JPH0755333A - 低圧作動のための極低温精留システム - Google Patents

低圧作動のための極低温精留システム

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JPH0755333A
JPH0755333A JP6203035A JP20303594A JPH0755333A JP H0755333 A JPH0755333 A JP H0755333A JP 6203035 A JP6203035 A JP 6203035A JP 20303594 A JP20303594 A JP 20303594A JP H0755333 A JPH0755333 A JP H0755333A
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oxygen
reflux condenser
liquid
vapor
column
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James Smolarek
ジェイムズ・スモラレク
Kevin J Potempa
ケビン・ジョン・ポテンパ
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Praxair Technology Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低圧作動を可能にする極低温精留システムを
提供すること。 【構成】 複コラム型極低温精留システム。低圧コラム
の底部流体を、１回通しの下向き流れ環流凝縮器内で高
圧コラムの棚蒸気を凝縮させることによって発生した蒸
気に対して向流間接接触流れとして通流させ、底部流体
を追加の精留工程にかける。それによって、高圧コラム
の作動圧を低くすることを可能にし、従って、供給物の
圧縮に要する動力所要量を節減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば複コラムを用い
て行う空気の極低温精留等の極低温精留に関する。ここ
でいう、「コラム」とは、蒸留又は分留コラム又は帯
域、即ち、空気等の流体混合物の分離を行うために液相
と蒸気相とを向流関係で接触させる接触コラム（分離コ
ラム又は精留コラムともいう）又は帯域のことである。
流体混合物の分離は、例えば、コラム内に設置された一
連の上下に離隔したトレー又はプレート及び、又は配向
パッキング（互いに、かつ、コラムの軸線に対して特定
の向きに配向されたパッキング部材）及び、又は不規則
なパッキング部材（不規則に配置されたパッキング部
材）等の気液接触部材上で蒸気相と液相を接触させるこ
とによって行われる。このような蒸留コラムの詳細につ
いては、Ｒ．Ｈ．ペリー、Ｃ．Ｈ．チルトン編「ケミカ
ルエンジニアのハンドブック」第５版、米国ニューヨー
ク・マックグロー−ヒル・ブック・カンパニー刊、セク
ション１３、Ｂ．Ｄ．スミス他著「蒸留」第１３−３頁
を参照されたい。「複コラム」又は「複コラムシステ
ム」とは、と、比較的高い圧力のコラム（単に「高圧コ
ラム」とも称する）と、比較的低い圧力のコラム（単に
「低圧コラム」とも称する）とを組合せたものであり、
比較的高い圧力のコラムの上端と、比較的低い圧力のコ
ラムの下端が熱交換関係に接続されている。複コラムの
詳細は、ルエマン著「ガスの分離」オクスフォード大学
出版、１９４９年刊、第VII章「商業用空気分離」に記
載されている。
【０００２】
【従来の技術】複コラムを用いて行う空気の極低温精留
等の極低温精留は、商業的に実施されている周知の工業
プロセスである。複コラムプロセスにおいては、供給物
（例えば、空気）は、高圧コラム内で予備分離工程を受
け、次いで低圧コラム内で更なる分離工程を受けて生成
物を生成する。この極低温精留システムに要する主なコ
ストは、供給物を高圧コラムの作動に必要な圧力にまで
圧縮するために要する動力コストである。
【０００３】高圧コラムと低圧コラムとは、高圧コラム
の頂部蒸気即ち棚蒸気が主凝縮器／リボイラー内で低圧
コラムの底部液体を再沸騰（リボイル）させるのに使用
されるように熱的に連結される。この主凝縮器／リボイ
ラーの両端間に温度差を維持しなければならない。供給
物を高圧コラムへ供給する圧力は、棚蒸気を凝縮させる
ための温度によって決定される。
【０００４】慣用の複コラムシステムでは、プール沸騰
型熱−サイフォン式主凝縮器／リボイラーが用いられ
る。この主凝縮器／リボイラー内には、両端が開放され
た多数の管が配設されており、それらの管はシェルによ
って囲包されている。通常、主凝縮器／リボイラー（単
に「凝縮器／リボイラー」とも称する）は、低圧コラム
の底部に配置され、底部液体のプールに部分的に浸漬し
ている。凝縮器／リボイラーの外部の液体レベル（液面
の高さ）が、上記管内に圧力及び密度勾配を創生し、そ
れによって底部液体を該管を通して上昇させる。液体
は、管内を通る間に棚蒸気によって部分的に蒸発せしめ
られ、凝縮器／リボイラーのシェル側で凝縮する。管内
では、発生した蒸気と残留液体が一緒に上昇し、蒸気と
液体の混合物が凝縮器／リボイラーの頂部から流出す
る。蒸気は、引き続き低圧コラム内を上昇し、液体はプ
ールへ戻る。主凝縮器／リボイラーの底部に液体の水頭
圧が存在するために、高圧コラム内に必要とされる作動
圧力を、該液体の水頭圧が存在しない場合より高くする
必要がある。このように高圧コラム内の作動圧力を高く
しなければならないので、供給物の所要圧縮度を高くし
なければならず、その結果、精留システムの運転コスト
を増大させることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、従来の極低温精留システムより低い圧力で作動する
ことができ、それによって、供給物の所要圧縮度を低く
することができ、その結果として、精留システムの運転
コストを節減することができる極低温精留システムを提
供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、供給空気（供給物）を極低温精留するた
めの極低温精留方法であって、（Ａ）供給空気を複コラ
ムの高圧コラム内へ供給し、該供給空気を該高圧コラム
内で窒素濃縮蒸気と酸素濃縮液体とに分離する工程と、
（Ｂ）酸素濃縮液体を前記複コラムの低圧コラム内へ通
し、該低圧コラム内で極低温精留により酸素豊富液体を
生成する工程と、（Ｃ）酸素豊富液体を下向き流れ環流
凝縮器の上方部分内へ通し、該下向き流れ環流凝縮器内
を流下する該酸素豊富液体の一部分を窒素濃縮蒸気との
間接熱交換によって蒸発させて酸素豊富蒸気を生成する
工程と、（Ｄ）前記酸素豊富蒸気を前記下向き流れ環流
凝縮器内で流下する酸素豊富液体に対して向流直接接触
流れとして通して、より酸素濃度の高い酸素富化液体を
生成する工程と、（Ｅ）前記下向き流れ環流凝縮器の上
方部分内へ通された前記酸素豊富液体の酸素濃度を越え
る酸素濃度を有する、より酸素濃度の高い酸素富化液体
を該下向き流れ環流凝縮器の下方部分から抽出する工程
と、から成る方法を提供する。
【０００７】本発明は、又、（Ａ）第１コラムと第２コ
ラムから成る複コラムと、（Ｂ）前記第１コラムへ供給
物を通すための手段と、第１コラムからの流体を第２コ
ラムへ通すための手段と、（Ｃ）下向き流れ環流凝縮器
と、前記第１コラムからの流体を該下向き流れ環流凝縮
器へ通すための手段と、（Ｄ）前記下向き流れ環流凝縮
器の上方部分内へ液体を通すための手段と、該下向き流
れ環流凝縮器内で液体と蒸気とを向流直接接流れとして
通すための手段と、（Ｅ）前記下向き流れ環流凝縮器の
下方部分から液体を抽出するための手段と、から成る極
低温精留装置を提供する。
【０００８】本発明は、又、その別の側面においては、
供給空気を極低温精留するための極低温精留方法であっ
て、（Ａ）供給空気を単一コラム内へ供給し、該供給空
気を該単一コラム内で極低温精留によって窒素豊富蒸気
と酸素濃縮液体とに分離する工程と、（Ｂ）酸素濃縮液
体を下向き流れ環流凝縮器の上方部分内へ通し、該下向
き流れ環流凝縮器内を流下する該酸素濃縮液体の一部分
を窒素豊富蒸気との間接熱交換によって蒸発させて酸素
濃縮蒸気を生成する工程と、（Ｃ）前記酸素濃縮蒸気を
前記下向き流れ環流凝縮器内で流下する酸素濃縮液体に
対して向流直接接触流れとして通して、より酸素濃度の
高い酸素富化液体を生成する工程と、（Ｄ）前記下向き
流れ環流凝縮器の上方部分内へ通された前記酸素濃縮液
体の酸素濃度を越える酸素濃度を有する、より酸素濃度
の高い酸素富化液体を該下向き流れ環流凝縮器の下方部
分から抽出する工程と、から成る方法を提供する。
【０００９】本発明は、更に別の側面においては、
（Ａ）単一コラムと、該単一コラム内へ供給物を通すた
めの手段と、（Ｂ）下向き流れ環流凝縮器と、前記コラ
ムからの流体を該下向き流れ環流凝縮器へ通すための手
段と、（Ｃ）前記下向き流れ環流凝縮器の上方部分内へ
液体を通すための手段と、該下向き流れ環流凝縮器内で
液体と蒸気とを向流直接接流れとして通すための手段
と、（Ｄ）前記下向き流れ環流凝縮器の下方部分から液
体を抽出するための手段と、から成る極低温精留装置を
提供する。
【００１０】気液接触分離法は、各成分の蒸気圧の差に
依存している。高い蒸気圧（又は高い揮発性又は低い沸
点）の成分は、蒸気相として濃縮する傾向があり、低い
蒸気圧（又は低い揮発性又は高い沸点）の成分は、液相
として濃縮する傾向がある。蒸留は、液体混合物を加熱
することにより高揮発性成分を蒸気相として濃縮し、そ
れによって液相中の低揮発性成分を濃縮する分離法であ
る。部分凝縮は、蒸気混合物を冷却することにより高揮
発性成分を蒸気相として濃縮し、それによって液相中の
低揮発性成分を濃縮する分離法である。精留又は連続蒸
留は、蒸気相と液相を向流接触関係で処理することによ
って次々に行われる部分蒸発と部分凝縮とを組合せた分
離法である。蒸気相と液相との向流接触は、断熱プロセ
スであり、蒸気相と液相との接触は積分接触であっても
よく、あるいは、微分接触であってもよい。精留の原理
を利用して混合物を分離するための分離装置は、精留コ
ラム、蒸留コラム、又は、分留コラムと称される。極低
温精留とは、少くとも一部分が例えば１２０°Ｋ以下の
低い温度で実施される精留プロセスのことである。
【００１１】ここでいう「間接熱交換」とは、２つの流
体流れを互いに物理的に接触又は混合させることなく熱
交換関係にもたらすことである。「供給空気」とは、原
料として供給されるものであり、空気のような、主とし
て窒素と酸素から成る混合物のことをいう。「上方部
分」又は「下方部分」とは、凝縮器又はコラムの高さの
中点より上又は下の部分のことをいう。「下向き流れ環
流凝縮器」とは、沸騰蒸発させるべき液体を、その蒸発
によって生じた蒸気と向流接触させるようにして下向き
に流下させるようにした凝縮器／リボイラーのことであ
る。
【００１２】
【実施例】図１を参照して説明すると、このシステム
は、供給空気を極低温精留することによって中庸純度の
酸素を生成する。中庸純度の酸素は、７０〜９８モル％
の範囲の酸素濃度を有し、ガラス製造、製紙、廃棄物焼
却、製鋼等の産業に広く用いられている。中庸純度の酸
素を生成するためのサイクルは、本発明を実施するのに
特に適している。なぜなら、そのようなサイクルでは、
下向き流れ環流凝縮器内で生じる精留作用が最大限にさ
れ、高圧コラムを下向き流れ環流凝縮器なしで可能な圧
力より低い圧力で作動させることができるからである。
【００１３】図１において、水蒸気や二酸化炭素のよう
な高沸点不純物を実質的に除去され、ほぼＫｇ／ｃｍ2
（絶対圧）（４０〜８０ｐｓｉａ）の範囲の圧力にまで
圧縮された供給空気２４が、２つの流れ２５と２６に分
割される。これらの流れは、いずれも、主熱交換器２７
の高温側に流入し、主熱交換器２７内で戻り流れとの間
接熱交換によって冷却される。空気流れ２６は、主熱交
換器２７内の中間点で主流２９と支流２８とに分岐され
る。主流２９は、主熱交換器２７を完全に横切って貫通
し、複コラムの高圧コラムである第１コラム４０に導入
される。コラム４０は、ほぼ２．４５〜５．２５Ｋｇ／
ｃｍ2 （絶対圧）（３５〜７５ｐｓｉａ）の範囲の圧力
で作動する。
【００１４】一方、支流２８は、主熱交換器２７内を一
部分横切った後、主熱交換器２７から抽出され、ターボ
膨脹機３０に通されることによってターボ膨脹せしめら
れ、冷凍を創生する。得られた膨脹ずみ流れ３１は、上
述した複コラムの低圧コラムである第２コラム４２に導
入される。コラム４２は、ほぼ１．０５〜１．７５Ｋｇ
／ｃｍ2 （絶対圧）（３５〜７５ｐｓｉａ）の範囲の圧
力で作動する。
【００１５】空気流れ２５は、主熱交換器２７内を通る
ことによって冷却され、冷却された流れ３４は、生成物
ボイラー３５へ通され、ボイラー３５内で、後に詳述す
るように、より酸素濃度の高い酸素富化液体（「より高
い濃度の酸素富化液体」又は単に「酸素富化液体」とも
称する）との間接熱交換によって少なくとも部分的に凝
縮される。得られ又はた流れ３６は、上述した流れ２９
のコラム４０への流入点より上の地点でコラム４０内へ
通される。
【００１６】コラム４０内において、供給空気は、極低
温精留により酸素濃縮液体と、窒素濃縮蒸気に分離され
る。酸素濃縮液体は、コラム４０の下方部分から抽出さ
れ、導管３２を通して熱交換器４８へ運ばれ、そこで戻
り流れとの間接熱交換によって過冷却される。得られた
流れ４３は、膨脹弁１０を通して膨脹せしめられ、コラ
ム４２へ送られる。一方、窒素濃縮蒸気即ち棚蒸気は、
コラム４０から導管７０を通して下向き流れ環流凝縮器
４１へ通される。通常、下向き流れ環流凝縮器４１は、
低圧コラム４２内に配置される。下向き流れ環流凝縮器
４１内において、棚蒸気は、後に詳述するように蒸発す
る酸素豊富液体との間接熱交換により凝縮される。得ら
れた窒素濃縮液体は、下向き流れ環流凝縮器４１から導
出される。この窒素濃縮液体の一部分は、分流され導管
７２を通して還流としてコラム４０へ戻される。窒素濃
縮液体の他の一部分は、導管３３を通して熱交換器４９
へ送られ、そこで戻り流れとの間接熱交換によって過冷
却される。得られた流れ４４は、膨脹弁１１を通して膨
脹せしめられ、還流としてコラム４２へ送られる。
【００１７】コラム４２内において、該コラムへの各導
入流体は、極低温精留によって窒素豊富蒸気と酸素豊富
液体に分離される。窒素豊富蒸気は、少なくとも９０モ
ル％の窒素濃度を有しており、コラム４２の上方部分か
ら導管４５を通して抽出され、熱交換器４９，４８及び
２７に通されることによって加温される。得られた流れ
５０は、系外へ抽出され、所望ならば、生成物窒素とし
て回収することができる。
【００１８】一方、上記酸素豊富液体は、少なくとも５
０モル％、通常、８０〜９５モル％の酸素濃度を有して
おり、図２に流れ矢印７４によって示されるように下向
き流れ環流凝縮器４１の上方部分内へ導入される。図２
は、下向き流れ環流凝縮器４１の一実施例の拡大図であ
る。図２の参照番号は、共通の要素については図１の参
照番号と対応している。この酸素豊富液体は、下向き流
れ環流凝縮器４１内を流下する間に凝縮する上述の窒素
濃縮蒸気との間接熱交換によって部分的に蒸発せしめら
れ、酸素豊富蒸気を生成する。通常、流下する酸素豊富
液体のうちの約７０〜８５％が下向き流れ環流凝縮器４
１内で蒸発せしめられる。それによって発生した酸素豊
富蒸気は、流下する酸素豊富液体と向流直接接触関係を
なして上方へ流れる。下向き流れ環流凝縮器４１内での
この酸素豊富液体と酸素豊富蒸気との向流直接接触によ
って精留が惹起され、それによって比較的揮発性の高い
成分例えば窒素は液体から蒸気内へ移され、比較的揮発
性の低い成分例えば酸素は蒸気から液体内へ移される。
得られた酸素豊富蒸気は、矢印７５で示されるように下
向き流れ環流凝縮器４１の上方部分から流出する。この
酸素豊富蒸気の酸素濃度は、下向き流れ環流凝縮器４１
内へ流入してくる酸素豊富液体のそれより低い。次い
で、この酸素豊富蒸気は、極低温精留のための蒸気上昇
流としてコラム４２内を上向きに通される。
【００１９】下向き流れ環流凝縮器４１内での精留によ
って、上記酸素豊富液体の酸素濃度を通常少なくとも３
モル％、典型的には少なくとも５モル％越える酸素濃度
を有する、より高い濃度の酸素富化液体が生成される。
このより高い濃度の酸素富化液体は、矢印７６で示され
るように下向き流れ環流凝縮器４１の精留セクションか
ら流出し、下向き流れ環流凝縮器４１の下方部分から導
管３７を通して抽出される。次いで、より高い濃度の酸
素富化液体は、生成物ボイラー３５へ送られ、そこで供
給空気との間接熱交換によって蒸発せしめられる。生成
物ボイラー３５は、下向き流れ環流凝縮器で構成しても
よく、あるいは、慣用のプール型沸騰凝縮器であっても
よい。得られたより酸素濃度の高い酸素富化蒸気（「よ
り高い濃度の酸素富化蒸気」又は単に「酸素富化蒸気」
とも称する）は、生成物ボイラー３５から導管３８を通
して搬出され、主熱交換器２７に通された後、導管３９
を通して生成物酸素として回収される。この生成物酸素
は、通常、７０〜９８モル％の範囲内の酸素濃度を有す
る。
【００２０】図３は、プール型沸騰凝縮器を用いた慣用
の方法に比べて、本発明の実施によって達成される利点
を示すグラフである。線Ａは、本発明によって得られた
結果を示し、線Ｂは慣用の方法によって得られた結果を
表す。比較のために、いずれの方法も、１．１６５Ｋｇ
／ｃｍ2 （絶対圧）（１６．５ｐｓｉａ）という低い、
低圧コラムの底部圧力レベルで作動させ、９０モル％の
酸素純度の液体生成物を生成する場合を考察した。慣用
の方法では、約０．１４Ｋｇ／ｃｍ2 （２ｐｓｉ）の水
頭圧が存在するので、コラムの底部入口においては液体
圧力が１．２９５Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１８．５ｐ
ｓｉａ）であり、酸素純度は９０モル％であった。液体
が上昇し、部分的に蒸発せしめられることにより、出口
では圧力が１．１５５Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１６．
５ｐｓｉａ）に低減され、酸素純度は約９２モル％（図
３の線Ｂの点２）にまで高めれらた。
【００２１】一方、本発明の方法では、蒸発させるべき
液体を下向き流れ環流凝縮器の頂部（線Ａの点１）に流
入させる。下向き流れ環流凝縮器の頂部でのコラム圧力
は、１．１６５Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１６．５ｐｓ
ｉａ）であり、酸素純度は８０モル％である。下向き流
れ環流凝縮器の底部から流出していく酸素豊富液体は、
頂部の圧力と実質的に同じ１．１６５Ｋｇ／ｃｍ2 （絶
対圧）（１６．５ｐｓｉａ）であるが、酸素純度は９０
モル％（線Ａの点２）にまで高められた。
【００２２】ＡとＢの点１での温度の差は、組成の差に
関係している。本発明による場合、慣用の方法に比べ
て、ＡとＢの点１での酸素中の窒素の量が多くてもよ
い。なぜなら、下向き流れ環流凝縮器内を流下する間に
窒素が除去されるからである。ＡとＢの点２での温度の
差は、圧力の差に関係している。慣用の方法では、Ａと
Ｂの点２での作動圧力が本発明の場合より高いからであ
る。それぞれの方法の窒素の温度は、両方の方法の熱伝
達のための温度差が同等になるように選択されている。
しかるに、本発明の方法による場合、高圧コラムの作動
に必要な所要温度及びそれに対応する圧力レベルが低く
なり、その結果として、供給空気の所要圧力レベルを低
くすることができる。
【００２３】図１に示されたし来るについて本発明のコ
ンピュータシミュレーションを実施した。この例は、単
に例示の目的で述べるものであり、本発明を制限するも
のではない。この例では、低圧コラムの頂部の圧力を
１．１３４Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１６．２ｐｓｉ
ａ）とし、高圧コラムの作動圧を３．５９８Ｋｇ／ｃｍ
2（絶対圧）（５１．４ｐｓｉａ）とした。得られた生
成物酸素は、９０モル％の酸素濃度であり、１．２６７
Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１８．１ｐｓｉａ）の圧力で
回収された。酸素の回収率は、供給空気中の酸素の９８
％であった。高圧コラムの作動圧は、慣用の精留システ
ムを用いて同等の結果を得るのに必要とされる圧力より
０．７〜０．７７Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（１０〜１１
ｐｓｉａ）低かった。その結果、供給空気を圧縮するた
めの所要動力を８％節減することができた。
【００２４】本発明は、単一コラム型極低温精留システ
ムにも適用することができる。そのようなシステムの一
例が図４に示されている。図４を参照して説明すると、
供給空気１００は、単一コラム１０１に導入され、単一
コラム内で極低温精留により窒素豊富蒸気と酸素濃縮液
体に分離される。コラム１０１は、ほぼ２．８〜１７．
５Ｋｇ／ｃｍ2 （絶対圧）（４０〜２５０ｐｓｉａ）の
範囲の圧力で作動する。所望ならば、液体供給空気１０
２も、単一コラム１０１に導入することができる。
【００２５】酸素濃縮液体は、コラム１０１の下方部分
から抽出され、導管１０３を通し、膨脹弁１０４を通し
て膨脹せしめられ、下向き流れ環流凝縮器１０５の上方
部分へ送られる。一方、窒素豊富蒸気は、コラム１０１
から導管１０６を通して下向き流れ環流凝縮器１０５へ
通される。通常、下向き流れ環流凝縮器１０５は、低圧
コラム４２内に配置される。コラム１０１からの窒素豊
富蒸気の一部は、導管１０６から導管１０７を通して抽
出され、９９〜１００モル％の範囲の窒素濃度を有する
生成物窒素として回収される。下向き流れ環流凝縮器１
０５内を流下する酸素濃縮液体の一部は、上述の窒素豊
富蒸気との間接熱交換によって蒸発せしめられ、酸素濃
縮蒸気と窒素豊富液体を生成する。この窒素豊富液体
は、還流として導管１０８を通してコラム１０１へ戻さ
れる。
【００２６】通常、流下する酸素濃縮液体のうちの約７
０〜８５％が下向き流れ環流凝縮器１０５内で蒸発せし
められる。それによって発生した酸素濃縮蒸気は、流下
する酸素濃縮液体と向流直接接触関係をなして下向き流
れ環流凝縮器１０５内を上昇する。下向き流れ環流凝縮
器１０５内でのこの酸素濃縮液体と酸素濃縮蒸気との向
流直接接触によって精留が惹起され、それによって比較
的揮発性の高い成分例えば窒素は液体から蒸気内へ移さ
れ、比較的揮発性の低い成分例えば酸素は蒸気から液体
内へ移される。得られた酸素濃縮蒸気は、下向き流れ環
流凝縮器１０５の上方部分から流出する。この酸素濃縮
蒸気の酸素濃度は、下向き流れ環流凝縮器１０５内へ流
入してくる酸素濃縮液体のそれより低い。次いで、この
酸素濃縮蒸気は、廃流として導管１０９を通して排出さ
れる。
【００２７】下向き流れ環流凝縮器１０５内での精留に
よって、上記酸素豊富液体の酸素濃度を通常少なくとも
３モル％、典型的には少なくとも５モル％越える酸素濃
度を有する、より酸素濃度の高い酸素富化液体が生成さ
れる。このより高い濃度の酸素富化液体は、下向き流れ
環流凝縮器１０５の精留セクションから流出し、下向き
流れ環流凝縮器１０５の下方部分から導管１１０を通し
て抽出され、４０〜７５モル％の範囲内の酸素濃度を有
する生成物酸素として回収される。所望ならば、このよ
り高い濃度の酸素富化液体を回収する前に蒸発させても
よい。
【００２８】以上、本発明を幾つかの好ましい実施例に
関連して詳細に説明したが、本発明は、ここに例示した
実施例の構造及び形態に限定されるものではなく、本発
明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな実
施形態が可能であることは当業者には明らかであろう。
又、本発明は 中庸純度の酸素の生成に特に適している
が、任意の望ましい純度の酸素を生成するのに適用する
ことができる。更に、本発明は、発明の詳細な説明の項
で述べた圧力より高い圧力で作動させることもでき、複
コラム型精留システムでアルゴン副流コラムを有するサ
イクルにも用いることができる。又、より高い濃度の酸
素富化液体を生成物ボイラー内で蒸発させる前に圧力を
高める操作を加えてもよい。より高い濃度の酸素富化液
体の若干量を図１の導管１２で示されるようにそのまま
液体として回収することもできる。又、窒素液体を図１
の導管４４から分岐させた導管（図示せず）を用いて回
収することもできる。更に、本発明はのシステムのため
の精留は、供給空気をターボ膨脹させることに加えて、
又はそれに代えて、生成物又はその他の戻り流をターボ
膨脹させることによって創生することもできる。低圧コ
ラムに追加のセクション又は頂部セクションを付設すれ
ば、より純度の高い窒素を生成することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、複コラ
ムシステムの主凝縮器／リボイラーに通常ならば随伴す
る液体水頭圧が排除されるようにした構成を提供する。
本発明の実施においては、底部液体は、下向き流れ環流
凝縮器を通って流下し、１回貫流したならば、再度凝縮
器に通されることなく、抽出される。又、この底部液体
は、液体水頭圧を設定する必要なしに重力で流下する。
更に、底部液体は、下向き流れ環流凝縮器を通って流下
する間に、その液体と高圧コラムの棚蒸気との熱交換に
よって発生した蒸気に対して向流関係に直接接触するこ
とにより精留される。凝縮器に液体水頭圧を設定する必
要がないことと、下向き流れ環流凝縮器内で下向きに流
れる液体が精留されることとが相俟って、底部液体を効
果的に蒸発させるのに必要とされる棚蒸気の温度を低く
するという効果が得られる。この温度の低下は、圧力の
低下をもたらすので、高圧コラムを、同等の性能を得る
のに本発明によらざれば必要とされるであろう圧力より
低い圧力で作動させることができる。このように高圧コ
ラムを低い圧力で作動させることにより、供給物の所要
圧縮度を低くすることができ、従ってシステムの運転コ
ストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法及び装置を適用すること
ができる好ましい複コラム式極低温精留システムの簡略
化した概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施に使用することができる
下向き流れ環流凝縮器の一実施例の概略図である。
【図３】図３は、従来の複コラム式極低温精留システム
に比べて、本発明によって得られる利点を示すグラフで
ある。
【図４】図４は、単一コラムを用いて実施される本発明
の別の実施例の概略図である。
【符号の説明】
２４：供給物（空気） ２７：主熱交換器 ３０：ターボ膨脹機 ３２：酸素濃縮液体のための導管 ３３：窒素濃縮液体のための導管 ３５：生成物ボイラー ３７：より高い濃度の酸素富化液体のための導管 ３８：より高い濃度の酸素富化蒸気のための導管 ３９：生成物酸素のための導管 ４０：第１コラム（高圧コラム） ４１：下向き流れ環流凝縮器 ４２：第２コラム（低圧コラム） ４３：酸素濃縮液体のための導管 ４４：窒素濃縮液体のための導管 ４５：窒素豊富蒸気のための導管 ７０：窒素濃縮蒸気のための導管 ７２：窒素濃縮液体のための導管 ７４：酸素豊富液体 ７５：酸素豊富蒸気 ７６：より高い濃度の酸素富化液体 １００：供給物（空気） １０１：単一コラム １０５：下向き流れ環流凝縮器 １０６：窒素豊富蒸気のための導管 １０７：窒素豊富蒸気のための導管 １０８：窒素豊富液体のための導管 １１０：より高い濃度の酸素富化液体のための導管

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 供給空気を極低温精留するための極低温
    精留方法であって、 （Ａ）供給空気を複コラムの高圧コラム内へ供給し、該
    供給空気を該高圧コラム内で窒素濃縮蒸気と酸素濃縮液
    体とに分離する工程と、 （Ｂ）酸素濃縮液体を前記複コラムの低圧コラム内へ通
    し、該低圧コラム内で極低温精留により酸素豊富液体を
    生成する工程と、 （Ｃ）酸素豊富液体を下向き流れ環流凝縮器の上方部分
    内へ通し、該下向き流れ環流凝縮器内を流下する該酸素
    豊富液体の一部分を窒素濃縮蒸気との間接熱交換によっ
    て蒸発させて酸素豊富蒸気を生成する工程と、 （Ｄ）前記酸素豊富蒸気を前記下向き流れ環流凝縮器内
    で流下する酸素豊富液体に対して向流直接接触流れとし
    て通して、より酸素濃度の高い酸素富化液体を生成する
    工程と、 （Ｅ）前記下向き流れ環流凝縮器の上方部分内へ通され
    た前記酸素豊富液体の酸素濃度を越える酸素濃度を有す
    る、より酸素濃度の高い酸素富化液体を該下向き流れ環
    流凝縮器の下方部分から抽出する工程と、から成る方
    法。
  2. 【請求項２】 前記酸素富化液体は、７０〜９８モル％
    の範囲内の酸素濃度を有することを特徴とする請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記下向き流れ環流凝縮器の下方部分か
    ら抽出された前記酸素富化液体は、該下向き流れ環流凝
    縮器の上方部分へ通される前記酸素豊富液体の酸素濃度
    を少なくとも３モル％越える酸素濃度を有することを特
    徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記下向き流れ環流凝縮器の下方部分か
    ら抽出された前記酸素富化液体を蒸発させ、得られた蒸
    気を生成物酸素として回収する工程を含むことを特徴と
    する請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記低圧コラムから窒素含有流体を抽出
    し、該流体を生成物窒素として回収する工程を含むこと
    を特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記下向き流れ環流凝縮器の下方部分か
    ら抽出された前記酸素富化液体を生成物酸素として回収
    する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 （Ａ）第１コラムと第２コラムから成る
    複コラムと、 （Ｂ）前記第１コラムへ供給物を通すための手段と、第
    １コラムからの流体を第２コラムへ通すための手段と、 （Ｃ）下向き流れ環流凝縮器と、前記第１コラムからの
    流体を該下向き流れ環流凝縮器へ通すための手段と、 （Ｄ）前記下向き流れ環流凝縮器の上方部分内へ液体を
    通すための手段と、該下向き流れ環流凝縮器内で液体と
    蒸気とを向流直接接流れとして通すための手段と、 （Ｅ）前記下向き流れ環流凝縮器の下方部分から液体を
    抽出するための手段と、から成る極低温精留装置。
  8. 【請求項８】 前記下向き流れ環流凝縮器の下方部分か
    ら抽出された流体を回収するための回収手段を含むこと
    を特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記回収手段は、前記下向き流れ環流凝
    縮器の下方部分から抽出された流体を生成物ボイラーへ
    おっくるための手段を含むことを特徴とする請求項８に
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】 供給空気を極低温精留するための極低
    温精留方法であって、 （Ａ）供給空気を単一コラム内へ供給し、該供給空気を
    該単一コラム内で極低温精留によって窒素豊富蒸気と酸
    素濃縮液体とに分離する工程と、 （Ｂ）酸素濃縮液体を下向き流れ環流凝縮器の上方部分
    内へ通し、該下向き流れ環流凝縮器内を流下する該酸素
    濃縮液体の一部分を窒素豊富蒸気との間接熱交換によっ
    て蒸発させて酸素濃縮蒸気を生成する工程と、 （Ｃ）前記酸素濃縮蒸気を前記下向き流れ環流凝縮器内
    で流下する酸素濃縮液体に対して向流直接接触流れとし
    て通して、より酸素濃度の高い酸素富化液体を生成する
    工程と、 （Ｄ）前記下向き流れ環流凝縮器の上方部分内へ通され
    た前記酸素濃縮液体の酸素濃度を越える酸素濃度を有す
    る、より酸素濃度の高い酸素富化液体を該下向き流れ環
    流凝縮器の下方部分から抽出する工程と、から成る方
    法。
  11. 【請求項１１】 窒素豊富蒸気を、９９〜１００モル％
    の範囲内の窒素濃度を有する窒素生成物として回収する
    工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 酸素富化液体を、４０〜７５モル％の
    範囲内の酸素濃度を有する酸素生成物として回収する工
    程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 （Ａ）単一コラムと、該単一コラム内
    へ供給物を通すための手段と、 （Ｂ）下向き流れ環流凝縮器と、前記コラムからの流体
    を該下向き流れ環流凝縮器へ通すための手段と、 （Ｃ）前記下向き流れ環流凝縮器の上方部分内へ液体を
    通すための手段と、該下向き流れ環流凝縮器内で液体と
    蒸気とを向流直接接流れとして通すための手段と、 （Ｄ）前記下向き流れ環流凝縮器の下方部分から液体を
    抽出するための手段と、から成る極低温精留装置。
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