JPH04222379A - 空気の極低温分離の方法 - Google Patents
空気の極低温分離の方法Info
- Publication number
- JPH04222379A JPH04222379A JP3074523A JP7452391A JPH04222379A JP H04222379 A JPH04222379 A JP H04222379A JP 3074523 A JP3074523 A JP 3074523A JP 7452391 A JP7452391 A JP 7452391A JP H04222379 A JPH04222379 A JP H04222379A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- column
- air
- oxygen
- aluminum
- cryogenic separation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 71
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims abstract description 33
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 29
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 26
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 26
- 239000000047 product Substances 0.000 description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 22
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 21
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 13
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000007420 reactivation Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- -1 air Chemical compound 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- FRVMKTLTJFPELD-UHFFFAOYSA-N copper trimer Chemical compound [Cu].[Cu].[Cu] FRVMKTLTJFPELD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003832 thermite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
- F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
- F25J3/04193—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions
- F25J3/04206—Division of the main heat exchange line in consecutive sections having different functions including a so-called "auxiliary vaporiser" for vaporising and producing a gaseous product
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
- F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04642—Recovering noble gases from air
- F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
- F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
- F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
- F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
- F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
- F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
- F25J3/04884—Arrangement of reboiler-condensers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
- F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
- F25J3/04915—Combinations of different material exchange elements, e.g. within different columns
- F25J3/04921—Combinations of different material exchange elements, e.g. within different columns within the same column
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
- B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
- B01J2219/32408—Metal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
- F25J2250/40—One fluid being air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
- F25J2250/50—One fluid being oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
- F25J2250/58—One fluid being argon or crude argon
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
- F25J2290/44—Particular materials used, e.g. copper, steel or alloys thereof or surface treatments used, e.g. enhanced surface
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S62/00—Refrigeration
- Y10S62/902—Apparatus
- Y10S62/905—Column
- Y10S62/906—Packing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S62/00—Refrigeration
- Y10S62/923—Inert gas
- Y10S62/924—Argon
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気分離方法に関する
。詳述すれば空気のその成分への分離に関連する蒸留方
法に関する。 【０００２】 【従来の技術】空気の極低温分離においては、供給材料
空気は圧縮、冷却され、その後、１部分を通常等エンタ
ルピーに、或いは等エントロピーに膨脹させて更に冷却
し、それによって液化させる。典型的例として、前記液
体を、高圧および低圧部が備わる２重蒸留塔に装填する
と、結果としてできる液化空気が分離される。高純度酸
素を前記低圧部で発生させ液体として引き出す。多くの
場合、アルゴンを、典型的例として、前記低圧塔からア
ルゴン塔への高酸素側流を除去して更に分離の必要のあ
る成分として回収する。複数の単一塔を含む他の分離周
期は、空気のその成分への分離にも用いられる。 【０００３】最近、酸素と窒素の分離に関連し、蒸留塔
のトレイに対向させて配設した充填物を使用する蒸留方
法の改良に実質的な活動が行われてきた。構造的充填物
が前記塔中の圧力降下を減衰させて分離を容易にする目
的で提案されてきた。 【０００４】構造的充填物を用いて、前記塔内の圧力降
下を減衰させて強化された物質移転により蒸留を増進さ
せる空気分離方法を記述する代表的特許は次の通り。即
ち：アメリカ合衆国特許第４，８３６，８３６号は、空
気のその成分への分離の改良型極低温蒸留装置を開示す
る。本特許は蒸留塔内のトレイを、アルゴン濃度が容量
比で約０．６乃至約７５％の範囲の吸着塔の層付近に構
造的充填物に置き換えることに帰する。一般的提案は、
塔の高圧および低圧部双方におけるトレイの代りに充填
物を用いること、詳述すれば低圧アルゴン塔にあるトレ
イの代りに前記充填物を用いることである。これらのト
レイの代りに充填物を用いる主な理由が２つあって、そ
の１つは、より大きい物質移動、例えば所定のスペース
に更に多くの理論工程を通して分離が増進したことと、
その２つ目が、更に工程数を増加させることで圧力降下
を減衰させるか或いはそのままに維持できたことである
。前記低圧アルゴン塔において、前記塔を横切る圧力降
下を最小化にすることが極めて重要である。その理由は
、そのことが圧力、従って再沸騰流れの泡立ち点を調節
するからである。 【０００５】米国特許第４，８３８，９１３号は、空気
の極低温分離と、側塔でのアルゴンの回収を開示する。 この特許権者の指摘することは、気液接触が２重塔の低
圧部において、前記低圧塔の中間点以下の部分、即ち、
前記アルゴン塔におけるアルゴン回収用ガス除去点に関
しての点で充填物を用いることで達成できる。 【０００６】空気をその成分に分離する設計をした蒸留
塔で用いられる構造的およびランダム充填物の組み立て
に用いる薄板の利用は、高酸素環境における材料充填用
構成材料の選択という点からみて問題を提起した。酸素
濃縮の増進に伴い、一定の材料が構成材料としての使用
に不適であることが先行技術の方法で既知である。因襲
的知識の提案するところでは、銅、黄銅およびステンレ
ス鋼が条件に合う材料であるが、アルミニウムは好まし
くない材料で、特にアルミニウム部品の厚さが０．８ｍ
ｍ以下の場合である。空気分離により使用される蒸留塔
のトレイ、充填物その他の構成材料に適するものとして
提案する代表的文献には下記のものが含まれる。即ち：
アメリカ合衆国特許第４，８１３，９８８号は、空気分
離方法に用いられる様々の充填材料と、このような充填
物の構成材料には炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム
、銅合金およびプラスチックが含まれることを開示する
。一般的提案は、重量比で少くとも約３０％の銅濃度を
有する物質を含む銅で組み立てられた充填物素子が、そ
れの耐易燃性のために好ましい。本特許権者の指摘する
ことは、充填物素子が、その相対的に薄い種類の材料と
、材料表面に残留する薄手フィルムになった液体のため
に更に問題を提起することである。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】酸素使用の金属評価の
標準指針であるＡＳＴＭデジグネーションＧ９４−８８
の１２−２０頁に、直接酸素に当る使用に適する金属と
、適さない金属の選択の基準となるすぐれた情報を提供
する。銅および黄銅が好ましいものとして提案されてい
る。 【０００８】本発明は、空気の極低温分離の改良された
方法と、更に、アルゴンを側流として回収する前記極低
温加工を提供することである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明に係わる方法は、
供給材料空気流で、典型的例として前記空気流れを膨脹
させることでそれの凝縮をもたらして冷却することと、
前記凝縮した空気流れを蒸留塔に入れて高窒素塔頂流出
液と、高酸素残液を発生させることからなる。本プロセ
スにおける改良点は、蒸留塔に構造的或いはランダム形
式の充填物材料を用いることからなり、前記充填物がア
ルミニウムからなり、前記充填物を、酸素濃度が容量比
で８０乃至９６％の範囲内になる層でともかく用いるこ
とを特徴とする。好ましい実施例においては、充填物素
子の組み合わせを用い、その１つがアルミニウムからな
り、他方の充填物素子が本質的に銅からなり、しかも前
記銅充填物素子を酸素濃度が容量比で９７％以上になる
層で用いることを特徴とする。 【００１０】アルミニウムは、黄銅、ステンレス鋼又は
他の普通に用いられる材料とは逆に、直接酸素に当るも
のに用い得ることがわかった。意外にも、薄板の形で直
接酸素の当るものとしては工業的に好ましくない材料と
してのアルミニウムが充填物として使用可能の薄板の形
で用いられる数少ない材料の１つであるとわかったこと
である。充填物構成において、アルミニウムが容量比で
最高約９７．５％酸素の直接使用でも難燃性であること
がわかった。対照的に直接酸素に当る使用に適当である
と示唆されている。工業標準の黄銅およびステンレス鋼
が易燃性であるため薄板充填物には不適当であることで
ある。アルミニウムは直接酸素に当る充填材料として使
用できるので、更に多くの利点が達成できる。下記の通
り、即ち：通常用いられる構造的に薄手のトレイの代り
に薄手の充填物材料を用いることができ、物質移転が増
進すると共に塔を通しての圧力降下の減衰が得られるこ
とと、蒸留塔で用いるアルミニウム充填物の取り付けの
容易さと互換性を利用できることと、アルミニウム組み
立て材料に固有の軽量性を利用し、それによって蒸留塔
に関連する資本経費の低減ができること、および、アル
ミニウムからなる充填物素子の減量の分、充填物の高さ
を増大させることができることである。 【００１１】 【作用】ここで添付図面を参照しながら、好ましい実施
例により本発明を更に詳細に説明する。 【００１２】本発明は、酸素、窒素およびアルゴンから
なる混合物、例えば空気を極低温蒸留により分離する方
法と装置の改良に関する。本質的に、本発明の改良は、
アルミニウムで構成された構造的もしくはランダム充填
物を蒸留トレイの代りに、酸素濃度が容量比で約８０乃
至９６％の範囲内であり、又比重表面ガス速度が少くと
も０．０６ｆｔ／秒（約１．８３ｃｍ／秒）である蒸留
塔装置の層において使用することである。 【００１３】空気の極低温分離による窒素、酸素および
アルゴン生成物の生産において、通常３塔蒸留装置が用
いられる。これらの３塔を、高圧塔、低圧塔およびアル
ゴン塔と称する。アルゴンと酸素を分離し、その双方を
製品として生産する空気分離方法の実施例は、アメリカ
合衆国特許第３，７２９，９４３号、４，５３３，３７
５号、４，５７８，０９５号、４，６０４，１１６号、
４，６０５，４２７号および４，６７０，０３１号に示
され、それらの明細書は参考として本明細書に取り入れ
られている。 【００１４】本発明の理解を容易にするため、それが酸
素とアルゴン生成物を生産する空気分離方法に関するも
のであるので、ここで図１を参照して説明する。図１を
参照して、冷却水温度に冷却され、極低温で凝固する不
純物、例えば除去された水および二酸化炭素を含んだ圧
縮空気を管路１２を経由して熱交換器１２に送り、そこ
においてそれを前記流れの露点に冷却する。ここで管路
１４にあるこの冷却、圧縮、無不純物空気をそこで２つ
の部分に分離する。第１部分を、典型的例として約３０
乃至２００ｐｓｉｇの圧力で作動する高圧塔１８の下部
に管路１６を経由して供給する。管路２０にある第２部
分を２留分に更に分離する。第１留分を管路２１を経由
してアルゴン生成物気化器９４に供給し、又第２留分を
生成物気化器２２に供給、凝縮して水溜めにある液体酸
素を再沸騰させた後、管路２４を経て生成物気化器２２
から除去する。管路２４にある凝縮液体をそこで２部分
に分離し、その第１部分を供給材料として管路２６を経
て高圧塔１８の中間位置に送り、一方、管路２８にあり
、それが熱交換器３０で過冷され、Ｊ−Ｔ弁３２でフラ
ッシュされる第２部分を管路３４を経て低圧塔３６の中
間位置に送る。低圧塔３６に典型的例として１６乃至８
０ｐｓｉｇの圧力で操作される。 【００１５】塔頂流出液を高圧塔１８から管路４０を経
て取出して２部分に分割する。第１部分を主熱交換器１
２で熱入して冷却を回復させ、その後高圧窒素生成物と
して管路４４を経て除去する。第２部分を管路４６を経
由、低圧塔３６の底部にある再沸騰・凝縮器４８に送り
、そこにおいて凝縮し、管路５０を経て除去する。この
凝縮純粋窒素流れをそこで３部分に分割する。第１部分
を管路５２を経由して高圧塔１８の上部に送り、高圧塔
１８に還流を与える。第２部分を液体窒素生成物として
管路５４を経て除去し、又管路５６を経由して除去され
た第３部分を熱交換器３０で過冷更にＪ−Ｔ弁５８でフ
ラッシュして、管路６０を経由して低圧塔３６の上部に
送り、本質的に純粋の窒素還流を低圧塔３６の上部に供
給する。 【００１６】高圧塔１８からの高酸素残液を管路６２を
経由して除去する。この流れを、流れ１００即ち、アル
ゴン生成物気化器９４からの凝縮空気と化合させて、混
合高酸素液体流６４を形成する。この混合液流を熱交換
器３０で過冷して、その後２つの副流に分割する。管路
６６にある第１過冷をＪ−Ｔ弁６８でフラッシュし、低
圧塔３６の上部中間位置に送る。管路７０の第２副流を
Ｊ−Ｔ弁７１でフラッシュして、アルゴン塔７２の上部
に位置する水溜囲繞冷却器８６に送って凝縮器８６の冷
却を与える。ガス塔頂流出物を水溜めの塔頂部分から管
路７４から除去して、前記水溜めから管路７６を経由し
て除去された液体と混合して混合流れ７８を形成する。 この混合流れ７８をその後低圧塔３６の中間位置に送る
。 【００１７】側流を低圧塔３６の下部中間位置から管路
８０を経由して除去し、１６乃至４０ｐｓｉｇの圧力で
作動するアルゴン塔７２の下部に送る。前記アルゴン塔
７２からの残液を低圧塔３６に管路８２を経由して、前
記側流８０引き抜きと同じ中間位置に戻し、それにより
中間塔還流を与えるためである。塔頂流出アルゴンをア
ルゴン塔７２から管路８４を経て除去し、それを冷却器
８６で冷却し、更にそれを２部分に分割する。第１部分
をアルゴン塔７２の上部に管路９０に戻してアルゴン塔
７２に還流を与える。第２部分を除去して、管路９２を
経由してアルゴン生成物気化器９４に送る。アルゴンガ
ス生成物を管路９６を経由して生成物気化器９４から除
去し、アルゴン液体生成物を生成物気化器９４から管路
９８を経由で除去する。 【００１８】残液流れを低圧塔３６（下部水溜め囲繞再
沸騰・冷却器４８）から除去し、水溜め囲繞生成物気化
器２２に管路１０２を経由して送る。気体酸素生成物を
前記水溜め囲繞生成物気化器２２の塔頂から管路１０６
を経由して除去し、それを熱入れして主熱交換器１２で
冷却を回復し、そして気体酸素生成物として管路１０８
を経由して除去する。液体酸素生成物を前記水溜め囲繞
生成物気化器２２の下部から液体酸素生成物として管路
１０４経由で除去する。 【００１９】液体側流を管路１１０を経由して高圧塔１
８の中間位置から除去する。この純粋液体側流を熱交換
器３０で過冷して、減圧しそして還流として低圧塔３６
の上部に管路１１２を経由して送る。そのうえ、気体側
流を管路１１４を経由して高圧塔１１８の同様の位置か
ら除去する。この側流を主熱交換器１２で熱入れして冷
却を回復し膨脹器１１６で一般作業で膨脹させて冷却を
回復する。この膨脹流れはここでは流れ１１８にある。 【００２０】気体側流を管路１２０を経由して低圧塔３
６の上部位置から除去して２部分に分割する。管路１２
２にある第１部分を熱交換器１２で熱入れして冷却を回
復し、それを再活性化ガスとして用いて方法から管路１
２４を経て除去する。再活性化ガスは、水と二酸化酸素
の圧縮供給材料空気からの除去に用いられる分子篩吸着
装置の再活性化に必要である。再活性化ガスの不必要な
場合、そこで流れ１２４を廃棄物として大気にガス抜き
することになる。管路１２６にある側流の第２部を熱交
換器３０で熱入れして冷却を回復し、膨脹流れ１１８と
混合して、混合流れ１３０を形成する。この混合流れ１
３０をその後、熱交換器１２で熱入れしてわずかの残留
冷却も回復し廃棄物として管路１３２を経由してガス抜
きする。 【００２１】最後に、低圧塔３６からの塔頂流出液を管
路１３４を経て、熱交換器３０で熱入れして冷却を回復
する。ここで管路１３６にあるこの熱入れ塔頂流水液を
熱交換器１２で更に熱入れして、僅かに残留する冷却も
回復して、低圧窒素生成物として管路１３８を経由して
除去する。 【００２２】易燃性の危険度の低減と同様にこの空気分
離方法で他の利点達成についての解決には、選ばれた層
にアルミニウムの構造的或いはランダム充填物を用いる
こと、又任意に選ばれた層に銅の充填物を用いることで
ある。術語「構造上」により、薄板（普通厚さが０．８
ｍｍ以下である）からなる充填物を言い、主流方向に垂
直の方向に液体又は（および）蒸気との混合を促進する
。規則的即ち構造的充填物は、アメリカ合衆国特許第４
，１２８，６８４号、１，１８６，１５９号、４，２９
６，０５０号、４，４５５，３３９号、４，４９７，７
５１号、４，４９７，７５２号および４，４９７，７５
３号に開示され、それぞれの明細書が本明細書で参考と
して取り入れられている。アルミニウムのランダム充填
物は、厚さが０．８ｍｍ（好ましくは、０．０５乃至０
．４ｍｍ）の１／４インチ（約０．６３５ｃｍ）乃至１
インチ（約２．５４ｃｍ）のストリップと薄板（０．８
ｍｍ以下）で予め配列した構造をもたない即ち、ランダ
ム構造の環又は螺線からなるもので差支えない。 【００２３】上述のように、本発明の利点を達成する鍵
は、アルミニウムを主成分として構築された薄板充填物
材料を使用し、これらの充填物材料を、酸素濃度が容量
比で８０乃至９６％の範囲になる場所、好ましくは又再
沸騰・冷却器４８の近傍、そして低圧塔３６の他の部分
に少くとも配置することである。好ましくは、前記アル
ミニウム充填物を９２乃至９６％の範囲で用いることで
ある。図面では、このアルミニウム充填物を１０１とし
て説明する。そのうえ、アルミニウム充填物（１０３と
して説明）を少くとも酸素濃度が容量比で９６％以下に
なるアルゴン塔の層で用いる。最大効果を得るには、ア
ルミニウム充填物（１０５として説明）を酸素が容量比
で約９６％以下のすべての層で用いることを示唆する。 【００２４】好ましい実施例において、本質的に銅、例
えば好ましくは、容量比で９５％以上の銅で構成された
充填物材料を酸素濃度が容量比で９６％以上である生成
物気化器２２の最も近傍にある水溜めで用いる。銅ベー
スの充填物は塔内での耐易燃性を増加させ、アルミニウ
ム充填物と容量比で約９６乃至９７％酸素で遷移される
時は、アルミニウムを使用して達成される全利点を損う
ことはない。 【００２５】 【実施例】実施例１ 易燃性危険度試験 一般実験手順は、その内部にテルミットの点孤子が埋め
込まれた充填物の試料を反応容器に取り付けることであ
った。気相実験に、酸素、窒素、アルゴン又はその混合
物からなる乾燥ガス供給材料を前記容器に送り、その酸
素含量を常磁性分析装置で測定した。反応器圧力をそこ
で所望のレベルに調節した。直流を埋め込みニクロム線
に通して前記点孤子を発火させる。液体酸素・アルゴン
実験には、液体酸素と液体アルゴンをデュアー瓶で混合
して液体混合物をまず所望の酸素濃度に調製した。その
濃度をその後、液体と気体の両試料をとって常磁性酸素
分析装置での分析のため確認した。所望の濃度が達成さ
れると前記混合物を前記容器に注入し、その容器を閉鎖
し加圧できるようにした。容器の圧力を全試験を通して
変換器と記録計とで調節した。 【００２６】構造的充填物を構成する４材料を評価した
。これらの材料は、銅、黄銅、アルミニウムおよび３０
４ステンレス鋼であった。おのおのの試験結果を評価し
て、燃焼の生長反応が起ったかどうかを測定した。燃焼
の生長反応の好ましい指標は試料の完全な破棄であった
。試料が完全に破壊されなかった場合には、生長反応が
いくらかでもあれば、その程度が記録される。表１およ
び表２は前記試験の気体および液体の生長反応データを
示す。充填物厚さは試料に合せて列挙される。表３は酸
素濃度に対する材料の燃焼生長反応の結果を示す。報告
された酸素の割合値により群中の酸素濃度の上限が決ま
る。 【００２７】 【表１】
充填物試験
―――――――材料
％０２／Ａｒ
生長反応数 非生長反応数
ＧＡＳ ＬＩＱ
ＧＡＳ ＬＩＱ―――――――
―――――――――――――――――――――――――
――――銅充填物 ９９．
９−９９．９９＋
４ ２（０．
１２５ｍｍ） ９９．８−９
９．９
３――――――――――――――――――
――――――――――――――――――黄銅充填物
９９．９−９９．９９＋
１０ ２（０
．１ｍｍ＆０．２ｍｍ） ９９．８−
９９．９ ９
６ １
９９．４−９９．
５ １
９２．８
１＊
９２．７
１
８９．８
１―
―――――――――――――――――――――――――
――――――――――ステンレス銅充填物と ９９．
８７ ２ ストリップ
９０．０
１ （０．２ｍｍ）
８８．０＊＊ １
８７．０＊＊
１
８６．０＊＊
１――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――――ステンレス銅充填物と ９０．＊
＊ １ス
トリップ ７０．＊＊
１＊ ２＊ （０．１
ｍｍ） ６１．＊＊
１
６０．＊＊
２――――――――――――――――――――――
―――――――――――――― 【００２８】 【表２】（表１の続き） 材料 ％０２／Ａ
ｒ 生長反応数 非生長反応
数
ＧＡＳ
ＬＩＱ ＧＡＳ ＬＩＱ――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――――アルミニウム充填物 ９９．
９−９９．９９＋ ７ ３
８ １（０．
２ｍｍ） ９９．８−９
９．９ ３
８ １０
９９．７−９９．８
１２ １
９９．６４
５ ９９
．３−９９．４
２
９９．２−
９９．３
２
９９．１−９９．
２ １
１ ３
９８．９−９９．０
３ ３
９８．３−９８．４
１
９７．６−９７．８
１ ２
１
９７．４＋−９７．６
１＊
３
９７．４
２
９６．６−−９７．０
５ ９
５．２
１
９５．１
２
９２．−９５
．
１ ３
９０．−９２
１
８７．
２
８１．２
１＊限界は生長反応が起る最低濃度
により設立される＊＊０．５インチ（約１．２７ｃｍ）
×６インチ（約１５．２４ｃｍ）ストリップの公表デー
タ 【００２９】 【表３】 構造的充填物材料の非燃焼生長反応に
対する酸素濃度一覧図 ―――――――
――――――――――――――――――――燃焼を生長
銅 銅
銅 銅させ
ない 黄銅 黄銅
アルミニウム充填物材料 ス
テンレス銅 アルミニウム
アルミニウム―――――――――――――
―――――――――――――――――――――――酸素
の ６７％ ９２．
７％ ４％ ９９．９９％
上 限 名 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――次掲は表１、表２および表３に
記録された結果についての注解である。銅試験銅は、圧
力５５ｐｓｉａで９９．９９％の酸素を含む全試験条件
下における燃焼の生長反応に効率のよい耐性を示した。 黄銅試験６３％の銅と３７％の亜鉛の黄銅組成物は５５
ｐｓｉｇの圧力において９２．７％の気体濃度での燃焼
の生長反応の限界（燃焼生長反応が起る酸素の濃度とし
て示す）を示す。黄銅の燃焼は試料の方向づけにかかわ
らず起り、又上方方向生長反応が毎秒１”（約２．５４
ｃｍ）乃至下方方向生長反応が毎秒４”（約１０．１６
ｃｍ）の範囲の燃焼速度が観察された。上方方向生長反
応は点孤子を垂直方向６”（約１５．２４ｃｍ）長さの
試料の下部から約１”（約２．５４ｃｍ）に取り付ける
ことにより、又下方方向生長反応は点孤子を６”（約１
５．２４ｃｍ）試料の上部から約１”（約２．５４ｃｍ
）に取り付けると起こる。薄板充填物のこれらの結果は
、試料を黄銅棒の形にして２５ｐｓｉａの圧力で、又黄
銅ストリップの形にして１５００ｐｓｉａの圧力におい
て、９９．９９％の気体酸素中でなんらの燃焼生長反応
を示さなかった先行技術の報告結果と矛盾する。これら
の充填物試験における黄銅の意外な成績は、充填物試料
に存在する断熱条件と、これらの試験に用いられた圧力
が１，０００ｐｓｉａと対照的な低圧との結果であると
信じられている。これらの条件は黄銅のより揮発性の亜
鉛成分が揮発して予期しない燃焼の生長反応を促進させ
るには十分であった。アルミニウム試験室温気体酸素試
験（表１および表２に要約）で、燃焼生長反応の極限が
５５ｐｓｉａの圧力で９９．９８％酸素で得られた。９
９．９９＋％の酸素を用いると、垂直試料の上部で発火
が起っただけでも試料は完全に焼き尽された。意外なこ
とに、上方への燃焼生長反応は発火が垂直試料の下部で
起った時には起らなかった。黄銅とは対照的に、前記断
熱条件と低圧は、トレイで経験したように、薄板アルミ
ニウムの特性を厚板アルミニウムに評価できるようには
変えなかった。換言すれば、前記アルミニウム充填物は
、充填物として使用される時の他の金属とは違って、酸
素に直接当る使用ではなんらの実質的変化を示さなかっ
た。他の金属に対するアルミニウムの強い導電率と反射
能が説明を与えることができる。 【００３０】アルミニウム試料を液体酸素のプールに部
分的に浸漬し、更に点孤子を前記の液面上に配置すると
、予期しない強力なエネルギーが放出されて、有意の燃
焼生長反応がアルゴン中に９７．４％以上の液体酸素（
Ｌｏｘ）濃度で観察された。前記エネルギー放出は反応
容器に有意の損害をもたらすほど有意に強力であった。 【００３１】液体酸素が薄手フィルムとして充填物の上
に撒布（試料を液体酸素プールに立たせる代りに）する
と、燃焼が起るが、強いエネルギーの放出が起り、燃焼
生長反応の限界は前記気体酸素試験と同一のものであっ
た。ステンレス鋼試験前記０．２ｍｍ厚３０４ステンレ
ス鋼充填物マトリックスの完全燃焼を８７．０％乃至９
９．８７％の酸素を３０ｐｓｉｇの圧力の試験で観察し
た。しかし、公表された唯一のストリップデータでは、
０．２ｍｍの材料の燃焼生長反応限界が、４０ｐｓｉｇ
の圧力においてアルゴン中に６７％という低い酸素濃度
であることを示す。黄銅の場合と同様に、ステンレス鋼
では、アルミニウムより低い生長反応限界を示した。 【００３２】上記の結果は、銅が高純度酸素中での燃焼
を生長させなかったこと、アルミニウム充填物は酸素蒸
気中の酸素濃度が９９．８％以下で、又酸素液体中では
９７．４％以下では生長しなかった（いくつかの液体酸
素生長反応条件では爆発の脅威があった）ことと、銅は
、約９２．７％以下の酸素濃度では生長しなかったこと
、およびステンレス鋼は、酸素蒸気又液体で約６７％以
下では生長しなかったことを示している。 【００３３】黄銅充填物の高度の易燃性は、それと対照
的に、黄銅のストリップならびに棒の難燃性の故に予期
しないものであった。黄銅の場合、充填物の断熱性、吸
収力又は輻射率および高表面積は薄板の十分な加熱によ
り黄銅内の亜鉛の蒸発を可能にする。亜鉛の蒸気は燃焼
して、前記銅（前記銅の残り）を溶融し、結果において
充填物までも燃焼させるに十分なエネルギーを放出する
。 【００３４】 【発明の効果】以上説明のように、本発明は、アルミニ
ウムを用いる充填物で８０乃至９６％、板銅充填物を用
いて９７％以上の容量比の酸素濃度層においても燃焼生
長反応を起さないで空気の極低温分離ができる。
。詳述すれば空気のその成分への分離に関連する蒸留方
法に関する。 【０００２】 【従来の技術】空気の極低温分離においては、供給材料
空気は圧縮、冷却され、その後、１部分を通常等エンタ
ルピーに、或いは等エントロピーに膨脹させて更に冷却
し、それによって液化させる。典型的例として、前記液
体を、高圧および低圧部が備わる２重蒸留塔に装填する
と、結果としてできる液化空気が分離される。高純度酸
素を前記低圧部で発生させ液体として引き出す。多くの
場合、アルゴンを、典型的例として、前記低圧塔からア
ルゴン塔への高酸素側流を除去して更に分離の必要のあ
る成分として回収する。複数の単一塔を含む他の分離周
期は、空気のその成分への分離にも用いられる。 【０００３】最近、酸素と窒素の分離に関連し、蒸留塔
のトレイに対向させて配設した充填物を使用する蒸留方
法の改良に実質的な活動が行われてきた。構造的充填物
が前記塔中の圧力降下を減衰させて分離を容易にする目
的で提案されてきた。 【０００４】構造的充填物を用いて、前記塔内の圧力降
下を減衰させて強化された物質移転により蒸留を増進さ
せる空気分離方法を記述する代表的特許は次の通り。即
ち：アメリカ合衆国特許第４，８３６，８３６号は、空
気のその成分への分離の改良型極低温蒸留装置を開示す
る。本特許は蒸留塔内のトレイを、アルゴン濃度が容量
比で約０．６乃至約７５％の範囲の吸着塔の層付近に構
造的充填物に置き換えることに帰する。一般的提案は、
塔の高圧および低圧部双方におけるトレイの代りに充填
物を用いること、詳述すれば低圧アルゴン塔にあるトレ
イの代りに前記充填物を用いることである。これらのト
レイの代りに充填物を用いる主な理由が２つあって、そ
の１つは、より大きい物質移動、例えば所定のスペース
に更に多くの理論工程を通して分離が増進したことと、
その２つ目が、更に工程数を増加させることで圧力降下
を減衰させるか或いはそのままに維持できたことである
。前記低圧アルゴン塔において、前記塔を横切る圧力降
下を最小化にすることが極めて重要である。その理由は
、そのことが圧力、従って再沸騰流れの泡立ち点を調節
するからである。 【０００５】米国特許第４，８３８，９１３号は、空気
の極低温分離と、側塔でのアルゴンの回収を開示する。 この特許権者の指摘することは、気液接触が２重塔の低
圧部において、前記低圧塔の中間点以下の部分、即ち、
前記アルゴン塔におけるアルゴン回収用ガス除去点に関
しての点で充填物を用いることで達成できる。 【０００６】空気をその成分に分離する設計をした蒸留
塔で用いられる構造的およびランダム充填物の組み立て
に用いる薄板の利用は、高酸素環境における材料充填用
構成材料の選択という点からみて問題を提起した。酸素
濃縮の増進に伴い、一定の材料が構成材料としての使用
に不適であることが先行技術の方法で既知である。因襲
的知識の提案するところでは、銅、黄銅およびステンレ
ス鋼が条件に合う材料であるが、アルミニウムは好まし
くない材料で、特にアルミニウム部品の厚さが０．８ｍ
ｍ以下の場合である。空気分離により使用される蒸留塔
のトレイ、充填物その他の構成材料に適するものとして
提案する代表的文献には下記のものが含まれる。即ち：
アメリカ合衆国特許第４，８１３，９８８号は、空気分
離方法に用いられる様々の充填材料と、このような充填
物の構成材料には炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム
、銅合金およびプラスチックが含まれることを開示する
。一般的提案は、重量比で少くとも約３０％の銅濃度を
有する物質を含む銅で組み立てられた充填物素子が、そ
れの耐易燃性のために好ましい。本特許権者の指摘する
ことは、充填物素子が、その相対的に薄い種類の材料と
、材料表面に残留する薄手フィルムになった液体のため
に更に問題を提起することである。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】酸素使用の金属評価の
標準指針であるＡＳＴＭデジグネーションＧ９４−８８
の１２−２０頁に、直接酸素に当る使用に適する金属と
、適さない金属の選択の基準となるすぐれた情報を提供
する。銅および黄銅が好ましいものとして提案されてい
る。 【０００８】本発明は、空気の極低温分離の改良された
方法と、更に、アルゴンを側流として回収する前記極低
温加工を提供することである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明に係わる方法は、
供給材料空気流で、典型的例として前記空気流れを膨脹
させることでそれの凝縮をもたらして冷却することと、
前記凝縮した空気流れを蒸留塔に入れて高窒素塔頂流出
液と、高酸素残液を発生させることからなる。本プロセ
スにおける改良点は、蒸留塔に構造的或いはランダム形
式の充填物材料を用いることからなり、前記充填物がア
ルミニウムからなり、前記充填物を、酸素濃度が容量比
で８０乃至９６％の範囲内になる層でともかく用いるこ
とを特徴とする。好ましい実施例においては、充填物素
子の組み合わせを用い、その１つがアルミニウムからな
り、他方の充填物素子が本質的に銅からなり、しかも前
記銅充填物素子を酸素濃度が容量比で９７％以上になる
層で用いることを特徴とする。 【００１０】アルミニウムは、黄銅、ステンレス鋼又は
他の普通に用いられる材料とは逆に、直接酸素に当るも
のに用い得ることがわかった。意外にも、薄板の形で直
接酸素の当るものとしては工業的に好ましくない材料と
してのアルミニウムが充填物として使用可能の薄板の形
で用いられる数少ない材料の１つであるとわかったこと
である。充填物構成において、アルミニウムが容量比で
最高約９７．５％酸素の直接使用でも難燃性であること
がわかった。対照的に直接酸素に当る使用に適当である
と示唆されている。工業標準の黄銅およびステンレス鋼
が易燃性であるため薄板充填物には不適当であることで
ある。アルミニウムは直接酸素に当る充填材料として使
用できるので、更に多くの利点が達成できる。下記の通
り、即ち：通常用いられる構造的に薄手のトレイの代り
に薄手の充填物材料を用いることができ、物質移転が増
進すると共に塔を通しての圧力降下の減衰が得られるこ
とと、蒸留塔で用いるアルミニウム充填物の取り付けの
容易さと互換性を利用できることと、アルミニウム組み
立て材料に固有の軽量性を利用し、それによって蒸留塔
に関連する資本経費の低減ができること、および、アル
ミニウムからなる充填物素子の減量の分、充填物の高さ
を増大させることができることである。 【００１１】 【作用】ここで添付図面を参照しながら、好ましい実施
例により本発明を更に詳細に説明する。 【００１２】本発明は、酸素、窒素およびアルゴンから
なる混合物、例えば空気を極低温蒸留により分離する方
法と装置の改良に関する。本質的に、本発明の改良は、
アルミニウムで構成された構造的もしくはランダム充填
物を蒸留トレイの代りに、酸素濃度が容量比で約８０乃
至９６％の範囲内であり、又比重表面ガス速度が少くと
も０．０６ｆｔ／秒（約１．８３ｃｍ／秒）である蒸留
塔装置の層において使用することである。 【００１３】空気の極低温分離による窒素、酸素および
アルゴン生成物の生産において、通常３塔蒸留装置が用
いられる。これらの３塔を、高圧塔、低圧塔およびアル
ゴン塔と称する。アルゴンと酸素を分離し、その双方を
製品として生産する空気分離方法の実施例は、アメリカ
合衆国特許第３，７２９，９４３号、４，５３３，３７
５号、４，５７８，０９５号、４，６０４，１１６号、
４，６０５，４２７号および４，６７０，０３１号に示
され、それらの明細書は参考として本明細書に取り入れ
られている。 【００１４】本発明の理解を容易にするため、それが酸
素とアルゴン生成物を生産する空気分離方法に関するも
のであるので、ここで図１を参照して説明する。図１を
参照して、冷却水温度に冷却され、極低温で凝固する不
純物、例えば除去された水および二酸化炭素を含んだ圧
縮空気を管路１２を経由して熱交換器１２に送り、そこ
においてそれを前記流れの露点に冷却する。ここで管路
１４にあるこの冷却、圧縮、無不純物空気をそこで２つ
の部分に分離する。第１部分を、典型的例として約３０
乃至２００ｐｓｉｇの圧力で作動する高圧塔１８の下部
に管路１６を経由して供給する。管路２０にある第２部
分を２留分に更に分離する。第１留分を管路２１を経由
してアルゴン生成物気化器９４に供給し、又第２留分を
生成物気化器２２に供給、凝縮して水溜めにある液体酸
素を再沸騰させた後、管路２４を経て生成物気化器２２
から除去する。管路２４にある凝縮液体をそこで２部分
に分離し、その第１部分を供給材料として管路２６を経
て高圧塔１８の中間位置に送り、一方、管路２８にあり
、それが熱交換器３０で過冷され、Ｊ−Ｔ弁３２でフラ
ッシュされる第２部分を管路３４を経て低圧塔３６の中
間位置に送る。低圧塔３６に典型的例として１６乃至８
０ｐｓｉｇの圧力で操作される。 【００１５】塔頂流出液を高圧塔１８から管路４０を経
て取出して２部分に分割する。第１部分を主熱交換器１
２で熱入して冷却を回復させ、その後高圧窒素生成物と
して管路４４を経て除去する。第２部分を管路４６を経
由、低圧塔３６の底部にある再沸騰・凝縮器４８に送り
、そこにおいて凝縮し、管路５０を経て除去する。この
凝縮純粋窒素流れをそこで３部分に分割する。第１部分
を管路５２を経由して高圧塔１８の上部に送り、高圧塔
１８に還流を与える。第２部分を液体窒素生成物として
管路５４を経て除去し、又管路５６を経由して除去され
た第３部分を熱交換器３０で過冷更にＪ−Ｔ弁５８でフ
ラッシュして、管路６０を経由して低圧塔３６の上部に
送り、本質的に純粋の窒素還流を低圧塔３６の上部に供
給する。 【００１６】高圧塔１８からの高酸素残液を管路６２を
経由して除去する。この流れを、流れ１００即ち、アル
ゴン生成物気化器９４からの凝縮空気と化合させて、混
合高酸素液体流６４を形成する。この混合液流を熱交換
器３０で過冷して、その後２つの副流に分割する。管路
６６にある第１過冷をＪ−Ｔ弁６８でフラッシュし、低
圧塔３６の上部中間位置に送る。管路７０の第２副流を
Ｊ−Ｔ弁７１でフラッシュして、アルゴン塔７２の上部
に位置する水溜囲繞冷却器８６に送って凝縮器８６の冷
却を与える。ガス塔頂流出物を水溜めの塔頂部分から管
路７４から除去して、前記水溜めから管路７６を経由し
て除去された液体と混合して混合流れ７８を形成する。 この混合流れ７８をその後低圧塔３６の中間位置に送る
。 【００１７】側流を低圧塔３６の下部中間位置から管路
８０を経由して除去し、１６乃至４０ｐｓｉｇの圧力で
作動するアルゴン塔７２の下部に送る。前記アルゴン塔
７２からの残液を低圧塔３６に管路８２を経由して、前
記側流８０引き抜きと同じ中間位置に戻し、それにより
中間塔還流を与えるためである。塔頂流出アルゴンをア
ルゴン塔７２から管路８４を経て除去し、それを冷却器
８６で冷却し、更にそれを２部分に分割する。第１部分
をアルゴン塔７２の上部に管路９０に戻してアルゴン塔
７２に還流を与える。第２部分を除去して、管路９２を
経由してアルゴン生成物気化器９４に送る。アルゴンガ
ス生成物を管路９６を経由して生成物気化器９４から除
去し、アルゴン液体生成物を生成物気化器９４から管路
９８を経由で除去する。 【００１８】残液流れを低圧塔３６（下部水溜め囲繞再
沸騰・冷却器４８）から除去し、水溜め囲繞生成物気化
器２２に管路１０２を経由して送る。気体酸素生成物を
前記水溜め囲繞生成物気化器２２の塔頂から管路１０６
を経由して除去し、それを熱入れして主熱交換器１２で
冷却を回復し、そして気体酸素生成物として管路１０８
を経由して除去する。液体酸素生成物を前記水溜め囲繞
生成物気化器２２の下部から液体酸素生成物として管路
１０４経由で除去する。 【００１９】液体側流を管路１１０を経由して高圧塔１
８の中間位置から除去する。この純粋液体側流を熱交換
器３０で過冷して、減圧しそして還流として低圧塔３６
の上部に管路１１２を経由して送る。そのうえ、気体側
流を管路１１４を経由して高圧塔１１８の同様の位置か
ら除去する。この側流を主熱交換器１２で熱入れして冷
却を回復し膨脹器１１６で一般作業で膨脹させて冷却を
回復する。この膨脹流れはここでは流れ１１８にある。 【００２０】気体側流を管路１２０を経由して低圧塔３
６の上部位置から除去して２部分に分割する。管路１２
２にある第１部分を熱交換器１２で熱入れして冷却を回
復し、それを再活性化ガスとして用いて方法から管路１
２４を経て除去する。再活性化ガスは、水と二酸化酸素
の圧縮供給材料空気からの除去に用いられる分子篩吸着
装置の再活性化に必要である。再活性化ガスの不必要な
場合、そこで流れ１２４を廃棄物として大気にガス抜き
することになる。管路１２６にある側流の第２部を熱交
換器３０で熱入れして冷却を回復し、膨脹流れ１１８と
混合して、混合流れ１３０を形成する。この混合流れ１
３０をその後、熱交換器１２で熱入れしてわずかの残留
冷却も回復し廃棄物として管路１３２を経由してガス抜
きする。 【００２１】最後に、低圧塔３６からの塔頂流出液を管
路１３４を経て、熱交換器３０で熱入れして冷却を回復
する。ここで管路１３６にあるこの熱入れ塔頂流水液を
熱交換器１２で更に熱入れして、僅かに残留する冷却も
回復して、低圧窒素生成物として管路１３８を経由して
除去する。 【００２２】易燃性の危険度の低減と同様にこの空気分
離方法で他の利点達成についての解決には、選ばれた層
にアルミニウムの構造的或いはランダム充填物を用いる
こと、又任意に選ばれた層に銅の充填物を用いることで
ある。術語「構造上」により、薄板（普通厚さが０．８
ｍｍ以下である）からなる充填物を言い、主流方向に垂
直の方向に液体又は（および）蒸気との混合を促進する
。規則的即ち構造的充填物は、アメリカ合衆国特許第４
，１２８，６８４号、１，１８６，１５９号、４，２９
６，０５０号、４，４５５，３３９号、４，４９７，７
５１号、４，４９７，７５２号および４，４９７，７５
３号に開示され、それぞれの明細書が本明細書で参考と
して取り入れられている。アルミニウムのランダム充填
物は、厚さが０．８ｍｍ（好ましくは、０．０５乃至０
．４ｍｍ）の１／４インチ（約０．６３５ｃｍ）乃至１
インチ（約２．５４ｃｍ）のストリップと薄板（０．８
ｍｍ以下）で予め配列した構造をもたない即ち、ランダ
ム構造の環又は螺線からなるもので差支えない。 【００２３】上述のように、本発明の利点を達成する鍵
は、アルミニウムを主成分として構築された薄板充填物
材料を使用し、これらの充填物材料を、酸素濃度が容量
比で８０乃至９６％の範囲になる場所、好ましくは又再
沸騰・冷却器４８の近傍、そして低圧塔３６の他の部分
に少くとも配置することである。好ましくは、前記アル
ミニウム充填物を９２乃至９６％の範囲で用いることで
ある。図面では、このアルミニウム充填物を１０１とし
て説明する。そのうえ、アルミニウム充填物（１０３と
して説明）を少くとも酸素濃度が容量比で９６％以下に
なるアルゴン塔の層で用いる。最大効果を得るには、ア
ルミニウム充填物（１０５として説明）を酸素が容量比
で約９６％以下のすべての層で用いることを示唆する。 【００２４】好ましい実施例において、本質的に銅、例
えば好ましくは、容量比で９５％以上の銅で構成された
充填物材料を酸素濃度が容量比で９６％以上である生成
物気化器２２の最も近傍にある水溜めで用いる。銅ベー
スの充填物は塔内での耐易燃性を増加させ、アルミニウ
ム充填物と容量比で約９６乃至９７％酸素で遷移される
時は、アルミニウムを使用して達成される全利点を損う
ことはない。 【００２５】 【実施例】実施例１ 易燃性危険度試験 一般実験手順は、その内部にテルミットの点孤子が埋め
込まれた充填物の試料を反応容器に取り付けることであ
った。気相実験に、酸素、窒素、アルゴン又はその混合
物からなる乾燥ガス供給材料を前記容器に送り、その酸
素含量を常磁性分析装置で測定した。反応器圧力をそこ
で所望のレベルに調節した。直流を埋め込みニクロム線
に通して前記点孤子を発火させる。液体酸素・アルゴン
実験には、液体酸素と液体アルゴンをデュアー瓶で混合
して液体混合物をまず所望の酸素濃度に調製した。その
濃度をその後、液体と気体の両試料をとって常磁性酸素
分析装置での分析のため確認した。所望の濃度が達成さ
れると前記混合物を前記容器に注入し、その容器を閉鎖
し加圧できるようにした。容器の圧力を全試験を通して
変換器と記録計とで調節した。 【００２６】構造的充填物を構成する４材料を評価した
。これらの材料は、銅、黄銅、アルミニウムおよび３０
４ステンレス鋼であった。おのおのの試験結果を評価し
て、燃焼の生長反応が起ったかどうかを測定した。燃焼
の生長反応の好ましい指標は試料の完全な破棄であった
。試料が完全に破壊されなかった場合には、生長反応が
いくらかでもあれば、その程度が記録される。表１およ
び表２は前記試験の気体および液体の生長反応データを
示す。充填物厚さは試料に合せて列挙される。表３は酸
素濃度に対する材料の燃焼生長反応の結果を示す。報告
された酸素の割合値により群中の酸素濃度の上限が決ま
る。 【００２７】 【表１】
充填物試験
―――――――材料
％０２／Ａｒ
生長反応数 非生長反応数
ＧＡＳ ＬＩＱ
ＧＡＳ ＬＩＱ―――――――
―――――――――――――――――――――――――
――――銅充填物 ９９．
９−９９．９９＋
４ ２（０．
１２５ｍｍ） ９９．８−９
９．９
３――――――――――――――――――
――――――――――――――――――黄銅充填物
９９．９−９９．９９＋
１０ ２（０
．１ｍｍ＆０．２ｍｍ） ９９．８−
９９．９ ９
６ １
９９．４−９９．
５ １
９２．８
１＊
９２．７
１
８９．８
１―
―――――――――――――――――――――――――
――――――――――ステンレス銅充填物と ９９．
８７ ２ ストリップ
９０．０
１ （０．２ｍｍ）
８８．０＊＊ １
８７．０＊＊
１
８６．０＊＊
１――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――――ステンレス銅充填物と ９０．＊
＊ １ス
トリップ ７０．＊＊
１＊ ２＊ （０．１
ｍｍ） ６１．＊＊
１
６０．＊＊
２――――――――――――――――――――――
―――――――――――――― 【００２８】 【表２】（表１の続き） 材料 ％０２／Ａ
ｒ 生長反応数 非生長反応
数
ＧＡＳ
ＬＩＱ ＧＡＳ ＬＩＱ――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――――アルミニウム充填物 ９９．
９−９９．９９＋ ７ ３
８ １（０．
２ｍｍ） ９９．８−９
９．９ ３
８ １０
９９．７−９９．８
１２ １
９９．６４
５ ９９
．３−９９．４
２
９９．２−
９９．３
２
９９．１−９９．
２ １
１ ３
９８．９−９９．０
３ ３
９８．３−９８．４
１
９７．６−９７．８
１ ２
１
９７．４＋−９７．６
１＊
３
９７．４
２
９６．６−−９７．０
５ ９
５．２
１
９５．１
２
９２．−９５
．
１ ３
９０．−９２
１
８７．
２
８１．２
１＊限界は生長反応が起る最低濃度
により設立される＊＊０．５インチ（約１．２７ｃｍ）
×６インチ（約１５．２４ｃｍ）ストリップの公表デー
タ 【００２９】 【表３】 構造的充填物材料の非燃焼生長反応に
対する酸素濃度一覧図 ―――――――
――――――――――――――――――――燃焼を生長
銅 銅
銅 銅させ
ない 黄銅 黄銅
アルミニウム充填物材料 ス
テンレス銅 アルミニウム
アルミニウム―――――――――――――
―――――――――――――――――――――――酸素
の ６７％ ９２．
７％ ４％ ９９．９９％
上 限 名 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――次掲は表１、表２および表３に
記録された結果についての注解である。銅試験銅は、圧
力５５ｐｓｉａで９９．９９％の酸素を含む全試験条件
下における燃焼の生長反応に効率のよい耐性を示した。 黄銅試験６３％の銅と３７％の亜鉛の黄銅組成物は５５
ｐｓｉｇの圧力において９２．７％の気体濃度での燃焼
の生長反応の限界（燃焼生長反応が起る酸素の濃度とし
て示す）を示す。黄銅の燃焼は試料の方向づけにかかわ
らず起り、又上方方向生長反応が毎秒１”（約２．５４
ｃｍ）乃至下方方向生長反応が毎秒４”（約１０．１６
ｃｍ）の範囲の燃焼速度が観察された。上方方向生長反
応は点孤子を垂直方向６”（約１５．２４ｃｍ）長さの
試料の下部から約１”（約２．５４ｃｍ）に取り付ける
ことにより、又下方方向生長反応は点孤子を６”（約１
５．２４ｃｍ）試料の上部から約１”（約２．５４ｃｍ
）に取り付けると起こる。薄板充填物のこれらの結果は
、試料を黄銅棒の形にして２５ｐｓｉａの圧力で、又黄
銅ストリップの形にして１５００ｐｓｉａの圧力におい
て、９９．９９％の気体酸素中でなんらの燃焼生長反応
を示さなかった先行技術の報告結果と矛盾する。これら
の充填物試験における黄銅の意外な成績は、充填物試料
に存在する断熱条件と、これらの試験に用いられた圧力
が１，０００ｐｓｉａと対照的な低圧との結果であると
信じられている。これらの条件は黄銅のより揮発性の亜
鉛成分が揮発して予期しない燃焼の生長反応を促進させ
るには十分であった。アルミニウム試験室温気体酸素試
験（表１および表２に要約）で、燃焼生長反応の極限が
５５ｐｓｉａの圧力で９９．９８％酸素で得られた。９
９．９９＋％の酸素を用いると、垂直試料の上部で発火
が起っただけでも試料は完全に焼き尽された。意外なこ
とに、上方への燃焼生長反応は発火が垂直試料の下部で
起った時には起らなかった。黄銅とは対照的に、前記断
熱条件と低圧は、トレイで経験したように、薄板アルミ
ニウムの特性を厚板アルミニウムに評価できるようには
変えなかった。換言すれば、前記アルミニウム充填物は
、充填物として使用される時の他の金属とは違って、酸
素に直接当る使用ではなんらの実質的変化を示さなかっ
た。他の金属に対するアルミニウムの強い導電率と反射
能が説明を与えることができる。 【００３０】アルミニウム試料を液体酸素のプールに部
分的に浸漬し、更に点孤子を前記の液面上に配置すると
、予期しない強力なエネルギーが放出されて、有意の燃
焼生長反応がアルゴン中に９７．４％以上の液体酸素（
Ｌｏｘ）濃度で観察された。前記エネルギー放出は反応
容器に有意の損害をもたらすほど有意に強力であった。 【００３１】液体酸素が薄手フィルムとして充填物の上
に撒布（試料を液体酸素プールに立たせる代りに）する
と、燃焼が起るが、強いエネルギーの放出が起り、燃焼
生長反応の限界は前記気体酸素試験と同一のものであっ
た。ステンレス鋼試験前記０．２ｍｍ厚３０４ステンレ
ス鋼充填物マトリックスの完全燃焼を８７．０％乃至９
９．８７％の酸素を３０ｐｓｉｇの圧力の試験で観察し
た。しかし、公表された唯一のストリップデータでは、
０．２ｍｍの材料の燃焼生長反応限界が、４０ｐｓｉｇ
の圧力においてアルゴン中に６７％という低い酸素濃度
であることを示す。黄銅の場合と同様に、ステンレス鋼
では、アルミニウムより低い生長反応限界を示した。 【００３２】上記の結果は、銅が高純度酸素中での燃焼
を生長させなかったこと、アルミニウム充填物は酸素蒸
気中の酸素濃度が９９．８％以下で、又酸素液体中では
９７．４％以下では生長しなかった（いくつかの液体酸
素生長反応条件では爆発の脅威があった）ことと、銅は
、約９２．７％以下の酸素濃度では生長しなかったこと
、およびステンレス鋼は、酸素蒸気又液体で約６７％以
下では生長しなかったことを示している。 【００３３】黄銅充填物の高度の易燃性は、それと対照
的に、黄銅のストリップならびに棒の難燃性の故に予期
しないものであった。黄銅の場合、充填物の断熱性、吸
収力又は輻射率および高表面積は薄板の十分な加熱によ
り黄銅内の亜鉛の蒸発を可能にする。亜鉛の蒸気は燃焼
して、前記銅（前記銅の残り）を溶融し、結果において
充填物までも燃焼させるに十分なエネルギーを放出する
。 【００３４】 【発明の効果】以上説明のように、本発明は、アルミニ
ウムを用いる充填物で８０乃至９６％、板銅充填物を用
いて９７％以上の容量比の酸素濃度層においても燃焼生
長反応を起さないで空気の極低温分離ができる。
【図１】アルゴンと酸素生成物生産用の、典型的３塔式
空気分離プロセスのほぼ線図である。
空気分離プロセスのほぼ線図である。
１０ 管路
１２ 熱交換器
１４ 管路
１６ 管路
１８ 高圧塔
２０ 管路
２１ 管路
２２ 生成物気化器
２４ 管路
２６ 管路
２８ 管路
３０ 熱交換器
３２ Ｊ−Ｔ弁
３４ 管路
３６ 低圧塔
４０ 管路
４２ 管路
４４ 管路
４６ 管路
４８ 再沸騰・冷却器
５０ 管路
５２ 管路
５４ 管路
５８ Ｊ−Ｔ弁
６０ 管路
６２ 管路
６４ 混合高酸素液体流れ
６６ 管路
６８ Ｊ−Ｔ弁
７０ 管路
７１ Ｊ−Ｔ弁
７２ アルゴン塔
７４ 管路
７６ 管路
７８ 混合流れ
８０ 側流
８２ 管路
８４ 管路
８６ 凝縮器
８８ 管路
９０ 管路
９２ 管路
９４ アルゴン生成物気化器
９６ 管路
９８ 管路
１００ 管路
１０２ 管路
１０４ 管路
１０６ 管路
１０８ 管路
１１０ 管路
１１２ 管路
１１４ 管路
１１８ 管路
１２０ 管路
１２２ 管路
１２４ 管路
１２６ 管路
１２８ 管路
１３０ 管路
１３２ 管路
１３４ 管路
１３８ 管路
１０１ アルミニウム充填物
１０３ アルミニウム充填物
１０５ アルミニウム充填物
Claims (11)
- 【請求項１】 供給材料空気流れの圧縮と、前記空気
を冷却してそれの凝縮をもたらすことと、前記凝縮空気
流れの少くとも１部を蒸留塔で蒸留して、それによって
高窒素塔頂流出液と高酸素残液を発生させることからな
る空気の極低温分離の方法において、伴う圧力降下を最
小にし、かつ危険度を少くして前記塔を通す分離の強化
であって、それがアルミニウムで組立てられた構造的も
しくはランダムの形をとる充填物を利用することからな
り、前記充填物を酸素の濃度が容量比で約８０乃至９６
％の範囲内にある層に取り付けられていることを特徴と
する空気の極低温分離法。 - 【請求項２】 前記方法が、酸素の濃度が９６％以上
の層に銅からなる充填剤を利用することから更になるこ
とを特徴とする請求項１の空気の極低温分離法。 - 【請求項３】 前記蒸留塔は、高圧塔および前記高圧
塔の上に取り付けられた低圧塔からなり、前記充填物を
前記低圧塔の下部にある水溜めの最も近傍の層に取り付
けることを特徴とする請求項１の空気の極低温分離法。 - 【請求項４】 前記アルミニウム充填物は構造的充填
物であることを特徴とする請求項３の空気の極低温分離
法。 - 【請求項５】 前記構造的充填物を０．８ｍｍ以下の
厚さのアルミニウム板で組立てられたものであることを
特徴とする請求項４の空気の極低温分離法。 - 【請求項６】 前記アルミニウム板には０．０５乃至
０．４ｍｍの厚さがあることを特徴とする請求項６の空
気の極低温分離法。 - 【請求項７】 容量比で９７％以上の酸素の酸素濃度
を有する前記低圧塔にある水溜めの近傍の層に銅充填物
を取り付けることを特徴とする請求項５の空気の極低温
分離法。 - 【請求項８】 容量比で約９６乃至９７％の酸素濃度
において、前記アルミニウム充填物の銅充填物への遷移
を特徴とする請求項７の空気の極低温分離法。 - 【請求項９】 前記方法には、前記低圧塔の中間位置
から側流を引出して、アルゴンの分離のため、アルゴン
蒸留塔に装入し、又アルミニウム充填物を前記アルゴン
蒸留塔内の酸素濃度が容量比で約９６％以下である位置
で用いる工程が更に含まれることを特徴とする請求項３
の空気の極低温分離法。 - 【請求項１０】 前記アルゴン塔の酸素濃度が容量比
で約９７％以上である位置で銅充填物を用いることを特
徴とする請求項９の空気の極低温分離法。 - 【請求項１１】 前記アルゴン塔の酸素濃度が約９６
乃至９７％の位置におけるアルミニウム充填物の銅充填
物への遷移を特徴とする請求項１０の空気の極低温分離
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/496,844 US5076823A (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Process for cryogenic air separation |
| US496844 | 1990-03-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04222379A true JPH04222379A (ja) | 1992-08-12 |
Family
ID=23974407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3074523A Pending JPH04222379A (ja) | 1990-03-20 | 1991-03-14 | 空気の極低温分離の方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5076823A (ja) |
| EP (1) | EP0447943A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04222379A (ja) |
| CA (1) | CA2038186A1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2675568B1 (fr) * | 1991-04-19 | 1993-07-16 | Air Liquide | Procede de separation cryogenique de melanges contenant de l'oxygene et garnissages organises pour la mise en óoeuvre de ce procede. |
| US5133790A (en) * | 1991-06-24 | 1992-07-28 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Cryogenic rectification method for producing refined argon |
| US5161380A (en) * | 1991-08-12 | 1992-11-10 | Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation | Cryogenic rectification system for enhanced argon production |
| FR2686271B1 (fr) * | 1992-01-20 | 1994-03-11 | Air Liquide | Colonne d'echange de chaleur et de matiere a garnissages ondules-croises. |
| US5255522A (en) * | 1992-02-13 | 1993-10-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Vaporization of liquid oxygen for increased argon recovery |
| FR2688148A1 (fr) * | 1992-03-05 | 1993-09-10 | Air Liquide | Troncon de garnissage pour colonne d'echange de chaleur et de matiere et colonne de distillation comportant un tel troncon. |
| US5230217A (en) * | 1992-05-19 | 1993-07-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Inter-column heat integration for multi-column distillation system |
| US5311744A (en) * | 1992-12-16 | 1994-05-17 | The Boc Group, Inc. | Cryogenic air separation process and apparatus |
| DE4317916A1 (de) * | 1993-05-28 | 1994-12-01 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon |
| CA2142317A1 (en) * | 1994-02-24 | 1995-08-25 | Anton Moll | Process and apparatus for the recovery of pure argon |
| US5396772A (en) * | 1994-03-11 | 1995-03-14 | The Boc Group, Inc. | Atmospheric gas separation method |
| FR2718518B1 (fr) * | 1994-04-12 | 1996-05-03 | Air Liquide | Procédé et installation pour la production de l'oxygène par distillation de l'air. |
| FR2718977B1 (fr) * | 1994-04-22 | 1996-06-07 | Air Liquide | Procédé et installation de séparation d'un mélange gazeux par distillation cryogénique. |
| GB9423955D0 (en) * | 1994-11-24 | 1995-01-11 | Boc Group Plc | Air seperation |
| US6117210A (en) * | 1997-04-29 | 2000-09-12 | Praxair Technology, Inc. | Solid electrolyte systems for producing controlled purity oxygen |
| US5979440A (en) * | 1997-06-16 | 1999-11-09 | Sequal Technologies, Inc. | Methods and apparatus to generate liquid ambulatory oxygen from an oxygen concentrator |
| FR2791762B1 (fr) * | 1999-03-29 | 2001-06-15 | Air Liquide | Procede et installation de production d'argon par distillation cryogenique |
| FR2853723B1 (fr) * | 2003-04-10 | 2007-03-30 | Air Liquide | Procede et installation de traitement d'un bain de liquide riche en oxygene recueilli en pied d'une colonne de distillation cryogenique |
| US9279613B2 (en) * | 2010-03-19 | 2016-03-08 | Praxair Technology, Inc. | Air separation method and apparatus |
| CN102078702B (zh) * | 2011-01-14 | 2012-10-10 | 南京大学 | 一种精馏塔流量可控型侧线出料组合装置 |
| US9187194B2 (en) * | 2013-05-24 | 2015-11-17 | L'Air Liquide Société Anonyme Pour L'Étude Et L'Exploitation Des Procedes Georges Claude | System for distributing the weight of a column section |
| CN114225892B (zh) * | 2021-12-25 | 2024-01-23 | 四川北方红光特种化工有限公司 | 一种不锈钢矩鞍环填料循环利用的处理工艺 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0151693B1 (de) * | 1983-12-15 | 1990-01-17 | GebràDer Sulzer Aktiengesellschaft | Stoffaustauschkolonne |
| CH664091A5 (de) * | 1985-01-30 | 1988-02-15 | Sulzer Ag | Packungskoerper aus duennem, folienartigen material fuer stoff- und waermeaustauschkolonnen zwischen fluessigen und gasfoermigen phasen. |
| US4836836A (en) * | 1987-12-14 | 1989-06-06 | Air Products And Chemicals, Inc. | Separating argon/oxygen mixtures using a structured packing |
| US4813988A (en) * | 1987-12-14 | 1989-03-21 | Air Products And Chemicals, Inc. | Suitable distillation column packing for the cryogenic separation of air |
| US4871382A (en) * | 1987-12-14 | 1989-10-03 | Air Products And Chemicals, Inc. | Air separation process using packed columns for oxygen and argon recovery |
| GB8802627D0 (en) * | 1988-02-05 | 1988-03-02 | Boc Group Inc | Liquid-vapour contact columns |
| US4838913A (en) * | 1988-02-10 | 1989-06-13 | Union Carbide Corporation | Double column air separation process with hybrid upper column |
| US4929399A (en) * | 1988-03-17 | 1990-05-29 | Union Carbide Industrial Gases Technology Inc. | Structured column packing with liquid holdup |
| BR8901120A (pt) * | 1988-03-17 | 1989-10-31 | Union Carbide Corp | Elemento de enchimento de coluna;processo para a pratica de transferencia de massa entre vapor e liquido |
| US4842625A (en) * | 1988-04-29 | 1989-06-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Control method to maximize argon recovery from cryogenic air separation units |
| US4983194A (en) * | 1990-02-02 | 1991-01-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Production of high purity argon |
-
1990
- 1990-03-20 US US07/496,844 patent/US5076823A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-03-13 CA CA002038186A patent/CA2038186A1/en not_active Abandoned
- 1991-03-13 EP EP91103861A patent/EP0447943A1/en not_active Ceased
- 1991-03-14 JP JP3074523A patent/JPH04222379A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2038186A1 (en) | 1991-09-21 |
| EP0447943A1 (en) | 1991-09-25 |
| US5076823A (en) | 1991-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH04222379A (ja) | 空気の極低温分離の方法 | |
| EP0173168B1 (en) | Process to produce ultrahigh purity oxygen | |
| JP2516680B2 (ja) | 酸素、窒素及びアルゴンを含む混合物の極低温分離法 | |
| US5019145A (en) | Argon purification | |
| JP3607539B2 (ja) | 極低温精留塔を運転する方法 | |
| US5419136A (en) | Distillation column utilizing structured packing having varying crimp angle | |
| US4983194A (en) | Production of high purity argon | |
| EP0183446B2 (en) | Nitrogen generation | |
| GB2219385A (en) | Air separation process and apparatus | |
| GB1576910A (en) | Process and apparatus for producing gaseous nitrogen | |
| AU694000B2 (en) | Air separation | |
| EP0096610A1 (en) | Air separation process for the production of krypton and xenon | |
| JP3678787B2 (ja) | 大気ガスの混合物を低温分離する方法 | |
| KR100383775B1 (ko) | 구조화된 패킹 | |
| EP0182620B1 (en) | Nitrogen generation | |
| AU631578B2 (en) | Air separation | |
| EP0728999B1 (en) | Separation of gas mixtures | |
| CA2308255A1 (en) | Separation of air | |
| EP0892233B1 (en) | Method and apparatus for argon production | |
| US6170291B1 (en) | Separation of air | |
| EP0639746A1 (en) | Air separation | |
| JP2003516514A (ja) | 低温蒸留による分離方法及び装置 |