JPH074833A - 空気の分離 - Google Patents

空気の分離

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JPH074833A
JPH074833A JP6037057A JP3705794A JPH074833A JP H074833 A JPH074833 A JP H074833A JP 6037057 A JP6037057 A JP 6037057A JP 3705794 A JP3705794 A JP 3705794A JP H074833 A JPH074833 A JP H074833A
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pressure rectification
stream
air
oxygen
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JP6037057A
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Thomas Rathbone
トーマス・ラスボーン
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BOC Group Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低圧精留塔の底部における所定の圧力ゆえ
に、高圧精留塔をその底部において特に低い圧力で運転
可能とする、空気からの不純な酸素生成物を分離するた
めの方法および装置を提供する。 【構成】 第１の圧縮され、冷却された空気を導入口１
４を介して高圧精留塔１２に導入し、窒素蒸気と酸素富
化液体とに分離する。窒素蒸気の少なくとも幾分かは、
コンデンサ２２中で凝縮され、生成する液体窒素の一つ
の流れは、還流剤として塔１２に使用され、もう一つの
流れは、還流剤として低圧精留塔３０で使用される。塔
１２から導出口３２を介して取り出された酸素富化液体
は、塔３０で分離される。不純な液体酸素生成物は、導
出口５２を介して塔３０から取り出される。液体酸素の
より不純な流れは、導出口４８を介して塔３０から取り
出され、第２の空気流と直接熱交換することによって、
コンデンサ−再沸騰器１６中で再沸騰され、その底部で
導入口５１を介して塔３０に再導入される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気を分離するための
方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】商業的に空気を分離するための最も重要
な方法は、精留による。最も頻繁に使用される空気分離
サイクルは、空気流を圧縮し、水蒸気と二酸化炭素とを
除去することにより生成した圧縮空気流を精製し、圧縮
空気流を熱交換することにより冷却して、生成物流をそ
の精製に適当な温度に戻す各工程を含む。精留は、高圧
精留塔と低圧精留塔とを含む、いわゆる、“二重精留塔
(double rectificationcolumn)"によって行われ、すな
わち、２つの塔のうちの一つは、もう一方よりも高い圧
力で運転される。空気は、全部とまでは限らないが、大
部分、高圧精留塔に導入され、酸素富化液体空気と液体
窒素蒸気とに分離される。窒素蒸気は、凝縮される。凝
縮物の一部は、高圧精留塔における液体還流剤として使
用される。酸素富化液体は、高圧精留塔の底部から取り
出され、亜冷却され、絞り弁または減圧弁を介して、低
圧精留塔の中間領域に導入される。酸素富化液体は、低
圧精留塔内で、実質的に純粋な酸素と窒素生成物とに分
離される。これらの生成物は、低圧精留塔から蒸気の状
態で取り出され、流入空気が、それと、熱交換される戻
し流を形成する。低圧精留塔用の液体還流剤は、高圧精
留塔から凝縮物の残りを採取し、それを亜冷却し、絞り
弁または減圧弁を介して、それを低圧精留塔の頂部に通
すことにより、供給される。
【０００３】従来、低圧精留塔は、絶対大気圧１〜１．
５の範囲内の圧力で運転される。低圧精留塔の底部にお
ける液体酸素は、高圧精留塔の頂部における凝縮能力に
合致するように使用される。したがって、高圧精留塔の
頂部からの窒素蒸気は、低圧精留塔の底部における液体
酸素と熱交換される。それによって、十分な量の液体酸
素が、低圧精留塔の再沸騰用の要件に合致するように蒸
発され、ガス状の酸素生成物の良好な生成が達成され
る。高圧精留塔の頂部における圧力、したがって、流入
する空気が圧縮される圧力は、凝縮窒素の温度が低圧精
留塔内の沸騰酸素の温度よりも１または２ケルビン温度
高くなるように設定される。これらの関係の結果、一般
に、約５．５バールの圧力以下の高圧精留塔を運転する
ことが可能である。
【０００４】酸素生成物が、高純度ではなく、例えば、
３〜２０体積％の不純物を含有する場合には、高圧精留
塔を５．５バール以下の圧力で運転する空気分離法に対
する改良が提案されている。US-A-4 410 343(Zimer)
は、このような低純度の酸素が必要とされる場合には、
低圧精留塔および高圧精留塔環の上記したリンクを有す
るよりも、空気は、低圧精留塔に再沸騰物を与え、酸素
生成物を蒸発させるために、低圧精留塔の底部において
酸素を沸騰させるために使用される。ついで、生成した
凝縮空気は、高圧精留塔と低圧精留塔との両方に供給さ
れる。酸素富化液体流は、高圧精留塔から取り出され、
絞り弁を介して通過し、その一部は、高圧精留塔の頂部
で窒素の凝縮を行うために使用される。
【０００５】US-A-3 210 951は、また、低圧精留塔に再
沸騰物を与え、酸素生成物を蒸発させるため、低圧精留
塔の底部において酸素を沸騰するために空気が使用され
る不純な酸素を製造するための方法を開示している。し
かし、この例では、低圧精留塔の中間領域からの酸素富
化空気が高圧精留塔で生成した窒素蒸気を凝縮する役割
を果たすために使用される。この方法は、少なくとも理
論的には、高圧精留塔の運転圧力を５バール以下まで低
下させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低圧精留塔
の底部における所定の圧力ゆえに、高圧精留塔をその底
部において特に低い圧力で運転可能とする、空気からの
不純な酸素生成物を分離するための方法および装置に関
する。例えば、低圧精留塔の底部における圧力が１．４
バールのオーダーである場合には、本発明に従う方法
は、高圧精留塔の底部における圧力３バールのオーダー
で運転することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、高圧精
留塔中で第１の空気流を精留し、それによって、窒素蒸
気と酸素富化液体とを生成させ； 前記窒素蒸気の少な
くとも幾分かを凝縮し、生成した凝縮物の第１の流れを
前記高圧精留塔における還流剤として使用し、かつ、前
記凝縮物の第２の流れを低圧精留塔における還流剤とし
て使用し； 前記高圧精留塔から前記酸素富化液体流を
取り出し、それを低圧精留塔で精留し、それによって、
不純な液体酸素生成物を生成させ； 前記不純な液体酸
素生成物を前記低圧精留塔から液体状態で取り出し；
前記低圧精留塔から、その酸素濃度が前記酸素富化液体
の濃度よりも大きいが、前記不純な液体酸素生成物の濃
度よりも小さい液体の中間流を取り出し、前記中間流を
第２の空気流と熱交換よって再沸騰させ、生成する再沸
騰された中間流を前記低圧精留塔の底部領域に戻すこと
によって、前記低圧精留塔を通り上方向に再沸騰液体流
を供給する各工程を含む空気の分離方法が提供される。
【０００８】本発明は、また、空気の第１の流れを窒素
蒸気と酸素富化液体とに分離するための高圧精留塔、前
記高圧精留塔から取り出される酸素富化液体用の導入口
を有する不純な液体酸素生成物を製造するための低圧精
留塔、前記高圧精留塔内で分離された窒素を凝縮するた
めのコンデンサ、生成する凝縮物を還流剤として前記高
圧精留塔および前記低圧精留塔内に供給するための手
段、前記不純な液体酸素生成物用の前記低圧精留塔から
の導出口、前記導入口および前記導出口の中間の領域に
おける前記低圧精留塔から取り出される液体の中間流を
空気の第２の流れとの熱交換によって沸騰させるための
再沸騰器、および、生成する再沸騰液体を前記低圧精留
塔の底部に戻すための手段を含む空気を分離するための
装置を提供する。
【０００９】中間流は、必然的に、不純な液体酸素生成
物よりも低い温度を有するので、第２の空気流と不純な
液体酸素生成物との間で熱交換がなされる場合には、第
２の空気流と、生ずるそれよりも低い温度範囲の中間流
との間で熱交換を可能とする。第２の空気流が少なくと
も一部、好ましくは、十分に、その中間流との熱交換に
よって凝縮する場合には、したがって、低圧精留塔に再
沸騰物を供給するために、不純な液体酸素生成物を沸騰
させるために必要とされる圧力よりも低圧の第２の空気
流の圧力が使用される。第２の空気流が凝縮し、中間流
がばらばらな温度範囲内で再沸騰するので、第２の空気
流の温度−エンタルピー分布を再沸騰中間流のそれと合
致させることが可能で、かくして、２つの流れの間の有
効な熱交換が可能となる。中間流の酸素含量は、好まし
くは、５０〜８５体積％、最も好ましくは、７５体積％
のオーダーである。
【００１０】高圧精留塔で生成した窒素蒸気は、好まし
くは、酸素富化空気との熱交換によって凝縮される。酸
素富化液体流は、好ましくは、このために使用され、そ
れによって、少なくとも一部再沸騰される。かくして、
酸素富化液体流の少なくとも一部は、その低圧精留塔へ
の導入の上流域で気化される。
【００１１】第１および第２の空気流は、好ましくは、
それぞれ、圧縮空気流から二酸化炭素と水蒸気とを除去
し、生成する精製された空気流を前記不純な液体酸素生
成物、および、前記低圧精留塔から取り出される窒素流
との向流熱交換により主熱交換器内で冷却することによ
って形成され、窒素流は、低圧精留塔から取り出され
る。
【００１２】低圧精留塔がその底部における圧力１．５
バールもしくはそれ以下のオーダーで運転される場合に
は、不純な液体酸素生成物は、好ましくは、生成物の圧
力を必要とされる供給圧力まで上昇させるポンプによっ
て低圧精留塔から取り出され、不純な液体酸素は、その
主熱交換器を介しての通過によて気化される。十分な熱
交換を達成するために、不純な液体酸素生成物の気化
は、好ましくは、第１の空気流の圧力または第２の空気
流の圧力よりも高い圧力で第３の空気流と主熱交換器に
おいて熱交換される。この第３の空気流は、好ましく
は、それによって、少なくとも一部凝縮されるが、この
圧力は、超臨界圧ではない。一部または十分に凝縮され
た第３の空気流の少なくとも一部は、好ましくは、高圧
精留塔に導入される。第２の空気流は、また、好ましく
は、その中間流との熱交換の下流域で高圧精留塔に導入
される。
【００１３】低圧精留塔の底部が実質的に１．５バール
よりも高い圧力で運転される場合には、不純な液体酸素
生成物は、好ましくは、圧力が低下し、窒素蒸気との向
流熱交換で、高圧精留塔から気化する。
【００１４】本発明に従う方法についての冷却要件は、
少なくとも一つの膨張タービンを使用し、空気または窒
素の高圧流中で外部作業を実施させるとともに膨張させ
ることによって満たされる。好ましくは、第３の空気流
の一部は、それから採取され、タービン内での外部作業
の実施とともに高圧精留塔内の圧力まで膨張され、膨張
された空気の少なくとも一部は、高圧精留塔に導入され
る。所望とあらば、第３の空気流の膨張された部分は、
第２の空気流の中間流との熱交換の上流域で第２の空気
流と合わされる。これとは別に、前記第３の空気流の前
記部分をタービン内で膨張させて、低圧精留塔の圧力と
し、生成した膨張空気を低圧精留塔に導入することも可
能である。もう一つの別法は、高圧精留塔から窒素流を
採取し、その流れを暖め、ついで、それをタービン内で
膨張させて本発明に従う方法に必要とされる冷却を生じ
させる。しかし、典型的には、高圧精留塔の運転圧力に
応じ、高圧精留塔から窒素流を採取し、それを周囲温度
まで暖め、それを圧縮し、ついで、それを冷却すること
によって、タービン内で膨張させるための窒素流を形成
することも必要である。
【００１５】本発明に従う方法および装置は、９３体積
％以下の酸素を含有する不純な酸素生成物を製造するた
めに非常に適当である。この時、高圧精留塔は、約３バ
ールの低い圧力で運転される。
【００１６】本発明に従う方法および装置を、以下、添
付の図面を参照して、例示する。
【００１７】
【実施例】図１〜図３のそれぞれは、空気分離プラント
の概略工程系統図である。
【００１８】図面の図１を参照すると、空気は、圧縮器
２内で３バールの圧力に圧縮される。生成した圧縮空気
流は、空気から水蒸気と二酸化炭素とを除去するために
有効な精製装置またはユニット４を通過する。ユニット
４は、水蒸気と二酸化炭素とのこの除去を行うために、
吸着剤のベッド（図示せず）を使用する。これらベッド
は、典型的には、一以上のベッドが空気を精製するため
に使用されている間、残りが、例えば、高温窒素流によ
って再生されるように、互いに系列から外して運転され
る。上記精製装置およびその運転は、当分野で周知であ
り、さらに記載する必要はない。
【００１９】精製された空気流は、主熱交換器６をその
暖かい端８からその冷たい端１０へと通過する。それに
よって、空気流は、その温度が約周囲温度から精留によ
るその分離のために適当な温度へと低下する。典型的に
は、空気流は、その分離温度における蒸気として主熱交
換器６の冷たい端１０を離れる。ついで、空気流は、第
１および第２の流れに分割される。第１の空気流は、導
入口１４を介して高圧精留塔１２の底部領域に導入され
る。高圧精留塔１２は、気液接触装置（図示せず。）を
有し、それにより、下降液体相は、上昇蒸気相と均一に
接触し、両相間で物質移動が起こる。気液接触手段は、
例えば、蒸留トレー（好ましくは、篩様のもの）または
パッキング（好ましくは、成形されたパッキング）を含
む。高圧精留塔１２の運転において、液体は、その底部
で収集される。第１の空気流が高圧精留塔１２の底部に
導入されるので、塔１２の底部における液体は、このよ
うな空気とほぼ平衡にあり、また、酸素が空気のその他
の主要な構成成分（窒素およびアルゴン）より揮発性で
ないので、この液体は、流入するガス状の空気における
よりも酸素の高モル画分を含有する。典型的には、高圧
精留塔１２は、実質的に純粋な窒素蒸気をその頂部で生
成することが可能な十分な理論段数を保持するように設
計される。
【００２０】かくして、高圧精留塔１２は、その底部で
酸素富化液体画分を、その頂部で窒素蒸気画分を生成す
る。第２の空気流は、第１のコンデンサ−再沸騰器１６
を通り、それによって、十分に凝縮される。凝縮された
第２の空気流は、導入口１４の上方に位置する導入口１
８を介して、高圧精留塔１２内に流入する。
【００２１】高圧精留塔１２用の液体窒素還流剤は、そ
の頂部における導出口２０を介して、それから窒素蒸気
を取り出し、第２のコンデンサ−再沸騰器２２内で窒素
蒸気を凝縮し、導入口２４を介して、凝縮された窒素流
を精留塔１２の頂部に戻すことによって形成される。凝
縮した窒素のもう一つの流れは、熱交換器２６内で亜冷
却され、減圧弁または絞り弁２８を通り、低圧精留塔３
０の頂部に還流剤として流入する。低圧精留塔３０は、
下降液相を上昇気相と均一に接触接触させ、この２つの
相間に物質移動が起こるように、高圧精留塔１２に使用
されるものと同一の気液接触装置（図示せず）を具備す
る。
【００２２】酸素富化液体の流れは、導出口３２を介し
て、高圧精留塔１２の底部から取り出され、熱交換器３
４中で亜冷却され、減圧弁または絞り弁３６を通って流
れる。生成した酸素富化液体流は、２つの支流に分割さ
れる。第１の支流は、第２のコンデンサ−再沸騰器２２
を介して流れ、それによって、導出口２０を介して高圧
精留塔１２から取り出される窒素蒸気の凝縮用に必要と
する冷却を生ずる。第１の酸素富化液体支流は、凝縮窒
素蒸気との熱交換の結果として沸騰し、生成した沸騰酸
素富化液体は、導入口３８を介して、低圧精留塔３０に
導入される。第２の酸素富化液体支流は、導入口３８の
上方に位置する導入口４０を介して低圧精留塔３０に導
入される。空気のそれと近い組成を有する液体または蒸
気は、また、導出口４２を介して、低圧精留塔１２から
取り出され、減圧弁または絞り弁４４を通って流れる。
生成する減圧流体は、導入口４０の上方に位置する導入
口４６を介して、低圧精留塔３０に入る。導入口３８、
４０および４６を介して低圧精留塔に導入される流体
は、そこで、窒素蒸気と不純な液体酸素とに分離され
る。精留塔３０の頂部における圧力は、典型的には、
１．３バールのオーダーである。
【００２３】低圧精留塔３０の底部から頂部への蒸気の
上昇流を生ずるためには、典型的には、酸素７５体積％
を含有する液体が取り出されるようなレベルで導出口４
８を介して低圧精留塔３０から液体の流れ（“中間”
流）が取り出される。中間流は、第２の空気流と熱交換
関係で、第２の空気流と向流的に第１のコンデンサ−再
沸騰器１６を通って流れる。したがって、第２の空気流
を凝縮するために必要とされる冷却が、かくして、付与
され、中間流それ自体が再沸騰する。生成した沸騰中間
流は、低圧精留塔３０の底部領域において導入口５１を
介して低圧精留塔３０に再導入される。
【００２４】低圧精留塔３０内で起こる分離の結果、典
型的には、酸素９０体積％のオーダーを含有する不純な
液体酸素生成物は、塔３０の底部で形成される。不純な
液体酸素生成物の流れは、ポンプ５４によって、導出口
５２を介して、低圧精留塔３０の底部から取り出され
る。ポンプは、典型的には、不純な液体酸素の圧力を８
バールまたは所望の排出圧まで上昇させる。生成する加
圧された不純な液体酸素は、主熱交換器６内をその冷た
い端１０からその暖かい端８へと流れ、それによって、
気化され、ほぼ周囲温度にまで暖められる。不純な酸素
は、例えば、燃焼工程において使用される。窒素流は、
導出口５０を介して、低圧精留塔３０の頂部から取り出
される。窒素流は、順次、熱交換器２６、３４および１
０を通って流れ、かくして、ほぼ周囲温度にまで暖めら
れる。窒素は、これらの熱交換器２６、３４および１０
の各々をその冷たい端から暖かい端へと流れる。窒素
は、他の工程において使用するか、あるいは、大気中に
排出してもよい。
【００２５】加圧された不純な液体酸素生成物の気化を
熱力学的に有効に行うためには、第１および第２の流れ
よりも高圧で第３の空気流を生じさせ、この第３の空気
流を主熱交換器６の暖かい端８からその冷たい端１０へ
と通して流す。第３の空気流は、精製ユニット４と主熱
交換器６の暖かい端８との中間から空気流の一部を採取
し、それを圧縮器５６内で２０．２バールの圧力に圧縮
することによって形成される。この圧力は、第３の空気
流を熱交換器内で沸騰液体酸素生成物流と熱交換して凝
縮するために十分である。凝縮された第３の空気流は、
ついで、減圧弁または絞り弁を介しての通過によって高
圧精留塔１２の運転圧力にほぼ近い圧力に減圧される。
弁５８の下流域では、第３の空気流は、第１のコンデン
サ−再沸騰器１６と高圧精留塔１２への導入口１８との
中間の領域で第２の空気流と合流する。
【００２６】図面に示したプラント用の冷却要件は、第
３の空気流の一部を主熱交換器６から約１５１Ｋの温度
で取り出し、取り出した空気を膨張タービン内で外部仕
事を行わせて膨張させることによって生じさせられる。
所望とあらば、外部仕事は、圧縮任務であってもよい。
膨張された空気は、９２．４Ｋの温度でタービン６０を
離れ、ほぼ高圧精留塔１２の圧力で、その第１のコンデ
ンサ−再沸騰器１６を介しての通路の上流域で第２の空
気流と合流する。
【００２７】さて、図２を参照すると、図１に示したも
のと本質的に同一の空気分離プラントが示されている。
図１および図２における同じ部品は、同一の参照符号で
示されている。図２に示したプラントの構成／運転間と
図１に示した構成／運転間の相違は、以下の通りであ
る。
【００２８】まず第１に、図２に示したタービン６０の
導出口は、低圧精留塔３０の導入口６２と連通し、コン
デンサ−再沸騰器１６の上流域で第２の空気流と連通し
ていない（図１参照）。したがって、タービン６０を離
れる膨張された空気は、低圧精留塔３０に直接流入す
る。
【００２９】第２に、高圧精留塔１２からの導出口４
２、減圧弁４４、低圧精留塔３０への導入口４６、およ
び、図１に示したプラントの付随パイプ配置は、図２に
示したプラントからは全て省略してある。かくして、図
２に示したプラントにおいては、液体または蒸気流は、
高圧精留塔１２の中間領域からは全く採取されず、低圧
精留塔３０の中間領域には導入されない。
【００３０】第３に、図２に示したプラントにおいて
は、凝縮された第２の空気流の主要な部分は、減圧弁５
８の下流域でこの流れと第３の空気流との混合の上流域
から採取される。凝縮された空気流の主要な部分は、膨
張または減圧弁６４を通って流れ、導入口６２のレベル
の上方のレベルで導入口６６を介して低圧精留塔３０に
導入される。
【００３１】第４に、図２に示したプラントにおいて
は、減圧弁３６を通る全ての流体が、第２のコンデンサ
−再沸騰器２２を通って流れ、典型的には、そこで、全
部、沸騰することはない。かくして、図２において示し
たプラントにおいては、図１に示された導入口４０に相
当する低圧精留塔３０への導入口がない。
【００３２】その他全ての点で、図２に示されたプラン
トの構成および運転は、実質的に、図１において示され
たものと同一であるために、図２において示したプラン
トおよびその運転のさらなる記載は省略する。
【００３３】しかし、図２において示したプラントの運
転を示す例を以下の表１および表２に示す。
【００３４】
【表１】
【表２】 添付の図面の図３において、低圧精留塔が４バールの圧
力で運転され、窒素圧縮器をこのために備えずとも、加
圧された窒素生成物を製造することのできるプラントが
示されている。図３を参照すると、空気は、主圧縮器１
００で７．７バールの圧力に圧縮される。生成した圧縮
空気の流れは、空気から水蒸気と二酸化炭素とを除去す
るのに有効な精製装置またはユニット１０２を通過す
る。ユニット１０２には、水蒸気と二酸化炭素との除去
を行うために吸着剤のベッドが使用される。典型的に
は、一以上のベッドが空気を精製するために使用されて
いる間、残りが、例えば、高温窒素の流れによって再生
されるように、ベッドは、互いに、系列から外して運転
される。上記精製装置およびその運転は、周知であり、
さらに記載する必要はない。
【００３５】精製された空気は、第１および第２の空気
流に分割される。第１の空気流は、順次、第１の主熱交
換器１０４および第２の主熱交換器１０６を通過して流
れる。第１の空気流は、それによって、精留によるその
分離に適当な温度に低下させられる。第１の空気流は、
典型的には、その分離温度で蒸気として第２の主熱交換
器の冷たい端を離れる。第１の空気流は、導入口１１０
を介して、高圧精留塔１０８の底部領域に導入される。
高圧精留塔１０８は、気液接触装置（図示せず。）を有
し、それによって、下降する液相は、上昇する蒸気相と
均一に接触され、両相間に、物質移動が起こる。気液接
触手段は、例えば、蒸留トレー（好ましくは、篩様のも
の）またはパッキング（好ましくは、形成されたパッキ
ング）であってもよい。高圧精留塔１０８の運転におい
て、その底部で液体が収集される。第１の空気流が高圧
精留塔１０８の底部領域に導入されるので、塔１０８の
底部における液体は、このような空気とほぼ平衡にあ
り、また、酸素が空気のその他の主要成分（窒素および
アルゴン）よりも揮発性でないので、液体は、流入する
ガス状の空気よりも多量の酸素のモル画分を含有する。
典型的には、高圧精留塔１０８は、その頂部で実質的に
純粋な窒素を製造することができるように十分な理論段
数を備えるように設計される。
【００３６】精製された空気の第２流は、さらに、ブー
スター−圧縮器１１２内で、約９．２バールの圧力に圧
縮される。ブースター−圧縮器１１２内では、第２の空
気流は、精留によるその分離に適当な温度まで冷却さ
れ、この冷却は、順次、主熱交換器１０４および１０６
を通過させることにより行われる。冷却された第２の空
気流は、第１のコンデンサ−再沸騰器１１４を介して熱
交換器１０６の冷たい端から流入し、そこで、完全に凝
縮される。凝縮された第２の空気流は、第１のコンデン
サ−再沸騰器１１４を介してのその通路の下流域で２つ
の支流に分割される。一つの支流は、絞り弁または減圧
弁１１６を通って流れ、ほぼ高圧精留塔の運転圧力（約
７．５バール）にまで圧力を低下させられる。この支流
は、減圧弁１１６から導入口１１８を介して高圧精留塔
１０８に流入する。その他の凝縮された空気支流は、減
圧弁１２０を介して流れ、それによって、低圧精留塔１
２２のそれにほぼ近い圧力（約４．１５バール）に減圧
される。この凝縮された空気支流は、減圧弁１２０から
導入口１２４を介して低圧精留塔１２２に流入する。
【００３７】高圧精留塔１０８用の液体窒素還流剤は、
窒素蒸気をそれから導出口１２６を介してその頂部で取
り出し、窒素蒸気を第２のコンデンサ−再沸騰器１２８
中で凝縮し、生成した凝縮窒素を導入口１３０を介して
高圧精留塔の頂部に戻すことによって形成される。もう
一つの凝縮された窒素流は、熱交換器１３２内で亜冷却
され、絞り弁または減圧弁１３４を介して流入する。生
成した液体窒素流は、減圧弁１３４から、導入口１３６
を介して、低圧精留塔にその頂部で流入し、塔１２２に
おいて、還流剤としての役割を果たす。低圧精留塔１２
２は、下降する液相を上昇する蒸気相と均一に接触さ
せ、これら２つの相間に物質移動を起こすための高圧精
留塔１０８内で使用されるものと同様な気液接触装置
（図示せず）を具備する。酸素富化液体流は、導出口１
３８を介して、高圧精留塔１０８の底部から取り出さ
れ、熱交換器１４０内で亜冷却され、減圧または絞り弁
１４２を通って流れる。生成した酸素富化液体流は、２
つの支流に分割される。このような第１の支流は、第２
のコンデンサ−再沸騰器１２８を通って流れ、それによ
って、導出口１２６を介して高圧精留塔１０８から取り
出された窒素蒸気の凝縮のための冷却を生ずる。酸素富
化液体流入第１の支流は、凝縮する窒素蒸気との熱交換
の結果として沸騰され、生成した酸素富化蒸気は、導入
口１２４のそれよりも下のレベルで導入口１４４を介し
て低圧精留塔１２２に導入される。酸素富化液体の第２
の支流は、導入口１４４の上方に位置し、導入口１２４
の下ではなく、導入口１４６を介して低圧精留塔１２２
に導入される。空気のさらなる流れは、熱交換器１０４
の冷たい端と熱交換器１０６の暖かい端との中間から精
製された空気の第２の流れの少量部分を採取し、それを
膨張タービン１４８を通して流すことによって、低圧精
留塔１２２に導入されるために形成される。タービン１
４８の導入温度は、典型的には、約１５０Ｋである。生
成する膨張した空気は、ほぼ低圧精留塔１２２の圧力で
タービン１４８を離れ、導入口１４４のレベルよりも上
方に位置するが、導入口１２４のレベルよりも下ではな
い導入口１５０を通って塔１２２に入る。導入口１２
４、１４４、１４６および１５０を通って低圧精留塔１
２２に導入される流体は、そこで、窒素蒸気と不純な液
体酸素とに分離される。低圧精留塔１２２の頂部におけ
る圧力は、典型的には、４バールのオーダーである。
【００３８】低圧精留塔１２２の底部から頂部への蒸気
の上方流を生ずるためには、液体の流れ（“中間”流）
は、液体が約８０体積％の酸素を含有するようなレベル
で導出口１５２を介して低圧精留塔１１２から取り出さ
れる。中間流は、第２の精製された空気流とは向流的に
第１のコンデンサ−再沸騰器１１４を通って流れ、かく
して、第２の精製された空気流の凝縮のための冷却を生
ずる。中間流は、それ自体再沸騰され、生成した蒸気
は、導入口１５４を介して、低圧精留塔の底部領域に導
入される。
【００３９】低圧精留塔の内部で起こる分離の結果とし
て、典型的には、酸素９０体積％のオーダーを含有する
不純な液体酸素生成物は、低圧精留塔１２２の底部で形
成される。不純な液体酸素生成物の流れは、導出口１５
６を介して低圧精留塔１２２の底部から取り出される。
不純な液体酸素生成物の流れは、絞り弁または減圧弁１
５８を介して流れ、それによって、約１．５バールの圧
力に低下される。不純な生成物酸素流は、凝縮する窒素
流とは向流的に第２のコンデンサ−再沸騰器１２８を通
って流れ、それによって、気化される。酸素生成物流
は、第２のコンデンサ−再沸騰器１２８から、順次、熱
交換器１４０、１０６および１０４を通って流れ、例え
ば、周囲温度におけるガス化または金属改質工程へと通
過させることができる。
【００４０】生成物窒素流は、低圧精留塔１２２の頂部
から導出口１６０を介して約４バールの圧力で取り出さ
れ、順次、熱交換器１３２、１４０、１０６および１０
４に通され、その各々をその冷たい端からその暖かい端
へと通過する。高圧では、約周囲温度における窒素生成
物は、それによって、製造される。所望とあらば、この
生成物は、加熱され、ついで、膨張タービン（図示せ
ず）内で膨張され、それから仕事を回復する。
【００４１】図３に示したプラントの運転の例を以下の
表３および表４に示す。
【００４２】
【表３】
【表４】 表において、液体および蒸気の百分率は、堆積％であ
り、cm3/hrは、単位標準立法メートル／時である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の空気分離プラントの概略工程系統図であ
る。
【図２】第２の空気分離プラントの概略工程系統図であ
る。
【図３】第２の空気分離プラントの概略工程系統図であ
る。
【符号の説明】
２，５６ 圧縮器 ４，１０２ 精製装置またはユニット ６ 主熱交換器 １２，１０８ 高圧精留塔 １４，１８，２４，３８，４０，４６，５１，６６，１
１０，１１８，１２４ １３６，１４４，１５０，１５４，１５６ 導入口 １６ コンデンサ−再沸騰器 ２０，３２，４２，４８，５０，５２，１２６，１３
８，１５２，１６０ 導出口 ２２，１２８ 第２のコンデンサ−再沸騰器 ２６，３４，１３２，１４０ 熱交換器 ２８，３６，４４，５８，６４，１１６，１２０，１３
４，１４２，１５８減圧弁または絞り弁 ３０，１２２ 低圧精留塔 ６０，１４８ 膨張タービン １００ 主圧縮器 １０４，１０６主熱交換器 １１２ ブースター−圧縮器 １１４ 第１のコンデンサ−再沸騰器

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧精留塔中で第１の空気流を精留し、
    それによって、窒素蒸気と酸素富化液体とを生成させ；
    前記窒素蒸気の少なくとも幾分かを凝縮し、生成した
    凝縮物の第１の流れを前記高圧精留塔における還流剤と
    して使用し、かつ、前記凝縮物の第２の流れを低圧精留
    塔における還流剤として使用し； 前記高圧精留塔から
    前記酸素富化液体流を取り出し、それを低圧精留塔で精
    留し、それによって、不純な液体酸素生成物を生成さ
    せ； 前記不純な液体酸素生成物を前記低圧精留塔から
    液体状態で取り出し； 前記低圧精留塔から、その酸素
    濃度が前記酸素富化液体の濃度よりも大きいが、前記不
    純な液体酸素生成物の濃度よりも小さい液体の中間流を
    取り出し、前記中間流を第２の空気流との熱交換によっ
    て再沸騰させ、生成する再沸騰中間流を前記低圧精留塔
    の底部領域に戻すことによって、前記低圧精留塔を通り
    上方向に再沸騰された液体流を供給する各工程を含む空
    気の分離方法。
  2. 【請求項２】 前記中間流が、酸素含有率５０〜８５体
    積％を有する、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記高圧精留塔中で生成する前記窒素蒸
    気が、前記酸素富化液体との熱交換によって凝縮され、
    それによって、前記酸素富化液体の少なくとも一部が、
    その低圧精留塔への導入の上流域で気化される、請求項
    １または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１および第２の空気流が、それぞ
    れ、圧縮された空気流から二酸化炭素と水蒸気とを除去
    し、生成する精製された空気流を前記不純な液体酸素生
    成物、および、前記低圧精留塔から取り出される窒素流
    との向流熱交換により主熱交換器内で冷却することによ
    って形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 前記不純な液体酸素が、前記第１の空気
    流の圧力または前記第２の空気流の圧力のいずれよりも
    高圧で第３の空気流と前記主熱交換器内で熱交換され、
    それによって、第３の空気流が、少なくとも一部凝縮さ
    れ、高圧精留塔に導入され、前記第３の空気流が、前記
    精製された空気流から採取される、請求項４に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記第３の空気流の一部が、それから採
    取され、かつ、膨張タービン内での外部作業の実施とと
    もに、前記高圧精留塔の圧力まで膨張され、膨張した空
    気の少なくとも一部が、前記高圧精留塔に導入される、
    請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 さらに、前記不純な酸素生成物の圧力を
    低下させ、前記凝縮する窒素蒸気との向流熱交換によっ
    て、それを少なくとも一部気化させることを含む、請求
    項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記第２の空気流の少なくとも一部が、
    その前記中間流との熱交換の下流域で、高圧精留塔内に
    導入される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 空気の第１の流れを窒素蒸気と酸素富化
    液体とに分離するための高圧精留塔、前記高圧精留塔か
    ら取り出される酸素富化液体用の導入口を有する不純な
    液体酸素生成物を製造するための低圧精留塔、前記高圧
    精留塔内で分離された窒素を凝縮するためのコンデン
    サ、生成する凝縮物を還流剤として前記高圧精留塔およ
    び前記低圧精留塔内に供給するための手段、前記不純な
    液体酸素生成物用の前記低圧精留塔からの導出口、前記
    導入口および前記導出口の中間の領域における前記低圧
    精留塔から取り出される液体の中間流を空気の第２の流
    れとの熱交換によって沸騰させるための再沸騰器、およ
    び、生成する再沸騰液体を前記低圧精留塔の底部に戻す
    ための手段を含む空気を分離するための装置。
  10. 【請求項１０】 前記コンデンサが、前記高圧精留塔か
    らの使用される酸素富化液体を収容するように配置され
    ている、請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 さらに、水蒸気と二酸化炭素とをそれ
    から除去することによって圧縮された空気流を精製する
    ための手段、前記不純な液体酸素精製物および前記低圧
    精留塔からの窒素流を使用して前記空気流を熱交換によ
    って冷却するための主熱交換器、前記冷却された空気流
    からの前記第１および第２の空気流を採取するための手
    段、前記精製手段と前記主熱交換器との中間の領域で前
    記空気流から第３の空気流を生ずるための圧縮器、およ
    び、前記第３の空気流を前記主熱交換器に通すための手
    段を含む、請求項９または１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 さらに、それを介して、前記第３の空
    気流が流れる前記主熱交換器の領域と連通する導入口と
    前記高圧精留塔と連通する導出口とを有する膨張タービ
    ンを含む、請求項１１に記載の装置。
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