JPH11257845A - エキスパンダ―及び低温コンプレッサ―を使用する酸素製造方法 - Google Patents
エキスパンダ―及び低温コンプレッサ―を使用する酸素製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温空気分離による酸素の効率的な製造方法
を提供する。 【解決手段】 少なくとも１つの蒸留塔（１９６及び１
９８）を含む蒸留塔系における空気の低温蒸留法であっ
て、窒素濃度が供給空気流れのそれ以上である流れ（１
５２）を凝縮させることによって、酸素製品を製造する
蒸留塔（１９８）の塔底での沸騰を提供するようにし
て、エキスパンダー（１３９）で蒸留塔系に必要とされ
る寒冷を超える寒冷を発生させ、この過剰な仕事を利用
してプロセス流れを低温圧縮（１１５）する。
を提供する。 【解決手段】 少なくとも１つの蒸留塔（１９６及び１
９８）を含む蒸留塔系における空気の低温蒸留法であっ
て、窒素濃度が供給空気流れのそれ以上である流れ（１
５２）を凝縮させることによって、酸素製品を製造する
蒸留塔（１９８）の塔底での沸騰を提供するようにし
て、エキスパンダー（１３９）で蒸留塔系に必要とされ
る寒冷を超える寒冷を発生させ、この過剰な仕事を利用
してプロセス流れを低温圧縮（１１５）する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温空気分離によ
って酸素を効率的に製造するいくつかの方法に関する。
特に本発明は、酸素全体の少なくとも一部を９９．５％
未満、好ましくは９７％未満の純度で製造するのに魅力
的な低温空気分離法に関する。
って酸素を効率的に製造するいくつかの方法に関する。
特に本発明は、酸素全体の少なくとも一部を９９．５％
未満、好ましくは９７％未満の純度で製造するのに魅力
的な低温空気分離法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】９９．
５％未満の純度を持つ酸素の効率的な製造を教示する多
数の米国特許がある。２つの例は米国特許第４，７０
４，１４８号及び４，９３６，０９９号明細書である。
５％未満の純度を持つ酸素の効率的な製造を教示する多
数の米国特許がある。２つの例は米国特許第４，７０
４，１４８号及び４，９３６，０９９号明細書である。
【０００３】米国特許第２，７５３，６９８号明細書
は、分離する全ての空気を二段精留装置の高圧塔で予備
精留して粗製（不純）液体酸素（粗製ＬＯＸ）塔底液及
び気体窒素留出物を製造する精留方法を開示する。その
ように製造された粗製ＬＯＸを、中間圧力に膨張させて
凝縮する窒素との熱交換により完全に気化させる。気化
した粗製酸素をわずかにあたため、動力を発生させて膨
張させ、そして高圧塔で凝縮して低圧塔の塔頂に入る窒
素によって二段精留装置の低圧塔でスクラビングする。
低圧塔の塔底は高圧塔からの窒素で再沸騰させる。以
後、寒冷を与えるこの方法をＣＧＯＸ膨張と呼ぶ。この
特許明細書では他の寒冷源を使用しない。従って、従来
の低圧塔への空気膨張法は、示されたＣＧＯＸ膨張によ
って置き換えられる。実際、この特許明細書では、追加
の空気を高圧塔に供給するため（低圧塔へ気体空気を膨
張させないので）結果として改良がなされ、高圧塔の塔
頂から追加の窒素還流が製造されることになると言及さ
れる。追加の窒素還流量は、高圧塔に供給される空気中
の追加の窒素の量に等しいとされる。低圧塔の上部での
液体窒素によるスクラビング効率の改良を特許請求し
て、低圧塔の下部での沸騰の不足を克服する。
は、分離する全ての空気を二段精留装置の高圧塔で予備
精留して粗製（不純）液体酸素（粗製ＬＯＸ）塔底液及
び気体窒素留出物を製造する精留方法を開示する。その
ように製造された粗製ＬＯＸを、中間圧力に膨張させて
凝縮する窒素との熱交換により完全に気化させる。気化
した粗製酸素をわずかにあたため、動力を発生させて膨
張させ、そして高圧塔で凝縮して低圧塔の塔頂に入る窒
素によって二段精留装置の低圧塔でスクラビングする。
低圧塔の塔底は高圧塔からの窒素で再沸騰させる。以
後、寒冷を与えるこの方法をＣＧＯＸ膨張と呼ぶ。この
特許明細書では他の寒冷源を使用しない。従って、従来
の低圧塔への空気膨張法は、示されたＣＧＯＸ膨張によ
って置き換えられる。実際、この特許明細書では、追加
の空気を高圧塔に供給するため（低圧塔へ気体空気を膨
張させないので）結果として改良がなされ、高圧塔の塔
頂から追加の窒素還流が製造されることになると言及さ
れる。追加の窒素還流量は、高圧塔に供給される空気中
の追加の窒素の量に等しいとされる。低圧塔の上部での
液体窒素によるスクラビング効率の改良を特許請求し
て、低圧塔の下部での沸騰の不足を克服する。
【０００４】米国特許第４，４１０，３４３号明細書
は、低圧及び中間圧の塔を使用する低純度酸素の製造方
法であって、空気を凝縮させて低圧塔の塔底液を沸騰さ
せ、及び結果として生じる空気を中間圧及び低圧の塔の
両方に供給する方法を開示する。
は、低圧及び中間圧の塔を使用する低純度酸素の製造方
法であって、空気を凝縮させて低圧塔の塔底液を沸騰さ
せ、及び結果として生じる空気を中間圧及び低圧の塔の
両方に供給する方法を開示する。
【０００５】米国特許第４，７０４，１４８号明細書
は、空気分離のために高圧と低圧の蒸留塔を使用して低
純度酸素及び廃棄窒素流を製造する方法を開示する。主
熱交換器のコールドエンド（ｃｏｌｄ ｅｎｄ）からの
供給空気を使用して、低圧蒸留塔を再沸騰させて低純度
酸素製品を気化させる。塔の再沸騰及び酸素製品の気化
の熱負荷は、空気画分（air fractions ）の凝縮によ
る。この特許明細書では空気原料を３つの二次流れに分
割する。それらの二次流れの１つは全て凝縮させて低圧
及び高圧の蒸留塔の両方に還流を供給するのに使用す
る。第２の二次流れは部分的に凝縮させて、部分的に凝
縮した二次流れの蒸気部分を高圧蒸留塔の塔底に供給
し、及び液体部分は低圧蒸留塔に還流を供給させる。第
３の二次流れは膨張させて、寒冷を回収し、その後塔の
供給物として低圧蒸留塔に導入する。更に、高圧塔のコ
ンデンサーを低圧塔で中間リボイラーとして使用する。
は、空気分離のために高圧と低圧の蒸留塔を使用して低
純度酸素及び廃棄窒素流を製造する方法を開示する。主
熱交換器のコールドエンド（ｃｏｌｄ ｅｎｄ）からの
供給空気を使用して、低圧蒸留塔を再沸騰させて低純度
酸素製品を気化させる。塔の再沸騰及び酸素製品の気化
の熱負荷は、空気画分（air fractions ）の凝縮によ
る。この特許明細書では空気原料を３つの二次流れに分
割する。それらの二次流れの１つは全て凝縮させて低圧
及び高圧の蒸留塔の両方に還流を供給するのに使用す
る。第２の二次流れは部分的に凝縮させて、部分的に凝
縮した二次流れの蒸気部分を高圧蒸留塔の塔底に供給
し、及び液体部分は低圧蒸留塔に還流を供給させる。第
３の二次流れは膨張させて、寒冷を回収し、その後塔の
供給物として低圧蒸留塔に導入する。更に、高圧塔のコ
ンデンサーを低圧塔で中間リボイラーとして使用する。
【０００６】国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ８７／０１６６
５号明細書（米国特許第４，７９６，４３１号明細書）
においてＥｒｉｃｋｓｏｎは、高圧塔から窒素流れを引
き出す方法を教示する。これは、この窒素を中間圧力に
部分的に膨張させ、その後高圧塔の塔底からの粗製ＬＯ
Ｘ又は低圧塔の中間の高さからの液体のどちらかとの熱
交換によって凝縮させる。この冷却方法は、現在では窒
素の膨張に続く凝縮（ＮＥＣ）と呼ばれる。一般的にＮ
ＥＣはコールドボックス（ｃｏｌｄ ｂｏｘ）に必要な
寒冷の全てをもたらす。Ｅｒｉｃｋｓｏｎは、ＮＥＣ単
独では寒冷を提供できない応用においてのみ、補足的な
寒冷をいくらかの供給空気の膨張によって供給すること
が必要であると教示している。しかしながら、エネルギ
ー消費を減少させるためにこの補足的な寒冷を使用する
ことは教示されていない。この補足的な寒冷はフローシ
ートに関して教示され、ここではフローシートへの他の
変更がなされて供給空気圧力を低下させた。これはエキ
スパンダーへの窒素の圧力、従ってＮＥＣから得られる
寒冷の量を低下させた。この特許明細書で、Ｅｒｉｃｋ
ｓｏｎは２つのＮＥＣの使用も教示する。高圧塔からの
窒素を２つの流れに分割し、それぞれの流れを異なる圧
力に部分的に膨張させそして異なる液体で凝縮させる。
例えば、一方の膨張した窒素流を粗製ＬＯＸで凝縮さ
せ、及び他方を低圧塔の中間の高さの液体で凝縮させ
る。Ｅｒｉｃｋｓｏｎは２つ目のＮＥＣの使用が、酸素
供給圧を更に増加させるための冷間コンプレッサーに動
力を供給するのに使用することができる冷却出力を増加
させることを特許請求する。
５号明細書（米国特許第４，７９６，４３１号明細書）
においてＥｒｉｃｋｓｏｎは、高圧塔から窒素流れを引
き出す方法を教示する。これは、この窒素を中間圧力に
部分的に膨張させ、その後高圧塔の塔底からの粗製ＬＯ
Ｘ又は低圧塔の中間の高さからの液体のどちらかとの熱
交換によって凝縮させる。この冷却方法は、現在では窒
素の膨張に続く凝縮（ＮＥＣ）と呼ばれる。一般的にＮ
ＥＣはコールドボックス（ｃｏｌｄ ｂｏｘ）に必要な
寒冷の全てをもたらす。Ｅｒｉｃｋｓｏｎは、ＮＥＣ単
独では寒冷を提供できない応用においてのみ、補足的な
寒冷をいくらかの供給空気の膨張によって供給すること
が必要であると教示している。しかしながら、エネルギ
ー消費を減少させるためにこの補足的な寒冷を使用する
ことは教示されていない。この補足的な寒冷はフローシ
ートに関して教示され、ここではフローシートへの他の
変更がなされて供給空気圧力を低下させた。これはエキ
スパンダーへの窒素の圧力、従ってＮＥＣから得られる
寒冷の量を低下させた。この特許明細書で、Ｅｒｉｃｋ
ｓｏｎは２つのＮＥＣの使用も教示する。高圧塔からの
窒素を２つの流れに分割し、それぞれの流れを異なる圧
力に部分的に膨張させそして異なる液体で凝縮させる。
例えば、一方の膨張した窒素流を粗製ＬＯＸで凝縮さ
せ、及び他方を低圧塔の中間の高さの液体で凝縮させ
る。Ｅｒｉｃｋｓｏｎは２つ目のＮＥＣの使用が、酸素
供給圧を更に増加させるための冷間コンプレッサーに動
力を供給するのに使用することができる冷却出力を増加
させることを特許請求する。
【０００７】米国特許第４，９３６，０９９号明細書で
Ｗｏｏｄｗａｒｄらは、低純度酸素の製造に関してＣＧ
ＯＸ膨張を使用する。この場合、気体酸素製品は供給空
気の一部との熱交換によって低圧塔の塔底からの液体酸
素を気化させて製造する。
Ｗｏｏｄｗａｒｄらは、低純度酸素の製造に関してＣＧ
ＯＸ膨張を使用する。この場合、気体酸素製品は供給空
気の一部との熱交換によって低圧塔の塔底からの液体酸
素を気化させて製造する。
【０００８】いくつかの空気分離プラントにおいて、過
剰な寒冷は当然に得られる。これには一般に以下の２つ
の理由がある。（１）操作している装置の制約がエキス
パンダーを通る過剰な流れを導くこと。（２）蒸留系か
らの製品の収率が低く、それがその後膨張させる過剰な
高圧廃棄物を製造すること。そのような場合、いくつか
のプラントはふさわしいプロセス流れを低温で圧縮する
ために過剰な寒冷を使用することを提案してきた。以後
この低温での圧縮方法を低温圧縮（ｃｏｌｄｃｏｍｐｒ
ｅｓｓｉｏｎ）と呼ぶ。
剰な寒冷は当然に得られる。これには一般に以下の２つ
の理由がある。（１）操作している装置の制約がエキス
パンダーを通る過剰な流れを導くこと。（２）蒸留系か
らの製品の収率が低く、それがその後膨張させる過剰な
高圧廃棄物を製造すること。そのような場合、いくつか
のプラントはふさわしいプロセス流れを低温で圧縮する
ために過剰な寒冷を使用することを提案してきた。以後
この低温での圧縮方法を低温圧縮（ｃｏｌｄｃｏｍｐｒ
ｅｓｓｉｏｎ）と呼ぶ。
【０００９】第一の理由に起因して過剰な寒冷を発生
し、そしてその後低温圧縮を使用する一例は米国特許第
４，０７２，０２３号明細書で見出すことができる。こ
の特許明細書では逆転熱交換器（ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ
ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）を使用して、供給空気
から水と二酸化炭素を除去する。そのような逆転熱交換
器の連続操作は、釣り合いのとれる流れ（balance stre
am）を使用することを必要とする。この釣り合いのとれ
る流れは一般に蒸留塔の系から回収され、そして入って
くる供給空気と間接熱交換をする主熱交換器の低温部分
で部分的に暖められ、その後エキスパンダーで膨張させ
必要な寒冷を提供する。残念ながらこの釣り合いのとれ
る流れの流量は、供給空気流量の特定の割合未満に減ら
すことができない。単位製品当たりに要求される寒冷の
量があまり大きくない大きな規模のプラントでは、供給
空気流量のある割合を超える釣り合いのとれる流れの流
量を持つという制約は過剰な寒冷をもたらす。この特許
明細書では、２つの塔を使用する方法からの主に窒素を
含む又は主に酸素を含む低温流れをエキスパンダーで膨
張させる。このエキスパンダーからの仕事エネルギーの
いくらかを使用して、２つの蒸留塔の温度と主熱交換器
のコールドエンドの温度の間の温度のプロセス流れを圧
縮する。この特許明細書は、高圧塔の塔頂が低圧塔の塔
底に熱的に結合される従来の２つの塔の方法に関してこ
の低温圧縮の機構を教示する。
し、そしてその後低温圧縮を使用する一例は米国特許第
４，０７２，０２３号明細書で見出すことができる。こ
の特許明細書では逆転熱交換器（ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ
ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）を使用して、供給空気
から水と二酸化炭素を除去する。そのような逆転熱交換
器の連続操作は、釣り合いのとれる流れ（balance stre
am）を使用することを必要とする。この釣り合いのとれ
る流れは一般に蒸留塔の系から回収され、そして入って
くる供給空気と間接熱交換をする主熱交換器の低温部分
で部分的に暖められ、その後エキスパンダーで膨張させ
必要な寒冷を提供する。残念ながらこの釣り合いのとれ
る流れの流量は、供給空気流量の特定の割合未満に減ら
すことができない。単位製品当たりに要求される寒冷の
量があまり大きくない大きな規模のプラントでは、供給
空気流量のある割合を超える釣り合いのとれる流れの流
量を持つという制約は過剰な寒冷をもたらす。この特許
明細書では、２つの塔を使用する方法からの主に窒素を
含む又は主に酸素を含む低温流れをエキスパンダーで膨
張させる。このエキスパンダーからの仕事エネルギーの
いくらかを使用して、２つの蒸留塔の温度と主熱交換器
のコールドエンドの温度の間の温度のプロセス流れを圧
縮する。この特許明細書は、高圧塔の塔頂が低圧塔の塔
底に熱的に結合される従来の２つの塔の方法に関してこ
の低温圧縮の機構を教示する。
【００１０】第２の理由に起因して過剰な寒冷を発生
し、そしてその後低温圧縮を使用する例は米国特許第
４，９６６，００２号及び５，３８５，０２４号明細書
で見出すことができる。これらの特許明細書の両方で、
空気を単一蒸留塔の塔底近くに供給して高圧窒素を製造
する。塔底にリボイラーを備えていない単一蒸留塔を使
用するので、窒素の回収率は低い。これは、高圧の酸素
に富む廃棄物流れを大量にもたらす。この酸素に富んだ
廃棄物流れの一部を部分的に暖めて膨張させて必要な寒
冷を得て、そして過剰な寒冷を使用してこの廃棄流れの
他の部分を低温圧縮する。低温圧縮した廃棄流れは蒸留
塔に再循環させる。
し、そしてその後低温圧縮を使用する例は米国特許第
４，９６６，００２号及び５，３８５，０２４号明細書
で見出すことができる。これらの特許明細書の両方で、
空気を単一蒸留塔の塔底近くに供給して高圧窒素を製造
する。塔底にリボイラーを備えていない単一蒸留塔を使
用するので、窒素の回収率は低い。これは、高圧の酸素
に富む廃棄物流れを大量にもたらす。この酸素に富んだ
廃棄物流れの一部を部分的に暖めて膨張させて必要な寒
冷を得て、そして過剰な寒冷を使用してこの廃棄流れの
他の部分を低温圧縮する。低温圧縮した廃棄流れは蒸留
塔に再循環させる。
【００１１】米国特許第５，４７５，９８０号明細書で
は低温圧縮を使用して、約１５ｂａｒ（１．５ＭＰａ）
より高圧で吸入排出される液体酸素を気化させる熱交換
器の冷却効率を改良する。この目的のために、中間の温
度の補助的な流れを熱交換器の中間の位置から引き出
す。この補助的な流れを低温圧縮して、熱交換器に再導
入し更に冷却する。更に冷却した流れの少なくとも一部
をその後エキスパンダーで膨張させる。低温圧縮をされ
る補助的な流れの圧力が高圧塔の圧力よりも十分に高い
と、低温圧縮及び部分的な冷却の後でその一部のみが高
圧塔へ膨張する。この場合、プラントの高温端（warm e
nd）で余剰のエネルギーが提供されて、寒冷及び低温圧
縮の要求を満たす。しかしながら、補助的な流れを高圧
塔から引き出すと、低温圧縮及び冷却の後でその全てが
膨張する。これは低温圧縮に必要なエネルギーのほとん
どがエキスパンダーから回収されて低温圧縮に使用され
ることを確実にする。結果として、仕事エネルギーをも
たらすためにエキスパンダーを通る余剰の蒸気流れに対
する必要は最小限であり、それは先に示された米国特許
第４，０７２，０２３号、４，９６６，０２２号、及び
５，３８５，０２４号明細書のような過剰な寒冷を必要
としない。
は低温圧縮を使用して、約１５ｂａｒ（１．５ＭＰａ）
より高圧で吸入排出される液体酸素を気化させる熱交換
器の冷却効率を改良する。この目的のために、中間の温
度の補助的な流れを熱交換器の中間の位置から引き出
す。この補助的な流れを低温圧縮して、熱交換器に再導
入し更に冷却する。更に冷却した流れの少なくとも一部
をその後エキスパンダーで膨張させる。低温圧縮をされ
る補助的な流れの圧力が高圧塔の圧力よりも十分に高い
と、低温圧縮及び部分的な冷却の後でその一部のみが高
圧塔へ膨張する。この場合、プラントの高温端（warm e
nd）で余剰のエネルギーが提供されて、寒冷及び低温圧
縮の要求を満たす。しかしながら、補助的な流れを高圧
塔から引き出すと、低温圧縮及び冷却の後でその全てが
膨張する。これは低温圧縮に必要なエネルギーのほとん
どがエキスパンダーから回収されて低温圧縮に使用され
ることを確実にする。結果として、仕事エネルギーをも
たらすためにエキスパンダーを通る余剰の蒸気流れに対
する必要は最小限であり、それは先に示された米国特許
第４，０７２，０２３号、４，９６６，０２２号、及び
５，３８５，０２４号明細書のような過剰な寒冷を必要
としない。
【００１２】ドイツ特許２８ ５４ ５０８号明細書で
は高圧塔の圧力である空気原料の一部を、コールドボッ
クスに寒冷を与えるエキスパンダーからの仕事エネルギ
ーを使用して高温（w arm level ）で更に圧縮する。こ
の更に圧縮された空気流を部分的に冷却し、前記コンプ
レッサーに動力を与えるものと同じエキスパンダーで膨
張させる。この設備構成において、更に圧縮するものと
その後寒冷のために膨張させる供給空気流の画分は同じ
ものである。結果として、与えられた供給空気の画分に
よって、更なる寒冷がコールドボックス内でもたらされ
る。この特許明細書はこの過剰な寒冷を活かす以下の２
つの方法を教示する。（ａ）コールドボックスからのよ
り多くの液体製品を製造すること、（ｂ）コンプレッサ
ー及びエキスパンダーを通る流れを圧縮し、それによっ
て高圧塔への流量を増やすこと。高圧塔への流量の増加
は結果としてコールドボックスからのより多い生産量を
もたらすことが特許請求される。
は高圧塔の圧力である空気原料の一部を、コールドボッ
クスに寒冷を与えるエキスパンダーからの仕事エネルギ
ーを使用して高温（w arm level ）で更に圧縮する。こ
の更に圧縮された空気流を部分的に冷却し、前記コンプ
レッサーに動力を与えるものと同じエキスパンダーで膨
張させる。この設備構成において、更に圧縮するものと
その後寒冷のために膨張させる供給空気流の画分は同じ
ものである。結果として、与えられた供給空気の画分に
よって、更なる寒冷がコールドボックス内でもたらされ
る。この特許明細書はこの過剰な寒冷を活かす以下の２
つの方法を教示する。（ａ）コールドボックスからのよ
り多くの液体製品を製造すること、（ｂ）コンプレッサ
ー及びエキスパンダーを通る流れを圧縮し、それによっ
て高圧塔への流量を増やすこと。高圧塔への流量の増加
は結果としてコールドボックスからのより多い生産量を
もたらすことが特許請求される。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は少なくとも１つ
の蒸留塔を含む蒸留塔系における空気の低温蒸留法であ
って、窒素濃度が供給空気流れのそれ以上である流れを
凝縮させることによって、酸素製品を製造する蒸留塔の
塔底での沸騰を提供する低温蒸留方法に関する。本発明
の方法は以下の（ａ）及び（ｂ）の工程を含む。 （ａ）以下の（１）〜（３）の３つの方法の少なくとも
１つで蒸留塔系に必要とされる全ての寒冷を超える仕事
エネルギーを発生させる工程。 （１）窒素含有率が供給空気のそれ以上である第１のプ
ロセス流れを仕事膨張（word expanding）させ、その後
次の（ｉ）及び（ｉｉ）の２つの液体、すなわち、
（ｉ）酸素製品を製造する蒸留塔の中間の高さにある液
体、（ｉｉ）この蒸留塔への液体供給物であって酸素濃
度が供給空気の酸素濃度と同じ又は好ましくはより高い
液体供給物のうちの１つ、の２つの液体の少なくとも１
つとの潜熱交換によって、前記膨張した流れの少なくと
も一部を凝縮させる方法。 （２）酸素濃度が供給空気の酸素濃度と同じか好ましく
はより高く、また酸素製品を製造する蒸留塔の圧力より
も圧力が高い酸素に富む液体流れの少なくとも一部との
潜熱交換によって、窒素含有率が供給空気のそれ以上の
少なくとも第２のプロセス流れを凝縮させ、そして潜熱
交換によって酸素に富む液体の少なくとも一部が蒸気画
分に気化した後で結果として得られた蒸気流の少なくと
も一部を仕事膨張させる方法。 （３）供給空気の部分を仕事膨張させる方法。 （ｂ）蒸留塔系の寒冷必要量を超えて寒冷を発生される
仕事を使用して、周囲温度よりも低い温度でプロセス流
れを低温圧縮する工程。
の蒸留塔を含む蒸留塔系における空気の低温蒸留法であ
って、窒素濃度が供給空気流れのそれ以上である流れを
凝縮させることによって、酸素製品を製造する蒸留塔の
塔底での沸騰を提供する低温蒸留方法に関する。本発明
の方法は以下の（ａ）及び（ｂ）の工程を含む。 （ａ）以下の（１）〜（３）の３つの方法の少なくとも
１つで蒸留塔系に必要とされる全ての寒冷を超える仕事
エネルギーを発生させる工程。 （１）窒素含有率が供給空気のそれ以上である第１のプ
ロセス流れを仕事膨張（word expanding）させ、その後
次の（ｉ）及び（ｉｉ）の２つの液体、すなわち、
（ｉ）酸素製品を製造する蒸留塔の中間の高さにある液
体、（ｉｉ）この蒸留塔への液体供給物であって酸素濃
度が供給空気の酸素濃度と同じ又は好ましくはより高い
液体供給物のうちの１つ、の２つの液体の少なくとも１
つとの潜熱交換によって、前記膨張した流れの少なくと
も一部を凝縮させる方法。 （２）酸素濃度が供給空気の酸素濃度と同じか好ましく
はより高く、また酸素製品を製造する蒸留塔の圧力より
も圧力が高い酸素に富む液体流れの少なくとも一部との
潜熱交換によって、窒素含有率が供給空気のそれ以上の
少なくとも第２のプロセス流れを凝縮させ、そして潜熱
交換によって酸素に富む液体の少なくとも一部が蒸気画
分に気化した後で結果として得られた蒸気流の少なくと
も一部を仕事膨張させる方法。 （３）供給空気の部分を仕事膨張させる方法。 （ｂ）蒸留塔系の寒冷必要量を超えて寒冷を発生される
仕事を使用して、周囲温度よりも低い温度でプロセス流
れを低温圧縮する工程。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は低純度酸素を製造するよ
り効率的な方法を教示する。低純度酸素は酸素濃度が９
９．５％未満、好ましくは９７％未満の製品流れとして
定義する。この方法では、少なくとも１つの蒸留塔を含
む蒸留系で供給空気を蒸留する。酸素製品を製造する蒸
留塔の塔底での沸騰は、窒素濃度が供給空気流れのそれ
と等しい又はより高い流れを凝縮させることによってな
される。本発明の方法は以下の（ａ）及び（ｂ）の工程
を含む。
り効率的な方法を教示する。低純度酸素は酸素濃度が９
９．５％未満、好ましくは９７％未満の製品流れとして
定義する。この方法では、少なくとも１つの蒸留塔を含
む蒸留系で供給空気を蒸留する。酸素製品を製造する蒸
留塔の塔底での沸騰は、窒素濃度が供給空気流れのそれ
と等しい又はより高い流れを凝縮させることによってな
される。本発明の方法は以下の（ａ）及び（ｂ）の工程
を含む。
【００１５】（ａ）以下の（１）〜（３）の３つの方法
の少なくとも１つで蒸留塔系に必要とされる全ての寒冷
を超える仕事エネルギーを発生させる工程。 （１）窒素含有率が供給空気のそれ以上である第１のプ
ロセス流れを仕事膨張させ、その後次の（ｉ）及び（ｉ
ｉ）の２つの液体、すなわち、（ｉ）酸素製品を製造す
る蒸留塔の中間の高さにある液体、（ｉｉ）この蒸留塔
への液体供給物であって酸素濃度が供給空気の酸素濃度
と同じ又は好ましくはより高い液体供給物のうちの１
つ、の２つの液体の少なくとも１つとの潜熱交換によっ
て、前記膨張した流れの少なくとも一部を凝縮させる方
法。 （２）酸素濃度が供給空気の酸素濃度と同じか好ましく
はより高く、また酸素製品を製造する蒸留塔の圧力より
も圧力が高い酸素に富む液体流れの少なくとも一部との
潜熱交換によって、窒素含有率が供給空気のそれ以上の
少なくとも第２のプロセス流れを凝縮させ、そして潜熱
交換によって酸素に富む液体の少なくとも一部を気化さ
せ蒸気画分にした後で結果として得られた蒸気流れの少
なくとも一部を仕事膨張させる方法。 （３）供給空気の画分を仕事膨張させる方法。
の少なくとも１つで蒸留塔系に必要とされる全ての寒冷
を超える仕事エネルギーを発生させる工程。 （１）窒素含有率が供給空気のそれ以上である第１のプ
ロセス流れを仕事膨張させ、その後次の（ｉ）及び（ｉ
ｉ）の２つの液体、すなわち、（ｉ）酸素製品を製造す
る蒸留塔の中間の高さにある液体、（ｉｉ）この蒸留塔
への液体供給物であって酸素濃度が供給空気の酸素濃度
と同じ又は好ましくはより高い液体供給物のうちの１
つ、の２つの液体の少なくとも１つとの潜熱交換によっ
て、前記膨張した流れの少なくとも一部を凝縮させる方
法。 （２）酸素濃度が供給空気の酸素濃度と同じか好ましく
はより高く、また酸素製品を製造する蒸留塔の圧力より
も圧力が高い酸素に富む液体流れの少なくとも一部との
潜熱交換によって、窒素含有率が供給空気のそれ以上の
少なくとも第２のプロセス流れを凝縮させ、そして潜熱
交換によって酸素に富む液体の少なくとも一部を気化さ
せ蒸気画分にした後で結果として得られた蒸気流れの少
なくとも一部を仕事膨張させる方法。 （３）供給空気の画分を仕事膨張させる方法。
【００１６】（ｂ）蒸留塔系の寒冷必要量を超えて発生
される仕事を使用して、周囲温度よりも低い温度でプロ
セス流れを低温圧縮する工程。
される仕事を使用して、周囲温度よりも低い温度でプロ
セス流れを低温圧縮する工程。
【００１７】好ましい態様では、膨張の前の工程（ａ）
（３）の供給空気流れの部分を周囲温度未満で蒸留塔温
度を超える温度に冷却する。また一般に（常にではない
が）、仕事膨張した空気流れは蒸留系に直接供給する。
（３）の供給空気流れの部分を周囲温度未満で蒸留塔温
度を超える温度に冷却する。また一般に（常にではない
が）、仕事膨張した空気流れは蒸留系に直接供給する。
【００１８】最も好ましい態様では、蒸留系はより高圧
の（ＨＰ）塔及びより低圧の（ＬＰ）塔からなる２塔系
を含む。供給空気の少なくとも一部はＨＰ塔に供給す
る。製品酸素はＬＰ塔の塔底から製造する。工程（ａ）
（１）の第１のプロセス流れ又は工程（ａ）（２）の第
２のプロセス流れは一般に、ＨＰ塔から引き出される高
圧の窒素に富む蒸気流れである。工程（ａ）（１）の仕
事膨張の方法を使用する場合には、高圧の窒素に富む蒸
気流れを膨張させ、その後ＬＰ塔の中間の高さの液体流
れ又はＨＰ塔の塔底で生じてＬＰ塔への供給物を形成す
る粗製液体酸素（粗製ＬＯＸ）流れとの潜熱交換により
凝縮させる。この方法では、粗製ＬＯＸ流れの圧力をＬ
Ｐ塔の圧力付近まで落とす。高圧の窒素に富む流れを膨
張させる前に部分的に暖めることができる。工程（ａ）
（２）の仕事膨張の方法を使用する場合、高圧の窒素に
富む流れをＬＰ塔の圧力を超える圧力の粗製ＬＯＸ流れ
の一部との潜熱交換によって凝縮させ、粗製ＬＯＸの少
なくとも部分的な気化から得られる蒸気をＬＰ塔に向け
て仕事膨張させる。仕事膨張の前に、粗製ＬＯＸの少な
くとも部分的な気化から得られる蒸気を部分的に暖める
ことができよう。粗製ＬＯＸの気化の代替案として、空
気よりも酸素含有率が高い酸素に富む液体をＬＰ塔から
引き出し、そして少なくとも部分的な気化の前にＬＰ塔
の圧力よりも高い所望の圧力に昇圧することができよ
う。工程（ａ）（３）の仕事膨張法を使用する場合、仕
事膨張させた空気流れをＨＰ塔、又はより好ましくはＬ
Ｐ塔に直接供給することができる。
の（ＨＰ）塔及びより低圧の（ＬＰ）塔からなる２塔系
を含む。供給空気の少なくとも一部はＨＰ塔に供給す
る。製品酸素はＬＰ塔の塔底から製造する。工程（ａ）
（１）の第１のプロセス流れ又は工程（ａ）（２）の第
２のプロセス流れは一般に、ＨＰ塔から引き出される高
圧の窒素に富む蒸気流れである。工程（ａ）（１）の仕
事膨張の方法を使用する場合には、高圧の窒素に富む蒸
気流れを膨張させ、その後ＬＰ塔の中間の高さの液体流
れ又はＨＰ塔の塔底で生じてＬＰ塔への供給物を形成す
る粗製液体酸素（粗製ＬＯＸ）流れとの潜熱交換により
凝縮させる。この方法では、粗製ＬＯＸ流れの圧力をＬ
Ｐ塔の圧力付近まで落とす。高圧の窒素に富む流れを膨
張させる前に部分的に暖めることができる。工程（ａ）
（２）の仕事膨張の方法を使用する場合、高圧の窒素に
富む流れをＬＰ塔の圧力を超える圧力の粗製ＬＯＸ流れ
の一部との潜熱交換によって凝縮させ、粗製ＬＯＸの少
なくとも部分的な気化から得られる蒸気をＬＰ塔に向け
て仕事膨張させる。仕事膨張の前に、粗製ＬＯＸの少な
くとも部分的な気化から得られる蒸気を部分的に暖める
ことができよう。粗製ＬＯＸの気化の代替案として、空
気よりも酸素含有率が高い酸素に富む液体をＬＰ塔から
引き出し、そして少なくとも部分的な気化の前にＬＰ塔
の圧力よりも高い所望の圧力に昇圧することができよ
う。工程（ａ）（３）の仕事膨張法を使用する場合、仕
事膨張させた空気流れをＨＰ塔、又はより好ましくはＬ
Ｐ塔に直接供給することができる。
【００１９】仕事膨張とは、プロセス流れがエキスパン
ダーで膨張するときに仕事を発生させることを意味す
る。この仕事は油圧ブレーキに放散、又は電力を発生さ
せるのに使用若しくはもう１つのプロセス流れを直接圧
縮するのに使用してもよい。
ダーで膨張するときに仕事を発生させることを意味す
る。この仕事は油圧ブレーキに放散、又は電力を発生さ
せるのに使用若しくはもう１つのプロセス流れを直接圧
縮するのに使用してもよい。
【００２０】低純度酸素と並んで、他の製品も製造でき
る。これには、高純度酸素（９９．５％以上の純度）、
窒素、アルゴン、クリプトン及びキセノンが含まれる。
必要ならば、液体窒素、液体酸素及び液体アルゴンのよ
うないくらかの液体製品も同時に製造することができ
る。
る。これには、高純度酸素（９９．５％以上の純度）、
窒素、アルゴン、クリプトン及びキセノンが含まれる。
必要ならば、液体窒素、液体酸素及び液体アルゴンのよ
うないくらかの液体製品も同時に製造することができ
る。
【００２１】ここで図１を参照して本発明を詳細に説明
するが、図１〜６を通して共通の流れには同じ番号が用
いられる。水及び二酸化炭素のようなより重たい成分を
含んでいない圧縮供給空気流れを流れ１００として示
す。この圧縮空気流れの圧力は一般に、絶対圧力で３．
５ｂａｒ（３５０ｋＰａ）よりも高圧で２４ｂａｒ
（２．４ＭＰａ）よりも低圧である。好ましい圧力範囲
は、絶対圧力で５〜約１０ｂａｒ（５００ｋＰａ〜約１
ＭＰａ）である。より高い供給空気圧力は、水及び二酸
化炭素の除去に使用するモレキュラーシーブ層を小さく
するのに役立つ。供給空気流れを２つの流れ１０２及び
１１０に分ける。流れ１０２を主熱交換器１９０で冷却
し、及びその後高圧（ＨＰ）塔１９６の塔底に流れ１０
６として供給する。高圧塔への供給物を蒸留して、塔頂
の高圧窒素蒸気流れ１５０及び塔底の粗製液体酸素（粗
製ＬＯＸ）流れ１３０にする。粗製ＬＯＸ流れを最終的
に低圧（ＬＰ）塔１９８に供給し、ここでそれを蒸留し
て塔頂で低圧窒素蒸気流れ１６０を、及び塔底で液体酸
素製品流れ１７０を製造する。あるいは、酸素製品はＬ
Ｐ塔の塔底から蒸気として引き出してもよい。液体酸素
製品流れ１７０をポンプ１７１によって所望の圧力に昇
圧し、その後適当に加圧したプロセス流れとの熱交換に
よって気化させて、気体酸素（ＧＯＸ）製品流れ１７２
を提供する。図１において、適当に加圧したプロセス流
れは管路１１８の供給空気の画分である。ＬＰ塔の塔底
での沸騰は、管路１５０からの、管路１５２の高圧窒素
流れの第１の部分を凝縮させることによってなされ、第
１の高圧液体窒素流れ１５３を提供する。
するが、図１〜６を通して共通の流れには同じ番号が用
いられる。水及び二酸化炭素のようなより重たい成分を
含んでいない圧縮供給空気流れを流れ１００として示
す。この圧縮空気流れの圧力は一般に、絶対圧力で３．
５ｂａｒ（３５０ｋＰａ）よりも高圧で２４ｂａｒ
（２．４ＭＰａ）よりも低圧である。好ましい圧力範囲
は、絶対圧力で５〜約１０ｂａｒ（５００ｋＰａ〜約１
ＭＰａ）である。より高い供給空気圧力は、水及び二酸
化炭素の除去に使用するモレキュラーシーブ層を小さく
するのに役立つ。供給空気流れを２つの流れ１０２及び
１１０に分ける。流れ１０２を主熱交換器１９０で冷却
し、及びその後高圧（ＨＰ）塔１９６の塔底に流れ１０
６として供給する。高圧塔への供給物を蒸留して、塔頂
の高圧窒素蒸気流れ１５０及び塔底の粗製液体酸素（粗
製ＬＯＸ）流れ１３０にする。粗製ＬＯＸ流れを最終的
に低圧（ＬＰ）塔１９８に供給し、ここでそれを蒸留し
て塔頂で低圧窒素蒸気流れ１６０を、及び塔底で液体酸
素製品流れ１７０を製造する。あるいは、酸素製品はＬ
Ｐ塔の塔底から蒸気として引き出してもよい。液体酸素
製品流れ１７０をポンプ１７１によって所望の圧力に昇
圧し、その後適当に加圧したプロセス流れとの熱交換に
よって気化させて、気体酸素（ＧＯＸ）製品流れ１７２
を提供する。図１において、適当に加圧したプロセス流
れは管路１１８の供給空気の画分である。ＬＰ塔の塔底
での沸騰は、管路１５０からの、管路１５２の高圧窒素
流れの第１の部分を凝縮させることによってなされ、第
１の高圧液体窒素流れ１５３を提供する。
【００２２】本発明の工程（ａ）（２）によれば、供給
空気よりも酸素濃度が高い粗製ＬＯＸ流れの少なくとも
一部分を弁１３５に通して、ＨＰ塔とＬＰ塔の圧力の中
間の圧力に減圧する。図１では、減圧の前に粗製ＬＯＸ
を過冷却器１９２で、ＬＰから戻ってくる気体窒素（Ｇ
ＡＮ）流れとの熱交換によって過冷却する。この過冷却
は随意のものである。減圧した粗製ＬＯＸ流れ１３６を
リボイラー／コンデンサー１９４に送り、そこで管路１
５０からの、管路１５４の高圧窒素流れの第２の部分
（本発明の（ａ）（２）の第２のプロセス流れ）との潜
熱交換によって少なくとも部分的に沸騰させ、第２の高
圧液体窒素流れ１５６をもたらす。第１及び第２の高圧
液体窒素流れは、ＨＰ塔及びＬＰ塔に必要な還流を提供
する。管路１３７の減圧した粗製ＬＯＸ流れの気化した
部分（以後粗製ＧＯＸ流れと呼ぶ）を、主熱交換器１９
０で部分的に加熱して、その後エキスパンダー１３９で
仕事膨張をさせて追加の供給物としてＬＰ塔１９８に送
る。粗製ＧＯＸ流れ１３７の部分的な加熱は随意であ
り、同様にＬＰ塔に供給する前に仕事膨張をした後の流
れ１４０を更に冷却することができる。
空気よりも酸素濃度が高い粗製ＬＯＸ流れの少なくとも
一部分を弁１３５に通して、ＨＰ塔とＬＰ塔の圧力の中
間の圧力に減圧する。図１では、減圧の前に粗製ＬＯＸ
を過冷却器１９２で、ＬＰから戻ってくる気体窒素（Ｇ
ＡＮ）流れとの熱交換によって過冷却する。この過冷却
は随意のものである。減圧した粗製ＬＯＸ流れ１３６を
リボイラー／コンデンサー１９４に送り、そこで管路１
５０からの、管路１５４の高圧窒素流れの第２の部分
（本発明の（ａ）（２）の第２のプロセス流れ）との潜
熱交換によって少なくとも部分的に沸騰させ、第２の高
圧液体窒素流れ１５６をもたらす。第１及び第２の高圧
液体窒素流れは、ＨＰ塔及びＬＰ塔に必要な還流を提供
する。管路１３７の減圧した粗製ＬＯＸ流れの気化した
部分（以後粗製ＧＯＸ流れと呼ぶ）を、主熱交換器１９
０で部分的に加熱して、その後エキスパンダー１３９で
仕事膨張をさせて追加の供給物としてＬＰ塔１９８に送
る。粗製ＧＯＸ流れ１３７の部分的な加熱は随意であ
り、同様にＬＰ塔に供給する前に仕事膨張をした後の流
れ１４０を更に冷却することができる。
【００２３】エキスパンダー１３９がプラントの寒冷バ
ランスに必要なものよりも多い仕事を発生させるように
操作する。低温空気分離プラントでは、図１に示される
全ての熱交換器、蒸留塔、並びに関連の弁、パイプ及び
他の装置は、コールドボックスと呼ばれる断熱ボックス
に閉じ込められている。ボックスの内側は周囲温度以下
なので、周囲からコールドボックスへの熱の漏れがあ
る。また、コールドボックスを去る製品流れ（１６４及
び１７２など）は、供給空気流れよりも低い温度であ
る。これは、製品がコールドボックスから去ることによ
るエンタルピーの損失を招く。プラントを操作するため
に、コールドボックスから出るのと等しい量のエネルギ
ーを取り出すことによってこれらの両方の損失を釣り合
わせることが必要である。一般的に、このエネルギーは
仕事エネルギーとして取り出す。本発明において、エキ
スパンダー１３９からの仕事は、コールドボックスの寒
冷の釣り合いを維持するために取り出さなければならな
い仕事を超える。この計画的に発生させた追加の仕事を
その後、コールドボックス内でのプロセス流れの低温圧
縮に使用する。この様に追加の仕事はコールドボックス
から出て行かせずに、寒冷の釣り合いが維持される。
ランスに必要なものよりも多い仕事を発生させるように
操作する。低温空気分離プラントでは、図１に示される
全ての熱交換器、蒸留塔、並びに関連の弁、パイプ及び
他の装置は、コールドボックスと呼ばれる断熱ボックス
に閉じ込められている。ボックスの内側は周囲温度以下
なので、周囲からコールドボックスへの熱の漏れがあ
る。また、コールドボックスを去る製品流れ（１６４及
び１７２など）は、供給空気流れよりも低い温度であ
る。これは、製品がコールドボックスから去ることによ
るエンタルピーの損失を招く。プラントを操作するため
に、コールドボックスから出るのと等しい量のエネルギ
ーを取り出すことによってこれらの両方の損失を釣り合
わせることが必要である。一般的に、このエネルギーは
仕事エネルギーとして取り出す。本発明において、エキ
スパンダー１３９からの仕事は、コールドボックスの寒
冷の釣り合いを維持するために取り出さなければならな
い仕事を超える。この計画的に発生させた追加の仕事を
その後、コールドボックス内でのプロセス流れの低温圧
縮に使用する。この様に追加の仕事はコールドボックス
から出て行かせずに、寒冷の釣り合いが維持される。
【００２４】図１ではポンプ１７１から吸入排出される
液体酸素を気化させるために、流れ１１０の、供給空気
流１００のうちの一部を随意の増圧器１１３で更に増圧
させ、そして冷却水（図示せず）で冷却し、その後主熱
交換器１９０で部分的に冷却する。この部分的に冷却し
た空気流れ１１４をその後低温コンプレッサー１１５で
低温圧縮する。低温コンプレッサーに入るエネルギー
は、エキスパンダー１３９から発生する追加の仕事エネ
ルギーである（すなわちそれは寒冷のために必要とはさ
れない）。低温圧縮した流れ１１６をその後主熱交換器
に再導入して、そこで吸入排出された液体酸素流れと熱
交換をして冷却する。冷却した液体空気流れ１１８の一
部をＨＰ塔に送って、他の部分（流れ１２２）を過冷却
器１９２でいくらか過冷却した後でＬＰ塔に送る。
液体酸素を気化させるために、流れ１１０の、供給空気
流１００のうちの一部を随意の増圧器１１３で更に増圧
させ、そして冷却水（図示せず）で冷却し、その後主熱
交換器１９０で部分的に冷却する。この部分的に冷却し
た空気流れ１１４をその後低温コンプレッサー１１５で
低温圧縮する。低温コンプレッサーに入るエネルギー
は、エキスパンダー１３９から発生する追加の仕事エネ
ルギーである（すなわちそれは寒冷のために必要とはさ
れない）。低温圧縮した流れ１１６をその後主熱交換器
に再導入して、そこで吸入排出された液体酸素流れと熱
交換をして冷却する。冷却した液体空気流れ１１８の一
部をＨＰ塔に送って、他の部分（流れ１２２）を過冷却
器１９２でいくらか過冷却した後でＬＰ塔に送る。
【００２５】いくつかの既知の変更を図１の例示のフロ
ーシートに適用できる。例えば、ＨＰ塔からの全ての粗
製ＬＯＸ流れ１３０をＬＰ塔に送って、リボイラー／コ
ンデンサー１９４にそれを少しも送らなくてもよい。こ
の代わりに、液体をＬＰ塔の中間の高さから取り出し
て、その後ＨＰ塔とＬＰ塔の圧力の中間圧力に昇圧し、
そしてリボイラー／コンデンサー１９４に送る。リボイ
ラー／コンデンサー１９４での残り処理は、先に説明し
た流れ１３４のそれに相似である。もう１つの変更した
態様では、それぞれリボイラー／コンデンサー１９３及
び１９４で凝縮する２つの高圧窒素流れ１５２及び１５
４は、ＨＰ塔の同じ位置を源としなくてもよい。それぞ
れをＨＰ塔の異なる高さで得てよく、それらのリボイラ
ー（１９３及び１９４）で凝縮させた後でぞれぞれを蒸
留系のふさわしい位置に送る。一例として、流れ１５４
を高圧塔の塔頂よりも低い位置から抜き出すことがで
き、リボイラー／コンデンサー１９４で凝縮させた後
で、その一部をＨＰ塔の中間の箇所に戻し、他の部分を
ＬＰ塔に送ることができる。
ーシートに適用できる。例えば、ＨＰ塔からの全ての粗
製ＬＯＸ流れ１３０をＬＰ塔に送って、リボイラー／コ
ンデンサー１９４にそれを少しも送らなくてもよい。こ
の代わりに、液体をＬＰ塔の中間の高さから取り出し
て、その後ＨＰ塔とＬＰ塔の圧力の中間圧力に昇圧し、
そしてリボイラー／コンデンサー１９４に送る。リボイ
ラー／コンデンサー１９４での残り処理は、先に説明し
た流れ１３４のそれに相似である。もう１つの変更した
態様では、それぞれリボイラー／コンデンサー１９３及
び１９４で凝縮する２つの高圧窒素流れ１５２及び１５
４は、ＨＰ塔の同じ位置を源としなくてもよい。それぞ
れをＨＰ塔の異なる高さで得てよく、それらのリボイラ
ー（１９３及び１９４）で凝縮させた後でぞれぞれを蒸
留系のふさわしい位置に送る。一例として、流れ１５４
を高圧塔の塔頂よりも低い位置から抜き出すことがで
き、リボイラー／コンデンサー１９４で凝縮させた後
で、その一部をＨＰ塔の中間の箇所に戻し、他の部分を
ＬＰ塔に送ることができる。
【００２６】図２は、工程（ａ）（１）に従ってプロセ
ス流れを仕事膨張させる他の態様を示す。ここでは過冷
却した粗製ＬＯＸ流れ１３４を弁１３５に通してＬＰ塔
の圧力に非常に近い圧力に減圧して、その後リボイラー
／コンデンサー１９４に供給する。管路２５４の高圧窒
素流れの第２の部分（ここでは工程（ａ）（１）の第１
のプロセス流れ）を、主熱交換器で部分的に暖めて（随
意）、その後エキスパンダー１３９で仕事膨張をさせて
低圧窒素流れ２４０を与える。この流れ２４０をその後
リボイラー／コンデンサー１９４で潜熱交換させて凝縮
させ、いくらの過冷却の後でＬＰ塔に送る流れ２４２を
与える。リボイラー／コンデンサー１９４からの気化し
た流れ１３７及び液体流れ１４２をＬＰ塔の適当な位置
に送る。必要ならば、管路２４２の凝縮した窒素流れの
一部をＨＰ塔にポンプ送りすることができる。再び、一
方がリボイラー／コンデンサー１９３で凝縮し他方がリ
ボイラー／コンデンサー１９４で凝縮する２つの窒素流
れはＨＰ塔の異なる高さから引き出すことができ、従っ
て異なる組成でよい。
ス流れを仕事膨張させる他の態様を示す。ここでは過冷
却した粗製ＬＯＸ流れ１３４を弁１３５に通してＬＰ塔
の圧力に非常に近い圧力に減圧して、その後リボイラー
／コンデンサー１９４に供給する。管路２５４の高圧窒
素流れの第２の部分（ここでは工程（ａ）（１）の第１
のプロセス流れ）を、主熱交換器で部分的に暖めて（随
意）、その後エキスパンダー１３９で仕事膨張をさせて
低圧窒素流れ２４０を与える。この流れ２４０をその後
リボイラー／コンデンサー１９４で潜熱交換させて凝縮
させ、いくらの過冷却の後でＬＰ塔に送る流れ２４２を
与える。リボイラー／コンデンサー１９４からの気化し
た流れ１３７及び液体流れ１４２をＬＰ塔の適当な位置
に送る。必要ならば、管路２４２の凝縮した窒素流れの
一部をＨＰ塔にポンプ送りすることができる。再び、一
方がリボイラー／コンデンサー１９３で凝縮し他方がリ
ボイラー／コンデンサー１９４で凝縮する２つの窒素流
れはＨＰ塔の異なる高さから引き出すことができ、従っ
て異なる組成でよい。
【００２７】工程（ａ）（１）に従って仕事膨張を使用
する図２のもう１つの変形を図３に示す。この設備構成
では、リボイラー／コンデンサー１９４は取り除かれ、
ＨＰ塔の塔底からの粗製ＬＯＸ流れの全てを全く気化さ
せずにＬＰ塔に送る。リボイラー／コンデンサー１９４
の代わりに、ＬＰ塔の中間の高さで中間リボイラー３９
４を使用する。ここで、エキスパンダー１３９からの仕
事膨張した窒素流れ２４０を、ＬＰ塔の中間の高さの液
体との潜熱交換によってリボイラー／コンデンサー３９
４で凝縮させる。凝縮した窒素流れ３４２を図２と相似
の様式で処理する。図３の他の操作の特徴も図２と同じ
である。
する図２のもう１つの変形を図３に示す。この設備構成
では、リボイラー／コンデンサー１９４は取り除かれ、
ＨＰ塔の塔底からの粗製ＬＯＸ流れの全てを全く気化さ
せずにＬＰ塔に送る。リボイラー／コンデンサー１９４
の代わりに、ＬＰ塔の中間の高さで中間リボイラー３９
４を使用する。ここで、エキスパンダー１３９からの仕
事膨張した窒素流れ２４０を、ＬＰ塔の中間の高さの液
体との潜熱交換によってリボイラー／コンデンサー３９
４で凝縮させる。凝縮した窒素流れ３４２を図２と相似
の様式で処理する。図３の他の操作の特徴も図２と同じ
である。
【００２８】図１〜３で本発明のいくつかの変形を引き
出すことが可能である。これらの変形のいくつかを更な
る例としてここで説明する。
出すことが可能である。これらの変形のいくつかを更な
る例としてここで説明する。
【００２９】エキスパンダーから取り出される追加の仕
事エネルギーを使用して、いずれかの適当なプロセス流
れを低温圧縮することができる。図１〜３は、ポンプ送
りされたＬＯＸ流れとの熱交換でその後凝縮する供給空
気流れの一部の低温圧縮を示すが、気体酸素流れを直接
低温圧縮することが可能である。この気体酸素流れはＬ
Ｐ塔の塔底から直接引き出すことができ、又はそれはポ
ンプ１７１からポンプ送りされたＬＯＸを適当なプロセ
ス流れとの熱交換で気化させた後で得ることができる。
窒素に富む流れを低温圧縮することも可能である。低温
圧縮のためのこの窒素に富む蒸気流れは、ＬＰ塔又はＨ
Ｐ塔のような任意の源から得ることができる。図４は、
この窒素に富む蒸気流がＨＰ塔から引き出される変形を
示す。図４の全ての特徴は、ポンプ１７１からポンプ送
りされる液体酸素が、低温圧縮された空気流れではなく
低温圧縮されたＨＰ塔からの窒素流れとの潜熱交換によ
って気化することを除いて図１と同じである。低温圧縮
のための窒素に富む流れはＨＰ塔の任意の適当な位置か
ら引き出すことができるが、図４では流れ４８０として
ＨＰ塔の塔頂から引き出されるように示されている。こ
の流れ４８０をその後主熱交換器で部分的に暖めて（随
意）、４８４で低温圧縮させ、その後でポンプ１７１か
らの気化する液体酸素との潜熱交換によって凝縮させ
る。この凝縮した流れ４８７をその後で蒸留塔系に送
る。図４で必要ならば窒素に富む流れ４８０を主熱交換
器で初めに暖めて周囲温度に近い温度にして、その後補
助コンプレッサーによって昇圧させ、そして主熱交換器
で部分的に冷却して、その後冷間コンプレッサー４８４
に送ることができる。窒素に富む流れを低温圧縮し、そ
の後ポンプ１７１からの液体酸素の少なくとも一部分と
の熱交換で凝縮させることの利点は、蒸留塔系に有意に
より多くの窒素還流を与えることであり、これは窒素製
品の回収率及び／又は純度を改良する。例えば図４では
示していないが、相当する図１からよりも図４から、よ
り多くの高圧の窒素製品を同時に製造することができる
だろう。
事エネルギーを使用して、いずれかの適当なプロセス流
れを低温圧縮することができる。図１〜３は、ポンプ送
りされたＬＯＸ流れとの熱交換でその後凝縮する供給空
気流れの一部の低温圧縮を示すが、気体酸素流れを直接
低温圧縮することが可能である。この気体酸素流れはＬ
Ｐ塔の塔底から直接引き出すことができ、又はそれはポ
ンプ１７１からポンプ送りされたＬＯＸを適当なプロセ
ス流れとの熱交換で気化させた後で得ることができる。
窒素に富む流れを低温圧縮することも可能である。低温
圧縮のためのこの窒素に富む蒸気流れは、ＬＰ塔又はＨ
Ｐ塔のような任意の源から得ることができる。図４は、
この窒素に富む蒸気流がＨＰ塔から引き出される変形を
示す。図４の全ての特徴は、ポンプ１７１からポンプ送
りされる液体酸素が、低温圧縮された空気流れではなく
低温圧縮されたＨＰ塔からの窒素流れとの潜熱交換によ
って気化することを除いて図１と同じである。低温圧縮
のための窒素に富む流れはＨＰ塔の任意の適当な位置か
ら引き出すことができるが、図４では流れ４８０として
ＨＰ塔の塔頂から引き出されるように示されている。こ
の流れ４８０をその後主熱交換器で部分的に暖めて（随
意）、４８４で低温圧縮させ、その後でポンプ１７１か
らの気化する液体酸素との潜熱交換によって凝縮させ
る。この凝縮した流れ４８７をその後で蒸留塔系に送
る。図４で必要ならば窒素に富む流れ４８０を主熱交換
器で初めに暖めて周囲温度に近い温度にして、その後補
助コンプレッサーによって昇圧させ、そして主熱交換器
で部分的に冷却して、その後冷間コンプレッサー４８４
に送ることができる。窒素に富む流れを低温圧縮し、そ
の後ポンプ１７１からの液体酸素の少なくとも一部分と
の熱交換で凝縮させることの利点は、蒸留塔系に有意に
より多くの窒素還流を与えることであり、これは窒素製
品の回収率及び／又は純度を改良する。例えば図４では
示していないが、相当する図１からよりも図４から、よ
り多くの高圧の窒素製品を同時に製造することができる
だろう。
【００３０】低温圧縮の目的が酸素の圧力を上げること
に限られないことが強調されるべきである。本発明の工
程（ｃ）で、それを使用して任意の適当なプロセス流れ
を低温圧縮することができる。例えば図４では、低温圧
縮された窒素流れ４８６の一部又は全てを更に冷却して
凝縮させずに、主熱交換器で更に暖めて加圧窒素製品流
れを提供することができる。もう１つの例を図５に示
す。この例と図３の例の違いは２つある。１つ目の違い
はＨＰ塔１９６の塔頂からの高圧窒素流れの全てを管路
５５４に引き出すことである。この流れを２つの流れ５
４０及び５５１に分割する。流れ５４０は図３の流れ２
４０の処理と同様に更に処理し、流れ５５１は本発明の
工程（ｂ）に従って低温圧縮する。低温圧縮された流れ
５５２をポンプ１７１からポンプ送りされた液体酸素と
の熱交換で凝縮させずに、ＬＰ塔の塔底リボイラー／コ
ンデンサー５９３で、液体と潜熱交換をさせて凝縮させ
る。これはＬＰ塔の塔底に必要な沸騰を与える。管路５
４２と５５３の凝縮した液体窒素流れをその後還流とし
てＨＰ塔及びＬＰ塔に送る。リボイラー／コンデンサー
５９３での凝縮の前に、管路５５２の低温圧縮された窒
素流れを任意の適当なプロセス流れとの熱交換により部
分的に冷却することができる。これらの例は明らかに、
本発明が任意の適当なプロセス流れを低温圧縮させるの
に使用できることを示す。更に５４０及び５５１は同じ
組成である必要がない、すなわちそれぞれをＨＰ塔の異
なる位置から引き出せる。
に限られないことが強調されるべきである。本発明の工
程（ｃ）で、それを使用して任意の適当なプロセス流れ
を低温圧縮することができる。例えば図４では、低温圧
縮された窒素流れ４８６の一部又は全てを更に冷却して
凝縮させずに、主熱交換器で更に暖めて加圧窒素製品流
れを提供することができる。もう１つの例を図５に示
す。この例と図３の例の違いは２つある。１つ目の違い
はＨＰ塔１９６の塔頂からの高圧窒素流れの全てを管路
５５４に引き出すことである。この流れを２つの流れ５
４０及び５５１に分割する。流れ５４０は図３の流れ２
４０の処理と同様に更に処理し、流れ５５１は本発明の
工程（ｂ）に従って低温圧縮する。低温圧縮された流れ
５５２をポンプ１７１からポンプ送りされた液体酸素と
の熱交換で凝縮させずに、ＬＰ塔の塔底リボイラー／コ
ンデンサー５９３で、液体と潜熱交換をさせて凝縮させ
る。これはＬＰ塔の塔底に必要な沸騰を与える。管路５
４２と５５３の凝縮した液体窒素流れをその後還流とし
てＨＰ塔及びＬＰ塔に送る。リボイラー／コンデンサー
５９３での凝縮の前に、管路５５２の低温圧縮された窒
素流れを任意の適当なプロセス流れとの熱交換により部
分的に冷却することができる。これらの例は明らかに、
本発明が任意の適当なプロセス流れを低温圧縮させるの
に使用できることを示す。更に５４０及び５５１は同じ
組成である必要がない、すなわちそれぞれをＨＰ塔の異
なる位置から引き出せる。
【００３１】図５と図３の方法の２つの目の違いは、寒
冷を生じさせる方法である。ここで工程（ａ）（３）に
よれば、供給空気流れの一部を仕事膨張させて必要な寒
冷及び低温圧縮のためのエネルギーを提供する。この目
的のために管路１０２の供給空気流れの一部を主熱交換
器で部分的に冷却後、一部を管路５０４で引き出す。こ
の管路５０４の部分をその後エキスパンダー５０３で仕
事膨張させて、ＬＰ塔に供給する（流れ５０５）。
冷を生じさせる方法である。ここで工程（ａ）（３）に
よれば、供給空気流れの一部を仕事膨張させて必要な寒
冷及び低温圧縮のためのエネルギーを提供する。この目
的のために管路１０２の供給空気流れの一部を主熱交換
器で部分的に冷却後、一部を管路５０４で引き出す。こ
の管路５０４の部分をその後エキスパンダー５０３で仕
事膨張させて、ＬＰ塔に供給する（流れ５０５）。
【００３２】ここまでは、全ての例示のフローシートは
少なくとも２つのリボイラー／コンデンサーを示してい
る。しかしながら本発明は、図１〜５で示されたもの以
外にＬＰ塔で追加のリボイラー／コンデンサーを使用す
る可能性を除外しないことが強調されるべきである。必
要ならばＬＰ塔の塔底部分に更なるリボイラー／コンデ
ンサーを使用して、この部分に更なる蒸気の発生をもた
らしてもよい。任意の適当なプロセス流れを、これらの
追加のリボイラー／コンデンサーで完全に凝縮させても
よくあるいは部分的に凝縮させてもよい。当該技術分野
の既知の技術から、本発明を使用する多くのそのような
例を導くことは容易である。例えば、ＬＰ塔の塔底のリ
ボイラー／コンデンサーで供給空気の一部を部分的に又
は全て凝縮させる可能性を考えることができる。また、
ＬＰ塔に配置されたリボイラー／コンデンサーでＨＰ塔
の中間の高さから引き出した蒸気流れを凝縮させる可能
性を考えてもよい。そのような場合、空気流れ又はＨＰ
塔から引き出されたかなりの量の酸素を含む流れのいず
れかを部分的に凝縮させると、凝縮していない蒸気画分
は工程（ａ）（１）の第１のプロセス流れ又は工程
（ａ）（２）の第２のプロセス流れを提供することがで
きる。
少なくとも２つのリボイラー／コンデンサーを示してい
る。しかしながら本発明は、図１〜５で示されたもの以
外にＬＰ塔で追加のリボイラー／コンデンサーを使用す
る可能性を除外しないことが強調されるべきである。必
要ならばＬＰ塔の塔底部分に更なるリボイラー／コンデ
ンサーを使用して、この部分に更なる蒸気の発生をもた
らしてもよい。任意の適当なプロセス流れを、これらの
追加のリボイラー／コンデンサーで完全に凝縮させても
よくあるいは部分的に凝縮させてもよい。当該技術分野
の既知の技術から、本発明を使用する多くのそのような
例を導くことは容易である。例えば、ＬＰ塔の塔底のリ
ボイラー／コンデンサーで供給空気の一部を部分的に又
は全て凝縮させる可能性を考えることができる。また、
ＬＰ塔に配置されたリボイラー／コンデンサーでＨＰ塔
の中間の高さから引き出した蒸気流れを凝縮させる可能
性を考えてもよい。そのような場合、空気流れ又はＨＰ
塔から引き出されたかなりの量の酸素を含む流れのいず
れかを部分的に凝縮させると、凝縮していない蒸気画分
は工程（ａ）（１）の第１のプロセス流れ又は工程
（ａ）（２）の第２のプロセス流れを提供することがで
きる。
【００３３】仕事を工程（ａ）（１）で教示される方法
で取り出す本発明の全ての処理設備構成において、仕事
膨張した後の第１のプロセス流れの全てを工程（ａ）
（１）で教示される潜熱交換によって凝縮させなくても
よい。この流れの一部を製品流れとして回収、又は処理
設備構成で何ら他の目的に使用することができる。例え
ば図２及び３で示される処理設備機構において、高圧塔
からの高圧窒素流れの少なくとも一部を本発明の工程
（ａ）（１）に従ってエキスパンダー１３９で仕事膨張
させる。エキスパンダー１３９を出る流れの一部を主熱
交換器で更に暖めて、これらのプロセスフローシートの
いずれからでも中間圧力（ＭＰ）の窒素製品として回収
することができる。
で取り出す本発明の全ての処理設備構成において、仕事
膨張した後の第１のプロセス流れの全てを工程（ａ）
（１）で教示される潜熱交換によって凝縮させなくても
よい。この流れの一部を製品流れとして回収、又は処理
設備構成で何ら他の目的に使用することができる。例え
ば図２及び３で示される処理設備機構において、高圧塔
からの高圧窒素流れの少なくとも一部を本発明の工程
（ａ）（１）に従ってエキスパンダー１３９で仕事膨張
させる。エキスパンダー１３９を出る流れの一部を主熱
交換器で更に暖めて、これらのプロセスフローシートの
いずれからでも中間圧力（ＭＰ）の窒素製品として回収
することができる。
【００３４】工程（ａ）（３）に従って供給空気の一部
を仕事膨張させる場合、それを主熱交換器に供給する前
に、コールドボックスから取り出される仕事エネルギー
を使用して周囲温度に近い温度で予め圧縮することがで
きる。例えば、図６において流れ６０１は管路１０２の
供給空気の一部から引き出される。引き出した流れをそ
の後コンプレッサー６９３で昇圧させ、その後冷却水で
冷却し（図示せず）、そして主熱交換器で更に冷却して
流れ６０４を提供する。この流れ６０４を図５の流れ５
０４の処理と相似な様式で更に処理する。コンプレッサ
ー６９３を駆動させるのに必要な仕事エネルギーの少な
くとも一部は、コールドボックスのエキスパンダーから
得られる。図６では、コンプレッサー６９３がエキスパ
ンダー６０３だけで駆動されることを示す。図５の系と
比較してこのような系を使用する利点は、それがエキス
パンダーから更なる過剰な仕事を取り出す可能性を提供
し、それにより更なる仕事エネルギーが低温圧縮に利用
できることである。管路６０１の供給空気の一部の昇圧
の代替案として、コールドボックスで仕事膨張をさせる
もう１つの他のプロセス流れを初めに暖めて、６９３の
ようなコンプレッサーで昇圧させ、ふさわしい熱交換器
で部分的に冷却し、その後ふさわしいエキスパンダーに
供給することが可能である。
を仕事膨張させる場合、それを主熱交換器に供給する前
に、コールドボックスから取り出される仕事エネルギー
を使用して周囲温度に近い温度で予め圧縮することがで
きる。例えば、図６において流れ６０１は管路１０２の
供給空気の一部から引き出される。引き出した流れをそ
の後コンプレッサー６９３で昇圧させ、その後冷却水で
冷却し（図示せず）、そして主熱交換器で更に冷却して
流れ６０４を提供する。この流れ６０４を図５の流れ５
０４の処理と相似な様式で更に処理する。コンプレッサ
ー６９３を駆動させるのに必要な仕事エネルギーの少な
くとも一部は、コールドボックスのエキスパンダーから
得られる。図６では、コンプレッサー６９３がエキスパ
ンダー６０３だけで駆動されることを示す。図５の系と
比較してこのような系を使用する利点は、それがエキス
パンダーから更なる過剰な仕事を取り出す可能性を提供
し、それにより更なる仕事エネルギーが低温圧縮に利用
できることである。管路６０１の供給空気の一部の昇圧
の代替案として、コールドボックスで仕事膨張をさせる
もう１つの他のプロセス流れを初めに暖めて、６９３の
ようなコンプレッサーで昇圧させ、ふさわしい熱交換器
で部分的に冷却し、その後ふさわしいエキスパンダーに
供給することが可能である。
【００３５】低温コンプレッサーに追加の仕事エネルギ
ーを送るいくつかの方法がある。説明の目的で、いくつ
かの別の方法を以下に挙げる。
ーを送るいくつかの方法がある。説明の目的で、いくつ
かの別の方法を以下に挙げる。
【００３６】エキスパンダーから引き出される全ての仕
事をコールドボックスの外で使用してもよく、そして本
発明の工程（ｂ）の低温コンプレッサーを電気モーター
で運転してもよい。この目的のためにエキスパンダーに
発電機を負荷させて電力を発生させてもよく、あるいは
高温コンプレッサー負荷させて、周囲温度又はそれより
も高い温度でプロセス流れを圧縮してもよい。
事をコールドボックスの外で使用してもよく、そして本
発明の工程（ｂ）の低温コンプレッサーを電気モーター
で運転してもよい。この目的のためにエキスパンダーに
発電機を負荷させて電力を発生させてもよく、あるいは
高温コンプレッサー負荷させて、周囲温度又はそれより
も高い温度でプロセス流れを圧縮してもよい。
【００３７】エキスパンダーを低温コンプレッサーに直
結させることが可能であることがある。そのような場
合、エキスパンダーは低温圧縮に必要な仕事の少なくと
も一部を与える。また、エキスパンダーはコールドボッ
クスの外部へは負荷を受させず、コールドボックスに必
要な寒冷を提供する。
結させることが可能であることがある。そのような場
合、エキスパンダーは低温圧縮に必要な仕事の少なくと
も一部を与える。また、エキスパンダーはコールドボッ
クスの外部へは負荷を受させず、コールドボックスに必
要な寒冷を提供する。
【００３８】最後に、酸素含有率が９９．５％未満の低
純度酸素に並んで副生成物がある場合に、本発明の明細
書で教示される方法を使用することができる。例えば、
高純度（酸素含有率が９９．５％以上）酸素を蒸留塔系
から同時に製造することができる。この仕事を達成する
１つの方法は、塔底よりも上の位置でＬＰ塔から低純度
酸素を引き出し、ＬＰ塔の塔底から高純度酸素を引き出
すことである。液体の状態で高純度酸素流れを引き出す
場合、それをその後ポンプによって更に昇圧させ、適当
なプロセス流れとの熱交換によって気化させることがで
きる。同様に、高圧で高純度の窒素製品流れを同時に製
造することができる。この仕事を達成する１つの方法
は、適当なリボイラー／コンデンサーの１つから凝縮し
た液体窒素流れの一部を取り、それを昇圧して所望の圧
力にして、その後適当なプロセス流れとの熱交換によっ
て気化させることである。
純度酸素に並んで副生成物がある場合に、本発明の明細
書で教示される方法を使用することができる。例えば、
高純度（酸素含有率が９９．５％以上）酸素を蒸留塔系
から同時に製造することができる。この仕事を達成する
１つの方法は、塔底よりも上の位置でＬＰ塔から低純度
酸素を引き出し、ＬＰ塔の塔底から高純度酸素を引き出
すことである。液体の状態で高純度酸素流れを引き出す
場合、それをその後ポンプによって更に昇圧させ、適当
なプロセス流れとの熱交換によって気化させることがで
きる。同様に、高圧で高純度の窒素製品流れを同時に製
造することができる。この仕事を達成する１つの方法
は、適当なリボイラー／コンデンサーの１つから凝縮し
た液体窒素流れの一部を取り、それを昇圧して所望の圧
力にして、その後適当なプロセス流れとの熱交換によっ
て気化させることである。
【００３９】本発明の価値は、エネルギー消費の実質的
な減少を導くことである。低温コンプレッサー１１５を
伴う又は伴わない図２の方法と比較することによってこ
れを示す。
な減少を導くことである。低温コンプレッサー１１５を
伴う又は伴わない図２の方法と比較することによってこ
れを示す。
【００４０】２００ｐｓｉａ（１．３７９ＭＰａ）の９
５％酸素製品を製造するための計算を行った。全てのフ
ローシートで、主供給空気コンプレッサーの最終段から
の放出圧力は、絶対圧力で約５．３ｂａｒ（５３０ｋＰ
ａ）であった。ＬＰ塔の塔頂の圧力は絶対圧力で約１．
２５ｂａｒ（１２５ｋＰａ）であった。実質の動力消費
は、主供給空気コンプレッサー、昇圧された液体酸素を
気化させるための増圧空気コンプレッサー１１３で消費
される動力を計算し、そして、及びエキスパンダーから
発生する電力を取り込むことに消費される動力を勘定に
入れて見積もった。低温コンプレッサー１１５を伴わな
い図２の方法と比較すると、図２の方法は相対的な動力
消費が０．９８８である。本発明の優れた性能は明らか
である。
５％酸素製品を製造するための計算を行った。全てのフ
ローシートで、主供給空気コンプレッサーの最終段から
の放出圧力は、絶対圧力で約５．３ｂａｒ（５３０ｋＰ
ａ）であった。ＬＰ塔の塔頂の圧力は絶対圧力で約１．
２５ｂａｒ（１２５ｋＰａ）であった。実質の動力消費
は、主供給空気コンプレッサー、昇圧された液体酸素を
気化させるための増圧空気コンプレッサー１１３で消費
される動力を計算し、そして、及びエキスパンダーから
発生する電力を取り込むことに消費される動力を勘定に
入れて見積もった。低温コンプレッサー１１５を伴わな
い図２の方法と比較すると、図２の方法は相対的な動力
消費が０．９８８である。本発明の優れた性能は明らか
である。
【００４１】ここではいくらかの特定の態様を参照して
説明及び記述したが、本発明は詳細を示したものに限定
されるものではない。むしろ、本発明の本質から離れず
に特許請求の範囲及びこれと等価の範囲内で細部に様々
な変更ができる。
説明及び記述したが、本発明は詳細を示したものに限定
されるものではない。むしろ、本発明の本質から離れず
に特許請求の範囲及びこれと等価の範囲内で細部に様々
な変更ができる。
【図１】図１は本発明の第１の態様の概略図である。
【図２】図２は本発明の第２の態様の概略図である。
【図３】図３は本発明の第３の態様の概略図である。
【図４】図４は本発明の第４の態様の概略図である。
【図５】図５は本発明の第５の態様の概略図である。
【図６】図６は本発明の第６の態様の概略図である。
１００…圧縮供給原料流れ １３０…粗製液体酸素（ＬＯＸ）流れ １５３…高圧液体窒素流れ １６０…低圧気体窒素流れ １７０、１７２…酸素製品流れ １９０…主熱交換器 １９３、１９４…リボイラー／コンデンサー １９６…高圧塔 １９８…低圧塔
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年２月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラケシュ アグラワル アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18049, エモース，コモンウェルス ドライブ 4312 (72)発明者 ドン マイケル ヘロン アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18051, フォーゲルスビル，ピーチ レーン 8228 (72)発明者 ヤンピン チャン アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18106, ウェスコスビル，ハノーバー ドライブ 5400
Claims (37)
- 【請求項１】 窒素濃度が供給空気流れのそれ以上であ
る流れを凝縮させることによって、酸素製品を製造する
蒸留塔の塔底での沸騰を行わせる、少なくとも１つの蒸
留塔を含む蒸留塔系における空気の低温蒸留方法であっ
て、以下の（ａ）及び（ｂ）の工程を含むことを特徴と
する空気の低温蒸留方法。 （ａ）以下の（１）〜（３）の３つの方法の少なくとも
１つで蒸留塔系に必要とされる全ての寒冷を超える仕事
エネルギーを発生させる工程。 （１）窒素含有率が供給空気のそれ以上である第１のプ
ロセス流れを仕事膨張させ、その後次の（ｉ）及び（ｉ
ｉ）の２つの液体、すなわち、（ｉ）酸素製品を製造す
る蒸留塔の中間の高さにある液体、（ｉｉ）この蒸留塔
への液体供給物であって、供給空気の酸素濃度と同じ又
は好ましくはより高い酸素濃度を持つ液体供給物のうち
の１つ、の２つの液体の少なくとも１つとの潜熱交換に
よって、前記の膨張した流れの少なくとも一部を凝縮さ
せる方法。 （２）酸素濃度が供給空気の酸素濃度と同じ又は好まし
くはより高く、また酸素製品を製造する蒸留塔の圧力よ
りも圧力が高い酸素に富む液体流れの少なくとも一部と
の潜熱交換によって、窒素含有率が供給空気のそれ以上
の少なくとも第２のプロセス流れを凝縮させ、そして潜
熱交換によって酸素に富む液体の少なくとも一部が蒸気
画分に気化した後で結果として得られた蒸気流の少なく
とも一部を仕事膨張させる方法。 （３）供給空気の一部分を仕事膨張させる方法。 （ｂ）蒸留塔系の寒冷必要量を超えて発生される仕事を
使用して、周囲温度よりも低い温度でプロセス流れを低
温圧縮する工程。 - 【請求項２】 前記蒸留塔系がより高圧の塔及びより低
圧の塔を含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記工程（ａ）（１）の第１のプロセス
流れがより高圧の塔から引き出された蒸気流れである請
求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記工程（ａ）（１）の第１のプロセス
流れが供給空気の一部である請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】 前記工程（ａ）（１）の第１のプロセス
流れが、供給空気の少なくとも一部の部分的な凝縮から
得られた蒸気である請求項２に記載の方法。 - 【請求項６】 前記より低圧の塔の中間の位置から得ら
れる液体を少なくとも部分的に気化させて、前記第１の
プロセス流れを凝縮させる請求項２に記載の方法。 - 【請求項７】 前記より高圧の塔から引き出された酸素
に富む液体の少なくとも一部を少なくとも部分的に気化
させて、前記第１のプロセス流れを凝縮させる請求項２
に記載の方法。 - 【請求項８】 供給空気の少なくとも一部の少なくとも
部分的な凝縮によって得られる酸素に富む液体の少なく
とも一部を少なくとも部分的に気化させることによっ
て、前記第１のプロセス流れを凝縮させる請求項２に記
載の方法。 - 【請求項９】 凝縮の後で前記第１のプロセス流れの少
なくとも一部を昇圧して、より高圧の塔に送る請求項２
に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記第１のプロセス流れの少なくとも
一部を昇圧して熱交換器で気化させ、製品を提供する請
求項２に記載の方法。 - 【請求項１１】 凝縮の後で前記第１のプロセス流れの
全てを供給物としてより低圧の塔に送る請求項２に記載
の方法。 - 【請求項１２】 前記工程（ａ）（２）の第２のプロセ
ス流れが、より高圧の塔から引き出された蒸気である請
求項２に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記工程（ａ）（２）の第２のプロセ
ス流れが、前記より高圧の塔よりも低圧の供給空気の一
部である請求項２に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記工程（ａ）（２）の第２のプロセ
ス流れが供給空気の少なくとも一部の部分的な凝縮から
得られる蒸気であり、前記蒸気が前記より高圧の塔より
も低圧である請求項２に記載の方法。 - 【請求項１５】 凝縮の前に前記第２のプロセス流れを
仕事膨張させる請求項２に記載の方法。 - 【請求項１６】 より低圧の塔の中間の位置から得られ
る液体を少なくとも部分的に気化させて前記第２のプロ
セス流れを凝縮させる気化の前に前記液体を昇圧する請
求項２に記載の方法。 - 【請求項１７】 より高圧の塔から引き出された酸素に
富む液体の少なくとも一部を少なくとも部分的に気化さ
せることによって、前記第２のプロセス流れを凝縮させ
る請求項２に記載の方法。 - 【請求項１８】 供給空気の少なくとも一部の少なくと
も部分的な凝縮から得られる酸素に富む液体の少なくと
も一部を少なくとも部分的に気化させることによって、
前記第２のプロセス流れを凝縮させる請求項２に記載の
方法。 - 【請求項１９】 凝縮の後で、前記第２のプロセス流れ
の少なくとも一部を必要ならば昇圧して、より高圧の塔
に送る請求項２に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記第２のプロセス流れの少なくとも
一部を昇圧して熱交換器で気化させ、製品を与える請求
項２に記載の方法。 - 【請求項２１】 凝縮の後で、前記第２のプロセス流れ
の全てを供給物としてより低圧の塔に送る請求項２に記
載の方法。 - 【請求項２２】 前記工程（ａ）（３）からの供給空気
流れの前記仕事膨張した部分を最終的に前記より低圧の
塔に供給する請求項２に記載の方法。 - 【請求項２３】 前記工程（ａ）（３）からの供給空気
流れの前記仕事膨張した部分を最終的に前記より高圧の
塔に供給する請求項２に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記工程（ｂ）の圧縮されるプロセス
流れが供給空気の少なくとも一部である請求項２に記載
の方法。 - 【請求項２５】 酸素製品を前記より低圧の塔から液体
として引き出して最終的に沸騰させ、前記工程（ｂ）で
使用する前記供給空気を低温圧縮の後で沸騰する酸素と
の間接熱交換によって少なくとも部分的に凝縮させる請
求項２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記工程（ｂ）で使用する前記供給空
気を冷却の前に高温圧縮してから、低温圧縮する請求項
２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 前記工程（ｂ）で低温圧縮する前記プ
ロセス流れが前記より高圧の塔から引き出された蒸気で
ある請求項２に記載の方法。 - 【請求項２８】 酸素製品を前記より低圧の塔から液体
として引き出して最終的に沸騰させ、前記工程（ｂ）の
ための前記より高圧の塔の蒸気の少なくとも一部を低温
圧縮の後で沸騰する酸素との間接熱交換によって少なく
とも部分的に凝縮させる請求項２７に記載の方法。 - 【請求項２９】 前記低温圧縮に続いて前記工程（ｂ）
のための前記より高圧の塔の蒸気を周囲温度まで暖め
て、その後更に圧縮する請求項２７に記載の方法。 - 【請求項３０】 酸素製品を前記より低圧の塔から液体
として引き出して最終的に沸騰させ、前記高温圧縮され
たより高圧の塔の蒸気の少なくとも一部を冷却して、そ
の後沸騰する酸素との間接熱交換によって少なくとも部
分的に凝縮させる請求項２９に記載の方法。 - 【請求項３１】 前記工程（ｂ）のための前記より高圧
の塔の蒸気を周囲温度まで暖めて、その後圧縮し、少な
くとも一部を続いて冷却してそして低温圧縮する請求項
２７に記載の方法。 - 【請求項３２】 前記酸素製品を前記より低圧の塔から
液体として引き出して最終的に沸騰させ、前記低温圧縮
したより高圧の塔の蒸気を沸騰する酸素との間接熱交換
によって少なくとも部分的に凝縮させる請求項３１に記
載の方法。 - 【請求項３３】 前記工程（ｂ）のための前記より高圧
の塔の蒸気の少なくとも一部が窒素に富む製品を構成す
る請求項２７に記載の方法。 - 【請求項３４】 低温圧縮に続いて、前記より低圧の塔
に配置された主リボイラー／コンデンサーで、前記工程
（ｂ）のための前記より高圧の塔の蒸気を少なくとも部
分的に凝縮させる請求項２７に記載の方法。 - 【請求項３５】 前記工程（ａ）（２）で圧縮する前記
プロセス流れが、前記より低圧の塔の塔頂から引き出さ
れた蒸気であり、窒素に富む製品を構成する請求項２に
記載の方法。 - 【請求項３６】 前記工程（ｂ）で圧縮する前記プロセ
ス流れが前記より低圧の塔の塔底から引き出された蒸気
であり、酸素製品を構成する請求項２に記載の方法。 - 【請求項３７】 前記工程（ａ）で使用するエキスパン
ダーが、前記工程（ｂ）で使用する低温コンプレッサー
に直接結合された請求項１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/010,966 US5901576A (en) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Single expander and a cold compressor process to produce oxygen |
| US09/010966 | 1998-01-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11257845A true JPH11257845A (ja) | 1999-09-24 |
Family
ID=21748270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11014115A Pending JPH11257845A (ja) | 1998-01-22 | 1999-01-22 | エキスパンダ―及び低温コンプレッサ―を使用する酸素製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5901576A (ja) |
| EP (1) | EP0932002A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11257845A (ja) |
| CN (1) | CN1233740A (ja) |
| CA (1) | CA2259060A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA99397B (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002147949A (ja) * | 2000-11-14 | 2002-05-22 | Nippon Sanso Corp | 空気液化分離方法及び装置 |
| JP2008506916A (ja) * | 2004-07-14 | 2008-03-06 | 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 | 加圧気体生成物を生成するための低温空気分離方法 |
| JP2011518307A (ja) * | 2008-04-22 | 2011-06-23 | 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 | 低温蒸留によって空気を分離する方法および装置 |
| JP2013061109A (ja) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 低純度酸素の製造方法及び低純度酸素の製造装置 |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9806293D0 (en) * | 1998-03-24 | 1998-05-20 | Boc Group Plc | Separation of air |
| US6666048B1 (en) * | 1999-04-05 | 2003-12-23 | L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Variable capacity fluid mixture separation apparatus and process |
| DE59909750D1 (de) * | 1999-07-05 | 2004-07-22 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
| US6253576B1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-07-03 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for the production of intermediate pressure oxygen |
| US6286336B1 (en) | 2000-05-03 | 2001-09-11 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic air separation system for elevated pressure product |
| US6295840B1 (en) | 2000-11-15 | 2001-10-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Pressurized liquid cryogen process |
| US6626008B1 (en) | 2002-12-11 | 2003-09-30 | Praxair Technology, Inc. | Cold compression cryogenic rectification system for producing low purity oxygen |
| US6622520B1 (en) | 2002-12-11 | 2003-09-23 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system for producing low purity oxygen using shelf vapor turboexpansion |
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