JPH1054657A - 空気分離 - Google Patents

空気分離

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JPH1054657A
JPH1054657A JP8205724A JP20572496A JPH1054657A JP H1054657 A JPH1054657 A JP H1054657A JP 8205724 A JP8205724 A JP 8205724A JP 20572496 A JP20572496 A JP 20572496A JP H1054657 A JPH1054657 A JP H1054657A
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JP
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air
stream
flow
heat exchange
compressed air
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JP8205724A
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Rasuboon Toomasu
トーマス・ラスボーン
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BOC Group Ltd
Original Assignee
BOC Group Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 空気を分離するための方法及び装置に関す
る。 【解決手段】 空気は圧縮機２，８，１２及び１４で圧
縮される。圧縮された空気の第一流は、温端２４から冷
端２６へと主熱交換器２２の中を流れ、弁２８を通過す
ることによって液化される。２つの第二圧縮空気流が取
られる。１つは、膨張タービン４４で膨張され、もう一
方は膨張タービン３８で膨張される。弁２８及び膨張タ
ービン４４を出て行く流れは、複式精留塔３４で分離さ
れる。液体酸素生成物は、出口６０から抽出される。一
部は液体生成物として採取され、残りは、冷端２６から
温端２４へと熱交換器２２の中を流れることによって気
化され、気体酸素生成物として採取される。液体酸素生
成物の全酸素生成物に対する割合は、変化させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、空気を分離するための方法及び
装置に関するものである。
【０００２】精留による空気の分離は公知である。液体
生成物を製造するのに適する、空気を分離するための１
つの前記方法及び装置では、圧縮された空気流を更に圧
縮する工程、少なくとも１つの分離生成物と熱交換させ
ることによって更に圧縮された空気の第一流を冷却し、
冷却された第一流を少なくとも部分的に液化する工程、
外部仕事を行わせることによって更に圧縮された空気の
少なくとも１つの第二流を膨張させる工程、液化空気の
少なくとも一部及び膨張させた空気の第二流の少なくと
も一部を精留し、それによって酸素留分及び窒素留分を
生成させる工程、及び前記の精留から酸素留分と窒素留
分とを取り出す工程が行われる。入ってくる空気の一部
を液化することによって、液体酸素生成物又は液体窒素
生成物、又はその双方を製造することができる。気体酸
素生成物が更に要求される場合、気体酸素生成物は、精
留から蒸気として取り出すことができるか、又は入って
くる空気と熱交換させることによって液体として取り出
しそして、また気化させることができる。
【０００３】空気の第二流を膨張させることによって、
方法及び装置の冷却需要は満たされる。冷却需要の大部
分は、気体生成物から明確に液体を取り出す必要から生
じる。典型的には、前記生成物は、一定速度でそれぞれ
製造される。プラント中への空気の流量を単純に増加又
は減少させることによって達成することができる速度を
超えて、前記生成物が製造される速度を時々変化させる
ことが望ましい。例えば、空気から酸素を分離する様々
ないわゆる「可変需要（variable demand）」方法は公
知であるが、それらの方法は、需要の長期の変化より
も、酸素に関する定期的に変動する需要を満たすことを
意図している。
【０００４】液体生成物として取り出される空気流の割
合を広範に変化させて、需要の長期変化に対処すること
ができる方法及び装置を提供することは、本発明の目的
である。
【０００５】本発明に従って、空気流を圧縮し、また更
に圧縮する複数の圧縮工程を行う工程、少なくとも１つ
の分離生成物と熱交換させることによって更に圧縮され
た空気の第一流を冷却し、更に圧縮された空気の冷却第
一流を少なくとも部分的に液化する工程、外部仕事を行
わせることによって更に圧縮された空気の少なくとも１
つの第二流を膨張させる工程、液化空気の少なくとも一
部及び膨張させた空気の第二流の少なくとも一部を精留
し、それによって酸素留分及び窒素留分を生成させる工
程、前記の精留から液体酸素生成物及び／又は液体窒素
生成物とを取り出す工程、膨張第二空気流の一部を、前
記の精留と、圧縮工程のうちの１つに関して下流に位置
している場所及び圧縮工程のうちのもう１つに関して上
流に位置している場所との中間にある熱交換流路に流す
工程、液体酸素生成物及び／又は液体窒素生成物の、取
り出される全酸素生成物に対する割合を調節する工程、
及び好ましくは前記熱交換流路の中を流れる方向とは逆
に流すことによって再循環される前記膨張第二流の割合
を補調節する工程を含む、空気を分離する方法を提供す
る。
【０００６】また本発明は、圧縮空気流を作るための主
圧縮機、圧縮空気流を更に圧縮するための複数のブース
ター圧縮機、少なくとも１つの分離生成物と熱交換させ
ることによって更に圧縮された空気の第一流を冷却する
ための主熱交換器、更に圧縮された空気の冷却された第
一流を膨張させるための膨張装置、それによって使用時
には前記の更に圧縮された空気の冷却第一流は少なくと
も部分的に液体状態で前記膨張装置から外に出る、外部
仕事を行わせることによって更に圧縮された空気の第二
流を膨張させるための少なくとも１つの膨張タービン、
前記膨張装置の出口と、空気を酸素留分及び窒素留分へ
と分離するための前記膨張タービンの出口と連絡してい
る精留塔又は精留塔の集成装置、精留塔又は精留塔の集
成装置から液体酸素生成物及び／又は液体窒素生成物を
取り出すための手段、主圧縮機の出口と、精留塔又は精
留塔の集成装置との中間にある、第二流の一部分のため
の主熱交換器を通る流路、液体酸素生成物及び／又は液
体窒素生成物の全酸素生成物に対する割合を調節する手
段、及び使用時に好ましくは前記流路の中を流れる方向
とは逆に流すことによって空気の膨張第二流の再循環さ
れる割合を補調節するための手段を含む、空気を分離す
るための装置も提供する。
【０００７】再循環される空気の膨張第二流の割合が大
きくなればなるほど、製造することができる冷却量が増
加するので、質量及び熱バランスをなお保ちながら達成
することができる前記の割合が益々大きくなる。更なる
圧縮と精留との中間の流れの方向を逆にすると、そのよ
うな逆の流れの無い同じ方法及び装置において可能であ
ると考えられるものに比べて、液体生成物として取り出
される空気流の割合をより大きく変化させることができ
る。
【０００８】本発明に従う方法及び装置は、精留から液
体酸素を取り出し、取り出された液体酸素を加圧し、更
に圧縮された空気の第一流と熱交換させて加圧液体酸素
を気化させることによって気体酸素生成物を製造するの
に特に適している。
【０００９】空気の第二流の一部は、好ましくは、第一
膨張タービンにおいて、外部仕事を行わせて、更に圧縮
された空気の１つの流れを膨張させることによって作ら
れる。別の一部は、好ましくは、少なくとも１つの分離
生成物と熱交換させることによって、更に圧縮された空
気の別の流れを中間の温度まで冷却し、熱交換器から冷
却された空気流を取り出し、第二膨張タービンにおいて
外部仕事を行わせることにより冷却空気流を膨張させる
ことによって作られる。前記の中間熱交換において、前
記の更に圧縮された空気の第一流から取り出すことは、
空気の他の流れにとって通常は都合が良い。
【００１０】本発明に従う好ましい装置では、第一膨張
タービンの出口は、主熱交換器中にある前記熱交換流路
の中間領域と連絡している。好ましくは、熱交換流路
は、主熱交換器の冷端において、精留塔又は精留塔のう
ちの１つと連絡し、また前記主熱交換器の温端において
は、主圧縮機とブースター・圧縮機との中間にある導管
と連絡している。本発明に従う装置のこの好ましい形態
の利点は、空気再循環流がゼロ又は最大であるかもしれ
ない異なる流れ状態下で、その有効な運転が可能である
ことにある。従って、膨張空気流は、好ましくは、中間
の温度において、第一膨張タービンから、前記熱交換流
路中に導入される。空気再循環流量が最大未満である第
一流れ状態では、前記熱交換流路において冷却されて、
精留へと進む１つの副流と、前記熱交換流路において温
められて、再循環流を形成する別の副流とに分割され
る。再循環流量が最大であることができる第二流れ状態
では、中間の温度において、第一膨張タービンから、前
記熱交換流路中に導入される膨張空気流は、第二膨張タ
ービンからの膨張空気流の一部と組み合わされ、熱交換
流路で温められ再循環流を形成する。第二膨張タービン
からの膨張空気流の一部は精留塔を介して取り出すこと
ができる。空気の再循環が無い第三流れ状態では、第一
膨張タービンから中間の温度の熱交換流路のセット中に
導入される膨張空気流は、前記の更なる圧縮の上流から
の前記圧縮空気流の副流と組み合わされ、熱交換流路で
冷却され、精留へと導入される。
【００１１】本発明に従う方法は、上記流れ状態の任意
の２つ又は３つのすべてで運転することができる。前記
熱交換流路の少なくとも一部を通る流れの方向が１つの
流れ状態から別の流れ状態へと逆転されるので、これら
の熱交換流路は逆転熱交換流路として説明することがで
きる。従って、主熱交換器は、冷却流路のセット、熱入
れ流路のセット、及び逆転流路のセットを含む。各逆転
流路は、好ましくは、一対の熱入れ流路の間にサンドイ
ッチされる。流路のそのような配置によって、流れ状態
にかかわりなく、良好な熱移動が促進される。
【００１２】好ましくは、空気は、高圧精留塔と低圧精
留塔とを含む複式精留塔で精留される。第一膨張タービ
ン及び第二膨張タービンの双方は、好ましくは、高圧精
留塔の運転圧力まで空気を膨張させる。典型的には、第
二膨張タービンの出口は高圧精留塔と直接に連絡してい
て、第一膨張タービンの出口は上記の逆転熱交換流路の
セットの中間領域と連絡している。
【００１３】好ましくは、圧縮空気流は、更なる圧縮の
上流で、前記圧縮空気流から抽出される水蒸気及び二酸
化炭素を有する。従って、精製ユニットを通して空気を
再循環させる流路は必要ない。
【００１４】ブースター・圧縮機の多数の異なる配置を
用いることができる。１つの好ましい配置では、出口
が、互いに平行である一対の下流ブースター・圧縮機と
連絡している上流ブースター・圧縮機がある。これによ
って、下流ブースター・圧縮機のうちの１つを第一膨張
タービンに結合させることができ、また下流ブースター
・圧縮機のもう一方を第二膨張タービンに結合させるこ
とができる。結果として、行われる外部仕事は、圧縮空
気流の更なる圧縮の一部をなす。典型的には、双方の下
流ブースター・圧縮機は、第一圧縮空気流及び第二圧縮
空気流が取り出される共通の導管と連絡している。
【００１５】選択された流れ状態内で又は流れ状態を変
化させることによって、再循環速度の調節は、本発明に
従う装置の一部を形成する機械のうちの１つを適当に調
節することによって、典型的に行われる。例えば、主空
気圧縮機及び／又は上流ブースター・圧縮機は、位置を
変化させて再循環流量を変化させることができる調節可
能な入口案内羽根を有することができる。前記の例で
は、主空気圧縮機の入口案内羽根及び上流ブースター・
圧縮機の入口案内羽根を用いて、各機械を通る流れを調
節することができる。上流ブースター圧縮機を通る流量
が主空気圧縮機の中を通る流量よりも少ない場合、再循
環は無いが、上流ブースター圧縮機の中を通る流量が主
空気圧縮機の中を通る流量よりも多い場合、再循環が存
在する。液体酸素生成物及び／又は液体窒素生成物の製
造速度の全酸素生成物の製造速度に対する割合を変化さ
せることができる多数の方法がある。例えば、気体酸素
が製造される速度は、液体酸素が更に圧縮された空気の
第一流と熱交換して気化する速度を変化させることによ
って変えることができる。
【００１６】以下の添付の図面：即ち、図１は空気分離
プラントの系統図である；及び図２は図１に示したプラ
ントの主熱交換器の概略断面図であり、前記断面図は主
熱交換器の中を通る流れの方向に横断するように切り取
ってあるを参照しながら、例として、本発明に従う方法
及び装置を説明する。
【００１７】図面は実寸ではない。
【００１８】図面の図１参照。空気流は典型的には５
− ６バールの圧力まで主空気圧縮機２において圧縮さ
れる。圧縮空気は冷却器４で水と直接に蒸発接触させる
ことによって冷却される。得られた冷却空気は、水蒸
気、二酸化炭素、及び比較的低揮発性の他の不純物を前
記空気から除去するのに有効な精製ユニット６に供給さ
れる。典型的には、前記空気は吸着によって前記ユニッ
ト６で精製される。吸着空気精製器の建設及び運転は従
来技術で公知であり、本明細書で更に説明する必要は無
い。精製された空気は、ユニット６から、精留される圧
力を十分に超える圧力まで、精製され圧縮された空気流
の圧力を更に圧縮する上流ブースター・圧縮機８の中に
流れる。図１に示したプラントの運転の１つの例では、
前記ブースター・圧縮機８は約２７バールの圧力まで精
製圧縮空気流の圧力を上昇させる。加速された空気流は
ブースター・圧縮機８から流れ、例えば水によって冷却
することができる熱交換器１０の中を通過することによ
って除去される、ブースター・圧縮機８で生成される圧
縮熱を有する。従って、冷却空気流は二つに分割され
る。１つの流れは第一下流ブースター・圧縮機１２へと
流れ、そこで更に高い圧力まで加圧される。図１に示し
たプラントの運転に関する上記の例では、この圧力は、
典型的には、約４９バール程度である。熱交換器１０か
らのもう一方の空気流は、第一ブースター・圧縮機１２
と平行に接続された第二下流ブースター・圧縮機１４の
中に流れる。ブースター・圧縮機１４に入る空気流は、
典型的には、ブースター・圧縮機１２に入る空気流と同
じ圧力まで圧縮される。ブースター・圧縮機１２及び１
４から出る空気は、それぞれ、熱交換器１６及び１８で
冷却されて圧縮熱が除去される。熱交換器１６及び１８
からの空気流は、共通の導管２０において合流して、典
型的には４９バールの更に圧縮された空気の単一流を形
成する。
【００１９】更に圧縮された空気の第一流は、ほぼ周囲
温度で共通導管２０から取られ、温端２４から冷端２６
へと主熱交換器２２の中を流れ、その時、戻り生成物流
と直接熱交換することによって冷却される。更に圧縮さ
れた空気の冷却された第一流は、液体状態で、又は膨張
時に液体へと転化される温度で、主熱交換器２２の冷端
２６から出る。更に圧縮された空気の冷却された第一流
は、膨張装置２８の中を流れ、低圧精留塔３２と共に複
式精留塔３４の一部を形成する高圧精留塔３０の運転圧
力まで、その圧力は減圧される。図１に示したように、
膨張装置２８はジュール・トムソン弁であることができ
る。別法として、膨張装置２８は膨張タービンであるこ
とができる。更に圧縮された空気の膨張第一流は、第一
入口３６を通って、ほとんど完全に液体状態で高圧精留
塔３０に入る。
【００２０】更に圧縮された空気の第二流の一部は、ほ
ぼ周囲温度で共通導管２０から取られ、温度１８０Ｋ程
度及び高圧精留塔３０の底部における作業圧力を数ミリ
バール超える圧力まで、第一膨張タービン３８において
外部仕事を行って膨張する。図１には示されていない
が、第一膨張タービン３８のローターは、好ましくは、
ブースター・圧縮機１２のローターと同じ駆動軸に取り
付けられている。それによって、ブースター・圧縮機１
２において駆動させるために、第一膨張タービン３８で
膨張している空気を用いることができる。膨張空気は、
タービン３８から、それの中間の温度領域中へと流れ
る。そのように導入された空気は、２つの異なる方向の
１つの方向又は両方向へと、主熱交換器２２の熱交換流
路（図示されていない）の１セット中を流れることがで
きる。これらの方向のうちの１つでは、空気は、主熱交
換器２２の冷端２６から流れ出て、第二入口３９を通っ
て高圧精留塔３０の中に流れる。もう１つの方向では、
空気は、主熱交換器２２の温端２４から流れ出て、導管
４２において、ユニット６と上流ブースター・圧縮機８
との中間にある精製圧縮空気流と混ざる。
【００２１】第二膨張タービン３８で膨張される空気に
加えて、空気の第二流の第二部分が、温度約１５０Ｋ
で、更に圧縮された空気の第一流から取り出される。前
記第二部分は、主熱交換器２２の中間領域から取り出さ
れる。第二部分は、第二膨張タービン４４で外部仕事を
行って膨張する。図１には示されてはいないが、第二膨
張タービン４４のローターは、下流ブースター・圧縮機
１４のローターと同じ駆動軸に取り付けられている。従
って、第二膨張タービン４４における空気の膨張によっ
て行われる仕事は、ブースター・圧縮機１４における空
気の圧縮である。膨張空気は、実質的に高圧精留塔３０
の底部における作業圧力及びその飽和温度で膨張タービ
ン４４を出る。膨張空気は、第二膨張タービン４４か
ら，高圧精留塔３０において、入口３９と同様に、すべ
ての液・蒸気接触装置（図示されていない）よりも下に
配置されている第三入口４６を通って高圧精留塔３０の
中に流れる。
【００２２】高圧精留塔３０の中に導入された空気は、
そこで、精留によって、酸素富化液体と窒素蒸気とに分
離される。窒素蒸気は、低圧精留塔３２の底部に配置さ
れた凝縮器・再沸騰器４８で凝縮される。窒素蒸気の凝
縮は、沸騰液体酸素との直接の熱交換によって引き起こ
される。生成した凝縮液の一部は、低圧精留塔３０にお
いて、液体窒素還流として用いられる。別の一部は、更
なる熱交換器５０の一部を通ることによって過冷却さ
れ、ジュール・トムソン弁５２を通過することによって
膨張し、低圧精留塔３２の上部の中に液体窒素還流とし
て導入される。酸素富化液体流は、高圧精留塔３０の底
部から取り出され、更なる熱交換器５０の一部を通過す
ることによって過冷却され、ジュール・トムソン弁５４
を通過することによって膨張し、低圧精留塔３２の中間
質量交換領域中に入口５６から導入される。
【００２３】低圧精留塔３２において、酸素富化液体
は、低圧精留塔３２の底部において酸素留分と、低圧精
留塔３２の上部において窒素留分とに分離される。前記
の分離は、（凝縮器・再沸騰器４８の再沸騰流路で作ら
れる）上昇蒸気と、下降液体との間の質量交換の結果と
して起こる。質量交換は、例えば塔３２に提供された構
造充填物又は蒸留トレーのような液・蒸気接触装置（図
示されていない）で起こる。典型的には、必ずしも必要
ではないが、低圧精留塔３２で分離される酸素留分と窒
素留分の双方とも、それぞれ、不純物を０．１容量％未
満含んでいる可能性がある。蒸気状態の窒素流は、出口
５８を通して低圧精留塔３２の上部から取り出され、更
なる熱交換器５０の中を通り、それによって、酸素富化
液体流及び液体窒素流を過冷却するために必要な冷却が
提供される。更なる熱交換器５０の下流で、窒素蒸気流
は、冷端２６から温端２４まで主熱交換器２２を通って
流れる。窒素は、典型的には、ほぼ周囲温度及び周囲圧
力で、主熱交換器２２の温端２４から出る。
【００２４】プラントの全酸素生成物を形成する液体酸
素流は、ポンプ６２によって、出口６０を通って低圧精
留塔３２の底部から取り出される。前記液体酸素は、液
体酸素を高圧まで加圧し、その加圧された液体を冷端２
６から温端２４まで主熱交換器２２の中に流す第二液体
酸素ポンプ７０と連絡している生成物出口６８を有する
貯蔵タンク６４へと流れる。従って、加圧された液体酸
素は、気化され、更に圧縮された空気の第一流と直接に
熱交換することによって、ほぼ周囲温度まで温められ
る。液体酸素は、出口（図示されていない）を通して貯
蔵タンク６４からタンカー（図示されていない）へと、
時々取り出される。下流ブースター・圧縮機１２及び１
４の出口圧力は、冷却されている前記流れの温度・エン
タルピー分布（temperature-enthalpy profile）と、主
熱交換器２２で温められている前記流れの前記分布との
間の密接な調和を維持するように、選択される。典型的
には、ブースター・圧縮機１２及び１４の双方が４９バ
ールの出口圧力を有する例において、ポンプ７０は、液
体酸素の圧力を３６バールまで上昇させる。気体酸素生
成物が必要とする圧力に従って、ポンプ７０は、そこを
流れる液体酸素を臨界超過圧力まで上昇させることがで
きる。本明細書で用いられる用語「気体酸素生成物」
は、臨界圧力を超えるまで加圧された、また極低温を超
える温度まで温められた液体酸素流を、その範囲内に包
含していることを理解しなければならない。
【００２５】図１に示したプラントは、多数の異なる流
れ状態で運転することができる。第一流れ状態では、第
一膨張タービン３８から、主熱交換器２２の中間の温度
領域の中に導入される膨張空気流は２つに分割される。
前記流れの一部は、入口４０から高圧精留塔３０へ入
る。前記流れの残りは、主熱交換器２２の温端に対して
反対方向に流れ、導管４２へと再循環される。従って、
空気のこの部分は、ブースター・圧縮機８，１２及び１
４で再び圧縮される。前記の再循環によって、膨張ター
ビン３８及び４４中の空気の流れが増加するので、そこ
での冷却の製造が増加する。製造される冷却の量が増加
すればするほど、液体として製造される酸素生成物の割
合が益々増加する。（図１に示したプラントでは、液体
酸素の製造速度は、ポンプ６２を流れる酸素の流量とポ
ンプ７０を流れる酸素の流量との間の差であり、また気
体酸素の製造速度は、ポンプ７０を流れる流量である）
図１に示したプラントでは、液体窒素は製造されない
が、所望ならば、液体窒素生成物を製造することができ
ることは評価されなければならない。
【００２６】第一膨張タービン３８から主熱交換器２２
に入る気体が両方向に流れる第一流れ状態では、第二膨
張タービン４４で膨張したすべての空気は、再循環され
ることなく、複式精留塔３４で分離される。第二流れ状
態では、上流ブースター・圧縮機８は、第一膨張タービ
ン３８からのすべての空気がブースター・圧縮機１０へ
と再循環されるだけでなく、第二膨張タービン４４から
の空気も入口３９から高圧精留塔３０から外に取り出さ
れて、主熱交換器２２の冷端２６から、第一膨張タービ
ン３８からの空気が導入される中間領域まで流れて、前
記空気と混ざる。結果として、空気の再循環速度は、第
一流れ状態における速度に比べて速い。従って、より多
くの冷却が膨張タービン３８及び４４で生じるので、液
体酸素の製造速度の気体酸素の製造速度に対する割合
は、第一流れ状態に比べて実質的に大きい。第三流れ状
態では、第一膨張タービン３８からのすべての空気は、
高圧精留塔３０の中に流れ、空気の再循環は無い。
【００２７】主空気圧縮機２の入口案内羽根（図示され
ていない）及び上流ブースター・圧縮機８の入口案内羽
根（図示されていない）は、各機械の中を流れる流量及
び特有の流れ状態を測定するために取り付けられてい
る。第一膨張タービン３８からの空気の一部が再循環さ
れる第一流れ状態では、上流ブースター・圧縮機８中の
流量は、主空気圧縮機２の中の流量に比べて大きく、第
一膨張タービン３８からの膨張空気流が導入される領域
にある主熱交換器２２において最大圧力が存在する。こ
の最大圧力は、上流ブースター・圧縮機８の入口の圧力
及び高圧精留塔３０の入口３９の圧力に比べて高い。主
空気圧縮機２は、精製ユニット６の下流の圧力が主熱交
換器２２の温端２４の圧力に適合するように運転され、
再循環空気と、圧縮機２からの空気は共に、ブースター
・圧縮機８への吸引流を形成する。
【００２８】第二流れ状態では、主熱交換器２２の冷端
２６にある逆転流路における圧力は、第一膨張タービン
３８からの膨張空気が導入される領域にある逆転流路に
おける圧力に比べて大きく、また主熱交換器２の温端２
４にある逆転流路における圧力に比べても大きい。更
に、主空気圧縮機の放出圧力は、ブースター・圧縮機８
へと再循環される流れの圧力に適合する適当なレベルに
ある。
【００２９】再循環が無い第三流れ状態では、主熱交換
器２２の温端２４にある逆転流路における圧力は、高圧
精留塔３０への入口３９における圧力に比べて高い。
【００３０】各流れ状態における実際圧力及びそれらの
相対的大きさは、もちろん、流れの大きさと方向の結果
であり、主空気圧縮機２とブースター・圧縮機８の双方
の入口案内羽根を適当に調整することによって設定する
ことができる。
【００３１】典型的には、図１に示したプラントの運転
の１つのモードでは、主熱交換器２２の中を通るポンプ
７０からの加圧酸素の流量は一定に保たれ、また気体酸
素の製造速度における液体酸素の製造速度の割合は、貯
蔵タンク６４における液体酸素レベルが上昇する速度を
単に変化させることによって変えられる。第三流れ状態
では、全酸素生成物の最大５０％までを液体（酸素又は
窒素のいずれか、又は両方）として取り出すことがで
き；第一流れ状態では、全酸素生成物の最大８０％まで
を液体として取り出すことができる。第二流れ状態で
は、より高い％で液体生成物を得ることができる。
【００３２】主熱交換器２２における熱交換流路の異な
るセットの配置を図２で説明している。流路は３セット
ある。冷却流路Ｃの第一セットは、導管２０からの更に
圧縮された空気の第一流のためのものであり、前記の空
気流を冷却する。熱入れ流路Ｗの第二セットは、窒素蒸
気流と加圧酸素流との間に配置されている。逆転流路Ｒ
の第三セットは、第一膨張タービン３８からの膨張空気
流のためのものである。各逆転流路Ｒは、一対の熱入れ
流路Ｗの間にサンドイッチされる。図２に示した流路の
配置は典型的なものである。中心線８０の右側にある流
路は、その左側にある流路の鏡像である。左端から、パ
ターンＷＣＷＲＷＣＷＷＣＷが、中心線８０に達するま
で繰り返されている。典型的には、流路の約１０ − １
２％程度が逆転流路である。この流路の配置によって、
逆転流路Ｒを通る流れが分割されるかどうか、前記流れ
が主熱交換器２２の温端２４から冷端２６へと流れるか
どうか、又は主熱交換器２２の冷端２６から温端２４へ
と流れるかどうかにかかわらず、冷却される流れと温め
られる流れとの間の有効な熱移動が可能となる。「縁効
果（edge effects）」が大きくなり過ぎるのを防止する
ために、右端の流路と左端の流路は、双方とも熱入れ流
路である。
【００３３】図面の図１に示したプラントに関しては、
かなり多くの変更及び改良を施すことができる。所望な
らば、ブースター・圧縮機１２及び１４の代わりに、単
一の下流ブースター・圧縮機を用いることができる。所
望ならば、前記の単一下流ブースター・圧縮機のロータ
ーを、それぞれ第一及び第二膨張タービン３８のロータ
ーと同じ軸に取り付けることができる。別法では、第一
膨張タービン３８を供給するために下流ブースター・圧
縮機１２及び１４の１つを供し、また、更に圧縮された
空気の第一流と、前記第一流から分割される第二膨張タ
ービンへの流れとを供給するために、もう一方を供する
ことができる。更なる別法では、ブースター・圧縮機の
すべてをモーターで駆動させることができ、また膨張タ
ービンを用いて発電機を運転した。
【００３４】所望ならば、低圧精留塔３２からアルゴン
富化酸素流を取り出し、それを更なる精留塔で分離する
ことによって、アルゴンを製造することができる。更な
る精留塔のための凝縮を、低圧精留塔３２への途中で、
酸素富化空気の流れの少なくとも一部によって提供する
ことができる。また、精留塔の更に複雑な配置、例えば
我々の同時継続出願第（英国）９５０５６４５号で開示
されている種類の配置を用いることもできる。
【００３５】施したかもしれない改良としては、液体窒
素生成物の取り出し、又は液体窒素流を加圧し、それを
入ってくる空気と熱交換させて気化させることによる高
圧気体窒素生成物の生成が挙げられる。より更なる改良
は、互いに異なる圧力の２種類の高圧気体酸素生成物の
製造である。例えば、３６バールの酸素生成物に加え
て、ほぼ１１バールの酸素生成物を製造することができ
る。その場合、空気流は、熱交換器１０の隣接下流から
取り出すことができ、低圧酸素生成物と熱交換させるこ
とによって冷却及び凝縮させることができ、得られた液
体空気は、別の膨張装置を通過させて高圧精留塔３０の
中に導入される。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気分離プラントの系統図である。
【図２】主熱交換器中を通る流れの方向に横断するよう
に切り取ってある図１に示したプラントの主熱交換器の
概略断面図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年９月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気流を圧縮し、また更に圧縮する複数
    の圧縮工程を行う工程、少なくとも１つの分離生成物と
    熱交換させることによって更に圧縮された空気の第一流
    を冷却し、前記の更に圧縮された空気の冷却第一流を少
    なくとも部分的に液化する工程、外部仕事を行わせるこ
    とによって更に圧縮された空気の少なくとも１つの第二
    流を膨張させる工程、液化空気の少なくとも一部及び膨
    張させた空気の第二流の少なくとも一部を精留し、それ
    によって酸素留分及び窒素留分を生成させる工程、前記
    の精留から液体酸素生成物及び／又は液体窒素生成物と
    を取り出す工程、膨張第二空気流の一部を、前記の精留
    と、圧縮工程のうちの１つに関して下流に位置している
    場所及び圧縮工程のうちのもう１つに関して上流に位置
    している場所との中間にある熱交換流路に流す工程、液
    体酸素生成物及び／又は液体窒素生成物の、取り出され
    る全酸素生成物に対する割合を調節する工程、及び前記
    熱交換流路の中を流れる方向とは逆に流すことによって
    再循環される膨張空気第二流の割合を補調節する工程を
    含む、空気を分離する方法。
  2. 【請求項２】 上記の空気第二流が２つの部分を含む、
    その場合、前記の空気第二流のその１つの部分が、外部
    仕事を行うことによって第一膨張タービンで膨張する更
    に圧縮された空気の１つの流れを含み、また、更に圧縮
    された空気のもう一方の流れを少なくとも１つの分離生
    成物と熱交換させて中間の温度まで冷却し、その冷却空
    気流を熱交換から取り出すことによってもう一方の部分
    が作られ、前記冷却空気流が外部仕事を行うことによっ
    て第二膨張タービンで膨張する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 空気のもう一方の流れが、更に圧縮され
    た空気の該第一流から中間熱交換温度で取り出される請
    求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 膨張空気流が第一膨張タービンから中間
    の温度の該熱交換流路の中に導入され；１つの流れ状態
    では、前記熱交換流路において冷却され、精留へと進む
    １つの副流と、前記熱交換流路で温められ、該場所へと
    再循環される別の副流とに分かれ、また第二流れ状態で
    は、第一膨張タービンから中間の温度の該熱交換流路の
    中に導入され、第二膨張タービンからの膨張空気流の一
    部と組み合わせられて、熱交換流路でそれと共に温めら
    れ、それと共に該場所まで再循環される請求項２又は３
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 再循環される第二膨張タービン３８から
    の膨張空気流の一部が、精留を経由して流れる請求項４
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 第三流れ状態では、第一膨張タービンか
    ら中間の温度の該熱交換流路の中に導入される膨張空気
    流が、該更なる圧縮の上流から取られた前記圧縮空気流
    の副流と組み合わされ、それと共に熱交換流路で冷却さ
    れ、それと共に精留中へと導入されて、それにより空気
    が再循環されない請求項４又は５記載の方法。
  7. 【請求項７】 圧縮空気流を作るための主圧縮機、圧縮
    空気流を更に圧縮するための複数のブースター圧縮機、
    少なくとも１つの分離生成物と熱交換させることによっ
    て更に圧縮された空気の第一流を冷却するための主熱交
    換器、更に圧縮された空気の冷却された第一流を膨張さ
    せるための膨張装置、それによって使用時には前記の更
    に圧縮された空気の第一流は少なくとも部分的に液体状
    態で前記膨張装置から外に出る、更に圧縮された空気の
    少なくとも１つの第二流を膨張させるための少なくとも
    １つの膨張タービン、前記膨張装置の出口及び空気を酸
    素留分及び窒素留分へと分離するための前記膨張タービ
    ンの出口に連絡している精留塔又は精留塔の集成装置、
    精留塔又は精留塔の集成装置から液体酸素生成物及び／
    又は液体窒素生成物を取り出すための手段、主圧縮機の
    出口と、精留塔又は精留塔の集成装置との中間にある、
    空気の第二流の一部のための主熱交換器を通る流路、液
    体酸素生成物及び／又は液体窒素生成物の全酸素生成物
    に対する割合を調節する手段、及び使用時に前記流路の
    中を流れる方向とは逆に流すことによって空気の膨張第
    二流の再循環される割合を補調節するための手段を含
    む、空気を分離するための装置。
  8. 【請求項８】 該少なくとも１つの膨張タービンが、ブ
    ースター・圧縮機の少なくとも１つの出口と連絡してい
    る入口を有する第一膨張タービン、及び主熱交換器の中
    を通る更に圧縮された空気のための流路の中間領域と連
    絡している入口を有する第二膨張タービンを含む請求項
    ７記載の装置。
  9. 【請求項９】 第二膨張タービンへの入口が、該更に圧
    縮された空気の第一流のための流路と連絡している請求
    項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 該第一膨張タービンの出口は主熱交換
    器を通る逆転流路のセットの中間領域と連絡していて、
    逆転流路のセットは主熱交換器の冷端において精留塔又
    は精留塔の１つと連絡していて、主熱交換器の温端にお
    いては主圧縮機とブースター・圧縮機の中間にある導管
    と連絡していて、前記の配置が、使用時に、１つの流れ
    状態では、第一タービンからの膨張空気流が、前記の逆
    転熱交換流路で冷却され、前記の精留塔又は精留塔の１
    つへと進む１つの副流と、前記逆転熱交換流路で温めら
    れ、再循環流を形成するもう１つの副流とに分かれ、第
    二流れ状態では、第一膨張タービンから中間の温度の逆
    転熱交換流路のセット中に導入される膨張空気流が第二
    膨張タービンからの膨張空気流の一部と組合わされ、そ
    れと共に逆転熱交換流路で温められ、それと共に再循環
    流を形成し、第三流れ状態では、第一膨張タービンから
    中間の温度の逆転熱交換流路のセットの中に導入される
    膨張空気流が、該更なる圧縮の上流から取られた前記圧
    縮空気流の副流と組合わされ、それと共に熱交換流路で
    冷却され、それと共に前記の精留塔又は精留塔の１つへ
    と導入され、それにより第三流れ状態では空気は再循環
    されない請求項８又は９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 ブースター・圧縮機が、互いに平行状
    態にある一対の下流ブースター・圧縮機のそれぞれの入
    口と連絡している出口を有する上流ブースター・圧縮機
    を含む請求項７ − ９のいずれかに記載の装置。
  12. 【請求項１２】 下流ブースター・圧縮機の双方が、更
    に圧縮された空気の第一流のための主熱交換器を通る流
    路と第一膨張タービンへの入口と順次連絡している共通
    導管に対して連絡している請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 主空気圧縮機及び上流ブースター・圧
    縮機が、そこを通る空気流を調節するための可変入口羽
    根を有する請求項７ − １２のいずれかに記載の装置。
JP8205724A 1995-08-03 1996-08-05 空気分離 Pending JPH1054657A (ja)

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