JP4422478B2 - 蒸気生成及び空気蒸留のための方法及び設備 - Google Patents

Description

本発明は、酸素及び／または窒素及び／またはアルゴンを、蒸気を生成する産業用ユニットへと配給する空気蒸留ユニットの少なくとも１つのコンプレッサーを駆動させる方法に関し、この方法は、定常状態において、このコンプレッサーが、外部仕事の生産を伴なう蒸気膨張手段により少なくとも部分的に駆動され、前記手段には、前記産業用ユニットからの蒸気が供給され、この蒸気は、前記膨張手段の入口へと導入されるものである。

合成炭化水素プロセス（ガス液化プロセス（ｇａｓ−ｔｏ−ｌｉｑｕｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓ）あるいはＧＴＬプロセスと称される）のような酸素及び／または窒素及び／またはアルゴンを消費するある工業的方法は発熱を伴い、蒸気を生み出す。この蒸気の圧力及び／または温度が、この蒸気を現場において使用できないものとするとき、この蒸気は一般的に、蒸気タービンを介した、酸素を生成する空気蒸留ユニットの少なくとも１つのコンプレッサーの駆動源として利用される。この蒸気タービンは、大気圧より高い圧力で排出する背圧タービンであってもよいし、あるいは、大気圧より低い圧力で排出し、水または周囲空気により冷却される水コンデンサー、及び、この水を蒸気発生ボイラーへと再循環させるポンプと結合された復水タービンであってもよい。

しかしながら、この蒸気は、定常状態においてのみ十分に有用であり、プラント全体の始動の問題を提起する。

特許文献１（ＥＰ−Ａ−０ ９３０ ２６８）は、空気分離装置を開示し、これの主コンプレッサーは、電気モーター及び２つの異なる圧力で蒸気を受ける蒸気タービンに連結されている。始動時、この主コンプレッサー及び電気モーターは、ガスタービンにより生み出される電気を利用して起動する。
ＥＰ−Ａ−０ ９３０ ２６８ 本発明の目的は、特に柔軟な方法でこの問題を解決することにあり、同時に、この電気モーターをなくすことにある。

この目的で、本発明の対象は、酸素及び／または窒素及び／またはアルゴンを生成する空気蒸留ユニットの少なくとも１つのコンプレッサーを駆動させる方法であって、この方法は、定常状態において、このコンプレッサーが、外部仕事の生産を伴なう蒸気膨張手段によってのみ駆動され、この蒸気は、前記膨張手段の入口へと導入され、前記蒸気膨張手段は、それぞれ高い及び中間の、異なる吸気圧に対応する２つの入口を有し、前記産業用ユニットの少なくとも始動時には、前記膨張手段に、補助蒸気供給源からの、これらの膨張手段の入口へと導入される補助蒸気が少なくとも部分的に供給されるタイプのものである。

本発明に従う方法は、以下に示す特徴のうちの１またはそれ以上を有することができる。すなわち、
この補助蒸気は、補助蒸気供給源から送られて来るものであり、これらの膨張手段の他の入口及び／または同じ入口へと導入され、
前記操作段階は、前記産業用ユニットの始動段階を含み、
この産業用ユニットが定常の作動状態まで進行的に稼動されるときには、この産業用ユニットに、空気蒸留ユニットにより酸素及び／または窒素及び／またはアルゴンが供給され、後者（空気蒸留ユニット）により生成される蒸気は、前記膨張手段を介してコンプレッサーを駆動させるエネルギーのいくらかを配給するために使用され、
定常状態において、タービン手段には、主に、前記産業用ユニットからの蒸気が供給され、
前記膨張手段の高い吸気圧に対応する入口には、ほぼ持続的に供給され、
この補助蒸気は、中間の吸気圧にあり、かつ以下に示すものが連続して供給される、すなわち、
２つの入口には補助蒸気が供給され、
高圧入口には前記産業用ユニットからの蒸気が供給され、かつ中圧入口には補助蒸気が供給され、及び、
定常状態において、少なくとも高圧入口には産業用ユニットからの蒸気が供給され、
この補助蒸気は、高圧にあり、かつ以下に示すものが連続して供給される、すなわち、
高圧入口には補助蒸気が供給され、
高圧入口には補助蒸気が供給され、かつ中圧入口には前記産業用ユニットからの蒸気が供給され、及び、
定常状態において、この２つの入口には前記産業用ユニットからの蒸気が供給され、
この補助蒸気は、高圧にあり、かつ以下に示すものが連続して供給される、すなわち、
高圧入口には補助蒸気が供給され、及び、
高圧入口には補助蒸気が供給され、かつ中圧入口には前記産業用ユニットからの蒸気が供給され、
この空気蒸留ユニットの単一軸に連結された少なくとも２つのコンプレッサー、すなわち、主空気コンプレッサー及び他のもう一つのガスコンプレッサー、特には空気ブースターが同様な方法で駆動され、及び、
前記膨張手段は、２つの入口が設けられた本体を有する蒸気タービンを含む。

本発明の対象はまた、一方では、外部仕事の生産を伴なう蒸気膨張手段によってのみ駆動される少なくとも１つのコンプレッサー、及び、空気蒸留装置及び圧縮空気をこれを蒸留することができる温度まで冷却するように設計された熱交換ラインを備える冷却ボックスを含む少なくとも１つの空気蒸留ユニットを含み、他方では、この空気蒸留ユニットにより生成された酸素及び／または窒素及び／またはアルゴンが任意に供給され、かつ蒸気を生成する産業用ユニットを含むタイプの連結型空気蒸留／蒸気生成プラントであって、この蒸気の少なくとも幾らかはこの蒸気タービンに送り込まれ、前記膨張手段は、それぞれ高い及び中間の、２つの異なる吸気圧に対応する２つの入口を有し、このプラントは、補助蒸気供給源を含み、この供給源は、前記膨張手段の２つの入口のうちの一方に対応する圧力にある蒸気を配給し、かつこの入口に連結されるように設計されるが、これに対してこの産業用ユニットは、前記膨張手段の他方の入口に対応する圧力にある蒸気を生成し、かつこの他方の入口に導入されるように設計されている。

本発明の実行方法の例が、添付の図面と組み合わせて以下に記載される。

図１に示されている連結型プラントは、一方に、中でもライン２内の高圧流を生成するＧＴＬユニット１、他方に、ユニット１にライン４を介して高圧ガス状酸素ＨＰＧＯＸと、窒素コンプレッサー６が備え付けられたライン５を介して高圧ガス状窒素ＨＰＧＮも供給する空気蒸留ユニット３を有する。実際には、数個のユニット３を並列に設けてもよい。

ユニット３は、本質的に、主空気コンプレッサー７（あるいは、代替の形態においては、並列の数個のコンプレッサー）からなる第１のコンプレッサー、空気ブースター８（あるいは、代替の形態においては、並列の数個のブースター）からなる第２のコンプレッサー及び冷却ボックス９を含む。後者（冷却ボックス）は、本質的に、空気蒸留装置１０、例えば、コンデンサーリボイラーを介して連結された中圧蒸留カラム及び低圧蒸留カラムを含む２重カラム、及び、熱交換ライン１１を含む。

コンプレッサー７及びブースター８は、非連結可能（ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔａｂｌｅ）カップリングデバイス１４を介して、蒸気タービン１３に連結された単一軸１２上に取り付けられている。タービン１３は、２つの入口、すなわち、このタービンの入口に配置された高圧入口１５、及び、このタービンの高圧供給路（ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｅｅｄ）及び排気路（ｅｘｈａｕｓｔ）の間に配置された中圧入口１６を有する。符号１７で示されたものは、このタービンの排気口であり、ここは、大気圧にある、あるいは、大気圧よりも高いもしくは低い圧力にある。

装置１０は、低圧液体酸素ＬＯＸを生成し、この液体酸素は、交換ライン１１で気化され、温められる前にポンプ１８により高い生成圧力にされる。装置１０はまた、低圧及び／または中圧ガス状窒素ＧＮも生成し、これは、交換ラインで温められ、その後、高い生成圧力までコンプレッサー６で圧縮される。

実施において、コンプレッサー７で中圧まで圧縮された大気の空気は、空気または水予冷器１９で予備冷却され、吸着タイプ清浄器２０で水及びＣＯ₂が精製され、２つの流、すなわち、装置１０で蒸留される前にその露点付近までライン１１で冷却される第１の中圧空気流と、交換ライン内の高圧液体酸素を気化させる高圧までブースター８で昇圧される第２の空気流とに分離される。

ユニット３はまた、ライン２２内で中圧補助流を生成する補助ボイラー２１も含む。このライン２２はバルブ２３が設けられ、タービン１３の中圧入口１６に接続されるが、これに対して、ライン２は高圧入口１５に接続される。

例を示すと、高圧流は、およそ６０バールにあり、中圧流は、およそ１５バールにある。

加えて、バルブ２５が取り付けられた分岐ライン２４が、入口１５及び１６に接続している。

プラントを始動させている間には、ユニット１は、高圧蒸気を生成せず、その後、これは、基準定常状態に達するまで、増加する量にあるこれ（高圧蒸気）を生成する。始動運転は、３つの連続的な段階を含む。すなわち、
第１の段階（図１及び図２の（ａ））
タービン１３に中圧蒸気のみが供給される。

しかしながら、このタービンの上流の膨張部の平衡を保つために、この蒸気は、ライン２４を介して入口１５及び１６の両方に導入され、これのバルブ２５は開いている、
第２の段階（図１及び図２の（ｂ））
バルブ２５は閉じられる。増加する流速を有する高圧蒸気が、ライン２を介して入口１５に導入され、必要な付加的エネルギーが、入口１６へと導入される減少する流速の中圧蒸気の流れにより配給される、及び、
第３の段階（図１及び図２の（ｃ））
バルブ２５は閉じられたままで、定常状態に達すると、基準流速にある高圧蒸気の流れが、入口１５へと導入され、コンプレッサー７及び８を駆動させる。

任意で、一点鎖線（ｄｏｔ−ｄａｓｈ ｌｉｎｅ）で示されるように、付加的な中圧蒸気が入口１６へと連続的に、あるいは周期的に配給されてもよい。

図３の（ａ）及び図３の（ｂ）は、補助蒸気がユニット１により生成される蒸気よりも上の圧力にある場合に関するものである。

この場合、第１の始動段階（図１及び図３の（ａ））は、補助蒸気を入口１５へと導入することにある。第２の段階においては、図３の（ａ）に一点鎖線で示されている中圧蒸気が、ライン２を介して入口１６へと増加する流速で導入され、一方メーキャップ蒸気（ｍａｋｅ−ｕｐ ｓｔｅａｍ）の流速はこれに対応して減少する。

第３の段階（図１及び図３の（ｂ））において、定常状態に対応して、バルブ２３が閉じられる。中圧蒸気が入口１６へと導入される（基準流速）。予め、中圧蒸気を入口１５へと導入させ、これにより、タービンの膨張部の上流を平衡に保つこともできるように、バルブ２５を有する分岐ライン２４を設けることが好都合である。

このため、両方の場合において、ライン２内の利用可能な蒸気の全てが、膨張の前でなくても、従って、エネルギーの損失なくしてタービン１３で使用されることが理解できるであろう。加えて、いかなる瞬間においても、コンプレッサーを駆動させるための付加的なエネルギーが補助蒸気により配給され、この特徴は、相対的に自由に選択され得る。

代替の形態において、ブースター８の代わりとして、あるいはこれに追加して、コンプレッサー６を軸１２に連結させてもよい。

代替の形態にもあるように、例えば液体酸素貯蔵タンクといった補助酸素供給源がこの現場で有用であるならば、この酸素を用いてユニット１を始動させることも可能である。ユニット３の始動の際には、タービン１３には、ユニット１からの蒸気がより少ない程度で供給され、供給源２１からの補助蒸気がより多い程度で供給される。この比率は、例えば、３０％／７０％である。補助蒸気の割合は、その後、定常状態に達するまでに進行的に低減され、ここで、これ（補助蒸気の割合）は、より少ない割合、特には３０％よりも少なく、より好ましくは１０％よりもなお少なく、あるいはゼロと等しくなる。

このタービンは、異なる吸気圧に対応する２つの入口を有する単一の本体、あるいは、１つの入口をそれぞれ有する２つの本体のいずれか一方から構成することができる。後者の場合、タービンの一方の本体には、産業用ユニット１からの蒸気が供給され、他方の本体には、補助蒸気が供給される。そして、このタービンの２つの本体は、機械的にともに連結されるか、あるいは、空気蒸留ユニットの少なくとも１つのコンプレッサーの本体に機械的に連結される。

図１は、本発明に従う連結型プラントを模式的に示す図。 図２の（ａ）から（ｃ）は、このプラントの３つの連続的な始動段階を説明する図。 図３の（ａ）及び（ｂ）は、代替プラントの始動を同様に説明する図。

符号の説明

１…ＧＴＬユニット、２…ライン、３…空気蒸留ユニット、４，５，２２…ライン、
６…窒素コンプレッサー、７…第１のコンプレッサー（主空気コンプレッサー）、
８…第２のコンプレッサー（空気ブースター）、９…冷却ボックス、
１０…空気蒸留装置、１１…熱交換ライン、１２…軸、１３…蒸気タービン、
１４…連結デバイス、１５…高圧入口、１６…中圧入口、１７…排気口、
１８…ポンプ、１９…予冷器、２０…清浄器、２１…補助ボイラー（供給源）、
２３，２５…バルブ、２４…分岐ライン。

Claims (13)

1. 酸素、窒素及びアルゴンのうちの少なくとも１つを生成する空気蒸留ユニット（３）の少なくとも１つのコンプレッサー（７，８）を駆動させる方法において、
   定常状態において、コンプレッサーが、外部仕事の生産を伴なう蒸気膨張手段（１３）によってのみ駆動されるタイプであり、前記コンプレッサーを駆動させる蒸気は、前記膨張手段の入口（１５；１６）へと導入され、
   前記蒸気膨張手段（１３）は、それぞれ高い及び中間の、異なる吸気圧に対応する高圧入口（１５）および中圧入口（１６）を有し、産業用ユニット（１）の少なくとも始動時には、第１の段階において補助蒸気供給源（２１）からの中間の吸気圧にある補助蒸気がこれらの膨張手段（１３）の前記高圧入口（１５）および前記中圧入口（１６）へと導入され、第２の段階において前記中圧入口（１６）には前記補助蒸気供給源（２１）から中間の吸気圧にある補助蒸気が供給され、前記高圧入口（１５）には前記産業用ユニット（１）からの蒸気が供給され、及び、第３の段階では定常状態において、少なくとも前記高圧入口（１５）には前記産業用ユニットからの蒸気が供給されることを特徴とする蒸気生成及び蒸気蒸留のための方法。
2. 酸素、窒素及びアルゴンのうちの少なくとも１つを生成する空気蒸留ユニット（３）の少なくとも１つのコンプレッサー（７，８）を駆動させる方法において、
   定常状態において、コンプレッサーが、外部仕事の生産を伴なう蒸気膨張手段（１３）によってのみ駆動されるタイプであり、前記コンプレッサーを駆動させる蒸気は、前記膨張手段の入口（１５；１６）へと導入され、
   前記蒸気膨張手段（１３）は、それぞれ高い及び中間の、異なる吸気圧に対応する高圧入口（１５）および中圧入口（１６）を有し、産業用ユニット（１）の少なくとも始動時には、第１の段階において補助蒸気供給源（２１）からの高圧の補助蒸気が、膨張手段（１３）の前記高圧入口（１５）へと導入され、第２の段階において前記高圧入口（１５）には前記補助蒸気供給源（２１）から高圧の補助蒸気が供給され、かつ前記中圧入口（１６）には前記産業用ユニット（１）からの蒸気が供給され、及び、第３の段階では定常状態において、前記高圧入口（１５）および前記中圧入口（１６）には前記産業用ユニット（１）からの蒸気が供給されることを特徴とする蒸気生成及び蒸気蒸留のための方法。
3. 前記補助蒸気は、補助蒸気供給源（２１）から送られて来るものであり、これらの膨張手段（１３）の前記高圧入口（１５）および中圧入口（１６）のうちの少なくとも一方へと導入されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記産業用ユニット（１）が定常の作動状態まで進行的に稼動されるときには、前記産業用ユニットに、前記空気蒸留ユニット（３）により酸素、窒素及びアルゴンのうちの少なくとも１つが供給され、前記空気蒸留ユニットにより生成される蒸気は、前記膨張手段（１３）を介して前記コンプレッサー（７，８）を駆動させるためのエネルギーのいくらかを配給するために使用されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 定常状態において、前記膨張手段（１３）には、前記産業用ユニット（１）からの蒸気が供給されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記空気蒸留ユニット（３）の単一軸に連結された主空気コンプレッサー（７）及び他のもう一つのガスコンプレッサー（８）が同様な方法で駆動されることを特徴とする請求項１ないし５のうちのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記膨張手段（１３）は、前記高圧入口（１５）および中圧入口（１６）が設けられた本体を有する蒸気タービンを含むことを特徴とする請求項１ないし６のうちのいずれか１項に記載の方法。
8. 一方では、外部仕事の生産を伴なう蒸気膨張手段によってのみ駆動される少なくとも１つのコンプレッサー（７）、及び、空気蒸留装置（１０）及び圧縮空気をこれを蒸留することができる温度まで冷却するように設計された熱交換ライン（１１）を備える冷却ボックス（９）を含む少なくとも１つの空気蒸留ユニット（３）を含み、他方では、前記空気蒸留ユニット（３）により生成された酸素、窒素及びアルゴンのうちの少なくとも１つが供給され、かつ蒸気を生成する産業用ユニット（１）を含み、この蒸気の少なくとも幾らかは前記膨張手段（１３）に送り込まれ、前記膨張手段（１３）は、それぞれ高圧及び中圧の、２つの異なる吸気圧に対応する高圧入口（１５）および中圧入口（１６）を有し、中圧蒸気を前記膨張手段（１３）の前記高圧入口（１５）および中圧入口（１６）へと同時に導入するためのライン（２，２２，２４）および補助蒸気供給源（２１）を含み、前記補助蒸気供給源（２１）は、前記高圧入口（１５）および前記中圧入口（１６）に連結されるように設計され、第１の段階において前記膨張手段の前記中圧入口（１６）に対応する中間の吸気圧にある補助蒸気を前記中圧入口（１６）に配給し、かつ第２の段階において前記膨張手段の前記中圧入口（１６）に対応する中間の吸気圧にある補助蒸気を前記中圧入口（１６）に配給し、かつ前記産業用ユニット（１）は、少なくとも前記高圧入口（１５）に蒸気が導入されるように設計され、前記第２の段階および第３の段階において前記膨張手段の前記高圧入口（１５）に対応する高圧の蒸気を生成し、該高圧の蒸気を前記高圧入口（１５）に配給し、
   前記第１の段階において前記蒸気膨張手段（１３）に、前記補助蒸気供給源（２１）からの中間の吸気圧にある補助蒸気が、これらの膨張手段（１３）の前記高圧入口（１５）および前記中圧入口（１６）へと導入され、前記第２の段階において前記補助蒸気供給源（２１）から前記中圧入口（１６）に中間の吸気圧にある補助蒸気が供給され、かつ前記高圧入口（１５）には前記産業用ユニット（１）からの蒸気が供給され、及び、前記第３の段階では定常状態において、少なくとも前記高圧入口（１５）に前記産業用ユニット（１）からの蒸気が供給されるタイプの連結型空気蒸留／蒸気生成プラント。
9. 一方では、外部仕事の生産を伴なう蒸気膨張手段によってのみ駆動される少なくとも１つのコンプレッサー（７）、及び、空気蒸留装置（１０）及び圧縮空気をこれを蒸留することができる温度まで冷却するように設計された熱交換ライン（１１）を備える冷却ボックス（９）を含む少なくとも１つの空気蒸留ユニット（３）を含み、他方では、前記空気蒸留ユニット（３）により生成された酸素、窒素及びアルゴンのうちの少なくとも１つが供給され、かつ蒸気を生成する産業用ユニット（１）を含み、この蒸気の少なくとも幾らかは前記膨張手段（１３）に送り込まれ、前記膨張手段（１３）は、それぞれ高圧及び中圧の、２つの異なる吸気圧に対応する高圧入口（１５）および中圧入口（１６）を有し、中圧蒸気を前記膨張手段（１３）の前記高圧入口（１５）および前記中圧入口（１６）へと同時に導入するためのライン（２，２２，２４）および補助蒸気供給源（２１）を含み、前記補助蒸気供給源（２１）は、前記高圧入口（１５）および前記中圧入口（１６）に連結されるように設計され、第１の段階において前記膨張手段の高圧入口（１５）に対応する圧力にある高圧の補助蒸気を配給し、かつ第２の段階において前記膨張手段の前記高圧入口（１５）に対応する圧力にある高圧の補助蒸気を配給し、かつ前記産業用ユニット（１）は、前記高圧入口（１５）および前記中圧入口（１６）に蒸気が導入されるように設計され、前記第２および第３の段階において前記膨張手段の前記中圧入口（１６）に対応する中間の吸気圧にある蒸気を生成し、
   前記第１の段階において前記蒸気膨張手段（１３）に、前記補助蒸気供給源（２１）からの高圧の補助蒸気が、膨張手段（１３）の前記高圧入口（１５）へと導入され、前記第２の段階において前記補助蒸気供給源（２１）から前記高圧入口（１５）に高圧の補助蒸気が供給され、かつ前記中圧入口（１６）には前記産業用ユニット（１）からの蒸気が供給され、及び、前記第３の段階では定常状態において、前記高圧入口（１５）および前記中圧入口（１６）に前記産業用ユニット（１）からの蒸気が供給される
   タイプの連結型空気蒸留／蒸気生成プラント。
10. 前記コンプレッサー（７）が、前記空気蒸留ユニット（３）の主空気コンプレッサーであることを特徴とする請求項９に記載のプラント。
11. 前記主空気コンプレッサー（７）と同軸に連結された少なくとも１つの第２のコンプレッサー（８）を含むことを特徴とする請求項１０に記載のプラント。
12. 前記第２のコンプレッサー（８）が、前記空気蒸留ユニット（３）の他のもう一つのガスコンプレッサーであることを特徴とする請求項１１に記載のプラント。
13. 前記膨張手段（１３）が、２つの入口（１５，１６）が設けられた本体を有する蒸気タービンを含むことを特徴とする請求項９ないし１２のうちのいずれか１項に記載のプラント。

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