JPH01296078A - 空気分離方法及び装置 - Google Patents
空気分離方法及び装置Info
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- JPH01296078A JPH01296078A JP1065793A JP6579389A JPH01296078A JP H01296078 A JPH01296078 A JP H01296078A JP 1065793 A JP1065793 A JP 1065793A JP 6579389 A JP6579389 A JP 6579389A JP H01296078 A JPH01296078 A JP H01296078A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は空気分離方法、装置及びプラントに関する。
空気は伝統的に極低温における分留によって分離されて
いる。分留による空気分離プラントでは単一蒸留塔また
は二重蒸留塔のいずれかが用いられる。典型的に、絶対
的にではなく、窒素と酸素の両生成物を生産する。さら
に、単一または二重蒸留塔からアルゴン富化蒸気流を取
り出し、これを他の塔で蒸留することによって、アルゴ
ン生成物も生産することができる。例えば酸素と窒素の
両方が気体状態の生成物として必要である場合には、二
重蒸留塔を用いるプラントにおいて供給空気を6〜7絶
対気圧の範囲内の圧力に圧縮する。
いる。分留による空気分離プラントでは単一蒸留塔また
は二重蒸留塔のいずれかが用いられる。典型的に、絶対
的にではなく、窒素と酸素の両生成物を生産する。さら
に、単一または二重蒸留塔からアルゴン富化蒸気流を取
り出し、これを他の塔で蒸留することによって、アルゴ
ン生成物も生産することができる。例えば酸素と窒素の
両方が気体状態の生成物として必要である場合には、二
重蒸留塔を用いるプラントにおいて供給空気を6〜7絶
対気圧の範囲内の圧力に圧縮する。
液体窒素と液体酸素の両方に対して大きな需要が存在す
るので、これらの両生成物を液体状態で生産するプラン
トが必要である。蒸留塔の底部に回収される液体酸素は
そこから生成物として取り出される。液体窒素の需要は
気体状窒素生成物を取り出し、これの少なくとも一部を
液化することによって満たされる。近代的な窒素化装置
は典型的に、窒素の圧力を40気圧以上に高めるコンプ
レッサーを含む。または、液体窒素生成物を単一または
二重蒸留塔から直接、実質的な量で取り出すことができ
るように、液体プラントを空気分離プラントに組込むこ
とができる。
るので、これらの両生成物を液体状態で生産するプラン
トが必要である。蒸留塔の底部に回収される液体酸素は
そこから生成物として取り出される。液体窒素の需要は
気体状窒素生成物を取り出し、これの少なくとも一部を
液化することによって満たされる。近代的な窒素化装置
は典型的に、窒素の圧力を40気圧以上に高めるコンプ
レッサーを含む。または、液体窒素生成物を単一または
二重蒸留塔から直接、実質的な量で取り出すことができ
るように、液体プラントを空気分離プラントに組込むこ
とができる。
本質的に気体状酸素と窒素を生産するプラントでは、気
体状窒素と液体酸素を再混合するための付加的な液体−
蒸気接触塔の使用を含み、この塔への付加的な液体窒素
還流を形成し、この塔からアルゴン富化蒸気流をさらに
分離するために取り出す、アルゴン生産量を高める方法
が提案されている。このような方法はヨーロッパ特許出
願第13+5.926A号及び国際(PCT)特許出願
第WO87700609号に述べられている。さらに、
英国特許出願筒2.174.916A号とヨーロッパ特
許出願第259.070 A号は、空気分離の単独また
は主要生成物としてアルゴンが必要である場合に気体状
窒素と液体酸素を再混合する、付加的な液体−蒸気接触
塔のこのよゐな使用に関する。実質的な量の液体窒素生
成物を生産する空気分離プラントへの特別な液体窒素還
流を生ずるために、液体酸素と気体状窒素の再混合の原
理を利用することはこの技術分野で提案されていない。
体状窒素と液体酸素を再混合するための付加的な液体−
蒸気接触塔の使用を含み、この塔への付加的な液体窒素
還流を形成し、この塔からアルゴン富化蒸気流をさらに
分離するために取り出す、アルゴン生産量を高める方法
が提案されている。このような方法はヨーロッパ特許出
願第13+5.926A号及び国際(PCT)特許出願
第WO87700609号に述べられている。さらに、
英国特許出願筒2.174.916A号とヨーロッパ特
許出願第259.070 A号は、空気分離の単独また
は主要生成物としてアルゴンが必要である場合に気体状
窒素と液体酸素を再混合する、付加的な液体−蒸気接触
塔のこのよゐな使用に関する。実質的な量の液体窒素生
成物を生産する空気分離プラントへの特別な液体窒素還
流を生ずるために、液体酸素と気体状窒素の再混合の原
理を利用することはこの技術分野で提案されていない。
本発明は液体酸素と気体状窒素とを再混合させて、液体
窒素生成物を生産して蒸留塔から直接取り出す方法、装
置及びプラントに関する、 本発明によると、空気から二酸化炭素と水蒸気を抽出し
て、空気を分留によるその分離に適した極低温に冷却す
る工程; 第1圧力で操作する第1蒸留塔内で空気の分留を実施し
、第1蒸留塔から酸素、窒素蒸気及びアルゴン富化酸素
を抽出する工程; 第1圧力よりも実質的に低い第2圧力において操作する
第2蒸留塔内でアルゴン富化酸素をさらに分離する工程
; 第2蒸留塔からアルゴンを抽出する工程;被冷却空気と
共通に少なくとも1つの熱交換器を共有し、第1圧力よ
りも実質的に高い第6圧力までの窒素の圧縮を利用する
サイクルによって窒素蒸気の少なくとも一部を液化する
工程;液体窒素の第1部分を生成物として取り出し、液
体窒素の第2部分を前記第1蒸留塔へ還流として導入す
る工程から成り、 液体酸素と不純な窒素を第1蒸留塔から抽出し、液体−
蒸気接触塔内で再混合し、不純な液体窒素を前記蒸気−
液体接触塔から取り出して前記第1還流蒸留塔への還流
として用い、再混合した酸素−窒素流を前記液体−蒸気
接触塔から取り出して、外部仕事の作用によって膨張さ
せて低温を生じさせる、空気を酸素、窒素及びアルゴン
に分離する方法に関する、 本発明はまた、空気から二酸化炭素と水蒸気を抽出する
手段:分留による空気の分離に適した極低温にまで空気
を冷却する熱交換手段;液体酸素、窒素蒸気及びアルゴ
ン富化蒸気を取り出す出口を有する、空気を分留するた
めの第1蒸留塔;アルゴン富化酸素からアルゴンを分離
するように操作可能な、前記アルゴン富化酸素出口と連
通ずる第2蒸留塔:第2蒸留塔からのアルゴンの出口;
前記熱交換手段の少なくとも一部を用いるサイクルであ
って、第1蒸留塔の操作圧力よりも実質的に高い圧力に
窒素圧力を高めるため少なくとも1つのコンプレッサー
を含むサイクルを実施すること罠よって窒素蒸気の少な
くとも一部を液化する手段;液体窒素の一部を生成物と
して取り出す手段:及び液体窒素の第2部分を前記第1
蒸留塔へ還流として戻す手段から成り、さらに、液体酸
素と不純な窒素蒸気とを再混合するための液体−蒸気接
触塔を含み、前記液体−蒸気接触塔が第1蒸留塔からの
液体酸素の出口と連通ずる液体酸素の入口及び第1蒸留
塔への不純な窒素蒸気の出口と連通ずるこのような蒸気
の入口を有し、さらに第1蒸留塔への不純な液体窒素の
入口と連通ずるこのような窒素の出口及び外部仕事の作
用によって再混合した酸素−窒素混合物を膨張させて低
温を生じさせる少なくとも1つの装置と連通する、この
ような混合物のための他の出口を有する、空気を酸素、
窒素及びアルゴンに分離する装置またはプラントを提供
する。
窒素生成物を生産して蒸留塔から直接取り出す方法、装
置及びプラントに関する、 本発明によると、空気から二酸化炭素と水蒸気を抽出し
て、空気を分留によるその分離に適した極低温に冷却す
る工程; 第1圧力で操作する第1蒸留塔内で空気の分留を実施し
、第1蒸留塔から酸素、窒素蒸気及びアルゴン富化酸素
を抽出する工程; 第1圧力よりも実質的に低い第2圧力において操作する
第2蒸留塔内でアルゴン富化酸素をさらに分離する工程
; 第2蒸留塔からアルゴンを抽出する工程;被冷却空気と
共通に少なくとも1つの熱交換器を共有し、第1圧力よ
りも実質的に高い第6圧力までの窒素の圧縮を利用する
サイクルによって窒素蒸気の少なくとも一部を液化する
工程;液体窒素の第1部分を生成物として取り出し、液
体窒素の第2部分を前記第1蒸留塔へ還流として導入す
る工程から成り、 液体酸素と不純な窒素を第1蒸留塔から抽出し、液体−
蒸気接触塔内で再混合し、不純な液体窒素を前記蒸気−
液体接触塔から取り出して前記第1還流蒸留塔への還流
として用い、再混合した酸素−窒素流を前記液体−蒸気
接触塔から取り出して、外部仕事の作用によって膨張さ
せて低温を生じさせる、空気を酸素、窒素及びアルゴン
に分離する方法に関する、 本発明はまた、空気から二酸化炭素と水蒸気を抽出する
手段:分留による空気の分離に適した極低温にまで空気
を冷却する熱交換手段;液体酸素、窒素蒸気及びアルゴ
ン富化蒸気を取り出す出口を有する、空気を分留するた
めの第1蒸留塔;アルゴン富化酸素からアルゴンを分離
するように操作可能な、前記アルゴン富化酸素出口と連
通ずる第2蒸留塔:第2蒸留塔からのアルゴンの出口;
前記熱交換手段の少なくとも一部を用いるサイクルであ
って、第1蒸留塔の操作圧力よりも実質的に高い圧力に
窒素圧力を高めるため少なくとも1つのコンプレッサー
を含むサイクルを実施すること罠よって窒素蒸気の少な
くとも一部を液化する手段;液体窒素の一部を生成物と
して取り出す手段:及び液体窒素の第2部分を前記第1
蒸留塔へ還流として戻す手段から成り、さらに、液体酸
素と不純な窒素蒸気とを再混合するための液体−蒸気接
触塔を含み、前記液体−蒸気接触塔が第1蒸留塔からの
液体酸素の出口と連通ずる液体酸素の入口及び第1蒸留
塔への不純な窒素蒸気の出口と連通ずるこのような蒸気
の入口を有し、さらに第1蒸留塔への不純な液体窒素の
入口と連通ずるこのような窒素の出口及び外部仕事の作
用によって再混合した酸素−窒素混合物を膨張させて低
温を生じさせる少なくとも1つの装置と連通する、この
ような混合物のための他の出口を有する、空気を酸素、
窒素及びアルゴンに分離する装置またはプラントを提供
する。
液体−蒸気接触塔(ここでは混合塔とも呼ぶ)は典型的
に、第1蒸留塔と本質的に同じ圧力において操作する。
に、第1蒸留塔と本質的に同じ圧力において操作する。
この圧力は好ましくは少なくとも6気圧、より好ましく
は5気圧である。酸素と窒素の再混合は少なくとも6気
圧においてこれより実質的に低い圧力におけるよりも大
きな熱力学的効率で実施することができる。さらK、液
体−蒸気接触塔をこのような圧力で操作することによっ
て、取り出した酸素−窒素混合物の仕事膨張(work
expansion)は有意な程度の低温を生じ、こ
の低温はプロセスの総必要低温度を満たすために役立ち
;混合塔を用いない完全に同等な方法で必要とするより
も低い第3圧力の選択を可能にする。
は5気圧である。酸素と窒素の再混合は少なくとも6気
圧においてこれより実質的に低い圧力におけるよりも大
きな熱力学的効率で実施することができる。さらK、液
体−蒸気接触塔をこのような圧力で操作することによっ
て、取り出した酸素−窒素混合物の仕事膨張(work
expansion)は有意な程度の低温を生じ、こ
の低温はプロセスの総必要低温度を満たすために役立ち
;混合塔を用いない完全に同等な方法で必要とするより
も低い第3圧力の選択を可能にする。
酸素−窒素再混合流は液体−蒸気接触塔の中間レベルか
ら取り出すのが好ましい。この最初の再混合流よりも酸
素の含有割合の大きい別の酸素−窒素再混合流を混合塔
から取り出し、蒸留塔の1つからの沸とう液体流との熱
交換によって凝縮させて、混合塔に戻し、沸とうした液
体は蒸留塔の1つに戻すことがさらに好ましい。酸素と
窒素の第2再混合流の取出しは液体−蒸気接触塔の操作
の熱力学的効率を改良する。
ら取り出すのが好ましい。この最初の再混合流よりも酸
素の含有割合の大きい別の酸素−窒素再混合流を混合塔
から取り出し、蒸留塔の1つからの沸とう液体流との熱
交換によって凝縮させて、混合塔に戻し、沸とうした液
体は蒸留塔の1つに戻すことがさらに好ましい。酸素と
窒素の第2再混合流の取出しは液体−蒸気接触塔の操作
の熱力学的効率を改良する。
前記液体窒素の第3部分を用いて、液体−蒸気接触塔か
らの窒素蒸気を凝縮して凝縮液を塔に戻し、これによっ
て前記第6部分を蒸発させ、蒸気の少なくとも一部を再
循環させ、液化させるのが好ましい。
らの窒素蒸気を凝縮して凝縮液を塔に戻し、これによっ
て前記第6部分を蒸発させ、蒸気の少なくとも一部を再
循環させ、液化させるのが好ましい。
第1蒸留塔への再沸とう物を窒素流によって形成し、こ
れを形成する個所の下流で窒素流の少なくとも一部を液
化する。
れを形成する個所の下流で窒素流の少なくとも一部を液
化する。
従って、前記第1蒸留塔から窒素蒸気を取り出す工程:
熱交換手段において窒素蒸気を空気と向流で加熱する工
程:加熱した窒素の一部を圧縮する工程;このような圧
縮窒素の温度を熱交換手段において冷却し温度を低下さ
せる工程:冷却された窒素の少なくとも一部を取り出し
、外部仕事の作用によって膨張させる工程:このような
膨張した窒素を第1蒸留塔に付随するリボイラーに通し
て第1蒸留塔で蒸留させる再沸とう物(reboil)
を形成する工程;リボイラ〜を出る窒素をさらに冷却し
熱交換手段において温度低下させる工程;生成する液体
窒素の一部を蒸留への還流として用いる工程及び生成す
る液体窒素の他の一部を生成物として取り出す工程から
成る窒素液化サイクルを実施することが好ましい。第1
蒸留塔を再沸とうさせるために窒素流を用いる他K、こ
のために空気流を用いることもできる。好ましい実施例
では、好ましくはその露点の空気流を用いて、第1蒸留
塔への再沸とう物の一部を形成し、生成する液体空気を
第1蒸留塔に導入する。
熱交換手段において窒素蒸気を空気と向流で加熱する工
程:加熱した窒素の一部を圧縮する工程;このような圧
縮窒素の温度を熱交換手段において冷却し温度を低下さ
せる工程:冷却された窒素の少なくとも一部を取り出し
、外部仕事の作用によって膨張させる工程:このような
膨張した窒素を第1蒸留塔に付随するリボイラーに通し
て第1蒸留塔で蒸留させる再沸とう物(reboil)
を形成する工程;リボイラ〜を出る窒素をさらに冷却し
熱交換手段において温度低下させる工程;生成する液体
窒素の一部を蒸留への還流として用いる工程及び生成す
る液体窒素の他の一部を生成物として取り出す工程から
成る窒素液化サイクルを実施することが好ましい。第1
蒸留塔を再沸とうさせるために窒素流を用いる他K、こ
のために空気流を用いることもできる。好ましい実施例
では、好ましくはその露点の空気流を用いて、第1蒸留
塔への再沸とう物の一部を形成し、生成する液体空気を
第1蒸留塔に導入する。
第1蒸留塔から取り出す窒素は典型的に多段コンプレッ
サーで窒素の臨界圧よりも高い圧力に圧縮する、圧縮窒
素は取り出して、50〜75気圧の範囲内の圧力(及び
150〜170にの範囲内の温度)において、外部仕事
の作用によって膨張させることは重要ではない。望まし
い場合には、圧縮窒素の一部を仕事膨張手段と第1蒸留
塔に付随するリボイラーとを通さずに液化することもで
きる。
サーで窒素の臨界圧よりも高い圧力に圧縮する、圧縮窒
素は取り出して、50〜75気圧の範囲内の圧力(及び
150〜170にの範囲内の温度)において、外部仕事
の作用によって膨張させることは重要ではない。望まし
い場合には、圧縮窒素の一部を仕事膨張手段と第1蒸留
塔に付随するリボイラーとを通さずに液化することもで
きる。
仕事膨張の終了時に、窒素は12〜20絶対気圧の範囲
内の圧力を有するのが好ましく、飽和蒸気であることが
好ましい。次に、窒素の液化は第1蒸留塔に付随するリ
ボイラーで実施するのが好ましい。
内の圧力を有するのが好ましく、飽和蒸気であることが
好ましい。次に、窒素の液化は第1蒸留塔に付随するリ
ボイラーで実施するのが好ましい。
リボイラーを出る液体窒素を熱交換によって適冷し、こ
れに対して多重のフラッシュ分離工程を行って液体窒素
と複数のフラッシュガス流とを形成する。フラッシュガ
ス流は供給空気に対して向流で熱交換手段に通して戻し
、熱交換手段に低温を提供するのが好ましい。望ましい
場合には少なくとも3回の7ラツシ工分離工程を用いる
ことができる。
れに対して多重のフラッシュ分離工程を行って液体窒素
と複数のフラッシュガス流とを形成する。フラッシュガ
ス流は供給空気に対して向流で熱交換手段に通して戻し
、熱交換手段に低温を提供するのが好ましい。望ましい
場合には少なくとも3回の7ラツシ工分離工程を用いる
ことができる。
第1フラッシュ分離工程からの液体窒素を用いて、液体
−蒸気接触塔からの窒素蒸気を凝縮して生ずる凝縮液を
還流としてこの塔に戻すのが好ましい。
−蒸気接触塔からの窒素蒸気を凝縮して生ずる凝縮液を
還流としてこの塔に戻すのが好ましい。
第1蒸留塔は1つ以上の塔を含むことができる。
典型的には、上部塔と下部塔から成る。2つの塔は純粋
な窒素中で置き換え可能であり、蒸気は下部塔から上部
塔へ流れ、液体は反対方向で流れる。
な窒素中で置き換え可能であり、蒸気は下部塔から上部
塔へ流れ、液体は反対方向で流れる。
上部塔への還流は窒素液化サイクルから形成されるが、
下部塔への還流は混合塔から形成される。
下部塔への還流は混合塔から形成される。
分離すべき空気は下部塔へ供給され、混合塔への液体酸
素フィードと不純な窒素フィードとはアルゴン富化酸素
流として下部塔から取り出される。
素フィードと不純な窒素フィードとはアルゴン富化酸素
流として下部塔から取り出される。
第2蒸留塔は再沸することが好ましい、再沸物は第1蒸
留塔によって形成されるのが好ましいが、またはこの代
りに、空気フィードの一部を送給する付加的な蒸留塔を
用いることができる。第2蒸留塔の再沸は第2蒸留塔か
らの典型的には液体状態での比較的純粋な酸素生成物の
取り出しを可能にする。第2蒸留塔は第1蒸留塔よりも
大気圧に近い圧力で操作されるので、液体酸素が生成物
として必要である場合には、これが有利である。典型的
には、第2蒸留塔は1〜2絶対気圧の範囲内の圧力で操
作され、第1蒸留塔と混合塔は5.5〜6.5絶対気圧
の範囲内で操作される。
留塔によって形成されるのが好ましいが、またはこの代
りに、空気フィードの一部を送給する付加的な蒸留塔を
用いることができる。第2蒸留塔の再沸は第2蒸留塔か
らの典型的には液体状態での比較的純粋な酸素生成物の
取り出しを可能にする。第2蒸留塔は第1蒸留塔よりも
大気圧に近い圧力で操作されるので、液体酸素が生成物
として必要である場合には、これが有利である。典型的
には、第2蒸留塔は1〜2絶対気圧の範囲内の圧力で操
作され、第1蒸留塔と混合塔は5.5〜6.5絶対気圧
の範囲内で操作される。
次に、本発明の方法、装置及びプラントを添付図面を参
照しながら実施例に基づいて説明する一図面の第1図で
は、本発明による方法の実施に適した蒸留塔の配置を示
す。説明を容易圧するために、第1図では熱交換器1台
の他には、全ての熱交換器、コンプレッサー、膨張ター
ビン、パルプを省略する。図示した装置は下部塔4と上
部塔6とから成る第1蒸留塔2を含む。第1蒸留塔2は
空気を酸素、窒素、アルゴン富化酸素に分離するために
用いられる。アルゴン富化酸素は第2蒸留塔10で分離
される。第2蒸留塔10は空気フィードの一部を受容す
る第3蒸留塔6によって再沸される。この他、下部塔4
からの液体酸素と窒素蒸気とを再混合して下部塔4への
窒素還流を形成する液体−蒸気接触塔14が存在する。
照しながら実施例に基づいて説明する一図面の第1図で
は、本発明による方法の実施に適した蒸留塔の配置を示
す。説明を容易圧するために、第1図では熱交換器1台
の他には、全ての熱交換器、コンプレッサー、膨張ター
ビン、パルプを省略する。図示した装置は下部塔4と上
部塔6とから成る第1蒸留塔2を含む。第1蒸留塔2は
空気を酸素、窒素、アルゴン富化酸素に分離するために
用いられる。アルゴン富化酸素は第2蒸留塔10で分離
される。第2蒸留塔10は空気フィードの一部を受容す
る第3蒸留塔6によって再沸される。この他、下部塔4
からの液体酸素と窒素蒸気とを再混合して下部塔4への
窒素還流を形成する液体−蒸気接触塔14が存在する。
空気は典型的にはその露点において、昇圧下(典型的に
は6絶対気圧下)で入口16から下部塔4に供給される
。空気は下部塔4で分留され、下部塔4の底部でリボイ
ラー18によって再沸物が形成され、下部塔4の頂部に
は管20を介して上部塔6から、管2・2を介して混合
塔14から不純な液体窒素還流が供給される。従って、
下部塔4内には徐々に酸素が富化する液体下降流と、徐
々に窒素が富化する蒸気上昇流とが確立される。
は6絶対気圧下)で入口16から下部塔4に供給される
。空気は下部塔4で分留され、下部塔4の底部でリボイ
ラー18によって再沸物が形成され、下部塔4の頂部に
は管20を介して上部塔6から、管2・2を介して混合
塔14から不純な液体窒素還流が供給される。従って、
下部塔4内には徐々に酸素が富化する液体下降流と、徐
々に窒素が富化する蒸気上昇流とが確立される。
蒸留塔2の下部塔4から底部の出口24を介して商業的
に純粋な液体酸素が取り出され、下部塔4の頂部の出口
26からは不純な窒素蒸気流が取り出され、空気フィー
ド人口16と液体酸素出口24との中間レベルにある出
口28からはアルゴン富化蒸気流が取り出される。アル
ゴン富化酸素流の出口28の位置は、下部塔4内の蒸気
相のアルゴン濃度が最高または最高に近いレベルである
ので、出口28から取り出される流れは典型的に約8〜
10容量係のオーダーのアルゴンを含む。
に純粋な液体酸素が取り出され、下部塔4の頂部の出口
26からは不純な窒素蒸気流が取り出され、空気フィー
ド人口16と液体酸素出口24との中間レベルにある出
口28からはアルゴン富化蒸気流が取り出される。アル
ゴン富化酸素流の出口28の位置は、下部塔4内の蒸気
相のアルゴン濃度が最高または最高に近いレベルである
ので、出口28から取り出される流れは典型的に約8〜
10容量係のオーダーのアルゴンを含む。
下部塔4の頂部から取り出される流れは典型的に、酸素
1〜2容i係オーダー(例えば1.4係)を含む窒素蒸
気流である。この流れの一部を次に上部塔乙に導く。上
部塔6には徐々に窒素が富化する窒素蒸気上昇流と徐々
に酸素が富化する液体下降流とが存在する。上部塔乙の
底部から取り出される不純な液体窒素は典型的VC2容
量チオーダーの酸素を含む。このf嵌体窒素は下部塔4
の還流の一部として用いられる。上部塔6への還流は管
28から上部塔6の頂部近くに入る液体窒素流によって
形成される。液体窒素は熱交換器(図示せず)を用いて
冷却すべき空気を冷却する窒素液化サイクル(図示せず
)から供給される。上部塔6から出口ろOを介して実質
的に純粋な窒素ガス流が取り出される、 出口26を介して上部塔6から取り出される不純な窒素
流の他の部分は液体−蒸気接触塔すなわち混合塔14の
底部に導かれる。この不純な窒素は塔14において下部
塔4の底部から出口24を介して取り出される液体酸素
の一部と再混合される。このような液体酸素は混合塔1
4へその頂部から導入される。このようにして、混合塔
14内には液体下降流と質量交換する蒸気上昇流が確立
され、液体は下降するにつれ徐々に窒素富化し、蒸気は
上昇するKつれ徐々に酸素富化する。液体下降流を強化
するために、塔14はその頂部にコンデンサー32を備
え、酸素蒸気は塔14の頂部で凝縮される。説明を容易
にするために、コンデンサー32に冷却液を供給する手
段は第1図に図示しない。塔14から下部塔4へ還流と
して管22を介して戻される液体窒素は典型的に3〜6
容量チ(例えば、4.9容量係)の酸素を含む。
1〜2容i係オーダー(例えば1.4係)を含む窒素蒸
気流である。この流れの一部を次に上部塔乙に導く。上
部塔6には徐々に窒素が富化する窒素蒸気上昇流と徐々
に酸素が富化する液体下降流とが存在する。上部塔乙の
底部から取り出される不純な液体窒素は典型的VC2容
量チオーダーの酸素を含む。このf嵌体窒素は下部塔4
の還流の一部として用いられる。上部塔6への還流は管
28から上部塔6の頂部近くに入る液体窒素流によって
形成される。液体窒素は熱交換器(図示せず)を用いて
冷却すべき空気を冷却する窒素液化サイクル(図示せず
)から供給される。上部塔6から出口ろOを介して実質
的に純粋な窒素ガス流が取り出される、 出口26を介して上部塔6から取り出される不純な窒素
流の他の部分は液体−蒸気接触塔すなわち混合塔14の
底部に導かれる。この不純な窒素は塔14において下部
塔4の底部から出口24を介して取り出される液体酸素
の一部と再混合される。このような液体酸素は混合塔1
4へその頂部から導入される。このようにして、混合塔
14内には液体下降流と質量交換する蒸気上昇流が確立
され、液体は下降するにつれ徐々に窒素富化し、蒸気は
上昇するKつれ徐々に酸素富化する。液体下降流を強化
するために、塔14はその頂部にコンデンサー32を備
え、酸素蒸気は塔14の頂部で凝縮される。説明を容易
にするために、コンデンサー32に冷却液を供給する手
段は第1図に図示しない。塔14から下部塔4へ還流と
して管22を介して戻される液体窒素は典型的に3〜6
容量チ(例えば、4.9容量係)の酸素を含む。
酸素−窒素混合流は中間レベルから管64を介して取り
出される。この酸素−窒素混合流は典型的に約21容量
係の、すなわち空気中とほぼ同じレベルの酸素を含む。
出される。この酸素−窒素混合流は典型的に約21容量
係の、すなわち空気中とほぼ同じレベルの酸素を含む。
しかし、望ましい場合には、混合流はこれより高濃度ま
たは低濃度の酸素を含む。管64から取り出される流れ
は第1図に図示しない手段による外部仕事の作用によっ
て膨張させられる。この流れを取り出すことによって塔
14内には質量平衡が維持され、この流れを中間位置か
ら取り出すことば塔14の運転効率を改良する。塔14
の効果的な操作は6絶対気圧よりも大きい操作圧力を選
択することによっても助成される。塔14と上部塔6は
典型的に下部塔4と実質的に同じ圧力で、すなわち6気
圧のオーダーの圧力で操作されるが、液体ヘッド効果の
ために塔14と上部塔6内の平均圧力は下部塔4におけ
るよりもやや低くなる(すなわち、5.8絶対気圧のオ
ーダー)。
たは低濃度の酸素を含む。管64から取り出される流れ
は第1図に図示しない手段による外部仕事の作用によっ
て膨張させられる。この流れを取り出すことによって塔
14内には質量平衡が維持され、この流れを中間位置か
ら取り出すことば塔14の運転効率を改良する。塔14
の効果的な操作は6絶対気圧よりも大きい操作圧力を選
択することによっても助成される。塔14と上部塔6は
典型的に下部塔4と実質的に同じ圧力で、すなわち6気
圧のオーダーの圧力で操作されるが、液体ヘッド効果の
ために塔14と上部塔6内の平均圧力は下部塔4におけ
るよりもやや低くなる(すなわち、5.8絶対気圧のオ
ーダー)。
塔14の運転効率を強化する目的で、酸素と窒素から成
る混合蒸気流を、塔14から管34レベルより上方であ
るが液体と蒸気の間の質量交換が行われる、塔14の最
低レベルよりも下方であるレベルにおいて管36から取
り出す。管66から取り出される蒸気流は典型的に約4
5〜5o容量係(典型的には、約47容量チ)の酸素を
含む。
る混合蒸気流を、塔14から管34レベルより上方であ
るが液体と蒸気の間の質量交換が行われる、塔14の最
低レベルよりも下方であるレベルにおいて管36から取
り出す。管66から取り出される蒸気流は典型的に約4
5〜5o容量係(典型的には、約47容量チ)の酸素を
含む。
この蒸気はコンデンサー68内で凝縮され、生成する液
体は、還流液の組成が還流液が戻される液体の組成とほ
ぼ同じであるようなレベルにおいて、管40を介して塔
14に戻される。コンデンサー40の冷却は、蒸留塔2
の下部塔4から酸素富化液体流を管42を介して取り出
し、これをコンデンサー38に導き、ここで塔14から
管66を介して取り出される流れと熱交換させ、上昇流
を凝縮させ、それ自体は再沸させること忙よって生ずる
。生成する蒸気は還流蒸気の組成が還流蒸気が戻される
液体の組成と一致するレベルにある入口44から下部塔
4に戻される。
体は、還流液の組成が還流液が戻される液体の組成とほ
ぼ同じであるようなレベルにおいて、管40を介して塔
14に戻される。コンデンサー40の冷却は、蒸留塔2
の下部塔4から酸素富化液体流を管42を介して取り出
し、これをコンデンサー38に導き、ここで塔14から
管66を介して取り出される流れと熱交換させ、上昇流
を凝縮させ、それ自体は再沸させること忙よって生ずる
。生成する蒸気は還流蒸気の組成が還流蒸気が戻される
液体の組成と一致するレベルにある入口44から下部塔
4に戻される。
アルゴン生成物を生産するためには、下部塔4から出口
28を介して取り出されるアルゴン富化酸素蒸気流はサ
ブ−クーラー(図示せず)に導いて温度低下させ、絞り
弁(図示せず)を通して入口46から塔10へ供給し、
ここで蒸留によって酸素とアルゴン生成物に分離する。
28を介して取り出されるアルゴン富化酸素蒸気流はサ
ブ−クーラー(図示せず)に導いて温度低下させ、絞り
弁(図示せず)を通して入口46から塔10へ供給し、
ここで蒸留によって酸素とアルゴン生成物に分離する。
アルゴン生成物は典型的に2容量係のオーダーで酸素不
純物を含有する。従って、塔10では一般的に下降する
液体流が蒸気上昇流と接触し、それらの間で質量交換が
行われるので、液体は塔1oを下降するにつれて徐々に
酸素富化し、蒸気は塔1oを上昇するにつれて徐々にア
ルゴン富化する、塔10はその頂部にコンデンサー48
を備えて塔への液体アルゴン還流を形成し、底部にはリ
ボイラー50を備えて蒸気上昇流を形成する。リボイラ
ー50は塔12のコンデンサーとしても機能し、この塔
への還流を形成する。液体アルゴン生成物は塔10から
その頂部の出口52を介して取り出され、液体酸素生成
物はその底部の出口54から同様に取り出される。
純物を含有する。従って、塔10では一般的に下降する
液体流が蒸気上昇流と接触し、それらの間で質量交換が
行われるので、液体は塔1oを下降するにつれて徐々に
酸素富化し、蒸気は塔1oを上昇するにつれて徐々にア
ルゴン富化する、塔10はその頂部にコンデンサー48
を備えて塔への液体アルゴン還流を形成し、底部にはリ
ボイラー50を備えて蒸気上昇流を形成する。リボイラ
ー50は塔12のコンデンサーとしても機能し、この塔
への還流を形成する。液体アルゴン生成物は塔10から
その頂部の出口52を介して取り出され、液体酸素生成
物はその底部の出口54から同様に取り出される。
塔10は典型的に大気圧よりやや高い圧力で、例えば1
.3絶対気圧で操作される。コンデンサー〜リボイラー
50に適当な温度差を与えるために、塔12は6絶対気
圧(すなわち下部塔4と実質的に同じ圧力)で操作され
る。第1図に示した装置から比較的低い圧力で液体酸素
生成物を取り出すことが望ましいので、下部塔4の底部
から出口24を介して取り出される液体酸素の一部を膨
張弁56を介して塔10の底部へ移す。従って、液体酸
素を塔10の出口54から取り出す速度は促進される。
.3絶対気圧で操作される。コンデンサー〜リボイラー
50に適当な温度差を与えるために、塔12は6絶対気
圧(すなわち下部塔4と実質的に同じ圧力)で操作され
る。第1図に示した装置から比較的低い圧力で液体酸素
生成物を取り出すことが望ましいので、下部塔4の底部
から出口24を介して取り出される液体酸素の一部を膨
張弁56を介して塔10の底部へ移す。従って、液体酸
素を塔10の出口54から取り出す速度は促進される。
上述したよ5K、塔12は塔1Dへの再沸物を形成する
。供給空気の小部分が塔12へ入口58から導入され、
その露点まで予備冷却される。塔12内で空気は塔の底
部に集積する酸素富化分画と、塔12の頂部に集積する
窒素富化分画とに分離される。酸素富化液体は塔12の
出口60から取り出され、下部塔4へ入口62がら導入
される。
。供給空気の小部分が塔12へ入口58から導入され、
その露点まで予備冷却される。塔12内で空気は塔の底
部に集積する酸素富化分画と、塔12の頂部に集積する
窒素富化分画とに分離される。酸素富化液体は塔12の
出口60から取り出され、下部塔4へ入口62がら導入
される。
塔12の底部から液体が取り出されるので、塔12への
再沸物を用意する必要はない。窒素蒸気−液体混合物は
塔12の頂部から取り出され、液体窒素と一緒にされて
、蒸留塔2の上部塔6へ入口28から導入される。
再沸物を用意する必要はない。窒素蒸気−液体混合物は
塔12の頂部から取り出され、液体窒素と一緒にされて
、蒸留塔2の上部塔6へ入口28から導入される。
塔2,10,12,14は各々、典型的に多数の液体−
蒸気接触トレー(図示せず)を含み、液相−蒸気相との
間の質量交換を行う。この代りに。
蒸気接触トレー(図示せず)を含み、液相−蒸気相との
間の質量交換を行う。この代りに。
構造バッキングをこのために用い、ることもできる。
トレーを用いる場合には、典型的にシープ・トレー型が
用いられる。下部塔4は典型的に89段の理論トレーに
よって操作され、上部塔6は16,5段の理論トレー数
によって操作され、第2蒸留塔10は73段の理論トレ
ー数、付加的蒸留塔12は42段の理論トレー数及び混
合塔14は35段の理論トレー数によって操作される。
用いられる。下部塔4は典型的に89段の理論トレーに
よって操作され、上部塔6は16,5段の理論トレー数
によって操作され、第2蒸留塔10は73段の理論トレ
ー数、付加的蒸留塔12は42段の理論トレー数及び混
合塔14は35段の理論トレー数によって操作される。
(実際の使用トレー数はトレー効率の逆数を乗じた理論
トレー数である。) 次に第2図では、ここに示した装置は第1図に示した塔
配置と同じ塔配置を有するが、この場合に第1蒸留塔は
第2蒸留塔の再沸に用いられるので、その結果第2図に
示した装置は第1図忙示した装置よりも1つ少ない蒸留
塔を用いる。
トレー数である。) 次に第2図では、ここに示した装置は第1図に示した塔
配置と同じ塔配置を有するが、この場合に第1蒸留塔は
第2蒸留塔の再沸に用いられるので、その結果第2図に
示した装置は第1図忙示した装置よりも1つ少ない蒸留
塔を用いる。
第2図に示した装置は下部塔74ち上部塔76から成る
第1蒸留塔72、第2蒸留塔78及び液゛体−蒸気接触
塔(または混合塔)79を用いる。
第1蒸留塔72、第2蒸留塔78及び液゛体−蒸気接触
塔(または混合塔)79を用いる。
典型的に6絶対気圧を有し、その露点にある空気が第1
蒸留塔72の下部塔74に導かれ、この塔内で分留によ
って酸素、アルゴン富化酸素、不純な窒素分画に分離さ
れる。下部塔74には2発生源の不純な液体窒素還流が
供給される。第1発生源は管82を介して下部塔74に
液体窒素を供給する上部塔86である。第2発生源は下
部塔74の頂部に連通ずる混合塔79の底部にある管8
4を介して液体窒素を供給する混合塔79である。下部
塔74はその底部近くにリボイラー86を備え、リボイ
ラー86は蒸気上昇流を液体下降流と質量交換させるの
に適合しており、液体は下降するにつれて酸素富化し、
蒸気は上昇するにつれて窒素富化する。゛説明を容易に
するために、再沸物を形成する液体の発生源は第2図に
図示しない。
蒸留塔72の下部塔74に導かれ、この塔内で分留によ
って酸素、アルゴン富化酸素、不純な窒素分画に分離さ
れる。下部塔74には2発生源の不純な液体窒素還流が
供給される。第1発生源は管82を介して下部塔74に
液体窒素を供給する上部塔86である。第2発生源は下
部塔74の頂部に連通ずる混合塔79の底部にある管8
4を介して液体窒素を供給する混合塔79である。下部
塔74はその底部近くにリボイラー86を備え、リボイ
ラー86は蒸気上昇流を液体下降流と質量交換させるの
に適合しており、液体は下降するにつれて酸素富化し、
蒸気は上昇するにつれて窒素富化する。゛説明を容易に
するために、再沸物を形成する液体の発生源は第2図に
図示しない。
下部塔74の底部から出口88を介して、液体酸素を取
り出す。この液体酸素の一部は直接生成物として取り出
すかまたは最初に塔76に導入しそこから生成物として
取り出すが、出口88から下部塔74を出る液体酸素の
残りは混合塔78の頂部に達する。不純な窒素蒸気は下
部塔74の頂部から2つの流れとして取り出される。こ
のような不純な窒素の第1流は下部塔74の頂部から管
90を介して取り出され、上部塔76の底部に入る。蒸
気は上部塔76を上昇し、液体下降流と質量交換関係に
入る。この液体下降流は上部塔76の頂部において蒸気
の一部を凝縮することによって形成される。コンデンサ
ー92がこのために備えられる。コンデンサー92は第
2蒸留塔78のだめの再沸物を形成するためにも役立つ
。上部塔76に入口94から液体窒素を導入することに
よっても、さらに液体窒素還流が形成される。液体窒素
は供給空気の冷却に用いられる熱交換器(図示せず)を
用いる液化サイクル(第2図に図示せず)で形成する。
り出す。この液体酸素の一部は直接生成物として取り出
すかまたは最初に塔76に導入しそこから生成物として
取り出すが、出口88から下部塔74を出る液体酸素の
残りは混合塔78の頂部に達する。不純な窒素蒸気は下
部塔74の頂部から2つの流れとして取り出される。こ
のような不純な窒素の第1流は下部塔74の頂部から管
90を介して取り出され、上部塔76の底部に入る。蒸
気は上部塔76を上昇し、液体下降流と質量交換関係に
入る。この液体下降流は上部塔76の頂部において蒸気
の一部を凝縮することによって形成される。コンデンサ
ー92がこのために備えられる。コンデンサー92は第
2蒸留塔78のだめの再沸物を形成するためにも役立つ
。上部塔76に入口94から液体窒素を導入することに
よっても、さらに液体窒素還流が形成される。液体窒素
は供給空気の冷却に用いられる熱交換器(図示せず)を
用いる液化サイクル(第2図に図示せず)で形成する。
不純な窒素蒸気の第2流を蒸留塔72の下部塔74から
取り出し、管98に沿って液体−蒸気混合塔79の底部
に供給する。窒素蒸気に蒸留塔72の下部塔74の底部
の出口88から塔79の頂部に入口100から供給され
る液体酸素と混合する。混合塔79の操作は一般に第1
図に示した混合塔14の操作と同じである。特に、混合
塔79はこの塔に付加的な液体還流を供給するためにコ
ンデンサー102を備える、この塔は蒸留塔72の下部
塔74と実質的に同じ圧力で操作されるが、塔79から
下部塔74への重力下での液体還流を可能にするために
、典型的に僅かな圧力差が存在する。このような液体流
は上記のように管84を介して行われる。液体が塔79
を下降する時に、液は上昇する蒸気と接触して、液体と
蒸気の間に質量交換が生じ、その結果下降液体は徐々に
窒素富化し、上昇蒸気は徐々に酸素富化する。
取り出し、管98に沿って液体−蒸気混合塔79の底部
に供給する。窒素蒸気に蒸留塔72の下部塔74の底部
の出口88から塔79の頂部に入口100から供給され
る液体酸素と混合する。混合塔79の操作は一般に第1
図に示した混合塔14の操作と同じである。特に、混合
塔79はこの塔に付加的な液体還流を供給するためにコ
ンデンサー102を備える、この塔は蒸留塔72の下部
塔74と実質的に同じ圧力で操作されるが、塔79から
下部塔74への重力下での液体還流を可能にするために
、典型的に僅かな圧力差が存在する。このような液体流
は上記のように管84を介して行われる。液体が塔79
を下降する時に、液は上昇する蒸気と接触して、液体と
蒸気の間に質量交換が生じ、その結果下降液体は徐々に
窒素富化し、上昇蒸気は徐々に酸素富化する。
塔の頂部で蒸気はコンデンサー102によって凝縮する
。塔72に還流として作用するために戻される液体窒素
は純粋ではなく、典型的に6モルチまでの酸素を含有す
る。
。塔72に還流として作用するために戻される液体窒素
は純粋ではなく、典型的に6モルチまでの酸素を含有す
る。
酸素−窒素混合流は混合塔79の中間レベルから取り出
され、管106に沿って運ばれ、例えば膨張タービン(
第2図に図示せず)内で外部仕事の作用によって膨張す
る。管106から取り出された流れは典型的に、空気中
の酸素の割合と同じまたはこれに類似した酸素の割合を
含む。混合塔79から、管106から取り出される流れ
よりも酸素の含有割合の大きい酸素/窒素混合流が取り
出される。酸素濃度の大きい流れが出口108から取り
出され、熱交換器110に達し、そこで凝縮され、生成
した液体は、還流液の組成が還流液が戻される液体の組
成と同じであるようなレベルにある入口112から塔7
9に戻される。熱交換器(またはコンデンサー)110
での蒸気の凝縮は蒸留塔72の下部塔74から出口11
6を介して取り出される液体流との熱交換によって行わ
れる。この液体は熱交換器110内で再沸され、還流蒸
気の組成が還流蒸気が戻される蒸気の組成とほぼ同じで
あるような位置にある入口118を介して下部塔741
C蒸気として戻される。
され、管106に沿って運ばれ、例えば膨張タービン(
第2図に図示せず)内で外部仕事の作用によって膨張す
る。管106から取り出された流れは典型的に、空気中
の酸素の割合と同じまたはこれに類似した酸素の割合を
含む。混合塔79から、管106から取り出される流れ
よりも酸素の含有割合の大きい酸素/窒素混合流が取り
出される。酸素濃度の大きい流れが出口108から取り
出され、熱交換器110に達し、そこで凝縮され、生成
した液体は、還流液の組成が還流液が戻される液体の組
成と同じであるようなレベルにある入口112から塔7
9に戻される。熱交換器(またはコンデンサー)110
での蒸気の凝縮は蒸留塔72の下部塔74から出口11
6を介して取り出される液体流との熱交換によって行わ
れる。この液体は熱交換器110内で再沸され、還流蒸
気の組成が還流蒸気が戻される蒸気の組成とほぼ同じで
あるような位置にある入口118を介して下部塔741
C蒸気として戻される。
出口88からの実質的に純粋な液体酸素と管90.98
からの不純な窒素との取り出しの他に。
からの不純な窒素との取り出しの他に。
蒸気相のアルゴン富化酸素流も下部塔74から取り出さ
れる。この流れは蒸気相中のアルゴン濃度が比較的高く
、例えば8〜10容量チであるような空気入口80レベ
ルより低いレベルから取り出される。アルゴン富化酸素
流は下部塔74から管120に入り、熱交換器(第2図
に図示せず)内でアルゴン富化酸素の液化温度以下の温
度にまで冷却(サブクーリング)し、膨張弁122を通
り、典凰的に大気圧よりやや高い圧力(すなわち1.6
絶対気圧)で操作される塔78に導入される。アルゴン
富化酸素は塔78内で酸素分画とアルゴン分画に分離さ
れる。アルゴン分画は典型的に酸素2容量係までを含む
。塔78は、上述のように、底部で液体を再沸させるた
めにリボイラー92と頂部で蒸気を凝縮させて塔78へ
の液体還流を形成するための頂部のコンデンサとを備え
る。従って、液体は塔78を下降して、上昇する蒸気と
質量交換関係に入る。液体は塔を下降するにつれて徐々
に低揮発性成分(酸素)に富み、蒸気は同様に塔78を
上昇するにつれて徐々に高揮発性成分(アルゴン)に富
むようになる。液体酸素生成物は塔78の底部の出口1
26から取り出され、液体アルゴン生成物は塔78の頂
部の出口128から取り出される。
れる。この流れは蒸気相中のアルゴン濃度が比較的高く
、例えば8〜10容量チであるような空気入口80レベ
ルより低いレベルから取り出される。アルゴン富化酸素
流は下部塔74から管120に入り、熱交換器(第2図
に図示せず)内でアルゴン富化酸素の液化温度以下の温
度にまで冷却(サブクーリング)し、膨張弁122を通
り、典凰的に大気圧よりやや高い圧力(すなわち1.6
絶対気圧)で操作される塔78に導入される。アルゴン
富化酸素は塔78内で酸素分画とアルゴン分画に分離さ
れる。アルゴン分画は典型的に酸素2容量係までを含む
。塔78は、上述のように、底部で液体を再沸させるた
めにリボイラー92と頂部で蒸気を凝縮させて塔78へ
の液体還流を形成するための頂部のコンデンサとを備え
る。従って、液体は塔78を下降して、上昇する蒸気と
質量交換関係に入る。液体は塔を下降するにつれて徐々
に低揮発性成分(酸素)に富み、蒸気は同様に塔78を
上昇するにつれて徐々に高揮発性成分(アルゴン)に富
むようになる。液体酸素生成物は塔78の底部の出口1
26から取り出され、液体アルゴン生成物は塔78の頂
部の出口128から取り出される。
第1図に示す装置では、全ての塔は典型的に液相と蒸気
相との間の質量交換を容易にするために液体−蒸気接触
トレーを含む、またはこのための適当なバッキングを備
える。
相との間の質量交換を容易にするために液体−蒸気接触
トレーを含む、またはこのための適当なバッキングを備
える。
下部塔74は典型的に次のように少なくとも93の理論
トレー数を有する:すなわち、下部塔174の頂部と空
気入口80のレベルとの間の埋論トレー数65;空気入
口レベルと入口118レベルとの間の理論トレー数5.
4;入口118レベルと管120への入口レベルとの間
の理論トレー数17;管120への入口レベルより下の
理論トレー数35.6を有する。上部塔76は理論トレ
ー数18.2を有し、塔78は理論トレー数81.6を
有する、すなわち空気フィード・レベルの上方に理論ト
レー数45.9及び空気フィードの下方の理論トレー数
35.4を有する、また塔79は理論トレー数35、す
なわち管106への入口レベルの下方に17、管106
への入口と管108のレベルとの間に8、管108のレ
ベルの上方に10の理論トレー数を有する。
トレー数を有する:すなわち、下部塔174の頂部と空
気入口80のレベルとの間の埋論トレー数65;空気入
口レベルと入口118レベルとの間の理論トレー数5.
4;入口118レベルと管120への入口レベルとの間
の理論トレー数17;管120への入口レベルより下の
理論トレー数35.6を有する。上部塔76は理論トレ
ー数18.2を有し、塔78は理論トレー数81.6を
有する、すなわち空気フィード・レベルの上方に理論ト
レー数45.9及び空気フィードの下方の理論トレー数
35.4を有する、また塔79は理論トレー数35、す
なわち管106への入口レベルの下方に17、管106
への入口と管108のレベルとの間に8、管108のレ
ベルの上方に10の理論トレー数を有する。
次に第3図では、蒸留塔72の上部塔76の改良を示す
。蒸留塔72の上部塔76に生成した液体窒素は典型的
に、200 vpmまでの不純物(アルゴンを除く)を
含む。高純度の窒素が必要である場合には、液体窒素還
流を純粋な窒素ガス生成物を管96から取り出すレベル
より数トレー(例えば、5)だけ下方のレベルにある入
口94から塔72に導入する。従って、不純物の大部分
(アルゴンを除く)は入口94のレベルと出口96のレ
ベルとの間で上昇蒸気相から下降液体相へ移されるので
、生成する窒素ガスは典型的にわずか1vpmオーダー
で不純物(アルゴンを除く)を含むにすぎない。
。蒸留塔72の上部塔76に生成した液体窒素は典型的
に、200 vpmまでの不純物(アルゴンを除く)を
含む。高純度の窒素が必要である場合には、液体窒素還
流を純粋な窒素ガス生成物を管96から取り出すレベル
より数トレー(例えば、5)だけ下方のレベルにある入
口94から塔72に導入する。従って、不純物の大部分
(アルゴンを除く)は入口94のレベルと出口96のレ
ベルとの間で上昇蒸気相から下降液体相へ移されるので
、生成する窒素ガスは典型的にわずか1vpmオーダー
で不純物(アルゴンを除く)を含むにすぎない。
第1図と第2図に示した装置では、第1蒸留塔は2つの
分離した塔から形成されるように示される。望ましい場
合には、この塔を単一の塔から構成することができる。
分離した塔から形成されるように示される。望ましい場
合には、この塔を単一の塔から構成することができる。
次K、第1図と第2図に示したような装置を用いる方法
とプラントの2実施例を説明する。
とプラントの2実施例を説明する。
最初に第4図に関しては、第2図に示した系と同様な基
糸な用いたプラントを示すが、図示したようにこの第1
蒸留塔は単一塔から成る。
糸な用いたプラントを示すが、図示したようにこの第1
蒸留塔は単一塔から成る。
第4図では、130.000am/時の空気がコンプレ
ッサー200に流入し、6.2絶対気圧の圧力に圧縮さ
れる。(ここで用いるかぎり、1 sm1時は15℃、
1絶対気圧における1mF/時を意味する。)水蒸気、
二酸化炭素等は空気から水蒸気と二酸化炭素を選択吸着
する複数の吸着床を典型的に含む清浄器201において
、空気から除去される。このような清浄器の構成と作動
は技術上周知である。精製された圧縮空気44967
srr?7時をコンプレッサー202において30絶対
気圧の圧力にさらに圧縮するが、残りはコンプレッサー
202を迂回する。次に2つの空気流が第1熱交換器2
04を通って流れ、そこで298にの温度から265に
の温度に冷却される。次に大きい空気流を熱交換器20
6において159にの温度にさらに冷却する、小さい空
気流(30気圧)は熱交換器206を迂回し、その代り
に膨張タービン208において外部仕事の作用によって
6.1絶対気圧まで膨張する。生成する膨張空気は15
9にの温度においてタービン208を出て熱交換器20
6の下流、他の熱交換器210の上流で池の空気流と合
流する。合流した空気流を次に熱交換器210において
113.<SKの温度まで冷却する。
ッサー200に流入し、6.2絶対気圧の圧力に圧縮さ
れる。(ここで用いるかぎり、1 sm1時は15℃、
1絶対気圧における1mF/時を意味する。)水蒸気、
二酸化炭素等は空気から水蒸気と二酸化炭素を選択吸着
する複数の吸着床を典型的に含む清浄器201において
、空気から除去される。このような清浄器の構成と作動
は技術上周知である。精製された圧縮空気44967
srr?7時をコンプレッサー202において30絶対
気圧の圧力にさらに圧縮するが、残りはコンプレッサー
202を迂回する。次に2つの空気流が第1熱交換器2
04を通って流れ、そこで298にの温度から265に
の温度に冷却される。次に大きい空気流を熱交換器20
6において159にの温度にさらに冷却する、小さい空
気流(30気圧)は熱交換器206を迂回し、その代り
に膨張タービン208において外部仕事の作用によって
6.1絶対気圧まで膨張する。生成する膨張空気は15
9にの温度においてタービン208を出て熱交換器20
6の下流、他の熱交換器210の上流で池の空気流と合
流する。合流した空気流を次に熱交換器210において
113.<SKの温度まで冷却する。
空気をさらに熱交換器212において101K(露点)
の温度に冷却して、6絶対気圧の圧力において入口21
8から第1蒸留塔(すなわち主蒸留塔)216に導入し
、そこで塔216の頂部における窒素分画と塔216の
底部における酸素分画とに分離する。
の温度に冷却して、6絶対気圧の圧力において入口21
8から第1蒸留塔(すなわち主蒸留塔)216に導入し
、そこで塔216の頂部における窒素分画と塔216の
底部における酸素分画とに分離する。
蒸留塔216はその底部にリボイラーを備え、その頂部
に実質的に純粋な液体窒素還流の入口を備える。さらに
、コンデンサー/リボイラー224が存在し、塔216
の頂部で蒸気を凝縮し、第2蒸留塔226の底部で再沸
物を形成する。リボイラー220を通過して塔216の
入口222に入る窒素は、塔216から出発して塔21
6に終る窒素冷却−液化サイクルで形成される。従って
、実質的に純粋な窒素蒸気が塔216の頂部から出口2
28を通して、速度111755am/時、温度96K
において取り出され、相セパレーター230(サイクル
中の位置は下記で説明する)から取り出された、他の窒
素137725m/時と合流する。合流した窒素流は次
に熱交換器214の低温端部から高温端部までを通過し
、98Kまで温度上昇する。次にこれは熱交換器212
,210゜206.204を通って、流入空気に対して
向流で流れ、298にの温度において熱交換器204を
出る。
に実質的に純粋な液体窒素還流の入口を備える。さらに
、コンデンサー/リボイラー224が存在し、塔216
の頂部で蒸気を凝縮し、第2蒸留塔226の底部で再沸
物を形成する。リボイラー220を通過して塔216の
入口222に入る窒素は、塔216から出発して塔21
6に終る窒素冷却−液化サイクルで形成される。従って
、実質的に純粋な窒素蒸気が塔216の頂部から出口2
28を通して、速度111755am/時、温度96K
において取り出され、相セパレーター230(サイクル
中の位置は下記で説明する)から取り出された、他の窒
素137725m/時と合流する。合流した窒素流は次
に熱交換器214の低温端部から高温端部までを通過し
、98Kまで温度上昇する。次にこれは熱交換器212
,210゜206.204を通って、流入空気に対して
向流で流れ、298にの温度において熱交換器204を
出る。
熱交換器204を出る窒素流を、20.0815m/時
の速度及び約534絶対気圧の圧力でコンプレッサー2
32から出る窒素流と混合し、混合物をコンプレッサー
234において11気圧の圧力まで圧縮する。11気圧
の圧力の生成混合流を温度298Kにおいて、3398
8smF/時の速度で流れる、さらに他の窒素流と混合
する。この混合流を次にコンブレラ廿−266内で59
気圧の圧力に圧縮する。この結果の179596sゴ/
時の流速度を有する圧縮流を次に熱交換器204と20
6に流入空気と並流で通し、これによって159にの温
度に冷却する。この流れを次に2部分に分割する。主要
部分は膨張タービン268の入口に導かれる13421
3sm/時の流れから成る。このff1X流はタービン
238において外部仕事の作用によつて膨張し、17.
6気圧の圧力と113.6にの温度においてタービンの
出口を出る。この液体流を次に第1蒸留塔216のリボ
イラー220に通すことによって、塔216の底部に再
沸物が形成され、窒素自体は少なくとも一部が凝縮され
る。
の速度及び約534絶対気圧の圧力でコンプレッサー2
32から出る窒素流と混合し、混合物をコンプレッサー
234において11気圧の圧力まで圧縮する。11気圧
の圧力の生成混合流を温度298Kにおいて、3398
8smF/時の速度で流れる、さらに他の窒素流と混合
する。この混合流を次にコンブレラ廿−266内で59
気圧の圧力に圧縮する。この結果の179596sゴ/
時の流速度を有する圧縮流を次に熱交換器204と20
6に流入空気と並流で通し、これによって159にの温
度に冷却する。この流れを次に2部分に分割する。主要
部分は膨張タービン268の入口に導かれる13421
3sm/時の流れから成る。このff1X流はタービン
238において外部仕事の作用によつて膨張し、17.
6気圧の圧力と113.6にの温度においてタービンの
出口を出る。この液体流を次に第1蒸留塔216のリボ
イラー220に通すことによって、塔216の底部に再
沸物が形成され、窒素自体は少なくとも一部が凝縮され
る。
生成する窒素はリボイラー220を出て、主流と副流に
分けられる。主流はジュール−トムソン(Joule−
Thomson)弁すなわち絞り弁240を11842
45m’/時の流速度でフラッシュ通過し、それによっ
て11気圧まで減圧される。生成する2相混合物を次に
相セパレーター242内で分離される。蒸気流をセパレ
ーター242から取り出し、熱交換器212,210,
206,204に連続的に通すことによって298Kに
加熱し、コンプレッサー262と264の中間の11気
圧窒素流と混合する窒素として用いられる。
分けられる。主流はジュール−トムソン(Joule−
Thomson)弁すなわち絞り弁240を11842
45m’/時の流速度でフラッシュ通過し、それによっ
て11気圧まで減圧される。生成する2相混合物を次に
相セパレーター242内で分離される。蒸気流をセパレ
ーター242から取り出し、熱交換器212,210,
206,204に連続的に通すことによって298Kに
加熱し、コンプレッサー262と264の中間の11気
圧窒素流と混合する窒素として用いられる。
相セパレーター242中に回収される生成液体の大部分
は2相流に寄与するために用いられ、2相流は他の相セ
パレーター230に導かれる。従って、この液体の第1
流710525m’/時は絞り弁すなわちジュール−ト
ムソン弁244をフラッシュ通過し、生ずる液体−蒸気
混合物は相セパレーター230に導かれる。この液体−
蒸気混合物は、相セパレーター230の上流で、池の液
体−蒸気混合物流と混合される、この他の混合物流は相
セパレーター242の底部から3384 amp/時の
速度で(105°にの温度において)他の液体窒素流を
取り出し、熱交換器214に通すことによって98にの
温度にこの流れを適冷し、次にこれを絞り弁246にフ
ラッシュ通過させ、それによってこれの圧力を5.8絶
対気圧に減圧することによって形成される。相セパレー
ター230に導かれる液体−蒸気混合物に対する他の寄
与は、弁220を迂回し、熱交換器212を通って15
789strt/時 の速度(1Z6絶対気圧の圧力に
おいて)で流れ、それによって101にの温度に冷却さ
れる、リボイラー220からの液体副流から形成される
。生成液体は次に熱交換器214を通ることによって、
98にの温度にさらに冷却される。この冷却された窒素
を次に絞り弁またはジュール−トムソン弁250にフラ
ッシュ通過させてから、相セパレーター230に導かれ
る液体−蒸気流と合流させる。相セパレーター230に
導かれる液体−蒸気混合物に対する第4の最後の寄与は
膨張タービン268を迂回する、熱交換器206からの
窒素流の小部分によって形成される。この窒素流部分は
45383sm/時の速度及び59絶対気圧の圧力で流
れ、熱交換器を通過し続け、熱交換器210,212,
214の高温端部から低温端部へ連続的に通過する。窒
素は熱交換器214の高温端部から98にの温度で出て
、次に絞り弁またはジュール−トムソン弁252を通過
して、その圧力を5.8気圧に減する。生成する液体−
蒸気流を上述のように、相セパレーター260に導かれ
る液体−蒸気混合物の残りと混合する。
は2相流に寄与するために用いられ、2相流は他の相セ
パレーター230に導かれる。従って、この液体の第1
流710525m’/時は絞り弁すなわちジュール−ト
ムソン弁244をフラッシュ通過し、生ずる液体−蒸気
混合物は相セパレーター230に導かれる。この液体−
蒸気混合物は、相セパレーター230の上流で、池の液
体−蒸気混合物流と混合される、この他の混合物流は相
セパレーター242の底部から3384 amp/時の
速度で(105°にの温度において)他の液体窒素流を
取り出し、熱交換器214に通すことによって98にの
温度にこの流れを適冷し、次にこれを絞り弁246にフ
ラッシュ通過させ、それによってこれの圧力を5.8絶
対気圧に減圧することによって形成される。相セパレー
ター230に導かれる液体−蒸気混合物に対する他の寄
与は、弁220を迂回し、熱交換器212を通って15
789strt/時 の速度(1Z6絶対気圧の圧力に
おいて)で流れ、それによって101にの温度に冷却さ
れる、リボイラー220からの液体副流から形成される
。生成液体は次に熱交換器214を通ることによって、
98にの温度にさらに冷却される。この冷却された窒素
を次に絞り弁またはジュール−トムソン弁250にフラ
ッシュ通過させてから、相セパレーター230に導かれ
る液体−蒸気流と合流させる。相セパレーター230に
導かれる液体−蒸気混合物に対する第4の最後の寄与は
膨張タービン268を迂回する、熱交換器206からの
窒素流の小部分によって形成される。この窒素流部分は
45383sm/時の速度及び59絶対気圧の圧力で流
れ、熱交換器を通過し続け、熱交換器210,212,
214の高温端部から低温端部へ連続的に通過する。窒
素は熱交換器214の高温端部から98にの温度で出て
、次に絞り弁またはジュール−トムソン弁252を通過
して、その圧力を5.8気圧に減する。生成する液体−
蒸気流を上述のように、相セパレーター260に導かれ
る液体−蒸気混合物の残りと混合する。
相セパレーター230中に集積する液体窒素は6目的に
用いられる。液体窒素の一部は第1蒸留塔216の入口
222に戻され、還流として役立つ。液体窒素の第2部
分は最後に生成物として回収される。これの第6部分は
、液体アルゴン生成物が形成される第2蒸留塔の頂部で
蒸気を凝縮するために用いられる。差し当り、蒸留塔2
16に戻される液体窒素の第1流のみを説明する。この
流れは61555 sm”/ 時ノ〕速度である。
用いられる。液体窒素の一部は第1蒸留塔216の入口
222に戻され、還流として役立つ。液体窒素の第2部
分は最後に生成物として回収される。これの第6部分は
、液体アルゴン生成物が形成される第2蒸留塔の頂部で
蒸気を凝縮するために用いられる。差し当り、蒸留塔2
16に戻される液体窒素の第1流のみを説明する。この
流れは61555 sm”/ 時ノ〕速度である。
塔2′16への付加的な還流を形成するために、不純な
窒素蒸気流を塔216から出口254を介して9728
75m’/時の速度で取り出す。この窒素蒸気は典型的
に2容量係のオーダーで酸素を含む。この流れは混合塔
256の底部に導入される。塔256では、蒸気上昇流
が液体下降流と密接に接触する。従って、液体酸素流は
塔216の底部から出口258を介して取り出され、こ
のような液体酸素の大部分は147725m/蒔の速度
で混合塔256の頂部に導かれる、このため、徐々に窒
素富化する塔256の液体下降流と、徐々に酸素富化す
る蒸気上昇流が存在する。不純な液体窒素は塔256の
底部から出口260を介して47060srri:7時
の速度で取り出され、塔の還流として作用するために、
蒸留塔216に戻される。塔256への付加的な還流は
コンデンサー2620作用によって形成される。コンデ
ンサーは相セパレーター242から取り出される液体窒
素のさらに他の部分によって冷却される。従って、液体
窒素は18703sm/時の速度で、11気圧の圧力及
び105にの温度においてコンデンサー262に流入す
るため、塔256の頂部での酸素蒸気の凝縮に有効であ
る。窒素自体は気化して、11気圧の窒素流の一部を形
成するために用いらし、コンプレッサー234からコン
プレッサー236へ流れる窒素と混合される。このよう
な流れの残りは相セパレーター242から取り出された
窒素ガス15285sm/時から構成される。
窒素蒸気流を塔216から出口254を介して9728
75m’/時の速度で取り出す。この窒素蒸気は典型的
に2容量係のオーダーで酸素を含む。この流れは混合塔
256の底部に導入される。塔256では、蒸気上昇流
が液体下降流と密接に接触する。従って、液体酸素流は
塔216の底部から出口258を介して取り出され、こ
のような液体酸素の大部分は147725m/蒔の速度
で混合塔256の頂部に導かれる、このため、徐々に窒
素富化する塔256の液体下降流と、徐々に酸素富化す
る蒸気上昇流が存在する。不純な液体窒素は塔256の
底部から出口260を介して47060srri:7時
の速度で取り出され、塔の還流として作用するために、
蒸留塔216に戻される。塔256への付加的な還流は
コンデンサー2620作用によって形成される。コンデ
ンサーは相セパレーター242から取り出される液体窒
素のさらに他の部分によって冷却される。従って、液体
窒素は18703sm/時の速度で、11気圧の圧力及
び105にの温度においてコンデンサー262に流入す
るため、塔256の頂部での酸素蒸気の凝縮に有効であ
る。窒素自体は気化して、11気圧の窒素流の一部を形
成するために用いらし、コンプレッサー234からコン
プレッサー236へ流れる窒素と混合される。このよう
な流れの残りは相セパレーター242から取り出された
窒素ガス15285sm/時から構成される。
相セパレーター242からの窒素ガス流はコンデンサー
262からの窒素蒸気流と混合されて、熱交換器212
,210,206,204を流入空気に対して向流で通
って戻されてから、コンプレッサー264と266の中
間で窒素と混合される。
262からの窒素蒸気流と混合されて、熱交換器212
,210,206,204を流入空気に対して向流で通
って戻されてから、コンプレッサー264と266の中
間で窒素と混合される。
混合塔256の底部から出口260を介して取り出され
る不純な窒素流の他に、塔256の中間部分から出口2
64を介して、65,000 sm/時の流速度で窒素
−酸素蒸気混合物が取り出される、この混合流は典型的
に21容量チの酸素を含む。
る不純な窒素流の他に、塔256の中間部分から出口2
64を介して、65,000 sm/時の流速度で窒素
−酸素蒸気混合物が取り出される、この混合流は典型的
に21容量チの酸素を含む。
これは熱交換器212,210,206を連続的に通っ
て、流入空気に対して向流で流れ、230にの温度に冷
却される。この混合窒素−酸素流は次に膨張タービン2
66中で外部仕事の作用によって膨張される。酸素/窒
素流は圧力1.1絶対気圧及び温度155KK、おいて
膨張する。これは熱交換器206と204を連続的に通
って、298Kまで加温される。生成する廃ガス流は大
気に排出される。
て、流入空気に対して向流で流れ、230にの温度に冷
却される。この混合窒素−酸素流は次に膨張タービン2
66中で外部仕事の作用によって膨張される。酸素/窒
素流は圧力1.1絶対気圧及び温度155KK、おいて
膨張する。これは熱交換器206と204を連続的に通
って、298Kまで加温される。生成する廃ガス流は大
気に排出される。
窒素分画と酸素分画の他に、蒸留塔216は第2蒸留塔
226へのアルゴン富化酸素蒸気フィードも形成する。
226へのアルゴン富化酸素蒸気フィードも形成する。
従って、典型的に8容量係オーダーでアルゴンを含むア
ルゴン富化酸素蒸気が塔216の空気入口218レベル
より下方のレベルの出口268から、13050s7F
L3/時の速度で取り出され、熱交換器212の高温端
部に導かれ、熱交換器212を通ることによって液化す
る。生成する101に温度の液体アルゴン−酸素混合物
は次に熱交換器214を通ることによって過冷される。
ルゴン富化酸素蒸気が塔216の空気入口218レベル
より下方のレベルの出口268から、13050s7F
L3/時の速度で取り出され、熱交換器212の高温端
部に導かれ、熱交換器212を通ることによって液化す
る。生成する101に温度の液体アルゴン−酸素混合物
は次に熱交換器214を通ることによって過冷される。
過冷されたアルゴン−酸素液体混合物は絞り弁またはジ
ュール−トムソン弁を7ラツシ工通過して、1.3絶対
気圧の圧力で入口272から塔226に導入される。塔
226への再沸物はコンデンサー−リボイラー224に
よって形成され、塔226の頂部におけるコンデンサー
274の作動によって還流が形成される。コンデンサー
274の冷却は相セパレーター230から702815
m/時の速度で液体窒素流を取り出し、熱交換器278
内で過冷却して温度を96Kから90Kに減することに
よって行われる、生成する過冷却窒素は次に絞り弁また
はジュール−トムソン弁280をフラッシュ通過させ、
生成する液体−蒸気混合物を6絶対気圧の圧力で作動す
る相セパレーター282に導く。相セパレーター282
から第1液体流を413893m/uの速度で取り出し
、コンデンサー276に通すことによって蒸気が凝縮さ
れ、塔226の還流が形成されるが、第1液体流自体は
気化する。生成する蒸気な相セパレーター282の頂部
から取り出される蒸気と混合し、混合物を相セパレータ
ー260からの液体窒素流に対して内済で熱交換器27
8に通して戻す。
ュール−トムソン弁を7ラツシ工通過して、1.3絶対
気圧の圧力で入口272から塔226に導入される。塔
226への再沸物はコンデンサー−リボイラー224に
よって形成され、塔226の頂部におけるコンデンサー
274の作動によって還流が形成される。コンデンサー
274の冷却は相セパレーター230から702815
m/時の速度で液体窒素流を取り出し、熱交換器278
内で過冷却して温度を96Kから90Kに減することに
よって行われる、生成する過冷却窒素は次に絞り弁また
はジュール−トムソン弁280をフラッシュ通過させ、
生成する液体−蒸気混合物を6絶対気圧の圧力で作動す
る相セパレーター282に導く。相セパレーター282
から第1液体流を413893m/uの速度で取り出し
、コンデンサー276に通すことによって蒸気が凝縮さ
れ、塔226の還流が形成されるが、第1液体流自体は
気化する。生成する蒸気な相セパレーター282の頂部
から取り出される蒸気と混合し、混合物を相セパレータ
ー260からの液体窒素流に対して内済で熱交換器27
8に通して戻す。
このようにして窒素蒸気は94KIC加温される。
これを次に熱交換器214,212,210゜206及
び204に連続的に通すことによって298Kにまで加
温する。2.8気圧の圧力の窒素ガス生成物をこの窒素
ガス流(262133n?7時)から取り出すが、この
流れの残り(20081s m”7時)は次にコンプレ
ッサー232内で圧縮される。
び204に連続的に通すことによって298Kにまで加
温する。2.8気圧の圧力の窒素ガス生成物をこの窒素
ガス流(262133n?7時)から取り出すが、この
流れの残り(20081s m”7時)は次にコンプレ
ッサー232内で圧縮される。
液体窒素の第2流を相セパレーター282から2398
95m/時の流速度で取り出し、熱交換器284内で過
冷却する、これによつてこれの温度は90Kから88K
に低下する。過冷却液体窒素は次に絞り弁またはジュー
ル−トムソン弁286をフラッシュ通過させ、生成する
2相混合物を相セパレーター内に回収する。1.3絶対
気圧の圧力である飽和液体窒素生成物を相セパレーター
288から出口290を介して、21699 sn?/
時の速度で取り出す。窒素蒸気は相セパレーター288
の頂部から2287sイ/時の速度で取り出され、熱交
換器284.278.214.212.210.206
及び204に連続的に通すことによって徐々に加温され
る。この窒素ガスも生成物として回収される。
95m/時の流速度で取り出し、熱交換器284内で過
冷却する、これによつてこれの温度は90Kから88K
に低下する。過冷却液体窒素は次に絞り弁またはジュー
ル−トムソン弁286をフラッシュ通過させ、生成する
2相混合物を相セパレーター内に回収する。1.3絶対
気圧の圧力である飽和液体窒素生成物を相セパレーター
288から出口290を介して、21699 sn?/
時の速度で取り出す。窒素蒸気は相セパレーター288
の頂部から2287sイ/時の速度で取り出され、熱交
換器284.278.214.212.210.206
及び204に連続的に通すことによって徐々に加温され
る。この窒素ガスも生成物として回収される。
塔226において再沸物と還流を形成することKよって
、ここで液体アルゴン流と液体酸素流とを分離すること
が可能である。従って、典型的に2容を俤までの酸素不
純物を含む液体アルゴン流を蒸留塔226から塔226
の頂部または頂部近くに存在する出1コ292を介して
、1178qm7時の流速度及び1.2絶対気圧の圧力
において取り出す。液体酸素生成物は塔226の底部か
ら出口294を介して13592 sm/時の流速度及
び1.4絶対気圧の圧力で取り出す。この液体酸素生成
物は塔226内で分留によって形成され、塔216から
出口258を介して取り出された液体酸素流を補充され
、絞り弁またはジュール−トムソン弁296を1720
5rri’/’−Fpの速度で7ラツシ工通過し、生成
する2相酸素混合物は塔226の底部に入る。
、ここで液体アルゴン流と液体酸素流とを分離すること
が可能である。従って、典型的に2容を俤までの酸素不
純物を含む液体アルゴン流を蒸留塔226から塔226
の頂部または頂部近くに存在する出1コ292を介して
、1178qm7時の流速度及び1.2絶対気圧の圧力
において取り出す。液体酸素生成物は塔226の底部か
ら出口294を介して13592 sm/時の流速度及
び1.4絶対気圧の圧力で取り出す。この液体酸素生成
物は塔226内で分留によって形成され、塔216から
出口258を介して取り出された液体酸素流を補充され
、絞り弁またはジュール−トムソン弁296を1720
5rri’/’−Fpの速度で7ラツシ工通過し、生成
する2相酸素混合物は塔226の底部に入る。
熱交換器206の実際に必要な冷却が混合塔256から
の混合酸素−窒素流の膨張タービン226における膨張
によって与えられることは理解されるであろう。従って
、混合塔256の出口264から取り出された流れがプ
ロセスの全体的な冷却必要量に重要に寄与する。
の混合酸素−窒素流の膨張タービン226における膨張
によって与えられることは理解されるであろう。従って
、混合塔256の出口264から取り出された流れがプ
ロセスの全体的な冷却必要量に重要に寄与する。
さらに、熱交換器210の実際の冷却必要量が膨張ター
ビン208によって満たされ、熱交換器212の冷却必
要量が一部はタービン238によって、また一部はリボ
イラー220内噴気化される液体による蒸留塔216の
高温端部からの吸熱によっても満たされることも理解さ
れるであろう。
ビン208によって満たされ、熱交換器212の冷却必
要量が一部はタービン238によって、また一部はリボ
イラー220内噴気化される液体による蒸留塔216の
高温端部からの吸熱によっても満たされることも理解さ
れるであろう。
最高温度限界値の間で作動する熱交換器204の冷却必
要量は作動流体としてフレオン(Fraon。
要量は作動流体としてフレオン(Fraon。
登録商標)を用いる機械的冷却機によって満たされる。
望ましい場合には、熱交換器204,206゜210.
212を1つの熱交換ブロックとして形成することもで
きる。
212を1つの熱交換ブロックとして形成することもで
きる。
コンプレッサー232,234及び236は典型的に、
単一多段階回転コンプレッサーの別々の段階から成るこ
とができる、同様に、コンプレッサー200と202も
別の複数段階または多段階回転コンプレッサーの別々の
段階から成ることができる。このような各コンプレッサ
ーは圧縮熱を除くためにそれ自体の水冷装置を備えてい
る。さらに、膨張タービン208,238及び266は
供給空気または窒素の圧縮は用いるブースター・コンプ
レッサーをそれぞれ駆動する、 第4図に示したプラントの多くの改良が本発明から逸脱
することなく可能である。特忙、第4図の塔配置の代り
に、第1図に示した塔配置と同様な塔配置を用いること
が可能である。また、混合塔の出口256レベルと塔の
頂部との中間レベルで取り出した蒸気流を凝縮させるた
めに、混合塔256にコンデンサーを備えることが望ま
しく、この局舎には蒸留塔216からの液体酸素を導入
して、混合塔256の運転効率を高めることができる。
単一多段階回転コンプレッサーの別々の段階から成るこ
とができる、同様に、コンプレッサー200と202も
別の複数段階または多段階回転コンプレッサーの別々の
段階から成ることができる。このような各コンプレッサ
ーは圧縮熱を除くためにそれ自体の水冷装置を備えてい
る。さらに、膨張タービン208,238及び266は
供給空気または窒素の圧縮は用いるブースター・コンプ
レッサーをそれぞれ駆動する、 第4図に示したプラントの多くの改良が本発明から逸脱
することなく可能である。特忙、第4図の塔配置の代り
に、第1図に示した塔配置と同様な塔配置を用いること
が可能である。また、混合塔の出口256レベルと塔の
頂部との中間レベルで取り出した蒸気流を凝縮させるた
めに、混合塔256にコンデンサーを備えることが望ま
しく、この局舎には蒸留塔216からの液体酸素を導入
して、混合塔256の運転効率を高めることができる。
凝縮した酸素−窒素混合物を次に混合塔256に戻す。
このようなコンデンサーの作動は第2図に関連して述べ
た通りである。第4図に示したプラントに実施される第
3改良点は、第5図に示される。第4図と第5図に現わ
れる同様な部品は同じ参照番号によって指示する。
た通りである。第4図に示したプラントに実施される第
3改良点は、第5図に示される。第4図と第5図に現わ
れる同様な部品は同じ参照番号によって指示する。
第5図では、塔216の再沸物必要量の全てがリボイラ
ー220からの窒素によって満たされるわけではない。
ー220からの窒素によって満たされるわけではない。
その代り、作動流体が空気である付加的な再沸サイクル
が存在する。このため、空気は47絶対気圧までコンプ
レッサー3〔)0内で圧縮される。水冷装置(図示せず
)によって圧縮熱を除いた後、圧縮空気を熱交換器20
4と206に連続的に通すことによって159にの温度
に冷却する。この空気流を次に熱交換器206から環り
出し、膨張タービン302内で15.6絶対気圧の圧力
及び113.6にの温度に膨張させる。得らえた膨張空
気を次にリボイラー220に通して凝縮させる。凝縮空
気は113.6にの温度において熱交換器212の高温
端部に入り、熱交換器212と214を連続的に通り、
熱交換器214の低温端部から98にの温度で出る。生
成した過冷却液体空気は次に絞り弁またはジェールート
ムソン弁604をフラッシュ通過し、生成した液体−蒸
気混合物は5.9絶対気圧の圧力で、塔21(SIC入
口218のレベルより数トレー上方の位置の入口308
から入る。タービン302を通る空気流は典型的にリボ
イラー220を通る全ガス流の約7チであり、蒸留塔2
16に導入される全空気量の約8係である。空気の一部
を蒸留塔216に液体として導入することによって、総
サイクル効率と総塔効率は改良される。他の全ての点に
おいて、第5図に示したプラントとその作動は第4図に
示したプラントとその作動に同じである。
が存在する。このため、空気は47絶対気圧までコンプ
レッサー3〔)0内で圧縮される。水冷装置(図示せず
)によって圧縮熱を除いた後、圧縮空気を熱交換器20
4と206に連続的に通すことによって159にの温度
に冷却する。この空気流を次に熱交換器206から環り
出し、膨張タービン302内で15.6絶対気圧の圧力
及び113.6にの温度に膨張させる。得らえた膨張空
気を次にリボイラー220に通して凝縮させる。凝縮空
気は113.6にの温度において熱交換器212の高温
端部に入り、熱交換器212と214を連続的に通り、
熱交換器214の低温端部から98にの温度で出る。生
成した過冷却液体空気は次に絞り弁またはジェールート
ムソン弁604をフラッシュ通過し、生成した液体−蒸
気混合物は5.9絶対気圧の圧力で、塔21(SIC入
口218のレベルより数トレー上方の位置の入口308
から入る。タービン302を通る空気流は典型的にリボ
イラー220を通る全ガス流の約7チであり、蒸留塔2
16に導入される全空気量の約8係である。空気の一部
を蒸留塔216に液体として導入することによって、総
サイクル効率と総塔効率は改良される。他の全ての点に
おいて、第5図に示したプラントとその作動は第4図に
示したプラントとその作動に同じである。
第4図と第5図に示したプラントが、アルゴン、酸素及
び窒素生成物の相対的生産速度が可変であることからフ
レキシブルに操作可能であることは理解されるであろう
。従って、再混合塔への酸素と窒素の流速度が大きけれ
ば大きいほど、アルゴン生産速度は大きくなるが、酸素
と窒素の生産速度は低下する。
び窒素生成物の相対的生産速度が可変であることからフ
レキシブルに操作可能であることは理解されるであろう
。従って、再混合塔への酸素と窒素の流速度が大きけれ
ば大きいほど、アルゴン生産速度は大きくなるが、酸素
と窒素の生産速度は低下する。
第1図は本発明の実施に用いる、混合塔を含む塔装置を
説明する概路線図であり、 第2図は第1図に示した塔装置に代りうる塔装置を説明
する概路線図であり、 第6図は本発明の実施に用いる、さらに改良された塔装
置の細部を示す、 第4図は第2図に示した塔装置を用いる、本発明の方法
を実施するためのプラントを示し、第5図は第4図に示
したプラントに代りうるプラントを示す。 4・・・下部塔、 6・・・上部塔、10
・・・第2蒸留塔、 12・・・蒸留塔、14・・
・液体−蒸気接触塔、18・・・リボイラー、62・・
・コンデンサー、 72・・・第1蒸留塔、74・・
・下部塔、 76・・・上部塔、78・・・
第2蒸留塔、 204、206.210.212.214・・・熱交換
器、282・・・相セパレータ、286・・・絞り弁。 図面の浄′IJ(内容に変更なし) 手続補正帯 中成1年特許願第65793号 2、発明の名称 空気分離方法及び装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 ザ・ビーオーシー中グループ・ピーエルシー
4、代理人 5、補正の対象
説明する概路線図であり、 第2図は第1図に示した塔装置に代りうる塔装置を説明
する概路線図であり、 第6図は本発明の実施に用いる、さらに改良された塔装
置の細部を示す、 第4図は第2図に示した塔装置を用いる、本発明の方法
を実施するためのプラントを示し、第5図は第4図に示
したプラントに代りうるプラントを示す。 4・・・下部塔、 6・・・上部塔、10
・・・第2蒸留塔、 12・・・蒸留塔、14・・
・液体−蒸気接触塔、18・・・リボイラー、62・・
・コンデンサー、 72・・・第1蒸留塔、74・・
・下部塔、 76・・・上部塔、78・・・
第2蒸留塔、 204、206.210.212.214・・・熱交換
器、282・・・相セパレータ、286・・・絞り弁。 図面の浄′IJ(内容に変更なし) 手続補正帯 中成1年特許願第65793号 2、発明の名称 空気分離方法及び装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 ザ・ビーオーシー中グループ・ピーエルシー
4、代理人 5、補正の対象
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、空気を酸素、窒素及びアルゴンに分離する方法にお
いて、次の工程: 空気から二酸化炭素と水蒸気を抽出して、空気を分留に
よる分離に適した極低温に冷却する工程;第1圧力で作
動する第1蒸留塔において空気に対して分留を実施し、
第1蒸留塔から酸素、窒素蒸気及びアルゴン富化酸素を
抽出する工程;第1圧力よりも実質的に低い第2圧力に
おいて作動する第2蒸留塔内でアルゴン富化酸素をさら
に分離する工程; 第2蒸留塔からアルゴンを抽出する工程; 空気の冷却サイクルと少なくとも1つの熱交換器を共有
し、第1圧力よりも実質的に高い第3圧力までの窒素の
圧縮を利用するサイクルによって、窒素蒸気の少なくと
も一部を液化する工程;液体窒素の第1部分を生成物と
して取り出し、液体窒素の第2部分を前記第1蒸留塔へ
還流として導入する工程;を含み、 液体酸素と不純な窒素を第1蒸留塔から抽出し、液体−
蒸気接触塔内で再混合し、不純な液体窒素を前記液体−
蒸気接触塔から取り出して前記第1還流蒸留塔への還流
として用い、再混合した酸素−窒素流を前記液体−蒸気
接触塔から抽出して、外部仕事の作用によって膨張させ
て低温を生じさせる方法。 2、前記液体窒素の第3部分を用いて、液体−蒸気接触
塔からの窒素蒸気を凝縮させて、生じた凝縮物を液体−
蒸気接触塔に戻し、それによって前記液体窒素の前記第
3部分を気化させ、蒸気の少なくとも一部を再循環して
液化させる請求項1記載の方法。 3、液体−蒸気接触塔が少なくとも5気圧の圧力で作動
する請求項1または請求項2に記載の方法。 4、酸素と窒素の再混合流を塔の中間レベルから抽出す
る請求項1から請求項3までのいずれかに記載の方法。 5、別の再混合酸素−窒素流(他のこのような気体流よ
りも酸素の含有割合が大きい)を混合塔から取り出し、
蒸留塔の1つからの沸とう液体流との熱交換で凝縮させ
て、混合塔に戻し、沸とう液体を蒸留塔の1つに戻す請
求項4記載の方法。 6、第1蒸留塔のための再沸物が窒素流によって形成さ
れ、第1蒸留塔のための再沸物が形成される個所より下
流で、窒素流の少なくとも一部を液化する請求項1から
請求項5までのいずれかに記載の方法。 7、窒素液化サイクルが、前記第1蒸留塔から窒素蒸気
を取り出し、この窒素蒸気を熱交換手段において空気に
対して向流で加熱し、加熱した窒素の一部を圧縮し、こ
のような圧縮窒素の温度を熱交換手段において冷却して
低下させ、冷却した窒素の少なくとも一部を取り出し、
外部仕事の作用によって膨張させ、このような膨張窒素
を第1蒸留塔に付随するリボイラーに通して第1蒸留塔
での蒸留のために再沸させ、リボイラーを出る窒素を熱
交換手段においてさらに冷却して温度低下させ、生成す
る液体窒素の一部を蒸留における還流として用い、生成
液体窒素の他の部分を生成物として取り出すことから成
る請求項1から請求項6までのいずれかに記載の方法。 8、空気流を用いて第1蒸留塔への再沸物の一部を形成
し、生成する液体空気を次に第1蒸留塔に導入する請求
項7記載の方法。 9、第1蒸留塔から取り出した窒素をその臨界圧よりも
大きい圧力まで圧縮する請求項7または請求項8記載の
方法。 10、圧縮空気を取り出して、50〜75気圧の範囲内
の圧力での外部仕事の作用によって膨張させる請求項9
記載の方法。 11、膨張作業の終了時に窒素が12〜20気圧の範囲
内の圧力において飽和蒸気である請求項10記載の方法
。 12、リボイラーを出る液体窒素に対して多重のフラッ
シュ分離工程を実施して、液体窒素流と複数のフラッシ
ュ・ガス流を形成する請求項7から11項までのいずれ
かに記載の方法。 13、第1フラッシュ分離工程からの液体窒素を用いて
、液体−蒸気接触塔からの窒素蒸気を凝縮させ、生成す
る凝縮液を還流としてこの塔に戻す請求項13記載の方
法。 14、第2蒸留塔を再沸させる請求項1から請求項12
までのいずれかに記載の方法。 15、第1蒸留塔のために、再沸物を窒素蒸気によって
形成する請求項14記載の方法。 16、空気フィードの一部が送給される付加的な蒸留塔
からの窒素蒸気によって、再沸物が形成される請求項1
4記載の方法。 17、空気から二酸化炭素と水蒸気を抽出する手段;分
留による空気の分離に適した極低温まで空気を冷却する
熱交換手段; 液体酸素、窒素蒸気及びアルゴン富化酸素を取り出す出
口を有する空気を分留するための第1蒸留塔; アルゴン富化酸素からアルゴンを分離するように操作可
能なアルゴン富化酸素出口と連通する第2蒸留塔; 第2蒸留塔からのアルゴン出口; 前記熱交換手段の少なくとも一部を用いるサイクルであ
りて、第1蒸留塔の操作圧力よりも実質的に高い圧力に
窒素圧力を上昇させるために少なくとも1つのコンプレ
ッサーを含むサイクルを実施することによって窒素蒸気
の少なくとも一部を液化する手段; 液体窒素の一部を生成物として取り出す手段;及び 液体窒素の第2部分を前記第1蒸留塔への還流として戻
す手段を含み、 さらに液体酸素と不純な窒素蒸気とを再混合するための
液体−蒸気接触塔を含み、 前記液体−蒸気接触塔が第1蒸留塔からの液体酸素の出
口と連通する液体酸素の入口及び第1蒸留塔からの不純
な窒素蒸気の出口と連通するこのような蒸気の入口を有
し、さらに第1蒸留塔への不純な液体窒素の入口と連通
するこのような窒素の出口及び外部仕事の作用によって
再混合した酸素−窒素混合物を膨張させて冷却を生じさ
せる少なくとも1つの装置と連通する、このような混合
物用の別の出口 を有する空気を酸素、窒素及びアルゴンに分離する装置
またはプラント。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB8806478 | 1988-03-18 | ||
GB888806478A GB8806478D0 (en) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | Air separation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01296078A true JPH01296078A (ja) | 1989-11-29 |
Family
ID=10633679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1065793A Pending JPH01296078A (ja) | 1988-03-18 | 1989-03-17 | 空気分離方法及び装置 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4916908A (ja) |
EP (1) | EP0333384B1 (ja) |
JP (1) | JPH01296078A (ja) |
AT (1) | ATE76960T1 (ja) |
DE (1) | DE68901667T2 (ja) |
ES (1) | ES2032107T3 (ja) |
GB (1) | GB8806478D0 (ja) |
ZA (1) | ZA891698B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6440232B1 (ja) * | 2018-03-20 | 2018-12-19 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 製品窒素ガスおよび製品アルゴンの製造方法およびその製造装置 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2655137B1 (fr) * | 1989-11-28 | 1992-10-16 | Air Liquide | Procede et installation de distillation d'air avec production d'argon. |
US5049173A (en) * | 1990-03-06 | 1991-09-17 | Air Products And Chemicals, Inc. | Production of ultra-high purity oxygen from cryogenic air separation plants |
US5006139A (en) * | 1990-03-09 | 1991-04-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic air separation process for the production of nitrogen |
US5077978A (en) * | 1990-06-12 | 1992-01-07 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic process for the separation of air to produce moderate pressure nitrogen |
US5069699A (en) * | 1990-09-20 | 1991-12-03 | Air Products And Chemicals, Inc. | Triple distillation column nitrogen generator with plural reboiler/condensers |
US5165245A (en) * | 1991-05-14 | 1992-11-24 | Air Products And Chemicals, Inc. | Elevated pressure air separation cycles with liquid production |
US5490391A (en) * | 1994-08-25 | 1996-02-13 | The Boc Group, Inc. | Method and apparatus for producing oxygen |
FR2731781B1 (fr) * | 1995-03-15 | 1997-05-23 | Air Liquide | Procede et appareil de vaporisation d'un debit liquide |
US5865041A (en) * | 1998-05-01 | 1999-02-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Distillation process using a mixing column to produce at least two oxygen-rich gaseous streams having different oxygen purities |
WO2024155521A1 (en) * | 2023-01-17 | 2024-07-25 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process and apparatus for intermittent liquefaction operation that can support continuous air separation processing |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4137056A (en) * | 1974-04-26 | 1979-01-30 | Golovko Georgy A | Process for low-temperature separation of air |
IT1034544B (it) * | 1975-03-26 | 1979-10-10 | Siad | Procedimento ed impianto per il frazionamento dell aria con colon na a semplice rettifica |
IN153160B (ja) * | 1979-07-12 | 1984-06-09 | Petrocarbon Dev Ltd | |
JPS59150286A (ja) * | 1983-02-15 | 1984-08-28 | 日本酸素株式会社 | アルゴンの製造方法 |
FR2584803B1 (fr) * | 1985-07-15 | 1991-10-18 | Air Liquide | Procede et installation de distillation d'air |
US4705548A (en) * | 1986-04-25 | 1987-11-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Liquid products using an air and a nitrogen recycle liquefier |
US4704148A (en) * | 1986-08-20 | 1987-11-03 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cycle to produce low purity oxygen |
GB8620754D0 (en) * | 1986-08-28 | 1986-10-08 | Boc Group Plc | Air separation |
GB8622055D0 (en) * | 1986-09-12 | 1986-10-22 | Boc Group Plc | Air separation |
EP0286314B1 (en) * | 1987-04-07 | 1992-05-20 | The BOC Group plc | Air separation |
-
1988
- 1988-03-18 GB GB888806478A patent/GB8806478D0/en active Pending
-
1989
- 1989-03-06 ZA ZA891698A patent/ZA891698B/xx unknown
- 1989-03-08 US US07/320,673 patent/US4916908A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-10 AT AT89302375T patent/ATE76960T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-03-10 EP EP89302375A patent/EP0333384B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-10 DE DE8989302375T patent/DE68901667T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-10 ES ES198989302375T patent/ES2032107T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-17 JP JP1065793A patent/JPH01296078A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6440232B1 (ja) * | 2018-03-20 | 2018-12-19 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 製品窒素ガスおよび製品アルゴンの製造方法およびその製造装置 |
JP2019163897A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 製品窒素ガスおよび製品アルゴンの製造方法およびその製造装置 |
Also Published As
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---|---|
DE68901667T2 (de) | 1992-12-10 |
GB8806478D0 (en) | 1988-04-20 |
EP0333384A3 (en) | 1989-11-02 |
EP0333384B1 (en) | 1992-06-03 |
ATE76960T1 (de) | 1992-06-15 |
DE68901667D1 (de) | 1992-07-09 |
ES2032107T3 (es) | 1993-01-01 |
EP0333384A2 (en) | 1989-11-02 |
US4916908A (en) | 1990-04-17 |
ZA891698B (en) | 1990-01-31 |
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