JP2000310481A - 極低温空気分離方法及び設備 - Google Patents

極低温空気分離方法及び設備

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JP2000310481A
JP2000310481A JP2000102009A JP2000102009A JP2000310481A JP 2000310481 A JP2000310481 A JP 2000310481A JP 2000102009 A JP2000102009 A JP 2000102009A JP 2000102009 A JP2000102009 A JP 2000102009A JP 2000310481 A JP2000310481 A JP 2000310481A
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oxygen
low pressure
liquid
nitrogen
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バオ・ハ
Jean-Renaud Brugerolle
ジャン−ルノー・ブルージュロル
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】機材・電力費の低い極低温空気分離方法と設備
を提供する。 【解決手段】三連塔（９，１９，２５）において、酸素
に富んだ流れが低圧塔（１９）の頂部コンデンサ（３
９）及び／または中間圧塔（２５）の頂部コンデンサ
（３１）へと送られる改良された高圧プロセス。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極低温蒸留により
酸素及び窒素を製造するための方法及び設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】長年にわたり、無数の努力が、極低温蒸留
により酸素及び窒素を製造する技術を改良して、主に消
費電力及び機材のコストからなる製造コストを低減する
ことに捧げられてきた。原則として、有効なプロセスは、
通常、機材のコストの増加を必要とし、全体的な利得は電
力コストと資本コストとの間のトレードオフによりもた
らされる。それゆえ、有効であり且つ低コストのプロセ
スを開発して、最終的な製造コストにおける顕著な減少
を保証するという不変の要求が存在する。
【０００３】以下に記述される本発明は、高圧蒸留の発
想を利用して、極低温機材の機材コストを減少させる。
また、電力回収機構を組み込むことにより、酸素及び窒素
の分離電力が改善され得る。最終結果は、酸素及び窒素
の製造コストの減少を導く機材コスト及び電力コストの
減少である。
【０００４】伝統的に、殆どの空気分離ユニットは、消費
電力全体のかなりの部分を占めるエアコンプレッサの消
費電力を最小化するために、比較的低い空気圧［約５〜
６絶対バール（bar absolute）］向けに設計されてい
る。酸素或いは窒素生成物は、適合させるようにより高
い圧力に圧縮され得る。生成物コンプレッサ或いは内部
圧縮プロセスが液体ポンプ機能とともに使用され得る。
この低圧プロセスは、機材コストについて幾つかの不利
益、すなわち、低圧での圧力降下の制約による配管及び機
材の大きなサイズ（交換器、塔）並びに低圧での酸素及
び窒素生成物の入手し易さによる大きく且つ複雑化され
た（高い数のステージ）生成物コンプレッサをもたら
す。消費電力の低減は、それゆえに、機材の法外に高いコ
ストにより規定される収束値に速やかに到達する。この
低圧プロセスは極低温機材にペナルティを課すだけでな
く、暖かな最終機材にも同様に負の影響を有している。
実際、極低温プロセスは、供給ガスが湿気やＣＯ2のよう
に低温で凍結して機材を詰まらせる不純物を含まないこ
とを必要とする。供給ガス予備冷却を有するモレキュラ
シーブ吸着容器がこれら不純物を除去するのに使用され
る。供給空気圧が減少するのに応じて、吸着プロセスは
より困難になり且つ不純物の除去により多くの吸着剤が
必要となる。また、低圧降下を吸収するのにより大きな
容器及び配管が必要となる。概して、低圧プロセスの電
力コストの減少に関連して機材コストが顕著に増加す
る。
【０００５】低圧により生じる負の影響の殆どは、高い
或いは上昇させられた圧力のプロセスが使用されるなら
ば削除され得る。高圧プロセスは、二連塔プロセスの低
圧塔における高い作業圧力により特徴付けられる。低圧
塔の圧力を低圧プロセスの約１．５バールから２乃至７
バールの高さの高められた圧力にまで上昇させることに
より、高圧塔に必要な供給空気圧は２０バールの高さま
で上昇させられねばならない。この高い圧力は、プラン
トの暖かな最終部及び極低温部の双方について非常にコ
ンパクトな機材をもたらし、顕著なコストの減少が達成
され得る。しかしながら、高圧プロセスは、損傷の原因に
なり且つ蒸留操作、特には古典的な二連塔プロセスにと
って好適ではない。実際、低圧塔が３絶対バールより上
で操作される場合、我々は非効率的な蒸留のせいで製品
収率の重大な損失を予想することができ、それゆえ、高い
消費電力は不可避である。さらに、高圧プロセスは高め
られた圧力で窒素及び酸素生成物を与え、酸素のみが最
終生成物として必要な場合は、加圧された窒素に含まれ
るエネルギーは回収されねばならない、さもないと、プロ
セスの非効率が起こるであろう。
【０００６】空気分離のための極低温物理学における幾
つかの高圧プロセスが以下の特許に記載されている。Ｕ
Ｓ Ａ−４，２２４，０４５は、空気分離ユニットのため
の供給空気がガスタービンから抽出される高圧プラント
を記載している。その窒素生成物は、電力回収のための
ガスタービンループの中への再噴射（re-injection）の
ために再圧縮される。
【０００７】ＵＳ Ａ−４，９４７，６４９は、二連塔プ
ロセスの代わりに、空気分離を実行する窒素リサイクル
ヒートポンプを有する単一の塔を用いた高圧プラントを
記載している。供給ガスはガスタービンから抽出されえ
て、窒素生成物はガスタービンサーキットの中へと再噴
射され得る。
【０００８】ＵＳ Ａ−５，０８１，６４９は、空気分離
ユニット（ＡＳＵ）が高められた温度で操作され、中間
圧の窒素を生成する集積極低温空気分離ユニット電力サ
イクルシステムを記載している。その集積サイクルは、
例えば石炭のような炭素源が燃料へと転化され且つ燃焼
ゾーン中で燃焼される気化セクションを組み合わせてい
る。燃焼ガスはＡＳＵからの窒素で補われ、タービン中
で膨張させられる。極低温のＡＳＵへの空気は、気化シ
ステム中で生成した燃料ガスを燃焼するのに使用される
燃焼ゾーンへの空気の供給に使用されるコンプレッサと
は独立したコンプレッサにより供給される。
【０００９】ＵＳ Ａ−５，６３５，５４１は、電力／燃
料コストが低い遠隔の場所で酸素製造のための高圧プロ
セスを用いることの可能性を記載している。加圧された
窒素生成物は、バルブ或いは電力回収タービンのいずれ
かを横切って膨張させられる。このプロセスは、効率の
改善を超えるコストの低減を強調している。
【００１０】ＵＳ Ａ−５，２３１，８３７は、高圧を印
加する三連塔プロセスを記載しており、そこでは、高圧塔
の酸素に富んだ液体（富裕液）は中間塔でさらに処理さ
れ、低圧塔のための付加的な液体還流を生ずる。中間塔
は、高圧塔の頂部からの窒素を凝縮させることによりリ
ボイルされる。中間塔の底部の液体の一部は、その後、こ
の塔のオーバーヘッドコンデンサ中で気化され、低圧塔
への蒸気供給物を生成する。この取り合わせを用いるこ
とにより、低圧塔の蒸留プロセスは大きく改善され、良好
な酸素収率をもたらす。空気圧或いは低圧塔の圧力が高
すぎないのであれば、高圧塔からかなりの量の窒素生成
物を抽出して、消費電力をさらに改善することができ
る。
【００１１】ＵＳ Ａ−２，６９９，０４６は、高圧塔の
富裕液が、高圧塔の中間レベル或いは幾つかのレベルか
ら抽出されたガスを凝縮することによりリボイルされる
単一の塔或いは複数の塔の組み合わせで処理されるプロ
セスを記載している。ＵＳ Ａ−５，４３８，８３５は、
三連塔システムの低圧塔の底部からの液体酸素が中間圧
塔の頂部へと送られるプロセスを開示している。
【００１２】幾つかの他の高圧或いは三連塔プロセス
（しばしば、Ｅｔｉｅｎｎｅ塔プロセスとして知られて
いる）もまた、以下の刊行された特許出願：ＵＳ Ａ−
５,２５７,５０４、ＵＳ Ａ−５,３４１,６４６、ＥＰ
６３６８４５Ａ１、ＥＰ６８４４３８Ａ１、ＵＳ Ａ−
５,５１３,４９７、ＵＳ Ａ−５,６９２,３９５、ＵＳ
Ａ−５,６８２,７６４、ＵＳ Ａ−５,６７８,４２６、
ＵＳ Ａ−５,６６６,８２３、及びＵＳ Ａ−５,６７５,
９７７に記載されている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によると、極低温
空気分離方法であって、（ａ）実質的に不純物のない冷
却された空気を高圧塔に供給して、第１の窒素に富んだ
ガスを前記高圧塔の頂部に及び第１の酸素に富んだガス
を前記高圧塔の底部に生成する工程と、（ｂ）前記第１
の窒素に富んだガスを少なくとも部分的に凝縮させて第
１の窒素に富んだ液流を生成し、前記第１の窒素に富ん
だ液流の少なくとも一部を前記高圧塔に還流として戻す
工程と、（ｃ）前記第１の酸素に富んだ液流の少なくと
も一部を中間圧塔に供給する工程，ここで、第２の窒素
に富んだ液体が前記中間圧塔の頂部に及び第２の酸素に
富んだ液体が前記中間圧塔の底部に生成され、前記第２
の窒素に富んだ液体の少なくとも一部を低圧塔に供給す
る，と、（ｄ）前記低圧塔中に第３の酸素に富んだ液体
を生成する工程と、（ｅ）前記第３の酸素に富んだ液体
の少なくとも一部を前記中間圧塔或いは前記低圧塔のオ
ーバーヘッドコンデンサ中で気化させる工程とを具備す
る方法が提供される。
【００１４】本発明のさらなる側面によると、極低温蒸
留による酸素及び窒素の製造のための設備であって、高
圧塔、底部リボイラと頂部コンデンサとを有する中間圧
塔、及び底部リボイラを有する低圧塔と、前記高圧塔に
冷却された圧縮空気を送る手段と、前記高圧塔の頂部か
ら前記低圧塔の底部リボイラへと第１の窒素に富んだガ
スを送り且つ前記底部リボイラから前記高圧塔の頂部へ
と第１の窒素に富んだ液体を送る手段と、前記高圧塔か
ら前記中間圧塔へと第１の酸素に富んだ液体を送る手段
と、前記中間圧塔から前記低圧塔へと第２の窒素に富ん
だ液体及び第２の酸素に富んだ液体を送る手段と、前記
低圧塔の底部から前記中間圧塔の頂部コンデンサ及び前
記低圧塔の頂部コンデンサの一方へと酸素に富んだ液体
を送る手段と、前記酸素に富んだ液体が送られた前記頂
部コンデンサから生成酸素流を取り出す手段とを含む設
備が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明について、図面を参照しな
がらより詳細に説明する。本発明は、改良された高圧プ
ロセスによる極低温空気分離プロセスの酸素及び窒素生
成物のコストの低減に対処し、そこでは、経済的な機材
サイズ及び製造効率が同時に達成され得る。本プロセス
は、電力回収機構を組み込まれ、全ての窒素生成物が回
収される訳ではない状況においてプラント全体の消費電
力をさらに改善することが可能である。
【００１６】一態様によると、第３の酸素に富んだ液体
の少なくとも一部は低圧塔のオーバーヘッドコンデンサ
中で気化され、第２の酸素に富んだ液体或いは低圧塔の
中間の液体は中間圧塔のオーバーヘッドコンデンサ中で
気化される。
【００１７】好ましくは、第３の酸素に富んだ液体は低
圧塔のサンプ（sump）から取り出される。その代わり
に、第３の酸素に富んだ液体は低圧塔のサンプの上方の
少なくとも１つの理論的なトレイから取り出され、酸素
に富んだ流体は低圧塔のサンプから取り出される。
【００１８】還流を提供するために、第３の窒素に富ん
だ液体が低圧塔の頂部から取り出され、加圧され、高圧
塔の頂部へと送られるか、或いは、第２の窒素に富んだ
液体の少なくとも一部が取り出され、加圧され、高圧塔
の頂部へと送られる。
【００１９】好ましくは、第１の窒素に富んだガスの少
なくとも一部は、中間圧塔の底部リボイラへと送られ、
少なくとも部分的に凝縮され、高圧及び低圧塔の少なく
とも一方へと送られる。代わりの態様において、第３の
酸素に富んだ液体は中間圧塔のオーバーヘッドコンデン
サへと送られ、気化され、生成ガスとして取り出され
る。この場合、第２の酸素に富んだ液体は低圧塔へと送
られる。
【００２０】第１の窒素に富んだ液体の一部は低圧塔へ
と送られてもよい。好ましくは、第１の窒素に富んだ液
体は、低圧塔の中へ、第２の窒素に富んだ液体が低圧塔
の中へと導入される位置よりも少なくとも１つの理論的
なトレイだけ下方に導入される。
【００２１】冷凍を生じさせるために、空気の少なくと
も一部はＣｌａｕｄｅタービン中で膨張させられて高圧
塔へと送られるか、或いは、空気の一部は膨張させられ
て低圧塔へと送られる。液体タービン、液体アシスト、
窒素膨張等のような冷凍を生じさせる他のどのような代
替手段が使用されてもよい。
【００２２】ある場合において、第１の酸素に富んだ液
体が中間圧塔へと送られる位置よりも下方に少なくとも
１つの理論的なトレイが及び／または第１の酸素に富ん
だ液体が中間圧塔へと送られる位置よりも上方に少なく
とも１つの理論的なトレイが存在する。
【００２３】特定の態様において、供給空気の少なくと
も一部は、ガスタービンの燃焼チャンバに空気を供給す
るコンプレッサ中で圧縮される。ある状況において、供
給空気の全てが、ガスタービンの燃焼チャンバに空気を
供給するコンプレッサ中で圧縮される。それら塔の少な
くとも１つからの窒素に富んだガスは、燃焼チャンバに
送られてもよい。
【００２４】高圧塔は約８乃至約３０バールの範囲で操
作され、低圧塔は約２乃至約１２バールの範囲で操作さ
れる。好ましくは、低圧塔の頂部に頂部コンデンサが存
在し、低圧塔の中間の液体及び中間圧塔の底部の液体の
一方を低圧塔のコンデンサへと送る手段が存在する。
【００２５】還流は、低圧塔及び中間圧塔の一方の頂部
の液体を高圧塔の頂部へと送る手段により与えられても
よい。代わりの態様において、低圧塔のサンプよりも少
なくとも理論的なトレイ１つだけ上方の液体酸素に富ん
だ流れを取り出し、それを中間塔及び低圧塔の一方の頂
部コンデンサへと送る手段が存在する。この場合、低圧
塔のサンプから液体酸素流を取り出す手段が存在しても
よい。
【００２６】本設備は、少なくとも１つのタービン、そ
のタービンに供給空気を送る手段、及びタービンから設
備の塔の１つへと空気を送る手段をさらに含んでもよ
い。
【００２７】本発明の第１の態様は図１に例証される。
約１８．３バールであり、実質的に不純物が存在せず、
極低温での冷凍に供された１０００Ｎｍ3／ｈの圧縮空
気１は、冷却され、２つの流れへと分けられる。流れ５
（３０Ｎｍ3／ｈ）は、コンプレッサ２で圧縮され、熱
交換器３の中間温度まで冷却され、熱交換器から移動さ
せられ、低圧塔１９へと送られる前にタービン７中で膨
張させられる。
【００２８】流れ１１（９７０Ｎｍ3／ｈ）は、高圧塔
９へと送られる前に熱交換器３中で完全に冷却される。
高圧塔は１８バールで操作されるが、約８バールより高
く、約３０バールの高さまでの圧力で操作されてもよ
い。
【００２９】この塔において空気が蒸留され、その塔の
頂部に第１の気体の窒素に富んだ流れを生成し、その塔
の底部に第２の酸素に富んだ液体を生成する。第１の気
体の窒素に富んだ流れは、頂部コンデンサ１５中で全体
的に或いは部分的に凝縮し、窒素に富んだ液流を提供す
る。この窒素に富んだ液流の第１の部分は、高圧塔の頂
部に還流として戻される。窒素に富んだ液流の第２の部
分１７は、低圧塔１９へと供給される。この低圧塔は、
頂部コンデンサ１５を介して高圧塔と熱的にリンクして
おり、熱は、このコンデンサを横切って低圧塔の底部へ
と伝達され、必要なリボイルを提供する。
【００３０】低圧塔１９は約６．５バールで操作される
が、約２バール乃至約１２バールの範囲の圧力で操作さ
れ得る。気体の窒素に富んだ流れ２１は、高圧塔の頂部
から高圧窒素生成物として回収され、コンプレッサ２０
中で任意の圧縮工程へと続けられる。
【００３１】第１の酸素に富んだ液体１８の全ては、高
圧塔の圧力と低圧塔の圧力との中間の圧力、ここでは約
１２バールで操作される中間圧塔２５の中間の位置へと
供給される。中間塔２５は、高圧塔の頂部からの第１の
窒素に富んだガスの少なくとも一部２３を底部コンデン
サ２２中で凝縮させることによりリボイルされる。中間
塔２５は、酸素に富んだ液体を２つの液体流，その塔の
頂部の第２の窒素に富んだ液体及びその塔の底部の第２
の酸素に富んだ液体，へと蒸留する。頂部の液体２７
は、低圧塔１９の頂部に、流れ１７の圧入（injectio
n）位置よりも低い位置で供給される。底部の液体の第
１の部分２９は中間塔のオーバーヘッドコンデンサ３１
中で気化され、蒸気の酸素に富んだ流れ３３を生成し、
それはまた、低圧塔へと供給される。底部の液体の第２
の部分３５は、低圧塔に、流れ３３の圧入位置よりも上
方の位置で供給される。
【００３２】空気流５は、流れ３３，３５の入口位置間
に圧入される。低圧塔は、多数の供給物５，１７，２
７，３３，３５を、低圧塔の底部の液体酸素流及び低圧
塔の頂部の低圧気体窒素へと蒸留する。液体酸素流の少
なくとも一部３７は、低圧塔の頂部に設置されたコンデ
ンサ３９中で気化され、約１．７バールの気体酸素生成
物流４１を生成する。低圧気体窒素は低圧塔のコンデン
サ中で凝縮し、この塔のための液体窒素還流を生成す
る。低圧気体窒素流４３は、低圧塔の頂部で低圧窒素生
成物として抽出される。それは、周囲温度下、コンプレ
ッサ４０中で流れ２１の圧力にまで圧縮され、その後、
さらにコンプレッサ２０中で流れ２１とともに圧縮され
てもよい。
【００３３】低圧塔のコンデンサ３９中の液体酸素を気
化させること及びそれゆえこのコンデンサから低圧塔の
ための液体還流源を提供することにより、酸素生成物の
抽出率に悪影響を及ぼすことなく、高圧塔から大量の高
圧気体窒素（１７．８バールで２９０Ｎｍ3／ｈ）を生
成物として抽出することが可能である。
【００３４】中間塔２５の頂部コンデンサ３１の組み合
わせ方を変更することが可能である。例えば、図１に示
すように中間塔の底部の液体をコンデンサ中で気化する
代わりに、コンデンサを低圧塔の内側に配置すること、
或いは低圧塔１９からこのコンデンサに気化されるべき
液体を送り、その結果得られる蒸気が低圧塔へと戻され
ることを選択することができる。中間塔の底部の液体
は、その後、気化されることなく低圧塔へと直接供給さ
れ得る。
【００３５】図２に描かれる第２の態様において、低圧
塔１９の頂部の液体還流の一部は、ポンプによってより
高い圧力にまでポンピングされ、高圧塔９の頂部へと供
給される。この特徴は、高圧塔の頂部での還流比をさら
に改良し、この塔からの高圧窒素生成物のより高い抽出
率を可能とする。この態様において、高圧塔の頂部から
低圧塔の頂部への液体窒素の第２の部分の流れは、ゼロ
にまで減少され得る。また、中間塔の頂部の液体２７を
代わりに高圧塔へとポンピングして同様の結果（図示せ
ず）を達成することも可能である。
【００３６】図３に例証される第３の態様においては第
１の態様のプロセスが修飾され、そこで、低圧塔の底部
からの液体酸素は、低圧塔の代わりに中間塔２５の頂部
に設置されたコンデンサ中で気化される。この場合、中
間塔の底部の液体は、気化されることなく低圧塔へと供
給され得る。低圧塔の頂部コンデンサは、もはや存在し
ない。
【００３７】この場合の典型的な圧力は、供給空気につ
いて約１０．５バールであり、中間圧塔について約６．
５バールであり、低圧塔について約３．６バールであ
り、製造される不純な酸素について約１．７バールであ
る。
【００３８】図４に示される第４の態様において、液体
酸素は、低圧塔の底部で生成される代わりに、この低圧
塔の底部ステージの上方の少なくとも１つの理論的なス
テージで生成される。この純度の低い液体酸素３７’は
低圧塔の頂部コンデンサへと送られ、そこでそれは気化
されて、より低い純度の酸素生成物（例えば８０乃至９
５モル％の酸素）を生成する。酸素純度のより高い他の
液体酸素流５０は、低圧塔の底部で高純度酸素生成物と
して抽出される。この特徴は、高純度酸素生成物とし
て、酸素のより少ない部分の経済的な製造（高純度及び
低純度酸素の入り混じった製造）を可能とする。液体酸
素５０は、加圧され、熱交換器３中で気化されてもよ
い。
【００３９】この態様において、冷凍は、熱交換器３中
での部分的な冷却の後に、Ｃｌａｕｄｅタービン７’中
での空気流５’の膨張により供給される。残りの空気１
１’は交換器３中で凝縮され、バルブ中で膨張させら
れ、高圧塔９中に流れ５’の導入位置よりも上方の位置
で導入される。
【００４０】図５に示される第５の態様において、空気
分離ユニット１００（それは、図１乃至４に示されるプ
ロセスのいずれによって操作されてもよい）のための供
給空気１４０はガスタービンシステムのコンプレッサ１
２０から抽出される。窒素生成物（高圧の及び低圧の）
２１，４３は、多段コンプレッサ４０,２０中で供給空
気圧と本質的に同じ圧力にまで加圧される。窒素流は、
熱交換器１３０における供給空気１４０との引き換えで
暖められた後、ガスタービン燃焼チャンバ１６０中に再
噴射される。
【００４１】また、燃焼チャンバは、圧縮された空気１
１０及び燃料流を供給される。燃焼により生成したガス
は、タービン１５０中で膨張させられる。本態様におい
て、空気分離ユニットをガスタービンから抽出された空
気で駆動可能であることを記すことは有用である。
【００４２】図６に例証される第６の態様において、第
５の態様の空気供給は他のコンプレッサにより供給され
る付加的な空気１７０と組み合わされ、その組み合わさ
れた空気は酸素及び窒素の製造のための空気分離ユニッ
ト中で処理される。
【００４３】図７に描かれる第７の態様において、付加
的な空気１８０は窒素コンプレッサ４０のインレットへ
と供給され、その混合物はガスタービンループ中へと噴
射される。
【００４４】本発明を実行するための好ましいプロセス
が、そのようなプロセスのための好ましい設備と同様に
記載された。上述のものは単に例証するものであり且つ
他のプロセス及び設備が請求の範囲に規定される本発明
の真の範囲から逸脱することなく用いられ得ることが理
解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法のプロセスフローダイアグラ
ムを示す図。
【図２】本発明に係る方法のプロセスフローダイアグラ
ムを示す図。
【図３】本発明に係る方法のプロセスフローダイアグラ
ムを示す図。
【図４】本発明に係る方法のプロセスフローダイアグラ
ムを示す図。
【図５】ガスタービンシステムを有する本発明に係る空
気分離設備の統合を示す図。
【図６】ガスタービンシステムを有する本発明に係る空
気分離設備の統合を示す図。
【図７】ガスタービンシステムを有する本発明に係る空
気分離設備の統合を示す図。
【符号の説明】
１，５，５’，１１，１１’，１７〜１９，２１，…ガ
スまたは液体流 ２３，２７，３３，３５，３７，３７’，４１〜４３…
ガスまたは液体流 ５０，１１０，１４０，１７０，１８０…ガスまたは液
体流 ２，２０，４０，１２０…コンプレッサ ３，１３０…熱交換器 ７，７’，１５０…タービン ９，１９，２５…塔 １５，２２，３１，３９…コンデンサ １００…空気分離ユニット １６０…ガスタービン燃焼チャンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン−ルノー・ブルージュロル フランス国、75016 パリ、リュ・デ・ボ ーシェ ９

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 極低温空気分離方法であって、 （ａ）実質的に不純物のない冷却された空気（１）を高
    圧塔（９）に供給して、第１の窒素に富んだガスを前記
    高圧塔の頂部に及び第１の酸素に富んだガスを前記高圧
    塔の底部に生成する工程と、 （ｂ）前記第１の窒素に富んだガスを少なくとも部分的
    に凝縮させて第１の窒素に富んだ液流を生成し、前記第
    １の窒素に富んだ液流の少なくとも一部を前記高圧塔に
    還流として戻す工程と、 （ｃ）前記第１の酸素に富んだ液流の少なくとも一部
    （１８）を中間圧塔（２５）に供給する工程，ここで、
    第２の窒素に富んだ液体が前記中間圧塔の頂部に及び第
    ２の酸素に富んだ液体が前記中間圧塔の底部に生成さ
    れ、前記第２の窒素に富んだ液体の少なくとも一部（２
    ７）、前記第２の酸素に富んだ液体の少なくとも一部
    （３５）、或いはそれらの組み合わせを低圧塔（１９）
    に供給する，と、 （ｄ）前記低圧塔中に第３の酸素に富んだ液体（３７，
    ３７’）を生成する工程と、 （ｅ）前記第３の酸素に富んだ液体の少なくとも一部を
    前記中間圧塔、前記低圧塔、或いはそれら両方のオーバ
    ーヘッドコンデンサ（３１，３９）中で気化させる工程
    とを具備する方法。
  2. 【請求項２】 前記第３の酸素に富んだ液体の少なくと
    も一部は前記低圧塔（１９）の前記オーバーヘッドコン
    デンサ（３９）中で気化され、前記第２の酸素に富んだ
    液体の少なくとも一部（２９）は前記中間圧塔の前記オ
    ーバーヘッドコンデンサ中で気化される請求項１に記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 前記第３の酸素に富んだ液体の少なくと
    も一部（３７）は前記低圧塔の前記オーバーヘッドコン
    デンサ（３９）中で気化され、前記低圧塔の中間の液体
    は前記中間圧塔の前記オーバーヘッドコンデンサ中で気
    化される請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第３の酸素に富んだ液体（３７）は
    前記低圧塔（２９）のサンプから取り出される請求項１
    ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第３の酸素に富んだ液体（３７’）
    は前記低圧塔（２９）のサンプよりも少なくとも１つの
    理論的なトレイだけ上方で取り出される請求項１ないし
    請求項３のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 酸素に富んだ流体（５０）が前記低圧塔
    （２９）のサンプから取り出され且つ前記中間圧塔或い
    は低圧塔の頂部コンデンサへと送られない請求項１ない
    し請求項５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 第３の窒素に富んだ液体（４２）が前記
    低圧塔（１９）の頂部から取り出され、加圧され、前記
    高圧塔（９）の頂部へと送られる請求項１ないし請求項
    ６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記第２の窒素に富んだ液体の少なくと
    も一部が取り出され、加圧され、前記高圧塔の頂部へと
    送られる請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載
    の方法。
  9. 【請求項９】 前記第１の窒素に富んだガスの少なくと
    も一部（２３）が前記中間圧塔（２５）の底部リボイラ
    （２２）へと送られ、少なくとも部分的に凝縮され、前
    記高圧及び低圧塔（９，１９）の少なくとも一方に送ら
    れる請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】前記第３の酸素に富んだ液体（３７）が
    前記中間圧塔（２５）の前記オーバーヘッドコンデンサ
    （３１）へと送られ、気化され、生成物ガス（４１）と
    して取り出される請求項１ないし請求項９のいずれか１
    項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記低圧塔（１９）は頂部コンデンサ
    を有していない請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２の酸素に富んだ液体の少なく
    とも一部（３５）は前記低圧塔（１９）へと送られる請
    求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記第１の窒素に富んだ液体の少なく
    とも一部（１７）は前記低圧塔（１９）へと送られる請
    求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記第１の窒素に富んだ液体の少なく
    とも一部（１７）が前記低圧塔の中に前記第２の窒素に
    富んだ液体が前記低圧塔中に導入される位置よりも少な
    くとも１つの理論的なトレイだけ下方で導入される請求
    項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記空気の一部はＣｌａｕｄｅタービ
    ン（７’）中で膨張され、前記高圧塔（９）へと送られ
    る請求項１ないし請求個１４のいずれか１項に記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記空気の一部（５）は膨張され前記
    低圧塔へと送られる請求項１ないし請求項１５のいずれ
    か１項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記第１の酸素に富んだ液体（１８）
    が前記中間圧塔（２５）へと送られる位置よりも下方に
    少なくとも１つの理論的なトレイが存在する請求項１な
    いし請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記第１の酸素に富んだ液体（１８）
    が前記中間圧塔（２５）へと送られる位置よりも上方に
    少なくとも１つの理論的なトレイが存在する請求項１な
    いし請求項１７のいずれか１項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記供給空気（１）の少なくとも一部
    がガスタービンのエクスパンダの上流に空気を供給する
    コンプレッサ（１２０）中で圧縮される請求項１ないし
    請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記供給空気の全てがガスタービンの
    エクスパンダの上流に空気を供給するコンプレッサ（１
    ２０）中で圧縮される請求項１８に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記塔（９，１９，２５）の少なくと
    も１つからの窒素に富んだガス（２１，４３）が前記エ
    クスパンダ（１５０）の上流に送られる請求項１８また
    は請求項１９に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記高圧塔は約８乃至約２０バールの
    範囲で稼動し、前記低圧塔は約２乃至約１２バールの範
    囲で稼動する請求項１ないし請求項２１のいずれか１項
    に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記高圧塔（９）の頂部から前記窒素
    に富んだ流れ（２１）を生成物として取り除く工程を具
    備する請求項１ないし請求項２２のいずれか１項に記載
    の方法。
  24. 【請求項２４】 前記高圧塔の頂部から取り除かれた前
    記窒素に富んだ流れ（２１）は前記供給空気の２０乃至
    ４０％を構成する請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】極低温蒸留による酸素及び窒素の製造の
    ための設備であって、高圧塔（９）、底部リボイラ（２
    ２）を有する中間圧塔（２５）、及び底部リボイラ（１
    ５）を有する低圧塔（１９）と、 前記高圧塔に冷却された圧縮空気を送る手段と、 前記高圧塔の頂部から前記低圧塔の底部リボイラへと第
    １の窒素に富んだガスを送り且つ前記底部リボイラから
    前記高圧塔の頂部へと第１の窒素に富んだ液体を送る手
    段と、 前記高圧塔から前記中間圧塔へと第１の酸素に富んだ液
    体（１８）を送る手段と、 前記中間圧塔から前記低圧塔へと第２の窒素に富んだ液
    体（２７）及び第２の酸素に富んだ液体（３５）を送る
    手段と、 前記低圧塔の底部から前記中間圧塔の頂部コンデンサ
    （３１）、前記低圧塔の頂部コンデンサ（３９）、或いは
    それら両方へと酸素に富んだ液体（３７，３７’）を送
    る手段と、 前記頂部コンデンサから生成酸素流（４１）を取り出す
    手段とを含む設備。
  26. 【請求項２６】 前記低圧塔（１９）の頂部に頂部コン
    デンサ（３９）を並びに前記低圧塔の中間の液体及び前
    記中間圧塔の底部の液体（２９）の一方を前記低圧塔の
    前記頂部コンデンサへと送る手段を具備する請求項２５
    に記載の設備。
  27. 【請求項２７】 前記低圧塔及び前記中間圧塔の一方の
    頂部の液体（４２）を前記高圧塔の頂部へと送る手段を
    具備する請求項２５または請求項２６に記載の設備。
  28. 【請求項２８】 前記低圧塔のサンプよりも少なくとも
    １つの理論的なトレイだけ上方で液体酸素に富んだ流れ
    （３７’）を取り出し且つそれを前記中間塔及び前記低
    圧塔の一方の頂部コンデンサへと送る手段を具備する請
    求項２５ないし請求項２７のいずれか１項に記載の設
    備。
  29. 【請求項２９】 前記低圧塔（１９）のサンプから液体
    酸素流（５０）を取り出す手段を具備する請求項２８に
    記載の設備。
  30. 【請求項３０】 タービン（７，７’）と、前記タービ
    ンに供給空気を送る手段と、前記タービンから前記設備
    の前記塔（９，１９）の１つへと空気を送る手段とを具
    備する請求項２５ないし請求項２９のいずれか１項に記
    載の設備。
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