(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気から酸素を分離する装置において、
空気が導入される処理容器と、
前記処理容器内に配置された窒素を吸着する性質を有する吸着材と、
前記処理容器内の前記吸着材が設けられていない領域の磁束密度が相対的に高く、前記吸着材が設けられている領域の磁束密度が相対的に低い磁場を形成する磁場形成手段と、
を備え、
前記磁場により前記処理容器内の空気中の酸素を前記吸着材が設けられていない領域に集めることにより、前記吸着材が設けられている領域における空気中の窒素の濃度を高め、これにより前記吸着材の窒素吸着効率を向上させ、分離される酸素の濃度を高めることを可能としたことを特徴とする装置。
【請求項２】
空気から酸素を分離する方法において、
窒素を吸着する性質を有する吸着材が内部に配置された処理容器内に空気を収容する工程と、
前記処理容器内の前記吸着材が設けられていない領域の磁束密度が相対的に高く、前記吸着材が設けられている領域の磁束密度が相対的に低い磁場を形成し、これにより、前記処理容器内の空気中の酸素を前記吸着材が設けられていない領域に集めることにより、前記吸着材が設けられている領域における空気中の窒素の濃度を高める工程と、
前記吸着材により窒素を吸着する工程と、
前記吸着材により窒素が吸着されることにより酸素濃度が高まった空気を前記処理容器から取り出す工程と、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の空気から酸素を分離する装置と、
前記装置により空気から分離された酸素が供給されるガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
を備えたことを特徴とする火力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁場を利用して空気から酸素を分離する装置および方法および火力発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２３に、従来のガス化複合発電システムの系統図を示す。図２３に示すように、従来のガス化複合発電システムは、酸素分離ユニット７９、ガス化炉８０、スラグホッパ８１、フィルタ８２、冷却器８３、脱硫装置８４、ガスタービン８５、蒸気タービン８６、発電機８７、排熱回収ボイラ８８、復水器８９および排気口９０とから構成されている。
【０００３】
このようなガス化複合発電システムにおいては、まず、空気から酸素を分離する酸素分離ユニット７９によって製造した酸素および石炭もしくは重質油などの燃料をガス化炉８０に供給して、ＣＯとＨ２を主要成分とするガス燃料に転換する。このとき発生したスラグ（灰分）はスラグホッパ８１にためる。
【０００４】
次に、生成ガス中のばい塵をフィルタ８２で除去し、冷却器８３でガスを冷却し、硫黄分を脱硫装置８４で除去した後、ガスタービン８５の燃料として供給しガスタービン８５を駆動し発電機８７を駆動させて発電する。また、ガスタービン８５の排熱を利用して排熱回収ボイラ８８で蒸気を発生させ、蒸気タービン８６を駆動して発電機８７を駆動させて発電する。蒸気タービン８６から排気された蒸気は復水器８９で冷却され凝縮し復水となり、排熱回収ボイラ８８の給水となる。
【０００５】
上記の酸素分離ユニット７９は純度の高い酸素をガス化炉８０に送る装置であるが、従来のガス化複合発電システムでは深冷分離法による酸素分離ユニットが使用されている。
【０００６】
深冷分離法とは、空気を液化した後沸点の差異によって窒素と分離して酸素を得る方法であり、この方法では周知の如く空気を液化させるために断熱膨張を利用する。すなわち、２０ＭＰａ位に圧縮した空気を急に膨張させ、断熱膨張により温度の下降した空気を再び圧縮して、また膨張させるという繰り返しによって、空気を液化させるのである。深冷分離法は、現在、最も一般的に利用されている酸素の製法であるが、耐高圧装置と強力な圧縮機、寒剤及び冷却水を必要とし、使用電力も非常に多く、液体酸素は圧力（２ＭＰａ）の高圧でボンベに貯蔵しているから使用中絶えず注意を要し、ボンベ自体重量があり運搬が容易ではなく、さらに、高圧ガス取締法の対象となると共に装置の運転にかなりの技術を要する、といった数々の問題がある。
【０００７】
また、従来より一般的に知られている酸素の製造法として、水の電気分解による方法がある。電気分解法は、最も純粋な酸素を得ることが可能であるが、電力の消費が非常に大きいという欠点がある。
【０００８】
このような、従来の酸素の製造法の欠点を解消するため、さまざまな研究がなされており、その例として吸着分離法および膜分離法がある。
【０００９】
このうち吸着分離法は、空気を液化することなく空気中の酸素を分離する方法であり、この方法においてはゼオライトが使用される。ゼオライトとしては、古くから天然に産するゼオライト（沸石）が特異な吸着性を持つことが知られている。この天然ゼオライトは均一な品質のものを大量に得ることが困難であり、またゲル状の粘土物質が混在していることなどから、これらの欠点を補い、しかも分子ふるい効果を発揮するようにしたものが、１９５０年代に開発した合成ゼオライトである。
【００１０】
この合成ゼオライトは合成結晶アルミノ、シリケートの含水金属塩によりできており、分子式はｘＭｅ２／ｎＯ・Ａｌ２Ｏ３・ｙＳｉＯ２・ｚＨ２Ｏで示される（Ｍｅは金属カチオンで、ｎはその原子価）金属カチオンを例えばＮａなどのアルカリ金属で置換すれば、Ａ型ゼオライトとなり、さらに他の金属カチオンとイオン交換することによって、化学組成、結晶構造、吸着性などの異なるさまざまなゼオライトを得ることができる。
【００１１】
合成ゼオライトの結晶構造のユニットセルは、ＳｉあるいはＡｌカチオンを取り囲む４個の酸素アニオンよりなる正四面体で、これらが酸素、アニオンを介して共有結合している結果、蜂の巣状の空洞が均一な細孔によって連結した構造をとり、上式のＨ２Ｏはこれらの空洞中に含まれる。
【００１２】
この結晶水は製品となるとき加熱によって脱離されるので、吸着される分子用のスペースが確保されることになる。Ｈカチオンをカリウム、カルシウム等の他のイオンで交換すれば、結晶構造において各空洞を結ぶ細孔の大きさが異なり、そこを通過する分子は限定されることになる。
【００１３】
こうして造ったもの、例えば３Ａ型は０．３ｎｍ，４Ａ型は０．３５ｎｍ，５Ａ型は０．４２ｎｍの細孔径を持ち、そこを通過する分子の弾力性と運動エネルギとから、通常温度で細径孔よりもおおよそ０．０５ｎｍ大きな分子まで通過させることができる。
【００１４】
合成ゼオライトの強い吸着力は、主としてこれらの金属カチオンに起因しており、さらにその特異な吸着特性はファンデルワールス力による物理吸着との兼ね合いから生ずると考えられる、すなわち細孔によって規制された分子は、さらに双極子モーメントが、金属カチオンの極性と作用することによって、空洞内に強くつかまることになる。故にもし吸着される分子があった場合、細孔の径と、このモーメントの大きさの二重の制限を受けることになり、選択性が良く、しかも強力な吸着特性を得ることができる。
【００１５】
この特異な吸着材であるゼオライトに空気中の窒素を吸着せしめて、酸素を分離することを吸着分離法といっている。吸着分離法は製造費が安価で吐出圧力は０．３ＭＰａの一定圧で高圧ガス取締法の適用はない。しかし、酸素純度は９５％までの任意の酸素濃度が得られるが、経済的な発生濃度は６０〜７０％までに留まっていた。
【００１６】
一方、膜分離法は、酸素分離膜の片側に空気（酸素２１％、窒素７８％）を接触させ、反対側をそれよりも低圧力にすることにより、窒素よりも酸素をより多く選択的に透過させて酸素富化空気を得るものである。
【００１７】
酸素と窒素とでは、酸素の方が化学的に活性であること、及び窒素の分子量が１４、分子径が０，３１ｎｍに対し、酸素の分子量が１６、分子径が０，２９ｎｍあり、酸素の方が分子量が大きいにもかかわらず分子径が小さいことなどから、酸素の方が膜を透過しやすいので、酸素と窒素との膜分離では酸素透過性膜を使用する。したがって、酸素分離膜用素材としては、その溶解度係数と拡散係数とが酸素に対してできる限り大きく、窒素に対してはできる限り小さいものが好ましい。代表的な酸素分離膜用素材としては、ポリジメチルシロキサン−ポリカーボネートブロック共重合体、ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリ［１−（トリメチルシリル）−１−プロピン］（ＰＭＳＰ）などが挙げられる。
【００１８】
この膜分離法は上記４つの方法のうち製造コストを低く抑えられるという利点があり、また吐出圧力は０．１ＭＰａの一定圧であるため、高圧ガス取締法の適用という利点もある。しかし、この方法では、酸素純度は２５〜４０％までと低純度のものしか得られないと共に、膜寿命がせいぜい数年程度と短いという問題もある。
【００１９】
このように、現在知られている上記の酸素の製法は、経済性、得られる酸素純度、高圧ガスを使用することによる安全性（高圧ガス取締法の対象となる）等何らかの問題を抱えている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実状に鑑みなされたものであり、空気から高純度の酸素を効率よく分離するための方法および装置の提供、そしてその装置を用いて効率を高めた各種プラント等のシステムの提供を目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、空気から酸素を分離する装置において、空気が導入される処理容器と、前記処理容器内に配置された窒素を吸着する性質を有する吸着材と、前記処理容器内の前記吸着材が設けられていない領域の磁束密度が相対的に高く、前記吸着材が設けられている領域の磁束密度が相対的に低い磁場を形成する磁場形成手段と、を備え、前記磁場により前記処理容器内の空気中の酸素を前記吸着材が設けられていない領域に集めることにより、前記吸着材が設けられている領域における空気中の窒素の濃度を高め、これにより前記吸着材の窒素吸着効率を向上させ、分離される酸素の濃度を高めることを可能としたことを特徴とする装置を提供する。
【００２７】
本発明に係る装置は各種プラント等のシステムの一部として用いることにより、そのシステムの運転効率を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明は、空気から酸素を分離する方法において、窒素を吸着する性質を有する吸着材が内部に配置された処理容器内に空気を収容する工程と、前記処理容器内の前記吸着材が設けられていない領域の磁束密度が相対的に高く、前記吸着材が設けられている領域の磁束密度が相対的に低い磁場を形成し、これにより、前記処理容器内の空気中の酸素を前記吸着材が設けられていない領域に集めることにより、前記吸着材が設けられている領域における空気中の窒素の濃度を高める工程と、前記吸着材により窒素を吸着する工程と、前記吸着材により窒素が吸着されることにより酸素濃度が高まった空気を前記処理容器から取り出す工程と、を備えた方法を提供する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３４】
まず、本発明の原理について説明する。すべての物質は程度の差があるが、すべて磁性体である。物質を磁場中に持ち込めば磁化される。物質を磁場中に入れると分子内の電子が動き、その分子内に電流が誘起さてて、分子は一つの小磁石となる。
【００３５】
例えば、有機化合物や窒素等は、磁場の極の近くで異名の極を生じる反磁性体であり、その磁化率は−０．４×１０−６である。一方、例えば酸素は、磁場の極の近くで同名の極を生じる常磁性体であり、その磁化率は１０４×１０−６と空気中に含まれる気体の中で最大の磁化率を持っている。
【００３６】
このように磁性の異なる２種類以上の物質からなる混合物を磁場内に置くと、磁化率の高い物質（酸素）が磁場により吸引されて、その流通移動が拘束されることになり、磁場の作用を受けた空気中には多くの酸素を含有することになる。
従って、ある所定の空間内に空気を収容し、当該空間内に磁束密度の高い部位と低い部位とを設けることにより磁束密度の高い部位に酸素を集め、集まった酸素を吸引したり、磁場を移動させることにより磁束密度の高い部位を移動させ、それに伴う酸素の流れを発生させ、この流れを利用して酸素を前記空間内から排出させることにより酸素を分離することができる。
【００３７】
この原理は、酸素と窒素とを主成分とする空気から酸素（若しくは窒素）を分離する場合に限らず、磁性の異なる２種類以上の物質を分離する方法に広く用いることができる。
【００３８】
以下に図面を参照して、本発明による磁性の異なる物質を分離する装置（以下、「分離装置」という）の具体的構成と、本発明による分離装置を用いて空気から酸素ガス（正確には酸素富化空気）を分離する方法について説明する。
【００３９】
［第１の実施の形態］
まず、第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を説明する図である。
【００４０】
図１に示すように、反応装置は、非磁性体からなる円筒状の処理容器１を有している。この処理容器１には、少なくとも２種類の物質を含む混合物例えば空気を処理容器１内に導入するための導入口（導入管）４と、前記混合物を構成する物質のうち磁化率の高い物質（本例では酸素）を多く含む混合物（本例では酸素富化空気）を処理容器１から排出するための第１の排出口（排出管）６と、前記混合物を構成する物質のうち磁化率の低い物質若しくは反磁性体（本例では窒素）を多く含む混合物（本例では窒素富化空気）を処理容器１Ａから排出するための第２の排出口（排出管）８とを有している。
【００４１】
排出口６は、処理容器１の円筒形状の底面部分に該当する一方の側部に設けられており、排出口８は、処理容器１の円筒形状の底面部分に該当する他方の側部に設けられている。また、導入口４は、排出口６と同じ側の容器側部に設けられている。
【００４２】
導入口４および排出口６、７には、処理容器１内部と処理容器１外部との連通を断つためのバルブ３、５、７がそれぞれ設けられている。
【００４３】
略円筒状の処理容器１の外側には、複数のリング状（円筒状）のコイル２（電磁石）が、処理容器１の軸線方向に沿って、処理容器１と同軸的に配設されている。言い換えれば、コイル２のボア内に処理容器１が配置されている。
【００４４】
コイル２は、好ましくは処理容器１の全域を均等にカバーするように等間隔に配置される。コイル２は、図示しない支持部材により固定支持されている。コイル２としては、超伝導コイルおよび常電導コイルのいずれも用いることができる。
【００４５】
各コイル２は通電制御装置（図示せず）に接続されており、この通電制御装置により各コイル２への通電状態を独立して制御することができるようになっている。
【００４６】
次に、上記構成を有する分離装置を用いて、空気中から酸素富化空気を分離する方法について説明する。
【００４７】
まずバルブ５、７を閉じてバルブ３を開き、導入口４から空気を処理容器１内に導入する。その後導入口４のバルブ３は閉じておく。
【００４８】
次に、コイル２を１個づつ若しくは複数個づつ励磁と消磁を繰り返すことにより、あるいは予め全てのコイル２を励磁しておきその後導入口４の側から順にコイル２を消磁してゆくことにより、磁場を導入口４側から排出口６側に向かって移動させる。すなわち、磁束密度の高い領域を排出口６側に次第に移行させてゆく。すると、この磁場に拘束された酸素は導入口４側から排出口６側に向かって流れるようになる。そして酸素は排出口６から排出される。
【００４９】
なお、磁場の移動速度を小さくして酸素を排出口６にゆっくりと集め、排出口６に接続した吸引ポンプ等により処理容器１内の酸素を吸引排出することも可能である。
【００５０】
一方、磁石２による力を受けない窒素は処理容器１内に取り残されるので、これを排出口８から吸引ポンプ等を介して吸引排出する。排出口８からは窒素富化空気が得られる。
【００５１】
窒素を排出した後、新たに導入口４から空気を処理容器１に吸入して、同じサイクルを繰り返す。これにより排出口６からは酸素富化空気が、排出口８からは窒素富化空気が得られる。
【００５２】
上記第１実施形態に係る分離装置を用いて空気から酸素を分離する試験を行った。温度は室温、気圧は０．１ＭＰａ、発生磁場は１０Ｔ（テスラ）にて試験を行ったところ、能力は純酸素換算出力でおよそ２０００Ｎｍ３／ｈ、得られた酸素の濃度は８２〜８５％まで、圧力は０．３ＭＰａであった。
【００５３】
上記試験と同じ運転動力で、電気分解による方法もしくは深冷分離法もしくは吸着分離法もしくは膜分離法によって、空気中から酸素分離すると、能力は純酸素換算出力で１／２以下となる。すなわち、本実施形態によれば、高効率で酸素分離を行うことができる。
【００５４】
［第２の実施形態］
次に、図２を参照して第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態に対して、処理容器の内部空間を複数の部屋に区画する酸素透過性膜が設けられている点が異なり、他は第１の実施形態の構成と同一である。第２の実施形態において第１の実施形態と同一部分については同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５５】
図２に示すように、処理容器１の内部空間は、複数の酸素透過性膜９により複数の部屋１ａ，１ａ・・・に区画されている。各部屋の外側にはコイル２が１つずつ設けられている。酸素透過性膜９の材料としては、ポリジメチルシロキサン−ポリカーボネートブロック共重合体、ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリ［１−（トリメチルシリル）−１−プロピン］（ＰＭＳＰ）等を使用することができる。
【００５６】
次に作用について説明する。
【００５７】
導入口４から空気を処理容器１内に導入して、第１の実施形態と同様にコイル２の励磁および消磁を行い、磁束密度の高い領域を排出口６側に次第に移行させてゆくと、酸素を排出口６側に集めることができる。
【００５８】
本実施形態においては、酸素透過性膜９が設けられているため、酸素透過性膜９を通過して排出口６側の部屋１ａにひとたび移動した酸素は、その部屋１ａから排出口８側の部屋１ａに戻ることはない。このため、第１の実施形態に比べて排出口６側の酸素濃度を高くすることができる。従って、より純度の高い酸素富化空気を得ることができる。なお、窒素富化空気を得る必要がある場合、若しくは酸素および窒素の分離処理後の各部屋の窒素をより完全に排出したい場合には、各部屋１ａに対応して排出口を設けてもよい。
【００５９】
上記第２実施形態に係る分離装置を用いて空気から酸素を分離する試験を行った。温度は室温、気圧は０．１ＭＰａ、発生磁場は１０Ｔにて試験を行ったところ、能力は純酸素換算出力でおよそ２０００Ｎｍ３／ｈ、得られた酸素の濃度は８５〜９０％まで、圧力は０．３ＭＰａであった。
【００６０】
すなわち、本実施形態のように、磁場作用と膜分離法とを組み合わせることにより、さらに高効率で酸素分離を行うことができる。
【００６１】
［第３の実施形態］
次に、図３を参照して第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は第１の実施形態に対して、コイルが１つだけ処理容器の軸方向に沿って移動可能に設けられている点が異なり、他は第１の実施形態の構成と同一である。第３の実施形態において第１の実施形態と同一部分については同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００６２】
図３に示すように、本実施形態においては、コイル２は１つだけ設けられている。このコイル２は、図示しない軸線方向駆動装置により処理容器１の軸方向（図３左右方向）に沿って移動可能となっている。
【００６３】
次に作用について説明する。
【００６４】
まず、導入口４から空気を処理容器１内に導入して、その後バルブ３、５、７を閉じる。
【００６５】
次に、コイル２を導入口４（排出口８）側に移動させて、コイル２を励磁する。そしてコイル２を導入口４側から排出口６側に移動させ、磁束密度の高い領域を導入口４側から排出口６側に移動させる。すると、この磁場に拘束された酸素は導入口４側から排出口６側に向かって流れるようになる。そして酸素は排出口６から排出される。そして処理容器１内に取り残された窒素は排出口８から排出する。
【００６６】
上記実施形態によれば、第１の実施形態と略同一の効果が得られる。更に、本実施形態によれば、コストの高いコイル２の個数を減らすことができるため、装置全体のコストを減らすことができる。
【００６７】
なお、上記実施形態においては、処理容器１を固定してコイル２を動かす構成となっているが、これに限定されるものではなく、コイル２を固定して処理容器１を動かす構成としてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態においては、処理容器１内に磁場を形成する手段としてコイル２を用いたが、このコイル２に代えてリング状（円筒状）の永久磁石を用いてもよい。
【００６９】
上記第３実施形態に係る分離装置を用いて空気から酸素を分離する試験を行った。温度は室温、気圧は０．１ＭＰａ、発生磁場は１０Ｔにて試験を行ったところ、能力は純酸素換算出力でおよそ２０００Ｎｍ３／ｈ、得られた酸素の濃度は８２〜８５％までの範囲で、圧力は０．３ＭＰａであった。すなわち性能的には第１の実施形態の装置と同程度であった。
【００７０】
［第４の実施形態］
次に、図４を参照して第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は第２の実施形態に対して、コイルが１つだけ処理容器の軸方向に沿って移動可能に設けられている点が異なり、他は第２の実施形態の構成と同一である。第４の実施形態において第２の実施形態と同一部分については同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００７１】
図４に示すように、本実施形態においては、コイル２は１つだけ設けられている。このコイル２は、図示しない軸線方向駆動装置により処理容器１の軸方向（図４左右方向）に沿って移動可能となっている。
【００７２】
次に作用について説明する。
【００７３】
第３の実施形態と同様に、導入口４から空気を処理容器１内に導入して、励磁したコイル２を導入口４側から排出口６側に移動させると、酸素は酸素透過性膜９を透過して排出口６側に集まるため、これを排出口６から排出する。これにより酸素富化空気を得ることができる。
【００７４】
上記実施形態によれば、第２の実施形態と略同一の効果が得られる。更に、本実施形態によれば、第３の実施形態と同様に、コストの高いコイル２の個数を減らすことができるため、装置全体のコストを減らすことができる。
【００７５】
なお、本実施形態においても、第３の実施形態で説明したのと同様に、コイル２を固定して処理容器１を動かす構成としてもよいし、処理容器１内に磁場を形成する手段としてコイル２に代えてリング状（円筒状）の永久磁石を用いてもよい。
【００７６】
上記第４実施形態に係る分離装置を用いて空気から酸素を分離する試験を行った。温度は室温、気圧は０．１ＭＰａ、発生磁場は１０Ｔにて試験を行ったところ、能力は純酸素換算出力でおよそ２０００Ｎｍ３／ｈ、得られた酸素の濃度は８５〜９０％までの範囲で、圧力は０．３ＭＰａであった。すなわち、性能的には第２の実施形態の装置と同程度であった。
【００７７】
［第５の実施形態］
次に、図５を参照して第５の実施形態について説明する。第５の実施の形態において、第１の実施形態と同一機能を果たす部材については、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００７８】
図５に示すように、非磁性体からなる円筒状の処理容器１の外周面の上側には、導入口４および第２の排出口８が設けられている。また、処理容器１の外周面の下側には、第１の排出口６が設けられている。導入口４および排出口６、８には、処理容器１内部と処理容器１外部との連通を断つためのバルブ３、５、７がそれぞれ設けられている。
【００７９】
略円筒状の処理容器１の外側には、複数のリング状（円筒状）のコイル２（電磁石）（超伝導コイルまたは常電導コイルのいずれでもよい）が、処理容器１の軸線方向に沿って、処理容器１Ａと同軸的に配設されている。
【００８０】
コイル２は、処理容器１の軸方向全域にわたって、軸方向に所定の間隔をおいて等間隔に配置されている。コイル２は、図示しない支持部材により固定支持されている。超伝導コイルおよび常電導コイルのいずれも用いることができる。
【００８１】
処理容器１の内部空間のうちコイル２のボア内に位置する部分（コイル２に覆われている部分）には、何も設けられていない。一方、処理容器１の内部空間のうち互いに隣接するコイル２、２の隙間に対応する部分には、窒素を吸着する性質を有する吸着材１０が設けられている。すなわち、別の言い方をすれば、処理容器１の軸方向に沿って、コイル２および吸着材１０が交互に設けられている。吸着材１０としては、天然ゼオライトまたは合成ゼオライトを用いることができる。
【００８２】
次に、上記構成を有する分離装置を用いて、空気中から酸素富化空気を分離する方法について説明する。
【００８３】
まずバルブ５、７を閉じてバルブ３を開き、導入口４から空気を処理容器１内に導入する。その後導入口４のバルブ３は閉じておく。
【００８４】
次に、図示しない通電制御装置により各コイル２に通電し、各コイル２を励磁する。すると、処理容器１内の磁場の強さ（磁束密度）は、各コイル２のボアに対応する部分、すなわち吸着材１０同士の間の部分が高くなる。このため、処理容器１内の酸素は吸着材１０を避けて、磁場の強い吸着材１０間の領域に集まる。一方、窒素は磁場の力を受けないため、吸着材１０に吸着される。この際、磁場作用によって、酸素が吸着材１０の周囲からなくなるため、窒素の吸着量は磁場のない場合に比べ大幅に増加する。
【００８５】
このように処理容器１内において酸素と窒素とを分離した後、排出口６から酸素を吸引排出する。
【００８６】
吸着材１０に吸着され処理容器１内に取り残された窒素は、排気口８を介して真空ポンプ等により処理容器１内を減圧することにより、吸着材１０から脱離し、排気口８から排出される。
【００８７】
窒素排出後、新たに導入４から空気を処理容器１内に吸入して、上記と同じサイクルを繰り返すことにより、排出口６から酸素富化空気を、排出口８から窒素富化空気を得ることができる。
【００８８】
なお、上記実施形態においては、処理容器１内に磁場を形成する手段としてコイル２を用いたが、このコイル２に代えてリング状（円筒状）の永久磁石を用いてもよい。
【００８９】
上記第５実施形態に係る分離装置を用いて空気から酸素を分離する試験を行った。温度は室温、気圧は０．１ＭＰａ、発生磁場は１０Ｔにて試験を行ったところ、能力は純酸素換算出力でおよそ２０００Ｎｍ３／ｈ、得られた酸素の濃度は９０〜９５％まで、圧力は０．３ＭＰａであった。
【００９０】
すなわち、本実施形態のように、磁場作用と吸着分離法とを組み合わせることにより、さらに高効率で酸素分離を行うことができる。
【００９１】
以上説明したように、第１乃至第５の実施形態によれば、空気中の酸素（または窒素）を高効率で分離することができる。なお、上記実施形態においては、本発明による分離装置を空気から酸素を分離するために用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明による分離装置は、互いに磁性の異なる２種類以上の物質からなる任意の混合物を分離する目的で使用することができる。また、上記実施形態においては、分離対象の混合物が気体であったが、気体以外の相の物質を分離する目的で使用することも可能である。
【００９２】
次に、第１乃至第５の実施形態に記載の分離装置の応用例について説明する。以下に説明する第１乃至第３の応用例は、上述した分離装置を酸素分離システムに組み込んだものである。各応用例を示す図面（図６乃至図９）において、本発明による分離装置（酸素分離装置）には、参照符号Ｓを付す。
【００９３】
［第１の応用例］
まず、図６を参照して第１の応用例について説明する。図６は、本発明による分離装置Ｓが組み込まれた酸素分離システムの系統図である。
【００９４】
図６に示すように、本例の酸素分離システムは、本発明による酸素分離装置Ｓに、空気濾過機５１、空気送風機５２、バルブ５７、窒素を吸着する性質を有する吸着材（例えばゼオライト）を収容した吸着塔５３、酸素レシーバ５４、真空ポンプ５５およびセパレータ５６からなる吸着分離法による酸素分離ユニットを結合して構成されている。
【００９５】
次に、作用について説明する。酸素分離装置Ｓによって製造した酸素富化空気を空気濾過機５１で濾過し、空気送風機５２で吸着塔５３に供給して、窒素、炭酸ガスおよび水分を吸着させ、残った酸素を酸素レシーバ５４から取り出す。吸着塔５３内のゼオライトに吸着された窒素、炭酸ガスおよび水分は、真空ポンプ５５で脱着させて排気する。
【００９６】
上記の酸素分離システムを用いて空気から酸素を分離する試験を行った。なお、試験条件は、温度は室温、気圧は０．１ＭＰａである。酸素分離装置Ｓを用いずに、通常空気を空気濾過機５１に送ったとき、すなわち吸着分離法単独のときの、能力は純酸素換算出力でおよそ１０００Ｎｍ３／ｈ、得られた酸素の濃度は９０〜９３％まで、圧力は０．３ＭＰａであった。
【００９７】
一方、発生磁場を１０Ｔとして酸素分離装置Ｓを用いて製造した酸素濃度を４０％に高めた酸素富化空気を空気濾過器５１に送ったときの能力は、純酸素換算出力でおよそ２０００Ｎｍ３／ｈ（得られた酸素の濃度は９５％、圧力は０．３ＭＰａ）であり、能力は２倍以上に向上した。
【００９８】
吸着分離法単独の酸素分離ユニットで同程度の能力を得ようとすると、装置と運転動力とを合わせたコストは、１つの吸着分離法単独の酸素分離ユニットに対して２倍程度となる。酸素分離装置Ｓと吸着分離法単独の酸素分離ユニットとを結合した装置では、超電導コイルを用いると、装置と運転動力を合わせたコストは１．５倍程度で済み、経済的である。
【００９９】
［第２の応用例］
次に、図７を参照して第２の応用例について説明する。図７は、本発明による分離装置Ｓが組み込まれた酸素分離システムの系統図である。
【０１００】
図７に示すように、本例の酸素分離システムは、本発明による酸素分離装置Ｓに、圧縮機６１、冷却機６２、吸着器６３、熱交換器６４、高圧塔６５、精留塔６６、低圧塔６７、過冷器６８および膨張タービン６９からなる深冷分離法による酸素分離ユニットを結合して構成する。
【０１０１】
次に、作用について説明する。まず、酸素分離装置Ｓにより製造した酸素富化空気を圧縮機６１に送って１乃至４ＭＰａに圧縮する。次に、冷却器６２で冷却された水分を凝縮除去した後、交互に吸着と再生が繰り返される２箇１組の吸着器６３の吸着サイクルにある筒を通り、充填されている合成ゼオライトによって水分と炭酸ガスが完全に吸着除去される。
【０１０２】
この精製された圧縮空気は熱交換器６４で−１００℃以下の低温まで冷却され、また膨張タービン６９で−１５０℃以下の低温を発生させて、これで装置に必要な寒冷を与え、次に精留塔６６の下部の低圧塔６７に供給され、蒸留により頂部の液体窒素と底部の酸素富化液体空気に分離される。これらは上部の高圧塔６５に還流される。高圧塔６５で窒素は塔頂部、酸素は塔底部に回収される。酸素は熱交換器６４で常温まで加熱される。窒素からは過冷器６８で熱交換する。また、液体酸素と液体窒素とも精留塔６６から取り出される。
【０１０３】
上記の酸素分離システムを用いて空気から酸素を分離する試験を行った。なお、試験条件は、温度は室温、気圧は０．１ＭＰａである。酸素分離装置Ｓを用いずに、通常空気を圧縮機６１に送ったとき、すなわち深冷分離法単独のときの能力は、純酸素換算出力でおよそ３００００Ｎｍ３／ｈ、得られた酸素の濃度は９９．５％、圧力は０．１ＭＰａであった。
【０１０４】
一方、発生磁場を１０Ｔとして酸素分離装置Ｓを用いて製造した酸素濃度を４０％に高めた酸素富化空気を圧縮機６１に送ったときの能力は、純酸素換算出力でおよそ６００００Ｎｍ３／ｈ（得られた酸素の濃度は９９．５％、圧力は０．１ＭＰａ）であり、能力は２倍以上に向上した。
【０１０５】
深冷分離法単独の酸素分離ユニットで同程度の能力を得ようとすると、装置と運転動力とを合わせたコストは、１つの深冷分離法単独の酸素分離ユニットに対して２倍程度となる。酸素分離装置Ｓと深冷分離法単独の酸素分離ユニットとを結合した装置では、超電導コイルを用いると、装置と運転動力とを合わせたコストは１．５倍程度で済み、経済的である。
【０１０６】
［第３の応用例］
次に、図８を参照して第３の応用例について説明する。図８は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれた酸素分離システムの系統図である。
【０１０７】
図８に示すように、本例の酸素分離システムは、本発明による酸素分離装置Ｓに、空気濾過器７１、酸素富化膜ユニット７２、吸引ブロア７３および排気ファン７４からなる膜分離法による酸素分離ユニットを結合して構成される。
【０１０８】
酸素分離装置Ｓによって製造した酸素富化空気は空気濾過器７１に送ってゴミを濾過した後、酸素富化膜ユニット７２の間を流通し、窒素富化窒気となり排気ファン７４によって排出される。酸素富化空気は吸引ブロア７３によって吸出される。
【０１０９】
上記の酸素分離システムを用いて空気から酸素を分離する試験を行った。なお、試験条件は、温度は室温、気圧は０．１ＭＰａである。酸素分離装置Ｓを用いずに、通常空気を空気濾過器７１に送ったとき、すなわち膜分離法単独のときの能力は、純酸素換算出力でおよそ１０００Ｎｍ３／ｈ、得られた酸素の濃度は３０％、圧力は０．１ＭＰａであった。
【０１１０】
一方、発生磁場を１０Ｔとして酸素分離装置Ｓを用いて製造した酸素濃度を４０％に高めた酸素富化空気を圧縮機６１に送ったときの能力は、純酸素換算出力でおよそ２０００Ｎｍ３／ｈ（得られた酸素の濃度は６０％、圧力は０．１ＭＰａ）であり、能力は２倍以上に向上した。
【０１１１】
膜分離法単独の酸素分離ユニットで同程度の能力を得ようとすると、装置と運転動力とを合わせたコストは、１つの膜分離法単独の酸素分離ユニットに対して２倍程度となる。酸素分離装置Ｓと膜分離法単独の酸素分離ユニットとを結合した装置では、超電導コイルを用いると、装置と運転動力とを合わせたコストは１．５倍程度で済み、経済的である。
【０１１２】
次に、第１乃至第５の実施形態に記載の分離装置のさらなる応用例について説明する。以下に説明する第４乃至第１７の応用例は、本発明による分離装置を各種プラントに組み込んだものである。各応用例を示す図面（図９〜図２２）において、本発明による分離装置（酸素分離装置）には、参照符号Ｓを付す。
【０１１３】
［第４の応用例］
図９を参照して第４の応用例について説明する。図９は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれたガス化複合発電システムの系統図である。
【０１１４】
図９に示したガス化複合発電システムは、図２３に示した従来のガス化複合発電システムに対して、酸素分離ユニット７９を、本発明に係る酸素分離装置Ｓに置換した点のみ異なり、他は従来例の構成と同一である。図９に示す本応用例において、図２３に示す従来例と同一部分については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
従来のガス化複合発電システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低湿・高圧で運転されることになるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。
【０１１６】
しかし、本応用例によれば、ガス化複合発電システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転することが可能となるため、高圧ガス取締法の対象外となる。また、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離することができるため、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１１７】
［第５の応用例］
次に、図１０を参照して第５の応用例について説明する。図１０は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれたＣＯ２回収型火力発電システムの系統図である。
【０１１８】
図１０に示すように、ＣＯ２回収型火力発電システムは、本発明による酸素分離ユニットＳ、改質器９２、復水器９３、水素分離膜９４、水素圧縮機９５、水素燃焼器９６、ＣＯタービン９７、空気圧縮機９８、ガスタービン９９、発電機１００、蒸気タービン１０１、排熱回収ボイラ１０２、ポンプ１０３およびＣＯ２排熱回収ボイラ１０４から構成されている。燃料は天然ガスもしくは石炭などを使用する。
【０１１９】
次に作用について説明する。まず、天然ガスを改質用蒸気とともに改質器９２に供給し、高温高圧化で改質しＨ２とＣＯ（ＣＯ２，ＣＨ４）とに水素分離膜９４で分離し、ＣＯ（ＣＯ２，ＣＨ４）はＣＯタービン９７の燃料として供給しＣＯタービン９７を駆動し発電機１００を駆動させて発電した後、改質器９２に戻し、空気から酸素を分離する酸素分離装置Ｓによって製造した純度９５％以上の酸素で燃焼させ、改質に必要な反応熱を与える。
【０１２０】
燃焼ガスは高温高圧の高濃度ＣＯ２となるので、ＣＯ２排熱回収ボイラ１０４で動力熱回収した後、高濃度ＣＯ２を直接回収する。水素分離膜９４で分離したＨ２は水素圧縮機９５で圧縮して、空気圧縮機９８で圧縮した空気と共に、水素燃焼器９６で燃焼させ、燃焼ガスをガスタービン９９の燃料として供給して駆動し発電機１００を駆動させて発電する。さらに、ガスタービン９９の排熱を利用して排熱回収ボイラ１０２で蒸気を発生させ、蒸気タービン１０１を駆動して発電機１００を駆動させて発電して、高効率発電を行う。
【０１２１】
蒸気タービン１０１から排気された蒸気は復水器９３で冷却され凝縮し復水となり、ポンプ１０３で排熱回収ボイラ１０２に給水される。ＣＯ２排熱回収ボイラ１０４および排熱回収ボイラ１０２から出た高濃度ＣＯ２は、冷却して脱水された後排気される。
【０１２２】
従来のＣＯ２回収型火力発電システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されることになるため、高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。
【０１２３】
しかし、上記システムのように、ＣＯ２回収型火力発電システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転されるので高圧ガス取締法の対象外となる。また、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できるため、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１２４】
［第６の応用例］
次に、図１１を参照して第６の応用例について説明する。図１１は、本発明による分離装置Ｓが組み込まれた汽力発電システムの系統図である。
【０１２５】
図１１に示すように、汽力発電システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、通風機１１１、予熱器１１２、ボイラ１１３、蒸気タービン１１４、発電機１１５、復水器１１６、ポンプ１１７および排気口１１８にて構成する。
【０１２６】
次に、作用について説明する。まず、酸素製造装置Ｓで製造した酸素富化空気を通風機１１１によって予熱器１１２に送って加熱後、燃料とともにボイラ１１３に供給して燃焼し蒸気を発生させ、蒸気タービン１１４を駆動して発電機１１５を駆動させて発電する。
【０１２７】
蒸気タービン１１４から排気された蒸気は復水器１１６で冷却され凝縮して復水となり、ポンプ１１７でボイラ１１３に給水される。燃焼ガスは予熱器１１２で熱回収後、排気口１１８に送られ排気される。
【０１２８】
従来の汽力発電システムでは、ボイラ１１３に酸素富化空気ではなく、通常の空気を供給するが、上記システムのように、ボイラ１１３に酸素富化空気を供給すると、通常の空気を供給する場合に比べて、燃焼効率を上げて発電効率を上げたり、燃料を節減することが可能となる。
【０１２９】
酸素富化空気の製造に従来の深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いることも考えられるが、低温・高圧で運転されることになるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要する。
【０１３０】
しかし、上記システムのように、汽力発電システムの酸素分離ユニットととして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転されるので高圧ガス取締法の対象外となる。また、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できるため、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１３１】
また、ボイラ１１３に酸素富化空気を供給して燃焼を行うと、以下のような利点も得られる。すなわち、（１）燃焼生成ガスの主成分がＣＯ２とＨ２Ｏとである場合、排気口１１８でＨ２Ｏを冷却して除去して、高濃度のＣＯ２を回収する、（２）あるいは、燃焼生成ガスの主成分がＣＯ２とＨ２Ｏとである場合、触媒によってＣＯ２とＨ２Ｏを反応させ、ＣＯ２を他の物質、例えば炭化水素、メタン、メタノール等の含炭素化合物に変換すること、（３）あるいは、燃焼生成ガスが高濃度のＣＯ２の場合、もしくは高濃度のＣＯ２を回収した場合、Ｈ２やＨ２Ｏ等を混ぜ触媒によって反応させ、ＣＯ２を他の物質、例えば炭化水素、メタン、メタノール等の炭化水素化合物もしくは含酸素炭化水素化合物に変換することができる。
従来の汽力発電システムでは、ボイラ１１３に酸素富化空気ではなく、通常の空気を供給して、燃焼生成ガス中のＣＯ２をそのまま排気するので、大気中のＣＯ２濃度を上昇させるが、大気中のＣＯ２は地球温暖化の原因の一つと考えられており、ＣＯ２を排出しないシステムの開発が社会的に急務となってる。しかし、以上のシステムのように、ボイラ１１３に酸素富化空気を供給すると、ＣＯ２を排出を抑制し、回収もしくは他の物質に変換処理することが可能となる。
【０１３２】
［第７の応用例］
次に、図１２を参照して第７の応用例について説明する。図１２は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれたガスタービン発電システムの系統図である。
図１２に示すように、ガスタービン発電システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、圧縮機１２１、発電機１２２、ガスタービン１２３、燃焼器１２４、排気口１２５から構成される。
【０１３３】
次に、作用について説明する。まず、酸素分離装置Ｓにより製造した酸素富化空気を圧縮機１２１で圧縮して高圧にした後に燃料を投入して燃焼器１２４で燃焼させ、高温の燃焼ガスでガスタービン１２３を駆動して発電機１２２を駆動させて発電する。ガスタービン１２３の燃焼ガスは排気口１２５に送られ排気される。
【０１３４】
従来のガスタービン発電システムでは、燃焼器１２４に酸素富化空気ではなく、通常の空気を供給するが、上記のシステムのように、燃焼器１２４に酸素富化空気を供給すると、通常の空気を供給する場合に比べて、燃焼効率を上げて発電効率を上げたり、燃料を節減することが可能となる。
【０１３５】
酸素富化空気の製造に従来の深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いることも考えられるが、低温・高圧で運転されることになるため、高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要する。
【０１３６】
しかし、上記システムのように、ガスタービン発電システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転されるので高圧ガス取締法の対象外となり、また、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できるため、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１３７】
［第８の応用例］
次に、図１３を参照して第８の応用例について説明する。図１３は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれた複合発電システムの系統図である。
【０１３８】
図１３に示すように、複合発電システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、圧縮機１３１、発電機１３２、燃焼器１３３、ガスタービン１３４、排熱回収ボイラ１３５、蒸気タービン１３６、復水器１３７、ポンプ１３８、排気口１３９から構成される。
【０１３９】
次に、作用について説明する。まず、酸素分離装置Ｓにより製造した酸素富化空気を圧縮機１３１で圧縮して高圧にした後に燃料を投入して燃焼器１３３で燃焼させ、高温の燃焼ガスでガスタービン１３４を駆動して発電機１３２を駆動させて発電する。
【０１４０】
ガスタービン１３４から放出された排気ガスを、排熱回収ボイラ１３５に導き、排気ガスの熱エネルギにより蒸気を発生させて蒸気タービン１３６を駆動し発電機１３２を駆動させて発電する。蒸気タービン１３６から排気された蒸気は復水器１３７で冷却され凝縮して復水となり、ポンプ１３８で排熱回収ボイラ１３５に給水される。排熱回収ボイラ１３６の排気ガスは排気口１３９に送られ排気される。
【０１４１】
従来の複合発電システムでは、燃焼器１３３に酸素富化空気ではなく、通常の空気を供給するが、上記システムのように、燃焼器１３３に酸素富化空気を供給すると、通常の空気を供給する場合に比べて、燃焼効率を上げて発電効率を上げたり、燃料を節減することが可能となる。
【０１４２】
酸素富化空気の製造に従来の深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いることも考えられるが、低温・高圧で運転されるため、高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要する、
しかし、上記システムのように、複合発電システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離ユニット１３０を用いると、常温・常圧で運転されるので高圧ガス取締法の対象外であると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１４３】
［第９の応用例］
次に、図１４を参照して第９の応用例について説明する。図１４は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれた銅精錬システムの系統図である。
【０１４４】
図１４に示すように、銅精錬システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、圧縮機１４１、ガスホルダ１４２、燃焼器１４３、ブロア１４４、硫酸工場１４５、乾燥機１４６、特殊加熱炉１４７、自溶炉１４８、ボイラ１４９、サイクロン１５０および電気集塵機１５１から構成される。
【０１４５】
次に、作用について説明する。まず、銅を２５〜３０％の範囲で含む粉末の硫化物精鉱を乾燥機１４６で乾燥して、特殊加熱炉１４７で加熱して、自溶炉１４８に投入する。同時に酸素分離ユニットＳによって製造した酸素富化空気を予熱して燃料と共に自溶炉１４８内に吹き込み、鉱石中の一部の硫黄と鉄及び燃料を燃焼し、炉温の１２５０〜１３００℃までを維持する。銅はＣｕ２Ｓ，ＦｅＳを主成分とするマット（Ｃｕ４０〜６０％まで）となり、鉄は酸化されて主にＦｅＯ，ＳｉＯ２を主成分とするスラグとなる。燃焼した硫黄はＳＯ２となって排ガス中に入り、ボイラ１４９、サイクロン１５０、電気集塵機１５１を経て、硫酸工場１４５に送られる。自溶炉１４８で作られたマットは銅の転炉１４３に入れられ、酸素分離装置Ｓによって製造した酸素富化空気を圧縮機１４１で圧縮してプロア１４４で転炉１４３に送って酸化され、粗銅とされる。排ガスはブロア１４４で硫酸工場１４５に送られる。
【０１４６】
従来の銅製錬システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。
【０１４７】
しかし、上記システムのように、銅製錬システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明による酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転されるので高圧ガス取締法の対象外であると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１４８】
［第１０の応用例］
次に、図１５を参照して第１０の応用例について説明する。図１５は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれた鉄鋼製造システムの系統図である。
【０１４９】
図１５に示すように、鉄鋼製造システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、コークス炉１６１、破砕機１６２、篩分器１６３、焼結器１６４、溶鉱炉１６５、熱風炉１６６、送風機１６７、混銑炉型溶銑台車１６８、混銑炉１６９、平炉１７０、転炉１７１および電気炉１７２から構成される。
【０１５０】
次に、作用について説明する。まず、石炭をコークス炉１６１で乾留してコークスを作る、同時に鉄鉱石を破砕機１６２で破砕して、篩分器１６３で粉鉱と整粒鉱とに篩分けした後、粉鉱を焼結機１６４に焼結原料（石灰石、粉コークス及び床敷焼結鉱）と共に投入して焼結して焼結鉱を得る。
【０１５１】
次に、コークス及び整粒鉱、焼結鉱、マンガン鉱石、石灰石及びペレットを溶鉱炉１６５に投入して、重油と送風機１６７から熱風炉１６６に空気を送り込んで作った熱風を送り込んで、溶銑を作る。
【０１５２】
次に、得られた溶銑を混銑炉型溶銑台車１６８もしくは混銑炉１６９に投入して混銑を作る。
【０１５３】
次に、混銑、スクラップ及び副原料（生石灰、石灰石、蛍石及び鉄鉱石）を平炉１７０もしくは転炉１７１もしくは電気炉１７２に投入する。平炉１７０には酸素分離装置Ｓによって製造した酸素と重油とを供給して溶鋼を製造する。転炉１７１には酸素分離装置Ｓによって製造した酸素を供給して溶鋼を製造する。電気炉１７２には酸素製造装置Ｓにより製造した酸素と電力とを供給して溶鋼を製造する。
【０１５４】
従来の鉄鋼製造システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットが低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。
【０１５５】
しかし、上記システムのように、鉄鋼製造システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力が高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転されるので高圧ガス取締法の対象外となると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分岐できるため、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１５６】
［第１１の応用例］
次に、図１６を参照して第１１の応用例について説明する。図１６は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれたキュポラシステムの系統図である。
【０１５７】
図１６に示すように、キュポラシステムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、キュポラ送風機１８１、制御弁１８２およびキュポラ１８３により構成される。
【０１５８】
燃料兼加炭材としてのコークスと、原料となる屑鉄や銑鉄を交互にキュポラ１８３の上部から投入し、キュポラ１８３の下部から着火して、酸素分離ユニットＳによって製造した酸素をキュポラ送風機１８１によって制御弁１８２で制御しながら送風して燃焼する。それによって、１４００〜１５００℃までで溶融し、加炭された融鉄がキュポラ１８３の下部に溜まる。この融鉄を鋳型に流し込んで冷却固化し、製品としての鋳物とする。
【０１５９】
従来のキュポラシステムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。しかし、上記システムのように、キュポラシステムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転することができるので高圧ガス取締法の対象外となると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１６０】
［第１２の応用例］
次に、図１７を参照して第１２の応用例について説明する。図１７は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれたセラミックス高温焼成システムの系統図である。
【０１６１】
図１７に示すように、セラミックス高温焼成システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、燃焼ブロア１９１、制御弁１９２および高温焼成炉１９３から構成される。
【０１６２】
高温焼成炉１９３に、酸素分離装置Ｓによって製造した酸素を燃焼ブロア１９１によって制御弁１９２で制御しながら送風すると共に、燃料となる都市ガスを制御弁１９２によって制御しながら供給して、千数百度の高温で燃焼して、セラミックス（耐火レンガやファインセラミックスなど）を焼成する。
【０１６３】
従来のセラミックス高温焼成システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。しかし、上記システムのように、セラミックス高温焼成システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転することができるので高圧ガス取締法の対象外となると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１６４】
［第１３の応用例］
次に、図１８を参照して第１３の応用例について説明する。図１８は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれた都市ゴミ処理システムの系統図である。
【０１６５】
図１８に示すように、都市ゴミ処理システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、ゴミピット２０１、クレーン２０２、破砕機２０３、破砕ゴミピット２０４、排水ピット２０５、溶融熱分解炉２０６、スラグ冷却槽２０７、スラグホッパ２０８、ガス燃焼炉２０９、廃熱ボイラ２１０、電気集塵器２１１、押込送風機２１２、排気口２１３および灰処理装置２１４から構成される。
【０１６６】
次に、作用について説明する。まず、都市ゴミをゴミピット２０１に投入して排水して、クレーン２０２で破砕機２０３に投入して破砕した後、破砕ゴミピット２０４に投入して排水した後、クレーン２０２で溶融熱分解炉２０６に投入する。排水は排水ピット２０５に集める。同時に酸素分離装置Ｓにより製造した酸素とＬＰガスとを溶融熱分解炉２０６に供給して、都市ゴミを燃焼する。酸素を用いるので焼却温度は１７００℃程度まで上昇し、ゴミ中の無機物は溶融して大幅に滅溶する。
【０１６７】
溶融スラグはスラグ冷却槽２０７で冷却した後、粒状スラグとなりスラグホッパ２０８に集められる。また、一酸化炭素、メタンなどを含む発生ガスは灯油やＬＰガスと共にガス燃焼炉２０９の燃料として利用し、排熱ボイラ２１０で熱回収した後、電気集塵器２１１で粉塵を除去して押込送風機２１２によって排気口２１３に送り排気する。
【０１６８】
ガス燃焼炉２０９、廃熱ボイラ２１０、電気集塵器２１１から出た灰は、灰処理装置２１４に集めて処理する。
【０１６９】
従来の都市ゴミ処理システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。しかし、上記システムのように、都市ゴミ処理システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転することができるので高圧ガス取締法の対象外となると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１７０】
［第１４の応用例］
次に、図１９を参照して第１４の応用例について説明する。図１９は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれた排水処理システムの系統図である。
【０１７１】
図１９に示すように、排水処理システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、酸素ガス供給弁２２１、廃水処理槽（エアレーションタンク）２２２、プロペラモータ２２３、プロペラ２２４、酸素濃度分析計２２５、排ガス流量調節弁２２６、混合液沈殿池２２７およびポンプ２２８から構成される。
【０１７２】
次に、作用について説明する。まず、有機性産業廃水や家庭廃水（下水）を廃水処理槽２２２に流し込む。また、混合液沈殿池２２７からの返送汚泥をポンプ２２８により廃水に対して２０〜３０％までの割合で混合して廃水処理槽２２２に流し込む。そして、酸素分離装置Ｓによって製造した約９０％濃度の酸素を廃水処理槽２２２に供給し、４〜８時間までの間プロペラ２２４による攪拌とプロペラシャフトからの酸素曝気とによって酸素溶解して微生物で分解する。廃水処理槽２２２内の酸素濃度は酸素濃度分析計２２５によりモニタし、それに応じて酸素ガス供給弁２２１を介して廃水処理槽２２２内の酸素濃度の調整が行われる。
【０１７３】
廃水処理槽２２２からの流出水は混合液沈殿池２２７で約２時間汚泥を沈殿分離して、上澄液を塩素滅菌後処理水として放流する。廃水処理槽２２２から出た排気ガスは排ガス流量調節弁２２６を介して排気される。
【０１７４】
従来の排水処理システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。しかし、上記システムのように、排水処理システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転することができるので高圧ガス取締法の対象外となると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１７５】
［第１５の応用例］
次に、図２０を参照して第１５の応用例について説明する。図２０は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれたアセトアルデヒド製造システムの系統図である。
【０１７６】
図２０に示すように、アセトアルデヒド製造システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、反応器２３１、吸収塔２３２、脱ガス塔２３３、脱水塔２３４および蒸留塔２３５から構成する。
【０１７７】
酸素分離装置Ｓにより製造した酸素及びエチレンを反応器２３１に供給して、塩化パラジウムを触媒としてエチレンを直接酸化する。反応生成物を吸収塔２３２で吸収し、脱ガス塔２３３で脱ガスし、脱水塔２３４で脱水した後蒸留塔２３５で蒸留して、アセトアルデヒドを精製する。
【０１７８】
従来のアセトアルデヒド製造システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。しかし、上記システムのように、アセトアルデヒド製造システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転することができるので高圧ガス取締法の対象外となると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１７９】
［第１６の応用例］
次に、図２１を参照して第１６の応用例について説明する。図２１は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれた酸化エチレン製造システムの系統図である。
【０１８０】
図２１に示すように、酸化エチレン製造システムは、本発明に係る酸素分離装置Ｓ、反応器２４１、第１吸収塔２４２，ＣＯ２除去装置２４３、第２吸収塔２４４、脱着塔２４５、放散塔２４６および精留塔２４７から構成される。
【０１８１】
次に、作用について説明する。まず、窒素を主体とする循環ガスに酸素分離装置Ｓによって製造した酸素とエチレンとを供給し、この混合ガスを第１反応器２４１に導入する。反応は２００〜３００℃まで１〜３ＭＰａまでの加圧下で行う。反応器は多管式のものを使い外部に有機熱媒体を循環し反応熱を除去する。
【０１８２】
そして反応ガスを第１吸収塔２４２に圧入し循環水と接触させ、反応ガス中の酸化エチレンを水に吸収させる。
【０１８３】
水に吸収されないガスの大部分は循環ガスとして第１反応器２４１に戻るが、その一部はＣＯ２除去装置２４３に導き、ここに蓄積してくる二酸化炭素を除去して第１反応器２４１に循環する。第１吸収塔２４２及び第２吸収塔２４４の塔底からでる酸化エチレンの吸収液を着塔２４５に送り、酸化エチレンと水とに分ける。
【０１８４】
次に、分けられた酸化エチレンを放散塔２４６に導き、二酸化炭素などの軽質分を除き、さらに精留塔２４７で精留して精製酸化エチレンを得る。脱着塔２４５で酸化エチレンを放出して塔底から出た水を第１吸収塔２４２及び第２吸収塔２４４に循環する。
【０１８５】
従来の酸化エチレン製造システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。しかし、上記システムのように、酸化エチレン製造システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転することができるので高圧ガス取締法の対象外となると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１８６】
［第１７の応用例］
次に、図２２を参照して第１７の応用例について説明する。図２２は、本発明による酸素分離装置Ｓが組み込まれたシクロヘキサノン製造システムの系統図である。
【０１８７】
図２２に示すように、シクロヘキサノン製造システムは、本発明による酸素分離装置Ｓ、酸化器２５１、水洗塔２５２、けん化器２５３、ストリップ塔２５４、シクロヘキサン回収塔２５５、脱中沸蒸留塔２５６、シクロヘキサン蒸留塔２５７、シクロヘキサノール蒸留塔２５８、脱水素器２５９および脱低沸蒸留塔２６０から構成される。
【０１８８】
酸素分離装置Ｓによって製造した酸素とシクロヘキサンとを酸化器２５１に供給し酸化させる。酸化生成物を水洗器２５２に導入して水洗し、けん化器２５３に導入してアルカリけん化して未反応シクロヘキサンをシクロヘキサン回収蒸留塔２５５で蒸留回収後、脱中沸蒸留塔２５６で蒸留してシクロヘキサノン蒸留塔２５７で精留してシクロヘキサノンを、シクロヘキサノール蒸留塔２５８で精留してシクロヘキサノールを得る。シクロヘキサノールは脱水素器２５９で脱水素し、脱低沸蒸留塔２６０で蒸留後、脱中沸蒸留塔２５６にもどす。けん化器２５３に残った未反応物はストリップ塔２５４に導入して水洗器２５２にもどす。
【０１８９】
従来のシクロヘキサノン製造システムでは深冷分離法単独の酸素分離ユニットを用いるため、酸素分離ユニットは低温・高圧で運転されるため高圧ガス取締法の対象となると共に、複雑な方法なので装置の運転にかなりの技術を要していた。しかし、上記システムのように、シクロヘキサノン製造システムの酸素分離ユニットとして、従来よりも消費動力あたりの純酸素換算出力の高い本発明に係る酸素分離装置Ｓを用いると、常温・常圧で運転することができるので高圧ガス取締法の対象外となると共に、従来よりも簡単に効率良く空気から酸素を分離できて、システム全体の効率を高めることが可能となる。
【０１９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、空気から酸素を効率良く分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による分離装置の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】本発明による分離装置の第２の実施形態を示す断面図。
【図３】本発明による分離装置の第３の実施形態を示す断面図。
【図４】本発明による分離装置の第４の実施形態を示す断面図。
【図５】本発明による分離装置の第５の実施形態を示す断面図。
【図６】本発明による分離装置の第１の応用例を示す図。
【図７】本発明による分離装置の第２の応用例を示す図。
【図８】本発明による分離装置の第３の応用例を示す図。
【図９】本発明による分離装置の第４の応用例を示す図。
【図１０】本発明による分離装置の第５の応用例を示す図。
【図１１】本発明による分離装置の第６の応用例を示す図。
【図１２】本発明による分離装置の第７の応用例を示す図。
【図１３】本発明による分離装置の第８の応用例を示す図。
【図１４】本発明による分離装置の第９の応用例を示す図。
【図１５】本発明による分離装置の第１０の応用例を示す図。
【図１６】本発明による分離装置の第１１の応用例を示す図。
【図１７】本発明による分離装置の第１２の応用例を示す図。
【図１８】本発明による分離装置の第１３の応用例を示す図。
【図１９】本発明による分離装置の第１４の応用例を示す図。
【図２０】本発明による分離装置の第１５の応用例を示す図。
【図２１】本発明による分離装置の第１６の応用例を示す図。
【図２２】本発明による分離装置の第１７の応用例を示す図。
【図２３】従来のガス化複合発電プラントの系統図。
【符号の説明】
１    処理容器
２    磁場を形成する手段（磁石）
【図１】
0003631376.tif 000002
【図２】
0003631376.tif 000003
【図３】
0003631376.tif 000004
【図４】
0003631376.tif 000005
【図５】
0003631376.tif 000006
【図６】
0003631376.tif 000007
【図７】
0003631376.tif 000008
【図８】
0003631376.tif 000009
【図９】
0003631376.tif 000010
【図１０】
0003631376.tif 000011
【図１１】
0003631376.tif 000012
【図１２】
0003631376.tif 000013
【図１３】
0003631376.tif 000014
【図１４】
0003631376.tif 000015
【図１５】
0003631376.tif 000016
【図１６】
0003631376.tif 000017
【図１７】
0003631376.tif 000018
【図１８】
0003631376.tif 000019
【図１９】
0003631376.tif 000020
【図２０】
0003631376.tif 000021
【図２１】
0003631376.tif 000022
【図２２】
0003631376.tif 000023
【図２３】
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