JPH08247647A - ガス混合物の分離 - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
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-
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25J2215/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S62/903—Heat exchange structure
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- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 熱交換兼精留装置は、（ａ）圧縮した蒸
気状空気の第１流を、分縮によって窒素富化流体と酸素
富化液体空気とに分離する第１組の通路１４、および前
記第１組の通路１４と熱交換関係にあって、酸素富化液
体空気から、ストリッピングリボイリングにより、酸素
生成物を分離する第２組の通路１６を有する熱交換器１
２、ならびに（ｂ）前記第１および第２組の通路１４お
よび１６の中間の酸素富化液体空気の圧力を低下させる
弁２６を含んでいる。
気状空気の第１流を、分縮によって窒素富化流体と酸素
富化液体空気とに分離する第１組の通路１４、および前
記第１組の通路１４と熱交換関係にあって、酸素富化液
体空気から、ストリッピングリボイリングにより、酸素
生成物を分離する第２組の通路１６を有する熱交換器１
２、ならびに（ｂ）前記第１および第２組の通路１４お
よび１６の中間の酸素富化液体空気の圧力を低下させる
弁２６を含んでいる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガス混合物の分離に
関する。本発明は、とくに空気の分離に関する。
関する。本発明は、とくに空気の分離に関する。
【０００２】
【従来の技術】還流凝縮ともいう分縮によってガス混合
物を分離するのは公知のことである。分縮または還流凝
縮は、凝縮しつつある液体を、上昇しつつある蒸気に対
して向流的に流下させるように調整することにより、液
相と蒸気相との間に物質移動を行わせて、上昇しつつあ
るガス混合物を一部凝縮させる方法である。分縮におけ
る冷却の仕事は、概して、たとえば純粋な冷媒を沸とう
させるように等温的に行うことができる。
物を分離するのは公知のことである。分縮または還流凝
縮は、凝縮しつつある液体を、上昇しつつある蒸気に対
して向流的に流下させるように調整することにより、液
相と蒸気相との間に物質移動を行わせて、上昇しつつあ
るガス混合物を一部凝縮させる方法である。分縮におけ
る冷却の仕事は、概して、たとえば純粋な冷媒を沸とう
させるように等温的に行うことができる。
【０００３】ＥＰ−Ａ−Ｏ ４７９４８６は、複数組の
垂直通路を有するプレートフィン熱交換器の形をしたデ
フレグメーターにおける空気の精留成果を開示してい
る。第１組の通路では、圧縮して、予備精製し（揮発し
にくい不純物、とくに水蒸気および酸化炭素の除去によ
り）、さらに精留による分離に適した温度に冷却した空
気流から窒素富化流体を分離する。酸素に富む液体空気
流は過冷して、蒸気の流れに対して向流的に、他の組の
熱交換通路を経て第１組の通路に送る。したがって、必
要な冷却は第１組の通路において蒸気を凝縮させるため
に与えられ、その結果液体の下方への還流を生じる。こ
のように、上昇しつつある蒸気と下降しつつある液体と
の間で物質交換が起り、その結果上昇しつつある蒸気は
次第に窒素に富むようになり、下降しつつある液体は漸
次酸素に富むようになる。
垂直通路を有するプレートフィン熱交換器の形をしたデ
フレグメーターにおける空気の精留成果を開示してい
る。第１組の通路では、圧縮して、予備精製し（揮発し
にくい不純物、とくに水蒸気および酸化炭素の除去によ
り）、さらに精留による分離に適した温度に冷却した空
気流から窒素富化流体を分離する。酸素に富む液体空気
流は過冷して、蒸気の流れに対して向流的に、他の組の
熱交換通路を経て第１組の通路に送る。したがって、必
要な冷却は第１組の通路において蒸気を凝縮させるため
に与えられ、その結果液体の下方への還流を生じる。こ
のように、上昇しつつある蒸気と下降しつつある液体と
の間で物質交換が起り、その結果上昇しつつある蒸気は
次第に窒素に富むようになり、下降しつつある液体は漸
次酸素に富むようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、該方法
では、７０容量％以上の酸素を含有する酸素生成物を得
ることはできない。本発明の目的は、少なくとも７０容
量％以上の酸素を含有する生成物を、熱交換器の通路内
で空気から分離しうる方法および装置を提供することに
ある。
では、７０容量％以上の酸素を含有する酸素生成物を得
ることはできない。本発明の目的は、少なくとも７０容
量％以上の酸素を含有する生成物を、熱交換器の通路内
で空気から分離しうる方法および装置を提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、（ａ）
分縮によって、圧縮した蒸気状空気の第１流を、窒素富
化流体と酸素富化液体空気とに分離する第１組の通路、
および、前記第１組の通路と熱交換関係にあって、スト
リッピングリボイリングにより、酸素富化液体空気から
酸素生成物を分離する第２組の通路を有する熱交換器な
らびに（ｂ）前記第１および第２組の通路の中間の酸素
富化液体空気の圧力を下げる手段を含む熱交換兼精留装
置が提供される。
分縮によって、圧縮した蒸気状空気の第１流を、窒素富
化流体と酸素富化液体空気とに分離する第１組の通路、
および、前記第１組の通路と熱交換関係にあって、スト
リッピングリボイリングにより、酸素富化液体空気から
酸素生成物を分離する第２組の通路を有する熱交換器な
らびに（ｂ）前記第１および第２組の通路の中間の酸素
富化液体空気の圧力を下げる手段を含む熱交換兼精留装
置が提供される。
【０００６】本発明は、また、窒素富化流体および酸素
富化液体空気を生成させるように第１組の熱交換通路に
おいて、空気流に分縮処理を行い、酸素富化液体空気流
の圧力を下げ、さらに、ストリッピングリボイリングに
より、第１組の熱交換通路と熱交換関係にある第２組の
熱交換通路において、圧力を下げた酸素富化液体空気流
から酸素生成物を分離することを含む圧縮した蒸気状空
気流の分離法をも提供する。
富化液体空気を生成させるように第１組の熱交換通路に
おいて、空気流に分縮処理を行い、酸素富化液体空気流
の圧力を下げ、さらに、ストリッピングリボイリングに
より、第１組の熱交換通路と熱交換関係にある第２組の
熱交換通路において、圧力を下げた酸素富化液体空気流
から酸素生成物を分離することを含む圧縮した蒸気状空
気流の分離法をも提供する。
【０００７】本明細書で用いる「ストリッピングリボイ
リング」という用語は、この処理を受ける流体を、２種
類以上の成分を有する、液化ガス混合物を沸とうさせる
温度に加熱することができ、沸とうさせた液化ガス混合
物から発生した蒸気流と、向流物質交換させるように、
前記液化ガス混合物を面に沿って流すことができる少な
くとも１個の伝熱面をそれぞれ有する複数の熱交換通路
に通し、それによって流れつつある液化ガス混合物か
ら、混合物中の揮発しやすい成分を漸次除去することが
でき、この結果、前記蒸気流は流れの方向に混合物中の
揮発しやすい成分に富み、液化ガス混合物は、流れの方
向に、揮発しやすい成分が次第に激減することを意味す
る。
リング」という用語は、この処理を受ける流体を、２種
類以上の成分を有する、液化ガス混合物を沸とうさせる
温度に加熱することができ、沸とうさせた液化ガス混合
物から発生した蒸気流と、向流物質交換させるように、
前記液化ガス混合物を面に沿って流すことができる少な
くとも１個の伝熱面をそれぞれ有する複数の熱交換通路
に通し、それによって流れつつある液化ガス混合物か
ら、混合物中の揮発しやすい成分を漸次除去することが
でき、この結果、前記蒸気流は流れの方向に混合物中の
揮発しやすい成分に富み、液化ガス混合物は、流れの方
向に、揮発しやすい成分が次第に激減することを意味す
る。
【０００８】窒素富化流体は、第１組の通路において凝
縮させ、凝縮液の一部を、圧力を下げて、第２組の通路
からの蒸気を還流と密に接触させて、還流との物質移動
関係を生じさせる分別領域において還流として用いるの
が好ましい。この結果、窒素蒸気を生成させることがで
きる。分別領域は単に第２組の通路の延長部分であるこ
とができる。
縮させ、凝縮液の一部を、圧力を下げて、第２組の通路
からの蒸気を還流と密に接触させて、還流との物質移動
関係を生じさせる分別領域において還流として用いるの
が好ましい。この結果、窒素蒸気を生成させることがで
きる。分別領域は単に第２組の通路の延長部分であるこ
とができる。
【０００９】酸素富化液体空気は、前記減圧手段の上流
の別の熱交換領域でその気体の液化温度以下の温度に冷
却（以下「過冷」という）するのが好ましい。過冷は、
前記分別領域から取出した窒素蒸気流との間接熱交換に
よって行うのが好ましい。
の別の熱交換領域でその気体の液化温度以下の温度に冷
却（以下「過冷」という）するのが好ましい。過冷は、
前記分別領域から取出した窒素蒸気流との間接熱交換に
よって行うのが好ましい。
【００１０】圧力を下げて、前記分別領域で還流として
使用する凝縮させた窒素富化流体の一部は、減圧手段の
上流で過冷するのが好ましい。窒素富化流体の過冷は、
前記分別領域から取出した窒素蒸気との間接熱交換によ
って行うのが好ましい。この窒素蒸気は、酸素富化液体
空気過冷領域の上流の窒素富化凝縮液過冷領域を通すの
が好ましい。
使用する凝縮させた窒素富化流体の一部は、減圧手段の
上流で過冷するのが好ましい。窒素富化流体の過冷は、
前記分別領域から取出した窒素蒸気との間接熱交換によ
って行うのが好ましい。この窒素蒸気は、酸素富化液体
空気過冷領域の上流の窒素富化凝縮液過冷領域を通すの
が好ましい。
【００１１】本発明による方法および装置における熱交
換はすべて、わずか２，３個の熱交換区画で行うのが好
ましい。第１の熱交換区画には、前記第１および第２の
熱交換通路が配設される。第２の熱交換区画には、圧縮
された空気流を、精留によって分離するのに適した温度
に冷却する通路が配設される。要すれば、前記の過冷を
行わせるために第３の熱交換区画を用いることができ
る。
換はすべて、わずか２，３個の熱交換区画で行うのが好
ましい。第１の熱交換区画には、前記第１および第２の
熱交換通路が配設される。第２の熱交換区画には、圧縮
された空気流を、精留によって分離するのに適した温度
に冷却する通路が配設される。要すれば、前記の過冷を
行わせるために第３の熱交換区画を用いることができ
る。
【００１２】実際に、すべての分別および熱交換を、わ
ずか２，３個の熱交換区画で行うことによって、空気か
ら純度の低い酸素生成物を分離する簡単な方法および装
置が提供される。さらに、本発明による方法および装置
は、若干の酸素生成物を液状で取出すか、または種々の
要求を満すために、他の源から導入する液体酸素を用い
て酸素生成物の流速を変えることも可能である。
ずか２，３個の熱交換区画で行うことによって、空気か
ら純度の低い酸素生成物を分離する簡単な方法および装
置が提供される。さらに、本発明による方法および装置
は、若干の酸素生成物を液状で取出すか、または種々の
要求を満すために、他の源から導入する液体酸素を用い
て酸素生成物の流速を変えることも可能である。
【００１３】
【実施例】ところで、本発明による空気分離装置の略工
程系統図である添付図を参照しながら実施例によって本
発明による方法および装置を説明しよう。
程系統図である添付図を参照しながら実施例によって本
発明による方法および装置を説明しよう。
【００１４】図面は縮尺によって製図したものではな
い。
い。
【００１５】図面について説明すると、空気を圧縮機２
で圧縮する。圧縮した空気は、圧力スウィング吸着法ま
たは温度スウィング吸着法の一部として、流入空気か
ら、二酸化炭素および水蒸気を選択的に吸着する複数の
吸着剤層を一般に含む、精製装置４によって精製する。
該精製装置の構造および操作法は業界では周知のことで
あるので、本明細書でさらに述べる必要はない。
で圧縮する。圧縮した空気は、圧力スウィング吸着法ま
たは温度スウィング吸着法の一部として、流入空気か
ら、二酸化炭素および水蒸気を選択的に吸着する複数の
吸着剤層を一般に含む、精製装置４によって精製する。
該精製装置の構造および操作法は業界では周知のことで
あるので、本明細書でさらに述べる必要はない。
【００１６】精製した空気流を本流と支流とに分ける。
本流は熱交換器６内を温端８から冷端１０に通して、熱
交換により、精留によって分離するのに適した温度に冷
却する。空気支流を用いる使途については後で述べる。
本流は熱交換器６内を温端８から冷端１０に通して、熱
交換により、精留によって分離するのに適した温度に冷
却する。空気支流を用いる使途については後で述べる。
【００１７】冷却した空気本流は、１組のストリッピン
グリボイラー通路と交互に配並され、かつ熱交換関係に
ある一連のデフレグメーター通路を含む第２の熱交換器
１２に導入する。図面に示す装置を用いて行う空気分離
法を図示しやすくするために、この図面には、あるがま
まのデフレグメーター通路およびストリッピングリボイ
ラー通路を示してはいない。さらに正確にいえば、わず
か１個のデフレグメーター通路１４およびわずか１個の
ストリッピングリボイラー通路１６を示してあるだけで
ある。さらに、これら２つの通路は、図面では、あたか
も両者が互いに離れているかのように示してあるが、実
際には、前記のように、両者は単一熱交換器内の通路で
ある。熱交換器１２内のすべてのデフレグメーター通路
は、後記の通路１４とほとんど同じように作動する。同
様に、熱交換器１２内のすべてのストリッピングリボイ
ラー通路は後記のストリッピングリボイラー通路１６と
ほとんど同じように作動する。
グリボイラー通路と交互に配並され、かつ熱交換関係に
ある一連のデフレグメーター通路を含む第２の熱交換器
１２に導入する。図面に示す装置を用いて行う空気分離
法を図示しやすくするために、この図面には、あるがま
まのデフレグメーター通路およびストリッピングリボイ
ラー通路を示してはいない。さらに正確にいえば、わず
か１個のデフレグメーター通路１４およびわずか１個の
ストリッピングリボイラー通路１６を示してあるだけで
ある。さらに、これら２つの通路は、図面では、あたか
も両者が互いに離れているかのように示してあるが、実
際には、前記のように、両者は単一熱交換器内の通路で
ある。熱交換器１２内のすべてのデフレグメーター通路
は、後記の通路１４とほとんど同じように作動する。同
様に、熱交換器１２内のすべてのストリッピングリボイ
ラー通路は後記のストリッピングリボイラー通路１６と
ほとんど同じように作動する。
【００１８】冷却した空気本流は、デフレグメーター通
路１４の底部に導入する。デフレグメーター通路１４を
蒸気が上ってゆくにつれて、蒸気は、ストリッピングリ
ボイラー通路１６を流れる流体に熱を伝える。さらに、
蒸気は、通路１４の壁を流下する還流と物質交換を行
う。この結果、蒸気は流れの方向に漸次窒素（アルゴン
または酸素よりも揮発しやすい）に富むようになる一
方、下降する還流は流れの方向に次第に酸素（アルゴン
または窒素よりも揮発しにくい）に富むようになる。デ
フレグメーター通路１４の頂部に近い領域では、蒸気
は、少なくとも９９容量％の窒素を含有するほど酸素や
アルゴンが除去されている。この組成の窒素蒸気を、出
口１７を経て、この領域から取出し、これよりも上部の
領域から通路１４に戻す。デフレグメーター通路１４の
頂部領域から熱を除去して窒素蒸気を凝縮させる。凝縮
液の一部はデフレグメーター通路１４の壁を流下する還
流となる。残りの凝縮液は、出口１８を経てデフレグメ
ーター通路１４から取出し、別の熱交換器２０で過冷さ
せ、絞り弁または減圧弁２２を通し、ついでストリッピ
ングリボイラー通路１６の頂部に導入する。
路１４の底部に導入する。デフレグメーター通路１４を
蒸気が上ってゆくにつれて、蒸気は、ストリッピングリ
ボイラー通路１６を流れる流体に熱を伝える。さらに、
蒸気は、通路１４の壁を流下する還流と物質交換を行
う。この結果、蒸気は流れの方向に漸次窒素（アルゴン
または酸素よりも揮発しやすい）に富むようになる一
方、下降する還流は流れの方向に次第に酸素（アルゴン
または窒素よりも揮発しにくい）に富むようになる。デ
フレグメーター通路１４の頂部に近い領域では、蒸気
は、少なくとも９９容量％の窒素を含有するほど酸素や
アルゴンが除去されている。この組成の窒素蒸気を、出
口１７を経て、この領域から取出し、これよりも上部の
領域から通路１４に戻す。デフレグメーター通路１４の
頂部領域から熱を除去して窒素蒸気を凝縮させる。凝縮
液の一部はデフレグメーター通路１４の壁を流下する還
流となる。残りの凝縮液は、出口１８を経てデフレグメ
ーター通路１４から取出し、別の熱交換器２０で過冷さ
せ、絞り弁または減圧弁２２を通し、ついでストリッピ
ングリボイラー通路１６の頂部に導入する。
【００１９】デフレグメーター通路１４を流下する液体
は、漸次酸素に富むようになり、酸素富化液体空気に変
る。通路下端における酸素含有量は、デフレグメーター
通路１４の底部から入る冷却した空気本流と平衡状態に
あると思われる量よりは概して少ない。酸素富化液体空
気流をデフレグメーター通路１４の底部から取出し、さ
らに別の熱交換器２４および前記熱交換器２０に通して
過冷させる。過冷した酸素富化液体空気流は、絞り弁ま
たは減圧弁２６を経て、過冷した凝縮窒素流が入るレベ
ルよりも下方のレベルからストリッピングリボイラー通
路１６に導入する。
は、漸次酸素に富むようになり、酸素富化液体空気に変
る。通路下端における酸素含有量は、デフレグメーター
通路１４の底部から入る冷却した空気本流と平衡状態に
あると思われる量よりは概して少ない。酸素富化液体空
気流をデフレグメーター通路１４の底部から取出し、さ
らに別の熱交換器２４および前記熱交換器２０に通して
過冷させる。過冷した酸素富化液体空気流は、絞り弁ま
たは減圧弁２６を経て、過冷した凝縮窒素流が入るレベ
ルよりも下方のレベルからストリッピングリボイラー通
路１６に導入する。
【００２０】過冷して酸素を凝縮させた液体空気流が入
るレベルよりも下方のストリッピングリボイラー通路１
６の範囲全体は、デフレグメーター通路１４（出口１７
よりも上部の頂部区域を含む）と熱交換関係にある。酸
素富化液体空気はストリッピングリボイラー通路１６の
壁を流下して蒸発する。該装置は、このように生成した
蒸気が液体に対して向流方向に流れて、相互に接触する
ような装置である。これによって、液体中のもっとも揮
発しやすい成分（窒素）は、下方に流れる液体から漸次
除去され、その結果、蒸気流は、流れの方向に、次第に
窒素に富むようになり、液体は、流れの方向に漸次酸素
に富むようになる。したがって、ストリッピングリボイ
ラー通路１６の底部において、概して８５ないし９５容
量％の酸素を含有する酸素生成物を得ることができる。
るレベルよりも下方のストリッピングリボイラー通路１
６の範囲全体は、デフレグメーター通路１４（出口１７
よりも上部の頂部区域を含む）と熱交換関係にある。酸
素富化液体空気はストリッピングリボイラー通路１６の
壁を流下して蒸発する。該装置は、このように生成した
蒸気が液体に対して向流方向に流れて、相互に接触する
ような装置である。これによって、液体中のもっとも揮
発しやすい成分（窒素）は、下方に流れる液体から漸次
除去され、その結果、蒸気流は、流れの方向に、次第に
窒素に富むようになり、液体は、流れの方向に漸次酸素
に富むようになる。したがって、ストリッピングリボイ
ラー通路１６の底部において、概して８５ないし９５容
量％の酸素を含有する酸素生成物を得ることができる。
【００２１】過冷した酸素富化空気が入るレベルよりも
下部のストリッピングリボイラー通路１６の部分は、通
路１４内の流体と熱交換関係にあるが、過冷した酸素富
化液体空気の入口よりも上部の通路の部分ではこのよう
な熱交換関係は概して得られない。それにもかかわら
ず、この通路部分では、該部分よりも下方にある液体の
効果的な局部的リボイリングによって生成した上昇蒸気
と、弁２２から通路頂部に導入される下降液体窒素との
間に物質交換がある。したがって、熱交換器２０および
２４を流れる前記流れに必要な冷却を与えるだけの窒素
蒸気流が通路１６の頂部から供給される。窒素流は通路
１６の頂部から流出し、熱交換器２０，２４および６を
次々に通り、熱交換器６の温端８から外界温度で、大気
中に放出することができる。もしくは製品として利用す
ることもできる。
下部のストリッピングリボイラー通路１６の部分は、通
路１４内の流体と熱交換関係にあるが、過冷した酸素富
化液体空気の入口よりも上部の通路の部分ではこのよう
な熱交換関係は概して得られない。それにもかかわら
ず、この通路部分では、該部分よりも下方にある液体の
効果的な局部的リボイリングによって生成した上昇蒸気
と、弁２２から通路頂部に導入される下降液体窒素との
間に物質交換がある。したがって、熱交換器２０および
２４を流れる前記流れに必要な冷却を与えるだけの窒素
蒸気流が通路１６の頂部から供給される。窒素流は通路
１６の頂部から流出し、熱交換器２０，２４および６を
次々に通り、熱交換器６の温端８から外界温度で、大気
中に放出することができる。もしくは製品として利用す
ることもできる。
【００２２】液体酸素流はストリッピングリボイラー通
路１６の底部から取出す。必要ならば、この流れの中の
少量、概して、５ないし１０容量％を導管３７を経て液
状の製品として取出すことができる。残りの流れは熱交
換器６を冷端１０から温端８に通し、これによって蒸発
させて、ほぼ外界温度に温める。得られた気化酸素は製
品として取出すことができる。
路１６の底部から取出す。必要ならば、この流れの中の
少量、概して、５ないし１０容量％を導管３７を経て液
状の製品として取出すことができる。残りの流れは熱交
換器６を冷端１０から温端８に通し、これによって蒸発
させて、ほぼ外界温度に温める。得られた気化酸素は製
品として取出すことができる。
【００２３】この方法には、酸素生成物の一部を液化さ
せるだけでなく、また、外界温度を下回る温度で作動す
る装置の部分に、外部から吸収される熱を補うために外
部冷却に対する必要性がある。図１に示す装置では、空
気支流を用いて、この冷却を生じさせる。空気支流は、
圧縮熱を除くためにアフタークーラー（図示せず）を付
設したブースター圧縮機２８（圧縮機２と同様）で、さ
らに圧縮する。得られた、さらに圧縮した空気支流を、
熱交換器６に温端８から中間領域に通して冷却する。得
られた冷却空気は熱交換器６の中間領域から取出して、
タービン３０で外部仕事を行って膨脹させる。空気支流
はタービン３０を出ると、空気本流が主熱交換器６の冷
端１０を出るときの温度よりも低い温度になる。膨脹し
た空気支流を熱交換器６に戻して冷端１０から温端８に
通し、これによってほぼ外界温度に温める。したがっ
て、空気支流は本法に必要な冷却をもたらす。
せるだけでなく、また、外界温度を下回る温度で作動す
る装置の部分に、外部から吸収される熱を補うために外
部冷却に対する必要性がある。図１に示す装置では、空
気支流を用いて、この冷却を生じさせる。空気支流は、
圧縮熱を除くためにアフタークーラー（図示せず）を付
設したブースター圧縮機２８（圧縮機２と同様）で、さ
らに圧縮する。得られた、さらに圧縮した空気支流を、
熱交換器６に温端８から中間領域に通して冷却する。得
られた冷却空気は熱交換器６の中間領域から取出して、
タービン３０で外部仕事を行って膨脹させる。空気支流
はタービン３０を出ると、空気本流が主熱交換器６の冷
端１０を出るときの温度よりも低い温度になる。膨脹し
た空気支流を熱交換器６に戻して冷端１０から温端８に
通し、これによってほぼ外界温度に温める。したがっ
て、空気支流は本法に必要な冷却をもたらす。
【００２４】一般に、タービン３０がブースター圧縮機
２８の圧縮仕事をすべて行うように、タービン３０をブ
ースター圧縮機２８と機械的に連結させる。
２８の圧縮仕事をすべて行うように、タービン３０をブ
ースター圧縮機２８と機械的に連結させる。
【００２５】ストリッピングリボイラー通路１６はデフ
レグメーター通路１４よりも低圧で作動させる。該圧力
は、熱交換器１２のある一定レベルにおいて、ストリッ
ピングリボイラー通路で温められる液体とデフレグメー
ター通路で冷却される流体との間に適当な温度差を与え
るように選定する。この温度差は、概して、１ないし２
Ｋの範囲内にあるであろう。
レグメーター通路１４よりも低圧で作動させる。該圧力
は、熱交換器１２のある一定レベルにおいて、ストリッ
ピングリボイラー通路で温められる液体とデフレグメー
ター通路で冷却される流体との間に適当な温度差を与え
るように選定する。この温度差は、概して、１ないし２
Ｋの範囲内にあるであろう。
【００２６】本発明から逸脱せずに、図１に示す装置お
よびその操作に関し、種々の変更や修正を行うことがで
きる。たとえば、二酸化炭素や水蒸気の不純物を除くた
めに、精製装置４を省き、熱交換器６を逆転熱交換器と
してつくって、作動させることができる。また、たとえ
ば、空気支流、したがってブースター圧縮機２８および
タービン３０を省き、その代わりに、液体窒素を、外部
源から、ストリッピングリボイラー通路の頂部に導入す
ることによって装置の冷却を行うことも可能である。ま
た、変動する要求に応じるために酸素生成物を可変速度
で生成させるように、ストリッピングリボイラー通路の
底部から液体酸素を導入することもできる。
よびその操作に関し、種々の変更や修正を行うことがで
きる。たとえば、二酸化炭素や水蒸気の不純物を除くた
めに、精製装置４を省き、熱交換器６を逆転熱交換器と
してつくって、作動させることができる。また、たとえ
ば、空気支流、したがってブースター圧縮機２８および
タービン３０を省き、その代わりに、液体窒素を、外部
源から、ストリッピングリボイラー通路の頂部に導入す
ることによって装置の冷却を行うことも可能である。ま
た、変動する要求に応じるために酸素生成物を可変速度
で生成させるように、ストリッピングリボイラー通路の
底部から液体酸素を導入することもできる。
【００２７】典型的な例では、酸素富化液体空気を、通
路底部から５メートルの高さで、頂部より１メートルの
ところから通路１６内に導入し、一方、出口１７および
１８を通路１４の底部から４メートルの高さに配設す
る。出口１７および１８よりも上部の通路１４の凝縮区
域は高さが１メートルある。したがって、通路１４の頂
部の１メートルはふさぐ。すなわち流体の移行を止め
る。
路底部から５メートルの高さで、頂部より１メートルの
ところから通路１６内に導入し、一方、出口１７および
１８を通路１４の底部から４メートルの高さに配設す
る。出口１７および１８よりも上部の通路１４の凝縮区
域は高さが１メートルある。したがって、通路１４の頂
部の１メートルはふさぐ。すなわち流体の移行を止め
る。
【００２８】図１に示す装置の操作の一例を下表に示
す。
す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【図１】本発明の好ましい態様の空気分離装置の略工程
系統図。
系統図。
Claims (11)
- 【請求項１】 （ａ）圧縮した蒸気状空気の第１流を、
分縮によって、窒素富化流体と酸素富化液体空気とに分
離する第１組の通路、および前記第１組の通路と熱交換
関係にあって、ストリッピングリボイリングにより、酸
素富化液体空気から酸素生成物を分離する第２組の通路
を有する熱交換器、ならびに（ｂ）前記第１および第２
組の通路の中間の酸素富化液体空気の圧力を低下させる
手段を含む熱交換兼精留装置。 - 【請求項２】 第１組の通路において凝縮した窒素富化
流体の圧力を低下させる手段、および前記の圧力を下げ
た窒素富化凝縮液を、第２組の通路からの蒸気と密に接
触させて、該蒸気との物質移動関係を生じさせる分別領
域をさらに含む請求項１の装置。 - 【請求項３】 窒素富化凝縮液の圧力を低下させる手段
の上流に、窒素富化凝縮液をその液化温度以下の温度に
冷却させる熱交換手段をさらに含む請求項２の装置。 - 【請求項４】 分別領域が第２組の通路の延長部分を含
む請求項２の装置。 - 【請求項５】 装置が、熱交換を行う２つの熱交換区画
を含み、第１の熱交換区画には、第１および第２熱交換
通路が配設され、第２の熱交換区画は、圧縮空気流を、
精留による分離に適した温度に冷却する通路を形成する
前記請求項中いずれか１つの項の装置。 - 【請求項６】 酸素富化液体空気の圧力を低下させる手
段の上流に、酸素富化液体空気をその空気の液化温度以
下の温度に冷却させる熱交換手段をさらに含む前記請求
項中いずれか１つの項の装置。 - 【請求項７】 窒素富化流体および酸素富化液体空気を
生成させるために、第１組の熱交換通路において、空気
流を分縮処理し、ついでストリッピングリボイリングに
よって、第１組の熱交換通路と熱交換関係にある第２組
の熱交換通路において、圧力を下げた酸素富化液体流か
ら酸素生成物を分離することを含む圧縮蒸気状空気流の
分離方法。 - 【請求項８】 窒素富化流体を第１組の通路において凝
縮させ、凝縮液の一部を、圧力を下げて、第２組の通路
からの蒸気を還流と密に接触させて、還流との物質移動
関係を生じさせる分別領域において還流として使用する
請求項７の方法。 - 【請求項９】 圧力を下げて、分別領域において、還流
として使用する凝縮した窒素富化流体の一部を、圧力低
下手段の上流でその液化温度以下の温度に冷却させる請
求項８の方法。 - 【請求項１０】 窒素富化凝縮液の過冷を、分別領域か
ら取出した窒素との間接熱交換によって行う請求項９の
方法。 - 【請求項１１】 酸素富化液体空気を、圧力低下手段の
上流の別の熱交換領域で過冷させる請求項７ないし請求
項１０のいずれか１つの項の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9503592:9 | 1995-02-23 | ||
| GBGB9503592.9A GB9503592D0 (en) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | Separation of gas mixtures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08247647A true JPH08247647A (ja) | 1996-09-27 |
Family
ID=10770100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8036499A Pending JPH08247647A (ja) | 1995-02-23 | 1996-02-23 | ガス混合物の分離 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5694790A (ja) |
| EP (1) | EP0728999B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08247647A (ja) |
| AU (1) | AU715694B2 (ja) |
| DE (1) | DE69621172T2 (ja) |
| GB (1) | GB9503592D0 (ja) |
| ZA (1) | ZA961295B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028568A (ja) * | 2001-07-17 | 2003-01-29 | Nippon Sanso Corp | 空気分離方法および装置 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5592832A (en) † | 1995-10-03 | 1997-01-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process and apparatus for the production of moderate purity oxygen |
| US6079223A (en) * | 1999-05-04 | 2000-06-27 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation system for producing moderate purity oxygen and moderate purity nitrogen |
| US20010004838A1 (en) | 1999-10-29 | 2001-06-28 | Wong Kenneth Kai | Integrated heat exchanger system for producing carbon dioxide |
| US6295836B1 (en) | 2000-04-14 | 2001-10-02 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation system with integrated mass and heat transfer |
| US6237366B1 (en) * | 2000-04-14 | 2001-05-29 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation system using an integrated core |
| US6351969B1 (en) | 2001-01-31 | 2002-03-05 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic nitrogen production system using a single brazement |
| US7210312B2 (en) * | 2004-08-03 | 2007-05-01 | Sunpower, Inc. | Energy efficient, inexpensive extraction of oxygen from ambient air for portable and home use |
| US7481074B2 (en) * | 2006-03-01 | 2009-01-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Self-contained distillation purifier/superheater for liquid-fill product container and delivery systems |
| FR3052243B1 (fr) * | 2016-06-06 | 2019-06-28 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Assemblage d'elements modulaires de construction d'un appareil d'echange de masse et/ou de chaleur et procede d'echange utilisant un assemblage |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL102363C (ja) * | 1953-11-12 | |||
| US4308043A (en) * | 1980-08-15 | 1981-12-29 | Yearout James D | Production of oxygen by air separation |
| US4721164A (en) * | 1986-09-04 | 1988-01-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method of heat exchange for variable-content nitrogen rejection units |
| GB9021435D0 (en) * | 1990-10-02 | 1990-11-14 | Boc Group Plc | Separation of gas mixtures |
| FR2707745B1 (fr) * | 1993-07-15 | 1995-10-06 | Technip Cie | Procédé autoréfrigéré de fractionnement cryogénique et de purification de gaz et échangeur de chaleur pour la mise en Óoeuvre de ce procédé. |
-
1995
- 1995-02-23 GB GBGB9503592.9A patent/GB9503592D0/en active Pending
-
1996
- 1996-02-09 EP EP96300883A patent/EP0728999B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-09 DE DE69621172T patent/DE69621172T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-02-15 US US08/601,809 patent/US5694790A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-02-19 ZA ZA961295A patent/ZA961295B/xx unknown
- 1996-02-20 AU AU45640/96A patent/AU715694B2/en not_active Ceased
- 1996-02-23 JP JP8036499A patent/JPH08247647A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028568A (ja) * | 2001-07-17 | 2003-01-29 | Nippon Sanso Corp | 空気分離方法および装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0728999A2 (en) | 1996-08-28 |
| US5694790A (en) | 1997-12-09 |
| ZA961295B (en) | 1996-08-27 |
| DE69621172D1 (de) | 2002-06-20 |
| DE69621172T2 (de) | 2002-10-31 |
| GB9503592D0 (en) | 1995-04-12 |
| EP0728999B1 (en) | 2002-05-15 |
| AU4564096A (en) | 1996-08-29 |
| AU715694B2 (en) | 2000-02-10 |
| EP0728999A3 (en) | 1997-10-01 |
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