JP2007510879A - 低温蒸留により空気を分離するための方法および装置 - Google Patents

低温蒸留により空気を分離するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

本発明は中圧塔（３）、低圧塔（４）および混合塔（６）を有する設備で低温蒸留により空気を分離する方法に関する。この方法によれば、空気をコンプレッサー（Ｃ０１）で圧縮し、交換ライン（１）で冷却し、空気の第１の部分を混合塔の容器に供給し、空気の第２の部分を中圧塔に供給して分離し、酸素富化液体（１９）および窒素富化液体（１１）を中圧塔から低圧塔に供給し、酸素富化液体（２６）を低圧塔から混合塔の頂部に供給し、少なくとも１つの液体流（２７、２９）を中圧塔または低圧塔から取り出し、空気の第２の部分を昇圧器（８）で昇圧し、この空気を交換ラインで冷却して第１の画分と第２の画分に分け、空気の第１の画分を交換ラインで冷却して少なくとも部分的に液化して中圧塔および／または低圧塔に送り、空気の第２の画分をクロードタービン（９）で膨張して中圧塔に供給し、酸素富化流（１８）を混合塔から取り出して交換ラインで加熱する。

Description

本発明は、低温蒸留により空気を分離するための方法および装置に関する。特に、本発明は、不純酸素ガスを生成する混合塔を用いる空気分離方法に関する。
ＥＰ Ａ ０５３８１１８は、二重塔および不純酸素を生成するための混合塔を、空気を混合塔の圧力まで圧縮する専用の空気昇圧器とともに使用することを教示している。
本発明の目的は、このような装置の投資コストを低減することにある。
１つの目的によれば、本発明は、中圧塔、低圧塔および混合塔を有する設備で低温蒸留によって空気を分離するための方法を提供する。この方法においては、
（ｉ）空気をコンプレッサーで圧縮し、熱交換ラインで冷却し、空気の第１の部分を混合塔の容器に送り、
（ｉｉ）空気の第２の部分を中圧塔に送ってこれを分離し、
（ｉｉｉ）酸素富化液体および窒素富化液体を中圧塔から低圧塔に送り、
（ｉｖ）酸素富化液体を低圧塔から混合塔の頂部に送り、
（ｖ）少なくとも１つの液体流を中圧塔または低圧塔から取り出し、
（ｖｉ）空気の第２の部分を昇圧器で昇圧し、熱交換ラインで冷却し、第１の画分と第２の画分に分け、
（ｖｉｉ）空気の第１の画分を熱交換ラインで冷却し、少なくとも部分的に液化し、中圧塔および／または低圧塔に送り、
（ｖｉｉｉ）空気の第２の画分をクロードタービンで膨張し、中圧塔に送り、
（ｉｘ）酸素富化流を混合塔から取り出し、熱交換ラインで加熱する。
他の任意の態様によれば、
−中圧塔または低圧塔から取り出す液体は最終生成物である。
−昇圧器をクロードタービンに連結する。
−昇圧器は低温昇圧器である。
−混合塔は８ないし２０絶対バールで作動する。
−蒸留のために送るすべての空気を８ないし２０絶対バールに圧縮する。
−蒸留のために送る空気の４０ないし９０％を昇圧する。
−昇圧空気を１２ないし３０絶対バールに昇圧する。
別の態様によれば、本発明は、中圧塔、低圧塔および混合塔、クロードタービン、昇圧器、空気を圧縮するための手段、空気のうち圧縮空気の一部を混合塔に送るための手段、圧縮空気の別の一部を昇圧器に送るための手段、昇圧空気の画分をクロードタービンに送り、膨張空気の画分を中圧塔に送るための手段、液化と膨張の後に、昇圧空気の残りを中圧塔および／または低圧塔に送るための手段、および最終生成物として中圧塔および／または低圧塔から少なくとも１種の液体を取り出すための手段を備えた装置で低温蒸留によって空気を分離するための設備を提供する。
昇圧器をクロードタービンに連結してもよい。
次に、本発明の一態様を添付した図面を参照して説明する。図１は、本発明による空気蒸留設備の一実施形態を模式的に示す。
図１に示した空気蒸留設備は、不純酸素ＯＩを生成するように設計されている。不純酸素は、６×１０5絶対Ｐａとは実質的に異なる規定された圧力Ｐの下で、例えば８から２０×１０5Ｐａの下で、８０から９７％、好ましくは８５から９５％の純度を有する。この設備は、本質的に、熱交換ライン１、中圧塔３を備えた二重蒸留塔それ自体、低圧塔４および主要コンデンサー−リボイラー５、ならびに混合塔６を有する。混合塔６と低圧塔４は組み込まれて単一構造になっている。ＥＰ Ａ １９７８２１２に記載されているように、中圧塔３は分離構造を形成し、コンデンサー−リボイラー５が搭載されている。塔３および４は、典型的にはそれぞれ、約６×１０5Ｐａ未満および約１×１０5Ｐａで作動する。
刊行物ＵＳ Ａ ４０２２０３０に詳細に説明されているように、混合塔は蒸留塔と同じ構造を有する塔であるが、可逆に近い条件下で、底部に導入される比較的揮発性のガスと頂部に導入されるより揮発性でない液体を混合するために用いられる。
このような混合物は冷却エネルギーを作り出し、したがって蒸留に関連するエネルギー消費を減少させる役割を果たす。この場合、以下で説明するように、さらにこの混合物を圧力Ｐの下で不純酸素を直接生成するために利用する。
蒸留によって分離すべき空気を、コンプレッサーＣ０１で１５×１０5Ｐａ（一般的に８ないし２０×１０5Ｐａ）に圧縮し、適切に洗浄し、そして２つに分ける。空気の４０ないし９０％を占めるこの空気の一部を、昇圧器８で１２ないし３０×１０5Ｐａの圧力に昇圧し、熱交換ライン１の中で冷却され、２つの画分に分ける。１つの画分を熱交換ライン１で冷却し続け、ここでこれを少なくとも部分的に液化してから、ライン７を介して中圧塔３に導入する。この液化空気の一部または全部を低圧塔４に送ってもよい。８で昇圧した後に冷却した空気の別の画分を、昇圧器８に連結されたクロードタービン９で中圧に膨張した後、ガスの形態で、ライン７の入口ポイントより数トレー下の中圧塔３の底部に送る。塔３の底部から取り出した「リッチ液体」（酸素富化空気）を、リリーフ弁１０で膨張し、塔４に導入する。塔３の頂部で取り出した「プア液体」（不純窒素）１１をリリーフ弁１２で膨張し、塔４の頂部に導入し、設備の廃ガスＮ１を構成する、塔４の頂部で生成したガスを熱交換ライン１で加熱し、設備から排出する。
二重塔の設定にしたがっていくらか純粋な液体酸素を塔４の底部で取り出し、ライン２４を介してコンデンサー−リボイラー５に送り、ここでこれを部分的に気化して低圧塔４に送るガス２５を生成する。液体２６をコンデンサー５から取り出し、ポンプ１３によって圧力Ｐ１まで圧縮し（Ｐ１は上述した圧力Ｐよりわずかに高く、圧力降下を補う。Ｐ１−Ｐは１×１０5Ｐａ未満）、部分的に塔６の頂部に導入する。液体酸素の一部２７を貯蔵ユニットに送ることもある。コンプレッサーＣ０１からの補助空気（実質的に中圧を超える圧力まで圧縮され熱交換ライン１で部分的に冷却される）を、混合塔６の底部に導入する。この塔から３つの液体流を取り出す。底部では、リッチ液体に類似しており、リリーフ弁１５Ａを備えたライン１５を介してそれと混合される液体である。中間点では、本質的に酸素と窒素からなる混合物であり、これはリリーフ弁１７を備えたライン１６を介して低圧塔４の中間点に送られる。その頂部では、熱交換ラインでの加熱後、実質的に圧力Ｐで、発生炉ガスＯＩとしてライン１８を介して設備から除去される不純酸素である。
液体窒素流を最終生成物として中圧塔３の頂部で取り出す。
図１は、設備中を流れる流体で得られる冷熱を回収するための補助熱交換器１９、２０も示している。
塔３および４を有する二重塔は、通常、単一構造をなすことができ、一方で混合塔６は分離構造をなすことは、容易に理解できる。
任意に、加圧液体酸素の流れおよび／または加圧液体窒素の流れを、熱交換ライン１または専用のリボイラーで気化してもよい。
本発明による空気蒸留設備の一実施形態を模式的に示す図。

Claims (10)

  1. 中圧塔（３）、低圧塔（４）および混合塔（６）を有する設備で低温蒸留によって空気を分離するための方法であって、
    （ｉ）空気をコンプレッサー（Ｃ０１）で圧縮し、熱交換ライン（１）で冷却し、空気の第１の部分（２）を混合塔の容器に送り、
    （ｉｉ）空気の第２の部分を中圧塔に送ってこれを分離し、
    （ｉｉｉ）酸素富化液体（１９）および窒素富化液体（１１）を中圧塔から低圧塔に送り、
    （ｉｖ）酸素富化液体（２６）を低圧塔から混合塔の頂部に送り、
    （ｖ）少なくとも１つの液体流（２９）を中圧塔または低圧塔から取り出し、
    （ｖｉ）空気の第２の部分を昇圧器（８）で昇圧し、熱交換ラインで冷却し、第１の画分と第２の画分に分け、
    （ｖｉｉ）空気の第１の画分を熱交換ラインで冷却し、少なくとも部分的に液化し、中圧塔および／または低圧塔に送り、
    （ｖｉｉｉ）空気の第２の画分をクロードタービン（９）で膨張し、中圧塔に送り、
    （ｉｘ）酸素富化流（１８）を混合塔から取り出し、熱交換ラインで加熱する
    方法。
  2. 中圧塔または低圧塔から取り出す液体は最終生成物である請求項１に記載の方法。
  3. 昇圧器（８）をクロードタービン（９）に連結した請求項１または２に記載の方法。
  4. 昇圧器は低温昇圧器である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 混合塔（６）は８ないし２０絶対バールで作動する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 蒸留のために送るすべての空気を８ないし２０絶対バールに圧縮する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 蒸留のために送る空気の４０ないし９０％を昇圧する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
  8. 昇圧空気を１２ないし３０絶対バールに昇圧する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 中圧塔（３）、低圧塔（４）および混合塔（６）、クロードタービン（９）、昇圧器（８）、空気を圧縮するための手段（Ｃ０１）、空気のうち圧縮空気の一部を混合塔に送るための手段（２）、圧縮空気の別の一部を昇圧器に送るための手段、昇圧空気の画分をクロードタービンに送り、膨張空気の画分を中圧塔に送るための手段、液化と膨張の後に、昇圧空気の残りを中圧塔および／または低圧塔に送るための手段、および最終生成物として中圧塔および／または低圧塔から少なくとも１種の液体（２７、２９）を取り出すための手段を備えた装置で低温蒸留によって空気を分離するための設備。
  10. 昇圧器（８）がクロードタービン（９）に連結されている請求項９に記載の設備。
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