酸素製造装置
【課題】 窒素製造プロセスにおける排出流体および副生流体を利用するとともに、もとの窒素製造プロセスに影響を与えることなく、有圧の液化酸素および酸素ガスを効率的に製造する装置を提供すること。
【解決手段】 酸素製造装置であって、（１）窒素製造装置の酸素リッチ液化空気の一部を、窒素精留塔または窒素精留塔コンデンサから抜き出して、下部にリボイラ９を有するサブ精留塔８中間段に導入し、（２）圧縮空気を前記サブ精留塔８の下部リボイラ９に導入して該リボイラ９で液化空気を生成し、その一部を前記窒素精留塔に戻すとともに、残りを前記サブ精留塔８の搭頂部に還流液として供給し、（３）前記サブ精留塔８下部から酸素を製造する、ことを特徴とする。
【解決手段】 酸素製造装置であって、（１）窒素製造装置の酸素リッチ液化空気の一部を、窒素精留塔または窒素精留塔コンデンサから抜き出して、下部にリボイラ９を有するサブ精留塔８中間段に導入し、（２）圧縮空気を前記サブ精留塔８の下部リボイラ９に導入して該リボイラ９で液化空気を生成し、その一部を前記窒素精留塔に戻すとともに、残りを前記サブ精留塔８の搭頂部に還流液として供給し、（３）前記サブ精留塔８下部から酸素を製造する、ことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素製造装置に関するもので、特に、窒素製造プロセスにおける排出流体および副生流体を利用して酸素ガスおよび液化酸素を効率的に製造するために有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸素の製造装置としては、低温空気分離プラントは広く知られており、一般に複数の蒸留塔を使用して順次分離効率を上げて、最終製品として、主として窒素、酸素及びアルゴンを生産している。一方、半導体プロセスを含めた窒素の需要は、酸素などに比べ非常に大きく、市場での使用量と生産量とのバランスから、窒素製造装置が多く用いられている。窒素製造装置では、主として空気を原料とし、圧縮・精製プロセスを経由して窒素ガスおよび液化窒素を効率的に製造するとともに、酸素分を豊富に含んだ清浄ガスを廃ガスとして排出していた。
【０００３】
しかしながら、当初窒素のみの需要が主である工場あるいは地域であっても、既存の窒素製造装置の近傍に酸素の需要が現れる場合があり、上記の窒素製造装置からの廃ガス等を有効に生かした酸素製造装置の設置、あるいは別途新たな原料空気を利用し常温分離法や深冷分離法などによる酸素製造装置の設置を行っていた。
【０００４】
既存の窒素製造装置を利用した方法としては、１つには、図４に例示するように、原料空気と液化酸素を熱交換させて上昇ガスを作る副凝縮器（リボイラ）７を内蔵した副精留塔８を設け、該副精留塔８に凝縮器５の液化空気の一部を導くとともに原料空気の一部を上記副凝縮器（リボイラ）７に導くようにしたことによって少量の酸素ガスおよび液化酸素を採取する方法Ａが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、図５に例示するように、底部に蒸発器（リボイラ）７を有する副精留塔３を設け、該塔上部に、窒素製造用単式精留塔１の底部より該塔用凝縮蒸発器２に供給される液化空気の一部が供給されるように導管により連絡するとともに、副精留塔３の底部の蒸発器（リボイラ）７の一端は、前記単式精留塔１の下部の空気供給導管と、他端は、弁を介して前記単式精留塔用凝縮蒸発器２へ導入される液体空気用導管と連設して酸素ガスおよび液化酸素を採取する方法Ｂが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、図６に例示するように、原料空気中の水分及び炭酸ガスを除去した後の原料空気の全量を窒素精留塔１０内に導入して冷却液化させ、この窒素精留塔１０から製品としての窒素を採取し、前記窒素精留塔１０にて得られる酸素リッチ液体空気を窒素凝縮器１４の冷熱源として使用した後、成出した酸素リッチ空気を酸素精留塔２０のリボイラ２４の加熱源として使用し、それにより凝縮して成出した酸素リッチ液体空気を前記酸素精留塔２０の酸素原料及び還流液として使用することにより、窒素の回収率を維持しながら酸素を製造する方法Ｃが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭５４−１６３７９７号公報
【特許文献２】実開昭５５−１４０９９０号公報
【特許文献３】特許第３２０３１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、新規の酸素製造装置の設置では、経済的な負担が大きく、また、既存の窒素製造装置および新設の酸素製造装置の両方から副生された酸素ガスあるいは窒素ガスが廃出されることになり、エネルギーを含め非常に大きなロスが生じることとなる。
【０００８】
また、窒素製造装置に付帯的に酸素製造装置を設置する場合においても、上記のような従来法については、いくつかの課題があった。
【０００９】
つまり、方法Ａあるいは方法Ｂについては、いずれも窒素製造装置の原料空気を、また、方法Ｃについては、窒素精留塔の凝縮蒸発器（コンデンサ）での廃ガスを、酸素精留塔のリボイル源として利用しており、その液化温度に見合うまで酸素リッチ液化空気を減圧し、結果として酸素精留塔の運転圧が低下し発生する酸素ガスの圧力が低下することとなる。
また、既存の窒素製造装置に新規に酸素製造装置を付設する場合には、窒素製造装置の能力に影響を与えないような改造が容易でない。
【００１０】
従って、本発明の目的は、窒素製造プロセスにおける排出流体および副生流体を利用するとともに、もとの窒素製造プロセスに影響を与えることなく、有圧の酸素ガスおよび液化酸素ガスを効率的に製造する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す酸素製造装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１２】
本発明は、酸素製造装置であって、（１）窒素製造装置の酸素リッチ液化空気の一部を、窒素精留塔または窒素精留塔コンデンサから抜き出して、下部にリボイラを有するサブ精留塔中間段に導入し、（２）圧縮空気を前記サブ精留塔の下部リボイラに導入して該リボイラで液化空気を生成し、その一部を前記窒素精留塔に戻すとともに、残りを前記サブ精留塔の搭頂部に還流液として供給し、（３）前記サブ精留塔下部から酸素を製造する、ことを特徴とする。
【００１３】
つまり、本発明は、単に窒素製造装置と酸素製造装置の組合せではなく、双方で余剰となる部分を利用し合うとともに、そのときに双方が求める気液の状態あるいは温度および圧力とを合致させることで、非常に効率の高い窒素・酸素製造システム構成を目指したものである。窒素精留塔にサブ精留塔（酸素精留塔）を設置し、原料として窒素製造装置によって副生される酸素リッチ液化空気（以下「Ｒ／Ｌ」という）の一部をサブ精留塔中間段に導入するとともに、別途昇圧した空気をサブ精留塔下部のリボイラに導入し、液化した液体空気の一部（前記Ｒ／Ｌ相当量）は窒素精留塔に戻して残りをサブ精留塔頂部に還流液として供給することによって、もとの窒素製造装置に影響を与えることなく、酸素を効率的に製造することが可能となる。
【００１４】
具体的には、窒素製造装置からその副生物であるＲ／Ｌ（窒素製造装置にとっては、低濃度成分）をサブ精留塔に供給し、逆にサブ精留塔において生成した略同量の液化空気（窒素製造装置にとっては、上記Ｒ／Ｌよりも高濃度成分）の供給を受けることによって、窒素製造装置としてはその生産量を加増することができる。同時に、サブ精留塔にはＲ／Ｌ（酸素製造装置にとっては、高濃度成分）が供給され、上記液化空気の一部が還流されることによって、酸素製造装置としては少段数で高濃度酸素の製造が可能となる。このように、本発明によれば、窒素の製造と酸素の製造で両方のプロセスに対して同時補完的に原料や副生物などの利用を図ることが可能となる。
【００１５】
本発明は、上記酸素製造装置であって、前記サブ精留塔頂部からの窒素富化ガスを、酸素製造装置用の原料空気に合流、あるいは窒素精留塔の原料空気の一部またはリサイクル空気の一部に合流することを特徴とする。
【００１６】
空気を原料とした場合、物質収支の面からは、窒素製造装置からの酸素リッチな副生物が酸素の製造原料となり、酸素製造装置からの窒素リッチな副生物が窒素の製造原料となることによって、空気の導入量および廃ガス排出量を軽減することができることが好ましい。さらに理想的には、そうした還流時の供給元の状態が、供給先が求める気液の状態あるいは温度および圧力と合致することによって、非常に効率の高い窒素・酸素製造システムを構成することができる。本発明においては、サブ精留塔頂部からの冷却・加圧状態の窒素富化ガスを、原料となる圧縮空気あるいは原料にも利用されるリサイクル空気に合流させることによって、窒素の収率の向上を図ることができるとともに、エネルギー的にも原料空気の処理工程における付加を軽減することができるという優れた効果を生み出すことができる。従って、もとの窒素製造プロセスに影響を与えることなく、酸素を効率的に製造する装置を提供することが可能となる。ここで、リサイクル空気（ＲＡ）とは、本明細書では、酸素分が２１Ｖｏｌ％以下の場合を含み使用される。
【００１７】
本発明は、上記酸素製造装置であって、前記酸素リッチ液化空気の一部を加圧手段によって圧縮し、前記サブ精留塔に供給することを特徴とする。
【００１８】
上述のように、従来の窒素製造装置に付加される酸素製造装置からは、有圧の酸素の要請に対応することが困難であった。本発明においては、上記のように、窒素精留塔からのＲ／Ｌを昇圧された状態でサブ精留塔に供給することによって、効率よく精留が行われ、かつ有圧の酸素ガスあるいは液化酸素を製造することが可能となる。ここで、窒素精留塔からのＲ／Ｌを原料とすることで多少の加圧状態にはなっているが、さらなる昇圧のためには、本発明のように、加圧手段によって圧縮し、前記サブ精留塔に供給することが好ましい。
【００１９】
本発明は、上記酸素製造装置であって、前記サブ精留塔下部から一部の液化酸素を抜き出した後、蒸発して、酸素ガスを製造することを特徴とする。
【００２０】
酸素ガスのみを産出する場合にはサブ精留塔下部に炭化水素等が濃縮し爆発する恐れがある。これは、サブ精留塔下部から一部の液化酸素を抜き出すことにより防止される。この液化酸素の寒冷は原料あるいは中間生成物との熱交換に生かすことによって、さらにエネルギー効率の高い酸素ガスの製造が可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
上記のように、本発明によれば、単に窒素製造装置と酸素製造装置の組合せではなく、双方で余剰となる部分を利用し合うとともに、そのときに双方が求める気液の状態あるいは温度および圧力とを合致させることで、非常に効率の高い窒素・酸素製造システムを構成することが可能となる。つまり、窒素製造プロセスにおける排出流体および副生流体を利用するとともに、もとの窒素製造プロセスに影響を与えることなく、有圧の酸素を効率的に製造する装置を提供することができる。
【００２２】
特に、既設の窒素製造装置に酸素製造プロセスを付設する場合において、窒素製造装置の改造をほとんどすることなく、効率の高い酸素製造装置を提供することができる点、従来にない優位性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１に、本発明に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の１の構成例を示す。窒素製造プロセスＮと酸素製造プロセスＰとが、主として窒素製造プロセスＮからのＲ／Ｌ供給路と酸素製造プロセスＰからの液化空気供給路によって結合した構成である。例えば既設の窒素製造プロセスＮに酸素製造プロセスＰを付設した場合に適用することが可能である。
【００２５】
窒素製造プロセスＮにおいては、原料空気供給手段（ＭＡＣ）１によって加圧状態となって原料空気精製手段（ＡＰＵ）２を介して供給された空気を、後述の圧縮手段（ＲＡＣ）４からのリサイクル空気とともに、空気分離手段３に導入し、高純度窒素（ＧＮ２）を生成する。また、廃ガス（ＷＧ）が生成され、リサイクル空気が戻される。このとき、空気分離手段３からＲ／Ｌを取り出し、酸素製造の原料として酸素製造プロセスＰに供給される。リサイクル空気の一部（Ｇ．Ａｉｒで示す）は、リボイラの温熱源として酸素製造プロセスＰに供給され、それ以外は、窒素製造のリサイクル原料として還流するため上記ＡＰＵ２で処理後の原料空気と合流される。ＷＧについては、熱交換手段（図示せず）に導入して常温に戻され、ＡＰＵ２の再生ガスに利用された後排出される。
【００２６】
一方、酸素製造プロセスＰにおいては、供給されたＲ／Ｌを加圧手段５によって圧縮し、原料としてコールドボックス６に導入され、所定の処理工程を経て、高純度酸素ガス（ＧＯ２）および高純度液化酸素（図示せず）を生成する。前記Ｇ．Ａｉｒは酸素製造プロセスＰから帰還したリサイクル空気（ＲＡ）とともに圧縮手段７によって圧縮後コールドボックス６に供給される。このとき、副生物として生成する酸素２１％以下の窒素リッチ液化空気（Ｌ．Ａｉｒ）は、Ｒ／Ｌおよびリサイクル空気の補充として、窒素製造プロセスＰに戻される。なお、図１では、加圧手段５として加圧ポンプのような機械的手段を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば液ヘッドを利用することも可能である。
【００２７】
以上のように、本装置によれば、窒素の製造プロセスと酸素の製造プロセスの両方に対して、同時補完的に原料や副生物などの利用を図ることが可能となる。
【００２８】
また、上記は、別々に各プロセスにおける原料、生成物および副生成物について述べたが、これを両者が一体化した空気分離プロセスとして捉えることも可能である。つまり、製品製造工程からすれば、第１工程においてＭＡＣ１およびＡＰＵ２によって圧縮・精製された原料空気から、空気分離手段３によって窒素を抽出する。第２工程では、その残余を加圧手段５によって圧縮後コールドボックス６によって酸素を抽出し、その残余を再度空気分離手段３に還流する。これによって非常に原料を効率的に利用することができる。また、リサイクル空気に関しても、窒素製造プロセス用ＲＡＣ４と酸素製造プロセス用ＲＡＣ７を上手く組み合わせることにより有効利用を図ることができる。
【００２９】
なお、図１では酸素製造プロセスＰのリサイクル空気の補充用ガスとして窒素製造プロセスＮの高圧リサイクル空気の一部を利用する場合を示した。製品窒素および製品酸素の圧力の関係によっては窒素製造プロセスＮの低圧リサイクル空気の一部を利用することもできる。また、窒素製造プロセスＮの原料空気の一部を利用したり、新たに、酸素製造プロセスＰ用原料空気圧縮手段および原料空気精製手段を追加し、これらで処理後の圧縮空気を利用することも可能である。
【００３０】
本発明に係る酸素製造装置の１の実施形態の詳細を、図２に例示する。既設の高回収型窒素製造装置（例えば高純度窒素生産量１５，０００Ｎｍ３／ｈｒとする）に、この酸素製造プロセスＰ（例えば高純度酸素生産量３，０００Ｎｍ３／ｈｒ，０．５ＭＰａＡとする）を併設した場合を例にとって説明する。
【００３１】
（１）窒素製造プロセスＮから供出された、例えば酸素濃度約８０．８％のＲ／Ｌ約３，６２５Ｎｍ３／ｈｒを、昇圧ポンプによって０．５３ＭＰａＡまで圧縮し、サブ精留搭（酸素精留塔）８の中間段に導入する。
【００３２】
（２）サブ精留塔８の下部にはリボイラ９が設置され、窒素製造プロセスＮから戻されたＧ．Ａｉｒを含む約７，０００Ｎｍ３／ｈｒの空気（ＲＡ、酸素２１％以下のリサイクルガス）が、リボイラ９の温熱源として供給される。ＲＡは、圧縮手段７によって約１．５２ＭＰａＡに加圧され（高圧ＲＡ）、熱交換器１０（図２では１０ａおよび１０ｂが相当）を介して露点（ＤＰ）付近まで冷却された後、リボイラ９に導入される。これは、サブ精留塔８のリボイラ９において、塔底液（液酸）の蒸発に使われ、自らは液化し、約７，０００Ｎｍ３／ｈｒの高圧の液化空気が生成する。
【００３３】
（３）該高圧の液化空気の内、約４，０７２Ｎｍ３／ｈｒは、Ｒ／Ｌに相当する寒冷源Ｌ．Ａｉｒとして窒素製造プロセスＮに戻される。残りの約２，９２８Ｎｍ３／ｈｒは、サブ精留塔８の塔頂部へ還流液として供給される。
【００３４】
（４）サブ精留塔８では、上記塔頂の還流液、中間段に導入されたＲ／Ｌは塔内を流下し、サブ精留塔８の塔底部からの上昇蒸気と気液接触することにより精留され、塔底には液体酸素が生成される。このとき、サブ精留塔８の塔底部からは約３，１０７Ｎｍ３／ｈｒの９５％酸素ガスと約５０Ｎｍ３／ｈｒの炭化水素等濃縮防止用液化９７．５％酸素が取り出される。また、サブ精留塔８の塔頂部からは、約３，３９６Ｎｍ３／ｈｒの中圧のリサイクル空気が取り出される。
【００３５】
（５）上記酸素ガスおよび液化酸素は、上記高圧ＲＡと向流する熱交換器１０（図２では１０ａおよび１０ｂが相当）によって常温まで加熱され、ＧＯ２として供出される。また、中圧の空気も同様に熱交換器１０ａによって常温まで加熱され、本システムでは上記ＲＡの一部としリサイクル利用される。一方、図２では、高圧ＲＡは２つの流路に分岐して、熱交換器１０ａおよび１０ｂにおいて放熱し冷却された後、再度合流してリボイラ９に導入する方法を例示した。
【００３６】
（６）以上によって、本発明の酸素製造装置は、既設の窒素製造装置と非常に効率よく機能する組合せを形成することができる。
【００３７】
例示した数値をもとに、本装置の必要電力を概算すると、圧縮手段７における消費電力３９１ｋＷ（７，０００Ｎｍ３／ｈのＲＡを０．５ＭＰａＡから１．５２ＭｐａＡまで圧縮）加圧手段５（加圧ポンプ）における消費電力１ｋＷ以下、原料空気（Ｇ．Ａｉｒ）の圧縮動力４１７ｋＷ（３，６０４Ｎｍ３／ｈを大気圧から１ＭＰａＡまで圧縮）合計約８０９ｋＷ程度であり、純酸素ベースの原単位としては約０．２７ｋＷ／Ｎｍ３となる。通常このサイズの酸素分離装置に必要とされる電力は、０．４５〜０．５ｋＷ／Ｎｍ３といわれる。従って、本装置におけるこの数値は、酸素を０．５３ＭＰａＡまで圧縮する動力を含んでいるにもかかわらず、通常の装置に比べはるかに低く、優位性を示している。
【００３８】
次に、図３に、本発明に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の他の構成例を示す。新設の窒素製造装置に、この酸素製造プロセスＰを応用した場合を例にとって説明する。
【００３９】
基本的には上記１の実施形態と同様であるが、窒素製造プロセスの具体例を明示し、主熱交換器などが統合されている点相違する。図３に基づいて、本発明に係る酸素製造装置を上記１の構成例と相違する点を中心に説明する。
【００４０】
原料空気は、フィルター（図示せず）で除塵後、ＭＡＣ１ａで約１ＭＰａＡに圧縮され、常温精製部（図示せず）で不純物を除去、リサイクル空気と合流後、熱交換器１０ａで後述する冷媒との間接熱交換によりほぼ液化温度まで冷却されて、窒素精留塔１２の中圧精留部Ａ下部へ供給される。
【００４１】
中圧精留部Ａへ供給された原料空気は中圧精留部Ａの中を上昇して、上方から流下する液体窒素を主成分とする還流液と向流し気液接触を行う。これによって、気相中の酸素が還流液の中に溶け込み、他方、還流液中の窒素が気化して気相中に放出される。この結果、中圧精留部Ａの上部には窒素ガスが溜まり、中圧精留部Ａの下部には液体空気が溜まる。該液体空気は取り出され、約０．４ＭＰａＡに膨張後、補助精留部Ｂ上部へ還流液として供給される。
【００４２】
中圧精留部Ａの上部に溜まった窒素ガスの一部は、中圧精留部Ａから供出され、熱交換器１０ａに導入され、原料空気と熱交換され常温となり、原料空気よりわずかに圧力の低い製品窒素ガスＧＮ２として供給される。
【００４３】
中圧精留部Ａの上部に溜まった窒素ガスの残部は、窒素凝縮器１３に導入され、冷媒としての酸素リッチ液体空気（Ｒ／Ｌ）との間接熱交換により冷却され、凝縮した液体窒素は、還流液として戻される。
【００４４】
補助精留部Ｂでは、上記液体空気を元に精留が行われ底部に酸素リッチ液体Ｒ／Ｌが生成される。その一部は、上記窒素凝縮器１３に冷媒として導入され、自らは蒸発気化される。気化された酸素リッチガスの一部は、塔内の上昇蒸気となる。また、その残部は補助精留部Ｂ下部から取り出され、中間温度に加温後、膨張タービンＥＴに供給される。膨張タービンＥＴを出た酸素リッチガスは、上記熱交換器１０ａで加温され、本プロセスの寒冷源の一部として使われた後、常温精製部（図示せず）の再生手段に利用される。
【００４５】
補助精留部Ｂの塔頂部からはリサイクル空気が戻される。リサイクル空気は、熱交換器１０ａに導入し、ここで冷媒として原料空気の冷却に使用して常温に戻され、圧縮手段４で圧縮された後、分岐される。分岐された一方は、前述の如く原料空気と合流され、残りのリサイクル空気は、後述の酸素精留塔８塔頂部から帰還したリサイクル空気とともに、さらに圧縮手段７によって圧縮され、酸素精留塔８下部のリボイラ９に供給される。
【００４６】
窒素精留塔１２において冷媒として用いられたＲ／Ｌは、その一部を取り出し、さらに加圧手段５によって約０．５３ＭＰａＡに圧縮された後、酸素精留塔８の中間段に供給される。酸素精留塔８では還流液として流下し、下方から上昇する気体と向流気液接触により低沸点成分を放出し、酸素濃度を高めて酸素精留塔８の下部に溜まる。酸素精留塔８の下部にはリボイラ９が設置されていて、加熱源として上記ＲＡが圧縮されて導入される。そして、酸素精留塔８の下部に溜まった液体を加熱し、酸素と共に酸素より低沸点の成分（アルゴン、一酸化炭素、窒素等）を選択的に気化させて酸素精留塔８を上昇させる。
【００４７】
また、リボイラ９の温熱源として使用された高圧ＲＡは、リボイラ９で凝縮し高圧の液化空気を形成する。これをリボイラ９から取り出して分岐し、一方は、酸素精留塔８の上部に導入され、酸素精留塔８の還流液となる。他方は、Ｒ／Ｌに相当する寒冷源として窒素精留塔１２に戻される。
【００４８】
この結果、酸素精留塔８の上部には酸素より低沸点の成分を含む窒素ガスが溜まり、酸素精留塔８の下部には酸素ガスおよび液体酸素が溜まる。酸素精留塔８の上部に溜まった窒素チッチガスは、塔頂部から排出され、冷媒として熱交換器１０ａに導入された後リサイクル空気として利用される。一方、酸素精留塔８の下部に溜まった酸素ガスは、熱交換器１０ａで熱交換され常温に戻される。また、液体酸素はサブ熱交換器１０ｂで気化され上記酸素ガスと合流し、製品酸素ガスＧＯ２として使用先に供給される。
【００４９】
以上のように、本発明の酸素製造装置は、既設の窒素製造設備に付設する場合だけでなく、新設の酸素・窒素製造装置を設置する場合においても適用することが可能であり、また、既設の酸素製造ラインの置き換えにも適用可能である。
【００５０】
また、上記においては、窒素製造プロセスとして空気リサイクルを用いた複精留塔による場合を説明したが、他の、例えば、単精留塔によるプロセスにも利用できる。この場合、Ｒ／Ｌは、窒素精留塔のコンデンサから抜き出して酸素製造プロセスＰに引渡し、酸素製造プロセスＰで生成したＬ．Ａｉｒは、膨張後、窒素精留塔のコンデンサに戻すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の酸素製造装置は既設・新設を問わず利用できる。また、実施形態の説明では、低純度酸素の生成の数値例を示したが、これに限定されるものでない。また、組み合わせる窒素製造プロセスの方式に自由度があり、高い汎用性を有する技術といえる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の１の構成例を示す説明図
【図２】上記構成例の詳細を示す説明図
【図３】本発明に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の他の構成例を示す説明図
【図４】従来技術に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の第１の構成例を示す説明図
【図５】従来技術に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の第２の構成例を示す説明図
【図６】従来技術に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の第３の構成例を示す説明図
【符号の説明】
【００５３】
１、１ａ 原料空気供給手段（ＭＡＣ）
２ 原料空気精製手段（ＡＰＵ）
３ 空気分離手段
４、７ 圧縮手段
５ 加圧手段
６ コールドボックス
８ サブ精留塔（酸素精留搭）
９ リボイラ
１０ａ、１０ｂ 熱交換器
１１ａ、１１ｂ 調整弁
１２ 窒素精留搭
１３ 窒素凝縮器
Ｎ 窒素製造プロセス
Ｐ 酸素製造プロセス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素製造装置に関するもので、特に、窒素製造プロセスにおける排出流体および副生流体を利用して酸素ガスおよび液化酸素を効率的に製造するために有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸素の製造装置としては、低温空気分離プラントは広く知られており、一般に複数の蒸留塔を使用して順次分離効率を上げて、最終製品として、主として窒素、酸素及びアルゴンを生産している。一方、半導体プロセスを含めた窒素の需要は、酸素などに比べ非常に大きく、市場での使用量と生産量とのバランスから、窒素製造装置が多く用いられている。窒素製造装置では、主として空気を原料とし、圧縮・精製プロセスを経由して窒素ガスおよび液化窒素を効率的に製造するとともに、酸素分を豊富に含んだ清浄ガスを廃ガスとして排出していた。
【０００３】
しかしながら、当初窒素のみの需要が主である工場あるいは地域であっても、既存の窒素製造装置の近傍に酸素の需要が現れる場合があり、上記の窒素製造装置からの廃ガス等を有効に生かした酸素製造装置の設置、あるいは別途新たな原料空気を利用し常温分離法や深冷分離法などによる酸素製造装置の設置を行っていた。
【０００４】
既存の窒素製造装置を利用した方法としては、１つには、図４に例示するように、原料空気と液化酸素を熱交換させて上昇ガスを作る副凝縮器（リボイラ）７を内蔵した副精留塔８を設け、該副精留塔８に凝縮器５の液化空気の一部を導くとともに原料空気の一部を上記副凝縮器（リボイラ）７に導くようにしたことによって少量の酸素ガスおよび液化酸素を採取する方法Ａが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、図５に例示するように、底部に蒸発器（リボイラ）７を有する副精留塔３を設け、該塔上部に、窒素製造用単式精留塔１の底部より該塔用凝縮蒸発器２に供給される液化空気の一部が供給されるように導管により連絡するとともに、副精留塔３の底部の蒸発器（リボイラ）７の一端は、前記単式精留塔１の下部の空気供給導管と、他端は、弁を介して前記単式精留塔用凝縮蒸発器２へ導入される液体空気用導管と連設して酸素ガスおよび液化酸素を採取する方法Ｂが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、図６に例示するように、原料空気中の水分及び炭酸ガスを除去した後の原料空気の全量を窒素精留塔１０内に導入して冷却液化させ、この窒素精留塔１０から製品としての窒素を採取し、前記窒素精留塔１０にて得られる酸素リッチ液体空気を窒素凝縮器１４の冷熱源として使用した後、成出した酸素リッチ空気を酸素精留塔２０のリボイラ２４の加熱源として使用し、それにより凝縮して成出した酸素リッチ液体空気を前記酸素精留塔２０の酸素原料及び還流液として使用することにより、窒素の回収率を維持しながら酸素を製造する方法Ｃが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開昭５４−１６３７９７号公報
【特許文献２】実開昭５５−１４０９９０号公報
【特許文献３】特許第３２０３１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、新規の酸素製造装置の設置では、経済的な負担が大きく、また、既存の窒素製造装置および新設の酸素製造装置の両方から副生された酸素ガスあるいは窒素ガスが廃出されることになり、エネルギーを含め非常に大きなロスが生じることとなる。
【０００８】
また、窒素製造装置に付帯的に酸素製造装置を設置する場合においても、上記のような従来法については、いくつかの課題があった。
【０００９】
つまり、方法Ａあるいは方法Ｂについては、いずれも窒素製造装置の原料空気を、また、方法Ｃについては、窒素精留塔の凝縮蒸発器（コンデンサ）での廃ガスを、酸素精留塔のリボイル源として利用しており、その液化温度に見合うまで酸素リッチ液化空気を減圧し、結果として酸素精留塔の運転圧が低下し発生する酸素ガスの圧力が低下することとなる。
また、既存の窒素製造装置に新規に酸素製造装置を付設する場合には、窒素製造装置の能力に影響を与えないような改造が容易でない。
【００１０】
従って、本発明の目的は、窒素製造プロセスにおける排出流体および副生流体を利用するとともに、もとの窒素製造プロセスに影響を与えることなく、有圧の酸素ガスおよび液化酸素ガスを効率的に製造する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す酸素製造装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１２】
本発明は、酸素製造装置であって、（１）窒素製造装置の酸素リッチ液化空気の一部を、窒素精留塔または窒素精留塔コンデンサから抜き出して、下部にリボイラを有するサブ精留塔中間段に導入し、（２）圧縮空気を前記サブ精留塔の下部リボイラに導入して該リボイラで液化空気を生成し、その一部を前記窒素精留塔に戻すとともに、残りを前記サブ精留塔の搭頂部に還流液として供給し、（３）前記サブ精留塔下部から酸素を製造する、ことを特徴とする。
【００１３】
つまり、本発明は、単に窒素製造装置と酸素製造装置の組合せではなく、双方で余剰となる部分を利用し合うとともに、そのときに双方が求める気液の状態あるいは温度および圧力とを合致させることで、非常に効率の高い窒素・酸素製造システム構成を目指したものである。窒素精留塔にサブ精留塔（酸素精留塔）を設置し、原料として窒素製造装置によって副生される酸素リッチ液化空気（以下「Ｒ／Ｌ」という）の一部をサブ精留塔中間段に導入するとともに、別途昇圧した空気をサブ精留塔下部のリボイラに導入し、液化した液体空気の一部（前記Ｒ／Ｌ相当量）は窒素精留塔に戻して残りをサブ精留塔頂部に還流液として供給することによって、もとの窒素製造装置に影響を与えることなく、酸素を効率的に製造することが可能となる。
【００１４】
具体的には、窒素製造装置からその副生物であるＲ／Ｌ（窒素製造装置にとっては、低濃度成分）をサブ精留塔に供給し、逆にサブ精留塔において生成した略同量の液化空気（窒素製造装置にとっては、上記Ｒ／Ｌよりも高濃度成分）の供給を受けることによって、窒素製造装置としてはその生産量を加増することができる。同時に、サブ精留塔にはＲ／Ｌ（酸素製造装置にとっては、高濃度成分）が供給され、上記液化空気の一部が還流されることによって、酸素製造装置としては少段数で高濃度酸素の製造が可能となる。このように、本発明によれば、窒素の製造と酸素の製造で両方のプロセスに対して同時補完的に原料や副生物などの利用を図ることが可能となる。
【００１５】
本発明は、上記酸素製造装置であって、前記サブ精留塔頂部からの窒素富化ガスを、酸素製造装置用の原料空気に合流、あるいは窒素精留塔の原料空気の一部またはリサイクル空気の一部に合流することを特徴とする。
【００１６】
空気を原料とした場合、物質収支の面からは、窒素製造装置からの酸素リッチな副生物が酸素の製造原料となり、酸素製造装置からの窒素リッチな副生物が窒素の製造原料となることによって、空気の導入量および廃ガス排出量を軽減することができることが好ましい。さらに理想的には、そうした還流時の供給元の状態が、供給先が求める気液の状態あるいは温度および圧力と合致することによって、非常に効率の高い窒素・酸素製造システムを構成することができる。本発明においては、サブ精留塔頂部からの冷却・加圧状態の窒素富化ガスを、原料となる圧縮空気あるいは原料にも利用されるリサイクル空気に合流させることによって、窒素の収率の向上を図ることができるとともに、エネルギー的にも原料空気の処理工程における付加を軽減することができるという優れた効果を生み出すことができる。従って、もとの窒素製造プロセスに影響を与えることなく、酸素を効率的に製造する装置を提供することが可能となる。ここで、リサイクル空気（ＲＡ）とは、本明細書では、酸素分が２１Ｖｏｌ％以下の場合を含み使用される。
【００１７】
本発明は、上記酸素製造装置であって、前記酸素リッチ液化空気の一部を加圧手段によって圧縮し、前記サブ精留塔に供給することを特徴とする。
【００１８】
上述のように、従来の窒素製造装置に付加される酸素製造装置からは、有圧の酸素の要請に対応することが困難であった。本発明においては、上記のように、窒素精留塔からのＲ／Ｌを昇圧された状態でサブ精留塔に供給することによって、効率よく精留が行われ、かつ有圧の酸素ガスあるいは液化酸素を製造することが可能となる。ここで、窒素精留塔からのＲ／Ｌを原料とすることで多少の加圧状態にはなっているが、さらなる昇圧のためには、本発明のように、加圧手段によって圧縮し、前記サブ精留塔に供給することが好ましい。
【００１９】
本発明は、上記酸素製造装置であって、前記サブ精留塔下部から一部の液化酸素を抜き出した後、蒸発して、酸素ガスを製造することを特徴とする。
【００２０】
酸素ガスのみを産出する場合にはサブ精留塔下部に炭化水素等が濃縮し爆発する恐れがある。これは、サブ精留塔下部から一部の液化酸素を抜き出すことにより防止される。この液化酸素の寒冷は原料あるいは中間生成物との熱交換に生かすことによって、さらにエネルギー効率の高い酸素ガスの製造が可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
上記のように、本発明によれば、単に窒素製造装置と酸素製造装置の組合せではなく、双方で余剰となる部分を利用し合うとともに、そのときに双方が求める気液の状態あるいは温度および圧力とを合致させることで、非常に効率の高い窒素・酸素製造システムを構成することが可能となる。つまり、窒素製造プロセスにおける排出流体および副生流体を利用するとともに、もとの窒素製造プロセスに影響を与えることなく、有圧の酸素を効率的に製造する装置を提供することができる。
【００２２】
特に、既設の窒素製造装置に酸素製造プロセスを付設する場合において、窒素製造装置の改造をほとんどすることなく、効率の高い酸素製造装置を提供することができる点、従来にない優位性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１に、本発明に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の１の構成例を示す。窒素製造プロセスＮと酸素製造プロセスＰとが、主として窒素製造プロセスＮからのＲ／Ｌ供給路と酸素製造プロセスＰからの液化空気供給路によって結合した構成である。例えば既設の窒素製造プロセスＮに酸素製造プロセスＰを付設した場合に適用することが可能である。
【００２５】
窒素製造プロセスＮにおいては、原料空気供給手段（ＭＡＣ）１によって加圧状態となって原料空気精製手段（ＡＰＵ）２を介して供給された空気を、後述の圧縮手段（ＲＡＣ）４からのリサイクル空気とともに、空気分離手段３に導入し、高純度窒素（ＧＮ２）を生成する。また、廃ガス（ＷＧ）が生成され、リサイクル空気が戻される。このとき、空気分離手段３からＲ／Ｌを取り出し、酸素製造の原料として酸素製造プロセスＰに供給される。リサイクル空気の一部（Ｇ．Ａｉｒで示す）は、リボイラの温熱源として酸素製造プロセスＰに供給され、それ以外は、窒素製造のリサイクル原料として還流するため上記ＡＰＵ２で処理後の原料空気と合流される。ＷＧについては、熱交換手段（図示せず）に導入して常温に戻され、ＡＰＵ２の再生ガスに利用された後排出される。
【００２６】
一方、酸素製造プロセスＰにおいては、供給されたＲ／Ｌを加圧手段５によって圧縮し、原料としてコールドボックス６に導入され、所定の処理工程を経て、高純度酸素ガス（ＧＯ２）および高純度液化酸素（図示せず）を生成する。前記Ｇ．Ａｉｒは酸素製造プロセスＰから帰還したリサイクル空気（ＲＡ）とともに圧縮手段７によって圧縮後コールドボックス６に供給される。このとき、副生物として生成する酸素２１％以下の窒素リッチ液化空気（Ｌ．Ａｉｒ）は、Ｒ／Ｌおよびリサイクル空気の補充として、窒素製造プロセスＰに戻される。なお、図１では、加圧手段５として加圧ポンプのような機械的手段を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば液ヘッドを利用することも可能である。
【００２７】
以上のように、本装置によれば、窒素の製造プロセスと酸素の製造プロセスの両方に対して、同時補完的に原料や副生物などの利用を図ることが可能となる。
【００２８】
また、上記は、別々に各プロセスにおける原料、生成物および副生成物について述べたが、これを両者が一体化した空気分離プロセスとして捉えることも可能である。つまり、製品製造工程からすれば、第１工程においてＭＡＣ１およびＡＰＵ２によって圧縮・精製された原料空気から、空気分離手段３によって窒素を抽出する。第２工程では、その残余を加圧手段５によって圧縮後コールドボックス６によって酸素を抽出し、その残余を再度空気分離手段３に還流する。これによって非常に原料を効率的に利用することができる。また、リサイクル空気に関しても、窒素製造プロセス用ＲＡＣ４と酸素製造プロセス用ＲＡＣ７を上手く組み合わせることにより有効利用を図ることができる。
【００２９】
なお、図１では酸素製造プロセスＰのリサイクル空気の補充用ガスとして窒素製造プロセスＮの高圧リサイクル空気の一部を利用する場合を示した。製品窒素および製品酸素の圧力の関係によっては窒素製造プロセスＮの低圧リサイクル空気の一部を利用することもできる。また、窒素製造プロセスＮの原料空気の一部を利用したり、新たに、酸素製造プロセスＰ用原料空気圧縮手段および原料空気精製手段を追加し、これらで処理後の圧縮空気を利用することも可能である。
【００３０】
本発明に係る酸素製造装置の１の実施形態の詳細を、図２に例示する。既設の高回収型窒素製造装置（例えば高純度窒素生産量１５，０００Ｎｍ３／ｈｒとする）に、この酸素製造プロセスＰ（例えば高純度酸素生産量３，０００Ｎｍ３／ｈｒ，０．５ＭＰａＡとする）を併設した場合を例にとって説明する。
【００３１】
（１）窒素製造プロセスＮから供出された、例えば酸素濃度約８０．８％のＲ／Ｌ約３，６２５Ｎｍ３／ｈｒを、昇圧ポンプによって０．５３ＭＰａＡまで圧縮し、サブ精留搭（酸素精留塔）８の中間段に導入する。
【００３２】
（２）サブ精留塔８の下部にはリボイラ９が設置され、窒素製造プロセスＮから戻されたＧ．Ａｉｒを含む約７，０００Ｎｍ３／ｈｒの空気（ＲＡ、酸素２１％以下のリサイクルガス）が、リボイラ９の温熱源として供給される。ＲＡは、圧縮手段７によって約１．５２ＭＰａＡに加圧され（高圧ＲＡ）、熱交換器１０（図２では１０ａおよび１０ｂが相当）を介して露点（ＤＰ）付近まで冷却された後、リボイラ９に導入される。これは、サブ精留塔８のリボイラ９において、塔底液（液酸）の蒸発に使われ、自らは液化し、約７，０００Ｎｍ３／ｈｒの高圧の液化空気が生成する。
【００３３】
（３）該高圧の液化空気の内、約４，０７２Ｎｍ３／ｈｒは、Ｒ／Ｌに相当する寒冷源Ｌ．Ａｉｒとして窒素製造プロセスＮに戻される。残りの約２，９２８Ｎｍ３／ｈｒは、サブ精留塔８の塔頂部へ還流液として供給される。
【００３４】
（４）サブ精留塔８では、上記塔頂の還流液、中間段に導入されたＲ／Ｌは塔内を流下し、サブ精留塔８の塔底部からの上昇蒸気と気液接触することにより精留され、塔底には液体酸素が生成される。このとき、サブ精留塔８の塔底部からは約３，１０７Ｎｍ３／ｈｒの９５％酸素ガスと約５０Ｎｍ３／ｈｒの炭化水素等濃縮防止用液化９７．５％酸素が取り出される。また、サブ精留塔８の塔頂部からは、約３，３９６Ｎｍ３／ｈｒの中圧のリサイクル空気が取り出される。
【００３５】
（５）上記酸素ガスおよび液化酸素は、上記高圧ＲＡと向流する熱交換器１０（図２では１０ａおよび１０ｂが相当）によって常温まで加熱され、ＧＯ２として供出される。また、中圧の空気も同様に熱交換器１０ａによって常温まで加熱され、本システムでは上記ＲＡの一部としリサイクル利用される。一方、図２では、高圧ＲＡは２つの流路に分岐して、熱交換器１０ａおよび１０ｂにおいて放熱し冷却された後、再度合流してリボイラ９に導入する方法を例示した。
【００３６】
（６）以上によって、本発明の酸素製造装置は、既設の窒素製造装置と非常に効率よく機能する組合せを形成することができる。
【００３７】
例示した数値をもとに、本装置の必要電力を概算すると、圧縮手段７における消費電力３９１ｋＷ（７，０００Ｎｍ３／ｈのＲＡを０．５ＭＰａＡから１．５２ＭｐａＡまで圧縮）加圧手段５（加圧ポンプ）における消費電力１ｋＷ以下、原料空気（Ｇ．Ａｉｒ）の圧縮動力４１７ｋＷ（３，６０４Ｎｍ３／ｈを大気圧から１ＭＰａＡまで圧縮）合計約８０９ｋＷ程度であり、純酸素ベースの原単位としては約０．２７ｋＷ／Ｎｍ３となる。通常このサイズの酸素分離装置に必要とされる電力は、０．４５〜０．５ｋＷ／Ｎｍ３といわれる。従って、本装置におけるこの数値は、酸素を０．５３ＭＰａＡまで圧縮する動力を含んでいるにもかかわらず、通常の装置に比べはるかに低く、優位性を示している。
【００３８】
次に、図３に、本発明に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の他の構成例を示す。新設の窒素製造装置に、この酸素製造プロセスＰを応用した場合を例にとって説明する。
【００３９】
基本的には上記１の実施形態と同様であるが、窒素製造プロセスの具体例を明示し、主熱交換器などが統合されている点相違する。図３に基づいて、本発明に係る酸素製造装置を上記１の構成例と相違する点を中心に説明する。
【００４０】
原料空気は、フィルター（図示せず）で除塵後、ＭＡＣ１ａで約１ＭＰａＡに圧縮され、常温精製部（図示せず）で不純物を除去、リサイクル空気と合流後、熱交換器１０ａで後述する冷媒との間接熱交換によりほぼ液化温度まで冷却されて、窒素精留塔１２の中圧精留部Ａ下部へ供給される。
【００４１】
中圧精留部Ａへ供給された原料空気は中圧精留部Ａの中を上昇して、上方から流下する液体窒素を主成分とする還流液と向流し気液接触を行う。これによって、気相中の酸素が還流液の中に溶け込み、他方、還流液中の窒素が気化して気相中に放出される。この結果、中圧精留部Ａの上部には窒素ガスが溜まり、中圧精留部Ａの下部には液体空気が溜まる。該液体空気は取り出され、約０．４ＭＰａＡに膨張後、補助精留部Ｂ上部へ還流液として供給される。
【００４２】
中圧精留部Ａの上部に溜まった窒素ガスの一部は、中圧精留部Ａから供出され、熱交換器１０ａに導入され、原料空気と熱交換され常温となり、原料空気よりわずかに圧力の低い製品窒素ガスＧＮ２として供給される。
【００４３】
中圧精留部Ａの上部に溜まった窒素ガスの残部は、窒素凝縮器１３に導入され、冷媒としての酸素リッチ液体空気（Ｒ／Ｌ）との間接熱交換により冷却され、凝縮した液体窒素は、還流液として戻される。
【００４４】
補助精留部Ｂでは、上記液体空気を元に精留が行われ底部に酸素リッチ液体Ｒ／Ｌが生成される。その一部は、上記窒素凝縮器１３に冷媒として導入され、自らは蒸発気化される。気化された酸素リッチガスの一部は、塔内の上昇蒸気となる。また、その残部は補助精留部Ｂ下部から取り出され、中間温度に加温後、膨張タービンＥＴに供給される。膨張タービンＥＴを出た酸素リッチガスは、上記熱交換器１０ａで加温され、本プロセスの寒冷源の一部として使われた後、常温精製部（図示せず）の再生手段に利用される。
【００４５】
補助精留部Ｂの塔頂部からはリサイクル空気が戻される。リサイクル空気は、熱交換器１０ａに導入し、ここで冷媒として原料空気の冷却に使用して常温に戻され、圧縮手段４で圧縮された後、分岐される。分岐された一方は、前述の如く原料空気と合流され、残りのリサイクル空気は、後述の酸素精留塔８塔頂部から帰還したリサイクル空気とともに、さらに圧縮手段７によって圧縮され、酸素精留塔８下部のリボイラ９に供給される。
【００４６】
窒素精留塔１２において冷媒として用いられたＲ／Ｌは、その一部を取り出し、さらに加圧手段５によって約０．５３ＭＰａＡに圧縮された後、酸素精留塔８の中間段に供給される。酸素精留塔８では還流液として流下し、下方から上昇する気体と向流気液接触により低沸点成分を放出し、酸素濃度を高めて酸素精留塔８の下部に溜まる。酸素精留塔８の下部にはリボイラ９が設置されていて、加熱源として上記ＲＡが圧縮されて導入される。そして、酸素精留塔８の下部に溜まった液体を加熱し、酸素と共に酸素より低沸点の成分（アルゴン、一酸化炭素、窒素等）を選択的に気化させて酸素精留塔８を上昇させる。
【００４７】
また、リボイラ９の温熱源として使用された高圧ＲＡは、リボイラ９で凝縮し高圧の液化空気を形成する。これをリボイラ９から取り出して分岐し、一方は、酸素精留塔８の上部に導入され、酸素精留塔８の還流液となる。他方は、Ｒ／Ｌに相当する寒冷源として窒素精留塔１２に戻される。
【００４８】
この結果、酸素精留塔８の上部には酸素より低沸点の成分を含む窒素ガスが溜まり、酸素精留塔８の下部には酸素ガスおよび液体酸素が溜まる。酸素精留塔８の上部に溜まった窒素チッチガスは、塔頂部から排出され、冷媒として熱交換器１０ａに導入された後リサイクル空気として利用される。一方、酸素精留塔８の下部に溜まった酸素ガスは、熱交換器１０ａで熱交換され常温に戻される。また、液体酸素はサブ熱交換器１０ｂで気化され上記酸素ガスと合流し、製品酸素ガスＧＯ２として使用先に供給される。
【００４９】
以上のように、本発明の酸素製造装置は、既設の窒素製造設備に付設する場合だけでなく、新設の酸素・窒素製造装置を設置する場合においても適用することが可能であり、また、既設の酸素製造ラインの置き換えにも適用可能である。
【００５０】
また、上記においては、窒素製造プロセスとして空気リサイクルを用いた複精留塔による場合を説明したが、他の、例えば、単精留塔によるプロセスにも利用できる。この場合、Ｒ／Ｌは、窒素精留塔のコンデンサから抜き出して酸素製造プロセスＰに引渡し、酸素製造プロセスＰで生成したＬ．Ａｉｒは、膨張後、窒素精留塔のコンデンサに戻すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の酸素製造装置は既設・新設を問わず利用できる。また、実施形態の説明では、低純度酸素の生成の数値例を示したが、これに限定されるものでない。また、組み合わせる窒素製造プロセスの方式に自由度があり、高い汎用性を有する技術といえる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の１の構成例を示す説明図
【図２】上記構成例の詳細を示す説明図
【図３】本発明に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の他の構成例を示す説明図
【図４】従来技術に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の第１の構成例を示す説明図
【図５】従来技術に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の第２の構成例を示す説明図
【図６】従来技術に係る窒素製造プロセスを利用した酸素製造装置の第３の構成例を示す説明図
【符号の説明】
【００５３】
１、１ａ 原料空気供給手段（ＭＡＣ）
２ 原料空気精製手段（ＡＰＵ）
３ 空気分離手段
４、７ 圧縮手段
５ 加圧手段
６ コールドボックス
８ サブ精留塔（酸素精留搭）
９ リボイラ
１０ａ、１０ｂ 熱交換器
１１ａ、１１ｂ 調整弁
１２ 窒素精留搭
１３ 窒素凝縮器
Ｎ 窒素製造プロセス
Ｐ 酸素製造プロセス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素製造装置であって、（１）窒素製造装置の酸素リッチ液化空気の一部を、窒素精留塔または窒素精留塔コンデンサから抜き出して、下部にリボイラを有するサブ精留塔中間段に導入し、（２）圧縮空気を前記サブ精留塔の下部リボイラに導入して該リボイラで液化空気を生成し、その一部を前記窒素精留塔に戻すとともに、残りを前記サブ精留塔の搭頂部に還流液として供給し、（３）前記サブ精留塔下部から酸素を製造する、ことを特徴とする酸素製造装置。
【請求項２】
前記サブ精留塔頂部からの窒素富化ガスを、酸素製造装置用の原料空気に合流、あるいは窒素精留塔の原料空気の一部またはリサイクル空気の一部に合流することを特徴とする請求項１記載の酸素製造装置。
【請求項３】
前記酸素リッチ液化空気の一部を加圧手段によって圧縮し、前記サブ精留塔に供給することを特徴とする請求項１または２記載の酸素製造装置。
【請求項４】
前記サブ精留塔下部から一部の液化酸素を抜き出した後、蒸発して、酸素ガスを製造することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の酸素製造装置。
【請求項１】
酸素製造装置であって、（１）窒素製造装置の酸素リッチ液化空気の一部を、窒素精留塔または窒素精留塔コンデンサから抜き出して、下部にリボイラを有するサブ精留塔中間段に導入し、（２）圧縮空気を前記サブ精留塔の下部リボイラに導入して該リボイラで液化空気を生成し、その一部を前記窒素精留塔に戻すとともに、残りを前記サブ精留塔の搭頂部に還流液として供給し、（３）前記サブ精留塔下部から酸素を製造する、ことを特徴とする酸素製造装置。
【請求項２】
前記サブ精留塔頂部からの窒素富化ガスを、酸素製造装置用の原料空気に合流、あるいは窒素精留塔の原料空気の一部またはリサイクル空気の一部に合流することを特徴とする請求項１記載の酸素製造装置。
【請求項３】
前記酸素リッチ液化空気の一部を加圧手段によって圧縮し、前記サブ精留塔に供給することを特徴とする請求項１または２記載の酸素製造装置。
【請求項４】
前記サブ精留塔下部から一部の液化酸素を抜き出した後、蒸発して、酸素ガスを製造することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の酸素製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−７１１９０（Ｐ２００６−７１１９０Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５５７８７（Ｐ２００４−２５５７８７）
【出願日】平成１６年９月２日（２００４．９．２）
【出願人】（０００１０９４２８）日本エア・リキード株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２日（２００４．９．２）
【出願人】（０００１０９４２８）日本エア・リキード株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
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