(57)【要約】【課題】本発明は、アルゴンの回収率を維持または改善した上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を多くの量採取することの可能な空気分離方法及び空気分離装置を提供することを課題とする。【解決手段】低圧塔１８の底部の低圧液化酸素を、アルゴン塔１９の頂部のアルゴンガスでリボイルし、アルゴン塔１９の底部の中圧液化酸素を高圧窒素ガス送ガスラインＬ７から供給される高圧窒素ガスでリボイルする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧塔に供給される低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、前記混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、
前記アルゴン富化液化酸素を加圧した後に前記低圧分離工程の圧力よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、
前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成すると共に、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第１の間接熱交換工程と、
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で、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共に、前記中圧液化酸素を気化させて第１の中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換工程と、
前記アルゴンガスの一部、前記第１の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品として抜き出す第１の製品導出工程と、
前記第１の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第２の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種以上を製品として抜き出す第２の製品導出工程と、
を含むことを特徴とする空気分離方法。
【請求項２】
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して前記高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧分離工程と、
前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第１の低圧原料供給工程と、
を含むこと特徴とする請求項１記載の空気分離方法。
【請求項３】
前記高圧原料空気の一部または前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第１の中圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換工程と、
前記第１の中圧酸素富化空気を低温蒸留して、中圧窒素ガスと第１の中圧酸素富化液化空気とに分離する第１の中圧分離工程と、
前記第１の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第２の低圧原料供給工程と、
前記中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第４の間接熱交換工程と、
前記第２の製品導出工程に替えて、前記第１の間接熱交換工程及び／または前記第４の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第２の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、前記高圧液化窒素の一部、前記中圧窒素ガスの一部、及び前記中圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種以上を製品として抜き出す第３の製品導出工程と、
を含むことを特徴とする請求項２記載の空気分離方法。
【請求項４】
前記高圧窒素ガスの一部と前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて中圧原料空気を生成する第５の間接熱交換工程と、
前記中圧原料空気を前記第１の中圧分離工程の原料の一部として供給する中圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の空気分離方法。
【請求項５】
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製することで得られる流体の一部を冷却後に断熱膨張させることで中圧タービン空気を生成する第１の断熱膨張工程と、
前記中圧タービン空気と前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン空気を液化させて中圧タービン液化空気を生成すると共に、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第６の間接熱交換工程と、
前記中圧タービン液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第３の低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項２ないし４のうち、いずれか１項記載の空気分離方法。
【請求項６】
前記高圧窒素ガスの一部を熱回収することで得られた流体を断熱膨張させることで、中圧タービン窒素ガスを生成する第２の断熱膨張工程と、
前記中圧タービン窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン窒素ガスを液化させて中圧タービン液化窒素を生成すると共に、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第７の間接熱交換工程と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の空気分離方法。
【請求項７】
前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうち、いずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて、第２の中圧酸素富化空気を生成する第８の間接熱交換工程と、
前記第２の中圧酸素富化空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧酸素富化空気を生成する第３の断熱膨張工程と、
前記低圧酸素富化空気を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第４の低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項２ないし６のうち、いずれか１項記載の空気分離方法。
【請求項８】
前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体のうち、前記第８の間接熱交換工程において気化されなかった流体を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第５の低圧原料供給工程を含むことを特徴とする請求項７記載の空気分離方法。
【請求項９】
前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低温蒸留することで、中圧空気と第２の中圧酸素富化液化空気とに分離する第２の中圧分離工程と、
前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、前記第２の中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記第２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第９の間接熱交換工程と、
前記中圧空気を熱回収後、断熱膨張させることで低圧空気を生成する第４の断熱膨張工程と、
前記第９の間接熱交換工程で気化されなかった前記第２の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第６の低圧原料供給工程と、
を含むことを特徴とする請求項２ないし６のうち、いずれか１項記載の空気分離方法。
【請求項１０】
前記第１の断熱膨張工程の前段において、前記第１の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項５記載の空気分離方法。
【請求項１１】
前記第２の断熱膨張工程の前段において、前記第２の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項６記載の空気分離方法。
【請求項１２】
前記第３の断熱膨張工程の前段において、前記第３の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項７及び８のうち、いずれか１項記載の空気分離方法。
【請求項１３】
前記第４の断熱膨張工程の前段において、前記第４の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項９記載の空気分離方法。
【請求項１４】
低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、前記混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔と、
加圧された前記アルゴン富化液化酸素を前記低圧塔よりも高い圧力で低温蒸留することで、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、
前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、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第１の間接熱交換器と、
高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させて、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共に、前記中圧液化酸素を気化させて第１の中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換器と、
前記アルゴンガスの一部、前記第１の間接熱交換器において液化されなかったアルゴンガス、及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品として抜き出す第１の製品導出ラインと、
前記第１の間接熱交換器において気化されていない低圧液化酸素、前記第２の間接熱交換器において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種以上を製品として抜き出す第２の製品導出ラインと、
を含むことを特徴とする空気分離装置。
【請求項１５】
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、前記高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔と、
前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第１の低圧原料供給ラインと、
を含むこと特徴とする請求項１４記載の空気分離装置。
【請求項１６】
前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第１の中圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換器と、
前記第１の中圧酸素富化空気を低温蒸留して、中圧窒素ガスと第１の中圧酸素富化液化空気とに分離する第１の中圧塔と、
前記第１の中圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第２の低圧原料供給ラインと、
前記中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第４の間接熱交換器と、
前記第２の製品導出ラインに替えて、前記第１の間接熱交換器及び／または前記第４の間接熱交換器において気化されていない低圧液化酸素、前記第２の間接熱交換器において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、前記高圧液化窒素の一部、前記中圧窒素ガスの一部、及び前記中圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種を製品として抜き出す第３の製品導出ラインと、
を含むことを特徴とする請求項１５記載の空気分離装置。
【請求項１７】
前記高圧窒素ガスの一部と、前記高圧液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて中圧原料空気を生成する第５の間接熱交換器と、
前記中圧原料空気を前記第１の中圧塔の原料の一部として供給する中圧原料供給ラインと、
を含むことを特徴とする請求項１６記載の空気分離装置。
【請求項１８】
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製することで得られる流体の一部を冷却した後に断熱膨張させて中圧タービン空気を得る第１のタービンと、
前記中圧タービン空気と前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン空気を液化させて中圧タービン液化空気を生成すると共に、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第６の間接熱交換器と、
前記中圧タービン液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第３の低圧原料供給ラインと、
を含むことを特徴とする請求項１５ないし１７のうち、いずれか１項記載の空気分離装置。
【請求項１９】
前記高圧窒素ガスの一部を熱回収した流体を断熱膨張させて中圧タービン窒素ガスを生成する第２のタービンと、
前記中圧タービン窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン窒素ガスを液化させて中圧タービン液化窒素を生成すると共に、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第７の間接熱交換器と、
を含むことを特徴とする請求項１４ないし１７のうち、いずれか１項記載の空気分離装置。
【請求項２０】
前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を気化させて第２の中圧酸素富化空気を生成する第８の間接熱交換器と、
前記第２の中圧酸素富化空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧酸素富化空気を生成する第３のタービンと、
前記低圧酸素富化空気を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第４の低圧原料供給ラインと、
を含むことを特徴とする請求項１５ないし１９のうち、いずれか１項記載の空気分離装置。
【請求項２１】
前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体のうち、前記第８の間接熱交換器において気化されなかった流体を減圧させることで得られた流体を、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第５の低圧原料供給ラインを含むことを特徴とする請求項２０記載の空気分離装置。
【請求項２２】
前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を低温蒸留して、中圧空気と第２の中圧酸素富化液化空気とに分離する第２の中圧塔と、
前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、前記第２の中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のいずれかを液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記第２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第９の間接熱交換器と、
前記中圧空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧空気を生成する第４のタービンと、
前記第９の間接熱交換器で気化されなかった前記第２の中圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第６の低圧原料供給ラインと、
を含むことを特徴とする請求項１５ないし１９のうち、いずれか１項記載の空気分離装置。
【請求項２３】
前記第１のタービンで断熱膨張させる流体を、該第１のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項１８記載の空気分離装置。
【請求項２４】
前記第２のタービンで断熱膨張させる流体を、該第２のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項１９記載の空気分離装置。
【請求項２５】
前記第３のタービンで断熱膨張させる流体を、該第３のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項２０または２１記載の空気分離装置。
【請求項２６】
前記第４のタービンで断熱膨張させる流体を、該第４のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項２２記載の空気分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気分離方法、及び空気分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
図１０を参照するに、従来の空気分離装置２００は、空気圧縮機２１１と、空気予冷器２１２と、空気精製器２１３と、空気昇圧機２１４と、空気昇圧機アフタークーラ２１５と、主熱交換器２１６と、高圧塔２１７と、低圧塔２１８と、アルゴン塔２１９と、過冷器２２１と、タービンブロワ２２２と、タービンブロワアフタークーラ２２３と、送出液化酸素ポンプ２２４と、アルゴン塔２１９の頂部に配置されたアルゴン塔コンデンサＨ２０１と、主凝縮器Ｈ２０２と、タービンＴ２０５と、を有する。
【０００３】
上記構成とされた従来の空気分離装置２００では、低圧塔２１８に供給された酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体が、低温蒸留により、低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化酸素ガスとに分離され、アルゴン塔２１９に供給されたアルゴン富化酸素ガスがアルゴンガスとアルゴン富化液化酸素とに分離される。
【０００４】
空気分離装置２００では、アルゴンガス（ＧＡＲ）及び液化アルゴン（ＬＡＲ）に加えて、高圧塔２１７の頂部から高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）が回収されたり、低圧塔２１８の底部の低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）や高圧塔２１７の頂部の高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）が回収されることでタービンＴ２０５の処理量が増加したりした場合、主凝縮器Ｈ２０２に供給される高圧窒素ガス量が減少し、低圧塔２１８の上昇ガス量が減少してしまう。低圧塔２１８やアルゴン塔２１９では、塔内の上昇ガスが減少すると、精留条件が悪化してアルゴンを分離しにくくなる性質があるため、高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）や製品液化ガス（具体的には、ＬＰＬＯ２、及びＨＰＬＮ２）の回収量が増加するにつれて、アルゴンの回収率が低下してしまう。
【０００５】
なお、ここでの「回収率」とは、空気分離装置２００に供給される原料空気中に含まれる各成分量に対する各製品の流量の割合のことをいう。即ち、「アルゴンの回収率」とは、空気分離装置２００に供給される原料空気中に含まれるアルゴン量に対するアルゴンの流量の割合のことをいう。
【０００６】
特許文献１には、複式カラムを用いた低温蒸留により、空気を分離して得られるガス状酸素の量を増加させることが可能な空気分離方法及びプラントが開示されている。
特許文献１に開示されたプラントは、低圧カラム（図１０に示す低圧塔２１８に相当）、中圧カラム（図１０に示す高圧塔２１７に相当）、及びアルゴンカラム（図１０に示すアルゴン塔２１９に相当）に加えて混合カラムが追加された構成とされている。
【０００７】
特許文献１には、混合カラムの塔頂留出ガスが低圧カラムの底部リボイラに供給されることにより、中圧カラムから中圧窒素ガスを回収する場合、及び製品液化ガスを回収する場合においても、アルゴンの回収率を維持または改善可能なことが開示されている。
【０００８】
特許文献２には、アルゴンの回収率を改善可能な技術が開示されている。具体的には、高圧塔の底部から導出された酸素富化液化空気を気液接触部に供給して低温蒸留し、ここで分離された互いに異なる酸素濃度のガス流体を各々低圧塔に供給することによって、低圧塔の精留条件を改善して、アルゴンの回収率を増加させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１９４０５８号公報
【特許文献２】米国特許第４７３７１７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１０に示す空気分離装置２００を用いると、製品として、低圧塔２１８の操作圧力よりも高い圧力の窒素ガス（以下、「昇圧窒素ガス」という）を回収する場合や、液化酸素、及び液化窒素を多量に回収する場合において、アルゴンの回収率が低下してしまうという問題があった。
【００１１】
特許文献１，２には、アルゴンの回収率が改善されるという記載があるが、実際のところアルゴンの回収率の改善は、数％程度であり、アルゴンの回収率を十分に改善することが困難であった。
【００１２】
そこで、本発明は、アルゴンの回収率を維持または改善した上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を多くの量採取することの可能な空気分離方法及び空気分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、低圧塔に供給される低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、前記混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、前記アルゴン富化液化酸素を加圧した後に前記低圧分離工程の圧力よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成すると共に、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第１の間接熱交換工程と、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で、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共に、前記中圧液化酸素を気化させて第１の中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換工程と、前記アルゴンガスの一部、前記第１の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品として抜き出す第１の製品導出工程と、前記第１の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第２の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種以上を製品として抜き出す第２の製品導出工程と、を含むことを特徴とする空気分離方法が提供される。
【００１４】
また、請求項２に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して前記高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧分離工程と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第１の低圧原料供給工程と、を含むこと特徴とする請求項１記載の空気分離方法が提供される。
【００１５】
また、請求項３に係る発明によれば、前記高圧原料空気の一部または前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第１の中圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換工程と、前記第１の中圧酸素富化空気を低温蒸留して、中圧窒素ガスと第１の中圧酸素富化液化空気とに分離する第１の中圧分離工程と、前記第１の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第２の低圧原料供給工程と、前記中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第４の間接熱交換工程と、前記第２の製品導出工程に替えて、前記第１の間接熱交換工程及び／または前記第４の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、前記第２の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、前記高圧液化窒素の一部、前記中圧窒素ガスの一部、及び前記中圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種以上を製品として抜き出す第３の製品導出工程と、を含むことを特徴とする請求項２記載の空気分離方法が提供される。
【００１６】
また、請求項４に係る発明によれば、前記高圧窒素ガスの一部と前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体との間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて中圧原料空気を生成する第５の間接熱交換工程と、前記中圧原料空気を前記第１の中圧分離工程の原料の一部として供給する中圧原料供給工程と、を含むことを特徴とする請求項３記載の空気分離方法が提供される。
【００１７】
また、請求項５に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製することで得られる流体の一部を冷却後に断熱膨張させることで中圧タービン空気を生成する第１の断熱膨張工程と、前記中圧タービン空気と前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン空気を液化させて中圧タービン液化空気を生成すると共に、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第６の間接熱交換工程と、前記中圧タービン液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第３の低圧原料供給工程と、を含むことを特徴とする請求項２ないし４のうち、いずれか１項記載の空気分離方法が提供される。
【００１８】
また、請求項６に係る発明によれば、前記高圧窒素ガスの一部を熱回収することで得られた流体を断熱膨張させることで、中圧タービン窒素ガスを生成する第２の断熱膨張工程と、前記中圧タービン窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン窒素ガスを液化させて中圧タービン液化窒素を生成すると共に、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第７の間接熱交換工程と、を含むことを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の空気分離方法が提供される。
【００１９】
また、請求項７に係る発明によれば、前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうち、いずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて、第２の中圧酸素富化空気を生成する第８の間接熱交換工程と、前記第２の中圧酸素富化空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧酸素富化空気を生成する第３の断熱膨張工程と、前記低圧酸素富化空気を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第４の低圧原料供給工程と、を含むことを特徴とする請求項２ないし６のうち、いずれか１項記載の空気分離方法が提供される。
【００２０】
また、請求項８に係る発明によれば、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体のうち、前記第８の間接熱交換工程において気化されなかった流体を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第５の低圧原料供給工程を含むことを特徴とする請求項７記載の空気分離方法が提供される。
【００２１】
また、請求項９に係る発明によれば、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低温蒸留することで、中圧空気と第２の中圧酸素富化液化空気とに分離する第２の中圧分離工程と、前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、前記第２の中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記第２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第９の間接熱交換工程と、前記中圧空気を熱回収後、断熱膨張させることで低圧空気を生成する第４の断熱膨張工程と、前記第９の間接熱交換工程で気化されなかった前記第２の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第６の低圧原料供給工程と、を含むことを特徴とする請求項２ないし６のうち、いずれか１項記載の空気分離方法が提供される。
【００２２】
また、請求項１０に係る発明によれば、前記第１の断熱膨張工程の前段において、前記第１の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項５記載の空気分離方法が提供される。
【００２３】
また、請求項１１に係る発明によれば、前記第２の断熱膨張工程の前段において、前記第２の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項６記載の空気分離方法が提供される。
【００２４】
また、請求項１２に係る発明によれば、前記第３の断熱膨張工程の前段において、前記第３の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項７及び８のうち、いずれか１項記載の空気分離方法が提供される。
【００２５】
また、請求項１３に係る発明によれば、前記第４の断熱膨張工程の前段において、前記第４の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を含むことを特徴とする請求項９記載の空気分離方法が提供される。
【００２６】
また、請求項１４に係る発明によれば、低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、前記混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔と、加圧された前記アルゴン富化液化酸素を前記低圧塔よりも高い圧力で低温蒸留することで、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔と、前記アルゴンガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、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第１の間接熱交換器と、高圧窒素ガスと前記中圧液化酸素とを間接熱交換させて、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共に、前記中圧液化酸素を気化させて第１の中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換器と、前記アルゴンガスの一部、前記第１の間接熱交換器において液化されなかったアルゴンガス、及び前記液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品として抜き出す第１の製品導出ラインと、前記第１の間接熱交換器において気化されていない低圧液化酸素、前記第２の間接熱交換器において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、及び前記高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種以上を製品として抜き出す第２の製品導出ラインと、を含むことを特徴とする空気分離装置が提供される。
【００２７】
また、請求項１５に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、前記高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第１の低圧原料供給ラインと、を含むこと特徴とする請求項１４記載の空気分離装置が提供される。
【００２８】
また、請求項１６に係る発明によれば、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部または前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第１の中圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換器と、前記第１の中圧酸素富化空気を低温蒸留して、中圧窒素ガスと第１の中圧酸素富化液化空気とに分離する第１の中圧塔と、前記第１の中圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第２の低圧原料供給ラインと、前記中圧窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、前記低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第４の間接熱交換器と、前記第２の製品導出ラインに替えて、前記第１の間接熱交換器及び／または前記第４の間接熱交換器において気化されていない低圧液化酸素、前記第２の間接熱交換器において気化されていない中圧液化酸素、前記高圧窒素ガスの一部、前記高圧液化窒素の一部、前記中圧窒素ガスの一部、及び前記中圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種を製品として抜き出す第３の製品導出ラインと、を含むことを特徴とする請求項１５記載の空気分離装置が提供される。
【００２９】
また、請求項１７に係る発明によれば、前記高圧窒素ガスの一部と、前記高圧液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、前記高圧液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて中圧原料空気を生成する第５の間接熱交換器と、前記中圧原料空気を前記第１の中圧塔の原料の一部として供給する中圧原料供給ラインと、を含むことを特徴とする請求項１６記載の空気分離装置が提供される。
【００３０】
また、請求項１８に係る発明によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製することで得られる流体の一部を冷却した後に断熱膨張させて中圧タービン空気を得る第１のタービンと、前記中圧タービン空気と前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン空気を液化させて中圧タービン液化空気を生成すると共に、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第６の間接熱交換器と、前記中圧タービン液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第３の低圧原料供給ラインと、を含むことを特徴とする請求項１５ないし１７のうち、いずれか１項記載の空気分離装置が提供される。
【００３１】
また、請求項１９に係る発明によれば、前記高圧窒素ガスの一部を熱回収した流体を断熱膨張させて中圧タービン窒素ガスを生成する第２のタービンと、前記中圧タービン窒素ガスと前記低圧液化酸素との間接熱交換により、前記中圧タービン窒素ガスを液化させて中圧タービン液化窒素を生成すると共に、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第７の間接熱交換器と、を含むことを特徴とする請求項１４ないし１７のうち、いずれか１項記載の空気分離装置が提供される。
【００３２】
また、請求項２０に係る発明によれば、前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を気化させて第２の中圧酸素富化空気を生成する第８の間接熱交換器と、前記第２の中圧酸素富化空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧酸素富化空気を生成する第３のタービンと、前記低圧酸素富化空気を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第４の低圧原料供給ラインと、を含むことを特徴とする請求項１５ないし１９のうち、いずれか１項記載の空気分離装置が提供される。
【００３３】
また、請求項２１に係る発明によれば、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体のうち、前記第８の間接熱交換器において気化されなかった流体を減圧させることで得られた流体を、前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第５の低圧原料供給ラインを含むことを特徴とする請求項２０記載の空気分離装置が提供される。
【００３４】
また、請求項２２に係る発明によれば、前記高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を低温蒸留して、中圧空気と第２の中圧酸素富化液化空気とに分離する第２の中圧塔と、前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、前記第２の中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、前記高圧原料空気の一部、前記高圧塔内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び前記高圧窒素ガスの一部のいずれかを液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、前記第２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第９の間接熱交換器と、前記中圧空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧空気を生成する第４のタービンと、前記第９の間接熱交換器で気化されなかった前記第２の中圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を前記低圧原料として前記低圧塔に供給する第６の低圧原料供給ラインと、を含むことを特徴とする請求項１５ないし１９のうち、いずれか１項記載の空気分離装置が提供される。
【００３５】
また、請求項２３に係る発明によれば、前記第１のタービンで断熱膨張させる流体を、該第１のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項１８記載の空気分離装置が提供される。
【００３６】
また、請求項２４に係る発明によれば、前記第２のタービンで断熱膨張させる流体を、該第２のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項１９記載の空気分離装置が提供される。
【００３７】
また、請求項２５に係る発明によれば、前記第３のタービンで断熱膨張させる流体を、該第３のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項２０または２１記載の空気分離装置が提供される。
【００３８】
また、請求項２６に係る発明によれば、前記第４のタービンで断熱膨張させる流体を、該第４のタービンの前段で圧縮するタービンブロワを含むことを特徴とする請求項２２記載の空気分離装置が提供される。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の空気分離方法、及び空気分離装置によれば、アルゴンの回収率を維持または改善させた上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を多くの量採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【図７】本発明の第７の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【図８】本発明の第８の実施の形態の空気分離装置の主要部を拡大した系統図である。
【図９】本発明の第９の実施の形態の空気分離装置の主要部を拡大した系統図である。
【図１０】従来の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の空気分離装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００４２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下で、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化して生成される第２の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化して生成される第２の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
図１を参照するに、第１の実施の形態の空気分離装置１０は、空気圧縮機１１と、空気予冷器１２と、空気精製器１３と、空気昇圧機１４と、空気昇圧機アフタークーラ１５と、主熱交換器１６と、高圧塔１７と、低圧塔１８と、アルゴン塔１９と、間接熱交換器外筒２０と、過冷器２１と、タービンブロワ２２と、タービンブロワアフタークーラ２３と、送出液化酸素ポンプ２４と、アルゴン富化液化酸素ポンプ２５と、第１の間接熱交換器Ｈ１と、第２の間接熱交換器Ｈ２と、第８の間接熱交換器Ｈ８と、第３のタービンＴ３と、第１の製品導出ラインＡ１，Ａ２と、第２の製品導出ラインＢ１〜Ｂ４と、第４の製品導出ラインＤ１〜Ｄ３と、第１の低圧原料供給ラインＦ１と、第４の低圧原料供給ラインＦ４と、第５の低圧原料供給ラインＦ５と、第８の低圧原料供給ラインＦ８と、ラインＬ１〜Ｌ１４と、バルブＶ１〜Ｖ７と、を有する。
【００４３】
空気圧縮機１１は、ラインＬ１に設けられており、ラインＬ１を介して、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気（原料空気）を供給する原料空気供給源（図示せず）、及び空気予冷器１２と接続されている。空気圧縮機１１は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を圧縮する。空気圧縮機１１により圧縮された該空気（原料空気）は、ラインＬ１を介して、空気予冷器１２に輸送される。
ラインＬ１は、一端が原料空気供給源（図示せず）と接続され、他端が高圧塔１７の底部と接続されている。ラインＬ１の一部は、主熱交換器１６を通過している。ラインＬ１は、原料空気供給源（図示せず）の空気を、空気圧縮機１１で圧縮し、空気予冷器１２で予冷し、空気精製器１３で精製し、主熱交換器１６で冷却した後に高圧塔１７に供給する。
【００４４】
空気予冷器１２は、空気圧縮機１１と空気精製器１３との間に位置するラインＬ１に設けられている。空気予冷器１２は、ラインＬ１を介して、空気圧縮機１１及び空気精製器１３と接続されている。空気予冷器１２は、空気圧縮機１１により圧縮された空気の圧縮熱を取り除く。空気予冷器１２により圧縮熱が取り除かれた空気は、ラインＬ１を介して、空気精製器１３に供給される。
【００４５】
空気精製器１３は、空気予冷器１２とラインＬ２の分岐位置との間に位置するラインＬ１に設けられている。空気精製器１３は、ラインＬ１を介して、空気予冷器１２及び主熱交換器１６と接続されている。空気精製器１３は、空気予冷器１２により圧縮熱が取り除かれた空気中に含まれる不純物（具体的には、例えば、水や二酸化炭素等）を除去する。空気精製器１３により該不純物が除去された空気は、ラインＬ１及び主熱交換器１６を介して、高圧塔１７の底部に供給されると共に、ラインＬ１から分岐されたラインＬ２を介して、空気昇圧機１４に供給される。
【００４６】
ラインＬ２は、空気精製器１３と主熱交換器１６との間に位置するラインＬ１から分岐されており、一端が高圧塔１７の下部と接続されている。ラインＬ２の一部は主熱交換器１６を通過しており、また、ラインＬ２にはバルブＶ２が設けられている。ラインＬ２は、空気精製器１３で精製された空気の一部を、空気昇圧機１４で圧縮し、空気昇圧機アフタークーラ１５で予冷し、主熱交換器１６で冷却し、バルブＶ２で減圧した後に高圧塔１７に供給する。
空気昇圧機１４は、ラインＬ２の分岐位置と空気昇圧機アフタークーラ１５との間に位置するラインＬ２に設けられている。空気昇圧機１４は、不純物が除去された空気の一部をさらに圧縮する。空気昇圧機１４により圧縮された空気は、ラインＬ２を介して、空気昇圧機アフタークーラ１５に輸送される。
空気昇圧機アフタークーラ１５は、空気昇圧機１４の下流側に位置するラインＬ２に設けられている。空気昇圧機アフタークーラ１５は、空気昇圧機１４で圧縮された空気の圧縮熱を取り除く。空気昇圧機アフタークーラ１５で冷却された空気は、ラインＬ２、主熱交換器１６及びバルブＶ２を介して、高圧塔１７の下部に供給される。
バルブＶ２は、主熱交換器１６と高圧塔１７との間に位置するラインＬ２に設けられている。バルブＶ２は、空気昇圧機アフタークーラ１５及び主熱交換器１６で冷却された空気を減圧する。
【００４７】
主熱交換器１６は、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６の一部、第１の製品導出ラインＡ１の一部、第２の製品導出ラインＢ１の一部、及び第４の製品導出ラインＤ１〜Ｄ３の一部が通過するように配置されている。主熱交換器１６は、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ６を流れる高温流体と、ラインＬ５、第１の製品導出ラインＡ１、第２の製品導出ラインＢ１、及び第４の製品導出ラインＤ１〜Ｄ３を流れる低温流体と、を間接熱交換させて各高温流体を冷却し、各低温流体を加温する。
【００４８】
高圧塔１７は、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ８と接続されている。高圧塔１７は、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量に加えて、ラインＬ２から供給された流体と、ラインＬ８から供給された流体と、を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する。
高圧塔１７では、上記低温蒸留により、高圧塔１７の上部に高圧窒素ガスが濃縮され、高圧塔１７の下部に高圧酸素富化液化空気が濃縮される。
【００４９】
ラインＬ７は、一端が高圧塔１７の頂部と接続され、他端が第２の間接熱交換器Ｈ２の液化通路入口と接続されている。ラインＬ７は、高圧塔１７の上部に濃縮した高圧窒素ガスを第２の間接熱交換器Ｈ２に供給する。
第２の間接熱交換器Ｈ２は、アルゴン塔１９の底部に収容されており、液化通路入口がラインＬ７と接続されている。第２の間接熱交換器Ｈ２は、ラインＬ７から供給された高圧窒素ガスとアルゴン塔１９の底部に位置する中圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、高圧窒素ガスを液化して高圧液化窒素を生成すると共に中圧液化酸素を気化して第１の中圧酸素ガスを生成する。
第２の製品導出ラインＢ１は、ラインＬ７から分岐されたラインである。第２の製品導出ラインＢ１の一部は、主熱交換器１６を通過している。第２の製品導出ラインＢ１は、高圧窒素ガスの一部を主熱交換器１６で熱回収した後に製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）として回収するためのラインである。
なお、第２の製品導出ラインＢ１は、一端が高圧塔１７に直接接続される場合もある。この場合、第２の製品導出ラインＢ１は、高圧塔１７の上部に濃縮した高圧窒素ガスの一部を主熱交換器１６で熱回収した後に製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）として回収する。
【００５０】
ラインＬ８は、一端が第２の間接熱交換器Ｈ２の液化通路出口と接続され、他端が高圧塔１７の頂部と接続されている。ラインＬ８は、第２の間接熱交換器Ｈ２で生成された高圧液化窒素を高圧塔１７に供給する。
ラインＬ９は、ラインＬ８から分岐されたラインで、低圧塔１８の頂部と接続されている。ラインＬ９の一部は過冷器２１を通過しており、また、ラインＬ９にはバルブＶ３が設けられている。ラインＬ９は、第２の間接熱交換器Ｈ２で生成された高圧液化窒素の一部を過冷器２１で冷却し、バルブＶ３で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ３は、低圧塔１８と過冷器２１との間に位置するラインＬ９に設けられている。バルブＶ３は、ラインＬ９を流れる高圧液化窒素を減圧する。
第２の製品導出ラインＢ４は、ラインＬ９から分岐されたラインである。第２の製品導出ラインＢ４は、高圧液化窒素の一部を製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）として回収するためのラインである。
【００５１】
第１の低圧原料供給ラインＦ１は、一端が高圧塔１７の底部と接続され、他端が低圧塔１８の中間部と接続されている。第１の低圧原料供給ラインＦ１の一部は過冷器２１を通過しており、また、第１の低圧原料供給ラインＦ１にはバルブＶ５が設けられている。第１の低圧原料供給ラインＦ１は、高圧塔１７の底部に位置する高圧酸素富化液化空気を、過冷器２１で冷却し、バルブＶ５で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ５は、低圧塔１８と過冷器２１との間に位置する第１の低圧原料供給ラインＦ１に設けられている。バルブＶ５は、第１の低圧原料供給ラインＦ１を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧する。
【００５２】
ラインＬ４は、第１の低圧原料供給ラインＦ１から分岐されたラインで、一端が間接熱交換器外筒２０と接続されている。ラインＬ４には、バルブＶ１が設けられている。ラインＬ４は、高圧塔１７から抜き出した高圧酸素富化液化空気の一部をバルブＶ１で減圧した後に間接熱交換器外筒２０に供給する。
バルブＶ１は、ラインＬ４に設けられている。バルブＶ１は、ラインＬ４を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧する。
ラインＬ３は、一端が高圧塔１７の中間部または下部と接続され、他端が第８の間接熱交換器Ｈ８の液化通路入口と接続されている。ラインＬ３は、高圧塔１７の中間部または下部を上昇する高圧窒素富化空気を第８の間接熱交換器Ｈ８に供給する。
なお、ラインＬ３は、高圧塔１７の中間部または下部から高圧窒素富化空気を抜き出す替わりに、図１中に破線で示すようにラインＬ１から分岐させて高圧原料空気の一部を抜き出したり、高圧塔１７の上部から高圧窒素ガスを抜き出したりすることもできる。
【００５３】
間接熱交換器外筒２０は、ラインＬ４の一端と接続されており、その内部に第８の間接熱交換器Ｈ８が収納されている。間接熱交換器外筒２０は、ラインＬ４から供給された流体を貯める。
第８の間接熱交換器Ｈ８は、間接熱交換器外筒２０に収容されており、その液化通路入口がラインＬ３の一端と接続されている。第８の間接熱交換器Ｈ８は、ラインＬ３から供給された流体と、ラインＬ４から供給された流体（間接熱交換器外筒２０の内部に貯められた流体）と、を間接熱交換させることにより、ラインＬ３から供給された流体を液化して高圧液化ガス流体を生成すると共に、ラインＬ４から供給された流体を気化して第２の中圧酸素富化空気を生成する。
【００５４】
第８の低圧原料供給ラインＦ８は、一端が第８の間接熱交換器Ｈ８の液化通路出口と接続され、他端が低圧塔１８の上部と接続されている。第８の低圧原料供給ラインＦ８の一部は過冷器２１を通過しており、また、第８の低圧原料供給ラインＦ８にはバルブＶ４が設けられている。第８の低圧原料供給ラインＦ８は、第８の間接熱交換器Ｈ８で生成された高圧液化ガス流体を、過冷器２１で冷却し、バルブＶ４で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ４は、低圧塔１８と過冷器２１との間に位置する第８の低圧原料供給ラインＦ８に設けられている。バルブＶ４は、第８の低圧原料供給ラインＦ８を流れる高圧液化ガス流体を減圧する。
【００５５】
ラインＬ５は、一端が間接熱交換器外筒２０のガス取出し口と接続され、他端がタービンブロワ２２と接続されている。ラインＬ５の一部は、主熱交換器１６を通過している。ラインＬ５は、間接熱交換器外筒２０の内部に収容された第８の間接熱交換器Ｈ８で生成された第２の中圧酸素富化空気を、主熱交換器１６で熱回収した後にタービンブロワ２２に供給する。
【００５６】
タービンブロワ２２は、ラインＬ５の一端と接続されている。タービンブロワ２２は、ラインＬ５を介して輸送される第２の中圧酸素富化空気を更に圧縮する。
ラインＬ６は、一端がタービンブロワ２２と接続され、他端が第３のタービンＴ３と接続されている。ラインＬ６にはタービンブロワアフタークーラ２３が設けられており、また、その一部は主熱交換器１６を通過している。ラインＬ６は、タービンブロワ２２で圧縮された流体を、タービンブロワアフタークーラ２３及び主熱交換器１６で冷却した後に第３のタービンＴ３に供給する。
【００５７】
タービンブロワアフタークーラ２３は、タービンブロワ２２と主熱交換器１６との間に位置するラインＬ６に設けられている。タービンブロワアフタークーラ２３は、タービンブロワ２２で圧縮された流体の圧縮熱を取り除く。
第３のタービンＴ３は、ラインＬ６の一端と接続されている。第３のタービンＴ３は、タービンブロワアフタークーラ２３及び主熱交換器１６を経由した流体を断熱膨張させて装置の運転に必要な寒冷を発生させると共に、低圧酸素富化空気を生成する。
第４の低圧原料供給ラインＦ４は、一端が第３のタービンＴ３の出口と接続され、他端が低圧塔１８の中間部と接続されている。第４の低圧原料供給ラインＦ４は、第３のタービンＴ３で生成された低圧酸素富化空気を低圧塔１８の中間部に供給する。
図１中に破線で示すように、第４の製品導出ラインＤ３が設けられる場合もある。第４の製品導出ラインＤ３は、第４の低圧原料供給ラインＦ４から分岐されたラインであり、その一部が主熱交換器１６を通過している。第４の製品導出ラインＤ３は、第４の低圧原料供給ラインＦ４を流れる低圧酸素富化空気の一部を主熱交換器１６で熱回収した後に廃ガス（ＷＧ）として回収するためのラインである。
【００５８】
第５の低圧原料供給ラインＦ５は、一端が間接熱交換器外筒２０の液取出し口と接続され、他端が低圧塔１８の中間部と接続されている。第５の低圧原料供給ラインＦ５には、バルブＶ７が設けられている。第５の低圧原料供給ラインＦ５は、間接熱交換器外筒２０の内部に収容された第８の間接熱交換器Ｈ８で気化されなかった流体を、バルブＶ７で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ７は、第５の低圧原料供給ラインＦ５に設けられている。バルブＶ７は、第５の低圧原料供給ラインＦ５を流れる流体を減圧する。
【００５９】
低圧塔１８は、ラインＬ９の一端、第８の低圧原料供給ラインＦ８の一端、第１の低圧原料供給ラインＦ１の一端、第４の低圧原料供給ラインＦ４の一端、及び第５の低圧原料供給ラインＦ５の一端と接続されており、その底部に第１の間接熱交換器Ｈ１を収容している。低圧塔１８は、低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体、即ちバルブＶ４で減圧された流体と、バルブＶ５で減圧された流体と、バルブＶ７で減圧された流体と、第３のタービンＴ３で断熱膨張して得られた低圧酸素富化空気と、に加えて、バルブＶ３で減圧された流体と、第１の間接熱交換器Ｈ１で気化して得られた低圧酸素ガスと、を低温蒸留して、該混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する。
【００６０】
第４の製品導出ラインＤ２は、一端が低圧塔１８の頂部と接続されており、その一部が過冷器２１及び主熱交換器１６を通過している。第４の製品導出ラインＤ２は、低圧塔１８の上部に濃縮した低圧窒素ガスを、過冷器２１及び主熱交換器１６により熱回収した後に製品低圧窒素ガス（ＬＰＧＮ２）として回収するためのラインである。
【００６１】
低圧塔１８の底部には、第１の間接熱交換器Ｈ１が設けられており、液化通路入口がラインＬ１１と接続されている。第１の間接熱交換器Ｈ１は、ラインＬ１１から供給されたアルゴンガスと低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成すると共に、低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する。
【００６２】
ラインＬ１０は、一端が低圧塔１８の中間部と接続され、他端がアルゴン塔１９の中間部または下部と接続されている。ラインＬ１０には、アルゴン富化液化酸素ポンプ２５が設けられている。ラインＬ１０は、低圧塔１８の中間部に濃縮したアルゴン富化液化酸素を、アルゴン富化液化酸素ポンプ２５で加圧した後にアルゴン塔１９に供給する。
【００６３】
アルゴン富化液化酸素ポンプ２５は、ラインＬ１０に設けられている。アルゴン富化液化酸素ポンプ２５は、低圧塔１８からラインＬ１０に導出されたアルゴン富化液化酸素を加圧する。
【００６４】
アルゴン塔１９は、ラインＬ１０及びＬ１２の一端と接続されており、その底部に第２の間接熱交換器Ｈ２を収容している。アルゴン塔１９は、アルゴン富化液化酸素ポンプ２５で加圧されたアルゴン富化液化酸素と、ラインＬ１２から供給された流体と、を低圧塔１８よりも高い圧力で低温蒸留することで、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離する。
【００６５】
ラインＬ１１は、一端がアルゴン塔１９の頂部と接続され、他端が第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路入口と接続されている。ラインＬ１１は、アルゴン塔１９の上部に濃縮したアルゴンガスを第１の間接熱交換器Ｈ１に供給する。
ラインＬ１２は、一端が第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路出口と接続され、他端がアルゴン塔１９の頂部と接続されている。ラインＬ１２は、第１の間接熱交換器Ｈ１で生成された液化アルゴンをアルゴン塔１９に供給する。
【００６６】
ラインＬ１３は、一端が低圧塔１８の底部と接続され、他端がラインＬ１４の一端及び第４の製品導出ラインＤ１の一端と接続されている。ラインＬ１３は、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素を第４の製品導出ラインＤ１に供給するためのラインである。
【００６７】
第２の製品導出ラインＢ３は、ラインＬ１３から分岐されたラインである。第２の製品導出ラインＢ３は、ラインＬ１３を流れる低圧液化酸素の一部を製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）として回収するためのラインである。
ラインＬ１４は、一端がアルゴン塔１９の底部と接続され、他端がＬ１３の一端及び第４の製品導出ラインＤ１の一端と接続されている。ラインＬ１４には、バルブＶ６が設けられている。ラインＬ１４は、アルゴン塔１９の底部に位置する中圧液化酸素を第４の製品導出ラインＤ１に供給するためのラインである。
バルブＶ６は、ラインＬ１４に設けられている。バルブＶ６は、ラインＬ１４を流れる中圧液化酸素を減圧する。
第２の製品導出ラインＢ２は、ラインＬ１４から分岐されたラインである。第２の製品導出ラインＢ２は、ラインＬ１４を流れる中圧液化酸素の一部を製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）として回収するためのラインである。
【００６８】
第４の製品導出ラインＤ１は、一端がラインＬ１３の一端及びラインＬ１４の一端と接続されている。第４の製品導出ラインＤ１の一部は主熱交換器１６を通過しており、また、第４の製品導出ラインＤ１には送出液化酸素ポンプ２４が設けられている。第４の製品導出ラインＤ１は、第４の製品導出ラインＤ１に供給された流体を、送出液化酸素ポンプ２４で加圧し、主熱交換器１６で熱回収した後に製品高圧液化酸素（ＨＰＧＯ２）として回収するためのラインである。
送出液化酸素ポンプ２４は、主熱交換器１６の上流側に位置する第４の製品導出ラインＤ１に設けられている。送出液化酸素ポンプ２４は、第４の製品導出ラインＤ１に供給された流体を加圧する。
【００６９】
第１の製品導出ラインＡ１は、ラインＬ１１から分岐されたラインであり、その一部が主熱交換器１６を通過している。第１の製品導出ラインＡ１は、ラインＬ１１を流れるアルゴンガスの一部を主熱交換器１６で熱回収した後に製品アルゴンガス（ＧＡＲ）として回収するためのラインである。
なお、第１の製品導出ラインＡ１は、図１に破線で示すように一端が第１の間接熱交換器Ｈ１の液化通路出口に接続される場合もある。この場合、第１の製品導出ラインＡ１は、第１の間接熱交換器Ｈ１で液化しなかったアルゴンガスを主熱交換器１６で熱回収した後に製品アルゴンガス（ＧＡＲ）として回収する。
第１の製品導出ラインＡ２は、ラインＬ１２から分岐されたラインである。第１の製品導出ラインＡ２は、ラインＬ１２を流れる液化アルゴンの一部を製品液化アルゴン（ＬＡＲ）として回収するためのラインである。
【００７０】
過冷器２１は、第４の製品導出ラインＤ２の一部、第１の低圧原料供給ラインＦ１の一部、第８の低圧原料供給ラインＦ８の一部、及びラインＬ９の一部が通過するように配置されている。過冷器２１は、第４の製品導出ラインＤ２を流れる低温流体と、第１の低圧原料供給ラインＦ１、第８の低圧原料供給ラインＦ８、ラインＬ９を流れる高温流体と、を間接熱交換させて低温流体を加温し、各高温流体を冷却する。
なお、過冷器２１において低温流体と高温流体の組み合わせはこの限りではない。
【００７１】
第１の実施の形態の空気分離装置１０では、一例として、第１の製品導出ラインＡ１，Ａ２を有する場合を例に挙げて説明したが、第１の製品導出ラインＡ１，Ａ２のうち、少なくとも一方の第１の製品導出ラインを有していればよい。
また、第１の実施の形態の空気分離装置１０では、一例として、第２の製品導出ラインＢ１〜Ｂ４を有する場合（４つの第２の製品導出ライン）を例に挙げて説明したが、第２の製品導出ラインＢ１〜Ｂ４のうち、少なくとも１つの第２の製品導出ラインを有していればよい。
【００７２】
図１には図示していないが、製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）が回収される場合、一端が低圧塔１８の底部に接続され、その一部が主熱交換器１６を通過する第４の製品導出ラインが設けられる。この場合、この第４の製品導出ラインは、低圧塔１８の低圧酸素ガスを主熱交換器１６で熱回収した後に製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）として回収する。
また、製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）が回収される場合、一端がアルゴン塔１９の底部に接続され、その一部が主熱交換器１６を通過する第４の製品導出ラインが設けられる。この場合、この第４の製品導出ラインは、アルゴン塔１９の第１の中圧酸素ガスを主熱交換器１６で熱回収した後に製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）として回収する。
【００７３】
また、製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）、製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）、製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）、及び製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）等を回収する代わりに、製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）を回収しない場合には、第４の製品導出ラインＤ１、送出液化酸素ポンプ２４、空気昇圧機１４、空気昇圧機アフタークーラ１５、ラインＬ２、及びバルブＶ２，Ｖ６を構成要素から除くことができる。
【００７４】
第１の実施の形態の空気分離装置では、低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧塔１８と、加圧されたアルゴン富化液化酸素を低圧塔１８よりも高い圧力で低温蒸留することで、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン塔１９と、アルゴンガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成すると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第１の間接熱交換器Ｈ１と、高圧窒素ガスと中圧液化酸素とを間接熱交換させて、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、中圧液化酸素を気化させて第１の中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換器Ｈ２と、アルゴンガスの一部、第１の間接熱交換器Ｈ１において液化されなかったアルゴンガス、及び液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品として抜き出す第１の製品導出ラインＡ１，Ａ２と、第１の間接熱交換器Ｈ１において気化されていない低圧液化酸素、第２の間接熱交換器Ｈ２において気化されていない中圧液化酸素、高圧窒素ガスの一部、及び高圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種以上を製品として抜き出す第２の製品導出ラインＢ１〜Ｂ４と、を有する。
【００７５】
これにより、低圧塔１８の圧力よりも高い圧力とされたアルゴン塔１９の頂部に位置するアルゴンガスの沸点が、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素の沸点よりも高くなるため、アルゴンガスが液化する際の潜熱によって低圧液化酸素を気化させることが可能となる。
また、低圧塔１８の中間部に位置するアルゴン富化液化酸素の一部をアルゴン塔１９の中間部に送液することにより、低圧塔１８下部の下降液を減少させることが可能となる。
【００７６】
これらにより、低圧塔１８の下部の上昇ガス量が下降液量に対して相対的に増加するため、高圧塔１７の上部から高圧窒素ガスが導出されたり、製品液化ガス量を増やすために第３のタービンＴ３に供給される第２の中圧酸素富化空気が増やされたり、第８の間接熱交換器Ｈ８に供給される高圧窒素富化空気が増加したりすることによって、第２の間接熱交換器Ｈ２の交換熱量が減少した場合でも低圧塔１８の上昇ガス量を十分に確保することが可能となる。
したがって、第１の実施の形態の空気分離装置によれば、アルゴンの回収率を維持または改善させた上で、低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス（ここでは製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２））、液化酸素（ここでは製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）及び製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２））、及び液化窒素（ここでは製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２））を多くの量採取することができる。
【００７７】
また、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留して、高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とに分離する高圧塔１７と、高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を、低圧原料として低圧塔１８に供給する第１の低圧原料供給ラインＦ１と、を有することで、低圧原料の一部または全量を空気よりも酸素濃度の高い高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体とすることが可能となり、低圧塔１８の精留条件を更に改善することができる。これにより、アルゴンの回収率を維持または改善した上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を更に多くの量採取することができる。
【００７８】
また、高圧原料空気の一部、高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、高圧原料空気の一部、高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を気化させて第２の中圧酸素富化空気を生成する第８の間接熱交換器Ｈ８と、第２の中圧酸素富化空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧酸素富化空気を生成する第３のタービンＴ３と、低圧酸素富化空気を低圧原料として低圧塔に供給する第４の低圧原料供給ラインＦ４と、を有することで、第３のタービンＴ３で断熱膨張して低圧塔１８に供給される流体の酸素濃度を、図１０に示す従来の空気分離装置２００におけるタービンＴ２０３で断熱膨張して低圧塔２１８に供給される流体の酸素濃度よりも高くすることが可能となり、従来の空気分離装置２００における低圧塔２１８と比較して低圧塔１８の精留条件を更に改善することができる。これにより、アルゴンの回収率を維持または改善した上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を更に多くの量採取することができる。
【００７９】
また、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体のうち、第８の間接熱交換器Ｈ８において気化されなかった流体を減圧させることで得られた流体を、低圧原料として低圧塔１８に供給する第５の低圧原料供給ラインＦ５を有することで、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化されずに間接熱交換器外筒２０から導出され第５の低圧原料供給ラインを経て低圧塔１８に供給される流体の酸素濃度を、図１０に示す従来の空気分離装置２００を構成する高圧塔２１７の底部から導出され、低圧塔２１８に供給される流体の酸素濃度よりも高くすることが可能となり、従来の空気分離装置２００における低圧塔２１８と比較して低圧塔１８の精留条件を更に改善することができる。これにより、アルゴンの回収率を維持または改善した上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を更に多くの量採取することができる。
【００８０】
また、第３のタービンＴ３の前段にタービンブロワ２２を設けることにより、第３のタービンＴ３に導入される流体を圧縮して、第３のタービンＴ３の入口圧力を高くすることが可能となるので、必要とする寒冷発生量が同じ場合においても第３のタービンＴ３に供給される流体の流量を低減することができ、更にアルゴン回収率を改善することができる。
【００８１】
次に、図１を参照して、第１の実施の形態の空気分離方法について説明する。
酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気はラインＬ１に供給される。該空気は、空気圧縮機１１により圧縮され、空気予冷器１２で圧縮熱が取り除かれ、空気精製器１３で該空気中に含まれる不純物（具体的には、例えば、水や二酸化炭素等）が除去される。
空気精製器１３において該不純物が除去された空気の一部は、主熱交換器１６で冷却され高圧原料空気となる。
【００８２】
空気精製器１３において該不純物が除去された残りの空気は、ラインＬ１から分岐されたラインＬ２に設けられた空気昇圧機１４により更に昇圧され、その後、空気昇圧機アフタークーラ１５により圧縮熱が取り除かれる。圧縮熱が取り除かれた空気は、主熱交換器１６で冷却され、その後、バルブＶ２で減圧されることで高圧原料液化空気となる。
【００８３】
主熱交換器１６では、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ６を流れる高温流体と、ラインＬ５、第１の製品導出ラインＡ１、第２の製品導出ラインＢ１、及び第４の製品導出ラインＤ１，Ｄ２を流れる低温流体と、の間接熱交換により、各高温流体が冷却され、各低温流体が加温される。
【００８４】
高圧塔１７では、ラインＬ１を介して導入される高圧原料空気と、ラインＬ２を介して導入される高圧原料液化空気と、ラインＬ８を介して導入される高圧液化窒素と、が低温蒸留により、高圧塔１７の上部に位置する高圧窒素ガスと、下部に位置する高圧酸素富化液化空気と、に分離される（高圧分離工程）。
【００８５】
高圧塔１７の頂部に位置する高圧窒素ガスは、ラインＬ７を介して、アルゴン塔１９の底部に収容された第２の間接熱交換器Ｈ２に導入される。
ラインＬ７を介して第２の間接熱交換器Ｈ２に供給された高圧窒素ガスは、アルゴン塔１９の底部に位置する中圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して高圧液化窒素になると共に、アルゴン塔１９の底部に位置する中圧液化酸素を気化させて第１の中圧酸素ガスを生成する（第２の間接熱交換工程）。
【００８６】
ラインＬ７に導出された高圧窒素ガスの一部は、ラインＬ７から分岐された第２の製品導出ラインＢ１に導出され、主熱交換器１６で熱回収された後に製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）として回収される（第２の製品導出工程）。
なお、高圧塔１７の上部において濃縮した高圧窒素ガスの一部は、高圧塔１７の上部に直接接続された第２の製品導出ラインＢ１に導出され、主熱交換器１６で熱回収された後に製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）として回収される場合もある（第２の製品導出工程）。
【００８７】
第２の間接熱交換器Ｈ２で生成された高圧液化窒素は、ラインＬ８を介して、高圧塔１７の頂部に導入される。
ラインＬ８に導出された高圧液化窒素の一部は、ラインＬ９に導出され、過冷器２１で冷却され、バルブＶ３で減圧された後に低圧塔１８の頂部に導入される。
ラインＬ９の高圧液化窒素の一部は、第２の製品導出ラインＢ４に導出され製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）として回収される（第２の製品導出工程）。
【００８８】
高圧塔１７の底部に位置する高圧酸素富化液化空気は、第１の低圧原料供給ラインＦ１に導出され、過冷器２１で冷却され、バルブＶ５で減圧された後に低圧塔１８の中間部に導入される（第１の低圧原料供給工程）。
第１の低圧原料供給ラインＦ１の高圧酸素富化液化空気の一部は、第１の低圧原料供給ラインＦ１から分岐されたラインＬ４に導出され、バルブＶ１で減圧された後に間接熱交換器外筒２０に供給される。
高圧塔１７を上昇する高圧窒素富化空気の一部は、高圧塔１７の中間部または下部からラインＬ３に導出され、第８の間接熱交換器Ｈ８に導入される。
【００８９】
ラインＬ３を介して第８の間接熱交換器Ｈ８に供給された高圧窒素富化空気は、ラインＬ４を介して間接熱交換器外筒２０に供給された流体との間接熱交換により、自らは液化して高圧液化ガス流体になると共に、ラインＬ４を介して間接熱交換器外筒２０に供給された前記流体を気化させて第２の中圧酸素富化空気を生成する（第８の間接熱交換工程）。
【００９０】
なお、ラインＬ３を介して第８の間接熱交換器Ｈ８に導入される流体は、高圧塔１７の中間部または下部の高圧窒素富化空気に替えて、図１中に破線で示すように高圧原料空気の一部または高圧塔１７の上部に濃縮した高圧窒素ガスの一部とすることができる。
この場合においても、高圧原料空気の一部または高圧窒素ガスの一部は第８の間接熱交換器Ｈ８で液化し、高圧液化ガス流体となる。
【００９１】
第８の間接熱交換器Ｈ８において生成された高圧液化ガス流体は、第８の低圧原料供給ラインＦ８に導出され、過冷器２１で冷却され、バルブＶ４で減圧された後に低圧塔１８の上部に導入される。
第８の間接熱交換器Ｈ８において生成された第２の中圧酸素富化空気は、ラインＬ５に導出され、主熱交換器１６で常温まで熱回収された後、タービンブロワ２２で圧縮される（タービン流体圧縮工程）。
【００９２】
タービンブロワ２２で圧縮された流体は、ラインＬ６に導出され、タービンブロワアフタークーラ２３で圧縮熱を取り除かれ、主熱交換器１６で更に冷却された後に第３のタービンＴ３に導入される。
第３のタービンＴ３に導入された流体は、断熱膨張により低圧塔１８の操作圧力付近まで減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に低圧酸素富化空気となり、第４の低圧原料供給ラインＦ４に導出される（第３の断熱膨張工程）。
【００９３】
第４の低圧原料供給ラインＦ４に導出された低圧酸素富化空気は、低圧塔１８の原料として低圧塔１８の中間部に導入される（第４の低圧原料供給工程）。
図１中に破線で示すように、該低圧酸素富化空気の一部は、第４の低圧原料供給ラインＦ４から分岐された第４の製品導出ラインＤ３に導出され、主熱交換器１６で熱回収された後に、廃ガス（ＷＧ）として回収される場合もある。
【００９４】
第８の間接熱交換器Ｈ８において気化されなかった流体は、第５の低圧原料供給ラインＦ５に導出され、バルブＶ７で減圧された後に低圧塔１８の原料として低圧塔１８の中間部に導入される（第５の低圧原料供給工程）。
【００９５】
低圧塔１８では、低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体、即ちバルブＶ４で減圧された流体と、バルブＶ５で減圧された流体と、バルブＶ７で減圧された流体と、第３のタービンＴ３で断熱膨張して得られた低圧酸素富化空気と、に加えて、バルブＶ３で減圧された流体と、第１の間接熱交換器Ｈ１で気化して得られた低圧酸素ガスと、が低温蒸留により、低圧塔１８の上部に位置する低圧窒素ガスと、低圧塔１８の下部に位置する低圧液化酸素と、低圧塔１８の中間部に位置するアルゴン富化液化酸素と、に分離される（低圧分離工程）。
【００９６】
低圧塔１８の頂部に位置する低圧窒素ガスは、第４の製品導出ラインＤ２に導出され、過冷器２１及び主熱交換器１６により熱回収された後に製品低圧窒素ガス（ＬＰＧＮ２）として回収される。
低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素は、低圧塔１８の底部に収容された第１の間接熱交換器Ｈ１において、アルゴン塔１９の頂部のアルゴンガスとの間接熱交換により、自らは気化して低圧酸素ガスになると共に、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成する（第１の間接熱交換工程）。
【００９７】
第１の間接熱交換器Ｈ１で気化されなかった低圧液化酸素は、ラインＬ１３に導出され、バルブＶ６で減圧された中圧液化酸素と合流して第４の製品導出ラインＤ１に導入される。
第４の製品導出ラインＤ１に導入された流体は、送出液化酸素ポンプ２４で製品仕様に応じた必要な圧力まで加圧され高圧液化酸素となる。高圧液化酸素は、主熱交換器１６で全量気化し、常温まで熱回収された後に製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）として回収される。
ラインＬ１３に導出された低圧液化酸素の一部は、ラインＬ１３から分岐された第２の製品導出ラインＢ３に導出され、製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）として回収される（第２の製品導出工程）。
【００９８】
低圧塔１８の中間部に濃縮されたアルゴン富化液化酸素は、ラインＬ１０に導出され、アルゴン富化液化酸素ポンプ２５により低圧塔１８よりも操作圧力の高いアルゴン塔１９に送液するのに必要な圧力まで加圧された後に、アルゴン塔１９の中間部または下部に導入される。
【００９９】
なお、低圧塔１８とアルゴン塔１９との位置関係により、アルゴン富化液化酸素ポンプ２５を用いることなく、液ヘッド差を利用して、アルゴン塔１９に低圧塔１８のアルゴン富化液化酸素を送液できる場合もある。この場合、アルゴン富化液化酸素ポンプ２５が不要となる。
【０１００】
アルゴン塔１９では、ラインＬ１０を介して供給されたアルゴン富化液化酸素と、ラインＬ１２を介して供給された液化アルゴンと、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して得られた第１の中圧酸素ガスと、が低温蒸留により、アルゴン塔１９の上部に位置するアルゴンガスと、アルゴン塔１９の下部に位置する中圧液化酸素と、に分離される（アルゴン分離工程）。
【０１０１】
アルゴン塔１９の上部に位置するアルゴンガスは、ラインＬ１１を介して、第１の間接熱交換器Ｈ１に導入される。
第１の間接熱交換器Ｈ１導入されたアルゴンガスは、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して液化アルゴンになると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する（第１の間接熱交換工程）。
第１の間接熱交換工程により生成された液化アルゴンは、ラインＬ１２を介して、アルゴン塔１９の頂部に導入される。
ラインＬ１１のアルゴンガスの一部は、ラインＬ１１から分岐された第１の製品導出ラインＡ１に導出され、主熱交換器１６で常温まで熱回収された後に、製品アルゴンガス（ＧＡＲ）として回収される（第１の製品導出工程）。
【０１０２】
また、図１中に破線示すように、第１の間接熱交換器Ｈ１で液化しなかったアルゴンガスが、第１の製品導出ラインＡ１に導出され、主熱交換器１６で常温まで熱回収された後に、製品アルゴンガス（ＧＡＲ）として回収される場合もある（第１の製品導出工程）。
ラインＬ１２を流れる液化アルゴンの一部は、ラインＬ１２から分岐された第１の製品導出ラインＡ２に導出され、製品液化アルゴン（ＬＡＲ）として回収される（第１の製品導出工程）。
【０１０３】
アルゴン塔１９の底部に位置する中圧液化酸素は、アルゴン塔１９の底部に収容された第２の間接熱交換器Ｈ２において、高圧塔１７の頂部から供給された高圧窒素ガスとの間接熱交換により、自らは気化して第１の中圧酸素ガスになると共に、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成する（第２の間接熱交換工程）。
第２の間接熱交換器Ｈ２で気化されなかった中圧液化酸素は、ラインＬ１４に導出され、バルブＶ６で減圧された後にラインＬ１３の低圧液化酸素と合流する。
【０１０４】
なお、ラインＬ１３を流れる低圧液化酸素が、アルゴン塔１９の底部から導出された中圧液化酸素の圧力まで、液ヘッド差を利用して加圧される場合もある。この場合は、ラインＬ１４に設けられたバルブＶ６が不要となる。
ラインＬ１４に導出された中圧液化酸素の一部は、ラインＬ１４から分岐された第２の製品導出ラインＢ２に導出され、製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）として回収される（第２の製品導出工程）。
【０１０５】
過冷器２１では、第１の低圧原料供給ラインＦ１、第８の低圧原料供給ラインＦ８、及びラインＬ９を流れる高温流体と、第４製品導出ラインＤ２を流れる低温流体と、の間接熱交換により、各高温流体が冷却され、各低温流体が加温されるが、高温流体と低温流体の組み合わせはこの限りではない。
【０１０６】
なお、図１には図示していないが、ラインＬ４を介して間接熱交換器外筒２０に導入される高圧酸素富化液化空気は、第１の低圧原料供給ラインＦ１を経由することなく、高圧塔１７の下部から直接ラインＬ４に導出され、バルブＶ１で減圧された後に間接熱交換器外筒２０に導入される場合もある。
また、図１には図示していないが、ラインＬ２を介して高圧塔１７に導入される高圧原料液化空気は、その一部または全量が低圧塔１８の中間部または上部に供給される場合もある。
【０１０７】
また、間接熱交換器外筒２０からラインＬ５に導出された第２の中圧酸素富化空気は、主熱交換器１６で熱回収された後に、タービンブロワ２２、タービンブロワアフタークーラ２３、及びラインＬ６を経由することなく第３のタービンＴ３に導入され、断熱膨張により低圧塔１８の操作圧力付近まで減圧され、低圧酸素富化空気となり、第４の低圧原料供給ラインＦ４に導入される場合もある。
【０１０８】
製品アルゴンガス（ＧＡＲ）に含まれるアルゴンの濃度、及び製品液化アルゴン（ＬＡＲ）に含まれるアルゴンの濃度は、例えば、５０％以上、好ましくは９５％以上にするとよい。
アルゴンガスや液化アルゴンは、上述の通り製品としてそのまま回収される場合の他に、後段にアルゴン精製設備（図示せず）を設けて酸素成分や窒素成分等の不純物を除去する場合がある。
製品アルゴンガス（ＧＡＲ）や製品液化アルゴン（ＬＡＲ）が不要な場合においても、製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）や製品液化酸素（ＬＰＬＯ２やＭＰＬＯ２等）の純度が高い場合、例えば酸素濃度９８％以上の場合には、酸素回収率の改善を目的としてアルゴンガスが回収される場合がある。
【０１０９】
図１には図示していないが、製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）が回収される場合、低圧塔１８の底部から低圧酸素ガスが導出され、主熱交換器１６で常温まで熱回収された後に、製品として回収される。
また、製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）が回収される場合、アルゴン塔１９の底部から第１の中圧酸素ガスが導出され、主熱交換器１６で常温まで熱回収された後に、製品として回収される。
【０１１０】
製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）及び／または製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）が回収される場合、ライン（図示せず）を経由して低圧塔１８の底部の低圧液化酸素をアルゴン塔１９の底部に導入したり、ライン（図示せず）を経由してアルゴン塔１９の底部の中圧液化酸素を低圧塔１８の底部に導入したりすることで流量バランスを調整することができる。
【０１１１】
第１の実施の形態の空気分離方法では、低圧塔１８に供給される低圧原料であり、かつ酸素、窒素、及びアルゴンを含む混合流体を低温蒸留して、該混合流体を低圧窒素ガスと低圧液化酸素とアルゴン富化液化酸素とに分離する低圧分離工程と、アルゴン富化液化酸素を加圧した後に低圧分離工程の圧力よりも高い圧力で低温蒸留して、アルゴンガスと中圧液化酸素とに分離するアルゴン分離工程と、アルゴンガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、アルゴンガスを液化して液化アルゴンを生成すると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第１の間接熱交換工程と、高圧窒素ガスと中圧液化酸素とを間接熱交換させることで、高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、中圧液化酸素を気化させて第１の中圧酸素ガスを生成する第２の間接熱交換工程と、アルゴンガスの一部、第１の間接熱交換工程において液化されなかったアルゴンガス及び液化アルゴンの一部のうち、少なくとも１種のアルゴンを製品として抜き出す第１の製品導出工程と、第１の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、第２の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、高圧窒素ガスの一部、及び高圧液化窒素の一部のうち少なくとも１種以上を製品として抜き出す第２の製品導出工程と、を有する。
【０１１２】
これにより、低圧塔１８の圧力よりも高い圧力とされたアルゴン塔１９の頂部に位置するアルゴンガスの沸点が、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素の沸点よりも高くなるため、アルゴンガスが液化する際の潜熱によって低圧液化酸素を気化させることが可能となる。
また、低圧塔１８の中間部に位置するアルゴン富化液化酸素の一部をアルゴン塔１９の下部または中間部に送液することにより、低圧塔１８下部の下降液を減少させることが可能となる。
【０１１３】
これらにより、低圧塔１８の下部の上昇ガス量が下降液量に対して相対的に増加するため、高圧塔１７の上部から高圧窒素ガスが導出されたり、製品液化ガス量を増やすために第３のタービンＴ３に供給される第２の中圧酸素富化空気が増やされたり、第８の間接熱交換器Ｈ８に供給される高圧窒素富化空気が増加したりすることによって、第２の間接熱交換器Ｈ２の交換熱量が減少した場合でも低圧塔１８の上昇ガス量を十分に確保することが可能となる。
したがって、第１の実施の形態の空気分離方法によれば、アルゴンの回収率を維持または改善させた上で、低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を多くの量採取することができる。
【０１１４】
また、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製、及び冷却することで得られる高圧原料空気の一部または全量を低温蒸留することで、高圧原料空気に含まれる高圧窒素ガスと高圧酸素富化液化空気とを分離する高圧分離工程と、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低圧原料として低圧塔１８に供給する第１の低圧原料供給工程を有することで、低圧原料の一部または全量を空気よりも酸素濃度の高い高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体とすることが可能となり、低圧塔１８の精留条件を更に改善することができる。これにより、アルゴンの回収率を維持または改善した上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を更に多くの量採取することができる。
【０１１５】
また、高圧原料空気の一部、高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体と、の間接熱交換により、高圧原料空気の一部、高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第２の中圧酸素富化空気を生成する第８の間接熱交換工程と、第２の中圧酸素富化空気を熱回収した後に断熱膨張させて低圧酸素富化空気を生成する第３の断熱膨張工程と、低圧酸素富化空気を低圧原料として低圧塔１８に供給する第４の低圧原料供給工程と、を有することで、第８の間接熱交換工程で気化され第３のタービンＴ３における第３の断熱膨張工程を経て最終的に低圧塔１８に供給される流体の酸素濃度を、図１０に示す従来の空気分離装置２００におけるタービンＴ２０３で断熱膨張して低圧塔２１８に供給される流体の酸素濃度よりも高くすることが可能となり、従来の空気分離装置２００における低圧塔２１８と比較して低圧塔１８の精留条件を更に改善することができる。これにより、アルゴンの回収率を維持または改善した上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を更に多くの量採取することができる。
【０１１６】
また、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体のうち、第８の間接熱交換工程において気化されなかった流体を減圧させて得られた流体を低圧原料として低圧塔１８に供給する第５の低圧原料供給工程を有することで、第８の間接熱交換工程で気化されずに間接熱交換器外筒２０から導出され第５の低圧原料供給ラインを経て低圧塔１８に供給される流体の酸素濃度を、図１０に示す従来の空気分離装置２００を構成する高圧塔２１７の底部から導出され、低圧塔２１８に供給される流体の酸素濃度よりも高くすることが可能となり、従来の空気分離装置２００における低圧塔２１８と比較して低圧塔１８の精留条件を更に改善することができる。これにより、アルゴンの回収率を維持または改善した上で、低圧塔の操作圧力よりも高い圧力とされた昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を更に多くの量採取することができる。
【０１１７】
さらに、第３の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を、第３の断熱膨張工程の前段において圧縮するタービン流体圧縮工程を有することで、第３の断熱膨張工程で断熱膨張させる流体の圧力を高くすることが可能となるので、必要とする寒冷発生量が同じ場合においても第３の断熱膨張工程で断熱膨張させる流体の流量を低減できると共に、アルゴン回収率を改善することができる。
【０１１８】
例えば、高圧塔１７の頂部から高圧窒素ガスを多量に回収する場合、従来の空気分離装置２００（図１０参照）では、アルゴン回収率が大幅に低下（具体的には、例えば、アルゴン回収率が４０％以下に低下）するが、第１の実施の形態の空気分離装置１０または第１の実施の形態の空気分離方法を用いることで、高圧窒素ガス回収率が同じ場合においても高いアルゴン回収率（例えばアルゴン回収率７０％以上）を維持することができる。
【０１１９】
また、アルゴンの回収率が同じ場合であっても、高圧窒素ガスの流量や、寒冷発生用のタービンに供給可能な流体の流量を、従来の空気分離装置２００（図１０参照）よりも増加させることができる。
例えば、ある条件でアルゴンの回収率を７０％に維持する場合において、寒冷発生用のタービンに供給できる空気の流量は、従来の空気分離装置２００では原料空気の量の約１０％であるが、第１の実施の形態の空気分離装置１０または第１の実施の形態の空気分離方法を用いることで、寒冷発生用のタービンに供給できる空気の流量は、原料空気の量の３０％以上とすることができる。
この結果、アルゴン回収率を７０％に維持しつつ回収可能な製品液化ガス（即ち、製品液化アルゴン（ＬＡＲ）、製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）、製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）、及び製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２））の合計流量は、従来の空気分離装置２００では原料空気の量の１％以下であるのに対して、第１の実施の形態の空気分離装置１０または第１の実施の形態の空気分離方法では原料空気の量の約３％を実現することができる。
【０１２０】
なお、上述の通り、高圧塔１７、低圧塔１８、及びアルゴン塔１９は、各間接熱交換工程により熱的に統合されているため、各蒸留塔の操作圧力は、低圧塔１８、アルゴン塔１９、高圧塔１７の順に高くなっている。
【０１２１】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図２において、図１に示す第１の実施の形態の空気分離装置１０と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下で、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化して生成される第２の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化して生成される第２の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
【０１２２】
図２を参照するに、第２の実施の形態の空気分離装置３０は、第１の実施の形態の空気分離装置１０を構成する間接熱交換器外筒２０を構成要素から除くと共に、ラインＬ３１及び気液分離器３１を有すること以外は、空気分離装置１０と同様に構成される。
【０１２３】
第８の間接熱交換器Ｈ８は、気化通路入口がラインＬ４の一端と接続され、液化通路入口がラインＬ３の一端と接続されている。第８の間接熱交換器Ｈ８は、バルブＶ１で減圧された流体と、ラインＬ３から供給された流体と、を間接熱交換させることにより、バルブＶ１で減圧された流体を部分的に気化して第２の中圧酸素富化空気を含む気液二相流体を生成すると共に、ラインＬ３から供給された流体を液化して高圧液化ガス流体を生成する。
ラインＬ３１は、一端が第８の間接熱交換器Ｈ８の気化通路出口に接続され、他端が気液分離器３１と接続されている。ラインＬ３１は、第８の間接熱交換器Ｈ８で生成された第２の中圧酸素富化空気を含む気液二相流体を気液分離器３１に供給する。  
【０１２４】
気液分離器３１は、ラインＬ３１の一端と接続されている。気液分離器３１は、ラインＬ３１から供給された気液二相流体を、第２の中圧酸素富化空気と第８の間接熱交換器Ｈ８で気化しなかった流体とに分離する。
【０１２５】
ラインＬ５は、一端が気液分離器３１のガス取出し口と接続され、他端がタービンブロワ２２と接続されている。ラインＬ５は、気液分離器３１の第２の中圧酸素富化空気を主熱交換器１６で熱回収した後にタービンブロワ２２に供給する。
第５の低圧原料供給ラインＦ５は、一端が気液分離器３１の液取出し口と接続され、他端が中圧塔１８の中間部と接続されている。第５の低圧原料供給ラインＦ５は、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化しなかった流体を気液分離器３１から導出し、バルブＶ７で減圧した後に中圧塔１８に供給する。
【０１２６】
上記構成とされた第２の実施の形態の空気分離装置３０は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離装置１０と同様な効果を得ることができる。
【０１２７】
次に、図２を参照して、第２の実施の形態の空気分離方法について、簡単に説明する。
第２の実施の形態の空気分離方法は、ラインＬ４に導出された高圧酸素富化液化空気がバルブＶ１で減圧された後に第８の間接熱交換器Ｈ８で部分的に気化することで、第２の中圧酸素富化空気を含む気液二相流体を生成する第８の間接熱交換工程を有し、第２の中圧酸素富化空気を含む気液二相流体をラインＬ３１を介して気液分離器３１に導入し、第２の中圧酸素富化空気と第８の間接熱交換器Ｈ８で気化しなかった流体とに分離する気液分離工程を有し、気液分離器３１で分離された第２の中圧酸素富化空気がラインＬ５に導出され、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化しなかった流体が第５の低圧原料供給ラインＦ５に導出されること以外は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離方法と同様な手法により行うことができる。
【０１２８】
図２に示す空気分離装置３０を用いた第２の実施の形態の空気分離方法は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
【０１２９】
また、図２には図示していないが、ラインＬ４に導出された高圧酸素富化液化空気は、バルブＶ１で減圧された後に第８の間接熱交換器Ｈ８で全量気化する場合もある。
この場合、気液分離器３１、ラインＬ３１、第５の低圧原料供給ラインＦ５、及びバルブＶ７が不要となり、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化して生成された第２の中圧酸素富化空気が第８の間接熱交換器Ｈ８に接続されたラインＬ５に導出される。
【０１３０】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図３において、図１及び図２に示す第１及び第２の実施の形態の空気分離装置１０，３０と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１３１】
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下で、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第９の間接熱交換器Ｈ９で気化して生成される第３の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第９の間接熱交換器Ｈ９で気化して生成される第３の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
【０１３２】
図３を参照するに、第３の実施の形態の空気分離装置４０は、第１の実施の形態の空気分離装置１０の構成要素から間接熱交換器外筒２０、第８の間接熱交換器Ｈ８、第３のタービンＴ３、第４の低圧原料供給ラインＦ４、第５の低圧原料供給ラインＦ５、及びラインＬ５，Ｌ６を除くと共に、ラインＬ４１，Ｌ４２、第６の低圧原料供給ラインＦ６、第７の低圧原料供給ラインＦ７、第２の中圧塔４１、第４のタービンＴ４、及び第９の間接熱交換器Ｈ９を有すること以外は、空気分離装置１０と同様に構成される。
【０１３３】
第２の中圧塔４１は、ラインＬ４の一端と接続されている。第２の中圧塔４１は、バルブＶ１で減圧された流体と、第９の間接熱交換器Ｈ９で気化することで得られた第３の中圧酸素富化空気と、を低温蒸留させることで、第２の中圧塔４１の上部に位置する中圧空気と、第２の中圧塔４１の下部に位置する第２の中圧酸素富化液化空気と、に分離する。
第９の間接熱交換器Ｈ９は、第２の中圧塔４１の底部に収容されており、液化通路入口がラインＬ３と接続されている。第９の間接熱交換器Ｈ９は、高圧原料空気の一部、高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちいずれか１種と、第２の中圧塔４１の底部に位置する第２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、高圧原料空気の一部、高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のいずれか１種を液化して高圧液化ガス流体を生成すると共に、第２の中圧酸素富化液化空気を気化して第３の中圧酸素富化空気を生成する。
【０１３４】
第６の低圧原料供給ラインＦ６は、一端が第２の中圧塔４１の底部と接続され、他端が低圧塔１８の中間部と接続されている。第６の低圧原料供給ラインＦ６には、バルブＶ７が設けられている。第６の低圧原料供給ラインＦ６は、第２の中圧塔４１の底部から抜き出した第２の中圧酸素富化液化空気を、バルブＶ７で減圧した後に、低圧塔１８の中間部に供給する。
【０１３５】
ラインＬ４１は、一端が第２の中圧塔４１の頂部と接続され、他端がタービンブロワ２２と接続されている。ラインＬ４１の一部は、主熱交換器１６を通過している。ラインＬ４１は、第２の中圧塔４１の上部に位置する中圧空気を主熱交換器１６で熱回収した後にタービンブロワ２２に供給する。
ラインＬ４２は、一端がタービンブロワ２２と接続され、他端が第４のタービンＴ４と接続されている。ラインＬ４２には、タービンブロワアフタークーラ２３が設けられており、また、その一部は主熱交換器１６を通過している。ラインＬ４２は、タービンブロワ２２で圧縮された流体を、タービンブロワアフタークーラ２３及び主熱交換器１６で冷却した後にタービンＴ４に供給する。
【０１３６】
第４のタービンＴ４は、タービンブロワアフタークーラ２３及び主熱交換器１６を経由した流体を断熱膨張させて装置の運転に必要な寒冷を発生させると共に、低圧空気を生成する。
【０１３７】
第７の低圧原料供給ラインＦ７は、一端が第４のタービンＴ４と接続されており、他端が低圧塔１８の中間部と接続されている。第７の低圧原料供給ラインＦ７は、第４のタービンＴ４での断熱膨張により生成された低圧空気を低圧塔１８の中間部に供給する。
【０１３８】
第３の実施の形態の空気分離装置によれば、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低温蒸留することで、中圧空気と第２の中圧酸素富化液化空気とに分離する第２の中圧塔４１と、高圧原料空気の一部、高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、第２の中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、高圧原料空気の一部、高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、第２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第９の間接熱交換器Ｈ９と、中圧空気を熱回収後、断熱膨張させることで低圧空気を生成する第４のタービンＴ４と、第９の間接熱交換器Ｈ９で気化されなかった第２の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低圧原料として低圧塔１８に供給する第６の低圧原料供給ラインＦ６と、を有する。
【０１３９】
これにより、上記構成とされた第３の実施の形態の空気分離装置４０は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離装置１０と同様な効果を得ることができる。
【０１４０】
これに加えて、第２の中圧塔４１から導出され、第６の低圧原料空気ラインＦ６を経由して低圧塔１８に導入される第２の中圧酸素富化液化空気（低圧原料）の酸素濃度が、図１に示す間接熱交換器外筒２０から導出され、第５の低圧原料空気ラインＦ５を経由して低圧塔１８に導入される流体（低圧原料）の酸素濃度と比較して高くなる。
従って、低圧塔１８の精留条件を更に改善することが可能となり、アルゴン回収率を更に向上させることができる。
【０１４１】
また、第４のタービンＴ４の前段にタービンブロワ２２を設けることにより、第４のタービンＴ４に導入される流体を圧縮して、第４のタービンＴ４の入口圧力を高くすることが可能となるので、必要とする寒冷発生量が同じ場合においても第４のタービンＴ４に供給される流体の流量を低減することができ、更にアルゴン回収率を改善することができる。
【０１４２】
次に、図３を参照して、第３の実施の形態の空気分離方法について説明する。ここでは、第１の実施の形態の空気分離方法と異なる部分について説明する。
ラインＬ４に導出された高圧酸素富化液化空気は、バルブＶ１で減圧された後に第２の中圧塔４１の頂部に導入される。
第２の中圧塔４１では、バルブＶ１で減圧された流体と、第９の間接熱交換器Ｈ９で気化することで生成された第３の中圧酸素富化空気と、が低温蒸留により第２の中圧塔４１の上部に位置する中圧空気と、第２の中圧塔４１の下部に位置する第２の中圧酸素富化液化空気と、に分離される（第２の中圧分離工程）。
【０１４３】
第２の中圧塔４１において分離された中圧空気は、ラインＬ４１に導出され、主熱交換器１６において常温まで熱回収され、その後、タービンブロワ２２で圧縮される（タービン流体圧縮工程）。
タービンブロワ２２で圧縮された流体は、ラインＬ４２に導出され、タービンブロワアフタークーラ２３で圧縮熱を取り除かれ、主熱交換器１６において更に冷却され、その後、第４のタービンＴ４に導入される。
第４のタービンＴ４に導入された流体は、断熱膨張により低圧塔１８の操作圧力付近まで減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に低圧空気となり、第７の低圧原料供給ラインＦ７に導出される（第４の断熱膨張工程）。
【０１４４】
なお、第２の中圧塔４１において分離された中圧空気は、主熱交換器１６で熱回収された後に、タービンブロワ２２、タービンブロワアフタークーラ２３、及びラインＬ４２を経由することなく、第４のタービンＴ４に導入され、断熱膨張により低圧塔１８の操作圧力付近まで減圧されて低圧空気となり、その後、第７の低圧原料供給ラインＦ７に導出される場合もある。
また、第７の低圧原料供給ラインＦ７に導出された低圧空気は、低圧分離工程の原料として低圧塔１８の中間部に導入されるが、その一部が図中に破線で示すように第７の低圧原料供給ラインＦ７から分岐された第４の製品導出ラインＤ３に導出され、主熱交換器１６において熱回収された後、廃ガス（ＷＧ）として回収される場合もある。
【０１４５】
第２の中圧塔４１において分離された第２の中圧酸素富化液化空気は、第９の間接熱交換器Ｈ９において、ラインＬ３を介して供給された高圧窒素富化空気の一部、高圧原料空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちいずれか１種との間接熱交換により、自らは気化して第３の中圧酸素富化空気になると共に、ラインＬ３を介して供給された高圧窒素富化空気の一部、高圧原料空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成する（第９の間接熱交換工程）。
【０１４６】
第９の間接熱交換器Ｈ９において気化されなかった第２の中圧酸素富化液化空気は、第６の低圧原料供給ラインＦ６に導出され、バルブＶ７で減圧された後に低圧分離工程の原料として低圧塔１８の中間部に導入される（第６の低圧原料供給工程）。
【０１４７】
第３の実施の形態の空気分離方法によれば、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低温蒸留することで、中圧空気と第２の中圧酸素富化液化空気とに分離する第２の中圧分離工程と、高圧原料空気の一部、高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種と、第２の中圧酸素富化液化空気と、の間接熱交換により、高圧原料空気の一部、高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部、及び高圧窒素ガスの一部のうちのいずれか１種を液化させて高圧液化ガス流体を生成すると共に、第２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第９の間接熱交換工程と、中圧空気を熱回収後、断熱膨張させることで低圧空気を生成する第４の断熱膨張工程と、第９の間接熱交換工程で気化されなかった第２の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低圧原料として低圧塔１８に供給する第６の低圧原料供給工程と、を有する。
【０１４８】
これにより、図３に示す空気分離装置４０を用いた第３の実施の形態の空気分離方法は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
【０１４９】
これに加えて、第２の中圧塔４１から導出され、第６の低圧原料空気ラインＦ６を経由して低圧塔１８に導入される第２の中圧酸素富化液化空気（低圧原料）の酸素濃度が、図１に示す間接熱交換器外筒２０から導出され、第５の低圧原料空気ラインＦ５を経由して低圧塔１８に導入される流体（低圧原料）の酸素濃度と比較して高くなる。
従って、低圧塔１８の精留条件を更に改善することが可能となるので、アルゴン回収率を更に向上させることができる。
【０１５０】
また、第４の断熱膨張工程の前段において、第４の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を有することで、第４のタービンＴ４に導入される流体の圧力を高くすることが可能となるので、必要とする寒冷発生量が同じ場合においても第４のタービンＴ４に供給される流体の流量を低減することができ、更にアルゴン回収率を改善することができる。
【０１５１】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図４において、図１〜図３に示す第１ないし第３の実施の形態の空気分離装置１０，３０，４０と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１５２】
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下で、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第１のタービンＴ１で断熱膨張して生成される中圧タービン空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第１のタービンＴ１で断熱膨張して生成される中圧タービン空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
【０１５３】
図４を参照するに、第４の実施の形態の空気分離装置５０は、第１の実施の形態の空気分離装置１０の構成要素から間接熱交換器外筒２０、第８の間接熱交換器Ｈ８、第３のタービンＴ３、第４の低圧原料供給ラインＦ４、第５の低圧原料供給ラインＦ５、第８の低圧原料供給ラインＦ８、第４の製品導出ラインＤ３、バルブＶ１，Ｖ４，Ｖ７、及びラインＬ３〜Ｌ６を除くと共に、ラインＬ５１〜Ｌ５３、第１のタービンＴ１、第３の低圧原料供給ラインＦ３、第９の低圧原料供給ラインＦ９、バルブＶ５１，Ｖ５２、及び第６の間接熱交換器Ｈ６を有すること以外は空気分離装置１０と同様に構成される。
【０１５４】
ラインＬ５１は、空気精製器１３と主熱交換器１６との間に位置するラインＬ１から分岐されており、タービンブロワ２２と接続されている。
ラインＬ５１は、空気精製器１３において精製され、かつラインＬ１を流れる流体の一部（高圧タービン空気）をタービンブロワ２２に供給する。
【０１５５】
ラインＬ５２は、一端がタービンブロワ２２と接続され、他端が第１のタービンＴ１と接続されている。ラインＬ５２にはタービンブロワアフタークーラ２３が設けられており、また、その一部は主熱交換器１６を通過している。ラインＬ５２は、タービンブロワ２２で圧縮された流体を、タービンブロワアフタークーラ２３及び主熱交換器１６で冷却した後に第１のタービンＴ１に供給する。
【０１５６】
第１のタービンＴ１は、ラインＬ５２の一端と接続されている。第１のタービンＴ１は、タービンブロワアフタークーラ２３及び主熱交換器１６を経由した流体を断熱膨張させて装置の運転に必要な寒冷を発生させると共に、中圧タービン空気を生成する。
ラインＬ５３は、一端が第１のタービンＴ１の出口と接続され、他端が第６の間接熱交換器Ｈ６の液化通路入口と接続されている。ラインＬ５３は、第１のタービンＴ１で生成された中圧タービン空気を第６の間接熱交換器Ｈ６に供給する。
【０１５７】
第６の間接熱交換器Ｈ６は、第１の間接熱交換器Ｈ１と共に、低圧塔１８の底部に収容されており、液化通路入口がラインＬ５３の一端と接続されている。第６の間接熱交換器Ｈ６は、ラインＬ５３から供給された中圧タービン空気と、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素と、を間接熱交換させることにより、中圧タービン空気を液化して中圧タービン液化空気を生成すると共に、低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する。
【０１５８】
第３の低圧原料供給ラインＦ３は、一端が第６の間接熱交換器Ｈ６の液化通路出口と接続され、他端が低圧塔１８の中間部または上部と接続されている。第３の低圧原料供給ラインＦ３には、バルブＶ５２が設けられている。第３の低圧原料供給ラインＦ３は、第６の間接熱交換器Ｈ６で生成された中圧タービン液化空気をバルブＶ５２で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ５２は、第３の低圧原料供給ラインＦ３に設けられている。バルブＶ５２は、第３の低圧原料供給ラインＦ３を流れる中圧タービン液化空気を減圧する。
【０１５９】
第９の低圧原料供給ラインＦ９は、一端が高圧塔１７の中間部または下部と接続され、他端が低圧塔１８の中間部または上部と接続されている。第９の低圧原料供給ラインＦ９の一部は過冷器２１を通過しており、また、第９の低圧原料供給ラインＦ９にはバルブＶ５１が設けられている。第９の低圧原料供給ラインＦ９は、高圧塔１７の中間部または下部を下降する流体の一部を過冷器２１で冷却し、バルブＶ５１で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ５１は、低圧塔１８と過冷器２１との間に位置する第９の低圧原料供給ラインＦ９に設けられている。バルブＶ５１は、第９の低圧原料供給ラインＦ９を流れる流体を減圧する。
【０１６０】
第４の実施の形態の空気分離装置によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製することで得られる流体の一部を冷却した後に断熱膨張させて中圧タービン空気を得る第１のタービンＴ１と、中圧タービン空気と低圧液化酸素との間接熱交換により、中圧タービン空気を液化させて中圧タービン液化空気を生成すると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第６の間接熱交換器Ｈ６と、中圧タービン液化空気を減圧させて得られた流体を低圧原料として低圧塔１８に供給する第３の低圧原料供給ラインＦ３と、を有する。
【０１６１】
これにより、上記構成とされた第４の実施の形態の空気分離装置５０は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離装置１０と同様な効果を得ることができる。
【０１６２】
これに加えて、間接熱交換器外筒２０（図１参照）が不要となるため、装置の建設コストを低減できる。また、主熱交換器１６を流れる流体の流量及び交換熱量を低減させることが可能となるため、主熱交換器１６の小型化を図ることができ、装置の建設コストを低減できる。
【０１６３】
また、第１のタービンＴ１の前段にタービンブロワ２２を設けることにより、第１のタービンＴ１に導入される流体を圧縮して、第１のタービンＴ１の入口圧力を高くすることが可能となるので、必要とする寒冷発生量が同じ場合においても第１のタービンＴ１に供給される流体の流量を低減することができ、更にアルゴン回収率を改善することができる。
【０１６４】
次に、図４を参照して、第４の実施の形態の空気分離方法について説明する。ここでは、第１の実施の形態の空気分離方法と異なる部分について説明する。
空気精製器１３において精製され、かつラインＬ１を流れる流体の一部（高圧タービン空気）は、ラインＬ１から分岐されたラインＬ５１に導出され、タービンブロワ２２で圧縮される（タービン流体圧縮工程）。
【０１６５】
タービンブロワ２２で圧縮された流体は、ラインＬ５２に導出され、タービンブロワアフタークーラ２３で圧縮熱を取り除かれ、主熱交換器１６で更に冷却された後に第１のタービンＴ１に導入される。
第１のタービンＴ１に導入された流体は、断熱膨張により減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に中圧タービン空気となり、ラインＬ５３に導出される（第１の断熱膨張工程）。
【０１６６】
ラインＬ５３に導出された中圧タービン空気は、第６の間接熱交換器Ｈ６において、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して中圧タービン液化空気になると共に、低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する（第６の間接熱交換工程）。
第６の間接熱交換器Ｈ６において液化された中圧タービン液化空気は、第３の低圧原料供給ラインＦ３に導出され、バルブＶ５２で減圧された後に低圧分離工程の原料として低圧塔１８の中間部または上部に導入される（第３の低圧原料供給工程）。
【０１６７】
なお、ラインＬ５１に導出された高圧タービン空気は、タービンブロワ２２、タービンブロワアフタークーラ２３、ラインＬ５２を経由することなく、主熱交換器１６で冷却された後に第１のタービンＴ１に導入され、断熱膨張により減圧され、中圧タービン空気となり、ラインＬ５３に導出される場合もある。
【０１６８】
高圧塔１７の中間部または下部を下降する流体の一部は、第９の低圧原料供給ラインＦ９に導出され、過冷器２１で冷却され、バルブＶ５１で減圧された後に低圧塔１８の中間部に導入される。
【０１６９】
第４の実施の形態の空気分離方法によれば、酸素、窒素、及びアルゴンを含む空気を、圧縮、予冷、精製することで得られる流体の一部を冷却後に断熱膨張させて中圧タービン空気を生成する第１の断熱膨張工程と、中圧タービン空気と低圧液化酸素との間接熱交換により、中圧タービン空気を液化させて中圧タービン液化空気を生成すると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第６の間接熱交換工程と、中圧タービン液化空気を減圧させることで得られた流体を低圧原料として低圧塔１８に供給する第３の低圧原料供給工程と、を有する。
【０１７０】
これにより、図４に示す空気分離装置５０を用いた第４の実施の形態の空気分離方法は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
【０１７１】
これに加えて、間接熱交換器外筒２０（図１参照）が不要となるため、装置の建設コストを低減できる。
また、主熱交換器１６を流れる流体の流量及び交換熱量を低減させることが可能となるため、主熱交換器１６の小型化を図ることができ、装置の建設コストを低減できる。
【０１７２】
また、第１の断熱膨張工程の前段において、第１の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を有することで、第１のタービンＴ１に導入される流体の圧力を高くすることが可能となるので、必要とする寒冷発生量が同じ場合においても第１のタービンＴ１に供給される流体の流量を低減することができ、更にアルゴン回収率を改善することができる。
【０１７３】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図５において、図１〜図４に示す第１ないし第４の実施の形態の空気分離装置１０，３０，４０，５０と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１７４】
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下で、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第２のタービンＴ２で断熱膨張して生成される中圧タービン窒素ガスのうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第２のタービンＴ２で断熱膨張して生成される中圧タービン窒素ガスのうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
【０１７５】
図５を参照するに、第５の実施の形態の空気分離装置６０は、第１の実施の形態の空気分離装置１０の構成要素から間接熱交換器外筒２０、第８の間接熱交換器Ｈ８、第３のタービンＴ３、第４の低圧原料供給ラインＦ４、第５の低圧原料供給ラインＦ５、第８の低圧原料供給ラインＦ８、第４の製品導出ラインＤ３、バルブＶ１，Ｖ４，Ｖ７、及びラインＬ３〜Ｌ６を除くと共に、ラインＬ６１〜Ｌ６４、第９の低圧原料供給ラインＦ９、バルブＶ５１，Ｖ６１、第７の間接熱交換器Ｈ７、及び第２のタービンＴ２を有すること以外は、空気分離装置１０と同様に構成される。
【０１７６】
ラインＬ６１は、主熱交換器１６の下流側に位置する第２の製品導出ラインＢ１から分岐されており、タービンブロワ２２と接続されている。ラインＬ６１は、主熱交換器１６で熱回収された高圧窒素ガスの一部（高圧タービン窒素ガス）をタービンブロワ２２に供給する。
ラインＬ６２は、一端がタービンブロワ２２と接続され、他端が第２のタービンＴ２と接続されている。ラインＬ６２にはタービンブロワアフタークーラ２３が設けられており、また、その一部は主熱交換器１６を通過している。ラインＬ６２は、タービンブロワ２２で圧縮された流体を、タービンブロワアフタークーラ２３及び主熱交換器１６で冷却した後に第２のタービンＴ２に供給する。
【０１７７】
第２のタービンＴ２は、ラインＬ６２の一端と接続されている。第２のタービンＴ２は、タービンブロワアフタークーラ２３及び主熱交換器１６を経由した流体を断熱膨張させて装置の運転に必要な寒冷を発生させると共に、中圧タービン窒素ガスを生成する。
ラインＬ６３は、一端が第２のタービンＴ２と接続され、他端が第７の間接熱交換器Ｈ７の液化通路入口と接続されている。ラインＬ６３は、第２のタービンＴ２から導出された中圧タービン窒素ガスを、第７の間接熱交換器Ｈ７に供給する。
【０１７８】
図示していないが、ラインＬ６３から分岐された第２の製品導出ラインが設けられる場合もある。ラインＬ６３から分岐された第２の製品導出ライン（図示せず）は、ラインＬ６３を流れる中圧タービン窒素ガスの一部を主熱交換器１６で熱回収した後に製品中圧窒素ガス（ＭＰＧＮ２）として回収するためのラインである。
【０１７９】
第７の間接熱交換器Ｈ７は、第１の間接熱交換器Ｈ１と共に、低圧塔１８の底部に収容されており、液化通路入口がラインＬ６３の一端と接続されている。第７の間接熱交換器Ｈ７は、ラインＬ６３から供給された中圧タービン窒素ガスと、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素と、を間接熱交換させることにより、中圧タービン窒素ガスを液化して中圧タービン液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素を気化して低圧酸素ガスを生成する。
【０１８０】
ラインＬ６４は、一端が第７の間接熱交換器Ｈ７の液化通路出口と接続され、他端が低圧塔１８の頂部と接続されている。ラインＬ６４には、バルブＶ６１が設けられている。ラインＬ６４は、第７の間接熱交換器Ｈ７で生成された中圧タービン液化窒素をバルブＶ６１で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ６１は、ラインＬ６４に設けられている。バルブＶ６１は、ラインＬ６４を流れる中圧タービン液化窒素を減圧する。
【０１８１】
第５の実施の形態の空気分離装置によれば、高圧窒素ガスの一部を熱回収した流体を断熱膨張させて中圧タービン窒素ガスを生成する第２のタービンＴ２と、中圧タービン窒素ガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、中圧タービン窒素ガスを液化させて中圧タービン液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第７の間接熱交換器Ｈ７と、を有する。
【０１８２】
これにより、上記構成とされた第５の実施の形態の空気分離装置６０は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離装置１０と同様な効果を得ることができる。
【０１８３】
これに加えて、間接熱交換器外筒２０（図１参照）を設ける必要がなくなるため、プロセスを簡略化することが可能となり、装置の建設コストを低減できる。
【０１８４】
また、第２のタービンＴ２の前段にタービンブロワ２２を設けることにより、第２のタービンＴ２に導入される流体を圧縮して、第２のタービンＴ２の入口圧力を高くすることが可能となるので、必要とする寒冷発生量が同じ場合においても第２のタービンＴ２に供給される流体の流量を低減することができ、更にアルゴン回収率を改善することができる。
【０１８５】
次に、図５を参照して、第５の実施の形態の空気分離方法について説明する。ここでは、第１の実施の形態の空気分離方法と異なる部分について説明する。
第２の製品導出ラインＢ１に導出され、主熱交換器１６で熱回収された高圧窒素ガスの一部（高圧タービン窒素ガス）は、第２の製品導出ラインＢ１から分岐されたラインＬ６１に導出され、その後、タービンブロワ２２で圧縮される（タービン流体圧縮工程）。
【０１８６】
タービンブロワ２２で圧縮された流体は、ラインＬ６２に導出され、タービンブロワアフタークーラ２３で圧縮熱を取り除かれ、主熱交換器１６で更に冷却された後に第２のタービンＴ２に導入される。
第２のタービンＴ２に導入された流体は、断熱膨張により減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に中圧タービン窒素ガスとなり、ラインＬ６３に導出される（第２の断熱膨張工程）。
【０１８７】
ラインＬ６３に導出された中圧タービン窒素ガスは、第７の間接熱交換器Ｈ７において、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して中圧タービン液化窒素になると共に、低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する（第７の間接熱交換工程）。
第７の間接熱交換器Ｈ７において液化された中圧タービン液化窒素は、ラインＬ６４に導出され、バルブＶ６１で減圧された後に低圧塔１８の頂部に導入される。
【０１８８】
ラインＬ６１に導出された高圧タービン窒素ガスは、タービンブロワ２２、タービンブロワアフタークーラ２３、ラインＬ６２を経由することなく、第２のタービンＴ２に導入され、断熱膨張により減圧され、中圧タービン窒素ガスとなり、ラインＬ６３に導出される場合もある。
高圧塔１７の中間部または下部を下降する流体の一部は、第９の低圧原料供給ラインＦ９に導出され、過冷器２１で冷却され、バルブＶ５１で減圧された後に低圧塔１８の中間部に導入される。
【０１８９】
図示していないが、ラインＬ６３を流れる中圧タービン窒素ガスの一部は、主熱交換器１６で熱回収された後に製品中圧窒素ガス（ＭＰＧＮ２）として回収される場合もある。
【０１９０】
第５の実施の形態の空気分離方法によれば、高圧窒素ガスの一部を熱回収することで得られた流体を断熱膨張させることで、中圧タービン窒素ガスを生成する第２の断熱膨張工程と、中圧タービン窒素ガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、中圧タービン窒素ガスを液化させて中圧タービン液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する第７の間接熱交換工程と、を有する。
【０１９１】
これにより、図５に示す空気分離装置６０を用いた第５の実施の形態の空気分離方法は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
【０１９２】
これに加えて、間接熱交換器外筒２０（図１参照）を設ける必要がなくなるため、プロセスを簡略化することが可能となり、装置の建設コストを低減できる。
【０１９３】
また、第２の断熱膨張工程の前段において、第２の断熱膨張工程において断熱膨張させる流体を圧縮するタービン流体圧縮工程を有することで、第２のタービンＴ２に導入される流体の圧力を高くすることが可能となるので、必要とする寒冷発生量が同じ場合においても第２のタービンＴ２に供給される流体の流量を低減することができ、更にアルゴン回収率を改善することができる。
【０１９４】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明の第６の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図６において、図１〜図５に示す第１ないし第５の実施の形態の空気分離装置１０，３０，４０，５０，６０と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１９５】
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下で、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第３の間接熱交換器Ｈ３で気化して生成される第１の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第３の間接熱交換器Ｈ３で気化して生成される第１の中圧酸素富化空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
【０１９６】
図６を参照するに、第６の実施の形態の空気分離装置７０は、第１の実施の形態の空気分離装置１０の構成要素から間接熱交換器外筒２０、第８の間接熱交換器Ｈ８、第３のタービンＴ３、第４の低圧原料供給ラインＦ４、第５の低圧原料供給ラインＦ５、第８の低圧原料供給ラインＦ８、第２製品導出ラインＢ１〜Ｂ４、バルブＶ１，Ｖ４，Ｖ７、及びラインＬ３〜Ｌ６を除くと共に、ラインＬ５１、Ｌ５２、ラインＬ７１〜Ｌ７７、第２の低圧原料供給ラインＦ２、第９の低圧原料供給ラインＦ９、第１０の低圧原料供給ラインＦ１０、第１１の低圧原料供給ラインＦ１１、第３の製品導出ラインＣ１〜Ｃ６、バルブＶ５１，Ｖ７１〜Ｖ７５、第１の中圧塔７１、第３の間接熱交換器Ｈ３、第４の間接熱交換器Ｈ４、及び第５のタービンＴ５を有すること以外は、空気分離装置１０と同様に構成される。
【０１９７】
第１１の低圧原料供給ラインＦ１１は、一端が第５のタービンＴ５の出口と接続され、他端が低圧塔１８の中間部と接続されている。第１１の低圧原料供給ラインＦ１１は、第５のタービンＴ５において生成された低圧タービン空気を低圧塔１８に供給する。
【０１９８】
ラインＬ７１は、第１の低圧原料供給ラインＦ１から分岐されたラインであり、一端が第３の間接熱交換器Ｈ３の気化通路入口に接続されている。ラインＬ７１には、バルブＶ７１が設けられている。ラインＬ７１は、第１の低圧原料供給ラインＦ１に導出された高圧酸素富化液化空気の一部をバルブＶ７１で減圧した後に第３の間接熱交換器Ｈ３に供給する。
バルブＶ７１は、ラインＬ７１に設けられている。バルブＶ７１は、ラインＬ７１を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧する。
ラインＬ７３は、ラインＬ１から分岐されたラインであり、第３の間接熱交換器Ｈ３の液化通路入口と接続されている。ラインＬ７３は、ラインＬ１を流れる高圧原料空気の一部を第３の間接熱交換器Ｈ３に供給する。
なお、ラインＬ７３は、ラインＬ１から分岐される替わりに高圧塔１７の下部または中間部から導出される場合もある。この場合、ラインＬ７３は、高圧塔１７の下部または中間部を上昇する高圧窒素富化空気の一部を導出し、第３の間接熱交換器Ｈ３に供給する。
【０１９９】
第３の間接熱交換器Ｈ３は、気化通路入口がラインＬ７１と接続され、液化通路入口がラインＬ７３と接続されている。第３の間接熱交換器Ｈ３は、ラインＬ７３から供給された流体とラインＬ７１から供給された流体とを間接熱交換させることにより、ラインＬ７３から供給された流体を液化して高圧液化空気を生成すると共に、ラインＬ７１から供給された流体を気化して第１の中圧酸素富化空気を生成する。
【０２００】
ラインＬ７２は、一端が第３の間接熱交換器Ｈ３の気化通路出口と接続され、他端が第１の中圧塔７１の底部と接続されている。ラインＬ７２は、第３の間接熱交換器Ｈ３で生成された第１の中圧酸素富化空気を第１の中圧塔７１に供給する。
第１０の低圧原料供給ラインＦ１０は、一端が第３の間接熱交換器Ｈ３の液化通路出口と接続され、他端が低圧塔１８の上部または中間部と接続されている。第１０の低圧原料供給ラインＦ１０の一部は過冷器２１を通過しており、また、第１０の低圧原料供給ラインＦ１０にはバルブＶ７２が設けられている。第１０の低圧原料供給ラインＦ１０は、第３の間接熱交換器Ｈ３で生成された高圧液化空気を過冷器２１で冷却し、バルブＶ７２で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ７２は、低圧塔１８と過冷器２１との間に位置する第１０の低圧原料供給ラインＦ１０に設けられている。バルブＶ７２は、第１０の低圧原料供給ラインＦ１０を流れる高圧液化空気を減圧する。
【０２０１】
ラインＬ７４は、第１の低圧原料供給ラインＦ１から分岐されたラインであり、一端が第１の中圧塔７１の下部と接続されている。ラインＬ７４には、バルブＶ７３が設けられている。ラインＬ７４は、第１の低圧原料供給ラインＦ１を流れる高圧酸素富化液化空気の一部をバルブＶ７３で減圧した後に第１の中圧塔７１に供給する。
バルブＶ７３は、ラインＬ７４に設けられている。バルブＶ７３は、ラインＬ７４を流れる高圧酸素富化液化空気を減圧する。
【０２０２】
第１の中圧塔７１は、底部がラインＬ７２の一端と接続され、下部がラインＬ７４の一端と接続され、頂部がラインＬ７６の一端と接続されている。第１の中圧塔７１は、ラインＬ７２から供給される第１の中圧酸素富化空気に加えて、ラインＬ７４から供給される流体と、ラインＬ７６から供給される流体と、を低温蒸留して、第１の中圧塔７１の上部に位置する中圧窒素ガスと第１の中圧塔７１の下部に位置する第１の中圧酸素富化液化空気とに分離する。
【０２０３】
第２の低圧原料供給ラインＦ２は、一端が第１の中圧塔７１の底部と接続され、他端が低圧塔１８の中間部と接続されている。第２の低圧原料供給ラインＦ２には、バルブＶ７５が設けられている。第２の低圧原料供給ラインＦ２は、第１の中圧塔７１の底部から導出された第１の中圧酸素富化液化空気をバルブＶ７５で減圧した後に低圧塔１８に供給する。
バルブＶ７５は、第２の低圧原料供給ラインＦ２に設けられている。バルブＶ７５は、第２の低圧原料供給ラインＦ２を流れる第１の中圧酸素富化液化空気を減圧する。
【０２０４】
ラインＬ７５は、一端が第１の中圧塔７１の頂部と接続され、他端が第４の間接熱交換器Ｈ４の液化通路入口と接続されている。ラインＬ７５は、第１の中圧塔７１の頂部に位置する中圧窒素ガスを第４の間接熱交換器Ｈ４に供給する。
第４の間接熱交換器Ｈ４は、第１の間接熱交換器Ｈ１と共に、低圧塔１８の底部に収容され、液化通路入口がラインＬ７５の一端と接続されている。第４の間接熱交換器Ｈ４は、ラインＬ７５から供給された中圧窒素ガスと低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素とを間接熱交換させることにより、中圧窒素ガスを液化して中圧液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素の一部を気化して低圧酸素ガスを生成する。
ラインＬ７６は、一端が第４の間接熱交換器Ｈ４の液化通路出口と接続され、他端が第１の中圧塔７１の頂部と接続されている。ラインＬ７６は、第４の間接熱交換器Ｈ４で生成された中圧液化窒素を第１の中圧塔７１に供給する。
【０２０５】
ラインＬ７７は、ラインＬ７６から分岐されたラインであり、一端がラインＬ９と接続されている。ラインＬ７７の一部は過冷器２１を通過しており、また、ラインＬ７７にはバルブＶ７４が設けられている。ラインＬ７７は、ラインＬ７６を流れる中圧液化窒素の一部を過冷器２１で冷却し、バルブＶ７４で減圧した後にラインＬ９に供給する。
バルブＶ７４は、過冷器２１の下流側に位置するラインＬ７７に設けられている。バルブＶ７４は、ラインＬ７７を流れる中圧液化窒素を減圧する。
【０２０６】
第３の製品導出ラインＣ１は、ラインＬ７から分岐されたラインであり、その一部が主熱交換器１６を通過している。第３の製品導出ラインＣ１は、ラインＬ７を流れる高圧窒素ガスの一部を主熱交換器１６で熱回収した後に製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）として回収するためのラインである。
第３の製品導出ラインＣ２は、ラインＬ１４から分岐されたラインである。第３の製品導出ラインＣ２は、ラインＬ１４を流れる中圧液化酸素の一部を製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）として回収するためのラインである。
【０２０７】
第３の製品導出ラインＣ３は、ラインＬ１３から分岐されたラインである。第３の製品導出ラインＣ３は、ラインＬ１３を流れる低圧液化酸素の一部を製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）として回収するためのラインである。
第３の製品導出ラインＣ４は、ラインＬ９から分岐されたラインである。第３の製品導出ラインＣ４は、ラインＬ９を流れる高圧液化窒素の一部を製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）として回収するためのラインである。
【０２０８】
第３の製品導出ラインＣ５は、ラインＬ７５から分岐されたラインであり、その一部が主熱交換器１６を通過している。第３の製品導出ラインＣ５は、ラインＬ７５を流れる中圧窒素ガスの一部を主熱交換器１６で熱回収した後に製品中圧窒素ガス（ＭＰＧＮ２）として回収するためのラインである。
第３の製品導出ラインＣ６は、ラインＬ７７から分岐されたラインである。第３の製品導出ラインＣ６は、ラインＬ７７を流れる中圧液化窒素の一部を製品中圧液化窒素（ＭＰＬＮ２）として回収するためのラインである。
【０２０９】
第６の実施の形態の空気分離装置によれば、高圧原料空気の一部または高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気の一部と、高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、高圧原料空気の一部または高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成すると共に、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第１の中圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換器Ｈ３と、第１の中圧酸素富化空気を低温蒸留して、中圧窒素ガスと第１の中圧酸素富化液化空気とに分離する第１の中圧塔７１と、第１の中圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体を低圧原料として低圧塔１８に供給する第２の低圧原料供給ラインと、中圧窒素ガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第４の間接熱交換器Ｈ４と、第２の製品導出ラインＢ１〜Ｂ４（図１参照）に替えて、第１の間接熱交換器Ｈ１及び／または第４の間接熱交換器Ｈ４において気化されていない低圧液化酸素、第２の間接熱交換器Ｈ２において気化されていない中圧液化酸素、高圧窒素ガスの一部、高圧液化窒素の一部、中圧窒素ガスの一部、及び中圧液化窒素の一部のうち、少なくとも１種を製品として抜き出す第３の製品導出ラインＣ１〜Ｃ６と、を有する。
【０２１０】
これにより、上記構成とされた第６の実施の形態の空気分離装置７０は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離装置１０と同様な効果を得ることができる。
【０２１１】
これに加えて、第１の中圧塔７１から導出され、第２の低圧原料空気ラインＦ２を経由して低圧塔１８に導入される第１の中圧酸素富化液化空気（低圧原料）の酸素濃度が、高圧塔１７から導出され、第１の低圧原料空気ラインＦ１を経由して低圧塔１８に導入される流体（低圧原料）の酸素濃度よりも高くなるため、低圧塔１８の精留条件を更に改善することが可能となり、アルゴンの回収率を向上させることができる。
【０２１２】
また、第１の間接熱交換器Ｈ１に導入されたアルゴンガスによってのみならず、第４の間接熱交換器Ｈ４に導入された中圧窒素ガスによっても低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素を気化させることが可能となる。
これにより、第１の間接熱交換器Ｈ１の交換熱量と、第４の間接熱交換器Ｈ４の交換熱量と、の割合を変更することが可能となるため、より最適な設計を行うことができる。具体的には、第１の間接熱交換器Ｈ１と第４の間接熱交換器Ｈ４の交換熱量の合計値、即ち低圧塔１８の底部で生成される低圧酸素ガス量（これは低圧塔１８の精留条件に関わる）と、第１の間接熱交換器Ｈ１の交換熱量、即ちアルゴン塔１９の頂部から供給される液化アルゴン量（これはアルゴン塔１９の精留条件に関わる）と、を各々独立して調節することができ、より最適な条件で設計することができるようになる。
【０２１３】
次に、図６を参照して、第６の実施の形態の空気分離方法について説明する。ここでは、第１の実施の形態の空気分離方法と異なる部分について説明する。
高圧塔１７の底部から第１の低圧原料供給ラインＦ１に導出された高圧酸素富化液化空気の一部は、ラインＬ７１に導出され、バルブＶ７１で減圧された後に第３の間接熱交換器Ｈ３に導入される。
【０２１４】
ラインＬ７１を介して第３の間接熱交換器Ｈ３に供給された流体は、ラインＬ７３を介して第３の間接熱交換器Ｈ３に供給された高圧原料空気の一部との間接熱交換により、自らは気化して第１の中圧酸素富化空気になると共に、高圧原料空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成する（第３の間接熱交換工程）。
【０２１５】
なお、ラインＬ７３を介して第３の間接熱交換器Ｈ３に導入される流体は、高圧原料空気の一部に替えて、図６に破線で示すように高圧塔１７の中間部または下部を上昇する高圧窒素富化空気の一部とすることができる。
この場合についても、高圧窒素富化空気の一部は、第３の間接熱交換器Ｈ３で液化し、高圧液化空気となる。
【０２１６】
第３の間接熱交換器Ｈ３で生成された第１の中圧酸素富化空気は、ラインＬ７２を経由して第１の中圧塔７１の底部に供給される。
第３の間接熱交換器Ｈ３で生成された高圧液化空気は、第１０の低圧原料供給ラインＦ１０に導出され、過冷器２１を経て、バルブＶ７２で減圧された後に低圧塔１８の上部または中間部に供給される。
【０２１７】
高圧塔１７の底部から第１の低圧原料供給ラインＦ１に導出された高圧酸素富化液化空気の一部は、第１の低圧原料供給ラインＦ１から分岐されたラインＬ７４に導出され、バルブＶ７３で減圧された後に第１の中圧塔７１に供給される。
【０２１８】
第１の中圧塔７１では、ラインＬ７２を介して導入された第１の中圧酸素富化空気に加えて、ラインＬ７４から供給された流体と、ラインＬ７６から供給された流体と、が低温蒸留により、第１の中圧塔７１の上部に位置する中圧窒素ガスと第１の中圧塔７１の下部に位置する第１の中圧酸素富化液化空気とに分離される（第１の中圧分離工程）。
【０２１９】
第１の中圧塔７１の頂部に位置する中圧窒素ガスは、ラインＬ７５を介して第４の間接熱交換器Ｈ４に導入され、低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素との間接熱交換により、自らは液化して中圧液化窒素になると共に、低圧液化酸素を気化させて低圧酸素ガスを生成する（第４の間接熱交換工程）。
【０２２０】
第４の間接熱交換器Ｈ４で生成された中圧液化窒素は、ラインＬ７６を介して第１の中圧塔７１の頂部に供給される。
ラインＬ７６を流れる中圧液化窒素の一部は、ラインＬ７６から分岐されたラインＬ７７に導出され、過冷器２１で冷却され、バルブＶ７４で減圧された後に、ラインＬ９を流れる流体と合流し、低圧塔１８の頂部に導入される。
【０２２１】
第１の中圧塔７１の底部に位置する第１の中圧酸素富化液化空気は、第２の低圧原料供給ラインＦ２に導出され、バルブＶ７５で減圧された後に低圧塔１８の中間部に導入される（第２の低圧原料供給工程）。
【０２２２】
高圧塔１７の中間部または下部を下降する流体の一部は、第９の低圧原料供給ラインＦ９に導出され、その後、過冷器２１で冷却され、バルブＶ５１で減圧された後に低圧塔１８の中間部に導入される。
空気精製器１３において精製され、かつラインＬ１を流れる流体の一部（高圧タービン空気）は、ラインＬ５１に導出され、その後、タービンブロワ２２で圧縮される（タービン流体圧縮工程）。
【０２２３】
タービンブロワ２２で圧縮された流体は、ラインＬ５２に導出され、タービンブロワアフタークーラ２３で圧縮熱を取り除かれ、主熱交換器１６において更に冷却された後に第５のタービンＴ５に導入される。
第５のタービンＴ５に導入された流体は、断熱膨張により減圧され、装置の運転に必要な寒冷を発生させた後に低圧タービン空気となり、第１１の低圧原料供給ラインＦ１１を介して低圧塔１８の中間部に導入される。
【０２２４】
なお、ラインＬ５１に導出された高圧タービン空気は、タービンブロワ２２、タービンブロワアフタークーラ２３、及びラインＬ５２を経由することなく、主熱交換器１６で冷却された後に第５のタービンＴ５に導入され、断熱膨張により減圧され、低圧タービン空気となり、第１１の低圧原料供給ラインＦ１１に導出される場合もある。
【０２２５】
上記低圧タービン空気の一部または全量は、図６中に破線で示すように第１１の低圧原料供給ラインＦ１１から分岐された第４の製品導出ラインＤ３に導出され、主熱交換器１６で熱回収された後に、廃ガス（ＷＧ）として回収される場合もある。
ラインＬ７を流れる高圧窒素ガスの一部は、ラインＬ７から分岐された第３の製品導出ラインＣ１に導出され、主熱交換器１６で熱回収された後に製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）として回収される（第３の製品導出工程）。
【０２２６】
ラインＬ１４を流れる中圧液化酸素の一部は、第３の製品導出ラインＣ２に導出され、製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）として回収される（第３の製品導出工程）。
ラインＬ１３を流れる低圧液化酸素の一部は、第３製品導出ラインＣ３に導出され、製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）として回収される（第３の製品導出工程）。
ラインＬ９を流れる高圧液化窒素の一部は、第３製品導出ラインＣ４に導出され、製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）として回収される（第３の製品導出工程）。
ラインＬ７５を流れる中圧窒素ガスの一部は、第３の製品導出ラインＣ５に導出され、主熱交換器１６で熱回収された後に製品中圧窒素ガス（ＭＰＧＮ２）として回収される（第３の製品導出工程）。
ラインＬ７７を流れる中圧液化窒素の一部は、第３の製品導出ラインＣ６に導出され製品中圧液化窒素（ＭＰＬＮ２）として回収される（第３の製品導出工程）。
【０２２７】
第６の実施の形態の空気分離方法によれば、高圧原料空気の一部、または高圧分離工程の中間段階で生成された高圧窒素富化空気の一部と、高圧酸素富化液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、高圧原料空気の一部または高圧窒素富化空気の一部を液化させて高圧液化空気を生成すると共に、高圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて第１の中圧酸素富化空気を生成する第３の間接熱交換工程と、第１の中圧酸素富化空気を低温蒸留して、中圧窒素ガスと第１の中圧酸素富化液化空気とに分離する第１の中圧分離工程と、第１の中圧酸素富化液化空気を減圧させることで得られた流体を低圧原料として低圧塔１８に供給する第２の低圧原料供給工程と、中圧窒素ガスと低圧液化酸素との間接熱交換により、中圧窒素ガスを液化させて中圧液化窒素を生成すると共に、低圧液化酸素の一部を気化させて低圧酸素ガスを生成する第４の間接熱交換工程と、第１の実施の形態の空気分離方法を構成する第２の製品導出工程に替えて、第１の間接熱交換工程及び／または前記第４の間接熱交換工程において気化されていない低圧液化酸素、第２の間接熱交換工程において気化されていない中圧液化酸素、高圧窒素ガスの一部、高圧液化窒素の一部、中圧窒素ガスの一部、及び中圧液化窒素の一部、のうち少なくとも１種以上を製品として抜き出す第３の製品導出工程と、を有する。
【０２２８】
これにより、図６に示す空気分離装置７０を用いた第６の実施の形態の空気分離方法は、先に説明した第１の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
【０２２９】
これに加えて、第１の中圧塔７１から導出され、第２の低圧原料空気ラインＦ２を経由して低圧塔１８に導入される第１の中圧酸素富化液化空気（低圧原料）の酸素濃度が、高圧塔１７から導出され、第１の低圧原料空気ラインＦ１を経由して低圧塔１８に導入される流体（低圧原料）の酸素濃度よりも高くなるため、低圧塔１８の精留条件を更に改善することが可能となり、アルゴンの回収率を向上させることができる。
【０２３０】
また、第１の間接熱交換器Ｈ１に導入されたアルゴンガスによってのみならず、第４の間接熱交換器Ｈ４に導入された中圧窒素ガスによっても低圧塔１８の底部に位置する低圧液化酸素を気化させることが可能となる。
これにより、第１の間接熱交換器Ｈ１の交換熱量と、第４の間接熱交換器Ｈ４の交換熱量と、の割合を変更することが可能となるため、より最適な設計を行うことができる。具体的には、第１の間接熱交換器Ｈ１と第４の間接熱交換器Ｈ４の交換熱量の合計値、即ち低圧塔１８の底部で生成される低圧酸素ガス量（これは低圧塔１８の精留条件に関わる）と、第１の間接熱交換器Ｈ１の交換熱量、即ちアルゴン塔１９の頂部から供給される液化アルゴン量（これはアルゴン塔１９の精留条件に関わる）と、を各々独立して調節することができ、より最適な条件で設計することができるようになる。
【０２３１】
（第７の実施の形態）
図７は、本発明の第７の実施の形態の空気分離装置の概略構成を示す系統図である。図７において、図６に示す第６の実施の形態の空気分離装置７０と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０２３２】
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下で、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第３の間接熱交換器Ｈ３で気化して生成される第１の中圧酸素富化空気、第５の間接熱交換器Ｈ５で気化して生成される中圧原料空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第３の間接熱交換器Ｈ３で気化して生成される第１の中圧酸素富化空気、第５の間接熱交換器Ｈ５で気化して生成される中圧原料空気のうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
【０２３３】
図７を参照するに、第７の実施の形態の空気分離装置８０は、第６の実施の形態の空気分離装置７０の構成要素に加えて、ラインＬ８１〜Ｌ８４、バルブＶ８１、及び第５の間接熱交換器Ｈ５を有すること以外は、空気分離装置７０と同様に構成されている。
【０２３４】
ラインＬ８１は、第１０の低圧原料供給ラインＦ１０から分岐されたラインであり、一端が第５の間接熱交換器Ｈ５の気化通路入口に接続されている。ラインＬ８１には、バルブ８１が設けられている。ラインＬ８１は、第１０の低圧原料供給ラインＦ１０を流れる高圧液化空気の一部をバルブＶ８１で減圧した後に第５の間接熱交換器Ｈ５に供給する。
バルブＶ８１は、ラインＬ８１に設けられている。バルブＶ８１は、ラインＬ８１を流れる高圧液化空気を減圧する。
【０２３５】
ラインＬ８３は、一端が高圧塔１７の上部と接続され、他端が第５の間接熱交換器Ｈ５の液化通路入口と接続されている。ラインＬ８３は、高圧塔１７の上部に位置する高圧窒素ガスの一部を第５の間接熱交換器Ｈ５に供給する。
第５の間接熱交換器Ｈ５は、気化通路入口がラインＬ８１の一端と接続され、液化通路入口がラインＬ８３の一端と接続されている。第５の間接熱交換器Ｈ５は、ラインＬ８１から供給された流体とラインＬ８３から供給された流体とを間接熱交換させることにより、ラインＬ８１から供給された流体を気化して中圧原料空気を生成すると共に、ラインＬ８３から供給された流体を液化して高圧液化窒素を生成する。
【０２３６】
ラインＬ８２（中圧原料供給ライン）は、一端が第５の間接熱交換器Ｈ５の気化通路出口と接続され、他端が第１の中圧塔７１の下部と接続されている。ラインＬ８２は、第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された中圧原料空気を第１の中圧塔７１の下部に供給する。
【０２３７】
ラインＬ８４は、一端が第５の間接熱交換器Ｈ５の液化通路出口と接続されており、他端が高圧塔１７の上部と接続されている。ラインＬ８４は、第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された高圧液化窒素を高圧塔１７の上部に供給する。
【０２３８】
第７の実施の形態の空気分離装置によれば、高圧窒素ガスの一部と、高圧液化空気を減圧させて得られた流体と、の間接熱交換により、高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、高圧液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて中圧原料空気を生成する第５の間接熱交換器Ｈ５と、中圧原料空気を第１の中圧塔７１の原料の一部として供給するラインＬ８２（中圧原料供給ライン）と、を有する。
【０２３９】
これにより、上記構成とされた第７の実施の形態の空気分離装置８０は、先に説明した第６の実施の形態の空気分離装置７０と同様な効果を得ることができる。
【０２４０】
これに加えて、第２の間接熱交換器Ｈ２においてのみならず、第５の間接熱交換器Ｈ５においても高圧液化窒素を生成することが可能となるので、第２の間接熱交換器Ｈ２のみで高圧液化窒素を生成する第６の実施の形態の空気分離装置７０よりも多くの量の高圧液化窒素を生成することができる。
【０２４１】
また、ラインＬ８４を介して、高圧塔１７の上部に高圧液化窒素を供給することで、ラインＬ９を流れる高圧液化窒素の流量を増やすことが可能となるので、低圧塔１８の上部における還流液を増加させることができる。
なお、第５の間接熱交換器Ｈ５の液化通路出口と低圧塔１８の上部とを接続するライン（図示せず）を設けて、第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された高圧液化窒素を低圧塔１８に供給する場合にも、低圧塔１８の上部における還流液を増加させることができる。
【０２４２】
また、第５の間接熱交換器Ｈ５の液化通路出口と第１の中圧塔７１の上部とを接続するライン（図示せず）を設けて、第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された高圧液化窒素を第１の中圧塔７１に供給する場合にも、ラインＬ７７を流れる中圧液化窒素の流量を増やすことが可能となるので、低圧塔１８の上部における還流液を増加させることができる。
これにより、低圧塔１８の頂部から導出される低圧窒素ガスの窒素濃度を高めることが可能になるので、図６に示す空気分離装置７０よりも酸素の回収率を高めることができる。
【０２４３】
次に、図７を参照して、第７の実施の形態の空気分離方法について説明する。ここでは、第６の実施の形態の空気分離方法と異なる部分について説明する。
第３の間接熱交換器Ｈ３から第１０の低圧原料供給ラインＦ１０に導出された高圧液化空気の一部は、ラインＬ８１に導出され、バルブＶ８１で減圧された後に第５の間接熱交換器Ｈ５に導入される。
【０２４４】
ラインＬ８１を介して第５の間接熱交換器Ｈ５に供給された流体は、高圧塔１７の上部から導出され、ラインＬ８３を介して第５の間接熱交換器Ｈ５に供給された高圧窒素ガスとの間接熱交換により、自らは気化して中圧原料空気になると共に、ラインＬ８３を介して第５の間接熱交換器Ｈ５に供給された高圧窒素ガスを液化させて高圧液化窒素を生成する（第５の間接熱交換工程）。
【０２４５】
第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された中圧原料空気は、ラインＬ８２を経由して第１の中圧塔７１の下部に供給される（中圧原料供給工程）。
第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された高圧液化窒素は、ラインＬ８４を経由して高圧塔１７の上部に供給される。
なお、図７に図示してはいないが、第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された高圧液化窒素は、ライン及びバルブを経由して第１の中圧塔７１の上部に供給されたり、低圧塔１８の上部に供給されたり、製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）として回収されたりする場合もある。
【０２４６】
第７の実施の形態の空気分離方法によれば、高圧窒素ガスの一部と高圧液化空気を減圧させることで得られた流体との間接熱交換により、高圧窒素ガスの一部を液化させて高圧液化窒素を生成すると共に、高圧液化空気を減圧させることで得られた流体を気化させて中圧原料空気を生成する第５の間接熱交換工程と、中圧原料空気を第１の中圧分離工程の原料の一部として供給する中圧原料供給工程と、を有する。
【０２４７】
これにより、図７に示す空気分離装置８０を用いた第７の実施の形態の空気分離方法は、先に説明した第６の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
【０２４８】
これに加えて、第２の間接熱交換器Ｈ２においてのみならず、第５の間接熱交換器Ｈ５においても高圧液化窒素を生成することが可能となるので、第２の間接熱交換器Ｈ２のみで高圧液化窒素を生成する図６に示す空気分離装置７０を用いた第６の実施の形態の空気分離方法よりも多くの量の高圧液化窒素を生成することができる。
【０２４９】
また、ラインＬ８４を介して、高圧塔１７の上部に高圧液化窒素を供給することで、ラインＬ９を流れる高圧液化窒素の流量を増やすことが可能となるので、低圧塔１８の上部における還流液を増加させることができる。
なお、第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された高圧液化窒素を低圧塔３１の上部に導入する場合にも、低圧塔１８の上部における還流液を増加させることができる。
【０２５０】
また、第１の中圧塔７１の上部に第５の間接熱交換器Ｈ５で生成された高圧液化窒素を供給する場合にもラインＬ７７を流れる中圧液化窒素の流量を増やすことが可能となるので、低圧塔１８の上部における還流液を増加させることができる。
これにより、低圧塔１８の頂部から導出される低圧窒素ガスの窒素濃度を高めることが可能になるので、図６に示す空気分離装置７０を用いた第６の実施の形態の空気分離方法よりも酸素の回収率を高めることができる。
【０２５１】
（第８の実施の形態）
図８は、本発明の第８の実施の形態の空気分離装置の主要部を拡大した系統図である。
図８において、図１に示す第１の実施の形態の空気分離装置１０と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０２５２】
なお、本実施形態の説明において、「低圧」とは、低圧塔１８の操作圧力以下で、かつ４００ｋＰａＡ以下の圧力のことをいい、「中圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化して生成される第２の中圧酸素富化空気、第１０の間接熱交換器Ｈ１０で気化して生成される第２の中圧酸素ガスのうち、最も高い圧力を有する流体の圧力以下で、かつ低圧塔１８の操作圧力よりも高い圧力のことをいい、「高圧」とは、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化して生成される第１の中圧酸素ガス、第８の間接熱交換器Ｈ８で気化して生成される第２の中圧酸素富化空気、第１０の間接熱交換器Ｈ１０で気化して生成される第２の中圧酸素ガスのうち、最も高い圧力を有する流体の圧力よりも高い圧力のことをいう。
【０２５３】
図８を参照するに、第８の実施の形態の空気分離装置９０は、第１の実施の形態の空気分離装置１０を構成する、空気昇圧機１４、空気昇圧機アフタークーラ１５、送出液化酸素ポンプ２４、第４の製品導出ラインＤ１、ラインＬ２、バルブＶ２を構成要素から除くと共に、ラインＬ９１〜Ｌ９３、第４の製品導出ラインＤ４、間接熱交換器外筒９１、及び第１０の間接熱交換器Ｈ１０を有すること以外は、空気分離装置１０と同様に構成されている。
【０２５４】
ラインＬ９１は、一端がラインＬ１３，Ｌ１４の一端と接続されており、他端が間接熱交換器外筒９１と接続されている。
ラインＬ９１は、ラインＬ１３を流れる低圧液化酸素と、ラインＬ１４を流れる中圧液化酸素と、を混合し、混合した流体を、間接熱交換器外筒９１に供給する。
ラインＬ９２は、ラインＬ１から分岐されたラインであり、一端が第１０の間接熱交換器Ｈ１０の液化通路入口と接続されている。ラインＬ９２は、ラインＬ１を流れる高圧原料空気を第１０の間接熱交換器Ｈ１０に供給する。
図示していないが、ラインＬ９２は、ラインＬ１から分岐される替わりに、一端が高圧塔１７の下部に接続されている場合もある。この場合、ラインＬ９２は、高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気を第１０の間接熱交換器Ｈ１０に供給する。
【０２５５】
間接熱交換器外筒９１は、ラインＬ９１の一端と接続されており、その内部に第１０の間接熱交換器Ｈ１０が収納されている。間接熱交換器外筒９１は、ラインＬ９１から供給された流体を貯める。
【０２５６】
第１０の間接熱交換器Ｈ１０は、間接熱交換器外筒９１内に収容されており、液化通路入口がラインＬ９２の一端と接続されている。第１０の間接熱交換器Ｈ１０は、ラインＬ９１を介して導入された流体と、ラインＬ９２を介して導入された高圧原料空気の一部と、を間接熱交換させることにより、ラインＬ９１を介して導入された流体を気化して第２の中圧酸素ガスを生成すると共に、ラインＬ９２を介して供給された高圧原料空気を液化して高圧液化空気を生成する。
ラインＬ９３は、一端が第１０の間接熱交換器Ｈ１０の液化通路出口と接続され、他端が高圧塔１７の下部と接続されている。ラインＬ９３は、第１０の間接熱交換器Ｈ１０で生成された高圧液化空気を高圧塔１７に供給する。
【０２５７】
第４の製品導出ラインＤ４は、一端が間接熱交換器外筒９１のガス取り出し口と接続されている。第４の製品導出ラインＤ４は、第１０の間接熱交換器Ｈ１０で生成された第２の中圧酸素ガスを主熱交換器１６で熱回収した後に製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）として回収するためのラインである。
第２の製品導出ラインＢ２は、一端が間接熱交換器外筒９１の液取り出し口と接続されている。第２の製品導出ラインＢ２は、間接熱交換器外筒９１に貯められ、第１０の間接熱交換器Ｈ１０で気化しなかった流体を製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）として回収するためのラインである。
【０２５８】
第８の実施の形態の空気分離装置によれば、先に説明した第１の実施の形態の空気分離装置１０と同様な効果を得ることができるだけでなく、図１に示すアルゴン塔１９の操作圧力よりも高い圧力を有する製品酸素ガスを回収する場合に必要な空気昇圧機１４（図１参照）や酸素圧縮機（主熱交換器１６で常温まで加温された酸素ガスを圧縮する圧縮機）を用いることなく、アルゴン塔１９の操作圧力よりも高い圧力を有する製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）を回収することができる。
【０２５９】
第８の実施の形態では、一例として、図８に示す構造体を第１の実施の形態の空気分離装置１０（図１参照）に適用させた場合を例に挙げて説明したが、先に説明した第２ないし第７の実施の形態の空気分離装置３０，４０，５０，６０，７０，８０に適用してもよい。この場合も、第８の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【０２６０】
次に、図８を参照して、第８の実施の形態の空気分離方法について説明する。ここでは、第１の実施の形態の空気分離方法と異なる部分について説明する。
ラインＬ１３を流れる低圧液化酸素と、ラインＬ１４を流れる中圧液化酸素と、がラインＬ９１に導入され、混合された後に、ラインＬ９１を介して、間接熱交換器外筒９１に供給される。
【０２６１】
ラインＬ９１を介して間接熱交換器外筒９１に導入された流体は、ラインＬ１から分岐されたラインＬ９２に導出され、第１０の間接熱交換器Ｈ１０に導入された高圧原料空気の一部との間接熱交換により、自らは気化して第２の中圧酸素ガスになると共に、ラインＬ９１を介して第１０の間接熱交換器Ｈ１０に供給された高圧原料空気を液化させて高圧液化空気を生成する。
【０２６２】
このとき、第１０の間接熱交換器Ｈ１０で液化される流体の沸点は、第２の間接熱交換器Ｈ２で液化される高圧液化窒素の沸点よりも高くなるため、第２及び第１０の間接熱交換器Ｈ２，Ｈ１０における流体間温度差が等しいと仮定した場合、第１０の間接熱交換器Ｈ１０で気化される第２の中圧酸素ガスの圧力は、第２の間接熱交換器Ｈ２で気化される第１の中圧酸素ガスの圧力よりも高くなる。
【０２６３】
なお、間接熱交換器外筒９１内部の該流体の昇圧は、液化ガスポンプを用いることなく、間接熱交換器外筒９１の内部における流体と、低圧塔１８の底部の低圧液化酸素、及びアルゴン塔１９の底部の中圧液化酸素と、の液ヘッド差を利用して行うことができる。
【０２６４】
第１０の間接熱交換器Ｈ１０で生成された第２の中圧酸素ガスは、第４の製品導出ラインＤ４に導出され、主熱交換器１６で熱回収された後に製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）として回収される。
第１０の間接熱交換器Ｈ１０で生成された高圧液化空気は、ラインＬ９３を介して、高圧塔１７の下部に導入される。
ラインＬ９１を介して間接熱交換器外筒９１に導入され、第１０の間接熱交換器Ｈ１０で気化されなかった流体は、第２の製品導出ラインＢ２に導出され、製品中圧液化酸素（ＭＰＬＯ２）として回収される。
【０２６５】
なお、図８には図示していないが、ラインＬ９２を介して第１０の間接熱交換器Ｈ１０に導入される高圧原料空気に替えて、ラインＬ９２を介して、高圧塔１７内を上昇する高圧窒素富化空気を第１０の間接熱交換器Ｈ１０に導入させてもよい。
また、図８には図示していないが、第１０の間接熱交換器Ｈ１０において液化された高圧液化空気の一部または全量は、ライン及びバルブを介して、低圧塔１８に導入される場合もある。
【０２６６】
上記説明した第８の実施の形態の空気分離方法によれば、先に説明した第１の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができるだけでなく、図１に示すアルゴン塔１９の操作圧力よりも高い圧力を有する製品酸素ガスを回収する場合に必要な空気昇圧機１４（図１参照）や酸素圧縮機（主熱交換器１６で常温まで加温された酸素ガスを圧縮する圧縮機）を用いることなく、アルゴン塔１９の操作圧力よりも高い圧力を有する製品中圧酸素ガス（ＭＰＧＯ２）を回収することができる。
【０２６７】
また、第８の実施の形態では、一例として、図８に示す構造体を第１の実施の形態の空気分離方法（図１参照）に適用させた場合を例に挙げて説明したが、先に説明した第２ないし第７の実施の形態の空気分離方法（図２ないし図７参照）に適用してもよい。この場合も、第８の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【０２６８】
（第９の実施の形態）
図９は、本発明の第９の実施の形態の空気分離装置の主要部を拡大した系統図である。
図９において、図６に示す第６の実施の形態の空気分離装置７０と同一構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０２６９】
図９を参照するに、第９の実施の形態の空気分離装置１００は、第６の実施の形態の空気分離装置７０の構成要素の他に、さらにラインＬ１０１，Ｌ１０２、循環液化酸素ポンプ１０１、及び間接熱交換器外筒１０２、を有すること以外は、空気分離装置７０と同様に構成される。
【０２７０】
ラインＬ１０１は、一端が低圧塔１８の底部と接続され、他端が間接熱交換器外筒１０２と接続されている。ラインＬ１０１には、循環液化酸素ポンプ１０１が設けられている。ラインＬ１０１は、低圧塔１８の底部に収容された第４の間接熱交換器Ｈ４で気化していない低圧液化酸素を、循環液化酸素ポンプ１０１で加圧した後に間接熱交換器外筒１０２に供給する。
循環液化酸素ポンプ１０１は、ラインＬ１０１に設けられている。循環液化酸素ポンプ１０１は、ラインＬ１０１を流れる低圧液化酸素を加圧する。
【０２７１】
間接熱交換器外筒１０２は、第１の間接熱交換器Ｈ１を収容しており、ラインＬ１０１の一端と接続されている。間接熱交換器外筒１０２は、ラインＬ１０１を介して供給された流体を貯める。
ラインＬ１０２は、一端が間接熱交換器外筒１０２のガス取り出し口と接続され、他端が低圧塔１８の底部と接続されている。ラインＬ１０２は、第１の間接熱交換器Ｈ１で生成された低圧酸素ガスを低圧塔１８の底部に供給する。
ラインＬ１３は、一端が間接熱交換器外筒１０２の液取り出し口と接続され、他端が第４の製品導出ラインＤ１及びラインＬ１４の一端と接続されている。ラインＬ１３は、第１の間接熱交換器Ｈ１で気化されなかった間接熱交換器外筒１０２内の低圧液化酸素を第４の製品導出ラインＤ１に供給する。
【０２７２】
このような構成とされた第９の実施の形態の空気分離装置１００では、循環液化酸素ポンプ１０１、間接熱交換器外筒１０２、及びラインＬ１０１，Ｌ１０２を低圧塔１８の構成要素の一部とみなすことが可能であるため、第６の実施の形態の空気分離装置７０と同様な効果を得ることができる。
【０２７３】
なお、第９の実施の形態では、一例として、図９に示す構造体を第６の実施の形態の空気分離装置７０に適用する場合を例に挙げて説明したが、図９に示す構造体を第７の実施の形態の空気分離装置８０（図７参照）に適用してもよく、この場合、第９の実施の形態の空気分離装置１００と同様な効果を得ることができる。
【０２７４】
次に、図９を参照して、第９の実施の形態の空気分離方法について説明する。ここでは、第６の実施の形態の空気分離方法と異なる部分について説明する。
第４の間接熱交換器Ｈ４で気化していない低圧液化酸素は、ラインＬ１０１に抜き出され、循環液化酸素ポンプ１０１で加圧された後に間接熱交換器外筒１０２に導入される。
間接熱交換器外筒１０２に導入された低圧液化酸素の一部または全量は、間接熱交換器外筒１０２内に収容された第１の間接熱交換器Ｈ１において、アルゴン塔１９から供給されたアルゴンガスとの間接熱交換により、自らは気化して低圧酸素ガスになると共に、アルゴンガスを液化させて液化アルゴンを生成する（第１の間接熱交換工程）。
【０２７５】
第１の間接熱交換器Ｈ１で生成された低圧酸素ガスは、間接熱交換器外筒１０２からラインＬ１０２に導出され、ラインＬ１０２を介して、低圧塔１８の底部に導入される。
製品となる製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）を回収する場合には、ラインＬ１０２の低圧酸素ガスの一部または全量がラインＬ１０２から分岐された第４の製品導出ライン（図示せず）に導出され、主熱交換器１６で熱回収された後に、製品低圧酸素ガス（ＬＰＧＯ２）として回収される。
第１の間接熱交換器Ｈ１で気化されなかった低圧液化酸素は、間接熱交換器外筒１０２からラインＬ１３に導出され、ラインＬ１４を流れる中圧液化酸素と合流して第４の製品導出ラインＤ１に導入される。
【０２７６】
上記説明した第９の実施の形態の空気分離方法によれば、先に説明した第６の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
【０２７７】
なお、第９の実施の形態では、一例として、図９に示す構造体を第６の実施の形態の空気分離方法に適用する場合を例に挙げて説明したが、図９に示す構造体を第７の実施の形態の空気分離方法（図７参照）に適用してもよく、この場合、第９の実施の形態の空気分離方法と同様な効果を得ることができる。
【０２７８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０２７９】
例えば、図１〜図９を参照して説明した第１ないし第９の実施の形態の空気分離装置１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００の構成を組み合わせて空気分離装置を構成してもよい。
また、図１〜図９を参照して説明した第１ないし第９の実施の形態の空気分離装置１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００において、製品アルゴンガス（ＧＡＲ）または製品液化アルゴン（ＬＡＲ）に加えて製品高圧酸素ガスを製品として回収する必要があって、かつ昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を製品として回収する必要がない場合には、空気分離装置１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００から回収する製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）を動力回収タービン（図１〜図９に図示せず）に導入して断熱膨張させて動力を回収してもよい。これにより、空気分離装置１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００全体の正味の消費動力を低減することができる。
【０２８０】
また、図６，図７，図９を参照して説明した第６，第７，第９の実施の形態の空気分離装置７０，８０，１００において、製品アルゴンガス（ＧＡＲ）または製品液化アルゴン（ＬＡＲ）に加えて製品高圧酸素ガスを製品として回収する必要があって、かつ昇圧窒素ガス、液化酸素、及び液化窒素を製品として回収する必要がない場合には、空気分離装置７０，８０，１００から回収する製品中圧窒素ガス（ＭＰＧＮ２）を動力回収タービン（図６，図７，図９に図示せず）に導入して断熱膨張させて動力を回収してもよい。これにより、空気分離装置７０，８０，１００全体の正味の消費動力を低減することができる。
以下、実施例及び比較例について説明するが、本発明は、下記実施例に限定されない。
【０２８１】
（実施例）
実施例として、大陽日酸株式会社製のシミュレータ（本シミュレータは実際に空気分離装置を設計する際に使用しているものと同じもの）を用いて、図１に示す空気分離装置１０を用いた場合のシミュレーションを実施した。
【０２８２】
実施例のシミュレーションの条件としては、任意の流量の原料空気から、流量が１１５、圧力が３４００ｋＰａＡ、酸素濃度９９．６％以上とされた製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）と、流量が５．０、圧力が２００ｋＰａＡ、酸素濃度が９９．６％以上の製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）と、流量が５．２、圧力が２００ｋＰａＡ、酸素濃度が１ｐｐｍ以下の製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）と、流量が４．０、圧力が２００ｋＰａＡ、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、窒素濃度が１ｐｐｍ以下の製品液化アルゴン（ＬＡＲ）と、流量が８２、圧力が８００ｋＰａＡ、酸素濃度が１ｐｐｍ以下の製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）と、を回収するとした。
上記実施例のシミュレーションの条件、及びその結果を表１に示す。表１は、実施例及び比較例のシミュレーション条件及びシミュレーション結果を示す表である。
【０２８３】
【表１】
2016008778.tif 000003
【０２８４】
表１の実施例のシミュレーション結果を参照するに、図１に示す空気分離装置１０を用いることで、流量が６２１の原料空気から、流量が１１５、圧力が３４００ｋＰａＡ、酸素濃度が９９．６％とされた製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）と、流量が５．０、酸素濃度が９９．６％とされた製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）と、流量が５．２、酸素濃度が１ｐｐｍの製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）と、アルゴンの回収率６９％に相当する流量が４．０、酸素濃度が１ｐｐｍ（窒素濃度は１ｐｐｍ以下）とされた製品液化アルゴン（ＬＡＲ）と、流量が８２、圧力が８００ｋＰａＡ、酸素濃度が１ｐｐｍとされた製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）と、を回収可能なことが確認できた。
【０２８５】
（比較例）
比較例では、図１０に示す空気分離装置２００を用いた場合のシミュレーションを実施した。
比較例のシミュレーションの条件としては、実施例と同じく、任意の流量の原料空気から、流量が１１５、圧力が３４００ｋＰａＡ、酸素濃度９９．６％以上とされた製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）と、流量が５．０、圧力が２００ｋＰａＡ、酸素濃度が９９．６％以上の製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）と、流量が５．２、圧力が２００ｋＰａＡ、酸素濃度が１ｐｐｍ以下の製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）と、流量が４．０、圧力が２００ｋＰａＡ、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、窒素濃度が１ｐｐｍ以下の製品液化アルゴン（ＬＡＲ）と、流量が８２、圧力が８００ｋＰａＡ、酸素濃度が１ｐｐｍ以下の製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）と、を回収するとした。
【０２８６】
但し、図１０に示す空気分離装置２００では、窒素濃度が１ｐｐｍ以下とされた製品液化アルゴン（ＬＡＲ）を回収することは難しいため、高純アルゴン設備（図示せず）を追加して、第１の間接熱交換器Ｈ２０１で液化した液化アルゴンの一部を該高純アルゴン設備に導入して、液化アルゴン中の窒素成分を除去する工程を追加した。
【０２８７】
比較例のシミュレーションにおいても実施例で使用したシミュレータを用いると共に、他の計算条件（各部の圧力損失や各間接熱交換器の流体間の温度差等）についても実施例と同じ計算条件を用いた。
上記比較例のシミュレーションの条件、及びその結果を表１に示す。
【０２８８】
表１を参照するに、比較例では、流量が６７０とされた原料空気から、流量が１１５、圧力が３４００ｋＰａＡ、酸素濃度が９９．６％とされた製品高圧酸素ガス（ＨＰＧＯ２）と、流量が５．０、酸素濃度が９９．６％とされた製品低圧液化酸素（ＬＰＬＯ２）と、流量が５．２、酸素濃度が１ｐｐｍの製品高圧液化窒素（ＨＰＬＮ２）と、アルゴンの回収率６４％に相当する流量が４．０、酸素濃度が１ｐｐｍ（窒素濃度は１ｐｐｍ以下）とされた製品液化アルゴン（ＬＡＲ）と、を回収できることが確認された。
但し、比較例では、製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）を回収することができなかったため、副生成物として得られる製品低圧窒素ガス（ＬＰＧＮ２）のうち、８２の流量を窒素圧縮機（図示せず）で圧力８００ｋＰａＡまで圧縮し、これを製品窒素ガスとした。
【０２８９】
（実施例の結果と比較例の結果との比較）
比較例では、製品液化ガス（ＬＰＬＯ２、ＨＰＬＮ２、及びＬＡＲ）の回収量が比較的多く、タービンＴ２０５での処理量が多いために、製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）を回収できなかったものと推測される。
一方、実施例では、製品液化ガスの回収量が同じでタービンの処理量も同じであるにもかかわらず、製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）を回収することができ、また、アルゴンの回収率も比較例よりも高くすることができた。
また、例えば、実施例のアルゴンの回収率を比較例と同じ６４％まで低下させた場合、実施例では、更に多くの製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）を回収できることが確認できた。
また、例えば、実施例の製品高圧窒素ガス（ＨＰＧＮ２）の回収量を減少させた場合、実施例のアルゴンの回収率を更に改善できることが確認できた。
【０２９０】
（実施例及び比較例の消費動力）
表１に示す数値から算出した実施例及び比較例の空気分離装置１０，２００の消費動力を表２に示す。
【０２９１】
【表２】
2016008778.tif 000004
【０２９２】
表２を参照するに、実施例では、比較例よりも原料空気の圧力が高いために空気圧縮機１１の消費動力は１５％大きくなるが、空気昇圧機１４の吸入圧力も高くなるため、空気昇圧機１４の消費動力が低下した。
また、実施例では、窒素圧縮機が不要であるため合計の消費動力としては比較例と比べて約５％小さくなることが確認できた。
【０２９３】
このように、本発明の空気分離方法、及び空気分離装置は、従来の空気分離方法、及び空気分離装置と比較して、アルゴンの回収率を維持または改善しつつ、より多くの製品高圧窒素ガス等（第２の製品または第３の製品）を回収可能であることが確認できた。
また、製品高圧窒素ガス等（第２の製品または第３の製品）を製造するための消費動力を考慮した場合には、従来と比較して装置全体の消費動力を低減できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０２９４】
本発明は、アルゴンの回収率を維持または改善しつつ、より多くの昇圧窒素ガス、液化酸素もしくは液化窒素等を回収することの可能な空気分離方法、及び空気分離装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０２９５】
１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００…空気分離装置、１１…空気圧縮機、１２…空気予冷器、１３…空気精製器、１４…空気昇圧機、１５…空気昇圧機アフタークーラ、１６…主熱交換器、１７…高圧塔、１８…低圧塔、１９…アルゴン塔、２０，９１，１０２…間接熱交換器外筒、２１…過冷器、２２…タービンブロワ、２３…タービンブロワアフタークーラ、２４…送出液化酸素ポンプ、２５…アルゴン富化液化酸素ポンプ、３１…気液分離器、４１…第２の中圧塔、７１…第１の中圧塔、１０１…循環液化酸素ポンプ、Ａ１，Ａ２…第１の製品導出ライン、Ｂ１〜Ｂ４…第２の製品導出ライン、Ｃ１〜Ｃ６…第３の製品導出ライン、Ｄ１〜Ｄ４…第４の製品導出ライン、Ｆ１…第１の低圧原料供給ライン、Ｆ２…第２の低圧原料供給ライン、Ｆ３…第３の低圧原料供給ライン、Ｆ４…第４の低圧原料供給ライン、Ｆ５…第５の低圧原料供給ライン、Ｆ６…第６の低圧原料供給ライン、Ｆ７…第７の低圧原料供給ライン、Ｆ８…第８の低圧原料供給ライン、Ｆ９…第９の低圧原料供給ライン、Ｆ１０…第１０の低圧原料供給ライン、Ｆ１１…第１１の低圧原料供給ライン、Ｈ１…第１の間接熱交換器、Ｈ２…第２の間接熱交換器、Ｈ３…第３の間接熱交換器、Ｈ４…第４の間接熱交換器、Ｈ５…第５の間接熱交換器、Ｈ６…第６の間接熱交換器、Ｈ７…第７の間接熱交換器、Ｈ８…第８の間接熱交換器、Ｈ９…第９の間接熱交換器、Ｈ１０…第１０の間接熱交換器、Ｌ１〜Ｌ１４，Ｌ３１，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ５１〜Ｌ５３，Ｌ６１〜Ｌ６４，Ｌ７１〜Ｌ７７，Ｌ８１〜Ｌ８４，Ｌ９１〜Ｌ９３，Ｌ１０１，Ｌ１０２…ライン、Ｔ１…第１のタービン、Ｔ２…第２のタービン、Ｔ３…第３のタービン、Ｔ４…第４のタービン、Ｔ５…第５のタービン、Ｖ１〜Ｖ７，Ｖ５１，Ｖ５２，Ｖ６１，Ｖ７１〜Ｖ７５，Ｖ８１…バルブ
【図１】
2016008778.tif 000005
【図２】
2016008778.tif 000006
【図３】
2016008778.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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