JP5074416B2 - 深冷蒸留による空気分離装置 - Google Patents
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Description
本発明は、特に窒素を生産するための、深冷蒸留によって空気を分離する装置に関する。
ＵＳ-５８９９０９３に記載された窒素発生器は、蒸留される空気を冷却する交換ラインと、空気がカラムの頂部における窒素リッチ流とカラムの底部における酸素富化流とに分離される分離カラムとを含む。還流を供給するために、窒素リッチ流の一部は、気化器-凝縮器に送られ、そこで酸素富化流との熱交換によって凝縮される。代替的に、窒素は精留器（ｄｅｆｌｅｇｍａｔｏｒ）で凝縮されてもよい。精留器で部分的に気化された富化液体は、相分離器に送られ、分離器の中で生成した液体は再び精留器に流れる。本発明の目的は、種々の制約：
・特に液体再循環を提供するための、投資コスト
・不純物（ＣｎＨｍ、Ｎ２Ｏ，ＣＯ２など）の濃度
・液体パージ
・レベル計測
を課された凝縮器-気化器を排除することである。
・特に液体再循環を提供するための、投資コスト
・不純物（ＣｎＨｍ、Ｎ２Ｏ，ＣＯ２など）の濃度
・液体パージ
・レベル計測
を課された凝縮器-気化器を排除することである。
本発明の１つの目的によれば、
ａ）交換ラインと、
ｂ）プレートおよび／または構造化パッキングを含む単式蒸留カラムと、
ｃ）圧縮され、精製された空気を交換ラインに送るためのラインと、
ｄ）圧縮され、精製されかつ冷却された空気を、交換ラインから蒸留カラムに送るためのラインと、
ｅ）酸素富化液体をカラムから取出し、それを前記交換ラインに送るためのラインと
を含み、交換ラインは精留区画（ｄｅｆｌｅｇｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ）と熱交換区画とを含み、；精留区画はカラムと酸素富化液体ラインとに接続され、熱交換区画は空気供給ラインと精留区画とに接続されていることを特徴とする、窒素を生産するために深冷蒸留によって空気を分離するための装置が提供される。
ａ）交換ラインと、
ｂ）プレートおよび／または構造化パッキングを含む単式蒸留カラムと、
ｃ）圧縮され、精製された空気を交換ラインに送るためのラインと、
ｄ）圧縮され、精製されかつ冷却された空気を、交換ラインから蒸留カラムに送るためのラインと、
ｅ）酸素富化液体をカラムから取出し、それを前記交換ラインに送るためのラインと
を含み、交換ラインは精留区画（ｄｅｆｌｅｇｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ）と熱交換区画とを含み、；精留区画はカラムと酸素富化液体ラインとに接続され、熱交換区画は空気供給ラインと精留区画とに接続されていることを特徴とする、窒素を生産するために深冷蒸留によって空気を分離するための装置が提供される。
任意の目的によれば、：
- 交換ラインは蒸留カラムの上に配置され、；
- 精留区画はカラムの頂部に固定され、；
- 注入仕込みのための、および／または空気もしくは気化された富化液体を膨張させるための手段と、；
- 圧縮され、精製されかつ冷却された空気を交換ラインから蒸留カラムに送るためのラインが、熱交換区画の冷端に接続され、；
- 熱交換区画と精留区画との間に通路を再配分させるための手段と、；
- 交換ラインは銅またはアルミニウムから作られ、および／または蒸留カラムはステンレス鋼から作られ、；
- 交換ラインおよび蒸留カラムはアルミニウムから作られ、；
- 交換ラインはプレートおよびろう付けされたひれ付管式の熱交換器である。
- 交換ラインは蒸留カラムの上に配置され、；
- 精留区画はカラムの頂部に固定され、；
- 注入仕込みのための、および／または空気もしくは気化された富化液体を膨張させるための手段と、；
- 圧縮され、精製されかつ冷却された空気を交換ラインから蒸留カラムに送るためのラインが、熱交換区画の冷端に接続され、；
- 熱交換区画と精留区画との間に通路を再配分させるための手段と、；
- 交換ラインは銅またはアルミニウムから作られ、および／または蒸留カラムはステンレス鋼から作られ、；
- 交換ラインおよび蒸留カラムはアルミニウムから作られ、；
- 交換ラインはプレートおよびろう付けされたひれ付管式の熱交換器である。
本発明の他の側面によれば、交換ラインと、プレートおよび／または構造化パッキングを含む単式蒸留カラムとを含み、圧縮され、かつ精製された空気を交換ラインに送り、圧縮され、精製され、冷却された空気を交換ラインから蒸留カラムに送り、酸素富化液体の流をカラムから取出して交換ラインに送り、
交換ラインは、精留区画と、熱交換区画との２つの区画を含み、；精留区画は、カラムと酸素富化液体ラインとに接続され、熱交換区画は、空気供給ラインと精留区画とに接続され、酸素富化液体は、精留区画の中で完全に気化されて酸素富化ガスを生成することを特徴とする、深冷蒸留によって装置の中で窒素を製造する、空気を分離するための方法が提供される。
交換ラインは、精留区画と、熱交換区画との２つの区画を含み、；精留区画は、カラムと酸素富化液体ラインとに接続され、熱交換区画は、空気供給ラインと精留区画とに接続され、酸素富化液体は、精留区画の中で完全に気化されて酸素富化ガスを生成することを特徴とする、深冷蒸留によって装置の中で窒素を製造する、空気を分離するための方法が提供される。
本発明は、熱交換器の最低温部分を、精留器として、そこで窒素を凝縮させるために用いることによって、主熱交換器に「気化-凝縮」機能を組込むことを提案する。本発明の利点は以下の通りである、：
・ 気化によって僅かしか濃縮されない富化液体の「自然」パージを与える（ポンプ装置のように）、
・ 分散液体パージを使用する必要がないので、
□ 典型的なパージに必要な石詰め（ｓｔｏｎｅ ｆｉｌｌｅｄ）ピット（またはドリップポット）、ならびにパージの信頼性および有効性を保証するための装置を含む関連する装置を除外すること、
□ 冷却容量における利益（注入仕込みを具備した装置について、液体窒素の消費が大幅に削減され、それによって稼動コストが削減される）、
□ 安全面で「重要」な、このパージの動作モニタリングを軽減すること
に役立ち、
・ レベル計測、パルスコネクター加熱トング（ｐｕｌｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｏｎｇ）、任意的なバーナーおよびレベルゲージの除外、ならびに安全面で「重要」な、この計測の軽減
・ 再循環ポットの除外。
・ 気化によって僅かしか濃縮されない富化液体の「自然」パージを与える（ポンプ装置のように）、
・ 分散液体パージを使用する必要がないので、
□ 典型的なパージに必要な石詰め（ｓｔｏｎｅ ｆｉｌｌｅｄ）ピット（またはドリップポット）、ならびにパージの信頼性および有効性を保証するための装置を含む関連する装置を除外すること、
□ 冷却容量における利益（注入仕込みを具備した装置について、液体窒素の消費が大幅に削減され、それによって稼動コストが削減される）、
□ 安全面で「重要」な、このパージの動作モニタリングを軽減すること
に役立ち、
・ レベル計測、パルスコネクター加熱トング（ｐｕｌｓｅ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｏｎｇ）、任意的なバーナーおよびレベルゲージの除外、ならびに安全面で「重要」な、この計測の軽減
・ 再循環ポットの除外。
冷却容量における利得の一部が僅かに効率が低い（それゆえに小さい）交換ラインにおいて変換される場合は、熱交換器の追加コストはわずかなものに、またはゼロにさえなるであろう。
熱交換器がカラムの上にあるので、コールドボックスは高さが増すが、かなり幅狭になるので、それによりかなりの利益が得られる。
本発明は、本発明による空気分離装置を示す図を参照してより詳細に記述される。
圧縮された空気の流は、精製ユニット（図示せず）の中で精製され、交換ライン３の温端に送られる。この交換ラインは、通常の熱交換区画３Ａと、精留区画３Ｂとを含む。２つの区画は隣接しており、交換ラインはプレートおよびろう付けされたひれ付管式熱交換器である。
空気１は、区画３Ａの冷端に至るまで交換ラインの中で冷却され、次に熱交換ラインを出て単式蒸留カラム７の底部に送られる。カラム７は構造化パッキングまたはプレート９を含む。
空気は、酸素富化流１１と窒素富化流とに分離される。酸素富化流１１は、カラム７から液体状態で取出され、区画３Ｂの冷端に送られる。窒素富化流は、区画３Ｂの通路を介して直接、カラムの頂部から出る。好ましくは、交換ライン３は、カラム７の頂部と同じ幅を持ち、カラムのシェルに溶接されている（円形-正方形または円形-長方形アダプターによって）。
蒸留に必要とされる冷却容量は、ＥＰ-Ａ-０４５２１７７に記載されたそれ自体既知の手法により貯蔵ユニットから得られる液体窒素１３の注入仕込みによって供給される。代替的に、または追加で、空気タービン１もしくは気化された富化液体タービンを設けることができる。
区画３Ｂは、富化液体の１つの通路について２つの窒素の通路を含む。富化液体は、交換ライン３の区画３Ｂの中で完全に気化されるので、それは完全に気体に変換される。窒素は部分的に凝縮される：凝縮した部分は、重力によってカラム中に落ちて還流として働き、交換ライン３はカラムの上に設置される（直接溶接または任意に適当な配管を介して）。窒素ガスの残りは、交換ライン３全体を通って上昇しつづける。
交換ラインの区画３Ａは、通常の主交換ラインを含む。窒素ガスおよび気化された富化液体は、入ってくる空気１によって加熱される。
交換ライン３を最適化するために、２つの区画間の境界面で、精留区画３Ｂの二重の窒素の通路は、区画３Ａで加熱される窒素と冷却される空気との間で再配分される。これは、流体入口／出口（配分ボックス）によって、または、好ましくは内部での再配分によって（ロッドおよび穿孔分離プレートを用いて）実行され得る。
交換ライン３は、好ましくは銅またはアルミニウムから作られ、カラム７はステンレス鋼から作られる。交換ラインがアルミニウムから作られ、かつカラムがステンレス鋼から作られる場合は、両者の間に１つ以上の複合ジャンクションを設けなければならない。そうでない場合は、交換ライン３およびカラム７はアルミニウムから作られるであろう。
Claims (9)
- ａ）交換ライン（３）と、
ｂ）プレートおよび／または構造化パッキングを含む単式蒸留カラム（７）と、
ｃ）圧縮され、精製された空気を前記交換ラインに送るためのライン（１）と、
ｄ）圧縮され、精製されかつ冷却された空気を、前記交換ラインから前記蒸留カラムに送るためのラインと、
ｅ）酸素富化液体を前記カラムから取出し、それを前記交換ラインに送るためのライン（１１）とを含み、前記交換ラインは２つの区画、すなわち精留区画（３Ｂ）と熱交換区画（３Ａ）とを含み、前記精留区画は前記カラムと前記酸素富化液体ラインとに接続され、前記熱交換区画は、前記空気供給ラインと前記精留区画とに接続され、
前記精留区画（３Ｂ）内で酸素富化液体が気化され、そして形成された気体が交換ライン３を離れることなく熱交換区画３Ａに送られるように、前記精留区画（３Ｂ）が前記熱交換区画（３Ａ）に隣接されていることを特徴とする、窒素を生産するために深冷蒸留によって空気を分離するための装置。 - 前記交換ライン（３）が前記蒸留カラム（７）の上に配置されている、請求項１に記載の装置。
- 前記精留区画（３Ｂ）が前記カラム（７）の頂部に固定されている、請求項１および２のいずれかに記載の装置。
- 精留区画内に液体窒素を注入仕込み（１３）するための、および／または空気（５）もしくは気化された酸素富化液体を膨張させるための手段を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
- 前記圧縮され、精製されかつ冷却された空気を前記交換ラインから前記蒸留カラムへと送るためのラインが、前記熱交換区画（３Ａ）の冷端に接続されている、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
- 前記熱交換区画と前記精留区画との間で通路を再配分するための手段を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
- 前記熱交換ライン（３）が銅またはアルミニウムから作られ、および／または前記蒸留カラム（７）がステンレス鋼から作られている、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
- 前記交換ライン（３）および前記蒸留カラム（７）がアルミニウムから作られている、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
- 交換ライン（３）と、プレートおよび／または構造化パッキングを含む単純蒸留カラム（７）とを含む装置内で、窒素を生産するために深冷蒸留により空気を分離するための方法であって、圧縮され、精製された空気を前記交換ラインに送り、圧縮され、精製されかつ冷却された空気を前記交換ラインから前記蒸留カラムに送り、酸素富化液体の流を前記カラムから取出して前記交換ラインに送り、前記交換ラインは、２つの区画、すなわち精留区画（３Ｂ）と、熱交換区画（３Ａ）とを含み、前記精留区画は前記カラムと前記酸素富化液体ラインとに接続され、前記熱交換区画は前記空気供給ラインと前記精留区画とに接続され、
前記精留区画（３Ｂ）内で酸素富化液体が気化され、そして形成された気体が交換ライン３を離れることなく熱交換区画３Ａに送られるように、前記精留区画（３Ｂ）が前記熱交換区画（３Ａ）に隣接されており、前記酸素富化液体を、前記精留区画の中で完全に気化させて酸素富化ガスを生成することを特徴とする方法。
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