(57)【要約】中圧カラム（１５）および低圧カラム（１７）を有し、低圧カラムは底部気化器（１９）、中間気化器（２１）および上部気化器（２３）を含む、二重カラムにおいて低温蒸留により空気を分離する方法において、圧縮空気を精製ユニットで精製し、交換ラインで冷却して二重カラムの中圧カラムに供給し、酸素リッチ流体を低圧カラムから抜き出し、加熱して顧客へ送り、中圧カラムから取り出した窒素を少なくとも３つの部分に分け、窒素の第１部分を第１タービン（４７）で膨張させ、窒素の第２部分を低温圧縮機（５１）で圧縮して底部気化器へ送り、こうして凝縮した窒素を二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送り、窒素の第３部分を、それが取り出されるカラムの下流かつ上部気化器の上流で圧力変更工程なしに上部気化器へ送り、こうして凝縮した窒素を二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送り、圧縮し、精製して冷却した空気からなる気体流を中間気化器へ送る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中圧カラム（１５）および低圧カラム（１７）を有し、前記低圧カラムは底部気化器（１９）、中間気化器（２１）および上部気化器（２３）を含む、二重カラムを有する設備において低温蒸留を用いて空気を分離することにより酸素を製造する方法であって：
ａ）圧縮空気を精製ユニット（２）において精製し、交換ライン（１１）において冷却して前記二重カラムの前記中圧カラムに供給し、
ｂ）酸素リッチ流体を前記低圧カラムから抜き出し、加熱して顧客へ送り、
ｃ）前記中圧カラムから取り出した窒素を少なくとも３つの部分に分け、
ｄ）前記窒素の第１部分を第１タービン（４７）において膨張させ、
ｅ）前記窒素の第２部分を、その圧力を低温圧縮機（５１）において上昇させて前記底部気化器へ送り、こうして凝縮した窒素を前記二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送り、
ｆ）前記窒素の第３部分を、それが取り出されるカラムの下流かつ前記上部気化器の上流で圧力変更工程なしに前記上部気化器へ送り、こうして凝縮した窒素を前記二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送り、
ｇ）精製し冷却圧縮した空気または前記中圧カラムから取り出して低温圧縮機において圧縮した窒素からなる気体流を前記中間気化器へ送る
方法。
【請求項２】
前記中間気化器（２１）へ送られる前記気体流は前記中圧カラム（１５）からの窒素である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記中間気化器（２１）へ送られる前記気体流は精製されて冷却圧縮された空気である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１タービン（４７）において膨張された前記窒素の第１部分を、前記精製ユニット（２）を再生するために用いる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１タービンは、前記流体の前記第２部分の圧力を上昇させる前記低温圧縮機（５１）を駆動し、この方法のための実質的に全ての冷却エネルギーを与える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記低圧カラムは頂部コンデンサをもたない請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記中圧カラムの頂部からの全ての気体窒素をちょうど３つの部分に分ける請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記中圧カラムの頂部からの全ての気体窒素をちょうど４つの部分に分け、第４部分を前記中間気化器（２１）へ送る請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記中圧カラムからの窒素を少なくとも１つのタービンにおいて膨張させることによって、実質的に全ての冷却エネルギーを生じさせる請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記低圧カラムからの液体酸素流を、場合によってはそれを加圧した後に、気化して顧客へ送る流体を生じさせる請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
低温蒸留を用いた空気の分離により酸素を製造する装置であって、中圧カラム（１５）および低圧カラム（１７）を有し、前記低圧カラムは底部気化器（１９）、中間気化器（２１）および上部気化器（２３）を含む二重カラムと、精製ユニット（２）と、交換ライン（１１）と、少なくとも１つの第１タービン（４７）と、少なくとも１つの低温圧縮機（５１、１５７）と、前記精製ユニットで精製されて前記交換ラインで冷却された圧縮空気を前記二重カラムの前記中圧カラムへ送る手段と、酸素リッチ流体を前記低圧カラムから抜き出す手段と、場合によりそれを加熱する少なくとも一部分において前記交換ラインからなる手段および顧客へ送られる加熱された酸素リッチ流体を送る手段と、前記中圧カラムから取り出された窒素を少なくとも３つの部分に分ける手段と、前記窒素の第１部分を第１タービンへ送る手段と、前記窒素の第２部分をその圧力を上昇させる低温圧縮機へ送る手段と、圧力上昇した第２部分を前記底部気化器へ送る手段と、こうして凝縮した窒素を前記二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送る手段と、前記窒素の第３部分を、それが取り出された前記カラムの下流かつ前記上部気化器の上流で圧力変更手段なしに、前記上部気化器へ送る手段と、前記二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送られる、こうして凝縮した窒素を送る手段と、精製されて冷却圧縮された空気または前記中圧カラムから取り出されて第２低温圧縮機において圧縮された窒素からなる気体流を前記中間気化器へ送る手段とを有する装置。
【請求項１２】
前記中間気化器（２１）を前記中圧カラム（１５）の頂部に接続する手段を有する請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１タービン（４７）の出口を前記精製ユニット（２）に接続する手段を有する請求項１１および１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１タービン（４７）は、前記流体の前記第２部分の圧力が上昇される前記低温圧縮機（５１）と連結され、装置内の唯一のタービンを構成している請求項１１、１２および１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記低圧カラムは頂部コンデンサをもたない請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は低温蒸留を用いて空気を分離することにより酸素を製造する方法および装置に関する。
【０００２】
本発明の１つの目的は、特に加圧窒素が末端顧客によって本来的に利点として認識されないスキームにおいて、低圧低純度酸素の分離の比エネルギーを低減させることにある。
【０００３】
本発明のこの目的は３つの気化器を低圧カラムで用いるスキームを用いることによって達成され、そのなかで：
・底部気化器は冷却圧縮された中圧窒素に作用し、
・上部中間気化器は中圧窒素に作用し、
・下部中間気化器は中圧空気または冷却圧縮された中圧窒素のいずれかに作用する。
【０００４】
変数に依存するが、比エネルギーの節約は０．５％ないし７％を示す。
【０００５】
ＵＳ−Ａ−５００６１３９は、その底部気化器が低温圧縮機において圧縮された中圧窒素の流れによって加熱される低圧カラムを用いて窒素を製造する方法を記載している。本発明によれば、いくつかのタービンを用いて交換ラインをより良好に最適化する提案もある。
【０００６】
本発明の方法は中圧カラムから気体酸素を製造し、好ましくは窒素を製造しない。
【０００７】
本発明の１つの主題は、中圧カラムおよび低圧カラムを有し、前記低圧カラムは底部気化器、中間気化器および上部気化器を含む、二重カラムを有する設備において低温蒸留を用いて空気を分離することにより酸素を製造する方法であって：
ａ）圧縮空気を精製ユニットにおいて精製し、交換ラインにおいて冷却して前記二重カラムの前記中圧カラムに供給し、
ｂ）酸素リッチ流体を前記低圧カラムから抜き出し、加熱して顧客へ送り、
ｃ）前記中圧カラムから取り出した窒素を少なくとも３つの部分に分け、
ｄ）前記窒素の第１部分を第１タービンにおいて膨張させ、
ｅ）前記窒素の第２部分を、その圧力を低温圧縮機において上昇させて前記底部気化器へ送り、こうして凝縮した窒素を前記二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送り、
ｆ）前記窒素の第３部分を、それが取り出されるカラムの下流かつ前記上部気化器の上流で圧力変更工程なしに前記上部気化器へ送り、こうして凝縮した窒素を前記二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送り、
ｇ）精製し冷却圧縮した空気または前記中圧カラムから取り出して低温圧縮機において圧縮した窒素からなる気体流を前記中間気化器へ送る
方法を提供する。
【０００８】
他の選択肢の態様によれば：
−中間気化器へ送られる気体流は、中圧カラムからの窒素である；
−中間気化器へ送られる気体流は精製されて冷却圧縮された空気である；
−第１タービンにおいて膨張された窒素の第１部分を、精製ユニットを再生するために用いる；
−第１タービンは、流体の第２部分の圧力を上昇させる低温圧縮機を駆動し、この方法のための実質的に全ての冷却エネルギーを与える；
−低圧カラムは頂部コンデンサをもたない；
−中圧カラムの頂部からの全ての気体窒素をちょうど３つの部分に分ける；
−中圧カラムの頂部からの全ての気体窒素をちょうど４つの部分に分け、第４部分を中間気化器へ送る；
−中圧カラムからの窒素を少なくとも１つのタービンにおいて膨張させることによって、実質的に全ての冷却エネルギーを生じさせる；
−低圧カラムからの液体酸素流を、場合によってはそれを加圧した後に、気化して顧客へ送る流体を生じさせる。
【０００９】
本発明の他の態様は、低温蒸留を用いた空気の分離により酸素を製造する装置であって、中圧カラムおよび低圧カラムを有し、前記低圧カラムは底部気化器、中間気化器および上部気化器を含む二重カラムと、精製ユニットと、交換ラインと、少なくとも１つの第１タービンと、少なくとも１つの低温圧縮機と、前記精製ユニットで精製されて前記交換ラインで冷却された圧縮空気を前記二重カラムの前記中圧カラムへ送る手段と、酸素リッチ流体を前記低圧カラムから抜き出す手段と、場合によりそれを加熱する少なくとも一部分において前記交換ラインからなる手段および顧客へ送られる加熱された酸素リッチ流体を送る手段と、前記中圧カラムから取り出された窒素を少なくとも３つの部分に分ける手段と、前記窒素の第１部分を第１タービンへ送る手段と、前記窒素の第２部分をその圧力を上昇させる低温圧縮機へ送る手段と、圧力上昇した第２部分を前記底部気化器へ送る手段と、こうして凝縮した窒素を前記二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送る手段と、前記窒素の第３部分を、それが取り出された前記カラムの下流かつ前記上部気化器の上流で圧力変更手段なしに、前記上部気化器へ送る手段と、前記二重カラムの少なくとも１つのカラムへ送られる、こうして凝縮した窒素を送る手段と、精製されて冷却圧縮された空気または前記中圧カラムから取り出されて第２低温圧縮機において圧縮された窒素からなる気体流を前記中間気化器へ送る手段とを有する装置を提供する。
【００１０】
この装置は、場合によっては以下を有していてもよい：
−中間気化器を中圧カラムの頂部に接続する手段；
−第１タービンの出口を精製ユニットに接続する手段；
−第１タービンは、流体の第２部分の圧力が上昇される低温圧縮機と連結され、装置内の唯一のタービンを構成している；
−低圧カラムは頂部コンデンサをもたない；
−液体酸素を、場合によっては交換ラインにおいて、気化させる手段、および場合によっては液体酸素を気化させる手段の上流で液体酸素を加圧する手段。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【００１２】
本発明に係る空気分離装置の概略図である図１、図２および図３を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００１３】
図１は加圧されて精製された空気流１が３つの流れ３、５、７に分けられる空気分離装置を示す。流れ３はそれが交換ライン１１の一端から他端へ通過する際に冷却され、二重カラムの中圧カラム１５へ送られる。流れ５は交換ライン１１の一端から他端へ通過する際に冷却され、二重カラム１５、１７の低圧カラム１７の中間気化器２１へ送られる。他の空気流７は高温加圧器９においてその圧力が上昇され、熱交換ライン１１の一端から他端へ流れることによって冷却され、気化器１３へ送られてここで加圧液体酸素と熱交換することによって少なくとも部分的に凝縮する。凝縮した空気はその全てが中圧カラムへ送られるかまたは中圧カラムと低圧カラム１７とで分けられる。
【００１４】
リッチ液体２５、リーン液体６１、および場合によっては液体空気に多少類似した液体２７は、交換器２９における過冷却の後に、還流として中圧カラム１５から低圧カラム１７へ送られる。
【００１５】
液体酸素の流れ３３は低圧カラムから取り出され、ポンプ３５によって加圧され、交換ライン１１の上流で気化器１３において気化される。流体３３は、ポンプ３５を用いずに、静水頭の効果によって加圧されることもある。
【００１６】
低圧窒素３１は低圧カラム１７の頂部から取り出されて交換器２９、１１において加熱される。
【００１７】
窒素の中圧気体流３９は中圧カラム１５の頂部から取り出されて２つに分けられる。一部５３は低圧カラム１７の上部気化器２３に送られてここで凝縮されてから還流として中圧カラムに戻される。残りの窒素４１は２つに分けられ、１つの部分４３は低温圧縮機５１へ送られて流れ５５を形成し、この流れ５５は低圧カラム１７の底部気化器１９へ送られる。これはこの気化器１９において凝縮した後に複数のカラムの少なくとも１つのための還流として働く。
【００１８】
残りの窒素４５は熱交換ラインへ送られ、中間レベルまで加熱されてタービン４７へ送られる。タービン４７で膨張された窒素は熱交換ラインの低温端へ送られて加熱され、流れ４９となる。
【００１９】
これはＷＯ−Ａ−２００７／１２９１５２に開示されたスキームよりも０．５％の潜在的な省エネルギーをもたらす。
【００２０】
図２は加圧されて精製された空気流１が２つの流れ３、７に分けられる空気分離装置を示す。流れ３はそれが交換ライン１１の一端から他端へ通過する際に冷却され、二重カラムの中圧カラム１５へ送られる。他の空気流７は高温加圧器９においてその圧力が上昇され、それが交換ライン１１の一端から他端へ通過する際に冷却され、気化器１３へ送られてここで加圧液体酸素と熱交換することによって少なくとも部分的に凝縮する。凝縮した空気はその全てが中圧カラムに送られるかまたは中圧カラムと低圧カラム１７とで分けられる。
【００２１】
リッチ液体２５、リーン液体６１、および場合によっては液体空気に多少類似した液体２７は、交換器２９における過冷却の後に、還流として中圧カラム１５から低圧カラム１７へ送られる。
【００２２】
液体酸素の流れ３３は低圧カラムから取り出され、ポンプ３５によって加圧され、交換ライン１１の上流で気化器１３において気化される。流体３３は、ポンプ３５を用いずに、静水頭を用いて加圧されることもある。
【００２３】
低圧窒素３１は低圧カラム１７の頂部から取り出されて交換器２９、１１において加熱される。
【００２４】
窒素の中圧気体流３９は中圧カラム１５の頂部から取り出されて２つに分けられる。一部５３は低圧カラム１７の上部気化器２３に送られてここで凝縮されてから還流として中圧カラムに戻される。空気の残りはもう一度２つに分けられる。１つの部分は低温圧縮機１５１へ送られて流れ１５５となり、これは中間気化器２１を加熱してから還流として複数のカラムへ送られる。残りの窒素４１は２つに分けられ、１つの部分４３は低温圧縮機５１へ送られて流れ５５を形成し、この流れ５５は低圧カラム１７の底部気化器１９へ送られる。これはこの気化器１９において凝縮した後に複数のカラムの少なくとも１つのための還流として働く。
【００２５】
残りの窒素４５は熱交換ラインへ送られ、中間レベルまで加熱されてタービン４７へ送られる。タービン４７で膨張された窒素は熱交換ラインの低温端へ送られて加熱され、流れ４９となる。中圧窒素ラインに２つの低温圧縮機５１、１５１を設けることは、複数のコンプレッサにわたる出力の分布を、低圧カラムの再沸騰要件に最もよく適合するように調節することを可能にする。
【００２６】
ＷＯ−Ａ−２００７−１２９１５２に開示されたスキームよりも１．７％の省エネルギーを達成できる。
【００２７】
図３はコンプレッサＭによって加圧され精製ユニット２において精製された空気流１が２つの流れ３、７に分けられる空気分離装置を示す。流れ３はそれが交換ライン１１の一端から他端へ通過する際に冷却され、二重カラムの中圧カラム１５へ送られる。他方７は高温加圧器９においてその圧力が上昇され、熱交換ライン１１の一端から他端へ通過することによって冷却され、気化器１３へ送られてここで加圧液体酸素と熱交換することによって少なくとも部分的に凝縮する。凝縮した空気はその全てが中圧カラムに送られるかまたは中圧カラムと低圧カラム１７とで分けられる。
【００２８】
リッチ液体２５、リーン液体６１、および場合によっては液体空気に多少類似した液体２７は、交換器２９における過冷却に続いて、還流として中圧カラム１５から低圧カラム１７へ送られる。
【００２９】
液体酸素の流れ３３は低圧カラムから取り出され、ポンプ３５によって加圧され、交換ライン１１の上流で気化器１３において気化される。流体３３は、ポンプ３５を用いずに、静水頭を用いて加圧されることもある。
【００３０】
低圧窒素３１は低圧カラム１７の頂部から取り出されて交換器２９、１１において加熱される。
【００３１】
窒素の中圧気体流３９は中圧カラム１５の頂部から取り出されて２つに分けられる。一部５３は低圧カラム１７の上部気化器２３に送られてここで凝縮されてから還流として中圧カラムに戻される。残りの空気はもう一度２つに分けられる。１つの部分は低温圧縮機１５１へ送られて流れ１５５となり、この流れ１５５は交換ライン１１において冷却されてから、中間気化器２１を加熱するのに用いられてから、還流として複数のカラムへ送られる。残りの窒素４１は２つに分けられ、１つの部分４３は低温圧縮機５１へ送られて流れ５５を形成し、この流れ５５は交換ライン１１において冷却された後に低圧カラム１７の底部気化器１９へ送られる。これはこの気化器１９において凝縮した後に複数のカラムの少なくとも１つのための還流として働く。
【００３２】
残りの窒素４５は熱交換ラインへ送られ、中間レベルまで加熱されて２つに分けられる。窒素４５の一部４９はタービン４７へ送られる。タービン４７で膨張された窒素は熱交換ラインの低温端へ送られて加熱されてから周期的に精製ユニット２を再生するのに用いられる。残りの窒素４６は熱交換ライン１１において加熱され続け、２つに分けられ、１つの部分１４９はタービン４７よりも高い入口温度でタービン１４７へ送られる。この部分の窒素は膨張され、加熱されて大気へ放出される。残りの窒素２４９はタービン４７、１４７よりも高い入口温度でタービン２４７へ送られる。この部分の窒素２４９は膨張され、加熱されて大気へ放出される。
【００３３】
ＷＯ−Ａ−２００７−１２９１５２に開示されたスキームよりも７％の省エネルギーを達成できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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