JPS58115277A - 空気から高純度酸素を分離する方法 - Google Patents

空気から高純度酸素を分離する方法

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JPS58115277A
JPS58115277A JP57213822A JP21382282A JPS58115277A JP S58115277 A JPS58115277 A JP S58115277A JP 57213822 A JP57213822 A JP 57213822A JP 21382282 A JP21382282 A JP 21382282A JP S58115277 A JPS58115277 A JP S58115277A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ″特開昭５８−１１５２７７（２） 本発明は、実質的に純粋な酸素流と空気の分離に必要な
加圧用動力を提供するために、あとで燃焼させる窒素含
有酸素不用流とに空気を分離する方法に関する。本発明
は、また空気分離ユニットからの不用流の燃焼で得られ
るエネルギーによって圧縮する酸素生成流を得るため単
一の加圧蒸留空気分離塔に関する。
空気を９素と酸素に富んだ成分とに分離するための各種
方法が従来知られ、また利用されている。
さらに、単一加圧蒸留塔の使用がそのような分離のため
に従来用いられていることが知られている。
米国特許第３，２１４．９２６号には、液体酸素又は液
体窒素を製造する方法が記載されている。しかし。
その特許の方法においては、１つは高圧のものと他は液
体酸素を抜き出すだめの低圧のものとの２つの蒸留塔を
用いることが必要である。しかしその特許明細書には、
″分離流から引出されるエネルギーによって加圧が提供
されることは教示されていない。
米国特許第３，２１７．５０２号には、単一の加圧蒸留
（第５　頁） 塔を利用する系が記載されている。この空気分離系の生
成物は液体窒素である。この系において分別される酸素
はむだに廃棄される。この特許において、空気分離系に
冷却を提供するために膨張されるのは酸素不用流である
。不用流から動力を回収するととけ記載されていない。
酸素生成用空気分離ユニットは米国特許第３，３９４，
５５５号に記載され、粉末石炭のような別の燃料源の燃
焼が空気分離ユニットから引き出される酸素又は空気−
酸素混合物と共に燃やされる。この熔焼工゛　程は寒剤
分離系に必要な冷凍用ヘリウムガスの圧縮用動力を提供
する。かかる燃焼から得られる動力は磁力動水力発電機
から誘導される。単一ステージ蒸留塔への単一供給のみ
がこの特許に考慮されている。
米国特許第３．７３１．４９５号はタービンに向けられ
た燃焼ガスによって動力が与えられた供給空気コンプレ
ッサーを用いる空気分離系を記載している。
タービン排出ガスはコンプレッサーの駆動を補うために
デイラースチームを加熱する。全電気もま（第　６　頁
） た考えられるが、この文献は蒸留塔への分割供給流を記
載していないし、事実分離される空気の個個のガス成分
の回収のために２個の別の塔を別々の圧力で利用してい
る。
米国特許第４．１５２，１３０号は２圧カー２ステージ
蒸留塔への多フィードを有する空気分離ユニットを記載
している。蒸留塔への供給は膨張器で膨張される。その
系は所望のような液体酸素又は液体窒素を製造すること
ができる。空気分離ユニットからの不用流から回収され
る動力は考慮されていない。
米国特許第４．２５４，６２９号に記載された空気分離
ユニットでは低純度の酸素が製造される。分離さるべき
空気の分割供給流は、その特許では考慮されているが、
少くとも２個の高圧と低圧の塔の使用が必要である。分
離ユニットからの不用流から燃焼によって動力を回収す
ることは教えていない。
上記のような技術は、供給空気及び酸素生成物を圧縮す
るのに必要なエネルギーを循環させるために副生物又は
不用流を利用して空気から酸素を（第７　頁） 分離する効果的方法を記載していない。従来技術は単一
の加圧蒸留塔を利用することによる空気の分離において
重要な消費を最小にしていない。これらの諸問題の解決
が本発明の目的である。
本発明は、ガスタービンによって動力が提供されるコン
プレッサーによる圧縮工程を含む次の工程から成る単一
の加圧塔で空気から高純度酸素を分離する方法に向けら
れている。その工程は、逆転する（　ｒｅｖｅｒｓｉｎ
ｇ　）熱交換器において空気供給流を不用窒素流及び上
記塔からの生成酸素流と熱交換させて冷却すること、上
記空気供給流を余分の残余空気供給流と分離して分枝流
を熱交換器に逆に通して上記交換器中に凝縮された二酸
化炭素と水を除去するだめの不均衡な温度を与えること
、上記流を上記塔の中間点に導入する前にタービンにお
いて膨張させ冷却させるとと、残余空気供給流を上記塔
０底部０液体相と勢冬換させて上記流れを凝縮させ上記
液体を再気イヒさせること、さら゛　に上記残余空気供
給流を、環流液として上記塔の頂部に導入する前に上記
塔の頂部排出生成流と熱特開昭５８−１１５２７７（３
） 交換させること、燃焼しうる水準の酸素を含有する窒素
不要流を頂部生成流として上記塔の頂部から加圧下に取
り出すこと、上記加圧された窒素不用流を燃料と燃焼さ
せてエアーコンプレッサーを動かす上記ガスタービンに
熱い加圧ガス供給流を提供すること及び上記塔の底部か
ら高純度の酸素生成物流を取り出し、それを上記ガスタ
ービン及びガスタービン排出ガスとスチームとの循環熱
交換によってスチームとともに提供されるスチームター
ビンにより駆動するコンプレッサーで加圧することから
成っている。
本発明の目的は、酸素の分離に必要なエアーコンプレッ
サーの要求動力をエアーコンプレッサーに動力を与える
タービンを動かすために燃料とともに燃焼させる不用窒
素含有流から導かれる単−加圧塔で空気から酸素を生成
させることにある。
本発明の他の目的は、一方の供給流を膨張タービンによ
シ膨張させ塔に中間点で導入し、残余供給流を塔の底部
で凝縮させ、還流のために塔の頂部に導入する単一加圧
蒸留塔に分割供給流を提供（第　９　頁） することにある。
本発明のさらに他の目的は、酸素コンプレッサーのため
のタービン駆動用スチームの生成に用いられる燃料とと
もに・燃焼させる不用窒素含有酸素流から生成酸素加圧
のためのエネルギーを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は不用窒素含有酸素流の燃焼か
ら引き出される余力から外部用電力を提供することにあ
る。
次に添付図面について説明する。
第１図は、実質的に純粋な酸素生成物を得るだめの空気
分離ユニットである本発明のフローシートを示す。
第１図に関して、寒剤酸素発生器は約５４ｐｓｉｇで操
作する単−圧蒸留力ラムで示されている。空気はフィル
ター１０を通って分離ユニットに導入される。空気はガ
スタービン６８によシ動かされるエアーコンプレッサー
１２において少くとも１６０　ｐｓｉａに加圧される。
３６０　Ｆ　（１８２℃）の温度に加熱された空気は、
次いで管１４を通って熱交換器１６にお匹て（第１０頁
） 冷却される。
冷却され加圧された供給空気流は、次に水のような凝縮
物と分離器１８で分離される。続いて供給空気は、加温
熱交換ユニット２２と冷却熱交換ユニット別から成る逆
転熱交換ユニット２１に管加により導かれる。逆転熱交
換器において、供給空気流は冷却され、二酸化炭素や水
の如き凝縮物をその熱交換の空気供給導管壁に析出する
。この冷却は蒸留塔から配送される流れとの熱交換によ
ってなされる。運転終了後、供給空気流と不用の窒素ガ
ス流は前に供給空気を処理した導管を通って流れ、導管
壁から付着凝縮物を除去する。一方、供給空気流は、次
いで前にきれいにされた不用窒素ガス導管中の物質を凝
縮しはじめる。逆転熱交換器におけるこの導管の切り換
えは、空気分離ユニット操作の間、設定された間隔で連
続的に行われる。
かかる逆転熱交換器は従来技術においてよく知られてお
り、操作の説明をする必要はないであろう。
導管あ中の逆転熱交換器からの冷却空気流は流れ３２と
分枝流（ト）に分けられ、いずれも結局は蒸留（第１１
頁） 塔に供給流として導入される。導管間中の分枝流は、主
供給空気流から二酸化炭素を除去するために熱交換に不
均衡を与えるように、あとの冷却熱交換器に再導入され
る。この分枝流（至）は、次いで気体として管あより蒸
留塔（社）に導入供給される前に、膨張タービン調によ
シ膨張されて冷化される。
この分枝流は蒸留塔の中間点に導入される。
他の残余流はバルブあを経て管３２により蒸留塔４０の
底部に導入される。残余流はそこでリボイラー（ｒｅｂ
ｏｉｌｅｒ　）　３８を通り、蒸留塔４０の底部の液体
を加温して塔中の再沸とう上昇気体をつくり、かつ上記
流れを凝縮するのに充分な熱交換を行う。
残余流は、このリボイラーの処理によってさらに冷却さ
れ管４２により塔底から抜き出される。管４２の残余流
は、上記塔４０の頂部からの窒素を含有する酸素不用流
に対して熱交換器材において熱交換される。次に、残余
流は炭化水素及び残存する二酸化炭素を除去するために
容器４６中の一対の固体吸着剤床を通過する。その後、
その流れは圧力低減バルブ４７を経て蒸留塔の頂部に導
入されて液体゛特開昭５８−１１５２７７（４） 還流を形成させる。
蒸留塔の底部に含まれる液体酸素を、その流体酸素とり
ボイラー中の残余供給空気流との熱交換によって蒸発さ
せた気体は２つの部分に分けられる。第１の部分は気体
状酸素生成物として管間に取り出され、一方第２の部分
は塔の底部を通って上昇するストリッピングペーパーを
連続的に形成する。連続的接触用皿（ｔｒａｙ）で下方
に流れる遣流液と接触したあとのストリッピングペーパ
ーは塔の底の部分をはなれ、膨張タービンから塔の中間
部への供給空気と合体する。その合体気体流は下降する
液体還流と連続する蒸留トレイで接触しながら塔の上部
を通過する。窒素と酸素との不用ガス流は塔の頂部を出
て、塔に導入される液体還流と平衡状態にある。
塔の頂部から抜き出された管５８中の窒素含有酸素不用
流は、熱交換器４４において塔の頂部への供給流と熱交
換されあたためられる。あたためられた管６０の不用流
は、次いで逆転熱交換器ｎ及び冴でさらにあたためられ
る。これらの熱交換器を通（第１３頁） る間に、あたためられた不用窒素流は、その流れが上記
熱交換器を通過する切り換え導管中に付着した水分及び
二酸化炭素を取り除く。同様な流路において、蒸留塔の
底部からの酸素生成ガスは管（資）より除かれ、熱交換
器ｎ及びＵにおいて逆行しない又は切り換えられない導
管中でもあたためられる。再加温された酸素生成物は、
次いで熱交換器ｎ及び冴から管５２により排出され、酸
素コンプレッサー５４においてパイプライン圧に圧縮さ
れたのち、熱交換器５６で冷却される。その酸素生成物
は３５０　ｏｓｉａで系を出る。その成分モル濃度は次
のとおりである。
酸　　　素　　　　９９．６　ｑり アルゴン　　　０．４係 窒　　　素　　　　　０．０　％ 酸素圧縮は、以下に説明するような熱い燃焼ガスによっ
て駆動するガス膨張タービン動力により行われる。熱交
換器２１であたためられたのち、いくらかの湿分及び二
酸化炭素を含んだ窒素含有酸素不用ガス流は、管６２で
組み合わされたボイラー（第１４頁） 及び熱回収容器６４に通される。不用窒素ガス流は、上
記ボイラー舛において燃焼ガスでさらにあたためられる
。次いであたためられた不用窒素ガス流は、燃焼器６６
に導入され、そこで外部燃料源と結合され、燃焼器６６
において燃焼して熱ガスを提供する。その熱ガスが熱ガ
ス膨張タービン６８に供給され、それが酸素コンプレッ
サーＭを作動させるとともに、はじめのエアーコンプレ
ッサー１２の動力をある程度提供中る。タービン６８か
らくる膨張熱ガスは管７０を通ってボイラー及び熱回収
容器６４に供給される。熱膨張ガスは、上記容器６４を
通過する３つの別個の流れと熱交換される。上記容器６
４であたためられる第１の流れは燃料源７６から燃焼器
６６に流れる燃料である。さらに、燃焼器６６において
燃料と同時に燃焼される不用窒素ガス含有酸素流もまた
ボイラーと熱回収容器６４で再加熱される。この方法に
おいては、燃焼器６６からのガスを用いるタービンは真
の燃焼にさきだって、そのような燃焼の供給のために熱
価の回収に関して燃焼ガス副生物を利用する。これは燃
焼効率を改善（第１５頁） し、その結果、燃焼生成物のタービン利用性を改善する
。
さらに他の熱交換が、酸素コンプレッサー５４ヲ駆動さ
せる他の動力を提供する別のタービン７２の駆動用流れ
をつくるために、ボイラーと熱交換容器６４中に水を流
す熱交換手段で、該容器においてなされる。タービン７
２から出る膨張した流れは熱交換器において冷却され凝
縮されて、管７４を通ってボイラーと熱回収の容器Ｍに
戻される。管７８を通って運ばれる水源からの補給水も
また必要に応じて結合される。熱ガス膨張タービン６８
及びスチームタービン７２において、ニアコンプレッサ
ー１２及び酸素コンプレッサーを作動させ、図示されて
いない発電機を動かす余力を与えるのに充分な動力がつ
くられる。この発電機は燃焼ガス及びスチームからの利
用しうる残余力を回収し、かかる電力は本方法の計画の
各種装置を運転するのに用いることができ、あるいは他
に循」用することができる。
蒸留塔５６の底部を出る酸素生成物は純粋な酸素特開昭
５８−１１５２７７（５） 又は所望するようなよシ低い純度にすることができる。
９９．５容量チの純度の酸素が所望されるならば蒸留塔
は約５４ｐｓｉａで運転し、より低い純度の酸素を望む
ならば、より高い圧力で塔を運転することができる。
９９．５容量チの純度の酸素生成物の場合に、単一の蒸
留塔を用いて約５４ｐｓｉａで運転することにより上記
目的を達成する能力は、空気を膨張タービン３４から塔
４０中の中間の蒸留トレイに供給することにより達せら
れる。これは塔の底部におＭ”ｂペーパーに対する液の
高い還流比を可能にし、酸素とアルゴンの困難な分離及
び窒素含量の低減が達成される。それはまた塔の頂部に
おけるペーパーに対する液の割合を一層低くし、酸素か
らの極めて容易な窒素の分離とアルゴン含量の微量化が
得ら九る。
以上、本発明の好ましい具体例について記載したが、本
発明の範囲はこれら具体例に限定さるべきではない。
【図面の簡単な説明】 （第１７頁） 第１図は、本発明の方法を実施するフローシートの例を
示す図である。 １２・・・エアーコンプレッサー、１８・・・分離器、
２１・・・逆転熱交換器、Ｍ・・・膨張タービン、４０
・・・蒸留カラム。 特許出願人　　エアー、プロダクツ、アンド、ケミカル
スインコーボレーテツド

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、下記工程： （ａ）　　コンプレッサーをガスタービンによす動力を
    耳えて空気供給流を圧縮すること、（ｂ）上記供給流を
    逆転熱交換器において、単一の加圧蒸留塔からの窒素不
    用流及び酸素生成流と熱交換して冷却すること、 （Ｃ）上記空気供給流を分枝流と残余空気供給流に分離
    し、その分枝流を上記熱交換器に逆に通過させて、その
    交換器中に凝集された二酸化炭素及び水を除去するだめ
    の不均衡な温度を与えること、 （ｄ）上記流れを上記基の中間点に導入する前にタービ
    ンで膨張させ冷却すること、 （ｅ）　　上記残余空気供給流を上記基の底部の液体相
    と熱交換させて、上記流れを凝縮させ、かつ上記液体を
    再蒸発させること、 （第　２　頁） （ｆ）残余空気供給流を上記基の頂部に環流液として導
    入する前に上記基の頂部生成流とさらに熱交換させるこ
    と、 （ｇｌ　　燃焼しうる水準の酸素を含有する窒素不用流
    を上記基の頂部から、工程（ｆ＋の頂部生成流として加
    圧下に取り出すこと、 （ｈ）　　上記加圧された窒素不用流を、上記工程（ａ
    ）のガスタービンだ熱い加圧ガス供給流を与えるために
    燃料と燃焼させること、 （ｉ）　　上記基の底部から高純度酸素生成物流を取り
    出し、それをガスタービンの排ガスとスチームとの循環
    熱交換によるスチームが提供されるスチームタービンに
    よって駆動するコンプレッサーで加圧すること から成る単一加圧蒸留塔において空気から高純度酸素を
    分離する方法。 ２、窒素不用流をガスタービン用に燃焼させる前に、二
    酸化炭素及び水を除去するために逆転熱交換器に通す特
    許請求の範囲第１項記載の方法。 （第　３　頁） ３．燃料と窒素不用流を、燃焼の前にガスタービン排出
    ガスと熱交換させる特許請求の範囲第１項又は第２項記
    載の方法。 ４、塔の頂部から取り出される不用窒素流が。 還流液として蒸留塔の頂部に導入される残余空気流と均
    衡している特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、カスタービンがニアコンプレッサー及ヒ外部用ある
    いは工種に必要な電気生産用発電機を駆動させる特許請
    求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ６、酸素生成流を逆転熱交換器において上記空気流と間
    接的に熱交換させる特許請求の範囲第１項又は第２項記
    載の方法。 ７、膨張した上記供給空気流の中間点導入が窒素と同様
    アルゴンを酸素から分離するための液／気還流比を増大
    するの・、に充分な塔のトレイ部位で行われる特許請求
    の範囲第１項記載の方法。
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