JPH06229668A - ガス状酸素の製造方法並びに設備 - Google Patents

ガス状酸素の製造方法並びに設備

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JPH06229668A
JPH06229668A JP5321458A JP32145893A JPH06229668A JP H06229668 A JPH06229668 A JP H06229668A JP 5321458 A JP5321458 A JP 5321458A JP 32145893 A JP32145893 A JP 32145893A JP H06229668 A JPH06229668 A JP H06229668A
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JP
Japan
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rectification column
pressure
low pressure
oxygen
source
Prior art date
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JP5321458A
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English (en)
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Alain Guillard
グイラル・アラン
Norbert Rieth
リエ・ノルベル
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 中程度の圧力、すなわち数バールの圧力のガ
ス状酸素を、酸素圧縮機や膨脹タービンのような特殊な
回転機械を使用せずに、特に経済的なやり方で製造する
方法及び設備を提供する。 【構成】 空気精留用の複式精留塔（５）を用いるこの
方法によれば、 −低圧精留塔（７）は、大気圧より実質的に高い圧力、
特にほぼ２〜５バールノ圧力で作動され、中圧精留塔
（６）は、対応する圧力、特にほぼ８〜１６バールの圧
力でさどうされ、 −製品ガス状酸素は、低圧精留塔の底部から直接回収さ
れ、かつ −設備は、低圧精留塔から出る少なくとも一つのガス状
製品の自由膨張によって、少なくとも部分的に寒冷を維
持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複式精留塔によって、
圧力下のガス状酸素の製造方法に関し、本明細書で問題
となる圧力は、絶対圧力である。
【０００２】
【従来の技術】圧力下のガス状酸素の製造は、大気圧に
近い圧力にある低圧精留塔から取り出されたガス状酸素
の圧縮によるか、又は製造圧力に昇圧された液体酸素の
蒸発によるかして一般に行われる。対応する装置は、そ
れらが酸素圧縮機や、１台又は数台の膨張タービンのよ
うな特殊な回転機械を必要とするので複雑である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に中圧の
酸素を経済的なやり方で製造できる方法を提供すること
を目的としている。本発明はまた、そのような方法を実
施するのに適した設備も目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このため本発明による方
法は、 −低圧精留塔が、大気圧より実質的に高く、酸素の製造
圧力よりわずかに高い圧力で作動され、前記低圧が、特
にほぼ２〜５バールであり、かつ中圧精留塔が、特にほ
ぼ８〜１６バールの対応する圧力で作動され、 −ガス状製造酸素が、低圧精留塔の底部から直接回収さ
れ、 −設備が、低圧精留塔を出る少なくとも一つのガス状製
品の自由膨張により、少なくとも部分的に寒冷を保持さ
れることを特徴としている。
【０００５】他の特徴によれば、 −低圧精留塔の頂部から取出された廃ガスが、自由膨張
によって膨張され、 −複式精留塔外の供給源からの液体窒素流が、低圧精留
塔内に注入され、 −複式精留塔外の供給源からの液体酸素流が、低圧精留
塔内に注入され、 −複式精留塔外の供給源からの液体酸素流が、複式精留
塔と組合わされた熱交換系の中間点で、ガス状酸素内に
注入され、低圧精留塔の底部から取出された排出液体酸
素が、前記供給源に送られ、 −処理される空気が、吸着による精製の前に、冷凍回路
によって予冷される。本発明による、空気圧縮機、圧縮
空気の精製装置、蒸発凝縮器によって接続された中圧精
留塔と低圧精留塔を有する精製空気の複式精留塔、複式
精留塔からの製品との間接熱交換により精製空気を冷却
する熱交換系、及び設備の寒冷を保持する手段を有する
種類の設備は、低圧精留塔が、大気圧より実質的に高
く、酸素製造圧力よりわずかに高い圧力で作動し、前記
低圧が、特にほぼ２〜５バールであること、酸素製品用
管路が、ガス状酸素がそこから取出される低圧精留塔の
底部に直接接続されること、及び寒冷供給手段が、低圧
精留塔を出る少なくとも一つのガス状製品を自由に膨張
する弁を有することを特徴としている。
【０００６】そのような設備では、複式精留塔は、特に
複式精留塔と管路部分のみを収容する真空ジャケットに
よって真空断熱され、設備のコールド・パーツの残部
が、所望ならば液体窒素源及び／又は液体酸素源、並び
に前記液体源から出る管路を除いて、固体、特に粒子の
断熱材を収容する大気圧のコールド・ボックスによって
断熱されている。本発明の実施例は、添付の図面を参照
しながら、以下に述べられるであろう。
【０００７】
【実施例】図１に示された設備は、主として空気圧縮機
１、吸着による空気精製装置２、熱交換系３、過冷却器
４、及び複式精留塔５を有する。この複式精留塔は、主
として低圧精留塔７を戴置した中圧精留塔６、及び中圧
精留塔６の頂部蒸気（実際には純窒素）と低圧精留塔７
の底部液体（所望純度の酸素）との間接熱交換が起こる
蒸発凝縮器８からなる。
【０００８】作動中、精留される空気は、ほぼ８〜１６
バールの圧力、いわゆる中圧に空気圧縮機１で圧縮さ
れ、空気精製装置２で水分と二酸化炭素を除去精製さ
れ、熱交換系３で露点付近まで冷却され、中圧精留塔６
の底部に導入される。この中圧精留塔６の底部に集めら
れた“リッチリキッド”（酸素富化空気）は過冷却器４
で過冷却され、膨張弁９でほぼ製造圧力であるほぼ２〜
５バールの圧力、いわゆる低圧に膨張され、管路１０を
経て低圧精留塔７の中間高さに導入される。中圧精留塔
６の頂部に集められた“プアーリキッド”（実際には純
窒素）は過冷却器４で過冷却され、膨張弁１１で低圧に
膨張され、管路１２を経て低圧精留塔７の頂部に導入さ
れる。製品酸素は、ガス状で低圧精留塔７の底部から取
出され、熱交換系３で再加熱され、製品管路１３を経て
製品として直接回収される。
【０００９】設備の寒冷を維持するために、管路１４を
経て低圧精留塔７の頂部から取出された廃ガスＷは、膨
張弁１５で自由膨張によって、大気圧よりわずかに高い
圧力まで膨張され、過冷却器４次いで熱交換系３で再加
熱され、管路１６を経て排出される。この排出ガスは、
精製装置２の吸着剤を再生するのに使用できる。
【００１０】この自由膨張によって生成された寒冷が十
分でないならば、寒冷は、図面に破線で示された少なく
とも一つの次のような手段によって補足できる。 −管路１８を経て低圧精留塔７の頂部に接続され、流量
調整手段を備えた、低圧の液体窒素源１７。図示のよう
に、この液体窒素源は、出口にポンプ１７Ｂを備えた大
気圧の液体窒素供給槽１７Ａを有することができる。
【００１１】−管路２０を経て低圧精留塔７の底部に接
続され、流量調整手段を備えた、低圧の液体酸素源１
９。図示のように、この液体酸素源も、出口にポンプ１
９Ｂを備えた大気圧の液体酸素供給槽１９Ａであってよ
い。 −空気圧縮機１と精製装置２の間に取付けられ、圧縮空
気を例えば０〜５℃の温度に予冷する、例えばアンモニ
ア回路のような冷凍回路。
【００１２】図示された設備は、次のやり方で断熱され
る。一方では、複式精留塔５は、高性能の断熱を保証す
る真空ジャケット２２内に配置される。このジャケット
は、複式精留塔以外には、そこへ入り又はそこから出る
管路部分のみを収容し、これらの管路群は、適当な接続
部２３によってジャケットを通過する。実際、ジャケッ
トの同じ区域に、すべての接続部２３を集めるのが好ま
しい。
【００１３】他方では、それら自身、一般には真空断熱
を有する超低温液体源１７、１９及びそこから出る管路
群を除いて、設備の他のすべてのコールド・パーツは、
固体粒子断熱材料、好ましくはパーライトを収容する、
大気圧のコールド・ボックス２４によって断熱される。
【００１４】このやり方の断熱は、真空ジャケットが、
全高さにわたって一定の直径でよい複式精留塔の外径と
ほとんど適合した直径をもつことができるので有利であ
り、輸送するのに便利な複式精留塔５−ジャケット２２
組立て体をもたらすことができる。さらに、膨張弁９、
１１、１５のような低温付属品は、それらが常に大気圧
下にあるので容易に近付くことができる。
【００１５】エネルギーの観点からも、このやり方は非
常に有利であり、同時に設備全体を包囲する真空断熱よ
り非常に費用が安い。したがって空気精留設備では、熱
損失の７０〜８５％が複式精留塔から生じ、熱交換系で
は、損失はもっとも冷たい部分に集中する。合計では、
真空ジャケット２２−コールド・ボックス２４組立て体
の断熱効率は、全設備の真空断熱により得られる効率の
ほぼ９０％である。
【００１６】改良として、複式精留塔は“尖塔”を有す
ることができ、この尖塔は、その頂部で低圧のガス状窒
素を製造できる低圧精留塔７の上部部分である。この場
合、このガス状窒素も、過冷却器４及び熱交換系３で再
加熱され、次いで設備の第２の製品として回収される前
に、寒冷を生成するために、膨張弁で大気圧付近まで膨
張させることができる。
【００１７】本発明による設備の簡単さは、特に中程度
の量、数バールの圧力のガス状酸素を１日当り数十トン
の製造に関係する設備を提供する。断熱なしに図２に示
された改良では、設備は、廃ガスＷを膨張弁１５で膨張
して得られた寒冷は、前のように供給槽１９Ａ及びポン
プ１９Ｂで構成された供給源１９からの液体酸素量によ
って補足されて維持される。
【００１８】しかしながらこの改良では、低圧よりいく
らか高い圧力にポンプ１９Ｂで昇圧された添加液体酸素
は、熱交換系３の中間点２５で、再加熱中のガス状酸素
に注入される。さらに、弁２７を備えた液体酸素排出管
路２６は、低圧精留塔７の底部から出て、供給槽１９Ａ
を部分的に満たすように槽内に達し、残余の液体酸素は
タンクローリー２８によって供給される。
【００１９】低圧精留塔７から炭化水素を排出するのに
適したパージは、処理空気の流量の約０．２％に対応
し、一般には自動的に間欠式に行われるのが好ましく、
これは設備への液体酸素の“人工供給”（ｂｏｔｔｌｅ
ｆｅｅｄｉｎｇ）とは無関係である。注入点２５は、
液体酸素が、十分高い温度で蒸発し、炭化水素が、酸素
の蒸発中に爆発又は点火の危険をもたないように選ばれ
る。したがってこの温度はほぼ−１００℃でよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による酸素製造設備のフローシート。
【図２】図１の設備の変形のフローシート。
【符号の説明】
１：空気圧縮機 ２：吸着による空気精製装置 ３：熱交換系 ４：過冷却器 ５：複式精留塔 ６：中圧精留塔 ７：低圧精留塔 ８：蒸発凝縮器 ９、１１、１５：膨張弁 １７：液体窒素源 １７Ａ：液体窒素供給槽 １７Ｂ、１９Ｂ：ポンプ １９：液体酸素源 １９Ａ：液体酸素供給槽 ２１：冷凍回路 ２２：真空ジャケット ２３：接続部 ２４：コールド・ボックス ２８：タンクローリー Ｗ：廃ガス ＯＧ：ガス状酸素

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複式精留塔（５）による圧力下のガス状
    酸素の製造方法において、 −低圧精留塔（７）が、大気圧より実質的に高く、酸素
    の製造圧力よりわずかに高い圧力で作動され、前記低圧
    が、特にほぼ２〜５バールであり、かつ中圧精留塔
    （６）が、特にほぼ８〜１６バールの対応する圧力で作
    動され、 −ガス状製造酸素が、低圧精留塔の底部から直接回収さ
    れ、 −設備が、低圧精留塔を出る少なくとも一つのガス状製
    品の自由膨張により、少なくとも部分的に寒冷を保持さ
    れることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 低圧精留塔（７）の頂部から取出された
    廃ガス（Ｗ）が、自由膨張によって膨張されることを特
    徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 複式精留塔（５）外の供給源（１７）か
    らの液体窒素流が、低圧精留塔（７）内に（１８で）注
    入されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 複式精留塔（５）外の供給源（１９）か
    らの液体酸素流が、低圧精留塔（７）内に（２０で）注
    入されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１
    項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 複式精留塔（５）外の供給源からの液体
    酸素流が、複式精留塔（５）と組合わされた熱交換系
    （３）の中間点（２５）で、ガス状酸素内に注入され、
    低圧精留塔（７）の底部から（２６で）取出された排出
    液体酸素が、前記供給源（１９）に送られることを特徴
    とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 処理される空気が、（２での）吸着によ
    る精製の前に、冷凍回路（２１）によって予冷されるこ
    とを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 空気圧縮機（１）、圧縮空気の精製装置
    （２）、蒸発凝縮器（８）によって接続された中圧精留
    塔（６）と低圧精留塔（７）を有する精製空気の複式精
    留塔（５）、複式精留塔からの製品との間接熱交換によ
    り精製空気を冷却する熱交換系（３）、及び設備の寒冷
    を保持する手段（１５、１７−１８、１９−２０、２
    １）を有する種類の、圧力下のガス状酸素の製造設備に
    おいて、低圧精留塔（７）が、大気圧より実質的に高
    く、酸素製造圧力よりわずかに高い圧力で作動し、前記
    低圧が、特にほぼ２〜５バールであること、酸素製品用
    管路（１３）が、ガス状酸素がそこから取出される低圧
    精留塔の底部に直接接続されること、及び寒冷供給手段
    が、低圧精留塔（７）を出る少なくとも一つのガス状製
    品を自由に膨張する弁（１５）を有することを特徴とす
    る設備。
  8. 【請求項８】 膨張弁（１５）が、低圧精留塔（７）の
    頂部からの廃ガス（Ｗ）の除去用管路（１４）に取付け
    られることを特徴とする請求項７記載の設備。
  9. 【請求項９】 寒冷供給手段が、低圧精留塔（７）内に
    あらかじめ定められた液体窒素流を注入するために、低
    圧精留塔の頂部に接続された低圧の液体窒素供給源（１
    ７）を有することを特徴とする請求項７又は８記載の設
    備。
  10. 【請求項１０】 寒冷供給手段が、低圧精留塔（７）内
    にあらかじめ定められた液体酸素流を注入するために、
    低圧精留塔の底部に接続された低圧の液体酸素供給源
    （１９）を有することを特徴とする請求項７から９のい
    ずれか１項に記載の設備。
  11. 【請求項１１】 寒冷供給手段が、ガス状酸素用再加熱
    通路に、熱交換系（３）の中間点で接続された低圧の液
    体酸素源（１９）を有し、排出管路（２６）が、低圧精
    留塔（７）の底部を液体酸素源（１９）に接続すること
    を特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の設
    備。
  12. 【請求項１２】 設備が、空気圧縮機（１）と精製装置
    （２）の間に取付けられた、圧縮空気予冷用冷凍回路
    （２１）を有することを特徴とする請求項７から１１の
    いずれか１項に記載の設備。
  13. 【請求項１３】 複式精留塔（５）が、特に複式精留塔
    と管路部分のみを収容する真空ジャケット（２２）によ
    って真空断熱され、設備のコールド・パーツの残部が、
    所望ならば液体窒素及び／又は液体酸素の供給源（１
    ７、１９）、並びに前記供給源から出る管路（１８、２
    ０）を除いて、固体、特に粒子の断熱材を収容する大気
    圧のコールド・ボックス（２４）によって断熱されるこ
    とを特徴とする請求項７から１２のいずれか１項に記載
    の設備。
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