JP2020026898A - 空気分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の空気分離装置と比較して製品製造効率を低下させることなく、設置面積を大きくすることなく、かつ低圧精留塔を分割することなく、高圧精留塔の頂部に設置される凝縮器に係る高さ分を低くすることができる、空気分離装置を提供する。【解決手段】空気分離装置１は、その塔頂部１１３の上方から離された位置にある第一凝縮器１２１を備える第一精留塔１１と、第一精留塔１１よりも低圧の精留塔であって、第一精留塔１１に隣接配置される第二精留塔２１と、第一精留塔１１の塔頂部１１３の上方に配置される、少なくとも粗アルゴン精留塔の一部または粗アルゴン精留塔の全部とを備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、空気分離装置、特に設置面積及び高さを抑えることができる建造構成に関する。

特許文献１は、酸素、窒素およびアルゴンなどの製品を製造する空気分離装置を開示する。空気分離装置は、これらの製品を効率的に製造するために、高圧精留塔、低圧精留塔、粗アルゴン精留塔など複数の精留塔から構成される。これらの精留塔は、建造の観点から様々な配置構成をとりうるが、設置面積および設置高さをそれぞれ小さくし建造の最適化を図ることが望まれる。

特許文献２は、高圧精留塔の上部に粗アルゴン精留塔を設置することを開示する。しかしながら、この方法では高圧精留塔頂部に設置される凝縮器が粗アルゴン精留塔との中間部に設置する必要があるので、全体的な設置高さが非常に高くなる。

特許文献３は、粗アルゴン精留塔を低圧精留塔の上方または側方に設置することを開示する。しかしながら、上方設置では高さが非常に高くなり、側方設置では設置面積が大きくなってしまう。また、低圧精留塔を分割する場合には、高圧容器のエンドプレートやディストリビュータの増加、複雑な設置が必要となり、設備コストが高くなる。

米国特許第２９６４４５１号公報 国際特許公開第８８／０１０３７公報 特許第６２５７６５６号公報

上記実情に鑑みて、本発明は、従来の空気分離装置と比較して製品製造効率を低下させることなく、設置面積を大きくすることなく、かつ低圧精留塔を分割することなく、高圧精留塔の頂部に設置される凝縮器に係る高さ分を低くすることができる、空気分離装置を提供することを目的とする。

本発明の空気分離装置は、
その塔頂部（１１３）の上方から離された位置にある第一凝縮器（１２１、１２２）を備える第一精留塔（１１）と、
前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置される第二精留塔（２１）と、
前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）の上方に配置される、少なくとも粗アルゴン精留塔の一部（３１）または粗アルゴン精留塔の全部（３０）と、を備える。

上記発明において、
前記粗アルゴン精留塔の一部が前記塔頂部（１１３）の上方に配置される場合に、
前記粗アルゴン精留塔は、前記塔頂部（１１３）の上方に配置される下部精留塔（３１）と、前記第二精留塔（２１）および／または前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、第二凝縮器（３２４）をその塔頂部（３２３）内あるいはその上方に備える上部精留塔（３２）とを有してもよい。
上記発明において、
前記粗アルゴン精留塔の全部が前記塔頂部（１１３）の上方に配置される場合に、前記粗アルゴン精留塔は、第二凝縮器（３２４）をその塔頂部（３２３）内あるいはその上方に備え、前記塔頂部（１１３）の上方にのみ配置されてもよい。

上記発明において、
前記第一凝縮器（１２１）は、前記塔頂部（１１３）の斜め上方に配置されてもよい。

上記発明において、
前記第一凝縮器（１２２）は、前記第二精留塔（２１）の下部あるいは底部（２１１）に配置されてもよい。

上記発明において、
前記第一精留塔（１１）は、前記第一凝縮器（１２）を含みあるいは含まず、第一コールドボックス（１０）内に配置されてもよい。

上記発明において、
前記第一精留塔（１１）および前記少なくとも粗アルゴン精留塔の一部または粗アルゴン精留塔の全部が、第一コールドボックス（１０）内に配置されてもよく、または、
前記第一精留塔（１１）が、第一コールドボックス（１０）内に配置され、かつ前記少なくとも粗アルゴン精留塔の一部または粗アルゴン精留塔の全部が、前記第一コールドボックス（１０）とは別のコールドボックス内に配置されてもよい。

上記発明において、
前記第一精留塔（１１）、前記第二精留塔（２１）、前記粗アルゴン精留塔の内一つまたは二つ以上に隣接配置される、純アルゴン精留塔を、さらに備えていてもよい。

上記発明によれば、従来の空気分離装置と比較して製品製造効率を低下させることなく、設置面積を大きくすることなく、かつ低圧精留塔を分割することなく、高圧精留塔の頂部に設置される凝縮器に係る高さ分を低くすることができる。この削減高さは、例えば５〜１０ｍとなることがあり、高純度ガスを製造するような非常に高い精留塔の設置の際に、大規模なクレーンの利用などで発生する設置コストを大幅に削減できる。

本発明の第一実施形態の空気分離装置（１）は、
第一コールドボックス（１０）内に配置され、かつ第一凝縮器（１２１）をその塔頂部（１１３）の斜め上方に備える第一精留塔（１１）と、
第二コールドボックス（２０）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置される第二精留塔（２１）と、
第一コールドボックス（１０）内または第三コールドボックス（３０ａ）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）の上方（好ましくは垂直上方）に設置される下部精留塔（３１）と、第四コールドボックス（３０ｂ）内に配置され、かつ前記第二精留塔（２１）および／または前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、第二凝縮器（３２４）をその塔頂部（３２３）内あるいはその上方に備える上部精留塔（３２）とを有する粗アルゴン精留塔（３１、３２）と、を備える。
第一実施形態の空気分離装置（１）は、前記第四コールドボックス（３０ｂ）内に配置され、かつ前記上部精留塔（３２）に隣接配置される純アルゴン精留塔（３６）を、さらに備えていてもよい。
第一実施形態の空気分離装置（１）は、前記第一凝縮器（１２１）から前記第二精留塔（２１）の底部（２１１）へ第一酸素富化ガスが送られる第一酸素富化ガス送りライン（Ｌ１）と、
前記第二精留塔（２１）の底部（２１１）から前記第一凝縮器（１２１）へ第一酸素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られる第一酸素富化液送りライン（Ｌ２）と、
前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）（あるいは中間よりも下方のカラム位置）から前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）へ第二酸素富化ガスを送る第二酸素富化ガス送りライン（Ｌ３）と、
前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）から前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）（あるいは中間よりも下方のカラム位置）へ第二酸素富化液を送る第二酸素富化液送りライン（Ｌ４）と、
前記下部精留塔（３１）の塔頂部（３１３）から前記上部精留塔（３２）の底部（３２１）へ第一アルゴン富化ガスが送られる第一アルゴン富化ガス送りライン（Ｌ５）と、
前記上部精留塔（３２）の底部（３２１）から前記下部精留塔（３１）の塔頂部（３１３）へ第一アルゴン富化液が第二液送ポンプ（６）で送られる第一アルゴン富化液送りライン（Ｌ６）と、をさらに備えていてもよい。

第一実施形態の空気分離装置（１）によれば、前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）は、前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）よりも高い位置となるように構成する。これにより、ポンプを用いずに第二酸素富化液をその高低差を利用して送ることができる。
また、第一精留塔（高圧塔）、第二精留塔（低圧塔）と、空間的に分離された１つ以上の部分（少なくともそれぞれにカラムを含む、上部精留塔、下部精留塔など）から構成された粗アルゴン精留塔を有し、第二精留塔（低圧塔）は第一精留塔（高圧塔）の少なくとも高さ方向の部分的な位置で隣接配置され、粗アルゴン精留塔の下部精留塔（底部）は少なくとも第一精留塔（高圧塔）の上方に配置される。これによって、空気分離装置の高さを低くできる。
また、第一精留塔（高圧塔）の斜め上方に凝縮器を設置する場合は、つまり、第一精留塔の塔頂部に設置される第一凝縮器に係る高さ分を低くすることができる。
また、例えば第二精留塔（低圧塔）や原料空気を冷却するための主熱交換器（不図示）を収めた第五コールドボックス（５０）の一部を支持サポートとして使用することによって、新たな支持脚を接地することがなく、第一精留塔（高圧塔）の斜め上方に第一凝縮器を設置することができる。
また、粗アルゴン精留塔の下部精留塔の底部から第二精留部（低圧塔）の中間部に酸素富化液体が供給されるラインと、第二精留部（低圧塔）の中間部から粗アルゴン精留塔の下部精留塔の下部に酸素富化ガスが供給されるラインが設けられる。つまり、粗アルゴン精留塔の下部精留塔が第一精留塔（高圧塔）の上部に設置されることにより、第二精留塔（低圧塔）の返送点に対して液ヘッドで液返送することが可能となり、特許文献３の構成におけるポンプで２分割された低圧塔下部に返送するような複雑で高価な工程を必要としなくて済む。
また、第一凝縮器（１２１）は、第一精留塔（高圧塔）の頂部ガスを、第二精留塔（低圧塔）の底部液を冷熱源として使用することで凝縮するように構成される。第二精留塔（低圧塔）の底部液は、例えばポンプ（５）によって第二精留塔（低圧塔）の底部（下部）から第一凝縮器（１２）に送られる。

本発明の第二実施形態の空気分離装置（１）は、
第一コールドボックス（１０）内に配置され、かつ第一凝縮器（１２１）をその塔頂部（１１３）の斜め上方に備える第一精留塔（１１）と、
第二コールドボックス（２０）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置される第二精留塔（２１）と、
第一コールドボックス（１０）内または第三コールドボックス内に配置され、第二凝縮器（３０４）をその塔頂部（３０３）内あるいはその上方に備える粗アルゴン精留塔（３０）と、を備える。
第二実施形態の空気分離装置（１）は、粗アルゴン精留塔（３０）に隣接配置される純アルゴン精留塔を、さらに備えていてもよい。
第二実施形態の空気分離装置（１）は、前記第一凝縮器（１２１）から前記第二精留塔（２１）の底部（２１１）へ第一酸素富化ガスが送られる第一酸素富化ガス送りライン（Ｌ１）と、
前記第二精留塔（２１）の底部（２１１）から前記第一凝縮器（１２１）へ第一酸素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られる第一酸素富化液送りライン（Ｌ２）と、
前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）（あるいは中間よりも下方のカラム位置）から前記粗アルゴン精留塔（３０）の底部（３０１）へ第二酸素富化ガスを送る第二酸素富化ガス送りライン（Ｌ３）と、
前記粗アルゴン精留塔（３０）の底部（３０１）から前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）（あるいは中間よりも下方のカラム位置）へ第二酸素富化液を送る第二酸素富化液送りライン（Ｌ４）と、をさらに備えていてもよい。
第三実施形態では、粗アルゴン精留塔が分割されておらず、第一精留塔の上方にそのまま配置されているので、高さ方向のサイズが大きくなるが設置面積は小さくできる。

第三実施形態の空気分離装置（１）は、
第一コールドボックス（１０）内に配置される第一精留塔（１１）と、
第二コールドボックス（２０）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、かつ前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）と配管を介して接続される第一凝縮器（１２２）をその下部あるいは底部（２１１）に備える第二精留塔（２１）と、
第一コールドボックス（１０）内または第三コールドボックス（３０ａ）内に配置され 、かつ前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）の上方に設置される下部精留塔（３１）と、第四コールドボックス（３０ｂ）内に配置され、かつ前記第二精留塔（２１）および／または前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、第二凝縮器（３２４）をその塔頂部（３２３）内あるいはその上方に備える上部精留塔（３２）とを有する粗アルゴン精留塔（３１、３２）と 、を備える。
第三実施形態の空気分離装置（１）は、前記第四コールドボックス（３０ｂ）内に配置され、かつ前記上部精留塔（３２）に隣接配置される純アルゴン精留塔（３６）をさらに備えていてもよい。
第三実施形態の空気分離装置（１）は、前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）から前記第一凝縮器（１２２）へ第一窒素富化ガスが送られる第一窒素富化ガス送りライン（Ｌ１１）と、
前記第一凝縮器（１２２）から前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）へ第一窒素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られる第一窒素富化液送りライン（Ｌ２１）と、
前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）から前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）へ第一酸素富化ガスを送る第一酸素富化ガス送りライン（Ｌ３）と、
前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）から前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）へ第一酸素富化液を送る第一酸素富化液送りライン（Ｌ４）と、
前記下部精留塔（３１）の塔頂部（３１３）から前記上部精留塔（３２）の底部（３２１）へ第一アルゴン富化ガスが送られる第一アルゴン富化ガス送りライン（Ｌ５）と、
前記上部精留塔（３２）の底部（３２１）から前記下部精留塔（３１）の塔頂部（３１３）へ第一アルゴン富化液が第二液送ポンプ（６）で送られる第一アルゴン富化液送りライン（Ｌ６）と、をさらに備えていてもよい。

第三実施形態の空気分離装置（１）によれば、前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）は、前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）よりも高い位置となるように構成する。これにより、ポンプを用いずに第二酸素富化液をその高低差を利用して送ることができる。
また、第一精留塔（高圧塔）、第二精留塔（低圧塔）と、空間的に分離された１つ以上の部分（少なくともそれぞれにカラムを含む、上部精留塔、下部精留塔など）から構成された粗アルゴン精留塔を有し、第二精留塔（低圧塔）は第一精留塔（高圧塔）の少なくとも高さ方向の部分的な位置で隣接配置され、粗アルゴン精留塔の下部精留塔（底部）は少なくとも第一精留塔（高圧塔）の上方に配置される。これによって、空気分離装置の高さを低くできる。
また、第一凝縮器（１２２）は第二精留塔（２１）の下部に設置される。つまり、第一精留塔の塔頂部に設置される第一凝縮器に係る高さ分を低くすることができる。
第一凝縮器（１２２）は、第一精留塔（１１）の塔頂部ガスを、第二精留塔（２１）の底部液を冷熱源として使用することで凝縮するように構成される。
第一凝縮器（１２２）で液化された第一精留塔（１１）の塔頂部ガス液は、例えば、ポンプ（５）によって第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）に還流液として送られる。

本発明の第四実施形態の空気分離装置（１）は、
第一コールドボックス（１０）内に配置される第一精留塔（１１）と、
第二コールドボックス（２０）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、かつ前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）と配管を介して接続される第一凝縮器（１２２）をその下部あるいは底部（２１１）に備える第二精留塔（２１）と、
第一コールドボックス（１０）内または第三コールドボックス内に配置され 、第二凝縮器（３０４）をその塔頂部（３０３）内あるいはその上方に備える粗アルゴン精留塔（３０）と、を備える。
第四実施形態の空気分離装置（１）は、粗アルゴン精留塔（３０）に隣接配置される純アルゴン精留塔を、さらに備えていてもよい。
第四実施形態の空気分離装置（１）は、前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）から前記第一凝縮器（１２２）へ第一窒素富化ガスが送られる第一窒素富化ガス送りライン（Ｌ１１）と、
前記第一凝縮器（１２２）から前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）へ第一窒素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られる第一窒素富化液送りライン（Ｌ２１）と、
前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）から前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）へ第一酸素富化ガスを送る第一酸素富化ガス送りライン（Ｌ３）と、
前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）から前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）へ第一酸素富化液を送る第一酸素富化液送りライン（Ｌ４）と、をさらに備えていてもよい。
第四実施形態では、粗アルゴン精留塔が分割されておらず、第一精留塔の上方にそのまま配置されているので、高さ方向のサイズが大きくなるが設置面積は小さくできる。

実施形態１の空気分離装置を示す図である。 実施形態２の空気分離装置を示す図である。 実施形態３の空気分離装置を示す図である。 実施形態４の空気分離装置を示す図である。

以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお、以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。

（実施形態１）
実施形態１の空気分離装置１について図１Ａを用いて説明する。
空気分離装置１は、第一精留塔（高圧塔）、第二精留塔（低圧塔）と、空間的に分離された１つ以上の部分（少なくともそれぞれにカラムを含む、上部精留塔、下部精留塔など）から構成された粗アルゴン精留塔を有する。第二精留塔（低圧塔）は第一精留塔（高圧塔）の少なくとも高さ方向の部分的な位置で隣接配置され、粗アルゴン精留塔の下部精留塔（底部）は少なくとも第一精留塔（高圧塔）の上方に配置される。これによって、空気分離装置の高さを低くできる。

第一精留塔１１は、第一コールドボックス１０ａ内に配置され、かつ第一凝縮器１２１をその塔頂部１１３の斜め上方に備える（設置時に鉛直方向で重ならないように配置される）。
第一凝縮器１２１は、第一サブコールドボックス１０ｂに収納される。第一凝縮器１２１は、第二精留塔２１や原料空気を冷却するための主熱交換器を収納した第五コールドボックス５０の一部を支持サポートとして使用されて設置される。第一凝縮器１２１の高さが、塔頂部１１３より高い位置で、ポンプを用いずに液流れするように構成される。
第二精留塔２１は、第二コールドボックス２０内に配置され、かつ第一精留塔１１よりも低圧の精留塔であって、第一精留塔１１に隣接配置される。

粗アルゴン精留塔は、空間的に分離された下部精留塔３１と上部精留塔３２とで構成される。
下部精留塔３１は、第三コールドボックス３０ａ内に配置され、かつ第一精留塔１１の塔頂部１１３の垂直上方に設置される。なお、別実施形態として、下部精留塔３１は、第一コールドボックス１０ａ内に配置されてもよい。
上部精留塔３２は、第四コールドボックス３０ｂ内に配置され、かつ第二精留塔２１に隣接配置され、第二凝縮器３２４をその塔頂部３２３の上方に備える。
純アルゴン精留塔３６は、第四コールドボックス３０ｂ内に配置され、かつ上部精留塔３２に隣接配置される。
なお、純アルゴン精留塔３６は、空気分離装置１で必須ではなく省略されていてもよい。

第一酸素富化ガス送りラインＬ１は、第一凝縮器１２から第二精留塔２１の底部２１１へ第一酸素富化ガスが送られるラインである。第一酸素富化ガス送りラインＬ１は、配管と弁（不図示）で構成される。
第一酸素富化液送りラインＬ２は、第二精留塔２１の底部２１１から第一凝縮器１２へ第一酸素富化液が第一液送ポンプ５で送られるラインである。第一酸素富化液送りラインＬ２は、配管と弁（不図示）で構成される。

第二酸素富化ガス送りラインＬ３は、第二精留塔２１のカラム中間部２１３から下部精留塔３１の底部３１１へ第二酸素富化ガスを送るラインである。第二酸素富化ガス送りラインＬ３は、配管と弁（不図示）で構成される。
第二酸素富化液送りラインＬ４は、下部精留塔３１の底部３１１から第二精留塔２１のカラム中間部２１３へ第二酸素富化液を送るラインである。第二酸素富化液送りラインＬ４は、配管と弁（不図示）で構成される。
下部精留塔３１の底部３１１は、第二精留塔２１のカラム中間部２１３よりも高い位置であり、ポンプを用いずに第二酸素富化液をその高低差を利用して送る。

第一アルゴン富化ガス送りラインＬ５は、下部精留塔３１の塔頂部３１３から上部精留塔３２の底部３２１へ第一アルゴン富化ガスが送られるラインである。第一アルゴン富化ガス送りラインＬ５は、配管と弁（不図示）で構成される。
第一アルゴン富化液送りラインＬ６は、上部精留塔３２の底部３２１から下部精留塔３１の塔頂部３１３へ第一アルゴン富化液が第二液送ポンプ６で送られるラインである。第一アルゴン富化液送りラインＬ６は、配管と弁（不図示）で構成される。

実施形態１において、図１Ａでは、第二精留塔（低圧塔）や原料空気を冷却するための主熱交換器、原料空気を圧縮する圧縮機、膨張タービンなどが省略されているが、不必要ということではない。本実施形態１（以下の実施形態でも同様である）においてもそれら構成要素も当然に空気分離装置１の構成要素の一部である。

（実施形態２）
実施形態２の空気分離装置１を図１Ｂを用いて説明する。実施形態１と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
粗アルゴン精留塔３０は、第一コールドボックス１０内に配置され、第二凝縮器３０４をその塔頂部３０３内あるいはその上方に備える。なお、粗アルゴン精留塔３０は、第一コールドボックス１０とは別のコールドボックス内に配置されていてもよい。
なお、実施形態２において、純アルゴン精留塔は必須であってもよく省略されていてもよい。
実施形態２では、粗アルゴン精留塔が分割されておらず、第一精留塔の上方にそのまま配置されているので、高さ方向のサイズが大きくなるが設置面積は小さくできる。

（実施形態３）
実施形態３の空気分離装置１を図２Ａを用いて説明する。
空気分離装置１は、第一精留塔（高圧塔）、第二精留塔（低圧塔）と、空間的に分離された１つ以上の部分（少なくともそれぞれにカラムを含む、上部精留塔、下部精留塔など）から構成された粗アルゴン精留塔を有する。第二精留塔（低圧塔）は第一精留塔（高圧塔）の少なくとも高さ方向の部分的な位置で隣接配置され、粗アルゴン精留塔の下部精留塔（底部）は少なくとも第一精留塔（高圧塔）の上方に配置される。これによって、空気分離装置の高さを低くできる。

第一精留塔１１は、第一コールドボックス１０内に配置される。
第二精留塔２１は、第二コールドボックス２０内に配置され、かつ第一精留塔１１よりも低圧の精留塔であって、第一精留塔１１に隣接配置され、かつ第一精留塔１１の塔頂部１１３と配管を介して接続される第一凝縮器１２２をその底部２１１に備える。

粗アルゴン精留塔は、第三コールドボックス３０ａ内に配置され、かつ第一精留塔１１の塔頂部１１３の垂直上方に設置される下部精留塔３１と、第四コールドボックス３０ｂ内に配置され、かつ第二精留塔２１に隣接配置され、第二凝縮器３２４をその塔頂部３２３の上方に備える上部精留塔３２とを有する。
純アルゴン精留塔３６は、第四コールドボックス３０ｂ内に配置され、かつ上部精留塔３２に隣接配置される。
なお、純アルゴン精留塔３６は、空気分離装置１で必須ではなく省略されていてもよい。

第一窒素富化ガス送りラインＬ１１は、第一精留塔１１の塔頂部１１３から第一凝縮器１２２へ第一窒素富化ガスが送られるラインである。第一窒素富化ガス送りラインＬ１１は、配管と弁（不図示）で構成される。
第一窒素富化液送りラインＬ２１は、第一凝縮器１２２から第一精留塔１１の塔頂部１１３へ第一窒素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られるラインである。第一窒素富化液送りラインＬ２１は、配管と弁（不図示）で構成される。

第一酸素富化ガス送りラインＬ３は、第二精留塔２１のカラム中間部２１３から下部精留塔３１の底部３１１へ第一酸素富化ガスを送るラインである。第一酸素富化ガス送りラインＬ３は、配管と弁（不図示）で構成される。
第一酸素富化液送りラインＬ４は、下部精留塔３１の底部３１１から第二精留塔２１のカラム中間部２１３へ第一酸素富化液を送るラインである。第一酸素富化液送りラインＬ４は、配管と弁（不図示）で構成される。
下部精留塔３１の底部３１１は、第二精留塔２１のカラム中間部２１３よりも高い位置であり、ポンプを用いずに第一酸素富化液をその高低差を利用して送る。

第一アルゴン富化ガス送りラインＬ５は、下部精留塔３１の塔頂部３１３から上部精留塔３２の底部３２１へ第一アルゴン富化ガスが送られるラインである。第一アルゴン富化ガス送りラインＬ５は、配管と弁（不図示）で構成される。
第一アルゴン富化液送りラインＬ６は、上部精留塔３２の底部３２１から下部精留塔３１の塔頂部３１３へ第一アルゴン富化液が第二液送ポンプ６で送られるラインである。第一アルゴン富化液送りラインＬ６は、配管と弁（不図示）で構成される。

実施形態３において、図２Ａでは、第二精留塔（低圧塔）や原料空気を冷却するための主熱交換器、原料空気を圧縮する圧縮機、膨張タービンなどが省略されているが、不必要ということではない。本実施形態３においてもそれら構成要素も当然に空気分離装置１の構成要素の一部である。

（実施形態４）
実施形態４の空気分離装置１を図２Ｂを用いて説明する。実施形態２と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
粗アルゴン精留塔３０は、第一コールドボックス１０内に配置され、第二凝縮器３０４をその塔頂部３０３内あるいはその上方に備える。なお、粗アルゴン精留塔３０は、第一コールドボックス１０とは別のコールドボックス内に配置されていてもよい。
なお、実施形態４において、純アルゴン精留塔は必須であってもよく省略されていてもよい。
実施形態４では、粗アルゴン精留塔が分割されておらず、第一精留塔の上方にそのまま配置されているので、高さ方向のサイズが大きくなるが設置面積は小さくできる。

図面の符号の説明

１ 空気分離装置
１１ 第一精留塔
１２１、１２２ 第一凝縮器
２１ 第二精留塔
３０ 粗アルゴン塔
３１ 下部精留塔
３２ 上部精留塔

仏国特許第２９６４４５１号公報 国際特許公開第８８／０１０３７公報 特許第６２５７６５６号公報

上記発明において、
前記第一精留塔（１１）は、前記第一凝縮器（１２１）を含みあるいは含まず、第一コールドボックス（１０ａ）内に配置されてもよい。

本発明の第一実施形態の空気分離装置（１）は、
第一コールドボックス（１０ａ）内に配置され、かつ第一凝縮器（１２１）をその塔頂部（１１３）の斜め上方に備える第一精留塔（１１）と、
第二コールドボックス（２０）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置される第二精留塔（２１）と、
第一コールドボックス（１０ａ）内または第三コールドボックス（３０ａ）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）の上方（好ましくは垂直上方）に設置される下部精留塔（３１）と、第四コールドボックス（３０ｂ）内に配置され、かつ前記第二精留塔（２１）および／または前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、第二凝縮器（３２４）をその塔頂部（３２３）内あるいはその上方に備える上部精留塔（３２）とを有する粗アルゴン精留塔（３１、３２）と、を備える。
第一実施形態の空気分離装置（１）は、前記第四コールドボックス（３０ｂ）内に配置され、かつ前記上部精留塔（３２）に隣接配置される純アルゴン精留塔（３６）を、さらに備えていてもよい。
第一実施形態の空気分離装置（１）は、前記第一凝縮器（１２１）から前記第二精留塔（２１）の底部（２１１）へ第一酸素富化ガスが送られる第一酸素富化ガス送りライン（Ｌ１）と、
前記第二精留塔（２１）の底部（２１１）から前記第一凝縮器（１２１）へ第一酸素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られる第一酸素富化液送りライン（Ｌ２）と、
前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）（あるいは中間よりも下方のカラム（２１２）位置）から前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）へ第二酸素富化ガスを送る第二酸素富化ガス送りライン（Ｌ３）と、
前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）から前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）（あるいは中間よりも下方のカラム（２１２）位置）へ第二酸素富化液を送る第二酸素富化液送りライン（Ｌ４）と、
前記下部精留塔（３１）の塔頂部（３１３）から前記上部精留塔（３２）の底部（３２１）へ第一アルゴン富化ガスが送られる第一アルゴン富化ガス送りライン（Ｌ５）と、
前記上部精留塔（３２）の底部（３２１）から前記下部精留塔（３１）の塔頂部（３１３）へ第一アルゴン富化液が第二液送ポンプ（６）で送られる第一アルゴン富化液送りライン（Ｌ６）と、をさらに備えていてもよい。

第一実施形態の空気分離装置（１）によれば、前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）は、前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）よりも高い位置となるように構成する。これにより、ポンプを用いずに第二酸素富化液をその高低差を利用して送ることができる。
また、第一精留塔（高圧塔）、第二精留塔（低圧塔）と、空間的に分離された１つ以上の部分（少なくともそれぞれにカラムを含む、上部精留塔、下部精留塔など）から構成された粗アルゴン精留塔を有し、第二精留塔（低圧塔）は第一精留塔（高圧塔）の少なくとも高さ方向の部分的な位置で隣接配置され、粗アルゴン精留塔の下部精留塔（底部）は少なくとも第一精留塔（高圧塔）の上方に配置される。これによって、空気分離装置の高さを低くできる。
また、第一精留塔（高圧塔）の斜め上方に凝縮器を設置する場合は、つまり、第一精留塔の塔頂部に設置される第一凝縮器に係る高さ分を低くすることができる。
また、例えば第二精留塔（低圧塔）や原料空気を冷却するための主熱交換器（不図示）を収めた第五コールドボックス（５０）の一部を支持サポートとして使用することによって、新たな支持脚を接地することがなく、第一精留塔（高圧塔）の斜め上方に第一凝縮器を設置することができる。
また、粗アルゴン精留塔の下部精留塔の底部から第二精留部（低圧塔）の中間部に酸素富化液体が供給されるラインと、第二精留部（低圧塔）の中間部から粗アルゴン精留塔の下部精留塔の下部に酸素富化ガスが供給されるラインが設けられる。つまり、粗アルゴン精留塔の下部精留塔が第一精留塔（高圧塔）の上部に設置されることにより、第二精留塔（低圧塔）の返送点に対して液ヘッドで液返送することが可能となり、特許文献３の構成におけるポンプで２分割された低圧塔下部に返送するような複雑で高価な工程を必要としなくて済む。
また、第一凝縮器（１２１）は、第一精留塔（高圧塔）の頂部ガスを、第二精留塔（低圧塔）の底部液を冷熱源として使用することで凝縮するように構成される。第二精留塔（低圧塔）の底部液は、例えばポンプ（５）によって第二精留塔（低圧塔）の底部（下部）から第一凝縮器（１２１）に送られる。

本発明の第二実施形態の空気分離装置（１）は、
第一コールドボックス（１０ａ）内に配置され、かつ第一凝縮器（１２１）をその塔頂部（１１３）の斜め上方に備える第一精留塔（１１）と、
第二コールドボックス（２０）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置される第二精留塔（２１）と、
第一コールドボックス（１０ａ）内または第三コールドボックス内に配置され、第二凝縮器（３０４）をその塔頂部（３０３）内あるいはその上方に備える粗アルゴン精留塔（３０）と、を備える。
第二実施形態の空気分離装置（１）は、粗アルゴン精留塔（３０）に隣接配置される純アルゴン精留塔を、さらに備えていてもよい。
第二実施形態の空気分離装置（１）は、前記第一凝縮器（１２１）から前記第二精留塔（２１）の底部（２１１）へ第一酸素富化ガスが送られる第一酸素富化ガス送りライン（Ｌ１）と、
前記第二精留塔（２１）の底部（２１１）から前記第一凝縮器（１２１）へ第一酸素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られる第一酸素富化液送りライン（Ｌ２）と、
前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）（あるいは中間よりも下方のカラム（２１２）位置）から前記粗アルゴン精留塔（３０）の底部（３０１）へ第二酸素富化ガスを送る第二酸素富化ガス送りライン（Ｌ３）と、
前記粗アルゴン精留塔（３０）の底部（３０１）から前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）（あるいは中間よりも下方のカラム（２１２）位置）へ第二酸素富化液を送る第二酸素富化液送りライン（Ｌ４）と、をさらに備えていてもよい。
第三実施形態では、粗アルゴン精留塔が分割されておらず、第一精留塔の上方にそのまま配置されているので、高さ方向のサイズが大きくなるが設置面積は小さくできる。

第三実施形態の空気分離装置（１）は、
第一コールドボックス（１０ａ）内に配置される第一精留塔（１１）と、
第二コールドボックス（２０）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、かつ前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）と配管を介して接続される第一凝縮器（１２２）をその下部あるいは底部（２１１）に備える第二精留塔（２１）と、
第一コールドボックス（１０ａ）内または第三コールドボックス（３０ａ）内に配置され 、かつ前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）の上方に設置される下部精留塔（３１）と、第四コールドボックス（３０ｂ）内に配置され、かつ前記第二精留塔（２１）および／または前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、第二凝縮器（３２４）をその塔頂部（３２３）内あるいはその上方に備える上部精留塔（３２）とを有する粗アルゴン精留塔（３１、３２）と 、を備える。
第三実施形態の空気分離装置（１）は、前記第四コールドボックス（３０ｂ）内に配置され、かつ前記上部精留塔（３２）に隣接配置される純アルゴン精留塔（３６）をさらに備えていてもよい。
第三実施形態の空気分離装置（１）は、前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）から前記第一凝縮器（１２２）へ第一窒素富化ガスが送られる第一窒素富化ガス送りライン（Ｌ１１）と、
前記第一凝縮器（１２２）から前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）へ第一窒素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られる第一窒素富化液送りライン（Ｌ２１）と、
前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）から前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）へ第一酸素富化ガスを送る第一酸素富化ガス送りライン（Ｌ３）と、
前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）から前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）へ第一酸素富化液を送る第一酸素富化液送りライン（Ｌ４）と、
前記下部精留塔（３１）の塔頂部（３１３）から前記上部精留塔（３２）の底部（３２１）へ第一アルゴン富化ガスが送られる第一アルゴン富化ガス送りライン（Ｌ５）と、
前記上部精留塔（３２）の底部（３２１）から前記下部精留塔（３１）の塔頂部（３１３）へ第一アルゴン富化液が第二液送ポンプ（６）で送られる第一アルゴン富化液送りライン（Ｌ６）と、をさらに備えていてもよい。

本発明の第四実施形態の空気分離装置（１）は、
第一コールドボックス（１０ａ）内に配置される第一精留塔（１１）と、
第二コールドボックス（２０）内に配置され、かつ前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、かつ前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）と配管を介して接続される第一凝縮器（１２２）をその下部あるいは底部（２１１）に備える第二精留塔（２１）と、
第一コールドボックス（１０ａ）内または第三コールドボックス内に配置され 、第二凝縮器（３０４）をその塔頂部（３０３）内あるいはその上方に備える粗アルゴン精留塔（３０）と、を備える。
第四実施形態の空気分離装置（１）は、粗アルゴン精留塔（３０）に隣接配置される純アルゴン精留塔を、さらに備えていてもよい。
第四実施形態の空気分離装置（１）は、前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）から前記第一凝縮器（１２２）へ第一窒素富化ガスが送られる第一窒素富化ガス送りライン（Ｌ１１）と、
前記第一凝縮器（１２２）から前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）へ第一窒素富化液が第一液送ポンプ（５）で送られる第一窒素富化液送りライン（Ｌ２１）と、
前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）から前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）へ第一酸素富化ガスを送る第一酸素富化ガス送りライン（Ｌ３）と、
前記下部精留塔（３１）の底部（３１１）から前記第二精留塔（２１）のカラム中間部（２１３）へ第一酸素富化液を送る第一酸素富化液送りライン（Ｌ４）と、をさらに備えていてもよい。
第四実施形態では、粗アルゴン精留塔が分割されておらず、第一精留塔の上方にそのまま配置されているので、高さ方向のサイズが大きくなるが設置面積は小さくできる。

（実施形態２）
実施形態２の空気分離装置１を図１Ｂを用いて説明する。実施形態１と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
粗アルゴン精留塔３０は、第一コールドボックス１０ａ内に配置され、第二凝縮器３０４をその塔頂部３０３内あるいはその上方に備える。なお、粗アルゴン精留塔３０は、第一コールドボックス１０ａとは別のコールドボックス内に配置されていてもよい。
なお、実施形態２において、純アルゴン精留塔は必須であってもよく省略されていてもよい。
実施形態２では、粗アルゴン精留塔が分割されておらず、第一精留塔の上方にそのまま配置されているので、高さ方向のサイズが大きくなるが設置面積は小さくできる。

第一精留塔１１は、第一コールドボックス１０ａ内に配置される。
第二精留塔２１は、第二コールドボックス２０内に配置され、かつ第一精留塔１１よりも低圧の精留塔であって、第一精留塔１１に隣接配置され、かつ第一精留塔１１の塔頂部１１３と配管を介して接続される第一凝縮器１２２をその底部２１１に備える。

（実施形態４）
実施形態４の空気分離装置１を図２Ｂを用いて説明する。実施形態２と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
粗アルゴン精留塔３０は、第一コールドボックス１０ａ内に配置され、第二凝縮器３０４をその塔頂部３０３内あるいはその上方に備える。なお、粗アルゴン精留塔３０は、第一コールドボックス１０ａとは別のコールドボックス内に配置されていてもよい。
なお、実施形態４において、純アルゴン精留塔は必須であってもよく省略されていてもよい。
実施形態４では、粗アルゴン精留塔が分割されておらず、第一精留塔の上方にそのまま配置されているので、高さ方向のサイズが大きくなるが設置面積は小さくできる。

Claims (7)

1. その塔頂部（１１３）の上方から離された位置にある第一凝縮器（１２）を備える第一精留塔（１１）と、
   前記第一精留塔（１１）よりも低圧の精留塔であって、前記第一精留塔（１１）に隣接配置される第二精留塔（２１）と、
   前記第一精留塔（１１）の塔頂部（１１３）の上方に配置される、少なくとも粗アルゴン精留塔の一部または粗アルゴン精留塔の全部と、を備える、空気分離装置。
2. 前記粗アルゴン精留塔の一部が前記塔頂部（１１３）の上方に配置される場合に、
   前記粗アルゴン精留塔は、前記塔頂部（１１３）の上方に配置される下部精留塔（３１）と、前記第二精留塔（２１）および／または前記第一精留塔（１１）に隣接配置され、第二凝縮器（３２４）をその塔頂部（３２３）内あるいはその上方に備える上部精留塔（３２）とを有し、または、
   前記粗アルゴン精留塔の全部が前記塔頂部（１１３）の上方に配置される場合に、前記粗アルゴン精留塔は、第二凝縮器（３２４）をその塔頂部（３２３）内あるいはその上方に備え、前記塔頂部（１１３）の上方にのみ配置される、請求項１に記載の空気分離装置。
3. 前記第一凝縮器（１２）は、前記塔頂部（１１３）の斜め上方に配置される、請求項１または２に記載の空気分離装置。
4. 前記第一凝縮器（１２２）は、前記第二精留塔（２１）の下部あるいは底部（２１１）に配置される、請求項１または２に記載の空気分離装置。
5. 前記第一精留塔（１１）は、前記第一凝縮器（１２）を含みあるいは含まず、第一コールドボックス（１０）内に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気分離装置。
6. 前記第一精留塔（１１）および前記少なくとも粗アルゴン精留塔の一部または粗アルゴン精留塔の全部が、第一コールドボックス（１０）内に配置される、または、
   前記第一精留塔（１１）が、第一コールドボックス（１０）内に配置され、かつ前記少なくとも粗アルゴン精留塔の一部または粗アルゴン精留塔の全部が、前記第一コールドボックス（１０）とは別のコールドボックス内に配置される、請求項１に記載の空気分離装置。
7. 前記第一精留塔（１１）、前記第二精留塔（２１）、前記粗アルゴン精留塔の内一つまたは二つ以上に隣接配置される、純アルゴン精留塔を、さらに備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気分離装置。

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