(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮，精製，冷却した原料空気を精留塔に導入して液化精留分離を行い、空気成分を分離採取する空気液化分離方法において、前記精留塔の下部から導出した液化空気を該精留塔の中段に設置したリボイラに加熱源として導入し、該リボイラで精留塔中段部の下降液の一部を気化させるとともに前記液化空気を冷却し、該冷却後の液化空気を、前記精留塔上部のガスを液化させる凝縮器に寒冷源として導入することを特徴とする空気液化分離方法。
【請求項２】
圧縮，精製，冷却した原料空気を複精留塔に導入して液化精留分離を行い、空気成分を分離採取する空気液化分離方法において、前記複精留塔の下部塔から導出した低温液化ガスを、該複精留塔の上部塔における主凝縮器と下部塔からの液化空気が導入される部分との間に設置したリボイラに加熱源として導入し、該リボイラで上部塔内の下降液の一部を気化させるとともに前記低温液化ガスを冷却し、該冷却後の低温液化ガスを上部塔に導入することを特徴とする空気液化分離方法。
【請求項３】
前記低温液化ガスが飽和液化窒素であり、前記リボイラで冷却された液化窒素を過冷器を経て上部塔に導入することを特徴とする請求項２記載の空気液化分離方法。
【請求項４】
圧縮，精製，冷却した原料空気を複精留塔及びアルゴン塔を備えた空気液化分離装置により、酸素，窒素，アルゴン等の空気成分に分離して採取する空気液化分離方法において、前記複精留塔の下部塔底部から導出した液化空気を、該複精留塔の上部塔における主凝縮器と下部塔からの液化空気が導入される部分との間に設置したリボイラに加熱源として導入し、該リボイラで上部塔内の下降液の一部を気化させるとともに前記液化空気を冷却し、該冷却後の液化空気を前記アルゴン塔の凝縮器を経て上部塔に導入することを特徴とする空気液化分離方法。
【請求項５】
圧縮，精製，冷却した原料空気を複精留塔及びアルゴン塔を備えた空気液化分離装置により、酸素，窒素，アルゴン等の空気成分に分離して採取する空気液化分離方法において、前記複精留塔の下部塔底部から導出した液化空気を分岐し、分岐した一方の液化空気を、複精留塔の上部塔における主凝縮器と下部塔からの液化空気が導入される部分との間、又は前記下部塔内に設置したリボイラに加熱源として導入し、該リボイラで塔内の下降液の一部を気化させるとともに前記液化空気を冷却し、前記分岐した他方の液化空気を、前記上部塔から導出した低温ガスを寒冷源とする過冷器に導入して冷却し、冷却された両液化空気の少なくとも一部を前記アルゴン塔の凝縮器を経て上部塔に導入することを特徴とする空気液化分離方法。
【請求項６】
複精留塔及びアルゴン塔を備えた空気液化分離装置において、前記複精留塔に設けられている主凝縮器に、複精留塔下部塔から導出した低温液化ガスを加熱源とするリボイラを一体に設けるとともに、該リボイラを導出した低温液化ガスを前記上部塔に導入する経路を設けたことを特徴とする空気液化分離装置。
【請求項７】
前記リボイラに導入される低温液化ガスが下部塔からの液化空気であり、該リボイラで冷却された液化空気を前記上部塔に導入する経路が、前記アルゴン塔の凝縮器を経て上部塔に至る経路であることを特徴とする請求項６記載の空気液化分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、空気液化分離方法及び装置に関し、詳しくは、空気を原料として、酸素，窒素，アルゴン等の空気成分を精留により分離して採取する装置における製品収率の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の空気液化分離装置の一例を示すものである。圧縮機で約６ｋｇｆ／ｃｍ2 ａｂｓに圧縮され、水分及び二酸化炭素を除去された原料空気は、露点付近まで冷却されて導管１から複精留塔の下部塔２に導入される。この原料空気は、下部塔２での精留作用により液化窒素，窒素ガス，酸素に富む液化空気に分離される。下部塔上部の液化窒素は、導管３，過冷器４，導管５，膨張弁６，導管７を通り、複精留塔の上部塔８に還流液として導入される。また、窒素ガスは、下部塔２の上部から導管９に導出されて、図示しない主熱交換器，膨張タービンに送られ，装置を冷却する寒冷を得るために使用される。
【０００３】
前記下部塔２の下部から導管１０に導出された酸素に富む液化空気は、過冷器１１で冷却された後、導管１２，膨張弁１３，導管１４を通り、アルゴン凝縮器１５に導入され、一部ガス化することにより寒冷を与えた後、導管１６を通り上部塔８に導入される。
【０００４】
上部塔８では、導管７，１６によって導入された液が上部塔内を下降し、主凝縮器１７で略全量が気化して上部塔内を上昇する。この下降液と上昇ガスとによって精留が進み、酸素，アルゴン，窒素の分離が行われる。その結果、上部塔上部から窒素ガスが、その十数段下から廃ガスが、下部から酸素ガスがぞれぞれ導出される。
【０００５】
また、上部塔８の中段からは、原料アルゴンガスが導出され、導管１８を通りアルゴン塔１９に導入される。アルゴン塔１９に導入された原料アルゴンガスは、塔内を上昇してアルゴン凝縮器１５で液化され、一部は液化アルゴンとして導管２０から取出され、残りの液は塔内を下降する。アルゴン塔内を下降した液は、塔下部から導管２１を通って上部塔８に戻される。
【０００６】
上部塔８の頂部から導管２２に導出された窒素ガスは、過冷器４，過冷器１１を通り、主熱交換器に送られて常温まで昇温される。また、上部塔８から導管２３に導出された廃ガスは、窒素ガスと同様に過冷器４，過冷器１１を通り、主熱交換器で常温まで昇温される。さらに、上部塔８の下部からは、導管２４により酸素ガスが導出され、導管２５により液化酸素が導出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来から、上述のような空気液化分離装置における上部塔８及びアルゴン塔１９の精留状態を改善してアルゴン収率を向上させるため、多くの方法が提案されている。例えば、上部塔８から導管１８でアルゴン塔１９に導入する原料アルゴンガス量を増やすことによりアルゴン収率が改善できる。しかし、この場合、アルゴン凝縮器１５の出口の液化空気の状態が変化することなどにより、上部塔８の精留条件が変化して他の製品収率や組成に影響が出る。また、他の構成の空気液化分離装置においても、窒素や酸素等の製品収率を改善するため、種々の工夫が成されてきた。
【０００８】
そこで本発明は、空気液化分離装置における製品収率の改善を図れ、特に、上部塔から採取する製品の収率や組成に影響を与えることなくアルゴン収率の改善を図れる空気液化分離方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明の空気液化分離方法は、第１の構成として、圧縮，精製，冷却した原料空気を精留塔に導入して液化精留分離を行い、空気成分を分離採取する空気液化分離方法において、前記精留塔の下部から導出した液化空気を該精留塔の中段に設置したリボイラに加熱源として導入し、該リボイラで精留塔中段部の下降液の一部を気化させるとともに前記液化空気を冷却し、該冷却後の液化空気を、前記精留塔上部のガスを液化させる凝縮器に寒冷源として導入することを特徴としている。
【００１０】
本発明方法の第２の構成は、圧縮，精製，冷却した原料空気を複精留塔に導入して液化精留分離を行い、空気成分を分離採取する空気液化分離方法において、前記複精留塔の下部塔から導出した低温液化ガスを、該複精留塔の上部塔における主凝縮器と下部塔からの液化空気が導入される部分との間に設置したリボイラに加熱源として導入し、該リボイラで上部塔内の下降液の一部を気化させるとともに前記低温液化ガスを冷却し、該冷却後の低温液化ガスを上部塔に導入することを特徴とし、特に、前記低温液化ガスが飽和液化窒素であり、前記リボイラで冷却された液化窒素を過冷器を経て上部塔に導入することを特徴としている。
【００１１】
本発明方法の第３の構成は、圧縮，精製，冷却した原料空気を複精留塔及びアルゴン塔を備えた空気液化分離装置により、酸素，窒素，アルゴン等の空気成分に分離して採取する空気液化分離方法において、前記複精留塔の下部塔底部から導出した液化空気を、該複精留塔の上部塔における主凝縮器と下部塔からの液化空気が導入される部分との間に設置したリボイラに加熱源として導入し、該リボイラで上部塔内の下降液の一部を気化させるとともに前記液化空気を冷却し、該冷却後の液化空気を前記アルゴン塔の凝縮器を経て上部塔に導入することを特徴としている。
【００１２】
さらに本発明方法の第４の構成は、圧縮，精製，冷却した原料空気を複精留塔及びアルゴン塔を備えた空気液化分離装置により、酸素，窒素，アルゴン等の空気成分に分離して採取する空気液化分離方法において、前記複精留塔の下部塔底部から導出した液化空気を分岐し、分岐した一方の液化空気を、複精留塔の上部塔における主凝縮器と下部塔からの液化空気が導入される部分との間、又は前記下部塔内に設置したリボイラに加熱源として導入し、該リボイラで塔内の下降液の一部を気化させるとともに前記液化空気を冷却し、前記分岐した他方の液化空気を、前記上部塔から導出した低温ガスを寒冷源とする過冷器に導入して冷却し、冷却された両液化空気の少なくとも一部を前記アルゴン塔の凝縮器を経て上部塔に導入することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の空気液化分離装置は、複精留塔及びアルゴン塔を備えた空気液化分離装置において、前記複精留塔に設けられている主凝縮器に、複精留塔下部塔から導出した低温液化ガスを加熱源とするリボイラを一体に設けるとともに、該リボイラを導出した低温液化ガスを前記上部塔に導入する経路を設けたことを特徴とし、さらに、前記リボイラに導入される低温液化ガスが下部塔からの液化空気であり、該リボイラで冷却された液化空気を前記上部塔に導入する経路が、前記アルゴン塔の凝縮器を経て上部塔に至る経路であることを特徴としている。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を、図面に示す実施例に基づいてさらに詳細に説明する。なお、以下の各実施例の説明において、前記従来例と同一要素のものには同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
まず、図１は、本発明の第１実施例を示すもので、複精留塔の上部塔８における主凝縮器１７と下部塔２からの液化空気を導入する導管１６の接続部分との間で、アルゴン塔１９に供給する原料アルゴンガスを導出する精留段部分にリボイラ３１を設置したものである。
【００１６】
下部塔２から導管１０に導出され、過冷器１１で冷却された液化空気は、導管３２を通り前記リボイラ３１に導入される。リボイラ３１で冷却された液化空気は、導管３３，膨張弁１３，導管１４を通ってアルゴン凝縮器１５に導入され，寒冷を与えた後、一部は液の状態で導管１６ａを通り、残りはガス化して導管１６ｂを通り、それぞれ上部塔８に導入される。
【００１７】
上部塔８では、導管１６ａにより液化空気が供給される段とリボイラ３１との間（図１でＡと示してある部分、以下、区間Ａという）における精留条件が以下の理由により改善される。
【００１８】
まず、区間Ａでは、主凝縮器１７で気化したガスと、リボイラ３１で気化したガスとが上昇するため、前記図１０に示した従来装置に比較して多くなる。また、リボイラ３１から導管３３に流れる液化空気は、導管３２における状態と比較して、リボイラ３１によって更に冷却された状態になっている。このため、アルゴン凝縮器１５における交換熱量を従来装置と同じにすることにより、アルゴン凝縮器１５から導管１６ａを経て上部塔８に導入する液化空気の量を従来装置よりも多くすることができる。なお、アルゴン凝縮器１５における交換熱量の調整は、該アルゴン凝縮器１５に導入する液化空気量を、例えば液量制御で調節し、さらに、例えば、該アルゴン凝縮器１５内の液量を検出する液面調節計を設け、該液面調節計からの信号により導管１６ａから導出する液化空気量を調節することにより行うことができる。
【００１９】
そして、区間Ａにおける下降液量は、前記導管７から上部塔上部に供給された液化窒素と、前記導管１６ａによって供給される液化空気との和である。この場合、この下降液量は、導管１６ａによって供給される液化空気の量が従来装置に比べて多い分だけ多くなる。したがって、区間Ａにおける上昇ガス量、下降液量共に従来装置に比べて多くなり、この部分の精留条件が改善され、アルゴン収率を向上させることができる。しかも、リボイラ３１における交換熱量の分だけ、導管１６ａにおける液化空気の量が増加するので、区間Ａ以外の他のプロセスに基本的に悪影響を及ぼさない。
【００２０】
図２は、上記図１に示した第１実施例装置及び前記図１０に示した従来装置のそれぞれの上部塔における上昇ガスと下降液の状態を示すものである。これらの値は、導管１によって下部塔２に導入される原料空気量を２２４００Ｎｍ3 ／ｈｒとした場合の値である。また、図２の横軸でａ，ｂ，ｃ、ｄ、ｅと表示してあるのは、それぞれ
ａ：導管２２によって窒素ガスが導出される位置（塔頂部）
ｂ：導管２３によって廃ガスが導出される位置
ｃ：導管１６ａによって下部塔からの液化空気が導入される位置
ｄ：導管１８，２１によりアルゴン塔１９と液・ガスの導入導出がある位置
ｅ：導管２４によって酸素ガスが導出される位置
を示している。以後、図４，図６においても同様である。図１における区間Ａは、図２ではｃｄ間に相当する。
【００２１】
まず、リボイラ３１において、液化空気からの伝熱によって上部塔８のｄ点を下降する液の一部が気化し（約３５０〜４５０Ｎｍ3 ／ｈ）、ｃｄ間の上昇ガス量が従来装置と比較して約３５０〜４５０Ｎｍ3 ／ｈ多くなる（効果１）。
【００２２】
一方、リボイラ３１で過冷却となった液化空気は、導管３３，膨張弁１３，導管１４，アルゴン凝縮器１５，導管１６ａ，１６ｂを経て、従来装置よりも約３％液が多い状態で上部塔８に導入される。このため、上部塔８のｃ点より下の部分では、下降液量が従来装置よりも多くなる（効果２）。このｃｄ間の上昇ガス量及び下降液量の増加により、ｃｄ間の精留条件が改善され、アルゴン収率（液化アルゴン中のアルゴン量／原料空気中のアルゴン量) を従来装置に比較して約０．５％多くすることができる。
【００２３】
図３は、本発明の第２実施例を示すものであり、上部塔８に設置したリボイラ３１ａの加熱源を、前記液化空気に代えて下部塔２からの飽和液化窒素としたものである。下部塔２から導管３４に導出された液化窒素は、リボイラ３１ａに導入されて冷却され、導管３５に導出されて過冷器４で冷却された後、導管５，膨張弁６，導管７を通り上部塔８に還流液として導入される。リボイラ３１ａでは、前記同様に、上部塔８内の下降液が液化窒素の伝熱により気化して上昇ガスとなるので上昇ガス量が増加する。
【００２４】
図４は、前記図２と同様に、図３に示した第２実施例装置及び前記図１０に示した従来装置のそれぞれの上部塔における上昇ガスと下降液の状態を示すものである。
【００２５】
基本的には、第１実施例と同様であり、下部塔２からの飽和の液化窒素は、導管３４でリボイラ３１ａに導入されて過冷却の状態となり過冷器４に導入される。リボイラ３１ａでの液化窒素からの放熱により、上部塔８のｄ部分を上昇するガス量が従来装置に比べて約１３０〜１６０Ｎｍ3 ／ｈ増加する（効果３）。
【００２６】
また、過冷器４では、温流体である液化窒素が従来装置よりも低い温度で導入されるので、冷流体の窒素ガス及び廃ガスの導管２２ａ，２３ａにおける温度は、従来装置よりも低くなる。このため、過冷器１１を経た導管１２における液化空気の温度は、従来装置における温度よりも低温となる。したがって、導管１６ａにおける液化空気の量は、従来装置における液の量よりも約１％多くなる。このため、上部塔８の導管１６によって液化空気を導入する段より下の部分の下降液量が従来装置に比較して約１３０〜１５０Ｎｍ3 ／ｈ増加する（効果４）。これにより、アルゴン収率を、従来装置に比較して約０．３％増加させることができる。
【００２７】
図５は、本発明の第３実施例を示すものであり、液化空気による上部塔８の加熱量を多くするために過冷器を設置せず、しかも、リボイラ３１ｂと主凝縮器１７とを一体構造に形成したものである。
【００２８】
下部塔２から導管３６に導出された液化空気は、過冷器を経由することなく主凝縮器１７と一体構造のリボイラ３１ｂに導入され、該リボイラ３１ｂで上部塔塔底液を気化させることにより冷却される。このリボイラ３１ｂを導出した液化空気は、導管３７，膨張弁１３，導管１４を通りアルゴン凝縮器１５に導入され，一部は液の状態で導管１６ａを、残りはガス化して導管１６ｂを通り、それぞれ上部塔８に導入される。
【００２９】
本実施例においても、リボイラ３１ｂを備えた主凝縮器１７における気化ガス量の増加により上部塔８内の上昇ガス量が増加する。そして、この塔底部からの上昇ガス量の増加により、上部塔８から導管１８に導出されてアルゴン塔１９に導入されるガス量が増加し、該アルゴン塔１９内の上昇ガス量の増加により、アルゴン塔凝縮器１５の交換熱量が増加してアルゴン塔１９内の下降液量も増加するので、導管２１から上部塔８に導入される下降液量が増加する。これによって上部塔８及びアルゴン塔１９の上昇ガス量及び下降液量が増加し、上部塔８及びアルゴン塔１９の精留条件が改善される。その結果、アルゴン収率を増加させることができる。
【００３０】
なお、本実施例では、下部塔２から導管３６に導出された液化空気を冷却する過冷器が無い分、上部塔８から導管２２，２３に導出した窒素ガス及び廃ガスが低温のまま主熱交換器に流れることになるが、下部塔２の段数を増加するなどにより容易に対応することができる。
【００３１】
図６は、前記図２と同様に、図５に示した第３実施例装置及び前記図１０に示した従来装置のそれぞれの上部塔における上昇ガスと下降液の状態を示すものである。なお、流量変化位置が異なるのは、各プロセスでアルゴン量が最大となるように段数を一部変更したためである。
【００３２】
下部塔２からの飽和の液化空気は、導管３６から主凝縮器１７に一体に設けられたリボイラ３１ｂに導入されて過冷却の状態になる。このためにリボイラ３１ｂを含めた主凝縮器１７全体の交換熱量は約１％増加し、主凝縮器１７部分から気化するガス量が増加して上部塔８のｄｅ間を上昇するガス量が、従来装置に比べて約１７０Ｎｍ3 ／ｈ多くなる（効果５）。
【００３３】
このガスの一部は、上部塔８のｄ点で導管１８に導出されてアルゴン塔１９に導入され、これによりアルゴン塔１９内の上昇ガス量が増加する。さらに、上昇ガスの増加により、アルゴン塔凝縮器１５の交換熱量が従来装置に比較して約２％増加し、アルゴン塔１９内の下降液量も増加する。この下降液は、導管２１により上部塔８に導入され、上部塔のｄｅ間の下降液量が増加する（効果６）。
【００３４】
このｄｅ間及びアルゴン塔１９内の上昇ガス量及び下降液量の増加により、ｄｅ間及びアルゴン塔内の精留条件が改善される。その結果、アルゴン収率を従来装置に比較して約０．７％増加させることができる。
【００３５】
この図５に示した実施例装置においては、さらに多くの応用が考えられる。すなわち、典型的な例として、次の各プロセスが考えられる。まず、第１のプロセスは、導管１８によってアルゴン塔１９に導入する原料アルゴンガス量を従来のプロセス（例えば前記従来装置）と同じとし、液化空気を熱源として新たに主凝縮器１７に一体構造で設置したリボイラ３１ｂにより増加した上昇ガスを全量上部塔８内を上昇させるプロセスがある。このプロセスでは、アルゴン塔１９の凝縮器１５の交換熱量を、例えば、凝縮器１５の液面位置を低い位置で運転することにより、従来のプロセスと略同じとしながら、下部塔２からの液化空気の上部塔入口における液の量を多くすることができる。すなわち、図６におけるｃｅ間の上昇ガス量と下降液量が従来プロセスよりも多くなり、上部塔８の精留条件が改善される。
【００３６】
第２に、導管１８によってアルゴン塔１９に導入する原料アルゴンガス量を従来のプロセス（例えば前記従来装置）よりも増加させるプロセスがある。すなわち、液化空気を熱源として新たに主凝縮器１７に一体構造に設置したリボイラ３１ｂにより増加した上昇ガスの全量を導管１８を通じてアルゴン塔１９に導入するプロセスである。このプロセスでは、図６のｄｅ間及びアルゴン塔内の上昇ガス量及び下降液量が多くなり、この部分における精留条件が改善される。この場合、下部塔２からの液化空気は、リボイラ３１ｂで液化酸素に与えた熱を、全てアルゴン凝縮器１５で得るために、上部塔入口における液の量は従来のプロセスとほぼ同じとなる。つまり、上部塔８のｃｄ間の精留条件の改善は行われない。
【００３７】
第３に、上記第１，第２のプロセスの中間のプロセスがある。すなわち、液化空気を熱源として新たに主凝縮器１７に一体構造で設置したリボイラ３１ｂにより増加した上昇ガスの一部を導管１８を通じてアルゴン塔１９に導入するプロセスである。このプロセスでは、新たに増加した上昇ガスの内、導管１８を通ってアルゴン塔１９に導入するガスの割合によって、図６におけるｃｄ間，ｄｅ間及びアルゴン塔１９の精留条件の改善が可能となる。
【００３８】
第４に、アルゴン塔１９に導入する原料アルゴンガス量をリボイラ３１ｂにより増加したガス量以上に増加させるプロセスがある。このプロセスは、上部塔８の導管１８から導管２４までの間における精留条件の改善効果が、導管１６ａと導管１８との間における上昇ガス量及び下降液量の減少による精留条件の低下を補うことができ、アルゴン塔１９に導入する原料アルゴンガスの増加により、アルゴン収率を前記第２のプロセスと比較して大幅に向上させることができる。
【００３９】
図７は本発明の第４実施例を示すものであり、下部塔２から管１０に導出した液化空気を導管４１と導管４２とに分岐し、導管４１に分岐した液化空気を主凝縮器１７部分に一体構造で設置したリボイラ３１ｃに加熱源として導入し、導管４２に分岐した液化空気を過冷器１１に導入するように構成し、さらに、リボイラ３１ｃ及び過冷器１１で冷却され、過冷状態となって導管４３に合流した液化空気を導管４４と導管４５とに分岐し、導管４４に分岐した液化空気を膨張弁１３，導管１４によりアルゴン凝縮器１５に導入し、一部は液の状態で導管１６ａにより、残りはガス化して導管１６ｂにより、それぞれ上部塔８に導入するとともに、導管４５に分岐した液化空気を膨張弁４６で膨張させて導管４７から上部塔８に導入するように構成したものである。
【００４０】
また、この場合、下部塔２から導出する液化空気を、リボイラ３１ｃ経由と過冷器１１経由とに別系統で導出し、必要とする量に分配してアルゴン凝縮器１５及び上部塔８へ単独で導入するように構成してもよい。
【００４１】
上記のように、下部塔２から導出した液化空気を分岐して一方をそのままリボイラ３１ｃに導入することにより、過冷器を通らない飽和温度の液化空気をリボイラ３１ｃの熱源として用いることができ、上部塔８底部の液化酸素に対して十分な温度差を得ることができる。これにより、液化空気の全量をリボイラ３１ｃの熱源として用いないので、量的にも温度差の点からもリボイラ３１ｃの伝熱面積を小さくして小型化が図れ、主凝縮器１７との一体化も容易に行える。
【００４２】
しかも、分岐した他方の液化空気を過冷器１１に導入することにより、該過冷器１１を通る窒素ガス及び廃ガスの出口温度を従来と同じ温度にすることができるので、主熱交換器における原料空気の冷却温度を従来と同じ温度にすることができ、下部塔２の精留条件に影響を与えることがなくなる。
【００４３】
過冷器１１及びリボイラ３１ｃで熱を与えて過冷状態となった液化空気は、従来よりも低温のため、アルゴン凝縮器１５に導入する量を少なくしても従来と同じ交換熱量を得ることができ、残りの液化空気をそのまま上部塔８に導入することが可能となる。このアルゴン凝縮器１５を通らない液化空気は、アルゴン凝縮器１５を経由する導管１６ａ，１６ｂより高い位置に設けた導管４７から上部塔８に導入する。
【００４４】
したがって、上部塔８では、主凝縮器１７で気化するガスにリボイラ３１ｃで気化するガスが加わるために上昇ガス量が従来より増加するとともに、導管１６及び導管４７から上部塔８内に流入する液化空気量が増加することから、上部塔８のリボイラ３１ｃと導管４７との間の区間Ｂにおける上昇ガス量及び下降液量が増加し、上部塔８の精留条件が改善される。このとき、導管１６より高い位置の導管４７から液化空気を導入しているので、上部塔８における精留条件の改善幅を広げることができる。
【００４５】
本実施例においても、前記同様にいくつかのプロセスが考えられる。まず、第１のプロセスは、前記第１のプロセスと同様に、導管１８でアルゴン塔１９に導入する原料アルゴンガス量を従来と同じとし、リボイラ３１ｃにより増加した上昇ガスを全量上部塔８内を上昇させるプロセスである。このプロセスでは、アルゴン凝縮器１５の交換熱量は従来と略同じとなり、下部塔２から上部塔８に導入される液の比率が多くなる。したがって、導管４７より下方の上昇ガス量と下降液量が多くなり、上部塔８の精留条件が改善される。
【００４６】
第２のプロセスは、前記第２のプロセスと同様に、リボイラ３１ｃで増加した上昇ガスの全量をアルゴン塔１９に導入するプロセスである。このプロセスでは、導管１８からアルゴン塔１９に導入されるガス量が増加するため、アルゴン凝縮器１５における交換熱量が増加し、該アルゴン塔１９内の下降液量も増加する。これにより、アルゴン塔１９における上昇ガス及び下降液量が増加し、該塔内の精留条件が改善される。また、アルゴン塔１９の下降液量の増加により、導管２１から上部塔８に導入される液量が増加するため、導管２１より下方の下降液量が増加し、前記上昇ガス量の増加と合わせて、この部分の精留条件が改善される。一方、前述の通り、導管１６から上部塔８に導入する液化空気量は従来と略同量になるため、導管１６と導管２１との間の精留条件は改善されない。
【００４７】
第３のプロセスは、前記第３のプロセスと同様、上記第１及び第２のプロセスの中間のプロセスであり、リボイラ３１ｃで増加した上昇ガスの一部をアルゴン塔１９に導入するプロセスである。このプロセスでは、上部塔８及びアルゴン塔１９の精留条件を僅かづつ改善することができる。
【００４８】
さらに、第４のプロセスは、前記第４のプロセスと同様、アルゴン塔１９に導入する原料アルゴンガス量を、リボイラ３１ｃにより増加したガス量以上に増加させるプロセスであり、このプロセスは、上部塔８の導管１８から導管２４までの間における精留条件の改善効果が、導管４７と導管１８との間における上昇ガス及び下降液量の減少による精留条件の低下を補うことができ、アルゴン塔１９に導入する原料アルゴンガスの増加により、アルゴン収率をプロセス２と比較して大幅に向上させることができる。
【００４９】
なお、以上の上部塔８内にリボイラを設置した各実施例において、リボイラを設置する位置は、主凝縮器１７と液化空気が上部塔８内に供給される位置の間で任意の位置に設定することが可能である。精留塔では、上の段ほど低温であるために、リボイラを上段に設置する方が、リボイラにおける温流体と冷流体の温度差が大きくなり、リボイラ設置による精留条件の改善がより期待できる。しかし、リボイラを上に設置するほど改善される段数が少なくなる。したがって、リボイラを設置する位置は、操作条件によって異なる。
【００５０】
また、リボイラを上部塔８の下部に設置するプロセスにおいて、前記実施例では、主凝縮器とリボイラとを一体構造としたが、必要に応じて主凝縮器とは別に単体のリボイラを設置するようにしてもよい。
【００５１】
図８は、本発明の第５実施例を示すものであり、下部塔２の中段にリボイラ３１ｄを設置し、前記第４実施例と同様に、下部塔２から管１０に導出した液化空気を導管５１と導管５２とに分岐し、導管５１に分岐した液化空気を前記リボイラ３１ｄに加熱源として導入し、導管５２に分岐した液化空気を過冷器１１に導入するように構成し、さらに、リボイラ３１ｄ及び過冷器１１で冷却され、過冷状態となって導管５３に合流した液化空気を導管５４と導管５５とに分岐し、導管５４に分岐した液化空気を膨張弁１３，導管１４によりアルゴン凝縮器１５に導入し、一部は液の状態で導管１６ａにより、残りはガス化して導管１６ｂにより、それぞれ上部塔８に導入するとともに、導管５５に分岐した液化空気を膨張弁５６で膨張させて導管５７から上部塔８に導入するように構成したものである。この場合も、下部塔２から導出する液化空気を、リボイラ３１ｄと過冷器１１とにそれぞれ独立して導出し、必要な量に応じてアルゴン凝縮器１５と上部塔８とに単独で導入するようにしてもよい。
【００５２】
上記リボイラ３１ｄは、下部塔２における下降液と導管５１から導入される液化空気との温度差がリボイラ３１ｄの運転に必要な温度差（通常約０．５℃以上）が得られるような位置に設置する。
【００５３】
このように下部塔２にリボイラ３１ｄを設置すると、該リボイラ３１ｄにおける液化空気との熱交換により塔内を下降する液の一部が気化し、凝縮器１７を通るガス量が増加するため、該ガスにより加熱されて生成する上部塔８の上昇ガス量が増加する。一方、リボイラ３１ｄ及び過冷器１１で従来より過冷却状態となった液化空気が、前記第４実施例と同様にして上部塔８に導入されるので、結果として、前記第４実施例と同様に上部塔８内の上昇ガスと下降液量が増加する。したがって、前記各プロセスのいずれかを行うことにより、上部塔８及び／又はアルゴン塔１９の精留条件を改善できる。
【００５４】
図９は、本発明の第６実施例を示すものであり、液化空気によるリボイラ３１ｅを単精留塔７１に設置した実施例を示すものである。単精留塔７１の下部から導管７２に導出された液化空気は、精留塔中段に設置されたリボイラ３１ｅに導入される。このリボイラ３１ｅは、単精留塔７１内における下降液と液化空気との温度差がリボイラ３１ｅの運転に必要な温度差が得られるような位置に設置されており、液化空気との熱交換により塔内を下降する液の一部が気化して上昇ガス量が増加し、塔頂部から導出されて導管７３から凝縮器７４に導入されるガス量が増加する。一方、リボイラ３１ｅで過冷却となった液化空気は、導管７５，膨張弁７６，導管７７を通り、凝縮器７４で前記ガスに寒冷を与えた後、導管７８に導出される。これにより、凝縮器７４で液化して単精留塔７１の還流液となる液量が増加するので、本実施例では、リボイラ３１ｆから精留塔頂部までの間の上昇ガス量及び下降液量が増加し、この間の精留条件が改善される。
【００５５】
なお、前記下部塔，アルゴン塔及び上記単精留塔においては、液化空気と下降液との温度差がとれればリボイラを任意の位置に設置することが可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、精留塔内に液化空気によるリボイラを設置したことにより、他のプロセスに影響を及ぼすことなく精留条件を改善することができ、窒素，酸素，アルゴン等の製品収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例を示す空気液化分離装置の系統図である。
【図２】  第１実施例装置及び従来装置の上部塔における上昇ガスと下降液の状態を示す図である。
【図３】  本発明の第２実施例を示す空気液化分離装置の系統図である。
【図４】  第２実施例装置及び従来装置の上部塔における上昇ガスと下降液の状態を示す図である。
【図５】  本発明の第３実施例を示す空気液化分離装置の系統図である。
【図６】  第３実施例装置及び従来装置の上部塔における上昇ガスと下降液の状態を示す図である。
【図７】  本発明の第４実施例を示す空気液化分離装置の系統図である。
【図８】  本発明の第５実施例を示す空気液化分離装置の系統図である。
【図９】  本発明の第６実施例を示す空気液化分離装置の系統図である。
【図１０】  従来の空気液化分離装置の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
２…下部塔、４，１１…過冷器、６，１３…膨張弁、８…上部塔、１５…アルゴン凝縮器、１７…主凝縮器、１９…アルゴン塔、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ…リボイラ、７１…単精留塔、７４…凝縮器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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