(57)【要約】【課題】製鉄プロセスにおける酸素供給方法として、高コストの酸素製造方法である深冷分離法による酸素製造の割合を的確に下げることができ、それによる酸素製造コストの低減効果を得ることができる酸素供給方法を提供する。【解決手段】製鉄プロセスにおける酸素供給方法であって、高濃度酸素製造装置で高濃度酸素を製造する高濃度酸素製造工程と、１以上の中濃度酸素製造装置で１水準以上の中濃度酸素を製造する中濃度酸素製造工程と、１以上の低濃度酸素製造装置で１水準以上の低濃度酸素を製造する低濃度酸素製造工程と、前記中濃度酸素または／および前記低濃度酸素を使用して、前記低濃度酸素より酸素濃度の低い酸素富化空気を製造する酸素富化空気製造工程とを有し、前記高濃度酸素を転炉へ供給し、前記酸素富化空気を高炉または／および焼結機へ供給することを特徴とする製鉄プロセスにおける酸素供給方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄プロセスにおける酸素供給方法であって、
高濃度酸素製造装置で高濃度酸素を製造する高濃度酸素製造工程と、
１以上の中濃度酸素製造装置で１水準以上の中濃度酸素を製造する中濃度酸素製造工程と、
１以上の低濃度酸素製造装置で１水準以上の低濃度酸素を製造する低濃度酸素製造工程と、
前記中濃度酸素または／および前記低濃度酸素を使用して、前記低濃度酸素より酸素濃度の低い酸素富化空気を製造する酸素富化空気製造工程とを有し、
前記高濃度酸素を転炉へ供給し、前記酸素富化空気を高炉または／および焼結機へ供給することを特徴とする製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【請求項２】
余剰となった中濃度酸素を前記高濃度酸素製造工程の原料として使用することを特徴とする請求項１に記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【請求項３】
余剰となった低濃度酸素を前記高濃度酸素製造工程または／および前記中濃度酸素製造工程の原料として使用することを特徴とする請求項１または２に記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【請求項４】
前記中濃度酸素製造工程のオフガスまたは／および前記低濃度酸素製造工程のオフガスを前記高濃度酸素製造工程のオフガスと混合して使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【請求項５】
前記高濃度酸素製造装置が深冷分離装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【請求項６】
前記中濃度酸素製造装置が吸着分離装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【請求項７】
前記低濃度酸素製造装置が膜分離装置であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセスにおける酸素供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスでは、各種設備で酸素が用いられている。
【０００３】
まず、転炉の操業では、脱炭のために、多量の酸素が使用されている。
【０００４】
また、高炉の操業では、高温の空気（熱風）が高炉に設けられた空気の吹込み口（羽口）から炉内に吹き込まれるが、従来、羽口から炉内に吹き込まれる熱風には、高炉への送風用空気に酸素を加えて得られる酸素富化空気（通常、酸素濃度が２２〜３０％程度）を加熱したものが用いられる。送風用空気に酸素を富化する方法としては、送風機の一次側に富化する方法（低圧法）と、送風機の二次側に富化する方法（高圧法）とがあり、状況に応じて使い分けている。
【０００５】
また、焼結機の操業では、循環移動するパレット上に吸引される空気に酸素を加えて得られる酸素富化空気（通常、酸素濃度が２２〜３０％程度）が用いられる。
【０００６】
このように、高炉や焼結機の操業で酸素富化空気を用いることにより、製鉄所のエネルギー効率を向上することを可能にする。
【０００７】
ここで、上記のように、空気に酸素を添加して酸素富化空気を得る際には、添加する酸素は、深冷分離法（深冷分離装置）などによって製造した高濃度酸素（通常、酸素濃度９９％以上）を使用している。
【０００８】
しかしながら、深冷分離法による酸素製造は、酸素製造設備の設置コスト、および、これを駆動するためのエネルギーコストが高いという問題がある。このため、従来から、酸素を安価に製造することが可能な新たな酸素製造法（例えば、吸着分離法、膜分離法）を開発し、その酸素製造法で製造した酸素を酸素富化空気の製造に供給することが検討されている。
【０００９】
例えば、特許文献１には、膜分離法によるものであって、酸素分離膜（複合金属酸化膜）を備えた酸素分離装置を用いて、空気を、空気よりも窒素濃度が高い不透過ガスと、空気よりも酸素濃度が高い透過ガスとに分離して、透過ガス（空気から分離した酸素）を炉への送風用の空気と混合することで、酸素富化空気を得る方法が開示されている。
【００１０】
吸着分離法（吸着分離装置）や膜分離法（膜分離装置）による酸素製造方法によれば、深冷分離法に比べて酸素濃度は低位となるものの（吸着分離法：酸素濃度５０％以上９９％未満、膜分離法：酸素濃度３０％以上５０％未満）、酸素製造設備の設置コスト、および、これを駆動するためのエネルギーコストを低減することができる。
【００１１】
また、特許文献１には、深冷分離法により製造する酸素は、高濃度酸素（酸素濃度９９％以上）を必要とする転炉に供給し、高炉および焼結機に供給する酸素富化空気製造用の酸素は、吸着分離法または膜分離法で製造することにより、製鉄所全体のエネルギーコストを削減する方法が示されている。
【００１２】
なお、上記において、酸素濃度の％表示は容積％であり、下記でも同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１３１６１６号公報
【特許文献２】特開２０１７−８３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した従来技術では、高コストの酸素製造方法である深冷分離法による酸素製造の割合をそれほど下げることができない場合があり、酸素製造コストの低減という観点では満足のいく効果が得にくいという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鉄プロセスにおける酸素供給方法として、高コストの酸素製造方法である深冷分離法による酸素製造の割合を的確に下げることができ、それによる酸素製造コストの低減効果を得ることができる酸素供給方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１７】
［１］製鉄プロセスにおける酸素供給方法であって、
高濃度酸素製造装置で高濃度酸素を製造する高濃度酸素製造工程と、
１以上の中濃度酸素製造装置で１水準以上の中濃度酸素を製造する中濃度酸素製造工程と、
１以上の低濃度酸素製造装置で１水準以上の低濃度酸素を製造する低濃度酸素製造工程と、
前記中濃度酸素または／および前記低濃度酸素を使用して、前記低濃度酸素より酸素濃度の低い酸素富化空気を製造する酸素富化空気製造工程とを有し、
前記高濃度酸素を転炉へ供給し、前記酸素富化空気を高炉または／および焼結機へ供給することを特徴とする製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【００１８】
［２］余剰となった中濃度酸素を前記高濃度酸素製造工程の原料として使用することを特徴とする前記［１］に記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【００１９】
［３］余剰となった低濃度酸素を前記高濃度酸素製造工程または／および前記中濃度酸素製造工程の原料として使用することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【００２０】
［４］前記中濃度酸素製造工程のオフガスまたは／および前記低濃度酸素製造工程のオフガスを前記高濃度酸素製造工程のオフガスと混合して使用することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【００２１】
［５］前記高濃度酸素製造装置が深冷分離装置であることを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【００２２】
［６］前記中濃度酸素製造装置が吸着分離装置であることを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【００２３】
［７］前記低濃度酸素製造装置が膜分離装置であることを特徴とする前記［１］〜［６］のいずれかに記載の製鉄プロセスにおける酸素供給方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、製鉄プロセスにおいて、酸素を製造し供給する際に、高コストの酸素製造方法である深冷分離法による酸素製造の割合を的確に下げることができ、それによる酸素製造コストの低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３を示す図である。
【図４】本発明の実施例１における酸素供給量等の算定結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態２における高炉の銑鉄生産量に対する余剰酸素量比率及び深冷分離装置での昇圧コストの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の製鉄プロセスにおける酸素供給方法は、高濃度酸素製造装置（例えば、深冷分離装置）で高濃度酸素（通常、酸素濃度９９％以上）を製造する高濃度酸素製造工程と、１以上の中濃度酸素製造装置（例えば、吸着分離装置）で１水準以上の中濃度酸素（酸素濃度５０％以上９９％未満）を製造する中濃度酸素製造工程と、１以上の低濃度酸素製造装置（例えば、膜分離装置）で１水準以上の低濃度酸素（酸素濃度３０％以上５０％未満）を製造する低濃度酸素製造工程と、前記中濃度酸素または／および前記低濃度酸素を使用して、前記低濃度酸素より酸素濃度の低い酸素富化空気を製造する酸素富化空気製造工程とを有し、前記高濃度酸素を転炉へ供給し、前記酸素富化空気を高炉または／および焼結機へ供給することを基本としている。
【００２７】
以下に、本発明の実施形態（実施形態１〜３）を図面に基づいて説明する。
【００２８】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１において使用する設備とガスの流れを示す図である。
【００２９】
図１に示すように、この実施形態１では、転炉４１と高炉４２と焼結機４３に、必要とする酸素含有ガスを供給するようにしている。ここで、転炉４１は高濃度の酸素（通常、酸素濃度９９％以上）が要求される高濃度酸素使用設備であり、高炉４２および焼結機４３は酸素濃度が２２〜３０％程度の酸素富化空気を要求する酸素富化空気使用設備である。
【００３０】
そこで、この実施形態１では、使用する設備として、深冷分離装置１と、吸着分離装置２と、膜分離装置３と、それぞれの分離装置１〜３の原料となる空気を昇圧する圧縮機４〜６と、昇圧した原料空気をそれぞれの分離装置１〜３に供給する原料空気供給配管３１〜３３と、高炉向け酸素富化空気製造装置７と、焼結機向け酸素富化空気製造装置８と、高濃度酸素供給配管９と、バックアップ配管１０、１１と、中濃度酸素供給配管１２、１３と、低濃度酸素供給配管１５、１６と、高炉向け酸素富化空気供給配管１９と、焼結機向け酸素富化空気供給配管２０と、希釈用空気供給配管２１、２２と、深冷分離装置１からの高純度窒素供給配管２３とを備えている。
【００３１】
深冷分離装置１は、深冷分離法によって高濃度酸素（酸素濃度９９％以上）を製造し、当該高濃度の酸素を転炉に対して供給する。また、バックアップ配管１０、１１を介して酸素富化空気製造装置７、８へも供給することができる。
【００３２】
吸着分離装置２は、吸着分離法によって中濃度酸素（酸素濃度５０％以上９９％未満）を製造し、その中濃度酸素を中濃度酸素供給配管１２を介して高炉向け酸素富化空気製造装置７に供給する。また、中濃度酸素供給配管１３を介して焼結機向け酸素富化空気製造装置８に対して供給することもできる。
【００３３】
膜分離装置３は、膜分離法によって低濃度酸素（酸素濃度３０％以上５０％未満）を製造し、その低濃度酸素を低濃度酸素供給配管１５を介して焼結機向け酸素富化空気製造装置８に供給する。また、低濃度酸素供給配管１６を介して高炉向け酸素富化空気製造装置７に供給することもできる。
【００３４】
高炉向け酸素富化空気製造装置７は、中濃度酸素供給配管１２を介して供給された中濃度酸素（酸素濃度５０％以上９９％未満）、または／および、低濃度酸素供給配管１６を介して供給された低濃度酸素（酸素濃度３０％以上５０％未満）を、圧縮機５で昇圧され希釈用空気供給配管２１を介して供給された希釈用空気（酸素濃度約２１％）で希釈して、所定の酸素濃度（通常、２２〜３０％程度）の酸素富化空気を製造する。
【００３５】
同様に、焼結機向け酸素富化空気製造装置８は、中濃度酸素供給配管１３を介して供給された中濃度酸素（酸素濃度５０％以上９９％未満）、または／および、低濃度酸素供給配管１５を介して供給された低濃度酸素（酸素濃度３０％以上５０％未満）を、圧縮機６で昇圧され希釈用空気供給配管２２を介して供給された希釈用空気（酸素濃度２１％）で希釈して、所定の酸素濃度（通常、２２〜３０％程度）の酸素富化空気を製造する。
【００３６】
その際に、酸素富化空気製造装置７、８への中濃度酸素または低濃度酸素の供給量（供給流量）と希釈用空気の供給量（供給流量）は、高炉４２および焼結機４３から要求される酸素富化空気の酸素濃度および供給量（供給流量）により決定される。
【００３７】
例えば、中濃度酸素または低濃度酸素の供給流量をＯ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）、酸素濃度をｘ％とし、希釈用空気の供給流量をＶ（Ｎｍ３／ｍｉｎ）、酸素濃度を２１％とした時、酸素富化空気中の酸素原単位ＯＲ（Ｎｍ３／Ｔ）は、生産速度をＰ（Ｔ／ｍｉｎ）とすると、
ＯＲ＝（Ｖ×０．２１＋Ｏ×ｘ／１００）／Ｐ
と表される。また、酸素富化空気中の酸素濃度Ｙ（％）は、
Ｙ＝ＯＲ×Ｐ／（Ｖ＋Ｏ）×１００
と表される。
【００３８】
生産速度Ｐ、酸素富化空気中の酸素原単位ＯＲ、酸素富化空気中の酸素濃度Ｙは、高炉４２および焼結機４３の操業計画および操業条件により決まるので、酸素富化空気製造装置７、８への中濃度酸素または低濃度酸素の供給流量Ｏと希釈用空気の供給流量Ｖは、中濃度酸素または低濃度酸素の酸素濃度ｘの関数として与えることができる。そのため、事前に中濃度酸素または低濃度酸素の酸素濃度ｘが分かれば、酸素富化空気製造装置７、８への中濃度酸素または低濃度酸素の供給流量Ｏと空気の供給流量Ｖを決定することができる。
【００３９】
なお、酸素富化空気の製造は、中濃度酸素または低濃度酸素を用いることで安価に製造することができるが、高価になるものの高濃度酸素を用いても製造は可能であるので、ここでは、設備故障等で中濃度酸素や低濃度酸素が供給できなくなった場合を考慮して、高濃度酸素をバックアップ配管１０、１１によって酸素富化空気製造装置７、８に供給できるようにしている。
【００４０】
また、ここでは、深冷分離装置１のオフガス（高濃度酸素を分離した後に残った窒素リッチガス：通常、窒素濃度９９％以上）を、高純度窒素供給配管２３によって、製鉄所内で、コークス乾式消火設備や微粉炭の乾燥、搬送用等に使用できるようにしている。
【００４１】
このようにして、この実施形態１によれば、製鉄プロセスにおいて、酸素を製造し供給する際に、高コストの酸素製造方法である深冷分離法による酸素製造の割合を的確に下げることができ、それによる酸素製造コストの低減効果を得ることができる。
【００４２】
なお、ここでは、中濃度酸素製造装置として吸着分離装置１基、低濃度酸素製造装置として膜分離装置１基の場合を例として説明したが、２基以上の中濃度酸素製造装置を直列または並列に配置したり、２基以上の低濃度酸素製造装置を直列または並列に配置したりすることも可能である。その場合は、製造する中濃度酸素の酸素濃度を複数水準にしたり、製造する低濃度酸素の酸素濃度を複数水準にしたりすることが容易にできる。
【００４３】
［実施形態２］
図２は、本発明の実施形態２において使用する設備とガスの流れを示す図である。
【００４４】
上述したように、酸素富化空気製造装置７、８への中濃度酸素または低濃度酸素の供給量は、高炉４２および焼結機４３の操業条件により異なる。したがって、高炉４２および焼結機４３の操業条件が変化すると、酸素富化空気製造装置７、８への中濃度酸素または低濃度酸素の供給量と希釈用空気の供給量を変化させなくてはならない。
【００４５】
しかし、高炉４２および焼結機４３の操業条件の変化が急激であった場合は、吸着分離装置２や膜分離装置３の運転条件を瞬時に変化させて、中濃度酸素や低濃度酸素の供給量を調整することは容易ではない。そのため、酸素富化空気製造装置７、８への中濃度酸素や低濃度酸素の供給量が余剰となる場合は、中濃度酸素や低濃度酸素の放散を余儀なくされ、その結果、放散酸素分の製造コストロスが生じる。
【００４６】
そこで、本発明の実施形態２では、余剰となった中濃度酸素を深冷分離装置１の原料として使用し、余剰となった低濃度酸素を深冷分離装置または／および吸着分離装置２の原料として使用するようにしている。
【００４７】
すなわち、図２に示すように、本発明の実施形態２の構成の大部分は、上記の実施形態１の構成と同じであるが、それに加えて、余剰となった中濃度酸素を深冷分離装置１に供給するための中濃度酸素供給配管１４と、余剰となった低濃度酸素を深冷分離装置１に供給するための低濃度酸素供給配管１８と、余剰となった低濃度酸素を吸着分離装置２に供給するための低濃度酸素供給配管１７とを備えている。
【００４８】
これにより、高炉４２や焼結機４３の操業条件の変化にかかわらず、製造した中濃度酸素や低濃度酸素を全量有効に活用でき、中濃度酸素や低濃度酸素の放散による製造コストロスを回避することができる。また、中濃度酸素や低濃度酸素は、通常の原料ガスである空気（酸素濃度２１％）に比べて酸素濃度が高いため、原料ガスの総ガス流量を減じることができ、原料ガスの昇圧コストを低減することが可能となる。
【００４９】
このようにして、この実施形態２においては、上記の実施形態１における効果に加えて、中濃度酸素や低濃度酸素の放散による製造コストロスの回避と、原料ガスの昇圧コストの低減を図ることができる。
【００５０】
図２では、中濃度酸素供給配管１４および低濃度酸素供給配管１８は圧縮機４の上流側へ合流し、低濃度酸素供給配管１７は圧縮機５の上流側へ合流するように配置されている。これは、深冷分離装置１もしくは吸着分離装置２への供給圧力を確保するためであるが、各供給配管１４、１８、１７の途中に圧力調整用の圧縮機を設置することで、圧縮機４もしくは圧縮機５の下流側での合流も可能となる。
【００５１】
［実施形態３］
図３は、本発明の実施形態３において使用する設備とガスの流れを示す図である。
【００５２】
吸着分離装置２や膜分離装置３では、オフガス（目的とするガスを分離した後に残ったガス）として窒素リッチガスを併産できる。吸着分離装置２のオフガスは、窒素濃度が８５〜９０％程度、膜分離装置３のオフガスは、窒素濃度が８０〜８５％程度である。なお、深冷分離装置１のオフガスの窒素濃度は９９％以上である。
【００５３】
窒素は、製鉄所内で、コークス乾式消火設備や微粉炭の乾燥、搬送用等に使用されるが、コークスの爆発防止の観点からは９９％以上の濃度の窒素が必要であり、微粉炭の爆発防止の観点からは９６％以上の濃度の窒素が必要である。そのため、そのままでは、９６％未満の濃度の窒素（吸着分離装置２のオフガス、膜分離装置３のオフガス）には用途はなく、放散（廃棄）せざるを得ない。また、酸素製造コストの観点から、吸着分離装置２や膜分離装置３の稼働率を上げて、深冷分離装置１の稼働率を下げた場合、行き過ぎると、深冷分離装置１のオフガスの発生量では、製鉄所内で必要とされる窒素量を満足できない可能性があり、その場合は酸素製造コストを犠牲にして深冷分離装置１の稼働率をその分だけ上昇させざるを得ない。
【００５４】
そこで、本発明の実施形態３では、吸着分離装置２のオフガス（窒素濃度が８５〜９０％程度）または／および膜分離装置３のオフガス（窒素濃度８０〜８５％程度）を深冷分離装置１のオフガス（窒素濃度は９９％以上）と混合して、窒素濃度９６％以上の窒素リッチガスとし、その窒素リッチガスを製鉄所内で使用するようにしている。
【００５５】
すなわち、図３に示すように、本発明の実施形態３の構成の大部分は、上記の実施形態２の構成と同じであるが、それに加えて、深冷分離装置１のオフガスを供給する高純度窒素供給配管２３から分岐した低純度窒素供給配管２４と、吸着分離装置２のオフガスを低純度窒素供給配管２４に供給する吸着分離装置オフガス供給配管２５と、膜分離装置３のオフガスを低純度窒素供給配管２４に供給する膜分離装置オフガス供給配管２６とを備えている。
【００５６】
これにより、放散（廃棄）せざるを得なかった吸着分離装置２のオフガスと膜分離装置３のオフガスを有効活用することができる。また、酸素製造コストを犠牲にして深冷分離装置１の稼働率を上昇させることが回避できる。
【００５７】
例えば、低純度窒素供給配管２４に供給される深冷分離装置１のオフガスに、吸着分離装置オフガス供給配管２５からに供給される吸着分離装置２のオフガスを混合する場合、深冷分離装置１のオフガスの供給量が５００００Ｎｍ３／ｈ、窒素濃度が９９．５％であり、吸着分離装置２のオフガスの窒素濃度が９０％であるとすると、吸着分離装置２のオフガスを２９０００Ｎｍ３／ｈまで深冷分離装置１のオフガスに混合させることが可能である。
【００５８】
このようにして、この実施形態３においては、上記の実施形態２における効果に加えて、吸着分離装置２のオフガスと膜分離装置３のオフガスの有効活用が可能となる。その結果、製鉄所の窒素需給を維持したまま安価な酸素の製造・供給が可能となり、製鉄プロセス全体のエネルギーコストを低減することができる。
【００５９】
なお、上記の実施形態１〜３では、高炉４２と焼結機４３に酸素富化空気を供給しているが、本発明は、高炉４２と焼結機４３のいずれか一方にだけ酸素富化空気を供給する場合にも適用することができる。
【実施例１】
【００６０】
本発明の実施例１として、本発明の効果について検討算定してみた。
【００６１】
まず、例えば、転炉向け酸素の使用量（供給量）を３００００Ｎｍ３／ｈ、高炉向け酸素富化空気製造装置への酸素の使用量（供給量）を２５０００Ｎｍ３／ｈ、焼結向け酸素富化空気製造装置への酸素の使用量（供給量）を５０００Ｎｍ３／ｈ、深冷分離装置と吸着分離装置および膜分離装置との電力原単位の差を０．１ｋＷｈ／Ｎｍ３とした場合、本発明を適用することによって、深冷分離装置のみで酸素を製造するのに比べて、以下に示すような値の動力低減効果を得ることができる。
（２５０００＋５０００）Ｎｍ３／ｈ×０．１ｋＷｈ／Ｎｍ３＝３０００ｋＷｈ／ｈ
【００６２】
次に、図４は、高炉向け酸素富化空気製造装置へ供給する酸素の濃度（高炉向け酸素濃度）が、高炉向け酸素富化空気製造装置への酸素の供給量（高炉向け酸素供給量）と希釈用空気の供給量（希釈用空気供給量）に及ぼす影響を算定したものである。ここで、高炉の銑鉄生産量は１００００Ｔ／日、酸素原単位は２５７Ｎｍ３／Ｔ、酸素富化空気中の酸素濃度は２３．６％とした。
【００６３】
図４により、吸着分離装置により製造された中濃度酸素域（酸素濃度５０％以上９９％未満）に比べて、膜分離装置により製造された低濃度酸素域（酸素濃度３０％以上５０％未満）では、高炉向け酸素供給量が急激に上昇することがわかる。そのため、高炉向け酸素富化空気製造用酸素として中濃度酸素を選択することが、低濃度酸素に比べて酸素供給量が少なくて済み、原料空気を圧縮機で昇圧するコストの面では優位であることがわかる。
【実施例２】
【００６４】
実施形態２のように、余剰となった中濃度酸素を高濃度酸素製造装置の原料として使用した場合の効果について検討算定した。図５は、本発明の実施形態２における高炉の銑鉄生産量に対する余剰酸素量比率及び深冷分離装置での昇圧コストの一例を示すグラフである。図５は、例えば高炉４２の銑鉄生産量が１００００Ｔ／日から、急な設備トラブル等により９０００Ｔ／日、もしくは８０００Ｔ／日への調整を余儀なくされたときの、余剰となる中濃度酸素の余剰酸素量比率、および余剰となった中濃度酸素を原料の一部として使用することにより生じる深冷分離装置１での昇圧コストを算定したものである。なお、銑鉄生産量が１００００Ｔ／日のとき、余剰酸素量比率０％であり昇圧コスト１００％であるものとして算定した。また、中濃度酸素濃度は８０％、高炉４２の酸素原単位は２５７Ｎｍ３／Ｔ、酸素富化空気中の酸素濃度は２３．６％、転炉４１で使用する高濃度酸素量は３００００Ｎｍ３／Ｔで一定とした。
【００６５】
図５に示すように、高炉４２の銑鉄生産量が８０００Ｔ／日になったとき、１００００Ｔ／日のときに比べて約２２％の中濃度酸素が余剰になる。そこで、この余剰となった中濃度酸素を深冷分離装置１の原料の一部として使用することにより、深冷分離装置１での昇圧コストを約９％低減させることが可能になった。
【００６６】
上述したように、高炉４２における酸素富化空気中の酸素濃度を一定としたまま銑鉄生産量を減ずるには、高炉向け酸素富化空気製造装置７への酸素の供給量（高炉向け酸素供給量）と希釈用空気の供給量（希釈用空気供給量）との双方を減ずる必要がある。しかしながら、中濃度酸素の製造量を瞬時に調整するのは困難である。
【００６７】
ここで、図２に示すように、中濃度酸素供給配管１４が中濃度酸素製造装置（吸着分離装置２）の下流側と、高濃度酸素製造装置（深冷分離装置１）へ空気を供給する圧縮機４の上流側とを接続している。そして、中濃度酸素製造装置で製造された中濃度酸素は、中濃度酸素供給配管１４及び圧縮機４を介して高濃度酸素製造装置へ供給される。高濃度酸素製造装置へ酸素濃度が高い空気が供給されれば、高濃度酸素製造装置での高濃度酸素の製造コスト（昇圧コスト）を下げることができる。このように、中濃度酸素の製造量を減ずることなく、余剰となった中濃度酸素を深冷分離装置１の原料として使用することにより、製造した中濃度酸素を全量有効活用することができる。
【００６８】
換言すれば、従来においては、深冷分離装置で製造した高純度酸素は低純度酸素のバックアップとして使用することのみが想定されている。これに対し、実施形態２では、高純度酸素が低純度酸素のバックアップを行うだけでなく、低濃度酸素を原料ガスとして用いた中濃度酸素もしくは高濃度酸素の製造が行われ、中濃度酸素を原料ガスとして用いた高濃度酸素の製造が行われる。このように、製造コストの安い低濃度酸素もしくは中濃度酸素を、濃度の高い酸素の原料ガスとして転用することで、製造コストを抑制させることができる。
【実施例３】
【００６９】
実施形態３のように、吸着分離装置のオフガスを深冷分離装置のオフガスに混合する場合の効果について検討算定した。深冷分離装置で高濃度酸素（９９．５％）を１０００００Ｎｍ３／ｈで製造する場合で、併産される窒素は３７５０００Ｎｍ３／ｈのうち２５００００Ｎｍ３／ｈを製鉄所内利用している場合を想定する。酸素の製造量が、高濃度酸素１０００００Ｎｍ３／ｈから（高濃度酸素６００００Ｎｍ３／ｈ＋中濃度酸素４００００Ｎｍ３／ｈ）になる場合、併産される９６％以上の窒素量は、２２５０００Ｎｍ３／ｈとなり、製鉄所内利用量を下回る。ここで、仮に、窒素不足分２５０００Ｎｍ３／ｈを補うために、高濃度酸素の割合を増やして調整すると、高濃度酸素は６６８００Ｎｍ３／ｈ以上必要となり、この分、全体のエネルギー効率が低下してしまう。一方、深冷分離装置のオフガス２２５０００Ｎｍ３／ｈに吸着分離装置のオフガスを最大１３００００Ｎｍ３／ｈ混合することにより、９６％以上の窒素量は最大３５５０００Ｎｍ３／ｈ得られ、窒素の製鉄所利用量を下回ることなく安価に酸素を製造することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  深冷分離装置
２  吸着分離装置
３  膜分離装置
４  圧縮機
５  圧縮機
６  圧縮機
７  高炉向け酸素富化空気製造装置
８  焼結機向け酸素富化空気製造装置
９  高濃度酸素供給配管
１０  バックアップ配管
１１  バックアップ配管
１２  中濃度酸素供給配管
１３  中濃度酸素供給配管
１４  中濃度酸素供給配管
１５  低濃度酸素供給配管
１６  低濃度酸素供給配管
１７  低濃度酸素供給配管
１８  低濃度酸素供給配管
１９  高炉向け酸素富化空気供給配管
２０  焼結機向け酸素富化空気供給配管
２１  希釈用空気供給配管
２２  希釈用空気供給配管
２３  高純度窒素供給配管
２４  低純度窒素供給配管
２５  吸着分離装置オフガス供給配管  
２６  膜分離装置オフガス供給配管
３１  原料空気供給配管
３２  原料空気供給配管
３３  原料空気供給配管
４１  転炉
４２  高炉
４３  焼結機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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