JPH07332846A - 空気の分離 - Google Patents
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- 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
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 総計１５％以上の酸素および窒素製品を液状
で捕集する場合に、約８０％の収率でアルゴンを生成さ
せることができる空気の分離方法および装置を提供す
る。 【構成】 空気流を圧縮機２で圧縮して、装置４で精製
する。得られた空気流を、熱交換器６で冷却して、高圧
精留塔１２、低圧精留塔２６および低圧精留塔より取り
出したアルゴン富化酸素流からアルゴン分離する追加精
留塔３４を含む精留塔集成装置で分離し、生成空気流は
入口１４から高圧精留塔に導入する。第２の冷却、圧
縮、精製した空気流は、膨張タービン８２内で膨張させ
て、低圧精留塔に導入する。第３の冷却、圧縮、精製し
た空気流は、第２の膨張タービン８６内で膨張させて、
高圧精留塔に導入する。第４の圧縮、精製した空気流
は、第３の膨張タービン８８内で膨張させ、熱交換器６
で冷却して、高圧精留塔に導入する。液体窒素製品を生
成させる場合にアルゴンの回収率を高める。
で捕集する場合に、約８０％の収率でアルゴンを生成さ
せることができる空気の分離方法および装置を提供す
る。 【構成】 空気流を圧縮機２で圧縮して、装置４で精製
する。得られた空気流を、熱交換器６で冷却して、高圧
精留塔１２、低圧精留塔２６および低圧精留塔より取り
出したアルゴン富化酸素流からアルゴン分離する追加精
留塔３４を含む精留塔集成装置で分離し、生成空気流は
入口１４から高圧精留塔に導入する。第２の冷却、圧
縮、精製した空気流は、膨張タービン８２内で膨張させ
て、低圧精留塔に導入する。第３の冷却、圧縮、精製し
た空気流は、第２の膨張タービン８６内で膨張させて、
高圧精留塔に導入する。第４の圧縮、精製した空気流
は、第３の膨張タービン８８内で膨張させ、熱交換器６
で冷却して、高圧精留塔に導入する。液体窒素製品を生
成させる場合にアルゴンの回収率を高める。
Description
【０００１】この発明は、空気を分離する方法および装
置に関する。
置に関する。
【０００２】工業的に最も重要な空気の分離法は精留に
よる方法である。典型的な精留法では、空気流を圧縮
し、得られた圧縮空気流から水蒸気および二酸化炭素を
除くことによって、圧縮空気流を精製し、さらに戻り製
品流と熱交換させて、圧縮空気流を精留に適する温度に
予冷する諸工程を行う。この精留は２つの精留塔の一方
が他方よりも高い圧力で作動する高圧および低圧精留塔
を含む所謂「複式精留塔」で行われる。大部分の新入空
気は高圧精留塔に導入して、酸素富化液体空気および窒
素蒸気に分離する。この窒素蒸気を凝縮させる。凝縮液
の一部を高圧精留塔の還流液として使用する。酸素富化
液体を高圧精留塔の底部から取り出し、それを用いて低
圧精留塔への供給流とする。典型的には、酸素富化液体
流を過冷し、さらに絞り弁または減圧弁を経て低圧精留
塔の中間の領域に導入する。低圧精留塔内で、酸素富化
液体空気を実質的に純粋な酸素および窒素に分離する。
ガス状の酸素および窒素製品を低圧精留塔から取り出し
て、典型的には新入空気流と熱交換させる戻り流とす
る。必要な場合には、空気を用いて、低圧精留塔から取
り出した液体酸素流を気化させることにより、ガス状の
酸素製品を生成させることができる。高圧精留塔から凝
縮液の残りを取り出し、それを過冷し、さらに、絞り弁
または減圧弁を経て低圧精留塔の頂部に移行させること
によって、低圧精留塔の還流液とする。
よる方法である。典型的な精留法では、空気流を圧縮
し、得られた圧縮空気流から水蒸気および二酸化炭素を
除くことによって、圧縮空気流を精製し、さらに戻り製
品流と熱交換させて、圧縮空気流を精留に適する温度に
予冷する諸工程を行う。この精留は２つの精留塔の一方
が他方よりも高い圧力で作動する高圧および低圧精留塔
を含む所謂「複式精留塔」で行われる。大部分の新入空
気は高圧精留塔に導入して、酸素富化液体空気および窒
素蒸気に分離する。この窒素蒸気を凝縮させる。凝縮液
の一部を高圧精留塔の還流液として使用する。酸素富化
液体を高圧精留塔の底部から取り出し、それを用いて低
圧精留塔への供給流とする。典型的には、酸素富化液体
流を過冷し、さらに絞り弁または減圧弁を経て低圧精留
塔の中間の領域に導入する。低圧精留塔内で、酸素富化
液体空気を実質的に純粋な酸素および窒素に分離する。
ガス状の酸素および窒素製品を低圧精留塔から取り出し
て、典型的には新入空気流と熱交換させる戻り流とす
る。必要な場合には、空気を用いて、低圧精留塔から取
り出した液体酸素流を気化させることにより、ガス状の
酸素製品を生成させることができる。高圧精留塔から凝
縮液の残りを取り出し、それを過冷し、さらに、絞り弁
または減圧弁を経て低圧精留塔の頂部に移行させること
によって、低圧精留塔の還流液とする。
【０００３】低圧精留塔では、酸素富化液体空気供給口
の下方に局所的最高濃度のアルゴンが生成する。アルゴ
ン製品を得たいと思う場合には、酸素富化液体空気供給
口のレベルより低いレベルからアルゴン富化酸素流を取
り出して、追加精留塔に導入し、そこでアルゴン富化酸
素からアルゴン粗製物を分離し、このアルゴン粗製品を
追加精留塔の頂部から取り出す。酸素富化液体は追加精
留塔の底部から低圧精留塔に戻す。必要な場合には、ガ
ス状の酸素および窒素製品に加えて、液体酸素および液
体窒素製品の一方または両方を製造することができる。
の下方に局所的最高濃度のアルゴンが生成する。アルゴ
ン製品を得たいと思う場合には、酸素富化液体空気供給
口のレベルより低いレベルからアルゴン富化酸素流を取
り出して、追加精留塔に導入し、そこでアルゴン富化酸
素からアルゴン粗製物を分離し、このアルゴン粗製品を
追加精留塔の頂部から取り出す。酸素富化液体は追加精
留塔の底部から低圧精留塔に戻す。必要な場合には、ガ
ス状の酸素および窒素製品に加えて、液体酸素および液
体窒素製品の一方または両方を製造することができる。
【０００４】空気分離法の冷却条件に適合させるため
に、新入空気流または戻り窒素流をタービン内で、外部
仕事を行わせながら、膨張させる。たとえば、新入空気
の一部を戻り窒素および酸素流との熱交換関係から取り
出して、単一膨張タービン内で膨張させて低圧精留塔の
圧力とする。このように膨張した空気を低圧精留塔に導
入する。低圧精留塔の約５％を上回る酸素製品を液状で
捕集する場合には、典型的には、第１のタービンの入口
温度にほぼ等しい出口温度を有する第２の膨張タービン
を使用するのが望ましい。このような第２のタービンす
なわち「温かい」タービンを用いると、冷却される空気
のエンタルピー−温度曲線と温められる流れのエンタル
ピー−温度曲線とを比較的ぴったり合うように保つこと
ができ、それによって新入空気と戻り酸素および窒素流
との効率的な熱交換が可能になる。第１のタービン内を
流れる新入空気の比率は、液状で捕集する酸素および窒
素製品の比率で決まる。後者の比率が高いほど、第１の
タービン内を流れる新入空気の比率は大となる。第１の
タービン内で膨張させて、低圧精留塔に供給する空気の
比率が増して、ある最適値を越すと、低圧精留塔内で到
達する分離量が減り、その結果回収されるアルゴンの量
が減少する。一方第１のタービンによって高圧精留塔に
空気を送る場合には、圧縮仕事に対する要求が大きいた
めに、一定のアルゴン回収率に対する動力消費量も同様
に増大する。したがって、前記の空気分離法において、
総計約１５モルパーセント以上の酸素および窒素製品を
液状で捕集する場合には、収率が８０％以上のアルゴン
を効率よく生成させることは一般的に不可能である。
に、新入空気流または戻り窒素流をタービン内で、外部
仕事を行わせながら、膨張させる。たとえば、新入空気
の一部を戻り窒素および酸素流との熱交換関係から取り
出して、単一膨張タービン内で膨張させて低圧精留塔の
圧力とする。このように膨張した空気を低圧精留塔に導
入する。低圧精留塔の約５％を上回る酸素製品を液状で
捕集する場合には、典型的には、第１のタービンの入口
温度にほぼ等しい出口温度を有する第２の膨張タービン
を使用するのが望ましい。このような第２のタービンす
なわち「温かい」タービンを用いると、冷却される空気
のエンタルピー−温度曲線と温められる流れのエンタル
ピー−温度曲線とを比較的ぴったり合うように保つこと
ができ、それによって新入空気と戻り酸素および窒素流
との効率的な熱交換が可能になる。第１のタービン内を
流れる新入空気の比率は、液状で捕集する酸素および窒
素製品の比率で決まる。後者の比率が高いほど、第１の
タービン内を流れる新入空気の比率は大となる。第１の
タービン内で膨張させて、低圧精留塔に供給する空気の
比率が増して、ある最適値を越すと、低圧精留塔内で到
達する分離量が減り、その結果回収されるアルゴンの量
が減少する。一方第１のタービンによって高圧精留塔に
空気を送る場合には、圧縮仕事に対する要求が大きいた
めに、一定のアルゴン回収率に対する動力消費量も同様
に増大する。したがって、前記の空気分離法において、
総計約１５モルパーセント以上の酸素および窒素製品を
液状で捕集する場合には、収率が８０％以上のアルゴン
を効率よく生成させることは一般的に不可能である。
【０００５】この発明の目的は、総計１５％以上の酸素
および窒素製品を液状で捕集する場合に、約８０％の収
率でアルゴンを生成させることができる空気の分離方法
および装置を提供することにある。
および窒素製品を液状で捕集する場合に、約８０％の収
率でアルゴンを生成させることができる空気の分離方法
および装置を提供することにある。
【０００６】この発明によれば、空気の分離方法におい
て、第１の圧縮空気流を精留によって分離するのに適す
る温度に冷却し、冷却した第１の空気流から、高圧精留
塔内で窒素を分離し、高圧精留塔から取り出した酸素富
化液体空気流を直接的または間接的に低圧精留塔への供
給流として使用し、高圧精留塔の中間の物質交換領域か
ら液体流を取り出して、該液体流を追加供給流として低
圧精留塔に導入し、前記供給流を低圧精留塔内で窒素お
よび酸素に分離し、酸素および窒素製品を低圧精留塔か
ら取り出し、それを用いて、該製品との間接熱交換によ
り新入空気を冷却して、分離させ、低圧精留塔から液体
窒素製品を捕集し、追加精留塔内で低圧精留塔より取り
出したアルゴン富化酸素流からアルゴン製品を分離し、
第２の圧縮空気流を冷却し、冷却した第２の空気流を第
１の膨張タービン内で膨張させ、生成する膨張した第２
の空気流を低圧精留塔に導入し、第３の圧縮空気流を冷
却し、冷却した第３の空気流を第２の膨張タービン内で
膨張させ、生成する膨張した第３の空気流を高圧精留塔
に導入し、ついで、圧縮した第４の空気流を、第１およ
び第２タービンのいずれよりも高い出口温度を有する第
３の膨張タービン内で膨張させ、生成する膨張した第４
の空気流をさらに冷却し、さらに冷却した第４の空気流
を高圧および低圧精留塔の一方または両方に導入する諸
工程を含むことを特徴とする方法が提供される。
て、第１の圧縮空気流を精留によって分離するのに適す
る温度に冷却し、冷却した第１の空気流から、高圧精留
塔内で窒素を分離し、高圧精留塔から取り出した酸素富
化液体空気流を直接的または間接的に低圧精留塔への供
給流として使用し、高圧精留塔の中間の物質交換領域か
ら液体流を取り出して、該液体流を追加供給流として低
圧精留塔に導入し、前記供給流を低圧精留塔内で窒素お
よび酸素に分離し、酸素および窒素製品を低圧精留塔か
ら取り出し、それを用いて、該製品との間接熱交換によ
り新入空気を冷却して、分離させ、低圧精留塔から液体
窒素製品を捕集し、追加精留塔内で低圧精留塔より取り
出したアルゴン富化酸素流からアルゴン製品を分離し、
第２の圧縮空気流を冷却し、冷却した第２の空気流を第
１の膨張タービン内で膨張させ、生成する膨張した第２
の空気流を低圧精留塔に導入し、第３の圧縮空気流を冷
却し、冷却した第３の空気流を第２の膨張タービン内で
膨張させ、生成する膨張した第３の空気流を高圧精留塔
に導入し、ついで、圧縮した第４の空気流を、第１およ
び第２タービンのいずれよりも高い出口温度を有する第
３の膨張タービン内で膨張させ、生成する膨張した第４
の空気流をさらに冷却し、さらに冷却した第４の空気流
を高圧および低圧精留塔の一方または両方に導入する諸
工程を含むことを特徴とする方法が提供される。
【０００７】この発明は、また、第１の圧縮空気流を、
精留によって分離するのに適する温度に冷却する主熱交
換器；冷却した第１の空気流から窒素を分離する高圧精
留塔；高圧精留塔より使用中に取り出した酸素富化液体
空気より直接的または間接的に成生させる供給流を窒素
および酸素に分離する低圧精留塔；低圧精留塔と連通
し、高圧精留塔の中間の物質交換領域から液体流を取り
出す手段；低圧精留塔から酸素および窒素製品を取り出
し、該製品を新入空気に対して向流的に主熱交換器に戻
す手段；低圧精留塔から液体窒素製品を捕集する手段；
低圧精留塔より作動中に取り出したアルゴン富化酸素流
からアルゴン製品を分離する追加精留塔；低圧精留塔と
連通する出口を有し、冷却した第２の圧縮空気流を膨張
させる第１の膨張タービン；高圧精留塔と連通する出口
を有し、冷却した第３の圧縮空気流を膨張させる第２の
膨張タービン；および空冷手段を経て、高圧および低圧
精留塔の一方または両方と連通する出口を有し、第４の
空気流を膨張させる第３の膨張タービンを含むことを特
徴とする空気分離装置をも提供する。
精留によって分離するのに適する温度に冷却する主熱交
換器；冷却した第１の空気流から窒素を分離する高圧精
留塔；高圧精留塔より使用中に取り出した酸素富化液体
空気より直接的または間接的に成生させる供給流を窒素
および酸素に分離する低圧精留塔；低圧精留塔と連通
し、高圧精留塔の中間の物質交換領域から液体流を取り
出す手段；低圧精留塔から酸素および窒素製品を取り出
し、該製品を新入空気に対して向流的に主熱交換器に戻
す手段；低圧精留塔から液体窒素製品を捕集する手段；
低圧精留塔より作動中に取り出したアルゴン富化酸素流
からアルゴン製品を分離する追加精留塔；低圧精留塔と
連通する出口を有し、冷却した第２の圧縮空気流を膨張
させる第１の膨張タービン；高圧精留塔と連通する出口
を有し、冷却した第３の圧縮空気流を膨張させる第２の
膨張タービン；および空冷手段を経て、高圧および低圧
精留塔の一方または両方と連通する出口を有し、第４の
空気流を膨張させる第３の膨張タービンを含むことを特
徴とする空気分離装置をも提供する。
【０００８】酸素製品の少なくともいくらかを、低圧精
留塔から液体流として取り出して、冷却される空気との
向流熱交換によって気化させるのが好ましい。ポンプを
用いて液体酸素の圧力を高めることにより、高圧精留塔
の作動圧力を上回る高圧の酸素製品流を生成させること
ができる。この発明による方法および装置の上述の例で
は、熱交換によって温められる窒素および酸素製品流の
温度−エンタルピー曲線と同じ熱交換で冷却される空気
流の温度−エンタルピー曲線とを比較的ぴったり合うよ
うに保つために、第５の圧縮空気流を、温められる酸素
流と熱交換させ、絞り弁を通して圧力を下げて、高圧お
よび低圧精留塔の一方または両方に液体の状態で導入す
るのが好ましい。
留塔から液体流として取り出して、冷却される空気との
向流熱交換によって気化させるのが好ましい。ポンプを
用いて液体酸素の圧力を高めることにより、高圧精留塔
の作動圧力を上回る高圧の酸素製品流を生成させること
ができる。この発明による方法および装置の上述の例で
は、熱交換によって温められる窒素および酸素製品流の
温度−エンタルピー曲線と同じ熱交換で冷却される空気
流の温度−エンタルピー曲線とを比較的ぴったり合うよ
うに保つために、第５の圧縮空気流を、温められる酸素
流と熱交換させ、絞り弁を通して圧力を下げて、高圧お
よび低圧精留塔の一方または両方に液体の状態で導入す
るのが好ましい。
【０００９】第１のタービンが第２のタービンよりも低
い入口圧力を有し、さらに第２のタービンが第３のター
ビンよりも低い入口圧力を有することが好ましい。好都
合なことに、第５の空気流は、第４の空気流を第３のタ
ービンに導入するのと同じ圧力の酸素製品流との熱交換
関係にもたらされる。
い入口圧力を有し、さらに第２のタービンが第３のター
ビンよりも低い入口圧力を有することが好ましい。好都
合なことに、第５の空気流は、第４の空気流を第３のタ
ービンに導入するのと同じ圧力の酸素製品流との熱交換
関係にもたらされる。
【００１０】第４の空気流はすべて高圧精留塔に導入す
るのが好ましい。
るのが好ましい。
【００１１】必要があれば、酸素製品の一部を液状で捕
集することができる。典型的には、高圧および低圧精留
塔の還流液は、低圧精留塔内で沸騰しつつある液体酸素
との間接熱交換によって高圧精留塔の窒素製品を凝縮さ
せてつくる。追加精留塔の還流液は、酸素富化液体空気
の一部との熱交換によって該精留塔頂部のアルゴンを凝
縮させてつくるのが典型的である。
集することができる。典型的には、高圧および低圧精留
塔の還流液は、低圧精留塔内で沸騰しつつある液体酸素
との間接熱交換によって高圧精留塔の窒素製品を凝縮さ
せてつくる。追加精留塔の還流液は、酸素富化液体空気
の一部との熱交換によって該精留塔頂部のアルゴンを凝
縮させてつくるのが典型的である。
【００１２】さて、添付図面を参照しながら実施例によ
って、この発明による方法および装置を述べる。
って、この発明による方法および装置を述べる。
【００１３】図面の図１について説明すると、供給空気
流を圧縮機２で圧縮し、得られた圧縮供給空気流を、該
空気流から水蒸気および二酸化炭素を除くのに有効な精
製装置４に通す。該装置４は吸着剤の床（図示せず）を
使用して、水蒸気および二酸化炭素のこの除去を行う。
該床は、１つ以上の床が供給空気流を精製している間
に、残りの床を、たとえば、高温窒素流でバージするこ
とによって、再生しているように、相互に順序不同に操
作される。このような精製装置およびその操作法は業界
では周知であるので、さらに述べるまでもない。
流を圧縮機２で圧縮し、得られた圧縮供給空気流を、該
空気流から水蒸気および二酸化炭素を除くのに有効な精
製装置４に通す。該装置４は吸着剤の床（図示せず）を
使用して、水蒸気および二酸化炭素のこの除去を行う。
該床は、１つ以上の床が供給空気流を精製している間
に、残りの床を、たとえば、高温窒素流でバージするこ
とによって、再生しているように、相互に順序不同に操
作される。このような精製装置およびその操作法は業界
では周知であるので、さらに述べるまでもない。
【００１４】精製した空気流から第１の空気流を分離し
て、主熱交換器６を温端８から冷端１０に向けて通す。
第１の空気流は、こうして温度がほぼ外界温度から精留
によって分離するのに適する温度に下がる。冷却された
第１の空気流を、高圧精留塔１２内に設けられたすべて
の液−蒸気物質交換装置１６よりも下方に設置された入
口１４から高圧精留塔１２に導入する。液−蒸気物質交
換装置１６は蒸留トレーまたは充填物の形をとることが
できる。高圧精留塔１２では、上昇する蒸気が下向する
液体と接触して、液−蒸気物質交換装置１６で両者間に
物質交換が行われる。高圧精留塔１２頂部から窒素蒸気
を取り出し、該蒸気を凝縮・再沸器１８の凝縮通路で凝
縮させ、さらに得られた凝縮液の一部を高圧精留塔１２
の頂部に戻すことによって、塔内を下方に流下するよう
に、下向液体がもたらされる。上昇する蒸気は、高圧精
留塔１２を上昇するにつれて、次第に窒素に富むように
なる。
て、主熱交換器６を温端８から冷端１０に向けて通す。
第１の空気流は、こうして温度がほぼ外界温度から精留
によって分離するのに適する温度に下がる。冷却された
第１の空気流を、高圧精留塔１２内に設けられたすべて
の液−蒸気物質交換装置１６よりも下方に設置された入
口１４から高圧精留塔１２に導入する。液−蒸気物質交
換装置１６は蒸留トレーまたは充填物の形をとることが
できる。高圧精留塔１２では、上昇する蒸気が下向する
液体と接触して、液−蒸気物質交換装置１６で両者間に
物質交換が行われる。高圧精留塔１２頂部から窒素蒸気
を取り出し、該蒸気を凝縮・再沸器１８の凝縮通路で凝
縮させ、さらに得られた凝縮液の一部を高圧精留塔１２
の頂部に戻すことによって、塔内を下方に流下するよう
に、下向液体がもたらされる。上昇する蒸気は、高圧精
留塔１２を上昇するにつれて、次第に窒素に富むように
なる。
【００１５】入口１４から高圧精留塔１２に入る空気と
ほぼ平衡状態にあり、したがって、多少酸素に富む液体
が高圧精留塔１２の底部に集まる。この酸素富化液体空
気流を出口２０を経て高圧精留塔１２から取り出し、熱
交換器２２を通して過冷する。過冷された酸素富化液体
空気流は２つの支流に分ける。１つの支流は絞り弁２４
を通して、入口２８から低圧精留塔２６に導入する。過
冷された酸素富化液体空気の他の支流は、順序別の絞り
弁３０およびアルゴン製品を生成させる追加精留塔３４
と結合した凝縮器３２を通る。凝縮器３２を通る酸素富
化液体は、精留塔３４の頂部から取り出したアルゴンを
凝縮させ、それ自身は少なくともいくぶん再沸する。生
成する少なくともいくぶん再沸した酸素富化液体空気流
は、入口２８のレベルよりも下方の物質交換レベルに設
けられた出口３６から低圧精留塔２６に導入する。
ほぼ平衡状態にあり、したがって、多少酸素に富む液体
が高圧精留塔１２の底部に集まる。この酸素富化液体空
気流を出口２０を経て高圧精留塔１２から取り出し、熱
交換器２２を通して過冷する。過冷された酸素富化液体
空気流は２つの支流に分ける。１つの支流は絞り弁２４
を通して、入口２８から低圧精留塔２６に導入する。過
冷された酸素富化液体空気の他の支流は、順序別の絞り
弁３０およびアルゴン製品を生成させる追加精留塔３４
と結合した凝縮器３２を通る。凝縮器３２を通る酸素富
化液体は、精留塔３４の頂部から取り出したアルゴンを
凝縮させ、それ自身は少なくともいくぶん再沸する。生
成する少なくともいくぶん再沸した酸素富化液体空気流
は、入口２８のレベルよりも下方の物質交換レベルに設
けられた出口３６から低圧精留塔２６に導入する。
【００１６】入口２８および３６から低圧精留塔２６に
導入した酸素富化液体空気を塔内で酸素および窒素に分
離する。下向液および上昇蒸気間の物質交換を行わせる
ために、低圧精留塔内で液−蒸気装置３８を使用する。
この物質交換の結果として、上昇する蒸気は次第に窒素
に富むようになり、下向する液体は次第に酸素に富むよ
うになる。液−蒸気接触装置３８は蒸留トレーまたは充
填物の形をとることができる。低圧精留塔２６に液体窒
素還流液をもたらすために、凝縮・再沸器１８から液体
窒素凝縮液流を取り出し、高圧精留塔１２に戻すのでは
なくて、凝縮液の残部を熱交換器２２に通して過冷す
る。過冷された液体窒素流は、さらに２つの支流に分れ
る。該支流の１つは絞り弁４０を経て、入口４２から低
圧精留塔２６の頂部に導入する。液体窒素流の他の支流
は絞り弁４４を経て、断熱貯蔵タンク（図示せず）に製
品として集積させる。
導入した酸素富化液体空気を塔内で酸素および窒素に分
離する。下向液および上昇蒸気間の物質交換を行わせる
ために、低圧精留塔内で液−蒸気装置３８を使用する。
この物質交換の結果として、上昇する蒸気は次第に窒素
に富むようになり、下向する液体は次第に酸素に富むよ
うになる。液−蒸気接触装置３８は蒸留トレーまたは充
填物の形をとることができる。低圧精留塔２６に液体窒
素還流液をもたらすために、凝縮・再沸器１８から液体
窒素凝縮液流を取り出し、高圧精留塔１２に戻すのでは
なくて、凝縮液の残部を熱交換器２２に通して過冷す
る。過冷された液体窒素流は、さらに２つの支流に分れ
る。該支流の１つは絞り弁４０を経て、入口４２から低
圧精留塔２６の頂部に導入する。液体窒素流の他の支流
は絞り弁４４を経て、断熱貯蔵タンク（図示せず）に製
品として集積させる。
【００１７】液体窒素製品の集積は、低圧精留塔２６か
ら還流液を激減させるようになる。液体窒素還流液のこ
の激減を補うために、液体空気流を、入口４８を経て高
圧精留塔１２から取り出し、熱交換器２２を通して過冷
し、絞り弁５０を通し、さらに入口２８のレベルわりも
上方に設けられた中間の物質交換レベルにある入口５２
から低圧精留塔２６に導入する。
ら還流液を激減させるようになる。液体窒素還流液のこ
の激減を補うために、液体空気流を、入口４８を経て高
圧精留塔１２から取り出し、熱交換器２２を通して過冷
し、絞り弁５０を通し、さらに入口２８のレベルわりも
上方に設けられた中間の物質交換レベルにある入口５２
から低圧精留塔２６に導入する。
【００１８】凝縮・再沸器１８は低圧精留塔２６の底部
で液体酸素を再沸させるように働き、したがって、低圧
精留塔２６内に蒸気の上昇流を生じさせる。液体酸素の
圧力を高圧精留塔１２の圧力を上回る圧力まで高めるポ
ンプ５６によって、液体酸素製品の第１流を、出口５４
を経て、低圧精留塔２６の底部から取り出す。必要なら
ば、ポンプ５６は酸素を超臨界圧力まで高めることがで
きる。得られた加圧酸素流は熱交換器６を冷端１０から
温端８の方向に流れて、ほぼ外界温度に温められる。液
体酸素製品は、出口５８を経て低圧精留塔２６内の液−
蒸気物質交換装置３８の底部から取り出し、熱交換器２
２内の通路の一部を通して過冷させ、熱交換器の中間領
域から取り出して、断熱貯蔵タンク（図示せず）に移
す。
で液体酸素を再沸させるように働き、したがって、低圧
精留塔２６内に蒸気の上昇流を生じさせる。液体酸素の
圧力を高圧精留塔１２の圧力を上回る圧力まで高めるポ
ンプ５６によって、液体酸素製品の第１流を、出口５４
を経て、低圧精留塔２６の底部から取り出す。必要なら
ば、ポンプ５６は酸素を超臨界圧力まで高めることがで
きる。得られた加圧酸素流は熱交換器６を冷端１０から
温端８の方向に流れて、ほぼ外界温度に温められる。液
体酸素製品は、出口５８を経て低圧精留塔２６内の液−
蒸気物質交換装置３８の底部から取り出し、熱交換器２
２内の通路の一部を通して過冷させ、熱交換器の中間領
域から取り出して、断熱貯蔵タンク（図示せず）に移
す。
【００１９】ガス状窒素製品は、出口６２を経て低圧精
留塔２６の頂部から取り出し、熱交換器２２内で過冷さ
れる流れとの向流熱交換によって温め、主熱交換器６を
冷端１０から温端８方向に通すことによってほぼ外界温
度にさらに温め、窒素製品を使用しない場合には、大気
中に戻すことができる。
留塔２６の頂部から取り出し、熱交換器２２内で過冷さ
れる流れとの向流熱交換によって温め、主熱交換器６を
冷端１０から温端８方向に通すことによってほぼ外界温
度にさらに温め、窒素製品を使用しない場合には、大気
中に戻すことができる。
【００２０】アルゴン製品をつくるためには、入口３６
の下方に位置する出口６４を経て低圧精留塔２６からア
ルゴン富化液体酸素流を取り出して、入口６６から追加
精留塔３４の底部に導入する。液−蒸気物質交換装置６
８が、該精留塔３４内に配設され、凝縮器３２から凝縮
液のいくらかを該精留塔３４の頂部に戻すことによって
生成する下向液相と上昇蒸気相との間に物質交換を行わ
せることができる。該装置６８は蒸留トレーまたは充填
物の形をとることができる。接触装置６８として低圧力
差構造の充填物を用いる１つの利点は、アルゴンの収率
を犠牲にすることも、また凝縮器３２内で凝縮するアル
ゴンと沸騰する酸素富化液体空気との間に不適当な過度
差があるような圧力差を生じることもなく、精留塔３４
頂部に酸素を含まないアルゴンを生成させるだけの高さ
の充填物を精留塔３４内に収めることができるというこ
とである。凝縮器３２からの残りの凝縮液は、残りの凝
縮液を液体製品として捕集する容器（図示せず）と連通
する導管７０に流入させる。
の下方に位置する出口６４を経て低圧精留塔２６からア
ルゴン富化液体酸素流を取り出して、入口６６から追加
精留塔３４の底部に導入する。液−蒸気物質交換装置６
８が、該精留塔３４内に配設され、凝縮器３２から凝縮
液のいくらかを該精留塔３４の頂部に戻すことによって
生成する下向液相と上昇蒸気相との間に物質交換を行わ
せることができる。該装置６８は蒸留トレーまたは充填
物の形をとることができる。接触装置６８として低圧力
差構造の充填物を用いる１つの利点は、アルゴンの収率
を犠牲にすることも、また凝縮器３２内で凝縮するアル
ゴンと沸騰する酸素富化液体空気との間に不適当な過度
差があるような圧力差を生じることもなく、精留塔３４
頂部に酸素を含まないアルゴンを生成させるだけの高さ
の充填物を精留塔３４内に収めることができるというこ
とである。凝縮器３２からの残りの凝縮液は、残りの凝
縮液を液体製品として捕集する容器（図示せず）と連通
する導管７０に流入させる。
【００２１】出口７２を経て精留塔３４の底部から液体
流を取り出して、入口７４から低圧精留塔２６の中間の
物質交換領域に戻す。酸素を含まないアルゴンを生成さ
せる場合には、典型的には塔３４が塔２６よりも実質的
に高いために、追加精留塔３４の底部から低圧精留塔２
６に液体を戻すのにポンプ（図示せず）を必要とする場
合がある。
流を取り出して、入口７４から低圧精留塔２６の中間の
物質交換領域に戻す。酸素を含まないアルゴンを生成さ
せる場合には、典型的には塔３４が塔２６よりも実質的
に高いために、追加精留塔３４の底部から低圧精留塔２
６に液体を戻すのにポンプ（図示せず）を必要とする場
合がある。
【００２２】液体製品の製品に冷却を行うために、圧
縮、精製した供給空気中第１の空気流の形成にあずから
ない部分のくらかを、それぞれ別個の膨張タービンに供
給物をもたらすのに用いられる一連の別の３台の圧縮機
７６、７８および８０でさらに圧縮する。圧縮機７６を
出る別の空気流から第２の圧縮空気流を分離させる、第
２の圧縮空気流は主熱交換器６を通して１５０Ｋ程度の
温度に冷却し、主熱交換器６の中間領域からこの温度で
取り出し、第１膨張タービン８２内で外部仕事を行わせ
ながら膨張させて、低圧精留塔２６の作動圧力に近い圧
力にする。生成する膨張した第２の空気流は、入口２８
と同じ物質交換レベルにある入口８４から低圧精留塔２
６に導入する。
縮、精製した供給空気中第１の空気流の形成にあずから
ない部分のくらかを、それぞれ別個の膨張タービンに供
給物をもたらすのに用いられる一連の別の３台の圧縮機
７６、７８および８０でさらに圧縮する。圧縮機７６を
出る別の空気流から第２の圧縮空気流を分離させる、第
２の圧縮空気流は主熱交換器６を通して１５０Ｋ程度の
温度に冷却し、主熱交換器６の中間領域からこの温度で
取り出し、第１膨張タービン８２内で外部仕事を行わせ
ながら膨張させて、低圧精留塔２６の作動圧力に近い圧
力にする。生成する膨張した第２の空気流は、入口２８
と同じ物質交換レベルにある入口８４から低圧精留塔２
６に導入する。
【００２３】第２の空気流の形成用に分離させない他の
圧縮空気の部分を圧縮機７８に通して、さらに高い圧力
に圧縮する。得られた圧縮空気の一部を分離して第３の
空気流を形成させ、主熱交換器６に通して、約１５０Ｋ
の温度に冷却する。第３の空気流は約１５０Ｋの温度で
主熱交換器６から取り出し、第２膨張タービン８６内で
外部仕事を行わせながら膨張させる。生成する膨張した
第３の空気流は、ほぼ高圧精留塔１２の圧力でタービン
８６を出て典型的には、主熱交換器６の冷端１０と入口
１４との中間の第１の空気流とプレミックスされて、高
圧精留塔１２の底部に導入される。
圧縮空気の部分を圧縮機７８に通して、さらに高い圧力
に圧縮する。得られた圧縮空気の一部を分離して第３の
空気流を形成させ、主熱交換器６に通して、約１５０Ｋ
の温度に冷却する。第３の空気流は約１５０Ｋの温度で
主熱交換器６から取り出し、第２膨張タービン８６内で
外部仕事を行わせながら膨張させる。生成する膨張した
第３の空気流は、ほぼ高圧精留塔１２の圧力でタービン
８６を出て典型的には、主熱交換器６の冷端１０と入口
１４との中間の第１の空気流とプレミックスされて、高
圧精留塔１２の底部に導入される。
【００２４】圧縮機７８と出て、第３の空気流の形成に
あずからない空気の部分を圧縮機８０でさらに圧縮す
る。圧縮機８０の出口から出る空気より第４の空気流を
形成させ、第３の膨張タービン８８内で、外部仕事を行
わせながら膨張させる。生成する膨張した第４の空気流
は、約１５０Ｋの温度で第３のタービン８８より出て中
間の熱交換領域から主熱交換器６に導入される。膨張し
た第４の空気流は主熱交換器６内を冷端１０および熱交
換器６の下流の方向に流れ、好ましくは、入口１４の上
流で、第１の空気流と合体して、高圧精留塔１２の底部
に導入される。
あずからない空気の部分を圧縮機８０でさらに圧縮す
る。圧縮機８０の出口から出る空気より第４の空気流を
形成させ、第３の膨張タービン８８内で、外部仕事を行
わせながら膨張させる。生成する膨張した第４の空気流
は、約１５０Ｋの温度で第３のタービン８８より出て中
間の熱交換領域から主熱交換器６に導入される。膨張し
た第４の空気流は主熱交換器６内を冷端１０および熱交
換器６の下流の方向に流れ、好ましくは、入口１４の上
流で、第１の空気流と合体して、高圧精留塔１２の底部
に導入される。
【００２５】第３の膨張タービン８８内で膨張させるた
めに圧縮機８０の出口から分離させない空気の残りを第
５の空気流として分離させ、主熱交換器６内を温端８か
ら冷端１０方向に通す。典型的には、第５の空気流は熱
交換器６を超臨界圧力で流れる。第５の空気流の温度−
エンタルピー曲線には、エンタルピーの単位変化ごとの
温度変化率が他の部分よりもはるかに小さい部分があ
る。主熱交換器６内を第５の空気流に対して向流的に通
過する加圧液体酸素流は類似形状の温度−エンタルピー
曲線を有するので、第５空気流の供給は熱交換器６内に
比較的有効な熱交換状態を保つために用いることができ
る。
めに圧縮機８０の出口から分離させない空気の残りを第
５の空気流として分離させ、主熱交換器６内を温端８か
ら冷端１０方向に通す。典型的には、第５の空気流は熱
交換器６を超臨界圧力で流れる。第５の空気流の温度−
エンタルピー曲線には、エンタルピーの単位変化ごとの
温度変化率が他の部分よりもはるかに小さい部分があ
る。主熱交換器６内を第５の空気流に対して向流的に通
過する加圧液体酸素流は類似形状の温度−エンタルピー
曲線を有するので、第５空気流の供給は熱交換器６内に
比較的有効な熱交換状態を保つために用いることができ
る。
【００２６】第５の空気流は、主熱交換器６の冷端１０
の下流で、絞り弁９０を通り、さらに出口４８と同一中
間物質交換レベルにある入口９２から高圧精留塔１２に
導入される。第５の空気流が超臨界状態で絞り弁に入る
ときには、第５の空気流は主に液状で絞り弁９０の出口
から出る。別の状況では、第５の空気流は液体として絞
り弁に入り、液体として絞り弁から出る。入口９２から
高圧精留塔１２への液体空気の導入は、液体空気を出口
４８から取り出して、低圧精留塔２６に移行させること
ができる速度を高めるのに役立つ。
の下流で、絞り弁９０を通り、さらに出口４８と同一中
間物質交換レベルにある入口９２から高圧精留塔１２に
導入される。第５の空気流が超臨界状態で絞り弁に入る
ときには、第５の空気流は主に液状で絞り弁９０の出口
から出る。別の状況では、第５の空気流は液体として絞
り弁に入り、液体として絞り弁から出る。入口９２から
高圧精留塔１２への液体空気の導入は、液体空気を出口
４８から取り出して、低圧精留塔２６に移行させること
ができる速度を高めるのに役立つ。
【００２７】図１に示すプラントの操作の典型的な例で
は、高圧精留塔１２の作動圧力は底部で６バールをやや
下回り、底部精留塔２６の作動圧力は底部で１．５バー
ル程度であり；第１膨張タービン８２の入口圧力は約１
８バール、第２膨張タービン８６の入口圧力は約２５バ
ール、および第３膨張タービン８８の入口圧力は約８０
バールである。第３膨張タービン８８の入口圧力は、第
４の空気流を、主熱交換器６内で、外界温度を下回る温
度（例えば２２０Ｋから２６０Ｋに及ぶ温度）に予冷す
ることによって低下させることができる。このようにす
れば、圧縮機８０の出口圧力はさらに低い値に設定さ
れ、したがって第５の空気流はさらに低い圧力で生成す
る。
は、高圧精留塔１２の作動圧力は底部で６バールをやや
下回り、底部精留塔２６の作動圧力は底部で１．５バー
ル程度であり；第１膨張タービン８２の入口圧力は約１
８バール、第２膨張タービン８６の入口圧力は約２５バ
ール、および第３膨張タービン８８の入口圧力は約８０
バールである。第３膨張タービン８８の入口圧力は、第
４の空気流を、主熱交換器６内で、外界温度を下回る温
度（例えば２２０Ｋから２６０Ｋに及ぶ温度）に予冷す
ることによって低下させることができる。このようにす
れば、圧縮機８０の出口圧力はさらに低い値に設定さ
れ、したがって第５の空気流はさらに低い圧力で生成す
る。
【００２８】図面中図１のプラントで用いられる圧縮機
およびタービンは、典型的には、プラントの様々な部分
における流れを変えることかできる調整または可動案内
羽根を有している。例えば、圧縮機７８内の流れを低下
させ、その結果、タービン８２内で膨張させるために約
１８バールの空気を生成させる速度を増大させることが
できる。この種々の空気流動計画に応ずるために、ター
ビン８２および８６の案内羽根をタービン８２が高速で
空気を膨張させることができ、かつタービン８６が対応
する低速で空気を膨張させることができるように調節す
る。プラントの総動力消費量は減少するが、アルゴンの
減産が犠牲になる。
およびタービンは、典型的には、プラントの様々な部分
における流れを変えることかできる調整または可動案内
羽根を有している。例えば、圧縮機７８内の流れを低下
させ、その結果、タービン８２内で膨張させるために約
１８バールの空気を生成させる速度を増大させることが
できる。この種々の空気流動計画に応ずるために、ター
ビン８２および８６の案内羽根をタービン８２が高速で
空気を膨張させることができ、かつタービン８６が対応
する低速で空気を膨張させることができるように調節す
る。プラントの総動力消費量は減少するが、アルゴンの
減産が犠牲になる。
【００２９】図１に示したプラントの操作のコンピュー
タ模擬実施例の結果を下記表１に表示する。
タ模擬実施例の結果を下記表１に表示する。
【００３０】
【表１】 図２は、表に示した実施例に従ってプラントを操作する
場合の図１に示した主熱交換器６内で温められる流れお
よび冷やされる流れの温度−エンタルピー曲線を示す。
場合の図１に示した主熱交換器６内で温められる流れお
よび冷やされる流れの温度−エンタルピー曲線を示す。
【図１】この発明による空気分離プラントを示す略工程
系統図である。
系統図である。
【図２】図１に示すプラントの主熱交換形成部分の操作
の１例における温められる流れおよび冷やされる流れの
温度−エンタルピー曲線を示すグラフである。
の１例における温められる流れおよび冷やされる流れの
温度−エンタルピー曲線を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年４月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
Claims (6)
- 【請求項１】 空気を分離する方法において、第１の圧
縮空気流を、精留によって分離するのに適する温度に冷
却し、冷却した第１の空気流から高圧精留塔で窒素を分
離し、高圧精留塔から取り出した酸素富化液体空気流
を、低圧精留塔への供給流として直接的または間接的に
使用し、高圧精留塔の中間の物質交換領域から液体流を
取り出して該液体流を追加供給流として低圧精留塔に導
入し、低圧精留塔で、前記供給流を窒素および酸素に分
離し、低圧精留塔から酸素および窒素製品を取り出し該
製品を使用して、該製品との間接熱交換により新入空気
を冷却して、分離させ、低圧精留塔から液体窒素製品を
捕集し、追加精留塔内で、低圧精留塔より取り出したア
ルゴン富化酸素流からアルゴン製品を分離し、第２の圧
縮空気流を冷却し、冷却した第２の空気流を第１の膨張
タービン内で膨張させ、生成する膨張した第２の空気流
を低圧精留塔に導入し、第３の圧縮空気流を冷却し、冷
却した第３の空気流を第２の膨張タービン内で膨張さ
せ、生成する膨張した第３の空気流を高圧精留塔に導入
し、ついで圧縮した第４の空気流を第１および第２ター
ビンのいずれよりも出口温度が高い第３の膨張タービン
内で膨張させ、生成する膨張した第４の空気流をさらに
冷却し、さらに冷却した第４の空気流を高圧および低圧
精留塔の一方または両方に導入する諸工程を含むことを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 低圧精留塔からの流れとして酸素製品の
少なくともいくらかを液状で取り出して、第５の圧縮空
気流との向流熱交換によって気化させ、熱交換した第５
の空気流を、絞り弁を通すことによって圧力を低下させ
て、高圧精留塔に液状で導入し、さらに、気化した酸素
製品流を高圧精留塔の作動圧力を上回る圧力で生成させ
ることを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 第５の空気流を、第４の空気流が第３の
タービンに導入される圧力と同じ圧力の酸素製品流との
熱交換関係にもたらすことを特徴とする請求項２の方
法。 - 【請求項４】 第１のタービンが第２のタービンよりも
低い入口圧力を有し、第２のタービンもまた第３のター
ビンよりも低い入口圧力を有することを特徴とする前記
請求項中いずれか１つの項の方法。 - 【請求項５】 空気を分離する装置において、第１の圧
縮空気流を精留によって分離するのに適する温度に冷却
する主熱交換器；冷却した第１の空気流から窒素を分離
する高圧精留塔；高圧精留塔より使用中に取り出した酸
素富化液体空気から直接的または間接的に形成される供
給流を窒素および酸素に分離する低圧精留塔；低圧精留
塔と連通し、高圧精留塔の中間の物質交換領域から液体
流を取り出す手段；低圧精留塔から酸素および窒素製品
を取り出して、該製品を新入空気に対して向流的に主熱
交換器に戻す手段；低圧精留塔から液体窒素製品を捕集
する手段；低圧精留塔より作動中に取り出したアルゴン
富化酸素流からアルゴンを分離する追加精留塔；低圧精
留塔と連通する出口を有し、冷却した第２の圧縮空気流
を膨張させる第１の膨張タービン；高圧精留塔と連通す
る出口を有し、冷却した第３の圧縮空気流を膨張させる
第２の膨張タービン；さらに空冷手段を経て、高圧およ
び低圧精留塔の一方または両方と連通する出口を有し、
第４の空気流を膨張させる第３の膨張タービンを含むこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項６】 酸素製品を取り出す手段が、低圧精留塔
と連通する入口および前記主熱交換器と連通する出口を
有するポンプを含むことを特徴とする請求項５の装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9405072A GB9405072D0 (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Air separation |
| GB9405072:1 | 1994-03-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07332846A true JPH07332846A (ja) | 1995-12-22 |
Family
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|---|---|---|---|
| JP7057174A Pending JPH07332846A (ja) | 1994-03-16 | 1995-03-16 | 空気の分離 |
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|---|---|
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| JP (1) | JPH07332846A (ja) |
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| GB (1) | GB9405072D0 (ja) |
| IN (1) | IN188234B (ja) |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (26)
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|---|---|---|---|---|
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| US5689975A (en) * | 1995-10-11 | 1997-11-25 | The Boc Group Plc | Air separation |
| FR2744795B1 (fr) * | 1996-02-12 | 1998-06-05 | Grenier Maurice | Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous haute pression |
| FR2753394B1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-10-16 | Air Liquide | Procede de compression d'un gaz associe a une unite de separation d'un melange gazeux |
| US5765396A (en) * | 1997-03-19 | 1998-06-16 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system for producing high pressure nitrogen and high pressure oxygen |
| US5758515A (en) * | 1997-05-08 | 1998-06-02 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation with warm turbine recycle |
| FR2776057B1 (fr) * | 1998-03-11 | 2000-06-23 | Air Liquide | Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique |
| US5878597A (en) * | 1998-04-14 | 1999-03-09 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system with serial liquid air feed |
| US6000239A (en) * | 1998-07-10 | 1999-12-14 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation system with high ratio turboexpansion |
| FR2787560B1 (fr) * | 1998-12-22 | 2001-02-09 | Air Liquide | Procede de separation cryogenique des gaz de l'air |
| US6112550A (en) * | 1998-12-30 | 2000-09-05 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system and hybrid refrigeration generation |
| US6053008A (en) * | 1998-12-30 | 2000-04-25 | Praxair Technology, Inc. | Method for carrying out subambient temperature, especially cryogenic, separation using refrigeration from a multicomponent refrigerant fluid |
| GB9910701D0 (en) * | 1999-05-07 | 1999-07-07 | Boc Group Plc | Separation of air |
| US6230519B1 (en) | 1999-11-03 | 2001-05-15 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation process for producing gaseous nitrogen and gaseous oxygen |
| US6227005B1 (en) * | 2000-03-01 | 2001-05-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for the production of oxygen and nitrogen |
| US6260380B1 (en) | 2000-03-23 | 2001-07-17 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation process for producing liquid oxygen |
| US6253577B1 (en) | 2000-03-23 | 2001-07-03 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation process for producing elevated pressure gaseous oxygen |
| FR2854232A1 (fr) * | 2003-04-23 | 2004-10-29 | Air Liquide | Procede de distillation d'air pour produire de l'argon |
| US6962062B2 (en) * | 2003-12-10 | 2005-11-08 | L'Air Liquide, Société Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Proédés Georges Claude | Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation |
| US7533540B2 (en) * | 2006-03-10 | 2009-05-19 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation system for enhanced liquid production |
| MY143107A (en) * | 2006-06-28 | 2011-03-15 | Air Liquide | Process for the production of pressurised oxygen and nitrogen by cryogenic distillation of air |
| US20080223077A1 (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-18 | Neil Mark Prosser | Air separation method |
| US20120036891A1 (en) * | 2010-08-12 | 2012-02-16 | Neil Mark Prosser | Air separation method and apparatus |
| US20150168056A1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-18 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method For Producing Pressurized Gaseous Oxygen Through The Cryogenic Separation Of Air |
| US9964354B2 (en) | 2016-01-19 | 2018-05-08 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method for producing pressurized gaseous oxygen through the cryogenic separation of air |
| CN115769037B (zh) * | 2020-04-09 | 2026-06-30 | 林德有限责任公司 | 低温分离空气的方法，空气分离设备和由至少两个空气分离设备构成的复合体 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9100814D0 (en) * | 1991-01-15 | 1991-02-27 | Boc Group Plc | Air separation |
| GB9124242D0 (en) * | 1991-11-14 | 1992-01-08 | Boc Group Plc | Air separation |
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| US5355682A (en) * | 1993-09-15 | 1994-10-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryogenic air separation process producing elevated pressure nitrogen by pumped liquid nitrogen |
-
1994
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-
1995
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019533130A (ja) * | 2016-08-30 | 2019-11-14 | ８ リバーズ キャピタル，エルエルシー | 高圧酸素を生成するための深冷空気分離方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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