JPH08210771A - 空気を分離して窒素生成物を得る方法および装置 - Google Patents

空気を分離して窒素生成物を得る方法および装置

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JPH08210771A
JPH08210771A JP7274279A JP27427995A JPH08210771A JP H08210771 A JPH08210771 A JP H08210771A JP 7274279 A JP7274279 A JP 7274279A JP 27427995 A JP27427995 A JP 27427995A JP H08210771 A JPH08210771 A JP H08210771A
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stream
nitrogen
liquid
air
distillation column
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Robert A Mostello
ロバート・エイ・モステロ
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BOC Group Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒素を製造するための空気分離法および空気
分離装置を提供する。 【解決手段】 本発明の方法と装置においては、蒸留塔
の塔底液として生成する酸素富化気体を一部気化させ、
次いで相分離を行う。気相を膨張させて冷却ポテンシャ
ルを供給し、一方液相は、圧力減少の後、ヘッド凝縮器
に導入して蒸留塔への還流物を凝縮させる。これとは別
に、酸素富化液体の一部を充分に気化させ、そして膨張
させて冷却ポテンシャルを供給することもできる。この
ような場合、酸素富化液体の他の部分を使用して、蒸留
塔への還流物を凝縮させることができる。分離しようと
する空気の一部を、酸素富化液体の気化と引き換えに液
化させ、そして蒸留塔のより低い部分に導入して、酸素
富化液体流れの全てが塔への還流物を凝縮させるのに使
用されていれば得られたであろう生成レベルと純度レベ
ルを保持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸留塔を使用する
低温精留プロセスによって空気を分離して、窒素生成物
を得る方法に関する。さらに詳細には本発明は、蒸留塔
中で塔底液として生成された酸素富化液体の一部を気化
させ、次いで膨張させて冷却ポテンシャル（refrigerat
ion）を与え、そして酸素富化液体の他の部分を、膨張
後に、蒸留塔に接続されたヘッド凝縮器（head conden
ser）において窒素蒸気を凝縮させるのに使用する、と
いう方法と装置に関する。さらに詳細には本発明は、酸
素富化液体の一部を、流入空気の一部によって、そして
ある特定の条件下において、蒸留塔から取り出される空
気より少ない酸素含量を有するさらなる凝縮用流れによ
って気化させる、という方法と装置に関する。これによ
って流入空気の一部とさらなる凝縮用流れを液化させ、
そして蒸留塔に追加の還流液流れとして導入して、窒素
生成の速度および／または窒素生成物の濃度を従来技術
のレベルに保持する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】窒素
は、空気分離プラントにおける空気の低温精留によって
生成される。このようなプラントは単一の蒸留塔を使用
する場合が多く、当業界において窒素生成装置として知
られている。空気を濾過し、圧縮し、そして精製した後
に、空気をその精留に適した温度に冷却する。この温度
は通常、空気の露点またはその付近の温度である。次い
で、気−液接触用エレメント（トレイおよび／または充
填物によって形成することができ、構造的形態であって
もランダム形態であってもよい）を有する蒸留塔中に空
気を導入する。蒸留塔では、空気の上昇気相が下降液相
と接触する。このような接触の結果、液相は絶えず酸素
が濃縮されていって酸素富化塔底液が生成し、また上昇
気相は絶えず窒素が濃縮されていって窒素高含量塔オー
バーヘッド蒸気が生成する。
【０００３】蒸留塔に還流させるために、窒素高含量塔
オーバーヘッド蒸気がある程度凝縮されるヘッド凝縮器
が組み込まれている。凝縮液は蒸留塔に還流液として戻
される。一般には、塔底液から構成される酸素富化液体
流れが取り出され、膨張されて低温となり、次いでヘッ
ド凝縮器に対する冷却剤として導入される。蒸留塔の頂
部から生成物が蒸気として取り出される。
【０００４】いかなるタイプの空気分離プラントにおい
ても、プラント中への継続的な熱放散が起こり、またプ
ラントの温端において空気供給流れと生成物流れとの間
にエンタルピー差が生じる。このような熱放散により、
空気分離プラントには冷却ポテンシャルが供給されなけ
ればならない。窒素生成物を塔圧力に保持しようとする
場合は、一般には塔の外郭（envelope）の外側から冷却
ポテンシャルが供給される。酸素富化液体の気化（全て
がヘッド凝縮器中で気化される）により得られる仕事膨
張、あるいは空気をより高い圧力から塔圧力に膨張させ
ることによる仕事膨張は、冷却ポテンシャルを供給する
通常の方法である。さらに、必要な冷却ポテンシャルを
供給するために、外部供給源から塔に液体窒素を加える
という“液体補助プラント”もある。
【０００５】以下に説明するように、本発明は、窒素生
成物を得る際のエネルギー消費量を少なくするような仕
方で冷却ポテンシャルを生成させるという空気分離法に
関する。これは、空気分離のためのエネルギーをより効
率よく使用することによって、また以前においては過剰
であったエネルギーを冷却ポテンシャルに利用できるよ
うにすることによって達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は、空気を分離して窒素生
成物を得る方法を提供する。本発明の方法によれば、蒸
留塔を使用する低温精留プロセスによって空気を分離し
て、酸素高含量塔底液と窒素高含量塔オーバーヘッド蒸
気を得る。窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の少なくと
も一部を凝縮させて蒸留塔に還流させるためのヘッド凝
縮器が組み込まれている。
【０００７】本発明の１つの態様においては、低温精留
プロセスは、酸素高含量塔底液から構成される酸素富化
液体流れを一部気化させることを含む。次いでこの酸素
富化液体流れを液相と気相に分離し、液相から構成され
る液相流れを膨張させて、液相流れと窒素高含量塔オー
バーヘッド蒸気との間に温度差を生じさせる。液相流れ
をヘッド凝縮器に冷却剤流れとして導入して、熱が窒素
高含量蒸気の少なくとも一部から冷却剤流れに伝達され
るようにし、これによって窒素高含量塔オーバーヘッド
蒸気の少なくとも一部の凝縮を起こさせる。気相から構
成される気相流れを、仕事の遂行を伴って膨張させて、
低温精留プロセスを少なくとも一部冷却するのに使用さ
れる冷媒流れを生成させる。蒸留塔において還流液とし
て使用されない窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の残部
から生成物流れを抜き取って、窒素生成物を形成させ
る。
【０００８】本発明の他の態様においては、低温精留プ
ロセスは、酸素高含量塔底液から構成される酸素富化液
体流れを第１の部分流れと第２の部分流れに分けること
を含む。第１の部分流れを膨張させて、第１の部分流れ
と窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気との間に温度差を生
じさせる。第１の部分流れをヘッド凝縮器に冷却剤流れ
として導入して、熱が窒素高含量蒸気の少なくとも一部
から冷却剤流れに伝達されるようにし、これによって窒
素高含量塔オーバーヘッド蒸気の少なくとも一部の凝縮
を起こさせる。第２の部分流れを気化させ、気化の後に
ある程度加温する。第２の部分流れを、仕事の遂行を伴
って膨張させて、低温精留プロセスを少なくとも一部冷
却するのに使用される冷媒流れを生成させる。蒸留塔に
おいて還流液として使用されない窒素高含量塔オーバー
ヘッド蒸気の残部から生成物流れを抜き取って、窒素生
成物を形成させる。
【０００９】本発明はさらに、空気を分離して窒素生成
物を得るための装置を提供する。本発明の装置によれ
ば、空気を濾過するためのフィルターが組み込まれてお
り、空気を圧縮するための圧縮機がフィルターに接続さ
れている。空気から圧縮熱を除去するためのアフターク
ーラー、および空気を精製するための予備精製ユニット
が組み込まれている。メイン熱交換手段が空気をその精
留に適した温度に冷却し、蒸留塔は、空気を酸素高含量
塔底液と窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気に精留するよ
う設計されている。窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の
少なくとも一部を凝縮させて蒸留塔に対する還流液とす
るためのヘッド凝縮器が蒸留塔に接続されている。
【００１０】本発明の他の態様によれば、酸素高含量塔
底液から構成される酸素富化液体流れを一部気化させる
ための気化手段が蒸留塔に接続されており、また酸素富
化液体流れを液相と気相に分離するための相分離器が前
記気化手段に接続されている。窒素高含量蒸気の少なく
とも一部から、液相から構成される液相流れで構成され
る冷却剤流れに熱が伝達されるよう、相分離器がヘッド
凝縮器に接続されている。この結果、窒素高含量塔オー
バーヘッド蒸気の少なくとも一部の凝縮と冷却剤流れの
気化が起こり、これによって気化冷却剤流れが形成され
る。液相流れを膨張させて、これによって冷却剤流れを
生成させ、そして冷却剤流れと窒素高含量塔オーバーヘ
ッド蒸気との間に温度差を生じさせるために、相分離器
とヘッド凝縮器との間に減圧弁が配置されている。気相
から構成される気相流れがある程度加温されるよう、相
分離器がさらにメイン熱交換手段に接続されている。気
相流れを仕事の遂行を伴って膨張させて冷媒流れを生成
させるための膨張手段が、前記メイン熱交換手段に接続
されている。冷媒流れがメイン熱交換手段中で充分に加
温されるよう、メイン熱交換手段は膨張手段と連通状態
になっている。蒸留塔において還流液として使用されな
い窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の残部から構成され
る生成物流れを抜き取って窒素生成物を形成させるため
の手段が組み込まれており、また生成物流れがメイン熱
交換手段中で充分に加温されるよう、メイン熱交換手段
が生成物流れ抜き取り手段に接続されている。
【００１１】本発明のさらに他の態様においては、窒素
高含量蒸気の少なくとも一部から、酸素高含量塔底液か
ら構成される第１の部分流れで構成される冷却剤流れに
熱が伝達されるよう、ヘッド凝縮器が蒸留塔に接続され
ている。これにより、窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気
の少なくとも一部の凝縮と冷却剤流れの気化が起こり、
気化冷却剤流れが形成される。第１の部分流れを膨張さ
せ、これによって冷却剤流れを、そして冷却剤流れと窒
素高含量塔オーバーヘッド蒸気との間に温度差を生じる
よう、蒸留塔とヘッド凝縮器との間に減圧弁が配置され
ている。酸素高含量塔底液から構成される第２の部分流
れを気化させるための気化手段が蒸留塔に接続されてい
る。第２の部分流れがある程度加温されるよう、気化手
段はメイン熱交換手段にも接続されている。第２の部分
流れを仕事の遂行を伴って膨張させて冷媒流れを生成さ
せるための膨張手段が、メイン熱交換手段に接続されて
いる。冷媒流れがメイン熱交換手段中で充分に加温され
るよう、メイン熱交換手段は膨張手段と連通状態になっ
ている。蒸留塔において還流液として使用されない窒素
高含量塔オーバーヘッド蒸気の残部から構成される生成
物流れを抜き取って窒素生成物を形成させるための手段
が組み込まれている。生成物流れがメイン熱交換手段中
で充分に加温されるよう、メイン熱交換手段がさらに生
成物流れ抜き取り手段に接続されている。
【００１２】本発明は、空気の蒸留において使用される
必要以上の駆動力を利用することにより機能させて窒素
生成物を生じさせる。本発明においては、酸素富化液体
が塔への還流液を凝縮させるための冷却剤として作用
し、プラントに対する冷却必要量の少なくとも一部を供
給する（前記の一般的な冷却プロセスとは別個に）よう
作用する。
【００１３】酸素富化液体の全部が還流液凝縮用に使用
されるわけではないので、ヘッド凝縮器によって生成さ
れる還流液の供給量は不十分となる可能性がある。この
ような還流液の生成減少を補償するために、液体空気に
よって、そして好ましくは空気より少ない酸素含量の他
の還流流れと液体空気とによって、少なくとも中間還流
液を供給することができる。したがって、さらに他の態
様においては、本発明は、酸素富化液体流れまたはその
一部を、分離しようとする空気の一部と、そして好まし
くは空気より少ない酸素含量を有する塔から取り出され
た他の蒸気流れと間接的に熱交換させることによって一
部あるいは全部を気化させ、これによって空気の一部を
分離し、そしてもし存在する場合は他の蒸気流れを液化
させる、という方法を含む。次いで、窒素高含量塔オー
バーヘッド蒸気の少なくとも一部を凝縮させるのに全部
の酸素高含量液体流れが使用されていれば得られたであ
ろうレベルに生成物流れの生成を保持するために、分離
しようとする空気の一部、そして好ましくは塔から取り
出された他の液化蒸気流れを、蒸留塔に中間還流液流れ
として導入する。酸素高含量液体流れの部分的な気化、
あるいは酸素富化液体流れの一部の完全な気化の前に酸
素富化液体を膨張させて、空気の一部との、そして好ま
しくは塔から取り出された蒸気流れ（存在する場合）と
の間接的な熱交換のための温度差を生成させる。
【００１４】本明細書は、発明者が発明であると考える
主題を明確に指摘している特許請求の範囲にて結論を明
記しているが、添付の図面を参照しつつ考察を加えれ
ば、本発明の理解がより深まると思われる。
【００１５】図１に単一塔窒素発生装置１０を示す。流
入する空気流れ１２をフィルター１４により濾過して、
ダスト粒子などを除去する。濾過した後、空気流れ１２
を圧縮機１６によって圧縮し、圧縮熱を通常のアフター
クーラー１８によって除去する。水、二酸化炭素、およ
び空気の重質微量成分（例えば炭化水素類）を、アフタ
ークーラー１８に接続されている予備精製ユニット２０
によって除去する。予備精製ユニット２０は、再生のた
めに非同調的に作動する幾つかの吸着剤床を含む。
【００１６】このようにして濾過・精製された空気流れ
１２を、メイン熱交換器２２に導入する。分離しようと
する空気がメイン熱交換器２２に入り、その精留に適し
た温度に充分に冷却される。本明細書で使用している
“充分に冷却される”とは、精留が行われる温度に冷却
されるということを意味している。本明細書で使用して
いる“充分に加温される”とは、メイン熱交換器２２の
温端の温度に加温されるということを意味している。
“ある程度加温される”とは、精留温度より上である
が、メイン熱交換器２２の温端の温度より下の温度に加
温されるということを意味している。
【００１７】空気流れ１２を、メイン熱交換器２２中で
充分に冷却した後、第１の補助流れ２４と第２の補助流
れ２６に分ける。このため、メイン熱交換器にジャンク
ション（パイプやヘッダー等のＴセクションによって形
成される）を接続する。第１の補助流れ２４は、分離し
ようとする空気の過半量部分を構成し、単一蒸留塔３０
に導入される。塔には気−液接触用エレメント３２、３
４、および３６が組み込まれており、これらのエレメン
トは、トレイ、構造的充填物、および／またはランダム
充填物などである。蒸留塔３０は、流入空気を精留して
酸素高含量塔底液（蒸留塔３０の底部区域３８に集ま
る）と窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気（蒸留塔３０の
頂部区域４０に集まる）を生成する。蒸留塔３０の頂部
区域４０から窒素蒸気流れ４４の一部を抜き取り、ヘッ
ド凝縮器４２に導入する。窒素蒸気流れ４４の一部を冷
却剤流れ４６によって凝縮させる。このとき冷却剤流れ
４６が気化して、気化冷却剤流れ４７が生成する。凝縮
後、窒素蒸気流れ４４を蒸留塔３０の頂部区域４０に還
流流れ４８として戻す。
【００１８】酸素富化液体流れ５０（酸素高含量塔底液
から構成される）を蒸留塔３０の底部区域３８から取り
出す。酸素富化液体流れ５０は、過冷却器ユニット５２
中で過冷却して、引き続き行われる弁膨張での蒸気の形
成を最小限に抑えるのが好ましい。減圧弁５５（これに
ついては詳細に後述する）を通過した後に、酸素富化液
体流れ５０を一部気化させ、次いで相分離器５６に導入
して、酸素富化液体流れ５０を液相と気相に分離する。
【００１９】液相から構成される液相流れ５８を相分離
器５６から取り出し、減圧弁６０に通して液相流れ５８
の温度を充分に低下させる（これがヘッド凝縮器４２に
対する冷却剤として作用する）。したがって、液相流れ
５８は、減圧弁６０を通過した後に冷却剤流れ４６（前
述）に転化される。
【００２０】気相から構成される気相流れ６２がメイン
熱交換器２２中である程度加温されるよう、相分離器５
６がメイン熱交換器２２にも接続されている。気相流れ
６２をある程度加温した後、メイン熱交換器２２に接続
されたターボエキスパンダー６４または他の膨張機中で
気相流れ６２を膨張させる。気相流れ６２の膨張によ
り、冷媒流れ６６が生成する。
【００２１】図示の実施態様においては、気化冷却剤流
れ４７や生成物流れ６８の場合のように、冷媒流れ６６
も過冷却器ユニット５２中である程度加温される。図面
からわかるように、気化冷却剤流れ４７は、過冷却器ユ
ニット５２を通った後にメイン熱交換器２２中で充分に
加温されて、ＷＮ1と明示した廃棄窒素流れを形成す
る。加温された気化冷却剤流れ４７の一部を、吸着剤床
の再生のために予備精製ユニット２０に供給することが
できる。冷媒流れ６６がメイン熱交換器２２中で最終的
に充分に加温され、ＷＮ2と明示した廃棄物流れとして
排出されるよう、メイン熱交換器２２がターボエキスパ
ンダー６４と連通状態になっている。生成物流れ６８
は、蒸留塔３０の頂部区域４０に集まる塔オーバーヘッ
ド窒素蒸気から構成されている。生成物流れ６８は、蒸
留塔３０への還流液を形成するのに使用されない塔オー
バーヘッド窒素蒸気の残部を構成している。過冷却ユニ
ット５２でのある程度の加温の後、生成物流れ６８はメ
イン熱交換器２２中で充分に加温され、ＰＮと明示した
生成物流れとして排出される。上記流れのある程度の加
温と引き換えに、前述したように酸素富化液体流れ５０
が過冷却される。
【００２２】単一塔窒素発生装置１０においては、酸素
富化液体流れ５０が気化器５４中で一部気化され、した
がって酸素富化液体流れ５０の一部だけがヘッド凝縮器
４２に対する冷却剤として使用される。その結果、従来
技術の窒素発生装置に比べて、本発明の単一塔窒素発生
装置１０においては、塔オーバーヘッドの凝縮により与
えられる還流液の量はより少ない。もし他の還流液を加
えなければ、本発明の窒素発生装置は、より低い生成速
度を有し、および／または従来技術の設計物より低い純
度で窒素を生成するであろう。しかしながら本発明はさ
らに、このような減少した還流液の補償が、蒸留塔３０
のより低い部分（追加の還流液が特に必要とされる）に
導入される中間還流液流れの供給によって果たされる、
という操作上の実施態様も含む。
【００２３】この中間還流液により、単一塔窒素発生装
置１０は、従来技術による類似のプラント設計物に対し
て予測されるのと同じ生成物生成速度および純度を有す
ることができるようになる。このため、第２の補助流れ
２６が気化器５４中で液化される。過冷却された後の酸
素富化液体流れ５０と第２の補助流れ２６との間に温度
差を生じさせるために、酸素富化液体流れ５０の圧力を
低下させ、これによって酸素富化液体流れ５０の温度を
低下させるための減圧弁５５が設けられている。酸素富
化液体流れ５０の低下圧力は蒸留塔３０の圧力より下で
あり、この結果、酸素富化液体流れ５０から誘導される
蒸気流れ６２が冷却の役割を果たすに足る圧力が得られ
る。より低い蒸留塔圧力（例えば８バール以下）にて、
第２の流れ２６とほぼ同じ箇所において蒸留塔３０から
取り出される蒸気流れ７２の液化によって蒸留塔３０に
対する追加の還流液が生成され、液化後に蒸留塔３０に
導入される。蒸気流れ７２が気化器５４中で液化され、
液化された第２の補助流れ２６の導入箇所より上にて追
加の還流液として導入される。図面からわかるように、
減圧弁５５は、酸素富化液体流れ５０と蒸気流れ７２と
の間に温度差が生じるよう作用する。
【００２４】高圧での蒸留塔３０の操作も、装置１０に
対する可能な変形として含まれる。このようなケースで
は、冷却剤流れ４６に膨張機を接続することもできる。
これによってプラントに対するトータルの冷却ポテンシ
ャルが増大し、したがって生成される液体の量が増大す
る。さらに、このようなターボエキスパンダーを、冷却
剤流れ４６中に含まれている酸素富化液体の一部を蒸留
塔３０に再循環するための再循環圧縮機を駆動させるの
に使用して、生成量を増大させることもできる。さらに
図面からわかるように、酸素富化液体流れ５０の一部気
化は、流入空気の一部の液化により酸素富化液体流れの
一部気化が行われる図示の態様に限定されない。例え
ば、適切な低圧塔を適用した場合、塔からの流れ（液体
空気の正確な組成を有していない）を液化空気の代わり
に使用することができる。
【００２５】図２には、単一塔窒素発生装置１０の別の
実施態様が示されている。この窒素発生装置１０では、
酸素高含量流れ５０を、過冷却器ユニット５２中で過冷
却した後に、第１の部分流れ５０ａと第２の部分流れ５
０ｂに分ける。第１の部分流れ５０ａを第１の減圧弁６
０にて膨張させて、冷却剤流れ４６を形成させる。第２
の部分流れ５０ｂを、減圧圧弁５５によって膨張させた
後に、気化器５４中で充分に気化させる。次いで、充分
に気化させた流れ（符号６３で示す）をメイン熱交換器
２２中である程度加温し、ターボエキスパンダー６４中
で膨張させる。
【００２６】実施例 １ 下記のデータは、本発明の単一塔窒素発生装置１０（図
１に示す）に対する可能な操作についての算出値を表に
まとめたものである。本実施例では、塔３０が圧力低下
の少ない構造的充填物を使用し、約１００の理論段を有
すると仮定している。第２の部分流れ２６を、液化させ
た後に底部から約６の理論段にて蒸留塔に加える。底部
から約６の理論段箇所にて蒸留塔から流れ７２を抜き取
り、凝縮させた後に、蒸留塔３０の底部から約１６の理
論段箇所に戻す。
【００２７】
【表１】
【００２８】このような実施例においては、文字“Ｌ”
は液体状態を示し、また文字“Ｖ”は蒸気状態を示して
いる。頂部生成物の純度、空気供給物のフラクションと
しての窒素回収量、および導入箇所と抜き取り箇所は、
算出を行う際に使用されるデータベースの物理的特性の
影響を受けやすい。予備精製ユニットの作動に固有の損
失が、流れ１２中に含まれている。当分野の技術者には
周知のことであるが、過冷却器５２は、蒸留塔３０のサ
ンプより低い位置に配置されている。
【００２９】したがって、ガス状窒素生成物を製造する
従来技術の設計物において（製造量、空気からのフラク
ション回収量、純度、および圧力が同じ）、ターボエキ
スパンダーを使用して空気を蒸留塔中に膨張させること
により冷却ポテンシャルをつくり出そうとする場合、通
常は流れ１２を約３.９４バールに圧縮する。本発明で
は、空気をわずか約３.４５バールに圧縮すればよい。
【００３０】実施例 ２ 下記のデータは、本発明の単一塔窒素発生装置１０（図
２に示す）に対する可能な操作についての算出値を表に
まとめたものである。本実施例では、塔３０が圧力低下
の少ない構造的充填物を使用し、約１００の理論段を有
すると仮定している。第２の部分流れ２６を、液化させ
た後に底部から約６の理論段にて蒸留塔に加える。底部
から約６の理論段箇所にて蒸留塔から流れ７２を抜き取
り、凝縮させた後に、蒸留塔３０の底部から約１６の理
論段箇所に戻す。
【００３１】
【表２】
【００３２】好ましい実施態様を挙げて本発明を説明し
てきたが、当分野の技術者にとっては、本発明の精神と
範囲を逸脱することなく種々の変形、付加形、簡略形が
可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法と装置にしたがって作動する空気
分離プラントの概略図である。
【図２】図１に対する別の実施態様である。図２の説明
においては、不必要な繰り返しを避けるために、共通の
機能を果たしている成分と流れに対して図１で使用され
ている符号をそのまま適用している。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸素高含量の塔底液と窒素高含量の塔オ
    ーバーヘッド蒸気を生成させるための蒸留塔、および窒
    素高含量塔オーバーヘッド蒸気の少なくとも一部を凝縮
    させて前記蒸留塔に還流させるためのヘッド凝縮器を使
    用する低温精留プロセスによって空気を分離することを
    含み、このとき前記低温精留プロセスが、 （ａ） 前記酸素高含量塔底液から構成される酸素富化
    液体流れを一部気化させる工程； （ｂ） 前記酸素富化液体流れを液相と気相に分ける工
    程； （ｃ） 前記液相から構成される液相流れを膨張させ
    て、前記液相流れと前記窒素高含量塔オーバーヘッド蒸
    気との間に温度差を生じさせ、前記液相流れを前記ヘッ
    ド凝縮器に冷却剤流れとして導入して、熱が前記窒素高
    含量蒸気の少なくとも一部から前記冷却剤流れに伝達さ
    れるようにし、これによって前記窒素高含量塔オーバー
    ヘッド蒸気の前記少なくとも一部の前記凝縮を起こさせ
    る工程； （ｄ） 前記気相から構成される気相流れを仕事の遂行
    を伴って膨張させて、前記低温精留プロセスを少なくと
    も一部冷却するのに使用される冷媒流れを生成させる工
    程；および （ｅ） 前記蒸留塔中の、前記還流液として使用されな
    い前記窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の残部から生成
    物流れを抜き取って、窒素生成物を形成させる工程；を
    含む、空気を分離して窒素生成物を得る方法。
  2. 【請求項２】 分離しようとする空気の一部との間接的
    な熱交換によって前記酸素富化液体流れを一部気化さ
    せ、これによって分離しようとする空気の前記一部を液
    化させ；分離しようとする空気の前記一部を前記蒸留塔
    中に中間還流液として導入して、前記窒素高含量塔オー
    バーヘッド蒸気の前記少なくとも一部を凝縮させるのに
    全部の酸素富化液体流れが使用されていれば得られたで
    あろうレベルに、前記生成物流れの生成を保持し；そし
    て前記酸素富化液体流れの前記一部気化の前に、前記酸
    素富化液体流れを膨張させて、前記空気の前記一部と前
    記酸素富化液体流れとの間に、前記間接的な熱交換のた
    めの温度差を生成させる；請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 （ａ） 前記蒸留塔から蒸気流れを取り
    出す工程； （ｂ） 前記蒸気流れと前記酸素富化液体流れとの間で
    間接的にさらに熱を交換することによって前記蒸気流れ
    を凝縮させる工程；および （ｃ） 前記蒸気流れを、前記中間還流液より上にて、
    追加の還流液として再び前記蒸留塔に導入する工程；を
    さらに含む、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 酸素高含量の塔底液と窒素高含量の塔オ
    ーバーヘッド蒸気を生成させるための蒸留塔、および窒
    素高含量塔オーバーヘッド蒸気の少なくとも一部を凝縮
    させて前記蒸留塔に還流させるためのヘッド凝縮器を使
    用する低温精留プロセスによって空気を分離することを
    含み、このとき前記低温精留プロセスが、 （ａ） 前記酸素高含量塔底液から構成される酸素富化
    液体流れを、第１の部分流れと第２の部分流れに分ける
    工程； （ｂ） 前記第１の部分流れを膨張させて、前記第１の
    部分流れと前記窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気との間
    に温度差を生じさせ、前記第１の部分流れを前記ヘッド
    凝縮器に冷却剤流れとして導入して、熱が前記窒素高含
    量蒸気の少なくとも一部から前記冷却剤流れに伝達され
    るようにし、これによって前記窒素高含量塔オーバーヘ
    ッド蒸気の前記少なくとも一部の前記凝縮を起こさせる
    工程； （ｃ） 前記第２の部分流れを気化させる工程； （ｄ） 前記第２の部分流れを仕事の遂行を伴って膨張
    させて、前記低温精留プロセスを少なくとも一部冷却す
    るのに使用される冷媒流れを生成させる工程；および （ｅ） 前記蒸留塔中の、前記還流液として使用されな
    い前記窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の残部から生成
    物流れを抜き取って、窒素生成物を形成させる工程；を
    含む、空気を分離して窒素生成物を得る方法。
  5. 【請求項５】 分離しようとする空気の一部との間接的
    な熱交換によって前記第２の部分流れを気化させ、これ
    によって分離しようとする空気の前記一部を液化させ；
    分離しようとする空気の前記一部を前記蒸留塔中に中間
    還流液として導入して、前記窒素高含量塔オーバーヘッ
    ド蒸気の前記少なくとも一部を凝縮させるのに前記第１
    と第２の部分流れの両方に等しい流量が使用されていれ
    ば得られたであろうレベルに、前記生成物流れの生成を
    保持し；そして前記第２の部分流れの前記気化の前に、
    前記第２の部分流れを膨張させて、前記空気の前記一部
    と前記第２の部分流れとの間に、前記間接的な熱交換の
    ための温度差を生成させる；請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 （ａ） 前記蒸留塔から蒸気流れを取り
    出す工程； （ｂ） 前記蒸気流れと前記第２の部分流れとの間で間
    接的にさらに熱を交換することによって前記蒸気流れを
    凝縮させる工程；および （ｃ） 前記蒸気流れを、前記中間還流液より上にて、
    追加の還流液として前記蒸留塔に導入する工程；をさら
    に含む、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記酸素富化液体流れを、一部気化させ
    る前に過冷却ユニット内で過冷却し；前記冷却剤流れへ
    の前記熱伝達により前記冷却剤流れを気化させて、気化
    冷却剤流れを形成させ；分離しようとする前記空気を第
    １の補助流れと第２の補助流れに分け；前記第１の補助
    流れを前記蒸留塔に導入し；前記第２の補助流れが、分
    離しようとする前記空気の前記一部を形成し；前記酸素
    富化液体流れを、過冷却ユニット内にて、前記冷却剤流
    れ、前記生成物流れ、および前記気化冷却剤流れとのさ
    らなる熱交換によって過冷却し；そして前記冷却剤流
    れ、前記気化冷却剤流れ、および前記生成物流れを前記
    過冷却ユニット内にてある程度加温し、次いで十分に加
    温する；請求項３または６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 （ａ） 空気を濾過するためのフィルタ
    ー； （ｂ） 空気を圧縮するための、前記フィルターに接続
    された圧縮機； （ｃ） 圧縮熱を空気から除去するためのアフタークー
    ラー； （ｄ） 空気を精製するための予備精製ユニット； （ｅ） 空気をその精留に適した温度に冷却するための
    メイン熱交換手段； （ｆ） 空気を酸素高含量塔底液と窒素高含量塔オーバ
    ーヘッド蒸気に精留するよう設計された蒸留塔； （ｇ） 窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の少なくとも
    一部を凝縮して前記蒸留塔に還流するための、前記蒸留
    塔に接続されたヘッド凝縮器； （ｈ） 前記酸素富化塔底液から構成される酸素富化液
    体流れを一部気化させるための気化手段； （ｉ） 前記酸素富化液体流れを液相と気相に分離する
    ための、前記気化手段に接続された相分離器、このとき
    窒素高含量蒸気の前記少なくとも一部から、前記液相か
    ら構成される液相流れで構成される冷却剤流れに熱が伝
    達され、これにより前記窒素高含量塔オーバーヘッド蒸
    気の前記少なくとも一部の前記凝縮と前記冷却剤流れの
    気化が起こって気化冷却剤流れが形成されるよう、前記
    相分離器が前記ヘッド凝縮器に接続されている； （ｊ） 前記液相流れを膨張させ、これによって前記冷
    却剤流れが生じ、そして前記冷却剤流れと前記窒素高含
    量塔オーバーヘッド蒸気との間に温度差が生じるよう、
    前記相分離器と前記ヘッド凝縮器との間に配置された減
    圧弁、このとき前記気相から構成される気相流れがある
    程度加温されるよう、前記相分離器がさらに前記メイン
    熱交換手段に接続されている； （ｋ） 前記気相流れを仕事の遂行を伴って膨張させて
    冷媒流れを生成させるための、前記メイン熱交換手段に
    接続された膨張手段、このとき前記冷媒流れが前記メイ
    ン熱交換手段中で充分に加温されるよう、前記メイン熱
    交換手段が前記膨張手段と連通状態にある；および （ｌ） 前記蒸留塔において前記還流液として使用され
    ない前記窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の残部から構
    成される生成物流れを抜き取って、窒素生成物を形成さ
    せるための手段、このとき前記生成物流れが前記メイン
    熱交換手段中で充分に加温されるよう、前記メイン熱交
    換手段が前記生成物流れ抜き取り手段に接続されてい
    る；を含む、空気を分離して窒素生成物を得るための装
    置。
  9. 【請求項９】 前記気化手段が前記メイン熱交換手段に
    接続されていて、前記酸素富化液体流れがある程度気化
    され、分離しようとする空気の前記一部が液化するよ
    う、酸素富化液体流れと分離しようとする前記空気の前
    記一部との間で熱を間接的に交換するための手段、およ
    び前記酸素富化液体流れを膨張させて、前記空気の前記
    一部と前記酸素富化液体流れとの間の前記間接的熱交換
    のための温度差を生じるよう設計された第１の減圧弁を
    有し；前記減圧弁が、第２の減圧弁を構成する前記ヘッ
    ド凝縮器と前記相分離器との間に配置されており；そし
    て分離しようとする空気の前記一部を前記蒸留塔中に中
    間還流液として導入して、前記窒素高含量塔オーバーヘ
    ッド蒸気の前記少なくとも一部を凝縮させるのに全部の
    酸素高含量液体流れが使用されていれば得られたであろ
    うレベルに、前記生成物流れの生成を保持するよう、前
    記気化手段が前記蒸留塔に接続されている；請求項８記
    載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記気化手段がさらに、蒸気流れが凝
    縮するよう、前記蒸気流れと前記酸素高含量液体流れと
    の間で間接的にさらに熱を交換するための手段を有し、
    そして前記蒸気流れが前記蒸留塔から前記気化手段へと
    流れ、次いで前記中間還流液より上にて前記蒸留塔に追
    加の還流液として戻るよう、前記気化手段が前記蒸留塔
    に接続されている、請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 （ａ） 空気を濾過するためのフィル
    ター； （ｂ） 空気を圧縮するための、前記フィルターに接続
    された圧縮機； （ｃ） 圧縮熱を空気から除去するためのアフタークー
    ラー； （ｄ） 空気を精製するための予備精製ユニット； （ｅ） 空気をその精留に適した温度に冷却するための
    メイン熱交換手段； （ｆ） 空気を酸素高含量塔底液と窒素高含量塔オーバ
    ーヘッド蒸気に精留するよう設計された蒸留塔； （ｇ） 前記酸素高含量塔底液から構成される第１の部
    分流れで構成される冷却剤流れを気化させ、これによっ
    て気化冷却剤流れを形成させることと引き換えに、窒素
    高含量塔オーバーヘッド蒸気の少なくとも一部を凝縮し
    て前記蒸留塔に還流するための、前記蒸留塔に接続され
    たヘッド凝縮器； （ｈ） 前記第１の部分流れを膨張させ、これによって
    前記冷却剤流れを、そして前記冷却剤流れと前記窒素高
    含量塔オーバーヘッド蒸気との間に温度差を生じるよ
    う、前記ヘッド凝縮器に接続された減圧弁； （ｉ） 前記酸素高含量塔底液から構成される第２の部
    分流れを気化させるための気化手段、このとき前記気化
    手段は、前記第２の部分流れがある程度加温されるよ
    う、前記メイン熱交換手段に接続されている； （ｊ） 前記第２の部分流れを、仕事の遂行を伴って膨
    張させて冷媒流れを生成させるための、前記メイン熱交
    換手段に接続された膨張手段、このとき前記冷媒流れが
    前記メイン熱交換手段中で充分に加温されるよう、前記
    メイン熱交換手段が前記膨張手段と連通状態にある；お
    よび （ｋ） 前記蒸留塔において前記還流液として使用され
    ない前記窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の残部から構
    成される生成物流れを抜き取って、窒素生成物を形成さ
    せるための手段、このとき前記生成物流れが前記メイン
    熱交換手段中で充分に加温されるよう、前記メイン熱交
    換手段が前記生成物流れ抜き取り手段に接続されてい
    る；を含む、空気を分離して窒素生成物を得るための装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記気化手段が前記メイン熱交換手段
    に接続されていて、前記第２の部分流れが気化され、分
    離しようとする空気の前記一部が液化するよう、前記第
    ２の部分流れと分離しようとする前記空気の一部との間
    で熱を間接的に交換するための手段、および前記第２の
    部分流れを膨張させて、前記空気の前記一部と前記第２
    の部分流れとの間の前記間接的熱交換のための温度差を
    生じるよう設計された第１の減圧弁を有し；前記減圧弁
    が、第２の減圧弁を構成する前記ヘッド凝縮器と前記過
    冷却ユニットとの間に配置されており；そして分離しよ
    うとする空気の前記一部を前記蒸留塔中に中間還流液と
    して導入して、前記窒素高含量塔オーバーヘッド蒸気の
    前記少なくとも一部を凝縮させるのに前記第１と第２の
    部分流れに等しい流量が使用されていれば得られたであ
    ろうレベルに、前記生成物流れの生成を保持するよう、
    前記気化手段が前記蒸留塔に接続されている；請求項１
    １記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記気化手段がさらに、蒸気流れが凝
    縮するよう、前記蒸気流れと前記第２の部分流れとの間
    で間接的にさらに熱を交換するための手段を有し、そし
    て前記蒸気流れが前記蒸留塔から前記気化手段へと流
    れ、次いで前記中間還流液より上にて前記蒸留塔に追加
    の還流液として戻るよう、前記気化手段が前記蒸留塔に
    接続されている、請求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 （ａ） 前記酸素富化液体流れを過冷
    却するための、前記蒸留塔と前記ヘッド凝縮器との間に
    配置された過冷却ユニット；および（ｂ） 分離しよう
    とする前記空気が第１の補助流れと第２の補助流れに分
    けられるよう、前記熱交換手段に接続されたジャンクシ
    ョン；をさらに含み、このとき前記第１の補助流れが前
    記蒸留塔に流入するよう、前記ジャンクションが前記蒸
    留塔に接続されており、分離しようとする前記空気の前
    記一部が前記第２の補助流れによって形成されるよう、
    前記ジャンクションがさらに気化手段に接続されてお
    り；そして前記メイン熱交換手段が、前記冷媒流れ、前
    記気化冷却剤流れ、および前記生成物流れを充分に加温
    するよう設計されており、前記冷媒流れ、前記気化冷却
    剤流れ、および前記生成物流れが前記過冷却ユニット中
    である程度加温され、次いで前記メイン熱交換手段中で
    充分に加温されるよう、前記メイン熱交換手段が前記過
    冷却ユニットに接続されている；請求項８または１１に
    記載の装置。
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