液体酸素精製方法およびそれに用いる装置

トップ :: F 機械工学照明加熱武器爆破 :: F25 冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒ－トポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化

【発明の名称】	液体酸素精製方法およびそれに用いる装置
【発明者】	【氏名】宮本篤【氏名】菊地延尚【氏名】木山洋実
【要約】	【課題】不純物濃度をｐｐｂオーダーにすることのできる液体酸素精製方法を提供する。【解決手段】原料液体酸素を第１精留塔２に導入し、上記第１精留塔２に酸素より高沸点成分を液体のまま溜め、酸素より低沸点成分を気化して酸素ガスとともに取り出し、この取り出した低沸点成分および酸素ガスを第２精留塔２０に導入し、この第２精留塔２０で上記低沸点成分と酸素を分離し、酸素ガスを液化して溜め、この高純度液体酸素を製品液体酸素として取り出す。

【特許請求の範囲】
【請求項１】原料液体酸素を第１精留塔に導入し、上記第１精留塔に酸素より高沸点成分を液体のまま溜め、酸素より低沸点成分を気化して酸素ガスとともに取り出し、この取り出した低沸点成分および酸素ガスを第２精留塔に導入し、この第２精留塔で上記低沸点成分と酸素を分離して高純度化し、この高純度酸素ガスを液化して溜め、この溜められた高純度液体酸素を製品液体酸素として取り出すようにしたことを特徴とする液体酸素精製方法。
【請求項２】液体酸素の冷熱で液化する熱交換用気体と第１精留塔に溜まり酸素より高沸点成分を含有する液体酸素とを熱交換させて、第１精留塔に溜まる液体酸素を蒸発させるとともに熱交換用気体を液化させ、この液化させた熱交換用気体を第１凝縮器の寒冷として用い、第１精留塔に滞留する酸素ガスを上記第１凝縮器で液化し還流液として第１精留塔に戻すようにした請求項１記載の液体酸素精製方法。
【請求項３】液体酸素の冷熱で液化する熱交換用気体と第２精留塔に溜まる高純度液体酸素とを熱交換させて、高純度液体酸素を蒸発させるとともに熱交換用気体を液化させ、この液化した熱交換用気体を第２凝縮器の寒冷として用い、第２精留塔に滞留する酸素ガスを上記第２凝縮器で液化し還流液として第２精留塔に戻すようにした請求項１または２記載の液体酸素精製方法。
【請求項４】熱交換用気体を圧縮機で圧縮したのち第１精留塔に溜まる液体酸素と熱交換させ、第１凝縮器の寒冷としての作用を終えて気化した熱交換用気体を上記圧縮機に戻すようにした請求項２記載の液体酸素精製方法。
【請求項５】熱交換用気体を圧縮機で圧縮したのち第２精留塔に溜まる高純度液体酸素と熱交換させ、第２凝縮器の寒冷としての作用を終えて気化した熱交換用気体を上記圧縮機に戻すようにした請求項３記載の液体酸素精製方法。
【請求項６】第１凝縮器および第２凝縮器を１つの蒸発器に収容した請求項３記載の液体酸素精製方法。
【請求項７】熱交換用気体がアルゴンガス，窒素ガスおよび空気のいずれか一つである請求項２～６のいずれか一項に記載の液体酸素精製方法。
【請求項８】原料液体酸素導入路と、原料液体酸素導入路からの原料液体酸素を導入し酸素より高沸点成分を液体のまま溜め酸素より低沸点成分を気化して酸素ガスとともに取り出す第１精留塔と、上記第１精留塔から取り出した酸素ガスおよび上記低沸点成分を第２精留塔に導入する導入路と、上記低沸点成分と酸素を分離して高純度化しこの高純度酸素ガスを液化して溜めこの高純度液体酸素を製品液体酸素として取り出す第２精留塔とを備えたことを特徴とする液体酸素精製装置。
【請求項９】第１精留塔の上部に設けた還流液生成用の第１凝縮器と、第１精留塔の下部に設けた液体酸素気化用の第１加熱器と、第２精留塔の上部に設けた還流液生成用の第２凝縮器と、第２精留塔の下部に設けた高純度液体酸素気化用の第２加熱器とを備えた請求項８記載の液体酸素精製装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明、不純物含有の液体酸素を超高純度に精製することのできる液体酸素精製方法およびそれに用いる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、空気分離装置で製造される液体酸素（ＬＯ₂）には、不純物として、Ｎ₂：２０ｐｐｍ，Ａｒ：１０００ｐｐｍ，ＣＯ：０．１ｐｐｍ，Ｃ_nＨ_m：１５ｐｐｍ程度が含まれており、これら不純物は、半導体最先端工場において悪影響を及ぼすため厳しい規制がなされている。
【０００３】そこで、液体酸素を超高純度に精製するものとして、特開平２－１５０６８６号公報に示す超高純度酸素製造装置が提案されている。この装置では、まず微量不純物を含む液体酸素（純度９９．６～９９．９％）を第１精留塔に導入し、この第１精留塔で精留を行い、排出する少量の酸素ガス中に、酸素に比べて低沸点成分である窒素，一酸化炭素，アルゴン等の不純物を含有させて分離し、つぎに大部分の酸素を液体状態で第１精留塔の下部から取り出して第２精留塔に導入し、この第２精留塔で精留を行い、排出する少量の液体酸素中に、酸素に比べて高沸点成分であるクリプトン，キセノン，Ｃ_nＨ_m等の不純物を含有させて分離し、大部分の酸素ガスを第２精留塔の塔頂部のコンデンサに通して液体状態で取り出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の装置では、液体酸素中の窒素，一酸化炭素，アルゴン等の不純物を全て第１精留塔で気化させて分離除去することができず、第１精留塔の下部に溜まる液体酸素中には上記不純物の一部が残存する。また、第２精留塔では上記の窒素，一酸化炭素，アルゴン等の不純物を除去しないため、第２精留塔から取り出す液体酸素中には、上記残存不純物のモル分率に相当する不純物が液体状態で存在する。したがって、上記の装置では、不純物濃度がｐｐｍオーダーとなり、ｐｐｂオーダーの製品を得ることは不可能であった。
【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、不純物濃度をｐｐｂオーダーにすることのできる液体酸素精製方法およびそれに用いる装置の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明は、原料液体酸素を第１精留塔に導入し、上記第１精留塔に酸素より高沸点成分を液体のまま溜め、酸素より低沸点成分を気化して酸素ガスとともに取り出し、この取り出した低沸点成分および酸素ガスを第２精留塔に導入し、この第２精留塔で上記低沸点成分と酸素を分離して高純度化し、この高純度酸素ガスを液化して溜め、この溜められた高純度液体酸素を製品液体酸素として取り出すようにした液体酸素精製方法を第１の要旨とし、原料液体酸素導入路と、原料液体酸素導入路からの原料液体酸素を導入し酸素より高沸点成分を液体のまま溜め酸素より低沸点成分を気化して酸素ガスとともに取り出す第１精留塔と、上記第１精留塔から取り出した酸素ガスおよび上記低沸点成分を第２精留塔に導入する導入路と、上記低沸点成分と酸素を分離して高純度化しこの高純度酸素ガスを液化して溜めこの高純度液体酸素を製品液体酸素として取り出す第２精留塔とを備えた液体酸素精製装置を第２の要旨とする。
【０００７】すなわち、本発明の液体酸素精製方法は、原料液体酸素を第１精留塔に導入してこの第１精留塔から酸素および酸素より低沸点成分を気体状態で取り出すことにより、第１精留塔で酸素より高沸点成分を液体状態で分離除去し、つぎに第１精留塔から取り出した酸素および酸素より低沸点成分を気体状態で第２精留塔に導入し、この第２精留塔で酸素より低沸点成分と酸素とを分離している。これにより、第２精留塔に溜まる液体酸素が高純度になり、この高純度な液体酸素を製品として取り出すことができる。このように、第２精留塔に気体状態で酸素および酸素より低沸点成分を導入した場合には、酸素を再液化させることによる効果のため、液体酸素中には殆ど酸素より低沸点成分が含まれなくなる。したがって、第２精留塔で得られる液体は、不純物濃度がｐｐｂオーダーの超高純度な液体酸素となる。一方、本発明の装置によれば、上記方法の実現が容易になり、効率よく液体酸素の精製が行える。
【０００８】なお、本発明の方法において、液体酸素の冷熱で液化する熱交換用気体と第１精留塔に溜まり酸素より高沸点成分を含有する液体酸素とを熱交換させて、第１精留塔に溜まる液体酸素を蒸発させるとともに熱交換用気体を液化させ、この液化させた熱交換用気体を第１凝縮器の寒冷として用い、第１精留塔に滞留する酸素ガスを上記第１凝縮器で液化し還流液として第１精留塔に戻すようにした場合には、また、液体酸素の冷熱で液化する熱交換用気体と第２精留塔に溜まる高純度液体酸素とを熱交換させて、高純度液体酸素を蒸発させるとともに熱交換用気体を液化させ、この液化した熱交換用気体を第２凝縮器の寒冷として用い、第２精留塔に滞留する酸素ガスを上記第２凝縮器で液化し還流液として第２精留塔に戻すようにした場合には、外部からの寒冷や熱源は不要となる。
【０００９】本発明の方法において、熱交換用気体を圧縮機で圧縮したのち第１精留塔に溜まる液体酸素と熱交換させ、第１凝縮器の寒冷としての作用を終えて気化した熱交換用気体を上記圧縮機に戻すようにした場合には、また、熱交換用気体を圧縮機で圧縮したのち第２精留塔に溜まる高純度液体酸素と熱交換させ、第２凝縮器の寒冷としての作用を終えて気化した熱交換用気体を上記圧縮機に戻すようにした場合には、熱交換用気体を外部から導入する必要はない。
【００１０】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【００１１】図１は本発明の液体酸素精製装置の一実施の形態の構成図を示している。図において、１は原料タンクであり、内部に原料液体酸素（原料ＬＯ₂）が収容されている。この原料ＬＯ₂は、従来の深冷空気分離装置により製造されたものであり、不純物として、Ｎ₂：２０ｐｐｍ，Ａｒ：１０００ｐｐｍ，ＣＯ：０．１ｐｐｍ，Ｃ_nＨ_m：１５ｐｐｍ等が含まれている。２は第１精留塔であり、その下部から、原料タンク１内の原料ＬＯ₂が供給パイプ７を経て送り込まれる。第１精留塔２内では、送り込まれた原料ＬＯ₂のうち、Ｏ₂やＯ₂（沸点－１８３℃）より低沸点成分であるＮ₂（沸点－１９６℃），Ａｒ（沸点－１８６℃），ＣＯ（沸点－２０５℃）等が第１加熱器３によりガス化して第１精留塔２内を上昇し、Ｏ₂とともに上部に滞留する。また、Ｏ₂およびＯ₂より高沸点成分であるＣＨ₄（沸点－１６１℃）等が液体のまま第１精留塔２の底部に溜まる。７ａは供給パイプ７に設けた液面調節弁であり、液面計（図示せず）による第１精留塔２底部の貯留液体酸素（貯留ＬＯ₂）６の液面高さの検出結果に基づき、供給パイプ７を通る原料ＬＯ₂の流量を調節し、上記貯留ＬＯ₂６の液面高さを一定に保持する作用をする。
【００１２】３は第１加熱器であり、第１精留塔２の下部に設けられている。この第１加熱器３には、圧縮機１０で圧縮されたＮ₂ガス（熱交換用気体）がアフタークーラー１１，送給パイプ１３，第１分岐送給パイプ１４ａ，主熱交換器１２を経て液化温度近くまで冷却され、送り込まれる。このＮ₂ガスは、第１精留塔２の底部に溜まる貯留ＬＯ₂６を加温し、Ｏ₂およびＮ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分を気化して第１精留塔２の上部に滞留させ、ＣＨ₄等の高沸点成分を液体のまま残して貯留ＬＯ₂６中に濃縮させる。一方、それ自身は貯留ＬＯ₂６の冷熱により液化されて第１導入パイプ９に導入され、その一部が第１分岐導入パイプ９ａを経て第１蒸発器４に送入され、他部が第２分岐導入パイプ９ｂを経て第２蒸発器２４に送入される。上記第１蒸発器４の内部は、膨張し送入された液体窒素（ＬＮ₂）によりＯ₂ガスの沸点以下の温度に冷却される。一方、第１精留塔２の上部に滞留するＯ₂ガスは、その一部が第１還流液パイプ８ａを経て第１蒸発器４内の第１凝縮器５に送入される。上記冷却により、第１凝縮器５内に送入されたＯ₂ガスが液化して還流液となり第２還流液パイプ８ｂから第１精留塔２の上部に流下する。
【００１３】１５はＬＯ₂排出パイプであり、第１精留塔２底部に溜まる貯留ＬＯ₂６（不純物として、Ｎ₂：５．３ｐｐｍ，Ａｒ：６２５ｐｐｍ，ＣＯ：０．０４ｐｐｍ，Ｃ_nＨ_m：３７５ｐｐｍ等が含まれている）を主熱交換器１２に送り、ここを通る（圧縮機１０からの）Ｎ₂ガスと熱交換させて、貯留ＬＯ₂６を常温近くまで加温してガス化させ外部に放出する。１５ａはＬＯ₂排出パイプ１５の主熱交換器１２下流部分に設けた流量調節弁であり、流量計（図示せず）によるＬＯ₂排出パイプ１５内のＯ₂ガスの流量の検出結果に基づき、このＯ₂ガスの流量を調節する作用をする。この実施の形態では、ＬＯ₂排出パイプ１５による貯留ＬＯ₂６の排出量を、後述する導出パイプ１９の流量の約４％に調節しており、Ｃ_nＨ_mが高く濃縮するのを防いでいる。１６は第１分岐導入パイプ９ａに設けた流量調節弁であり、第１分岐導入パイプ９ａを通るＬＮ₂の流量を調節している。１７は第２分岐導入パイプ９ｂに設けた流量調節弁であり、第２分岐導入パイプ９ｂを通るＬＮ₂の流量を調節する作用をする。
【００１４】１９は導出パイプであり、上記第１精留塔２の上部空間のＯ₂ガス（不純物として、Ｎ₂：２１ｐｐｍ，Ａｒ：１０１６ｐｐｍ，ＣＯ：０．１ｐｐｍ等が含まれている）を導出して第２精留塔２０に送り込む。第２精留塔２０内では、送り込まれたＯ₂ガスのうち、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分が気体のまま上昇し上部に滞留する。また、Ｏ₂ガスが液化して下降し底部に溜まる。１９ａは導出パイプ１９に設けた流量調節弁であり、流量計（図示せず）による導出パイプ１９内のＯ₂ガスの流量の検出結果に基づき、このＯ₂ガスの流量を調節する作用をする。
【００１５】２１は第２加熱器であり、第２精留塔２０の底部に設けられている。この第２加熱器２１には、圧縮機１０で圧縮されたＮ₂ガスがアフタークーラー１１，送給パイプ１３，第２分岐送給パイプ１４ｂ，主熱交換器１２を経て液化温度近くまで冷却され、送り込まれる。このＮ₂ガスは、第２精留塔２０の底部に溜まる貯留ＬＯ₂２２を加温し、Ｏ₂ガスを気化して上部に滞留させ、貯留ＬＯ₂２２を超高純度にする。一方、それ自身は貯留ＬＯ₂２２の冷熱によって液化し、第２導入パイプ２３を経て第２蒸発器２４に送入される。この第２蒸発器２４の内部は、第２分岐導入パイプ９ｂを経て膨張し送入されたＬＮ₂および第２導入パイプ２３を経て膨張し送入されたＬＮ₂でＯ₂ガスの沸点以下の温度に冷却される。一方、第２精留塔２０の上部空間のＯ₂ガスは、その一部が第３還流液パイプ２５ａを経て第２蒸発器２４内の第２凝縮器２６に送入される。上記冷却により、第２凝縮器２６内に送入されたＯ₂ガスが液化して還流液となり、第４還流液パイプ２５ｂから第２精留塔２０の上部に流下する。２３ａは第２導入パイプ２３を通るＬＮ₂の流量を調節する流量調節弁である。
【００１６】２７はＯ₂ガス取出パイプであり、第２精留塔２０の上部空間に滞留するＯ₂ガス（不純物として、Ｎ₂：１８０ｐｐｍ，Ａｒ：８８６３ｐｐｍ，ＣＯ：０．８６ｐｐｍ等が含まれている）を主熱交換器１２に送り、ここを通る（圧縮機１０からの）Ｎ₂ガスと熱交換させて、Ｏ₂ガスを常温に昇温して外部に放出する。２７ａはＯ₂ガス取出パイプ２７の主熱交換器１２下流部分に設けた流量調節弁であり、流量計（図示せず）によるＯ₂ガス取出パイプ２７内のＯ₂ガスの流量の検出結果に基づき、このＯ₂ガスの流量を調節する作用をする。２８は製品ＬＯ₂取出パイプであり、第２精留塔２０の底部の超高純度な貯留ＬＯ₂２２を製品ＬＯ₂として取り出し製品タンク２９に導入する。２８ａは製品ＬＯ₂取出パイプ２８に設けた液面調節弁であり、液面計（図示せず）による第２精留塔２０底部の貯留ＬＯ₂２２の液面高さの検出結果に基づき、製品ＬＯ₂取出パイプ２８を通る貯留ＬＯ₂２２の流量を調節し、上記貯留ＬＯ₂２２の液面高さを一定に保持する作用をする。
【００１７】３３は第１蒸発器４上部から延びる第１Ｎ₂ガス取出パイプであり、第１蒸発器４の上部空間に溜まるＮ₂ガス（第１蒸発器４内に送り込まれたＬＮ₂が第１凝縮器５内を通るＯ₂ガスで気化されて上部空間に溜まったもの）を主熱交換器１２に送り、ここを通る（圧縮機１０からの）Ｎ₂ガスと熱交換させてＮ₂ガスを常温に昇温し、取出パイプ３５を経て第１バッファタンク３０に送る。３３ａは第１Ｎ₂ガス取出パイプ３３の主熱交換器１２下流部分に設けた圧力調節弁であり、圧力計（図示せず）による第１蒸発器４の上部空間の内圧の検出結果に基づき、第１Ｎ₂ガス取出パイプ３３を通るＮ₂ガスの流量を調節し、上記内圧を一定に保持する作用をする。３４は第２蒸発器２４上部から延びる第２Ｎ₂ガス取出パイプであり、第２蒸発器２４の上部空間に溜まるＮ₂ガス（第２蒸発器２４内に送り込まれたＬＮ₂が第２凝縮器２６内を通るＯ₂ガスで気化されて上部空間に溜まったもの）を主熱交換器１２に送り、ここを通る（圧縮機１０からの）Ｎ₂ガスと熱交換させてＮ₂ガスを常温に昇温し、取出パイプ３５を経て第１バッファタンク３０に送る。３４ａは第２Ｎ₂ガス取出パイプ３４の主熱交換器１２下流部分に設けた圧力調節弁であり、圧力計（図示せず）による第２蒸発器２４の上部空間の内圧の検出結果に基づき、第２Ｎ₂ガス取出パイプ３４を通るＮ₂ガスの流量を調節し、上記内圧を一定に保持する作用をする。
【００１８】３６はＮ₂ガスを第１バッファタンク３０に補給する補給パイプである。３７は第１バッファタンク３０を第２バッファタンク３１に連通する連通パイプである。第１バッファタンク３０は補給パイプ３６に設けられており、第２バッファタンク３１は送給パイプ１３に設けられている。第１バッファタンク３０は、取出パイプ３５を経て送られたＮ₂ガスと補給パイプ３６を通るＮ₂ガスとを合流させて緩衝させる作用をする。第２バッファタンク３１は、連通パイプ３７を経て送られたＮ₂ガスと送給パイプ１３を通るＮ₂ガスとを合流させて緩衝させる作用をする。３６ａは補給パイプ３６に設けた圧力調節弁であり、第１バッファタンク３０内の圧力の検出結果に基づき、圧力を一定に保つ作用をする。３７ａは連通パイプ３７に設けた圧力調節弁であり、第２バッファタンク３１内の圧力の検出結果に基づき、圧力を一定に保つ作用をする。４０は真空パーライト断熱箱であり、内部に原料タンク１、両精留塔２，２０、両凝縮蒸発器４，２４、主熱交換器１２および製品タンク２９が収容されている。この真空パーライト断熱箱４０の内部は真空状態に保持されており、かつパーライト（図示せず）が充填されている。
【００１９】この装置を用い、例えばつぎのようにしてＬＯ₂を超高純度ＬＯ₂に精製することができる。すなわち、まず、原料タンク１から原料ＬＯ₂を供給パイプ７を経て第１精留塔２の下部に導入し、第１精留塔２内で主にＯ₂やＣＨ₄等の高沸点成分を液体のまま底部に溜める。上記原料ＬＯ₂の導入量は液面調節弁７ａで自動的に制御され、これにより、第１精留塔２の底部に溜まる貯留ＬＯ₂６の液面が一定に保持される。ついで、圧縮機１０で加圧したＮ₂ガスをアフタークーラー１１，主熱交換器１２を経て第１精留塔２の底部の第１加熱器３に一定量を送り込む。このＮ₂ガスで第１精留塔２の底部の貯留ＬＯ₂６は気化し、Ｏ₂ガスとなり、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分とともに上昇し上部に滞留する。また、ＣＨ₄等の高沸点成分が貯留ＬＯ₂６に残り濃縮する。一方、第１加熱器３内で液化したＬＮ₂を第１導入パイプ９に導出し、その一部を第１分岐導入パイプ９ａを経て第１蒸発器４内に送り込み、第１凝縮器５の寒冷用として用いる。つぎに、第１精留塔２の上部に滞留するＯ₂ガスの一部を第１還流液パイプ８ａを経て第１凝縮器５に送り込み、ここで上記寒冷によって液化し、還流液として第１精留塔２に戻す。そして、この還流液を第１精留塔２内を流下させ、上昇するＯ₂ガスと向流接触させて精留し、Ｏ₂ガス中のＣＨ₄等の高沸点成分を液化させ、Ｏ₂ガスやＮ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分等を気体として上部に滞留させる。このようにして、ＣＨ₄等の高沸点成分を略完全に除去したＯ₂ガスを導出パイプ１９から取り出して第２精留塔２０に送り込み、一方、第１精留塔２底部に溜まる貯留ＬＯ₂６の約４％程度をＬＯ₂排出パイプ１５により排出する。
【００２０】第２精留塔２０では、送り込まれたＯ₂ガスのうち、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分を上昇させて上部に滞留させ、高沸点成分であるＯ₂ガス等を液化して下降させ第２精留塔２０の底部に溜める。つぎに、圧縮機１０で加圧したＮ₂ガスをアフタークーラー１１，主熱交換器１２を経て第２精留塔２０の底部の第２加熱器２１に一定量を送り込む。このＮ₂ガスで第２精留塔２０底部の貯留ＬＯ₂２２を気化させることにより、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分が略完全に除去される。一方、第２加熱器２１内で液化したＬＮ₂を第２導入パイプ２３を経て第２蒸発器２４内に送り込み、第２凝縮器２６の寒冷用として用いる。また、第１加熱器３内で液化したＬＮ₂を第２分岐導入パイプ９ｂを経て第２蒸発器２４内に送り込み、第２凝縮器２６の寒冷用として用いる。そして、第２精留塔２０の上部に滞留するＯ₂ガスを第３還流液パイプ２５ａを経て第２凝縮器２６に送り込み、ここで上記寒冷によって液化し、還流液として第２精留塔２０に戻す。そして、この還流液を第２精留塔２０内を流下させ、上昇するＯ₂ガスと向流接触させて精留し、Ｏ₂ガスを液化させ、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分を気体として上部に滞留濃縮させる。この濃縮量を決定する主要因は原料ＬＯ₂と第２精留塔２０上部からＯ₂ガス取り出しパイプ２７により排出するＯ₂ガスとの比であり、この実施の形態では、原料ＬＯ₂の約１１％を排出している。このようにして得られた超高純度な（不純物濃度がｐｐｂオーダーの）貯留ＬＯ₂２２を、その液面を一定にコントロールするようにして、製品ＬＯ₂取出パイプ２８から製品として自動的に取り出す。
【００２１】一方、第１および第２蒸発器４，２４から排出した低温Ｎ₂ガスを主熱交換器１２に通し、ここを通る（圧縮機１０からの）Ｎ₂ガスと熱交換させてＮ₂ガスを液化温度近くまで冷却し、それ自体を常温近くまで加温して圧縮機１０に送り、この圧縮機１０で加圧して再度主熱交換器１２に送り込む。このように、Ｎ₂ガスは循環サイクルを形成している。
【００２２】上記のように、この実施の形態では、不純物濃度がｐｐｂオーダーの超高純度ＬＯ₂を得ることができる。しかも、超高純度ＬＯ₂製造量は第１精留塔２から第２精留塔２０へ供給されるＯ₂ガスの流量のみで決定されるため、ＬＯ₂等の流量測定が困難であった従来の液体の流量測定が不要となり、運転が非常に簡素化されるとともに、信頼性がアップする。
【００２３】図２は本発明の液体酸素精製装置の他の実施の形態の構成図を示している。この実施の形態では、図１に示す実施の形態のようなＮ₂ガスの循環サイクルが形成されていない。また、両加熱器３，２１が両精留塔２，２０の外部に配設されている。それ以外の部分は図１に示す実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。すなわち、この実施の形態では、第１精留塔２と、第１精留塔２の外側下部に配設した第１加熱器３と、第１凝縮器５と、第２精留塔２０と、第２精留塔２０の外側下部に配設した第２加熱器２１と、第２凝縮器２６が主要部品になっている。
【００２４】この装置を用い、例えばつぎのようにしてＬＯ₂を超高純度ＬＯ₂に精製することができる。すなわち、まず、原料タンク（図示せず）から原料ＬＯ₂を供給パイプ７を経て第１精留塔２の下部に導入し、第１精留塔２内で、主にＯ₂やＣＨ₄等の高沸点成分を液体のまま底部に溜める。第１精留塔２の底部の貯留ＬＯ₂６はパイプ４５を介して第１加熱器３に送られ、ここで気化してＯ₂ガスとなり、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分とともに、パイプ４６を介して第１精留塔２に戻り、第１精留塔２内を上昇し上部に滞留する。また、ＣＨ₄等の高沸点成分が貯留ＬＯ₂６に残り濃縮する。つぎに、第１精留塔２の上部に滞留するＯ₂ガスの一部を第１還流液パイプ８ａを経て第１凝縮器５に送り込み、ここで液化し、還流液として第１精留塔２に戻す。そして、この還流液を第１精留塔２内を流下させ、上昇するＯ₂ガスと向流接触させて精留し、Ｏ₂ガス中のＣＨ₄等の高沸点成分を液化させ、Ｏ₂ガスやＮ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分等を気体として上部に滞留させる。このようにして、ＣＨ₄等の高沸点成分を略完全に除去したＯ₂ガスを導出パイプ１９から取り出して第２精留塔２０に送り込み、一方、第１精留塔２底部に溜まる貯留ＬＯ₂６の約４％程度をＬＯ₂排出パイプ１５により排出する。
【００２５】第２精留塔２０では、送り込まれたＯ₂ガスのうち、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分を上昇させて上部に滞留させ、高沸点成分であるＯ₂ガス等を液化して下降させ第２精留塔２０の底部に溜める。第２精留塔２０底部の貯留ＬＯ₂２２はパイプ４７を介して第２加熱器２１に送られ、ここで気化されることにより、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分が略完全に除去される。また、ここで気化されたＯ₂ガスはパイプ４８を介して第２精留塔２０に戻り、第２精留塔２０内を上昇し上部に滞留する。そして、第２精留塔２０の上部に滞留するＯ₂ガスを第３還流液パイプ２５ａを経て第２凝縮器２６に送り込み、ここで液化し、還流液として第２精留塔２０に戻す。そして、この還流液を第２精留塔２０内を流下させ、上昇するＯ₂ガスと向流接触させて精留し、Ｏ₂ガスを液化させ、Ｎ₂，Ａｒ，ＣＯ等の低沸点成分を気体として上部に滞留濃縮させる。この濃縮量を決定する主要因は原料ＬＯ₂と第２精留塔２０上部からＯ₂ガス取り出しパイプ２７により排出するＯ₂ガスとの比であり、この実施の形態では、原料ＬＯ₂の約１１％を排出している。このようにして得られた超高純度な（不純物濃度がｐｐｂオーダーの）貯留ＬＯ₂２２を、その液面を一定にコントロールするようにして、製品ＬＯ₂取出パイプ２８から製品として自動的に取り出す。このように、この実施の形態でも、図１に示す実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００２６】図３は本発明の液体酸素精製装置のさらに他の実施の形態の構成図を示している。この実施の形態では、図１に示す実施の形態における、第１蒸発器４を第２蒸発器２４で兼用している。このため、この実施の形態では、第１蒸発器４，第１導入パイプ９，第１分岐導入パイプ９ａ，第２分岐導入パイプ９ｂ，第１Ｎ₂ガス取出パイプ３３を無くし、第２蒸発器２４内に第１凝縮器５を配設している。また、第１および第２の凝縮器５，２６を第２蒸発器２４に連結する導入パイプ５０および流量調節弁５０ａを設けている。それ以外の部分は図１に示す実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。また、この実施の形態でも、図１に示す実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明の液体酸素精製方法によれば、第１精留塔で原料液体酸素中の酸素および酸素より低沸点成分を気体状態で取り出し、第２精留塔の原料としているため、第２精留塔で得られる液体中には酸素より低沸点成分が液化して混入していることは殆どない。したがって、第２精留塔で得られる液体は、不純物濃度がｐｐｂオーダーの超高純度な液体酸素となる。一方、本発明の装置によれば、上記方法の実現が容易になり、効率よく液体酸素の精製が行える。

【出願人】	【識別番号】０００１２６１１５【氏名又は名称】大同ほくさん株式会社
【出願日】	平成１０年（１９９８）１月１３日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】西藤征彦
【公開番号】	特開平１１－２０１６３５
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月３０日
【出願番号】	特願平１０－５１０５