JPH06347163A - 空気の一成分を消費する設備に圧力下のガスを供給する方法及び装置 - Google Patents

空気の一成分を消費する設備に圧力下のガスを供給する方法及び装置

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JPH06347163A
JPH06347163A JP6123591A JP12359194A JPH06347163A JP H06347163 A JPH06347163 A JP H06347163A JP 6123591 A JP6123591 A JP 6123591A JP 12359194 A JP12359194 A JP 12359194A JP H06347163 A JPH06347163 A JP H06347163A
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JP
Japan
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gas
pressure
air
vaporization
liquid
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Application number
JP6123591A
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English (en)
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Robert Ekins
エキンス・ロバート
Alain Guillard
ギラル・アラン
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】消費設備のガス需要が非常に変化する場合であ
っても、その需要を特に経済的なやり方で満足させるこ
とができる方法及び装置の提供。 【構成】この方法によれば、空気は、高い圧力下の伝熱
流体が流されている熱交換装置（１１）と組合わされた
精留装置（１３）内で精留され、貯槽（２３）は、少な
くとも断続的に液相のガスを供給され、貯槽から取出さ
れた液相のガスは、気化圧力に高められ、熱交換装置
（１１）内でこの気化圧力下に気化される。ＡＯＤ法を
使用する電気アーク炉のような、ステンレス鋼製造設備
に圧力下の酸素、窒素及びアルゴンを供給するのに利
用。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力下に低温で液化可
能な前記圧力下のガスから少なくとも空気の一成分を消
費設備に供給する方法に関する。本発明は特に、いくつ
かの冶金設備に酸素及び／又は窒素及び／又はアルゴン
を供給するのに利用できる。本明細書で問題となる圧力
は絶対圧力である。
【０００２】
【従来の技術】いくつかの冶金設備は、例えばステンレ
ス鋼を製造するのに適した電気アーク炉（ＡＯＤ法）
は、圧力下の酸素ガス、圧力下の窒素ガス及び圧力下の
アルゴンガスを同時に消費する。これらのガスの使用圧
力は、典型的にはほぼ２５バールであり、非常に変化す
る消費では、ほぼ３０〜４０バールの圧力で供給される
補助容器又は“緩衝器”の使用を必要とする。
【０００３】酸素及び窒素は、一般的に現地で空気精留
装置によって製造され、必要なアルゴンの量は、酸素製
造量の５％を超えることができないこの精留装置のアル
ゴン製造量よりも非常に大きい。したがって、外部源か
らアルゴンを設備に提供することが必要である。先行技
術では、このアルゴンは熱水浴のような補助装置内で気
化される。さらに技術の革新並びに生産性の要求は、結
果として、アーク炉における酸素消費の段階的増加をも
たらし、これはしばしば、現地における精留装置の分離
能力を最終的に大きく超過する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、設備のガス
需要が非常に変化する場合であっても、その需要を特に
経済的なやり方で満足させることができる方法を提供す
るのを目的とする。本発明はまた、そのような方法を実
施するのに適した装置も目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため本発明による方
法は、前記方法において、 −明らかに精留装置の作動圧力より高い圧力下の少なく
とも一つの伝熱流体が内部に流されている熱交換装置と
組合わされた精留装置で空気を精留し、 −少なくとも断続的やり方で、液状の前記ガスを貯槽に
供給し、かつ −前記貯槽から取出された液状のガスを貯槽圧力以上の
気化圧力にもたらすことによって、圧力下の前記ガスの
少なくとも一部を製造し、精留装置と組合わされた熱交
換装置内で前記気化圧力下にガスを気化することを特徴
としている。
【０００６】本発明の方法は、次の特徴の一つ又はいく
つかを有することができる。 −外部源から貯槽に、少なくとも一部分を供給し、 −液体酸素及び／又は液体窒素の追加量を製造すること
によって、前記ガスの気化熱／加温熱を少なくとも部分
的に回収し、 −精留装置から取出された液状の空気の少なくとも一成
分を取出し圧力以上の気化圧力にもたらし、かつ熱交換
装置内で前記気化圧力で前記液状物を気化することによ
って、圧力下の空気の少なくとも一成分を同時に製造
し、 −前記ガスが空気ガスであり、空気ガスの流量が、精留
装置によって同時に製造される前記ガスの流量より多
く、 −前記気化を継続的やり方で行い、 −ある期間の間は液状のガスを精留装置から貯槽に送
り、他の期間の間は前記気化を行う。
【０００７】このような方法を実施する装置は、明らか
に精留装置の作動圧力より高い圧力下の少なくとも一つ
の伝熱流体の通路を有する熱交換装置と組合わされた空
気精留装置を有する種類の装置において、装置が、少な
くとも断続的やり方で供給されるのに適した前記液状の
ガスの貯槽、前記貯槽の上流及び熱交換装置における前
記ガスの圧力下の気化通路の下流に接続された前記液状
ガスの圧縮手段を有することを特徴としている。
【０００８】本発明の装置は、次の特徴の一つ又はいく
つかを有することができる。 −圧縮手段がまた、補助気化装置の下流にも接続され、 −前記ガスが空気ガスであり、圧縮手段が貯槽にのみ接
続され、前記貯槽が、場合によっては精留装置に接続さ
れ、 −装置が前記液状ガス用のポンプを有し、前記ポンプの
吸入側が精留装置に接続され、 −ポンプの吐出側が、前記圧縮手段に割当てられた熱交
換装置の気化通路とは別個の気化通路に接続される。本
発明の実施態様の例は、添付の図面を参照しながら以下
に述べられるであろう。
【０００９】
【実施例】図１には、典型的にはＡＯＤ式方法を実施す
る冶金設備である消費設備１に、一方では管路２によっ
て運ばれる圧力下の酸素ガス、他方では管路３によって
運ばれる圧力下の窒素ガス、最後に管路４によって運ば
れる圧力下のアルゴンガスを供給するのに適した装置が
示されている。この装置はまた、低圧の、すなわち大気
圧付近の窒素ガス、及び液体酸素、液体窒素を製造し、
これらの液体もほぼ大気圧下にある。
【００１０】装置は主として、空気圧縮機５、冷却装置
６、吸着式空気乾燥・二酸化炭素除去装置７、両者のロ
ーターが同一軸に取付けられているブロワー８と膨張タ
ービン９、ブロワー８に設けられた空冷又は水冷冷却器
１０、向流熱交換装置１１、過冷却器１２、約５〜６バ
ールで作動し、約１．２バールで作動する低圧精留塔１
５を上に載せ、凝縮−蒸発器１６によってその頂部が低
圧精留塔１５の下部に接続される中圧精留塔１４を有す
る“尖塔”型複式精留塔で構成された精留装置１３、相
分離器１７、液体窒素貯槽１８、液体酸素ポンプ１９、
液体酸素貯槽２０、液体窒素ポンプ２１、液体アルゴン
ポンプ２２、及び液体アルゴン貯槽２３からなる。三つ
の貯槽１８、２０及び２３は実質的に大気圧である。
【００１１】作動中、圧縮機５で圧縮され、次いで冷却
装置６で冷却された精留すべき大気中の空気は、吸着式
装置７で水分及び二酸化炭素を除去、精製され、次いで
さらにブロワー８で全量が圧縮され、冷却器１０で周囲
温度付近に下げられる。実質的に中圧精留塔１４の圧力
より高い圧力にあるさらに圧縮された空気は、全体とし
て熱交換装置１１内で中間温度Ｔに冷却される。この温
度で空気の一部は冷却されて液化され、所望ならば熱交
換装置の冷端部まで通過することによって過冷却され、
次いで膨張弁２４及び２５で膨張後、二つの精留塔１４
及び１５に分割される。温度Ｔで空気の残部は、膨張タ
ービン９で中圧に膨張され、次いで中圧精留塔１４の下
部に導入される。
【００１２】図面にはまた、低圧精留塔の頂部にこの低
圧下の窒素を製造する尖塔型複式精留塔の通常の管路も
示されている。それぞれ“リッチ液体”（酸素富化空
気）、“下部プアー液体”（不純窒素）及び“上部プア
ー液体”（ほとんど純窒素）を上昇させる管路２６〜２
８は、それぞれ中圧精留塔１４の底部、中間点及び頭部
から出て、過冷却器１２を通過し、それぞれ膨張弁を備
えている。消費設備１向けの酸素は、低圧精留塔１５の
底部から液状で取出され、ポンプ１９によって使用圧力
に高められ、熱交換装置内で気化され、ほぼ周囲温度に
加熱される。
【００１３】同様に消費設備１向けの窒素は、中圧精留
塔１４の頭部から液相で取出され、ポンプ２１によって
使用圧力に高められ、熱交換装置内で気化され、ほぼ周
囲温度に加熱される。消費設備１向けのアルゴンは、タ
ンクローリー２９によって供給される貯槽２３内に液相
で貯蔵される。液体アルゴンはこの貯槽から取出され、
ポンプ２２によって使用圧力に高められ、熱交換装置内
でほぼ周囲温度に加熱される。
【００１４】従来のやり方で、設備の廃ガスを構成する
不純窒素及び低圧精留塔１５の頭部で製造される純窒素
は、過冷却器１２内で、次いで熱交換装置１１内で加熱
されて、それぞれ管路３０及び３１を経て装置を離れ
る。装置はさらに、管路２８によって取出され、相分離
器１７内に導入される前に膨張弁３２で膨張される液体
窒素を製造する。この相分離器からの液体は貯槽１８に
送られ、一方気相は、低圧精留塔１５の頂部からの窒素
ガス流と合流する。装置はまた、低圧精留塔１５の底部
から取出され、管路３３を経て貯槽２０に送られる液体
酸素も製造する。理解されるように、液体アルゴンの気
化及び加熱によって熱交換装置内に導入される追加の寒
冷量は、液体酸素及び／又は液体窒素を製造するのに回
収される。
【００１５】修正型として、空気精留装置は、消費設備
１に供給されるアルゴンの一部を製造するように、従来
のやり方で低圧精留塔１５と接続されたアルゴン製造塔
を有することができる。図２及び３は、精留装置１３の
分離能力より多い流量で圧力下の酸素ガスを消費設備に
供給することに関する。これらの図では、示されている
のは複式精留塔１３及び酸素回路がすべてであり、アル
ゴン回路を除いては、設備の残部は図１におけるのと同
一であり、それらは省略されている。
【００１６】図２の場合には、貯槽２０は一方では低圧
精留塔１５の底部から、他方ではタンクローリー３４に
よって供給され、一方、ポンプ１９の吸入側は貯槽２０
の底部に接続される。したがって液体酸素の必要量を、
気化され加熱されるべき熱交換装置に供給することがで
きる。過剰な、すなわちタンクローリーによって供給さ
れた量の気化された液体酸素は寒冷を供給し、この寒冷
は前記のように、貯槽１８に送られる追加の液体窒素の
形状で回収される。修正型として図３に示されたよう
に、図２のフローシートは、吸入側が低圧精留塔１５の
底部に接続される第２液体酸素ポンプ３６によって補足
することができ、二つのポンプの吐出側は、熱交換装置
の同一気化通路に、或いは別の気化通路にさえも接続で
きる。
【００１７】一点鎖線で示されたように、ポンプ１９及
び／又はポンプ３６の吐出側はまた必要な場合、例えば
安全性のために、浴のような従来からの補助気化装置３
５に接続することができる。この操業方法では、気化さ
れた液体酸素に含まれる寒冷はもちろん失われる。
【００１８】図２及び３のそれぞれの場合、消費設備に
よる酸素需要が低い間に、及び／又は電気エネルギ費用
が安い間に精留装置は徐々に貯槽２０を満たすことがで
き、一方この貯槽は、酸素需要が多い間に、及び／又は
電気エネルギ費用が高い間に徐々に空になり、そのとき
所望ならばタンクローリーから供給されなければならな
い。酸素需要が常に精留装置の能力より大きいならば、
タンクローリーによる供給はもちろん定期的に行われな
ければならない。
【００１９】修正型として、図３の貯槽２０は複式精留
塔１３に接続されなくてもよく、タンクローリー３４に
よって供給されてもい。この場合、タンクローリーによ
って供給される酸素の純度は、複式精留塔によって製造
される酸素の純度と異なっていてもよい。本発明はま
た、例えば図１の配置のようにアルゴン気化部分を有し
ているが、精留装置１３が、前記した種類と類似するク
ロード・サイクルと組合わされたＨＰＮ（高純度窒素）
型の窒素製造単式精留塔である単式空気精留装置にも応
用される。この場合、アルゴンの気化は大量の液体窒素
を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の略図。
【図２】本発明の第１の修正型の部分的略図。
【図３】同じく第２の修正型の部分的略図。
【符号の説明】
１ 消費設備 ２ 圧力下の酸素ガス管路 ３ 圧力下の窒素ガス管路 ４ 圧力下のアルゴンガス管路 ５ 空気圧縮機 ６ 冷却装置 ７ 吸着式空気乾燥・二酸化炭素除去装置 ８ ブロワー ９ 膨張タービン １０ ブロワー８の空冷又は水冷冷却器 １１ 熱交換装置 １２ 過冷却器 １３ 複式精留塔（精留装置） １４ 中圧精留塔 １５ 低圧精留塔 １６ 凝縮−蒸発器 １７ 相分離器 １８ 液体窒素貯槽 １９ 液体酸素ポンプ ２０ 液体酸素貯槽 ２１ 液体窒素ポンプ ２２ 液体アルゴンポンプ ２３ 液体アルゴン貯槽 ２４、２５、３２ 膨張弁 ２９ 液体アルゴン外部源 ３４ 液体酸素外部源 ３５ 補助気化装置 ３６ 第２液体酸素ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギラル・アラン フランス国．75016・パリ．リユ・ローリ ストン．11

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力下に低温で液化可能な前記圧力下の
    ガスから少なくとも空気の一成分を消費設備（１）に供
    給する方法において、 −明らかに精留装置（１３）の作動圧力より高い圧力下
    の少なくとも一つの伝熱流体が内部に流されている熱交
    換装置（１１）と組合わされた精留装置で空気を精留
    し、 −少なくとも断続的やり方で、液状の前記ガスを貯槽
    （２３、２０）に供給し、かつ −前記貯槽から取出された液状のガスを貯槽圧力以上の
    気化圧力にもたらすことによって、圧力下の前記ガスの
    少なくとも一部を製造し、精留装置と組合わされた熱交
    換装置（１１）内で前記気化圧力下にガスを気化するこ
    とを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 外部源（２９、３４）から貯槽（２３、
    ２０）に、少なくとも一部分を供給することを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 液体酸素及び／又は液体窒素の追加量を
    製造することによって、前記ガスの気化熱／加温熱を少
    なくとも部分的に回収することを特徴とする請求項１又
    は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 精留装置（１３）から取出された液状の
    空気の少なくとも一成分を取出し圧力以上の気化圧力に
    もたらし、かつ熱交換装置（１１）内で前記気化圧力で
    前記液状物を気化することによって、圧力下の空気の少
    なくとも一成分を同時に製造することを特徴とする請求
    項１から３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ガスが空気ガスであり、空気ガスの
    流量が、精留装置によって同時に製造される前記ガスの
    流量より多いことを特徴とする請求項１から４のいずれ
    か１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記気化を継続的やり方で行うことを特
    徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ある期間の間は液状のガスを精留装置
    （１３）から貯槽（２０）に送り、他の期間の間は前記
    気化を行うことを特徴とする請求項５記載の方法。
  8. 【請求項８】 明らかに精留装置（１３）の作動圧力よ
    り高い圧力下の少なくとも一つの伝熱流体の通路を有す
    る熱交換装置（１１）と組合わされた空気精留装置（１
    ３）を有する種類であって、圧力下に低温で液化可能な
    前記圧力下のガスから少なくとも空気の一成分を消費設
    備に供給する装置において、装置が、少なくとも断続的
    やり方で供給されるのに適した前記液状のガスの貯槽
    （２３、２０）、前記貯槽の上流及び熱交換装置（１
    １）における前記ガスの圧力下の気化通路の下流に接続
    された前記液状ガスの圧縮手段（２２、１９）を有する
    ことを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 圧縮手段（１９）がまた、補助気化装置
    （３５）の下流にも接続されることを特徴とする請求項
    ８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記ガスが空気ガスであり、圧縮手段
    （１９）が貯槽（２０）にのみ接続され、前記貯槽が、
    場合によっては精留装置（１３）に接続されることを特
    徴とする請求項８又は９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 装置が前記液状ガス用のポンプ（３
    ６）を有し、前記ポンプの吸入側が精留装置（１３）に
    接続されることを特徴とする請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 ポンプ（３６）の吐出側が、前記圧縮
    手段（１９）に割当てられた熱交換装置（１１）の気化
    通路とは別個の気化通路に接続されることを特徴とする
    請求項１１記載の装置。
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