1. 简介
最近，CO 2控制排放和有效利用能源资源从这一观点来看，消耗大量能源的低温空气分离装置(ASU)的节能化比以往更加重要。ASU动力性能的指标之一是动力原单位（低压氧气产生基础），它将低压（约130 kPa(abs)以下）的产品氧气转化为1米。3产生/h（normal）所需的ASU的消耗功率。图1为高纯度氧（≥99.5%（volume））
关于原单位的推移，1960年代为0.46 kWh/m 3原为（normal）的动力原单位，由于蒸馏计算的精度提高的氧气收率的改善，由于采用填充塔的压力损失的降低，后述的主凝缩器的流体间温度差的降低的下部塔压力的降低，原料空气压缩机的性能提高等的影响，现在约为0.35 kWh/m 3改善到（normal）。但是，在最近的20年里，动力原单位没有得到改善，ASU的性能方面达到了顶点状态，似乎正在接近极限。其主要原因之一是由低压塔、高压塔以及热整合这些塔的主凝缩器构成的ASU的基本工艺，特别是制造高纯度氧的工艺，从大约100多年前就没有发生变化。这种趋势对
于国内外同行业的其他公司也是如此，无法获得相对于其他公司在动力方面的优势是ASU行业激烈的价格竞争的原因之一。在这样的背景下，本公司认为，高纯度氧，可同时生产高纯氮和高纯氩的ASU的基本工艺，在抑制装置成本上升的同时，开发出最多可削减10%左右的原功率的ASU工艺1),2)实用化了。本稿介绍了开发的ASU程序的概要。
2. 开发的深冷空气分离工艺的概要
图2表示(a)现行程序和(b)新程序的程序流程的比较。
两个工艺都是由高压塔、低压塔、氩塔这三个精馏塔构成的，各个精馏塔通过凝缩器相互热整合，另一方面，各精馏塔的热整合组合和流体的处理在两个工艺中是不同的。在现行工艺中，高压塔顶与低压塔底部通过主冷
凝器进行热整合，即所谓的复式精馏工艺是基本工艺，作为低压塔侧切塔的氩塔是辅助定位，而新工艺中，高压塔顶与氩塔底部、氩塔顶与低压塔底部分别进行热整合，这一点基本不同。
由于这种热整合的不同，两个工艺中各精馏塔的操作压力不同。也就是说，在现行工艺中，为了使低压塔的液化氧通过高压塔的氮气蒸发，如果将高压塔的操作压力提高到约540 kPa(abs)，则工艺成立，而在新工艺
中，为了使低压塔的液化氧通过氩塔的氩气蒸发，将氩塔的操作压力提高到约220 kPa(abs)
需要提高，而且为了使氩塔底部约240 kPa(abs)的液化氧通过高压塔的氮气蒸发，需要将高压塔的操作压力提高到约850 kPa(abs)。因此，现行工艺是用原料空气压缩机(MAC)将原料空气压缩至约580 kPa(abs)，而新工艺则需要将原料空气压缩至约890 kPa(abs)，MAC的消耗动力会变大。
另一方面，新工艺具有可以增加高压塔顶导出的中压氮气流量的特点。在现行工艺中，低压塔和氩塔的上升气体由主凝缩器产生，而在新工艺中，这一作用被分割为氩凝缩器和氮凝缩器，低压塔的上升气体由氩凝缩器产生，氩塔的上升气体由氮凝缩器产生。因此，在新工艺中，氮凝缩器的交换热量可以比现行工艺的主凝缩器小，如上所述，可以增加中压氮气的导出量。因此，在需要高压氮气的产品规格条件下，通过有效利用该中压氮气，可以削减氮气的压送动力，因此ASU整体可以削减消耗动力。
3. 通过案例研究评估有效性
为了评价开发的新工艺的有效性，在面向一般钢铁厂的ASU上应用新工艺进行试验设计，关于消耗动力和装置成本进行现行的研究与应用程序的情况进行了比较。表1(a)表示本案例研究中设定的产品规格。
3.1 功耗和功率强度
表1(b)显示了应用新程序时与现行程序的消耗功率的差。如前所述，在新工艺中，由于MAC的排出压力变高，消耗功率增加，而设置在MAC二次侧的空气增压器(BAC)由于吸入压力变高，消耗功率降低。另外，现行工艺（不伴随动力增加）不能导出中压氮气，与此相对，新工艺可以导出原料空气量的2成左右的中压氮气，因此可以减少氮气压缩机(NC)低压段的处理量，减少消耗动力。另外，随着原料空气管线的高压化，通过前处理设备的紧凑化，可以减少内部的吸附剂量，也可以减少再生所需的能量。结果确认了合计可以削减551 kW的功率。这相当于ASU整体消耗动力的约5%，相当于低压氧气发生基础的动力原单位的10%削减。如前所述，低压氧气发生基础的动力原单位是指低压氧气为1米3产生/h（normal）所需的ASU的消耗功率，是从ASU整体的消耗功率中减去与产品气体的压缩及液体产品的液化相关的相当功率，除以产品氧量的结果。在此，与压缩相关的相当动力是指将产品气体从大气压压缩到产品压力所需的动力尝。
3.2 设备成本
表1(c)显示了应用新程序时与现行程序的装置成本差。新工艺一方面存在液化气泵（供给氩泵）的追加、冷箱的尺寸增加等成本上升的主要原因，另一方面，由于中压氮气量的增加，NC低压段的紧凑化、原料空气管线的高压化，预处理设备和外部配管的紧凑化，预计可以降低成本，因此确认了ASU整体的装置成本与现行工艺基本相同。
确认了预计会有一定程度的动力原单位削减。具体适用范围的标准大致如下。
产品氧纯度>99%（volume）
产品氧气压力>200 kPa(abs)
产品氮气压力>800 kPa(abs)
4. 适用范围
表2显示了过去具体项目中新工艺的应用实例（案例研究）。根据产品规格的不同，工艺应用效果也各不相同，但最多可达10%
5. 结语
通过改良ASU的基本工艺复式精馏工艺，开发了将装置成本控制在与以往相同程度的同时，最大可削减10%的消耗动力或动力原单位的深冷空气分离工艺。虽然本工艺中的各构成机器与以往没有变化，但由于蒸馏塔的操作压力和工艺循环与以往不同，因此完成了以前没有实际成果的精馏条件下的蒸馏塔的性能确认试验和适用于本工艺的控制方法、起动方法的研究，现在已经开始适用于实际机器。今后，希望推进本工艺的适用，为降低气体单价、降低环境负荷做出贡献。
