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【発明の名称】 低温蒸留により空気を分離するための方法およびプラント
【発明者】 【氏名】ジャン−ルノー・ブルージュロル

【要約】 【課題】複式空気分離カラムにより生産し得る純粋ガス状酸素の量を増加させる。

【解決手段】低温蒸留により空気を分離するためのプラントにおいて、混合カラム(11)の塔頂留出ガスを、蒸留される空気が供給される複式カラムの低圧カラム(5)の底部リボイラー(7)を加温するための通路に送る。これにより低圧カラム(5)の底部における酸素の生産が増大する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 少なくとも1つの中圧カラムと低圧カラムを備え、該低圧カラムはその底部における液体を気化させるためのリボイラーを含むところの複式カラム、混合カラム、冷却され、圧縮された空気を少なくとも該中圧カラムに送るための手段、酸素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムの注入点に送り、および窒素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムに送るための手段、ガスを該混合カラムの底部に送るための手段、該混合カラムの底部に供給される該ガスよりも揮発性の低い第2の酸素富化液体を該低圧カラムから該混合カラムの頂部に送るための手段、酸素リッチな流体を該低圧カラムから取り出すための手段、ガス、通常は塔頂留出ガスの少なくとも一部を該混合カラムから該リボイラーを加温するための通路に送るための手段を備え、該第2の液体を、該低圧カラムの注入点より少なくとも5理論段下のレベルで、または好ましくは該低圧カラムの注入点より少なくとも10理論段下のレベルで、および/または該低圧カラムの高さの底から約三分の一のレベルで、該低圧カラムから取り出すための手段を具備することを特徴とする低温蒸留により酸素リッチな流体を生産するための空気分離プラント。
【請求項2】 該中圧カラムから取り出された液体の少なくとも一部を気化させるための手段、および該気化した液体の少なくとも一部を該混合カラムの底部に送るための手段をさらに備える請求項1に記載のプラント。
【請求項3】 該中圧カラムから取り出された液体の少なくとも一部を気化させるための手段が、アルゴンカラムの塔頂凝縮器により構成される請求項2に記載のプラント。
【請求項4】 該中圧カラムから取り出された液体の少なくとも一部を気化させるための手段が、該低圧カラムから除去されたガスにより熱せられる凝縮器により構成される請求項2に記載のプラント。
【請求項5】 中圧カラムと低圧カラムを備え、該低圧カラムはその底部における液体を気化させるためのリボイラーを含むところの複式カラム、通常はアルゴンカラムの頂部にある、凝縮器、混合カラム、冷却され、圧縮された空気を少なくとも該中圧カラムに送るための手段、第1の酸素富化液体を該中圧カラムから該凝縮器に送るための手段、アルゴン富化ガスを該低圧カラムの第1のレベルから取り出すための手段、およびこれを該凝縮器または該アルゴンカラムに送るための手段、酸素富化液体および窒素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムに送るための手段、該凝縮器における酸素富化液体を気化させるための手段、および該蒸気の少なくとも一部および/または空気を該混合カラムの底部に送るための手段、該混合カラムの底部に供給されるガスよりも揮発性の低い第2の酸素富化液体を該低圧カラムから該混合カラムの頂部に送るための手段、場合により、アルゴン富化流体をアルゴンカラムの頂部で取り出すための手段、酸素リッチな流体を該低圧カラムから取り出すための手段、およびガス、通常は塔頂留出ガスの少なくとも一部を該混合カラムから該リボイラーを加温するための通路に送るための手段を備える低温蒸留により酸素リッチな流体およびアルゴンを生産するための空気分離プラント。
【請求項6】 該第2の液体を、該凝縮器を熱するかまたはアルゴンカラムに供給されるガスの取り出し点よりも下のレベルで、取り出すための手段を備える請求項3ないし5のいずれか1項に記載のプラント。
【請求項7】 該第2の液体を該第1のレベルと該低圧カラムの底との間のレベルで取り出すための手段を備える請求項5に記載のプラント。
【請求項8】 該混合カラムの塔頂留出ガスが、リボイラーにおいて少なくとも部分的に凝縮し、その凝縮物が該第1のレベルよりも上のレベルに送られる請求項3、5、6または7に記載のプラント。
【請求項9】 該アルゴンカラムの底部における液体の少なくとも一部を該混合カラムの頂部に送るための手段を備える請求項3、5、6、7または8に記載のプラント。
【請求項10】 底部液体および/または中間の液体を該混合カラムから該複式カラムに送るための手段を備える請求項1ないし9のいずれか1項に記載のプラント。
【請求項11】 該低圧カラムに少なくとも80、好ましくは少なくとも90の理論段を有する請求項1ないし10のいずれか1項に記載のプラント。
【請求項12】 空気、または空気よりも多量に窒素を含有するガスを該中圧カラムから該リボイラーを加温するための他の通路に送るための手段を備える請求項1ないし11のいずれか1項に記載のプラント。
【請求項13】 中圧カラムと低圧カラムを備え、該低圧カラムはその底部における液体を気化させるためのリボイラーを含むところの複式カラムを用いて低温蒸留により酸素を生産するための空気の分離方法であって、冷却され、圧縮された空気を該中圧カラムに送り、酸素富化液体および窒素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムに送り、ガスを混合カラムの底部に送り、該混合カラムの底部に供給されるガスよりも揮発性の低い第2の酸素富化液体を該低圧カラムから該混合カラムの頂部に送り、酸素リッチな流体を該低圧カラムから取り出し、ガス、通常は塔頂留出ガスの少なくとも一部を該混合カラムから該リボイラーを加温するための通路に送る工程を備え、該第2の液体が5モル%未満の窒素を含有するか、および/または該混合カラムから該加温通路に送られるガスが15モル%未満の窒素を含有することを特徴とする方法。
【請求項14】 該混合カラムの底部に送られるガスが、酸素富化液体を該中圧カラムから除去し、その少なくとも一部を気化させることにより生成する気化液体である請求項13に記載の方法。
【請求項15】 該液体が、アルゴンカラムの塔頂凝縮器で気化される請求項14に記載の方法。
【請求項16】 該液体が、該低圧カラムからのガスにより熱せられる凝縮器で気化される請求項14に記載の方法。
【請求項17】 中圧カラム、低圧カラムであってその底部における液体を気化させるためのリボイラーを含む低圧カラム、通常はアルゴンカラムの頂部に設けられる凝縮器、および混合カラムを備える複式カラムを用いて低温蒸留により酸素および場合によりアルゴンを生産するための空気の分離方法であって、冷却され、圧縮された空気を該中圧カラムに送り、第1の酸素富化液体を該中圧カラムから該塔頂凝縮器に送り、アルゴン富化ガスを該低圧カラムの第1のレベルから取り出し、これを該凝縮器またはアルゴンカラムに送り、酸素富化液体および窒素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムに送り、該塔頂凝縮器において酸素富化液体を少なくとも部分的に気化させ、該蒸気の少なくとも一部および/または空気を該混合カラムの底部に送り、該混合カラムの底部に供給されるガスよりも揮発性の低い第2の酸素富化液体を該低圧カラムから該混合カラムの頂部に送り、アルゴン富化液体を該アルゴンカラムの頂部から取り出し、酸素リッチな流体を該低圧カラムから取り出し、ガス、通常は塔頂留出ガスの少なくとも一部を該混合カラムから該リボイラーを加温するための通路に送る工程を備える方法。
【請求項18】 該第2の液体が5モル%未満の窒素を含有するか、および/または該混合カラムから該加温通路に送られるガスが15モル%未満の窒素を含有する請求項17に記載の方法。
【請求項19】 該混合カラムの塔頂留出ガスが、該リボイラー中で少なくとも部分的に凝縮し、その凝縮物が、通常は第1のレベルよりも上のレベルにおいて、該低圧カラムに送られる請求項14ないし18に記載の方法。
【請求項20】 該アルゴンカラムの底部における液体の少なくとも一部を該混合カラムの頂部に送る工程を備える請求項15、17または18に記載の方法。
【請求項21】 底部液体および中間の液体を該混合カラムから複式カラムに送る工程を備える請求項13ないし20のいずれか1項に記載の方法。
【請求項22】中圧カラムからのガスまたは空気が、該リボイラーを加温するための他の通路において少なくとも部分的に凝縮する請求項13ないし21のいずれか1項に記載の方法。
【請求項23】 該混合カラムの塔頂留出ガスが、1ないし7モル%の窒素、好ましくは0.1ないし5モル%の窒素を含む請求項13ないし22のいずれか1項に記載の方法。
【請求項24】 該混合カラムの塔頂留出ガスが、少なくとも93モル%、好ましくは少なくとも95モル%の酸素を含む請求項13ないし23のいずれか1項に記載の方法。
【請求項25】 該混合カラムの頂部に送られる液体が、少なくとも99モル%の酸素を含む請求項13ないし24のいずれか1項に記載の方法。
【請求項26】 空気が送風タービンに送られ、ついで該低圧カラムまたは該混合カラムに送られる請求項13ないし25のいずれか1項に記載の方法。
【請求項27】 ガスが、生産物として、該中圧カラムの頂部から取り出される請求項13ないし26のいずれか1項に記載の方法。
【請求項28】 該混合物の底部に送られるガスが、空気よりも酸素に富む請求項13ないし27のいずれか1項に記載の方法。
【請求項29】 該混合カラムが、低圧カラムの圧力よりも0.5〜1バール高い圧力で操作される請求項13ないし28のいずれか1項に記載の方法。ことができる。混合カラムの塔頂留出ガスは、混合カラムの頂部から、または混合カラムの頂部よりも5理論段以下低いレベルで取り出すことができることが理解されるであろう。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温蒸留により空気を分離するための方法およびプラントに関する。より詳しくは、本発明は、混合カラムを用いて純粋酸素を生産するための、アルゴンカラムを用いてアルゴンを生産することも可能な方法に関する。
【0002】
【従来の技術】EP−A−0229803において、混合カラムは、その底部において、アルゴンカラムの塔頂凝縮器からの気化されたリッチ液体(rich liquid)が供給される。
【0003】EP−A−0269342は、アルゴンカラムの塔頂留出ガスが混合カラムを温めるように、アルゴンカラムが混合カラムに熱的に結合されている事例に関する。
【0004】米国特許第5,551,258号は、混合カラムが、その頂部において、55体積%の酸素を含有する液体の供給を受け、混合カラムからの塔頂留出ガスが低圧カラムの底部凝縮器を温めるように作用する方法を記述している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、複式空気分離カラム(double air separation column)により生産し得る純粋ガス状酸素(99.5モル%を超える酸素を含有)の量を増加させることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの側面によれば、少なくとも1つの中圧カラムと低圧カラムを備え、該低圧カラムはその底部における液体を気化させるためのリボイラーを含むところの複式カラム(double column)、混合カラム、冷却され、圧縮された空気を該中圧カラムに送るための手段、酸素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムの注入点に送るための手段、および窒素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムに送るための手段、ガスを該混合カラムの底部に送るための手段、該混合カラムの底部に供給される該ガスよりも揮発性の低い第2の酸素富化液体を該低圧カラムから該混合カラムの頂部に送るための手段、酸素リッチな流体(oxygen-rich liquid)を該低圧カラムから取り出すための手段、ガス、通常は塔頂留出ガス(overhead gas)の少なくとも一部を該混合カラムから該リボイラーを加温するための通路に送るための手段を備え、該第2の液体を、該低圧カラムの注入点より少なくとも5理論段(theoretical tray)下のレベルで、または好ましくは該低圧カラムの注入点より少なくとも10理論段下のレベルでおよび/または該低圧カラムの高さの底から約三分の一のレベルで、該低圧カラムから取り出すための手段を具備することを特徴とする低温蒸留(cryogenic distillation)により酸素リッチな流体を生産するための空気分離プラントが提供される。
【0007】本プラントは、アルゴンカラム、または単純に、低圧カラムからのガスとの熱交換により中圧カラムの底部からの液体を気化させるための気化器を備えることができる。
【0008】好ましくは、本プラントは、低圧カラムの底とアルゴンカラムへの供給物の除去点または低圧カラムからリッチ液体気化器へ送られるガスの除去点との間のレベル(位置)で第2の液体を取り出すための手段を備える。
【0009】この場合、混合カラムには、その底部において、該カラムの頂部に送られる液体酸素よりも揮発性の高いいずれものガスを供給することができる。
【0010】本発明の他の側面によれば、中圧カラムと低圧カラムを備え、該低圧カラムはその底部における液体を気化させるためのリボイラーを含むところの複式カラム、通常はアルゴンカラムの頂部にある、凝縮器、混合カラム、冷却され、圧縮された空気を少なくとも該中圧カラムに送るための手段、第1の酸素富化液体を該中圧カラムから該凝縮器に送るための手段、アルゴン富化ガスを該低圧カラムの第1のレベルから取り出すための手段、およびこれを該凝縮器または該アルゴンカラムに送るための手段、酸素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムの少なくとも1つの注入点に送り、窒素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムに送るための手段、該凝縮器における酸素富化液体を気化させるための手段、および該蒸気および/または空気の少なくとも一部を該混合カラムの底部に送るための手段、該混合カラムの底部に供給されるガスよりも揮発性の低い第2の酸素富化液体を該低圧カラムから該混合カラムの頂部に送るための手段、場合により、アルゴン富化流体をアルゴンカラムの頂部で取り出すための手段、酸素リッチな流体を該低圧カラムから取り出すための手段、およびガス、通常は塔頂留出ガスの少なくとも一部を該混合カラムから該リボイラーを加温するための通路に送るための手段を備える低温蒸留により酸素リッチな流体を生産するための、アルゴンリッチな流体を生産することも可能な空気分離プラントが提供される。
【0011】好ましくは、このプラントは、低圧カラムから取り出された第2の液体を注入点または注入の最下点より少なくとも5理論段下のレベル(さらに好ましくは、注入点または注入の最下点より少なくとも10理論段下のレベル)または低圧カラムの高さの底から約三分の一のレベルで、取り出すための手段を備える。
【0012】他の任意的な特徴によれば、混合カラムの塔頂留出ガスは、リボイラーにおいて少なくとも部分的に凝縮し、その凝縮物の少なくとも一部は、好ましくは第1のレベルよりも上のレベルにおいて、低圧カラムに送られる;アルゴンカラムの底部における液体を混合カラムの頂部に送るための手段を備える;底部液体および/または中間の液体を混合カラムから複式カラムに送るための手段を備える;低圧カラムに、少なくとも80、好ましくは少なくとも90の理論段がある;空気またはガスを中圧カラムからリボイラーを加温するための他の通路に送るための手段を備える;空気を低圧カラムまたは混合カラムに送るための送風タービン(blowing turbine)を備える;ガス状窒素を中圧カラムから生産物として取り出すための手段を備えることができる。
【0013】本発明の他の側面によれば、中圧カラムと低圧カラムを備え、該低圧カラムはその底部における液体を気化させるためのリボイラーを含むところの複式カラムを用いて低温蒸留により酸素を生産するための空気の分離方法であって、冷却され、圧縮された空気を該中圧カラムに送り、酸素富化液体および窒素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムに送り、ガスを混合カラムの底部に送り、該混合カラムの底部に供給されるガスよりも揮発性の低い第2の酸素富化液体を該低圧カラムから該混合カラムの頂部に送り、酸素リッチな流体を該低圧カラムから取り出し、ガス、通常は塔頂留出ガスの少なくとも一部を該混合カラムから該リボイラーを加温するための通路に送る工程を備え、該第2の液体が5モル%未満の窒素を含有するか、および/または該混合カラムから該加温通路に送られるガスが15モル%未満の窒素を含有することを特徴とする方法が提供される。
【0014】本発明のさらに他の側面によれば、中圧カラム、低圧カラムであってその底部における液体を気化させるためのリボイラーを含む低圧カラム、通常はアルゴンカラムの頂部に設けられる凝縮器、および混合カラムを備える複式カラムを用いて低温蒸留により酸素を生産するための、アルゴンを生産することも可能な空気の分離方法であって、冷却され、圧縮された空気を少なくとも該中圧カラムに送り、第1の酸素富化液体を該中圧カラムから該塔頂凝縮器に送り、アルゴン富化ガスを該低圧カラムの第1のレベルから取り出し、これを該凝縮器またはアルゴンカラムに送り、酸素富化液体および窒素富化液体を該中圧カラムから該低圧カラムに送り、該凝縮器において酸素富化液体を少なくとも部分的に気化させ、該蒸気の少なくとも一部および/または空気を該混合カラムの底部に送り、該混合カラムの底部に供給されるガスよりも揮発性の低い第2の酸素富化液体を該低圧カラムから該混合カラムの頂部に送り、通常はアルゴン富化液体を該アルゴンカラムの頂部から取り出し、酸素リッチな流体を該低圧カラムから取り出し、ガス、通常は塔頂留出ガスの少なくとも一部を該混合カラムから該リボイラーを加温するための通路に送る工程を備え、該第2の液体が5モル%未満の窒素を含有するか、および/または該混合カラムから該加温通路に送られるガスが15モル%未満の窒素を含有することを特徴とする方法が提供される。
【0015】他の任意的な側面によれば、混合カラムの塔頂留出ガスは、リボイラー中で少なくとも部分的に凝縮し、その凝縮物は、通常は第1のレベルよりも上のレベルにおいて、低圧カラムに送られる;アルゴンカラムの底部における液体の少なくとも一部は、混合カラムの頂部に送られる;底部液体および/または中間の液体は、混合カラムから複式カラムに送られる;中圧カラムからのガスまたは空気は、リボイラーを加温するための他の通路において少なくとも部分的に凝縮する;混合カラムの塔頂留出ガスは、3〜5モル%の窒素を含む;混合カラムの塔頂留出ガスは、少なくとも93モル%、好ましくは少なくとも95モル%の酸素を含む;混合カラムの頂部に送られる液体は、少なくとも98モル%の酸素を含む;混合カラムの圧力は、低圧カラムの圧力よりも0.5〜1バール高いことができる。
【0016】混合カラムの塔頂留出ガスは、混合カラムの頂部から、または混合カラムの頂部よりも5理論段以下低いレベルで取り出すことができることが理解されるであろう。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しながらより詳しく説明する。
【0018】図1に示すプラントは、ボイラー7を介して互いに結合された中圧カラム3および低圧カラム5を備える。
【0019】リボイラーは、液体を気化させるための通路(複数)および2つの異なる加温用ガスのための2つの独立の一連の加温通路を含む。
【0020】低圧カラムは、1.4〜2.7バールで操作され、中圧カラムは、5〜8バールで操作される。
【0021】アルゴンカラム9は、低圧カラム5の第1のレベルから供給を受ける。また、本プラントは、1.9〜3.7バールの圧力で操作される混合カラム11を備える。
【0022】空気13の流れは、カラム3に送られ、送風空気(blown air)の流れ14は、カラム5に送られる。
【0023】40モル%の酸素を含有する液体15の流れは、中圧カラム3の底部から取り出され、この液体の一部17は、バルブ中で膨張された後に低圧カラム5に供給され、この液体の一部19は、バルブ中で1.7〜2.2バール(絶対)まで膨張された後にアルゴンカラム9の塔頂凝縮器21に送られ、そこで少なくとも部分的に気化される。気化した液体23は、混合カラムの底部に送られる。
【0024】低圧カラムの塔頂留出窒素(overhead nitrogen)は、底部リボイラー7において少なくとも部分的に凝縮し、その凝縮物は、中圧カラムおよび/または低圧カラムに送られる。
【0025】少なくとも80モル%の窒素を含有するガス流41は、生産物として中圧カラムの頂部から取り出され、供給空気の10〜15%を構成する。
【0026】2モル%未満の酸素を含有する窒素富化液体25の流れは、中圧カラムから低圧カラムの頂部に送られる。
【0027】5モル%未満の窒素を含有する液体流27は、低圧カラム5の底部から、アルゴンカラム9のために意図されたガス26の取り出し点の下で、かつ該カラムの底から0〜5理論段上で、取り出され、1.9〜3.7バールまでポンピングされた後に、混合カラム11の頂部に送られる。好ましくは、この流れ27は、ポンピングされ、混合カラムに送られる前に、アルゴンカラムの底部液体29と混合される。
【0028】5モル%以下の窒素を含有するガス流31は、混合カラムの頂部からリボイラー7に送られ、そこにおいて、中圧カラムの窒素が凝縮する通路とは別の通路において凝縮し、低圧カラムの底部におけるリフラックス(reflux)を増加させる。この窒素の代わりに、空気や中圧窒素よりも揮発性の低い他の流体も、それが通常はリボイラーの上にある当該装置の他の凝縮器において凝縮するという条件で、そこにおいて凝縮し得る。流れ31の一部は、酸素富化生産物として作用し得る。
【0029】次に、5モル%の窒素を含有する液体は、流れ26の取り出し点の上の位置で、低圧カラムに送られる。
【0030】80モル%の酸素を含有する中間の液体33は、混合カラムから低圧カラム5に送られる。
【0031】65モル%の酸素を含有する底部液体35は、混合カラムから低圧カラム5に送られる。
【0032】99.5モル%を超える酸素を含有する流れ37は、ガス状または液状のいずれかの形態で、低圧カラム5の底部から取り出される。
【0033】このように、低圧カラムには、頂部から下側に向って、1モル%未満の酸素を含有する貧液体(lean liquid)25、送風空気14、アルゴンカラムの塔頂凝縮器からの非気化リッチ液体45、リッチ液体17、混合カラムの底からの中間液体35、混合カラムからの中間液体33、およびリボイラー7からの再凝縮混合物31が供給されることがわかる。
【0034】本プラントをさらに改善するために、いくつかの中間液体を混合カラムから低圧カラムに送ることができる。
【0035】低圧カラムは、少なくとも80理論段、好ましくは少なくとも90理論段を含む。
【0036】図2に示すプラントは、混合カラムがその底部において、通常はタービンまたは過給器(これらは図示せず)からの空気の流れのみの供給を受けるこという点で図1のプラントと異なる。アルゴンカラムの凝縮器21からの蒸気は、リッチ液体45の注入点の直ぐ下において、低圧カラムに送られる。
【0037】図1のコンセプトと図2のコンセプトを組み合わせること、そして混合カラムに空気と気化リッチ液体を同時に供給することもできる。
【0038】明らかに、図2の場合、アルゴンカラムは省略するか、あるいはリッチ液体と例えばアルゴンカラムへの供給物の組成を有する、低圧カラムからのガスが供給される単純な凝縮器に縮小させることができる。
【0039】必要により、アルゴンカラムおよび/または低圧カラムは、EP−A−0628777に記載されているように、2つのセクションとして構成することができる。
【0040】同様に、中圧カラムおよび低圧カラムは、並置することができる。
【0041】これら種々の段階付けされた(staged)供給は、ほぼ完全な低圧蒸留を達成することを可能とさせる。これにより、空気の10%を超え15%までが中圧窒素として取り出され、または空気の10〜15%が送風空気として送られる場合、アルゴンの生産を維持しまたは増加させすらしつつ、酸素の生産を増加させることが可能である。
【0042】本プラントに必要な冷却(refrigeration)は、送風タービンおよび/またはクロードタービン(Claude turbine)および/または窒素タービンにより提供することができる。本プラントは、液体および/またはガスを生産することができる。
【出願人】 【識別番号】591036572
【氏名又は名称】レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
【出願日】 平成12年12月4日(2000.12.4)
【代理人】 【識別番号】100058479
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 (外4名)
【公開番号】 特開2001−194058(P2001−194058A)
【公開日】 平成13年7月17日(2001.7.17)
【出願番号】 特願2000−368526(P2000−368526)