JPH07109348B2 - 空気の高圧低温蒸留方法及び装置 - Google Patents

空気の高圧低温蒸留方法及び装置

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JPH07109348B2 JP5025418A JP2541893A JPH07109348B2 JP H07109348 B2 JPH07109348 B2 JP H07109348B2 JP 5025418 A JP5025418 A JP 5025418A JP 2541893 A JP2541893 A JP 2541893A JP H07109348 B2 JPH07109348 B2 JP H07109348B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低圧の方の塔で多段式
（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）リボイラー／コンデンサーを用い
て高圧で空気を低温蒸留するための方法と、それらの方
法をガスタービンと組み合わせることに関する。本発明
はまた、この方法を実施するための装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】酸素が
吹き込まれるガス化ガスタービン発電プロセス（例え
ば、石炭と酸素とから得られる燃料ガスが湿り空気ター
ビンサイクルあるいはガスタービンとスチームタービン
を組み合わせたサイクルに供給される）におけるよう
に、又は外部へ送り出されるガスが発電のために用いら
れる鉄鉱石の直接還元により鋼を製造するプロセス
（例、ＣＯＲＥＸ（商標）法）におけるように、一定の
状況においては、酸素と加圧窒素の両方の生成物が必要
とされる。この、加圧生成物が必要なことは、窒素及び
酸素を製造する空気分離装置を高圧で運転するのを有利
にする。空気分離装置の高い運転圧力では、熱交換器、
配管の大きさ、及び蒸気フラクションの体積流量は低下
し、そしてこのことは同時に空気分離装置の資本費を有
意に低減する。この高い運転圧力はまた、熱交換器、配
管及び蒸留塔での圧力降下による動力損失を少なくし、
蒸留塔内の運転条件を平衡により近づけるため、空気分
離装置は動力的により効率的になる。ガス化ガスタービ
ンプロセス及び直接製鋼プロセスは酸素を大量に消費す
るものであり、また窒素を大量に消費するものであるか
ら、基本プロセスに空気分離装置が組み合わされる場合
には高圧操作に適したより良好なプロセスサイクルが必
要とされる。この要求に対する解決策として当該技術分
野において知られている多数の方法が提案されており、
これらのうちには次に掲げるものがある。
【０００３】米国特許第３２１０９５１号明細書は、低
圧塔の塔底液のためのリボイラー用に原料空気の一部を
凝縮させる二段式リボイラー（ｄｕａｌ ｒｅｂｏｉｌ
ｅｒ）プロセスサイクルを開示している。凝縮された原
料空気は低圧塔及び／又は高圧塔のための純粋でない還
流として用いられる。高圧塔の塔頂コンデンサーのため
の寒冷は、低圧塔の中間液体流の蒸発でもってまかなわ
れる。
【０００４】米国特許第４７０２７５７号明細書は、低
圧塔の塔底液のためのリボイラー用に原料空気のうちの
かなりの部分を部分凝縮させる二段式リボイラープロセ
スを開示している。部分凝縮された空気は高圧塔へ直接
供給される。高圧塔の塔頂コンデンサーのための寒冷
は、やはり低圧塔の中間液体流の蒸発でもってまかなわ
れる。
【０００５】米国特許第４７９６４３１号明細書は、低
圧塔に三つのリボイラーがあるプロセスを開示してい
る。米国特許第４７９６４３１号明細書はまた、高圧塔
の塔頂から取出した窒素の一部分を膨張させて中圧に
し、そして次に、下にある塔からの塔底液（粗液体酸
素）の一部分の蒸発するものとの熱交換で凝縮させるこ
とを提案している。この熱交換は、このほかに上にある
塔での不可逆性を軽減しよう。
【０００６】米国特許第４９３６０９９号明細書も三段
式リボイラー（ｔｒｉｐｌｅ ｒｅｂｏｉｌｅｒ）プロ
セスを開示している。この空気分離法では、高圧塔の塔
底からの粗液体酸素塔底液を高圧塔の塔頂からの凝縮す
る窒素との熱交換で中圧で蒸発させ、そして結果として
得られた、酸素に富む中圧空気をその後エキスパンダー
により膨張させて低圧塔へ送る。
【０００７】あいにく、上述のサイクルは低い塔運転圧
力での操作に適しているに過ぎない。塔の圧力が上昇す
るにつれて、酸素と窒素との相対揮発度はより小さくな
って、窒素生成物の適度の回収率と実質的な純度とを達
成するためには液体窒素の還流をより多くすることが必
要になる。上述のサイクルの低圧塔の運転効率は、運転
圧力が約２５psia（１７０kPa ）を超えて上昇すると低
下し始める。
【０００８】米国特許第４２２４０４５号明細書は、通
常の複式塔（ｄｏｕｂｌｅ ｃｏｌｕｍｎ）サイクルの
空気分離装置をガスタービンと組み合わせることを開示
している。周知のＬｉｎｄｅの複式塔装置を単に採用し
そしてその運転圧力を上昇させることによったのでは、
この米国特許は高圧での酸素と窒素の両方についての生
産要求量により与えられる機会を十分に活かすことがで
きない。
【０００９】欧州特許出願公開第０４１８１３９号明細
書は、上部塔の塔底部と下部塔の塔頂部とが直接熱的に
連結するのを避けるために伝熱媒体として空気を用いる
ことを開示しており、そしてこのことは、それをガスタ
ービンと組み合わせることについて米国特許第４２２４
０４５号明細書の特許請求の範囲に記載されている。と
は言うものの、空気を凝縮させることと蒸発させること
は、リボイラー／コンデンサーの伝熱面積や管理費を増
大させるばかりでなく、余分な伝熱工程のために余分な
不効率を持ち込むことにもなって、Ｌｉｎｄｅの二塔式
サイクルよりも性能を一層悪化させる。
【００１０】米国特許第５１６５２４５号明細書は、昇
圧された窒素（又は廃棄物）の流れが持つ圧力エネルギ
ーをどのようにしたら液体窒素及び／又は液体酸素を製
造するために効率的に利用することができるかを開示し
ている。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用効果】本発明は、
空気を低温蒸留（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｄｉｓｔｉｌｌ
ａｔｉｏｎ）してその構成成分のうちの少なくとも一つ
を分離及び製造する方法の改良である。この方法におい
ては、異なる圧力で運転する少なくとも二つの蒸留塔が
ある蒸留塔装置で低温蒸留を実施する。供給原料空気流
は７０〜３００psia（４８０〜２０７０kPa ）の範囲内
の圧力まで圧縮されて、低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｔｅ
ｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ）で凍結する不純物が本質的にな
いものにされる。圧縮された、本質的に不純物のない原
料空気の少なくとも一部分を冷却して、二つの蒸留塔の
うちの第一のもので蒸留を行い、それにより高圧窒素の
塔頂生成物（ｏｖｅｒｈｅａｄ）と粗液体酸素の塔底液
とを製造する。粗液体酸素塔底液は圧力を低下させ、第
二の蒸留塔に供給して蒸留を行って、低圧窒素の塔頂生
成物と液体酸素塔底液とを製造する。冷却された、本質
的に不純物のない原料圧縮空気分のうちの一部は、第二
の蒸留塔の塔底にある第一のリボイラー／コンデンサー
で液体酸素塔底液との熱交換によって少なくとも部分的
に凝縮されて、二つの蒸留塔のうちの少なくとも一つに
供給される。この少なくとも部分的に凝縮された部分
は、二つの蒸留塔のうちの少なくとも一方に供給され
る。二つの蒸留塔のうちの第一のものに供給される、冷
却された、本質的に不純物のない原料圧縮空気分と、冷
却された、本質的に不純物のない原料圧縮空気分のうち
の、第二の蒸留塔の塔底にある第一のリボイラー／コン
デンサーで液体酸素塔底液との熱交換によって少なくと
も部分的に凝縮される分は、同じ流れである。高圧窒素
塔頂生成物のうちの少なくとも一部分は、第二の蒸留塔
の塔底と粗液体酸素塔底液の供給箇所との間にある低圧
塔内の第二のリボイラー／コンデンサーで第二の蒸留塔
を降下してくる液との熱交換によって凝縮される。凝縮
した高圧窒素は二つの蒸留塔のうちの少なくとも一方へ
還流として供給される。本発明は、この方法を実施する
ための装置をも提供する。
【００１２】高圧での当該方法の有効な運転を可能にす
る本発明の改良は、（ａ）上記の本質的に不純物のない
圧縮された原料空気のうちのもう一つの分を更に圧縮し
そして冷却して、それにより当該圧縮原料空気のうちの
更に圧縮された分を作る工程、（ｂ）第二の蒸留塔の液
体酸素塔底液のうちの一部分を取出してその圧力を上昇
させ、そしてこの圧力の上昇した液体酸素塔底液を工程
（ａ）の上記の更に圧縮された分のうちの少なくとも一
部と熱交換させて、この熱交換によって工程（ａ）の当
該更に圧縮された分のうちの当該一部を少なくとも部分
的に凝縮させ且つ該圧力の上昇した液体酸素塔底液の分
を少なくとも部分的に蒸発させる工程、（ｃ）工程
（ｂ）の少なくとも部分的に凝縮された当該一部を二つ
の蒸留塔のうちの少なくとも一方へ供給する工程、
（ｄ）工程（ｂ）の少なくとも部分的に蒸発した酸素を
加温して寒冷を回収する工程、（ｅ）気体の窒素製品の
うちの一部を圧縮し、そしてそれを加温プロセス流との
熱交換によりその凝縮温度に近い温度まで冷却する工
程、そして（ｆ）工程（ｅ）の冷却された圧縮気体窒素
製品部分を凝縮させて、この凝縮窒素分を還流として蒸
留塔のうちの少なくとも一つへ供給する工程を含む。
【００１３】大抵の任意の寒冷源を本発明のために使用
することができるとは言うものの、より好ましい寒冷源
は、原料空気のうちの一部分の更により以上の圧縮と膨
張である。本発明について言えば、これは、工程（ａ）
の更に圧縮された第二の分のうちの更に別の一部分を第
二の蒸留塔の運転圧力まで仕事膨張させて、この膨張さ
せた分を第二の蒸留塔の中間の位置に供給することによ
り達成される。工程（ａ）の更に圧縮された第二の分の
うちのこの更に別の一部分の仕事膨張によって発生され
た仕事は、工程（ａ）で本質的に不純物のない圧縮原料
空気のうちのもう一方の分を更に圧縮するのに利用する
ことができる。
【００１４】適用可能なプロセスの態様には、第二の蒸
留塔の中間の位置にあるリボイラー／コンデンサーで工
程（ｅ）の冷却された圧縮窒素製品の一部を凝縮させる
こと、工程（ｅ）の窒素製品の一部を第二の蒸留塔の塔
底にあるリボイラー／コンデンサーを別に通過させて凝
縮させ、この凝縮窒素の圧力を低下させて第一の蒸留塔
の塔頂に還流として供給すること、そして工程（ｅ）の
窒素製品の一部を第一の蒸留塔の塔底にあるリボイラー
／コンデンサーで凝縮させ、それでもって圧縮窒素再循
環分を凝縮させて、そしてこの凝縮した窒素再循環分を
第二の蒸留塔に還流として供給することが含められる。
【００１５】本発明の改良された方法は、ガスタービン
との組み合わせに特に適用可能である。組み合わせを行
う場合には、低温蒸留プロセスへの原料圧縮空気はガス
タービンに機械的に連結した圧縮機でもって圧縮される
空気流のうちの一部分でよい。組み合わされたプロセス
は更に、気体窒素生成物のうちの少なくとも一部分を圧
縮し、この圧縮された気体窒素生成物と、原料空気では
ない圧縮空気流のうちの少なくとも一部分と、そして燃
料とを燃焼器に供給して燃焼ガスを作り、この燃焼ガス
をガスタービンで仕事膨張させ、そして発生された仕事
のうちの少なくとも一部分を使ってそのガスタービンに
機械的に連結した圧縮機を駆動することを含むことがで
きる。
【００１６】次に、本発明を詳しく説明する。多段式リ
ボイラー、多塔式サイクルは、低純度酸素（８０〜９９
％純度）の生産にとって一般的により動力効率的であ
る。とは言え、通常の多塔二段式及び三段式リボイラー
空気分離プロセスサイクルを高圧で運転して十分な酸素
回収率と窒素製品純度を得るためには、有効量の液体窒
素を還流する手段を見いださなくてはならない。本発明
は、通常の二段式及び三段式リボイラー空気分離サイク
ルの高圧での運転を可能にすることができる液体窒素還
流手段の改良である。この改良は、（ａ）本質的に不純
物のない圧縮された原料空気のうちのもう一つの分を更
に圧縮しそして冷却して、それにより当該圧縮原料空気
のうちの更に圧縮された分を作る工程、（ｂ）第二の蒸
留塔の液体酸素塔底液のうちの一部分を取出してその圧
力を上昇させ、そしてこの圧力の上昇した液体酸素塔底
液を工程（ａ）の上記更に圧縮された分のうちの少なく
とも一部と熱交換させて、この熱交換によって工程
（ａ）の当該更に圧縮された分のうちの当該一部を少な
くとも部分的に凝縮させ且つ該圧力の上昇した液体酸素
塔底液の分を少なくとも部分的に蒸発させる工程、
（ｃ）工程（ｂ）の少なくとも部分的に凝縮された当該
一部を二つの蒸留塔のうちの少なくとも一方へ供給する
工程、（ｄ）工程（ｂ）の少なくとも部分的に蒸発した
酸素を加温して寒冷を回収する工程、（ｅ）気体の窒素
製品のうちの一部を圧縮し、そしてそれを加温プロセス
流との熱交換によりその凝縮温度に近い温度まで冷却す
る工程、そして（ｆ）工程（ｅ）の冷却された圧縮気体
窒素製品部分を凝縮させて、この凝縮窒素分を還流とし
て蒸留塔のうちの少なくとも一つへ供給する工程を含
む。
【００１７】本発明は、大抵の通常の多塔二段式リボイ
ラー空気分離プロセスサイクルに適用可能である。本発
明は、互いに熱を伝え合いそして異なる圧力で運転する
少なくとも二つの蒸留塔があり、且つ、低圧塔の塔底に
あって、原料空気のうちの少なくとも一部分が沸騰する
液体酸素との熱交換でもって凝縮されるリボイラー／コ
ンデンサーと、この低圧塔の、上記の塔底リボイラー／
コンデンサーと低圧塔への供給箇所との中間の位置にあ
って、高圧塔からの窒素蒸気の少なくとも一部分が低圧
塔を降下してくる沸騰液との熱交換でもって凝縮される
もう一つのリボイラー／コンデンサーとがある、二段式
リボイラープロセスに特に適用可能である。
【００１８】図１〜３と図５は、二段式リボイラー／コ
ンデンサープロセスの態様への本発明の改良の適用可能
性を例示しており、これらにおいてはその改良でもっ
て、高圧又は低圧の塔のいずれかより窒素蒸気が取出さ
れ、そして液体酸素の圧力は熱交換の前に上昇させられ
る。
【００１９】本発明はまた、大抵の多塔三段式リボイラ
ープロセスサイクルにも適用可能である。本発明は、互
いに熱を伝え合いそして異なる圧力で運転する少なくと
も二つの蒸留塔があり、且つ、低圧塔の塔底にあって、
原料空気の少なくとも一部分が沸騰する液体酸素との熱
交換でもって凝縮されるリボイラー／コンデンサーと、
この低圧塔の、上記の塔底リボイラー／コンデンサーと
第三のリボイラー／コンデンサーとの中間の位置にあっ
て、高圧塔からの窒素蒸気のうちの少なくとも一部分が
低圧塔を降下してくる沸騰液との熱交換でもって凝縮さ
れるもう一つのリボイラー／コンデンサーとがある、三
段式リボイラープロセスに特に適用可能である。
【００２０】
【実施例】本発明をよりよく理解するために、上で言及
した図面に対応する態様を詳しく説明することにする。
【００２１】図１を参照すれば、圧縮された清浄な原料
空気が管路１００を経てプロセスに導入され、そして管
路１０２と１２６とにより二つの部分に分割される。
【００２２】原料空気の管路１０２の主分割分は主熱交
換器１０４で冷却される。この冷却された、管路１０６
の空気は、次いで管路１０８と１１２とにより更に二つ
の部分に分割される。第一の分は、精留のために高圧の
方の塔１１０の底部へ管路１０８を経て供給される。管
路１１２の第二の分は、低圧の方の塔１１６の塔底に位
置するリボイラー／コンデンサー１１４で凝縮される。
この凝縮された、管路１１８の第二の分は、管路１２０
と１２２とにより二つの二次分割流（ｓｕｂｓｔｒｅａ
ｍ）に分割される。管路１２０の第一の二次分割流は、
高圧塔１１０の中間の位置へ純粋でない還流として供給
される。管路１２２の第二の二次分割流は、熱交換器１
２４で過冷却（ｓｕｂｃｏｏｌ）され、圧力を下げられ
て、高圧塔１１０の塔底からの粗液体酸素の供給箇所よ
り上の位置で純粋でない還流として低圧塔１１６に供給
される。
【００２３】原料空気のうちの、管路１２６の副分割分
は、ブースター圧縮機１２８で圧縮され、後段冷却（ａ
ｆｔｅｒｃｏｏｌ）され、主熱交換器１０４で更に冷却
され、エキスパンダー１３０で仕事膨張させられて、管
路１３２を経て低圧塔１１６に供給される。任意的に、
エキスパンダー１３０で発生された仕事の全部又は一部
をブースター圧縮機１２８を駆動するのに使用してもよ
い。
【００２４】高圧塔１１０へ供給された原料空気は精留
されて、管路１３４の塔頂窒素流と、管路１４２の粗液
体酸素塔底液とになる。管路１４２の粗液体酸素塔底液
は熱交換器１４４で過冷却され、圧力を下げられて、蒸
留のために低圧塔１１６の中間の位置に供給される。管
路１３４の塔頂窒素は高圧塔１１０から抜出され、そし
てリボイラー／コンデンサー１３６において、低圧塔１
１６を降下してくる蒸発する液との熱交換で凝縮され
る。リボイラー／コンデンサー１３６は、低圧塔１１６
内の、リボイラー／コンデンサー１１４と高圧塔１１０
の塔底からやってくる管路１４２の粗液体酸素の供給箇
所との間の位置にある。リボイラー／コンデンサー１３
６からの凝縮窒素は、管路１３８と１４０とにより二つ
の二次分割流に分割される。管路１３８の第一の二次分
割流は、高圧塔１１０の塔頂へ還流として供給される。
管路１４０の第二の部分は、熱交換器１２４で過冷却さ
れ、圧力を下げられて、低圧塔１１６の塔頂へ還流とし
て供給される。
【００２５】低圧塔１１６へ導入される、管路１４２
の、高圧塔１１０の塔底からの粗液体酸素と、原料空気
のうちの管路１３２の膨張させられた第二の（更に別
の）分割分とは、蒸留されて、低圧窒素塔頂生成物と液
体酸素塔底液とになる。低圧窒素塔頂生成物は管路１５
０により抜出され、熱交換器１２４，１４４，１０４で
もって寒冷を回収するために加温され、そして管路１５
２を経て低圧窒素生成物として回収される。液体酸素塔
底液の一部はリボイラー／コンデンサー１１４で蒸発さ
せられ、こうして低圧塔１１６用に沸騰する。もう一つ
の部分は低圧塔１１６から管路１６０を経て抜出され、
圧力を上げられて、浸漬式（ｓｕｍｐ ｓｕｒｒｏｕｎ
ｄｉｎｇ）ボイラー／コンデンサー１４８に供給され
て、ここで、更に圧縮されて冷却された管路１７０の副
分割分の一部分との熱交換で少なくとも部分的に蒸発さ
せられて、その更に圧縮された原料空気の副分割分を凝
縮させる。蒸発した酸素は管路１６４を経由して抜出さ
れ、熱交換器１０４で寒冷を回収するために加温され、
そして管路１６６により気体酸素製品として抜出され
る。圧力を上げられた液体酸素分のうちの一部は、液体
酸素として管路１６８を経てプロセスから抜出される。
更に圧縮された原料空気の凝縮された副分割分は管路１
７２を経由して、圧力を下げられて第一の蒸留塔に供給
される。最後に、窒素製品（管路１５２のもの）のうち
の一部を管路２１０により取出して再循環させ、圧縮機
２１２で圧力を上昇させ、そして管路２１４を経て、高
圧蒸留塔１１０からの塔頂窒素（管路１３４）と一緒に
することができる。
【００２６】図２に示したプロセスの態様は図１に示し
たプロセスの態様と同様である。この明細書の開示を通
して、全ての機能的に同一の又は同等の機器と流れは、
同じ番号で表される。図１の態様と図２の態様との相違
は、図２では高圧塔１１０は蒸留塔であって単なる精留
塔ではなく、管路１０８の原料空気の主部分は高圧塔１
１０の中間の位置へ供給される、ということである。更
に、圧縮され、冷却された再循環窒素の分は高圧塔１１
０からの塔頂窒素と一緒にされずに、高圧塔１１０の塔
底に位置するリボイラー／コンデンサー３１６に管路３
１４を経由して供給されて、沸騰する粗液体酸素との熱
交換で凝縮される。最後に、この凝縮された再循環窒素
は次いで熱交換器１４４で過冷却され、圧力を下げられ
て、管路１４０の凝縮した窒素と一緒にされる。
【００２７】図３のプロセスの態様は、図１のプロセス
の態様をもとにしている。主要な相違点は、圧縮され、
冷却された再循環窒素の分を高圧塔１１０からの塔頂窒
素と一緒にせずに、低圧塔１１６の塔底にあるリボイラ
ー／コンデンサー１１４に管路４１４を経由して供給し
て、このリボイラー／コンデンサー１１４を別に通過す
る際に沸騰する液体酸素との熱交換で凝縮させることで
ある。凝縮した再循環窒素は次いで圧力を下げられて、
管路１３８の凝縮した窒素と一緒にされる。
【００２８】図４は、ガスタービンと組み合わされた、
図１に示したプロセスの態様を示す。図１についての空
気分離プロセスの態様は既に説明したので、ここではタ
ービンとの組み合わせのみを説明する。図４は、空気分
離プロセスへの原料空気の全部がガスタービンに機械的
に連結された圧縮機によって供給され、そして空気分離
プロセスの気体窒素生成物の全部がガスタービン燃焼器
へ供給される、いわゆる「完全集成（ｆｕｌｌｙ ｉｎ
ｔｅｇｒａｔｅｄ）」オプションに相当する。これに代
えて、「部分集成」オプションを使用することもできよ
う。これらの「部分集成」オプションでは、空気分離プ
ロセスへの供給空気はガスタービンに機械的に連結され
た圧縮機から一部のものがやって来るかあるいは少しも
やって来ず、また気体窒素生成物はガスタービン燃焼器
へ一部のものが供給されるかあるいは少しも供給されな
い（すなわち昇圧された窒素生成物にまさる代りのもの
がある場合）。図４に示された「完全集成」の態様は一
例であるに過ぎない。
【００２９】図４を参照すれば、原料空気は管路５００
によりプロセスへ供給され、圧縮機５０２で圧縮され、
そして管路５０４の空気分離装置用の分と管路５１０の
燃焼空気用の分に分割される。空気分離装置用の分は熱
交換器５０６で冷却され、低温では凍結するであろう不
純物をモルシーブ装置５０８で取除き、そして空気分離
装置に管路１００を経由して供給される。この空気分離
装置からの、管路１５２の気体窒素生成物は、圧縮機５
５２で圧縮され、そして管路２１４の再循環分を除いて
熱交換器５０６で加温され、管路５１０の燃焼空気用の
分と一緒にされる。管路５１２の一緒にされた燃焼用供
給空気流は熱交換器５１４で加温され、管路５１８の燃
料と混合される。窒素は多数の別の場所から導入するこ
とができるということ、例えば、燃料ガスと直接混合し
又は燃焼器へ直接供給することができるということに注
目すべきである。燃料／燃焼供給空気流は燃焼器５２０
で燃焼して、燃焼ガス生成物は管路５２２を経てエキス
パンダー５２４に供給されてそこで仕事膨張する。図４
は、エキスパンダー５２４で作り出される仕事の一部分
を原料空気を圧縮機５０２で圧縮するために使用するも
のとして示している。しかしながら、発生される全部又
は残りの仕事を発電するといったような他の目的のため
に利用することができる。管路５２６のエキスパンダー
排気ガスは熱交換器５１４で冷やされて、管路５２８を
経て排出される。管路５２８の冷却された排気ガスは次
いで、結合されたサイクルでスチームを発生させるとい
ったような他の目的のために用いられる。ここで、窒素
と空気の両方（燃料ガスも）は燃焼器へ注入する前に低
レベルの熱を回収するため水と熱交換させることができ
ることに言及すべきである。そのようなサイクルはここ
で詳細には検討しない。
【００３０】図５に示した態様は、いくつかの小さな例
外を除いて図１に示した態様と同様である。図５の態様
では、管路１０６の冷却された原料空気の主要部分の全
部を、第二の蒸留塔１１６の塔底にあるリボイラー／コ
ンデンサー１１４に供給して部分的に凝縮させてから、
管路５１８を経由して第一の蒸留塔１１０の塔底へ供給
する。更に、ボイラー／コンデンサー１４８で生成され
た管路１７２の液体空気を管路５２０と５２２の二つの
部分に分割する。管路５２０の第一の部分は圧力を下げ
られて、第一の蒸留塔１１０の中間部に供給される。管
路５２２の第二の部分は圧力を下げられて、第二の蒸留
塔１１６の上方の中間部に供給される。
【００３１】いくつかの具体的な態様を参照して本発明
を説明してきた。これらの態様は本発明を限定するもの
と見るべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲か
ら確認されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】低圧塔に二つのリボイラー／コンデンサーのあ
る本発明の方法のフローダイヤグラムである。
【図２】低圧塔に二つのリボイラー／コンデンサーのあ
る本発明の方法の別のフローダイヤグラムである。
【図３】低圧塔に二つのリボイラー／コンデンサーのあ
る本発明の方法の更に別のフローダイヤグラムである。
【図４】低圧塔に二つのリボイラー／コンデンサーのあ
る本発明の方法のもう一つのフローダイヤグラムであ
る。
【図５】低圧塔に二つのリボイラー／コンデンサーのあ
る本発明の方法の更にもう一つのフローダイヤグラムで
ある。
【符号の説明】
１０４…主熱交換器 １１０…高圧塔 １１４…リボイラー／コンデンサー １１６…低圧塔 １２４…熱交換器 １２８…圧縮機 １３０…エキスパンダー １３６…リボイラー／コンデンサー １４４…熱交換器 １４８…ボイラー／コンデンサー ２１２…圧縮機 ３１６…リボイラー／コンデンサー ５０２…圧縮機 ５０６…熱交換器 ５１４…熱交換器 ５２０…燃焼器 ５２４…エキスパンダー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラケッシュ アグラウォル アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18049, イモース，コモンウェルス ドライブ 4312 (56)参考文献 特開 平１−312382（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−318882（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−54991（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−54992（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気を低温蒸留してその構成成分のうち
    の少なくとも一つを分離及び製造するための方法であっ
    て、低温蒸留を異なる圧力で運転する少なくとも二つの
    蒸留塔（１１０、１１６）がある蒸留塔装置で実施し、
    原料空気流を７０〜３００psia（４８０〜２０７０kPa
    ）の範囲内の圧力まで圧縮して低温で凍結する不純物
    を本質的になくし、この本質的に不純物のない圧縮原料
    空気（１００）のうちの少なくとも一部分（１０２）を
    冷却し、上記二つの蒸留塔のうちの第一のもの（１１
    ０）に供給して蒸留し、それにより高圧の窒素の塔頂生
    成物（１３４）と粗液体酸素塔底液（１４２）とを製造
    し、この粗酸素塔底液（１４２）をその圧力を下げて第
    二の蒸留塔（１１６）に供給し、そして蒸留して低圧の
    窒素の塔頂生成物と液体酸素塔底液とを製造し、上記の
    冷却された、本質的に不純物のない圧縮原料空気分のう
    ちの一部分（１１２）を第二の蒸留塔（１１６）の塔底
    に位置する第一のリボイラー／コンデンサー（１１４）
    で液体酸素塔底液との熱交換により少なくとも部分的に
    凝縮させて上記二つの蒸留塔のうちの少なくとも一つに
    供給し、上記の高圧窒素塔頂生成物（１３４）のうちの
    少なくとも一部分を上記第二の蒸留塔（１１６）の塔底
    と上記粗液体酸素塔底液の供給箇所との間の当該低圧塔
    （１１６）内に位置する第二のリボイラー／コンデンサ
    ー（１３６）で当該第二の蒸留塔（１１６）を降下して
    くる液との熱交換によって凝縮させ、この凝縮させた高
    圧窒素（１３８、１４０）を当該二つの蒸留塔（１１
    ０、１１６）のうちの少なくとも一つに還流として供給
    し、そして気体の窒素生成物を製造する方法において、
    次の工程（ａ）〜（ｆ）を含む、高圧で当該方法の有効
    な運転を可能にする改良空気低温蒸留方法。 （ａ）上記の本質的に不純物のない圧縮原料空気（１０
    ０）のうちのもう一つの分（１２６）を更に圧縮しそし
    て冷却して、それにより当該圧縮原料空気のうちの更に
    圧縮された分を作る工程 （ｂ）第二の蒸留塔（１１６）の液体酸素塔底液のうち
    の一部分（１６０）を取出してその圧力を上昇させ、そ
    してこの圧力の上昇した液体酸素塔底液を工程（ａ）の
    上記更に圧縮された分のうちの少なくとも一部（１７
    ０）と熱交換させて、この熱交換によって工程（ａ）の
    当該更に圧縮された分のうちの当該一部を凝縮させ且つ
    該圧力の上昇した液体酸素塔底液の分を少なくとも部分
    的に蒸発させる工程 （ｃ）工程（ｂ）の凝縮された当該一部（１７２）を二
    つの蒸留塔（１１０、１１６）のうちの少なくとも一つ
    へ供給する工程 （ｄ）工程（ｂ）の少なくとも部分的に蒸発した酸素
    （１６４）を加温して寒冷を回収する工程 （ｅ）気体の窒素製品のうちの一部（２１０）を圧縮
    し、そしてそれを加温プロセス流との熱交換によりその
    凝縮温度に近い温度まで冷却する工程 （ｆ）工程（ｅ）の冷却された圧縮気体窒素製品部分を
    凝縮させて、この凝縮窒素分を還流として蒸留塔（１１
    ０、１１６）のうちの少なくとも一つへ供給する工程
  2. 【請求項２】 工程（ａ）の更に圧縮された分のうちの
    更に別の一部分を第二の蒸留塔（１１６）の運転圧力ま
    で仕事膨張させて、この膨張させた分（１３２）を第二
    の蒸留塔（１１６）の中間の位置に供給することを更に
    含む、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 工程（ａ）の更に圧縮された第二の分の
    うちの前記更に別の一部分の仕事膨張によって発生され
    た仕事を、工程（ａ）で本質的に不純物のない圧縮原料
    空気のうちの前記もう一つの分を更に圧縮するために使
    用する、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 工程（ｆ）で凝縮される冷却された圧縮
    気体窒素製品の分（２１４）を第二の蒸留塔（１１６）
    の中間の位置にあるリボイラー／コンデンサー（１３
    ６）でもって凝縮させる、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 工程（ｆ）で凝縮される冷却された圧縮
    気体窒素製品の分（４１４）を第二の蒸留塔（１１６）
    の塔底部にあるリボイラー／コンデンサー（１１４）を
    別に通過させて凝縮させ、得られた凝縮窒素を圧力を低
    下させて、第一の蒸留塔の塔頂に還流として供給する、
    請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 工程（ｆ）で凝縮される冷却された圧縮
    気体窒素製品の分（３１４）を第一の蒸留塔（１１０）
    の塔底にあるリボイラー／コンデンサー（３１６）で凝
    縮させる、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 空気の流れ（５００）がガスタービン
    （５２４）に機械的に連結した圧縮機（５０２）でもっ
    て圧縮され、且つ、空気の低温蒸留のための当該方法か
    ら生成された気体窒素（１５２）のうちの少なくとも一
    部分を圧縮し、この圧縮した気体窒素と上記の圧縮され
    た空気流のうちの少なくとも一部分（５１０）と燃料
    （５１８）とを燃焼器（５２０）で燃焼させて燃焼ガス
    （５２２）を生成させ、この燃焼ガス（５２２）を上記
    ガスタービン（５２４）で仕事膨張させ、そして発生し
    た仕事のうちの少なくとも一部分を上記ガスタービンに
    機械的に連結した圧縮機（５０２）を駆動するために使
    用することを更に含む、請求項１，５又は６記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 空気の流れ（５００）がガスタービン
    （５２４）に機械的に連結した圧縮機（５０２）でもっ
    て圧縮され、且つ、空気の低温蒸留のための当該方法か
    ら生成された気体窒素（１５２）のうちの少なくとも一
    部分を圧縮し、この圧縮した気体窒素と上記の圧縮され
    た空気流のうちの少なくとも一部分（５１０）と燃料
    （５１８）とを燃焼器（５２０）で燃焼させて燃焼ガス
    （５２２）を生成させ、この燃焼ガス（５２２）を上記
    ガスタービン（５２４）で仕事膨張させ、そして発生し
    た仕事のうちの少なくとも一部分を上記ガスタービンに
    機械的に連結した圧縮機（５０２）を駆動するために使
    用することを更に含む、請求項４記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記圧縮原料空気（１００）のうちの少
    なくとも一部分を前記ガスタービン（５２４）に機械的
    に連結した圧縮機（５０２）で圧縮された空気の流れか
    ら得る、請求項７記載の方法。
  10. 【請求項１０】 異なる圧力で運転する少なくとも二つ
    の蒸留塔（１１０、１１６）を有する蒸留塔装置、 これらの二つの蒸留塔のうちの第一のもの（１１０）へ
    本質的に不純物のない圧縮冷却原料空気を供給して高圧
    の窒素の塔頂生成物と粗液体酸素塔底液とを製造するた
    めの手段（１０８）、 当該粗酸素塔底液の圧力を下げてこれを第二の蒸留塔
    （１１６）へ供給し、それにより低圧の窒素の塔頂生成
    物と液体酸素塔底液とを製造するための手段（１４
    ２）、 上記の本質的に不純物のない圧縮冷却原料空気のうちの
    少なくとも一部分を第二の蒸留塔（１１６）の塔底に位
    置する第一のリボイラー／コンデンサー（１１４）で液
    体酸素塔底液との熱交換により少なくとも部分的に凝縮
    させて、これを上記の二つの蒸留塔（１１０、１１６）
    のうちの少なくとも一つに供給するための手段（１１
    ２、１１４、１１８、１２０、１２２）、 上記の本質的に不純物のない圧縮原料空気のうちのもう
    一つの部分を更に圧縮及び冷却して、それにより当該原
    料空気のうちの更に圧縮された分を作るための手段（１
    ２６、１２８、１０４）、 第二の蒸留塔（１１６）の液体酸素塔底液のうちの一部
    分を取出してその圧力を上昇させ、そしてこの圧力の上
    昇した液体酸素塔底液を上記の更に圧縮された分のうち
    の少なくとも一部分と熱交換させて、この熱交換により
    上記の更に圧縮された分のうちの当該一部分を凝縮させ
    且つ当該圧力の上昇した液体酸素塔底液の分を少なくと
    も部分的に蒸発させるための手段（１６０、１７０、１
    ４８）、 この凝縮させた部分を二つの蒸留塔（１１０、１１６）
    のうちの少なくとも一つへ供給するための手段（１７
    ２、１２０、１２２）、 少なくとも部分的に蒸発させた上記の酸素を加温して寒
    冷を回収するための手段（１６４、１０４）、 上記の高圧窒素塔頂生成物のうちの少なくとも一部分を
    上記第二の蒸留塔（１１６）の塔底と上記粗液体酸素塔
    底液の供給箇所との間の当該第二の蒸留塔（１１６）内
    に位置する第二のリボイラー／コンデンサー（１３６）
    で当該第二の蒸留塔（１１６）を降下してくる液との熱
    交換により凝縮させ、この凝縮させた高圧窒素を当該二
    つの蒸留塔（１１０、１１６）のうちの少なくとも一つ
    に還流として供給して気体の窒素製品を生じさせるため
    の手段（１３４、１３６、１３８、１４０）、 を含んでなる、空気を低温蒸留してその構成成分のうち
    の少なくとも一つを分離及び製造するための装置であっ
    て、 本質的に不純物のない圧縮冷却原料空気を供給して高圧
    の窒素の塔頂生成物と粗液体酸素塔底液とを製造するた
    めの上記手段（１０８）が、当該本質的に不純物のない
    圧縮冷却原料空気を７０〜３００psia（４８０〜２０７
    ０kPa ）の範囲 内の圧力で上記の二つの蒸留塔のうちの
    第一のもの（１１０）へ供給するためのものであるこ
    と、そして当該装置が、 上記の気体窒素製品のうちの一部分を圧縮し、そしてそ
    れを加温プロセス流との熱交換によりその凝縮温度に近
    い温度まで冷却するための手段（２１０、２１２、１０
    ４）、及び この圧縮し冷却した気体窒素製品部分を凝縮させて、こ
    の凝縮窒素部分を上記の蒸留塔（１１０、１１６）のう
    ちの少なくとも一つへ還流として供給するための手段
    （２１４、１３６、１３８、１４０）、 を更に含むことを特徴とする、空気の低温蒸留装置。
  11. 【請求項１１】 原料空気のうちの前記更に圧縮された
    分のうちの更に別の一部分を第二の蒸留塔（１１６）の
    運転圧力まで仕事膨張させて、この膨張させた分を第二
    の蒸留塔（１１６）の中間の位置へ供給するための手段
    （１３０、１３２）を更に含む、請求項１０記載の装
    置。
  12. 【請求項１２】 圧縮し冷却した気体窒素製品部分を凝
    縮させてこの凝縮窒素部分を蒸留塔のうちの少なくとも
    一つへ還流として供給するための前記手段が、前記第二
    の蒸留塔（１１６）の中間の位置にあるリボイラー／コ
    ンデンサー（１３６）を含む、請求項１０記載の装置。
  13. 【請求項１３】 圧縮し冷却した気体窒素製品部分を凝
    縮させてこの凝縮窒素部分を蒸留塔のうちの少なくとも
    一つへ還流として供給するための前記手段が、前記第二
    の蒸留塔（１１６）の塔底部にあるリボイラー／コンデ
    ンサー（１１４）における第二の流路と、得られた凝縮
    窒素の圧力を低下させてそれを前記第一の蒸留塔（１１
    ０）の塔頂に還流として供給するための手段とを含む、
    請求項１０記載の装置。
  14. 【請求項１４】 圧縮し冷却した気体窒素製品部分を凝
    縮させてこの凝縮窒素部分を蒸留塔のうちの少なくとも
    一つへ還流として供給するための前記手段が、前記第一
    の蒸留塔（１１０）の塔底にあるリボイラー／コンデン
    サー（３１６）を含む、請求項１０記載の装置。
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