(57)【要約】【課題】本発明は、アルゴンの収率の低下を抑制しつつ、より多くの中圧窒素ガス、中圧窒素ガスよりも高い圧力の高圧窒素ガス、液化酸素、もしくは液化窒素等を採取可能な空気分離方法及び空気分離装置を提供することを目的とする。【解決手段】低圧塔３１の底部の低圧液化酸素を、アルゴン塔３６の頂部のアルゴンガスと中圧塔２３の頂部の中圧窒素ガスとでリボイルし、アルゴン塔３６の底部の中圧液化酸素を高圧塔２１の頂部の高圧窒素ガスでリボイルする。【選択図】図１
2014163613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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、
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、
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、
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。
【請求項２】
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、
を含むこと特徴とする請求項１記載の空気分離方法。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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特徴とする請求項６記載の空気分離装置。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気分離方法及び空気分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
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。
【０００３】
図６を参照するに、空気分離装置２００は、空気圧縮機２０１と、空気予冷器２０２と、空気精製器２０４と、タービンブロワ２０５と、タービンブロワアフタークーラ２０６と、タービン２０８と、主熱交換器２１１と、低圧塔２１３と、低圧塔２１３内の底部に配置された低圧塔リボイラ２１４と、中圧塔２１６と、過冷器２１８と、アルゴン塔２２１と、アルゴン塔２２１の塔頂部に配置されたアルゴン塔コンデンサ２２２と、を有する。
【０００４】
空気分離装置２００を用いて酸素、窒素、及びアルゴン等を製造する場合、中圧塔２１６の底部から導出された酸素富化液化空気を、アルゴン塔コンデンサ２２２を用いて気化させた後、酸素富化空気として低圧塔２１３に供給する。
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。
【０００５】
また、空気分離装置２００を用いて酸素、窒素、及びアルゴン等を製造する場合、アルゴンガス及び液化アルゴン（ＬＡＲ）に加えて、低圧塔２１３の塔底から液化酸素（ＬＰＬＯ２）を採取したり、中圧塔２１６の塔頂から中圧窒素ガス（ＭＰＧＮ２）や液化窒素（ＭＰＬＮ２）を抜き出したりすることも可能であるが、これらの流量を増やすにつれてアルゴンの収率が低下してしまう。
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。
【０００６】
特許文献１には、複式カラムを用いた低温蒸留により、空気を分離して得られるガス状酸素の量を増加させることの可能な空気分離方法及びプラントが開示されている。
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。
【０００７】
また、特許文献１には、原料空気量の１０〜１５％に相当する流量が中圧カラムから中圧窒素ガスとして採取される場合や原料空気量の１０〜１５％に相当する流量が送風空気として低圧カラムに送られる場合でも、アルゴンの収率を維持または改善可能なことが開示されている。
【０００８】
さらに、特許文献１では、中圧窒素ガスや原料空気の一部をタービンで膨張させて低圧窒素や送風空気とすることで、寒冷を発生させて、液化ガス製品を採取することが可能であることが開示されている。つまり、液化ガス製品をある程度採取した場合でもアルゴンの収率を維持または増加させることが可能となる。
【０００９】
特許文献２には、アルゴンの収率を改善可能な技術が開示されている。具体的には、特許文献２には、高圧塔の底部から導出された酸素富化液化空気を気液接触部に供給して低温蒸留し、ここで分離された異なる酸素濃度のガスを各々低圧塔に供給することによって、低圧塔の精留条件を改善して、アルゴンの収率を増加させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１９４０５８号公報
【特許文献２】米国特許第４７３７１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
現状では、空気分離に関し、例えば、図６に示す空気分離装置２００が使用されているが、このような装置を用いる場合、製品として、低圧塔２１３よりも高い圧力の窒素ガス（中圧窒素ガス）や、液化酸素、液化窒素を多量に採取する場合、アルゴンの収率が低下してしまうという問題があった。
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。
【００１２】
そこで、本発明は、アルゴンの収率の低下を抑制しつつ、より多くの中圧窒素ガス、中圧窒素ガスよりも高い圧力の高圧窒素ガス、液化酸素、もしくは液化窒素等を採取可能な空気分離方法及び空気分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、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、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、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、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、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が提供される。
【００１４】
また、請求項２に係る発明によれば、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、を含むこと特徴とする請求項１記載の空気分離方法が提供される。
【００１５】
また、請求項３に係る発明によれば、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が提供される。
【００１６】
また、請求項４に係る発明によれば、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が提供される。
【００１７】
また、請求項５に係る発明によれば、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が提供される。
【００１８】
また、請求項６に係る発明によれば、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が提供される。
【００１９】
また、請求項７に係る発明によれば、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特徴とする請求項６記載の空気分離装置が提供される。
【００２０】
また、請求項８に係る発明によれば、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が提供される。
【００２１】
また、請求項９に係る発明によれば、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が提供される。
【００２２】
また、請求項１０に係る発明によれば、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が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の空気分離方法及び空気分離装置によれば、アルゴンの収率の低下を抑制しつつ、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を従来よりも多くの量採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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２】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３】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４】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５】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６】従来の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の空気分離装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００２６】
（第１の実施の形態）
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。
【００２７】
なお、本発明において、「低圧」とは、低圧塔３１の運転圧力及び低圧塔３１の運転圧力よりも低い圧力で４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいう。また、「中圧」とは、中圧塔２３の運転圧力及び中圧塔２３の運転圧力よりも低く、かつ低圧塔３１の運転圧力よりも高い圧力のことをいう。また、「高圧」とは、中圧塔２３の運転圧力よりも高い圧力のことをいう。
【００２８】
空気圧縮機１１は、ラインＬ１に設けられており、ラインＬ１を介して、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気（原料空気）を供給する原料空気供給源（図示せず）、及び空気予冷器１２と接続されている。
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。
【００２９】
空気予冷器１２は、空気圧縮機１１と空気精製器１４との間に位置するラインＬ１に設けられている。空気予冷器１２は、ラインＬ１を介して、空気圧縮機１１及び空気精製器１４と接続されている。
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。
【００３０】
空気精製器１４は、空気予冷器１２と空気ブロワ１５との間に位置するラインＬ１に設けられている。空気精製器１４は、ラインＬ１を介して、空気予冷器１２及び空気ブロワ１５と接続されている。
【００３１】
空気精製器１４は、空気予冷器１２により圧縮熱が取り除かれた空気中に含まれる不純物（具体的には、例えば、水や二酸化炭素等）を除去する。空気精製器１４により該不純物が除去された空気は、ラインＬ１を介して、空気ブロワ１５に輸送されると共に、空気精製器１４と空気ブロワ１５との間に位置するラインＬ１から分岐したラインＬ３に供給される。
【００３２】
空気ブロワ１５は、空気精製器１４と空気ブロワアフタークーラ１６との間に位置するラインＬ１に設けられている。空気ブロワ１５は、空気精製器１４及び空気ブロワアフタークーラ１６と接続されている。
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。
【００３３】
空気ブロワアフタークーラ１６は、空気ブロワ１５の下流側に位置するラインＬ１に設けられている。空気ブロワアフタークーラ１６は、ラインＬ１を介して、空気ブロワ１５と接続されている。
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。
【００３４】
主熱交換器１８は、ラインＬ２，Ｌ３の一部、ラインＬ５の一部、第１製品導出ラインＡ１の一部、第２製品導出ラインＢ１,Ｂ３の一部、第３製品導出ラインＣ１〜Ｃ３の一部に設けられている。
【００３５】
主熱交換器１８は、ラインＬ２，Ｌ３，Ｌ５を流れる高温流体と、第１製品導出ラインＡ１、第２製品導出ラインＢ１,Ｂ３、第３製品導出ラインＣ１〜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。
【００３６】
空気ブロワアフタークーラ１６で冷却された空気は、主熱交換器１８により冷却されて高圧原料空気（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生成される原料空気）となる。高圧原料空気は、ラインＬ２を介して、高圧塔２１に供給される。また、ラインＬ１から分岐したラインＬ３の空気は、主熱交換器１８により冷却されて中圧原料空気（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生成される原料空気）となる。中圧原料空気は、ラインＬ３を介して、中圧塔２３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。
【００３７】
高圧塔２１は、ラインＬ２の一端と接続されている。高圧塔２１は、高圧原料空気を低温蒸留することで、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。
【００３８】
高圧塔２１の塔底部は、第１の低圧原料供給ラインＤ１（他端が低圧塔３１の上部と接続されたライン）の一端と接続されている。
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。
【００３９】
高圧塔２１の塔頂部は、ラインＬ１２（他端がアルゴン塔リボイラ３８と接続されたライン）の一端と接続されている。高圧塔２１内の高圧窒素ガス（アルゴン塔リボイラ３８で液化される前の高圧窒素ガス）は、ラインＬ１２を介してアルゴン塔リボイラ３８に供給される。
【００４０】
第２製品導出ラインＢ３は、高圧塔２１の塔頂部と接続されている。第２製品導出ラインＢ３の一部は、主熱交換器１８を通過している。第２製品導出ラインＢ３は、高圧窒素ガスの一部を抜き出すためのラインである。
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。
【００４１】
ラインＬ１６は、ラインＬ１０，Ｌ１１の一端と接続されている。また、ラインＬ１６は、低圧塔３１の塔頂部と接続されている。
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。
【００４２】
中圧塔２３は、ラインＬ３の端と接続されている。中圧塔２３は、中圧原料空気の一部または全量を低温蒸留することで、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。
【００４３】
中圧塔２３の塔底部は、第２の低圧原料供給ラインＤ２（他端が低圧塔３１の中部と接続されたライン）の一端と接続されている。上記中圧酸素富化液化空気は、第２の低圧原料供給ラインＤ２、過冷器２９及び減圧弁Ｖ２を介して、低圧原料として低圧塔３１の中部に供給される。
【００４４】
中圧塔２３の塔頂部は、ラインＬ９（他端が第２の低圧塔リボイラ３４と接続されたライン）の一端と接続されている。中圧塔２３内の中圧窒素ガスは、ラインＬ９を介して、第２の低圧塔リボイラ３４に供給される。
【００４５】
第２製品導出ラインＢ１は、その一端が中圧塔２３の塔頂部と接続されている。第２製品導出ラインＢ１は、その一部が主熱交換器１８を通過している。第２製品導出ラインＢ１は、第２の低圧塔リボイラ３４で液化する前の中圧窒素ガスの一部を抜き出すためのラインである。
【００４６】
タービンブロワ２５は、ラインＬ４の端、及びラインＬ５の一端と接続されている。タービンブロワ２５は、ラインＬ４を介して輸送される空気を更に昇圧  し、タービン用高圧原料空気とする。タービンブロワ２５で昇圧されたタービン用高圧原料空気は、ラインＬ５、タービンブロワアフタークーラ２６、及び主熱交換器１８を介して、タービン２８に輸送される。
【００４７】
タービンブロワアフタークーラ２６では、タービンブロワ２５で昇圧されたタービン用高圧原料空気を冷却する。タービンブロワアフタークーラ２６により冷却されたタービン用高圧原料空気は、ラインＬ５により輸送され、主熱交換器１８で冷却される。その後、タービン用高圧原料空気は、タービン２８に供給される。
【００４８】
タービン２８は、ラインＬ５の一端、及び第３の低圧原料供給ラインＤ３（他端が低圧塔３１の中部と接続されたライン）の一端と接続されている。
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。
【００４９】
過冷器２９は、第１の低圧原料供給ラインＤ１の一部、第２の低圧原料供給ラインＤ２の一部、ラインＬ１０の一部、ラインＬ１１の一部、第３製品導出ラインＣ１の一部、及び第３製品導出ラインＣ３の一部に設けられている。
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。
【００５０】
低圧塔３１は、ラインＬ１６の一端、第１の低圧原料供給ラインＤ１の一端、第２の低圧原料供給ラインＤ２の一端、第３の低圧原料供給ラインＤ３の一端、ラインＬ６の一端、ラインＬ１４の一端、第３製品導出ラインＣ３の一端、第３製品導出ラインＣ１の一端、及び第２製品導出ラインＢ５の一端と接続されている。
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。
【００５１】
低圧塔３１の上部には、第１の低圧原料供給ラインＤ１を介して、過冷器２９で冷却され減圧弁Ｖ１で減圧された高圧酸素富化液化空気が低圧原料として供給される。
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。
【００５２】
低圧塔３１は、高圧酸素富化液化空気、中圧酸素富化液化空気、及び低圧タービン空気を含む低圧原料（言い換えれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体）を低温蒸留することで、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。
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。
【００５３】
第３製品導出ラインＣ３は、低圧塔３１の塔頂部と接続されている。第３製品導出ラインＣ３は、過冷器２９及び主熱交換器１８を通過している。第３製品導出ラインＣ３は、過冷器２９及び主熱交換器１８を経由して熱回収された低圧窒素ガス（低圧塔３１内の塔頂部から導出された低圧窒素ガス）を製品として抜き出す際に使用するラインである。
【００５４】
第３製品導出ラインＣ１は、一端が第１及び第２の低圧塔リボイラ３３，３４よりも上方に位置する低圧塔３１の底部と接続されている。また、第３製品導出ラインＣ１の一部は、主熱交換器１８及び過冷器２９を通過している。
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。
【００５５】
第２製品導出ラインＢ５は、一端が第１及び第２の低圧塔リボイラ３３，３４よりも下方に位置する低圧塔３１の底部と接続されている。第２製品導出ラインＢ５は、第１及び第２の低圧塔リボイラ３３，３４で気化されなかった低圧液化酸素を抜き出すためのラインである。
【００５６】
第１の低圧塔リボイラ３３は、低圧塔３１の底部内に配置されている。第１の低圧塔リボイラ３３は、ラインＬ７（他端がアルゴン塔３６の塔頂部と接続されたライン）の一端、及びラインＬ８の一端と接続されている。
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。
【００５７】
第１の低圧塔リボイラ３３では、アルゴン塔３６から供給されたアルゴンガスの一部または全量と、低圧塔３１内の低圧液化酸素と、を間接熱交換させることで、アルゴンガスを液化して液化アルゴンが生成すると共に、低圧液化酸素を気化させることで低圧酸素ガスが生成する。
【００５８】
第１製品導出ラインＡ１は、ラインＬ７から分岐したラインである。第１製品導出ラインＡ１は、その一部が主熱交換器１８を通過している。第１製品導出ラインＡ１は、液化する前のアルゴンガスの一部を抜き出すためのラインである。
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。
【００５９】
第１製品導出ラインＡ２は、ラインＬ８から分岐したラインである。第１製品導出ラインＡ２は、ラインＬ８を流れる液化アルゴンを抜き出すためのラインである。
【００６０】
第２の低圧塔リボイラ３４は、第１の低圧塔リボイラ３３と対向するように、低圧塔３１の底部内に配置されている。第２の低圧塔リボイラ３４は、ラインＬ９（他端が中圧塔２３の塔頂部と接続されたライン）の一端、及びラインＬ１０の一端と接続されている。
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。
【００６１】
第２の低圧塔リボイラ３４では、中圧塔２３から供給された中圧窒素ガスの一部または全量と、低圧塔３１内の低圧液化酸素と、を間接熱交換させることで、中圧窒素ガスが液化されて中圧液化窒素が生成されると共に、低圧液化酸素が気化することで低圧酸素ガスが生成される。
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。
【００６２】
第２製品導出ラインＢ２は、ラインＬ１０から分岐したラインである。第２製品導出ラインＢ２は、第２の低圧塔リボイラ３４で液化された中圧液化窒素の一部を抜き出すためのラインである。
【００６３】
アルゴン塔３６は、ラインＬ６の一端、ラインＬ７の一端、ラインＬ８の一端、ラインＬ１４の一端、及び第３製品導出ラインＣ２と接続されている。
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。
【００６４】
第３製品導出ラインＣ２は、アルゴン塔３６の塔底部と接続されている。第３製品導出ラインＣ２は、アルゴン塔リボイラ３８で気化した中圧酸素ガスを抜き出すためのラインである。
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。
【００６５】
アルゴン塔リボイラ３８は、アルゴン塔３６内の底部に配置されている。アルゴン塔リボイラ３８は、他端が高圧塔２１の塔頂部と接続されたラインＬ１２の一端、及び他端が高圧塔２１の塔頂部に接続されたラインＬ１３の一端と接続されている。アルゴン塔リボイラ３８には、ラインＬ１２を介して、高圧塔２１内の高圧窒素ガスの一部または全量が供給される。
【００６６】
アルゴン塔リボイラ３８では、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を間接熱交換させることで、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、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。
【００６７】
第１の実施の形態の空気分離装置によれば、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３１と、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３６と、アルゴンガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、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、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３３と、中圧塔２３から供給された中圧窒素ガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、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、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３４と、高圧塔２１から供給された高圧窒素ガスと中圧液化酸素との間接熱交換により、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成し、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３８と、第１の低圧塔リボイラ３３で液化される前のアルゴンガスの一部または第１の低圧塔リボイラ３３で液化されなかったアルゴンガスを製品として抜き出す第１製品導出ラインＡ１と、第１の低圧塔リボイラ３３で液化された液化アルゴンの一部を製品として抜き出す第１製品導出ラインＡ２と、第１及び第２の低圧塔リボイラ３３,３４で気化されていない低圧液化酸素を製品として抜き出す第２製品送出ラインＢ５と、アルゴン塔リボイラで気化されていない中圧液化酸素を製品として抜き出す第２製品導出ラインＢ６と、中圧窒素ガスの一部を製品として抜き出す第２製品導出ラインＢ１と、中圧液化窒素の一部を製品として抜き出す第２製品導出ラインＢ２と、高圧塔２１の塔頂部の高圧窒素ガスの一部を製品として抜き出す第２製品導出ラインＢ３と、高圧塔２１の塔頂部の高圧液化窒素の一部を製品として抜き出す第２製品導出ラインＢ４と、を有する。
【００６８】
このように、低圧塔３１よりも圧力の高いアルゴン塔３６を有することで、中圧塔２３の塔頂部に位置する中圧窒素ガスによってだけでなく、アルゴン塔３６の塔頂部に位置するアルゴンガスによっても、低圧塔３１の底部に位置する低圧液化酸素をリボイルすることが可能となる。
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。
【００６９】
例えば、中圧塔２３の塔頂部から中圧窒素ガスを多量に採取する場合、従来の装置では、アルゴン収率が大幅に低下（例えば６０％）するが、第１の実施の形態の空気分離装置１０を用いることで、同じ量の中圧窒素ガスを採取した場合においても高いアルゴン収率（例えば８０％以上）を維持することができる。
【００７０】
また、アルゴン収率が同じであっても、高圧窒素ガスや、中圧窒素ガスや、タービン用高圧原料空気等の流量を従来の装置に比べて増やすことができる。
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。
【００７１】
この結果、液化ガス製品（即ち、液化アルゴンＬＡＲ、低圧液化酸素ＬＰＬＯ２、中圧液化酸素ＭＰＬＯ２、中圧液化窒素ＭＰＬＮ２、及び高圧液化窒素ＨＰＬＮ２）の合計流量は、従来の装置では原料空気量の１％以下であるのに対して、第１の実施の形態の空気分離装置１０では原料空気量の３％以上にすることができる。
【００７２】
なお、第１の実施の形態の空気分離装置１０では、第１製品導出ラインとして、第１製品導出ラインＡ１,Ａ２を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、第１製品導出ラインＡ１,Ａ２のうち、少なくともどちらか一方の第１製品導出ラインを有する空気分離装置に適用可能である。
【００７３】
また、第１の実施の形態の空気分離装置１０では、第２製品導出ラインとして、第２製品導出ラインＢ１〜Ｂ６を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、第２製品導出ラインＢ１〜Ｂ６のうち、少なくとも１つの第２製品導出ラインを有する空気分離装置に適用可能である。
【００７４】
また、第１の実施の形態の空気分離装置１０では、低圧原料供給ラインとして、第１ないし第３の低圧原料供給ラインＤ１〜Ｄ３を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、第１ないし第３の低圧原料供給ラインＤ１〜Ｄ３のうち、少なくとも１つの低圧原料供給ラインを有する空気分離装置に適用可能である。
【００７５】
次に、図１を参照して、空気分離装置１０を用いた場合の第１の実施の形態の空気分離方法について説明する。
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。
【００７６】
不純物が除去された空気の一部は、空気ブロワ１５により、さらに昇圧される。空気ブロワ１５により昇圧された空気は、空気ブロワアフタークーラ１６により圧縮熱が取り除かれ、主熱交換器１８により露点付近まで冷却されて高圧原料空気となり、高圧塔２１に供給される。
【００７７】
高圧塔２１では、高圧原料空気とアルゴン塔リボイラ３８から供給された高圧液化窒素との気液接触により、高圧原料空気が低温蒸留され、高圧塔２１の塔頂部の高圧窒素ガスと、高圧塔２１の塔底部の高圧酸素富化液化空気と、に分離される（高圧窒素分離工程）。
【００７８】
高圧塔２１の塔頂部に存在する濃縮された高圧窒素ガスの一部は、ラインＬ１２を介して、アルゴン塔リボイラ３８に供給される。
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）。
【００７９】
製品となる高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）が採取される場合には、高圧塔２１の塔頂部の高圧窒素ガス（第３の間接熱交換工程において液化する前の高圧窒素ガス）の一部が第２製品導出ラインＢ３に導出され、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（第２製品導出工程）。
【００８０】
アルゴン塔リボイラ３８で液化した高圧液化窒素の一部は、高圧塔２１の還流液となり、残りはラインＬ１１に導出され、次いで、過冷器２９により冷却され、減圧弁Ｖ３で減圧された後、還流液として低圧塔３１に導入される。
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）。
【００８１】
高圧塔２１の塔底から第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、過冷器２９により冷却される。その後、冷却された高圧酸素富化液化空気は、減圧弁Ｖ１で減圧され、低圧原料（酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体）として低圧塔３１に供給される（低圧原料供給工程）。
【００８２】
空気精製器１４を経由した空気の一部は、ラインＬ３に供給され、主熱交換器１８により露点付近の温度まで冷却されて中圧原料空気となる。中圧原料空気は、中圧塔２３に供給され、中圧液化窒素との気液接触により低温蒸留され、中圧塔２３の塔頂部の中圧窒素ガスと中圧塔２３の塔底部の中圧酸素富化液化空気とに分離される（中圧窒素分離工程）。
【００８３】
中圧塔２３の塔頂部に位置する中圧窒素ガスは、ラインＬ９により第２の低圧塔リボイラ３４に供給される。
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）。
【００８４】
製品となる中圧窒素ガス（ＭＰＧＮ２）が採取される場合には、中圧塔２３の塔頂部に位置する中圧窒素ガス（第２の間接熱交換工程において液化する前の中圧窒素ガス）の一部が第２製品導出ラインＢ１に導出され、主熱交換器１８により熱回収された後に製品として抜き出される（第２製品導出工程）。
【００８５】
第２の低圧塔リボイラ３４で液化された中圧液化窒素の一部は、中圧塔２３の還流液となる。また、中圧液化窒素の残りは、ラインＬ１０に導出され、その後、過冷器２９により冷却される。冷却された中圧液化窒素は、減圧弁Ｖ４で減圧され、その後、還流液として低圧塔３１に供給される。
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）。
【００８６】
中圧塔２３の塔底から第２の低圧原料供給ラインＤ２により導出された中圧酸素富化液化空気は、過冷器２９により冷却された後、減圧弁Ｖ２で減圧され、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）。
【００８７】
空気ブロワ１５及び空気ブロワアフタークーラ１６を経由することで、昇圧及び冷却された空気の一部は、ラインＬ４により輸送される。ラインＬ４により輸送された空気は、タービンブロワ２５で昇圧され、タービン用高圧原料空気となる。タービン用高圧原料空気は、ラインＬ５に輸送されて、タービンブロワアフタークーラ２６で圧縮熱を取り除かれた後に主熱交換器１８で冷却され、その後、タービン２８に導入される。
【００８８】
タービン２８に導入されたタービン用高圧原料空気は、低圧塔３１の操作圧力まで断熱膨張して寒冷を発生させることで低圧タービン空気となる。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に供給される（低圧原料供給工程）。
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。
【００８９】
低圧塔３１では、減圧弁Ｖ１で減圧された高圧酸素富化液化空気と、減圧弁Ｖ２で減圧された中圧酸素富化液化空気と、タービン２８で断熱膨張した低圧タービン空気と、を含む低圧原料（言い換えれば、酸素、窒素及びアルゴンを含む混合流体）が低温蒸留され、低圧塔３１の塔頂部の低圧窒素ガスと、低圧塔３１の下部の液化フィードアルゴンと、低圧塔３１の塔底部の低圧液化酸素と、に分離される（低圧酸素分離工程）。
【００９０】
低圧塔３１の塔頂部に位置する低圧窒素ガスは、第３製品導出ラインＣ３に導出され、過冷器２９及び主熱交換器１８を経由して熱回収された後に、製品である低圧窒素ガス（ＬＰＧＮ２）として抜き出される。
【００９１】
低圧塔３１の下部から導出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。
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）。
【００９２】
第１の低圧塔リボイラ３３では、アルゴン塔３６から供給されたアルゴンガスの一部または全量と、低圧塔３１内の低圧液化酸素との間接熱交換により、アルゴンガスが液化することで液化アルゴンが生成されると共に、低圧液化酸素が気化することで低圧酸素ガスが生成される（第１の間接熱交換工程）。
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。
【００９３】
製品となるアルゴンガス（ＧＡＲ）を採取する場合には、アルゴンガス（第１の間接熱交換工程において液化する前のアルゴンガス）の一部または第１の間接熱交換工程において液化しなかったアルゴンガス（詳しくは、第１の間接熱交換工程で部分的に液化して生成された気液二相のアルゴン流体を気液分離して得られたアルゴンガス）が第１製品導出ラインＡ１に導出され、該アルゴンガスを主熱交換器１８で熱回収された後に製品として抜き出される（第１製品導出工程）。
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）。
【００９４】
製品となる低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）が採取される場合には、低圧酸素ガスの一部（言い換えれば、第１及び第２の間接熱交換工程において気化した低圧液化酸素の一部）が第３製品導出ラインＣ１に導出され、その後、過冷器２９及び主熱交換器１８により熱回収された後に、製品として抜き出される。
【００９５】
製品となる低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）が採取される場合には、第２製品導出ラインＢ５を介して、第１及び第２の間接熱交換工程において気化しなかった低圧液化酸素が製品として抜き出される（第２製品導出工程）。
【００９６】
製品となる中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）が採取される場合には、アルゴン塔リボイラ３８で気化した中圧酸素ガスの一部が第３製品導出ラインＣ２に導出され、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。
【００９７】
製品となる低圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）が採取される場合には、第２製品導出ラインＢ６に第３の間接熱交換工程で蒸発しなかった中圧液化酸素が導出され、該中圧液化酸素が製品として抜き出される（第２製品導出工程）。
【００９８】
また、低圧塔３１の液化フィードアルゴン導出部より下の部分、及びアルゴン塔３６の液化フィードアルゴン導入部より下の部分のＬ／Ｖバランスを調整するために、アルゴン塔リボイラ３８で蒸発しなかった中圧液化酸素が、ラインＬ１４（アルゴン塔３６の底部と低圧塔３１の底部とを接続するライン）を介して、低圧塔３１の底部に導入されたり、第１及び第２の低圧塔リボイラ３３，３４で蒸発しなかった低圧液化酸素が、ラインＬ１５を介して、アルゴン塔３６の底部に導入されたりする場合がある。
【００９９】
例えば、アルゴン塔リボイラ３８、第１の低圧塔リボイラ３３、及び第２の低圧塔リボイラ３４の交換熱量を変えることなく、アルゴン塔３６の液化フィードアルゴン導入部より下の部分のＬ／Ｖを大きくし、低圧塔３１の液化フィードアルゴン導出部より下の部分のＬ／Ｖを小さくしたい場合、ラインＬ６を流れる液化フィードアルゴンの流量を増加させると共に、ラインＬ１４を流れる中圧液化酸素の流量を増加させるか、或いはラインＬ１５を流れる低圧液化酸素の流量を減少させればよい。
【０１００】
上述の通り、高圧塔２１、中圧塔２３、低圧塔３１、及びアルゴン塔３６は、各間接熱交換工程により熱的に統合されているため、各蒸留塔の操作圧力は、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。
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。
【０１０１】
逆に操作圧力が高い蒸留塔から操作圧力が低い蒸留塔へ液化ガス流体を供給する場合で、かつレイアウト上、蒸留塔間の液ヘッド差が大きくなり、各蒸留塔の操作圧力の圧力差のみで液化ガス流体を送液できない場合には、液化ガスポンプを利用することもできる。
【０１０２】
図示していないが、空気分離装置１０の運転に必要な寒冷の発生方法は、空気ブロワアフタークーラ１６の出口側に位置する空気に替えて、空気精製器１４の出口側に位置する空気の一部を、タービンブロワ２５、タービンブロワアフタークーラ２６、及び主熱交換器１８を経由して、タービン２８に導入し、断熱膨張させることで、寒冷を発生させてもよい。
【０１０３】
また、タービン２８の出口側の圧力を中圧塔２３の操作圧力付近の値とし、かつ図１に破線で示すラインＬ１７を介して、中圧塔２３の下部にタービン２８から導出された中圧タービン空気を供給する場合もある。
【０１０４】
また、図示していないが、空気ブロワアフタークーラ１６の出口側に位置する空気の替わりに、中圧塔２３の上部から導出された中圧窒素ガスを、主熱交換器１８、タービンブロワ２５、タービンブロワアフタークーラ２６、及び主熱交換器１８を経てタービン２８に導入することで、中圧窒素ガスを断熱膨張させて、寒冷を発生させる場合もある。
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。
【０１０５】
また、図示していないが、空気ブロワアフタークーラ１６の出口側に位置する空気の替わりに、高圧塔２１の上部から導出された高圧窒素ガスを、主熱交換器１８、タービンブロワ２５、タービンブロワアフタークーラ２６、主熱交換器１８を介して、タービン２８に導入し、該高圧窒素ガスを断熱膨張させることで、寒冷を発生させる場合もある。
【０１０６】
このときタービン２８の出口側の圧力が低圧塔３１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で熱回収された後に製品となる低圧窒素ガス（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。
【０１０７】
また、図示していないが、液化ガス貯槽や液化ガス製造装置から液化酸素や液化窒素が導入されることにより、寒冷が補給される場合もある。
【０１０８】
製品となるアルゴンガスに含まれるアルゴンの濃度、及び製品となる液化アルゴンに含まれるアルゴンの濃度は、例えば、５０％以上、好ましくは９５％以上にするとよい。
【０１０９】
アルゴンガスや液化アルゴンは、上述の通り、製品としてそのまま回収される場合の他に、後段にアルゴン精製設備を設けて酸素成分や窒素成分等の不純物が除去される場合がある。
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。
【０１１０】
第１の実施の形態の空気分離方法によれば、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酸素分離工程と、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、アルゴンガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、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、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、中圧塔２３から供給された中圧窒素ガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、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、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、高圧塔２１から供給された高圧窒素ガスと中圧液化酸素との間接熱交換により、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、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、第１の間接熱交換工程において液化する前のアルゴンガスの一部、第１の間接熱交換工程において液化しなかったアルゴンガス、及び液化アルゴンの一部のうち少なくとも１つ以上を製品として抜き出す第１製品導出工程と、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、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、中圧窒素ガスの一部、中圧液化窒素の一部、高圧塔の塔頂部の高圧窒素ガスの一部、及び高圧塔の塔頂部の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。
【０１１１】
このように、低圧塔３１よりも圧力の高いアルゴン塔３６を含むことで、中圧塔２３の塔頂部に位置する中圧窒素ガスによってだけでなく、アルゴン塔３６の塔頂部に位置するアルゴンガスによっても、低圧塔３１の底部に位置する低圧液化酸素をリボイルすることが可能となる。
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。
【０１１２】
例えば、中圧塔の塔頂部から中圧窒素ガスを多量に採取する場合、従来の装置２００では、アルゴン収率が大幅に低下（例えば６０％）するが、第１の実施の形態の空気分離装置１０を用いることで、同じ量の中圧窒素ガスを採取した場合においても高いアルゴン収率（例えば８０％以上）を維持することができる。
【０１１３】
また、アルゴン収率が同じであっても、高圧窒素ガスや、中圧窒素ガスや、タービン用高圧原料空気等の流量を従来の装置に比べて増やすことができる。
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。
【０１１４】
この結果、液化ガス製品（即ち、液化アルゴンＬＡＲ、低圧液化酸素ＬＰＬＯ２、中圧液化酸素ＭＰＬＯ２、中圧液化窒素ＭＰＬＮ２、及び高圧液化窒素ＨＰＬＮ２）の合計流量は、従来の装置２００では原料空気量の１％以下であるのに対して、第１の実施の形態の空気分離装置１０では原料空気量の３％以上となる。
【０１１５】
（第２の実施の形態）
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。
【０１１６】
図２を参照するに、第２の実施の形態の空気分離装置５０は、第１の実施の形態の空気分離装置１０の構成要素から空気ブロワ１５、空気ブロワアフタークーラ１６、第１製品導出ラインＡ１、第２製品導出ラインＢ１,Ｂ４,Ｂ５,Ｂ６、第３製品導出ラインＣ２、及びラインＬ３を除くと共に、ラインＬ１８〜Ｌ２０、減圧弁Ｖ５、及び第１の中圧塔リボイラ５３を有すること以外は、空気分離装置１０と同様に構成される。
【０１１７】
ラインＬ１８は、第１の低圧原料供給ラインＤ１から分岐したラインであり、減圧弁Ｖ５を介して、中圧塔２３の下部と接続されている。
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。
【０１１８】
第１の中圧塔リボイラ５３は、中圧塔２３内の底部に配置されている。第１の中圧塔リボイラ５３は、ラインＬ１２から分岐したラインＬ１９と接続されている。また、第１の中圧塔リボイラ５３は、他端が高圧塔２１の塔頂部に接続されたラインＬ２０と接続されている。
【０１１９】
第１の中圧塔リボイラ５３では、中圧塔２３の下部に位置する中圧酸素富化液化空気と、高圧塔２１の上部から導出された高圧窒素ガスの一部と、の間接熱交換が行われる（第４の間接熱交換工程）。
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。
【０１２０】
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は、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の塔頂に窒素成分が濃縮される。
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）。
【０１２１】
第１の中圧塔リボイラ５３で生成された高圧液化窒素は、ラインＬ２０に導出され、高圧塔２１に供給される。ラインＬ１１は、高圧塔２１の上部に接続されており、過冷器２９、減圧弁Ｖ３を介して、ラインＬ１６に接続されているが、ラインＬ１１は、ラインＬ２０から分岐して、過冷器２９、減圧弁Ｖ３を介してラインＬ１６に接続される場合もある。この場合、第１の中圧塔リボイラ５３で生成された高圧液化窒素の一部または全量は、ラインＬ２０、ラインＬ１１、及びラインＬ１６を経由して、低圧塔３１の還流液となる。
【０１２２】
第２の実施の形態の空気分離装置によれば、第１の実施の形態の空気分離装置１０から、空気ブロワ１５、空気ブロワアフタークーラ１６及びラインＬ３を除き、高圧酸素富化液化空気の一部または全量を減圧して中圧塔２３の下部に供給するラインＬ１８と、高圧窒素ガスの一部と中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させて、高圧窒素ガスの一部を液化させると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させる第１の中圧塔リボイラ５３と、を追加することにより、高圧塔２１の底部から導出された高圧酸素富化液化空気を中圧塔２３で蒸留することが可能となる。
【０１２３】
これにより、第１の実施の形態の空気分離装置１０における中圧酸素富化液化空気よりもさらに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、この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ため、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。
【０１２４】
上記空気分離装置５０を用いた第２の実施の形態の空気分離方法は、空気精製器１４で精製された空気を空気ブロワ１５で更に圧縮する工程と、この更に圧縮された空気を空気ブロワアフタークーラ１６で冷却する工程と、空気精製器１４で精製された空気の一部をラインＬ３により中圧塔２３に供給する工程と、を除き、高圧酸素富化液化空気をラインＬ１８により中圧塔２３に供給する工程と、上記説明した第４の間接熱交換工程と、を追加したこと以外は、第１の実施の形態の空気分離方法と同様な手法により実施することができる。
【０１２５】
第２の実施の形態の空気分離方法によれば、第１の実施の形態の空気分離方法から、空気精製器１４で精製された空気を空気ブロワ１５で更に圧縮する工程と、この更に圧縮された空気を空気ブロワアフタークーラ１６で冷却する工程と、空気精製器１４で精製された空気の一部を中圧塔２３に供給する工程と、を除き、高圧酸素富化液化空気を中圧塔２３に供給する工程と、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させる第４の間接熱交換工程と、を追加することにより、高圧塔２１の底部から導出された高圧酸素富化液化空気を中圧塔２３で蒸留することが可能となる。
【０１２６】
これにより、第１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、これらの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ため、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。
【０１２７】
なお、第２の実施の形態の空気分離装置５０は、第１の実施の形態の空気分離装置１０と同様な効果を得ることができる。また、第２の実施の形態の空気分離方法は、第１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。
【０１２８】
（第３の実施の形態）
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。
【０１２９】
図３を参照するに、第３の実施の形態の空気分離装置６０は、第２の実施の形態の空気分離装置５０を構成する第１の中圧塔リボイラ５３、ラインＬ１９、及びラインＬ２０に替えて、第２の中圧塔リボイラ６３、第４の低圧原料供給ラインＤ４、ラインＬ２１〜Ｌ２３、及び減圧弁Ｖ６，Ｖ７を有すること以外は、空気分離装置５０と同様に構成される。
【０１３０】
第２の中圧塔リボイラ６３は、中圧塔２３内の底部に配置されている。第２の中圧塔リボイラ６３は、ラインＬ２１及び第４の低圧原料供給ラインＤ４と接続されている。
【０１３１】
第２の中圧塔リボイラ６３では、高圧原料空気の一部または高圧塔２１内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と中圧酸素富化液化空気との間接熱交換が行われる（第５の間接熱交換工程）。
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。
【０１３２】
第４の低圧原料供給ラインＤ４は、その一端が第２の中圧塔リボイラ６３と接続されており、他端が低圧塔３１の上部と接続されている。第４の低圧原料供給ラインＤ４には、減圧弁Ｖ６が設けられている。
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。
【０１３３】
ラインＬ２１は、高圧原料空気を輸送するラインＬ２から分岐されたラインである。ラインＬ２１は、第２の中圧塔リボイラ６３と接続されている。これにより、ラインＬ２１は、第２の中圧塔リボイラ６３に、高圧原料空気の一部を供給する。
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。
【０１３４】
ラインＬ２２は、第４の低圧原料供給ラインＤ４から分岐しており、減圧弁Ｖ７を介して、中圧塔２３の中部と接続されている。ラインＬ２２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中圧塔２３に供給するためのラインである。
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。
【０１３５】
第３の実施の形態の空気分離装置によれば、第２の実施の形態の空気分離装置におけるラインＬ１９及びラインＬ２０と接続された第１の中圧塔リボイラ５３に替えて、中圧塔２３内の底部に配置され、かつラインＬ２１及び第４の低圧原料供給ラインＤ４と接続された第２の中圧塔リボイラ６３を有することにより、高圧窒素ガスよりも温度の高い高圧原料空気または高圧窒素富化空気と中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることが可能になる。
【０１３６】
これにより、第２の実施の形態の空気分離装置５０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。
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。
【０１３７】
ところで、先に説明した第２の実施の形態の空気分離装置５０を構成する第１の中圧塔リボイラ５３では、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素が生成され、該高圧液化窒素が低圧塔３１の塔頂部に供給されるが、第３の実施の形態の空気分離装置６０では第２の中圧塔リボイラ６３において高圧窒素ガスよりも窒素濃度が低い高圧原料空気または高圧窒素富化空気が凝縮して、高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気が生成され、これらが低圧塔３１の上部に供給される。
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。
【０１３８】
上記空気分離装置６０を用いた第３の実施の形態の空気分離方法は、第２の実施の形態の空気分離方法で説明した第４の間接熱交換工程に替えて、高圧原料空気の一部または高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と中圧酸素富化液化空気との間接熱交換により、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５の間接熱交換工程を含むこと以外は、第２の実施の形態の空気分離方法と同様な手法により行うことができる。
【０１３９】
第３の実施の形態の空気分離方法によれば、第２の実施の形態の空気分離方法の第４の間接熱交換工程に替えて、第５の間接熱交換工程を追加することにより、高圧窒素ガスよりも温度の高い高圧原料空気または高圧窒素富化空気と中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることが可能になる。
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。
【０１４０】
ところで、先に説明した第２の実施の形態の空気分離方法に含まれる第４の間接熱交換工程では、高圧窒素ガスが液化して高圧液化窒素が生成され、該高圧液化窒素が低圧塔３１の塔頂部に供給されるが、第３の実施の形態の空気分離方法では第５の間接熱交換工程において高圧窒素ガスよりも窒素濃度が低い高圧原料空気または高圧窒素富化空気が凝縮して、高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気が生成され、これらが低圧塔３１の上部に供給される。
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。
【０１４１】
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。
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。
【０１４２】
（第４の実施の形態）
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。
【０１４３】
図４を参照するに、第４の実施の形態の空気分離装置７０は、第２の実施の形態の空気分離装置５０に、第３の中圧塔リボイラ７２と、第４の低圧原料供給ラインＤ４と、ラインＬ２１〜Ｌ２３と、減圧弁Ｖ６，Ｖ７と、を追加していること以外は、空気分離装置５０と同様に構成される。
【０１４４】
第３の中圧塔リボイラ７２は、第１の中圧塔リボイラ５３の下方、かつ中圧塔２３内の底部に配置されており、高圧原料空気を輸送するラインＬ２から分岐されたラインＬ２１と接続されている。これにより、ラインＬ２１は、第３の中圧塔リボイラ７２に、高圧原料空気の一部を供給する。
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。
【０１４５】
第２の実施の形態で説明したように、第１の中圧塔リボイラ５３では、中圧塔２３の下部に位置する中圧酸素富化液化空気と、高圧塔２１の上部から導出された高圧窒素ガスの一部と、の間接熱交換（第４の間接熱交換工程）が行われ、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。
【０１４６】
第３の中圧塔リボイラ７２では、高圧原料空気の一部または高圧塔２１内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、第１の中圧塔リボイラ５３で気化されていない中圧酸素富化液化空気（言い換えれば、第４の間接熱交換工程後において気化されていない中圧酸素富化液化空気）と、を間接熱交換させることで、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ると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させる（第６の間接熱交換工程）。
【０１４７】
上記第６の間接熱交換工程により、中圧酸素富化液化空気が気化して中圧酸素富化空気となり、高圧原料空気または高圧窒素富化空気の一部が液化して高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気となる。
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。
【０１４８】
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は、第４の低圧原料供給ラインＤ４に導出され、減圧弁Ｖ６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）。
【０１４９】
第３の中圧塔リボイラ７２で気化され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により輸送され、減圧弁Ｖ２で減圧された後、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）。
【０１５０】
ラインＬ２２は、第４の低圧原料供給ラインＤ４から分岐しており、減圧弁Ｖ７を介して、中圧塔２３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中圧塔２３に供給するためのラインである。
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。
【０１５１】
第４の実施の形態の空気分離装置によれば、第２の実施の形態の空気分離装置５０に、高圧原料空気の一部または高圧塔２１内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と第１の中圧塔リボイラ５３で気化されていない中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させて、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ると共に、中圧酸素富化液化空気の一部を気化させる第３の中圧塔リボイラ７２を追加することにより、中圧塔２３の底部に位置する中圧酸素富化液化空気よりも上部に位置し、酸素濃度及び温度の低い中圧酸素富化液化空気を高圧窒素ガスと間接熱交換させ、中圧塔２３の底部に位置する中圧酸素富化液化空気を高圧窒素ガスよりも窒素濃度が低く、かつ温度の高い高圧原料空気または高圧窒素富化空気と間接熱交換させることが可能となるので、中圧塔２３の下部及び底部で効率的に中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧酸素富化空気を生成することができる。
【０１５２】
これにより、第２の実施の形態の空気分離装置５０における中圧酸素富化液化空気よりもさらに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、この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ので、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。
【０１５３】
また、第３の実施の形態の空気分離装置６０では、第２の中圧塔リボイラ６３における間接熱交換により高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気が生成されるのに対して、第４の実施の形態の空気分離装置７０では、第１の中圧塔リボイラ５３における間接熱交換により高圧液化窒素を生成することが可能になると共に、該高圧液化窒素を低圧塔３１の塔頂部に供給することが可能となるので、低圧塔３１内の上部（窒素を濃縮する部分）の精留条件も改善される。
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。
【０１５４】
上記空気分離装置７０を用いた第４の実施の形態の空気分離方法は、上記説明した第６の間接熱交換工程を追加したこと以外は、第２の実施の形態の空気分離方法と同様な手法により実施することができる。
【０１５５】
第４の実施の形態の空気分離方法によれば、第２の実施の形態の空気分離方法に、第６の間接熱交換工程を追加することにより、中圧塔２３の底部に位置する中圧酸素富化液化空気よりも上部に位置し、酸素濃度及び温度の低い中圧酸素富化液化空気と高圧窒素ガスとを間接熱交換させ、中圧塔２３の底部に位置する中圧酸素富化液化空気と、高圧窒素ガスよりも窒素濃度が低く、かつ温度の高い高圧原料空気または高圧窒素富化空気とを間接熱交換させることが可能となるので、中圧塔２３の下部及び底部で効率的に中圧酸素富化液化空気を気化させて中圧酸素富化空気を生成することができる。
【０１５６】
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ので、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。
【０１５７】
また、第３の実施の形態の空気分離方法では第５の間接熱交換工程により高圧液化空気または高圧窒素富化液化空気が生成されるのに対して、第４の実施の形態の空気分離装置７０では、第４の間接熱交換工程により高圧液化窒素を生成することが可能になると共に、該高圧液化窒素を低圧塔３１の塔頂部に供給することが可能となるので、低圧塔３１内の上部（窒素を濃縮する部分）の精留条件も改善される。
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。
【０１５８】
なお、第４の実施の形態の空気分離装置７０は、第１ないし第３の実施の形態の空気分離装置１０，５０，６０と同様な効果を得ることができる。
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。
【０１５９】
（第５の実施の形態）
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。
【０１６０】
図５を参照するに、第５の実施の形態の空気分離装置８０は、第１ないし第４の実施の形態の空気分離装置１０，５０，６０，７０の構成に、さらに、低圧液化酸素容器８１、ラインＬ２４、ラインＬ２５、及び液化酸素ポンプ８２を有し、低圧液化酸素容器８１の内部に第１の低圧塔リボイラ３３を配置させたこと以外は、第１ないし第４の実施の形態の空気分離装置１０，５０，６０，７０と同様に構成される。
【０１６１】
第１の低圧塔リボイラ３３は、ラインＬ７，Ｌ８と接続されている。ラインＬ２４は、その一端が低圧塔３１の底部と接続されており、他端が低圧液化酸素容器８１と接続されている。
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。
【０１６２】
第１ないし第４の実施の形態の空気分離装置１０，５０，６０，７０では、低圧塔３１内の底部に、第１の低圧塔リボイラ３３と第２の低圧塔リボイラ３４とを並列に設置した場合を例に挙げて説明したが、上記構成とされた第５の実施の形態の空気分離装置８０のように、第１の低圧塔リボイラ３３と第２の低圧塔リボイラ３４とを直列に設置してもよい。
【０１６３】
上記空気分離装置８０では、低圧塔３１内の底部に第２の低圧リボイラ３４のみが設置されており、第１の低圧塔リボイラ３３は低圧塔３１とは別の低圧液化酸素容器８１内に設置されている。
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。
【０１６４】
低圧液化酸素容器８１に設置された第１の低圧塔リボイラ３３では、低圧液化酸素容器８１に導入された低圧液化酸素の一部または全量と、アルゴン塔３６から供給されたアルゴンガスとの間接熱交換（第１の間接熱交換工程）が行われる。
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。
【０１６５】
第１の低圧塔リボイラ３３で生成された低圧酸素ガスは、低圧液化酸素容器８１からラインＬ２５に導出され、低圧酸素ガスの一部または全量が低圧塔３１の底部に導入される。
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。
【０１６６】
上記説明した空気分離装置８０においても、液化酸素容器８１、ラインＬ２４、及びラインＬ２５は、低圧塔３１の構成の一部とみなすことができ、第１ないし第４の実施の形態の空気分離装置１０，５０，６０，７０と同様な効果を得ることができる。
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。
【０１６７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１６８】
例えば、従来からよく知られた方法として、高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）を採取する場合に、低圧塔の塔底部から液化酸素を抜き出し、液化ガスポンプで必要な圧力まで昇圧し、昇圧した液化酸素を主熱交換器に導入して全量気化させ、常温まで熱回収した後に、製品である高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）を回収する方法（例えば、特許４９３９６５１号公報に開示された方法）があるが、このような方法を上記説明した第１ないし第５の実施の形態の空気分離方法に適用してもよい。
【０１６９】
即ち、アルゴン塔３６の操作圧力よりも高い圧力である高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）が製品として回収される場合に、低圧塔３１の塔底に位置する低圧液化酸素、及び／またはアルゴン塔３６の塔底に位置する中圧液化酸素が各蒸留塔から導出され、液化ガスポンプ（図示せず）で必要な圧力まで昇圧される。
【０１７０】
液化ガスポンプ（図示せず）で昇圧された高圧液化酸素は、主熱交換器１８に導入され、主熱交換器１８内で気化し、常温まで熱回収された後、製品である高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）として回収される。
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。
【０１７１】
主熱交換器１８に導入された超高圧原料空気は、液化ガスポンプ（図示せず）で昇圧された高圧液化酸素との間接熱交換により、高圧液化酸素を蒸発させて高圧酸素ガスを生成し、自らは全量凝縮して超高圧液化空気となる。
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。
【０１７２】
また、他の例として、例えば、上記説明した第１ないし第５の実施の形態の空気分離装置１０，５０，６０，７０，８０において、酸素ガス、及びアルゴンガスまたは液化アルゴンが必要であり、中圧窒素ガス、高圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素が不要な場合には、空気分離装置１０，５０，６０，７０，８０から採取された製品用の高圧窒素ガスＨＰＧＮ２や製品用の中圧窒素ガスＭＰＧＮ２を動力回収タービン（図示せず）に導入して、断熱膨張させ、動力を回収することで装置全体の消費動力を低減できる。
【０１７３】
ところで、上記説明した第１ないし第５の実施の形態の空気分離装置１０，５０，６０，７０，８０において、高圧塔２１、中圧塔２３、低圧塔３１、及びアルゴン塔３６は各リボイラにより、熱的に統合されている。
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。
【０１７４】
例えば、特許第４５４０１８２号公報に開示された空気分離用低温蒸留システムは、高圧塔、中間圧塔、低圧塔、アルゴン塔が熱的に統合されたプロセスであるが、アルゴン塔の底部が低圧塔の頂部と熱的に統合されており、低圧塔の操作圧力がアルゴン塔の操作圧力よりも高くなっているため、第１ないし第５の実施の形態の空気分離装置１０，５０，６０，７０，８０とは異なる。
【０１７５】
（実施例１）
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。
【０１７６】
シミュレーションの計算条件としては、流量２４１２の原料空気から流量５００、圧力１２０ｋＰａＡ、酸素濃度９９．６％以上の低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）と、流量１８、酸素濃度１ｐｐｍ以下、窒素濃度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以上で、かつ酸素濃度が０．１ｐｐｍ以下の高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）、または圧力が４８０ｋＰａ以上で、かつ酸素濃度が０．１ｐｐｍ以下の中圧窒素ガス（ＭＰＧＮ２、図２には図示せず）をできるだけ多量に採取する条件を用いた。
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。
【０１７７】
【表１】
2014163613.tif 000003
【０１７８】
表１を参照するに、第２の実施の形態の空気分離装置５０を用いて流量２４１２の原料空気から流量が５００、圧力が１２０ｋＰａＡ、酸素濃度が９９．７％の低圧酸素ガス（製品）と、流量が１８、酸素濃度が１ｐｐｍ（窒素濃度は１ｐｐｍ以下）の液化アルゴン（製品）と、流量が７１６、圧力が８２０ｋＰａＡ、酸素濃度が０．１ｐｐｍ以下の高圧窒素ガス（製品）と、を採取できることが確認された。
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。
【０１７９】
（比較例１）
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。
【０１８０】
【表２】
2014163613.tif 000004
【０１８１】
表２を参照するに、両装置（空気分離装置５０及び空気分離装置２００）とも流量が５００、圧力が１２０ｋＰａＡ、酸素濃度が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、を製品として採取でき、両装置のアルゴンの収率は同じ値となった。
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。
【０１８２】
表３にシミュレーション計算により求められた比較例１及び実施例１で使用した各装置の消費動力を示す。但し、比較例１では、高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）を採取できなかったため、副生成物として得られる低圧窒素ガス（ＬＰＧＮ２）のうち、流量７１６を窒素圧縮機（図示せず）で圧力８２０ｋＰａＡまで圧縮して高圧窒素ガスを製造した。
【０１８３】
【表３】
2014163613.tif 000005
【０１８４】
表３を参照するに、実施例１は、比較例１と比較して原料空気の圧力が高く空気圧縮機１１の消費動力は３０％大きくなるが、窒素圧縮機が不要であるため合計動力としては約６％小さくなることが確認できた。
【０１８５】
（実施例２）
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。
【０１８６】
シミュレーションの計算条件としては、流量が２４１２の原料空気から流量が５００、圧力が１２０ｋＰａＡ、酸素濃度が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、酸素濃度が０．１ｐｐｍ以下の中圧液化窒素（ＭＰＬＮ２）をできるだけ多量に採取する条件を用いた。この結果を表４に示す。
【０１８７】
【表４】
2014163613.tif 000006
【０１８８】
（比較例２）
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。
【０１８９】
（比較例２及び実施例２の結果のまとめ）
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。
【産業上の利用可能性】
【０１９０】
本発明は、アルゴンの収率の低下を抑制しつつ、より多くの中圧窒素ガス、中圧窒素ガスよりも高い圧力の高圧窒素ガス、液化酸素もしくは液化窒素等を採取する空気分離方法及び空気分離装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１９１】
１０，５０，６０，７０，８０…空気分離装置、１１…空気圧縮機、１２…空気予冷器、１４…空気精製器、１５…空気ブロワ、１６…空気ブロワアフタークーラ、１８…主熱交換器、２１…高圧塔、２３…中圧塔、２５…タービンブロワ、２６…タービンブロワアフタークーラ、２８…タービン、２９…過冷器、３１…低圧塔、３３…第１の低圧塔リボイラ、３４…第２の低圧塔リボイラ、３６…アルゴン塔、３８…アルゴン塔リボイラ、５３…第１の中圧塔リボイラ、６３…第２の中圧塔リボイラ、７２…第３の中圧塔リボイラ、８１…低圧液化酸素容器、８２…液化酸素ポンプ、Ａ１，Ａ２…第１製品導出ライン、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６…第２製品導出ライン、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…第３製品導出ライン、Ｄ１…第１の低圧原料供給ライン、Ｄ２…第２の低圧原料供給ライン、Ｄ３…第３の低圧原料供給ライン、Ｄ４…第４の低圧原料供給ライン、Ｌ１〜Ｌ２５…ライン、Ｖ１〜Ｖ８…減圧弁
【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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