JPH06159930A - 空気の低温蒸留方法 - Google Patents
空気の低温蒸留方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の空気再循環液化装置のエネルギー効率
を向上させることができる、大量の液体製品を生産する
空気の低温蒸留方法を提供する。 【構成】 本発明の空気の低温蒸留方法は、プロセスが
必要とする寒冷のうちの少なくとも一部分を原料空気の
膨張によって供給する方法であり、プロセスの液体窒素
の必要条件を満たすための改良方法であって、窒素再循
環圧縮機の吐出圧力を上昇させることを含む。
を向上させることができる、大量の液体製品を生産する
空気の低温蒸留方法を提供する。 【構成】 本発明の空気の低温蒸留方法は、プロセスが
必要とする寒冷のうちの少なくとも一部分を原料空気の
膨張によって供給する方法であり、プロセスの液体窒素
の必要条件を満たすための改良方法であって、窒素再循
環圧縮機の吐出圧力を上昇させることを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気の低温蒸留（cryo
genic distillation）によって大量の液体製品を生産す
る方法に関する。
genic distillation）によって大量の液体製品を生産す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】窒素、
酸素及びアルゴンを含めた液化大気ガス類は、産業上の
用途が益々増加している。そのような液化大気ガス類
は、様々な工業的プロセスに対して低温操作の可能性を
もたらし、取引供給上移送するのにより経済的であり、
そして液体貯蔵設備から直ぐに使用できて経済的な気体
製品源を供給する。例えば、液体窒素は、食糧品を冷凍
するため、使用済の物質を清掃あるいはリサイクルのた
めに低温で脆くするため、そして種々の工業的プロセス
のための気体窒素の不活性媒体の供給源として、ますま
す利用されている。
酸素及びアルゴンを含めた液化大気ガス類は、産業上の
用途が益々増加している。そのような液化大気ガス類
は、様々な工業的プロセスに対して低温操作の可能性を
もたらし、取引供給上移送するのにより経済的であり、
そして液体貯蔵設備から直ぐに使用できて経済的な気体
製品源を供給する。例えば、液体窒素は、食糧品を冷凍
するため、使用済の物質を清掃あるいはリサイクルのた
めに低温で脆くするため、そして種々の工業的プロセス
のための気体窒素の不活性媒体の供給源として、ますま
す利用されている。
【０００３】原料空気から液体窒素及び／又は液体酸素
を大量に生産するための通常の方法は、通常の多塔式蒸
留装置と共にエキスパンダーの設備を含むものである。
このエキスパンダー設備は、原料空気のうちの小部分を
液体製品として取出しあるいは原料空気から液体製品を
少しも取出さないものに対して、原料空気のうちの大部
分を液体製品として取出すために必要とされる大量の寒
冷のうちの少なくとも一部分を提供する。（この明細書
で使用する原料空気のうちの「大部分」というのは、原
料空気のうちの少なくとも１５％として定義される。）
この、通常の多塔式蒸留装置と共にエキスパンダー設備
を含むことは、工業的には一般に液化装置と称されてお
り、そしてそれはこの明細書において液化装置という用
語がどのような意味で用いられるかということである。
を大量に生産するための通常の方法は、通常の多塔式蒸
留装置と共にエキスパンダーの設備を含むものである。
このエキスパンダー設備は、原料空気のうちの小部分を
液体製品として取出しあるいは原料空気から液体製品を
少しも取出さないものに対して、原料空気のうちの大部
分を液体製品として取出すために必要とされる大量の寒
冷のうちの少なくとも一部分を提供する。（この明細書
で使用する原料空気のうちの「大部分」というのは、原
料空気のうちの少なくとも１５％として定義される。）
この、通常の多塔式蒸留装置と共にエキスパンダー設備
を含むことは、工業的には一般に液化装置と称されてお
り、そしてそれはこの明細書において液化装置という用
語がどのような意味で用いられるかということである。
【０００４】一番普通の液化装置は恐らく、窒素再循環
液化装置のカテゴリーに入るものである。窒素再循環液
化装置では、例えば米国特許第３６０５４２２号及び第
４８９４０７６号各明細書に教示されているように、エ
キスパンダー設備は低圧塔の塔頂窒素の再循環と組み合
わされる。窒素再循環液化装置は、たとえどれだけの数
のエキスパンダーがあろうとも、原料空気を蒸留塔装置
へ供給する前に原料空気を寒冷の発生のために利用しよ
うとしない。
液化装置のカテゴリーに入るものである。窒素再循環液
化装置では、例えば米国特許第３６０５４２２号及び第
４８９４０７６号各明細書に教示されているように、エ
キスパンダー設備は低圧塔の塔頂窒素の再循環と組み合
わされる。窒素再循環液化装置は、たとえどれだけの数
のエキスパンダーがあろうとも、原料空気を蒸留塔装置
へ供給する前に原料空気を寒冷の発生のために利用しよ
うとしない。
【０００５】米国特許第４１５２１３０号明細書は空気
再循環の考えを導入している。この空気再循環液化装置
では、コールドボックスに入る空気流の大部分は、蒸留
装置のために必要とされる圧力より高い圧力まで圧縮さ
れる。この高圧空気のうちの少なくとも一部分は、液化
のために必要な寒冷を提供するため等エントロピー的に
膨張させられる一方、もう一方の分は、低温の空気流の
膨張により液体空気を得ることができるように、その臨
界温度未満まで冷却される。この冷却と膨張を受けた液
体含有空気は、次いで分離のために蒸留装置に供給され
る。等エントロピー的に膨張させられた、主として蒸気
を含有する空気も、蒸留装置にとって必要な蒸気の供給
を補うため蒸留装置に供給することができる。蒸留装置
に供給されるものを含めて全部の空気がその蒸留装置に
より必要とされる圧力より有意に高い圧力でコールドボ
ックスに入るので、この原料空気は寒冷の発生又は凝縮
のために使用されてから蒸留装置に入る。窒素再循環液
化装置と比較すると、これは所望の寒冷を発生させるの
に必要な再循環流量を減少させて、このことから、
（１）圧力損失による動力損失がより少なくなり、
（２）再循環流の熱伝導によるエネルギーの崩壊がより
少なくなり、そして（３）熱交換器面積がより小さくな
る。とは言え、空気再循環液化装置にとっての問題は、
液体の要求量（原料空気の割合としての量）が増加する
につれて、原料空気全体における液体空気の分が増加す
るということである。原料空気中の液体空気の分が大き
くなることは蒸留装置への蒸気流量が減少することを意
味し、そのためより低圧の塔に沸騰源を供給するためそ
して還流として及び製品として要求される液体窒素を生
成させるために十分な蒸気がより高圧の塔内を上昇しな
いことになるので、これは蒸留操作に不利な影響を及ぼ
す。この問題は、米国特許第４７０５５４８号明細書に
教示されているように、液体空気（あるいはいずれかの
他の液体プロセス流）の一部又は全部を高圧窒素の凝縮
する流れとの熱交換で気化させることにより克服するこ
とができる。しかしながらこれは、余分の工程、すなわ
ち窒素の凝縮及び液体空気の気化を持ち込む。この凝縮
／気化工程には圧力損失もエネルギーの崩壊も伴うの
で、それは余分な動力消費を引き起こすし、またこの凝
縮／気化のための余分な熱交換器を必要ともする。
再循環の考えを導入している。この空気再循環液化装置
では、コールドボックスに入る空気流の大部分は、蒸留
装置のために必要とされる圧力より高い圧力まで圧縮さ
れる。この高圧空気のうちの少なくとも一部分は、液化
のために必要な寒冷を提供するため等エントロピー的に
膨張させられる一方、もう一方の分は、低温の空気流の
膨張により液体空気を得ることができるように、その臨
界温度未満まで冷却される。この冷却と膨張を受けた液
体含有空気は、次いで分離のために蒸留装置に供給され
る。等エントロピー的に膨張させられた、主として蒸気
を含有する空気も、蒸留装置にとって必要な蒸気の供給
を補うため蒸留装置に供給することができる。蒸留装置
に供給されるものを含めて全部の空気がその蒸留装置に
より必要とされる圧力より有意に高い圧力でコールドボ
ックスに入るので、この原料空気は寒冷の発生又は凝縮
のために使用されてから蒸留装置に入る。窒素再循環液
化装置と比較すると、これは所望の寒冷を発生させるの
に必要な再循環流量を減少させて、このことから、
（１）圧力損失による動力損失がより少なくなり、
（２）再循環流の熱伝導によるエネルギーの崩壊がより
少なくなり、そして（３）熱交換器面積がより小さくな
る。とは言え、空気再循環液化装置にとっての問題は、
液体の要求量（原料空気の割合としての量）が増加する
につれて、原料空気全体における液体空気の分が増加す
るということである。原料空気中の液体空気の分が大き
くなることは蒸留装置への蒸気流量が減少することを意
味し、そのためより低圧の塔に沸騰源を供給するためそ
して還流として及び製品として要求される液体窒素を生
成させるために十分な蒸気がより高圧の塔内を上昇しな
いことになるので、これは蒸留操作に不利な影響を及ぼ
す。この問題は、米国特許第４７０５５４８号明細書に
教示されているように、液体空気（あるいはいずれかの
他の液体プロセス流）の一部又は全部を高圧窒素の凝縮
する流れとの熱交換で気化させることにより克服するこ
とができる。しかしながらこれは、余分の工程、すなわ
ち窒素の凝縮及び液体空気の気化を持ち込む。この凝縮
／気化工程には圧力損失もエネルギーの崩壊も伴うの
で、それは余分な動力消費を引き起こすし、またこの凝
縮／気化のための余分な熱交換器を必要ともする。
【０００６】上述の問題を克服することにより従来の空
気再循環液化装置のエネルギー効率を向上させること
が、本発明の目的である。
気再循環液化装置のエネルギー効率を向上させること
が、本発明の目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気の低温蒸
留により大量の液体製品を製造する方法を改良するもの
である。この改良が関係する方法においては、原料空気
を圧縮し、膨張させて寒冷を発生させ、それから蒸留塔
装置へ供給する。本発明は、プロセスの窒素還流及び／
又は液体窒素製品の必要条件を満たすための改良方法で
あって、次の（ａ）〜（ｃ）の工程を含む。
留により大量の液体製品を製造する方法を改良するもの
である。この改良が関係する方法においては、原料空気
を圧縮し、膨張させて寒冷を発生させ、それから蒸留塔
装置へ供給する。本発明は、プロセスの窒素還流及び／
又は液体窒素製品の必要条件を満たすための改良方法で
あって、次の（ａ）〜（ｃ）の工程を含む。
【０００８】（ａ）蒸留塔装置からの塔頂窒素のうちの
少なくとも一部分を２００psia（１．３８ MPa（絶対
圧））より高い圧力まで、より好ましくは窒素の臨界圧
力の４９２．９psia（３．４０ MPa（絶対圧））より高
い圧力まで圧縮する工程。 （ｂ）工程（ａ）からの窒素をプロセス蒸気流との間接
熱交換で冷却する工程。 （ｃ）工程（ｂ）の直接後で工程（ｂ）からの窒素を膨
張させる工程。
少なくとも一部分を２００psia（１．３８ MPa（絶対
圧））より高い圧力まで、より好ましくは窒素の臨界圧
力の４９２．９psia（３．４０ MPa（絶対圧））より高
い圧力まで圧縮する工程。 （ｂ）工程（ａ）からの窒素をプロセス蒸気流との間接
熱交換で冷却する工程。 （ｃ）工程（ｂ）の直接後で工程（ｂ）からの窒素を膨
張させる工程。
【０００９】
【実施例及び作用効果】次に、本発明を詳しく説明す
る。本発明をよりよく理解するためには、空気再循環液
化装置の発展を理解することが重要である。空気再循環
液化装置は、窒素再循環液化装置が所望の寒冷を発生さ
せるために必要とする大量の窒素再循環流量に関係する
窒素再循環液化装置の問題にある程度応えて開発され
た。空気再循環液化装置では、コールドボックスに入る
空気流の主要部分は蒸留装置のために必要な圧力より高
い圧力に圧縮される。この高圧空気のうちの少なくとも
一部分は、液化のために必要な寒冷を供給するため等エ
ントロピー膨張させられる一方で、もう一方の部分はそ
の臨界温度未満の温度まで冷却されて、この低温の空気
流の膨張により液体空気を得ることができる。この冷却
して膨張させた液体を含む空気は、次いで分離のために
蒸留装置に供給される。等エントロピー膨張させた主と
して蒸気を含む空気のうちの一部も、蒸留装置のために
必要な蒸気の供給を補うため蒸留装置に供給することが
できる。蒸留装置へ供給されるものを含めて全ての空気
は、蒸留装置によって要求される圧力よりも有意に高い
圧力でコールドボックスに入るので、原料空気は蒸留装
置に入る前に寒冷の発生又は凝縮のために使用される。
これは、窒素再循環液化装置と比較して、所望の寒冷を
発生させるのに必要とされる再循環流量を減少させて、
このことから、（１）圧力損失による動力の損失がより
少なくなり、（２）再循環流の熱伝導によるエネルギー
の崩壊がより少なくなり、そして（３）熱交換器面積が
より小さくなる。しかしながら、空気再循環液化装置に
とっての問題は、液体の要求量（原料空気の割合として
の量）が増加するにつれて、原料空気全体における液体
空気の分が増加することである。原料空気中の液体空気
の分が大きくなることは蒸留装置への蒸気の流量が減少
することを意味し、そのためより低圧の塔に沸騰源を供
給するためと還流として及び製品として要求される液体
窒素を生成させるために十分な蒸気がより高圧の塔内を
上昇しないことになるので、これは蒸留操作に不利な影
響を及ぼす。この問題は、米国特許第４７０５５４８号
明細書に教示されているように、液体空気（あるいはい
ずれかの他の液体プロセス流）の一部又は全部を高圧窒
素の凝縮する流れとの熱交換により気化させることで克
服することができる。しかしながらこれは、余分の工
程、すなわち窒素の凝縮及び液体空気の気化を持ち込
む。この凝縮／気化工程には圧力損失もエネルギーの崩
壊も伴うので、それは余分な動力消費を引き起こすし、
またこの凝縮／気化のための余分な熱交換器を必要とも
する。
る。本発明をよりよく理解するためには、空気再循環液
化装置の発展を理解することが重要である。空気再循環
液化装置は、窒素再循環液化装置が所望の寒冷を発生さ
せるために必要とする大量の窒素再循環流量に関係する
窒素再循環液化装置の問題にある程度応えて開発され
た。空気再循環液化装置では、コールドボックスに入る
空気流の主要部分は蒸留装置のために必要な圧力より高
い圧力に圧縮される。この高圧空気のうちの少なくとも
一部分は、液化のために必要な寒冷を供給するため等エ
ントロピー膨張させられる一方で、もう一方の部分はそ
の臨界温度未満の温度まで冷却されて、この低温の空気
流の膨張により液体空気を得ることができる。この冷却
して膨張させた液体を含む空気は、次いで分離のために
蒸留装置に供給される。等エントロピー膨張させた主と
して蒸気を含む空気のうちの一部も、蒸留装置のために
必要な蒸気の供給を補うため蒸留装置に供給することが
できる。蒸留装置へ供給されるものを含めて全ての空気
は、蒸留装置によって要求される圧力よりも有意に高い
圧力でコールドボックスに入るので、原料空気は蒸留装
置に入る前に寒冷の発生又は凝縮のために使用される。
これは、窒素再循環液化装置と比較して、所望の寒冷を
発生させるのに必要とされる再循環流量を減少させて、
このことから、（１）圧力損失による動力の損失がより
少なくなり、（２）再循環流の熱伝導によるエネルギー
の崩壊がより少なくなり、そして（３）熱交換器面積が
より小さくなる。しかしながら、空気再循環液化装置に
とっての問題は、液体の要求量（原料空気の割合として
の量）が増加するにつれて、原料空気全体における液体
空気の分が増加することである。原料空気中の液体空気
の分が大きくなることは蒸留装置への蒸気の流量が減少
することを意味し、そのためより低圧の塔に沸騰源を供
給するためと還流として及び製品として要求される液体
窒素を生成させるために十分な蒸気がより高圧の塔内を
上昇しないことになるので、これは蒸留操作に不利な影
響を及ぼす。この問題は、米国特許第４７０５５４８号
明細書に教示されているように、液体空気（あるいはい
ずれかの他の液体プロセス流）の一部又は全部を高圧窒
素の凝縮する流れとの熱交換により気化させることで克
服することができる。しかしながらこれは、余分の工
程、すなわち窒素の凝縮及び液体空気の気化を持ち込
む。この凝縮／気化工程には圧力損失もエネルギーの崩
壊も伴うので、それは余分な動力消費を引き起こすし、
またこの凝縮／気化のための余分な熱交換器を必要とも
する。
【００１０】本発明は、空気再循環液化装置の利点を保
持しながら上述の問題を克服する、液体窒素の要求量を
満たす改良方法である。本発明の方法の工程には次に掲
げるものが含まれる。
持しながら上述の問題を克服する、液体窒素の要求量を
満たす改良方法である。本発明の方法の工程には次に掲
げるものが含まれる。
【００１１】（ａ）蒸留塔からの塔頂窒素のうちの少な
くとも一部分を２００psia（１．３８ MPa（絶対圧））
より高い圧力まで、より好ましくは窒素の臨界圧力の４
９２．９psia（３．４０ MPa（絶対圧））より高い圧力
まで圧縮する工程。 （ｂ）工程（ａ）からの窒素をプロセス蒸気流との間接
熱交換により冷却する工程。 （ｃ）工程（ｂ）からの窒素を弁を通過させて又はエキ
スパンダーでもって膨張させる工程。ここではこの膨張
を工程（ｂ）の直接後で実施する。
くとも一部分を２００psia（１．３８ MPa（絶対圧））
より高い圧力まで、より好ましくは窒素の臨界圧力の４
９２．９psia（３．４０ MPa（絶対圧））より高い圧力
まで圧縮する工程。 （ｂ）工程（ａ）からの窒素をプロセス蒸気流との間接
熱交換により冷却する工程。 （ｃ）工程（ｂ）からの窒素を弁を通過させて又はエキ
スパンダーでもって膨張させる工程。ここではこの膨張
を工程（ｂ）の直接後で実施する。
【００１２】当業者は、工程（ｂ）で窒素が冷却されな
くてはならない温度（以下においては「冷却温度」とい
う）は、（１）工程（ａ）で窒素が圧縮される圧力、
（２）工程（ｃ）での窒素の膨張を弁の通過で行うかそ
れともエキスパダーで行うか（すなわち膨張の等エント
ロピー効率）、（３）工程（ｃ）で窒素を膨張させる圧
力、そして（４）工程（ｃ）の最後において液体である
べき窒素の所望の分量、の関数であるということを認め
よう。これらの関数関係は窒素についての任意の標準的
モリエ線図によって規定される。本発明にとって重要な
ことは、工程（ａ）での高圧は、最初の主熱交換器にお
いて窒素流のために得ることができる冷却温度で窒素流
から有意により多くのエンタルピーを取去るのを、気化
するプロセス液体流との熱交換でエンタルピーを取去る
凝縮工程がもはや必要とされないほどずっと多くのエン
タルピーを取去るのを、可能にするということである。
実際において、以前は従来の空気再循環液化装置で窒素
に「間接的」に供給された寒冷（すなわち初めに原料空
気の一部分を液化させために寒冷を使用し、次に原料空
気のうちのこの一部分を窒素を液化させるために使用し
て）は、ここでは介在する液体の気化工程なしに主熱交
換器で窒素に「直接」供給される。これを可能にする窒
素の必要な圧縮の増加は、ここでは液化することを必要
とされる空気がより少ないかあるいは少しもないので空
気圧縮機を通る再循環空気の流量が減ることで、より以
上に埋め合わされる。本発明は本質的に、空気再循環液
化装置の利点（再循環流量を減少させることに関して）
そして窒素再循環液化装置の利点（なにがしかの液体窒
素を直接生産することに関して）の両方を提供する。
くてはならない温度（以下においては「冷却温度」とい
う）は、（１）工程（ａ）で窒素が圧縮される圧力、
（２）工程（ｃ）での窒素の膨張を弁の通過で行うかそ
れともエキスパダーで行うか（すなわち膨張の等エント
ロピー効率）、（３）工程（ｃ）で窒素を膨張させる圧
力、そして（４）工程（ｃ）の最後において液体である
べき窒素の所望の分量、の関数であるということを認め
よう。これらの関数関係は窒素についての任意の標準的
モリエ線図によって規定される。本発明にとって重要な
ことは、工程（ａ）での高圧は、最初の主熱交換器にお
いて窒素流のために得ることができる冷却温度で窒素流
から有意により多くのエンタルピーを取去るのを、気化
するプロセス液体流との熱交換でエンタルピーを取去る
凝縮工程がもはや必要とされないほどずっと多くのエン
タルピーを取去るのを、可能にするということである。
実際において、以前は従来の空気再循環液化装置で窒素
に「間接的」に供給された寒冷（すなわち初めに原料空
気の一部分を液化させために寒冷を使用し、次に原料空
気のうちのこの一部分を窒素を液化させるために使用し
て）は、ここでは介在する液体の気化工程なしに主熱交
換器で窒素に「直接」供給される。これを可能にする窒
素の必要な圧縮の増加は、ここでは液化することを必要
とされる空気がより少ないかあるいは少しもないので空
気圧縮機を通る再循環空気の流量が減ることで、より以
上に埋め合わされる。本発明は本質的に、空気再循環液
化装置の利点（再循環流量を減少させることに関して）
そして窒素再循環液化装置の利点（なにがしかの液体窒
素を直接生産することに関して）の両方を提供する。
【００１３】本発明の工程（ｃ）での窒素の膨張が弁の
通過で行われるのでなく窒素エキスパンダーで行われる
状況に関しては、当業者は、エキスパンダーへ供給され
るものは高密度流体（dense fluid ）であり及び／又は
エキスパンダーから出てくるものは液体成分を有するの
でこの状況では高密度流体エキスパンダーが適当である
ことを認めよう。この状況においては、高密度流体エキ
スパンダーから出てくるものの蒸気成分は、プロセスへ
追加の寒冷を供給するためプロセス流との間接熱交換で
加温することができる。
通過で行われるのでなく窒素エキスパンダーで行われる
状況に関しては、当業者は、エキスパンダーへ供給され
るものは高密度流体（dense fluid ）であり及び／又は
エキスパンダーから出てくるものは液体成分を有するの
でこの状況では高密度流体エキスパンダーが適当である
ことを認めよう。この状況においては、高密度流体エキ
スパンダーから出てくるものの蒸気成分は、プロセスへ
追加の寒冷を供給するためプロセス流との間接熱交換で
加温することができる。
【００１４】本発明は、それを通常の空気再循環液化装
置へ応用することによって最もよく例示される。図１
は、本発明が関係する通常の液化装置の代表例である。
図１は米国特許第４７０５５４８号明細書の教示をもと
にしている。図１を参照すると、流れ１００の周囲空気
の供給原料は圧縮機１１０で圧縮され、そして低温で凍
結する不純物を清浄床３１０で除去される。その結果得
られた流れ２０１は空気再循環流２３４と一緒にされて
流れ１０３を形成し、そしてこれは圧縮機１４０と１５
０で更に圧縮されてから、熱交換器５４０での加温され
るプロセス流との間接の熱交換によって冷却される。流
れ１０３のうちの一部は流れ５０６として取出されてエ
キスパンダー１５２で膨張させられる。流れ１０３の残
りの分は熱交換器５４１での加温されるプロセス流との
間接の熱交換で更に冷却され、その後流れ１０３のうち
の別の一部分を流れ５０８として取出してエキスパンダ
ー１５３で膨張させる。エキスパンダー１５３の排出流
のうちの一部は流れ１２４として取出されて、熱交換器
５４２での冷却されるプロセス流との間接の熱交換で加
温され、その後流れ１２４はエキスパンダー１５２の排
出流と一緒にされ、そして熱交換器５４１及び５４０で
の冷却されるプロセス流との間接熱交換で更に加温され
て、空気再循環流２３４を構成する。エキスパンダー１
５３の排出流のうちの残りの分は高圧塔７１１の塔底部
に流れ５１０として供給される。流れ５０８を取出して
から残っている流れ１０３の部分は、熱交換器５４２で
の加温されるプロセス流との間接の熱交換によって更に
冷却されて流れ１０５を構成する。流れ１０５のうちの
一部は高圧塔７１１の中間の箇所に流れ１０６として供
給される一方で、残りの分は熱交換器５５２及び５５１
での加温されるプロセス流との間接熱交換で更に冷却さ
れてから、低圧塔７２１の中間の箇所に流れ８４として
供給される。
置へ応用することによって最もよく例示される。図１
は、本発明が関係する通常の液化装置の代表例である。
図１は米国特許第４７０５５４８号明細書の教示をもと
にしている。図１を参照すると、流れ１００の周囲空気
の供給原料は圧縮機１１０で圧縮され、そして低温で凍
結する不純物を清浄床３１０で除去される。その結果得
られた流れ２０１は空気再循環流２３４と一緒にされて
流れ１０３を形成し、そしてこれは圧縮機１４０と１５
０で更に圧縮されてから、熱交換器５４０での加温され
るプロセス流との間接の熱交換によって冷却される。流
れ１０３のうちの一部は流れ５０６として取出されてエ
キスパンダー１５２で膨張させられる。流れ１０３の残
りの分は熱交換器５４１での加温されるプロセス流との
間接の熱交換で更に冷却され、その後流れ１０３のうち
の別の一部分を流れ５０８として取出してエキスパンダ
ー１５３で膨張させる。エキスパンダー１５３の排出流
のうちの一部は流れ１２４として取出されて、熱交換器
５４２での冷却されるプロセス流との間接の熱交換で加
温され、その後流れ１２４はエキスパンダー１５２の排
出流と一緒にされ、そして熱交換器５４１及び５４０で
の冷却されるプロセス流との間接熱交換で更に加温され
て、空気再循環流２３４を構成する。エキスパンダー１
５３の排出流のうちの残りの分は高圧塔７１１の塔底部
に流れ５１０として供給される。流れ５０８を取出して
から残っている流れ１０３の部分は、熱交換器５４２で
の加温されるプロセス流との間接の熱交換によって更に
冷却されて流れ１０５を構成する。流れ１０５のうちの
一部は高圧塔７１１の中間の箇所に流れ１０６として供
給される一方で、残りの分は熱交換器５５２及び５５１
での加温されるプロセス流との間接熱交換で更に冷却さ
れてから、低圧塔７２１の中間の箇所に流れ８４として
供給される。
【００１５】高圧塔供給流１０６及び５１０は、精留さ
れて流れ１０の高圧塔頂窒素と流れ５の高圧粗液体酸素
塔底液とにされる。流れ５は熱交換器５５２で加温され
るプロセス流との間接熱交換で過冷却され、圧力を下げ
られて、続いて熱交換器５５０で液体酸素製品との間接
熱交換で加温される。次いで、流れ５のうちの一部分は
低圧塔７２１の中間の箇所へ流れ９１０として供給さ
れ、その一方残りの分は粗アルゴン塔７３１の塔頂のリ
ボイラー／コンデンサー７３２へ流れ５２として供給さ
れる。
れて流れ１０の高圧塔頂窒素と流れ５の高圧粗液体酸素
塔底液とにされる。流れ５は熱交換器５５２で加温され
るプロセス流との間接熱交換で過冷却され、圧力を下げ
られて、続いて熱交換器５５０で液体酸素製品との間接
熱交換で加温される。次いで、流れ５のうちの一部分は
低圧塔７２１の中間の箇所へ流れ９１０として供給さ
れ、その一方残りの分は粗アルゴン塔７３１の塔頂のリ
ボイラー／コンデンサー７３２へ流れ５２として供給さ
れる。
【００１６】低圧塔の下方の中間の箇所からは、アルゴ
ンを含有しているガスの側流８９が抜出され、この流れ
はやはり粗アルゴン塔７３１に供給されて、そこで精留
されてアルゴンに富む塔頂蒸気と流れ９０のアルゴンの
少ない塔底液にされ、この塔底液は低圧塔に戻される。
アルゴンに富む塔頂蒸気は、リボイラー／コンデンサー
７３２で流れ５２の高圧粗液体酸素塔底液との熱交換で
凝縮される。凝縮したアルゴンに富む塔頂蒸気のうちの
一部分は流れ１６０の液体アルゴン製品として抜出さ
れ、その一方凝縮したアルゴンに富む塔頂蒸気のうちの
残りの分は粗アルゴン塔に還流を供給するために使用さ
れる。アルゴンに富む塔頂蒸気との熱交換で気化される
流れ５２の高圧粗液体酸素塔底液のうちの一部分は、流
れ１５で低圧塔に供給され、その一方で気化されない部
分は流れ１６でもって低圧塔に供給される。
ンを含有しているガスの側流８９が抜出され、この流れ
はやはり粗アルゴン塔７３１に供給されて、そこで精留
されてアルゴンに富む塔頂蒸気と流れ９０のアルゴンの
少ない塔底液にされ、この塔底液は低圧塔に戻される。
アルゴンに富む塔頂蒸気は、リボイラー／コンデンサー
７３２で流れ５２の高圧粗液体酸素塔底液との熱交換で
凝縮される。凝縮したアルゴンに富む塔頂蒸気のうちの
一部分は流れ１６０の液体アルゴン製品として抜出さ
れ、その一方凝縮したアルゴンに富む塔頂蒸気のうちの
残りの分は粗アルゴン塔に還流を供給するために使用さ
れる。アルゴンに富む塔頂蒸気との熱交換で気化される
流れ５２の高圧粗液体酸素塔底液のうちの一部分は、流
れ１５で低圧塔に供給され、その一方で気化されない部
分は流れ１６でもって低圧塔に供給される。
【００１７】低圧塔供給流９１０、８４、１５及び１６
は、蒸留されて流れ１３０の低圧塔頂窒素と、低圧液体
酸素塔底液とにされる。高圧塔と低圧塔とは、流れ１０
の高圧塔頂窒素の少なくとも一部がリボイラー／コンデ
ンサー７２２での気化する低圧液体酸素塔底液との熱交
換で凝縮されるように、熱的に連結される。凝縮された
高圧塔頂窒素は、高圧塔のために還流を供給するのに使
用される。
は、蒸留されて流れ１３０の低圧塔頂窒素と、低圧液体
酸素塔底液とにされる。高圧塔と低圧塔とは、流れ１０
の高圧塔頂窒素の少なくとも一部がリボイラー／コンデ
ンサー７２２での気化する低圧液体酸素塔底液との熱交
換で凝縮されるように、熱的に連結される。凝縮された
高圧塔頂窒素は、高圧塔のために還流を供給するのに使
用される。
【００１８】流れ１３０の低圧塔頂窒素は、フラッシュ
ドラム７８２からの蒸気フラッシュ流８５と一緒にされ
て流れ１３１を形成する。流れ１３１は、熱交換器５５
１、５５２、５４２、５４１及び５４０での間接熱交換
で加温され、流れ４９１を形成する。流れ４９１のうち
の一部は流れ４８８の気体窒素製品として抜出され、そ
の一方、残りの分は圧縮機１３５でおよそ１２０psia
（０．８３ MPa（絶対圧））まで圧縮されて、流れ４８
２を形成する。流れ４８２は、熱交換器５４０、５４１
及び５４２での加温されるプロセス流との間接熱交換に
よりその露点近くまで冷却される。その結果として得ら
れた流れ１６３は、続いてリボイラー／コンデンサー７
２３での気化する高圧粗液体酸素塔底液との熱交換で凝
縮される。その結果得られた流れ７は弁２５２を通過し
て膨張させられ、次いで高圧塔へ還流として供給され
る。この低圧塔還流のうちの一部は高圧塔から流れ６で
もって抜出される。流れ６は熱交換器５５１での加温さ
れるプロセス流との間接熱交換で過冷却され、そしてフ
ラッシュドラム７８２でフラッシュされる。このフラッ
シュにより得られた飽和液のうちの一部は流れ２５０の
液体窒素製品として抜出され、その一方で残りの分は流
れ８０の低圧塔用の還流として使用される。このフラッ
シュにより得られた流れ８５の飽和蒸気は流れ１３０の
低圧塔頂窒素と一緒にされて、流れ１３１を形成する。
ドラム７８２からの蒸気フラッシュ流８５と一緒にされ
て流れ１３１を形成する。流れ１３１は、熱交換器５５
１、５５２、５４２、５４１及び５４０での間接熱交換
で加温され、流れ４９１を形成する。流れ４９１のうち
の一部は流れ４８８の気体窒素製品として抜出され、そ
の一方、残りの分は圧縮機１３５でおよそ１２０psia
（０．８３ MPa（絶対圧））まで圧縮されて、流れ４８
２を形成する。流れ４８２は、熱交換器５４０、５４１
及び５４２での加温されるプロセス流との間接熱交換に
よりその露点近くまで冷却される。その結果として得ら
れた流れ１６３は、続いてリボイラー／コンデンサー７
２３での気化する高圧粗液体酸素塔底液との熱交換で凝
縮される。その結果得られた流れ７は弁２５２を通過し
て膨張させられ、次いで高圧塔へ還流として供給され
る。この低圧塔還流のうちの一部は高圧塔から流れ６で
もって抜出される。流れ６は熱交換器５５１での加温さ
れるプロセス流との間接熱交換で過冷却され、そしてフ
ラッシュドラム７８２でフラッシュされる。このフラッ
シュにより得られた飽和液のうちの一部は流れ２５０の
液体窒素製品として抜出され、その一方で残りの分は流
れ８０の低圧塔用の還流として使用される。このフラッ
シュにより得られた流れ８５の飽和蒸気は流れ１３０の
低圧塔頂窒素と一緒にされて、流れ１３１を形成する。
【００１９】低圧塔の上方の中間箇所からは、窒素に富
む廃棄流４４０が抜出されて、熱交換器５５１、５５
２、５４２、５４１及び５４０でプロセス流との間接熱
交換で加温され、続いて流れ４７９の気体廃棄生成物と
して取出される。低圧液体酸素塔底液のうちの一部分は
流れ１１７で抜出され、熱交換器５５０で過冷却されて
から、流れ７０の液体酸素製品として取出される。低圧
液体酸素塔底液のうちの気化する部分は流れ１９５で抜
出され、熱交換器５４２、５４１及び５４０での冷却さ
れるプロセス流との間接熱交換で加温されてから、流れ
１９８の気体酸素製品として取出される。
む廃棄流４４０が抜出されて、熱交換器５５１、５５
２、５４２、５４１及び５４０でプロセス流との間接熱
交換で加温され、続いて流れ４７９の気体廃棄生成物と
して取出される。低圧液体酸素塔底液のうちの一部分は
流れ１１７で抜出され、熱交換器５５０で過冷却されて
から、流れ７０の液体酸素製品として取出される。低圧
液体酸素塔底液のうちの気化する部分は流れ１９５で抜
出され、熱交換器５４２、５４１及び５４０での冷却さ
れるプロセス流との間接熱交換で加温されてから、流れ
１９８の気体酸素製品として取出される。
【００２０】図２は、図１に示したフローシートに適用
された本発明の一態様である。図２は、リボイラー／コ
ンデンサー７２３がなくされていることを除いて、図１
と同じである（図２の同様の機器あるいは管路は図１と
共通の番号を用いる）。圧縮機１３５の吐出圧力を上げ
ることによって、主熱交換器で流れ４８２から有意によ
り多くのエンタルピーを取去ることが、リボイラー／コ
ンデンサー７２３でのエンタルピーを取去る凝縮工程が
もはや必要とされないほどずっと多くのエンタルピーを
取去ることが、可能である。実際のところ、以前はリボ
イラー／コンデンサー７２３で窒素に「間接的」に供給
された寒冷は、ここでは主熱交換器で窒素に「直接」供
給される。ここでは液化するために必要とされる空気が
より少ないので、流れ１０５の空気の流量は減少する。
更に、液化効率が上昇するため、流れ１２４の空気圧縮
機再循環流量を減らすことができる。これらの要素の両
方とも、圧縮機１３５で窒素の圧縮が増加する必要をよ
り以上に相殺する。
された本発明の一態様である。図２は、リボイラー／コ
ンデンサー７２３がなくされていることを除いて、図１
と同じである（図２の同様の機器あるいは管路は図１と
共通の番号を用いる）。圧縮機１３５の吐出圧力を上げ
ることによって、主熱交換器で流れ４８２から有意によ
り多くのエンタルピーを取去ることが、リボイラー／コ
ンデンサー７２３でのエンタルピーを取去る凝縮工程が
もはや必要とされないほどずっと多くのエンタルピーを
取去ることが、可能である。実際のところ、以前はリボ
イラー／コンデンサー７２３で窒素に「間接的」に供給
された寒冷は、ここでは主熱交換器で窒素に「直接」供
給される。ここでは液化するために必要とされる空気が
より少ないので、流れ１０５の空気の流量は減少する。
更に、液化効率が上昇するため、流れ１２４の空気圧縮
機再循環流量を減らすことができる。これらの要素の両
方とも、圧縮機１３５で窒素の圧縮が増加する必要をよ
り以上に相殺する。
【００２１】図２に示してはいないが、空気エキスパン
ダーから作りだされる軸仕事はこのプロセスの圧縮機の
うちの一つあるいは二つ以上を駆動するために使用する
ことができる。同様に、本発明の工程（ｃ）での窒素の
膨張が弁の通過で行われるのでなく高密度流体エキスパ
ンダーで行われる場合には、この高密度流体エキスパン
ダーからの軸仕事はこのプロセスの一つあるいは二つ以
上の圧縮機を駆動するために使用することができる。
ダーから作りだされる軸仕事はこのプロセスの圧縮機の
うちの一つあるいは二つ以上を駆動するために使用する
ことができる。同様に、本発明の工程（ｃ）での窒素の
膨張が弁の通過で行われるのでなく高密度流体エキスパ
ンダーで行われる場合には、この高密度流体エキスパン
ダーからの軸仕事はこのプロセスの一つあるいは二つ以
上の圧縮機を駆動するために使用することができる。
【００２２】図２は、原料空気の膨張からプロセス用の
寒冷のほとんど全てを生じさせる。再循環窒素流は寒冷
を補うために少なくとも１基の追加の窒素エキスパンダ
ー（すなわち本発明の工程（ｃ）において考えられる高
密度流体エキスパンダーのほかのもの）で使用すること
ができるであろう、ということを指摘しておくべきであ
る。そのような場合には、この寒冷供給用窒素エキスパ
ンダーから作りだされる軸仕事も当該プロセスの一つあ
るいは二つ以上の圧縮機を駆動するために使用すること
ができよう。
寒冷のほとんど全てを生じさせる。再循環窒素流は寒冷
を補うために少なくとも１基の追加の窒素エキスパンダ
ー（すなわち本発明の工程（ｃ）において考えられる高
密度流体エキスパンダーのほかのもの）で使用すること
ができるであろう、ということを指摘しておくべきであ
る。そのような場合には、この寒冷供給用窒素エキスパ
ンダーから作りだされる軸仕事も当該プロセスの一つあ
るいは二つ以上の圧縮機を駆動するために使用すること
ができよう。
【００２３】図２に示されたプロセスのエネルギー効率
を更に向上させるため、低圧塔の運転圧力を１７〜２４
psia（０．１１７〜０．１６５ MPa（絶対圧））の通常
の範囲から２５〜５０psia（０．１７３〜０．３４５ M
Pa（絶対圧））の高くした範囲に上昇させてもよい。こ
の高くした圧力範囲は、従来の液化装置の不可逆性を低
減することによってプロセスのエネルギー効率を上昇さ
せる。不可逆性は一般に損失仕事又は損失エネルギーと
呼ばれる。蒸留装置においては、エネルギー損失は物質
移動の推進力を低減することで減らすことができる。ｘ
−ｙ平衡図上、物質移動の推進力は平衡曲線と操作線と
の間隔によって示される。蒸留塔において同じ液−蒸気
流量比では、この推進力は塔の運転圧力を上げて平衡曲
線を操作線のより近くに動かすことで低減することがで
きる。この効果は低圧の塔でより顕著になる。エネルギ
ー損失は、通常の液化装置においては最初の熱交換器
（又は熱交換器群）での熱移動の推進力を低下させるこ
とによって更に減らすことができる。温度対エンタルピ
ー変化のプロットにおいて、熱移動の推進力は冷却する
流れについての線と加温する流れについての線との間隔
により示される。低圧塔の圧力を上げることは、次には
エキスパンダー設備の吐出の圧力が高くなるのを可能に
する。典型的な入口圧力の６００psia（４．１４ MPa
（絶対圧））について言えば、エキスパンダー設備の吐
出圧力を高くすることは、冷却曲線の形状を調節して同
じ大きさの熱交換器にあって平均の熱移動推進力をより
小さくさせることができる。低圧塔の圧力の上昇はま
た、プロセスガス流、特に低圧の流れの密度を増大させ
る。体積ガス流量がより小さくなることから、資本費の
節約のために機器の大きさを小さくすることができる。
５０psia（０．３４５ MPa（絶対圧））の上限は、圧力
が上昇し続けるにつれて、不可逆性の低減する利益は蒸
留装置で必要とされる追加のトレイの法外な数によって
結局は相殺されるという事実を説明する。実際のとこ
ろ、高くなった圧力範囲は、プロセスの不可逆性を低減
することとプロセスの必要な資本費を増加させるという
損失との最善の取引であると言える。
を更に向上させるため、低圧塔の運転圧力を１７〜２４
psia（０．１１７〜０．１６５ MPa（絶対圧））の通常
の範囲から２５〜５０psia（０．１７３〜０．３４５ M
Pa（絶対圧））の高くした範囲に上昇させてもよい。こ
の高くした圧力範囲は、従来の液化装置の不可逆性を低
減することによってプロセスのエネルギー効率を上昇さ
せる。不可逆性は一般に損失仕事又は損失エネルギーと
呼ばれる。蒸留装置においては、エネルギー損失は物質
移動の推進力を低減することで減らすことができる。ｘ
−ｙ平衡図上、物質移動の推進力は平衡曲線と操作線と
の間隔によって示される。蒸留塔において同じ液−蒸気
流量比では、この推進力は塔の運転圧力を上げて平衡曲
線を操作線のより近くに動かすことで低減することがで
きる。この効果は低圧の塔でより顕著になる。エネルギ
ー損失は、通常の液化装置においては最初の熱交換器
（又は熱交換器群）での熱移動の推進力を低下させるこ
とによって更に減らすことができる。温度対エンタルピ
ー変化のプロットにおいて、熱移動の推進力は冷却する
流れについての線と加温する流れについての線との間隔
により示される。低圧塔の圧力を上げることは、次には
エキスパンダー設備の吐出の圧力が高くなるのを可能に
する。典型的な入口圧力の６００psia（４．１４ MPa
（絶対圧））について言えば、エキスパンダー設備の吐
出圧力を高くすることは、冷却曲線の形状を調節して同
じ大きさの熱交換器にあって平均の熱移動推進力をより
小さくさせることができる。低圧塔の圧力の上昇はま
た、プロセスガス流、特に低圧の流れの密度を増大させ
る。体積ガス流量がより小さくなることから、資本費の
節約のために機器の大きさを小さくすることができる。
５０psia（０．３４５ MPa（絶対圧））の上限は、圧力
が上昇し続けるにつれて、不可逆性の低減する利益は蒸
留装置で必要とされる追加のトレイの法外な数によって
結局は相殺されるという事実を説明する。実際のとこ
ろ、高くなった圧力範囲は、プロセスの不可逆性を低減
することとプロセスの必要な資本費を増加させるという
損失との最善の取引であると言える。
【００２４】上述の高くなった圧力範囲を利用する場
合、及びプロセス流のうちの大部分が液化されずに、低
圧塔の圧力よりも有意に低い圧力で必要とされあるいは
大気に放出される場合には、これらの製品流は寒冷を供
給するために膨張させることができる、ということに注
目すべきである。このような膨張は、そのような製品流
も高い圧力にあるという事実を利用する。好ましくはそ
れらはエキスパンダーで等エントロピー的に膨張させる
べきではあるが、経済的な理由で必要な場合には、それ
らは弁の通過で等エントロピー的に膨張させることがで
きよう。
合、及びプロセス流のうちの大部分が液化されずに、低
圧塔の圧力よりも有意に低い圧力で必要とされあるいは
大気に放出される場合には、これらの製品流は寒冷を供
給するために膨張させることができる、ということに注
目すべきである。このような膨張は、そのような製品流
も高い圧力にあるという事実を利用する。好ましくはそ
れらはエキスパンダーで等エントロピー的に膨張させる
べきではあるが、経済的な理由で必要な場合には、それ
らは弁の通過で等エントロピー的に膨張させることがで
きよう。
【００２５】要約して言えば、本発明は通常の空気再循
環液化装置のエネルギー効率を上昇させるための効果的
な方法である。
環液化装置のエネルギー効率を上昇させるための効果的
な方法である。
【００２６】本発明は、その具体的な態様を参照して説
明されている。この態様は本発明を限定するものと見な
されるべきものではなく、本発明の範囲は特許請求の範
囲の記載によって確定されるべきものである。
明されている。この態様は本発明を限定するものと見な
されるべきものではなく、本発明の範囲は特許請求の範
囲の記載によって確定されるべきものである。
【図１】空気の低温蒸留により大量の液体製品を製造す
る従来の方法の概要説明図である。
る従来の方法の概要説明図である。
【図２】本発明の方法の一態様の概要説明図である。
１１０…空気圧縮機 １３５…窒素圧縮機 １４０…空気圧縮機 １５０…空気圧縮機 １５２…空気エキスパンダー １５３…空気エキスパンダー ２５２…弁 ５４０…熱交換器 ５４１…熱交換器 ５４２…熱交換器 ５５０…熱交換器 ５５１…熱交換器 ５５２…熱交換器 ７１１…高圧塔 ７２１…低圧塔 ７２２…リボイラー／コンデンサー ７２３…リボイラー／コンデンサー ７３１…粗アルゴン塔 ７３２…リボイラー／コンデンサー ７８２…フラッシュドラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラケッシュ アグラワル アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18049, エマウス，コモンウェルス ドライブ 4312 (72)発明者 ドナルド ウィンストン ウッドワード アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18066, ニュー トリポリ，ルーラル デリバリー １，ボックス 1141 (72)発明者 ジャングオ シュー アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18051, フォゲルスビル，ホワイト バーチ サー クル 8121
Claims (15)
- 【請求項１】 原料空気の少なくとも１５％を液体窒素
製品流及び／又は液体酸素製品流として取出すのに十分
な量の寒冷を発生させる方法であり、初めに原料空気を
圧縮し、この圧縮した原料空気の少なくとも一部分を膨
張させて上記の量の寒冷のうちの少なくとも一部分を発
生させ、原料空気のうちの少なくとも一部分を、当該原
料空気を精留して気体の塔頂窒素にする、液体窒素還流
を必要とする蒸留塔装置に供給する原料空気の低温（cr
yogenic ）蒸留方法において、上記必要な液体窒素還流
のうちの少なくとも一部分及び／又は上記液体窒素製品
流のうちの少なくとも一部分を供給するため、次の
（ａ）〜（ｃ）の工程を含む空気の改良低温蒸留方法。 （ａ）上記気体の塔頂窒素のうちの少なくとも一部分を
２００psia（１．３８MPa（絶対圧））より高い圧力ま
で圧縮する工程 （ｂ）工程（ａ）からの窒素をプロセス蒸気流との間接
熱交換で冷却する工程 （ｃ）工程（ｂ）からの窒素を工程（ｂ）の直接後で膨
張させる工程 - 【請求項２】 工程（ａ）において窒素を窒素の臨界圧
力よりも高い圧力まで圧縮する、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 工程（ｃ）における膨張を弁を通過させ
ることで行う、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 工程（ｃ）における膨張を高密度流体(d
ense fluid) エキスパンダーでもって行う、請求項１記
載の方法。 - 【請求項５】 工程（ｃ）からの膨張した窒素が前記必
要な液体窒素還流のうちの当該一部分及び／又は前記液
体窒素製品流のうちの当該一部分を含有するほかに蒸気
成分を含有し、そして前記寒冷の量のうちの第二の分が
プロセス流との間接熱交換でこの蒸気成分を加温するこ
とによりプロセスに供給される、請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記寒冷の量のうちの第三の分が、 （ｉ）前記気体の塔頂窒素のうちの第二の分を圧縮する
工程、 （ｉｉ）工程（ｉ）からの窒素をプロセス流との間接熱
交換で冷却する工程、 （ｉｉｉ）工程（ｉｉ）からの窒素をエキスパダーで膨
張させて気体のエキスパンダー排出流を得る工程、 （ｉｖ）工程（ｉｉｉ）からの気体のエキスパンダー排
出流をプロセス流との間接熱交換で加温する工程、によ
って当該プロセスに供給される、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 圧縮した原料空気の前記膨張から、及び
／又は前記気体の塔頂窒素の第一の部分の前記膨張か
ら、及び／又は前記気体の塔頂窒素の第二の部分の前記
膨張から、軸仕事が発生され、この軸仕事が当該プロセ
スにおける圧縮のうちの少なくとも一部分をまかなうた
めに使用される、請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記蒸留塔装置が高圧塔と低圧塔を含
み、この蒸留塔装置に供給される原料空気がその原料空
気が精留されて高圧の塔頂窒素と高圧の粗液体酸素塔底
液とにされる上記高圧塔へ供給され、この高圧の粗液体
酸素塔底液のうちの少なくとも一部分がその液体酸素塔
底液が蒸留されて気体の塔頂窒素と低圧の液体酸素塔底
液とにされる上記低圧塔へ供給され、上記高圧塔と上記
低圧塔とは上記高圧の塔頂窒素のうちの少なくとも一部
分がリボイラー／コンデンサーでの低圧塔の気化する酸
素に富む液との熱交換で凝縮されるように熱的に連結さ
れており、そして凝縮した高圧の塔頂窒素のうちの少な
くとも一部分が前記必要な液体窒素還流の一部分及び／
又は前記液体窒素製品流の一部分として使用される、請
求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記低圧塔を２５〜５０psia（０．１７
３〜０．３４５ MPa（絶対圧））の圧力で運転すること
を更に含む、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記圧縮した原料空気のうちの少なく
とも一部分を膨張させることが次に掲げる工程（ａ）〜
（ｉ）を含む、請求項９記載の方法。 （ａ）当該圧縮原料空気をプロセス流との間接熱交換で
冷却する工程 （ｂ）この圧縮原料空気を分割して第一の分割供給流と
第二の分割供給流とにする工程 （ｃ）第一の分割供給流をウォームエキスパンダーによ
って膨張させて、この膨張した第一の分割供給流を間接
熱交換により当該空気に寒冷を供給しながら原料空気へ
再循環させる工程 （ｄ）上記第二の分割供給流をプロセス流との間接熱交
換で更に冷却する工程 （ｅ）この第二の分割供給流を更に分割して第三の分割
供給流と第四の分割供給流とにする工程 （ｆ）この第三の分割供給流をコールドエキスパンダー
によって膨張させて、この膨張した第三の分割供給流の
うちの一部分を間接熱交換により当該空気に寒冷を供給
しながら原料空気へ再循環させる工程 （ｇ）上記第四の分割供給流をプロセス流との間接熱交
換で更に冷却する工程 （ｈ）この第四の分割供給流のうちの一部分を精留のた
め前記低圧塔へ導入する工程 （ｉ）第四の分割供給流のうちの残りの分と上記の膨張
した第三の分割供給流の残りの分とを精留のため前記高
圧塔へ導入する工程 - 【請求項１１】 前記低圧の液体酸素塔底液が前記液体
酸素製品流として取出される、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記低圧塔の上方の箇所から窒素に富
んだ気体流を抜出し、プロセス流との間接熱交換で加温
し、それから窒素に富んだ気体製品流として取出す、請
求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記低圧の液体酸素塔底液の一部分を
プロセス流との間接熱交換で加温し、それから気体酸素
製品として取出す、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記寒冷の量のうちの第二の分を、プ
ロセス流との間接熱交換で前記窒素に富んだ気体流を加
温する前にこの流れを膨張させることにより、及び／又
はプロセス流との間接熱交換で前記気体酸素製品を加温
する前にその気体酸素製品を膨張させることにより発生
させる、請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 （ａ）当該蒸留塔装置が更に粗アルゴ
ン塔を含み、 （ｂ）アルゴンを含有する気体の側流が前記低圧塔の下
方の中間箇所から抜出されて上記粗アルゴン塔に供給さ
れ、そこで当該アルゴンを含有する気体の側流を精留し
てアルゴンに富む塔頂蒸気とアルゴンの少ない塔底液と
にし、 （ｃ）このアルゴンの少ない塔底液を低圧塔へ戻し、 （ｄ）上記アルゴンに富む塔頂蒸気のうちの少なくとも
一部分を第二のリボイラー／コンデンサーでの気化する
高圧の粗液体酸素塔底液との熱交換で凝縮させ、 （ｅ）この凝縮したアルゴンに富む塔頂蒸気のうちの一
部分を液体アルゴン製品として取出し、 （ｆ）凝縮したアルゴンに富む塔頂蒸気のうちの残りの
分を当該粗アルゴン塔のために還流を供給するのに使用
する、請求項１４記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US916566 | 1992-07-20 | ||
| US07/916,566 US5275003A (en) | 1992-07-20 | 1992-07-20 | Hybrid air and nitrogen recycle liquefier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06159930A true JPH06159930A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=25437478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5177809A Pending JPH06159930A (ja) | 1992-07-20 | 1993-07-19 | 空気の低温蒸留方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5275003A (ja) |
| EP (1) | EP0580348B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06159930A (ja) |
| KR (1) | KR970004727B1 (ja) |
| CA (1) | CA2100404C (ja) |
| DE (1) | DE69301557T2 (ja) |
| ES (1) | ES2085117T3 (ja) |
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| WO2011010630A1 (ja) * | 2009-07-24 | 2011-01-27 | 大陽日酸株式会社 | 空気液化分離方法及び装置 |
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- 1993-07-16 KR KR1019930013421A patent/KR970004727B1/ko not_active Expired - Fee Related
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