(57)【要約】【解決手段】熱的に関連した中圧カラム（９）及び低圧カラム（１１）を含む装置を用い、極低温蒸留により空気を分離する方法において、圧縮され、精製された空気の量Ｖは交換ライン（１０）内で極低温まで冷却されて、少なくとも部分的に中圧カラムに送られ、酸素豊富及び窒素豊富フロー（ＲＬ，ＬＬ）は中圧カラムから低圧カラムに送られ、窒素豊富及び酸素豊富フロー（３５，２３）は低圧カラムから回収される。中圧カラムは６ないし９バールの絶対圧で動作し、交換ラインの全容量に対する交換ラインに入る全空気量Ｖの比は、３０００ないし６０００Ｎｍ3／時間／ｍ3である極低温蒸留により空気を分離する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的に関連した中圧カラム（９）及び低圧カラム（１１）を含む装置を用い、極低温蒸留により空気を分離する方法において、
圧縮され、精製された空気の量Ｖは交換ライン（１０）内で極低温まで冷却されて、少なくとも部分的に中圧カラムに送られ、酸素豊富及び窒素豊富ストリーム（ＲＬ，ＬＬ）は中圧カラムから低圧カラムに送られ、窒素豊富及び酸素豊富ストリーム（３５，２３）を低圧カラムから回収されるものであって、前記中圧カラムは６ないし９バールの絶対圧で動作し、交換ラインの全容量に対する交換ラインに入る全空気量Ｖの比は、３０００ないし６０００Ｓｍ3／時間／ｍ3であることを特徴とする極低温蒸留により空気を分離する方法。
【請求項２】
酸素豊富な液体（２３）が、前記低圧カラム（１１）から排液再煮沸器（２１）に送られ、ここで、前記中圧カラム（９）から来る窒素豊富ガスを用いて熱交換することにより部分的に気化し、再煮沸器は少なくとも２．５ｋのΔＴを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧縮され、精製された空気の一部は、−５０ないし−９０℃の入口温度を有するブロータービン（１９）に送られる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ブロータービン（１９）に送られる空気の容量に対する空気の量Ｖの比は約２０ないし４０である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記中圧カラム（９）は、２または３のセクションの構成された充填物（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）を含み、及び／または３つのセクションの低圧カラムは構成された充填物（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの液体ストリーム（２７，３１）は、カラム（９，１１）から回収され、任意に、加圧され、気化される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
中圧カラム（９）は６．５ないし８．５バールの絶対圧で作動しする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
低圧カラムから来る廃棄窒素ストリーム（３５）の、交換ライン（１０）におけるヘッド損失は、２００ミリバール以上である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
低圧空気ストリーム（１３）の交換ラインにおけるヘッド損失は、２５０ミリバール以上である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
空気の容量Ｄ（１）に対する空気の量Ｖの比は２０／１ないし４０／１である請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ｉ）液体空気膨張タービンは、交換ライン（１０）により産出された液体空気ストリームの全てあるいは部分によって補充され；
ｉｉ）冷却セットまたは（精製ユニットの入口で空気の冷却に使用されるような同様の水循環であり得る）冷却セットにより製造された冷却された水は、空気過給器（５，７）により産出された空気及び／または低圧で空気を冷却し；及び／または
ｉｉｉ）増加された比の空気は、ブロータービンに送られる空気の量Ｄに対する交換ラインに送られる空気の量Ｖの比は２０／１以下であるようにして、ブロータービン（１９）に送られる請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
酸素純度は、８５ないし１００％、好ましくは９５ないし１００％である請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
酸素抽出効率は、８５ないし１００％である請求項１ないし１２のずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
２つまたは３つのセクションの構成された充填物をもつ中圧カラム及び／または３つのセクションの構成された充填物をもつ低圧カラムを含む、上述のプロセスを用いる空気ガスを製造するための空気分離装置
【請求項１５】
前記低圧カラムから供給されるアルゴンカラムを含む請求項１４に記載の空気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温蒸留による空気の分離方法及びこのプロセスを行うための装置に関する。
【発明の開示】
【０００２】
一般に、空気分離プロセスを作成する技術者の目的は、エネルギー消費を最低限にすることにある。
【０００３】
低エネルギーで酸素を生成するために、ダブル空気分離カラムを使用することが良く知られており、このカラムは、特に、一方では、交換ラインにおけるヘッド損失を低減し、主蒸発器での温度差を低減することによりエアコンプレッサの送出圧を最小限にし得、他方では、交換ラインにおける温度差を低減し、多数の理論蒸留トレーを選択し、及び十分な数の構成された充填物セクションまたはトレーセクションを設置することによって酸素抽出効率を最大限にし得る。
【０００４】
このように、低圧カラムは４つの構成された充填物部分またはトレー部分を有し、低圧カラムと豊富な液体の取り入れ口との間に２つのセクションを含み、この豊富な液体は酸素が豊富な液体であり、中圧カラムから得られる。この２つのセクションは、低圧カラム中で、高性能の蒸留を提供するために必要である。このため、中圧カラムは、液体空気取り込み口と希薄な液体の回収点との間に２つのセクションを含む構成された充填物またはトレーの４つのセクションを有する。
【０００５】
カラムに送られた、精製され、圧縮された空気は交換ライン中で冷却し、この交換ラインは、通常、２００ｍ3以上の容量を有し、これにより、交換ラインの容量に対する交換ラインに送られる全空気量の比は、下記に述べられる例の場合、約２０００Ｓｍ3／ｈ／ｍ3であることを含む。
【０００６】
蒸留に要求される冷却は、しばしば、低圧カラム及び／またはクロードタービンに送られる空気ストリームを供給するブロータービンに送られる空気ストリームにより提供される。ブロータービンに送られる容量に対する交換ラインに送られる空気の量の比は、下記に述べる例の場合、通常、５／１と１５／１との間である。
【０００７】
エネルギーが高価ではない場合、あるいは無料である場合でさえ、エネルギーの要求が増加する一方で、装置に関する支出を低減し、有益である。
【０００８】
本発明の目的は、空気分離蒸留の投資コストを低減すること、及び交換器の大きさを小さくし、蒸留カラムの大きさを小さくし、（理論トレーの数及び充填物またはトレーのセクションの数を低減し、）及び冷却タービンの大きさを小さくする（その出口を低減するためにその取り込み温度を増加する）ことによって、そのエネルギーを増加すること（及びこれにより主蒸発器におけるヘッド損失及び交換ラインにおける温度差を増加すること）にある。
【０００９】
交換ラインに送られる空気の量Ｖは、蒸留ユニットに送られる全ての空気、及び膨張した後、雰囲気に放出される空気の可能なストリームを含む。
【００１０】
構成された充填物のセクションは、流体の入口または出口間の構成された充填物のセクションである。
【００１１】
構成された充填物は、直交波形タイプの典型的なものであるが、他の形状を有し得る。
【００１２】
本発明の課題は、熱的に関連した中圧カラム及び低圧カラムを含む装置を用い、極低温蒸留により空気を分離する方法において、圧縮され、精製された空気の量Ｖは交換ライン内で極低温まで冷却されて、少なくとも部分的に中圧カラムに送られ、酸素豊富及び窒素豊富ストリームは中圧カラムから低圧カラムに送られ、窒素豊富及び酸素豊富ストリームは低圧カラムから回収されるもので合って、中圧カラムは６ないし９バールの絶対圧で動作し、交換ラインの全容量に対する交換ラインに入る全空気量Ｖの比は、３０００ないし６０００Ｓｍ3／時間／ｍ3であることを特徴とする方法にある。
【００１３】
他の任意の観点によれば、
−交換ラインの冷却端における最大温度差は１０℃であり；
−交換ラインの加温端における最大温度差は３℃であり；
−交換ラインにおける液体酸素の気化開始における最大温度差は３℃であり；
−交換ラインにおける液体酸素の気化終了における最大温度差は１０℃であり；
−酸素豊富な液体は、低圧カラムから排液再煮沸器に送られ、ここで、中圧カラムから来る窒素豊富ガスを用いて熱交換することにより部分的に気化し、再煮沸器は少なくとも２．５ｋのΔＴを有し；
−圧縮され、精製された空気の一部は、−５０ないし−９０℃の入口温度を有するブロータービンに送られ；
−ブロータービンに送られる空気の容量に対する空気の量Ｖの比は約２０ないし４０であり；
−中圧カラムは、構成された充填物の２または３のセクションを含み、及び／または低圧カラムは構成された充填物の３つのセクションを含み；
−少なくとも１つの液体ストリームは、カラムから回収され、任意に、交換ライン中で加圧され、気化され；
−中圧カラムは６．５ないし８．５バールの絶対圧で作動し；
−低圧カラムから来る廃棄窒素ストリームの、交換ラインにおけるヘッド損失は、２００ミリバール以上であり；
−低圧空気ストリームの交換ラインにおけるヘッド損失は、２５０ミリバール以上であり；
−空気の容量Ｄに対する空気の量Ｖの比は２０／１ないし４０／１であり；
ｉ）液体空気膨張タービンは、交換ラインにより産出された液体空気ストリームの全てあるいは部分によって補充され；
ｉｉ）冷却セットまたは（精製ユニットの入口で空気の冷却に使用されるような同様の水循環であり得る）冷却セットにより製造された冷却された水は、空気過給器により産出された空気及び／または低圧で空気を冷却し；及び／または
ｉｉｉ）増加された比の空気は、ブロータービンに送られる空気の量Ｄに対する交換ラインに送られる空気の量Ｖの比は２０／１以下であるようにして、ブロータービンに送られ；
−酸素純度は、８５ないし１００％、好ましくは９５ないし１００％であり、
−酸素抽出効率は、８５ないし１００％である。
【００１４】
本発明の課題はまた、構成された充填物の２つまたは３つのセクションを含む中圧カラム及び／または構成された充填物の３つのセクションを含む低圧カラムを含む、上述のプロセスを用いる空気ガスを製造するための空気分離装置にある。
【００１５】
任意に、この装置は、低圧カラムから供給されるアルゴンカラムを含み得る。
【００１６】
ブロータービンは、空気を膨張させ、その少なくとも１部をダブルカラムの低圧カラムに送る。
【００１７】
以下、本発明に係るプロセスを実行する装置を図解する図面を参照し、本発明を具体的に説明する。
【００１８】
精製ユニットから来る７バールの絶対圧の４７５０００Ｓｍ3／時間のストリーム１を（図示せず）、３つに分割する。第１のストリーム３を要求される圧力まで過給器５から過給し、例えば液体酸素を気化する。高圧空気ＨＰエア７を交換ライン１０に送るが、冷却端に到達せずに−１６０℃まで冷却され、膨張され、精製されて２つのカラム９及び１１すなわち各々空気分離ダブルカラムの中圧カラム及び低圧カラムへ送られる。
【００１９】
第２の過給されないストリームＭＰエア１３はまた、交換ライン１０に送られ、ここを通って、中圧カラムの底部に送られる前に、−１４０℃になるまで部分的に流れる。
【００２０】
２００００Ｓｍ3／時間の第３のストリーム１５は、低圧カラム１１に送られる前に、過給器１７へ送られ、交換ライン中で部分的に冷却され、及び−８０℃の入口温度を有するブロータービン１９内で膨張される。交換ラインに送られる空気の量に対するブロータービン１９を通って送られる空気の量の比は２４／１である。
【００２１】
交換ライン１０のヘッド損失は、低圧での空気ストリーム１３の場合は約３００ミリバール、廃棄窒素３５の場合は約２５０ミリバールである。
【００２２】
交換ライン１０は、１２５ｍ3の容量を有し、このため、交換ライン１０の容量（＝ボディの数×全幅×全スタック×全長）に対する交換ライン１０に送られる空気の量（ストリーム１または容量Ｖ）の比は、３８００Ｓｍ3／時間／ｍ3である。
【００２３】
ダブルカラムは、その寸法及びカラムの理論トレーの数以外は汎用の装置であり、なぜなら、中圧カラムは４０の理論トレー及び低圧カラムは４５の理論トレーを含み、再煮沸器２１の場合、その温度差は２．５以上である。
【００２４】
通常、酸素豊富な液体（豊富液体ＲＬ）及び窒素豊富な液体（希薄液体ＬＬ）を、交換器ＳＣ内で予備冷却し、バルブ内で膨張させた後、中圧カラムから低圧カラムへ送る。
【００２５】
低圧カラム１１は、カラムの底部と（ブローされた空気の取り入れ口と連結した）豊富液体取り入れ口との間の排液セクションＩと、豊富液体取り入れ口塗液対空器取り入れ口との間のセクションＩＩと、液体空気取り入れ口及び希薄液体取り入れ口との間のセクションＩＩＩとを含む構成された充填物の３つのセクションを有する。
【００２６】
中圧カラム９は、３つの構成された充填物を含み、カラムの底部と液状空気取り入れ口との間の排液セクションＩと、液状空気取り入れ口と希薄液体出口ＬＬの間のセクションＩＩと、希薄液体出口ＬＬと中圧窒素出口３１との間のセクションＩＩＩとを有する。もちろん、液体窒素及び窒素ガスの回収がなければ、中圧カラムは２つのセクションだけで、セクションＩＩＩは省略される。
【００２７】
低圧カラム１１の排液再煮沸器２１は、事実、中圧カラム９と組み合わされ、このカラム９の中圧窒素ストリームによって加温される。低圧カラム１１の底部から来る液体酸素２３のストリームは、静水ヘッドを克服するために吸排液され、及び再煮沸器２１に到達し、ここで部分的に気化され、ガスストリーム２５は、交換手段Ｉの下の低圧カラムに戻し送られ、及び液体ストリーム２７はポンプ２９に送られ、そこで、その使用圧力まで加圧される。
【００２８】
液体窒素ストリーム３１は、頭頂製品として、セクションＩＩＩの上の中圧カラム９から回収され、吸排液され、また交換ライン１０内で気化される。
【００２９】
交換ライン１０が気化に要求される空気の最大圧力に応じて設定されるならば、液体窒素の圧力と液体酸素の圧力はどのような値も取り得る。
【００３０】
本発明はまた、単一の液体ストリームを交換器１０中で気化するか、あるいはカラムから液体を装置中で気化しない場合に適用し得ることが理解される。
【００３１】
空気に気化する代わりに、空気のストリームまたは液体のストリームを、循環窒素のストリームに気化することができる。
【００３２】
あるいは、液体ストリームまたはストリーム類を、空気のストリームまたは循環窒素のストリームに気化させる専用の交換器内で気化し得る。
【００３３】
このプロセスはまた、液体酸素及び／または液体窒素及び／または液体アルゴンを最終製品として生成し得る。
【００３４】
窒素ガス３３，３５は、中圧カラム９から及び／または低圧カラム１１から回収され得る。
【００３５】
窒素ガス３５は、予備クーラーＳＣ内で加温する。
【００３６】
あるいは、これに加えて、酸素ガスストリーム（図示せず）は、最終製品として、低圧カラム１１から回収され得る。任意に、このストリームをコンプレッサ内で加圧し得る。
【００３７】
中圧窒素ガスストリーム  ＭＰ  ＮＧ  ３３及び低圧廃棄窒素のストリーム３５は交換ライン１０中で加温される。ストリームＷＮは、空気生成システムを既知の方法で再生させ、及び／またはガスタービンに送られ得る。
【００３８】
上述のプロセスを使用して、９９．５％の純度の酸素  ＨＰ  ＯＧを、９７％以上の収率で生成する。この酸素は、代表的には、気化器内に燃料例えば天然ガスと共に供給される。
【００３９】
装置内で、低圧カラム１１は、例示するように、中圧カラム９と並べられるか、または後者の上になる。
【００４０】
液体酸素のストリーム及び／または液体窒素及び／または液体アルゴンを生成するために、及び／または圧力レベル特にＨＰエア７の圧力を低減するために、要求される冷却は、
ｉ）交換器（１０）により産出された液体空気ストリームＨＰ７で完全にまたは部分的に供給される液体−空気膨張タービン；及び／または
ｉｉ）過給器５によって産出された空気及び／または過給器１７によって産出された空気及び／またはＭＰ１３を冷却するための、冷却セットまたは（精製ユニットの入口で空気を冷却するために使用されるような水循環と同様に使用され得る）この冷却セットによって冷却された水；及び／または
ｉｉｉ）ブロータービン１９に増加された比の空気を送ることにより、２０／１以下であるようなブロータービンに送られた空気の量Ｄに対する交換器に送られる空気の量Ｖの比を使用することによって得られる。
【００４１】
液体が生成されない場合に、冷却を生ずるこれらの手段を使用し得る。
【００４２】
過給器５，１７及び／または主コンプレッサ（図示せず）は、電子技術により及び／または蒸気タービンにより及び／またはガスタービンにより運転され得る。
【００４３】
タービン１９は、専用の過給器またはガス発生装置を有し得る。
【００４４】
この装置はまた、例えばクロードタービン、油圧タービン、中圧または低圧窒素タービン、１以上のアルゴン生成カラム、低圧カラムから空気及び酸素が供給された混合カラム、中圧で運転するカラム例えば豊富液体及び／または空気が供給されるもの、ダブル再煮沸器またはトリプル再煮沸器低圧カラム等の市販の部材を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るプロセスを実行する装置
【符号の説明】
【００４６】
１…ストリーム、３…第１のストリーム、５，１７…過給器、７…ＨＰエア、９…中圧カラム、１０…交換ライン、１１…低圧カラム、１３…第２のストリーム、１５…第３のストリーム、１９…ブロータービン、２１…再煮沸器、２３…、２５…、２７…液体ストリーム、２９…ポンプ、３１…液体窒素ストリーム、３３，３５…窒素ガス
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2005505740.tif 000008
2005505740.tif 000009
2005505740.tif 000010
2005505740.tif 000011
2005505740.tif 000012
2005505740.tif 000013
2005505740.tif 000014
2005505740.tif 000015
2005505740.tif 000016
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005505740.tif 000017
2005505740.tif 000018
【国際調査報告】
2005505740.tif 000019
2005505740.tif 000020
2005505740.tif 000021
2005505740.tif 000022
2005505740.tif 000023
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