(57)【要約】  主要な構成要素として窒素および一酸化炭素を含む原料ガスを蒸留カラム（１５）内で分離するための方法において：上記原料ガスが、熱交換器（３）内で冷却され；上記原料ガスの少なくとも一部、或いは上記原料ガスから分割されたガスの少なくとも一部が、それを少なくとも部分的に液化して液体および随意にガスを製造するため、上記蒸留カラムの再沸騰器（５）へ送られ；上記液体の少なくとも一部が上記カラムへ送られ；窒素ガスでリッチにされた流れが、上記カラムから排出され；一酸化炭素でリッチにされた流れが、上記カラムから排出されて、熱交換器内で加熱されて、圧縮され、一酸化炭素でリッチにされた材料を製品圧力で与え、上記原料ガスが、冷却の後、第１の位相分離器（５１）内へ送られ、放出された液体が、第２の位相分離器へ送られ、そして、上記第２の位相分離器からの液体の少なくとも一部が、タンク再沸騰器へ送られるガスを得るように気化される。
2013511697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主要な構成要素として窒素と一酸化炭素を含み、且つ随意に水素を含む原料ガスを蒸留カラム（１５）内で分離するための方法であって、
ｉ）上記原料ガスが、熱交換器（３）内で冷却され；
ｉｉ）上記原料ガスの少なくとも一部、或いは上記原料ガスから分割されたガスの少なくとも一部が、それを少なくとも部分的に液化して液体および随意にガスを製造するため、上記蒸留カラムの底再沸騰器（５）へ送られ；
ｉｉｉ）上記液体の少なくとも一部、および随意に上記ガスの少なくとも一部が、上記カラムへ送られ；
ｉｖ）ガス状の窒素内でリッチにされた流れが、上記カラムから排出され；
ｖ）一酸化炭素内でリッチにされた流れが、上記カラムから排出されて、熱交換器内で加熱され、
一酸化炭素内でリッチにされた流れが、一酸化炭素内でリッチにされた製品を製品圧力で与えるため、圧縮され、上記原料ガスが、冷却の後、第１の位相分離器（５１）内へ送られ、上記第１の位相分離器（６１）からの液体が拡張され、この拡張された液体が、第２の位相分離器へ送られ、そして、上記第２の位相分離器からの液体の少なくとも一部が、上記底再沸騰器へ送られるガスを引き出すため、気化される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
一酸化炭素の一部が、上記製品圧力より小さい或いは等しい圧力へ圧縮され、上記熱交換器（３）内で冷却されて、上記蒸留カラム（１５）の底へ送られる、
請求項１に記載された方法。
【請求項３】
上記第２の位相分離器（６１）からの上記液体の少なくとも一部が、熱交換器（３３）内で気化される、
請求項１に記載された方法。
【請求項４】
主要な構成要素として窒素および一酸化炭素を含み、随意に水素を含む原料ガスを分離するためのユニットであって、
ａ．底再沸騰器（５）および随意にオーバーヘッドコンデンサー（２３）を有する蒸留カラム（１５）と；
ｂ．熱交換器（３）と；
ｃ．コンプレッサー（２９、３７）と；
ｄ．上記熱交換器内へ上記原料ガスを送る手段と；
ｅ．上記原料ガスの少なくとも一部、或いは上記原料ガスから引き出されたガスの少なくとも一部を、少なくとも部分的に液化して液体および随意にガスを製造するため、上記再沸騰器へ送る手段と；
ｆ．上記液体の少なくとも一部、および随意に上記ガスの少なくとも一部を上記カラムへ送るための少なくともいくらかの手段と；
ｇ．ガス状の窒素内でリッチにされた流れを上記カラムから排出するための手段と；
ｈ．一酸化炭素内でリッチにされた流れを上記カラムから排出して、上記熱交換器へ送る手段と；を有し、
一酸化炭素内でリッチにされた製品を製品圧力で与えるため、一酸化炭素内でリッチにされた流れを上記コンプレッサーへおくるための手段、第１の位相分離器（５１）、第２の位相分離器（６１）、冷却された原料ガスを上記第１の位相分離器内へ送るための手段、上記第１の位相分離器からの上記液体を拡張するための拡張バルブ（５５）、この拡張された液体を上記第２の位相分離器内へ送るための手段、および上記底再沸騰器（５）へ送られるガスを引き出すため、上記第２の位相分離器からの液体の少なくとも一部を気化するための手段（３）、
を有することを特徴とするユニット。
【請求項５】
一酸化炭素内でリッチにされた上記流れの一部を、上記製品圧力より小さい或いは等しい圧力で、上記熱交換器（３）へ送り、そして上記蒸留カラム（１５）の上記底へ送るための手段を有する、
請求項４に記載されたユニット。
【請求項６】
上記熱交換器（３）は、上記底再沸騰器（５）の加熱ガスを引き出すため、上記第２の分離器からの液体の少なくとも一部を気化するように、上記カラム（１５）へ接続されて、上記第２の位相分離器（６１）へ接続される、
請求項４に記載されたユニット。
【請求項７】
上記蒸留カラムは、オーバーヘッドコンデンサーを有する、
請求項４に記載されたユニット。
【請求項８】
上記底の液体を上記カラムから上記オーバーヘッドコンデンサーへ送るための手段を有する、
請求項８に記載されたユニット。
【請求項９】
上記気化された底の液体を上記コンプレッサーへ送るための手段を有する、
請求項９に記載されたユニット。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、窒素と一酸化炭素の混合物を極低温で分離するための方法およびユニットに関する。
【０００２】
一酸化炭素と水素を製造するためのユニットは、２つのパーツに分離されてもよく：
・合成ガス（本質的に、Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４、ＣＯ２、Ａｒ、およびＮ２を含む混合物）の発生。種々の産業上の合成ガスの製造プロセスの中で、石炭のガス化に基づくものが、特に、中国のような石炭埋蔵量が豊富な国々で、より広く行きわたるようになることが明らかである。天然ガスの部分的な酸化のプロセスも、ＣＯ単独での、或いは低いＨ２／ＣＯを伴う製造割合の製造のため、都合がよいことが判明するであろう。他のプロセスは蒸気の改質である。  
・合成ガスの精製。その中に：
・合成ガスに含まれた殆どの酸性のガスを除去するための液体溶媒を伴う洗浄ユニット；
・吸着性のベッドによる精製のためのユニット；
・ＣＯの製造のためのコールドボックスとして示された極低温分離のためのユニット；が備わっている。
【０００３】
蒸気改質炉から結果として得られる合成ガスの場合において、圧力下でのＣＯおよび水素の製造のため、最もありふれた極低温プロセスはメタン洗浄であり、合成ガス内における残りのメタン含有量がメタン洗浄プロセスに影響を及ぼさない。いくらかの場合において、特に、天然ガス内の窒素含有量がＣＯ／Ｎ２カラムがない場合のＣＯ製造物の純度に影響を及ぼす場合、コールドボックス内にＣＯ／Ｎ２分離カラムを有する必要がある。
【０００４】
ＣＯ／Ｎ２カラムを伴うメタン洗浄設備は、ＦＲ−Ａ−２９１０６０３に説明されている。
【０００５】
ある石炭ガス化プロセスの場合において、製造された合成ガスは、循環を伴わない部分的な液化によって、コールドボックス内で処理され、不活性種（ＣＨ４、Ａｒ、およびＮ２）の含有量は、とても低くなり、ＣＯの純度に影響を及ぼさない。
【０００６】
分離カラムのない部分的液化設備は、ＥＰ−Ａ−１７２９０７７およびＦＲ−Ａ−２９３０３３２に説明されている。
【０００７】
ＣＯ／Ｎ２カラムを備えた部分的液化設備は、ＵＳ−Ａ−４４７８６２１に説明されている。ＣＯコンプレッサーからくるカラムの底の中へ中間圧力でＣＯの直接的な供給によって、ＣＯ／Ｎ２カラムの再沸騰が与えられる。
【０００８】
合成ガス内におけるメタン含有量が、ＣＯと水素の合わされた製造物内におけるメタン洗浄プロセスができない場合、および合成ガス内における窒素含有量が、ＣＯ／Ｎ２分離のないＣＯの純度に影響を及ぼす場合において、本発明によるところのユニットは、合成ガスの冷却、およびＣＯ／Ｎ２分離エネルギーのため、ありふれた組み込まれた循環を伴うＣＯ／Ｎ２カラムを含む部分的液化ユニットである。
【０００９】
エネルギーを再沸騰するＣＯ／Ｎ２カラムの少なくとも１つの部分は、ＣＯ／Ｎ２カラムの供給ガスが完全に或いは部分的に液化された外部再沸騰器によって与えられる。このことは、循環コンプレッサーのＭＰＣＯ流れの減少を可能にし、そして、コンプレッサーのエネルギーの約１５％の減少を可能にする。
【００１０】
プロセス設備は、ＣＯ／Ｎ２蒸留カラムを単独で、或いは、他に、ＣＯ／ＣＨ４カラムを伴うＣＯ／Ｎ２カラムを有する。
【００１１】
この発明は、ＣＯ／Ｎ２カラムを有していないコールドボックスからくる不純なＣＯを処理するＣＯ／Ｎ２分離カラムの導入が所望される場合、適用されることができる。ＣＯ内における窒素含有量が時間とともに増大することから、ＣＯ／Ｎ２分離ステップを加えることが必要になる。そして、この新たなカラムは、冷却および再沸騰エネルギーを伴って供給する必要がある専用のコールドボックス内に取り付けられる。
【００１２】
ＤＥ−Ａ−４２２８７８４およびＤＥ−Ａ−２１４７４６５は、図１のそれと同様の請求項１の前提部の特徴を有するプロセスを説明している。
【００１３】
本発明の１つの主題によると、主要な構成要素として窒素と一酸化炭素を含み、且つ随意に水素を含む原料ガスを蒸留カラム内で分離するため：
ｉ）上記原料ガスが、熱交換器（３）内で冷却され；
ｉｉ）上記原料ガスの少なくとも一部、或いは上記原料ガスから分割されたガスの少なくとも一部が、それを少なくとも部分的に液化して液体および随意にガスを製造するため、上記蒸留カラムの底再沸騰器へ送られ；
ｉｉｉ）上記液体の少なくとも一部、および随意に上記ガスの少なくとも一部が、上記カラムへ送られ；
ｉｖ）ガス状の窒素内でリッチにされた流れが、上記カラムから排出され；
ｖ）一酸化炭素内でリッチにされた流れが、上記カラムから排出されて、上記熱交換器内で加熱され、
一酸化炭素内でリッチにされた流れが、一酸化炭素内でリッチにされた製品を製品圧力で与えるため、圧縮され、上記原料ガスが、冷却の後、第１の位相分離器内へ送られ、上記第１の位相分離器からの液体が拡張され、この拡張された液体が、第２の位相分離器へ送られ、上記第２の位相分離器からの液体の少なくとも一部が、上記底再沸騰器へ送られるガスを引き出すため、気化される、
ことを特徴とする方法が与えられる。
【００１４】
・一酸化炭素の一部が、上記製品圧力より小さい或いは等しい圧力へ圧縮され、上記熱交換器内で冷却されて、上記蒸留カラムの底へ送られ；
・上記第２の位相分離器からの上記液体の少なくとも一部が、熱交換器内で気化され；
・本発明の他の実施例によると、主要な構成要素として窒素および一酸化炭素を含み、随意に水素を含む原料ガスを分離するためのユニットであって、
ｉ）底再沸騰器および随意にオーバーヘッドコンデンサーを有する蒸留カラムと；
ｉｉ）熱交換器と；
ｉｉｉ）コンプレッサーと；
ｉｖ）上記熱交換器内へ上記原料ガスを送る手段と；
ｖ）上記原料ガスの少なくとも一部、或いは上記原料ガスから引き出されたガスの少なくとも一部を、少なくとも部分的に液化して液体および随意にガスを製造するため、上記再沸騰器へ送る手段と；
ｖｉ）上記液体の少なくとも一部、および随意に上記ガスの少なくとも一部を上記カラムへ送るための少なくともいくらかの手段と；
ｖｉｉ）ガス状の窒素内でリッチにされた流れを上記カラムから排出するための手段と；
ｖｉｉｉ）一酸化炭素内でリッチにされた流れを上記カラムから排出して、上記熱交換器へ送る手段と；を有し、
一酸化炭素内でリッチにされた製品を製品圧力で与えるため、一酸化炭素内でリッチにされた流れを上記コンプレッサーへおくるための手段、第１の位相分離器（５１）、第２の位相分離器、冷却された原料ガスを上記第１の位相分離器内へ送るための手段、上記第１の位相分離器からの上記液体を拡張するための拡張バルブ、この拡張された液体を上記第２の位相分離器内へ送るための手段、および上記底再沸騰器へ送られるガスを引き出すため、上記第２の位相分離器からの液体の少なくとも一部を気化するための手段、
を有することを特徴とするユニットが与えられる。
【００１５】
随意に、上記ユニットは、
・一酸化炭素内でリッチにされた上記流れの一部を、上記製品圧力より小さい或いは等しい圧力で、上記熱交換器へ送り、そして上記蒸留カラムの上記底へ送るための手段を有し；
・上記熱交換器は、上記底再沸騰器の加熱ガスを引き出すため、上記第２の分離器からの液体の少なくとも一部を気化するように、上記カラムへ接続されて、上記第２の位相分離器へ接続され；
・上記蒸留カラムは、オーバーヘッドコンデンサーを有し；
・上記底の液体を上記カラムから上記オーバーヘッドコンデンサーへ送るための手段と；
上記気化された底の液体を上記コンプレッサーへ送るための手段と；
を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明は、図面を参照する一方で、詳細に説明される。
【図１】図１は、主要な構成要素として、窒素と一酸化炭素を含むガスを分離するための実質的に従来技術によるところのユニットを示す。
【図２】図２は、主要な構成要素として、窒素、水素、および一酸化炭素を含むガスを分離するための本発明によるところのユニットを示す。
【図３】図３は、主要な構成要素として、窒素、水素、および一酸化炭素を含むガスを分離するための本発明によるところのユニットを示す。
【００１７】
図１によると、窒素および一酸化炭素の流れ１は、熱交換器３内で冷却される。流れ１は、カラム１５からの底の液体によって供給された再沸騰器５内で少なくとも部分的に液化される。気化された液体は、カラムへ戻される。少なくとも部分的に液化された流れは、バルブ７内で拡張されて、位相分離器９へ送られる。位相分離器からの液体１１、および位相分離器９からのガス１３は、異なる或いは同じ高さでカラムへ送られる。カラムからの底の液体は、バルブ１９内で拡張されて、カラムの一部を形成するオーバーヘッドコンデンサー２３へ送られる。窒素の流れは、パージ２５として除去されて、熱交換器３内で加熱される。気化された一酸化炭素２７も、熱交換器３内で加熱されて、コンプレッサーの第１のステージ２９内で圧縮される。この一酸化炭素は、クーラー３１内で水によって冷却されて、２つに分割される。流れ３３は、カラム１５の底へ送られる流れ４５を形成するため、熱交換器３内で中間温度へ冷却される。流れ４１は、熱交換器３内で非常に部分的に冷却されて、タービン４３内へ拡張されて、流れ２７と再混合される。一酸化炭素の残りは、コンプレッサーのステージ３７によって製品圧力へ圧縮され、製品流れ３９を形成するため、クーラー３１Ａによって冷却される。ステージ２９は、再沸騰の一部が流れ１によって与えられることから、より小さい。
【００１８】
図２によると、窒素、水素、および一酸化炭素の流れ１は、熱交換器３内で冷却されて、熱交換器３Ａ内で冷却される。流れ１は、第１の位相分離器５１へ送られて、そこで、水素リッチなガス流れ５３と液体流れ５７とに分離される。流れ５３は、熱交換器３、３Ａ内で加熱され、流れ５７は、バルブ５５内で拡張されて、第２の位相分離器６１へ送られる。第２の位相分離器からのガスは、流れ７７を形成するため、熱交換器３、３Ａ内で加熱される。液体６３は、２つに分割される。一つの部分６７は、バルブ６９内で拡張されて、位相分離器７１へ送られ、そして、形成された流れ７３、７５が蒸留カラム５へ送られる。分離器６１からの液体の残り６５は、カラム１５からの底の液体１７によって供給された再沸騰器５を加熱するために使用される流れ６５を形成するため、熱交換器３Ａ内で加熱される。カラムを再沸騰させるために使用される流れ６５は、バルブ７内で拡張されて、分離器９へ送られ、そして、図１と同じ方法でカラムへ送られる。
【００１９】
窒素の流れは、パージ２５として除去されて、熱交換器３内で加熱される。また、気化された一酸化炭素２７は、熱交換器３内で加熱されて、コンプレッサーの第１のステージ２９内で圧縮される。この一酸化炭素は、水によってクーラー３１内で冷却されて、そして、２つに分割される。流れ３３は、熱交換器３内で中間温度へ冷却されて、流れ１３３を形成するため、２つに分割される。この流れ１３３は、熱交換器１３５内で液体窒素１３７に接触して冷却される。液体窒素１３７は、気化されて、熱交換器３内で加熱される。流れ１３３は、バルブ１９の下流側で拡張されて流れ２１と混合される。流れ４５は、熱交換器３Ａ内で冷却された後、カラム５の底へ送られる。
【００２０】
液体一酸化炭素７９は、コンデンサー２３から排出されて、バルブ８１で拡張され、液状部分およびガス状部分を製造するため、位相分離器８３へ送られる。液状の部分は、交換ライン３Ａ内で気化され、ガス８７は、コンプレッサー２９へ向かわされる一酸化炭素流れ２７と混合される。
【００２１】
図３によると、窒素、水素、および一酸化炭素の流れ１は、熱交換器３内で冷却されて、熱交換器３Ａ内で冷却される。流れ１は、第１の位相分離器５１へ送られて、そこで、水素リッチなガス流れ５３と液体流れ５７とに分離される。流れ５３は、熱交換器３、３Ａ内で加熱され、流れ５７は、バルブ５５内で拡張されて、第２の位相分離器６１へ送られる。第２の位相分離器からのガスは、流れ７７を形成するため、熱交換器３、３Ａ内で加熱される。液体６３は、２つに分割される。一つの部分６７は、バルブ６９内で拡張されて、位相分離器７１へ送られ、そして、形成された流れ７３、７５が蒸留カラム５へ送られる。分離器６１からの液体の残り６５は、カラム５からの底の液体１７によって供給された再沸騰器５を加熱するために使用される流れ６５を形成するため、熱交換器３Ａ内で加熱される。カラムを再沸騰させるために使用される流れ６５は、バルブ７内で拡張されて、分離器９へ送られ、そして、図１と同じ方法でカラムへ送られる。
【００２２】
窒素の流れは、パージ２５として除去されて、熱交換器３内で加熱される。また、気化された一酸化炭素リッチにされた流れ２７は、熱交換器３内で加熱されて、コンプレッサーの第１のステージ２９内で圧縮される。この一酸化炭素は、水によってクーラー３１内で冷却されて、そして、２つに分割される。流れ３３は、熱交換器３内で中間温度へ冷却されて、流れ９３を形成するため、２つに分割される。この流れ９３は、熱交換器３内で加熱されるために流れ２７と混合される拡張された流れ９３を形成するため、タービン９１内で拡張される。ステージ２９から生ずる流れ４５は、熱交換器３Ａ内で冷却された後、カラム５の底へ送られる。
【００２３】
液体一酸化炭素７９は、コンデンサー２３から排出されて、バルブ８１で拡張され、液状部分およびガス状部分を製造するため、位相分離器８３へ送られる。液状の部分は、交換ライン３Ａ内で気化され、ガス８７は、コンプレッサー２９へ向かわされる一酸化炭素流れ２７と混合される。
【図１】
2013511697.tif 000003
【図２】
2013511697.tif 000004
【図３】
2013511697.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月26日(2012.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図２によると、窒素、水素、および一酸化炭素の流れ１は、熱交換器３内で冷却されて、熱交換器３Ａ内で冷却される。流れ１は、第１の位相分離器５１へ送られて、そこで、水素リッチなガス流れ５３と液体流れ５７とに分離される。流れ５３は、熱交換器３、３Ａ内で加熱され、流れ５７は、バルブ５５内で拡張されて、第２の位相分離器６１へ送られる。第２の位相分離器からのガスは、流れ７７を形成するため、熱交換器３、３Ａ内で加熱される。液体６３は、２つに分割される。一つの部分６７は、バルブ６９内で拡張されて、位相分離器７１へ送られ、そして、形成された流れ７３、７５が蒸留カラム１５へ送られる。分離器６１からの液体の残り６５は、カラム１５からの底の液体１７によって供給された再沸騰器５を加熱するために使用される流れ６５を形成するため、熱交換器３Ａ内で加熱される。カラムを再沸騰させるために使用される流れ６５は、バルブ７内で拡張されて、分離器９へ送られ、そして、図１と同じ方法でカラムへ送られる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
図３によると、窒素、水素、および一酸化炭素の流れ１は、熱交換器３内で冷却されて、熱交換器３Ａ内で冷却される。流れ１は、第１の位相分離器５１へ送られて、そこで、水素リッチなガス流れ５３と液体流れ５７とに分離される。流れ５３は、熱交換器３、３Ａ内で加熱され、流れ５７は、バルブ５５内で拡張されて、第２の位相分離器６１へ送られる。第２の位相分離器からのガスは、流れ７７を形成するため、熱交換器３、３Ａ内で加熱される。液体６３は、２つに分割される。一つの部分６７は、バルブ６９内で拡張されて、位相分離器７１へ送られ、そして、形成された流れ７３、７５が蒸留カラム１５へ送られる。分離器６１からの液体の残り６５は、カラム１５からの底の液体１７によって供給された再沸騰器５を加熱するために使用される流れ６５を形成するため、熱交換器３Ａ内で加熱される。カラムを再沸騰させるために使用される流れ６５は、バルブ７内で拡張されて、分離器９へ送られ、そして、図１と同じ方法でカラムへ送られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
窒素の流れは、パージ２５として除去されて、熱交換器３内で加熱される。また、気化された一酸化炭素リッチにされた流れ２７は、熱交換器３内で加熱されて、コンプレッサーの第１のステージ２９内で圧縮される。この一酸化炭素は、水によってクーラー３１内で冷却されて、そして、２つに分割される。流れ３３は、熱交換器３内で中間温度へ冷却されて、流れ９３を形成するため、２つに分割される。この流れ９３は、熱交換器３内で加熱されるために流れ２７と混合される拡張された流れ９３を形成するため、タービン９１内で拡張される。ステージ２９から生ずる流れ４５は、熱交換器３Ａ内で冷却された後、カラム１５の底へ送られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
上記底の液体を上記カラムから上記オーバーヘッドコンデンサーへ送るための手段を有する、
請求項７に記載されたユニット。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
上記気化された底の液体を上記コンプレッサーへ送るための手段を有する、
請求項８に記載されたユニット。