JP5655104B2 - 空気分離方法及び空気分離装置 - Google Patents
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Description
従来、空気を深冷分離することで、酸素及びアルゴン等を製造する際には、例えば、図6に示すような空気分離装置200を用いていた。
空気分離装置200では、中圧塔216の塔頂部に位置する中圧窒素ガスを用いて、低圧塔213の底部に位置する低圧液化酸素をリボイルする。
なお、「収率」とは、空気分離装置200に供給される原料空気の流量に対する各製品の流量の割合のことをいう。
特許文献1では、低圧カラム、中圧カラム、及びアルゴンカラムに加えて混合カラムを追加し、混合カラムの塔頂留出ガスを低圧カラムの底部リボイラに供給することによって酸素の収率を改善する方法が開示されている。
一方、特許文献1,2に開示された技術は、アルゴンの収率が改善されるとの記載があるが、実際のところアルゴン収率の改善は数%程度であって収率を十分に改善することはできない。
図1は、本発明の第1の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
図1を参照するに、本発明の第1の実施の形態の空気分離装置10は、空気圧縮機11と、空気予冷器12と、空気精製器14と、空気ブロワ15と、空気ブロワアフタークーラ16と、主熱交換器18と、高圧塔21と、中圧塔23と、タービンブロワ25と、タービンブロワアフタークーラ26と、タービン28と、過冷器29と、低圧塔31と、第1の低圧塔リボイラ33と、第2の低圧塔リボイラ34と、アルゴン塔36と、アルゴン塔リボイラ38と、第1製品導出ラインA1,A2と、第2製品導出ラインB1〜B6と、第3製品導出ラインC1〜C3と、第1ないし第3の低圧原料供給ラインD1〜D3と、ラインL1〜L17と、を有する。
空気圧縮機11は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を圧縮する。空気圧縮機11により圧縮された該空気(原料空気)は、ラインL1を介して、空気予冷器12に輸送される。
ラインL1は、一端が原料空気供給源(図示せず)と接続されており、他端がラインL2(他端が高圧塔21と底部と接続されたライン)の一端と一体とされている。
空気予冷器12は、空気圧縮機11により圧縮された空気の圧縮熱を取り除く。空気予冷器12により圧縮熱が取り除かれた空気は、ラインL1を介して、空気精製器14に輸送される。
空気ブロワ15は、不純物が除去された空気の一部をさらに圧縮する。空気ブロワ15により圧縮された空気は、ラインL1を介して、空気ブロワアフタークーラ16に輸送される。
空気ブロワアフタークーラ16は、空気ブロワ15で圧縮された空気の圧縮熱を取り除く。空気ブロワアフタークーラ16で冷却された空気は、一部がラインL2に供給され、残りがラインL1の一端から分岐したラインL4を介して、タービンブロワ25に供給される。
また、主熱交換器18により冷却された後述するタービン用高圧原料空気は、ラインL5を介して、タービン28に供給される。
高圧塔21では、上記低温蒸留により、高圧塔21の塔上部に高圧窒素ガスが濃縮され、高圧塔21の塔底部に高圧酸素富化液化空気が濃縮される。
上記高圧酸素富化液化空気は、第1の低圧原料供給ラインD1、過冷器29、及び減圧弁V1を介して、低圧原料として低圧塔31の上部に供給される。
第2製品導出ラインB4は、過冷器29の下流側に位置するラインL11から分岐したラインである。第2製品導出ラインB4は、アルゴン塔リボイラ38で液化した高圧液化窒素を抜き出すためのラインである。
ラインL16は、ラインL10,L11により輸送された流体を低圧塔31に供給する。
中圧塔23では、低温蒸留により、中圧塔23の塔上部に中圧窒素ガスが濃縮され、中圧塔23の塔底部に中圧酸素富化液化空気が濃縮される。
タービン28は、タービンブロワアフタークーラ26及び主熱交換器18を経由したタービン用高圧原料空気を断熱膨張させて低圧タービン空気とする。低圧タービン空気は、第3の低圧原料供給ラインD3を介して、低圧塔31の中部に供給される。
過冷器29は、第1の低圧原料供給ラインD1、第2の低圧原料供給ラインD2、ラインL10、及びラインL11を流れる高温流体と、第3製品導出ラインC1、及び第3製品導出ラインC3を流れる低温流体と、を間接熱交換させて各高温流体を冷却し、各低温流体を加温する。
低圧塔31の塔頂部には、ラインL16を介して、減圧弁V3で減圧された高圧液化窒素、及び減圧弁V4で減圧された中圧液化窒素が還流液として供給される。
低圧塔31の中部には、第2の低圧原料供給ラインD2を介して、過冷器29で冷却され減圧弁V2で減圧された中圧酸素富化液化空気と、第3の低圧原料供給ラインD3を介して、タービン28で膨張された低圧タービン空気とが低圧原料として供給される。
低圧塔31の下部には、ラインL14を介して、アルゴン塔36の塔底部から抜き出され減圧弁V8で減圧された中圧液化酸素が供給される。
このとき、低圧塔31の塔上部に低圧窒素ガスが濃縮され、低圧塔31の塔底部に低圧液化酸素が濃縮され、低圧塔31の下部に液化フィードアルゴンが濃縮される。
低圧塔31の下部は、ラインL6を介して、アルゴン塔36の中部または下部と接続されている。低圧塔31で分離された液化フィードアルゴンは、ラインL6を介して、アルゴン塔36の中部または下部に供給される。
第3製品導出ラインC1は、第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34で気化された低圧酸素ガスの一部を抜き出すためのラインである。
第1の低圧塔リボイラ33には、ラインL7を介して、アルゴン塔36内のアルゴンガスが供給される。
また、第1製品導出ラインA1は、第1の低圧塔リボイラ33の出口においてラインL8から分岐したラインである場合もあり、この場合、第1の低圧塔リボイラ33で液化しなかったアルゴンガスを抜き出すためのラインとなる。
第2の低圧塔リボイラ34には、ラインL9を介して、中圧塔23内の中圧窒素ガスの一部または全量が供給される。
第2の低圧塔リボイラ34で生成された中圧液化窒素は、ラインL10に供給される。ラインL10の一部は、過冷器29を通過している。
アルゴン塔36には、ラインL6を介して、低圧塔31内の液化フィードアルゴンが供給される。アルゴン塔36は、液化フィードアルゴンを低温蒸留することで、液化フィードアルゴンをアルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する。
このとき、アルゴン塔36の塔上部にアルゴンガスが濃縮され、アルゴン塔36の塔底部に中圧液化酸素が濃縮される。
第2製品導出ラインB6は、アルゴン塔36の塔底部と接続されている。第2製品導出ラインB6は、アルゴン塔リボイラ38で気化されなかった中圧液化酸素を抜き出すためのラインである。
これにより、高圧塔21の上部から高圧窒素ガスを導出したり、中圧塔23の上部から中圧窒素ガスを導出したり、タービン用高圧原料空気の流量を増やすことで高圧塔21に供給される高圧原料空気の流量が減少したりした場合においても低圧塔31の上昇ガス量を十分に確保することが可能となるので、図6に示す従来の空気分離装置200と比較して、アルゴンの収率の低下を抑制することができる。
例えば、アルゴン収率を80%に維持する場合にタービンに供給できる空気の流量は、従来の装置では原料空気量の約10%であるが、第1の実施の形態の空気分離装置10を用いることで原料空気量の20%以上とすることができる。
始めに、空気圧縮機11により、酸素、窒素、及びアルゴンを含む大気中の空気を圧縮する。次いで、空気予冷器12を用いて、圧縮した空気を常温付近の温度まで冷却する。次いで、空気精製器14を用いて、常温付近の温度とされた空気に含まれる水分や二酸化炭素等の不純物を除去する。
アルゴン塔リボイラ38では、高圧塔21から供給された高圧窒素ガスの一部または全量と、アルゴン塔36内の中圧液化酸素との間接熱交換により、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素が生成されると共に、中圧液化酸素が気化して中圧酸素ガスが生成される(第3の間接熱交換工程)。
製品となる高圧液化窒素(HPLN2)が採取される場合には、過冷器29で冷却された高圧液化窒素の一部(製品)が第2製品導出ラインB4を介して抜き出される(第2製品導出工程)。
第2の低圧塔リボイラ34では、低圧塔31内の低圧液化酸素と中圧窒素ガスとの間接熱交換により、該低圧液化酸素を蒸発させることで低圧酸素ガスが生成され、かつ中圧窒素ガスが全量凝縮することで中圧液化窒素が生成される(第2の間接熱交換工程)。
製品となる中圧液化窒素(MPLN2)が採取される場合には、ラインL10から分岐した第2製品導出ラインB2を介して中圧液化窒素の一部が抜き出される(第2製品導出工程)。
なお、タービンブロワ25は、タービン28と同軸とし、タービン28で高圧原料空気の一部を膨張させる際に得られる動力を利用してタービンブロワ25を駆動させる。
このとき、液化フィードアルゴン中の窒素成分は、例えば、500ppm以下であることが好ましい。また、液化フィードアルゴン中のアルゴン成分は、例えば、3%〜20%の範囲であることが好ましい。
アルゴン塔36では、液化フィードアルゴンが低温蒸留され、アルゴン塔36の塔頂部のアルゴンガスと、アルゴン塔36の塔底部の中圧液化酸素と、に分離される(アルゴン分離工程)。
第1の間接熱交換工程で液化した該液化アルゴンは、ラインL8を介して、アルゴン塔36に供給される。アルゴン塔36に供給された液化アルゴンは、アルゴン塔36の還流液となる。
また、製品となる液化アルゴン(LAR)が回収される場合には、第1製品導出ラインA2を介して、液化アルゴンの一部が製品として抜き出される(第1製品導出工程)。
したがって、操作圧力が低い蒸留塔から操作圧力が高い蒸留塔へ液化ガス流体を供給する場合(例えば、ラインL6等に液化ガス流体を供給する場合)、送液経路に設置された液化ガスポンプ(図示せず)を用いるか、或いは、各蒸留塔間の液ヘッド差を利用することで、液化ガス流体を送液することができる。
この場合、タービン28から導出された低圧タービン窒素ガスは、主熱交換器18で熱回収された後、製品である低圧窒素ガス(LPGN2)の一部となる。
また、図示していないが、タービン28の出口圧力が中圧塔23の操作圧力付近の圧力である場合、タービン28から導出された中圧タービン窒素ガスは、主熱交換器18で熱回収された後に、製品となる中圧窒素ガス(MPGN2)の一部になったり、中圧塔23の上部または第2の低圧塔リボイラ34に導入されたりする。
また、製品となるアルゴンガスや製品となる液化アルゴンが不要な場合においても、製品となるアルゴンガスを採取することにより、酸素収率を改善することが可能である。
これにより、高圧塔21の上部から高圧窒素ガスを導出したり、中圧塔23の上部から中圧窒素ガスを導出したり、タービン用高圧原料空気の流量を増やすことで高圧塔21に供給される高圧原料空気の流量が減少したりした場合においても低圧塔31の上昇ガス量を十分に確保することが可能となるので、図6に示す従来の空気分離装置200と比較して、アルゴンの収率の低下を抑制できる。
例えば、アルゴン収率を80%に維持する場合にタービンに供給できる空気の流量は、従来の装置200では原料空気量の約10%であるが、第1の実施の形態の空気分離装置10を用いることで原料空気量の20%以上とすることができる。
図2は、本発明の第2の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図2において、図1に示す第1の実施の形態の空気分離装置10と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
中圧塔23の原料(中圧原料)は、高圧塔21の底部に位置する高圧酸素富化液化空気である。高圧塔21の底部に位置する高圧酸素富化液化空気は、高圧塔21から第1の低圧原料供給ラインD1に導出された後、ラインL18に分岐され、減圧弁V5で減圧された後、中圧塔23に供給される。
これにより、中圧酸素富化液化空気の一部が気化して中圧酸素富化空気になると共に、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素となる。
第1の中圧塔リボイラ53で蒸発しなかった中圧酸素富化液化空気は、第2の低圧原料供給ラインD2に導出され、減圧弁V2により減圧された後、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
また、第1の低圧原料供給ラインD1に導出された高圧酸素富化液化空気は、減圧弁V1により減圧された後、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
図3は、本発明の第3の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図3において、図2に示す第2の実施の形態の空気分離装置50と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
これにより、第2の中圧塔リボイラ63は、高圧原料空気の一部または高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する。
第4の低圧原料供給ラインD4は、第2の中圧塔リボイラ63で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を低圧塔31に供給するためのラインである。
また、ラインL21は、高圧塔21の下部から分岐されたラインである場合もあり、この場合、ラインL21は、第2の中圧塔リボイラ63に、高圧塔21内を上昇する高圧窒素富化空気の一部を供給する。
ラインL23は、第4の低圧原料供給ラインD4から分岐しており、高圧塔21の中部と接続されている。ラインL23は、第2の中圧塔リボイラ63で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を高圧塔21に供給するためのラインである。
但し、ラインL22、ラインL23及び減圧弁V7は必ずしも必要ではない。
これにより、低圧塔31内の下部(酸素を濃縮する部分)の精留条件が改善されるため、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
このため、低圧塔31内の上部(窒素を濃縮する部分)の精留条件が悪化し、酸素の収率が低下する方向に作用する。
しかし、このような場合においても低圧塔31内の下部の精留条件は改善するため、全体としては精留条件が改善されアルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率が向上する。
これにより、第2の実施の形態の空気分離方法における中圧酸素富化液化空気よりもさらに温度の高い(言い換えれば、酸素濃度の高い)中圧酸素富化液化空気を生成することが可能になると共に、該酸素濃度の高い中圧酸素富化液化空気を低圧塔31に供給することが可能となる。
したがって、低圧塔31内の下部(酸素を濃縮する部分)の精留条件が改善されるため、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
このため、低圧塔31内の上部(窒素を濃縮する部分)の精留条件が悪化し、酸素の収率が低下する方向に作用する。
なお、第3の実施の形態の空気分離装置60は、第1及び第2の実施の形態の空気分離装置10,50と同様な効果を得ることができる。
また、第3の実施の形態の空気分離方法は、第1及び第2の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
図4は、本発明の第4の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図4において、図2に示す第2の実施の形態の空気分離装置50と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
なお、ラインL21は、高圧塔21の下部から分岐されたラインである場合もあり、この場合、ラインL21は、第3の中圧塔リボイラ72に、高圧塔21内を上昇する高圧窒素富化空気を供給する。
第3の中圧塔リボイラ72で生成された中圧酸素富化空気は、第1の中圧塔リボイラ53で生成された中圧酸素富化空気と混合されて、中圧塔23の上昇ガスとなり、中圧塔23の塔頂部に導入された中圧液化窒素との気液接触により蒸留される。これにより、中圧塔23の塔頂部に向かって窒素成分が濃縮される。
また、第1の低圧原料供給ラインD1に導出された高圧酸素富化液化空気は、減圧弁V1により減圧された後、低圧原料として低圧塔31に供給される(低圧原料供給工程)。
ラインL23は、第4の低圧原料供給ラインD4から分岐しており、高圧塔21の中部と接続されている。ラインL22は、第3の中圧塔リボイラ72で生成された高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を高圧塔21に供給するためのラインである。
但し、ラインL22、ラインL23及び減圧弁V7は必ずしも必要ではない。
したがって、低圧塔31内の全体の精留条件が改善されて、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
したがって、低圧塔31内の全体の精留条件が改善されて、アルゴンの収率や、液化ガス製品の収率や、中圧窒素ガスの収率や、高圧窒素ガスの収率を向上させることができる。
また、第4の実施の形態の空気分離方法は、第1ないし第3の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
図5は、本発明の第5の実施の形態の空気分離装置の主要部を拡大した系統図である。図5では、第5の実施の形態の空気分離装置80のうち、第1及び第2の低圧塔リボイラ33,34の周辺の構成のみを図示する。
また、図5において、図1に示す第1の実施の形態の空気分離装置10と同一構成部分には、同一符号を付す。
ラインL25は、低圧液化酸素容器81、及び低圧塔31の底部と接続されている。液化酸素ポンプ82は、ラインL24に設けられている。第3製品導出ラインC1の一端は、ラインL25に接続されている。
第2の低圧塔リボイラ34で気化していない低圧液化酸素は、ラインL24に抜き出され、液化酸素ポンプ82で加圧された後に低圧液化酸素容器81に導入される。
これにより、低圧液化酸素の一部または全量が気化されて低圧酸素ガスになると共に、アルゴンガスが液化して液化アルゴンになる。
製品となる低圧酸素ガス(LPGO2)が採取される場合には、ラインL25の低圧酸素ガスの一部または全量が第3製品導出ラインC1に導出され、過冷器29や主熱交換器18で熱回収された後に製品として抜き出される。
また、上記構成とされた空気分離装置80を用いて行う第5の実施の形態の空気分離方法は、第1ないし第4の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
このとき、空気精製器14で精製された空気の一部が空気昇圧機(図示せず)に導入されることで、さらに昇圧されて超高圧原料空気となり、主熱交換器18に導入される場合もある。
主熱交換器18から導出された超高圧液化空気は、液化ガスタービン(図示せず)または減圧弁(図示せず)で減圧された後、高圧塔21、中圧塔23、及び低圧塔31のうち、少なくとも1つ以上の塔に導入される。
なお、製品となる高圧酸素ガス、及び超高圧原料空気は、ガス流体または超臨界流体である。
このため、各塔の操作圧力は、低圧塔31、アルゴン塔36、中圧塔23、高圧塔21の順に高くなっている。
次に、実施例1として、自社製のシミュレータ(本シミュレータは実際に空気分離装置を設計する際に使用しているものと同じ)を用いて、図2に示す第2の実施の形態の空気分離装置50を用いた場合のシミュレーションを実施した。
表1に、各測定箇所における流体の流量、圧力、及び該流体に含まれる酸素濃度を示す。
但し、圧力が480kPaA以上で、かつ酸素濃度が0.1ppm以下の中圧窒素ガスは採取しなかった。
比較例1として、実施例1の有効性を評価するために、図6に示す空気分離装置200を用いた場合のシミュレーションを実施した。
シミュレーションの計算条件としては、実施例1と同じく、流量が2412の原料空気から流量が500、圧力が120kPaA、酸素濃が99.6%以上の低圧酸素ガス(LPGO2)と、流量が18、酸素濃度が1ppm以下、窒素濃度が1ppm以下の液化アルゴン(LAR)とを採取しつつ、同時に圧力が820kPaA以上、酸素濃度が0.1ppm以下の高圧窒素ガス(HPGN2)または圧力が480kPa以上、酸素濃度が0.1ppm以下の中圧窒素ガス(MPGN2)をできるだけ多量に採取することとした。
このとき、実施例1で使用したシミュレータを用いると共に、他の計算条件(各部の圧力損失や各リボイラの流体間の温度差等)についても実施例1と同じ計算条件を用いた。
表2に、実施例1及び比較例1のシミュレーション計算結果を示す。
但し、実施例1では流量が716の高圧窒素ガス(HPGN2)を採取できたのに対して、比較例1では高圧窒素ガス(HPGN2)及び中圧窒素ガス(MPGN2)を採取することができなかった。
次に、実施例2として、実施例1で使用したシミュレータを用いて、図4に示す第4の実施の形態の空気分離装置70を用いた場合のシミュレーションを実施した。
比較例2として、実施例2の有効性を評価するために、実施例2で使用したシミュレータと、実施例2で使用した計算条件とを用いて、図6に示す空気分離装置200を用いた場合のシミュレーションを実施した。この結果を表4に示す。
表4を参照するに、両装置(空気分離装置70及び空気分離装置200)ともアルゴンの収率は同じであるが、比較例2では、中圧液化窒素(製品)を採取できないのに対して、実施例2では流量92の中圧液化窒素を採取することができた。
比較例2において、中圧液化窒素(製品)を採取できない理由は、液化ガス製品の流量を増やすために、タービン208の処理量を増やす必要があるが、これにより、低圧タービン空気が多くなりすぎて、低圧塔213で処理しきれなくなり、アルゴンの収率が低下するからである。
Claims (10)
- 低圧塔に供給される低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、前記混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素と液化フィードアルゴンとに分離する低圧酸素分離工程と、
アルゴン塔において、前記液化フィードアルゴンを低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、
第1の低圧塔リボイラにおいて、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の間接熱交換工程と、
第2の低圧塔リボイラにおいて、中圧塔から供給された中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第2の間接熱交換工程と、
アルゴン塔リボイラにおいて、高圧塔から供給された高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させて、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成する第3の間接熱交換工程と、
前記アルゴンガスの一部、前記第1の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す第1製品導出工程と、
前記第1及び第2の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第3の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧窒素ガスの一部、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧液化窒素の一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2製品導出工程と、
を含むことを特徴とする空気分離方法。 - 酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧窒素分離工程と、
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる中圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、
前記高圧酸素富化液化空気、及び前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、減圧させた該高圧酸素富化液化空気、及び該中圧酸素富化液化空気のうち、少なくとも一方を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 - 酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧窒素分離工程と、
前記高圧酸素富化液化空気を減圧させ、その一部または全量を低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、
前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第4の間接熱交換工程と、
前記第4の間接熱交換工程において気化されていない中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 - 前記第4の間接熱交換工程に替えて、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第5の間接熱交換工程を含むことを特徴とする請求項3記載の空気分離方法。
- 酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧窒素分離工程と、
前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を減圧後に低温蒸留して、中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離する中圧窒素分離工程と、
前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、該高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第4の間接熱交換工程と、
前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、前記第4の間接熱交換工程において気化されていない前記中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第6の間接熱交換工程と、
前記第6の間接熱交換工程において気化されなかった前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の空気分離方法。 - 低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、低圧窒素ガスと低圧液化酸素と液化フィードアルゴンとに分離する低圧塔と、
前記液化フィードアルゴンを低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、
前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第1の低圧塔リボイラと、
中圧塔から供給された中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第2の低圧塔リボイラと、
高圧塔から供給された高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧液化酸素の一部を気化させて中圧酸素ガスを生成するアルゴン塔リボイラと、
前記アルゴンガスの一部、前記第1の低圧塔リボイラで液化されなかったアルゴンガス、及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも1種のアルゴンを製品として抜き出す第1製品導出ラインと、
前記第1及び第2の低圧塔リボイラで気化されていない低圧液化酸素、前記アルゴン塔リボイラで気化されていない中圧液化酸素、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧窒素ガスの一部、前記中圧塔の塔頂部に位置する中圧液化窒素の一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧窒素ガスの一部、前記高圧塔の塔頂部に位置する高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも1種以上を製品として抜き出す第2製品導出ラインと、
を有することを特徴とする空気分離装置。 - 前記高圧塔及び前記中圧塔を有し、
前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記中圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる中圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記低圧塔に、減圧させた前記高圧酸素富化液化空気、及び前記中圧酸素富化液化空気のうち、少なくとも一方を前記低圧原料として供給する低圧原料供給ラインを有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置。 - 前記高圧塔及び前記中圧塔を有し、
前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記中圧塔は、前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと中圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第1の中圧塔リボイラと、
前記第1の中圧塔リボイラで気化されなかった前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給ラインと、
を有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置。 - 前記第1の中圧塔リボイラに替えて、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第2の中圧塔リボイラを有することを特徴とする請求項8記載の空気分離装置。
- 前記高圧塔及び前記中圧塔を有し、
前記高圧塔は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、精製、冷却された高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記中圧塔は、前記高圧酸素富化液化空気の一部または全量を減圧した後に低温蒸留して、前記中圧窒素ガスと前記中圧酸素富化液化空気とに分離し、
前記高圧窒素ガスの一部と前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第1の中圧塔リボイラと、
前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する前記高圧窒素富化空気の一部と前記第1の中圧塔リボイラで気化されていない前記中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気を生成すると共に、前記中圧酸素富化液化空気の一部を気化させて中圧酸素富化空気を生成する第3の中圧塔リボイラと、
前記第3の中圧塔リボイラで気化されていない前記中圧酸素富化液化空気を減圧させ、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する低圧原料供給ラインと、
を有することを特徴とする請求項6記載の空気分離装置。
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