JPH0560461A - 極低温蒸留塔における供給材料気体分離法 - Google Patents

極低温蒸留塔における供給材料気体分離法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素交換塔の下部で窒素を導入し酸素を効果
的に入れ替えて、この塔から抜き取られた生成物流れに
炭化水素との引火性混合物を形成させず、クリプトンの
回収率を向上させる。 【構成】 本発明は２％以上の酸素を含む蒸気流れを用
い、酸素、クリプトン、メタン及びメタンのキセノンを
含む液体流れをストリップしてクリプトンとキセノンを
生産する方法に関する。これは、蒸留塔中の液体の蒸気
流量に対する比を適当に調整して達成する。適当な還流
液体を用いると、蒸留装置を離れるメタン含有蒸気流れ
の中のクリプトンとキセノンの損失を低減させることに
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、キセノンとクリプトン
を空気から生産する極低温蒸留法に関する。
【０００２】
【従来の技術】クリプトンとキセノンは空気中に痕跡成
分として（それぞれ１．１４ｐｐｍと０．０８６ｐｐ
ｍ）存在し、空気の極低温蒸留から純粋の形で生産でき
る。これらの元素の双方とも酸素より揮発性が少い（沸
点は高い）ので、従って、普通の２塔式空気分離装置の
低圧塔にある液体酸素溜めに凝集する。酸素より少い揮
発性の不純物たとえばメタンも、クリプトンとキセノン
と共に液体酸素溜めに凝集するものである。残念なが
ら、酸素、メタン、クリプトン及びキセノンが含まれる
プロセス流れが、メタンとキセノンが混合して存在する
ため安全性の問題を提起する。
【０００３】メタンと酸素は、引火性の下限を酸素中の
メタンが５％とする引火性混合物を形成する。安全操作
のため、酸素流れに含まれるメタンの濃度を前記下限引
火度に近ずけてはならないし、実際問題として、最高許
容メタン濃度を前記下限引火度の何分の１かに設定する
必要がある。この最高設定はクリプトンとキセノンの到
達できる濃度を有効に制限する。それは、これらの生成
物がさらに濃縮されて許容最高限度を超えるメタンの濃
縮をもたらすことになるからである。従って、メタンを
プロセスから除去することが望ましい。
【０００４】メタンをクリプトンとキセノンの濃縮流れ
から、８００乃至１０００°Ｆ（約４２６．７乃至５３
７．８℃）の温度で動作するバーナーを用いて順流で除
去する。メタンの燃焼で２つの好ましくない副生成物、
すなわち水と二酸化炭素が前記プロセス流れにできる。
これらの不純物を典型的例として分子吸着を用いて除去
する。従ってメタン除去に関する現在行われている方法
は、メタンバーナー、吸着装置及び極低温温度からバー
ナー温度に前記流れを熱入れし、その後、吸着工程を経
て極低温温度に戻すための数基の熱交換器とを必要とす
る。この方法によるメタン除去も、クリプトンとキセノ
ンに若干の損失をもたらす。
【０００５】背景となる技術で数多くの方法が教示され
ているが、その中には次のようなものがある。すなわ
ち：米国特許第４，６４７，２９９号は、酸素、クリプ
トン、キセノン及びメタンを含む供給材料流れから、ク
リプトンとキセノンを液体生成物流れに凝集させる方法
を開示する。この方法は、酸素とメタンを含む流れと関
連する安全性の問題を酸素の除去により多少とも解決す
ることを目的とする。酸素の除去は、単一蒸留装置で達
成される。酸素除去にあたっては、酸素、クリプトン、
キセノン及びメタンを含む供給材料液体を図４に示すよ
うに蒸留塔の中間位置に送り込む。２％以下の酸素を含
む蒸気流れを前記塔の前記中間位置の下の個所に導入す
る。３ｐｐｍ以下のクリプトンと０．２ｐｐｍ以下のキ
セノンを含む液体を前記中間点の上に導入して還流を付
与する。さらに蒸気を、前記塔の下部に位置するリボイ
ラーの下降液体を再沸騰させて供給する。クリプトンと
キセノンに凝集され、実質的に酸素を含まない液体生成
物流れを前記塔の下部から抜き取る。
【０００６】米国特許第４，６４７，２９９号に示され
た実施例では、塔の下部への蒸気供給材料は気体窒素
で、又塔の上部に送られた還流液体は液体窒素であっ
た。供給点の下に導入された前記気体窒素は酸素の下降
液体をストリップして塔の下部から抜き取られた液体生
成物には０．８％の酸素と９７．１％の窒素が含まれる
ようになる。クリプトンとキセノンの濃度は前記供給材
料中で、それぞれ４４３ｐｐｍと３８ｐｐｍから、クリ
プトンが１５，０００ｐｐｍ、キセノンが２，０００ｐ
ｐｍに液体生成物流れにおいて増加した。しかし、前記
液体生成物流れにおける約４，０００ｐｐｍの炭化水素
の濃度は、中間供給材料流れの中とは同一であった。米
国特許第４，６４７，２９９号に述べられた方法は、プ
ロセスから酸素を除去することで、メタン・酸素の混合
物と関連する問題を多少とも解消できる。炭化水素の大
部分はこの極低温蒸留では除去されないので、液体生成
物流れのさらなる処理により除去する必要がある。
【０００７】クリプトンとキセノンの生産に伴う安全性
の問題（酸素・メタンの混合物に関連する）に対処する
別の方法は米国特許第３，５９６，４７１号で開示され
た。この方法によれば、低圧塔溜めから抜き取られた液
体酸素を、メタンを除く炭化水素を除去する吸着装置
に、又その後、酸素ストリッピング塔の上部に送る。塔
の蒸気は、塔の下部に供給された気体アルゴン流れによ
り供給される。発生蒸気は酸素の下降液体をストリップ
してアルゴン塔に再循環させる。酸素ストリッピング塔
の溜めから抜き取られた液体生成物には、アルゴンに含
まれた酸素、クリプトン、キセノン及びメタンが含まれ
る。アルゴンを前記酸素ストリッピング塔の下部に導入
すると、酸素を有効に追い払って、生成物流れにはメタ
ンとの引火性混合物を形成するだけの十分な酸素が含ま
ないようになる。しかし、生成物流れに残留するメタン
と酸素は、純粋クリプトンとキセノンの入手前に除去し
ておく必要がある。メタンをメタンバーナーで除去し、
残留酸素を第２蒸留塔で除去する。本特許はさらに、酸
素を気体窒素（アルゴンの代りに）でストリップする東
ドイツ国特許第３９７０７号に示された方法を開示して
いる。前記東ドイツ国特許は、「平衡条件のため、窒素
での酸素の置換は不十分であることには変りがなく、結
果はストリッピング塔での精留は不良である」ことを教
示している。米国特許第３，５９６，４７１号は、酸素
よりはむしろメタンの除去を企てる西ドイツ国特許第
１，０９９，５６４号と１，２２１，５６１号の２特許
を詳論している。これらの特許の方法では、炭化水素が
吸着により稀釈されるので、液体酸素の広範な気化を用
いていたが、メタンはこの方法では全く排除できない。
【０００８】極低温法によりクリプトンとキセノンに凝
集された流れをつくる別の方法を米国特許第４，４０
１，４４８号に開示している。本方法は、標準２塔式空
気分離装置のほかに、２塔を用いてクリプトンとキセノ
ンを凝集する。この方法では、気体酸素（気体窒素）流
れを低圧塔の第１トレーの下から抜き取って希ガススト
リッピング塔の第１トレーの下に供給する。この塔の還
流を、低圧塔の気体酸素流れを抜き取った場所の上の位
置から抜き取った液体酸素流れにより付与する。希ガス
ストリッピング塔における煮沸を高圧塔からの気体窒素
流れとの間接熱交換により付与する。希ガスストリッピ
ング塔の上部から出る蒸気は、０．１乃至０．３（好ま
しい数値は０．２）の還流比で動作する。クリプトン、
キセノン及び炭化水素に凝集される液体を、希ガススト
リッピング塔の下部より抜き取り、それを、酸素交換塔
の上部に供給する。高圧塔から抜き取った気体窒素流れ
を酸素交換塔の第１段の下に導入して還流比が０．１５
乃至０．３５（好ましい数値は０．２４）になるように
する。酸素交換塔の煮沸を高圧塔からの気体窒素流れと
の間接熱交換により付与する。酸素交換塔の上部を出る
蒸気を低圧塔に再循環させる。クリプトンとキセノンに
凝集される。液体生成物を前記酸素交換塔の下部から抜
き取る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】米国特許第４，４０
１，４４８号は、上述の方法の計算機シミュレーション
からの結果を報告する。酸素交換塔から抜き取った液体
生成物流れには、１．０％の酸素、１１，０００ｐｐｍ
のクリプトン、９００ｐｐｍのキセノン及び３，２００
ｐｐｍの炭化水素が含まれ、残量は窒素であった。この
機構は先行方法に関連する２つの問題を多少とも解決す
る。第１に、酸素交換塔の下部での窒素の導入で酸素を
効果的に入れ換えて、この塔から抜き取られた生成物流
れに炭化水素との引火性混合物を形成させるだけの十分
な酸素が含まれないようにする。第２に方法が極低温で
あることである。クリプトンの回収率は、この米国特許
で示されたデータから７２％と算出されたが、このよう
に低い回収率は好ましくない。
【００１０】本発明は、クリプトン、キセノン、酸素と
メタンを含む供給材料気体を極低温蒸留塔で分離する方
法の改良である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明においては、供給
材料気体を蒸留塔の中間位置に供給してメタンを含有し
ないクリプトンとキセノン残液と、高メタン廃オーバー
ヘッドとに分別する。塔の液体還流を、前記中間供給材
料位置の上の塔の上部個所に液体供給材料を導入するこ
とで付与し、又蒸気還流を、前記中間供給材料位置の下
の塔の下部個所に気体残液供給材料を導入することで塔
に付与する。クリプトンとキセノンの回収率の増加と、
メタンが１ｐｐｍ以下しか含まれないクリプトンとキセ
ノン生成物生産に係わる改良は、気体下部供給材料とし
て少くとも２％の酸素と１ｐｐｍ以下のメタンからなる
気体流れを使用することと、塔の蒸気の液体流量に対す
る比が０．１５％以下になるように塔を操作することか
らなる。
【００１２】好ましい気体下部供給材料は１ｐｐｍ以下
のメタンを含む高酸素気体である。
【００１３】本発明の方法は、塔にメタンを含有しない
クリプトンとキセノンの残液の１部をリボイラーで熱源
に接触させて沸騰させ、補助蒸気還流をさらに付与でき
る。
【００１４】
【作用】本発明は、メタンのクリプトンとキセノン濃縮
物流れ中の濃度を、メタンバーナーを用いて達成できる
濃度に匹敵するレベルである１ｐｐｍ以下に低下させる
極低温蒸留法である。メタンの極低温除去は、資本を削
減し、厄介な操作を減らし、かつクリプトンとキセノン
の回収率を現行の方法に比較して増大させることにな
る。これらは安全性の問題の外に享受できる利点であ
る。
【００１５】本発明は、蒸留塔の関連装置によりクリプ
トンとキセノンを凝集させる一方、主として酸素からな
る供給材料流れからメタンを排除する方法である。本発
明の方法の略図を図１に示す。この塔の操作は後述する
が、クリプトンとキセノンで凝集させ、１ｐｐｍ以下の
メタンしか含まれない生成物流れに尽きる。
【００１６】図１を参照する。酸素、クリプトン、キセ
ノン及びメタンを含む液体供給材料流れを管路５０を経
由して粗クリプトン塔５１の中間位置に供給して蒸留
し、それによって廃オーバーヘッドとクリプトン・キセ
ノンの残液生成物をつくる。
【００１７】液体還流を粗クリプトン塔５１に付与する
には、液体流れを前記中間供給材料の上の場所で、管路
５２を経由して塔５１に導入する。管路５２に液体還流
として導入に適した液体流れの実施例には、それに限定
することはないが、標準２塔式空気分離装置で生産され
る液体窒素、補助アルゴン塔で生産されるアルゴン、も
しくは、吸着剤容器を通過してきた空気分離の低圧塔か
らの液体酸素が含まれる。この第３の選択は、まさに図
１に示されたものである。前記吸着剤がメタンを除く炭
化水素と、前端吸着装置を通り抜ける他の高沸点不純物
たとえば二酸化炭素を除去する。
【００１８】粗クリプトン塔５１を上昇する蒸気流を付
与するには、酸素と１ｐｐｍ以下のメタンを含む下部気
体供給材料を粗クリプトン塔５１に、前記中間位置の下
の個所、好ましくは、下部平衡段の下かつ、液体溜めの
上の位置で導入する。前記気体下部供給材料流れに適し
た流れの実施例には、それに限定することはないが、高
圧塔の下部から少くとも１平衡段上で抜き取った流れ、
或いは、前記補助アルゴン塔の下部から少くとも１平衡
段上で抜き取った流れ、もしくはメタンを含まない酸素
流れが含まれる。粗クリプトン塔５１が、メタン、クリ
プトン及びキセノンの下降液を優先的にその順位でスト
リップする上昇蒸気を主役にして、管路６２を経由して
除去した廃オーバーヘッドに、供給材料に流入したメタ
ンの実質的に全量を含み、又本質的にクリプトンとキセ
ノンが含まれないように、又一方管路６３を経由して除
去した残液生成物をクリプトンとキセノンで凝集させ、
かつ５ｐｐｍ以下のメタン、好ましくは１ｐｐｍ以上の
メタンを含まないように動作させる。粗クリプトン塔５
１は０．１５以下の還流比で動作する。
【００１９】本発明の方法による操作では、管路５３に
ある下部気体供給材料流れの酸素の濃度を、粗クリプト
ン塔５１の残液に含まれる酸素の高い濃度をもたらすた
めに高くすることが優先される。前記残液は、主として
酸素、アルゴン及び窒素からなり（流れ５２と５３の組
成物で測定）、少量のクリプトンとキセノンが含まれ
る。
【００２０】図１は、粗クリプトン塔５１の下部にある
リボイラー５５を示すが、それは使用に必要不可欠のも
のではない。管路５３にある高酸素供給材料流れの温度
は、適当なものであればよく、たとえば、その露点もし
くは熱交換器で適当な流れとの熱交換により僅かに過熱
した温度でよい。このような適当な流れの実施例は、２
塔式蒸留装置の高圧塔の下部からの粗液体酸素、主熱交
換器からの常温供給材料空気流れの１部などである。一
般に、必要とされる過熱の量は、流れの露点温度の僅か
な数度上で、通常この差異は７５°Ｆ（約２３．９℃）
以下である。
【００２１】管路５３にある高酸素流れを過熱するか又
は、リボイラーを粗クリプトン塔５１の下部に用いる
と、その影響は、管路６３で除去された液体生成物中の
クリプトンとキセノンの濃度がずっと高くなることであ
る。それは、液体生成物流れのメタンの濃度には有意に
影響しない。このようにして、管路５３にある高酸素気
体供給材料流れは、その露点でのメタンの排除には、対
応する僅かに過熱した流れと同様に有効である。
【００２２】先に述べたように、管路５３にある高酸素
流れの目的は、メタンを供給材料流れ５０から蒸気相
に、又塔外のオーバーヘッド流れ、管路６２に放逐する
ことである。これは、前記粗クリプトン塔の下部近辺の
温度をわずかに上昇させることでより十分に達成でき
る。これは、流れ５３の酸素含量の増加で最も容易に達
成できる。従って、流れ５３の酸素濃度が高ければ高い
程、溜め液体の酸素濃度は高くなり、又粗クリプトン塔
５１からのクリプトンとキセノンの分離が容易になる。
酸素からなる下部供給材料５３は、下部供給材料として
の窒素使用と比較すると、粗クリプトン塔５１での所定
分離の達成に、流れの約３０％と、リボイラー５５での
能力の３０％が必要である。
【００２３】引例の先行技術は、液体生成物流れ（流れ
６３と同類）から酸素を除去し、それをアルゴンもしく
は窒素と入れ替えることで、酸素・メタンの混合物に伴
う安全上の危険性の排除に関係していた。これは、液体
生成物流れにかなりの量のメタンが含まれていたので実
施された。この明細書に説明の現在の方法で、供給材料
５０に流入する本質的にすべてのメタンを留出物６２に
除去して、粗クリプトン塔５１の液体溜めにあるメタン
の濃度が安全上危険でない濃度である１ｐｐｍ以下にな
るようにする。酸素を下部供給材料５３（従って粗クリ
プトン塔５１の液体溜め）で使用することが好ましい。
それは、粗クリプトン塔５１の大きさが小さくてすむの
で資本の節約をもたらすことになるからである。
【００２４】空気分離プラントからのクリプトン及びキ
セノンの精製の普通の方法では、酸素生成物流れに、メ
タンのみならずクリプトンとキセノンも凝集させる。酸
素中のメタンの濃度は、これら２つの化合物が、メタン
の濃度が高まると爆発性混合物を形成させるので制限を
受ける必要がある。メタン濃度の制限は、クリプトンと
キセノンが生成物流れで濃縮できる限度にも制限を付す
ることになる。本発明はこの問題を解決し、又酸素・メ
タン混合物に関連する安全上の問題を、プロセスから極
低温蒸留により生成物流れに１ｐｐｍ以下のメタンしか
含まれないようにすることで多少とも解決するものであ
る。
【００２５】本発明の方法は、キセノン、クリプトン及
びメタンのもつ相対揮発性の差異をうまく利用すること
で機能を発揮する。キセノンの沸点は、メタンの沸点よ
りも高いクリプトンのそれよりもなお高い。従って所定
の温度で平衡にある蒸気・液体混合物（このような混合
物は蒸留塔のおのおののトレーにある）に対しては、キ
セノン、クリプトン及びメタンの蒸気ならびに液体の両
相への分配があって、この分配は前記の相対揮発度によ
り調整される。クリプトンとキセノンに比較すると、総
キセノン量のより大きい割合が液相に見出される一方、
クリプトンとキセノンに比較すると、総メタン量のより
大きい割合が蒸気相に見出される。
【００２６】粗クリプトン塔５１には、２つの区劃が備
わる：それは、中間供給材料５０の上の区劃（上部区
劃）と、中間供給材料５０の下の区劃（下部区劃）の２
つである。両区劃とも、液体の蒸気流量に対する比（Ｌ
／Ｖ比）が０．１５以下で動作し、上部区劃は下部区劃
より低いＬ／Ｖ比で動作する。塔の下部区劃における蒸
気は、メタン、クリプトンとキセノンを下部区劃の液体
から（優先的にこの順序で）ストリップする。下部供給
材料５３での酸素使用は窒素に優先する。これは立証さ
れたように、比較的低い必要蒸気流量をもたらすからで
ある。
【００２７】前記上部区劃は、下部区劃と同一の原理で
動作する。還流液体５２にはクリプトンとキセノンが含
まれていないから、下降液体は、クリプトンとキセノン
を上昇蒸気から除去する。この区劃の目的は、Ｌ／Ｖ比
を調節して留出物６２にクリプトン又はキセノンに含ま
れないよう、かつ中間供給材料５０で流入した全メタン
量が含まれるようにする。計算機シミュレーションで
は、塔を操作して、０．１５以下のＬ／Ｖ比で操作する
ことでこの所望の結果を達成できることがわかった。
【００２８】本発明の方法は、現行の方法が資本節約を
もたらすメタンバーナーの除去に結びつくので価値があ
る。メタンバーナーの除去はさらに、操作上で種々の利
点を内含する。それは本発明が完全に極低温の方法を利
用しているのに対し、メタンバーナーが８００乃至１０
００°Ｆ（約４２６．７乃至５３７．８℃）の温度で動
作するからである。
【００２９】
【実施例】本発明の方法の効力を示すため、本方法の機
械シミュレーションを、管路５３の下部気体供給材料の
２つの異なる供給材料組成を用い、又リボイラー５５を
使用して塔の操作を変化させ実施した。これら計算機シ
ミュレーションの結果を表１乃至４に示す。
【００３０】
【表１】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 95％窒素／５％酸素下部供給材料53 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ番号 ５０ ５２ ５３ ６２ ６３ ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流量：モル／時間 1.00 1.25 42.5 44.5 0.25 圧力：ｐｓｉａ 23.4 23.1 25.0 22.8 25.2 温度：°Ｆ -288.6 -289.2 -309.7 -309.5 -308.3 組成 Ｏ２：％ 98.2 99.93 5.0 9.7 16.5 Ｎ２：％ - - 95.0 90.3 77.7 Ａｒ：ｐｐｍ 127 400 - 12.8 - Ｋｒ：ｐｐｍ 13273 27.1 - 1.8 52900 Ｘｅ：ｐｐｍ 1024 2.05 - - 4106 ＣＨ４：ｐｐｍ 3958 238.1 - 95.6 0.1 ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３１】
【表２】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 下部供給材料５３としてのメタンを含まない酸素 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ番号 ５０ ５２ ５３ ６２ ６３ ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流量：モル／時間 1.00 1.25 10.5 12.5 0.25 圧力：ｐｓｉａ 23.4 23.1 25.0 22.75 25.2 温度：°Ｆ -288.6 -289.2 -287.6 -289.4 -286.3 組成 Ｏ２：％ 98.2 99.93 99.7 99.7 94.1 Ｎ２：％ - - - - - Ａｒ：ｐｐｍ 127 400 3000 2530 1775 Ｋｒ：ｐｐｍ 13273 27.1 - 3.3 53061 Ｘｅ：ｐｐｍ 1024 2.05 - - 4106 ＣＨ４：ｐｐｍ 3958 238.1 - 340 0.1 ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３２】
【表３】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― リボイラー不使用：露点における下部蒸気供給材料53 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ番号 ５０ ５２ ５３ ６２ ６３ ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流量：モル／時間 1.0 1.25 42.5 42.1 2.64 圧力：ｐｓｉａ 23.4 23.1 25.0 22.8 25.2 温度：°Ｆ -288.6 -289.2 -309.7 -309.6 -309.5 組成 Ｏ２：％ 98.1 99.93 5.0 9.39 15.2 Ｎ２：％ - - 95.0 90.6 84.3 Ａｒ：ｐｐｍ 143 400 - 15 - Ｋｒ：ｐｐｍ 13668 27.1 - 1.2 5163 Ｘｅ：ｐｐｍ 1112 2.05 - - 421.3 ＣＨ４：ｐｐｍ 3978 238.1 - 101.5 0.2 ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３３】
【表４】 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― リボイラー不使用：過熱下部気体供給材料53 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流れ番号 ５０ ５２ ５３ ６２ ６３ ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 流量：モル／時間 1.0 1.25 42.5 44.56 0.19 圧力：ｐｓｉａ 23.4 23.1 25.0 22.8 25.2 温度：°Ｆ -288.6 -289.2 -291.7* -309.5 -308.0 組成 Ｏ２：％ 98.1 99.93 5.0 9.7 16.4 Ｎ２：％ - - 95.0 90.3 75.9 Ａｒ：ｐｐｍ 143 400 - 14 - Ｋｒ：ｐｐｍ 13668 27.1 - 1.9 70676 Ｘｅ：ｐｐｍ 1112 2.05 - - 5783 ＣＨ４：ｐｐｍ 3978 238.1 - 96.0 0.1 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――― ＊露点より１８°Ｆ（約７．８℃）を上回る温度で過熱 表１（下部供給材料５３の組成は９５％の窒素と５％の
酸素）と表２（下部供給材料の組成は９９．７％の酸
素）で示されたデータの比較では、この流れで酸素の増
加が及ぼす有利な影響を示す。この双方には高濃度のク
リプトンとキセノンを生成させる能力があるが、それに
は０．１ｐｐｍのメタンが含まれる。しかし、表１の流
れ５３の流量（９５％の窒素を含む）は、表２の同一流
れの流量の約４倍である。たしかに、流れ５３のＯ２成
分の増加の有利な影響を実証している。
【００３４】表３は、リボイラーを使用しない粗クリプ
トン塔の操作結果を示す。流れ番号は図１の番号に一致
する。この場合、粗クリプトン塔の下部への供給材料は
９５％の窒素と５％のＯ２のその露点での蒸気流れであ
る。液体生成物流れ６３中のメタン濃度は０．２ｐｐｍ
に低下しており、リボイラーを用いて得られたレベルに
匹敵する。生成物流れ６３のクリプトンとキセノンの濃
度は、それぞれ５，１６３ｐｐｍと４２１．３ｐｐｍで
ある。両濃度ともリボイラー使用して得られた濃度の約
１０％である。
【００３５】液体生成物流れ６３のクリプトンとキセノ
ンの濃度増加の方法は、下部供給材料５３をその露点を
上回る過熱をした蒸気として導入することである。粗ク
リプトン塔をリボイラーを使用しない操作結果を表４に
示す。その場合、塔の下部供給材料は、その露点を１８
°Ｆ（約７．８℃）上回る温度で過熱した９５％の窒素
と５％のＯ２の流れである。この場合、液体生成物流れ
６３のクリプトン、キセノン及びメタンの濃度はそれぞ
れ、７０，６７６ｐｐｍ、５，７８３ｐｐｍと０．１ｐ
ｐｍである。これらの濃度は、リボイラーが粗クリプト
ン塔で用いて得られた濃度にすべて匹敵する（表１の流
れ６３と表４の流れ６３との比較）。しかし、この技術
で補助熱交換器の使用が省ける。
【００３６】本発明は、図２と３で示されるように主空
気分離装置と一体にできる。これら両図は一体化が達成
できるという数多い方法のうちのまさに２つの方法を示
すものである。
【００３７】一体化の好ましい方法を図２に引用する。
生クリプトン塔に、主空気分離装置の低圧塔の溜めの上
から抜き取った液体で還流させる。生クリプトン塔への
供給材料を低圧塔の溜めから抜き取った液体酸素で供給
する。生クリプトン塔におけるリボイル能力は主空気分
離装置の高圧塔からの気体窒素により付与される。この
気体窒素を生クリプトン塔の下部のリボイラーで液体窒
素に凝縮する。液体窒素の第１部分を主空気分離装置を
戻し、又第２部分を還流液体として粗クリプトン塔の上
部に供給する。先に述べた通り、液体窒素は粗クリプト
ン塔の還流に適する数種の液体のうちの１つである。炭
化水素吸着装置を出る液体酸素流れの１部分をこの還流
液体として使用できる。生クリプトン塔の下部から抜き
取ったクリプトン・キセノン濃縮物流れは、粗クリプト
ン塔の供給材料として役立つ。粗クリプトン塔中のスト
リップ蒸気を主空気分離装置の高圧塔の中間位置から抜
き取った純粋気体窒素流れから誘導する。粗クリプトン
塔の上部を出る蒸気を主空気分離装置の低圧塔に再循環
させる。メタンを含まないクリプトン・キセノン生成物
を粗クリプトン塔の下部から収集する。
【００３８】一体化のもう１つ別の方法を図３で示す。
生クリプトン塔を主空気分離装置の低圧塔の溜めの上か
ら抜き取った液体で還流させる。主空気分離装置の低圧
塔の溜めから抜き取った液体酸素を中間位置で生クリプ
トン塔に供給する。主空気分離装置の低圧塔の溜めの上
から抜き取った気体酸素の１部分を生クリプトン塔の下
部にストリップ蒸気として供給する。この気体酸素流れ
の任意の第２部分を生クリプトン塔の上部を出る蒸気に
付加し、気体酸素生成物として回収する。生クリプトン
塔の蒸気は液体からメタンをストリップして、塔の下部
から回収した生成物に供給材料と共に塔に流入するメタ
ンの部分が含まれるようにする。この下部生成物流れを
炭化水素吸着装置を通過させ（メタンはこの工程では除
去されない）、その後、粗クリプトン塔に供給する。こ
の供給材料の１部を粗クリプトン塔の上部に供給し、そ
れによって還流を付与する。供給材料の第２部分を中間
位置で塔に供給する。この第２部分をリボイル域のすぐ
上、第１平衡段の直ぐ下の位置でも供給できる。塔の蒸
気を、リボイラーで塔の下部に付与し、このリボイラー
の能力を適当なプロセス流れ、たとえば主空気分離装置
の高圧塔からの気体窒素により付与する。リボイラーで
凝縮された窒素を主空気分離装置の適当な場所に戻す。
粗クリプトン塔の蒸気はメタンの液体をストリップし
て、塔の下部から回収したクリプトン・キセノン生成物
に非常に低い濃度のメタンが含まれるようにする。粗ク
リプトン塔の上部からの蒸気を生クリプトン塔の下部に
供給して生クリプトン塔に付加蒸気を供給する。粗クリ
プトンは、供給材料液体を分割しないで、供給材料液体
のすべてを塔の上部で供給する別の方法で操作できる。
【００３９】
【発明の効果】適当な還流液体を用いると、蒸留装置を
離れるメタン含有蒸気流れの中のクリプトンとキセノン
の損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の略図である。
【図２】本発明の方法を組み入れた空気分離装置の略図
である。
【図３】本発明の方法を組み入れた空気分離装置の代替
実施例の略図である。
【図４】米国特許第４，６４７，２９９号に教示された
先行技術の方法の略図である。
【符号の説明】
５０ 管路（液体供給材料流れ） ５１ 粗クリプトン塔 ５２ 管路（液体流れ） ５３ 高酸素気体供給材料流れ ５５ リボイラー ６２ 管路（廃オーバーヘッド−留出物） ６３ 管路（液体下部Ｋｒ−Ｘｅ生成物）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラケシユ．アグラヴアル アメリカ合衆国．18103．ペンシルバニア 州．アレンタウン．エス．ダヴリユー．エ ス．アーチ．ストリート．2636 (72)発明者 ブライアン．ユーゲン．フアーレル アメリカ合衆国．18051．ペンシルバニア 州．フオーゲルスヴイレ．ヴアリイ．ヴユ ー．コート．６

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 極低温蒸留塔において、クリプトン、キ
    セノン、酸素とメタンを含む供給材料気体を、前記蒸留
    塔の中間位置に供給して、メタンを含まないクリプトン
    とキセノンの残液と、高メタン廃オーバーヘッドに分留
    することと、前記塔の液体還流を、前記中間供給材料位
    置の上の塔の上部位置に液体供給材料を導入することで
    付与することと、蒸気還流を前記中間供給材料位置の下
    の塔の下部位置に気体下部供給材料を導入することと
    で、前記塔に付与する供給材料気体を分離する方法にお
    いて、クリプトンとキセノンの回収を増大させる工程
    と、１ｐｐｍ以下のメタンを含むクリプトンとキセノン
    の生産の工程とが、少くとも２％の酸素と１ｐｐｍ以下
    のメタンを含む気体流れを気体下部供給材料として用い
    ることと、塔を、塔中の蒸気の液体流量に対する比率が
    ０．１５以下となるように操作する供給材料気体の分離
    法。
  2. 【請求項２】 前記気体流れが１ｐｐｍ以下のメタンを
    含む高酸素気体であることを特徴とする請求項１の分離
    法。
  3. 【請求項３】 前記塔への補助蒸気還流を、メタンを含
    まないクリプトンとキセノン残液の１部をリボイラーで
    熱源に接触させ、沸騰させることで付与することを特徴
    とする請求項１の方法。
JP4038554A 1991-02-05 1992-01-29 メタンを含まないクリプトンおよび／またはキセノンの極低温分離方法 Expired - Lifetime JPH087020B2 (ja)

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US07/650,523 US5063746A (en) 1991-02-05 1991-02-05 Cryogenic process for the production of methane-free, krypton/xenon product
US07/650523 1991-02-05

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