JPH1047853A - 空気の分離方法及びその装置 - Google Patents
空気の分離方法及びその装置Info
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- JPH1047853A JPH1047853A JP9090439A JP9043997A JPH1047853A JP H1047853 A JPH1047853 A JP H1047853A JP 9090439 A JP9090439 A JP 9090439A JP 9043997 A JP9043997 A JP 9043997A JP H1047853 A JPH1047853 A JP H1047853A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体の窒素流を加えることなく、重質成分の
濃度が薄い酸素を含む蒸気流が液化され、ストリップカ
ラムに還流させるべく単一のカラム内でストリッピング
除去されるようにした、空気の分離方法及びその装置を
提供すること。 【解決手段】 酸素を含む蒸気流４６が単一カラムの窒
素発生器１２から除去され、次に、２つの補助流４８、
５０に分割される、空気の分離方法及びその装置１であ
る。該２つの補助流４８、５０は凝縮され、その後に混
合して、単一カラム内でストリッピングされ、カラムが
底になると、超高純度の液体酸素が製造される。この２
つの補助流４８、５０の一方はリボイラー５２内で及び
ストリッピングカラム１４の底部領域５４内で凝縮され
る。２つの補助流４８、５０のもう一方は、窒素ストリ
ッピングカラム１４に接続して使用される頂部凝縮器２
２内で凝縮される。
濃度が薄い酸素を含む蒸気流が液化され、ストリップカ
ラムに還流させるべく単一のカラム内でストリッピング
除去されるようにした、空気の分離方法及びその装置を
提供すること。 【解決手段】 酸素を含む蒸気流４６が単一カラムの窒
素発生器１２から除去され、次に、２つの補助流４８、
５０に分割される、空気の分離方法及びその装置１であ
る。該２つの補助流４８、５０は凝縮され、その後に混
合して、単一カラム内でストリッピングされ、カラムが
底になると、超高純度の液体酸素が製造される。この２
つの補助流４８、５０の一方はリボイラー５２内で及び
ストリッピングカラム１４の底部領域５４内で凝縮され
る。２つの補助流４８、５０のもう一方は、窒素ストリ
ッピングカラム１４に接続して使用される頂部凝縮器２
２内で凝縮される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高純度の液体酸
素製品を製造し得るように空気が分離されるようにし
た、空気の分離方法及びその装置に関する。より具体的
には、本発明は、空気の重質成分の濃度が薄い、酸素を
含む蒸気成分を製造し得るように、単一カラムの窒素発
生器内で空気が分離される（この空気は、液化後、スト
リップカラム中でその液体成分が除去される）ようにし
た、空気の分離方法及びその装置に関する。更に、より
具体的には、本発明は、酸素を含む蒸気成分が２つの補
助流（それぞれ、ストリップカラム内に配置されたリボ
イラー内で、及び単一カラムの窒素発生器の頂部凝縮器
内で液化される）に分割されるようにした、空気の分離
方法及びその装置に関する。
素製品を製造し得るように空気が分離されるようにし
た、空気の分離方法及びその装置に関する。より具体的
には、本発明は、空気の重質成分の濃度が薄い、酸素を
含む蒸気成分を製造し得るように、単一カラムの窒素発
生器内で空気が分離される（この空気は、液化後、スト
リップカラム中でその液体成分が除去される）ようにし
た、空気の分離方法及びその装置に関する。更に、より
具体的には、本発明は、酸素を含む蒸気成分が２つの補
助流（それぞれ、ストリップカラム内に配置されたリボ
イラー内で、及び単一カラムの窒素発生器の頂部凝縮器
内で液化される）に分割されるようにした、空気の分離
方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸素濃度が濃い成分（二酸化炭素、水及
び炭化水素のような重質成分の濃度が薄い成分）を製造
すべく、空気を分離し、次に、その酸素濃度が濃い成分
から成る液体流から軽質な成分（窒素、アルゴン、ネオ
ン、クリプトン、及びヘリウムのような成分）を除去す
ることが当該技術分野で周知である。例えば、米国特許
第５，０４３，１７３号には、窒素発生器内のある位置
（液体流が、重質成分の濃度が薄い、酸素濃度が濃い液
体から成る位置）にてその窒素発生器から液体流を吸引
する、単一カラムの窒素発生器が開示されている。その
後、この液体流はカラムの頂部内に液体を導入すること
でストリップカラム内で除去され、下降する液相を形成
する。この液相は、液体酸素のとき、より濃縮され、ま
た、軽質成分のとき、より薄くなる。
び炭化水素のような重質成分の濃度が薄い成分）を製造
すべく、空気を分離し、次に、その酸素濃度が濃い成分
から成る液体流から軽質な成分（窒素、アルゴン、ネオ
ン、クリプトン、及びヘリウムのような成分）を除去す
ることが当該技術分野で周知である。例えば、米国特許
第５，０４３，１７３号には、窒素発生器内のある位置
（液体流が、重質成分の濃度が薄い、酸素濃度が濃い液
体から成る位置）にてその窒素発生器から液体流を吸引
する、単一カラムの窒素発生器が開示されている。その
後、この液体流はカラムの頂部内に液体を導入すること
でストリップカラム内で除去され、下降する液相を形成
する。この液相は、液体酸素のとき、より濃縮され、ま
た、軽質成分のとき、より薄くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】また、米国特許第５，
０４３，１７３号には、二重カラム蒸留装置の高圧カラ
ムから除去された、酸素を含む蒸気流を精製する方法が
開示されている。この酸素を含む蒸気流は、その後、除
去される前に、ストリップカラムのリボイラー内で液化
される。ストリップカラムから液体を抽出すべく、液体
窒素をストリッピングカラム内に追加しなければならな
い。液体酸素を含む蒸気に窒素から成る液体を追加する
ことの問題点は、酸素濃度が濃い液体から成る液体流よ
りも低純度である、形成された複合流を除去するのに適
したストリップカラムの寸法でなければならないことで
ある。更に、窒素の製造量は、除去される液体窒素の量
に直接、比例して低下する。
０４３，１７３号には、二重カラム蒸留装置の高圧カラ
ムから除去された、酸素を含む蒸気流を精製する方法が
開示されている。この酸素を含む蒸気流は、その後、除
去される前に、ストリップカラムのリボイラー内で液化
される。ストリップカラムから液体を抽出すべく、液体
窒素をストリッピングカラム内に追加しなければならな
い。液体酸素を含む蒸気に窒素から成る液体を追加する
ことの問題点は、酸素濃度が濃い液体から成る液体流よ
りも低純度である、形成された複合流を除去するのに適
したストリップカラムの寸法でなければならないことで
ある。更に、窒素の製造量は、除去される液体窒素の量
に直接、比例して低下する。
【０００４】以下に説明するように、本発明は、液体の
窒素流を加えることなく、重質成分の濃度が薄い酸素を
含む蒸気流が液化され、ストリップカラムに還流させる
べく単一のカラム内でストリッピング除去されるように
した、空気の分離方法及びその装置を提供することであ
る。
窒素流を加えることなく、重質成分の濃度が薄い酸素を
含む蒸気流が液化され、ストリップカラムに還流させる
べく単一のカラム内でストリッピング除去されるように
した、空気の分離方法及びその装置を提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮し且つ精
製された空気流がその精留に適した温度に冷却されるよ
うにした、空気の分離方法を提供するものである。次
に、この空気流は、精留されて、重質成分の濃度が薄
い、空気を含む蒸気成分を製造する。酸素を含む蒸気成
分から成る、酸素を含んだ流れは、２つの補助流に分割
される（その補助流は、別個に凝縮される）。これら２
つの補助流は、凝縮後に、ストリッピングカラム内で、
その空気流中に存在する軽質成分が除去され、ストリッ
ピングカラム内でカラムが底になると、超高純度の液体
酸素が製造される。その２つの補助流の一方は、ストリ
ッピングカラムのカラム底部との間接的な熱交換を通じ
て、凝縮される。
製された空気流がその精留に適した温度に冷却されるよ
うにした、空気の分離方法を提供するものである。次
に、この空気流は、精留されて、重質成分の濃度が薄
い、空気を含む蒸気成分を製造する。酸素を含む蒸気成
分から成る、酸素を含んだ流れは、２つの補助流に分割
される（その補助流は、別個に凝縮される）。これら２
つの補助流は、凝縮後に、ストリッピングカラム内で、
その空気流中に存在する軽質成分が除去され、ストリッ
ピングカラム内でカラムが底になると、超高純度の液体
酸素が製造される。その２つの補助流の一方は、ストリ
ッピングカラムのカラム底部との間接的な熱交換を通じ
て、凝縮される。
【０００６】別の形態において、本発明は、圧縮し且つ
精製した空気流をその精留に適した温度に冷却する手段
を有する空気の分離装置を提供する。重質成分の濃度が
薄い、酸素を含む蒸気流を製造すべく、空気流を精留す
る手段が提供される。ストリップカラムの底部領域に
は、ストリップカラム内で沸騰させるリボイラーが設け
られている。酸素を含む蒸気成分から成る２つの補助流
の一方がこのリボイラー内で凝縮されるように、このリ
ボイラーは精留手段に接続されている。また、その２つ
の補助流のもう一方を凝縮させる手段が精留手段に接続
されている。この凝縮手段、及びリボイラーはストリッ
プカラムの頂部領域に接続されている。このため、２つ
の補助流は、ストリップカラム内で軽質成分が除去さ
れ、ストリッピングカラム内でカラムの底になると、超
高純度の液体酸素が製造される。
精製した空気流をその精留に適した温度に冷却する手段
を有する空気の分離装置を提供する。重質成分の濃度が
薄い、酸素を含む蒸気流を製造すべく、空気流を精留す
る手段が提供される。ストリップカラムの底部領域に
は、ストリップカラム内で沸騰させるリボイラーが設け
られている。酸素を含む蒸気成分から成る２つの補助流
の一方がこのリボイラー内で凝縮されるように、このリ
ボイラーは精留手段に接続されている。また、その２つ
の補助流のもう一方を凝縮させる手段が精留手段に接続
されている。この凝縮手段、及びリボイラーはストリッ
プカラムの頂部領域に接続されている。このため、２つ
の補助流は、ストリップカラム内で軽質成分が除去さ
れ、ストリッピングカラム内でカラムの底になると、超
高純度の液体酸素が製造される。
【０００７】上記の説明から明らかであるように、本発
明は、リボイラーを有する、超高純度の液体酸素のスト
リッピングカラムと一体化された単一カラムの窒素発生
器に適用可能である。双方の液体流が別個に凝縮される
ため、該ストリッピングカラムは、酸素濃度が濃い成分
を除去するが、窒素と組み合わされた、酸素濃度が濃い
成分は除去されないような設計とすればよい。更に、窒
素発生器の場合、もう一方の補助流は、接続して使用さ
れる高温の凝縮器内で凝縮することができる。この場
合、当然に、窒素製品の製造量は少なくする。しかしな
がら、その減少の程度は、液体窒素が除去される場合よ
りも少ない。それは、その補助流を凝縮させるのは、液
体ではなくて、通常、酸素濃度が濃い液体である冷却液
であるからである。従って、窒素の製造量は、従来技術
の酸素精製過程のような程度まで減少することはない
（従来の場合、ストリップカラム内で更に精製すべく酸
素を含む蒸気成分が除去されることが望ましい）。
明は、リボイラーを有する、超高純度の液体酸素のスト
リッピングカラムと一体化された単一カラムの窒素発生
器に適用可能である。双方の液体流が別個に凝縮される
ため、該ストリッピングカラムは、酸素濃度が濃い成分
を除去するが、窒素と組み合わされた、酸素濃度が濃い
成分は除去されないような設計とすればよい。更に、窒
素発生器の場合、もう一方の補助流は、接続して使用さ
れる高温の凝縮器内で凝縮することができる。この場
合、当然に、窒素製品の製造量は少なくする。しかしな
がら、その減少の程度は、液体窒素が除去される場合よ
りも少ない。それは、その補助流を凝縮させるのは、液
体ではなくて、通常、酸素濃度が濃い液体である冷却液
であるからである。従って、窒素の製造量は、従来技術
の酸素精製過程のような程度まで減少することはない
（従来の場合、ストリップカラム内で更に精製すべく酸
素を含む蒸気成分が除去されることが望ましい）。
【０００８】本明細書及び特許請求の範囲に記載したよ
うに、高純度の窒素とは、酸素の体積比１０億当たり約
１００部分以下の不純物を含む窒素である。超高純度の
液体酸素は、体積比で１０億当たり約１００部分以下の
不純物成分（酸素以外の不純物）を含む酸素である。本
明細書及び特許請求の範囲に記載する「完全に加熱し
た」という語は、主熱交換器、又は主熱交換器複合体の
加熱限界値まで加熱されたことを意味する。本明細書及
び特許請求の範囲に使用する「完全に冷却した」という
語は、主熱交換器、又は主熱交換器複合体の冷却限界値
まで冷却されたことを意味する。本明細書及び特許請求
の範囲に使用する「一部加熱した」又は「一部冷却し
た」という語は、主熱交換器、又は主熱交換器複合体の
加熱限界値と冷却限界値との中間の温度まで加熱され又
は冷却されたことを意味する。更に、本明細書及び特許
請求の範囲に使用する「軽質成分」は、窒素、アルゴ
ン、ネオン、ヘリウム及び水素を含むが、これらにのみ
限定されず、「重質成分」という語は、二酸化炭素、
水、クリプトン及び炭化水素を含むが、これらにのみ限
定されない。
うに、高純度の窒素とは、酸素の体積比１０億当たり約
１００部分以下の不純物を含む窒素である。超高純度の
液体酸素は、体積比で１０億当たり約１００部分以下の
不純物成分（酸素以外の不純物）を含む酸素である。本
明細書及び特許請求の範囲に記載する「完全に加熱し
た」という語は、主熱交換器、又は主熱交換器複合体の
加熱限界値まで加熱されたことを意味する。本明細書及
び特許請求の範囲に使用する「完全に冷却した」という
語は、主熱交換器、又は主熱交換器複合体の冷却限界値
まで冷却されたことを意味する。本明細書及び特許請求
の範囲に使用する「一部加熱した」又は「一部冷却し
た」という語は、主熱交換器、又は主熱交換器複合体の
加熱限界値と冷却限界値との中間の温度まで加熱され又
は冷却されたことを意味する。更に、本明細書及び特許
請求の範囲に使用する「軽質成分」は、窒素、アルゴ
ン、ネオン、ヘリウム及び水素を含むが、これらにのみ
限定されず、「重質成分」という語は、二酸化炭素、
水、クリプトン及び炭化水素を含むが、これらにのみ限
定されない。
【０００９】本明細書の特許請求の範囲には、当該出願
人が自己の発明であると考える事項が明確に記載されて
いるが、本発明による装置及び方法の概略図である添付
図面に関する以下の説明を読むことにより、本発明は一
層良く理解されると考えられる。
人が自己の発明であると考える事項が明確に記載されて
いるが、本発明による装置及び方法の概略図である添付
図面に関する以下の説明を読むことにより、本発明は一
層良く理解されると考えられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、高純度の窒素
成分と、超高純度の液体酸素成分とに空気を分離し得る
ような設計とされた空気の分離装置１が図示されてい
る。当該技術分野で周知の方法にて圧縮し且つ精製され
た空気が、熱交換器複合体１０内で冷却されて、その精
留に適した温度（通常、空気の露点付近の温度）に冷却
される。次に、この空気は、単一カラムの窒素発生器１
２内で精留され、塔の上方にある場合、窒素濃度が濃い
高純度の成分となり、カラムが底になると、酸素濃度が
濃い液体成分となる。単一カラムの窒素発生器１２のあ
る位置（蒸気成分の重質成分の濃度が薄い箇所）にて、
酸素を含む蒸気成分が単一カラムの窒素発生器１２から
除去される。凝縮後、その蒸気成分は、ストリッピング
カラム１４内で除去されて、超高純度の液体酸素製品を
製造する。重要な点は、本発明は、単一カラムの窒素発
生器にのみ限定されず、実際には、多数カラムの装置に
広く適用可能な点である。空気分離装置１の全体的な作
用について説明したが、以下により詳細に説明する。
成分と、超高純度の液体酸素成分とに空気を分離し得る
ような設計とされた空気の分離装置１が図示されてい
る。当該技術分野で周知の方法にて圧縮し且つ精製され
た空気が、熱交換器複合体１０内で冷却されて、その精
留に適した温度（通常、空気の露点付近の温度）に冷却
される。次に、この空気は、単一カラムの窒素発生器１
２内で精留され、塔の上方にある場合、窒素濃度が濃い
高純度の成分となり、カラムが底になると、酸素濃度が
濃い液体成分となる。単一カラムの窒素発生器１２のあ
る位置（蒸気成分の重質成分の濃度が薄い箇所）にて、
酸素を含む蒸気成分が単一カラムの窒素発生器１２から
除去される。凝縮後、その蒸気成分は、ストリッピング
カラム１４内で除去されて、超高純度の液体酸素製品を
製造する。重要な点は、本発明は、単一カラムの窒素発
生器にのみ限定されず、実際には、多数カラムの装置に
広く適用可能な点である。空気分離装置１の全体的な作
用について説明したが、以下により詳細に説明する。
【００１１】圧縮し且つ精製された空気流１６（上述し
たように、熱交換器複合体１０内で冷却される空気流）
は、空気を圧縮することと、圧縮熱を除去することと、
その後、二酸化炭素、水分及び炭化水素のような重質成
分を空気から精製して除去することとにより形成され
る。しかしながら、かかる精製後であっても、その重質
成分は、依然として、その圧縮し且つ精製された空気流
１６内に残り、その精留により製造された液体成分中で
凝縮されることを理解すべきである。
たように、熱交換器複合体１０内で冷却される空気流）
は、空気を圧縮することと、圧縮熱を除去することと、
その後、二酸化炭素、水分及び炭化水素のような重質成
分を空気から精製して除去することとにより形成され
る。しかしながら、かかる精製後であっても、その重質
成分は、依然として、その圧縮し且つ精製された空気流
１６内に残り、その精留により製造された液体成分中で
凝縮されることを理解すべきである。
【００１２】次に、圧縮し且つ精製された空気流１６
は、単一カラムの窒素発生器１２内に導入される。この
単一カラムの窒素発生器１２は、空気を精留して、窒素
濃度が濃い高純度の液体成分及び酸素濃度が濃い流体成
分にすべく、トレー、乱積み、又は構造状充填体のよう
な、液体蒸気との接触要素を保持している。窒素濃度が
濃い高純度の成分から成る窒素の製品流１８が製造され
る。窒素製品流１８の一部分２０は、頂部凝縮器２２内
で凝縮され、その後に、単一カラムの窒素発生器１２へ
の還流として再循環される。この点に関して、頂部凝縮
器２２は、プレートフィン構造の単一パス型の装置であ
る。窒素製品流１８の他の部分２４は、主熱交換器複合
体１０内で完全に加熱され、この複合体にて、製品窒素
（ＰＧＮ）として周囲温度で排出される。
は、単一カラムの窒素発生器１２内に導入される。この
単一カラムの窒素発生器１２は、空気を精留して、窒素
濃度が濃い高純度の液体成分及び酸素濃度が濃い流体成
分にすべく、トレー、乱積み、又は構造状充填体のよう
な、液体蒸気との接触要素を保持している。窒素濃度が
濃い高純度の成分から成る窒素の製品流１８が製造され
る。窒素製品流１８の一部分２０は、頂部凝縮器２２内
で凝縮され、その後に、単一カラムの窒素発生器１２へ
の還流として再循環される。この点に関して、頂部凝縮
器２２は、プレートフィン構造の単一パス型の装置であ
る。窒素製品流１８の他の部分２４は、主熱交換器複合
体１０内で完全に加熱され、この複合体にて、製品窒素
（ＰＧＮ）として周囲温度で排出される。
【００１３】液体空気流２６、及び液体酸素濃度が濃い
流れ２８を除去することを通じて、冷却液が頂部凝縮器
２２に供給される。流体空気流２６、及び酸素濃度が濃
い流れ２８は、それぞれ、弁３０、３２内で弁膨張さ
れ、頂部凝縮器２２内で蒸発される。この蒸発された液
体空気流２６は、単一カラムの窒素発生器１２の運転圧
力まてへ再循環コンプレッサ３４内で再度圧縮され、再
循環流３６を形成する。この再循環流３６は、熱交換器
複合体１０内でそのの一部が冷却された後に、単一カラ
ムの窒素発生器１２の底部領域内に導入される。この図
示した実施の形態において、再循環流３６は、液化を防
止し得るように完全には冷却されない。酸素濃度が濃い
流れ２８は、蒸発後、ターボ膨張器３８内に導入され
て、冷媒流４０を製造する。この冷媒流４０は、その他
の廃流と混合して、その後、主熱交換器複合体１０内で
窒素の廃流４２として完全に加熱することができる。か
かる加熱により、流入する空気のエンタルピィが低下
し、空気分離装置１内に熱が漏洩といった不可逆性を補
正する。再循環コンプレッサ３４及びターボ膨張器３８
はエネルギ放散型オイルブレーキ、又は発生器等により
結合し、膨張作用を行うエネルギの一部を回収して、再
循環コンプレッサ３４の運転に利用できるようにする。
流れ２８を除去することを通じて、冷却液が頂部凝縮器
２２に供給される。流体空気流２６、及び酸素濃度が濃
い流れ２８は、それぞれ、弁３０、３２内で弁膨張さ
れ、頂部凝縮器２２内で蒸発される。この蒸発された液
体空気流２６は、単一カラムの窒素発生器１２の運転圧
力まてへ再循環コンプレッサ３４内で再度圧縮され、再
循環流３６を形成する。この再循環流３６は、熱交換器
複合体１０内でそのの一部が冷却された後に、単一カラ
ムの窒素発生器１２の底部領域内に導入される。この図
示した実施の形態において、再循環流３６は、液化を防
止し得るように完全には冷却されない。酸素濃度が濃い
流れ２８は、蒸発後、ターボ膨張器３８内に導入され
て、冷媒流４０を製造する。この冷媒流４０は、その他
の廃流と混合して、その後、主熱交換器複合体１０内で
窒素の廃流４２として完全に加熱することができる。か
かる加熱により、流入する空気のエンタルピィが低下
し、空気分離装置１内に熱が漏洩といった不可逆性を補
正する。再循環コンプレッサ３４及びターボ膨張器３８
はエネルギ放散型オイルブレーキ、又は発生器等により
結合し、膨張作用を行うエネルギの一部を回収して、再
循環コンプレッサ３４の運転に利用できるようにする。
【００１４】頂部凝縮器２２に対する唯一の冷却液とし
て、酸素濃度が濃い液体流２８と同一の組成を有する液
体流が使用される、本発明の実施の形態が可能である。
この液体流は、その後に、カラムに再循環されて戻る。
しかしながら、蒸発した液体空気流２６を使用する上記
の説明は、酸素濃度が濃い流れ２８よりも窒素含有分が
多いため、特に、有利なことである。従って、この液体
流の露点圧力は、同一温度のとき、酸素濃度が濃い液体
よりも低い。このため、蒸発した液体空気流２６のコン
プレッサへの供給圧力は高くなり、従って、同一の仕事
量にて、より多くの流れを圧縮することができる。この
流れの増大は、熱ポンピング圧力（酸素濃度が濃い液体
流２８が再循環され且つカラムに戻される場合の回収量
を増大させる圧力）を上昇させることを可能にする。更
に、蒸発した液体空気流２６の蒸気組成は、カラムのサ
ンプ内における平衡蒸気組成に近くなる。このことは、
カラムの底部が従来技術におけるよりもより可逆状態に
て運転することを可能にする。
て、酸素濃度が濃い液体流２８と同一の組成を有する液
体流が使用される、本発明の実施の形態が可能である。
この液体流は、その後に、カラムに再循環されて戻る。
しかしながら、蒸発した液体空気流２６を使用する上記
の説明は、酸素濃度が濃い流れ２８よりも窒素含有分が
多いため、特に、有利なことである。従って、この液体
流の露点圧力は、同一温度のとき、酸素濃度が濃い液体
よりも低い。このため、蒸発した液体空気流２６のコン
プレッサへの供給圧力は高くなり、従って、同一の仕事
量にて、より多くの流れを圧縮することができる。この
流れの増大は、熱ポンピング圧力（酸素濃度が濃い液体
流２８が再循環され且つカラムに戻される場合の回収量
を増大させる圧力）を上昇させることを可能にする。更
に、蒸発した液体空気流２６の蒸気組成は、カラムのサ
ンプ内における平衡蒸気組成に近くなる。このことは、
カラムの底部が従来技術におけるよりもより可逆状態に
て運転することを可能にする。
【００１５】重質成分の濃度が薄い酸素を含む蒸気成分
は、単一カラムの窒素発生器１２から酸素を含む蒸気流
４６として吸引される。この蒸気流４６は、２つの補助
流４８、５０に分割される。補助流４８は、ストリッピ
ングカラム１４の底部領域５４内に配置されたリボイラ
ー５２を通ることによって凝縮される。このことは、ス
トリッピングカラム１４に対して沸騰を生じさせる。次
に、形成された凝縮液は、減圧弁５６によって減圧され
る。２つの補助流５０のもう一方のものは、頂部凝縮器
２２内で凝縮され、その後に、減圧弁５８によって減圧
される。これら２つの補助流４８、５０は、組み合わさ
れて、次に、ストリッピングカラム１４内に導入して除
去され、これにより、超高純度の液体酸素の製品流６０
として超高純度の液体酸素を製造する。
は、単一カラムの窒素発生器１２から酸素を含む蒸気流
４６として吸引される。この蒸気流４６は、２つの補助
流４８、５０に分割される。補助流４８は、ストリッピ
ングカラム１４の底部領域５４内に配置されたリボイラ
ー５２を通ることによって凝縮される。このことは、ス
トリッピングカラム１４に対して沸騰を生じさせる。次
に、形成された凝縮液は、減圧弁５６によって減圧され
る。２つの補助流５０のもう一方のものは、頂部凝縮器
２２内で凝縮され、その後に、減圧弁５８によって減圧
される。これら２つの補助流４８、５０は、組み合わさ
れて、次に、ストリッピングカラム１４内に導入して除
去され、これにより、超高純度の液体酸素の製品流６０
として超高純度の液体酸素を製造する。
【００１６】本発明は、好適な実施の形態に関して説明
したが、当業者に理解され得るように、本発明の精神及
び範囲から逸脱せずに、多数の変更、追加、及び省略が
可能である。
したが、当業者に理解され得るように、本発明の精神及
び範囲から逸脱せずに、多数の変更、追加、及び省略が
可能である。
【図１】本発明による空気の分離装置の概略図である。
１ 空気の分離装置 １０ 熱交換器複合
体 １２ 単一カラムの窒素発生器 １４ ストリッピン
グカラム １６ 空気流 １８ 窒素製品流 ２０、２４ 窒素製品流の一部分 ２２ 頂部凝縮器 ２６ 液体空気流 ２８ 液体酸素濃度
が濃い流れ ３０、３２ 弁 ３４ 再循環コンプ
レッサ ３６ 再循環流 ３８ ターボ膨張器 ４０ 冷媒流 ４２ 窒素の廃流 ４６ 酸素を含む蒸気流 ４８、５０ 補助流 ５２ リボイラー ５４ ストリッピン
グカラムの底部領域 ５６、５８ 減圧弁 ６０ 超高純度の液
体酸素製品流
体 １２ 単一カラムの窒素発生器 １４ ストリッピン
グカラム １６ 空気流 １８ 窒素製品流 ２０、２４ 窒素製品流の一部分 ２２ 頂部凝縮器 ２６ 液体空気流 ２８ 液体酸素濃度
が濃い流れ ３０、３２ 弁 ３４ 再循環コンプ
レッサ ３６ 再循環流 ３８ ターボ膨張器 ４０ 冷媒流 ４２ 窒素の廃流 ４６ 酸素を含む蒸気流 ４８、５０ 補助流 ５２ リボイラー ５４ ストリッピン
グカラムの底部領域 ５６、５８ 減圧弁 ６０ 超高純度の液
体酸素製品流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ・エム・ブルックス アメリカ合衆国ニュージャージー州07060, ノース・プレインフィールド，マウンテ ン・アベニュー 213
Claims (10)
- 【請求項１】 空気の分離方法にして、 圧縮し且つ精製された空気流をその精留に適した温度に
冷却することと、 前記空気流を精留して、重質成分の濃度が薄い、酸素を
含む蒸気成分を製造することと、 酸素を含む蒸気成分から成る、酸素濃度が濃い流れを２
つの補助流に分割することと、 前記２つの補助流を別個に凝縮し且つストリッピングカ
ラム内で前記２つの補助流から前記空気流の軽質成分を
除去し、前記ストリッピングカラム内でカラムの底にな
ると、超高純度の液体酸素が製造されるようにすること
とを含み、 前記補助流の一方が、前記ストリッピングカラムの前記
カラム底部との間接的な熱交換を通じて凝縮されて、前
記ストリッピングカラム内で沸騰するようにしたことを
特徴とする空気の分離方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の空気の分離方法にし
て、 前記空気流が単一カラムの窒素発生器内で精留され、窒
素製品流を製造し、前記単一カラムの窒素発生器に接続
された頂部凝縮器が、前記窒素製品流の一部を凝縮し
て、前記単一カラムの窒素発生器に対する還流を形成
し、 前記窒素製品流の残りの部分が完全に加熱され、 前記２つの補助流のもう一方が前記熱凝縮器内で凝縮さ
れることを特徴とする空気の分離方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載の空気の分離方法にし
て、 前記単一カラムの窒素発生器から液体流を抽出し且つ前
記液体流を弁膨張させることにより、前記頂部凝縮器に
対する冷却液が製造され、 前記液体流が前記頂部凝縮器内で蒸発し、 前記液体流が、蒸発後に、前記単一カラムの窒素発生器
のカラム圧力まで再圧縮され且つ精留に適した前記温度
まで冷却され、更に前記単一カラムの窒素発生器内に再
循環されることを特徴とする空気の分離方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の空気の分離方法にし
て、 前記単一カラムの窒素発生器の底部領域から酸素濃度が
濃い液体流を吸引し且つ該酸素濃度が濃い液体流を弁膨
張させることにより、追加の冷却液を前記頂部凝縮器に
供給することと、 前記酸素濃度が濃い液体流を前記頂部凝縮器内で蒸発さ
せ且つ蒸発した酸素濃度が濃い前記液体流の一部を加熱
することと、 酸素濃度が濃い前記液体流をターボ膨張させて、冷媒流
を形成することと、 圧縮し且つ精製された前記空気流内での間接的な熱交換
を通じて、前記冷媒流を完全に加熱して、冷媒を追加す
ることとを更に含むことを特徴とする空気分離方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の空気の分離方法にし
て、前記ストリッピングカラムの上方の塔が、圧縮し且
つ精製された前記空気流との間接的な熱交換を通じて、
前記冷媒流、及び前記窒素製品流の前記残りの部分と共
に、完全に加熱されることを特徴とする空気の分離方
法。 - 【請求項６】 空気の分離装置にして、 圧縮し且つ精製された空気流をその精留に適した温度に
冷却する手段と、 前記空気流を精留して、重質成分の濃度が薄い、酸素を
含む蒸気成分を製造する手段と、 前記ストリッピングカラム内で沸騰するように、その底
部領域に配置されたリボイラーを有するストリッピング
カラムと、 酸素を含む前記蒸気成分から成る２つの補助流の一方が
前記リボイラー内で凝縮するように、前記精留手段に接
続された前記リボイラーと、 前記精留手段にも接続されて、前記２つの補助流の他方
を凝縮させる手段とを備え、 前記ストリップカラム内で前記２つの補助流から軽質な
不純物が除去され、前記ストリッピングカラム内でカラ
ムの底になると、超高純度の液体酸素が製造されるよう
に、前記凝縮手段及び前記リボイラーが前記ストリッピ
ングカラムの頂部領域に接続されることを特徴とする空
気の分離装置。 - 【請求項７】 請求項６に記載の空気の分離装置にし
て、 前記精留手段が、窒素製品流を形成する単一カラムの窒
素発生器を備え、 前記窒素製品流の一部を凝縮して、前記単一カラムの窒
素発生器に対する還流を形成し得るように、頂部凝縮器
が前記単一カラムの窒素発生器に接続され、 前記２つの補助流の他方を受け取り且つ凝縮して、前記
凝縮手段として機能するような前記頂部凝縮器の形態と
され、 前記冷却手段が、前記窒素製品流の残りの部分を完全に
加熱することを特徴とする空気の分離装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載の空気の分離装置にし
て、 前記頂部凝縮器が前記単一カラムの窒素発生器にも接続
され、該頂部凝縮器に対する冷却液として液体流を受け
取り、該液体流が該頂部凝縮器内で蒸発されるような該
頂部凝縮器の形態とされ、 前記液体流を弁膨張させ得るように、前記頂部凝縮器と
前記単一カラムの窒素発生器との間に膨張弁が介在さ
れ、 蒸発後に、前記液体流を前記単一カラムの窒素発生器の
カラム圧力に再圧縮し得るように、再循環コンプレッサ
が前記頂部凝縮器に接続され、 前記冷却手段が、その前記蒸発及び再圧縮後、前記液体
流を精留に適した前記温度に冷却し、 前記単一カラムの窒素発生器が前記冷却手段に接続さ
れ、前記液体流が、冷却後、前記単一カラムの窒素発生
器内に再循環されることを特徴とする空気の分離装置。 - 【請求項９】 請求項３に記載の空気の分離方法にし
て、 前記頂部凝縮器が前記単一カラムの窒素発生器にも接続
され、前記単一カラムの窒素発生器から追加の冷却液と
して酸素濃度が濃い液体流を受け取り、該酸素濃度が濃
い液体流を蒸発させ得るような該頂部凝縮器の形態とさ
れ、 酸素濃度が濃い前記液体流を弁膨張させ得るように、前
記頂部凝縮器と前記単一カラムの窒素発生器との間に介
在させた別の膨張弁と、 蒸発した酸素濃度が濃い前記液体流の一部を加熱する前
記冷却手段と、 酸素濃度が濃い前記液体流がターボ膨張されて、冷媒流
を発生させるように前記冷却手段に接続されたターボ膨
張器と、 圧縮し且つ精製された前記空気流内での間接的な熱交換
を通じて前記冷媒流を完全に加熱して、冷媒を追加する
前記冷却手段とを備えることを特徴とする空気の分離方
法。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の空気の分離装置にし
て、前記冷却手段が圧縮し且つ精製された前記空気流と
の間接的な熱交換を通じて、前記冷媒流及び前記製品窒
素流の前記残りの部分と共に、前記ストリッピングカラ
ムの上方の塔を完全に加熱することを特徴とする空気の
分離装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US649147 | 1996-05-14 | ||
| US08/649,147 US5689973A (en) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | Air separation method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1047853A true JPH1047853A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3940461B2 JP3940461B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=24603661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09043997A Expired - Fee Related JP3940461B2 (ja) | 1996-05-14 | 1997-04-09 | 空気の分離方法及びその装置 |
Country Status (17)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5689973A (ja) |
| EP (1) | EP0807792B1 (ja) |
| JP (1) | JP3940461B2 (ja) |
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| CN (1) | CN1117260C (ja) |
| AT (1) | ATE211248T1 (ja) |
| AU (1) | AU737791B2 (ja) |
| CA (1) | CA2202010C (ja) |
| DE (1) | DE69709234T2 (ja) |
| ID (1) | ID19527A (ja) |
| IL (1) | IL120550A (ja) |
| MY (1) | MY115081A (ja) |
| PL (1) | PL185432B1 (ja) |
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