JPS61503047A - 低エネルギ−高純度酸素およびアルゴン - Google Patents

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】 低エネルギー高純度酸素およびアルゴン技術分野 本発明は、高純度酸素（たとえば純度９９．５％）および粗アルゴン副生物を製 造する改良した空気低温蒸留方法およびその装置からなる。改良の結果、資本設 備の比較的値かな費用増加で、アルゴン回収の増加と共に必要圧縮エネルギーが 大幅に減少し、それによって酸素製造の全体的な経済性が改善される。

背景技術 従来の複式圧力空気分離方法では、低圧塔のアルゴン・ス）　ＩＪツピング部に 最大量の再沸留分を供給することによって高純度酸素が得られ、該アルゴンの回 収は、低圧塔のアルゴン精留部に対して利用しうる再沸（ｒｅｂｏｉｌ　）およ び還流の量により制限される。これは、た占えば米国特許第２９３４９０８号で 説明されている。高効率のフロー・シートでは、高圧精留器の圧力（したがって 、供給空気圧）を低下させるため、有効再沸量の幾らかは通常アルゴン・ストリ ッパーヲ迂回するため、前記の制限は通常さらに厳しくなる。生成酸素の回収量 および放出圧は通常ＨＰＰ留器の圧力が低くなると減少する。

米国特許第３２７７６５５号、第３３２７４８９号、第４３７２７６５号、第４ ４１０３４３号および第４２５４６２９号は、すべて標準のＨＰＰ留圧より低い 圧を含め、低エネルギー・フロー・シートを開示しており、全てＬＰ塔のアルゴ ンストリッピング部において利用しうる再沸留分が減少するため、酸素純度か制 限される結果となっている（約９８％以下）。最初の４つが複式（２塔）圧力装 置を開示しているのに対して、後者は分離した空気供給圧を有する三元式圧力装 置、または単一の供給圧を有する四元式圧力塔装置を開示している。

エチｘ　７　ヌ（Ｅｔｉｅｎｎｅ　）の米国特許第２６９９０４号は、多数の三 元式圧力装置および１つの四元式圧力塔装置を開示している。これらの装置のい くつかは、酸素純度の低下により、要求されるエネルギーの低下を達成している 。１つ（第６図）は、分離エネルギーの減少はないが製品窒素の純度が増す。

米国特許第３６８８５１３号は、ＬＰ塔の底部にあるアルゴン・ス）　ＩＪツバ −に加えて、中圧塔の底部にアルゴン・ストリッパーを備えることによって低エ ネルギー・三元式圧力基フロー・シートの酸素純度の制限を幾分か回避している 。このアルゴン・ストリッピング作業は２つのス）　ＩＪツバ−で分担され、が くして、ＬＰ塔からＭＰ塔へ流入した再沸留分の多くは、ストリッピング・アル ゴン中でなお有効である。この装置はまた、ＬＰ塔からアルゴンを除去するため に、ＬＰ塔項からＭＰ塔へ返送するポンプによる再循環システムを備えている。

該装置は副生物であるアルゴンを回収しないという不利益を有し、かかる不利益 がさらに数多くの付加的な不利益を引き起こす。アルゴンを包含するＬＰＰ頂液 は、ＭＰ塔に再循環され、アルゴンは結局、ＭＰＰ頂気体中に残存しなければな らず、ＭＰ塔全全体アルゴン濃度レベルの蓄積を引き起こす。該アルゴン濃度は 、塔頂の窒素が１％オーダーのアルゴンを含有するまで増加するはずで、したが って、該塔頂液は、はぼ３ｑ６（窒素およびアルゴン間の相対的揮発度による） を含有する。最終結果はＭＰ塔の底部近傍の酸素リッチ液中のさらに高いアルゴ ン濃度をもたらし、ＬＰおよびＭ　Ｐ塔の両アルゴン回収部においてさらに多く のトレイおよび再沸を必要とする。これは大きな液圧力降下、したがって、さら に高い空気供給圧および圧縮エネルギー（アルゴンの再循環およびそのために生 じる蓄積を必要としないフロー・シートに比較して）を必要とすることにほかな らない。

窒素と共にアルゴンを除去するためのアルゴン再循環の悪い結果が一旦見出され ると、従来技術において何故該再循環が大きく強調されるが、たとえばアルゴン 回収には何らの言及もないのかについての疑問が生じる。この理由は明確には知 られていないが、以下の開示で報告される知見により妥当な理由が明確となって いる。

高純度を達成するためには、両ス）　ＩＪッピング部を迂回する再沸の量を最小 とすることが必須である。も必然的にストリッパーを迂回し、他のバイパス用の 余分な蒸気はほとんど残らない。ＬＰ塔項から生成物として回収される粗アルゴ ンについては、少なくとも純度的５０％、好ましくは純度８０％以上が望ましい 。

そうでなければ、多くの製品酸素が粗アルゴンと共に失なわれるために回収に悩 まされ、それによってエネルギーの利点が損なわれる。粗アルゴンが再循環に優 先して回収されうる低圧塔頂の蒸気中にて十分ｉｊ高を屯度か達成されるために は、比較的低シｌ　Ｌ　Ｐ塔還流温度が必要とされる（高アルコ′ン含有量に対 応する）。

しかしながら、還流温度は沸騰する蒸気に対して相当する低い温度を生じさせ、 そのためＭＰ塔（こ対して中間再沸を生じさせる。より低温の再沸とｉよ、ＭＰ 塔内のより高い中間位置に蒸気が導入されねばならな０ことを意味する。これは 、ＭＰ塔におし１で、底部１ノボイラー（部分的に凝縮した空気により供給され る）或いは中間リボイラー（ＨＰ塔頂により供給される）力）ら下の位置で多量 の再沸量を必要とする。後者の両再沸惜を最小限とすることが望まい１・。もし 、ＭＰ塔底部で多量の（過多の）再沸が存在すれば、部分的に凝縮した空気凝縮 液は多大の窒素含量を有し、これ（ま同一の再沸温度について、より高圧を必要 とし、また、Ｈ，Ｐ精留器頂部から得られる液体窒素も減少し７、このようにし てＭＰ頂部への還流液を減少させ、それ（こより、窒素廃ガス中の酸素含量を増 加し、製品酸素の回収を減少する。一方、ＨＰ精留器頂部力）らＭＰ中間１ノボ イラーに多量の再沸投入がある場合も、再沸力く両ストリッピング部を迂回する ため望ましくな０゜これＧ：！望ましい酸素純度の生成をより困難或いは不可能 とし、すなわち、いかに少なくてもさらにス）　ＩＪツビングの場所が必要であ り、液圧降下が生じ、空気圧の供給が必要となるからである。

要約すると、従来技術の開示において開示された装置の配置および工程段階、有 効な回収を行なうのに十分な粗アルゴン純度の向上に必要な操作条件の変更は、 酸素の純度および回収において完全に相殺する、不利益な結果を引き起こすと考 えられ、一方、低純度の粗アルゴンの不十分な回収は同様に、不都合な酸素回収 の低下を引き起こし、したがって、粗アルゴンの再循環に対しては他に選択手段 がなかった。

高回収量で高純度の酸素および粗アルゴン副生物を低エネルギー投入（低空気圧 の供給）にて効率よく製造するために必要なものは、前記の相殺不利益なしに比 較的純粋（８０％以上）な粗アルゴンの回収が可能である効率的空気再沸三元式 の圧力装置である。これは、以下に開示する改良の主目的の１つである。

蒸留においては、蒸留塔のストリッピング（底）部トレイ高さまたは温度範囲に わたって熱（再沸）を加えること、また、同様に精留（頂）部について、トレイ 高さまたは温度範囲にわたって熱を除く（すなわち、還流を加える）ことが望ま しいのは公知である。前記のいくつかの従来技術の開示は、ＨＰ精留器から低圧 塔のス）　ＩＪツピング部にかけて２つまたはそれ以上の分離した熱交換器を備 えることを言及している。しかしながら、この熱交換はトレイ高さの範囲にわた って連続的に行なわれることも知られている。これは、とりわけ、米国特許第３ ５０８４１２号、第３５６３０４７号および第３７５６０３５号に記載されるよ うに、「微分」または「非断熱」蒸留によって実施される。

「潜熱交換」とは、たとえば、通常のりボイラー／還流コンデンサーで起るよう な、ガスが熱交換器の一方の側で凝縮し、液体が他方の側で蒸発する間接的な熱 交換プロセスをいう。通常、熱交換器の一部も流体のいくらかの顕熱変化により 不可避的に熱交換を受けており、したがって、該表示は単に熱交換の主要機構を 意味するものであり、他の存在を除外する意図はない。

「空気再沸（Ａｉｒ　ｒｅｂｏｉｌｉｎｇ　）　Ｊとは、部分的に凝縮した空気 と、沸騰した蒸留塔底部生成物、た吉えばＭＰ塔との間の潜熱交換のことである 。全体的に凝縮した空気とは反対に、部分的に凝縮した空気による再沸はさらに 効率的な装置をもたらし、凝縮液のより高い酸素含有量が、より低い空気圧を所 定の再沸温度を達成するために使用可能とする。本開示に関する他の背景技術と して米国出願第５０１２６４号（ドナルド・シイ−エＩＪ　７　クソン（Ｄｏｎ ａｌｄ　Ｃ，Ｅｌｉｃｋｓｏｎ）により１９８３年６月６日出願）が挙げられ、 これを参考として組み従来技術の不都合点は、高圧（ＨＰ）精留器において、加 圧空気を頂部液体窒素およびケトル液に精留することによって空気から少なくと も９８％、好ましくは、約９９．５％の純度の酸素を製造し、該ケトル液を中圧 （ＭＰ　）窒素除去塔において頂部ガス状窒素、製品純度酸素液体底部製品およ び、主としてアルゴン不純物を含む酸素の側流回収液に蒸留し、該側流回収液を 低圧酸素−アルゴン分離塔て粗アルゴン頂部液と製品純度酸素底部製品に蒸留す るものであって、その改良が・ 該ＭＰ塔に中間再沸を供給する沸騰液と潜熱交換することにより、該ＬＰ塔の中 間高さを還流させ、ＬＰ塔頂部から粗アルゴン液を抜き取り、それを三元式圧力 蒸留装置から除去する ことからなる三元式圧力空気蒸留方法または装置を提供することζこより解消さ れる。

前記２つの改良を結合した適用は、従来技術の教示に固有の不利益を解消する仔 利かつ予期しない結果を可能とするものである。当業者には、前記した、あるい は請求の範囲の改良点の必須の態様に関し、前記の改良を利用できる所定の配置 の範囲内で多くの異なったフロー・シートの配置または個々の選択が行なわれる ことが理解されよう。かかる必須でない選択事項は一般に当業者に公知であり、 多くを図面で説明し、または請求の範囲に記載する。しかしながら、請求の範囲 に記載した発明の範囲は当該請求の範囲によってのみ限定され、該請求の範囲は 開示し、た必須の発明の内容を利用するすへての必須でない変化または選択事項 を包含するものである。

第１図は、開示した発明の必須態様を具体化するフロー・シートの好ましい又は 最も代表的な具体例であって、三元式圧力空気蒸留装置の簡易化したフロー・シ ートであり、該装置においては、Ｍ　Ｐ塔中間高さの液体との潜熱交換によるＬ Ｐ塔の単一中間還流が存在し、ＨＰ塔頂からＭＰ塔へかけての潜熱交換の必要が さけられ、したがって２つのアルゴン・ストリッパーにより再沸が最大化されて いる。

第２図は、該ＬＰ塔に２つの中間還流を有する一具体例の単純化したフロー・シ ートであり、上部還流はケトル液により、また下部還流はＬＰによりＭＰと潜熱 交換し、加えて、ＨＰからＭＰに潜熱交換する。

、第３図は、第１図に類似したー具体例の単純化したフロー・シートであるが、 過冷却窒素が利用されており、これは酸素放出圧力を増大させるためにコンパン ダ−（ｃｏｍｐａｎｄｅｒ　）中で使用できる。

発明実施の最適態様 第１図を参照して、本発明に係る三元式圧力蒸留装置は、高圧精留器（１０１） 、中圧窒素除去塔（１０２）および低圧アルゴン−酸素分離塔（１０３）からな る。供給空気は主熱交換器（１０４）により冷却され、それから分縮器（１０５ ）を通って送られる。該分縮器はＭＰ塔の底部リボイラーである。分縮された空 気は、それからＨＰＰ留器（１０１）に送られ、該精留器は所望により、空気の 非凝縮部分のみを実際に精留器に入れる相分離器（１０６）を経由させることも できる。ＨＰ精留器は供給空気を頂部液体窒素および底部生成物のケトル液に精 留し、さらに頂部ガス状窒素を所望により冷却エクスパングー（１０７）に供給 する。供給空気の別の部分又は分離器（１０６）からの頂部ガスはエクスパンダ ーに送ることができ、その場合エクスパンダ−はガス排出するがなお２０％程度 の酸素を含有しており、従来技術において通常行なわれるように更に酸素を回収 するためＭＰ塔の頂上近傍に導入される。

頂部液体窒素は補助冷却器（１０８）中で補助冷却され、バルブ（１０９）中で 圧力低下（膨張）させ、所望により相分離器（１１０）中で分離され、少なくと も該液体は還流としてＭＰ塔頂に直接注入される。

ケトル液は分離器（１０６）からの液体と合し、補助冷却器（１１１および１０ ８）中で補助冷却され、減圧手段（１１２）により膨張し、ＬＰ塔頂の還流コン デンサー（１１３）に導入され、そこで部分的に蒸発する。部分的に蒸発したケ トル液はそれから任意の一方向バルブ（１１４）を経由してＭＰ塔（１０２）に フィードとして送られる。塔（１０２）からの頂部除去窒素は顕熱交換器（１０ ８，１１１および１１４）を経由して大気中に排出されるが、所望により該成分 は、従来技術にもとづき副生成物又はシーブの再生に使用してもよい。ＭＰ塔か らの底部液体は、製品純度酸素からなり、該酸素は流量制御手段（１１５）を経 由して蒸発装置に送られてガス化され、高純度生成酸素の一部として回収される 。該酸素は通常ＨＰ精留器頂部の窒素との潜熱交換によりガス化され、該ガス化 はＬＰ塔ソリボイラー　１．１６　）部又は分離熱交換器の仕事の一部として行 なうことができる。

アルゴン・ストリッピング部の上からの、２〜８％のアルゴンおよび約０．４％ 以下の窒素を含有するＭＰ塔側流液は、流量制御装置（１１７）および補助冷却 器（１１１および１０８）を経由して抜き取られ、ＬＰ塔（１１３）にフィード として送られる。塔（１０３）からの底部製品純度酸素は、たとえば図示の如く 塔（１０２）からの酸素と一緒にガス化され抜き取られる。

該改良の基本的態様は、再沸をＬＰ塔アルゴン・ストリッピング部上部からＭＰ 塔供給空気導入部下部へ移送する中間還流コンデンサー／中間ボイラー（１１８ ）、および粗アルゴン液（１１９）を抜き取る手段、この場合は真空コンプレッ サーである。

一般の大気圧に比して、ＨＰ精留器圧は、通常、約４〜４．６気圧、ＭＰ塔は約 １．２〜１．６気圧そしてＬＰ塔は約Ｏ１６〜１．１気圧である。特に、ＬＰ塔 頂は通常大気圧より低く、そのため該装置から粗アルゴンを排出するために真空 コンプレッサーを必要とする。該真空コンプレッサーはコールドボックスの内側 又は外側（こ存在する（熱交換器（１０４）により規定される）。コンプレッサ ー（１１９）からの排出温度によって、定圧アルゴンは全く熱交換されないこと もありうる。もし更に高圧が所望ならば、粗アルゴンは代わりに液体として抜き 取り、ポンプで所望の圧力とし、ついで熱交換器内で蒸発させることができる。

粗アルゴン純度は通常８０〜９７％、少なくとも５０％の純度範囲内にあり、そ のため、商業用に公知の装置でさらに精製が必要となる。しかしながら開示した 粗アルゴンの抜き取りは、大気にアルゴンを発散する場合でも該方法の他の部分 にとって有利であることに注目すべきである。

リボイラー／還流コンデンサー（１１８）は、その好ましい位置である、塔（１ ０２）の内部に位置し、生じた再沸が本質的に塔内に導入されるものとして説明 しである。しかしながら、このタイプの熱交換器を有する従来技術に従って、代 りに、リボイラー／還流コンデンサーをＬＰ塔内に位置させたり、両塔の外部に 位置させることができることも理解されよう。リボイラー（１１８）に関する重 要な配慮は、該リボイラーが生じる再沸がＭＰ塔（１０２）の導入高さ、すなわ ち、該ＬＰ塔還流コンデンサー（１１３）からの部分蒸発ケトル液が導入される 高さより下の高さで導入されることである。

リボイラー（１１８）からの再沸量を出来る限り低く押えて塔（１０２）に導入 することにより、前記高さ以下で要求される再沸が最小限化され、これは前に説 明したように更に効果的な操作、すなわち、より低い空気供給圧で酸素生成純度 および回収を改良することを可能にする。一般に、もしＬＰ塔中間還流コンデン サーからの再沸が、ＬＰ塔塔頂流コンデンサーからの再沸が導入される位置より 少なくとも２トレイ下の位置のＭＰ塔に導入されると、該高さのＭＰ塔液組成は 、より高位置に比べて少なくとも１０％高くなり、前記の利益が十分に実現され る。

前記関係を説明するために、基準として圧縮空気（ｍｃａ）ｌｏｏモルを使用し て第１図の具体例にてコンピューターシミュレーションを行なった。圧縮空気は −２８９，１下、６６．３　ｐｓｉａ　、のりボイラー（１０５）に入り、凝縮 物２２．５モルが形成され、残りの７７．５モルは２３段の理論的トレイを有す る塔（１０１）に送られる。９９．５％より高純度の窒素９モルがエクスパフ　 グー（１０７）　＋ｃ供給され、液体窒素の３３モルはエクスパンションバルブ （１０９）に供給される。ケトル液３３．５モルを分離器（１０６）からの液体 ２２．５モルと合し、還流コンデンサー（１１３）に供給され、そこで部分的に 蒸発する（約２０〜２５％が蒸発する）。ＭＰ塔の理論的トレイ数は、アルゴン ・ストリッピング部では１４段、窒素ストリッピング部では１９段、２つの中間 再沸導入高さの間では３段そして頂部窒素精留部では１２段である。

圧力は、底部でノ２２．５　ｐｓｉａから頂部で（７）　１８．９　ｐｓｉａま で変化する。約り９％純度の窒素６８．９モルが頂部で抜き取られ、分離器（１ １０）からの蒸気１．２モルと合し、窒素排出流７０．１モルを形成する。９９ ．５％純度の酸素液体７．３モルをＭＰ塔底部から抜き取り、蒸発させる。４． ６％アルゴンおよび１００　ＰＰｍ以下の窒素を含有する側流液１３．６モルを 塔（１０２）から抜き取り、アルゴン−酸素を分留するため流量制御機構（１１ ７）を経由して塔（１０３）に運ぶ。塔（１０３）の理論的トレイ数は、アルゴ ン・ストリッピング部で１３段、フィード導入点および中間還流の間では９段、 アルゴン精留部では３４段であり、底部および頂部圧力は各々１６．３ｐｓｉａ 　、　１１．　Ｑ　ｐｓｉａである。酸素生成液の１２．９４モルが蒸発し、Ｍ Ｐ塔がらの７．３モルき合して、９９．５％純度の酸素２０．３６モルが生じ、 該酸素９６．７％が回収される。粗アルゴン０．５９モルが頂部で純度９４％す る。リボイラー（１１８）でのＭＰ塔再沸量は酸素６９％の液組成で、リボイラ ー下の２０．４モルがらりボイラー上の４４．２モルに増大する。３トレイ高い 位置では、部分蒸発したケトル液がＭＰ塔に入り、再沸量は４６．５モルから６ ５．３モルに増大し、液組成は酸素４４％となり、すなわち、３トレイ低い位置 より酸素量は２５９６低い。このようにして中間リボイラー以下にあるＭＰ塔下 部全体に極端に低い再沸率が達成され、がっ、ＭＰ塔頂部に存在するすべての再 沸が、幾分早い時点で２つのアルゴンス）　ＩＪツバ−の一方または他方を再沸 として通過することを理解することができる。

開示した改良の範囲内において、またその意図がら逸脱しない範囲で、多くの変 更が可能であることは明白である。前記の様に、窒素冷却よりはむしろ空気冷却 （エクスパングー供給）が使用可能である。種々の形状の空気清浄器および顕熱 交換器が使用でき、たとえば、可逆交換器、ペブルベッド（ｐｅｂｂｌｅ　ｂｅ ｄ　）　蓄冷器、固定交換器を有するモルシーブ（ｍｏｌｅ　５ｉｅｖｅ　）清 浄器等が用いつる。塔は、シーブトレイ、泡鐘、充てん物又は他の向流気−液接 触装置を有してよい。リボイラーおよび還流コンデンサーは塔の内部又は外部に 位置してもよく、該塔は鉛直方向に区分されていてもよい。

ケトル液は、空気リボイラー（１０５）からの凝縮物と合してもよく、あるいは 、該２つの側流は分離したままでもよい。ＭＰ塔は空気再沸の代わりに、該中間 高さ又は底部において、ＨＰ精留器からの蒸気、頂部蒸気又は中間部蒸気によっ て再沸できる。ＬＰ塔供給導入点は■７Ｐ中間還流器より必ずしも下方に位置す る必要はなく、該還流器と同じか僅かに上の高さに位置しても良い。ＬＰ塔頂還 流コンデンサーは、ケトル液の部分蒸発によって必すしも冷却される必要はなく 、１１８と同様なもう１つ別のＬＰからＭＰへの潜熱交換により又は蒸発する液 体窒素によってすら冷却可能である。

これらの任意の変更を並べたのは、包括的な意図ではなく、単に請求の範囲を示 唆するためである。第２および第３図は、特に注目すべき変更又はオプションを 示している。

第２図において、要素２０１〜２０９および２１１〜２１８は、同様に番号を付 けた１００番台の第１図の要素に対応している。第１図との差異は、ＬＰ塔に２ つの中間リボイルを有することであり、１つは前記と同様に潜熱交換器（２１８ ）を経由し、もう１つは減圧バルブ（２３３）および潜熱交換器（２３２）を経 由するりボイラー（２０５）からの凝縮物古兵に潜熱交換を経由する。

流量制御装置（２１５および２］７）は、ＬＯＸ気化器内の炭化水素の爆発濃度 蓄積を防ぐための任意の炭化水素吸着装置（２３４，２３５）を有するポンプと して示している。また、塔（２０１）頂を還流し、塔（２０２）に中間再沸を提 供する潜熱交換器（２３１）が示されている。このフロー・シートでは、リボイ ラー（２１８）又はリボイラー（２３１）のいずれか一方を運転の重大な不利な しに省略できるが、両方は省略できない。

第３図において、構成要素３０１〜３０５，３０７〜３１３および３１５〜３１ ８は、同様に番号をつけた第１図の構成要素に対応している。僅かに異なる顕熱 交換装置が示されており、又小さな変更としては部分蒸発なしにケトル液成分を 減圧バルブ（３２０）を経由してＭＰ塔に導入することであり、これは塔（３０ ２）の頂部での幾分低い還流比を可能とする。しかしながら、大きい変更は分離 生成ＬＯｘ気化器（３２４）を装備することであり、該気化器内ではＬ　Ｐおよ びＭＰ塔（流量制御装置（３１５および３２１）を経由して）からのＬＯＸを蒸 発させる。

ＨＰ精留器（３０１）頂部蒸気はＬＯＸを蒸発させるのに使用され；このフロー ・シートでは過剰の窒素蒸気が利用され（例えば、大規模のプラント又は低温の 環境条件のどちらが必要とする冷却を減少するかにより）そして窒素はコンパン ダ−（３２２）内で膨張され、それによって残留ガス状窒素をＨＰ精留圧以上に まで圧縮し酸素放出圧力を増大させる。熱交換器（３２３）は生成酸素および圧 縮窒素間で顕熱交換し、バルブ（３２５および３２６）はＭＰ塔還流への液体窒 素流量を制御する。

前記の変更は、如何なる組合せであってもよい。酸素又は副生酸物窒素は、各々 異なった生成純度を生じるトレイ高さの１つ以上から抜き取ることができる。

潜熱交換器のいくつか、特にＬＰおよびＭＰ塔間においては、トレイ高さ、すな わち、「非断熱」又は「微分」蒸留の範囲にわたって連続して配置できる。挙照 する出願第５０１２６４号に開示されるように、たとえばＬＰ塔の窒素除去部（ 分離精留器）となるような、他の機能を果たすような付加基が存在してもよい。

同様に、参照として組み入れた、係属中の米国特許出願第５８３８１７号（ドナ ルド・シイ・エリックソン（Ｄｏｎａｌｄ　Ｃ，Ｅｒ１ｃｋｓｏｎ　）　によっ て１９８４年２月２７日出願）に開示されるように、酸素の直接的な製造用とし て約８大気圧までの超高圧精留器を存在させてもよい。

工業的実用性 ここに開示の改良は、工業的規模において１日あたりの能力が５０〜３０００） ンの酸素製造プラントとしての実用性を有する。該改良は既に記載した利点に加 え、複式空気供給圧も複式生成圧も含まず、もはや従来の複式圧力装置のように 全体の熱交換を必要とせず、通常より低い塔高で済むといった利益を有する。

第１し、゛ 第２図 第３図 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高圧（ＨＰ）精留器、中圧（ＭＰ）窒素除去塔および低圧（ＬＰ）酸素−ア ルゴン分離塔からなる三元式圧力蒸留装置から成り、該ＬＰおよびＭＰ両塔が酸 素−アルゴン・ストリッピング部を有し、かつ該ＬＰ塔供給がＭＰ塔のアルゴン ・ストリッピング部上部からのＭＰ塔液測流を抜き取る手段である高純度酸素を 製造する蒸留装置において、その改良が沸騰液と潜熱を交換するＬＰ塔内の中間 還流コンデンサー；該沸騰液をＭＰ塔の中間局さに導入する手段；およびＬＰ塔 頂から粗アルゴン液を抜き取り、これを三元式圧力蒸留装置から除去する手段か らなる高純度酸素を製造する蒸留装置。 ２．さらに該ＭＰ塔底部に空気リポイラーを包含する前記第１項の装置。 ３．さらにケトル液を前記ＬＰ塔還流コンデンサーに運搬する導管および圧力低 下装置を包含する前記第２項の装置。 ４．さらに該中間高さの液体をＭＰ塔から前記ＬＰ塔還流コンデンサーに運搬す る導管を包含する前記第２項の装置。 ５．該ＭＰ塔再沸がエアリポイラー、ＬＰ塔中間部および頂部還流コンデンサー から単独で得られるように配置した前記第４項の装置。 ６．高圧（ＨＰ）精留器内で圧縮空気を頂部液体窒素およびケトル液に精留し； 中圧（ＭＰ）窒素除去塔内で該ケトル液を頂部排出ガス状窒素、底部製品純度酸 素液および主としてアルゴン不純物を含む酸素の側流回収液に蒸留し；低圧酸素 一アルゴン分離塔内で該側流液を頂部粗アルゴンおよび底部製品純度酸素に蒸留 することからなる三元式圧力蒸留方法において、改良が、中間再沸をＭＰ塔に提 供する沸騰液と潜熱交換することによってＬＰ塔の中間高さに還流を行なうこと ；およびＬＰ塔頂から粗アルゴン溶液を抜き取り、これを三元式圧力蒸留装置か ら除去することからなることを特徴とする、空気から少なくとも９８％、好まし くは純度約９９．５％の酸素を製造する三元式圧力蒸留方法。 ７．さらに該供給空気の分縮によりＭＰ塔の再沸を行い；ＨＰ精留器頂部窒素と 潜熱交換することによりＭＰ塔底部生成液を蒸発させる前記第６項の方法。 ８．さらに該側流の流量および組成を圧縮空気１モルに対して１０〜１６モル、 アルゴン量２〜７％、窒素量０．４％以下に制御すること；および粗アルゴン濃 度を５０％以上、好ましくは８０％以上に制御する前記第７項の方法。 ９．さらに前記ＬＰ塔中間還流コンデンサー内でケトル液を沸騰させる前記第８ 項の方法。 １０．さらに前記ＬＰ塔中間還流コンデンサー内でＭｐ塔中間高さ液を沸騰させ る前記第８項の方法。 １１．さらに該粗アルゴンを蒸気として抜き取り、且つ大気圧以上に圧縮する前 記第８項の方法。 １２．さらに少なくとも該ケトル液の一部と潜熱交換することによりしＰ塔頂液 を還流し、部分蒸発した缶出液を、ＬＰ塔中間還流コンデンサーから得られた中 間再沸の高さ以上の中間高さでＭＰ塔に導入し；ＨＰ精留器頂部のガス状窒素の 一部を膨張させることによって工程に冷却を施し、ＨＰ精留圧を大気圧の４〜４ ．６倍に、ＭＰ塔は１．１〜１．７倍に、ＬＰ塔は０．６〜１．２倍に保持する 前記第８項の方法。 １３．（ａ）空気を圧縮し、洗滌し、露点近傍に冷却し、（ｂ）該空気を窒素廃 棄蒸留塔（ＭＰ塔）のリボイラー内で分縮し；（ｃ）残留した非凝縮空気を高圧 （ＨＰ）精留器に運搬し；（ｄ）前記残留空気を少なくとも頂部生成物の液体窒 素および底部生成物の酸素リッチ液（缶出液）に精留し；（ｅ）前記缶出液を少 なくとも次のステップ：（Ｉ）高圧に膨張後、直接塔に供給する；（ＩＩ）ステ ップ（ｆ）に記載されるＬＰ塔から前記ＭＰ塔に運搬する前に気化状の還流流体 と共に潜熱交換することによって少なくとも部分蒸発させる；の一方によりフィ ードとして運搬し；（ｆ）ＭＰ塔底部近傍からアルゴン不純物を包含した液体酸 素の側流を回収し、フィードとしてアルゴンー酸素蒸留塔（ＬＰ塔）に運搬し； （ｇ）前記側流を高純酸素底部生成物および粗アルゴン頂部生成物に蒸留し；（ ｈ）前記粗アルゴンを回収し；（ｉ）前記ＬＰ塔の少なくとも２つの鉛直方向空 間位置で、少なくとも２つの蒸発液と潜熱交換することにより還流し、該液体は 次の原料 （Ｉ）ＭＰ塔の中間長さ位置； （ＩＩ）ステップ（ｅ）（ＩＩ）としての缶出液；の少なくとも一方から得られ ； （ｊ）ステップ（ｉ）からの少なくとも部分蒸発した液体を前記ＭＰ塔の鉛直方 向空間位置に導入し；（ｋ）前記ＭＰおよびＬＰ塔からの底部生成物を蒸発させ 結果的に生じるガス状の高純度酸素を回収することからなることを特徴とする空 気から高純度酸素および粗アルゴンを得る方法。 １４．ＬＰ塔頂部還流が蒸発によるケトル液であり、ＬＰ塔中間還流がＬＰ塔蒸 気とＭＰ塔中間位置液との潜熱交換による前記第１３項の方法。 １５．さらにＨＰ精留器頂部窒素を圧縮し、これを前記ＬＰおよびＭＰ液底部生 成物に対して凝縮させる前記第１３項の方法。 １６，（ａ）高圧精留器；（ｂ）底部にアルゴン回収部を有し、該アルゴン・ス トリッピング部上部に側流液回収点を有する中圧窒素除去塔；（ｃ）ＭＰ塔に中 間再沸を供給する中間還流コンデンサーを有する低圧アルゴン−酸素蒸留塔；お よび（ｄ）粗アルゴンをＬＰ塔頂から回収し、三元式圧力蒸留装置から除去する 導管からなることを特徴とする空気を少なくとも純度９８％の酸素に蒸留する三 元式圧力装置。 １７．さらに該ＭＰ塔に空気リポイラーを包含する前記第１６項の装置。 １８．さらに該ＬＰおよびＭＰ塔からＬＯＸ底部生成物を沸騰させる気化器、お よび圧縮されたＨＰ精留器窒素を気化器に供給するコンパンダーからなる前記第 １７項の装置。 １９．さらに該ＨＰ精留器頂部窒素とＭＰおよびＬＰ塔の底部液の間で潜熱交換 することによって、ＨＰ精留器およびＭＰ塔の還流用の液体窒素を実質上すべて 供給する前記第１３項の方法。 ２０．さらに該粗アルゴンを液体として回収し、所望の放出圧力で注入し、蒸発 させる前記第１３項の方法。