JPH0132433B2 - - Google Patents

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JPH0132433B2
JPH0132433B2 JP55098194A JP9819480A JPH0132433B2 JP H0132433 B2 JPH0132433 B2 JP H0132433B2 JP 55098194 A JP55098194 A JP 55098194A JP 9819480 A JP9819480 A JP 9819480A JP H0132433 B2 JPH0132433 B2 JP H0132433B2
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Reeru Rikuitsudo SA Puuru Rechuudo E Rekusupurowatashion De Purosede Jioruju Kuroodo
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Description

【発明の詳細な説明】
この発明は高圧酸素の製造における低温空気分
離方法に関するものである。 従来、このような関係において例えば約40バー
ルの高圧の酸素の製造は、中圧部と低圧部とを有
する低温空気分離装置の低圧部によつて供給され
たガス状態の酸素の単純な圧縮によつて行なわれ
る。しかしながら、ガス状態の酸素の圧縮は厄介
であり、また使用される圧縮装置は精巧でそして
恐らく安全でなく危険である。 そこで、この発明の目的は、酸素圧縮機を用い
ることなしに高圧の酸素を経済的に得ることので
きるようにする低温空気分離方法を提供すること
にある。 この目的を達成するために、この発明による低
温空気分離方法は、中圧部と低圧部とから成る低
温分離部で空気を低圧の液体状態で窒素の富んだ
少なくとも一つの留分と酸素の富んだ少なくとも
一つの留分とに分離し、酸素留分を液体状態で上
記圧力から上記高圧へ圧縮し、高圧の液体酸素留
分を第１、第２流体の対向流における熱交換によ
つて全体再熱し、上記第１流体が空気の二つの主
成分の少なくとも一つから成りかつ交換中上記高
圧の程度の高圧状態にありそして上記中圧に膨張
されその後少なくとも部分的に液体状態で少なく
とも一つの分離部に供給され、また上記第２流体
が上記中圧より高いが上記高圧より低い中間圧の
空気から成りかつガス状態で分離部へ供給され、
第２流体の中圧への膨張を熱交換の高温と低温と
の中間の温度で行なうことを特徴としている。 第１実施例では、高圧の第１流体は実際には空
気であり、また第２実施例では高圧のこの第１流
体は閉ループにおける窒素である。第２流体の中
間圧力は８〜20バールであり、好ましくは15バー
ル程度であり、また酸素の高圧は15〜100バール
であり、好ましくは65〜40バール程度である。 この発明を一層良く理解できるようにするた
め、以下例としてこの発明の実施例を示す添附図
面を参照して照明する。 図面のまず第１図を参照すると、ここに示す低
温空気分離装置は、“中圧”コラム３で形成され
た上流分離部２および蒸発器・コンデンサ６を介
して中圧コラム３上に重ねられた“低圧”コラム
５で形成された下流分離部４を有している。中圧
コラム３には、大気圧の空気が供給される入口を
備えたエキスパンダ１１の出口に連結された管１
０を介して例えば６バール程度の中圧のもとで分
離されることになる空気が供給される。例えば第
１圧縮段１５は大気圧の空気を１５バール程度の
圧力まで圧縮し、また第２圧縮段は15〜50バール
の最終圧縮を行なう。５０バールの空気を搬送す
る導管１２は交換器２３の高温端部２１から最低
温端部２２までのびた熱交換通路２０を有してい
る。導管１２内の空気の一部は導管１２′に引か
れ、そして１１′で低圧に膨張した後低圧コラム
５に供給される。 第１圧縮段１５からの出力で圧縮された空気の
一部は管２５を介して交換器２３内を高温端部２
１から高温端部２１と低温端部２２とからのある
距離の所、従つて端部２１の高温と端部２２の低
温との中間の温度の所に位置したレベル２７まで
のびる通路２６に向つて引かれる。これらの熱交
換通路２６は移送管２８に連通し、この移送管２
８は機構によつて制動された膨張タービン２９に
通じており、このタービン２９の出口は低圧コラ
ム３の低レベルに直接通じる管３０に連通してい
る。 従来の方法で、中圧コラム３内に凝縮された酸
素の富んた留分は管４０を介してもし利用できれ
ば交換器４１で過冷した後低圧コラム４の中間レ
ベルに供給される前にエキスパンダ装置に移送さ
れる。同様に、本質的に窒素から成る粗液は中圧
コラムの中間レベルで引き出され、そして管４３
を介して過冷用の交換器４１へ移送され、その後
エキスパンダ装置４５で膨張されて４６で低圧コ
ラムの頂部へ供給される。 低圧コラムの内部において液体酸素４７が形成
され、その主要部分は管４８に引かれ、そしてポ
ンプ４９で高圧に圧縮されることができ、その後
交換器２３の低温端部２２から高温端部２１まで
のびる熱交換通路５０へ供給される。 流速の比較的遅い液体酸素留分の別の部分は管
５４を介して補助冷却用の交換器４１へ引かれ、
そして管５５を介して図示してない過冷液体酸素
の貯蔵装置へ移送される。 液体窒素の一部は中圧コラム３の頂部から管５
６を介して引かれ、交換器４１で過冷され、そし
てエキスパンダ装置５７で膨張され、そして分離
器５８へ送られることが認められ、この分離器５
８は液体留分のためからの引抜き管５９と頂部か
らガス状留分を引抜くための管６０とを備えてい
る。 ガス状留分の引抜き管６０はさらに低圧コラム
の頂部から出てくるガス状窒素に対する管６１に
連通して共通ガス導管６２を形成し、この共通ガ
ス導管６２は過冷用の交換器４１内の加熱通路６
３に連通し、これらの加熱通路６３の出口は管６
４を介して交換器２３の全長にわたつてのびた加
熱通路６５に連通し、ガス状態でしかも低圧の不
純物を含んだ窒素の出力管６６における再結合を
行なう。 以上説明してきた装置の動作は次の通りであ
る。 第１圧縮段１５および第２圧縮段１３において
順次高圧に圧縮された空気は交換器２３の通路２
０へ供給することによつて、通路５０に供給され
た液体酸素の蒸発で本質的に加熱され、そして通
路６５に供給された不純物を含んだ窒素の最終加
熱を保証する。これに対して、第１圧縮段１５の
出力から直接得られそして冷却通路２６へ供給さ
れる中間圧の空気は、低すぎずかつこの空気に前
もつて加えられた比較的低い中間圧力に対して許
された温度で交換器２３から放出し、タービン２
９の正しい機械的安定に必要なガス状態に上記空
気を保ちながらタービン２９における膨張により
低温分離装置を冷温状態に保持する。 例として、総空気流を1000Nm3とし、第２圧縮
段１３の出口における圧力を50バールとし、第１
圧縮段１５の出力における中間圧力を順次10、
12、15バールとし、蒸発した酸素の流れを常に40
バールとしたとき得られた結果を以下に記載す
る。
【表】 酸素のエネルギー
基準値（100％）は従来型の装置を用いて大気
圧で作られそしてターボコンプレツサで圧縮され
た40バールの酸素に対して得られた値である。 上記表の値（105、102、100.7％）は液体状態
において生成された酸素部の液化に相応するもの
（14、19、25Nm3）から装置の電力消費の差し引
きをもたらし得ることが認められる。 15バール以上の中間圧力は、結果としてタービ
ンに液相が現われることになるので、この場合考
えられない。 ほんの40バールの酸素の比エネルギーを考える
と、これは、タービンに液体の現われる前に中間
圧力として最高値すなわちこの場合１５バールを
選択することを必要とする。しかしながら、この
選択は、この場合生成された全液体（25Nm3）が
利用される場合のみ正しいとされ、この液体は比
エネルギーの計算のために考慮される。液体の要
求量がほんの19Nm3である場合には、単に12バー
ルの中間圧力を選択しなければならない。 次に第２図を参照して、補助窒素循環を利用す
る実施例について説明する。この実施例において
も中圧コラム３と低圧コラム５とを備えた分離装
置が用いられる。装置はまた第１図の交換器２３
と同種の交換器１２３内に第１図の通路５０と同
様な液体酸素の蒸発による加熱通路１５０と、第
１図の通路６５と同様な不純物を含んだ窒素を加
熱する通路１６５と、第１図の通路２０と同様な
高圧の第１流体を冷却する通路１２０と、第１図
の通路２６と同様な、中間圧力の空気である第２
流体を冷却する通路１２６とを備えている。 この場合、第１流体はもはや第１図の場合のよ
うに空気ではなく、窒素であり、この窒素は中圧
コラムの頂部から管７０を介して中圧で引かれ、
交換器１２３の相補通路７１に供給され、そして
管７２を介して圧縮機７３へ導かれ、窒素圧力は
中圧（例えば６バール）から高圧（例えば50バー
ル）へ上昇する。こうして圧縮された窒素は変換
器１２３の通路１２０へ流れ、そしてエキスパン
ダ装置において膨張され、再び中圧コラム３の頂
部に供給される。これに対して、分離されること
になる空気の全流はこの場合圧縮機１１５によつ
て圧縮され、通路１２６、膨張タービン２９へ入
り、そして管３０を介して中圧コラム３のためへ
入る。 以上説明してきたように、この発明によれば、
第１圧縮段および第２圧縮段において順次高圧に
圧縮された空気を交換器の通路へ供給することに
よつて、液体酸素の蒸発で加熱し、そして不純物
を含んだ窒素の最終加熱を保証する。一方、第１
圧縮段の出力から直接得られそして冷却通路へ供
給される中間圧の空気を、低すぎずかつこの空気
に前もつて加えられた比較的低い中間圧力に対し
て許された温度で交換器から放出し、タービンの
正しい機械的安定に必要なガス状態に上記空気を
保ちながらタービンにおける膨張により低温分離
装置を冷温状態に保持する。これによつて、酸素
圧縮機を使用することなく高圧の酸素を経済的に
得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明による空気分離装置のブロツ
ク線図、第２図は第２実施例の第１図と同様な図
である。 図中、２０……熱交換通路、２３……交換器、
２６……通路、２９……タービン、４８……管、
４９……ポンプ、５０……熱交換通路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 中圧部と低圧部とから成る低温分離部で空気
    を低圧の液体状態で窒素の富んだ少なくとも一つ
    の留分と酸素の富んだ少なくとも一つの留分とに
    分離することから成る高圧酸素の製造における低
    温空気分離方法において、酸素留分を液体状態で
    上記圧力から上記高圧へ圧縮し、高圧の液体酸素
    留分を第１、第２流体の対向流における熱交換に
    よつて全体再熱し、上記第１流体が空気の二つの
    主成分の少なくとも一つから成りかつ交換中止記
    高圧の程度の高圧状態にありそして上記中圧に膨
    張されその後少なくとも部分的に液体状態で少な
    くとも一つの分離部に供給され、また上記第２流
    体が上記中圧より高いが上記高圧より低い中間圧
    の空気から成りかつガス状態で分離部へ供給さ
    れ、第２流体の中圧への膨張を熱交換の高温と低
    温との中間の温度で行なうことを特徴とする低温
    空気分離方法。 ２ 膨張の後、第１流体を中圧部へ供給する特許
    請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 第１流体の高圧が高酸素圧力より実質的に高
    い特許請求の範囲第１，２項のいずれかに記載の
    方法。 ４ 第１流体の高圧が高酸素圧力より実質的に低
    い特許請求の範囲第１，２項のいずれかに記載の
    方法。
JP9819480A 1979-07-20 1980-07-19 Low temperature air separation method of and apparatus for production of high pressure oxygen Granted JPS5620980A (en)

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FR7918772A FR2461906A1 (fr) 1979-07-20 1979-07-20 Procede et installation cryogeniques de separation d'air avec production d'oxygene sous haute pression

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JPS5620980A JPS5620980A (en) 1981-02-27
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JP9819480A Granted JPS5620980A (en) 1979-07-20 1980-07-19 Low temperature air separation method of and apparatus for production of high pressure oxygen

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US (1) US4303428A (ja)
EP (1) EP0024962B1 (ja)
JP (1) JPS5620980A (ja)
AT (1) ATE1531T1 (ja)
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DE (1) DE3060825D1 (ja)
FR (1) FR2461906A1 (ja)

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