JP3467178B2 - 空気分離装置 - Google Patents

空気分離装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素の除去さ
れた製品ガスを製造するための空気分離装置に関し、さ
らに詳しくは、高純度窒素ガスを製造すると同時に、炭
化水素の濃度が低減されたガスであって半導体の製造等
に用いることのできる高純度酸素および酸素含有ガスを
製造するための窒素発生装置方式の空気分離装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】原料空気を精留によって窒素と酸素に分
離して製品窒素を生産する「窒素取りの空気分離装置」
いわゆる「窒素発生装置」によって半導体の製造等に用
いられる高純度窒素を得るために、原料空気中の一酸化
炭素と水素を精留工程の前に触媒反応器によって除去す
る方法が提案されている。例えば、特公平４−６３９９
３号公報には、原料空気を触媒反応に適した９０〜１２
０℃に昇温して触媒反応器に導入し、原料空気中の水素
および精留によっては窒素と分離することが困難な一酸
化炭素と酸素を反応・燃焼させて二酸化炭素と水に転換
することが開示されている。また、この技術と関連し
て、前記の触媒反応器の触媒毒となる炭化水素、二酸化
炭素および水を吸着・除去する吸着塔を触媒反応器の上
流側に設置することが、特開平５−１７２４５８号公報
に開示されている。これらの技術によって、半導体の製
造等に用いられる高純度窒素を製造することが可能であ
る。
【０００３】しかし、窒素発生装置を用いて原料空気か
ら取り出された高純度窒素以外の残ガスは、炭化水素を
約１５〜３０ppm 含有している酸素濃度の高い廃酸素富
化空気であり、吸着塔の再生用ガスとして利用される以
外は何ら有益な用途が無く、有効活用を図ることが求め
られていた。
【０００４】すなわち、一般的な大気としての空気中に
は炭化水素として約１.６ppm のメタン、約０.８ppb の
エタン等が含まれているが、通常の空気分離装置によれ
ば製品酸素中にはメタンが約１５〜３０ppm の高濃度に
濃縮される。しかし、最近の半導体の製造等で必要とさ
れている高純度酸素においては、炭化水素（代表的には
メタン）が約１０ppb 以下の極低濃度に低減されている
必要がある。なお、以下の説明において炭化水素とは、
代表的にはメタンであるが、その他にエタン、プロパン
等の大気成分として一般的に含まれる炭化水素を総称し
たものである。
【０００５】このため、半導体の製造等に必要とされる
炭化水素が含まれない高純度酸素を得るために、（イ）
水を電気分解して酸素と水素を発生させることによって
本質的に炭化水素を含まない酸素ガスを製造し、これを
原料として高純度酸素を製造する、（ロ）空気分離装置
の精留操作方法を改善する、例えば通常の空気分離装置
において主精留塔から抽出された低純度酸素、すなわち
炭化水素を含んでいないが他の不純物を含む液体酸素を
再度精留して酸素濃度を高める、あるいは（ハ）空気分
離装置において液体酸素中の炭化水素を低温吸着にて吸
着除去する、等のことが行われていた。
【０００６】また、空気分離装置において液体酸素中の
炭化水素を除去する目的には、半導体の製造等に使用可
能な高純度酸素を得ることのほかに、精留塔内の酸素中
に炭化水素（メタン）が蓄積・濃縮されて爆発性混合物
が形成されるのを防止して装置の安全性の向上を図ると
いう目的もある。例えば、従来は、液体酸素中に炭化水
素が蓄積されて危険な高濃度になるのを避けるために製
品の液体酸素の一部を放出していたのであるが、この製
品酸素の放出量を少なくすることを目的として、低温吸
着によって炭化水素を除去する方法が特開昭５７−６２
８１号公報に開示されている。これによると、精留塔に
冷却した原料空気を導入する前に、吸着材を充填した切
換え使用型の低温に冷却された吸着器によって炭化水素
を吸着除去する。
【０００７】また、特公平４−１８２２３号公報には、
高純度窒素の製造と並行して高純度酸素を製造するため
に、酸素を精留塔から取り出す経路に酸素中の炭化水素
を吸着除去する吸着塔を設置することが開示されてい
る。さらに、空気分離装置の精留操作方法を改善するこ
とにより炭化水素を除去して高純度酸素を製造すること
が、特開平５−２０３３４５号公報、特開平９−１４８
３２号公報、および特開平７−３０５９５４号公報に開
示されている。特開平５−２０３３４５号公報に開示さ
れている方法は、窒素発生装置から廃棄される酸素富化
空気を二塔から成る再精留塔に導入して再精留すること
により、炭化水素を含まない高純度酸素を製造するもの
である。特開平９−１４８３２号公報にも、同様に窒素
発生装置方式の空気分離装置において、二段階精留によ
り高純度酸素を製造する改良された方法が開示されてい
る。特開平７−３０５９５４号公報に開示されている方
法は、複式精留塔方式の空気分離装置において、酸素を
含有するが重質の汚染物（炭化水素等）を含まない酸素
ガスを主精留塔から抜き出して、続いて補助精留塔にて
再度精留を行う二段階精留によるものである。
【０００８】しかし、空気分離装置において主精留塔か
ら抽出した低純度液体酸素を補助精留塔で再精留する方
法については、設備コストが増大し製品酸素ガスの価格
が高くなること、運転操作が複雑になる等の問題があっ
た。また、製品酸素中に許容される炭化水素の濃度が低
ければ低い程、炭化水素の濃度が比較的低濃度ではある
が許容限度を超える炭化水素を含有する液化酸素を廃棄
する量が増大するために、高純度酸素の収率が低下する
こととなり、結果として製造コストが高くなり不経済で
あるという不都合があった。
【０００９】また、空気分離装置において低温に冷却し
た吸着塔によって炭化水素を吸着・除去する方法におい
ては、冷却した吸着塔の再生を行うのに低温下で単に真
空引きしただけでは再生が不十分であり、次第に吸着能
力が低下するという問題があった。定期的に切換え使用
する吸着塔を低温の状態から加熱・再生するとしても、
熱損失が大きく不経済であった。また、低温吸着によっ
て炭化水素を約１０ppb 以下の極低濃度まで除去するこ
とは吸着性能の面から困難であった。
【００１０】また、水を電気分解して発生させた酸素を
原料にして炭化水素を含まない高純度酸素を製造する方
法においては、水電解槽等の電解酸素の発生現場で製造
した酸素を高圧ガス容器に充填し、あるいは酸素ガスを
液化させて液体酸素として、使用現場である半導体製造
工場等のユ−ザーまで運搬する必要があり、運搬流通コ
ストが増大する。そのためユーザーが遠隔地にあって高
純度酸素を大量に使用する場合には、ガスの供給が困難
である等の問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、原料空気を精
留塔に導入する前に空気中の炭化水素を約１０ppb 以下
の極低濃度になるまで効率よく除去し、精留塔内で分離
生成された窒素と酸素のいずれにも炭化水素が含まれて
いないようにすることが可能な、従来技術を大幅に改良
した空気分離装置の提供が求められていた。
【００１２】すなわち本発明の目的は、高純度窒素ガス
を製造すると同時に、炭化水素の濃度が低減されて半導
体の製造等に必要とされる高純度酸素および酸素含有ガ
スを効率良く製造することのできる、安価な設備で運転
操作が簡便な空気分離装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の空気分離装置は、圧縮された原料空気を冷却
した後に精留塔に導入し、精留塔において原料空気を沸
点の温度差によって窒素と酸素に分離することによって
主として高純度窒素を製造する窒素発生装置方式の空気
分離装置であって、原料空気を強制的に移送する送風機
と、該送風機により移送されて加熱器に導入される前の
原料空気と前記加熱器の下流にある触媒反応器を出た高
温度の原料空気との熱交換により加熱器に導入する前の
原料空気を予熱するための第１の熱交換器と、予熱され
た原料空気を更に触媒反応器での反応に適した温度まで
間接的に加熱するための加熱器であって、前記原料空気
の通路に設けた第２の熱交換器、加熱媒体としての空気
を所定温度に加熱する燃料バーナ、および該空気を第２
の熱交換器と燃料バーナの間を循環送風させる循環ブロ
アを備えた加熱器と、加熱されて昇温した原料空気中に
含まれる微量の炭化水素、一酸化炭素および水素を原料
空気中の酸素と反応させて二酸化炭素と水に転換させる
触媒が充填された触媒反応器と、触媒反応器を出て第１
の熱交換器を通過することによって冷却された原料空気
を更に常温まで冷却するための第１の冷却器と、該第１
の冷却器を経た原料空気を圧縮するための圧縮機と、該
圧縮機を経た原料空気を常温まで冷却するための第２の
冷却器と、圧縮され冷却された原料空気中の二酸化炭素
と水を除去するための切換え使用型の吸着塔と、該吸着
塔を出た原料空気を窒素と酸素に分離するための精留塔
と、空気分離装置の外部から供給される液体窒素を貯蔵
する手段と、該液体窒素を貯蔵する手段から液体窒素を
精留塔が必要とする寒冷源として精留塔に供給する手段
と、該液体窒素を貯蔵する手段から供給される液体窒素
を蒸発させて、この蒸発した窒素を精留塔から排出され
る酸素濃度の高い酸素含有窒素ガスである廃窒素を希釈
するための希釈用窒素ガスとして供給するための手段
と、該廃窒素中の酸素濃度を所定値にするために前記希
釈用窒素ガスの流量を制御するための制御信号を送る手
段、および前記制御信号に応じて前記希釈用窒素ガスの
流量を制御する手段、を備えたことを特徴とする。
【００１４】一般に、高温・高圧の過酷な運転条件下で
使用される熱交換器、触媒塔等の圧力容器や配管は、運
転圧力及び運転温度に応じた適切な構造材料を選定し、
耐圧構造や寸法が最適となるように機器・配管の設計、
製作が行われたものが設備される。運転圧力が高い程、
また運転温度が高い程、機器や配管の構造材料は高い強
度が必要となり、肉厚の厚い材料や耐熱温度の高い材料
を使用することになる。従って、高温・高圧下で使用す
る装置の機器は、材料費と製作費が増加し、必然的に設
備コストが増大することになる。
【００１５】そこで本発明者は、これらのことと前記の
解決すべき課題とに鑑み、鋭意研究を重ねた結果、触媒
を用いて空気中に含まれる炭化水素と酸素とを反応させ
る酸化反応の速度に及ぼす反応圧力の影響は少なく、反
応圧力が大気圧近辺であるときの反応速度と通常の空気
分離装置における空気圧縮機の吐出圧力である３〜１０
kg/cm2Ｇのときの反応速度を比較しても大差が無いこと
を見いだした。また、触媒反応器の運転温度が高いほど
反応速度が速くなり、単位触媒量当たりの処理ガス量で
ある空間速度（ＳＶ値）を大きな値とすることができる
が、むやみに反応温度を高くすることなく反応温度を３
５０〜５５０℃にすれば、工業的に採用できる妥当な反
応速度が得られることを見い出した。
【００１６】そこで、原料空気を精留塔に導入する経路
に送風機、熱交換器、加熱器、および触媒反応器を順に
配置し、触媒反応に必要な反応温度（３５０〜５５０
℃）において可能な限り大気圧に近い圧力下で触媒反応
器を運転すれば非常に低い圧力で運転されることにな
り、温度条件は比較的高温であるとしても圧力条件が緩
和されるので、高温・高圧の過酷な運転条件が重なる場
合に比べて非常に安価な熱交換器、触媒塔等の機器設備
で済むこととなり、設備コストを著しく削減することが
可能となる。
【００１７】また、前記触媒反応器を圧縮機の上流側に
設置し、触媒反応器から圧縮機までの機器・配管経路に
おいて、運転圧力を常に大気圧よりも高い圧力である約
０.００５〜０.５kg/cm2Ｇ、より好ましくは０.０１〜
０.２kg/cm2Ｇとすることにより、機器・配管の内部が
負圧となる場合に比べて、触媒反応器によって浄化され
た原料空気に機器・配管の接続部分等からのガス漏洩に
より外気（大気）が侵入して炭化水素（メタン）、一酸
化炭素、または水素の濃度が上昇する不具合を低減でき
る。さらに、機器・配管内を微小の正圧に保持して運転
する場合は、機器・配管を耐負圧構造にしないで済むの
で、装置・機器の構造を非常に簡単にすることができ
る。
【００１８】また、原料空気を空気分離装置の精留塔に
導入する前に空気中の炭化水素が除去されているので、
従来の空気分離装置に比べて再精留塔等の追加設備投資
を行なわないで済み、安価な設備で、炭化水素の濃度が
低減されて半導体製造等に必要な高純度酸素及び酸素含
有ガスを製造することができる。
【００１９】本発明を有効に活用すれば、既存の空気分
離装置であって炭化水素を含んだ製品ガスしか製造でき
ないものについても、送風機、熱交換器、加熱器、触媒
反応器、冷却器等を既存設備に隣接させて追加設備する
ことによって、炭化水素の濃度が低減されて半導体の製
造等に必要な高純度酸素及び酸素含有ガスを製造するこ
とが可能な設備に機能を高めることが可能となり、当業
界における産業上の利用価値は非常に大きいと言える。
【００２０】本発明の空気分離装置によれば、従来に比
べて安価な設備で運転操作が簡便な空気分離装置を提供
することが可能となり、高純度窒素ガスの製造と同時に
半導体の製造等に使用できる高純度酸素及び酸素含有ガ
スを経済的に製造できる。
【００２１】また、本発明を窒素発生装置としての空気
分離装置に適用すれば、従来、廃窒素（実際には酸素濃
度が高い酸素・窒素混合ガス）として放出していた酸素
濃度の高い乾燥ガス中の炭化水素を約１０ppb 以下の極
低濃度まで除去することができる。この炭化水素を含ま
ない廃窒素に窒素を添加混合して空気と同じ酸素濃度に
調整すれば、半導体の製造等の各種工業分野で利用でき
る代用乾燥空気として活用できる。
【００２２】なお、窒素発生装置の運転操作方法を工夫
することにより、炭化水素が除去された原料空気を製品
乾燥空気として取り出すことが、特開平８−８６５６４
号公報に開示されている。しかし、この場合は炭化水素
が酸素富化空気の側に濃縮されることが改善されておら
ず、酸素富化空気の一部しか製品乾燥空気に利用できな
いので、製品乾燥空気の収率は低い値となってしまう。
それに比べて、本発明においては、精留塔に導入する以
前に原料空気中の炭化水素が除去されているので酸素富
化空気の側に濃縮される炭化水素は全く無い。従って、
廃棄する酸素富化空気の全量を製品乾燥空気として利用
することが可能である。
【００２３】本発明は、触媒反応に必要な反応温度（３
５０〜５５０℃）において可能な限り大気圧に近い圧力
下で触媒反応器を運転し、原料空気中に含まれる炭化水
素（メタン）、一酸化炭素、及び水素を空気中の酸素と
反応させて二酸化炭素と水に転換した後、圧縮機によっ
て昇圧して切換え使用型の吸着塔に導入して二酸化炭素
と水を除去した原料空気を得た後、この原料空気を精留
塔に導入するものである。精留塔では、原料空気は沸点
の温度差により窒素と酸素に分離される。
【００２４】本発明は前記の通り、精留塔に導入する以
前に原料空気中の炭化水素を除去することを特徴として
おり、精留塔に付属する機器の構成によって本発明の本
質的な効果が左右されるものではない。従って、本発明
をあらゆる機器構成の精留塔に適用できることはいうま
でもない。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下に実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。
【００２６】実施例 本発明の空気分離装置の基本的な概略構成図を図１に示
す。
【００２７】図１において、フィルタ（10）を通して導
入された原料空気は、送風機（16ａ）によって移送され
る。原料空気は、加熱器（13）に導入される前に、触媒
反応器（14）を出た高温の空気と第１の熱交換器（12
ａ）において熱交換することにより予熱される。なお、
触媒反応器（14）から圧縮機（11）までの機器・配管経
路において、運転圧力は常に大気圧よりも高い圧力であ
る約０.００５〜０.５ kg/cm2Ｇであるのが好ましく、
より好ましくは約０.０１〜０.２ kg/cm2Ｇである。こ
の圧力は原料空気を送風機（16ａ）によって強制的に移
送することによって得られる。
【００２８】次に、第１の熱交換器（12ａ）において予
熱された原料空気は、更に加熱器（13）によって触媒反
応に必要な温度である３５０〜５５０℃まで昇温され
る。これは、燃料バーナ（7）で所定温度に加熱した空
気を第２の熱交換器（12ｂ）とバーナ（7）の間で循環
ブロア（16ｂ）によって循環送風させて、この空気を用
いて原料空気を第２の熱交換器（12ｂ）で間接的に加熱
することによって行われる。バーナ（7）としては、液
体燃料バ−ナ、気体燃料バ−ナ等の中から適宜選択して
使用することが可能である。燃料バーナ（7）の運転に
おいて、助燃空気の供給、燃焼排ガスの外部放出等に必
要な付属構成機器（図示せず）は適宜に設備される。
【００２９】次いで、原料空気は触媒反応器（14）に導
入され、原料空気中に含まれる微量の炭化水素（主とし
てメタン）、一酸化炭素および水素は、空気中の酸素と
反応して二酸化炭素と水に転換される。前記の反応温度
を用いる場合、触媒反応器（14）に充填した触媒は、Ｐ
t、Ｐd およびＲh から１種以上を選択してアルミナ等
の担体に担持させたものであるのが好ましい。
【００３０】触媒反応器（14）を出た原料空気は、第１
の熱交換器（12ａ）において、加熱器（13）に導入され
る前の原料空気との熱交換により冷却された後、更に第
１の冷却器（15）によって常温まで冷却される。
【００３１】好ましくは、少なくとも第１の熱交換器
（12ａ）と加熱器（13）と触媒反応器（14）とを共通の
架台上に一体的に配設して一体構造物を形成し、これら
を密閉構造の函体（8）の中に収納する。また、該一体
構造物の外表面と函体（8）の壁の間に保温断熱材を設
け、外気への放熱を低減するのが好ましい。
【００３２】冷却器（15）を出た原料空気は、圧縮機
（11）によって所定圧力（３〜１０kg/cm2Ｇ）まで昇圧
された後、第２の冷却器（17）によって常温まで冷却さ
れる。冷却された原料空気は、ドレン分離器（図示せ
ず）によってドレンが分離された後、モレキュラ−シ−
ブ等の吸着剤が充填された切換え使用型の吸着塔（18）
に導入されて、原料空気中の二酸化炭素と水が吸着除去
される。なお、吸着塔（18）は加熱再生方式のものであ
っても圧力スイング方式のいずれであっても良い。
【００３３】吸着塔（18）を出た原料空気（30）は、再
生式のリバ−ス熱交換器（19）において極低温に冷却さ
れた後、精留塔（20）の下部に導入される。
【００３４】精留塔（20）において、原料空気は、精留
塔（20）の底部における酸素含有量の多い液体酸素（4
0）と、精留塔（20）の塔頂における実質的に純粋な高
純度窒素に分離される。高純度窒素の一部がリバ−ス熱
交換器（19）において常温まで加熱され、製品窒素（3
3）として取り出され、残部は凝縮器（26）によって液
化されて精留のための還流用の液体窒素として精留塔
（20）に戻される。
【００３５】精留塔（20）の底部から取り出される酸素
含有量の多い液体酸素（40）は、導管（60）、膨張弁
（25）を介して凝縮器（26）に導入され、窒素ガスを液
化するための寒冷源として利用された後、気化してリバ
−ス熱交換器（19）に導入され、原料空気と熱交換して
昇温した後、導管（55）から廃窒素（35）として排出さ
れる。
【００３６】精留塔（20）が必要とする寒冷は、空気分
離装置の外部から供給される液体窒素を貯蔵している液
体窒素貯槽（45）から液体窒素を導管（46）および流量
調整弁（47）を介して精留塔の上部に導入することによ
って補給される。
【００３７】液体窒素貯槽（45）の中の液体窒素はま
た、導管（48）を通して液体窒素蒸発器（51）によって
蒸発させて、精留塔（20）から排出される酸素濃度の高
い酸素含有窒素ガスである廃窒素（35）を希釈するため
の希釈用窒素ガスとして導管（50）を通して供給され
る。このとき、廃窒素（35）の酸素濃度と流量が酸素濃
度分析計（57）とガス流量計（58）によって測定され、
これらの測定値に基づいて、廃窒素（35）の酸素濃度が
所定の値になるように希釈するのに必要な窒素ガスの量
が演算制御部（53）によって計算される。演算制御部
（53）は制御信号を流量指示調節計（59）に送る。制御
信号に応じて流量調整弁（52）の弁開度が調節され、所
定量の希釈用窒素ガスが導管（50）を通して導管（55）
に導入される。酸素濃度が所定の値になった酸素含有窒
素ガス（36）は、炭化水素が実質的に含まれていない高
純度の代用の乾燥空気として導管（56）を通して装置の
外部へ供給される。
【００３８】また、必要に応じて、吸着塔（18）を出た
炭化水素の除去された原料空気（30）も、精留塔（20）
に導入せずに、このような乾燥空気として利用できる。
【００３９】空気分離装置での不具合の発生などにより
製品窒素（33）中の酸素濃度が上昇するなどの異常が起
こった場合、高純度窒素ガスを半導体製造装置などに安
定して供給するために、液体窒素蒸発器（51）から得ら
れる窒素ガスを導管（49）と製品窒素供給ラインを通し
て外部に供給することができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明の空気分離装置によれば、高純度
窒素ガスを製造すると共に、従来は大気中へ放出してい
た原料空気のおよそ半量に相当する廃窒素を、外部から
供給される液体窒素を蒸発させた窒素ガスで所定の酸素
濃度となるように希釈することによって、乾燥空気の代
用等を用途として完全に利用することが可能となった。
従って、エネルギ−資源の有効活用を図ることができ
る。
【００４１】また、本発明の装置においては、原料空気
の温度を触媒反応に必要な温度まで昇温させる手段とし
て、送風機（16ａ）により移送されて加熱器（13）に導
入される前の原料空気と加熱器（13）の下流にある触媒
反応器（14）を出た高温度の原料空気との熱交換により
加熱器（13）に導入する前の原料空気を予熱するための
第１の熱交換器（12）と、この予熱された原料空気を更
に触媒反応器（14）での反応に適した温度まで間接的に
加熱するための加熱器（13）を用いている。その際、燃
料バーナ（7）で所定温度に加熱した空気を第２の熱交
換器（12ｂ）とバーナ（7）の間で循環ブロア（16ｂ）
によって循環送風させて、この空気を用いて原料空気を
第２の熱交換器（12ｂ）で間接的に加熱する。このため
未燃焼の炭化水素を含有するバーナ燃焼排ガスと原料空
気とが直接接触して混合することが起こらないので、装
置に導入された原料空気中の炭化水素濃度が触媒反応器
（14）に入るまでの間に上昇することが避けられる。
【００４２】また本発明の装置は、好ましくは、少なく
とも第１の熱交換器（12ａ）と加熱器（13）と触媒反応
器（14）とを共通の架台上に一体的に配設して形成した
一体構造物を収納していて、該一体構造物の外表面との
間に外気への放熱を低減する保温断熱材を配設した密閉
構造の函体（8）を備えている。このため外気への放熱
を低減することができて加熱エネルギーの低減が図れる
とともに、装置寸法の小さいコンパクトな装置とするこ
とが可能であるために設置スペースを小さくすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気分離装置の概略構成図である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮された原料空気を冷却した後に精留
    塔（20）に導入し、精留塔（20）において原料空気を沸
    点の温度差によって窒素と酸素に分離することによって
    主として高純度窒素を製造する窒素発生装置方式の空気
    分離装置において、 原料空気を強制的に移送する送風機（16ａ）と、 送風機（16ａ）により移送されて加熱器（13）に導入さ
    れる前の原料空気と加熱器（13）の下流にある触媒反応
    器（14）を出た高温度の原料空気との熱交換により加熱
    器（13）に導入する前の原料空気を予熱するための第１
    の熱交換器（12ａ）と、 予熱された原料空気を更に触媒反応器（14）での反応に
    適した温度まで間接的に加熱するための加熱器（13）で
    あって、前記原料空気の通路に設けた第２の熱交換器
    （12ｂ）、加熱媒体としての空気を所定温度に加熱する
    燃料バーナ（7）、および該空気を第２の熱交換器（12
    ｂ）と燃料バーナ（7）の間を循環送風させる循環ブロ
    ア（16ｂ）を備えた加熱器（13）と、 加熱されて昇温した原料空気中に含まれる微量の炭化水
    素、一酸化炭素および水素を原料空気中の酸素と反応さ
    せて二酸化炭素と水に転換させる触媒が充填された触媒
    反応器（14）と、 触媒反応器（14）を出て第１の熱交換器（12ａ）を通過
    することによって冷却された原料空気を更に常温まで冷
    却するための第１の冷却器（15）と、 第１の冷却器（15）を経た原料空気を圧縮するための圧
    縮機（11）と、 圧縮機（11）を経た原料空気を常温まで冷却するための
    第２の冷却器（17）と、 圧縮され冷却された原料空気中の二酸化炭素と水を除去
    するための切換え使用型の吸着塔（18）と、 吸着塔（18）を出た原料空気を窒素と酸素に分離するた
    めの精留塔（20）と、 空気分離装置の外部から供給される液体窒素を貯蔵する
    手段（45）と、 液体窒素を貯蔵する手段（45）から液体窒素を精留塔
    （20）が必要とする寒冷源として精留塔（20）に供給す
    る手段（46、47）と、 液体窒素を貯蔵する手段（45）から供給される液体窒素
    を蒸発させて、この蒸発した窒素を精留塔（20）から排
    出される酸素濃度の高い酸素含有窒素ガスである廃窒素
    （35）を希釈するための希釈用窒素ガスとして供給する
    ための手段（50、51）と、 廃窒素（35）中の酸素濃度を所定値にするために前記希
    釈用窒素ガスの流量を制御するための制御信号を送る手
    段（57、58、53、59）、および前記制御信号に応じて前
    記希釈用窒素ガスの流量を制御する手段（52）を備えた
    ことを特徴とする空気分離装置。
  2. 【請求項２】 触媒反応器（14）に充填した触媒がＰ
    t、Ｐd およびＲh から１種以上を選択してアルミナ等
    の担体に担持させたものであり、触媒反応器（14）での
    反応温度が３５０〜５５０℃である、請求項１に記載の
    空気分離装置。
  3. 【請求項３】 少なくとも第１の熱交換器（12ａ）と加
    熱器（13）と触媒反応器（14）とを共通の架台上に一体
    的に配設して形成した一体構造物を収納していて、該一
    体構造物の外表面との間に外気への放熱を低減する保温
    断熱材を配設した密閉構造の函体（8）を備えた、請求
    項１または請求項２に記載の空気分離装置。
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