在下で主リボイラーの近傍で濃縮する傾向にある。これは、エアガス分離装置の中での大爆発の原因となり得るであろう。
第２に、経済的な理由のために、オイルタンクからの距離を最小化するために床に近接してタービンを設置することが必要になる。この制約はエアガス分離プラントに特有ではなく、ガス（Ｈ2 、Ｈｅ、ＣＨ4 など）液化装置または他のガス分離（Ｈ2 ／ＣＯなど）装置にも当てはまるであろう。
本発明の目的は、ベアリング（スチールまたはセラミックボールベアリングすなわち転がり軸受）上のタービンの中で分離されるガス混合物を膨張させることにより低温蒸留によるガス混合物の分離のための装置の膨張タービンに用いられる給油軸受を不要にすることにあり、それらのベアリングは周期的にグリース塗布することは可能であるが、オイルを差すことはない。
本発明の１つの主題は、塔の系と、前記塔の系の１つの塔に分離されるガスを送り出す手段と、前記塔の系から少なくとも１つの生成物を取り出す手段と、ベアリングを有するタービンに装置のガス、可能であれば分離されるガス混合物の少なくとも一部を送り出す手段と、膨張したガスが分離されるべきガス混合物の少なくとも一部を構成するとすれば、前記塔の系の１つの塔に前記タービンの中で膨張したガスの少なくとも一部を送り出す手段と、を具備する低温蒸留によりガスを分離するための装置であって、前記タービンのベアリングが転がり軸受であることを特徴とするガス分離装置である。
任意に、
タービンは油を差さない軸受（unoiled bearings）を有することができる。
タービンは無給油軸受（unlubricated bearings）を有することができる。
分離されるガスは主要成分として酸素および／または窒素および／または水素および／またはメタンおよび／または一酸化炭素を含むことができる。
膨張したガスを空気、窒素または水素とすることができる。
タービンを、床の少なくとも１メートル上方、好ましくは床の少なくとも２メートル上方、または床の少なくとも５メートル上方に取り付けることができる。
タービンは、該タービンと同一軸上に配置され、可能であれば遠心型のブレーキ・ブースターにより制動され、共有軸のすべてのベアリングを無給油とすることができる。
共有軸のすべてのベアリングが転がり軸受型である。
タービンを、無給油軸受を有するブレーキ発生装置により制動することができる。
ブレーキ発生装置のベアリングは磁気型（magnetic type）とすることができる。
本発明のもう１つの主題は、分離されるべきガス混合物を塔の系の塔に送り、少なくとも１種の生成物が前記塔の系から取り出され、装置のガスの少なくとも一部、可能であれば分離されるべき前記ガス混合物の少なくとも一部がベアリングを有するタービンに送られる低温蒸留によりガス混合物を分離する方法であって、前記タービンのベアリングが転がり軸受であることを特徴とするガス分離方法である。
好ましくは、タービンは、無給油軸受を有するブレーキ発生装置により制動され、ブレーキ発生装置は前記タービンと同じ速度で駆動される。
本発明は、本発明による空気分離装置を示す図面を参照してより詳細に記載される。
図１は、低温蒸留空気分離装置を示す。
空気流１は、コンプレッサー３の中で中圧に圧縮され、次いで、いずれか公知のタイプのものでありうる精製ユニット５の中で精製される。次いで、空気は、２つの量２１、２３に分割される。一方の量２１は冷却され、交換ライン７を通流して冷却され、ガス状で中圧塔１３の底部に送られる。
空気２３の残部はブースター９の中で昇圧され、冷却器１９の中で冷却され、交換ライン７に送られ、そこでブローイングタービン１１に送られる前に部分的に冷却される。このタービンは、ベアリング（スチールまたはセラミックボールベアリングすなわち転がり軸受）上のタービンでありうる。
タービン１１は床の少なくとも１メートル上方、好ましくは床の少なくとも２メートル上方、または床の少なくとも５メートル上方に載置される。
タービン１１は、ブースター９と同一軸上にある。ブースター９は、好ましくは、無給油軸受を有する遠心タイプである。好ましくは、軸上のすべてのベアリングは転がり軸受である。
また、ブースターは、再び無給油軸受をもつ発生装置と置き換えてもよい。
タービン１１の中で膨張した空気は、ミナレット（minaret）により低圧塔１５に送られる。
富化液体流２５、下方貧化液体流２７および上方貧化液体流２９が中圧塔１３から低圧塔１５に送られる。パージ流は、２つの塔を接続するコンデンサー・リボイラー１７から取り出される。
純粋な窒素３１はミナレットの頂部から取り出され、廃窒素３３はミナレットの底部から取り出され、ガス性酸素３５は低圧塔の底部から取り出される。それら３つの流れは、交換ライン７の中で加熱される。廃窒素の一部は、加熱工程後の再生のために用いられる。
図２は、エアサイクルをもつ低温蒸留空気分離装置を示す。
空気流１は、コンプレッサー３の中で中圧に圧縮され、次いで、いずれか公知のタイプのものでありうる精製ユニット５の中で精製される。空気は、ブースター９の中で昇圧され、クーラー（図示せず）の中で冷却され、交換ライン７に送られ、そこで、クロードタービン１１に部分的に送られる前に部分的に冷却される。このタービンは、ベアリング（スチールまたはセラミックボールベアリングすなわち転がり軸受）上のタービンである。
タービン１１は床の少なくとも１メートル上方、好ましくは床の少なくとも２メートル上方、または床の少なくとも５メートル上方に載置される。
タービン１１は、ブースター９に接続してもよい。
タービン１１の中で膨張する空気は、中圧塔１３に部分的に送られ、ブースター９に部分的にリサイクルされる（流れ４３）。サイクルのない変形態様において、タービン１１の中で膨張したすべての空気は、中圧塔に送られる。
富化液体流２５、下方貧化液体流２７および上方貧化液体流２９が中圧塔１３から低圧塔１５に送られる。パージ流は、２つの塔を接続するコンデンサー−リボイラー１７から取り出される。
純粋な窒素３１はミナレットの頂部から取り出され、排気窒素３３はミナレットの底部から取り出され、ガス性酸素３５は低圧塔の底部から取り出される。それら３つの流れは交換ライン７の中で加熱される。廃窒素の一部は、加熱工程後の再生のために機能する。
その装置は、中圧塔の頂部で液体窒素３９を生成し、低圧塔の底部で液体酸素４１を生成する。
図３は、低温蒸留空気分離装置を示す。
空気流１は、コンプレッサー３の中で中圧に圧縮され、次いで、いずれか公知のタイプのものでありうる精製ユニット５の中で精製される。空気は交換ライン７を通って流れる際に冷却され、ガス状で中圧塔１３の底部に送られる。
富化液体流２５、下方貧化液体流２７および上方貧化液体流２９が中圧塔１３から低圧塔１５に送られる。パージ流は、２つの塔を接続するコンデンサー・リボイラー１７から取り出される。
純粋な窒素３１はミナレットの頂部から取り出され、廃窒素３３はミナレットの底部から取り出され、ガス性酸素３５は低圧塔の底部から取り出される。それら３つの流れは交換ライン７の中で加熱される。廃窒素の一部は、加熱工程後の再生のために用いられる。
中圧窒素４５は、タービン１１の中で膨張する前に交換ラインの中で部分的に暖められる。このタービンはベアリング（スチールまたはセラミックボールベアリングすなわち転がり軸受）上のタービンである。タービン１１は、床の少なくとも１メートル上方、好ましくは少なくとも２メートル上方、または床の少なくとも５メートル上方に載置される。膨張した窒素は廃窒素３３と混合される。
代わりに、もし低圧塔１５が十分に高圧で稼動するなら、タービンの中で低圧窒素の流れを膨張させることが可能である。
タービンの少なくとも１つがベアリング（スチールもしくはセラミックボールタービンすなわち転がり軸受）上のタービンであるならば、当該ユニットは、クロードタービン、ブローイングタービンおよび窒素タービンのいずれか可能な組み合わせを含み得ることが容易に理解されるであろう。
本発明は、明らかに、ミナレットを有する塔を用いるプロセスに限定されない。ポンピングされた方法を含む膨張タービンを用いる空気分離方法のいずれのタイプにも当てはまる。
低温蒸留空気分離装置を示す図。 エアサイクルを有する低温蒸留空気分離装置を示す図。 低温蒸留空気分離装置を示す図。
符号の説明
３…コンプレッサー、５…精製ユニット、７…交換ライン、９…ブースター、１１…タービン、１３…中圧塔、１５…低圧塔、１７…コンデンサー・リボイラー、１９…冷却器。

Claims (12)

  1. 塔の系（１３、１５）と、前記塔の系の１つの塔に分離されるガス（１１）を送り出す手段と、前記塔の系から少なくとも１つの生成物（３３、３５、３９、４１）を取り出す手段と、ベアリングを有するタービン（１１）に装置のガス（２３、４５）、可能であれば分離されるガス混合物の少なくとも一部を送り出す手段と、膨張したガスが分離されるべきガス混合物の少なくとも一部を構成するとすれば、前記塔の系（１３、１５）の１つの塔に前記タービンの中で膨張したガスの少なくとも一部を送り出す手段と、を具備する低温蒸留によりガスを分離するための装置であって、前記タービンのベアリングが転がり軸受であることを特徴とするガス分離装置。
  2. 前記タービン（１１）が油を差さない軸受を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 前記タービン（１１）が無給油軸受を有することを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 分離されるガス（１）が主要成分として酸素および／または窒素および／または水素および／またはメタンおよび／または一酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の装置。
  5. 膨張したガス（２３）が空気、窒素または水素であることを特徴とする請求項４記載の装置。
  6. 前記タービン（１１）は、床の少なくとも１メートル上方、好ましくは床の少なくとも２メートル上方、または床の少なくとも５メートル上方に取り付けられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の装置。
  7. 前記タービン（１１）は、該タービンと同一軸上に配置され、可能であれば遠心型のブレーキ・ブースター（９）により制動され、前記共有軸のすべてのベアリングが無給油であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の装置。
  8. 前記共有軸のすべてのベアリングが転がり軸受型であることを特徴とする請求項７記載の装置。
  9. 前記タービンは、無給油軸受を有するブレーキ発生装置により制動されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の装置。
  10. 前記ブレーキ発生装置の軸受は磁気型であることを特徴とする請求項９記載の装置。
  11. 分離されるべきガス混合物（１）を塔の系（１３、１５）の塔（１３）に送り、少なくとも１種の生成物が前記塔の系から取り出され、装置のガス（２３、４５）の少なくとも一部、可能であれば分離されるべき前記ガス混合物の少なくとも一部がベアリングを有するタービン（１１）に送られる低温蒸留によりガス混合物を分離する方法であって、前記タービンのベアリングが転がり軸受であることを特徴とするガス分離方法。
  12. 前記タービン（１１）は無給油軸受を有するブレーキ発生装置により制動され、前記ブレーキ発生装置は前記タービンと同じ速度で駆動されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
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