(57)【要約】本発明は第１（１）および第２（２）の空気分離装置を有する設備から空気の低温蒸留により高純度酸素を供給する方法に関する。第１の空気分離装置は、中圧塔、中圧塔に熱的に結合した低圧塔、蒸留すべき空気を中圧塔に供給する混合塔を有し、酸素と窒素で富化された液体を中圧塔から低圧塔に供給し、装置の第１の動作に従って低圧塔から来る酸素富化液体の流れを混合塔の頂部に供給し、低純度酸素の流れを混合塔の頂部から取り出してその少なくとも一部（３）を第１の消費ユニット（５）に供給し、第２の装置（２）は第２の消費ユニット（９）に高純度酸素（８）を供給し、一方第２の動作に従って混合塔の頂部から取り出した低純度酸素の流れを第１の装置の中で減少させ、高純度酸素の流れを第１の装置の低圧塔の容器から取り出して少なくとも第２の消費ユニット（９）に供給し（１１）、第２の装置（２）は第２の消費ユニットに高純度酸素を供給しない。
2007516405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の空気分離ユニット（１）および第２の空気分離ユニット（２）を有する（第１の空気分離ユニットは中圧塔、中圧塔に熱的に結合した低圧塔（４Ａ）、および混合塔（６Ａ）を有する）設備から空気の低温蒸留により高純度酸素を供給するための方法であって、
ｉ）蒸留すべき空気を中圧塔に送り、
ｉｉ）酸素富化液体および窒素富化液体を中圧塔から低圧塔に送り、
ｉｉｉ）空気分離ユニットの第１の工程において、低圧塔からの酸素富化液体流を混合塔の頂部に送り、
ｉｖ）第１工程において、低純度酸素流を混合塔の頂部から取り出し、その少なくとも一部を第１の消費ユニット（５）に送り、
ｖ）第１の工程において、空気を混合塔に送り、
ｖｉ）第１の工程において、第２空気分離ユニットが高純度酸素を第２の消費ユニット（９）に供給する方法において、
ｖｉｉ）第２の工程において、第１の空気分離ユニットで、混合塔の頂部に送る酸素富化液体流をできる限りゼロまで減少し、混合塔に送る空気の流れをできる限りゼロまで減少し、混合塔の頂部から取り出す低純度酸素の流れをできる限りゼロまで減少し、
ｖｉｉｉ）第２の工程において、高純度酸素の流れを第１の空気分離ユニットの低圧塔の底部から取り出し、少なくとも第２の消費ユニットに送る
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
第２の工程において、第２の空気分離ユニット（２）は第２の消費ユニット（９）に高純度酸素を供給しないか、または第２の消費ユニットによって要求される高純度酸素の一部を供給する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の消費ユニット（５）は高炉であり、第２の消費ユニット（９）は転炉またはアーク炉である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１の工程の間に高炉（５）は酸素富化空気を供給され、第２の工程の間に高炉は空気または第１の工程の間に供給されるものよりも酸素富化されていない空気のいずれかを供給される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
混合塔（６Ａ）は第２の工程の間に動作しない請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
第２の消費ユニット（９）は、第１の工程の間に第２の空気分離ユニット（２）からのみ酸素を供給され、第２の工程の間に第１の空気分離ユニット（１）からのみ酸素を供給される、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】
第１の空気分離ユニット（１）および第２の空気分離ユニット（２）を有する（第１の空気分離ユニットは中圧塔、中圧塔に熱的に結合した低圧塔（４Ａ）、および混合塔（６Ａ）を有する）、空気の低温蒸留により酸素を供給するための設備であって、その設備は、
ａ）蒸留すべき空気を中圧塔に送るための手段と、
ｂ）酸素富化液体および窒素富化液体を中圧塔から低圧塔に送るための手段と、
ｃ）酸素富化液体の流れを低圧塔から混合塔の頂部に送るための手段と、
ｄ）空気を混合塔の底部に送るための手段と、
ｅ）低純度酸素の流れを混合塔の頂部から取り出すための手段およびその少なくとも一部を第１の消費ユニット（５）に送るための手段と、
ｆ）高純度酸素を第２の空気分離ユニットから第２の消費ユニット（９）に送るための手段とを有し、
ｇ）混合塔の頂部に送る酸素富化液体の流れをできる限りゼロまで減少させるための手段と、
ｈ）混合塔の底部に送る空気をできる限りゼロまで減少させるための手段と、
ｉ）高純度酸素の流れを第１の空気分離ユニットの低圧塔の底部から取り出すための手段およびこの流れを第２の消費ユニットに送るための手段と
を有することを特徴とする設備。
【請求項８】
第１の消費ユニット（５）は高炉であり、第２の消費ユニット（９）は転炉またはアーク炉である請求項７に記載の設備。
【請求項９】
高炉（５）に第１の空気分離ユニット（１）からの低純度酸素を供給するための手段および第１の空気分離ユニットから高炉に送られている低純度酸素を停止するための手段を含む請求項８に記載の設備。
【請求項１０】
第２の消費ユニット（９）の上流で第１の空気分離ユニット（１）の下流に、少なくとも１つの高純度酸素コンプレッサー（１３）を含む請求項６ないし９のいずれか１項に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、空気蒸留の技術、特に空気の低温蒸留によって高純度酸素を供給するための方法および設備に関する。
【０００２】
ある種の工業的用途は、様々な圧力で多量の不純酸素を必要とする。石炭のガス化、石油残渣のガス化、鉄鉱石の直接精錬還元、高炉への石炭の注入、非鉄金属の冶金などである。
【０００３】
さらに、ある種の工業プラントは、様々な圧力で多量の実用的に純酸素および不純酸素の同時供給を必要とする。
【０００４】
鉄鋼製造ユニットは、通常、異なる酸素要求量を有するいくつかのユニットを有する。「鉄鋼の製造、成形および処理」ＡＩＳＥ、１９８５に記載されているとおりである。高炉は、一般的に、圧縮した空気を低純度酸素と混合することによって生成される酸素富化空気を消費する。低純度酸素は８０ないし９７％の純度を有する。対照的に、転炉およびアーク炉は、９９ないし９９．８％の高純度をもつ酸素を消費する。これらの２つの酸素純度を与えるために、２つの分離空気蒸留製造ユニットがしばしば提供される。低純度酸素を製造するものはＵＳ−Ａ−４０２２０３０およびＥＰ−Ａ−０５３１１８２に記載されるタイプの混合塔ユニットであり、高純度酸素を製造するものは通常の二重塔ユニットである。
【０００５】
記述するすべての純度はモルパーセントである。
【０００６】
高純度酸素を供給するユニットが動作していないときには、別の高純度酸素源を設けることが必要であり、これは別のユニットまたは少なくとも非常に大きな貯蔵タンクであり得る。Ｈ．スプリングマンによる「製鋼の大型酸素設備の設計について」、リンデ・ベリヒテ・アウス・テクニーク・ウント・ビッセンシャフト、４０／１９７６においてわかるとおりである。
【０００７】
本発明の目的は、２つの空気分離ユニット（その第１のものは低純度酸素を生成する混合塔を有し、その第２のものは高純度酸素を生成する）を有する設備を提供することにある。この設備は、第２の空気分離ユニットが動作していないときでも、高純度酸素を生成することができ、その結果、高圧酸素貯蔵タンクを省くことができるかまたはサイズにおいて小さくすることができる。
【０００８】
本発明の１つの目的は、第１の空気分離ユニットおよび第２の空気分離ユニットを有する（第１の空気分離ユニットは中圧塔、中圧塔に熱的に結合した低圧塔、および混合塔を有する）設備から空気の低温蒸留により高純度酸素を供給するための方法を提供することにあり、
ｉ）蒸留すべき空気を中圧塔に送り、
ｉｉ）酸素富化液体および窒素富化液体を中圧塔から低圧塔に送り、
ｉｉｉ）空気分離ユニットの第１の工程において、低圧塔からの酸素富化液体流を混合塔の頂部に送り、
ｉｖ）第１工程において、低純度酸素流を混合塔の頂部から取り出し、その少なくとも一部を第１の消費ユニットに送り、
ｖ）第１の工程において、空気を混合塔に送り、
ｖｉ）第１の工程において、第２空気分離ユニットが高純度酸素を第２の消費ユニットに供給する方法において、
ｖｉｉ）第２の工程において、第１の空気分離ユニットで、混合塔の頂部に送る酸素富化液体流をできる限りゼロまで減少し、混合塔に送る空気の流れをできる限りゼロまで減少し、混合塔の頂部から取り出す低純度酸素の流れをできる限りゼロまで減少し、
ｖｉｉｉ）第２の工程において、高純度酸素の流れを第１の空気分離ユニットの低圧塔の底部から取り出し、少なくとも第２の消費ユニットに送る
ことを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、第２の工程において、第２の空気分離ユニットは第２の消費ユニットに高純度酸素を供給しないか、または第２の消費ユニットによって要求される高純度酸素の一部を供給する。
【００１０】
他の任意の態様によれば、
−第１の消費ユニットは高炉であり、第２の消費ユニットは転炉またはアーク炉である。
【００１１】
−第１の工程の間に高炉は酸素富化空気を供給され、第２の工程の間に高炉は空気または第１の工程の間に供給されるものよりも酸素富化されていない空気のいずれかを供給される。
【００１２】
−混合塔は第２の工程の間に動作しない。
【００１３】
−第２の消費ユニットは、第１の工程の間に第２の空気分離ユニットからのみ酸素を供給され、第２の工程の間に第１の空気分離ユニットからのみ酸素を供給される。
【００１４】
本発明の別の目的は、第１の空気分離ユニットおよび第２の空気分離ユニットを有する（第１の空気分離ユニットは中圧塔、中圧塔に熱的に結合した低圧塔、および混合塔を有する）、空気の低温蒸留により酸素を供給するための設備を提供することにあり、その設備は、
ａ）蒸留すべき空気を中圧塔に送るための手段と、
ｂ）酸素富化液体および窒素富化液体を中圧塔から低圧塔に送るための手段と、
ｃ）酸素富化液体の流れを低圧塔から混合塔の頂部に送るための手段と、
ｄ）空気を混合塔の底部に送るための手段と、
ｅ）低純度酸素の流れを混合塔の頂部から取り出すための手段およびその少なくとも一部を第１の消費ユニットに送るための手段と、
ｆ）高純度酸素を第２の空気分離ユニットから第２の消費ユニットに送るための手段とを有し、
ｇ）混合塔の頂部に送る酸素富化液体の流れをできる限りゼロまで減少させるための手段と、
ｈ）混合塔の底部に送る空気をできる限りゼロまで減少させるための手段と、
ｉ）高純度酸素の流れを第１の空気分離ユニットの低圧塔の底部から取り出すための手段およびこの流れを第２の消費ユニットに送るための手段と
を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の任意の態様によれば、
−第１の消費ユニットは高炉であり、第２の消費ユニットは転炉またはアーク炉である。
【００１６】
−高炉に第１の空気分離ユニットからの低純度酸素を供給するための手段および第１の空気分離ユニットから高炉に送られている低純度酸素を停止するための手段を含む。
【００１７】
−設備は第２の空気分離ユニットからのみ酸素を高炉に供給するための手段および第１の空気分離ユニットからのみ酸素を高炉に供給するための手段を含む。
【００１８】
−設備は、第２の消費ユニットの上流で第１の空気分離ユニットの下流に、少なくとも１つの高純度酸素コンプレッサーを含む。
【００１９】
次に、本発明の典型的な態様を添付の図面とともに説明する。
【００２０】
図１の空気分離設備は、第１の低温蒸留空気分離ユニット１および第２の低温蒸留空気分離ユニット２を有する。設備の第１の動作において、第１の空気分離ユニットは８０ないし９７％の酸素を含む低純度酸素の流れを生成する。この酸素３を、第１の消費ユニット、この場合には高炉のブロワー４の下流に送り、圧縮空気７と混合してから高炉に送る。
【００２１】
第２の空気分離ユニット２は９９ないし９９．９％の酸素を含む高純度酸素を生成する。この酸素８を第２の消費ユニット９に送る。第２の空気分離ユニットは、高圧気体酸素を生成する任意の低温ユニット、たとえば２重塔または３重塔であろう。これらにおいては、気体酸素を圧縮することによって、または液体酸素をポンプした後に気化することによって、酸素を加圧する。この種の生成方法の例は、ＥＰ−Ａ−０５０４０２９に見られるであろう。
【００２２】
第２の動作においては、第２の空気分離ユニット２は動作していない。第１の空気分離ユニットは高純度酸素１１を生成し、コンプレッサー１３で圧縮した後、これを第２の消費ユニット９に送る。第１の空気分離ユニットは、低圧酸素を生成せず、その結果、高炉は空気のみを供給されるか、またはより少ない低圧酸素を生成して、これを空気７と混合する。
【００２３】
図２に示した空気蒸留ユニットは、第１の動作において、たとえば６×１０5絶対Ｐａから実質的に異なる特定の圧力Ｐ、たとえば２から５×１０5Ｐａ、または有利には少なくとも２×１０5Ｐａだけ６×１０5絶対Ｐａよりも高く、できる限り約３０×１０5Ｐａまでの範囲で、好ましくは８×１０5Ｐａないし１５×１０5Ｐａで、８０から９７％、好ましくは８５から９５％の純度を有する低圧酸素を生成するように設計されている。空気分離ユニットは本質的に、熱交換ライン１Ａ、二重蒸留塔２Ａ、（それ自体中圧塔３Ａを有する）、低圧塔４Ａおよび主要コンデンサー−リボイラー５Ａ、ならびに混合塔６Ａを有する。塔３Ａおよび４Ａは、典型的には、それぞれ約６×１０5Ｐａおよび１×１０5Ｐａで動作する。
【００２４】
刊行物ＵＳ−Ａ−４０２２０３０に詳細に説明されているように、混合塔は蒸留塔と同じ構造を有する塔であるが、可逆性に近い仕方で、混合塔の底部に導入された比較的揮発性のガスを、混合塔の頂部に導入されたより揮発性でない液体と混合するために用いられる。
【００２５】
このような混合は冷凍を発生させ、したがって蒸留に関連する電力消費を減少させる。本発明の場合には、以下に記載するように、この混合は圧力Ｐで不純酸素の直接生成にも有益に用いられる。
【００２６】
蒸留により分離すべき空気（６×１０5Ｐａに圧縮し適切に精製している）を、ライン７Ａを介して中圧塔３Ａの底部に輸送する。この空気のほとんどを交換ライン１Ａで冷却して中圧塔３Ａの底部に導入し、残り（８Ａで昇圧した後に冷却されている）を昇圧器８Ａに結合したタービン９Ａで低圧に膨張させた後、低圧塔４Ａの中間点に注入する。塔３Ａの底部から取り出した「リッチ液体」（酸素富化空気）を、膨張弁１０Ａで膨張した後に、空気の注入点の近くで塔４Ａに導入する。塔３Ａの中間点１１Ａから取り出した「リーン液体lean liquid」（不純窒素）を、膨張弁１２Ａで膨張した後に、塔４Ａの頂部に導入し、このガス（設備の廃ガスとなる）および中圧の純気体窒素（塔３Ａの頂部で生成する）を交換ライン１Ａで暖めて設備から排出される。これらのガスは図１においてそれぞれＮＩおよびＮＧで示されている。
【００２７】
二重塔２Ａの設定に応じて比較的高純度の液体酸素を、塔４Ａの底部から取り出し、圧力降下を考慮に入れて、上述した圧力Ｐよりわずかに高い圧力Ｐ１までポンプ１３Ａによって上げ（１×１０5Ｐａ未満のＰ１−Ｐ）、塔６Ａの頂部に導入する。したがって、Ｐ１は有利には８×１０5Ｐａないし３０×１０5Ｐａ、好ましくは８×１０5Ｐａないし１６×１０5Ｐａである。補助コンプレッサー１４Ａ（ブロワー４でもよい）によって同じ圧力Ｐ１まで圧縮され交換ライン１Ａで冷却された補助空気を、混合塔６Ａの底部に導入する。３つの流体の流れが前記混合塔から取り出す。その底部から、リッチ液体に類似する液体（膨張弁１５Ａ’を備えたライン１５Ａを介してリッチ液体と合わされる）；中間点で、本質的に酸素と窒素からなる混合物（これを、膨張弁１７Ａを備えたライン１６Ａを介して低圧塔４Ａの中間点に送る）；その頂部から、不純酸素（これを、熱交換ラインで暖めた後に、製造物ガスＯＩとして、ライン１８Ａを介して設備から実質的に圧力Ｐで排出する）である。
【００２８】
図２は、設備の中で循環する流体で得られる冷凍パワーを回復するための補助熱交換器１９Ａ、２０Ａ、２１Ａも示している。
【００２９】
理解されるように、塔６Ａに供給する補助空気のための別の回路の存在のために、生成される不純酸素の圧力Ｐは随意に選択できるであろう。加えて、上で示したように、二重塔を調節することによって、このガスについて様々な純度を得ることができる。
【００３０】
空気分離ユニット１の第２の動作において、ポンプ１３Ａを停止して、もはや液体酸素を塔４Ａの底部から取り出さず、塔６の頂部に導入しない。もはや補助空気を混合塔６Ａの底部に導入しない。もはや３つの流体流を後者から取り出さない。
【００３１】
代わりに、第２の動作においては、第１の動作の間に送り出すものと比較して少ない量の液体酸素を、ポンプ１３Ａによって圧力Ｐ１に上げた塔４Ａの底部から取り出し、塔６Ａの頂部に導入する。少ない量の補助空気を混合塔６Ａの底部に導入し、混合塔から取り出す３つの流体流も減少する。
【００３２】
混合塔が動作しているままであるかそうでないかにかかわらず、９９ないし９９．８％の酸素を含む高純度酸素のガス流１１を第２の動作で低圧塔の底部から取り出す（この流れは第１の動作の間には取り出さないか、コンデンサー５Ａのパージとして非常に少量で取り出す）。この流れ１１をコンプレッサー１３で圧縮して第２の消費ユニット９（これは銑鉄を転換するための酸素転炉またはアーク炉であろう）に送る。高純度酸素の一部を有酸素切断（oxycutting）のために配送してもよい。流れ８を別のコンプレッサーによって最終圧力まで上げる場合、この他のコンプレッサーは、流れ８をもはや供給せずコンプレッサー１３をもはや必要としないときには、流れ１１を圧縮する役割を果たしてもよい。同様に、流れ８のためのコンプレッサーが、たとえば故障のために、第１の動作の間に動作していない場合、流れ８をコンプレッサー１３で圧縮してもよい。
【００３３】
本発明の概念を他のタイプの分離ユニットに拡張することができる。たとえば、第１の分離ユニットで不純酸素、かつ第２の分離ユニットで純酸素を生成させることができ、第１の分離ユニットの操作または第１の分離ユニットそれ自体を改良して第１の分離ユニットに純酸素を生成させるようにすることができる。この種の改良は、たとえば低圧塔の底部から来る不純酸素を頂部に供給する補助塔を有する二重塔分離ユニット（補助塔は底部リボイラーを有する）に当てはまるであろう。補助塔は、分離ユニットの１つの特定の動作の間にのみ、補助塔の底部から純酸素を取り出すことを可能にするように、供給してもよい。
【００３４】
本発明を、図２に示したものとは異なる混合塔分離ユニットで利用することは明らかに可能である。
【００３５】
流れ８および１１を同時に供給することによって、好ましくは混合塔の操作を停止することによって高純度酸素の生成を最大化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による設備を模式的に示す。
【図２】第１の空気分離ユニットをより詳細に示す。
【図１】
2007516405.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
2007516405.tif 000005
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2007516405.tif 000009
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