JP2690915B2 - 空気分離方法および同方法を実施するためのプラント - Google Patents

空気分離方法および同方法を実施するためのプラント

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気を分離する方法とプラントに関する。 空気分離は周知の営利的プロセスであり、その主要産
出物である酸素、窒素およびアルゴンは産業界で広範囲
に用いられている。産出物を１日に100トンより多く生
産できる空気分離プラントは一般に、空気を極低温にお
いて分離する精留塔を用いている。このようなプラント
のある種類では、アルゴンと気体酸素産出物を生産し、
気体窒素産出物と液体窒素産出物の一方または両方も任
意に生産する。このようなプラントを用いて、空気から
窒素とアルゴンとを分離する慣習的な方法は次の工程： （ａ） 極低温蒸留による空気の分離に適したレベルに
空気の温度を下げるために、少なくとも１つの主熱交換
器に圧縮空気を通す； （ｂ） このように温度を下げた空気を高圧塔と、低圧
塔と、高圧塔へは還流を生じ、低圧塔へは再沸を生ずる
凝縮器−リボイラとから成る２部式精留塔の高圧塔に通
す； （ｃ） 高圧塔内の空気を酸素含量の多い液体留分と酸
素含量の少ない留分とに分離する； （ｄ） 前記凝縮器−リボイラ内で前記酸素含量の少な
い蒸気留分を凝縮し、凝縮蒸気の一部を高圧塔への還流
として用い、凝縮蒸気の残部を回収する； （ｅ） 高圧塔から酸素含量の少ない液体を取り出し、
過冷却し、過冷却液体を低圧塔への還流として用いる； （ｆ） 高圧塔から酸素含量の多い液体を取り出し、過
冷却し、過冷却液体を窒素蒸気留分と液体酸素留分とに
分離する； （ｇ） 低圧塔からアルゴン含量の比較的多い流れを取
り出しそして第二精留塔内でそれをアルゴン含量の多い
留分と酸素留分とに分離し、前記第二精留塔は凝縮器を
有し、前記凝縮器は前記低圧塔に導入する前の工程
（ｆ）の酸素含量の多い液体によって冷却され、そし
て、アルゴン含量の多い留分を第二精留塔から取り出
す；そして （ｈ） 低圧塔から窒素蒸気と酸素蒸気とを取り出し、
取り出した窒素蒸気と酸素蒸気とを流入空気に対して向
流で主熱交換器に通す から成る。 典型的には、空気から水蒸気および二酸化炭素のよう
な比較的低揮発性の成分を除去することによって、空気
を予備浄化する。このような予備浄化は主熱交換器より
も上流の吸収剤中で、または逆転熱交換器として主熱交
換器を形成することによって行うことができる。 このような方法における外部仕事の主な要件は流入空
気を圧縮することである。空気は典型的な約６気圧に圧
縮される。空気分離プラントを開発する際の重要な目的
は産出気体の純度に不利な影響を与えずに、比エネルギ
ー消費量を減ずることである。我々の同時係属特許出願
第2,181,828A写は低圧塔の中間レベルを実際に加熱する
ことによって、空気分離の効率を改良する手段に関し、
低圧塔の中間レベルから液体を引き出し、この液体を熱
交換器内で再沸し、そのようにして生成した蒸気を低圧
塔へ戻すことによってこの目的を達成する。本発明は上
記課題を空気分離方法の効率を改良する代替方法に関す
る。 本発明では、空気からアルゴンと酸素産出物を分離す
る上記種類の方法であって、酸素含量の少ない液体の一
部を気化し、産出物として取り出すか、または外部仕事
の作用によって膨張させ、冷却作用を発揮させて、冷却
エネルギーを酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い
液体へ伝達する方法を提供する。冷却エネルギーを酸素
含量の少ない液体から酸素含量の多い液体に伝達すると
は、酸素含量の少ない液体が有している冷却エネルギー
を酸素含量の多い液体において使用することを意味す
る。一つの例とは酸素含量の少ない液体を相分離器内で
バルブを通してフラッシュさせて気化し、得られた蒸気
を酸素含量の多い液体と熱交換することである。 本発明は、又、 （ａ） 極低温蒸留による空気の分離に適したレベルに
空気の温度を下げるために、少なくとも１つの主熱交換
器； （ｂ） 空気分離用の（ｉ）高圧塔、（ii）低圧塔及び
（iii）高圧塔へは還流を生じ、低圧塔へは再沸を生ず
る凝縮器−リボイラとを含む二重精留塔； （ｃ） 高圧塔から酸素含量の少ない液体を取り出し、
過冷却し、その過冷却液体を低圧塔へ還流する部材； （ｄ） 高圧塔から酸素含量の多い液体を取り出し、過
冷却し、その過冷却液体を低圧塔に導入する部材； （ｅ） 低圧塔からアルゴン含量の比較的多い流れを取
出す部材； （ｆ） そのアルゴン含量の比較的多い液れをアルゴン
含量の多い留分と酸素留分に分離するための第二精留
塔； （ｇ） 前記第二精留塔は凝縮器を有し、前記凝縮器は
前記低圧塔に導入する前の（ｄ）項におけるその酸素含
量の多い液体によって冷却されるものであり； （ｈ） アルゴン含量の多い留分を前記第二精留塔から
取出す部材； （ｉ） 低圧塔から窒素蒸気と酸素蒸気とを取り出す部
材； （ｊ） 過冷却した酸素含量の少ない液体の一部を気化
させる部材； （ｋ） 酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体
へ冷却を伝達する部材；及び （ｌ） 気化した液体を産出物として取り出す部材また
は外部仕事の作用によって膨張させて冷却を行わせる部
材 を含むプラントに関する。 冷却作用は便利には、少なくとも１つの前記主熱交換
器を冷却することである。 酸素含量の少ない液体の一部の産出物（窒素）として
取り出すことによって、比エネルギー消費量を同時に高
めることなく、プラントの収率を高めることができる。
さらに、窒素は低圧塔の圧力においてではなく低圧塔と
高圧塔との中間の圧力において典型的に産出するので、
高圧での窒素の産出が必要である場合にも、必要な圧縮
度が低下する。この代りに、酸素含量の少ない液体の気
化した部分を作用膨張させることによって、好ましくは
気化した液体を膨張前に圧縮するような実施態様におい
て、作用させることが必要な圧縮度を実際に減ずること
ができる。膨張装置またはタービンを気化液体の圧縮に
用いるコンプレッサに任意に結合することができる。 酸素含量の少ない液体の前記気化部分を産出物として
取り出す場合には、好ましくは圧縮空気の一部を取り出
し、さらに高圧に高め、主熱交換器内で冷却し、外部仕
事の作用によって膨張させて主熱交換器を冷却させる。
このような膨張装置またはタービンはコンプレッサを駆
動させるようにコンプレッサに連結する。主熱交換器を
外部から冷却する上記手段を選択する場合には、熱交換
器の外部冷却の要件を全て満たすように配置することが
できる。この代りに、付加的な冷却手段を備えることも
できる。 酸素含量の多い液体は酸素含量の少ない液体よりも低
圧塔を強度に冷却するので、酸素含量の少ない液体から
酸素含量の多い液体へ冷却を伝達することによって、低
圧塔の上部へ導入するために必要な酸素含量の少ない液
体の量は慣習的な方法におけるよりも少なくなり、酸素
含量の少ない液体の一部を窒素産出物として取り出す、
または主熱交換器の冷却に用いることができる。酸素含
量の少ない液体をセパレータ内にフラッシュさせ、セパ
レータ内に生じた液体を液相と蒸気相とに分離し、蒸気
をセパレータから引き出し、これを過冷却すべき酸素含
量の多い液体に対して熱交換することによって、酸素含
量の少ない液体から酸素含量多い液体へ冷却を伝達させ
ることが好ましい。この熱交換によって酸素含量の多い
液体を慣習的プラントにおけるよりも低温に過冷却する
ことができるので、低圧塔へ酸素含量の多い液体を導入
する際に生ずるフラッシュガスが少ない。従って、蒸気
流を産出物として取り出す、また．膨張させて熱交換器
の冷却に用いることができる。セパレータからの液体は
典型的には低圧塔へ通常のやり方で導入される。第２精
留塔に連通する凝縮器を任意に相セパレータ内に配置す
ることができる。酸素含量の少ない液体を相セパレータ
内にフラッシュする本発明の実施態様では、酸素含量の
多い液体の一部のみ（全部ではなく）を精留塔に連通す
る凝縮器に通し、他の部分は精留塔に連通する凝縮器に
通さずに低圧塔へ導入する。 酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却
を伝達するための代替方法または付加的方法は、過冷却
した酸素含量の少ない液体の一部を用いて、精留塔に連
通する凝縮器を冷却することである。これによって典型
的には、酸素含量の多い液体の温度を下げることはでき
ないが、第２精留塔に連通する凝縮器を液体状態で出る
酸素含量の多い液体の割合が大きくなる。 精留塔に連通する凝縮器の冷却に用いる、酸素含量の
少ない液体を、前記凝縮器が配置された補助液体−蒸気
接触塔内で、低圧塔から引き出された液体酸素流と混合
する。窒素流または酸素と窒素とから成る混合気体流を
補助塔から引き出して、産出物として取り出すまたは膨
張させて例えば主熱交換器の冷却に用いることができ
る。 酸素含量の少ない液体をフラッシュする相セパレータ
から酸素含量の少ない液体を任意に取り出して、精留塔
に連通する凝縮器の冷却に用いることができる。補助塔
から引き出した流れはセパレータから引き出した蒸気と
混合することも、この蒸気とは別々に維持することもで
きる。 本発明の他の好ましい実施態様では、酸素含量の少な
い液体流を低圧塔の上部と底部の中間レベルから引き出
した蒸気流と熱交換する。これによって前記蒸気流の少
なくとも一部が凝縮するが、生じた凝縮液は低圧塔へ戻
す。この蒸気流はアルゴン含量の比較的多い前記流れと
同じレベルにおいて低圧塔から引き出すのが好ましい。
中間凝縮器との前記熱交換関係を経た、典型的には蒸気
となった、酸素含量の少ない液体は産出物として取り出
すまたは外部仕事の作用によって膨張させて冷却作用を
発揮させる。酸素含量の少ない液体と前記中間蒸気との
間の熱交換は低圧塔上部において還流として用いる酸素
含量の少ない液体の必要量を減ずるために効果的であ
り、これによって酸素含量の少ない液体の一部を生成物
として取り出す、または主熱交換器の冷却に用いること
が可能になる。 本発明による方法とプラントを添付図面を参照しなが
ら、実施例によって説明する： 添付図面は一定の縮尺に基づくものではない。 添付図面の各図において同じ部分は同じ参照番号によ
って表す。 図面の第１図では、空気分離プラントは高圧塔４と低
圧塔６とから成る２部式塔２を含む。塔４と６は、塔４
には還流を生じ塔６には再沸を生ずる凝縮器−リボイラ
８によって連結している。 高圧塔４は典型的に６気圧（絶対）のオーダーの圧力
において作動する。高圧塔４は、水蒸気と二酸化炭素の
除去によって精製された主熱交換器（図示せず）におい
て通２での分離に通した温度に冷却された空気の流入口
を有する。技術上周知であるように、塔４に流入した空
気は塔４の底部から回収される酸素含量の多い留分と塔
４の上部から回収される酵素含量の少ない留分とに分離
される。典型的には、酸素含量の少ない留分は酸素含有
割合か低く、実際的に純粋な窒素である。酸素含量の多
い液体は塔４の底部から流出口12を通って引き出され、
熱交換器14において過冷却される。生成した過冷却液体
は２つの部分に分割される。最初の部分は側塔すなわち
第二精留塔16に連通する凝縮器18を冷却するために用い
られる。第二精留塔16は低圧塔６から引き出された液体
流から粗アルゴン産出物を産出するために用いられる。
凝縮器18を出た酸素含量の多い流体は次に膨張弁20を通
って流入口22から低圧塔６へフラッシュされる。過冷却
された酸素含量の多い液体の他の部分は弁24を通って流
入口26から塔６へフラッシュされる。 酸素含量の少ない液体は塔４の上部から流出口28を通
って引き出され、膨張弁30を通って相セパレータ32内へ
フラッシュされる。セパレータ32は重力下でフラッシュ
ガスから残留液体を分離するために用いられる。セパレ
ータ32からの酸素含量の少ない液体は熱交換器40を通る
ことによって過冷却され、この過冷却された酸素含量の
少ない液体は次に弁34を通って流入口36から塔６の上部
へフラッシュされる。 塔６に入った酸素含量の多い液体は酸素留分と窒素留
分とに分離される。液体酸素は凝縮器−リボイラ８内で
再沸され、流入口36から塔６の上部に入る酸素含量の少
ない液体によって液体窒素の還流が生ずる。塔６は典型
的に、1 1/2気圧（絶対）のオーダーの圧力において作
動する。気体状酸素産出物は流出口44を通って塔６から
引き出され、気体状窒素産出物は流出口46を通って塔６
の上部から引き出される。さらに、純粋でない窒素流が
流出口48を通って塔６から引き出される。流出口46と48
を通って塔６から引き出された流れはそれぞれ、過冷却
される液体に対して向流で熱交換器40と14をこの順序で
通る。これらの流れによる熱交換は酸素含量の多い液体
と酸素含量の少ない液体との過冷却を生ずる。 技術上周知であるように、局部的な最大アルゴン濃度
は低圧塔６の中間レベルにおいて生ずる傾向がある。流
出口50はこのような中間レベルに存在し、酸素とアルゴ
ンを含む流体流か流出口50から引き出され、第二精留塔
16の底部に入り、そこでこの流れは酸素とアルゴンとに
分離される。液体酸素は流入口52を通って塔６に戻り、
粗産出物である液体アルゴン流は流出口54を通って第二
精留塔16の上部から引き出され、望ましい場合にはさら
に精製される。 セパレータ32では、蒸気流がその上部から引き出さ
れ、酸素含量の多い液体に対して向流で熱交換器14を通
る。従って、この蒸気流は酸素含量の多い液体をさらに
過冷却するために有効である。このように、この蒸気流
は酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却
を伝達する手段を提供する。さらに、膨張弁30とセパレ
ータ32は蒸気形成圧力が塔４と６の作動圧力の間であ
り、例えば約28気圧であるように配置するのが好まし
い。この蒸気流に達せられる圧力は付加的な窒素産出物
として流れ42を、任意に産出物をさらに圧縮しながら、
引き出すことによって、または主熱交換器を冷却するた
めにまたは他の冷却作用を行うために用いられる冷却サ
イクルの使用流体としてこの蒸気流を用いることによっ
て利用される。例えば、第１図に示したプラントが窒素
液化装置（図示せず）に連通する場合には、流れ42をこ
のような液化装置の使用流体として用いることができ
る。 セパレータ32からの蒸気流は酸素含量の多い液体を熱
交換器14の通常の冷却よりも低温に過冷却することを可
能にする。従って、膨張弁20と24をこの液体が通ること
によって通常よりも明らかに少ないフラッシュガスが生
成し、このようなフラッシュガス生成量低下は塔６にと
って有利であると考えられ、実際に酸素含量の少ない液
体の一部を、塔６の上部への還流というその通常の作用
から逸脱して、産出物として取り出す、または冷却サイ
クルの使用流体として作用させるために用いることが可
能になる。一般に酸素含量の少ない液体と酸素含量の多
い液体が塔６に与える冷却度は慣習的プロセスにおける
冷却度と同じであるように選択される。従って、この冷
却の通常よりも大きい冷却度は酸素含量の多い液体が塔
に導入されることによって生ずると理解される。酸素含
量の多い液体は酸素含量の少ない液体よりも高温におい
て塔に溝入されるので、高温において上り大きい冷却度
が得られ、これによって塔６内でより効果的な分離が行
われる。このような熱力学的考察から、塔６の効果上昇
によって少ない液体からさらに産出物が得られると理解
される。 第２図に示したプラントは第１図に示したプラントと
多くの類似点を有しており、第１図の部分に対応する、
同じ機能を有する部分は以下で説明しないことにする。
第１図に示したプラントと第２図に示したプラントとの
間の主な相違点の１つは、塔４の流出口28から引き出さ
れる酸素含量の少ない液体のフラッシュ分離が行われな
いことである。しかし、第１図に示したプラントと同様
に、流出口28から引き出される液体の全てが膨張弁34を
通るとはかぎらない。引き出された液体の一部は塔６へ
流入する流れから熱交換器14と40との中間の位置で取り
出される。過冷却される液体のこの部分は弁63を通って
フラッシュされ、生成する液体は流入口62を通って補助
液体−蒸気接触塔60（以下単に塔60という）の底部に導
入される。補助液体−蒸気接触塔の機能はこの液体を流
出口64を通って低圧塔６の底部から引き出される液体酸
素流と混合することである。この液体酸素は流入口66か
ら塔60の上部へ導入される。塔60内での２つの流れの混
合は凝縮器18を付加的に冷却するために有効であり、こ
れによって凝縮器18でのアルゴン凝縮速度の強化および
液体アルゴン産出速度の促進が可能となる。流入口62か
ら塔60へ入る窒素は典型的に、凝縮器18が浸漬するまた
は部分的に浸漬する液体窒素量を形成する。このように
して、凝縮器18は塔60のリボイラとして機能する。ガス
流は流出口68を通って塔60から引き出される。このガス
流は典型的に流入口62から導入される窒素と流入口66か
ら塔60へ導入される酸素との混合物から成る。流出口68
を通って塔60から引き出される流れは熱交換器40と14を
この順序で、このような熱交換器で過冷却されるべき液
体に対して向流で通過する。塔60は高圧塔４と高圧塔６
の圧力の中間の圧力で作動するのが好ましい。例えば、
流出口68から引き出された流れは28気圧の圧力を有し、
比較的純粋である場合には、窒素産出物として利用され
る、または冷却サイクルの使用流体として用いられる。 第１図に示したプラントと同様に、流入口62を通って
塔60へ流入した酸素含量の少ない液体流は過冷却される
酸素含量の多い液体の冷却に用いられる。この場合に、
冷却の伝達は第二精留塔16の凝縮器18内で行われる。し
かし、第１図に示したプラントとは異なり、この冷却伝
達は付加的な過冷却度を実質的に生じない。むしろ、凝
縮器18に存在する酸素含量の多い液体の大きい割合が液
状であるので、凝縮器18から液状で流出する酸素含量の
多い流体の割合が大きくなる。このことは塔６の作動を
効率良くする効果を有し、塔60から流れ68（実際には酸
素含量の少ない液体から引き出された流れ）の効率低下
を伴わない除去を可能にする。 第３図では、上記プラントに代り得る他のプラントを
説明する。このプラントでは、凝縮器18において酸素含
量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却の伝達が
行われる。しかし、この実施例では、塔60が用いられな
い。その代り、熱交換器14と40の中間位置で過冷却液体
から引き出される酸素含量の多い液体部分は液体酸素ま
たは塔から取り出された他の酸素流と混合されずに、凝
縮器18を通過する。凝縮器18を通過した後に、酸素含量
の少ない液体は熱交換器40と14をこの順序において過冷
却されるべき液体に対して向流で通る。凝縮器18に入る
液体窒素は塔４と６の平均圧力の中間圧力、例えば約28
気圧（絶対）において凝縮器18に入るように、凝縮器18
の上流で膨張弁72を通って膨張するのが好ましい。凝縮
器18を出た窒素流体は熱交換器40および14を経過した後
に、窒素産出物流70として取り出されるか、または冷却
サイクルの使用流体として用いられる。第３図に示した
プラントから得られる利点は第２図に示したプラントの
使用から生ずる利点と同じであるが、この場合には低圧
塔６の流出口64から液体酸素を補助塔60へ導く必要がな
いという付加的利点が存在する。 添付図面の第４図に示したプラントは過冷却熱交換器
14と凝縮器18の２個所において酸素含量の少ない液体か
ら酸素含量の多い液体への冷却の効果的な伝達を可能に
するので、特に好ましい。第４図に示したプラントは相
セパレータ32を含み、第１図の膨張弁30と第２図の塔60
とを連結させる。このように、第４図に示したプラント
では、セパレータ32内で分離された液体が次に熱交換器
14と40の中間で分岐して、１部分は弁34と流入口36を通
って還流として塔16へ導入される過冷却液体となり、他
の部分は流入口62から塔60へ導入される過冷却液体とな
る。従って、このプラントから生ずる利点は第１図と第
２図に示したプラントによって与えられる利点と同じで
ある。典型的には（絶対的にではなく）、相セパレータ
32と塔60は互いに同じ圧力で作動する。相セパレータ32
からの蒸気流は流出口68を通って塔60から引き出される
流れとは別々に維持されるが、このような流れと混合さ
れることもできる。弁24を通過した過冷却液体の蒸気は
弁24の上流で98Kの温度を有するので、流入口６から塔
６に入る流体は5.7容量％のフラッシュガスを含有す
る。 第５図では、第４図に示したプラントが実際に相セパ
レータ32（それに付随する膨張弁30とともに）と第２図
の補助液体−蒸気接触塔60とを連結するのと丁度同じ様
に、第５図のプラントは相セパレータ32（それに付随す
る膨張弁30とともに）と、添付図面の第３図に説明した
凝縮器18を通過する酸素含量の少ない流体とを結合させ
る。第４図に示したプラントと同様に、相セパレータ32
からの過冷却液体は熱交換器14と40の中間において２部
分に分割される。凝縮器18に存在する酸素含量の少ない
流れは典型的に、相セパレータ32に存在する蒸気流の圧
力と実質的に同じ圧力であるが、これらの２流体を任意
に異なる圧力にすることも可能である。流れ42と70は別
々に維持することも、混合することも可能である。 第６図では、酸素含量の少ない液体から、低圧塔６の
中間レベルから取り出した蒸気流へ冷却を伝達し、生成
した液体を低圧塔へ戻すプラントを説明する。塔６から
引き出した流れとの熱交換によって生じた、気化した酸
素含量の少ない液体を取り出し、この気化した液体を産
出物として取り出す、または冷却サイクルの使用流体と
して熱交換器の冷却に用いることが可能になる。従っ
て、塔４の上部に集まる酸素含量の少ない液体の一部は
流出口100から取り出され、それがさらされる圧力を4.7
気圧（絶対）に減ずるような絞り弁または膨張弁102を
通過する。生成した液体は熱交換器104に導入され、そ
こで流出口50と同じレベルにある流出口106を通って塔
６から引き出された蒸気流との熱交換によって気化す
る。蒸気流は熱交換器104内で凝縮され、凝縮液は流入
口108から低圧塔６に戻される。熱交換器104を出る気化
した酸素含量の少ない液体は、塔から流出口12を通って
引き出された酸素含量の多い液体に対して向流で熱交換
器14を通過し、この液体を冷却する。酸素含量の少ない
液体は、熱交換器14を出た後、図示したプラントから流
れ110として流出し、主熱交換器の冷却に用いられる、
または産出物として取り出される。 流出口28から引き出された酸素含量の少ない液体は、
第７図に示すように、全てが低圧塔６への還流として用
いられるか、または絞り弁30を通って相セパレータ32へ
流入し、生じた液体のみがこのような還流として用いら
れ、生成した蒸気は熱交換器14を酸素含量の多い液体に
対して向流で通って流出し、流れ42として取り出される
か、産出物としてまたは冷却サイクルの使用流体として
利用される。 次に添付図面の第８図では、第１図〜第７図に示した
プラントのいずれかに関連して用いられる主熱交換器ユ
ニット80を説明する。熱交換器80を通る多くの通路を図
示する。通路82は第１図〜第７図に示した低圧塔のいず
れかの流出口44から引き出した流れである低圧の気体状
酸素流の通路であり、通路84は第１図〜第５図に示した
プラントのいずれかにおける熱交換器14に存在する窒素
産出物流から取り出される低圧の気体状窒素産出物流の
通過であり、通路86は第１図〜第７図に示したプラント
のいずれかの熱交換器14に存在する廃棄窒素流から取り
出される、低圧の廃棄窒素流の通路である。さらに、水
分および二酸化炭素のような低揮発性不純物を除去した
空気の通路である通路86が存在する。空気は典型的に６
気圧（絶対）のオーダーの圧力において熱交換器ユニッ
ト80に入る。低圧塔６の平均作動圧力よりも高く高圧塔
４の平均作動圧力よりも低い圧力での窒素産出物流の通
路90も存在する。気体流は通路88を流れる流入空気に対
して向流で、通路82、84、86および90を通って流れる。
第８図に示したプラントを第１図に示したプラントとと
もに用いる場合には、第１図に示した流れ42が通路90を
通過する。第８図に示したプラントを第２図に示したプ
ラントとともに用いる場合には、塔60の流出口68から引
き出された流れが通路90を通過する。第８図に示したプ
ラントを第３図に示したプラントとともに用いる場合に
は、流れ70が通路90を通過する。第８図に示したプラン
トを第４図に示したプラントとともに用いる場合には、
通路90を流れる流れは流れ42と塔60の流出口68からの気
体との混合物である。第８図に示したプラントを第５図
に示したプラントとともに用いる場合には、通路90を流
れる流れは流れ42と70の混合物である。第８図に示した
プラントを第６図に示したプラントとともに用いる場合
には、通路90を流れる流れは流れ110であり、第８図に
示したプラントを第７図に示したプラントとともに用い
る場合には、通路90を流れる流れは流れ42と流れ110と
の混合物である。 熱交換器80を冷却するために、圧縮空気の一部を熱交
換器80の加熱端部の上流から引き出し、ブースターコン
プレッサ92中でさらに圧縮する。この空気は次に熱交換
器90内を空気の残部と並流で流れ、熱交換器90の中間位
置から引き出され、好ましくはコンプレッサ92に結合し
た膨張タービン94において外部仕事の作用によって膨張
してから、通路86を流れる廃棄窒素と熱交換器80への入
口の直接上流で合流する。ブースターコンプレッサ92の
流出圧力とタービン94の流出圧力はタービン94によって
生ずる冷却は熱交換器80の冷却の全ての要件を満たすた
めに有効である。この代りに、例えば廃棄窒素流の一部
を、ブースターコンプレッサとタービンを含む同じ冷却
回路で用いて、熱交換器80の冷却要件の残りを満たすこ
ともできる。 第９図は第８図に説明した熱交換器と同じ熱交換器を
示す。しかし、この例では通路90を通るガスが最初に圧
縮されてから、次に膨張されて熱交換器80を冷却し、流
入空気88の全てが熱交換器80を通る。従って、熱交換器
80の冷却端部から通路90を出る窒素流はブースターコン
プレッサ96内で圧縮され、通路88を流れる空気とは並流
で熱交換器80に戻って流れ、熱交換器80の中間位置から
引き出され、膨張タービン98内で外部仕事の作用に上っ
て膨張する。第８図に示した装置と同様に、膨張タービ
ン98内に存在する冷却ガスは熱交換器80の加熱端部の直
接上流で廃棄窒素流と合流する。膨張タービン98はブー
スターコンプレッサ96に連結するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による第１空気分離プラントの一部の概
略回路図であり； 第２図は本発明による方法を実施するための第２プラン
トの一部の概略回路図であり； 第３図は本発明による方法を実施するための第３プラン
トの一部の概略回路図であり； 第４図は本発明による方法を実施するための第４プラン
トの一部の概略回路図であり； 第５図は本発明による方法を実施するための第５プラン
トの一部の概略回路図であり； 第６図は本発明による方法を実施するための第６プラン
トの一部の概略回路図であり； 第７図は本発明による方法を実施するための第７プラン
トの一部の概略回路図であり； 第８図は第１図〜第７図に示したプラントのいずれかと
ともに用いることのできる主熱交換器冷却プラントの一
部の概略回路図であり； 第９図は第８図に示したプラントに代り得る冷却プラン
トを説明する回路図である。 ２……２部式精留塔、４……高圧塔、６……低圧塔、８
……凝縮器−リボイラ、14……熱交換器、18……凝縮
器、20……膨張弁、32……セパレータ、38、40……熱交
換器、60……補助塔、80……主熱交換器ユニット、92…
…ブースターコンプレッサ、98……膨張タービン。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．次の工程： （ａ） 極低温蒸留による空気の分離に適したレベルに
    空気の温度を下げるために、少なくとも１つの主熱交換
    器に圧縮空気を通す； （ｂ） このように温度を下げた空気を（ｉ）高圧塔、
    （ii）低圧塔及び（iii）高圧塔へは還流を生じ、低圧
    塔へは再沸を生ずる凝縮器−リボイラとを含む二重精留
    塔の高圧塔に通す； （ｃ） 高圧塔内の空気を酸素含量の多い液体留分と酸
    素含量の少ない蒸気留分とに分離する； （ｄ） 前記凝縮器−リボイラ内で前記酸素含量の少な
    い蒸気留分を凝縮し、凝縮蒸気の一部を高圧塔への還流
    として用い、凝縮蒸気の残部を回収する； （ｅ） 高圧塔から酸素含量の少ない液体を取り出し、
    過冷却し、過冷却液体を低圧塔への還流として用いる； （ｆ） 高圧塔から酸素含量の多い液体を取り出し、過
    冷却し、過冷却液体を低圧塔内で窒素蒸気留分と液体酸
    素留分とに分離する； （ｇ） 低圧塔からアルゴン含量の比較的多い流れを取
    り出しそして第二精留塔内でそれをアルゴン含量の多い
    留分と酸素留分とに分離し、前記第二精留塔は凝縮器を
    有し、前記凝縮器は前記低圧塔に導入する前の工程
    （ｆ）の酸素含量の多い液体によって冷却され、そし
    て、アルゴン含量の多い留分を第二精留塔から取り出
    す；そして （ｈ） 低圧塔から窒素蒸気と酸素蒸気とを取り出し、
    取り出した窒素蒸気と酸素蒸気とを流入空気に対して向
    流で主熱交換器に通すことを含む、 空気からアルゴン生成物と酸素生成物とを分離する方法
    において、酸素含量の少ない液体の一部を気化して、産
    出物として取り出すかまたは外部仕事の作用によって膨
    張させて冷却作用を発揮させ、そして冷却エネルギーを
    酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ伝達す
    ることを特徴とする方法。 ２．冷却作用が前記主熱交換器の少なくとも１つを冷却
    することである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３．酸素含量の少ない液体の前記部分は、その気化とそ
    の膨張との中間段階において圧縮される特許請求の範囲
    第１項または第２項記載の方法。 ４．酸素含量の少ない液体の前記膨張が前記主熱交換器
    を冷却するための全ての要件を満たす特許請求の範囲第
    ３項記載の方法。 ５．流入空気から若干の空気を分岐して、さらに圧縮
    し、主熱交換器内で冷却し、外部仕事の作用によって膨
    張させて、主熱交換器の冷却に利用する特許請求の範囲
    第１項記載の方法。 ６．空気の膨張が主熱交換器の冷却要件を満たす特許請
    求の範囲第５項記載の方法。 ７．酸素含量の少ない液体をセパレータ内に通すことに
    よって、冷却の伝達を行わせ、セパレータ内で主成する
    流体を液相と蒸気相とに分離し、空気をセパレータから
    取り出し、この蒸気を過冷却すべき酸素含量の多い液体
    に対して熱交換し、次に蒸気は産出物として取り出すか
    または外部仕事の作用によって膨張させ、分離した液体
    は低圧塔へ供給する酸素含量の少ない液体とする特許請
    求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の方法。 ８．酸素含量の多い液体の一部のみを精留塔に連通する
    凝縮器に通し、酸素含量の多い液体の他の部分は精留塔
    に連通する凝縮器に通さずに、直接第２精留塔に供給す
    る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９．酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷
    却を伝達するために、過冷却した酸素含量の多い液体の
    一部を利用して、第二精留塔に連通する凝縮器を冷却す
    る特許請求の範囲第１項〜第８項記載の方法。 １０．次の工程： （ａ） 極低温蒸留による空気の分離に適したレベルに
    空気の温度を下げるために、少なくとも１つの主熱交換
    器に圧縮空気を通す； （ｂ） このように温度を下げた空気を（ｉ）高圧塔、
    （ii）低圧塔及び（iii）高圧塔へは還流を生じ、低圧
    塔へは再沸を生ずる凝縮器−リボイラとを含む二重精留
    塔の高圧塔に通す； （ｃ） 高圧塔内の空気を酸素含量の多い液体留分と酸
    素含量の少ない蒸気留分とに分離する； （ｄ） 前記凝縮器−リボイラ内で前記酸素含量の少な
    い蒸気留分を凝縮し、凝縮蒸気の一部を高圧塔への還流
    として用い、凝縮蒸気の残部を回収する； （ｅ） 高圧塔から酸素含量の少ない液体を取り出し、
    過冷却し、過冷却液体を低圧塔への還流として用いる； （ｆ） 高圧塔から酸素含量の多い液体を取り出し、過
    冷却し、過冷却液体を低圧塔内で窒素蒸気留分と液体酸
    素留分とに分離する； （ｇ） 低圧塔からアルゴン含量の比較的多い流れを取
    り出しそして第二精留塔内でそれをアルゴン含量の多い
    留分と酸素留分とに分離し、前記第二精留塔は凝縮器を
    有し、前記凝縮器は前記低圧塔に導入する前の工程
    （ｆ）の酸素含量の多い液体によって冷却され、そし
    て、アルゴン含量の多い留分を第二精留塔から取り出
    す；そして （ｈ） 低圧塔から窒素蒸気と酸素蒸気とを取り出し、
    取り出した窒素蒸気と酸素蒸気とを流入空気に対して向
    流で主熱交換器に通す、 ことを含む空気からアルゴン生成物と酸素生成物とを分
    離する方法において、 （ｉ） 酸素含量の少ない液体部分は、補助液体−蒸気
    接触塔内で低圧塔から取り出した液体酸素流と混合さ
    れ； （ii） 第二精留塔に連通する凝縮器が前記補助接触塔
    内にあること；および （iii） 窒素流または酸素と窒素とを含むガス混合物
    流を補助接触塔から産出物として取り出すか、または外
    部仕事の作用によって膨張させて冷却作用を発揮させる
    こと を特徴とする方法。 １１．アルゴン塔に連通する凝縮器が存在するセパレー
    タ内に酸素含量の少ない液体を通し、ここで生成する流
    体を液相と蒸気相とに分離し、蒸気をセパレータから取
    り出し、過冷却すべき酸素含量の多い液体に対して熱交
    換し、次に蒸気を産出物として取り出すか、または外部
    仕事の作用によって膨張させ、分離した液体流は低圧塔
    へ導入する酸素含量の少ない液体とすることによって、
    冷却の伝達が行われる特許請求の範囲第１項〜第６項の
    いずれかに記載の方法。 １２．精留塔に連通する凝縮器の冷却に用いる酸素含量
    の少ない液体を前記相セパレータから取り出す特許請求
    の範囲第９項または第10項記載の方法。 １３．酸素含量の少ない液体流を低圧塔の上部と底部と
    の中間レベルから取り出した蒸気と熱交換し、これによ
    って前記蒸気流の少なくとも一部を凝縮させ、生じた凝
    縮液は低圧塔へ戻し、前記酸素含量の少ない液体を気化
    させ、蒸気を産出物として取り出すか、または外部仕事
    の作用によって膨張させて、冷却作用を発揮させる特許
    請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の方法。 １４．前記蒸気流を前記アルゴン含量の比較的多い流れ
    と同じレベルにおいて低圧塔から取り出す特許請求の範
    囲第１項記載の方法。 １５．（ａ） 極低温蒸留による空気の分離に適したレ
    ベルに空気の温度を下げるために、少なくとも１つの主
    熱交換器； （ｂ） 空気分離用の（ｉ）高圧塔、（ii）低圧塔及び
    （iii）高圧塔へは還流を生じ、低圧塔へは再沸を生ず
    る凝縮器−リボイラとを含む二重精留塔； （ｃ） 高圧塔から酸素含量の少ない液体を取り出し、
    過冷却し、その過冷却液体を低圧塔へ還流する部材； （ｄ） 高圧塔から酸素含量の多い液体を取り出し、過
    冷却し、その過冷却液体を低圧塔に導入する部材； （ｅ） 低圧塔からアルゴン含量の比較的多い流れを取
    出す部材； （ｆ） そのアルゴン含量の比較的多い液れをアルゴン
    含量の多い留分と酸素留分に分離するための第二精留
    塔； （ｇ） 前記第二精留塔は凝縮器を有し、前記凝縮器は
    前記低圧塔に導入する前の（ｄ）項におけるその酸素含
    量の多い液体によって冷却されるものであり； （ｈ） アルゴン含量の多い留分を前記第二精留塔から
    取出す部材； （ｉ） 低圧塔から窒素蒸気と酸素蒸気とを取り出す部
    材； （ｊ） 過冷却した酸素含量の少ない液体の一部を気化
    させる部材； （ｋ） 酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体
    へ冷却を伝達する部材；及び （ｌ） 気化した液体を産出物として取り出す部材また
    は外部仕事の作用によって膨張させて冷却を行わせる部
    材 を含むプラント。
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