JPH02106690A - 空気分離方法及び装置 - Google Patents

空気分離方法及び装置

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JPH02106690A
JPH02106690A JP1226353A JP22635389A JPH02106690A JP H02106690 A JPH02106690 A JP H02106690A JP 1226353 A JP1226353 A JP 1226353A JP 22635389 A JP22635389 A JP 22635389A JP H02106690 A JPH02106690 A JP H02106690A
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JP
Japan
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column
stream
nitrogen
air
pressure
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Application number
JP1226353A
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English (en)
Inventor
Thomas Rathbone
トーマス・ラスボーン
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BOC Group Ltd
Original Assignee
BOC Group Ltd
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Publication date
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00—Refrigeration
    • Y10S62/915—Combustion

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気分離方法及び装置、ならびに空気分離から
の酸素生成物を例えば酸化（燃焼を含む）のような化学
反応に用いるサイクル及び電力をも発生させるサイクル
へのこのような方法及び装置の利用に関する。
例えば直接還元鋼製造プロセス、石炭ガス化プロセス及
び天然ガスを合成ガスに転化する部分酸化プロセスに用
いるための非常に多量の酸素を生産する極低温空気分離
プラントの需要は増加しつつある。
大ていの近代的な営利的空気分離プラントは低圧精留塔
の下端と熱交換関係にある上端を有する高圧精留塔を用
いている。低温の圧縮空気は高圧塔において酸素富化液
体と窒素富化液体とに分離され、これらの液体は低圧塔
に移されて、窒素富化生成物と酸素富化生成物とに分離
される。供給空気を圧縮するためには多量のエネルギー
が必要である。米国特許箱３，７３１，４９５号はプロ
セスの外部電力消費量を軽減する方法を開示する。
この方法は窒素冷却動力タービンを用いる。圧縮供給空
気の一部を燃料と混合して、燃焼させる。
次に高温の燃焼混合物を低圧精留塔からの廃棄窒素富化
ガスによって冷却し、生成するガス混合物は動力タービ
ン中で膨張する。このＨ’Ｊ　’Ｊは系ｌ＼の供給空気
を圧縮するエネルギーを与える。この方法の主な利点は
、動力タービン中で膨張したガス混合物の圧力は燃焼ガ
スと混合した廃棄窒素の圧力より高くならないことであ
る。米国特許箱４．２２４，０４５号に指摘されている
ように、市販の動力タービンは低圧精留塔の最適操作圧
力よりも高い最適入口圧力を有する。従って、米国特許
箱４，２２４，０４５号は廃棄窒素を燃焼混合物の冷却
に用いる前に圧縮することを提案している。
これらの両米国特許明細書では、主として空気圧縮機の
必要性を満たすために充分な量の外部仕事を生ずるため
にタービンを用いる。しかし、直接）口元鋼ｇ！造法ま
たは石炭ガス化のようなプロセスのために多量の酸素が
必要である場合には、空気圧縮機の要求よりも非常に過
剰な多量の電気を生ずるためにタービンを用いることが
好ましい。
従って、空気圧ｗｉ機は空気分離プラントとタービンの
両方に供給する。タービンにこのように供給された空気
は典型的にガス化装置または高炉からの燃料ガスの燃焼
を支持するために用いられる。
米国特許第４，２２４．０４５号に開示された方法では
、空気供給圧縮機が作動する圧力は高圧精留塔の操作圧
力と実質的に同じであり、高圧塔の性能を最大にするよ
うに選択する。しかし、空気が発電所の燃焼室にも供給
される上記のようなプロセスでは、空気を圧縮する圧力
はタービンに選択された入口圧力によって支配される。
このようなタービンは典型的に慣習的な二重精留装置の
高圧塔の最適操作圧力以上の比較的高い圧力において操
作される。実際に、高圧塔の上端は低圧塔の下端と凝縮
器リボイラーを介して熱交換関係にあるので、高圧塔の
圧力を選択して、低圧塔内の圧力と両塔における還流比
とを効果的に指定する。この非柔軟性は両塔の効果的な
運転の実施を困難にする。
米国特許第４，６５５，８０９号では、単一精留塔のみ
を含む空気分離装置によって酸素廃窒素流を発生させる
方法を開示する。精留塔への還流を形成し、リボイルさ
せるために、熱ポンプサイクルを操作することが必要で
ある。しかし、精留塔を高圧で窒素を生産しながら流入
空気を圧縮する圧力と実質的に同じ圧力で操作するため
には、熱ポンプサイクルでの非常に高い圧力の発生が必
要である。従って、これらの場合には、熱ポンプ回路は
非常に高い電力必要量を有し、空気分離プロセスを比較
的効率の悪いものにする。それ故、比較的高い圧力の空
気供給による操作を可能にし、慣習的な二重基よりも操
作がフレキシブルであり、単一塔と比較して熱ボンピン
グ作業の必要性を減じた、改良された空気分離方法と装
置が要求されている。
本発明では、次の工程： （ｎ）　　圧縮空気供給流から二酸化炭素と水蒸気を除
去し、供給流の温度を極低温での精留によるその分離に
適したレベルにまで低下させる工程； （ｂ）　　空気流を高圧精留塔に導入し、高圧精留塔へ
の液体窒素還流を形成し、高圧精留塔で空気を酸素富化
フラクションと窒素富化フラクションとに分離する工程
； （ｃ）　　高圧塔から窒素富化液体流を取出す工程；（
ｄ）　　高圧塔から酸素富化液体流を取出し、これを低
圧精留塔に通しここで酸素フラクションと窒素フラクシ
ョンとに分離する工程； （ｃ）　　低圧精留塔がら酸素流と窒素流とを取出す工
程；及び （ｆ）熱ポンプサイクルを操作して、低圧精留塔へのリ
ボイルと、両精留塔への還流とを形成する工程 を含む空気分離方法を提供する。
本発明はまた、次の要素： （ｎ）　　供給空気流を圧縮するための圧ｗ４機；（ｂ
）　　供給空気流から二酸化炭素と水蒸気とを分離する
手段； （ｃ）　　空気流の温度を極低温精留による分離に適し
たレベルにまで下げる熱交換手段； （、Ｊ）　　液体窒素還流入口、窒素流出口及び酸素富
化液体流用の他の出口を有し、空気流の熱交換手段を通
る通路の低温端部と連通する高圧精留塔； （ｅ）　　酸素富化液体流用の前記出口と連通した入口
を有し、分離した酸素流と窒素流との出口を有する低圧
精留塔；及び （ｆ）　　低圧精留塔へのリボイルと両精留塔への還流
とを生ずるための熱ポンプ回路 を含む、空気分層装置をも提供する。
本発明による方法と装置の利点は、低圧精留塔と高圧精
留塔の各操作圧力を互いから独立的に設定することがで
きることである。高圧塔の操作圧力は９〜２５気圧の範
囲内の圧力に設定することができ、低圧塔の操作圧力は
約２〜１０気圧の範囲内の圧力に設定することができる
。さらに、各塔内の液体／蒸気比は他の塔の液体／蒸気
比とは関係なく、設定することができる。このことは特
定の操作圧力に関係なく、塔の比較的効果的な操作を可
能にし、酸素生成物の純度選択にフレキシブリティを与
える。９０〜９つ容量％の酸素を含む酸素生成物が典型
的に生産される。これらの利点は高圧塔の上端が凝縮器
リボイラーによって低圧塔の下端に熱的に結合している
慣習的な二重塔配置によって示されないものである。
ガスタービン付き燃焼室に空気を供給するためにも空気
圧縮機を用いる場合には、高圧精留塔からの窒素流を燃
焼室に、またはタービンの上流部分から燃焼室を出る燃
焼室に加えるのが好ましい。
窒素は周囲温度よりも高温に予熱することが好ましい、
窒素を高圧塔から取出すことも有利である。
このことは対応する窒素流を低圧塔から取出す、米国特
許第４．２２４，０４５号に開示された配置とは対照的
である。高圧塔からの窒素から他の方法で仕事（ｗｏｒ
ｋ）を回収することももちろん可能である。
分離するための流入空気は複数のモレキュラーシーブ床
を用いて、二酸化炭素、水蒸気等を除去して精製するこ
とが好ましい。
空気流は熱交換手段内でその露点より少し高い温度に冷
却するのが好ましい、液化した空気の第２流を高圧精留
塔に導入することも好ましい、さらに、液化空気流を低
圧精留塔に導入することも好ましい、低圧塔への液化空
気のこのような導入は低圧塔内への比較的効果的な操作
条件の付与を促進する。主要空気流は典型的に精留塔に
供給する総空気量の７０〜８０％を成す。
熱ポンプサイクルの作動流体は好ましくは窒素であり、
この場合にはサイクルは低圧精留塔へ液体窒素を導入し
、これからガス状窒素を取出す。
この方法のための低温は倒えば熱交換手段の低温端部と
高温端部との間の温度において熱交換器から空気流を取
出し、取出した空気をタービン内で膨張させ、生成した
！ｉ１張空気を低圧塔に導入することによって与えられ
る。
低圧精留塔に導入した液体空気流と酸素富化液体流は、
低圧塔へのそれらの導入個所の上流で適冷するのが好ま
しい、さらに、低圧精留塔への液流窒素還流も適冷する
のが好ましい、さらに、高圧塔からの酸素富化液体は適
冷した後に、２つの流れに分υＩし、１つは液体として
低圧塔へ導入し、他方は例えば窒素流との熱交換によっ
て蒸発し、蒸気として低圧精留塔に導入される。
熱ポンプサイクルの作動流体が窒素である場合には典型
的に、ポンプを用いて熱ポンプサイクルからの液体窒素
還流を高圧精留塔に導入する。
本発明による方法と装置を添付図面を参照して、実施例
によって説明する。
図面の簡単な説明すると、水蒸気と二酸化炭素を除去し
た圧縮空気を熱交換器２に導入し、それによって周囲温
度からほぼ露点にまで冷却する。
このように冷却した空気を２つの流れに分割する。
流れの主要部分は入口８から第一精留塔４に導入する。
冷却した空気の残部は熱交換器１０に通し、そこで凝縮
させる。液体空気流は熱交換器１０を出る。液体空気流
を大体同じ大きさの２つの流れに分割する。液体空気流
の一部は入口１２から精留塔４に導入する。液体空気流
の他の部分は入口１４から第２精留塔６に導入する。精
留塔６は塔４の圧力よりも低い圧力で操作される。
第１精留塔４はその上部に液体窒素還流の入口１６を備
える。この塔には液相とガス相とを接触させ、塔を下降
する液体が徐々に酸素に富み、塔を上昇するガスが徐々
に窒素に富むように、多くの液体−蒸気接触トレーまた
はその他の装置を備える。酸素富化液体流を高圧塔４の
底部から出口１８を介して取出す、流れの酸素含量は塔
４内の圧力に依存する。約１５絶対気圧の操作圧力にお
いて、液体流は典型的に約３３容量％の酸素を含む、こ
の酸素含量は塔４の低い操作圧力を選択した場合には増
加する傾向があり、この塔の高い操作圧力を選択すると
低下する傾向がある。酸素富化液体流は適冷して（第１
図に示さない手段によって）、低圧塔６へ入口２０から
導入する。高圧塔４もその上部に出口２２から取出す窒
素ガス流を有する０次に、この窒素流を流入空気流に対
して自流で熱交換器２に通すことによって、周囲温度に
まで加熱する。窒素流は塔４を操作する圧力よりも僅か
に低い圧力でのみ生ずる、従って、例えばＭ’ｌ）張タ
ービンでこれをｊ彰弓長させることによって、この流れ
から仕事を回収することは述べる価値がある（図示せず
）。
入口１４から低圧塔６に導入した液体空気流と入口２０
から低圧塔へ導入した酸素富化流とをこの塔６において
、さらに分離する。液体窒素還流は入口２４から塔６に
導入される。塔４と同様に、精留塔６は塔６内で液相と
蒸気相とを密接に接触させるための多くの、公知の種類
の液体−蒸気接触トレーまたは他の液体−蒸気接触手段
を備える。
塔６にはりボイラー２６を介して蒸気流が供給され、こ
れは塔を上昇し、液体下降流と接触する、塔内には塔６
の頂部の実質的に純粋な窒素蒸気から塔６の底部の典型
的に少なくとも９０容量％の酸素を含む液体までに及ぶ
、ある範囲内の組成物が存在する。この液体酸素流は塔
６の底部から出口２８を通して引出され、ポンプ３０に
よって熱交換器１０に通され、そこで流入凝縮空気との
自流熱交換によって蒸発する。酸素蒸気がら成る流れは
次に熱交換器２を流入空気流と向流で流れ、化学反応例
えば直接還元鋼製造または石炭ガス化に用いられる。
窒素蒸気流は低圧精留塔６の頂部から出口３２を通して
、入口２４から塔６への液体窒素導入速度と同じ速度で
、取出す０次に窒素蒸気流は熱交換器２を通って流入空
気流と向流で流れることによって、室温にまで加熱され
る。窒素流は圧縮機３４内で圧縮して、再び熱交換器２
に、今回は流入空気流と併流（ｃｏｃｕｒｒｅｎｔｌｙ
）で通す、窒素を圧縮する圧力は熱交換器２の低温端部
を出る窒素がその露点において蒸気であるようにｊ！！
択する。窒素流は次にリボイラー２６を通って流れ、塔
６の液体酸素を沸とうさせ、同時にそれ自体は液化する
。この結果の液体窒素流を用いて、両精留塔４と６の両
方への液体窒素還流を形成する。この流れは従って分割
され、一部はポンプ３６によって精留塔４の入口１６か
ら供給され、他の部分は適冷され（図示しない手段によ
って）入口２４がら精留塔６へ導入される。
窒素蒸気流の精留塔６から出口３２を通しての取出し、
熱交換器２でのその加熱、圧縮８１３４でのその圧縮、
熱交換器２でのその再びの温度低下、リボイラー２６で
のその凝縮、入口２４がら塔６への再導入、及び塔４に
おける上昇蒸気流との均買交換（＋ｎａｓｓ　　ｅｘｃ
ｈａＢｅ）による相変化が然ボンピングサイクルを椙成
し、このサイクルでは実際に塔６の頂部の低温からりボ
イラー２６が配置された塔６底部での比教的高温までの
熱の流れが存在する。この熱ポンプサイクルを通って流
れる窒素量は塔４と塔６の両方での液体／蒸気比が最適
になるように選択することができる。さらに、通常の二
重塔とは異なり、両精留塔４と６での操作圧力は互いに
関係なく設定することができる。第１図に示した装置の
操作の１例では、高圧塔を約１５絶対気圧の平均圧力で
操作し、低圧塔６を４絶対気圧の平均圧力で操作する。
この例では、圧縮機３４は典型的に約１２．８絶対気圧
の出口圧力を有し、ポンプ３０は低圧塔６から取出され
た液体酸素を約６気圧の圧力になるまで送給する。
熱交換器２で険低温を与えることが一般に必要である。
これを実施するには技術上周知の多くの方法が存在する
。このような１方法は第１図に膨張タービン３８として
説明する、これは熱交換器２の入口温度と出口温度との
間の温度で熱ポンプ回路の圧縮窒素の一部を取出し、こ
の窒素を圧縮機への入口の上流の圧力に膨張させ、それ
によってその温度を低下させる。
タービン３８内で膨張した窒素流を次に熱ポンプサイク
ルの、膨張窒素の温度が熱交換器２内で加熱された流れ
の温度に一致するような位置に戻される。
塔６に導入する液体流は膨張弁（図示せず）を典型的に
通り、これによって塔６の操作圧力にまで減圧される。
第１図に関して説明した装置と方法には種々の変更及び
ｆ１加を加えることが可能である。これらの幾つかを第
２図に関連して説明する。他の変更には、塔６からガス
としての酸素生成物の取出しがあり、この例では凝縮器
−リボイラー１０が省略され、空気は液体状態では塔１
ｏに導入されない。
上述したように、第１図に関して説明した空気分離方法
は酸素を用いて化学反応を実施し、化学反応の熱または
生成物を用いて、電気を発生させるようなプロセスに関
連した使用に特に適している。このような複合プロセス
を第２図に説明する。
第２図では、ガス化装置または高炉１０２、発電所１０
４及び空気分離プラント１０６を含む装置を説明する０
発電所１０４と空気分離プラント１０６は共通の圧縮ｆ
ｉｔ０８を共有する。
ガス化装置または高炉１０２は通常のやり方で操作する
。第２図に示した装置のこの態様は本発明の一部を形成
しないので、ガス化装置または高炉１０２の操作はここ
では詳述しない、空気分離プラント１０６を用いて、典
型的に９０容量％オーダーの酸素を含む生成物酸素流を
入口１１０からガス化装置または高炉１０２に供給する
０発熱ガスがガス化装置または高炉１０２を出口１１６
から出る。空気を圧ｍｔａｉｏｓから供給して、燃焼室
１１４での燃料ガスの燃焼を支持する。生成する高温ガ
スはタービン１１６に達し、そこで膨張する。タービン
１１６を発電装′Ｉ！、１１８に結合し、タービン１１
６の操作によって電気を発生させる。膨張したガスはタ
ービン１１６を出口１２０から出て、廃熱ボイラー（図
示せず）に達し、そこで熱の回収が行われる。
圧縮１ｆｉ１０８は再冷却器を備えないため、空気はこ
れから高温（例えば３６０℃）で出る。この空気量の大
部分は燃焼室１１４に供給され、小部分（約１０％のオ
ーダー）のみが酸素と窒素に分離される。
副空気流（ｍｉｎｏｒ　　ｓｔｒｅａｍ）を圧縮機１０
８で圧縮された空気から取出し、第１熱交換器１２２と
次に水冷却器１２４を通すことによってほぼ周囲温度に
まで冷却する。冷却空気流を次に、この空気流から水蒸
気と二酸化炭素を選択的に吸着する、複数のゼオライト
・モレキュラーシーブ床から典型的に成る精製装置１２
６に通す、精製空気流を次に主熱交ｔＡ器１２８に通ず
、空気は熱交！ＩＡ器１２８を通って流れるにつれて、
その露点であるまたは露点に密接に接近した出口温度に
まで冷却される。生成した冷却空気流を次に主空気流と
副空気流に分割する。
熱交換器１２８を出る流れの約７０〜８０％から典型的
に成る主空気流を入口１３２から第１精留塔１３０に導
入する。熱交換器１２８の低温端部を出る空気の約２０
〜３０％から典型的に成る副空気流を凝縮器−リボイラ
ー１３４に通し、そこで液化する。生成した液体空気流
を次に典型的に等しいサイズの２部分に分割する。この
ように形成された流れの１つは第１緒留塔へ入口１３６
から導入し、他の流れは下記に述べるように、塔１３０
よりも実質的に低圧で操作される第２精留塔１４０に送
給する。高圧精留塔１３０には塔の頂部の入口１３８か
ら液体窒素還流を供給する。
高圧精留塔１３０は例えばトレーのような液体／蒸気接
触手段を備え、それによって塔を上昇する蒸気は塔を下
降する液体と密接な物質交換（ｍａｓｓ　　ｅｘｅｈａ
Ｂｅ）関係になる。塔は典型的に４０トレーを有する。
第３液体が塔を下降すると、これは酸素に富むことにな
り、蒸気が塔を上昇すると、蒸気は窒素に富むことにな
る。塔１３０の総合効率は入口１３２と１３６から塔に
導入される空気から酸素を除去することであり、この結
果比較的純粋な窒素フラクションが塔１３０の頂部に集
債し、酸素富化液体が塔１３０の底部から取出される。
塔１３０から２つの流れを取出す、最初に窒素ガス流を
出口１４０を通して塔１３０の頂部から取出す、この窒
素を次に空気流に向流で熱交換器１２８に通し、これに
よって約周囲温度にまで加熱する。この窒素流からター
ビン１１６において仕事（ｗｏｒｋ）を回収する。従っ
て、周囲温度窒素が熱交換器１２２を空気流に自流で通
り、その温度を周囲温度より高温に高める、次にこの窒
素に燃料ガス流を混合して、燃焼室１１４に導き、燃焼
室１１４に直接導入する及び／またはタービン１１６の
上流部分かｔ、燃焼室１１４を出る高温ガスに導入する
。燃焼室１１４に窒素を用いることによって、燃焼室１
１４におけるＮＯｘの形成を減することが容易になる。
必要ならば、窒素を例えばガス化装置または高炉１０２
から抽出される廃熱によって、それが熱交換器１２２を
出る温度より高温に加熱することができる。さらに、窒
素が燃焼室１１４の操作圧力よりも低い圧力である場合
には、窒素を圧縮ｆｉｌ１４内で適当な圧力にまで圧縮
することができる。しかし、高圧塔１３０は圧縮ｆｉ１
０８の圧力とほぼ同じ圧力で操作されるので、圧縮機１
４４によって達成される必要がある圧ｗｉ量は典型的に
圧力低下を補充するために必要な程度であるにすぎない
。
精留塔１３０から取出される第２流は典型的に酸素約３
３容量％を含む酸素富化液体流である。
これを塔の底部の出口１４６から取出し、熱交換器１４
８内で過冷してから、２つの流れに分割する。主流は液
体として低圧塔１４０へ入口１５０から導入する。副流
は凝縮器−リボイラー１５２内で蒸発させ、生成蒸気を
蒸気流として入口１５４から塔１４０に通す。
精留塔１４０はそれに導入した酸素富化空気流の他に、
凝縮器−リボイラー１３４からの２つの液体空気流の１
つを受容する。さらに、精留塔１４０は熱交換器１２８
の中間部分から取出され、！５ｊ　張タービン１５８内
で塔１４０の操作圧力にまで膨張した空気流（典型的に
は、熱交換器１２８に入る全空気流の約８％）を受容す
る；この空気は膨張タービン１５６をその露点またはこ
れに近い温度である。この空気流を次に低圧精留塔１４
０に入口１６０から導入する。
精留塔１４０に導入される種々な空気流を分離するため
に、この塔は底部に凝縮器−リボイラー１５２を備え、
その頂部には液体窒素還流のための入口１６４を備える
。塔は付加的に多数のトレー（例えば、７０）または他
の液体−蒸気接触手段を有し、上昇蒸気は下降液体と接
触して、それと物質交ｔ’Ａ　（ｍａｓｓ　　ｅｘｃｈ
ａｔ＋ｇｅ）する、従って、空気は塔１４０内で塔底部
の酸素フラクションと塔頂部の窒素フラクションとに分
離される。液体酸素は塔底部からポンプ６８によって出
口１６６を通って取出される；凝縮器−リボイラー１３
４で空気を凝縮し、それ自体はリボイルされるのはこの
液体酸素流である。生成する酸素流は凝縮器−リボイラ
ー１３４から、熱交換器１２８を流入空気流に自流で通
る０次に酸素を圧Ｗ４機１７０で圧縮して、ガス化装置
または高炉１０２への供給に適した圧力にまでその圧力
を高めるが、精留塔１４０を充分に高い圧力で操作する
場合には、圧ＷＪＩｆ１１７ｐを省略することができる
。圧縮酸素流を次に熱交換器１２２に流入空気に対して
自流で通すことによって、典型的に周囲温度より高温に
加熱する０次にこの酸素を入口１１０からガス化装置ま
たは高炉１０２に導入する。
精留塔１４０の頂部から出口１７２を通して窒素蒸気流
を取出す、窒素流１７２を次に熱交換器１７４に通す；
この熱交換器１７４は塔１４０へ入口１６４から還流と
して導入する液体窒素流を過冷するために用いる。窒素
流を次に熱交換器１７８に通す：この熱交換器は精留塔
１４０へ入口１５６から導入する液体空気を過冷するな
めに用いる。窒素を次に熱交換器１４８に通す、このよ
うにして、窒素流は熱交換器１４８，１７６゜１７８に
低温を与えることができる０次に窒素流を熱交換器１２
８に流入空気流に対して自流で通す、従って、窒素流は
大体周囲温度に加熱される。
次に窒素流を分割する。小部分を熱交換器１２２に流入
空気に対して自流で通して、周囲よりも充分に高い温度
にまで加熱する０次にこれを膨張タービン１８０内で膨
張させ、外部仕事の実施と（例えばタービン１８０を用
いて、圧縮機１４４を駆動する）と生成する膨張窒素流
とを技術上周知のやり方で利用して、二酸化炭素と水蒸
気を精製装Ｔ１１２６の吸着床からパージ（ｐｕｒｇｅ
）する。
大体周囲温度で熱交換器１２８を出る窒素流の残部を圧
縮機１８２内で圧縮する６次にこの窒素流を再び分割す
る。圧縮ｆｉ１８２と１８４は任意に多段階圧縮機の異
なる段階であっても良い、圧縮機１８４を出る窒素流を
次に熱交換器１２８に流入空気流に対して併流（ｃｏｃ
ｕｒｒｅｎｔｌｙ）で通すことによって冷却する。これ
を次に凝縮器−リボイラー１６２に通すとそれ自体は凝
縮されるが、低圧精留塔１４０へのリボイルを与える。
生成する液体窒素流を凝縮器−リボイラー１６２から取
出し、熱交換器１７６に通して、適冷する。これを次に
精留塔１４０へ塔の操乍圧力において人口１６４から通
し、塔への還流を形成する。窒素はこのようにして回路
を流れ、回路では窒素は塔１４０への熱ボンピング仕事
（１＋ｅａｔ　　ｐｕ＋ａｐｉｎＨｗｏｒｋ）を実施す
る。さらに、ポンプ１８６は′１１縮器−リボイラー１
６２を出る液体窒素の一部を引き出し、これを還流とし
て高圧精留塔へ入口１３８から導入するように、操作さ
れる。
圧縮機１８２を出る窒素の残部は圧縮機１８４を通って
流れず、その代り直接熱交換器を流入空気流に対して併
流で通って戻される。生成する冷却窒素を次に凝縮器−
リボイラー１５２に通すと、冷却窒素自体は凝縮され、
凝縮器−リボイラー１５２を通る酸素富化液体流をリボ
イルする。生成する液体窒素を熱交換器１７６の窒素入
口より上流部分で、凝縮器−リボイラー１５２を出る液
体酸素流と一緒にする。
流体流の導入時の圧力を塔１４０の圧力に減するために
、液体流を膨張弁（図示せず）に通して塔１４０に導入
することは理解されよう。
第２（２Ｉに示した装置に種々な変更及び修正を加える
ことができる０例えば、精製装置１２６を出る空気流を
熱交換器１２８自体ではなく、熱交換器１２８の上流で
主流（＋ａａｉｎ　　５ｔｒｅａｋｓ）と副流（＋１ｎ
ｏｒ　　５ｔｒｅａ＋ａ）に分割することもできる。副
流は次に付加的な圧縮機内で圧縮し、熱交換器１２８内
で冷却し、熱交換器１２８からその高温端部温度と低温
端部温度との中間の温度で取出し、膨張タービン１５８
内で膨張させる。生成する空気流を次に、第２図に示す
ように塔１４０に導く。
タービン１５８によって任意に付加的な圧縮機をも駆動
することができる。また、精製装置１２６を再生する代
替方法を用いることもできる０例えば、全ての窒素生成
物を高圧精留塔１３０から取出す、すなわち熱交換器１
２８の高温端部と圧縮ｆｉ１８２の入口との中間から、
精製装置１２６のモレキュラーシーブ床を再生するため
に低圧窒素流を取出さず、高圧窒素流の一部を用いて、
精製日、〜 装置１２６を再生する。このようにして、タービン１１
６に窒素が達する速度は最大になる。このプロセスに低
温を与える（１加的な手段または代替手段が多く存在す
ることも理解されよう、窒素は窒素熱交換器１２８を４
種類の圧力レベルで通過するので、これらのいずれか２
レベル間でのタービンにおける窒素の膨張がプロセスに
正味低温を与える機会を生ずる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を説明する、簡単化した概略回路図であ
り； 第２図は本発明による装置の、燃料ガスと電力の両方を
生ずるプロセスへのｍ込みを説明する概略回路図である
。 ２．１０，１２２，１２８，１７８・・・熱交換器４．
１３０・・・高圧精留塔　　　６，１４０・・・低圧精
留塔２６．１３４・・・リボイラー　　３０・・・ポン
プ３４．１０８・・・圧縮機 ３８．１１６，１５８・・・タービン　１０２・・・ガ
ス化装置、高炉１０４・・・発電所　　　　　１０６・
・・空気分離プラント１２６・・・精製装置 （外４名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、次の工程： （ａ）圧縮空気供給流から二酸化炭素と水蒸気を除去し
    、供給流の温度を極低温における精留によるその分離に
    適したレベルにまで下げる工程； （ｂ）その空気流を高圧精留塔に導入し、高圧精留塔へ
    の液体窒素還流を形成し、高圧精留塔で空気を酸素富化
    フラクションと窒素富化フラクションとに分離する工程
    ； （ｃ）高圧精留塔から窒素富化液体流を取出す工程； （ｄ）高圧精留塔から酸素富化液体流を取出し、これを
    低圧精留塔に通し、低圧精留塔においてこれを酸素フラ
    クションと窒素フラクションとに分離する工程； （ｅ）低圧精留塔から酸素流と窒素流とを取出す工程；
    及び （ｆ）熱ポンプサイクルを操作して、低圧精留塔へのリ
    ボイルと両精留塔への還流とを形成する工程 を含む空気分離方法。 ２、空気圧縮機を用いて被分離空気を圧縮し、圧縮空気
    を発電に用いるガスタービンに連通した燃焼室に供給し
    ； 高圧精留塔からの窒素流を燃焼室またはタービンの上流
    部分での燃焼生成物に供給することによつて、窒素から
    仕事を回収する 請求項１記載の方法。 ３、液化空気を高圧塔に導入する付加的工程を含む請求
    項１または２記載の方法。 ４、液化空気を低圧塔に導入する付加的工程を含む請求
    項１〜３のいずれかに記載の方法。 ５、冷却空気流を取出し、これを膨張タービン内で膨張
    させて、生成した膨張空気流を低圧塔に導入する付加的
    工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。 ６、熱ポンプサイクルの作動流体が窒素であり、このサ
    イクルが低圧精留塔への液化窒素導入と、低圧精留塔か
    らの窒素ガス取出とを含む請求項１〜５のいずれかに記
    載の方法。７、高圧塔の操作圧力が９〜２５絶対気圧の
    範囲内であり、低圧塔の操作圧力が２〜１０絶対気圧の
    範囲内である請求項１〜６のいずれかに記載の方法。 ８、次の要素 （ａ）供給空気流を圧縮するための圧縮機； （ｂ）供給空気流から二酸化炭素と水蒸気とを分離する
    手段； （ｃ）空気流の温度を極低温精留による分離に適したレ
    ベルにまで冷却するための熱交換手段； （ｄ）液体窒素還流入口、窒素流出口及び酸素富化液体
    流用の他の出口を有し、空気流の熱交換手段を通る通路
    の低温端部と連通する高圧精留塔； （ｅ）酸素富化液体流用の前記出口と連通した入口を有
    し、分離した酸素流と窒素流との出口を有する低圧精留
    塔；及び （ｆ）低圧精留塔へのリボイルと再精留塔への還流とを
    生ずるための熱ポンプ回路 を含む、空気分離装置。 ９、空気圧縮機及びガスタービンによる駆動に適合した
    発電用同期発電機に連通した燃焼室を有するガスタービ
    ンをさらに含み、 燃焼室が高圧精留塔からの高圧窒素ガス流路と連通する
    入口または出口を有する請求項８記載の装置。 １０、酸素富化液体流をその液体の液化温 度以下の温度に冷却するための熱変換器と、この液体流
    の一部を気化させるための他の熱交換器とを含み、低圧
    塔が前記気化部分のための前記他の熱交換器内の通路と
    連通する入口を有する請求項８または９記載の装置。 １１、熱ポンプ回路が窒素ガスの低圧精留塔からの出口
    と液体窒素ガスの低圧精留塔への入口とを含む請求項８
    〜１０のいずれかに記載の装置。
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