JPH11118352A - 低純度酸素の製造方法及び装置 - Google Patents

低純度酸素の製造方法及び装置

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JPH11118352A
JPH11118352A JP9280399A JP28039997A JPH11118352A JP H11118352 A JPH11118352 A JP H11118352A JP 9280399 A JP9280399 A JP 9280399A JP 28039997 A JP28039997 A JP 28039997A JP H11118352 A JPH11118352 A JP H11118352A
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low
air
raw
raw material
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Yasuhiro Murata
康浩 村田
Kazunari Arai
一成 新井
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Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電設備から受給する圧縮空気の圧力を有効
に利用して製品低純度酸素ガスの回収率の向上や電力原
単位の低減を図る。 【解決手段】 発電設備Ｇから高圧の圧縮空気を受給し
て複式蒸留塔１３に導入し、低温蒸留して低純度酸素を
製造するにあたり、前記圧縮空気を膨張させる工程で発
生した膨張仕事を大気を圧縮する空気圧縮機１の動力や
製品ガスを圧縮する動力あるいは還流液を得るための循
環系統の窒素圧縮機の動力として利用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低純度酸素の製造
方法及び装置に関し、詳しくは、発電設備からの圧縮空
気を原料空気として用い、精製，冷却した原料空気を複
式蒸留塔に導入して比較的高圧下で蒸留分離することに
より、主として低純度酸素（９９％Ｏ２以下）を製品と
して回収する低純度酸素の製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】低純度
酸素は、近年、石炭ガス化複合発電設備や重質残渣ガス
化発電設備において利用されるようになり、今後、更に
需要が見込まれている。これらの設備においては、大量
の酸素を消費することから、特に酸素の製造コストを低
減することが望まれている。
【０００３】これらの発電設備においては、低純度酸素
の製造コストを低減するため、低純度酸素を製造する低
温空気蒸留装置に導入する原料空気の一部又は全部とし
て、発電設備の燃焼ガスタービンに接続された空気圧縮
機からの圧縮空気を用いる方法が提案されている。この
とき、発電設備から供給される圧縮空気は、一般的な低
温空気蒸留装置に用いられる原料空気と比較して圧力が
高いので、この比較的高い圧力を有効に利用する必要が
ある。
【０００４】この圧力の高い圧縮空気を有効利用する方
法として、通常の低温空気蒸留装置よりも高い圧力で蒸
留分離を行い、低純度酸素ガス等の製品ガスを高圧で回
収することにより、従来行われていた製品ガスの再圧縮
をすることなく、低温空気蒸留装置から回収される圧力
で製品ガスを直接消費設備に送給する方法や、この圧縮
空気の一部を更に昇圧し、製品酸素を液状で圧縮する液
化酸素ポンプの導出液を気化させる熱源として用いる方
法等が提案されている。
【０００５】ここで、前記発電設備で発生する圧縮空気
の圧力は、例えば、燃焼器で燃焼させた１３００℃の燃
焼ガスを燃焼ガスタービンに導入して発電する方法の場
合、燃焼ガスタービンと同軸上に連結された空気圧縮機
の吐出圧力は約１５ｋｇ／ｃｍ２Ｇとなる。また、燃焼
ガスを１５００℃で燃焼ガスタービンに導入する方法も
検討されているが、この場合の圧縮空気の圧力は、約３
０ｋｇ／ｃｍ２Ｇと更に高圧となる。これらの圧力は、
通常の低温空気蒸留装置に用いられている原料空気の圧
力（約５〜６ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）に比較してかなり高いも
のである。
【０００６】このような高圧（約１５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ以
上）の空気を低温空気蒸留塔に導入して蒸留を行う場
合、通常の低圧蒸留法に比較して酸素に対する窒素の比
揮発度の値が小さくなるため、酸素と窒素との分離効果
が低下し、高圧塔から抜き出される液化窒素流量が減少
することになり、低圧塔上部における還流液が不足する
ことになる。また、低圧塔の操作圧力も、高圧塔の操作
圧力に応じて高く（約５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）なり、同様に
酸素と窒素との分離効果が低下するため、製品回収率が
極端に低下し、回収率の低下に伴って原単位が大幅に悪
化することになる。
【０００７】したがって、高圧下で蒸留する方法（高圧
蒸留）において、製品回収率を確保するためには、低圧
下で蒸留する方法（低圧蒸留）に比較して蒸留塔上部に
おける下降液（還流液）と上昇ガスとの比（以下、Ｌ／
Ｖ比と言う）を増加させる必要があるが、従来のプロセ
スではＬ／Ｖ比を十分に増加させることができず、製品
回収率の向上や電力原単位の改善を十分には達成できな
かった。
【０００８】そこで本発明は、発電設備からの高圧の圧
縮空気が有する圧力エネルギーを有効に利用して低純度
酸素ガスを比較的高圧で効率よく回収することができ、
製品回収率の向上や電力原単位の低減を図ることができ
る低純度酸素の製造方法及び装置を提供することを目的
としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の低純度酸素の製造方法は、第１の構成とし
て、原料空気を高圧塔及び低圧塔を有する複式蒸留設備
で低温蒸留することにより、少なくとも低純度酸素を製
品として分離回収する低純度酸素の製造方法において、
大気を前記高圧塔の操作圧力に対応した圧力に圧縮する
空気圧縮工程と、前記高圧塔の操作圧力より高い圧力の
圧縮空気を発電設備から受給して前記高圧塔の操作圧力
に対応した圧力に膨張させる第一膨張工程と、前記空気
圧縮工程を経た大気と前記第一膨張工程を経た圧縮空気
とを混合して原料空気とする原料空気混合工程と、前記
原料空気混合工程を経た原料空気を予冷する工程と、予
冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物を除去
して精製する工程と、精製した原料空気を第一原料空気
と第二原料空気とに分岐する工程と、分岐した前記第一
原料空気を低温蒸留で得られた流体との熱交換により冷
却した後、高圧原料空気として前記高圧塔に導入する工
程と、分岐した前記第二原料空気を昇圧し、次いで低温
蒸留で得られた流体との熱交換により冷却した後、前記
低圧塔の操作圧力まで膨張させる第二膨張工程と、該第
二膨張工程を経た第二原料空気を低圧原料空気として前
記低圧塔に導入する工程と、前記高圧原料空気及び低圧
原料空気を低温蒸留することにより酸素と窒素とに分離
する工程と、前記低圧塔で分離した酸素及び窒素を低圧
塔から抜き出して原料空気との熱交換により昇温した
後、少なくとも前記酸素を製品酸素ガスとして回収する
製品回収工程とを含むとともに、前記第一膨張工程で発
生した膨張仕事を、前記発電設備から受給する圧縮空気
以外の流体を圧縮する動力の少なくとも一部として利用
することを特徴としている。
【００１０】さらに、上述の第１の構成において、前記
第一膨張工程で発生した膨張仕事を、前記空気圧縮工程
の動力、あるいは、前記製品回収工程の製品ガスを圧縮
する動力として利用することを特徴としている。
【００１１】また、本発明方法の第２の構成は、原料空
気を高圧塔及び低圧塔を有する複式蒸留設備で低温蒸留
することにより、少なくとも低純度酸素を製品として分
離回収する低純度酸素の製造方法において、前記高圧塔
の操作圧力より高い圧力の圧縮空気を発電設備から受給
して原料空気の少なくとも一部とする工程と、原料空気
を予冷する工程と、予冷した原料空気から水分や二酸化
炭素等の不純物を除去して精製する工程と、精製した原
料空気を第一原料空気と第二原料空気とに分岐する工程
と、分岐した前記第一原料空気を前記高圧塔の操作圧力
まで膨張させて前記高圧塔に導入する工程と、分岐した
前記第二原料空気を低温蒸留で得られた流体との熱交換
により冷却した後、前記高圧塔の操作圧力まで減圧して
前記高圧塔に導入する工程と、導入された原料空気を複
式蒸留塔で低温蒸留することにより酸素と窒素とに分離
する工程と、前記複式蒸留塔で分離した酸素及び窒素を
抜き出して原料空気との熱交換により昇温した後、少な
くとも前記酸素を製品酸素ガスとして回収する製品回収
工程とを含むとともに、前記第一原料空気の膨張工程で
発生した膨張仕事を、前記発電設備から受給する圧縮空
気以外の流体を圧縮する動力の少なくとも一部として利
用することを特徴としている。
【００１２】さらに、上述の第２の構成において、前記
製品酸素ガスの回収工程が、前記低圧塔底部の液化酸素
を抜き出して圧縮した後、前記原料空気との熱交換によ
って気化させることにより行うことを特徴とし、また、
前記原料空気を第一原料空気と第二原料空気とに分岐す
る工程を、前記低温蒸留で得られた流体との熱交換によ
り冷却する工程の途中で行うことを特徴としている。加
えて、前記第一原料空気を膨張させる際に発生する膨張
仕事を、前記製品回収工程において低圧塔から抜き出し
た製品ガスを圧縮する動力として利用することを特徴と
している。さらに、前記高圧塔から抜き出した高圧窒素
ガス及び前記低圧塔から抜き出した低圧窒素ガスの少な
くとも一方の窒素ガスを昇圧した後、低温蒸留で得られ
た流体との熱交換により冷却し、次いで前記高圧塔の塔
底液との熱交換により液化し、前記高圧塔及び前記低圧
塔の少なくともいずれか一方に導入することを特徴と
し、この窒素ガスを昇圧する動力として、前記第一原料
空気を膨張させる際に発生する膨張仕事を利用すること
を特徴としている。
【００１３】また、本発明の低純度酸素の製造装置は、
第１の構成として、原料空気を高圧塔及び低圧塔を有す
る複式蒸留設備で低温蒸留することにより、少なくとも
低純度酸素を製品として分離回収する低純度酸素の製造
装置において、大気を前記高圧塔の操作圧力に対応した
圧力に圧縮する空気圧縮機と、前記高圧塔の操作圧力よ
り高い圧力の圧縮空気を発電設備から受給して前記高圧
塔の操作圧力に対応した圧力に膨張させる動力回収ター
ビンと、前記空気圧縮機で圧縮した原料空気と前記動力
回収タービンで膨張させた圧縮空気とを混合して原料空
気とする混合経路と、前記混合経路を導出した原料空気
を予冷する予冷設備と、予冷した原料空気から水分や二
酸化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備と、精
製した原料空気を第一原料空気と第二原料空気とに分岐
する分岐経路と、分岐した第一原料空気を低温蒸留で得
られた流体と熱交換させる主熱交換器と、該主熱交換器
を導出した第一原料空気を前記高圧塔に導入する高圧原
料空気導入経路と、前記分岐経路で分岐した第二原料空
気を昇圧する昇圧機と、前記昇圧機を導出した前記第二
原料空気を前記主熱交換器で冷却した後に導入して膨張
させる寒冷発生タービンと、該寒冷発生タービンを導出
した第二原料空気を前記低圧塔に導入する低圧原料空気
導入経路と、前記高圧原料空気導入経路及び前記低圧原
料空気導入経路から導入された原料空気を低温蒸留する
ことにより酸素と窒素とに分離する高圧塔，主凝縮器及
び低圧塔からなる複式蒸留塔と、該複式蒸留塔の低圧塔
で分離した酸素及び窒素を抜き出して前記主熱交換器に
より昇温した後、少なくとも前記酸素を製品酸素ガスと
して回収する製品回収経路とを備えるとともに、前記動
力回収タービンが、前記発電設備から受給する圧縮空気
以外の流体を圧縮する圧縮機に同軸上に連結して設けら
れていることを特徴としている。
【００１４】また、本発明装置の第２の構成は、原料空
気を高圧塔及び低圧塔を有する複式蒸留設備で低温蒸留
することにより、少なくとも低純度酸素を製品として分
離回収する低純度酸素の製造装置において、発電設備か
ら前記高圧塔の操作圧力より高い圧力の圧縮空気を原料
空気の少なくとも一部として受給する圧縮空気需給経路
と、原料空気を予冷する予冷設備と、予冷設備を導出し
た原料空気から水分や二酸化炭素等の不純物を除去して
精製する精製設備と、精製設備を導出した原料空気を第
一原料空気と第二原料空気とに分岐する分岐経路と、分
岐した第一原料空気を前記高圧塔の操作圧力まで膨張さ
せる動力回収タービンと、該動力回収タービンを導出し
た第一原料空気を前記高圧塔に導入する第一原料空気導
入経路と、前記分岐経路で分岐した第二原料空気を低温
蒸留で得られた流体との熱交換により冷却する主熱交換
器と、該主熱交換器を導出した第二原料空気を減圧弁を
介して減圧した後に前記高圧塔に導入する第二原料空気
導入経路と、前記第一原料空気導入経路及び前記第二原
料空気導入経路から導入された原料空気を低温蒸留する
ことにより酸素と窒素とに分離する高圧塔，主凝縮器及
び低圧塔からなる複式蒸留塔と、該複式蒸留塔で分離し
た酸素及び窒素を抜き出して前記主熱交換器により昇温
した後、少なくとも前記酸素を製品酸素ガスとして回収
する製品回収経路とを備えるとともに、前記動力回収タ
ービンが、前記圧縮空気需給経路を介して受給する発電
設備からの圧縮空気以外の流体を圧縮する圧縮機と同軸
上に連結して設けられていることを特徴としている。
【００１５】さらに、上述の第２の構成において、前記
第一原料空気と第二原料空気とに分岐する分岐経路が前
記主熱交換器内に設けられ、前記動力回収タービンが低
温の原料空気を導入する低温仕様のタービンであるこ
と、この低温仕様の動力回収タービンと同軸上に、低温
流体を圧縮する低温仕様の圧縮機を連結したことを特徴
としている。また、前記高圧塔の上部から高圧窒素ガス
を抜き出す経路と、該経路に抜き出した高圧窒素ガスを
昇圧する高圧循環昇圧機と、該高圧循環昇圧機で昇圧し
た昇圧窒素ガスを前記高圧塔の塔底液と熱交換させて液
化するコンデンサ／リボイラと、該コンデンサ／リボイ
ラで液化した液化窒素を前記高圧塔に導入する経路とか
らなる高圧窒素循環系統、あるいは、前記低圧塔の上部
から低圧窒素ガスを抜き出す経路と、該経路に抜き出し
た低圧窒素ガスを昇圧する低圧循環昇圧機と、該低圧循
環昇圧機で昇圧した昇圧窒素ガスを前記高圧塔の塔底液
と熱交換させて液化する窒素凝縮器と、該窒素凝縮器で
液化した液化窒素を前記低圧塔に導入する経路とからな
る低圧窒素循環系統を備えたことを特徴としている。さ
らに、本発明装置においては、前記低圧塔及び高圧塔の
少なくともいずれか一方が、充填式蒸留塔であることを
特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の低純度酸素製造
装置の第１形態例を示す系統図である。この低純度酸素
製造装置Ｓは、主要な構成機器として、原料空気の一部
となる大気Ａを圧縮する空気圧縮機１と、発電設備Ｇか
ら受給した圧縮空気を膨張させる動力回収タービン２
と、前記空気圧縮機１及び前記動力回収タービン２を導
出した両空気が合流した原料空気を予冷する予冷設備３
と、予冷後の原料空気中に含まれている水分や二酸化炭
素等の不純物を除去して精製する精製設備４と、精製し
た原料空気を低温蒸留で得られた流体で冷却する主熱交
換器５と、前記精製設備４を導出した原料空気の一部を
昇圧する昇圧機６と、該昇圧機６で昇圧した原料空気
（昇圧空気）を冷却する冷却器７と、該冷却器７を導出
した昇圧空気と昇圧機６に導入する原料空気とを熱交換
させる空気予冷器８と、該空気予冷器８を導出した昇圧
空気を断熱膨張させる寒冷発生タービン９と、原料空気
を低温蒸留により酸素と窒素とに分離する高圧塔１０，
主凝縮器１１，低圧塔１２からなる複式蒸留塔１３と、
前記低圧塔１２に導入する還流液を冷却する過冷器１
４，１５とを備えている。そして、これらの構成機器の
内、低温となる機器は、保冷槽に収納されて低温蒸留設
備Ｃを構成している。また、空気圧縮機１と動力回収タ
ービン２、昇圧機６と寒冷発生タービン９は、それぞれ
同軸上に連結して設けられている。
【００１７】次に、このように構成された低純度酸素製
造装置Ｓに、前記空気圧縮機１と前記発電設備Ｇから略
等量の原料空気（大気と圧縮空気）を供給し、製品の低
純度酸素ガスを製造するプロセスに基づいて本発明方法
を説明する。
【００１８】大気から取り入れられた５０９００Ｎｍ３
／ｈの原料空気が、空気圧縮機１で１２．５ｋｇｆ／ｃ
ｍ２ａｂｓ．に圧縮されて経路２０に導出するととも
に、発電設備Ｇから経路２１を通って導入される３０．
５ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．，５１７００Ｎｍ３／ｈの圧
縮空気は、動力回収タービン２に導入され、該動力回収
タービン２で空気圧縮機１の吐出圧力と同じ圧力の１
２．５ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に膨張して経路２２に導
出する。両経路２０，２２に導出した原料空気は、混合
経路２３で合流し、１０２６００Ｎｍ３／ｈの原料空気
となって予冷設備３に導入される。
【００１９】予冷設備３で所要の温度に冷却された原料
空気は、精製設備４で含有する水分や二酸化炭素等の不
純物が吸着除去されて精製された後、経路２４を通って
分岐経路２５で経路２６の第一原料空気と経路２７の第
二原料空気とに分岐する。経路２６に分岐した９９８０
０Ｎｍ３／ｈの第一原料空気は、主熱交換器５に導入さ
れ、複式蒸留塔１３から導出される低温流体と熱交換し
て略露点温度に冷却された後、高圧原料空気として高圧
原料空気導入経路２８から高圧塔１０の下部に導入され
る。
【００２０】一方、前記経路２７に分岐した２８００Ｎ
ｍ３／ｈの第二原料空気は、空気予冷器８，経路２９を
通って昇圧機６に導入され、該昇圧機６で１９ｋｇｆ／
ｃｍ２ａｂｓ．に昇圧された後、冷却器７，空気予冷器
８を通って１７℃に冷却され、次いで経路３０，前記主
熱交換器５を通り、さらに冷却されて経路３１から前記
寒冷発生タービン９に導入される。該寒冷発生タービン
９に導入された第二原料空気は、３．８ｋｇｆ／ｃｍ２
ａｂｓ．に断熱膨張して寒冷を発生し、低圧原料空気と
なり、低圧原料空気導入経路３２を経て低圧塔１２の中
部に導入される。
【００２１】高圧塔１０に導入された高圧原料空気は、
塔内を上昇し、塔内を流下する下降液と気液接触するこ
とにより、塔上部の窒素ガスと塔底部の酸素富化液化空
気とに分離される。塔底部の経路３３から抜き出された
酸素富化液化空気は、過冷器１４で低温窒素と熱交換し
て過冷状態に冷却され、経路３４を通って減圧弁３５で
３．８ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧された後、経路３
６から低圧塔１２の中部に還流液として導入される。
【００２２】一方、高圧塔１０の上部に分離した窒素ガ
スは、経路３７から前記主凝縮器１１に導入され、低圧
塔１２の塔底の液化酸素と熱交換し、該液化酸素を気化
して低圧塔１２の上昇ガスを生成するとともに、自身は
液化して経路３８に導出し、大部分は還流液として高圧
塔１０の頂部に戻される。経路３８から分岐して経路３
９に抜き出された残りの液化窒素４２０００Ｎｍ３／ｈ
は、前記過冷器１５で低温窒素と熱交換して過冷状態に
冷却され、経路４０を通って減圧弁４１で３．７ｋｇｆ
／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧された後、経路４２から低圧塔
１２の上部に還流液として導入される。
【００２３】低圧塔１２では、前記経路３６，４２から
供給される還流液と、前記主凝縮器１１で気化した酸素
ガス及び前記経路３２から供給される低圧原料空気から
なる上昇ガスとが気液接触してさらに蒸留が行われ、塔
下部に酸素が、塔上部に窒素がそれぞれ分離する。
【００２４】低圧塔１２の下部に分離した酸素の内、２
２３００Ｎｍ３／ｈの酸素ガスは、製品酸素回収経路を
構成する経路４３から抜き出され、主熱交換器５で原料
空気を冷却することにより昇温し、圧力３．７ｋｇｆ／
ｃｍ２ａｂｓ．，温度１３℃で経路４４から純度９５％
の製品酸素ガスＧＯとして導出される。
【００２５】また、低圧塔１２の頂部に分離された窒素
ガス８０３００Ｎｍ３／ｈは、製品窒素回収経路を構成
する経路４５から抜き出され、過冷器１５で前記高圧塔
１０上部からの還流液化窒素を、さらに経路４６を通っ
て過冷器１４で高圧塔１０底部からの酸素富化液化空気
を順次冷却することにより温度を高め、さらに経路４７
を通り、主熱交換器５で前記原料空気を冷却することに
より昇温し、圧力３．６ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．，温度
１３℃で経路４８から製品窒素ガスＧＮとして導出され
る。
【００２６】本形態例における酸素回収率（原料空気中
の酸素量に対する製品酸素中の純酸素換算量の比）は９
８．５％となり、空気圧縮機１で圧縮する原料空気（大
気Ａ）を、大気圧から１２．５ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．
まで圧縮するために必要な動力の約１５％を、動力回収
タービン２で発生する膨張仕事で補うことができた。
【００２７】本形態例に示すように、発電設備Ｇから受
給した原料空気の一部としての圧縮空気を、動力回収タ
ービン２で、複式蒸留塔１３における酸素と窒素との分
離が効率的に行える圧力まで膨張させ、該膨張により発
生する膨張仕事を、残部の原料空気（大気Ａ）の圧縮動
力として利用することにより、製品酸素の収率を低下さ
せることなく、圧縮動力を低減することができる。した
がって、動力原単位を改善することができる。
【００２８】また、本形態例では、発電設備Ｇから受給
した圧縮空気の膨張仕事を、残部の原料空気の圧縮動力
として利用した場合を示したが、この膨張仕事を、製品
酸素ガスを回収する経路４４の製品酸素ガス及び製品窒
素ガスを回収する経路４８の製品窒素ガスの一方あるい
は双方を圧縮するための動力として利用することもでき
る。
【００２９】さらに、高圧塔１０及び低圧塔１２のいず
れか一方又は双方の気液接触手段として、シーブトレイ
よりも圧力損失の小さい充填物を用いた充填式蒸留塔を
使用することにより、複式蒸留塔１３に供給される原料
空気の圧力が同じ場合、シーブトレイを用いた場合より
もさらに高い圧力で製品を抜き出すことができ、製品ガ
スを圧縮するための動力を低減することができる。
【００３０】図２は、本発明の第２形態例を示す系統図
である。なお、前記第１形態例の低純度酸素製造装置に
おける構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符
号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】この低純度酸素製造装置は、発電設備Ｇか
ら受給する圧縮空気と、空気圧縮機５１で圧縮空気と同
じ圧力に圧縮した大気とからなる原料空気を、主熱交換
器５で中間温度まで冷却した後、その一部を低温仕様の
動力回収タービン５２で低温状態で膨張させ、該膨張に
よる膨張仕事を、複式蒸留塔１３の高圧塔１０から経路
３７に導出して経路５３に分岐した高圧窒素ガスの一部
を昇圧する高圧循環窒素昇圧機５４の動力に利用し、該
高圧循環窒素昇圧機５４で昇圧された窒素ガスを、高圧
塔１０の底部に設けたコンデンサ／リボイラ５５で塔底
液と熱交換させることにより液化した後、減圧弁５６を
介して高圧塔１０の上部に還流液として導入するように
形成したものである。さらに、本形態例では、ガス製品
に加えて、液製品（液化酸素）も回収できるようにして
いる。
【００３２】すなわち、動力回収タービン５２は、主熱
交換器５の中部から分岐導出した低温の原料空気を、高
圧塔１０の操作圧力まで膨張させるものであり、該膨張
による膨張仕事を、同軸上に連結して設けた高圧循環窒
素昇圧機５４の圧縮動力に利用している。
【００３３】次に、このように構成された低純度酸素製
造設備Ｓに、空気圧縮機５１と発電設備Ｇとから略等量
の原料空気を供給し、製品の低純度酸素を製造するプロ
セスに基づいて本発明方法を説明する。
【００３４】大気Ａから取り入れられた５１０００Ｎｍ
３／ｈの原料空気は、空気圧縮機５１で、発電設備Ｇか
ら経路２１を経て受給する圧縮空気と同じ圧力の３０．
５ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に圧縮されて経路２０に導出
し、経路２１からの５１７００Ｎｍ３／ｈ，３０．５ｋ
ｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．の圧縮空気と混合経路２３で合流
し、１０２７００Ｎｍ３／ｈの原料空気となる。この高
圧の原料空気は、予冷設備３で冷却され、精製設備４で
精製された後、経路２４を通って主熱交換器５に導かれ
る。
【００３５】主熱交換器５に導入された原料空気は、そ
の冷却途中において、主熱交換器５の中間部に設けられ
た分岐経路５７で、経路５８の第一原料空気と経路５９
の第二原料空気とに分岐し、一方の経路５８に分岐した
６６１００Ｎｍ３／ｈの第一原料空気は、動力回収ター
ビン５２で１５ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に膨張した後、
第一原料空気導入経路６０から高圧塔１０に導入され
る。また、他方の経路５９に分岐した残りの３６６００
Ｎｍ３／ｈの第二原料空気は、主熱交換器５の原料空気
通路をそのまま通ってさらに冷却され、全量液化して第
二原料空気導入経路６１に導出し、減圧弁６２で１５ｋ
ｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧した後、経路６３から高圧
塔１０に導入される。
【００３６】高圧塔１０の塔底から経路３３に導出され
た酸素富化液化空気は、前記同様に、過冷器１４で過冷
却され、経路３４，減圧弁３５，経路３６を経て低圧塔
１２の中部に還流液として導入される。一方、高圧塔１
０の上部に分離した窒素ガスは、経路３７に導出されて
経路３７ａと前記経路５３とに分岐し、経路３７ａに分
岐した窒素ガスは、前記同様に、主凝縮器１１で液化さ
れて経路３８に導出し、その大部分は還流液として高圧
塔１０の頂部に戻される。経路３８から経路３９に分岐
した残りの液化窒素５０５００Ｎｍ３／ｈは、過冷器１
５で過冷却された後、低圧塔１２に向かう経路４０と、
液化窒素取出経路６４とに分岐し、経路４０に分岐した
４９１００Ｎｍ３／ｈの液化窒素は、減圧弁４１，経路
４２を通り、還流液として低圧塔１２の頂部に導入され
る。また、液化窒素取出経路６４に分岐した１４００Ｎ
ｍ３／ｈの液化窒素ＬＮは、低温蒸留設備Ｃの寒冷調節
のために系外に取り出される。
【００３７】一方、前記高圧塔１０から経路３７に抜き
出されて経路５３に分岐した６１６００Ｎｍ３／ｈの窒
素ガスは、前記高圧循環窒素昇圧機５４に導かれ、高圧
塔１０の塔底液との熱交換によって液化可能な圧力の２
３ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に昇圧される。昇圧後の窒素
ガスは、経路６５により主熱交換器５に導入されて冷却
され、経路６６を経て高圧塔底部のコンデンサ／リボイ
ラ５５に導かれる。このコンデンサ／リボイラ５５で
は、昇圧した窒素ガスと高圧塔１０の塔底の酸素富化液
化空気とが熱交換することにより、酸素富化液化空気が
気化するとともに窒素ガスが全量液化し、気化した酸素
富化空気は高圧塔１０を上昇し、液化した窒素は、経路
６７に導出されて前記減圧弁５６で減圧された後、経路
６８を通って高圧塔１０の頂部に還流液として導入され
る。
【００３８】低圧塔１２の底部に分離した酸素の内、２
２３００Ｎｍ３／ｈの液化酸素は、製品酸素回収経路を
形成する経路６９に抜き出され、液化酸素ポンプ７０で
１４ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に圧縮された後、経路７１
を通って主熱交換器５に導かれ、前記原料空気を冷却す
ることにより気化・昇温し、圧力１４ｋｇｆ／ｃｍ２ａ
ｂｓ．，温度１３℃，純度９５％の製品酸素ガスＧＯと
して経路７２から導出される。
【００３９】一方、低圧塔１２の頂部に分離した７９０
００Ｎｍ３／ｈの窒素ガスは、製品窒素回収経路を構成
する経路４５に抜き出された後、前記同様に、過冷器１
５，経路４６，過冷器１４，経路４７を通り、主熱交換
器５で昇温し、圧力４．７ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．，温
度１３℃の製品窒素ガスＧＮとして経路４８から導出さ
れる。
【００４０】本形態例では、低温蒸留に必要な原料空気
として、大気から導入して空気圧縮機５１で圧縮した原
料空気と、発電設備Ｇから受給する圧縮空気を略等量で
混合した場合を示したが、空気圧縮機５１を設けず、発
電設備Ｇから受給する圧縮空気を、低温蒸留設備Ｃに必
要な原料空気の全量とすることができる。
【００４１】このように、本発明によれば、高圧の原料
空気が低温蒸留設備Ｃに直接供給されるため、供給され
る原料空気が低温蒸留設備Ｃに持ち込むエンタルピーよ
りも、蒸留によって得られる製品が低温蒸留設備Ｃから
持ち出すエンタルピーの方が大きくなる。このため、寒
冷発生タービンが不要となり、液製品を回収することが
できる。なお、本形態例では寒冷調節のために液化窒素
を製品として抜き出す場合を示したが、液化窒素に代え
て、又は液化窒素と同時に、製品液化酸素ＬＯを、破線
で示す経路７３から抜き出すこともできる。また、液製
品を抜き出さず、主熱交換器５の温端温度差を調節する
ことによって寒冷を調節することもできる。この場合に
は、主熱交換器５のサイズを小さくすることが可能とな
る。
【００４２】また、本形態例では、動力回収タービン５
２で発生した高圧の原料空気の膨張による膨張仕事を、
高圧循環窒素昇圧機５４における窒素ガスの昇圧動力と
して利用しているため、この膨張仕事は、高圧循環窒素
昇圧機５４での高圧循環窒素ガスの昇圧動力と、該昇圧
により発生する熱とに変換されている。このとき発生す
る昇圧熱は、系外に取り出されないため、動力回収ター
ビン５２は、実質的に寒冷を発生せず、動力回収として
の機能を果たしている。
【００４３】さらに、上述のように、高圧塔１０の頂部
に分離した高圧窒素ガスの一部を、主凝縮器１１に導入
することなく分岐させて昇圧し、昇圧した窒素ガスをコ
ンデンサ／リボイラ５５で液化した後、高圧塔１０の頂
部に還流液として導入するようにしたから、高圧塔１０
のＬ／Ｖ比が改善されるとともに、これにより主凝縮器
１１で液化して経路３９に分岐する低圧塔１２への還流
液化窒素の量も増加することができるので、低圧塔１２
の上部における下降液量を増大することができ、複式蒸
留塔１３の操作圧力が高いにも拘わらず、製品酸素の回
収率を９８．５％にすることができる。
【００４４】さらに、本形態例では、低圧塔１２から液
化酸素を取り出す製品酸素回収経路に液化酸素ポンプ７
０を設けた場合を示したが、液化酸素ポンプ７０を設け
ずに、低圧塔１２から直接製品酸素ガスを抜き出すこと
もできる。また、高圧塔１０から抜き出した窒素ガスの
一部を、破線で示す経路７４に分岐して主熱交換器５で
昇温し、経路７５から高圧製品窒素ガスＭＮとして採取
することができる。
【００４５】また、動力回収タービン５２は、主熱交換
器５で冷却途中の低温の第一原料空気を、高圧循環窒素
昇圧機５４は、高圧塔１０からの低温の窒素ガスをそれ
ぞれ導入し、低温状態で膨張又は圧縮する低温仕様の機
器であり、このように低温で膨張又は圧縮する場合は、
それを常温で行う場合に比較して機器を小型化すること
ができる。
【００４６】なお、動力回収タービン５２に導入する第
一原料空気は、精製設備４を導出してから主熱交換器５
の冷端までの間の任意の位置で分岐導出することが可能
であり、例えば、精製設備４から主熱交換器５への間の
経路２４に分岐経路を設け、常温付近の温度の第一原料
空気を動力回収タービン５２に導入することができる。
また、動力回収タービン５２で発生する膨張仕事も、低
温仕様の高圧循環窒素昇圧機５４の圧縮動力に利用する
以外に、動力回収タービン５２の仕様温度に合わせて、
常温付近で運転される高圧循環窒素昇圧機や、低温又は
常温の製品を圧縮する製品ガス圧縮機や、液製品を圧縮
する液化酸素ポンプ等の圧縮動力としても利用すること
ができる。
【００４７】図３は、本発明の第３形態例を示す系統図
であり、前記第１，２形態例における構成要素と同一の
構成要素には同一符号を付している。本形態例は、前記
第２形態例に示す高圧窒素循環系統に代えて、低圧塔１
２から導出した低圧の窒素ガスの一部を昇圧・液化して
低圧塔１２に循環させる低圧窒素循環系統を設けた例を
示している。
【００４８】すなわち、低圧塔１２の頂部から経路４５
に抜き出され、過冷器１５，経路４６，過冷器１４，経
路４７を通って主熱交換器５に向かう低圧窒素ガスの一
部を経路８０に分岐し、分岐した低圧窒素を、動力回収
タービン５２での圧縮空気の膨張仕事を利用した低圧循
環窒素昇圧機８１で昇圧し、昇圧した窒素ガスを、経路
８２，主熱交換器５，経路８３，過冷器１４，経路８
４，過冷器１５を通して順次冷却し、さらに窒素凝縮器
８５で減圧弁３５ａを導出した高圧塔１０の塔底液（酸
素富化液化空気）と熱交換させることにより液化した
後、減圧弁８６で減圧して経路８７，４２を介して低圧
塔１２に循環させる低圧窒素循環系統を設けたものであ
る。
【００４９】前記動力回収タービン５２は、前記第２形
態例と同様に、主熱交換器５の中部で経路５８に分岐し
た低温で高圧の第一原料空気を高圧塔１０の操作圧力ま
で膨張させるものであり、該膨張による膨張仕事は、同
軸上に連結して設けられた低圧循環窒素昇圧機８１の圧
縮動力に利用されている。また、低圧循環窒素昇圧機８
１は、低圧塔１２から抜き出した低圧の窒素ガスを、窒
素凝縮器８５において、高圧塔１０の底部から抜き出さ
れて減圧した後の塔底液と熱交換することにより液化す
る圧力まで昇圧するもので、昇圧された窒素ガスは、窒
素凝縮器８５で液化された後、低圧塔１２の操作圧力ま
で減圧され、還流液として低圧塔１２の上部に循環導入
される。
【００５０】次に、このように構成された低純度酸素製
造設備Ｓに、前記空気圧縮機５１と前記発電設備Ｇから
略等量の原料空気を供給し、製品の低純度酸素を製造す
るプロセスに基づいて本発明方法を説明する。
【００５１】大気から取り入れられた５１０００Ｎｍ３
／ｈの原料空気は、空気圧縮機５１で、発電設備Ｇから
経路２１を介して受給する圧縮空気と同じ圧力の３０．
５ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に圧縮されて経路２０に導出
し、経路２１から受給する発電設備Ｇからの５１７００
Ｎｍ３／ｈ，３０．５ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．の圧縮空
気と混合経路２３で合流することによって１０２７００
Ｎｍ３／ｈの原料空気となり、予冷設備３で冷却され、
次いで精製設備４で水分や二酸化炭素等が除去されて主
熱交換器５に導かれる。
【００５２】主熱交換器５に導入された原料空気は、そ
の冷却途中の分岐経路５７で、経路５８の第一原料空気
と、経路５９の第二原料空気とに分岐する。経路５８に
分岐した５６５００Ｎｍ３／ｈの第一原料空気は、動力
回収タービン５２で１５ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に膨張
した後、第一原料空気導入経路６０から高圧塔１０の下
部に導入される。また、経路５９に分岐した４６２００
Ｎｍ３／ｈの第二原料空気は、そのまま主熱交換器５で
冷却されて液化し、第二原料空気導入経路６１に導出し
て減圧弁６２で減圧された後、経路６３から高圧塔１０
の下部に導入される。
【００５３】高圧塔１０の塔底から経路３３に導出され
た酸素富化液化空気は、過冷器１４で過冷却されて経路
３４に導出され、減圧弁３５ａで減圧された後に、前記
窒素凝縮器８５に導入される。この窒素凝縮器８５で前
記低圧窒素循環系統を流れる昇圧窒素ガスと熱交換した
酸素富化液化空気は、経路３６ａを通って低圧塔１２の
中部に還流液として導入される。
【００５４】高圧塔１０の上部から経路３７に導出され
た窒素ガスは、主凝縮器１１で液化されて経路３８に導
出し、その大部分が還流液として高圧塔１０の頂部に戻
される。一部の液化窒素３２８００Ｎｍ３／ｈは、経路
３９に分岐して過冷器１５で過冷却された後、一部の液
化窒素（ＬＮ）１３００Ｎｍ３／ｈが経路６４に分岐し
て寒冷調節のために系外に取り出され、経路４０に分岐
した残りの３１５００Ｎｍ３／ｈの液化窒素は、減圧弁
４１で４．９ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に減圧された後、
経路４２を通り、還流液として低圧塔１２の頂部に導入
される。
【００５５】低圧塔１２の底部から経路６９に抜き出さ
れた２２３００Ｎｍ３／ｈの液化酸素は、液化酸素ポン
プ７０によって１４ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に圧縮さ
れ、経路７１から主熱交換器５に導入されて気化・昇温
し、圧力１４ｋｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．，温度１３℃，純
度９５％の製品酸素ガスＧＯとして経路７２から導出さ
れる。
【００５６】そして、低圧塔１２の頂部に分離して経路
４５に抜き出された１２０４００Ｎｍ３／ｈの窒素ガス
は、過冷器１５，経路４６，過冷器１４を経て経路４７
に至り、ここで、製品窒素ガスＧＮとして回収される経
路４７ａと、前記低圧窒素循環系統に向かう経路８０と
に分岐する。経路４７ａに分岐した７９１００Ｎｍ３／
ｈの窒素ガスは、主熱交換器５で昇温し、圧力４．７ｋ
ｇｆ／ｃｍ２ａｂｓ．，温度１３℃の製品窒素ガスＧＮ
として経路４８から導出される。
【００５７】一方、経路８０に分岐した４１０００Ｎｍ
３／ｈの窒素ガスは、低圧循環窒素昇圧機８１に導か
れ、窒素凝縮器８５で液化可能な圧力である７．５ｋｇ
ｆ／ｃｍ２ａｂｓ．に昇圧される。昇圧後の窒素ガス
は、経路８２から主熱交換器５に導入されて冷却され、
続いて経路８３，過冷器１４，経路８４，過冷器１５を
通って更に冷却され、経路８８から前記窒素凝縮器８５
に導入される。この窒素凝縮器８５に導入された昇圧窒
素ガスは、前記高圧塔１０の塔底からの酸素富化液化空
気と熱交換することによって全量液化し、経路８９に導
出して減圧弁８６で減圧された後、経路８７を通り、前
記高圧塔上部からの還流液化窒素が流れる経路４２に合
流し、還流液として低圧塔１２の頂部に導入される。
【００５８】上述のように、低圧塔１２から抜き出した
低圧窒素ガスを昇圧し、昇圧した窒素ガスを窒素凝縮器
８５で液化した後、低圧塔１２の頂部に還流液として導
入するようにしたから、低圧塔１２の上部のＬ／Ｖ比が
改善され、複式蒸留塔１３の操作圧力が高いにも拘わら
ず、製品酸素の回収率を９８．５％に向上させることが
できる。
【００５９】本形態例においても、前記図２で示した第
２形態例と同様に、発電設備Ｇから受給する圧縮空気を
低温蒸留に必要な原料空気の全量とすることができる。
また、製品としては、高圧塔１０から経路３７に抜き出
した窒素ガスの一部を、経路９０，主熱交換器５及び経
路９１を介して高圧製品窒素ガスＭＮとして採取するこ
ともでき、寒冷発生タービンが不要で、液製品を回収で
きることから、低圧塔１２の下部から経路６９に抜き出
した液化酸素の一部を、経路７３から製品液化酸素ＬＯ
として回収することもできる。逆に、このように液製品
を回収することに代えて、前述のように、主熱交換器５
の温端温度差を調節することにより寒冷を調節し、主熱
交換器５の小型化を図るようにしてもよい。さらに、製
品酸素ガスを回収するにあたっては、液化酸素ポンプ７
０を設けずに、低圧塔１２から直接製品酸素ガスを抜き
出すようにしてもよい。
【００６０】また、動力回収タービン５２で発生する膨
張仕事は、種々の流体の圧縮動力として利用することが
でき、蒸留塔として充填式蒸留塔を使用することによ
り、製品の回収圧力を高められることなどは、前記各形
態例と同じであり、同様な作用効果が得られる。
【００６１】なお、各形態例において、窒素ガスが不要
の場合は、製品として回収せずに大気に放出してもよ
く、他の用途、例えば予冷設備用の冷却源等として用い
てもよい。また、窒素ガスの一部は、精製設備の再生用
としても用いられる。さらに、第２，第３形態例におい
て、各循環系統から低圧塔又は高圧塔に還流液として循
環導入される液化窒素の一部を他の塔の還流液として用
いることも可能であり、一部を系外に抜き出すことも可
能である。また、両循環系統を併設することもできる。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電設備から受給する圧縮空気の圧力を有効に利用する
ことができ、製品低純度酸素ガスの回収率の向上や電力
原単位の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の低純度酸素製造装置の第１形態例を
示す系統図である。
【図２】 本発明の低純度酸素製造装置の第２形態例を
示す系統図である。
【図３】 本発明の低純度酸素製造装置の第３形態例を
示す系統図である。
【符号の説明】
１…空気圧縮機、２…動力回収タービン、３…予冷設
備、４…精製設備、５…主熱交換器、６…昇圧機、７…
冷却器、８…空気予冷器、９…寒冷発生タービン、１０
…高圧塔、１１…主凝縮器、１２…低圧塔、１３…複式
蒸留塔、１４，１５…過冷器、２３…混合経路、２５…
分岐経路、２８…高圧原料空気導入経路、３２…低圧原
料空気導入経路、３５…減圧弁、４１…減圧弁、５１…
空気圧縮機、５２…動力回収タービン、５４…高圧循環
窒素昇圧機、５５…コンデンサ／リボイラ、５６…減圧
弁、５７…分岐経路、６０…第一原料空気導入経路、６
１…第二原料空気導入経路、６２…減圧弁、６４…液化
窒素取出経路、７０…液化酸素ポンプ、８１…低圧循環
窒素昇圧機、８５…窒素凝縮器、８６…減圧弁、Ａ…大
気、Ｃ…低温蒸留設備、Ｇ…発電設備、Ｓ…低純度酸素
製造装置、ＧＮ…製品窒素ガス、ＧＯ…製品酸素ガス、
ＬＮ…液化窒素、ＬＯ…製品液化酸素、ＭＮ…高圧製品
窒素ガス

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料空気を高圧塔及び低圧塔を有する複
    式蒸留設備で低温蒸留することにより、少なくとも低純
    度酸素を製品として分離回収する低純度酸素の製造方法
    において、大気を前記高圧塔の操作圧力に対応した圧力
    に圧縮する空気圧縮工程と、前記高圧塔の操作圧力より
    高い圧力の圧縮空気を発電設備から受給して前記高圧塔
    の操作圧力に対応した圧力に膨張させる第一膨張工程
    と、前記空気圧縮工程を経た大気と前記第一膨張工程を
    経た圧縮空気とを混合して原料空気とする原料空気混合
    工程と、前記原料空気混合工程を経た原料空気を予冷す
    る工程と、予冷した原料空気から水分や二酸化炭素等の
    不純物を除去して精製する工程と、精製した原料空気を
    第一原料空気と第二原料空気とに分岐する工程と、分岐
    した前記第一原料空気を低温蒸留で得られた流体との熱
    交換により冷却した後、高圧原料空気として前記高圧塔
    に導入する工程と、分岐した前記第二原料空気を昇圧
    し、次いで低温蒸留で得られた流体との熱交換により冷
    却した後、前記低圧塔の操作圧力まで膨張させる第二膨
    張工程と、該第二膨張工程を経た第二原料空気を低圧原
    料空気として前記低圧塔に導入する工程と、前記高圧原
    料空気及び低圧原料空気を低温蒸留することにより酸素
    と窒素とに分離する工程と、前記低圧塔で分離した酸素
    及び窒素を低圧塔から抜き出して原料空気との熱交換に
    より昇温した後、少なくとも前記酸素を製品酸素ガスと
    して回収する製品回収工程とを含むとともに、前記第一
    膨張工程で発生した膨張仕事を、前記発電設備から受給
    する圧縮空気以外の流体を圧縮する動力の少なくとも一
    部として利用することを特徴とする低純度酸素の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記第一膨張工程で発生した膨張仕事
    を、前記空気圧縮工程の動力として利用することを特徴
    とする請求項１記載の低純度酸素の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第一膨張工程で発生した膨張仕事
    を、前記製品回収工程の製品ガスを圧縮する動力として
    利用することを特徴とする請求項１記載の低純度酸素の
    製造方法。
  4. 【請求項４】 原料空気を高圧塔及び低圧塔を有する複
    式蒸留設備で低温蒸留することにより、少なくとも低純
    度酸素を製品として分離回収する低純度酸素の製造方法
    において、前記高圧塔の操作圧力より高い圧力の圧縮空
    気を発電設備から受給して原料空気の少なくとも一部と
    する工程と、原料空気を予冷する工程と、予冷した原料
    空気から水分や二酸化炭素等の不純物を除去して精製す
    る工程と、精製した原料空気を第一原料空気と第二原料
    空気とに分岐する工程と、分岐した前記第一原料空気を
    前記高圧塔の操作圧力まで膨張させて前記高圧塔に導入
    する工程と、分岐した前記第二原料空気を低温蒸留で得
    られた流体との熱交換により冷却した後、前記高圧塔の
    操作圧力まで減圧して前記高圧塔に導入する工程と、導
    入された原料空気を複式蒸留塔で低温蒸留することによ
    り酸素と窒素とに分離する工程と、前記複式蒸留塔で分
    離した酸素及び窒素を抜き出して原料空気との熱交換に
    より昇温した後、少なくとも前記酸素を製品酸素ガスと
    して回収する製品回収工程とを含むとともに、前記第一
    原料空気の膨張工程で発生した膨張仕事を、前記発電設
    備から受給する圧縮空気以外の流体を圧縮する動力の少
    なくとも一部として利用することを特徴とする低純度酸
    素の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記製品酸素ガスの回収工程は、前記低
    圧塔底部の液化酸素を抜き出して圧縮した後、前記原料
    空気との熱交換によって気化させることにより行うこと
    を特徴とする請求項４記載の低純度酸素の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記原料空気を第一原料空気と第二原料
    空気とに分岐する工程を、前記低温蒸留で得られた流体
    との熱交換により冷却する工程の途中で行うことを特徴
    とする請求項４記載の低純度酸素の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第一原料空気を膨張させる際に発生
    する膨張仕事を、前記製品回収工程において低圧塔から
    抜き出した製品ガスを圧縮する動力として利用すること
    を特徴とする請求項４記載の低純度酸素の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記高圧塔から抜き出した高圧窒素ガス
    及び前記低圧塔から抜き出した低圧窒素ガスの少なくと
    も一方の窒素ガスを昇圧した後、低温蒸留で得られた流
    体との熱交換により冷却し、次いで前記高圧塔の塔底液
    との熱交換により液化し、前記高圧塔及び前記低圧塔の
    少なくともいずれか一方に導入することを特徴とする請
    求項４記載の低純度酸素の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記第一原料空気を膨張させる際に発生
    する膨張仕事を、前記窒素ガスを昇圧する動力として利
    用することを特徴とする請求項８記載の低純度酸素の製
    造方法。
  10. 【請求項１０】 原料空気を高圧塔及び低圧塔を有する
    複式蒸留設備で低温蒸留することにより、少なくとも低
    純度酸素を製品として分離回収する低純度酸素の製造装
    置において、大気を前記高圧塔の操作圧力に対応した圧
    力に圧縮する空気圧縮機と、前記高圧塔の操作圧力より
    高い圧力の圧縮空気を発電設備から受給して前記高圧塔
    の操作圧力に対応した圧力に膨張させる動力回収タービ
    ンと、前記空気圧縮機で圧縮した原料空気と前記動力回
    収タービンで膨張させた圧縮空気とを混合して原料空気
    とする混合経路と、前記混合経路を導出した原料空気を
    予冷する予冷設備と、予冷した原料空気から水分や二酸
    化炭素等の不純物を除去して精製する精製設備と、精製
    した原料空気を第一原料空気と第二原料空気とに分岐す
    る分岐経路と、分岐した第一原料空気を低温蒸留で得ら
    れた流体と熱交換させる主熱交換器と、該主熱交換器を
    導出した第一原料空気を前記高圧塔に導入する高圧原料
    空気導入経路と、前記分岐経路で分岐した第二原料空気
    を昇圧する昇圧機と、前記昇圧機を導出した前記第二原
    料空気を前記主熱交換器で冷却した後に導入して膨張さ
    せる寒冷発生タービンと、該寒冷発生タービンを導出し
    た第二原料空気を前記低圧塔に導入する低圧原料空気導
    入経路と、前記高圧原料空気導入経路及び前記低圧原料
    空気導入経路から導入された原料空気を低温蒸留するこ
    とにより酸素と窒素とに分離する高圧塔，主凝縮器及び
    低圧塔からなる複式蒸留塔と、該複式蒸留塔の低圧塔で
    分離した酸素及び窒素を抜き出して前記主熱交換器によ
    り昇温した後、少なくとも前記酸素を製品酸素ガスとし
    て回収する製品回収経路とを備えるとともに、前記動力
    回収タービンが、前記発電設備から受給する圧縮空気以
    外の流体を圧縮する圧縮機に同軸上に連結して設けられ
    ていることを特徴とする低純度酸素の製造装置。
  11. 【請求項１１】 原料空気を高圧塔及び低圧塔を有する
    複式蒸留設備で低温蒸留することにより、少なくとも低
    純度酸素を製品として分離回収する低純度酸素の製造装
    置において、発電設備から前記高圧塔の操作圧力より高
    い圧力の圧縮空気を原料空気の少なくとも一部として受
    給する圧縮空気需給経路と、原料空気を予冷する予冷設
    備と、予冷設備を導出した原料空気から水分や二酸化炭
    素等の不純物を除去して精製する精製設備と、精製設備
    を導出した原料空気を第一原料空気と第二原料空気とに
    分岐する分岐経路と、分岐した第一原料空気を前記高圧
    塔の操作圧力まで膨張させる動力回収タービンと、該動
    力回収タービンを導出した第一原料空気を前記高圧塔に
    導入する第一原料空気導入経路と、前記分岐経路で分岐
    した第二原料空気を低温蒸留で得られた流体との熱交換
    により冷却する主熱交換器と、該主熱交換器を導出した
    第二原料空気を減圧弁を介して減圧した後に前記高圧塔
    に導入する第二原料空気導入経路と、前記第一原料空気
    導入経路及び前記第二原料空気導入経路から導入された
    原料空気を低温蒸留することにより酸素と窒素とに分離
    する高圧塔，主凝縮器及び低圧塔からなる複式蒸留塔
    と、該複式蒸留塔で分離した酸素及び窒素を抜き出して
    前記主熱交換器により昇温した後、少なくとも前記酸素
    を製品酸素ガスとして回収する製品回収経路とを備える
    とともに、前記動力回収タービンが、前記圧縮空気需給
    経路を介して受給する発電設備からの圧縮空気以外の流
    体を圧縮する圧縮機と同軸上に連結して設けられている
    ことを特徴とする低純度酸素の製造装置。
  12. 【請求項１２】 前記第一原料空気と第二原料空気とに
    分岐する分岐経路が前記主熱交換器内に設けられ、前記
    動力回収タービンが低温の原料空気を導入する低温仕様
    のタービンであることを特徴とする請求項１１記載の低
    純度酸素の製造装置。
  13. 【請求項１３】 前記低温仕様の動力回収タービンと同
    軸上に、低温流体を圧縮する低温仕様の圧縮機を連結し
    たことを特徴とする請求項１２記載の低純度酸素の製造
    装置。
  14. 【請求項１４】 前記高圧塔の上部から高圧窒素ガスを
    抜き出す経路と、該経路に抜き出した高圧窒素ガスを昇
    圧する高圧循環昇圧機と、該高圧循環昇圧機で昇圧した
    昇圧窒素ガスを前記高圧塔の塔底液と熱交換させて液化
    するコンデンサ／リボイラと、該コンデンサ／リボイラ
    で液化した液化窒素を前記高圧塔に導入する経路とから
    なる高圧窒素循環系統を備えたことを特徴とする請求項
    １１記載の低純度酸素の製造装置。
  15. 【請求項１５】 前記低圧塔の上部から低圧窒素ガスを
    抜き出す経路と、該経路に抜き出した低圧窒素ガスを昇
    圧する低圧循環昇圧機と、該低圧循環昇圧機で昇圧した
    昇圧窒素ガスを前記高圧塔の塔底液と熱交換させて液化
    する窒素凝縮器と、該窒素凝縮器で液化した液化窒素を
    前記低圧塔に導入する経路とからなる低圧窒素循環系統
    を備えたことを特徴とする請求項１１記載の低純度酸素
    の製造装置。
  16. 【請求項１６】 前記低圧塔及び高圧塔の少なくともい
    ずれか一方が、充填式蒸留塔であることを特徴とする請
    求項１０又は１１記載の低純度酸素の製造装置。
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DE102010056560A1 (de) 2010-08-13 2012-02-16 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Drucksauerstoff und Druckstickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft

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