JP2024058676A - 空気分離装置および空気分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上記従来構成よりも、高純度窒素と高純度酸素の製造量を増加させることができる空気分離方法を提供する。【解決手段】原料空気が導入される主熱交換器１と、原料空気が導入される窒素精留塔２と、窒素精留塔から導出される窒素ガスを凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器３、４と、窒素精留塔２から導出された酸素含有液が導入される高純度酸素精留塔５と、高純度酸素精留塔５で精留される高純度酸素液を蒸発する酸素蒸発器６と、サブクーラ７と、を備えた空気分離装置Ａ１に適用される方法であって、前記窒素精留塔２から導出された酸素富化液の一部を、前記酸素蒸発器６で冷却した後で前記窒素凝縮器３、４へ供給し、および、酸素富化液の残部を、前記窒素精留塔２から供給される窒素ガスと、前記窒素凝縮器３、４の冷媒側から供給されるガスを冷媒とするサブクーラ７で冷却した後で前記窒素凝縮器３、４へ供給する工程を含む。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、空気を分離して高純度窒素と高純度酸素を製造する方法および分離装置に関する。

高純度窒素の需要のために、深冷空気分離で窒素を製造するプロセスがあり、主熱交換器と窒素精留塔と窒素凝縮器で構成され、必要な寒冷を供給するために膨張タービンが配置されたり、窒素の回収を増量するためにリサイクルガスの圧縮機が配置されることがある（例えば、特許文献１参照。）
同時に高純度酸素の需要があり、窒素精留塔から導出される酸素含有液を酸素精留塔で精留することが知られている。既知の方法としては、酸素含有液を精留塔の上部に供給し、精留塔下部の酸素蒸発器によって供給される蒸気流との精留操作によって、酸素精留塔下部に高純度酸素液を貯める。酸素蒸発器の熱媒としては、原料空気の一部や酸素含有液（例えば、特許文献２参照。）、窒素精留塔下部から導出される酸素富化液（例えば、特許文献３参照。）を使用することがある。
窒素精留塔から導出される液、すなわち酸素含有液または酸素富化液は、窒素精留塔から導出される時点では飽和液であるため、減圧されると一部が蒸発して、プロセス上のロスとなる。したがって、減圧される前に冷却して、減圧時の蒸発量を低減することが望ましい。酸素富化液は、窒素精留塔から導出される窒素や、窒素凝縮器で蒸発される廃ガス等によって、冷却されることもあるし（例えば、特許文献１参照。）、酸素蒸発器によって冷却される場合もある（例えば、特許文献２、３参照。）。

高純度酸素製造に当たり、その製造量を決める一つの要因は、酸素蒸発器における蒸発能力である。特許文献２では、酸素蒸発器に原料空気の一部を供給しているので、一見蒸発能力は自由に設定できるように思われるが、酸素蒸発器に原料空気を供給することは、窒素精留塔に対する原料空気供給が相対的に低減させるので、窒素製造の観点から望ましくない。
特許文献３では、酸素富化液は酸素蒸発器によって冷却されているが、酸素蒸発器における熱需要が減少した場合、十分に冷却されずに下流に供給されることがあり、減圧時に液の一部が蒸発して熱的な損失を生じることがある。

米国特許第５７１１１６７号 米国特許公開第２０１０／０２４２５３７号公報 国際特許公開ＷＯ２０１４／１７３４９６号公報

本開示は、上記従来構成よりも、高純度窒素と高純度酸素の製造量を増加させることができる、空気分離装置および空気分離方法を提供する。

本開示の第一の空気分離方法は、
原料空気が導入される主熱交換器（１）と、原料空気が導入される窒素精留塔（２）と、窒素精留塔（２）の塔頂部から導出される窒素ガスを凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器（３、４）と、窒素精留塔（２）から導出された酸素含有液が塔頂部へ導入される高純度酸素精留塔（５）と、高純度酸素精留塔（５）で精留される高純度酸素液を蒸発する酸素蒸発器（６）と、サブクーラ（７）と、を備えた空気分離装置に適用される方法であって、
窒素精留塔（２）の底部から導出された酸素富化液の一部を、酸素蒸発器（６）で冷却した後で前記窒素凝縮器（３、４）へ供給し、および、酸素富化液のその残部を、窒素精留塔（２）の塔頂部から供給される窒素ガスと、前記窒素凝縮器（３、４）の冷媒側から供給されるガスとのうち少なくとも一つを冷媒とするサブクーラ（７）で冷却した後で前記窒素凝縮器（４）へ供給する工程（２種類冷却工程）を含む。
前記方法は、
前記窒素精留塔（２）の精留部から導出された酸素含有液を、前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂部から導出されるガスと熱交換した後で前記高純度酸素精留塔の塔頂へ供給する工程（第二熱交換工程）を含んでいてもよい。
前記方法は、
前記窒素精留塔（２）の精留部から導出された酸素含有液を、前記酸素蒸発器（６）で冷却した後で前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂部へ供給する工程（酸素含有液冷却・供給工程）を含んでいてもよい。
前記方法は、
前記窒素精留塔（２）の精留部から導出された酸素含有液を、前記酸素蒸発器（６）で冷却し、前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂部から導出されるガスと熱交換した後で前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂へ供給する工程（酸素含有液冷却・熱交換・供給工程）を含む。
前記方法は、
前記酸素精留塔（５）の底部から導出された高純度酸素液を加圧した後で前記主熱交換器（１）へ送る工程（加圧工程）を含んでいてもよい。

本開示の第二の空気分離方法は、
原料空気が導入される主熱交換器（１）と、原料空気が導入される窒素精留塔（２）と、窒素精留塔（２）の塔頂から導出される窒素ガスを凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器（３、４）と、窒素精留塔（２）から導出された酸素含有液が塔頂部へ導入される高純度酸素精留塔（５）と、高純度酸素精留塔（５）で精留される高純度酸素液を蒸発する酸素蒸発器（６）と、サブクーラ（７）と、を備えた空気分離装置に適用される方法であって、
窒素精留塔（２）の底部から導出された酸素富化液を、窒素精留塔（２）の塔頂部から供給される窒素ガスと、前記窒素凝縮器（３、４）の冷媒側から供給されるガスとのうち少なくとも一つを冷媒とするサブクーラ（７）で冷却し、酸素蒸発器（６）で冷却した後で前記窒素凝縮器（３、４）へ供給する工程（２段階冷却工程）を含む。
前記方法は、
前記窒素精留塔（２）の精留部から導出された酸素含有液を、前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂から導出されるガスと熱交換した後で前記高純度酸素精留塔の塔頂へ供給する工程（第二熱交換工程）を含んでいてもよい。
前記方法は、
前記高純度酸素精留塔（５）の底部から導出された高純度酸素液を加圧した後で前記主熱交換器（１）へ送る工程（加圧工程）を含んでいてもよい。

本開示の第一の空気分離装置（Ａ１）は、
原料空気を熱交換する主熱交換器（１）と、
前記主熱交換器（１）と異なる熱交換機能であるサブクーラ（７）と、
前記主熱交換器（１）を通過した原料空気が導入される（中間あるいは下部精留部を有する）窒素精留塔（２）と、
前記窒素精留塔（２）の塔頂（２３）から導出される窒素ガス（蒸発ガス）が導入されて凝縮（冷却）し、前記塔頂部（２３）へ戻す少なくとも１つの窒素凝縮器（第一、第二凝縮器（３、４））と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（第一凝縮器（３）の塔頂部（３１））から導出され、前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）（の一部）を通過した後でガスを膨張する膨張タービン（９２）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（前記第二凝縮器（４）の塔頂部（４１））から導出され圧縮した後で前記主熱交換器（１）を部分的に通過した後で前記窒素精留塔（２）へ戻るリサイクルガスを圧縮するコンプレッサー（９１）と、
前記窒素精留塔（２）（の中間あるいは上部精留部）から導出される酸素含有液（ガス状と液状を含む）が供給される（酸素精留部あるいは塔頂を有する）高純度酸素精留塔（５）と、
前記高純度酸素精留塔（５）の（酸素精留部の）下部に設置され、酸素ガスの蒸気流を発生させるための酸素蒸発器（６）と、
前記窒素精留塔（２）の底部から導出される酸素富化液（の一部）を前記サブクーラ（７）へ送り、前記窒素凝縮器（第二凝縮器（４））へ送るための配管ライン（Ｌ１００ａ）と、
前記窒素精留塔（２）の底部から導出される酸素富化液（その残部）を前記酸素蒸発器（６）の熱源として送り、前記窒素凝縮器（第二凝縮器（４））へ送るための配管ライン（Ｌ１００ｂ）と、
前記窒素精留塔（２）の塔頂部（２３）から導出される窒素ガス（蒸発ガス）を前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）へ送るための窒素ガス導出配管ライン（Ｌ２３）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（第一凝縮器（３）の塔頂部（３１））から導出されたガスを、前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）（の一部）を通過させて前記膨張タービン（９２）で使用されたガスを前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）へ送るための廃ガス導出配管ライン（Ｌ３１）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（前記第二凝縮器（４）の塔頂部（４１））から導出されたリサイクルガスを、前記コンプレッサー（９１）で圧縮し、前記主熱交換器（１）を部分的に通過させて前記窒素精留塔（２）へ戻すためのリサイクルガス配管ライン（Ｌ４１）と、
を備える。
前記装置（Ａ１）は、
前記配管ライン（Ｌ１００ｂ）から分岐し、前記酸素蒸発器（６）を通過しないバイパス配管ライン（Ｌ１００ｂ１）を備えていてもよい。
前記装置（Ａ１）は、
前記窒素精留塔（２）から導出される前記酸素含有液を前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂部へ送るための配管ライン（Ｌ２２）を備えていてもよい。
前記装置（Ａ１）は、
前記窒素精留塔（２）から導出される前記酸素含有液を、前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂部から導出されるガスと熱交換する第二熱交換器（８）と、
前記窒素精留塔（２）から導出される前記酸素含有液を前記第二熱交換器（８）を介して前記高純度酸素精留塔（５）へ送るための配管ライン（Ｌ１０１）と、を備えていてもよい。
前記装置（Ａ１）は、
前記高純度酸素精留塔（５）の底部から導出された高純度酸素液を加圧する加圧装置（６５）と、
前記高純度酸素精留塔（５）の底部から導出された高純度酸素液が前記加圧装置（６５）を介して前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）へ送られる取出配管ライン（Ｌ５１）を備えていてもよい。

本開示の第二の空気分離装置（Ａ２）は、
原料空気を熱交換する主熱交換器（１）と、
前記主熱交換器（１）と異なる熱交換機能であるサブクーラ（７）と、
前記主熱交換器（１）を通過した原料空気が導入される（中間あるいは下部精留部を有する）窒素精留塔（２）と、
前記窒素精留塔（２）の塔頂（２３）から導出される窒素ガス（蒸発ガス）が導入されて凝縮（冷却）し、前記塔頂（２３）へ戻す少なくとも１つの窒素凝縮器（第一、第二凝縮器（３、４））と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（第一凝縮器（３）の塔頂部（３１））から導出され、前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）（の一部）を通過した後でガスを膨張する膨張タービン（９２）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（前記第二凝縮器（４）の塔頂部（４１））から導出され圧縮した後で前記主熱交換器（１）を部分的に通過した後で前記窒素精留塔（２）へ戻るリサイクルガスを圧縮するコンプレッサー（９１）と、
前記窒素精留塔（２）（の中間あるいは上部精留部）から導出される酸素含有液（ガス状と液状を含む）が供給される（酸素精留部あるいは塔頂を有する）高純度酸素精留塔（５）と、
前記高純度酸素精留塔（５）の（酸素精留部の）下部に設置され、酸素ガスの蒸気流を発生させるための酸素蒸発器（６）と、
前記窒素精留塔（２）の底部から導出される酸素富化液を前記サブクーラ（７）へ送り、前記酸素蒸発器（６）の熱源として送り、前記窒素凝縮器（第二凝縮器（４））へ送るための配管ライン（Ｌ１００ｃ）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（第一凝縮器（３）の塔頂部（３１））から導出されたガスを、前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）（の一部）を通過させて前記膨張タービン（９２）で使用されたガスを前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）へ送るための廃ガス導出配管ライン（Ｌ３１）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（前記第二凝縮器（４）の塔頂部（４１））から導出されたリサイクルガスを、前記コンプレッサー（９１）で圧縮し、前記主熱交換器（１）を部分的に通過させて前記窒素精留塔（２）へ戻すためのリサイクルガス配管ライン（Ｌ４１）と、
を備える。
前記装置（Ａ２）は、
前記配管ライン（Ｌ１００ｃ）から分岐し、前記酸素蒸発器（６）を通過しないバイパス配管ライン（Ｌ１００ｃ１）を備えていてもよい。
前記装置（Ａ２）は、
前記窒素精留塔（２）から導出される前記酸素含有液を前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂部へ送るための配管ライン（Ｌ２２）を備えていてもよい。
前記装置（Ａ２）は、
前記窒素精留塔（２）から導出される前記酸素含有液を、前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂部から導出される廃ガスと熱交換する（冷却する）第二熱交換器（８）と、
前記窒素精留塔（２）から導出される前記酸素含有液を前記第二熱交換器（８）を介して前記高純度酸素精留塔（５）へ送るための配管ラインＬ１０１と、を備えていてもよい。
前記装置（Ａ２）は、
前記高純度酸素精留塔（５）の底部から導出された高純度酸素液を加圧する加圧装置（６５）と、
前記高純度酸素精留塔（５）の底部から導出された高純度酸素液が前記加圧装置（６５）を介して前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）へ送られる取出配管ライン（Ｌ５１）を、を備えていてもよい。

本開示の第三の空気分離装置（Ａ３）は、
原料空気を熱交換する主熱交換器（１）と、
前記主熱交換器（１）と異なる熱交換機能であるサブクーラ（７）と、
前記主熱交換器（１）を通過した原料空気が導入される（中間あるいは下部精留部を有する）窒素精留塔（２）と、
前記窒素精留塔（２）の塔頂（２３）から導出される窒素ガス（蒸発ガス）が導入されて凝縮（冷却）し、前記塔頂（２３）へ戻す少なくとも１つの窒素凝縮器（第一、第二凝縮器（３、４））と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（第一凝縮器（３）の塔頂部（３１））から導出され、前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）（の一部）を通過した後でガスを膨張する膨張タービン（９２）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（前記第二凝縮器（４）の塔頂部（４１））から導出され圧縮した後で前記主熱交換器（１）を部分的に通過した後で前記窒素精留塔（２）へ戻るリサイクルガスを圧縮するコンプレッサー（９１）と、
前記窒素精留塔（２）（の中間あるいは上部精留部）から導出される酸素含有液（ガス状と液状を含む）が供給される（酸素精留部あるいは塔頂を有する）高純度酸素精留塔（５）と、
前記高純度酸素精留塔（５）の（酸素精留部の）下部に設置され、酸素ガスの蒸気流を発生させるための酸素蒸発器（６）と、
前記窒素精留塔（２）の底部から導出される酸素富化液（の一部）を前記サブクーラ（７）へ送り、前記窒素凝縮器（第二凝縮器（４））へ送るための配管ライン（Ｌ１００ａ）と、
前記窒素精留塔（２）の底部から導出される酸素富化液（のその残部）を前記酸素蒸発器（６）の熱源として送り、前記窒素凝縮器（第二凝縮器（４））へ送るための配管ライン（Ｌ１００ｂ）と、
前記窒素精留塔（２）から導出される前記酸素含有液を前記酸素蒸発器（６）の熱源として送り、前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂へ送るための配管ライン（Ｌ１０３）と、
前記窒素精留塔（２）の塔頂部（２３）から導出される窒素ガス（蒸発ガス）を前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）へ送るための窒素ガス導出配管ライン（Ｌ２３）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（第一凝縮器（３）の塔頂部（３１））から導出されたガスを、前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）（の一部）を通過させて前記膨張タービン（９２）で使用されたガスを前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）へ送るための廃ガス導出配管ライン（Ｌ３１）と、
前記少なくとも一つの窒素凝縮器（前記第二凝縮器（４）の塔頂部（４１））から導出されたリサイクルガスを、前記コンプレッサー（９１）で圧縮し、前記主熱交換器（１）を部分的に通過させて前記窒素精留塔（２）へ戻すためのリサイクルガス配管ライン（Ｌ４１）と、
を備える。
前記装置（Ａ３）は、
前記配管ライン（Ｌ１００ｂ）から分岐し、前記酸素蒸発器（６）を通過しないバイパス配管ライン（Ｌ１００ｂ１）を備えていてもよい。
前記装置（Ａ３）は、配管ライン（Ｌ１０３）に替わり、
前記酸素蒸発器（６）で熱交換された前記酸素含有液を、前記高純度酸素精留塔（５）の塔頂部から導出される廃ガスと熱交換する第二熱交換器（８）と、
前記窒素精留塔（２）から導出される前記酸素含有液を前記酸素蒸発器（６）および前記第二熱交換器（８）を介して前記高純度酸素精留塔（５）へ送るための配管ライン（Ｌ１０４）と、を備えていてもよい。
前記装置（Ａ３）は、
前記高純度酸素精留塔（５）の底部から導出された高純度酸素液を加圧する加圧装置（６５）と、
前記高純度酸素精留塔（５）の底部から導出された高純度酸素液が前記加圧装置（６５）を介して前記サブクーラ（７）および前記主熱交換器（１）へ送られる取出配管ライン（Ｌ５１）を、を備えていてもよい。
前記取出配管ライン（Ｌ５１）で取り出される高純度酸素液は、前記主熱交換器（１）を通過させて（蒸発させて）酸素ガスにしてから需要ポイントへ送られてもよい。

前記空気分離装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）は、
流量測量器、圧力測定器、温度測定器、液レベル測定器などの各種計測器と、
制御弁、仕切弁などの各種弁と、
各要素間を連結する配管と、
を有していてもよい。

前記空気分離装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）は、
前記膨張タービン（９１）と前記コンプレッサー（９２）とを有するコンプレッサーエキスパンダ（９）を備えていてもよい。膨張タービン（９１）で得られた動力の少なくとも一部をコンプレッサー（９２）の動力に利用することで、膨張タービン（９１）で回収されうる動力を効率的に利用できる。

「高純度酸素」は、例えば９９．９９％以上の純度を持つ酸素をいう。
「高純度窒素」は、例えば９９．９９％以上の純度を持つ窒素をいう。

（作用効果）
（１）高純度窒素と高純度酸素の製造量を増加させることができる。
（２）窒素精留塔から導出された酸素富化液を酸素蒸発器で冷却すると同時に、窒素精留塔から供給される窒素ガス、窒素凝縮器の冷媒側から供給される廃ガスを冷媒とするサブクーラで冷却することによって、酸素蒸発器の熱需要が変化しても、酸素富化液を十分に冷却し、熱効率を改善することができる。
（３）酸素含有液は、酸素精留塔から導出される酸素精留塔の廃ガスと熱交換することによってさらに冷却することで、さらに減圧に係る蒸発ロスを低減することができる。
（４）酸素含有液を、酸素蒸発器における熱媒として利用すると同時に冷却することで、酸素含有液が酸素精留塔に導入される際の減圧によって生じる蒸発ロスを低減することができ、かつ、酸素蒸発器の蒸発量を増すことになるので、高純度酸素の製造量の増量にも寄与する。

実施形態１の空気分離装置を示す図である。 実施形態１の別実施形態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３の別実施形態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。 実施形態５の空気分離装置を示す図である。 実施形態６の空気分離装置を示す図である。

以下に本開示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、本開示の一例を説明するものである。本開示は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本開示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開示の必須の構成であるとは限らない。上流や下流はガス流の流れ方向を基準にしている。

（実施形態１）
実施形態１の空気分離装置Ａ１について図１Ａを用いて説明する。
主熱交換器１は、原料空気を導入し熱交換する。
サブクーラ７は、主熱交換器１と異なる熱交換機能である。図１Ａにおいて、主熱交換器１とサブクーラ７が連結するように示されているが、互いの熱交換機能は別々になっている。本実施形態において、サブクーラ７の冷媒は、少なくとも窒素精留塔２の塔頂部２３から供給される窒素ガスと、第一凝縮器３の塔頂部３１（冷媒側）から供給されるガスである。
窒素精留塔２は、主熱交換器１を通過した原料空気が導入される。窒素精留塔２は、底部２１、精留部２２、塔頂部２３を有する。原料空気配管ラインＬ１は、原料空気を主熱交換器１を通過させ窒素精留塔２の下部精留部２２１へ導入する。窒素精留塔２の塔頂２３から導出される窒素ガス（富化窒素ガス）は、窒素ガス配管ラインＬ２３を介して、サブクーラ７および主熱交換器１を通過させて製品窒素して導出される。

第一凝縮器３は、窒素精留塔２の塔頂部２３から導出される窒素ガス（蒸発ガス）が導入されて凝縮（冷却）する。窒素ガスは、配管ラインＬ２３１により塔頂部２３から第一凝縮器３へ送られ冷却されて塔頂部２３へ戻る。
第二凝縮器４は、窒素精留塔２の塔頂部２３から導出される窒素ガス（蒸発ガス）が導入されて凝縮（冷却）する。窒素ガスは、配管ラインＬ２３２により塔頂部２３から第二凝縮器４へ送られ冷却されて塔頂部２３へ戻る。
第一凝縮器３の冷媒側の圧力は、第二凝縮器４の冷媒側の圧力よりも低い。第二凝縮器４で濃縮された高圧酸素富化液が、減圧弁で減圧されたあと、低圧冷媒として第一凝縮器３へ送られる。

コンプレッサー９１と膨張タービン９２は、コンプレサーエキスパンダー９として機能する。膨張タービン９２は、第一凝縮器３の塔頂部３１から導出され、サブクーラ７および主熱交換器１の一部を通過した後でガスを膨張する。膨張させたガスは、サブクーラ７および主熱交換器１通過し、廃ガスとして処理される。廃ガス配管ラインＬ３１は、第一凝縮器３の塔頂部３１から導出されるガスを、サブクーラ７および主熱交換器１の一部を通過させ膨張タービン９２で膨張させた後にサブクーラ７および主熱交換器１を通過させて導出させる。
コンプレッサー９１は、第二凝縮器４の塔頂部４１から導出されるガスを圧縮する。圧縮したガスは、主熱交換器１の一部を通過し窒素精留塔２の底部２１の気相へ導入される。リサイクルガス配管ラインＬ４１は、第二凝縮器４の塔頂部４１から導出されるガスを、コンプレッサー９１で圧縮させ主熱交換器１の一部を通過させ窒素精留塔２の底部２１の気相へリサイクルガスとして導入する。

高純度酸素精留塔５は、窒素精留塔２の中間精留部２２２から導出される酸素含有液（ガス状と液状を含む）が供給される。高純度酸素精留塔５は、下部５１、精留部５２、塔頂部５３を有する。酸素蒸発器６は、高純度酸素精留塔５の下部５１に設置され、酸素ガスの蒸気流を発生させる。配管ラインＬ２２は、窒素精留塔２の中間精留部２２２から酸素含有液を導出し、純度酸素精留塔５の塔頂部５１へ送る。配管ラインＬ５３は、高純度酸素精留塔５の塔頂部５３からガスを導出し、主熱交換器１よりも上流側の廃ガス配管ラインＬ３１に合流する。取出配管ラインＬ５１は、高純度酸素精留塔５の底部５１から高純度酸素液を導出するための配管ラインである。
なお、別実施形態として、取出配管ラインＬ５１は、高純度酸素液をサブクーラ７または主熱交換器１のいずれか一方へのみ送られる配管ラインでもよく、またはそれら両方に送る配管ラインでもよく、高純度酸素ガス製品として供給する配管ラインとして機能してもよい。かかる場合に、サブクーラ７または主熱交換器１に送る前に高純度酸素液の圧力を高める手段が設けられていてもよい。

（酸素富化液の２種類冷却工程）
酸素富化液の２種類冷却工程は、窒素精留塔２の底部２１１から導出された酸素富化液の一部を、酸素蒸発器６で冷却した後で第二凝縮器４へ供給し、および、酸素富化液の残部を、窒素精留塔２の塔頂部２３から供給される窒素ガスと、第一凝縮器３の塔頂部３１（冷媒側）から供給されるガスを冷媒とするサブクーラ７で冷却した後で第二凝縮器４へ供給する。本実施形態１では、高純度酸素精留塔５から導出される高純度酸素液も冷媒として機能する。
配管ラインＬ１００ａは、窒素精留塔２の底部２１から配管Ｌ１００で導出される酸素富化液の一部をサブクーラ７へ送り、第二凝縮器４へ送るための配管ラインである。
配管ラインＬ１００ｂは、窒素精留塔２の底部２１から配管Ｌ１００で導出される酸素富化液のその残部を酸素蒸発器６の熱源として送り、第二凝縮器４へ送るための配管ラインである。
窒素ガス導出配管ラインＬ２３は、窒素精留塔２の塔頂部２３から導出される窒素ガス（蒸発ガス）をサブクーラ７および主熱交換器１へ送るための配管ラインである。

制御部１１０は、酸素蒸発器６における目標蒸発量に相当する熱量を供給するように、酸素蒸発器６へ送られる酸素富化液の流量を決定し、酸素富化液の流量を制御する。なお、目標蒸発量は、製品高純度酸素の製造量、窒素精留塔２および高純度酸素精留塔５のプロセスバランスに応じて設定される。
酸素蒸発器６における蒸発量は、高純度酸素精留塔５の圧力、底部５１に貯留する製品高純度酸素の製造量、または製品高純度酸素の純度から求めることができる。高純度酸素精留塔５の圧力は、その塔頂部５３、精留部（中間部）５２、または下部５１で測定することができる。製品高純度酸素の製造量は、製品高純度酸素を導出する取出配管ラインＬ５１に配置された流量計で測定してもよいし、高純度酸素精留塔５の下部５１の液面計から算出してもよい。製品高純度酸素の純度は、高純度酸素精留塔５の下部５１に蓄積される酸素液の純度を測定してもよいし、下部５１の気相部から酸素ガスを導出して測定してもよい。
酸素富化液の流量は、酸素富化液の熱容量と、酸素蒸発器６での入口温度（温度計で計測）と出口温度（温度計で計測）との差によって求めることができる。酸素富化液の熱容量は、温度圧力組成から推算してもよいし、想定される運用範囲における平均値を定数として使用してもよい。本実施形態では、酸素蒸発器６へ送られる酸素富化液の流量は、配管ラインＬ１００ｂに設けられる流量計Ｆ１で計測される。流量計Ｆ１は、例えば、差圧式流量計、渦流量計、質量流量計等であってもよい。また、酸素富化液の流量は、酸素含有液の流量計（配管Ｌ２２に設けられる流量計）の指示値と高純度酸素精留塔５の廃ガス流量計（配管Ｌ５３に設けられた流量計）の指示値の差から算出されてもよい。
制御部１１０は、流量計Ｆ１の測定結果（流量）が、目標蒸発量に相当する熱量を供給できるように、配管ラインＬ１００ｂに設けられる第一制御弁Ｖ１を調整し流量、つまり、供給熱量を調整し蒸発量を制御する。
制御部１００は、第一制御弁Ｖ１のほか、配管ラインＬ１００ａに設けられる第二制御弁Ｖ２を調整し、配管ラインＬ１００ａを流通する酸素富化液の流量を制御してもよい。

本実施形態においては、酸素蒸発器６を流通する酸素富化液の入口温度と出口温度を安定させた上で、酸素富化液の流量を制御する。酸素富化液の酸素蒸発器６の入口温度は、窒素精留塔２の底部２１における飽和温度と等しく、サブクーラ７における酸素富化液の影響を受けない。したがって、酸素蒸発器６の運用性を維持しながら、窒素精留塔２の底部２１から導出された酸素富化液の内、酸素蒸発器６に供給されない残りの酸素富化液をサブクーラ７へ送り冷却することができる。

（実施形態１の別実施形態）
実施形態１の別実施形態の空気分離装置Ａ１について図１Ｂを用いて説明する。
別実施形態では、バイパス配管ラインＬ１００ｂ１を備える。
バイパス配管ラインＬ１００ｂ１は、酸素蒸発器６より上流で配管ラインＬ１００ｂから分岐し、酸素蒸発器６を通過せずに、酸素蒸発器６より下流の配管ラインＬ１００ｂに合流する。酸素蒸発器６より上流で配管ラインＬ１００ｂに制御弁Ｖ１１が設けられ、バイパス配管ラインＬ１００ｂ１に制御弁Ｖ１２が設けられる。
制御部１１０は、実施形態１の制御を行う。また、制御部１１０は、制御弁１１を閉じて制御弁１２を開けるように制御し、バイパス配管ラインＬ１００ｂ１に酸素富化液を送る。これにより、酸素蒸発器６における蒸発量が過剰になった場合でも、サブクーラ７での酸素富化液の冷却を安定的に行いつつ、バイパス配管ラインＬ１００ｂ１に酸素富化液の一部を流通させることで、酸素蒸発器６の蒸発量を適正量に調節することができる。

（実施形態２）
実施形態２の空気分離装置Ａ１について図２を用いて説明する。実施形態２の空気分離装置Ａ１は、実施形態１の空気分離装置Ａ１と異なる構成として、第二熱交換器８を備える。実施形態１と同様の構成は説明を省略あるいは簡単に説明する。

第二熱交換器８は、窒素精留塔２の中間精留部２２２から導出される酸素含有液を、高純度酸素精留塔５の塔頂部５３から導出されるガスと熱交換する。
配管ラインＬ１０１は、窒素精留塔２から導出される酸素含有液を、第二熱交換器８を介して高純度酸素精留塔５の頭頂部５３へ送るための配管ラインである。
第二熱交換器８で、酸素含有液をさらに冷却することで減圧に係る蒸発ロスを低減することができる。

（実施形態３）
実施形態３の空気分離装置Ａ２について図３Ａを用いて説明する。実施形態３の空気分離装置Ａ２は、実施形態１の空気分離装置Ａ１と異なる構成として、配管ラインＬ１００ａ、Ｌ１００ｂを備えず、配管ラインＬ１００ｃを備える。実施形態１と同様の構成は説明を省略あるいは簡単に説明する。
配管ラインＬ１００ｃは、窒素精留塔２の底部２１から導出される酸素富化液を、サブクーラ７へ送り、次いで、酸素蒸発器６の熱源として送り、次いで、第二凝縮器４へ送るための配管ラインである。

（酸素富化液の２段階冷却工程）
酸素富化液の２段階冷却工程は、窒素精留塔２の底部２１から導出された酸素富化液を、窒素精留塔２の塔頂部２３から供給される窒素ガスと、窒素凝縮器３の塔頂部３１（冷媒側）から供給されるガスを冷媒とするサブクーラ７で冷却し、次いで、酸素蒸発器６で冷却した後で第二凝縮器４へ供給する。

制御部１２０は、酸素蒸発器６における目標蒸発量に相当する熱量を供給するように、酸素蒸発器６へ送られる酸素富化液の流量を決定し、酸素富化液の流量を制御する。なお、目標蒸発量は、製品高純度酸素の製造量、窒素精留塔２および高純度酸素精留塔５のプロセスバランスに応じて設定される。
制御部１２０は、酸素蒸発器６の入口の酸素富化液の温度を安定させるように、酸素富化液の流量を制御する。酸素蒸発器６の入口の酸素富化液の温度を安定させるために、サブクーラ７で冷却される酸素富化液量を一定とするように制御する。
酸素蒸発器６に供給される酸素富化液の流量は、配管ラインＬ１００ｃに設けられる流量計Ｆ２で計測される。
制御部１２０は、流量計Ｆ２の測定結果（流量）が、目標蒸発量に相当する熱量を供給できるように、配管ラインＬ１００ｃに設けられる制御弁Ｖ３を調整し流量、つまり、供給熱量を調整し蒸発量を制御する。

（実施形態３の別実施形態）
実施形態３の別実施形態の空気分離装置Ａ２について図３Ｂを用いて説明する。
別実施形態では、バイパス配管ラインＬ１００ｃ１を備える。
バイパス配管ラインＬ１００ｃ１は、酸素蒸発器６より上流で配管ラインＬ１００ｃから分岐し、酸素蒸発器６を通過せずに、酸素蒸発器６より下流の配管ラインＬ１００ｃに合流する。酸素蒸発器６より上流で配管ラインＬ１００ｃに弁Ｖ４が設けられ、バイパス配管ラインＬ１００ｃ１に弁Ｖ５が設けられる。
制御部１２０は、実施形態３の制御を行う。また、制御部１２０は、弁４を閉じて弁５を開けるように制御し、バイパス配管ラインＬ１００ｃ１に酸素富化液を送る。これにより、酸素蒸発器６における蒸発量が過剰になった場合でも、サブクーラ７での酸素富化液の冷却を安定的に行いつつ、バイパス配管ラインＬ１００ｃ１に酸素富化液を流通させることで、酸素蒸発器６の蒸発量を適正量に調節することができる。

（実施形態４）
実施形態４の空気分離装置Ａ３について図４を用いて説明する。実施形態４の空気分離装置Ａ３は、実施形態１の空気分離装置Ａ１と異なる構成として、配管ラインＬ２２を備えず、配管ラインＬ１０３を備える。実施形態１と同様の構成は説明を省略あるいは簡単に説明する。
配管ラインＬ１０３は、窒素精留塔２の中間精留部２２２から酸素含有液を導出し、酸素蒸発器６の熱源として送り、次いで、高純度酸素精留塔５の塔頂部５３へ送るための配管ラインである。酸素凝縮部６の熱源として、酸素富化液と酸素含有液の２種類を利用する構成である。
これにより、酸素含有液を、酸素蒸発器６で熱媒として利用されて冷却されることで、酸素含有液が高純度酸素精留塔５に導入される際の減圧によって生じる蒸発ロスを低減することができる。つまり、酸素蒸発器６の蒸発量を増すことになるので、高純度酸素の製造量の増量に寄与する。

（実施形態５）
実施形態５の空気分離装置Ａ３について図５を用いて説明する。実施形態５の空気分離装置Ａ３は、実施形態４の空気分離装置Ａ３と異なる構成として、配管ラインＬ１０３を備えず、配管ラインＬ１０４と第二熱交換器８を備える。実施形態４と同様の構成は説明を省略あるいは簡単に説明する。

第二熱交換器８は、窒素精留塔２の中間精留部２２２から導出し、酸素蒸発器６で熱媒として利用された酸素含有液を、高純度酸素精留塔５の塔頂部５３から導出されるガスと熱交換する。
配管ラインＬ１０４は、窒素精留塔２から導出された酸素含有液を、酸素蒸発器６へ送り、次いで、第二熱交換器８を介して高純度酸素精留塔５の頭頂部５３へ送るための配管ラインである。
第二熱交換器８で、酸素含有液をさらに冷却することで減圧に係る蒸発ロスを低減することができる。

（実施形態６）
実施形態６の空気分離装置Ａ３について図６を用いて説明する。実施形態６の空気分離装置Ａ３は、実施形態５の空気分離装置Ａ３と異なる構成として、加圧装置６５を備える。実施形態５と同様の構成は説明を省略あるいは簡単に説明する。
加圧装置６５は、高純度酸素精留塔５の下部５１の底部から導出された高純度酸素液を加圧する。
加圧された高純度酸素液は、取出配管ラインＬ５１を介して、サブクーラ７および主熱交換器１へ送られ、高圧の高純度酸素ガスとして取り出すことができる。

（実施形態１、図１の実施例）
上記実施形態１のシミュレーション例を示す。
原料空気が１０．８６ｂａｒＡ、温度５５℃、流量１０６５Ｎｍ^３／ｈで主熱交換器１の温端に供給され、－１６２℃まで冷却された後に窒素精留塔２に供給される。
窒素精留塔２の塔頂部２３からは、窒素ガスが５７５Ｎｍ^３／ｈで導出され、サブクーラ７と主熱交換器１で加温された後で、導出される。
窒素精留塔２の底部２１から酸素３９％含む酸素富化液が８３６Ｎｍ^３／ｈで導出され、その内６２１Ｎｍ^３／ｈがサブクーラ７へ送られて－１７１℃まで冷却された後、第二凝縮器４に供給される。その他の２１５Ｎｍ^３／ｈは、酸素蒸発器６でー１７７℃まで冷却された後、第二凝縮器４に供給される。
第二凝縮器４では、リサイクル空気が６．５ｂａｒＡで４１７Ｎｍ^３／ｈで発生され、コンプレッサー９２で１０．８ｂａｒＡまで昇圧された後、主熱交換器１で冷却されてから窒素精留塔２に戻りリサイクルされる。
第一凝縮器３では、廃ガスが５．１ｂａｒＡで４１９Ｎｍ^３／ｈで発生され、サブクーラ７と主熱交換器１で－１３７℃まで加温された後、膨張タービン９１で膨張と同時に冷却され、再びサブクーラ７と主熱交換器１で加温された後に廃ガスとして処理される。
高純度酸素製造のために、酸素を１９％含む酸素含有液が７１Ｎｍ^３／ｈで導出され、１．５ｂａｒＡに減圧された後に高純度酸素精留塔５の塔頂部５３に供給される。高純度酸素精留塔５の下部５１の底部から、高純度酸素液が４．３Ｎｍ^３／ｈで導出される。塔頂部５３からは廃ガスが６６．７Ｎｍ^３／ｈで導出され、膨張タービン９１から供給される廃ガスと混合された後にサブクーラ７と主熱交換器で１加温された後に廃ガスとして処理される。
比較例として、実施形態１において、サブクーラ７を備えず、窒素精留塔２の底部から導出される酸素富化液を酸素蒸発器６へ送りその後に第二凝縮器４へ送る構成とする。配管ラインＬ１００ａはなく、Ｌ１００ｂのみある構成である。
実施例の高純度酸素精留塔で製造された高純度酸素液の量は、比較例のそれよりも１．１から１．３倍となることを確認できた。

（別実施形態）
（１）上記本実施形態において、サブクーラ７の冷媒は、少なくとも窒素精留塔２の塔頂部２３から供給される窒素ガスと、第一凝縮器３の塔頂部３１（冷媒側）から供給されるガスであったが、別実施形態として、配管ラインＬ３１がサブクーラ７を通過させずに主熱交換器１へ送る配管ライン、あるいは、サブクーラ７を通過せずに主熱交換１へ送るためのバイパス配管をさらに設けられていてもよい。また、別実施形態として、窒素ガス配管ラインＬ２３がサブクーラ７を通過させずに主熱交換器１へ送る配管ライン、あるいは、サブクーラ７を通過せずに主熱交換１へ送るためのバイパス配管をさらに設けられていてもよい。
（２）実施形態６において加圧装置６５が設けられていたが、他の実施形態１から５でも加圧装置が設けられていてもよい。
（３）実施形態５から６において、実施形態１のバイパス配管ラインを備えていてもよい。
（４）特に明示していないが、各配管ラインに圧力調整装置、流量制御装置などが設置され、圧力調整または流量調整が行われていてもよい。
（５）特に明示していないが、各ラインに制御弁、仕切弁などが設置されていてもよい。
（６）特に明示していないが、各塔に圧力調整装置、温度測定装置などが設置され、圧力調整または温度調整が行われていてもよい。

１ 主熱交換器
２ 窒素精留塔
３ 第一凝縮器
４ 第二凝縮器
５ 高純度酸素精留塔
６ 酸素蒸発器
７ サブクーラ
８ 第二熱交換器

Claims (11)

1. 原料空気が導入される主熱交換器と、原料空気が導入される窒素精留塔と、窒素精留塔から導出される窒素ガスを凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器と、窒素精留塔から導出された酸素含有液が導入される高純度酸素精留塔と、高純度酸素精留塔で精留される高純度酸素液を蒸発する酸素蒸発器と、サブクーラと、を備えた空気分離装置に適用される方法であって、
   前記窒素精留塔から導出された酸素富化液の一部を、前記酸素蒸発器で冷却した後で前記窒素凝縮器へ供給し、および、酸素富化液の残部を、前記窒素精留塔から供給される窒素ガスと、前記窒素凝縮器の冷媒側から供給されるガスとのうち少なくとも一つを冷媒とするサブクーラで冷却した後で前記窒素凝縮器へ供給する工程を含む、方法。
2. 前記方法は、
   前記窒素精留塔から導出された酸素含有液を、前記高純度酸素精留塔から導出されるガスと熱交換した後で前記高純度酸素精留塔へ供給する工程を含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、
   前記窒素精留塔から導出された酸素含有液を、前記酸素蒸発器で冷却した後で前記高純度酸素精留塔へ供給する工程を含む、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記方法は、
   前記窒素精留塔から導出された酸素含有液を、前記酸素蒸発器で冷却し、前記高純度酸素精留塔から導出されるガスと熱交換した後で前記高純度酸素精留塔へ供給する工程を含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 原料空気が導入される主熱交換器と、原料空気が導入される窒素精留塔と、窒素精留塔から導出される窒素ガスを凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器と、窒素精留塔から導出された酸素含有液が導入される高純度酸素精留塔と、高純度酸素精留塔で精留される高純度酸素液を蒸発する酸素蒸発器と、サブクーラと、を備えた空気分離装置に適用される方法であって、
   前記窒素精留塔から導出された酸素富化液を、前記窒素精留塔から供給される窒素ガスと、前記窒素凝縮器の冷媒側から供給されるガスとのうち少なくとも一つを冷媒とするサブクーラで冷却し、前記酸素蒸発器で冷却した後で前記窒素凝縮器へ供給する工程を含む、方法。
6. 原料空気を熱交換する主熱交換器と、
   前記主熱交換器と異なる熱交換機能であるサブクーラと、
   前記主熱交換器を通過した原料空気が導入される窒素精留塔と、
   前記窒素精留塔から導出される窒素ガスが導入されて凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器と、
   前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出され、前記サブクーラおよび前記主熱交換器を通過した後でガスを膨張する膨張タービンと、
   前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出され圧縮した後で前記主熱交換器を通過した後で前記窒素精留塔へ戻るリサイクルガスを圧縮するコンプレッサーと、
   前記窒素精留塔から導出される酸素含有液が供給される高純度酸素精留塔と、
   前記高純度酸素精留塔の下部に設置され、酸素ガスの蒸気流を発生させるための酸素蒸発器と、
   前記窒素精留塔から導出される酸素富化液を前記サブクーラへ送り、前記窒素凝縮器へ送るための配管ラインと、
   前記窒素精留塔から導出される酸素富化液を前記酸素蒸発器の熱源として送り、前記窒素凝縮器へ送るための配管ラインと、
   前記窒素精留塔から導出される窒素ガスを前記サブクーラおよび前記主熱交換器へ送るための窒素ガス導出配管ラインと、
   前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出されたガスを、前記サブクーラおよび前記主熱交換器を通過させて前記膨張タービンで使用されたガスを前記サブクーラおよび前記主熱交換器へ送るための廃ガス導出配管ラインと、
   前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出されたリサイクルガスを、前記コンプレッサーで圧縮し、前記主熱交換器を通過させて前記窒素精留塔へ戻すためのリサイクルガス配管ラインと、
   を備える、
   空気分離装置。
7. 前記窒素精留塔から導出される前記酸素含有液を、前記高純度酸素精留塔から導出されるガスと熱交換する第二熱交換器と、
   前記窒素精留塔から導出される前記酸素含有液を前記第二熱交換器を介して前記高純度酸素精留塔へ送るための配管ラインと、を備える、
   請求項６に記載の空気分離装置。
8. 原料空気を熱交換する主熱交換器と、
   前記主熱交換器と異なる熱交換機能であるサブクーラと、
   前記主熱交換器を通過した原料空気が導入される窒素精留塔と、
   前記窒素精留塔から導出される窒素ガスが導入されて凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器と、
   前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出され、前記サブクーラおよび前記主熱交換器を通過した後でガスを膨張する膨張タービンと、
   前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出され圧縮した後で前記主熱交換器を通過した後で前記窒素精留塔へ戻るリサイクルガスを圧縮するコンプレッサーと、
   前記窒素精留塔から導出される酸素含有液が供給される高純度酸素精留塔と、
   前記高純度酸素精留塔の下部に設置され、酸素ガスの蒸気流を発生させるための酸素蒸発器と、
   前記窒素精留塔の底部から導出される酸素富化液を前記サブクーラへ送り、前記酸素蒸発器の熱源として送り、前記窒素凝縮器へ送るための配管ラインと、
   前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出されたガスを、前記サブクーラおよび前記主熱交換器を通過させて前記膨張タービンで使用されたガスを前記サブクーラおよび前記主熱交換器へ送るための廃ガス導出配管ラインと、
   前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出されたリサイクルガスを、前記コンプレッサーで圧縮し、前記主熱交換器を通過させて前記窒素精留塔へ戻すためのリサイクルガス配管ラインと、
   を備える、
   空気分離装置。
9. 前記窒素精留塔の底部から導出される酸素富化液を前記サブクーラへ送り、前記酸素蒸発器の熱源として送り、前記窒素凝縮器へ送るための前記配管ラインから分岐し、前記酸素蒸発器を通過しないバイパス配管ラインを備える、
   請求項８に記載の空気分離装置。
10. 原料空気を熱交換する主熱交換器と、
    前記主熱交換器と異なる熱交換機能であるサブクーラと、
    前記主熱交換器を通過した原料空気が導入される窒素精留塔と、
    前記窒素精留塔から導出される窒素ガスが導入されて凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器と、
    前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出され、前記サブクーラおよび前記主熱交換器を通過した後でガスを膨張する膨張タービンと、
    前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出され圧縮した後で前記主熱交換器を通過した後で前記窒素精留塔へ戻るリサイクルガスを圧縮するコンプレッサーと、
    前記窒素精留塔から導出される酸素含有液が供給される高純度酸素精留塔と、
    前記高純度酸素精留塔の下部に設置され、酸素ガスの蒸気流を発生させるための酸素蒸発器と、
    前記窒素精留塔から導出される酸素富化液を前記サブクーラへ送り、前記窒素凝縮器へ送るための配管ラインと、
    前記窒素精留塔の底部から導出される酸素富化液を前記酸素蒸発器の熱源として送り、前記窒素凝縮器へ送るための配管ラインと、
    前記窒素精留塔から導出される前記酸素含有液を前記酸素蒸発器の熱源として送り、前記高純度酸素精留塔へ送るための配管ラインと、
    前記窒素精留塔から導出される窒素ガスを前記サブクーラおよび前記主熱交換器へ送るための窒素ガス導出配管ラインと、
    前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出されたガスを、前記サブクーラおよび前記主熱交換器を通過させて前記膨張タービンで使用されたガスを前記サブクーラおよび前記主熱交換器へ送るための廃ガス導出配管ラインと、
    前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出されたリサイクルガスを、前記コンプレッサーで圧縮し、前記主熱交換器を通過させて前記窒素精留塔へ戻すためのリサイクルガス配管ラインと、
    を備える、
    空気分離装置。
11. 原料空気を熱交換する主熱交換器と、
    前記主熱交換器と異なる熱交換機能であるサブクーラと、
    前記主熱交換器を通過した原料空気が導入される窒素精留塔と、
    前記窒素精留塔から導出される窒素ガスが導入されて凝縮する少なくとも１つの窒素凝縮器と、
    前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出され、前記サブクーラおよび前記主熱交換器を通過した後でガスを膨張する膨張タービンと、
    前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出され圧縮した後で前記主熱交換器を通過した後で前記窒素精留塔へ戻るリサイクルガスを圧縮するコンプレッサーと、
    前記窒素精留塔から導出される酸素含有液が供給される高純度酸素精留塔と、
    前記高純度酸素精留塔の下部に設置され、酸素ガスの蒸気流を発生させるための酸素蒸発器と、
    前記窒素精留塔から導出される酸素富化液を前記サブクーラへ送り、前記窒素凝縮器へ送るための配管ラインと、
    前記窒素精留塔の底部から導出される酸素富化液を前記酸素蒸発器の熱源として送り、前記窒素凝縮器へ送るための配管ラインと、
    前記酸素蒸発器で熱交換された前記酸素含有液を、前記高純度酸素精留塔から導出される廃ガスと熱交換する第二熱交換器と、
    前記窒素精留塔から導出される前記酸素含有液を前記酸素蒸発器および前記第二熱交換器を介して前記高純度酸素精留塔へ送るための配管ラインと、
    前記窒素精留塔から導出される窒素ガスを前記サブクーラおよび前記主熱交換器へ送るための窒素ガス導出配管ラインと、
    前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出されたガスを、前記サブクーラおよび前記主熱交換器を通過させて前記膨張タービンで使用されたガスを前記サブクーラおよび前記主熱交換器へ送るための廃ガス導出配管ラインと、
    前記少なくとも一つの窒素凝縮器から導出されたリサイクルガスを、前記コンプレッサーで圧縮し、前記主熱交換器を通過させて前記窒素精留塔へ戻すためのリサイクルガス配管ラインと、
    を備える、
    空気分離装置。