JPS62502701A - 空気蒸留による増加したアルゴンの回収 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 空気蒸留による増加したアルゴンの回収（技術分野） 本発明は空気から少なくとも高純度の酵素（純度約９９．５％またはそれ以上） および共生酸物のｍ製アルゴン（純度８０〜９９％）を分離する方法およびその ｒ二めの装置に関する。本発明は、これまで可能であったよりも実質的に多量の 粗製アルゴン留分を、多くともほんのわずかな量で派生する増加エネルギーの損 失で回収することができる。アルゴンは鉄鋼、溶接および他の不活性雰囲気用途 に有用である。

（技術的背景） 低温蒸留により高純度酸素に加え、共生酸物粗製アルゴンを生成するための代表 的な近年における試みは、例えばアール・イー・ラチマー〔ディスチレーション ・オブ・ケミカル・エンジニアリング・プログレス（Ｒ、Ｅ、　Ｌａｔｉｍｅｒ 、　ＤｉｓＨｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｉｒ、　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｔｎ ｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ）　６３巻２号１９６７年２月アメリカン・イ ンステイチュート・才プ・ケミカル・エンジニアリング発行〕によって示されて いる。他の例は米国特許第４４３３９９９０号、第３７５１９３４号および第３ ７２９９４３号からみることができる。

通常見られる蒸留カラムの形態は熱交換関係にある下部カラムと上部カラム、す なわち「二重圧」カラム、および該上部カラムの中間的な高さに直接連結される 粗製アルゴン補助カラムからなる。機能的には、下部カラムは冷却、清浄化され 約６ＡＴＡに加圧された供給空気をその基部で受け取る精留カラムである。上部 精留化生成物である窒素が凝縮するのに対し、約１．５ＡＴＡの基部圧を有する 上部または低圧力ラムの酸素低部生成物が沸騰する。かかるＬＰ（低圧）カラム は異なる機能を達成する３つのセクションを有する。低部セクションは酸素生成 物からアルゴンを除去して該生成物の純度を達成する。このセクションの上方で は該カラムは２つのセクションに分けられている。１つのセクションはＨＰ（高 圧）精留器の低部から得られる部分的に蒸発したがま液を供給物として受け取り 、その液体から上方に窒素を蒸留または除去し、はぼ純粋な酸素−アルゴン混合 液を残し、これはアルゴン・ストリッピングセクション内に落下する。第２頂部 セクションはアルゴン・精留セクションであって、ここでは、３つのセクション の共通の連結ポイントからそこに入る再沸騰留分が粗製アルゴンに上方に精留さ れ、加えて、はぼ純粋な酸素−アルゴン混合液に精留され、これはまたアルゴン ・ストリッピングセクション内に落下する。すなわち、アルゴン・ストリッピン グセクションを介し移動する蒸気は２つの流れに分離し、一方は上方の窒素・除 去セクションにつながり、他方はアルゴン・精留セクションを上昇（再沸騰）す る。同様に、後者２つのセクションを介し下降移動する液体は共通の連結ポイン トで合され、合された液体流は、全てアルゴン・ストリッピングセクションを介 して下降し、遺留が継続される。

アルゴン・ストリッピングセクションの上部は通常少なくとも一部のがま液との 間接的な潜熱交換により冷却（還流）され、得られる少なくとも部分的に蒸発し たがま液は窒素・除去セクションに供給される。窒素・除去セクションは通常Ｈ Ｐ精留化上部生成物の液体窒素（ＬＮｇ）を窒素・除去セクションの頂部内に直 接注入することにより還流される。

上記形態による回収可能な粗製アルゴン量を制限する問題は以下のとおりである 。ＬＰカラムの２つの頂部セクションの相対的再沸騰物比率がアルゴン回収の一 次的決定要因である。約１０％のアルゴンが酸素生成物中の不純物として現われ 、残りは窒素・除去セクションの上部生成物とアルゴン・精留セクションの上部 生成物の間に、各セクションの再沸騰物量にほぼ比例して分割される。これら２ つのセクションに入る混合再沸騰物は、所定の量、すなわち、アルゴン・ストリ ッピングセクションを上昇する量である。窒素・除去セクションは、再沸、＠物 が奪い取られることなくその供給地点に達するのに必要な最少量の再沸騰物を有 する。より多量の酸素が供給プレートまたはトレイ上に存在すれば、必要な再沸 騰物量がより少なくなる。これが、アルゴン精留器還流液のためにがま液全体を 蒸発させる設計が該がま液の一部のみ蒸発させる設計よ、りもより効率的な理由 である。全体的に蒸発した供給物は部分的に蒸発した供給物よりも多量の０．含 量を有する１・１ノイにおいて導入される。

窒素・除去セクションでは再沸騰物の必要量が最少で、かつ利用される再沸騰物 の全量が固定されているので、これに対応して、アルゴン精留器では利用される 再沸騰物の最大量が存在する。アルゴン回収を増加させるには、窒素・除去セク ションの再沸騰物をその最少許容量以下に低下させ、かつアルゴン精留器の再沸 騰物をその最大許容量以上に増加させる必要がある。これは現在の設計では不可 能である。

１つの先行技術の文献、米国特許第３７２９９４３号において、アルゴン回収の 若干の増加か、アルゴン・ストリッピングセクションだけを介する再沸騰物の増 加により達成されている。これは潜熱交換器をＬＰカラムの３つのセクションの 間の共通の連結地点に定位さ什、ＬＮ、またはＬ　ＯＸをその熱交換器中で蒸発 させるごとによってなされている。

アルゴン・ストリッピングセクションを介する再沸騰物の増加により、より高い ０２純度が得られる（同じ数のトレイ／向流接触ステージ／理論的プレート（理 論段）の形態をとる）。したがって、１０％までの少量のアルゴンが０．生成物 と共に排出される。しかしながら、節約したアルゴンは、未だなお同じ割合で窒 素・除去セクションとアルゴン・精留セクションの間に分割されるので、その一 部だけが実際に回収される。これはこれら２つのセクションを介する再沸騰物の 比率が変化しないからである。潜熱交換器が物理的にアルゴン精留器の底部に位 置したとし７ても、該アルゴン精留器の全てのトレイが潜熱交換器の上方に存在 するので、該潜熱交換器により、アルゴン精留器の向流接触部分のいずれかを介 する付加的な再沸騰物は全く起こらない。

前記開示において、Ｌ　Ｎ　ｔが蒸発した場合、その蒸気は膨張して必要なプロ セスの冷却を生み出す仕事を行なう。この蒸気はＨＰ精留器上部蒸気よりも実質 的に低い圧力、例えば６ＡＴＡに対し４．５ＡＴＡで存在する。したがって、比 例したより大きな量で所定の必要な冷却を生み出すために膨張しなければならな い。近代的なロックスポイル（Ｌ　Ｏ，ＸＢＯＩＬ）プラントにおいて、これは ０３回収に対し悪影響を示すが、ロックスポイル・プラントでは生成物酸素を潜 熱交換により蒸発するのに対し、ＨＰ精留器の上部ガス（代表的には９９％純度 のＮ、）を縮合する代わりに空気を縮合する。これは実質的に生成物酸素の放出 圧を増加させるが、窒素・除去セクションおよびＨＰ精留器を還流させるのに利 用されるＬ　Ｎ　ｔの量を実質的に低下させ、したがって、これら２つの上部生 成物の０．を精留する能力を低下さ仕る。ロックスポイル・プラントは約９７％ の酸素を生成物として回収できるが、わずか８〜１０％の供給ガスしか膨張して 仕事をせず、またいずれかの付加的な膨張仕事により達成可能なＯ，回収が減少 する。しｆこがって、ロックスポイルに関する先行技術の開示では若干の付加的 なアルゴン回収が得られるが、酸素生成物回収の減少の損失が伴う。

先行技術開示のＬＮ、蒸発器が存在しない場合でも、アルゴン回収増加の試みが ロックスポイル・プラントの０７回収に対し悪影響を与える別の理由が存在する 。アルゴン回収率を増加させるにつれて（アルゴン純度は一定に保持）、２つの 異なる付加的効果が存在し、両者はアルゴン・精留セクションの再沸騰比率の増 加を必要とする。まず、固定カラムＬ／Ｖにおけるより多量の物質流出頂部（上 部生成物）はＶの直線的に比例する増加を必要としうる（再沸騰）。しかし、さ らに重要なことは、アルゴン回収の増加につれて３つのＬＰカラムセクションの 間の共通の連結地点におけるアルゴン濃度が減少する。約６０％の回収率を示す 最も近代的なプラントについて、その濃度は約９または１０％アルゴンである。

Ｏ１回収については、全ての該アルゴンを窒素・除去セクション中を上昇させる にはそれを約１７％に増加させねばならない。完全な回収力く可能な場合、それ は約４％に減少する。アルゴン回収を増加させるにつれて、その６度は相対的に 減少し、アルゴン・精留セクションに対する供給蒸気はマツクケーブ・シーレ・ ダイアグラムの平衡線の下部に位置し、それ故Ｌ／Ｖの減少が実際に必要であり 、したがってさらに再沸騰物および還流物の両方の増加が必要である。

再沸騰物および還流物を増加させるという２つの要求条件を用いる場合、より多 量のがま液を蒸発させて還流物を供給しなければならず、その極限では全てが蒸 発される。しかし、これは窒素・除去セクション供給点を該平衡線の実質的に下 方向に、該窒素・除去セクションに利用可能な還流物による上部窒素からの十分 な酸素精留がもはや不可能でしたがってＯ３回収が損なわれる程度まで移動させ る。

前記したことから、この技術分野に存在する要請および本発明の１つの目的が酸 素回収量、純度または放出圧を減少させることなく、また必要な投入エネルギー を増加させることなくアルゴン回収の増加手段を提供することにあることがわか る。特に、該目的はＯ７回収量を減少させることなく現在可能な量と比較してア ルゴン精留器再沸騰物を増加させることおよび窒素・除去セクション再沸騰物を 減少させること＋ＬＮ２減圧によるアルゴン・ストリッパーを介する再沸騰物の 増加から得られる増加したアルゴンのより多量な留分を回収するごと：および池 の目的前記目的は、アルゴン・精留セクションの中間的な高さから窒素・除去セ クションの中間的な高さに潜熱交換を行なう方法または装置を提供すること、ま たは少なくとも２枚、好ましくは５枚以上の理論的プレート（理論段）をその底 部上方に有するアルゴン・精留セクションの中間的な高さでＴ−Ｎ　２を蒸発さ せ、得られる蒸発したＮ、を冷却仕事を生み出すように膨張させるような潜熱交 換器を提供することによって達成される。

前記手段のいずれかを単独で用いることによりアルゴン回収率を増加させること ができ、また前記手段を一緒に用いることにより現在可能なものよりもアルゴン 回収率をさらに増加させる協働的効果を得ることができる。窒素・除去セクショ ンに対するアルゴン精留器からの潜熱交換は０、回収に対し悪影響を与えない。

かかるＬ　Ｎ　を蒸発潜熱交換器が０２回収率に悪影響を与えないことを確実に するにめには、窒素含有ガスを中間的な圧に膨張さ什て仕事を行なわＨ−（部分 的な膨張）、ついて窒素・除去セクションの中間的液体に抗して縮合させ、それ によりそのセクションに中間的再沸騰物を供給し、得られる液化窒素含有ガスを 窒素・除去セクション内にその遺留物として注入させるような、部分的膨張冷凍 用の手段を組み込むことが望ましい。

図面の簡単な説明 第１図はアルゴン精留器と窒素・除去セクションの間の潜熱交換器を、補助アル ゴンザイドアーム（すなわち、アルゴン精留器）を有する通常のロックスポイル ニ重圧空気分離装置と組み合わせたものを示す。

第２図は同様な工程系統図にＴ、Ｎ２蒸発熱交換器、仕事膨張器および部分的膨 張冷凍膨張器、および潜熱交換器を付加的に組み込んだものを示す。

本発明の実施に最も好ましい態様 第１図に関し、約６．３ＡＴＡに圧縮し、＋（２０およびＣｏ２を清浄化した空 気を主熱交換器１中でほぼその露点まで冷却し、ついでロックスポイル蒸発器２ 内に導入し、そこで部分的に凝縮させる。未凝縮部分をＴ−Ｉ　Ｐ精留器３に供 給し、これを低圧力ラム５の底部に配置された潜熱交換器４で還流させる。ＬＰ カラムは３つのセクション：アルゴンストリッパー６、アルゴン精留器７および 窒素・除去セクション８を備え、これら３つは全て共通の連結地点５を有する。

液体Ｎ２上部生成物は３から顕熱交換器９および減圧バルブ１０を介し窒素・除 去セクション８の上部内にその還流物として送られる。これは所望により相分離 器１１を介してもよい。また、ＨＰ精留器３およびＬＯＸ蒸発器２の酸素豊富液 体底部生成物（がま液）を冷却し、ついでバルブ１２および１３で減圧させ、窒 素・除去セクション８に供給する。

少なくとも一部の該がま液を、まず、潜熱交換器１４中で蒸発させ、これをアル ゴン精留器７に還流さ仕てもよい。粗製アルゴンはそのカラムから上方に引き抜 かれる。それは液体または気体として引き抜いてもよい。いずれの場合において ら該アルゴンは通常加圧して付加的な精製に付す。

冷却／冷凍処理は、ＨＰ精留器３上部窒素の一部を気相として引き抜き、そイー を部分的に主熱交換器Ｉの複合体中で温め、これを膨張２；１５で膨張させて仕 事を行い、ついで該主熱交換器を介し排出させることによって行うことができる 。別法として、当該分野で知られているように、供給空気の一部を部分的に冷却 し、ついてＬＰカラム圧に膨張させて仕事をさせ、窒素・除去セクションの液相 かま液が導入されるあたりの高さに供給してもよい。アルゴンストリッパーの高 純度液体酸素底部生成物を約１．５〜約２ＡＴＡに加圧し、ＬＯＸガス化装置２ 中で蒸発させる。圧力増加はポンプ１７を介するが、または高さが適当な場合に は単に大気脚で達成することができ、この場合１７においてはリバース・フロー および／または炭化水素浄化用の吸着剤を予め含有する手段とすることができる 。

第１図の新規な点は、特にその相互に連結される位置が２つのカラムセクション の中間的な高さである潜熱交換器１６からなることである。

「中間的な高さ」なる語は該高さの上方および下方の両方で向流銀−液接触の１ つ以上の理論的ステージ（理論段）が存在することを意味する。潜熱交換器１６ はアルゴン精留器７の中間的な高さの蒸気を受け取り、少なくともその一部を液 化し、該液体をアルゴン精留器７の中間的な高さに返還し、それによってアルゴ ン精留器に中間的還流物が供給される。

同時に、潜熱交換器は窒素・除去セクション８の中間的液体を受け取り、少なく ともそれを部分的に蒸発させ、該蒸気を窒素・除去セクションの中間的な高さに 返還し、それによってそのセクションに対し中間的再沸騰物が供給される。窒素 ・除去セクションの中間的な高さはかま液が導入される高さよりも下方であるこ とが好ましい。

潜熱交換器１６はセクション８内に物理的に位置するように示されているが、セ クション７内にまたは両方のセクションに対し外部的に位置することができると 認識することができる。必須要件的位置は供給源およびそれが供給された２つの 流体の返却地点の位置のみであり、これは開示された各中間的な高ざとしなけれ ばらない。一般に、アルゴン精留器の中間的な高さは、好ましくは該低部−Ｌ方 に少なくとも２以上、より好ましくは５〜１５のステージが存在する。

潜熱交換器１６によってより多量のアルゴン回収が可能となる理由はつぎによう に簡単に説明することができる。熱交換器１４の供給物が導入されるセクション ８の通常のピンチポイントおいて、セクション７゜セクション８の相対的な再沸 騰物比率は先行技術の形態とほぼ同じである。しかしながら、これらの両方のセ クションの下方、すなわち熱交換器１６よりも下方において、通常はセクション ８を上昇する再沸騰物の一部をセクション７に迂回させ、セクション８の熱交換 器１６まては返還させない。したがって、地点５からセクション７上方の再沸騰 物の増加およびセクション８上方の再沸騰物の減少の目的が達成される。同時に 、セクション８に対する供給物および還流物流の変化がごく少量であるので、酸 素回収は悪化しない。

第２図において、第１図と同じ数字を有する構成部分は同様なまたは同一の機能 を有する。ＬＯＸ蒸発器Ｉ８は前記したもの、すなわち供給空気の一部だけがそ こに供給される２とは異なり、これは２における分縮とは反対に全縮される。こ れは達成可能なＬＯＸ蒸発圧をいくらか低下させるが、減圧バルブ２０を介する 窒素・除去セクション８、および流れを一方向に誘導するための手段１９（すな わちポンプまたはバルブ）を介するＨＰ精留器３のいずれかまたは両方に対し、 中間的還流物として使用できる液体空気供給源（酸素２１％）を提供する。この 中間的還ゐＷ、用いる場合、やや少量の液体窒素が酸素回収を完全にするために 必要である。

第２図において、液体窒素の一部はバルブ２２を介して減圧され、潜熱交換器２ １内に導入されるが、これはアルゴン精留器７の中間的な高さに位置する。熱交 換器２１の中間的な高さは、図示するように熱交換器１６の中間的な高さと同じ である必要は全くないが、それでもよい。

熱交換器２１の減圧した窒素蒸気を部分的に温め、ついで排出前に膨張器２３で 膨張させて仕事を行う。

その位置で熱交換器２１を用いた場合、ＨＰ精留器３から上方に予め引き抜かれ た蒸気はアルゴンストリッパー６の上方およびアルゴン精留器７の下部の上方に 移動し、したがってこれら両方の構成部分を介する再沸騰物がセクション８上方 の再沸騰物のいずれの変化をもたらすことなく増加する。これにより、アルゴン 回収の増加が可能となり、また高純度の酸素および／またはより少ないストリッ ピングのステージが可能となる。また、それは後の回収のためにセクション７上 方に移動する地点５に存在するアルゴンの割合を増加させる。

増加したアルゴン回収には熱交換器１４がらの増加した還流を必要としてもよい が、これは酸素回収に悪影響を与えうる。また、より多量の窒素流が膨張器１５ に対してよりも膨張器２３に対し必要な場合、それは酸素回収を減少させうる。

これらの効果を解消するために、供給空気の一部を膨張器２４の中間的圧力に膨 張させて仕事を行わせ、ついで潜熱交換器２５で蒸発させ、これにより窒素・除 去七′ノション８に中間的再沸騰物が提供される。ついで、液体空気をバルブ２ ６を介し減圧させ、中間的還流物としてセクション８に供給する。そこに供給さ れる該空気をはじめに膨張器２３で駆動された圧縮器２７でさらに圧縮すれば、 よ付加的な入力はこれらの付加的な冷凍出力のために全く必要がない。

構成部分２４．２５．２６および２７は所望の構成部分であり、省略してもよい ことが強調される。特に、大規模プラントについて、相対的により弱い冷凍が必 要な場合、完全な酸素回収はそれらが存在しなくても得ることができる。他方、 それにもかかわらず、それらは望ましい。

なぜなら、少量の液体生成を可能としたり主熱交換器の寸法および価格を減少さ 仕るような他の望ましい使用に付加的な冷凍を加えることができるからでめる。

供給空気の一部を用い構成部分２４．２５および２６によって得られるのと同じ 有用な効果は、またＨＰ精留器３の上部からの窒素または熱交換器２１から排出 された窒素を用いて達成することができる。窒素は空気の代わりに膨張器２４て 膨張して仕事し、ついで熱交換器２５で縮合される。得られた液体窒素をバルブ ２６で減圧し、中間的な高さの代わりに窒素・除去セクション８の頂部内に注入 する。窒素含有ガスの異なる供給位置および得られた液体の異なる還流物性入位 置以外、ただ１つの実質的な差異は窒素が、空気が所望の凝縮温度を達成するほ どには減圧できないことである。

いくつかの変形例または前記した特徴点の他の可能な組み合わせも当業者に明白 である。種々の開示した特徴点は単独または組み合わせることにより低い純度並 びに９９．５十％の酸素の製造に有用である。３つの潜熱交換器１６．２１およ び２５は単独または供給空気の分縮または全縮のいずれかに基づくロックスポイ ルプラントとの組み合わせにより、あるいはＬＰカラム底にお１プる直接的ガス 化手段や米国特許第４４３３９８９号実施例開示のポンプＬＯＸ変形例のような 液体酸素ガス化の他の手段を有するブランＩ・との組み合わせで使用することが できる。

洗浄および乾燥手段はモレキュラーンーブ（好ましい態様）のようなフロント・ エンド処理、またはりパージング・エクスチェンジャー、リジエネレイター等の 他の通常のまたは適当な手段とすることができる。

いくつかの生成物、種々の純度の酸素、窒素共生酸物、液体等を引き抜くことが できる。顕熱交換器の他の形態または配置を使用することができる。単独で示し た構成部分は複式の装置とすることができる。アルゴンガスを引き抜く場合、そ れは冷却ボックスの内側または外側の圧力で増加させることができる。カラムま たは熱交換器の物理的形態は概略を図示した機能的形態とは全く異なるものとす ることができる。

両図面はかま液の一部を蒸発させて上部還流物をアルゴン精留器に供給すること を示しているが、また、その還流物を提供する潜熱交換器に窒素・除去セクショ ンからの中間的液体を、アルゴン精留器への中間的還流物の供給高さよりらやや 高い高さから供給できることを認めることができる。

液体窒素か供給されるものとして前記したアルゴン精留器・中間的還流器２１に 、別法として液体空気、たとえば全縮・ＬＯＸ蒸発器１８がらその一部を供給す ることができる。その場合、その後蒸発した空気は膨張後に窒素・除去セクショ ンに供給される。この別法は、一般に液体窒素の蒸発はどには有利ではない。な ぜなら、所定の蒸発温度について、３つのＬＰカラムセクションの間の共通の連 結地点に液体窒素・潜熱交換器を位置させることを開示している先行技術と比較 すると、本発明の開示によれば、ごく僅かの損失のみでより多量のアルゴン回収 が可能である。潜熱交換器をアルゴン精留器上方の少なくとも２つのトレイ（好 ましくは、アルゴン濃度が１５〜５０％）に位置させることは、蒸発し−た窒素 圧を多くとも０．１〜０．２ＡＴＡまで減少させる。

前記した種々の新規な潜熱交換器および中間的な高さは単一のトレイ、プレート またはステージに制限される必要はないことが強調される。それらは、先行技術 開示の非断熱または「微分的」蒸留、例えば米国特許第３５０８４１２号開示の ものを用い、いくつかの、たとえば５または１０あるいはそれ以上のトレイ高さ を越えて伸張することができる。

開示した本発明の一興体例の数字で示した実施例として、以下の操作条件により 第１図と同様な工程系統図において全縮・ＬＯＸ蒸発器（すなわち、２の代わり の構成部分１８）を用い達成した結果が得られる。

１０００ｇ−モル７秒（ｒｉＪ）ノ空気を約６．３ＡＴＡｌ：圧縮し、８７（Ｌ ｘを１０１におよび６ＡＴＡに洗浄、冷却する。２８３ｍを全縮・Ｌ　ＯＸ蒸発 器に送り、２０３１の酸素およびｌｘのアルゴン混合物（９９，５→％純度の酸 素）を２．ＩＡ、ＴＡおよび９８にで生成する。１３０ｒＩの空気を１７０にお よび６．１Ａ’ｌ−Ａから１．４ＡＴＡおよび１１９ｋに膨張ざ什、窒素・除去 セクションに供給する。残りの空気、５８７ｊ＋をＨＰ精留器３の基部内に供給 し、２つの液体に精留する。上部生成物、３２３ｇの液体窒素（約９８．４％純 度）を窒素・除去セクションの頂部に還流物として送る。低部生成物、４６２１ の酸素３４．６％含有かま液を分離して、１９９Ｍをバルブ１２を介し窒素・除 去セクションに直接供給し、２６３々を上部潜熱交換器１４に供給する。ＬＯＸ 蒸発器１８の該２８３ｍの液体空気も同様に分離して、１９８ｍをＨＰ精留器３ の中間的な高さに供給し、残りの８５ｉを窒素・除去セクション８にその中間的 還流物として供給する。３００．５ｍのアルゴン６．６％含有酸素−アルゴン蒸 気をアルゴン精留器７の基部内に供給し、２９３．９ｚの液体を４゜７％アルゴ ン濃度で返還する。総アルゴン上部生成物は６．６ｍで９６％の純度である。蒸 気の約３１％がアルゴンであって約１／３の再沸騰物がそのアルゴン精留器を上 昇するアルゴン精留器の低部上方の１０のトレイを窒素・除去セクションに、中 間的潜熱交換器１６によって移動される。１次の酸素生成物を液体として引き抜 いて炭化水素の蓄積を防止し、１．２５ＡＴＡ圧である窒素・除去セクション８ の上部から残りの７８８ｍの廃窒素を引き抜く。

前記したような同じ酸素純度、回収率および放出圧を生成するように設計した従 来からの全縮ロックスポイル工程系統図については、アルゴン回収は５．８ｍだ けであって、また６８％以上に対し約６０％の回収率であった。

「潜熱交換器」なる語は単に一次熱源を移動さけることを意味し、顕熱のような 他の供給源の存在を含むものではない。

前記で開示したように、本発明開示の１つの可能な具体例では上部還流物の単一 のアルゴン精留器だけが存在し、その還流はアルゴン精留器・上部蒸気と窒素・ 除去セクション中間的液体の間で直接交換される潜熱により得られる。その具体 例において、新規な点は該方法にさらに以下のことを含めた点に存在する。（ａ ）約５〜１５％の供給空気または相当する量のＨＰ精留器上部蒸気をほぼＬＰカ ラム圧に膨張させる冷却仕事・膨張器、（ｂ）液体酸素ＬＰカラム低部生成物を ＬＰカラム低部圧以上に加圧し、それを、全縮供給空気の少量の留分との潜熱交 換により蒸発させるための手段、および（Ｃ）液体空気を２つの流れに分割し、 各流れを用いてＨＰ精留器および窒素・除去セクションの両方の中間的な高さに 還流させるための手段。前記で開示したように、工程または装置の組み合わせに よって、まず第１に、先行技術において注目されるような不十分な液体窒素還流 物に付随する回収の問題を被ることなく　Ｌ　Ｐカラム圧以」二の圧力で酸素を 発生さけることができる。前記具体例を示す工程系統図は、構成部分１３．１４ およびアルゴン精留器７の頂部半分を削除し、第２図のロックスポイラ−１８、 およびバルブ１９および２０を第り図のロックスポイラ−２と置換すれば、第１ 図と非常に類似したものとなる。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．高圧の精留器と、アルゴン・ストリッピングセクション、窒素・除去セクシ ョンおよびアルゴン・精留セクションを有する低圧のカラムを備えた蒸留装置中 で冷却、清浄化空気を蒸留することにより高純度の酸素および副産物のアルゴン を製造するにあたり、該アルゴン・精留セクションと該窒素・除去セクションの 間で潜熱交換を行うことにより、前者に中間的還流物が供給されかつ後者の中間 的な高さに中間的再沸騰物が供給されるようにしたことを特徴とする高純度の酸 素および副産物のアルゴンの製法。
2. ２．さらに、少なくとも一部の高圧（ＨＰ）精留器・低部生成物から得られた供 給流体を窒素・除去セクションに該再沸騰物の中間的な高さよりも上方の高さで 供給する特許請求の範囲第１項記載の製法。
3. ３．さらに、ＨＰ精留器の液体窒素上部生成物を部分的に減圧し、該部分的減圧 ・液体窒素（ＬＮ２）との潜熱交換により得られた凝縮物を用いて低圧カラムの 少なくとも一部のアルゴン・ストリッピングセクションを還流し、得られた部分 的減圧窒素ガスを膨張させて仕事を行なわせることを特徴とする特許請求の範囲 第１項記載の製法。
4. ４．さらに、該アルゴン・精留セクションの中間的な高さから減圧窒素との潜熱 交換の蒸気を得、該凝縮物を該アルゴン・精留セクションの中間的な高さに返還 し、それにより付加的な再沸騰物および還流物を該アルゴン・精留セクションの 下部域を通過させる特許請求の範囲第３項記載の製法。
5. ５．さらに、加圧空気流を部分的に膨張させて仕事を行い、該部分的仕事膨張し た空気流をＬＰカラムから蒸発する液体との潜熱交換により凝縮させ、得られた 凝縮物を窒素・除去セクションに還流物として供給する特許請求の範囲第１項記 載の製法。
6. ６．さらに、冷凍仕事が少なくとも一部の供給空気および高圧精留器の少なくと も一部の蒸気を膨張させることによって提供され、全縮供給空気の少量の留分と の潜熱交換により加圧アルゴンストリッパー・液体酸素低部生成物を蒸発させる 特許請求の範囲第２項記載の製法。
7. ７．さらに、該凝縮空気を２つの流れに分け、それらを、各々ＨＰ精留器および 窒素・除去セクションの中間的な高さ内にそれらの中間的還流物として注入する 特許請求の範囲第６項記載の製法。
8. ８．高圧の精留器と、アルゴン・ストリッピングセクション、窒素・除去セクシ ョンおよびアルゴン・精留セクションを有する低圧のカラムを備えた二重圧蒸留 装置中で高純度の酸素および共生成物のアルゴンを生成するために空気を蒸留す るにあたり、（ａ）該アルゴン精留器の上部蒸気を窒素・除去セクションの中間 的な高さ液体と潜熱交換させることにより該アルゴン精留器の上部を還流させ、 （ｂ）該供給空気の一部を膨張させることにより冷却の仕事を行い、（ｃ）全縮 供給空気の少量の留分との潜熱交換によりアルゴンストリッパーの液体酸素低部 生成物を該アルゴンストリッパーの低部圧よりも高い圧力で蒸発させ、 （ｄ）得られ液体空気を２つの流れに分け、各々をＨＰ精留器および窒素・除去 セクションの中間的な高さにそれらの中間的還流物として供給することを特徴と する空気の蒸留法。
9. ９．さらに、ＬＰカラムに中間的再沸騰物が供給されるようにＨＰ精留器の部分 的仕事膨張・窒素含有ガス流を凝縮させ、得られた凝縮物を用いて該ＬＰカラム を還流する特許請求の範囲第３項記載の製法。
10. １０．高純度酸素および副生物アルゴン製造用の低温空気蒸留装置であって、高 圧の精留器と、アルゴン・ストリッピングセクション、窒素除去セクションおよ びアルゴン・精留セクションを有する低圧のカラムを備えた、かつ該アルゴン・ 精留セクションの中間的な高さから該窒素・除去セクションの中間的な高さに潜 熱を熱交換させるための手段を備えることを特徴とする低温空気蒸留装置。
11. １１．さらに、ＨＰ精留器の部分的減圧液体上部生成物とＬＰカラムの中間的な 高さの蒸気との間で潜熱を熱交換させるための手段、および得られた蒸発した液 体を膨張させて仕事を行わせるための手段を備えることを特徴とする特許請求の 範囲第１０項記載の装置。
12. １２．高圧の精留器と、アルゴン・ストリッピングセクション、窒素・除去セク ションおよびアルゴン・精留セクションを有する低圧のカラムとからなる蒸留装 置中で空気を蒸留することにより高純度の酸素および副産物のアルゴンを製造す るにあたり、（ａ）ＨＰ精留器上部の液体窒素を部分的に膨張させ、（ｂ）部分 的膨張した液体窒素をアルゴン・精留セクションの中間的な高さの蒸気との潜熱 交換により蒸発させ、（ｃ）該アルゴン精留器に液化した中間的な高さの蒸気を 還流させ、ついで （ｄ）蒸発・部分的膨張した窒素を膨張させて仕事を行わせることを特徴とする 空気の蒸留法。
13. １３．さらに、アルゴン・精留セクションの中間的な高さが、該セクションの低 部上方に少なくとも２つの理論的ステージ（理論段）に位置する特許請求の範囲 第１２項記載の蒸留法。
14. １４．さらに、実質的に全ての液体高純度酸素低部生成物を、冷却、清浄化供給 空気留分との潜熱交換および該空気留分の凝縮により低圧カラムから該低圧カラ ムの低部圧よりも高い圧力で蒸発させ、少なくとも一部の得られた凝縮空気を窒 素・除去セクションの中間的な高さ内にそれらの中間的還流物として注入する特 許請求の範囲第１２項記載の蒸留法。
15. １５．さらに、少なくとも一部の液体高純度酸素底部生成物を、冷却、清浄化分 縮供給空気の少なくとも主要な留分との潜熱交換により低圧カラムから該低圧カ ラムの底部圧よりも高い圧力で蒸発させる特許請求の範囲第１２項記載の蒸留法 。
16. １６．さらに、前記第１中間的な高さと同じであってもよいアルゴン精留セクシ ョンの第２中間的な高さと、窒素・除去セクションの中間的な高さとの間で別の 潜熱交換を行い、それによって窒素・除去セクションに中間的再沸騰物が供給さ れ、かつアルゴン・精留セクションに中間的還流物の第２供給源が供給される特 許請求の範囲第１２項記載の蒸留法。
17. １７．さらに、高圧精留器の加圧窒素含有ガス流を部分的に膨張させて仕事を行 い、該部分的膨張した流れを窒素・除去セクションから蒸発する中間的な高さ液 体との潜熱交換により凝縮させ、得られた凝縮物を窒素・除去セクション内にそ れらの還流物として直接注入する特許請求の範囲第１２項記載の蒸留法。
18. １８．窒素・除去セクションおよびアルゴン・精留セクションを有する低圧のカ ラムを備えた酸素およびアルゴン製造用の装置であって、窒素・除去セクション の中間的な高さの流体を蒸発させると共にアルゴン・精留セクションの中間的な 高さの流体を凝縮させるための少なくとも１つの潜熱交換機、 アルゴン精留器の中間的な高さ流体を凝縮させると共に窒素含有液体を中間的圧 力に蒸発させる潜熱交換機、および中間的圧力蒸気用の仕事膨張機からなるアル ゴン回収を増加させるための手段を備えることを特徴とする低温空気蒸留装置。
19. １９．さらに、凝縮する窒素含有ガスにより窒素・除去セクションに中間的再沸 騰物を供給するための潜熱交換機および該窒素含有ガスを排出させるための膨張 機を備える特許請求の範囲第１８項記載の装置。
20. ２０．さらに、該凝縮した空気の第２部分をＨＰ精留器の中間的な高さ内にそれ らの中間的還流物として注入する特許請求の範囲第１４項記載の蒸留法。