JPS63187088A - 空気分離方法および同方法を実施するためのプラント - Google Patents

空気分離方法および同方法を実施するためのプラント

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JPS63187088A
JPS63187088A JP62295910A JP29591087A JPS63187088A JP S63187088 A JPS63187088 A JP S63187088A JP 62295910 A JP62295910 A JP 62295910A JP 29591087 A JP29591087 A JP 29591087A JP S63187088 A JPS63187088 A JP S63187088A
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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】 本発明は空気を分離する方法とプラントに関する。
空気分離は周知の営利的プロセスであり、その主要産出
物である酸素、窒素およびアルゴンは産業界で広範囲に
用いられている。産出物を１日に１００トンより多く生
産できる空気分離プラントは一般に、空気を極低温にお
いて分離する精留塔を用いている。このようなプラント
のある種類では、アルゴンと気体酸素産出物を生産し、
気体窒素産出物と液体窒素産出物の一方または両方も任
意に生産する。このようなプラント？用いて、空気から
酸素とアルゴンとを分離する慣習的な方法は次の工程： （ａ）極低温蒸留による空気の分離に適し、たレベルに
空気の温度を下げろために、少なくとも１つの主熱交換
器に圧縮空気を通す； ｆｂｌ　　このように温度を下げた空気ぞ高圧塔と、低
圧塔と、高圧塔へは還流を生じ、低圧塔へは再沸を生ず
る凝縮器−リボイラとから成る２部式精留塔の高圧塔に
通す； （ｃｌ　　高圧塔内の空気を酸素含量の多い液体留分と
酸素含量の少ない留分とに分離する； （ｄｌ　　前記凝縮器−リボイラ内で前記酸素含量の少
ない蒸気留分を凝縮し、凝縮蒸気の一部を高圧塔への還
流として用い、凝縮蒸気の残ｍｙ回収する；（ｅｌ　　
高圧塔から酸素含量の少ない液体を取り出し、過冷却し
、過冷却液体を低圧塔への還流として用いる； ば）高圧塔から酸素含量の多い液体を取り出し７、過冷
却し、過冷却液体を窒素蒸気留分と液体酸素留分とに分
離する； （ｇｌ　　低圧塔からアルゴン含量の比較的多い流れを
取り出し、これを低圧塔への供給管よりも上流で前記酸
素含量の多い液体によって冷却される凝縮器に連通ずる
第２精留塔内でアルゴン含量の多い留分と酸素留分とに
分離し、アルゴン含量の多い留分を第２精留塔かも取り
出す；および（ｈｌ　　低圧塔から窒素蒸気と酸素蒸気
とを取り出し、取り出した窒素蒸気と酸素蒸気とを流入
空気に対して向流で主熱交換器に通す から成る。
典型的には、空気から水蒸気および二酸化炭素のような
比較的低揮発性の成分を除去することによって、空気を
予備浄化する。このような予備浄化は主熱交換器よりも
上流の吸収剤中で、または逆転熱交換器として主熱交換
器を形成することによって行うことができる。
このような方法における外部仕事の主な要件は流入空気
を圧縮することである。空気は典型的に約６気圧に圧縮
される。空気分離プラントを開発する際の重要な目的は
産出気体の純度に不利な影響を与えずに、比エネルギー
消費量を減することである。我々の同時係属特許出願第
２，１８１，８２８Ａ写は低圧塔の中間レベルを実際に
加熱することによって、空気分離の効率を改良する手段
に関し、低圧塔の中間レベルから液体を引き出し、この
液体を熱交換器内で再沸し、このようにし７て生成した
蒸気を低圧塔へ戻丁ことによってこの目的を達成する。
本発明は上記種類の空気分離方法の効率を改良する代替
方法に関する。
本発明では、空気からアルゴンと酸素産出物を分離する
上記種類の方法であって、酸素含量の少ない液体の一部
を気化し、産出物として取り出すか、または外部仕事の
作用によって膨張させ、冷却作用を発揮させて、冷却を
酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ伝達す
る方法を提供する。
本発明はまた、上記種類の空気分離プラントであって、
酸素含量の少ない液体の一部を気化する手段；酸素含量
の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却を伝達する
手段；および気化した液体を産出物とし７て取り出す手
段または気化した液体の一部を外部仕事の作用によって
冷却作用を発揮させる手段が存在するプラントを提供す
る。
冷却作用は便利には、少なくとも１つの前記主熱交換器
を冷却することである。
酸素含量の少ない液体の一部を産出物（窒素）として取
り出すことによって、比エネルギー消費敏？同時に高め
ることなく、プラントの収率を高めることができる。さ
らに、窒素は低圧塔の圧力においてではなく低圧塔と高
圧塔との中間の圧力において典型的に産出するので、高
圧での窒素の産出が必要である場合にも、必要な圧縮度
が低下する。この代りに、酸素含量の少ない液体の気化
した部分を作用膨張させることによって、好ましくは気
化した液体を膨張前に圧縮するような実施態様において
、作用させることが必要な圧縮度を実際に減することが
できる。膨張装置またはタービンを気化液体の圧縮に用
いるコンプレッサに任意に結合することができる。
酸素含量の少ない液体の前記気化部分を産出物として取
り出す場合には、好ましくは圧縮空気の一部を取り出し
、さらに高圧に富め、主熱交換器内で冷却し１、外部仕
事の作用によって膨張させて主熱交換器を冷却させる。
このような膨張装置またはタービンはコンプレッサを駆
動させるようにコンプレッサに連結する。主熱交換器を
外部から冷却する上記手段を選択する場合には、熱交換
器の外部冷却の要注を全て満たすように配置することが
できる。この代りに、付加的な冷却手段を備えることも
できる。
酸素含量の多い液体・）工酸素含量の少ない液体よりも
低圧塔を強度に冷却するので、酸素含量の少ない液体か
ら酸素含量の多い液体へ冷却を伝達することによって、
低圧塔の上部へ導入するたぬに必要な酸素含量の少ない
液体の量は慣習的な方法におけるよりも少なくなり、酸
素含量の少ない液体の一部を窒素産出物として取り出す
、または主熱交換器の冷却に用いることができる。酸素
含量の少ない液体をセパレータ内にフラッシュさせ、セ
パレータ内に生じた液体な液相と蒸気相とに分離し７、
蒸気をセパレータから引き出し、これを過冷却すべき酸
素含量の多い液体に対して熱交換することによって、酸
素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却を伝
達させることが好ましい。この熱交換によって酸素含量
の多い液体を慣習的プラントにおけるよりも低温に過冷
却することかできるので、低圧塔へ酸素含量の多い液体
を導入する際に生ずるフランシュガスが少ない。従って
、蒸気流を産出物とし７て取り出す、または膨張させて
熱交換器の冷却に用いることができる。
セパレータからの液体は典型的には低圧塔へ通常のやり
方で導入される。第２精留塔に連通する凝縮器を任意に
相セパレータ内に配置することかできる。酸素含量の少
ない液体を相セパレータ内にフラッシュする本発明の実
施態様でＱ工、酸素含量の多い液体の一部のみ（全部で
はなく）を第２精領塔に連通する凝縮器に通し、他の部
分は第２精留塔に連通する凝縮器に通さずに低圧塔へ導
入する。
酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却を
伝達するための代替方法または付加的方法は、過冷却し
、た酸素含量の少ない液体の一部を用いて、第２精留塔
に連通する凝縮器？冷却することである。これによって
典型的には、酸素含量の多い液体の温度を下げることは
できないが、第２Ｍ留塔に連４する凝縮器を液体状態で
出る酸素含量の多い液体の割合か大きくなる。
第２精留塔に連通する凝縮器の冷却に用いる、酸素含量
の少ない液体を、前記凝縮器が配置された補助液体−蒸
気接触塔内で、低圧塔から引ざ出された液体酸素流と混
合する。窒素流または酸素と窒素とから成る混合気体流
を補助塔から引き出して、産出物として取り出すまたは
膨張させて例えば主熱交換器の冷却に用いることができ
る。
酸素含量の少ない液体をフラッシュする相セパレータか
ら酸素含量の少ない液体を任意に取り出して、第２精留
塔に連通ずる凝縮器の冷却に用いることかできる。補助
塔から引き出した流れはセパレータから引き出した蒸気
と混合することも、この蒸気とは別々に維持することも
できる。
本発明の他の好ましい実施態様では、酸素含量の少ない
液体流を低圧塔の上部と底部の中間レベルから引き出し
た蒸気流と熱交換する。こｎによって前記蒸気流の少な
くとも一部が凝縮するが、生じた凝縮液は低圧塔へ戻す
。この蒸気流はアルゴン含量の比較的多い前記流れと同
じレベルにおいて低圧塔から引き出すのが好ましい。中
間凝縮器との前記熱交換関係を経た、典型的には蒸気と
なった、酸素含量の少ない液体は産出物として取り出す
または外部仕事の作用によって膨張させて冷却作用を発
揮させる。酸素含量の少ない液体と前記中間蒸気との間
の熱交換は低圧塔上部において還流として用いる酸素含
量の少ない液体の必要量ヲ減するために効果的であり、
こねによって酸素含量の少ない液体の一部を生成物とし
て取り吊す、または主熱交換器の冷却に用いることが可
能になる。
本発明による方法とプラントを添付図面を参照しながら
、実施例によって説明する： 添付図面は一定の縮尺に基づくものではない。
添付図面の各図において同じ部分は同じ参照番号によっ
て表す。
図面の第１図では、空気分離プラントは高圧塔４と低圧
塔６とから成る２部式塔２を含む。塔４と６は、塔４に
は還流を生じ塔６には再沸な生する凝縮器−リボイラ８
によって連結している。
高圧塔４は典型的に６気圧（絶対）のオーダーの圧力に
おいて作９ＪＪｊる。高圧塔４は、水蒸気と二酸化炭素
の除去によって精製され主熱交換器（図示せず）におい
て塔２での分離に適し、た温度に冷却された空気の流入
口を有する。技術上周知であるように、塔４に流入した
空気は塔４の底部から回収される酸素含量の多い留分と
塔４の上部から回収される酸素含量の少ない留分とに分
離される。典型的には、酸素含量の少ない留分は酸素含
有割合が低く、実質的に純粋な窒素である。酸素含量の
多い液体は塔４の底部から流出口１２を　　　　゛通っ
て引き出され、熱交換器１４において過冷却される。生
成した過冷却液体は２つの部分に分割される。最初の部
分は側塔すなわちアルゴン塔１６に連通する凝縮器１８
を冷却するために用いられる。アルゴン塔１６は低圧塔
６から引き出された液体流から粗アルゴン産出物を産出
するために用いられる。凝縮器１８を出た酸素含量の多
い流体は次に膨張弁２０を通って流入口２２から低圧塔
６ヘフラノシーされる。過冷却された酸素含量の多い液
体の他の部分は弁２４を通って流入口２６から塔６ヘフ
ラツシユされる。
酸素含量の少ない液体は塔４の上部から流出口２８を通
って引き出され、膨張弁３０を通って相セパレータ３２
内へフラッシュされる。セパレータ３２は重力下でフラ
ッシュガスから残留液体を分離するたぬに用いられる。
セパレータ３２からの酸素含量の少ない液体は熱交換器
４０を通ることによって過冷却され、この過冷却された
酸素含量の少ない液体は次に弁３４を通って流入口３６
かも塔６の上部へフラッシュされる。
塔６に入った酸素含量の多い液体は酸素留分と窒素留分
とに分離される。液体酸素は凝縮器−リボイン８内で再
沸され、流入口３６から塔６の上部に入る酸素含量の少
ない液体によって液体窒素の還流が生ずる。塔６は典型
的に、１％気圧（絶対）のオーダーの圧力に２いて作動
する。気体状酸素産出物は流出口４４を通って塔６がら
引き出され、゛気体状窒素産出物は流出口４６を通って
塔６の上部から引き出される。さらに、純粋でない窒素
流が流出口４８を通って塔６から引き出される。流出口
４６と４８を】出って塔６から引き出された流れはそれ
ぞれ、過冷却される液体に対して向流で熱交換器４０と
１４をこの順序で通る。これらの流れによる熱交換は酸
素含量の多い液体と酸素含量の少ない液体との過冷却を
生ずる。
技術上周知であ°るように、局部的な最大アルゴン濃度
は低圧塔６の中間レベルにおいて生ずる傾向がある。流
出口５０はこのような中間レベルに存在し、酸素とアル
ゴンを含む流体流が流出口５０から引き出され、精留塔
１６の底部に入り、そこでこの流れは酸素とアルゴンと
に分離される。
液体酸素は流入口５２を通って塔６に戻り、粗度出物で
ある液体アルゴン流は流出口５４を通って塔１６の上部
から引き出され、望ましい場合にはさらに精製される。
セパレータ３２では、蒸気流がその上部から引き出され
、酸素含量の多い液体に対して向流で熱交排器１４を通
る。従って、この蒸気流は酸素含量の多い液体をさらに
過冷却するために有効である。このように、この蒸気流
は酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却
を伝達する手段を提供する。さらに、膨張弁３０とセパ
レータ３２は蒸気形成圧力が塔４と６の作動圧力の間で
あり、例えは約２．８気圧であるように配置するのが好
ましい。この蒸気流に達せらｎる圧力は付加的な窒素産
出物として流れ４２を、任意に産出物をさらに圧縮しな
がら、引き吊すことによって、または主熱交換器を冷却
するためにまたは他の冷却作用を行うために用いられる
冷却サイクルの使用流体としてこの蒸気流を用いること
によって利用される。例えは、第１図に示したプラント
が′窒素液化装置（図示せず）に連通する場合には、流
れ４２をこのような液化装置の使用流体として用いるこ
とかできる。
セパレータ３２かもの蒸気流は酸素含量の多い液体を熱
交換器１４０通常の冷却よりも低温に過冷却することを
可能にする。従って、膨張弁２０と２４をこの液体が通
ることによって通常よりも明らかに少ないフラッシュガ
スが生成し、このようなフラッシュガス生成量低下は塔
６にとって有利であると考えられ、実際に酸素含量の少
な℃・液体の一部を、塔６の上部への還流というその通
常の作用から逸脱して、産出物として取り出す、または
冷却サイクルの使用流体として作用させるために用いる
ことが可能になる。一般に酸素含量の少ない液体と酸素
含量の多い液体が塔６に与える冷却度は慣習的プロセス
における冷却度と同じであるように選択される。従って
、この冷却の通常よりも大きい冷却度は酸素含量の多い
液体か塔に導入されることによって生ずると理解される
。酸素含量の多い液体は酸素含量の少ない液体よりも高
温において塔に導入されるので、高温においてより大き
い冷却度が得られ、これによって塔６内でより効果的な
分離が行われる。このような熱力学的考察から、塔６の
効率上昇によって少ない液体からさらに産出物が得られ
ると理解される。
第２図に示したプラントは第１図に示したプラントと多
くの類似点を有しており、第１図の部分に対応する、同
じ機能を有する部分は以下で説明しないことにする。第
１図に示したプラントと第２図に示したプラントとの間
の主な相違点の１つは、塔４の流出口２８から引き出さ
れる酸素含量の少ない液体のフラッシュ分離が行われな
いことである。しかし、第１図に示したプラントと同様
に、流出口２８から引き出される液体の全てが膨張弁３
４を通るとはかぎらない。引き出された液体の一部は塔
６へ流入する流れから熱交換器３８と４０との中間の位
置で取り出される。過冷却される液体のこの部分は弁６
３を通ってフラッシュされ、生成する液体は流入口６２
を通って補助液体−蒸気接触塔６０の底部に導入される
。補助液体−蒸気接触塔の機能はこの液体を流出口６４
を通って低圧塔６の底部から引き出される液体酸素流と
混合することである。この液体酸素は流入口６６から塔
６０の上部へ導入されろつ塔６０内での２つの流れの混
合は凝縮器１８を付加的に冷却するために有効であり、
これによって凝縮器１８でのアルゴン凝縮速度の強化お
よび液体アルゴン産出速度の促進が可能となる。流入口
６２から塔６０へ入る窒素は典型的に、凝縮器１８が浸
漬するまたは部分的に浸漬する液体窒素量を形成する。
このようにして、凝縮器１８は塔６０のリボイラとして
機能する。ガス流は流出口６８？：通って塔６０から引
き出される。このガス流は典型的に流入口６２から導入
される窒素と流入口６６から塔６０へ導入される酸素と
の混合物から成る。流出口６８を通って塔６０から引き
出される流れは熱交換器４０と１４をこの順序で、この
ような熱交換器で過冷却されるべき液体に対して向流で
通過する。塔６０は高圧塔４と高圧塔６の圧力の中間の
圧力で作動するのが好ましい。例えば、流出口６８から
引き出された流れは２．８気圧の圧力を有し、比較的純
粋である場合には、窒素産出物として利用される、また
は冷却サイクルの使用流体として用いられる。
第１図に示したプラントと同様に、流入口６２を通って
塔６０へ流入した酸素含量の少ない液体流は過冷却さｎ
る酸素含量の多い液体の冷却に用いられる。この場合に
、冷却の伝達はアルゴン側塔１６の凝縮器１８内で行わ
れる。しかし、第１図に示したプラントとは異なり、こ
の冷却伝達は付加的な過冷却度を実質的に生じない。む
しろ、凝縮器１８に存在する酸素含量の多い液体の大き
い割合が液状であるので、凝縮器１８から液状で流出す
る酸素含量の多い流体の割合が大きくなる。
このことは塔６の作＠を効率良くする効果を有し、塔６
０から流れ６８（実際には酸素含量の少ない液体から引
き出された流れ）の効率低下を伴わない除去を可能にす
る。
第３図では、上記プラントに代り得る他のプラントを説
明する。このプラントでは、凝縮器１８において酸素含
量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却の伝達が
行われる。しかし、この実施例では、補助基６０が用い
られない。その代り、熱交換器３８と４０の中間位置で
過冷却液体から引き出される酸素含量の多い液体部分は
液体酸素または塔から取り出された他の酸素流と混合さ
れずに、凝縮器１８を通過する。凝縮器１８を通過した
後に、酸素含量の少ない液体は熱交換器４０と１４をこ
の順序において過冷却されるべき液体に対して向流で通
る。凝縮器１８に入る液体窒素は塔４と６の平均圧力の
中間圧力、例えば約２．８気圧（絶対）において凝縮器
１８に入るように、膨張器１８の上流で膨張弁７２を通
って膨張するのが好ましい。凝縮器１８を出た窒素流体
は熱交換器４０．３８および１４を通過した後に、窒素
産出吻流７０として取り出されるか、または冷却サイク
ルの使用流体として用いられる。第３図に示したプラン
トから得られる利点は第２図に示したプラントの使用か
ら生ずる利点と同じであるが、この場合には低圧塔６の
流出口６４から液体酸素を補助基６０へ導く必要がない
という付加的利点が存在する。
添付図面の第４図に示したプラントは過冷却熱交換器１
４と凝縮器１８の２個所において酸素含量の少ない液体
から酸素含量の多い液体への冷却の効果的な伝達を可能
にするので、特に好ましい。
第４図に示したプラントは相セパレータ３２を含・　　
み、第１図の膨張弁３０と第２図の塔６０とを連結させ
る。このように、第４図に示したプラントでは、セパレ
ータ３２内で分離された液体が次に熱交換器３８と４０
の中間で分岐して、１部分は弁３４と流入口３６を通っ
て還流として塔１６へ導入される過冷却液体となり、他
の部分は流入口６２から塔６０へ導入される過冷却液体
となる。
従って、このプラントから生ずる利点は第１図と第２図
に示し、たプラントによって与えられる利点と同じであ
る。典型的には（絶対的にではなく）、相セパレータ３
２と補助基６０は互いに同じ圧力で作動する。相セパレ
ー！３２からの蒸気流は流出口６８を通って塔６０かも
引き出される流れとは別々に維持されるが、このような
流れと混合されることもできる。弁２４を通過した過冷
却液体の蒸気は弁２４の上流で８９にの温度を有するの
で、流入口２６から塔６に入る流体は５．７容量％のフ
ラッジ−ガスを含有する。
第５図では、第４図に示したプラントが実際に相セパレ
ータ３２（それに付随する膨張弁３０とともに）と第２
図の補助液体−蒸気接触塔６０とを連結するのと丁度同
じ様に、第５図のプラントは相セパレータ３２（それに
付随する膨張弁３０とともに）と、添付図面の簡単な説
明した凝縮器１８を通過する酸素含量の少ない流体とを
結合させる。第４図に示したプラントと同様に、相セパ
レータ３２からの過冷却液体は熱交換器１４と４０の中
間において２部分に分割される。凝縮器１８に存在する
酸素含量の少ない流れは典型的に、相セパレータ３２に
存在する蒸気流の圧力と実質的に同じ圧力であるが、こ
れらの２流体を任意に異なる圧力にすることも可能であ
る。流２’Ｌ４２と７０は互いに別々に維持することも
、混合することも可能である。
第６図では、酸素含量の少ない液体から、低圧、塔６の
中間レベルから取り出した蒸気流へ冷却を伝達し、生成
した液体を低圧塔へ戻すプラントを説明する。塔６から
引き出した流れとの熱交換によって生じた、気化した酸
素含量の少ない液体を取り出し、この気化した液体を産
出物として取り出す、または冷却サイクルの使用流体と
して熱交換器の冷却に用いることが可能になる。従って
、塔４の上部に集まる酸素含量の少ない液体の一部は流
出口１００から取り出され、それがさらされる圧力を４
．７気圧（絶対）に減するような絞り弁または膨張弁１
０２を通過する。生成した液体は熱交換器１０４に導入
され、そこで流出口５０と同じレベルにある流出口１（
１６を通って塔６から引き出された蒸気流との熱交換に
よって気化する。
蒸気流は熱交換器１０４内で凝縮され、凝縮液は流入口
１０８から低圧塔６に戻される。熱交換器１０４を出る
気化した酸素含量の少ない液体は、塔から流出口１２を
通って引き出された酸素含量の多い液体に対して向流で
熱交換器１４を通過し、この液体を冷却する。酸素含量
の少ない液体は、熱交換器１４を出た後、図示したプラ
゛ントから流れ１１０として流出し、主熱交換器の冷却
に用いられる、または産出物として取り出される。
流出口２８から引き出された酸素含量の少ない液体は、
第６図に示すように、全てが低圧塔６への還流として用
いられるか、または絞り弁３０を通って相セパレータ３
２へ流入し、生じた液体のみがこのような還流として用
いられ、生成した蒸気は熱交換器１４を酸素含量の多い
液体に対して向流で通って流出し、流れ４２として取り
出されるか、産出物としてまたは冷却サイクルの使用流
体として利用される。
次に添付図面の第８図では、第１図〜第７図に示したプ
ラントのいずれかに関連して用いろ扛る主熱交換器ユニ
ット８０を説明する。熱交換器８０を通る多くの通路を
図示する。通路８２は第１図〜第７図に示した低圧塔の
いずれかの流出口４４から引き出した流れである低圧の
気体状酸素流の通路であり、通路８４は第１図〜第５図
に示したプラントのいずれかにおける熱交換器１４に存
在する窒素産出物流から取り出さ牡る低圧の気体状窒素
産出物流の通路であり、通路８６は第１図〜第７図に示
したプラントのいずれかの熱交換器１４に存在する廃棄
窒素流から取り出される、低圧の廃棄窒素流の通路であ
る。さらに、水分および二酸化炭素のような低揮発性不
純物を除去した空気の通路である通路８６が存在する。
空気は典型的に６気圧（絶対）のオーダーの圧力におい
て熱交換器ユニット８０に入る。低圧塔６の平均作動圧
力よりも高く高圧塔４の平均作動圧力よりも低い圧力で
の窒素産出物流の通路９０も存在する。気体流は通路８
８を流れる流入空気に対して向流で、通路８２．８４．
８６および９０を通って流れろ。第８図に示したプラン
トを第１図に示したプラントとともに用いる場合には、
第１図に示した流れ４２が通路９０を通過する。第８図
に示したプラントを第２図に示したプラントとともに用
いる場合には、塔６０の流出口６８から引き出された流
れが通路９０を通過する。第８図に示したプラントを第
３図に示したプラントとともに用いる場合には、流れ７
０が通路９０を通過する。
第８図に示したプラントを第４図に示したプラントとと
もに用いる場合には、通路９０を流れる流れは流れ４２
と塔６０の流出口６８からの気体との混合物である。第
８図に示したプラントを第５図に示したプラントととも
に用いる場合には、通路９０を流れる流れは流れ４２と
７０の混合物である。第８図に示したプラントを第６図
に示したプラントとともに用いる場合には、通路９０を
通る流れは流れ１１０であり、第８図に示し、たプラン
トを第７図に示したプラントとともに用いる場合には、
通路９０を流れる流れは流れ４２と流れ１１０との混合
物である。
熱交換器８０を冷却するために、圧縮空気の一部を熱交
換器８０の加熱端部の上流から引き出し、ブースターコ
ンプレッサ９２中でさらに圧縮する。
この空気は次に熱交換器９０内を空気の残部と並流で流
れ、熱交換器９０の中間位置から引き出され、好ましく
はコンプレッサ９２に結合した膨張タービン９４におい
て外部仕事の作用によって膨張してから、通路８６を流
れる廃棄窒素と熱交換器８０への入口の直接上流で合流
する。ブースターコンプレッサ９２の流出圧力とタービ
ン９４の流出圧力はタービン９４によって生ずる冷却は
熱交換器８０の冷却の全ての要件を満たすために有効で
ある。この代りに、例えば廃棄窒素流の一部を、ブース
ターコンプレッサとタービンを含む同じ冷却回路で用い
て、熱交換器８０の冷却要件の残りを満たすこともでき
る。
第９図は第８図に説明した熱交換器と同じ熱交換器を示
す。しかし、この例では通路９０を通るガスが最初に圧
縮されてから、次に膨張されて熱交換器８０を冷却し、
流入空気８８の全てか熱交換器８０を通る。従って、熱
交換器８０の冷却端部から通路９０を出る窒素流はブー
スターコンプレッサ９６内で圧縮され、通路８８を流れ
る空気とは並流で熱交換器８０に戻って流れ、熱交換器
８０の中間位置から引き出され、膨張タービン９８内で
外部仕事の作用によって膨張する。第８図に示した装置
と同様に、膨張タービン９８内に存在する冷却ガスは熱
交換器８０の加熱端部の直接上流で廃棄窒素流と合流す
る。膨張タービン９８はブースターコンプレッサ９６に
連結するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による第１空気分離プラントの一部の概
略回路図であり； 第２図は本発明による方法を実施するための第２プラン
トの一部の概略回路図であり；第３図は本発明による方
法を実施するための第３プラントの一部の概略回路図で
あり；第４図は本発明による方法を実施するための第４
プラントの一部の概略回路図であり；第５図は本発明に
よる方法を実施するための第５プラントの一部の概略回
路図であり；第６図は本発明による方法を実施するため
の第６プラントの一部の概略回路図であり；第７図は本
発明による方法を実施するための第７プラントの一部の
概略回路図であり；第８図は第１図〜第７図に示したプ
ラントのいずれかとともに用いることのできる主熱交換
器冷却プラントの一部の概略回路図であり；第９図は第
８図に示したプラントに代り得る冷却プラントを説明す
る回路図である。 ２・・・２部式精留塔、　　　４・・・高圧塔、６・・
・低圧塔、　　　　　　８・・・凝縮器−リボイラ、１
４・・・熱交換器、　　　　　１８・・・凝縮器、加・
・・膨張弁、　　　　　３２・・・セパレータ、田、４
０・・・−熱交換器、６０・・・補助基、加・・・主熱
交換器ユニット、 ９２・・・ブースターコンプレッサ、 ９８・・・膨張タービン。 （外４名） 手続補正書 １．事件の表示 昭和６２年特許願第２９５９１０号 ２、発明の名称 空気分離方法および同方法を実施するためのプラント３
、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　ザ・ビーオーシー・グループ・ピーエルシー
４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手
町ビル　２（１６号室

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）次の工程： （ａ）極低温蒸留による空気の分離に適したレベルに空
    気の温度を下げるために、少なくとも１つの主熱交換器
    に圧縮空気を通す； （ｂ）このように温度を下げた空気を高圧塔と低圧塔と
    、高圧塔へは環流を生じ、低圧塔へは再沸を生ずる凝縮
    器−リボイラとから成る２部式精留塔の高圧塔に通す； （ｃ）高圧塔内の空気を酸素含量の多い液体留分と酸素
    含量の少ない蒸気留分とに分離する；（ｄ）前記凝縮器
    −リボイラ内で前記酸素含量の少ない蒸気留分を凝縮し
    、凝縮蒸気の一部を高圧塔への還流として用い、凝縮蒸
    気の残部を回収する； （ｅ）高圧塔から酸素含量の少ない液体を取り出し、過
    冷却し、過冷却液体を低圧塔への還流として用いる； （ｆ）高圧塔から酸素含量の多い液体を取り出し、過冷
    却し、過冷却液体を窒素蒸気留分と液体酸素留分とに分
    離する； （ｇ）低圧塔からアルゴン含量の比較的多い流れを取り
    出し、これを低圧塔への供給管よりも上流で前記酸素含
    量の多い液体によって冷却される凝縮器に連通する第２
    精留塔内でアルゴン含量の多い留分と酸素留分とに分離
    し、アルゴン含量の多い留分を第２精留塔から取り出す
    ；および（ｈ）低圧塔から窒素蒸気と酸素蒸気とを取り
    出し、取り出した窒素蒸気と酸素蒸気とを流入空気に対
    して向流で主熱交換器に通すを実施することから成る、
    空気からアルゴン生成物と酸素生成物とを分離する方法
    において、酸素含量の少ない液体の一部を気化して、産
    出物として取り出すか、または外部仕事の作用によって
    膨張させて冷却作用を発揮させ、冷却を酸素含量の少な
    い液体から酸素含量の多い液体へ伝達することを特徴と
    する方法。
  2. （２）冷却作用が前記主熱交換器の少なくとも１つを冷
    却することである特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. （３）酸素含量の少ない液体の前記部分をその気化とそ
    の膨張との中間段階において圧縮する特許請求の範囲第
    １項または第２項記載の方法。
  4. （４）酸素含量の少ない液体の前記膨張が前記主熱交換
    器を冷却するための全ての要件を満たす特許請求の範囲
    第３項記載の方法。
  5. （５）流入空気から若干の空気を分岐して、さらに圧縮
    し、主熱交換器内で冷却し、外部仕事の作用によって膨
    張させて、主熱交換器の冷却に利用する特許請求の範囲
    第１項記載の方法。
  6. （６）空気の膨張が主熱交換器の冷却要件を満たす特許
    請求の範囲第５項記載の方法。
  7. （７）酸素含量の少ない液体をセパレータ内に通すこと
    によって、冷却の伝達を行わせ、セパレータ内で主成す
    る液体を液相と蒸気相とに分離し、蒸気をセパレータか
    ら取り出し、この蒸気を過冷却すべき酸素含量の多い液
    体に対して熱交換し、次に蒸気は産出物として取り出す
    かまたは外部仕事の作用によって膨張させ、分離した液
    体は低圧塔へ供給する酸素含量の少ない液体とする特許
    請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の方法。
  8. （８）酸素含量の多い液体の一部のみを第２精留塔に連
    通する凝縮器に通し、酸素含量の多い液体の他の部分は
    第２精留塔に連通する凝縮器に通さずに、直接第２精留
    塔に供給する特許請求の範囲第７項記載の方法。
  9. （９）酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ
    冷却を伝達するために、過冷却した酸素含量の少ない液
    体の一部を利用して、第２精留塔に連通する凝縮器を冷
    却する特許請求の範囲第１項〜第８項記載の方法。
  10. （１０）第２精留塔に連通する凝縮器を冷却するために
    用いる、酸素含量の少ない液体部分を補助液体−蒸気接
    触塔内で低圧塔から取り出した液体酸素流と混合するこ
    と、第２精留塔に連通する凝縮器が補助接触塔内にある
    こと、および窒素流または酸素と窒素とを含むガス混合
    物流を補助接触塔から産出物として取り出すか、または
    外部仕事の作用によって膨張させて冷却作用を発揮させ
    ることから成る特許請求の範囲第９項記載の方法。
  11. （１１）アルゴン塔に連通する凝縮器が存在するセパレ
    ータ内に酸素含量の少ない液体を通し、ここで生成する
    流体を液相と蒸気相とに分離し、蒸気をセパレータから
    取り出し、過冷却すべき酸素含量の多い液体に対して熱
    交換し、次に蒸気を産出物として取り出すか、または外
    部仕事の作用によって膨張させ、分離した液体流は低圧
    塔へ導入する酸素含量の少ない液体とすることによって
    、冷却の伝達が行われる特許請求の範囲第１項〜第６項
    のいずれかに記載の方法。
  12. （１２）第２精留塔に連通する凝縮器の冷却に用いる酸
    素含量の少ない液体を前記相セパレータから取り出す特
    許請求の範囲第９項または第１０項記載の方法。
  13. （１３）酸素含量の少ない液体流を低圧塔の上部と底部
    との中間レベルから取り出した蒸気と熱交換し、これに
    よって前記蒸気流の少なくとも一部を凝縮させ、生じた
    凝縮液は低圧塔へ戻し、前記酸素含量の少ない液体を気
    化させ、蒸気を産出物として取り出すか、または外部仕
    事の作用によって膨張させて、冷却作用を発揮させる特
    許請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の方法。
  14. （１４）前記蒸気流を前記アルゴン含量の比較的多い流
    れと同じレベルにおいて低圧塔から取り出す特許請求の
    範囲第２０項記載の方法。
  15. （１５）添付図面の第１図〜第５図のいずれか、または
    添付図面の第６図もしくは第７図によって変更した第１
    図〜第５図のいずれかを参照して説明する方法と実質的
    に同じである、空気からアルゴン産出物と酸素産出物と
    を分離する方法。
  16. （１６）特許請求の範囲第１２項記載の空気からアルゴ
    ン産出物と酸素産出物とを分離する方法の工程（ａ）〜
    （ｈ）を実施するためのプラントにおいて、次の要素： 過冷却した酸素含量の少ない液体の一部を気化させる手
    段； 酸素含量の少ない液体から酸素含量の多い液体へ冷却を
    伝達する手段； 気化した液体を産出物として取り出す手段；または外部
    仕事の作用によって膨張させて冷却を行わせる手段 を含むプラント。
  17. （１７）添付図面の第１図〜第５図のいずれか、または
    添付図面の第６図〜第７図によって変更した第１図〜第
    ５図のいずれかを参照して説明するプラントと実質的に
    同じである、空気からアルゴン産出物と酸素産出物とを
    分離するプラント。
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