(57)【要約】【課題】  高圧型の複式精留プロセスにおけるエネルギー損失を解消することができる空気分離方法及び装置を提供する。【解決手段】  高圧型の複式精留プロセスにおいて、精製高圧原料空気の一部を中間温度に冷却した後に断熱膨張させて寒冷を発生させるとともに低圧原料空気を生成する低圧原料空気生成工程と、間接熱交換工程で生成した高圧液化窒素を減圧した低圧液化窒素と低圧原料空気とを深冷液化分離して低圧窒素ガスと低圧酸素富化液化空気とを生成する低圧蒸留工程と、低圧酸素富化液化空気を昇圧した第２の中圧酸素富化液化空気を中圧蒸留工程中に導入する第２の中圧酸素富化液化空気導入工程と、低圧蒸留工程で生成した低圧窒素ガスを導出して主熱交換工程で熱回収後に精製手段の再生ガスとして使用する精製手段再生工程とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮、予冷された高圧原料空気を精製手段で精製して精製高圧原料空気を生成する精製工程と、精製高圧原料空気をあらかじめ設定された低温状態に冷却して低温高圧原料空気を生成する主熱交換工程と、前記低温高圧原料空気を深冷液化分離して高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とを生成する高圧蒸留工程と、前記高圧窒素ガスを液化後に減圧した中圧液化窒素と前記高圧酸素富化液化空気を減圧した中圧酸素富化液化空気とを深冷液化分離して中圧窒素ガスと中圧液化酸素とを生成する中圧蒸留工程と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、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ともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する間接熱交換工程と、該間接熱交換工程で生成した中圧酸素ガスの一部及び該間接熱交換工程で気化しなかった中圧液化酸素を昇圧手段で昇圧した後に気化させて得られる高圧酸素ガスのうち少なくともいずれか一方を製品として採取する製品酸素ガス採取工程と、前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスを製品として採取する製品窒素ガス採取工程とを含む高圧型の空気液化分離方法において、
前記精製高圧原料空気の一部をあらかじめ設定された中間温度に冷却した後に断熱膨張させて寒冷を発生させるとともに低圧原料空気を生成する低圧原料空気生成工程と、
前記間接熱交換工程で生成した高圧液化窒素を減圧した低圧液化窒素と前記低圧原料空気とを深冷液化分離して低圧窒素ガスと低圧酸素富化液化空気とを生成する低圧蒸留工程と、
前記低圧酸素富化液化空気を昇圧した第２の中圧酸素富化液化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する第２の中圧酸素富化液化空気導入工程と、
前記低圧蒸留工程で生成した前記低圧窒素ガスを導出して前記主熱交換工程で熱回収後に前記精製手段の再生ガスとして使用する精製手段再生工程と、
を含むことを特徴とする空気液化分離方法。
【請求項２】
前記高圧蒸留工程で生成した高圧酸素富化液化空気の一部又は前記高圧蒸留工程の中間生成物である高圧液化空気の一部を減圧した低圧液化空気と前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成する第２の間接熱交換工程と、
第２の間接熱交換工程で生成した前記低圧空気を前記低圧蒸留工程中に導入する低圧空気導入工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の空気液化分離方法。
【請求項３】
前記第２の間接熱交換工程で生成した第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入工程を含む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】
前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧液化空気の一部を減圧した低圧液化空気と前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成する第２の間接熱交換工程と、
第２の間接熱交換工程で生成した前記低圧空気を前記低圧蒸留工程中に導入する低圧空気導入工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の空気液化分離方法。
【請求項５】
第２の間接熱交換工程で生成した前記第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入工程を含むことを特徴とする請求項４記載の空気液化分離方法。
【請求項６】
前記中圧蒸留工程で生成した前記中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスと、前記低圧蒸留工程で生成した前記低圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることにより、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成するとともに、前記低圧酸素富化液化空気を気化させて低圧蒸留工程の上昇ガスとなる低圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換工程と、
第３の間接熱交換工程で生成した前記第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の空気液化分離方法。
【請求項７】
前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン蒸留工程と、
前記高圧蒸留工程で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第３の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスとを間接熱交換させることにより、前記第３の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とともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて中圧液化アルゴンを生成するアルゴン間接熱交換工程と、
該アルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する中圧酸素富化空気導入工程と、
アルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧液化アルゴンを中圧アルゴン蒸留工程に還流液として導入する中圧液化アルゴン導入工程と、
中圧アルゴン蒸留工程で生成した前記中圧アルゴンガスの一部及びアルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧液化アルゴンの一部のうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取工程と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の空気液化分離方法。
【請求項８】
前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン蒸留工程と、
前記高圧蒸留工程で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第３の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスの一部とを間接熱交換させることにより、前記第３の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とともに、前記中圧アルゴンガスの一部を液化させて第１の中圧液化アルゴンを生成する第１のアルゴン間接熱交換工程と、
前記中圧蒸留工程で生成した前記中圧液化酸素の一部を減圧した低圧液化酸素と前記中圧アルゴンガスの残部とを間接熱交換させることにより、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するとともに、前記中圧アルゴンガスの残部を液化させて第２の中圧液化アルゴンを生成する第２のアルゴン間接熱交換工程と、
第１のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する中圧酸素富化空気導入工程と、
中圧アルゴン蒸留工程で生成した前記中圧アルゴンガスの一部、第１のアルゴン間接熱交換工程で生成した第１の中圧液化アルゴン及び第２のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記第２の中圧液化アルゴンのうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取工程とを含むとともに、
前記製品酸素ガス採取工程に替えて、又は追加して前記第２のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記低圧酸素ガスを採取する第２の製品酸素ガス採取工程を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の空気液化分離方法。
【請求項９】
圧縮、予冷された高圧原料空気を精製して精製高圧原料空気を生成する精製手段と、精製高圧原料空気をあらかじめ設定された低温状態に冷却して低温高圧原料空気を生成する主熱交換器と、前記低温高圧原料空気を深冷液化分離して高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とを生成する高圧塔と、前記高圧窒素ガスを液化後に減圧した中圧液化窒素と前記高圧酸素富化液化空気を減圧した中圧酸素富化液化空気とを深冷液化分離して中圧窒素ガスと中圧液化酸素とを生成する中圧塔と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、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ともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する間接熱交換器と、前記中圧酸素ガスの一部及び該間接熱交換器で気化しなかった中圧液化酸素を昇圧手段で昇圧した後に気化させて得られる高圧酸素ガスのうち少なくともいずれか一方を製品として採取する製品酸素ガス採取経路と、前記中圧窒素ガスを製品として採取する製品窒素ガス採取経路とを備えた高圧型の空気液化分離装置において、
前記精製高圧原料空気の一部をあらかじめ設定された中間温度に冷却した後に断熱膨張させて寒冷を発生させるとともに低圧原料空気を生成する膨張タービンと、
前記間接熱交換器で生成した高圧液化窒素を減圧した低圧液化窒素と前記低圧原料空気とを深冷液化分離して低圧窒素ガスと低圧酸素富化液化空気とを生成する低圧塔と、
前記低圧酸素富化液化空気をポンプで昇圧した第２の中圧酸素富化液化空気を前記中圧塔中に導入する第２の中圧酸素富化液化空気導入経路と、
前記低圧塔で生成した前記低圧窒素ガスを導出して前記主熱交換器で熱回収後に前記精製手段の再生ガスとする精製手段再生ガス経路と、
を備えていることを特徴とする空気液化分離装置。
【請求項１０】
前記高圧塔で生成した高圧酸素富化液化空気の一部又は前記高圧塔の中間生成物である高圧液化空気の一部を減圧弁で減圧した低圧液化空気と前記中圧塔で生成した中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成する第２の間接熱交換器と、
第２の間接熱交換器で生成した前記低圧空気を前記低圧塔中に導入する低圧空気導入経路と、
を備えていることを特徴とする請求項９記載の空気液化分離装置。
【請求項１１】
前記第２の間接熱交換器で生成した第２の中圧液化窒素を減圧弁で減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入経路を備えていることを特徴とする請求項１０記載の空気液化分離装置。
【請求項１２】
前記中圧塔の中段から中圧液化空気の一部を導出して減圧した低圧液化空気と前記中圧塔で生成した中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成する第２の間接熱交換器と、
第２の間接熱交換器で生成した前記低圧空気を前記低圧塔中に導入する低圧空気導入経路と、
を備えていることを特徴とする請求項９記載の空気液化分離装置。
【請求項１３】
第２の間接熱交換器で生成した前記第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入経路を備えていることを特徴とする請求項１２記載の空気液化分離装置。
【請求項１４】
前記中圧塔で生成した前記中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスと、前記低圧塔で生成した前記低圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることにより、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成するとともに、前記低圧酸素富化液化空気を気化させて低圧蒸留工程の上昇ガスとなる低圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換器と、
第３の間接熱交換器で生成した前記第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入経路と、
を備えていることを特徴とする請求項９記載の空気液化分離装置。
【請求項１５】
前記中圧塔の中段から導出した中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン塔と、
前記高圧塔で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧弁で減圧した第３の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスとを間接熱交換させることにより、前記第３の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とともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて中圧液化アルゴンを生成するアルゴン間接熱交換器と、
アルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧塔中に導入する中圧酸素富化空気導入経路と、
アルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧液化アルゴンを中圧アルゴン塔に還流液として導入する中圧液化アルゴン導入経路と、
中圧アルゴン塔で生成した前記中圧アルゴンガスの一部及びアルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧液化アルゴンの一部のうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取経路と、
を備えていることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項記載の空気液化分離装置。
【請求項１６】
前記中圧塔の中段から導出した中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン塔と、
前記高圧塔で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第３の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスの一部とを間接熱交換させることにより、前記第３の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とともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて第１の中圧液化アルゴンを生成する第１のアルゴン間接熱交換器と、
前記中圧塔で生成した前記中圧液化酸素の一部を減圧した低圧液化酸素と前記中圧アルゴンガスの残部とを間接熱交換させることにより、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するとともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて第２の中圧液化アルゴンを生成する第２のアルゴン間接熱交換器と、
第１のアルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧塔中に導入する中圧酸素富化空気導入経路と、
中圧アルゴン塔で生成した前記中圧アルゴンガスの一部、第１のアルゴン間接熱交換器で生成した前記第１の中圧液化アルゴン及び第２のアルゴン間接熱交換器で生成した前記第２の中圧液化アルゴンのうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取経路とを備えるとともに、
前記製品酸素ガス採取経路に替えて、又は追加して第２のアルゴン間接熱交換器で生成した前記低圧酸素ガスを採取する第２の製品酸素ガス採取経路を備えていることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項記載の空気液化分離装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気液化分離方法及び装置に関し、詳しくは、空気液化分離方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気を深冷液化分離して酸素や窒素を製造する方法として、圧縮、精製、冷却した原料空気を、高圧塔、中圧塔、間接熱交換器（主凝縮器）及び膨張タービンを備えた複式精留プロセスが広く用いられている。この複式精留プロセスでは、通常、中圧塔の下部から製品酸素ガスを採取するとともに、製品窒素ガスを中圧塔の頂部から採取している。また、中圧塔の上部から中圧窒素ガスが廃ガスとして導出され、熱回収後に空気精製器（精製手段）の再生ガスとして用いている。空気精製器の再生に用いられたガスは、二酸化炭素や水分を含んでいるため、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）向けに供給される窒素ガスなど、一部の用途を除いては製品としては利用できず、大気に放出される。
【０００３】
また、酸素、窒素に加えてアルゴンを製造する場合は、前記複式精留プロセスにアルゴン塔とアルゴン凝縮器とを追加し、アルゴン塔の頂部から製品アルゴンガス又は製品液化アルゴンを採取する方法が一般的に採用されている。
【０００４】
このようなプロセスでは、高圧塔、中圧塔、アルゴン塔の操作圧力を高くすることにより、例えば中圧塔の操作圧力を１５０ｋＰａ（絶対圧力、以下同じ）以上に設定することにより、処理流体のガス密度が大きくなり、原料空気を精製する空気精製器や熱交換器、精留塔、配管などの小型化を図ることができる。このように、操作圧力を高く設定したプロセスは、一般に高圧型プロセスと呼ばれており、各機器がコンパクトになり、装置の製作コストや装置の輸送コストを抑えられるという利点がある。さらに、製品酸素ガスや製品窒素ガスの圧力も高くなるため、これらを需要先に圧送する際には、酸素圧縮機や窒素圧縮機などの小型化を図れるとともに、消費動力も少なくすることができるという利点も有している。
【０００５】
高圧型プロセスにおける酸素収率を高めるため、中圧塔から導出した廃ガス（中圧窒素ガス）を熱回収後にブロワで昇圧してから再び冷却し、膨張タービンで膨張させて低圧窒素ガスとし、運転に必要な寒冷を発生させるとともに、低圧窒素ガスを再び熱回収してから空気精製器の再生に用いる高圧型プロセスが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、アルゴンを製造する高圧型プロセスにおいて、中圧塔底部から導出して減圧した中圧液化酸素とアルゴン塔頂部の中圧アルゴンガスとを間接熱交換させることにより、アルゴン収率を改善する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２３７８９２号公報
【特許文献２】特開平５−２７２８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的な高圧型プロセスにおいて、中圧塔から導出して熱回収後に空気精製器の再生に用いた中圧窒素ガスは、大気放出する際に大気圧付近まで減圧しなければならず、大きなエネルギー損失が生じる。また、特許文献１に記載されている方法では、廃ガスに対して、熱回収、昇圧、冷却、断熱膨張、熱回収という手順を行うため、装置構成が複雑になるという欠点がある。一方、特許文献２に記載された方法は、アルゴン収率の改善には有効であると思われるが、中圧塔から導出した廃ガスのエネルギー損失については記載されていない。
【０００９】
そこで本発明は、中圧塔の操作圧力を１５０ｋＰａ以上、好ましくは２００〜４００ｋＰａとした高圧型の複式精留プロセスにおけるエネルギー損失を解消することができる空気分離方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記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、予冷された高圧原料空気を精製手段で精製して精製高圧原料空気を生成する精製工程と、精製高圧原料空気をあらかじめ設定された低温状態に冷却して低温高圧原料空気を生成する主熱交換工程と、前記低温高圧原料空気を深冷液化分離して高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とを生成する高圧蒸留工程と、前記高圧窒素ガスを液化後に減圧した中圧液化窒素と前記高圧酸素富化液化空気を減圧した中圧酸素富化液化空気とを深冷液化分離して中圧窒素ガスと中圧液化酸素とを生成する中圧蒸留工程と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、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ともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する間接熱交換工程と、該間接熱交換工程で生成した中圧酸素ガスの一部及び該間接熱交換工程で気化しなかった中圧液化酸素を昇圧手段で昇圧した後に気化させて得られる高圧酸素ガスのうち少なくともいずれか一方を製品として採取する製品酸素ガス採取工程と、前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスを製品として採取する製品窒素ガス採取工程とを含む高圧型の空気液化分離方法において、前記精製高圧原料空気の一部をあらかじめ設定された中間温度に冷却した後に断熱膨張させて寒冷を発生させるとともに低圧原料空気を生成する低圧原料空気生成工程と、前記間接熱交換工程で生成した高圧液化窒素を減圧した低圧液化窒素と前記低圧原料空気とを深冷液化分離して低圧窒素ガスと低圧酸素富化液化空気とを生成する低圧蒸留工程と、前記低圧酸素富化液化空気を昇圧した第２の中圧酸素富化液化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する第２の中圧酸素富化液化空気導入工程と、前記低圧蒸留工程で生成した前記低圧窒素ガスを導出して前記主熱交換工程で熱回収後に前記精製手段の再生ガスとして使用する精製手段再生工程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の空気液化分離方法の第２の構成は、前記第１の構成において、前記高圧蒸留工程で生成した高圧酸素富化液化空気の一部又は前記高圧蒸留工程の中間生成物である高圧液化空気の一部を減圧した低圧液化空気と前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成する第２の間接熱交換工程と、第２の間接熱交換工程で生成した前記低圧空気を前記低圧蒸留工程中に導入する低圧空気導入工程とを含むことを特徴とし、さらに、前記第２の間接熱交換工程で生成した第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入工程を含むことを特徴としている。
【００１２】
本発明の空気液化分離方法の第３の構成は、前記第１の構成において、前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧液化空気の一部を減圧した低圧液化空気と前記中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成する第２の間接熱交換工程と、第２の間接熱交換工程で生成した前記低圧空気を前記低圧蒸留工程中に導入する低圧空気導入工程とを含むことを特徴とし、さらに、第２の間接熱交換工程で生成した前記第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入工程を含むことを特徴としている。
【００１３】
本発明の空気液化分離方法の第４の構成は、前記第１の構成において、前記中圧蒸留工程で生成した前記中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスと、前記低圧蒸留工程で生成した前記低圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることにより、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成するとともに、前記低圧酸素富化液化空気を気化させて低圧蒸留工程の上昇ガスとなる低圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換工程と、第３の間接熱交換工程で生成した前記第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧蒸留工程に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入工程とを含むことを特徴としている。
【００１４】
本発明の空気液化分離方法の第５の構成は、前記第１〜４の構成において、前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン蒸留工程と、前記高圧蒸留工程で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第３の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスとを間接熱交換させることにより、前記第３の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とともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて中圧液化アルゴンを生成するアルゴン間接熱交換工程と、該アルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する中圧酸素富化空気導入工程と、アルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧液化アルゴンを中圧アルゴン蒸留工程に還流液として導入する中圧液化アルゴン導入工程と、中圧アルゴン蒸留工程で生成した前記中圧アルゴンガスの一部及びアルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧液化アルゴンの一部のうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取工程とを含むことを特徴としている。
【００１５】
本発明の空気液化分離方法の第６の構成は、前記第１〜４の構成において、前記中圧蒸留工程の中間生成物である中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン蒸留工程と、前記高圧蒸留工程で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第３の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスの一部とを間接熱交換させることにより、前記第３の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とともに、前記中圧アルゴンガスの一部を液化させて第１の中圧液化アルゴンを生成する第１のアルゴン間接熱交換工程と、前記中圧分離工程で生成した前記中圧液化酸素の一部を減圧した低圧液化酸素と前記中圧アルゴンガスの残部とを間接熱交換させることにより、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するとともに、前記中圧アルゴンガスの残部を液化させて第２の中圧液化アルゴンを生成する第２のアルゴン間接熱交換工程と、第１のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧蒸留工程中に導入する中圧酸素富化空気導入工程と、中圧アルゴン蒸留工程で生成した前記中圧アルゴンガスの一部、第１のアルゴン間接熱交換工程で生成した第１の中圧液化アルゴン及び第２のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記第２の中圧液化アルゴンのうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取工程とを含むとともに、前記製品酸素ガス採取工程に替えて、又は追加して前記第２のアルゴン間接熱交換工程で生成した前記低圧酸素ガスを採取する第２の製品酸素ガス採取工程を含むことを特徴としている。
【００１６】
本発明の空気液化分離装置の第１の構成は、圧縮、予冷された高圧原料空気を精製して精製高圧原料空気を生成する精製手段と、精製高圧原料空気をあらかじめ設定された低温状態に冷却して低温高圧原料空気を生成する主熱交換器と、前記低温高圧原料空気を深冷液化分離して高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とを生成する高圧塔と、前記高圧窒素ガスを液化後に減圧した中圧液化窒素と前記高圧酸素富化液化空気を減圧した中圧酸素富化液化空気とを深冷液化分離して中圧窒素ガスと中圧液化酸素とを生成する中圧塔と、前記高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、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ともに、前記中圧液化酸素を気化させて中圧酸素ガスを生成する間接熱交換器と、前記中圧酸素ガスの一部及び該間接熱交換器で気化しなかった中圧液化酸素を昇圧手段で昇圧した後に気化させて得られる高圧酸素ガスのうち少なくともいずれか一方を製品として採取する製品酸素ガス採取経路と、前記中圧窒素ガスを製品として採取する製品窒素ガス採取経路とを備えた高圧型の空気液化分離装置において、前記精製高圧原料空気の一部をあらかじめ設定された中間温度に冷却した後に断熱膨張させて寒冷を発生させるとともに低圧原料空気を生成する膨張タービンと、前記間接熱交換器で生成した高圧液化窒素を減圧した低圧液化窒素と前記低圧原料空気とを深冷液化分離して低圧窒素ガスと低圧酸素富化液化空気とを生成する低圧塔と、前記低圧酸素富化液化空気をポンプで昇圧した第２の中圧酸素富化液化空気を前記中圧塔中に導入する第２の中圧酸素富化液化空気導入経路と、前記低圧塔で生成した前記低圧窒素ガスを導出して前記主熱交換器で熱回収後に前記精製手段の再生ガスとする精製手段再生ガス経路とを備えていることを特徴としている。
【００１７】
本発明の空気液化分離装置の第２の構成は、前記第１の装置構成において、前記高圧塔で生成した高圧酸素富化液化空気の一部又は前記高圧塔の中間生成物である高圧液化空気の一部を減圧弁で減圧した低圧液化空気と前記中圧塔で生成した中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成する第２の間接熱交換器と、第２の間接熱交換器で生成した前記低圧空気を前記低圧塔中に導入する低圧空気導入経路とを備えていることを特徴とし、さらに、前記第２の間接熱交換器で生成した第２の中圧液化窒素を減圧弁で減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入経路を備えていることを特徴としている。
【００１８】
本発明の空気液化分離装置の第３の構成は、前記第１の装置構成において、前記中圧塔の中段から中圧液化空気の一部を導出して減圧した低圧液化空気と前記中圧塔で生成した中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスとを間接熱交換させることにより、前記低圧液化空気を気化させて低圧空気を生成するとともに、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成する第２の間接熱交換器と、第２の間接熱交換器で生成した前記低圧空気を前記低圧塔中に導入する低圧空気導入経路とを備えていることを特徴とし、さらに、第２の間接熱交換器で生成した前記第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入経路を備えていることを特徴としている。
【００１９】
本発明の空気液化分離装置の第４の構成は、前記第１の装置構成において、前記中圧塔で生成した前記中圧窒素ガスの一部である第２の中圧窒素ガスと、前記低圧塔で生成した前記低圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることにより、前記第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成するとともに、前記低圧酸素富化液化空気を気化させて低圧蒸留工程の上昇ガスとなる低圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換器と、第３の間接熱交換器で生成した前記第２の中圧液化窒素を減圧した第２の低圧液化窒素を前記低圧塔に還流液として導入する第２の低圧液化窒素導入経路とを備えていることを特徴としている。
【００２０】
本発明の空気液化分離装置の第５の構成は、前記第１〜４の装置構成において、前記中圧塔の中段から導出した中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン塔と、前記高圧塔で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧弁で減圧した第３の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスとを間接熱交換させることにより、前記第３の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とともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて中圧液化アルゴンを生成するアルゴン間接熱交換器と、アルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧塔中に導入する中圧酸素富化空気導入経路と、アルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧液化アルゴンを中圧アルゴン塔に還流液として導入する中圧液化アルゴン導入経路と、中圧アルゴン塔で生成した前記中圧アルゴンガスの一部及びアルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧液化アルゴンの一部のうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取経路とを備えていることを特徴としている。
【００２１】
本発明の空気液化分離装置の第６の構成は、前記第１〜４の装置構成において、前記中圧塔の中段から導出した中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン塔と、前記高圧塔で生成した前記高圧酸素富化液化空気を減圧した第３の中圧酸素富化液化空気と前記中圧アルゴンガスの一部とを間接熱交換させることにより、前記第３の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とともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて第１の中圧液化アルゴンを生成する第１のアルゴン間接熱交換器と、前記中圧塔で生成した前記中圧液化酸素の一部を減圧した低圧液化酸素と前記中圧アルゴンガスの残部とを間接熱交換させることにより、前記低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成するとともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて第２の中圧液化アルゴンを生成する第２のアルゴン間接熱交換器と、第１のアルゴン間接熱交換器で生成した前記中圧酸素富化空気を前記中圧塔中に導入する中圧酸素富化空気導入経路と、中圧アルゴン塔で生成した前記中圧アルゴンガスの一部、第１のアルゴン間接熱交換器で生成した前記第１の中圧液化アルゴン及び第２のアルゴン間接熱交換器で生成した前記第２の中圧液化アルゴンのうち少なくともいずれか一つを採取するアルゴン採取経路とを備えるとともに、前記製品酸素ガス採取経路に替えて、又は追加して第２のアルゴン間接熱交換器で生成した前記低圧酸素ガスを採取する第２の製品酸素ガス採取経路を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、各機器の小型化を図れる高圧型の複式精留プロセスに低圧塔を追加して再生用ガスの圧力を低くするようにしているので、中圧のガスを大気に放出する場合に比べてエネルギー損失を低減することができ、原単位を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第１形態例を示す系統図である。
【図２】本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第２形態例を示す系統図である。
【図３】本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第３形態例を示す系統図である。
【図４】本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第４形態例を示す系統図である。
【図５】本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第５形態例を示す系統図である。
【図６】本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第６形態例を示す系統図である。
【図７】実施例で比較した従来の空気液化分離装置を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第１形態例を示す系統図である。本形態例に示す空気液化分離装置は、中圧塔の操作圧力を１５０ｋＰａ以上、好ましくは２００〜４００ｋＰａに設定した空気液化分離装置であって、主要な機器として、あらかじめ設定された高圧状態で高圧蒸留工程を行う高圧塔１１と、あらかじめ設定された中圧状態で中圧蒸留工程を行う中圧塔１２と、あらかじめ設定された低圧状態で低圧蒸留工程を行う低圧塔１３と、前記中圧塔１２の底部に設けられた間接熱交換器である主凝縮器１４と、原料空気をあらかじめ設定された高圧状態に昇圧する空気圧縮機１５と、昇圧された高圧原料空気中の二酸化炭素や水分等の不純物を除去する精製手段である精製器１６と、精製後の高圧原料空気をあらかじめ設定された温度に冷却する主熱交換器１７と、中間温度に冷却された原料空気の一部を断熱膨張させて低圧原料空気を生成するとともに寒冷を発生させる膨張タービン１８とを備えている。
【００２５】
原料空気は、空気圧縮機１５での圧縮工程であらかじめ設定された高圧状態に圧縮されて高圧原料空気となり、アフタークーラー１５ａで常温まで冷却された後、モレキュラーシーブスなどを充填した精製器１６に導入されて精製工程が行われ、含有する二酸化炭素や水分等の不純物が吸着除去される。精製器１６で精製された精製高圧原料空気は、経路３１を通って主熱交換器１７に導入され、この主熱交換器１７での主熱交換工程により、製品酸素ガスや製品窒素ガスなどの低温戻りガスと熱交換を行い、露点温度付近まで冷却されて低温高圧原料空気となり、経路３２を通って高圧塔１１の下部に上昇ガスとして導入される。
【００２６】
高圧塔１１では、原料空気の高圧蒸留工程が行われ、塔頂部に高圧窒素ガスが生成し、塔底部に高圧酸素富化液化空気が生成する。高圧酸素富化液化空気は、塔底の経路３３に導出され、過冷器１９で冷却された後、経路３４の減圧弁２１で中圧塔１２の運転圧力に対応した圧力に減圧されて中圧酸素富化液化空気となり、中圧酸素富化液化空気導入経路３５から中圧塔１２の中段に下降液の一部として導入される。高圧酸素富化液化空気の一部は、経路３４から経路３６に分流して減圧弁２２で低圧塔１３の運転圧力に対応した圧力に減圧されて第２の低圧酸素富化液化空気となり、第２の低圧酸素富化液化空気導入経路３７から低圧塔１３の中段に下降液の一部として導入される。
【００２７】
また、高圧塔頂部の高圧窒素ガスは、経路３８に導出されて主凝縮器１４に導入され、中圧塔底部の中圧液化酸素と間接熱交換工程を行い、液化して高圧液化窒素となる。この高圧液化窒素は、経路３９を通って高圧塔１１の頂部に還流液として戻される流れと、経路４０を通る流れとに分かれる。経路４０を通る高圧液化窒素は、過冷器１９で冷却された後、経路４１を通り、減圧弁２３で中圧塔１２の運転圧力に対応した圧力に減圧されて中圧液化窒素となり、中圧液化窒素導入経路４２から中圧塔１２の頂部に還流液として導入される。残部の高圧液化窒素は、経路４３を通り、減圧弁２４で低圧塔１３の運転圧力に対応した圧力に減圧されて低圧液化窒素となり、低圧液化窒素導入経路４４から低圧塔１３の頂部に還流液として導入される。さらに、一部の中圧液化窒素は、過冷器１９の出口で分岐した製品液化窒素採取経路４５から製品液化窒素として採取される。
【００２８】
主熱交換器１７で中間温度まで冷却された精製高圧原料空気の一部は、経路４６に抜き出されて膨張タービン１８に導入され、断熱膨張することにより、寒冷を発生させるとともに低圧塔１３の運転圧力に対応した圧力の低圧原料空気となる。低圧原料空気は、低圧原料空気導入経路４７を通って低圧塔１３の下部に上昇ガスとして導入される。
【００２９】
低圧塔１３では、前記第２の低圧酸素富化液化空気導入経路３７から導入された第２の低圧酸素富化液化空気と、低圧液化窒素導入経路４４から導入された低圧液化窒素と、低圧原料空気導入経路４７から導入された低圧原料空気とで低圧蒸留工程が行われ、塔頂部に低圧窒素ガスが生成し、塔底部に低圧酸素富化液化空気が生成する。該低圧酸素富化液化空気は、経路４８に導出されてポンプ２０により中圧塔１２の運転圧力に対応した圧力に昇圧されて第２の中圧酸素富化液化空気となり、第２の中圧酸素富化液化空気導入経路４９を通って中圧塔１２の中段に下降液の一部として導入される。また、塔頂部の低圧窒素ガスは、精製手段再生ガス経路５０に導出され、過冷器１９及び主熱交換器１７で熱回収されて常温に温度上昇し、精製器１６に導入されてモレキュラーシーブスなどを再生する精製手段再生工程を行った後、排気経路５１から廃ガスとして大気中に放出される。
【００３０】
中圧塔１２では、中圧酸素富化液化空気導入経路３５から導入された中圧酸素富化液化空気と、中圧液化窒素導入経路４２から導入された中圧液化窒素と、第２の中圧酸素富化液化空気導入経路４９から導入された第２の中圧酸素富化液化空気とで中圧蒸留工程が行われ、塔頂部に中圧窒素ガスが生成し、塔底部に中圧液化酸素が生成する。中圧液化酸素の一部は、経路５２に抜き出され、過冷器１９で過冷却状態に冷却された後、製品液化酸素採取経路５３から製品液化酸素として採取される。中圧液化酸素の残部は、主凝縮器１４で高圧窒素ガスと間接熱交換工程を行い、気化して中圧酸素ガスとなり、一部は経路５４に導出され、主熱交換器１７で熱回収された後、製品酸素ガス採取経路５５から製品中圧酸素ガスとして採取される。塔頂部の中圧窒素ガスは、経路５６に導出され、過冷器１９及び主熱交換器１７で熱回収された後、製品窒素ガス採取経路５７から製品中圧窒素ガスとして採取される。
【００３１】
このように、低圧塔１３での低圧蒸留工程で分離精製した低圧窒素ガスを精製器１６の再生ガスとして用いることにより、中圧のガスを精製器１６の再生ガスとして用いる場合に比べてエネルギー損失を低減することができる。なお、低圧塔１３の位置を高くして低圧酸素富化液化空気の液頭により中圧塔１２の運転圧力に対応した圧力が得られる際には、ポンプ２０を省略することができる。また、全ての製品を採取しなくてもよい。
【００３２】
図２は、本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第２形態例を示す系統図である。なお、以下の説明において、後に説明する各形態例においては、先に説明した形態例における空気液化分離装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３３】
本形態例に示す空気液化分離装置は、前記高圧塔１１の中段から高圧蒸留工程の中間生成物である高圧液化空気の一部を経路６１に導出し、減圧弁２５で低圧塔１３の運転圧力に対応した圧力に減圧させて低圧液化空気を生成するとともに、前記中圧塔１２の上部から中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部（第２の中圧窒素ガス）を経路６２に導出し、低圧液化空気と第２の中圧窒素ガスとを第２の間接熱交換器６３での第２の間接熱交換工程により、低圧液化空気を気化させて低圧空気とし、第２の中圧窒素ガスを液化して第２の中圧液化窒素とし、生成した低圧空気を低圧空気導入経路６５から低圧塔１３の中段に導入するとともに、第２の中圧液化窒素を減圧弁２６で低圧塔１３の運転圧力に対応した圧力に減圧して第２の低圧液化窒素とし、第２の低圧液化窒素導入経路６７から低圧塔１３の上部に還流液として導入している。
【００３４】
したがって、低圧塔１３では、前記第２の低圧酸素富化液化空気導入経路３７から導入された第２の低圧酸素富化液化空気と、前記低圧液化窒素導入経路４４から導入された低圧液化窒素と、前記低圧原料空気導入経路４７から導入された低圧原料空気と、低圧空気導入経路６５から導入された低圧空気と、第２の低圧液化窒素導入経路６７から導入された第２の低圧液化窒素とで低圧蒸留工程が行われ、塔頂部に低圧窒素ガスが生成し、塔底部に低圧酸素富化液化空気が生成する。
【００３５】
このように、低圧空気や第２の低圧液化窒素を低圧塔１３に導入することにより、膨張タービン１８を経て低圧原料空気導入経路４７から低圧塔１３に導入される低圧原料空気量が少ない場合でも、低圧塔１３から精製手段再生ガス経路５０に導出する低圧窒素ガスを増量することができ、エネルギー損失を低減しながら再生ガスとして必要なガス量を確保することができる。なお、高圧塔１１の中段から導出した高圧液化空気に代えて、図２に破線で示す経路３３から分岐された経路６８に導出した高圧酸素富化液化空気を用いることもできる。
【００３６】
図３は、本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第３形態例を示す系統図である。本形態例に示す空気液化分離装置は、前記中圧塔１２の中段から中圧蒸留工程の中間生成物である中圧液化空気の一部を経路７１に導出し、減圧弁２５で低圧塔１３の運転圧力に対応した圧力に減圧させて低圧液化空気を生成するとともに、前記中圧塔１２の上部から中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部（第２の中圧窒素ガス）を経路６２に導出し、低圧液化空気と第２の中圧窒素ガスとを第２の間接熱交換器６３での第２の間接熱交換工程により、低圧液化空気を気化させて低圧空気とし、第２の中圧窒素ガスを液化して第２の中圧液化窒素とし、生成した低圧空気を低圧空気導入経路６５から低圧塔１３の中段に導入するとともに、第２の中圧液化窒素を減圧弁２６で低圧塔１３の運転圧力に対応した圧力の第２の低圧液化窒素として第２の低圧液化窒素導入経路６７から低圧塔１３の上部に還流液として導入している。
【００３７】
したがって、低圧塔１３では、前記第２の低圧酸素富化液化空気導入経路３７から導入された第２の低圧酸素富化液化空気と、前記低圧液化窒素導入経路４４から導入された低圧液化窒素と、前記低圧原料空気導入経路４７から導入された低圧原料空気と、前記低圧空気導入経路６５から導入された低圧空気と、前記第２の低圧液化窒素導入経路６７から導入された第２の低圧液化窒素とで低圧蒸留工程が行われ、塔頂部に低圧窒素ガスが生成し、塔底部に低圧酸素富化液化空気が生成する。
【００３８】
本形態例においても、前記第２形態例と同様に、膨張タービン１８を経て低圧原料空気導入経路４７から低圧塔１３に導入される低圧原料空気量が少ない場合でも、低圧塔１３から経路５０に導出する低圧窒素ガスを増量することができ、エネルギー損失を低減しながら再生ガスとして必要なガス量を確保することができる。
【００３９】
図４は、本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第４形態例を示す系統図である。本形態例に示す空気液化分離装置は、前記低圧塔１３の底部に第３の間接熱交換器７５を配置するとともに、前記中圧塔１２の上部から中圧蒸留工程で生成した中圧窒素ガスの一部（第２の中圧窒素ガス）を経路６２に導出して前記第３の間接熱交換器７５に導入し、該第２の間接熱交換器７５で、前記第２の中圧窒素ガスと、低圧塔１３の底部に生成した低圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることにより、第２の中圧窒素ガスを液化させて第２の中圧液化窒素を生成し、低圧酸素富化液化空気を気化させて低圧蒸留工程の上昇ガスとなる低圧酸素富化空気を生成するようにしている。第３の間接熱交換器７５で生成した第２の中圧液化窒素は、減圧弁２６で減圧されて低圧塔１３の運転圧力に対応した圧力の第２の低圧液化窒素となり、第２の低圧液化窒素導入経路６７から低圧塔１３の上部に還流液として導入される。
【００４０】
したがって、低圧塔１３では、前記第２の低圧酸素富化液化空気導入経路３７から導入された第２の低圧酸素富化液化空気と、前記低圧液化窒素導入経路４４から導入された低圧液化窒素と、前記低圧原料空気導入経路４７から導入された低圧原料空気と、第２の低圧液化窒素導入経路６７から導入された第２の低圧液化窒素と、第３の間接熱交換器７５で気化した低圧酸素富化空気とで低圧蒸留工程が行われ、塔頂部に低圧窒素ガスが生成し、塔底部に低圧酸素富化液化空気が生成する。
【００４１】
本形態例においても、前記第２形態例と同様に、膨張タービン１８を経て低圧原料空気導入経路４７から低圧塔１３に導入される低圧原料空気量が少ない場合でも、低圧塔１３から経路５０に導出する低圧窒素ガスを増量することができ、エネルギー損失を低減しながら再生ガスとして必要なガス量を確保することができる。
【００４２】
図５は、本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第５形態例を示す系統図であって、前記第２形態例に、製品アルゴンを採取するための中圧アルゴン塔８２及びアルゴン間接熱交換器８６を付加した形態例を示している。
【００４３】
本形態例に示す空気液化分離装置は、前記中圧塔１２の中段から経路８１に導出した中圧アルゴン富化酸素ガスを深冷液化分離して中圧アルゴンガスと中圧アルゴン富化液化酸素とを生成する中圧アルゴン塔８２と、中圧アルゴン塔８２の頂部から経路８３に導出した中圧アルゴンガスと前記高圧塔１１で生成した前記高圧酸素富化液化空気の一部を経路８４に導出し、減圧弁２７で中圧塔１３の運転圧力に対応した圧力に減圧した第３の中圧酸素富化液化空気とを間接熱交換させることにより、前記第３の中圧酸素富化液化空気を気化させて第３の中圧酸素富化空気を生成するとともに、前記中圧アルゴンガスを液化させて中圧液化アルゴンを生成するアルゴン間接熱交換器８６と、アルゴン間接熱交換器８６で生成した前記第３の中圧酸素富化空気を前記中圧塔１２の中段に導入する中圧酸素富化空気導入経路８７と、アルゴン間接熱交換器８６で生成した前記中圧液化アルゴンを中圧アルゴン塔８２に還流液として導入する中圧液化アルゴン導入経路８８と、中圧アルゴン塔８２で生成した前記中圧アルゴンガスの一部を経路８９に抜き出し、熱回収後に製品アルゴンガスとして採取する製品アルゴンガス採取経路９０と、アルゴン間接熱交換器８６で生成した前記中圧液化アルゴンの一部を製品液化アルゴンとして採取する製品液化アルゴン採取経路９１と、中圧アルゴン塔８２で生成した中圧アルゴン富化液化酸素を中圧アルゴン塔８２の底部から中圧塔１２の中段に戻す経路９２とを備えている。
【００４４】
このように、中圧アルゴン塔８２、アルゴン間接熱交換器８６及び関連する経路を付加することにより、エネルギー損失を低減しながら製品アルゴンを採取することができる。なお、低圧塔１３に関連する経路などは、第１形態例〜第４形態例のいずれかを適宜採用することができ、製品アルゴンは、ガス又は液のいずれか一方のみを採取するようにしてもよい。
【００４５】
図６は、本発明方法を実施するための本発明の空気液化分離装置の第６形態例を示す系統図であって、前記第５形態例に示した空気分離装置に、第２のアルゴン間接熱交換器９５を追加した形態例を示している。
【００４６】
第２のアルゴン間接熱交換器９５は、中圧アルゴン塔８２の頂部から導出した中圧アルゴンガスの一部を、経路８３から分岐した経路９６を介して導入するとともに、前記中圧塔１２の下部から中圧液化酸素の一部を経路５２に導出し、減圧弁２８で低圧状態に減圧した低圧液化酸素を経路９８から導入することにより、間接熱交換によって中圧アルゴンガスを液化して第２の中圧液化アルゴンを生成するとともに、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する。
【００４７】
第２のアルゴン間接熱交換器９５で生成した第２の中圧液化アルゴンは、前記中圧液化アルゴン導入経路８８の中圧液化アルゴンと合流して中圧アルゴン塔８２に還流液として導入され、第２のアルゴン間接熱交換器９５で生成した低圧酸素ガスは、経路９９に導出され、主熱交換器１７で熱回収された後、製品低圧酸素ガス採取経路１００から製品低圧酸素ガスとして採取される。また、経路９８から第２のアルゴン間接熱交換器９５に導入された低圧液化酸素の一部は、製品低圧液化酸素採取経路１０１から製品液化酸素として採取される。このように、第２のアルゴン間接熱交換器９５を追加することにより、アルゴンを効率よく採取することができ、アルゴン収率を改善することができる。なお、中圧塔１２の下部と第２のアルゴン間接熱交換器９５との高さ関係によっては、経路５２にポンプを配置して中圧液化酸素を揚液することもできる。
【実施例１】
【００４８】
図６に示した第６形態例の空気液化分離装置（以下、実施例装置）と、図７に示す空気液化分離装置（以下、比較例装置）とについて、流量５００（相対値、以下同じ）、圧力１２０ｋＰａ、酸素濃度９９．６％以上の製品低圧酸素ガス（経路１００、ＬＰＧＯ２）と、流量１５００以上、圧力２１０ｋＰａ以上、酸素濃度０．１ｐｐｍ以下の製品中圧窒素ガス（経路５７、ＭＰＧＮ２）とを採取しつつ、酸素濃度１ｐｐｍ以下、窒素濃度０．５％以下の製品液化アルゴン（経路９１、ＬＡＲ）を最大量採取するという条件でシミュレーションを実施した。なお、製品中圧酸素ガス、製品アルゴンガス、製品液化酸素、製品液化窒素は採取していない。
【００４９】
図７に示す空気液化分離装置は、低圧塔１３及びこれに関連する経路を持たず、膨張タービン１８で高圧原料空気を中圧原料空気に断熱膨張させ、断熱膨張した中圧原料空気の一部を経路１０５を介して主熱交換器１７に寒冷源として導入して熱回収し、熱回収した中圧原料空気の一部を精製器１６の再生ガスの一部に用いるとともに、中圧原料空気の残部を経路１０６により中圧塔１２の中段に導入し、中圧塔１２の上部から中圧窒素ガスを経路１０７に導出し、減圧弁１０８で減圧して得られた低圧窒素ガスを経路１０９から主熱交換器１７を通して熱回収し、熱回収した低圧窒素ガスを精製器１６の再生ガスの一部に用いている他は、図６に示す空気液化分離装置と同じ構成を有しているので、同一構成要素に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
実施例装置のシミュレーション結果を表１に、比較例装置のシミュレーション結果を表２に示す。なお、表１及び表２において、ＷＧＮ２は経路５１から排出される精製器１６の再生ガスである。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
【表２】
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【００５３】
表１に示す結果から、実施例装置は、流量２３８３の原料空気から、流量５００、圧力１２０ｋＰＡ、酸素濃度９９．９％の製品低圧酸素ガスと、流量１５１２、圧力２１０ｋＰａ、酸素濃度０．１ｐｐｍの製品中圧窒素ガスと、流量２０．５、圧力２１０ｋＰａ、酸素濃度１ｐｐｍ、窒素濃度０．５％の製品液化アルゴンとを採取できることがわかる。また、精製器１６の再生ガス量は３５０であり、低圧塔１３から導出した低圧窒素ガスを使用した。
【００５４】
一方、表２に示す結果から、比較例装置は、流量２５４６の原料空気から、流量５００、圧力１２０ｋＰａ、酸素濃度９９．９％の製品低圧酸素ガスと、流量１５１２、圧力２１０ｋＰａ、酸素濃度０．１ｐｐｍの製品中圧窒素ガスと、流量２０．５、圧力２１０ｋＰａ、酸素濃度１ｐｐｍ、窒素濃度０．５％の製品液化アルゴンとを採取できることがわかる。膨張タービン１８から導出した中圧原料空気の全量を中圧塔１２に導入すると、必要な量の製品液化アルゴンを採取できなくなることから、中圧原料空気の一部を経路１０５から主熱交換器１７に導入して熱回収を行うようにした。精製器１６の再生ガス量は３７４であり、これには中圧塔１２から導出した中圧窒素ガスを減圧し、過冷器１９及び主熱交換器１７で熱回収して得られた低圧窒素ガス（流量３５９）と、前記中圧原料空気の一部を主熱交換器１７で熱回収して得られた流体の一部（流量１５）とを使用した。
【００５５】
実施例装置と比較例装置とを比較すると実施例装置の原料空気量が約６％少なくなっている。これは、比較例装置では中圧窒素ガスの一部などが減圧されることによってエネルギー損失が生じているのに対して、実施例装置ではこのエネルギー損失が抑えられており、結果的により少ない量の原料空気から各製品を製造できるようになるためである。
【００５６】
表３に実施例装置と比較例装置との消費動力の比較を示す。実施例装置の空気圧縮機の消費動力は原料空気の処理量に比例して約６％小さくなっており、消費動力の合計も６％低減できていることがわかる。
【００５７】
【表３】
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【００５８】
さらに、膨張タービン１８においては、実施例装置の出口圧力が比較例装置の出口圧力に比べて低く、実施例装置の膨張比が大きいため、処理量を少なくでき、膨張タービンの小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１１…高圧塔、１２…中圧塔、１３…低圧塔、１４…主凝縮器、１５…空気圧縮機、１５ａ…アフタークーラー、１６…精製器、１７…主熱交換器、１８…膨張タービン、１９…過冷器、２０…ポンプ、２１〜２８…減圧弁、３５…中圧酸素富化液化空気導入経路、３７…第２の低圧酸素富化液化空気導入経路、４２…中圧液化窒素導入経路、４４…低圧液化窒素導入経路、４５…製品液化窒素採取経路、４７…低圧原料空気導入経路、４９…第２の中圧酸素富化液化空気導入経路、５０…精製手段再生ガス経路、５１…排気経路、５３…製品液化酸素採取経路、５５…製品酸素ガス採取経路、５７…製品窒素ガス採取経路、６３…第２の間接熱交換器、６５…低圧空気導入経路、６７…第２の低圧液化窒素導入経路、７５…第３の間接熱交換器、８２…中圧アルゴン塔、８６…アルゴン間接熱交換器、８７…第３の中圧酸素富化空気導入経路、８８…中圧液化アルゴン導入経路、９０…製品アルゴンガス採取経路、９１…製品液化アルゴン採取経路、９５…第２のアルゴン間接熱交換器、１００…製品低圧酸素ガス採取経路、１０１…製品低圧液化酸素採取経路 
【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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