JP3532293B2 - 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】
【産業上の利用分野】この発明は、装置全体の高さを低
くし、製作コストを低減することのできる空気分離装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、高純度の窒素ガス，酸素ガ
ス，アルゴンガス等は、空気分離装置を用い、窒素，酸
素，アルゴン等の沸点の差を利用してこれらを分離する
ことにより製造されている。すなわち、上記高純度窒素
ガス等は、空気を原料とし、この原料空気を空気圧縮機
で圧縮し、ついでこの圧縮によって昇温した圧縮空気を
冷却器で冷却して降温し、つぎにこの降温した圧縮空気
を吸着塔に入れて圧縮空気中の炭酸ガスおよび水分を除
去してから（ここ迄は原料空気精製ラインである）、熱
交換器を通して冷媒と熱交換させて冷却し（これ以降は
深冷液化分離ラインである）、そののち精留塔で上記沸
点の差を利用し深冷液化分離するという工程を経て製造
されている。このような空気分離装置の深冷液化分離ラ
インは、一般に、図８に示すような装置からなり、その
精留塔としては、高圧精留塔１０２と低圧精留塔１０３
を上下に設けてなるダブルカラム方式の精留塔が用いら
れている。すなわち、図において、１０１は主熱交換
器、１０２は棚段式の高圧精留塔であり、主熱交換器１
０１により超低温に冷却された圧縮空気をさらに冷却
し、その一部を液化し液体空気１０４として底部に溜め
るとともに、上部に窒素のみを気体状態で溜めるように
なっている。１０３は棚段式の低圧精留塔であり、ここ
に高圧精留塔１０２の底部に貯留された液体空気１０４
が膨脹弁（図示せず）付き供給管１０８を経て噴霧状に
送り込まれ、膨脹弁で液体空気１０４中の窒素分を気化
させて低圧精留塔１０３の内部温度を超低温に保持して
いる。そして、低圧精留塔１０３に噴霧状に送り込まれ
た液体空気の一部は気化液体空気となって上部に溜ま
り、他部は酸素リッチな超低温液体１０９となって底部
に溜るようになっている。１０５は低圧精留塔１０３内
蔵の凝縮器であり、この凝縮器１０５に、高圧精留塔１
０２の上部に溜る窒素ガスの一部が第１還流管１０６を
介して送り込まれ、低圧精留塔１０３の底部に溜まった
超低温液体１０９の冷熱により液化され、第２還流管１
０７を経て、高圧精留塔１０２の上部に設けられた液体
窒素溜め（図示せず）に送り込まれる。この送り込まれ
た液体窒素は、液体窒素溜めから溢れて高圧精留塔１０
２内を下方に流下し、高圧精留塔１０２の底部から上昇
する圧縮空気と向流的に接触し冷却してその一部を液化
するようになっている。すなわち、この過程で圧縮空気
中の高沸点成分（酸素分）が液化されて高圧精留塔１０
２の底部に溜り、低沸点成分の窒素ガスが上部に溜る。
１１０は第２還流管１０７から分岐した分岐管であり、
第２還流管１０７を通る液体窒素の一部（この液体窒素
の他部は、前記したように高圧精留塔１０２の上部に送
り込まれる）を過冷却器１１１に通して過冷却状態にし
たのち低圧精留塔１０３の液体窒素溜め（図示せず）に
送り込む作用をする。この送り込まれた液体窒素も、上
記高圧精留塔１０２内と同様に、液体窒素溜めから溢れ
て低圧精留塔１０３内を下方に流下し、低圧精留塔１０
３の底部から上昇する気化液体空気と向流的に接触して
冷却し、その一部を液化し酸素リッチな超低温液体１０
９として底部に溜めるとともに、上部に窒素のみを気体
状態で溜めるようになっている。
【０００３】この装置は、つぎのようにして製品窒素ガ
スおよび酸素ガスを製造する。すなわち、空気圧縮機
（図示せず）により外部から取り入れられ吸着塔（図示
せず）で不純物除去された精製圧縮空気を主熱交換器１
０１内に送り込んで超低温に冷却し、高圧精留塔１０２
の下部内に投入する。ついで、この投入圧縮空気を、低
圧精留塔１０３内蔵の凝縮器１０５から高圧精留塔１０
２内に送り込まれた液体窒素と向流的に接触させて冷却
し、その一部を液化して高圧精留塔１０２の底部に溜め
る。この過程において、窒素と酸素の沸点の差（酸素の
沸点−１８３℃，窒素の沸点−１９６℃）により、圧縮
空気中の高沸点成分である酸素が液化し、窒素が気体の
まま残る。そして、高圧精留塔１０２の底部には酸素分
が多い液体空気１０４が溜る。つぎに、この酸素リッチ
な液体空気１０４を膨脹弁で断熱膨脹させたのち低圧精
留塔１０３に送り込み、液化して低圧精留塔１０３の底
部に酸素リッチな超低温液体１０９として溜めて凝縮器
１０５を冷却する。一方、高圧精留塔１０２の上部に溜
まった窒素ガスを凝縮器１０５に送り込み、超低温液体
１０９により冷却して液化し高圧精留塔１０２内の液体
窒素溜め内に還流する。と同時に、凝縮器１０５で液化
した液体窒素を分岐管１１０を通して過冷却器１１１に
供給し、この過冷却器１１１で過冷却状態にしたのち低
圧精留塔１０３内の液体窒素溜め内に送り込む。低圧精
留塔１０３内では、高圧精留塔１０２内と同様に、その
底部に酸素リッチな超低温液体１０９を溜め、上部に窒
素ガスを溜める。このようにして、低圧精留塔１０３の
上部に溜まった窒素ガスは、そのまま製品として窒素ガ
ス取出管１１２から取り出され、主熱交換器１０１で熱
交換されたのち、常温製品ガスとして系外に送出され
る。また、低圧精留塔１０３の底部に溜まった酸素リッ
チな超低温液体１０９は、そのまま製品として取り出さ
れるのではなく、その気化物（酸素ガス）として酸素ガ
ス取出管１１３から取り出され、主熱交換器１０１で熱
交換されたのち、常温製品ガスとして系外に送出され
る。このようにして、高純度の窒素ガスと酸素ガスが得
られる。図において、１１４は膨張タービンであり、精
製空気の一部を取り入れて冷気を発生させたのちこの冷
気を冷却器１１６を介して低圧精留塔１０２に冷媒とし
て送り込む作用をする。１１５は低圧精留塔１０３内に
溜った窒素分（純度はそれ程高くない）等を排ガスとし
て取り出す排ガス取出管である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置では、高圧精留塔１０２と低圧精留塔１０３が上下に
並べて設けられているため、装置全体の高さが３０〜４
０ｍと非常に高くなる。一般に、陸上輸送の限界長さが
２０ｍであり、２０ｍ以内の装置である場合には工場内
で製作し、現地では据え付けのみとなるが、上記装置の
ように２０ｍを越えると、総コストが高価になり、しか
も、オンサイト供給（ユーザーの敷地に装置を設置して
ガスを販売する形態）が難しいという問題がある。
【０００５】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、装置全体の高さを低くして、大幅なコストダ
ウンを図ることができ、しかもオンサイト供給の容易な
空気分離装置の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の空気分離装置は、外部より取り入れた空
気を圧縮する空気圧縮手段と、この空気圧縮手段によっ
て圧縮された圧縮空気中の炭酸ガスと水とを除去する除
去手段と、この除去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却
する熱交換手段と、この熱交換手段により超低温に冷却
された圧縮空気を窒素と酸素とに液化分離する深冷液化
分離手段を備えた空気分離装置であって、上記深冷液化
分離手段が、高圧精留塔と、この高圧精留塔に対し側方
に併設された低圧精留塔と、上記高圧精留塔の上部に配
設された凝縮器内蔵型のコンデンサと、上記高圧精留塔
の底部の貯留液体空気を上記凝縮器冷却用の寒冷として
上記コンデンサ中に導く液体空気導入管と、上記高圧精
留塔内で生成した窒素ガスの一部を上記凝縮器内に案内
する第１の還流管と、上記凝縮器内で生じた液化窒素を
還流液として高圧精留塔の上部に戻す第２の還流管と、
上記低圧精留塔の上部に液体窒素を導入する液体窒素導
入手段と、上記低圧精留塔の底部に内蔵された凝縮器と
からなり、上記コンデンサ中で生じた気化液体空気を第
１案内管で上記低圧精留塔内蔵の凝縮器内に案内し、こ
の凝縮器内に案内された気化液体空気と上記低圧精留塔
の底部の貯留液体空気との熱交換作用により、上記貯留
液体空気を炊き上げるとともに、上記低圧精留塔内蔵の
凝縮器内で気化液体空気の一部を液化したのち第２案内
管で上記低圧精留塔内に案内するように構成したという
構成をとる。
【０００７】
【作用】すなわち、この発明の空気分離装置は、深冷液
化分離手段を、高圧精留塔と、低圧精留塔と、上記高圧
精留塔の上部に配設された凝縮器内蔵型のコンデンサと
で構成し、上記高圧精留塔に対し低圧精留塔を側方に併
設している。したがって、従来例のように、高圧精留塔
と低圧精留塔を上下に並べて設けたものと比べて、装置
の長さを２０ｍ以内とすることができ、この発明の空気
分離装置を工場内で作製してこれを陸上輸送し、現地で
は据え付けのみで設置することができ、大幅なコストダ
ウンになるうえ、オンサイト供給が容易になる。また、
この発明において、液体窒素導入手段が、（上記凝縮器
から延びる）第２の還流管から分岐し上記凝縮器内で生
じた液化窒素を上記低圧精留塔の上部に導入する分岐管
である場合には、上記液体窒素導入手段が、凝縮器内で
生じた液化窒素を分岐管により低圧精留塔に送るだけの
簡単な構造となる。また、液体窒素導入手段が、上記低
圧精留塔の上部に配設された第２凝縮器内蔵型の第２の
コンデンサと、上記低圧精留塔内で生成した窒素ガスの
一部を上記第２の凝縮器内に案内する第３の還流管と、
上記第２の凝縮器内で生じた液化窒素を還流液として低
圧精留塔の上部に戻す第４の還流管と、上記（高圧精留
塔の上部の）コンデンサ中の液体空気を上記第２の凝縮
器冷却用の寒冷として上記第２のコンデンサに導入する
液体空気供給管とからなる場合には、低圧精留塔の上部
にも第２のコンデンサを設けることで、低圧精留塔で得
られる窒素ガス，酸素ガス等の純度が一層高くなる。ま
た、高圧精留塔および低圧精留塔が真空保冷函内に収容
されている場合には、真空保冷函で外部からの熱侵入を
断つことができ、精製効率が一層向上する。
【０００８】つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳
しく説明する。
【０００９】
【実施例】図１はこの発明の空気分離装置の一実施例の
深冷液化分離ラインを示している。原料空気精製ライン
については後述の図５に示す。図１において、１は主熱
交換器であり、この主熱交換器１に精製空気（圧縮空
気）が精製空気取出管２から送り込まれ熱交換作用によ
り超低温に冷却される。２ａは精製空気取出管２から分
岐した精製空気分岐管であり、精製空気取出管２を通る
圧縮空気の一部を主熱交換器１に通したのち膨張タービ
ン３に送り込む。３ａは膨張タービン３により得られた
冷気を冷媒として主熱交換器１に送り込む第１冷媒供給
管であり、３ｂは主熱交換器１の冷媒としての作用を終
えた冷気を低圧精留塔１４に送り込む第２冷媒供給管で
ある。４は棚段式の高圧精留塔であり、主熱交換器１に
より超低温に冷却された圧縮空気をさらに冷却し、その
一部を液化し液体空気５として底部に溜めるとともに、
上部に窒素のみを気体状態で溜めるようになっている。
８は主コンデンサであり、内部に凝縮器９が配設されて
いる。この凝縮器９に、高圧精留塔４の上部に溜る窒素
ガスの一部が第１還流管６を介して送り込まれて液化さ
れ、第２還流管７を経て、高圧精留塔４の上部に設けら
れた液体窒素溜め４ａに送り込まれる。この送り込まれ
た液体窒素は、液体窒素溜め４ａから溢れて高圧精留塔
４内を下方に流下し、高圧精留塔４の底部から上昇する
圧縮空気と向流的に接触し冷却してその一部を液化する
ようになっている。すなわち、この過程で圧縮空気中の
高沸点成分（酸素分）が液化されて高圧精留塔４の底部
に溜り、低沸点成分の窒素ガスが高圧精留塔４の上部に
溜る。また、主コンデンサ８は減圧状態となっており、
ここに高圧精留塔４の底部に貯留された液体空気
（Ｎ2：６０〜６５％ ,Ｏ2 ：３３〜３８％）５が膨脹
弁（図示せず）付き導入管１０を経て噴霧状に送り込ま
れ、膨脹弁で液体空気５中の窒素分を気化させて主コン
デンサ８の内部温度を超低温に保持している。そして、
主コンデンサ８に噴霧状に送り込まれた液体空気の一部
は気化液体空気（Ｎ2 ：６０〜６５％ ,Ｏ2 ：３３〜３
８％）となって上部に溜まり、他部は酸素リッチな超低
温液体（Ｎ2 ：３０〜３５％ ,Ｏ2 ：６３〜６８％）１
１となって底部に溜るようになっている。この酸素リッ
チな超低温液体１１の冷熱により凝縮器９内に送り込ま
れた窒素ガスが液化し、前記のように第２還流管７を通
って高圧精留塔４に送り込まれる。また、凝縮器９内を
通る窒素ガスで加熱されて主コンデンサ８の底部の酸素
リッチな超低温液体１１は気化され、気化液体空気とな
って上部に溜まる。
【００１０】１４は棚段式の低圧精留塔であり、上記高
圧精留塔４と同一レベルに設けられている。この低圧精
留塔１４は、その中段の部分が連結管１２によって主コ
ンデンサ８の底部と接続しており、この主コンデンサ８
の底部に溜った酸素リッチな超低温液体（液体空気）１
１が連結管１２を介して送り込まれる。この送り込まれ
た液体空気１１は低圧精留塔１４内を流下したのち低圧
精留塔１４の底部に溜まり、低圧精留塔１４の底部に内
蔵された凝縮器１６を冷却する。この凝縮器１６は、主
コンデンサ８の頂部から第１案内管１３を介して送り込
まれた気化液体空気の一部を液化したのち第２案内管１
８に送り込み、過冷却器１７を通して過冷却状態にした
のち低圧精留塔１４に噴霧状に送り込む作用をする。過
冷却器１７を通って低圧精留塔１４に噴霧状に送り込ま
れた液体空気も、高圧精留塔４内と同様に、低圧精留塔
１４内を流下したのち低圧精留塔１４の底部に溜まり、
低圧精留塔１４の底部に内蔵された凝縮器１６を冷却す
る。そして、低圧精留塔１４の底部に溜まった液体空気
１５は、凝縮器１６を通る気化液体空気で焚き上げられ
る。２０は主コンデンサ８の凝縮器９で液化された液体
窒素の一部（この液体窒素の他部は、前記したように、
高圧精留塔４の液体窒素溜め４ａに送り込まれる）を過
冷却器１７の冷媒として送る第１分岐管であり、２１は
冷媒としての作用を終えた液体窒素を低圧精留塔１４の
液体窒素溜め１４ａに送る第２分岐管である。２２は低
圧精留塔１４の上部に溜った窒素ガスを製品窒素ガスと
して取り出す窒素ガス取出管で、超低温の窒素ガスを過
冷却器１７に案内し、この過冷却器１７により熱交換作
用で降温させたのち主熱交換器１内に案内し、そこに送
り込まれる圧縮空気と熱交換させて常温にし、製品窒素
ガス取出管２３に送り込む作用をする。２４は酸素ガス
取出管で、低圧精留塔１４の底部の滞留液体酸素１５か
ら気化した酸素ガスを取り出し、主熱交換器１内に案内
し、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交換させて常温に
し、製品酸素ガス取出管２５に送り込む作用をする。２
６は低圧精留塔１４内に溜った窒素分（純度はそれ程高
くない）等を排ガスとして取り出す排ガス取出管で、低
圧精留塔１４から取り出した排ガスを主熱交換器１内に
案内し、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交換させて常
温にし、排ガス放出管２７に送り込むとともに、その一
部を排ガス供給管２８（図５参照）に送り込む作用をす
る。上記のような高圧精留塔４，凝縮器８，低圧精留塔
１４，過冷却器１７，これらを接続する各配管等は真空
保冷函に収容されている。
【００１１】この装置は、つぎのようにして製品窒素ガ
スおよび酸素ガスを製造する。すなわち、上記精製空気
取出管２から送られた精製空気（圧縮空気）を主熱交換
器１内に送り込んで超低温に冷却し、高圧精留塔４の下
部内に投入する。ついで、この投入圧縮空気を、主コン
デンサ８から高圧精留塔４内に送り込まれ液体窒素溜め
４ａから溢流する液体窒素と向流的に接触させて冷却
し、その一部を液化して高圧精留塔４の底部に溜める。
この過程において、窒素と酸素の沸点の差（酸素の沸点
−１８３℃，窒素の沸点−１９６℃）により、圧縮空気
中の高沸点成分である酸素が液化し、窒素が気体のまま
残る。そして、高圧精留塔４の底部には酸素分が多い液
体空気５が溜る。つぎに、この酸素リッチな液体空気５
を膨脹弁で断熱膨脹させたのち主コンデンサ８に送り込
み、液化して主コンデンサ８の底部に液体空気１１とし
て溜め、主コンデンサ８内蔵の凝縮器９を冷却する。一
方、高圧精留塔４の上部に溜まった窒素ガスを、主コン
デンサ８内蔵の凝縮器９に送り込み、液体空気１１によ
り冷却して液化し高圧精留塔４内の液体窒素溜め４ａ内
に還流する。と同時に、凝縮器９で液化した液体窒素を
第１分岐管２０に通して過冷却器１７に供給し、この過
冷却器１７で過冷却状態にしたのち低圧精留塔１４内の
液体窒素溜め１４ａ内に送り込む。また、主コンデンサ
８の底部に溜まった液体空気１１を連結管１２で低圧精
留塔１４に送り込んで底部に溜める。この低圧精留塔１
４の底部に溜まった液体空気１５は、主コンデンサ８の
頂部から第１案内管１３を介して低圧精留塔１４内蔵の
凝縮器１６に送り込まれた気化液体空気で焚き上げられ
る。そして、この凝縮器１６内を通る気化液体空気の一
部を熱交換作用で液化したのち第２案内管１８に通して
過冷却器１７に供給し、この過冷却器１７で過冷却状態
にしたのち低圧精留塔１４に送り込む。低圧精留塔１４
内では、高圧精留塔４内と同様に、低圧精留塔１４の気
化液体空気を液体窒素溜め１４ａから溢流する液体窒素
と向流的に接触させて冷却し、その一部を液化して低圧
精留塔１４の底部に溜める。この過程において、窒素と
酸素の沸点の差により、圧縮空気中の高沸点成分である
酸素が液化し、窒素が気体のまま残る。そして、低圧精
留塔１４の底部には酸素分が多い液体空気１５が溜り、
上部には窒素ガスが溜まる。このようにして、低圧精留
塔１４の上部に溜まった窒素ガスは、そのまま製品とし
て窒素ガス取出管２２から取り出され、主熱交換器１で
熱交換されたのち、常温製品ガスとして系外に送出され
る。低圧精留塔１４の底部の液体空気１５は、そのまま
製品として取り出されるのではなく、その気化物（酸素
ガス）として酸素ガス取出管２４から取り出され、主熱
交換器１で熱交換されたのち、常温製品ガスとして系外
に送出される。このようにして、高純度の窒素ガスと酸
素ガスが得られる。
【００１２】この装置では、高圧精留塔４と低圧精留塔
１４が同一レベルに設置されているため、装置全体の高
さが低くなる。したがって、装置全体を小形化すること
ができるとともに、製作コストの低減化を実現すること
ができる。このため、オンサイト供給が簡単に行えると
いう利点もある。しかも、高圧精留塔４，凝縮器８，低
圧精留塔１４，過冷却器１７，各配管等を真空保冷函に
収容しているため、外部からの熱侵入を断つことがで
き、精製効率を一層向上させることができるという利点
もある。
【００１３】図２はこの発明の他の実施例の深冷液化分
離ラインを示している。この例では、製品窒素ガスの一
部を、低圧精留塔１４の底部の液体空気１５を焚き上げ
る加熱源として用いている。すなわち、製品窒素ガス取
出管２３に昇圧器３０を設け、この昇圧器３０より製品
窒素ガス取出口（図示せず）側の部分から第１供給管３
１ａを分岐し、この第１供給管３１ａを主熱交換器１を
通したのち低圧精留塔１４内蔵の凝縮器１６に接続して
いる。そして、この凝縮器１６を通る製品窒素ガスで低
圧精留塔１４の底部の液体空気１５を焚き上げるととも
に、この製品窒素ガスを凝縮器１６内で液化し、第２供
給管３１ｂを通して過冷却器１７に供給し、この過冷却
器１７で過冷却状態にしたのち低圧精留塔１４に導入し
ている。一方、主コンデンサ８の頂部から取り出される
気化液体空気（Ｎ2 ：６０〜６５％ ,Ｏ2 ：３５〜４０
％）を案内管３２を通して過冷却器１７に供給し、この
過冷却器１７で過冷却状態にしたのち低圧精留塔１４に
導入している。それ以外の部分は図１に示す装置と同様
であり、同様の部分には同じ符号を付している。このも
のでも、図１に示す装置と同様の効果を奏するうえ、製
品窒素ガスを再び低圧精留塔１４に戻しているため、図
１に示す装置より高純度の窒素ガスを得ることができる
という利点がある。
【００１４】図３はこの発明のさらに他の実施例の深冷
液化分離ラインを示している。この例では、両精留塔
４，１４の上部にそれぞれ主コンデンサ８，３５を設け
ている。そして、高圧精留塔４の主コンデンサ８の底部
に溜まった余剰の液化空気１１（Ｎ2 ：６０〜７０％ ,
Ｏ2 ：３０〜４０％）を低圧精留塔１４の第２主コンデ
ンサ３５に導入してこれの寒冷用として利用している。
また、低圧精留塔１４の頂部から取り出した窒素ガスを
第２主コンデンサ３５で液化して液体窒素とし、これを
還流液として低圧精留塔１４に戻すようにしている。す
なわち、３５は第２主コンデンサであり、内部に凝縮器
３６が配設されている。この凝縮器３６に、低圧精留塔
１４の上部に溜る窒素ガスの一部が第３還流管３７を介
して送り込まれて液化され、第４還流管３８を経て、低
圧精留塔１４の上部に設けられた液体窒素溜め１４ａに
送り込まれる。この送り込まれた液体窒素は液体窒素溜
め１４ａから溢れて低圧精留塔１４内を下方に流下し、
低圧精留塔１４の底部から上昇する圧縮空気と向流的に
接触し冷却してその一部を液化するようになっている。
すなわち、この過程で圧縮空気中の高沸点成分（酸素
分）が液化されて低圧精留塔１４の底部に溜り、低沸点
成分の窒素ガスが低圧精留塔１４の上部に溜る。また、
第２主コンデンサ３５は減圧状態となっており、これに
主コンデンサ８の底部に貯留された液体空気１１が膨脹
弁（図示せず）付き接続管４０を経て噴霧状に送り込ま
れ、膨脹弁で液体空気１１中の窒素分を気化させて第２
主コンデンサ３５の内部温度を超低温に保持している。
そして、第２主コンデンサ３５に噴霧状に送り込まれた
液体空気の一部は気化液体空気（Ｎ2 ：６０〜６５％ ,
Ｏ2：３３〜３８％）となって上部に溜まり、他部は酸
素リッチな超低温液体（Ｎ2：３３〜３８％ ,Ｏ2 ：６
０〜６５％）３９となって底部に溜るようになってい
る。この酸素リッチな超低温液体３９の冷熱により凝縮
器３６内に送り込まれた窒素ガスが液化し、前記のよう
に第４還流管３８を通って低圧精留塔１４に送り込まれ
る。４１ａは第２主コンデンサ３５の上部に溜まった気
化液体空気を取り出したのち過冷却器１７に供給してこ
こで降温させる第１排ガス取出管であり、４１ｂは過冷
却器１７で降温した気化液体空気を主熱交換器１内に案
内し、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交換させて常温
にしたのち排ガス放出管４４に送り込む第２排ガス取出
管である。４２は高圧精留塔４の第１還流管６から延び
る高圧窒素ガス取出管であり、また、４３は低圧精留塔
１４の第３還流管３７から延びる低圧窒素ガス取出管で
ある。これら窒素ガス取出管４２，４３から取り出され
た窒素ガスを過冷却器１７に供給し、この過冷却器１７
により熱交換作用で昇温させたのち主熱交換器１内に案
内する。それ以外の部分は図１に示す装置と同様であ
り、同様の部分には同じ符号を付している。
【００１５】この装置は、低圧精留塔１４においても、
つぎのようにして製品窒素ガスおよび酸素ガスを製造す
る。すなわち、高圧精留塔４の主コンデンサ８の底部か
ら液体窒素１１を膨脹弁で断熱膨脹させたのち第２主コ
ンデンサ３５に送り込み、液化して第２主コンデンサ３
５の底部に液体空気３９として溜めて第２主コンデンサ
３５内蔵の凝縮器３６を冷却する。一方、低圧精留塔１
４の上部に溜まった窒素ガスを、第２主コンデンサ３５
内蔵の凝縮器３６に送り込み、液体空気３９により冷却
して液化し低圧精留塔１４内の液体窒素溜め１４ａ内に
還流する。そして、低圧精留塔１４内で気化液体空気を
液体窒素溜め１４ａから溢流する液体窒素と向流的に接
触させて冷却し、その一部を液化して低圧精留塔１４の
底部に溜める。この過程において、窒素と酸素の沸点の
差により、圧縮空気中の高沸点成分である酸素が液化
し、窒素が気体のまま残る。そして、低圧精留塔１４の
底部には酸素分が多い液体空気１５が溜る。このように
して低圧精留塔１４の上部に溜まった窒素ガスを低圧窒
素ガス取出管４３で、高圧精留塔４の上部に溜まった窒
素ガスを高圧窒素ガス取出管４２で取り出し、そのまま
製品として製品窒素ガスを取り出す。また、低圧精留塔
１４の底部の液体酸素１５は、そのまま製品として取り
出されるのではなく、その気化物（酸素ガス）として製
品酸素ガス取出管２５から取り出される。このようにし
て、高純度の窒素ガスと酸素ガスが得られる。
【００１６】このものでも、図１に示す装置と同様の効
果を奏するうえ、各精留塔４，１４にそれぞれ主コンデ
ンサ８，３５を設けているため、図１に示す装置より純
度の高い窒素ガスを製造することができる。
【００１７】図４はこの発明のさらに他の実施例の深冷
液化分離ラインを示している。この例では、図１〜図３
の各例におけに膨張タービン３の代わりに、寒冷源とし
て液体窒素を用い、これを直接に高圧精留塔４に導入し
ている。それ以外の部分は図１に示す装置と同様であ
り、同様の部分には同じ符号を付している。このもので
も、図１に示す装置と同様の効果を奏する。しかも、図
１〜図３の各例のように膨張タービン３を使用する場合
には、この膨張タービン３が回転速度が極めて大であっ
て負荷変動（製品窒素の取出量）に対する追従運転が困
難であり、負荷変動時に製品の純度がばらつくという難
点を有している。しかも、この膨張タービン３が高速回
転するため機械構造上高精度が要求され、かつ高価であ
り、機構が複雑なため特別に養成した要員が必要である
という難点をも有している。これに対し、この例のよう
に液体窒素を用いると、供給量のきめ細かい調節が可能
であり、負荷変動に対するきめ細かな追従が可能である
ことから、純度が安定して極めて純度の高い窒素ガス等
を製造しうるようになるという利点がある。しかも、装
置として回転部がなくなるため、故障が全く生じないと
いう利点がある。
【００１８】なお、図４では、液体窒素を冷媒として高
圧精留塔４に供給しているが、これに限定するものでは
なく、低圧精留塔１４に供給するようにしてもよい。
【００１９】図５は上記深冷液化分離ラインの前工程の
原料空気精製ラインを示す構成図である。図において、
５１は外部より取り入れた原料空気（２５℃程度）を圧
縮して圧縮空気とする渦巻式（もしくはスクリュー式，
レシプロ式）の空気圧縮機であり、圧縮空気は圧縮熱に
よって１００℃に昇温される。５２はプレートフィン式
（もしくはシェルアンドチューブ式）の第１熱交換器で
ある。この第１熱交換器５２には、その内部に、空気圧
縮機５１から取り入れた圧縮空気が通る通路５２ａと、
吸着剤再生用の排ガス（前述した精留塔で発生する排ガ
スであり、１０℃程度）が通る通路５２ｂが形成されて
おり、各通路５２ａ，５２ｂを通る圧縮空気と排ガスと
の熱交換により、圧縮空気を７０℃程度に降温させると
ともに排ガスを１０℃程度に昇温させる作用をする。５
３は第１クーラーであり、第１熱交換器５２で降温され
た圧縮空気を冷却して４０℃程度（吸着塔５４〜５６で
の吸着除去に適した温度）にまで降温させるとともに、
圧縮空気中の水分除去を行う。５４，５５，５６は同一
構造の吸着塔であり、それぞれの内部には、圧縮空気中
の水分および炭酸ガスを吸着除去するための吸着剤が収
容されている。この吸着剤としては、吸着塔５４〜５６
の下部にアルミナゲル６２が配設され、その上側にモレ
キュラーシーブス（合成ゼオライト）６３が配設されて
いる。このような各吸着塔５４〜５６は、触媒塔５９導
入前の吸着工程，触媒塔５９導出後の吸着工程および吸
着剤６２，６３の再生工程に用いられる。５７はプレー
トフィン式（もしくはシェルアンドチューブ式）のアル
ミニウム製第２熱交換器であり、上記吸着塔５４〜５６
を経た圧縮空気が通る通路５７ａと、触媒塔５９を経た
空気が通る通路５７ｂが形成されており、各通路５７
ａ，５７ｂを通る空気同士の熱交換により吸着塔５４〜
５６を経た圧縮空気を９０℃程度にまで昇温させるとと
もに、触媒塔５９を経た空気を４５℃程度に降温させる
作用をする。５８は第１ヒーターであり、上記第２熱交
換器５７で昇温された圧縮空気を加熱してさらに１００
〜１１０℃程度（触媒塔５９での酸化反応に適した温
度）にまで昇温させる。５９は触媒塔であり、ステンレ
スケースに、空気中の一酸化炭素および水素を酸化して
炭酸ガスと水を生成するための触媒が内蔵されている。
この触媒としては、白金系（アルミナ粒子の外周面に白
金系皮膜を形成したもの）もしくはパラジウム系（アル
ミナ粒子の外周面にパラジウム系皮膜を形成したもの）
の触媒が用いられる。６０は第２クーラーであり、上記
第２熱交換器５７で降温された空気を冷却してさらに２
０℃以下にまで降温させる。６１は第２ヒーターであ
り、第１熱交換器５２で昇温された排ガスを加熱してさ
らに２００℃程度にまで昇温させる。
【００２０】上記両クーラー５３，６０と各吸着塔５４
〜５６は、つぎのような配管類で連結されている。すな
わち、第１クーラー５３の出口管５３ａと第２クーラー
６０の出口管６０ａとは２つの開閉弁６５ａ，６５ｂが
取付けられた第１連結管６５で連結されているととも
に、両開閉弁６５ａ，６５ｂ間に位置する第１連結管６
５の部分から第１吸着塔５４の空気導入口に連結する第
１導入管６８および開閉弁６９ａ付き第１大気逃がし管
６９が分岐している。また、上記各出口管５３ａ，６０
ａから延設，分岐された各分岐管５３ｂ，６０ｂは、２
つの開閉弁６６ａ，６６ｂが取付けられた第２連結管６
６、および２つの開閉弁６７ａ，６７ｂが取付けられた
第３連結管６７で連結されている。これら両連結管６
６，６７からも、上記第１連結管６５と同様に、両開閉
弁６６ａ，６６ｂ、６７ａ，６７ｂ間に位置する部分か
ら、第２吸着塔５５の空気導入口に連結する第２導入管
７０，開閉弁７１ａ付き第２大気逃がし管７１および第
３吸着塔５６の空気導入口に連結する第３導入管７２，
開閉弁７３ａ付き第３大気逃がし管７３がそれぞれ分岐
している。一方、上記各吸着塔５４〜５６と第２熱交換
器５７と精製空気取出管２は、つぎのような配管類で連
結されている。すなわち、第２熱交換器５７の入口管５
７ｃは第１吸着塔５４の空気導出口から延びる第１導出
管５４ａに開閉弁７４ａ付き第４連結管７４で連結さ
れ、第２吸着塔５５の空気導出口から延びる第２導出管
５５ａに開閉弁７６ａ付き第５連結管７６で連結され、
第３吸着塔５６の空気導出口から延びる第３導出管５６
ａに開閉弁７８ａ付き第６連結管７８で連結されてい
る。また、精製空気取出管２の始端部２ｂは第１導出管
５４ａの終端部５４ｂに開閉弁７５ａ付き第１取出管７
５で連結され、精製空気取出管２の始端部２ｂから延
設，分岐された分岐管２ｃは第２導出管５５ａの終端部
５５ｂに開閉弁７７ａ付き第２取出管７７で連結され、
第３導出管５６ａの終端部５６ｂに開閉弁７９ａ付き第
３取出管７９で連結されている。
【００２１】また、精留塔から供給される排ガスの通路
である排ガス供給管（図では、その終端部２８ａの近傍
部しか示されていない）２８と、第２ヒーター６１と各
吸着塔５４〜５６は、つぎのような配管類で連結されて
いる。すなわち、排ガス供給管２８の終端部２８ａは、
第１熱交換器５２の通路５２ｂに連結する開閉弁８２ａ
付き第１供給管８２，第１熱交換器５２の通路５２ｂ，
この第１熱交換器５２の通路５２ｂから延び第２ヒータ
ー６１の排ガス入口に連結する第２供給管８３を介して
第２ヒーター６１に連結されている。また、第２ヒータ
ー６１の排ガス出口から延びる第３供給管８４の終端部
８４ａは、第１導出管５４ａの終端部５４ｂに開閉弁８
５ａ付き第４供給管８５で連結され、第２導出管５５ａ
の終端部５５ｂに開閉弁８６ａ付き第５供給管８６で連
結され、第３導出管５６ａの終端部５６ｂに開閉弁８７
ａ付き第６供給管８７で連結されている。また、上記第
３供給管８４から開閉弁８８ａ付き戻り管８８が分岐
し、上記排ガス供給管２８の終端部２８ａに連結されて
いる。
【００２２】上記装置において、第１吸着塔５４を触媒
塔５９導入前の吸着工程で用い、第２吸着塔５５を触媒
塔５９導出後の吸着工程で用い、第３吸着塔５６を再生
工程で用いる場合の作用を説明する。この場合には、図
６に示すように、開閉弁６５ａ，６６ｂ，７３ａ，７４
ａ，７７ａ，８２ａ，８７ａを開弁し（開弁状態にある
ことを、矢印で示す）、開閉弁６５ｂ，６６ａ，６７
ａ，６７ｂ，６９ａ，７１ａ，７５ａ，７６ａ，７８
ａ，７９ａ，８５ａ，８６ａ，８８ａを閉弁する（閉弁
状態にあることを、バルブを黒く塗りつぶすことで示
す）。まず、空気圧縮機５１で外部から原料空気を取り
入れて圧縮空気とする。ついで、この圧縮された高温圧
縮空気を第１熱交換器５２で排ガスと熱交換して降温し
たのち、第１クーラー５３で冷却して４０℃程度に降温
する。つぎに、この降温させた圧縮空気を第１連結管６
５および第１導入管６８を通して第１吸着塔５４に供給
する。この第１吸着塔５４では、吸着剤６２，６３によ
り、圧縮空気中の水分がｐｐｍオーダーまで吸着除去さ
れる。つぎに、第１吸着塔５４を経た空気を第１導出管
５４ａ，第４連結管７４および入口管５７ｃを通して第
２熱交換器５７に供給し、この第２熱交換器５７で触媒
塔５９を経た空気と熱交換して昇温したのち、第１ヒー
ター５８で１００〜１１０℃程度に昇温して触媒塔５９
に供給する。この触媒塔５９では、触媒により、空気中
の一酸化炭素が酸化されて炭酸ガスが生成され、水素が
酸化されて水が生成される。つぎに、触媒塔５９を経た
空気を第２熱交換器５７に供給し、この第２熱交換器５
７で第１吸着塔５４を経た圧縮空気と熱交換して降温し
たのち、第２クーラー６０で１０℃程度に降温し、出口
管６０ａ，分岐管６０ｂ，第２連結管６６および第２導
入管７０を介して第２吸着塔５５に供給する。この第２
吸着塔５５では、吸着剤６２，６３により、圧縮空気中
の水分および炭酸ガスが吸着除去される。この第２吸着
塔５５を経た空気を第２導出管５５ａ，第２取出管７
７，分岐管２ｃを通して精製空気取出管２に送る。この
精製空気取出管２に送られた精製空気は精留塔へ供給さ
れ、窒素（Ｎ2 ），酸素（Ｏ2 ），アルゴン（Ａｒ）等
に分離される。一方、精留塔から送られる排ガスを、排
ガス供給管２８および第１供給管８２を通して第１熱交
換器５２に供給し、この第１熱交換器５２で空気圧縮機
５１から取り入れた圧縮空気と熱交換して昇温する。つ
ぎに、この第１熱交換器５２で昇温した排ガスを、第２
供給管８３を通して第２ヒーター６１に供給し、この第
２ヒーター６１で２００℃に昇温したのち、第３供給管
８４，第６供給管８７および第３導出管５６ａを通して
第３吸着塔５６に供給する。この第３吸着塔５６では、
吸着剤６２，６３が高温の排ガスにさらされて再生され
る。そののち、第３吸着塔５６を経た排ガスを第３導入
管７２および第３大気逃がし管７３を通して大気に放出
する。また、再生後に開閉弁８８ａを開弁し、開閉弁８
２ａを閉弁して、排ガスを加熱することなく第３吸着塔
５６に供給する。これにより、第３吸着塔５６では、吸
着剤６２，６３が排ガスで冷却され、つぎの吸着工程に
備える。
【００２３】上記各吸着塔５４〜５６は、各開閉弁の開
閉操作により、自動切替えすることができる。その切替
えパターンを、下記の表１に示す。下記の表１におい
て、第２吸着塔５５を触媒塔５９導入前の吸着工程で用
い、第３吸着塔５６を触媒塔５９導出後の吸着工程で用
い、第１吸着塔５４を再生工程で用いる場合には、開閉
弁６６ａ，６７ｂ，６９ａ，７６ａ，７９ａ，８２ａ，
８５ａを開弁し、開閉弁６５ａ，６５ｂ，６６ｂ，６７
ａ，７１ａ，７３ａ，７４ａ，７５ａ，７７ａ，７８
ａ，８６ａ，８７ａ，８８ａを閉弁する。また、第３吸
着塔５６を触媒塔５９導入前の吸着工程で用い、第１吸
着塔５４を触媒塔５９導出後の吸着工程で用い、第２吸
着塔５５を再生工程で用いる場合には、開閉弁６５ｂ，
６７ａ，７１ａ，７５ａ，７８ａ，８２ａ，８６ａを開
弁し、開閉弁６５ａ，６６ａ，６６ｂ，６７ｂ，６９
ａ，７３ａ，７４ａ，７６ａ，７７ａ，７９ａ，８５
ａ，８７ａ，８８ａを閉弁する。このようにすると、触
媒塔５９導入前の吸着工程で用いることで吸着水分量が
限界に達した吸着塔５４〜５６を再生工程にまわし、触
媒塔５９導出後の吸着工程で用いることで吸着水分量に
余裕のある吸着塔５４〜５６を触媒塔５９導入前の吸着
工程にまわすことができる。そして、再生された吸着塔
５４〜５６は触媒塔５９導出後の吸着工程にまわされ
る。したがって、３個の吸着塔５４〜５６で効率の良い
吸着除去および再生が行える。
【００２４】
【表１】
【００２５】このように、上記装置では、触媒塔５９内
に供給する前に圧縮空気中の水分を吸着塔５４〜５６で
吸着除去するようにしているため、触媒塔５９内の触媒
の表面に水分が入り込んでこれを膨張させることが殆ど
なくなる。このため、触媒の表面に形成されたパラジウ
ム系粒子等が剥離，脱落することがなくなる。しかも、
上記したように、圧縮空気中の水分が殆ど吸着除去され
ているため、触媒塔５９に供給する際に圧縮空気の温度
を低く設定することができる。したがって、触媒の早期
性能低下を招いたり、触媒塔５９の下部に微粉末が早期
に溜まったりすることがなくなり、長期にわたってメン
テナンスが不要になり、かつトータルコストが安価にな
る。すなわち、従来は、空気圧縮機により圧縮された高
温圧縮空気をヒーター等で所定温度に昇温して触媒塔に
送り、この触媒塔内でパラジウム系触媒と圧縮空気中の
一酸化炭素および水素とを酸化反応させていた。このた
め、触媒塔内のパラジウム系触媒が１年程度で性能低下
してしまい、高価な触媒を早期に交換しなければなら
ず、触媒の早期交換等メンテナンスを頻繁に行わなけれ
ばならないという問題や、トータルコストが高価になる
という問題があった。また、触媒塔内の下部に微粉末が
早期に溜まる等の不具合も発生しており、このため、上
記微粉末の早期清掃等メンテナンスを頻繁に行わなけれ
ばならないという問題があった。（この原因としては、
上記パラジウム系触媒のように、アルミナの外周面にパ
ラジウム系皮膜を形成したものでは、アルミナの外周面
の隙間や溝に水分が入り込むと、アルミナが膨張しパラ
ジウム系皮膜に亀裂が入って剥離，脱落し、これにより
吸着面積が小さくなり早期に性能低下を招くこと、上記
脱落したパラジウム系皮膜が微粉末となって触媒塔の下
部に溜まること、および、圧縮空気中に多くの水分が含
まれていると、触媒塔での酸化反応を容易にするため圧
縮空気を１８０℃以上の高温にして触媒塔に送り込む必
要が生じ、これにより触媒が劣化しやすくなることが考
えられている）。さらに、上記したように、触媒塔５９
導入前の吸着工程で用いた（吸着水分量が限界に達し
た）吸着塔５４〜５６を再生工程にまわし、触媒塔５９
導出後の吸着工程で用いた（吸着水分量に余裕のある）
吸着塔５４〜５６を触媒塔５９導入前の吸着工程にまわ
し、再生工程で再生された吸着塔５４〜５６を触媒塔５
９導出後の吸着工程にまわすことで、吸着水分量に余裕
のある吸着塔５４〜５６を有効に利用することができ、
３個の吸着塔５４〜５６で効率の良い吸着除去および再
生が行える。
【００２６】また、この例の原料空気精製ラインと同様
のものとして、同一容器内に下部吸着部と触媒作用部と
上部吸着部をステンレス製スクリーンを介して上下３段
に積重することで、圧縮空気を触媒作用部に通す前の工
程で吸着部を通すことが考えられる。このものでは、上
記容器を２個並設し、一方を吸着工程で使用している間
に他方を再生することが行われる。しかしながら、この
ものでは、各部をステンレス製スクリーンで分離しなけ
ればならず、充填方法が複雑になるという問題がある。
しかも、再生用の排ガスには酸素が２０％以上も含まれ
ているため、この排ガスで再生中に触媒を加熱すると、
酸化により触媒の劣化が進むという問題もある。さら
に、吸着部が４個必要で触媒作用部が２個必要になり、
高価になるという問題もある。これに対し、この例で
は、吸着塔５４〜５６と触媒塔５９とは別々であり、吸
着塔５４〜５６への吸着剤６２，６３の充填が容易であ
る。しかも、再生工程では、吸着塔５４〜５６だけに排
ガスを通して再生することができ、この再生時に触媒塔
５９内の触媒を劣化させることがない。しかも、吸着塔
５４〜５６が３個で済むうえ、触媒塔５９が１個で済
み、安価でありながらも上記のような優れた効果を奏す
る。
【００２７】図７は上記原料空気精製ラインの他の例を
示している。この例では、触媒塔５９へ供給される空気
は常時加温されていなければならないのに対し、再生用
の排ガスは一時的な加温でよいこと、および触媒塔５９
に送り込む圧縮空気をそれほど高温にする必要がないこ
とを考慮し、触媒塔５９へ供給される空気を第１熱交換
器９１だけで熱交換して昇温させるようにしたものであ
り、上記図５の第１ヒーター５７が省略されている。図
において、９１はプレートフィン式（もしくはシェルア
ンドチューブ式）の第１熱交換器である。この第１熱交
換器９１には、その内部に、空気圧縮機５１から取り入
れた圧縮空気が通る通路９１ａと、各吸着塔５４〜５６
を経た空気が通る通路９１ｂが形成されており、各通路
９１ａ，９１ｂを通る空気同士の熱交換により、空気圧
縮機５１を経た空気を８５℃程度に降温させるととも
に、各吸着塔５４〜５６を経た空気を６０℃程度に昇温
させる作用をする。９２は第２熱交換器であり、上記触
媒塔５９を経た空気が通る通路９２ａと、排ガス供給路
２８から供給された排ガスが通る通路９２ｂが形成され
ており、各通路９２ａ，９２ｂを通る空気と排ガスとの
熱交換により触媒塔５９を経た空気を２５℃程度にまで
降温させるとともに、排ガスを５０℃程度にまで昇温さ
せる作用をする。９３はヒーターであり、第２熱交換器
９２で昇温された排ガスを加熱してさらに２００℃程度
にまで昇温させる。図において、９１ｃは第１熱交換器
９１の入口管であり、図５における入口管５７ｃと同様
のものである。それ以外は上記実施例と同様であり、同
様の部分には同じ符号を付している。
【００２８】上記装置において、第１吸着塔５４を触媒
塔５９導入前の吸着工程で用い、第２吸着塔５５を触媒
塔５９導出後の吸着工程で用い、第３吸着塔５６を再生
工程で用いる場合の作用を説明する。この場合には、上
記実施例と同様に、各開閉弁を開弁し、閉弁する。ま
ず、空気圧縮機５１で外部から原料空気を取り入れて圧
縮空気とする。ついで、この圧縮された高温圧縮空気を
第１熱交換器９１で第１吸着塔５４を経た空気と熱交換
して降温したのち、第１クーラー５３で冷却して４０℃
程度に降温する。つぎに、この降温された圧縮空気を第
１連結管６５および第１導入管６８を通して第１吸着塔
５４に供給する。この第１吸着塔５４では、圧縮空気中
の水分がｐｐｍオーダーまで吸着除去される。つぎに、
第１吸着塔５４を経た空気を第１導出管５４ａ，第４連
結管７４および入口管９１ｃを通して第１熱交換器９１
に供給し、この第１熱交換器９１で空気圧縮機５１より
取り入れられた空気と熱交換して６０℃程度に昇温した
のち、触媒塔５９に供給する。この触媒塔５９では、空
気中の一酸化炭素および水素が酸化されて炭酸ガスおよ
び水が生成される。つぎに、触媒塔５９を経た空気を第
２熱交換器９２に供給し、この第２熱交換器９２で排ガ
スと熱交換して降温したのち、第２クーラー６０で１０
℃程度に降温し、出口管６０ａ，分岐管６０ｂ，第２連
結管６６および第２導入管７０を介して第２吸着塔５５
に供給する。この第２吸着塔５５では、圧縮空気中の水
分および炭酸ガスが吸着除去される。この第２吸着塔５
５を経た空気を第２導出管５５ａ，第２取出管７７，分
岐管２ｃを通して精製空気取出管２に送る。一方、精留
塔から送られる排ガスを、排ガス供給管２８および第１
供給管８２を通して第２熱交換器９２に供給し、この第
２熱交換器９２で触媒塔５９を経た空気と熱交換して昇
温する。つぎに、この第２熱交換器９２で昇温された排
ガスを、第２供給管８３を通してヒーター９３に供給
し、このヒーター９３で２００℃に昇温したのち、第３
供給管８４，第６供給管８７および第３導出管５６ａを
通して第３吸着塔５６に供給する。この第３吸着塔５６
では、吸着剤６２，６３が再生される。そののち、第３
吸着塔５６を経た排ガスを第３導入管７２および第３大
気逃がし管７３を通して大気に放出する。
【００２９】この例でも、各吸着塔５４〜５６は、上記
図５の例と同様に、各開閉弁の開閉操作により自動切替
えすることができる。その切替えパターンは、上記図５
の例と同様である。このものでは、上記図５の例と同様
の効果を奏するうえ、上記したように、図５の第１ヒー
ター５７を省略できるという利点がある。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、この発明の空気分離装置
によれば、深冷液化分離手段を、高圧精留塔と、低圧精
留塔と、高圧精留塔の上部に配設された凝縮器内蔵型の
コンデンサとで構成し、高圧精留塔に対し低圧精留塔を
側方に併設しているため、従来例のように、高圧精留塔
と低圧精留塔を上下に並べて設けたものに比べて、装置
全体の高さを大幅に低くすることができる。したがっ
て、従来例のように、高圧精留塔と低圧精留塔を上下に
並べて設けたものと比べて、装置の長さを２０ｍ以内と
することができ、この発明の空気分離装置を工場内で作
製してこれを陸上輸送し、現地では据え付けのみで設置
することができ、大幅なコストダウンになるうえ、オン
サイト供給が容易になる。また、この発明において、液
体窒素導入手段が、（上記凝縮器から延びる）第２の還
流管から分岐し上記凝縮器内で生じた液化窒素を上記低
圧精留塔の上部に導入する分岐管である場合には、液体
窒素導入手段が、上記凝縮器内で生じた液化窒素を分岐
管により低圧精留塔内に送るだけの簡単な構造となる。
また、液体窒素導入手段が、上記低圧精留塔の上部に配
設された第２凝縮器内蔵型の第２のコンデンサと、上記
低圧精留塔内で生成した窒素ガスの一部を上記第２の凝
縮器内に案内する第３の還流管と、上記第２の凝縮器内
で生じた液化窒素を還流液として低圧精留塔の上部に戻
す第４の還流管と、上記（高圧精留塔の上部の）コンデ
ンサ中の液体空気を上記第２の凝縮器冷却用の寒冷とし
て上記第２のコンデンサに導入する液体空気供給管とか
らなる場合には、低圧精留塔の上部にも第２のコンデン
サを設けており、低圧精留塔で得られる窒素ガス，酸素
ガス等の純度が一層高くなる。また、高圧精留塔および
低圧精留塔が真空保冷函内に収容されている場合には、
この真空保冷函で外部からの熱侵入を断つことができ、
精製効率が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】この発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】この発明のさらに他の実施例を示す構成図であ
る。
【図４】この発明のさらに他の実施例を示す構成図であ
る。
【図５】原料空気精製ラインを示す構成図である。
【図６】上記原料空気精製ラインの作用を示す構成図で
ある。
【図７】上記原料空気精製ラインの他の例を示す構成図
である。
【図８】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 主熱交換器 ４ 高圧精留塔 ６ 第１還流管 ７ 第２還流管 ８ 主コンデンサ ９ 凝縮器 １０ 導入管 １３ 第１案内管 １８ 第２案内管 ２０ 第１分岐管 ２１ 第２分岐管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 直三 大阪府堺市常磐町１丁１番地の２−820 (56)参考文献 特開 平５−187764（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239375（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−292777（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外部より取り入れた空気を圧縮する空気
    圧縮手段と、この空気圧縮手段によって圧縮された圧縮
    空気中の炭酸ガスと水とを除去する除去手段と、この除
    去手段を経た圧縮空気を超低温に冷却する熱交換手段
    と、この熱交換手段により超低温に冷却された圧縮空気
    を窒素と酸素とに液化分離する深冷液化分離手段を備え
    た空気分離装置であって、上記深冷液化分離手段が、高
    圧精留塔と、この高圧精留塔に対し側方に併設された低
    圧精留塔と、上記高圧精留塔の上部に配設された凝縮器
    内蔵型のコンデンサと、上記高圧精留塔の底部の貯留液
    体空気を上記凝縮器冷却用の寒冷として上記コンデンサ
    中に導く液体空気導入管と、上記高圧精留塔内で生成し
    た窒素ガスの一部を上記凝縮器内に案内する第１の還流
    管と、上記凝縮器内で生じた液化窒素を還流液として高
    圧精留塔の上部に戻す第２の還流管と、上記低圧精留塔
    の上部に液体窒素を導入する液体窒素導入手段と、上記
    低圧精留塔の底部に内蔵された凝縮器とからなり、上記
    コンデンサ中で生じた気化液体空気を第１案内管で上記
    低圧精留塔内蔵の凝縮器内に案内し、この凝縮器内に案
    内された気化液体空気と上記低圧精留塔の底部の貯留液
    体空気との熱交換作用により、上記貯留液体空気を炊き
    上げるとともに、上記低圧精留塔内蔵の凝縮器内で気化
    液体空気の一部を液化したのち第２案内管で上記低圧精
    留塔内に案内するように構成したことを特徴とする空気
    分離装置。
  2. 【請求項２】 上記液体窒素導入手段が、上記第２の還
    流管から分岐し上記凝縮器内で生じた液化窒素を上記低
    圧精留塔の上部に導入する分岐管である請求項１記載の
    空気分離装置。
  3. 【請求項３】 上記液体窒素導入手段が、上記低圧精留
    塔の上部に配設された第２凝縮器内蔵型の第２のコンデ
    ンサと、上記低圧精留塔内で生成した窒素ガスの一部を
    上記第２の凝縮器内に案内する第３の還流管と、上記第
    ２の凝縮器内で生じた液化窒素を還流液として低圧精留
    塔の上部に戻す第４の還流管と、上記コンデンサ中の液
    体空気を上記第２の凝縮器冷却用の寒冷として上記第２
    のコンデンサに導入する液体空気供給管とからなる請求
    項１記載の空気分離装置。
  4. 【請求項４】 上記高圧精留塔および低圧精留塔が真空
    保冷函内に収容されている請求項１記載の空気分離装
    置。
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