JPH0626758A - 空気分離方法 - Google Patents

空気分離方法

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JPH0626758A
JPH0626758A JP5094447A JP9444793A JPH0626758A JP H0626758 A JPH0626758 A JP H0626758A JP 5094447 A JP5094447 A JP 5094447A JP 9444793 A JP9444793 A JP 9444793A JP H0626758 A JPH0626758 A JP H0626758A
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air
nitrogen
heat exchange
pressurized water
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JP5094447A
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Thomas Rathbone
トーマス・ラスボーン
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BOC Group Ltd
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    • Y10S75/958—Specialized metallurgical processes, compositions for use therein, consolidated metal powder compositions, and loose metal particulate mixtures with concurrent production of iron and other desired nonmetallic product, e.g. energy, fertilizer

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気分離と電力発生との併合方法及びプラン
トを提供すること。 【構成】 空気を圧縮機４において圧縮する。マイナー
圧縮空気流を最初に熱交換噐１２において加圧加湿窒素
流によって冷却し、次に熱交換噐１４において加圧水流
によって冷却し、それによって加圧水流は冷却される。
冷却された空気を空気分離プラント１６において酸素と
窒素とに分離する。酸素生成物は高炉２２に送られる、
高炉２２では鉄鉱石が鉄に還元され、低級燃料ガスが生
成される。燃料ガスは燃焼室６に流れ、燃焼室でその燃
焼を支持するために圧縮空気の残部を用いて燃焼され
る。生ずる燃焼ガスは電力発生に用いられるタービン８
中で膨張される。空気分離の窒素生成物は気液接触塔２
８中で加熱加圧水流によって加湿される。生ずる加湿窒
素流は熱交換噐１２内で用いられる。これは熱交換噐１
２から出て、電力発生に用いられる膨張タービン３２内
で膨張される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】本発明は空気分離に関し、特に空気
分離と電力発生との併合方法及びこのような方法を実施
するための併合プラントに関する。
【０００２】ガスタービンは空気圧縮機、燃焼室及び膨
張機を含む。操作時に、空気は圧縮機内で圧縮され、燃
焼室内での燃料ガスの燃焼を維持するために用いられ
る。生ずるガス状燃焼生成物は次に膨張機又はタービン
内で外部仕事の実施によって膨張される。この仕事は電
力の発生であることができる。従って、ガスタービンは
圧縮機と膨張機とのロータ（ｒｏｔｏｒ）と交流発電機
の全てが同じシャフトに取り付けられて、発電所の一部
を形成することができる。
【０００３】
【従来の技術】空気分離の商業的なプロセスは第一に空
気の圧縮を必要とする。ガスタービンの空気圧縮機から
圧縮空気を取り出して、空気分離プラントに供給するこ
とは公知である。通常の空気分離プロセスでは、空気が
圧縮され、その主要成分よりも低揮発性である、例えば
水蒸気と二酸化炭素のような、成分の除去によって精製
され、精留によるその分離に適した温度にまで冷却され
てから、高圧段階と低圧段階とを有するいわゆる二段階
精留塔において精留される。酸素生成物は典型的に低圧
段階から蒸気として取り出され、流入空気との熱交換に
よって周囲温度に加熱される。低圧段階は通常、酸素生
成物が大体大気圧で得られるように大気圧よりもやや高
い圧力で操作される。空気分離プラントからの酸素生成
物は、幾つかの機構（ｓｃｈｅｍｅ）において、ガスタ
ービンの燃焼室で燃焼される燃料ガスの発生に用いられ
る。このようなプロセスは典型的に、高温で生成される
酸素を必要とする。酸素の圧縮によって必要な圧力は得
ることができるが、米国特許第Ａ４，２２４，０４５号
は大気圧よりも充分に高い圧力で二段階精留塔の低圧段
階を操作することが空気分離プロセスの操作効率の点で
有利であることを開示する。さらに、ガスタービンの圧
縮機は典型的に、１０〜２０気圧のオーダー内の出口圧
力を有し、この圧力は酸素が二段階精留塔の大気圧より
もやや高い圧力の低圧段階から取り出される時に空気分
離プロセスによって必要とされる圧力よりも高い。従っ
て、二段階精留塔の高圧段階をガスタービンの圧縮機の
出口圧力と実質的に同じ圧力で操作することが典型的に
望ましい。
【０００４】この場合に、大気圧よりも充分に高い圧力
において酸素が製造されるのみでなく、窒素生成物も製
造される。この比較的高圧の窒素生成物流を取り出し、
これをほぼ周囲圧力までの流入空気との熱交換によって
ほぼ周囲温度に加熱し、この窒素生成物流をさらに圧縮
し、流入空気から圧縮熱を除去するための流入空気との
熱交換の第２段階においてこの窒素生成物流の温度をさ
らに高めてから、この窒素をガスタービンの燃焼室又は
膨張機（ｅｘｐａｎｄｅｒ）中に導入することに関し
て、米国特許第Ａ４，２２４，０４５号を含めて多くの
提案が当該分野に存在する。従って、窒素はガスタービ
ンに動力を与えるのを助け、それ故、ガスタービンの空
気圧縮機から分離のために取り出された空気の損失を補
償する。このような方法の他の例は米国特許第Ａ４，５
５７，７３５号と米国特許第Ａ４，８０６，１３６号と
に述べられている。上記方法の一つの実用的な例は石炭
のガス化であり、Ｏｌｓｏｎ，Ｊｒ，ＡｎａｎｄとＪａ
ｈｎｋｅによる論文“ＧＣＣプラントのための空気分離
併合方法”、石炭ガス化発電プラントに関する第１０回
ＥＰＲＩ会議（Ｔｅｎｔｈ ＥＰＲＩ Ｃｏｎｆｅｒｅ
ｎｃｅ ｏｎ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ
Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔｓ）、１９９１年１０月１６〜
１８日、サンフランシスコで考察されている。この論文
に述べられている併合方法では、空気分離プラントから
の窒素がタービンに導入される前に水蒸気で飽和され
る。この加湿の一つの目的は、燃焼室を短絡し、空気分
離プラントに流入する、タービンの圧縮機からの空気を
より良く補償するためにタービンに付加的な戻り量を与
えることであると、我々は考える。
【０００５】鉄鉱石還元によって鉄を製造するプロセス
に石炭と共に純粋な酸素又は酸素富化空気を用いること
に関心が増大している。例えば、通常の高炉の羽口に酸
素又は酸素富化空気と共に石炭を注入し、それによって
これらのプロセスのコークス必要量を減じて、環境に有
害な廃棄物を生ずると見なされるコークス炉を操作する
必要性を減ずることが提案されている。例えばＤ．Ａ．
Ｃａｍｐｅｌｌ等による“クリーブランド鉄鋼所におけ
るオキシーコークス注入”なる題名の論文，第２回ヨー
ロッパ製鉄会議（２ｎｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｉｒｏｎ
ｍａｋｉｎｇＣｏｎｇｒｅｓｓ）、グラスゴウ、１９９
１年９月、２３３〜２４６頁を参照のこと。例えばＣＯ
ＲＥＸプロセスのような、酸素と石炭の両方を用いる代
替えプロセスはコークスを用いる必要性を完全に除去す
る。このようなプロセスは副生成物として燃料ガスを製
造するが、この燃料ガスは石炭の直接ガス化によって製
造される燃料ガスほど高いカロリー価を有さない。実際
に、酸素と石炭との使用によって高炉の操作を強化する
現在の提案は典型的に、５ＭＪ／ｍ3未満のカロリー価
を有する燃料ガス副生成物を生ずる。それにも拘わら
ず、電力発生のためにその燃焼を有意義にするために充
分な燃料ガスが発生する。従って、燃料ガスはガスター
ビンの燃料室で燃焼されることができ、高炉中に導入さ
れる高圧酸素生成物を形成するための空気分離のために
ガスタービンの圧縮機から空気が取り出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、その燃焼室に
おいて低カロリー価燃料ガスを用いるガスタービン中に
窒素を導入することに問題がある。タービンは予熱窒素
の戻り（ｒｅｔｕｒｎ）に関して限られた能力のみを有
するので、流出空気流中の熱の一部のみが窒素加熱に用
いられるに過ぎない。さらに、ガスタービンの燃焼室に
導入される窒素流の温度を３００℃以下に維持すること
が望ましいので、このような窒素流への熱の転移にはさ
らに限定が課せられる。
【０００７】それ故、ガスタービンに供給される燃料ガ
スが低カロリー価であり、その供給源が例えば高炉であ
る場合に、空気分離−ガスタービン併合テクノロジーの
使用を可能にする方法と装置とが必要である。本発明は
この必要性を満たす方法とプラントとを提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、その最も広範
囲な態様において、空気分離と電力発生の併合方法にお
いて、次の工程： （i）圧縮空気流を酸素と窒素とに分離する工程； （ii）加圧水流を第１熱交換流との熱交換によって加熱
する工程； （iii）前記第１熱交換流との熱交換の下流で、前記加
圧水流を窒素流中に導入することによって窒素流を加湿
する工程； （iv）加湿窒素流を第２熱交換流との熱交換によって加
熱する工程；及び （v）加湿流を燃焼ガスと予備混合せずに、加湿窒素流
の少なくとも一部を、電力発生を含む外部仕事の実施に
よって膨張させる工程を含む方法を提供する。
【０００９】本発明はまた、空気を窒素と酸素とに分離
する手段と；加圧水流を加熱するための第１熱交換噐
と；加熱水流を前記窒素流中に導入することによって前
記窒素流を加湿する手段と；加湿窒素流を加熱するため
の第２熱交換噐と；第２熱交換噐の下流の、加熱加圧水
流の少なくとも一部を外部仕事の実施によって膨張させ
るための手段と；膨張手段によって駆動されるのに適し
た電力発生手段とを含む、空気分離と電力発生とのため
の併合プラントをも提供する。本発明の好ましい態様に
よると、次の工程： （ａ）発生する圧縮熱の少なくとも一部を除去せずに空
気を圧縮する工程； （ｂ）圧縮空気流をメジャー（ｍａｊｏｒ）流とマイナ
ー（ｍｉｎｏｒ）流とに分割する工程； （ｃ）圧縮マイナー空気流を加圧水流との熱交換によっ
て冷却する工程； （ｄ）マイナー空気流を酸素と窒素とに分離する工程； （ｅ）水流とマイナー空気流との間の熱交換の下流で、
窒素流を前記加圧水流中に導入することによって、窒素
流を加湿する工程； （ｆ）低級燃料ガス流をその燃焼を支持するために前記
メジャー空気流を用いて燃焼させる工程； （ｇ）前記燃料ガスの燃焼から発生するガス状燃焼生成
物を、前記電力の一部の発生を含む外部仕事の実施によ
って膨張させる工程；及び （ｈ）前記燃焼生成物の膨張とは別に、前記電力の他の
一部の発生を含む外部仕事の実施によって加湿窒素流の
少なくとも一部を膨張させる工程を含む空気分離と電力
発生との併合方法を提供する。本発明の他の好ましい実
施態様によると、空気圧縮機、燃焼室及び第１膨張機を
含み、燃焼室が空気圧縮機からの出口に連通し、かつ加
圧低級燃料ガス流の入口を有し、第１膨張機が燃料ガス
の燃焼生成物のための、燃焼室からの出口と連通する入
口を有するガスタービンと；操作時に圧縮機から取り出
された空気流が加圧水流と熱交換されることができるよ
うに、空気圧縮機からの出口と連通する第１入口と、加
圧水の供給源と連通する第２入口とを有する熱交換噐
と；熱交換された空気を酸素と窒素とに分離する手段
と；前記熱交換された加圧水流によって窒素流を加湿す
る手段と；ガスタービンによって駆動されるのに適した
電力発生手段と加湿窒素流の少なくとも一部を外部仕事
の実施によって膨張させるための、前記第１膨張機とは
別の第２膨張機とを含む、空気分離と電力発生とのため
の併合プラントを提供する。ここで用いる“低級燃料ガ
ス（ｌｏｗ ｇｒａｄｅ ｆｕｅｌ ｇａｓ）”なる用
語は１２ＭＪ／ｍ3未満のカロリー価を有する燃料ガス
を意味する。
【００１０】本発明による方法とプラントとは低級燃料
ガスの供給源が高炉である場合に特に有用である。鉄鋼
産業界では高炉を石炭（コークスの他に）と酸素に富ん
だ空気ブラストとによって操作する傾向が増大してい
る。生ずるガス混合物は窒素、一酸化炭素、二酸化炭素
及び水素を含む。このガスの正確な組成は酸素富化度
（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ｅｎｒｉｃｈｍ
ｅｎｔ）を含めた多くの要素に依存する。しかし、典型
的に、このガスは３〜５ＭＪ／ｍ3の範囲内のカロリー
価を有する。本発明による電力回収と空気分離の複合方
法を、副生成物として燃料ガスを生ずる鉄鉱石から鉄へ
の別の還元方法と組み合わせて操作することが可能であ
る。
【００１１】低級燃料ガス流は典型的に、周囲温度を越
える温度において、粒状汚染物質を負荷して製造され、
例えばシアン化水素、オキシ硫化炭素及び硫化水素のよ
うな、好ましくないガス状成分を含む。このような汚染
物質を除去するためのプロセスとプラントとは周知であ
り、周囲温度又は周囲温度近くの温度において汚染され
ていない燃料ガスを生ずる。このようなプロセス（複数
の場合も）を望ましい場合には用いて、本発明による燃
焼室中に導入する上流で、低級燃料ガスを処理すること
ができる。
【００１２】低級燃料ガス流を燃焼室中に導入する上流
で、１０〜２５絶対気圧の範囲内の圧力に圧縮すること
が好ましい。選択される正確な圧力は燃焼室の操作圧力
に依存する。このために用いられる圧縮機（複数の場合
も）は圧縮熱を除去するための手段をそれに付随して有
することが好ましい。燃料ガス圧縮機（複数の場合も）
を圧縮熱を除去して操作する場合には圧縮熱を除去して
操作しない場合よりも大きい圧縮効率を得ることができ
る。
【００１３】気液接触塔内での窒素流と加圧水流との相
互の向流により、窒素流を加圧水流によって加湿するこ
とが好ましい。液体とガスとを接触させるために、該塔
は典型的にパッキングを含む。
【００１４】望ましい場合には、窒素中に飛沫同伴で塔
から運ばれる液体水滴を蒸発させるために、加湿窒素流
を気液接触塔と燃焼室との中間で加熱することができ
る。
【００１５】好ましくは、マイナー空気流を加圧水流と
のその熱交換の上流で予備冷却する。予備冷却はマイナ
ー空気流を加湿窒素流の少なくとも一部と熱交換させる
ことによって実施する。このような予備冷却はマイナー
空気流から圧縮熱の完全な除去を促進し、加湿窒素流を
第２膨張機内でのその膨張の上流で、３００〜４００℃
の範囲内の温度に加熱することを可能にする。燃料ガス
は好ましくは、ガスタービンの燃焼室中へのその導入の
上流で加湿される。このような加湿は第１膨張機中への
付加的な流体流を生じ、それによって付加的な電力発生
を可能にするので、空気分離ユニットへのマイナー空気
流の分割を少なくとも部分的に補償する。加湿は好まし
くは加圧水流を加熱し、例えば向流気液接触塔内で圧縮
燃料ガス流と加圧水流と接触させることによって実施さ
れる。この塔は液体相とガス相とを接触させるために典
型的にパッキングを含む。加圧水流の加熱は好ましくは
高温の流体流との向流熱交換によって実施される。この
ような流れは例えば第１膨張機を出るガスから取り出さ
れる、又はガスタービンの現場で入手可能な高温流体の
他の供給源から代替え的に取り出される。
【００１６】本発明による方法の代替え実施例では、燃
料ガスの加湿に用いられる加圧水流はマイナー空気流と
の熱交換によって加熱され、加湿窒素流は第２膨張機の
上流で、高温の前記流体流によって加熱される。窒素流
と燃料ガス流とは好ましくはそれぞれ加湿手段の出口と
第１膨張機の入口とにおいて水蒸気で飽和される。
【００１７】加湿窒素は好ましくは１．０〜１．２絶対
気圧の範囲内の圧力において第２膨張機を出る。
【００１８】空気分離によって発生する酸素は好ましく
は、低級燃料ガスを発生させるプロセスに用いられる。
例えば、これは高炉への供給空気を酸素富化させるため
に用いることができる。
【００１９】空気は好ましくは精留によって分離され
る。空気の精留は好ましくは高圧段階と低圧段階とを含
む二段階塔内で実施される。低圧段階へのリボイル（ｒ
ｅｂｏｉｌ）と両段階への還流とを供給するために、好
ましくは二段階塔の前記二段階に付随してコンデンサー
−リボイラーが存在する。典型的に、精留塔の高圧段階
が操作される圧力はガスタービンの空気圧縮機の出口圧
力よりやや低い圧力である。精留塔の２段階に接続する
コンデンサーーリボイラーが存在する場合には、低圧段
階の操作圧力（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ）は高圧段階の操作圧力に依存するので、低圧段階が
操作されることができる圧力は限定されることになる。
低圧段階は好ましくは高圧塔の操作圧力に依存して３〜
６絶対気圧の範囲内の操作圧力（その頂部において）を
有する。この範囲内での低圧段階の操作は１〜２絶対気
圧の範囲内の通常の操作圧力において可能であるよりも
効果的な空気分離を可能にする。さらに、窒素流はそれ
が低圧精留塔から取り出される圧力において加湿され
て、低圧塔と第２膨張機との中間において圧縮されずに
膨張される。
【００２０】燃焼生成物の高温ガス流は典型的に、ガス
タービンの膨張機から４５０〜５５０℃の温度及び１．
０〜１．５絶対気圧の範囲内の圧力において排出され
る。この流れから入手可能な熱を回収することが望まし
い。第１膨張機からの排出流の一部を前述したように燃
料ガスの加湿に用いられる加圧水流を加熱するために、
又は加湿窒素流を第２膨張機へのその導入の上流で加熱
するために用いられる。或いは又はさらに、第１膨張機
からの排出流の少なくとも一部を用いて、蒸気を上昇さ
せることができる。望ましい場合には、他のタービン内
で外部仕事の実施、例えば電力の発生によって蒸気を膨
張させることができる。或いは又はさらに、ガスタービ
ンの膨張機からの排出流を用いて、高炉に供給される空
気を予熱することができる。このような空気は、流体燃
料の燃焼によって加熱されるストーブ（ｓｔｏｖｅ）を
通過することによって、通常１０００℃を越える温度に
加熱される。流体燃料の一部は高炉からの低級燃料ガス
で良い。空気を予熱することによって、ストーブの加熱
に用いられる燃料を節約することが可能である。高級燃
料の消費率を減ずることによって、直接のコスト節減を
図ることができる、又はブラスト空気の加熱のために高
炉から低級燃料ガスが供給される率（ｒａｔｅ）を減じ
て、本発明によるプラントの一部を形成するガスタービ
ンに低級燃料ガスが供給される率を増加させることがで
きる。
【００２１】空気の１５〜３０％が空気分離のために要
されることが好ましい。本発明による方法は高炉に関連
して用いられるときに特に有利である。この方法はマイ
ナー空気流から圧縮熱の除去を可能にし、同時に窒素流
から回収できる電力量を強化することができる。適当な
ガスタービンが窒素を最適に受け入れることができる率
が非常に低いので、マイナー空気流から熱を抽出する唯
一の手段としてこの窒素を利用するならば、窒素が得る
温度はガスタービンに用いるために望ましい温度より高
くなることを理解すべきである。他方では、燃料ガスを
加湿することによってガスタービンの性能を最適化する
ことができる。
【００２２】次には、本発明の方法とプラントとを添付
図面を参照しながら実施例によって説明する：各図にお
いて同様な部分は同じ参照数字によって示す。
【００２３】図面の図１に関しては、図示するプラント
は空気圧縮機４、燃焼室６及び膨張タービン８を有する
ガスタービン２を含む。ガスタービンはＳＴＥＭＥＮＳ
Ｖ６４．３ ６０ＭＷガスタービンである。圧縮機４
のロータ（図示せず）はタービン８のロータ（図示せ
ず）と同じシャフトに取り付けられる。圧縮機４は空気
流を引き入れて、１０〜２０絶対気圧の範囲内の所定圧
力に空気流を圧縮する。圧縮機４は圧縮熱を除去するた
めの付随手段を有さない。従って、圧縮空気は圧縮機４
を典型的に４００℃のオーダーの温度で出ることにな
る。この圧縮空気流はメジャー流とマイナー流とに分割
される。図面の図１に示したプラントの種類では、マイ
ナー流は典型的に総空気流量の２０〜３５％を占める。
燃焼室６に供給されるメジャー流は、燃焼室６に供給さ
れる燃料ガスの燃焼を支持するために用いられる。燃焼
室６における燃料ガスの燃焼から生ずる燃焼ガスの高温
流は膨張タービン８中に流入し、その中で大気圧よりや
や高い圧力にまで膨張する。圧縮機４を良好に駆動する
膨張タービン８は、電力発生に用いられる交流発電機を
も駆動する。
【００２４】圧縮空気のマイナー流は連続的に第１熱交
換噐１２と第２熱交換噐１４とを通過し、周囲温度又は
周囲温度よりやや高い温度にまで冷却される。
【００２５】熱交換噐１４の下流では、マイナー空気流
が精留によって空気を分離するプラント１６中に流入す
る。このプラントは例えばヨーロッパ特許第Ａ０３８４
６８８号の図１に関して説明し、示した種類である。酸
素生成物流と窒素生成物流とはプラント１６から取り出
される。酸素生成物流は酸素圧縮機１８中で約８絶対バ
ールの圧力に圧縮される。この圧縮酸素流は高炉２２に
供給される空気ブラストを酸素富化させるために用いら
れる。
【００２６】高炉２２は固体炭素質燃料との反応による
鉄鉱石を還元して鉄を製造するために用いられる。この
反応のために必要な熱は酸素富化空気と炭素質燃料との
反応によって発生される。高炉内で行われる反応の結果
として、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、窒素及びアル
ゴンを含むガス混合物が製造される。これは典型的に空
気ブラストの酸素富化度に依存して３〜５ＭＪ／ｍ3の
オーダーのカロリー価を有する。高炉の頂部から出るガ
ス混合物はまた典型的に、痕跡量の硫黄と窒素との酸化
物及び他の好ましくないガス状物質をも含み、粒状汚染
物質を負荷され、高温である。このガス混合物は通常の
種類のプラント２４中で処理され、周囲温度に冷却さ
れ、好ましくないガス状不純物と粒状汚染物質とを除去
される。
【００２７】次に、プラント２４から生ずる精製燃料ガ
ス流は圧縮機２６内で圧縮され、必要な高圧において燃
焼室６に入ることができるような圧力にまで昇圧され
る。圧縮機２６はそれから圧縮熱を除去されるために、
典型的に再冷却手段（図示せず）を備える。
【００２８】望ましい場合には、精製（ｃｌｅａｎ−ｕ
ｐ）プラント２４を出る燃料ガスの全てが圧縮機２６に
流れる必要はない。その代わりに、一部を高炉２２の現
場での加熱のために用いることができる。例えば、燃料
ガスの一部を燃焼させて、高炉２２に流れる空気ブラス
トを予熱するための熱を発生させることができる。
【００２９】空気分離プラント１６から圧力下で（ａｔ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ）取り出される窒素流は気液接触塔
２８の底部に達し、そこで下方に流れる水流と接触す
る。望ましい場合には、窒素流を図１に図示しない手段
によって塔２８の上流でさらに圧縮することができる。
この塔は水と窒素との間の接触を促進するためにパッキ
ング３０を含む。圧力下で水蒸気によって飽和された生
成窒素流を次にマイナー圧縮空気流に向流で熱交換噐１
２に通し、それによって３００〜４００℃の温度に加熱
する。生ずる加熱窒素流は次に第２膨張タービン３２に
達し、その中で外部仕事の実施によって膨張される、膨
張タービン３２は交流発電機３３の駆動に用いられ、従
って電力発生に用いられる。膨張した窒素は１．０５絶
対気圧のオーダーの圧力で膨張タービン３２を出る。
【００３０】塔２８に供給される水は回路をなして流
れ、この回路内で水はポンプ３４によって５〜９バール
の範囲内の圧力においてマイナー空気流に向流で熱交換
噐１４を通して供給される。水はこれによって１２０〜
２００℃の範囲内の温度に加熱される。生ずる高温水流
は次にパッキング３０上の領域において塔２８中に導入
される。残留高温水は塔２８の底部から流出し、ポンプ
３４に戻る。補充水はポンプ３４の上流で入口３６から
回路に導入され、戻り水流と混合され、このようにして
ガス窒素流に含まれて塔２８から搬出される水蒸気を補
償する。
【００３１】次に図面の図２に関しては、図１に示した
プラントの改良を示す。この改良は電力発生を強化する
ために圧縮機２６の再冷却機と燃焼室６との中間で燃料
ガスを加湿することにある。他の点では、図２に示した
プラントは図１に示したプラントに同じである。従っ
て、上記改良のみを図２に関して以下に説明する。燃料
ガスと塔の頂部に導入され、下方に流れる高温加圧水流
との接触を強化するためにパッキング４０を含む第２気
液接触塔３８に圧縮燃料ガスを上方に通すことによっ
て、圧縮燃料ガスの加湿を実施する。水と燃料ガスとの
接触はそこで室６の操作圧かつ２００〜３００℃の範囲
内の温度において水蒸気で飽和された燃料ガス流の形成
を可能にする。この飽和燃料ガス流は次にガスタービン
２の燃焼室６に流入する。
【００３２】高温水は第２塔３８の底部から流出して、
他の気液接触塔２８を出る高温水流及び入口３６から導
入される補充水流と合体する。
【００３３】ポンプ３４の下流では、水流が２部分に分
割される。１部分は図１に関して上述したように窒素流
の加湿に用いられる。他方の部分は熱交換噐４２中で１
２０〜２００℃の範囲内の温度に加熱される。生ずる加
熱水は次に塔３８の頂部に導入され、燃料ガスの加湿に
用いられる水の供給源となる。熱交換噐４２中の加圧水
流の加熱は、例えば膨張タービン８から出る高温ガスか
ら取り出される熱交換流体流を熱交換噐４２に向流で通
すことによって行われる。
【００３４】望ましい場合には、精製プラント２４を出
る燃料ガスの全てが圧縮機２６に流れる必要はない。そ
の代わりに、一部を高炉２２の現場での加熱のために用
いることができる。例えば、燃料ガスの一部を燃焼させ
て、高炉２２に流れる空気ブラストを予熱するための熱
を発生させることができる。
【００３５】高炉３６に供給される空気を予熱するため
の代替え方法又は付加的方法は図３に示す。
【００３６】４５０〜５５０℃の範囲内の温度及び１絶
対気圧のオーダーの圧力においてガスタービン２の膨張
機８を出る高温ガス流は熱交換噐５０中に流入し、そこ
でこのガス流は圧縮空気流との向流熱交換によって冷却
される。ガスタービン２の空気圧縮機４とは別の空気圧
縮機５２を操作することによって圧縮空気流が生ずる。
空気圧縮機５２は空気の圧力を空気を高炉２２中に導入
するために適したレベルにまで上昇させる。この圧力は
典型的に４〜５絶対気圧の範囲内である。この圧縮空気
流は上述したように熱交換噐５０を通すことによって５
００℃のオーダーの温度に加熱される。予熱された生成
空気流は次に一連のストーブ５４を通って流れ、そこで
１０００〜１２００℃の範囲内の温度に加熱される。空
気の予熱はストーブを加熱するために燃焼される必要が
ある燃料の率のかなりの節約を可能にすることができ
る。ストーブを出る高温空気は高炉２２中に導入され
る。
【００３７】ブラスト空気の温度を５００℃に高めるた
めには、典型的に膨張機８からの排出ガス流量の約１／
２が必要である。排出ガスの残部は例えば蒸気上昇のた
めに又は図２に示す熱交換噐４２に用いられる。
【００３８】分離のための空気をガスタービンの空気圧
縮機からの流出流として取り出すこと、又は熱交換噐１
２と１４の冷却を空気流によって行うことは、本発明に
よる方法及びプラントの本質的な特徴ではない。実際
に、代替え又は付加的熱交換流と高い窒素圧とを用いる
ことによって、窒素流の加湿度を強化することができ
（図１と２に示すプラントを操作することによって得ら
れる加湿レベルに比べて）、それ故、より多くの電力を
発生させることができる。
【００３９】図１に示したプラントの操作の実施例で
は、燃料ガス流がガスタービン２の燃焼室６中に６３．
３ｋｇ／秒の速度で導入される。これは下記の大体の組
成（容量％による）を有する： ＣＯ ２６．４％；ＣＯ2 ２４．８％；Ｎ2 ４３．１
％；Ｈ2 ５．７％及び カロリー価 ４．２ＭＪ／Ｎｍ3。
【００４０】空気はガスタービン２の圧縮機４から４
３．１ｋｇ／秒の速度で流出する。酸素がこれから分離
され、８．７ｋｇ／秒の速度及び８バールの圧力で圧縮
機１８から高炉２２に供給される。窒素が空気から分離
され、３４．４ｋｇ／秒の速度及び４．８バールの圧力
及び２５℃の温度で塔２８に供給される。水はこの流れ
に１．１ｋｇ／秒の速度で加えられ、窒素は塔２８を約
６５℃の温度で出る。次に窒素流は熱交換噐１２を通る
ことによって約３８０℃に加熱され、この温度及び４．
６５バールの圧力で膨張タービン３２に入る。
【００４１】ガスタービン２はＳＩＥＭＥＮＳ Ｖ６
４．３ガスタービンである。これは５９．０ＭＷの電力
を発生させる。膨張タービン３２は付加的な７．２ＭＷ
の電力を発生させる（加湿が用いられない場合の６．８
ＭＷに匹敵する）。
【００４２】熱交換噐１２と１４の加熱に別の高温ガス
流を用いることによって、窒素を加湿するために２０Ｍ
Ｗの熱を用いることができ（窒素中に８．９ｋｇ／秒の
速度で水を導入する）、それにより膨張タービン３２の
操作によって１０．１ＭＷを発生させることができる。
このような実施例では、窒素流は１２０℃の温度で塔２
８を出て、熱交換噐１２を通過することによって約３８
０℃に加熱される。窒素流はこの温度及び４．６５バー
ルの圧力で膨張タービン３２に入る。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉、ガスタービン及び空気分離ユニットを含
む第１併合プラントを説明する流れ図。
【図２】高炉、ガスタービン及び空気分離ユニットを含
む第２併合プラントを説明する流れ図。
【図３】図１又は図２に示したガスタービンから排出さ
れるガス流を用いる装置を説明する流れ図。
【符号の説明】
２． ガスタービン ４． 空気圧縮機 ６． 燃焼室 ８． 膨張タービン １０．交流発電機 １２，１４．熱交換噐 １６．空気分離プラント １８．酸素圧縮機 ２２．高炉 ２４．精製プラント ２８．気液接触塔 ３０．パッキング ３２．膨張タービン ３４．ポンプ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 次の工程： （i）圧縮空気流を酸素と窒素とに分離する工程； （ii）加圧水流を第１熱交換流との熱交換によって加熱
    する工程； （iii）前記第１熱交換流との熱交換の下流で、前記加
    圧水流を窒素流中に導入することによって窒素流を加湿
    する工程； （iv）加湿窒素流を第２熱交換流との熱交換によって加
    熱する工程；及び （v）加湿流を燃焼ガスと予備混合せずに、加湿窒素流
    の少なくとも一部を、電力発生を含む外部仕事の実施に
    よって膨張させる工程を含む空気分離と電力発生との併
    合方法。
  2. 【請求項２】 次の工程： （ａ）発生する圧縮熱の少なくとも一部を除去せずに空
    気を圧縮する工程； （ｂ）圧縮空気流をメジャー流とマイナー流とに分割す
    る工程； （ｃ）マイナー圧縮空気流を加圧水流との熱交換によっ
    て冷却する工程； （ｄ）マイナー空気流を酸素と窒素とに分離する工程； （ｅ）水流とマイナー空気流との間の熱交換の下流で、
    窒素流を前記加圧水流中に導入することによって、窒素
    流を加湿する工程； （ｆ）低級燃料ガス流をその燃焼を支持するために前記
    メジャー空気流を用いて燃焼させる工程； （ｇ）前記燃料ガスの燃焼から発生するガス状燃焼生成
    物を、前記電力の一部の発生を含む外部仕事の実施によ
    って膨張させる工程；及び （ｈ）前記燃焼生成物の膨張とは別に、前記電力の他の
    一部の発生を含む外部仕事の実施によって加湿窒素流の
    少なくとも一部を膨張させる工程を含む空気分離と電力
    発生との併合方法。
  3. 【請求項３】 マイナー空気流を加圧水流とのその熱交
    換の上流で、予備冷却する請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 マイナー空気流を加湿窒素流の少なくと
    も一部と熱交換することによって、マイナー空気流の予
    備冷却を行う請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 マイナー空気流と加湿窒素流との間の熱
    交換が窒素を３００〜４００℃の範囲内の温度に加熱す
    る請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 別の加圧水流をマイナー空気流と熱交換
    させてから、燃料ガスの燃焼の上流で前記低級燃料ガス
    流の加湿に用いる請求項２〜５のいずれかに記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 高炉内での鉄鉱石の鉄への還元において
    燃料ガスが発生する請求項２〜６のいずれかに記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 空気を窒素と酸素とに分離する手段と；
    加圧水流を加熱するための第１熱交換噐と；加熱水流を
    前記窒素流中に導入することによって前記窒素流を加湿
    する手段と；加湿窒素流を加熱するための第２熱交換噐
    と；第２熱交換噐の下流の、加熱加圧水流の少なくとも
    一部を外部仕事の実施によって膨張させるための手段
    と；膨張手段によって駆動されるのに適した電力発生手
    段とを含む、空気分離と電力発生とのための併合プラン
    ト。
  9. 【請求項９】 空気圧縮機、燃焼室及び第１膨張機を含
    み、燃焼室が空気圧縮機からの出口に連通し、かつ加圧
    低級燃料ガス流の入口を有し、第１膨張機が燃料ガスの
    燃焼生成物のための、燃焼室からの出口と連通する入口
    を有するガスタービンと；操作時に圧縮機から取り出さ
    れた空気流が加圧水流と熱交換されることができるよう
    に、空気圧縮機からの出口と連通する第１入口と、加圧
    水の供給源と連通する第２入口とを有する熱交換噐と；
    熱交換された空気を酸素と窒素とに分離する手段と；前
    記熱交換された加圧水流によって窒素流を加湿する手段
    と；ガスタービンによって駆動されるのに適した電力発
    生手段と加湿窒素流の少なくとも一部を外部仕事の実施
    によって膨張させるための、前記第１膨張機とは別の第
    ２膨張機とを含む、空気分離と電力発生とのためのプラ
    ント。
  10. 【請求項１０】 前記マイナー流を前記加圧水流によっ
    て熱交換させるための熱交換噐の上流に、空気流を予備
    冷却するための別の熱交換噐を付加的に含む請求項９記
    載のプラント。
  11. 【請求項１１】 前記加湿窒素流の通過のために前記別
    の熱交換噐が配置される請求項１０記載のプラント。
  12. 【請求項１２】 鉄鉱石から鉄を製造し、燃料ガスを発
    生させるための高炉を付加的に含む請求項８〜１１のい
    ずれかに記載のプラント。
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