(57)【要約】【課題】精留塔を有する空気分離設備を少なくとも２つ備えた空気分離装置であって、空気圧縮機の台数を減らして省スペース化できる空気分離装置を提供する。本発明の他の目的は、上記空気分離装置を用いて原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを製造する方法を提供する。【解決手段】原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する空気分離装置であって、第１空気圧縮機と、第１精留塔を有する第１空気分離設備と、第２空気圧縮機と、第２精留塔を有する第２空気分離設備を少なくとも備え、前記第１空気圧縮機は、前記第１空気分離設備に接続されているが、前記第２空気分離設備に接続されておらず、前記第２空気圧縮機は、前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備に接続されている空気分離装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する空気分離装置であって、
第１空気圧縮機と、
前記第１空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第１精留塔を有する第１空気分離設備と、
第２空気圧縮機と、
前記第２空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第２精留塔を有する第２空気分離設備とを少なくとも備え、
前記第１空気圧縮機は、前記第１空気分離設備に接続されているが、前記第２空気分離設備に接続されておらず、
前記第２空気圧縮機は、前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備に接続されていることを特徴とする空気分離装置。
【請求項２】
前記第２空気圧縮機と前記第１空気分離設備とを接続する経路に第１流量調整弁、および
前記第２空気圧縮機と前記第２空気分離設備とを接続する経路に第２流量調整弁を備える請求項１に記載の空気分離装置。
【請求項３】
前記第１空気分離設備は、前記圧縮された原料空気から不純物を除去するための第１前処理設備と、前記第１精留塔を収容した第１コールドボックスを備え、
前記第２空気分離設備は、前記圧縮された原料空気から不純物を除去するための第２前処理設備と、前記第２精留塔を収容した第２コールドボックスを備える請求項１または２に記載の空気分離装置。
【請求項４】
原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを製造する方法であって、
第１空気圧縮機と、
前記第１空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第１精留塔を有する第１空気分離設備と、
第２空気圧縮機と、
前記第２空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第２精留塔を有する第２空気分離設備とを少なくとも備え、
前記第１空気圧縮機は、前記第１空気分離設備に接続されているが、前記第２空気分離設備に接続されておらず、
前記第２空気圧縮機は、前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備に接続されている空気分離装置を用い、
前記第１空気圧縮機および前記第２空気圧縮機から出力される圧縮された原料空気を前記第１空気分離設備へ供給することを特徴とする製造方法。
【請求項５】
前記第１空気圧縮機から出力される圧縮された原料空気の全量を前記第１空気分離設備へ供給する請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第１空気圧縮機から前記第１空気分離設備へ供給する原料空気量と、
前記第２空気圧縮機から前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備へ供給する原料空気量の合計を異なる量とする請求項４または５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記第１空気分離設備で要求される最大原料空気量を１００％としたとき、
前記第１空気圧縮機から前記第１空気分離設備へ供給する原料空気量を６０〜９０％とし、
前記第２空気圧縮機から前記第１空気分離設備へ供給する原料空気量を１０〜４０％とする請求項４〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記第１空気圧縮機から前記第１空気分離設備へ供給する原料空気量と、
前記第２空気圧縮機から前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備へ供給する原料空気量の合計を同量とする請求項４または５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する空気分離装置、および該空気分離装置を用いて原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電設備や製鉄所等のように大量の酸素が消費される工場には、酸素を自給するために酸素製造設備を併設することが多い。酸素製造設備としては空気分離装置が最も汎用されている。空気分離装置では、空気を原料として酸素および窒素の少なくとも一方を得ることができる。深冷式の空気分離装置の代表的な構成例を図１を用いて説明する。
【０００３】
図１に示した深冷式空気分離装置１は、空気圧縮機２、吸着器３ａ、３ｂ、主熱交換器４、高圧精留塔５、低圧精留塔６、低圧精留塔６内に設けられた主凝縮器６ａ、冷却設備７、空気分離設備８、および膨張タービン９を主として備えている。冷却設備７と吸着器３ａ、３ｂは、まとめて前処理設備と呼ばれることがある。また、主熱交換器４、高圧精留塔５、および低圧精留塔６は、図示しないコールドボックス内に収容されている。図１では、高圧精留塔５と低圧精留塔６を設けた例を示したが、原料空気から窒素のみを分離する場合には、高圧精留塔５のみを設置することもある。以下、高圧精留塔５および低圧精留塔６をまとめて単に精留塔１０と呼ぶことがある。本明細書では、上記前処理設備とコールドボックスをまとめて空気分離設備と呼び、空気分離設備と上記空気圧縮機をまとめて空気分離装置と呼ぶことがある。
【０００４】
原料空気は、空気圧縮機２により高圧精留に必要な圧力（約０．３〜０．５ＭＰａ）に昇圧圧縮され、冷却設備７で冷却された後、吸着器３ａ、３ｂにより二酸化炭素、水分、炭化水素等の不純物が除去される。
【０００５】
吸着器３ａ、３ｂを経た原料空気は、経路Ｌ１を通り、コールドボックスに供給される。コールドボックスに供給された原料空気は、主熱交換器４で冷却され、その一部は主熱交換器４内において経路Ｌ１を分岐した経路Ｌ１ａにより高圧精留塔５内の底部へ導入される。また、主熱交換器４で冷却された原料空気の残部は、主熱交換器４内において経路Ｌ１を分岐した経路Ｌ１ｂにより膨張タービン９へ供給され、減圧された後、低圧精留塔６へ供給される。
【０００６】
高圧精留塔５に導入された原料空気は、高圧精留塔５内を上昇中に下降液と向流接触を行い、蒸留により低沸点成分が増加することで液体窒素と酸素リッチな液体空気とに精留分離される。高圧精留塔５内で精留分離された液体窒素および酸素リッチな液体空気は、図示しない経路により低圧精留塔６へ供給される。
【０００７】
低圧精留塔６に供給された液体窒素と酸素リッチな液体空気は上昇ガスと向流接触を起こし、蒸留により低圧精留塔６内で高純度の窒素ガスと液体酸素とに分離される。
【０００８】
また、高圧精留塔５内の窒素ガスは経路Ｌ２を通して低圧精留塔６の主凝縮器６ａへ供給される。主凝縮器６ａは、導入された窒素ガスと低圧精留塔６内の底部に溜まった液体酸素との間で熱交換を行って、該液体酸素を気化させて酸素ガスとし、窒素ガスを凝縮して液体窒素とする。この熱交換に必要な窒素ガスと液体酸素との温度差を確保するために、高圧精留塔５および低圧精留塔６の各運転圧力が設定される。低圧精留塔６内で気化した酸素ガスは、後述するように製品酸素ガスとして経路Ｌ５から取り出され、残りは低圧精留塔６内で上昇ガスとなり、精留分離に利用される。一方、液体窒素は、経路Ｌ８を通して高圧精留塔５へ供給される。
【０００９】
低圧精留塔６内で分離された高純度の窒素ガスは、低圧精留塔６の頂部から取り出され、経路Ｌ１０から製品窒素ガスとして外部へ取り出される。なお、低圧精留塔６内の残部ガスは、図示しない経路により吸着器３ａ、３ｂに送られ、吸着剤の再生ガスとして利用される。
【００１０】
主凝縮器６ａ内で気化した酸素ガスは、経路Ｌ５の途中に設けられた主熱交換器４へ送られて常温に戻された後、製品酸素ガスとして外部へ取り出される。
【００１１】
空気分離装置で生産された酸素ガスは、例えば、発電設備や製鉄所等で消費され、その需要は時間帯や曜日により大きく変動する。通常、空気圧縮機に使われる遠心式圧縮機はその特性から最大出力に対して７０％までの減量運転が限界であった。コールドボックスの減量範囲は、９０年代の技術革新により最大出力に対して４０％までの設計が可能となっている。従って発電設備や製鉄所等で実際に要求される減量範囲が定格の１００％から７０％までの場合は、空気圧縮機を１００％から７０％までの出力範囲で運転すればよいが、減量範囲が定格の７０％未満の場合は、空気圧縮機を最大出力に対して７０％で運転し、余剰分の空気は大気中に放出せざるを得なかった。しかし余剰分の空気を大気中に放出しながらの操業は当然ながら無駄が多い。
【００１２】
減量範囲が７０％未満であっても高効率で運転でき、余剰分の空気を大気中に放出する必要のない空気分離装置が特許文献１に提案されている。特許文献１に記載されている空気分離装置は、２台の空気圧縮機を備え、これら２台の空気圧縮機により圧縮された原料空気を冷却する主熱交換器を備えると共に、冷却された原料空気から選択的に２種以上の組成成分を分離する精留塔を備えてなる空気分離装置である。特許文献１では、前記２台の空気圧縮機のうち、一方の空気圧縮機の定格を、必要とされる最大要求原料空気量の６０〜９０％にすると共に、他方の空気圧縮機の定格を、必要とされる最大要求原料空気量の４０〜１０％としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３４９２９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記特許文献１に記載の空気分離装置は、２台の空気圧縮機により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から選択的に２種以上の組成成分を分離する精留塔を備えている。そのため上記主熱交換器と上記精留塔を、例えば、２組備えた空気分離装置を設計する場合は、４台の空気圧縮機が必要となる。しかし空気圧縮機の台数が多くなると、設備コストが高くなり、また省スペース化できない。
【００１５】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、精留塔を有する空気分離設備を少なくとも２つ備えた空気分離装置について、空気圧縮機の台数を減らして省スペース化できる空気分離装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記空気分離装置を用いて原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決することのできた本発明に係る空気分離装置は、原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する空気分離装置であって、第１空気圧縮機と、前記第１空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第１精留塔を有する第１空気分離設備と、第２空気圧縮機と、前記第２空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第２精留塔を有する第２空気分離設備を少なくとも備える。そして前記第１空気圧縮機は、前記第１空気分離設備に接続されているが、前記第２空気分離設備に接続されておらず、前記第２空気圧縮機は、前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備に接続されている点に要旨を有する。
【００１７】
前記第２空気圧縮機と前記第１空気分離設備とを接続する経路に第１流量調整弁、および前記第２空気圧縮機と前記第２空気分離設備とを接続する経路に第２流量調整弁を備えることが好ましい。
【００１８】
前記第１空気分離設備は、前記圧縮された原料空気から不純物を除去するための第１前処理設備と、前記第１精留塔を収容した第１コールドボックスを備え、前記第２空気分離設備は、前記圧縮された原料空気から不純物を除去するための第２前処理設備と、前記第２精留塔を収容した第２コールドボックスを備えていてもよい。
【００１９】
本発明に係る原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを製造する方法は、第１空気圧縮機と、前記第１空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第１精留塔を有する第１空気分離設備と、第２空気圧縮機と、前記第２空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第２精留塔を有する第２空気分離設備を少なくとも備え、前記第１空気圧縮機は、前記第１空気分離設備に接続されているが、前記第２空気分離設備に接続されておらず、前記第２空気圧縮機は、前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備に接続されている空気分離装置を用い、前記第１空気圧縮機および前記第２空気圧縮機から出力される圧縮された原料空気を前記第１空気分離設備へ供給する点に要旨を有する。
【００２０】
前記第１空気圧縮機から出力される圧縮された原料空気の全量を前記第１空気分離設備へ供給することが好ましい。
【００２１】
前記第１空気圧縮機から前記第１空気分離設備へ供給する原料空気量と、前記第２空気圧縮機から前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備へ供給する原料空気量の合計は、異なる量としてもよい。例えば、前記第１空気分離設備で要求される最大原料空気量を１００％としたとき、前記第１空気圧縮機から前記第１空気分離設備へ供給する原料空気量を６０〜９０％とし、前記第２空気圧縮機から前記第１空気分離設備へ供給する原料空気量を１０〜４０％とすることができる。
【００２２】
また、前記第１空気圧縮機から前記第１空気分離設備へ供給する原料空気量と、前記第２空気圧縮機から前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備へ供給する原料空気量の合計は、同量としてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る空気分離装置は、空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する精留塔を有する空気分離設備を少なくとも２つ備える。そして本発明では、１つ目の空気分離設備に接続されているが、２つ目の空気分離設備には接続されていない空気圧縮機と、１つ目および２つ目の空気分離設備に接続されている空気圧縮機を設けている。即ち、本発明では、空気圧縮機を、少なくとも２つの空気分離設備に接続して共用しているため、空気圧縮機の台数を少なくすることができ、設備コストを低減でき、省スペース化できる。また、本発明の空気分離装置を用いれば、減量運転できる範囲が広いため、要求原料空気量が少なくても余剰分を発生させることなく、原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、空気分離装置の代表的な構成例を説明するための模式図である。
【図２】図２は、従来の空気分離装置について、空気圧縮機が減量運転できる範囲を検討するための模式図である。
【図３】図３は、本発明に係る空気分離装置について、空気圧縮機が減量運転できる範囲を検討するための模式図である。
【図４】図４は、本発明に係る空気分離装置について、空気圧縮機が減量運転できる範囲を検討するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係る空気分離装置について説明する前に、上記特許文献１に記載の空気分離装置を２台設置したときに、空気圧縮機の減量運転ができる範囲について図２を用いて検討する。
【００２６】
図２において、１ａおよび１ｂはそれぞれ深冷式空気分離装置を示しており、上記図１に示した深冷式空気分離装置のうち、空気圧縮機および空気分離設備の配置を簡略化して示している。具体的には、１台目の空気分離装置１ａは、空気圧縮機２ａ、２ｂ、および第１空気分離設備８ａを備えており、第１空気分離設備８ａは図示しない第１精留塔を有している。第１空気分離設備８ａには、空気圧縮機２ａと２ｂが接続されており、空気圧縮機２ａから供給される圧縮空気と空気圧縮機２ｂから供給される圧縮空気の合計が、第１空気分離設備８ａへ供給される。
【００２７】
一方、２台目の空気分離装置１ｂも同様に、空気圧縮機２ｃ、２ｄ、および第２空気分離設備８ｂを備えており、第２空気分離設備８ｂは図示しない第２精留塔を有している。第２空気分離設備８ｂには、空気圧縮機２ｃと２ｄが接続されており、空気圧縮機２ｃから供給される圧縮空気と空気圧縮機２ｄから供給される圧縮空気の合計が、第２空気分離設備８ｂへ供給される。
【００２８】
ここで第１空気分離設備８ａに供給すべき最大要求原料空気量を１００％、第２空気分離設備８ｂに供給すべき最大要求原料空気量を１００％とすると、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給すべき最大要求原料空気量の合計は２００％となる。即ち、空気分離装置１全体における最大要求原料空気量の合計は、空気分離設備の数×１００％となる。空気圧縮機２ａ、２ｃとして、最大出力が最大要求原料空気量の７０％を供給できる空気圧縮機を配し、空気圧縮機２ｂ、２ｄとして、最大出力が最大要求原料空気量の３０％を供給できる空気圧縮機を配したときに、空気圧縮機の減量運転ができる範囲について検討する。
【００２９】
図２の（１）は、空気圧縮機２ａ〜２ｄの全てを運転した場合を示している。
【００３０】
図２の（１）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては次の通りである。即ち、第１空気分離設備８ａに接続されている空気圧縮機２ａと２ｂを最大出力で運転すると、空気圧縮機２ａからは最大要求原料空気量の７０％を第１空気分離設備８ａに供給でき、空気圧縮機２ｂからは最大要求原料空気量の３０％を第１空気分離設備８ａに供給できる。従って第１空気分離設備８ａには最大要求原料空気量の１００％の原料空気を供給できる。
【００３１】
一方、空気圧縮機の減量範囲は、空気圧縮機の特徴から、通常、最大出力の７０％までとする必要があるため、空気圧縮機２ａと２ｂを最小出力で運転する場合は、空気圧縮機２ａからは最大要求原料空気量の４９％を第１空気分離設備８ａに供給でき、空気圧縮機２ｂからは最大要求原料空気量の２１％を第１空気分離設備８ａに供給できる。従って第１空気分離設備８ａには空気圧縮機２ａおよび空気圧縮機２ｂから合計で最大要求原料空気量に対して７０％の原料空気を供給できる。
【００３２】
よって空気分離装置１ａにおいては、最大要求原料空気量の７０〜１００％の原料空気を第１空気分離設備８ａに供給できる。
【００３３】
図２の（１）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについても同様で、空気圧縮機２ｃと２ｄの両方を、最大出力または最小出力で運転すると、空気分離装置１ｂにおいても最大要求原料空気量の７０〜１００％の原料空気を第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００３４】
よって図２の（１）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、空気圧縮機２ａ〜２ｄの出力を制御することにより、下記表１に示すように合計で最大要求原料空気量に対して１４０〜２００％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００３５】
次に、図２の（２）〜（４）について説明する。
【００３６】
図２の（２）〜（４）は、空気圧縮機２ｂ〜２ｄの少なくとも１つの運転を停止した場合を示している。
【００３７】
これらのうち図２の（２）は、空気圧縮機２ａと２ｃを運転し、空気圧縮機２ｂと２ｄを停止した例を示している。図２の（２）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては、空気圧縮機２ａのみを稼働させているため、空気圧縮機２ａから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の４９〜７０％となる。また、図２の（２）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについても同様で、空気圧縮機２ｃのみを稼働させているため、空気圧縮機２ｃから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の４９〜７０％となる。よって図２の（２）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、空気圧縮機２ａ、２ｃの出力を制御することにより、下記表１に示すように合計で最大要求原料空気量に対して９８〜１４０％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００３８】
次に、図２の（３）について説明する。
【００３９】
図２の（３）は、１つ目の空気分離装置１ａを運転し、２つ目の空気分離装置１ｂを停止した例を示している。図２の（３）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては、空気圧縮機２ａ、２ｂの両方を稼働させているため、空気圧縮機２ａ、２ｂの出力を制御することにより、最大要求原料空気量に対して７０〜１００％の範囲で運転できる。一方、図２の（３）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについては、空気圧縮機２ｃ、２ｄの両方を停止しているため、空気圧縮機２ｃ、２ｄからは原料空気は供給されない。よって図２の（３）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、空気圧縮機２ａ、２ｂの出力を制御することにより、下記表１に示すように合計で最大要求原料空気量に対して７０〜１００％の原料空気を第１空気分離設備８ａに供給できる。
【００４０】
次に、図２の（４）について説明する。
【００４１】
図２の（４）は、１つ目の空気分離装置１ａにおける空気圧縮機２ａのみを稼働させた例を示している。図２の（４）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、空気圧縮機２ａの出力を制御することにより、下記表１に示すように合計で最大要求原料空気量に対して４９〜７０％の原料空気を第１空気分離設備８ａに供給できる。
【００４２】
なお、図示していないが、一つ目の空気分離装置１ａにおける空気圧縮機２ａを停止し、空気圧縮機２ｂのみを稼働させた場合は、空気圧縮機２ｂを最大出力で運転しても空気圧縮機２ｂから供給される原料空気量は最大要求原料空気量の３０％に留まるため、第１空気分離設備８ａを稼働させることができない。二つ目の空気分離装置１ｂにおける空気圧縮機２ｃを停止し、空気圧縮機２ｄのみを稼働させた場合も同様である。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
上記の通り、上記特許文献１に記載の空気分離装置を２台設置した場合には、空気圧縮機２ａ〜２ｄを制御することによって、最大要求原料空気量の４９〜２００％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。しかしこの構成例では、空気圧縮機を４台設ける必要があり、設備コストが高くなり、省スペース化もできない。
【００４５】
そこで本発明者らは、空気分離装置を少なくとも２台設置した場合に、上記特許文献１に記載の空気分離装置よりも空気圧縮機の台数を減らすために、鋭意検討を重ねてきた。その結果、空気分離設備を少なくとも２つ有する空気分離装置について、空気圧縮機と空気分離設備の接続経路を最適化し、第１空気分離設備に接続する第１空気圧縮機と、第１空気分離設備および第２空気分離設備の両方に接続する第２空気圧縮機を設ければ、空気圧縮機の台数を減らすことができることを見出し、本発明を完成した。
【００４６】
即ち、本発明に係る空気分離装置は、原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する空気分離装置であって、前記空気分離装置は、第１空気圧縮機と、前記第１空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第１精留塔を有する第１空気分離設備と、第２空気圧縮機と、前記第２空気圧縮機で圧縮された原料空気から酸素と窒素の少なくとも一つを分離する第２精留塔を有する第２空気分離設備とを少なくとも備える。そして、前記第１空気圧縮機は、前記第１空気分離設備に接続されているが、前記第２空気分離設備に接続されておらず、前記第２空気圧縮機は、前記第１空気分離設備および前記第２空気分離設備に接続されているところに特徴を有している。
【００４７】
本発明に係る空気分離装置を図３を用いて詳細に説明する。重複説明を避けるため、上記図２と同じ箇所には同一の符号を付した。なお、図３には、空気分離設備を２つ有する空気分離装置を示したが、空気分離設備は３つ以上であってもよい。
【００４８】
図３において、１ａおよび１ｂはそれぞれ空気分離装置を示しており、１台目の空気分離装置１ａは、第１空気圧縮機２ｅ、および第１空気分離設備８ａを備えており、第１空気分離設備８ａは図示しない第１精留塔１０ａを有している。第１空気分離設備８ａには、第１空気圧縮機２ｅおよび第２空気圧縮機２ｆが接続されており、第２空気圧縮機２ｆは、後述するように、第２空気分離設備８ｂにも接続されている。即ち、第１空気圧縮機２ｅから供給される圧縮空気と第２空気圧縮機２ｆから供給される圧縮空気の合計が、第１空気分離設備８ａへ供給される。
【００４９】
一方、２台目の空気分離装置１ｂは、第３空気圧縮機２ｇ、および第２空気分離設備８ｂを備えており、第２空気分離設備８ｂは図示しない第２精留塔１０ｂを有している。第２空気分離設備８ｂには、第３空気圧縮機２ｇと、上記第２空気圧縮機２ｆが接続されている。即ち、第２空気圧縮機２ｆから供給される圧縮空気と第３空気圧縮機２ｇから供給される圧縮空気の合計が、第２空気分離設備８ｂへ供給される。
【００５０】
Ｌ２１は第１空気圧縮機２ｅと第１空気分離設備８ａを接続する経路、Ｌ２２は第２空気圧縮機２ｆと第１空気分離設備８ａを接続する経路、Ｌ２３は第２空気圧縮機２ｆと第２空気分離設備８ｂを接続する経路、Ｌ２４は第３空気圧縮機２ｇと第２空気分離設備８ｂを接続する経路をそれぞれ示している。なお、図３においては、第１空気分離設備８ａに経路Ｌ２１と経路Ｌ２２の２つを接続しているが、第１空気分離設備８ａへ送給する前に、経路Ｌ２１から供給される圧縮空気と経路Ｌ２２から供給される圧縮空気をまとめてもよい。第２空気分離設備８ｂにおいても同様である。
【００５１】
図３に示すように、本発明に係る空気分離装置は、空気分離設備を少なくとも２つ備えており、第１空気圧縮機２ｅは、第１空気分離設備８ａに接続されているが、第２空気分離設備８ｂに接続されておらず、第２空気圧縮機２ｆは、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方に接続されているところに特徴がある。このように第２空気圧縮機２ｆを第１空気分離設備８ａと第２空気分離設備８ｂの両方で共用する構成とし、第１空気圧縮機２ｅおよび第２空気圧縮機２ｆから出力される原料空気を前記第１空気分離設備８ａへ供給することにより、空気圧縮機の台数を低減でき、設備コストを下げ、省スペース化できる。
【００５２】
上記第２空気圧縮機２ｆと上記第１空気分離設備８ａとを接続する経路Ｌ２２には、図示しない第１流量調整弁を設け、上記第２空気圧縮機２ｆと上記第２空気分離設備２ｂとを接続する経路Ｌ２３には、図示しない第２流量調整弁を設けてもよい。第１流量調整弁、第２流量調整弁を設けることによって、第２空気圧縮機２ｆから第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂへ供給する原料空気量を調整できる。なお、流量調整弁を設ける場合は、通常、経路の途中に流量計を設ける。
【００５３】
上記第１空気圧縮機２ｅから上記第１空気分離設備８ａへ供給する原料空気量と、上記第２空気圧縮機２ｆから上記第１空気分離設備８ａおよび上記第２空気分離設備８ｂへ供給する原料空気量の合計は、異なる量としてもよいし、同量としてもよい。上記第１空気圧縮機２ｅと上記第２空気圧縮機２ｆから上記第１空気分離設備８ａへ供給する原料空気量は、上記第１空気圧縮機２ｅおよび上記第２空気圧縮機２ｆの出力を制御して調整すればよい。
【００５４】
上記第１空気圧縮機２ｅから上記第１空気分離設備８ａへ供給する原料空気量と、上記第２空気圧縮機２ｆから上記第１空気分離設備８ａおよび上記第２空気分離設備８ｂへ供給する原料空気量の合計を異なる量とする場合は、上記第１空気分離設備８ａで要求される最大原料空気量を１００％としたとき、例えば、上記第１空気圧縮機２ｅから上記第１空気分離設備８ａへ供給する原料空気量を６０〜９０％とし、上記第２空気圧縮機２ｆから上記第１空気分離設備８ｂへ供給する原料空気量を１０〜４０％とすることが好ましい。
【００５５】
上記第１空気圧縮機２ｅから出力される原料空気は、一部を第２空気分離設備８ｂとは異なる別の熱交換器へ供給してもよく、例えば、第３の空気分離設備へ供給してもよいが、上記第１空気圧縮機２ｅから出力される原料空気の全量を上記第１空気分離設備８ａへ供給することが好ましい。
【００５６】
ここで第１空気分離設備８ａに供給すべき最大要求原料空気量を１００％、第２空気分離設備８ｂに供給すべき最大要求原料空気量を１００％とすると、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給すべき最大要求原料空気量の合計は２００％となる。第１空気圧縮機２ｅ、第３空気圧縮機２ｇとして、最大要求原料空気量の７０％を供給できる空気圧縮機を配し、第２空気圧縮機２ｆとして、最大要求原料空気量の６０％を供給できる空気圧縮機を配したときに、空気圧縮機の減量運転ができる範囲について検討する。
【００５７】
図３の（１）は、第１〜第３空気圧縮機２ｅ〜２ｇの全てを運転した場合を示している。
【００５８】
図３の（１）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては次の通りである。即ち、第１空気分離設備８ａに接続されている第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆを最大出力で運転すると、第１空気圧縮機２ｅからは最大要求原料空気量の７０％を第１空気分離設備８ａに供給できる。一方、第２空気圧縮機２ｆは、第１空気分離設備８ａと第２空気分離設備８ｂの両方に接続されており、両方に同じ量の原料空気を供給すると仮定すると、第２空気圧縮機２ｆからは最大要求原料空気量の３０％を第１空気分離設備８ａに供給できる。従って第１空気分離設備８ａには合計で最大要求原料空気量に対して１００％の原料空気を供給できる。
【００５９】
一方、空気圧縮機の減量範囲は、上述したように、空気圧縮機の特徴から、通常、最大出力の７０％までとする必要があるため、第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆを最小出力で運転する場合は、第１空気圧縮機２ｅからは最大要求原料空気量の４９％を第１空気分離設備８ａに供給でき、第２空気圧縮機２ｆからは最大要求原料空気量の２１％を第１空気分離設備８ａに供給できる。従って第１空気分離設備８ａには最大要求原料空気量の７０％の原料空気を供給できる。
【００６０】
よって空気分離装置１ａにおいては、最大要求原料空気量の７０〜１００％の原料空気を第１空気分離設備８ａに供給できる。
【００６１】
図３の（１）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについても同様で、第２空気圧縮機２ｆと第３空気圧縮機２ｇの両方を、最大出力または最小出力で運転すると、空気分離装置１ｂにおいても、最大要求原料空気量の７０〜１００％の原料空気を第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００６２】
よって図３の（１）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第１〜第３空気圧縮機２ｅ〜２ｇの出力を制御することにより、下記表２に示すように合計で最大要求原料空気量に対して１４０〜２００％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００６３】
次に、図３の（２）〜（５）について説明する。
【００６４】
図３の（２）〜（５）は、第１〜第３空気圧縮機２ｅ〜２ｇの少なくとも１つの運転を停止した場合を示している。
【００６５】
これらのうち図３の（２）は、第１空気圧縮機２ｅと第３空気圧縮機２ｇを運転し、第２空気圧縮機２ｆを停止した例を示している。図３の（２）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては、第１空気圧縮機２ｅのみを稼働させているため、第１空気圧縮機２ｅから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の４９〜７０％となる。また、図３の（２）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについても同様で、第３空気圧縮機２ｇのみを稼働させているため、第３空気圧縮機２ｇから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の４９〜７０％となる。よって図３の（２）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第１空気圧縮機２ｅ、第３空気圧縮機２ｇの出力を制御することにより、下記表２に示すように合計で最大要求原料空気量に対して９８〜１４０％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００６６】
次に、図３の（３）について説明する。
【００６７】
図３の（３）は、第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆを運転し、第３空気圧縮機２ｇを停止した例を示している。図３の（３）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては、第１空気圧縮機２ｅおよび第２空気圧縮機２ｆの両方を運転し、第２空気圧縮機２ｆから出力される圧縮空気を等量で第１空気分離設備８ａ、第２空気分離設備８ｂへ供給すると仮定すると、第１空気圧縮機２ｅおよび第２空気圧縮機２ｆから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の７０〜１００％となる。また、図３の（３）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについては、第２空気圧縮機２ｆのみを運転しているため、第２空気圧縮機２ｆから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の２１〜３０％となる。よって図３の（３）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第１空気圧縮機２ｅ、第２空気圧縮機２ｆの出力を制御することにより、下記表２に示すように合計で最大要求原料空気量に対して９１〜１３０％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００６８】
第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆの両方を最大出力で運転した場合は、第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆから出力される圧縮空気の合計が最大要求原料空気量に対して１３０％となり１００％超える。また、第２空気分離設備８ｂを操業するには、第２空気分離設備８ｂで要求される原料空気量の４０％以上の圧縮空気が必要となる。そのため、第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆの両方を最大出力で運転する場合は、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方を稼働させたうえで、例えば、経路Ｌ２２の途中に第１流量調整弁、経路Ｌ２３の途中に第２流量調整弁を設け、第２空気分離設備８ｂで要求される原料空気量の４０％以上の圧縮空気が第２空気分離設備８ｂ供給されるように流量を調整すればよい。
【００６９】
一方、第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆの両方を最小出力で運転した場合は、第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆから出力される圧縮空気の合計が最大要求原料空気量に対して９１％となるが、第２空気分離設備８ｂを操業するには、第２空気分離設備８ｂで要求される原料空気量の４０％以上の圧縮空気が必要となる。そのため、第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆの両方を最小出力で運転し、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方を運転する場合は、例えば、経路Ｌ２２の途中に第１流量調整弁、経路Ｌ２３の途中に第２流量調整弁を設け、第２空気分離設備８ｂで要求される原料空気量の４０％以上の圧縮空気が第２空気分離設備８ｂ供給されるように流量を調整すればよい。
【００７０】
次に、図３の（４）について説明する。
【００７１】
図３の（４）は、１つ目の空気分離装置１ａにおける第１空気圧縮機２ｅのみを稼働させた例を示している。図３の（４）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第１空気圧縮機２ｅの出力を制御することにより、下記表２に示すように合計で最大要求原料空気量に対して４９〜７０％の原料空気を第１空気分離設備８ａに供給できる。
【００７２】
次に、図３の（５）について説明する。
【００７３】
図３の（５）は、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方に接続された第２空気圧縮機２ｆのみを運転した例を示している。第２空気圧縮機２ｆを最大出力で運転し、第２空気圧縮機２ｆから出力される圧縮空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方に等量ずつ供給すると、第２空気圧縮機２ｆから第１空気分離設備８ａには最大要求原料空気量の３０％の圧縮空気しか供給されず、第２空気分離設備８ｂには最大要求原料空気量の３０％の圧縮空気しか供給されない。そのため、第１空気圧縮設備８ａおよび第２空気圧縮設備８ｂを稼働するための最小要求原料空気量である４０％以上を確保できない。そこで空気圧縮機のうち、第２空気圧縮機２ｆのみを運転する場合は、例えば、経路Ｌ２２の途中に第１流量調整弁、経路Ｌ２３の途中に第２流量調整弁を設け、第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂのどちらか一方のみに圧縮空気を供給すればよい。
【００７４】
一方、第２空気圧縮機２ｆを最小出力で運転した場合は、第２空気圧縮機２ｆから出力される圧縮空気は、最大要求原料空気量の４２％であるため、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方を同時に稼働させることはできない。そこで、例えば、経路Ｌ２２の途中に第１流量調整弁、経路Ｌ２３の途中に第２流量調整弁を設け、第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂのどちらか一方のみに圧縮空気を供給すればよい。よって図３の（５）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第２空気圧縮機２ｆの出力を制御することにより、下記表２に示すように合計で最大要求原料空気量に対して４２〜６０％の原料空気を第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００７５】
【表２】
2016057001.tif 000004
【００７６】
上記の通り、本発明の空気分離装置によれば、第１〜第３空気圧縮機２ｅ〜２ｇを制御することによって、合計で最大要求原料空気量に対して４２〜２００％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。また、この構成例では、空気圧縮機の数を３台とすることができ、設備コストを低く、省スペース化できる。また、最大要求原料空気量対して４２％まで減量運転できる。
【００７７】
上記第１空気圧縮機２ｅとしては、例えば、第１空気分離設備８ａへ供給すべき最大要求原料空気量に対して６０〜９０％を供給できる空気圧縮機を用いることができる。上記第２空気圧縮機２ｆとしては、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂへ供給すべき最大要求原料空気量の合計に対して１０〜４０％を供給できる空気圧縮機を用いることができる。上記第３空気圧縮機２ｇとしては、第２空気分離設備８ｂへ供給すべき最大要求原料空気量に対して６０〜９０％を供給できる空気圧縮機を用いることができる。
【００７８】
図３においては、空気分離設備を２つ設けた場合について説明したが、空気分離設備は、例えば、２つ設けても、３つ以上設けても減量運転できる範囲は変化しない。
【００７９】
上記図３において、上記第１空気分離設備８ａおよび上記第２空気分離設備８ｂの両方に接続されている上記第２空気圧縮機２ｆとしては、第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂへ供給すべき最大要求原料空気量の合計に対して４０％以上を供給できる空気圧縮機を用いることが好ましい。空気分離設備へ供給すべき最大要求原料空気量を１００％としたとき、第２空気圧縮機２ｆから４０％以上の原料空気を供給できれば、上記第１空気分離設備８ａおよび上記第２空気分離設備８ｂの両方に接続されている上記第２空気圧縮機２ｆのみを運転することにより、上記第１空気圧縮機２ｅおよび上記第３空気圧縮機２ｇの両方を停止しても第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂのいずれか一方の運転が可能となる。そのため空気圧縮機の定期修理時に空気分離装置全体を停止させなくてもよい。
【００８０】
次に、第１空気分離設備８ａに供給すべき最大要求原料空気量を１００％、第２空気分離設備８ｂに供給すべき最大要求原料空気量を１００％、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給すべき合計最大要求原料空気量を２００％とし、第１〜第３空気圧縮機２ｈ〜２ｊとして、最大出力が等しく、最大要求原料空気量の６６．６％を供給できる空気圧縮機を配したときに、空気圧縮機の減量運転ができる範囲について図４を用いて検討する。即ち、図４は、第１〜第３空気圧縮機２ｈ〜２ｊとして、最大出力が同じ圧縮機を用いた構成例を示している。図４において、上記図３と同じ箇所には同一の符号を付して重複説明を避ける。なお、図４においても上記図３と同様、第１空気分離設備８ａは図示しない第１精留塔１０ａを有し、第２空気分離設備８ｂは図示しない第２精留塔１０ｂを有する。
【００８１】
図４の（１）は、第１〜第３空気圧縮機２ｈ〜２ｊの全てを運転した場合を示している。
【００８２】
図４の（１）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては次の通りである。即ち、第１空気分離設備８ａに接続されている第１空気圧縮機２ｈと第２空気圧縮機２ｉを最大出力で運転すると、第１空気圧縮機２ｈからは最大要求原料空気量の６６．６％を第１空気分離設備８ａへ供給できる。一方、第２空気圧縮機２ｉからも最大要求原料空気量に対して６６．６％の原料空気を出力できるが、第２空気圧縮機２ｉは第１空気分離設備８ａと第２空気分離設備８ｂの両方に接続されており、両方に同じ量の原料空気を供給すると仮定すると、第２空気圧縮機２ｉからは最大要求原料空気量の３３．３％を第１空気分離設備８ａに供給できる。従って第１空気分離設備８ａには合計で最大要求原料空気量に対して１００％の原料空気を供給できる。
【００８３】
一方、空気圧縮機の減量範囲は、上述したように、空気圧縮機の特徴から、通常、最大出力の７０％までとする必要があるため、第１空気圧縮機２ｈと第２空気圧縮機２ｉを最小出力で運転する場合は、第１空気圧縮機２ｈからは最大要求原料空気量の４６．６％を第１空気分離設備８ａに供給でき、第２空気圧縮機２ｉからは最大要求原料空気量の２３．３％を第１空気分離設備８ａに供給できる。従って第１空気分離設備８ａには合計で最大要求原料空気量に対して７０％の原料空気を供給できる。
【００８４】
よって空気分離装置１ａにおいては、最大要求原料空気量の７０〜１００％の原料空気を第１空気分離設備８ａに供給できる。
【００８５】
図４の（１）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについても同様で、第２空気圧縮機２ｉと第３空気圧縮機２ｊの両方を、最大出力または最小出力で運転すると、空気分離装置１ｂにおいても、最大要求原料空気量の７０〜１００％の原料空気を第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００８６】
よって図４の（１）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第１〜第３空気圧縮機２ｈ〜２ｊの出力を制御することにより、下記表３に示すように合計で最大要求原料空気量に対して１４０〜２００％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００８７】
次に、図４の（２）〜（５）について説明する。
【００８８】
図４の（２）〜（５）は、第１〜第３空気圧縮機２ｈ〜２ｊのうち少なくとも１つの運転を停止した場合を示している。
【００８９】
これらのうち図４の（２）は、第１〜第３空気圧縮機２ｈ〜２ｊのうち一つを停止した例を示している。具体的には、図４の（２）では、第１空気圧縮機２ｈと第３空気圧縮機２ｊを運転し、第２空気圧縮機２ｉを停止している。図４の（２）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては、第１空気圧縮機２ｈのみを稼働させているため、第１空気圧縮機２ｈから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の４６．６〜６６．６％となる。また、図４の（２）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについても同様で、第３空気圧縮機２ｊのみを稼働させているため、第３空気圧縮機２ｊから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の４６．６〜６６．６％となる。よって図４の（２）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第１空気圧縮機２ｈ、第３空気圧縮機２ｊの出力を制御することにより、下記表３に示すように合計で最大要求原料空気量に対して９３．２〜１３３．２％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂへ供給できる。
【００９０】
次に、図４の（３）について説明する。
【００９１】
図４の（３）は、第１空気圧縮機２ｈと第２空気圧縮機２ｉを運転し、第３空気圧縮機２ｊを停止した例を示している。図４の（３）に示した１つ目の空気分離装置１ａについては、第１空気圧縮機２ｈおよび第２空気圧縮機２ｉの両方を運転し、第２空気圧縮機２ｉから出力される圧縮空気を等量で第１空気分離設備８ａ、第２空気分離設備８ｂへ供給すると仮定すると、第１空気圧縮機２ｈおよび第２空気圧縮機２ｉから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の７０〜１００％となる。また、図４の（３）に示した２つ目の空気分離装置１ｂについては、第２空気圧縮機２ｉのみを運転しているため、第２空気圧縮機２ｉから供給される原料空気量は、最大要求原料空気量の２３．３〜３３．３％となる。よって図４の（３）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第１空気圧縮機２ｈ、第２空気圧縮機２ｉの出力を制御することにより、下記表３に示すように合計で最大要求原料空気量に対して９３．２〜１３３．２％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００９２】
第１空気圧縮機２ｈと第２空気圧縮機２ｉの両方を最大出力で運転した場合は、第１空気圧縮機２ｅと第２空気圧縮機２ｆから出力される圧縮空気の合計が最大要求原料空気量に対して１３３．２％となり１００％超える。また、第２空気分離設備８ｂを操業するには、第２空気分離設備８ｂで要求される原料空気量の４０％以上の圧縮空気が必要となる。そのため、第１空気圧縮機２ｈと第２空気圧縮機２ｉの両方を最大出力で運転する場合は、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方を稼働させたうえで、例えば、経路Ｌ２２の途中に第１流量調整弁、経路Ｌ２３の途中に第２流量調整弁を設け、第２空気分離設備８ｂで要求される原料空気量の４０％以上の圧縮空気が第２空気分離設備８ｂ供給されるように流量を調整すればよい。
【００９３】
一方、第１空気圧縮機２ｈと第２空気圧縮機２ｉの両方を最小出力で運転した場合は、第１空気圧縮機２ｈと第２空気圧縮機２ｉから出力される圧縮空気の合計が最大要求原料空気量に対して９３．２％となるが、第２空気分離設備８ｂを操業するには、第２空気分離設備８ｂで要求される原料空気量の４０％以上の圧縮空気が必要となる。そのため、第１空気圧縮機２ｈと第２空気圧縮機２ｉの両方を最小出力で運転し、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方を運転する場合は、例えば、経路Ｌ２２の途中に第１流量調整弁、経路Ｌ２３の途中に第２流量調整弁を設け、第２空気分離設備８ｂで要求される原料空気量の４０％以上の圧縮空気が第２空気分離設備８ｂ供給されるように流量を調整すればよい。
【００９４】
次に、図４の（４）について説明する。
【００９５】
図４の（４）は、１つ目の空気分離装置１ａにおける第１空気圧縮機２ｈのみを稼働させた例を示している。図４の（４）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第１空気圧縮機２ｈの出力を制御することにより、下記表３に示すように合計で最大要求原料空気量に対して４６．６〜６６．６％の原料空気を第１空気分離設備８ａへ供給できる。
【００９６】
次に、図４の（５）について説明する。
【００９７】
図４の（５）は、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方に接続された第２空気圧縮機２ｉのみを運転した例を示している。第２空気圧縮機２ｉを最大出力で運転し、第２空気圧縮機２ｉから出力される圧縮空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方に等量ずつ供給すると、第２空気圧縮機２ｉから第１空気分離設備８ａには最大要求原料空気量の３３．３％の圧縮空気しか供給されず、第２空気分離設備８ｂには最大要求原料空気量の３３．３％の圧縮空気しか供給されない。そのため、第１空気圧縮設備８ａおよび第２空気圧縮設備８ｂを稼働するための最小要求原料空気量である４０％以上を確保できない。そこで空気圧縮機のうち、第２空気圧縮機２ｉのみを運転する場合は、例えば、経路Ｌ２２の途中に第１流量調整弁、経路Ｌ２３の途中に第２流量調整弁を設け、第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂのどちらか一方のみに圧縮空気を供給すればよい。
【００９８】
一方、第２空気圧縮機２ｉを最小出力で運転した場合は、第２空気圧縮機２ｉから出力される圧縮空気は、最大要求原料空気量の４６．６％であるため、第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂの両方を同時に稼働させることはできない。そこで、例えば、経路Ｌ２２の途中に第１流量調整弁、経路Ｌ２３の途中に第２流量調整弁を設け、第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂのどちらか一方のみに圧縮空気を供給すればよい。よって図４の（５）に示した空気分離装置１ａ、１ｂでは、第２空気圧縮機２ｉの出力を制御することにより、下記表３に示すように合計で最大要求原料空気量に対して４６．６〜６６．６％の原料空気を第１空気分離設備８ａまたは第２空気分離設備８ｂに供給できる。
【００９９】
【表３】
2016057001.tif 000005
【０１００】
上記の通り本発明の空気分離装置によれば、第１〜第３空気圧縮機２ｈ〜２ｊを制御することによって、合計で最大要求原料空気量に対して４６．６〜６６．６％、９３．２〜１３３．２％、１４０〜２００％の原料空気を第１空気分離設備８ａおよび第２空気分離設備８ｂへ供給できる。またこの構成例では、空気圧縮機の数を３台とすることができ、設備コストを低く、省スペース化できる。また、上記図４に示した構成例では、最大出力が同じ空気圧縮機を用いているため、不具合が生じたときの予備空気圧縮機として準備しておく空気圧縮機を１種類にすることができ、保全費用を低減できる。また、最大要求原料空気量対して４６．６％まで減量運転できる。なお、図４に示した構成例では、合計で最大要求原料空気量に対して６６．６％超９３．２％未満、１３３．２％超１４０％未満の範囲における減量運転はできないが、第１〜第３空気圧縮機２ｈ〜２ｊとして設ける空気圧縮機の定格を最適化することにより、減量運転できない範囲を変えたり、無くしたりすることができる。
【０１０１】
図４においては、最大出力が等しい空気分離設備を２つ設けた場合について説明したが、空気分離設備の数は２つに限定されず、最大出力が等しい空気分離設備を３つ以上設けても減量運転できる範囲は変化しない。
【０１０２】
図３、図４では、空気分離設備を２つ備えた構成例について示したが、空気分離設備は３つ以上であってもよい。例えば、空気分離設備が３つの場合は、第１空気圧縮機は第１空気分離設備に接続し、第２空気圧縮機は第１空気分離設備と第２空気分離設備に接続し、第３空気圧縮機は第２空気分離設備と第３空気分離設備に接続し、第４空気圧縮機を第３空気分離設備に接続してもよい。または、第１空気圧縮機は第１空気分離設備に接続し、第２空気圧縮機は第１〜第３空気分離設備の全てに接続し、第３空気圧縮機は第２空気分離設備に接続し、第４空気圧縮機は第３空気分離設備に接続してもよい。
【０１０３】
空気分離設備を３つ以上設けた場合に要求される最大要求原料空気量の合計は、空気分離設備の数×１００％となる。
【０１０４】
本発明の空気分離装置において、空気分離設備の容量は、全て同じであってもよいし、異なっていてもよい。即ち、最大要求原料空気量が等しい空気分離設備を少なくとも２つ設けてもよいし、最大要求原料空気量が異なる空気分離設備を少なくとも２つ設けてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１ａ  １台目の空気分離装置
１ｂ  ２台目の空気分離装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  空気圧縮機
２ｅ、２ｈ  第１空気圧縮機
２ｆ、２ｉ  第２空気圧縮機
２ｇ、２ｊ  第３空気圧縮機
３ａ、３ｂ  吸着器
４  主熱交換器
５  高圧精留塔
６  低圧精留塔
６ａ  主凝縮器
７  冷却設備
８  空気分離設備
８ａ  第１空気分離設備
８ｂ  第２空気分離設備
９  膨張タービン
Ｌ２１  第１空気圧縮機２ｅと第１空気分離設備８ａを接続する経路
Ｌ２２  第２空気圧縮機２ｆと第１空気分離設備８ａを接続する経路
Ｌ２３  第２空気圧縮機２ｆと第２空気分離設備８ｂを接続する経路
Ｌ２４  第３空気圧縮機２ｇと第２空気分離設備８ｂを接続する経路
【図１】
2016057001.tif 000006
【図２】
2016057001.tif 000007
【図３】
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【図４】
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