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JPS58194711A - 高圧状態でガス状酸素を回収する方法及び装置 - Google Patents

高圧状態でガス状酸素を回収する方法及び装置

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JPS58194711A
JPS58194711A JP58074138A JP7413883A JPS58194711A JP S58194711 A JPS58194711 A JP S58194711A JP 58074138 A JP58074138 A JP 58074138A JP 7413883 A JP7413883 A JP 7413883A JP S58194711 A JPS58194711 A JP S58194711A
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heat exchanger
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Linde GmbH
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧状態で空気を低温精溜してガス状酸素を回
収するに際し、空気を圧縮し、浄化し、少なくとも一部
第一の熱交換装置内で分離生成物との熱交換により冷却
し、精溜塔に導入するとともに第二のガス流をさらに高
圧に圧縮し、第二の熱交換装置内で分離生成物との熱交
換により冷却し、膨張させ、同様に精溜塔に導入し、そ
の際に酸素を液状にて精溜塔から引出し、所望の圧力に
圧縮し、前記さらに高圧に圧縮したガス流との熱交換に
より蒸発させて加熱するようになしたガス　　　　ｊ’
１状酸素の回収方法及びこの方法を実施する装置に関す
る。
このような方法は西独国公開公報第２５５７４５３号に
よって公知である。酸素は液状にて精溜塔から引出され
、液状にて消費者によって望まれた高圧に圧縮されて引
続き蒸発され、加熱されるのである。こ＼で言う高圧と
は大気圧よりも高い圧力のことである。酸素を蒸発させ
加熱するのに必要な熱量は圧縮された空気流から供給さ
れる。種々の異なる物理的特注のために熱交換の際の酸
素及び空気の温度の経過は異なる。第二の熱交換装置の
低温端には比較的大ぎい温度差が生ずるが、このことは
エネルギー損失を意味する。
このような［内部圧縮Ｊ　（Ｉｎｎｅｎｖｅｒｄｉｃｈ
ｔｕｎｇ）として知られる高圧状態で酸素を作る方法は
エネルギー的に比較的高価である。しかしながらこのよ
うな方法は酸素の外部圧縮（Ａｕｓｓｅｎｖｅｒｄｉｃ
ｈｔｕｎｇ）によるエネルギー的に良好な方法、すなわ
ち酸素が実質的に無圧状態でガス状で精溜塔から引出さ
れ、加熱され、所要の供給圧力に圧縮される方法に比し
て、液状の酸素を圧縮する方が遥かに燃焼の危険を少な
くして行〜・得る利点があるのである。
本発明の目的は、酸素を回収する時のエネルギー消費が
減少された冒頭に述べた種類の方法を提供することであ
る。
上述の目的は本発明の特徴によって分離されるガスの第
三の部分流を分離生成物との熱交換により冷却すること
によって達成されるのである。
本発明による方法の望ましい構成においては第三のガス
流として圧縮され、浄化された空気の一部が第一の熱交
換装置内で冷却され、少なくとも一部第一の熱交換装置
の中間位置から引出されて仕事をして膨張され、第二の
熱交換装置の中間位置から第一の熱交換装置の中間位置
に伝達されるのである。
この方法においては第二の熱交換装置の低温端にて自由
に得られる余剰の熱は寒冷を作るのに利用される。第二
の熱交換装置の中間位置において熱を排出させることに
よって低温端における温度差が低減される。引出された
熱量は第一の熱交換装置に導入され、こ＼で低温部分に
加熱用の少量の空気が要求されるのである。流入空気の
この部分は冷却の完了前に第一の熱交換装置から引出さ
れる。この第三のガス流として示される空気の部分流は
仕事をして膨張され、その際に寒冷が発生する。膨張の
際の入口温度は第二の熱交換装置の最も狭い温度差によ
って決定され。
さらに他の生成物流として精溜塔がらの低圧ガス流特に
窒素が加熱のために両方の熱交換装置を通して導かれる
ような方法においては本発明による第一の熱交換装置に
おける附加的な熱の供与によって第二の熱交換装置内の
より少量のガス量のために一層多量のガス量が流過され
得るようになり、これによって、比較的高圧に圧縮され
ている第二の熱交換装置内の第二のガス流の量も減少さ
れ得るのである。これによって附加的なエネルギー節約
が可能となる。さらに流量の減少により第二の熱交換装
置の高温端におけるエネルギー損失が減少する。
本発明による方法の有利な構成によって第三のガス流（
ま冷却の前にさらに圧縮されるのである。
このようにさらに圧縮を行うことは一方ではさらに大き
い圧力勾配を生じさせ、これによってガス量が少なくと
も同じ冷凍能力を４晃、流入空気の主圧縮機を小さくで
きるのである。さらに他の利として、膨張の際にさらに
低温を得ることができ、精溜歩留が改善されるのである
。
目的に適するように第三のガス流は膨張後に精溜塔及び
／或いは精溜塔から引出される窒素に導入されるのであ
る。
本発明による方法の望ましい構成においては、第三のガ
ス流は第一の熱交換装置から実質的に熱の導入が行われ
る位置で引出されるのである。
本発明の目的を達成するために本発明の対象の修正形態
によれば第二の部分流を仕事をさせて膨張させるのが良
いことが証明されている。
仕事を行う膨張は、主空気、圧縮機にて少量の空気が圧
縮されるだけでよいようになす利点が得られる。これと
異なり、仕事を行う膨張に関連して多量の寒冷を発生さ
せ得ることは、第−及び／或いは第二の熱交換装置の高
温端、したがって低温端における温度差をさらに大ぎぐ
するのに利用されることができ、これによって第二のガ
ス流の量を減少させることができるのである。
本発明による方法のさらに他の構成においては、熱の伝
達のために圧縮された第二のガス流の一部が冷却の完了
前に精溜塔がもの第一の熱交換装置内で加熱されるべき
ガス流の一部との熱交換により冷却されるようになすこ
とが提案される。
熱を排出する第二の部分流は本発明の方法の条件にした
がって第二のガス流の残余の部分に特に望ましくは第二
の熱交換装置を出た後で再び導入されるか、またはこの
残余の部分とは別個に精溜塔に導入されるのである。熱
を受取る方のガス流は熱を受取った後で第一の熱交換装
置の中間位置に導入され、このガス流が取出された前記
残余の部分とともに、またはこれとは別個に加熱される
。
本発明による方法のさらに他の有利な構成においては、
第二のガス流の圧縮が二段で行われ、その際両方の段の
間で部分流が分岐され、第二の熱交換装置内で冷却され
、熱交換の完了前に仕事をして膨張され、精溜塔に導入
される。
第二のガス流を分岐することは、膨張機械の入口圧力を
、第二のガス流の二つの部分流が仕事をして膨張する際
にそれぞれ最良の値となし得る利点を与える。
本発明の対象のさらに他の有利な構成においては最終的
な圧力に圧縮された第二のガス流の一部が熱交換の完了
前に分岐され、仕事をして膨張され、精溜塔に導入され
るのである。
このように分岐された部分流は、第二のガス流の第二の
熱交換装置の低温端にて引出された第二のガス流の残余
の部分よりも高い入口温度で膨張されるのである。これ
によって冷凍能力が向上され、さらに膨張の際に湿った
蒸気の範囲が回避されるのである。さらに附加的な利点
として、第二の熱交換装置の低温端には小さい温度差し
が生じない。
また本発明による方法のさらに他の構成によれば精溜塔
からの窒素をそれぞれ一部を第−及び第　　　、ｊ二の
熱交換装置を通して導き、窒素の一部を第二の熱交換装
置の中間位置から引出して第一の熱交換装置の中間位置
の窒素に導入するのが目的に適していることが証明され
ている。
本発明の方法の種々の実施態様により第二のガス流は分
離される空気の部分流となされるか、または精溜塔の高
圧段からのガス流となされる。
前記第一の場合には第二のガス流は第一の熱交換装置の
前で分岐される。第二の場合にはガス流が高圧段から引
出され、これの窒素部分が空気の窒素部分と同じか、ま
たは大きくなされ、両方の熱交換装置の一方または両方
の熱交換装置内を並列に導かれ、引続き圧縮されるので
ある。
さらにエネルギーを節約するために、第二及び／或いは
第三のガス流の膨張の際に得られる仕事がその後の圧縮
に利用されるのである。
本発明による方法の望ましい構成においては第三の部分
流として第二のガス流の一部が利用され、その際第二の
ガス流が二つの部分流に分岐され、これらの部分流が互
に別々にそれぞれ異なる圧力で第二の熱交換装置内で冷
却され、また低圧の部分流が高圧の部分流よりも高温で
熱交換装置から引出され、仕事をして膨張され、精溜塔
に導かれるのである。
本発明により、酸素の蒸発に利用される高圧流は圧力の
異なる二つの部分流に分割され、これらの部分流が互に
別々に熱交換装置を通して導かれるのである。このよう
な仕方によって圧縮エネルギーの本質的な変更を伴わず
に両方の部分流の量及び圧力を変化され得るのである。
特に低圧の部分流の圧力及び量は仕事を行う膨張が膨張
機械への酸素供給圧力によって決定される入口温度に関
係して最良の条件で行われるように選ばれ、すなわち最
大効率の得られる圧力範囲に選ばれることができる。同
時に本発明により低圧の部分流を早期に引出すことによ
って第二の熱交換装置の低温端に存在する過剰の熱、し
たがってエネルギー損失が低減される。高圧に圧縮され
た部分流の圧力は広範囲に変化可能であって、これによ
って酸素供給圧力も広範囲に変化可能である。
本発明の方法の一つの特徴によって、高圧の部分流は冷
却後に仕事をして膨張される。その際に圧縮エネルギー
が最大限に利用される。両方の部分流を別々に膨張させ
ることによる冷凍能力は熱交換装置の高温端における温
度差を比較的大となすことを可能とし、これによって圧
縮された空気の所要量が少なく保持され得るのである。
さらに寒冷発生のための附加的な空気の圧縮が不要にな
り、すなわち空気の全量が所望の分離生成物に関係して
最少限になされる。その結果として主空気圧縮機及び浄
化段が極めて小さい寸法となるのである０ 低圧の部分流が第一の圧縮段から出た後で冷却前に圧縮
されるのが目的に適している。このことは膨張の際に解
放されろエネルギーを最大限に利用し、これによって所
望の圧力に圧縮するためのエネルギー所要量を低下させ
る目的を有する。本発明によって高圧で熱交換装置を通
して導かれる他方の部分流は引続（圧縮段でさらに圧縮
される。
この場合圧力及び流過量は、圧縮機が最良の作動状態で
作動できるように圧縮機において調節されることができ
る。何故ならば空気及び酸素は互に間接的にしか関連さ
れないからである。この利点は特に酸素供給圧力を一定
の高圧に保つ場合の部分負荷駆動にも当てはまる。
低圧の部分流の圧力は本発明による方法の一つの特徴に
より１０バールないし６０バールの間に定められる。望
ましい圧力範囲は２０バールないし４０バールの間であ
る。それぞれの圧力は酸素の圧力に関係する。
本発明による方法の望ましい構成により低圧の部分流が
高圧の部分流と酸素との間の温度差が最小の範囲にて第
二の熱交換装置から引出される場合有利であることが証
明されている。
冒頭に述べた物理的な事実により、第二の熱交換装置の
端部における温度差は比較的大きく、熱交換装置の中間
位置で最小限になる。これが低圧に圧縮された部分流の
望ましい引出し位置である。
温いガスを引出すことによって熱交換装置の低温端の温
度差が小さくなり、したがってこの方法におけるエネル
ギー所要量も小さくなる。
本発明の対象の望ましい構成においては両方の部分流の
一方及び／或いは両方の膨張の際に行われる仕事は両方
の部分流の一方または両方の後の圧縮に利用されるので
ある。一方または両方の膨張機械の一方または両方の後
圧縮機との連結はエネルギー投入量を低減させる。
本発明の対象の有利な構成により一方の熱交換装置の中
間位置からの熱が他方の熱交換装置の中間位置に伝達さ
れる。この熱交換は間接的またはガス流を一方の熱交換
装置から他方の熱交換装置に直接伝達することにより行
われる。この仕方は熱交換装置の温度差を最良の状態に
なすのに甚だ効果がある。
本発明の対象のさらに他の構成においては、圧縮され、
浄化された空気が第一の熱交換装置の中間位置で分岐さ
れ、仕事をして膨張され、精溜塔に導かれることが提案
される。これによって中間圧及び高圧流の膨張による冷
凍能力が充分でない場合に冷凍能力が向上されるのであ
る。
特にこの場合空気の分岐された部分が冷却の前に圧縮さ
れるのが有利である０ 第二のガス流を流入空気の部分流となすのが望ましい。
本発明の対象のさらに他の有利な構成により、第二のガ
ス流が高圧段から引出され、分岐されろ前に加熱されて
圧縮されるのである。このガス流は空気のような組成を
有する高圧段の下方の範囲からのガス流か、または高圧
段の上方の範囲からの窒素に富んだガス流となされる。
本発明による方法の最後に述べた構成のさらに他の特徴
によれば、第二のガス流の一部が圧縮の前に二次圧縮を
行われ、熱交換装置の内の一方で冷却され、これの中間
位置から引出され、仕事をして膨張され、精溜塔に導か
れるのである。
本発明の方法を実施する装置は主空気圧縮機と、二段の
精溜塔と、二つの熱交換装置を有し、主空気圧縮機が第
一の熱交換装置を経て精溜塔の高圧段に連結されていて
、第二のガス導管に第二の圧縮機が配置され、この圧縮
機が第二の熱交換装置　　　　　１１及び膨張機械を経
て高圧段に連結され、その際低圧段からの酸素引出導管
がポンプを経て第二の熱交換装置を通して導かれていて
、第二のガス導管が二つの別々の流過断面にて第二の熱
交換装置に連結され、これらの流過断面の内掛なくとも
一方がさらに他の圧縮機を含んでいて、他方が第二の熱
交換装置の中間位置にてこれから導出されて膨張機械に
連結され、膨張機械の出口が精溜塔に連結されているこ
とを特徴とする。
この装置のさらに詳細構成は、第二の熱交換装置が互に
別個の多数の熱交換装置ブロックを有し、これらの内の
一つの熱交換装置ブロックが酸素及び第二のガス流の高
圧に圧縮された部分のための流過断面を含み、第二の熱
交換装置ブロックが第二のガス流の高圧に圧縮された部
分の一つの部分流及び精溜塔からの窒素のための流過断
面を含み、また第三の熱交換装置ブロックが第二の熱交
換装置ブロックからの窒素及び第二のガス流の低圧に圧
縮された部分のための流過断面を含んでいることを特徴
とする。
このような構成は、第二の熱交換装置を通して導かれる
ガス流が著しく相互に関連を持つようになり、これによ
り個々の熱交換装置ブロック内の温度の関係が互に影響
を与え合うようになされる利点が得られろ。このように
して圧縮機、膨張機械及び熱交換装置におけろ温度差が
互に無関係に最良の条件になされるのである。
本発明による方法によって、酸素の内部圧縮におけるエ
ネルギー消費を量的に外部圧縮におけるエネルギー消費
まで低減することが可能となるのである。
本発明及び本発明のさらに詳細な事項は添付図面に示さ
れる種々の実施例を参照して以下に説明される。
図面９第１図ないし第１２図は本発明による方法の種々
の実施形態を示している０ さて第１図による本発明の方法の実施形態においては、
空気１は約６バールの圧力で作動される高圧段７及び約
１．５バールの圧力で作動する低圧段１５を有する二段
の精溜塔内で導管１６により液状で引出される約９９５
％の純度の酸素と、低圧段１５の頭部から引出される不
純窒素１７と、高圧段７の頭部から引出される純窒素１
８とに分離される。これらの両方の分離段は共通の凝結
器−蒸発器及び連結導管１９．２０によって互に連結さ
れている。酸素はポンプ２１によって液状にて所望の供
給圧力例えば７０ノく−ルに圧縮される。
空気１は先ず主空気圧縮機２内で約６ないし７パールに
圧縮され、スプレー冷却器３内で冷却され、一対の切換
可能の分子篩吸着装置４内でＣＯ２及びＨ２Ｏを解放さ
れる。引続いて空気は三つの部分流に分割され、最大の
流量の第一の部分流５は第一の熱交換器６内で純窒素１
８及び予め熱交換装置２２．２３内で予備分離生成物１
９．２０との熱交換によって予備加熱されている不純窒
素１７との熱交換によって約１００Ｋに冷却され、高圧
段７に導入される。
第二の部分流８は圧縮機９内で約７５バールに圧力に圧
縮されて圧縮熱を放出した後に第二の熱　　　　　　１
′１交換装置１０内で、蒸発する生成酸素１６との熱交
換により冷却される。第二の部分流８の圧力は蒸発する
酸素の圧力に関係する。第一の熱交換装置６の高温端に
おける過大な温度差を回避するための熱平衡の点で、酸
素に加えてさらに不純窒素１７の一部が第二の熱交換装
置１０内で加熱されるようになされている。次に第二の
部分流８は膨張タービン１１内で仕事をして高圧段７の
圧力まで膨張されて高圧段７に導入される。
本発明により第三の部分流１２として浄化空気の一部が
圧縮機１３内で約８ないし１０バールの圧力に二次圧縮
され、圧縮熱を放出した後に第一の熱交換装置６内で冷
却される。第三の部分流１２の一部は第一の熱交換装置
６の中間位置から約１４０ないし１５０にの温度で引出
され、膨張タービン１４にて仕事をして膨張されて精溜
作用を改善するために全部または一部低圧段１５に導入
される。膨張タービン１４の仕事を利用するように圧縮
機１３は膨張タービン１４に連結されている。膨張ター
ビン１４を出た前記第三の部分流の一部は全部を低圧段
１５に導入しない時は一部不純窒素１７に合流されて混
合される。この混合は図示されるように熱交換装置２２
．２３の後流側で行われるが、しかし必要の場合これら
の熱交換装置の上流側または中間にて行うこともできる
。
また成る条件においては膨張タービン１４からの流れを
不純窒素１７に混入することも好都合となることがある
。
臨界点以下における空気の比熱が大きいことにより第二
の熱交換装置１０の低温端において大量の熱が対応する
量の不純窒素１７を加熱するために得られるのである。
第二の熱交換装置１０の下方の％の部分において加熱さ
れた後で本発明のさらに他の特徴によって窒素１７の一
部を導管２４に分岐させることによって第二の熱交換装
置１０からの熱が第一の熱交換装置６の中間位置に伝達
されるのである。導管２４を通して導かれるガス流は図
示の例におけるように第一の熱交換装置６を通して導か
れる不純窒素１７０部分流に混入され、これと−緒に、
または図示されないか、これとは別個に加熱されるので
ある。
第二の熱交換装置１０内で加熱される窒素１７の量が小
さい程圧縮機９内で圧縮される空気の量は少なくなる。
同時にこの熱の伝達は膨張タービン１４内で寒冷を発生
するために第三の部分流１２の引出しを可能となすが、
この第三の部分流１２の引出しはこれに熱が与えられる
第一の熱交換装置６の位置で行われるのである。第一の
熱交換装置６内では加熱される窒素流１７．１８が過剰
な場合には端部において温度差が大きく、中央部で温度
差が小さい。第一の熱交換装置６内の分離生成物の加熱
が増大されることによって圧縮機９内で圧縮される空気
の量は減少される。
第２図による本発明の方法の実施形態においては、その
他の図面に示されたものと同様に同じ装置部分は同じ符
号で示されているが、第１図に示されたものと異なって
、両方の熱交換装置６，１００間で直接の熱の伝達を行
う代りに熱交換装置２５内で間接的な熱交換が行われる
ようになっている。
この場合第二の熱交換装置１０の下方の只の部分で部分
流２６が第二の部分流８から引出され、熱交換装置２５
内で窒素１７の部分流２７と熱交換を行われ、この部分
流２７は引続いて第一の熱交換装置６の中間位置に導入
されて窒素１７に混入される。部分流２６は膨張タービ
ン１１によって膨張される前に残りの第二の空気流８に
導入されて膨張タービン１１を出た後で高圧段７に導入
されるか、または図示され−ていないが直接に高圧段７
に導入されるのである。部分流２７は窒素１７に混入さ
れてともに熱交換装置６の高温端に導かれるかまたは図
示されていないが窒素１７とは別個に熱交換装置６の高
温端に導かれるのである。
第３図は第１図と同様に直接の熱の伝達が導管２４によ
って行われるようになされた本発明による方法の実施形
態を示している。第１図のものとは異なり、第二の部分
流８は圧縮機９α及び９６による二段の圧縮を受ける。
圧縮機９αの出口の圧力は約３０ないし４０バールで、
圧縮機９Ａ　ノ出口の圧力は約７５バールである。圧縮
機９α及び９ｂの間から部分流２８が分岐されて、第二
の熱交換装置１０の一部を通って導かれ、下方の只の中
間位置でこの熱交換装置１ｏがら引出される。
この部分流２８は膨張タービン２９にて仕事を行って膨
張され、膨張タービン１１にて膨張される前述の高圧に
圧縮された第二の部分流８の残余の部分とともに、また
は図示されていないがこれとは別個に高圧段７に導入さ
れる。膨張タービン２９は膨張タービン１１よりも高い
入口温度にて作動される。したがって膨張タービン２９
はさらに良好な冷凍能力を有し、さらに濡った蒸気範囲
外で作動する。さらに他の利点として第二の熱交換装置
１０の低温端における温度差が低減され、熱交換の際の
エネルギー損失が少ない。
第４図に示された本発明による方法の実施形態は第二の
部分流８の一部が第３図のもののように圧縮機９ａ、９
ｂの中間の圧力から膨張されるのでなく圧縮機９による
最終的圧力から膨張される点で第１図のものと異なる。
第二の部分流８から部分流３０が第二の熱交換装置１０
の中間位置で分岐されて膨張タービン３１で仕事を行っ
て膨張される。引続きこの部分流３０は膨張タービン１
１で膨張された残余の第二の部分流８とともに、または
これとは別個に高圧段７に導入されるようになっている
。
第５図は、第１図と同様の実施形態を示すが、異なる点
は、圧縮機９によって高圧に圧縮される第二の部分流が
高圧段７の上方の部分からり１出さる窒素に富んだガス
流３２となされることである。
この窒素に富んだガス流３２はそれぞれ二つの部分流に
分岐されて両方の熱交換装置６，１０内で加熱され、引
続ぎ両方の部分流がともに圧縮機９で圧縮され、第二の
熱交換装置１０内で液状の酸素１６との熱交換により冷
却され、膨張タービン１１にて仕事を行って膨張され、
前述の窒素に富んだガス流３２が高圧段７がら引出され
た位置の上方で高圧段７に戻されるようになっているこ
とである。本発明の特徴によりこの場合にも熱が第二の
熱交換装置１０から第一の熱交換装置６に伝達され、こ
れが窒素流３３によって行われるのであって、この窒素
流３３は第二の熱交換装置１゜の中間位置でこの第二の
熱交換装［１０に導入された窒素に、富んだガス流３２
がら分岐されて第一の熱交換装置６に導入されたガス流
３２にこの熱交換装置６の中間位置で混入されるのであ
る。このようにする代りに、図示しないが、窒素流３３
はガス流３２とは無関係に第一の熱交換装置６の高温端
側に導かれることができる。さらに他の窒素流３６が低
圧段１５の上方の部分がら引出され、第一の熱交換装置
６にて加熱されるようになっている。
第６図による実施形態は第２図のものと同様であるが、
この場合第二のガス流は高圧段７がらの窒素に富んだガ
ス流３２となされている。本発明による第二の熱交換装
置１０がら第一の熱交換装置６への熱の伝達は熱交換装
置２５内での間接の熱交換によって行われる。第二の熱
交換装置１゜の中間位置にて圧縮機９にて圧縮されたガ
ス流３２の部分流３４が分岐され、熱交換装置２５内で
冷却され、第二の熱交換装置１０の低温端から出て来る
残余のガス流３２と混合される。この代りに図示しない
が部分流３４は残余のガス流３２とは無関係に膨張され
て高圧段７に導入されることができる。第一の熱交換装
置６内で加熱されるガス流３２０部分から部分流３５が
分岐され、この部分流３５は熱交換装置２５内で熱を部
分流３４から受取り、引続いて第一の熱交換装置６を通
して導かれるガス流３２の部分に対して熱交換装置６の
中間位置にて導入される。上述の代りにこの部分流３５
は図示しないが別個に熱交換装置６の高温端に導かれる
ことができる。
第７図は第２図のものと異なって第三の部分流１２が全
部膨張タービン１４内で膨張される本発明による方法の
変形形態を示す。さらに他の相違点として低圧段１５０
頭部からの窒素１７が第一の熱交換装置６のみを通して
導かれ、窒素１７の一部２７が熱交換装置６の上流側で
分岐されて熱交換装置２５内で熱交換を行った後に熱交
換装置６の中間位値で残余の窒素１７に導入されてとも
にさらに加熱されるようになっている。部分流２７は図
示されないが窒素１７とは別個に熱交換装置６の高温端
に導かれることができる。
第８図による実施形態は第７図のものと単に第二の部分
流８が高圧段７からの窒素に富んだガス流３２となされ
ている点で異なるだけである。さらにこの第二の部分流
８は圧縮機９α、９ｈにより二段に圧縮されるようにな
っている。
第９図による実施形態においては空気１０１は主空気圧
縮機１０２により約６バールに圧縮され、スプレー冷却
器１０３にて冷却されて、切換可能の分子篩吸着装置１
０４により炭酸ガス及び水を解放される。浄化された空
気は引続いて二つの部分流１０５及び１０６に分岐され
る。流量の太ぎい方の第一の部分流１０５は第一の熱交
換装置１０７内で高圧段１０８及び低圧段１１３より成
る二段の精溜塔からの窒素１１９．１２０との熱交換ニ
ヨって冷却され、精溜塔に導入される。第二の部分流１
０６は二個の圧縮機１０９，１１０によって約７５バー
ルの高圧に圧縮されて第二の熱交換装置１１１にて精溜
塔がらの窒素１１９及び酸素１１４との熱交換により冷
却され、引続き膨張夕　　　　　１″−ビン１１２にて
仕事を行って高圧段１０８の圧力（約５．９バール）ま
で膨張され、その際例えば９０チ以上液体を生じ、高圧
段１０８に導入される。精溜塔の低圧段１１３から例え
ば９９．５　％の純度の酸素が液状にて導管１１４によ
り引出され、ポンプ１３７によって所望の圧力に圧縮さ
れて第二の熱交換装置１１１に導入されて蒸発され加熱
される。この供給圧力は図示の例では約７０バールであ
る。
精溜塔の両方の段は連結導管１１５，１１６によって互
に連結されている。低圧段１１３の頭部からの窒素１１
９は二つの熱交換装置１１７．１１８内で予備分離生成
物１１５．１１６との熱交換によって加熱され、その際
予備生成物は同時に過冷却される。
窒素１１９はそれぞれ一部第一及び第二の熱交換装置１
０７．１１１を通して導かれ、加熱される。高圧段１０
８の頭部からの窒素１２０は第一の熱交換装置１０７内
で加熱される。
本発明により、第二の部分流１０６は圧力の異なる二つ
の部分流１２１　、１２２すなわち高圧の第二の部分流
１２２及びそれより圧力の低い第三の部分流１２１に分
岐されるが、部分流１２２は圧縮機１１０によりさらに
高圧になされている。第三の部分流１２１は二つの圧縮
機１０９．１１０の間で分岐されたガス流より成ってい
る。部分流１２１は圧縮機１２３にて約２５バールから
圧縮機１１０によって高圧に圧縮された部分流１２２よ
りも低い約３３バールの圧力まで圧縮され、第二の熱交
換装置１１１にて冷却される。第二の熱交換装置１１１
からの部分流１２２の引出温度よりも高い温度で部分流
１２１は熱交換装置１１１がら引出され、膨張タービン
１２４にて仕事を狩って膨張され、第一の部分流１０５
とともに高圧段１０８に導入される。この部分流１２１
の熱交換装置１１１からの引出位置は第二の熱交換装置
１１１内の低温の流れと高温の流れの温度差が小さい位
置の下方で行われる。膨張タービン１２４０入口側の温
度は例えば１４９にで膨張タービン１１２では例えば１
０３にである。膨張タービン１２４はその仕事を圧縮機
１２３に与えてこれを駆動する。
膨張タービン１２４の冷凍能力は本発明の装置の寒冷所
要量の約８０ないし９０％を占め、残りハ膨張タービン
１１２が受持つ。
本発明のさらに他の特徴により、窒素１１９の一部が第
二の熱交換装置１１１の中間位置で、これから分岐され
、第一の熱交換装置１０７の中間位置で導管１２５によ
ってこの熱交換装置１０７を通して導かれる窒素に導入
される。このようになすことによって熱が第二の熱交換
装置１１１から第一の熱交換装置１０７に伝達されるの
である。
第１０図による実施形態は第９図のものとは両方の部分
流１２１及び１２２の導ぎ方が異なる。
その他は以下の図面に示されるものと同様に同じ部分は
第９図のものと同じ符号・で示されている。
圧縮機１０９で約５２バールに圧縮された第二の部分流
１０６は一部同じ圧力の第三の部分流１２１として第二
の熱交換装置１１１に導入されて冷却され、中間位置で
引出されて膨張タービン１２４にて仕事を行って高圧段
１０８の圧力まで膨張され、部分流１２１は引続いて第
一の部分流１０５とともに高圧段１０８内に導入される
。第二の部分流１２２は圧縮機１１０にてさらに高圧（
約６５バール）に圧縮されて、第二の熱交換装置１１１
内で冷却される。第二の熱交換装置１１１の低温端にて
第二の部分流１２２が引出されて膨張タービン１１２に
て高圧段１０８の圧力まで膨張され、高圧段１０８に導
入される。膨張タービン１２４は圧縮機１１０に連結さ
れて、これを駆動する。
第１１図は第二の部分流として役立つガス流として循環
ガスが設けられている本発明による実施形態を示す。循
環ガスとしてガス流１２６が精溜塔から引出される。図
示の例では精溜塔からの引出しは高圧段１０８の下方の
部分で行われ、すなわちこの第二のガス流１２６は空気
と同様の組成を有する。しかし原理的には例えば窒素に
富んだガスを高圧段１０８の上方の部分から循環ガスと
して引出して利用できる。この態様は第１１図に破線で
示しである。
循環ガス流１２６は第一の熱交換装置１０７内で大体周
囲温度まで加熱されて二つの圧縮機１０９゜１１０にて
圧縮され、第二の熱交換装置１１１内で蒸発する酸素と
の熱交換により冷却され、その後で膨張タービン１１２
内で仕事を行って膨張され、高圧段１０８に導入される
。圧縮機１０９の上流側で部分流１２７が第二のガス流
１２６から分岐され、圧縮機１２８にて約６ないし１０
バールの圧力に圧縮され、第一の熱交換装置１０７の一
部に導入されて冷却される。この部分流１２７は第一の
熱交換装置１０７の中間位値でこれから引出されて圧縮
機１２８に連結されてこれを駆動する膨張タービン１２
９にて低圧段１１３の圧力まで膨張され、低圧段１１３
に導入される。この部分流１２７は寒冷の発生に役立つ
。
二つの圧縮機１０９，１１０の間から紀三の部分流１２
１が分岐され、圧縮機１２３で二次圧縮され、第二の熱
交換装置１１１の一部で冷却される。この熱交換装置１
１１の中間位置から部分流１２１は第二の熱交換装置１
１１の低温端より高い温度で引出され、圧縮機１２３に
連結されてこれを駆動する膨張タービン１２４で高圧段
１０８の圧力まで膨張されて循環ガス流１２６に混入さ
れるようになっている。
第１２図は第９図のものと似た実施形態を示しているが
、第１２図のものは第二の熱交換装置がそれぞれ別個の
熱交換装置ブロック１３０，１３１゜１３２によって構
成されている点が第９図のものと異なる。さらに他の相
違点は連結導管１２５が無いことである。
さらに高圧に圧縮された第二の部分流１２２は熱交換装
置ブロック１３０内で蒸発する酸素との熱交換によって
冷却される。この部分流１２２の一部１３３は熱交換装
置ブロック１３０の中間位置から引出されて熱交換装置
ブロック１３１内で低圧段１１３の頭部からの窒素１１
９の一部との熱交換によって冷却され、引続き熱交換装
置ブロック１３０内で冷却されている残余の部分流１２
２とともに膨張タービン１１２で仕事を行って膨張され
、高圧段１０８に導入される。
両方の圧縮機１０９，１１０の間から分岐された第　　
　　　　ＩＩ三の部分流１２１は圧縮機１２３で圧縮さ
れた後熱交換装置ブロック１３２内にて、熱交換装置ブ
ロック１３１で予備加熱された窒素１１９０部分流との
熱交換により冷却され、引続き膨張タービン１２４で仕
事をして膨張され、高圧段１０８に導入される。これと
異なり、作動条件特に酸素供給圧力に関係して膨張ター
ビン１２４内で膨張される空気は破線で示されるように
低圧段１１３に導入されることもできる。
このように第二の熱交換装置１１１を三個の側割の熱交
換装置ブロック１３０．１３１　、１３２　に分離する
ことは酸素供給圧力が予め定められた場合に第二及び第
三の部分流１２２．１２１の圧力、流量及び温度を大巾
に互に関連させて変化させて、これにより圧縮機及び膨
張タービンの最良の作動状態を選ぶことを可能になす。
特に膨張タービン１２４の入口温度が酸素を蒸発させる
ために正しく保持しなければならない温度差とは無関係
に選択できるのである。
第１２図はさらに鎖線で示すように本発明による方法の
附加的な構成を可能となすが、これにおいては圧縮され
て浄化された空気１０１の一部１３４が圧縮機１３５で
二次圧縮され、第一の熱交換装置１０７に導入されて、
これの中間位置から引出され、膨張タービン１３６で仕
事を行って膨張されて、低圧段１１３に導入されるよう
になっている。
上述のような本発明による方法によって、危険が少ない
が従来はエネルギー消費が高価となる不利を有していた
酸素の内部圧縮による酸素ガス回収におけるエネルギー
消費量を、危険が伴うがエネルギー消費量の少ない利点
のある酸素の外部圧縮による酸素ガス回収のエネルギー
消費量と量的に同程度に減少させることが可能となるの
である。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第１２図は何れも本発明による方法の種々
の実施形態をそれぞれ示す回路図。 １　、１０１・・・・・・空気 ２．１０２・・・・・・主空気圧縮機 ３．１０３・・・・・・スプレー冷却器４．１０４・・
・・・・分子篩吸着製雪５．１０５・・・・・・第一の
部分流 ６．１０７・・・・・・第一の熱交換装置７．１０８・
・・・・・高圧段 ８．１０６，１２２，１２６・・・第二の部分流９．９
α、９ｂ、１３，１０９，１１０゜１２３、１２８．１
３５・・・・・・・・・圧縮機１０．１１１・・・・・
・第二の熱交換装置１２．１２１・・・・・・第三の部
分流１１．１４，２９，３１，１１２゜ １２４．１２９，１３６・・・・・・・・・膨張タービ
ン１５．１１３・・・・・・低圧段 １６、１１４・・・・・・酸素 １７．１８，１１９，１２０・・・・・・窒素２１．１
３７・・・・・・ポンプ ２２．２３，２５，１１７，１１８・・・・・・熱交換
装置３２・・・・・・窒素に富んだガス流 １３０．１３１，１３２・・・・・・熱交換装置ブロッ
ク特許出願人　　リンデ・アクチェンゲゼルシャフト１
’１

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）高圧状態で空気を低温精溜してガス状酸素を回収
    するに際し、空気を圧縮し、浄化し、少なくとも一部を
    第一の熱交換装置内で分離生成物との熱交換により冷却
    し、精溜するとともに、第二のガス流を高圧に圧縮し、
    第二の熱交換装置内で分離生成物との熱交換により冷却
    し、膨張させ、同様に精溜し、その際に酸素を液状にて
    精溜塔から引出し、所望の圧力に圧縮し、前記高圧に圧
    縮されたガス流との熱交換により蒸発させ、加熱するよ
    うになしたガス状酸素の回収方法において、分離される
    ガスの第三の部分流を分離生成物との熱交換により冷却
    することを特徴とするガス状酸素の回収方法。 （２）前記第三のガス流（１２）として圧縮された浄化
    空気（１）の一部を前記第一の熱交換装置（６）内で冷
    却し、少なくとも一部を第一の熱交換装置（６）の中間
    位置から引出し、仕事をさせて膨張（１４）させ、また
    前記第二の熱交換装置（１ｏ）の中間位置から熱を前記
    第一の熱交換装置（６）の中間位置に伝達することを特
    徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の方法。　　− （３）前記第三のガス流（１２）を冷却する前にさらに
    圧縮（１３）することを特徴とする特許請求の範囲第（
    １）項または第（２）項の何れか一方に記載の方法。 （４）前記第三のガス流（１２）を膨張（１４）後に精
    溜塔に、及び／或いは精溜塔から引出される窒素（１７
    ）に導入することを特徴とする特許請求の範囲第（１）
    項ないし第（３）項の何れか一つに記載の方法。 （５）前記第三のガス流（１２）を実質的に熱の導入を
    行う位置にて前記第三の熱交換装置（６）から引出すこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし第（４
    ）項の何れか一つに記載の方法。 （６）前記第二の部分流（８，３２）を仕事をさせて膨
    張（１１）させることを特徴とする特許請求の範囲第（
    １）項ないし第（５）項の何れか一つに記載の方法。 （７）熱を伝達させるために前記圧縮された第二のガス
    流（８）の一部（２６、３４）を冷却の完了前に前記第
    三の熱交換装置（６）内で加熱される精溜塔からのガス
    流（１７，３２）の一部との熱交換により冷却すること
    を特徴とする特許請求の範囲第（１）項な（８）前記第
    二のガス流（８）の圧縮を二つの段階（９α、９ｈ）に
    て行い、その際前記二つの段階の間にて部分流（２８）
    を分岐させ、前記第二の熱交換装置　（１０）内で冷却
    し、熱交換の完了前に仕事をさせて膨張させ、精溜塔に
    導入することを特徴とする特許請求の範囲第（１，）項
    ないし第（７）項の何れか一つに記載の方法。 （９）最終的な圧力まで圧縮された前記第二のガス流（
    ８）の一部（３０）を熱交換の完了前に分岐させ、仕事
    をさせて膨張させ、精溜塔に導入することを特徴とする
    特許請求の範囲第（１）項ないし第（８）項の何れか一
    つに記載の方法。　　　　　　　　　　　　　　　ｉ′
    よ（１ｏ１　　精溜塔からの窒素（１７）をそれぞれ一
    部前記第一及び第二の熱交換装置を通して導き、第二の
    熱交換装置（１０）の中間位置からの窒素の一部（２４
    ）を第一の熱交換装置（６）の中間位置にある窒素に流
    入することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ない
    し第（９）項の何れか一つに記載の方法。 （１１）　　前記第二のガス流を分離させる空気の部分
    流（８）または高圧段（７）からのガス１（３２）とな
    したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項ないし
    第（１０）項の何れか一つに記載の方法。 ０　前記第二及び／或いは第三のガス流の膨張の際に得
    られた仕事をその後の圧縮に使用することを特徴とする
    特許請求の範囲第（１）項ないし第０υ項の何れか一つ
    に記載の方法。 ０漕　前記第三の部分流として前記第二のガス流の一部
    を使用し、その際第二のガス流（１０６，１２’６）を
    二つの部分流（１２１、１２２）に分割し、これらの部
    分流（１２１、１２２）を互に別々に異なる圧力で第二
    の熱交換装置（１１１）内で冷却し、また高圧に圧縮さ
    れた部分（１２２）よりも低い圧力の部分流（１２１）
    をさらに高い温度で熱交換装置（１１１）から引出し、
    仕事をさせて膨張（１２４）させ、少なくとも一部精溜
    塔に導入することを特徴とする特許請求の範囲第（１）
    項記載の方法。 ０４）前記さらに高圧状態の部分流（１２２）を冷却後
    に仕事をさせて膨張（１１２）させることを特徴とする
    特許請求の範囲第０９項記載の方法。 ０９　　前記低い圧力の部分流（１２１）を前記第一の
    圧縮段階（１０９）から出た後で冷却する前に圧縮する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第０３）項または第０
    ４項の何れか一方に記載の方法。 Ｏｅ　　前記低い圧力の部分流（１２１）の圧力を１０
    バ−ルナイし６０バールの間になすことを特徴とする特
    許請求の範囲第０□□□項ないし第０５１項の何れか一
    つに記載の方法。 ａ力　前記低い圧力の部分流（１２１）を前記さらに高
    い圧力の部分流（１２２）と前記第二の熱交換装置（１
    １１）からの酸素（１１４）との間の最少の温度差の範
    囲内で引出すことを特徴とする特許請求の範囲第０３）
    項ないし第（国項の何れか一つに記載の方法。 ０稀　前記二つの部分流（１２１、１２２）の一方また
    は両方の膨張（１１２，１２４）の際に行われる仕事を
    前記二つの部分流の一方または両方の後圧縮に使用する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第０項ないし第ａη項
    の何れか一つに記載の方法。 ０一方の熱交換装置の中間位置からの熱を他方の熱交換
    装置の中間位置に伝達することを特徴とする特許請求の
    範囲第０□□□項ないし第佃項の何れか一つに記載の方
    法。 （至）前記圧縮され　浄化された空気（１０１）の一部
    （１３４）を前記第一の熱交換装置（１０７）の中間位
    置にて分岐させ、仕事をさせて膨張させ、精溜塔に導入
    することを特徴とする特許請求の範囲第０３）項ないし
    第０項の何れか一つに記載の方法。 Ｃ１１前記分岐された空気の一部を冷却前に圧縮するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第（２０１項記載の方法
    。 ＠　前記第二のガス流（１０６）を流入された空気の部
    分流となしたことを特徴とする特許請求の範囲第０３な
    いし第（２１１項の何れか一つに記載の方法。 ｃ！３１　　前記第二のガス流（１２６）を高圧段（１
    ０８）から引出し、分割する前に加熱し、圧縮すること
    を特徴とする特許請求の範囲第０３項ないし第（２ｚ項
    の何れか一つに記載の方法。 （２４１圧縮工程の前の前記第二のガス流（１２６）の
    一部（１２７）を圧縮（１２８）　ｔ、、熱交換装置（
    １０７，１１１）の一方円で冷却し、この熱交換装置の
    中間位置から引出し、仕事をさせて膨張（１２９）させ
    、精溜塔に導入することを特徴とする特許請求の範囲第
    （２３１項記載の方法。 （２５１主空気圧縮機（１０２）と、二段の精溜塔（１
    ０８゜１１３）と、二個の熱交換装置（１０７，１１１
    ）とを有し、前記主空気圧縮機（１０２）が空気の第一
    の部分流のための第一のガス導管（１０５）によって第
    一の熱交換装置（１０７）を経て前記精溜塔の高圧段（
    １０８）に連結されているとともに空気または窒素の第
    二の部分流のための第二のガス導管（１０６、１２６−
    鯰）に第二の圧縮機（１０９）が配置されていて、この
    第二の圧縮機（１０９）が第二の熱交換装置（１１１）
    及び膨張機械（１１２）を経て前記高圧段（１０８）に
    連結され、その際低圧段（１１３）がら導がれる酸素引
    出導管（１１４）がポンプ（１３７）を経て前記第二の
    熱交換装置（１１１）を通して導かれるようになされて
    いる第三のガス導管（１２１）が前記第二のガス導管（
    １０６、１２６２）から分岐され、この第三のガス導管
    Ｗコ＝畔が前記第二の熱交換装置 （１１１）に導かれていて、その際前記第二及び第三の
    ガス導管（１２２，１２１）の内の少なくとも一つがさ
    らに他の圧縮機（１１０，１２３）を含んでいるととも
    に他方（１２１）が前記第二の熱交換装置（１１１）の
    中間位置でこれら外部に導かれて膨張機械（１２４）に
    連結され、この膨張機械（１２４）の出口が前記高圧段
    （１０８）に連結されていることを特徴とするガス状酸
    素の回収装置。 （２６）前記第二の熱交換装置（１１１）が互に分離さ
    れた複数の熱交換装置ブロック（１３０、１３１、１３
    ２）より成っていて、これらの内の一つの熱交換装置フ
    ゛ロック（１３０）が酸素（１１４）及び前記第二σ）
    部分流の高圧に圧縮された部分（１１０）のためのガス
    導管を有し、第二の熱交換装置ブロック（１３１）が前
    記第二の部分流の前記高圧に圧縮された部分（１１０）
    の部分流（１３３）及び前記精溜塔からの窒素（１１９
    ）のためのガス導管を有し、第三の熱交換装置ブロック
    （１３２）が前記第二の熱交換装置ブロック（１３１）
    からの窒素（１１９）及び前記第三の部分流（１２１）
    のだめのガス導管を有することを特徴とする特許請求の
    範囲第（ハ）項記載の装置。
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