(57)【要約】  熱交換ライン（３０）中で圧縮された空気流を冷却し圧縮冷却空気流を生成すること、圧縮冷却空気流の少なくとも一部をカラムシステムに送ること、プロセス流（４７）を液化し（６０）第１液体生成物を生成すること、貯蔵タンク（５０）内に第１液体生成物の少なくとも一部を貯蔵すること、貯蔵タンクから第１液体生成物の少なくとも一部を供給物の１つとして空気分離ユニットに送ること（６０、６１）、カラムシステムのカラムから少なくとも１つの第２液体生成物流を抽出すること、前記少なくとも１つの第２液体生成物流（６）を加圧すること、熱交換ライン中で加圧された第２液体生成物流を気化させ加圧ガス生成物を生成すること、低温ガス（４０）を（前記熱交換ライン中で完全に昇温させることなく）抽出することを含む、蒸留カラム（１０、１１）システムを用いる空気分離ユニットにおいて圧縮ガス状生成物を製造するための低温空気分離プロセスおよび装置
2007516407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸留カラムシステムを用いる空気分離ユニットにおいて、加圧されたガス生成物を製造するための、低温空気分離方法であって、以下の工程：
ａ）熱交換ライン内で圧縮空気流を冷却し、圧縮冷却空気流を生成する工程、
ｂ）前記圧縮冷却空気流の少なくとも一部を、前記システムの１つのカラムに送る工程、
ｃ）第１の時間帯において、プロセス流を液化して第１の液体生成物を生成し、およびこの第１の液体生成物の少なくとも一部を貯蔵する工程、
ｄ）第２の時間帯において、前記貯蔵された第１の液体生成物を、供給物の１つとして、前記空気分離ユニットに送る工程、
ｅ）少なくとも１つの第２の液体生成物流を加圧する工程、
ｆ）前記熱交換ライン内で、前記加圧された第２の液体生成物流を気化させ、加圧されたガス状生成物を生成する工程、および
ｇ）前記第２の時間帯の間、約−１９５℃〜約−２０℃の温度で、前記空気分離ユニットから低温ガスを抽出する工程
を含む低温空気分離方法。
【請求項２】
前記加圧されたガス状生成物が、酸素生成物である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加圧されたガス状生成物が、窒素生成物である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記空気分離ユニットは、コールドボックスの内部にあり、および前記低温ガスを、約−１９５℃〜約−２０℃の温度において、前記空気分離ユニットのコールドボックスから抽出する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
工程ｃ）の前記プロセス流は、いずれもの割合の酸素、窒素およびアルゴンを含有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
工程ｃ）の前記プロセス流は、純粋窒素、空気、少なくとも３７モル％の酸素を含む酸素、少なくとも６５モル％の酸素を含む酸素、少なくとも８５モル％の酸素を含む酸素、および少なくとも９９．５モル％を含む酸素のうちの少なくとも１つである請求項１に記載の方法。
【請求項７】
工程ｇ）の前記低温ガスが、窒素リッチなガス、純粋窒素ガス、空気、空気と同様の組成を有するガス、酸素リッチなガス、および純粋酸素生成物を含む群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
工程ｅ）の前記第２の液体生成物が、工程ｃ）の前記貯蔵された第１の液体生成物と同じである請求項１に記載の方法。
【請求項９】
工程ｃ）を、電気料金が、予め決められた基準以下の場合に行う請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
工程ｃ）を、電気料金が、予め決められた基準以下の場合に限り行う請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
工程ｄ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に行う請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
工程ｄ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に限り行う請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
工程ｇ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に行う請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
工程ｇ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に限り行う請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
工程ｇ）の前記低温ガスの少なくとも一部を加熱し、エネルギーを回収するために熱膨張機（hot expander）内で膨張させる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
工程ｇ）の前記低温ガスの少なくとも一部を、エネルギー回収のためにガスタービン中に注入する請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
工程ｇ）の前記低温ガスの少なくとも一部を、空気分離ユニットに再循環させる請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記空気分離ユニットが、ＩＧＣＣ設備に、加圧されたガス状酸素生成物を供給する請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
ＩＧＣＣ設備が、ガスタービンを備え、以下の工程：
ａ）電気料金が、予め決められた基準以下の場合に、前記ガスタービンから空気を抽出する工程、および
ｂ）上記抽出された空気を、前記空気分離ユニットに供給する工程
をさらに包含する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
電気料金が、予め決められた基準よりも高い場合に、加圧された低温ガスを、前記ガスタービンに注入する工程を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ＬＮＧを気化させることによる冷却を、前記第１の液体生成物の液化コストを下げるために回収する請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
電気料金が予め決められた基準以下である場合の、前記熱交換器において冷却される空気の量と比較して、電気料金が予め決められた基準を上回る場合の、前記熱交換器内の圧縮された空気の流量を低下させることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記低温ガスを、前記熱交換ライン中で昇温させることなく、前記空気分離ユニットから取り出す請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記低温ガスを、前記熱交換ライン中で部分的に昇温させた後に、前記空気分離ユニットから取り出す請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記低温ガスを、前記熱交換ラインの温末端（warm end）のみを横切ることにより冷却した後に、前記空気分離ユニットから取り出す請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
蒸留カラムシステムを用いる空気分離ユニットにおいて、加圧されたガス状生成物を製造するための低温空気分離方法であって、以下の工程：
ａ）熱交換ライン中で圧縮空気流を冷却し、圧縮冷却空気流を生成する工程、
ｂ）前記圧縮冷却空気流の少なくとも一部を、前記システムの１つのカラムに送る工程、
ｃ）第１の時間帯において、プロセス流を液化して、第１の液体生成物を生成し、および前記第１の液体生成物の少なくとも一部を貯蔵する工程、
ｄ）第２の時間帯において、上記貯蔵された第１の液体生成物を、供給物の１つとして、前記空気分離ユニットに送る工程、
ｅ）少なくとも１つの第２の液体生成物流を加圧する工程、
ｆ）前記熱交換ラインにおいて、上記加圧された第２の液体生成物流を気化させ、加圧されたガス状生成物を生成する工程、
ｇ）上記第２の時間帯の間に、前記空気分離ユニットから低温ガスを抽出し、約−１８０℃〜−５０℃の入口温度および高くとも−２０℃の出口温度を有する圧縮機内で、前記低温ガスを圧縮し、加圧されたガスを生成する工程
を含む低温空気分離方法。
【請求項２７】
前記加圧されたガス状生成物が、酸素生成物である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記加圧されたガス状生成物が、窒素生成物である請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
工程ｃ）の前記プロセス流が、いずれもの割合の酸素、窒素およびアルゴンを含有する請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
工程ｃ）の前記プロセス流が、純粋窒素、空気、少なくとも３７モル％の酸素を含む酸素、少なくとも６５モル％の酸素を含む酸素、少なくとも８５モル％の酸素を含む酸素、および少なくとも９９．５モル％を含む酸素のうちの少なくとも１つである請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
工程ｇ）の前記低温ガスが、窒素リッチなガス、純粋窒素、空気、空気と同様の組成を有するガス、酸素リッチなガスおよび純粋酸素生成物を含む群から選択される請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
工程ｃ）を、電気料金が、予め決められた基準以下である場合に行う請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
工程ｃ）を、電気料金が、予め決められた基準以下である場合に限り行う請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
工程ｄ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に行う請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
工程ｄ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に限り行う請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
工程ｇ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に行う請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
工程ｇ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に限り行う請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記低温ガスを、前記圧縮機内で、３５〜８０ｂａｒ絶対圧の圧力まで圧縮する請求項２６に記載の方法。
【請求項３９】
前記加圧されたガスの少なくとも一部を加熱し、エネルギー回収のために熱膨張機内で膨張させる請求項２６に記載の方法。
【請求項４０】
前記加圧されたガスの少なくとも一部を、エネルギー回収のために、ガスタービン中に注入する請求項２６に記載の方法。
【請求項４１】
前記加圧されたガスの少なくとも一部を、前記空気分離ユニットのカラムシステムに再循環させる請求項２６に記載の方法。
【請求項４２】
前記空気分離ユニットが、ＩＧＣＣ設備に、加圧されたガス状酸素生成物を供給する請求項２６に記載の方法。
【請求項４３】
前記ＩＧＣＣ設備が、ガスタービンを備え、以下の工程：
ａ）電気料金が、予め決められた基準以下である場合に、前記ガスタービンから空気を抽出する工程、
ｂ）上記抽出した空気を、前記空気分離ユニットに送る工程
をさらに包含する請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
電気料金が、予め決められた基準よりも高い場合に、前記加圧された低温ガスを、前記ガスタービンに注入する工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項４５】
以下の工程：
ａ）前記熱交換ライン中で、前記加圧されたガスを昇温させる工程、
ｂ）前記熱交換ライン中で追加のガスを冷却し、低温追加ガスを生成する工程、および
ｃ）低温追加ガスを、より高い圧力にまで低温圧縮する工程
をさらに包含する請求項２６に記載の方法。
【請求項４６】
双方のガスを、約１０〜約２０ｂａｒ絶対圧まで圧縮する請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
ＬＮＧを気化させることによる冷却を、前記第１の液体生成物の液化コストを下げるために回収する請求項２６に記載の方法。
【請求項４８】
電気料金が予め決められた基準以下である場合の、前記熱交換ラインにおいて冷却される空気の量と比較して、電気料金が予め決められた基準を上回る場合の、前記熱交換ラインにおける圧縮空気の流量を低下せることを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項４９】
前記低温ガスを、前記熱交換ライン中で昇温させることなく、前記空気分離ユニットのコールドボックスから取り出す請求項２６に記載の方法。
【請求項５０】
前記低温ガスを、前記熱交換ライン中で部分的に昇温させた後に、前記空気分離ユニットのコールドボックスから取り出す請求項２６に記載の方法。
【請求項５１】
前記低温ガスを、前記熱交換ラインの温末端のみを横切ることにより冷却した後に、前記空気分離ユニットのコールドボックスから取り出す請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記熱交換ラインにおいて、前記加圧されたガスを昇温させる工程を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項５３】
前記空気分離ユニットが、コールドボックス内に収容され、および約−１９５℃〜約−２０℃の温度で、前記コールドボックスから低温ガスを抽出する請求項１に記載の方法。
【請求項５４】
ａ）蒸留カラムシステム、
ｂ）熱交換ライン、
ｃ）少なくとも前記蒸留カラムシステムと前記熱交換ラインを収容するコールドボックス、
ｄ）前記熱交換ラインに供給空気を送るための導管、
ｅ）前記熱交換ラインから前記カラムシステムに、冷却された供給空気を送るための導管、
ｆ）第１の液体生成物を、前記カラムシステムに送るための手段、
ｇ）前記カラムシステムの１つのカラムから、液体を取り出すための導管、
ｈ）前記液体を、前記熱交換ラインへ送るための導管、
ｉ）前記熱交換ラインから、気化された液体を取り出すための導管、および
ｊ）前記システムの１つのカラムからガスを抽出し、および前記空気分離装置からガスを、熱交換ライン全体に渡って横切ることによりガスを昇温させることを伴わずに取り出すための導管
を含む空気分離装置。
【請求項５５】
前記カラムシステムのいずれかのカラムの外部に、前記第１の液体生成物を貯蔵するための手段を含む請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
ガスを抽出するための前記導管に接続されたガス圧縮機を含む請求項５４に記載の装置。
【請求項５７】
入口と出口を有し、前記入口が、前記熱交換器の中間地点において、圧縮空気の導管に接続された空気圧縮機を含む請求項５４に記載の装置。
【請求項５８】
膨張機と、前記低温ガス圧縮機において圧縮されたガスを、前記膨張機の上流地点に送るための導管を有するガスタービンを含む請求項５４に記載の装置。
【請求項５９】
前記空気分離装置から前記ガスを、前記熱交換ライン中で前記ガスを昇温させることなく取り出すための導管を含む請求項５４に記載の装置。
【請求項６０】
前記第１の液体生成物を生成するために、ガスを液化させるための手段を含む請求項５４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の分野
本発明は、空気分離方法および関連する装置に関する。
【０００２】
発明の背景
空気分離は、非常に電力の高い技術であり、化学薬品工場、精錬所、製鋼所等のようなトン単位での用途のための大量の工業用ガスを製造するためには、何千ものキロワット、または数メガワットの電力を消費する。
【０００３】
典型的な液体供給システムを、図１に示す。このタイプのプロセスにおいて、大気は、約６ｂａｒ絶対圧の圧力まで主空気圧縮機（ＭＡＣ）１により圧縮され、その後、低温で凍る可能性のある水分および二酸化炭素のような不純物を除去するために、吸着システム２中で精製され、精製された供給空気が得られる。この精製された供給空気の一部分である３は、熱交換器３０内でその露点付近にまで冷却され、蒸留のためにガスの形態で、ダブルカラムシステムの高圧カラム１０中に導入される。窒素リッチな液体４は、この高圧カラムの上端において抽出され、一部は、還流として低圧カラム１１の上端に送られる。高圧カラムの底部における酸素富化された液体流５は、供給物として、低圧カラムに送られる。簡潔にするため図中には示さないが、過冷却器中で、これらの液体４および５は、低温ガスと接触して膨張する前に過冷却される。酸素液体６は、低圧カラム１１の底部から抽出され、必要な圧力にまでポンプにより加圧された後、交換器３０において気化され、ガス状の酸素生成物７が生成される。精製された供給空気の他の部分８は、気化させる酸素富化流と接触して熱交換器３０内で凝縮するために、高圧にまでブースター空気圧縮機（ＢＡＣ）２０中でさらに圧縮される。酸素リッチな生成物の圧力に依存するが、この高められた空気圧は、６５ｂａｒ付近であり得るか、または時には、８０ｂａｒを超え得る。凝縮された昇圧空気９は、蒸留のための供給物として、カラムシステム、例えば、高圧カラムに送られる。液体空気の一部は、高圧カラムから取り出され、低圧カラム、続く過冷却および膨張に送られる。高圧カラムの上端から窒素リッチな液体を抽出した後、これを高圧にまで加圧し（流１３）、酸素液体と同じように、交換器内で気化させることも可能である。供給空気のごく一部（流１４）を、さらに圧縮し、カラム１１の中へと膨張させ、ユニットの冷却を提供する。任意に、クロード膨張機（Claude expander）または窒素膨張機のような、冷却を提供する代替手段およびさらなる手段を用いてもよい。
【０００４】
廃棄窒素は、低圧カラムの上端から取り出され、交換器３０内で昇温する。その上端のコンデンサが、酸素富化された液体５により冷却される標準アルゴンカラムを用いて、アルゴンを製造する。
【０００５】
工業的用途のための圧力下でガス状酸素を製造する、典型的に３，０００トン／日の酸素プラントは、一般的に、約５０ＭＷを消費し得る。パイプライン操作のための酸素プラントのネットワークは、数百メガワットの電力を提供できる電力供給を必要とすることとなる。実際、電力は、空気分離プラントの主な操業コストであり、これは、その原料または供給材料は、大気であり、本質的に無料であるためである。電力は、空気圧縮または製品圧縮のための圧縮機を運転するために用いられる。従って、電力消費またはプロセス効率は、空気分離ユニット（ＡＳＵ）の設計および操業における最も重要な因子の一つである。通常＄／ｋＷｈで表される電力料金は一日を通して一定ではなく、ピークまたはオフピークに依存して幅広く変化する。一日を通して、電力料金は、強い需要が存在する時間、またはピーク時に最も高く、低い需要の間、またはオフピーク時に最も低いということがよく知られている。電力会社は、工業用電力使用者が、ピーク時の間その電力消費を節約することができる場合に、かなりのコスト削減を提供する。従って、空気分離ユニットを操業する会社は、常に、光熱費を低下させるために、電力需要を見守りながら、プラントの操業条件を調節しようとする強い意欲を有している。この可変の電力料金問題に対する経済的な解決策を提供するために、解決手段が必要とされていることは明らかである。
【０００６】
電力ピークが起こる時間は、全体的には、製品需要ピークとは異なり得、例えば、温暖な天気は、冷暖房装置に起因する高い電力需要を生じ得る一方で、製品の需要は、通常のレベルのままであるということに留意することは有用である。いくつかの区域において、工業用ガスの主な使用者である製造プラントの工業生産高が、通常最も高いレベルにある日中にピークが生じ、他の活動の高い電力使用と併用した場合に、配電網に対する非常に高い需要を招くこととなる。この高い電力使用は、潜在的な不足を引き起こし、電力会社は、電力供給の他の供給源を割り当てなければならず、これは、一時的に高い電力料金をもたらす。また、通常夜に、電力需要はより低くなり、電力は豊富に入手でき、従って、電力会社は、使用を推奨し、および低減した負荷で発電プラントの操業効率を保つために、電力料金を下げることができる。ピーク時の電力料金は、オフピーク時の電力料金と比べて２倍、または数倍高くなり得る。この出願において、「ピーク」という語は、電力料金が高い時間帯を表現し、「オフピーク」という語は、電力料金が低い時間帯を意味する。
【０００７】
工業用電力使用者にとって、電力料金は通常取り決められ、および電力契約において前もって決められる。電力料金の日変化に加えて、時に、通常電源装置のための備えまたは割当量が存在し、電力網に対して高い電力需要の時間帯に、電力会社は、比較的短い事前通告をもって、これらの使用者への供給を削減することができ、見返りとして、提示される全体的な電力料金は、通常の電力料金よりもかなり低いものであり得る。この種の取り決めは、電力供給者のネットワーク管理に沿って、使用者にその消費を調節させるさらなる動機を提供する。従って、プラント装置が、このような柔軟性を実行することができる場合に限り、かなりのコスト削減を達成することができる。電力契約により示される電力費用構造に基づいて、使用者は、電力料金の予め決めた基準を決めることができ、電力低減の機構を誘発する。つまり、電力料金が、予め決めた基準を上回る場合には、電力使用を縮小し、コストを下げ、電力料金が、予め決めた基準以下の場合には、電力使用を、通常レベルまたは所望される場合により高くにまで増やす。
【０００８】
可変の電力料金の問題に取り組むための簡単なアプローチは、ピーク時の間プラントの電力消費量を低下させながら、一方で、顧客の要求を満たすために、製品の生産高を維持することである。しかしながら、空気分離プラントの極低温プロセスは、蒸留カラムを含むためにさほど柔軟性がなく、および製品規格は、かなり高い純度を必要とする。非常に短い時間においてプラントの生産高を低下させようとする試み、または製品需要に合致するようにプラントの製造を迅速に高めるための試みは、プラント安定性および製品完全性に対して不利益な効果を有し得る。極低温プラントの可変の製品需要に付随する問題をどのように解決するかということを提案するために、種々の特許が書かれている。
【０００９】
ＵＳ特許第３，０５６，２６８号は、液体形態下で酸素および空気を貯蔵し、および冶金工場のような、顧客の可変の需要を満たすようにガス状の製品を製造するように液体を気化させる技術を教示している。液体酸素は、その需要が高い時に気化させる。この気化は、ダブルカラム空気分離ユニットの主コンデンサを経由する液体窒素の凝縮により平衡を保っている。
【００１０】
米国特許第４，５２９，４２５号は、可変の需要の問題を解決するための、米国特許第３，０５６，２６８号のものと同様の技術を教示しているが、液体空気の代わりに液体窒素を用いる。
【００１１】
米国特許第５，０８２，４８２号は、容器中に液体酸素の一定の流量を送り、および可変の酸素需要の必要条件に合致するように、液体酸素の可変の流量を容器から回収することによる、米国特許第３，０５６，２６８号の別の案を提供している。回収された液体酸素は、交換器内で、入ってくる空気の対応する流れの凝縮により気化される。
【００１２】
米国特許第５，０８４，０８１号は、米国特許第４，５２９，４２５のさらに他の方法を教示しており、ここで、他の媒介液体である酸素富化された液体が、可変の需要に取り組むように、緩衝化した製品として、従来の液体酸素および液体窒素に加えて用いられる。富化酸素液体の使用は、可変の需要の時間の間、アルゴンカラムを安定化させる。
【００１３】
可変の製品需要に取り組むためのさらに他のアプローチにおいて、米国特許第５，６６６，８２３号は、空気分離ユニットと高圧燃焼タービンを効率よく統合するための技術を教示している。低い製品需要の期間中に燃焼タービンから抽出された空気は、空気分離ユニットに供給され、一部は膨張して液体を生成する。製品需要が高い時は、より少ない空気が燃焼タービンから抽出され、これに先だって製造された液体が、より高い需要を満たすために系にフィードバックされる。高い製品需要の間は燃焼タービンから抽出される空気が不足しているため、液体により提供される冷却は、膨張機を動かさないことにより埋め合わされる。
【００１４】
上記の刊行物は、可変の需要の技術的な問題、特に、製品の需要が幅広く変化する時間の間、蒸留カラムの安定性を維持するために用いられる技術に取り組んでいた。しかしながら、上記のどれも、コスト削減を得るために、ピーク時とオフピーク時の電力料金構造に、空気分離プラントを適合させた場合の潜在的な値引きおよび節約という側面に直接的に取り組んでいない。また、工業的手法は、高い電力コスト時の空気分離ユニットの調節、および比較的変化しない製品需要とに関連する技術的な問題を解決していない。実際、空気分離ユニットの操業のこれらの２つの側面は、本来全く異なり、一方は、顧客の変化する需要により左右され、および他方は、比較的一定の需要を伴う可変の電力コストに左右される。
【００１５】
従って、ピーク時の電力消費の低減を可能にする一方で、顧客の需要を満足させるように、製品の供給を維持する空気分離プラントのための構成を考え出す必要性が存在する。この電力の低減を補うために、これを補う電力消費を、オフピーク時に、より低い電力料金で行われるように取り決めることができる。製品の一部は、低い電力料金で製造され、高い電力料金時に顧客に供給されるために、電力料金のかなりの割引率を得ることができる。
【００１６】
発明の概要
本発明は、ピーク時の電力消費の低減に伴う問題を解決すると同時に、同様の製品生産高を維持することができる技術を提供し、従って、電力コスト節約を達成することができる。
【００１７】
鍵となる側面は、
ａ）オフピーク時においてプロセス流を液化して、第１の液体生成物を製造すること、
ｂ）ピーク時において、空気分離ユニットに、製造した第１の液体生成物を供給すること、
ｃ）空気圧縮機により供給される空気供給物を低減させ、供給流中に含まれる酸素の総量を本質的に同一に保つこと、
ｄ）カラムシステムから少なくとも１種の生成物を回収し、およびその圧力をポンプで送り込むことにより上昇させた後、ガス状生成物を生成するために、熱交換器内で気化させること、
ｅ）低温で、系から冷却ガスを回収すること、および
ｆ）低温ガス圧縮機で、生成した低温ガスをより高い圧力に低温で圧縮すること
を含む。
【００１８】
本発明の本質および目的のさらなる理解のために、以下の詳細な記載に、添付した図面とあわせて言及し、図中、同種の要素は、同じまたは類似の参照番号を与える。
【００１９】
好ましい態様の記載
本発明によれば、蒸留カラムのシステムを用いる、空気分離ユニットにおける加圧ガス生成物を製造するための低温空気分離方法を提供し、これは以下の工程：
ｉ）熱交換ライン中の圧縮空気流を冷却し、圧縮冷却空気流を生成する工程、
ｉｉ）上記圧縮冷却空気中の少なくとも一部を、システムの１つのカラムに送る工程、
ｉｉｉ）第１の時間帯において、プロセス流を液化して第１の液体生成物を生成し、およびこの第１の液体生成物の少なくとも一部を貯蔵する工程、
ｉｖ）第２の時間帯において、上記の貯蔵された第１の液体生成物を、供給物の１つとして空気分離ユニットに送給する工程、
ｖ）少なくとも１つの第２の液体生成物流を加圧する工程、
ｖｉ）熱交換ライン中で、上記の加圧された第２の液体生成物流を気化させ、加圧されたガス生成物を生成する工程、および
ｖｉｉ）上記第２の時間帯の間中、  の間の温度で、空気分離ユニットから低温ガスを抽出する工程
を含む。
【００２０】
本発明の任意の側面によれば、
加圧されたガス生成物は、酸素生成物であり、
加圧されたガス生成物は、窒素生成生物であり、
低温ガスは、−１９５℃〜−２０℃、好ましくは−１８０℃〜−５０℃の温度で、空気分離ユニットのコールドボックスから抽出され、
工程ｃ）のプロセス流は、いずれもの割合の酸素、窒素およびアルゴンを含み、
工程ｃ）のプロセス流は、純粋窒素、空気、少なくとも３７モル％の酸素を含む酸素、少なくとも６５モル％の酸素を含む酸素、少なくとも８５モル％の酸素を含む酸素、少なくとも９９．５モル％を含む酸素のうちの少なくとも１つであり、
工程ｇ）の低温ガスが、窒素リッチなガス、純粋窒素ガス、空気、空気と同様の組成を有するガス、酸素リッチなガス、および純粋酸素生成物を含む群から選択され、
工程ｅ）の第２の液体生成物は、工程ｃ）の貯蔵された第１の液体生成物と同一であり、
工程ｃ）を、電気料金が、予め決められた基準以下の場合に行い、
工程ｃ）を、電気料金が、予め決められた基準以下の場合に限り行い、
工程ｄ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に行い、
工程ｄ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に限り行い、
工程ｇ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に行い、
工程ｇ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に限り行い、
工程ｇ）の低温ガスの少なくとも一部を加熱し、エネルギーを回収するために熱膨張機（hot expander）内で膨張させ、
工程ｇ）の低温ガスの少なくとも一部を、エネルギー回収のために、ガスタービン中に注入し、
工程ｇ）の低温ガスの少なくとも一部を、空気分離ユニットに再循環し、
空気分離ユニットは、ＩＧＣＣ設備に加圧されたガス状酸素生成物を供給し、
ＩＧＣＣ設備は、ガスタービンを備え、以下の工程：
ａ）電力の料金が、予め決められた基準以下の場合に、ガスタービンから空気を抽出する工程、および
ｂ）上記抽出した空気を、空気分離ユニットに供給する工程
をさらに包含し、
電気料金が、予め決められた基準よりも高い場合に、ガスタービンに加圧された低温ガスを注入し、
ＬＮＧを気化させることによる冷却を、第１の液体生成物の液化コストを低下させるために回収し、
電気料金が、予め決められた基準以下の場合の熱交換器内で冷却された空気の量と比較して、電気料金が予め決められた基準を上回る場合の、熱交換器中の圧縮された空気の流量を低減し、
熱交換ライン中で昇温させることなく空気分離ユニットから低温ガスを取り出し、
熱交換ライン中で部分的に昇温させた後に、空気分離ユニットから低温ガスを取り出し、
低温ガスを、熱交換ラインの温末端（warm end）のみを横断することにより冷却した後に、空気分離ユニットから取り出す。
【００２１】
本発明によれば、蒸留カラムのシステムを用いる空気分離ユニットにおいて、加圧されたガス生成物を製造するための低温空気分離方法を提供し、これは、以下の工程：
ｉ）熱交換ライン中の圧縮空気流を冷却し、圧縮冷却空気流を生成する工程、
ｉｉ）圧縮冷却空気流の少なくとも一部を、システムの１つのカラムに送る工程、
ｉｉｉ）第１の時間帯において、プロセス流を液化して第１の液体生成物を生成し、およびこの第１の液体生成物の少なくとも一部を貯蔵する工程、
ｉｖ）第２の時間帯において、上記の貯蔵した第１の液体生成物を、供給物の１つとして空気分離ユニットに送る工程、
ｖ）少なくとも１つの第２の液体生成物流を加圧する工程、
ｖｉ）熱交換ライン中で、上記の加圧された第２の液体生成物流を気化させ、加圧されたガス生成物を生成する工程、および
ｖｉｉ）上記の第２の時間帯の間、空気分離ユニットから低温ガスを抽出し、−１８０℃〜−５０℃の入口温度および高くとも−２０℃の出口温度を有する圧縮機中で、上記低温ガスを圧縮し、加圧ガスを生成する工程
を含む。
【００２２】
本発明のさらなる任意の側面によれば、
加圧されたガス生成物は、酸素生成物であり、
加圧されたガス生成物は、窒素生成物であり、
工程ｃ）のプロセス流は、いずれもの割合の酸素、窒素およびアルゴンを含み、
工程ｃ）のプロセス流は、純粋窒素、空気、少なくとも３７モル％の酸素を含む酸素、少なくとも６５モル％の酸素を含む酸素、少なくとも８５モル％の酸素を含む酸素、および少なくとも９９．５モル％を含む酸素のうちの少なくとも１つであり、
工程ｇ）の低温ガスが、窒素リッチなガス、純粋窒素、空気、空気と同様の組成を有するガス、酸素リッチなガス、および純粋酸素生成物を含む群から選択され、
工程ｃ）を、電気料金が、予め決められた基準以下の場合に行い、
工程ｃ）を、電気料金が、予め決められた基準以下の場合に限り行い、
工程ｄ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に行い、
工程ｄ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に限り行い、
工程ｇ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に行い、
工程ｇ）を、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に限り行い、
圧縮機中で、３５〜８０ｂａｒ絶対圧の圧力まで、低温ガスを圧縮し、
加圧されたガスの少なくとも一部を加熱し、および熱膨張機中で膨張させてエネルギーを回収し、
加圧されたガスの少なくとも一部を、エネルギー回収のために、ガスタービン中に注入し、
加圧されたガスの少なくとも一部を、空気分離ユニットのカラムシステムに再循環し、
空気分離ユニットが、ＩＧＣＣ設備に、加圧されたガス状酸素生成物を供給し、
ＩＧＣＣ設備は、ガスタービンを備え、以下の工程：
ａ）電気料金が、予め決められた基準以下の場合に、ガスタービンから空気を抽出する工程、および
ｂ）上記抽出された空気を、空気分離ユニットに供給する工程
をさらに包含し、
プロセスは、電気料金が予め決められた基準よりも高い場合に、加圧された低温ガスを、ガスタービンに注入する工程を含み、
プロセスは、
ａ）熱交換ライン中で加圧されたガスを昇温させる工程、
ｂ）熱交換ライン中で追加のガスを冷却し、低温追加ガスを精製する工程、および
ｃ）低温追加ガスを、高圧にまで低温で圧縮する工程
を含み、
双方のガスを、１０〜２０ｂａｒ絶対圧まで圧縮し、
ＬＮＧを気化させることによる冷却を、第１の液体生成物の液化コストを低下させるために回収し、
プロセスは、電気料金が予め決められた基準以下の場合の熱交換器中で冷却された空気の量と比較して、電気料金が予め決められた基準を上回る場合の、熱交換ライン中の圧縮された空気の流量を低減させることを含み、
低温ガスを、熱交換ライン中で昇温させることなく、空気分離ユニットのコールドボックスから取り出し、
低温ガスを、熱交換ライン中で部分的に昇温した後に、空気分離ユニットのコールドボックスから取り出し、
低温ガスを、熱交換ラインの温かい末端のみを横切ることにより冷却した後に、空気分離ユニットのコールドボックスから取り出し、
プロセスは、熱交換ライン中で加圧されたガスを昇温させる工程を含み、
空気分離ユニットは、コールドボックス内に含まれ、−１９５℃〜−２０℃の温度で、コールドボックスから低温ガスを抽出する。
【００２３】
本発明のさらなる側面よれば、以下、
ａ）蒸留カラムのシステム、
ｂ）熱交換ライン、
ｃ）少なくとも蒸留カラムのシステムと熱交換ラインを収容するコールドボックス、
ｄ）供給空気を、熱交換ラインに送るための導管、
ｅ）熱交換ラインからの低温供給空気を、カラムシステムに送るための導管、
ｆ）カラムシステムに第１の液体生成物を送るための手段、
ｇ）カラムシステムの１つのカラムから、液体を取り出すための導管、
ｈ）液体を、熱交換ラインに送るための導管、
ｉ）熱交換ラインから気化された液体を取り出すための導管、および
ｊ）システムのカラムからガスを抽出するための、および熱交換ライン全体を横切ることによりガスを昇温させることを伴わずに、空気分離装置からガスを取り出すための導管
を含む空気分離装置を提供する。
【００２４】
好ましくは、ガスを抽出するための導管は、装置のリボイラ−コンデンサに接続されない。
【００２５】
さらなる任意の側面によれば、装置は、
カラムシステムのいずれかのカラムの外部で、第１の液体生成物を貯蔵するための手段、
ガスを抽出するための導管に接続されたガス圧縮機、
入口と出口を有する空気圧縮機であって、空気圧縮機の入口が、熱交換器の中間地点において、圧縮ガス導管に接続されている空気圧縮機、
膨張機、および低温ガス圧縮機中で圧縮されたガスを、膨張機の上流地点に送るための導管を有するガスタービン、
熱交換ライン中でガスを昇温させることなく、空気分離装置からガスを取り出すための導管、
第１の液体生成物を生成するためにガスを液化するための手段
を含む。
【００２６】
ここで、本発明を、図面を参照して極めて詳細に記載する。図２〜１３は、本発明による空気分離方法を示す。
【００２７】
本発明は、液体を供給される空気分離方法に特に適している。
【００２８】
本方法は、少なくとも２つの作動モードを有し、１つは、電気料金が、予め決められた基準以下の時間に対応し（図２）、および１つは、電気料金が、予め決められた基準を上回る場合に対応する（図２Ａ）。
【００２９】
電気料金が予め決められた基準以下の場合には、装置は、次の通り、図２に従って作動する。大気を、主空気圧縮機（ＭＡＣ）１により、約６ｂａｒ絶対圧の圧力まで圧縮した後、低温で凍結し得る水分および二酸化炭素のような不純物を取り除くために、吸着システム２において精製して、精製された供給空気を得る。この精製供給空気の一部３を、熱交換器３０内でその露点付近にまで冷却し、蒸留のためにガスの形態で、ダブルカラムシステムの高圧カラム１０の中に導入する。窒素リッチな液体４を、高圧カラムの上端において抽出し、一部を、還流として、低圧カラム１１の上端に送る。高圧カラムの底部の酸素富化された液体流５を、供給物として低圧カラムに送る。２つの液体４および５を、膨張させる前に過冷却する。酸素液体６を、低圧カラム１１の底部から抽出し、ポンプにより所望される圧力にまで加圧した後、交換器３０内で気化させ、ガス状酸素生成物７を生成する。精製された供給空気の他の部分８を、気化する酸素富化された流と接触して交換器３０内で凝縮するように、ブースター空気圧縮機（ＢＡＣ）２０中で高圧にまでさらに圧縮する。酸素リッチな生成物の圧力に依存するが、この高められた空気圧力は、典型的には、約４０〜５０ｂａｒの酸素圧に対して約６５〜８０ｂａｒであり、時に８０ｂａｒを超える。示すように、流８の流量は、圧縮機１の総流量の約３０〜４５％を示す。凝縮された昇圧空気９を、蒸留のための供給物としてカラムシステム、例えば高圧カラムに送る。液体空気の一部（流れ６２）を高圧カラムから取り出して、低圧カラムに送ってもよい。高圧カラムの上端から窒素リッチな液体を抽出した後、高圧でこれをポンプで押し出し（流１３）、および酸素液体と同様の方法で、交換器内で気化させることも可能である。供給空気のごく一部（流１４）をさらに圧縮し、カラム１１の中へと膨張させ、ユニットの冷却を提供する。クロード膨張機（Claude expander）または窒素膨張機（nitrogen expander）のような、冷却を提供する任意に他の手段またはさらなる手段を用いてもよい。
【００３０】
廃棄窒素または低圧窒素を低圧カラムの上端から取り出し、全ての流れを、交換器３０内で昇温させる。
【００３１】
アルゴンは、その先端部のコンデンサが、酸素富化された液体５を用いて冷却される標準アルゴンカラムを用いて、任意に製造される。
【００３２】
窒素ガスを、必要に応じて、圧縮機４５、４６により高圧にまで圧縮し、窒素生成物流４８を得ることができる。
【００３３】
電気料金が予め決められた基準以下の期間は、空気を、図３〜５に記載されるいずれもの手段により液化する。例えば、図２において、水分およびＣＯ２を含まないガス状圧縮空気（流４７）を吸着器２の後に取り出し、外部の液化装置（liquefier）６０に送り、液体空気流４９を製造する。この液体空気を、タンク５０内に貯蔵する。好ましくは、この期間中は、貯蔵タンク５０からカラムには、空気は送られない。
【００３４】
電気料金が予め決められた基準を上回る際には、装置は、次の通り、図２Ａに従って作動する。
【００３５】
液体空気が、貯蔵タンク５０から、導管９に接続された導管６０を介して高圧カラム１０に、および導管６１を介して低圧カラム１１に流れる。好ましくは、液化装置における空気の液化は、この期間中は行われない。
【００３６】
タンク５０からカラムシステムに液体を送る際には、ユニットの供給物の酸素における全体のバランスを保存することができるように、主空気圧縮機１の流量を、液体空気の量と本質的に等しい量だけ削減することができる。上に示す通り、膨張機４４の流量１４はかなり少なく、任意には除くことができ、圧縮機１の流量は、それに応じて調節され得る。膨張機を省略される結果の失われた冷却作業を、容易に、上記の液体空気の量により補償することができる。従って、流８を６０を介する液体空気流と置き換えることにより、圧縮機２０を停止することができ、圧縮機１の流量を、２０〜５５％削減することができる。これらの削減は、ユニットの電力消費の急落をもたらす。カラムシステムに供給する種々の流の流量は同様であるために、蒸留操作は、これらの変化により影響を受けず、製品純度は損害を受けない。しかしながら、かなりの量の液体空気を供給すること、並びに昇圧された空気の部分９を除くこと、および圧縮機１の流量を削減することにより、主交換器３０は、入ってくる流量と出ていく流量、および冷却の点からみてバランスを失うようになる。流量および冷却のバランスを回復するために、低温で出て行く低温ガスの流量を、システムから抜き出す必要がある。図２Ａは、低圧カラムからの廃棄窒素の部分４０を、交換器３０またはいずれもの他の交換器内で昇温させることなくシステムから除去する、このような操作の考えられる手順を示す。流４０は、その入口が低温である圧縮機７０において任意に圧縮される。低温ガス流は、低圧カラム１１の底部におけるガス状酸素生成物を含む、適切な流量と温度を伴ういずれもの低温ガスであり得る。コールドボックスを離れる低温ガス温度は、約−１９５℃〜約−２０℃、好ましくは−１８０℃〜−５０℃である。主交換器３０、および過冷却器のような他の低温熱交換器は、空気分離ユニットの熱交換ラインとも呼ばれる熱交換システムを構成する。この熱交換ラインは、入ってくる供給ガスと出ていくガス状生成物との間の熱交換を促進して、供給ガスを、カラムに送る前に、その露点付近にまで冷却し、ガス状生成物を大気温度にまで昇温させる。
【００３７】
空気を液化するために必要とされる電力は、一般的に非常に高く、通常は、上記のように昇圧された空気流を置き換えるための液体空気の使用を経済的に正当化することはできない。しかしながら、先に説明した通り、ピーク時とオフピーク時の間の電力料金における大きな差が存在するために、電力料金が低い期間の間、例えば夜に、エネルギーの大きい工程である空気の液化を行うことが考えられ、従って、この液化工程により負担するコストは、法外ではない。従って、ピーク時の間は、先だって安価に製造したこの液体を使用してシステムに供給し、ユニットにより消費される流量または電力を削減することができることが明らかとなる。このような機略は、ユニットの電力消費を敏速に低下させる。その結果として、ピーク時の間の電力の高値を支払う費用を、最小限にすることができる。本質的に、この新規発明は、低い電力料金時の間に、蒸留のために必要とされるガスの分子を製造することを可能にし、および高い電力料金時の間に、これらの分子を効率的に用いることを可能にし、全体的なコスト節約を達成する。
【００３８】
ピーク時にシステムから抽出される低温ガスを、高圧にまで、低温で経済的に圧縮することができる。この低温圧縮により消費される電力は、周囲温度で行われる温圧縮と比べて低い。実際に、圧縮機ホイールにより消費される電力は、その注入絶対温度に直接比例する。１００Ｋで作動する圧縮機ホイールであれば、３００Ｋの周囲温度で作動する圧縮機ホイールの約１／３の電力を消費することとなる。従って、低温圧縮を用いることにより、その圧力を、比較的低い電力装置の費用で上昇させることにより、ガスのエネルギー価をさらに改善することができる。プロセスから抽出される低温ガスを、これを低温圧縮プロセスに供する代わりに、他の目的、例えば、他のプロセスを冷却する、他のガスを冷却する等のために用いることができることも明らかである。用途に応じて、低温ガスを直接低温圧縮する代わりに、低温ガスを、何らかの他の外部の回収熱交換器により、なお低温（−５０℃未満）である他の温度にまでわずかに昇温させた後、低温圧縮機（cold compressor）により圧縮することができる。
【００３９】
従来の空気分離ユニットは、コンデンサの凝縮できないパージ、または容器若しくはカラムの液体パージのような、わずかな低温流を大気中に絶え間なく排出することに留意するとよい。これらのパージ流は、通常、非常にわずかな流量、通常全体の空気供給の０．２％未満である。供給物としてこれらのパージ流を用いることができる希ガス回収ユニット（ネオン、クリプトン、キセノン等）が存在しない限り、これらパージ流の流量の程度はあまりにも小さいために、これらは、いかなる低温回収されることなく捨てられる。その一方で、本発明の回収された低温ガスは、流量がより大きく、その最少流量は、システムへの最少ガス状空気供給量の約４％であり、全体の空気供給量の７０％ほどであり得る。
【００４０】
オフピーク時における空気の液化を、図３に示されるように異なる装置を用いる、他の低温プラントにおいて行うことができる。ここで空気は、圧縮機１００内で圧縮され、液化装置２００に送られた後、貯蔵タンク５０に送られる。ピーク時の間、貯蔵タンク５０から図２Ａに記載されるＡＳＵへ液体空気が送られ、この場合において、貯蔵タンクはコールドボックスの外側に存在する。
【００４１】
液化を、図４に示されるように、空気分離ユニットに取り付けられた独立の液化装置を用いて行うことができ、ここで、主空気圧縮機１からの空気を分割し、一部を液化装置２００に送り、残りをＡＳＵに送る。その後、液化装置からの空気を貯蔵タンク５０に送り、そこから、ピーク時の間ＡＳＵに送る。
【００４２】
あるいは、液体空気を、図５に記載されるように、一体化された液体装置の場合のように、同様の装置を用いて、ＡＳＵ内で製造することができる。図６は、ピーク時の液体供給モードを示す。
【００４３】
液体貯蔵タンクは、コールドボックスに対して外部に位置する容器、またはコールドボックス内部に位置する容器であり得る。液体貯蔵タンクとして、特大の底から成る蒸留カラムを用いることもでき、この場合には、貯蔵される液体は、液体が、容器の底で製造されるために同様の組成を有する。液体レベルは、充填時にはカラムまたは容器の底で上昇してくる。
【００４４】
本発明に関連する、種々のプロセスパラメータのいくつかの他の作動条件をここに記載する。
【００４５】
オフピーク時に製造される液体空気の量は、ピーク持続時間の長さに対するオフピーク時の関連する長さに依存する。オフピーク時が短ければ短いほど、必要とされる液化速度はより高く、逆もまた同様である。ピークモードにおいて、液体空気供給量は、標準状態下の総空気供給の約２０〜３０％であり得る。
【００４６】
図１２を、ピーク時の間液体３０がシステムに供給される際に、プロセスから低温ガスを抽出するための一般的なガイドラインを与えるために用いることができる。示される通り、カラムシステム７１を、交換ライン６５に接続し、液体生成物１５、１６を、ポンプ２０、２１により、気化させるために交換器６５に送給する。交換器６５内で気化する全ての加圧された液体生成物の総計を、全気化液体と呼ぶ。加圧されたガス３１、３２を冷却し、交換器６５内で気化する生成物１５、１６と接触させて凝縮し、液体供給物２５、２６を得て、これは、カラムシステム７１中へと膨張する。全ての凝縮された加圧流の全流量を、全流入液体と呼ぶ。低温ガス１１を、以下のガイドラインに従って、システムから抽出することができる。すなわち、その流量は、全気化液体から全流入液体を差し引いたものの１．６〜２．６倍である：
低温ガスの流量＝ｋ［全気化液体−全流入液体］、ここで、ｋ＝１．６〜２．６。
【００４７】
液体生成物（酸素、窒素またはこれらの液体生成物の組み合わせ  を、上記の低温ガスに加えて、液体空気供給量を増加することにより抽出することができ、従って、液体生成物の製造のために必要とされる冷却を供給する。
【００４８】
さらなる態様
１．図２Ａにおいて上記した通り、低温ガスの低温圧縮を、単一工程で行うことができる。圧縮される低温ガスの最終圧力は、比較的低く、すなわち、圧縮ガス温度は、引き続き低いレベルであり、その後、図７に示すように、主空気圧縮機１からの追加の空気８５（または窒素ガス）を、交換ライン３０内で、低温圧縮機７０からの圧縮低温ガスを用いて冷却した後、この追加ガスを、低温圧縮機７５内でより高い圧力にまで圧縮することにより、圧縮ガス流量を増加させることができる。その後、２つの低温圧縮流を熱交換ライン３０の上流で混合して、流９５を生成する。この交換器を、図２Ａの主交換器３０と兼ねてもよい。図８も、この態様を記載する。
【００４９】
図８は、図２Ａのものに基づくＡＳＵを示し、ここで、低温低圧窒素４０を、１０〜２０ｂａｒ絶対圧、好ましくは１５ｂａｒ絶対圧まで圧縮する。低温圧縮機７０内で圧縮されたガスは、熱交換器３０の温末端のみにおいて昇温させる。主空気圧縮機１において圧縮された供給空気の一部を精製し、中間温度にまで交換器３０内で冷却した後、低温圧縮機７０の出口におけるものと同じ圧力にまで、低温圧縮機７５内で圧縮する。その後、低温圧縮機７０、７５内で圧縮された２つの流を混合し、例えば、ガスタービンの燃焼チャンバへ送り、ここで、混合流を加熱し、動力回収のためにタービン内で膨張させる。
【００５０】
２．他の態様を図９に記載し、低温圧縮機７０内での低温圧縮後の圧縮低温ガスを加熱し、電力回収または電力生成のために熱膨張機１１０内へ送ることができる。ピーク時の間に生成されるこの電力は、非常に貴重であり、および輸送することができ、さらなる収益を発生させることができる。低温圧縮機７０からの窒素を、交換器８０内で昇温させ、膨張機１１０において膨張させる前に、ヒーター９０によりさらに昇温させる。膨張機１１０からの排出ガスを交換器８０に送り、低圧縮窒素を昇温するために用いる。
【００５１】
図１０は、圧縮ガスが、動力回収のためにガスタービンへ送られる手順を示す。ここで、低温圧縮機７０からの窒素は、ガスタービン圧縮機１２０からの空気と混合された後に、ガスタービンの燃焼チャンバ１５０に送られる。燃料１４０も燃焼チャンバに送り、および排出ガスを、膨張機１３０により膨張させ、ガス１６０を生成する。２つの圧縮機を用い、低温圧縮空気と低温圧縮窒素とを混合する、図８または９に示されるものと同様の圧縮処理を、この手順においても用いることができる。
【００５２】
４．本発明は、ＩＧＣＣ手順の経済性を改善するために用いてもよい。実際、ＩＧＣＣ（統合ガス化複合サイクル（integrated gasification combined cycle））プロセスは、酸素ガスを用いて石炭、石油コークス等をガス化して合成ガスを生成し、これは、次に、ガスタービン内で燃焼させ、動力を発生させるというコンセプトに基づく。流発生サブシステムを加え、さらなる動力発生のための複合システムを形成する。ＩＧＣＣから要求される電力は、通常、昼夜間で幅広く変動し、およびガス発生機は、処理量変化に関してほとんど柔軟性を持たず、従って、安定な操業モードを得ることは難しい。さらに、装置は、オフピーク時の間、不十分に使用される。より低い周囲温度の夜に、ガスタービンの圧縮機は、タービンシステムにより多くの流量をもたらし得るという事実により、この問題はさらにその度合いを増す。しかしながら、より一層低い需要のため後者は、このさらなる動力を利用することができない。同様に、周囲温度がより高い日中において、ガスタービンの圧縮機は、その流量を低下させるように見受けられ、この時間は、さらなる動力発生が必要とされる。本発明の特徴をＩＧＣＣプラントに組み入れることにより、空気分離プラントとＩＧＣＣの相乗効果の結果、ユニットの性能を著しく改善することができる。
【００５３】
図１１に示すように、電力需要が低く、より高い圧縮機流量が入手できる夜において、ガスタービンの圧縮機１２０からの空気を、空気の液化のため、少なくとも一部の流量および動力を提供するために、空気分離プラントへ迂回させることができる。高圧ＡＳＵは、ガスタービンからの高圧空気を直接用いることができるために、有利に用いられることとなる。オフピーク時に空気を液化させるために、より多くの流量およびより多くの動力を取り込むことにより、従って、ガスタービンにより多くの合成ガスを取り込むことにより、ＩＧＣＣ部は、夜間も比較的に一定に保たれ得る。図１１において、ブロック１７０はガス発生機を示し、およびブロック１８０は、合成ガス／燃料処理、ろ過、圧縮等を示す。
【００５４】
日中において、ガスタービンの空気圧縮機１２０の仕事量は、より高い周囲温度のために低下する。夜間モードの空気抽出を停止することができる。その後、夜間に製造され、貯蔵５０に送られた液体空気を、空気分離プラントにおいて用いることができ、その電力消費も低減され、従って、より多くの電力を、日中の高い需要を満たすために流用することができる。さらに、ＡＳＵから抽出される低温ガスを、ガスタービン中に注入するために高圧にまで、低温圧縮機７０において経済的に圧縮することができ、流量不足を相殺し、より多くの動力を発生させる。
【００５５】
燃焼タービンまたはガスタービン中に圧縮ガスを注入することを含む手順について、図７および８の低温圧縮処理を、うまく適合させる。すなわち、注入されるガスの圧力条件は、約１５〜２０ｂａｒであり、これは、これらの図面のプロセスにより必要とされる圧力のまさに範囲であり、示されるように、低温圧縮空気流と低温圧縮窒素リッチガスとを混合することにより、燃焼プロセスに必要とされる酸素の十分な供給を保証することができる。
【００５６】
５．本発明を、空気分離ユニットの蒸留向上および効率向上に、有利に用いることができる。この特徴の態様を、図１３に示し、これは、電力ピークが起こる際の空気分離ユニットの作動モードを記載する。オフピーク時に製造された液体空気３０を、カラムシステムに供給する。蒸留カラムの上端から抽出された低温ガスを、流１３として、高圧にまで低温圧縮する。高圧ガスの一部（流１４）を、主交換器６５に再循環させ、ここで液化されて、液体流１５を生成し、カラムシステムに供給する。この再循環および液化は、主交換器６５内の圧縮された液体流２３の気化を向上させ、および液体供給３０の幾分かの流量減少を達成することができる。また、交換器６５の低温末端における、この液体流１５の存在は、プラントの低温末端部のバランスを保ち、ここで、交換器６５内の熱交換に不利益であり得、およびカラム３０における蒸留問題を引き起こし得る、流２の液化を抑制することとなる。必要ならば、圧縮ガス（流１２）の一部をも冷却し、高圧カラムの上端へ再循環させ、流１６を生成するための熱交換ライン３０における冷却に続くカラムシステムの蒸留を高めることができる。オフピーク時の間、空気分離プラントは、図２に記載されるプロセスに従って作動する（図面の明瞭さのために、オフピークモードの膨張機および圧縮機は示されない）。図２のプロセスは、液体空気を供給する空気分離プラントの典型的なものであり、低温ブースタープロセス、または単独クロード膨張機（single Clude expander）液体供給プロセス等のような、他の液体供給プロセスを、同様に、オフピークモードのために用いることができることが当業者には明らかであろう。ピーク時に必要とされる液体空気を、図２に示される外部液化装置により製造することができる。勿論のこと、前もって述べた通り、一体化された液化装置を、同様に使用することができる。
【００５７】
６．さらなる態様は、ＬＮＧの気化からの低温度回収において用いることができる。極低温プラントを、ピークシェービングまたは気化末端ＬＮＧプラントにおけるＬＮＧの気化により得られる低温度を回収するために用いられている。この冷却を、空気分離プラントにおいて液体生成物を製造するコストを下げるために用いる。本発明では、気化されるＬＮＧによる冷却を、オフピーク時における液体空気の液化コストを下げるために用いることができる。従って、このコンセプトにおいて記載したように、ピーク時においてＡＳＵに液体を返す際のより一層のコスト節約をもたらす。
【００５８】
上記の態様は、ピーク時とオフピーク時の間に、冷却とガス分子を移動させるための媒介液体としての、液体空気の使用を記載する。種々の組成の空気組成を有するいかなる液体をも、この技法に適用するために用いることができることが、当業者には明らかである。例えば、液体は、約３５〜４２モル％の酸素を含有する、高圧カラムの底部において抽出される酸素リッチな液体であり得るし、または、７０〜９７モル％の酸素含有量で、低圧カラムの底部付近で抽出される液体であり得、または純粋な酸素生成物であってもよい。液体は、ほとんど酸素含有量を有さない窒素リッチな流であってもよい。殆ど酸素を含有しないこの窒素リッチな流を、ピーク時の間に空気分離ユニットに戻す際には、空気供給流を減らさずに、酸素分子の供給を満たすように一定に保つ必要があることに留意すると有用である。この状況において、例えば、窒素生成物圧縮機（図２の圧縮機４５、４６）の操業を停止すること、および著しくより低い電力を消費する低温圧縮機により、窒素生成物を供給することにより、電力節約を達成することができる。言い換えれば、このコンセプトは、いずれもの組成の空気成分の媒介液体に適用できる。
【００５９】
本発明を、可変の電力料金構造下での一定の製品需要について開発した。本発明を、同様に、可変の製品需要を伴うシステムにまで拡大することができることは明らかである。例えば、酸素の低い需要を伴う期間には、液体空気をシステムに供給し、および供給空気流量を低下させることによるコンセプトを適用することができる。使われない酸素を、液体酸素生成物として貯蔵することができるので、蒸留カラムを変化させずに保つことができる。酸素の需要が高くなった際には、この液体酸素を、システムに戻ることができる。液体空気供給、酸素液体、低温ガス抽出およびガス状空気供給、または液体窒素のような他の液体の流量を調節することにより、可変の製品需要および可変の電力料金制約の双方を満たす、最適なプロセスを提供することができる。
【００６０】
本発明を、特定の好ましい態様について記載したが、当業者は、本発明の意図および特許請求の範囲内で、本発明の他の態様が存在することを認識するであろう。従って、本発明は、上に与えた例における特定の態様に制限されることを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来技術を示す図。
【図２】電力の料金が、予め決めた基準以下の場合の本発明を示す図。
【図２Ａ】電力の料金が、予め決めた基準を上回る場合の本発明を示す図。
【図３】本発明の１つの態様、およびオフピーク時における空気の液化において用いられる装置を示す図。
【図４】オフピーク時における空気の液化において用いられる空気分離ユニットに取り付けられる、独立した液化装置を有する他の態様を示す図。
【図５】空気分離ユニット内で液体空気を製造するために用いられる装置を示す図。
【図６】ピーク時の液体供給モードを示す図。
【図７】低温ガスの低温圧縮を、単一工程で行うことができることを示す図。
【図８】低温低圧窒素を、１０〜２０ｂａｒ絶対圧まで圧縮する、図２Ａのものに基づく空気分離ユニットを示す図。
【図９】低温圧縮機における低温圧縮後の加圧された低温ガスを加熱することができ、およびパワー回収またはパワー発生のために熱膨張機（hot expander）に送ることができることを示す図。
【図１０】圧縮された低温ガスを、パワー回収のためにガスタービンに送る場合の本発明の利用を示す図。
【図１１】ＩＧＣＣ手順を示す図。
【図１２】ピーク時の間液体がシステムに供給される際に、プロセスから低温ガスを抽出するための一般方法を示す図。
【図１３】電力ピークが発生する際の空気分離ユニットの操業モードを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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