JP2007518048A - ガス圧縮機、ガス圧縮機を組み込んだガス混合物の分離装置、およびガス圧縮機を組み込んだガス混合物の分離方法 - Google Patents

ガス圧縮機、ガス圧縮機を組み込んだガス混合物の分離装置、およびガス圧縮機を組み込んだガス混合物の分離方法 Download PDF

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Abstract

本発明のガス圧縮機（１）は、直列に接続されたｎ個（ここで、ｎは、少なくとも３）の段階（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）を有し、各段階は、１の冷却器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５）により後続されており、少なくとも２つの冷却器が、異なる圧縮ガス圧力降下を有し、より低い圧力降下を示す冷却器は、より高い圧力降下を示す冷却器の上流に設けられている。

Description

本発明は、ガス圧縮機、およびガス圧縮機を組み込んだガス混合物の分離装置に関する。
従来の多段階圧縮機において、１つの段階で圧縮されたガスは、次の段階に送られる前に、ガスが次の圧縮段階に受け入れられる温度のままであるように段階間冷却器または中間冷却器で冷却される。最後の段階で圧縮されたガスも、この段階の下流で冷却される。冷却器で冷却されたガスは、圧力降下を受ける。先行技術によると、圧縮ガスが受けた同じ圧力降下は、各冷却器について、それが冷却する圧縮ガスの圧力如何にかかわらず、同じである。
用語「圧縮機」は、ブロワー、ブースタ、および単一の機械を構成する、ブースタにより後続される圧縮機を含む。当該圧縮機は、遠心式、軸流式、ラジアル式または往復式圧縮機、またはこれらのタイプの圧縮機の組合せであり得る。圧縮機は、中間の入口および／または出口を有し得る。
空気は、圧縮機に、上流端から下流端に流入する。圧縮機の１つの段階は、空気が他の段階に流入する前にこの段階に流入する場合、他の段階の上流にある。
全ての圧力は、絶対圧力である。
同じ圧力降下が、中圧または低圧における場合と比べて高圧ではほんのわずかなエネルギーを要する限り、各段階において同じ圧力降下を有する中間の冷却器を有する圧縮機を持つ代わりに、ガスを最も高い圧力に圧縮する段階でより高いガス圧力降下を用いて、圧縮機の投資コストを削減することができる。
本発明の１つの目的は、直列に接続されたｎ個（ここで、ｎは、少なくとも３）の段階を有し、各段階は、１の冷却器により後続されているガス圧縮機であって、少なくとも２つの冷却器が、圧縮されたガスに対し異なる圧力降下を有し、より低い圧力降下を有する冷却器は、より高い圧力降下を有する冷却器の上流にあることを特徴とするガス圧縮機を提供することである。
本発明の他の任意の側面によれば、
圧縮機の最終段階の冷却器が、１番目の段階の圧力降下よりも高い圧力降下を有する、
圧縮機が少なくとも４つの段階を有し、圧縮機の最終段階が、１番目の段階よりも高い圧力降下を有する、
少なくとも２つの冷却器が、少なくとも３０％、または少なくとも５０％、あるいは少なくとも１００％異なる圧力降下を有し、より低い圧力降下を有する冷却器が、より高い圧力降下を有する冷却器の上流にある、
少なくとも２つの冷却器が、少なくとも１００％異なる圧力降下を有し、より低い圧力降下を有する冷却器が、より高い圧力降下を有する冷却器の上流にある。
本発明の他の側面は、直列に接続されたｎ個（ここで、ｎは、少なくとも３）の段階を有し、各段階は、１の冷却器により後続されているガス圧縮機（１、１１）であって、少なくとも２つの冷却器が、圧縮されたガスに対し異なる圧力降下を有し、より低い圧力降下を有する冷却器は、より高い圧力降下を有する冷却器の上流にあるところのガス圧縮機中でガスを圧縮する方法を提供する。
本発明の他の側面は、ガス混合物を分離するための装置であって、上に規定したとおりの少なくとも１つの圧縮機と、該装置からの、および／または該装置のために意図されたガスを前記圧縮機に送るための手段を備える装置を提供する。
好ましくは、少なくとも１つの蒸留カラムを備える低温蒸留装置、該装置のカラムに圧縮空気を送るための手段、該装置のカラムから液体を取り出すための手段、圧縮ガスとの熱交換により前記液体を気化させるための手段を備え、前記圧縮ガスは、複数最終段階の少なくとも１つにより（または最終段階により）圧縮されているか、および／または前記圧縮空気は、圧縮機内で圧縮されている、上に定義したとおりの空気分離装置が提供される。
他の任意の側面によると、上記装置は、該圧縮機の複数最終段階の１つから（または最終段階から）の空気との熱交換により前記液体を気化させるための手段を含む。
本発明の他の側面は、カラムシステム中での低温蒸留によりガス混合物を分離するための方法であって、該カラムシステムのために意図されたガスまたは該カラムシステムからのガスを、上に定義したとおりの圧縮機により圧縮し、該圧縮機の最後の段階を出るガスが、５バールを超え、好ましくは１０バールを超える圧力にある方法を提供する。
他の任意の側面は、
ｉ）空気の流れを第１の圧力に圧縮し、
ｉｉ）前記第１の圧力にある空気の一部を１０バールよりも高い第２の圧力に昇圧し、
ｉｉｉ）前記第１の圧力にある空気の一部を、前記カラムシステムの１つのカラムで蒸留するために送り、
ｉｖ）該システムの１つのカラムから液体流を取り出し、
ｖ）前記液体流を、前記第２の圧力にある空気の流れとの熱交換により気化させ、
ｖｉ）前記第１の圧力にある空気の流れを、上に規定した少なくとも１つの圧縮機において前記第２の圧力まで圧縮し、および／または該空気の一部を上に規定した少なくとも１つの圧縮機において前記第２の圧力まで昇圧させる方法を提供する。
本発明を、図面を参照してより詳細に説明する。各図は、本発明による少なくとも１つの圧縮機を組み込んだ非常に簡素化された分離装置を示すものである。
図１において、大気圧にある空気の流れ３は、圧縮機１２送られる。
圧縮機は、段階Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４およびＣ５並びにそれらの個々の冷却器からなる。空気は、
１番目の段階Ｃ１中で圧縮され、中間の冷却器Ｒ１により冷却され、
２番目の段階Ｃ２中で圧縮され、中間の冷却器Ｒ２により冷却され、
３番目の段階Ｃ３中で圧縮され、中間の冷却器Ｒ３により冷却され、
４番目の段階Ｃ４中で圧縮され、中間の冷却器Ｒ４により冷却され、
２０〜４０バールの圧力で出る前に、５番目の段階Ｃ５中で圧縮され、最終の冷却器Ｒ５により冷却される。
中間の冷却器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３についての圧縮空気の圧力降下は、実質的に同一である。中間の冷却器Ｒ４についての圧力降下は、先行する冷却器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３のそれよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％、または少なくとも１００％高い。最終の冷却器Ｒ５についての圧力降下は、冷却器Ｒ４のそれよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％、または少なくとも１００％高い。
変形例として、冷却器Ｒ４は、冷却器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３と同じ圧力降下を有し得る。
再び変形例として、冷却器Ｒ３についての圧力降下は、冷却器Ｒ１およびＲ２のそれよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％、あるいは１００％高くあり得、冷却器Ｒ４についての圧力降下は、Ｒ３のそれと実質的に等しいか、それよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％、あるいは少なくとも１００％高くあり得る。
冷却器Ｒ５で冷却された空気は、精製工程５に、ついで酸素および／または窒素および／またはアルゴンであり得る生成物９を生成させるために、低温蒸留または他の技術により操作される空気分離装置７に送られる。
図２において、大気圧にある空気の流れ３は、圧縮機１に送られる。
圧縮機は、段階Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４およびＣ５並びにそれらの個々の冷却器からなる。空気は、
１番目の段階Ｃ１中で圧縮され、中間の冷却器Ｒ１により冷却され、
２番目の段階Ｃ２中で圧縮され、中間の冷却器Ｒ２により冷却され、
３番目の段階Ｃ３中で圧縮され、中間の冷却器Ｒ３により冷却された後、精製工程に送られる。精製された流れ６は、空気分離装置７またはその他の場所に送られる前に精製工程を出る。精製された空気の残り８は、
４番目の段階Ｃ４中で圧縮され、中間の冷却器Ｒ４により冷却され、
２０〜４０バールの圧力で出る前に、５番目の段階Ｃ５中で圧縮され、最終の冷却器Ｒ５により冷却される。ついで、このガスは、加圧下に搬送された液体を空気分離装置７の熱交換器中で気化させるために役立ち得る。
中間の冷却器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３についての空気の圧力降下は、実質的に同一である。中間の冷却器Ｒ４についての圧力降下は、先行する冷却器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３のそれよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％あるいは１００％高い。最終の冷却器Ｒ５についての圧力降下は、冷却器Ｒ４のそれよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％あるいは少なくとも１００％高い。
変形例として、冷却器Ｒ４は、冷却器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３と同じ圧力降下を有し得る。
再び変形例として、冷却器Ｒ３についての圧力降下は、冷却器Ｒ１およびＲ２のそれよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％、あるいは１００％高くあり得、冷却器Ｒ４についての圧力降下は、Ｒ３のそれと実質的に等しいか、それよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％、あるいは少なくとも１００％高くあり得る。
この例において、段階Ｃ１、Ｃ２およびＣ３は、全ての空気を中間の圧力に圧縮し、空気の一部のみが、ブースタを形成する段階Ｃ４、Ｃ５において最高圧力に圧縮される。全ての段階Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４およびＣ５は、同じシャフト上にあり、圧縮機１の部分を構成する。
最終の冷却器Ｒ５で冷却された空気８は、空気分離装置に送られる。
図３において、空気３は、図１または図２に記載したものであり得る圧縮機１中で圧縮され、圧縮された空気は、精製され、空気分離装置７に送られる。ガス状窒素９が装置７から取り出され、３つの段階ＣＡ１、ＣＡ２およびＣＡ３からなる圧縮機１１に送られる。窒素の圧力は、大気圧を超え、好ましくは１．５〜１０バールである。
窒素は、
１番目の段階ＣＡ１で圧縮され、中間の冷却器ＲＡ１により冷却され、
２番目の段階ＣＡ２で圧縮され、中間の冷却器ＲＡ２により冷却され、
３番目の段階ＣＡ３で圧縮され、最終の冷却器ＲＡ３により冷却される。
最終の冷却器ＲＡ３の窒素の圧力降下は、冷却器ＲＡ２のそれ、およびＲＡ１のそれよりも少なくとも３０％、好ましくは少なくとも５０％あるいは少なくとも１００％高い。
本発明は、特に、低温蒸留による分離に適用されるが、より高い温度で操作される分離装置に用いることができる。上記例に記載した分離すべきガス混合物は、空気であるが、例えば、主成分として、一酸化炭素および／または水素および／またはメタンおよび／または窒素および／またはヘリウムを含むものでもよい。
圧縮機は、空気、窒素、酸素、アルゴン、合成ガス、水素、一酸化炭素、ヘリウム、メタンまたは他のいずれものガスのための圧縮機であり得る。
本発明による少なくとも１つの圧縮機を組み込んだ非常に簡素化された分離装置を示す。 本発明による少なくとも１つの圧縮機を組み込んだ非常に簡素化された分離装置を示す。 本発明による少なくとも１つの圧縮機を組み込んだ非常に簡素化された分離装置を示す。
符号の説明
１、１１…圧縮機
３…空気の流れ
５…精製工程
６…精製流
７…空気分離装置
８…精製空気
９…生成物
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３…圧縮機の段階
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３…冷却器

Claims (10)

  1. 直列に接続されたｎ個（ここで、ｎは、少なくとも３）の段階（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３）を有し、各段階は、１の冷却器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３）により後続されているガス圧縮機（１、１１）であって、少なくとも２つの冷却器が、圧縮されたガスに対し異なる圧力降下を有し、より低い圧力降下を有する冷却器は、より高い圧力降下を有する冷却器の上流にあることを特徴とするガス圧縮機。
  2. 該圧縮機の最終段階の冷却器（Ｒ５、ＲＡ３）が、１番目の段階の圧力降下よりも高い圧力降下を有する請求項１に記載のガス圧縮機。
  3. 少なくとも４つの段階を有し、該圧縮機の最終段階が、１番目の段階よりも高い圧力降下を有する請求項２に記載のガス圧縮機。
  4. 少なくとも２つの冷却器が、少なくとも３０％、または少なくとも５０％、あるいは少なくとも１００％異なる圧力降下を有し、より低い圧力降下を有する冷却器が、より高い圧力降下を有する冷却器の上流にある請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス圧縮機。
  5. 少なくとも２つの冷却器が、少なくとも１００％異なる圧力降下を有し、より低い圧力降下を有する冷却器が、より高い圧力降下を有する冷却器の上流にある請求項４に記載のガス圧縮機。
  6. ガス混合物を分離するための装置であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載の少なくとも１つの圧縮機（１、１１）と、該装置からの、および／または該装置のために意図されたガス（３、９）を前記圧縮機に送るための手段を備える装置。
  7. 少なくとも１つの蒸留カラムを備える低温蒸留装置、該装置のカラムに圧縮空気を送るための手段、該装置のカラムから液体を取り出すための手段、圧縮ガスとの熱交換により前記液体を気化させるための手段を備え、前記圧縮ガスは、複数最終段階（Ｒ４、Ｒ５）の少なくとも１つにより（または最終段階により）圧縮されているか、および／または前記圧縮空気は、圧縮機（１）内で圧縮されている請求項６に記載の空気分離装置。
  8. 該圧縮機の複数最終段階（Ｒ４、Ｒ５）の１つから（または最終段階から）の空気との熱交換により前記液体を気化させるための手段を含む請求項７に記載の装置。
  9. カラムシステム中での低温蒸留によりガス混合物を分離するための方法であって、該カラムシステムのために意図されたガスまたは該カラムシステムからのガスを、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機（１、１１）により圧縮し、該圧縮機の最後の段階（Ｒ５）を出るガスが、５バールを超え、好ましくは１０バールを超える圧力にある方法。
  10. ｉ）空気の流れを第１の圧力に圧縮し、
    ｉｉ）前記第１の圧力にある空気の一部を１０バールよりも高い第２の圧力に昇圧し、
    ｉｉｉ）前記第１の圧力にある空気の一部を、前記カラムシステムの１つのカラムで蒸留するために送り、
    ｉｖ）該システムの１つのカラムから液体流を取り出し、
    ｖ）前記液体流を、前記第２の圧力にある空気との熱交換により気化させ、
    ｖｉ）前記第１の圧力にある空気の流れを請求項１〜５のいずれか１項に記載の少なくとも１つの圧縮機において前記第２の圧力まで圧縮し、および／または該空気の一部を請求項１〜５のいずれか１項に記載の少なくとも１つの圧縮機において前記第２の圧力まで昇圧させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
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