JP4809243B2 - 空気分離／金属製造装置の起動方法 - Google Patents

空気分離／金属製造装置の起動方法 Download PDF

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Description

本発明は、空気分離ユニット、統合化された空気分離／金属製造設備およびこのような空気分離ユニットを起動する方法に関する。
Ｃａｐｏｇｒｏｓｓｏらによる記事「ＩＬＶＡでの高炉のための酸素を用いた最適化されたスチール生産、Ｔａｒａｎｔｏ Ｗｏｒｋｓ、イタリア」、スティールタイムズインターナショナル、２００３年２月−３月に記載されているように、高炉のブロワーからの圧縮空気を少なくとも部分的に空気分離ユニットに供給することが知られている。そのユニットによって製造された酸素は、次にブロワーから来る空気の残りと混合され、加熱され、高炉に送られる。
ブロワーから来る、空気分離ユニット向けの空気の一部を昇圧することがしばしば必要になる。
この記事は、空気が、いくつかのブロワーによって供給される圧縮空気本管から来ていてもよいことを説明している。
高炉に供給するための好適な空気分離ユニットは、ＵＳ−Ａ−５２４４４８９、ＵＳ−Ａ−６０８９０４０、ＵＳ−Ａ−６１１９４８２およびＵＳ−Ａ−６１２２９３２に記載されている。
高炉を起動するためには、まずブロワーを作動することが必要である。空気の圧力を、空気分離向けの空気を圧縮するためのブースターコンプレッサーの起動を可能にする圧力まで徐々に上げる。
このブースターコンプレッサーを急速に起動でき、酸素をできるだけ急速に消費者に送るようにし、その結果、高炉が正常に運転できるようにすることが明らかに重要である。
本発明の目的は、ブースターコンプレッサーが運転し始めることができる最低の空気圧力を下げることである。
本発明の１つの主題は、塔の系と、少なくとも１つのブースターコンプレッサーから来る圧縮空気を少なくとも部分的にユニットに供給するための手段と、空気を精製し冷却するための手段と、塔の系の１つの塔にそれを送るための手段と、塔の系の１つの塔からガス生成物を取り出すための手段とを具備した空気分離ユニットであって、ブースターコンプレッサーは少なくとも２つの所定回転速度を有する可変速度モーターによって駆動されることを特徴とするユニットである。
供給および／または負荷の周波数の変化は、ｘ回転の所定速度を有するモーターが最大限で±５％の範囲内で実際にほぼこの速度で回転することを意味する。
−ユニットはモーターに可変周波数ＡＣ電流を供給するための手段を含む。
−ユニットは複数の速度のモーターを含む。
−モーターは、単一の一次巻線、特にダーランダー（Ｄａｈｌａｎｄｅｒ）巻線を有するタイプのものであるか、またはいくつかの一次巻線を有するタイプのものである。
本発明の他の主題は、空気分離ユニットと、金属生産ユニットと、空気分離ユニット向けの空気および金属生産ユニット向けの空気を圧縮するメインコンプレッサーと（空気分離ユニットは上で定義したタイプのものである）、メインコンプレッサーからの空気ブースターコンプレッサーに送るための手段と、空気分離ユニットから来るガス生成物を金属生産ユニットに送るための手段とを具備した、統合化された空気分離／金属製造設備である。
本発明の他の主題は、塔の系と、圧縮空気をブースターコンプレッサーに供給するための手段と、ブースターコンプレッサーからの空気を塔の系の少なくとも１つの塔に送るための手段と、塔の系の１つの塔からガス生成物を取り出して金属生産ユニットにガス生成物を送るための手段とを具備した空気分離／金属製造設備を起動する方法であって、ブースターコンプレッサーは可変速度モーターによって駆動され、金属生産ユニットの起動期間の間に、モーターの速度が、ユニットの定常運転の間のモーターの速度より高速であることを特徴とする方法である。
他の任意の態様によれば、
−モーターは２つの速度のうちの１つで回転し、モーターは、金属生産ユニットの起動の間に第１の速度で回転し、ユニットの定常運転の間に第２の速度で回転し、第１の速度は第２の速度よりも高速である。
−モーターに、ユニットの定常運転の間の電流の周波数よりも、金属生産ユニットの起動の間に、より高い周波数でＡＣ電流を供給する。
−モーターに可変周波数電流を供給する。
−モーターはユニットの運転に依存して異なるように結合された、いくつかの巻線を含む。
本発明のさらに他の主題は、空気分離ユニットおよび金属生産ユニットにメインコンプレッサーから空気を供給し、金属生産ユニットに空気分離ユニットからガス生成物を供給する上述したタイプの方法であって、この方法において、２つのユニットに供給するメインコンプレッサーを最初に起動した後、上記起動方法によって空気分離ユニットを起動する方法である。
モーターの回転速度は以下のようなさまざまな手段によって調節してもよい。
−単一の一次巻線（ダーランダータイプの巻線結合を含む）を有する機械またはいくつかの一次巻線を有する機械の極の対の数を変えることができる。
−電気機械的周波数変換装置または静止型変換装置を用いてステーター供給電圧の周波数を変えることができる。
−ローターに対するスリップ可変抵抗器を用いるかまたは回収カスケードを用いてステータス供給電圧を変化させることによって、スリップを変えることができる。
記述している全ての圧力は絶対圧力である。
本発明を、図面を参照してより詳細に説明する。これらの図面は高炉と統合化された本発明による空気分離ユニットの原理を示す模式図である。
図１は金属処理ユニット（この例では高炉ＢＦ）と、熱交換ライン（主熱交換器）ＥＬ、二重塔ＤＣおよび混合塔ＭＣを有する空気蒸留ユニットとを示し、高炉および空気蒸留ユニットの両方に少なくとも６バール、典型的には３ないし５．５バールの圧力で１０００００Ｓｍ3／ｈ以上の空気を生産するブロワーＣによって空気を供給する。ブロワーＣは他のユニットに供給してもよい。高炉ＢＦ向けの空気を加熱し、空気分離ユニットから来る酸素Ｏの流れと混合した後に高炉に送る。
図１に示した空気蒸留ユニットは、最初の運転において、７バールとは異なる例えば２から６バールの特定の圧力Ｐで、あるいは少なくとも２バールだけ７バールより高く、できれば１４バールまで、好ましくは９ないし１４バールの圧力で、例えば８０から９７％、好ましくは８５から９５％の純度をもつ低純度酸素を生産することを意図している。二重蒸留塔ＤＣそれ自体は、中圧塔ＭＰＣと、低圧塔ＬＰＣと、メインリボイラー／コンデンサーとを有する。塔ＭＰＣおよびＬＰＣは、典型的にはそれぞれ約６バールおよび約１．２バールで運転する。
刊行物ＵＳ−Ａ−４０２２０３０において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、反対に近い仕方で、塔の低部に導入された比較的揮発性のガスと塔の頂部に導入されたより揮発性でない液体とを混合するために用いられる。
このような混合は、冷凍エネルギーを発生させ、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ことを可能にする。この場合、以下に説明するように、この混合は圧力Ｐでの不純酸素の直接製造にも有益に用いられる。
蒸留向けの空気を、クーラーＣＬによって冷却し、精製ユニットＰＵによって精製する。次に、これを２つの流れに分ける。流れＬをブースターコンプレッサーＣ２において６×１０5Ｐａの圧力まで昇圧した後、交換ラインＥＬにおいて冷却し、混合塔ＭＣの底部に導入する。
他の流れＪを交換ラインＥＬに送り、部分的に冷却し、２つに分ける。一部を、交換ラインのちょうど低温端まで冷却した後に中圧塔ＭＰＣに送り、他の部分をタービンＴにおいて低圧に膨張した後、低圧塔ＬＰＣに中間点で注入する。
ブースターコンプレッサーＣ２を、可変速度モーターＭによって少なくとも２つの所定速度で駆動する。このモーターは、Ｍｅｍｏｔｅｃｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｄｅ Ｂｏｕｒｇｅｏｉｓ ｅｔ Ｃｏｇｎｉｅｌ、Ｅｄｕｃａｌｉｖｒｅ出版、２９５ページに記載されているように、２または３の速度をもつダーランダータイプのものでもよい。金属生産ユニットの起動期間の間に、モーターの速度は、ユニットの定常運転の間のモーターの速度より高速である。任意に、ブースターコンプレッサーを蒸気タービンのようなタービンによって駆動してもよい。
塔ＭＰＣの底部から取り出した「リッチ液体」（酸素富化空気）を、膨張弁において膨張した後、空気の注入点の近くで塔ＬＰＣに導入する。中間点で塔ＭＰＣから取り出した「リーン液体」（不純窒素）を、膨張弁において膨張した後、塔ＬＰＣの頂部に導入する。ユニットの廃ガスを構成する窒素Ｎおよび、できれば塔ＭＰＣの頂部で生産された中圧にある純粋なガス状窒素を、交換ラインＥＬにおいて加温し、ユニットから排出する。
液体酸素（その純度は二重塔ＤＣの設定に依存する）を、塔ＬＰＣの底部から取り出し、圧力降下（Ｐ１−Ｐ、例えば１×１０5Ｐａ未満）を考慮に入れて、ポンプＷによって上述した圧力Ｐをわずかに超える圧力Ｐ１までもっていき、塔ＭＣの頂部に導入する。したがって、Ｐ１は、有利には４〜６×１０5Ｐａないし３０×１０5Ｐａ、好ましくは８×１０5Ｐａないし１６×１０5Ｐａである。混合塔ＭＣから取り出すのは、以下の３つの流体の流れである。塔の底部では、リッチ液体に近く、膨張弁を備えたラインを介してリッチ液体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で構成される混合物であり、これは膨張弁を備えたラインを介して低圧塔ＬＰＣの中間点に送る。塔の頂部では、不純酸素であり、これは熱交換ラインで加温した後、ほぼ圧力Ｐで製品ガスＯとしてラインを介してユニットから排出する。
図１は、ユニット中を循環する流体において得られる冷凍を回収するための補助熱交換装置も示している。
図２に示す例では、蒸留向けの全ての空気を、可変速度モーターＭによって駆動されるブースターコンプレッサーＣ１において圧縮する。その後、昇圧した空気を、精製ユニットＰＵにおいて精製し、冷却し、２つの部分に分ける。空気の一部をブースターコンプレッサーｃにおいて混合塔ＭＣの圧力まで昇圧する。ブースターコンプレッサーｃは、空気の残りの一部によって供給されるブローイングタービンＴに結合している。
図の他の構成要素は、図１のものと同一である。
図３では、図２と同様に、蒸留向けの全ての空気を、可変速度モーターＭによって駆動されるブースターコンプレッサーＣ１において圧縮する。その後、昇圧した空気を精製ユニットＰＵにおいて精製し、精製空気の一部Ｌを第２のブースターコンプレッサーＣ２において混合塔の圧力に昇圧する。第２のブースターコンプレッサーＣ２もモーターＭ’（できれば可変速度モーター）に結合している。この空気を交換ラインＥＬにおいて冷却し、混合塔ＭＣに送る。精製ユニットから来る空気の残部Ｊを部分的に冷却し、２つの部分に分ける。空気の一部をタービンＴに送った後、低圧塔ＬＰＣに送る。空気の残部を交換ラインＥＬにおいて冷却しつづけ、ガス状の形態で中圧塔に送る。
低圧窒素コンプレッサーｃはタービンＴによって駆動される。
二重塔にブロワーによって供給し、一方で混合塔に専用のコンプレッサーまたは他のものによって供給することも考えられる。
ブースターコンプレッサーを混合塔および／または混合塔に供給するために用いてもよい。
空気蒸留ユニットの模式図である。 空気蒸留ユニットの模式図である。 空気蒸留ユニットの模式図である。

Claims (5)

  1. 蒸留塔の系と、圧縮空気を、可変速度モーター（Ｍ、Ｍ’）によって駆動されるブースターコンプレッサー（Ｃ１、Ｃ２）に供給するための手段と、ブースターコンプレッサーからの空気を蒸留塔の系の少なくとも１つの蒸留塔（ＭＰＣ、ＭＣ）に送るための手段と、ブースターコンプレッサーと蒸留塔の系との間に配置された主熱交換器と、蒸留塔の系の１つの蒸留塔からガス生成物（Ｏ）を取り出して高炉に酸素を送るための手段とを具備し、
    蒸留塔の系は、低圧塔、及び低圧塔の下部から供給される酸度富化液とブースターコンプレッサーからの空気とが混合される混合塔を備える空気分離装置／高炉装置を起動する方法であって、高炉の起動から定常運転までの起動期間の間に、モーターの速度が、高炉の定常運転の間のモーターの速度より高速であり、空気分離ユニットおよび高炉にメインコンプレッサー（Ｃ）から空気を供給し、高炉に空気分離ユニットから酸素を供給し、空気分離ユニットおよび高炉に供給するメインコンプレッサー（Ｃ）を最初に起動した後、空気分離ユニットを起動することを特徴とする方法。
  2. モーター（Ｍ、Ｍ’）は２つの速度のうちの１つで回転し、モーターは、高炉の起動の間に第１の速度で回転し、高炉の定常運転の間に第２の速度で回転し、第１の速度は第２の速度よりも高速である請求項１記載の方法。
  3. モーターに、高炉の定常運転の間の電流の周波数よりも、高炉の起動の間に、より高い周波数でＡＣ電流を供給する請求項２記載の方法。
  4. 電流の周波数は可変である請求項３記載の方法。
  5. モーター（Ｍ、Ｍ’）は高炉の動作モ−ドに従って変えられるように結合された、いくつかの巻線を含む請求項３記載の方法。
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