(57)【要約】【課題】低温空気分離ユニットにおけるＬＮＧベース液化装置の能力増強のためのシステムの提供。【解決手段】本システムにおいて、低生産モードでは、ＬＮＧベース液化装置に供給される窒素が蒸留カラムシステムからの少なくとも一部の高圧力窒素のみからなり、一方高生産モードでは、補助コンプレッサーを使用して蒸留カラムシステムからの少なくとも一部の低圧力窒素を昇圧しＬＮＧベース液化装置への追加的な（又は置換する）供給を行う。本発明の鍵は補助コンプレッサーであり、且つ関連する熱交換器はＬＮＧベース液化装置とは離れていて且つ別個のものである。このため能力増強が現実に必要になるまで、機器の購入を遅らせることが可能であり、それゆえに液化製品需要の見込み増加に基づいた過大な液化装置の建造を避けることができる。【選択図】図１ｂ
2008025986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給空気の低温分離のためのプロセス処理方法であって、
（ａ）供給空気が、圧縮され、水や二酸化炭素のように低温で結氷して不純物が取り除かれ、続いて主熱交換器及び蒸留カラムシステムを有する低温の空気分離ユニット（以後「ＡＳＵ」）に供給され；
（ｂ）供給空気が、蒸留カラムシステムからの排出流れの少なくとも一部に対して、主熱交換器において間接熱交換されることによって、冷却され；
（ｃ）冷却された供給空気が、蒸留カラムシステムにおいて、窒素を富化した流れと、酸素を富化した流れ（及び、随意的にアルゴン、クリプトン及びキセノンを含む供給空気の残留成分を富化した各々の流れ）とを包含する複数の排出流れへ、分離され；
（ｄ）蒸留カラムシステムは、高圧力カラムと、低圧力カラムとを有し；
（ｅ）高圧力カラムが供給空気を、高圧力カラム頂部から引き出された高圧力窒素流れを含む排出流れと、高圧力カラムの底部から引き出され且つさらなるプロセス処理のために低圧力カラムへ供給される粗製液体酸素流れと、に分離し；
（ｆ）低圧力カラムは粗製液体酸素流れを、低圧力カラム底部から引き出された酸素生成物流れを含む排出流れと、低圧力カラム頂部から引き出された低圧力の窒素流れと、に分離し；
（ｇ）高圧力窒素の少なくとも一部が、低圧力カラムの底部（又はサンプ（汚水貯め））に貯まり沸騰している酸素富化液体に対してリボイラー／コンデンサーにおいて凝縮し、且つ蒸留カラムシステムのリフラックス（環流）として使用されるように、高圧力カラム及び低圧力カラムは熱的に連結され；
（ｈ）少なくとも一部の生成物が液体として望まれている場合に必要なリフリジレーション冷却を提供するように、液化天然ガス（以後「ＬＮＧ」）によるリフリジレーション冷却が、窒素を蒸溜カラムシステムから液化装置ユニット（以後「ＬＮＧベース液化装置」）へ供給することによって行われ、（このＬＮＧベース液化装置では、一以上の付属コンプレッサーを使用する複数のステージで窒素を圧縮すること、及び付属熱交換器で液化天然ガスに対して間接熱交換することによって複数のステージの間で窒素を冷却することによって、液化がされる）；
ＬＮＧベース液化装置用の付属コンプレッサーとは離れていて且つ別個の補助コンプレッサーを有する、ＬＮＧベース液化装置の能力を増強するためのシステムが：
（ｉ）低生産モードでは、低圧力窒素及び高圧力窒素の間で、ＬＮＧベース液化装置に供給される窒素が、高圧力窒素の少なくとも一部のみからなり；そして
（ｉｉ）高生産モードでは、補助コンプレッサーが使用されて低圧力窒素の少なくとも一部の圧力を高圧力窒素の圧力まで昇圧し、ＬＮＧベース液化装置に供給する昇圧窒素を生じる、
プロセス方法。
【請求項２】
高生産モードにおいて、ＬＮＧベース液化装置に供給される窒素が、昇圧した窒素、及び高圧力窒素の少なくとも一部の両方を含む、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
昇圧した窒素及び高圧力窒素の間で、昇圧した窒素だけが高生産モードのＬＮＧベース液化装置に供給されるように、（ｇ）において、高圧力窒素の全体部が、リボイラー／コンデンサーで凝縮され且つ蒸留カラムシステムのためのリフラックスとして使用される、請求項１に記載された方法。
【請求項４】
低生産モード及び高生産モードの両方において、液化装置に供給される窒素が、主熱交換器において供給空気に対する間接熱交換によって気化された後に（ｈ）で生じた液化窒素の少なくとも一部を含む、請求項１に記載された方法。
【請求項５】
低圧力窒素の圧力を昇圧する前に、付属熱交換器とは離れていて且つ別個の補助的な予冷却熱交換器においてＬＮＧに対して間接熱交換することによって、低圧力窒素が冷却され冷却した窒素流れを生じる、請求項１に記載された方法。
【請求項６】
冷却した窒素流れを昇圧する前に、冷却した窒素流れがＬＮＧベース液化装置からのガス状窒素排気流れと混合される、請求項５に記載された方法。
【請求項７】
低圧力窒素流れを冷却する前に、低圧力窒素がＬＮＧベース液化装置からのガス状窒素排気流れと混合される、請求項５に記載された方法。
【請求項８】
（ｉ）低圧力窒素の圧力を昇圧する前に、低圧力窒素がＬＮＧベース液化装置からのガス状窒素排気流れと混合され；及び
（ｉｉ）低圧力窒素の圧力を昇圧した後であるが、ＬＮＧベース液化装置に供給される前に、付属熱交換器とは離れていて且つ別個の補助的な後冷却熱交換器において冷却媒体に対して間接熱交換することによって、低圧力窒素が冷却される、
請求項１に記載された方法。
【請求項９】
低生産モードの間は、いずれは補助コンプレッサーを駆動させるための空きピニオンを有する機械によって、付属コンプレッサーが駆動させられる、請求項１に記載された方法。
【請求項１０】
高生産モードの間は、補助コンプレッサーが空きピニオンに取り付けられる、請求項９に記載された方法。
【請求項１１】
高生産モードの間は、付属コンプレッサー及び補助コンプレッサーが別の機械によって駆動させられる、請求項１に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給空気の低温分離に関する周知のプロセス処理（以後『プロセス処理』）に関係し、ここで：
（ａ）供給空気が、圧縮され、水や二酸化炭素のように低温で結氷して不純物が取り除かれ、続いて主熱交換器及び蒸留カラムシステムを有する低温の空気分離ユニット（以後「ＡＳＵ」）に供給され；
（ｂ）供給空気が、蒸留カラムシステムからの排出流れの少なくとも一部に対して、主熱交換器において間接熱交換されることによって、冷却され（そして随意的に少なくとも一部が凝縮され）；
（ｃ）冷却された供給空気が、蒸留カラムシステムにおいて、窒素を富化した流れと、酸素を富化した流れ（及び、随意的にアルゴン、クリプトン及びキセノンを含む供給空気の残留成分を富化した各々の流れ）とを包含する複数の排出流れへ、分離され；
（ｄ）蒸留カラムシステムは、高圧力カラムと、低圧力カラムとを有し；
（ｅ）高圧力カラムが供給空気を、高圧力カラム頂部から引き出された高圧力窒素流れを含む排出流れと、高圧力カラムの底部から引き出され且つさらなるプロセス処理のために低圧力カラムへ供給される粗製液体酸素流れと、に分離し；
（ｆ）低圧力カラムは粗製液体酸素流れを、低圧力カラム底部から引き出された酸素生成物流れを含む排出流れと、低圧力カラム頂部から引き出された低圧力の窒素流れと、（及びしばしば低圧力カラムの上方部から引き出された窒素流れと）に分離し；そして 
（ｇ）高圧力窒素の少なくとも一部が、低圧力カラムの底部（又はサンプ（汚水貯め））に貯まり沸騰している酸素富化液体に対してリボイラー／コンデンサーにおいて凝縮し、且つ蒸留カラムシステムのリフラックス（環流）として使用されるように、高圧力カラム及び低圧力カラムは熱的に連結される。
【０００２】
特に、本発明は上述した『プロセス処理』の既知の実施態様に関係し、ここで生成物の少なくとも一部が液体として望まれる場合に必要なリフリジレーション冷却（冷蔵冷却）をもたらすために、窒素を液化する保温された液化装置ユニット（以後「ＬＮＧベース液化装置」）へ蒸溜カラムシステムから窒素を供給することによって、リフリジレーション冷却が液化天然ガス（以後「ＬＮＧ」）から引き出される。望ましい液体生成物の少なくとも一部が液体酸素である場合は、液化した窒素の少なくとも一部が蒸留カラムシステム（又は随意的に主熱交換器）へ戻される。さもなければ、液化した窒素は生成物として引き出される。
【背景技術】
【０００３】
ＬＮＧベース液化装置では概して、窒素が、複数のステージで圧縮され且つＬＮＧに対する間接熱交換によって複数のステージの間で冷却される。圧縮が低温の入口温度を伴って実施される場合に、ＬＮＧは、間接熱交換によってコンプレッサーへの供給物さらに排出物を冷却するためにも使用される。ＬＮＧベース液化装置の例は、英国特許出願１，３７６，６７８号及び米国特許５，１３７，５５８号、５，１３９，５４７号及び５，１４１，５４３号に見ることができ、以下でさらに詳述する。
【０００４】
当業者は、ＬＮＧベース液化装置と、供給空気又は窒素のいずれかをターボ膨張することにより液体生成物を造るために必要なリフリジレーション冷却を得るより従来型の液化装置と、の間の対照となる点を理解する。
【０００５】
英国特許出願１，３７６，６７８号（以後「ＧＢ’６７８」）は、どのようにＬＮＧリフリジレーション冷却が窒素の流れを液化するために使用されるかについて、非常に基本的な概念を教示する。このＬＮＧはまず望ましい配送圧力まで昇圧され、それから熱交換器へ向けられる。この暖かい窒素ガスが前記熱交換器で冷却されそれからいくつかのステージで圧縮される。圧縮の各ステージの後で、現時点でより暖くなった窒素が熱交換器に戻されそして再度冷却される。最後の圧縮ステージの後で、窒素が冷却されその後バルブを通って減圧されそして液体が製造される。この流れは減圧されると、いくらか気相が生成され、それは適当な圧縮ステージに再循環される。
【０００６】
ＧＢ’６７８は、多くの重要な基礎原理を教示する。第一に、ＬＮＧは、低圧力窒素ガスを液化するのに十分な低温ではない。実際に、ＬＮＧが大気圧で気化する場合、この沸騰温度は概して約−２６０°Ｆ（−１６２℃）であり、且つこの窒素は凝縮するために少なくとも１５．５ｂａｒａまで圧縮されなければならない。ＬＮＧの気化圧力が増す場合、必要な窒素圧力も増加する。それゆえに、多数の窒素圧縮ステージが必要とされ、そしてＬＮＧはコンプレッサー中間冷却器及び後冷却器のための冷却をもたらすために使用され得る。第二に、ＬＮＧ温度は窒素の通常の沸点（約−３２０°Ｆ（−１９６℃））と比べると比較的暖かく、液化窒素が減圧されるとフラッシュガスが生じる。このフラッシュガスは再循環され且つ再圧縮されなければならない。
【０００７】
米国特許３，８８６，７５８号（以後「ＵＳ’７５８」）は、窒素ガス流れが約１５ｂａｒａの圧力まで圧縮されそれから気化しているＬＮＧに対する熱交換によって冷却され且つ凝縮される方法を開示する。この窒素ガス流れは、二重カラムサイクルの低圧力カラムの頂部又は単一カラムサイクルの唯一のカラムの頂部を起源とする。凝縮した液体窒素のいくらかは、気化しているＬＮＧと熱交換することによって製造されたものであるが、ガス状窒素を製造した蒸留カラムの頂部に戻される。この液体窒素によって供給されるリフリジレーション冷却は、蒸留カラムにおいて酸素生成物を液体として製造するために変えられる。蒸留カラムに戻されない凝縮した液体窒素の部分は液体窒素生成物として貯蔵される。
【０００８】
欧州特許０，３０４，３５５号（以後「ＥＰ’３５５」）は、空気分離プラントへＬＮＧからのリフリジレーション冷却を移動するための媒体として働く窒素又はアルゴンのような不活性ガスサイクルの利用を教示する。このスキームにおいて、高圧力の不活性ガスの流れが、気化しているＬＮＧに対して液化され、それから空気分離ユニット（ＡＳＵ）からの圧力流れを冷却するために使用される。ＡＳＵ流れの一つは、冷却後に、低温圧縮され、液化され及びＡＳＵへ冷却媒体として戻される。ここでの動機は、同じ熱交換器内でこの流れをＬＮＧよりも高い圧力に維持することである。これは、ＬＮＧが窒素流れに漏れることがないようにするため、すなわちメタンが液化した戻り窒素を伴うＡＳＵに移送されないようにするために、行われる。
【０００９】
米国特許５，１３７，５５８号、５，１３９，５４７号、及び５，１４１，５４３号（以後それぞれ「ＵＳ’５５８」、「ＵＳ’５４７」、及び「ＵＳ’５４３」）は、１９９０年までの先行技術の良好な調査を提供する。これらの三つの文献は、当時の技術の状況も教示する。これら三つ全ての文献では、液化装置への窒素供給がＡＳＵからの低圧力及び高圧力窒素流れからなされている。低圧力窒素流れは低圧力カラムを起源とし；高圧力窒素流れは高圧力カラムを起源とする。低圧力の高圧力窒素流れに対する比に関して指示はない。
【００１０】
９０年代初め以降の文献に新しい技術はほとんどないが、これはＬＮＧからのリフリジレーション冷却の回収（ＬＮＧ受入れターミナル）のための適用のほとんどが埋め尽くされており、一般には新しいターミナルは建設されていないためである。最近では、新しいＬＮＧ受入れターミナルについての関心及びそれゆえにＬＮＧからのリフリジレーション冷却を回収する見込みが復活してきている。
【特許文献１】英国特許出願１，３７６，６７８号明細書
【特許文献２】米国特許３，８８６，７５８号明細書
【特許文献３】欧州特許０，３０４，３５５号明細書
【特許文献４】米国特許５，１３７，５５８号明細書
【特許文献５】米国特許５，１３９，５４７号明細書
【特許文献６】米国特許５，１４１，５４３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＬＮＧベース液化装置は概して、当初数年の運転後に液体生成物の見積もり需要増に対応するために、過大な大きさになっている。これは特に液体窒素の場合に真実であり、その理由は、任意の特にＡＳＵからの液体窒素に対する需要が多くの場合液体酸素に対する需要よりも速く高まり、プラントが計画している液体酸素のベース負荷を超えるためである。しかしながら、過大な大きさにしておくという解決策の問題は、被る資本コストの増加が、（仮にあったとしても）見積った需要増が実際に現実になるまで利益をもたらし始めないことである。さらに、資本コストは特にＬＮＧベース液化装置に関して敏感であり、この理由は、概して液体生成物の需要家の近くに設置される従来型の液化装置とは対照的に、ＬＮＧベース液化装置がＬＮＧ受け入れターミナルの近くに設置されなければならずそしてそれゆえに生成物の輸送コストの不利益を受けるからである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この問題を解決するために、本発明は、ＬＮＧベース液化装置に備えられた付属コンプレッサーとは離れていて且つ別個の補助コンプレッサーを有するＬＮＧベース液化装置の能力増強システムである。これによって、（仮にあったとしても）見積もった需要増が実際に現実になったときに、補助コンプレッサー及び関連する熱交換機器を購入し取り付けることが可能となる。このやり方では、この発明がなければ過大な大きさのＬＮＧベース液化装置に最初から費やされた増加資本は、実際に必要になるまで費やされない。本発明の別の利点は、能力の増強が主として直接的に液体窒素製造の能力に繋がることであり、前述の通り液体窒素は多くの場合需要がプラントからの液体酸素に対する需要よりも速く高まるものである。
【００１３】
当業者は、本発明の代わりに、高密度流体エキスパンダーを加えることによってＬＮＧベース液化装置の能力の増強が可能であることを理解する。しかしながら、このやり方では僅かな能力増強しか得られない。
【００１４】
本発明は低温空気分離ユニットに関係し、このユニットはＬＮＧベース液化装置を使用して少なくとも一部の生成物が液体であることが望ましい場合に必要なリフリジレーション冷却を提供する。本発明は、ＬＮＧベース液化装置の能力を増強するためのシステムであり、ここで低生産モードでは、ＬＮＧベース液化装置に供給される窒素が蒸留カラムシステムからの少なくとも一部の高圧力窒素のみからなり、一方で高生産モードでは、補助コンプレッサーを使用して蒸留カラムシステムからの少なくとも一部の低圧力窒素を昇圧してＬＮＧベース液化装置への追加的な（又は置換する）供給を生じる。本発明の鍵は補助コンプレッサーであり、これはＬＮＧベース液化装置とは離れていて且つ別個のものである。このため能力増強が現実に必要になるまで、機器の購入を遅らせることが可能であり、それゆえに液体製品需要の見込み増加に基づいた過大な液化装置の建造を避けることができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面と関連して読むと、本発明が最もよく理解される。
【００１６】
図１ａは本発明のシステムが関係する先行技術の一実施態様を示す概略図である。ここで図１ａを参照すると、本設備はＬＮＧベース液化装置（２）及び低温ＡＳＵ（１）を含んでいる。この例では、低温ＡＳＵは高圧力カラム（１１４）、低圧力カラム（１１６）、及び主交換器（１１０）を含む。供給空気（１００）は、１０２で圧縮されそして１０４で乾燥され流れ１０８を生じる。流れ１０８は主交換器１１０において戻りガス状生成物流れに対して冷却され、冷却された供給空気１１２を生じる。流れ１１２は二重カラムシステムで蒸留され、液体酸素１５８、高圧力窒素ガス（流れ１７４）及び低圧力窒素ガス（流れ１８０）を生じる。窒素ガス１７４及び１８０は、主交換器１１０において暖められ、流れ１７６及び１８２を生じる。流れ１８２は最終的には大気中に排気される。流れ１７６はＬＮＧベース液化装置（２）においてプロセス処理され、液化した窒素生成物の流れ１８８及び液体窒素冷媒の流れ１８６を生じる。液体窒素冷媒の流れ１８６は、バルブ１３６及び１４０を通じて蒸留カラムに導入される。ＬＮＧベース液化装置のためのリフリジレーション冷却がＬＮＧ流れ１９４からもたらされ、この１９４は気化され加熱されて流れ１９８を生じる。図１ａにおいて、ＬＮＧベース液化装置への唯一の窒素供給が流れ１７６であり、この１７６は高圧力カラム１１４に由来する。
【００１７】
図１ｂは、図１ａに関連して本発明の基本概念を示す概略図である。ここで図１ｂを参照すると、供給空気１００は、１０２で圧縮されそして１０４で乾燥され流れ１０８を生じる。流れ１０８は主交換器１１０において戻りガス状生成物流れに対して冷却され、冷却された供給空気１１２を生じる。流れ１１２は二重カラムシステムで蒸留され、液体酸素１５８、高圧力窒素ガス（流れ１７４）及び低圧力窒素ガス（流れ１８０）を生じる。窒素ガス１７４及び１８０は、主交換器１１０において暖められ、流れ１７６及び１８２を生じる。流れ１８２は、補助コンプレッサー及び関連する熱交換装置（以下、図１ａ中のユニット３として描かれる「補助プロセス処理ユニット」と称する）を利用して、流れ１８４に変えられ、それから流れ１７６と混合され、ＬＮＧベース液化装置（２）への供給物となる。液化した窒素生成物の流れ１８８及び液体窒素冷媒の流れ１８６は、ＬＮＧベース液化装置内で生じる。液体窒素冷媒の流れ１８６は、バルブ１３６及び１４０を通じて蒸留カラムに導入される。図１ａと対照すると、ＬＮＧベース液化装置への窒素供給源が、１８２及び１７６の二つの流れとしてＡＳＵから出ている。
【００１８】
上述したとおり、以下で使用される補助プロセス処理ユニットは、本発明の補助コンプレッサー及び関連する熱交換装置を意味する。しかしながらこの用語は、補助コンプレッサー及び関連する熱交換装置が物理的に単一のユニットに収容されることを必ずしも意味しないことに留意すべきである。補助プロセス処理ユニット（３）の精緻な性質は、図３ｂ及び３ｃに描かれた本発明の実施態様を参照して詳細に記述される。
【００１９】
図１ｂの運転において、液体窒素生成物の液体酸素生成物に対する比（流れ１８８／流れ１５８）が比較的低い場合（以後「低生産モード」と呼ぶ）には、図１ａで示されたものと似たような、流れ１８２が排気されそして補助プロセス処理ユニット（３）へは供給されない運転が好ましい。このモードで運転する場合、液化される窒素の全てを高圧力カラムから引き抜くことが適当である。液体窒素生成物の液体酸素生成物に対する比（流れ１８８／流れ１５８）が比較的高い場合、以後「高生産モード」と呼ぶ、図１ｂで示されるような運転が好ましい。このような場合、液化される窒素が大量に必要なので、液化される窒素を高圧力カラム及び低圧力カラムの両方から引き抜くことが適当である。
【００２０】
図１ｂにおいて、ＬＮＧベース液化装置に導入される前に流れ１７６との混合が可能となるように、補助プロセス処理ユニット（３）が差し込まれて流れ１８２に関連する流れ１８４の状態を変える。このようにすることによって、ＬＮＧベース液化装置の設計及び運転は、高生産モード及び低生産モードの両方において類似したものとなり得る。実際に、ＬＮＧベース液化装置の設計は正確に同じものであってもよく、そしてこの機器は低生産モードにおいて単に「低出力（turn down）」で運転される。
【００２１】
図２は、本発明の基本概念を示すという点で図１ｂと同一の概略図であるが、ＬＮＧベース液化装置（２）とＡＳＵ（１）の間で構成の点で僅かに異なっている。特に、図１ｂでは液化した窒素の流れ１８６は蒸留カラムシステムに供給されるが、図２では流れ１８６は主熱交換器に供給される。ここで図２を参照すると、供給空気１００は、１０２で圧縮されそして１０４で乾燥され流れ１０８を生じる。流れ１０８は第一の部分（２０８）及び第二の部分（２３０）に分けられる。流れ２０８は主交換器１１０において戻りガス状生成物流れに対して冷却され、冷却された供給空気１１２を生じる。流れ２３０は、まず主交換器１１０において戻りガス状生成物流れに対して冷却され、それから液化され流れ２３２を生じる。液体空気の流れ２３２は分けられてバルブ２３６及び２４０を通じて蒸留カラムに導入される。流れ２１２及び２３２は二重カラムシステムで蒸留され、液体酸素１５８、高圧力窒素ガス（流れ１７４）及び低圧力窒素ガス（流れ１８０）を生じる。窒素ガス１７４及び１８０は、主交換器１１０において暖められ、流れ１７６及び１８２を生じる。液体窒素冷媒の流れ１８６は、主交換器に向けられ、そこで凝縮している流れ２３０との間接熱交換によって気化されて気相窒素の戻りの流れ２８８を生じる。低生産モードでは、流れ１８２は排気され、そして流れ２８８及び１７６はＬＮＧベース液化装置でプロセス処理されて液化した窒素生成物流れ１８８及び液体窒素冷媒の流れ１８６を生じる。高生産モードでは、流れ１８２は、補助プロセス処理ユニット（３）で、流れ１８４に変えられ、それから流れ１７６と混合される。この混合した流れ、さらに流れ２８８は、ＬＮＧベース液化装置でプロセス処理されて液化した窒素生成物流れ１８８及び液体窒素冷媒の流れ１８６を生じる。
【００２２】
ＬＮＧベース液化装置の精緻な性質は本発明の焦点ではない、しかしながら、図３に記載されたＬＮＧベース液化装置（図２におけるユニット２）の例が重要であることを理解するために、液化装置が補助プロセス処理ユニット（３）とどのように統合するかは重要である。図３ｂ及び３ｃは、同じＬＮＧベース液化装置の例を示すが、補助プロセス処理ユニット（３）の異なる実施態様を含んでいる。
【００２３】
図３ａを参照すると、高圧力窒素の気相の流れ１７６が、気相窒素の戻りの流れ２８８と混合され、流れ３３０を生じ、これが続いて液化装置交換器３０４で冷却されて流れ３３２を生じる。流れ３３４は、第一の付属コンプレッサー（高圧低温コンプレッサー３０８）で圧縮されて流れ３３６を生じる。流れ３３６は、液化装置交換器３０４で冷却されて流れ３３８を造り、それから第二の付属コンプレッサー（気相高圧低温コンプレッサー３１０）で圧縮されて流れ３４６を生じる。流れ３４６は、液化装置交換器３０４で冷却及び液化されて流れ３４８を造る。
【００２４】
液化した流れ３４８は、冷却器３１２でさらに冷却されて流れ３５０を生じる。流れ３５０はバルブ３１４を通って減圧されそして容器３１６へ導入され、ここでこの二相の流体が気相の流れ３５２及び液体の流れ３５６に分けられる。液体の流れ３５６は二つの流れ：すなわち流れ３６０と流れ１８６に分けられて、１８６は低温ＡＳＵに向けられた液体窒素冷媒の流れを構成する。流れ３６０はバルブ３１８を通って減圧されそして容器３２０へ導入され、ここでこの二相の流体が気相の流れ３６２及び液体窒素生成物の流れ１８８に分けられる。気相の流れ３６２及び３５２は冷却器３１２で暖められてそれぞれ流れ３６４及び３５４を生じる。流れ３６４は交換器３０４でさらに暖められて、ＬＮＧベース液化装置からのガス状窒素の排気流れ３６６を生じる。
【００２５】
ＬＮＧベース液化装置のためのリフリジレーション冷却は、ＬＮＧの流れ１９４によってもたらされ、これは液化装置交換器３０４で気化され及び又は暖められて流れ１９８を生じる。
【００２６】
最も厳密な意味では、「気化した」及び「凝縮した」という用語は臨界圧未満の流れに適用する。ほとんどの場合、流れ３４６（最高圧力の窒素の流れ）及び流れ１９４（供給ＬＮＧ）は臨界圧より高い圧力である。これらの流れが実際には凝縮又は気化されていないということが理解される。むしろそれらは、高い度合いの熱容量を特徴とする状態変化を受ける。当業者の一人は、高い度合いの熱容量を有すること（超臨界状態）と、潜熱を有すること（臨界未満の状態）との間の類似性を理解する。
【００２７】
ここで図３ｂを参照すると、高生産モードの運転において、低圧力窒素の流れ１８２は、最終的に液化されることが必要な追加的な窒素源である。本発明により、補助プロセス処理ユニット（３）が加えられて、低圧力窒素の流れ１８２が高圧力窒素の流れ１８４に変えられる。流れ１８２は、高温の低圧力のガス状窒素の排気流れ３６６と混合されて流れ３７０を生じる。流れ３７０は予冷却熱交換器３２２で冷却されて冷却した窒素流れ３７２を生じる。流れ３７２は、ＬＮＧベース液化装置からの低温の低圧力のガス状窒素の排気流れ３８６と混合されて流れ３７４を生じる。流れ３７４は補助コンプレッサー（低圧力コンプレッサー３０６）で低温圧縮されて流れ１８４を生じ、それから高圧力の液化装置への供給流れ２８８及び１７６と混合されて流れ３３０を生じる。流れ３７０を冷却するためのリフリジレーション冷却がＬＮＧ流れ３９４によってもたらされ、この３９４は予冷却熱交換器３２２で気化され及び／又は暖められて流れ３９６を生じる。
【００２８】
図３ｂにおけるＬＮＧベース液化装置（２）の運転は、いくつかの例外を除けば図３ａで記載したものと非常に類似している。図３ａのように、流れ３３０は液化装置交換器３０４で冷却されて流れ３２２を生じる。流れ３３４は高圧低温コンプレッサー３０８で圧縮されて流れ３３６を生じる。流れ３３６は液化装置交換器３０４で冷却されて流れ３３８を造り、３３８は気相高圧力低温コンプレッサー３１０で圧縮されて流れ３４６を生じる。流れ３４６は液化装置交換器３０４で冷却及び液化されて流れ３４８を生じる。
【００２９】
図３ａのように、液化した流れ３４８は、冷却器３１２でさらに冷却されて流れ３５０を生じる。流れ３５０はバルブ３１４を通って減圧されそして容器３１６へ導入され、ここでこの二相の流体が気相の流れ３５２及び液体の流れ３５６に分けられる。液体の流れ３５６は二つの流れ：すなわち流れ３６０と流れ１８６に分けられて、１８６は低温ＡＳＵに向けられた液体窒素冷媒の流れを構成する。流れ３６０はバルブ３１８を通って減圧されそして容器３２０へ導入され、ここでこの二相の流体が気相の流れ３６２及び液体窒素生成物の流れ１８８に分けられる。気相の流れ３６２及び３５２は冷却器３１２で暖められてそれぞれ流れ３６４及び３５４を生じる。
【００３０】
補助コンプレッサー（低圧低温コンプレッサー３０６）が存在するので、低圧力窒素の流れである流れ３６４が暖められそして排気される必要がない点で、図３ｂは図３ａと異なる。流れ３６４を流れ１８２と混合する二つの方法が可能である。熱力学的により好ましい場合では、バルブ３８０が閉じられ且つバルブ３８２が開いている。この場合流れ３６４はバルブ３８２を通って流れてＬＮＧベース液化装置のガス状窒素排気流れ３８６となり、３８６はその後低温窒素供給の流れ３７２と混合される。熱力学的に好ましさが劣る場合では、バルブ３８０は開き且つバルブ３８２が閉じられる。この場合流れ３６４はバルブ３８０を通って流れて流れ３８４となり、熱交換器３０４で暖められてＬＮＧベース液化装置のガス状窒素排気流れ３６６となり、３６６はその後高温窒素供給の流れ１８２と混合される。低温バルブ３８０及び３８２が液化装置に設計時点で組み込まれる場合、熱力学的により好ましい選択肢（バルブ３８０を閉じる）が採用される；補助プロセス処理ユニット（３）を後付けした場合、熱力学的に好ましさが劣る選択肢（バルブ３８２を閉じる）が採用される。後者の場合、バルブ３８０及び３８２は存在しておらず、且つライン３８２も存在していないかもしれない。
【００３１】
最後に図３ｂでは、図３ａのように、ＬＮＧベース液化装置のためのリフリジレーション冷却がＬＮＧ流れ１９４によってもたらされ、この１９４は液化装置交換器３０４で気化されるか又は暖められて流れ１９８を生じる。
【００３２】
上述したように、予冷却熱交換器３２２で低圧力窒素を冷却するためのリフリジレーション冷却は、ＬＮＧ流れ３９４を気化及び／又は暖めることによる。代替案として、液化装置熱交換器３０４の低温又は中間部から低温窒素流れを引き出し、これを交換器３２２で暖め、その後冷却器３０４で再冷却することも可能である。これは図３ｂにおける流れ３９４によって示されるように予冷却器３２２へのＬＮＧ配管を取り除くために行われてもよい。流れ３３２、３３８及び３４８のような、任意の好適な流れが低温窒素ガス源として使用されてもよい。
【００３３】
ここで図３ｃを参照して、より簡略な補助プロセス処理ユニットが採用されてもよい。前と同じように、高生産モードの運転において、低圧力窒素の流れ１８２は、最終的に液化されることが必要な追加的な窒素源である。本発明により、補助プロセス処理ユニット（３）が加えられて、低圧力窒素の流れ１８２が高圧力窒素の流れ１８４に変えられる。
流れ１８２は、ＬＮＧベース液化装置からの高温の低圧力のガス状窒素の排気流れ３６６と混合されて流れ３７０を生じる。流れ３７０は補助コンプレッサー（高温低圧コンプレッサー３２４）で圧縮され、それから後冷却熱交換器３２６（概して冷却媒体として冷却水又はグリコールを使用する）で冷却されて流れ１８４を生じる。流れ１８４は実質的に高圧力の液化装置への供給流れ２８８及び１７６と混合されて流れ３３０を生じる。ＬＮＧベース液化装置の運転は、流れ３６６が排気されないことを除いて、図３ａで記載された運転と類似している。
【００３４】
前述のとおり、図３ｂ及び３ｃでユニット（３）として描かれる補助プロセス処理ユニットは単一のユニットとして言及する必要はない。例えば、補助コンプレッサーは他のコンプレッサーとともに一つの筐体に収容されてもよく、一方で補助熱交換器が他の熱交換器とともに一つの筐体に収容されてもよい。補助コンプレッサー及び熱交換器が本発明の図３ｃの実施態様では環境温度より高い温度で運転される一方で、この装置は図３ｂの実施態様では環境温度より低い温度で運転されそしてそれゆえに保温されなければならないことも留意すべきである。
【実施例】
【００３５】
本発明と関係する可能な運転条件を例証し、且つ運転モード間で何が異なり何が共通するかを明確にするために実施例を用意した。三つの事例が与えられる、すなわち：事例１は補助プロセス処理ユニット（３）を伴わない低生産モードに対応し、一方で事例２及び事例３は所定の位置に補助プロセス処理ユニット（３）を伴う高生産モードに対応する。例えば、事例１は図３ａのＬＮＧベース液化装置（２）で描かれ；事例２及び３は図３ｂの補助プロセス処理ユニット（３）及びＬＮＧベース液化装置（２）で描かれる。事例２及び３に関して、図３ｂを参照すると、バルブ３８０が閉じられ且つバルブ３８２が開いている。低温ＡＳＵは、図４でより詳細に示され且つ以下に詳述される。
【００３６】
図４を参照すると、大気１００が、主空気コンプレッサー１０２で圧縮され、吸着ベッド１０４で浄化されて二酸化炭素及び水のような不純物を除去し、その後二つの部分：すなわち流れ２３０及び流れ２０８に分けられる。流れ２０８は主熱交換器１１０で冷却されて流れ２１２、すなわち高圧力カラム１１４への気相供給空気となる。流れ２３０は、流れ２１２の温度と近い温度まで冷却され、少なくとも部分的に凝縮され流れ２３２を生じ、それからいずれはバルブ２３６及び２４０を通って減圧されそして高圧力カラム１１４及び低圧力カラム１１６へ導入される。高圧力カラムは、頂部からの窒素富化気相、つまり流れ４６２を、及び底部からの酸素富化流れ４５０を、生じる。流れ４６２は流れ１７４及び流れ４６４に分かれる。流れ１７４は主熱交換器で暖められてそこを通過し、ＬＮＧベース液化装置（２）への流れ１７６となる。流れ４６４はリボイラー−コンデンサー４１８で凝縮されて流れ４６６を生じる。流れ４６６の一部は高圧力カラムにリフラックス（流れ４６８）として戻され；残余部、つまり流れ４７０はいずれ低圧力カラムにバルブ４７２を介してカラム頂部への供給物として導入される。酸素富化流れ４５０がバルブ４５２を介してアルゴンカラムのリボイラー−コンデンサー４８４を通過し、そして少なくとも部分的に気化して流れ４５６を生じ、この４５６は低圧力カラムに向けられる。
【００３７】
低圧力カラムは、頂部から窒素富化流れ１８０及び底部から酸素を生じ、この酸素は液体流れ１５８として引き出される。窒素富化流れ１８０は主熱交換器１１０で暖められて流れ１８２を生ずる。廃棄物の流れは低圧力カラムから、流れ４９０として、除去されてもよく、主熱交換器で暖められ、そして最終的には流れ４９２として放出される。リボイラー−コンデンサー４１８によって、低圧力カラムの底部の沸騰（boiling up）がもたらされる。気相の流れが、低圧力カラムから流れ４７８として引き出されそしてアルゴンカラム４８２に供給される。アルゴン生成物は、カラムの頂部から液体流れ４８６として引き出される。底部の液体流れ４８０は、低圧力カラムに戻される。アルゴンカラム用のリフラックスは気化している酸素富化流れとの間接熱交換によってもたらされ、この酸素富化流れは流れ４５０として高圧力カラムを起源とする。
【００３８】
液体窒素冷媒流れ１８６は主交換器に向けられ、そこで１８６は凝縮している流れ２３０との間接熱交換によって気化して気相窒素戻り流れ２８８を生じる。
低生産モードの運転（事例１）では、ＡＳＵから流れ１８２が（流れ４８６として）大気に排気され、ＬＮＧベース液化装置から流れ３６６が大気に排気され、そして流れ１８４及び３８６の流量は０である。高生産モード（事例２及び３）では、流れ１８２（流れ４８８として）及び３８６が補助プロセス処理ユニットを通過し、そして流れ３６６の流量は０である。これらの特定の事例２及び３の例に関して、（高圧力カラムを起源とする）流れ１７６の流量も０である。すなわち、事例２及び３では、昇圧した窒素と高圧力の窒素の間で、昇圧した窒素のみが高生産モードのＬＮＧベース液化装置に供給されるように、高圧力カラムからの高圧力窒素４６２の全部がリボイラー／コンデンサー［４１８］で凝縮されそして蒸留カラムシステムのためのリフラックスとして使用される。これは必須ではないが、高生産モードにおいては標準的なシナリオである。事例２及び３の明確な差は、事例３の液体窒素生成物がより多いことである。
【００３９】
事例１〜３は、どのように液体生成物が増加され得るかを例証することを目的としている。いくつかの平衡点は、表１から調べることができ、注釈１〜５が示され、その注釈を以下に説明する。
注釈１：液体酸素生成物が事例１から事例２で３３％増し；液体酸素生成物が事例２及び３では同じであった。
注釈２：液体窒素生成物が事例１から事例２で６０％増し；液体窒素生成物が事例１から事例２で１４０％増した。
注釈３：高圧力窒素流量が、事例１では液体窒素生成物の要求を満たすのに十分であったが、事例２及び３では０であった。
注釈４：液体酸素生成物は事例１ではかなり少なかったけれども、ＡＳＵへの空気流量は３つの事例の全てについてほぼ同じであった。これは重要な特徴である。ＡＳＵから窒素を高圧力窒素として生成することを選択すると、その場合酸素回収量は減少する。結果として、本発明を利用することにより、３つの全ての事例について同じコンプレッサー及び同じ低温ＡＳＵを利用することが可能となる。
注釈５：事例１は低圧コンプレッサーを伴わないで運転した（補助プロセス処理ユニット（３）は必要でなかった）。
【００４０】
【表１】
2008025986.tif 000003
【００４１】
図４の記載において、高圧力カラムからのガス状窒素流れ１７４は、主熱交換器で暖められそして液化装置へ流れ１７６として供給されるが、その代わりにリボイラー−コンデンサー［４１８］で凝縮されることもできる。このシナリオでは、リボイラー−コンデンサー［４１８］で凝縮された後に、主熱交換器で液体窒素流れ１７４が気化されそして暖められる。
【００４２】
結局、当業者であれば理解できるとおり、本発明の補助コンプレッサーがＬＮＧベース液化装置の付属コンプレッサーとは離れていて且つ別個であるけれども、共通の機械が両方の高生産モードで駆動可能である。このシナリオでは、付属コンプレッサーを駆動するためにプラント建設時に取り付けた機械は、いずれ補助コンプレッサーを加えるための空きピニオンを含んでいてもよい。代わりに、付属コンプレッサー及び補助コンプレッサーが高生産モードで別の機械で駆動されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１ａ】本発明のシステムが関係する先行技術の一実施態様を示す概略図。
【図１ｂ】図１ａに関連して本発明の基本概念を示す概略図。
【図２】本発明の基本概念を示すという点で図１ｂと同一であるが、ＬＮＧベース液化装置（２）とＡＳＵ（１）の間で構成の点で僅かに異なっている、概略図。
【図３ａ】図２のフローシートの場合の、ＬＮＧベース液化装置の一例について詳細を示す概略図。
【図３ｂ】本発明の一実施態様を示す概略図であり、特に図３ａのＬＮＧベース液化装置と補助プロセスユニットとの統合に関係する。
【図３ｃ】本発明の第二の実施態様を示す概略図であり、特に図３ａのＬＮＧベース液化装置と補助プロセスユニットとの統合に関係する。
【図４】実施例の基礎として役立つフローシートの概略図であり、より詳細な空気分離ユニットを含む。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2008025986.tif 000008
【図３ｃ】
2008025986.tif 000009
【図４】
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【外国語明細書】
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