(57)【要約】加圧液体の気化により加圧ガスを緊急バックアップ供給する方法であって、このガスは、通常は、ポンプで送られた空気の分離ユニットの第１交換器（１）における液体の気化により供給し、補給ガスを生成するために第２交換器（２）を稼動する工程において、加圧液体（３３）及び高圧空気（８）を第１交換器に送り続ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧液体の気化により加圧ガスを緊急バックアップ供給する方法であって、
ｉ）第１工程において、
ａ）空気の第１の流れを、圧縮機（３）を用いて加圧すると共に精製ユニット（５）において精製し、
ｂ）前記空気の少なくとも一部を前記加圧液体の気化を可能とする高圧にまで加圧し、
ｃ）前記高圧の前記空気の少なくとも一部を第１交換器（１）へと送り、
ｄ）前記第１交換器において冷却された前記空気の少なくとも一部を、複数の蒸留塔(１５，１７）からなるシステムへと送り、
ｅ）前記システムの前記複数の蒸留塔の１つから少なくとも１つの液体（２７）を取り出し、その液体を加圧し、前記第１熱交換器へと送り、そこで気化させて加圧ガスを形成し、
ｉｉ）第２工程において、
前記液体の流れを、第２交換器（２）へと送り、そこで気化させて前記加圧ガスの補給流を形成し、
前記第２工程において、少なくとも最初に、前記高圧の空気と前記システムの１つの蒸留塔からの加圧液体とを前記第１交換器へと送り、次いで、前記第１交換器へと送る前記高圧の空気の流れを場合によってはゼロにまで減少させると共に、前記第１交換器へと送る前記加圧液体の流れを場合によってはゼロにまで減少させ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、前記第２工程の少なくとも一部において、空気を、気体空気貯蔵タンク（５，９）から前記第１交換器及び前記複数の蒸留塔からなるシステムへと順次送り、任意に、前記第１工程において、与圧空気を、空気貯蔵タンクへと送り、そこに気体の形態で貯蔵する方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記空気の全てを、前記高圧にまで加圧し、次いで、前記精製ユニット（５）において精製し、前記精製ユニットは前記空気貯蔵タンクを構成している方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、高圧空気通路として高圧空気用の前記第１交換器（１）の通路のみを使用し、これら通路は前記液体を気化させるための通路と最も近く、これは、主たる交換器のコールドエンドでの液体空気出力ボックスの分離と追加の液体空気出力ボックス毎の液体空気バルブの追加とによって達成されており、それは、この液体を前記複数の塔の中へと膨張させるのを可能としている方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法であって、加圧すべき前記液体の全てを第２貯蔵タンク（１９）に貯蔵する方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法であって、前記第１工程において、前記第２液体の流れよりも小さな前記液体の流れを、前記第２交換器（２）へと送り、そこで気化させて加圧ガスを形成する方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法であって、加圧すべき液体の少なくとも１つ（２７）は、酸素、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、メタン又は一酸化炭素リッチである方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法であって、前記液体を少なくとも１つのポンプ（３９）によって加圧する方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法であって、前記第２工程において、空気を前記第１貯蔵タンク（５，９）から前記第１交換器（１）へと直接に送る方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法であって、第３工程において、加圧液体を前記第２交換器（２）のみに送り、前記第１交換器（１）には空気を送らない方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法であって、前記第２工程において、前記液体を気化させるのに必要な熱の少なくとも一部を前記第１交換器（１）の余熱からもたらす方法。
【請求項１２】
加圧液体の気化により加圧ガスを緊急バックアップ供給する設備であって、
ｉ）第１貯蔵タンク（５，９）と、
ｉｉ）ポンプ（３９）と、
ｉｉｉ）第１交換器（１）と、
ｉｖ）第２交換器（２）と、
ｖ）圧縮機（３）と、
ｖｉ）精製ユニット（５）と、
ｖｉｉ）過給器（７）と、
ｖｉｉｉ）空気を前記圧縮機に送る手段、加圧空気を前記精製ユニットに送る手段、及び精製した前記空気の少なくとも一部を前記過給器に送る手段と、
ｉｘ）空気を複数の塔（１７，１９）からなるシステムの１つの塔に送る手段と、
ｘ）少なくとも１つの液体（２７）を、前記複数の塔からなるシステムから，任意に貯蔵タンクに貯蔵した後に，取り出す手段と、
ｘｉ）前記液体を気化させるために前記ポンプへと送る手段と、
ｘｉｉ）前記加圧液体を前記第１交換器へと送る手段と、
ｘｉｉｉ）気化させた前記液体を前記第１交換器から取り出す手段と、
ｘｉｖ）前記加圧液体を前記第２交換器へと送る手段と、
ｘｖ）加圧した気体空気を貯蔵するためのタンクであって、前記空気過給器の出口に接続されたタンク（９）とを具備し、
前記貯蔵タンク（９）はエクスパンションバルブを介して前記空気過給器の出口に接続されたことを特徴とする設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温液体の気化により加圧ガスを緊急バックアップ供給する方法及び設備に係り、特には、産業設備（空気分離ユニットなど）が製品の部分的な供給しか確保できない又は全く供給を確保できない場合（例えば、トリッピング（trip-out）、電気料金の制約のための負荷軽減などの場合）に気体製品（窒素、酸素、アルゴン）を顧客に供給するために使用するものに関する。本発明は、水素、ヘリウム及び一酸化炭素などの他の極低温液体の貯蔵にも適用できる。
【背景技術】
【０００２】
緊急バックアップ気化器は、ＥＰ−Ａ−０ ４５２ １７７において説明されており、そこでは、貯蔵タンクからの液体窒素を交換器において周囲の空気と熱交換させることにより気化させている。
【０００３】
ＥＰ−Ａ−０ ６２８ ７７８は、極低温貯蔵タンクを開示しており、そこでは、液体をポンプで汲み出し、次いで、顧客へと送り出す前に気化器で気化させている。
【０００４】
Ｗ．Ｊ．Ｓｃｈａｒｌｅ著、“Ｌａｒｇｅ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｐｌａｎｔ  Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ”、報告Ｙ−１４３、国立肥料部センター、テネシー川流域開発公社、マッスルショールズ、アラバマと、Ｗ．Ｊ．Ｓｃｈａｒｌｅ及びＫ．Ｗｉｌｓｏｎ著、“Ｏｘｙｇｅｎ  Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｆｕｅｌ  Ｐｒｏｊｅｃｔｓ”、ジャーナル・オブ・エンジニアリング・フォー・インダストリー、１９８１年１１月、第１０３巻、ｐ．４０９には、
・液体の形態の多量の製品を収容する貯蔵タンクと、
・この貯蔵タンクに収容された液体を、顧客へと配送する通常の圧力（ラインにおける圧力）にまで加圧するために取り出す幾つかのポンプ（ここでは、信頼性の理由で２つのポンプ）と、
・加圧液体を気化させる役割を果たす交換器と
で構成された緊急バックアップ酸素製造システムが記載されている。
【０００５】
そのガスは、この機器を出る際には一般的に周囲温度に近く、顧客へと送られる。その場所で利用可能なエネルギー源及びそれらの費用に依存して、この交換器は、加圧液体を気化させる熱源として、例えば、空気、水蒸気、熱水、又は燃焼煙道ガスを使用してもよい。
【０００６】
これら緊急バックアップ設備の主要な特徴の１つは、それらの立上り時間である。これは、顧客へのガス供給の品質と連続性とを決定するので特に重要である。製造ユニットのトリッピング後における過剰に長い立上り時間は、ラインにおいて大き過ぎる圧力低下を生じさせ、顧客のプロセスにおける動作不良及び設備停止を生じさせるかも知れない。
【０００７】
先の文献に記載された酸素製造システムの場合、低温で（cold）ポンプを稼動させなければならない場合にポンプを稼動させるのに必要な時間（Ｗ．Ｊ．Ｓｃｈａｒｌｅによる上述の文献によると約１５乃至２０分）に亘って加圧した製品を供給するために気体酸素バッファタンクが設けられる。
【０００８】
従来は、気化ポンプは極低温に常時保たれ、ポンプと気化ヘアピン（vaporization hairpin）との距離が非常に短い場合、緊急バックアップシステムが安定な方法でその能力の１００％に達するまでに必要な時間は約２分であり、そのうちの１分はポンプが立ち上がるための時間であり、もう１分は気化交換器がスピードにのるまでの時間である。或る場合には、この２分という時間は、ラインにおいて許容される圧力変動の制約の点で長すぎる。この場合、上記の通り、１つの解決策は、製品を１乃至３分，その時間は、ポンプと気化器とで構成されたシステムがその通常の稼動速度に到達するまでに必要な時間である，の時間に亘って供給するように設計された気体バッファタンク（例えば２００Ｂａｒ）を交換器の下流に設置することにある。この解決策の欠点は、その高い価格である（大容量、高圧、バッファタンクを満たすためのポンプなど）。
【０００９】
ＦＲ−Ａ−２ ８２５ １３６には、加圧液体の気化による加圧ガスの緊急バックアップ供給方法が記載されており、そこでは、加圧すべき液体を貯蔵タンクに貯蔵し、その貯蔵タンクから液体を取り出して加圧し、加圧液体の少なくとも一部を加圧した緊急バックアップガスを生成するために気化器において気化し、加圧ガス流が必要でない場合には、液体を貯蔵タンクから取り出すと共に加圧し、その加圧した液体の幾分かを気化器において気化し、加圧した液体の残りを減圧の後に貯蔵タンクへと戻している。
【００１０】
部分酸化反応器は、公称値の±１％の範囲内に安定化した圧力を有する高圧（７０ｂａｒ以上）での酸素の供給を必要とする。それゆえ、この酸素を供給するそれら空気分離ユニットは、それらの稼動モードの如何に拘らず、そして、特には１つの空気分離ユニットを停止した場合に、この制約に従わなければならない。
【００１１】
緊急バックアップ気化ユニットを稼動させるまで、顧客のネットワークにおける圧力は、そのネットワークにおける水の体積と消費される流れとに傾斜が依存する曲線に従って低下する。したがって、顧客のネットワークの長さが１キロメートル未満である場合には、圧力の下限（−１％）に速やかに（５秒未満で）到達するかも知れない。
【００１２】
それゆえ、気化器のヘアピンを立ち上げる間に亘って必要なガス流を顧客に提供する酸素供給システムを有し、ポンプを予め稼動させておくことが必要である。
【発明の開示】
【００１３】
本発明の目的は、加圧液体の気化により加圧ガスを緊急バックアップ供給する方法を提供することにあり、その方法は、
ｉ）第１工程において、
ａ）空気の第１の流れを、圧縮機を用いて加圧すると共に精製ユニットにおいて精製し、
ｂ）前記空気の少なくとも一部を前記加圧液体の気化を可能とする高圧にまで加圧し、
ｃ）前記高圧の前記空気の少なくとも一部を第１交換器へと送り、
ｄ）前記交換器において冷却された前記空気の少なくとも一部を、複数の蒸留塔からなるシステムへと送り、
ｅ）前記システムの前記複数の蒸留塔の１つから少なくとも１つの液体を取り出し、その液体を加圧し、前記熱交換器へと送り、そこで気化して加圧ガスを形成し、
ｉｉ）第２工程において、
前記液体の流れを、第２交換器へと送り、そこで気化させて前記加圧ガスの補給流を形成し、前記第２工程において、少なくとも最初に、前記高圧の空気と前記システムの１つの蒸留塔からの加圧液体とを前記第１交換器へと送り、次いで、前記第１交換器へと送る前記高圧の空気の流れを減少させる，場合によっては（possibly）ゼロにまで減少させる，と共に、前記第１交換器へと送る前記加圧液体の流れを減少させる，場合によっては（possibly）ゼロにまで減少させる，ことを特徴とする。
【００１４】
他の任意の側面によると、
−  前記第２工程の少なくとも一部において、空気を、気体空気貯蔵タンクから前記第１交換器及び前記複数の蒸留塔からなるシステムへと順次送り、任意に、前記第１工程において、与圧（supercharged）空気を、空気貯蔵タンクへと送り、そこで気体の形態で貯蔵し、
−  前記空気の全てを、前記高圧にまで加圧し、次いで、前記精製ユニットにおいて精製し、前記精製ユニットは前記空気貯蔵タンクを構成し、
−  加圧すべき前記液体の全てを第２貯蔵タンクに貯蔵し、
−  前記第１工程において、前記第２工程において送られる前記流れよりも小さな前記液体の流れを、前記第２交換器へと送り、そこで気化させて加圧ガスを形成し、
−  複数の前記加圧すべき液体の少なくとも１つは、酸素、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、メタン又は一酸化炭素リッチであり、
−  前記液体を少なくとも１つのポンプによって加圧し、
−  前記第２工程において、空気を前記第１貯蔵タンクから前記第１交換器へと直接に送り、
−  第３工程において、加圧液体を前記第２交換器のみに送り、前記第１交換器には空気を送らない。
【００１５】
本発明の他の目的は、加圧液体の気化により加圧ガスを緊急バックアップ供給する設備を提供することにあり、その設備は、
ｉ）第１貯蔵タンクと、
ｉｉ）ポンプと、
ｉｉｉ）第１交換器と、
ｉｖ）第２交換器と、
ｖ）圧縮機と、
ｖｉ）精製ユニットと、
ｖｉｉ）過給器（supercharger）と、
ｖｉｉｉ）空気を前記圧縮機に送る手段、加圧空気を前記精製ユニットに送る手段、及び精製した前記空気の少なくとも一部を前記過給器に送る手段と、
ｉｘ）空気を複数の塔からなるシステムの１つの塔に送る手段と、
ｘ）少なくとも１つの液体を、前記複数の塔からなるシステムから，任意に貯蔵タンクに貯蔵した後に，取り出す手段と、
ｘｉ）前記液体を気化させるために前記ポンプへと送る手段と、
ｘｉｉ）前記加圧液体を前記第１交換器へと送る手段と、
ｘｉｉｉ）気化させた前記液体を前記第１交換器から取り出す手段と、
ｘｉｖ）前記加圧液体を前記第２交換器へと送る手段と、
ｘｖ）加圧した気体空気を貯蔵するためのタンクであって、空気過給器の出口に接続された１つのタンクと
を具備し、前記空気を前記過給器から前記貯蔵タンクへと送る手段を含んだことを特徴とする。
【００１６】
本発明について、図１乃至図５を参照しながら、より詳細に説明する。図１及び図５は、本発明に係る空気分離ユニットを示し、図２乃至図４は、本発明に係る方法の様々な工程における空気及び酸素の流れを示している。
【００１７】
Ａで表した図は、第１交換器における高圧空気及び加圧酸素の流れを示し、Ｂで表した図は、第２交換器における加圧酸素の流れを示している。
【００１８】
図１は、二重塔１５、１７，すなわち、凝縮器２１によって熱的に結合している中圧塔及び低圧塔，を有する空気分離ユニットを示している。
【００１９】
空気流は、圧縮機３によって中程度の圧力まで加圧され、次いで、精製ユニット５において精製される。精製した流れは、２つに分けられる。一方は、過給器７へと送られ、そこで、２０乃至１００ｂａｒの高圧へと与圧される。残りの空気１３は、第１交換器１へと送られ、そこでは、中圧塔１５へと送られるのに先立って冷却される。
【００２０】
還流は、図を簡単にするために示していない。  
液体酸素流２７は、低圧塔１７の底部から取り出され、貯蔵タンク１９へと送られる。
【００２１】
気体窒素流２３は、低圧塔１７の頂部から取り出され、精製ユニット５を再生するために使用される。
【００２２】
第１工程は、空気分離の通常の動作を構成しており、そこでは、与圧空気の少量が、ライン２５を介して貯蔵タンク９へと送られて、それを満たす。
【００２３】
残りの与圧空気は、第１交換器１へと送られ、そこで、二重塔へと送られるのに先立って凝縮される。
【００２４】
貯蔵タンク１９から取り出した空気は、ポンプ３９で加圧され、ライン３３を介して第１交換器１へと送られ、そこで、気化して加圧気体酸素を形成する。
【００２５】
任意に、少量の酸素の流れを、第１工程に亘って常に第２交換器２へと送り出し、そこで、水蒸気又は周囲空気などの空気分離ユニットから独立した熱伝導流体との熱交換によって気化させてもよい。
【００２６】
空気分離ユニットを停止させることが望まれる場合、第２工程へと動作が切り替わり、第１交換器１へと送られる液体酸素の流れは次第に減少し、第２交換器２へと送られる流れは次第に増加して、第２交換器２への穏やかな移行を確実にする。液体酸素を第１交換器１で気化させるために、ライン１１上の液体空気バルブ（liquid air valve）４１は開いたままであり、それは、酸素流量及び空気圧に応じて制御される。この空気圧は、過給器７の出口での公称圧（nominal pressure）から中圧塔１５のそれに近い値まで穏やかに低下する。
【００２７】
図２Ａは、第１工程において酸素流を第２交換器に送らない場合に第２工程において第１交換器へと送る酸素及び与圧空気の流れを示している。
【００２８】
貯蔵タンク９内の空気は、圧縮機３及び／又は過給器７を停止した直後に、第１交換器１へと送られる。与圧空気流は、液体空気バルブ４１を開くことにより、直ちに増加して他の熱供給流の欠如（もはや中圧空気１３はないので）を補償する。それゆえ、与圧空気流は、まず、増加して第１工程における公称値（１００％）を超え、次いで、気化した酸素の流れが減少するにつれて次第に減少し、同様に、交換器の与圧空気の通路における圧力，この圧力はガス貯蔵タンクからの補給によって制御される，が低下し、同様に、空気貯蔵タンクにおける圧力が低下する。与圧空気流は、高圧気体酸素の流れに応じて液体空気バルブ４１を閉じることにより直線的に減少し、この高圧気体酸素の流れ自体も、第２交換器へと送られる酸素流が直線的に増加すると直線的に減少する。空気流を貯蔵タンクから移動させ始めてから第１交換器へと送る与圧空気をゼロにまで減少させるのに１分が経過する。液体酸素を気化させるのに必要な熱の一部は、主たる交換器の余熱（thermal inertia）からもたらされる。
【００２９】
図３Ａは、第１工程において酸素流を第２交換器へと送る場合に第２工程において第１交換器へと送る酸素及び与圧空気の流れを示している。
【００３０】
図３Ｂは、第２工程において、第２交換器２で気化した酸素流が、Ｙ％の値，それは第１工程において送られた流れの値である，から始まり、僅か１５秒の遷移時間で１００％まで増加することを示している。
【００３１】
図４Ａは、第３工程において空気及び酸素の流れを第１交換器１に送らないことを示している。図４Ｂは、第３工程において加圧酸素の全てを第２交換器に送ることを示している。
【００３２】
図１から図４の例では、第１空気貯蔵タンク９は、過給器７の出力圧力よりも高い圧力にある。それゆえ、それは、補助システム，例えば小さな圧縮機，によって高められている。この高圧，例えば１５０ｂａｒ，のシステムを用いると、与圧した通路内の圧力を公称値に維持するか又はそれを低下させることができる。
【００３３】
図５に示す設備は図１のものほど高価ではなく、この設備には、第１貯蔵タンク９の圧力を増加させるシステムがない。第１貯蔵タンク９は、過給器７の出口に接続されている。圧縮機３及び／又は過給器７を停止させた場合に、補給ガスを供給する方法は前述したのと同様であって、与圧した空気流は、ＨＰ液体空気バルブ４１を開くことにより即座に増加し、次いで、酸素流が減少し且つ空気圧が低下するにつれて減少する。
【００３４】
勿論、この設備は、蒸留用の空気の全てを、単一圧力に圧縮し、精製し、第１交換器へと送り、そこで酸素と熱交換させ、次いで、その一部を蒸留ユニットへと送り、残りの空気をクロードタービンにおいて膨張させるＥＰ−５０４ ０２９に記載されているタイプであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による空気分離設備を示す図。
【図２Ａ】本発明による方法の様々な工程中の空気と酸素との流れを示す図。
【図２Ｂ】本発明による方法の様々な工程中の空気と酸素との流れを示す図。
【図３Ａ】本発明による方法の様々な工程中の空気と酸素との流れを示す図。
【図３Ｂ】本発明による方法の様々な工程中の空気と酸素との流れを示す図。
【図４Ａ】本発明による方法の様々な工程中の空気と酸素との流れを示す図。
【図４Ｂ】本発明による方法の様々な工程中の空気と酸素との流れを示す図。
【図５】本発明による空気分離設備を示す図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2008504512.tif 000009
【図５】
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【国際調査報告】
2008504512.tif 000011
2008504512.tif 000012
2008504512.tif 000013
2008504512.tif 000014