JPS581350B2 - 気体酸素製造法及び該製造法実施用低温プラント - Google Patents

気体酸素製造法及び該製造法実施用低温プラント

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気体酸素の製造方法及び該方法を実施し得る低
温プラントに係わる。
１９８０年６月１７日に提出された英国特許出願第８０
１９７３９号には、５乃至９絶対バールで作動する高
圧塔と１．３乃至３絶対バールで作動する低圧塔とから
なる複式蒸留塔において乾燥圧縮空気を分留する段階を
有する気体酸素製造方法が開示されている。
該製造方法においては、低圧塔から液体酸素が取り出さ
れ、加圧され、かつこの液体酸素は、高圧塔の塔頂から
取出され圧縮され更に第一及び第二分流に分けられた実
質的に純粋な窒素の流れによって蒸発させられる。
この第一分流は蒸発する液体酸素によって冷却され、次
いで膨張させられて（分子基準で（ｏｎ ａｍｏｌａｒ
ｂａｓｉｓ））主に液状の生成物となされ、この生成
物の少なくとも一部は、還流として高圧塔へ戻される。
第二分流は、冷却され、エキスパンダにおいて膨張させ
られ、第一分流の冷却を助長すべく用いられ、その後少
なくとも一部は、圧縮機へ循環させられる。
経済的に実施するには、窒素は比較的高圧に圧縮されな
ければならない。
従ってもしポンプから出る液体酸素圧が６９絶対バール
であれば、窒素は理想的には、第一分流では８０絶対バ
ールに、第二分流では４１絶対バールに圧縮されるべき
である。
冷たい酸素の流れに熱を十分に与えるために（送給空気
へ冷温を十分伝達するのに）、送給空気は窒素ほど高圧
に圧縮されなくてもよいので、もし圧縮気体窒素を得た
いのでなければ、窒素よりもむしろ送給空気の少なくと
も一部を、蒸発している酸素によって冷却する方が有利
であることを、我々は見い出した。
この場合、より低い圧力ですむことによって、資本投下
はより少くて済む。
尚、冷たい送給空気は高圧塔において還流として使用さ
れ得ないので、最終的にプラントで必要なエネルギは、
前述の特許出願に開示されたプラントで必要なエネルギ
とほぼ同等である。
本発明は前記知見に基づいてなされたものであり、その
目的とするところは所要投下資本の少ない下記の気体酸
素製造法を提供することにある。
本発明によれば、送給空気を５乃至１０絶対バールまで
圧縮すること、この送給空気から二酸化炭素及び水蒸気
を除去するため、モレキュラーシーブ吸着器に送給空気
を通すこと、更にこの送給空気を、５乃至９絶対バール
で作動する高圧塔と１．３乃至３絶対バールで作動する
低圧塔とを有する蒸留ユニットにおいて分留すること、
低圧塔から液体酸素を取り出すこと、この液体酸素を加
圧すること、並びに液体酸素を蒸発させること、及び発
生した蒸気を加温することからなる方法であって、前記
モレキュラーシーブ吸着器からの前記送給空気の少なく
とも一部が循環圧縮機でより高圧に圧縮されると共に第
一分流と第二分流とに分割され、第一分流は、前記液体
酸素によって冷却され、膨張させられて（分子基準で）
主に液状の流れとなされ、この主に液状の流れは前記高
圧塔及び／又は低圧塔に導かれること、また第二分流は
、冷却され、エキスパンダで膨張せしめられ、前記第一
分流の冷却を助長すべく用いられ、かつ第二分流の少な
くとも一部分は、前記循環圧縮機に戻されることからな
る気体酸素製造法が提供される。
第二分流は、気体酸素を加温することで冷却されても、
あるいはまた、独立した別個の熱交換器において、例え
ばエキスパンダから放出される冷えた気体によって冷却
されてもよい。
好ましくは、第一分流は第二分流よりも高圧に圧縮され
る。
第一分流は３５乃至６５絶対バールに、第二分流は３５
乃至４５絶対バールに圧縮されると有利である。
本発明の別の目的は前記方法を実施すべく、下記の低温
プラントを提供することにある。
即ち、本発明によれば、送給空気を圧縮するための圧縮
機と、この送給空気中の二酸化炭素及び水蒸気を吸着す
るための少なくとも１個のモレキュラーシーブ吸着器と
、空気蒸留用の高圧塔と低圧塔とを有する蒸留ユニット
と、作動時に低圧塔からの液体酸素を加圧するポンプと
、加圧された液体酸素がそこで蒸発させられ得、かつ加
温され得る第一熱交換器とを有するプラントであって、
この低温プラントは、前記モレキュラーシーブ吸着器か
らの空気を受容するべく配置された入口、並びに第一及
び第二の出口を具備している循環圧縮機を有しており、
第一の出口は、第一熱交換器と、この第一熱交換器の下
流に位置する膨張弁とに連絡しており、これによって作
動時に、圧縮空気が第一熱交換器において冷却され、そ
して（分子基準で）主に液体生成物を生成すべく膨張さ
せられ、高圧塔及び／又は低圧塔に導入され得るように
構成されており、第二の出口は、第二熱交換器とこの第
二熱交換器の下流に位置するエキスパンダとに接続され
ており、これによって作動時に、圧縮空気が冷却されか
つエキスパンダにおいて膨張され得るように構成されて
おり、この低温プラントは、更に、作動時に冷たい膨張
した空気を第一熱交換器を介して循環圧縮機の入口に導
く導管を有しており、第一熱交換器においてこの冷たい
膨張した空気が前記第一の出口からの圧縮気体の冷却を
助長すべく構成されている低温プラントが提供される。
第一及び第二熱交換器は一体的な単一の熱交換器からな
るのが好ましい。
本発明は、３０絶対バール以上の圧力において１日に５
０トン以上の酸素を生成する低温プラントにおいて特に
有利である。
次に本発明による好ましい一具体例を図面に基づいて説
明する。
図示された具体例では、送給空気は圧縮器１において６
７絶対バールに圧縮された後、アフタークーラ２で７℃
に冷却される。
この圧縮された送給空気は次いでモレキュラーシーブ吸
着器３に通され、この吸着器３で圧縮空気中の二酸化炭
素、水蒸気、及び高級炭化水素が吸着除去される。
清浄化された圧縮空気は、次に管４を通過せしめられ、
そして分岐５で第一の流れ６と第二の流れ７とに分けら
れる。
第一の流れ６は、清浄な圧縮空気の約７８（体積）％に
当たり、熱交換器８においてその露点まで冷却される。
この冷却された空気流は導管９を通って、複式蒸留塔１
１の高圧塔１０に到る。
第二の流れ７は接続部１３において高窒素含有流１２と
合流し、この合流した流れ１４は二段循環圧縮機１５に
導かれ、第一分流と第二分流とからなる二つの流れとし
て圧縮機１５から吐出される。
合流した流れのうちの約６９％は、４２バールの第二分
流として圧縮器１５から吐出され、導管１６を通って熱
交換器１７に流入する。
この熱交換器１７においてこの第二分流は後述の管４６
を流れる液体酸素により−１２３℃に冷却され、その後
発生器付きエキスパンダ１８において６７絶対バールに
膨張させられる。
膨張した流れは次に相分離器１９に導入される。
合流した流れの残部は、５５絶対バールの第一分流とし
て圧縮器１６から吐出され、導管２０を通って熱交換器
１７に流入し、熱交換器１７で管４６を流れる液体酸素
等により約−１７１℃に冷却される。
冷却後この第一分流は、弁２１において膨張せしめられ
て６．７絶対バールの主として液状の流れとなる。
このようにして形成された２相混合物は、相分離器１９
に送給される。
相分離器１９から出る液体は、管２２を介して接続部２
３に達し、この接続部２３において、弁２４により６３
絶対バールに膨張せしめられて高圧塔１０に流入する部
分と、弁２５で１．４絶対バールに膨張せしめられて低
圧塔４２に流入する部分とに分かれる。
相分離器１９から出る蒸気は管２６を経て接続部２７に
達し、二つの流れに分けられる。
一方の流れ２８は、熱交換器８において管６を流れる空
気を冷却することにより加温され、次いで管２９を経て
接続部３０に達し、ここで接続部２７からのもう一方の
流れ３１と合流する。
合流した流れは管２０を流れる第一分流等を冷却するこ
とにより更に加温され、高窒素含有流１２として熱交換
器１７から流出する。
高圧塔１０の底部から得られる粗製液体酸素は、管３２
を通って熱交換器３３に流入し、この熱交換器３３で過
冷された後弁３４で膨張せしめられ、１．４絶対バール
で低圧塔４２に導入される。
気体窒素部分は、導管３５を介して高圧塔１０の塔頂か
ら流出し、リボイラ３６において凝縮せしめられる。
液体窒素は管３７を介してリボイラ３６から流出し、一
部は環流として管３８を通って高圧塔１０に戻され、そ
の残部は管３９を通って熱交換器４０に流入し、熱交換
器４０で過冷された後弁４１で膨張せしめられ、１．４
絶対バールで低圧塔４２に導入される。
低圧塔４２の底部から管４３を介してごく一部の液体酸
素が取り出され、液体酸素貯蔵タンク（図示せず）へ送
られる。
残りの液体酸素は管４４を介してポンプ４５に導入され
、ポンプ４５で８２絶対バールに加圧される。
この液体酸素は更に、管４６を通って熱交換器１７に導
入され、約１６℃の気体となってこの熱交換器１７から
流出し、管４７に送られる。
その他の流れについていえば、不純窒素が管４８を介し
て低圧塔４２の塔頂から流出する。
不純窒素の大部分は次に、熱交換器４０及び３３におい
て加温された後管４９を通って熱交換器８に導入され、
この熱交換器８から１０℃で流出する。
この後、不純だが乾燥した窒素は給水塔５０の中を気泡
となって通され、飽和状態にしつつ水を冷却する。
このようにして冷却された水はポンプ５１によってアフ
タークーラー２の頂部へ送られそこに空気冷却の最終段
階を形成する。
アフタークーラー２における冷却動作は主に、主冷却水
循環系（図示せず）によって為される。
残りの不純窒素は管５２を通り、その大部分は熱交換器
８において加温される。
その後この窒素は、モレキュラーシーブ吸着器３の再生
に使用される。
管５２を通った不純窒素の中その他の部分は、管５３を
通って熱交換器１７に送られ、ここで加温された後、パ
ージガスとして用いられる。
本発明に係わる装置が、二酸化炭素及び水蒸気の除去の
ために可逆熱交換器を組み入れた低温プラントと対立す
るものとしてモレキュラーシーブ吸着器を備えている低
温プラントにのみ適しているという点は留意されるべき
である。
以上の如く、本発明製造方法では、循環する第二分流を
用いることによって、第一分流の冷却を助長し得るのみ
ならず、循環圧縮機による比較的低温の第一分流の生成
を可能とし、その結果蒸留ユニットに与えられる第一分
流の冷却を効果的に行ない得る。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明による好ましい一具体例の気体酸素製造法
を実施するための低温プラントの簡略化された工程図で
ある。 １・・・圧縮機、３・・・モレキュラーシーブ吸着器、
１７・・・第一熱交換器（第二熱交換器）、１０・・・
高圧塔、１１・・・蒸留塔ユニット、１５・・・循環圧
縮機、１８・・・エキスパンダ、２１・・・膨張弁、４
２・・・低圧塔、４５・・・ポンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 送給空気を５乃至１０絶対バールまで圧縮すること
    、この供給空気中の二酸化炭素及び水蒸気を除去するた
    めに、モレキュラーシーブ吸着器にこの送給空気を通す
    こと、更にこの送供空気を、５乃至９絶対バールで作動
    する高圧塔と１．３乃至３絶対バールで作動する低圧塔
    とを有する蒸留ユニットにおいて分留すること、低圧塔
    から液体酸素を取り出すこと、この液体酸素を加圧する
    こと、並びに液体酸素を蒸発させること、及び発生した
    酸素蒸気を加温することからなる方法であって、前記モ
    レキュラーシーブ吸着器からの前記送給空気の少なくと
    も一部が循環圧縮機でより高圧に圧縮されると共に第一
    分流と第二分流とに分割されること、第一分流は、前記
    液体酸素によって冷却され、膨張させられて（分子基準
    で）主に液状の流れとなされ、この主に液状の流れが前
    記高圧塔及び／又は前記低圧塔に導かれること、また第
    二分流は、冷却され、エキスパンダで膨張させられ、前
    記第一分流の冷却を助長すべく用いられると共にその少
    なくとも一部分が、循環圧縮機に戻されることからなる
    気体酸素製造法。 ２ 前記第一分流が第二分流よりも高圧に圧縮される特
    許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記第一分流が３５乃至６５絶対バールに圧縮され
    、前記第二分流が３５乃至４５絶対バールに圧縮される
    特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４ 送給空気を圧縮するための圧縮機と、この送給空気
    中の二酸化炭素及び水蒸気を吸着するための少なくとも
    １個のモレキュラーシーブ吸着器と、空気蒸留用の高圧
    塔と低圧塔とを有する蒸留ユニットと、作動時に低圧塔
    からの液体酸素を加圧するポンプと、加圧された液体酸
    素が蒸発させられ得、かつ加温され得る第一熱交換器と
    を有する低温プラントであって、この低温プラントは、
    前記モレキュラーシーブ吸着器からの空気を受け取るべ
    く構成された入口、並びに第一及び第二の出口を具備し
    ている循環圧縮機を有しており、第一の出口は、第一熱
    交換器とこの第一熱交換器の下流に位置する膨張弁とに
    連絡しており、これによって作動時に、圧縮空気が第一
    熱交換器において冷却され、そして（分子基準で）主に
    液体生成物を生成すべく膨張させられ、高圧塔及び／又
    は低圧塔に導入され得るように構成されており、第二の
    出口は、第二熱交換器とこの第二熱交換器の下流に位置
    するエキスパンダとに接続されており、これにようて作
    動時に、圧縮された空気が冷却されかつエキスパンダに
    於いて膨張せしめられ得るように構成されており、この
    低温プラントは、更に、作動時に冷たい膨張した空気を
    第一熱交換器を介して前記循環圧縮機の入口に導く導管
    を有しており、この冷たい膨張した空気が第一熱交換器
    において前記第一の出口からの圧縮空気の冷却を助長す
    べく構成されている低温プラント。 ５ 前記第一及び第二熱交換器が単一の熱交換器に一体
    化されている特許請求の範囲第４項に記載の低温プラン
    ト。
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