(57)【要約】      （修正有）【課題】低温蒸留により空気を分離するための改善された方法を提供すること。【解決手段】空気を圧縮機中で第１の圧力に圧縮し、冷却し、および精製し、第１の圧力にある空気を第１および第２のブースタ圧縮機（１１、８）中で第２の圧力に圧縮した後、熱交換器（５）中で冷却し、熱交換器に送られた第２の圧力にある空気の少なくとも一部を冷却し、液化し、および二重カラムの少なくとも１つのカラムに送り、該空気の少なくとも一部を、第１のブースタ圧縮機中で、第１の圧力と第２の圧力の中間の圧力に圧縮し、冷却し、および第１の入口温度を有する第１のタービン（１２）中で膨張させ、第１のタービン中で膨張された空気の第１の部分を高圧カラムに送り、第１のタービン中で膨張された空気の第２の部分を加温すべく熱交換器に送り、この加温された空気の第２の部分を、第２のタービン（９）中で膨張させ、熱交換器に戻し、さらに加温する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧カラム（２）と低圧カラム（３）を備える二重カラム（１）を少なくとも備える低温蒸留装置を用いる低温蒸留により空気を分離するための方法であって、空気を圧縮機中で第１の圧力に圧縮し、冷却し、および精製し、前記第１の圧力にある空気を第１および第２のブースタ圧縮機（１１、８）中で第２の圧力に圧縮した後、熱交換器（５）中で冷却し、前記熱交換器に送られた前記第２の圧力にある空気（１５）の少なくとも一部を冷却し、液化し、および前記二重カラムの少なくとも１つのカラムに送り、該空気の少なくとも一部を、前記第１のブースタ圧縮機中で、前記第１の圧力と第２の圧力の中間の圧力に圧縮し、冷却し、および第１の入口温度を有する第１のタービン（１２）中で膨張させ、前記第１のタービン中で膨張された空気の第１の部分を前記高圧カラムに送り、前記第１のタービン中で膨張された空気の第２の部分（１９）を加温すべく前記熱交換器に送り、この加温された空気の第２の部分を、第２のタービン（９）中で膨張させ、前記熱交換器に戻し、さらに加温する該方法。
【請求項２】
前記中間の圧力に圧縮され、さらに圧縮することなく冷却された全ての空気を前記第１のタービン（１２）に送る請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１種の液体生成物が製造される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のブースタ圧縮機（１１）が、前記第１のタービン（１２）に連結され、前記第２のブースタ圧縮機（８）が、前記第２のタービン（９）に連結されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
高圧カラム（２）と低圧カラム（３）を備える二重カラム（１）、圧縮機（Ｃ）、第１および第２のタービン（１２、９）、第１および第２のブースタ圧縮機（１１、８）、熱交換器（５）、第１の圧力にある空気を、前記圧縮機から、直列に接続された前記第１および第２のブースタ圧縮機に送るための手段、第２の圧力にある空気を、前記第２のブースタ圧縮機の出口から、前記熱交換器に送り、ついで前記二重カラムの少なくとも１つのカラムに送るための手段、前記第１のブースタ圧縮機から空気を取り出すための手段、前記第１のブースタ圧縮機から取り出された空気を前記熱交換器に送り、ついで前記第１のタービンに送るための手段、前記第１のタービンから空気を前記高圧カラムに送るための手段、前記第１のタービンから空気を熱交換器の冷末端に送るための手段、前記第１のタービンから前記熱交換器に送られた空気を前記熱交換器の中間点から取り出すための手段、該取り出された空気を第２のタービンに送るための手段、並びに前記第２のタービンから空気を前記熱交換器へ戻すための手段を備える、低温蒸留により空気を分離するための装置。
【請求項６】
前記第１のブースタ圧縮機の出口が、前記第１のタービンの入口のみに接続されている請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のブースタ圧縮機（１１）が、前記第１のタービン（１２）に連結され、前記第２のブースタ圧縮機（８）が、前記第２のタービン（９）に連結されている請求項５または６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温蒸留（cryogenic distillation）により空気を分離するための方法および装置に関する。本発明は、空気中に存在するガスの分離および液化に、および空気の蒸留のための装置に適用される。本発明は、２つンタービン中での空気の膨張による低温生産を用いた方法に関する。空気の一部は、冷（cold）タービンと呼ばれる第１のタービン中で膨張され、ついで、この第１のタービンからの流体が、温（warm）タービンと呼ばれる第２のタービン中で膨張される。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１において、全ての圧縮空気は、直列接続された２つのブースタ中で昇圧される。ついで、この空気は、冷却され、高圧タービン中で膨張され、その後、この空気の一部は低圧タービン中で再び膨張される。
【０００３】
この構成は、機械の非入手性により、大規模空気分離プラントにおける液体対ガス比を制限する。温ブースタおよび温膨張機を通る流れに大きな相違が存在する。
【特許文献１】ＵＳ−Ａ−５１５７９２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、低温蒸留により空気を分離するための改善された方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、高圧カラムと低圧カラムを備える二重カラムを少なくとも備える低温蒸留装置を用いる低温蒸留により空気を分離するための方法であって、空気を圧縮機中で第１の圧力に圧縮し、冷却し、および精製し、前記第１の圧力にある空気を第１および第２のブースタ圧縮機中で第２の圧力に圧縮した後、熱交換器中で冷却し、前記熱交換器に送られた前記第２の圧力にある空気の少なくとも一部を冷却し、液化し、および前記二重カラムの少なくとも１つのカラムに送り、該空気の少なくとも一部を、前記第１のブースタ圧縮機中で、前記第１の圧力と第２の圧力の中間の圧力に圧縮し、冷却し、および第１の入口温度を有する第１のタービン中で膨張させ、前記第１のタービン中で膨張された空気の第１の部分を前記高圧カラムに送り、前記第１のタービン中で膨張された空気の第２の部分を加温すべく前記熱交換器に送り、この加温された空気の第２の部分を、第２のタービン中で膨張させ、前記熱交換器に戻し、さらに加温する該方法が提供される。
【０００６】
本発明は、以下の特徴の１つまたはそれ以上を有し得る：
−  前記中間の圧力に圧縮された後、冷却された全ての空気を前記第１のタービンに送ること；
−  少なくとも１種の液体生成物が製造されること；
−  前記第１のブースタ圧縮機が、前記第１のタービンに連結され、前記第２のブースタ圧縮機が、前記第２のタービンに連結されること。
【０００７】
本発明のさらなる側面によると、高圧カラムと低圧カラムを備える二重カラム、圧縮機、第１および第２のタービン、第１および第２のブースタ圧縮機、熱交換器、第１の圧力にある空気を、前記圧縮機から、直列に接続された前記第１および第２のブースタ圧縮機に送るための手段、第２の圧力にある空気を、前記第２のブースタ圧縮機の出口から、前記熱交換器に送り、ついで前記二重カラムの少なくとも１つのカラムに送るための手段、前記第１のブースタ圧縮機から空気を取り出すための手段、前記第１のブースタ圧縮機から取り出された空気を前記熱交換器に送り、ついで前記第１のタービンに送るための手段、前記第１のタービンから空気を前記高圧カラムに送るための手段、前記第１のタービンから空気を熱交換器の冷末端（cold end）に送るための手段、前記第１のタービンから前記熱交換器に送られた空気を前記熱交換器の中間点から取り出すための手段、該取り出された空気を第２のタービンに送るための手段、並びに前記第２のタービンから空気を前記熱交換器へ戻すための手段を備える、低温蒸留により空気を分離するための装置が提供される。
【０００８】
本装置は、前記第１のブースタ圧縮機で圧縮された全ての空気を前記第１のタービンに送るための手段を有し得る。
【０００９】
前記第１のブースタ圧縮機は、前記第１のタービンに連結され得、前記第２のブースタ圧縮機は、前記第２のタービンに連結され得る。
【００１０】
本装置は、アルゴンカラム、およびアルゴン富化流を前記低圧カラムからこのアルゴンカラムに送るための手段を有し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を説明する。  
図１に示される空気蒸留装置は、ガス状および液状で酸素、窒素およびアルゴンを製造するためのものである。この装置は、二重蒸留カラム１を備え、これは、約６バール（絶対）で操作される高圧カラム２と、その上に設けられた、大気圧よりもやや高い圧力で操作される低圧カラム３を含む。カラム２のヘッド部分内のガス（窒素）は、蒸発器−凝縮器４により、カラム３のバット（vat）部分内の液体（酸素）と間接的熱交換関係にある。
【００１２】
この装置は、また、熱交換関係にある流体の向流循環を有する熱交換ライン５と、２つのタービン−ブースタ装置６および７を備える。装置６は、ブースタ８と、同じシャフト１０上に設けられた温低圧タービン９を備え、装置７は、ブースタ１１と、同じシャフト１３上に設けられた冷高圧タービン１２を備える。２つのブースタ８および１１は、直列に設けられている。
【００１３】
圧縮機Ｃ内で約２０バール（絶対）に圧縮され、精製装置Ａでの精製により水およびＣＯ2が除去された、分離する空気を、第１のブースタ１１により約３２バール（絶対）に昇圧する。ついで、この流れを２つに分ける。この空気の第１の部分Ｐ１は、上記熱交換ラインに送り、温度Ｔ１、例えば−１２５℃のオーダーの温度まで、熱交換ライン５のダクト内で冷却する。ついで、これを、ダクト１７を介して熱交換ライン５から取り出し、タービン１２内で６バール（絶対）まで膨張させる。空気は、そのほぼ露点で、このタービンを出る。この空気の一部、例えば４分の１を、熱交換ライン１４の冷末端に達するまで冷却し続けることができる。
【００１４】
上記空気の第２の部分Ｐ２は、第２のブースタ８内で、３８バールの圧力までさらに圧縮した後、ダクト１４内でその温末端（warm end）から冷末端に通じることにより冷却する。この空気は、液体状態でダクト１４を出、その後、ダクト１５を介して、膨張弁１６内で６バールまで膨張させ、高圧カラム２の底部に注入する。この液体空気は、上記低圧まで膨張させ、カラム３に注入することができる。
【００１５】
全ての空気（または残存空気）は３８バールにある。
【００１６】
２０バール（絶対）に圧縮された初期空気流の例えば約１／１０に相当する、タービン１２からの空気の一部は、導管１８を介してカラム２のバット部分に送り、残りの部分を、熱交換ラインのダクト１９内で、この熱交換ラインの冷末端から、Ｔ１よりもはるかに高い温度Ｔ２まで温める。この温度Ｔ２は、例えば、室温〜−２０℃であり得る。
【００１７】
こうして加温された空気を、ダクト２０を介して、熱交換ラインから取り出し、タービン９中でほぼ大気圧まで膨張させる。この空気は、該タービンから、Ｔ１近傍の温度で出てゆく。その後、この空気を、ダクト２１を介して熱交換ラインに再導入し、ダクト２２内で室温まで加温し、そして流入する空気を精製するために使用した吸着剤を冷却するために、および／または本装置の主圧縮機から出てゆく空気を冷却するために最終的に使用した後、当該装置から排出する。
【００１８】
変形例として、図１に示すように、タービン９からの空気の全てを、熱交換ラインの温末端に達するまで加温し、ついで大気に排出することができる。
【００１９】
本装置のその他の部分はよく知られているものである。カラム２のバット部分に集められた富化液体ＬＲ（酸素富化空気）は、低圧カラム３の頂部から来る残存窒素を加熱することにより過冷却器（sub-cooler）２５内で過冷却した後、カラム３に送り、その後これを、膨張弁２６内で膨張させる。カラム２の上部から取り出された、実質的に窒素からなる貧液体ＬＰは、過冷却器２５内で過冷却した後、カラム３に送り、その後これを膨張弁２８内で膨張させる。本装置は、ダクト２９を介してカラム２のヘッド部分中に収集された液体窒素を生産する。液体窒素は、過冷却器２５内で過冷却され、膨張弁３０内でほぼ大気圧まで膨張させ、容器３１内に貯蔵する。ダクト３２を介してカラム３のバット部分に収集された液体酸素は、過冷却器２５内で過冷却されている。これは、ダクト３４を介してカラム３のヘッド部分に取り出された残存窒素により冷却される。カラム３の底部から取り出された気体３５の形態にある酸素は、主熱交換器により温められ、流入する空気を冷却する。カラム３の頂部から取り出されたもう一つの生成物低圧窒素３７も、過冷却器および主熱交換器を通り、他の流入するガスおよび液体を冷却する。
【００２０】
本装置は、アルゴン富化供給流を低圧カラム３からアルゴンカラム３９に送るための導管３８をも備えている。アルゴンは、窒素除去カラム４１内でさらに精製される。本プロセスのこの部分は、全体として標準的なものであり、詳しくは説明しない。
【００２１】
図２において、ｘ軸は温度（℃）を示し、ｙ軸は熱流量を示す。下側の線Ｃ１は、冷却され、液化される空気の熱流量の変動を示し、上側の線Ｃ２は、加温されるガスの熱流量を示す。このことから以下のことがわかる。
【００２２】
冷タービン１２は、空気の液化ゾーンを境界付ける入口温度と出口温度を有する高流量の空気を処理する。すなわち、冷タービンは、その低圧での操作にもかかわらず、多くの寒冷（cold）を生成し、さらにこの寒冷を、空気を液化するために正確に多量の冷却が必要とされ、かつ他方ヘッド損失が最大であるところの温度ゾーン中に生成させる。温タービンは、小流量の空気を処理し、６バールから１バールへの膨張を確保することにより、先の温度ゾーンの上に位置し、冷却がタービンにより確保されるところの温度ゾーンの実質部を回復（recover）する。したがって、タービン９は、広範囲の温度にわたって少量の冷却を生み出す。
【００２３】
上記考察から、図１の装置は減少した液化の比エネルギーをもたらすことがわかる。また、ダクト１８内を循環する高圧空気は、不都合なく、その露点近傍にあり、これは、二重カラムにおける蒸留に重要である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明により空気を蒸留するための装置の概略図。
【図２】本発明による液化サイクルの熱交換ダイアグラム。
【符号の説明】
【００２５】
１…二重カラム
２…高圧カラム
３…低圧カラム
４…気化器−凝縮器
５，１４…熱交換ライン
６，７…タービン−ブースタ装置
８，１１…ブースタ
９…温低圧タービン
１０，１３…シャフト
１２…冷高圧タービン
１５，１７，２０，２１，２２，２９，３２，３４…ダクト
１６，２６，２８，３０…膨張弁
１８…導管
２５…過冷却器
３１…容器
３５…気体酸素
３７…低圧窒素
３８…アルゴンカラム
４１…窒素除去カラム
【図１】
2006329615.tif 000003
【図２】
2006329615.tif 000004