JP2735742B2 - 供給原料空気流の極低温分離法及び装置 - Google Patents

供給原料空気流の極低温分離法及び装置

Info

Publication number
JP2735742B2
JP2735742B2 JP4144777A JP14477792A JP2735742B2 JP 2735742 B2 JP2735742 B2 JP 2735742B2 JP 4144777 A JP4144777 A JP 4144777A JP 14477792 A JP14477792 A JP 14477792A JP 2735742 B2 JP2735742 B2 JP 2735742B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
distillation column
nitrogen product
expanded
feed air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP4144777A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05157448A (ja
Inventor
ラケッシュ．アグレイワル
ジアングー．スー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=24811887&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2735742(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Publication of JPH05157448A publication Critical patent/JPH05157448A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2735742B2 publication Critical patent/JP2735742B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04181—Regenerating the adsorbents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04315—Lowest pressure or impure nitrogen, so-called waste nitrogen expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04721—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column
    • F25J3/04733—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column using a hybrid system, e.g. using adsorption, permeation or catalytic reaction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20—Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F25J2200/54—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column in the low pressure column of a double pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/939—Partial feed stream expansion, air

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気を蒸留してその構
成成分に分離するための極低温法と、この極低温法で使
用するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】空気の
構成成分の特定の応用では、しばしば構成成分を空気分
離プラントから液体生成物として生産することが要求さ
れる。高圧極低温空気分離サイクルは、装置が比較的小
型であること、配管径が比較的小径であることのみなら
ず、これらの配管と装置を通過することによる圧力低下
によるエネルギー損失が小さいという利点がある。残念
ながら、高圧空気分離プラントサイクルにより生産され
る窒素は、その用途で必要とされる圧力より高い圧力で
あることが典型的である。高圧サイクルからのこの余剰
の圧力のエネルギーは液体生成物の生産に利用できる。
この余剰圧力エネルギーの有用性に対しての探求は、高
圧サイクルからの窒素生成物の圧力エネルギーを利用す
るさらに有効な方法を見出すことである。
【０００３】液体酸素及び／又は液体窒素の普通の製法
は、低圧塔が約２乃至９ｐｓｉｇ（１４〜６０ｋＰａ
（ゲージ圧））の圧力範囲で運転する低圧サイクル空気
分離装置に液化機を付加することである。米国特許第
４，１５２，１３０号明細書では圧縮空気を膨張させて
液化に必要な寒冷を供給することを示しているように、
液化機を空気分離プラントと一体にできる。空気膨張サ
イクルでは、大量の液体窒素生成物が必要な場合には、
アルゴンと酸素の回収率が悪くなることが不利益であ
る。
【０００４】米国特許第４，７０５，５４８号明細書で
は窒素での熱ポンプを用いてこの回収の問題解決を教示
しているが、残念なことには、この熱ポンプ工程が熱交
換器におけるエネルギー損失を増大させるので非効率を
持込み、資本経費を増大させる。
【０００５】イギリス国特許第１，４５０，１６４号明
細書は、空気分離装置の運転圧力を増大させて、増圧窒
素生成物を生産し、その後、この圧力エネルギーを用い
て液体酸素の生産に必要な寒冷の補足を行う。このサイ
クルは、加圧窒素の膨張で発生する寒冷の利用でエネル
ギーの質を不必要に低下させるので有効ではない。
【０００６】通常の空気分離プラントの別の問題は、典
型的例として、大気圧に非常に近い（たとえば、大気圧
より約０．５ｐｓｉ（３．４ｋＰａ）高い）圧力である
ことを必要とする冷却水の生産に、又大気圧より１乃至
３ｐｓｉ（７〜２１ｋＰａ）高い圧力であることを必要
とする分子篩層の再生に、大量の廃棄窒素を用いること
である。一般的には、両方の流れを低圧塔から発生さ
せ、その圧力は分子篩再生流れの圧力により設定され、
その結果塔の圧力がより高くなり、従って主空気圧縮機
からの排出圧力がより高くなる。低圧塔の圧力を設定す
る別の方法は、水冷却窒素流れ圧に従い、再生流れを必
要圧力に圧縮することである。この解決策は、再生流れ
増圧器と後段冷却器が資本経費に加わるので、さらなる
資本を必要とする。
【０００７】本発明の目的は、空気をその構成成分に分
離する改良された極低温法を提供することであり、その
極低温法で使用するための装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の方法において
は、２つの蒸留塔すなわち、相互に熱伝達し合う高圧蒸
留塔と低圧蒸留塔、そしてこの低圧塔から原料供給を受
け且つ低圧塔と同じ圧力で運転するアルゴン塔を少なく
とも有する蒸留塔装置を用いる。前記蒸留塔装置の低圧
塔は９乃至７５ｐｓｉｇ（６０〜５２０ｋＰａ（ゲージ
圧））の圧力で運転し、窒素生成物をその上部から生産
する。前記蒸留塔装置への空気の少くとも５０％をこの
窒素生成物として取り出すが、それは少くとも９５％の
濃度を有し、少くとも９ｐｓｉｇ（６０ｋＰａ（ゲージ
圧））の圧力である。
【０００９】本発明の改良点は、 （ａ）上記気体窒素生成物を少なくとも液体窒素生成物
及び高圧蒸留塔からの酸素に富んだ底部液との熱交換に
より加温し、 （ｂ）この加温した窒素生成物を等エントロピー膨張さ
せてその温度を（ｉ）高圧蒸留塔から取り出した上記酸
素に富んだ底部液の温度未満か又は（ｉｉ）上記供給原
料空気の露点以下に低下させ、そして、 （ｃ１）上記酸素に富んだ底部液を上記膨張させた窒素
生成物との熱交換で過冷してから弁を通して当該底部液
の圧力を等エンタルピーで低下させて低圧蒸留塔へ供給
し、及び／又は、 （ｃ２）上記供給原料空気を上記膨張させた窒素生成物
との熱交換で冷却し、この窒素生成物は当該膨張の前に
供給原料空気との熱交換により加温することである。
【００１０】
【作用】本発明は、少くとも高低２つの圧力で運転する
２つの蒸留塔を具備し且つアルゴン塔を含み、低圧蒸留
塔の運転圧力を通常の２乃至９ｐｓｉｇ（１４〜６０ｋ
Ｐａ（ゲージ圧））の圧力以上に増圧する蒸留塔装置を
用いる極低温空気分離法の改良である。低圧塔の圧力を
９乃至７５ｐｓｉｇ（６０〜５２０ｋＰａ（ゲージ
圧））にすれば、低圧塔窒素生成物は同様の圧力で生産
される。そのうえ、空気分離プラントに到来する空気の
少くとも５０％をこの低圧塔窒素生成物として取り出
し、この取り出した窒素生成物は少くとも９５％の窒素
濃度を有し圧力は少くとも９ｐｓｉｇ（６０ｋＰａ（ゲ
ージ圧））である。前記蒸留塔からのこの高圧窒素の有
意の部分を膨張機で極低温で等エントロピー膨張させ
て、液体窒素及び／又は液体酸素及び／又は液体アルゴ
ンの生産に必要な寒冷を供給する。
【００１１】そして本発明の改良は、 （ａ）上記気体窒素生成物を少なくとも液体窒素生成物
及び高圧蒸留塔からの酸素に富んだ底部液との熱交換に
より加温し、 （ｂ）この加温した窒素生成物を等エントロピー膨張さ
せてその温度を（ｉ）高圧蒸留塔から取り出した上記酸
素に富んだ底部液の温度未満か又は（ｉｉ）上記供給原
料空気の露点以下に低下させ、そして、 （ｃ１）上記酸素に富んだ底部液を上記膨張させた窒素
生成物との熱交換で過冷してから弁を通して当該底部液
の圧力を等エンタルピーで低下させて低圧蒸留塔へ供給
し、及び／又は、 （ｃ２）上記供給原料空気を上記膨張させた窒素生成物
との熱交換により冷却し、この窒素生成物は当該膨張前
に供給原料空気との熱交換により加温することである。
【００１２】上述の２つの膨張の方法を組合わせて、２
つ以上の膨張機を用いて高圧窒素流れを膨張させること
ができる。
【００１３】本発明の別の態様は、空気清浄層を再生す
る流れを高圧サイクルで生産した他の窒素生成物から別
個に生産することである。この再生流れは、高圧塔窒素
生成物から、あるいは低圧塔窒素生成物から膨張させて
も差支えない。再生流れを生成させるこれら２つの方法
をサイクルに組入れることができる方法は数多い。
【００１４】図１乃至８及び図１０は本発明の方法の可
能性のある態様のいくつかを示す工程系統図である。図
１乃至４に示す態様はそれぞれＬＥＰ、ＳＥＰ、ＢＥＰ
とＥＰサイクルと称せられる。
【００１５】図１乃至８及び図１０の態様には、数々の
共通の特徴がある。理解を容易にするため、サイクルの
主要極低温蒸留部分を示すこれらの特徴をここで説明す
る。上述の図に関して、極低温で凍結する微粒子物質、
水、二酸化炭素や他の成分を除去した圧縮供給原料空気
を管路１０１を経由して主熱交換器９００に送り、その
露点に近い温度に冷却する。その後、この冷却供給原料
空気を管路１１０経由で高圧塔９０２に送り、高圧窒素
オーバーヘッドと酸素に富んだ底部液とに精留する。
【００１６】前記高圧窒素オーバーヘッドの一部を管路
１２０を経由して高圧塔９０２から取り出し、低圧塔９
０４の下部に配置されたリボイラー・凝縮器９１２で沸
騰液体酸素に接触させて完全に凝縮させる。この完全凝
縮させた高圧液体窒素を管路１２２を経由してリボイラ
ー・凝縮器９１２から取り出し、２つの部分に分割す
る。第１部分は管路１２４を経由して液体還流として高
圧塔９０２の上部に戻す。管路３を経由する第２部分
は、過冷器９１８で過冷した後フラッシュさせる。得ら
れた液体の部分は、液体窒素製品として管路４００によ
りプロセスから取り出される。高圧窒素オーバーヘッド
の残部を管路１３５を経由して高圧塔９０２から取り出
し、主熱交換器９００で加温して寒冷を回収し、管路１
３９を経由して高圧窒素生成物として回収する。
【００１７】高圧塔９０２から管路５を経由して取り出
された酸素に富んだ底部液は、過冷後フラッシュして管
路５４を経由して低圧塔９０４の適切な位置に送り、低
圧塔窒素オーバーヘッドと液体酸素底部液とに蒸留す
る。
【００１８】前記液体酸素底部液の少くとも一部は、リ
ボイラー・凝縮器９１２で気化させて低圧塔９０４で沸
騰作用を起こさせる。残部の液体酸素底部液は、低圧塔
９０４から管路１１７を経由して取り出し、過冷して後
管路５００を経由して液体酸素生成物として回収する。
リボイラー・凝縮器９１２で気化させた気体酸素の一部
は、低圧塔９０４から管路１９５を経由して取り出さ
れ、主熱交換器９００で加温して寒冷の回収を行い、気
体酸素生成物として管路１９４を経由して回収する。こ
の管路１９４の気体酸素生成物は、さらなる圧縮を行っ
て所定の圧力にすることができる。この酸素圧縮手順は
図示されていない。
【００１９】上述の図に示された実施態様においては、
純粋液体アルゴンの生産も行われる。それには、アルゴ
ン含有蒸気側流を管路６６を経由して低圧塔９０４の中
間の適当な位置から取り出して、低圧塔９０４と同じ圧
力で運転するアルゴン塔９０６の下部に供給し、５００
０ｖｐｐｍ以下の酸素を含有するアルゴンオーバーヘッ
ドとアルゴン含有底部液とに蒸留する。前記アルゴン含
有底部液をアルゴン塔９０６から管路６８を経由して取
り出し、低圧塔９０４に還流させる。アルゴンオーバー
ヘッドは、管路６５を経由してアルゴン塔９０６から取
り出し、２つの部分に分割する。管路６３の第１部分
は、リボイラー・凝縮器９０８で凝縮してアルゴン塔９
０６の上部に液体還流として還流させる。管路６４の第
２部分は、吸着器９１０を用いて精製して純粋アルゴン
生成物とし、管路６２のこの純粋アルゴン生成物を、リ
ボイラー・凝縮器９０８で凝縮し過冷して純粋液体アル
ゴン生成物として管路６００を経由して回収する。前記
純粋アルゴン生成物の精製には、上述の吸着技術以外の
方法を採用することもできる。吸着技術以外の方法の例
としては、酸素を除去するためには「デオキソ」法又は
「ゲッター」法が採用され、窒素の除去には蒸留法が採
用される。低圧塔９０４における上記リボイラー・凝縮
器９０８の設置位置は、管路６６の側流引き出し位置
と、管路５４の酸素に富んだ液供給位置の中間位置と
し、正確な位置を選択して必要とされる凝縮を行うのに
十分な寒冷を供給するようにする。リボイラー・凝縮器
９０８では、この寒冷は低圧塔９０４を降下する液体を
沸騰させて低圧塔９０４の上部に追加の沸騰を行わせる
ことによって得られる。アルゴン塔９０６への還流液の
供給は他の周知の方法によってもよく、たとえば管路６
３のアルゴンオーバーヘッドの一部を、管路５の酸素に
富んだ底部液によって凝縮させてもよい。
【００２０】最後に、液体還流を低圧塔９０４に供給す
るため、酸素量の低下した液体側流を管路４を経由して
高圧塔９０２の中間位置から取り出し、過冷、フラッシ
ュして、管路８０経由、低圧塔９０４に送る。
【００２１】先に述べた通り、本発明の改良は、低圧塔
９０４の上部で生産された管路１３０の高圧窒素流れを
利用して効果的且つ能率的に寒冷を発生させ且つ回収す
ることである。この利用については、ここでいくつかの
その特定の態様を参照して詳論する。
【００２２】図１はＬＥＰサイクルについてのものであ
るが、低圧塔９０４の上部で生産された管路１３０の高
圧窒素流れを過冷器９１８で、高圧塔９０２の中間位置
から抜き出され、後に管路８０を経由して低圧塔９０４
へ液体還流として供給される管路４の酸素量の低下した
液体流れと熱交換し、また管路３の液体窒素流れと熱交
換して加温し、そして過冷器９１４で管路５の酸素に富
んだ底部液と熱交換して加温する。次いで、管路１３３
のこの加温窒素流れを２つの部分に分割する。管路１４
３の第１部分（第１副流）を膨張機９２０で等エントロ
ピー膨張させ、管路２４２のこの膨張流出物と、管路３
の液体窒素のフラッシュによる管路３９８の蒸気とを混
合する。管路２４１のこの混合流を用いて、管路５の酸
素に富んだ底部液を過冷器９１４と過冷器９１６で過冷
する。管路１３４の第２部分（第２副流）は、主熱交換
器９００でさらに加温して膨張機９２２で膨張させる。
管路９のこの膨張流出物を、過冷器９１４からの管路１
４４の加温窒素と混合する。管路１４７のこの混合低圧
窒素を熱交換器９００で加温して寒冷を回収し、低圧気
体窒素生成物として管路１４８を経由して取り出す。こ
の管路１４８の低圧気体窒素生成物は廃棄物塔（図示せ
ず）における水の冷却に使用できる。
【００２３】このサイクルにおいて、管路２４３の空気
清浄化分子篩層再生流は、高圧塔９０２から側流として
管路７により取り出される。必要に応じこの再生流は高
圧塔９０２の上部から取り出すことができる。この側流
を主熱交換器９００で適当な膨張温度に加熱し、膨張機
９２４で膨張させて、それをさらに主熱交換器で加温し
て膨張により発生した寒冷を回収する。
【００２４】図２に関し、ＳＥＰサイクルでは、管路１
３３の加温した高圧窒素のすべてを膨張機９２０で膨張
させる。本サイクルの残りは図１に本質的に示されてい
る。
【００２５】図３に関し、ＢＥＰサイクルでは、管路１
３３の加温した高圧窒素の全部を主熱交換器９００でさ
らに加温してから膨張機９２２で膨張させる。管路９の
膨張窒素を、管路３のフラッシュ液体窒素からの管路３
９８の窒素蒸気と混合し、この混合流れを主熱交換器９
００で加温して寒冷を回収する。
【００２６】図４に関し、ＥＰサイクルでは、管路１３
３の加温した窒素流れをその後、２つの部分に分割す
る。管路１４３の第１部分を膨張機９２０で等エントロ
ピー膨張させ、管路２４２のこの膨張機流出物と、管路
３の液体窒素がフラッシュした管路３９８の蒸気とを混
合する。管路２４１のこの混合流れを、管路５の酸素に
富んだ液体を過冷器９１６と９１４で過冷するのに利用
し、その後、主熱交換器９００で加温して寒冷を回収
し、最後に低圧窒素生成物として管路１４８を経由して
取り出す。管路１３４の第２部分は熱交換器９００でさ
らに加温し、圧縮機９２６で圧縮する。管路２３３のこ
の加温し圧縮した第２部分を主熱交換器９００で、適当
な膨張温度まで冷却して、膨張機９２４で膨張させる。
この膨張流れを加温して寒冷を回収して、分子篩層再生
流れとして管路２４３で取り出す。注意すべきことは高
圧塔からは何らの高圧窒素を膨張させないことである。
このサイクルは、アルゴンが好ましい生成物の時、特に
適している。
【００２７】図４に示されたＥＰサイクルの態様の変形
を図５乃至７に示す。しかし、これらの変形は可能な組
合わせすべてを余すところなく述べてはいない。図５乃
至７に示されたサイクルは３つの膨張機を必要とする。
これらのサイクルでは、管路９３０の供給原料空気の一
部分（典型的には５乃至２０％）を圧縮機９３２でさら
に圧縮し、その後、主熱交換器９００で冷却する。この
圧縮し冷却した部分を主熱交換器９００の中間位置又は
下部のいずれかから取り出して、膨張機９３４で等エン
トロピー膨張させる。管路９３６のこの膨張空気供給原
料部分を冷却した供給原料空気と混合して、管路１１０
を経て、高圧塔９０２に送るかあるいは低圧塔９０４に
直接送ることができる。図５乃至７では、管路９３６の
この膨張供給原料空気部分を高圧塔９０２に送る。
【００２８】図５に示されたサイクルにおいて、管路９
３０の部分を主熱交換器９００で冷却してから膨張させ
る一方、管路１３４の高圧窒素の一部分（供給原料空気
の約８乃至２０％に相当）を熱交換器９００で周囲温度
に加温して、膨張機９２４で等エントロピー膨張させ、
熱交換器９００で加温して供給原料空気を主熱交換器９
００の高温端で冷却するのに必要な寒冷を補充する。こ
の加温した窒素を分子篩層再生流れとして用いる。
【００２９】図６に示されたサイクルでは、管路９３５
の膨張空気を主熱交換器９００に導入して、さらに冷却
してから高圧塔９０２に導入する一方、管路１３４の再
生窒素（供給原料の８乃至２０％）を、周囲温度まで加
温する前に主熱交換器９００から取り出して、膨張機９
２４で等エントロピー膨張させる。この膨張窒素を主熱
交換器９００の低温端に送る。
【００３０】図７に示されたサイクルでは、管路１３４
の窒素の一部分を膨張機９２４で等エントロピー膨張さ
せ、過冷器９１８と熱交換器９００とでそれぞれ加温し
て、その後、再生流れとして用いる。図７では、膨張機
９２０と９２４への入口温度と圧力は同じである。しか
し、膨張機９２０からの排気は分子篩層再生には用いな
いので、その圧力は膨張機９２４の排出圧力より約１乃
至３ｐｓｉ（７〜２１ｋＰａ）低い。この装置構成は寒
冷の回収をより多くし、この故に、液体生成物の生産を
より多くすることになる。管路９３６の膨張空気はさら
に冷却することなく高圧塔９０２に送られる。
【００３１】図８に示されたサイクルでは、管路１３３
の高圧窒素のすべてを、主熱交換器９００で部分的に加
温してから等エントロピー膨張させる。この膨張は膨張
機９２０と９２４で行う。管路２４２と９２５の膨張窒
素流れをその後、過冷器９１８に送り、管路５の液体流
れを過冷して、その後、主熱交換器９００で加温する。
周囲温度に加熱した後、供給原料空気の８乃至２０％で
ある膨張機９２４からの膨張流れを、管路２４３の再生
流れとして用いる。
【００３２】図５乃至８のサイクルでは図４のサイクル
に比較し、エネルギー消費と交換器面積の点でさらに有
利である。その中で、図７に示されたサイクルは、酸素
とアルゴンの回収にそれ程影響を与えることなく液体窒
素をより多く生産できる。さらに多量の液体窒素が必要
な場合は、図８に示されたサイクルが一層適している。
圧縮機９３２は、空気膨張機９３４により、又は窒素膨
張機９２０もしくは９２４により、あるいはそれらの任
意の組合わせにより駆動される。アルゴン回収が重要な
問題でない場合は、図５乃至８で、膨張供給原料空気は
直接低圧塔９０４に供給（図示せず）すべきである。膨
張空気部分を低圧塔に直接送るこのような態様を図１０
に示す。この図ではさらに、空気膨張機９３４と圧縮機
９３２を機械的に連動させて圧伸器を形成する。
【００３３】上述の態様のすべてはアルゴンを生成する
サイクルに関連して説明されてきた。ここに教示された
概念は、空気分離プラントからアルゴンを全く生産しな
い時もに有用である。
【００３４】
【実施例】〔実施例１〕 計算機シミュレーションを図１乃至４で示された態様に
対し行った。この実施例のシミュレーションの製品明細
を表１に列挙する。
【００３５】〔表１〕 ―――――――――――――――――――――――――――――― 製 品 生産速度 圧 力 トン／日 ｐｓｉａ ―――――――――――――――――――――――――――――― 気体酸素 ２５３１ ８０５ 液体酸素 ６４ --- 気体窒素 １．５１ ＞６５ 液体窒素 ２５５．３５ --- 液体アルゴン 最大限 --- ―――――――――――――――――――――――――――――― 純度： 酸素： 酸素９５モル％以上 窒素： 酸素２ｖｐｐｍ以下 ――――――――――――――――――――――――――――――
【００３６】表２及び表３は異なるサイクルの比較を示
す。念のため、ＬＥＰ、ＳＥＰ、ＢＥＰとＥＰはそれぞ
れ図１乃至４に示された実施例のサイクルの名称であ
る。ＡｉｒＣｏｍｐは通常の低圧空気圧伸器サイクル
で、水冷却流れと再生流れの双方を低圧塔から直接発生
させる。この普通のサイクルを図９で示す。低圧サイク
ルＡｉｒＣｏｍｐは、酸素と窒素の液化機を必要とし、
それにより所定の液体生成物を生産する。表２の注を参
照のこと。液化機は図９には図示しない。表２及び表３
では、酸素回収量を、蒸留塔装置に送る空気供給原料の
１００モル当りの回収酸素のモル数として規定する。ア
ルゴン回収量は、蒸留塔装置に送る供給原料空気に存在
するアルゴンに対する回収アルゴンの百分比として規定
する。
【００３７】〔表２〕 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 回 収 量 ＭＡＣ排出圧： サイクル――――――――――――――――――――――――――――――― 酸 素 アルゴン psia ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― AirComp 20.92 79.28 78.6 LEP 20.95 80.72 112.8 SEP 20.95 78.70 121.2 BEP 20.95 74.52 109.9 EP 20.95 95.89 121.9 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 電力消費：ＫＷ（＊＊） サイクル――――――――――――――――――――――――――――――― ＭＡＣ Ｏ2 Ｎ2 再 生 液化機+ 膨張機++ 合 計 圧伸器 増 圧 増 圧 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― AirComp 24,667 11,075 -- 856 4,875 -- 41,473 LEP 29,941 10,455 -- 723 -- -1,705 39,414 SEP 30,995 9,900 -- 723 -- -1,708 39,911 BEP 29,549 10,585 -- 723 -- -1,691 39,166 EP 31,078 10,087 2,411 723 -- -1,761 42,537 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 注：＋ 液化機エネルギー算出：液体窒素と液体酸素生産に液化機を必要とする ＡｉｒＣｏｍｐの液体の１トン当り／時間当り３９０ＫＷ。 ＋＋膨張機効率＝０．８５、軸効率＝０．９５、発電機効率＝０．９７。 ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３８】〔表３〕 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― ＊＊電力算出の基礎 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 圧縮機 圧縮温度：°Ｆ 圧縮機等温効率：％ 電動機効率：％ ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― ＭＡＣ ５５ ６９．５ ９７ 酸素圧伸 ５１．５ ６５ ９５ 窒素増圧 ５１．５ ６５ ９５ 空気増圧 ５１．５ ６９．５ ９５ ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３９】表２及び表３から、高圧サイクルＬＥＰ、
ＳＥＰとＢＥＰはＡｉｒＣｏｍｐサイクルに比較して電
力値が低いことがわかる。これらの電力値は通常のＡｉ
ｒＣｏｍｐサイクルと比較して３．８乃至５．５％低
い。ＬＥＰサイクルのアルゴン回収率はＡｉｒＣｏｍｐ
に匹敵し、ＳＥＰとＢＥＰに対してはやや低い。しか
し、資本経費とエネルギー消費の節約はアルゴン回収率
の低下を補って余りある。ＥＰサイクルでは、アルゴン
回収率は非常に高いが電力消費量も多い。ＬＥＰ、ＳＥ
Ｐ及びＢＥＰサイクルの特に関連のある流れのいくつか
のプロセス条件を表４及び表５に列挙する。
【００４０】〔表４〕 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― ＬＥＰサイクル（図１） ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ NO. 101 194 139 148 243 143 流量：空気の％ 100 20.45 0.014 65.05 10.7 34.7 温度：°Ｆ 55.0 51.5 51.5 51.5 51.5 -274.5 圧力：psia 109.4 30.3 104.6 15.1 16.7 30.3 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ NO. 8 20 4 5 130 流量：空気の％ 30.00 10.87 31.63 54.80 64.65 温度：°Ｆ -245.9 -134.6 -281.1 -273.0 -308.1 圧力：psia 29.8 106.0 106.4 107.1 30.6 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― ＳＥＰサイクル（図２） ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ NO. 101 194 139 148 243 流量：空気の％ 100 20.45 0.014 65.06 10.86 温度：°Ｆ 55.0 51.5 51.5 51.5 51.5 圧力：psia 117.7 33.4 113.0 15.1 16.7 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ NO. 143 20 4 5 130 流量：空気の％ 64.80 10.86 31.90 54.62 64.77 温度：°Ｆ -275.0 -172.9 -279.2 -270.9 -306.3 圧力：psia 33.5 114.4 114.8 115.5 37.8 ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００４１】〔表５〕 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― ＢＥＰサイクル（図３） ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ NO. 101 194 139 148 243 流量：空気の％ 100 20.45 0.014 65.08 10.87 温度：°Ｆ 55.0 51.5 51.5 51.5 51.5 圧力：psia 106.4 29.2 101.6 15.1 16.8 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ NO. 143 20 4 5 130 流量：空気の％ 64.40 10.87 30.89 55.52 64.67 温度：°Ｆ -249.0 -141.3 -281.9 -273.9 -308.8 圧力：psia 28.7 103.0 103.5 104.2 29.5 ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００４２】上述の詳論からわかるように、本発明は、
空気分離プラントの低圧塔から製造された窒素流れを膨
張させ、高圧サイクルを適切な温度において用い、そし
てプロセスの適当な位置で膨張流れから発生させた寒冷
を用いて実施され、この窒素流れに固有のエネルギーを
用いて、資本経費の増加を最少限に止めて液体生成物を
効率の高い方法で生産できる。さらに、再生流れを別の
膨張機から生産することで、膨張機の膨張率を最適にし
て、空気圧縮エネルギーを最適条件にする。
【００４３】図面のどれにも示されているように、低圧
塔９０４の上部よりの窒素流れを抜き出し、慎重に膨張
させて寒冷を回収する。別の方法で、この流れを低圧塔
９０４の濃縮部のいずれの適当なトレイ位置から抜き出
してもよい。このような場合、低圧塔９０４の上部から
取った窒素に富む流れを生成物流れとして用いてもよ
い。そのうえ、このような場合には、管路３の高圧塔９
０２からの液体窒素流れの一部を用いて液体還流を低圧
塔９０４に供給できる。
【００４４】
【発明の効果】本発明は、高圧サイクル空気分離プラン
トの低圧塔で生成される窒素流れに固有の圧力エネルギ
ーにより液体生成物を生産する有効な方法を教示するこ
とで重要な利点を有する。本発明において、空気分離と
液体の生産とは非常に効率のよい方法で統合されてい
る。本発明の高圧サイクル空気分離法は、設備の大き
さ、圧力低下損失と空気清浄用分子篩層再生エネルギー
消費を低減させる一方、液体生成物を窒素生成物の圧力
エネルギーを用いて発生させる。本発明の方法はさら
に、別々の圧縮機、熱交換器や独立型液化機の必要性を
排除する。このことを行う有効な方法は、このようなサ
イクルが資本経費のみならず、エネルギー効率の点にお
いても他のサイクルに優れていることを意味する。従っ
て、高圧空気分離と液化のこのような有効な組合わせ
が、液体生成物も必要とされる時の空気分離のための選
択である筈である。同じ考え方が他の極低温ガス分離法
にも適用できる。このようなサイクルだけでは供給原料
空気の点からみれば多量の液体生成物（たとえば、供給
原料空気の１０％以上）の生産には問題があるが、それ
でも、このようなサイクルと液化機との組合わせが最適
の効率と資本経費とをもたらすことに言及する必要があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の第１の態様の概略図である。
【図２】本発明の第２の態様の概略図である。
【図３】第３の態様の概略図である。
【図４】第４の態様の概略図である。
【図５】第５の態様の概略図である。
【図６】第６の態様の概略図である。
【図７】第７の態様の概略図である。
【図８】第８の態様の概略図である。
【図９】従来技術の空気分離法の概略図である。
【図１０】本発明の第９の態様の概略図である。
【符号の説明】
３…管路（高圧液体窒素第２部分） ４…管路（酸素量の低下した液体流れ） ５…管路（酸素に富んだ底部液） ７…側流 ９…膨張機流出液（膨張窒素） ５４…管路（酸素に富んだ底部液） ６２…管路（純粋アルゴン生成物） ６３…管路（アルゴンオーバーヘッド第１部分） ６４…管路（アルゴンオーバーヘッド第２部分） ６５…管路（アルゴンオーバーヘッド） ６６…アルゴン含有蒸気側流 ６８…管路（アルゴン含有底部液） ８０…管路（酸素量の低下した液体流れ） １０１…管路（圧縮空気） １１０…管路（冷却供給原料空気） １１７…管路（液体酸素底部液） １２０…管路（高圧窒素オーバーヘッド） １２２…管路（高圧液体窒素） １２４…管路（高圧液体窒素第１部分） １３０…管路（高圧窒素流れ） １３３…管路（加温窒素流れ） １３４…管路（加温窒素流れ第２部分） １３５…管路（高圧窒素オーバーヘッド） １３９…管路（高圧窒素生成物） １４３…管路（加温窒素流れ第１部分） １４４…加温窒素 １４７…混合低圧窒素 １４８…低圧気体窒素生成物 １９５…気化酸素 ２３３…管路（加温圧縮第２部分） ２４１…管路（混合流れ） ２４２…管路（膨張機流出物） ２４３…管路（再生流れ） ３９８…管路（蒸気） ４００…管路（液体部分） ５００…管路（液体酸素生成物） ６００…管路（純粋液体アルゴン生成物） ９００…主熱交換器 ９０２…高圧塔 ９０４…低圧塔 ９０６…アルゴン塔 ９０８…リボイラー・凝縮器 ９１０…吸着器 ９１２…リボイラー・凝縮器 ９１４…過冷器 ９１６…過冷器 ９１８…過冷器 ９２０…膨張機（窒素） ９２２…膨張機 ９２４…膨張機（窒素） ９２５…管路（膨張窒素流れ） ９２６…圧縮機 ９３２…圧縮機 ９３４…膨張機（空気） ９３５…管路（膨張供給原料空気部分） ９３６…管路（膨張供給原料空気部分）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジアングー．スー アメリカ合衆国．18051．ペンシルバニ ア州．フォジェルズヴリー．ホワイト. バーク．サークル．8121 (56)参考文献 特開 昭53−80384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−220080（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−4906（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 供給原料空気流（１０１）をその構成成
    分に分離して少なくとも液体アルゴン生成物（６０
    ０）、液体窒素生成物（４００）及び液体酸素生成物
    （５００）を提供するための極低温法であり、相互に熱
    伝達し合う少なくとも高圧蒸留塔（９０2)と低圧蒸留塔
    （９０４）とを有し、且つ当該低圧蒸留塔（９０４）か
    ら原料を供給され且つ当該低圧蒸留塔（９０４）と同じ
    圧力で運転するアルゴン塔（９０６）を有する蒸留塔装
    置を利用し、当該低圧蒸留塔（９０４）を６０〜５２０
    ｋＰａ（ゲージ圧）（９〜７５ｐｓｉｇ）の圧力で運転
    し、当該低圧蒸留塔（９０４）でその上部から気体窒素
    生成物（１３０）を生産し、当該蒸留塔装置への供給原
    料空気（１０１）のうちの少なくとも５０％を当該低圧
    蒸留塔（９０４）から上記窒素生成物（１３０）として
    取り出し、そしてこの窒素生成物（１３０）の窒素濃度
    が少なくとも９５％であり且つその圧力が少なくとも６
    ０ｋＰａ（ゲージ圧）（９ｐｓｉｇ）である供給原料空
    気流の極低温分離法であって、 （ａ）上記気体窒素生成物（１３０）を少なくとも液体
    窒素生成物（３）及び高圧蒸留塔からの酸素に富んだ底
    部液（５）との熱交換（９１４、９１８）により加温
    し、 （ｂ）この加温した窒素生成物（８、１４３）を等エン
    トロピー膨張（９２０、９２２）させてその温度を
    （ｉ）高圧蒸留塔（９０２）から取り出した上記酸素に
    富んだ底部液（５）の温度未満か又は（ｉｉ）上記供給
    原料空気（１０１）の露点以下に低下させ、そして、 （ｃ１）上記酸素に富んだ底部液（５）を上記膨張させ
    た窒素生成物（２４２）との熱交換（９１４、９１６）
    で過冷してから弁を通して当該底部液（５）の圧力を等
    エンタルピーで低下させて低圧蒸留塔（９０４）へ供給
    し、及び／又は、 （ｃ２）上記供給原料空気（１０１）を上記膨張させた
    窒素生成物（９）との熱交換（９００）で冷却し、この
    窒素生成物（９）は当該膨張（９２２）の前に供給原料
    空気（１０１）との熱交換（９００）により加温する、
    供給原料空気流の極低温分離法。
  2. 【請求項２】 前記加温した窒素生成物（１４３）を等
    エントロピー膨張させてその温度を前記高圧蒸留塔（９
    ０２）から取り出した前記酸素に富んだ底部液（５）の
    温度未満に低下させ、そして当該底部液（５）を前記膨
    張させた窒素生成物（２４２）との熱交換（９１６、９
    １４）により過冷してから弁を通してこの底部液（５）
    の圧力を等エンタルピーで低下させて前記低圧蒸留塔
    （９０４）へ供給する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記加温した窒素生成物（１３０）を供
    給原料空気（１０１）との熱交換（９００）でさらに加
    温し、このさらに加温した窒素生成物（８）を等エント
    ロピー膨張（９２２）させてその温度を当該供給原料空
    気（１０１）の露点以下に低下させ、そして当該供給原
    料空気（１０１）を前記膨張させた窒素（９）との熱交
    換（９００）により冷却する、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 工程（ａ）の前記加温した窒素生成物の
    一部（１３４）を別に等エントロピー膨張（９２４）さ
    せて工程（ｂ）の等エントロピー膨張させた窒素生成物
    （２４２）の排出圧力よりも７〜２１ｋＰａ（１〜３ｐ
    ｓｉ）低い圧力にし、そして前記供給原料空気流（１０
    １）を前もって清浄にするのに使用される分子篩層を再
    生するのに使用（２４３）する、請求項１から３までの
    いずれか一つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記加温した窒素生成物（１３３）を分
    割して第１副流（１４３）と第２副流（１３４）とに
    し、第１副流（１４３）を等エントロピー膨張（９２
    ０）させてその温度を前記高圧蒸留塔（９０２）から取
    り出した酸素に富んだ底部液（５）の温度未満の温度に
    低下させ、当該底部液（５）を上記膨張させた第１副流
    （２４２）との熱交換（９１４、９１８）により過冷し
    てから弁を通してその圧力を等エンタルピーに低下させ
    そして前記低圧蒸留塔（９０４）へ供給し、上記第２副
    流（１３４）を供給原料空気（１０１）との熱交換（９
    ００）によりさらに加温し、この加温した第２副流生成
    物（８）を等エントロピー膨張（９２２）させてその温
    度を上記供給原料空気（１０１）の露点以下に低下さ
    せ、そして当該供給原料空気（１０１）を等エントロピ
    ー膨張させた上記第１及び第２副流（１４７）との熱交
    換（９００）により冷却する、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第２副流（１３４）を圧縮（９２
    ６）及び後段冷却（９００）してから等エントロピー膨
    張（９２４）させることを更に含む、請求項５記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記加温し膨張させた第２副流（２４
    ３）の少なくとも一部を使って前記供給原料空気流（１
    ０１）を前もって清浄にするのに使用される分子篩層を
    再生する、請求項５又は６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記膨張させた第１副流（２４２）の少
    なくとも一部を使って前記供給原料空気流を前もって清
    浄にするのに使用される分子篩層を再生する、請求項５
    から７までのいずれか一つに記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記供給原料空気（１０１）が前記冷却
    により部分凝縮される、請求項１、３及び４乃至８のい
    ずれか一つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の極低温法で使用するた
    めの装置であって、相互に熱伝達し合う少なくとも高圧
    蒸留塔（９０2)と低圧蒸留塔（９０４）とを有し、且つ
    当該低圧蒸留塔（９０４）から原料を供給され且つ当該
    低圧蒸留塔（９０４）と同じ圧力で運転するアルゴン塔
    （９０６）を有する蒸留塔装置と、気体窒素生成物を少
    なくとも液体窒素生成物（３）及び高圧蒸留塔からの酸
    素に富んだ底部液（５）との熱交換で加温する少なくと
    も一つの熱交換器（９１４、９１８）と、この加温した
    窒素生成物を等エントロピー膨張させる膨張機（９２０
    又は９２２）と、そして上記高圧蒸留塔（９０２）から
    取り出した酸素に富んだ底部液（５）を当該液の圧力を
    弁を通して等エンタルピーで低下させて低圧蒸留塔（９
    ０４）へ供給する前に上記等エントロピー膨張させた窒
    素生成物との熱交換で過冷する熱交換器（９１４）及び
    膨張前の気体窒素生成物を供給原料空気との熱交換で加
    温しそして当該供給原料空気を上記等エントロピー膨張
    させた窒素生成物との熱交換で冷却する熱交換器（９０
    ０）のうちのいずれか又は両方とを含む装置。
JP4144777A 1991-05-14 1992-05-11 供給原料空気流の極低温分離法及び装置 Expired - Lifetime JP2735742B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/700021 1991-05-14
US07/700,021 US5165245A (en) 1991-05-14 1991-05-14 Elevated pressure air separation cycles with liquid production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05157448A JPH05157448A (ja) 1993-06-22
JP2735742B2 true JP2735742B2 (ja) 1998-04-02

Family

ID=24811887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4144777A Expired - Lifetime JP2735742B2 (ja) 1991-05-14 1992-05-11 供給原料空気流の極低温分離法及び装置

Country Status (10)

Country Link
US (1) US5165245A (ja)
EP (1) EP0518491B2 (ja)
JP (1) JP2735742B2 (ja)
AU (1) AU630837B1 (ja)
CA (1) CA2068181C (ja)
CS (1) CS145592A3 (ja)
DE (1) DE69201522T2 (ja)
DK (1) DK0518491T3 (ja)
ES (1) ES2076686T3 (ja)
PL (1) PL168479B1 (ja)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315833A (en) * 1991-10-15 1994-05-31 Liquid Air Engineering Corporation Process for the mixed production of high and low purity oxygen
FR2704632B1 (fr) * 1993-04-29 1995-06-23 Air Liquide Procede et installation pour la separation de l'air.
US5355681A (en) * 1993-09-23 1994-10-18 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation schemes for oxygen and nitrogen coproduction as gas and/or liquid products
GB9515907D0 (en) * 1995-08-03 1995-10-04 Boc Group Plc Air separation
US5722259A (en) 1996-03-13 1998-03-03 Air Products And Chemicals, Inc. Combustion turbine and elevated pressure air separation system with argon recovery
US6009723A (en) * 1998-01-22 2000-01-04 Air Products And Chemicals, Inc. Elevated pressure air separation process with use of waste expansion for compression of a process stream
DE10139097A1 (de) * 2001-08-09 2003-02-20 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff durch Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
GB0307404D0 (en) * 2003-03-31 2003-05-07 Air Prod & Chem Apparatus for cryogenic air distillation
JP4515225B2 (ja) * 2004-11-08 2010-07-28 大陽日酸株式会社 窒素製造方法及び装置
FR2930329A1 (fr) * 2008-04-22 2009-10-23 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
US8899075B2 (en) * 2010-11-18 2014-12-02 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus
EP2741036A1 (en) 2012-12-06 2014-06-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
MX2015009539A (es) 2013-03-14 2016-03-04 Thomas T Yamashita Composiciones para mejorar la polinizacion y metodos para usar las mismas.
NZ717718A (en) 2014-02-24 2017-06-30 Thomas T Yamashita Fertilizer compositions comprising a cellulose nutrient component and methods for using same
WO2017105188A1 (es) * 2015-12-16 2017-06-22 Encinas Luna Diego Francisco Unidad de separación por condensación fraccionada utilizando un separador flash y un dispositivo de crioenfriamiento
CA3037295A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 A & A International, Llc Thermal hydraulic propulsion system
CN110248849B (zh) 2016-12-21 2022-10-25 A&A国际有限公司 集成式能量转换、传递和存储系统
EP3559450A4 (en) 2016-12-21 2020-12-02 A&A International, LLC RESIDUAL HEAT AND RENEWABLE ENERGY RECOVERY SYSTEM
CN115638142A (zh) 2016-12-21 2023-01-24 A&A国际有限公司 集成式能量转换、传递和存储系统
CA3037204A1 (en) 2016-12-21 2018-06-28 A & A International, Llc Renewable energy and waste heat harvesting system
JP2020521098A (ja) 2017-05-16 2020-07-16 イーバート，テレンス，ジェイ． 気体を液化するための装置およびプロセス
US10813254B2 (en) * 2018-07-13 2020-10-20 Christopher Marazzo Thermal management and power system for computing infrastructure
CN112066643A (zh) * 2020-07-28 2020-12-11 上海加力气体有限公司 降低能耗的空气分离工艺
CN112229142A (zh) * 2020-10-29 2021-01-15 浙江智海化工设备工程有限公司 一种低耦合多股流复合膨胀空分流程装置及方法
CN113959179B (zh) * 2021-12-22 2022-05-03 杭州制氧机集团股份有限公司 一种用于液氩提纯的装置及方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD99431A1 (ja) * 1972-09-04 1973-08-13
JPS5380384A (en) * 1976-12-27 1978-07-15 Teikoku Sanso Kk Small scale air separation method
JPS544906A (en) * 1977-06-15 1979-01-16 Nippon Oil & Fats Co Ltd Production of hard butter and highly stable liquid oil
US4433989A (en) * 1982-09-13 1984-02-28 Erickson Donald C Air separation with medium pressure enrichment
US4604116A (en) * 1982-09-13 1986-08-05 Erickson Donald C High pressure oxygen pumped LOX rectifier
GB2129115B (en) * 1982-10-27 1986-03-12 Air Prod & Chem Producing gaseous nitrogen
US4543115A (en) * 1984-02-21 1985-09-24 Air Products And Chemicals, Inc. Dual feed air pressure nitrogen generator cycle
US4560397A (en) * 1984-08-16 1985-12-24 Union Carbide Corporation Process to produce ultrahigh purity oxygen
US4790856A (en) * 1984-10-17 1988-12-13 Colgate-Palmolive Company Softening and anti-static nonionic detergent composition with sulfosuccinamate detergent
US4732597A (en) * 1986-04-22 1988-03-22 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Low energy consumption method for separating gaseous mixtures and in particular for medium purity oxygen production
US4705548A (en) * 1986-04-25 1987-11-10 Air Products And Chemicals, Inc. Liquid products using an air and a nitrogen recycle liquefier
US4704147A (en) * 1986-08-20 1987-11-03 Air Products And Chemicals, Inc. Dual air pressure cycle to produce low purity oxygen
EP0269342B1 (en) * 1986-11-24 1991-06-12 The BOC Group plc Air separation
JPH0792326B2 (ja) * 1987-03-06 1995-10-09 日本酸素株式会社 空気液化分離方法
DE3871220D1 (de) * 1987-04-07 1992-06-25 Boc Group Plc Lufttrennung.
US4783210A (en) * 1987-12-14 1988-11-08 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process with modified single distillation column nitrogen generator
GB8800842D0 (en) * 1988-01-14 1988-02-17 Boc Group Plc Air separation
GB8806478D0 (en) * 1988-03-18 1988-04-20 Boc Group Plc Air separation
US4895583A (en) * 1989-01-12 1990-01-23 The Boc Group, Inc. Apparatus and method for separating air
US4966002A (en) * 1989-08-11 1990-10-30 The Boc Group, Inc. Process and apparatus for producing nitrogen from air

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05157448A (ja) 1993-06-22
PL294545A1 (en) 1992-11-16
PL168479B1 (pl) 1996-02-29
EP0518491B1 (en) 1995-03-01
EP0518491B2 (en) 2000-04-05
DE69201522T2 (de) 1995-07-13
DK0518491T3 (da) 1995-06-12
DE69201522D1 (de) 1995-04-06
AU630837B1 (en) 1992-11-05
CA2068181C (en) 1997-11-25
CA2068181A1 (en) 1992-11-15
ES2076686T3 (es) 1995-11-01
EP0518491A1 (en) 1992-12-16
US5165245A (en) 1992-11-24
CS145592A3 (en) 1992-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2735742B2 (ja) 供給原料空気流の極低温分離法及び装置
JP2865274B2 (ja) 酸素と窒素を気体及び／又は液体製品として同時に製造するための空気の低温蒸留法
JP3084682B2 (ja) 酸素の効率的な製造方法
JP2758355B2 (ja) 酸素と加圧窒素を製造するための低温空気分離方法
US4133662A (en) Production of high pressure oxygen
EP0698772B1 (en) Method and apparatus for producing oxygen
US4543115A (en) Dual feed air pressure nitrogen generator cycle
JP2836781B2 (ja) 空気分離方法
JP2009509120A (ja) 低温蒸留による空気の分離方法及び装置。
JPH05203348A (ja) 精留による空気の分離方法及び装置
JPH07260343A (ja) ハイブリット生成物ボイラーを使用する極低温精留系
JPH07151462A (ja) 高圧の酸素及び窒素製品を製造する圧縮原料空気の低温分離法
JPH06241649A (ja) 空気精留により少なくとも一つの圧力下のガス状製品と少なくとも一つの液体を製造する方法並びに設備
EP0584420A1 (en) Efficient single column air separation cycle and its integration with gas turbines
EP0381319A1 (en) Apparatus and method for separating air
US20170284735A1 (en) Air separation refrigeration supply method
JP3084683B2 (ja) 高温エキスパンダー及び低温エキスパンダーを使用する空気の低温蒸留方法
JP2865281B2 (ja) 空気原料の低温蒸留方法
EP0473491B1 (en) Cryogenic nitrogen generator with bottom reboiler and nitrogen expander
JP2000356464A (ja) 空気分離用低温蒸着システム
JP2000346547A (ja) 空気分離のための極低温蒸留
US20060272353A1 (en) Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
JP2000356465A (ja) 空気分離用低温蒸留システム
JPH08170876A (ja) 冷却蒸留による酸素の製造方法及び装置
JP2000346546A (ja) 空気分離用低温蒸留システム