JP2003028569A - 空気分離方法および装置 - Google Patents

空気分離方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動力消費量を削減することができ、しかもア
ルゴンを採取することができる空気分離方法および装置
を提供する。 【解決手段】 (1)原料空気を、空気凝縮通路５１で部
分液化させ、窒素富化空気と酸素アルゴン富化空気とに
分離し、(2)窒素富化空気を、窒素蒸留通路５２で蒸留
し、窒素が濃縮された製品中圧窒素と、窒素濃度が低い
窒素含有物とに分離し、(3)窒素含有物と前記酸素アル
ゴン富化空気を、窒素蒸留塔６で蒸留し、窒素が濃縮さ
れた製品低圧窒素と、酸素およびアルゴンが濃縮された
アルゴン含有粗酸素とに分離し、(4)酸素蒸留通路５３
でアルゴン含有粗酸素を蒸留し、アルゴン酸素原料を分
離し、(5)アルゴン酸素原料を、アルゴン蒸留塔７で蒸
留し、アルゴン濃縮物と、製品液化酸素とに分離する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気を低温蒸留す
ることにより、窒素、酸素、およびアルゴンを分離する
空気分離方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気を低温蒸留して、窒素、酸素、アル
ゴン等を生産するには、高圧塔と低圧塔とからなる複式
蒸留塔と、低圧塔に接続されたアルゴン塔とを備えた空
気分離装置が用いられている。近年、空気分離を行う際
の動力消費量を抑制し製造コストを低減するため、熱交
換型蒸留装置を利用した空気分離方法が提案されてい
る。例えば、特許第２８３３５９４号には、熱交換型蒸
留装置を用いて、中純度の酸素（酸素濃度８５〜９９
％）を製造する方法が開示されている。ここに開示され
ている方法では、熱交換型蒸留装置として、２つの通路
を熱交換可能となるように配設したプレートフィン熱交
換器が用いられている。この方法では、原料空気を熱交
換型蒸留装置の第１通路で蒸留し、通路上部から低沸点
の窒素に富む気相生成物を採取し、通路下部から高沸点
の酸素に富む液相生成物を採取する。第２通路では、上
記酸素に富む液相生成物を、第１通路内の原料空気と熱
交換させつつ蒸留し、通路上部から窒素に富む気相生成
物を採取し、通路下部から製品酸素を得ることができ
る。また、特開平８−３６４９９号公報にも、熱交換型
蒸留装置を用いた空気分離方法が開示されている。この
方法では、原料空気を、熱交換型蒸留装置の第１通路で
蒸留して、通路上部から窒素に富む気相生成物を導出
し、これを凝縮させ、その一部を第２通路に還流液とし
て導入し、第２の通路の下部から酸素濃度７０％以上の
製品を採取する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気分離方法において、熱交換効率を高め、十分な純度
の製品を得るためには、原料空気を高圧にする必要があ
る。このため、消費動力が嵩む問題があった。さらに、
熱交換型蒸留装置を用いた従来の空気分離方法では、製
造される製品が、窒素と酸素に限られており、同時にア
ルゴンを採取することができる方法が望まれていた。本
発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、熱交換効率
を高め、動力消費量を削減することができ、しかもアル
ゴンを採取することができる空気分離方法および装置を
提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の空気分離方法
は、空気凝縮通路と、窒素蒸留通路と、これら通路と熱
交換可能とされた酸素蒸留通路とを備えた熱交換型蒸留
装置と、窒素蒸留塔と、アルゴン蒸留塔とを用い、
（１）原料空気を圧縮した後、この原料空気を、空気凝
縮通路において、酸素蒸留通路との熱交換により冷却し
て部分液化させ、気相の窒素富化空気と液相の酸素アル
ゴン富化空気とを分離し、（２）この窒素富化空気を、
窒素蒸留通路において、酸素蒸留通路との熱交換により
冷却しつつ蒸留して、窒素が濃縮された窒素濃縮物と、
これより窒素濃度が低い窒素含有物とを分離し、窒素濃
縮物を製品中圧窒素として回収し、（３）この窒素含有
物と前記酸素アルゴン富化空気を、窒素蒸留塔において
蒸留し、窒素が濃縮された製品低圧窒素と、酸素および
アルゴンが濃縮されたアルゴン含有粗酸素とを分離し、
製品低圧窒素を回収し、（４）このアルゴン含有粗酸素
を、酸素蒸留通路において、空気凝縮通路および窒素蒸
留通路との熱交換により加熱しつつ蒸留し、酸素とアル
ゴンが濃縮されたアルゴン酸素原料を分離し、（５）こ
のアルゴン酸素原料を、アルゴン蒸留塔において蒸留
し、アルゴンが濃縮された製品アルゴンと、酸素が濃縮
された製品液化酸素とを分離し、これら製品アルゴンお
よび製品液化酸素を回収することを特徴とする。本発明
の空気分離方法は、アルゴン蒸留塔が、この蒸留塔から
の導出液の一部を気化させてこの蒸留塔に戻すアルゴン
リボイラと、この蒸留塔からの導出ガスの一部を液化さ
せてこの蒸留塔に戻すアルゴンコンデンサを備え、窒素
蒸留塔が、この蒸留塔内の窒素を気化させる窒素凝縮器
を備え、窒素蒸留通路からの窒素濃縮物の一部を、アル
ゴンリボイラに加熱源として導入し、次いでアルゴンコ
ンデンサに冷却源として導入し、次いで窒素凝縮器に加
熱源として導入し、次いで窒素蒸留塔に導入する方法を
採用してもよい。本発明の空気分離方法は、圧縮した原
料空気の一部をさらに圧縮し、得られた二次圧縮原料空
気を、前記製品により冷却した後、空気凝縮通路に供給
することができる。本発明の空気分離方法では、製品液
化酸素を、原料空気との熱交換により気化させることが
できる。本発明では、製品液化酸素を、昇圧した後に回
収することができる。本発明では、窒素蒸留通路によっ
て分離された窒素濃縮物の一部を圧縮した後、断熱膨張
させ、この断熱膨張時に得られる動力を利用して前記窒
素濃縮物の圧縮を行うことができる。
【０００５】本発明の空気分離装置は、原料空気を圧縮
する空気圧縮機と、圧縮された原料空気を冷却する主熱
交換器と、冷却された原料空気を蒸留する熱交換型蒸留
装置と、熱交換型蒸留装置を経た蒸留物をさらに蒸留す
る窒素蒸留塔と、窒素蒸留塔を経た蒸留物をさらに蒸留
するアルゴン蒸留塔とを備え、熱交換型蒸留装置が、空
気凝縮通路と、窒素蒸留通路と、これら通路と熱交換可
能とされた酸素蒸留通路とを備え、空気凝縮通路が、原
料空気を、酸素蒸留通路との熱交換により冷却して部分
液化させ、気相の窒素富化空気と液相の酸素アルゴン富
化空気とを得ることができるようにされ、窒素蒸留通路
が、この窒素富化空気を、酸素蒸留通路との熱交換によ
り冷却しつつ蒸留し、窒素が濃縮された窒素濃縮物であ
る製品中圧窒素と、これより窒素濃度が低い窒素含有物
とを得ることができるようにされ、窒素蒸留塔が、この
窒素含有物と前記酸素アルゴン富化空気を蒸留して、窒
素が濃縮された製品低圧窒素と、酸素およびアルゴンが
濃縮されたアルゴン含有粗酸素とを得ることができるよ
うにされ、酸素蒸留通路が、このアルゴン含有粗酸素
を、空気凝縮通路および窒素蒸留通路との熱交換により
加熱しつつ蒸留し、酸素およびアルゴンが濃縮されたア
ルゴン酸素原料を得ることができるようにされ、アルゴ
ン蒸留塔が、このアルゴン酸素原料を蒸留し、アルゴン
が濃縮された製品アルゴンと、酸素が濃縮された製品液
化酸素とを得ることができるようにされていることを特
徴とする。本発明の空気分離装置では、アルゴン蒸留塔
が、この蒸留塔からの導出液の一部を気化させてこの蒸
留塔に戻すアルゴンリボイラと、この蒸留塔からの導出
ガスの一部を液化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンコン
デンサを備え、窒素蒸留塔が、この蒸留塔内の窒素を気
化させる窒素凝縮器を備え、窒素蒸留通路からの窒素濃
縮物の一部を、アルゴンリボイラに加熱源として導入
し、次いでアルゴンコンデンサに冷却源として導入し、
次いで窒素凝縮器に加熱源として導入し、次いで窒素蒸
留塔に導入することができる構成を採用することができ
る。本発明の空気分離装置では、空気圧縮機で圧縮され
た原料空気の一部をさらに圧縮する二次圧縮機を備え、
この圧縮機によって圧縮された二次圧縮原料空気を、主
熱交換器を経て空気凝縮通路に供給することができるよ
うに構成することができる。本発明の空気分離装置で
は、製品液化酸素を気化させる酸素蒸発器を備え、この
酸素蒸発器が、原料空気との熱交換によって製品液化酸
素を気化させることができるようにされている構成を採
用することができる。本発明の空気分離装置は、製品液
化酸素を昇圧する昇圧ポンプを備えた構成とすることが
できる。本発明の空気分離装置は、酸素蒸発器を経た原
料空気を窒素蒸留塔に導入することができる構成を採用
できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の空気分離装置の
第１の実施形態を示す系統図である。ここに示す空気分
離装置１０は、原料空気ＲAを圧縮する空気圧縮機１
と、圧縮された原料空気の圧縮熱を取り除く空気予冷器
２と、空気予冷器２を経た原料空気中の不純物（水分、
二酸化炭素等）を除去する精製器３と、精製器３を経た
原料空気を冷却する主熱交換器４と、主熱交換器４を経
た原料空気を蒸留する熱交換型蒸留装置５と、熱交換型
蒸留装置５を経た蒸留物をさらに蒸留する窒素蒸留塔６
と、窒素蒸留塔６を経た蒸留物をさらに蒸留するアルゴ
ン蒸留塔７と、気液分離器１６、８と、膨張タービン９
と、過冷器１１と、昇圧機１３とを主要な構成機器とす
る。また符号１５は保冷槽を示す。
【０００７】熱交換型蒸留装置５は、空気凝縮通路５１
と、窒素蒸留通路５２と、これら通路５１、５２と熱交
換可能とされた酸素蒸留通路５３とを備えている。熱交
換型蒸留装置５としては、プレートフィン式熱交換器を
使用することができる。なお、図示例の熱交換型蒸留装
置５では、通路５１〜５３が一体化されているが、本発
明では、熱交換型蒸留装置を２つに分割してもよい。す
なわち、酸素蒸留通路を上部通路と下部通路とに分割
し、この上部通路と窒素蒸留通路を有する第１熱交換型
蒸留部と、下部通路と空気凝縮通路とを有する第２熱交
換型蒸留部とを備えた熱交換型蒸留装置を使用すること
もできる。
【０００８】アルゴン蒸留塔７は、アルゴンリボイラ７
ａと、アルゴンコンデンサ７ｂとを備えている。アルゴ
ンリボイラ７ａは、蒸留塔７からの導出液の一部を気化
させて蒸留塔７に戻すことができるようになっている。
アルゴンコンデンサ７ｂは、蒸留塔７からの導出ガスの
一部を液化させて蒸留塔７に戻すことができるようにな
っている。
【０００９】窒素蒸留塔６は、この蒸留塔６内の窒素を
気化させる窒素凝縮器６ａを備えている。昇圧機１３
は、膨張タービン９での断熱膨張の際に得られる動力を
利用して駆動することができる構成とするのが好まし
い。
【００１０】次に、この空気分離装置１０を使用した場
合を例として、本発明の空気分離方法の第１の実施形態
を説明する。まず、大気などの原料空気ＲAを、空気圧
縮機１で圧縮し（例えば約３９０kＰaに圧縮）、空気予
冷器２で常温まで冷却した後、精製器３において、原料
空気中の水分、二酸化炭素等の不純物を吸着除去する。
【００１１】次いで、精製器３を経た原料空気を、主熱
交換器４において、後述する製品窒素、製品液化酸素等
の低温流体との熱交換により約−１７８℃に冷却し、部
分液化させる。主熱交換器４を経た原料空気は、気液分
離器１６に導入され、気相の精製原料空気と、液相の酸
素アルゴン富化空気とに分離される。
【００１２】気相の精製原料空気は、管路Ｌ1を経て、
熱交換型蒸留装置５の空気凝縮通路５１に、その上部か
ら導入される。空気凝縮通路５１に導入された精製原料
空気は、酸素蒸留通路５３内の流体（後述するアルゴン
含有粗酸素）との熱交換によって冷却されつつ空気凝縮
通路５１内を下降し、この過程で部分液化し、気液混和
状態となる。空気凝縮通路５１を経た気液混和状態の精
製原料空気は、通路５１の下部から管路Ｌ2を通して気
液分離器８に導入され、この気液分離器８において、気
相の窒素富化空気と液相の酸素アルゴン富化空気とに分
離される。
【００１３】気相の窒素富化空気は、気液分離器８の上
部から導出され、管路Ｌ5を通して窒素蒸留通路５２の
下部に導入される。この窒素富化空気は、窒素蒸留通路
５２内を上昇する過程で、酸素蒸留通路５３内の流体
（アルゴン含有粗酸素）と熱交換して冷却されつつ蒸留
され、気相中に窒素が濃縮する。得られた窒素濃縮物
（例えば窒素濃度が９８％以上、酸素含有量２％以下）
は、窒素蒸留通路５２の上部から管路Ｌ6を通して導出
され、主熱交換器４を経て製品中圧窒素ＭGNとして回収
される。
【００１４】この窒素濃縮物（製品中圧窒素）の一部
は、管路Ｌ23を通して昇圧機１３に導入されて圧縮さ
れ、冷却後、膨張タービン９で断熱膨張され、管路Ｌ24
により主熱交換器４に導入される。これによって、原料
空気の冷却を効率よく行うことができる。主熱交換器４
を経た窒素濃縮物は、排出ガスＷＧとして排出される。
昇圧機１３で窒素濃縮物の昇圧を行う際には、この昇圧
機１３を、膨張タービン９で窒素濃縮物を断熱膨張させ
る際に得られる動力を利用して駆動するのが好ましい。
これによって、動力効率を向上させることができる。
【００１５】窒素蒸留通路５２内の蒸留過程では、液相
中の窒素濃度が低くなり、低窒素濃度の液状の窒素含有
物が得られる。この窒素含有物は、窒素蒸留通路５２下
部から管路Ｌ7によって導出され、管路Ｌ3を通って過冷
器１１に導入され、管路Ｌ4の減圧弁Ｖ1で減圧されて、
窒素蒸留塔６の下部に供給される。
【００１６】上述の気液分離器１６で得られた液相の酸
素アルゴン富化空気は、管路Ｌ26、Ｌ3を通して過冷器
１１に導入され、減圧弁Ｖ1で減圧された後、窒素蒸留
塔６の下部に供給される。また気液分離器８で得られた
液相の酸素アルゴン富化空気も、管路Ｌ3を通って過冷
器１１に導入された後、窒素蒸留塔６の下部に導入され
る。
【００１７】窒素蒸留塔６における蒸留によって、気相
中に窒素が濃縮するとともに、液相中に酸素とアルゴン
が濃縮される。気相生成物（例えば窒素濃度９８％以
上、酸素含有量２％以下）は、窒素蒸留塔６の上部から
管路Ｌ12を通して導出され、過冷器１１、管路Ｌ13を経
て主熱交換器４に導入され、ここで加熱された後、製品
低圧窒素ＧNとして回収される。
【００１８】一方、液相の酸素アルゴン濃縮物であるア
ルゴン含有粗酸素は、窒素蒸留塔６の下部から管路Ｌ14
を通して導出され、熱交換型蒸留装置５の酸素蒸留通路
５３に導入される。アルゴン含有粗酸素は、酸素蒸留通
路５３内を下降する過程で、空気凝縮通路５１内の精製
原料空気、および窒素蒸留通路５２内の窒素富化空気と
熱交換して加熱される。この過程においては、蒸留によ
り気相中の窒素濃度が高くなり、液相中の酸素とアルゴ
ンの濃度が高くなる。これによって、気相の窒素含有気
体と、液相の酸素アルゴン濃縮物であるアルゴン酸素原
料（例えばアルゴン含有率３％）とが得られる。窒素含
有気体は、酸素蒸留通路５３の上部から、管路Ｌ15を通
して窒素蒸留塔６の下部に再び導入される。
【００１９】一方、液相のアルゴン酸素原料は、酸素蒸
留通路５３の下部から管路Ｌ16を通して導出され、減圧
弁Ｖ4で減圧された後、アルゴン蒸留塔７の下部に導入
される。
【００２０】アルゴン蒸留塔７では、アルゴン酸素原料
の蒸留により、気相中にアルゴンが濃縮し、液相中に酸
素が濃縮する。これによって、気相のアルゴン濃縮物
（例えばアルゴン濃度９５％以上）と、液相の酸素濃縮
物である製品液化酸素（例えば酸素濃度９８％以上）と
が得られる。
【００２１】得られたアルゴン濃縮物は、アルゴン蒸留
塔７の上部から、管路Ｌ20を通して主熱交換器４に導入
され、ここで原料空気との熱交換により加熱された後、
製品アルゴンＧArとして回収される。原料空気からのア
ルゴンの回収率は、例えば約３５％となる。アルゴン蒸
留塔７から導出されたアルゴン濃縮物（製品アルゴン）
の一部は、管路Ｌ21を通してアルゴンコンデンサ７ｂに
導入され、ここで液化し、管路Ｌ22を通してアルゴン蒸
留塔７の上部に再び導入される。
【００２２】一方、製品液化酸素は、アルゴン蒸留塔７
の下部から、管路Ｌ17を通して主熱交換器４に導入さ
れ、ここで加熱された後、製品液化酸素ＧOとして回収
される。アルゴン蒸留塔７から導出された製品液化酸素
の一部は、管路Ｌ18を通してアルゴンリボイラ７ａに導
入され、ここで気化し、管路Ｌ19を通してアルゴン蒸留
塔７の下部に再び導入される。
【００２３】窒素蒸留通路５２からの窒素濃縮物（製品
中圧窒素ＭＧN）の一部は、管路Ｌ6a、主熱交換器４を
経て、窒素圧縮機１２で圧縮され、再び主熱交換器４で
冷却された後、管路Ｌ8を通して、加熱源としてアルゴ
ンリボイラ７ａに導入される。アルゴンリボイラ７ａを
経た窒素濃縮物は、管路Ｌ9、過冷器11を通って、減圧
弁Ｖ2で減圧された後、アルゴンコンデンサ７ｂに冷却
源として導入される。アルゴンコンデンサ７ｂを経た窒
素濃縮物は、管路Ｌ10を通して、窒素蒸留塔６下部の窒
素凝縮器６ａに加熱源として導入される。これによっ
て、窒素蒸留塔６内の流体が加熱され、液相中の窒素の
気化が促進される。窒素凝縮器６ａを経た窒素濃縮物
は、管路Ｌ11、過冷器11を通って、減圧弁Ｖ3で減圧さ
れて、還流液として窒素蒸留塔６の上部に導入される。
【００２４】本実施形態の空気分離方法では、空気凝縮
通路５１と、窒素蒸留通路５２と、酸素蒸留通路５３と
を備えた熱交換型蒸留装置５と、窒素蒸留塔６と、アル
ゴン蒸留塔７とを用いるので、原料空気と窒素富化空気
とアルゴン含有粗酸素との間の熱交換を効率よく行わせ
ることができる。このため、空気圧縮機１において原料
空気の圧力を低く設定することができる。例えば、従来
方法において必要な原料空気圧力約５００ｋＰａを、約
３９０ｋＰａとすることができる。従って、動力消費量
を大幅に削減することができる。例えば、複式蒸留塔と
アルゴン塔を備えた従来の空気分離装置を用いた場合に
比べ、約１０％の省エネルギー化が可能となる。また、
アルゴン蒸留塔７を用いるので、アルゴンの採取が可能
となる。
【００２５】なお、本発明では、図１中破線で示す管路
Ｌ25を用いて、精製器３からの精製原料空気の一部を、
二次圧縮機１４を用いて約４００kＰaまで二次圧縮した
後、管路Ｌ1を通して空気凝縮通路５１に導入すること
もできる。この場合には、空気圧縮機１での原料空気の
圧力をさらに低く（例えば約３５０kＰa）することがで
きる。このため、動力消費量をさらに削減できる。ま
た、本発明では、管路Ｌ17を通して導出される製品液化
酸素の圧力を、昇圧ポンプ１７によって圧力を高めて回
収することもできる。
【００２６】次に、本発明の空気分離装置の第２の実施
形態を説明する。図２は、本実施形態の空気分離装置を
示す系統図である。ここに示す空気分離装置３０は、製
品液化酸素を導出する管路Ｌ17に、製品液化酸素を気化
させる酸素蒸発器３１が設けられている点、アルゴン蒸
留塔７で得られたアルゴン濃縮物（製品アルゴン）をさ
らに蒸留する高純アルゴン蒸留塔３４が設けられている
点で、図１に示す空気分離装置１０と異なる。
【００２７】酸素蒸発器３１は、製品液化酸素を、原料
空気との熱交換により気化させることができるようにな
っている。高純アルゴン蒸留塔３４は、蒸留塔３４から
の導出液の一部を気化させて蒸留塔３４に戻す高純アル
ゴンリボイラ３４ａと、蒸留塔３４からの導出ガスの一
部を液化させて蒸留塔３４に戻す高純アルゴンコンデン
サ３４ｂとを備えている。高純アルゴンコンデンサ３４
ｂは、アルゴンコンデンサ７ｂ、窒素凝縮器６ａ、過冷
器１１を経た窒素濃縮物の一部を用いて、上記導出ガス
を冷却することができるようになっている。
【００２８】次に、この空気分離装置３０を使用した場
合を例として、本発明の空気分離方法の第２の実施形態
を説明する。原料空気は、空気圧縮機１で圧縮され（例
えば圧力約３９０ｋＰa）、空気予冷器２で常温まで冷
却された後、精製器３で不純物を吸着除去し、主熱交換
器４で冷却され、管路Ｌ1を通して熱交換型蒸留装置５
の空気凝縮通路５１に導入される。原料空気の一部は、
管路Ｌ31を通して酸素蒸発器３１に導入され、ここで管
路Ｌ17からの製品液化酸素との熱交換により冷却された
後、管路Ｌ32、Ｌ3、Ｌ4を通して窒素蒸留塔６に導入さ
れる。
【００２９】アルゴン蒸留塔７の下部から、管路Ｌ17を
通して導出された製品液化酸素は、酸素蒸発器３１に導
入され、ここで原料空気との熱交換により気化した後
に、主熱交換器４を経て製品液化酸素ＧOとして回収さ
れる。
【００３０】この空気分離方法では、アルゴン蒸留塔７
の上部から管路Ｌ20を通して導出されるアルゴン濃縮物
（製品アルゴンＧAr）を、アルゴン圧縮機３２で圧縮
し、アルゴン精製器３３にて酸素分等を触媒等で除去し
て精製する。次いで、精製されたアルゴン濃縮物を、主
熱交換器４で冷却した後、管路Ｌ33を通して高純アルゴ
ンリボイラ３４ａに導入する。高純アルゴンリボイラ３
４ａにおいて、アルゴン濃縮物は、高純アルゴン蒸留塔
３４からの導出液（後述する高純製品アルゴン）との熱
交換により冷却され、液化した後、管路Ｌ34、減圧弁Ｖ
30を経て高純アルゴン蒸留塔３４に導入される。
【００３１】高純アルゴン蒸留塔３４では、導入された
アルゴン濃縮物が蒸留され、気相中の低沸点成分（窒素
等）濃度が高められ、液相中のアルゴン濃度が高められ
る。高純アルゴン蒸留塔３４内の低沸点成分含有気体
は、管路Ｌ37、Ｌ41を通して導出され、管路Ｌ12に導か
れ、上記製品低圧窒素に合流して、主熱交換器４を経て
回収される。低沸点成分含有気体の一部は、管路Ｌ37、
Ｌ38を通して高純アルゴンコンデンサ３４ｂに導入さ
れ、ここで高沸点成分が液化した後、管路Ｌ39を通して
高純アルゴン蒸留塔３４に戻される。
【００３２】一方、高純アルゴン蒸留塔３４で得られた
高濃度アルゴンは、蒸留塔３４の下部から、管路Ｌ40を
通して導出され、高純製品アルゴンＰＡｒ（例えば窒素
１ｐｐｍ以下、酸素０.１ｐｐｍ以下）として回収され
る。高濃度アルゴン（高純製品アルゴン）の一部は、管
路Ｌ35により高純アルゴンリボイラ３４ａに導入され、
ここで気化した後、管路Ｌ36から蒸留塔３４下部に戻さ
れる。
【００３３】また、本発明では、管路Ｌ17を通して導出
される製品液化酸素の圧力を、昇圧ポンプ１７によって
圧力を高め、この製品液化酸素を酸素蒸発器３１で気化
させて回収することもできる。
【００３４】本実施形態の空気分離方法では、第１の実
施形態の方法と同様に、熱交換型蒸留装置５と、窒素蒸
留塔６と、アルゴン蒸留塔７とを用いるので、原料空気
と窒素富化空気とアルゴン含有粗酸素との間の熱交換を
効率よく行わせ、原料空気の圧力を低く設定することが
できる。従って、動力消費量を大幅に削減することがで
きる。また、アルゴン蒸留塔７を用いるので、アルゴン
の採取が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の空気分離方法では、空気凝縮通
路と、窒素蒸留通路と、酸素蒸留通路とを備えた熱交換
型蒸留装置と、窒素蒸留塔と、アルゴン蒸留塔とを用い
るので、原料空気と窒素富化空気とアルゴン含有粗酸素
との間の熱交換を効率よく行わせることができる。この
ため、原料空気の圧力を低く設定することができ、動力
消費量を大幅に削減することができる。また、アルゴン
蒸留塔を用いるので、アルゴンの採取が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の空気分離装置の第１の実施形態を示
す系統図。
【図２】 本発明の空気分離装置の第２の実施形態を示
す系統図。
【符号の説明】 １・・・空気圧縮機、４・・・主熱交換器、５・・・熱交換型蒸
留装置、６・・・窒素蒸留塔、６ａ・・・窒素凝縮器、７・・・
アルゴン蒸留塔、７ａ・・・アルゴンリボイラ、７ｂ・・・ア
ルゴンコンデンサ、８・・・気液分離器、９・・・膨張タービ
ン、１０、３０・・・空気分離装置、１３・・・昇圧機、１４
・・・二次圧縮機、１７・・・昇圧ポンプ、３１・・・酸素蒸発
器、５１・・・空気凝縮通路、５２・・・窒素蒸留通路、５３
・・・酸素蒸留通路、ＲA・・・原料空気、ＭＧN・・・製品中圧
窒素、ＧN・・・製品低圧窒素、ＧO・・・製品液化酸素、ＧAr
・・・製品アルゴン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 浩 東京都港区西新橋１丁目16番７号 日本酸 素株式会社内 Ｆターム(参考） 4D047 AA08 AB01 AB02 AB04 BB03 CA03 DA01 DA05 DA12 DA17 4G042 BA13 BB02

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気を低温蒸留することにより、窒
    素、酸素、およびアルゴンを分離する空気分離方法にお
    いて、 空気凝縮通路と、窒素蒸留通路と、これら通路と熱交換
    可能とされた酸素蒸留通路とを備えた熱交換型蒸留装置
    と、窒素蒸留塔と、アルゴン蒸留塔とを用い、（１）原
    料空気を圧縮した後、この原料空気を、空気凝縮通路に
    おいて、酸素蒸留通路との熱交換により冷却して部分液
    化させ、気相の窒素富化空気と液相の酸素アルゴン富化
    空気とを分離し、（２）この窒素富化空気を、窒素蒸留
    通路において、酸素蒸留通路との熱交換により冷却しつ
    つ蒸留して、窒素が濃縮された窒素濃縮物と、これより
    窒素濃度が低い窒素含有物とを分離し、窒素濃縮物を製
    品中圧窒素として回収し、（３）この窒素含有物と前記
    酸素アルゴン富化空気を、窒素蒸留塔において蒸留し、
    窒素が濃縮された製品低圧窒素と、酸素およびアルゴン
    が濃縮されたアルゴン含有粗酸素とを分離し、製品低圧
    窒素を回収し、（４）このアルゴン含有粗酸素を、酸素
    蒸留通路において、空気凝縮通路および窒素蒸留通路と
    の熱交換により加熱しつつ蒸留し、酸素とアルゴンが濃
    縮されたアルゴン酸素原料を分離し、（５）このアルゴ
    ン酸素原料を、アルゴン蒸留塔において蒸留し、アルゴ
    ンが濃縮された製品アルゴンと、酸素が濃縮された製品
    液化酸素とを分離し、これら製品アルゴンおよび製品液
    化酸素を回収することを特徴とする空気分離方法。
  2. 【請求項２】 アルゴン蒸留塔が、この蒸留塔からの
    導出液の一部を気化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンリ
    ボイラと、この蒸留塔からの導出ガスの一部を液化させ
    てこの蒸留塔に戻すアルゴンコンデンサを備え、 窒素蒸留塔が、この蒸留塔内の窒素を気化させる窒素凝
    縮器を備え、 窒素蒸留通路からの窒素濃縮物の一部を、アルゴンリボ
    イラに加熱源として導入し、次いでアルゴンコンデンサ
    に冷却源として導入し、次いで窒素凝縮器に加熱源とし
    て導入し、次いで窒素蒸留塔に導入することを特徴とす
    る請求項１記載の空気分離方法。
  3. 【請求項３】 圧縮した原料空気の一部をさらに圧縮
    し、得られた二次圧縮原料空気を、前記製品により冷却
    した後、空気凝縮通路に供給することを特徴とする請求
    項１記載の空気分離方法。
  4. 【請求項４】 製品液化酸素を、原料空気との熱交換
    により気化させることを特徴とする請求項１記載の空気
    分離方法。
  5. 【請求項５】 製品液化酸素を、昇圧した後に回収す
    ることを特徴とする請求項４記載の空気分離方法。
  6. 【請求項６】 窒素蒸留通路によって分離された窒素
    濃縮物の一部を圧縮した後、断熱膨張させ、この断熱膨
    張時に得られる動力を利用して前記窒素濃縮物の圧縮を
    行うことを特徴とする請求項１記載の空気分離方法。
  7. 【請求項７】 空気を低温蒸留することにより、窒
    素、酸素、およびアルゴンを分離する空気分離装置にお
    いて、 原料空気を圧縮する空気圧縮機と、圧縮された原料空気
    を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空気を蒸留す
    る熱交換型蒸留装置と、熱交換型蒸留装置を経た蒸留物
    をさらに蒸留する窒素蒸留塔と、窒素蒸留塔を経た蒸留
    物をさらに蒸留するアルゴン蒸留塔とを備え、 熱交換型蒸留装置が、空気凝縮通路と、窒素蒸留通路
    と、これら通路と熱交換可能とされた酸素蒸留通路とを
    備え、 空気凝縮通路が、原料空気を、酸素蒸留通路との熱交換
    により冷却して部分液化させ、気相の窒素富化空気と液
    相の酸素アルゴン富化空気とを得ることができるように
    され、 窒素蒸留通路が、この窒素富化空気を、酸素蒸留通路と
    の熱交換により冷却しつつ蒸留し、窒素が濃縮された窒
    素濃縮物である製品中圧窒素と、これより窒素濃度が低
    い窒素含有物とを得ることができるようにされ、 窒素蒸留塔が、この窒素含有物と前記酸素アルゴン富化
    空気を蒸留して、窒素が濃縮された製品低圧窒素と、酸
    素およびアルゴンが濃縮されたアルゴン含有粗酸素とを
    得ることができるようにされ、 酸素蒸留通路が、このアルゴン含有粗酸素を、空気凝縮
    通路および窒素蒸留通路との熱交換により加熱しつつ蒸
    留し、酸素およびアルゴンが濃縮されたアルゴン酸素原
    料を得ることができるようにされ、 アルゴン蒸留塔が、このアルゴン酸素原料を蒸留し、ア
    ルゴンが濃縮された製品アルゴンと、酸素が濃縮された
    製品液化酸素とを得ることができるようにされているこ
    とを特徴とする空気分離装置。
  8. 【請求項８】 アルゴン蒸留塔が、この蒸留塔からの
    導出液の一部を気化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンリ
    ボイラと、この蒸留塔からの導出ガスの一部を液化させ
    てこの蒸留塔に戻すアルゴンコンデンサを備え、 窒素蒸留塔が、この蒸留塔内の窒素を気化させる窒素凝
    縮器を備え、 窒素蒸留通路からの窒素濃縮物の一部を、アルゴンリボ
    イラに加熱源として導入し、次いでアルゴンコンデンサ
    に冷却源として導入し、次いで窒素凝縮器に加熱源とし
    て導入し、次いで窒素蒸留塔に導入することができるよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項７記載の空
    気分離措置。
  9. 【請求項９】 空気圧縮機で圧縮された原料空気の一
    部をさらに圧縮する二次圧縮機を備え、 この圧縮機によって圧縮された二次圧縮原料空気を、主
    熱交換器を経て空気凝縮通路に供給することができるよ
    うになっていることを特徴とする請求項７記載の空気分
    離装置。
  10. 【請求項１０】 製品液化酸素を気化させる酸素蒸発
    器を備え、この酸素蒸発器が、原料空気との熱交換によ
    って製品液化酸素を気化させることができるようにされ
    ていることを特徴とする請求項７記載の空気分離装置。
  11. 【請求項１１】 製品液化酸素を昇圧する昇圧ポンプ
    を備えていることを特徴とする請求項１０記載の空気分
    離装置。
  12. 【請求項１２】 酸素蒸発器を経た原料空気を窒素蒸
    留塔に導入することができるようになっていることを特
    徴とする請求項１０記載の空気分離装置。
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