(57)【要約】  最大酸素状態、安定モードで稼働する空気分離プラントと共に利用される液化装置。プラントから液化装置への３つの気体流れは、低圧酸素、低圧窒素、および高圧窒素気体流れである。流れのすべては、華氏約３７度の温度を伴って主熱交換器の側面で見出される。気体のすべては、貯蔵またはプラントへ戻るために、過冷却された液体として液化装置から出る。液化装置は、フロントエンド電気凝縮器を含まず、自己生成した液体窒素を取り込み、それを稼働可能な４２０ｐｓｉｇの圧力までポンプアップし、タービン、凝縮器、フラッシュポット、および複数経路熱交換器の使用を伴う。液化装置は、空気分離プラントが生成可能な任意の純粋な気体酸素または窒素の計画された量から液体を作製する。
2020521098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気分離プラントと共に使用するために構成された液化装置であって、
断熱されたハウジング中に提供される熱交換器システムであって、酸素冷却器、予熱器、煮沸器、凝縮器、追加された冷却熱交換器、タービン排気相分離器、酸素産生フラッシュポット、窒素産生フラッシュポット、窒素ポンプフラッシュポット、前記フラッシュポット中の窒素浴の液体高さを制御するための複数のレベル制御弁、ならびに入口および排出口ラインの間を連結する入口および排出口ラインのシステムを含む、熱交換器システムと、
前記空気分離プラントから前記熱交換器システムへの、気体酸素流、低圧気体窒素流、および高圧気体窒素流と、
並列に連結された複数のタービン膨張機、および直列に連結された複数のタービンブースターを含む、前記熱交換器システムに作動可能に連結されたタービンアセンブリであって、各タービン膨張機およびタービンブースターは関連する入口流量計を有し、各タービン膨張機は可変案内羽根を有し、各タービンブースターは関連するアフタークーラーおよびサージ制御弁を有する、タービンアセンブリと、
前記煮沸器への液体窒素流の前記圧力を増大させるための、前記熱交換器システムに作動可能に連結された窒素ポンプシステムと、
前記酸素冷却器、煮沸器、および凝縮器を連続的に通過して連結され、前記酸素産生フラッシュポットのチューブ側に入り、かつ過冷却された液体酸素アウトプットとして貯蔵へと出る、前記気体酸素流と、
前記酸素産生フラッシュポットからの窒素流れと、前記タービンアセンブリの前記タービンブースターに連結する前記合わせた流れとを合流する、前記空気分離プラントからの前記低圧気体窒素流と、
主要な窒素気体流れを前記熱交換器システムへ提供する、前記タービンブースターからの圧縮された気体窒素の出口流れであって、前記流れが、前記酸素冷却器を温めるように設定された制御弁を有する第１の分岐と、第２のバイパス分岐と、前記予熱器を温めるように設定された制御弁を有する第３の分岐とに分岐し、次いで、前記分岐が、再合流して、窒素浴を沸騰させるために前記煮沸器に温かい流れを提供し、次いで、前記凝縮器に入り、かつ前記タービンからの前記排気流れとの熱交換を経験する前記流れを冷却し、２相液体気体窒素流を形成し、これは、前記２相窒素流をさらに冷却するために前記追加された冷却熱交換器へ入り、次いで、前記ポンプフラッシュポットに送られて、単相液体窒素流を生成する、出口流れと、
前記ポンプフラッシュポットを出て前記窒素ポンプシステムへと続く前記液体窒素流に連結する分岐であって、前記流れ圧力が増大する場合、前記ポンプシステムからの第１の流れは、前記煮沸器にフィードし、かつ前記ポンプシステムからの第２の流れは、前記ポンプフラッシュポットの前記シェル側に逆連結する、分岐と、
前記予熱器にフィードする前記煮沸器からの前記第１の流れであって、前記窒素流れが蒸発し、次いで、前記タービン膨張機への入口に連結し、かつ前記タービン膨張機からの前記出口排気流れが前記タービン排気相分離器に連結する、前記第１の流れと、
前記相分離器からフラッシュポットへの制御された液体窒素流れ、ならびに圧力制御弁へと続き、かつ前記高圧窒素入口ラインに合流する前記凝縮器、煮沸器、および酸素冷却器へ至る前記相分離器の気体流オフと、
前記窒素産生フラッシュポットの前記チューブ側へと続く、前記ポンプフラッシュポットを出る前記液体窒素流と連結する別の分岐であって、そのアウトプットが過冷却された販売可能な窒素製品である、別の分岐と、を備える、液化装置。
【請求項２】
前記アフタークーラーが、前記タービンパッケージからの前記圧縮された気体窒素出口上で９０度の温度を保持するように設定される、請求項１に記載の液化装置。
【請求項３】
前記アフタークーラーが、２重空気冷却ファンシステムをさらに備え、その各ファンが、２５馬力のパワーベルトで駆動されるファンであり、一方のファンが固定されたピッチファンであり、他方のファンが可変ピッチファンである、請求項２に記載の液化装置。
【請求項４】
前記窒素ポンプシステムが、２つの別個の窒素ポンプを含み、その各々がその独自の入口弁、出口弁、および逆止弁を有し、前記ポンプの一方のみが一度に作動する、請求項３に記載の液化装置。
【請求項５】
前記窒素ポンプシステムが、前記ポンプがオフであるか、ゆっくりと変化するポンプスピードである場合に前記煮沸器に対する液体の前記量を調節するためにポンプレベル制御弁を有するポンプバイパスラインをさらに含む、請求項４に記載の液化装置。
【請求項６】
前記ポンプフラッシュポットの前記シェル側に至る自動制御弁への流れラインをさらに備え、前記制御弁は常時閉である、請求項５に記載の液化装置。
【請求項７】
バックアップ気体窒素システムをさらに備える、請求項１に記載の液化装置。
【請求項８】
前記液体酸素の前記決定された純度に応じて前記液体酸素を廃棄または貯蔵のいずれかに導くための逆止弁および自動制御弁を含む前記酸素産生フラッシュポットの前記排出口からの入口を備える液体酸素フィルタシステムをさらに備える、請求項１に記載の液化装置。
【請求項９】
前記予熱器タービン膨張機からの前記蒸発した窒素出口流れが、前記タービンから３パーセント超の液体排出を引き起こすほど冷たい状態であってはならない、請求項１に記載の液化装置。
【請求項１０】
空気分離ユニットから液体窒素および酸素を産生するためのプロセスであって、
酸素ならびに高圧および低圧気体窒素流を別々に純粋な気体として液化装置にフィードすることと、
前記気体酸素を連続的に酸素冷却器、煮沸器、凝縮器、および酸素フラッシュポットへと通過させて、液体酸素流を提供することと、
前記液体酸素流を酸素フィルタハウスへフィードして、前記液体酸素の純度を測定し、次いで、精製された前記液体酸素を貯蔵へと移動させ、それにより、前記酸素は、液体から気体への状態変化により前記酸素フィルタハウスに引き入れられることと、
前記凝縮器、煮沸器、および酸素冷却器を連続的に通過する前記フラッシュポットからの低圧気体窒素流をフィードし、前記フラッシュポットからの前記低圧流と前記空気分離プラントからの前記低圧窒素流とを合流させることと、
前記合流した低圧窒素流を、直列に配置された複数のタービンブースターおよびアフタークーラーにフィードして、前記圧力を増大させ、前記窒素流を冷却して、主要な窒素流れを提供することと、
分岐ライン中の前記主要な流れを、前記酸素冷却器、予熱器、およびバイパスにフィードして、次いで、前記主要な流れに再合流させることと、
前記再合流した主要な流れを前記煮沸器にフィードして、前記タービンに圧力を与え、次いで、前記煮沸器から前記凝縮器へは気体として、次いで、前記凝縮器から追加された冷却器へは２相液体としてより低い温度となり、次いで、低圧での窒素浴により冷却されたポンプフラッシュポットへと続き、単相の使用可能な液体窒素として前記ポンプフラッシュポットを出ることと、
液体窒素ポンプシステムへと続く前記ポンプフラッシュポットの使用可能な液体窒素オフの一部をフィードすることと、
前記ポンプシステムの出口では、使用可能な液体窒素の第１の調節された流れを前記煮沸器にフィードし、蒸気点まで沸騰させ、それにより、前記蒸気の前記圧力蒸気点を複数のタービン膨張機内の案内羽根により引き止め、次いで、前記蒸発した窒素流れを第２の予熱器にフィードする前記煮沸器からの出口では、次いで、並列に配置された前記複数のタービン膨張機を稼働させて、より低い圧力窒素気体流れを産出し、この出口気体は、液体温度低圧力気体に近接しており、ほぼその沸点にあり、かつより高い圧力窒素流およびより低い圧力窒素流からの気化による潜熱を取り除くことができることと、
前記タービン膨張機からの前記より低い圧力窒素気体流れを、前記相分離器の３パーセント以下の液体オフを産生するように調節されたタービン排気相分離器中へフィードし、前記タービンの前記出口温度および排出自動制御弁により制御された液体レベルを保持し、この温度は、煮沸器圧力および予熱器フィード温度に依存するものであり、次いで、前記凝縮器に冷凍を付与するための前記凝縮器へと続くことと、
前記相分離器の気体流を前記凝縮器へフィードし、次いで、前記煮沸器へ、次いで、前記酸素冷却器へと続いて、より多くの液体を作製し、前記酸素冷却器を出ると、圧力制御弁を含有するラインへ続き、より高い圧力窒素流入口と合流し、これを用いて前記予熱器を温め、前記予熱器を迂回し、および前記最終タービンブースターに連結して、前記主要な流れの作製に合流することと、
前記相分離器の前記液体オフを、別個の自動レベル制御弁により調節されるような前記酸素フラッシュポット、前記窒素産生フラッシュポット、およびポンプフラッシュポットにフィードし、かつ前記相分離器の残存する任意の液体オフを制御弁へフィードして、前記液体をフラッシュし、次いで、低圧力ラインへフィードされて、前記窒素産生フラッシュポット排気気体へと続くことと、
低圧流れを前記空気分離プラントへフィードして、前記低圧塔およびアルゴンシステムに冷凍を付与することと、
前記ポンプフラッシュポットからの窒素流れを前記産生フラッシュポット、次いで、貯蔵へとフィードすることと、を含むプロセス。
【請求項１１】
オープンループ冷凍システムであって、それ自体の液体に到達するために１つ以上の向流熱交換器およびフラッシュポットを用いるオープンループ冷凍システムと、煮沸器に圧縮の熱を提供するためのタービンブースターと、凝縮器に冷凍を提供するためのターボ膨張機と、前記ターボ膨張機に圧力を構築するためのポンプと、を備える、液化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年５月１６日に出願された米国仮出願第６２／５０６，９３２号の利益を主張するものであり、この仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、気体の液化に関し、より具体的には、窒素および酸素の供給源のために空気分離プラントを使用し、かつ約４２０ｐｓｉｇの最高稼働圧力を有し、この圧力を形成するのに電気圧縮機を必要としない、窒素および酸素などの気体を液化するための装置およびプロセスに関する。これにより、電気料金を軽減することができる。
【背景技術】
【０００３】
窒素および酸素などの気体を液化するためのシステムおよび方法はよく知られている。大量の液体窒素、酸素、およびアルゴンを生成する主なプロセスは、空気分離プラントを用いる。空気分離プラントは、大気中の空気を取り込み、低温温度での分留プロセスを介して、成分気体または画分をそれらの沸点により分離することができる。空気を異なる気体に分離するためには他のプロセスもあり、例えば、圧力スウィング吸着、真空圧力スウィング吸着、および他のものがあるが、これらは輸送可能な液体を作製しない。現在、輸送可能な液体気体を大量に産生するには、稼働するために高コストで大量の電力を必要とする冷却塔などの関連機器のすべてを伴う多数の圧縮機および膨張機が必要である。
【０００４】
今日、液体気体を作製するプロセスは、主熱交換器の温側の２つの出口流から気体状純窒素を取り込み、一方の流れは、低圧窒素流であるより大きな流れであり、他方の窒素流は、約半量の流れであるが、より高い圧力である。より大きな流れのより低い圧力２ｐｓｉｇ＋／−１．５ｐｓｉｇの窒素気体は、液化装置セクションからのフラッシュポット戻り流れと一緒になり、この複数の低圧力流れは、２つの熱交換器の温側の出口からくる。この低圧力流れは、すべてが使用されず、一部は大気中へと通気し戻され、一方で、残りの流れは、低圧窒素圧縮機へと送られ、ここで、圧縮機の出口は、より高い圧力の複数フィードと圧力が等しくなる。より高い圧力流れは、低圧窒素圧縮機の出口および液化装置熱交換器タービン戻りの温側の気体オフと共に主熱交換器の出口から構成される。気体のすべてはリサイクル圧縮機に送られ、次いで、気体のすべては２つのタービンブースターに分割される。圧縮の各段階の後、圧縮の熱が除去される。この流れは、４工程で冷却される。第１の工程は、温かいタービン膨張機への気体の分割であり、および第２の工程は、冷たいタービンへの気体の分割である。残りの流れは、液化装置熱交換器を出ていき、ここで、気体はＳｏｔｏ液体と呼ばれる。第３の工程は、ジュールトンプソン効果を引き起こすニードル弁を介する流れ圧力を軽減することである。ニードル弁の出口は、２相液体を提供する。第４の工程は、液体および気体をすべて液体へと冷却することであり、これはフラッシュポット内で行われる。これにはすべて冷凍が必要とされる。
【０００５】
産業気体の市場において販売のための液体を作製するために設計された現行空気分離プラントは、通常、液化装置を使用する。現在の液化装置は、リサイクル経路あたり少量の液体しか作製しない（リサイクル圧縮機流れの約１５．２％）。一旦液体が作製されると、それはフラッシュポットされて、過冷却となり、少量の液体は冷凍のために空気分離プラントへ戻るが、この液体の大部分は貯蔵タンクへと送られる。液体窒素はいずれも液化装置に戻らない。改良された液化装置が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、窒素および酸素などの気体を液化するためのシステム、装置、およびプロセスに関する。本発明のシステムは、現行の液化システムよりもはるかにより少ない電力を使用するオープンループ冷凍システムであり、通常５年などの期間を有する現行の電力契約が期限切れとなるために、徐々に現行システムに代えて実施することが可能である。
【０００７】
一実施形態では、液化装置は、空気分離プラントの一部であり、別の実施形態では、現行プラントの改良版である。同じプロセスは、ほとんどすべての気体を取り込み、液体にすることができる。説明目的のために、図１には、入口メーターポイント１１１にて７８０，０００ｓｃｆｈで入ってくる空気流れを有する空気分離プラントが模式的に示されている。本発明の液化装置により利用される、図１のポイント２０３および２１６の窒素、ならびに図１のポイント３２１の酸素は、空気分離プラントの高圧塔１１４および低圧塔１１６（３つの主要塔を有するいくつかのプラントがある）により産生される。これらの窒素および酸素流れは、安定に稼働する空気分離プラントの主熱交換器１１３温側から図１の３２１にて純気体酸素としてならびに２０３および２１６にて気体窒素の２つの流れとして出てくるはずであり、これらは液化される。例示された実施形態では、液化装置は、現行の空気分離プラントの改良型の一部であり得る。すべての空気分離プラントは、この液化装置を使用することができる。図１では、ポイント３２１の酸素は、華氏３７度の温度、１９．９２８ｐｓｉａの圧力、および１６１，５２１．０３７８４２ｓｃｆｈの流れを伴って、主熱交換器１１３温側から出てくる。窒素流は、３７１，１８４．７０１９２３ｓｃｆｈの流れを伴って、華氏３７．２９度を保持しながら、１４．９４ｐｓｉａで、主熱交換器１１３を出て、ポイント２１６へと続き、この窒素流は、６７ｐｓｉｇの圧力で、華氏３７度を保持する、２１１，０００ｓｃｆｈの流れを伴って、熱交換器１１３を出て、ポイント２０３へと続く。
【０００８】
酸素流３２１ならびに窒素流２０３および２１６は、液化装置にフィードされ、この液化装置は、別個の流れを純粋な気体として取り込み、その流れは販売可能な、ポイント５３７にて液体窒素（図６を参照されたい）として、およびポイント３８１にて液体酸素として（図８を参照されたい）液化装置を出てくる、オープンループ冷凍ユニットである。本発明の液化装置は、従来の液化装置と比べて有意に軽減された電力要件を有し、したがって、販売可能な液体をより安価に生産することが可能となる。
【０００９】
本システムは、液体窒素の多くの特性を利用する。これらの特性の１つは、液化装置のポイント５２８（図６）で生じる圧力をポンプアップ可能な、大部分が圧縮可能でない流体である液体窒素であり、これは、稼働可能な圧力に到達するために圧縮可能な気体を圧縮するよりも少ない力でできる。液体窒素流は、ポンプ（図６の液体窒素ポンプ１６９または１７０のいずれか）により圧力を上昇させることができ、実施形態で示されるこのポンプは、１００馬力未満を使用している。次いで、液体を熱交換器（図４の煮沸器１４５）へもたらし、ここで、図４のポイント５２８でポンプされた液体は、蒸気点まで沸騰させられる。蒸気の圧力蒸気点は、タービン１５４、１５８、１６２、および１６６内の４つの可変案内羽根により引き止められ、そのすべては図５に示されている。次いで、生じた蒸気は、同じく図５に示されている４つのタービン膨張機１５３、１５７、１６１、および１６５を運転するために使用することができる。図５のポイント４５０でのタービン膨張機の出口は、より低い圧力気体をほぼその沸点を伴って産出し、これは相分離器１５１へと向かい、次いで、図４の凝縮器１４６へ冷凍を付与し、これはより多くの液体を生成する。タービン膨張機を出てくる気体は、すべて図４にあるポイント１４９へ続くポイント５００でのより高い圧力窒素流から、およびポイント３０５へと続くポイント３３２でのより低い圧力酸素流から、気化の潜熱を取り除くことができる。
【００１０】
いくつかの従来の空気分離プラントは、ここで記載される気体を取り込み、パイプライン使用のために別の圧縮機へと送る、酸素および／または窒素パイプラインを有し得る。残りの気体は、パイプライン圧縮機が時折通気する任意の気体と共に使用されることができる。図示されていないが、これらの類の変更は、本発明の空気分離プラントおよび液化装置に対して最小限の数の修飾または変更を施すことで実施され得ることが理解されよう。
【００１１】
本発明を適用可能であるさらなる領域は、本明細書で下記で提供される詳細な説明から明らかであろう。本発明のこの好ましい実施形態の詳細な説明および特定の実施例は、説明目的のためのみに意図されており、本明細書で示される温度、圧力、および純度は、実際の読み取りに近いものであるが、完全に正確な値でなくてもよく、かつそれらは本発明の範囲を限定することを意図していないことが、理解されるべきである。他の実施形態は、例えば、液化した天然ガスの産生のためであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明は、詳細な説明および添付の図面からより十分に理解されることとなる。
【００１３】
【図１】本発明の液化装置と共に作動するために構成された主なプラント空気分離ユニットの模式図である。
【図２】本発明に従う、アルゴン液化システムの一般的作動の模式図である。
【図３ａ−３ｃ】本発明の液化装置についての酸素ならびに低圧および高圧入口配管の模式図である。
【図４】本発明の液化装置の熱交換器の模式図である。
【図５】本発明の液化装置のタービンおよびブースターシステムの模式図である。
【図６】本発明の液化装置の液体窒素ポンプシステムの模式図である。
【図７】本発明の液化装置のバックアップ気体窒素システムの模式図である。
【図８】空気分離プラント液体酸素フィルタハウスの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明は、ここで企図されている発明の最良のモード（複数可）である。このような説明は、限定の意味で理解されることを意図しておらず、単に本発明を例証するための本発明の非限定的な実施例であることが意図され、以下の詳細な説明および添付の図面と併せてこれを参照することにより、当業者は、本発明の利点および構造を知ることができる。
【００１５】
以下の詳細な説明は、入口メーターボックスにて毎時７８０，０００標準立方フィートの入口気体空気流れを有し、１日あたり６５０トン超もの販売可能な液体を作製し、液化装置と共に稼働する、空気分離プラント部位に関連する、本発明の液化装置を記載している。
【００１６】
ベースライン。第１に、本発明者は、１日あたり６５０トン超の液体製品を作製する空気分離プラントが稼働することができる１つの方法をこれから説明する。以下の説明は、全純窒素流について、ならびに１気圧および華氏７０度での気体の標準立方フィートについて、４ｐｐｍの酸素含量およびゼロアルゴンに基づく。プラントの立地は、ほぼ海面レベルであり、乾球温度で華氏８０度および湿球温度で華氏７０度を伴う。加えて、本明細書で提供される表は、図に関連して本明細書で記載される空気分離プラントおよび液化装置アセンブリ内の各参照番号のポイントまたは工程についての温度、圧力、および流れ読み取り、ならびに図の位置、および他のコメントを提供する。
【００１７】
空気分離プロセス。ここで特に図１を参照すると、我々の周りの空気は、販売可能な液体を作製するために空気分離プラントにより使用され、かつ初めに濾過システム１００にて濾過される、空気１である。通常、空気を稼働可能な圧力まで上昇させるのに使用される４段階の圧縮機１０１と、１０２で凝縮された水を除去する３つのインタークーラーと、が存在する。第４の圧縮段階の後、通気弁１０３が潜在的に存在するが、これは常時閉である。ここで、圧縮された空気は、ファン冷却されたアフタークーラー１０４で冷却され、次いで、冷凍ユニット１０５で再度冷却される。水は、圧縮の間に凝縮され、水分離ユニット１０６へと送られ、ここで、水は１０７にて除去される。空気は依然として多量の水蒸気を保持しており、華氏−１１０度の相当ポイントまで乾燥させなければならず、これはモレキュラーシーブ床１０８により成し遂げられる。乾燥作用は、少量のシーブ材料を微細な粉塵へと分解し、これが今度は粉塵フィルタ１１０により除去される。ここで、空気は使用可能となる。
【００１８】
ポイント２にてバックアップ気体窒素システム（図７を参照されたい）へ濾過された空気の供給を送るために常時開であるオン／オフ弁１１２により制御される器具空気供給ヘッダーへと続くラインが存在する。空気の残りのすべては１１１でメーターにより計量され、ライン３を介して主熱交換器１１３に送られる。ライン４中で主熱交換器１１３を出る空気は、高圧塔１１４の第３のトレイへ送られる。凝縮された液体は、高圧塔１１４の底部へ落下し、ライン５にて除去され得る。ポイント６でのこの液体は、ポイント（８）へ続くライン７中を上昇する前に過冷却器１１７により冷却される必要があり、粗アルゴン凝縮器１２０の頂部へ続くライン９または低圧塔１１６の４４番目のトレイへ続くライン１０のいずれかへ分割される。高圧塔１１４を再度参照すると、塔１１４中へ入った気体の残りは、３８個のトレイを通って塔を上に移動し、かつライン２００中の塔１１４の頂部にて純窒素気体として除去される。ライン２００中の気体窒素は、低圧塔１１６底部液体内の再沸器１１５のチューブ側へ至るライン２０１へと分割される。再沸器１１５は、気体窒素を液体窒素へと凝縮する。ライン２２０中で再沸器を出るこの液体窒素流れもまた分割され、液体窒素の大部分は高圧塔２２１へ戻り、残りはライン２２２中で過冷却器１１７へと向かう。
【００１９】
ライン２０１に対する分割に加えて、ライン２００中の高圧塔１１４から出た純気体窒素流が存在し、これはライン２０２中で主熱交換器１１３へと続き、そこで、気体窒素流は温められ、ポイント２０３にて主熱交換器１１３を出る。次いで、図３ｃに示されるように、気体は、液化装置へ続く高圧窒素入口ラインに向かう。図１を再度参照すると、再沸器１１５を出るライン２２０中の液体窒素流れの大部分は、ライン２２中で高圧塔１１４に向かうが、残りはライン２２２中で過冷却器１１７へ向かう。過冷却器１１７は、液体流れからより多くの熱を除去し、その結果、ライン２２３中で過冷却器１１７を出る際、流れは、主要なフラッシュオフを行うことなく低圧塔１１６で使用されることができる。液体は、低圧塔１１６の頂部へと上昇して、流れを計量し、かつ減圧し得るライン２２４中の制御弁へと続く。主な作動の熱喪失を補うために必要とされる液体窒素の量は、新規液化装置からの流れであるポイント５４４（図６）からポイント５４９にて追加される。ポイント５４９へ到達するために、ポイント５４４からの液体窒素の流れは分割され、その結果、流れの１つは、純アルゴンシステム（図２、ポイント５４５）へと向かい、別の流れは、ポイント５４９での流れを計量および減圧し得る制御弁５４８へと向かい、これは上記されたように、ライン２２４中の流れと合流し、ライン２２５中の合流した流れを生じる。
【００２０】
合流した流れ２２５は、低圧塔１１６のトレイ６５に入る。ライン２１０中で出てくる低圧塔１１６の頂部の気体は大部分が窒素である。純アルゴンシステム（図２、ポイント５４５）へ向かうライン５４４中の液化装置からの液体窒素は、低圧気体窒素（図２、ポイント５５８）として戻り、ライン２１０中で低圧塔１１６を出る低圧力２１０気体窒素と合流し、ライン２１４中の合流した流れは、過冷却器１１７へ向かう。ここで、ライン２１５中の過冷却器１１７からの気体窒素の出口は、主熱交換器１１３へ入り、次いで、低圧気体窒素は、主熱交換器１１３を出て、低圧窒素入口ラインを通り、図３ｂのポイント２１６で示されるように、本発明の液化装置へ向かう。
【００２１】
図１の低圧塔１１６を参照すると、消耗窒素および大量の一酸化炭素がプロセスを出ていくポイントであるトレイ５５まで塔を下降していく。消耗窒素流５０は、過冷却器１１７へと続く低圧塔１１６を出る。ライン５１中の過冷却器（１１７）の出口では、消耗窒素流は、主熱交換器１１３へ入り、次いで、ライン５２の温められた流れ中で主熱交換器１１３を出て、制御弁へと続き、ここで流れが計量される。制御弁の後、ライン５３中の温められた消耗窒素流は、次いで、オフラインのモレキュラーシーブ床１０９を再活性化するために使用される。したがって、消耗窒素流５３は、気体燃料式加熱器１２２のチューブ側へ送られ、次いで、ライン５４を出て、オフラインモレキュラーシーブ床１０９の頂部へと続く。床は、第１に加熱され、次いで、消耗窒素により冷却され、気体はライン５５にて大気へと出ていく。低圧塔１１６を再度参照すると、高圧塔１１４の底部からのライン１０中の液体が入っていく位置であるトレイ４４まで塔を下降する。高圧塔１１４の底部からのライン９中の液体は、粗アルゴン凝縮器１２０に入り、ここで、それは、再沸器１１９のチューブ側にある粗アルゴンを凝縮するために使用される。ライン９中の高圧塔フィード底部からの少量の液体は、ライン１１にて除去され、ここで、液体は計量されて、次いで、低圧塔１１６トレイ４２へと続くライン１２中に送られる。高圧塔１１４の底部を出るライン９からの液体の残りは、再沸器１１９中の粗アルゴンの凝縮の間に蒸発する。このような気化から形成される気体は、ライン１３中で高圧塔１１４を出ていき、制御弁により計量され、その後、ライン１４へともたらされて、低圧塔１１６の４３番目のトレイへと進む。低圧塔１１６を、アルゴン気体の量が低圧塔内で最も多くなる位置であるトレイ２４まで下降する。この気体は、粗アルゴン塔１１８へと続くライン１５にフィードされる。粗アルゴン塔１１８の底部の液体は、ライン１６中で計量された制御弁へと出る。制御弁の後、ライン１７中の液体は、低圧塔の２４番目のトレイに戻し送られる。
【００２２】
粗アルゴン塔１１８に滞留して、ライン１６中で粗アルゴン塔に入る低圧塔１１６からのライン１５中の気体は、３８個のトレイを通って、再沸器１１９を上昇する。気体は、再沸器１１９チューブ側内で、液体および気体に変化し得る。液体および気体は、相分離器１２１へと出ていき、相分離器１２１の気体オフは、アルゴン液化システム（図２、ポイント４００）へと向かう。相分離器１２１からの液体は、粗アルゴン塔１１８、トレイ３８へと向かう。低圧塔１１６へ戻ると、トレイ番号１のすぐ下まで塔を下降し、ここで見出される気体は、「純酸素」と呼ばれる。気体酸素は、低圧塔１１６からライン３２０中で除去されて、主熱交換器１１３まで進み、ここで、気体は温められる。熱交換器の後、温められた気体は、液化装置へと続く酸素入口ラインへと向かう（図３ａ、ポイント３２１を参照されたい）。低圧塔１１６に戻ると、底部液体は「純粋な液体酸素」である。再沸器１１５は、液体酸素を、低圧塔１６を駆動する気体状酸素に変化させる。気体の大部分は塔を上昇するが、大量の気体酸素を除去するプロセスは、より低い圧力を引き起こし得る。より低い圧力は、より低い温度を意味し、これは、主な空気圧縮機１０１へはるばる続くすべての稼働圧力を低下させる。少量の液体酸素は、固体汚染物質をフラッシュアウトするためにライン３００中で除去される必要がある。この液体酸素は、過冷却器１１７へ送られ、過冷却器１１７の後、ライン３０１中の流れは計量されるが、再沸器高さのレベル制御は、図８の弁３３６、または３４３、または３５７であり得る。液体酸素流れは、図８のポイント３０２に送られる。また、図１の底部で参照されるのは、図７からのポイント４０であり、これは、湿った空気を締め出すために断熱されたコールドボックス上で陽圧を保つために使用されるコールドボックス窒素パージである。ポイントの別のセットは、安全逃がし弁２１３およびバーストディスク２１２へと続く低圧塔１６６フィード２１１の周りにあり、この設定は、低温であり、必要な場合に作動させる保険として図７ポイント３９から受け取る温かい窒素流れを必要とする。
【００２３】
純アルゴンサブシステム。ここで主に図２を参照すると、２つの主要な流れが示されており、その１つは、冷却のための窒素であり、他方は、プロセスのためのアルゴンである。窒素流れは、図１、ポイント５４５から冷たい液体窒素としてくるものであり、これは、２つの制御弁へと分岐し、その制御弁の両方は、それらが供給している液体窒素浴を制御する。１つの制御弁５４６から出る流れは、熱交換器１２５シェル側の底部を占めるタンク１２６を保持する純アルゴン再凝縮器へと続く。液体窒素は蒸発していき、ライン５５５中を出ていき、圧力制御弁、次いで、ライン５５７へと続く。図１、ポイント５４５からの第２の流れは、純アルゴン塔凝縮器１３１のシェル側にあるライン５４７中の液体レベルを保持するように設定された別の制御弁へと進む。この液体窒素は蒸発して、ライン５５６中で凝縮器１３１を出ていき、圧力制御弁へと続き、その後、それはライン５５７に合流して、図１、ポイント５５８の主な空気分離ユニットへと戻る。
【００２４】
プロセスへのアルゴンは、図１、ポイント４００からくる。この粗アルゴン流れは、アルゴン熱交換器１３３の冷側へ入り、水素のライン４０３との合流した流れへ向かうライン４０１中へ温まって出てくる。合流した流れ４０４は、アルゴン圧縮機１３４へと向かい、この圧縮機は、１つのインタークーラーを伴う２段階圧縮機である。ライン４０５中でアルゴン圧縮機１３４を出る圧縮されたアルゴン水素流れは、アフタークーラー１３５により冷却され、ライン４０６中でアフタークーラー１３５を出て、これは、水素の追加流れと合流する。水素の追加流れは、チューブトレイラ１３６からくるものであり、小さなライン４０７へ出ていき、次いで、圧縮されたアルゴン水素流れ４０６に４０８を供給するために圧力調節されて、合わせた流れ４０９を作り出し、アルゴンフラッシュアレスタ１３７へと続く。ライン４１０でフラッシュアレスタ１３７を出る際、流れは、デオキソ触媒床１３８へ向かい、そこで、アルゴン中の水素および酸素は合わせられて、水蒸気を作り出す。このポイントで流れの名称は、燃焼アルゴンに変化する。ライン４１１中のデオキソ触媒床１３８の出口は、非常に熱く、多量の湿気を伴う。ここで、燃焼アルゴン流れは、アフタークーラー１３９により冷却され、その後、ここで、高い湿度は、ライン４１２中で水となる。次に、４３２で大気へと出ていく底部水排水制御弁を伴う相分離器１４０を用いて、水を除去する。ライン４１３中で相分離器１４０を出る際、燃焼アルゴンは依然として１００％の相対湿度である。燃焼アルゴンは、華氏−１１０度の露点で乾燥する必要があり、そのため、流れは、乾燥器床１４１へ送られる。そこでライン４１４中の乾燥器床１４１を出る際、燃焼アルゴンを伴う多少の粉塵が存在し、これは、粉塵フィルタ１４３により除去される。ここで、ライン４０２中の燃焼アルゴンは、乾燥しており、粉塵を含まず、使用準備が整った状態であり、アルゴン熱交換器１３３へと向かう。
【００２５】
燃焼アルゴン４０２は、それがアルゴン熱交換器１３３に入るとき、温かい。アルゴン熱交換器１３３の冷側で、流れ４１５は、水素分離器１２７へ向かい、それが水素分離器１２７へ入る際には、ほぼ液体を形成している。水素分離器１２７を出る際のライン４１６中の気体は、再沸器の凝縮作用に起因して、アルゴン再沸器１２８のチューブ側に上昇していく。再沸器１２８は、デオキソ触媒床１３８から残留水素を液化するほどは冷たくなく、したがって、再沸器チューブ側の頂部で集まり、アルゴンおよび窒素のすべては液化し、４１７で水素分離器１２７の底部へと落下し、この底部にはトレイはない。再沸器の頂部の水素は、流れ制御弁へと続く４１９で除去され、アルゴン圧縮機の合流した吸引流れ４０４へと続くライン４０３中で送り返される。
【００２６】
水素分離器１２７の底部にある液体は、ライン４２０中で純アルゴン塔１３０をフィードするレベル制御弁へと続く４１８にて除去される。この流れは、微量の酸素および水素を伴って、アルゴンおよび窒素を含有する。この液体は過冷却されておらず、減圧後にフラッシュし得る。液体および気体混合物は分離してもよく、気体は蒸留トレイを通って上昇し、液体はそれが底部で収集されるまで、トレイから下のトレイへと流れ出ていく。
【００２７】
純アルゴン塔の底部にある液体は、まず、再沸器シェル側１２８の外側シェルリング１２９の周りで集まり、そのリングが満タンになった後、液体は、純アルゴン塔１３０の底部を充填していく。次いで、この液体は、レベル制御弁へと続く４２５で除去され、４２７で、純アルゴンタンク１２４へ向かうライン４３１中の再凝縮されたアルゴンと合流する。純アルゴン塔１３０へ入った気体は、それが凝縮器１３１のチューブ側で凝縮されるまで、蒸留トレイを通って上昇していく。凝縮器１３１シェル側は、液体窒素で満ちており、これにより、ライン４２１中でアルゴン中の窒素を液化するが、水素は液化しない程度に十分冷たい状態となる。液体および気泡は、相分離器１３２へと続くライン４２２中で除去されていく。少量の気体は、流れ制御弁へと除去され、４２３で大気へと出ていく。この弁は常に非常に冷たく、温かいパージ流れを必要としており、この流れは、バックアップ気体窒素システム（図７、ポイント３７）から受け取る。相分離器１３２の液体は、ライン４２４中で純アルゴン塔１３０の頂部トレイへと逆に出ていき、気体アルゴンの通過を停止する冷たいキャップとして作用する。
【００２８】
貯蔵タンク１２４中のアルゴンは、弁ライン４２８を有し、アルゴン輸送トレイラ１２３は、同様の弁ライン４２９を有し、その両方は、弁自動圧力制御弁を介して過剰な圧力を通気する。通気された気体は、４３０で同じラインを共有して、アルゴン再凝縮器１２５のチューブ側へと続き、そこで、それは液化されて、ライン４３１中で液体は、アルゴン貯蔵タンク１２４へ続く、合流したライン４２７に戻される。
【００２９】
このプロセスにおいて使用される２つのアルゴン乾燥床があり、図２の１４１および１４２にて同定される。図２で図示されるように、乾燥床１４１は、使用される乾燥器として示され、乾燥器１４２は、再活性化される。再活性化は、図７、ポイント３６からのパージヘッダーの窒素オフにより実施される。乾燥器容器は、それらの独自の加熱器を有し、４３３で弁へと汚染物質を外に移動させるために、乾燥気体窒素のみを必要とする。
【００３０】
液化装置への取り込みまたは通気入口配管。図３ａ〜３ｃに示されるように、液化装置へと続く３つの入口流れがあり、そのすべては、空気分離プラント主熱交換器の温側からくる（図１）。これらは、気体酸素入口流れ、空気分離プラント主熱交換器の温側の低圧力側からの気体窒素入口流れ、および高圧塔からの気体窒素入口流れである。
【００３１】
ここで図３ａを参照すると、示されるような気体酸素入口流れは、図１、ポイント３２１の主熱交換器の温側からくる。ここで、この気体酸素流れは、産生の過剰な引出しを防止または停止させるために、流量計３２５により制御される。流れは空気分離プラントにより設定され、流量計３３１の読み取りが流量計３２５と等しくないならば、次いで、任意の過剰な流れが通気される。過剰な気体酸素の通気は、通気弁３２９を制御する流量計３２７によりわかる。圧力が高すぎるならば、逃がし弁３２８が開放される。流量計３２７が流れを示すならば、これは問題である。弁３２６は、主な流れ制御である。流量計３３１にフィードする逆止弁３３０が存在する。入口プロセスの出口は、気体酸素であり、図４、ポイント３３２にて液化装置へと続く。
【００３２】
図３ｂでは、図１、ポイント２１６の主熱交換器の温側からくる、低圧気体窒素流れが示される。ここで、この低圧窒素流れは、流量計２５０により制御され、産生の過剰な引出しを停止させる。流れは空気分離プラントにより設定され、流量計２５６が流量計２５０と等しくないならば、次いで、任意の過剰分が通気される。過剰な通気は、通気弁２５４を制御する流量計２５２によりわかる。圧力が高すぎるならば、逃がし弁２５３が開放される。流量計２５２が流れを示すならば、これは問題である。弁２５１は、主な流れ制御である。流量計２５６にフィードする逆止弁２５５が存在する。入口プロセスの出口は、図４、ポイント２５７の液化装置へと続く。
【００３３】
図３ｃでは、高圧塔からの気体窒素流れは、図１、ポイント２０３の主熱交換器の温側からくる。ここで、この高圧窒素流れは、流量計２３１により制御され、産生の過剰な引出しを停止させる。流れは空気分離プラントにより設定され、流量計２３７が流量計２３１と等しくないならば、次いで、任意の過剰分が通気される。過剰な通気は、通気弁２３５を制御する流量計２３３によりわかる。圧力が高すぎるならば、逃がし弁２３４が開放される。流量計２３３が流れを示すならば、これは問題である。弁２３２は、主な流れ制御である。流量計２３７にフィードする逆止弁２３６が存在する。図７、ポイント３３へパージ気体窒素供給をフィードするオンまたはオフ弁２３８にフィードする２インチの分岐ラインも存在する。入口プロセスの主な出口は、図４、ポイント２３９の液化装置へと続く。
【００３４】
液化装置。ここで図４を参照すると、液化装置のための熱交換器およびフラッシュポットが図で示される。これは、図７、ポイント４１のバックアップ気体窒素からくる窒素パージを伴う、十分に断熱されたボックス内に位置する。図３ａ〜３ｃに関連して記載された空気分離ユニットからの３つの気体流は、異なるポイントで液化装置コールドボックスに入る。気体酸素流は、図３ａ、ポイント３３２から液化装置に入る。気体酸素流流れは、３つの熱交換器、すなわち、酸素冷却器１４４、煮沸器１４５、および凝縮器１４６を連続的に通過し、次いで、酸素フラッシュポット１４７のチューブ側に入る。フラッシュポットチューブ側の出口は、過冷却された液体酸素であり、これは、図８、ポイント３０５で示される液体酸素フィルタハウスへと向かう。酸素の引き込みは、気体から液体への状態変化であり得る。低圧塔のフィードよりも高いここでの液体酸素の圧力を作りだすために必要とされる圧力の変化が存在する。この圧力変化は、フラッシュポット１４７の高さにより達成される。フラッシュポット１４７は、酸素フィルタハウスに向かう低圧塔の低圧液体酸素ラインオフよりも約１５フィート高くなければならない。これは、フラッシュポットへ続く気体酸素流が、フラッシュポット１４７へ入る前に凝縮してしまうほど冷たい状態であってはならないということを意味する。
【００３５】
液化装置への低圧気体窒素流は、図３ｂ、ポイント２５７からくる。この低圧窒素流は、圧力出口制御弁２６４からの流下流に合流し、ライン２６５中の合わせた流れは、図５、ポイント２６５のタービンブースターへと出ていく。
【００３６】
液化装置への高圧塔気体窒素流は、図３ｃ、ポイント２３９からくる。この流は、制御弁４５５のライン出口からの等しい圧力の流下流れと合流し、合わせた流れ４６２を形成する。ここで、この合わせた窒素流流れ４６２は、制御弁４５６および４５７を含有する２つのラインへ分岐する。制御弁４５６は、予熱器と呼ばれる熱交換器１５２に熱を付加し得る。予熱器１５２の出口と自動制御弁４５７の出口とが合流し、図５、ポイント４５８のタービンパッケージへと出ていく。
【００３７】
加えて、図５、ポイント２７３のタービンパッケージまたはアセンブリから、自動制御弁２７４（図４）への流れが存在し、これは、予熱器１５２へ熱を付与し、図５、ポイント２７５でタービンへと出戻る。予熱器１５２へ進む煮沸器１４５の流れオフも存在し、これは、図５、ポイント２８８で示されるように圧縮される前に温められる必要がある。
【００３８】
図５、ポイント５００でのタービンアセンブリからの圧縮された気体窒素の主要な流れは、３つの自動制御弁５０１、５０２、および５０３へと分岐する。自動制御弁５０１は、酸素冷却器１４４を温めるように設定され得る。流れ５０１の出口は、５０２および５０３の出口流れと合流する。自動制御弁５０３の出口は、予熱器１５２を温め得る。自動制御弁５０２は熱交換器を迂回し、温かい気体流れを煮沸器１４５へと移動させる。煮沸器１４５は液体窒素浴を有し、これは沸騰させて消失させる必要がある。３つの自動制御弁（５０１、５０２、および５０３）からの気体窒素は、煮沸器１４５中の液体窒素を沸騰させる。ライン５００、図５からの気体は冷却されるが、凝縮はされず、煮沸器１４５での液体窒素浴により気体窒素へと変化する。ポイント５００からの冷却された気体窒素は、凝縮器と呼ばれる次の熱交換器１４６へいき、そこで、気体窒素はその熱を４つのタービンの排気と交換し、気体を２相液体気体窒素流とする。
【００３９】
２相流は、追加された冷却熱交換器と呼ばれる次の熱交換器１５０に送られる。ここで、２相窒素流はさらに少しだけ冷却されるが、出口では依然として２相流である。次いで、２相流は、ポンプフラッシュポット１４９チューブ側へ向かい、ここで、窒素流はすべて液体となり得る。ポンプフラッシュポット１４９での出口温度は、ポンプ後の煮沸器１４５の沸点を保持するように設定され得る。液体窒素は、使用に十分なほどに冷たい。ポンプフラッシュポット１４９の液体窒素オフは、５か所へと分岐し、これは、液体窒素ポンプ（図６、ポイント５１０）へ、次いで、空気分離プラント（図６、ポイント５１１）へ、次いで、ポンプフラッシュポット１４９を逆フィードする自動制御弁５１２へ、次いで、窒素産生フラッシュポット１４８のチューブ側へ、最後に、酸素産生フラッシュポット１４７のシェル側にフィードする自動制御弁５１３へ、分岐する。
【００４０】
図４から図６への移行。液体窒素ポンプ（図６、ポイント５１０）へ続くポンプフラッシュポット１４９の液体窒素オフの流れに続き、この液体窒素流れは、起動の間、弁５２２を含有する分岐ラインを介して、ポンプを迂回することができる。ポンプが稼働した後、弁５２２が閉鎖されるまで逆流を停止し得る逆止弁５２３が存在する。逆止弁５２３を介する自動制御弁５２２からの流れは、ライン５２８（図４へ続く）を介して煮沸器に供給することができ、図４の弁５３０へ続くライン５２９を介してポンプフラッシュポットに供給することができる。［作動の注釈としては、ポンプの始動にはプライミングが必要となることがあり、プライミングは、弁５２２（図６の）が閉鎖しているときに図４、ポイント５２９の開放弁５３０を介するポンプフラッシュポットシェル側を用いて低圧力ポイントに対して実施することができる］
【００４１】
２つの別個の液体窒素ポンプ１６９および１７０が図６に示され、これらは液体窒素を煮沸器へ移動させるために使用される。ポンプ上の炭素シールが摩耗するために、２つのポンプ１６９および１７０が提供され、２つのポンプが提供されることにより、炭素シールを交換するためにポンプを変更する際に作動を稼働し続けることが可能となる。１つのポンプのみが一度に稼働すべきである。図６では、ポンプ１６９への入口弁は、自動弁５２０であり、出口弁は、逆止弁５２６にフィードする自動弁５２４である。ポンプ１７０への入口弁は、自動弁５２１であり、出口弁は、逆止弁５２７にフィードする自動弁５２５である。使用中のポンプからの流れは、フラッシュポット１４９にフィードする逆止弁５３０へと続く、図４、ポイント５２９と、それが煮沸器１４５にフィードする図４、ポイント５２８とで熱交換器へ分岐していく。ポンプがオフであるか、ゆっくりと変化するポンプスピードであるならば、煮沸器１４５に対する液体の量は、バイパスレベル制御弁５２３により調節され得る。図６、ライン５２９から図４への流れは、自動制御弁５３０を進む。レベル制御弁５３０を介する流れは、ポンプフラッシュポット１４９のシェル側液体レベルへ続き、これは常時閉である。
【００４２】
図４のポンプフラッシュポット１４９から出る次の分岐は、図６、ポイント５１１へ続く。ライン５１１から自動制御弁５４２を介して分岐する大気への廃棄がある。ライン５１１はまた通常の稼働開放弁５４３へ至り、これは逆止弁５４１を閉鎖し、空気分離プラントへと戻る液体としてライン５４４を進む（図１を参照されたい）。液化装置が空気分離プラントをフィードすることができないならば、次いで、窒素貯蔵タンク１７１からの液体が使用される。窒素貯蔵タンク１７１から出る液体流れは、開放弁５３９および５４０により提供される。液体ポンプ１７２を開始した後、窒素流れは、逆止弁５４１に進み、次いで、閉鎖された自動弁５４３へ進み、次いで、空気分離プラントをフィードするライン５４４に進む。常に、空気分離プラントへの流れは、ライン５４７を介する純アルゴン凝縮器１３１のレベル制御、流れライン５４６を介する純アルゴン再凝縮器１２６流れのレベル制御装置、および低圧塔へ続くライン５４９の計量された流れ、により制御される。
【００４３】
ポンプフラッシュポット１４９からの次の分岐オフは、ポンプフラッシュポットのシェル側に液体を戻す、レベル制御装置弁５１２（図４）へと続く。これは常時閉である。ポンプフラッシュポット１４９からの次の分岐オフは、酸素産生フラッシュポット（１４７）のシェル側に液体を送る、レベル制御装置弁５１３（図４）へと続く。これも常時閉である。
【００４４】
ポンプフラッシュポット１４９からの最終分岐オフは、窒素産生フラッシュポット１４８（図４）のチューブ側へと続く。フラッシュポット１４８を出る液体窒素は、弁５１４およびライン５１５へ分岐する（図６を参照されたい）。弁５１４は、窒素産生フラッシュポット１４８のシェル側の液体高さを制御するための液体レベル制御弁である。これは常時閉である。ライン５１５への分岐オフは、窒素貯蔵システムへと続く産生液体窒素である。産生が良好でないならば、それは、弁５３５を通じて廃棄へと送られる。液体窒素が良好であると見出されたならば、常時閉であるタンク弁の前に最終パージ弁５３６を行う。弁５３７は、産生計量弁であり、窒素貯蔵タンク１７１への進入部である。窒素貯蔵タンク１７１は１ｐｓｉｇにモニターされ得る。タンクの通気は、弁５３８を介して大気に通気される。通気を制御するための液体温度は、産生フラッシュポット１４８液体レベルおよび気体出口圧力４５９においておこる（図４を参照されたい）。
【００４５】
ここで図６、ライン５２８から図４の煮沸器１４５への液体窒素フィードを参照すると、液体窒素がポンプフラッシュポット１４９を去った後、液体は、ポンピング段階を通して単相液体として留まるほど十分に冷たくなければならず、次いで、煮沸器に上昇すると、液体が入るときに沸騰作用を停止するほど冷たすぎてはならない。
【００４６】
煮沸器１４５からくる蒸発した窒素は、予熱器１５２へ経路付けされる。予熱器１５２は、３つの流れ、すなわち、弁５０３により制御された主要な流れと呼ばれるブースター４アフタークーラー出口、弁２７４により制御されたブースター１アフタークーラー出口、ならびに弁４５６により制御された高圧塔およびタービン排気流れ、により温めることができる。これは、弁４５１の自動開放によりモニターすることができる。弁４５１は、３つのフラッシュポットにより使用されていない４つのタービンにより産生される過剰な液体を排出する。
【００４７】
予熱器１５２からの蒸発した窒素流れの出口は、図５、ポイント２８８で示されるタービンアセンブリへと続く。この気体窒素は、４つの流量計２８９、２９０、２９１、および２９２へ送られる。各流量計は、その独自のタービン膨張機と連結しており、各タービン膨張機のために可変案内羽根を設定する。流量計２８９は、タービン膨張機１５３への入口である。流量計２９０は、タービン膨張機１５７への入口である。流量計２９１は、タービン膨張機１６１への入口である。流量計２９２は、タービン膨張機１６５への入口である。タービン膨張機１５３の案内羽根１５４は、流量計２８９により設定され、タービン膨張機１５７の案内羽根１５８は、流量計２９０により設定され、タービン膨張機１６１の案内羽根１６２は、流量計２９１により設定され、タービン膨張機１６５の案内羽根１６６は、流量計２９２により設定される。すべての４つのタービン膨張機は、１つの出口を伴う共通のヘッダーへと出る（図４、ポイント４５０へ）。
【００４８】
図４のポイント４５０は、４つのタービン膨張機からの出口が相分離器１５１へと進む場所である。相分離器１５１は、タービンの出口温度により制御された液体レベルおよび排出用の４つの自動制御弁を保持する。タービン出口の温度は、煮沸器１４５の圧力および予熱器１５２からのフィード温度に関係がある。４つの自動制御弁は、オーバーフロー弁４５１、酸素産生フラッシュポット１４７のシェル側の充填材、弁４５２、窒素産生フラッシュポット１４８のシェル側の充填材、弁４５３、およびポンプフラッシュポット１４９の充填材、弁４５４である。
【００４９】
レベル制御弁４５２による酸素産生フラッシュポット１４７シェル側の充填は、これは、フラッシュポット１４７のために必要とされる唯一の充填弁であるべきである。別の弁５１３は、万一に備えて必要とされる場合に提供されるが、通常の作動では閉鎖されている。レベル制御弁４５２によりフラッシュポット１４７へ供給される液体窒素は、過冷却され、減圧される場合にフラッシュする。チューブ側液体酸素が冷却されるときに、液体の残りは沸騰して除かれる。出口酸素温度制御は、窒素シェル側浴の液体高さ、およびライン４６１中の出口気体窒素にて保持される圧力からである。酸素貯蔵タンク１７７上の通気弁３８２（図８を参照されたい）は、タンク上の唯一の圧力制御弁であるが、弁は常には開放されるべきではない。通気弁３８２の開放は、モニターされるべきであり、かつ酸素産生フラッシュポット１４７の温度は制御されるべきである。酸素貯蔵タンクは、調整なしに０．５ｐｓｉｇ未満または１．５ｐｓｉｇ超で稼働してはならず、通気弁３８２は１ｐｓｉｇで開放する。
【００５０】
図４の窒素産生フラッシュポット１４８を見ると、自動レベル制御弁４５３は、窒素産生フラッシュポット１４８のシェル側を充填するために使用されるべき唯一の弁である。弁５１４もまた必要ならばそこに存在してもよいが、通常の作動の間は閉鎖されている。制御弁４５３を通過するこの液体窒素は、過冷却なしで入ってきてもよく、減圧されるとフラッシュする。チューブ側の液体窒素が冷却されるとき、弁４５３からのシェル側への液体の残りは沸騰して除かれる。窒素貯蔵タンク１７１上には通気弁５３８がある（図６を参照されたい）。出口産生液体窒素温度制御は、窒素シェル側浴の液体高さ、およびライン４５９中の出口気体窒素にて保持される圧力からである。窒素貯蔵タンク１７１上の通気弁５３８は、唯一の圧力制御弁であるが、弁は常に開放されるべきではない。通気弁５３８の開放は、モニターされるべきであり、かつ窒素産生フラッシュポット１４８の温度は制御されるべきである。窒素貯蔵タンク１７１は、調整なしに０．５ｐｓｉｇ未満または１．５ｐｓｉｇ超で稼働してはならず、通気弁５３８は１ｐｓｉｇで開放する。
【００５１】
ポンプフラッシュポット１４９はレベル制御弁４５４を有し、これはシェル側への唯一の液体窒素供給であるはずだ。弁５３０および５１２を含む他の弁は閉鎖されるべきであり、必要に応じてそこに存在する。ポンプフラッシュポット１４９チューブ側液体窒素は、そのフラッシュオフポイントを制御するためにモニターされる必要がある。液体は、それが窒素ポンプを出るときに単相であるべきであるが、それが入る煮沸器を停止させるほど冷たくあってはならない。したがって、チューブ側液体窒素はモニターされる必要があり、シェル側液体窒素高さおよび圧力は制御される。
【００５２】
３つすべてのフラッシュポット１４７、１４８、および１４９が、タービン排気相分離器１５１の生成された液体オフの３つのパーセントからそれらが必要なものを取り入れた後、少量の残留物しか存在しないはずである。これをレベル制御弁４５１へ通過させて、減圧すると、過冷却されていない液体はフラッシュする。フラッシュした液体窒素は、窒素産生フラッシュポット排気気体により使用される低圧力ラインへと入る。この弁４５１は開放および閉鎖するので、それは、４つのタービンの出口温度がどのようになっているかを示すことができる。弁４５１が少し閉鎖すれば、それは、より多くの液体がフラッシュポットにより使用されているか、または予熱器が温めるように稼働しているか、または煮沸器圧力がより低い圧力へと変化していることを示す。
【００５３】
３つのフラッシュポット１４７、１４８、および１４９シェル側は、気体窒素を出す。酸素産生フラッシュポット１４７は、ライン４６１中のシェル側気体窒素を出し、凝縮器１４６へと続く。凝縮器経路の出口には、圧力制御弁２６０または逆止弁２６１へと続く分岐オフがある。逆止弁２６１は、起動の間、小さい流れをタービン排気ヘッダーへ送るが、タービン排気圧力が上昇すると、フラッシュポット圧力自動圧力制御弁２６０は、気体を低圧ラインへと移動させていく。通常の作動の間、逆止弁２６１は閉鎖され、圧力制御弁２６０が制御している。窒素産生フラッシュポット１４８シェル側は、ライン４５９中のシェル側気体を追加された冷却熱交換器１５０へと出し、次いで、弁４５１からの排気と合流し、合流した流れは、凝縮器１４６へと続く。凝縮器１４６の流れオフは、自動圧力制御弁２６０および２６２の出口を取り込み、次いで、煮沸器１４５へと入る。ライン４６０中のポンプフラッシュポット１４９のシェル側の気体オフは、追加された冷却熱交換器１５０へと進む。この経路の出口オフは、凝縮器１４６へと進み、逆止弁２６３および自動圧力制御弁２６２への分岐オフへと出ていく。逆止弁２６３は、起動の間、小さい流れをタービン排気ヘッダーへ送るが、タービン排気圧力が上昇すると、フラッシュポット圧力自動圧力制御弁２６２は、気体を低圧ラインへと移動させていく。通常の作動は、逆止弁２６３を閉鎖しており、圧力制御弁２６２が制御している。ここで、３つのフラッシュポット１４７、１４８、および１４９を出た低圧力ラインは、煮沸器１４５へと進み、次いで、酸素冷却器１４４、次いで、自動圧力制御弁２６４へと進む。
【００５４】
以下により詳細に記載される、図５からのポイント４５０での４つのタービン排気流れは、タービン排気相分離器１５１を通って進み、分離器１５１の頂部から出た気体は、凝縮器１４６中へと入り、一方で、相分離器１５１の液体のすべては、３つのフラッシュポット１４７、１４８、および１４９ならびにオーバーフロー弁４５１へと進んでいく。凝縮器１４６を出るタービン排気相分離器１５１の気体流については、作動の起動モードの間、この気体流は、２つの逆止弁２６１および２６３の出口を取り入れるが、通常の作動の間は、タービンの排気の圧力ははるかにより高くなり、逆止弁２６１および２６３の両方を閉鎖する。凝縮器１４６からの気体の流れは、煮沸器１４５へと入っていき、煮沸器１４５の出口では、気体は酸素冷却器１４４へと入っていく。酸素冷却器１４４の出口は、圧力制御弁４５５へ続く。
【００５５】
低圧窒素入口ライン（図３ｂ、ライン２５７）からのすべての流れが液化装置へ入ることができるならば、圧力制御弁２６４は大きく開放されて運転すべきである。弁２６４および図３ｂ、ライン２５７からの流れは合流し、タービンへと進む（図５、ポイント２６５）。この合流した気体窒素流れはまた、サージ制御逆止弁２７２（図５）からの流れに合流し、次いで、流量計２７０を通過する。流量計２７０は、第１のブースター１５５上のサージを予測するために必要とされる。ブースター１５５は、気体窒素を引き込み、気体を凝縮する。圧縮された気体は、圧縮の熱を取り込み、２重空気冷却ファンシステムであるアフタークーラー１５６に出ていく。実施形態における各ファンは、２５馬力のベルト駆動ファンであり、１つは固定されたピッチファンであり、他方は可変ピッチファンである。アフタークーラー１５６は、圧縮された気体窒素出口にて９０度の温度を保持するように設定される。
【００５６】
アフタークーラー１５６からの気体窒素出口は、３つの場所へ、すなわち、制御弁２７１を介するサージ制御戻り気体流れへと続く流れと、予熱器１５２（図４）を温めるための流れ２７３と、逆止弁２７６を介する次のブースター１５９へと続く流れへと分岐していく。数学的サージ曲線に近づくならば、自動サージ制御弁２７１を介する流れは開放するだろう。サージ制御システムが作動へと向くと、次いで、弁２７１は徐々に開き、逆止弁２７２は開いていき、ブースター１５５への流れを増大させる。サージ制御システムは、通常アクティブではないが、起動時で用いられる。次の流れは、ポイント２７３（図４）で予熱器１５２へと続く。予熱器１５２を介する経路は、ラインをアクティブに保つための通常小さな流れであるが、窒素ポンプ１６９または１７０の不具合に起因してシステムが混乱してくるならば、煮沸器１４５の液体は気体へとフラッシュし、タービンへの過剰な冷たい気体は、タービン１５３、１５７、１６１、および１６５がその羽根にわたって液体を産生する原因となり、タービンはすべて故障していく。制御弁２７４（図４）は、ライン２８８（図５）中の流れを約−１５５度に保持するように設定された温度制御装置である。予熱器１５２を介する自動制御弁２７４からライン２７５（図４）への流れの出口は、ここで図５のライン２７５へと移動する非常に小さな流れである。
【００５７】
アフタークーラー１５６からの最後の流れは、次のブースター１５９へ向かう逆止弁２７６へ続く。逆止弁２７６の出口は、冷たい気体であるライン２７５（図４から）からの小さな流れと合流する。ここで、ライン２７５からの冷たい気体の小さな流れは、通常の稼働中、ブースター１５９への入口温度を１度さえも動かさない。逆止弁２７６の気体はまた、サージ制御システムがアクティブならば、サージ制御逆止弁２７６からの流れと合流していく。合流した流れのすべては流量計２７７へ入る。流量計２７７からの流れは、ブースター１５９へ入る。ブースターの出口は、アフタークーラー１６０（アフタークーラー１５６と同じ設計および作動を有する）に入る。アフタークーラー１６０から出ると、流れは、自動サージ制御弁２７８および逆止弁２７９（サージシステム２７１と同じ設計および作動を有する）へ、および流量計２８０へと続くラインへと分岐していく。
【００５８】
サージ制御システム２８２逆止弁からの流れおよびアフタークーラー１６０からの流れは、流量計２８０に入る。気体は、次のブースター１６３により圧縮され、アフタークーラー１６４へと出る。アフタークーラー１６４の出口は、サージ制御弁２８１とブースター１６７とに分岐する。サージ制御システムは常時閉であるが、起動のために、弁２８１は逆止弁２８２へと徐々に開放されて、この逆止弁は、ブースター１６３入口に流れを付加する。
【００５９】
アフタークーラー１６４からの出口流れの残りは、サージ制御システム出口逆止弁２８５および図４からのライン４５８からの合流した流れへと進む。すべての流れは、ブースター１６７サージを予測するために使用される流れセンサ２８３により計量される。ここで、この流れは、主要な流れと呼ばれる。ブースター１６７では、気体の圧力および温度は上昇する。温度は、アフタークーラー１６８により約９０度の温度を保持するように制御され得る。アフタークーラー１６８流れの出口は、サージ制御システム２８４へと分割される。サージ制御システム２８４は通常の作動では閉鎖されるべきであるが、起動時には、弁２８４は徐々に開放され、その気体は逆止弁２８５を通ってブースター１６７入口へと移動していく。サージ制御装置システムにより使用されなかった流れは、ライン５００中、主要な流れとして図４へと出ていく。
【００６０】
図７バックアップ気体窒素システム。ここで図７を参照すると、バックアップ気体窒素システムが示され、これは、その独自の通気システム４６を有する液体窒素貯蔵タンク１７４を含む。液体窒素は、貯蔵タンク１７４からエバポレータ１７８のチューブ側へと移動していき、そこで、液体窒素は気体窒素へと変化する。エバポレータ１７８の出口には、圧力調節装置４５がある。パージ窒素ヘッダーがその通常の稼働圧力未満に下降するであろうならば、次いで、調節装置４５は開放するが、そうでなければ、調節装置４５は閉鎖される。
【００６１】
図１の空気分離ユニットからきて、図７のバックアップ気体窒素システムへと進む空気フィード２があり、これは、器具空気供給へと進む。図１では、弁１１２は、コンピュータが制御している開放および閉鎖された弁へと続く自動制御弁へ空気をフィードする開放および閉鎖された弁である。この流れは、７８ｐｓｉｇ超の空気圧力を有する。逆止弁１９（図７）は、空気の逆流を停止するために空気フィード２上に提供される。逆止弁１９の出口は、通常の作動に間に器具空気システム２１へ空気を通過させることを可能とし得るセレクタ２０へ入る。器具空気供給がより低い圧力に下降するならば、次いで、セットポイント、圧力調節装置３０が引き継ぐ。逆流は、逆止弁３１により停止される。
【００６２】
図３ｃ、ライン３３からのバックアップ気体窒素システムからくる気体窒素供給は、プラント全体のためにすべてのパージおよび器具窒素を供給することができる。気体窒素が供給された後、純窒素を保護するために逆止弁３２（図７）が存在する。器具空気供給ポイント２がポイント圧力の設定に沿わないならば、次いで、逆止弁３１が開放され、ここで、圧力調節装置３０は必要とされる器具窒素を供給し、これがポイント２１へと開放される。図７において垂直方向に延びているラインにより示される主なパージヘッダーは、２インチのラインを伴うプラント部位全体のまわりを包みこむ。パージヘッダーは、多くの分岐オフを有し、これらも図７に示されている。パージヘッダーへの主な供給は、ライン３３、図３ｃのフィードオフであり、これが圧力に沿わないならば、次いで、バックアップタンク１７４の調節装置４５オフがパージヘッダーへ気体窒素を供給する。
【００６３】
ここで、主なパージヘッダーの分岐オフの各々の目的が説明される。図７に示されるように、窒素供給を酸素フィルタハウスに提供するパージヘッダーから出る、図８、ポイント４４への分岐が存在する。図８に示されるように、主な流れは、流量計６０を介する温かい窒素流れへ、開放または閉鎖自動弁６１へ、逆止弁６２へと続き、必要に応じてフィルタ１７５および１７６へ提供される。ポイント４７で窒素パージ流れを酸素フィルタボックスに提供するための、ポイント４４から出た分岐流れも存在する。
【００６４】
図５で示されるタービンパッケージへ続く主なパージヘッダーの４個の別個の分岐３４、３５、４２、および４３オフが存在する。ポイント３４での分岐オフは、ライン７５中のタービン１５３への、およびライン７６中のタービン１５７への密封気体供給を提供する。ポイント３５での分岐オフは、ライン７７中のタービン１６１への、およびライン７８中のタービン１６５への密封気体供給を同様に供給する。ポイント４２での分岐オフは、タービンケースパージに供給し、かつポイント４３での分岐オフは、オイルアキュミュレータに供給する。
【００６５】
主なパージヘッダーの別の流れオフは、図４のポイント４１へ続き、これは、液化装置コールドボックスパージへと続く。図１へと続くポイント４０の流れオフは、コールドボックスパージへ続く。図１へと続くポイント３９の流れオフは、低圧塔逃がし弁２１３およびバーストディスク２１２へと続く温かいパージ流れへと続く。ポイント３８の流れオフは、バックアップ貯蔵タンク通気弁（４６）を解凍するための温かい気体のパージ流れである。最後に、ポイント３６および３７から出た流れは、図２へいく。ポイント３６から出た流れは、アルゴン乾燥器床を再生し、また図２で示されるように、アルゴン乾燥器床１４２に作用し、この流れは大気４３３へと進む。ポイント３７の流れオフは、通気弁を温めて、図２の流れ４２３として示される分離器１３の大気オフへと続く。
【００６６】
酸素フィルタハウス。いくつかの空気分離プラント部位は、再沸器にある液体酸素中の固体濃度を除去するために、内蔵の熱ポンプおよびゲルトラップフィルタを有する。いくつかのプラントは、充填ステーションにて輸送トレイラに対するフィルタを有する。いくつかのプラントは、貯蔵システムに対してフィルタを有する。これらのプラント部位は、図８で示される液体酸素フィルタハウスを必ずしも必要とするわけではないが、本酸素フィルタハウスは、プラントが本発明の新規液化装置へと変更された後、現行システムの損失および労働力に対する必要性を軽減することができる。
【００６７】
本発明者の新規液化装置は、空気分離プラントからの酸素産生のほぼすべてを気体として取り込む。これは、多少の固体汚染物質を有する少量の液体酸素を残し、これは、保持する汚染物質の濃度を低下させるために除去する必要がある。酸素フィルタハウスシステムは、混合することなく動き回るために、２種の気体および１種の液体を有する。ここで、気体は、純窒素気体および大気空気であり、液体は純液体酸素である。これを行うために、各システムは保護される必要がある。純度を保護するために最もよく知られている方法は、圧力を大気圧より高く維持すること、次いで、ブロッキングシステムを使用することであるか、または１つの流れが次の流れへと移動するのを停止するための方法である。ここで、圧力は大気圧より高いので、ダブルブロックアンドブリードシステムが使用される。これは、出口が大気へと通じている弁により流れを停止することができる。弁が漏れ出る流れをブロックするために使用されるならば、次いで、この流れは、漏れ出るが、大気のみへ漏れ出て、次の製品には漏れ出ない。弁のすべてのダブルブロックアンドブリードネストは逃がし弁を有する必要がある。
【００６８】
空気分離プラントからの液体酸素流れは、図１からきて、ポイント３０２で過冷却された液体として図８の酸素フィルタハウスへと続く。フィルタハウスへの進入部上には逆止弁３３５があり、これは、液体酸素の逆流を防止するために提供される。ライン３０２中の液体酸素が貯蔵に送るほど十分に純粋でないならば、または両方のフィルタが詰まっているならば、液体酸素はどこかへいかなければならない。不良な純度を伴う液体酸素がいくべき１つの場所は、廃棄である。しかし、フィルタが作動しているが、使用することができないならば、次いで、フィルタが作動している短時間の間に固体を貯蔵へ向かわせることができるバイパスが存在する。
【００６９】
空気分離プラントにより産生された酸素が廃棄されることになれば、システム全体が悪化しているか、悪化に向かっていると推測される。迅速な対応がなされるべきであり、ただちに閉鎖される弁のすべては、３１３、３１６、３８１、６１、６３、６９、６４、７０、３４３、３５７、３４６、３６０、３７７、３７８、３３９、３７２、３５１、３６５、３５２、３６６、３４２、３５５、および３６９である。加えて、同時に開放される弁のすべては、６８、３３８、３４５、３７６、３５９、３１５、６６、７２、３４１、３５０、３６４、３５４、３６８、３７１、および３８０である。流れを制御するための弁は、弁３１２、６８、３３６、１７７である。弁３１２は、酸素産生フラッシュポット容器１４７（図４）のチューブ側の高さを制御する。弁６８は、１００ｓｃｆｈの流れへと続く流量計６０でみられる温かい窒素流れを制御するが、弁６８を自動流れ制御に対して広く開放させるためのゼロ単一流れをみることになる。弁３３６は、再沸器浴容器１１６（図１）の液体高さを制御する。次いで、貯蔵タンク上の弁圧力制御弁３８２は、貯蔵タンク上で１ｐｓｉｇを保持する。これは、捕らえたすべての気体および液体を全廃棄へと通気して、貯蔵タンクを汚染物質から保護する。
【００７０】
純度が確立されると、異なるサブシステムを開放するシステムが始動する。より大きな流れは、貯蔵へと向かう液化酸素である（図４、ポイント３０５から）。産生物廃棄において、液化装置通過逆止弁３１０から廃棄への流れは、弁３１２により制御される。純度が液化装置から良好である場合、弁３１２は、廃棄を続け、一方で、自動レベル制御弁３１３は手動モードで開放される。先ほど開放された弁３１３への流れは、ブリード弁３１５から通気される。液体酸素がブリード弁３１５から出た定常流れに一旦入ると、弁３１６はゆっくりと開放され、一方で、弁３１５は閉鎖される。次いで、流れは、ブリード弁３８０を出て進む。一旦液体流れがブリード弁３８０から定常となり、純度がなお良好であると、次いで、貯蔵へと続く弁３８１が開放される。ここで貯蔵および廃棄へ移動している液体の量は、自動レベル制御弁３１２がセットポイントよりも低いレベルを認識し、閉鎖し始める原因となる。弁３１２が約５パーセントの自動開放であるならば、弁３１３は、自動レベル制御自動モードとなる。容器１４７から出た流れがバックアップを開始し、液体酸素が進む場所を有することになる場合には、自動レベル制御弁３１２が弁３１３よりも高い液体レベル制御ポイントに設定され、かつ、自動制御モードを保たれることになる。先ほど記載したシステムは、ここで、液体酸素を液化装置から貯蔵へと送る。
【００７１】
空気分離プランの液体酸素の純度が良好である場合、次いで、短時間の間、固体すべてを伴う酸素は、フィルタが作動している間、貯蔵へと進む。フィルタは、徐々に開放される必要があり、液体の廃棄または貯蔵への迂回を続けることができる。図８で示される実施形態では、フィルタ１７５は濾過するように設定され、フィルタ１７６は再活性化に使用される。フィルタシステム中の弁のすべては、空気分離プラント液体酸素を廃棄へと向かわせ、かつ液化装置液体酸素をここへ貯蔵させるかのように、配置決めされる。産生プラントからの液体酸素は、廃棄弁３３８に連結されたシェル側再沸器レベル制御弁３３６に至る逆止弁３３５へと続く図１、ポイント３０２からくる。開放弁３４２は、ブリード弁３４１から出た液体酸素の逆向きの流れを引き起こす。一旦液体酸素の定常流れがブリード弁３４１を出ていくのがみられたら、次いで、弁３３９は開放され、かつ弁３４１および３３８は閉鎖される。ここでシステムは、産生プラント液体酸素がフィルタを迂回し、かつ貯蔵へと進むように設定される。流れ制御は、液体レベル制御弁３３６から依然として提供される。
【００７２】
サービスのためのフィルタ１７５の設定。液体酸素は、良好な純度であり、手動モードの第１の開放再沸器自動レベル制御弁３４３は約２５％開放される。これは、ブリード弁３４５から液体酸素を排出し得る。液体酸素の定常流が検出される場合、次いで、弁３４６が開放され、かつブリード弁３４５が閉鎖される。これは、ブリード弁３５０から液体酸素を排出し得る。ブリード弁３５０を供給するラインは小さく、それは、液体酸素の定常流れを排出可能とするのに十分に冷却するために数分間かかるはずである。再沸器から液体が過剰に引き出されることが非常によく起こり得るので、アクティブな液体制御装置をよく見張る必要があり、もしこれが起こり始めたら、自動制御装置弁３３６は閉鎖する。再沸器から液体が過剰に引き出されているならば、次いで、短時間の間、再沸器の高さが再確立され、かつ自動制御装置弁３３６が再度開放されるまで、弁３５０は閉鎖されるべきである。次いで、弁３５０が再度開放される。温度センサ３４８をモニタリングすることにより、冷却プロセスが追跡される。液体酸素が定常流で弁３５０から流れ出た後、純度は依然として満足するものであり、次いで、弁３５２は、ブリード弁３５４から通気するために開放され、弁３５０は閉鎖される。液体酸素の定常流が弁３５４から出ていくのがみられた後、次いで、弁３５５を開放し、弁３５４を閉鎖する。次いで、再沸器自動制御装置弁３３６はまた、より高いレベルに設定され、再沸器自動レベル制御装置３４３は、通常の再沸器高さを伴うセットポイントを伴う自動モードに設定される。次いで、弁３４２および３３９を閉鎖し、次いで、弁３３８および３４１を開放することにより、バイパスラインを閉鎖する。ここでシステムは、空気分離プラントからの液体酸素から出た固体を濾過し、化装置液体酸素は、貯蔵に合流する。
【００７３】
次に、フィルタ１７６は再活性化され、上記と同じ順番を進んでいく。リキャップされた閉鎖された弁は、６１、６３、６４、６９、７０、３４５、３５７、３６０、３７７、３７８、３３９、３５０、３５１、３７２、３６５、３５４、３６６、３４２、３６９、３８０、および３１５である。この時に開放している弁は、３３８、３４１、３４６、３５２、３５５、３７６、３７１、３５９、３６４、３６８、３１６、および３８１である。自動制御にある弁は、６８、３１３、３１２、３４３、３３６、および３８２である。
【００７４】
ブリード弁３６４は開放されているので、任意の液体が流れ出ることができるが、念のために、流れが開始して、流れモニター６０によりわかるように、弁６１は開放される。流れモニター６０は、１００ｓｃｆｈに設定され、ここで、弁６８は流れを制御する。次いで、流れ制御弁６９は手動モードで２５％開放まで開放され、気体窒素は、弁７２から出て通気される。次いで、弁６９は一部の流れを取り込むために、自動流れ制御弁６８は閉鎖し始める。次いで、弁７０は開放され、かつ弁７２は閉鎖される。自動制御弁６８は９０ｓｃｆｈに設定され、かつ自動流れ制御弁６９は、１００のセットポイントに調整される。流れが９０ｓｃｆｈ未満に下降するならば、次いで、弁６８は開放するように指令される。弁６８が開放するように指令されるならば、次いで、操作員は通知されることになる。フィルタ温度３６２が華氏−９０度となる前に、フィルタが除去する固体汚染物質は、気体へと変化する。温度が華氏−８０度となる場合、再活性化が終了する。ここで、弁６９、７０、および３６４は閉鎖され、弁７２は解放される。弁６８は制御されており、流れモニター６０によりわかるように流れが９０ｓｃｆｈ未満に下降するならば、開放するように設定される。したがって、弁６１の閉鎖は、気体窒素の進入を停止し、既定では、弁６８は自動開放する。
【００７５】
フィルタ１７６の冷却へと移動して、フィルタ１７５の浄化された出口流れは、フィルタ１７６を冷却するために使用される。開放弁３５１は、ブリード弁３７１から液体酸素を排出し得る。一旦液体酸素の定常流が弁３７１を出ていくのがみられたら、弁３７１が閉鎖され、自動流れ制御弁３７２が開放され、手動モードで２５％に開放される。これは、液体酸素流れを逆止弁（３７３）を通って、流れモニター（３７５）、および出口弁３７６へと通過させる。一旦液体酸素の定常流れが弁３７６を出ていくのがみられたら、次いで、弁３７８および３６４が開放される。冷却された流れは、流量計３７５にてみられる。
【００７６】
自動流れ制御弁３７２は、自動制御モードにされて、流量計３７５でみられる流れを制御する１００ｓｃｆｈに設定される。冷却プロセスは、温度モニター３６２上でみることができる。フィルタを冷却するプロセスは、流れが小さいことに起因して、数時間かかるだろう。一旦温度モニター３６２が−２５０に到達したら、次いで、クールダウンモードは完了し、フィルタ１７６は待機モードにされる。
【００７７】
フィルタ１７６のための待機モードを設定するために、流れ弁３５１、３７２、３７８、３６４は閉鎖される必要があり、開放されるべき弁は３７１および３７６である。待機のプロセスは、冷却されたフィルタ１７６を弁が閉じた状態で静置しておくことである。いずれかの気体膨張が存在するならば、容器は逃がし弁３６３により保護される。加えて、逃がし弁のみを用いて容器を保護することは、捕らえられた気体の膨張を軽減するのに不十分であり得るので、１０分毎に１回弁３６４を開放および閉鎖するサイクルが存在する。
【００７８】
液体酸素フィルタの作動の次のモードは、１つのフィルタから次へと濾過がどのように移行していくかという、鈍いフィルタ稼働である。待機モードは停止される。フィルタ１７６上で作動している唯一の弁は弁３６４であり、これは、１０分毎に１回、１０分の１秒間のタイマーにしたがって、開放および閉鎖する。これにより連続的開放が停止され、弁３５７は手動制御で２５％の開放に開放される。酸素液体の流れは、ブリード弁３５９から出てくることがみられる。次いで、弁３６０は開放され、かつ弁３５９は閉鎖される。液体酸素は、弁３６４から放出され得る。フィルタ１７６の起動の間、使用される液体酸素の量は、自動レベル制御弁３４３を閉鎖し始める原因となり得る。弁３４３が閉鎖するならば、次いで、自動レベル制御弁３５７上で開放している手動モードにある弁は、１０％に軽減される。液体酸素が弁３６４を出た後、続いて、弁３６６が開放され、ブリード弁３６４が閉鎖される。液体酸素は、ブリード弁３６８から流れ出る。その後、弁３６９は開放される。ここで、フィルタ１７５および１７６は共に濾過する。
【００７９】
次の工程は、フィルタ１７５を停止することである。手動のレベル制御装置弁３４３は、５％開放に設定され、レベル制御装置弁３５７は、再沸器高さのセットポイントを伴う自動モードとされる。これは、落ち着くまで約３〜５分間かかり、次いで、弁３４３、３４６、３５１、３５２、および３５５が閉鎖され、弁３５４、３５０、および３５４は開放される。
【００８０】
フィルタ１７５は排水され、液体が気体へ変化するので、フィルタ１７５中の任意の液体酸素は弁３５０から排水される。加えて、弁６１は開放され、自動制御弁６３は１００ｓｃｆｈに設定される。これは、気体窒素を弁６６から通気し得る。次いで、弁６４は開放され、かつ弁６６は閉鎖される。自動流れ制御弁６８は９０ｓｃｆｈ未満で開放するように設定され、かつ自動制御弁６３は１００ｓｃｆｈ未満で開放するように設定される。流れはセットポイントを上回るので、これにより弁６８の閉鎖が引き起こされるはずである。フィルタ１７５中の液体は、弁３５０から排出され得る。
【００８１】
液体が弁３５０から排水された後、フィルタ１７５は、加熱下におかれる。次いで、流れは、同じに留まる。モニターするポイントは、フィルタ温度センサ３４８である。フィルタ温度が華氏−８０度となると、加熱は終了する。
【００８２】
フィルタ１７５を冷却下におき、弁６１および６３を閉鎖することにより、加熱を停止させる。これは、流れの喪失に起因して自動流れ制御弁６８が開放する原因となる。弁６８のためのセットポイントは、９０ｓｃｆｈ未満での開放である。次いで、弁６４を閉鎖し、ブリード弁６６を開放する。フィルタ１７６から出た清浄な液体酸素を用いて、弁３６５は開放されて、ブリード弁３７１は閉鎖される。弁３７１がそれを出る液体酸素の定常流れを有した後、次いで、弁３７２は開放され、弁３７１は閉鎖される。弁３７２を手動モードとし、１０％開放し、一旦液体酸素が弁３７６から出てきたら、弁３７７を開放し、かつ弁３７６を閉鎖する。流量計３７５は、流れを示し、１００ｓｃｆｈの流量に設定されるべきであり、自動流れ制御弁３７２は、流れを制御するために使用され得る。流れは、弁３５０を出ていく。温度センサ３４８上でみられるように、一旦流れがフィルタを−２５０に冷却すると、次いで、冷却が終了する。
【００８３】
フィルタ１７５を待機モードとする。クールダウンを停止し、弁３６５、３７２、３７７、および３５０を閉鎖する。ブリード弁３７１および３７６を開放する。ここで、過剰な圧力を停止するために、サイクル弁３５０は１０分毎に１回、開放および閉鎖される。
【００８４】
フィルタ１７５を鈍い作動モードとする。必要とされる場合、フィルタ１７５は、フィルタ１７６を用いる鈍い作動におかれる。第１に、手動モードで自動レベル制御弁３４３を１０パーセント開放まで開放する。これは、液体酸素をブリード弁３４５から排出し得る。液体酸素の定常流が弁３４５から出ていく場合、次いで、弁３４６を開放し、弁３４５を閉鎖する。流れは、開放弁３５０を出る。温度モニター３４８は、作動の冷却の進行を示す。一旦弁３５０から出た流れが液体酸素の定常流れを示したら、次いで、弁３５２を開放し、かつ弁３５０を閉鎖する。ここで、流れは、ブリード弁３５４を出る。一旦ブリード弁３５４が液体酸素の定常流れを示したら、次いで、弁３５５を開放し、かつ弁３５４を閉鎖する。ここで、自動レベル制御弁３４３を自動モードとし、自動レベル制御弁３５７を手動モードで５パーセント開放に設定する。一旦システムが数分間作動し、安定となると、次いで、フィルタ１７６を停止モードとする。弁３５７を自動レベル制御とする。
【００８５】
フィルタ１７６を停止モードとする。システムはちょうどライン上のフィルタ１７６からライン上のフィルタ１７５へと切り替わった。ここで、フィルタ１７６を停止し、すべての弁３５７、３６０、３６６、および３６９を閉鎖する。ここで、３６８、３６４、および３５９を開放する。フィルタ１７６中の任意の液体は、弁３６４から排出されることができるだろう。次いで、再度、上記の温め工程を実施する。
【００８６】
フィルタの作動の間、フィルタ詰まりを示す差圧式ゲージが存在する。これは、どのくらいの期間フィルタが作動することができるかを見出すために、モニターおよび記録されるべきである。フィルタ１７５のための差圧式ゲージは、３４７であり、フィルタ１７６は差圧式ゲージ３６１を有する。これは、図８にて見出される逃がし弁のリストである。液化装置からフィルタハウスへの液体酸素に対しては、弁３１２、３１３、および逆止弁３１０が、捕らえられ、かつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するための逃がし弁３１１。逃がし弁３１４は、弁３１３、３１５、および３１６が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３４０は、弁３３９、３４２、および３４１が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３４９は、弁３５２、３５１、３５０、６４、３４６、および３７７が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインおよびフィルタ１７５を保護するためにそこに存在する。逃がし弁３７０は、弁３７１、３５１、３６５、および３７２が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３７４は、弁３７２、逆止弁３７３、３７８、３７６、および３７７が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３４４は、弁３４３、３５４、および３４６が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３５８は、弁３６０、３５７、および３５９が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３５６は、弁３５７、３４３、３３６、および逆止弁３３５が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁６７は、弁６９、６８、逆止弁６２、および６３が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁７１は、弁７２、７０、および６９が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３６３は、弁３６６、３６５、３６４、７０、３６０、および３７８が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、フィルタ１７６およびラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３６７は、弁３６６、３６８、および３６９が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３７９は、弁３８１、３８０、３４２、３５５、３６９、および３１６が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３５３は、弁３５２、３５４、および３５５が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁６５は、弁６３、６４、および６６が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。逃がし弁３３７は、弁３３６、３３８、および３３９が、捕らえられかつ気体へと状態変化している液体酸素で閉鎖されているならば、ラインを保護するためにそこに存在する。
【００８７】
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【００８８】
本明細書で提供される液化装置は、液体窒素を沸騰させて、タービンのために稼働気体圧力を生み出す。液化装置は、安定状態で稼働する空気分離プラントと共に運転するように設計される。空気分離プラントは、主熱交換器温末端部から気体状窒素および酸素の定常流を供給し得る。次いで、新規液化装置から、過冷却された液体窒素および液体酸素の流れは、共に貯蔵へと続く低圧塔の液体酸素および液体アルゴンを作製する空気分離プラントへ戻される少量の液体窒素と共に貯蔵へと送られる。空気分離プラントは、低圧塔のより低い圧力に起因して減圧下にて稼働し得る。空気分離プラントは、最大気体酸素除去モードにて稼働し得る。上で示したようなＭＡＣ流れを伴う空気分離プラントおよび本明細書で提供される液化装置は、５％未満の炭化水素を維持し、かつ低圧塔の再沸器内で通常構築され、かつ酸素フィルタ中で洗浄されることになるクリプトンおよびキセノン固体のすべてを除去するために必要とされる、液体アルゴンおよび２，０００ｓｃｆｈの液体酸素を生成し得る。プラントは、ほぼすべての酸素を気体として取り除き、次いで、気体酸素を本発明にて液化し、次いで、販売可能な製品として貯蔵に送ることにより、より低い圧力を稼働させることができる。次いで、パイプライン気体の顧客に必要とされない低圧塔からの気体酸素の液化を、本液化装置で実施することができる。パイプラインの顧客に必要とされない気体窒素のすべてを、本液化装置で液化することができる。
【００８９】
提供される液化装置は、今日使用されているものよりも安価で販売可能な液体を産生するだろう。液体を作製するために必要とされる圧力まで気体を圧縮することには、多大なお金がかかる。貯蔵へと続く液体の温度は、貯蔵タンク陽圧要件を満たすように調節することができる。蒸留コールドボックス中の過冷却器は、液体酸素を貯蔵温度まで低下させるための制御経路を伴うオリジナル設計を有しない。本発明は、制御を提供する。酸素フィルタシステムは、液体酸素を作製する任意のプラントで使用することができる。これにより、より少ない汚染物質を伴う液体酸素を産生することができる。この液化装置は、遠隔位置にある液体に対して長いパイプラインの末端部に配置させることができる。これは、出荷費用を軽減し、かつ主なプラントの周りのトラック交通を軽減し得る。この液化装置は、液化された天然ガスを移動する船上に配置されることもできる。これにより、通気を停止させるために液体を冷たい状態で保つことができる。
【００９０】
本発明は、いくつかの記載された実施形態に関して、特に、特定のおよび主要な意図された実施形態に関連して、かなり詳しく、かつ相当詳細な事項を伴って記載されてきたが、本発明が、任意のこのような特定事項または実施形態または任意の特定の好ましい実施形態に限定されることは意図されておらず、本発明を実践するための装置ならびに本発明を実施および実践する方法の両方に関して、先行技術の観点から添付の特定の特許請求の範囲の可能な限り広義な解釈を提供するように、したがって、本発明の有効なおよび意図された範囲を効果的に包含するように、添付の特定の特許請求の範囲を参照して解釈されるべきである。本明細書を通して使用されるように、範囲は、範囲内にある各々およびすべての値を説明するための簡略表記として使用される。範囲内のいずれの値も、範囲の末端として選択されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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