(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧力の第１の蒸留塔（１３０）、第１の圧力より低い第２の圧力の第２の蒸留塔（１６４）、及び第２の圧力より低い第３の圧力の第３の蒸留塔（１６６）を含め、おのおのに塔頂部と塔底部があり第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）にはコンデンサーがない、少なくとも三つの蒸留塔を有する蒸留塔装置を使用する、空気を分離して昇圧酸素と窒素を製造するための方法であって、
第１の窒素含有量を有する圧縮空気の流れ（１０６）を提供する工程、
この圧縮空気の流れのうちの少なくとも第１の部分（１０８、１１２）を第１の蒸留塔（１３０）へ供給する工程、
第１の蒸留塔（１３０）の塔底部から第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）を抜き出し、そしてこの第１の酸素に富ませた液の流れのうちの少なくとも一部分（１７０、８４０、８４２）を第２の蒸留塔（１６４）及び／又は第３の蒸留塔（１６６）へ供給する工程、
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くから第１の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２、６３８）を抜き出し、この第１の酸素の少ない蒸気流のうちの少なくとも第１の部分（１３４、１４０、６４０）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの一方のものの第１のリボイラー−コンデンサー（１４１、１３５）へ供給し、そして第１の酸素の少ない蒸気流のうちの少なくとも第１の部分を少なくとも部分的に凝縮させ、それにより当該塔（１６４、１６６）の焚上げを行い且つ第１の窒素に富ませた液（１４２、１３６、６４２）を生じさせる工程、
この第１の窒素に富ませた液のうちの少なくとも第１の部分（１４５、１３６、６４２）を第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部へ供給する工程、
第１の蒸留塔（１３０）から得られた、又は酸素の少ない流れ（６４４）もしくは上記圧縮空気（１０６）のうちのもう一つの部分（７１６）を分離する第４の蒸留塔（６４６、７２０）から得られた窒素に富ませた液（１５４）を、第２の蒸留塔（１６４）の塔頂部へ供給する工程、
第１の蒸留塔（１３０）から得られた又は第４の蒸留塔（６４６）から得られた窒素に富ませた液（１５８）を第３の蒸留塔（１６６）の塔頂部へ供給する工程、
第２の蒸留塔（１６４）の塔底部から第２の酸素に富ませた液の流れ（１６０、８４４）を抜き出し、そしてこの第２の酸素に富ませた液の流れを第３の蒸留塔（１６６）へ供給する工程、
第２の蒸留塔の塔頂部から第１の窒素に富む蒸気の流れ（１９４）を抜き出して昇圧した窒素製品（１９６）を提供する工程、
第３の蒸留塔（１６６）の塔頂部から第２の窒素に富む蒸気の流れ（１８２）を抜き出す工程、
第３の蒸留塔（１６６）の塔底部から液体酸素の流れ（１７２）を抜き出し、当該液体酸素流を昇圧（１７３）してから、上記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れ（１１６）との間接熱交換により少なくとも部分的に加温（１１０）し、当該昇圧した流れを蒸留にかけることなく冷却しそして当該加温した酸素の流れを昇圧酸素製品（１７６）とする工程、
この冷却した昇圧流（１１８）のうちの少なくとも一部分（１２２）を最終的に第１の蒸留塔（１３０）、第２の蒸留塔（１６４）、又は第３の蒸留塔（１６６）のいずれか又は全部に供給する工程、及び
第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの他方のもののための焚上げを、少なくとも一部は、第１の蒸留塔（１３０）又は第４の蒸留塔（６４６、７２０）からの酸素の少ない蒸気の流れ（１４０、１３２）との間接熱交換（１４１、１３５）により行う工程、
を含む、空気分離方法。
【請求項２】
前記昇圧した流れが前記圧縮空気の流れのうちの前記第１の部分である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記昇圧した流れが前記圧縮空気の流れのうちのもう一つの部分である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記もう一つの部分を更に圧縮する更なる工程を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記昇圧した流れが前記蒸留塔装置から抜き出される酸素の少ない蒸気流のうちの圧縮された部分である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記第１の酸素の少ない蒸気のうちの前記第１の部分との間接熱交換によって行い、そして第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記第１の酸素の少ない蒸気のうちのもう一つの部分との間接熱交換により行う、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記蒸留塔装置が塔頂部と塔底部とを有する第４の蒸留塔を更に有し、そして当該方法が、
第１の蒸留塔からの前記第１の酸素の少ない蒸気流のうちの第２の部分を第４の蒸留塔の塔底部へ供給する工程、
第４の蒸留塔の塔底部から第３の窒素に富ませた液体流を抜き出し、そしてこの第３の窒素に富ませた液のうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔及び／又は第３の蒸留塔へ供給する工程、
第４の蒸留塔の塔頂部又はその近くから第２の酸素の少ない蒸気の流れを抜き出し、この第２の酸素の少ない蒸気流のうちの少なくとも第１の部分を第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の第２のリボイラー−コンデンサーに供給し、この第２の酸素の少ない蒸気流のうちの当該第１の部分を少なくとも部分的に凝縮させて第４の窒素を富ませた液を生じさせ、そしてこの第４の窒素を富ませた液のうちの少なくとも一部分を第４の蒸留塔の塔頂部へ供給する工程、及び
上記第２の酸素の少ない蒸気流又は上記第４の窒素を富ませた液から高純度の窒素の流れを抜き出す工程、
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記蒸留塔装置が塔頂部と塔底部とを有する第４の蒸留塔を更に有し、そして当該方法が、
前記圧縮空気の流れのうちのもう一つの部分を第４の蒸留塔の塔底部へ供給する工程、
第４の蒸留塔の塔底部から第３の酸素を富ませた液の流れを抜き出し、そしてこの第４の酸素を富ませた液の流れのうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔及び／又は第３の蒸留塔へ供給する工程、
第４の蒸留塔の塔頂部又はその近くから第２の酸素の少ない蒸気の流れを抜き出し、この第２の酸素の少ない蒸気流のうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の第２のリボイラー−コンデンサーへ供給し、そして当該第２の酸素の少ない蒸気流を少なくとも部分的に凝縮させて、それにより第２の窒素を富ませた液を生じさせる工程、
この第２の窒素を富ませた液のうちの少なくとも第１の部分を第４の蒸留塔の塔頂部へ供給する行程、
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
第４の蒸留塔が第１の蒸留塔の第１の圧力よりも高い第４の圧力にある、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第４の蒸留塔が第１の蒸留塔の第１の圧力より低い第４の圧力にある、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記第１の酸素の少ない蒸気流のうちの前記第１の部分との間接熱交換によって行い、第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記第２の酸素の少ない蒸気流のうちの前記第１の部分との間接熱交換により行う、請求項７記載の方法。
【請求項１２】
第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記第１の酸素の少ない蒸気流のうちの前記第１の部分との間接熱交換によって行い、第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記第２の酸素の少ない蒸気流との間接熱交換により行う、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
第１の蒸留塔の中間の箇所から蒸気流を抜き出し、この蒸気流を第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の第２のリボイラー−コンデンサーへ供給し、そして当該蒸気流を少なくとも部分的に凝縮させて、それにより中間の還流を生じさせる行程、
この中間の還流を第１の蒸留塔の当該中間の箇所又はその近くへ供給する行程、及び
第１の蒸留塔の当該中間の箇所又はその近くから前記第２の窒素を富ませた液を、第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の塔頂部へ少なくとも一部分を供給するため、抜き出す行程、
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記中間の箇所で抜き出された前記蒸気流との間接熱交換により行い、第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記第１の酸素の少ない蒸気流のうちの前記第１の部分との間接熱交換によって行う、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記中間の箇所で抜き出された蒸気流との間接熱交換により行い、第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、前記第１の酸素の少ない蒸気流のうちの前記第１の部分との間接熱交換により行う、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
第１の蒸留塔（１３０）の塔底部からの前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの少なくとも一方へ供給し、
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２）のうちのそれぞれの部分（１４０、１３４）を第２の蒸留塔（１６４）の第１のリボイラー−コンデンサー（１４１）及び第３の蒸留塔（１６６）の第１のリボイラー−コンデンサー（１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより第２及び第３の蒸留塔の焚上げを行い且つ前記第１の窒素に富ませた液（１４４）を生じさせ、
この第１の窒素に富ませた液（１４４）のうちのそれぞれの部分（１５４、１５８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）の塔頂部へ供給し、且つ、
昇圧した前記液体酸素流（１７４）を加温する前記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れが、第２又は第３の蒸留塔のおのおのが前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）及び前記圧縮空気の流れ（１１６）のうちの一方のものの少なくとも一部分を受け取るように、第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの少なくとも一方へ供給される圧縮空気の流れ（１６６）である、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
第１の蒸留塔（１３０）の塔底部からの前記第一の酸素に富ませた液の流れ（１６８）のうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔（１６４）へ供給し、
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２）のうちのそれぞれの部分（１４０、１３４）を第２の蒸留塔（１６４）の第１のリボイラー−コンデンサー（１４１）及び第３の蒸留塔（１６６）の第１のリボイラー−コンデンサー（１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより第２及び第３の蒸留塔の焚上げを行い且つ前記第１の窒素に富ませた液（１４４）を生じさせ、
この第１の窒素に富ませた液（１４４）のうちのそれぞれの部分（１５４、１５８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）の塔頂部へ供給し、且つ、
昇圧した前記液体酸素流（１７４）を加温する前記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れが、第３の蒸留塔（１６６）が前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）又は前記圧縮空気の流れ（１１６）の少なくとも一部分を受け取るように、第２の蒸留塔（１６４）へ供給される少なくとも一部分（２２２）を有する圧縮空気の流れ（１１６）である、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２）のうちのそれぞれの部分（１４０、１３４）を第２の蒸留塔（１６４）の第１のリボイラー−コンデンサー（１４１）及び第３の蒸留塔（１６６）の第１のリボイラー−コンデンサー（１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより第２及び第３の蒸留塔の焚上げを行い且つ前記第１の窒素に富ませた液（１４４）を生じさせ、
この第１の窒素に富ませた液（１４４）のうちのそれぞれの部分（１５４、１５８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）の塔頂部へ供給し、
昇圧した前記液体酸素流を加温する前記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れが、第１の蒸留塔（１３０）へ供給される圧縮空気の流れ（１１６）であり、且つ、
第１の蒸留塔（１３０）の中間の箇所からの液の流れ（３１８）を、第２及び第３の蒸留塔のおのおのが上記中間の箇所からの液の流れ（３１８）のうちの少なくとも一部分又は前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）のうちの少なくとも一部分を受け取るように、第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの少なくとも一方へ供給する、請求項１記載の方法。
【請求項１９】
第１の蒸留塔（１３０）の塔底部からの前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）を第２の蒸留塔（１６４）へ供給し、
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２）のうちの少なくとも一部分（１３４）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの一方のものの第１のリボイラー−コンデンサー（１４１、１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより当該蒸留塔の焚上げを行い且つ、第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部へ供給される窒素に富ませた液を提供し、
第１の蒸留塔（１３０）の中間の箇所からの酸素の少ない蒸気の流れ（１４０）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの他方のものの第１のリボイラー−コンデンサー（１４１、１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより当該蒸留塔の焚上げを行い且つ、第１の蒸留塔（１３０）へ中間の還流の流れとして戻される窒素に富ませた液の流れ（１４２）を生じさせ、
第１の蒸留塔（１３０）から第１の窒素に富ませた液（１５０）を上記中間の還流の流れ（１４２）を供給する箇所又はその近くで抜き出して、この第１の窒素に富ませた液（１５０）のうちのそれぞれの部分（１５４、１５８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）の塔頂部へ供給し、且つ、
昇圧した前記液体酸素流（１７４）を加温する前記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れが、第３の蒸留塔（１６６）へ供給される圧縮空気の流れ（１１６）である、請求項１記載の方法。
【請求項２０】
第１の蒸留塔（１３０）の塔底部からの前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）を第２の蒸留塔（１６４）へ供給し、
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２）のうちのそれぞれの部分（１４０、１３４）を第２の蒸留塔（１６４）の第１のリボイラー−コンデンサー（１４１）及び第３の蒸留塔（１６６）の第１のリボイラー−コンデンサー（１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより第２及び第３の蒸留塔の焚上げを行い且つ前記第１の窒素に富ませた液（１４４）を生じさせ、
この第１の窒素に富ませた液（１４４）のうちのそれぞれの部分（１５４、１５８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）の塔頂部へ供給し、且つ、
昇圧した前記液体酸素流（１７４）を加温する前記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れが、第１、第２及び第３の蒸留塔（１３０、１６４、１６６）の一つから得られる圧縮した窒素に富ませた再循環流（５４０、５４２、１１６）であり、当該蒸留塔のうちのいずれかあるいは全てに供給される、請求項１記載の方法。
【請求項２１】
第１の蒸留塔（１３０）の塔底部からの前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）を第２の蒸留塔（１６４）へ供給し、
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（６３８）のうちの一部分を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの一方のものの第１のリボイラー−コンデンサー（１４１、１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより当該蒸留塔の焚上げを行い且つ、第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部へ供給される窒素に富ませた液（６４２）を生じさせ、
第４の蒸留塔（６４６）が存在して、第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（６３８）のうちのもう一つの部分（６４４）をこの第４の蒸留塔へ供給し、
第４の蒸留塔（６４６）の塔底部から窒素に富ませた液（１５０）を抜き出して、そのうちのそれぞれの部分（１５４、１５８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）へ供給し、
第４の蒸留塔（６４６）の塔頂部又はその近くから第２の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２）を抜き出して第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの他方のものの第１のリボイラー−コンデンサー（１４１、１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより当該蒸留塔の焚上げを行い且つ、第４の蒸留塔（６４６）の塔頂部へ供給される第２の窒素に富ませた液（１３６）を生じさせ、且つ、
昇圧した前記液体酸素流（１７４）を加温する前記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れが、第３の蒸留塔（１６６）へ供給される圧縮空気の流れ（１６６）である、請求項１記載の方法。
【請求項２２】
第１の蒸留塔（１３０）の塔底部からの前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）を第２の蒸留塔（１６４）へ供給し、
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの一方のものの第１のリボイラー−コンデンサー（１４１、１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより当該蒸留塔の焚上げを行い且つ、第１の窒素に富ませた液（７５０）を生じさせ、
第１の窒素に富ませた液（７５０）のうちのそれぞれの部分（１５４、１５８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）の塔頂部へ供給し、
第４の蒸留塔（７２０）が存在して、前記圧縮空気（１０６）のうちのもう一つの部分（７１６、７１８）をこの第４の蒸留塔へ供給し、
第４の蒸留塔（７２０）の塔底部から第３の酸素に富ませた液（７２２）を抜き出して第２の蒸留塔（１６４）へ供給し、
第４の蒸留塔（７２０）の塔頂部又はその近くから第２の酸素の少ない蒸気の流れ（１４０）を抜き出して第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）のうちの他方のものの第１のリボイラー−コンデンサー（１４１、１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより当該蒸留塔の焚上げを行い且つ、第２の窒素に富ませた液（１４２）を生じさせ、
この第２の窒素に富ませた液（１４２）のうちのそれぞれの部分（７５２、１５４（７５４経由）、１５８（７５４経由））を第１、第２及び第３の蒸留塔（１３０、１６４、１６６）の塔頂部へ供給し、且つ、
昇圧した前記液体酸素流（１７４）を加温する前記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れが、第３の蒸留塔（１６６）へ供給される圧縮空気の流れ（１６６）である、請求項１記載の方法。
【請求項２３】
第１の蒸留塔（１３０）の塔頂部又はその近くからの前記第１の酸素の少ない蒸気の流れ（１３２）のうちのそれぞれの部分（１４０、１３４）を第２の蒸留塔（１６４）の第１のリボイラー−コンデンサー（１４１）及び第３の蒸留塔（１６６）の第１のリボイラー−コンデンサー（１３５）へ供給してそこで少なくとも部分的に凝縮させ、それにより第２及び第３の蒸留塔の焚上げを行い且つ前記第１の窒素に富ませた液（１４４）を生じさせ、
この第１の窒素に富ませた液（１４４）のうちのそれぞれの部分（１５４、１５８）を第２及び第３の蒸留塔（１６４、１６６）の塔頂部へ供給し、
第１の蒸留塔（１３０）の塔底部からの前記第１の酸素に富ませた液の流れ（１６８）を第２の蒸留塔（１６４）のリボイラー−コンデンサー（１４１）により部分的に気化させて、第２の蒸留塔（１６４）へ供給される蒸気分（８４２）と第３の蒸留塔（１６６）へ供給される液体分（８４０）とを提供し、且つ、
昇圧した前記液体酸素流（１７４）を加温する前記第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れが第３の蒸留塔（１６６）へ供給される圧縮空気の流れ（１１６）である、請求項１記載の方法。
【請求項２４】
請求項１から２３までのいずれか一つに記載の方法を使用する低温空気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に言えば低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）空気分離プラントから酸素と窒素を製造することに関し、より詳しく言えばポンプで送り出されるＬＯＸ（液体酸素）を使って昇圧した酸素を製造するのと窒素のうちの少なくとも一部分を昇圧した窒素として製造するのとに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
酸素と窒素の両方を製造するための最もよく知られた低温プロセスは、二塔式のサイクルである。この方法は、高圧塔と低圧塔、そしてこれら二つの塔を熱的に連結するリボイラー−コンデンサーを含む、蒸留塔装置を使用する。初期の頃の二塔式サイクルでは、窒素と酸素の両方を低圧塔から蒸気として製造した。最近では、蒸留塔装置から酸素製品を液として抜き出し、この液体酸素の圧力を静圧頭かあるいはポンプを使って上昇させ、そしてそれを主熱交換器において何らかの適度に昇圧された流れを冷却することにより加温することが、通り相場になっている。酸素を送出するこの方法は、ポンプ送出ＬＯＸと呼ばれている。大量の昇圧窒素も必要とされる場合、低圧塔の圧力を上げて大気圧より高い何らかの圧力で窒素を回収するのが一般的である。この種の方法は、昇圧（又はＥＰ）サイクルと呼ばれることがよくある。昇圧二塔式ポンプ送出ＬＯＸサイクルのたくさんの例が、公にされた文献中に存在している。そのような従来技術の一つのサイクルの例を図９に示す。
【０００３】
そのような方法の商業的な用途は、石炭液化統合サイクル（ＣＧＣＣ）の発電所及び化学工場用に低純度の酸素（酸素が９８モル％未満）と窒素を製造するものである。このような用途の目的は電力の生産であるから、空気分離プロセスはエネルギー効率的であることが非常に重要である。高い効率の必要なことは、通常の昇圧二塔式ポンプ送出ＬＯＸサイクルに多くの改変をもたらしている。
【０００４】
二塔式サイクルの効率を向上させるための一つの解決策は、米国特許第５６８２７６４号明細書（Ａｇｒａｗａｌら）におけるように第３の蒸留塔を利用することである。この米国特許明細書には、高圧塔と低圧塔の圧力の中間の圧力で運転する第３の塔を使用することが教示されている。この第３の塔は、高圧塔への主空気原料よりも低圧である蒸気の空気原料を受け入れる。この中間圧の塔にはコンデンサーはあるがリボイラーはなく、そしてこの塔は低圧塔のために液体窒素の還流を製造する。動力消費量は、原料空気のうちの一部分を高圧塔の圧力まで圧縮することが必要であることのみにより低下する。
【０００５】
効率を向上させるのに第３の塔を使用することを教示しているもう一つの特許明細書は、米国特許第５６７８４２６号明細書（Ａｇｒａｗａｌら）である。この特許明細書にも、高圧塔と低圧塔の圧力の中間の圧力で運転する第３の塔の使用が教示されている。この第３の塔は、高圧塔の塔底部からの酸素に富ませた液を原料として受け取る。この中間圧の塔にはリボイラーとコンデンサーの両方があり、そしてこの塔はその塔頂部から窒素に富んだ流れを製造し、またその塔底部から更に酸素に富ませた流れを製造する。
【０００６】
効率を向上させるのに第３の塔を使用することを教示しているもう一つの特許明細書は、米国特許第４２５４６２９号明細書（Ｏｌｓｚｅｗｓｋｉ）である。この特許明細書には、米国特許第５６８２７６４号明細書のものとほとんど同じように機能する第３の中間圧の塔の使用が教示されている。米国特許第４２５４６２９号明細書には、二つの塔の対になったものを並列にした四塔式の改造版も開示されいている。この米国特許明細書により教示されるように、両方の低圧塔は本質的に同じ圧力で運転する。片方の高圧塔は他方よりも低い圧力で運転する。これは、片方の低圧塔の塔底部における組成を他方よりも酸素の少ないものに維持することによりなされ、それによって、この酸素がより少なくなった組成を有する低圧塔に熱的に連結した高圧塔を低い方の圧力で運転することができる。この米国特許明細書には、酸素の少なくなった蒸気を他方の低圧塔へ送ることも教示されている。
【０００７】
上で検討した三つの特許明細書のいずれにも、昇圧ＬＯＸを使用する運転の様式は教示されていない。
【０００８】
米国特許第４４３３９８９号明細書（Ｅｒｉｃｋｓｏｎ）にも、第３の塔を使って効率を上昇させることが教示されている。この米国特許明細書には、二塔式プロセスとともに第３の中間圧塔を使用することが開示されている。この米国特許明細書に教示されている工程には、１）全部の空気を高圧塔へ送る工程、２）高圧塔からの酸素を富ませた本質的に全部の液を中間圧塔へ送る工程、３）中間圧塔で蒸留して窒素に富んだ蒸気と酸素を更に富ませた液とを製造する工程、４）この酸素を更に富ませた液を低圧塔へ送る工程、５）中間圧塔と低圧塔の両方に高圧塔からの窒素を富ませた液を還流させる工程、そして、６）高圧塔からの凝縮する蒸気との間接熱交換によって中間圧塔と低圧塔の両方の焚上げを行う工程、が含まれる。
【０００９】
米国特許第４４３３９８９号明細書には、ポンプ送出ＬＯＸを使用する運転方法も提案されている。この米国特許明細書には、昇圧した空気を第４の蒸留塔の塔底部へ送ることが教示されている。この蒸留塔は、一般的な高圧塔とほとんど同じように、その塔頂部から窒素に富む液を製造し、その塔底部から酸素に富ませた液を製造する。この第４の塔のためのコンデンサーは高圧の酸素製品を気化させることにより運転される。
【００１０】
空気を分離して酸素と窒素を製造するための効率的な方法であって、酸素を昇圧した製品として製造しそして窒素のうちの少なくとも一部分を昇圧した製品として製造する方法を手に入れることが求められている。
【００１１】
３以上の蒸留塔を含む多塔式のサイクルにおいてポンプ送出されるＬＯＸを利用する効率的な様式を手に入れることも求められている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも三つの蒸留塔を有する蒸留塔装置を使って空気を分離し酸素と窒素を製造するための方法である。本発明はまた、この方法を使用する低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）空気分離装置も包含する。
【００１３】
本発明の一つの態様は、少なくとも三つの蒸留塔を有する蒸留塔装置を使用して空気を分離し酸素と窒素を製造するための方法である。この装置は、第１の蒸留塔、第２の蒸留塔、及び第３の蒸留塔を含み、各蒸留塔には塔頂部と塔底部とがある。この方法は多数の工程を含む。第１の工程は、第１の窒素含有量を有する圧縮空気の流れを提供することである。第２の工程は、この圧縮空気の流れのうちの少なくとも第１の部分を第１の蒸留塔へ供給することである。第３の工程は、第１の蒸留塔の塔底部から第１の酸素に富ませた流れを抜き出し、そしてこの第１の酸素に富ませた液の流れのうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔及び／又は第３の蒸留塔へ供給することである。第４の工程は、第１の蒸留塔の塔頂部又はその近くから第１の酸素の少ない蒸気の流れを抜き出し、この第１の酸素の少ない蒸気流のうちの少なくとも第１の部分を第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の第１のリボイラー−コンデンサーへ供給し、そして第１の酸素の少ない蒸気流のうちの少なくとも第１の部分を少なくとも部分的に凝縮させ、それにより第１の窒素を富ませた液を生じさせることである。第５の工程は、この第１の窒素に富ませた液のうちの少なくとも第１の部分を第１の蒸留塔の塔頂部へ供給することである。第６の工程は、第２の窒素に富ませた液、及び／又は第１の窒素に富ませた液のうちの少なくとも第２の部分を、第２の蒸留塔の塔頂部へ供給することである。第７の工程は、第２の蒸留塔の塔底部から第２の酸素に富ませた液の流れを抜き出し、そしてこの第２の酸素に富ませた液の流れを第３の蒸留塔へ供給することである。第８の工程は、第２の蒸留塔の塔頂部から第１の窒素に富む蒸気の流れを抜き出すことである。第９の工程は、第３の蒸留塔の塔頂部から第２の窒素に富む蒸気の流れを抜き出すことである。第１０の工程は、第３の蒸留塔の塔底部から液体酸素の流れを抜き出し、当該液体酸素流を昇圧してから、上記の第１の窒素含有量に少なくとも等しい窒素含有量を有する昇圧した流れとの間接熱交換により少なくとも部分的に加温し、当該昇圧した流れを蒸留にかけることなく冷却することである。第１１の工程は、この冷却した昇圧流のうちの少なくとも一部分を最終的に第１の蒸留塔、第２の蒸留塔、又は第３の蒸留塔のいずれか又は全部に供給することである。
【００１４】
この態様を変形したものがある。例えば、一つの変形では、上述の昇圧した流れは圧縮空気の流れのうちの第１の部分である。もう一つの変形では、上述の昇圧した流れは圧縮空気の流れのうちのもう一つの部分である。その変形の変形においては、当該方法は追加の工程を含む。この追加工程は、圧縮空気の流れのうちの上記もう一つの部分を更に圧縮することである。
【００１５】
この態様の更にほかの変形がある。例えば、一つの変形では、上述の昇圧した流れは蒸留塔装置から抜き出される酸素の少ない蒸気流のうちの圧縮された部分である。もう一つの変形では、第１の蒸留塔が第１の圧力にあり、第２の蒸留塔がこの第１の圧力より低い第２の圧力にあり、第３の蒸留塔がこの第２の圧力より低い第３の圧力にある。なおもう一つの変形では、第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、酸素の少ない蒸気のうちの第１の部分との間接熱交換によって行い、そして第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、第１の酸素の少ない蒸気のうちのもう一つの部分との間接熱交換により行う。
【００１６】
本発明のもう一つの態様は、上で検討した態様と同じ多数の工程を有するが、五つの追加工程を包含する。第１の追加工程は、塔頂部と塔底部とを有する第４の蒸留塔を設けることである。第２の追加工程は、第１の蒸留塔からの第１の酸素の少ない蒸気流のうちの第２の部分を第４の蒸留塔の塔底部へ供給することである。第３の追加工程は、第４の蒸留塔の塔底部から第３の窒素に富ませた液体流を抜き出し、この第３の窒素に富ませた液のうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔及び／又は第３の蒸留塔へ供給することである。第４の追加工程は、第４の蒸留塔の塔頂部又はその近くから第２の酸素の少ない蒸気の流れを抜き出し、この第２の酸素の少ない蒸気流のうちの少なくとも第１の部分を第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の第２のリボイラー−コンデンサーに供給し、この第２の酸素の少ない蒸気流のうちの当該第１の部分を少なくとも部分的に凝縮させて第４の窒素を富ませた液を生じさせ、そしてこの第４の窒素を富ませた液のうちの少なくとも一部分を第４の蒸留塔の塔頂部へ供給することである。第５の追加工程は、第２の酸素の少ない蒸気流又は第４の窒素を富ませた液から高純度の窒素の流れを抜き出すことである。
【００１７】
この態様の変形では、第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、第１の酸素の少ない蒸気流のうちの第１の部分との間接熱交換により行い、そして第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、第２の酸素の少ない蒸気流のうちの第１の部分との間接熱交換により行う。
【００１８】
本発明のなおもう一つの態様がある。この態様は、第１の態様と同じ多数の工程を有するが、五つの追加工程を包含する。第１の追加工程は、塔頂部と塔底部とを有する第４の蒸留塔を設けることである。第２の追加工程は、圧縮空気の流れのうちのもう一つの部分を第４の蒸留塔の塔底部へ供給することである。第３の追加工程は、第４の蒸留塔の塔底部から第３の酸素を富ませた液の流れを抜き出し、そしてこの第４の酸素を富ませた液の流れのうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔及び／又は第３の蒸留塔へ供給することである。第４の追加工程は、第４の蒸留塔の塔頂又はその近くから第２の酸素の少ない蒸気の流れを抜き出し、この第２の酸素の少ない蒸気流のうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の第２のリボイラー−コンデンサーへ供給し、そして当該第２の酸素の少ない蒸気流を少なくとも部分的に凝縮させて、それにより第２の窒素を富ませた液を生じさせることである。第５の工程は、この第２の窒素を富ませた液のうちの少なくと一部分を第４の蒸留塔の塔頂部へ供給することである。
【００１９】
この態様のいくつかの変形が存在する。例えば、一つの変形では、第４の蒸留塔は第１の蒸留塔の第１の圧力よりも高い第４の圧力にある。もう一つの変形では、第４の蒸留塔は第１の蒸留塔の第１の圧力より低い第４の圧力にある。なおもう一つの態様では、第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、第１の酸素の少ない蒸気流のうちの第１の部分との間接熱交換により行い、第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、第２の酸素の少ない蒸気流との間接熱交換によって行う。
【００２０】
本発明の更になおもう一つの態様がある。この態様は、第１の態様と同じ多数の工程を有するが、三つの追加工程を包含する。第１の追加工程は、第１の蒸留塔の中間の箇所から蒸気流を抜き出し、この蒸気流を第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の第２のリボイラー−コンデンサーへ供給し、そして当該蒸気流を少なくとも部分的に凝縮させて、それにより中間の還流を生じさせることである。第２の追加工程は、この中間の還流を第１の蒸留塔の当該中間の箇所又はその近くへ供給することである。第３の追加工程は、第１の蒸留塔の当該中間の箇所又はその近くから第２の窒素を富ませた液を、第２の蒸留塔又は第３の蒸留塔の塔頂部へ少なくとも一部分を供給するため、抜き出すことである。
【００２１】
この態様のいくつかの変形が存在する。一つの変形では、第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、上記の中間の箇所で抜き出された蒸気流との間接熱交換により行い、第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、第１の酸素の少ない蒸気流のうちの第１の部分との間接熱交換によって行う。もう一つの変形では、第３の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、上記の中間の箇所で抜き出された蒸気流との間接熱交換により行い、第２の蒸留塔の焚上げを、少なくとも一部分は、第１の酸素の少ない蒸気流のうちの第１の部分との間接熱交換により行う。
【００２２】
本発明のもう一つの側面は、上で検討した態様又はそれらの変形のいずれかにおけるとおりの方法を使用する低温空気分離装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付の図面に関連して読まれるとき以下の詳しい説明から最もよく理解される。
【００２４】
本発明は、蒸留塔装置を使用して酸素と窒素を製造するための方法である。この方法は、酸素製品を蒸留塔装置から液として抜き出し、ポンプで高圧にし、そして少なくとも一部分を、適当に昇圧された流れを冷却することにより加温する場合に適用可能である。好ましい運転様式では、窒素製品を１３８ｋＰａ（絶対圧）（２０ｐｓｉａ）より高い圧力で製造し、そして酸素製品の純度は９８モル％未満（低純度酸素）である。最も好ましい運転様式では、窒素製品を２０７ｋＰａ（絶対圧）（３０ｐｓｉａ）より高い圧力で製造し、酸素生産量に対する窒素生産量の比は１．５モル／モルより大きい。
【００２５】
「酸素に富む」という用語は、酸素製品を表すものと理解され、９９．９モル％未満の酸素含有量、好ましくは８５モル％より多くそして好ましくは９８モル％より少ない酸素含有量に対応する。「窒素に富む」という用語は窒素製品を表し、９５モル％より多く、好ましくは９８モル％より多い窒素含有量に対応することも理解される。
【００２６】
「酸素を富ませた」（あるいは「酸素に富ませた」もしくは「酸素富化」）という用語は、酸素濃度が空気のそれより高いことを意味するものと理解される。「窒素を富ませた」（あるいは「窒素に富ませた」もしくは「窒素富化」）という用語は、窒素濃度が空気のそれより高いことを意味するものと理解される。（「窒素を富ませた」流れの濃度は「窒素に富む」流れのそれと一般に同様である。）
【００２７】
「酸素の少ない」という用語は、酸素濃度が空気のそれより少ないことを意味する。「酸素の少ない」流れは「窒素を富ませた」流れと同様の組成を有することができるが、窒素を富ませた又は窒素に富む流れよりもはるかに少ない酸素を含有してもよい（例えば、それは酸素レベルがわずかに数ｐｐｍである窒素製品であることができる）。
【００２８】
本発明によれば、圧縮し、精製し、冷却した空気のうちの少なくとも一部分を、少なくとも三つの蒸留塔のうちの第１のものへ導入する。塔頂部に少なくとも一つのコンデンサーを有する、この第１の蒸留塔は、その塔頂部もしくは塔頂部近くから少なくとも一つの酸素の少ない流れを製造し、その塔底部から第１の酸素を富ませた液を製造する。塔底部にリボイラーを有する、第２の蒸留塔は、コンデンサーを持たず、窒素に富ませた液のうちの少なくとも一部分を原料としてその塔頂部に受け入れ、そしてその塔頂部から第１の窒素に富む蒸気流を製造し、塔底部から第２の酸素を富ませた液を製造する。塔底部にリボイラーを有する、第３の蒸留塔は、コンデンサーを持たず、窒素を富ませた液のうちの少なくとも一部分を原料としてその塔頂部へ受け入れ、少なくとも上述の第２の酸素を富ませた液を原料として受け入れ、そしてその塔頂部から第２の窒素に富む蒸気を、またその塔底部から液体の酸素に富む流れを製造する。第３の蒸留塔からのこの液体の酸素に富む流れは、昇圧され、窒素含有量が原料空気中のそれより多いか又はそれと等しい昇圧された流れとの間接熱交換により、少なくとも一部分は加温され、そして当該昇圧された流れは蒸留にかけられることなく冷却される。第２の蒸留塔は、原料として、（ａ）第１の蒸留塔からの第１の酸素を富ませた流れのうちの一部分、又は（ｂ）上述の冷却された昇圧流のうちの一部分、の少なくとも一方を受け入れる。第３の蒸留塔は、原料として、（ａ）第１の蒸留塔からの第１の酸素を富ませた流れのうちの一部分、又は（ｂ）上述の冷却された昇圧流のうちの一部分、の少なくとも一方を受け入れる。
【００２９】
好ましい運転様式では、第１の蒸留塔は最高の圧力にあり、第３の蒸留塔は最低の圧力にあり、そして第２の蒸留塔は最高圧力と最低圧力の間の中間の圧力にある。
【００３０】
本発明の第１の態様を図１に示す。この態様は、第１の蒸留塔１３０、第２の蒸留塔１６４、及び第３の蒸留塔１６６を含む。酸素製品は、酸素に富む液の流れ１７２として蒸留塔装置から取り出される。窒素に富む流れが、第１の窒素に富む蒸気の流れ１９４、すなわち第２の蒸留塔１６４の塔頂部からの蒸気として、及び第２の窒素に富む蒸気の流れ１８２、すなわち第３の蒸留塔１６６の塔頂部からの蒸気として、蒸留塔装置から製造される。
【００３１】
空気流１００は、主空気圧縮機１０２で圧縮され、二酸化炭素や水といったような不純物を除去しそれにより処理用の圧縮し精製した空気原料１０６を作るためユニット１０４で精製される。この圧縮空気の圧力は一般には５１７ｋＰａ（絶対圧）（７５ｐｓｉａ）と１７２０ｋＰａ（絶対圧）（２５０ｐｓｉａ）の間、好ましくは６９０ｋＰａ（絶対圧）（１００ｐｓｉａ）と１３８０ｋＰａ（絶対圧）（２００ｐｓｉａ）の間にある。流れ１０６は二つの部分に分けられ、流れ１０８と流れ１１４になる。流れ１０８は主熱交換器１１０で冷却されて冷却した空気流１１２となり、これは続いて第１の蒸留塔１３０の塔底部へ導入される。流れ１１４は、典型的には流入してくる空気の２５〜３０％であり、ブースター圧縮機１１５で更に圧縮されて昇圧された流れ１１６となる。流れ１１６は主熱交換器１１０で冷却されて流れ１１８となる。流れ１１８は弁１２１を通して最終的に減圧されて流れ１２２となり、これは第３の蒸留塔１６６への原料を構成する。
【００３２】
第１の蒸留塔１３０は塔頂部から酸素の少ない留分、すなわち蒸気流１３２を製造し、また塔底部から第１の酸素を富ませた液の流れ１６８を製造する。流れ１３２は二つの部分に分けられ、流れ１３４と流れ１４０になる。流れ１３４はリボイラー−コンデンサー１３５で凝縮されて流れ１３６となり、流れ１４０はリボイラー−コンデンサー１４１で凝縮されて流れ１４２となる。この態様においては、流れ１３６と流れ１４２を一緒にして流れ１４４としている。流れ１４４のうちの一部は第１の蒸留塔へ還流１４５として戻される。流れ１４４のうちの他方の部分は窒素を富ませた液の流れ１５０を構成し、これは最終的に流れ１５２と流れ１５６に分けられる。流れ１５２は弁１５３を通し減圧されて流れ１５４となり、これが第２の蒸留塔１６４の塔頂部への原料を構成する。流れ１５６は弁１５７を通し減圧されて流れ１５８となり、これが第３の蒸留塔１６６の塔頂部への原料を構成する。
【００３３】
酸素含有量がおよそ３５〜４０モル％である、第１の酸素に富ませた液体の流れ１６８は、最終的に弁１６９を通して減圧されて流れ１７０となり、これが第２の蒸留塔１６４への原料を構成する。第２の蒸留塔１６４は塔頂部から第１の窒素に富む蒸気流１９４を製造し、塔底部から第２の酸素を富ませた液の流れ１６０を製造する。リボイラー−コンデンサー１４１によって蒸留のための上向きの蒸気流が供給される。第１の窒素に富む蒸気流１９４は最終的には主熱交換器１１０で加温されて、流れ１９６となる。
【００３４】
第２の酸素に富ませた液の流れ１６０は、酸素含有量がおよそ５０〜８０モル％であり、より好ましくは約５５〜７０モル％である。流れ１６０は最終的に弁１６１を通し減圧されて流れ１６２となり、これは第３の蒸留塔１６６への原料を構成する。第３の蒸留塔１６６は塔頂部から第２の窒素に富む蒸気流１８２を製造し、塔底部から液体の酸素に富む流れ１７２を製造する。リボイラー−コンデンサー１３５によって、蒸留用の上向きの蒸気流が提供される。第２の窒素に富む蒸気流１８２は、最終的に主熱交換器１１０で中間の温度まで加温される。部分的に加温した流れ１８２のうちの一部は中間温度で流れ１８４として取り出され、残りは完全に加温されて流れ１９２となる。流れ１８４はターボエキスパンダー１８５を通して減圧されて流れ１８６となり、それによりプロセスのための寒冷を生じさせる。次いで、流れ１８６は主熱交換器で十分に加温されて流れ１８８となる。
【００３５】
液体の酸素に富む流れ１７２はポンプ１７３により昇圧されて流れ１７４となる。流れ１７４は主熱交換器１１０で加温されて流れ１７６となる。流れ１７４を加温するのに必要なエネルギーのうちの少なくとも一部は、昇圧流１１６を冷却することによって、間接熱交換により供給される。酸素に富む流れ１７４の加温には気化を含めることができ、そして昇圧流１１６の冷却には凝縮を含めることができる。昇圧流１１６は蒸留にかけることなく冷却される。
【００３６】
図１中の選ばれた流れについての代表的な温度、圧力及び流量を表にまとめたものを、下記の表１に提示する。
【００３７】
「最終的に」なる語は、流れ１１８、１５０、１６０、１６８、１８２及び１８４等の流れに対し適用される場合、随意の工程を含めてもよいことを表そうとするものである。例えば、流れ１１８、１５０、１６０及び１６８は、減圧する前に更に冷却してもよく、また流れ１８２と１９４は、主熱交換器１１０へ導入する前に加温してもよい。このような冷却と加温は過冷却器（図示せず）で行われることがよくあり、低温工学の分野でよく知られている操作である。はっきりさせるために言うと、単一の又は複数の過冷却器の随意の使用が含まれるが、説明はしない。
【００３８】
図１に示した態様の注目すべき特徴は、第１の酸素を富ませた液体流１６８の全部を最終的に第２の蒸留塔１６４へ導入し、冷却した昇圧流１１８の全部を最終的に第３の蒸留塔１６６へ導入することである。あるいはまた、第１の酸素を富ませた液体流１６８の全部を最終的に第３の蒸留塔１６６へ導入し、冷却した昇圧流１１８の全部を最終的に第２の蒸留塔１６４へ導入してもよい。効率的な運転には、流れ１１８又は１６８の一方のうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔へ導入することと、流れ１１８又は１６８の一方のうちの少なくとも一部分を第３の蒸留塔へ導入することが必要であることが発見された。
【００３９】
図２は、本発明のもう一つの態様を例示するものである。この第２の態様は、図１の態様と多くの類似点を共有している。図１の流れと共通である図２における流れは同じ流れ番号で表されており、はっきりさせるために言うと、図２に示した態様に関する下記の検討では説明されない。
【００４０】
図２に示したように、冷却した昇圧流１１８を分けて流れ２２０と流れ２２２にする。流れ２２２は最終的に弁２２３を通し減圧されて流れ２２４となり、これは第２の蒸留塔１６４への原料を構成する。流れ２２０は最終的に弁１２１を通し減圧されて流れ１２２となり、これは第３の蒸留塔１６６への原料となる。この態様は、第２の窒素に富む蒸気流１８２の生産を減らすのと引き換えに第１の窒素に富む蒸気流１９４の生産量を増加させることにより効率をなにがしか向上させる。もっと典型的な事例においては、第２の蒸留塔の圧力が第３の蒸留塔の圧力より高い場合、窒素製品の圧縮動力を減らすことができる。
【００４１】
別法として、冷却した昇圧流１１８の全部を最終的に第２の蒸留塔１６４へ導入してもよく、また第１の酸素を富ませた液体流１６８を最終的に分割して二つの部分にしてもよく、この場合一方の部分は第２の蒸留塔１６４への原料となり、他方の部分は第３の蒸留塔１６６への原料となる。更なる別法として、流れ１１８と流れ１６８の両方を分割しそして最終的に第２の蒸留塔と第３の蒸留塔の両方へ導入してもよい。
【００４２】
図３は、冷却した昇圧流１１８のための別の処理工程を例示する本発明の態様を示している。この態様は、図１の態様と多くの類似点を共有している。図１の流れと共通である図３における流れは同じ流れ番号で表されており、はっきりさせるために言うと、図３に示した態様に関する下記の検討では説明されない。
【００４３】
図３に示したように、冷却した昇圧流１１８は最終的に弁１２１を通して減圧されて流れ１２２となる。この態様では、流れ１２２はまず第１の蒸留塔１３０へ原料として導入される。第１の蒸留塔の中間の箇所から液体の流れ３１８を抜き出し、そして最終的に弁３２１を通して減圧して流れ３２２とし、これが第２の蒸留塔１６４への原料を構成する。この態様では、第１の酸素を富ませた液体流１６８を第１の蒸留塔１３０の塔底部から抜き出し、そして最終的に弁１６９を通し減圧して流れ１７０にし、これが第３の蒸留塔１６６への原料を構成する。別法として、流れ３２２を第３の蒸留塔への原料としてもよく、また流れ１７０を第２の蒸留塔への原料としてもよい。更なる別法として、流れ１６８と３１８のいずれか又は両方を第２の蒸留塔と第３の蒸留塔との間で分割してもよい。
【００４４】
冷却した昇圧流１１８を第１の蒸留塔１３０へ導入しそして次に中間の箇所から所定量の液、例えば流れ３１８のようなもの、を取り出すことは、低温空気分離においては普通の技術である。これは、流れ１２２が蒸留塔装置に入る際には流れ１２２にいくらかの蒸気が存在していることがあるので、設計を簡単にするためにも、効率を向上させるためになされる。当業者は、流れ３１８の流量は流れ１２２の流量と同じである必要はなく、実際のところ流れ３１８の流量は流れ１２２の流量のおよそ５０〜７５％であるのがよくあることを認めよう。当業者はまた、流れ３１８は第１の蒸留塔１３０の流れ１２２と同じ箇所から取り出す必要のないことも認めよう。
【００４５】
別法として、流れ１２２を第１の蒸留塔１３０の外部で複数の部分に分けてもよい。そのような場合には、それらの分割分を第１、第２又は第３の蒸留塔のいずれか又は全部へ向かわせることができる。
【００４６】
図４は、追加の窒素製品をどのようにして回収することができるかを説明するものである。この態様は、図１の態様と多くの類似点を共有している。図１の流れと共通である図４中の流れは同じ流れ番号で表されており、はっきりさせるために言うと、図４に示した態様に関する下記の検討では説明されない。
【００４７】
図４に示したように、リボイラー−コンデンサー１３５とリボイラー−コンデンサー１４１は酸素の少ない異なる蒸気を凝縮させる。蒸気流１３２は第１の蒸留塔１３０の塔頂部から出て流れ４４０と流れ１３４に分けられる。流れ１３４はリボイラー−コンデンサー１３５で凝縮されて流れ１３６となり、これは第１の蒸留塔へ塔頂の還流として戻される。流れ４４０は、主熱交換器１１０で加温されて窒素製品流４４２となる。
【００４８】
第１の蒸留塔１３０の中間の箇所から蒸気流１４０が取り出され、リボイラー−コンデンサー１４１で凝縮されて流れ１４２となり、そして第１の蒸留塔へ中間の還流として戻される。窒素に富ませた液体流１５０を第１の蒸留塔の中間の還流１４２が第１の蒸留塔に入る箇所から又はその近くから取り出す。
【００４９】
この図４の態様は、蒸留塔装置から高純度の窒素製品を生産することが要望される場合に有用である。この態様では、そのような高純度の窒素製品は流れ４４０で表されている。そのような流れについての典型的な純度の要求条件は１ｐｐｍほどの低さであることがあり、これは流れ１８２や１９４といったような主要な窒素製品についての純度要求条件よりも通常はるかに厳しい。このような場合、窒素を富ませた液体流１５０を第１の蒸留塔１３０の塔頂部の近くから、しかしながら塔頂部からではなく、抜き出すのが有利である。この態様はまた、高純度の窒素流４４０が蒸気として第１の蒸留塔を出てゆくことを示している。あるいはまた、流れ４４０を液として、例えば流れ１３６の一部分として取り出し、次いで主熱交換器１１０で加温する前に送出圧力までポンプで昇圧してもよい。
【００５０】
図４に例示した態様の改変は、双方のリボイラー−コンデンサーの負荷を取り換えることである。例えば、流れ１３４をリボイラー−コンデンサー１４１で凝縮させ、そして流れ１４０をリボイラー−コンデンサー１３５で凝縮させることができよう。
【００５１】
図５は、別の昇圧流を使用する態様を説明するものである。この態様は、図１の態様と多くの類似点を共有している。図１の流れと共通である図５中の流れは同じ流れ番号で表されており、はっきりさせるために言うと、図５に示した態様に関する下記の検討では説明されない。
【００５２】
図５に示したように、第１の蒸留塔１３０からの酸素の少ない蒸気流１３２を分割して、流れ１３４と１４０にするほかに再循環流５４０にする。再循環流５４０を周囲温度近くまで加温して流れ５４２とし、ブースター圧縮機１１５で圧縮して流れ１１６とし、次いで主熱交換器１１０で冷却して冷却した昇圧流１１８にする。流れ１１８は最終的に弁１２１を通し減圧されて流れ１２２となり、これがこの場合第３の蒸留塔１６６の塔頂部への第２の原料となる。
【００５３】
図５の態様は、ブースター圧縮機１１５を他の圧縮役務に組み入れることができる場合に利用したくなろう。窒素に富む製品流１９２と１９６は最終使用者へ送出する前に一般に圧縮されるので、これはしばしば言えることである。流れ５４２の組成は流れ１９２及び１９６と公称上同じであるから、流れ５４２の圧縮は同じ圧縮機で行うことができる。
【００５４】
図５に示した態様に対しては多数の改変版及び代替版があり、それらには、１）再循環流５４０を第１の蒸留塔１３０の塔頂部より下方の箇所から取り出してもよいこと、２）再循環流５４０を第２の蒸留塔１６４又は第３の蒸留塔１６６のいずれかの塔頂から、又はそれより下方から取り出してもよいこと、３）再循環流を流れ１８８、１９２又は１９６のいずれかから得てもよいこと、４）冷却した昇圧流１１８を第１、第２又は第３の蒸留塔のいずれか又は全部へ導入してもよいこと、が含まれるが、これらに限定はされない。
【００５５】
図６は本発明のもう一つの態様であり、そしてそれは第４の蒸留塔６４６を用いることを示している。この態様は、図１の態様と多くの類似点を共有している。図１の流れと共通である図６中の流れは同じ流れ番号で表されており、はっきりさせるために言うと、図６に示した態様に関する下記の検討では説明されない。
【００５６】
図６に示したように、第１の蒸留塔１３０からの酸素の少ない蒸気流６３８を分割して流れ６４０と６４４にする。流れ６４０はリボイラー−コンデンサー１４１で凝縮されて流れ６４２となり、これは第１の蒸留塔へ塔頂の還流として戻される。
【００５７】
流れ６４４は第４の蒸留塔６４６の塔底部へ導入される。第４の蒸留塔６４６は、塔頂部から更に酸素の少ない留分、すなわち流れ１３２を製造し、そして塔底部から窒素を富ませた液の流れ１５０を製造する。流れ１３２は二つの部分、すなわち流れ１３４と流れ４４０に分けられる。流れ４４０は主熱交換器１１０で加温されて流れ４４２となる。流れ１３４はリボイラー−コンデンサー１３５で凝縮されて流れ１３６となる。この態様では、流れ１３６の全体を第４の蒸留塔へ還流として戻している。流れ１５０は最終的に流れ１５２と流れ１５６に分けられる。流れ１５２は弁１５３を通して減圧されて流れ１５４となり、これは第２の蒸留塔１６４の塔頂部への原料を構成する。流れ１５６は弁１５７を通して減圧されて流れ１５８となり、これは第３の蒸留塔１６６の塔頂部への原料を構成する。
【００５８】
この態様は、蒸留塔装置から高純度の窒素製品を生産することが所望される場合に有用である。この態様では、そのような高純度の窒素製品は流れ４４０で表されている。そのような流れについての典型的な純度の要求条件は１ｐｐｍほどの低さであることがあり、これは流れ１８２や１９４といったような主要な窒素製品についての純度要求条件よりも通常はるかに厳しい。このような場合、窒素を富ませた還流１５０を第４の蒸留塔６４６の塔底部から抜き出すのが有利である。
【００５９】
この態様はまた、高純度の窒素流４４０が蒸気として蒸留装置から抜き出されることを示している。あるいはまた、流れ４４０を液として、例えば流れ１３６の一部分として取り出し、次いで主熱交換器１１０で加温する前に送出圧力までポンプで昇圧してもよい。
【００６０】
図６に例示した態様の改変版は、双方のリボイラー−コンデンサーの負荷を取り換えることである。例えば、流れ１３４をリボイラー−コンデンサー１４１で凝縮させ、そして流れ６４０をリボイラー−コンデンサー１３５で凝縮させることができよう。
【００６１】
図７は本発明のもう一つの態様であり、そしてそれは第４の蒸留塔７２０を別に使用することを示している。この態様は、図１の態様と多くの類似点を共有している。図１の流れと共通である図７中の流れは同じ流れ番号で表されており、はっきりさせるために言うと、図７に示した態様に関する下記の検討では説明されない。
【００６２】
図７に示したように、原料空気のうちの第３の部分をブースター圧縮機から側流７１６として抜き出す。流れ７１６は主熱交換器１１０で冷却されて流れ７１８となり、これが第４の蒸留塔７２０の塔底部への原料となる。
【００６３】
第１の蒸留塔１３０は、塔頂部から第１の酸素の少ない留分、すなわち蒸気流１３２を製造し、そして塔底部から第１の酸素を富ませた液の流れ１６８を製造する。流れ１３２はリボイラー−コンデンサー１３５で凝縮されて流れ１３６となる。この態様においては、流れ１３６のうちの一部を第１の蒸留塔１３０へ還流１４５として戻している。流れ１３６のうちの他方の部分は第１の窒素を富ませた液体流７５０を構成する。
【００６４】
第４の蒸留塔７２０は、塔頂部から第２の酸素の少ない留分、すなわち流れ１４０を製造し、そして塔底部から第４の酸素を富ませた液体流７２２を製造する。流れ１４０はリボイラー−コンデンサー１４１で凝縮されて流れ１４２となる。この態様では、流れ１４２のうちの一部を第４の蒸留塔７２０へ還流７５２として戻している。流れ１４２のうちの他方の部分は第２の窒素を富ませた液体流７５４を構成する。
【００６５】
この態様では、流れ７５０と７５４を最終的に一緒にして第三の窒素を富ませた液体流１５０とし、そして流れ１６８と７２２を最終的に一緒にして流れ１７０としている。
【００６６】
この態様は、第２の蒸留塔と第３の蒸留塔から製造される窒素に富む流れの相対的な圧力を調整するのに有効である。
【００６７】
図７に示した態様の改変版と代替版が多数存在する。例えば、図示したように、第４の蒸留塔７２０の圧力は第１の蒸留塔１３０の圧力より高い。代替版として、第４の蒸留塔７２０の圧力は第１の蒸留塔１３０の圧力より低くてもよい。そのような場合、１）空気原料７１６は空気原料１０８より低圧であることができ、あるいは、２）流れ７１８を、空気原料１０８のうちの一部をターボ膨張させることにより得て、それにより処理のための寒冷を提供し且つターボエキスパンダー１８５をなくすことができる。
【００６８】
図７に例示した態様のもう一つの改変版は、双方のリボイラー−コンデンサーの負荷を取り換えることである。例えば、流れ１３２をリボイラー−コンデンサー１４１で凝縮させ、そして流れ１４０をリボイラー−コンデンサー１３５で凝縮させることができよう。
【００６９】
当業者は、二つの空気原料流１０８と７１６を異なる供給源から得てもよいことを認めよう。例えば、これらの二つの流れのおのおのを圧縮し別々の単位操作でもって精製してもよい。このような操作は、酸素の生産速度が二つのより小さな圧縮機及び／又は精製装置を使用するのを経済的にするほど大きい場合に適切であろう。更に、別々の主熱交換器を使用することができる。極端なことを言えば、対にした塔を別個のプロセスとして運転することができる。例えば、図７を参照すれば、第１の蒸留塔１３０と第３の蒸留塔１６６を、専用の圧縮機、精製装置及び主熱交換器を完備した一つのプラントとして建造し、第４の蒸留塔７２０と第２の蒸留塔１６４を、専用の圧縮機、精製装置及び主熱交換器を完備したもう一つのプラントとして建造してもよい。この代替版では、第２の酸素を富ませた流れ１６０は一方のプラントから他方のプラントへと移送されよう。多数のそのほかの代替案を導き出すことができ、それらは当業者の認めるところであろう。
【００７０】
図８は本発明のもう一つの態様であり、これは第１の酸素を富ませた液体流１６８を第２の蒸留塔１６４か又は第３の蒸留塔１６６のいずれかの外部で前処理してもよいことを説明するものである。この態様は、図１の態様と多くの類似点を共有している。図１の流れと共通である図８中の流れは同じ流れ番号で表されており、はっきりさせるために言うと、図８に示した態様に関する下記の検討では説明されない。
【００７１】
図８に示したように、第１の酸素を富ませた流れ１６８は最終的に弁１６９を通し減圧されて流れ１７０となる。流れ１７０は、リボイラー−コンデンサー１４１を囲い込む容器８４１へ導入される。流れ１７０はリボイラー−コンデンサー１４１により少なくとも部分的に気化されて、蒸気流８４２と液体流８４０を生じさせる。蒸気流８４２は第２の蒸留塔１６４の塔底部へ導入される。第２の蒸留塔からの塔低液、すなわち流れ８４４は、液体流８４０と一緒にされて第２の酸素を富ませた流れ１６０となる。
【００７２】
図８により提案される運転様式は、図１の第２の蒸留塔１６４から塔底部分が取り出されていることを除き、図１のプロセスを運転するのと本質的に同等である。従って、塔の外部で液体原料を気化させそして蒸気を当該塔へ移送するのを当該液体を当該塔へ移送しそしてその塔内で気化させるのと同等に扱うことは、本発明の精神の範囲内にあるものである。
【００７３】
蒸留に精通した者は、流れ８４４と８４０を第３の蒸留塔１６６へ別々に送るのも可能であることを理解しよう。流れ１７０のうちの一部を、容器８４１へ導入する前に分割し、そして第２の蒸留塔１６４かあるいは第３の蒸留塔１６６のいずれかへ直接送ってもよいことも理解されよう。最後に、容器８４１の使用は例示であって、流れ１７０をリボイラー−コンデンサー１４１へ直接送ってもよいことは伝熱の分野において知られていることである。
【００７４】
図１〜８において、寒冷の供給様式はターボエキスパンダー１８５での流れ１８４の膨張によっている。このほかの代替版が存在し、低温空気分離の分野で知られていて、それらには、１）第２の蒸留塔からの窒素に富む蒸気のうちの一部分のターボ膨張、２）第１、第２又は第３の蒸留塔のいずれかへの昇圧流１１６のうちの一部分のターボ膨張、３）第２又は第３の蒸留塔のいずれかへの流入空気流１０８のうちの一部分のターボ膨張、そして、４）第１、第２又は第３の蒸留塔のうちのいずれかの、任意の箇所から抜き出される蒸気流のターボ膨張、が含まれるが、それらに限定はされない。
【００７５】
図１において図示されたように、昇圧流１１８は最終的には弁１２１を通して減圧されるものとして示されている。低温工学に通じたものにとっては、弁１２１を仕事を生じさせる装置、例えば緻密流体エキスパンダーの如きものと取り替えてもよいことが理解されよう。
【００７６】
図１〜８では、ただ一つの酸素製品が製造されている。当業者には、多数の酸素製品を製造してもよいことが理解されよう。これらの酸素製品は圧力及び／又は純度が異なっていてもよい。多数の純度の酸素製品の作り方の例には、１）第３の蒸留塔の塔底部より上方の箇所からより低純度の酸素製品を抜き出し、そして第３の蒸留塔の塔底部からより高純度の酸素製品を抜き出すこと、及び、２）第２の蒸留塔の塔底部からより低純度の酸素製品を抜き出し、そして第３の蒸留塔の塔底部からより高純度の酸素製品を抜き出すこと、が含まれるが、例はこれらには限定されない。
【００７７】
図３と６においては、第１の蒸留塔１３０から追加の窒素に富む製品を作ることが示されている。当業者は、本発明の態様のいずれにおいても第１の蒸留塔から追加の窒素に富む製品を製造してよいことを認めよう。当業者は、窒素に富む製品のいずれも同じ組成である必要はないことも認めよう。例えば、場合によっては、流れ１９６と１９２を一緒にしたときにそれらがプロセスの仕様を満足するように、それらを異なる純度で製造するのが有利であることが分かる。逆に、全ての窒素製品が同様の純度であってもよく、またそれらを共通の製品圧縮機で圧縮してもよい。
【００７８】
図１〜８では、主熱交換器１１０は単一の熱交換器として示されている。当業者は、このように描くことは本発明を限定することにはならないことを認めよう。一般に、大きなプラントは並列にした多数の熱交換器を必要とする。更に、種々の流れを種々の並列熱交換器へ流すように選んでもよい。図１に関連して、一つのよくある例は、酸素に富む流れ１７４、昇圧した流れ１１６、及び、流れ１９２か又は流れ１９６のうちの一部分を、第１の並列の熱交換器に送り、そして残りの流れを第２に並列熱交換器に送ることである。
【００７９】
最後に、当業者は、流れ１９２と１９６の両方を製品として回収する必要のないことを認めよう。例えば、図１の態様を参照すれば、窒素の所望量が多くない場合、第３の蒸留塔を圧力を低下させて運転し、そして部分的に加温した流れ１８２の全部をターボエキスパンダー１８５に送るように選ぶことができる。この場合には、プロセスにより製造される唯一の窒素製品は流れ１９６となり、何らかの随意に製造された第１の蒸留塔１３０からの窒素に富む製品が同伴することになろう。もう一つの例では、第３の蒸留塔を大気圧近くで運転し、そして第２の窒素に富む蒸気流１８２を窒素製品というよりも廃棄副生物としてもよい。このような場合には、先に検討したような、寒冷を供給する別手段が適用されよう。
【００８０】
図１〜５の態様の適用においては、三つの塔を空間的に多数の種々のやり方で配置することが可能である。例えば、プロットサイズを最小にすることが重要であるなら、三つの塔を積み重ねることができる。このような場合には、六つの組み合わせが可能である。注目される一つの構成は、第２の蒸留塔１６４を第３の蒸留塔１６６の塔頂の上に据え付け、そして第３の蒸留塔を第１の蒸留塔１３０の塔頂の上に据え付けることである。この特別の構成は、第２の蒸留塔からの第２の酸素を富ませた流れである流れ１６０が、第３の蒸留塔へ下向きに容易に流れることができることから、有利である。
【００８１】
あるいはまた、機器の高さを最小にすることが重要であるなら、三つの塔を横に並べて配置することができる。このような場合には、例えば図１において、液体の還流１４５を第１の蒸留塔１３０の塔頂部へ移送するためにポンプが必要になろう。事情によっては、リボイラー−コンデンサーの一つを第１の蒸留塔の塔頂部に配置することが有利なことがある。そのような場合、第２の蒸留塔１６４及び第３の蒸留塔１６６の一方又は両方の塔底部からの液を移送するためにポンプが必要になろう。
【００８２】
中間的な構成のやり方では、塔の一つを他のものの塔頂に据え付け、残りの塔を横に配置することができる。このタイプの組み合わせは６通りが可能である。注目される一つの構成は、第３の蒸留塔１６６を第１の蒸留塔１３０の塔頂に据え付け、そして第２の蒸留塔１６４を第１の蒸留塔の横に据え付けることである。原則として、第２の蒸留塔のリボイラー−コンデンサー１４１で作られた液は、第１の蒸留塔の塔頂部へ戻すことが必要であるなら、ポンプで送る必要があろう。この発明の実施に当たっては、第１の蒸留塔のために必要な還流を専ら第３の蒸留塔のリボイラー−コンデンサー１３５により提供するようにして運転することが可能であり、リボイラー−コンデンサー１４１からの還流をポンプで送る必要はなかろう。これから類推して、第２の蒸留塔を第１の蒸留塔の塔頂に据え付け、そして第３の蒸留塔を第１の蒸留塔の横に据え付ける構成としてもよい。この構成は、第２の蒸留塔のリボイラー−コンデンサー１４１が第１の蒸留塔の塔頂部への必要な還流を全て提供する場合に最も適切である。
【００８３】
第２の蒸留塔１６４と第３の蒸留塔１６６を積み重ねて第１の蒸留塔１３０を横に据え付ける場合について言うと、好ましい構成は第２の蒸留塔を第３の蒸留塔の塔頂に据え付けるものであろう。この構成には、１）流れ１６０を第３の蒸留塔へ自由に移すことができる、そして、２）リボイラー−コンデンサー１４１が第１の蒸留塔への全ての還流を供給することができ且つ、適切な高さに配置されているなら、この還流はポンプなしで移送することができる、という二つの利点がある。全部の塔を横に配置する場合のように、事情によっては、リボイラー−コンデンサーの一つを第１の蒸留塔の塔頂部に配置するのが有利なことがある。そのような場合、第２又は第３の蒸留塔の一方の塔底部から液を移送するためにポンプが必要なこともあり、あるいは必要ないこともある。
【００８４】
図６と７の態様の適用に当たっては、空間的に四つの塔をより一層様々なやり方で配置することが可能である。組み合わせの数は相対的に多いとは言っても、組み合わせは容易に数え上げられる。一つの可能である取り合わせでは、四つの全ての塔を横に据え付ける。三つの塔を積み重ねて一つの塔を横に据え付ける場合について言うと、六つの構成は第１の蒸留塔１３０を横に据え付け、六つの構成は第２の蒸留塔１６４を横に据え付ける、といったように、２４の可能な組み合わせがある。
【００８５】
塔のうちの二つを積み重ね且つほかの二つの塔を積み重ね、そして積み重ねた二組を横に配置する場合について言えば、１２通りの可能な組み合わせがある。例えば、図６によって示されるように、第３の蒸留塔１６６を第４の蒸留塔６４６の塔頂に積み重ね、第２の蒸留塔１６４を第１の蒸留塔１３０の塔頂に積み重ねることができる。
【００８６】
四つの蒸留塔を全て積み重ねる場合について言うと、２４通りの可能な組み合わせがある。例えば、図６を参照して、第２の蒸留塔１６４が第３の蒸留塔１６６の塔頂の上にあり、この第３の蒸留塔が第４の蒸留塔６４６の塔頂の上にあり、この第４の蒸留塔が第１の蒸留塔の塔頂の上にあることができる。
【００８７】
当業者は、塔の組（対）と関係づけられたリボイラー−コンデンサーは物理的に、１）焚上げを受ける塔の塔底部、２）還流を受け取る塔、又は３）両方の塔の外部、に取り付けてよいことを認めよう。このように、リボイラー−コンデンサーの空間的な配置も構成にとって可変的である。例えば、図８を参照すると、リボイラー−コンデンサー１４１は第２の蒸留塔１６４にとって外部に示されている。この場合には、容器８４１とそれに収容されたリボイラー−コンデンサー１４１を、第２の蒸留塔の近く又はそれより下方に、あるいは第１の蒸留塔の近く又はそれより上方に、あるいは第３の蒸留塔１６６の近く又はそれより上方に、配置するように選ぶことができる。
【００８８】
図１〜８に例示された態様及びこの明細書で検討したそれらの代替版の適用に当たっては、適切な空間的配置を選定することは経費を最適化することである。最適な配置を選定する上で役割を演じる要素には、１）個々の塔の直径と高さ、２）最大高さについての輸送及び据え付け上の制限、３）利用できるプロット空間、４）液体ポンプ使用の回避、５）設備の囲いを工場で加工するかそれとも現場で建設するか、及び、６）ほかの主立った機器、例えば主熱交換器１１０等、の存在、が含まれるが、要素はこれらに限られない。可能であるオプションの数が多くなることがあるとは言え、それらは有限であり、たやすく識別することができる。従って、当業者は、各構成の経費を容易に評価しそして最適な取り合わせを選定することができる。
【００８９】
【実施例】
本発明の効能を証明しそして本発明をもっとありふれた方法と比較するために、以下の例を提示する。比較の基準は次のとおりである。
【００９０】
従来技術の方法は、図９に図示したとおりの標準的な昇圧二塔式ポンプ送出ＬＯＸサイクルである。図９に示したように、空気流１００を主空気圧縮機１０２で圧縮し、ユニット１０４で精製して二酸化炭素や水といったような不純物を除去し、それによりプロセスのための圧縮し精製した空気原料流１０６を作る。流れ１０６を二つの部分に分け、流れ１０８と流れ１１４にする。流れ１０８は主熱交換器１１０で冷却して冷却空気流１１２にし、続いてこれを高圧塔１３０へ導入する。流れ１１４はブースター圧縮機１１５で更に圧縮して昇圧流１１６にする。流れ１１６を主熱交換器１１０で冷却して流れ１１８にする。流れ１１８は最終的に弁１２１を通して減圧して流れ１２２とし、これが低圧塔１６６への原料となる。
【００９１】
高圧塔１３０は、塔頂部から酸素の少ない留分の流れ１３２を製造し、塔底部から第１の酸素を富ませた液体流１６８を製造する。流れ１３２はリボイラー−コンデンサー１３５で凝縮されて流れ１３６となる。流れ１３６のうちの一部は高圧塔１３０へ還流１４５として戻される。流れ１３６のうちの他方の部分は窒素を富ませた液体流１５０となる。流れ１５０は最終的に弁１５７を通して減圧されて流れ１５８となり、これが低圧塔１６６の塔頂部への原料となる。第１の酸素を富ませた液体流１６８は最終的に弁１６９を通し減圧されて流れ１７０となり、これは低圧塔１６６への原料となる。
【００９２】
低圧塔１６６は塔頂部から窒素に富む蒸気流１８２を製造し、塔底部から液体の酸素に富む流れ１７２を製造する。リボイラー−コンデンサー１３５によって、蒸留用の上向きの蒸気の流れが供給される。窒素に富む蒸気流１８２は最終的に主熱交換器１１０で中間の温度まで加温される。部分的に加温された流れ１８２のうちの一部は中間温度で流れ１８４として取り出され、流れ１８２の残りは完全に加温されて流れ１９２となる。流れ１８４はターボエキスパンダー１８５により減圧されて流れ１８６となり、またそれによりプロセスのための寒冷を生じさせる。流れ１８６は、次いで主熱交換器で十分に加温されて流れ１８８となる。
【００９３】
液体の酸素に富む流れ１７２はポンプ１７３により昇圧されて流れ１７４となる。流れ１７４は主熱交換器１１０で加温されて流れ１７６となる。流れ１７４を加温するのに必要とされるエネルギーのうちの一部は、昇圧流１１６を冷却することによる間接熱交換によって供給される。
【００９４】
従来技術の方法との比較のために選ばれた本発明の態様は、図１に対応している。生産の基準となるものは、１）酸素が＞９５モル％且つ２７６０ｋＰａ（絶対圧）（４００ｐｓｉａ）にて１９１０ｋｇ−ｍｏｌ／ｈ（４２１０ポンドモル／ｈ）、２）窒素が＞９９モル％且つ１０３０ｋＰａ（絶対圧）（１５０ｐｓｉａ）にて５８７９ｋｇ−ｍｏｌ／ｈ（１２９６０ポンドモル／ｈ）、である。
【００９５】
上記二つの方法のコンピュータシミュレーションを行った。選ばれた結果を表１に提示する。二つの方法により消費される動力を要約したものを表２に提示する。これらの結果は、本発明がほぼ１０００ｋＷあるいは主空気圧縮機動力のおよそ６％を節約することを示している。
【００９６】
【表１】
0003556914.tif 000002
【００９７】
【表２】
0003556914.tif 000003
【００９８】
ここでは特定の具体的態様に関連して例示し説明してはいるが、本発明はここに示しあるいは記載した細目に限定されるものではない。それよりも、請求の範囲に記載されたものと同等の範囲内で且つ本発明の精神から逸脱することなしに、それらの細目に様々な改変を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様の模式図である。
【図２】本発明の第２の態様の模式図である。
【図３】本発明の第３の態様の模式図である。
【図４】本発明の第４の態様の模式図である。
【図５】本発明の第５の態様の模式図である。
【図６】本発明の第６の態様の模式図である。
【図７】本発明の第７の態様の模式図である。
【図８】本発明の第８の態様の模式図である。
【図９】通常の昇圧二塔式ポンプ送出ＬＯＸ法の模式図である。
【符号の説明】
１０２…主空気圧縮機
１０４…精製ユニット
１１０…主熱交換器
１１５…ブースター圧縮機
１３０…第１の蒸留塔
１３５、１４１…リボイラー−コンデンサー
１６４…第２の蒸留塔
１６６…第３の蒸留塔
１７３…ポンプ
１８５…ターボエキスパンダー
６４６、７２０…第４の蒸留塔
８４１…容器
【図１】
0003556914.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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