JP6155515B2 - 空気分離方法、及び空気分離装置 - Google Patents
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Description
図10を参照するに、従来の空気分離装置200は、空気圧縮機211と、空気予冷器212と、空気精製器213と、空気昇圧機214と、空気昇圧機アフタークーラ215と、主熱交換器216と、高圧塔217と、低圧塔218と、アルゴン塔219と、過冷器221と、タービンブロワ222と、タービンブロワアフタークーラ223と、送出液化酸素ポンプ224と、アルゴン塔219の頂部に配置されたアルゴン塔コンデンサH201と、主凝縮器H202と、タービンT205と、を有する。
特許文献1に開示されたプラントは、低圧カラム(図10に示す低圧塔218に相当)、中圧カラム(図10に示す高圧塔217に相当)、及びアルゴンカラム(図10に示すアルゴン塔219に相当)に加えて混合カラムが追加された構成とされている。
図1は、本発明の第1の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔18の操作圧力以下で、かつ400kPaA以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第2の間接熱交換器H2で気化して生成される第1の中圧酸素ガス、第8の間接熱交換器H8で気化して生成される第2の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔18の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第2の間接熱交換器H2で気化して生成される第1の中圧酸素ガス、第8の間接熱交換器H8で気化して生成される第2の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
図1を参照するに、第1の実施の形態の空気分離装置10は、空気圧縮機11と、空気予冷器12と、空気精製器13と、空気昇圧機14と、空気昇圧機アフタークーラ15と、主熱交換器16と、高圧塔17と、低圧塔18と、アルゴン塔19と、間接熱交換器外筒20と、過冷器21と、タービンブロワ22と、タービンブロワアフタークーラ23と、送出液化酸素ポンプ24と、アルゴン富化液化酸素ポンプ25と、第1の間接熱交換器H1と、第2の間接熱交換器H2と、第8の間接熱交換器H8と、第3のタービンT3と、第1の製品導出ラインA1,A2と、第2の製品導出ラインB1〜B4と、第4の製品導出ラインD1〜D3と、第1の低圧原料供給ラインF1と、第4の低圧原料供給ラインF4と、第5の低圧原料供給ラインF5と、第8の低圧原料供給ラインF8と、ラインL1〜L14と、バルブV1〜V7と、を有する。
ラインL1は、一端が原料空気供給源(図示せず)と接続され、他端が高圧塔17の底部と接続されている。ラインL1の一部は、主熱交換器16を通過している。ラインL1は、原料空気供給源(図示せず)の空気を、空気圧縮機11で圧縮し、空気予冷器12で予冷し、空気精製器13で精製し、主熱交換器16で冷却した後に高圧塔17に供給する。
空気昇圧機14は、ラインL2の分岐位置と空気昇圧機アフタークーラ15との間に位置するラインL2に設けられている。空気昇圧機14は、不純物が除去された空気の一部をさらに圧縮する。空気昇圧機14により圧縮された空気は、ラインL2を介して、空気昇圧機アフタークーラ15に輸送される。
空気昇圧機アフタークーラ15は、空気昇圧機14の下流側に位置するラインL2に設けられている。空気昇圧機アフタークーラ15は、空気昇圧機14で圧縮された空気の圧縮熱を取り除く。空気昇圧機アフタークーラ15で冷却された空気は、ラインL2、主熱交換器16及びバルブV2を介して、高圧塔17の下部に供給される。
バルブV2は、主熱交換器16と高圧塔17との間に位置するラインL2に設けられている。バルブV2は、空気昇圧機アフタークーラ15及び主熱交換器16で冷却された空気を減圧する。
高圧塔17では、上記低温蒸留により、高圧塔17の上部に高圧窒素ガスが濃縮され、高圧塔17の下部に高圧酸素富化液化空気が濃縮される。
第2の間接熱交換器H2は、アルゴン塔19の底部に収容されており、液化通路入口がラインL7と接続されている。第2の間接熱交換器H2は、ラインL7から供給された高圧窒素ガスとアルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成すると共に中圧液化酸素を気化して第1の中圧酸素ガスを生成する。
第2の製品導出ラインB1は、ラインL7から分岐されたラインである。第2の製品導出ラインB1の一部は、主熱交換器16を通過している。第2の製品導出ラインB1は、高圧窒素ガスの一部を主熱交換器16で熱回収した後に製品高圧窒素ガス(HPGN2)として回収するためのラインである。
なお、第2の製品導出ラインB1は、一端が高圧塔17に直接接続される場合もある。この場合、第2の製品導出ラインB1は、高圧塔17の上部に濃縮した高圧窒素ガスの一部を主熱交換器16で熱回収した後に製品高圧窒素ガス(HPGN2)として回収する。
ラインL9は、ラインL8から分岐されたラインで、低圧塔18の頂部と接続されている。ラインL9の一部は過冷器21を通過しており、また、ラインL9にはバルブV3が設けられている。ラインL9は、第2の間接熱交換器H2で生成された高圧液化窒素の一部を過冷器21で冷却し、バルブV3で減圧した後に低圧塔18に供給する。
バルブV3は、低圧塔18と過冷器21との間に位置するラインL9に設けられている。バルブV3は、ラインL9を流れる高圧液化窒素を減圧する。
第2の製品導出ラインB4は、ラインL9から分岐されたラインである。第2の製品導出ラインB4は、高圧液化窒素の一部を製品高圧液化窒素(HPLN2)として回収するためのラインである。
バルブV5は、低圧塔18と過冷器21との間に位置する第1の低圧原料供給ラインF1に設けられている。バルブV5は、第1の低圧原料供給ラインF1を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧する。
バルブV1は、ラインL4に設けられている。バルブV1は、ラインL4を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧する。
ラインL3は、一端が高圧塔17の中間部または下部と接続され、他端が第8の間接熱交換器H8の液化通路入口と接続されている。ラインL3は、高圧塔17の中間部または下部を上昇する高圧窒素富化空気を第8の間接熱交換器H8に供給する。
なお、ラインL3は、高圧塔17の中間部または下部から高圧窒素富化空気を抜き出す替わりに、図1中に破線で示すようにラインL1から分岐させて高圧原料空気の一部を抜き出したり、高圧塔17の上部から高圧窒素ガスを抜き出したりすることもできる。
第8の間接熱交換器H8は、間接熱交換器外筒20に収容されており、その液化通路入口がラインL3の一端と接続されている。第8の間接熱交換器H8は、ラインL3から供給された流体と、ラインL4から供給された流体(間接熱交換器外筒20の内部に貯められた流体)と、を間接熱交換させることにより、ラインL3から供給された流体を液化して高圧液化ガス流体を生成すると共に、ラインL4から供給された流体を気化して第2の中圧酸素富化空気を生成する。
バルブV4は、低圧塔18と過冷器21との間に位置する第8の低圧原料供給ラインF8に設けられている。バルブV4は、第8の低圧原料供給ラインF8を流れる高圧液化ガス流体を減圧する。
ラインL6は、一端がタービンブロワ22と接続され、他端が第3のタービンT3と接続されている。ラインL6にはタービンブロワアフタークーラ23が設けられており、また、その一部は主熱交換器16を通過している。ラインL6は、タービンブロワ22で圧縮された流体を、タービンブロワアフタークーラ23及び主熱交換器16で冷却した後に第3のタービンT3に供給する。
第3のタービンT3は、ラインL6の一端と接続されている。第3のタービンT3は、タービンブロワアフタークーラ23及び主熱交換器16を経由した流体を断熱膨張させて装置の運転に必要な寒冷を発生させると共に、低圧酸素富化空気を生成する。
第4の低圧原料供給ラインF4は、一端が第3のタービンT3の出口と接続され、他端が低圧塔18の中間部と接続されている。第4の低圧原料供給ラインF4は、第3のタービンT3で生成された低圧酸素富化空気を低圧塔18の中間部に供給する。
図1中に破線で示すように、第4の製品導出ラインD3が設けられる場合もある。第4の製品導出ラインD3は、第4の低圧原料供給ラインF4から分岐されたラインであり、その一部が主熱交換器16を通過している。第4の製品導出ラインD3は、第4の低圧原料供給ラインF4を流れる低圧酸素富化空気の一部を主熱交換器16で熱回収した後に廃ガス(WG)として回収するためのラインである。
バルブV7は、第5の低圧原料供給ラインF5に設けられている。バルブV7は、第5の低圧原料供給ラインF5を流れる流体を減圧する。
ラインL12は、一端が第1の間接熱交換器H1の液化通路出口と接続され、他端がアルゴン塔19の頂部と接続されている。ラインL12は、第1の間接熱交換器H1で生成された液化アルゴンをアルゴン塔19に供給する。
ラインL14は、一端がアルゴン塔19の底部と接続され、他端がL13の一端及び第4の製品導出ラインD1の一端と接続されている。ラインL14には、バルブV6が設けられている。ラインL14は、アルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素を第4の製品導出ラインD1に供給するためのラインである。
バルブV6は、ラインL14に設けられている。バルブV6は、ラインL14を流れる中圧液化酸素を減圧する。
第2の製品導出ラインB2は、ラインL14から分岐されたラインである。第2の製品導出ラインB2は、ラインL14を流れる中圧液化酸素の一部を製品中圧液化酸素(MPLO2)として回収するためのラインである。
送出液化酸素ポンプ24は、主熱交換器16の上流側に位置する第4の製品導出ラインD1に設けられている。送出液化酸素ポンプ24は、第4の製品導出ラインD1に供給された流体を加圧する。
なお、第1の製品導出ラインA1は、図1に破線で示すように一端が第1の間接熱交換器H1の液化通路出口に接続される場合もある。この場合、第1の製品導出ラインA1は、第1の間接熱交換器H1で液化しなかったアルゴンガスを主熱交換器16で熱回収した後に製品アルゴンガス(GAR)として回収する。
第1の製品導出ラインA2は、ラインL12から分岐されたラインである。第1の製品導出ラインA2は、ラインL12を流れる液化アルゴンの一部を製品液化アルゴン(LAR)として回収するためのラインである。
なお、過冷器21において低温流体と高温流体の組み合わせはこの限りではない。
また、第1の実施の形態の空気分離装置10では、一例として、第2の製品導出ラインB1〜B4を有する場合(4つの第2の製品導出ライン)を例に挙げて説明したが、第2の製品導出ラインB1〜B4のうち、少なくとも1つの第2の製品導出ラインを有していればよい。
また、製品中圧酸素ガス(MPGO2)が回収される場合、一端がアルゴン塔19の底部に接続され、その一部が主熱交換器16を通過する第4の製品導出ラインが設けられる。この場合、この第4の製品導出ラインは、アルゴン塔19の第1の中圧酸素ガスを主熱交換器16で熱回収した後に製品中圧酸素ガス(MPGO2)として回収する。
また、低圧塔18の中間部に位置するアルゴン富化液化酸素の一部をアルゴン塔19の中間部に送液することにより、低圧塔18下部の下降液を減少させることが可能となる。
したがって、第1の実施の形態の空気分離装置によれば、アルゴンの回収率を維持または改善させた上で、低圧塔18の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス(ここでは製品高圧窒素ガス(HPGN2))、液化酸素(ここでは製品低圧液化酸素(LPLO2)及び製品中圧液化酸素(MPLO2))、及び液化窒素(ここでは製品高圧液化窒素(HPLN2))を多くの量採取することができる。
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気はラインL1に供給される。該空気は、空気圧縮機11により圧縮され、空気予冷器12で圧縮熱が取り除かれ、空気精製器13で該空気中に含まれる不純物(具体的には、例えば、水や二酸化炭素等)が除去される。
空気精製器13において該不純物が除去された空気の一部は、主熱交換器16で冷却され高圧原料空気となる。
ラインL7を介して第2の間接熱交換器H2に供給された高圧窒素ガスは、アルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して高圧液化窒素になると共に、アルゴン塔19の底部に位置する中圧液化酸素を気化させて第1の中圧酸素ガスを生成する(第2の間接熱交換工程)。
なお、高圧塔17の上部において濃縮した高圧窒素ガスの一部は、高圧塔17の上部に直接接続された第2の製品導出ラインB1に導出され、主熱交換器16で熱回収された後に製品高圧窒素ガス(HPGN2)として回収される場合もある(第2の製品導出工程)。
ラインL8に導出された高圧液化窒素の一部は、ラインL9に導出され、過冷器21で冷却され、バルブV3で減圧された後に低圧塔18の頂部に導入される。
ラインL9の高圧液化窒素の一部は、第2の製品導出ラインB4に導出され製品高圧液化窒素(HPLN2)として回収される(第2の製品導出工程)。
第1の低圧原料供給ラインF1の高圧酸素富化液化空気の一部は、第1の低圧原料供給ラインF1から分岐されたラインL4に導出され、バルブV1で減圧された後に間接熱交換器外筒20に供給される。
高圧塔17を上昇する高圧窒素富化空気の一部は、高圧塔17の中間部または下部からラインL3に導出され、第8の間接熱交換器H8に導入される。
この場合においても、高圧原料空気の一部または高圧窒素ガスの一部は第8の間接熱交換器H8で液化し、高圧液化ガス流体となる。
第8の間接熱交換器H8において生成された第2の中圧酸素富化空気は、ラインL5に導出され、主熱交換器16で常温まで熱回収された後、タービンブロワ22で圧縮される(タービン流体圧縮工程)。
第3のタービンT3に導入された流体は、断熱膨張により低圧塔18の操作圧力付近まで減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に低圧酸素富化空気となり、第4の低圧原料供給ラインF4に導出される(第3の断熱膨張工程)。
図1中に破線で示すように、該低圧酸素富化空気の一部は、第4の低圧原料供給ラインF4から分岐された第4の製品導出ラインD3に導出され、主熱交換器16で熱回収された後に、廃ガス(WG)として回収される場合もある。
低圧塔18の底部に位置する低圧液化酸素は、低圧塔18の底部に収容された第1の間接熱交換器H1において、アルゴン塔19の頂部のアルゴンガスとの間接熱交換により、自らは気化して低圧酸素ガスになると共に、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成する(第1の間接熱交換工程)。
第4の製品導出ラインD1に導入された流体は、送出液化酸素ポンプ24で製品仕様に応じた必要な圧力まで加圧され高圧液化酸素となる。高圧液化酸素は、主熱交換器16で全量気化し、常温まで熱回収された後に製品高圧酸素ガス(HPGO2)として回収される。
ラインL13に導出された低圧液化酸素の一部は、ラインL13から分岐された第2の製品導出ラインB3に導出され、製品低圧液化酸素(LPLO2)として回収される(第2の製品導出工程)。
第1の間接熱交換器H1導入されたアルゴンガスは、低圧塔18の底部に位置する低圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して液化アルゴンになると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する(第1の間接熱交換工程)。
第1の間接熱交換工程により生成された液化アルゴンは、ラインL12を介して、アルゴン塔19の頂部に導入される。
ラインL11のアルゴンガスの一部は、ラインL11から分岐された第1の製品導出ラインA1に導出され、主熱交換器16で常温まで熱回収された後に、製品アルゴンガス(GAR)として回収される(第1の製品導出工程)。
ラインL12を流れる液化アルゴンの一部は、ラインL12から分岐された第1の製品導出ラインA2に導出され、製品液化アルゴン(LAR)として回収される(第1の製品導出工程)。
第2の間接熱交換器H2で気化されなかった中圧液化酸素は、ラインL14に導出され、バルブV6で減圧された後にラインL13の低圧液化酸素と合流する。
ラインL14に導出された中圧液化酸素の一部は、ラインL14から分岐された第2の製品導出ラインB2に導出され、製品中圧液化酸素(MPLO2)として回収される(第2の製品導出工程)。
また、図1には図示していないが、ラインL2を介して高圧塔17に導入される高圧原料液化空気は、その一部または全量が低圧塔18の中間部または上部に供給される場合もある。
アルゴンガスや液化アルゴンは、上述の通り製品としてそのまま回収される場合の他に、後段にアルゴン精製設備(図示せず)を設けて酸素成分や窒素成分等の不純物を除去する場合がある。
製品アルゴンガス(GAR)や製品液化アルゴン(LAR)が不要な場合においても、製品高圧酸素ガス(HPGO2)や製品液化酸素(LPLO2やMPLO2等)の純度が高い場合、例えば酸素濃度98%以上の場合には、酸素回収率の改善を目的としてアルゴンガスが回収される場合がある。
また、製品中圧酸素ガス(MPGO2)が回収される場合、アルゴン塔19の底部から第1の中圧酸素ガスが導出され、主熱交換器16で常温まで熱回収された後に、製品として回収される。
また、低圧塔18の中間部に位置するアルゴン富化液化酸素の一部をアルゴン塔19の下部または中間部に送液することにより、低圧塔18下部の下降液を減少させることが可能となる。
したがって、第1の実施の形態の空気分離方法によれば、アルゴンの回収率を維持または改善させた上で、低圧塔18の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を多くの量採取することができる。
例えば、ある条件でアルゴンの回収率を70%に維持する場合において、寒冷発生用のタービンに供給できる空気の流量は、従来の空気分離装置200では原料空気の量の約10%であるが、第1の実施の形態の空気分離装置10または第1の実施の形態の空気分離方法を用いることで、寒冷発生用のタービンに供給できる空気の流量は、原料空気の量の30%以上とすることができる。
この結果、アルゴン回収率を70%に維持しつつ回収可能な製品液化ガス(即ち、製品液化アルゴン(LAR)、製品低圧液化酸素(LPLO2)、製品中圧液化酸素(MPLO2)、及び製品高圧液化窒素(HPLN2))の合計流量は、従来の空気分離装置200では原料空気の量の1%以下であるのに対して、第1の実施の形態の空気分離装置10または第1の実施の形態の空気分離方法では原料空気の量の約3%を実現することができる。
図2は、本発明の第2の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図2において、図1に示す第1の実施の形態の空気分離装置10と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔18の操作圧力以下で、かつ400kPaA以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第2の間接熱交換器H2で気化して生成される第1の中圧酸素ガス、第8の間接熱交換器H8で気化して生成される第2の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔18の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第2の間接熱交換器H2で気化して生成される第1の中圧酸素ガス、第8の間接熱交換器H8で気化して生成される第2の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
ラインL31は、一端が第8の間接熱交換器H8の気化通路出口に接続され、他端が気液分離器31と接続されている。ラインL31は、第8の間接熱交換器H8で生成された第2の中圧酸素富化空気を含む気液二相流体を気液分離器31に供給する。
第5の低圧原料供給ラインF5は、一端が気液分離器31の液取出し口と接続され、他端が中圧塔18の中間部と接続されている。第5の低圧原料供給ラインF5は、第8の間接熱交換器H8で気化しなかった流体を気液分離器31から導出し、バルブV7で減圧した後に中圧塔18に供給する。
第2の実施の形態の空気分離方法は、ラインL4に導出された高圧酸素富化液化空気がバルブV1で減圧された後に第8の間接熱交換器H8で部分的に気化することで、第2の中圧酸素富化空気を含む気液二相流体を生成する第8の間接熱交換工程を有し、第2の中圧酸素富化空気を含む気液二相流体をラインL31を介して気液分離器31に導入し、第2の中圧酸素富化空気と第8の間接熱交換器H8で気化しなかった流体とに分離する気液分離工程を有し、気液分離器31で分離された第2の中圧酸素富化空気がラインL5に導出され、第8の間接熱交換器H8で気化しなかった流体が第5の低圧原料供給ラインF5に導出されること以外は、先に説明した第1の実施の形態の空気分離方法と同様な手法により行うことができる。
この場合、気液分離器31、ラインL31、第5の低圧原料供給ラインF5、及びバルブV7が不要となり、第8の間接熱交換器H8で気化して生成された第2の中圧酸素富化空気が第8の間接熱交換器H8に接続されたラインL5に導出される。
図3は、本発明の第3の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図3において、図1及び図2に示す第1及び第2の実施の形態の空気分離装置10,30と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
第9の間接熱交換器H9は、第2の中圧塔41の底部に収容されており、液化通路入口がラインL3と接続されている。第9の間接熱交換器H9は、高圧原料空気の一部、高圧塔17内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちいずれか1種と、第2の中圧塔41の底部に位置する第2の中圧酸素富化液化空気と、を間接熱交換させることにより、高圧原料空気の一部、高圧塔17内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のいずれか1種を液化して高圧液化ガス流体を生成すると共に、第2の中圧酸素富化液化空気を気化して第3の中圧酸素富化空気を生成する。
ラインL42は、一端がタービンブロワ22と接続され、他端が第4のタービンT4と接続されている。ラインL42には、タービンブロワアフタークーラ23が設けられており、また、その一部は主熱交換器16を通過している。ラインL42は、タービンブロワ22で圧縮された流体を、タービンブロワアフタークーラ23及び主熱交換器16で冷却した後にタービンT4に供給する。
従って、低圧塔18の精留条件を更に改善することが可能となり、アルゴン回収率を更に向上させることができる。
ラインL4に導出された高圧酸素富化液化空気は、バルブV1で減圧された後に第2の中圧塔41の頂部に導入される。
第2の中圧塔41では、バルブV1で減圧された流体と、第9の間接熱交換器H9で気化することで生成された第3の中圧酸素富化空気と、が低温蒸留により第2の中圧塔41の上部に位置する中圧空気と、第2の中圧塔41の下部に位置する第2の中圧酸素富化液化空気と、に分離される(第2の中圧分離工程)。
タービンブロワ22で圧縮された流体は、ラインL42に導出され、タービンブロワアフタークーラ23で圧縮熱を取り除かれ、主熱交換器16において更に冷却され、その後、第4のタービンT4に導入される。
第4のタービンT4に導入された流体は、断熱膨張により低圧塔18の操作圧力付近まで減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に低圧空気となり、第7の低圧原料供給ラインF7に導出される(第4の断熱膨張工程)。
また、第7の低圧原料供給ラインF7に導出された低圧空気は、低圧分離工程の原料として低圧塔18の中間部に導入されるが、その一部が図中に破線で示すように第7の低圧原料供給ラインF7から分岐された第4の製品導出ラインD3に導出され、主熱交換器16において熱回収された後、廃ガス(WG)として回収される場合もある。
従って、低圧塔18の精留条件を更に改善することが可能となるので、アルゴン回収率を更に向上させることができる。
図4は、本発明の第4の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図4において、図1〜図3に示す第1ないし第3の実施の形態の空気分離装置10,30,40と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
ラインL51は、空気精製器13において精製され、かつラインL1を流れる流体の一部(高圧タービン空気)をタービンブロワ22に供給する。
ラインL53は、一端が第1のタービンT1の出口と接続され、他端が第6の間接熱交換器H6の液化通路入口と接続されている。ラインL53は、第1のタービンT1で生成された中圧タービン空気を第6の間接熱交換器H6に供給する。
バルブV52は、第3の低圧原料供給ラインF3に設けられている。バルブV52は、第3の低圧原料供給ラインF3を流れる中圧タービン液化空気を減圧する。
バルブV51は、低圧塔18と過冷器21との間に位置する第9の低圧原料供給ラインF9に設けられている。バルブV51は、第9の低圧原料供給ラインF9を流れる流体を減圧する。
空気精製器13において精製され、かつラインL1を流れる流体の一部(高圧タービン空気)は、ラインL1から分岐されたラインL51に導出され、タービンブロワ22で圧縮される(タービン流体圧縮工程)。
第1のタービンT1に導入された流体は、断熱膨張により減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に中圧タービン空気となり、ラインL53に導出される(第1の断熱膨張工程)。
第6の間接熱交換器H6において液化された中圧タービン液化空気は、第3の低圧原料供給ラインF3に導出され、バルブV52で減圧された後に低圧分離工程の原料として低圧塔18の中間部または上部に導入される(第3の低圧原料供給工程)。
また、主熱交換器16を流れる流体の流量及び交換熱量を低減させることが可能となるため、主熱交換器16の小型化を図ることができ、装置の建設コストを低減できる。
図5は、本発明の第5の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図5において、図1〜図4に示す第1ないし第4の実施の形態の空気分離装置10,30,40,50と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
ラインL62は、一端がタービンブロワ22と接続され、他端が第2のタービンT2と接続されている。ラインL62にはタービンブロワアフタークーラ23が設けられており、また、その一部は主熱交換器16を通過している。ラインL62は、タービンブロワ22で圧縮された流体を、タービンブロワアフタークーラ23及び主熱交換器16で冷却した後に第2のタービンT2に供給する。
ラインL63は、一端が第2のタービンT2と接続され、他端が第7の間接熱交換器H7の液化通路入口と接続されている。ラインL63は、第2のタービンT2から導出された中圧タービン窒素ガスを、第7の間接熱交換器H7に供給する。
バルブV61は、ラインL64に設けられている。バルブV61は、ラインL64を流れる中圧タービン液化窒素を減圧する。
第2の製品導出ラインB1に導出され、主熱交換器16で熱回収された高圧窒素ガスの一部(高圧タービン窒素ガス)は、第2の製品導出ラインB1から分岐されたラインL61に導出され、その後、タービンブロワ22で圧縮される(タービン流体圧縮工程)。
第2のタービンT2に導入された流体は、断熱膨張により減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に中圧タービン窒素ガスとなり、ラインL63に導出される(第2の断熱膨張工程)。
第7の間接熱交換器H7において液化された中圧タービン液化窒素は、ラインL64に導出され、バルブV61で減圧された後に低圧塔18の頂部に導入される。
高圧塔17の中間部または下部を下降する流体の一部は、第9の低圧原料供給ラインF9に導出され、過冷器21で冷却され、バルブV51で減圧された後に低圧塔18の中間部に導入される。
図6は、本発明の第6の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図6において、図1〜図5に示す第1ないし第5の実施の形態の空気分離装置10,30,40,50,60と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
バルブV71は、ラインL71に設けられている。バルブV71は、ラインL71を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧する。
ラインL73は、ラインL1から分岐されたラインであり、第3の間接熱交換器H3の液化通路入口と接続されている。ラインL73は、ラインL1を流れる高圧原料空気の一部を第3の間接熱交換器H3に供給する。
なお、ラインL73は、ラインL1から分岐される替わりに高圧塔17の下部または中間部から導出される場合もある。この場合、ラインL73は、高圧塔17の下部または中間部を上昇する高圧窒素富化空気の一部を導出し、第3の間接熱交換器H3に供給する。
第10の低圧原料供給ラインF10は、一端が第3の間接熱交換器H3の液化通路出口と接続され、他端が低圧塔18の上部または中間部と接続されている。第10の低圧原料供給ラインF10の一部は過冷器21を通過しており、また、第10の低圧原料供給ラインF10にはバルブV72が設けられている。第10の低圧原料供給ラインF10は、第3の間接熱交換器H3で生成された高圧液化空気を過冷器21で冷却し、バルブV72で減圧した後に低圧塔18に供給する。
バルブV72は、低圧塔18と過冷器21との間に位置する第10の低圧原料供給ラインF10に設けられている。バルブV72は、第10の低圧原料供給ラインF10を流れる高圧液化空気を減圧する。
バルブV73は、ラインL74に設けられている。バルブV73は、ラインL74を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧する。
バルブV75は、第2の低圧原料供給ラインF2に設けられている。バルブV75は、第2の低圧原料供給ラインF2を流れる第1の中圧酸素富化液化空気を減圧する。
第4の間接熱交換器H4は、第1の間接熱交換器H1と共に、低圧塔18の底部に収容され、液化通路入口がラインL75の一端と接続されている。第4の間接熱交換器H4は、ラインL75から供給された中圧窒素ガスと低圧塔18の底部に位置する低圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、中圧窒素ガスを液化して中圧液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素の一部を気化して低圧酸素ガスを生成する。
ラインL76は、一端が第4の間接熱交換器H4の液化通路出口と接続され、他端が第1の中圧塔71の頂部と接続されている。ラインL76は、第4の間接熱交換器H4で生成された中圧液化窒素を第1の中圧塔71に供給する。
バルブV74は、過冷器21の下流側に位置するラインL77に設けられている。バルブV74は、ラインL77を流れる中圧液化窒素を減圧する。
第3の製品導出ラインC2は、ラインL14から分岐されたラインである。第3の製品導出ラインC2は、ラインL14を流れる中圧液化酸素の一部を製品中圧液化酸素(MPLO2)として回収するためのラインである。
第3の製品導出ラインC4は、ラインL9から分岐されたラインである。第3の製品導出ラインC4は、ラインL9を流れる高圧液化窒素の一部を製品高圧液化窒素(HPLN2)として回収するためのラインである。
第3の製品導出ラインC6は、ラインL77から分岐されたラインである。第3の製品導出ラインC6は、ラインL77を流れる中圧液化窒素の一部を製品中圧液化窒素(MPLN2)として回収するためのラインである。
これにより、第1の間接熱交換器H1の交換熱量と、第4の間接熱交換器H4の交換熱量と、の割合を変更することが可能となるため、より最適な設計を行うことができる。具体的には、第1の間接熱交換器H1と第4の間接熱交換器H4の交換熱量の合計値、即ち低圧塔18の底部で生成される低圧酸素ガス量(これは低圧塔18の精留条件に関わる)と、第1の間接熱交換器H1の交換熱量、即ちアルゴン塔19の頂部から供給される液化アルゴン量(これはアルゴン塔19の精留条件に関わる)と、を各々独立して調節することができ、より最適な条件で設計することができるようになる。
高圧塔17の底部から第1の低圧原料供給ラインF1に導出された高圧酸素富化液化空気の一部は、ラインL71に導出され、バルブV71で減圧された後に第3の間接熱交換器H3に導入される。
この場合についても、高圧窒素富化空気の一部は、第3の間接熱交換器H3で液化し、高圧液化空気となる。
第3の間接熱交換器H3で生成された高圧液化空気は、第10の低圧原料供給ラインF10に導出され、過冷器21を経て、バルブV72で減圧された後に低圧塔18の上部または中間部に供給される。
ラインL76を流れる中圧液化窒素の一部は、ラインL76から分岐されたラインL77に導出され、過冷器21で冷却され、バルブV74で減圧された後に、ラインL9を流れる流体と合流し、低圧塔18の頂部に導入される。
空気精製器13において精製され、かつラインL1を流れる流体の一部(高圧タービン空気)は、ラインL51に導出され、その後、タービンブロワ22で圧縮される(タービン流体圧縮工程)。
第5のタービンT5に導入された流体は、断熱膨張により減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に低圧タービン空気となり、第11の低圧原料供給ラインF11を介して低圧塔18の中間部に導入される。
ラインL7を流れる高圧窒素ガスの一部は、ラインL7から分岐された第3の製品導出ラインC1に導出され、主熱交換器16で熱回収された後に製品高圧窒素ガス(HPGN2)として回収される(第3の製品導出工程)。
ラインL13を流れる低圧液化酸素の一部は、第3製品導出ラインC3に導出され、製品低圧液化酸素(LPLO2)として回収される(第3の製品導出工程)。
ラインL9を流れる高圧液化窒素の一部は、第3製品導出ラインC4に導出され、製品高圧液化窒素(HPLN2)として回収される(第3の製品導出工程)。
ラインL75を流れる中圧窒素ガスの一部は、第3の製品導出ラインC5に導出され、主熱交換器16で熱回収された後に製品中圧窒素ガス(MPGN2)として回収される(第3の製品導出工程)。
ラインL77を流れる中圧液化窒素の一部は、第3の製品導出ラインC6に導出され製品中圧液化窒素(MPLN2)として回収される(第3の製品導出工程)。
これにより、第1の間接熱交換器H1の交換熱量と、第4の間接熱交換器H4の交換熱量と、の割合を変更することが可能となるため、より最適な設計を行うことができる。具体的には、第1の間接熱交換器H1と第4の間接熱交換器H4の交換熱量の合計値、即ち低圧塔18の底部で生成される低圧酸素ガス量(これは低圧塔18の精留条件に関わる)と、第1の間接熱交換器H1の交換熱量、即ちアルゴン塔19の頂部から供給される液化アルゴン量(これはアルゴン塔19の精留条件に関わる)と、を各々独立して調節することができ、より最適な条件で設計することができるようになる。
図7は、本発明の第7の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図7において、図6に示す第6の実施の形態の空気分離装置70と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
バルブV81は、ラインL81に設けられている。バルブV81は、ラインL81を流れる高圧液化空気を減圧する。
第5の間接熱交換器H5は、気化通路入口がラインL81の一端と接続され、液化通路入口がラインL83の一端と接続されている。第5の間接熱交換器H5は、ラインL81から供給された流体とラインL83から供給された流体とを間接熱交換させることにより、ラインL81から供給された流体を気化して中圧原料空気を生成すると共に、ラインL83から供給された流体を液化して高圧液化窒素を生成する。
なお、第5の間接熱交換器H5の液化通路出口と低圧塔18の上部とを接続するライン(図示せず)を設けて、第5の間接熱交換器H5で生成された高圧液化窒素を低圧塔18に供給する場合にも、低圧塔18の上部における還流液を増加させることができる。
これにより、低圧塔18の頂部から導出される低圧窒素ガスの窒素濃度を高めることが可能になるので、図6に示す空気分離装置70よりも酸素の回収率を高めることができる。
第3の間接熱交換器H3から第10の低圧原料供給ラインF10に導出された高圧液化空気の一部は、ラインL81に導出され、バルブV81で減圧された後に第5の間接熱交換器H5に導入される。
第5の間接熱交換器H5で生成された高圧液化窒素は、ラインL84を経由して高圧塔17の上部に供給される。
なお、図7に図示してはいないが、第5の間接熱交換器H5で生成された高圧液化窒素は、ライン及びバルブを経由して第1の中圧塔71の上部に供給されたり、低圧塔18の上部に供給されたり、製品高圧液化窒素(HPLN2)として回収されたりする場合もある。
なお、第5の間接熱交換器H5で生成された高圧液化窒素を低圧塔31の上部に導入する場合にも、低圧塔18の上部における還流液を増加させることができる。
これにより、低圧塔18の頂部から導出される低圧窒素ガスの窒素濃度を高めることが可能になるので、図6に示す空気分離装置70を用いた第6の実施の形態の空気分離方法よりも酸素の回収率を高めることができる。
図8は、本発明の第8の実施の形態の空気分離装置の主要部を拡大した系統図である。
図8において、図1に示す第1の実施の形態の空気分離装置10と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
ラインL91は、ラインL13を流れる低圧液化酸素と、ラインL14を流れる中圧液化酸素と、を混合し、混合した流体を、間接熱交換器外筒91に供給する。
ラインL92は、ラインL1から分岐されたラインであり、一端が第10の間接熱交換器H10の液化通路入口と接続されている。ラインL92は、ラインL1を流れる高圧原料空気を第10の間接熱交換器H10に供給する。
図示していないが、ラインL92は、ラインL1から分岐される替わりに、一端が高圧塔17の下部に接続されている場合もある。この場合、ラインL92は、高圧塔17内を上昇する高圧窒素富化空気を第10の間接熱交換器H10に供給する。
ラインL93は、一端が第10の間接熱交換器H10の液化通路出口と接続され、他端が高圧塔17の下部と接続されている。ラインL93は、第10の間接熱交換器H10で生成された高圧液化空気を高圧塔17に供給する。
第2の製品導出ラインB2は、一端が間接熱交換器外筒91の液取り出し口と接続されている。第2の製品導出ラインB2は、間接熱交換器外筒91に貯められ、第10の間接熱交換器H10で気化しなかった流体を製品中圧液化酸素(MPLO2)として回収するためのラインである。
ラインL13を流れる低圧液化酸素と、ラインL14を流れる中圧液化酸素と、がラインL91に導入され、混合された後に、ラインL91を介して、間接熱交換器外筒91に供給される。
第10の間接熱交換器H10で生成された高圧液化空気は、ラインL93を介して、高圧塔17の下部に導入される。
ラインL91を介して間接熱交換器外筒91に導入され、第10の間接熱交換器H10で気化されなかった流体は、第2の製品導出ラインB2に導出され、製品中圧液化酸素(MPLO2)として回収される。
また、図8には図示していないが、第10の間接熱交換器H10において液化された高圧液化空気の一部または全量は、ライン及びバルブを介して、低圧塔18に導入される場合もある。
図9は、本発明の第9の実施の形態の空気分離装置の主要部を拡大した系統図である。
図9において、図6に示す第6の実施の形態の空気分離装置70と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
循環液化酸素ポンプ101は、ラインL101に設けられている。循環液化酸素ポンプ101は、ラインL101を流れる低圧液化酸素を加圧する。
ラインL102は、一端が間接熱交換器外筒102のガス取り出し口と接続され、他端が低圧塔18の底部と接続されている。ラインL102は、第1の間接熱交換器H1で生成された低圧酸素ガスを低圧塔18の底部に供給する。
ラインL13は、一端が間接熱交換器外筒102の液取り出し口と接続され、他端が第4の製品導出ラインD1及びラインL14の一端と接続されている。ラインL13は、第1の間接熱交換器H1で気化されなかった間接熱交換器外筒102内の低圧液化酸素を第4の製品導出ラインD1に供給する。
第4の間接熱交換器H4で気化していない低圧液化酸素は、ラインL101に抜き出され、循環液化酸素ポンプ101で加圧された後に間接熱交換器外筒102に導入される。
間接熱交換器外筒102に導入された低圧液化酸素の一部または全量は、間接熱交換器外筒102内に収容された第1の間接熱交換器H1において、アルゴン塔19から供給されたアルゴンガスとの間接熱交換により、自らは気化して低圧酸素ガスになると共に、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成する(第1の間接熱交換工程)。
製品となる製品低圧酸素ガス(LPGO2)を回収する場合には、ラインL102の低圧酸素ガスの一部または全量がラインL102から分岐された第4の製品導出ライン(図示せず)に導出され、主熱交換器16で熱回収された後に、製品低圧酸素ガス(LPGO2)として回収される。
第1の間接熱交換器H1で気化されなかった低圧液化酸素は、間接熱交換器外筒102からラインL13に導出され、ラインL14を流れる中圧液化酸素と合流して第4の製品導出ラインD1に導入される。
また、図1〜図9を参照して説明した第1ないし第9の実施の形態の空気分離装置10,30,40,50,60,70,80,90,100において、製品アルゴンガス(GAR)または製品液化アルゴン(LAR)に加えて製品高圧酸素ガスを製品として回収する必要があって、かつ昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を製品として回収する必要がない場合には、空気分離装置10,30,40,50,60,70,80,90,100から回収する製品高圧窒素ガス(HPGN2)を動力回収タービン(図1〜図9に図示せず)に導入して断熱膨張させて動力を回収してもよい。これにより、空気分離装置10,30,40,50,60,70,80,90,100全体の正味の消費動力を低減することができる。
以下、実施例及び比較例について説明するが、本発明は、下記実施例に限定されない。
実施例として、大陽日酸株式会社製のシミュレータ(本シミュレータは実際に空気分離装置を設計する際に使用しているものと同じもの)を用いて、図1に示す空気分離装置10を用いた場合のシミュレーションを実施した。
上記実施例のシミュレーションの条件、及びその結果を表1に示す。表1は、実施例及び比較例のシミュレーション条件及びシミュレーション結果を示す表である。
比較例では、図10に示す空気分離装置200を用いた場合のシミュレーションを実施した。
比較例のシミュレーションの条件としては、実施例と同じく、任意の流量の原料空気から、流量が115、圧力が3400kPaA、酸素濃度99.6%以上とされた製品高圧酸素ガス(HPGO2)と、流量が5.0、圧力が200kPaA、酸素濃度が99.6%以上の製品低圧液化酸素(LPLO2)と、流量が5.2、圧力が200kPaA、酸素濃度が1ppm以下の製品高圧液化窒素(HPLN2)と、流量が4.0、圧力が200kPaA、酸素濃度が1ppm以下、窒素濃度が1ppm以下の製品液化アルゴン(LAR)と、流量が82、圧力が800kPaA、酸素濃度が1ppm以下の製品高圧窒素ガス(HPGN2)と、を回収するとした。
上記比較例のシミュレーションの条件、及びその結果を表1に示す。
但し、比較例では、製品高圧窒素ガス(HPGN2)を回収することができなかったため、副生成物として得られる製品低圧窒素ガス(LPGN2)のうち、82の流量を窒素圧縮機(図示せず)で圧力800kPaAまで圧縮し、これを製品窒素ガスとした。
比較例では、製品液化ガス(LPLO2、HPLN2、及びLAR)の回収量が比較的多く、タービンT205での処理量が多いために、製品高圧窒素ガス(HPGN2)を回収できなかったものと推測される。
一方、実施例では、製品液化ガスの回収量が同じでタービンの処理量も同じであるにもかかわらず、製品高圧窒素ガス(HPGN2)を回収することができ、また、アルゴンの回収率も比較例よりも高くすることができた。
また、例えば、実施例のアルゴンの回収率を比較例と同じ64%まで低下させた場合、実施例では、更に多くの製品高圧窒素ガス(HPGN2)を回収できることが確認できた。
また、例えば、実施例の製品高圧窒素ガス(HPGN2)の回収量を減少させた場合、実施例のアルゴンの回収率を更に改善できることが確認できた。
表1に示す数値から算出した実施例及び比較例の空気分離装置10,200の消費動力を表2に示す。
また、実施例では、窒素圧縮機が不要であるため合計の消費動力としては比較例と比べて約5%小さくなることが確認できた。
また、製品高圧窒素ガス等(第2の製品または第3の製品)を製造するための消費動力を考慮した場合には、従来と比較して装置全体の消費動力を低減できることが確認できた。
Claims (26)
- 酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して前記高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧分離工程と、
低圧塔に供給される低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、前記混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、
前記アルゴン富化液化酸素を加圧した後に前記低圧分離工程の圧力よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、
前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成すると共に、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の間接熱交換工程と、
前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることで、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧液化酸素を気化させて第1の中圧酸素ガスを生成する第2の間接熱交換工程と、
前記アルゴンガスの一部、前記第1の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す第1の製品導出工程と、
前記第1の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第2の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2の製品導出工程と、
を含むことを特徴とする空気分離方法。 - 前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第1の低圧原料供給工程を含むこと特徴とする請求項1記載の空気分離方法。
- 前記高圧原料空気の一部または前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第1の中圧酸素富化空気を生成する第3の間接熱交換工程と、
前記第1の中圧酸素富化空気を低温蒸留して、中圧窒素ガスと第1の中圧酸素富化液化空気とに分離する第1の中圧分離工程と、
前記第1の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第2の低圧原料供給工程と、
前記中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第4の間接熱交換工程と、
前記第2の製品導出工程に替えて、前記第1の間接熱交換工程及び/または前記第4の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第2の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、前記高圧液化窒素の一部、前記中圧窒素ガスの一部、及び前記中圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第3の製品導出工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 - 前記高圧窒素ガスの一部と前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて中圧原料空気を生成する第5の間接熱交換工程と、
前記中圧原料空気を前記第1の中圧分離工程の原料の一部として供給する中圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項3記載の空気分離方法。 - 酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製することで得られる流体の一部を冷却後に断熱膨張させることで中圧タービン空気を生成する第1の断熱膨張工程と、
前記中圧タービン空気と前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン空気を液化させて中圧タービン液化空気を生成すると共に、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第6の間接熱交換工程と、
前記中圧タービン液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第3の低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 - 前記高圧窒素ガスの一部を熱回収することで得られた流体を断熱膨張させることで、中圧タービン窒素ガスを生成する第2の断熱膨張工程と、
前記中圧タービン窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン窒素ガスを液化させて中圧タービン液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第7の間接熱交換工程と、
を含むことを特徴とする請求項1ないし4のうち、いずれか1項記載の空気分離方法。 - 前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか1種と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうち、いずれか1種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて、第2の中圧酸素富化空気を生成する第8の間接熱交換工程と、
前記第2の中圧酸素富化空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧酸素富化空気を生成する第3の断熱膨張工程と、
前記低圧酸素富化空気を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第4の低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 - 前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体のうち、前記第8の間接熱交換工程において気化されなかった流体を減圧させて得られた流体を前記低圧原料の一部として前記低圧塔に供給する第5の低圧原料供給工程を含むことを特徴とする請求項7記載の空気分離方法。
- 前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低温蒸留することで、中圧空気と第2の中圧酸素富化液化空気とに分離する第2の中圧分離工程と、
前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか1種と、前記第2の中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか1種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記第2の中圧酸素富化液化空気を気化させて第3の中圧酸素富化空気を生成する第9の間接熱交換工程と、
前記中圧空気を熱回収後、断熱膨張させることで低圧空気を生成する第4の断熱膨張工程と、
前記第9の間接熱交換工程で気化されなかった前記第2の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第6の低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 - 前記第1の断熱膨張工程の前段において、前記第1の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項5記載の空気分離方法。
- 前記第2の断熱膨張工程の前段において、前記第2の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項6記載の空気分離方法。
- 前記第3の断熱膨張工程の前段において、前記第3の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項7及び8のうち、いずれか1項記載の空気分離方法。
- 前記第4の断熱膨張工程の前段において、前記第4の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項9記載の空気分離方法。
- 酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して前記高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔と、
低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、前記混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔と、
加圧された前記アルゴン富化液化酸素を前記低圧塔よりも高い圧力で低温蒸留することで、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、
前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の間接熱交換器と、
前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧液化酸素を気化させて第1の中圧酸素ガスを生成する第2の間接熱交換器と、
前記アルゴンガスの一部、前記第1の間接熱交換器において液化されなかったアルゴンガス、及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す第1の製品導出ラインと、
前記第1の間接熱交換器において気化されていない低圧液化酸素、前記第2の間接熱交換器において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2の製品導出ラインと、
を含むことを特徴とする空気分離装置。 - 前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第1の低圧原料供給ラインを含むこと特徴とする請求項14記載の空気分離装置。
- 前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第1の中圧酸素富化空気を生成する第3の間接熱交換器と、
前記第1の中圧酸素富化空気を低温蒸留して、中圧窒素ガスと第1の中圧酸素富化液化空気とに分離する第1の中圧塔と、
前記第1の中圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第2の低圧原料供給ラインと、
前記中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第4の間接熱交換器と、
前記第2の製品導出ラインに替えて、前記第1の間接熱交換器及び/または前記第4の間接熱交換器において気化されていない低圧液化酸素、前記第2の間接熱交換器において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、前記高圧液化窒素の一部、前記中圧窒素ガスの一部、及び前記中圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種を製品として抜き出す第3の製品導出ラインと、
を含むことを特徴とする請求項14記載の空気分離装置。 - 前記高圧窒素ガスの一部と、前記高圧液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて中圧原料空気を生成する第5の間接熱交換器と、
前記中圧原料空気を前記第1の中圧塔の原料の一部として供給する中圧原料供給ラインと、
を含むことを特徴とする請求項16記載の空気分離装置。 - 酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製することで得られる流体の一部を冷却した後に断熱膨張させて中圧タービン空気を得る第1のタービンと、
前記中圧タービン空気と前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン空気を液化させて中圧タービン液化空気を生成すると共に、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第6の間接熱交換器と、
前記中圧タービン液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第3の低圧原料供給ラインと、
を含むことを特徴とする請求項14記載の空気分離装置。 - 前記高圧窒素ガスの一部を熱回収した流体を断熱膨張させて中圧タービン窒素ガスを生成する第2のタービンと、
前記中圧タービン窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン窒素ガスを液化させて中圧タービン液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第7の間接熱交換器と、
を含むことを特徴とする請求項14ないし17のうち、いずれか1項記載の空気分離装置。 - 前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか1種と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか1種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を気化させて第2の中圧酸素富化空気を生成する第8の間接熱交換器と、
前記第2の中圧酸素富化空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧酸素富化空気を生成する第3のタービンと、
前記低圧酸素富化空気を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第4の低圧原料供給ラインと、
を含むことを特徴とする請求項14記載の空気分離装置。 - 前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体のうち、前記第8の間接熱交換器において気化されなかった流体を減圧させることで得られた流体を、前記低圧原料の一部として前記低圧塔に供給する第5の低圧原料供給ラインを含むことを特徴とする請求項20記載の空気分離装置。
- 前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を低温蒸留して、中圧空気と第2の中圧酸素富化液化空気とに分離する第2の中圧塔と、
前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか1種と、前記第2の中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のいずれかを液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記第2の中圧酸素富化液化空気を気化させて第3の中圧酸素富化空気を生成する第9の間接熱交換器と、
前記中圧空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧空気を生成する第4のタービンと、
前記第9の間接熱交換器で気化されなかった前記第2の中圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第6の低圧原料供給ラインと、
を含むことを特徴とする請求項14記載の空気分離装置。 - 前記第1のタービンで断熱膨張させる流体を、該第1のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項18記載の空気分離装置。
- 前記第2のタービンで断熱膨張させる流体を、該第2のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項19記載の空気分離装置。
- 前記第3のタービンで断熱膨張させる流体を、該第3のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項20または21記載の空気分離装置。
- 前記第4のタービンで断熱膨張させる流体を、該第4のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項22記載の空気分離装置。
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