JPH10227560A - 空気分離方法 - Google Patents

空気分離方法

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JPH10227560A JP10028576A JP2857698A JPH10227560A JP H10227560 A JPH10227560 A JP H10227560A JP 10028576 A JP10028576 A JP 10028576A JP 2857698 A JP2857698 A JP 2857698A JP H10227560 A JPH10227560 A JP H10227560A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱的に連結した二塔式の蒸留塔装置を、仕事
膨張の寒冷のために追加の圧縮を必要とせずに寒冷を供
給しながら低圧塔の焚き上げ量を増加させるよう運転す
る空気の分離方法を提供する。 【解決手段】 高圧塔１７と低圧塔２９とを含む二塔式
の低温空気分離装置を、酸素を少なくとも２０モル％含
有している液体流２０５を高圧塔１７と低圧塔２９の中
間圧力で気化させ、気化した流れ２１３を仕事膨張さ
せ、その結果得られた膨張流２２３を低圧塔２９へ導入
することにより、低圧塔２９における焚き上げ量を増加
させるよう運転する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱的に連結した二
塔式の蒸留塔装置を、仕事膨張の寒冷のために追加の圧
縮を必要とせずに寒冷を供給しながら低圧塔の焚き上げ
量を増加させるよう運転する空気の分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】空気
は、酸素と窒素を回収するため、熱的に連結した二塔式
の蒸留塔装置を利用する周知の低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉ
ｃ）蒸留法により分離することができる。この周知の方
法の代表的な解説は、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅ
ｅｒｉｎｇＰｒｏｇｒｅｓｓ，６３（２），３５−５９
（１９６７）に掲載されたＲ．Ｅ．Ｌａｔｉｍａｒによ
る論文“Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒ”に
開示されている。総合的な分離効率を上昇させるため
に、第三の塔を二塔式装置と組み合わせてもよい。随意
に、別個のアルゴン蒸留塔の中間の側流（サイドストリ
ーム）からアルゴンを回収してもよい。
【０００３】二塔式の低温空気分離装置の運転において
は、低圧塔の塔底部の焚き上げ（沸騰）蒸気の量が原料
空気からの酸素の回収率を決定する主要な因子であるこ
とが一般に認められている。焚き上げ速度が低下する
と、同じように酸素の回収率は低下する。焚き上げの低
下に伴う酸素回収率のこの低下は、酸素製品の純度が約
９８モル％より高い場合により大きくなる。
【０００４】二塔式プロセスのいくつかの特徴は、焚き
上げを減少させることがあり、それにより酸素回収率を
低下させることがある。一例において、所望の窒素製品
の一部又は全部を低圧塔からよりも高圧塔から抜き出す
ことが有益である。これは有利なことであり、且つ、窒
素製品の圧縮の工程をなくし、そしてこのことは資本費
を減少させ、場合によっては動力消費量を低下させる。
ところが、高圧塔から窒素蒸気を抜き出すと低圧塔での
焚き上げが減り、酸素回収率が低下するので、不都合が
起きる。
【０００５】空気分離プロセスでは、周囲環境からの熱
の漏れ込みを阻止するためと所望される場合には製品の
一部又は全部を液体として生産するために、寒冷が必要
とされる。この寒冷は一般に、選ばれたプロセス流の仕
事膨張により供給される。寒冷要求量が穏当なときは、
高圧の空気原料のうちの一部分を仕事膨張させて低圧塔
へ直接送り込むことで寒冷を供給することができる。こ
の場合、高圧塔への蒸気流量は必然的に減少し、そして
低圧塔の塔底部での焚き上げも減少して、その結果とし
て酸素回収率が低下する。
【０００６】寒冷を供給するもう一つの普通の手段は、
空気原料流を仕事膨張させて高圧塔へ送り込むことであ
る。この場合には、空気を膨張の前に高圧塔より高い圧
力まで圧縮することが必要であり、これは動力費と資本
費の増大を付加する。
【０００７】低圧塔の塔底部での焚き上げを増加させる
ために、当該技術においては多数の考えが提案されてい
る。これらの考えは、（１）膨張させて低圧塔へ送るべ
き流れの圧力を圧縮機を用いて上昇させる、（２）膨張
させて高圧塔へ送る、（３）低圧塔の下方部分でヒート
ポンプを利用する、（４）プロセス内の液を沸騰させそ
して得られた蒸気を膨張させる、という四つのカテゴリ
ーに分類することができる。
【０００８】膨張させて低圧塔へ送るべき流れの圧力を
上昇させることの利益は、ドイツ特許第２８５４５０８
号明細書に開示されており、それはエキスパンダー（膨
張機）により発生させたエネルギーを使って圧縮機を駆
動して、膨張させるべき流体の圧力を上昇させることを
提案している。この手法は、エキスパンダーの流量を減
少させるという所望の効果を奏し、空気分離産業におい
てよく用いられている。
【０００９】もう一つの普通のやり方は、高圧塔への原
料空気を膨張させることである。この手法の例は、米国
特許第５３８６６９１号及び同第５３９８５１４号明細
書に開示されており、それらは高圧塔への空気の膨張は
低圧塔での焚き上げを増加させるという所望の効果をも
たらすことを教示している。ところが、追加の圧縮エネ
ルギーを原料に対し供給しなくてはならない。この手法
は、低圧塔への空気を膨張させるのと比較して酸素の回
収率（そしてアルゴンが所望される製品である場合には
アルゴンの回収率）を上昇させるが、酸素の単位生産量
当たりに必要とされる動力を必ずしも低下させない。
【００１０】米国特許第５２４５８３１号明細書には、
低圧塔の塔底部分でヒートポンプを利用することが酸素
回収率を上昇させることが開示されている。これは一般
に、より高いアルゴン回収率も所望される場合にのみ魅
力のあるものである。再循環流を供給するために外部か
ら圧縮エネルギーを供給しなくてはならないので、酸素
の単位生産量当たりに必要とされる動力は大きく変化し
ない。
【００１１】プロセス内の液を気化させて得られた蒸気
を膨張させるという、アルゴン回収率を上昇させそして
寒冷の発生を増加させる別法が、米国特許第４７３７１
７７号明細書に開示されている。高圧塔の塔底液流をア
ルゴン塔の中間凝縮器で一部分気化させる。この気化は
中間の圧力で行い、そして得られた蒸気を加温し仕事膨
張させて寒冷を生じさせる。膨張した流れは低圧塔への
供給原料となる。米国特許第５４６９７１０号明細書に
は、気化させ膨張させて低圧塔へ送り込むという関連す
る手法が開示されており、ここではアルゴン塔の塔頂部
で液を沸騰させてアルゴン塔の全部の還流を供給してい
る。この沸騰により作られた蒸気を加温し、ターボ膨張
させて寒冷を生じさせ、次いで低圧塔へ供給原料として
送る。気化のための液体の源は、原料空気の分縮もしく
は全縮から得られる液か、又は高圧塔からの塔底液であ
る。焚き上げを増加させることの利益は、酸素製品の純
度が約９８モル％よりも高い場合により大きくなる。
【００１２】低圧塔の焚き上げ速度を増大させる方法
は、高純度の酸素製品が必要とされる場合には殊に、酸
素回収率を上昇させるために望ましいものである。焚き
上げのこの増加を達成するのに圧縮能力の増大を必要と
しない方法が、より好ましい。下記に開示されそして特
許請求の範囲により定義される本発明は、仕事膨張の寒
冷のために追加の圧縮を必要とせずに空気分離装置のた
めの寒冷を供給しながら低圧塔の焚き上げ速度を上昇さ
せる方法である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】高圧蒸留塔と、この高圧
蒸留塔と熱的に連結される低圧蒸留塔とを含む低温空気
分離装置で空気を分離するための周知の方法では、空気
を圧縮し、精製して高沸点の汚染物を取り除き、この圧
縮し精製した空気のうちの少なくとも一部分を冷却して
高圧塔で蒸留し、高圧塔からの塔底液のうちの少なくと
も一部分を低圧塔で蒸留し、そして窒素に富んだ少なく
とも一つの流れと酸素に富んだ少なくとも一つの流れを
装置から抜き出す。本発明は、この空気分離装置の運転
のために必要とされる寒冷のうちの一部分を提供するた
めの方法であり、この方法は下記の工程（ａ）〜（ｃ）
を含む。
【００１４】（ａ）酸素を少なくとも約２０モル％含有
している凝縮液を、低圧塔におけるいずれかの圧力と高
圧塔におけるいずれかの圧力との間の圧力で気化させて
中間圧力の蒸気を得る工程。 （ｂ）この中間圧力の蒸気を仕事膨張させて、得られた
仕事膨張した流れを低圧塔へ導入する工程。 （ｃ）工程（ａ）で液を気化させるための熱を、低圧塔
から抜き出した側流蒸気のうちの少なくとも一部分との
間接熱交換で冷却した中間流を生じさせることにより供
給する工程。
【００１５】酸素を少なくとも約２０モル％含有してい
る凝縮液は、好ましくは、高圧塔からの塔底液のうちの
一部分により供給される。高圧塔からの塔底液のうちの
この一部分は、気化の前に、冷却しそして減圧すること
ができる。工程（ｃ）の側流蒸気は一般に、約５モル％
未満の窒素を含有する。工程（ａ）での凝縮液の気化
は、中間圧力の液ももたらし、これは次いで減圧して低
圧塔へ導入することができる。部分的に凝縮していても
あるいは完全に凝縮していてもよい、すなわち二相の気
−液流であっても単相の液体流であってもよい、工程
（ｃ）の冷却した中間流は、好ましくは、低圧塔へ戻さ
れる。中間圧力の蒸気は、仕事膨張の前に加温すること
ができる。
【００１６】本発明の更に別の態様においては、工程
（ｃ）の冷却した中間流をアルゴン回収蒸留塔（アルゴ
ン塔）へ導入する。工程（ｃ）で低圧塔から抜き出され
た側流蒸気のうちの一部分をこのアルゴン回収蒸留塔へ
導入することもできる。アルゴン回収蒸留塔からは、ア
ルゴンに富んだ塔頂流を抜き出して冷却し、その結果得
られた凝縮液としての冷却したアルゴンに富んだ塔頂生
成物のうちの少なくとも一部分を塔へ還流として戻し、
残りの冷却したアルゴンに富んだ流れを製品として抜き
出す。この冷却したアルゴンに富んだ流れは部分的に凝
縮させても完全に凝縮させてもよく、すなわち二相の気
−液流であっても単相の液体流であってもよい。
【００１７】工程（ａ）での凝縮液の気化は、中間圧力
の液ももたらし、これをこの態様では減圧し、上記のア
ルゴンに富んだ塔頂流との間接熱交換で加温して、加温
し減圧した中間流を得ることができ、この間接熱交換で
上記の冷却したアルゴンに富んだ塔頂生成物を与えるこ
とができる。
【００１８】アルゴン回収蒸留塔から塔底液流を抜き出
して、低圧塔へ導入することができる。随意に、上記の
加温し減圧した中間流を低圧塔へ導入する。
【００１９】高圧塔の塔頂から窒素製品を蒸気として抜
き出し、周囲温度まで加温して窒素ガス製品を提供する
ことができる。あるいは、高圧塔の塔頂から窒素を液と
して抜き出し、この液をポンプで高圧にし、そしてこの
液を気化させて高圧の窒素ガス製品を提供することがで
きる。所望ならば、高圧塔の塔頂から窒素製品を液とし
て抜き出し、この液をポンプで高圧にし、そしてこの液
を気化させて高圧の窒素ガス製品を提供する一方で、同
時に別の窒素製品を高圧塔の塔頂から蒸気として抜き出
し、周囲温度まで加温して窒素ガス製品を提供してもよ
い。
【００２０】低圧塔の塔底部からは、酸素流を抜き出し
て主酸素製品を提供することができる。このほかに、低
圧塔の塔底部より上方の箇所から中間酸素流を抜き出し
て中間酸素製品を提供してもよい。この中間酸素製品は
主酸素製品より純度が低い。
【００２１】
【発明の実施の形態】二塔式空気分離装置の運転では、
低圧塔の塔底部の焚き上げ蒸気量が原料空気からの酸素
の回収率を決定する主要な因子であることが一般に認め
られている。焚き上げ速度が低下すると、同じように酸
素の回収率は低下する。焚き上げの低下に伴う酸素回収
率のこの低下は、酸素製品純度が約９８モル％より高い
場合により大きくなる。従って、低圧塔における焚き上
げ速度を上昇させる方法は、高純度の酸素製品が必要と
される場合において殊に、望ましいものである。以下で
詳しく説明される本発明は、空気分離装置のために寒冷
を供給する一方で低圧塔の焚き上げ速度を上昇させる方
法である。
【００２２】酸素と窒素は、図１に示したように当該技
術において知られているタイプの標準的な二塔式蒸留装
置で生産される。空気１を主空気圧縮機３で圧縮してお
よそ８０ｐｓｉａ（５５２ｋＰａ（絶対圧））の代表的
圧力にするが、空気１は約５０ｐｓｉａ（３４５ｋＰａ
（絶対圧））より高い任意の適当な圧力であることがで
きる。圧縮した空気を冷却器５で冷却し、吸着精製装置
７で処理して、水、ＣＯ2 そして炭化水素類といったよ
うな沸点の高い汚染物を除去してこれらの成分が下流で
凍結するのを防止する。精製した原料空気９は三つの流
れに分割される。原料空気９の典型的に約６０％である
流れ１１は、主熱交換器１３で冷却して、高圧蒸留塔１
７の底部から供給原料として導入される冷却空気１５に
される。原料空気９の典型的に約３０％の流れ１９は、
ブースター圧縮機２１で更に圧縮され、冷却器２３で周
囲温度近くまで冷却され、主熱交換器１３で更に冷却さ
れそして液化されて、熱交換器２５で更に冷却され、絞
り弁２７を通して減圧され、そして低圧塔２９へ低圧供
給原料３１として導入される。
【００２３】原料空気９の残りの流れ３３は、圧縮機３
５で更に圧縮され、冷却器３７で周囲温度近くまで冷却
され、主熱交換器１３で更に冷却されて、更なる冷却を
行うターボエキスパンダー３９で仕事膨張させられ、そ
の結果得られた冷却した膨張流４１が低圧塔２９へ導入
される。この特徴は一般に空気エキスパンダーと呼ばれ
ていて、そして圧縮機３５とターボエキスパンダー３９
とは一般に、ターボエキスパンダーが圧縮機を駆動する
よう機械的に連結される。高圧塔１７と低圧塔２９は、
当該技術において知られているように、リボイラー−コ
ンデンサー４２により熱的に連結される。
【００２４】高圧塔１７では、空気を精留して三つの流
れを製造する。これらのうちの第一のものは窒素に富ん
だ液体の塔頂生成物４３であって、これは熱交換器２５
で冷却し、絞り弁４５を通して減圧して、低圧塔２９へ
低圧供給原料４７として導入される。第二の流れは窒素
に富んだ蒸気４９であり、これは主熱交換器１３で加温
されて窒素製品５１を提供する。第三の流れは酸素に富
んだ塔底液５３であり、これは熱交換器２５で冷却さ
れ、絞り弁５５を通して減圧され、低圧塔２９へ低圧供
給原料５７として導入される。
【００２５】低圧塔２９では、上記三つの供給原料流を
分離して液体酸素５９と低圧塔頂蒸気６５とにし、前者
はポンプ６１で所望の圧力まで昇圧し、主熱交換器１３
で気化させて高圧酸素製品６３を提供し、後者は熱交換
器２５と１３で加温されて廃棄物流６７となる。
【００２６】本発明を、図１の従来技術の方法と関連づ
けて図２に示す。本発明では、冷却した膨張空気流４１
を熱交換器２０１で更に冷却してから、低圧塔２９へ更
に冷却した原料流２０３として導入する。高圧塔１７か
らの酸素に富んだ塔底液５３を、熱交換器２５で冷却後
に、二つの流れに分割し、すなわち絞り弁で減圧して低
圧塔２９へ送られる先に説明したとおりの流れ５４と、
絞り弁２０７を通して、高圧塔１７の任意の箇所におけ
る圧力と低圧塔２９の任意の箇所における圧力との中間
の圧力まで減圧される流れ２０５とに分割する。絞り弁
で減圧された流れ２０９の圧力は、通常、低圧塔２９に
おける最高圧力よりも約１０〜２０ｐｓｉ（６９〜１３
８ｋＰａ）高い。減圧流２０９はリボイラー熱交換器２
１１へ進み、そこで一部分が気化されて、中間圧力の蒸
気２１３と中間圧力の液２１５とを生じさせる。液２１
５は絞り弁２１７を通して減圧して低圧塔２９へ導入さ
れる。蒸気２１３は熱交換器２０１で加温し、それによ
り先に説明したように流れ４１を冷却して、結果として
得られた加温した中間圧力流２１９をターボエキスパン
ダー２２１で仕事膨張させる。その結果得られた冷却し
膨張させた流れ２２３が低圧塔２９へ導入される。
【００２７】低圧塔２９から側流蒸気２２５を抜き出
し、沸騰−凝縮熱交換器２１１で冷却し且つ部分的又は
完全に凝縮させて、先に説明した流れ２０９の部分的気
化のための熱を供給する。部分的に凝縮していても完全
に凝縮していてもよい冷却された流れ２２７は、適当な
箇所で低圧塔へ２９へ戻される。
【００２８】側流２２５を使って中間圧力流２０９を気
化させてから蒸気２１９を仕事膨張させる（熱交換器２
０１で随意に加温後に）ことが、本発明の重要な特徴で
ある。ターボエキスパンダー２２１を通しての仕事膨張
により作られる寒冷は、ターボエキスパンダー３９に要
求される寒冷を減少させて、これが流れ３３の必要流量
を低下させる。これは、高圧塔１７への冷却された空気
１５の流量を増加させ、そしてそれは低圧塔２９の塔底
でリボイラー−コンデンサー４２によってなされる焚き
上げを増加させて、酸素製品流５９の流量がより多い状
態で酸素回収率が増大するという最終的な有益な効果を
もたらす。
【００２９】本発明の別の態様を図３に示す。低圧塔２
９からの側流２２５のうちの一部分３０１を熱交換器２
１１で少なくとも部分的に凝縮させ、得られた流れ３０
３をアルゴン回収蒸留塔（アルゴン塔）３０５へ導入す
る。側流２２５の残り３０７はアルゴン回収蒸留塔３０
５の塔底部から導入する。アルゴンのなくなった塔底流
３０９を抜き出して低圧塔２９へ戻す。アルゴン塔３０
５からのアルゴンに富んだ塔頂蒸気は、コンデンサー３
１１で部分的に又は完全に凝縮させ、得られた凝縮液の
一部分がこの塔のための還流を提供し、残りはアルゴン
に富んだ製品３１３として抜き出される。
【００３０】リボイラー−コンデンサー熱交換器２１１
での流れ３０１の凝縮のための冷却は、図２を参照して
説明したように流れ２０９の部分的な気化によりなされ
る。蒸気２１３は熱交換器２０１で随意に加温されて、
先に説明したようにターボエキスパンダー２２１で仕事
膨張させられる。熱交換器２１１からの液３１５は、絞
り弁３１７を通して減圧されて、コンデンサー３１１で
の間接熱移動によりアルゴン回収蒸留塔３０５からの塔
頂蒸気を部分的又は完全に凝縮させるために必要な冷却
を行う。その結果として得られた気化した流れ３１９は
低圧蒸留塔２９へ導入される。
【００３１】図３の態様では、図２の態様でのように、
ターボエキスパンダー２２１を通しての仕事膨張により
生じた寒冷がターボエキスパンダー３９に要求される寒
冷を減少させて、これが流れ３３の必要流量を低下させ
る。これは、高圧塔１７への冷却された空気１５の流量
を増加させ、そしてそれは低圧塔２９の塔底でリボイラ
ー−コンデンサー４２によってなされる焚き上げを増加
させて、酸素流５９の流量がより多い状態で酸素回収率
が増大するという最終的な有益な効果をもたらす。その
上、アルゴンの回収率が、ターボエキスパンダー２２１
を通しての仕事膨張を利用しない場合に実現される回収
率よりも上昇する。
【００３２】この開示のプロセスの説明において、「…
…に富んだ」という用語は、分離工程から抜き出した、
その工程への全供給原料中に存在するよりも高いモル分
率の成分を含有している流れ中の当該成分に対して適用
される。全供給原料とは、単一の供給原料流だけのこと
もあり、多数の供給原料流を含むこともある。
【００３３】図２と図３に態様を示した本発明において
は、プロセスの変更が可能である。一つの変更では、図
３の凝縮流３０３を、装置の簡略化のために、アルゴン
回収蒸留塔３０５から戻される塔底液３０９と混合する
ことができる。もう一つのオプションでは、蒸気３０１
をリボイラー−コンデンサー熱交換器２１１へ低圧塔２
９の別の箇所から供給して、流れ３０７でアルゴン回収
蒸留塔３０５への原料を供給しそして流れ３０３を低圧
塔２９へ戻すようにすることができる。
【００３４】本発明に対するこのほかの変更が可能であ
る。例えば、酸素製品６３を、低圧塔２９の圧力の液体
酸素５９を気化させてガスとして提供することができよ
う。その場合には、空気のブースター圧縮機２１とポン
プ６１は必要なく、空気流１９の流量は流れ１１に含ま
れよう。もう一つの別法では、図２と図３に示された圧
縮機３５とターボエキスパンダー３９とを含む空気エキ
スパンダーを別の構成の空気エキスパンダーと取り替え
ることができよう。
【００３５】図２と３に示された熱交換器２０１はター
ボエキスパンダー２２１で仕事膨張する前の蒸気２１３
を加温する。別の構成を使用してもよく、例えば、流れ
２１３を熱交換器２５で加温してから仕事膨張させると
いったような構成を使用してもよい。任意的に、流れ２
１３を熱交換器２５で部分的に加温しそして更に主熱交
換器１３で加温してから仕事膨張させてもよい。もう一
つの別法では、流れ２１３を予熱せずに仕事膨張させて
もよく、その場合にはターボエキスパンダー３９の吐出
流４１は直接低圧塔２９へ進む。なおもう一つの別法で
は、仕事膨張させた流れ２２３を間接熱交換により冷却
してから低圧塔２９へ導入することができる。
【００３６】図２と３に示したように、窒素製品４９は
高圧塔１７から蒸気として抜き出される。あるいはま
た、窒素製品は、高圧塔１７のほかにも、あるいはそれ
の代わりに、低圧塔２９の塔頂部から抜き出してもよ
い。もう一つの別様式においては、高圧塔１７からの窒
素に富んだ液の塔頂生成物４３のうちの一部分４４（図
２）をポンプ４６で昇圧し、熱交換器１３で気化させ
て、高圧の窒素製品４８を提供する。この別様式は、図
３の態様で使用することもできる（図示せず）。所望な
らば、二つの窒素製品４４と４９を高圧塔１７から同時
に抜き出すことができる。
【００３７】液体酸素５９は、低圧塔の塔底部から抜き
出し、ポンプ６１で昇圧し、熱交換器１３で気化させ
て、一般に少なくとも約９８モル％の酸素を含有してい
る主酸素製品６３を提供することができる。所望なら
ば、液体酸素５９のうちの一部又は全部を、昇圧あるい
は気化させることなく最終製品として直接抜き出しても
よい。液体の生産は低圧塔２９における焚き上げを減少
させるので、本発明はこの場合に特に有益である。
【００３８】主酸素製品を流れ５９として（気化させあ
るいはさせずに）抜き出すほかに、低圧塔２９の中間の
箇所から中間酸素流を蒸気としてあるいは液として抜き
出し、そして随意に加温して、一般に酸素を約９８モル
％未満含有しているより低純度の酸素製品を提供するこ
とができる。例えば、図３に示したように、中間純度の
液体酸素流５０を抜き出し、ポンプ５２で昇圧し熱交換
器１３で気化させて、低純度の酸素製品５４を提供す
る。従ってこのオプションは純度の異なる二つの酸素製
品を提供するものであり、酸素製造についての比動力を
低下させるのに有益であろう。このオプションは、図２
の態様に関連して使用することもできる（図示せず）。
【００３９】高圧塔１７からの塔底液５３のうちの一部
分２０５を、図２と図３に示されたように、減圧して熱
交換器２１１で気化させる。あるいはまた、ほかの液体
流を気化させてもよく、例えば、高圧塔１７の下方の数
段からの液あるいは主熱交換器１３での冷却により液化
される流れ３１のうちの少なくとも一部分といったもの
を気化させることができる。もう一つの別法は、低圧塔
２９から液を抜き出して、それを中間圧力に昇圧し、そ
して得られた流れを熱交換器２１１で気化させることで
ある。なおもう一つに別法は、高圧塔１７への供給原料
１５を部分的に凝縮させるものであり、供給原料１５を
蒸気分と液体分とに分け、そして液体分のうちの一部又
は全部を熱交換器２１１での気化のために使用するもの
である。
【００４０】高圧塔１７からの塔底液流５３は、図２と
３に示されたように、熱交換器２５での冷却後に流れ５
４と２０５に分割される。あるいはまた、流れ５４の流
量はゼロであることができようが、その場合には全部の
液が流れ２０９として熱交換器２１１へ進む。なおもう
一つの別法では、流れ２０９を熱交換器２１１でほとん
ど完全に気化させることができるが、その場合には液２
１５又は３１５の流量は熱交換器２１１のためにパージ
を行う最小限度に維持されよう。
【００４１】図３において、低圧塔２９からの蒸気の側
流２２５は流れ３０１と３０７とに分割される。あるい
はまた、流れ３０７の流量はゼロであることができるで
あろうけれど、その場合には蒸気流量の全てが熱交換器
２１１で部分的に凝縮されてアルゴン回収蒸留塔３０５
へ流れ３０３として進む。
【００４２】本発明は、上記においては図１の方法に対
する改良として、図２と３とに関して説明されている。
本発明は、塔と熱交換器と寒冷の別の構成を使用するそ
のほかの低温空気分離法にも適用することができる。こ
こで説明したように気化させた流れを仕事膨張させるこ
との利益は、低圧塔において焚き上げの増加が要求され
るいずれの多塔式空気分離法でも利用することができ
る。
【００４３】
【実施例】本発明の利益を説明するために、図３のプロ
セスフローシートについてコンピュータシミュレーショ
ンを行った。その上に、本発明の熱交換器２０１、熱交
換器２１１及びターボエキスパンダー２２１なしに図３
のプロセスを使用する基準の事例について、シミュレー
ションを行った。両方の場合とも、高圧塔１７からの酸
素生産量を固定し且つ窒素生産量を固定することにし
た。比較した結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】表１の結果は、基準の事例は同じ流量の酸
素製品と窒素製品を提供するのに４％多い空気流量を必
要とすることを示している。その上、本発明の方法は基
準の事例よりもアルゴンを１０％多くもたらす。
【００４６】このように、本発明は、所定の酸素及び窒
素生産速度について低温空気蒸留装置をより少ない必要
原料空気量で運転するのを可能にする。あるいはまた、
固定した流量の原料空気からより高い製品回収率を実現
することができる。低圧塔への酸素を少なくとも２０モ
ル％含有している流れを気化させそして仕事膨張させる
ことにより装置の寒冷のうちの一部を供給すれば、低圧
塔において蒸気の焚き上げが増加して、このことから酸
素の回収率が上昇する。本発明は、酸素を約９８モル％
より多く含有している高純度酸素製品が必要とされる場
合に殊に有益である。
【００４７】本発明の本質的な特徴は前述の開示におい
てすっかり説明されている。当業者は本発明を理解し、
そして本発明の基本精神からはずれることなく、且つ特
許請求の範囲に記載されたものの精神及び同等のものと
から逸脱することなく、様々な改変を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による二塔式低温空気分離装置の概略
フローシートである。
【図２】本発明による二塔式低温空気分離装置の概略フ
ローシートである。
【図３】本発明によるアルゴン回収塔を備えた二塔式低
温空気分離装置の概略フローシートである。
【符号の説明】
１３…主熱交換器 １７…高圧塔 ２１…ブースター圧縮機 ２９…低圧塔 ２５…熱交換器 ３５…圧縮機 ３９…ターボエキスパンダー ４２…リボイラー−コンデンサー ４６、５２、６１…ポンプ ２０１…熱交換器 ２１１…熱交換器 ２２１…ターボエキスパンダー ３０５…アルゴン回収蒸留塔 ３１１…コンデンサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラケッシュ アグラワォル アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18049, エマウス，コモンウェルス ドライブ 4312

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧蒸留塔と、この高圧蒸留塔と熱的に
    連結される低圧蒸留塔とを含む低温空気分離装置で空気
    を分離するための方法であり、空気を圧縮し、精製して
    高沸点の汚染物を除去し、この圧縮し精製した空気のう
    ちの少なくとも一部分を冷却して高圧塔で蒸留し、高圧
    塔からの塔底液のうちの少なくとも一部分を低圧塔で蒸
    留し、そして窒素に富んだ少なくとも一つの流れと酸素
    に富んだ少なくとも一つの流れを当該装置から抜き出す
    方法であって、当該空気分離装置の運転のために必要と
    される寒冷のうちの一部分を下記の工程（ａ）〜（ｃ）
    を含む方法により提供する空気分離方法。 （ａ）酸素を少なくとも約２０モル％含有している凝縮
    液を、上記低圧塔におけるいずれかの圧力と上記高圧塔
    におけるいずれかの圧力との間の圧力で気化させて中間
    圧力の蒸気を得る工程 （ｂ）この中間圧力の蒸気を仕事膨張させて、得られた
    仕事膨張した流れを上記低圧塔へ導入する工程 （ｃ）工程（ａ）で液を気化させるための熱を、低圧塔
    から抜き出した側流蒸気のうちの少なくとも一部分と間
    接熱交換し冷却した中間流を生じさせることにより供給
    する工程
  2. 【請求項２】 前記酸素を少なくとも約２０モル％含有
    している凝縮液を前記高圧塔からの塔底液のうちの一部
    分により供給する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記高圧塔からの塔底液のうちの前記一
    部分を冷却し減圧してから気化させる、請求項２記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 工程（ｃ）の側流蒸気が約５モル％未満
    の窒素を含有している、請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 工程（ａ）での凝縮液の気化により中間
    圧力の液も生じさせて、これを次に減圧しそして前記低
    圧塔へ導入する、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 工程（Ｃ）の冷却した中間流を前記低圧
    塔へ戻す、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記中間圧力の蒸気を加温してから仕事
    膨張させる、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 工程（ｃ）の冷却した中間流をアルゴン
    回収蒸留塔へ導入することを更に含む、請求項１記載の
    方法。
  9. 【請求項９】 工程（ｃ）において前記低圧塔から抜き
    出した側流蒸気のうちの一部分を前記アルゴン回収蒸留
    塔へ導入することを更に含む、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記アルゴン回収蒸留塔から抜き出し
    たアルゴンに富んだ塔頂生成物流を冷却し、得られた凝
    縮液としての冷却したアルゴンに富んだ塔頂生成物のう
    ちの少なくとも一部分を還流として当該塔へ戻し、そし
    て残りの冷却したアルゴンに富んだ流れを製品として抜
    き出すことを更に含む、請求項８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 工程（ａ）での凝縮液の気化により中
    間圧力の液も生じさせて、これを次いで減圧し、前記ア
    ルゴンに富んだ塔頂生成物の流れとの間接熱交換で加温
    して、それにより前記冷却したアルゴンに富んだ塔頂生
    成物を提供し且つ加温し減圧した中間流を得る、請求項
    １０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記アルゴン回収蒸留塔から塔底液流
    を抜き出し、この塔底液流を前記低圧塔へ導入すること
    を更に含む、請求項８記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記加温し減圧した中間流を前記低圧
    塔へ導入する、請求項１１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記高圧塔の塔頂部から窒素製品を抜
    き出す、請求項１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記窒素製品を蒸気として抜き出し、
    周囲温度まで加温して窒素ガス製品を提供する、請求項
    １４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記窒素製品を前記高圧塔の塔頂部か
    ら液として抜き出し、この液を昇圧し、そして当該液を
    気化させて高圧の窒素ガス製品を提供する、請求項１４
    記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記高圧塔の塔頂部からもう一つの窒
    素製品を液として抜き出し、この液を昇圧し、そして当
    該液を気化させて高圧の窒素ガス製品を提供する、請求
    項１５記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記低圧塔の塔底部から酸素流を抜き
    出して主酸素製品を提供する、請求項１記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記低圧塔の塔底部より上方の箇所か
    ら中間酸素流を抜き出して中間酸素製品を提供する、請
    求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記中間酸素製品の純度が前記主酸素
    製品の純度より低い、請求項１９記載の方法。
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