JP3980114B2

JP3980114B2 - 空気から第１の酸素産物及び第２の酸素産物を分離するための方法及び装置

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Publication number: JP3980114B2
Application number: JP08660197A
Authority: JP
Inventors: ポール・ヒギンボサム
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2007-09-26
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気を分離するための方法及び装置に関する。より詳細に言えば、本発明は、一般的には通常の純度を有する第１の酸素産物、及び、容積比で１ｐｐｍ未満の全不純物を含む極めて純粋な第２の酸素産物を共に生成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気から酸素を分離するための通常の１つの方法は、水蒸気及び二酸化炭素の不純物を除去することによって空気を精製する工程と、精製された空気を低温精留によって分離するのに適した温度まで冷却する工程と、高圧精留塔及び低圧精留塔を含む二段精留塔の中で冷却した空気を精留する工程とを備えている。一般的に、高圧精留塔の頂部は、低圧精留塔の底部と熱を交換して、高圧精留塔の中で分離された窒素を凝縮させると共に、低圧精留塔の中で分離された液体酸素を再沸騰させる。低圧精留塔は、一般的に、底部領域を有しており、この底部領域において、酸素からアルゴンが分離される。従って、容積比で３％未満のアルゴンを含む酸素産物を生成することが可能である。実際に、容積比で０．１％未満のアルゴンを含む酸素製品を生成することには、何等困難性が存在しない。しかしながら、十分に高い純度の酸素産物が必要とされる場合には、１又はそれ以上の追加の精留塔又は分留塔を用いて、低圧精留塔から抜き出された酸素を含む流れから不純物を取り除く必要がある。酸素よりも揮発性の高いアルゴンの如き不純物を除去する必要があるだけではなく、より揮発性の低いメタンの如き不純物も除去する必要もある。
【０００３】
米国特許第５，０４９，１７３号は、酸素濃度が容積比で１−３５％の範囲にある低圧精留塔の領域から原料の流れを取り出し、副精留塔の中でそのような流れから、アルゴン及び他の揮発性の低い不純物を除去することを開示している。酸素濃度が容積比で１乃至３５％の範囲にある低圧精留塔の領域から原料の流れを取り出すことにより、原料の流れの中の揮発性が比較的低い不純物（例えば、メタン）の濃度が最低限に維持される。従って、容積比で１ｐｐｍ未満の全不純物を含む副精留塔から、液体酸素の産物を得ることが可能である。上述のプロセスの１つの欠点は、比較的多数の理論段が、副精留塔に必要とされることである。１つの例においては、約６４の理論段が使用されている。別の欠点は、代表的な例においては、高純度酸素の最大生産量が、全酸素生産量の１９％に制限されることである。更に別の欠点は、低圧精留塔が、高圧精留塔の底部から抜き出される少なくとも部分的に気化した留分に加えて、液体の流れを分離する必要がある場合には、副精留塔への供給原料の中の酸素が少なく、従って、高純度で生成することのできる酸素産物の全割合が低下することである。
【０００４】
米国特許第４，５６０，３９７号は、ある例においては、１０ｐｐｍのアルゴン、１．３ｐｐｍのクリプトン、及び、８ｐｐｍのメタンを含む高純度の単一の酸素産物を生産するプロセスを開示している。高圧の一次精留塔、及び、低圧の二次精留塔が用いられている。酸素富化された流れを、底部トレイの数個上のトレイにおいて一次精留塔から抜き出して、そのような流れが、一次精留塔の底部から抜き出した場合と比較して、酸素よりも揮発性の低い不純物の濃度を有するようにすることができる。酸素富化された上記流れは、二次精留塔の頂部に入り、該二次精留塔はアルゴン不純物を除去する。高純度の気体酸素が、二次精留塔の底部のから少なくとも１つ上のトレイの位置において、二次精留塔から抜き出される。二次精留塔には、一次精留塔の中で分離された窒素によって加熱されるリボイラが設けられている。従って、上記窒素は凝縮されて一次精留塔へ返送され、該一次精留塔に対する環流をもたらす。しかしながら、一次精留塔に適正な環流をもたらすためには、上記窒素を凝縮させるための追加の手段を設けることが必要である。従って、第２の凝縮器が設けられる。この二次凝縮器は、一次精留塔の底部から抜き出される酸素富化された液体の流れによって冷却される。その結果生ずる酸素富化された蒸気は、流入する空気と間接的な熱交換することにより暖められ、タービンの中で膨張してプロセスを冷却し、その後、流入する空気と間接的に熱交換することにより、周囲温度まで再度暖められる。その結果、得ることのできる高純度酸素の最大収率は、かなり低下する。その理由は、流入する酸素の中のかなりの割合が、再度暖められた上記流れと一緒にプロセスから効果的に排出されるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、容積比で３．５％未満のアルゴン不純物を含む第１の酸素産物を酸素から分離するための方法及び装置であって、更に追加の精留塔を用いて、容積比で１ｐｐｍ未満の全不純物を含む第２の酸素産物を生成するための方法及び装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法及び装置は、容積比で３．５％未満のアルゴン不純物を含む第１の酸素産物を酸素から分離し、更に追加の精留塔を用いて、容積比で１ｐｐｍ未満の全不純物を含む第２の酸素産物を生成することができる。
【０００７】
本発明によれば、容積比で３．５％未満のアルゴン不純物を含む第１の酸素産物と、容積比で１ｐｐｍ未満のアルゴン及び他の不純物を含む第２の高純度酸素産物とを、酸素から分離するための空気分離方法が提供され、この方法は、高圧精留塔の中で空気流を分留して、酸素富化された液体の底部留分と、気体窒素の頂部留分とを形成する工程と、上記底部の留分の流れを低圧精留塔の中に導入してその中で分離するための工程と、上記気体状の窒素留分の流れを、上記低圧精留塔の中で分離された液体酸素の留分で間接的に熱交換することにより、凝縮させ、これにより、上記液体酸素の留分の少なくとも一部を沸騰させると共に、上記低圧精留塔を通って上方に流れる気体の流れを生成する工程と、上述のように形成された凝縮物の少なくとも一部を環流として上記高圧精留塔の中で用いる工程と、上記高圧精留塔から上記低圧精留塔へ上記凝縮物の流れを環流として供給する工程とを備えており、上記第１の酸素産物は、上記低圧精留塔の中間領域から抜き出され、上記中間領域からの液体を受け取る充填された充填区域が上記低圧精留塔に設けられ、上記充填区域においては、上記受け取られた液体からアルゴン不純物が除去され、上記凝縮物を形成するための総ての冷却操作は、上記液体酸素の留分によって行われ、容積比で１００ｐｐｍ未満のアルゴン不純物を含む第２の酸素流れを、上記充填区域の底部から抜き出し副精留塔の中に通過させ、酸素よりも揮発性の低い不純物を上記第２の酸素流れから分離し、その際、上記副精留塔の頂部から蒸気を抜き出し凝縮させ、凝縮させた頂部蒸気の一部を上記第２の高純度酸素産物として抜き出し、上記凝縮させた頂部蒸気の残りを上記副精留塔に環流として戻す。
【０００８】
本発明は、また、容積比で３．５％未満のアルゴン不純物を含む第１の酸素産物と、容積比で１ｐｐｍ未満の全不純物を含む第２の高純度酸素産物とを、酸素から分離するための酸素分離装置を提供し、この装置は、空気流を分留して、気体窒素の頂部留分と、酸素富化された液体の底部留分とを形成するための高圧精留塔と、上記底部留分の流れを分離するための低圧精留塔と、上記気体窒素の留分の流れを、上記低圧精留塔の中で分離された液体酸素の留分で間接的に熱交換することにより、凝縮させるための凝縮器／リボイラとを備えており、該凝縮器／リボイラは、使用された場合に、上記低圧精留塔を通る蒸気の上昇流を形成すると共に、上記凝縮させた気体窒素の留分の流れを上記高圧精留塔に対して環流としてもたらすように構成されており、当該装置は、更に、上記凝縮させた気体窒素の留分の流れを上記低圧精留塔に対して環流として供給するため上記低圧精留塔に直線的に又は間接的に連通していて、環流を上記高圧精留塔に入れるための入口と、上記低圧精留塔の中間領域から上記第１の酸素産物を出すための第１の出口と、上記中間領域から液体を受け取って該液体からアルゴン不純物を除去することができるように、上記低圧精留塔の中に設けられた充填区域と、該充填区域の底部に連通している、容積比で１００ｐｐｍ未満のアルゴン不純物を含む第２の酸素流れのための第２の出口とを備えており、上記凝縮器／リボイラは、凝縮通路を有しており、これら凝縮通路のそれぞれの入口端は、単一の加熱流体源に連通しており、該単一の加熱流体源は、上記低圧精留塔の底部領域であり、上記第２の出口は、上記第２の酸素流れから酸素よりも揮発性の低い不純物を分離するための副精留塔に連通しており、ここで、上記副精留塔の頂部には、結果として得られる凝縮させた頂部蒸気のための出口を有する凝縮器が備えられており、上記凝縮器の出口は、上記第２の高純度酸素産物のための当該分離装置からの出口及び環流のための上記副精留塔への入口と連通している。
【０００９】
上記副精留塔の頂部に備えられた凝縮器は、適宜な通常の流れによって冷却することができる。例えば、高圧精留塔の底部からの酸素富化された液体の流れを用いて、上記冷却を行うことができる。
【００１０】
上記第２の酸素流れは、低圧精留塔から液体又は気体の状態で抜き出すことができる。液体の状態で抜き出す場合であって、副精留塔を用いる場合には、この副精留塔にはリボイラ（再沸騰器）が設けられる。
【００１１】
酸素よりも揮発性の低い不純物を含む液体の流れを、低圧精留塔及び副精留塔の一方又は両方から取り出すのが好ましい。
【００１２】
必要であれば、上記空気から、上記第１及び第２の酸素産物以外に、アルゴン産物を分離することができる。この目的のために、第２の副精留塔は、低圧精留塔からアルゴンを含む酸素の流れを受け取り、該流れからアルゴン産物を分離するように構成することができる。
【００１３】
本明細書で使用する「精留塔」という用語は、蒸留又は分留するための塔、あるいは、１又はそれ以上のゾーンを意味しており、そのような塔又はゾーンにおいては、例えば、該塔又は１又はそれ以上のゾーンの中に垂直方向に隔置された状態で設けられた充填要素あるいは一連のトレイ又はプレートに対して気相及び液相を接触させることによって、そのような液相及び気相を向流式に接触させ、これにより、流体混合物の分離又は精製が行われる。精留塔は、別個の容器の中に複数のゾーンを備え、これにより、単一の容器が過度の高さを持たないようにすることができる。例えば、アルゴンの精留においては、２００の理論段を有する充填物の高さを使用することが知られている。そのような総ての充填物を単一の容器の中に収容した場合には、そのような容器は、一般的には、５０ｍを超える高さを持つことになる。従って、アルゴン精留塔を２つの別個の容器の中に設けて、異常に高い単一の容器を使用しないようにすることが望ましい。本発明の方法及び装置は、一般的に容積比で１００ｐｐｂを超えない全不純物を含む第２の酸素産物を分離することができる。必要であれば、高純度の形態で取り出すことのできる酸素産物の割合を、米国特許第５，０４９，１７３の方法における割合よりも、大きくすることができる。また、本発明の方法及び装置は、上記米国特許第５，０４９，１７３の方法及び装置程には、酸素の生産量の増大、又は、液体産物の要求の増大に伴って、酸素の回収率のロスを受けることがない。その理由は、本発明の方法及び装置においては、与えられた流入空気量に対する副精留塔における気体／液体の負荷が、上記米国特許第５，０４９，１７３号に開示される方法及び装置における負荷よりも小さいからである。別の利点は、副精留塔を通る気体の流量が、上記米国特許第５，０４９，１７３号の方法及び装置の対応する精留塔における流量の半分よりも少なく、そのような精留塔に使用される理論段の数は、一般的に、３分の１よりも少ないことである。しかしながら、アルゴンを除去するための充填区域の要件は、低圧精留塔の高さを増大させない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
空気分離設備の一部を構成する精留塔の配列を概略的に示すフローダイアグラムである図面を参照して、本発明の方法及び装置の例を以下に説明する。
【００１５】
図面は、実寸法に基づくものではない。
【００１６】
図１を参照すると、ほぼその飽和温度にある加圧及び精製された気体状の空気の流れが、入口４を通って高圧精留塔２に導入される。入口４は、精留塔２の中の総てのトレイ又は他の気液接触装置６よりも下方に位置している。上記空気流は、一般的に、当業界で周知の方法で形成される。すなわち、空気流は、圧縮され、この圧縮された空気流は、その中の水蒸気及び二酸化炭素の不純物が吸収されることにより、精製され、この精製された空気流は、後に説明する精留塔の構造からの返送流との間の間接的な熱交換によって、冷却される。
【００１７】
高圧精留塔２は、第２の入口８を有しており、この第２の入口は、当該高圧精留塔の中の幾つかの気液接触装置６の上方で且つ残りの気液接触装置の下方に位置している。液体空気流は、一般的に、入口４を通って精留塔２に入る空気流の空気供給源と同じ空気供給源から一般的に採取される精製された空気の流れ（精製空気流）を液化することにより、形成される。空気は、当業界で周知の方法によって液化することができる。
【００１８】
空気は、高圧精留塔２の中で、窒素蒸気の留分と、酸素富化された液体空気の留分とに分離される。一般的に、高圧精留塔２の頂部における圧力は、４乃至６バールの範囲にある。
【００１９】
窒素蒸気は、高圧精留塔２の頂部から凝縮器／リボイラ１０の中に流れ、その中で凝縮される。そのような凝縮物の一部は、環流として、高圧精留塔２へ返送される。凝縮物の他の部分は、ジュール・トムソン弁すなわち絞り弁１２を通って流れて、低圧精留塔１４の中にその頂部領域にある入口１６を通って入る。このようにして、液体窒素の環流が低圧精留塔１４に供給される。酸素富化された液体の流れは、出口１８を通って高圧精留塔２から抜き出される。酸素富化された液体空気の流れは、分割される。すなわち、そのような液体空気の一部は、ジュール・トムソン弁すなわち絞り弁２０を通り、低圧精留塔１４の上の方に位置する入口２２を通って、低圧精留塔１４の中に導入される。充填物又は他の気液接触装置の区域２４が設けられており、この区域は、入口２２の直ぐ上の位置から低圧精留塔１４の頂部付近まで伸長している。酸素富化された液体空気の流れの残りの部分は、ジュール・トムソン弁２６すなわち絞り弁２６を通って流れて、別の凝縮器／リボイラ３０を収容している容器２８の中に入る。酸素富化された液体空気は、一般的に、凝縮器／リボイラ３０の中で完全に沸騰する。その結果生じた蒸気は、上記入口２２よりも低い位置にある入口３２を通って低圧精留塔１４の中に入る。充填物又は他の気液接触装置の中間区域が設けられており、この中間区域は、入口３２の直ぐ上方から入口２２の直ぐ下方の位置まで伸長している。
【００２０】
低圧精留塔１４の中には、充填物又は他の気液接触装置の別の中間区域３６が設けられており、この別の中間区域は、入口３２の直ぐ下方の位置から、一般的に９９．５容積％の酸素を含む気体状の酸素産物のための精留塔１４の出口３８の位置の直ぐ上方まで伸長している。低圧精留塔１４の中には、充填物の底部区域４０も設けられている。この底部区域４０は、上記出口３８の位置の直ぐ下方から凝縮器／リボイラ１０（低圧精留塔１４のサンプの中に収容されている）の頂部よりも少し上方の位置まで伸長している。
【００２１】
低圧精留塔１４には更に３つの出口が設けられている。先ず、低圧精留塔１４の頂部に位置している、窒素蒸気用の出口４２が設けられている。次に、凝縮器／リボイラ１０から出る再沸騰された液体酸素用の出口４４が設けられている。最後に、低圧精留塔１４のサンプからの出口４６が設けられており、この出口を通して、パージ流をプロセスから排出することができる。
【００２２】
低圧精留塔１４は、一般的に、１乃至１．５バールの範囲の圧力（精留塔の頂部における圧力）で運転される。入口２２及び３２を通って精留塔１４に導入された酸素富化された空気は、その中で分離される。窒素の流れが、出口４２を通して、精留塔１４の頂部から抜き出される。必要であれば、この窒素の流れ４２を用いて、高圧精留塔２からの液体窒素及び酸素富化された液体空気の流れを、１又はそれ以上の熱交換器（図示せず）の中で過冷却することができる。そのような過冷却が実行される場合には、過冷却は、それぞれのジュール・トムソン弁を通る液体流の通路の上流側で生ずる。９９．５容積％の酸素を含むメインの第１の酸素産物が、低圧精留塔１４から出口３８を通って抜き出される。このメインの酸素産物は、０．５容積％よりも少ないアルゴンを含んでいる。
【００２３】
低圧精留塔１４の中の区域４０は、精留塔１４の中を降下する液体の中の酸素よりも高い揮発性を有するアルゴン及び他の不純物を除去する効果を有している。区域４０は、一般的に、２０乃至３０の理論段を有するように設計される。従って、区域４０の底部から出る液体は、容積比で１ｐｐｍ（１００万分の１）よりも少なく、一般的には、容積比で５ｐｐｂ（１０億分の５）よりも少ないアルゴン不純物を含んでいる。上記液体の大部分は、凝縮器／リボイラ１０の中で再沸騰し、これにより、液体窒素をその中で凝縮させるために必要な冷却を行う。その結果生じた酸素蒸気の流れ（容積比で１ｐｐｂ、一般的には、１０ｐｐｂのアルゴンを含む）は、出口４４を通って低圧精留塔１４から流出する。
【００２４】
出口４４を通って流れる酸素の量は、一般的に、出口３８を通って流れる量よりも、比較的少ない。しかしながら、必要であれば、出口３８及び４４を通して抜き出される全酸素産物の中の最大４０％を出口４４を通して流すことができる。出口３８を通して抜き出される酸素が気体の状態であることを考慮すると、区域４０における環流比を比較的高く維持し、これにより、液体からのアルゴン不純物の除去を促進させることができる。上記メインの酸素産物を低圧精留塔１４から液体の状態で抜き出す場合には、区域４０の理論段の数を十分に増大させるか、あるいは、出口４４を通って流れる酸素産物の割合を減少させることが必要となる。
【００２５】
出口４４を通る実質的にアルゴンを含まない酸素の流れは、その底部領域に位置する入口５０を通って副精留塔４８の中に入る。この副精留塔４８は、充填物又は他の気液接触装置の単一の区域５２を収容している。副精留塔４８は、上記アルゴンを含まない酸素蒸気から酸素よりも揮発性の低い不純物を吸収する効果を有している。上記不純物の主要なものは、一般的に、メタンである。メタンに加えて、通常は、クリプトン及びキセノンが、揮発性のより低い不純物として存在する。副精留塔４８の頂部における圧力は、一般的に、１乃至１．５バールの範囲にある。この圧力範囲内においては、区域５２は、通常、１０から２０の理論段を有するように設計される。より揮発性の低い不純物が吸収されてしまった精留塔の上部の蒸気は、容積比で１ｐｐｍよりも少なく、好ましくは、容積比で１０ｐｐｂよりも十分に低い、上述の揮発性の低い不純物を含んでいる。実際に、副精留塔の頂部にある蒸気の不純物の全体積は、容積比で１０ｐｐｂよりも少ないのが好ましい。上記蒸気の流れは、凝縮器／リボイラ３０に入り、そこで凝縮される。そのような凝縮物の一部は、超高純度の液体酸素産物として、出口５４を介して取り出される。一般的に、副精留塔４８の入口５０に入るアルゴンを含まない気体酸素の流量は、出口５４を通る超高純度の液体酸素産物の流量の１．５倍程度である。メタンを含む揮発性の低い不純物の濃度が高くなった液体酸素の流れは、導管５６を通って、副精留塔４８の底部から低圧精留塔１４のサンプへ返送される。出口４６を通して低圧精留塔１４から抜き出されるパージ流は、プロセスから揮発性の低い不純物を追い出す効果を有している。必要であれば、上記パージ流を上述のメインの酸素産物の流れと混合することができる。また、副精留塔４８から低圧精留塔１４へ返送される液体酸素から、上記パージ流を取ることも可能である。
【００２６】
図面を参照して説明した上記方法及び装置に対して、種々の変更を加えることができる。低圧精留塔１４から出口４４を通して抜き出される酸素産物からアルゴンを除去することだけが必要である場合には、副精留塔４８を省略することができる。この場合には、高圧精留塔２の底部からの酸素富化された液体空気の流れ全体が、低圧精留塔１４に液体の状態で入る（アルゴン産物が発生せず、上記流れの一部を用いてアルゴン産物を凝縮させる場合）。また、好ましいことではないが、精留塔４８を用いずに、発生した二酸化炭素の吸収の後に触媒酸化を行うことによって、アルゴンを含まない酸素の流れからメタン不純物を除去することも可能である。別の変更例は、低圧精留塔１４から副精留塔４８まで伸長している導管に絞り弁（図示せず）を設けることである。更に別の変更例は、酸素富化された液体空気以外の液体を用いて、凝縮器／リボイラ３０を冷却することである。
【００２７】
また、別の変更例は、実質的にアルゴンを含まない酸素を低圧精留塔１４から液体の状態で抜き出すことである。この方法を採用した場合には、副精留塔４８は、低圧精留塔１４の圧力と同じ圧力、あるいは、より高い圧力又はより低い圧力で運転することができる。より高い運転圧力が必要な場合には、ポンプ又は液頭を用いて液体を搬送することができる。より低い運転圧力が必要な場合には、上記液体を副精留塔４８に入る上流側で絞ることができる。副精留塔４８が液体の原料を受ける場合には、その底部領域にリボイラ（図示せず）を設けて、当該精留塔に必要な蒸気の流れを生成することができる。また、副精留塔４８に液体の原料を用いる場合には、低圧精留塔１４のサンプからではなく、精留塔４８の底部から直接パージ流を取るのが便利である。副精留塔の底部のリボイラ（図示せず）を、凝縮器３０を冷却するために使用する流体と同じ流体又はそれとは別の流体を用いて、加熱することができる。
【００２８】
上述のいずれかの変更例に加えて、低圧精留塔１４を通常の態様で用いて、アルゴン富化された原料を１又はそれ以上の精留塔（図示せず）に供給し、該精留塔が、アルゴン産物を生成するか、及び／又は、高圧精留塔２から供給される酸素富化された液体空気に加えて、高圧精留塔２の入口８に供給するのと同じ供給源から一般的に取られる液体空気の流れ、あるいは、酸素及び窒素を含む液体の流れを分離するようにすることができる。酸素及び窒素を含む上記液体の酸素濃度は、高圧精留塔２の中間の高さから取られる酸素富化された液体空気の酸素濃度よりも低い。
【００２９】
上述のいずれかの変更例に加えて、充填物又は他の気液接触装置の別の区域を、凝縮器／リボイラ１０の頂部とアルゴンを含まない酸素が精留塔１４から取り出される高さとの間で、低圧精留塔１４の中に設けることができる。一般的に、そのような別の区域は、単に１又は２の理論段をもたらすように設計されるが、それでも、上記アルゴンを含まない酸素の中のメタン及び他の揮発性の低い（「重たい」不純物の濃度を減少させる効果を有している。そのような変更例は、副精留塔を用いることが望ましくない場合には、特に有用である。
【００３０】
精留塔の中に設けられる充填物は、理論段当たりの圧力降下が比較的低い（ふるい板に比較して）どのような種類の充填物とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概略的なブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
２高圧精留塔
４、８高圧精留塔の入口
６気液接触装置
１０、３０凝縮器／リボイラ
１２、２０、２６ジュール・トムソン弁（絞り弁）
１６、２２、３２低圧精留塔の出口
１８高圧精留塔の出口
２４、３４、３６、４０低圧精留塔の充填区域
３８、４２、４４、４６低圧精留塔の出口
４８副精留塔
５０副精留塔の入口
５２副精留塔の充填区域
５４副精留塔の出口

Claims

容積比で３．５％未満のアルゴン不純物を含む第１の酸素産物と、容積比で１ｐｐｍ未満の全不純物を含む第２の高純度酸素産物とを、空気から分離する方法であって、高圧精留塔の中で空気流を分留して、酸素富化された液体の底部留分と、気体窒素の頂部留分とを形成する工程と、前記底部の留分の流れを低圧精留塔の中に導入してその中で分離するための工程と、前記気体状の窒素留分の流れを、前記低圧精留塔の中で分離された液体酸素の留分で間接的に熱交換することにより、凝縮させ、これにより、前記液体酸素の留分の少なくとも一部を沸騰させると共に、前記低圧精留塔を通って上方に流れる気体の流れを生成する工程と、上述のように形成された凝縮物の少なくとも一部を環流として前記高圧精留塔の中で用いる工程と、前記高圧精留塔から前記低圧精留塔へ前記凝縮物の流れを環流として供給する工程とを含み、前記第１の酸素産物は、前記低圧精留塔の中間領域から抜き出され、前記中間領域からの液体を受け取る充填された充填区域が前記低圧精留塔に設けられており、前記充填区域においては、前記受け取られた液体からアルゴン不純物が除去され、前記凝縮物を形成するための総ての冷却操作は、前記液体酸素の留分によって行われ、容積比で１００ｐｐｍ未満のアルゴン不純物を含む第２の酸素流れを、前記充填区域の底部から抜き出し副精留塔の中に通過させ、酸素よりも揮発性の低い不純物を前記第２の酸素流れから分離し、その際、前記副精留塔の頂部から蒸気を抜き出し凝縮させ、凝縮させた頂部蒸気の一部を第２の高純度酸素産物として抜き出し、前記凝縮させた頂部蒸気の残りを前記副精留塔に環流として戻すことを特徴とする空気分離方法。
請求項１の空気分離方法において、前記第２の酸素流れが、前記低圧精留塔から液体の状態で抜き出されることを特徴とする空気分離方法。
請求項１又は２の空気分離方法において、酸素よりも揮発性の低い不純物を含む液体の流れを、前記副精留塔から除去することを特徴とする空気分離方法。
請求項１乃至３のいずれかの空気分離方法において、酸素よりも低い揮発性を有する不純物を含む液体の流れを、前記低圧精留塔から除去することを特徴とする空気分離方法。
請求項１乃至４のいずれかの空気分離方法において、前記第２の酸素流れが抜き出される前記低圧精留塔の位置よりも下方には、液体／気体質量交換装置が設けられていないことを特徴とする空気分離方法。
容積比で３．５％未満のアルゴン不純物を含む第１の酸素産物と、容積比で１ｐｐｍ未満の全不純物を含む第２の高純度酸素産物とを、空気から分離する装置であって、空気流を分留して、気体窒素の頂部留分と、酸素富化された液体の底部留分とを形成するための高圧精留塔（２）と、前記底部留分の流れを分離するための低圧精留塔（１４）と、前記気体窒素の留分の流れを、前記低圧精留塔（１４）の中で分離された液体酸素の留分で間接的に熱交換することにより、凝縮させるための凝縮器／リボイラ（１０）とを含み、該凝縮器／リボイラ（１０）は、使用された場合に、前記低圧精留塔（１４）を通る蒸気の上昇流を形成すると共に、前記凝縮させた気体窒素の留分の流れを前記高圧精留塔（２）に対して環流としてもたらすように構成されており、当該分離装置は、また、前記凝縮させた気体窒素の留分の流れを前記低圧精留塔（１４）に対して環流として供給するため前記低圧精留塔（１４）に直接的に又は間接的に連通していて、環流を前記高圧精留塔（２）に入れるための入口と、前記低圧精留塔（１４）の中間領域から前記第１の酸素産物を出すための第１の出口（３８）と、前記中間領域から液体を受け取って該液体からアルゴン不純物を除去することができるように、前記低圧精留塔（１４）の中に設けられた充填区域（４０）と、該充填区域（４０）の底部に連通している、容積比で１００ｐｐｍ未満のアルゴン不純物を含む第２の酸素流れのための第２の出口（４４）とを含んでおり、前記凝縮器／リボイラ（１０）は、凝縮通路を有しており、これら凝縮通路のそれぞれの入口端は、単一の加熱流体源に連通しており、該単一の加熱流体源が、前記低圧精留塔（１４）の底部領域であり、前記第２の出口（４４）は、前記第２の酸素流れから酸素よりも揮発性の低い不純物を分離するための副精留塔（４８）に連通しており、ここで、前記副精留塔（４８）の頂部には、結果として得られる凝縮させた頂部蒸気のための出口を有する凝縮器（３０）が備えられており、前記凝縮器（３０）の出口は、前記第２の高純度酸素産物のための当該分離装置からの出口（５４）及び環流のための前記副精留塔（４８）への入口と連通していることを特徴とする酸素分離装置。
請求項６の酸素分離装置において、前記副精留塔（４８）は、凝縮器と、これに関連して設けられるリボイラとを備えていることを特徴とする酸素分離装置。
請求項６又は７の酸素分離装置において、前記副精留塔（４８）は、酸素よりも揮発性の低い不純物を含む液体の流れを当該酸素分離装置から除去するための出口（４６）を有していることを特徴とする酸素分離装置。
請求項６又は７の酸素分離装置において、前記低圧精留塔（１４）は、酸素よりも揮発性の低い不純物を含む液体の流れを当該酸素分離装置から除去するための出口（４６）を有していることを特徴とする酸素分離装置。