JPH06241649A - 空気精留により少なくとも一つの圧力下のガス状製品と少なくとも一つの液体を製造する方法並びに設備 - Google Patents

空気精留により少なくとも一つの圧力下のガス状製品と少なくとも一つの液体を製造する方法並びに設備

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に順応性があって経済的なやり方で、圧力
下の酸素及び／又は窒素をガス相で、少なくとも一つの
液体製品とともに製造するのに、窒素冷凍回路を備えた
単式精留塔有利な特性（低減された投資、中程度のエネ
ルギ消費、抽出効率とは無関係な製品純度）を利用す
る。 【構成】 この方法では、精留塔（９）の底部からは液
体酸素及び／又は液体窒素が、ポンプ（１４、１５）に
よって高い製造圧力にもたらされ、高圧空気の凝縮によ
って気化される。同時に、液体酸素及び／液体窒素が製
造される。設備は単式精留塔に接続された、不純アルゴ
ン製造塔（１０）を有することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒素冷凍回路を備えた
単式空気精留塔を有する設備によって圧力下のガス状酸
素及び／又はガス状窒素、並びに少なくとも一つの液状
製品を製造する方法、並びに設備に関する。本明細書に
おける圧力は絶対圧力である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に順応性
があって経済的なやり方で、圧力下の酸素及び／又は窒
素をガス相で、少なくとも一つの液体製品とともに製造
するのに、窒素冷凍回路を備えた単式精留塔有利な特性
（低減された投資、中程度のエネルギ消費、抽出効率と
は無関係な製品純度）を利用することを目的としてい
る。
【０００３】
【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、 −処理すべき空気が、少なくとも単式精留塔の圧力と等
しい第１の圧力に圧縮され、 −少なくとも空気の一部が、単式精留塔の圧力より実質
的に高い圧力にさらに圧縮され、 −前記空気の一部が、精留塔の底部から取出されて対応
する蒸発圧力に昇圧された液体酸素及び／又は液体窒素
の気化によって凝縮され、ガス状酸素及び／又はガス状
窒素が、製品として蒸発圧力下で回収され、 −凝縮された空気が過冷却され、精留塔の圧力付近に膨
張されて、少なくともその一部が、精留塔の中間高さに
導入され、 −液体酸素及び／又は液体窒素を気化するのに用いられ
なかった空気が、外部仕事を伴って精留塔の圧力に膨張
され、次いで −製品として回収される少なくとも一つの液体製品が、
精留塔から取出されることを特徴としている。
【０００４】他の特徴によれば、 −回路の高圧にある液体窒素が、精留塔の底部の蒸発器
を出て単式精留塔の底部から取出され、 −凝縮され膨張された空気の一部が、単式精留塔に接続
された不純アルゴン製造塔の頂部凝縮器を冷却するのに
用いられ、前記凝縮器からのガス状空気が単式精留塔内
に送られ、 −外部仕事を伴う前記膨張が、さらに圧縮はされていな
い空気の第１タービンでの膨張、及び高圧に圧縮された
空気の一部の第２タービンでの膨張を含み、 −第２タービンが、第１タービンの入口温度より低い入
口温度を有し、 −回路の高圧にある窒素の一部が、単式精留塔の圧力付
近に外部仕事を伴ってさらに膨張され、 −単式精留塔の圧力が、大気圧より実質的に高い。
【０００５】本発明のもう一つの目的である、上記のよ
うな方法を実施するのに適した設備は、 −処理すべき空気を、少なくとも単式精留塔の圧力と等
しい第１の圧力に圧縮する主圧縮機、 −少なくとも空気の一部を、単式精留塔の圧力より実質
的に高い圧力にさらに圧縮する手段、 −精留塔の底部から液体酸素及び／又は液体窒素を取出
し、これらの液体を気化し一方では高圧に圧縮された空
気を凝縮するのに適した熱交換器内に送り込む少なくと
も１台のポンプ、 −製品として、蒸発圧力下でガス状酸素及び／又はガス
状窒素を回収する手段、 −凝縮された高圧圧縮空気を過冷却し、少なくともその
一部を精留塔の中間高さに導入する手段、 −液体酸素及び／又は液体窒素を気化するのに用いられ
なかった空気を、精留塔の圧力付近に膨張する少なくと
も１台のタービン、及び −設備から少なくとも一つの液体製品を取出し、製品と
して回収する手段 を有することを特徴としている。
【０００６】主圧縮機及び窒素冷凍回路の圧縮機は、単
一の機械によって構成することができる。本発明の実施
態様は、添付の図面を参照しながら以下に述べられる。
【０００７】
【実施例】図１に示された設備は、圧力下のガス状酸
素、圧力下のガス状窒素、液体酸素、液体窒素及びアル
ゴンを製造するのに適している。設備は主として、空冷
又は水冷冷却器２を備えた主空気圧縮機１、吸着による
圧縮空気精製装置３、同一軸に取付けられた２個のホイ
ールを有し、ブロワーガス用の空冷又は水冷冷却器６を
備えたブロワー４−タービン５のセット、熱交換器７、
単式精留塔９、単式精留塔に接続されたアルゴン製造塔
１０、過冷却器１１、大気圧下の液体窒素源１２、同じ
く液体酸素源１３、及び空冷又は水冷冷却器１７を備え
た窒素冷凍回路用の圧縮機１６を有している。この単式
精留塔９は底部蒸発器１８を有し、一方アルゴン製造塔
１０は頂部凝縮器１９を有する。設備はまた、膨張弁２
０〜２４を有している。
【０００８】資本費を低減するために、空気用圧縮機１
及び窒素回路用圧縮機１６は、同一回転機械に結合され
ている。作動中、流入する空気は、圧縮機１で５〜１０
バールに圧縮され冷却器２で大気温度付近まで予冷さ
れ、精製装置３で水及び二酸化炭素を除去精製され、そ
の全量がブロワー４でほぼ６．５〜１３バールの高圧に
圧縮される。
【０００９】冷却器６で大気温度付近まで予冷後、高圧
に圧縮された空気は、熱交換器７の温端部に入り、中間
温度まで冷却され、その温度で流量の６０〜８０％が熱
交換器から取出され、実質的に精留塔９の圧力である、
１．３〜２バールのいわゆる低圧にタービン５で膨張さ
れ、熱交換器７に再導入されてその冷端部に達するまで
冷却され、過冷却器１１で再び冷却されて、管路２５を
経て精留塔９内の中間高さに導入される。
【００１０】膨張されなかった高圧空気の一部は、その
冷却を続けて熱交換器の低温部分で液化される。次いで
液体は過冷却器１１で冷却される。この空気の一部は、
膨張弁２０で精留塔９の圧力に膨張されて、精留塔の中
間高さに導入され、一方この空気の残部は、膨張弁２１
で膨張されてアルゴン製造塔１０の頂部凝縮器１９に供
給され、凝縮器内で気化されてガス相で精留塔９内に戻
される。
【００１１】設備の窒素冷凍回路は、実際には精留塔９
の頂部に純窒素製品を供給され、過冷却器１１で加熱さ
れ熱交換器７で大気温度に加熱される。この低圧窒素の
一部は、管路２６を経て製品として回収でき、残部は、
冷凍回路の高圧である中圧まで圧縮機１６によって圧縮
され、次いで冷却器１７で大気温度付近まで冷却され
る。中圧窒素の一部は、管路２７を経て製品として回収
でき、残部は、熱交換器７の冷端部に達するまでにその
露点付近に冷却され、次いで精留塔９の底部蒸発器１８
で凝縮される。
【００１２】凝縮された窒素の一部は、ポンプ１５でほ
ぼ７〜４０バールの高い製造圧力に昇圧され、この高圧
下の液体窒素は、熱交換器７で高圧に圧縮された空気の
凝縮によって気化され、大気温度に加熱され、次いで管
路２８を経て製品として回収される。凝縮された窒素の
残部は、過冷却器１１で過冷却され、膨張弁２２で部分
的に膨張されて、精留塔９の頂部に還流として導入さ
れ、残部については、膨張弁２３で大気圧に膨張され
て、液体窒素源１２に導入される。液体窒素源１２内で
の急速気化を制限するための改良として、この液体窒素
源に、精留塔の頂部から取出された液体窒素を供給する
ことができる。
【００１３】設備の廃ガスを構成するガス状不純窒素流
は、液体窒素の注入点と液体空気の注入点との間に含ま
れる高さで精留塔から取出され、過冷却器１１で加熱さ
れ熱交換器７で大気温度に加熱されて、管路２９を経て
排出される。さらに液体酸素が精留塔９の底部から取出
され、ポンプ１４でほぼ２〜４０バールの所望の高圧に
昇圧され、熱交換器７の低温部分で高圧空気の凝縮によ
って気化され、大気温度に加熱されて、管路３０を通っ
て製品として回収される。
【００１４】さらに液体酸素が精留塔９の底部から取出
され、過冷却器１１での過冷却及び膨張弁２４で大気圧
への膨張後、液体酸素源１３に送られる。アルゴン製造
塔１０の底部は、供給管路３１及び戻し管路３２によっ
て、精留塔９の中間高さに接続され、アルゴン製造塔１
０は、管路を経て不純アルゴンを製出する。
【００１５】図２の設備は、次の点についてのみ図１の
設備と相違する。一方では、設備は補助精留塔１０を含
まず、それにより熱交換器内で液化された液体の全量
が、過冷却器１１での過冷却、次いで膨張弁２０での膨
張後、単式精留塔９内に注入される。他方では、流入空
気回路は、それぞれ空冷又は水冷冷却器６及び６Ａをも
った２台の直列のブロワー４及び４Ａを、かつそれぞれ
２台のブロワーと接続された２台の空気膨張タービン５
及び５Ａを有する。
【００１６】この改良型では、流入空気流の３０〜４０
％が、高圧圧縮なしに熱交換器７の温端部に導入され、
第１中間温度Ｔ１に冷却されて熱交換器から取出され、
タービン５でほぼ精留塔９の圧力に膨張され、再び熱交
換器内に導入され、その冷端部で冷却されて、管路３１
を経て冷端部から出る。流入空気の残り６０〜７０％
は、ブロワー４次いで４Ａでほぼ６．５〜１３バールの
圧力に圧縮され、次いで熱交換器の温端部に導入され
る。この空気は、第１中間温度Ｔ１より低い第２中間温
度Ｔ２に冷却され、この空気流の６０〜７０％はこの温
度で熱交換器を出てタービン５Ａで膨張され、管路３２
を経て実質的に精留塔９の圧力でタービンから出て行
く。
【００１７】管路３１、３２は管路３３に合流する。管
路３３で運ばれた空気は、過冷却器１１で再び冷却さ
れ、次いで管路２５を経て前のように精留塔内に導入さ
れる。タービン５Ａで膨張されなかった高圧空気は、高
圧液体酸素及び液体窒素の気化によって前のように液化
が行われる、熱交換器の低温部分で冷却をつづける。
【００１８】最後に窒素回路からの高圧ガス状窒素流
は、中間温度で熱交換器を出て、ブレーキ３５を備えた
タービン３４で、実質的に精留塔９の圧力である窒素回
路の低圧に膨張され、熱交換器の冷端部で回路の低圧窒
素管路内に再注入される。２台の空気タービン５及び５
Ａの圧力は設備の性能を改善し、一方、窒素タービン３
４は液体（液体酸素及び／又は液体窒素）製造を増加で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による設備の第１実施態様のフローシー
ト。
【図２】本発明による設備の第２実施態様のフローシー
ト。
【符号の説明】
１：主空気圧縮機 ２、６、６Ａ、１７：冷却器 ３：吸着による空気精製装置 ４、４Ａ：ブロワー ５、５Ａ、３４：膨張タービン ７：熱交換器 ９：単式精留塔 １０：アルゴン製造塔 １１：過冷却器 １２：液体窒素源 １３：液体酸素源 １４、１５：ポンプ １６：窒素圧縮機 １８：単式精留塔の底部蒸発器 １９：アルゴン製造塔の頂部凝縮器 ２０〜２４：膨張弁 ３５：ブレーキ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒素冷凍回路を備えた単式空気精留塔
    （９）を有する設備によって圧力下のガス状酸素及び／
    又はガス状窒素、並びに少なくとも一つの液状製品を製
    造する方法において、 −処理すべき空気が、少なくとも単式精留塔の圧力と等
    しい第１の圧力に（１で）圧縮され、 −少なくとも空気の一部が、単式精留塔の圧力より実質
    的に高い圧力に（４；４、４Ａで）さらに圧縮され、 −前記空気の一部が、精留塔の底部から取出されて対応
    する蒸発圧力に（１４、１５で）昇圧された液体酸素及
    び／又は液体窒素の気化によって（７で）凝縮され、ガ
    ス状酸素及び／又はガス状窒素が、製品として蒸発圧力
    下で（３０、２８で）回収され、 −凝縮された空気が、（１１で）過冷却され、（２０、
    ２１で）精留塔の圧力付近に膨張されて、少なくともそ
    の一部が、精留塔の中間高さに導入され、 −液体酸素及び／又は液体窒素を気化するのに用いられ
    なかった空気が、外部仕事を伴って（５、５Ａ）精留塔
    の圧力に膨張され、次いで −製品として回収される少なくとも一つの液体製品が、
    精留塔から取出されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 回路の高圧にある液体窒素が、精留塔の
    底部蒸発器（１８）を出て単式精留塔（９）の底部から
    取出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】 凝縮され（２１で）膨張された空気の一
    部が、単式精留塔（９）に接続された不純アルゴン製造
    塔（１０）の頂部凝縮器（１９）を冷却するのに用いら
    れ、前記凝縮器からのガス状空気が単式精留塔内に送ら
    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】 外部仕事を伴う前記膨張が、さらに圧縮
    はされていない空気の第１タービン（５）での膨張、及
    び高圧に圧縮された空気の一部の第２タービン（５Ａ）
    での膨張を含む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】 第２タービン（５Ａ）が、第１タービン
    （５）の入口温度より低い入口温度を有することを特徴
    とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 回路の高圧にある窒素の一部が、単式精
    留塔（９）の圧力付近に外部仕事を伴って（３４で）さ
    らに膨張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】 単式精留塔（９）の圧力が、大気圧より
    実質的に高いことを特徴とする請求項１から６のいずれ
    か１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 窒素冷凍回路を備えた単式空気精留塔
    （９）によって圧力下のガス状酸素及び／又はガス状窒
    素、並びに少なくとも一つの液状製品を製造する設備に
    おいて、 −処理すべき空気を、少なくとも単式精留塔の圧力と等
    しい第１の圧力に圧縮する主圧縮機（１）、 −少なくとも空気の一部を、単式精留塔の圧力より実質
    的に高い圧力にさらに圧縮する手段（４；４、４Ａ）、 −精留塔の底部から液体酸素及び／又は液体窒素を取出
    し、これらの液体を気化し一方では高圧に圧縮された空
    気を凝縮するのに適した熱交換器（７）内に送る少なく
    とも１台のポンプ（１４、１５）、 −製品として、蒸発圧力下でガス状酸素及び／又はガス
    状窒素を回収する手段（３０、２８）、 −凝縮された高圧圧縮空気を過冷却し、少なくともその
    一部を精留塔の中間高さに導入する手段（１１）、 −液体酸素及び／又は液体窒素を気化するのに用いられ
    なかった空気を、精留塔の圧力付近に膨張する少なくと
    も１台のタービン（５；５、５Ａ）、及び −設備から少なくとも一つの液体製品を取出し、製品と
    して回収する手段（１２、１３）を有することを特徴と
    する設備。
  9. 【請求項９】 設備が、単式精留塔（９）に接続され、
    頂部凝縮器（１９）を備えた不純アルゴン製造塔（１
    ０）、前記凝縮器（１９）に過冷却された高圧圧縮空気
    を供給する手段、及び前記凝縮器からのガス状空気を単
    式精留塔に返送する手段を有することを特徴とする請求
    項８記載の設備。
  10. 【請求項１０】 設備が、高圧に圧縮されなかった空気
    の少なくとも一部を膨張する第１タービン（５）、及び
    高圧圧縮空気の一部を膨張する第２タービン（５Ａ）を
    有することを特徴とする請求項８又は９記載の設備。
  11. 【請求項１１】 第２タービン（５Ａ）が、第１タービ
    ン（５）の入口温度より低い入口温度を有することを特
    徴とする請求項１０記載の設備。
  12. 【請求項１２】 設備が、回路の高圧にある窒素の一部
    を、単式精留塔の圧力付近に膨張する第３タービン（３
    ４）を有することを特徴とする請求項８から１１のいず
    れか１項に記載の設備。
  13. 【請求項１３】 主圧縮機（１）及び窒素冷凍回路の圧
    縮機（１６）が、単一の機械によって構成されることを
    特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の設
    備。
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