JPH0861843A - ガス混合物から低揮発性成分を主として含有する生成物流れを分離するための低温精留方法および装置 - Google Patents

ガス混合物から低揮発性成分を主として含有する生成物流れを分離するための低温精留方法および装置

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JPH0861843A
JPH0861843A JP7190389A JP19038995A JPH0861843A JP H0861843 A JPH0861843 A JP H0861843A JP 7190389 A JP7190389 A JP 7190389A JP 19038995 A JP19038995 A JP 19038995A JP H0861843 A JPH0861843 A JP H0861843A
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ロバート・エイ・モステロ
Sidney S Stern
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高揮発性成分と低揮発性成分と重質不純物を
含むガス混合物から低揮発性成分を主として含む生成物
流れを得るための低温精留法を提供する。 【解決手段】 上昇する蒸気流れと下降する液体流れを
塔内で接触させる低温精留法によってガス混合物が分離
される。分離すべき混合物を、圧縮した後に、再循環流
れと合流させる。この合流流れが、重質不純物を除去す
る予備精製ユニットにおいて精製される。合流流れが過
半量流れと半量未満流れに分けられる。次いで過半量流
れが冷却され、液相と蒸気相に分離される。再循環流れ
として採られた液相中に重質不純物が濃縮し、次いで該
不純物が気化するのに充分な高圧にポンプ加圧される。
こうして得られる蒸気を減圧し、流入するガス混合物と
合流させる。蒸気相中の重質不純物の濃度は、低揮発性
成分中に濃縮される生成物流れ中の重質不純物濃度が減
少する程度にまで、充分に減少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ある混合物を高揮
発性成分と不純物濃度の少ない低揮発性成分とに分離す
るための低温精留法と低温精留装置に関する。さらに詳
細には、本発明は、重質不純物（例えば二酸化炭素や可
燃性炭化水素）濃度の低いポンプ加圧された液体酸素生
成物を得るための、空気の分離に適用される方法と装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
にはトレーや充填物を含んだ精留塔中で行われる低温精
留によって、混合物が高揮発性成分と低揮発性成分に分
離される。こうした分離は、トレー上あるいは充填物中
において、下降液相と上昇蒸気相との向流状態での蒸気
−液体接触が行われることを特徴とする。下降液相は、
精留塔内にて下降するにつれて絶えず低揮発性成分とし
て濃縮されていき、また上昇蒸気相は、精留塔内にて上
昇するにつれて絶えず高揮発性成分として濃縮されてい
く。重質不純物は、下降液相中に濃縮される。低温精留
による空気分離の場合、二酸化炭素のような重質不純物
が、分離操作を実施する際にまず第一に問題となる。
【０００３】例えば、ポンプ加圧された液体酸素をメイ
ン熱交換器にて気化させることによりガス状酸素を供給
圧力にて得る低温空気分離プラントにおいて、液体酸素
が気化していくにつれて、二酸化炭素や炭化水素等の重
質不純物が液体酸素に対する溶解度限界を越えることが
ある。その結果、液体酸素中に含有されている二酸化炭
素が固化し、これによってメイン熱交換器中の熱交換通
路が詰まり、アセチレン等の炭化水素が溶液から析出し
て安全性の低下を引き起こす。
【０００４】液体酸素製造の場合には一般に、吸着予備
精製ユニットによって流入空気から重質不純物が除去さ
れる。しかしながら、幾らかの不純物が残留し、その結
果、空気の低揮発性成分（すなわち酸素）中に重質不純
物が濃縮する。
【０００５】以下に説明するように、本発明は、分離す
べき揮発性成分中の重質不純物濃度が減少するよう、プ
ラントのフロントエンドでの重質不純物の除去を増大さ
せる方法を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は、高揮発性成分、低揮発
性成分、および重質不純物を含んだガス混合物を分離し
て、前記ガス混合物の低揮発性成分を主として含有した
生成物流れを得るための方法と装置を提供する。本発明
によれば、ガス混合物を低温精留プロセスにより処理し
て生成物流れを得る。低温精留プロセスは、圧縮工程、
冷却工程、蒸留工程、および圧縮工程と冷却工程との間
に組み込まれた予備精製工程を含む。重質不純物中に濃
縮された液体から再循環流れが形成される。再循環流れ
が、重質不純物が液体と共に気化するに足る圧力にポン
プ加圧される。再循環流れが気化され、圧縮工程と予備
精製工程との間においてガス混合物の圧力にほぼ等しい
圧力に減圧され、次いで分離すべきガス混合物と合流さ
れる。こうして得られた合流流れが予備精製工程に導入
される。少なくとも過半量の合流流れが冷却工程に導入
され、そして少なくとも過半量の合流流れが冷却された
後に、少なくとも過半量の合流流れ中に含有されている
重質不純物が、再循環流れを形成する際に使用される液
体中に濃縮され、これによって重質不純物含量の少ない
蒸気が形成される。この蒸気が蒸留工程に導入されて、
生成物流れが得られる。この結果、生成物流れは、重質
不純物が液体中に濃縮されなかったならば得られたであ
ろう濃度未満の、減少した濃度の重質不純物を含む。
【０００７】本発明の装置は、生成物流れを得るための
低温精留手段を含む。低温精留手段は、圧縮工程、冷却
工程、蒸留工程、および圧縮工程と冷却工程との間に組
み込まれた予備精製工程を含む。低温精留手段はさら
に、重質不純物中に濃縮された液体から形成される再循
環流れを、重質不純物が液体と共に気化するに足る圧力
にまでポンプ加圧するためのポンプを含む。ポンプは、
再循環流れが冷却工程時に気化するよう、冷却工程に連
結されている。再循環流れが分離すべきガス混合物と合
流して、予備精製工程を通る合流流れを形成するよう、
減圧弁が冷却工程および予備精製工程と連通状態になっ
ている。冷却工程は、少なくとも過半量の合流流れが冷
却工程を通過するよう予備精製工程に連結されている。
再循環流れと重質不純物含量の少ない蒸気が形成される
よう、少なくとも過半量の合流流れ中に含有されている
重質不純物を液体中に濃縮するための手段が、冷却工程
および蒸留工程に連結されている。さらに、こうした連
結により、蒸気を蒸留工程に進めて生成物流れを得るこ
とが可能となる。その結果、生成物流れは、重質不純物
が液体中に濃縮されなかったならば得られたであろう濃
度未満の、減少した濃度の重質不純物を含む。
【０００８】本発明は、分離すべきガス混合物の低揮発
性成分を主として含有した生成物流れを得ようとするい
かなるプロセスおよびいかなるプラント構成物も含む。
空気の分離の場合、本発明は、酸素生成物を得ようとす
るいかなるプラントに対しても適用可能である。したが
って本発明は、蒸留工程が単一塔の酸素発生器であるプ
ラントに利用できるであろう。しかしながら本発明は、
液体酸素が低圧塔における塔底液として得られる通常の
二段塔プラントに対して適用するのがより一般的であろ
う。液体酸素が高圧にポンプ加圧され、次いで半量未満
の加圧された流入空気流れの液化と引き換えにメイン熱
交換器中で気化されるポンプ加圧液体酸素プラント（pu
mped liquid oxygen plant）に対して、本発明は広く適
用可能である。このようなプラントにおいては、酸素生
成物の供給圧力が定められており、液体酸素が気化した
後に重質不純物が残留しやすい。前述したように、二酸
化炭素のような重質不純物は凍結して、メイン熱交換器
中の熱交換通路をふさぐことがあり、また炭化水素類は
爆発の危険性を生じることがある。重質不純物のレベル
を実質的に低下させることにより、高圧酸素生成物が得
られるよう設計された空気分離プラントの操作におい
て、上記のような問題点を軽減することができる。
【０００９】本明細書は、発明者らが発明であるとみな
す主題が明確に記載されている特許請求の範囲にて結論
を明示しているけれども、添付図面と関連づけて考察す
れば本発明の理解がより深まると考えられる。
【００１０】図１を参照すると、本発明による方法を実
施するための本発明の装置１０が示されている。装置１
０は特に、高圧酸素生成物が得られるよう設計されてい
る。しかしながら、本発明は、高圧酸素生成物の製造に
限定されているわけではなく、また空気の精留に限定さ
れているわけでもない。本発明は、ガス混合物が蒸留工
程において高揮発性成分と低揮発性成分とに分離できる
よう、圧縮工程と冷却工程を使用してガス混合物を圧縮
・冷却するという低温精留に関する。予備精製工程にお
いて、重質不純物がガス混合物から実質的に除去される
が、前述したように、重質不純物がガス混合物中に幾ら
か残留する。
【００１１】装置１０においては、空気流れ１２を、ダ
スト粒子等を除去するために濾過した後に、圧縮機１４
とアフタークーラー１６を含んだ圧縮工程にて処理して
圧縮熱を除去する。次いで、空気流れ１２が再循環流れ
１８と合流し、空気流れ１２から水と二酸化炭素を除去
するよう設計されたタイプの予備精製ユニット２０から
なる予備精製工程において精製される。予備精製ユニッ
ト２０は、再生がなされるように互いに非同調的に作動
する吸着剤床からなる。
【００１２】再循環流れ１８と空気流れ１２が合わさっ
て合流流れ２２となり、これが予備精製ユニット２０中
で精製される。合流流れ２２が過半量部分と半量未満部
分（それぞれ過半量補助流れ（major subsidiary strea
m）２２ａと半量未満補助流れ（minor subsidiary stre
am）２２ｂとして表示）とに分割されるよう、ブースタ
ー圧縮機２３とアフタークーラー２４を含んだブースタ
ー圧縮工程が予備精製ユニット２０に連結されている。
当業界ではよく知られていることであるが、このような
方法においてブースター圧縮機を使用すると、メイン熱
交換器２５によって形成される冷却工程にて、高圧生成
物流れの気化が可能となる。このような気化と引き換え
に、半量未満補助流れ２２ｂが、メイン熱交換器２５中
にてその精留に適した温度に冷却される。この温度は通
常、空気の泡立ち点温度もしくはその近傍温度である。
当業界においてよく知られているように、半量未満補助
流れ２２ｂの圧力は、必要な気化作用を果たすだけの充
分な圧力に高められなければならない。過半量補助流れ
２２ａは、ほぼ空気の露点温度に冷却される。
【００１３】空気分離ユニット２６（装置１０の蒸留工
程として機能する）は、高圧塔２８と低圧塔３０を有す
る。塔２８と３０は、凝縮器−再沸器３２（これについ
ては後述する）を組み込むことによって熱交換関係にあ
る。塔２８と３０は、ランダムもしくは構造的充填物、
網目プレート、および泡鐘トレイなどの液体／蒸気接触
エレメントを有する。これらの接触エレメントは、混合
物の下降液相と上昇蒸気相を互いに密に接触させるため
に使用される。蒸気がそれぞれの塔中を、トレイからト
レイに、あるいは充填物を通って上昇するにつれて、空
気の高揮発性成分（例えば窒素）が益々濃縮されるよう
になる。液体が塔中を下降するにつれて、分離すべき混
合物の低揮発性成分（空気の場合には酸素）が益々濃縮
されるようになる。下降液体はさらに、重質不純物も濃
縮されるようになる。したがって、酸素生成物中には、
空気の重質成分（二酸化炭素や炭化水素）の濃縮が起こ
る。
【００１４】高圧塔２８は、符号３６で示す液体−蒸気
接触エレメント（トレイまたは充填物）を収容した延在
底部（extended bottom portion）３４を有する。過半
量補助流れ２２ａが延在底部３４に蒸気として導入さ
れ、この蒸気から重質不純物が下降液体によってスクラ
ビングされ、これによって延在底部３４のその底部に重
質不純物が濃縮される。重質不純物が濃縮された液体の
すべてが再循環流れ１８として取り出される。次いで再
循環流れ１８がポンプ３８によって、再循環流れ１８が
メイン熱交換器２５中で気化されるときに、延在底部３
４に捕集された液体の他の成分と共に重質不純物が気化
するに足る圧力にまでポンプ加圧される。次いで、再循
環流れ１８が空気流れ１２と合流できるよう、再循環流
れ１８が減圧弁４０によって空気流れ１２の圧力（圧縮
機１４による圧縮後の圧力）に減圧される。
【００１５】言うまでもないが、予備精製ユニット２０
は、流入空気流れ１２の重質不純物だけでなく、高圧塔
２８の延在底部３４に捕集された液相中の濃縮不純物も
絶えず除去している。同時に、重質不純物が液相中に濃
縮されるので、蒸気相は、空気の重質不純物濃度よりか
なり低い重質不純物濃度を有する。精留されるのは蒸気
相であり、したがって、最終的には空気の低揮発性成分
（すなわち酸素）中に濃縮するこのような重質不純物が
低濃度レベルで濃縮し、したがって酸素生成物中の不純
物レベルが低下するよう、重質不純物のレベルを低下さ
せることができる。
【００１６】半量未満補助流れ２２ｂが減圧弁４１によ
って、そして中間位置において高圧塔２８中に導入され
る。半量未満補助流れ２２ｂはスクラビング処理を受け
ないけれども、過半量補助流れ２２ａより小さな流量を
有する。したがって、過半量補助流れ２２ａの重質不純
物濃度レベルを低下させれば、液体酸素中の全体として
の重質不純物濃度が低下することになる。
【００１７】空気分離ユニット２６は、従来の態様で機
能する二段塔ユニットである。塔２８中を上昇する蒸気
相は、窒素が益々濃縮されるようになる。窒素の塔オー
バーヘッド流れ４２（空気の窒素高含量フラクションを
含んでいる）が高圧塔２８の頂部から取り出され、凝縮
器−再沸器３２によって凝縮される。第１の還流流れ４
４が高圧塔２８に戻され、これによって下降液相がつく
りだされ、液体酸素が益々濃縮されて、空気の酸素高含
量フラクションを形成する。下降液相が捕集され、高圧
塔２８からリッチ液体流れ（rich liquid stream）４６
として取り出される。図からわかるように、リッチ液体
流れ４６は、高圧塔２８における液体−蒸気接触エレメ
ント３６より上に位置するレベルから取り出される。し
たがってリッチ液体流れ４６は、高圧塔２８の延在底部
３４中に捕集された液相と混ざり合うことがない。凝縮
窒素の塔オーバーヘッド流れ４２から、さらに第２の還
流流れ４８が抜き取られる。リッチ液体流れ４６と第２
の還流流れ４８が過冷却器５０にて過冷却され、減圧弁
５２と５４によって低圧塔３０の圧力に減圧され、次い
で低圧塔３０に導入される。高圧塔２８の質量バランス
をとるために、還流流れ５５が取り出され、過冷却器５
０にて過冷却され、減圧弁５６によって減圧され、そし
て低圧塔３０に導入される。
【００１８】低圧塔３０においては、液相が下降し、酸
素が益々濃縮されていき、この結果低圧塔３０の底部に
空気の液体酸素フラクションとして捕集される。捕集さ
れた液体酸素が、凝縮器−再沸器３２を通過する窒素の
塔オーバーヘッド流れ４２を形成させる際に使用される
窒素高含量蒸気によって気化される。
【００１９】空気の窒素フラクションから形成される廃
棄窒素流れ５７が過冷却器５０を通過して、第２の還流
流れ４８、リッチ液体流れ４６、および還流流れ５５を
過冷却する。これにより、廃棄窒素流れ５７のある程度
の加温が引き起こされる。次いで廃棄窒素流れ５７がメ
イン熱交換器２５内で充分に加温され、このメイン熱交
換器において廃棄窒素流れは、流入する過半量補助流れ
２２ａと半量未満補助流れ２２ｂの温度を下げるよう作
用する。廃棄窒素流れの少なくとも一部がさらに、予備
精製ユニット２０を再生させるよう作用する。コールド
ボックスの熱放散と温端の熱含量との差をバランスさせ
るために、高圧塔２８から冷媒流れ（refrigerant stre
am）５８が抜き取られ、メイン熱交換器２５中である程
度加温される。ターボエキスパンダー６０内でのターボ
膨張後、冷媒流れ５８が低圧塔３０に導入される。
【００２０】低圧塔３０の底部から酸素生成物流れ６２
が取り出され、ポンプ６４によって必要な高圧にポンプ
加圧される。次いで酸素生成物流れ６２が、メイン熱交
換器２５中で気化される。酸素生成物流れ６２中に残留
不純物が濃縮しており、これらの不純物は酸素と共に気
化する。
【００２１】図２を参照すると、延在底部３４が液体−
蒸気接触エレメント３６を欠いており、代わりに合流流
れ２２の過半量部分（過半量補助流れ２２ａ）を相分離
するよう機能することができる。このようなケースで
は、過半量補助流れ２２ａがメイン熱交換器２５中であ
る程度冷却され、これによって過半量補助流れ２２ａが
液相と蒸気相を有するようになり、これらを延在底部３
４中で分離することができる。重質不純物が液相中に濃
縮され、高圧塔２８の延在底部３４のその底部に捕集さ
れる。蒸気相（重質不純物の含量が少ない）が蒸留工程
に付される。図示のように、リッチ液体流れ４６を最も
下のトレイ６６から取り出して、低圧塔３０内でさらに
精製すべき液相と延在底部３４内に捕集された液体との
混ざり合いを防ぐ。言うまでもないが、低圧塔３０には
トレイのない底部が取り付けられているけれども、別個
の相分離器を使用し、これを従来の塔に取り付けること
ができる。
【００２２】以下の説明は、図１の装置の運転を示した
算出例である。この例では、二酸化炭素が汚染物であ
る。しかしながら、沸騰酸素生成物から汚染物相または
汚染物高含量相として分離するいかなる汚染物に対して
も適用可能である。
【００２３】空気分離プラント１０における予備精製ユ
ニット２０は、ユニットに入ってくる二酸化炭素の９
９.９８％を除去する。流入空気流れ１２は、３５０vpm
（モル基準による ppm）の二酸化炭素を含有する。ある
程度精製された空気は０.０７vpm の二酸化炭素を含有
し、これが通常、低圧塔３０から取り出される液体酸素
中に捕集され、そこで空気は通常約０.３２vpm の二酸
化炭素を含有するようになる。酸素生成物は３.０bara
であることが必要とされ、このことは約８.６bara とい
う高められた空気圧力（boosted air pressure）を必要
とする。しかしながら、二酸化炭素の含量が約０.３２v
pm の場合は、メイン熱交換器での気化時における二酸
化炭素の相分離を避けるために、液体酸素を約４.５bar
a に加圧しなければならない。このような気化圧力（va
porization pressure）は、約１１bara という高められ
た空気圧力（余分で不必要なエネルギー消費）を必要と
する。
【００２４】高圧塔２８に蒸気として流入する空気を、
液体−蒸気接触エレメント３６（図１）内にて少量の液
体でスクラビングして二酸化炭素を取り除くか、あるい
はこれとは別にある程度凝縮させて、二酸化炭素のほと
んどを含有した液体を形成させる（図２）。このとき低
圧塔から取り出される液体酸素は０.０９３vpm の二酸
化炭素を含有し、３.１bara の気化圧力に適している。
約２.５vpm の二酸化炭素を含有した再循環流れ１８を
約１７bara という適切な高圧にポンプ加圧して、二酸
化炭素の沈積を防止する。約８.６bara という高められ
た空気圧力は、液体酸素とスクラバー塔底液の気化のた
めの熱伝達を果たすのに充分である。再循環流れ１８の
冷却ポテンシャルがメイン熱交換器２５において回復さ
れ、予備精製ユニット２０の上流にて空気流れ１２に再
循環流れを加えることによって、その圧力が酸素含量と
共にある程度回復される。
【００２５】さらに詳細に説明すると、１０００Ｎm3／
hr の流量の空気流れ１２が約５.５bara に圧縮され、
冷却され、そして予備精製ユニット２０に通される。予
備精製ユニット２０を半量未満補助流れ２２ｂとして出
る約３２２Ｎm3／hr の空気が、さらに約８.６bara に
圧縮される。過半量補助流れ２２ａと半量未満補助流れ
２２ｂの両方がメイン熱交換器中で冷却され、ここで過
半量補助流れ２２ａはその露点近くの温度で出ていき、
また半量未満補助流れ２２ｂは大部分液化された状態で
出ていく。
【００２６】過半量補助流れ２２ａは、高圧塔の下方セ
クション３４において、約２０Ｎm3／hr の液体によっ
て二酸化炭素をスクラビング除去される。約４０％の酸
素を含有するスクラバー塔底液が再循環流れ１８として
取り出され、これが約１７bara にポンプ加圧され、そ
してメイン熱交換器２５に通される。再循環流れ１８が
熱交換器を出ると、予備精製ユニット２０の上流にて空
気流れ１２に合流して合流流れ２２を形成する。
【００２７】本発明のプロセスは、冷却ポテンシャルを
得るための流れのターボ膨張を組み込んだ通常の二段塔
プロセスである。酸素を９５％含有した約２２０Ｎm3／
hrの液体酸素生成物が取り出され、３.１bara にポンプ
加圧され、メイン熱交換器に通され、ここで液体酸素生
成物が気化され、加熱され、そして約３bara の生成物
として供給される。低圧塔３０の頂部からの廃棄窒素流
れ５７が液体過冷却器５０に進み、次いでメイン熱交換
器中で加温される。このガスの部分を加熱し、予備精製
二重床ユニットの再生に使用することができる。
【００２８】好ましい実施態様を挙げて本発明を説明し
てきたが、当技術者にとっては、本発明の精神と範囲を
逸脱することなく、このような好ましい実施態様の形
で、種々の変形や改良形が可能であることは言うまでも
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための装置の概略図で
ある。
【図２】図１の別の実施態様の部分図である。
フロントページの続き (72)発明者 シドニー・エス・スターン アメリカ合衆国ニュージャージー州08904, ハイランド・パーク，ノース・ナインス・ アベニュー 21

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高揮発性成分、低揮発性の成分、および
    重質不純物を含んだガス混合物を分離して、前記ガス混
    合物の前記低揮発性成分を主として含有する生成物流れ
    を得る方法であって、 （ａ） 前記ガス混合物を低温精留プロセスにより処理
    して前記生成物流れを得る工程、このとき前記低温精留
    プロセスが、圧縮工程、冷却工程、蒸留工程、および前
    記圧縮工程と前記冷却工程との間に組み込まれた予備精
    製工程を含む； （ｂ） 前記重質不純物が濃縮された液体から再循環流
    れを形成させる工程； （ｃ） 前記再循環流れを、前記重質不純物が前記液体
    と共に気化するに足る圧力にポンプで加圧する工程； （ｄ） 前記再循環流れを気化させ、次いでこの気化さ
    せた再循環流れを、前記圧縮工程と前記予備精製工程と
    の間において前記ガス混合物の圧力にほぼ等しい圧力に
    減圧する工程； （ｅ） 前記再循環流れと分離すべき前記ガス混合物と
    を合わせて合流流れを形成させ、次いで前記合流流れを
    前記予備精製工程に導入する工程； （ｆ） 前記合流流れの少なくとも過半量を前記冷却工
    程に導入し、そして少なくとも過半量の前記合流流れを
    冷却した後に、前記重質不純物含量の少ない蒸気が形成
    されるよう、少なくとも過半量の前記合流流れ中に含有
    されている前記重質不純物を、前記再循環流れを形成さ
    せる際に使用される前記液体中に濃縮する工程；および （ｇ） 前記蒸気を前記蒸留工程に導入して前記生成物
    流れを得る工程、これによって前記生成物流れは、前記
    重質不純物が前記液体中に濃縮されていなければ得られ
    たであろう濃度未満の、減少した濃度の前記重質不純物
    を含む；を含む前記方法。
  2. 【請求項２】 少なくとも過半量の前記合流流れが、前
    記冷却工程と前記蒸留工程との間において前記液体と前
    記蒸気を含むよう、少なくとも過半量の前記合流流れを
    ある程度冷却し；そして前記蒸気と前記液体を分離する
    ことによって；前記重質不純物が前記液体中に濃縮され
    る、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記蒸留工程時の下降液相から形成され
    る下降液体を使用して、少なくとも過半量の前記合流流
    れをスクラビングすることによって、前記重質不純物が
    前記液体中に濃縮される、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記低温精留プロセスが、前記生成物流
    れが最初は液体生成物流れとなるよう行われ、そして前
    記方法がさらに、 （ａ） 前記液体生成物流れをポンプで加圧して高圧に
    する工程； （ｂ） 前記冷却工程時に前記液体生成物流れを気化さ
    せて、前記生成物流れを前記高圧にて得る工程； （ｃ） 少なくとも過半量の前記合流流れが過半量補助
    流れから形成されるよう、前記合流流れを過半量補助流
    れと半量未満補助流れとに分ける工程； （ｄ） 前記半量未満補助流れが高められた圧力を有す
    るよう、前記半量未満補助流れをブースター圧縮工程に
    より処理する工程； （ｅ） 前記半量未満補助流れを、前記液体生成物流れ
    の方向に対して向流の方向で前記冷却工程中に導入する
    工程；および （ｆ） 前記冷却工程後の前記半量未満補助流れを前記
    蒸留工程中に導入する工程；を含む、請求項２記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記低温精留プロセスが、前記生成物流
    れが最初は液体生成物流れとなるよう行われ、そして前
    記方法がさらに、 （ａ） 前記液体生成物流れをポンプで加圧して高圧に
    する工程； （ｂ） 前記冷却工程時に前記液体生成物流れを気化さ
    せて、前記生成物流れを前記高圧にて得る工程； （ｃ） 少なくとも過半量の前記合流流れが過半量補助
    流れから形成されるよう、前記合流流れを過半量補助流
    れと半量未満補助流れとに分ける工程； （ｄ） 前記半量未満補助流れが高められた圧力を有す
    るよう、前記半量未満補助流れをブースター圧縮工程に
    より処理する工程； （ｅ） 前記半量未満補助流れを、前記液体生成物流れ
    の方向に対して向流の方向で前記冷却工程中に導入する
    工程；および （ｆ） 前記冷却工程後の前記半量未満補助流れを前記
    蒸留工程中に導入する工程；を含む、請求項３記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記ガス混合物が空気を含み、前記の高
    揮発性成分と低揮発性成分がそれぞれ窒素と酸素を含
    み、前記重質不純物が二酸化炭素と炭化水素を含み；前
    記蒸留工程が、高圧塔と低圧塔とを熱伝達関係にて連結
    した二段塔空気分離ユニットを含み；前記高圧塔中で空
    気が酸素高含量フラクションと窒素高含量フラクション
    に精製されるよう、前記蒸気と前記半量未満補助流れが
    前記二段塔空気分離ユニット中に導入され、前記酸素高
    含量フラクションを含んだ酸素高含量流れが、さらなる
    精製のために前記低圧塔中に導入され、これによって液
    体酸素フラクションと窒素フラクションが得られ；そし
    て前記液体生成物流れが前記低圧塔から取り出され、前
    記液体酸素フラクションを含む；請求項４または５に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 高揮発性成分、低揮発性の成分、および
    重質不純物を含んだガス混合物を分離して、前記ガス混
    合物の前記低揮発性成分を主として含有する生成物流れ
    を得るための装置であって、圧縮工程、冷却工程、蒸留
    工程、および前記圧縮工程と前記冷却工程との間に組み
    込まれた予備精製工程を有する、前記生成物流れを得る
    ための低温精留手段を含み、このとき前記低温精留手段
    がさらに、 （ａ） 前記重質不純物中に濃縮された液体から形成さ
    れる再循環流れを、前記重質不純物が前記液体と共に気
    化するに足る圧力にまで加圧するためのポンプ、このと
    き前記ポンプは、前記再循環流れが前記冷却工程時に気
    化するよう、前記冷却工程に連結されている； （ｂ） 前記再循環流れが分離すべき前記ガス混合物と
    合流して、前記予備精製工程を流れる合流流れを形成す
    るよう、前記冷却工程および前記予備精製工程と連通状
    態にある減圧弁、このとき前記冷却工程は、前記合流流
    れの少なくとも過半量が前記冷却工程を流れるよう、前
    記予備精製工程に連結されている；および （ｃ） 前記再循環流れと前記重質不純物含量の少ない
    蒸気が形成されるよう、そして前記蒸気が前記蒸留工程
    に流入して前記生成物流れを生成するよう、前記合流流
    れ中に含有されている前記重質不純物を前記液体中に濃
    縮するための、前記冷却工程と前記蒸留工程に連結され
    ている手段、これによって前記生成物流れは、前記重質
    不純物が前記液体中に濃縮されていなければ得られたで
    あろう濃度未満の、減少した濃度の前記重質不純物を含
    む；を含む、前記装置。
  8. 【請求項８】 少なくとも過半量の前記合流流れが、前
    記冷却工程と前記蒸留工程との間において前記液体と前
    記蒸気を含むよう、少なくとも過半量の前記合流流れ
    が、前記冷却工程時にある程度冷却され；そして少なく
    とも過半量の前記合流流れが、相分離器において前記液
    体と前記蒸気に分離されるよう、そして前記蒸気が前記
    蒸留工程に流入するよう、前記重質不純物濃縮手段が、
    前記冷却工程と前記蒸留工程とに連結された相分離器を
    含む；請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記蒸留工程が、下降液相から形成され
    る下降液体を生成し；そして少なくとも過半量の前記合
    流流れが前記下降液体によってスクラビングされて、前
    記再循環流れを形成する際に使用される前記液体を生成
    するよう、前記重質不純物濃縮手段が、前記下降液体を
    受け取るよう形造られた、また少なくとも過半量の前記
    合流流れを蒸気として受け取り、これによって液体−蒸
    気接触エレメント中に前記下降液体と密に接触する上昇
    相を形成するよう形造られた液体−蒸気接触エレメント
    を含む；請求項７記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記蒸留工程が、液体生成物流れが得
    られるよう配置構成されており；前記低温精留手段がさ
    らに、 （ａ） 前記液体生成物流れがポンプ加圧されて高圧と
    なり、次いで前記冷却工程時に気化されて前記生成物流
    れを前記高圧にて生成するよう、前記蒸留工程と前記冷
    却工程との間に連結されたポンプ；および（ｂ） 高め
    られた圧力を有する半量未満補助流れが得られるよう、
    また少なくとも過半量の前記合流流れが過半量補助流れ
    を含むよう、半量未満の前記合流流れを高められた圧力
    にて処理するためのブースター圧縮手段；を含み、この
    とき前記半量未満補助流れが、前記液体生成物流れの方
    向に対して向流の方向にて前記冷却工程に流入するよ
    う、前記冷却工程が前記ブースター圧縮手段に連結され
    ており；前記半量未満補助流れが前記冷却工程後に前記
    蒸留工程に流入するよう、前記蒸留工程が前記冷却工程
    に連結されており；そして前記半量未満補助流れの前記
    高められた圧力が、前記冷却工程時に前記補助流れの冷
    却と引き換えに前記液体生成物流れが気化されるに足る
    高い圧力である；請求項８記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記ガス混合物が空気を含み、前記の
    高揮発性成分と低揮発性成分がそれぞれ窒素と酸素を含
    み、前記重質不純物が二酸化炭素と炭化水素を含み；前
    記蒸留工程が、高圧塔と低圧塔とを熱伝達関係にて連結
    した二段塔空気分離ユニットを含み；前記相分離器が、
    前記高圧塔の広げられた底部を含み；前記蒸気と前記半
    量未満補助流れが前記二段塔空気分離ユニットに流入
    し、前記高圧塔中で空気が酸素高含量フラクションと窒
    素高含量フラクションに精製されるよう、前記冷却工程
    と前記蒸留工程とが連結されており、前記酸素高含量フ
    ラクションを含んだ酸素高含量流れが、前記の広げられ
    た底部より上にて前記高圧塔から排出され、前記低圧塔
    中に流入してさらに精製され、これによって液体酸素フ
    ラクションと窒素フラクションが得られるよう、前記高
    圧塔と前記低圧塔とが連結されており；そして前記液体
    生成物流れが前記液体酸素フラクションを含むよう、前
    記ポンプが前記低圧塔に連結されている；請求項１０記
    載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記蒸留工程が、液体生成物流れが得
    られるよう配置構成されており；前記低温精留手段がさ
    らに、 （ａ） 前記液体生成物流れがポンプ加圧されて高圧と
    なり、次いで前記冷却工程時に気化されて前記生成物流
    れを前記高圧にて生成するよう、前記蒸留工程と前記冷
    却工程との間に連結されたポンプ；および（ｂ） 高め
    られた圧力を有する半量未満補助流れが得られるよう、
    また少なくとも過半量の前記合流流れが過半量補助流れ
    を含むよう、半量未満の前記合流流れを高められた圧力
    にて処理するためのブースター圧縮手段；を含み、この
    とき前記半量未満補助流れが、前記液体生成物流れの方
    向に対して向流の方向にて前記冷却工程に流入するよ
    う、前記冷却工程が前記ブースター圧縮手段に連結され
    ており；前記半量未満補助流れが前記冷却工程後に前記
    蒸留工程に流入するよう、前記蒸留工程が前記冷却工程
    に連結されており；そして前記半量未満補助流れの前記
    高められた圧力が、前記冷却工程時に前記補助流れの冷
    却と引き換えに前記液体生成物流れが気化されるに足る
    高い圧力である；請求項９記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記ガス混合物が空気を含み、前記の
    高揮発性成分と低揮発性成分がそれぞれ窒素と酸素を含
    み、前記重質不純物が二酸化炭素と炭化水素を含み；前
    記蒸留工程が、高圧塔と低圧塔とを熱伝達関係にて連結
    した二段塔空気分離ユニットを含み；前記相分離器が、
    前記高圧塔の広げられた底部を含み；前記蒸気と前記半
    量未満補助流れが前記二段塔空気分離ユニットに流入
    し、前記高圧塔中で空気が酸素高含量フラクションと窒
    素高含量フラクションに精製されるよう、前記冷却工程
    と前記蒸留工程とが連結されており、前記酸素高含量フ
    ラクションを含んだ酸素高含量流れが、前記の広げられ
    た底部より上にて前記高圧塔から排出され、前記低圧塔
    中に流入してさらに精製され、これによって液体酸素フ
    ラクションと窒素フラクションが得られるよう、前記高
    圧塔と前記低圧塔とが連結されており；そして前記液体
    生成物流れが前記液体酸素フラクションを含むよう、前
    記ポンプが前記低圧塔に連結されている；請求項１２記
    載の装置。
JP7190389A 1994-08-17 1995-07-26 ガス混合物から低揮発性成分を主として含有する生成物流れを分離するための低温精留方法および装置 Pending JPH0861843A (ja)

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