(57)【要約】本発明は、極低温空気蒸留によって希ガスと酸素とを生成する方法および設備に関する。少なくとも1つの中圧カラム(KO1)、1つの低圧カラム(K02)、および1つの補助カラム(K05)を含んでなるカラム系内における、蒸留によって希ガスおよび酸素を生成する方法は、中圧カラムの中間レベルでの中間流排出物(LR1)を抜き取り、これを低圧カラムに移すこと；中圧カラムから、中間流排出物と比較して酸素富化流排出物(LR2)を抜き取り、これを補助カラムのタンクに移すこと；窒素富化流排出物(WN2)を低圧カラムの塔頂から抜き取ること；酸素富化液体流排出物(CL)を、任意的にガス状製品を生成させるために蒸発工程後に、製品として低圧カラムのタンクから抜き取ること；第2の酸素富化流排出物と比較してクリプトンとキセノンに富む酸素富化流排出物(PURGE)を補助カラムから抜き取り、少なくとも78%molの窒素を含む液体流排出物(5, 15)を還流として補助カラムに移すことからなる。
2005538335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
1つの中圧カラム(KO1)、1つの低圧カラム(K02)、および少なくとも1つの補助カラム(K05)を備えるカラム系内における、蒸留によって酸素および希ガスを生成する方法であって、
i) 冷却および精製された空気の少なくとも1つの流れ(1)を前記中圧カラムに送り、これを分離し、
ii) 少なくとも第1の窒素富化流(11)を中圧カラムから抜き取り、この流れの少なくとも一部を直接的または間接的に前記低圧カラムに送り、
iii) 中間流(RL1)を、前記中圧カラムの中間レベルから抜き取り、
iv) 前記中間流と比較して酸素に富んだ流れ(RL2)を、前記中圧カラムの塔底から抜き取り、前記補助カラムの塔底に送り、
v) 窒素富化流(WN2)を、前記低圧カラムの塔頂から抜き取り、
vi) 酸素富化液体流(LO)を、任意的にガス状製品を生成させるために蒸発工程の後に、前記低圧カラムから製品として抜き取り、
vii) 第2の酸素富化流と比較してクリプトンとキセノンとに富んだ酸素富化流(PURGE)を、前記補助カラムから抜き取る方法において、
前記中間流(RL1)を前記低圧カラムに送り、少なくとも78mol%の窒素を含む少なくとも1つの液体流(5, 15)を前記補助カラムに還流として送ることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項1に記載の方法であって、第3の酸素富化流(PURGE)を精製カラム(K90)の塔頂に送り、クリプトンとキセノンとに富んだ混合物を構成する第4の酸素富化流(MIXTURE)を、カラムの少なくとも数理論段下から抜き取る方法。
【請求項３】
請求項1または2に記載の方法であって、還流として前記補助カラム(K05)に送られた前記液体流(5)が、液化された空気であり、および／または中圧カラムに送られた液化空気流と比較して窒素に富んだ液体である方法。
【請求項４】
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法であって、前記補助カラムの塔底を、アルゴンカラム(K10)からの塔頂ガスによって加熱する方法。
【請求項５】
請求項3または4に記載の方法であって、液化空気(5)および／または空気と比較して窒素に富んだ液体を、低圧カラムの塔底から供給される酸素富化液体流(LO)との熱交換によって生成する方法。
【請求項６】
請求項3に記載の方法であって、前記窒素富化液体(15)が少なくとも80mol%の窒素を含む方法。
【請求項７】
請求項3に記載の方法であって、前記液化空気(5)が中圧カラムからは供給されない方法。
【請求項８】
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法であって、前記補助カラムの塔頂に送られた液体流(5, 15)が前記中間流よりも窒素に富んでいる方法。
【請求項９】
請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法であって、生成された酸素の少なくとも10%が、前記低圧カラムから液体状態で抜き取られる方法。
【請求項１０】
少なくとも1つの中圧カラム(KO1)、1つの低圧カラム(K02)、および1つの補助カラム(K05)を備えるカラム系内における蒸留によって酸素および希ガスを生成するプラントであって、
i) 冷却および精製された空気の少なくとも1つの流れを前記中圧カラムに送り、これを分離する手段(1)と；
ii) 少なくとも第1の窒素富化流(11)を前記中圧カラムから抜き取り、この流れの少なくとも一部を直接的または間接的に前記低圧カラムに送る手段と；
iii) 窒素富化流(WN2)を前記低圧カラムの塔頂から抜き取る手段と；
iv) 中間流(RL1)を、中圧カラムの中間レベルから抜き取る手段と；
v) 前記中間流よりも酸素に富んだ流れを、前記中圧カラムから前記補助カラムの塔底に送る手段と；
vi) 液体流(5, 15)を還流として前記補助カラムに送る手段と；
vii) 酸素富化液体流(LO)を、任意的にガス状製品を生成させるために蒸発工程の後に、前記低圧カラムの塔底から製品として抜き取る手段と；
viii) 第2の酸素富化流と比較してクリプトンとキセノンとに富んでいる第3の酸素富化流(PURGE)を、前記補助カラムから抜き取る手段と
を含んでなるプラントにおいて、
前記プラントが、液化された空気、または前記中圧カラムに送られる液体空気流と比較して窒素に富んだ液体流を、還流として前記補助カラムに送る手段を含むことを特徴とするプラント。
【請求項１１】
請求項10に記載のプラントであって、精製カラム(K90)と、第3の酸素富化流(PURGE)を前記精製カラムの塔頂に送る手段と、クリプトンとキセノンとに富んだ混合物を構成する第4の酸素富化流を少なくとも数理論段下から抜き取る手段(MIXTURE)とを含むプラント。
【請求項１２】
請求項10または11に記載のプラントであって、液化された空気および／または空気と比較して窒素に富んだ液体を、任意的に加圧工程の後、低圧カラムの塔底から供給される酸素に富んだ液体流との熱交換によって生成させる熱交換ラインを含むプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気蒸留によって酸素と希ガスとを生成する方法およびプラントに関する。
【発明の背景】
【０００２】
通常、わずかなクリプトン/キセノン混合物は、空気分離二重カラムの主要な蒸発器でのパージから生成されている(“Tieftemperaturtechnik” by Hausen and Linde, 1985 edition, pp. 337-340 および “Separation of Gases” by Isalski, 1989 edition, pp. 96-98を参照)。その後、生成された酸素が、蒸発器の数段上にある低圧カラムから抜き取られる。もし、酸素がガス状で抜き取られるならば、この配列は、空気中に存在するクリプトンの実質的な部分とキセノンの全てを回収することができる。
【０００３】
しかしながら、「ポンプ駆動」法と呼ばれるものによって酸素を生成する装置の場合、空気中に存在するクリプトンとキセノンの約30%が低圧カラムから抜き取られた液体酸素中で失われてしまう。
【０００４】
DE-A-2603505は、クリプトンとキセノンとを含む液体が中圧カラムから供給される富化液体の2つの流れが供給される精製カラム内で生成され、前記精製カラム内における再沸騰がアルゴンカラムからの塔頂ガスが供給される蒸発器によって提供される空気分離ユニットを開示する。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的の1つは、液体酸素のポンプ送り出しと蒸発（あるいは一般的には低圧カラムの塔底から液体酸素の実質的な抜き取りを伴う）、好ましくはまたアルゴンを生成することによって、ガス状酸素を生成するユニットのクリプトンとキセノンとの収量を増加させる系を提示することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、クリプトンとキセノンとの小量混合物を生成する従来的手法にはない、高い酸素含量と大量のパージを伴う主蒸発器をもち、炭化水素/不純物の濃度を大きく制限することである(ポンプされた「oxytonne」の利点)。
【０００７】
本発明の1つの対象は、少なくとも1つの中圧カラム、1つの低圧カラム、および1つの補助カラムを備えるカラム系内における、蒸留によって酸素および希ガスを生成する方法であって、
i) 冷却および精製された空気の少なくとも1つの流れを前記中圧カラムに送り、これを分離し、
ii) 少なくとも第1の窒素富化流を中圧カラムから抜き取り、この流れの少なくとも一部を直接的または間接的に前記低圧カラムに送り、
iii) 中間流を、前記中圧カラムの中間レベルから抜き取り、
iv) 前記中間流と比較して酸素に富んだ流れを、前記中圧カラムの塔底から抜き取り、前記補助カラムの塔底に送り、
v) 窒素富化流を、前記低圧カラムの塔頂から抜き取り、
vi) 酸素富化液体流を、任意的にガス状製品を生成させるために蒸発工程の後に、前記低圧カラムから製品として抜き取り、
vii) 第2の酸素富化流と比較してクリプトンとキセノンとに富んだ酸素富化流を、前記補助カラムから抜き取る方法において、
前記中間流を前記低圧カラムに送り、少なくとも78mol%の窒素を含む液体流を前記補助カラムに還流として送ることを特徴とする方法である。
【０００８】
好ましくは、補助カラムに還流として送られる前記液体流は、液化された空気であり、および／または中圧カラムに送られた液化空気流と比較して窒素に富んだ液体である。
【０００９】
任意的な態様によれば:
-補助カラムの塔底を、アルゴンカラムからの塔頂ガスによって加熱し;
-液化された空気および/または空気と比較して窒素に富んだ液体を、任意的に加圧工程の後、低圧カラムの塔底から供給される酸素富化液体流との熱交換によって生成し；
-窒素富化液体は、少なくとも80mol%の窒素を含み;
-液化空気は中圧カラムから供給されず、補助カラムの塔頂に送られた液体流は、前記中間流よりも窒素に富み；生成された酸素の少なくとも10%を、低圧カラムから液体形状で抜き取る。
【００１０】
本発明の他の対象は、少なくとも1つの中圧カラム、1つの低圧カラム、および1つの補助カラムを備えるカラム系内における蒸留によって酸素および希ガスを生成するプラントであって、
i) 冷却および精製された空気の少なくとも1つの流れを前記中圧カラムに送り、これを分離する手段と；
ii) 少なくとも第1の窒素富化流を前記中圧カラムから抜き取り、この流れの少なくとも一部を直接的または間接的に前記低圧カラムに送る手段と；
iii) 窒素富化流を前記低圧カラムの塔頂から抜き取る手段と；
iv) 中間流を、中圧カラムの中間レベルから抜き取る手段と；
v) 前記中間流よりも酸素に富んだ流れを、前記中圧カラムから前記補助カラムの塔底に送る手段と；
vi) 液体流を還流として前記補助カラムに送る手段と；
vii) 酸素富化液体流を、任意的にガス状製品を生成させるために蒸発工程の後に、前記低圧カラムの塔底から製品として抜き取る手段と；
viii) 第2の酸素富化流と比較してクリプトンとキセノンとに富んでいる第3の酸素富化流を、前記補助カラムから抜き取る手段と
を含んでなるプラントにおいて、
前記プラントが、液化された空気、または前記中圧カラムに送られる液体空気流と比較して窒素に富んだ液体流を、還流として前記補助カラムに送る手段を含むことを特徴とするプラントである。
【００１１】
他の任意的な態様によれば、前記プラントは、
-精製カラムと、第3の酸素富化流を前記精製カラムの塔頂に送る手段と、クリプトンとキセノンとに富んだ混合物を構成する、第4の酸素富化流を少なくとも数理論段下から抜き取る手段と；
-液化された空気および／または空気と比較して窒素に富んだ液体を、任意的に加圧工程の後、低圧カラムの塔底から供給される酸素に富んだ液体流との熱交換によって生成させる熱交換ラインと
を含む。
【００１２】
ここで、本発明によるプラントの原理を示すダイアグラムである、図1ないし9を参照しながら本発明を説明する。
【００１３】
図1に示された例では、複式空気分離カラムは、主蒸発器E02によって熱的に連結されている中圧カラムK01と低圧カラムK02とを含む。前記蒸発器は、カラムK01のガス状塔頂窒素の少なくとも一部をカラムK02の塔底からの酸素との熱交換によって凝縮させるために使用される。
【００１４】
アルゴンカラムK10には、低圧カラムK02から供給されるアルゴン富化流体7が供給され、アルゴン富化液体9が、アルゴンカラムK10から低圧カラムK02に戻される。アルゴン富化流「ARGON」は、カラムK10の塔頂から抜き取られる。
【００１５】
ポンプ駆動力ユニットの場合、乾燥および脱炭素化された空気の一部を、空気増圧器（図示せず）内において任意的にポンプで送り込まれた酸素が蒸発するのに十分な圧力まで加圧する。その後、前記空気を、主交換ライン(図示せず)において凝縮させる。主交換ラインの冷却終端で、この流れはバルブまたは水力タービン内で膨張する。その後、この流体の液相「LIQ AIR」を、流れ1、3、および5として、それぞれ中圧カラムK01、低圧カラムK02、および補助カラムK05に配送することができる。液体は78mol%の窒素を含む。
【００１６】
中圧空気「MP AIR」の他の部分を、主交換ライン内で冷却し、中圧カラムK01の塔底に送る。
【００１７】
本発明の原理は、後に補助カラムK05内で処理される富化液体RL2中のクリプトンとキセノンとを濃縮することである。
【００１８】
従って、2つの富化液体RL1とRL2、すなわち、カラムの塔底の数段上にある中間レベルから抜き取られる「通常の」富化液体であって小量のクリプトンとキセノンとを含んでいるRL1と、クリプトンとキセノンとが濃縮された塔底からの富化液体であるRL2とを中圧カラムK01から抜き取る。この「通常の」富化液体RL1を過冷却した後にカラムK02に送ることができる。
【００１９】
富化塔底液体RL2を、過冷却（図示せず）後にK10アルゴン混合凝縮器E10に送る。クリプトンとキセノンとを前記アルゴン混合凝縮器で濃縮するための段がこの設備の上に設けられている。このアセンブリは、カラムK05を構成する。過冷却した後、カラムK01には供給されない液体空気LIQ AIRの一部5により、このカラムからの還流の一部が提供される。通常はライン13を介してカラムK02に送られる、少なくとも80mol%の窒素を含んでいる中間液体11の一部15により、前記還流の他の部分が提供される。ガス16が、還流注入点の下にあるカラムK05の中間レベルから抜き取られ、蒸発した富化液体を構成する。前記ガスはカラムK02内を再循環する。カラムK05からの塔頂ガスWN2'は、冷却ボックスから出る廃棄ガスWN2の一部を構成する。
【００２０】
混合凝縮器E10からのパージ「PURGE」は、空気中に存在し、カラムK01とK05とによって処理されたクリプトンとキセノンの大部分を含む。この流れは、希ガスを濃縮する装置に供給される。例えば、前記流れを、小量クリプトン／キセノン混合カラム(K90)に送ってもよい。このカラムの塔底は、処理される製品を含む。カラムK90から供給される蒸気17は、カラムK05の塔底に送り戻される。
【００２１】
カラムK90は、MP AIRの一部を形成する空気の流れによって加熱される。こうして形成された液化空気は、中圧カラムK01および／または低圧カラムK02に送り戻されてもよい。
【００２２】
液体酸素LOの生成物を、塔底物として、主蒸発器E02においてカラムK02から抜き取る。従って、クリプトンとキセノン生成のための従来の手法とは異なり、主蒸発器は大量にパージされる。
【００２３】
液体酸素LOを、好ましくはポンプによって加圧し、その後、交換ラインまたは専用の蒸発器の中で加圧空気との熱交換によって蒸発させる。あるいは、窒素循環は、液体酸素LOを蒸発させるのに役立つであろう。
【００２４】
後続の図は、図1から派生する様々な代替の実施形態を表わしている。図1と共通する要素については再度の説明をしない。
【００２５】
図2の場合には、主交換ラインから供給される液体空気LIQ AIRの全てをカラムK01に送る。液状の中間流体1'をカラムK01から抜き取る（好ましくは液体空気を導入するレベルまたはこのレベルより上のレベルで）。次に、過冷却を行った後、カラムK02とカラムK05の間に2つの流れ3および5として前記液体を配送する。少なくとも80mol%の窒素を含む流れ11をカラムK05の塔頂に送る。
【００２６】
図1に基づく図3の場合には、カラムK05の塔頂の一部分を除いている。このカラムからの還流は、好ましくは過冷却された液体空気5によってのみ提供される。この液体空気は、交換ライン内にポンプ送給され蒸発させられた液体酸素LOの蒸発により生成される。全ての貧液体13を低圧カラムK02に送る。
【００２７】
さらに、図4に示すように、交換ラインの出口に存在する液体空気LIQ AIRの全てを、カラムK01から抜き取ることができ（好ましくは、液体空気の導入点で）、過冷却を行った後に、カラムK02とカラムK05との間に配送する。
【００２８】
図3および4に基づく図5および6の場合には、カラムK05からの廃棄ガスWN2'を、貧液体13の注入点よりも下でカラムK02に送り戻す。
【００２９】
図5に基づく図7の場合には、流れ16を除いて、補助カラムK05の塔頂から低圧カラムの中間点まで送られた廃棄窒素WN2'の流れと置き換える。
【００３０】
上記した全ての図（図1ないし7）では、プラントと、クリプトンとキセノンとを生成するための従来手法とを結び付けることができる。これを実現するために、カラムK02の塔底物の富化のための段を設けることが必要である。液体酸素LOを、主蒸発器E02の数段上で生成する。パージ21を、主蒸発器E02のところで抜き取る。前記パージは、約70mol%のクリプトンとカラムK02内に存在する全てのキセノンとを含む。前記パージをカラムK90に送り、希ガスを回収する。
【００３１】
この1つの例を図8に示す。
【００３２】
上記した図(図1ないし8)の全ては、アルゴンの副次生成について言及している。しかしながら、上記のプラントをアルゴンを生成しないユニットに適合させることもできる。例えば、カラムK02から抜き取られるガス7のフラクションを凝縮させるための交換器を設置すれば十分である。いったん液化したら、これをカラムK02に送る(9)。これはカラムK05内における再沸騰を提供する。
【００３３】
この1つの例を図9に示す。
【００３４】
送風タービンを備える手法について、送風空気をカラムK05の塔底に送り、これに含まれるクリプトンとキセノンとを回収する。
【００３５】
さらに、図1ないし9に示した手法はまた、蒸留アセンブリ、例えばエチエンヌ(Etienne)カラム（中圧と低圧との間の中間圧力で操作し、富化液体が供給されるカラム）を含んでもよい。この場合、図1ないし9のアルゴンカラムK10をエチエンヌカラムと置き換え、同じ原理（凝縮器の上に段を追加して希ガスを濃縮する）によってエチエンヌカラムの塔頂凝縮器を修飾することができる。
【００３６】
また、補助カラムの塔頂に液体空気の全てを送るだけでなく、K05の塔底におけるKrとXeとを濃縮するのに必要とされるL/V（蒸留部における落下液体流速と上昇ガス流速との比率）を保証し、それによってK05の塔底における酸素の濃縮を制限した流れのみを導入することが有利かもしれない。その後、液体空気流の残部を富化液体RL2と共に補助カラムの塔底に送る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図２】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図３】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図４】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図５】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図６】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図７】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図８】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図９】本発明の一実施形態におけるプラント。
【図１】
2005538335.tif 000003
【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】
2005538335.tif 000011
【国際調査報告】
2005538335.tif 000012
2005538335.tif 000013
2005538335.tif 000014
2005538335.tif 000015
2005538335.tif 000016
2005538335.tif 000017