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JPH0579753A - 圧力下のガス状酸素の製造方法及び製造装置 - Google Patents

圧力下のガス状酸素の製造方法及び製造装置

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JPH0579753A
JPH0579753A JP4048528A JP4852892A JPH0579753A JP H0579753 A JPH0579753 A JP H0579753A JP 4048528 A JP4048528 A JP 4048528A JP 4852892 A JP4852892 A JP 4852892A JP H0579753 A JPH0579753 A JP H0579753A
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JP
Japan
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air
pressure
high pressure
oxygen
rectification column
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JP4048528A
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English (en)
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Maurice Grenier
モーリス・グルニエ
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】低い投資しか必要としない“ポンプ式”方法を
提供する。 【構成】複式精留塔７内での空気の精留、低圧精留塔９
の液溜め部から取出された液体酸素の圧縮１２、及び空
気の高圧下にある空気との熱交換による圧縮液体酸素の
気化６によって高圧下のガス状酸素を製造する方法にお
いて、精留すべき空気の全量を空気の高圧に圧縮し、空
気ブースター５によってブレーキをかけられる膨張ター
ビン４において前記空気の過剰な部分を中圧精留塔８の
圧力に膨張し、少くとも１種類の液体製品を設備から排
出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低圧精留塔と中圧精留
塔とを有する複式精留塔式設備における空気の精留、低
圧精留塔の液溜め部から取出された液体酸素の圧縮、並
びに設備の熱交換系における中圧より明らかに高い圧力
をもった空気との熱交換による圧縮液体酸素の気化によ
る、高圧下のガス状酸素の製造方法及び製造設備に関す
る。
【０００２】以下で問題になる圧力は絶対圧力である。
中圧精留塔及び低圧精留塔の圧力は、それぞれ“中圧”
及び“低圧”と呼ばれる。
【０００３】
【従来の技術】“ポンプ式”方法と呼ばれるこの種の方
法は、すべてのガス状酸素圧縮機を廃止することができ
る。競争力のあるエネルギー消費量を得るには、気化す
べき酸素流量のほぼ１．５倍の大量の空気流量を、向流
の酸素によって液化できるのに十分な圧力まで圧縮する
必要がある。
【０００４】対応する設備のエネルギー消費量が、約１
０バール以下の酸素気化圧力について及びエネルギー消
費量がこの圧力とともに徐々に増加するときにしか、酸
素圧縮機を備えた設備のエネルギー消費量より低くない
か、それと同じではないことは知られている。
【０００５】さらにエネルギー消費量が許容できる範囲
では、従来技術は直列の２台の圧縮機を使用し、第２の
圧縮機は液体酸素の気化に用いられる一部の空気しか処
理せず、このことは設備投資を著しく増加させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低い投資し
か必要としない“ポンプ式”方法を提供することを目的
としている。本発明はまた、そのような方法を実施する
ための設備も目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため本発明による方
法は、精留すべき空気の全量を空気の高圧まで圧縮し、
冷却の中間温度で、熱交換系の寒冷必要量に比べて過剰
な空気の一部を空気ブースターによってブレーキをかけ
られる膨張タービンで中圧精留塔の圧力に膨張し、少く
とも１種類の液体製品を設備から排出することを特徴と
している。
【０００８】他の特徴によれば、− 約１３バール以下の酸素の高圧に対しては、空気の
高圧として、酸素の高圧下で気化中の酸素との熱交換に
よる空気の凝縮圧力を選ぶ。
【０００９】−約１３バール以上の酸素の高圧に対し
ては、空気の高圧として、酸素の高圧がどうであって
も、酸素の高圧下で気化中の酸素との熱交換による空気
の凝縮圧力より低く、少くとも約３０バールと等しい圧
力を選ぶ。
【００１０】このような方法を実施するための圧力下の
ガス状酸素を製造する設備は、低圧精留塔と中圧精留塔
とを含む複式空気精留塔、低圧精留塔の液溜め部から取
出された液体酸素の圧縮ポンプ、精留すべき空気の一部
を空気の高圧にもたらすための空気圧縮手段、及び空気
の高圧にある前記空気の一部を圧縮された液体酸素と熱
交換するための熱交換系を有する種類の設備において、
前記空気圧縮手段が精留すべき空気の全量を処理するよ
うに備えられること、設備が、一方では空気ブースター
によってブレーキをかけられる膨張タービンを有し、膨
張タービンの吸入側が熱交換系の中間点で空気の冷却通
路と接続され、前記膨張タービンの吐出側が中圧精留塔
に直接接続され、他方では少くとも１種類の液体製品を
設備から排出する手段を有していることを特徴としてい
る。
【００１１】上に定義された方法で活用された現象の徹
底的な研究は、ある場合には、酸素の気化段階の場所と
熱交換系の温端部との温度の隔たりを小さく保ちたいな
らば、膨張タービンの羽根車の入口に液体が形成される
のを見る危険があることを示している。
【００１２】それは酸素の圧力が約１３バール以上の場
合、設備が膨張タービンを１基だけ有する場合（すなわ
ち低圧に空気を膨張するタービンをもたない場合）、及
び複式精留塔から取出された液体酸素のほぼ全量が圧力
下に気化される場合である。
【００１３】本発明の発展によれば、前記したわずかな
温度の隔たり、したがって独自のわずかなエネルギー消
費量が、膨張タービンの羽根車の入口に液体が出現する
のを避けることによって得られる。
【００１４】そのため本発明の方法はまた前記した種類
の方法において、− 精留すべき空気の全量を中圧より明らかに高い第１
の高圧に圧縮し、− 第１の高圧下のこの空気の第１の部分を冷却し、冷
却の中間温度で、少くともその一部を複式精留塔に導入
する前に膨張タービンで中圧に膨張し、− 第１の高圧下の空気の残部を第２の高圧に過圧し、
その流量が気化すべき液体酸素の流量以下である過圧さ
れた空気の少くとも一部を冷却、液化し、次いで膨張
後、複式精留塔に導入し、− 第２の高圧が、一方では酸素の高圧下で気化中の酸
素との熱交換による空気の凝縮又は擬凝縮の圧力以下で
少くとも３０バールと等しい圧力であり、他方ではこの
第２の高圧下での空気の凝縮又は擬凝縮が、膨張タービ
ンの流入温度付近で起こるように選ばれ、− 少くとも１種類の液体製品を設備から排出すること
を特徴としている。
【００１５】このような方法を実施するための装置は、
低圧精留塔と中圧精留塔とを含む複式空気精留塔、低圧
精留塔の液溜め部から取出された液体酸素の圧縮ポン
プ、精留すべき空気を中圧より明らかに高い空気の高圧
にもたらすための圧縮手段、及び高圧にある空気を圧縮
された液体酸素と熱交換関係にするための熱交換系を有
する設備において、圧縮手段が、精留すべき空気の全量
を中圧より明らかに高い第１の高圧にもたらす圧縮機
と、第１の高圧下の空気の一部を過圧する手段を有し、
これらの過圧手段が、第１の高圧下の空気の膨張タービ
ンと接続された第１ブースター及び過圧された空気の一
部用の第２膨張タービンと接続された第２ブースター
の、それぞれ膨張タービンと接続された直列の２基のブ
ースターを有し、第２膨張タービンの流入温度が第１膨
張タービンの流入温度より高く、設備がまた少くとも１
種類の液体製品を設備から排出する手段を有することを
特徴としている。それでは本発明のいくつかの実施例
を、添付の図面を参照しながら説明しよう。
【００１６】
【実施例】図１に示された空気精留設備は、空気圧縮機
１；２本の吸着筒２Ａ、２Ｂを有し、一方が再生の期間
にある間に他方が吸着を行っている、圧縮空気から水及
びＣＯ2 を吸着によって除去する精製装置２；膨張ター
ビン４とブースター５を有し、両者の軸が接続されてい
るタービン・ブースター３；設備の熱交換系を構成する
熱交換器６；低圧精留塔９を載置した中圧精留塔８及び
中圧精留塔８の頂部の蒸気（窒素）を低圧精留塔９の液
溜め部の液体（酸素）と熱交換関係にする蒸発凝縮器１
０を有する複式精留塔７；底部が液体酸素ポンプ１２に
接続されている液体酸素タンク１１；及び底部が液体窒
素ポンプ１４に接続されている液体窒素タンク１３を主
として有している。
【００１７】この設備は、数バールから数十バール（本
明細書では、記載された圧力は絶対圧である）の間にあ
る、あらかじめ定められた高圧下のガス状酸素を管路１
５を経て供給するものである。
【００１８】このため、管路１６を経て低圧精留塔９の
液溜め部から取出され、タンク１１内に貯蔵される液体
酸素は、液状でポンプ１２によって高圧にもたらされ、
次いで熱交換器６の通路１７においてその高圧下に気化
され加熱される。
【００１９】この気化及び加熱に必要な熱は、複式精留
塔から取出される他の液体の加熱及び場合によっては気
化に必要な熱と同じく、以下のような条件で、精留すべ
き空気によって供給される。
【００２０】精留すべき空気の全量は、中圧精留塔８の
中圧より高いが、高圧よりは低い圧力に空気圧縮機１に
よって圧縮される。次いで１８で予冷され、１９で大気
温度付近まで冷却された空気は、吸着筒の一方、例えば
２Ａ内で精製されて、タービン４によって駆動されるブ
ースター５によって全体として高圧に過圧される。
【００２１】それから空気は熱交換器６の温端部に導入
され、全体として中間温度まで冷却される。この温度
で、空気の一部はその冷却を続け、熱交換器６の通路２
０で液化され、次いで膨張弁２１で低圧に膨張されて、
低圧精留塔９の中間高さに導入される。空気の残部又は
過剰な空気は膨張タービン４によって中圧に膨張され、
次いで管路２２を経て中圧精留塔８の底部に直接導入さ
れる。
【００２２】さらに図１には、複式精留塔設備の通常の
管路群が認められ、この図示の設備はいわゆる“尖塔”
式と呼ばれる種類の、すなわち低圧の窒素の製造を伴う
種類のものである。管路群の管路２３〜２５は、それぞ
れ下から膨張された“リッチ液体”（酸素富化空気）、
膨張された“低プアー液体”（不純窒素）、及び膨張さ
れた“高プアー液体”（事実上の純窒素）を低圧精留塔
９の各高さに注入し、これら３種類の液体はそれぞれ、
中圧精留塔８の底部、中間点及び頂部から取出されたも
のであり、管路２６は低圧精留塔９の頂部からガス状窒
素を取出し、管路２７は低プアー液体の注入高さから廃
ガス（不純窒素）を排出する。
【００２３】低圧の窒素は、熱交換器６の通路２８で加
熱され、次いで管路２９を経て排出され、一方熱交換器
の通路３０で加熱後の廃ガスは、管路３１を経て排出さ
れる前に、吸着筒の一方、この実施例では吸着塔２Ｂを
再生するのに用いられる。
【００２４】図１にはまた、中圧液体窒素の一部が、膨
張弁３２での膨張後タク１３に貯蔵され、液体窒素及び
／又は液体酸素の製品が、管路３３（窒素用）及び／又
は管路３４（酸素用）を経て供給されることが見られ
る。過圧される空気圧力の選択によって二つのケースが
区別される。
【００２５】酸素の高圧が約１３バール以下のとき、こ
の空気圧力は、高圧下で気化中の酸素との熱交換によっ
て空気が凝縮する圧力、すなわち熱交換グラフ（横軸に
温度、縦軸に交換熱量）での空気液化の屈曲部Ｇの圧力
であり、高圧下での酸素気化の垂直段階Ｐのわずかに右
方に位置する（図３）。
【００２６】熱交換系の温端部における温度の隔たり
は、膨張タービンによって調整され、その吸入温度はＡ
で示されている。したがって熱交換の非可逆性は最小で
ある。このような空気圧力は、図２のカーブ左方の部分
Ｃ１の高圧に応じて保持される。
【００２７】図２に見られるように、ほぼ１３バールの
高圧は、ほぼ３０バール（さらに正確には２８．５バー
ル）とこのように対応する。高圧が１３バール以上のと
きは、図２のカーブの右方部分Ｃ２に示されたように、
この高圧がどうであってもほぼ３０バールの空気圧力が
選ばれる。
【００２８】第１のケース（約１３バール以下の高圧）
では、液状での酸素及び／又は窒素の製造は、熱交換器
６で冷いガス状製品の不足を招くことになり、タービン
４への吸入温度が比較的高くなる。この現象は、このタ
ービンによる大きな寒冷生産を招き、このことは大量の
液状酸素及び／又は窒素を設備において製造可能とし、
投資の面で特に有利である。
【００２９】第２のケース（約１３バール以上の高圧）
では、図を見ると、酸素の圧力はカーブＣ１の延長部Ｃ
３にはもはや見られない。したがって空気液化の屈曲部
Ｇは酸素の気化段階Ｐに対して左方にずらされ、タービ
ンの吸入温度は段階Ｐの温度より低くなる。
【００３０】したがってタービンにかけられる空気の主
要部分は中圧で液状となり、設備の寒冷収支は、管路３
３及び／又は３４を経て少くとも液状の製品（酸素及び
／又は窒素）を設備から取出すことによって、温端部で
ほぼ３℃の温度の隔たりをもって平衡となる。空気圧力
がほぼ３０バールのとき、この平衡は、高圧下のガス状
酸素製品のほぼ２５％の液体を取出すことによって得ら
れる。
【００３１】変形では、約３０バールとカーブＣ３との
間に含まれる、すなわち図２の区域Ｂ内に含まれる空気
圧力を選ぶことができる。そのとき上記の平衡を達成す
るために、さらに大量の液体を排出しなければならな
い。
【００３２】したがってすべての酸素圧力範囲で、１基
の空気圧縮機をもった設備が用いられ、これは投資を減
少させ、空気の全量を酸素気化圧力に圧縮するための余
分のエネルギーを液体の製造に役立てている。
【００３３】図示されない変形では、計算によって容易
に定めることのできる圧力及び流量の範囲で、中圧精留
塔８頂部から、又はその場所かタンク１３内で液体窒素
を吸入するようなポンプ１４による取出しによって所望
の圧力に液体窒素を保ち、この液体窒素を熱交換器６の
気化−加熱の適当な通路を通過させることによって、同
様なやり方で追加としてガス状窒素を製造することがで
きる。
【００３４】図５の熱交換グラフのみで示された他の変
形では、製造されたガス状酸素の一部を、ある圧力下で
熱交換器６の適当な他の通路で気化することによって、
この異なる他の高圧のものとすることができる。２種類
の高圧が、一方は約１３バール以下で、他方は約１３バ
ール以上であるとき、空気の全量は、液化の屈曲部Ｇが
低い方の高圧下の酸素の気化段階Ｐ１と向い合ってお
り、タービンの吸入温度（点Ａ）が高い方の高圧下の酸
素の気化段階Ｐ２の温度より高いようなすべての場合
に、約３０バール（又は上に説明されたようにそれ以
上）に圧縮されるのが好ましい。この場合、エネルギー
の点では非常に好ましい十分に狭い熱交換グラフが得ら
れる。
【００３５】他の変形では、製造された酸素が低い純度
（ほぼ９０〜９８％）ならば、処理される空気流量のほ
ぼ１０〜２５％の部分を中圧から低圧に膨張する第２膨
張タービン（図示せず）を備えることができ、こうして
得られた低圧空気は低圧精留塔９に吹込まれる。
【００３６】酸素の高圧が約１３バール以下ならば、空
気のこの部分は、温度が十分に高い膨張タービン４の吐
出側から取ることができる。逆の場合には、前記空気部
分は中圧精留塔８の液溜め部で採取されるか、又はター
ビン４から取られて液相を分離され、膨張前に加熱され
る。
【００３７】この変形は中圧での液体の製造、したがっ
て設備の運転圧力すなわち空気の高圧をわずかに減らす
ことによって全液体の製造を増やすことができる。
【００３８】さらに膨張タービン４がブースター以外の
装置によってブレーキをかけられることも理解される。
この場合、ブースター５は除かれ、空気圧縮機１が、空
気の全量をさらに高く定められた高圧に直接圧縮する。
【００３９】図６に図示された設備は、少くとも約１３
バール、この実施例では３５バールの圧力のガス状酸素
を製造するためのものである。この設備は、複式精留塔
４１、主熱交換系４２、過冷却器４３、単一の空気圧縮
機４４、空気過圧ブロワー４５、羽根車がブロワー（ブ
ースター）４５の軸と同じ軸に取りつけられた膨張ター
ビン４６、電気モータ４８によって駆動される補助ブロ
ワー４７及び液体酸素ポンプ４９を主として有してい
る。
【００４０】複式精留塔は従来のように、大気圧よりわ
ずかに高い圧力で運転する低圧精留塔５１を載置した約
６バールで運転する中圧精留塔５０と、低圧精留塔９の
液溜め部には、低圧精留塔液溜め部の液体酸素を中圧精
留塔頂部の窒素と熱交換関係にする蒸発−凝縮器５２を
有する。
【００４１】運転中、空気圧縮機４４によってほぼ２３
バールに全体として圧縮され、吸着器４４Ａで精製され
た精留すべき空気は、ブースター４５によって全量がほ
ぼ２８バールの第１の高圧に過圧され、次いで二つの流
れに分割される。
【００４２】第１の流れは、この第１の高圧下に熱交換
系４２の通路５３において冷却される。この第１の流れ
の一部はその冷却を熱交換系の冷端部まで続けて液化さ
れ、次いでそれぞれ膨張弁５４及び５５で中圧及び低圧
に膨張され中圧精留塔５０及び低圧精留塔５１に分けら
れる。第１の流れの残部は、中間温度Ｔ１で熱交換系か
ら取出され、膨張タービン４６で中圧に膨張されて、中
圧精留塔５０の底部に導入される。
【００４３】過圧された第２の流れは、補助ブロワー４
７によってほぼ３５ないし４０バールの第２の高圧に再
び過圧され、次いで熱交換系の冷端部まで通路５６内で
冷却され液化される。こうして得られた液体は膨張弁５
７で膨張されて中圧精留塔５０に送られる。
【００４４】ここでは、エネルギー消費量、処理ガス流
量及び圧縮率が設備の主空気圧縮機４４より、例えばほ
ぼ２〜３％明らかに少ない単一羽根車式の圧縮機が、
“ブースター”又は“ブロワー”と呼ばれている。その
ようなブロワーの圧縮率は一般に２以下である。ここで
問題としている各ブロワーはその出口に、図示しない水
冷式又は空冷式冷却器を有する。
【００４５】低圧精留塔５１の液溜め部から取出された
液体酸素は、ポンプ４９によって所望の製品圧力までも
たらされ、製品管路５９を経て装置から排出される前
に、熱交換系の通路５８内で気化され加熱される。
【００４６】さらに図６の設備には、複式精留塔式設備
の通常の管路及び付属品、すなわち中圧精留塔５０の液
溜め部に集められた“リッチ液体”（酸素富化空気）を
低圧精留塔５１に上昇させる、膨張弁６１をもった管路
６０、中圧精留塔５０の頂部から取り出された“プアー
液体”（ほとんど純窒素）を低圧精留塔５１の頂部に上
昇させる、膨張弁６３をもった管路６２、さらに低圧精
留塔５１の液溜め部にあけられた製品液体酸素管路６
４、管路６２にあけられた製品液体窒素管路６５、低圧
精留塔５１の頂部にあけられた、設備の残ガスを構成す
る不純窒素取出し管路６６が見られ、この不純窒素は過
冷却器４３、次いで熱交換系の通路６７で加熱されて、
管路６８から排出される。
【００４７】図７に見られるように、膨張タービン４６
の流入温度Ｔ１は製造圧力下の酸素の気化部分６９の温
度より低く、設備の寒冷収支は、熱交換系の温端部での
温度の隔たりを小さく保つため、図１ないし図５につい
て上に説明されたように、管路６４及び／又は管路６５
を経てある量の液体酸素及び／又は液体窒素を取出すこ
とによって平衡にされる。空気圧縮機４４の送出空気圧
力がほぼ２３バールのとき、この平衡は処理空気流量の
ほぼ５％の液体を取出すことによって得られる。
【００４８】さらに前記した第２の高圧は、一方では製
造圧力下で気化中の酸素との熱交換による空気の凝縮圧
力より低く、他方ではこの第２の高圧に保たれた空気が
Ｔ１付近の温度で凝縮を開始するように選ばれる。これ
は温度Ｔ１付近での大量のカロリーの投入を確実にし、
膨張タービン４６が良好な条件で、すなわち、熱交換系
の両端部での、そして気化部分６９の場所での最適な温
度の隔たりをほぼ２〜３℃に保つことによって、羽根車
の入口で液体を生成することなしに運転するのを可能に
する。
【００４９】通路５６内で液化された過圧空気の流量
が、酸素を気化させるのに必要な流量よりも非常に少い
ことは注目すべきである。この液化された空気の流量は
実際、気化すべき酸素の流量より少く、膨張タービン４
６の入口に液体の出現するのを妨げるのに丁度十分であ
る。
【００５０】設備のパラメータは、空気の第２の高圧が
超臨界であるようなものであるならば、温度Ｔ１付近で
生じるべき空気の擬凝縮がある。
【００５１】図８の実施態様では、設備の空気圧縮機４
４は、空気の全量をほぼ２３バールの第１の高圧に直接
圧縮し、この空気の第１の流れは前記のように通路５
３、膨張タービン４６及び膨張弁５４で処理され、次い
で中圧精留塔５０の底部に送られる。
【００５２】他方、この空気の残部は直列に取りつけら
れた二つのブロワー、すなわち図６のブロワー４５のよ
うに膨張タービン４６に直接接続されている第１ブロワ
ー７０及び第２膨張タービン７２と直接接続された第２
ブロワー７１によって２段階で過圧される。７０で過圧
された空気は、ブロワー７１次いで熱交換系４２の通路
５６内を通過し、この空気の一部は、膨張タービン７２
で膨張されるように温度Ｔ１より高い温度Ｔ２で熱交換
系から取出される。この膨張タービンの中圧の吐出側
は、膨張タービン４６の吐出側のように中圧精留塔５０
の底部に接続される。
【００５３】膨張タービン７２で膨張されなかったさら
に高圧の空気は、熱交換系の冷端部までその冷却を続
け、通路５６で液化され、次いで膨張弁５７、５７Ａで
膨張され、中圧精留塔５０及び低圧精留塔５１に分けら
れる。膨張弁５７Ａは図６の膨張弁５５の代りである。
【００５４】図９に見られるように、酸素気化の部分６
９のわずかに上に温度Ｔ２が選ばれる。膨張タービン７
２で膨張された比較的わずかな流量の空気を考慮して、
液体酸素の加熱カーブ及び温度Ｔ２から最高圧力下の空
気の凝縮又は擬凝細の屈曲部７３までのガス状窒素の加
熱カーブとほとんど平行な空気の冷却カーブが得られ
る。
【００５５】図１０の設備は、次の点で図８の設備と異
なる。一方では、第１の高圧下に冷却された空気の全量
が膨張タービン４６で膨張される。すなわち通路５３が
温度Ｔ１のレベルで中断され、膨張弁５４が除かれる。
【００５６】他方では、二つのブロワー７０及び７１の
間で採取される空気流れは、熱交換系の補充通路７４で
その冷端部まで冷却され液化されて、次いで膨張弁７５
で中圧に膨張され中圧精留塔５０の底部に送られる。
【００５７】変形では混合線で示されたように、膨張タ
ービン７２は、通路７４内を流れる空気を供給され、そ
のとき通路７４は温度Ｔ２で中断される。そのとき膨張
弁７５は除かれ、通路５６内を流れる空気は通路５６内
で全体的に液化され、次いで膨張弁５７で中圧に膨張さ
れる。
【００５８】もちろん上記二つの変形の組合せも考える
ことができる。他の変形では図１０に破線で示されたよ
うに、もっとも高い空気の圧力は、ブロワー７１から出
た空気を電気モータ７７によって駆動される補助ブロワ
ー７６を通過させることによって高められる。
【００５９】図１１に図示された設備は、図８の設備の
一変形である。この設備は、二つの膨張タービン４６及
び７２の吐出側が相分離器７８内に通じ、この相分離器
の液相及び気相の一部が中圧精留塔５０の液溜め部に送
られ、気相の残部が、熱交換系の通路７９での部分加熱
後、適当なブレーキ８１によってブレーキをかけられる
補助膨張タービン８０で低圧に膨張されるという以外は
図８の設備とは異ならない。補助膨張タービン８０から
取出される低圧空気は、管路８２を経て低圧精留塔５１
内に吹込まれる。この方法は、製造される圧力下のガス
状酸素が低純度（９９．５％以下）であるときに利用で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス状酸素製造設備のフローシー
ト。
【図２】本発明による空気の高い圧力に比例した酸素気
化圧力の変化を示すグラフ。
【図３】本発明による設備の一つの利用と対応する熱交
換のグラフ。
【図４】同じく第２の利用と対応する熱交換のグラフ。
【図５】同じく第３の利用と対応する熱交換のグラフ。
【図６】本発明による他のガス状酸素製造設備のフロー
シート。
【図７】横軸に温度（℃）及び縦軸に熱交換系における
熱交換エンタルピーをとった、図６の設備と対応する熱
交換のグラフ。
【図８】本発明による設備の他の実施態様の図６と同様
なフローシート。
【図９】図８の実施態様と対応する図７と同様のグラ
フ。
【図１０】本発明による設備の一変形態様のフローシー
ト。
【図１１】本発明による設備の他の変形態様のフローシ
ート。
【符号の説明】
１、４４ 空気圧縮機 ２、４４Ａ 空気精製装置 ３ タービーンブースター ４、４６、７２ 膨張タービン ５、４５、７０、７１ ブースター（ブロワー） ６、４２ 熱交換器（系） ７、４１ 複式精留塔 ８、５０ 中圧精留塔 ９、５１ 低圧精留塔 １０、５２ 蒸発凝縮器 １１ 液体酸素タンク １２、４９ 液体酸素ポンプ １３ 液体窒素タンク １４ 液体窒素ポンプ １８ 予冷器 １９ 冷却器 ２１、３２、５４、５５、５５Ａ、５７、６１、６３、
７５ 膨張弁 ４３ 過冷却器 ４７、７６ 補助ブロワー ４８、７７ 電気モータ ７８ 相分離器 ８０ 補助膨張タービン ８１ ブレーキ

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複式精留塔（７）式設備における空気の
    精留、低圧精留塔（９）の液溜め部から取出された液体
    酸素の圧縮（１２）、及び設備の熱交換系（６）におけ
    る空気の高圧に保たれた空気との熱交換による圧縮液体
    酸素の気化によって酸素の高圧下のガス状酸素を製造す
    る方法において、精留すべき空気の全量を空気の高圧ま
    で圧縮し、冷却の中間温度で、熱交換系の寒冷必要量と
    比べて過剰である前記空気の一部を空気ブースター
    （５）によってブレーキーをかけられる膨張タービン
    （４）で中圧精留塔（８）の圧力に膨張し、少くとも１
    種類の液体製品を設備から排出することを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】 約１３バール以下の酸素の高圧に対し
    て、空気の高圧として、酸素の高圧下で気化中の酸素と
    の熱交換による空気の凝縮圧力を選ぶことを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 約１３バール以上の酸素の高圧に対し
    て、空気の高圧として、酸素の高圧がどうであっても、
    酸素の高圧下で気化中の酸素との熱交換による空気の凝
    縮圧力より低く、少くとも約３０バールと等しい圧力を
    選ぶことを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 空気の高圧が３０バール付近であり、排
    出される液体製品の流量が、酸素の高圧下で製造された
    ガス状酸素のほぼ２５％であることを特徴とする請求項
    ３記載の方法。
  5. 【請求項５】 それぞれが約１３バール以下及び以上の
    ２種類の異なる酸素の高圧下でのガス状酸素の製造に対
    して、一方では酸素の最高圧力下で気化中の酸素との熱
    交換による空気の凝縮圧力より低く、他方では約３０バ
    ール、特に３０バール付近の空気の高圧と等しく、いず
    れの場合も酸素の最低圧力下で気化中の酸素との熱交換
    による空気の凝縮圧力より高い独自の空気の高圧に圧縮
    された空気との熱交換によって、圧縮された液体酸素の
    二つの流れを気化することを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 空気を２段階で圧縮し、最終段階が膨張
    タービン（４）によって駆動されるブースター（５）に
    よって行われることを特徴とする請求項１ないし５のい
    ずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 複式精留塔（７）から取出され、場合に
    よってはポンプ（１４）によって圧縮された圧力下の液
    体窒素を、熱交換系（６）において空気の高圧にある空
    気との熱交換により気化することを特徴とする請求項１
    ないし６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 中圧空気の一部が、場合によっては液相
    の分離後、第２膨張タービンで低圧に膨張され、低圧精
    留塔（９）内に吹込まれることを特徴とする請求項１な
    いし７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 低圧に膨張される空気が、中圧精留塔
    （８）液溜め部から採取されることを特徴とする請求項
    ８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 低圧精留塔と中圧精留塔を含む複式空
    気精留塔（７）、低圧精留塔（９）の液溜め部から取出
    された液体酸素の圧縮ポンプ（１４）、精留すべき空気
    の一部を空気の高圧にもたらすための空気圧縮手段
    （１、５）、及び空気の高圧にある前記空気の一部を圧
    縮された液体酸素と熱交換するための熱交換系（６）を
    有する種類の、酸素の高圧下のガス状酸素を製造する設
    備において、前記空気圧縮手段（１、５）が精留すべき
    空気の全量を処理するように備えられること、設備が、
    一方では空気ブスーター（５）によってブレーキをかけ
    られる膨張タービン（４）を有し、膨張タービンの吸入
    側が熱交換系（６）の中間点で空気の冷却通路（２０）
    と接続され、前記膨張タービン（４）の吐出側が中圧精
    留塔（８）と直接接続され、他方では少くとも１種類の
    液体製品を排出する手段（３３、３４）を有することを
    特徴とする設備。
  11. 【請求項１１】 前記空気圧縮手段（１、５）が設備の
    主空気圧縮機（１）及び膨張タービン（４）と接続され
    たブースター（５）によって構成されていることを特徴
    とする請求項１０記載の設備。
  12. 【請求項１２】 熱交換系（６）が、空気の高圧にある
    空気との熱交換によって、複式精留塔（７）から取出さ
    れた液体窒素を気化する通路、及び場合によっては熱交
    換系の上流に配置された液体窒素圧縮ポンプ（１４）を
    有することを特徴とする請求項１０記載の設備。
  13. 【請求項１３】 中圧空気の一部を低圧に膨張する第２
    膨張タービン及びこうして膨張された空気を低圧精留塔
    （９）内に吹込む手段を有することを特徴とする請求項
    １０ないし１２のいずれか１項に記載の設備。
  14. 【請求項１４】 低圧精留塔（５１）と中圧精留塔（５
    ０）とを含む複式精留塔式設備における空気の精留、低
    圧精留塔（５１）の液溜め部から取出された液体酸素の
    圧縮（４９）、及び中圧より明らかに高い高圧に保たれ
    た空気との熱交換による圧縮された液体空気の気化（４
    ２）によって、少くとも約１３バールの酸素の高圧下の
    ガス状酸素を製造する方法において、− 精留すべき空気の全量を中圧より明らかに高い第１
    の高圧に圧縮し、− 前記第１の高圧下の前記空気の第１の部分を冷却
    （５３）し、冷却の中間温度で少くともその一部を複式
    精留塔（４１）に導入する前に膨張タービン（４６）で
    中圧に膨張し、− 第１の高圧下の前記空気の残部を第２の高圧に過圧
    し、その流量が気化すべき液体酸素の流量以下である前
    記過圧された空気の少くとも一部を冷却、液化（５６）
    し、次いで膨張（５７；５７、５７Ａ）後、複式精留塔
    （４１）に導入し、− 第２の高圧が、一方では酸素の高圧下で気化中の酸
    素との熱交換による空気の凝縮又は擬凝縮の圧力以下で
    少くとも約３０バールと等しい圧力であり、他方ではこ
    の第２の高圧下での空気の凝縮又は擬凝縮が膨張タービ
    ン（４６）の流入温度付近で起こるように選ばれ、− 少くとも１種類の液体製品（６４、６５）を設備か
    ら排出することを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】 前記過圧が、２以下の圧縮率を有する
    ブースター（４７）によって行われることを特徴とする
    請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 ブースター（４７）が、外部エネルギ
    ー源（４８）によって駆動されることを特徴とする請求
    項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記過圧が、第１の高圧下の空気を膨
    張する膨張タービン（４６）と接続された第１ブースタ
    ー（７０）及び過圧された空気の一部を膨張する第２膨
    張タービン（７２）と接続された第２ブースター（７
    １）の、それぞれ膨張タービン（４６、７２）と接続さ
    れた直列の２基のブースターによって行われ、第２膨張
    タービン（７２）の流入温度が、第１膨張タービン（４
    ６）の流入温度より高いことを特徴とする請求項１４記
    載の方法。
  18. 【請求項１８】 空気の流れが、２基のブースター（７
    ０、７１）の間で採取され、少くともその一部が冷却、
    液化（７４）され、膨張（７５）後、複式精留塔（４
    １）内に導入されることを特徴とする請求項１７記載の
    方法。
  19. 【請求項１９】 前記過圧が、第１の高圧下の空気を膨
    張する膨張タービン（４６）と接続されたブースター
    （７０）によって行われ、過圧された空気の第１の部分
    が、過圧された空気の残部を供給される第２ブースター
    （７１）と接続された第２膨張タービン（７２）で膨張
    され、第２ブースター（７１）から出た空気が冷却、液
    化され、次いで膨張（５７）後、複式精留塔（４１）内
    に導入されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
  20. 【請求項２０】 第２ブースター（７１）から出た空気
    が、外部エネルギー源（７７）によって駆動される第３
    ブースター（７６）によって再び過圧されることを特徴
    とする請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 膨張タービン又は各膨張タービン（４
    ６、７２）から出た空気のガス相の一部が、補助膨張タ
    ービン（８０）で低圧に膨張され、次いで低圧精留塔
    （５１）内に吹込まれることを特徴とする請求項１４な
    いし２０のいずれか１項に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 低圧精留塔（５１）と中圧精留塔（５
    ０）とを含む複式空気精留塔（４１）、低圧精留塔（５
    １）の液溜め部から取出された液体酸素の圧縮ポンプ
    （４９）、精留すべき空気を中圧より明らかに高い空気
    の高圧にもたらすための圧縮手段（４４、７０、７
    １）、及び高圧にある空気を圧縮された液体酸素と熱交
    換関係にするための熱交換系（４２）を有する種類の、
    少くとも約１３バールの酸素の高圧下のガス状酸素を製
    する設備において、前記圧縮手段（４４、７０、７１）
    が、精留すべき空気の全量を中圧より明らかに高い第１
    の高圧にもたらす圧縮機（４４）と、第１の高圧下の空
    気の一部を過圧する過圧手段（７０、７１）を有し、こ
    れらの過圧手段が、第１の高圧下の空気を膨張する膨張
    タービン（４６）と接続されている第１ブースター（７
    ０）及び過圧された空気の一部を膨張する第２膨張ター
    ビン（７２）と接続されている第２ブースター（７２）
    の、それぞれ膨張タービン（４６、７２）と接続された
    直列の２基のブースター（７０、７１）を有し、第２膨
    張タービン（７２）の流入温度が第１膨張タービン（４
    ６）の流入温度より高く、設備がまた、少くとも１種類
    の液体製品を設備から排出する手段を有することを特徴
    とする設備。
  23. 【請求項２３】 ２基のブースター（７０、７１）の間
    で空気の流れを採取する手段及び前記空気の流れの少く
    とも一部を冷却、液化、膨張し、複式精留塔（４１）内
    に導入する手段（７４、７５）を有することを特徴とす
    る請求項２２記載の設備。
  24. 【請求項２４】 第２ブースターの後に直列に設けら
    れ、外部エネルギー源（７７）によって駆動される第３
    ブースター（７６）を有することを特徴とする請求項２
    ２又は２３記載の設備。
  25. 【請求項２５】 前記膨張タービン（４６、７２）を出
    た空気のガス相の一部を低圧に膨張する補助膨張タービ
    ン（８０）及び前記ガス相の一部を低圧精留塔（５１）
    に吹込む手段（８２）を有することを特徴とする請求項
    ２２ないし２４のいずれか１項に記載の設備。
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