JP2833594B2 - 酸素製品製造のための低温法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分縮を利用して中
純度酸素を製造する空気の低温蒸留（ｃｒｙｏｇｅｎｉ
ｃ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）法に関する。
純度酸素を製造する空気の低温蒸留（ｃｒｙｏｇｅｎｉ
ｃ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）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】低温法
を使って空気から酸素を製造することは、資本と動力の
両方を集中するものである。現在、中純度酸素（８５〜
９８％）の生産には標準的な二塔式の空気分離装置が一
般に使用されている。非低温技術（例えば吸着といった
もの）が進歩するにつれて、この酸素純度レベルの低温
装置の動力消費量と資本経費の両方を低下させることが
ますます強く必要とされている。混成分縮サイクル（す
なわち（精留とストリッピングのサイクル）は、動力を
減少させる可能性をもたらすが、効果的に実施しない限
り資本経費を低減しないことがある。本発明の目的は、
資本と動力の両方を節約する方法と装置を提供すること
である。
を使って空気から酸素を製造することは、資本と動力の
両方を集中するものである。現在、中純度酸素（８５〜
９８％）の生産には標準的な二塔式の空気分離装置が一
般に使用されている。非低温技術（例えば吸着といった
もの）が進歩するにつれて、この酸素純度レベルの低温
装置の動力消費量と資本経費の両方を低下させることが
ますます強く必要とされている。混成分縮サイクル（す
なわち（精留とストリッピングのサイクル）は、動力を
減少させる可能性をもたらすが、効果的に実施しない限
り資本経費を低減しないことがある。本発明の目的は、
資本と動力の両方を節約する方法と装置を提供すること
である。
【０００３】当該技術分野では多数の分縮法が知られて
おり、それらの中には次に述べるものがある。
おり、それらの中には次に述べるものがある。
【０００４】米国特許第２８６１４３２号明細書には、
酸素製造用の混成分縮サイクルが開示されている。この
発明の最も関連のある態様を図１でもって説明する。米
国特許第２８６１４３２号明細書の発明の重要な特徴は
次のとおりである（参照番号は図１に対応する）。すな
わち、高圧精留分縮器（２３）の下部に冷却した原料空
気（２８）を受入れ、上部生成物（２５）として窒素に
富む蒸気を、そして下部生成物（３２）として粗液体酸
素を製造する。低圧ストリッピング分縮器（２４）は、
精留塔（２１）から流れてくる液を上部で受入れ、濃縮
された酸素を液体塔底生成物（２６）として製造し、そ
して蒸気を上部から追い出して、この蒸気は精留塔（２
１）へ流入する。精留分縮器とストリッピング分縮器
は、熱交換を促進するため熱的に接触している。高圧凝
縮器（３４）が精留分縮器の上部生成物（２５）を蒸気
から液に変える（この液は精留塔（２１）への塔頂還流
として使用される）。この凝縮器は、塔（２１）内の液
に浸漬された管（３４）からなる。精留とストリッピン
グの両方を行う精留塔（２１）も存在する。この塔の焚
き上げは、下方のトレイの液の一部を気化させることで
なされる。用いられる伝熱装置は管式のもの（３４）で
ある。気化のための熱は精留分縮器の上部生成物の凝縮
によりもたらされる。この塔は、高圧凝縮器からの濃縮
した液体窒素を最上部の供給原料として受入れ、液体空
気（３１）を中段供給原料として受入れ、高圧分縮器か
らの粗液体酸素（３２）と膨張機からの空気（４１）と
を第三の供給原料として受け入れる。低圧ストリッピン
グ分縮器から追い出された蒸気は下方のトレイへ流入す
る。精留塔からの液は低圧ストリッピング分縮器への供
給原料であり、一方、塔頂生成物は窒素に富んだ「廃棄
物」流（４２）である。液体の原料空気は、低圧ストリ
ッピング分縮器の下部からの液体酸素生成物を気化させ
て作られる。この気化と凝縮は、独立した交換器（２
７）において行われる。二つの圧力レベルの空気が装置
にやってくる。空気の８０％は低圧（約６０ｐｓｉａ
（４１０ｋＰａ（絶対圧）））でやってくる。冷却後、
この低圧原料は二つの流れに分割される。本質的に、こ
の流量の半分を膨張させて寒冷を供給し、他方の半分を
精留分縮器へ送る。空気の２０％は高圧（約７０ｐｓｉ
ａ（４８０ｋＰａ（絶対圧）））でやってきて、沸騰す
る酸素生成物との熱交換で凝縮される。この酸素生成物
の圧力はほぼ大気圧である。
酸素製造用の混成分縮サイクルが開示されている。この
発明の最も関連のある態様を図１でもって説明する。米
国特許第２８６１４３２号明細書の発明の重要な特徴は
次のとおりである（参照番号は図１に対応する）。すな
わち、高圧精留分縮器（２３）の下部に冷却した原料空
気（２８）を受入れ、上部生成物（２５）として窒素に
富む蒸気を、そして下部生成物（３２）として粗液体酸
素を製造する。低圧ストリッピング分縮器（２４）は、
精留塔（２１）から流れてくる液を上部で受入れ、濃縮
された酸素を液体塔底生成物（２６）として製造し、そ
して蒸気を上部から追い出して、この蒸気は精留塔（２
１）へ流入する。精留分縮器とストリッピング分縮器
は、熱交換を促進するため熱的に接触している。高圧凝
縮器（３４）が精留分縮器の上部生成物（２５）を蒸気
から液に変える（この液は精留塔（２１）への塔頂還流
として使用される）。この凝縮器は、塔（２１）内の液
に浸漬された管（３４）からなる。精留とストリッピン
グの両方を行う精留塔（２１）も存在する。この塔の焚
き上げは、下方のトレイの液の一部を気化させることで
なされる。用いられる伝熱装置は管式のもの（３４）で
ある。気化のための熱は精留分縮器の上部生成物の凝縮
によりもたらされる。この塔は、高圧凝縮器からの濃縮
した液体窒素を最上部の供給原料として受入れ、液体空
気（３１）を中段供給原料として受入れ、高圧分縮器か
らの粗液体酸素（３２）と膨張機からの空気（４１）と
を第三の供給原料として受け入れる。低圧ストリッピン
グ分縮器から追い出された蒸気は下方のトレイへ流入す
る。精留塔からの液は低圧ストリッピング分縮器への供
給原料であり、一方、塔頂生成物は窒素に富んだ「廃棄
物」流（４２）である。液体の原料空気は、低圧ストリ
ッピング分縮器の下部からの液体酸素生成物を気化させ
て作られる。この気化と凝縮は、独立した交換器（２
７）において行われる。二つの圧力レベルの空気が装置
にやってくる。空気の８０％は低圧（約６０ｐｓｉａ
（４１０ｋＰａ（絶対圧）））でやってくる。冷却後、
この低圧原料は二つの流れに分割される。本質的に、こ
の流量の半分を膨張させて寒冷を供給し、他方の半分を
精留分縮器へ送る。空気の２０％は高圧（約７０ｐｓｉ
ａ（４８０ｋＰａ（絶対圧）））でやってきて、沸騰す
る酸素生成物との熱交換で凝縮される。この酸素生成物
の圧力はほぼ大気圧である。
【０００５】米国特許第２８６１４３２号明細書には、
オーバーフロー充填物と呼ばれる材料が組み込まれる装
置も開示されている。ストリッピング分縮器の機能と精
留分縮器の機能を組み合わせるのに使用することができ
るであろうこの装置は、低圧蒸留塔内に、ストリッピン
グ分縮器の側をその塔に対し開放しそして他方を閉鎖し
て、収容される。オーバーフロー充填物の更なる検討
は、ＷｉｎｔｅｒｉｎｇｈａｍらによってＴｒａｎｓ
Ｉｎｓｔｎ Ｃｈｅｍ Ｅｎｇｒｓ， ｐ．５５， Ｖ
ｏｌ ４４， １９６６の論文に明らかにされている。
オーバーフロー充填物と呼ばれる材料が組み込まれる装
置も開示されている。ストリッピング分縮器の機能と精
留分縮器の機能を組み合わせるのに使用することができ
るであろうこの装置は、低圧蒸留塔内に、ストリッピン
グ分縮器の側をその塔に対し開放しそして他方を閉鎖し
て、収容される。オーバーフロー充填物の更なる検討
は、ＷｉｎｔｅｒｉｎｇｈａｍらによってＴｒａｎｓ
Ｉｎｓｔｎ Ｃｈｅｍ Ｅｎｇｒｓ， ｐ．５５， Ｖ
ｏｌ ４４， １９６６の論文に明らかにされている。
【０００６】上述の事柄にもかかわらず、米国特許第２
８６１４３２号明細書の教示に関しては多数の不都合が
あり、それらのうちには次に述べるものがある。すなわ
ち、オーバーフロー充填物は蒸気容量が限られており、
たくさんの液が滞留されるので物質移動と熱移動の効率
が低い。「充填物ユニット」が塔自体の中に挿入され、
これは容積の利用が不十分ということである（円形の容
器に長方形のものが入れられる）。オーバーフロー充填
物は、炭化水素が濃縮する一連の液蓄積箇所をもたらす
ので、酸素用には不適当である。更に、還流凝縮器（３
４）を運転するのに液に浸漬した管を使用することは、
機械装置的に複雑な構成である。
８６１４３２号明細書の教示に関しては多数の不都合が
あり、それらのうちには次に述べるものがある。すなわ
ち、オーバーフロー充填物は蒸気容量が限られており、
たくさんの液が滞留されるので物質移動と熱移動の効率
が低い。「充填物ユニット」が塔自体の中に挿入され、
これは容積の利用が不十分ということである（円形の容
器に長方形のものが入れられる）。オーバーフロー充填
物は、炭化水素が濃縮する一連の液蓄積箇所をもたらす
ので、酸素用には不適当である。更に、還流凝縮器（３
４）を運転するのに液に浸漬した管を使用することは、
機械装置的に複雑な構成である。
【０００７】米国特許第４０２５３９８号明細書には、
蒸留塔の精留部及び回収部（ストリッピング部）を二つ
の塔の個々の蒸留段の間で運転する熱交換装置と熱統合
するための方法及び（主として）種々の装置が開示され
ている。
蒸留塔の精留部及び回収部（ストリッピング部）を二つ
の塔の個々の蒸留段の間で運転する熱交換装置と熱統合
するための方法及び（主として）種々の装置が開示され
ている。
【０００８】米国特許第３７５６０３５号明細書には、
複数の精留帯域において分離を行う方法が開示されてい
て、これらのそれぞれの精留帯域は隣合い並んで互いに
間接熱交換する関係で接続される。米国特許第３７５６
０３５号明細書には、精留通路が液−蒸気混合物を塔内
で分離しておく流路でよいことも開示されている。その
ような流路は、蒸留塔トレイの効果を生じる、孔あきフ
ィンのコンパクトな熱交換器のようにして作ることがで
きる。この種の熱交換器の構成は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｒｙｏｇｅｎｉ
ｃｓ， Ｖｏｌ． １０， ｐ．４０５， １９６５に
も記載されている。この参考文献はいくらか曖昧ではあ
るが、オーバーフロー充填物に言及しているものと思わ
れる。
複数の精留帯域において分離を行う方法が開示されてい
て、これらのそれぞれの精留帯域は隣合い並んで互いに
間接熱交換する関係で接続される。米国特許第３７５６
０３５号明細書には、精留通路が液−蒸気混合物を塔内
で分離しておく流路でよいことも開示されている。その
ような流路は、蒸留塔トレイの効果を生じる、孔あきフ
ィンのコンパクトな熱交換器のようにして作ることがで
きる。この種の熱交換器の構成は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｒｙｏｇｅｎｉ
ｃｓ， Ｖｏｌ． １０， ｐ．４０５， １９６５に
も記載されている。この参考文献はいくらか曖昧ではあ
るが、オーバーフロー充填物に言及しているものと思わ
れる。
【０００９】米国特許第４３０８０４３号明細書も精留
部と回収（ストリッピング）部の部分的な熱統合に関連
している。
部と回収（ストリッピング）部の部分的な熱統合に関連
している。
【００１０】米国特許第４２３４３９１号明細書には、
同じ塔の回収部と精留部を熱的に結合する方法と装置が
開示されている。この装置は、エネルギーを一つのトレ
イからほかのものへ移動させる熱交換用の管と中心線に
沿って延びる壁を備えた棚段塔からなる。
同じ塔の回収部と精留部を熱的に結合する方法と装置が
開示されている。この装置は、エネルギーを一つのトレ
イからほかのものへ移動させる熱交換用の管と中心線に
沿って延びる壁を備えた棚段塔からなる。
【００１１】米国特許第３５６８４６１号明細書には、
断熱又は差分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）蒸留で使用
するための鋸歯型フィンを利用する精留装置が開示され
ている。
断熱又は差分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）蒸留で使用
するための鋸歯型フィンを利用する精留装置が開示され
ている。
【００１２】米国特許第３５６８４６２号明細書にも、
ハードウェイフロー方向の孔あきフィンから作られた精
留塔が開示されている。
ハードウェイフロー方向の孔あきフィンから作られた精
留塔が開示されている。
【００１３】米国特許第３６１２４９４号明細書には、
プレートフィン熱交換器を使用する気−液接触装置が開
示されている。米国特許第３９９２１６８号明細書に
は、プレートフィン精留装置のための気−液分配の手段
が開示されている。
プレートフィン熱交換器を使用する気−液接触装置が開
示されている。米国特許第３９９２１６８号明細書に
は、プレートフィン精留装置のための気−液分配の手段
が開示されている。
【００１４】米国特許第３９８３１９１号明細書には、
非断熱精留のためにプレートフィン熱交換器を使用する
ことが記載されている。
非断熱精留のためにプレートフィン熱交換器を使用する
ことが記載されている。
【００１５】米国特許第５１４４８０９号明細書には、
プレートフィン熱交換器を使って窒素を製造するための
精留分縮器が開示されている。ストリッピング分縮器は
ない。この分縮器は窒素を、本質的に原料空気圧力で、
製造する。粗液体酸素は、当該粗液体酸素について分離
が行われないように、分縮する窒素との熱交換で沸騰
（焚き上げ）させられる。
プレートフィン熱交換器を使って窒素を製造するための
精留分縮器が開示されている。ストリッピング分縮器は
ない。この分縮器は窒素を、本質的に原料空気圧力で、
製造する。粗液体酸素は、当該粗液体酸素について分離
が行われないように、分縮する窒素との熱交換で沸騰
（焚き上げ）させられる。
【００１６】米国特許第５２０７０６５号明細書にも、
プレートフィン熱交換器を基にして窒素を製造するため
の精留分縮器が開示されている。
プレートフィン熱交換器を基にして窒素を製造するため
の精留分縮器が開示されている。
【００１７】最後に、米国特許第５４１０８５５号明細
書には、二塔式低温精留装置が開示されており、この装
置では低圧塔の塔底液がワンススルーの下向き流れ還流
凝縮器内で、高圧塔の棚の蒸気を凝縮させることで発生
された蒸気との向流式の直接の接触により追加のストリ
ッピングを受ける。
書には、二塔式低温精留装置が開示されており、この装
置では低圧塔の塔底液がワンススルーの下向き流れ還流
凝縮器内で、高圧塔の棚の蒸気を凝縮させることで発生
された蒸気との向流式の直接の接触により追加のストリ
ッピングを受ける。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気から酸素
製品を製造するための低温法であって、空気を圧縮し、
精製して低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒｅ）で凍結する汚染物を除去し、その露点近くまで
冷却して、この圧縮し、精製し、冷却した空気を分離器
へ供給し、分離器の蒸気を精留して窒素に富む精留器上
部生成物と粗液体酸素の下部生成物とにし、酸素に富ん
だ液をストリッピングして窒素に富むストリッパー上部
生成物と酸素製品とを製造する方法であって、精留機能
とストリッピング機能の両方を果たす少なくとも二組の
通路のある多通路式プレートフィン熱交換器を使用し、
一組の通路は、上記の分離器の蒸気を精留しそして上記
の窒素に富む精留器上部生成物と上記の粗液体酸素の下
部生成物とを製造する連続接触の精留分縮器を構成し、
第二の組の通路は、上記の酸素に富んだ液をストリッピ
ングして上記の窒素に富むストリッパー上部生成物と上
記の酸素製品とを製造する連続接触のストリッピング分
縮器を構成し、当該精留装置のための還流と当該ストリ
ッピング装置のための焚き上げを、少なくとも一部分
は、上記二組の通路間での且つそれらに沿っての間接熱
交換により供給して、それにより当該精留分縮器と当該
ストリッピング分縮器とを熱的に結合することを特徴と
する方法に関する。
製品を製造するための低温法であって、空気を圧縮し、
精製して低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒｅ）で凍結する汚染物を除去し、その露点近くまで
冷却して、この圧縮し、精製し、冷却した空気を分離器
へ供給し、分離器の蒸気を精留して窒素に富む精留器上
部生成物と粗液体酸素の下部生成物とにし、酸素に富ん
だ液をストリッピングして窒素に富むストリッパー上部
生成物と酸素製品とを製造する方法であって、精留機能
とストリッピング機能の両方を果たす少なくとも二組の
通路のある多通路式プレートフィン熱交換器を使用し、
一組の通路は、上記の分離器の蒸気を精留しそして上記
の窒素に富む精留器上部生成物と上記の粗液体酸素の下
部生成物とを製造する連続接触の精留分縮器を構成し、
第二の組の通路は、上記の酸素に富んだ液をストリッピ
ングして上記の窒素に富むストリッパー上部生成物と上
記の酸素製品とを製造する連続接触のストリッピング分
縮器を構成し、当該精留装置のための還流と当該ストリ
ッピング装置のための焚き上げを、少なくとも一部分
は、上記二組の通路間での且つそれらに沿っての間接熱
交換により供給して、それにより当該精留分縮器と当該
ストリッピング分縮器とを熱的に結合することを特徴と
する方法に関する。
【００１９】この方法では、酸素製品をストリッピング
分縮器から液としてあるいは蒸気として取り出すことが
できる。
分縮器から液としてあるいは蒸気として取り出すことが
できる。
【００２０】この方法では、第一の組の通路が更に、精
留分縮器より上に位置する凝縮帯域を構成することがで
き、この場合には窒素に富む精留器上部生成物をこの凝
縮帯域で少なくとも部分的に凝縮させ、その際の寒冷
を、少なくとも一部分は、第二の組の通路（ストリッピ
ング分縮器）の上部との間接且つ連続の熱交換で供給し
て、それによりこの凝縮帯域とストリッピング分縮器と
を熱的に結合する。
留分縮器より上に位置する凝縮帯域を構成することがで
き、この場合には窒素に富む精留器上部生成物をこの凝
縮帯域で少なくとも部分的に凝縮させ、その際の寒冷
を、少なくとも一部分は、第二の組の通路（ストリッピ
ング分縮器）の上部との間接且つ連続の熱交換で供給し
て、それによりこの凝縮帯域とストリッピング分縮器と
を熱的に結合する。
【００２１】この方法では、精留分縮器からの粗液体酸
素の下部生成物、凝縮帯域（もし存在するならば）から
の少なくとも部分的に凝縮した窒素に富む精留器上部生
成物、そして窒素に富むストリッパー上部生成物を、分
別のための（補助的な）蒸留塔へ供給して、廃棄物の窒
素に富む塔頂生成物と、酸素に富んだ液とを製造するこ
とができる
素の下部生成物、凝縮帯域（もし存在するならば）から
の少なくとも部分的に凝縮した窒素に富む精留器上部生
成物、そして窒素に富むストリッパー上部生成物を、分
別のための（補助的な）蒸留塔へ供給して、廃棄物の窒
素に富む塔頂生成物と、酸素に富んだ液とを製造するこ
とができる
【００２２】この方法では、酸素製品が液である場合、
この酸素製品をその後第二の空気流との熱交換により気
化させ、この第二の空気流をこの熱交換で凝縮させ、そ
して凝縮した第二の空気流を上記の（補助的な）蒸留塔
への中間供給原料として使用することができる。更に、
酸素製品を多通路式プレートフィン熱交換器の第三の組
の通路内で気化させることができ、この場合その気化の
熱は、少なくとも一部分は、精留分縮器通路との熱交換
により供給される。また、この方法では、前記熱交換器
が少なくとも四組の通路を含むようにし、窒素に富む精
留器上部生成物を第三の組の通路において加温して寒冷
を回収し、粗液体酸素を第四の組の通路において冷却し
てもよい。
この酸素製品をその後第二の空気流との熱交換により気
化させ、この第二の空気流をこの熱交換で凝縮させ、そ
して凝縮した第二の空気流を上記の（補助的な）蒸留塔
への中間供給原料として使用することができる。更に、
酸素製品を多通路式プレートフィン熱交換器の第三の組
の通路内で気化させることができ、この場合その気化の
熱は、少なくとも一部分は、精留分縮器通路との熱交換
により供給される。また、この方法では、前記熱交換器
が少なくとも四組の通路を含むようにし、窒素に富む精
留器上部生成物を第三の組の通路において加温して寒冷
を回収し、粗液体酸素を第四の組の通路において冷却し
てもよい。
【００２３】この方法では、精製した圧縮空気を冷却の
前に二つの部分に分割することができ、この場合第一の
部分は冷却して分離器へ供給され、第二の部分は更に圧
縮し、冷却し、二つの二次分割流に分割され、第一の二
次分割流が気化する酸素製品との熱交換で凝縮される上
記の第二の空気流であり、そして第二の二次分割流は膨
張させられて仕事を回収し且つ寒冷を供給してから、蒸
留塔へ供給される。
前に二つの部分に分割することができ、この場合第一の
部分は冷却して分離器へ供給され、第二の部分は更に圧
縮し、冷却し、二つの二次分割流に分割され、第一の二
次分割流が気化する酸素製品との熱交換で凝縮される上
記の第二の空気流であり、そして第二の二次分割流は膨
張させられて仕事を回収し且つ寒冷を供給してから、蒸
留塔へ供給される。
【００２４】最後に、本発明では、精留分縮器通路の長
さをストリッピング分縮器通路より短くし、そしてスト
リッピング分縮器通路の上部に断熱帯域ができるように
してもよい。
さをストリッピング分縮器通路より短くし、そしてスト
リッピング分縮器通路の上部に断熱帯域ができるように
してもよい。
【００２５】本発明はまた、仕切り板により分割されて
いて下部と上部とを有する少なくとも二組の垂直向きの
通路を持つ多通路式プレートフィン熱交換器であって、
第一の組の通路がフィンを含む連続接触の精留分縮帯域
とこの精留分縮帯域より上方に位置し且つそれから切り
離されている凝縮帯域とを構成し、第二の組の通路が連
続接触のストリッピング分縮帯域を構成し、これらの第
一及び第二の組の通路が、当該第一の組の通路の各通路
が仕切り板を横切って当該第二の組の通路のうちの少な
くとも一つの通路と熱を伝える関係となるようにされて
いる熱交換器と、上記の第一の組の通路の下部へ蒸気を
導入しそしてそれから液を取り出すための二相分配手段
と、そして第二の組の通路の上部へ液を導入して蒸気を
抜き出すための液分配手段とを含む低温酸素製造装置に
も関する。
いて下部と上部とを有する少なくとも二組の垂直向きの
通路を持つ多通路式プレートフィン熱交換器であって、
第一の組の通路がフィンを含む連続接触の精留分縮帯域
とこの精留分縮帯域より上方に位置し且つそれから切り
離されている凝縮帯域とを構成し、第二の組の通路が連
続接触のストリッピング分縮帯域を構成し、これらの第
一及び第二の組の通路が、当該第一の組の通路の各通路
が仕切り板を横切って当該第二の組の通路のうちの少な
くとも一つの通路と熱を伝える関係となるようにされて
いる熱交換器と、上記の第一の組の通路の下部へ蒸気を
導入しそしてそれから液を取り出すための二相分配手段
と、そして第二の組の通路の上部へ液を導入して蒸気を
抜き出すための液分配手段とを含む低温酸素製造装置に
も関する。
【００２６】この装置では、中実の棒、開口のある棒、
及びハードウェイフィン材料（hardway finning)を使用
して、精留分縮帯域と凝縮帯域を分けることができる。
及びハードウェイフィン材料（hardway finning)を使用
して、精留分縮帯域と凝縮帯域を分けることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明は、単一のプレートフィン
熱交換器内で精留用の分縮とストリッピング用の分縮を
行う空気分離法である。更に、窒素還流の凝縮をその熱
交換器で行ってもよく、この場合凝縮帯域と精留帯域と
は同じ通路に存在する。従って、凝縮はストリッピング
通路との熱交換によってなされる。
熱交換器内で精留用の分縮とストリッピング用の分縮を
行う空気分離法である。更に、窒素還流の凝縮をその熱
交換器で行ってもよく、この場合凝縮帯域と精留帯域と
は同じ通路に存在する。従って、凝縮はストリッピング
通路との熱交換によってなされる。
【００２８】典型的に、本発明の方法は、高圧での精留
と凝縮のための寒冷の必要量が低圧でのストリッピング
について要求される熱量と同じになるように運転され
る。「高」圧通路と「低」圧通路との圧力差が、伝熱の
ために必要とされる温度推進力を獲得するための手段を
提供する。
と凝縮のための寒冷の必要量が低圧でのストリッピング
について要求される熱量と同じになるように運転され
る。「高」圧通路と「低」圧通路との圧力差が、伝熱の
ために必要とされる温度推進力を獲得するための手段を
提供する。
【００２９】まず、方法の態様について説明する。本発
明をよりよく理解するために、図２〜図８参照する。
明をよりよく理解するために、図２〜図８参照する。
【００３０】最も一般的な態様を図２に示す。図２で
は、低温で凍結するであろう汚染物を除去し露点近くま
で冷却された原料空気を管路３００により相分離器２０
１へ導入して、そこで液体部分と蒸気部分とに分離す
る。
は、低温で凍結するであろう汚染物を除去し露点近くま
で冷却された原料空気を管路３００により相分離器２０
１へ導入して、そこで液体部分と蒸気部分とに分離す
る。
【００３１】相分離器２０１からの蒸気部分は管路３０
２を経由して精留分縮器２０２の下部へ流入する。精留
分縮器は多数の通路からなり、各通路にはフィンが含ま
れている。蒸気がフィンを通り抜けて上昇するにつれ
て、それは仕切り板を通しての間接の伝熱により部分的
に凝縮される。凝縮液は通路を流れ落ちそして管路３０
２を経て相分離器２０１に入り、そこで液体部分と一緒
になって粗液体酸素になる。通路内での蒸気と液の向流
が精留の手段を提供し、結果として、精留分縮器の上部
から管路３１６を通って出てゆく蒸気は窒素に富むもの
となり（すなわち９０モル％以上）、そしてこれは高圧
廃棄物と呼ばれる。この高圧廃棄物は、寒冷回収のため
標準的に加温されよう。そしてそれはその後、「そのま
ま」使用するかあるいは膨張させて排出することができ
よう。空気中の酸素の大部分は、相分離器２０１から粗
液体酸素として回収される。
２を経由して精留分縮器２０２の下部へ流入する。精留
分縮器は多数の通路からなり、各通路にはフィンが含ま
れている。蒸気がフィンを通り抜けて上昇するにつれ
て、それは仕切り板を通しての間接の伝熱により部分的
に凝縮される。凝縮液は通路を流れ落ちそして管路３０
２を経て相分離器２０１に入り、そこで液体部分と一緒
になって粗液体酸素になる。通路内での蒸気と液の向流
が精留の手段を提供し、結果として、精留分縮器の上部
から管路３１６を通って出てゆく蒸気は窒素に富むもの
となり（すなわち９０モル％以上）、そしてこれは高圧
廃棄物と呼ばれる。この高圧廃棄物は、寒冷回収のため
標準的に加温されよう。そしてそれはその後、「そのま
ま」使用するかあるいは膨張させて排出することができ
よう。空気中の酸素の大部分は、相分離器２０１から粗
液体酸素として回収される。
【００３２】粗液体酸素は、相分離器から管路３０４を
通して抜き出され、弁３０６をまたいで減圧され、そし
て第二の相分離器２０３へ導入される。
通して抜き出され、弁３０６をまたいで減圧され、そし
て第二の相分離器２０３へ導入される。
【００３３】相分離器２０３からの液体部分は管路３１
０を経由してストリッピング分縮器２０４の上部へ流入
する。ストリッピング分縮器２０４も、フィンを備えた
多数の通路からなる。液がフィンを通り抜けて降下する
につれて、それは仕切り板を通しての間接の伝熱によっ
て部分的に気化する。この蒸気の「焚き上げ（ｂｏｉｌ
ｕｐ）」は通路を上昇して、結局は管路３１８を経て相
分離器２０３へ供給される。通路では、蒸気と液の向流
が精留のための手段を提供し、結果として、管路３１２
を通ってストリッピング分縮器２０４の下部から出てゆ
く物質が酸素に富むものとなり（すなわち８５モル％以
上）、そしてこれが酸素製品になる。ストリッピング分
縮器２０４から管路３１８を通って出てゆく蒸気は、粗
液体酸素との関係において窒素に富んでいる。相分離器
２０３からは蒸気部分が管路３０８により取り出され
て、低圧廃棄物を構成する。この低圧廃棄物は、寒冷回
収のため標準的に加温され、次いで排気されよう。
０を経由してストリッピング分縮器２０４の上部へ流入
する。ストリッピング分縮器２０４も、フィンを備えた
多数の通路からなる。液がフィンを通り抜けて降下する
につれて、それは仕切り板を通しての間接の伝熱によっ
て部分的に気化する。この蒸気の「焚き上げ（ｂｏｉｌ
ｕｐ）」は通路を上昇して、結局は管路３１８を経て相
分離器２０３へ供給される。通路では、蒸気と液の向流
が精留のための手段を提供し、結果として、管路３１２
を通ってストリッピング分縮器２０４の下部から出てゆ
く物質が酸素に富むものとなり（すなわち８５モル％以
上）、そしてこれが酸素製品になる。ストリッピング分
縮器２０４から管路３１８を通って出てゆく蒸気は、粗
液体酸素との関係において窒素に富んでいる。相分離器
２０３からは蒸気部分が管路３０８により取り出され
て、低圧廃棄物を構成する。この低圧廃棄物は、寒冷回
収のため標準的に加温され、次いで排気されよう。
【００３４】本発明のこの混成分縮器法は、精留器の熱
負荷をストリッパーのそれと釣り合わせることによって
その成果を達成する。
負荷をストリッパーのそれと釣り合わせることによって
その成果を達成する。
【００３５】図２にそのように示されているとは言え、
精留分縮器の通路とストリッピング分縮器の通路は等し
い長さである必要はない。例えば、図３は、精留分縮器
２０２の通路をストリッピング分縮器２０４の通路より
短いものとして示している。この場合には、高圧廃棄物
流はより低いレベルから出てきて、それにより液の供給
箇所の直ぐ下のストリッピング分縮器２０４の通路に断
熱蒸留帯域を作りだす。
精留分縮器の通路とストリッピング分縮器の通路は等し
い長さである必要はない。例えば、図３は、精留分縮器
２０２の通路をストリッピング分縮器２０４の通路より
短いものとして示している。この場合には、高圧廃棄物
流はより低いレベルから出てきて、それにより液の供給
箇所の直ぐ下のストリッピング分縮器２０４の通路に断
熱蒸留帯域を作りだす。
【００３６】先の態様では、ストリッピング分縮器２０
４を出てゆく酸素製品の状態は明示されていなかった。
酸素は標準的に液として出てきてよい（その場合管路３
００の供給原料は二相であろう）とは言え、酸素製品を
蒸気として抜き出す（その場合供給原料は本質的に飽和
蒸気であろう）ことができないプロセス的理由はない。
あいにく、液を乾燥するまで沸騰させるには、しばしば
かなりの熱交換器の長さが必要である。この場合には、
酸素製品を熱交換器の途中で液として取り出し、通路を
ストリッピング分縮器の下方部分に代えてサーモサイホ
ン沸騰帯域とする。この態様を図４に示す。図４を参照
すると、その沸騰用の通路を通して液を循環させるため
外部相分離器２０５が加えられている。
４を出てゆく酸素製品の状態は明示されていなかった。
酸素は標準的に液として出てきてよい（その場合管路３
００の供給原料は二相であろう）とは言え、酸素製品を
蒸気として抜き出す（その場合供給原料は本質的に飽和
蒸気であろう）ことができないプロセス的理由はない。
あいにく、液を乾燥するまで沸騰させるには、しばしば
かなりの熱交換器の長さが必要である。この場合には、
酸素製品を熱交換器の途中で液として取り出し、通路を
ストリッピング分縮器の下方部分に代えてサーモサイホ
ン沸騰帯域とする。この態様を図４に示す。図４を参照
すると、その沸騰用の通路を通して液を循環させるため
外部相分離器２０５が加えられている。
【００３７】最後に、効率を向上させるため、対象とな
る熱交換器内で他の流れと熱統合することを選ぶことも
できる。この概念を図５に例示する。ここでは、熱交換
器の通路を、低圧廃棄物と高圧廃棄物を過熱するのみな
らず、粗液体酸素を過冷却するための通路にしている。
る熱交換器内で他の流れと熱統合することを選ぶことも
できる。この概念を図５に例示する。ここでは、熱交換
器の通路を、低圧廃棄物と高圧廃棄物を過熱するのみな
らず、粗液体酸素を過冷却するための通路にしている。
【００３８】図２に示した態様の不十分な点は、酸素回
収率が低いという不利を招くことであり、これは管路３
０８の低圧廃棄物流の窒素純度がストリッピング分縮器
２０４への上部液体還流の純度により制限されるためで
ある。図６に示したように、この欠点は、高圧廃棄物流
を液化させそして次に粗液体酸素の代わりに還流として
用いるならば、回避することができる。図６を参照する
と、精留分縮器６０２の長さを短くして同じ通路に凝縮
部６０３を設けている。凝縮部６０３内において、高圧
蒸気（先に図２において高圧廃棄物流と呼ばれたもの）
を、ストリッピング分縮器６０４の上部との間接熱交換
により熱を奪うことで液に変える。管路３１６の液化さ
れた流れ（液体窒素還流とも呼ばれる）を、Ｊ−Ｔ弁３
１７を通して減圧させ、そして補助精留塔６０５の上部
へ還流として導入する（この精留塔は図２の相分離器２
０３に取って代わるものである）。図示したように、粗
液体酸素は管路３０４を通して精留塔６０５の液溜まり
へ、ストリッピング分縮器６０４からの管路３１８の蒸
気と同じように供給される。精留塔６０５において、上
昇してゆく蒸気は降下してくる還流と接触して精留され
る。精留塔６０５をプロセスに加える結果、管路５０８
の低圧廃棄物の窒素純度は有意に向上し、酸素回収率は
上昇する。他方で、高圧廃棄物流はもはや存在しない。
従って、より高圧の窒素製品は、低圧廃棄物から圧縮工
程を通して作らなくてはならない。とは言え、高圧窒素
は用途のないことがよくある。それにもかかわらず、酸
素回収率が上昇する利益はきわだつものであり、図６の
態様は非常に効率的である（８５〜９８％純度の酸素の
生産にとって）。
収率が低いという不利を招くことであり、これは管路３
０８の低圧廃棄物流の窒素純度がストリッピング分縮器
２０４への上部液体還流の純度により制限されるためで
ある。図６に示したように、この欠点は、高圧廃棄物流
を液化させそして次に粗液体酸素の代わりに還流として
用いるならば、回避することができる。図６を参照する
と、精留分縮器６０２の長さを短くして同じ通路に凝縮
部６０３を設けている。凝縮部６０３内において、高圧
蒸気（先に図２において高圧廃棄物流と呼ばれたもの）
を、ストリッピング分縮器６０４の上部との間接熱交換
により熱を奪うことで液に変える。管路３１６の液化さ
れた流れ（液体窒素還流とも呼ばれる）を、Ｊ−Ｔ弁３
１７を通して減圧させ、そして補助精留塔６０５の上部
へ還流として導入する（この精留塔は図２の相分離器２
０３に取って代わるものである）。図示したように、粗
液体酸素は管路３０４を通して精留塔６０５の液溜まり
へ、ストリッピング分縮器６０４からの管路３１８の蒸
気と同じように供給される。精留塔６０５において、上
昇してゆく蒸気は降下してくる還流と接触して精留され
る。精留塔６０５をプロセスに加える結果、管路５０８
の低圧廃棄物の窒素純度は有意に向上し、酸素回収率は
上昇する。他方で、高圧廃棄物流はもはや存在しない。
従って、より高圧の窒素製品は、低圧廃棄物から圧縮工
程を通して作らなくてはならない。とは言え、高圧窒素
は用途のないことがよくある。それにもかかわらず、酸
素回収率が上昇する利益はきわだつものであり、図６の
態様は非常に効率的である（８５〜９８％純度の酸素の
生産にとって）。
【００３９】図６の態様に対しては多数の変形が存在す
る。それらには、液体酸素製品を抜き出しそして気化さ
せること（図４に類似）、粗液体酸素の過冷却及び／又
は低圧廃棄物の過熱を熱統合すること（図５に類似）が
含まれる。
る。それらには、液体酸素製品を抜き出しそして気化さ
せること（図４に類似）、粗液体酸素の過冷却及び／又
は低圧廃棄物の過熱を熱統合すること（図５に類似）が
含まれる。
【００４０】図６の態様に対するもう一つの変形を図７
に示す。図７を参照すると、酸素製品を管路３１２を通
して液として抜き出して、熱交換器６０６でやって来る
管路５００の空気流との熱交換により気化させる。この
空気流は、熱交換器６０６を出てから弁５０２を通して
減圧され、補助精留塔６０５へ液体窒素還流と粗液体酸
素の中間の供給原料として供給される。この様式での運
転は、酸素の送出圧力をストリッピング分縮器圧力と別
個に選ぶことができるという利点をもたらす。例えば、
酸素の送出圧力を上昇させてもよく（図示していないポ
ンプにより）、あるいは低下させてもよい（図示してい
ない絞り弁（Ｊ−Ｔ弁）により）。管路５００の凝縮す
る空気流の圧力は、沸騰する酸素製品の選ばれた圧力に
適応するように変動し、それゆえ凝縮する空気の圧力は
主たる空気の圧力と無関係である。
に示す。図７を参照すると、酸素製品を管路３１２を通
して液として抜き出して、熱交換器６０６でやって来る
管路５００の空気流との熱交換により気化させる。この
空気流は、熱交換器６０６を出てから弁５０２を通して
減圧され、補助精留塔６０５へ液体窒素還流と粗液体酸
素の中間の供給原料として供給される。この様式での運
転は、酸素の送出圧力をストリッピング分縮器圧力と別
個に選ぶことができるという利点をもたらす。例えば、
酸素の送出圧力を上昇させてもよく（図示していないポ
ンプにより）、あるいは低下させてもよい（図示してい
ない絞り弁（Ｊ−Ｔ弁）により）。管路５００の凝縮す
る空気流の圧力は、沸騰する酸素製品の選ばれた圧力に
適応するように変動し、それゆえ凝縮する空気の圧力は
主たる空気の圧力と無関係である。
【００４１】図２と図７に示した態様を組み合わせたも
のを図８に示す。図８を参照すると、液の還流は作られ
ず、反対に精留塔６０５への上部還流が熱交換器６０６
で液化された空気により供給される。図８の態様の回収
率は図２と図７のそれらの中間である。しかしながら、
図８の態様には加圧した窒素に富む廃棄物流を製造する
という利益があり、それは有用な製品であると考えるこ
とができる。
のを図８に示す。図８を参照すると、液の還流は作られ
ず、反対に精留塔６０５への上部還流が熱交換器６０６
で液化された空気により供給される。図８の態様の回収
率は図２と図７のそれらの中間である。しかしながら、
図８の態様には加圧した窒素に富む廃棄物流を製造する
という利益があり、それは有用な製品であると考えるこ
とができる。
【００４２】次に、混成分縮器の機械的構成を説明す
る。図６に戻ると、熱交換器（すなわち精留分縮器６０
２、凝縮部６０３及びストリッピング分縮器６０４によ
りまとめられる熱交換器）は、高圧通路と低圧通路を互
い違いにすることによって製作される。低圧通路はスト
リッピング用の分縮を行うために使用される（６０
４）。高圧通路には二つの帯域が含まれる。下部の帯域
は精留用の分縮を行うために使用され（６０２）、上部
の帯域は還流の凝縮のために使用される（６０３）。好
ましい構成では、等しい数の低圧通路と高圧通路があ
り、低圧通路のフィンの高さは高圧通路のフィンの高さ
よりも好ましくは３０〜４０％高い。
る。図６に戻ると、熱交換器（すなわち精留分縮器６０
２、凝縮部６０３及びストリッピング分縮器６０４によ
りまとめられる熱交換器）は、高圧通路と低圧通路を互
い違いにすることによって製作される。低圧通路はスト
リッピング用の分縮を行うために使用される（６０
４）。高圧通路には二つの帯域が含まれる。下部の帯域
は精留用の分縮を行うために使用され（６０２）、上部
の帯域は還流の凝縮のために使用される（６０３）。好
ましい構成では、等しい数の低圧通路と高圧通路があ
り、低圧通路のフィンの高さは高圧通路のフィンの高さ
よりも好ましくは３０〜４０％高い。
【００４３】高圧通路の帯域の分離は、多くの方法で行
うことができる。それらのうちの三つを図９〜１１に示
す。
うことができる。それらのうちの三つを図９〜１１に示
す。
【００４４】図９について説明すると、高圧通路は通路
の幅をまたいで延びる中実の棒６２０を含むことができ
る。この場合、分配器のフィンを利用して蒸気を分縮用
の帯域６０２から凝縮用の帯域６０３へ流入させる。こ
の蒸気は凝縮帯域６０３へ下部から（図示のように）、
あるいは上部を通って入ることができる。精留分縮帯域
の上部と当該凝縮帯域の上部の間に捕集−分配手段を含
むこともできる。
の幅をまたいで延びる中実の棒６２０を含むことができ
る。この場合、分配器のフィンを利用して蒸気を分縮用
の帯域６０２から凝縮用の帯域６０３へ流入させる。こ
の蒸気は凝縮帯域６０３へ下部から（図示のように）、
あるいは上部を通って入ることができる。精留分縮帯域
の上部と当該凝縮帯域の上部の間に捕集−分配手段を含
むこともできる。
【００４５】図１０について説明すると、高圧通路はス
ロット付き（又は穴あき）の棒６２２を含むことができ
る。穴又はスロットの目的は蒸気速度を速くすることで
ある。十分な蒸気速度では、凝縮帯域６０３で生じた液
は分縮帯域６０２へ流入しない。
ロット付き（又は穴あき）の棒６２２を含むことができ
る。穴又はスロットの目的は蒸気速度を速くすることで
ある。十分な蒸気速度では、凝縮帯域６０３で生じた液
は分縮帯域６０２へ流入しない。
【００４６】図１１について説明すると、高圧通路は
「ハードウェイ」方向に配向した、すなわち水平に配向
した、フィン材料６２４を含むことができる。このハー
ドウェイフィンは、鋸歯式又は孔あき式のものでよく、
凝縮帯域６０３で生じた液を分縮帯域６０２へ流入させ
ない速い蒸気速度を生じさせる。
「ハードウェイ」方向に配向した、すなわち水平に配向
した、フィン材料６２４を含むことができる。このハー
ドウェイフィンは、鋸歯式又は孔あき式のものでよく、
凝縮帯域６０３で生じた液を分縮帯域６０２へ流入させ
ない速い蒸気速度を生じさせる。
【００４７】図９に示した分配器のタイプは、製造設備
の流量が大きく変動する場合に、特に、凝縮帯域への入
口が上部にあって（図示せず）液の出口が凝縮帯域の下
部にある場合に、使用すべきである。ほかの二つの構成
は機能的に同等であり、設備が適度の流量変動で運転さ
れる場合に有効である。これらの後者の二つの設計は製
作するのに最も経済的であり、そして蒸気が隣合うスト
リッピング用分縮器の沸騰する液に対し向流式に凝縮す
るため優れた熱的性能をもたらす。
の流量が大きく変動する場合に、特に、凝縮帯域への入
口が上部にあって（図示せず）液の出口が凝縮帯域の下
部にある場合に、使用すべきである。ほかの二つの構成
は機能的に同等であり、設備が適度の流量変動で運転さ
れる場合に有効である。これらの後者の二つの設計は製
作するのに最も経済的であり、そして蒸気が隣合うスト
リッピング用分縮器の沸騰する液に対し向流式に凝縮す
るため優れた熱的性能をもたらす。
【００４８】高圧通路の凝縮帯域から液を排出するのに
使用される出口分配器の種類は、分縮器系の性能にとっ
て重要でない。とは言うものの、好ましいのは図９〜１
１に例示したように横向きの出口である。
使用される出口分配器の種類は、分縮器系の性能にとっ
て重要でない。とは言うものの、好ましいのは図９〜１
１に例示したように横向きの出口である。
【００４９】高圧通路の分縮帯域の下部では、図１２〜
１４に示したように種々のタイプの分配器を使用するこ
とができる。
１４に示したように種々のタイプの分配器を使用するこ
とができる。
【００５０】好ましい構成の図１２に示したように、分
配器のフィンを使用すべきでなく、ヘッダー６３０で通
路の幅全体を覆うべきである。この構成は受容する流量
を最高にし、そして流動面積を制限することで分縮器部
分の能力が低下するため好ましい分配器である。
配器のフィンを使用すべきでなく、ヘッダー６３０で通
路の幅全体を覆うべきである。この構成は受容する流量
を最高にし、そして流動面積を制限することで分縮器部
分の能力が低下するため好ましい分配器である。
【００５１】何らかの理由で完全に覆うヘッダーを使用
できない場合には、ほかのタイプを使用することができ
る。図１３に、部分的に覆う末端ヘッダーとこれに連合
した分配器６３２を例示する。この設計は精留分縮器の
能力を低下させるが、何らかのほかのプロセス流のため
に追加の末端ヘッダーを取り付けることが必要な場合に
必要になることがある。
できない場合には、ほかのタイプを使用することができ
る。図１３に、部分的に覆う末端ヘッダーとこれに連合
した分配器６３２を例示する。この設計は精留分縮器の
能力を低下させるが、何らかのほかのプロセス流のため
に追加の末端ヘッダーを取り付けることが必要な場合に
必要になることがある。
【００５２】図１４に、第三の態様、すなわち側部ヘッ
ダーとこれに連合した分配器６３４の使用を例示する。
この設計は、これら三つのうちで能力が最低であるが、
コアの下部が一層重要な流れのヘッダーで覆われる場合
に必要になることがある。
ダーとこれに連合した分配器６３４の使用を例示する。
この設計は、これら三つのうちで能力が最低であるが、
コアの下部が一層重要な流れのヘッダーで覆われる場合
に必要になることがある。
【００５３】図示してはいないが、原料空気分離器（例
えば図２〜５の装置２０１）を図１２〜１４に示したヘ
ッダーのいずれか一つのものの一部にしてもよい。
えば図２〜５の装置２０１）を図１２〜１４に示したヘ
ッダーのいずれか一つのものの一部にしてもよい。
【００５４】低圧通路は、もっぱらストリッピング分縮
器のために使用される。液は、この通路の上部に、例え
ば液注入管その他の装置のような何らかの適当な手段に
より導入される。液分配装置はこの開示の主題ではない
が、いろいろな装置、例えば注入管、双流式のスロット
付きの棒、及び分割通路といったような装置を考えるこ
とができる。分割流路の設計は、二相の分配のためにい
ろいろな業者により使用されている。
器のために使用される。液は、この通路の上部に、例え
ば液注入管その他の装置のような何らかの適当な手段に
より導入される。液分配装置はこの開示の主題ではない
が、いろいろな装置、例えば注入管、双流式のスロット
付きの棒、及び分割通路といったような装置を考えるこ
とができる。分割流路の設計は、二相の分配のためにい
ろいろな業者により使用されている。
【００５５】低圧通路を出てゆく蒸気は、図１５〜１７
に示したように種々のタイプの分配器を使って上部から
出てゆくことができる。
に示したように種々のタイプの分配器を使って上部から
出てゆくことができる。
【００５６】図１５に示したように、好ましい構成で
は、分配器を使用すべきでなく、ヘッダー６５０で通路
の幅全体を覆うべきである。この構成は、分縮のために
最大の交換器長さを提供する。
は、分配器を使用すべきでなく、ヘッダー６５０で通路
の幅全体を覆うべきである。この構成は、分縮のために
最大の交換器長さを提供する。
【００５７】何らかの理由で完全に覆うヘッダーを使用
することができない場合には、ほかのタイプを使用して
もよい。図１６に、部分的に覆う末端ヘッダーとこれに
連合した分配器６５２を例示する。この設計は、分縮長
さを浪費することにより物質移動の有効性を低下させる
が、何らかのほかのプロセス流のために追加の末端ヘッ
ダーを取り付けることが必要な場合に必要になることが
ある。
することができない場合には、ほかのタイプを使用して
もよい。図１６に、部分的に覆う末端ヘッダーとこれに
連合した分配器６５２を例示する。この設計は、分縮長
さを浪費することにより物質移動の有効性を低下させる
が、何らかのほかのプロセス流のために追加の末端ヘッ
ダーを取り付けることが必要な場合に必要になることが
ある。
【００５８】図１７に、第三の態様、すなわち側部ヘッ
ダーとこれに連合した分配器６５４の使用を例示する。
この設計は、コアの上部が一層重要な流れのヘッダーで
覆われる場合に必要になることがある。
ダーとこれに連合した分配器６５４の使用を例示する。
この設計は、コアの上部が一層重要な流れのヘッダーで
覆われる場合に必要になることがある。
【００５９】ストリッピング分縮器（低圧通路）の下部
を出てゆく液は、図１８〜２０に例示されたように多数
の分配器の概念を使用して抜き出すことができる。厳密
な構成は重要でなく、使用するタイプは高圧通路をどの
ように構成するかに依存する。
を出てゆく液は、図１８〜２０に例示されたように多数
の分配器の概念を使用して抜き出すことができる。厳密
な構成は重要でなく、使用するタイプは高圧通路をどの
ように構成するかに依存する。
【００６０】次に、本発明の方法の応用を説明する。混
成分縮器を空気の分離に応用したものを図２１に示す。
図２１を参照すると、この図には中純度酸素を製造する
ための低温法の態様が示されている。この方法の態様
は、純度が４０〜９８％、好ましくは８５〜９８％の範
囲である酸素を製造することができる。この特定の方法
の態様は、酸素製品を圧縮することなく適度の圧力（２
５〜３０ｐｓｉａ（１７０〜２１０ｋＰａ（絶対圧））
で消費者へ送り出すことができるような「ポンプ昇圧液
体酸素」の原理を使用する。この態様では、原料空気を
二つの圧力レベルでコールドボックスに供給し、精留し
て酸素と廃棄物の窒素を製造する。精留装置は、混成分
縮器８０３と補助蒸留塔８０４からなる。三番目の主要
装置は主熱交換器８０１である。
成分縮器を空気の分離に応用したものを図２１に示す。
図２１を参照すると、この図には中純度酸素を製造する
ための低温法の態様が示されている。この方法の態様
は、純度が４０〜９８％、好ましくは８５〜９８％の範
囲である酸素を製造することができる。この特定の方法
の態様は、酸素製品を圧縮することなく適度の圧力（２
５〜３０ｐｓｉａ（１７０〜２１０ｋＰａ（絶対圧））
で消費者へ送り出すことができるような「ポンプ昇圧液
体酸素」の原理を使用する。この態様では、原料空気を
二つの圧力レベルでコールドボックスに供給し、精留し
て酸素と廃棄物の窒素を製造する。精留装置は、混成分
縮器８０３と補助蒸留塔８０４からなる。三番目の主要
装置は主熱交換器８０１である。
【００６１】混成分縮器８０３はプレートフィン熱交換
器から構成される。一組の通路を、精留分縮器（通常の
二塔式装置における高圧塔）の機能だけでなく、液体窒
素還流凝縮器の機能も果たすように使用する。隣り合わ
せの組の通路は、ストリッピング分縮器（通常の二塔式
装置における低圧塔の下部（回収部））の機能を果たす
ために使用される。
器から構成される。一組の通路を、精留分縮器（通常の
二塔式装置における高圧塔）の機能だけでなく、液体窒
素還流凝縮器の機能も果たすように使用する。隣り合わ
せの組の通路は、ストリッピング分縮器（通常の二塔式
装置における低圧塔の下部（回収部））の機能を果たす
ために使用される。
【００６２】図２１では、管路９００の空気を圧縮機９
０２でもって４５〜５５ｐｓｉａ（３１０〜３８０ｋＰ
ａ（絶対圧））に二段階で圧縮し、次いで前処理清浄装
置９０４を通過させて水と二酸化炭素を取り除く。次
に、清浄なこのガスを二つのおおよそ同量の部分に分割
する。一方の部分、すなわち管路９０６の中圧の空気
は、主熱交換８０１で冷却して相分離器８０２へ送られ
る。
０２でもって４５〜５５ｐｓｉａ（３１０〜３８０ｋＰ
ａ（絶対圧））に二段階で圧縮し、次いで前処理清浄装
置９０４を通過させて水と二酸化炭素を取り除く。次
に、清浄なこのガスを二つのおおよそ同量の部分に分割
する。一方の部分、すなわち管路９０６の中圧の空気
は、主熱交換８０１で冷却して相分離器８０２へ送られ
る。
【００６３】管路９１６の空気の第二の部分は、圧縮機
９１８（これは圧縮機９０２の第３段でもよい）で約８
０ｐｓｉａ（５５０ｋＰａ（絶対圧））に圧縮し、次い
で主熱交換器８０１で冷却する。この冷却した高圧空気
の一部を主熱交換器８０１の中途の箇所から管路９２０
を通して抜き出し、そしてエキスパンダー８０５で膨張
させて、熱の漏入に対抗しあるいは液を生じさせるため
コールドボックスの寒冷を提供する。第二の部分の残り
は主熱交換器８０１で凝縮される。結局は、管路９２０
の膨張した空気と管路９２２の液化した空気は、両方と
も（低圧）蒸留塔８０４へ供給される。
９１８（これは圧縮機９０２の第３段でもよい）で約８
０ｐｓｉａ（５５０ｋＰａ（絶対圧））に圧縮し、次い
で主熱交換器８０１で冷却する。この冷却した高圧空気
の一部を主熱交換器８０１の中途の箇所から管路９２０
を通して抜き出し、そしてエキスパンダー８０５で膨張
させて、熱の漏入に対抗しあるいは液を生じさせるため
コールドボックスの寒冷を提供する。第二の部分の残り
は主熱交換器８０１で凝縮される。結局は、管路９２０
の膨張した空気と管路９２２の液化した空気は、両方と
も（低圧）蒸留塔８０４へ供給される。
【００６４】相分離器８０２からの蒸気部分は、熱交換
器８０３内に含まれた精留分縮器通路の下部へ供給され
る。この蒸気が上向きに流れるにつれて、それは部分的
に凝縮される。この凝縮液は上昇してくる蒸気に対し逆
向きに流れ、結局は精留分縮器通路の下部から管路９０
８を通って相分離器８０２へ流入する。
器８０３内に含まれた精留分縮器通路の下部へ供給され
る。この蒸気が上向きに流れるにつれて、それは部分的
に凝縮される。この凝縮液は上昇してくる蒸気に対し逆
向きに流れ、結局は精留分縮器通路の下部から管路９０
８を通って相分離器８０２へ流入する。
【００６５】相分離器８０２からの管路９１０の液体部
分（低温液体酸素と呼ばれる）は弁９１２を通してフラ
ッシュされ、蒸留塔８０４の液溜まりへ供給される。
分（低温液体酸素と呼ばれる）は弁９１２を通してフラ
ッシュされ、蒸留塔８０４の液溜まりへ供給される。
【００６６】精留分縮器通路の上部からの蒸気は熱交換
器８０３の中途から抜き出され、そして次に熱交換器８
０３の凝縮帯域で凝縮される（下向きの流れとして）。
管路９３０の凝縮液（「液体還流」と呼ばれる）は熱交
換器８０６で過冷却され、弁９３２をまたいで減圧さ
れ、そして補助蒸留塔８０４の上部へ上部還流として供
給される。
器８０３の中途から抜き出され、そして次に熱交換器８
０３の凝縮帯域で凝縮される（下向きの流れとして）。
管路９３０の凝縮液（「液体還流」と呼ばれる）は熱交
換器８０６で過冷却され、弁９３２をまたいで減圧さ
れ、そして補助蒸留塔８０４の上部へ上部還流として供
給される。
【００６７】補助蒸留塔８０４は二つの部分からなる。
上の部分には上記の液体還流により還流が供給され、下
の部分には主熱交換器８０１で凝縮された液体空気によ
り還流が供給される。この塔（８０４）の目的は、塔頂
から管路９４０を通って塔頂蒸気として出てくる低圧廃
棄物流への酸素の損失を最小限にすることである。典型
的に１〜５％の酸素を含有しているこの廃棄物流は、熱
交換器８０６と８０１で加温され、次いで前処理清浄装
置９０４を再生するために使用される。
上の部分には上記の液体還流により還流が供給され、下
の部分には主熱交換器８０１で凝縮された液体空気によ
り還流が供給される。この塔（８０４）の目的は、塔頂
から管路９４０を通って塔頂蒸気として出てくる低圧廃
棄物流への酸素の損失を最小限にすることである。典型
的に１〜５％の酸素を含有しているこの廃棄物流は、熱
交換器８０６と８０１で加温され、次いで前処理清浄装
置９０４を再生するために使用される。
【００６８】補助蒸留塔８０４の底部からは、管路９５
０を通して酸素に富んだ液体流が取り出されて、熱交換
器８０３のストリッピング分縮器通路の上部へ分配され
る。この液がこれらの通路内を下向きに流れるにつれ
て、それは部分的に気化される。気化した物質は流下し
てくる液と逆向きに流れて、結局はストリッピング通路
の上部から出てゆく。管路９５２のこの蒸気は補助蒸留
塔８０４の液溜まりへ供給される。
０を通して酸素に富んだ液体流が取り出されて、熱交換
器８０３のストリッピング分縮器通路の上部へ分配され
る。この液がこれらの通路内を下向きに流れるにつれ
て、それは部分的に気化される。気化した物質は流下し
てくる液と逆向きに流れて、結局はストリッピング通路
の上部から出てゆく。管路９５２のこの蒸気は補助蒸留
塔８０４の液溜まりへ供給される。
【００６９】ストリッピング分縮器通路の下部から管路
９５４を経由して出てゆく液が酸素製品を構成する。こ
の液体酸素流はポンプ８０７で約２５〜３０ｐｓｉａ
（１７０〜２１０ｋＰａ（絶対圧））に昇圧され、寒冷
回収のために気化及び加温されて、気体の酸素製品とし
て送り出される。
９５４を経由して出てゆく液が酸素製品を構成する。こ
の液体酸素流はポンプ８０７で約２５〜３０ｐｓｉａ
（１７０〜２１０ｋＰａ（絶対圧））に昇圧され、寒冷
回収のために気化及び加温されて、気体の酸素製品とし
て送り出される。
【００７０】図２１に示した基本サイクルについては多
数の変形が存在する。二つの重要な変形に、次のものが
含まれる。
数の変形が存在する。二つの重要な変形に、次のものが
含まれる。
【００７１】その一つとして、酸素製品（管路９５６）
の要求圧力が低い（例えば大気圧より数ｐｓｉ（１ｐｓ
ｉは６．９ｋＰａに相当）高い）ものである場合には、
液体酸素をポンプ８０７で昇圧する必要はなかろう。更
に、空気の増圧用圧縮機９１８の必要はなかろうし、従
って原料空気流９０６と９１６は一緒にされて主熱交換
器で部分的に凝縮されよう。
の要求圧力が低い（例えば大気圧より数ｐｓｉ（１ｐｓ
ｉは６．９ｋＰａに相当）高い）ものである場合には、
液体酸素をポンプ８０７で昇圧する必要はなかろう。更
に、空気の増圧用圧縮機９１８の必要はなかろうし、従
って原料空気流９０６と９１６は一緒にされて主熱交換
器で部分的に凝縮されよう。
【００７２】もう一つとして、酸素製品（管路９５６）
の要求圧力が非常に高くて酸素回収率を上昇させること
が必要な場合には、管路９２０の更に圧縮し冷却した原
料空気の部分を膨張させて、補助蒸留塔８０４の代わり
に相分離器８０２へ送ることができよう。
の要求圧力が非常に高くて酸素回収率を上昇させること
が必要な場合には、管路９２０の更に圧縮し冷却した原
料空気の部分を膨張させて、補助蒸留塔８０４の代わり
に相分離器８０２へ送ることができよう。
【００７３】酸素の製造のために混成分縮器を使用する
概念は当該技術分野において提案されているとは言うも
のの、以前の教示は目標を達成するための工業的に実行
可能な機械的手段と方法を提示していなかった。
概念は当該技術分野において提案されているとは言うも
のの、以前の教示は目標を達成するための工業的に実行
可能な機械的手段と方法を提示していなかった。
【００７４】例えば、図２の態様は米国特許第２８６１
４３２号明細書のものと、オーバーフロー充填物を使用
するのに対し垂直のフィンを備えたプレートフィン熱交
換器を使用することにより相違する。本発明の利点は次
のとおりである。
４３２号明細書のものと、オーバーフロー充填物を使用
するのに対し垂直のフィンを備えたプレートフィン熱交
換器を使用することにより相違する。本発明の利点は次
のとおりである。
【００７５】・垂直の構成がオーバーフロー充填物で作
られる「近似のもの」よりもむしろ真の向流の熱移動と
物質移動をもたらす。 ・蒸気流のための利用面積がより大きいことから能力が
より大きくなる。 ・フィンの表面積がより大きいことから伝熱がより良好
になり且つ温度アプローチがより接近する。 ・垂直のフィンは液の流下を妨げず、蒸発の条件下で重
質の不純物が蓄積する不十分な箇所を与えない。 ・個々の精留通路とストリッピング通路のフィンの高さ
とフィンの数を能力の限界に対し同じアプローチを与え
るように選ぶことができる。例えば、高圧回路のフィン
の高さは低圧回路のそれより低くすべきである。 ・ストリッピング分縮器のための断熱帯域を含めること
が、単に熱交換器の上端より下で精留分縮器を終わりに
することで容易に達成される。 ・プレートフィン装置は工業的により実用的な設計であ
り、機械的により頑丈である（オーバーフロー充填物に
は運転圧力に上限がある）。
られる「近似のもの」よりもむしろ真の向流の熱移動と
物質移動をもたらす。 ・蒸気流のための利用面積がより大きいことから能力が
より大きくなる。 ・フィンの表面積がより大きいことから伝熱がより良好
になり且つ温度アプローチがより接近する。 ・垂直のフィンは液の流下を妨げず、蒸発の条件下で重
質の不純物が蓄積する不十分な箇所を与えない。 ・個々の精留通路とストリッピング通路のフィンの高さ
とフィンの数を能力の限界に対し同じアプローチを与え
るように選ぶことができる。例えば、高圧回路のフィン
の高さは低圧回路のそれより低くすべきである。 ・ストリッピング分縮器のための断熱帯域を含めること
が、単に熱交換器の上端より下で精留分縮器を終わりに
することで容易に達成される。 ・プレートフィン装置は工業的により実用的な設計であ
り、機械的により頑丈である（オーバーフロー充填物に
は運転圧力に上限がある）。
【００７６】同様に、図６の態様は米国特許第２８６１
４３２号明細書のものと、凝縮器の管をトレイを通り抜
けさせるのに対して図６の態様が凝縮器をプレートフィ
ン熱交換器に組み込む点でも更に相違する。本発明の利
点は次のとおりである。
４３２号明細書のものと、凝縮器の管をトレイを通り抜
けさせるのに対して図６の態様が凝縮器をプレートフィ
ン熱交換器に組み込む点でも更に相違する。本発明の利
点は次のとおりである。
【００７７】・装置が単純になり、経費が低下する。 ・液は一度分配することが必要なだけであるから、性能
がより良好である。本発明では、ストリッピング分縮器
は単一の部分からなるが、米国特許第２８６１４３２号
明細書はトレイとオーバーフロー充填物の組み合わせの
使用を教示している。 ・凝縮部は空間的に精留分縮器の上部にあり、そのため
熱交換器の容量が最も効率的に利用される。
がより良好である。本発明では、ストリッピング分縮器
は単一の部分からなるが、米国特許第２８６１４３２号
明細書はトレイとオーバーフロー充填物の組み合わせの
使用を教示している。 ・凝縮部は空間的に精留分縮器の上部にあり、そのため
熱交換器の容量が最も効率的に利用される。
【００７８】本発明は米国特許第４０２５３９８号明細
書のものと、本発明が垂直フィンを備えたプレートフィ
ン熱交換器を使用する一方で米国特許第４０２５３９８
号明細書は塔の間にある伝熱装置を使用する点で異な
る。本発明の明らかな装置の簡素化のほかに、本発明は
真の向流伝熱をもたらし、一方、米国特許第４０２５３
９８号明細書は直列の別個の単位操作から擬似的な向流
を得る。従って、本発明の設計は精留分縮器通路とスト
リッピング分縮器通路との間のより接近した温度アプロ
ーチを獲得することができる。
書のものと、本発明が垂直フィンを備えたプレートフィ
ン熱交換器を使用する一方で米国特許第４０２５３９８
号明細書は塔の間にある伝熱装置を使用する点で異な
る。本発明の明らかな装置の簡素化のほかに、本発明は
真の向流伝熱をもたらし、一方、米国特許第４０２５３
９８号明細書は直列の別個の単位操作から擬似的な向流
を得る。従って、本発明の設計は精留分縮器通路とスト
リッピング分縮器通路との間のより接近した温度アプロ
ーチを獲得することができる。
【００７９】本発明は米国特許第３７５６０３５号明細
書のものと、米国特許第３７５６０３５号明細書は精留
分縮器からの窒素に富む流れを圧縮してからそれをスト
リッピング分縮器からの寒冷との熱交換で凝縮させるこ
とを教示している点で異なる。更に、米国特許第３７５
６０３５号明細書の凝縮部は空間的に精留分縮器より下
に位置している。これは、図６に示された本発明と逆で
ある。最後に、本発明の方が単純であり、且つ効率的で
ある。
書のものと、米国特許第３７５６０３５号明細書は精留
分縮器からの窒素に富む流れを圧縮してからそれをスト
リッピング分縮器からの寒冷との熱交換で凝縮させるこ
とを教示している点で異なる。更に、米国特許第３７５
６０３５号明細書の凝縮部は空間的に精留分縮器より下
に位置している。これは、図６に示された本発明と逆で
ある。最後に、本発明の方が単純であり、且つ効率的で
ある。
【００８０】最後に、図２１に示された本発明は米国特
許第２８６１４３２号明細書のものと、本発明が高圧空
気流からエキスパンダーの流れを引き出す点で更に異な
る。米国特許第２８６１４３２号明細書は、最上の構成
はエキスパンダーの流れを低圧空気から引き出すことで
あると教示している。本発明は、反対のことが正しいこ
とを教示している。図２１の態様についてのシミュレー
ション計算からは、エキスパンダーを高圧空気供給源か
ら低圧空気供給源に移すと装置能力（１モルの空気当た
りに製造される酸素のモル数）が１３％低下し、比動力
が４％増加することが示される。
許第２８６１４３２号明細書のものと、本発明が高圧空
気流からエキスパンダーの流れを引き出す点で更に異な
る。米国特許第２８６１４３２号明細書は、最上の構成
はエキスパンダーの流れを低圧空気から引き出すことで
あると教示している。本発明は、反対のことが正しいこ
とを教示している。図２１の態様についてのシミュレー
ション計算からは、エキスパンダーを高圧空気供給源か
ら低圧空気供給源に移すと装置能力（１モルの空気当た
りに製造される酸素のモル数）が１３％低下し、比動力
が４％増加することが示される。
【００８１】いくつかの具体的態様を参照して本発明を
説明してきた。これらの態様は本発明を限定するものと
見なすべきではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲の
記載から確認されるべきである。
説明してきた。これらの態様は本発明を限定するものと
見なすべきではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲の
記載から確認されるべきである。
【図１】米国特許第２８６１４３２号明細書に教示され
た態様の概要図である。
た態様の概要図である。
【図２】本発明の態様の概要図である。
【図３】本発明の態様の概要図である。
【図４】本発明の態様の概要図である。
【図５】本発明の態様の概要図である。
【図６】本発明の態様の概要図である。
【図７】本発明の態様の概要図である。
【図８】本発明の態様の概要図である。
【図９】本発明の分縮器の高圧通路の精留帯域と凝縮帯
域とを分離するための方法の一つを説明する図である。
域とを分離するための方法の一つを説明する図である。
【図１０】本発明の分縮器の高圧通路の精留帯域と凝縮
帯域とを分離するための別の方法を説明する図である。
帯域とを分離するための別の方法を説明する図である。
【図１１】本発明の分縮器の高圧通路の精留帯域と凝縮
帯域とを分離するためのもう一つの方法を説明する図で
ある。
帯域とを分離するためのもう一つの方法を説明する図で
ある。
【図１２】本発明の分縮器の精留通路の下部のための分
配器の設計の一つを説明する図である。
配器の設計の一つを説明する図である。
【図１３】本発明の分縮器の精留通路の下部のための分
配器の別の設計を説明する図である。
配器の別の設計を説明する図である。
【図１４】本発明の分縮器の精留通路の下部のための分
配器のもう一つの設計を説明する図である。
配器のもう一つの設計を説明する図である。
【図１５】本発明の分縮器のストリッピング通路の上部
のための分配器の設計の一つを説明する図である。
のための分配器の設計の一つを説明する図である。
【図１６】本発明の分縮器のストリッピング通路の上部
のための分配器の別の設計を説明する図である。
のための分配器の別の設計を説明する図である。
【図１７】本発明の分縮器のストリッピング通路の上部
のための分配器のもう一つの設計を説明する図である。
のための分配器のもう一つの設計を説明する図である。
【図１８】本発明の分縮器のストリッピング通路の下部
のための分配器の設計の一つを説明する図である。
のための分配器の設計の一つを説明する図である。
【図１９】本発明の分縮器のストリッピング通路の下部
のための分配器の別の設計を説明する図である。
のための分配器の別の設計を説明する図である。
【図２０】本発明の分縮器のストリッピング通路の下部
のための分配器のもう一つの設計を説明する図である。
のための分配器のもう一つの設計を説明する図である。
【図２１】本発明の空気エキスパンダー−分縮器プロセ
スの概要図である。
スの概要図である。
２０１…相分離器 ２０２…精留分縮器 ２０３…相分離器 ２０４…ストリッピング分縮器 ２０５…外部相分離器 ６０２…精留分縮器 ６０３…凝縮部 ６０４…ストリッピング分縮器 ６０５…補助精留塔 ６０６…熱交換器 ８０１…主熱交換器 ８０２…相分離器 ８０３…混成分縮器 ８０４…補助蒸留塔 ８０５…エキスパンダー ８０６…熱交換器 ８０７…ポンプ ９０２…圧縮機 ９０４…前処理清浄装置 ９１８…圧縮機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラケシュ アグラウァル アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18049，エモウス，コモンウェルス ド ライブ 4312 (72)発明者 ジァングォー クス アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18051，フォジェルスビル，ホワイト バーチ サークル 8121 (56)参考文献 特開 平８−159652（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−302367（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−176658（ＪＰ，Ａ) 米国特許2861432（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開479486（ＥＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00
Claims (19)
- 【請求項１】 空気から酸素製品を製造するための低温
法であって、空気を圧縮し、精製して低温で凍結する汚
染物を除去し、その露点近くまで冷却して、この圧縮
し、精製し、冷却した空気を分離器へ供給し、分離器の
蒸気を精留して窒素に富む精留器上部生成物と粗液体酸
素の下部生成物とにし、酸素に富んだ液をストリッピン
グして窒素に富むストリッパー上部生成物と酸素製品と
を製造する方法であって、少なくとも二組の通路のある
多通路式プレートフィン熱交換器であり、各組の通路が
垂直方向に配向したフィンを含んでいて、一組の通路が
上記の分離器の蒸気を精留しそして上記の窒素に富む精
留器上部生成物と上記の粗液体酸素の下部生成物とを製
造する連続接触の精留分縮器を構成し、第二の組の通路
が上記の酸素に富んだ液をストリッピングして上記の窒
素に富むストリッパー上部生成物と上記の酸素製品とを
製造する連続接触のストリッピング分縮器を構成する多
通路式プレートフィン熱交換器を使用して精留機能とス
トリッピング機能の両方を果たすようにし、当該精留装
置の還流と当該ストリッピング装置のための焚き上げ
を、少なくとも一部分は、上記二組の通路間での且つそ
れらに沿っての間接熱交換により供給して、それにより
当該精留分縮器と当該ストリッピング分縮器とを熱的に
結合することを特徴とする、酸素製品製造のための低温
法。 - 【請求項２】 前記酸素製品を前記ストリッピング分縮
器から液として取り出す、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記酸素製品を前記ストリッピング分縮
器からガスとして取り出す、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記酸素に富んだ液が前記粗液体酸素の
下部生成物である、請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 第一の組の通路が前記精留分縮器より上
に位置する凝縮帯域を更に含み、前記窒素に富む精留器
上部生成物をこの凝縮帯域で少なくとも部分的に凝縮さ
せ、その際の寒冷を、少なくとも一部分は、前記第二の
組の通路の上方部分との間接且つ連続の熱交換で供給し
て、それにより当該凝縮帯域と前記ストリッピング分縮
器とを熱的に結合する、請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記精留分縮器からの粗液体酸素下部生
成物、前記凝縮帯域からの少なくとも部分的に凝縮させ
た窒素に富む精留器上部生成物、及び前記窒素に富むス
トリッパー上部生成物を、精留のための蒸留塔へ供給し
て、それにより廃棄物の窒素に富む塔頂生成物と酸素に
富む液とを製造する、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記酸素製品が液であり、当該酸素製品
をその後、熱交換により凝縮する第二の空気流との熱交
換で気化させ、そして当該凝縮した第二の空気流を前記
蒸留塔への中間供給原料として使用する、請求項６記載
の方法。 - 【請求項８】 前記圧縮し、精製した空気を冷却する前
に二つの部分に分割し、第一の部分は冷却して前記分離
器へ供給し、第二の部分は更に圧縮し、冷却し、二つの
二次分割流に分割し、第一の二次分割流が前記気化する
酸素製品との熱交換で凝縮する前記第二の空気流であ
り、そして第二の二次分割流を膨張させて仕事を回収し
てから前記蒸留塔へ供給する、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 前記粗液体酸素の下部生成物と液化した
空気流を前記精留のための蒸留塔へ供給して、それによ
り窒素に富む廃棄物流と前記ストリッピング分縮器へ供
給される前記酸素に富んだ液とを製造し、そして当該液
化した空気流を前記酸素製品との熱交換で製造する、請
求項７又は８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記酸素製品が前記多流路式プレート
フィン熱交換器の第三の組の通路内で気化して蒸気を生
じさせる液であり、当該気化の熱を、少なくとも一部分
は、前記精留分縮器通路との熱交換により供給する、請
求項６記載の方法。 - 【請求項１１】 前記液体酸素製品を、気化させる前に
昇圧して高圧にする、請求項７又は８記載の方法。 - 【請求項１２】 前記精留分縮器通路の長さを前記スト
リッピング分縮器通路よりも短くし、そして当該精留分
縮器通路が当該ストリッピング分縮器通路の上部に断熱
帯域を生じさせるようにされる、請求項１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記熱交換器が少なくとも三組の通路
を含み、第三の組の通路において前記窒素に富む精留器
上部生成物を加温して寒冷を回収する、請求項１記載の
方法。 - 【請求項１４】 前記熱交換器が少なくとも三組の通路
を含み、前記粗液体酸素を第三の組の通路において冷却
する、請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】 前記熱交換器が少なくとも四組の通路
を含み、前記窒素に富む精留器上部生成物を第三の組の
通路において加温して寒冷を回収し、前記粗液体酸素を
第四の組の通路において冷却する、請求項１記載の方
法。 - 【請求項１６】 仕切り板により分割されていて下部と
上部とを有する少なくとも二組の垂直向きの通路を持つ
多通路式プレートフィン熱交換器であって、第一の組の
通路がフィンを含む連続接触の精留分縮帯域とこの精留
分縮帯域より上方に位置し且つそれから切り離されてい
る凝縮帯域とを構成し、第二の組の通路が連続接触のス
トリッピング分縮帯域を構成し、これらの第一及び第二
の組の通路が、当該第一の組の通路の各通路が仕切り板
を横切って当該第二の組の通路のうちの少なくとも一つ
の通路と熱を伝える関係となるようにされている熱交換
器と、上記の第一の組の通路の下部へ蒸気を導入しそし
てそれから液を取り出すための二相分配手段と、そして
第二の組の通路の上部へ液を導入して蒸気を取り出すた
めの分配手段とを含む、低温酸素製造装置。 - 【請求項１７】 前記精留分縮帯域と前記凝縮帯域とを
分離する中実の棒と、当該精留分縮帯域の上部と当該凝
縮帯域の上部の間の捕集−分配手段とを更に含む、請求
項１６記載の装置。 - 【請求項１８】 前記精留分縮帯域と前記凝縮帯域とを
分離する開口のある棒を更に含む、請求項１６記載の装
置。 - 【請求項１９】 前記精留分縮帯域と前記凝縮帯域とを
分離する、孔あき又は鋸歯状の水平に配向したフィン材
料を更に含む、請求項１６記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/538,541 US5592832A (en) | 1995-10-03 | 1995-10-03 | Process and apparatus for the production of moderate purity oxygen |
| US08/538541 | 1995-10-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09170875A JPH09170875A (ja) | 1997-06-30 |
| JP2833594B2 true JP2833594B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=24147337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8262800A Expired - Fee Related JP2833594B2 (ja) | 1995-10-03 | 1996-10-03 | 酸素製品製造のための低温法及び装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5592832A (ja) |
| EP (1) | EP0767352B2 (ja) |
| JP (1) | JP2833594B2 (ja) |
| KR (1) | KR100228590B1 (ja) |
| CN (1) | CN1129767C (ja) |
| CA (1) | CA2186550C (ja) |
| DE (1) | DE69612532T3 (ja) |
| TW (1) | TW297089B (ja) |
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