JPH05203348A - 精留による空気の分離方法及び装置 - Google Patents

精留による空気の分離方法及び装置

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JPH05203348A
JPH05203348A JP4253394A JP25339492A JPH05203348A JP H05203348 A JPH05203348 A JP H05203348A JP 4253394 A JP4253394 A JP 4253394A JP 25339492 A JP25339492 A JP 25339492A JP H05203348 A JPH05203348 A JP H05203348A
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column
pressure column
raw
conduit
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ロットマン ディートリッヒ
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Linde GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に原料アルゴンの収得を経済的に能率よく
行い得る２段精留による空気の分離方法及び装置を提供
する。 【構成】 原料アルゴン塔（２０）からの原料アルゴン
流（２５、３１）の部分流が中間圧塔（４）からの液状
酸素生成物流（４０）と間接的熱交換（３４）されて凝
結（３５）され、その際酸素生成物流（４０）が一部分
蒸発され、引続いて凝結された原料アルゴン（３５）が
再び原料アルゴン塔（２０）に戻され、原料アルゴンの
第２の部分流が生成物（２４）として収得される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気を圧縮し、浄化
し、冷却し、２段精留塔の高圧塔にて酸素に富んだ流体
及び窒素に富んだ部分に予備分離し、その際酸素に富ん
だ流体及び／又は窒素に富んだ部分の少なくとも一部を
前記精留塔の中間圧塔に導入して、酸素及び窒素に分離
し、又前記中間圧塔からアルゴン含有酸素流及び酸素生
成物流を取出し、前記アルゴン含有酸素流を前記中間圧
塔の圧力よりも低い圧力で駆動される原料アルゴン塔に
導入し、これの上部範囲から原料アルゴンを取出すよう
になされている精留による空気の分離方法及びこの方法
を実施する為の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気の分離に続いて原料アルゴンが収得
されるような上述の方法はドイツ国公開公報ＤＥ−Ａ−
３９ ０５ ５２１によって公知である。
【０００３】この方法に於ては、原料アルゴンの精留が
２段精留塔の中間圧塔が駆動される圧力よりも低い圧力
で行われるのである。中間圧塔からのアルゴン含有酸素
流は原料アルゴン塔に導入される前に仕事を行って膨張
される。高圧塔の塔底にて酸素に富んだ流体が引出さ
れ、これの大部分がその為に利用されるのである。原料
アルゴン塔の頭部凝結器内に於てガス状の原料アルゴン
が高圧塔からの膨張される酸素に富んだ流体との間接的
な熱交換によって液化される。その際に蒸発される酸素
に富んだ部分は圧縮されて中間圧塔内に供給されるので
ある。
【０００４】この公知の方法は、中間圧塔に比較して低
い原料アルゴン塔内の圧力によってアルゴンの収量の大
なる損失を伴わずに加圧酸素或いは加圧窒素を収得する
空気の分離に引続いて原料アルゴンの収得を可能にな
す。しかし、この方法にも欠点がある。特に原料アルゴ
ン塔の頭部冷却の為の酸素に富んだ部分の膨張及び逆圧
縮が甚だ高価である。さらに、酸素に富んだ部分の蒸発
された部分はガス状で中間圧塔に供給され、こゝで逆流
流体を得られず、これによって中間圧塔内の精留条件、
特にアルゴンの収得が完全には満足なものでないのであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、冒頭
に述べた種類の方法を、アルゴンの収得が特に経済的に
良好な具合に行われ得るように改良することである。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】上述の目的は、本発明によ
り、酸素生成物流が液状で中間圧塔から引出され、又原
料アルゴン塔から取出された原料アルゴンの少なくとも
一部が液状の酸素生成物流との間接的な熱交換によって
凝結され、その際酸素生成物流が少なくとも一部蒸発さ
れ、その際に凝結された原料アルゴンが再び原料アルゴ
ン塔に戻されるようになすことによって解決されるので
ある。
【０００７】これによって公知の方法に比して多くの改
良が得られる。このようにして、高圧塔からの酸素に富
んだ部分全体が液状にて中間圧塔内にこれの上方から比
較的広い範囲に供給されることが出来るようになされる
のである。逆流比率Ｆ／Ｄは１の方向に移動されるので
ある。ガス状の部分の障害を生じさせる不具合な供給を
行わないでもよくなるのである。
【０００８】これにより中間圧塔に於ける精留は改善さ
れる。このことは−理論的なベッド よって明らかである。それでも原料アルゴン塔は経済的
な方法で存在している成分、即ち中間圧塔からの酸素生
成物により冷却されることが出来るのである。
【０００９】本発明による方法は、液状の酸素生成物流
の圧力が凝結する原料アルゴンとの間接的な熱交換の前
に上昇される場合に更に他の利点を与える。実際上経済
的な方法で上昇された圧力状態の酸素を収得する為に酸
素を液状で昇圧させて、引続き蒸発させることは公知で
ある。就中酸素は一般に凝結されて、引続き高圧塔に供
給される投入空気によって圧縮されるのである。しか
し、この液状の投入物は高圧塔内の精留に対して不具合
な作用を与えるのである。
【００１０】しかし、本発明による方法に於ては、加圧
酸素の収得の場合に精留に対して何等の欠点を生じな
い。反対に液状で加圧状態になされた酸素は液化が望ま
れる部分に対する熱交換によって蒸発され、蒸発された
部分が原料アルゴン塔内への戻り流として役立ち得るよ
うになされる。
【００１１】液状の酸素に於ける昇圧は例えばポンプに
より、又は中間圧塔及び酸素蒸発器の間の流体静力学的
ポテンシャルを利用することによって行うことが出来
る。
【００１２】本発明による方法に於て原料アルゴンを液
状酸素生成物との間接的な熱交換の前に加熱し、圧縮
し、冷却する場合に有利であることが証明されている。
【００１３】原料アルゴンの圧縮は１段又は多段の工程
で行うことが出来る。１つ又は複数の圧縮機によって原
料アルゴンの所望の圧力、従って最終的に蒸発される酸
素生成物流の圧力レベルを調節することが出来る。これ
によって酸素の排出圧力が残余の方法の工程に対する実
質的な不利な逆作用を伴わずに広い範囲で調節されるこ
とが出来るのである。
【００１４】凝結された原料アルゴンが液状酸素生成物
との間接的な熱交換の後で過冷却され、原料アルゴン塔
内への導入の前に膨張されるのが望ましい。この場合、
凝結された原料アルゴンの過冷却を原料アルゴン塔から
取出される原料アルゴンとの間接的な熱交換によって行
う場合好都合である。
【００１５】本発明の更に他の構成に於ては、中間圧塔
からのアルゴン含有酸素流を原料アルゴン塔に導入する
前に仕事を行って膨張させ、仕事を行う膨張の際に得ら
れる仕事を少なくとも一部原料アルゴンの圧縮に利用す
るようになされるのである。これによって蒸発する酸素
に対する凝結の上流側の原料アルゴンの圧縮の為に必要
な外部エネルギーの費用が実質的に減少されることが出
来るのである。
【００１６】本発明による方法の変形形態に於ては、蒸
発される酸素生成物流の一部分が中間圧塔の下部に導入
されるようになし得る。これによって原料アルゴンの凝
結が中間圧塔内の附加的に上昇するガスを発生させ、こ
れによって主凝結器の作用を増大させるのである。
【００１７】原料アルゴン塔から取出される原料アルゴ
ンの一部分を生成物として収得するのが望ましい。
【００１８】
【実施例】本発明による方法の実施形態を概略的に示す
図１を参照して、以下に本発明の更に詳細な構成が詳述
される。
【００１９】導管１を通り圧縮され、予備浄化された空
気が供給され、熱交換器３６内で生成物流との間接的な
熱交換によって冷却され、２段精留塔２の高圧塔３内に
導入されるようになっている。この高圧塔３（駆動圧
力：６乃至２０バール、望ましくは８乃至１７バール）
は中間圧塔４（駆動圧力：１．５乃至１０バール、望ま
しくは２．０乃至８バール）に対して共通の凝結器／蒸
発器１３を経て熱交換を行うように連結されている。導
入された空気は高圧塔内で窒素及び酸素に富んだ部分に
分離される。酸素に富んだ部分は高圧塔の塔底で導管６
を経て液状の状態で排出されて、熱交換器３２内で過冷
却され、弁１０を経て再び中間圧塔４内に絞られて導入
される。高圧塔３の頭部からの窒素は導管５を経て同様
に液状で排出され、熱交換器３２内で過冷却され、一部
分導管８を経て液状の生成物として排出されるのであ
る。高圧塔３からの窒素の残りの部分は導管９を経て戻
し流として中間圧塔４に導入される。
【００２０】中間圧塔からの生成物として液状の酸素
（導管４０）、ガス状の純窒素（導管１５）及び不純な
窒素（導管１６）が取出され、両方の窒素の部分は熱交
換器３２及び３６内で加熱される。
【００２１】タービン１８の寒冷仕事量がこの処理に不
充分である場合には、中間圧塔４内の比較的高い圧力の
為に導管１６内の不純窒素を、不足している処理の寒冷
の発生の為に利用するのが目的に適している。しかし、
その為に必要な処理の工程は図には示されていない。
【００２２】上述された流れの他に中間圧塔４からは更
にアルゴン含有酸素流が導管１７を経て取出され、熱交
換器３６内で加熱され、１．１乃至２バール、望ましく
は１．３乃至１．５バールの圧力で駆動される原料アル
ゴン塔２０内に供給される。原料アルゴン塔２０の塔底
内に生じる残余部分は導管２２を経て排出され、ポンプ
２３によって中間圧塔４内に戻す為に必要な圧力になさ
れるのである。更に、アルゴンに富んだ酸素流１７は原
料アルゴン塔２０内に導入される前に膨張タービン１８
にて仕事を行って膨張され、一方ではアルゴンに富んだ
酸素流を原料アルゴン塔２０内にある低圧になすと共
に、他方では必要な処理の為の寒冷を発生させるように
なされるのである。
【００２３】原料アルゴン塔２０の頭部に生じるガス状
の原料アルゴンは導管２１を経て取出され、熱交換器３
７内で冷却されて凝結される原料アルゴンとの熱交換に
て加熱され、更に熱交換器３６内で加熱され、これに引
続いて２つの部分流導管（２４及び２５）に分岐され
る。導管２４内の原料アルゴン流は中間生成物として設
備から排出される。設備から排出されなかった導管２５
内の原料アルゴン流は２つの圧縮機段２６及び２９にて
圧縮され、夫々引続き冷却（水冷却器２８及び３０）さ
れる。引続いてこの原料アルゴン流は導管３１を経て熱
交換器３６を流過され、こゝで更に冷却され、これに引
続いて凝結器蒸発器３３内に設けられた凝結器３４内に
導かれる。凝結器３４内で原料アルゴンは導管４０を経
てポンプ４１により導入される液状酸素との熱交換にて
凝結される。凝結された原料アルゴンは引続いて導管３
５を経て熱交換器３７に導入され、この熱交換器内で原
料アルゴン塔２０から取出される原料アルゴンとの熱交
換にて冷却され、弁３８によって膨張されて原料アルゴ
ン塔２０内に導入される。
【００２４】導管４０を通ってポンプ４１により凝結器
蒸発器３３内に導入される液状の昇圧状態の酸素生成物
流は導管３１を経て導かれる原料アルゴンの部分流との
熱交換にて一部分蒸発される。酸素生成物流のガス状の
部分は導管４２を通り、熱交換器３６内で加熱された後
で排出される。ガス状酸素生成物流の排出の必要のない
部分は導管４３を通り、弁４４で膨張されて再び中間圧
塔の塔底に導入されるのである。導管４５によって液状
の酸素生成物流が凝結器蒸発器３３から収得される。
【００２５】図１に破線によって示されている処理工程
は附加的な窒素−濃縮循環回路を示している。
【００２６】窒素成分の一部分が導管１５から導管５０
を経て取出され、圧縮機５１にて圧縮され、引続いて水
冷却器５２内で冷却され、導管５３を通り、熱交換器３
６内で過冷却された後で高圧塔３の塔底に設けられた高
温蛇管５４内に導入される。このようにして形成された
窒素凝結物は導管５５を通り、弁５６で膨張されて高圧
塔の上部範囲内に、液状窒素（導管５）の取出し位置の
上方又は下方の位置にて導入されるのである（図面では
明瞭化の為に取出し位置の下方で導入される状態示しし
ている）。高圧塔の上部範囲に絞られて導入される窒素
凝結物は中圧塔内にてアルゴンの収得の為に積極的に働
く。何故ならば中圧塔内に於ける戻り流の比率は附加的
な窒素の投与によって改善されるからである。
【００２７】更に塔底の加熱（蛇管５４）によって必要
な空気量は、不純な窒素内の任意の低い酸素純度が得ら
れる程減少されることが出来る。
【００２８】本発明による方法は特に発電所（例えばＧ
ＵＤ発電所）又はその他のガスタービン（例えば製鋼
用）を有する設備に組合される（組合せサイクル）空気
分離設備に組込まれることが出来る。
【００２９】更に、１つ、複数又は夫々の塔（高圧塔、
低圧塔、原料アルゴン塔）内に無秩序に又は整然と配置
される充填物（Ｐａｃｋｕｎｇｅｎ）を設けるのが有利
である。その際 るようになし得るのである。
【００３０】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているか
ら、空気を２段精留塔の高圧塔にて酸素及び窒素に分離
し、又中間圧塔からアルゴン含有酸素流及び酸素生成物
流を取出し、原料アルゴン塔に導入し、原料アルゴンを
取出す精留による空気の分離方法を、アルゴンの収得が
従来技術よりも更に経済的に良好な具合で行い得るよう
に改善し得る優れた方法及び装置が提供されるのであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】破線で示された附加的な窒素濃縮循環回路を有
する本発明の方法を実施する循環回路図。
【符号の説明】
２ ２段精留塔 ３ 高圧塔 ４ 中間圧塔 １０ 弁 １３ 凝結器蒸発器 １８ 膨張タービン ２０ 原料アルゴン塔 ２３ ポンプ ２６ 圧縮機段 ２８ 水冷却器 ２９ 圧縮機段 ３０ 水冷却器 ３２ 熱交換器 ３３ 凝結器蒸発器 ３４ 凝結器 ３６ 熱交換器 ３７ 熱交換器 ３８ 弁 ４１ ポンプ ４４ 弁 ５１ 圧縮機 ５２ 水冷却器 ５４ 高温蛇管 ５６ 弁

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気（１）を圧縮し、浄化し、冷却
    （３）して、２段精留塔（２）の高圧塔（３）にて酸素
    に富んだ流体（６）及び窒素に富む部分（５）に予備分
    離し、その際酸素に富んだ流体（６）及び／又は窒素に
    富んだ部分（５）の少なくとも一部を前記精留塔（２）
    の中間圧塔（４）に導入して、酸素及び窒素に分離し、
    又前記中間圧塔（４）からアルゴン含有酸素流（１７）
    及び酸素生成物流（４０）を取出し、前記アルゴン含有
    酸素流を前記中間圧塔（４）の圧力よりも低い圧力で駆
    動される原料アルゴン塔（２０）に導入し、これの上方
    範囲から原料アルゴン（２１）を取出すようになされて
    いる精留による空気の分離方法に於て、前記酸素生成物
    流（４０）を液状にて前記中間圧塔（４）から排出さ
    せ、前記原料アルゴン塔（２０）から取出された原料ア
    ルゴンの少なくとも一部を前記液状の酸素生成物流（４
    ０）との間接的な熱交換（３４）にて凝結させ、その際
    前記酸素生成物流（４０）を少なくとも一部蒸発させ、
    又その際凝結された原料アルゴン（３５）を再び前記原
    料アルゴン塔（２０）に戻すようになされていることを
    特徴とする精留による空気の分離方法。
  2. 【請求項２】 前記液状の酸素生成物流（４０）の圧力
    を前記凝結される原料アルゴンとの間接的な熱交換（３
    ３、３４）の前に上昇させることを特徴とする請求項１
    に記載された方法。
  3. 【請求項３】 前記原料アルゴン（２５）を前記液状の
    酸素生成物流との間接的な熱交換（３４）の前に加熱
    （３７）し、圧縮（２６、２９）を行い、冷却（２８、
    ３０、３６）することを特徴とする請求項１又は請求項
    ２に記載された方法。
  4. 【請求項４】 前記凝結された原料アルゴン（３５）を
    前記液状の酸素生成物流との間接的な熱交換（３４）の
    後で過冷却（３７）し、前記原料アルゴン塔（２０）内
    への導入の前に膨張（３８）させることを特徴とする請
    求項１乃至請求項３の何れか１項に記載された方法。
  5. 【請求項５】 前記凝結された原料アルゴン（３５）の
    過冷却が前記原料アルゴン塔（２０）から取出される原
    料アルゴンとの間接的な熱交換（３７）によって行われ
    ることを特徴とする請求項６に記載された方法。
  6. 【請求項６】 前記中間圧塔（４）からのアルゴン含有
    酸素流（１７）を前記原料アルゴン塔（２０）内に導入
    する前に仕事を行って膨張させ、前記仕事を行う膨張の
    際に得られる仕事を少なくとも一部原料アルゴン（２
    ５）の圧縮（２９）に利用することを特徴とする請求項
    ３乃至請求項５の何れか１項に記載された方法。
  7. 【請求項７】 前記蒸発された酸素生成物流の一部分を
    前記中間圧塔の下部に導入（４３）することを特徴とす
    る請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載された方
    法。
  8. 【請求項８】 前記原料アルゴン塔（２０）から取出し
    た原料アルゴン（２１）の一部分を生成物（２４）とし
    て収得することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何
    れか１項に記載された方法。
  9. 【請求項９】 高圧塔（３）及び中間圧塔（４）を備え
    た精留塔（２）を有し、前記高圧塔に開口している、圧
    縮され、浄化されて、冷却された空気の供給導管（１）
    を有し、前記高圧塔（３）及び前記中間圧塔（４）の間
    を連結する結合導管（５、６）を有し、前記中間圧塔
    （４）から減圧装置（１８）を経て原料アルゴン塔（２
    ０）に導かれているアルゴン流通導管（１７、１９）を
    有し、更に前記原料アルゴン塔（２０）の上部範囲に結
    合されている原料アルゴン排出導管（２１、３１）を有
    する請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載された方
    法を実施する装置に於て、凝結器蒸発器（３３、３４）
    を有し、この凝結器蒸発器の凝結側（３）が前記原料ア
    ルゴン排出導管（２１、２５、３１）を経て、又前記原
    料アルゴン凝結物導管（３５）を経て前記原料アルゴン
    塔（２０）に結合され、又前記凝結器蒸発器の蒸発側が
    流体導管（４０）を経て前記中間圧塔（４）の下部範囲
    に結合されていることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 前記流体導管（４０）内に配置されて
    いるポンプ（４１）を有することを特徴とする請求項９
    に記載された装置。
  11. 【請求項１１】 前記凝結器蒸発器（３３、３４）が前
    記中間圧塔（４）よりも低い位置に配置されていること
    を特徴とする請求項９又は請求項１０に記載された装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記原料アルゴン排出導管（２５）内
    に圧縮装置（２６、２９）が配置されていることを特徴
    とする請求項９乃至請求項１１の何れか１項に記載され
    た装置。
  13. 【請求項１３】 高温通路が前記原料アルゴン凝結物導
    管（３５）に結合されている原料アルゴン過冷却器（３
    ７）を有することを特徴とする請求項９乃至請求項１２
    の何れか１項に記載された装置。
  14. 【請求項１４】 前記原料アルゴン過冷却器（３７）の
    低温通路が前記原料アルゴン排出導管（２１）に結合さ
    れていることを特徴とする請求項１３に記載された装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記アルゴン流通導管（１７、１９）
    内の前記減圧装置（１８）が膨張機械を有することを特
    徴とする請求項９乃至請求項１４の何れか１項に記載さ
    れた装置。
  16. 【請求項１６】 前記圧縮装置が前記膨張機械（１８）
    に連結された少なくとも１つの圧縮機を有することを特
    徴とする請求項１２乃至請求項１５の何れか１項に記載
    された装置。
  17. 【請求項１７】 前記凝結器蒸発器の蒸発側（３３）か
    ら前記中間圧塔（４）の下部範囲に導かれている蒸気導
    管（４３）を有することを特徴とする請求項９乃至請求
    項１６の何れか１項に記載された装置。
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