JPH08254389A - 深冷蒸留によるガス混合物の分離方法 - Google Patents

深冷蒸留によるガス混合物の分離方法

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JPH08254389A
JPH08254389A JP7335507A JP33550795A JPH08254389A JP H08254389 A JPH08254389 A JP H08254389A JP 7335507 A JP7335507 A JP 7335507A JP 33550795 A JP33550795 A JP 33550795A JP H08254389 A JPH08254389 A JP H08254389A
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Lisle Mike De
ミク・ド・リール
Daniel Rousseau
ダニエル・ルソー
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 深冷蒸留によるガス分離において、投資およ
びエネルギーの点でより費用のかからない補充の冷却能
力を与え、空気を精製する前に空気を一定温度にさせ
る。 【解決手段】 蒸留されるべきガスの流れを精製工程の
前に予備冷却するために、ガスは熱交換器（５）へ送ら
れ、冷媒（１３Ｂ）の流れを加熱することにより冷却さ
れる。この冷媒の少なくとも一部は未精製のガスを冷却
する前にその圧力が減圧され、これは蒸留されるべきガ
スの一部でも蒸留の生成物でもよい。この配置では冷凍
ユニットを不要にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、深冷装置における
蒸留による窒素および酸素を含有するガス混合物の分離
方法に関する。具体的には、以下のような工程：すなわ
ちガス混合物を圧縮する工程と、圧縮されたガス混合物
を水および二酸化炭素に関して精製する工程と、精製し
たガス混合物をその露点の近傍まで冷却する工程と、冷
却されたガス混合物を少なくとも１つの蒸留塔で蒸留す
る工程と、前記装置に冷凍ユニット以外の冷凍システム
により冷却能力を供給し、この冷凍システムではガス混
合物の少なくとも一部を圧縮工程と精製工程との間に、
蒸留塔の生成物であるかまたは蒸留されるべきガス混合
物の一部を構成する冷媒の流れとの間接的な熱交換によ
り冷却する工程を有する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】気候条件は、空気分離装置、より一般的
には深冷装置の設計にとって重要である。具体的には、
空気圧縮機の種々の圧縮工程の冷凍機の冷却水は、特に
いくつかの国では、気候によってまた昼と夜との間でも
変わることがあるため、これらの国では１５℃のオーダ
ーの水温のゆらぎが記録されている。
【０００３】これらの変動は、現在では、最終の冷凍機
の出口に、水が与えることのできない追加的な冷却能力
を供給する冷凍ユニットを設置することにより解決され
ている。
【０００４】冷凍ユニットは、多額の投資と少なくとも
１つの回転機器を用いるという欠点を有し、このことは
信頼性を低下させ、非常にエネルギーを消費する。
【０００５】米国特許４，３７５，３６７は、蒸留され
るべき空気の流れを、精製する前に、精製システムによ
り生成される空気を循環させることにより、冷却するシ
ステムを開示している。しかしながら、この場合には冷
却ユニットの使用が不可欠である。
【０００６】ヨーロッパ特許０，６２４，７６５Ａは、
冷凍ユニットを、空気分離装置から生じる加圧された液
体の流れと熱交換するシステムに代替するシステムを開
示している。精製装置の蒸留の空気を冷却するサイクル
流体の使用は記載されていない。
【０００７】この特許出願は、空気を予備熱交換器中で
単一の他の流体で予備冷却する装置も開示していない。
【０００８】特公昭５４−１０３，７７７は、精製され
るべき空気を冷却する蒸留塔から生じる窒素の流れを使
用することを記載している。
【０００９】ヨーロッパ特許０，５０５，８１２は、精
製されるべき空気が、精製された空気の流れにより、後
者の圧力が減圧される前に、冷却され得ることを開示し
ている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの欠点を克服することができる解決法を提供すること
にある。すなわち、投資およびエネルギーの点でより費
用のかからない補充の冷却能力を与え、空気を吸着によ
り精製する前に空気の冷却を一定温度（約２５℃）にさ
せる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明の主題は、上述した方法において、最終生成物として
液体を生成し、冷媒の少なくとも一部の圧力を、減圧機
内で冷媒が未精製のガス混合物と熱交換する前に、減圧
することを特徴とするものである。
【００１２】提案された解決法は、酸素と窒素とを含有
するガス混合物を蒸留するための装置であって、この目
的のために冷凍サイクル、例えばガス混合物または窒素
を用いる全ての装置に適用可能である。
【００１３】本発明は特に空気分離により液体を製造す
るための小規模の装置であって、空気に必要な追加の冷
却能力を供給することができる窒素サイクルを用い、空
気を精製温度まで冷却する装置に適用可能である。
【００１４】本発明は、空気圧縮機の最終の冷凍機の出
口に、例えば圧縮された空気と主熱交換器の中間レベル
で取り出されるサイクル窒素の一部との間で熱交換可能
な予備熱交換器を設置することにより構成される。圧縮
された空気は、この予備熱交換器で加熱されたサイクル
窒素により冷却された後、主熱交換器で加熱されつづけ
ているサイクル窒素の残りに再び混合される。
【００１５】主熱交換器の加熱端での温度差を一定に保
ち、主熱交換器の中間レベルでサイクル窒素の一部を抽
出することが望ましい場合には、この熱交換器において
サイクル流体の流速を増加させることが必要である。
【００１６】全体的には、この解決法は、１％オーダー
の投資の節約をもたらす。
【００１７】本発明の方法は、以下の特徴の１つ以上を
有していてもよい。
【００１８】・冷凍サイクルが窒素サイクルである。
【００１９】・ガス混合物と熱を交換する冷媒がサイク
ル流体である。
【００２０】・冷媒の流れの速度をガス混合物部分の温
度を一定に保つように調整する。
【００２１】・透過および／または吸着システムによ
り、ガス混合物を水および二酸化炭素に関して精製す
る。
【００２２】・流体の流れが二段蒸留塔の中圧塔により
生成する窒素の流れである。
【００２３】・装置の全ての冷凍能力が少なくとも１つ
の冷凍サイクルにより供給される。 ・ガス混合物の少なくとも１部を冷却した後、流体の流
れを液化し、蒸留塔に注入する。
【００２４】また、本発明の主題は、深冷蒸留による窒
素と酸素とを含有するガス混合物の分離装置であって、
圧縮機と、精製システムと、主熱交換器と、少なくとも
１つの蒸留塔と、冷凍システムおよび圧縮機により圧縮
されたガス混合物を蒸留塔からまたは精製システムの下
流の供給ガスから生じる冷媒と熱交換させる予備熱交換
器を構成する手段とを有する装置において、液体生成物
を抽出する手段と、予備熱交換器の蒸留の冷媒の少なく
とも一部の圧力を減圧する減圧機とを有することを特徴
とする装置である。
【００２５】本発明の装置は、以下の特徴の１つ以上を
有していてもよい。
【００２６】・予備熱交換器へ送られる冷媒の品質を制
御する制御弁。
【００２７】・冷媒が冷凍サイクルを循環する。
【００２８】・冷媒が二段蒸留塔の中圧塔から生じる気
体窒素である。
【００２９】・精製システムが吸着および／または透過
により機能する。
【００３０】・予備熱交換器の下流の冷媒の少なくとも
一部を液化し、液化された流体の少なくとも一部を蒸留
塔へ送る手段。
【００３１】・予備熱交換器の下流の冷媒を圧縮する少
なくとも１つの圧縮機。
【００３２】
【発明の実施の形態】本発明の具体例を添付の図面を参
照して説明する。これらの図面は本発明の空気蒸留装置
を概略的に示すものである。
【００３３】図１のシステムにおいて、空気の流れは、
コンプレッサ１により６×１０5 Ｐａに圧縮され、水冷
却器において４０℃に冷却される。ついで、この流れは
補助熱交換器５に入り、そこで６×１０5 Ｐａの窒素の
流れとの熱交換により２５℃に冷却される。冷却器３の
出口および熱交換器５の出口における分離ポット（図示
せず）により冷却後凝縮水を処理された空気から除去す
ることが可能である。残りの水および装置中の二酸化炭
素の複数の吸着剤床７による精製後、空気は主交換器９
においてその露点に近い温度まで冷却され、ついで通常
の二重カラムの容器に送られ、そこで空気は液体酸素、
低圧カラム７の圧力（１．３×１０5 Ｐａ）の残存窒
素、および中圧カラムの圧力（６×１０5 Ｐａ）の実質
的に純粋なガス状および液状窒素に分離される。実質的
に純粋なガス状窒素の流れは、主交換器９において２２
℃の温度に加熱され、そこから純粋な窒素の第１の流れ
１３Ａが取り出し弁１５により取り出された後、補助交
換器５に流れ、該交換器は供給空気を２５℃に冷却す
る。かくして、サイクル窒素１３Ａは３７℃に熱せられ
る。純粋なガス状窒素の流れは、主交換器９において３
５℃に加熱され続け、補助交換器５を通過した後、第１
の流れ１３Ａと再び合流する。コンプレッサ１７により
３０×１０5 Ｐａに圧縮され、交換器１９中で冷却され
た後、合流した流れは、コンプレッサ２１で４２バール
に再圧縮され、主交換器９中で冷却される。部分的に加
熱されて、再圧縮された純粋窒素の第３の流れ１３Ｃ
は、タービン２３内でその圧力が４２×１０5 Ｐａから
６×１０5 Ｐａに減少し、６×１０5Ｐａでカラムから
取り出されたガス状窒素とともに再循環される。純粋窒
素の残りの流れは、主交換器中で液化し、二重カラム１
１の中圧カラム用のリフラックスとして作用する。コン
プレッサ２１は、タービン２３に結合される。残存窒素
は主交換器中で加熱され、電気ヒータ８中でさらに加熱
され、装置７の吸着剤床７の１つを再生するために働
く。
【００３４】主ライン９から取り出されたサイクル流
は、取り出し弁１５を補助交換器５の出口の空気の温度
に従動させることにより中間温度に調節することができ
る。冬季中は、水温は２０〜２２℃であり得る。これら
条件の下で、圧縮空気は２５℃に近い温度でコンプレッ
サ１の最終冷却器を去り、弁１５を閉じる。
【００３５】夏期中は、水温は３０〜３２℃であり得、
コンプレッサ１の最終冷却器の出口における空気は４０
℃に近い温度となるであろう。
【００３６】ついで、サイクル窒素１３Ａは、弁１５を
開放することにおり十分な流速で、補助交換器５の出口
における空気温度が２５℃に近くなるに十分に送られ
る。
【００３７】システムは、冷却ユニットを含まず、すべ
ての冷却パワーは窒素サイクルにより供給される。
【００３８】図２のシステムは、窒素サイクルが空気サ
イクル（蒸留すべきガス混合物）により置き換えられて
いるてんで図１のシステムと異なる。この装置は実質的
に同じである。
【００３９】精製後、空気の流れは、コンプレッサ１７
中で３０×１０5 Ｐａに圧縮され、交換器１９中で冷却
され、コンプレッサ２１により４２×１０5 Ｐａに再圧
縮される。ついで、空気は主交換器９中で冷却される。
空気の流れ１３Ｃは、部分的に冷却された後に取り出さ
れ、従って、空気の残りの部分は液化され、カラム１１
へ送られる。流れ１３Ｃは、タービン２３中でその圧力
が６×１０5 Ｐａに減少される。この減圧空気の一部は
ガス供給物としてカラム１１へ送られ、空気の残りは交
換器９中で加熱される。この空気の流れ１３Ｂは、部分
的に加熱され、弁１５により取り出され、補助交換器５
に送られて、そこですべての供給空気が２５℃に冷却さ
れる。ついで、流れ１３Ａはコンプレッサ１７中で圧縮
されるべき空気と合流する。空気の流れ１３Ｂは加熱さ
れ続け、精製システム７の後流の供給空気と再合流す
る。
【００４０】図２の装置において、冷却ユニットはより
安価で維持の容易な他の冷却システムにより置き換えら
れることが指摘される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス混合物の分離装置の概略構成
図。
【図２】本発明に係る他のガス混合物の分離装置の概略
構成図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミク・ド・リール フランス国、75012 パリ、リュ・ダゴル ノ 16 (72)発明者 ダニエル・ルソー フランス国、94350 ビリエール・スュー ル・マルヌ、アブニュ・デ・ラ・オット・ フュテ 29

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 深冷装置における蒸留による窒素および
    酸素を含有するガス混合物の分離方法であって、 ガス混合物を圧縮する工程と、 圧縮されたガス混合物を水および二酸化炭素に関して精
    製する工程と、 精製したガス混合物をその露点の近傍まで冷却する工程
    と、 冷却されたガス混合物を少なくとも１つの蒸留塔（１
    １）で蒸留する工程と、 前記装置に冷凍ユニット以外の冷凍システムにより冷却
    能力を供給し、この冷凍システムではガス混合物の少な
    くとも一部を圧縮工程と精製工程との間に、蒸留塔の生
    成物であるかまたは蒸留されるべきガス混合物の一部を
    構成する冷媒の流れ（１３Ｂ）との間接的な熱交換によ
    り冷却する工程とを有する方法において、 最終生成物として液体を生成し、冷媒の少なくとも一部
    の圧力を、減圧機内で冷媒が未精製のガス混合物と熱交
    換する前に、減圧することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 冷凍システムが冷凍サイクルであること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 ガス混合物が熱を交換する冷媒が冷凍サ
    イクルの流体であることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 冷凍サイクルが空気サイクルまたは窒素
    サイクルであることを特徴とする請求項１または２記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 冷媒の流れ（１３Ｂ）の速度をガス混合
    物部分の温度を一定に保つように調整することを特徴と
    する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 透過および／または吸着システム（７）
    により、ガス混合物を水および二酸化炭素に関して精製
    することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載
    の方法。
  7. 【請求項７】 冷媒の流れ（１３Ｂ）が二段蒸留塔（１
    １）の中圧塔により生成する窒素の流れであることを特
    徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】 ガス混合物または冷媒の流れの少なくと
    も一部を液化し、蒸留塔（１１）に注入することを特徴
    とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】 冷凍システムが外部供給源から生じる低
    温液体の流れの注入を含むことを特徴とする請求項１乃
    至８のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 冷媒の一部を、その圧力を減圧する前
    に、加圧することを特徴とする請求項１乃至９のいずれ
    かに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 精製されたガス混合物をその圧力を減
    圧した後に冷却することにより、冷媒を部分的に加熱す
    ることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載
    の方法。
  12. 【請求項１２】 深冷蒸留による窒素と酸素とを含有す
    るガス混合物の分離装置であって、圧縮機（１）と、精
    製システム（７）と、主熱交換器（９）と、少なくとも
    １つの蒸留塔（１１）と、冷凍システムおよび圧縮機
    （１）により圧縮されたガス混合物を蒸留塔（１１）か
    らまたは精製システム（７）の下流の供給ガスから生じ
    る冷媒と熱交換させる予備熱交換器（５）を構成する手
    段（１７、２１、２３）とを有する装置において、液体
    生成物を抽出する手段と、予備熱交換器の蒸留の冷媒の
    少なくとも一部の圧力を減圧する減圧機（２３）とを有
    することを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】 制御弁（１５）が予備熱交換器（５）
    へ送られる冷媒の品質を制御することを特徴とする請求
    項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 冷媒が冷凍サイクルを循環することを
    特徴とする請求項１２または１３記載の装置。
  15. 【請求項１５】 冷媒が二段蒸留塔（１１）の中圧塔か
    ら生じる気体窒素またはガス混合物の一部であることを
    特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の装
    置。
  16. 【請求項１６】 精製システム（７）が透過および／ま
    たは吸着により機能することを特徴とする請求項１２乃
    至１５のいずれかに記載の装置。
  17. 【請求項１７】 予備熱交換器（５）の下流の冷媒を液
    化し、その少なくとも一部を蒸留塔（１１）へ送る手段
    （１７、１９、２１）を有することを特徴とする請求項
    １２乃至１６のいずれかに記載の装置。
  18. 【請求項１８】 予備熱交換器（５）の下流の冷媒を圧
    縮する少なくとも１つの圧縮機（１７、２１）を有する
    ことを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載
    の装置。
  19. 【請求項１９】 蒸留塔（１１）への外部供給源から生
    じる液体の流れを注入する手段を有することを特徴とす
    る請求項１２乃至１８のいずれかに記載の装置。
  20. 【請求項２０】 予備熱交換器（５）がガス混合物を単
    一の冷媒と熱交換させることを特徴とする請求項１２乃
    至１９のいずれかに記載の装置。
  21. 【請求項２１】 圧力を減圧させることが予定されてい
    る冷媒の一部を加圧する手段（１７、２１）を有するこ
    とを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載の
    装置。
JP7335507A 1994-12-23 1995-12-22 深冷蒸留によるガス混合物の分離方法 Pending JPH08254389A (ja)

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