JPH02197788A - 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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- JPH02197788A JPH02197788A JP1268852A JP26885289A JPH02197788A JP H02197788 A JPH02197788 A JP H02197788A JP 1268852 A JP1268852 A JP 1268852A JP 26885289 A JP26885289 A JP 26885289A JP H02197788 A JPH02197788 A JP H02197788A
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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。
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、特に部分的酸化反応に用いる酸素を
製造するための空気分離に関する。
製造するための空気分離に関する。
部分酸化反応、特に天然ガスから合成ガスを製造するた
めに必要な部分的酸化反応は、空気を分離して、例えば
１日に数百トンの［を製造する極低温プラントで生成す
る酸素を典型的に用いる。
めに必要な部分的酸化反応は、空気を分離して、例えば
１日に数百トンの［を製造する極低温プラントで生成す
る酸素を典型的に用いる。
この酸素は典型的に１０％までの不純物（主どして窒素
）を含む、空気分離プラントは窒素をも生成する。
）を含む、空気分離プラントは窒素をも生成する。
空気分離プラントで生成する窒素から仕事（Ｗ。
ｒｋ）を回収することは、有利であることが知られてい
る。米国特許第２，５２０，８６２号と第３，３７１，
４９５号は典型的には圧縮後にガスタービン中で窒素生
成物から仕事を回収する方法を開示している。窒素を用
いて、ガスタービンに結合した圧縮室中の圧力を制御す
ることによって、圧縮室中での窒素酸化物の生成速度を
も減する。タービンを用いて同期発電機を駆動し、この
ようにして空気分離プラントで用いる空気圧縮器に電気
を供給することができる。従って、空気分離プロセスの
エネルギー必要量の全部でないとしても大部分が満たさ
れる。
る。米国特許第２，５２０，８６２号と第３，３７１，
４９５号は典型的には圧縮後にガスタービン中で窒素生
成物から仕事を回収する方法を開示している。窒素を用
いて、ガスタービンに結合した圧縮室中の圧力を制御す
ることによって、圧縮室中での窒素酸化物の生成速度を
も減する。タービンを用いて同期発電機を駆動し、この
ようにして空気分離プラントで用いる空気圧縮器に電気
を供給することができる。従って、空気分離プロセスの
エネルギー必要量の全部でないとしても大部分が満たさ
れる。
英国特許明細書第１，４５５，９６０号では、窒素生成
物から仕事を回収するための改良方法が開示されている
。この方法は空気分離プラントと蒸気発生器との熱力学
的結合を含む、窒素生成物は蒸気発生器での蒸気発生用
の煙道ガスと、窒素生成物に高グレード温度を与えて、
６００℃より高い温度に加熱するように熱交換される。
物から仕事を回収するための改良方法が開示されている
。この方法は空気分離プラントと蒸気発生器との熱力学
的結合を含む、窒素生成物は蒸気発生器での蒸気発生用
の煙道ガスと、窒素生成物に高グレード温度を与えて、
６００℃より高い温度に加熱するように熱交換される。
窒素生成物は仕事膨張されて、その必要熱エネルギーの
大部分を機械的エネルギーに変える。煙道ガスと窒素生
成物との熱交換の下流で、煙道ガスによって蒸気が発生
する。仕事−膨張した窒素生成物中の残留有効熱を用い
て、蒸気発生器に入る流体を予熱する。
大部分を機械的エネルギーに変える。煙道ガスと窒素生
成物との熱交換の下流で、煙道ガスによって蒸気が発生
する。仕事−膨張した窒素生成物中の残留有効熱を用い
て、蒸気発生器に入る流体を予熱する。
英国特許明細書第１，４５５，９６０号に述べられてい
る方法は多くの欠点を有している。第１に、高等級熱を
蒸気発生に用いることは蒸気に要する資本経費を上昇さ
せる。第３に、空気分離プロセスから回収された熱を輸
出用の非常に過度に多量の電気の発生に利用することが
可能であるが、英国特許第１，４５５，９６０号による
方法はこの可能性自体を利用していない、第４に、適当
な蒸気発生プラントが空気分離プラントの現場で利用す
ることができない。
る方法は多くの欠点を有している。第１に、高等級熱を
蒸気発生に用いることは蒸気に要する資本経費を上昇さ
せる。第３に、空気分離プロセスから回収された熱を輸
出用の非常に過度に多量の電気の発生に利用することが
可能であるが、英国特許第１，４５５，９６０号による
方法はこの可能性自体を利用していない、第４に、適当
な蒸気発生プラントが空気分離プラントの現場で利用す
ることができない。
本発明は空気分離からの酸素生成物が参加する化学プロ
セスからの高温流体との熱交換によって窒素を加熱する
、窒素流からの仕事の回収方法に関する。従って、蒸気
発生に高グ１−−ド熱を用いることが避けられる１本発
明によると、空気を酸素と窒素とに分離し、酸素流を高
温で実施され、生成物または廃棄物として高温ガス流を
生ずる化学プロセスに供給し、窒素流は少なくとも５気
圧（好ましくは少なくとも１０気圧）において高温ガス
流との熱交換によって少なくとも７００℃（好ましくは
少なくとも１０００℃）の温度に加熱し、このように加
熱した窒素流をタービン内で外部仕事の作用によって膨
張させる複合方法を提供する。
セスからの高温流体との熱交換によって窒素を加熱する
、窒素流からの仕事の回収方法に関する。従って、蒸気
発生に高グ１−−ド熱を用いることが避けられる１本発
明によると、空気を酸素と窒素とに分離し、酸素流を高
温で実施され、生成物または廃棄物として高温ガス流を
生ずる化学プロセスに供給し、窒素流は少なくとも５気
圧（好ましくは少なくとも１０気圧）において高温ガス
流との熱交換によって少なくとも７００℃（好ましくは
少なくとも１０００℃）の温度に加熱し、このように加
熱した窒素流をタービン内で外部仕事の作用によって膨
張させる複合方法を提供する。
本発明は空気を酸素と窒素とに分離する装置酸素が参加
する化学プロセスを実施し、使用中に高温ガス流を生ず
る１個以上の化学反応器；少なくとも５気圧の圧力にお
いて高温ガス流と窒素流とを熱交換させるための熱交換
器；及びこのように加熱した窒素を外部仕事の作用によ
ってＩＢ張させる膨張タービンから成る、上記方法を実
施するための装置をも提供する。
する化学プロセスを実施し、使用中に高温ガス流を生ず
る１個以上の化学反応器；少なくとも５気圧の圧力にお
いて高温ガス流と窒素流とを熱交換させるための熱交換
器；及びこのように加熱した窒素を外部仕事の作用によ
ってＩＢ張させる膨張タービンから成る、上記方法を実
施するための装置をも提供する。
膨張窒素の少なくとも一部を用いて、化学プロセスに参
加する少なくとも１種類の流体反応物質を予熱すること
が好ましい。
加する少なくとも１種類の流体反応物質を予熱すること
が好ましい。
窒素はコンプレッサを用いて、好ましい圧力に昇圧させ
ることができる。典型的には、空気分離に広範囲に用い
られる慣習的なキング（Ｋｉｎｇ）の二重基において空
気を分離する。このような二重基を用いる場合には、低
圧塔は３〜４絶対気圧の圧力において有利に操作される
が、このような塔の操作は通常１〜２絶対気圧の圧力に
おいて実施される。さらに、窒素を低圧で製造する場合
よりも軽度の圧縮が必要である１本発明による方法で実
施される外部仕事は空気分離装置に入る空気流または空
気分離装置から出る生成物流の圧縮であるが、空気分離
以外のプロセス用すなわち輸出用の電気の発生である。
ることができる。典型的には、空気分離に広範囲に用い
られる慣習的なキング（Ｋｉｎｇ）の二重基において空
気を分離する。このような二重基を用いる場合には、低
圧塔は３〜４絶対気圧の圧力において有利に操作される
が、このような塔の操作は通常１〜２絶対気圧の圧力に
おいて実施される。さらに、窒素を低圧で製造する場合
よりも軽度の圧縮が必要である１本発明による方法で実
施される外部仕事は空気分離装置に入る空気流または空
気分離装置から出る生成物流の圧縮であるが、空気分離
以外のプロセス用すなわち輸出用の電気の発生である。
化学プロセスはガス化プロセスまたは酸化鉄の直接還元
による鋼の製造プロセスである。しかし、本発明は部分
的酸化反応、特に天然ガスの合成ガスへの転化の実施へ
の使用に特に適している。このような反応では、部分的
酸化を実施する反応器に入る前に天然ガスを予熱するこ
とが望ましいが、天然ガス中の高級炭化水素が４００℃
より高い温度において炭素を沈積する傾向があるために
、これらの炭化水素の存在が天然ガスを実際に予熱する
温度を限定する０本発明のさらに好ましい特徴によると
、天然ガスを精製して、純粋のメタン生成物を得、この
純粋メタン生成物を少なくとも６００°Ｃの温度に予熱
してから、部分的酸化を実施する反応器に導入すること
が好ましい、天然ガスの精製でメタンから分離される高
級炭化水素は部分的酸化が実施される反応器に、予熱せ
ずにまたは適当な低温にのみ予熱して、供給することが
できる。
による鋼の製造プロセスである。しかし、本発明は部分
的酸化反応、特に天然ガスの合成ガスへの転化の実施へ
の使用に特に適している。このような反応では、部分的
酸化を実施する反応器に入る前に天然ガスを予熱するこ
とが望ましいが、天然ガス中の高級炭化水素が４００℃
より高い温度において炭素を沈積する傾向があるために
、これらの炭化水素の存在が天然ガスを実際に予熱する
温度を限定する０本発明のさらに好ましい特徴によると
、天然ガスを精製して、純粋のメタン生成物を得、この
純粋メタン生成物を少なくとも６００°Ｃの温度に予熱
してから、部分的酸化を実施する反応器に導入すること
が好ましい、天然ガスの精製でメタンから分離される高
級炭化水素は部分的酸化が実施される反応器に、予熱せ
ずにまたは適当な低温にのみ予熱して、供給することが
できる。
本発明による方法と装置を添付図面を参照しなから例に
よって説明するが、添付図面の第１図、第３図と第４図
はそれぞれ本発明を説明する全体的な概略線図であり、
第２図は部分酸化−空気分離複合装置の概略図である。
よって説明するが、添付図面の第１図、第３図と第４図
はそれぞれ本発明を説明する全体的な概略線図であり、
第２図は部分酸化−空気分離複合装置の概略図である。
図面の第１図では、空気コンプレッサー４を含む空気分
離装置２を示す、空気分離装置は技術上周知の方法によ
って、空気を酸素生成物と窒素生成物に分離することが
できる。酸素をプラント６に供給し、プラント６では反
応物質が流体生成物を形成し、流体生成物はプラント６
からパイプライン１０を通して取出される。窒素は少な
くとも５気圧の圧力で製造され、熱交換器１４を貫通す
る導管６を通って流れる０Ｍ素は熱交換器１４内で少な
くとも７００℃に加熱される。この熱は高温流体流をプ
ラント６から取出して、熱交換器１４を貫通する導管１
６に高温流体流が窒素と自流で流れるように通すことに
よって得られる。これによって流体流は冷却され、通常
はブランｌ−６に戻される。
離装置２を示す、空気分離装置は技術上周知の方法によ
って、空気を酸素生成物と窒素生成物に分離することが
できる。酸素をプラント６に供給し、プラント６では反
応物質が流体生成物を形成し、流体生成物はプラント６
からパイプライン１０を通して取出される。窒素は少な
くとも５気圧の圧力で製造され、熱交換器１４を貫通す
る導管６を通って流れる０Ｍ素は熱交換器１４内で少な
くとも７００℃に加熱される。この熱は高温流体流をプ
ラント６から取出して、熱交換器１４を貫通する導管１
６に高温流体流が窒素と自流で流れるように通すことに
よって得られる。これによって流体流は冷却され、通常
はブランｌ−６に戻される。
少なくとも７００℃の温度で熱交換器１４を出る窒素流
は次にタービン１８に入り、そこで外部仕事の作用（典
型的には電気の発生）によって膨張する。タービン１８
を出る窒素流の少なくとも一部を用いて、プラント６に
供給される流体反応物の１種頭以上を予熱する。この予
熱は熱交換器２０で実施される。
は次にタービン１８に入り、そこで外部仕事の作用（典
型的には電気の発生）によって膨張する。タービン１８
を出る窒素流の少なくとも一部を用いて、プラント６に
供給される流体反応物の１種頭以上を予熱する。この予
熱は熱交換器２０で実施される。
プラント６は例えば炭質燃料のガス化、酸化鉄の直接還
元、部分的酸化、例えば天然ガスのような炭化水素から
合成ガスの形成等の広範囲なプロセスの実施に用いられ
る。これらのプロセスは全て熱を発生するので、その結
果窒素との熱交換のための高温流体流が容易に得られる
。従って、窒素流の加熱のために高グレード熱を利用す
ることができ、この窒素流からタービン１８内で仕事を
回収することができるので、窒素との熱交換は蒸気発生
よりも熱力学的により効果的な、この熱の利用法でふる
。
元、部分的酸化、例えば天然ガスのような炭化水素から
合成ガスの形成等の広範囲なプロセスの実施に用いられ
る。これらのプロセスは全て熱を発生するので、その結
果窒素との熱交換のための高温流体流が容易に得られる
。従って、窒素流の加熱のために高グレード熱を利用す
ることができ、この窒素流からタービン１８内で仕事を
回収することができるので、窒素との熱交換は蒸気発生
よりも熱力学的により効果的な、この熱の利用法でふる
。
第３図では、第１図に示したプラントの変形を示す。両
プラントにおける同じ部分は同じ参照番号によって示す
、第３図に示すプラントとその操作は一般的に第１図に
示すプラントと同じであるが、膨張タービン１８を出る
窒素流の付加的な一部を用いて導管１２を流れる窒素流
を熱交換器１４に入る上流領域で予熱する。この予熱は
熱交換器１５における向流熱交換によって行われる。
プラントにおける同じ部分は同じ参照番号によって示す
、第３図に示すプラントとその操作は一般的に第１図に
示すプラントと同じであるが、膨張タービン１８を出る
窒素流の付加的な一部を用いて導管１２を流れる窒素流
を熱交換器１４に入る上流領域で予熱する。この予熱は
熱交換器１５における向流熱交換によって行われる。
次に第２図では、空気は空気分離装置３２に通されて酸
素生成物と窒素生成物になる。Ｐｉ素生成物は天然ガス
をメタンに転化する部分的酸化プロセスへの使用に適し
たものにするために、ごく微量の不純物を含むにすぎな
いことが望ましい、酸素は例えば０．５容量％の不純物
（−最にはアルゴンと窒素）を含むことができる。空気
分離装置３２はこの明細書の導入部分で考察したような
先行技術の明細書のいずれかに述べられている装置であ
りうる０例えば慣習的な二重塔形式が用いられる。部分
的酸化プロセスは典型的に、酸素を取り出す精留塔（図
示せず）の圧力よりも高い圧力で酸素を供給することを
必要とする。従って、空気分離装置３２は酸素コンプレ
ッサー（図示せず）を含むかまたは酸素を液体酸素のボ
ンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ＞によって好ましい圧力で製
造する、空気分離装置３２は窒素生成物をも製造する。
素生成物と窒素生成物になる。Ｐｉ素生成物は天然ガス
をメタンに転化する部分的酸化プロセスへの使用に適し
たものにするために、ごく微量の不純物を含むにすぎな
いことが望ましい、酸素は例えば０．５容量％の不純物
（−最にはアルゴンと窒素）を含むことができる。空気
分離装置３２はこの明細書の導入部分で考察したような
先行技術の明細書のいずれかに述べられている装置であ
りうる０例えば慣習的な二重塔形式が用いられる。部分
的酸化プロセスは典型的に、酸素を取り出す精留塔（図
示せず）の圧力よりも高い圧力で酸素を供給することを
必要とする。従って、空気分離装置３２は酸素コンプレ
ッサー（図示せず）を含むかまたは酸素を液体酸素のボ
ンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ＞によって好ましい圧力で製
造する、空気分離装置３２は窒素生成物をも製造する。
生成物が１０気圧未満の圧力で製造される場合には、生
成物を供給する膨張タービン４８の好ましい入口圧力に
応じて、コンプレッサー３４を用いて圧力を少なくとも
５気圧、好ましくは少なくとも１０気圧に高めることが
好ましい、コンプレッサー３４は水冷却装置を備えない
ので、窒素は典型的に１５０℃のオーダーの温度でコン
プレッサーを出る。
成物を供給する膨張タービン４８の好ましい入口圧力に
応じて、コンプレッサー３４を用いて圧力を少なくとも
５気圧、好ましくは少なくとも１０気圧に高めることが
好ましい、コンプレッサー３４は水冷却装置を備えない
ので、窒素は典型的に１５０℃のオーダーの温度でコン
プレッサーを出る。
酸素流と窒素流の両方は部分的酸化反応に関連して、下
記で説明するように用いられる０部分的酸化では、天然
ガスが酸素によって部分的に酸化されて、特定の一酸化
炭素含量を有する合成ガスを形成する０部分的酸化反応
を実施する反応器は参照番号３６によって示す０反応器
３６を用いて、反応物質が天然ガスと比較的純粋な酸素
である、公知の部分的酸化プロセスを実施することがで
きる。〔このようなプロセスの１例はダブりニー・二）
・ブランド（Ｈ，Ｆ、Ｂｒａｎｄ）とアール・エル・ダ
ヴイッドソン（Ｒ，ｆ、、Ｄａｖｉｄｓｏｎ ）による
ｍ）’１７ Ｆ ７’工（Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｉｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）、マグロウ−ヒル
（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｔ ｌ ） １９６７、第３章。
記で説明するように用いられる０部分的酸化では、天然
ガスが酸素によって部分的に酸化されて、特定の一酸化
炭素含量を有する合成ガスを形成する０部分的酸化反応
を実施する反応器は参照番号３６によって示す０反応器
３６を用いて、反応物質が天然ガスと比較的純粋な酸素
である、公知の部分的酸化プロセスを実施することがで
きる。〔このようなプロセスの１例はダブりニー・二）
・ブランド（Ｈ，Ｆ、Ｂｒａｎｄ）とアール・エル・ダ
ヴイッドソン（Ｒ，ｆ、、Ｄａｖｉｄｓｏｎ ）による
ｍ）’１７ Ｆ ７’工（Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｉｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）、マグロウ−ヒル
（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｔ ｌ ） １９６７、第３章。
１４４〜１４５頁に述べられているテキサコプロセス（
Ｔｅｘａｅｏ Ｐｒｏｃｅｓｓ）である、〕部分的酸化
反応器３６で反応する天然ガスは最初に天然ガス精製装
置３８において精製する。装置３８は例えば極低温凍結
と分離による公知の天然ガス精製装置を含む、適当な装
置の１例は イル アントス ジャーナル（Ｏｉｌ ＆
Ｇａｓ Ｊａｕｒｎａｌ ） 、１９７７年７月号、
６０頁に述べられている。
Ｔｅｘａｅｏ Ｐｒｏｃｅｓｓ）である、〕部分的酸化
反応器３６で反応する天然ガスは最初に天然ガス精製装
置３８において精製する。装置３８は例えば極低温凍結
と分離による公知の天然ガス精製装置を含む、適当な装
置の１例は イル アントス ジャーナル（Ｏｉｌ ＆
Ｇａｓ Ｊａｕｒｎａｌ ） 、１９７７年７月号、
６０頁に述べられている。
精製装置３８からの純粋なメタン流を次に部分的酸化装
置に通してその温度を約周囲温度から６００℃〜１１０
０℃までの温度に高める。メタンを予熱する温度を選択
する場合には、メタン加熱交換器３つまたは４０におい
て熱分解するほど高くない温度を選択するように注意す
べきである。
置に通してその温度を約周囲温度から６００℃〜１１０
０℃までの温度に高める。メタンを予熱する温度を選択
する場合には、メタン加熱交換器３つまたは４０におい
て熱分解するほど高くない温度を選択するように注意す
べきである。
次にメタンを部分的酸化装置３６に導入する。メタンは
反応器３６内で空気分離装置３２から供給する酸素流と
反応させる。酸素は熱交換器１２内で２００℃を超えな
い温度に予熱する（２００℃より高い温度は危険である
ように思われる）０次に酸素を部分的酸化装置３６に導
入すると、酸素はメタン及び天然ガス精製装置３８から
直接、予熱されずに、反応器３６に供給される高級炭化
水素と反応する。１３００℃の温度を有する高温合成ガ
スが部分酸化反応器３６を出る０合成ガスを用いて、コ
ンプレッサー３４からの圧縮窒素を予熱するか、または
このようなコンプレッサーを用いない場合には、空気分
離装置３２から直接取り出される窒素を予熱する。予熱
は熱交換器４４内で行われる。合成ガスは熱交換器４４
を約４００℃の温度で出て、次にすす粒子を除くために
スクラビング（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ）されて（図示し
ない手段によって）から、反応して、例えばガソリン、
チロセン、アンモニアまたは尿素のような、水素を含む
１種類以上の流体化学化合物を製造する。窒素は熱交換
器４４を１２５０°Ｃのオーダーの温度で出る０次に窒
素を主流と小流に分割する。約２０％の窒素を含む小流
は熱交換器３９の加熱と、部分的酸化反応器３６に入る
前のメタンを予熱する熱交換器４０の加熱の一部とを実
施する。従って、この小流を熱交換器３つと４０に連続
的に、メタン流に対して向流でブロアー４６によって通
して、熱交換器４４に導入する前の窒素流に戻す。
反応器３６内で空気分離装置３２から供給する酸素流と
反応させる。酸素は熱交換器１２内で２００℃を超えな
い温度に予熱する（２００℃より高い温度は危険である
ように思われる）０次に酸素を部分的酸化装置３６に導
入すると、酸素はメタン及び天然ガス精製装置３８から
直接、予熱されずに、反応器３６に供給される高級炭化
水素と反応する。１３００℃の温度を有する高温合成ガ
スが部分酸化反応器３６を出る０合成ガスを用いて、コ
ンプレッサー３４からの圧縮窒素を予熱するか、または
このようなコンプレッサーを用いない場合には、空気分
離装置３２から直接取り出される窒素を予熱する。予熱
は熱交換器４４内で行われる。合成ガスは熱交換器４４
を約４００℃の温度で出て、次にすす粒子を除くために
スクラビング（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ）されて（図示し
ない手段によって）から、反応して、例えばガソリン、
チロセン、アンモニアまたは尿素のような、水素を含む
１種類以上の流体化学化合物を製造する。窒素は熱交換
器４４を１２５０°Ｃのオーダーの温度で出る０次に窒
素を主流と小流に分割する。約２０％の窒素を含む小流
は熱交換器３９の加熱と、部分的酸化反応器３６に入る
前のメタンを予熱する熱交換器４０の加熱の一部とを実
施する。従って、この小流を熱交換器３つと４０に連続
的に、メタン流に対して向流でブロアー４６によって通
して、熱交換器４４に導入する前の窒素流に戻す。
熱交換器を出る窒素流の大部分は膨張タービン４８内で
外部仕事の作用によって膨張する。典型的には、タービ
ン４８を用いて発電所の周期発電機（図示せず）を駆動
Ｉ７て電気を発生させるが、この代りに市販のガスター
ビンにおけるようにタービン４８を空気コンプレッサー
に結合させることもできる。この場合には、動力インプ
ットを高めるために若干の燃料をガスタービン内で付加
的に燃焼させる。このようにして電気が発生し、窒素は
タービン４８を約６００℃の温度と１．１気圧の圧力に
おいて出る。
外部仕事の作用によって膨張する。典型的には、タービ
ン４８を用いて発電所の周期発電機（図示せず）を駆動
Ｉ７て電気を発生させるが、この代りに市販のガスター
ビンにおけるようにタービン４８を空気コンプレッサー
に結合させることもできる。この場合には、動力インプ
ットを高めるために若干の燃料をガスタービン内で付加
的に燃焼させる。このようにして電気が発生し、窒素は
タービン４８を約６００℃の温度と１．１気圧の圧力に
おいて出る。
膨張タービン４８を出る窒素の一部（典型的には２０％
）を用い、酸素流に対して向流で熱交換器４２を通すこ
とによって酸素を加熱する。他の部分（典型的に５０％
）を用いて、熱交換器４０内のメタンを付加的に加熱し
て、メタン流に対して自流で熱交換器４０を通す、ｍ張
タービン４８から取出した窒素流は熱交換器４０．４２
をそれぞれ通過した後に、大気に放出される。膨張ター
ビン４８から取出され、熱交換器４０また４２で用いら
れない膨張窒素部分（典型的に３０％）を用いて、蒸気
発生器（図示せず）が利用可能であるならば、蒸気を発
生させることができる。
）を用い、酸素流に対して向流で熱交換器４２を通すこ
とによって酸素を加熱する。他の部分（典型的に５０％
）を用いて、熱交換器４０内のメタンを付加的に加熱し
て、メタン流に対して自流で熱交換器４０を通す、ｍ張
タービン４８から取出した窒素流は熱交換器４０．４２
をそれぞれ通過した後に、大気に放出される。膨張ター
ビン４８から取出され、熱交換器４０また４２で用いら
れない膨張窒素部分（典型的に３０％）を用いて、蒸気
発生器（図示せず）が利用可能であるならば、蒸気を発
生させることができる。
部分的酸化反応器６に入る酸素とメタンとの予熱が部分
的酸化プロセスの熱エネルギーの必要条件の全てを満た
すために充分ではないことは理解されるであろう。しか
し、これらの尼・要条件を有意に軽減することは可能で
ある。本発明には部分的酸化反応器３６の出口温度を維
持するために、天然ガスの低レベルの本質的に完全な燃
焼を可能にするので、このようにして酸素とメタンの両
ガスのプロセス必要条件を軽減することができる。
的酸化プロセスの熱エネルギーの必要条件の全てを満た
すために充分ではないことは理解されるであろう。しか
し、これらの尼・要条件を有意に軽減することは可能で
ある。本発明には部分的酸化反応器３６の出口温度を維
持するために、天然ガスの低レベルの本質的に完全な燃
焼を可能にするので、このようにして酸素とメタンの両
ガスのプロセス必要条件を軽減することができる。
本発明の方法によって可能になる動力の正味の節約を次
の例によって説明する： 図面の第４図では、空気流をコンプレッサー６０内で圧
縮する。圧縮空気流を二重塔（図示せず）を用いる空気
分離プラント６２内で分離する。
の例によって説明する： 図面の第４図では、空気流をコンプレッサー６０内で圧
縮する。圧縮空気流を二重塔（図示せず）を用いる空気
分離プラント６２内で分離する。
プラント６２は低圧塔（図示せず）から酸素生成物流と
窒素生成物流とを生ずる。酸素生成物流はコンプレッサ
ー６４内で圧縮してから、プラント６６にまで通し、そ
こで例えば部分酸素反応に用いる。プラント６６は１つ
以上の高温流体流を生じ、これらは熱交換器６８の加熱
に用いられる。
窒素生成物流とを生ずる。酸素生成物流はコンプレッサ
ー６４内で圧縮してから、プラント６６にまで通し、そ
こで例えば部分酸素反応に用いる。プラント６６は１つ
以上の高温流体流を生じ、これらは熱交換器６８の加熱
に用いられる。
窒素生成物流はコンプレッサー７０内で１６ｂａｒの圧
力に圧縮される。これが圧縮されてから、熱交換器６８
を通ることによって、高温窒素流の温度はさらに上昇し
て１３７３Ｋになる。この温度において、生成する高温
窒素流は膨張タービン７４に入り、そこで膨張する。こ
れは１−０５ｂａｒの圧力、７５３にの温度においてタ
ービン７４を出る。次に膨張窒素流は熱交換器７２をコ
ンプレッサー７０からの窒素流に対して自流で貫流する
。
力に圧縮される。これが圧縮されてから、熱交換器６８
を通ることによって、高温窒素流の温度はさらに上昇し
て１３７３Ｋになる。この温度において、生成する高温
窒素流は膨張タービン７４に入り、そこで膨張する。こ
れは１−０５ｂａｒの圧力、７５３にの温度においてタ
ービン７４を出る。次に膨張窒素流は熱交換器７２をコ
ンプレッサー７０からの窒素流に対して自流で貫流する
。
本発明による方法の１例では、コンプレッサー６０は出
口圧力５．８ｂａｒを有し、酸素コンプレッサー６４は
入口圧力１．３ｂａｒと出口圧力４０ｂａｒを有し、窒
素コンプレッサー７０は入口圧力１ｂａｒと出口圧力１
０．８ｂａｒを有する。この例では、タービン７４は入
口圧力１０ｂａｒと出口圧力１．０５ｂａｒを有する。
口圧力５．８ｂａｒを有し、酸素コンプレッサー６４は
入口圧力１．３ｂａｒと出口圧力４０ｂａｒを有し、窒
素コンプレッサー７０は入口圧力１ｂａｒと出口圧力１
０．８ｂａｒを有する。この例では、タービン７４は入
口圧力１０ｂａｒと出口圧力１．０５ｂａｒを有する。
本発明による方法の第２例では、コンプレッサー６０は
出口圧力１０ｂａｒを有し、酸素コンプレッサーは入口
圧力３ ｂａｒと出口圧力４０ｂａｒを有し、窒素コン
プレッサー７０は入口圧力２ 、７ ｂａｒと出口圧力
１０．８ｂａｒを有する。この例では、タービン７４は
入口圧力ＩＱｂａｒと出口圧力１．０５ｂａｒを有する
。
出口圧力１０ｂａｒを有し、酸素コンプレッサーは入口
圧力３ ｂａｒと出口圧力４０ｂａｒを有し、窒素コン
プレッサー７０は入口圧力２ 、７ ｂａｒと出口圧力
１０．８ｂａｒを有する。この例では、タービン７４は
入口圧力ＩＱｂａｒと出口圧力１．０５ｂａｒを有する
。
両開における正味の動力消費量は次の条件を想定して算
出することができる （ａ） 酸素必要量、９５％純度において２０Ｑ Ｑ
ｔｏｎ／日 （ｂ） 総圧縮仕事は等温効率７０％において実施 （Ｃ） 高温窒素タービンの等エントロピー効率は８
９％ この正味の動力消費量は、窒素流から仕事を回収せず、
そのため窒素の圧縮も膨張も実施しないが、他の点では
操作パラメーターが第１例と同じである第３例の動力消
費量及び−服に第３例と同じであるが、プラント６６か
ら５１ＭＷの熱を回収して、３９％の効率で作動する流
れ発生サイクルによって電力に転換した第４例の動力消
費量と比較することができる。
出することができる （ａ） 酸素必要量、９５％純度において２０Ｑ Ｑ
ｔｏｎ／日 （ｂ） 総圧縮仕事は等温効率７０％において実施 （Ｃ） 高温窒素タービンの等エントロピー効率は８
９％ この正味の動力消費量は、窒素流から仕事を回収せず、
そのため窒素の圧縮も膨張も実施しないが、他の点では
操作パラメーターが第１例と同じである第３例の動力消
費量及び−服に第３例と同じであるが、プラント６６か
ら５１ＭＷの熱を回収して、３９％の効率で作動する流
れ発生サイクルによって電力に転換した第４例の動力消
費量と比較することができる。
−例Ｉ Ｊｉ ｎ 」トし
３６・・・部分酸化反応器。
空気圧縮 ２１．２ ２８．２ ２１．２
２１．２酸素圧縮 ９．６ ６．７ ９．６
９．６窒素圧縮 ２３．８ １３．４ （高温窒素膨張） （４９，０） （４９，０）
−（水蒸気膨張） −−−（２０，０）（正
味動力必要量） ４．８ ３０．８ １
０．８（正味過剰動力） （０，７＞この
表から、例１と２における動力必要量が例３と例４にお
けるよりも有意に少ないことが分る。
２１．２酸素圧縮 ９．６ ６．７ ９．６
９．６窒素圧縮 ２３．８ １３．４ （高温窒素膨張） （４９，０） （４９，０）
−（水蒸気膨張） −−−（２０，０）（正
味動力必要量） ４．８ ３０．８ １
０．８（正味過剰動力） （０，７＞この
表から、例１と２における動力必要量が例３と例４にお
けるよりも有意に少ないことが分る。
さらに、例２の二重基を通常よりも高い圧力で操作する
ことによって、動力の正味総量の発生が可能になる。
ことによって、動力の正味総量の発生が可能になる。
第１図、第３図及び第４図はそれぞれ本発明を説明する
全体的な概略線図であり、第２図は部分酸化−空気分離
複合装置の概略図である。 ２．３２・・・空気分離装置； ４・・・空気コンプレッサー； ６６６・・・プラント； １８・・・タービン； ２０．４０，４２．４４・・・熱交換器；図面の浄書（
内容に変更なし） 手 続 捕 正 書（方式） 事（牛の表示 平成１年特許願第２６８８５２号 発明の名称 空気分離ｈ″法及び装置 補止をする者 事件との関係 特許出願人 住所 乙 称 サ・ビーオーシー・グループ・ビニルシー ４、代理人 １土 所 東京都千代田区大手町二丁目２番］号 新人手町ビル ２０６区 １＋Ｉｉ＋Ｅ命令の日付 平成 ２年 １月３０日 （発送日）
全体的な概略線図であり、第２図は部分酸化−空気分離
複合装置の概略図である。 ２．３２・・・空気分離装置； ４・・・空気コンプレッサー； ６６６・・・プラント； １８・・・タービン； ２０．４０，４２．４４・・・熱交換器；図面の浄書（
内容に変更なし） 手 続 捕 正 書（方式） 事（牛の表示 平成１年特許願第２６８８５２号 発明の名称 空気分離ｈ″法及び装置 補止をする者 事件との関係 特許出願人 住所 乙 称 サ・ビーオーシー・グループ・ビニルシー ４、代理人 １土 所 東京都千代田区大手町二丁目２番］号 新人手町ビル ２０６区 １＋Ｉｉ＋Ｅ命令の日付 平成 ２年 １月３０日 （発送日）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、空気を酸素と窒素とに分離し、酸素流は高温で行わ
れ、生成物または廃棄物として高温ガス流を生ずる化学
プロセスに供給し、窒素流は少なくとも５気圧の圧力に
おいてその高温ガス流との熱交換によって少なくとも７
００℃の温度に加熱し、このように加熱された窒素流を
外部仕事の作用によってタービン内で膨張させる複合方
法。 ２、窒素流を少なくとも１０気圧の圧力において少なく
とも１０００℃の温度に加熱する請求項１記載の方法。 ３、外部仕事が空気分離以外のプロセスまたは輸出のた
めの電気の発生である請求項１または２記載の方法。 ４、膨張した窒素の少なくとも一部を化学プロセスに参
加する少なくとも１種類の流体反応物質の予熱に用いる
請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 ５、膨張した窒素の少なくとも一部を少なくとも５気圧
の圧力において前記窒素流の加熱に用いる請求項１〜４
のいずれかに記載の方法。 ６、化学プロセスがガス化プロセスまたは酸化鉄の直接
還元による鋼の製造プロセスである請求項１〜５のいず
れかに記載の方法。 ７、化学プロセスが部分酸化である請求項１〜５のいず
れかに記載の方法。 ８、化学プロセスが天然ガスから合成ガスへの転化であ
る請求項７記載の方法。 ９、天然ガスを精製して純粋なメタンを得、これを部分
酸化反応の上流で、膨張窒素の少なくとも一部によつて
予熱する請求項８記載の方法。 １０、空気分離用二重蒸留塔の低圧塔から３〜４気圧の
範囲内の圧力において、窒素流を取り出す請求項１〜９
のいずれかに記載の方法。 １１、次の要素： 空気を酸素と窒素に分離する装置；酸素が参加する化学
プロセスを実施し、使用中に高温ガス流を生ずる１個以
上の化学反応器；少なくとも３気圧の圧力においてその
高温ガス流と窒素流とを熱交換させる熱交換器；及びこ
のように加熱した窒素を外部仕事の作用によって膨張さ
せる膨張タービンを含む請求項１記載の方法の実施装置
。 １２、膨張窒素の少なくとも一部を化学プロセスに参加
する少なくとも一種類の流体反応物質との熱交換によつ
て予熱することのできる付加的な熱交換器を含む請求項
１１記載の装置。 １３、膨張窒素の少なくとも一部を膨張タービンからの
高温膨張窒素によって予熱することのできる付加的な熱
交換器を含む請求項１１または１２記載の装置。
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