(57)【要約】【課題】製品を高純度化することができ、しかも、精留塔を高くする必要がない空気分離方法を提供する。【解決手段】精留塔内で空気を深冷分離し、液体空気を底部に溜め所望成分を気体状態で上部から取り出す方法であり、精留塔として、小形精留塔１，２を複数個横並べに配設したものを用い、各小形精留塔１，２の精留棚１ａ，２ａの段数の合計が、所望成分を高濃度にするのに必要とされる理論段数となるように設定し、一の小形精留塔１から取り出した所望成分を気体状態で他の一の小形精留塔２に導入し、この小形精留塔２の底部に溜まる窒素含有液体１０を取り出して一の小形精留塔１の上部に供給することを、各小形精留塔１，２間で行って所望成分を高純度で製造する際に、一の小形精留塔１から取り出した所望成分をガス昇圧機４に導入して加圧したのち他の一の小形精留塔２に導入し、この圧力差で、他の一の小形精留塔２の下部の窒素含有液体１０を、一の小形精留塔１の上部に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精留塔内で空気を各成分の沸点差を利用して深冷分離し、液体空気を底部に溜め所望の成分を気体状態で上部から取り出すようにした空気分離方法であって、上記精留塔として、小形精留塔を複数個横並べに配設したものを用い、上記各小形精留塔の精留棚の段数または精留充填物の高さの合計が、上記所望成分を所望の高濃度にするのに必要とされる理論値となるように設定し、一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を気体状態で他の一の小形精留塔の下部に導入し、この小形精留塔の底部に溜まる上記所望成分含有液体を取り出して上記一の小形精留塔の上部に供給することを、上記複数個の小形精留塔の間で行うことにより、上記所望成分を高純度で製造する際に、上記一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を圧縮機に導入し、この圧縮機で少なくとも、上記一の小形精留塔の上部と上記他の一の小形精留塔の下部との間の圧力ヘッド分加圧したのち、上記他の一の小形精留塔の下部に導入し、この圧力差で、上記他の一の小形精留塔の下部に溜まる所望成分含有液体を、上記一の小形精留塔の上部に供給するようにしたことを特徴とする空気分離方法。
【請求項２】
上記一の精留塔の上部から取り出した上記所望成分を圧縮機に導入する前に、熱交換器に導入し、この熱交換器を通る圧縮空気と熱交換させて常温にしたのち、上記圧縮機に導入するようにした請求項１記載の空気分離方法。
【請求項３】
上記圧縮機で上記所望成分を加圧したのち、熱交換器に導入し、ここで低温に冷却したのち、上記他の一の小形精留塔の下部に導入するようにした請求項１または２記載の空気分離方法。
【請求項４】
外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧縮手段と、この空気圧縮手段によって圧縮された圧縮空気中の不純物を除去する除去手段と、この除去手段を経た圧縮空気を冷却する熱交換器と、この熱交換器を経由し低温に冷却された圧縮空気を各成分の沸点差を利用して深冷分離し液体空気を底部に溜め所望の成分を気体状態で取り出す精留塔とを備えた空気分離装置であって、上記精留塔を、小形精留塔を複数個横並べに配設したもので構成し、上記各小形精留塔の精留棚の段数または精留充填物の高さの合計が、上記所望成分を所望の高濃度にするのに必要とされる理論値となるように設定し、一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を気体状態で他の一の小形精留塔の下部に導入し、この小形精留塔の底部に溜まる上記所望成分含有液体を取り出して上記一の小形精留塔の上部に還流液として供給することを、上記複数個の小形精留塔の間で行うことにより、上記所望成分を高純度で製造するように構成し、上記一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を導入して加圧したのち上記他の一の小形精留塔の下部に導入する圧縮機を設け、上記両小形精留塔内の圧力差で、上記他の一の小形精留塔の下部に溜まる所望成分含有液体を、上記一の小形精留塔の上部に供給するように構成したことを特徴とする空気分離装置。
【請求項５】
上記一の精留塔の上部から取り出した上記所望成分を熱交換器に導入し、この熱交換器を通る圧縮空気と熱交換させて常温にしたのち、上記圧縮機に導入するようにした請求項４記載の空気分離装置。
【請求項６】
上記圧縮機で加圧した上記所望成分を熱交換器に導入し、ここで低温に冷却したのち、上記他の一の小形精留塔の下部に導入するようにした請求項４または５記載の空気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気分離方法およびそれに用いる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の窒素ガス製造装置は、例えば、図３に示すように、原料空気をフィルター２１に通して空気圧縮機２２に取り入れ、この空気圧縮機２２で圧縮された圧縮空気を、２個一対で吸着・再生を交互に行う吸着塔２３で水分，炭酸ガス等を除去し、主熱交換器２４に通して超低温に冷却したのち、供給パイプ３１を介して精留塔２５に導入し、この精留塔２５において、深冷液化分離により、低沸点の窒素を気体として上部に保持するとともに、残部を液体空気２６として底部に溜め、上記精留塔２５の上部から取出パイプ３２により取り出した窒素ガスの一部を主熱交換器２４に通して温度上昇させて常温としたのち、製品取出パイプ３３により製品窒素ガスとして取り出すようにしている。また、上記精留塔２５の上部から取り出した窒素ガスの残部を精留塔２５の上方に配設した凝縮器２７に送り、ここで液化して精留塔２５の上部に還流させるようにしている。一方、上記凝縮器２７の冷却用として、精留塔２５の底部に溜まる液体空気２６を膨脹弁２８ａ付きパイプ２８を介して液体溜め２９に供給している。そして、液体溜め２９内に溜まる液体空気３０中に炭化水素等が濃縮するのを防止するため、液体空気３０を液体溜め２９の底部から取り出して主熱交換器２４に送り込み、空気圧縮機２２で圧縮された圧縮空気の一部と熱交換させたのち、廃液放出パイプ３４を介して大気に放出している。図において、３５は上記取出パイプ３２により取り出した窒素ガスの残部を凝縮器２７に送給する第１の還流液パイプ、３６は上記凝縮器２７で液化した液体窒素を還流液として精留塔２５の上部に戻す第２の還流液パイプである。３７は液体溜め２９の上部に溜ったガスを廃ガスとして放出するガス放出パイプであり、その途中で、上記両吸着塔２３の再生用ガスとして利用される。３８は液体窒素を寒冷として精留塔２５の上部に供給する導入パイプであり、装置外から液体窒素の供給を受ける液体窒素貯槽（図示せず）に延びている。３９は保冷箱である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２６１６４４号公報（段落番号〔００１１〕〜〔００１５〕）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような窒素ガス製造装置では、製品窒素ガスとして、高純度なものを製造しようとすると、理論的には、精留塔２５に理論段数の精留棚２５ａを設けたり、精留充填物（図示せず）を所要の必要高さに充填したりすることにより、対応することができる。すなわち、精留塔２５を高くすればするほど、製品窒素ガスを高純度化することができる。ところが、精留塔２５を無制限に高くするのは運搬，強度等の点で現実的ではない。また、設置する場所によっては高さ制限を要求される場合もある。そこで、製品窒素ガス等の製品を高純度化することができ、しかも、精留塔２５を高くする必要がない窒素ガス製造装置等の空気分離装置の実現が強く要望されている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、製品を高純度化することができ、しかも、精留塔を高くする必要がない空気分離方法およびそれに用いる装置の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、精留塔内で空気を各成分の沸点差を利用して深冷分離し、液体空気を底部に溜め所望の成分を気体状態で上部から取り出すようにした空気分離方法であって、上記精留塔として、小形精留塔を複数個横並べに配設したものを用い、上記各小形精留塔の精留棚の段数または精留充填物の高さの合計が、上記所望成分を所望の高濃度にするのに必要とされる理論値となるように設定し、一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を気体状態で他の一の小形精留塔の下部に導入し、この小形精留塔の底部に溜まる上記所望成分含有液体を取り出して上記一の小形精留塔の上部に供給することを、上記複数個の小形精留塔の間で行うことにより、上記所望成分を高純度で製造する際に、上記一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を圧縮機に導入し、この圧縮機で少なくとも、上記一の小形精留塔の上部と上記他の一の小形精留塔の下部との間の圧力ヘッド分加圧したのち、上記他の一の小形精留塔の下部に導入し、この圧力差で、上記他の一の小形精留塔の下部に溜まる所望成分含有液体を、上記一の小形精留塔の上部に供給するようにした空気分離方法を第１の要旨とし、外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧縮手段と、この空気圧縮手段によって圧縮された圧縮空気中の不純物を除去する除去手段と、この除去手段を経た圧縮空気を冷却する熱交換器と、この熱交換器を経由し低温に冷却された圧縮空気を各成分の沸点差を利用して深冷分離し液体空気を底部に溜め所望の成分を気体状態で取り出す精留塔とを備えた空気分離装置であって、上記精留塔を、小形精留塔を複数個横並べに配設したもので構成し、上記各小形精留塔の精留棚の段数または精留充填物の高さの合計が、上記所望成分を所望の高濃度にするのに必要とされる理論値となるように設定し、一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を気体状態で他の一の小形精留塔の下部に導入し、この小形精留塔の底部に溜まる上記所望成分含有液体を取り出して上記一の小形精留塔の上部に還流液として供給することを、上記複数個の小形精留塔の間で行うことにより、上記所望成分を高純度で製造するように構成し、上記一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を導入して加圧したのち上記他の一の小形精留塔の下部に導入する圧縮機を設け、上記両小形精留塔内の圧力差で、上記他の一の小形精留塔の下部に溜まる所望成分含有液体を、上記一の小形精留塔の上部に供給するように構成した空気分離装置を第２の要旨とする。
【０００７】
本発明者らは、製品を高純度化するために、精留塔を無制限に高くするのではなく、精留塔を複数個に分割することを着想し、一連の研究を重ねた。この研究の過程で、精留塔として、小形精留塔を複数個横並べに配設したものを用い、上記各小形精留塔の精留棚の段数または精留充填物の高さの合計が、上記所望成分を所望の高濃度にするのに必要とされる理論値となるように設定し、一の小形精留塔の上部から取り出した上記所望成分を気体状態で他の一の小形精留塔の下部に導入し、この小形精留塔の底部に溜まる上記所望成分含有液体を取り出して上記一の小形精留塔の上部に供給することを、上記複数個の小形精留塔の間で行うことにより、上記所望成分を高純度で製造すると、製品を高純度化することができ、しかも、精留塔を高くする必要がないばかりでなく、高さ制限のある場所にも、その高さに合わせて、小形精留塔の個数や各小形精留塔の高さを設定することで、対応可能になることを着想し、これを中心に研究を重ねた。このとき、留意すべきことは、精留塔は通常、下部から上部へと順に圧力が低くなっており、精留塔に導入された圧縮空気や精留塔内で生成されたガスは、圧力の高いほうから低いほうへ（すなわち、下部から上部へ）移動するのに対し、液化ガスはそれ自身の重力により上部から下部へ移動し、これらガスと液化ガスとの向流，接触により精留が行われる点である。そこで、さらに研究を重ねた結果、長期間の連続運転に適した圧縮機を用い、この圧縮機で、上記一の小形精留塔の上部から取り出した所望成分を加圧し、上記他の一の小形精留塔の下部に導入してこの小形精留塔内の圧力を高め、これにより、上記両小形精留塔内の圧力差を利用し、上記他の一の小形精留塔の底部に溜まる所望成分含有液体を上記一の小形精留塔の上部に供給すると、所期の目的が達成されることを突き止め、本発明に到達した。なお、本発明では、精留塔として配設される複数個の小形精留塔のうち、圧縮空気が最初に導入される第１の小形精留塔には、その底部に液体空気が溜められるものの、これ以外（例えば、第２，第３，……）の小形精留塔では、各小形精留塔の精留棚の段数または精留充填物の高さにより、精留能力が異なるため、各小形精留塔の底部に溜められる所望成分含有液体は、液体空気（その所望成分の濃度は、上記第１の小形精留塔の底部に溜められる液体空気より高い）であってもよく、上記所望成分を液化したもの（例えば、液体窒素）と同程度の濃度を有する液体であってもよく、これらの中間の濃度を有する液体であってもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【０００９】
図１は本発明の空気分離装置の一実施の形態を示している。この実施の形態では、空気分離装置として、窒素ガス製造装置を用いている。また、この窒素ガス製造装置は、図３に示す窒素ガス製造装置における精留塔２５に代えて、同じ高さ位置で左右に配設される２個の小形精留塔１，２を用いており、しかも、１個のガス昇圧機（圧縮機）４を新たに設けている。上記両小形精留塔１，２は棚段式（もしくはパックドカラム式）であり、両小形精留塔１，２の精留棚１ａ，２ａの段数は、製品窒素ガスを所望の高純度にするために必要とされる理論段数（理論値）の半分に設定されている（すなわち、両小形精留塔１，２の精留棚１ａ，２ａの段数の合計は、上記の理論段数になるように設定されている）。これにより、両小形精留塔１，２の高さは、上記の理論段数の精留棚を設けた精留塔に比べて、略半分の高さに設定されているものの、上記理論段数から算出される高純度の窒素ガスを得ることができる。なお、両小形精留塔１，２がパックドカラム式である場合には、両小形精留塔１，２の精留充填物の高さは、製品窒素ガスを所望の高純度にするために必要とされる所要の必要高さ（理論値）の半分に設定され（すなわち、両小形精留塔１，２の精留充填物の高さの合計は、上記の必要高さになるように設定され）、これにより、両小形精留塔１，２の高さは、略半分の高さに設定されているものの、上記の必要高さから算出される高純度の窒素ガスを得ることができる。
【００１０】
上記ガス昇圧機４は、（空気圧縮機２２で圧縮された圧縮空気が２個一対の吸着塔２３，主熱交換器２４を経て投入される）第１小形精留塔１の上部に溜まる窒素ガスを導入し、所定の圧力に加圧したのち、（製品窒素ガスを生成する）第２小形精留塔２の下部に導入している。５は第１導出パイプであり、第１小形精留塔１の上部に溜まる窒素ガスを取り出して主熱交換器２４に導入し、この主熱交換器２４で上記圧縮空気と熱交換させて常温にする作用をする。６は第２導出パイプであり、第１導出パイプ５，主熱交換器２４を経由した窒素ガスをガス昇圧機４に導入する作用をする。７は第１導入パイプであり、ガス昇圧機４で所定の圧力に加圧された窒素ガスをガス昇圧機４から取り出して再度主熱交換器２４に導入し、この主熱交換器２４で熱交換して超低温に冷却する作用をする。８は第２導入パイプであり、第１導入パイプ７，主熱交換器２４を経由した窒素ガスを第２小形精留塔２の下部に導入する作用をする。９は膨脹弁９ａ付きパイプ９であり、第２小形精留塔２の底部に溜まる窒素含有液体（所望成分含有液体）１０を膨脹弁９ａで断熱膨張させて気−液混合状態にしたのち第１小形精留塔１の上部に移送する作用をする。この実施の形態では、上記所定の圧力は、第１小形精留塔１の上部（より詳しく説明すると、膨脹弁９ａ付きパイプ９の、第１小形精留塔１の上部への取付位置）と第２小形精留塔２の底部（膨脹弁９ａ付きパイプ９の、第２小形精留塔２の底部への取付位置）との間の、窒素含有液体１０の圧力ヘッド分（第２小形精留塔２の底部に溜まる窒素含有液体１０を第１小形精留塔１の上部まで押し上げて第１小形精留塔１の上部に移送しうる圧力）に設定されている。また、上記窒素含有液体１０は、第１小形精留塔１の底部に溜まる液体空気１１よりも窒素の含有割合が高く、液体窒素よりも窒素の含有割合が低い液体である。この実施の形態では、両小形精留塔１，２の精留棚１ａ，２ａの段数が同じに設定されているため、上記窒素含有液体１０の窒素の含有割合は、製品窒素純度９９．９９９９％の場合で９９．９重量％程度である。
【００１１】
１２はパルス管冷凍機であり、分岐パイプ１２ａを通る圧縮空気を冷却する作用をする。１３は液体窒素を寒冷として第２小形精留塔２の上部に供給する導入パイプであり、装置外から液体窒素の供給を受ける液体窒素貯槽（図示せず）に延びている。１４はガス放出パイプ３７から分岐する分岐パイプであり、ガス放出パイプ３７内の廃ガスを上記両吸着塔２３の再生用ガスとして利用する前に、大気に放出する作用をする。また、１２ｂ，１４ａ，３１ａ，３７ａは開閉弁である。それ以外の部分は、図３に示す窒素ガス製造装置と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００１２】
この窒素ガス製造装置は、つぎのようにして製品窒素ガスを製造する。すなわち、原料空気をフィルター２１を通して空気圧縮機２２に取り入れ、この取り入れた空気を空気圧縮機２２により圧縮し、この圧縮された空気を吸着塔２３に送り込み、ここで水分，炭酸ガス等を吸着除去する。ついで、水分，炭酸ガス等が吸着除去された圧縮空気を、供給パイプ３１を経由させ主熱交換器２４内に送り込んで超低温に冷却したのち、供給パイプ３１を経て第１小形精留塔１の下部に投入する。この第１小形精留塔１の上部には、第２小形精留塔２の底部に溜められた窒素含有液体１０が膨脹弁９ａ付きパイプ９を経由して気−液混合状態で供給される。そして、この供給された窒素含有液体１０中の液体分が流下し、上記投入された圧縮空気と向流的に接触して冷却する過程において、窒素と酸素との沸点の差（酸素の沸点−１８３℃，窒素の沸点−１９６℃）により、圧縮空気中の高沸点成分である酸素が液化して流下し底部に液体空気１１として溜まり、窒素が気体状態で第１小形精留塔１の上部に、上記供給された窒素含有液体１０中のガス分とともに、溜まる。
【００１３】
つぎに、第１小形精留塔１の上部に溜まる窒素ガスを、第１導出パイプ５を介して主熱交換器２４に導入し、この主熱交換器２４で圧縮空気と熱交換させて常温にしたのち、第２導出パイプ６を経てガス昇圧機４に導入し、ここで上記圧力ヘッド分加圧する。この加圧した窒素ガスを第１導入パイプ７を介して再度主熱交換器２４に導入し、この主熱交換器２４で熱交換させて超低温に冷却させたのち、第２導入パイプ８により第２小形精留塔２の下部に投入する。これにより、第２小形精留塔２内の圧力は第１小形精留塔１内の圧力より上記圧力ヘッド分だけ高圧になる。
【００１４】
一方、第１小形精留塔１の底部に溜まる液体空気１１を膨脹弁２８付きパイプ２８を介して液体溜め２９内に送り込み凝縮器２７を冷却させる。この冷却により、第２小形精留塔２の上部から凝縮器２７に送り込まれた窒素ガスを液化させ、還流液として第２の還流液パイプ３６により第２小形精留塔２の上部に戻す。第２小形精留塔２内では、上記投入された圧縮窒素ガスと、上記還流液と、上記導入パイプ１３から供給された液体窒素とを接触させて冷却する過程において、上記と同様に、窒素と酸素との沸点の差により、圧縮空気中の高沸点成分である酸素が液化して流下し底部に窒素含有液体１０として溜まり、窒素が気体状態で第２小形精留塔２の上部に溜まる。そして、第２小形精留塔２の底部に溜まった窒素含有液体１０を、両小形精留塔１，２内の圧力差を利用して、第１小形精留塔１の上部に膨脹弁９ａ付きパイプ９を介して供給する。また、第２小形精留塔２の上部に溜まる窒素ガスを取出パイプ３２から取り出して主熱交換器２４に送り込み、常温近くまで昇温させたのち、製品取出パイプ３３により高純度の製品窒素ガスとして取り出す。それ以外の部分は、図３に示す窒素ガス製造装置と同様に作用する。
【００１５】
上記のように、この実施の形態では、両小形精留塔１，２の高さを低くしながらも、所望の高純度の製品窒素ガスを得ることができる。しかも、上記両小形精留塔１，２の高さを低くすることで、高さ制限のある場所にも対応可能になる。しかも、ガス昇圧機４を用いているため、長期間の連続運転に適しており、熱ロスも少ない。
【００１６】
図２は本発明の空気分離装置の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、図１に示す窒素ガス製造装置の両小形精留塔１，２に代えて、同じ高さ位置で左右に配設される３個の小形精留塔１〜３を用いており、しかも、ガス昇圧機４に加えて第２ガス昇圧機（圧縮機）１７を新たに設けている。上記各小形精留塔１〜３は棚段式（もしくはパックドカラム式）であり、各小形精留塔１〜３の精留棚１ａ〜３ａの段数は、製品窒素ガスを所望の高純度にするために必要とされる理論段数の１／３に設定されている（すなわち、各小形精留塔１〜３の精留棚１ａ〜３ａの段数の合計は、上記の理論段数になるように設定されている）。これにより、各小形精留塔１〜３の高さは、上記の理論段数の精留棚を設けた精留塔に比べて、略１／３の高さに設定されているものの、上記理論段数から算出される高純度の窒素ガスを得ることができる。また、この実施の形態では、第２小形精留塔２に代えて、第３小形精留塔３の上部から（製品取出パイプ３３に接続する）取出パイプ３２を延ばし、凝縮器２７で生成された還流液を第２の還流液パイプ３６により第３小形精留塔３の上部に戻すようにしている。なお、上記各小形精留塔１〜３がパックドカラム式である場合には、各小形精留塔１〜３の精留充填物の高さは、製品窒素ガスを所望の高純度にするために必要とされる所要の必要高さの１／３に設定され（すなわち、各小形精留塔１〜３の精留充填物の高さの合計は、上記の必要高さになるように設定され）、これにより、各小形精留塔１〜３の高さは、略１／３の高さに設定されるものの、上記の必要高さから算出される高純度の窒素ガスを得ることができる。
【００１７】
上記第２ガス昇圧機１７は、第２小形精留塔２の上部に溜まる窒素ガスを導入し、所定の圧力に加圧したのち、（製品窒素ガスを生成する）第３小形精留塔３の下部に導入している。１８ａは第３導出パイプであり、第２小形精留塔２の上部に溜まる窒素ガスを取り出して主熱交換器２４に導入し、この主熱交換器２４で上記圧縮空気と熱交換させて常温にする作用をする。１８ｂは第４導出パイプであり、第３導出パイプ１８ａ，主熱交換器２４を経由した窒素ガスを第２ガス昇圧機１７に導入する作用をする。１８ｃは第３導入パイプであり、第２ガス昇圧機１７で所定の圧力に加圧された窒素ガスを第２ガス昇圧機１７から取り出して再度主熱交換器２４に導入し、この主熱交換器２４で熱交換して超低温に冷却する作用をする。１８ｄは第４導入パイプであり、第３導入パイプ１８ｃ，主熱交換器２４を経由した窒素ガスを第３小形精留塔３の下部に導入する作用をする。１９は膨脹弁１９ａ付きパイプであり、第３小形精留塔３の底部に溜まる窒素含有液体（所望成分含有液体）１６を膨脹弁１９ａで断熱膨張させて気−液混合状態にしたのち第２小形精留塔２の上部に移送する作用をする。この実施の形態では、上記所定の圧力は、第２小形精留塔２の上部（より詳しく説明すると、膨脹弁１９ａ付きパイプ１９の、第２小形精留塔２の上部への取付位置）と第３小形精留塔３の底部（膨脹弁１９ａ付きパイプ１９の、第３小形精留塔３の底部への取付位置）との間の、窒素含有液体１６の圧力ヘッド分（第３小形精留塔３の底部に溜まる窒素含有液体１６を第２小形精留塔２の上部まで押し上げて第２小形精留塔２の上部に移送しうる圧力）に設定されている。また、上記窒素含有液体１６は、第２小形精留塔２の底部に溜まる窒素含有液体１０よりも窒素の含有割合が高く、液体窒素よりも窒素の含有割合が低い液体である。この実施の形態では、各小形精留塔１〜３の精留棚１ａ〜３ａの段数が同じに設定されているため、上記窒素含有液体１０の窒素の含有割合は、製品窒素純度９９．９９９９％の場合で９９．８重量％程度であり、上記窒素含有液体１６の窒素の含有割合は、製品窒素純度９９．９９９９％の場合で９９．９９重量％程度である。それ以外の部分は、図１に示す窒素ガス製造装置と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この実施の形態でも、図１に示す窒素ガス製造装置と同様の作用・効果を奏する。
【００１８】
なお、上記両実施の形態では、空気分離装置として、窒素ガス製造装置を用いているが、これに限定するものではなく、各種の空気分離装置を用いることができる。また、図１の両精留塔１，２および図２の各精留塔１〜３をそれぞれ同じ高さに形成する必要はなく、図１の両精留塔１，２の精留棚１ａ，２ａの段数の合計および図２の各精留塔１〜３の精留棚１ａ〜３ａの段数の合計が、製品窒素ガスを所望の高純度にするために必要とされる理論段数になっていればよい。また、上記各小形精留塔１〜３がパックドカラム式である場合には、図１の両精留塔１，２の精留充填物の高さの合計および図２の各精留塔１〜３の精留充填物の高さの合計が、製品窒素ガスを所望の高純度にするために必要とされる所要の必要高さになっていればよい。
【００１９】
また、上記両実施の形態では、ガス昇圧機４で窒素ガスを加圧する圧力を、第１小形精留塔１の上部と第２小形精留塔２の底部との間の、窒素含有液体１０の圧力ヘッド分に設定しているが、この圧力ヘッド分を上回る圧力に設定してもよい。また、上記他の実施の形態では、第２ガス昇圧機１７で窒素ガスを加圧する圧力を、第２小形精留塔２の上部と第３小形精留塔３の底部との間の、窒素含有液体１６の圧力ヘッド分に設定しているが、この圧力ヘッド分を上回る圧力に設定してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の空気分離方法によれば、精留塔として、小形精留塔を複数個横並べに配設したものを用い、上記各小形精留塔の精留棚の段数または精留充填物の高さの合計が、上記所望成分を所望の高濃度にするのに必要とされる理論値となるように設定しているため、上記各小形精留塔の精留棚の段数もしくは精留充填物の高さを減少させ、上記各精留塔の高さをそれぞれ低く設定した場合にも、上記各小形精留塔の精留棚の段数もしくは精留充填物の高さの合計が上記理論値となり、所望の高純度の製品を得ることができる。しかも、上記複数個の精留塔の高さをそれぞれ低く設定することで、高さ制限のある場所にも対応可能になる。しかも、本発明の空気分離方法では、圧縮機を用いているため、長期間の連続運転に適している。一方、本発明の空気分離装置によれば、上記優れた効果を奏する本発明の空気分離方法を容易に行うことができる。
【００２１】
特に、上記一の精留塔の上部から取り出した上記所望成分を圧縮機に導入する前に、熱交換器に導入し、この熱交換器を通る圧縮空気と熱交換させて常温にしたのち、上記圧縮機に導入するようにした場合には、常温の気体状態の上記所望成分を圧縮するため、圧縮機の熱ロスが少なくなる。
【００２２】
また、上記圧縮機で上記所望成分を加圧したのち、熱交換器に導入し、ここで低温に冷却したのち、上記他の一の小形精留塔の下部に導入するようにした場合には、上記他の一の小形精留塔の下部に低温の上記所望成分を導入することができ、精留効果に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気分離装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の空気分離装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図３】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１，２  小形精留塔
１ａ，２ａ  精留棚
４  ガス昇圧機
１０  窒素含有液体
【図１】
2005009755.tif 000003
【図２】
2005009755.tif 000004
【図３】
2005009755.tif 000005