JPH01247981A - 空気を分離する方法及び装置 - Google Patents

空気を分離する方法及び装置

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JPH01247981A
JPH01247981A JP1007529A JP752989A JPH01247981A JP H01247981 A JPH01247981 A JP H01247981A JP 1007529 A JP1007529 A JP 1007529A JP 752989 A JP752989 A JP 752989A JP H01247981 A JPH01247981 A JP H01247981A
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stream
argon
nitrogen
oxygen
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Rasuboon Toomasu
トーマス・ラスボーン
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BOC Group Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明は、空気からアルゴンを分離するための方法及び
装置に関する。
従来の技術： 従来行われている空気の分離では、生成物ガスとしてア
ルゴンを得ようとする場合、流入空気は酸素、窒素、及
びアルゴンの比較的高純度の流れに分離されている。ヨ
ーロッパ特許出願１３６，９２６Ａは、窒素生成物、酸
素生成物、及びアルゴン生成物を得るための、アルゴン
“サイドドロー（ｓｉｄｅ−ｄｒａｗ）”の付いた従来
型の二段蒸留塔の掻作に関するものである。Ｍ素以外の
１種以上の生成物（例えばアルゴン）の製造量を増大さ
せるために酸素要求量を一時的に減少させることを利用
する、というのが当該ヨーロッパ特許出願に開示されて
いる発明の目的である。二段蒸留塔を形成している２つ
の蒸留塔のうちの一方から液体を抜き取り、これを実質
的に低圧蒸留塔の圧力で作動する補助蒸留塔又は混合蒸
留塔の頂部へと進ませる。液体の酸素含量より少ない酸
素含量を存するガスを低圧蒸留塔から抜き取り、これを
補助蒸留塔の底部へと進ませる。補助蒸留塔の底部に捕
集された液体を、実質的に前記ガスを抜き取ったレベル
において還流物として低圧蒸留塔中に通す。低圧蒸留塔
に対してさらに還流物が供給されるように、より酸素含
量の多い液体を二段蒸留塔から抜き取って補助蒸留塔へ
と進ませ、これによってアルゴン！５８！造速度を増大
させることができる。しかしながら、この方法はかなり
非効率的であり、従って空気分離の主生成物又は単独生
成物としてアルゴンを製造するためのプラントに使用す
るのは不適切である。特に、液体酸素と窒素蒸気の混合
は少なくとも３絶対気圧の圧力で行うのが好ましいこと
を発明者らは見出したが、低圧蒸留塔は通常的１．５絶
対気圧の圧力で作動されているのが現状である。
発明者らの英国特許出願２．１７４，９１６Ａは空気か
らアルゴンを分離する方法に関するもので、補助ゾーン
又は混合ゾーンの操作に改良が施され、こ、の結果、ア
ルゴンの収率及びアルゴンの製造効率が向上している。
しかしながら、こうした収率及び効率の向上は、酸素と
窒素の製造を犠牲にして達成されている。酸素や窒素も
生成物として堰り出した場合は、アルゴンの収率とアル
ゴンの製造効率が低下する。さらに、混合ゾーンから加
圧された混合廃棄物の流れを抜き取ることが必要であり
、従って最大効率を得るためには、廃棄物流れの圧力を
利用する他のプロセスを作動させる必要がある。
ヨーロンバ特許出願８１．１７８Ａは、単一蒸留塔を使
用して空気を窒素生成物と酸素生成物に分離するという
プロセスに関するものである。さらに、いくらかの酸素
を含有した窒素廃棄流れも生成される。この窒素廃棄流
れを使用して炭化水素燃料の燃焼が維持され、これによ
って、流入空気の圧力を蒸留塔に導入するのに適した圧
力にまで上昇させる圧縮機を駆動するタービンに動力が
与えられる０本集成体の利点は、比較的少ない動力消費
量で分離が行われるという点にある。しかしながら、本
プロセスには欠点があり、そのうちの主なものは、アル
ゴンを全く生成しないという点、及び単一蒸留塔の作動
は比較的効率が悪いという点である。
本発明の目的は、比較的高い収率でのアルゴンの製造を
可能にするだけでなく、酸素の製造をも可能にするよう
な、空気分離方法及び空気弁Ｍ装置を提供することにあ
る。
本発明によれば、 ａ）　空気の流れを第１の蒸留塔に通す工程；ｂ）　酸
素含量の多い液体を前記第１蒸留塔の底部から抜き取り
、これを混合ゾーンの頂部へと進ませる工程； Ｃ）　窒素含量の多い蒸気を前記第１Ｍ留塔から前記混
合ゾーンの底部へと進ませる工程；ｄ）　前記混合ゾー
ンを通って、液体の流れの方向において徐々に窒素含量
が多くなっていくような下向きの液体流れ、及び蒸気の
流れの方向において徐々に酸素含量が多くなっていくよ
うな上向きの蒸気流れを６１実に形成させる工程；ｅ）
　液体窒素を前記混合ゾーンから前記第１蒸留塔へと進
ませ、還流物として作用させる工程；ｒ）　酸素と窒素
とを含んだ酸素含量の減少した混合流れを、前記混合ゾ
ーンの選定されたレベルから抜き取る工程； ｇ）　前記混合流れを使用して流体燃料の燃焼を維持し
、得られた燃焼生成物をタービン中で膨張させる工程； ｈ）　アルゴン濃度が空気の流れより高いようなアルゴ
ン含有流体の流れを前記第１蒸留塔から抜き取り、第２
の蒸留塔において前記アルゴン含有流れからアルゴン生
成物を分離する工程；及びｉ）　前記２つの蒸留塔の一
方又は両方から酸素生成物を抜き取る工程（第１蒸留塔
から抜き取るのが好ましい）； の各工程を含む空気分離方法が提供される。
さらに本発明は、 ａ）　空気の流れを第１の蒸留塔に通すための手段； ｂ）　酸素含量の多い液体を前記第１蒸留塔の底部から
抜き取り、これを混合ゾーンの頂部へと進ませるための
手段； Ｃ）　窒素含量の多い蒸気を前記第１蒸留塔から前記混
合ゾーンの底部へと進ませるための手段；ｄ）　前記混
合ゾーンを通って、液体の流れの方向において徐々に窒
素含量が多くなっていくような下向きの液体流れ、及び
蒸気の流れの方向において徐々に酸素含量が多くなって
いくような上向きの蒸気流れを確実に形成させるための
気−液接触手段； ｅ）　液体窒素を前記混合ゾーンから前記第１蒸留塔へ
と進ませ、還流物として作用させるための手段； ｒ）　酸素と窒素とを含んだ酸素含量の減少した混合流
れを、前記混合ゾーンの選定されたレベルから抜き取る
ための手段； ｇ）　前記混合流れを使用して流体燃料を燃やして燃焼
を維持するための手段； ｈ）　アルゴン濃度が空気の流れより訪いようなアルゴ
ン含有流体の流れを前記第１蒸留塔から抜き取るための
手段で、アルゴン含有流れからアルゴン生成物を分離す
るだめの第２の蒸留塔と繋がっている手段；及び　　。
ｉ）　前記２つの蒸留塔の一方又は両方から酸素生成物
を抜き取るための手段； の各手段を含む空気分離装置を提供する。
タービンを使用して、第１蒸留塔の上流の空気を圧縮す
る少なくとも１つの圧縮機を駆動するのが好ましい、燃
料は、メタンのようなガス状炭化水素が好ましい、燃料
は、タービン出口の下流の燃焼生成物との熱交換によっ
て予備加熱するのが好ましい。
このような動力発生システムと空気の分離とを一体化す
ることによって、より高い効率で燃料を動力に変１＾す
ることが可能となる。
混合流れは１５容量％以上の酸素を含有するのが好まし
い。
酸素含量の多い蒸気に対しては、混合ゾーンの頂部にて
凝縮させるのが好ましい、このような凝縮は混合ゾーン
の作動効率の向上に有効である。
さらなる効率の向上は、前記混合流れが抜き取られるレ
ベルより上でかつ混合ゾーンの頂部より下の混合ゾーン
のレベルから蒸気流れを抜き取り、蒸留塔の１つからの
沸騰液体の流れとの熱交換で前記蒸気流れを凝縮させ、
このようにして形成された凝縮物の流れを混合ゾーンに
戻し、そして沸騰した液体をそれぞれの蒸留塔に戻すこ
とによって達成することができる。
混合ゾーンと第１蒸留塔に対しては、３絶対気圧以上の
作動圧力を選定することによってその作動効率を高める
ことができる０通常、第１蒸留塔と混合ゾーンは５気圧
程度の圧力で作動される。
しかしながら、通常は第２蒸留塔を１〜２絶対気圧の範
囲の圧力で作動させるのが望ましい、従って、第２蒸留
塔は第１蒸留塔より低い圧力で作動し、前記のアルゴン
含有流れが液体として第１蒸留塔から抜き取られ、過冷
却され、そして絞り弁を通って第２蒸留塔に通されるの
が好ましい、こうした集成体とすることにより、比較的
広い作動圧力範囲内にて選択されるいかなる圧力におい
ても、アルゴン蒸留塔の効率的な作動が可能となる。
このような集成体を使用する場合、混合ゾーンから窒素
の流れを取り出し、これを使用して第２蒸留塔の底部に
出入りする液体を再沸騰させ、これによって窒素を凝縮
させるのが有利となる０次いで、こうして得られた凝縮
物を還流物として第１蒸留塔の頂部に導入するのが好ま
しい。
第１蒸留塔の底部におけるあるいは底部から出る液体を
再沸騰させるために、かつ混合ゾーンの頂部におけるあ
るいは頂部から出る酸素をａｍさせるために、窒素を作
動流体として使用することができる。さらに一般にはア
ルゴン生成物を液相にて取り出すのが望ましく、従って
第２蒸留塔の頂部におけるあるいは頂部から出るアルゴ
ンを凝縮させるのが好ましい、凝縮したアルゴンの一部
は第２蒸留塔の還流物として使用され、残部は生成物と
して取り出される０通常は、アルゴンを凝縮させるのに
窒素を含む作動流体が使用される。
アルゴン蒸留塔の作動効率を高めるためには、アルゴン
含有流れが第２蒸留塔の頂部でアルゴン蒸留塔に導入さ
れるレベルの中間の第２蒸留塔のレベルから蒸気の流れ
を取り出し、次いでこの蒸気の流れをａｌｌさせて第２
蒸留塔に戻すのが好ましい、この場合も、蒸気の流れを
凝縮させるのに窒素を使用するのが好ましい。
従って、本発明の好ましい実施態様においては、本発明
の装置に対してヒートポンプの役割りをさせるのに通常
５通りの圧力の窒素が必要とされ、本発明の装置はこう
した要件を満たすような窒素分配・冷却システムを含む
、窒素は第１蒸留塔の頂部から取り出すのが望ましい。
第１蒸留塔の頂部においては、気相は通常０．５〜ｌ容
量％の酸素（残りは窒素）を含有している。
本発明の他の実施態様においては、アルゴン蒸気凝縮器
を第２蒸留塔に接続し、そしてこのアルゴン蒸気凝縮器
を第１蒸留塔用の再沸器に繋げて、凝縮器−再沸器組合
わせ体とする。
従来からの空気分離プロセスの場合と同じように、空気
の流れを第１蒸留塔に導入する前に、空気の流れから低
揮発性不純物を除去するのが望ましい、このような低揮
発性不純物は、例えば、単一の逆転熱交換器、複数の熱
交換器、又は複数の吸着器により除去することができる
。
アルゴン生成物（液相にて生成させるのが好ましい）は
、必要であれば、最大２容量％の酸素を含有する程度に
までさらに精製することもできる。
さて次に、添付図面を参照しながら本発明の方法と装置
を実施例に基づいて説明する。
第１図を参照すると、二酸化炭素や水蒸気のような低揮
発性成分及び不純物を除去した空気流れが、入口２を通
って、通常５ｔｊＡ対気圧の圧力及び通常その露点温度
にて、単一蒸留塔１０に導入される。蒸留塔１０には適
当な個数の気−液接触トレー（図示せず）が設けられて
おり、これによって流入空気を酸素含量の多い液体（蒸
留塔１０の底部に集まる）と窒素含量の多い蒸気（蒸留
塔１ｏの頂部に集まる）に分離できるようになっている
。蒸留塔１０の頂部にて入口１６を通って蒸留塔１０に
対する液体窒素還流物が供給され、底部にある再沸器１
４によって蒸留塔に対する再沸が与えられる。蒸留塔１
０内の流体混合物の性質は、人口２より下のレベルにお
いて液相及び蒸気相の形でアルゴンの最大濃度が得られ
るというものであり、流入空気は０．９容量％程度のア
ルゴンを含んでいるので、８容量％程度のアルゴンを含
有した液体部分は出口４を這って蒸留塔１０から抜き取
ることができる。
蒸留塔１０に対する還流と再沸を形成するためには、ヒ
ートポンプの働きを行わせる必要がある。
外部源からの仕事量を減らすために、別の気−液接触蒸
留塔２０を使用して蒸留塔１０からの液体酸素とガス状
窒素フラクシッンとを混合し、これによって液体窒素を
生成させ、この液体窒素を還流物として蒸留塔１０に戻
す、蒸留塔１０の底部から出口６を通して液体酸素の流
れを取り出し、出口３２を通って蒸留塔２０から出てき
たガス状酸素の流れと混合する。こうして得られた混合
流れは凝縮器３０へと進み、入口２２を通して蒸留塔２
０の頂部に凝縮物が導入される。入口２２を通って蒸留
塔２０に入る液体酸素は高純度でないことが好ましい、
凝縮器３０を混合蒸留塔２０に接続した形で使用するこ
とについては、英国特許出願筒２，１７４．９１６八に
開示されている。蒸留塔１０の頂部からガス状窒素が取
り出され、混合蒸留塔２０の底部における入口２４へと
送られる。混合蒸留塔２０は実質的に蒸留塔１０と同じ
圧力で作動し、多くの気−液接触トレー（図示せず）が
設けられていて、これによって液相と蒸気相との間の密
な接触が可能となっている。各トレー上における液体と
蒸気との間の関係は比較的平衡に近いのが望ましく、従
って混合蒸留塔は比較的多くのトレー（例えば３０個）
存するのが通常である。
液体が蒸留塔２０を降下するにつれて、液体は徐々に窒
素を多く含有するようになる。従って液体窒素の流れは
出口２６を通って蒸留塔２０から出て、入口１６を通っ
て蒸留塔１０に入る液体窒素還流物の流れの一部を形成
することができる。８５容量％の窒素と１５容量％の酸
素を含んだ混合流れが、出口２８を通して蒸留塔２０の
中間位置から取り出される。
出口２８を通して取り出される流れは、人口２を通って
蒸留塔ＩＯに入ってくる空気に比べてアルゴン含量が比
較的少ない、なぜなら、殆どの及び好ましくは実質的に
全てのアルゴンが引き続き再び出口４を通して取り出さ
れるからである。出口２８を通して取り出される流れは
次いで熱交換器２９にて周囲温度に加温されるが、この
熱交換器は当該プラントを通過する他の複数の流れの低
温コーディング（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｃｏｄｉｎｇ）
に作用する複数の熱交ＩＡ器とシステム化するのが望ま
しい０次いでこの流れは、熱交ｔＡ　Ｍｇ　３　ｉにお
いて、タービン３７から出ている高温ガスとの熱交換に
より少なくとも１５０’Ｃの温度に加熱される。混合流
れは熱交換器３１を通過した後バーナーに導入され、入
口３５を通してバーナー３３に導入される炭化水素燃料
（例えばメタン）の燃焼を維持する。バーナー３３は混
合流れの圧力で、従って蒸留塔２０及び１０の圧力で作
動される。バーナー３３からの燃焼生成物がタービン３
７において使用されて動力が発生するので、蒸留塔ＩＯ
及び２０は少なくとも３絶対気圧の圧力で、好ましくは
５〜１０絶対気圧の範囲の圧力で作動させるのが望まし
い、混合流れの組成は、バーナー３３において高すぎな
い温度（例えば約１０００’Ｃ）での燃焼が可能となる
ように選択することができる。燃焼生成物は、タービン
３７を出、た後、熱交換器３１において混合流れを予備
加熱するために使用され、次いで大気中に排気される。
タービン３７は、流入空気を圧縮するのに使用される空
気圧縮機の駆動装置に直接連結することもできるし、あ
るいは圧縮機を駆動するための電気を発生させるのに使
用することもできる。
発明者らの英国特許出願２．１？４．９１６Ａに記載の
プロセスにおける類似の混合流れより比較的酸素含量の
少ない混合流れを使用することによって、アルゴン生成
物の収率又はアルゴンが生成される効率に悪影響を及ぼ
すことなく、蒸留塔１０から酸素生成物の流、れを取り
出すことが可能となる。従って、出口３９を通して蒸留
塔１０から酸素生成物の流れを取り出すことができる。
出口３２を通して混合蒸留塔２０の頂部からガス状酸素
が取り出されて凝縮器３０において凝縮され、こうして
得られた液体酸素が出口６を通して蒸留塔１０から取り
出された液体酸素と合わせられ、次いで入口２２を通し
て混合蒸留塔２０に供給される。
入口２２を通して蒸留塔２０に入る液体酸素は高純度で
ないのが好ましい、凝縮器３０を混合蒸留塔２０と連結
して使用することは、発明者らの英国特許出願第２．１
７４，９１６Ａに記載されている。
蒸留塔２０において平衡に近い作動条件を維持するため
に、出口２８のレベルと蒸留塔２０の頂部との中間の蒸
留塔２０のレベルから第２の蒸気の流れを取り出し、凝
縮器４０において凝縮させることができる。得られたａ
細物は、凝縮のための蒸気が蒸留塔から取り出されたレ
ベルより下のレベルにおいて蒸留塔に戻される。凝縮器
４０からの凝縮物が蒸留塔２０に戻るレベルは、′ａ縮
細物組成が、再び導入される液体の組成にほぼ相当する
ように選定される。凝縮器４０に対して冷却を与えるた
めに、入口２より下のレベルにおいて、出口３日を通し
て蒸留塔ｌＯから液体の流れが取り出される。出口３８
を通して蒸留塔１０から取り出された液体は凝縮器４０
において再沸され、このようにして得られた蒸気は、そ
の組成が再び導入される蒸気の組成にほぼ相当するよう
なレベルにおいて、蒸留塔ｌＯに戻される。出口３８を
通して蒸留塔ｌＯから取り出された液体をこのように“
中間（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）”再沸することは、
蒸留塔ＩＯの作動効率を向上させるのに有効である。
出口４を通して蒸留塔１０から取り出されたアルゴン含
量の多い液体酸素は、蒸留塔５０においてさらに蒸留又
は精留される。従来の空気分離装置では、アルゴン含量
の多い酸素の流れを蒸留するのに使用される蒸留塔は、
当該流れが取り出される蒸留塔と実質的に同じ圧力で作
動されるが、本発明による好ましい方法及び装置におい
ては、蒸留塔５０は蒸留塔１０より低い圧力、例えば大
気圧よりやや高い圧力で作動される。従って、出口４を
通して取り出された液体は、熱交換器９４において過冷
却され、絞り弁４４を通過し、そして入口４６を通して
液体として蒸留塔５０に入る。液体相と蒸気相との間の
質量交換を容易にするために、蒸留塔５０には気−液接
触トレー（図示せず）が設けられている。蒸留塔５０に
はさらに、その底部において再沸器５２が、またその頂
部において凝縮器５４が設けられている。蒸留塔５０の
底部に液体酸素のフラクションが集まり、再沸器５２に
よって再沸される。
アルゴン含量の多いガスが蒸留塔５０の頂部に集まり、
１ｆｌｌｉＨ５４へと繋がっている出口５８を通して取
り出され、凝縮器５４において凝縮される。こうして得
られた凝縮物の一部が蒸留塔５０の頂部にて入口６０を
通して蒸留塔５０に戻され、残部は出口６２を通して粗
製アルゴン生成物として取り出される。
本発明の好ましい方法の特徴によれば、出口８を通して
蒸留塔ＩＯの頂部から出るガス状窒素の一部を取り出し
、これを再沸器５２に通すことによって（このとき窒素
は凝縮する）、アルゴン蒸留塔５０に対する再沸が行わ
れる。こうして得られた液体窒素は蒸留塔１０に戻され
、出口２６を通して混合蒸留塔２０を出る液体窒素と合
流される。従って、再沸器５２は蒸留塔１０に対する還
流物を供給する凝縮２＝としても作用する。
第１図に示した蒸留塔システムを具現化したプラントに
おいては、ａ縮器３０と５４に対する冷却及び過冷却器
に対する冷却は、蒸留塔１０において生成する窒素によ
って行うことができる。同様に、このような窒素は再沸
器１４に対する熱源としても使用することができる。あ
る１つのこうしたプラントを添付図面の第２図に示す、
第２図の説明においては、２つの図に共通したプラント
の物品を示すのに、第１図に使用したのと同じ参照番号
を使用するものとする。さらに、第１図に示したプラン
トの各部分の作動に関して再び説明は行わないものとす
る。
第２図に示したプラントに使用されている蒸留塔の配置
は、第１図に示したプラントの配置にほぼ類似している
。７Ｘ留塔１ｏの底部から混合Ｍ留塔２０の頂部までの
液体酸素の流れを起こし易くするためにポンプ７０が使
用され、ａｍ器−再沸器４ｏを通して蒸留塔ＩＯの出口
３８から液体流れをポンプ送りするために類似のポンプ
７２が使用される。さらに、追加の凝縮器７４がアルゴ
ン蒸留塔５ｏと連結した形で使用される。蒸留塔１ｏか
ら取り出されるアルゴン含量の多い酸素に代わって、蒸
留塔への入口より高い出口を通して蒸留塔５ｏがら蒸気
が取り出される。この蒸気は凝縮器７４にて凝縮され、
液体の組成が凝縮物の組成にほぼ相当するようなレベル
において、液体の形で蒸留塔５ｏに戻る。さらに蒸留塔
５０の底部からの液体酸素が、後述するように混合蒸留
塔２０の頂部へと送られる。その他の点については、第
２図に示した蒸留塔の配置は第１図に示した蒸留塔の配
置とほぼ同様である。
しかしながら、第２図に示したプラントには、第１図に
は示されていない、あるいは第１図に関して説明されて
いない数多くの機構が含まれている。第２図に示したプ
ラントは、特に次のような機構を有している： ａ）　窒素を含んだ作動流体をアルゴン蒸留塔５０の再
沸器５２に供給するだけでなく、＃縮器５４と７４を冷
却するための窒素及び再沸器１４を加熱するための窒素
も供給する、窒素分配・冷却システム； ｂ）　流入空気を精製及び冷却するための逆転熱交換器
システム。
窒素分配システムは、５つの窒素分配ボット８０゜８２
、８４．８６．及び８８からなり、全て互いに異なる圧
力で作動する。ポット８０．８２．８４．８６．及び８
８はそれぞれ、ヒートポンプの役目を果たすガス状窒素
及び液体窒素の流れを受は取り、これを分配する。ポッ
ト８０と８２は、蒸留塔１０及び２０の作動圧力より高
い圧力にて窒素をそれぞれ再沸器１４と凝縮器３０に供
給する。ポット８０の圧力はポット８２の圧力より高い
。ポット８２は’ｔＱｍ２Ｈ３０を収容している。ポッ
ト８４は蒸留塔１０及び２０の圧力とほぼ同じ圧力で作
動し、混合蒸留塔２０の出口２６から蒸留塔ＩＯの再沸
器１４までの蒸気通路の中間部を、さらには蒸留塔ｌＯ
の再沸２Ｈ４から蒸留塔ｌＯの入口８までの液体通路の
中間部を形成する。
ポット８６と８８は、蒸留塔ＩＯ及び２０の作動圧力よ
り低い圧力で作動する。ポット８６はアルゴン蒸留塔５
０に連結した凝ｍ器７４に対して冷却作用を与え、また
ボンド８８（ポット８６より低い圧力で作動する）はア
ルゴン蒸留塔５０に連結した凝ｌｉｌ器５４に対して冷
却作用を与える。凝縮器７４と５４は、それぞれポット
８６と８８中に設置される。
ポット８０は、再沸器１４にガス状窒素を供給し、そこ
から液体窒素を受は取るだけでなく、多段圧１ｉ１ａ９
０から圧縮されたガス状窒素の流れを受は取る。ポット
８０．８２．８４．８６．及び８８に供給される窒素に
対して冷却作用を与えるために、一連の熱交換器９２．
９４．９６．及び９８を設けた。圧縮４１１９０から出
た圧縮窒素流れは、はぼ周囲温度にて熱交換器９２をそ
のａ端から通過し、約その露点まで冷却され、次いでボ
ット８０に導入される。液体窒素の流れが（圧縮窒素が
ボット８０に導入される速度と等しい速度で）ボット８
０の底部から取り出され、２つに分割される。この流れ
の一部が弁＋００を通して膨張され、次いで熱交換器９
２を通して前記の圧縮窒素流れに対して向流の形で戻さ
れる。この窒素はほぼ周囲温度にまで加温された後、圧
縮機９０の最高圧力段階に戻され、再圧縮される。
ボット８０の底部から取り出されて弁１００を通して膨
張されない液体窒素流れの部分は、熱交換器９４におい
てさらに温度低下を受ける。すなわち、この液体窒素流
れの部分は、熱交換器９４にその温端から入り、熱交換
器９４の中間部から取り出され、膨張弁１０２に通され
、そして液体としてボット８２へと導入される。
ボット８２は、混合蒸留塔２０に連結した凝ｍ器３２に
おいて酸素を凝縮させるための液体窒素の流れを供給し
、又生成した気化窒素を受は入れるだけでなく、熱交１
＾器９４と９２に対して冷却作用を与えた後に圧！［９
０の段階にて再圧縮されるガス状窒素の流れも供給する
。このように、ガス状窒素の流れがボット８２の頂部か
ら取り出され、冷端と部端の中間の部分にて熱交換器９
４に導入され、熱交換器９４を通過して、その部端にて
熱交換器を出る。
次いでこの窒素流れは、熱交ｆＡ器９２をその冷端から
部端まで通過し、圧縮１９０にて再圧縮される。
ある液体窒素流れもボット８２から取り出され、熱交ｔ
ａａ９４をその部端から冷端まで通過した後、弁１０４
を通して膨張されてボンド８４に入る。ボット８４は、
混合蒸留塔２０の出口２６からの窒素を受は入れ、窒素
を′ａ縮器１４へと進ませ、凝縮器１４からの戻り窒素
を受は入れ、そして入口１６を通して蒸留塔１０の頂部
に窒素を戻すだけでなく、液体窒素をボット８６と８８
に供給し、ガス状窒素を圧縮機９０に戻す、このように
、あるガス状窒素の流れが、ボット８４の頂部から取り
出され、熱交換器９４と９２をそれぞれその冷端から部
端へと通過し、次いで圧縮機９０の段階において圧縮さ
れる。従って、ガス状窒素の流れがボット８４から取り
出された一部の液体と混合される。ボット８４の底部か
らのさらに別の液体が熱交換器９６をその部端から冷端
へと通過する。この液体窒素の一部が弁１０６を通して
膨張されてボット８６に入り、また残部が熱交１Ａ器９
８をその部端から冷端へと通過し、弁１０８を通して膨
張されてボット８８に入る。あるガス状窒素の流れがボ
ット８６の頂部から取り出され、熱交１０器９６、９４
．及び９２をこの順序で通過して圧Ｉｆｆ　［９０に戻
る。同様に、あるガス状窒素の流れがボット８日の頂部
から取り出され、熱交換器９８．９６．９４．及び９２
をこの順序で通過し、そして圧ｍ機９０において再び圧
縮される。
熱交換器９４は、窒素流れに対する冷却作用や加温作用
を与えるだけでなく、出口４２を通して蒸留塔ｌＯから
取り出されたアルゴン含量の多い酸素の流れを過冷却す
るのにも使用される。さらに、出口５６を通してアルゴ
ン蒸留塔５０から取り出された液体酸素が、ポンプ１１
０によって、熱交換器９４を通してアルゴン含量の多い
液体酸素の流れに対して向流の形でポンプ送りされ、次
いで出口６からのポンプ送りされた液体酸素流れと混合
される。
得られた混合物はボン）１１２に導入され、出口３２を
通って混合蒸留塔２０の頂部から出てきたガス状酸素と
混合される。こうして得られた二相混合物がボンＨ１２
から取り出され、４１縮器３０において完全に凝縮され
てから、入口２２を通して１留塔２０に戻される。
流入空気の流れに対して冷却作用と清浄化作用を与える
ために、逆転熱交換器１１４と１１６が設けられている
。空気をこれらの熱交換器１１４　と１１６に通過させ
ることによって、空気をその露点まで冷却させる。これ
らの熱交換器に対する冷却作用は、生成酸素の流れ及び
出口２８を通して蒸留塔２０から取り出された窒素−酸
素混合流れを取り出し、これを流入空気と向流の形で熱
交換器１１４と１１６に通すことによって得られる（熱
交換器１１６と１１４は、第１図に示した熱交換器２９
の代わりに使用されている）、シかしながら、前記の窒
素−酸素混合流れの一部が熱交換ｆ？Ｈ１６の冷端の上
流でメインの流れから分割され、流入空気の流れに対し
て向流の形で熱交換器１１Ｇに通される０次いでこの混
合流れは、外部仕事の遂行を伴って、膨張タービン１１
８において大気圧よりやや高い圧力にまで膨張される。
こうして得られた窒素流れは、熱交換器９２に対しであ
る程度の冷却作用を与え、流入空気と並流の形で流れて
熱交換器１１６を通って戻る。膨張した空気は、流入空
気の流れと向流の形で熱交換器１１６を通って戻り、次
いで熱交換器１１４をその冷端から温情へと通過する。
熱交換器１１４の温情を出た窒素−酸素混合流れをさら
に膨張させて仕事を遂行させることができる。
熱交ｔ！！Ｊ２３１１４と１１６を通過する間に、二酸
化炭素、水蒸気、及び他の低揮発性不純物が付着する。
当技術者には公知の仕組みとなっているが、逆転熱交換
器１１４と１１６の清浄化能力がいったん低下し始める
と、戻り空気の流れを使用して、熱交換器表面上に付着
した固体不純物を再昇華できるように、流入空気の流れ
が横切る通路と戻り空気の流れが横切る通路とが入れ換
わる。このように、熱交換器１１４と１１６は、精製し
た空気を蒸留塔ｌＯの入口に連続的に供給するのに使用
することができる。熱交ｔＡ２ｓ１１（ｉと１１４の清
浄化を果たすには比較的低い圧力の流れを使用するのが
望ましい、なぜなら比較的高い圧力の空気流れを使用し
た場合、すなわちタービン１１８を通して空気が全く膨
張されない場合、種々の問題が生じることがあるからで
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従ってアルゴンを発生させるのに使
用するための気−液接触蒸留塔の配置状態を示す、単純
化させた回路図である。 第２図は、第１図に示した蒸留塔配置を使用したアルゴ
ン発生器の回路図である。 （外４名） 手続補正書 平成　元年　３月、）−上目 平成１年特許願第７５２９号 ２、発明の名称 空気を分離する方法及び装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　ザ・ビーオーシー・グループ・ピーエルシー
４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新人手
町ビル　２０６区 ５、補正の対象 適正な図面 ６、補止の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）空気の流れを第１の蒸留塔に通す工程； ｂ）酸素含量の多い液体を前記第１蒸留塔の底部から抜
    き取り、これを混合ゾーンの頂部へと進ませる工程； ｃ）窒素含量の多い蒸気を前記第１蒸留塔から前記混合
    ゾーンの底部へと進ませる工程；ｄ）前記混合ゾーンを
    通って、液体の流れの方向において徐々に窒素含量が多
    くなっていくような下向きの液体流れ、及び蒸気の流れ
    の方向において徐々に酸素含量が多くなっていくような
    上向きの蒸気流れを確実に形成させる工程； ｅ）液体窒素を前記混合ゾーンから前記第１蒸留塔へと
    進ませ、還流物として作用させる工程； ｆ）酸素と窒素とを含んだ酸素含量の減少した混合流れ
    を、前記混合ゾーンの選定されたレベルから抜き取る工
    程； ｇ）前記混合流れを使用して流体燃料の燃焼を維持し、
    得られた燃焼生成物をタービン中で膨張させる工程： ｈ）アルゴン濃度が空気の流れより高いようなアルゴン
    含有流体の流れを前記第１蒸留塔から抜き取り、第２の
    蒸留塔において前記アルゴン含有流れからアルゴン生成
    物を分離する工程；及び ｉ）前記２つの蒸留塔の一方又は両方から酸素生成物を
    抜き取る工程； の各工程を含む空気分離方法。 ２、前記第１蒸留塔の上流の空気を圧縮する少なくとも
    １つの圧縮機を駆動させるために前記タービンが使用さ
    れる、請求項第１項に記載の方法。 ３、タービン通過の下流の前記燃焼生成物との熱交換に
    よって、燃焼ゾーンの上流で前記混合流れが予備加熱さ
    れる、請求項第１又は２項に記載の方法。 ４、前記混合流れが１５容量％以上の酸素を含有する、
    請求項第１〜３項のいずれかに記載の方法。 ５、前記の混合ゾーンと第１蒸留塔が少なくとも３絶対
    気圧の圧力で作動する、請求項第１〜４項のいずれかに
    記載の方法。 ６、前記の混合ゾーンと第１蒸留塔が５〜１０絶対気圧
    の範囲で作動する、請求項第５項に記載の方法。 ７、ａ）空気の流れを第１の蒸留塔に通すための手段； ｂ）酸素含量の多い液体を前記第１蒸留塔の底部から抜
    き取り、これを混合ゾーンの頂部へと進ませるための手
    段； ｃ）窒素含量の多い蒸気を前記第１蒸留塔から前記混合
    ゾーンの底部へと進ませるための手段； ｄ）前記混合ゾーンを通って、液体の流れの方向におい
    て徐々に窒素含量が多くなっていくような下向きの液体
    流れ、及び蒸気の流れの方向において徐々に酸素含量が
    多くなっていくような上向きの蒸気流れを確実に形成さ
    せるための気−液接触手段； ｅ）液体窒素を前記混合ゾーンから前記第１蒸留塔へと
    進ませ、還流物として作用させるための手段； ｆ）酸素と窒素とを含んだ生成物又は廃棄物混合流れを
    、前記混合ゾーンの選定されたレベルから抜き取るため
    の手段； ｇ）前記混合流れを使用して流体燃料を燃やして燃焼を
    維持するための手段、及び得られた燃焼生成物を膨張さ
    せるためのタービン； ｈ）アルゴン濃度が空気の流れより高いようなアルゴン
    含有流体の流れを前記第１蒸留塔から抜き取るための手
    段で、アルゴン含有流れからアルゴン生成物を分離する
    ための第２の蒸留塔と繋がっている手段；及び ｉ）前記２つの蒸留塔の一方又は両方から酸素生成物を
    抜き取るための手段； の各手段を含む空気分離装置。 ８、前記第１蒸留塔の上流の空気を圧縮すべく設けられ
    た圧縮機の駆動装置に前記タービンが連結されている、
    請求項第７項に記載の装置。 ９、前記混合ゾーンと前記バーナーとの中間の混合流れ
    を、前記タービンの下流にある前記バーナーの燃焼生成
    物との熱交換によって予備加熱するための熱交換器を含
    む、請求項第７又は８項に記載の装置。
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