JPH0449030B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の分野 本発明は、クリプトン−キセノン濃縮物の製造
法に関し、特に、クリプトン−キセノン濃縮物が
高効率で製造されそして希ガスを実質上含まない
ガス状酸素生成物も製造されるような改良法に関
する。 発明の背景 クリプトン及びキセノンは、多くの用途におい
てその需要が増加しつゝある。クリプトンは、長
寿命ランプ及び自動車用ランプを含めた高品質照
明器具において広く使用されている。キセノン
は、特殊Ｘ線装置を含めた医療用途で使用されて
いる。これらのガスの両方とも、多くの実験及び
研究用途において一般に使用されている。 クリプトン及びキセノンの主な源は大気であ
る。大気中の空気は、約1.1ppmのクリプトン及
び約0.08ppmのキセノンを含有する一般には、ク
リプトン及びキセノンは、空気を酸素及び窒素に
分離する総合空気分離プロセスに関連して空気か
ら回収される。 クリプトン及びキセノンの低い蒸気圧によつ
て、これらのガスは、空気分離の間に窒素中より
もむしろ酸素中に濃縮する。酸素中での大気中の
クリプトン及びキセノンの濃縮は、酸素が大気中
の空気の僅か約1/5を占めるのでそれらの濃度を
５倍増大する。クリプトン及びキセノンを更に濃
縮させてそれらを希ガス回収装置で効率的に回収
することができるようにするのが望ましい。 一般には、空気分離プロセスからガス状酸素を
製造することが望まれる。先に記載したように、
クリプトン及びキセノンは酸素中に濃縮する。そ
れ故に、ガス状酸素生成物を製造し且つクリプト
ン及びキセノンを更に濃縮させるためには、濃縮
プロセスを通してガス状酸素の全量を送らなけれ
ばならない。典型的な濃縮プロセスには、ストリ
ツピング塔が関連する。ガス状酸素生成物全体を
ストリツピング塔に通さなければならないので、
ストリツピング塔は比較的大型でなければならな
い。更に、ストリツピング塔を通る酸素は圧力降
下を受け、このために、もし酸素生成物を高圧で
望むならば費用のかゝる圧縮が加わる。これは、
投下資本及び操作コストの両方の面で費用がかさ
む。 それ故に、ガス状酸素を生成するがしかし通常
の方法でこれまで必要と考えられていたよりも有
意に小型のストリツピング塔を用いることができ
るクリプトン−キセノン濃縮法を持つことは極め
て望ましいだろう。 それ故に、本発明の目的は、クリプトン−キセ
ノン濃縮物を製造するための改良法を提供するこ
とである。 本発明の他の目的は、クリプトン−キセノン濃
縮物を製造ししかも希ガスを実質上含まないガス
状酸素生成物も製造する改良法を提供することで
ある。 本発明の更に他の目的は、通常の方法で使用さ
れるよりも有意に小型のストリツピング塔を用い
て、クリプトンキセノン濃縮物及びガス状酸素生
成物を製造するための改良法を提供することであ
る。 発明の概要 上記の目的及び当業者には本明細書の通読時に
明らかになる他の目的は、 クリプトン−キセノン濃縮物の製造及び希ガス
を実質上含まないガス状生成物の回収のための方
法であつて、 (1) 酸素、クリプトン及びキセノンを含む供給原
料液を再沸帯域に供給して再沸液を形成し、 (2) 前記再沸液を部分気化させて蒸気及び液状ク
リプトン−キセノン濃縮物を生成し、 (3) クリプトン−キセノン濃縮物を回収し、 (4) ストリツピング塔に前記蒸気中におけるより
も低いクリプトン−キセノン濃度を有する還流
液を導入し、 (5) ストリツピング塔において下流する還流液に
対向させて前記蒸気を送り、 (6) 前記蒸気からクリプトン及びキセノンを還流
液中にストリツピングさせてリーン蒸気及びよ
りリツチな液を生成し、 (7) 前記のよりリツチな液を再沸帯域に送つて再
沸液の一部分を形成し、 (8) ストリツピング塔からリーン蒸気を抜き出
し、そして (9) 抜き出したリーン蒸気を、希ガスを実質上含
まないガス状生成物として回収する、 ことを含む方法、 によつて達成される。 本明細書において用いる用語「希ガス」は、ク
リプトン及びキセノンを意味する。 本明細書において用いる用語「リーン」、「より
リーンな」、「リツチ」及び「よりリツチな」は、
特に記していない限り希ガスの濃度を表わす。 本明細書において用いる用語「再沸帯域」は、
流入する液体が間接的に加熱されこれによつて部
分気化されてガス及び残留液を生成するような熱
交換帯域を意味する。これによつて、残留液は流
入する液体中に存在する揮発性の低い成分中に富
化される。 本明細書において用いる用語「間接的熱交換」
は、２つの流体流れを互いに物理的に接触又は混
合させずに熱交換関係にすることを意味する。 本明細書において用いる用語「平衡段階」は、
気−液接触段階を出る蒸気及び液体が物質移動平
衡状態にあるような気−液接触段階を意味する。
液相及び気相に対してトレー又はプレート即ち個
別的な接触段階を使用する分離塔について言え
ば、平衡段階は理論トレー又はプレートに相当す
る。パツキング即ち液相及び気相の連続接触を使
用する分離塔について言えば、平衡段階は、１個
の理論プレートに等しい塔パツキングのその高さ
に相当する。実際の接触段階即ちトレー、プレー
ト又はパツキングは、その物質移動効率に依存し
て平衡段階に相当する。 本明細書で用いる用語「塔」は、蒸留又は分別
塔、即ち、例えば塔内に配置された一連の垂直方
向に離置したトレー又はプレート上で又は別法と
して塔に重点されたパツキング部材上で気相及び
液相を接触させることによるが如くして液相及び
気相を向流接触させて流体混合物の分離を行なう
ような接触塔又は帯域を意味する。分別塔の詳細
な説明については、アール・エイチ・ペリー及び
シー・エイチ・チルトン氏編集「ザ・ケミカル・
エンジニヤーズ・ハンドブツク（the Chemical
Engineer's Handbook）、第五版」（米国ニユー
ヨーク州所在のマクグロー・ヒル・ブツク・カン
パニー）、“デスチレーシヨン（Distillation）”、
ビー・デー・スミス氏外、第13−３頁、ザ・コン
テイニユアス・デスチレーシヨン・プロセス
（The Continuous Distillation Process）を参照
されたい。 本明細書における用語「二重塔」は、低圧塔の
下方端と熱交換関係にある上方端を有する高圧塔
を意味する。二重塔の詳細な説明については、ル
ヒマン氏の“ザ・セパレーシヨン・オブ・ガセズ
（The Separation of Gases”（オツクスフオー
ド・ユニバーシテイ・プレス、1949）、第章、
“工業的空気分離”及びバロン氏の“クリオゲニ
ツク・システムズ（Cryogenic Systems）”（マク
グロー・ヒル・インコーポレーテツド、1966）、
第230頁、“空気分離系”に見い出される。 詳細な記述 添付図面を参照しながら本発明の方法を詳細に
説明する。 こゝで第１図を説明すると、二酸化炭素及び水
蒸気の如き高沸点不純物を予め除去した冷却され
加圧された供給原料空気１２は、75〜300psia好
ましくは75〜150psiaの範囲内の圧力で操作する
高圧塔１９に導入される。冷却及び浄化工程並び
に返送流れとの熱交換の如き他の工程は第１図に
は例示されていない。と云うのは、かゝるプロセ
ス工程は、周知の慣用工程であつて本発明の一部
分を構成しないからである。 高圧塔１９内では、供給原料空気は、窒素リツ
チ蒸気２３及び酸素富化液２０に予備分離され
る。液２０は、弁２１によつて膨張されそして供
給原料２２として低圧塔１７に導入される。この
低圧塔１７は、15〜100psia好ましくは15〜
30psiaの範囲内の圧力で操作される。 窒素リツチ蒸気２３は管路２４を経て凝縮器１
８に送られ、こゝでそれは、低圧塔１７の底部か
らの再沸液との間接的熱交換によつて凝縮され
る。得られた凝縮された窒素リツチ流れ６０は、
流れ２６（これは、弁３０によつて膨張されて流
れ３１として塔１７に還流液として送られる）
と、流れ２７（これは、還流液として塔１７に送
られる）とに分割される。 第１図はまた、塔１７への低圧供給原料空気流
れ１３も例示する。この空気流れ１３は、プラン
トの冷凍展開から得られるような空気分離プロセ
スの温暖端部から得ることが可能である。塔１７
内では、各流入流れは、低温冷却精留によつて分
離されて窒素流れ１４及び酸素生成物を生成す
る。窒素流れ１４は、全部若しくは一部分回収す
ることができ、又は大気に放出させることがき
る。 先に記載したように、供給源料空気中のクリプ
トン及びキセノンの実質上全部が窒素中における
よりもむしろ酸素中において濃縮する。第１図
は、酸素中のクリプトン及びキセノンを液状酸素
部分中で更に濃縮させこれによつて酸素の大部分
を塔１７から直接に希ガスを比較的含まないガス
状酸素生成物として回収することが可能になるよ
うな特に好ましい具体例を例示する。これは、凝
縮器１８において残液が凝縮性窒素に当つて再沸
されるところの塔１７の溜めよりも少なくとも１
個好ましくは少なくとも２個の平衡段階又は実際
トレーより上方において塔１７からガス状酸素を
流れ３７として抜き取ることによつて達成され
る。第１図では、トレー３２は底部トレーであ
り、トレー３３は次の高い方のトレーでありそし
てトレー３４はこの順序における三番目のトレー
である。理解されるように、酸素生成物流れ３７
はトレー３３とトレー３４との間で抜き取られ
る。この態様で、クリプトン及びキセノンは両方
とも酸素よりも低い蒸気圧を有するので、クリプ
トン及びキセノンの大半は液体酸素中にとゞまり
そして溜め中に選び込まれ、かくして希ガスを比
較的含まない流れ３７が流出する。 先に記載したように、供給原料中のクリプトン
及びキセノンの大部分は、塔１７の溜めの液体中
に含有される。この液体は、本発明のクリプトン
−キセノン濃縮法に対する供給原料の理想的な源
である。 再び第１図を説明すると、酸素、クリプトン及
びキセノンを含有する液体流れ３６は、再沸帯域
４４に送給されて再沸液６１を形成する。再沸帯
域４４は、ストリツピング塔３８とは別個のもの
であつてよく又はその中にあつてもよい。流れ３
６の如き供給液中のクリプトン及びキセノンの濃
度は任意の有効濃度であつてよいが、しかし一般
には、液体供給流れ中においてクリプトンの濃度
は少なくとも10ppm好ましくは少なくとも20ppm
であり、そしてキセノンの濃度は少なくとも
1ppm好ましくは少なくとも2ppmである。 再沸帯域４４では、液体６１は部分気化されて
蒸気を生成し、これは残留する液体よりも低い希
ガス含量を有する。この蒸気４１は、ストリツピ
ング塔３８に送られて塔を上流する。比較的高い
クリプトン及びキセノン含量を有する残留液は、
希ガスを含有する液状濃縮物生成物１６として抜
き出される。典型的には、濃縮物１６中のクリプ
トン濃度は少なくとも200ppm好ましくは少なく
とも400ppmであり、そして濃縮物１６中のキセ
ノン濃度は少なくとも15ppm好ましくは少なくと
も30ppmである。 また、第１図は、関連する二重塔空気分離プラ
ントからの高圧窒素リツチ蒸気を用いて再沸帯域
における部分気化を実施するところの特に好まし
い具体例を例示する。第１図を説明すると、窒素
リツチ蒸気２３の一部分２５はリボイラー凝縮器
４３に送られ、こゝでそれは部分気化する再沸液
６１との間接的熱交換によつて凝縮される。得ら
れた凝縮窒素流れ２８は、還流液として塔１９に
送られる。便宜上、流れ２８は、主凝縮器１８か
らの液体窒素と合流させて塔１９に送るための合
流流れ２９を形成することができる。 ストリツピング塔３８は、15〜100psia好まし
くは15〜30psiaの範囲内の圧力で操作され、そし
て蒸気４１中のクリプトン及びキセノンの有意部
分好ましくは実質上全部を下流液中にストリツピ
ングする働きをする。流入する下流ストリツピン
グ液は蒸気４１よりも低いクリプトン−キセノン
濃度を有しなければならず、好ましくはこの還流
液が塔に入るときのその中のクリプトン−キセノ
ン濃度は約3ppmよりも低い。還流又はストリツ
ピング液のための都合のよい源は、二重塔空気分
離プラントである。第１図は、ガス状酸素生成物
流れ３７が取られるところの点よりも上方で流体
流れ３５を抜き取るところの特に好ましい具体例
を例示する。この態様で、液体流れ３５は低いク
リプトン−キセノン濃度を有する。 塔３８内では、蒸気４１は下流液３５に対向し
て通され、そして蒸気４１からのクリプトン及び
キセノンはその下流液中にストリツピングされ
る。得られたよりリツチな液体３９は、再沸帯域
４４に送られて再沸液６１の一部分を形成する。
第１図は、よりリツチな液体３９が供給液３６と
合流されて液体４０を形成しそしてこの合流液が
再沸帯域４４に送られて再沸液６１を形成すると
ころの便利な配置を例示する。 ストリツピング操作から生じるリーン蒸気は、
塔３８から流れ４２として抜き取られ、そして希
ガスを実質上含まないガス状生成物として回収さ
れる。第１図は、リーン蒸気４２が空気分離プロ
セスからのガス状酸素生成物３７と合流されそし
て得られた合流流れ１５がガス状酸素生成物とし
て回収されるところの便利な配置を例示する。 クリプトン−キセノン濃縮プロセスへの供給原
料をストリツピング塔よりもむしろ再沸帯域に直
接送ることによつて、また再沸帯域からの蒸気の
みをストリツピング塔に通すところの本発明の限
定された態様でストリツピングプロセスを実施す
ることによつて、通常のクリプトン−キセノン濃
縮プロセスで必要とされるよりもかなり小型のス
トリツピング塔を用いてクリプトン−キセノン濃
縮物及びガス状希不含酸素生成物を製造すること
ができる。典型的には、このプロセス配置に対し
ては、ストリツピング塔への供給液即ち流れ３５
及び３６は、プラントからの酸素生成物１５の約
20％である。従つて、ストリツピング塔は、通常
の希ガス回収法の約1/5である蒸気流れ４２を処
理し、これによつて通常の酸素ガスストリツピン
グ塔の常用流れ帯域の横断面流れ面積の約1/5で
済む。 第１図に例示される特に好ましい具体例では、
空気分離プラントからの酸素の大部分はクリプト
ン−キセノン濃縮プロセスを完全に迂回し、かく
してストリツピング塔の処理量従つて所要寸法が
著しく減小されることが分かる。一般には、再沸
帯域への液体流れは、空気分離プラントからの酸
素の約５〜40％好ましくは約20％を含有する。他
の利益は、酸素ガス３７の大部分が低圧塔１７の
圧力レベルに維持されることである。ストリツピ
ング塔で処理されなければならない酸素生成物４
２の部分は、ストリツピング塔を僅かに高い圧力
レベルで操作して塔の圧力降下を補うことによつ
て平衡圧で返すことができる。より高い圧力レベ
ルは、ストリツピング塔の高さを低くしそして２
つの供給液に対して静水液高さを用いることによ
つて容易に得ることができる。 この方法の更に他の利益は、低圧塔溜めから抜
き出された液体がその塔における炭化水素の堆積
を回避する働きをすることである。 第１図の具体例は、クリプトン−キセノン濃縮
プロセスへの供給原料が二重塔空気分離プラント
から生じそして酸素中で通常達成されるより以上
にクリプトン−キセノン濃度の増大を得るために
供給原料が空気分離プラントから取られるという
点で特に好ましい。 表には、第１図の具体例に従つて実施した本
発明の方法とコンピユーターシミユレーシヨンの
結果が表記されている。このデータは、単なる例
示の目的で提供するものであつて、本発明を限定
するものではない。略語“cfh”は周囲温度（70
〓）及び大気圧（14.7psia）において測定したと
きのft³／hrを意味する。純度は、ppm容量が特
定されていなければモル％単位で定められてい
る。流れの番号は第１図の番号に相当する。

【表】 表のデータによつて例示されるように、本発
明の方法は、クリプトン−キセノン濃縮物及び実
質上希を含まないガス状酸素を効率的に生成し、
しかも濃縮プロセスへの供給原料がごく少ない流
量で済む。これは、濃縮プロセスの投下資本及び
操作コストの両方を有意に減少する。 本発明の方法を特定の具体例に関して詳細に説
明したけれども、特許請求の範囲内に本発明の他
の具体例が包含されることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の１つの好ましい具体例
の概略流れ図である。主要部を表わす参照数字は
次の通りである。 １７：低圧塔、１８：凝縮器、１９：高圧塔、
３８：ストリツピング塔、４３：凝縮器、４４：
再沸帯域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クリプトン−キセノン濃縮物の製造及び希ガ
   スを実質上含まないガス状生成物の回収のための
   方法であつて、 (1) 酸素、クリプトン及びキセノンを含む供給原
   料液であつて、該供給原料液中の酸素が空気分
   離プラントからの酸素の約５〜40％を含むよう
   な供給原料液を空気分離プラントから取り、こ
   の供給原料液を再沸帯域に供給して再沸液を形
   成し、 (2) 前記再沸液を部分気化させて蒸気及び液状ク
   リプトン−キセノン濃縮物を生成し、 (3) クリプトン−キセノン濃縮物を回収し、 (4) ストリツピング塔に前記蒸気中におけるより
   も低いクリプトン−キセノン濃度を有する還流
   液を導入し、 (5) ストリツピング塔において下流する還流液に
   対向させて前記蒸気を送り、 (6) 前記蒸気からクリプトン及びキセノンを還流
   液中にストリツピングさせてリーン蒸気及びよ
   りリツチな液を生成し、 (7) 前記のよりリツチな液を再沸帯域に送つて再
   沸液の一部分を形成し、 (8) ストリツピング塔からリーン蒸気を抜き出
   し、 (9) 抜き出したリーン蒸気を、希ガスを実質上含
   まないガス状生成物として回収し、そして (10) 空気分離プラントから供給原料液を取る点よ
   りも少なくとも２つの平衡段階上方の点におい
   て空気分離プラントから酸素の大部分を酸素ガ
   ス生成物として直接回収し、これによつて通常
   のクリプトン−キセノン濃縮プロセスで必要と
   されるよりもかなり小型の寸法のストリツピン
   グ塔の使用を可能にする、 ことからなる方法。 ２ 供給原料液中のクリプトン濃度が少なくとも
   10ppmである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ ストリツピング塔からのよりリツチな液が再
   沸帯域へ送る前に供給原料液と合流される特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ４ ストリツピング塔が15〜100psiaの範囲内の
   圧力で操作される特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ５ クリプトン−キセノン濃縮物中のクリプトン
   の濃度が少なくとも200ppmである特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ６ 供給原料液が二重塔空気分離プロセスの熱交
   換関係帯域から取られる特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ７ ストリツピング塔のための還流液が、二重塔
   空気分離プロセスの低圧塔から提供され、そして
   供給原料液を取る点よりも上方の点から取られる
   特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８ 還流液が、熱交換関係帯域よりも少なくとも
   ２つの平衡段階上方の点において低圧塔から取ら
   れる特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９ ガス状流れが下圧塔から抜き出されそして酸
   素生成物として回収される特許請求の範囲第６項
   記載の方法。 １０ リーン蒸気がガス状流れと合流されそして
   合流した流れが回収される特許請求の範囲第９項
   記載の方法。 １１ ガス状流れが、供給原料液及び還流液をそ
   れぞれ取る点と点との間の点で低圧塔から抜き出
   される特許請求の範囲第９項記載の方法。 １２ 再沸液の部分気化が、高圧塔から取られる
   凝縮性窒素リツチ蒸気との間接的熱交換によつて
   実施される特許請求の範囲第６項記載の方法。 １３ 得られた凝縮窒素リツチ流れが還流液とし
   て高圧塔に戻される特許請求の範囲第１２項記載
   の方法。 １４ クリプトン−キセノン濃縮物の製造及び希
   ガスを実質上含まないガス状生成物の回収のため
   の方法であつて、 (1) 熱交換関係にある高圧塔及び低圧塔を含む低
   温精留空気分離プラントに供給原料空気を供給
   し、 (2) 熱交換関係にある帯域から酸素、クリプトン
   及びキセノンを含む第一の液体を抜き出し、こ
   の抜き出した液体を再沸帯域に供給して再沸液
   を形成し、 (3) 前記再沸液を部分気化させて蒸気及び液状ク
   リプトン−キセノン濃縮物を生成し、 (4) クリプトン−キセノン濃縮物を回収し、 (5) 第一の液体を抜き出した点よりも上方の点に
   おいて低圧塔から第二の液体を抜き出し、この
   第二の液体は再沸帯域で生成された蒸気中にお
   けるよりも低いクリプトン−キセノン濃度を有
   し、そして該第二液体を還流液としてストリツ
   ピング塔に導入し、 (6) ストリツピング塔において下流する還流液に
   対向させて前記蒸気を送り、 (7) 前記蒸気からクリプトン及びキセノンを還流
   液中にストリツピングさせてリーン蒸気及びよ
   りリツチな液を生成し、 (8) 前記のよりリツチな液を再沸帯域に送つて再
   沸液の一部分を形成し、 (9) ストリツピング塔からリーン蒸気を抜き出
   し、 (10) 抜き出したリーン蒸気を、希ガスを実質上含
   まないガス状生成物として回収し、 (11) 前記の第一液及び第二液を抜き出した点と点
   との間の点で、且つ第一液を抜き出した点より
   も少なくとも２つの平衡段階上方の点におい
   て、低圧塔からガス状流れを抜き出し、そして (12) 前記ガス状流れを酸素生成物として回収す
   る、 ことを含む方法。 １５ 抜き出したリーン蒸気及び抜き出したガス
   状流れが合流されそして一緒に回収される特許請
   求の範囲第１４項記載の方法。 １６ 熱交換関係にある帯域よりも少なくとも２
   つの平衡段階上方の点において低圧塔から第二液
   が抜き出される特許請求の範囲第１４項記載の方
   法。 １７ 再沸液の部分気化が、高圧塔から取つた凝
   縮性窒素リツチ蒸気との間接的熱交換によつて実
   施される特許請求の範囲第１４項記載の方法。 １８ 得られた凝縮窒素リツチ流れが還流液とし
   て高圧塔に戻される特許請求の範囲第１７項記載
   の方法。