(57)【要約】【課題】原料空気中の酸素と窒素、またはさらにアルゴンを沸点差を利用して精留分離する深冷分離型の空気分離装置として、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機の消費電力を的確に低減し、電力消費原単位の向上を図ることができる空気分離装置を提供する。【解決手段】原料空気を圧縮する原料空気圧縮機１２の一次側に、原料空気と未利用排ガス（廃窒素）とを熱交換させる金属プレート式顕熱交換器２０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料空気中の酸素と窒素、またはさらにアルゴンを沸点差を利用して精留分離する深冷分離型の空気分離装置であって、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機の一次側に、原料空気と精留分離で発生した未利用窒素排ガスとを熱交換させる顕熱交換器を備えていることを特徴とする空気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄所等に設置される深冷分離型の空気分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所等に設置され、空気中の酸素と窒素、またはさらにアルゴンを沸点差を利用して精留分離する深冷分離型の空気分離装置は、気温が高いと原料空気の密度が低下して、原料空気を所定の圧力に圧縮・昇圧する原料空気圧縮機の吸い込み空気量が減少し、その後の深冷分離工程における製品ガスの発生量が低下する。
【０００３】
従来は、このような気温による製品ガスの発生量の変動（低下）に対して、所内使用量の調整（削減）等により、需給バランスを保っていたが、この場合、吸い込み空気量の減少にともなって、原料空気圧縮機の電力消費原単位悪化に繋がっていた。
【０００４】
そこで、原料空気圧縮機に供給される原料空気を冷却することによって、原料空気の密度を上昇させ、原料空気圧縮機の吸い込み空気量を増加させて、原料空気圧縮機の消費電力を低減させる技術が提案されている。
【０００５】
例えば、原料空気圧縮機の一次側に水洗冷却塔を設置して、水洗冷却塔によって原料空気を冷却する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、深冷分離型の空気分離装置においては、精留分離された後に製品として利用しない成分ガス（非製品ガス）は、その冷熱を回収してはいるが、非製品ガス量が増大した場合等には、十分に冷熱回収されることなく、原料空気（大気）よりも低温、低湿の状態で未利用排ガスとして大気放散されており、その未利用排ガスの冷熱を全熱交換器によって回収して原料空気を冷却、除湿し、原料空気圧縮機の消費動力を低減する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２０７２６７号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の技術は、設備費が高価であることや、原料空気圧縮機の一次側の圧力損失が大きくなり、逆に効率悪化に繋がる要素もあることから、実用化が難しかった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術は、全熱交換器を用いているために、未利用排ガスから原料空気側へのリークが不可避であり、リークがあると、原料空気中に窒素排ガスが流入することになり、製品ガス（酸素等）の収率が低下し、製品ガス量当りの消費動力の増大を来たす。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、原料空気中の酸素と窒素、またはさらにアルゴンを沸点差を利用して精留分離する深冷分離型の空気分離装置として、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機の消費電力を的確に低減し、電力消費原単位の向上を図ることができる空気分離装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１１】
［１］原料空気中の酸素と窒素、またはさらにアルゴンを沸点差を利用して精留分離する深冷分離型の空気分離装置であって、原料空気を圧縮する原料空気圧縮機の一次側に、原料空気と精留分離で発生した未利用窒素排ガスとを熱交換させる顕熱交換器を備えていることを特徴とする空気分離装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、原料空気圧縮機に供給される原料空気を冷却するために、原料空気圧縮機の一次側に、原料空気と精留分離で発生した低温の未利用排ガスとを熱交換させる顕熱交換器を備えているので、特許文献１のように水洗冷却塔を設置する場合に比べて、設備投資費が安価であるとともに、原料空気圧縮機の一次側の圧力損失が小さく、消費動力も無いという利点がある。また、特許文献２のように全熱交換器を用いる場合に比べて、未利用排ガスの原料空気へのリークを完全にゼロにできる効果がある。その結果、原料空気圧縮機の消費電力を的確に低減して、電力消費原単位の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る空気分離装置の説明図である。なお、ここでは、酸素と窒素を製鉄所内に供給するための空気分離装置としている。
【００１５】
図１に示すように、この実施形態に係る空気分離装置においては、原料空気が吸引フィルタ１１を通過して吸い込まれ、原料空気圧縮機１２で所定の圧力（０．５４ＭＰａ）まで昇圧された後、水洗塔１３で冷却され、分子篩吸着器（ＭＳ吸着器）１４で二酸化炭素と水分を除去される。そして、熱交換器１５で製品酸素および製品窒素と熱交換して冷却・液化（−１８６℃）され、精留塔１７の下塔部（高圧部）１７ｂに送られる。そして、精留塔１７の上塔部（低圧部）１７ａの上部から製品窒素が、下部から製品酸素がそれぞれ抽出され、熱交換器１５での原料空気との熱交換を経て製鉄所内へ供給される。
【００１６】
その際に、熱交換器１５での原料空気との熱交換後に概略１０℃程度の温度となった製品窒素は、製鉄所内の需要に応じて、製鉄所内へ供給されるとともに、余った製品窒素（廃窒素）は、未利用排ガスとして、廃窒素回収ライン３１を経由して、原料空気圧縮機１２の一次側に設置された金属プレート式顕熱交換器２０に導かれ、そこで原料空気と熱交換をして原料空気を冷却する。ここで、金属プレートとしては、通常熱伝導の良いアルミニウム等が使用される。なお、ここでは、窒素母管圧力を一定に保持するために、廃窒素放散用ライン３２が設けられている。
【００１７】
このようにして、この実施形態においては、原料空気圧縮機１２に供給される原料空気を冷却するために、原料空気圧縮機１２の一次側に、低温の未利用排ガスと原料空気とを熱交換させる金属プレート式顕熱交換器２０を備えているので、特許文献１のように水洗冷却塔を設置する場合に比べて、設備投資費が安価であるとともに、原料空気圧縮機の一次側の圧力損失が小さく、消費動力も無いという利点がある。また、特許文献２のように全熱交換器を用いる場合に比べて、未利用排ガスの原料空気へのリークを完全にゼロにできる効果がある。その結果、原料空気圧縮機１２の消費電力を的確に低減して、電力消費原単位の向上を図ることが可能となる。
【００１８】
例えば、この実施形態に係る空気分離装置を、冬場（気温１０℃以下）を除いて使用することによって、従来に比べて８０ｋＷＨ／Ｈｒの電力消費原単位の向上が可能となる。
【００１９】
なお、この実施形態においては、未利用排ガスが窒素であったが、未利用排ガスが酸素となる場合も同様に適用することができる。
【００２０】
また、この実施形態においては、酸素と窒素を精留分離しているが、さらにアルゴンを精留分離する場合も同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態の説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１  吸入フィルタ
１２  原料空気圧縮機
１３  水洗塔
１４  分子篩吸着器（ＭＳ吸着器）
１５  熱交換器
１７  精留塔
１７ａ  精留塔の低圧部（上部塔）
１７ｂ  精留塔の高圧部（下部塔）
２０  金属プレート式顕熱交換器
３１  廃窒素回収ライン
３２  廃窒素放散ライン
【図１】
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