(57)【要約】      （修正有）【課題】空気の低温蒸留によって、加圧された精製された空気と液体生成物の製造のための装置を提供する。【解決手段】第１のカラムＡに塔頂コンデンサＣを備える蒸留カラムシステムと、熱交換器９と、タービンと、空気を第１の圧力に圧縮するためのコンプレッサＶと、前記第１の圧力で空気を精製するための精製手段Ｐと、前記第１の圧力で前記精製された空気を第１の分留と第２の分留とに分けるための導管手段と、複数の導管とを具備する。【選択図】図１
0003180832.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１のカラム（Ａ）を備え、前記第１のカラム（Ａ）は少なくとも１つの塔頂コンデンサ（Ｃ，Ｃ１，Ｃ２）を備える蒸留カラムシステムと、熱交換器（９）と、タービン（２３）と、空気を第１の圧力に圧縮するためのコンプレッサ（Ｖ）と、前記第１の圧力で空気を精製するための精製手段（Ｐ）と、前記第１の圧力で前記精製された空気を第１の分留（fraction）と第２の分留（fraction）とに分けるための導管手段と、前記熱交換器内で冷却されるべき前記第１の分留を送るための導管と、前記熱交換器内で冷却された前記第１の分留を、蒸留カラムシステムの前記第１のカラムに送るための導管と、前記熱交換器内で中間温度に冷却されるべき前記第２の分留を送るための導管と、前記第２の分留を前記熱交換器から前記中間温度で第２の分留を取り除くための、かつ、前記第１の圧力で前記第２の分留を前記タービンに送るための導管と、前記熱交換器内で第２の圧力で膨張された昇温されるべき前記第２の分留を、前記第２の圧力で送るための導管と、前記昇温された第２の分留を、前記第２の圧力で生成物流れとして取り除くための導管とを具備し、前記第１の圧力は、第２の圧力よりも少なくとも３バール（bars）高く、前記第２の圧力は、３絶対バール（bars abs）よりも大きく、そして前記第１のカラムからの酸素が豊富にされた液体が、前記第１のカラムの１つの前記塔頂コンデンサ内で気化されるために送るための導管と、気化された酸素が豊富にされた液体を、第１の酸素が豊富にされたガスとして取り除くための導管と、第１のカラムから窒素が豊富にされた流体を取り除くための導管と、蒸留カラムシステムから少なくとも１つの液体生成物を取り除くための導管とを具備する
ことを特徴とする、空気の低温蒸留によって、加圧された精製された空気と液体生成物の製造のための装置。
【請求項２】
第２の蒸留カラム（Ｂ）と、
第２の蒸留カラムに酸素が豊富にされた液体を前記第１のカラムまたは前記塔頂コンデンサから、または、第１のカラムと上記塔頂コンデンサとから供給するための手段と
を具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
最も少ない１つの（the least one）の液体生成物は、液体窒素と液体酸素との内の少なくとも一方を備える
ことを特徴とする請求項１また２に記載の装置。
【考案の詳細な説明】
【考案の概要】
【０００１】
この発明は、低温蒸留による、加圧された精製された空気と液体生成物の製造のための装置と方法とに関する。
【０００２】
エネルギを産出するために、タービン内で、圧縮された空気を精製して、精製された空気を膨張させることによって清潔な乾燥した空気を製造することは、ＥＰ−Ａ−１０２７９１３から知られている。
【０００３】
この発明は、液体生成物を製造するために、精製された加圧された空気の膨張により作り出された冷却を用いる。膨張された空気が大気に送られるケースとは逆に、このケースでは、膨張された空気は、少なくとも３絶対バール（３  bar abs  ）、好ましくは５絶対（５  bar abs）の気圧で、除去される。なぜなら、それは、純粋な空気の生成物として機能するつもりだからである。
【０００４】
この発明によると、空気の低温蒸留による、加圧された精製された空気と液体生成物との製造のための方法が提供される。この中では、
ｉ）空気は、第１の圧力に圧縮され、前記第１の圧力で精製された空気を作るために精製され、
ｉｉ）前記第１の圧力の前記精製された空気は、第１の留分（fraction）と、第２の留分とに分けられ、
ｉｉｉ）前記第１の留分は、熱交換器内で冷却されて蒸留カラムシステムの第１のカラムに送られ、
ｉｖ）前記第２の留分は、前記熱交換器内で中間温度（intermediate temperature）に冷却され、前記第１の圧力から前記第２の圧力まで膨張され、前記熱交換器内で前記第２の圧力で暖められ、生成物の流れ（product stream）として取り除かれ、
ｖ）前記第１の圧力は、前記第２の圧力よりも少なくとも３バール（bars） 高く、前記第２の圧力は、３絶対バール（３  bars abs）よりも大きく、
ｖｉ）前記第１のカラムからの酸素が豊富にされた液体（oxygen enriched liquid）は、塔頂コンデンサ（top condenser）内で気化され、第１の酸素が豊富にされたガスとして取り除かれ、
ｖｉｉ）窒素が豊富にされた流体（nitrogen enriched fluid）は、前記第１のカラムから取り除かれ、
ｖｉｉｉ）少なくとも１つの液体生成物は、前記蒸留カラムシステムから取り除かれる。
【０００５】
任意に：
―  少なくとも１つの液体生成物は、前記第１のカラムから取り除かれた液体窒素である。
【０００６】
―  前記第１の酸素が豊富にされたガスは、圧縮されて前記第１のカラムに戻される。
【０００７】
―  酸素が豊富な液体は、蒸留カラムシステムの前記第１のカラムの塔頂コンデンサから取り除かれて第２のカラムの塔頂に送られ、前記酸素が豊富にされた液体は、前記第２のカラムの塔底から液体生成物として取り除かれる。
【０００８】
―  前記第１のカラムのコンデンサからの酸素が豊富にされたガスは、タービン内で膨張される。
【０００９】
この発明の他の側面によると、空気の低温蒸留による、加圧された精製された空気と液体生成物の製造のための装置が提供される。この装置は、少なくとも１つの塔頂コンデンサを備える少なくとも第１のカラムを備える蒸留カラムシステムと、熱交換器と、タービンと、第１の圧力に圧縮するためのコンプレッサと、第１の圧力で空気を精製するための精製手段と、前記第１の圧力で前記精製された空気を第１の分留（fraction）と第２の分留（fraction）とに分ける導管手段（conduits means）と、前記熱交換器内で冷却されるべき前記第１の留分を送るための導管（conduit）と、蒸留カラムシステムの前記第１のカラムに、前記熱交換器で冷却された前記第１の留分を送る導管と、前記熱交換器内で中間温度に冷却されるべき前記第２の留分を送るための導管と、前記中間温度の前記第２の留分を前記熱交換器内から取り除くための、かつ、前記第１の圧力で前記第２の留分をタービンに送るための導管と、前記第２の圧力の膨張された、前記熱交換器内で前記第２の圧力で昇温されるべき前記第２の留分を前記第２の圧力で送るための導管と、前記生成物流れとして昇温された前記第２の留分を第２の圧力で取り除くための導管とを具備し、前記第１の圧力は、前記第２の圧力よりも少なくとも３バール高く、前記第２の圧力は、３絶対バール（３  bars abs）よりも大きい。そして、前記第１のカラムからの酸素が豊富にされた液体が、前記第１のカラムの１つの前記塔頂コンデンサ内で気化されるために送るための導管と、前記気化された酸素が豊富にされた液体を、第１の酸素が豊富にされたガスとして取り除くための導管と、前記第１のカラムから窒素が豊富にされた流体を取り除くための導管と、前記蒸留カラムシステムから少なくとも１つの液体生成物を取り除くための導管とを具備する。
【００１０】
任意に、装置は、第２の蒸留カラムと、手段とを備える。この手段は、第２の蒸留カラムシステムに、第１のカラムまたは前記塔頂コンデンサから、または、前記第１のカラムと前記塔頂コンデンサとから、酸素が豊富にされた液体を与えるための手段である。
【００１１】
最も少ない１つ（the least one）の液体生成物は、液体窒素と液体酸素との少なくともの一方を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【００１３】
この発明は、この発明の方法を示す図面を参照してより詳しく説明される。
【００１４】
図１は、この発明の最も簡単な形態を示している。図１中では、コンプレッサＶ内で９〜１０バールの第１の圧力に圧縮される空気１は、精製ユニットＰ内で水と二酸化炭素とを取り除くために精製され、第１の分留５と第２の分留３とに分けられる。第１の分留５は、真鍮がかぶせられた（brazed）アルミニウムの熱交換器９内で完全に冷却され、１つのカラム窒素蒸留システムに送られる。カラムＡは、酸素が豊富にされた液体１１を形成する酸素を塔底で分離し、窒素が豊富なガスを塔頂で分離する。窒素が豊富なガスは、塔頂コンデンサＣ内で凝縮され、逆流としてカラムに送り戻される。酸素が豊富にされた液体１１は、その後熱交換器９内で昇温される気化された液体１５を形成するために膨張され、塔頂コンデンサＣに送られる。液体窒素１３は、生成物として取り除かれ、ガス状の窒素１７は、好ましくは生成物として、熱交換器内で昇温されるために、取り除かれる。
【００１５】
第２の分留３は、交換器９の中間温度に冷却され、タービン７内で９〜１０バールから５バールまで下げられて膨張され、５バールで昇温されるために交換器９に送り戻される。昇温された空気４は、５バールの清潔な空気生成物を構成する。
【００１６】
図２では、窒素カラムは、少しばかりより複雑であり、２つの塔頂コンデンサＣ１,Ｃ２を備え、工程は、冷却コンプレッサ２５（cold compressor 25）と、不用（waste）のタービン２３とを使用する。
【００１７】
図２では、９〜１０バールの圧力に圧縮されて、精製ユニット（図示せず）で精製された空気１は、第１の分留５と第２の分留３とに分けられる。第１の分留５は、真鍮がかぶせられた（brazed）熱交換器９内で完全に冷却され一つのカラム窒素蒸留システムに送られる。カラムＡは、酸素が豊富な液体１１を形成する空気１を塔底で分離し、窒素が豊富なガスを塔頂で分離するために使用される。
【００１８】
窒素が豊富なガスは、塔頂コンデンサＣ１,Ｃ２内で圧縮され、カラムに逆流（reflux）として送り戻される。その後冷間コンプレッサ２５内で圧縮されてカラムＡに送られる気化された液体１５を形成するために、酸素が豊富にされた液体１１は、膨張されて塔頂コンデンサＣ１に送られる。コンデンサＣ１からの液体は、下方のコンデンサＣ２に送られ、製造された（produced）気化されたガス２１は、タービン２３内で膨張され熱交換器９内で昇温される。液体窒素１３は、生成物として取り除かれ、ガス状の窒素１７は、好ましくは生成物として、交換器９内で昇温されるために取り除かれる。
【００１９】
第２の空気分留３は、交換器９の中間温度に冷却され、タービン７内で９〜１０バールから５バールまで膨張され、５バールで昇温されるために交換器９に送り戻される。昇温
された空気４は、５バールの清潔な空気を構成する。
【００２０】
図３は、２００ｐｐｂ酸素純度で、８．５ゲートバール（bars g）で４３０００Ｎｍ３／ｈのガス状窒素生成物流量１７と、４０００Ｎｍ３／ｈの液体窒素流量１３とを有する窒素発生装置を示している。
【００２１】
８４０００Ｎｍ３／ｈで９ゲートバール（bars g）で３０℃である精製ユニットからの乾燥しており清潔な大気中の空気流れ５（Ｈ２ＯとＣＯ２とが略ない）は、第１の蒸留カラムＡの中間ステージに入る前に交換器９内で−１６４℃の温度に冷却される。
【００２２】
１３６０００Ｎｍ３／ｈで、９．０ゲートバール（bars  g）で３０℃である、乾燥しており清潔な大気中の空気流れ３（Ｈ２ＯとＣＯ２とが略ない）は、交換器９内で−１５３．５℃の温度に冷却され、流れ４としてタービン７で４ゲートバール（bars  g）で−１７４℃に膨張される。この流れ４は、メイン変換器９内に入り、ここで、２８℃に昇温され、加圧生成物の圧縮乾燥空気（Compressed Dry Air pressurized product）（以下、ＣＤＡと表される）として、搬送される
タービン７で発生されるエネルギは、発生装置で回復(recover)される。
【００２３】
３７％ｍｏｌ．の酸素を含み７８０００Ｎｍ３／ｈの酸素が豊富にされた液体流量１１は、窒素蒸留カラムＡの塔底から回収されて、２つの流れ（流れ１１Ａと流れ１１Ｂ）とに分けられる。
【００２４】
４７０００Ｎｍ３／ｈの酸素が豊富な液体流量１１Ａは、バルブを横切って膨張されて、窒素蒸留カラムＡの塔頂コンデンサＣ１に供給される。
【００２５】
３１０００Ｎｍ３／ｈの酸素が豊富にされた液体流量１１Ｂ（流れ１９）は、第２の蒸留カラムＢのための再煮沸器Ｒ（reboiler）の熱源（source）として使用され、流れ１１Ａに混ぜられ、窒素蒸留カラムＡの塔頂に供給される。
【００２６】
２７％の酸素を有して４１０００Ｎｍ３／ｈの流量を有する、ガス状の酸素が豊富にされた再循環流れ２７は、４．７ゲートバール（bars g）で−１７２℃の窒素蒸留カラムＡの塔頂コンデンサＣ１から出て、再循環ブースタ２５内で８．９ゲートバール（bars g）に圧縮され、その後、変換器９内で−１６４．５℃に過冷却（subcooled）され蒸留カラムＡの下部のステージに供給される。
【００２７】
３１１００Ｎｍ３／ｈで３．７ゲートバール（bars g）で−１７２℃のコンデンサＣ２からのガス状の酸素が豊富な廃物（waste）２１は、交換器９内で−１３５℃に昇温され、タービン２３内で膨張され、メイン交換器９内に再び入り、２８℃に昇温される。
【００２８】
タービン２３は、冷却ブースタ２５に連結される。
【００２９】
廃物流れ２１（waste stream 21）は、３５３８０Ｎｍ３／ｈの流量（flow）と、４５．２％の酸素とを備え、
６８％の酸素を含み５９００Ｎｍ３／ｈの酸素が豊富な液体流量１５は、塔頂コンデンサＣ２から、バルブを通って膨張した後、酸素蒸留カラムＢに供給される。
【００３０】
４２８０Ｎｍ３／ｈの流量（flow）を有し、５６．１％の酸素を含む廃物ガス流れ（waste gas stream ）２８は、０．５ゲートバール（bar g） で−１８３℃で酸素蒸留カラムＢの上部から出て、メイン変換器９内で２８℃に昇温される。
【００３１】
蒸留カラムＢの排水だめ（sump）Ｏ２から、１６２０Ｎｍ３／ｈの液体酸素流量２９は、生成物として取り出される。
【００３２】
図４は、図３に対して、２つの冷却ブースタ２３Ａ,２３Ｂと、２つのタービン２５Ａ，２５Ｂが使用されることが異なる。酸素が豊富にされた流れ２１は、流れ２１Ａ，２１Ｂに分けられ、流れ２１Ａ，２１Ｂの各々は、タービン２３Ａ，２３Ｂの１つに送られる。酸素が豊富にされた流れ２７は、流れ２７Ａ，２７Ｂに分けられ、流れ２７Ａ，２７Ｂの各々は、冷却コンプレッサ２３Ａ，２３Ｂの１つに送られる。膨張された流れは、混合されて熱交換器内で昇温され、圧縮された流れは、混合されて過冷却された後カラムＡに送られる。
【００３３】
［付記１］
ｉ）空気が、第１の圧力に圧縮されて、精製された空気を形成するために第１の圧力で精製され、
ｉｉ）前記第１の圧力の精製された空気は、第１の分留と第２の分留とに分けられ、
ｉｉｉ）前記第１の分留は、熱交換器（９）内で冷却されて、蒸留カラムシステムの第１のカラム（Ａ）に送られ、
ｉｖ）第２の分留は、前記熱交換器内で中間温度（intermediate temperature）に冷却され、前記第１の圧力から第２の圧力に膨張され、前記熱交換器内で第２の圧力で昇温され、生成物流れとして取り除かれ、
ｖ）前記第１の圧力は、前記第２の圧力よりも少なくても３バール高く、前記第２の圧力は、３絶対バール（３ bars abs）よりも大きく、
ｖｉ）前記第１のカラムからの酸素が豊富にされた液体は、第１のカラムの塔頂コンデンサ（Ｃ，Ｃ１，Ｃ２）内で気化され、第１の酸素が豊富にされたガスとして取り除かれ、
ｖｉｉ）窒素が豊富にされた流体は、第１のカラムから取り除かれ、
ｖｉｉｉ）少なくとも１つの液体生成物が、前記蒸留カラムシステムから取り除かれる
ことを特徴とする、空気の低温蒸留によって、加圧された精製された空気と液体生成物の製造のための方法。
【００３４】
［付記２］
少なくとも１つの液体生成物は、前記第１のカラム（Ａ）から取り除かれた液体窒素である
ことを特徴とする付記１に記載の方法。
【００３５】
［付記３］
前記第１の酸素が豊富にされたガス（２７）は、圧縮され、第１のカラムに送り戻される
ことを特徴とする付記１または２に記載の方法。
【００３６】
［付記４］
酸素が豊富にされた液体は、第１のカラムの塔頂コンデンサ（Ｃ２）から取り除かれ、蒸留カラムシステムの第２のカラム（Ｂ）の塔頂に送られ、酸素が豊富な液体（２９）は、第２のカラムの塔底から液体生成物として取り除かれる
ことを特徴とする付記１〜３のうちのいずれか１つに記載の方法。
【００３７】
［付記５］
前記第１のカラム（Ａ）のコンデンサ（Ｃ２）からの、酸素が豊富にされたガスは、タービン（２３）内で膨張される
ことを特徴とする付記１〜４のうちのいずれか１つに記載の方法。
【図１】
0003180832.tif 000003
【図２】
0003180832.tif 000004
【図３】
0003180832.tif 000005
【図４】
0003180832.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月26日(2012.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【図１】図１は、この発明の最も簡単な形態を示す図である。
【図２】図２は、少しばかりより複雑な窒素カラムを示す図である。
【図３】図３は、窒素発生装置を示す図である。
【図４】図４は、２つの冷却ブースタと、２つのタービンが使用される図である。