JPH11257844A - 酸素の効率的な製造方法 - Google Patents

酸素の効率的な製造方法

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JPH11257844A JP11014109A JP1410999A JPH11257844A JP H11257844 A JPH11257844 A JP H11257844A JP 11014109 A JP11014109 A JP 11014109A JP 1410999 A JP1410999 A JP 1410999A JP H11257844 A JPH11257844 A JP H11257844A
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column
oxygen
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D Michael Herron
マイケル ヘロン ドン
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チャン ヤンピン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温空気分離による酸素の効率的な製造方法
を提供する。 【解決手段】 少なくとも１つの蒸留塔（１９６及び１
９８）を含む蒸留塔系における空気の低温蒸留法であっ
て、窒素濃度が供給空気流れのそれ以上である流れ（１
５２）を凝縮させることによって、酸素製品を製造する
蒸留塔（１９８）の塔底での沸騰を提供するようにす
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、低温空気分離によ
って酸素を効率的に製造するいくつかの方法に関する。
特に本発明は、酸素全体の少なくとも一部を９９．５％
未満、好ましくは９７％未満の純度で製造するのに魅力
的な低温空気分離法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】９９．
５％未満の純度を持つ酸素の効率的な製造を教示する多
数の米国特許がある。２つの例は米国特許第４，７０
４，１４８号及び４，９３６，０９９号明細書である。
【０００３】米国特許第２，７５３，６９８号明細書
は、分離する全ての空気を二段精留装置の高圧塔で予備
精留して粗製（不純）液体酸素（粗製ＬＯＸ）塔底液及
び気体窒素留出物を製造する精留方法を開示する。その
ように製造された粗製ＬＯＸを、中間圧力に膨張させて
凝縮する窒素との熱交換により完全に気化させる。気化
した粗製酸素をわずかにあたため、動力を発生させて膨
張させ、そして高圧塔で凝縮して低圧塔の塔頂に入る窒
素によって二段精留装置の低圧塔でスクラビングする。
低圧塔の塔底は高圧塔からの窒素で再沸騰させる。以
後、寒冷を与えるこの方法をＣＧＯＸ膨張と呼ぶ。この
特許明細書では他の寒冷源を使用しない。従って、従来
の低圧塔への空気膨張法は、示されたＣＧＯＸ膨張によ
って置き換えられる。実際、この特許明細書では、追加
の空気を高圧塔に供給するため（低圧塔へ気体空気を膨
張させないので）結果として改良がなされ、高圧塔の塔
頂から追加の窒素還流が製造されることになると言及さ
れる。追加の窒素還流量は、高圧塔に供給される空気中
の追加の窒素の量に等しいとされる。低圧塔の上部での
液体窒素によるスクラビング効率の改良を特許請求し
て、低圧塔の下部での沸騰の不足を克服する。
【０００４】米国特許第４，４１０，３４３号明細書
は、低圧及び中間圧の塔を使用する低純度酸素の製造方
法であって、空気を凝縮させて低圧塔の塔底液を沸騰さ
せ、及び結果として生じる空気を中間圧及び低圧の塔の
両方に供給する方法を開示する。
【０００５】米国特許第４，７０４，１４８号明細書
は、空気分離のために高圧と低圧の蒸留塔を使用して低
純度酸素及び廃棄窒素流を製造する方法を開示する。主
熱交換器のコールドエンド（ｃｏｌｄ ｅｎｄ）からの
供給空気を使用して、低圧蒸留塔を再沸騰させて低純度
酸素製品を気化させる。塔の再沸騰及び酸素製品の気化
の熱負荷は、空気画分（air fractions ）の凝縮によ
る。この特許明細書では空気原料を３つの二次流れに分
割する。それらの二次流れの１つは全て凝縮させて低圧
及び高圧の蒸留塔の両方に還流を供給するのに使用す
る。第２の二次流れは部分的に凝縮させて、部分的に凝
縮した二次流れの蒸気部分を高圧蒸留塔の塔底に供給
し、及び液体部分は低圧蒸留塔に還流を供給させる。第
３の二次流れは膨張させて、寒冷を回収し、その後塔の
供給物として低圧蒸留塔に導入する。更に、高圧塔のコ
ンデンサーを低圧塔で中間リボイラーとして使用する。
【０００６】国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ８７／０１６６
５号明細書（米国特許第４，７９６，４３１号明細書）
においてＥｒｉｃｋｓｏｎは、高圧塔から窒素流れを引
き出す方法を教示する。これは、この窒素を中間圧力に
部分的に膨張させ、その後高圧塔の塔底からの粗製ＬＯ
Ｘ又は低圧塔の中間の高さからの液体のどちらかとの熱
交換によって凝縮させる。この冷却方法は、現在では窒
素の膨張に続く凝縮（ＮＥＣ）と呼ばれる。一般的にＮ
ＥＣはコールドボックス（ｃｏｌｄ ｂｏｘ）に必要な
寒冷の全てをもたらす。Ｅｒｉｃｋｓｏｎは、ＮＥＣ単
独では寒冷を提供できない応用においてのみ、補足的な
寒冷をいくらかの供給空気の膨張によって供給すること
が必要であると教示している。しかしながら、エネルギ
ー消費を減少させるためにこの補足的な寒冷を使用する
ことは教示されていない。この補足的な寒冷はフローシ
ートに関して教示され、ここではフローシートへの他の
変更がなされて供給空気圧力を低下させた。これはエキ
スパンダーへの窒素の圧力、従ってＮＥＣから得られる
寒冷の量を低下させた。この特許明細書で、Ｅｒｉｃｋ
ｓｏｎは２つのＮＥＣの使用も教示する。高圧塔からの
窒素を２つの流れに分割し、それぞれの流れを異なる圧
力に部分的に膨張させそして異なる液体で凝縮させる。
例えば、一方の膨張した窒素流を粗製ＬＯＸで凝縮さ
せ、及び他方を低圧塔の中間の高さの液体で凝縮させ
る。Ｅｒｉｃｋｓｏｎは２つ目のＮＥＣの使用が、酸素
供給圧を更に増加させるための冷間コンプレッサーに動
力を供給するのに使用することができる冷却出力を増加
させることを特許請求する。
【０００７】米国特許第４，９３６，０９９号明細書で
Ｗｏｏｄｗａｒｄらは、低純度酸素の製造に関してＣＧ
ＯＸ膨張を使用する。この場合、気体酸素製品は供給空
気の一部との熱交換によって低圧塔の塔底からの液体酸
素を気化させて製造する。
【０００８】いくつかの空気分離プラントにおいて、過
剰な寒冷は当然に得られる。これには一般に以下の２つ
の理由がある。（１）操作している装置の制約がエキス
パンダーを通る過剰な流れを導くこと。（２）蒸留系か
らの製品の収率が低く、それがその後膨張させる過剰な
高圧廃棄物を製造すること。そのような場合、いくつか
のプラントはふさわしいプロセス流れを低温で圧縮する
ために過剰な寒冷を使用することを提案してきた。以後
この低温での圧縮方法を低温圧縮（ｃｏｌｄｃｏｍｐｒ
ｅｓｓｉｏｎ）と呼ぶ。
【０００９】第一の理由に起因して過剰な寒冷を発生
し、そしてその後低温圧縮を使用する一例は米国特許第
４，０７２，０２３号明細書で見出すことができる。こ
の特許明細書では逆転熱交換器（ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ
ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）を使用して、供給空気
から水と二酸化炭素を除去する。そのような逆転熱交換
器の連続操作は、釣り合いのとれる流れ（balance stre
am）を使用することを必要とする。この釣り合いのとれ
る流れは一般に蒸留塔の系から回収され、そして入って
くる供給空気と間接熱交換をする主熱交換器の低温部分
で部分的に暖められ、その後エキスパンダーで膨張させ
必要な寒冷を提供する。残念ながらこの釣り合いのとれ
る流れの流量は、供給空気流量の特定の割合未満に減ら
すことができない。単位製品当たりに要求される寒冷の
量があまり大きくない大きな規模のプラントでは、供給
空気流量のある割合を超える釣り合いのとれる流れの流
量を持つという制約は過剰な寒冷をもたらす。米国特許
第４，０７２，０２３号明細書は、プロセス流れを低温
圧縮するのにこの過剰な寒冷を使用することを教示す
る。
【００１０】第２の理由に起因して過剰な寒冷を発生
し、そしてその後低温圧縮を使用する例は米国特許第
４，９６６，００２号及び５，３８５，０２４号明細書
で見出すことができる。これらの特許明細書の両方で、
空気を単一蒸留塔の塔底近くに供給して高圧窒素を製造
する。塔底にリボイラーを備えていない単一蒸留塔を使
用するので、窒素の回収率は低い。これは、高圧の酸素
に富む廃棄物流れを大量にもたらす。この酸素に富んだ
廃棄物流れの一部を部分的に暖めて膨張させて必要な寒
冷を得て、そして過剰な寒冷を使用してこの廃棄流れの
他の部分を低温圧縮する。低温圧縮した廃棄流れは蒸留
塔に再循環させる。
【００１１】米国特許第５，４７５，９８０号明細書で
は低温圧縮を使用して、約１５ｂａｒ（１．５ＭＰａ）
より高圧で吸入排出される液体酸素を気化させる熱交換
器の冷却効率を改良する。この目的のために、中間の温
度の補助的な流れを熱交換器の中間の位置から引き出
す。この補助的な流れを低温圧縮して、熱交換器に再導
入し更に冷却する。更に冷却した流れの少なくとも一部
をその後エキスパンダーで膨張させる。低温圧縮をされ
る補助的な流れの圧力が高圧塔の圧力よりも十分に高い
と、低温圧縮及び部分的な冷却の後でその一部のみが高
圧塔へ膨張する。この場合、プラントの高温端（warm e
nd）で余剰のエネルギーが提供されて、寒冷及び低温圧
縮の要求を満たす。しかしながら、補助的な流れを高圧
塔から引き出すと、低温圧縮及び冷却の後でその全てが
膨張する。これは低温圧縮に必要なエネルギーのほとん
どがエキスパンダーから回収されて低温圧縮に使用され
ることを確実にする。結果として、仕事エネルギーをも
たらすためにエキスパンダーを通る余剰の蒸気流れに対
する必要は最小限であり、それは先に示された米国特許
第４，０７２，０２３号、４，９６６，０２２号、及び
５，３８５，０２４号明細書のような過剰な寒冷を必要
としない。
【００１２】ドイツ特許２８ ５４ ５０８号明細書で
は高圧塔の圧力である空気原料の一部を、コールドボッ
クスに寒冷を与えるエキスパンダーからの仕事エネルギ
ーを使用して高温（warm level）で更に圧縮する。この
更に圧縮された空気流を部分的に冷却し、前記コンプレ
ッサーに動力を与えるものと同じエキスパンダーで膨張
させる。この設備構成において、更に圧縮するものとそ
の後寒冷のために膨張させる供給空気流の画分は同じも
のである。結果として、与えられた供給空気の画分によ
って、更なる寒冷がコールドボックス内でもたらされ
る。この特許明細書はこの過剰な寒冷を活かす以下の２
つの方法を教示する。（ｉ）コールドボックスからのよ
り多くの液体製品を製造すること、（ｉｉ）コンプレッ
サー及びエキスパンダーを通る流れを圧縮し、それによ
って高圧塔への流量を増やすこと。高圧塔への流量の増
加は結果としてコールドボックスからのより多い生産量
をもたらすことが特許請求される。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は少なくとも１つ
の蒸留塔を含む蒸留塔系における空気の低温蒸留法であ
って、窒素濃度が供給空気流れのそれ以上である流れを
凝縮させることによって、酸素製品を製造する蒸留塔の
塔底での沸騰を提供する低温蒸留方法に関する。本発明
の方法は以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を含む。 （ａ）以下の（１）及び（２）の２つの方法の少なくと
も１つで蒸留塔系に必要とされる全ての寒冷の少なくと
も１０％の仕事エネルギーを発生させる工程。 （１）窒素含有率が供給空気のそれ以上である第１のプ
ロセス流れを仕事膨張（word expanding）させ、その後
次の（ｉ）及び（ｉｉ）の２つの液体、すなわち、
（ｉ）酸素製品を製造する蒸留塔の中間の高さにある液
体、（ｉｉ）この蒸留塔への液体供給物であって酸素濃
度が供給空気の酸素濃度と同じ又は好ましくはより高い
液体供給物のうちの１つ、の２つの液体の少なくとも１
つとの潜熱交換によって、前記膨張した流れの少なくと
も一部を凝縮させる方法。 （２）酸素濃度が供給空気の酸素濃度と同じか好ましく
はより高く、また酸素製品を製造する蒸留塔の圧力より
も圧力が高い酸素に富む液体流れの少なくとも一部との
潜熱交換によって、窒素含有率が供給空気のそれ以上の
少なくとも第２のプロセス流れを凝縮させ、そして潜熱
交換によって酸素に富む液体の少なくとも一部が蒸気画
分に気化した後で結果として得られた蒸気流の少なくと
も一部を仕事膨張させる方法。 （ｂ）第３のプロセス流れを仕事膨張させ、工程（ａ）
で発生する仕事との総計が低温プラントの寒冷の要求の
総計を超えるように追加の仕事エネルギーを生じさせ、
そして第３のプロセス流れが工程（ａ）（１）の第１の
プロセス流れと同じ場合には、仕事膨張の後の第３のプ
ロセス流れの少なくとも一部は工程（ａ）（１）で説明
された２つの液体流れのいずれともとの熱交換でも凝縮
させない工程。 （ｃ）蒸留塔系の寒冷必要量を超えて寒冷を発生される
仕事を使用して、周囲温度よりも低い温度でプロセス流
れを低温圧縮する工程。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は低純度酸素を製造するよ
り効率的な方法を教示する。低純度酸素は酸素濃度が９
９．５％未満、好ましくは９７％未満の製品流れとして
定義する。この方法では、少なくとも１つの蒸留塔を含
む蒸留系で供給空気を蒸留する。酸素製品を製造する蒸
留塔の塔底での沸騰は、窒素濃度が供給空気流れのそれ
と等しい又はより高い流れを凝縮させることによってな
される。本発明の方法は以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を
含む。
【００１５】（ａ）以下の（１）及び（２）の２つの方
法の少なくとも１つで蒸留塔系に必要とされる全ての寒
冷の少なくとも１０％の仕事エネルギーを発生させる工
程。 （１）窒素含有率が供給空気のそれ以上である第１のプ
ロセス流れを仕事膨張させ、その後次の（ｉ）及び（ｉ
ｉ）の２つの液体、すなわち、（ｉ）酸素製品を製造す
る蒸留塔の中間の高さにある液体、（ｉｉ）この蒸留塔
への液体供給物であって酸素濃度が供給空気の酸素濃度
と同じ又は好ましくはより高い液体供給物のうちの１
つ、の２つの液体の少なくとも１つとの潜熱交換によっ
て、前記膨張した流れの少なくとも一部を凝縮させる方
法。 （２）酸素濃度が供給空気の酸素濃度と同じか好ましく
はより高く、また酸素製品を製造する蒸留塔の圧力より
も圧力が高い酸素に富む液体流れの少なくとも一部との
潜熱交換によって、窒素含有率が供給空気のそれ以上の
少なくとも第２のプロセス流れを凝縮させ、そして潜熱
交換によって酸素に富む液体の少なくとも一部を気化さ
せ蒸気画分にした後で結果として得られた蒸気流れの少
なくとも一部を仕事膨張させる方法。
【００１６】（ｂ）第３のプロセス流れを仕事膨張させ
て、工程（ａ）で発生する仕事との総計が低温プラント
の寒冷の要求の総計を超えるように追加の仕事エネルギ
ーを生じさせ、そして第３のプロセス流れが工程（ａ）
（１）の第１のプロセス流れと同じ場合には、仕事膨張
の後の第３のプロセス流れの少なくとも一部は工程
（ａ）（１）で説明された２つの液体流れのいずれとの
熱交換でも凝縮させない工程。
【００１７】（ｃ）蒸留塔系の寒冷必要量を超えて発生
される仕事を使用して、周囲温度よりも低い温度でプロ
セス流れを低温圧縮する工程。
【００１８】好ましい態様では、工程（ａ）（１）及び
（ａ）（２）の仕事膨張方法の１つだけを使用する。ま
た工程（ａ）（２）の第２のプロセス流れは、しばしば
工程（ａ）（１）の第１のプロセス流れと同じである。
【００１９】最も好ましい態様では、蒸留系はより高圧
の（ＨＰ）塔及びより低圧の（ＬＰ）塔からなる２塔系
を含む。供給空気の少なくとも一部はＨＰ塔に供給す
る。製品酸素はＬＰ塔の塔底から製造する。工程（ａ）
（１）の第１のプロセス流れ又は工程（ａ）（２）の第
２のプロセス流れは一般に、ＨＰ塔から引き出される高
圧の窒素に富む蒸気流れである。工程（ａ）（１）の仕
事膨張の方法を使用する場合には、高圧の窒素に富む蒸
気流れを膨張させ、その後ＬＰ塔の中間の高さの液体流
れ又はＨＰ塔の塔底で生じてＬＰ塔への供給物を形成す
る粗製液体酸素（粗製ＬＯＸ）流れとの潜熱交換により
凝縮させる。この方法では、粗製ＬＯＸ流れの圧力をＬ
Ｐ塔の圧力付近まで落とす。高圧の窒素に富む流れを膨
張させる前に部分的に暖めることができる。工程（ａ）
（２）の仕事膨張の方法を使用する場合、高圧の窒素に
富む流れをＬＰ塔の圧力を超える圧力の粗製ＬＯＸ流れ
の一部との潜熱交換によって凝縮させ、粗製ＬＯＸの少
なくとも部分的な気化から得られる蒸気をＬＰ塔に向け
て仕事膨張させる。仕事膨張の前に、粗製ＬＯＸの少な
くとも部分的な気化から得られる蒸気を部分的に暖める
ことができよう。粗製ＬＯＸの気化の代替案として、空
気よりも酸素含有率が高い酸素に富む液体をＬＰ塔から
引き出し、そして少なくとも部分的な気化の前にＬＰ塔
の圧力よりも高い所望の圧力に昇圧することができよ
う。
【００２０】２塔系の最も好ましい態様を使用する場
合、工程（ｂ）の第３のプロセス流れは任意のふさわし
いプロセス流れでよい。いくつかの例には、ＨＰ塔及び
／又はＬＰ塔への供給空気の一部の仕事膨張、ＨＰ塔か
ら引き出した窒素に富む製品流れの仕事膨張、及びＬＰ
塔から引き出した流れの仕事膨張が含まれる。
【００２１】仕事膨張とは、プロセス流れがエキスパン
ダーで膨張するときに仕事を発生させることを意味す
る。この仕事は油圧ブレーキに放散、又は電力を発生さ
せるのに使用若しくはもう１つのプロセス流れを直接圧
縮するのに使用してもよい。
【００２２】低純度酸素と並んで、他の製品も製造でき
る。これには、高純度酸素（９９．５％以上の純度）、
窒素、アルゴン、クリプトン及びキセノンが含まれる。
必要ならば、液体窒素、液体酸素及び液体アルゴンのよ
うないくらかの液体製品も同時に製造することができ
る。
【００２３】ここで図１を参照して本発明を詳細に説明
する。水及び二酸化炭素のようなより重たい成分を含ん
でいない圧縮供給空気流れを流れ１００として示す。こ
の圧縮空気流れの圧力は一般に、絶対圧力で３．５ｂａ
ｒ（３５０ｋＰａ）よりも高圧で２４ｂａｒ（２．４Ｍ
Ｐａ）よりも低圧である。好ましい圧力範囲は、絶対圧
力で５〜約１０ｂａｒ（５００ｋＰａ〜約１ＭＰａ）で
ある。より高い供給空気圧力は、水及び二酸化炭素の除
去に使用するモレキュラーシーブ層を小さくするのに役
立つ。供給空気流れを２つの流れ１０２及び１１０に分
ける。主な画分である流れ１０２を主熱交換器１９０で
冷却し、及びその後高圧（ＨＰ）塔１９６の塔底に流れ
１０６として供給する。高圧塔への供給物を蒸留して、
塔頂の高圧窒素蒸気流れ１５０及び塔底の粗製液体酸素
（粗製ＬＯＸ）流れ１３０にする。粗製ＬＯＸ流れを最
終的に低圧（ＬＰ）塔１９８に供給し、ここでそれを蒸
留して塔頂で低圧窒素蒸気流れ１６０を、及び塔底で液
体酸素製品流れ１７０を製造する。あるいは、酸素製品
はＬＰ塔の塔底から蒸気として引き出してもよい。液体
酸素製品流れ１７０をポンプ１７１によって所望の圧力
に昇圧し、その後適当に加圧したプロセス流れとの熱交
換によって気化させて、気体酸素（ＧＯＸ）製品流れ１
７２を提供する。図１において、適当に加圧したプロセ
ス流れは管路１１８の供給空気の画分である。ＬＰ塔の
塔底での沸騰は、管路１５０からの、管路１５２の高圧
窒素流れの第１の部分を凝縮させることによってなさ
れ、第１の高圧液体窒素流れ１５３を提供する。
【００２４】本発明の工程（ａ）（２）によれば、供給
空気よりも酸素濃度が高い粗製ＬＯＸ流れの少なくとも
一部分を弁１３５に通して、ＨＰ塔とＬＰ塔の圧力の中
間の圧力に減圧する。図１では、減圧の前に粗製ＬＯＸ
を過冷却器１９２で、ＬＰから戻ってくる気体窒素（Ｇ
ＡＮ）流れとの熱交換によって過冷却する。この過冷却
は随意のものである。減圧した粗製ＬＯＸ流れ１３６を
リボイラー／コンデンサー１９４に送り、そこで管路１
５０からの、管路１５４の高圧窒素流れの第２の部分
（本発明の（ａ）（２）の第２のプロセス流れ）との潜
熱交換によって少なくとも部分的に沸騰させ、第２の高
圧液体窒素流れ１５６をもたらす。第１及び第２の高圧
液体窒素流れは、ＨＰ塔及びＬＰ塔に必要な還流を提供
する。管路１３７の減圧した粗製ＬＯＸ流れの気化した
部分（以後粗製ＧＯＸ流れと呼ぶ）を、主熱交換器１９
０で部分的に加熱して、その後エキスパンダー１３９で
仕事膨張をさせて追加の供給物としてＬＰ塔１９８に送
る。粗製ＧＯＸ流れ１３７の部分的な加熱は随意であ
り、同様にＬＰ塔に供給する前に仕事膨張をした後の流
れ１４０を更に冷却することができる。
【００２５】本発明の工程（ｂ）によれば、部分的に冷
却した空気流れの一部を流れ１０４（第３のプロセス流
れ）として主熱交換器から取り出してエキスパンダー１
０３で仕事膨張をさせ、その後ＬＰ塔に供給する。１０
３及び１３９の両方のエキスパンダーが、プラントの寒
冷バランスに必要なものよりも多い仕事を発生させる。
低温空気分離プラントでは、図１に示される全ての熱交
換器、蒸留塔、並びに関連の弁、パイプ及び他の装置
は、コールドボックスと呼ばれる断熱ボックスに閉じ込
められている。ボックスの内側は周囲温度以下なので、
周囲からコールドボックスへの熱の漏れがある。また、
コールドボックスを去る製品流れ（１６４及び１７２な
ど）は、供給空気流れよりも低い温度である。これは、
製品がコールドボックスから去ることによるエンタルピ
ーの損失を招く。プラントを操作するために、コールド
ボックスから出るのと等しい量のエネルギーを取り出す
ことによってこれらの両方の損失を釣り合わせることが
必要である。一般的に、このエネルギーは仕事エネルギ
ーとして取り出す。本発明において、エキスパンダー１
０３及び１３９の両方からの仕事は、コールドボックス
の寒冷の釣り合いを維持するために取り出さなければな
らない仕事を超える。この計画的に発生させた追加の仕
事をその後、コールドボックス内でのプロセス流れの低
温圧縮に使用する。この様に追加の仕事はコールドボッ
クスから出て行かせずに、寒冷の釣り合いが維持され
る。
【００２６】図１ではポンプ１７１から吸入排出される
液体酸素を気化させるために、流れ１１０の、供給空気
流１００のうちの一部を随意の増圧器１１３で更に増圧
させ、そして冷却水（図示せず）で冷却し、その後主熱
交換器１９０で部分的に冷却する。この部分的に冷却し
た空気流れ１１４をその後低温コンプレッサー１１５で
低温圧縮する。低温コンプレッサーに入るエネルギー
は、エキスパンダー１０３及び１３９から発生する追加
の仕事エネルギーである（すなわちそれは寒冷のために
必要とはされない）。低温圧縮した流れ１１６をその後
主熱交換器に再導入して、そこで吸入排出された液体酸
素流れと熱交換をして冷却する。冷却した液体空気流れ
１１８の一部をＨＰ塔に送って、他の部分（流れ１２
２）を過冷却器１９２でいくらか過冷却した後でＬＰ塔
に送る。
【００２７】いくつかの既知の変更を図１の例示のフロ
ーシートに適用できる。例えば、ＨＰ塔からの全ての粗
製ＬＯＸ流れ１３０をＬＰ塔に送って、リボイラー／コ
ンデンサー１９４にそれを少しも送らなくてもよい。こ
の代わりに、液体をＬＰ塔の中間の高さから取り出し
て、その後ＨＰ塔とＬＰ塔の圧力の中間圧力に昇圧し、
そしてリボイラー／コンデンサー１９４に送る。リボイ
ラー／コンデンサー１９４での残り処理は、先に説明し
た流れ１３４のそれに相似である。もう１つの変更した
態様では、それぞれリボイラー／コンデンサー１９３及
び１９４で凝縮する２つの高圧窒素流れ１５２及び１５
４は、ＨＰ塔の同じ位置を源としなくてもよい。それぞ
れをＨＰ塔の異なる高さで得てよく、それらのリボイラ
ー（１９３及び１９４）で凝縮させた後でぞれぞれを蒸
留系のふさわしい位置に送る。一例として、流れ１５４
を高圧塔の塔頂よりも低い位置から抜き出すことがで
き、リボイラー／コンデンサー１９４で凝縮させた後
で、その一部をＨＰ塔の中間の箇所に戻し、他の部分を
ＬＰ塔に送ることができる。
【００２８】図２は、工程（ａ）（１）に従ってプロセ
ス流れを仕事膨張させる他の態様を示す。ここでは過冷
却した粗製ＬＯＸ流れ１３４を弁１３５に通してＬＰ塔
の圧力に非常に近い圧力に減圧して、その後リボイラー
／コンデンサー１９４に供給する。管路２５４の高圧窒
素流れの第２の部分（ここでは工程（ａ）（１）の第１
のプロセス流れ）を、主熱交換器で部分的に暖めて（随
意）、その後エキスパンダー１３９で仕事膨張をさせて
低圧窒素流れ２４０を与える。この流れ２４０をその後
リボイラー／コンデンサー１９４で潜熱交換させて凝縮
させ、いくらの過冷却の後でＬＰ塔に送る流れ２４２を
与える。リボイラー／コンデンサー１９４からの気化し
た流れ１３７及び液体流れ１４２をＬＰ塔の適当な位置
に送る。必要ならば、管路２４２の凝縮した窒素流れの
一部をＨＰ塔にポンプ送りすることができる。再び、一
方がリボイラー／コンデンサー１９３で凝縮し他方がリ
ボイラー／コンデンサー１９４で凝縮する２つの窒素流
れはＨＰ塔の異なる高さから引き出すことができ、従っ
て異なる組成でよい。
【００２９】工程（ａ）（１）に従って仕事膨張を使用
する図２のもう１つの変形を図３に示す。この設備構成
では、リボイラー／コンデンサー１９４は取り除かれ、
ＨＰ塔の塔底からの粗製ＬＯＸ流れの全てを全く気化さ
せずにＬＰ塔に送る。リボイラー／コンデンサー１９４
の代わりに、ＬＰ塔の中間の高さで中間リボイラー３９
４を使用する。ここで、エキスパンダー１３９からの仕
事膨張した窒素流れ２４０を、ＬＰ塔の中間の高さの液
体との潜熱交換によってリボイラー／コンデンサー３９
４で凝縮させる。凝縮した窒素流れ３４２を図２と相似
の様式で処理する。図３の他の操作の特徴も図２と同じ
である。
【００３０】図１〜３で本発明のいくつかの変形を引き
出すことが可能である。これらの変形のいくつかを更な
る例としてここで説明する。
【００３１】エキスパンダーから取り出される追加の仕
事エネルギーを使用して、いずれかの適当なプロセス流
れを低温圧縮することができる。図１〜３は、ポンプ送
りされたＬＯＸ流れとの熱交換でその後凝縮する供給空
気流れの一部の低温圧縮を示すが、気体酸素流れを直接
低温圧縮することが可能である。この気体酸素流れはＬ
Ｐ塔の塔底から直接引き出すことができ、又はそれはポ
ンプ１７１からポンプ送りされたＬＯＸを適当なプロセ
ス流れとの熱交換で気化させた後で得ることができる。
窒素に富む流れを低温圧縮することも可能である。低温
圧縮のためのこの窒素に富む蒸気流れは、ＬＰ塔又はＨ
Ｐ塔のような任意の源から得ることができる。図４は、
この窒素に富む蒸気流がＨＰ塔から引き出される変形を
示す。図４の全ての特徴は、ポンプ１７１からポンプ送
りされる液体酸素が、低温圧縮された空気流れではなく
低温圧縮されたＨＰ塔からの窒素流れとの潜熱交換によ
って気化することを除いて図１と同じである。低温圧縮
のための窒素に富む流れはＨＰ塔の任意の適当な位置か
ら引き出すことができるが、図４では流れ４８０として
ＨＰ塔の塔頂から引き出されるように示されている。こ
の流れ４８０をその後主熱交換器で部分的に暖めて（随
意）、４８４で低温圧縮させ、その後でポンプ１７１か
らの気化する液体酸素との潜熱交換によって凝縮させ
る。この凝縮した流れ４８７をその後で蒸留塔系に送
る。図４で必要ならば窒素に富む流れ４８０を主熱交換
器で初めに暖めて周囲温度に近い温度にして、その後補
助コンプレッサーによって昇圧させ、そして主熱交換器
で部分的に冷却して、その後冷間コンプレッサー４８４
に送ることができる。窒素に富む流れを低温圧縮し、そ
の後ポンプ１７１からの液体酸素の少なくとも一部分と
の熱交換で凝縮させることの利点は、蒸留塔系に有意に
より多くの窒素還流を与えることであり、これは窒素製
品の回収率及び／又は純度を改良する。例えば図４では
示していないが、相当する図１からよりも図４から、多
くの高圧の窒素製品を同時に製造することができるだろ
う。
【００３２】低温圧縮の目的が酸素の圧力を上げること
に限られないことが強調されるべきである。本発明の工
程（ｃ）で、それを使用して任意の適当なプロセス流れ
を低温圧縮することができる。例えば図４では、低温圧
縮された窒素流れ４８６の一部又は全てを更に冷却して
凝縮させずに、主熱交換器で更に暖めて加圧窒素製品流
れを提供することができる。もう１つの例を図５に示
す。この例と図３の例の違いは、ＨＰ塔１９６の塔頂か
らの高圧窒素流れの全てが管路５５４に引き出されるこ
とである。この流れをその後主熱交換器で部分的に暖め
（流れ５５６）、二つの流れ５３８及び５５１に分割す
る。流れ５３８は図３の流れ２３８の処理と同様に更に
処理し、流れ５５１は本発明の工程（ｃ）に従って低温
圧縮する。低温圧縮された流れ５５２をポンプ１７１か
らポンプ送りされた液体酸素との熱交換で凝縮させず
に、ＬＰ塔の塔底リボイラー／コンデンサー５９３で、
液体と潜熱交換をさせて凝縮させる。これはＬＰ塔の塔
底に必要な沸騰を与える。管路５４２と５５３の凝縮し
た液体窒素流れをその後還流としてＨＰ塔及びＬＰ塔に
送る。より低圧の液体窒素流れ５４２の一部をＨＰ塔に
送ろうとする場合には、ポンプ５４３が役に立とう。も
う一つの態様において、低温圧縮させる高圧窒素流れ５
５１は流れ５５４から直接引き出してもよい。同様に、
リボイラー／コンデンサー５９３での凝縮の前に、管路
５５２の低温圧縮された窒素流れを任意の適当なプロセ
ス流れとの熱交換により部分的に冷却することができ
る。これらの例は明らかに、本発明が任意の適当なプロ
セス流れを低温圧縮させるのに使用できることを示す。
更に５３８及び５５１は同じ組成である必要がない、す
なわちそれぞれをＨＰ塔の異なる位置から引き出せる。
【００３３】図１〜５では、ＬＰ塔への供給空気の一部
の膨張を本発明の工程（ｂ）の要件に合わせて行う。前
記のように、任意の適当なプロセス流れを膨張させて、
本発明のこの工程の要件に合わせてもよい。いくつかの
例には、ＨＰ塔への空気の仕事膨張、及びＬＰ塔又はＨ
Ｐ塔からの流れの仕事膨張が含まれる。図６はＨＰ塔か
らの窒素に富む流れが仕事膨張する例を示す。図６は流
れ１０４及び１０５の管路を取り除くことを除いて図１
と相似である。代わりに、高圧窒素蒸気の一部を管路６
０４でＨＰ塔の塔頂から引き出す。この流れはここで
は、本発明の工程（ｂ）による第３のプロセス流れであ
る。流れ６０４の高圧窒素を主熱交換器で部分的に暖め
て、その後エキスパンダー６０３で仕事膨張させる。仕
事膨張した流れ６０５をその後主熱交換器で暖めて、管
路６０６に低圧窒素流れを提供する。窒素流れ６０６の
圧力は流れ１６４の窒素斗同じかそれより高くてよい。
【００３４】図１〜６は、本発明の工程（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）の第１又は第２のプロセス流れ、第３の
プロセス流れ及び低温圧縮されるプロセス流れの全て
が、同じプロセス流れからもたらされない例を示す。こ
れらの流れの少なくとも２つは異なる組成を持つ。異な
るプロセス流れを持つそのような設備構成はここで簡単
に描くことができるとは言え、図７は本発明の３つの全
ての工程のための全ての流れがＨＰ塔の塔頂から引き出
される例を示す。ＨＰ塔の塔頂からの高圧窒素の一部を
管路７５４に引き出す。この流れをその後２つの流れ７
０４及び７８０に分割し、両方を主熱交換器でそれぞれ
の適当な温度まで部分的に暖める。流れ７８０を部分的
に暖めた後で、それを更に２つの流れ７３８及び７８２
に分割する。流れ７３８は本発明の工程（ａ）（１）の
第１のプロセス流れを提供し、図３の流れ２３８と相似
の様式で処理される。流れ７０４は本発明の工程（ｂ）
の第３のプロセス流れを提供し、図６の流れ６０４と相
似の様式で処理される。流れ７８２は本発明の工程
（ｃ）の低温圧縮に必要とされるプロセス流れを提供
し、図４の流れ４８２と相似の様式で処理される。図７
では、エキスパンダー７０３からの仕事膨張した窒素流
れ７０５を、本発明の工程（ａ）（１）で教示される様
式でＬＰ塔からの又はこれに向かういずれか酸素に富む
液体との熱交換により凝縮させないことに注意すべきで
ある。
【００３５】ここまでは、全ての例示のフローシートは
少なくとも２つのリボイラー／コンデンサーを示してい
る。しかしながら本発明は、図１〜７で示されたもの以
外にＬＰ塔で追加のリボイラー／コンデンサーを使用す
る可能性を除外しないことが強調されるべきである。必
要ならばＬＰ塔の塔底部分に更なるリボイラー／コンデ
ンサーを使用して、この部分に更なる蒸気の発生をもた
らしてもよい。任意の適当なプロセス流れを、これらの
追加のリボイラー／コンデンサーで完全に凝縮させても
よくあるいは部分的に凝縮させてもよい。説明のために
図８は、図５のプロセスをＬＰ塔にもう１つのリボイラ
ー／コンデンサーを含むように変更した例を示す。リボ
イラー／コンデンサー８９３及び８９４はリボイラー／
コンデンサー５９３及び５９７と相似だが、リボイラー
／コンデンサー８９５は追加のリボイラー／コンデンサ
ーである。ここで、部分的に暖めた高圧窒素流れ８５６
（流れ５５６と相似）を３つの流れに分割する。管路８
５７の追加の流れを追加のリボイラー／コンデンサー８
９５でＬＰ塔の液体流れとの熱交換で凝縮させ、還流の
ために高圧塔に送る。流れ８３８及び８５１の更なる処
理は図５の流れ５３８及び５５１と同じである。図８は
まさに、ＬＰ塔で多数のリボイラー／コンデンサーを使
用する例である。当該技術分野の既知の技術から、本発
明を使用する多くのそのような例を導くことは容易であ
る。例えば、塔底のリボイラー／コンデンサー８９３で
供給空気の一部を部分的に又は全て凝縮させる可能性を
考えることができる。また、ＬＰ塔に配置されたリボイ
ラー／コンデンサーでＨＰ塔の中間の高さから引き出し
た蒸気流れを凝縮させる可能性を考えてもよい。そのよ
うな場合、空気流れ又はＨＰ塔から引き出されたかなり
の量の酸素を含む流れのいずれかを部分的に凝縮させる
と、凝縮していない蒸気画分は工程（ａ）（１）の第１
のプロセス流れ又は工程（ａ）（２）の第２のプロセス
流れを提供することができる。
【００３６】仕事を工程（ａ）（１）で教示される方法
で取り出す本発明の全ての処理設備構成において、仕事
膨張した後の第１のプロセス流れの全てを工程（ａ）
（１）で教示される潜熱交換によって凝縮させなくても
よい。この流れの一部を製品流れとして回収、又は処理
設備構成で何ら他の目的に使用することができる。例え
ば図２〜３、５、７〜８で示される処理設備機構におい
て、高圧塔からの高圧窒素流れの少なくとも一部を本発
明の工程（ａ）（１）に従ってエキスパンダー１３９で
仕事膨張させる。エキスパンダー１３９を出る流れの一
部を主熱交換器で更に暖めて、これらのプロセスフロー
シートのいずれからでも中間圧力（ＭＰ）の窒素製品と
して回収することができる。
【００３７】供給空気の一部を仕事膨張させる場合、そ
れを主熱交換器に供給する前に、コールドボックスから
取り出される仕事エネルギーを使用して周囲温度に近い
温度で予め圧縮することができる。例えば、図９は流れ
９０１を管路１０２の供給空気の一部から引き出すこと
を除いて、図１の処理設備構成を表す。引き出した流れ
をその後コンプレッサー９９３で昇圧させ、その後冷却
水で冷却し（図示せず）、そして主熱交換器で更に冷却
して流れ９０４を提供する。この流れ９０４を図１の流
れ１０４の処理と相似な様式で更に処理する。コンプレ
ッサー９９３を駆動させるのに必要な仕事エネルギー
は、コールドボックスのエキスパンダーから得られる。
図９では、コンプレッサー９９３がエキスパンダー１０
３だけで駆動されることを示す。このような系を使用す
る利点は、それがエキスパンダーから更なる過剰な仕事
を取り出す可能性を提供し、それにより更なる仕事エネ
ルギーが低温圧縮に利用できることである。管路９０１
の供給空気の一部の昇圧の代替案として、コールドボッ
クスで仕事膨張をさせる他のプロセス流れを初めに暖め
て、９９３のようなコンプレッサーで昇圧させ、ふさわ
しい熱交換器で部分的に冷却し、その後ふさわしいエキ
スパンダーに供給することが可能である。
【００３８】低温コンプレッサーに追加の仕事エネルギ
ーを送るいくつかの方法がある。説明の目的で、いくつ
かの別の方法を以下に挙げる。
【００３９】●本発明の工程（ａ）及び（ｂ）のエキス
パンダーの両方から引き出される全ての仕事をコールド
ボックスの外で使用してもよく、そして本発明の工程
（ｃ）の低温コンプレッサーを電気モーターで運転して
もよい。この目的のためにエキスパンダーの１つ又は両
方に、発電機を負荷させて電力を発生させてもよく、あ
るいは高温コンプレッサー負荷させて、周囲温度又はそ
れよりも高い温度でプロセス流れを圧縮してもよい。
【００４０】●エキスパンダーの１つから引き出される
全ての仕事をコールドボックスの外に取り出してもよ
く、そして第２のエキスパンダーから引き出される全て
の仕事を低温圧縮に使用することができる。そのような
場合、第２のエキスパンダーを共通のなシャフトによっ
て低温コンプレッサーと直結させて、膨張する流れから
低温圧縮される流れに直接仕事を輸送してもよい。図１
の例では、エキスパンダー１３９を低温コンプレッサー
１１５に直結させて、低温コンプレッサー１１５がエキ
スパンダー１３９のみによって駆動させるようにしても
よい。この様な場合、エキスパンダー１０３から引き出
される仕事は、コールドボックスの全ての寒冷を提供す
る。ふさわしい場合は、エキスパンダー１３９に代わっ
てエキスパンダー１０３を低温コンプレッサー１１５と
直結させることができ、この場合エキスパンダー１３９
がプラントに必要な寒冷を提供する。
【００４１】●両方のエキスパンダーを低温コンプレッ
サーに直結させることが可能であることがある。そのよ
うな場合、両方のエキスパンダーは低温圧縮に必要な仕
事の少なくとも一部を与える。また、エキスパンダーの
少なくとも１つはコールドボックスの外部へは負荷を受
させず、コールドボックスに必要な寒冷を提供する。
【００４２】●低温コンプレッサーをエキスパンダーと
直結させて、このエキスパンダーから引き出される全て
の仕事を使い切る。第２のエキスパンダーは、このエキ
スパンダーから引き出される全ての仕事をコールドボッ
クスの外側に出さないようにコールドボックスの外側へ
は負荷しない。ここで、第２のエキスパンダーから引き
出される仕事がコールドボックスが要求する寒冷を超え
る場合を考える。その様な場合、第２のエキスパンダー
からの過剰な仕事は、電気モーターの補助によって低温
コンプレッサーに伝えることができる。
【００４３】複数のリボイラーを含む単一の蒸留塔を、
それぞれが１つのリボイラーを備える多数の塔に分けて
もよいことが当業者に理解されるはずである。複数のリ
ボイラーを備える塔を多数の部分に分ける理由は、一般
に資本費の節約のためである。複数の低圧塔を使用して
どのように本発明を実施することができるかの例は、図
１０に示される。図１０（ａ）は、多数のプロセス管路
及び単位操作を明瞭さのために省略した図３で示される
プロセスの単純化した表現である。図１０（ａ）で示さ
れる低圧塔は中間リボイラーの上に３つの蒸留区画及び
下に１つの区画を含む。図１０（ｂ）では、中間リボイ
ラーの下の区画と塔底のリボイラーを別の塔に配置し
た。高さの違いのために輸送ポンプを追加することが必
要である。図１０（ｂ）で示される配置の利点は、装置
の高さが低くなったことである。図１０（ｃ）では、中
間リボイラーとそれより上の区画を別の塔に配置した。
図１０（ｃ）に示す配置は、結果として最も低い装置高
さを与える。装置の高さを低くすることは、蒸留塔が大
きい場合には有利なことがあり、結果としての費用は輸
送ポンプを加えることに関連する資本費をしばしば相殺
する。
【００４４】最後に、酸素含有率が９９．５％未満の低
純度酸素に並んで副生成物がある場合に、本発明の明細
書で教示される方法を使用することができる。例えば、
高純度（酸素含有率が９９．５％以上）酸素を蒸留塔系
から同時に製造することができる。この仕事を達成する
１つの方法は、塔底よりも上の位置でＬＰ塔から低純度
酸素を引き出し、ＬＰ塔の塔底から高純度酸素を引き出
すことである。液体の状態で高純度酸素流れを引き出す
場合、それをその後ポンプによって更に昇圧させ、適当
なプロセス流れとの熱交換によって気化させることがで
きる。同様に、高圧で高純度の窒素製品流れを同時に製
造することができる。この仕事を達成する１つの方法
は、適当なリボイラー／コンデンサーの１つから凝縮し
た液体窒素流れの一部を取り、それを昇圧して所望の圧
力にして、その後適当なプロセス流れとの熱交換によっ
て気化させることである。
【００４５】本発明の価値は、エネルギー消費の実質的
な減少を導くことである。以下に示すいくつかの既知の
従来技術と比較することによってこれを示す。
【００４６】●第１の従来技術の方法を図１１に示す。
これは、ＬＰ塔への空気エキスパンダーを備える従来の
２塔のプロセスである。空気エキスパンダーからの仕事
エネルギーは、電気エネルギーとして回収する。図１１
のプロセスは、低温コンプレッサー１１５、エキスパン
ダー１３９及びリボイラー／コンデンサー３９４並びに
関連の管路を取り除いて、図３のプロセスから簡単に導
くことができる。
【００４７】●第２の従来技術の方法は、Ｅｒｉｃｋｓ
ｏｎのＰＳＴ／ＵＳ８７／０１１６６５明細書（米国特
許第４，７９６，４３１号明細書に対応）に基づいて導
かれる。このために、図２のプロセスから低温コンプレ
ッサー１１５を取り除く。また空気エキスパンダー１０
３を取り除く。従って１つのエキスパンダー１３９のみ
が、プラントに必要な全ての寒冷を供給するために保持
される。Ｅｒｉｃｋｓｏｎの教示によれば、エキスパン
ダー１３９からの流出物は、リボイラー／コンデンサー
１９４で減圧した粗製ＬＯＸ流れ１３６の一部との熱交
換で凝縮する。凝縮した窒素流れ２４２はＬＰ塔に還流
として送り、リボイラー／コンデンサー１９４の沸騰側
からの流れ１３７及び１４２はＬＰ塔に送る。
【００４８】●第３の従来技術の方法もＥｒｉｃｋｓｏ
ｎのＰＣＴ／ＵＳ８７／０１６６５明細書（米国特許第
４，７９６，４３１号明細書に対応）から導かれ、図１
２に示される。この図では、全ての寒冷は、ＨＰ塔の塔
頂からの高圧窒素の仕事膨張によって提供される。従っ
て、図２のエキスパンダー１０３のような空気エキスパ
ンダーは全く使用されない。しかしながら、ＨＰ塔から
の高圧窒素流れ１２５４を２つの流れ１２３８及び１２
５５に分け、それぞれを図２及び図３のそれぞれで説明
される方法で仕事膨張させる。従って、流れ１２３８は
図２の流れ２３８と相似の方法で仕事膨張させて処理
し、流れ１２５５は図３の流れ２３８と相似の方法で仕
事膨張させて処理する。両方のエキスパンダーから得ら
れる過剰な仕事膨張は、図２及び図３で示す方式で低温
コンプレッサー１１５に使用する。
【００４９】●比較のための第４の方法は、低温コンプ
レッサー１１５を除いて、図１の全てを保持して図１か
ら導かれる。従って、両方のエキスパンダー１３９及び
１０３から発生する仕事を使用して電力を発生させる。
コールドボックス内では、流れの低温圧縮を全く行わな
い。
【００５０】２００ｐｓｉａ（１．３７９ＭＰａ）の９
５％酸素製品を製造するための計算を行った。全てのフ
ローシートで、主供給空気コンプレッサーの最終段から
の放出圧力は、絶対圧力で約５．３ｂａｒ（５３０ｋＰ
ａ）であった。ＬＰ塔の塔頂の圧力は絶対圧力で約１．
２５ｂａｒ（１２５ｋＰａ）であった。実質の動力消費
は、主供給空気コンプレッサー、昇圧された液体酸素を
気化させるための増圧空気コンプレッサー１１３で消費
される動力を計算し、そして、及び任意のエキスパンダ
ーから発生する電力を取り込むことに消費される動力を
勘定に入れて見積もった。いくつかのフロースキームで
の相対的な動力消費を以下に示す。
【００５１】 ケース フロースキーム 相対的な動力 １ 第１の従来技術のプロセス（図１１） １．０ ２ 第２の従来技術のプロセス １．０１３ ３ 第３の従来技術のプロセス（図１２） １．００１ ４ 第４の従来技術のプロセス（低温圧縮がない図１） ０．９８６ ５ 本発明の図１のプロセス ０．９４６ ６ 本発明の図２のプロセス ０．９５７
【００５２】これらの計算から、ケース１〜３で使用し
た従来技術のプロセスのどれよりも本発明のプロセスが
はるかに優れていることは明らかである。また、ケース
４及び５を比較すると、低温圧縮による大きな利益が明
らかになる。これは、ケース５が低温圧縮を使用してケ
ース４が低温圧縮を使用しないことを除いて、これら２
つのケースでフローシートの全ての特徴が同じであるこ
とによる。図２の本発明のもう１つのフローシートは、
特にケース３（図１２）の従来技術の方法と比較すると
実質的な改良を示す。
【００５３】ここではいくらかの特定の態様を参照して
説明及び記述したが、本発明は詳細を示したものに限定
されるものではない。むしろ、本発明の本質から離れず
に特許請求の範囲及びこれと等価の範囲内で細部に様々
な変更ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の態様の概略図である。
【図２】図２は本発明の第２の態様の概略図である。
【図３】図３は本発明の第３の態様の概略図である。
【図４】図４は本発明の第４の態様の概略図である。
【図５】図５は本発明の第５の態様の概略図である。
【図６】図６は本発明の第６の態様の概略図である。
【図７】図７は本発明の第７の態様の概略図である。
【図８】図８は本発明の第８の態様の概略図である。
【図９】図９は本発明の第９の態様の概略図である。
【図１０】図１０は複数の低圧蒸留塔で使用するように
適合させた本発明の態様の概略図である。
【図１１】図１１は従来技術の方法の概略図である。
【図１２】図１２は従来技術の方法の概略図である。
【符号の説明】
１００…圧縮供給原料流れ １３０…粗製液体酸素（ＬＯＸ）流れ １５３…高圧液体窒素流れ １６０…低圧気体窒素流れ １７０、１７２…酸素製品流れ １９０…主熱交換器 １９３、１９４…リボイラー／コンデンサー １９６…高圧塔 １９８…低圧塔
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年２月４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラケシュ アグラワル アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18049, エモース，コモンウェルス ドライブ 4312 (72)発明者 ドン マイケル ヘロン アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18051, フォーゲルスビル，ピーチ レーン 8228 (72)発明者 ヤンピン チャン アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18106, ウェスコスビル，ハノーバー ドライブ 5400

Claims (44)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒素濃度が供給空気流れのそれ以上であ
    る流れを凝縮させることによって、酸素製品を製造する
    蒸留塔の塔底での沸騰を行わせる、少なくとも１つの蒸
    留塔を含む蒸留塔系における空気の低温蒸留方法であっ
    て、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を含むことを特徴とす
    る空気の低温蒸留方法。 （ａ）以下の（１）及び（２）の２つの方法の少なくと
    も１つで蒸留塔系に必要とされる全ての寒冷の少なくと
    も１０％の仕事エネルギーを発生させる工程。 （１）窒素含有率が供給空気のそれ以上である第１のプ
    ロセス流れを仕事膨張させ、その後次の（ｉ）及び（ｉ
    ｉ）の２つの液体、すなわち、（ｉ）酸素製品を製造す
    る蒸留塔の中間の高さにある液体、（ｉｉ）この蒸留塔
    への液体供給物であって、供給空気の酸素濃度と同じ又
    は好ましくはより高い酸素濃度を持つ液体供給物のうち
    の１つ、の２つの液体の少なくとも１つとの潜熱交換に
    よって、前記の膨張した流れの少なくとも一部を凝縮さ
    せる方法。 （２）酸素濃度が供給空気の酸素濃度と同じ又は好まし
    くはより高く、また酸素製品を製造する蒸留塔の圧力よ
    りも圧力が高い酸素に富む液体流れの少なくとも一部と
    の潜熱交換によって、窒素含有率が供給空気のそれ以上
    の少なくとも第２のプロセス流れを凝縮させ、そして潜
    熱交換によって酸素に富む液体の少なくとも一部が蒸気
    画分に気化した後で結果として得られた蒸気流の少なく
    とも一部を仕事膨張させる方法。 （ｂ）第３のプロセス流れを仕事膨張させ、前記工程
    （ａ）で発生する仕事との総計が低温プラントが要求す
    る寒冷の総計を超えるように追加のエネルギーを生じさ
    せ、そして第３のプロセス流れが前記工程（ａ）（１）
    の第１のプロセス流れと同じ場合には、仕事膨張後の第
    ３のプロセス流れの少なくとも一部は前記工程（ａ）
    （１）で説明された２つの液体流れのいずれとの熱交換
    でも凝縮させない工程。 （ｃ）蒸留塔系の寒冷必要量を超えて発生される仕事を
    使用して、周囲温度よりも低い温度でプロセス流れを低
    温圧縮する工程。
  2. 【請求項２】 より高圧の塔及びより低圧の塔を含む２
    つの塔の系を少なくとも使用する請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記工程（ａ）（１）の第１のプロセス
    流れがより高圧の塔から引き出された蒸気流れである請
    求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記工程（ａ）（１）の第１のプロセス
    流れが供給空気の一部である請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記工程（ａ）（１）の第１のプロセス
    流れが、供給空気の少なくとも一部の部分的な凝縮から
    得られた蒸気である請求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 より低圧の塔の中間の位置から得られる
    液体を少なくとも部分的に気化させて、前記第１のプロ
    セス流れを凝縮させる請求項２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 より高圧の塔から引き出された酸素に富
    む液体の少なくとも一部を少なくとも部分的に気化させ
    て、前記第１のプロセス流れを凝縮させる請求項２に記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 供給空気の少なくとも一部の少なくとも
    部分的な凝縮によって得られる酸素に富む液体の少なく
    とも一部を少なくとも部分的に気化させることによっ
    て、前記第１のプロセス流れを凝縮させる請求項２に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 凝縮の後で前記第１のプロセス流れの少
    なくとも一部を昇圧して、より高圧の塔に送る請求項２
    に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１のプロセス流れの少なくとも
    一部を昇圧して熱交換器で気化させ、製品を提供する請
    求項２に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 凝縮の後で前記第１のプロセス流れの
    全てを供給物としてより低圧の塔に送る請求項２に記載
    の方法。
  12. 【請求項１２】 前記工程（ａ）（２）の第２のプロセ
    ス流れが、より高圧の塔から引き出された蒸気である請
    求項２に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記工程（ａ）（２）の第２のプロセ
    ス流れが、より高圧の塔よりも低圧の供給空気の一部で
    ある請求項２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記工程（ａ）（２）の第２のプロセ
    ス流れが供給空気の少なくとも一部の部分的な凝縮に起
    因する蒸気であり、前記蒸気がより高圧の塔よりも低圧
    である請求項２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 凝縮の前に前記第２のプロセス流れを
    ターボ膨張させる請求項２に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 より低圧の塔の中間の位置から得られ
    る液体を少なくとも部分的に気化させて前記第２のプロ
    セス流れを凝縮させる気化の前に前記液体を昇圧する請
    求項２に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 より高圧の塔から引き出された酸素に
    富む液体の少なくとも一部を少なくとも部分的に気化さ
    せることによって、前記第２のプロセス流れを凝縮させ
    る請求項２に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 供給空気の少なくとも一部の少なくと
    も部分的な凝縮から得られる酸素に富む液体の少なくと
    も一部を少なくとも部分的に気化させることによって、
    前記第２のプロセス流れを凝縮させる請求項２に記載の
    方法。
  19. 【請求項１９】 凝縮の後で、前記第２のプロセス流れ
    の少なくとも一部を必要ならば昇圧して、より高圧の塔
    に送る請求項２に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記第２のプロセス流れの少なくとも
    一部を昇圧して熱交換器で気化させ、製品を与える請求
    項２に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 凝縮の後で、前記第２のプロセス流れ
    の全てを供給物としてより低圧の塔に送る請求項２に記
    載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記第３のプロセス流れが供給空気の
    一部である請求項２に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記第３のプロセス流れが、供給空気
    の少なくとも一部の部分的な凝縮の後で残っている蒸気
    である請求項２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記第３のプロセス流れを最終的に、
    より低圧の塔、より高圧の塔、又は両方の塔のいずれか
    に供給する請求項２に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記第３のプロセス流れが、より高圧
    の塔から引き出された蒸気である請求項２に記載の方
    法。
  26. 【請求項２６】 より高圧の塔から引き出された前記蒸
    気を暖めて、そして膨張させた後でコールドボックスか
    ら排出する請求項２５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 より高圧の塔から引き出された前記蒸
    気を、膨張の後で最終的に蒸気供給物としてより低圧の
    塔に供給する請求項２５に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 より高圧の塔から引き出された前記蒸
    気を周囲温度近くまで暖めてコールドボックスの外側で
    圧縮し、その後冷却して膨張させる前にコールドボック
    スに再導入する請求項２に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記第３のプロセス流れがより低圧の
    塔から引き出された蒸気であり、膨張の後で前記蒸気を
    暖めてコールドボックスから排出する請求項２に記載の
    方法。
  30. 【請求項３０】 前記第３のプロセス流れがより低圧の
    塔から引き出される蒸気であって、前記蒸気を周囲温度
    まで暖めて、コールドボックスの外で圧縮してその後冷
    却し、膨張の前にコールドボックスに再導入する請求項
    ２に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記工程（ｃ）で圧縮するプロセス流
    れが供給空気の少なくとも一部である請求項２に記載の
    方法。
  32. 【請求項３２】 酸素製品を液体としてより低圧の塔か
    ら引き出して最終的に沸騰させ、沸騰する前記酸素との
    間接熱交換によって、前記工程（ｃ）で使用された低温
    圧縮の後の前記供給空気を少なくとも部分的に凝縮させ
    る請求項３１に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記工程（ｃ）で使用される前記供給
    空気を冷却し続いて低温圧縮する前にも高温圧縮する請
    求項３２に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記工程（ｃ）で圧縮されるプロセス
    流れが、より高圧の塔から引き出された蒸気である請求
    項２に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 酸素製品を液体としてより低圧の塔か
    ら引き出して最終的に沸騰させ、沸騰する前記酸素との
    間接熱交換によって、低温圧縮した後の前記工程（ｃ）
    のための前記より高圧の塔の蒸気の少なくとも一部を少
    なくとも部分的に凝縮させる請求項３４に記載の方法。
  36. 【請求項３６】 前記工程（ｃ）のための前記より高圧
    の塔の蒸気を、低温圧縮に続いて周囲温度まで暖めて、
    その後更に圧縮する請求項３４に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 酸素製品をより低圧の塔から液体とし
    て引き出して最終的に沸騰させ、沸騰する前記酸素との
    間接熱交換によって、前記高温圧縮されたより高圧の塔
    の蒸気の少なくとも一部を冷却しその後少なくとも部分
    的に凝縮させる請求項３６に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記工程（ｃ）のための前記より高圧
    の塔の蒸気を周囲温度に暖めて、その後圧縮し、続いて
    少なくとも一部を冷却してその後低温圧縮する請求項３
    ４に記載の方法。
  39. 【請求項３９】 酸素製品をより低圧の塔から液体とし
    て引き出して最終的に沸騰させ、沸騰する前記酸素との
    間接熱交換によって、前記低温圧縮されたより高圧の塔
    の蒸気を少なくとも部分的に凝縮させる請求項３８に記
    載の方法。
  40. 【請求項４０】 前記工程（ｃ）のための前記より高圧
    の塔の蒸気の少なくとも一部が、窒素に富む製品を構成
    する請求項３４に記載の方法。
  41. 【請求項４１】 前記工程（ｃ）のための前記より高圧
    の塔の蒸気を、低温圧縮に続いてより低圧の塔に配置さ
    れた主リボイラー／コンデンサーで少なくとも部分的に
    凝縮させる請求項３４に記載の方法。
  42. 【請求項４２】 前記工程（ｃ）で圧縮される前記プロ
    セス流れがより低圧の塔の塔頂から引き出される蒸気で
    あって、窒素に富む製品を構成する請求項２に記載の方
    法。
  43. 【請求項４３】 前記工程（ｃ）で圧縮される前記プロ
    セス流れがより低圧の塔の塔底から引き出される蒸気で
    あって、酸素製品を構成する請求項２に記載の方法。
  44. 【請求項４４】 前記工程（ａ）に使用されるエキスパ
    ンダーを、前記工程（ｃ）で使用される低温コンプレッ
    サーと直結させる請求項１に記載の方法。
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