JP5902161B2 - 冷却装置、及び、冷却装置を備える深冷蒸留による空気分離装置 - Google Patents
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Description
本発明は、冷却装置及びこのような冷却装置を備える空気蒸留による空気分離装置に関する。
フランクケリーによる「工業ガスハンドブック（Industrial Gas Handbook）」、CRCプレス、１１２頁から１１３頁は、第１タワーにおいて、水と直接接触により、蒸留システムで空気分離を目的とされる空気を冷却する冷却タワーの使用方法を説明する。空気は、次に、二酸化炭素に関して乾燥及び精製される精製システムへ導かれる。冷却に用いられる水は、明らかに第１タワーで加熱される。それを冷却し、且つ、このようにそれを第１タワーへ再循環可能とするために、水は、空気蒸留システムから来る窒素と直接接触によって第２タワーで冷却される。第２タワーの上流で、窒素は、蒸留される空気が冷却される交換ラインで加熱される。ケリーが指摘するように、この窒素の流れは、蒸留空気のかなりの割合を構成する。
ＥＰ−Ａ−１６６６８２２は、地面に位置する第１及び第２タワーを示し、第２タワーは、メイン交換ラインの出口の近くである。
第２タワーで得られる氷水を第１タワーへ移送するために用いられるポンプは、一般的に第２タワーの傍で地面に据え付けられる。
第２タワーは、円形又は方形の断面を有し、鋼鉄又はコンクリートで形成される。
例えば、空気燃焼のために酸素を供給することを予定された空気分離装置により低圧窒素を製造する方法の場合においては、窒素及び水間に熱交換が行われる第２タワーへのみ接続される低圧カラム（及び、それゆえ空気コンプレッサーの）の圧力が設定されるため、交換ラインを去ってこの第２タワーに向かう残余窒素のラインにおける圧力降下は、臨界となる。
円形又は方形の断面のタワーは、例えば、直接タワーが入る残余窒素ラインを許可するために、配管エルボを有さず、且つ、管の最小長さを有してメイン交換ラインの屋根の高さに据え付けられ、これら双方の特徴が、圧力降下を発生させる。
このタワーは、鋼鉄、コンクリートの又はプラスチックにより形成される。
タワーは、好ましくは、交換ラインが設置される外部ケーシングの構造の連続によって、又は、他の適当な支持手段によって支持される。
本発明を用いることによって、３ｍｂａｒによる圧力降下の減少が可能となり、そして、その結果、３ｍｂａｒによって低圧カラムの、しかも４ｍｂａｒによって中圧カラムの圧力が減少する。
この圧力の減少は、タワーが地面高さにおいて設置される従来技術と比較して、交換ラインから冷却タワーへ窒素を導く配管の３つの配管エルボの除去による結果である。
本発明の一つの目的は、カラムシステム行きである冷却される空気との熱交換によって、カラムシステムから来る窒素を加熱することが可能な交換ライン、及び、タワーの頂上へ送られる冷却される水及び空気蒸留カラムシステムから来る窒素間の熱及び質量の交換を可能とする冷却タワーからなり、タワーの下部は、窒素配管へ接続される入口を備え、窒素配管は、カラムシステム行きである冷却される空気との熱交換によってカラムシステムから来る窒素を加熱することが可能な、少なくとも一つの交換ラインの交換本体に接続され、タワーが交換ラインの少なくとも一部上に位置されることを特徴とする冷却装置を備えることである。
他の任意の特徴によれば、
・タワーは、交換ラインの少なくとも一部に支持され、
・タワーは、交換ラインの少なくとも一部に据え付けられる構造によって支持され、
・タワーの最低位置は、交換本体又は複数の本体より上であり、
・窒素配管は冷却タワーのタンクより上の位置へ接続され、
・装置は、各々がいくつかの交換本体を備える二つの交換ラインを備え、二つの交換ラインは、好ましくは、実質的に同じ高さを有し、
・タワーは、二つの交換ラインに据え付けられる構造によって支持され、
・タワーは、二つの交換ライン間のスペースより上に位置され、
・二つの交換ラインへ接続される少なくとも一の空気入口配管は、タワーの下のスペースを通って通過し、
・窒素配管は、交換本体の上部へ接続され、
・窒素パイプは、窒素が、下方へ導かれることなく、タワーへ到達するように配置され、
・窒素配管は、交換本体及び窒素配管間に、最大で一つのシングル配管エルボを備え、好ましくは配管エルボを有さず、
・カラムシステムは、中圧カラム及び低圧カラムを備え、そして、低圧カラムは窒素をそれに供給する交換ラインの本体に接続される。
・タワーは、交換ラインの少なくとも一部に支持され、
・タワーは、交換ラインの少なくとも一部に据え付けられる構造によって支持され、
・タワーの最低位置は、交換本体又は複数の本体より上であり、
・窒素配管は冷却タワーのタンクより上の位置へ接続され、
・装置は、各々がいくつかの交換本体を備える二つの交換ラインを備え、二つの交換ラインは、好ましくは、実質的に同じ高さを有し、
・タワーは、二つの交換ラインに据え付けられる構造によって支持され、
・タワーは、二つの交換ライン間のスペースより上に位置され、
・二つの交換ラインへ接続される少なくとも一の空気入口配管は、タワーの下のスペースを通って通過し、
・窒素配管は、交換本体の上部へ接続され、
・窒素パイプは、窒素が、下方へ導かれることなく、タワーへ到達するように配置され、
・窒素配管は、交換本体及び窒素配管間に、最大で一つのシングル配管エルボを備え、好ましくは配管エルボを有さず、
・カラムシステムは、中圧カラム及び低圧カラムを備え、そして、低圧カラムは窒素をそれに供給する交換ラインの本体に接続される。
本発明の他の目的は、請求項１乃至請求項１２の一で請求される装置、カラムシステム、交換ラインへ空気を導く配管、交換ラインから空気を運搬する配管、及び、交換ラインからカラムシステムへ空気を運搬する配管を備え、窒素配管がカラムシステムへ接続される、深冷蒸留による空気分離装置を提供することである。
本発明の他の目的は、請求項１乃至請求項１２の一で請求される装置を用い、空気がタワー及び交換ラインで冷却され、カラムシステムで分離され、窒素がカラムシステムから交換ラインへ及び交換ラインからタワーへ送られる、深冷蒸留による空気分離方法を提供することである。
好ましくは、交換本体の出口及びタワーの入口間の窒素配管の圧力降下は、７ｍｂａｒより小さく、好ましくは、６ｍｂａｒより小さい。
本発明は、深冷蒸留によって空気を分離する装置を組み込んだ本発明に係る装置を描く図面に関してより詳細に記述される。
冷却装置は、タワー１、二つの低圧交換ライン３Ａ,３Ｂ、及び、一つの高圧交換ライン５を備えている。空気分離装置は、さらに、空気タービン７、蒸留カラム９，１１、並びに、一組の配管及びバルブを備えている。
空気は、タワー（不図示）において、水と直接接触によって冷却され、精製装置で精製され、交換ライン３Ａ，３Ｂで冷却され、少なくとも一つのタービン７を通って膨張され、そして、分離されるためにカラム９に送られる。カラム９において製造される流体は、カラム９より低圧で作動されるカラム１１に送られる。カラム１１から来る、製造された窒素は、交換ライン３Ａ，３Ｂで加熱され、空気を冷却することを目的とされる水を冷却する冷却タワー１へ導かれる。
交換ライン３Ａ，３Ｂは、低圧流体交換機であるとともに、スペースによって分離される。各交換ラインは、冷却される空気及び加熱される窒素を受ける特定数の本体（この例において８）を備える。
加熱された窒素は、タワー１の底部より上に数メートルで出てくる配管１５で収集される。窒素配管１５は、他の配管よりも高いことから、結果、タワー１へ接続することが簡単となる。交換本体及びタワー間の窒素配管１５の圧力降下は、７ｍｂａｒよりも少なく、好ましくは、６ｍｂａｒよりも少ない。
タワー１は、２つの交換ライン３Ａ，３Ｂの端部に据えられる構造１３によって支持される。
タワーで冷却される水は、精製プロセスの上流で空気を冷却するために用いられる。
ちょうど一つの交換ラインがあるところで、構造１３は地面上又はいくつかの他の要素上に据えつけられる。
水の入口及び出口配管は、図面において図示していない。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 交換ライン（３Ａ，３Ｂ）、及び、冷却タワー（１）からなる冷却装置であって、
前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）は、カラムシステム行きである冷却される空気との熱交換によって前記カラムシステムから来る窒素を加熱することが可能であり、前記冷却タワー（１）は、前記タワーの頂上へ送られて冷却される水と空気蒸留カラム（９，１１）システムから来る窒素との間の熱及び質量を交換することが可能であり、前記タワーの下部は窒素配管（１５）に接続される入口を備え、そして、前記窒素配管は前記交換ラインの少なくとも一の交換本体に接続され、
前記タワーが、前記交換ラインの少なくとも一部上に位置されることを特徴とする冷却装置。
［２］ 前記タワー（１）は前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）の少なくとも一部に支持される、［１］で請求される装置。
［３］ 前記タワー（１）は、前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）の少なくとも一部に据え付けられた構造（１３）によって支持される、［１］又は［２］で請求される装置。
［４］ 前記タワーの前記最低位置は前記交換本体又は複数の本体より上である、先行する請求項の一で請求される装置。
［５］ 前記窒素配管は、前記冷却タワー（１）の前記タンクより上の位置に接続される、先行する請求項の一で請求される装置。
［６］ それぞれがいくつかの交換本体を備える２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）を備え、前記２つの交換ラインは、好ましくは、実質的に同じ高さを有する、先行する請求項の一で請求される装置。
［７］ 前記タワー（１）は、前記２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）に据え付けられた構造（１３）によって支持される、［６］で請求される装置。
［８］ 前記タワー（１）は、前記２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）間のスペースより上に位置される、［６］又は［７］で請求される装置。
［９］ 前記二つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）と接続される少なくとも一つの空気入口配管は、前記タワーの下部の前記スペースを通って通過する、［８］で請求される装置。
［１０］ 前記窒素配管は、前記交換本体の上部と接続される、先行する請求項の一つで請求される装置。
［１１］ 前記窒素配管は、前記窒素が下方に導かれることなく前記タワー（１）に到達するように配置される、［１０］で請求される装置。
［１２］ 前記窒素配管は、前記交換本体及び前記窒素配管間で、多くても一つのシングル配管エルボを備える、［１０］又は［１１］で請求される装置。
［１３］ 先行する請求項の一で請求される装置と、カラム（９，１１）システムと、前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）へ空気を導く配管と、前記交換ラインから空気を導く配管と、前記交換ラインから前記カラムシステムへ空気を導く配管と、を備え、前記窒素配管は前記カラムシステムへ接続される、深冷蒸留による空気分離装置。
［１４］ 前述した請求項の一つで請求される装置を用い、空気が前記タワー及び前記交換ラインで冷却され、カラムシステムで分離され、前記窒素が前記カラムシステムから前記交換ラインへ、及び、前記交換ラインから前記タワーへ送られる、深冷蒸留にる空気分離方法。
［１５］ 前記交換本体の前記出口及び前記タワーの前記入口間の前記窒素配管内の前記圧力降下は、７ｍｂａｒよりも小さく、好ましくは６ｍｂａｒよりも小さい、［１４］で請求される方法。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 交換ライン（３Ａ，３Ｂ）、及び、冷却タワー（１）からなる冷却装置であって、
前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）は、カラムシステム行きである冷却される空気との熱交換によって前記カラムシステムから来る窒素を加熱することが可能であり、前記冷却タワー（１）は、前記タワーの頂上へ送られて冷却される水と空気蒸留カラム（９，１１）システムから来る窒素との間の熱及び質量を交換することが可能であり、前記タワーの下部は窒素配管（１５）に接続される入口を備え、そして、前記窒素配管は前記交換ラインの少なくとも一の交換本体に接続され、
前記タワーが、前記交換ラインの少なくとも一部上に位置されることを特徴とする冷却装置。
［２］ 前記タワー（１）は前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）の少なくとも一部に支持される、［１］で請求される装置。
［３］ 前記タワー（１）は、前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）の少なくとも一部に据え付けられた構造（１３）によって支持される、［１］又は［２］で請求される装置。
［４］ 前記タワーの前記最低位置は前記交換本体又は複数の本体より上である、先行する請求項の一で請求される装置。
［５］ 前記窒素配管は、前記冷却タワー（１）の前記タンクより上の位置に接続される、先行する請求項の一で請求される装置。
［６］ それぞれがいくつかの交換本体を備える２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）を備え、前記２つの交換ラインは、好ましくは、実質的に同じ高さを有する、先行する請求項の一で請求される装置。
［７］ 前記タワー（１）は、前記２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）に据え付けられた構造（１３）によって支持される、［６］で請求される装置。
［８］ 前記タワー（１）は、前記２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）間のスペースより上に位置される、［６］又は［７］で請求される装置。
［９］ 前記二つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）と接続される少なくとも一つの空気入口配管は、前記タワーの下部の前記スペースを通って通過する、［８］で請求される装置。
［１０］ 前記窒素配管は、前記交換本体の上部と接続される、先行する請求項の一つで請求される装置。
［１１］ 前記窒素配管は、前記窒素が下方に導かれることなく前記タワー（１）に到達するように配置される、［１０］で請求される装置。
［１２］ 前記窒素配管は、前記交換本体及び前記窒素配管間で、多くても一つのシングル配管エルボを備える、［１０］又は［１１］で請求される装置。
［１３］ 先行する請求項の一で請求される装置と、カラム（９，１１）システムと、前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）へ空気を導く配管と、前記交換ラインから空気を導く配管と、前記交換ラインから前記カラムシステムへ空気を導く配管と、を備え、前記窒素配管は前記カラムシステムへ接続される、深冷蒸留による空気分離装置。
［１４］ 前述した請求項の一つで請求される装置を用い、空気が前記タワー及び前記交換ラインで冷却され、カラムシステムで分離され、前記窒素が前記カラムシステムから前記交換ラインへ、及び、前記交換ラインから前記タワーへ送られる、深冷蒸留にる空気分離方法。
［１５］ 前記交換本体の前記出口及び前記タワーの前記入口間の前記窒素配管内の前記圧力降下は、７ｍｂａｒよりも小さく、好ましくは６ｍｂａｒよりも小さい、［１４］で請求される方法。
Claims (11)
- 交換ライン（３Ａ，３Ｂ）、及び、冷却タワー（１）からなる冷却装置であって、
前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）は、カラムシステム行きである冷却される空気との熱交換によって前記カラムシステムから来る窒素を加熱することが可能であり、前記冷却タワー（１）は、前記冷却タワー（１）の頂上へ送られて冷却される水と空気蒸留カラム（９，１１）システムから来る窒素との間の熱及び質量を交換することが可能であり、前記冷却タワー（１）の下部は窒素配管（１５）に接続される入口を備え、そして、前記窒素配管は前記交換ラインの少なくとも一の交換本体に接続され、
前記冷却タワー（１）が、前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）の少なくとも一部に据え付けられた構造（１３）によって支持され、前記交換ラインの少なくとも一部の上方に位置され、
前記冷却タワー（１）の最低位置は前記少なくとも一の交換本体より上であり、
前記窒素配管は、前記冷却タワー（１）のタンクより上の位置に接続されることを特徴とする冷却装置。 - それぞれがいくつかの交換本体を備える２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）を備え、前記２つの交換ラインは、同じ高さを有する、請求項１に記載の冷却装置。
- 前記冷却タワー（１）は、前記２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）に据え付けられた構造（１３）によって支持される、請求項２に記載の冷却装置。
- 前記冷却タワー（１）は、前記２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）間のスペースより上に位置される、請求項２又は請求項３に記載の冷却装置。
- 前記２つの交換ライン（３Ａ，３Ｂ）と接続される少なくとも一つの空気入口配管は、前記冷却タワー（１）の下部の前記スペースを通って通過する、請求項４に記載の冷却装置。
- 前記窒素配管は、前記交換本体の上部と接続される、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の冷却装置。
- 前記窒素配管は、前記窒素が下方に導かれることなく前記冷却タワー（１）に到達するように配置される、請求項６に記載の冷却装置。
- 前記窒素配管は、前記交換本体及び前記窒素配管間で、多くても一つのシングル配管エルボを備える、請求項６又は請求項７に記載の冷却装置。
- 請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の冷却装置と、カラム（９，１１）システムと、前記交換ライン（３Ａ，３Ｂ）へ空気を導く配管と、前記交換ラインから空気を導く配管と、前記交換ラインから前記カラムシステムへ空気を導く配管と、を備え、前記窒素配管は前記カラムシステムへ接続される、深冷蒸留による空気分離装置。
- 請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の冷却装置を用い、空気がタワー及び前記交換ラインで冷却され、カラムシステムで分離され、前記窒素が前記カラムシステムから前記交換ラインへ、及び、前記交換ラインから前記冷却タワー（１）へ送られる、深冷蒸留による空気分離方法。
- 前記交換本体の出口及び前記冷却タワー（１）の入口間の前記窒素配管内の圧力降下は、７ｍｂａｒよりも小さい、請求項１０に記載の空気分離方法。
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