| 【発明の名称】 |
可変流量の酸素の送出方法及びこれを使用する低温空気分離装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】オリバー ジャコブ スミス フォース
【氏名】ドン マイケル ヘロン
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| 【要約】 |
【課題】酸素製品流量の変動が蒸留装置に及ぼす影響を蒸留塔内の流量を本質的に一定に維持することにより軽減する方法の提供。
【解決手段】高圧塔１２４及び低圧塔１５０を含む蒸留装置を使用し、そして第１の貯蔵容器１４２と第２の貯蔵容器１８２を使用する。空気成分を含む液の流れ１３６を第１の蒸留塔へ供給して塔内の液との液体混合物を作り、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間はこの液体混合物のうちの少なくとも一部分１４０を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送し、少なくとも平均の酸素送出流量未満になっている間は蒸留装置から抜き出す液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分１８０を第２の貯蔵容器へ移送し、且つ第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出す。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 平均の酸素送出流量を有し酸素を可変流量で送出するための方法であり、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有し、各蒸留塔に塔頂部と塔底部がある蒸留装置を使用する可変流量の酸素の送出方法であって、空気の成分を含む液の流れを第１の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液の流れのうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる液と混合して液体混合物を作る工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、この液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送する工程、当該蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出す工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量未満になっている間、この抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送する工程、及び少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出す工程、を含む可変流量の酸素の送出方法。
【請求項２】 前記液体酸素の流れを第１及び第２の蒸留塔の一方から実質的に一定の流量で抜き出し、且つ、前記液体酸素のうちの前記少なくとも一部分を第２の貯蔵容器から可変流量で取り出す、請求項１記載の方法。
【請求項３】 第１の蒸留塔から移送される前記液体混合物のうちの少なくとも一部分を、第１の蒸留塔へ前記液の流れを供給する第１の蒸留塔内の実質的に同じ箇所で抜き出す、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】 第２の貯蔵容器から取り出す前記液体酸素のうちの前記少なくとも一部分の圧力を上昇させる工程、及び圧力を上昇させた液体酸素のうちの当該少なくとも一部分を気化させて気体酸素製品流を作る工程、を更に含む、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】 第１の圧力が第２の圧力より高い、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】 第１の圧力が第２の圧力より低い、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】 前記空気の成分を含む液の流れが空気の組成を有する、請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】 平均の酸素送出流量を有し酸素を可変流量で送出するための方法であり、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第１の圧力より低い第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有し、各蒸留塔に塔頂部と塔底部がある蒸留装置を使用する可変流量の酸素の送出方法であって、液体空気の第１の流れを第１の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液体空気の第一の流れのうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる液と混合して液体混合物を作る工程、液体空気の第２の流れを第２の蒸留塔へ供給する工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、上記の液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送する工程、当該蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出す工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量未満になっている間、この抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送する工程、及び少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出す工程、を含む可変流量の酸素の送出方法。
【請求項９】 前記液体空気の第２の流れを第１の可変流量で第２の蒸留塔へ供給し、前記液体混合物のうちの前記少なくとも一部分を第１の貯蔵容器から第２の蒸留塔へ第２の可変流量で供給し、そして第１の可変流量と第２の可変流量の合計が時間的に実質的に一定のままである、請求項８記載の方法。
【請求項１０】 平均の酸素送出流量を有し酸素を可変流量で送出するための方法であり、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第１の圧力より高い第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有し、各蒸留塔に塔頂部と塔底部がある蒸留装置を使用する可変流量の酸素の送出方法であって、液体空気の流れを第２の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液体空気の流れのうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔内を降下してくる第１の液と混合して第１の液体混合物を作る工程、第２の蒸留塔から第１の液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔へ移送し、そこにおいてこの第１の液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる第２の液と混合して第２の液体混合物を作る工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、第２の液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送する工程、当該蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出す工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量未満になっている間、この抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送する工程、及び少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出す工程、を含む可変流量の酸素の送出方法。
【請求項１１】 平均の酸素送出流量を有し酸素を可変流量で送出するための方法であり、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第１の圧力より高い第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有し、各蒸留塔に塔頂部と塔底部がある蒸留装置を使用する可変流量の酸素の送出方法であって、液体空気の流れを第１の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液体空気の流れのうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる液と混合して液体混合物を作る工程、液体空気の別の流れを第２の蒸留塔へ供給する工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、上記の液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送する工程、当該蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出す工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量未満になっている間、この抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送する工程、及び少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出す工程、を含む可変流量の酸素の送出方法。
【請求項１２】 平均の酸素送出流量を有し酸素を可変流量で送出するための方法であり、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第１の圧力より高い第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有し、各蒸留塔に塔頂部と塔底部がある蒸留装置を使用する可変流量の酸素の送出方法であって、液体空気の流れを第１の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液体空気の流れのうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる液と混合して液体混合物を作る工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、この液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送する工程、第１の貯蔵容器から当該液体混合物のうちの当該少なくとも一部分を抜き出す工程、第１の貯蔵容器から抜き出した当該液体混合物のうちの当該少なくとも一部分を第２の蒸留塔へ実質的に一定の流量で移送する工程、当該蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出す工程、少なくとも当該平均の酸素送出流量未満になっている間、この抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送する工程、及び少なくとも当該平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出す工程、を含む可変流量の酸素の送出方法。
【請求項１３】 第１の蒸留塔から液体窒素の流れを抜き出す工程、この液体窒素の流れのうちの少なくとも一部分を第３の貯蔵容器へ移送する工程、そして第３の貯蔵容器から液体窒素のうちの少なくとも一部分を抜き出す工程を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１４】 前記液体窒素の流れを第１の蒸留塔から実質的に一定の流量で抜き出し、そして液体窒素のうちの前記少なくとも一部分を第３の貯蔵容器から可変流量で抜き出す、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】 第３の貯蔵容器から抜き出した液体窒素のうちの前記少なくとも一部分の圧力を上昇させる工程、及びこの圧力を上昇させた液体窒素のうちの当該少なくとも一部分を気化させて気体窒素製品流を作る工程を更に含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】 請求項１記載の方法を使用する低温空気分離装置。
【請求項１７】 請求項１３記載の方法を使用する低温空気分離装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）空気分離の分野に関し、詳しく言えば蒸留塔装置から可変流量で酸素を送出するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】広い範囲の様々な流量で顧客に酸素を供給できることは、一部の産業部門において、例えば製鋼や発電用の統合型ガス化併用サイクル（ＩＧＣＣ）などの部門において、常に特別に重要である。この能力の重要性は、運転費を減らすため時間割の契約やその他のタイプの契約を利用している工業的なガス製造業者らの傾向のために、最近は他の部門について増大している。そのような状況においては、低温空気分離ユニットの応答時間は変動しやすい需要流量を満たすのに必要なそれよりもはるかにゆっくりになりかねない。これは、酸素を二塔式蒸留装置から生産する場合に特に言えることである。従って、時間的に平均した生産量に対応する一定の流量で酸素を抜き出すことにより蒸留塔を外乱から隔離することが有利である。そのような場合には、時間的に平均した生産量に比べ顧客の需要が低下している間はどのような過剰の酸素製品も一時的に貯蔵しておかなくてはならず、また時間的に平均した生産量を顧客の需要が超える時には酸素製品を貯蔵器から抜き出さなくてはならない。
【０００３】従来技術では、酸素を高圧貯蔵ボンベに圧縮ガスとして貯蔵することが提案されている。この手法は、顧客の需要の変動が非常に頻繁であり及び／又は短期間である場合に有効である。ところが、気相の製品を貯蔵するのに必要な高圧と容量のために、一般には製品を液相でもって貯蔵するのがはるかに経済的である。
【０００４】ところが、製品を液相で貯蔵するのにも少なくとも一つの不都合がある。製品は顧客には気相で必要とされるので、変動しやすい需要流量に応じて液を気化させなくてはならない。酸素は外部からの高温流体、例えば空気などとの熱交換で気化させることが多いので、気化する酸素の変動する流量は蒸留塔への液体原料の流量を変動しやすくする。そのような変動は酸素製品の純度に影響を及ぼしかねない外乱の一因となる。
【０００５】従来技術によると、外部からやってくる液化した原料のための貯蔵器と外部へ出てゆく液体酸素製品のための貯蔵器を設けることによって、液化した原料の流量と塔からの製品の流量を、原料貯蔵タンクと製品貯蔵タンク中の在庫量を変動させることにより本質的に一定に保持することができる。米国特許第５０８２４８２号明細書（Ｄａｒｒｅｄｅａｕ）には、液化した空気の全てを貯蔵容器へ移し、この貯蔵容器から一定流量で液体空気を抜き出し、そしてこの液体空気を蒸留装置へ移送することが教示されている。液体空気の貯蔵は、蒸留装置の圧力よりわずかに高い圧力で行われる。
【０００６】米国特許第５２６５４２９号明細書（Ｄｒａｙ）には、Ｄａｒｒｅｄｅａｕのものを変更したものが教示されており、それによれば酸素の生産量が多い間は液体空気の一部のみを貯蔵器へ導き、そして酸素の生産量が少ない間は液体空気を貯蔵器から主液体空気循環路へ移送する。どちらにしても、貯蔵容器は蒸留装置の圧力より高い圧力で運転しなくてはならない。米国特許第５５２６６４７号明細書（Ｇｒｅｎｉｅｒ）には、蒸留装置の圧力よりも実質的に高い圧力に維持される液体空気用の貯蔵容器を用いることが教示されている。
【０００７】従来技術の特許明細書の全てが、外部からくる液化空気の在庫量と外部へ出てゆく液体酸素の在庫量の両方を、蒸留塔への原料の流量と蒸留塔からの製品流量とを本質的に一定に保持するのを可能にするよう変動させる方法を教示している。これらの特許明細書はまた、高圧塔、低圧塔、又は両方の塔へ供給される液体空気を液体空気貯蔵容器から抜き出すことも教示している。
【０００８】液体空気を蒸留装置の圧力より高い圧力で貯蔵することの不都合は、圧力がどの程度だけ高いかに依存する。主要液体空気流の圧力はしばしば絶対圧で１．４〜８．３ＭＰａ（２００〜１２００ｐｓｉａ）である。液体空気の貯蔵圧力を外部からの液体空気のそれで維持するとすれば、貯蔵容器は高圧に耐えることができなくてはならず、その結果として建設するのに費用がかかる。液体空気の貯蔵圧力が主要空気のそれより低い場合には、貯蔵容器に入ってくる流体は圧力低下によって蒸気を生じさせることがある。このフラッシュ蒸気は、貯蔵容器へ送られる液体空気の流量が変動するので、変動する流量で蒸留装置へ送らなくてはならない。液体空気の圧力低下に起因する蒸気流量の変動は蒸留装置における蒸気流量と比べて小さいので、結果として製品純度に及ぼす影響は適切な制御手法により最小限にすることができる。とは言え、液体空気貯蔵容器自体における蒸気流量の変動は相対的に言って大きくなりかねない。これは、貯蔵圧力の制御を困難にし、次には貯蔵容器への液体空気の圧力又は流量に大きな影響を及ぼす。従って、主要液体空気と蒸留装置の中間の圧力で液体空気を貯蔵することは、外乱を完全にはなくさない。
【０００９】米国特許第５０８４０８１号明細書（Ｒｏｈｄｅ）には、高圧塔から窒素に富む液と酸素を富ませた塔底液を変動する流量で抜き出して貯蔵し、そしてこの窒素に富む液と酸素を富ませた塔底液を一定流量で低圧塔に導入する方法が教示されている。これは、低圧塔において一定流量を維持するけれども、高圧塔においては流量を変動させる。この米国特許明細書により教示された装置は三つの貯蔵容器、すなわち液体窒素用のもの、液体酸素用のもの、及び酸素を富ませた塔底液用のものを必要とする。
【００１０】酸素を変動する流量で送出するためのもっと運転しやすい方法を手に入れることが要望されている。従来技術の難点と不都合を克服してより良好で且つより有利な成果をもたらす、変動する流量で酸素を送出するための方法を手に入れることも要望されている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸素を蒸留装置から可変流量で送出するための方法である。本発明の第１の態様は、酸素を可変流量で送出するための方法であり、平均の酸素送出流量を有するこの方法は、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有する、蒸留装置を使用する。各蒸留塔には塔頂部と塔底部がある。この方法は多数の工程を含む。第１の工程は、空気の成分を含む液の流れを第１の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液の流れのうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる液と混合して液体混合物を作ることである。第２の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、この液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送することである。第３の工程は、蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出すことである。第４の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量未満になっている間、その抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送することである。第５の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出すことである。
【００１２】この第１の態様のいくつかの変形がある。例えば、一つの変形では、空気成分を含む液の流れは空気の組成を有する。もう一つの変形では、第１の圧力は第２の圧力より高く、そして別の変形では、第１の圧力は第２の圧力より低い。
【００１３】第１の態様のこのほかの変形もある。一つのそのような変形においては、液体酸素の流れを第１又は第２の蒸留塔のうちの一方から実質的に一定の流量で抜き出し、そしてこの液体酸素のうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器から可変流量で取り出す。もう一つの変形では、第１の蒸留塔から移送される液体混合物のうちの少なくとも一部分を、第１の蒸留塔内のこの塔へ液の流れを供給する実質的に同じ箇所で抜き出す。
【００１４】本発明の第２の態様は、第１の態様の同じ多数の工程を含むが、二つの追加の工程を含む。第１の追加工程は、第２の貯蔵容器から取り出す液体酸素のうちの少なくとも一部分の圧力を上昇させることである。第２の追加工程は、この圧力を上昇させた液体酸素のうちの少なくとも一部分を気化させて気体酸素製品流を作ることである。
【００１５】本発明の第３の態様は第１の態様と同様であるが、三つの追加工程を含む。第１の追加工程は、第１の蒸留塔から液体酸素の流れを抜き出すことである。第２の追加工程は、液体窒素の流れのうちの少なくとも一部分を第３の貯蔵容器へ移送することである。第３の追加工程は、第３の貯蔵容器から液体窒素のうちの少なくとも一部分を抜き出すことである。
【００１６】第３の態様の一つの変形では、液体窒素の流れを第１の蒸留塔から実質的に一定の流量で抜き出し、そして第３の貯蔵容器から液体窒素のうちの少なくとも一部分を可変流量で抜き出す。
【００１７】本発明の第４の態様は第３の態様の上述の変形と同様であるが、二つの追加工程を含む。第１の追加工程は、第３の貯蔵容器から取り出した液体窒素のうちの少なくとも一部分の圧力を上昇させることである。第２の追加工程は、液体窒素のうちの圧力を上昇させた当該少なくとも一部分を気化させて気体窒素製品流を作ることである。
【００１８】本発明の第５の態様は、酸素を可変流量で送出するための方法であり、平均の酸素送出流量を有するこの方法は、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第１の圧力より低い第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有する、蒸留装置を使用する。各蒸留塔には塔頂部と塔底部がある。この方法は多数の工程を含む。第１の工程は、液体空気の第１の流れを第１の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液体空気の第１の流れのうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる液と混合して液体混合物を作ることである。第２の工程は、液体空気の第２の流れを第２の蒸留塔へ供給することである。第３の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送することである。第４の工程は、蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出すことである。第５の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量未満になっている間、その抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送することである。第６の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出すことである。
【００１９】第５の態様の一つの変形においては、液体空気の第２の流れを第１の可変流量で第２の蒸留塔へ供給し、液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の貯蔵容器から第２の蒸留塔へ第２の可変流量で供給し、そして第１の可変流量と第２の可変流量の合計は時間的に実質的に一定のままである。
【００２０】本発明の第６の態様は、酸素を可変流量で送出するための方法であり、平均の酸素送出流量を有するこの方法は、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第１の圧力より高い第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有する、蒸留装置を使用する。各蒸留塔には塔頂部と塔底部がある。この方法は多数の工程を含む。第１の工程は、液体空気の流れを第２の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液体空気の流れのうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔内を降下してくる第１の液と混合して第１の液体混合物を作ることである。第２の工程は、この第１の液体混合物のうちの少なくとも一部分を第２の蒸留塔から第１の蒸留塔へ移送し、そこにおいて第１の液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる第２の液と混合して第２の液体混合物を作ることである。第３の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、第２の液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送することである。第４の工程は、蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出すことである。第５の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量未満になっている間、その抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送することである。第６の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出すことである。
【００２１】本発明の第７の態様は、酸素を可変流量で送出するための方法であり、平均の酸素送出流量を有するこの方法は、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第１の圧力より高い第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有する、蒸留装置を使用する。各蒸留塔には塔頂部と塔底部がある。この方法は多数の工程を含む。第１の工程は、液体空気の流れを第１の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液体空気の流れのうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる液と混合して液体混合物を作ることである。第２の工程は、液体空気の第２の流れを第２の蒸留塔へ供給することである。第３の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送することである。第４の工程は、蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出すことである。第５の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量未満になっている間、その抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送することである。第６の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出すことである。
【００２２】本発明の第８の態様は、酸素を可変流量で送出するための方法であり、平均の酸素送出流量を有するこの方法は、第１の圧力で運転する第１の蒸留塔と第１の圧力より高い第２の圧力で運転する第２の蒸留塔を少なくとも有する、蒸留装置を使用する。各蒸留塔には塔頂部と塔底部がある。この方法は多数の工程を含む。第１の工程は、液体空気の流れを第１の蒸留塔へ供給し、そこにおいてこの液体空気の流れのうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔内を降下してくる液と混合して液体混合物を作ることである。第２の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、液体混合物のうちの少なくとも一部分を第１の蒸留塔の塔底部より上方の箇所から第１の貯蔵容器へ移送することである。第３の工程は、第１の貯蔵容器から液体混合物のうちの当該少なくとも一部分を抜き出すことである。第４の工程は、第１の貯蔵容器から抜き出した液体混合物のうちの当該少なくとも一部分を第２の蒸留塔へ実質的に一定の流量で移送することである。第５の工程は、蒸留装置から液体酸素の流れを抜き出すことである。第６の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量未満になっている間、その抜き出した液体酸素の流れのうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ移送することである。第７の工程は、少なくとも平均の酸素送出流量を超えている間、第２の貯蔵容器から液体酸素のうちの少なくとも一部分を取り出すことである。
【００２３】本発明のもう一つの側面は、本発明の方法のいずれかを使用する低温空気分離装置である。例えば、一つの態様は、第１の態様におけるとおりの方法を使用する低温空気分離装置であり、そしてもう一つの態様は、第３の態様におけるとおりの方法を使用する低温空気分離装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】例として添付の図面を参照して、本発明を説明する。本発明は、低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）空気分離法を提案するものであり、その種々の態様は図１〜７に例示される。この方法は、高圧塔１２４と低圧塔１５０を少なくとも含む、蒸留塔装置を使用し、酸素製品流量の変動が蒸留塔装置に及ぼす影響を塔内における流量を本質的に一定に維持することにより軽減する。この方法はまた、第１の貯蔵容器１４２と第２の貯蔵容器１８２を利用するものであり、そして１以上の態様において次に述べる特徴を含む。その特徴とは、液体酸素を蒸留塔装置から実質的に一定の流量で抜き出してこの抜き出した液体酸素のうちの少なくとも一部分を第２の貯蔵容器へ導くこと、液体酸素を第２の貯蔵容器から可変流量で抜き出しそして主熱交換器１１２において、凝縮されて液体空気流を形成し次いで蒸留塔装置へ直接送られる外部からの可変流量の空気との熱交換で気化させること、及び、液体空気流のうちの少なくとも一つが蒸留塔装置へ供給される同じ箇所で蒸留塔装置から液体流を抜き出し、そして平均の酸素送出流量を超えている間、液体空気のうちの少なくとも一部分を第１の貯蔵容器１４２へ導くことである。
【００２５】本発明の一態様を図１に示す。原料空気１００を圧縮機１０２で圧縮し、次にフィルター／乾燥器１０４で清浄にし乾燥させて昇圧原料流１０６を作り、これを流れ１１０と流れ１２６の二つの部分に分ける。流れ１１０は主熱交換器１１２で部分的に冷却する。部分的に冷却した流れ１１０のうちの一部を流れ１１６として抜き出し、そして残りの流れ１２２を露点近くの温度まで更に冷却して高圧塔１２４の塔底部へ導入する。流れ１１６はタービン／エキスパンダー１１８でターボ膨張させて流れ１２０を生じさせ、そしてこれを低圧塔１５０へ供給する。流れ１２６は、圧縮機１２８で更に圧縮して流れ１３０を生じさせ、これを主熱交換器で冷却し凝縮させて流れ１３２を作る。流れ１３２は弁１３４で減圧して流れ１３６を作り、これを高圧塔へ供給する。
【００２６】高圧塔１２４は窒素を富ませた塔頂生成物１５８と酸素を富ませた塔底液１５２を製造する。窒素を富ませた塔頂生成物はリボイラー−コンデンサー１６０で凝縮させる。凝縮液１６２のうちの一部分を高圧塔へ還流として戻し、そして残り１６６を、弁１９４で減圧後に、低圧塔１５０へ還流として送る。酸素を富ませた塔底液１５２は、弁１９６で減圧後に、低圧塔へ原料として送る。
【００２７】高圧塔１２４内に位置する捕集ポット１３８から、液を流れ１４０として抜き出す。この捕集ポットはそれより上方の蒸留部から降下してくる液に加えて、液体原料流１３６を受け入れる。その結果、抜き出された液体流１４０は原料流１３６が高圧塔に入る高圧塔の同じ箇所から取り出される。抜き出された液体流１４０は第１の貯蔵容器１４２へ移送される。この第１の貯蔵容器から液体流１４４を抜き出し、そして弁１４６で減圧後に、流れ１４４を低圧塔１５０へ原料として供給する。
【００２８】低圧塔１５０は、塔頂部から窒素に富む蒸気１７２を生産する。この窒素に富む蒸気を主熱交換器１１２で加温し、そして流れ１７６として取り出す。流れ１７６は望ましい製品流であってもよく、あるいは当該プロセスからの廃棄物であってもよい。低圧塔の塔底部からは液体酸素を流れ１８０として抜き出し、第２の貯蔵容器１８２へ移送する。第２の貯蔵容器１８２から液体酸素を流れ１８４として抜き出し、ポンプ１８６で所望の圧力に昇圧して（必要ならば）流れ１８８を作り、そして次に主熱交換器で気化させ加温して気体酸素製品流１９２を作る。
【００２９】高圧塔１２４と低圧塔１５０においては蒸気と液の往来を本質的に一定に維持するのが望ましい。これは、低圧塔の塔底部からの流れ１８０の流量が一定であることを必要とし、また高圧塔への蒸気原料１２２の流量が一定であることも必要とする。流れ１８０の一定流量はプロセスからの平均生産速度に対応する。
【００３０】平均の酸素送出流量を超えている間は、第２の貯蔵容器１８２から出ていく流れ１８４の流量は第２の貯蔵容器に入ってくる流れ１８０の流量を超え、従って第２の貯蔵容器内の液面は低下する。平均酸素流量を超える流量を気化させるためには、流れ１３０の流量を増加させることが、従って流れ１３２及び１３６の流量を増加させることが必要である。より多くの液が流れ１３６として高圧塔１２４に入ってくるので、第１の貯蔵容器１４２への流れ１４０の流量を増加させることが必要である。これは、高圧塔内で液の本質的に一定の流量を維持するためになされる。低圧塔１５０への液の流量も一定に維持することが望ましいので、第１の貯蔵容器１４２からの液の抜き出し流量を時間平均値で維持することが必要である。その結果、平均の酸素送出流量を超えている間は、流れ１４０の流量は流れ１４４の流量より大きくなり、従って第１の貯蔵容器１４２の液面は上昇する。
【００３１】平均の酸素送出流量より少ない間は、低圧塔１５０の塔底部からの流れ１８０の流量は流れ１８４の流量を超え、従って第２の貯蔵容器１８２の液面が上昇する。高圧塔１２４からの流れ１４０の流量は低圧塔への流れ１４４の液体流量より少なく、従って第１の貯蔵容器１４２内の液面は低下する。
【００３２】本発明のこの態様の従来技術を上回る利点は、全部の液体空気を直接高圧塔１２４に加えることに由来する。弁１３４を通して圧力を低下させる結果生じるどのようなフラッシュ蒸気も高圧塔が処理するので、第１の貯蔵容器１４２からの蒸気ベント（図示せず）の必要性とその大きさは、高圧塔の上流に位置する容器について必要とされるそれ（従来技術におけるような）よりも有意に低下する。ベント管路を適切な寸法にするのは、減圧の際に生じる蒸気のうちの一部を軽減するのに液の過冷却を利用することができる通常の運転についてよりも、過渡的な運転及び始動運転の際にはるかに重要になる。ベント制御の性能低下は液体空気管路の圧力又は流量の変動の原因となり、次にはそれが酸素の送出圧力に影響を及ぼす。図１の態様には、第１の貯蔵容器１４２が高圧塔の上流での液体の貯蔵について必要とされるほど高い圧力で運転する必要がなく、従って貯蔵容器の経費を低減する点で、追加の利点がある。
【００３３】明確にするため簡略化してある図２は、本発明のもう一つの態様を例示している。第１の貯蔵容器１４２の容量を最小限にするため、外部からの液体空気の一部を流れ２３２として分割することができ、そしてそれを、弁２３４で減圧後に、低圧塔１５０へ直接送ることができる。この場合、流れ２３２と１４４の流量の合計は一定のままである。
【００３４】明確にするため簡略化してある図３は、本発明のもう一つの態様を例示している。この態様では、第１の貯蔵容器１４２を比較的低圧に維持する。高圧塔１２４から液体流１４０を抜き出し、弁１４６を通し減圧して流れ３４８を生じさせ、これを第１の貯蔵容器１４２へ送る。液体流３４４を第１の貯蔵容器から一定流量で抜き出し、低圧塔１５０へ導く。随意に、外部からの液体流１３２の一部を流れ２３２として分割することができ、そしてこれを、弁２３４で減圧後に、低圧塔へ直接送ることができる。この場合には、流れ３４４の流量は流れ３４４と２３２の流量の合計が一定のままであるように変化する。この態様には低圧（安価）の貯蔵容器を必要とするだけであるという利点がある。
【００３５】明確にするため簡略化してある図４は、本発明のもう一つの態様を例示している。図３に示した態様におけるように、図４の態様において第１の貯蔵容器１４２は比較的低圧に維持される。高圧塔１２４から液体流１４０を抜き出し、弁１４６を通し減圧して流れ３４８を生じさせ、そして低圧塔１５０へ送る。平均の酸素送出流量を超えている間は、低圧塔内の捕集ポット４３８から液を流れ４４４として抜き出し、第１の貯蔵容器１４２へ導く。平均の酸素送出流量未満である間は、第１の貯蔵容器１４２から液体流４９４を抜き出し、ポンプ４９６で昇圧して流れ４９８を生じさせ、そして低圧塔へ供給する。この態様は、第１の貯蔵容器１４２をほぼ大気圧で運転するのを可能にする。
【００３６】明確にするため簡略化してある図５は、本発明のもう一つの態様を例示している。図４に示した態様におけるように、図５の態様において第１の貯蔵容器１４２は低圧塔１５０の圧力より低い圧力に維持される。高圧塔１２４の液体空気供給段から出て低圧塔のそれに至る液の流れはなく、また蒸留塔装置への液体空気流量の大部分は管路２３２を進む。一つの有効である極端な事例では高圧塔へ進む液体空気の流れはない（すなわち流れ１３６の流量はゼロである）。この態様は、多数の空気原料の経費をかまわないとすることはできない小さなプラントにとって有用である。図５の態様の残りは、図４のそれと同様である。平均の酸素送出流量を超えている間は、低圧塔内の捕集ポット４３８から液を流れ４４４として抜き出し、第１の貯蔵容器１４２へ導く。平均の酸素送出流量未満である間は、第１の貯蔵容器１４２から液体流４９４を抜き出し、ポンプ４９６で昇圧して流れ４９８を生じさせ、そして低圧塔へ供給する。図５に示した態様は、高圧塔のない単一塔装置に拡張してもよい。
【００３７】明確にするため簡略化してある図６は、本発明のもう一つの態様を例示している。この態様は、二つの点で図５のそれと異なる。第一に、液体空気流１３２の全部を、弁６３４で減圧後に、低圧塔１５０に供給する（一部を高圧塔１２４へ供給するというのではなく）。第二に、第１の貯蔵容器１４２から戻される液体流６９８を高圧塔１２４へ導く（図５では流れ４９８を低圧塔へ導いているのと対照的）。
【００３８】説明した態様の全てにおいて、蒸留塔装置から製造された液体酸素の全てを本質的に低圧塔１５０の圧力で運転する第２の貯蔵容器１８２へ送り、そして酸素をこの貯蔵容器から抜き出し昇圧して送出圧力にしている。このほかのオプションには、１）低圧塔からの液体酸素を昇圧しそしてこの液体酸素を高圧塔へ導くこと、２）平均酸素送出流量未満の間は低圧塔からの液体酸素の流れを分割して過剰の液体酸素生産量のみを第２の貯蔵容器へ送ること、及び３）低圧塔からの液体酸素の全部を送出圧力に昇圧し、次いでこの流れをオプション２）におけるように分割すること、が含まれる。
【００３９】明確にするため、本発明のいろいろな態様を窒素の同時生産について考慮することなく説明した。とは言え、当業者は、たとえ窒素の同時生産品を低圧塔１５０の塔頂部から、高圧塔１２４の塔頂部から、あるいは両者から製造するとしても、それらの態様が適用可能であることを認めよう。窒素を高圧塔の塔頂部から製造する場合について言えば、窒素は蒸気として抜き出してもあるいは液として抜き出してもよい。蒸気として抜き出す場合には、窒素を主熱交換器１１２で加温し、そして必要なら圧縮して送出圧力にする。
【００４０】窒素の同時生産品を液として抜き出す場合には、窒素を昇圧して送出圧力にし、次いで追加の外部からの空気との熱交換で気化させる。このような場合には、図７に例示したように、液体窒素のための第３の貯蔵容器７９２を利用することにより変動する窒素の生産速度を処理することが可能である。高圧塔１２４から抜き出された液体窒素流１６６のうちの一部分を、弁７８８で減圧後に、第３の貯蔵容器７９２へ流れ７９０として供給することができる。続いて、液体窒素を第３の貯蔵容器から流れ７９４として取り出し、ポンプ７９６で所望の送出圧力に昇圧して流れ７９８を作り、次いで主熱交換器１１２（図７には示さず）で気化させる。変動する酸素生産量の場合のように、第３の貯蔵容器７９２内の液面は平均の窒素送出流量未満の間は上昇し、またこの液面は平均の窒素送出流量を超えている間は低下する。この窒素貯蔵容器は所望の任意の圧力で運転することができる。随意に、液体窒素流１６６を冷却してから流れ７９０を取り出してもよい。
【００４１】例えば、図１の態様は低圧塔１５０へ供給される空気のうちの一部分のターボ膨張により寒冷が提供されるとして説明した。当業者は、このほかの任意の既知の寒冷発生手法を使って、例えば、１）高圧塔への空気の全部又は一部分の膨張、２）高圧塔かあるいは低圧塔のどちらかからの窒素を富ませた蒸気の膨張、及び３）低温の液体の注入、といったような手法を使って、本発明がやはり適用可能であることを認めよう。更に、当業者は、本発明の態様がアルゴン及び／又はその他の液体製品を同時に生産する場合にやはり適用可能であることを認めよう。
【００４２】ここでは特定の具体的態様を参照して例示及び説明したとは言え、本発明はここに示した細目に限定されるものではない。それよりも、特許請求の範囲に記載されたものと同等の範囲内において且つ本発明の精神から逸脱することなく様々な改変を行ってもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１０３５３６８
【氏名又は名称】エアー．プロダクツ．アンド．ケミカルス．インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月９日（２０００．１１．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４０５７（Ｐ２００１−１９４０５７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１７日（２００１．７．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３４１４５９（Ｐ２０００−３４１４５９） |
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