(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を低温蒸留することにより、窒素、酸素、およびアルゴンを分離する空気分離方法において、
空気凝縮通路と、窒素蒸留通路と、これら通路と熱交換可能とされた酸素蒸留通路とを備えた熱交換型蒸留装置と、窒素蒸留塔と、アルゴン蒸留塔とを用い、
（１）原料空気を圧縮した後、この原料空気を、空気凝縮通路において、酸素蒸留通路との熱交換により冷却して部分液化させ、気相の窒素富化空気と液相の酸素アルゴン富化空気とを分離し、
（２）この窒素富化空気を、窒素蒸留通路において、酸素蒸留通路との熱交換により冷却しつつ蒸留して、窒素が濃縮された窒素濃縮物と、これより窒素濃度が低い窒素含有物とを分離し、窒素濃縮物を製品中圧窒素として回収し、
（３）この窒素含有物と前記酸素アルゴン富化空気を、窒素蒸留塔において蒸留し、窒素が濃縮された製品低圧窒素と、酸素およびアルゴンが濃縮されたアルゴン含有粗酸素とを分離し、製品低圧窒素を回収し、
（４）このアルゴン含有粗酸素を、酸素蒸留通路において、空気凝縮通路および窒素蒸留通路との熱交換により加熱しつつ蒸留し、酸素とアルゴンが濃縮されたアルゴン酸素原料を分離し、
（５）このアルゴン酸素原料を、アルゴン蒸留塔において蒸留し、アルゴンが濃縮された製品アルゴンと、酸素が濃縮された製品液化酸素とを分離し、これら製品アルゴンおよび製品液化酸素を回収することを特徴とする空気分離方法。
【請求項２】
アルゴン蒸留塔が、この蒸留塔からの導出液の一部を気化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンリボイラと、この蒸留塔からの導出ガスの一部を液化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンコンデンサを備え、
窒素蒸留塔が、この蒸留塔内の窒素を気化させる窒素凝縮器を備え、
窒素蒸留通路からの窒素濃縮物の一部を、アルゴンリボイラに加熱源として導入し、次いでアルゴンコンデンサに冷却源として導入し、次いで窒素凝縮器に加熱源として導入し、次いで窒素蒸留塔に導入することを特徴とする請求項１記載の空気分離方法。
【請求項３】
圧縮した原料空気の一部をさらに圧縮し、得られた二次圧縮原料空気を、前記製品により冷却した後、空気凝縮通路に供給する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】
製品液化酸素を、原料空気との熱交換により気化させることを特徴とする請求項１記載の空気分離方法。
【請求項５】
製品液化酸素を、昇圧した後に回収することを特徴とする請求項４記載の空気分離方法。
【請求項６】
窒素蒸留通路によって分離された窒素濃縮物の一部を圧縮した後、断熱膨張させ、この断熱膨張時に得られる動力を利用して前記窒素濃縮物の圧縮を行うことを特徴とする請求項１記載の空気分離方法。
【請求項７】
空気を低温蒸留することにより、窒素、酸素、およびアルゴンを分離する空気分離装置において、
原料空気を圧縮する空気圧縮機と、圧縮された原料空気を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空気を蒸留する熱交換型蒸留装置と、熱交換型蒸留装置を経た蒸留物をさらに蒸留する窒素蒸留塔と、窒素蒸留塔を経た蒸留物をさらに蒸留するアルゴン蒸留塔とを備え、
熱交換型蒸留装置が、空気凝縮通路と、窒素蒸留通路と、これら通路と熱交換可能とされた酸素蒸留通路とを備え、
空気凝縮通路が、原料空気を、酸素蒸留通路との熱交換により冷却して部分液化させ、気相の窒素富化空気と液相の酸素アルゴン富化空気とを得ることができるようにされ、
窒素蒸留通路が、この窒素富化空気を、酸素蒸留通路との熱交換により冷却しつつ蒸留し、窒素が濃縮された窒素濃縮物である製品中圧窒素と、これより窒素濃度が低い窒素含有物とを得ることができるようにされ、
窒素蒸留塔が、この窒素含有物と前記酸素アルゴン富化空気を蒸留して、窒素が濃縮された製品低圧窒素と、酸素およびアルゴンが濃縮されたアルゴン含有粗酸素とを得ることができるようにされ、
酸素蒸留通路が、このアルゴン含有粗酸素を、空気凝縮通路および窒素蒸留通路との熱交換により加熱しつつ蒸留し、酸素およびアルゴンが濃縮されたアルゴン酸素原料を得ることができるようにされ、
アルゴン蒸留塔が、このアルゴン酸素原料を蒸留し、アルゴンが濃縮された製品アルゴンと、酸素が濃縮された製品液化酸素とを得ることができるようにされていることを特徴とする空気分離装置。
【請求項８】
アルゴン蒸留塔が、この蒸留塔からの導出液の一部を気化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンリボイラと、この蒸留塔からの導出ガスの一部を液化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンコンデンサを備え、
窒素蒸留塔が、この蒸留塔内の窒素を気化させる窒素凝縮器を備え、
窒素蒸留通路からの窒素濃縮物の一部を、アルゴンリボイラに加熱源として導入し、次いでアルゴンコンデンサに冷却源として導入し、次いで窒素凝縮器に加熱源として導入し、次いで窒素蒸留塔に導入することができるように構成されていることを特徴とする請求項７記載の空気分離措置。
【請求項９】
空気圧縮機で圧縮された原料空気の一部をさらに圧縮する二次圧縮機を備え、
この圧縮機によって圧縮された二次圧縮原料空気を、主熱交換器を経て空気凝縮通路に供給することができるようになっていることを特徴とする請求項７記載の空気分離装置。
【請求項１０】
製品液化酸素を気化させる酸素蒸発器を備え、この酸素蒸発器が、原料空気との熱交換によって製品液化酸素を気化させることができるようにされていることを特徴とする請求項７記載の空気分離装置。
【請求項１１】
製品液化酸素を昇圧する昇圧ポンプを備えていることを特徴とする請求項１０記載の空気分離装置。
【請求項１２】
酸素蒸発器を経た原料空気を窒素蒸留塔に導入することができるようになっていることを特徴とする請求項１０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、空気を低温蒸留することにより、窒素、酸素、およびアルゴンを分離する空気分離方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気を低温蒸留して、窒素、酸素、アルゴン等を生産するには、高圧塔と低圧塔とからなる複式蒸留塔と、低圧塔に接続されたアルゴン塔とを備えた空気分離装置が用いられている。
近年、空気分離を行う際の動力消費量を抑制し製造コストを低減するため、熱交換型蒸留装置を利用した空気分離方法が提案されている。
例えば、特許第２８３３５９４号には、熱交換型蒸留装置を用いて、中純度の酸素（酸素濃度８５〜９９％）を製造する方法が開示されている。
ここに開示されている方法では、熱交換型蒸留装置として、２つの通路を熱交換可能となるように配設したプレートフィン熱交換器が用いられている。
この方法では、原料空気を熱交換型蒸留装置の第１通路で蒸留し、通路上部から低沸点の窒素に富む気相生成物を採取し、通路下部から高沸点の酸素に富む液相生成物を採取する。
第２通路では、上記酸素に富む液相生成物を、第１通路内の原料空気と熱交換させつつ蒸留し、通路上部から窒素に富む気相生成物を採取し、通路下部から製品酸素を得ることができる。
また、特開平８−３６４９９号公報にも、熱交換型蒸留装置を用いた空気分離方法が開示されている。
この方法では、原料空気を、熱交換型蒸留装置の第１通路で蒸留して、通路上部から窒素に富む気相生成物を導出し、これを凝縮させ、その一部を第２通路に還流液として導入し、第２の通路の下部から酸素濃度７０％以上の製品を採取する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の空気分離方法において、熱交換効率を高め、十分な純度の製品を得るためには、原料空気を高圧にする必要がある。このため、消費動力が嵩む問題があった。
さらに、熱交換型蒸留装置を用いた従来の空気分離方法では、製造される製品が、窒素と酸素に限られており、同時にアルゴンを採取することができる方法が望まれていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、熱交換効率を高め、動力消費量を削減することができ、しかもアルゴンを採取することができる空気分離方法および装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気分離方法は、空気凝縮通路と、窒素蒸留通路と、これら通路と熱交換可能とされた酸素蒸留通路とを備えた熱交換型蒸留装置と、窒素蒸留塔と、アルゴン蒸留塔とを用い、（１）原料空気を圧縮した後、この原料空気を、空気凝縮通路において、酸素蒸留通路との熱交換により冷却して部分液化させ、気相の窒素富化空気と液相の酸素アルゴン富化空気とを分離し、（２）この窒素富化空気を、窒素蒸留通路において、酸素蒸留通路との熱交換により冷却しつつ蒸留して、窒素が濃縮された窒素濃縮物と、これより窒素濃度が低い窒素含有物とを分離し、窒素濃縮物を製品中圧窒素として回収し、（３）この窒素含有物と前記酸素アルゴン富化空気を、窒素蒸留塔において蒸留し、窒素が濃縮された製品低圧窒素と、酸素およびアルゴンが濃縮されたアルゴン含有粗酸素とを分離し、製品低圧窒素を回収し、（４）このアルゴン含有粗酸素を、酸素蒸留通路において、空気凝縮通路および窒素蒸留通路との熱交換により加熱しつつ蒸留し、酸素とアルゴンが濃縮されたアルゴン酸素原料を分離し、（５）このアルゴン酸素原料を、アルゴン蒸留塔において蒸留し、アルゴンが濃縮された製品アルゴンと、酸素が濃縮された製品液化酸素とを分離し、これら製品アルゴンおよび製品液化酸素を回収することを特徴とする。
本発明の空気分離方法は、アルゴン蒸留塔が、この蒸留塔からの導出液の一部を気化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンリボイラと、この蒸留塔からの導出ガスの一部を液化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンコンデンサを備え、窒素蒸留塔が、この蒸留塔内の窒素を気化させる窒素凝縮器を備え、窒素蒸留通路からの窒素濃縮物の一部を、アルゴンリボイラに加熱源として導入し、次いでアルゴンコンデンサに冷却源として導入し、次いで窒素凝縮器に加熱源として導入し、次いで窒素蒸留塔に導入する方法を採用してもよい。
本発明の空気分離方法は、圧縮した原料空気の一部をさらに圧縮し、得られた二次圧縮原料空気を、前記製品により冷却した後、空気凝縮通路に供給することができる。
本発明の空気分離方法では、製品液化酸素を、原料空気との熱交換により気化させることができる。
本発明では、製品液化酸素を、昇圧した後に回収することができる。
本発明では、窒素蒸留通路によって分離された窒素濃縮物の一部を圧縮した後、断熱膨張させ、この断熱膨張時に得られる動力を利用して前記窒素濃縮物の圧縮を行うことができる。
【０００５】
本発明の空気分離装置は、原料空気を圧縮する空気圧縮機と、圧縮された原料空気を冷却する主熱交換器と、冷却された原料空気を蒸留する熱交換型蒸留装置と、熱交換型蒸留装置を経た蒸留物をさらに蒸留する窒素蒸留塔と、窒素蒸留塔を経た蒸留物をさらに蒸留するアルゴン蒸留塔とを備え、熱交換型蒸留装置が、空気凝縮通路と、窒素蒸留通路と、これら通路と熱交換可能とされた酸素蒸留通路とを備え、空気凝縮通路が、原料空気を、酸素蒸留通路との熱交換により冷却して部分液化させ、気相の窒素富化空気と液相の酸素アルゴン富化空気とを得ることができるようにされ、窒素蒸留通路が、この窒素富化空気を、酸素蒸留通路との熱交換により冷却しつつ蒸留し、窒素が濃縮された窒素濃縮物である製品中圧窒素と、これより窒素濃度が低い窒素含有物とを得ることができるようにされ、窒素蒸留塔が、この窒素含有物と前記酸素アルゴン富化空気を蒸留して、窒素が濃縮された製品低圧窒素と、酸素およびアルゴンが濃縮されたアルゴン含有粗酸素とを得ることができるようにされ、酸素蒸留通路が、このアルゴン含有粗酸素を、空気凝縮通路および窒素蒸留通路との熱交換により加熱しつつ蒸留し、酸素およびアルゴンが濃縮されたアルゴン酸素原料を得ることができるようにされ、アルゴン蒸留塔が、このアルゴン酸素原料を蒸留し、アルゴンが濃縮された製品アルゴンと、酸素が濃縮された製品液化酸素とを得ることができるようにされていることを特徴とする。
本発明の空気分離装置では、アルゴン蒸留塔が、この蒸留塔からの導出液の一部を気化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンリボイラと、この蒸留塔からの導出ガスの一部を液化させてこの蒸留塔に戻すアルゴンコンデンサを備え、窒素蒸留塔が、この蒸留塔内の窒素を気化させる窒素凝縮器を備え、窒素蒸留通路からの窒素濃縮物の一部を、アルゴンリボイラに加熱源として導入し、次いでアルゴンコンデンサに冷却源として導入し、次いで窒素凝縮器に加熱源として導入し、次いで窒素蒸留塔に導入することができる構成を採用することができる。
本発明の空気分離装置では、空気圧縮機で圧縮された原料空気の一部をさらに圧縮する二次圧縮機を備え、この圧縮機によって圧縮された二次圧縮原料空気を、主熱交換器を経て空気凝縮通路に供給することができるように構成することができる。
本発明の空気分離装置では、製品液化酸素を気化させる酸素蒸発器を備え、この酸素蒸発器が、原料空気との熱交換によって製品液化酸素を気化させることができるようにされている構成を採用することができる。
本発明の空気分離装置は、製品液化酸素を昇圧する昇圧ポンプを備えた構成とすることができる。
本発明の空気分離装置は、酸素蒸発器を経た原料空気を窒素蒸留塔に導入することができる構成を採用できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の空気分離装置の第１の実施形態を示す系統図である。
ここに示す空気分離装置１０は、原料空気ＲAを圧縮する空気圧縮機１と、圧縮された原料空気の圧縮熱を取り除く空気予冷器２と、空気予冷器２を経た原料空気中の不純物（水分、二酸化炭素等）を除去する精製器３と、精製器３を経た原料空気を冷却する主熱交換器４と、主熱交換器４を経た原料空気を蒸留する熱交換型蒸留装置５と、熱交換型蒸留装置５を経た蒸留物をさらに蒸留する窒素蒸留塔６と、窒素蒸留塔６を経た蒸留物をさらに蒸留するアルゴン蒸留塔７と、気液分離器１６、８と、膨張タービン９と、過冷器１１と、昇圧機１３とを主要な構成機器とする。また符号１５は保冷槽を示す。
【０００７】
熱交換型蒸留装置５は、空気凝縮通路５１と、窒素蒸留通路５２と、これら通路５１、５２と熱交換可能とされた酸素蒸留通路５３とを備えている。
熱交換型蒸留装置５としては、プレートフィン式熱交換器を使用することができる。
なお、図示例の熱交換型蒸留装置５では、通路５１〜５３が一体化されているが、本発明では、熱交換型蒸留装置を２つに分割してもよい。
すなわち、酸素蒸留通路を上部通路と下部通路とに分割し、この上部通路と窒素蒸留通路を有する第１熱交換型蒸留部と、下部通路と空気凝縮通路とを有する第２熱交換型蒸留部とを備えた熱交換型蒸留装置を使用することもできる。
【０００８】
アルゴン蒸留塔７は、アルゴンリボイラ７ａと、アルゴンコンデンサ７ｂとを備えている。
アルゴンリボイラ７ａは、蒸留塔７からの導出液の一部を気化させて蒸留塔７に戻すことができるようになっている。
アルゴンコンデンサ７ｂは、蒸留塔７からの導出ガスの一部を液化させて蒸留塔７に戻すことができるようになっている。
【０００９】
窒素蒸留塔６は、この蒸留塔６内の窒素を気化させる窒素凝縮器６ａを備えている。
昇圧機１３は、膨張タービン９での断熱膨張の際に得られる動力を利用して駆動することができる構成とするのが好ましい。
【００１０】
次に、この空気分離装置１０を使用した場合を例として、本発明の空気分離方法の第１の実施形態を説明する。
まず、大気などの原料空気ＲAを、空気圧縮機１で圧縮し（例えば約３９０kＰaに圧縮）、空気予冷器２で常温まで冷却した後、精製器３において、原料空気中の水分、二酸化炭素等の不純物を吸着除去する。
【００１１】
次いで、精製器３を経た原料空気を、主熱交換器４において、後述する製品窒素、製品液化酸素等の低温流体との熱交換により約−１７８℃に冷却し、部分液化させる。
主熱交換器４を経た原料空気は、気液分離器１６に導入され、気相の精製原料空気と、液相の酸素アルゴン富化空気とに分離される。
【００１２】
気相の精製原料空気は、管路Ｌ1を経て、熱交換型蒸留装置５の空気凝縮通路５１に、その上部から導入される。
空気凝縮通路５１に導入された精製原料空気は、酸素蒸留通路５３内の流体（後述するアルゴン含有粗酸素）との熱交換によって冷却されつつ空気凝縮通路５１内を下降し、この過程で部分液化し、気液混和状態となる。
空気凝縮通路５１を経た気液混和状態の精製原料空気は、通路５１の下部から管路Ｌ2を通して気液分離器８に導入され、この気液分離器８において、気相の窒素富化空気と液相の酸素アルゴン富化空気とに分離される。
【００１３】
気相の窒素富化空気は、気液分離器８の上部から導出され、管路Ｌ5を通して窒素蒸留通路５２の下部に導入される。
この窒素富化空気は、窒素蒸留通路５２内を上昇する過程で、酸素蒸留通路５３内の流体（アルゴン含有粗酸素）と熱交換して冷却されつつ蒸留され、気相中に窒素が濃縮する。
得られた窒素濃縮物（例えば窒素濃度が９８％以上、酸素含有量２％以下）は、窒素蒸留通路５２の上部から管路Ｌ6を通して導出され、主熱交換器４を経て製品中圧窒素ＭGNとして回収される。
【００１４】
この窒素濃縮物（製品中圧窒素）の一部は、管路Ｌ23を通して昇圧機１３に導入されて圧縮され、冷却後、膨張タービン９で断熱膨張され、管路Ｌ24により主熱交換器４に導入される。これによって、原料空気の冷却を効率よく行うことができる。主熱交換器４を経た窒素濃縮物は、排出ガスＷＧとして排出される。
昇圧機１３で窒素濃縮物の昇圧を行う際には、この昇圧機１３を、膨張タービン９で窒素濃縮物を断熱膨張させる際に得られる動力を利用して駆動するのが好ましい。これによって、動力効率を向上させることができる。
【００１５】
窒素蒸留通路５２内の蒸留過程では、液相中の窒素濃度が低くなり、低窒素濃度の液状の窒素含有物が得られる。
この窒素含有物は、窒素蒸留通路５２下部から管路Ｌ7によって導出され、管路Ｌ3を通って過冷器１１に導入され、管路Ｌ4の減圧弁Ｖ1で減圧されて、窒素蒸留塔６の下部に供給される。
【００１６】
上述の気液分離器１６で得られた液相の酸素アルゴン富化空気は、管路Ｌ26、Ｌ3を通して過冷器１１に導入され、減圧弁Ｖ1で減圧された後、窒素蒸留塔６の下部に供給される。
また気液分離器８で得られた液相の酸素アルゴン富化空気も、管路Ｌ3を通って過冷器１１に導入された後、窒素蒸留塔６の下部に導入される。
【００１７】
窒素蒸留塔６における蒸留によって、気相中に窒素が濃縮するとともに、液相中に酸素とアルゴンが濃縮される。
気相生成物（例えば窒素濃度９８％以上、酸素含有量２％以下）は、窒素蒸留塔６の上部から管路Ｌ12を通して導出され、過冷器１１、管路Ｌ13を経て主熱交換器４に導入され、ここで加熱された後、製品低圧窒素ＧNとして回収される。
【００１８】
一方、液相の酸素アルゴン濃縮物であるアルゴン含有粗酸素は、窒素蒸留塔６の下部から管路Ｌ14を通して導出され、熱交換型蒸留装置５の酸素蒸留通路５３に導入される。
アルゴン含有粗酸素は、酸素蒸留通路５３内を下降する過程で、空気凝縮通路５１内の精製原料空気、および窒素蒸留通路５２内の窒素富化空気と熱交換して加熱される。
この過程においては、蒸留により気相中の窒素濃度が高くなり、液相中の酸素とアルゴンの濃度が高くなる。これによって、気相の窒素含有気体と、液相の酸素アルゴン濃縮物であるアルゴン酸素原料（例えばアルゴン含有率３％）とが得られる。
窒素含有気体は、酸素蒸留通路５３の上部から、管路Ｌ15を通して窒素蒸留塔６の下部に再び導入される。
【００１９】
一方、液相のアルゴン酸素原料は、酸素蒸留通路５３の下部から管路Ｌ16を通して導出され、減圧弁Ｖ4で減圧された後、アルゴン蒸留塔７の下部に導入される。
【００２０】
アルゴン蒸留塔７では、アルゴン酸素原料の蒸留により、気相中にアルゴンが濃縮し、液相中に酸素が濃縮する。
これによって、気相のアルゴン濃縮物（例えばアルゴン濃度９５％以上）と、液相の酸素濃縮物である製品液化酸素（例えば酸素濃度９８％以上）とが得られる。
【００２１】
得られたアルゴン濃縮物は、アルゴン蒸留塔７の上部から、管路Ｌ20を通して主熱交換器４に導入され、ここで原料空気との熱交換により加熱された後、製品アルゴンＧArとして回収される。
原料空気からのアルゴンの回収率は、例えば約３５％となる。
アルゴン蒸留塔７から導出されたアルゴン濃縮物（製品アルゴン）の一部は、管路Ｌ21を通してアルゴンコンデンサ７ｂに導入され、ここで液化し、管路Ｌ22を通してアルゴン蒸留塔７の上部に再び導入される。
【００２２】
一方、製品液化酸素は、アルゴン蒸留塔７の下部から、管路Ｌ17を通して主熱交換器４に導入され、ここで加熱された後、製品液化酸素ＧOとして回収される。
アルゴン蒸留塔７から導出された製品液化酸素の一部は、管路Ｌ18を通してアルゴンリボイラ７ａに導入され、ここで気化し、管路Ｌ19を通してアルゴン蒸留塔７の下部に再び導入される。
【００２３】
窒素蒸留通路５２からの窒素濃縮物（製品中圧窒素ＭＧN）の一部は、管路Ｌ6a、主熱交換器４を経て、窒素圧縮機１２で圧縮され、再び主熱交換器４で冷却された後、管路Ｌ8を通して、加熱源としてアルゴンリボイラ７ａに導入される。
アルゴンリボイラ７ａを経た窒素濃縮物は、管路Ｌ9、過冷器11を通って、減圧弁Ｖ2で減圧された後、アルゴンコンデンサ７ｂに冷却源として導入される。アルゴンコンデンサ７ｂを経た窒素濃縮物は、管路Ｌ10を通して、窒素蒸留塔６下部の窒素凝縮器６ａに加熱源として導入される。これによって、窒素蒸留塔６内の流体が加熱され、液相中の窒素の気化が促進される。
窒素凝縮器６ａを経た窒素濃縮物は、管路Ｌ11、過冷器11を通って、減圧弁Ｖ3で減圧されて、還流液として窒素蒸留塔６の上部に導入される。
【００２４】
本実施形態の空気分離方法では、空気凝縮通路５１と、窒素蒸留通路５２と、酸素蒸留通路５３とを備えた熱交換型蒸留装置５と、窒素蒸留塔６と、アルゴン蒸留塔７とを用いるので、原料空気と窒素富化空気とアルゴン含有粗酸素との間の熱交換を効率よく行わせることができる。
このため、空気圧縮機１において原料空気の圧力を低く設定することができる。例えば、従来方法において必要な原料空気圧力約５００ｋＰａを、約３９０ｋＰａとすることができる。
従って、動力消費量を大幅に削減することができる。例えば、複式蒸留塔とアルゴン塔を備えた従来の空気分離装置を用いた場合に比べ、約１０％の省エネルギー化が可能となる。
また、アルゴン蒸留塔７を用いるので、アルゴンの採取が可能となる。
【００２５】
なお、本発明では、図１中破線で示す管路Ｌ25を用いて、精製器３からの精製原料空気の一部を、二次圧縮機１４を用いて約４００kＰaまで二次圧縮した後、管路Ｌ1を通して空気凝縮通路５１に導入することもできる。
この場合には、空気圧縮機１での原料空気の圧力をさらに低く（例えば約３５０kＰa）することができる。このため、動力消費量をさらに削減できる。
また、本発明では、管路Ｌ17を通して導出される製品液化酸素の圧力を、昇圧ポンプ１７によって圧力を高めて回収することもできる。
【００２６】
次に、本発明の空気分離装置の第２の実施形態を説明する。
図２は、本実施形態の空気分離装置を示す系統図である。
ここに示す空気分離装置３０は、製品液化酸素を導出する管路Ｌ17に、製品液化酸素を気化させる酸素蒸発器３１が設けられている点、アルゴン蒸留塔７で得られたアルゴン濃縮物（製品アルゴン）をさらに蒸留する高純アルゴン蒸留塔３４が設けられている点で、図１に示す空気分離装置１０と異なる。
【００２７】
酸素蒸発器３１は、製品液化酸素を、原料空気との熱交換により気化させることができるようになっている。
高純アルゴン蒸留塔３４は、蒸留塔３４からの導出液の一部を気化させて蒸留塔３４に戻す高純アルゴンリボイラ３４ａと、蒸留塔３４からの導出ガスの一部を液化させて蒸留塔３４に戻す高純アルゴンコンデンサ３４ｂとを備えている。
高純アルゴンコンデンサ３４ｂは、アルゴンコンデンサ７ｂ、窒素凝縮器６ａ、過冷器１１を経た窒素濃縮物の一部を用いて、上記導出ガスを冷却することができるようになっている。
【００２８】
次に、この空気分離装置３０を使用した場合を例として、本発明の空気分離方法の第２の実施形態を説明する。
原料空気は、空気圧縮機１で圧縮され（例えば圧力約３９０ｋＰa）、空気予冷器２で常温まで冷却された後、精製器３で不純物を吸着除去し、主熱交換器４で冷却され、管路Ｌ1を通して熱交換型蒸留装置５の空気凝縮通路５１に導入される。
原料空気の一部は、管路Ｌ31を通して酸素蒸発器３１に導入され、ここで管路Ｌ17からの製品液化酸素との熱交換により冷却された後、管路Ｌ32、Ｌ3、Ｌ4を通して窒素蒸留塔６に導入される。
【００２９】
アルゴン蒸留塔７の下部から、管路Ｌ17を通して導出された製品液化酸素は、酸素蒸発器３１に導入され、ここで原料空気との熱交換により気化した後に、主熱交換器４を経て製品液化酸素ＧOとして回収される。
【００３０】
この空気分離方法では、アルゴン蒸留塔７の上部から管路Ｌ20を通して導出されるアルゴン濃縮物（製品アルゴンＧAr）を、アルゴン圧縮機３２で圧縮し、アルゴン精製器３３にて酸素分等を触媒等で除去して精製する。
次いで、精製されたアルゴン濃縮物を、主熱交換器４で冷却した後、管路Ｌ33を通して高純アルゴンリボイラ３４ａに導入する。
高純アルゴンリボイラ３４ａにおいて、アルゴン濃縮物は、高純アルゴン蒸留塔３４からの導出液（後述する高純製品アルゴン）との熱交換により冷却され、液化した後、管路Ｌ34、減圧弁Ｖ30を経て高純アルゴン蒸留塔３４に導入される。
【００３１】
高純アルゴン蒸留塔３４では、導入されたアルゴン濃縮物が蒸留され、気相中の低沸点成分（窒素等）濃度が高められ、液相中のアルゴン濃度が高められる。
高純アルゴン蒸留塔３４内の低沸点成分含有気体は、管路Ｌ37、Ｌ41を通して導出され、管路Ｌ12に導かれ、上記製品低圧窒素に合流して、主熱交換器４を経て回収される。
低沸点成分含有気体の一部は、管路Ｌ37、Ｌ38を通して高純アルゴンコンデンサ３４ｂに導入され、ここで高沸点成分が液化した後、管路Ｌ39を通して高純アルゴン蒸留塔３４に戻される。
【００３２】
一方、高純アルゴン蒸留塔３４で得られた高濃度アルゴンは、蒸留塔３４の下部から、管路Ｌ40を通して導出され、高純製品アルゴンＰＡｒ（例えば窒素１ｐｐｍ以下、酸素０.１ｐｐｍ以下）として回収される。
高濃度アルゴン（高純製品アルゴン）の一部は、管路Ｌ35により高純アルゴンリボイラ３４ａに導入され、ここで気化した後、管路Ｌ36から蒸留塔３４下部に戻される。
【００３３】
また、本発明では、管路Ｌ17を通して導出される製品液化酸素の圧力を、昇圧ポンプ１７によって圧力を高め、この製品液化酸素を酸素蒸発器３１で気化させて回収することもできる。
【００３４】
本実施形態の空気分離方法では、第１の実施形態の方法と同様に、熱交換型蒸留装置５と、窒素蒸留塔６と、アルゴン蒸留塔７とを用いるので、原料空気と窒素富化空気とアルゴン含有粗酸素との間の熱交換を効率よく行わせ、原料空気の圧力を低く設定することができる。
従って、動力消費量を大幅に削減することができる。
また、アルゴン蒸留塔７を用いるので、アルゴンの採取が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の空気分離方法では、空気凝縮通路と、窒素蒸留通路と、酸素蒸留通路とを備えた熱交換型蒸留装置と、窒素蒸留塔と、アルゴン蒸留塔とを用いるので、原料空気と窒素富化空気とアルゴン含有粗酸素との間の熱交換を効率よく行わせることができる。
このため、原料空気の圧力を低く設定することができ、動力消費量を大幅に削減することができる。
また、アルゴン蒸留塔を用いるので、アルゴンの採取が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の空気分離装置の第１の実施形態を示す系統図。
【図２】  本発明の空気分離装置の第２の実施形態を示す系統図。
【符号の説明】
１・・・空気圧縮機、４・・・主熱交換器、５・・・熱交換型蒸留装置、６・・・窒素蒸留塔、６ａ・・・窒素凝縮器、７・・・アルゴン蒸留塔、７ａ・・・アルゴンリボイラ、７ｂ・・・アルゴンコンデンサ、８・・・気液分離器、９・・・膨張タービン、１０、３０・・・空気分離装置、１３・・・昇圧機、１４・・・二次圧縮機、１７・・・昇圧ポンプ、３１・・・酸素蒸発器、５１・・・空気凝縮通路、５２・・・窒素蒸留通路、５３・・・酸素蒸留通路、ＲA・・・原料空気、ＭＧN・・・製品中圧窒素、ＧN・・・製品低圧窒素、ＧO・・・製品液化酸素、ＧAr・・・製品アルゴン
【図１】
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【図２】
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