JPH02230079A - 空気の分離による酸素製造法 - Google Patents

空気の分離による酸素製造法

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JPH02230079A
JPH02230079A JP2006067A JP606790A JPH02230079A JP H02230079 A JPH02230079 A JP H02230079A JP 2006067 A JP2006067 A JP 2006067A JP 606790 A JP606790 A JP 606790A JP H02230079 A JPH02230079 A JP H02230079A
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スコット・フラナガン
Robert A Mostello
ロバート・エイ・モステロ
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、−ａにはガス状混合物の分離に関する．さら
に詳細には本発明は、空気を分離し、そして空気圧ｗＪ
機のより少ない電力消費量にて酸素を回収する装置と方
法に関する． （従来の技術） 酸素の製造は種々の方法（例えば、蒸留、吸収、膜透過
、化学反応、及び拡散等の方法）によって行うことがで
きる．これらの方法の殆どは、小規模の酸素製造に対し
てのみ適用されている．実際的な面及び経済的採算性の
面から、工業的な使用（例えば石炭ガス化プラントにお
ける場合）に対して充分な純度を脊する多量の酸素を製
造するのに現在使用されている唯一の方法は空気の蒸留
である． 空気の蒸留によるガス状酸素の製造に使用される装置は
、−ａには５つの主要なゾーンに分かれている．空気圧
縮ゾーンは、大気圧からの空気を引き続き行われる処理
に必要なより高い圧力にまで圧縮するのに使用される．
不純物除去ゾーンは、水、二酸化炭素、炭化水素類、及
び他の不純物を除去して高純度の空気流れを供給するの
に使用される． 第３のゾーンは、空気をその凝縮温度に冷却し、そして
ガスの膨張を行って熱交換器の使用により冷却作用を回
復する．一連の精留塔を使用することによって、第４の
ゾーンにおいて空気が蒸留されて酸素生成物と廃棄窒素
が得られる。最後に、酸素生成物を最終ユーザーが必要
とする供給圧力にまで圧縮するのに第５のゾーンが使用
される．このようなシステムについては、バーンシュタ
イン（Ｂｅｒｎｓｔｅｌｎ）による米国特許第３，１１
３，８５４号明ｔ＋ｌｆｆ書に説明されている．加圧さ
れた空気を凝縮器に送って、液体空気とガス状空気から
なる生成物を得る．次いでこの生成物を高圧精留塔で精
留して、粗製の液体酸素生成物と比較的高純度の窒素ガ
スを得る．この粗製液体酸素を低圧精留塔に送って酸素
生成物を得る．次いで該酸素生成物を周囲温度に加温し
、そして商業上の要件に従って加圧する． バーンシェクイン法の１つのａ様は、低圧梢留塔から液
体酸素を除去し、これを空気凝縮器に送ることにある．
空気凝縮器中で液体酸素が蒸発し、ガス状酸素の一部が
低圧精留塔に対する再沸物として使用される． バーンシュタインはさらに、再沸器にて使用するために
、液体物質を低圧精留塔から制御された状態で除去して
、高圧精留塔から生じる高圧ガス状窒素流れを液化させ
ている．さらにバーンシュクインは、膨張エンジン又は
ターボエキスパンダーを使用して、高圧窒素ガスの一部
の仕事で膨張させることによって冷却作用を行わせてい
る．２つの精留ゾーンを含む従来の分離システムに対す
るバーンシュタインの改良によれば、空気の圧縮のため
のエネルギーが大幅に減少している．しかしながら、冷
却のためのターボエキスパンダーへの窒素流量が供給空
気の１０％以下（非常に大きなプラントの場合にのみ可
能な値）のとき、バーンシュタイン法は約９５％以上の
高純度酸素を回収することができる．工業用として膨大
な量の高純度酸素が必要であることを考えると、ターボ
エキスパンダーへの流量が約ｌＯ％より多い場合に酸素
の回収量を向上させることが依然として当業界における
必要且つ望ましい目標である．さらに、酸素圧ｍ機を使
用することなくある範囲の圧力にわたって酸素を容易に
供給できるような；あるいは酸素圧縮機への供給ガスの
圧力が、低圧精留塔から供給ガスが供給される際の圧力
より高い圧力となっているような酸素回収システムが求
められている．このような改良された方法及び該方法を
実施するための装霞が、本発明に従って提供される． 本発明は、ガス状混合物をその構成成分に効率的に分離
する方法、さらに詳細には、低電力消費量で空気を分離
して酸素を得る方法に関する．本方法は、供給空気の一
部を実質的に完全に液化すること、及び液体空気のそれ
ぞれの部分を引き続き高圧精留手段と低圧精留手段に供
給して、その中に含まれている酸素を液体に変え、そし
て窒素をガスとして排出すること、を含む．さらに具体
的には、本発明の方法は、空気の分離による酸素の製造
に関するものであり、 （ａ）　　圧縮・冷却された空気を第１の部分と第２の
部分に分離する工程； （ｂ）　　前記第１部分の実質的に全てを液化し、その
第１のパートと前記第２部分を高圧精留手段に導入して
、粗製の液体酸素流れと実質的に純粋なガス状窒素を得
る工程； （ｃ）　　工程（ｂ）において形成された液体空気の前
記第１部分の第２のパートを低圧精留手段に導入して、
実質的に純粋なガス状窒素生成物と実質的に純粋な液体
酸素流れを得る工程、このとき工程（ｂ）において得ら
れた粗製の液体酸素流れが、中間の段階にて前記低圧精
留手段に導入される； （ｄ）　　工程（ｂ）において形成された実質的に純粋
なガス状窒素を、前記低圧精留手段の中間段階から取り
出された沸騰液体との熱交換にて凝縮させ、得られた液
体窒素の一部を、高圧精留手段と低圧精留手段のそれぞ
れに還流物として導入し、そして得られた蒸気を低圧精
留手段に戻す工程； （ｅ）　　工程（ｂ）において液化される圧縮・冷却さ
れた空気の前記第１部分との熱交換により工程（ｄ）に
おいて形成された液体流れから、実質的に純粋なガス状
酸素を形成させる工程；及び（ｆ＞　　前記の実質的に
純粋な酸素ガスを生成物として取り出す工程、このとき
高圧精留手段に導入された液体空気と低圧精留手段に導
入された液体空気との比が約１：９〜１；ｌである：の
各工程を含む． 本発明の方法を使用することにより、酸素の回収量は、
ある範囲のターボエキスパンダーの流量及び従来不可能
とされていたプラントサイズに対して、供給空気中に含
まれている酸素の９５％以上に増大した． 本発明によれば、冷却された空気の一部を実質的に完全
に凝縮させると、液化空気が蒸留塔に入る前において液
化空気の圧力が減少するときに実質的なエネルギー…失
を起こすことなく、凝縮空気の圧力をｊＪ！　ｆｌｌＴ
することによって、ある範囲の圧力にわたってシステム
から出る酸素生成物を供給することができるようなシス
テムが提供される．従って、所望の酸素圧力が低圧精留
塔の下段圧力を越えない場合、また２つの空気圧縮機が
使用される場合、凝Ｗｉ器に空気を供給する空気圧ｍａ
は、高圧精留塔に直接空気を供給する圧縮機より低い排
出圧力にて操作される．凝縮すべき空気の圧力を上げる
ことによって所望の圧力にて酸素を供給すること、そし
てより高い温度と圧力にて酸素を沸騰させること（すな
わ，ち、酸素生成物を過給すること）は、本発明の範囲
内である．この操作は、従来のシステムにおいて必要と
されるような酸素圧縮機を使用せずに行われる． さらに、プラントの冷却に使用されるエキスパンダーの
エネルギー出力を、空気ａ縮器（酸素をより高い圧力で
沸騰させる）に送られる空気を圧縮するのに使用するこ
とができる．このことにより、メインの空気圧縮機は、
高圧精留塔によって必要とされる低い排出圧力にて作動
できるようになり、このとき供給された酸素ガスの圧力
は増大し、一次空気圧ｉｉ２ｉｎの数は１つに減少する
．バーンシュタインによる米国特許第３，　１１３，８
５４号明細四に記載のシステムを凌ぐ、本発明の全体と
しての電力消費量低減の利点は、モル／ｈｒにおけるタ
ーボエキスパンダー流量がモル／ｈｒにおけるプラント
供給空気の１０％以上であるようなプラントにおいては
さらに明らかとなる．このようなターボエキスパンダー
ｆｆｌｆｆｉは、中間サイズのプラント（１日当たり１
５０〜１５００　｝ンの酸素生産量）及び液体生成物が
製造されるようなあらゆるサイズのプラントにおいてみ
られる． 第１表は、９５容量％の酸素を含有した酸素生成物の製
造に関して、プラント供給空気の酸素含量からの酸素回
収量の比較を示している．以下に、図面を参照しつつ本
発明を説明する．第１図を参照すると、空気からの酸素
の回収に特に適した本発明の実施態様が開示されている
．８ａと８ｂにおける別々の大気空気の流れがそれぞれ
対応する圧１ｉＩＩｎ　９　ａと９ｂにて圧縮され、冷
却された後、一般には公知の吸着剤層システム（それぞ
れ７ａと７ｂにより表示）によって、空気の流れから不
純物（主として水と二酸化炭素）が除去されるよう処理
される． 圧縮機９ａと吸着装置７ＩＩ＋からの加圧された空気が
導管１０ａを通って熱交換器ｌ１に供給され、そこで空
気が後述する酸素及び窒素と向流関係にて流れ、これに
よって空気がそのｎ点まで冷却される．冷却された空気
が熱交１＾器１ｌを出て、導管１２ａを通って流れて空
気凝縮器ｌ４に入り、そこで本発明の特徴の１つに従っ
て実質的に全ての空気が液化される．凝縮すなわち液化
される空気の量は、圧縮される全空気供給量の約２５〜
５０％（好ましくは３５〜４０％）の範囲である． 液体空気は、導管１０２を介して空気凝縮器ｌ４の底部
から出る．次いで凝縮空気の流れが分割される．一部が
導管Ｉ５を進んで、高圧ｔｉｔ留塔１６のような高圧精
留手段に入る．流れの他の部分は、導管１０３を介して
過冷却器２１に送られる．次いで過冷却された空気が導
管１０４を進んで、低圧精留塔２３のような低圧精留手
段に入る。
高圧精留塔】６に送られる凝縮空気の量と低圧精留塔２
３に送られる凝縮空気の量との比は、約１：９〜１：ｌ
（好ましくは約工：５〜１：３）の範囲である．低圧精
留塔２３に送られる凝縮空気の部分は、低圧精留塔２３
の低い圧力に対してフラッシュされるときに、下方に向
かう液体中の窒素と酸素の比が液体空気流れにおける窒
素と酸素の比に実質的に類憤している低圧精留塔２３の
セクションに供給される。
高圧精留塔Ｉ６に送られる凝縮空気の部分は、下方に向
かう液体中の窒素と酸素の比が空気中の窒素と酸素の比
に実質的に類偵している高圧精留塔ｌ６のセクシッンに
供給される．圧縮ｉ９ｂと吸着装置７ｂからの空気は、
導管１０ｂを通って熱交換器１１に入り、酸素生成物流
れ３６及び窒素流れ３３との熱交換関係にて通過する際
にその露点付近の温度になる。導管１０ｂを流れる空気
の全てが、導管１２ｂを介して熱交換器１１を通過し、
高圧精留塔１６に直接供給される。
高圧精留塔１６と低圧ｔ．１留塔２３は、低温プロセス
に使用される蒸留塔設計物の典型的なものであり、液体
流れと蒸気流れの向流に関して両者間で物質移動が行わ
れるよう、積み重なった分離プレートから構成されてい
る．導管１２ｂを介して高圧精留塔１６に入る空気蒸気
流れ及び導管１５を介して高圧精留塔に入る凝縮空気は
、実質的に純粋なガス状窒素の低沸点画分に分離され、
これは導管ｌ８を介して高圧精留塔ｌ６を出ていき、ま
た液体流れ（粗製酸素と称する）は導管２０を介して高
圧精留塔１６を出ていく。ガス状窒素流れは分割され、
その主要部分は導管５０を介して窒素凝縮器４５（すな
わち、低圧精留塔の中間再沸器）に進んで本プロセスに
対する冷却作用を与え、また少量部分は導管３７を介し
て熱交換器１ｌに戻る。
少量部分の高圧窒素流れは、流路３８（熱交換器１１の
低温端部に設置されている）に入り、導管３９を介して
熱交換器１ｌを出る前にそこにおいて加温される。加温
された窒素流れは、ターボエキスパンダー４０に送られ
て冷却作用を与え、そして導管４１を介してそこから出
て、導管＋０５を介して過冷却器２１から進んできたガ
ス状窒素生成物と一緒になる。次いでガス状窒素生成物
は、熱交換器１１を通過して導管３３から出てｌＪ［出
又はｆ［ＪＬされる．導管１８を通って高圧精留塔ｌ６
を出た窒素ガスの主要部分は、窒素凝縮器４５に入る。
高圧の窒素ガスが窒素′Ｄ縮器４５において液化され、
導管５１（箇所５２において分割）を介して還流液体窒
素として取り出される。一方の部分は導管５５を通って
過冷却器２８に進み、流路２７において、導管２５を介
して低圧精留塔２３から得られた窒素ガスとの向流によ
って冷却される。導管５５からの窒素還流物は、導管５
６を介して進み、弁５７により膨張されて、低圧？＋”
ｔ　Ｗｔ′／塔２３の上部に送られる。高圧窒素ガスの
他方の部分は、弁５３にて計量され、導管５４を介して
高圧精留塔への還流物として供給される．窒素凝縮器４
５において凝縮するガス状窒素により、約５０〜８５モ
ル％（好ましくは約７５〜８０モル％）の酸素を含有し
た酸素含量の多い液体流れが、窒素凝縮器４５の個別流
路（これらは窒素の流路と熱的接触の状態にある）にお
いて気化する。酸素含量の多い液体流れは、弁５９と導
管５８を介して低圧精留塔２３から得られる。
気化した物質は、導管６０を通って低圧ｔ＋？留塔２３
の蒸気組成が類似している低圧精留塔２３のある区域（
酸素含量の多い液体が低圧ｔ＋’ｔ留塔２３から除去さ
れる箇所より下の区域）に入る， 液体酸素生成物が低圧ｔｌｌｌ留塔２３の底部において
プール２６から取り出され、導管６日と弁６２を介して
空気凝縮器１４に送られる。液体酸素は、比較的温度の
高い空気供給物部分との熱交換にて薫発し、該空気供給
物部分は導管１２ａを介して空気凝縮器１４に入った後
凝縮する。蒸発した実質的に純粋な酸素は、導管６９（
ｌ所７９において分割されている）を介して取り出され
る。一方の部分は、導管７０を介して、酸素プール２６
より上の低圧ｔｌＩＩ留塔２３に人って再沸騰を起こさ
せる．低圧精留塔２３の圧力より高い圧力となりうる酸
素の流量を調節するために、弁７１が設けられている。
他方の部分は、酸素生成物ガスとして導管３４を介して
熱交換器１１の流路３５に進み、導管３６からｌ＋１ｉ
　築される。
高圧も１留塔１６における酸素含テの多い液体（又は粗
製酸素）の形の液状高沸点画分は、高圧精留塔ｌ６の底
部におけるプール！９に集められる．粗製酸素が導管２
０を介して高圧精留塔１６から取り出され、過冷却器２
ｌと膨張弁２２を通過した後、低圧精留塔２３の低圧精
留ヅーンにおける中間供給箇所にて導入される． 前述したように、ガス状窒素は、導管２５により低圧精
留塔２３から過冷却器２８の流路２７を介して送られ、
次いで導管２９により過冷却器２ｌの流路３０を介して
送られる．ガス状窄累は導管３１を進み、次いで直接導
管１０５へと進む。
空気凝縮器１４における全空気供給物の一部を実質的に
完全に凝縮させる結果、酸素を過給することによって（
すなわち、凝縮空気の温度を上昇させる圧縮器９ａから
のより高加圧空気に対してより高い圧力で酸素を沸騰さ
せることによって）、ある範囲の圧力にわたって効率的
に酸素を供給することができる． 第２図に示されている実施態様は、冷却作用を与えるの
に窒素の膨張が使用され、そしてそれによるシャフトエ
ネルギー（ｓｈａｆｔ　ｅｎｅｒｇｙ）が直接空気圧縮
機に接続されているような本発明に従ったシステムを提
供している． 導管８からの空気が空気圧縮機９において圧縮され、吸
着装置７において精製される。圧縮された空気は分割さ
れ、主要部分は導管１１Ｑａを介して熱交換器１】を通
過し、導管１２ｂを通って高圧精留塔１６に送られる．
圧縮された空気の残りの少量部分は、導管１１０を介し
て第２の空気圧縮ｎ．１１１に送られ、そこでさらに空
気が圧縮される。圧縮された空気は導管１１２を介して
熱交換器１１に入り、そこでその露点まで冷却され、そ
して導菅１２ａを介して空気圧縮ａＩ４に進む．圧縮機
Ｉｌｌは、エキスパンダー４０（シャフト１１３を介し
て圧ｔＨＩ１１１に連結されている）において行われる
窒素膨張からの仕事出力を利用する。ターボエキスパン
ダー４０において膨張した実質的に純粋なガス状窒素の
部分が、圧縮された空気全量のＩＯ％を越えるのが好ま
しい． 本発明の実施ａ様では、酸素生成物をより高い圧力（例
えば約８〜１２ｐｓｉｇ）で経済的に供給することがで
きる．なぜなら、空気の少量部分だけがエキスパンダー
４０からの仕事出力（賀ｏｒｋ　ｏｕｔｐｕｔ）によっ
て過給されるからである。本実施態様において使用され
る圧縮機一エキスパンダーの組合せ構造については、米
国特許第４，１３３．６６２号明細書にさらに詳細に説
明されている． 第３図に示されている実施態様では、第１図の実施態様
に類似のシステムにおいて、そして第１図に関して述べ
た圧縮・精製装置の変形に類似のシステムにおいて、冷
却作用を与えるのに空気の膨張を使用している。
圧縮ｉ９ａと精製システム７ａがら空気が供給され、熱
交換器１１を通過し、導管１２ａを介して空気ａ縮１１
４に送られ、そこで空気の実質的に全てが液化される．
別の空気流れが圧縮４ｉ９ｂに送られる．圧縮された空
気が精製システム７ｂを通過し、導管１０ｂを介して熱
交ＩＡ　Ｉｓ　１　１を通過する。こうして得られた冷
却空気が、導管１２ｂを介して高圧精留塔１６に送られ
る。冷却空気の一部が導管１２０を介してエキスパンダ
ー１２１に送られ、そこで膨張されて本プロセスに対す
る冷却作用を与える。膨張された空気が、導管１２２を
介してエキスパンダー１２１から、液体物質が導管５８
を介して取り出される箇所より上の位置にて低圧精留塔
２３に送られる．第４図に示した実施態様では、第２図
に示した実施態様に類似のシステムにおいて、空気の膨
張を利用して冷却作用を行わせている。圧縮Ｒ９からの
圧縮された空気が吸着システム７を通過して分割され、
その主要部分が導管１　１０ａを介して熱交換器１ｌを
通過し、導管２２ｂを介して高圧精留塔】６に送られる
．冷却された空気の少量部分が導管１２０を介してエキ
スパンダー１２１に送られ、そこで膨張されて本プロセ
スに対する冷却作用を与える．そしてこのとき仕事出力
がシャフ目１３を介して送られて、圧縮機ＩＩＩを駆動
させるのに使用される． 第２図に関して説明したように、第２の圧縮機１１１は
、導′ｇ１１２を介してより圧縮された空気を熱交ＩＡ
器１１に送り、次いで圧縮された空気は導管１２ａを介
して空気凝縮器１４に送られる。
第５図に示したさらに他の実施態様では、高圧精留塔ｌ
Ｇに送られる空気が圧縮８ｌ！９と１１１において圧縮
される．本システムは、ガス状酸素生成物に対する必要
な供給圧力が低いときに使用される．さらに詳細には、
圧縮機９からの圧縮された空気が吸着装Ｔ！７を通過し
、そして分割される。圧縮空気流れの主要部分が導管１
１０を介して圧縮機１１１に送られ、そして導管１１２
を介して熱交換２ｇ１１に送られる．冷却された空気の
一部が導管１２０を介してターボエキスパンダー１２１
に送られ、このとき冷却された空気の主要部分は導管１
２ｂを介して高圧精留塔１６に送られる． 吸着装霞７を出た残部の圧縮空気は導管１１０ａを通っ
て熱交換器１１に入り、そして空気凝縮器１４に進んで
そこで空気が液化される。このとき液体酸素は、第４図
に示した実施態様における沸騰に必要な圧力より低い圧
ノノにて沸ｌｌ受する。
実施■ 第１図に関して、１６００モル／ｈｒの空気が導管８ａ
を介して圧縮”Ｊａ９ａに供給され、そこで空気が８５
゜Ｆにて６５．３ｐｓｉａに圧縮される。同時にこのと
き２５５０モル／ｈｒの空気が導管８ｂを介し゜ζ圧縮
器９ｂに供給され、そこで空気が８５゜Ｆにて７１ρｓ
ｉａに圧縮される．それぞれの空気流れが１１１製装置
７ａと７ｂを通過して、水と二酸化炭素が除去される。
しかしながら前述したように、圧縮と精製に対しては、
他の集成体も使用することができる。
第１の圧縮空気の流れが導管１０ａを介して熱交ＩＡ器
１１に送られ、６３．３ｐｓｉａの圧力及び−２８２．
７゜Ｆの温度にて導管１２ａを介して熱交ｆＡ　器を出
る。冷却された第１の空気流れの全てが凝縮器１４に入
り、そこで冷却空気が実質的に液化され、−２９０”　
Ｆの温度にて導管１０２に進む。
液化された空気の少量部分（３７５モル／ｈｒ）が導管
１５を介して高圧精留塔１Ｇに送られる。液化された空
気の主要部分（１２２５モル／ｈｒ）が導管１０３を介
して過冷却器２１に送られ、６３．３ｐｓｉａの圧力及
び−２９４゜Ｆの温度にて導管１０４を介して過冷却器
２１を出る。次いで液化された空気流れが低圧精留塔２
３に送られる。
第２の圧縮された空気流れが、導管１０ｂを介して熱交
換器１１に入り、６８ｐｓｉａの圧ノノ及び−２８２．
７゜Ｆの温度にて導管１２ｂを介してク，さ交換器１ｌ
を出て、高圧精留塔ｌ６の下部に送られる．，｝■製液
体酸素が高圧精留塔１６のプール１９から取り出され、
１４９５モル／ｈｒの割合、６８ｐｓｉａの圧力、及び
−２８４゜Ｆの温度にて導管２０を介して過冷却器２１
へと流れ、そこで粗製酸素が−２９４゜Ｆの温度に過冷
却される。過冷却された酸素は、導管２０を介し、膨張
弁２２を通７て低圧精留塔２３に進む。前述の液体空気
と粗製液体酸素が過冷却器２１において過冷却されるめ
は、廃棄窒素が低圧精留塔２３の頂部から流れてくるこ
とによるものである．さらに詳細に言えば、２８９０モ
ル／ｈｒの割合、１８．７ｐｓｉａの圧力、及び−３１
６．４°Ｆの温度にて窒素ガスが低圧精留塔２３の頂部
から出て、導管２５を介して過冷却器２７を通過し、そ
して導管２９を介して、１８．２ｐｓｉａの圧力及び−
３０３°Ｆの温度にて過冷却器２１に進む。低温の窒素
ガスは液化空気と粗製液体酸素の冷却を行い、従って窒
素ガスは低下した圧力と温度（１７．９ｐｓｉａ；　−
２９０．１’Ｆ）にて過冷却器２１を出る．次いで窒素
ガスは、導管３１を介して流れていき、エキスパンダー
４０から導管４１を通って流れてきた窒素ガス（１７．
８ｐｓｔａ；．２４９゜Ｆ）と一緒になる。この合わさ
った窒素ガス流れは、導管１０５を介して３２４０モル
／ｈｒの割合にて熱交換器ｌ１の流路を通過し、そこで
圧縮空気の流れ１０ａと１０ｂを冷却する。窒素ガスは
、ほぼ大気の圧力及び８０”　Ｆの温度にて熱交ｔＡ　
器１　１を出る。
高圧精留塔１６の頂部から、窒素ガスが導管１８を介し
て２７５０モル／ｈｒの割合、６６．５ｐｓｉａの圧力
、及ヒ−２９２＠Ｆの温度にて出る．窒素ガスの一郎が
、導管３７を介して膨張弁３７ａを通過し、熱交換器１
１に向かって流れていき、圧縮空気の流れを冷却する。
低温窒素ガスは、６４．８ｐｓｉａの圧力及び−１８０
’　Ｆの温度にて導管３９を介してエキスパンダー４０
に送られ、膨張されて約１８ｐｓｉａの圧力及び−２４
０’　Ｆの温度となり、そして導管３ｌを通ってきた窒
素ガスと一諸になる。
高圧ｔｌＩＩ留塔１６の頂部からの窒素ガスの゛第２の
部分は、導管５０を介して窒素凝縮２ｇ４５に進み、導
管５１を介して液体還流物として窒素ｃＥＩＩ？ｉ器４
５を出る。
液体窒素（　１３２０モル／ｈｒ）は、導管５４を介し
て膨張弁５３を通過し、高圧主１′Ｉ￥Ｉ塔ｌ６に戻る
。導管５１からの窒素蒸気は、６６．５ｐｓｉａの圧力
及び−２９２’　Ｆの温度にて導管５５を介して過冷却
器２日に流れていき、そこで導管２５を介して過冷却器
２日に入ってくる廃棄窒素ガスを加熱する。
冷却された窒素還流物は、１０８０モル／ｈｒの割合及
び−３１２゜Ｆの温度にて導管５６を介して過冷却器２
８を出て、膨張弁５７を通過して低圧精留塔２３の上部
に進む． 低圧ｔ＋”ｔ　”ｍ塔２３の底部のプール２６から液体
酸素が出て、１２７５モル／ｈｒの割合（２０．５ｐｓ
ｉａ；−２９２゜Ｆ）にて導管６日を介して弁６２を通
過し、空気凝縮器ｌ４に進む．液体酸素の一部が、３６
５モル／ｈｒの割合（２０．Ｓｐｓ’ｒａ：　−２９２
”　Ｆ）にて、導管６つ、弁７１、及び導管７０を介し
て再沸吻として低圧精留塔２３に再循環される．液体酸
素の主要部分は、分割点７９から導管３４を介して熱交
ＩＡ器１１の流路３５に送られる．精製された酸素生成
物は、９０７モル／ｈｒの割合（１９ｐｓｉａ；　８０
゜Ｆ）にてライン３６から｛市集される．約７７％の酸
素を含存した液体流れが、１８３０モル／ｈｒＯＳり合
（２０ｐｓｉａ；−３００゜Ｆ）にて導管５８と弁５９
を介して低圧精留塔２３を出て、窒素凝縮器４５に進む
．ガス状混合物（２０ｐｓｉａ；−２９５゜Ｆ）が、導
管６０を介して窒素凝縮器４５の頂部から戻される．圧
縮機と精製システムを含んだ数多くの集成体がある中で
、コスト及び操作上の観点からある特定の集成体がより
実際的であることは言うまでもない．例えば、全ての空
気を単一の圧縮機にて圧縮して精製が行われる圧力にす
ることもできるし、また空気の一部を最終圧力にして、
空気の残部をさらに圧縮して本プロセスに必嬰なより高
い圧力にすることもできる。またこれとは別に、流れが
熱交換器ｌ１を通過した後にのみ流れが分割されるよう
、プロセス条件を変えて両方の空気流れに対して必要な
排出を一緒にすることも実際的である．
【図面の簡単な説明】
第１図は、熱交換器への二系統空気供給を示した本発明
の１つの実施態様の概略図であり、空気凝縮器から得ら
れる液体流れが分Ｓリされて、それぞれの部分が高圧精
留塔と低圧精留塔に向かって流れ、そして窒素の膨張に
より冷却作用が与えられる、という実施態様を示した図
である。 第２図は、単一の空気圧縮機と冷却作用を与えるための
窒素膨張を使用した、そして空気の一部に対してブース
ター圧縮を行うために窒素エキスパンダーからのシャフ
トエネルギーを利用した、本発明の他の実施態様の概略
図である。 第３図は、冷却作用を与えるために空気の膨張を利用し
た、第１図に類似の、本発明のさらに他の実施態様を示
した概略図である。 第４図は、冷却作用を与えるために空気の膨張を利用し
、そして空気の一部に対してブースター圧縮を行うため
に空気エキスパンダーからのシャフトエネルギーを利用
した、第３図に類似の、本発明のさらに他の実施態様を
示した概略図である。 第５図は、第２の圧縮機を使用して高圧精留塔に送られ
る空気を圧縮する、という本発明のさらに他の実施ｆｉ
様を示した概略図である。 （外４名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）圧縮・冷却された空気を第１の部分と第２の
    部分に分離する工程； （ｂ）前記第１部分の実質的に全てを液化 し、その第１のパートと前記第２部分を高圧精留手段に
    導入して、粗製の液体酸素流れと実質的に純粋なガス状
    窒素を得る工程； （ｃ）工程（ｂ）において形成された液体 空気の前記第１部分の第２のパートを低圧精留手段に導
    入して、実質的に純粋なガス状窒素生成物と実質的に純
    粋な液体酸素流れを得る工程、このとき工程（ｂ）にお
    いて得られた粗製の液体酸素流れが、中間の段階にて前
    記低圧精留手段に導入される； （ｄ）工程（ｂ）において形成された実質 的に純粋なガス状窒素を、前記低圧精留手段の中間段階
    から取り出された沸騰液体との熱交換にて凝縮させ、得
    られた液体窒素の一部を、高圧精留手段と低圧精留手段
    のそれぞれに還流物として導入し、そして得られた蒸気
    を低圧精留手段に戻す工程； （ｅ）工程（ｂ）において液化される圧縮 ・冷却された空気の前記第１部分との熱交換により工程
    （ｄ）において形成された液体流れから、実質的に純粋
    なガス状酸素を形成させる工程；及び （ｆ）前記の実質的に純粋な酸素ガスを生 成物として取り出す工程、このとき高圧精留手段に導入
    された液体空気と低圧精留手段に導入された液体空気と
    の比が約１：９〜１：１である；の各工程を含む、空気
    の分離による酸素の製造法。 ２、工程（ｅ）において形成された実質的に純粋なガス
    状酸素の一部を再沸物として低圧精留手段に戻す、請求
    項１記載の製造法。 ３、工程（ｂ）において形成された実質的に純粋なガス
    状窒素の一部を膨張させて本製造法に対する冷却作用を
    与える、請求項１記載の製造法。 ４、前記ガス状窒素をターボエキスパンダー中で膨張さ
    せ、これによって得られたエネルギーを使用して分離の
    ための空気を圧縮する、請求項３記載の製造法。 ５、ターボエキスパンダー中で膨張させた実質的に純粋
    なガス状窒素の前記部分が、圧縮される空気全量の１０
    ％を越える、請求項４記載の製造法。 ６、高圧精留手段に導入された液体空気と低圧精留手段
    に導入された液体空気との比が約１：５〜１：３である
    、請求項１記載の製造法。 ７、工程（ａ）において形成された空気の前記第１部分
    が、液化される前にさらに圧縮される、請求項１記載の
    製造法。 ８、工程（ｂ）において液化された空気の前記第１部分
    が、圧縮される空気全量の約２５〜５０％を含む、請求
    項１記載の製造法。 ９、工程（ｂ）において液化された空気の前記第１部分
    が、圧縮される空気全量の約３５〜４０％を含む、請求
    項８記載の製造法。 １０、工程（ａ）において、空気が圧縮される前に、空
    気が前記第１部分と前記第２部分に分離される、請求項
    １記載の製造法。 １１、空気が圧縮・冷却される前に、空気が前記第１部
    分と前記第２部分に分離される、請求項１記載の製造法
    。 １２、工程（ａ）において形成された空気の前記第２部
    分の一部を膨張させて本製造法に対する冷却作用を与え
    、次いで低圧精留手段へと導入する、請求項１記載の製
    造法。 １３、空気をターボエキスパンダー中で膨張させ、これ
    によって得られたエネルギーを使用して分離のための空
    気を圧縮する、請求項１２記載の製造法。 １４、工程（ａ）において形成された空気の前記第２部
    分が、高圧精留手段に導入される前にさらに圧縮される
    、請求項１記載の製造法。
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