JPH07198249A - 空気を分離するための方法および装置 - Google Patents

空気を分離するための方法および装置

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JPH07198249A
JPH07198249A JP6312017A JP31201794A JPH07198249A JP H07198249 A JPH07198249 A JP H07198249A JP 6312017 A JP6312017 A JP 6312017A JP 31201794 A JP31201794 A JP 31201794A JP H07198249 A JPH07198249 A JP H07198249A
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liquid
pressure rectification
stream
condenser
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JP6312017A
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Paul Higginbotham
ポール・ヒギンボサム
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BOC Group Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、空気を分離するための方法と装置
を提供する。 【構成】 高圧精留塔１４において圧縮空気の第１の流
れから窒素が分離され、また中圧精留塔２４において圧
縮空気の第２の流れから窒素が分離される。酸素富化液
体が塔１４と２４から取り出され、低圧精留塔４２にお
いて分離される。低純度酸素生成物が、出口７０を介し
て塔４２から液体状態にて取り出される。第１の空気流
れの一部が第１の凝縮器−再沸器１８において凝縮さ
れ、第２の空気流れの一部が第３の凝縮器−再沸器３０
において凝縮される。高圧精留塔１４にて分離された窒
素が第２の凝縮器−再沸器２２において凝縮され、また
中圧精留塔２４にて分離された窒素が第４の凝縮器−再
沸器３４において凝縮される。こうして得られた窒素凝
縮液が、塔１４，２４，および４２に対する還流物とし
て使用される。凝縮器−再沸器１８，２２，３０，およ
び３４は、低圧精留塔４２に対して再沸騰を起こさせる
よう作用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気を分離するための
方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】工業
的に空気を分離するための最も重要な方法は精留による
方法である。頻繁に使用されている精留による空気分離
法は、空気の流れを圧縮する工程；圧縮空気の流れから
水蒸気と二酸化炭素を除去することによって、圧縮空気
の流れを精製する工程；およびこうして得られる精製さ
れた空気流れを、生成物戻り流れとの熱交換によってそ
の精留に適した温度に冷却する工程；を含む。精留は、
高圧精留塔と低圧精留塔を含んだいわゆる“二段精留
塔”にて行われる。空気の全部ではないにしてもその殆
どが高圧精留塔中に導入され、酸素富化液体と窒素蒸気
に分離される。この窒素蒸気が凝縮される。凝縮液の一
部が、高圧塔において液体還流物として使用される。酸
素富化液体が高圧塔の底部から取り出され、過冷却さ
れ、そして絞り弁または減圧弁を介して低圧塔の中間区
域に導入される。低圧塔において、酸素富化液体が、実
質的に純粋な酸素生成物と窒素生成物とに分離される。
これらの生成物が低圧塔から取り出されて戻り流れを形
成し、流入空気がこの戻り流れと向流の形で熱交換され
る。低圧塔に対する液体還流物は、高圧塔からの凝縮液
の残部を採り、それを過冷却し、そして絞り弁または減
圧弁を介して低圧塔の頂部に送ることによって供給され
る。
【０００３】低圧塔は従来、その頂部における圧力が１
〜１．５絶対バールの範囲にて運転される。低圧塔の底
部における液体酸素は、高圧塔の頂部における凝縮作用
を起こさせるのに使用される。したがって、高圧塔の頂
部からの窒素蒸気が、低圧塔の底部において液体窒素と
熱交換される。充分な量の液体酸素を気化させ、これに
よって再沸騰に対する低圧塔の要件を満足させることが
でき、またガス状酸素生成物の良好な収率を達成するこ
とができる。高圧塔の頂部における圧力、したがって流
入空気が圧縮される圧力は、凝縮窒素の温度が、低圧塔
における沸騰酸素の温度より１または２Ｋ高くなるよう
に調整される。このような関係にあるため、一般には高
圧塔を約５．５バール未満の圧力で運転することはでき
ない。
【０００４】酸素生成物の品質があまり高くないことか
ら、高圧塔を５．５バール未満の圧力で運転できる空気
分離法に向けての改良が提唱されている。高圧塔におい
て低純度酸素が要求される場合、低圧塔と高圧塔との間
に上記のような繋がりをもたせるよりむしろ、低圧塔に
対して再沸騰を起こさせるために、また酸素生成物を気
化させるために、空気を使用して低圧塔の底部における
酸素を沸騰させる、ということをＵＳ−Ａ−４４１０３
４３が開示している。こうして得られる凝縮空気が高圧
塔と低圧塔の両方に供給される。酸素富化液体の流れが
高圧塔から取り出され、絞り弁を介して送られ、そして
高圧塔の頂部での窒素凝縮作用を行わせるためにその一
部が使用される。
【０００５】ＵＳ−Ａ−３２１０９５１は低純度酸素を
製造する方法を開示しており、該方法においては、低圧
塔に対して再沸騰を起こさせるために、また酸素生成物
を気化させるために、空気を使用して低圧塔の底部にお
ける酸素を沸騰させる。しかしながらこの場合において
は、高圧塔において生成される窒素蒸気を凝縮させると
いう作用を行わせるのに、低圧塔の中間区域からの酸素
富化液体が使用される。
【０００６】ＵＳ−Ａ−４４１０３４３とＵＳ−Ａ−３
２１０９５１に記載されている方法は、酸素生成物が高
純度ではない場合には、高圧塔の運転圧力対低圧塔の運
転圧力の比を減少させる上である程度の方策を可能にす
るけれども、さらなる改良が強く望まれている。本発明
は、トータルとしてのエネルギー消費量を少なくするよ
う意図された、空気から低純度酸素を分離するための方
法と装置に関するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、 （ａ） 高圧精留塔において圧縮空気の第１の流れから
窒素を分離する工程； （ｂ） 中圧精留塔において圧縮空気の第２の流れから
窒素を分離する工程； （ｃ） 酸素富化液体空気を低圧精留塔中に導入する工
程； （ｄ） 前記低圧精留塔において前記酸素富化液体空気
から分離された低純度酸素生成物を、前記低圧精留塔か
ら取り出す工程；および （ｅ） 各精留塔に液体窒素還流物を供給する工程；を
含み、このとき前記第１の空気流れの一部が、前記低圧
精留塔における物質交換（ｍａｓｓ ｅｘｃｈａｎｇ
ｅ）から取り出される第１の液体流れとの間接的な熱交
換により前記高圧精留塔の上流にて凝縮され、前記高圧
精留塔における物質交換から取り出される窒素が、前記
低圧精留塔における物質交換から取り出される第２の液
体流れとの間接的な熱交換により凝縮され、そして前記
第２の空気流れの一部が、前記低圧精留塔における物質
交換から取り出される第３の液体流れとの間接的な熱交
換により前記中圧精留塔の上流にて凝縮され、このとき
前記第１，第２，および第３の液体流れは、いずれも互
いに異なった組成を有している、という空気を分離する
方法が提供される。
【０００８】本発明はさらに、 （ａ） 第１の圧縮空気流れから窒素を分離するための
高圧精留塔； （ｂ） 第２の圧縮空気流れから窒素を分離するための
中圧精留塔； （ｃ） 酸素富化液体空気から低純度酸素生成物を分離
するための低圧精留塔、このとき前記低圧精留塔は、前
記低純度酸素生成物のための出口を有している； （ｄ） 精留塔に対する液体窒素還流物の少なくとも１
つの供給源； （ｅ） 前記低圧精留塔の少なくとも１つの第１の物質
交換区域と連通している熱交換通路を有する、第１の液
体との間接的な熱交換によって前記第１の圧縮空気流れ
の一部を前記高圧精留塔の上流にて凝縮させるための第
１の凝縮器； （ｆ） 前記低圧精留塔の少なくとも１つの第２の物質
交換区域と連通している熱交換通路を有する、第２の液
体との間接的な熱交換によって窒素を前記高圧精留塔か
ら凝縮させるための第２の凝縮器；および （ｇ） 前記低圧精留塔の少なくとも１つの第３の物質
交換区域と連通している熱交換通路を有する、第３の液
体との間接的な熱交換によって前記第２の圧縮空気流れ
の一部を凝縮させるための第３の凝縮器；を含み、この
とき前記低圧精留塔と各凝縮器との間の連通は、運転時
に前記第１，第２，および第３の液体がいずれも互いに
異なった組成を有することができるような連通状態にあ
る、という空気を分離するための装置を提供する。
【０００９】本発明の方法においては、高圧精留塔と中
圧精留塔を使用することにより、従来の方法と比較し
て、高圧精留塔の運転圧力またはそれより高い圧力にま
で圧縮しなければならない流入空気の割合を減らすこと
ができる。したがって本発明の方法を使用すると、ある
与えられた体積の空気を分離する上で、トータルとして
のエネルギー消費量の節減が可能となる。
【００１０】低圧精留塔における物質交換から第４の液
体流れが取り出され、中圧精留塔から取り出される窒素
蒸気を凝縮させるのにこれが使用されるのが好ましく、
このとき凝縮は第４の凝縮器にて行われる。これとは別
に、中圧精留塔から取り出される窒素を、高圧精留塔ま
たは中圧精留塔から取り出される酸素富化液体空気流れ
との間接的な熱交換によって凝縮させることもできる。
高圧精留塔と中圧精留塔からの窒素の凝縮により、本発
明の方法において使用される精留塔に対する全ての液体
窒素還流物が得られる。
【００１１】第２，第３，および第４（使用する場合）
の凝縮器は、塔のセクションにおいて凝縮器のそれぞれ
の対の間で、下降液体と上昇蒸気との間にの物質交換が
起こる状態にて、低圧精留塔中にそれぞれ配置するのが
好ましい。第４の凝縮器は、上昇蒸気と下降液体との間
に物質交換が起こる状態にて、第３の凝縮器より上に配
置するのが好ましい。第１の凝縮器は通常、低圧精留塔
の外側、または最も下の物質交換区域より下に配置され
る。各凝縮器は、低圧塔に対して再沸騰を起こさせるこ
とができる。したがって本発明の方法を使用すると、低
圧精留塔の４つの別個の区域にて再沸騰を起こすという
状況が生じ、これにより、従来の方法に比べて比較的高
い熱力学的効率での低圧精留塔の運転が容易となる。
【００１２】低純度酸素生成物は、低圧塔から液体状態
にて取り出すのが好ましい。この酸素生成物がある圧力
をもった状態で求められる場合、第１と第２の空気流れ
より高い圧力にて第３の空気流れとの熱交換によって液
体状態の低純度酸素生成物を気化させるのが好ましい。
これによって通常は第３の空気流れが少なくとも一部凝
縮され、精留塔の１つ以上に導入されるのが好ましい。
例えば、凝縮した第３の空気流れの一部を高圧精留塔
に、そして残部を中圧精留塔に導入することができる。
必要であれば、このような導入は、凝縮した第３の空気
流れのそれぞれの部分を、それぞれ第１と第３の凝縮器
の上流にて第１と第２の空気流れとプレミックスするこ
とによって果たすことができる。
【００１３】酸素生成物が低圧精留塔から液体状態で取
り出されない場合、凝縮した第１の空気流れの部分の一
部を中圧精留塔に導入するのが好ましい。
【００１４】低圧精留塔が、その頂部が１．５バール未
満の圧力にて運転される場合、分離用の酸素富化液体
は、一部を高圧精留塔から、また一部を中圧精留塔から
採るのが好ましい。
【００１５】個々の空気流れは、水蒸気と二酸化炭素を
除去することによって精製され、且つ精留による分離に
適した温度にまで冷却された圧縮空気の１つ以上の供給
源から採るのが好ましい。必要であれば、冷却される空
気の一部を採り、外部仕事の遂行を伴って膨張させるこ
とによって、第４の空気流れを形成させることができ
る。第４の空気流れは、低圧精留塔に導入するのが好ま
しい。
【００１６】精留塔は、蒸留トレーを使用することによ
って、あるいは充填物（例えば構造的充填物）を使用す
ることによって、液体−蒸気接触を、したがって液体と
蒸気との間の物質交換を果たすことができる。本明細書
で使用している“物質交換区域”または“液体−蒸気接
触区域”とは、単一蒸留に対する蒸留トレーの場合ある
いは充填セクションに対する充填物の場合について言っ
ている。
【００１７】中圧精留塔の頂部での運転圧力は、高圧精
留塔の頂部での運転圧力より低いが、低圧精留塔の頂部
での運転圧力より高いことは言うまでもない。
【００１８】本発明の方法と装置は、８０〜９７容量％
の酸素を含有したメイン酸素生成物を生成させる際に使
用するのに適している。
【００１９】また、さらなる液体−蒸気物質交換区域
を、メイン酸素生成物が取り出される低圧塔のレベルよ
り下に使用することによって、そして前記のさらなる物
質交換区域の下部からより高純度の酸素生成物を取り出
すことによって、より高純度の酸素生成物を限定された
割合で生成させることができる。例えば、９９．５％純
度の酸素生成物を、メイン酸素生成物が取り出される割
合の最大１５％までの割合にてこのようにして得ること
ができる。
【００２０】さて、添付図面〔空気分離プラントの概略
流れ図（正確な縮尺率ではない）〕を参照しつつ、本発
明の方法と装置を実質例を挙げて以下に説明する。
【００２１】空気が圧縮機２においてある選定された圧
力に圧縮される。こうして得られる圧縮空気の流れが精
製装置またはユニット３を通って進み、このときユニッ
ト３において空気から水蒸気と二酸化炭素が除去され
る。ユニット３は、この水蒸気と二酸化炭素の除去を行
うために吸着剤床（図示せず）を使用している。これら
の床は、１つ以上の床が空気を精製するのに使用されて
いる間に、残りの床が再生処理されているというよう
に、互いに非同期的に運転される。このような精製装置
とその運転については当業界においてよく知られてお
り、ここでさらに詳細に説明する必要はない。このよう
にして得られる空気流れが２つの流れに分けられる。１
つの流れがメイン熱交換器４を通過し、このときほぼ周
囲温度での温端６から冷端８に進む。この流れは、飽和
温度に近い温度でメイン熱交換器４の冷端８を出る。以
後この流れを第２の空気流れと呼ぶ。精製空気流れの他
の部分は、第２の圧縮機１０においてさらに圧縮され
る。このより圧縮された空気流れが、２つの補助流れに
分けられる。これら補助流れの１つが、メイン熱交換器
４をその温端６からその冷端８へと流れる。より圧縮さ
れた空気のこの補助流れが、ほぼその飽和温度にて熱交
換器４の冷端８を出る。以後この流れを第１の空気流れ
と呼ぶ。より圧縮された空気の他の補助流れがブースタ
ー−圧縮機１２に進み、そこでその圧力が再びさらに高
いレベルに上昇される。圧縮機１２を出た圧縮空気が、
メイン熱交換器４をその温端６からその冷端８へと進
み、液体状態にて冷端８を出る。以後、この液化空気流
れを第３の空気流れと呼ぶ。図示していないが、圧縮機
２，１０，および１２のそれぞれは、圧縮された空気か
ら圧縮熱を除去するためのアフタークーラーを備えてい
ることは言うまでもない。
【００２２】第１の空気流れの一部が、入口１６を介し
て高圧精留塔１４に導入される。高圧精留塔１４は液体
−蒸気接触手段１７を組み込んでおり、この手段１７
は、上昇蒸気と下降液体との間で密な接触を、したがっ
て物質交換を起こさせるために蒸留トレーまたは充填物
を含む。入口１６は、塔１４中のすべての液体−蒸気接
触表面より下に配置されている。
【００２３】第１の空気流れの他の部分が第１の凝縮器
−再沸器１８を通過し、このとき後述するように沸騰液
体流れとの熱交換によって少なくとも部分的に凝縮され
る。次いでこの流れが、塔１４内の中間の物質交換区域
の近くに配置された入口２０を介して高圧精留塔１４に
導入される。
【００２４】蒸気が高圧精留塔１４を上昇するにつれ
て、下降液体との物質交換によって窒素含量が高くな
る。液体−蒸気接触手段１７より上の高圧精留塔１４の
頂部区域から窒素蒸気が取り出され、後述するように、
第２の凝縮器−再沸器２２において第２の液体との熱交
換によって凝縮される。こうして得られる液体窒素凝縮
物の一部が還流物として高圧精留塔１４に戻され、物質
交換が起こるのに必要な液体の下向き流れを与える。液
体窒素凝縮物の残部は、後述するような仕方で使用され
る。液体−蒸気接触手段１７の底部における、蒸気との
物質交換関係をへて通過してきた液体は、入口１６を介
して導入される流入空気とほぼ平衡状態にあり、したが
って酸素含量が高く、通常は２５〜４０容量％の酸素を
含有する（酸素は窒素より揮発性が低いからである）。
【００２５】冷却された空気の第２の流れの一部が、入
口２６を介して中圧精留塔２４に導入される。入口２６
は、中圧精留塔２４中のすべての液体−蒸気接触手段２
５より下のレベルに配置されている。第２の空気流れの
残部が、第３の凝縮器−再沸器３０を通過することによ
り、第３の液体（後述）との間接的な熱交換によって凝
縮される。こうして得られる凝縮空気が、入口２６より
上のレベルに配置された入口３２を介して中圧精留塔２
４に導入される。入口２６を介して中圧精留塔２４の底
部に導入された蒸気は塔２４を上昇し、蒸気が徐々に窒
素を多く含むようになり、そして液体が徐々に酸素を多
く含むようになるという形で、下降する液体と物質交換
関係になる。中圧精留塔２４の頂部に達する蒸気は、実
質的に純粋な窒素である。中圧精留塔２４の頂部から窒
素の流れが取り出され、第４の凝縮器−再沸器３４にお
いて、第４の液体流れ（後述）との間接的な熱交換によ
って凝縮される。こうして得られる窒素凝縮液の流れの
一部が、中圧精留塔２４の液体還流物として使用され
る。窒素凝縮液の流れの他の部分は、後述のように使用
される。
【００２６】塔の底部における、蒸気との物質交換関係
をへて通過してきた液体は、入口２６を介して塔２４の
底部に導入されるガス状空気とほぼ平衡状態にあり、し
たがって酸素含量が高く、通常は２５〜４０容量％の酸
素を含有している。この酸素富化液体空気の流れが、出
口３６を介して中圧精留塔２４の底部から取り出され、
熱交換器３８で過冷却され、絞り弁４０を通過し、そし
て入口４４を介して低圧精留塔４２に導入される。酸素
富化液体空気の流れがさらに、出口４６を介して高圧精
留塔１４の底部から取り出され、熱交換器３８を通過す
ることによって過冷却され、絞り弁４８を通過すること
によって圧力低下され、そして入口５０を介して低圧精
留塔４２に導入される。したがって、中圧精留塔２４お
よび高圧精留塔１４のそれぞれから取り出される酸素富
化液体空気流れは、低圧精留塔４２における分離のため
の供給流れを与える。低圧精留塔４２における分離のた
めの第３の供給流れは、メイン熱交換器４の温端６と冷
端８との中間区域にて、ブースター−圧縮機１２ですで
に圧縮されている空気流れの一部を採ることによって、
そして膨張タービン５２における外部仕事の遂行を伴っ
て膨張させることによって形成される。このようにして
得られる仕事膨張した空気がタービン５２を出て、入口
５４を介して低圧精留塔４２に入る。タービン５２とブ
ースター−圧縮機１２は共通のシャフトを有していても
よく、これによってタービン５２はさらに、ブースター
−圧縮機１２を駆動させるのに必要な仕事の少なくとも
一部を供給することができる。
【００２７】低圧精留塔４２内で空気を分離するため
に、低圧精留塔には液体−蒸気接触手段５６（蒸留トレ
ーまたは充填物の形態をとっていてもよい）が組み込ま
れている。さらに、低圧精留塔４２にはその頂部からの
液体の下向き流れ、およびその底部からの蒸気の上向き
流れがつくり出される。液体還流物を生成させるため
に、高圧精留塔１４に対する還流物として使用されない
液体窒素凝縮液の部分（第２の凝縮器−再沸器２２にお
いて形成される）が、熱交換器５８に通すことによって
過冷却され、絞り弁６０に通すことによって圧力低下さ
れ、そして入口６２を介して低圧精留塔の頂部に導入さ
れる。この液体窒素流れは、中圧精留塔２４に対する還
流物として使用されない第４の凝縮器−再沸器３４にて
形成された凝縮液の部分を採り、熱交換器５８に通すこ
とによってそれを過冷却し、絞り弁６４に通すことによ
ってその圧力を低下させ、そして入口６６を介して精留
塔４２の頂部にそれを導入することによって増やすこと
ができる。
【００２８】低圧精留塔４２を通る蒸気の上向き流れ
は、塔４２における液体−蒸気接触手段５６の第１の物
質交換区域（最下部区域）から第１の液体流れを採り、
それを凝縮器−再沸器１８における第１の液体として使
用することによってつくりだされる。一般には第１の凝
縮器−再沸器１８は、凝縮用通路が熱交換ブロック（図
示せず）中に形成されている状態の熱サイフォン型のも
のであり、このとき熱交換ブロックは少なくとも一部が
ある量の第１の液体中に浸漬されている。第１の液体の
一部が、凝縮しつつある第１の空気流れとの熱交換によ
って再沸騰され、こうして得られた蒸気が低圧精留塔４
２を上向きに進む。低圧精留塔４２を通るこの蒸気の上
向き流れは、第２、第３、および第４の凝縮器−再沸器
（それぞれ２２，３０，および３４）を作動させること
によって増やすことができる。第２の凝縮器−再沸器２
２は、低圧精留塔４２において第１の凝縮器−再沸器１
８より上のレベルに配置されており、このとき液体−蒸
気接触手段５６がその間に存在している。第２の凝縮器
−再沸器２２より上の次の液体−蒸気接触区域から、上
昇蒸気との物質交換関係をへて第２の液体が取り出さ
れ、窒素を凝縮させるのに使用される。このとき、第２
の液体それ自体が少なくとも部分的に再沸騰される。第
１の再沸器１８と第２の再沸器２２との間に蒸気−液体
接触手段５６があるので、第２の液体は第１の液体より
酸素含量が少ない。低圧精留塔４２内において、第２の
凝縮器−再沸器２２より上にさらに第３の凝縮器−再沸
器３０が配置されており、このとき液体−蒸気接触手段
５６がその間に存在している。第３の液体（第２の液体
より酸素含量が少ない）が、第３の凝縮器−再沸器３０
より上の次の物質交換区域から、上昇蒸気との物質交換
関係をへて流れ出る。低圧精留塔４２中の第３の液体が
空気を凝縮させるのに使用され、このとき第３の液体そ
れ自体が少なくとも部分的に再沸騰される。こうして得
られた蒸気が第３の凝縮器−再沸器３０を通過し、低圧
精留塔４２を通る蒸気の上向き流れが増大する。低圧精
留塔４２内にて第３の凝縮器−再沸器３０より上に第４
の凝縮器−再沸器３４が配置されており、このとき液体
−蒸気物質交換手段５６がその間に存在している。第４
の液体（第３の液体より酸素含量が少ない）が、低圧精
留塔４２内の第４の凝縮器−再沸器３４より上の次の物
質交換区域にて、蒸気との物質交換関係をへて流れ出
る。第４の液体は窒素を凝縮させるのに使用される。第
４の液体それ自体が、凝縮しつつある窒素との熱交換に
よって少なくとも部分的に再沸騰される。こうして得ら
れた蒸気が第４の凝縮器−再沸器３４を通過し、低圧精
留塔４２を通る蒸気の上向き流れを増大させるのに使用
される。低圧精留塔４２に対しある間隔を置いた４箇所
にて再沸騰作用を果たさせることによって、低圧精留塔
４２に関しての熱力学的に比較的高効率の運転が可能と
なる。
【００２９】低圧精留塔４２の頂部から出口６８を介し
て窒素流れが取り出され、過冷却される液体窒素流れと
向流の形で熱交換器５８を通って流れる。低圧精留塔４
２の出口６８から取り出された窒素流れが、熱交換器５
８を出て、過冷却される酸素富化液体空気流れと向流の
形で熱交換器３８を通過する。したがって、この窒素流
れは、熱交換器３８と５８に対して冷却作用を与える。
熱交換器３８を通過した後、窒素流れはメイン熱交換器
４をその冷端８から温端６へと進み、これによってほぼ
周囲温度に加温され、窒素生成物として取り出すことが
できる。
【００３０】第１の凝縮器−再沸器１８において再沸騰
されない第１の液体の部分が、液体酸素ポンプ７２（一
般には、第１と第２の空気流れより上の圧力に上昇させ
る）によって、低圧精留塔４２の底部から出口７０を介
して低純度液体酸素生成物として取り出される。こうし
て得られる加圧液体酸素流れ（通常は９５容量％の酸素
を含有）が、メイン熱交換器４をその冷端８から温端６
へと進むことによって気化される。加圧酸素流れとブー
スター圧縮機１２からの空気流れがメイン熱交換器４を
通過するときに、前記加圧酸素流れのエンタルピー−温
度分布と前記空気流れのエンタルピー−温度分布との間
に密な整合が保持できるよう、ブースター圧縮機１２の
出口圧力を適切に選択することによって、メイン熱交換
器４の比較的高効率の作動が可能となる。さらに、凝縮
した空気流れをメイン熱交換器４から第３の空気流れと
して採ることができるということによって、高圧精留塔
１４と中圧精留塔２４が作動する効率のアップが可能と
なる。この目的を達成するためには、第３の空気流れの
一部が絞り弁７４に通され、２つの部分に分ける前の上
流の区域にて第１の空気流れに導入される。第３の空気
流れの残部が絞り弁７６に通され、２つの部分に分ける
前の上流の区域にて第２の空気流れに導入される。
【００３１】図示していないが、必要であれば、低圧精
留塔４２中の頂部トレーから数個下のトレーにて（トレ
ーを使用している場合；あるいは充填物を使用している
場合には、それに対応したレベルにて）、低圧精留塔４
２の物質交換区域から廃棄窒素流れを取り出すことがで
き、出口６８を介して塔４２の頂部から取り出された生
成物窒素流れと並流の形で熱交換器５８，３８，および
４をこの順序にて通過させることができる。このような
方法を使用すれば、より高純度の窒素生成物の製造が容
易となる。
【００３２】添付図面に示した装置の運転の代表的な例
では、高圧精留塔１４の底部の圧力は４．５バールであ
り、中圧精留塔２４の底部の圧力は２．８バールであ
り、低圧精留塔４２の底部の圧力は１．５バールであ
る。この例においては、ブースター圧縮機１２が約１５
バールの出口圧力を有し、またタービン５２が約１．３
バールの出口圧力を有する。この例ではさらに、ポンプ
７２が、低純度液体酸素生成物の圧力を６バールに上昇
させる。
【００３３】添付図面に示されている本発明の装置の運
転状況を表１に詳細に示す。表１には、流量、温度、圧
力、組成、およびプロセス流れの状態が記載されてお
り、これらは図１において文字Ａ〜Ｏで識別されてい
る。
【００３４】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概略図である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ） 高圧精留塔において圧縮空気の
    第１の流れから窒素を分離する工程； （ｂ） 中圧精留塔において圧縮空気の第２の流れから
    窒素を分離する工程； （ｃ） 酸素富化液体空気を低圧精留塔中に導入する工
    程； （ｄ） 前記低圧精留塔において前記酸素富化液体空気
    から分離された低純度酸素生成物を、前記低圧精留塔か
    ら取り出す工程；および （ｅ） 各精留塔に液体窒素還流物を供給する工程；を
    含み、このとき前記第１の空気流れの一部が、前記低圧
    精留塔における物質交換から取り出される第１の液体流
    れとの間接的な熱交換により前記高圧精留塔の上流にて
    凝縮され、前記高圧精留塔における物質交換から取り出
    される窒素が、前記低圧精留塔における物質交換から取
    り出される第２の液体流れとの間接的な熱交換により凝
    縮され、そして前記第２の空気流れの一部が、前記低圧
    精留塔における物質交換から取り出される第３の液体流
    れとの間接的な熱交換により前記中圧精留塔の上流にて
    凝縮され、このとき前記第１，第２，および第３の液体
    流れは、いずれも互いに異なった組成を有している、空
    気を分離する方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の液体が、低圧精留塔における
    最も下の物質交換区域から取り出される、請求項１記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 前記第２の液体中の酸素の濃度が、前記
    第１の液体中の酸素の濃度より低い、請求項１または２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記低純度酸素生成物が、低圧精留塔か
    ら液体状態で取り出されて、前記第１と第２の空気流れ
    より高い圧力の第３の空気流れとの熱交換によって気化
    され、そして前記第３の空気流れが、少なくとも部分的
    に凝縮されて、そして精留塔の１つ以上に導入される、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 第４の空気流れが、外部仕事の遂行を伴
    って膨張され、そして精留塔の少なくとも１つに導入さ
    れる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 第４の液体流れが、前記低圧精留塔にお
    ける物質交換から取り出されて、前記中圧塔から窒素を
    凝縮させるのに使用され、このとき前記第４の液体は前
    記第３の液体より酸素含量が少ない、請求項１〜５のい
    ずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 （ａ） 第１の圧縮空気流れから窒素を
    分離するための高圧精留塔； （ｂ） 第２の圧縮空気流れから窒素を分離するための
    中圧精留塔； （ｃ） 酸素富化液体空気から低純度酸素生成物を分離
    するための低圧精留塔、このとき前記低圧精留塔は、前
    記低純度酸素生成物のための出口を有している； （ｄ） 精留塔に対する液体窒素還流物の少なくとも１
    つの供給源； （ｅ） 前記低圧精留塔の少なくとも１つの第１の物質
    交換区域と連通している熱交換通路を有する、第１の液
    体との間接的な熱交換によって前記第１の圧縮空気流れ
    の一部を前記高圧精留塔の上流にて凝縮させるための第
    １の凝縮器； （ｆ） 前記低圧精留塔の少なくとも１つの第２の物質
    交換区域と連通している熱交換通路を有する、第２の液
    体との間接的な熱交換によって窒素を前記高圧精留塔か
    ら凝縮させるための第２の凝縮器；および （ｇ） 前記低圧精留塔の少なくとも１つの第３の物質
    交換区域と連通している熱交換通路を有する、第３の液
    体との間接的な熱交換によって前記第２の圧縮空気流れ
    の一部を凝縮させるための第３の凝縮器；を含み、この
    とき前記低圧精留塔と各凝縮器との間の連通は、運転時
    に前記第１，第２，および第３の液体がいずれも互いに
    異なった組成を有することができるような連通状態にあ
    る、空気を分離するための装置。
  8. 【請求項８】 前記第１の凝縮器が、前記低圧精留塔に
    おける最も下の物質交換区域と連通した沸騰用の通路を
    有する、請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記第２と第３の凝縮器が、第３の凝縮
    器が第２の凝縮器より上に位置する状態で前記低圧精留
    塔内に配置され、これにより前記第２の液体より少ない
    酸素含量の組成を有する前記第３の液体を取り出すこと
    ができる、請求項７または８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記低圧精留における上昇蒸気との物
    質交換から取り出される第４の液体との間接的な熱交換
    によって、前記中圧精留塔から窒素を凝縮させるための
    第４の凝縮器が組み込まれている、請求項７〜９のいず
    れか一項に記載の装置。
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