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▶ レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロードの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-28
(45)【発行日】2024-06-05
(54)【発明の名称】高純度酸素製造システム
(51)【国際特許分類】
F25J 3/04 20060101AFI20240529BHJP
【ＦＩ】
F25J3/04 102
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019169055
(22)【出願日】2019-09-18
(65)【公開番号】P2021046961
(43)【公開日】2021-03-25
【審査請求日】2022-07-20
(73)【特許権者】
【識別番号】591036572
【氏名又は名称】レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
(74)【代理人】
【識別番号】100229851
【弁理士】
【氏名又は名称】岡本 亜季
(74)【代理人】
【識別番号】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】廣瀬 献児
【審査官】塩谷 領大
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－２６４６６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１７０８７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０３５４７１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２５Ｊ １／００－ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
主熱交換器と、中圧塔と、低圧塔を含む空気分離装置と、窒素圧縮機と、窒素熱交換器と、１つ以上の酸素精留塔を含む高純度酸素製造装置を含み、
高純度酸素の原料となる酸素含有流を前記低圧塔から前記高純度酸素製造装置に供給し
、前記高純度酸素製造装置の運用に必要な冷熱を補給するために、前記中圧塔から得られ
る液体窒素を高純度酸素製造装置に供給する、高純度酸素製造システムであって、
前記空気分離装置（Ａ１）は、
原料空気を熱交換する主熱交換器（１）と、
前記主熱交換器（１）を通過した原料空気が導入される中圧塔（２）であって、第一精
留液が溜まる中圧塔底部（２１）と、前記原料空気を精留する中圧塔精留部（２２）と、
前記中圧塔精留部（２２）の上方に配置される中圧塔頂部（２３）とを有する中圧塔（２
）と、
前記中圧塔（２）の上方に配置される低圧塔（４）であって、前記中圧塔頂部（２３）
から導出されるガスを循環ライン（Ｌ６１）で導いて凝縮する窒素凝縮器（３）が内部ま
たは下方に配置され、第二精留液が溜まる低圧塔底部（４１）と、前記中圧塔底部（２１
）から導出される前記第一精留液を精留する低圧塔精留部（４２）と、前記窒素凝縮器（
３）で凝縮された凝縮流の少なくとも一部が導入される低圧塔頂部（４３）とを有する低
圧塔（４）と、
を有する高純度酸素製造システム。
【請求項2】
前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、低圧塔底部（４１）から導出される第二精留液が、その中間部または下方に導入される
第一酸素精留塔精留部（７２）と、
前記第一酸素精留塔精留部（７２）の下方に配置される第一酸素精留塔底部（７１）と
、
前記第一酸素精留塔精留部（７２）の上方に配置される第一酸素精留塔頂部（７３）と、を有する第一酸素精留塔（７）と、
前記第一酸素精留塔底部（７１）の内部または下方に配置される第一酸素蒸発器（８）
であって、前記第一酸素精留塔精留部（７２）から落下する精留液と、
導入された前記第二精留液とを蒸発させる第一酸素蒸発器（８）と、
前記第一酸素精留塔頂部（７３）の内部または上方に配置される第一酸素凝縮器（９）
であって、前記第一酸素精留塔精留部（７２）の上部から導出される第一酸素精留ガスを
、前記第一酸素蒸発器（８）で凝縮される第一液体窒素で冷却液化して前記第一酸素精留
塔精留部（７２）へ戻す、第一酸素凝縮器（９）と、
第二酸素精留塔底部（１０１）と、前記第二酸素精留塔底部（１０１）の上方に配置される第二酸素精留塔精留部（１０２）と、第二酸素精留塔精留部（１０２）の上方に配置される第二酸素精留塔頂部（１０３）と、を有する第二酸素精留塔（１０）と、
前記第二酸素精留塔底部（１０１）の内部または下方に配置される第二酸素蒸発器（１
１）であって、前記第二酸素精留塔精留部（１０２）から落下する精留液を蒸発させる第
二酸素蒸発器（１１）と、
前記第二酸素精留塔頂部（１０３）の内部または上方に配置される第二酸素凝縮器（１
２）であって、前記第二酸素精留塔精留部（１０２）の上部から導出される第二酸素精留
ガスを、前記第二酸素凝縮器（１２）から導出される第二液体窒素で冷却液化して前記第
二酸素精留塔精留部（１０２）へ戻す、第二酸素凝縮器（１２）と、
前記第二酸素精留塔頂部（１０３）の第二酸素凝縮器（１２）より上方の空間（１０３
１）から導出される窒素富化ガスを導入する窒素熱交換器（１３）と、
前記窒素熱交換器（１３）から導出される窒素富化ガスを圧縮する窒素圧縮機（１４）
と、
前記窒素圧縮機（１４）で圧縮された圧縮窒素富化ガスを、再び前記窒素熱交換器（１
３）を通過させ、前記第一酸素精留塔底部（７１）の前記第一酸素蒸発器（８）より下の
空間（７１１）へ導入するライン（Ｌ１２）と、
前記ライン（Ｌ１２）から分岐し、前記第二酸素精留塔底部（１０１）の前記第二酸素
蒸発器（１１）より下の空間（１０１１）へ導入する分岐ライン（Ｌ１２１）と、
液体で取り出された高純度酸素を貯蔵する高純度酸素タンク（１５）と、
高純度液体酸素の一部を蒸発させて高純度液体酸素を加圧する加圧器（１６）と、
液体窒素を貯蔵する液体窒素バッファ（１７）と、
液体窒素バッファ（１７）に空気分離装置（Ａ１）の中圧塔（２）から液体窒素を供給するライン（Ｌ６２）と、
前記ライン（Ｌ６２）上に備え付けられ、液体窒素の流量を計測する液体窒素流量計（３００）と、
液体窒素流量計（３００）で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する制御弁（３０１）を備える、
請求項１に記載の高純度酸素製造システム。
【請求項3】
前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、液体で取り出された高純度酸素を貯蔵する高純度酸素タンク（１５）と、
高純度液体酸素の一部を蒸発させて高純度液体酸素を加圧する加圧器（１６）と、
液体窒素を貯蔵する液体窒素バッファ（１７）を備える、請求項１または２に記載の
高純度酸素製造システム。
【請求項4】
前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、液体窒素バッファ（１７）に空気分離装置（Ａ１）の中圧塔（２）から液体窒素を供
給するライン（Ｌ６２）と、
前記ライン（Ｌ６２）上に備え付けられ、液体窒素の流量を計測する液体窒素流量計
（３００）と、
液体窒素流量計（３００）で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する制御
弁（３０１）を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の高純度酸素製造システム。
【請求項5】
前記高純度酸素製造システムは、高純度酸素タンク（１５）で加圧された高純度酸素液を、空気分離装置（Ａ１）の主熱交換器（１）に導入し蒸発させて、高純度酸素ガスとして取り出す、請求項１～４のいずれか１項に記載の高純度酸素製造システム。
【請求項6】
前記高純度酸素製造システムは、高純度酸素製造装置（Ａ２）に冷熱を供給するように、高純度酸素製造装置（Ａ２）の窒素サイクルに窒素膨張ライン（Ｌ５０）を備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の高純度酸素製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高純度酸素を製造するシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体産業向けなどに炭化水素などの高沸点成分を含まない高純度酸素の需要がある。この高純度酸素を製造するために、例えば特許文献１、２に開示されているように、中圧塔と低圧塔を備える空気分離装置から得られる液体酸素を、１つ以上の精留塔によって不純物を除去する方法がある。
そして、液体酸素を精留して高純度酸素を得るこれらの方法では、プロセスの熱収支のバランスを維持するために、液体窒素を供給することが効率的であり、この液体窒素を窒素の液化サイクルから直接供給したり、タンクローリ等を用いて遠方の設備から供給することが一般的であった。
そして、液体酸素を精留して高純度酸素を得るこれらの方法では、プロセスの熱収支のバランスを維持するために、液体窒素を供給することが効率的であり、この液体窒素を窒素の液化サイクルから直接供給したり、タンクローリ等を用いて遠方の設備から供給することが一般的であった。
【0003】
特許文献３は、半導体製造プロセス等用の高純度酸素では、該プロセスに悪影響を及ぼすような銅等の金属成分による汚染を避けるために、機械式のポンプではなく、タンクと加圧器を組み合わせた加圧装置によって、高純度酸素を送出することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第３９２９７９９号公報
【文献】特許第６４２７３５９号公報
【文献】特開２０１８－２０４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、高純度酸素製造装置に供給される液体窒素をタンクローリ等で遠方から供給することは、輸送費がかかるため、高純度酸素を製造する場所で液体窒素を製造する方が望ましい。この場合、特許文献２で示されるような、空気分離装置から得られる窒素を、圧縮機と熱交換器と膨張タービンによって構成される液化サイクルによって液化し、高純度酸素製造装置に供給する方法が知られている。この方法では、液体窒素の輸送に係る費用は削減できるが、高コストの液化装置が必要になる他、空気分離装置から得られる低圧の窒素を圧縮機で高圧に圧縮し、膨張弁や膨張タービンで減圧するといった操作が発生するため、大量のエネルギーを消費していた。
【0006】
また、特許文献３の方法では、加圧装置を高純度酸素精留プロセスから一時的遮断して高純度酸素を加圧して送出した後に、タンク内を脱圧して高純度酸素精留プロセスから高純度酸素液を再充填する。この脱圧の際に放出される高純度酸素ガスは高純度酸素精留塔で回収するか、凝縮器によって再液化することが望ましいが、いずれの場合も高純度酸素ガスを再液化するのに必要な液体窒素を供給する必要があって、液体窒素需要が一時的に増加する。
空気分離装置の中圧塔から液体窒素を供給する場合、一時的に液体窒素の導出量が増えるということは、相対的に空気分離装置の低圧塔に供給される還流液を減少させ、低圧塔の精留に悪影響を及ぼす問題がある。
空気分離装置の中圧塔から液体窒素を供給する場合、一時的に液体窒素の導出量が増えるということは、相対的に空気分離装置の低圧塔に供給される還流液を減少させ、低圧塔の精留に悪影響を及ぼす問題がある。
【0007】
上記実情に鑑みて、本発明は、従来の高いコストの液化装置を使用せずに、高純度酸素製造装置に必要な寒冷を供給するために、液体窒素を供給することができる、高純度酸素製造システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、中圧塔から得られる液体窒素の圧力が高純度酸素製造装置の運転圧と近いことを利用し、大きな圧力損失を発生させることなく液体窒素を供給することができる、高純度酸素製造システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、空気分離装置（Ａｉｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ， 以下ＡＳＵ）と高純度酸素製造装置（Ｕｌｔｒａ Ｐｕｒｅ Ｏｘｙｇｅｎ Ｐｌａｎｔ）を組み合わせて、ＡＳＵから供給される酸素を高純度酸素製造装置で精製し、ＡＳＵから供給される窒素により高純度酸素製造装置の冷熱バランスを維持することができる、高純度酸素製造システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、中圧塔から得られる液体窒素の圧力が高純度酸素製造装置の運転圧と近いことを利用し、大きな圧力損失を発生させることなく液体窒素を供給することができる、高純度酸素製造システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、空気分離装置（Ａｉｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ， 以下ＡＳＵ）と高純度酸素製造装置（Ｕｌｔｒａ Ｐｕｒｅ Ｏｘｙｇｅｎ Ｐｌａｎｔ）を組み合わせて、ＡＳＵから供給される酸素を高純度酸素製造装置で精製し、ＡＳＵから供給される窒素により高純度酸素製造装置の冷熱バランスを維持することができる、高純度酸素製造システム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】
【0008】
本発明の高純度酸素製造システムは、主熱交換器と、中圧塔と、低圧塔を含む空気分離装置と、窒素圧縮機と、窒素熱交換器と、１つ以上の（高純度）酸素精留塔を含む高純度酸素製造装置を含み、
高純度酸素の原料となる酸素含有流を低圧塔から高純度酸素製造装置に供給し、高純度酸素製造装置の運用に必要な冷熱を補給するために、中圧塔から得られる液体窒素を高純度酸素製造装置に供給する。
この構成によって、高いコストの液化装置を使用せずに、高純度酸素製造装置に必要な寒冷を供給するために、液体窒素を供給することができる。また、中圧塔から得られる液体窒素の圧力は高純度酸素製造装置の運転圧と近いので、大きな圧力損失を発生させることなく液体窒素を供給することができ、効率的である。
高純度酸素の原料となる酸素含有流を低圧塔から高純度酸素製造装置に供給し、高純度酸素製造装置の運用に必要な冷熱を補給するために、中圧塔から得られる液体窒素を高純度酸素製造装置に供給する。
この構成によって、高いコストの液化装置を使用せずに、高純度酸素製造装置に必要な寒冷を供給するために、液体窒素を供給することができる。また、中圧塔から得られる液体窒素の圧力は高純度酸素製造装置の運転圧と近いので、大きな圧力損失を発生させることなく液体窒素を供給することができ、効率的である。
【0009】
前記空気分離装置（Ａ１）は、
原料空気（Ｆｅｅｄ ａｉｒ）を熱交換する主熱交換器（１）と、
前記主熱交換器（１）を通過した原料空気が導入される中圧塔（２）であって、第一精留液（酸素富化液）が溜まる中圧塔底部（２１）と、前記原料空気を精留する中圧塔精留部（２２）と、前記中圧塔精留部（２２）の上方に配置される中圧塔頂部（２３）とを有する中圧塔（２）と、
前記中圧塔（２）の上方に配置される低圧塔（４）であって、前記中圧塔頂部（２３）から導出されるガスを循環ライン（Ｌ６）で導いて凝縮する窒素凝縮器（３）が内部または下方に配置され、第二精留液（酸素含有流）が溜まる低圧塔底部（４１）と、前記中圧塔底部（２１）から導出される前記第一精留液（酸素富化液）を（熱交換器（サブクーラ（５））で熱交換した後で、第一中間段に導入して）精留する低圧塔精留部（４２）と、前記窒素凝縮器（３）で凝縮された凝縮流（凝縮された液体窒素（富化状態）または窒素（富化状態）ガス、それらの混合状態を含む）の少なくとも一部が（ライン（Ｌ６２１）を介して熱交換器（サブクーラ（５））で熱交換した後に）導入される低圧塔頂部（４３）とを有する低圧塔（４）と、を有する。
原料空気（Ｆｅｅｄ ａｉｒ）を熱交換する主熱交換器（１）と、
前記主熱交換器（１）を通過した原料空気が導入される中圧塔（２）であって、第一精留液（酸素富化液）が溜まる中圧塔底部（２１）と、前記原料空気を精留する中圧塔精留部（２２）と、前記中圧塔精留部（２２）の上方に配置される中圧塔頂部（２３）とを有する中圧塔（２）と、
前記中圧塔（２）の上方に配置される低圧塔（４）であって、前記中圧塔頂部（２３）から導出されるガスを循環ライン（Ｌ６）で導いて凝縮する窒素凝縮器（３）が内部または下方に配置され、第二精留液（酸素含有流）が溜まる低圧塔底部（４１）と、前記中圧塔底部（２１）から導出される前記第一精留液（酸素富化液）を（熱交換器（サブクーラ（５））で熱交換した後で、第一中間段に導入して）精留する低圧塔精留部（４２）と、前記窒素凝縮器（３）で凝縮された凝縮流（凝縮された液体窒素（富化状態）または窒素（富化状態）ガス、それらの混合状態を含む）の少なくとも一部が（ライン（Ｌ６２１）を介して熱交換器（サブクーラ（５））で熱交換した後に）導入される低圧塔頂部（４３）とを有する低圧塔（４）と、を有する。
【0010】
前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、
前記低圧塔底部（４１）から導出される第二精留塔液が、その中間部または下方に導入される第一酸素精留塔精留部（７２）と、前記第一酸素精留塔精留部（７２）の下方に配置される第一酸素精留塔底部（７１）と、前記第一精留塔精留部（７２）の上方に配置される第一酸素精留塔頂部（７３）と、を有する第一酸素精留塔（７）と、
前記第一酸素精留塔底部（７１）の内部または下方に配置される第一酸素蒸発器（８）であって、前記第一酸素精留塔精留部（７２）から落下する精留液と、導入された前記第二精留液（酸素含有流）とを蒸発させる第一酸素蒸発器（８）と、
前記第二酸素精留塔頂部（７３）の内部または上方に配置される第一酸素凝縮器（９）であって、前記第一酸素精留塔精留部（７２）の上部から導出される第一酸素精留ガスを、前記第一酸素蒸発器（８）で凝縮される第一液体窒素で冷却液化して前記第一酸素精留塔精留部（７２）へ戻す、第一酸素凝縮器（９）と、
第二酸素精留塔底部（１０１）と、前記二酸素精留塔底部（１０１）の上方に配置される第二酸素精留塔精留部（１０２）と、第二酸素精留塔精留部（１０２）の上方に配置される第二酸素精留塔頂部（１０３）と、を有する第二酸素精留塔（１０）と、
前記第二酸素精留塔底部（１０１）の内部または下方に配置される第二酸素蒸発器（１１）であって、前記第二酸素精留塔精留部（１０２）から落下する精留液を蒸発させる第二酸素蒸発器（１１）と、
前記第二酸素精留塔頂部（１０３）の内部または上方に配置される第二酸素凝縮器（１２）であって、前記第二酸素精留塔精留部（１０２）の上部から導出される第二酸素精留ガスを、前記第二酸素凝縮器（１２）から導出される第二液体窒素で冷却液化して前記第二酸素精留塔精留部（１０２）へ戻す、第二酸素凝縮器（１０）と、
前記第二酸素精留塔頂部（１０３）の第二酸素凝縮器（１２）より上方の空間（１０３１）から導出される窒素富化ガスを導入する窒素熱交換器（１３）と、
前記窒素熱交換器（１３）から導出される窒素富化ガスを圧縮する窒素圧縮機（１４）と、
前記窒素圧縮機（１４）で圧縮された圧縮窒素富化ガスを、再び前記窒素熱交換器（１３）を通過させ、前記第一酸素精留塔底部（７１）の前記第一酸素蒸発器（８）より下の空間（７１１）へ導入するライン（Ｌ１２）と、
前記ライン（Ｌ１２）から分岐し、前記第二酸素精留塔底部（１０１）の前記第二酸素蒸発器（１１）より下の空間（１０１１）へ導入する分岐ライン（Ｌ１２１）と、を有していてもよい。
前記窒素凝縮器（３）で凝縮された凝縮流（凝縮された液体窒素（富化状態）または窒素（富化状態）ガス、それらの混合状態を含む）の少なくとも一部が、空間（１０１１）に導入されうる。
高純度酸素（ＵＰＯ）は、第二酸素精留塔底部（１０１）または第二酸素蒸発器（１１）からラインＬ１３を介して導出されうる。
前記低圧塔底部（４１）から導出される第二精留塔液が、その中間部または下方に導入される第一酸素精留塔精留部（７２）と、前記第一酸素精留塔精留部（７２）の下方に配置される第一酸素精留塔底部（７１）と、前記第一精留塔精留部（７２）の上方に配置される第一酸素精留塔頂部（７３）と、を有する第一酸素精留塔（７）と、
前記第一酸素精留塔底部（７１）の内部または下方に配置される第一酸素蒸発器（８）であって、前記第一酸素精留塔精留部（７２）から落下する精留液と、導入された前記第二精留液（酸素含有流）とを蒸発させる第一酸素蒸発器（８）と、
前記第二酸素精留塔頂部（７３）の内部または上方に配置される第一酸素凝縮器（９）であって、前記第一酸素精留塔精留部（７２）の上部から導出される第一酸素精留ガスを、前記第一酸素蒸発器（８）で凝縮される第一液体窒素で冷却液化して前記第一酸素精留塔精留部（７２）へ戻す、第一酸素凝縮器（９）と、
第二酸素精留塔底部（１０１）と、前記二酸素精留塔底部（１０１）の上方に配置される第二酸素精留塔精留部（１０２）と、第二酸素精留塔精留部（１０２）の上方に配置される第二酸素精留塔頂部（１０３）と、を有する第二酸素精留塔（１０）と、
前記第二酸素精留塔底部（１０１）の内部または下方に配置される第二酸素蒸発器（１１）であって、前記第二酸素精留塔精留部（１０２）から落下する精留液を蒸発させる第二酸素蒸発器（１１）と、
前記第二酸素精留塔頂部（１０３）の内部または上方に配置される第二酸素凝縮器（１２）であって、前記第二酸素精留塔精留部（１０２）の上部から導出される第二酸素精留ガスを、前記第二酸素凝縮器（１２）から導出される第二液体窒素で冷却液化して前記第二酸素精留塔精留部（１０２）へ戻す、第二酸素凝縮器（１０）と、
前記第二酸素精留塔頂部（１０３）の第二酸素凝縮器（１２）より上方の空間（１０３１）から導出される窒素富化ガスを導入する窒素熱交換器（１３）と、
前記窒素熱交換器（１３）から導出される窒素富化ガスを圧縮する窒素圧縮機（１４）と、
前記窒素圧縮機（１４）で圧縮された圧縮窒素富化ガスを、再び前記窒素熱交換器（１３）を通過させ、前記第一酸素精留塔底部（７１）の前記第一酸素蒸発器（８）より下の空間（７１１）へ導入するライン（Ｌ１２）と、
前記ライン（Ｌ１２）から分岐し、前記第二酸素精留塔底部（１０１）の前記第二酸素蒸発器（１１）より下の空間（１０１１）へ導入する分岐ライン（Ｌ１２１）と、を有していてもよい。
前記窒素凝縮器（３）で凝縮された凝縮流（凝縮された液体窒素（富化状態）または窒素（富化状態）ガス、それらの混合状態を含む）の少なくとも一部が、空間（１０１１）に導入されうる。
高純度酸素（ＵＰＯ）は、第二酸素精留塔底部（１０１）または第二酸素蒸発器（１１）からラインＬ１３を介して導出されうる。
【0011】
また、前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、
液体で取り出された高純度酸素（ＵＰＯ）を貯蔵する高純度酸素タンク（１５）と、
高純度液体酸素の一部を蒸発させて高純度液体酸素を加圧する加圧器（あるいはポンプレスの蒸発器）（１６）と、
液体窒素を貯蔵する液体窒素バッファ（１７）を備えていてもよい。
液体窒素バッファ（１７）は、前記第二酸素精留塔底部（１０１）の空間（１０１１）に相当するが、ラインＬ６２上に配置されていてもよい。
加圧器による加圧動作はバッチ式で行うように、高純度酸素製造装置側との流体のやり取りは、弁で制御されることが好ましい。
高純度酸素タンク（１５）を脱圧するときに発生する高純度酸素ガスを液化回収するために必要な冷熱を供給するための液体窒素を液体窒素バッファ（１７）に貯蔵する。
この構成によれは、高純度酸素製造プロセスに必要な液体窒素と、高純度酸素タンク脱圧時に放出される高純度酸素を再液化するのに必要な液体窒素の加重平均流量で中圧塔（２）から液体窒素を導出し、液体窒素の需要変動を液体窒素バッファ（１７）で吸収することができ、よって、空気分離装置（Ａ１）の精留への悪影響をなくしつつ、脱圧時の高純度酸素を回収することができる。
液体で取り出された高純度酸素（ＵＰＯ）を貯蔵する高純度酸素タンク（１５）と、
高純度液体酸素の一部を蒸発させて高純度液体酸素を加圧する加圧器（あるいはポンプレスの蒸発器）（１６）と、
液体窒素を貯蔵する液体窒素バッファ（１７）を備えていてもよい。
液体窒素バッファ（１７）は、前記第二酸素精留塔底部（１０１）の空間（１０１１）に相当するが、ラインＬ６２上に配置されていてもよい。
加圧器による加圧動作はバッチ式で行うように、高純度酸素製造装置側との流体のやり取りは、弁で制御されることが好ましい。
高純度酸素タンク（１５）を脱圧するときに発生する高純度酸素ガスを液化回収するために必要な冷熱を供給するための液体窒素を液体窒素バッファ（１７）に貯蔵する。
この構成によれは、高純度酸素製造プロセスに必要な液体窒素と、高純度酸素タンク脱圧時に放出される高純度酸素を再液化するのに必要な液体窒素の加重平均流量で中圧塔（２）から液体窒素を導出し、液体窒素の需要変動を液体窒素バッファ（１７）で吸収することができ、よって、空気分離装置（Ａ１）の精留への悪影響をなくしつつ、脱圧時の高純度酸素を回収することができる。
【0012】
また、前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、
液体窒素バッファ（１７）に空気分離装置（Ａ１）の中圧塔（２）から液体窒素を供給するライン（Ｌ６２）と、
そのライン（Ｌ６２）上に備え付けられ、液体窒素の流量を計測する液体窒素流量計（３００）と、
液体窒素流量計（３００）で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する制御弁（３０１）を備えていてもよい。
高純度酸素製造装置（Ａ２）の液体窒素需要が変動した場合に、一定の液体窒素流を供給するように、制御弁（３０１）を制御する。
また、前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、
前記第二酸素精留塔底部（１０１）の空間（１０１１）に貯蔵される液体窒素バッファ（１７）の量を計測する流量計または高さレベル計（液面計ＬＳ１）と、を有し、
流量計または高さレベル計（液面計ＬＳ１）で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する第一制御弁（３０１）を備えていてもよい。
高純度酸素製造装置（Ａ２）の液体窒素需要が変動した場合に、一定の液体窒素流を供給するように、第一制御弁（３０１）を制御する。
第一制御弁（３０１）は、流量計または高さレベル計（ＬＳ１）で計測された結果と、液体窒素流量計（３００）で計測された結果の両方またはいずれか一方の結果を利用して、高純度酸素製造装置（Ａ２）の液体窒素需要が変動した場合に一定の液体窒素が供給できるように弁制御をしてもよい。
上記の構成によって、空気分離装置（Ａ１）または高純度酸素製造装置（Ａ２）のいずれに負荷変動があったとしても、安定して液体窒素を高純度酸素製造装置に供給することが可能となる。
液体窒素バッファ（１７）に空気分離装置（Ａ１）の中圧塔（２）から液体窒素を供給するライン（Ｌ６２）と、
そのライン（Ｌ６２）上に備え付けられ、液体窒素の流量を計測する液体窒素流量計（３００）と、
液体窒素流量計（３００）で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する制御弁（３０１）を備えていてもよい。
高純度酸素製造装置（Ａ２）の液体窒素需要が変動した場合に、一定の液体窒素流を供給するように、制御弁（３０１）を制御する。
また、前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、
前記第二酸素精留塔底部（１０１）の空間（１０１１）に貯蔵される液体窒素バッファ（１７）の量を計測する流量計または高さレベル計（液面計ＬＳ１）と、を有し、
流量計または高さレベル計（液面計ＬＳ１）で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する第一制御弁（３０１）を備えていてもよい。
高純度酸素製造装置（Ａ２）の液体窒素需要が変動した場合に、一定の液体窒素流を供給するように、第一制御弁（３０１）を制御する。
第一制御弁（３０１）は、流量計または高さレベル計（ＬＳ１）で計測された結果と、液体窒素流量計（３００）で計測された結果の両方またはいずれか一方の結果を利用して、高純度酸素製造装置（Ａ２）の液体窒素需要が変動した場合に一定の液体窒素が供給できるように弁制御をしてもよい。
上記の構成によって、空気分離装置（Ａ１）または高純度酸素製造装置（Ａ２）のいずれに負荷変動があったとしても、安定して液体窒素を高純度酸素製造装置に供給することが可能となる。
【0013】
また、前記高純度酸素製造装置（Ａ２）は、
前記第二酸素凝縮器（１２）の液体窒素の量を計測する流量計または高さレベル計（液面計ＬＳ２）と、
前記ラインＬ１１に設けられ、流量計または高さレベル計（液面計ＬＳ２）で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する第二制御弁（３０４）と、を有していてもよい。
第二酸素凝縮器（１２）の液体窒素需要が変動した場合に、液体窒素需要を過不足なく満たすように、第二制御弁（３０４）を制御する。
前記第二酸素凝縮器（１２）の液体窒素の量を計測する流量計または高さレベル計（液面計ＬＳ２）と、
前記ラインＬ１１に設けられ、流量計または高さレベル計（液面計ＬＳ２）で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する第二制御弁（３０４）と、を有していてもよい。
第二酸素凝縮器（１２）の液体窒素需要が変動した場合に、液体窒素需要を過不足なく満たすように、第二制御弁（３０４）を制御する。
【0014】
また、高純度酸素製造システムは、
高純度酸素タンク（１５）で加圧された高純度酸素液を（ラインＬ１４２を介して）、空気分離装置（Ａ１）の主熱交換器（１）に導入し蒸発させて、高純度酸素ガスとして取り出してもよい。
ラインＬ１４２に、加圧された高純度酸素液を一時的に貯留するバッファ（４０１）が設けられていてもよい。
この構成によって、高純度酸素液の蒸発の際に放出される寒冷を回収することができ、熱効率向上につながる。ここで特に高純度酸素製造装置（Ａ２）の熱交換器ではなく、空気分離装置（Ａ１）の主熱交換器（１）で高純度酸素液を蒸発させている理由は、熱源となるプロセス空気の顕熱によって高純度酸素液を蒸発させることができるからである。仮に高純度酸素製造装置（Ａ２）の熱交換器で高純度酸素液を蒸発する場合、高純度酸素製造装置（Ａ２）の窒素サイクルガスが熱源となるが、顕熱だけでなく潜熱も必要となって、窒素サイクルガスの少なくとも一部が液化する。液化された窒素サイクルガスは、高純度酸素精留プロセスに必要なリボイル源として寄与しないので、プロセス上の損失となる。
高純度酸素タンク（１５）で加圧された高純度酸素液を（ラインＬ１４２を介して）、空気分離装置（Ａ１）の主熱交換器（１）に導入し蒸発させて、高純度酸素ガスとして取り出してもよい。
ラインＬ１４２に、加圧された高純度酸素液を一時的に貯留するバッファ（４０１）が設けられていてもよい。
この構成によって、高純度酸素液の蒸発の際に放出される寒冷を回収することができ、熱効率向上につながる。ここで特に高純度酸素製造装置（Ａ２）の熱交換器ではなく、空気分離装置（Ａ１）の主熱交換器（１）で高純度酸素液を蒸発させている理由は、熱源となるプロセス空気の顕熱によって高純度酸素液を蒸発させることができるからである。仮に高純度酸素製造装置（Ａ２）の熱交換器で高純度酸素液を蒸発する場合、高純度酸素製造装置（Ａ２）の窒素サイクルガスが熱源となるが、顕熱だけでなく潜熱も必要となって、窒素サイクルガスの少なくとも一部が液化する。液化された窒素サイクルガスは、高純度酸素精留プロセスに必要なリボイル源として寄与しないので、プロセス上の損失となる。
【0015】
また、高純度酸素製造システムは、
高純度酸素製造装置（Ａ２）に冷熱を供給するように、高純度酸素製造装置（Ａ２）の窒素サイクルに窒素膨張ライン（Ｌ５０）を備えてもよい。
窒素膨張ライン（Ｌ５０）は、窒素圧縮機（１４）の後で窒素熱交換器（１３）へ導入されるラインＬ１２において、窒素熱交換器（１３）の途中から分岐して導出され、窒素熱交換器（１３）と前記第二酸素精留塔頂部（１０３）の空間（１０３１）との間のラインＬ１２へ合流する循環経路であってもよい。
窒素膨張ライン（Ｌ５０）上に弁やタービン等の窒素膨張機構（１８）を設けていてもよい。
この構成によって、高純度酸素製造装置の寒冷が不足した場合に、窒素サイクルによって寒冷を補給することができる。
高純度酸素製造装置（Ａ２）に冷熱を供給するように、高純度酸素製造装置（Ａ２）の窒素サイクルに窒素膨張ライン（Ｌ５０）を備えてもよい。
窒素膨張ライン（Ｌ５０）は、窒素圧縮機（１４）の後で窒素熱交換器（１３）へ導入されるラインＬ１２において、窒素熱交換器（１３）の途中から分岐して導出され、窒素熱交換器（１３）と前記第二酸素精留塔頂部（１０３）の空間（１０３１）との間のラインＬ１２へ合流する循環経路であってもよい。
窒素膨張ライン（Ｌ５０）上に弁やタービン等の窒素膨張機構（１８）を設けていてもよい。
この構成によって、高純度酸素製造装置の寒冷が不足した場合に、窒素サイクルによって寒冷を補給することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施形態１の高純度酸素製造システムを示す図である。
【図2】実施形態２の高純度酸素製造システムを示す図である。
【図3】実施形態３の高純度酸素製造システムを示す図である。
【図4】実施形態４の高純度酸素製造システムを示す図である。
【図5】実施形態５の高純度酸素製造システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお、以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
【0018】
（実施形態１）
実施形態１の高純度酸素製造システムについて図１を用いて説明する。
本発明の高純度酸素製造システムは、空気分離装置Ａ１と、２つの（高純度）酸素精留塔を含む高純度酸素製造装置Ａ２を含む。空気分離装置Ａ１は、主熱交換器１、中圧塔２、窒素凝縮器３、低圧塔４、サブクーラ５、膨張タービン６を有する。高純度酸素製造装置Ａ２は、第一酸素精留塔７、第一酸素蒸発器８、第一酸素凝縮器９、第二酸素精留塔１０、第二酸素蒸発器１１、第二酸素凝縮器１２、窒素熱交換器１３、窒素圧縮器１４とを有する。
実施形態１の高純度酸素製造システムについて図１を用いて説明する。
本発明の高純度酸素製造システムは、空気分離装置Ａ１と、２つの（高純度）酸素精留塔を含む高純度酸素製造装置Ａ２を含む。空気分離装置Ａ１は、主熱交換器１、中圧塔２、窒素凝縮器３、低圧塔４、サブクーラ５、膨張タービン６を有する。高純度酸素製造装置Ａ２は、第一酸素精留塔７、第一酸素蒸発器８、第一酸素凝縮器９、第二酸素精留塔１０、第二酸素蒸発器１１、第二酸素凝縮器１２、窒素熱交換器１３、窒素圧縮器１４とを有する。
【0019】
まず、空気分離装置Ａ１について説明する。
原料空気（Ｆｅｅｄ ａｉｒ）は、原料空気導入ラインＬ１を介して、主熱交換器１を通過し、中圧塔２の中圧塔底部２１へ供給される。
中圧塔２は、第一精留液（酸素富化液）が溜まる中圧塔底部２１と、原料空気を精留する中圧塔精留部２２と、中圧塔精留部２２の上方に配置される中圧塔頂部２３とを有する。
原料空気（Ｆｅｅｄ ａｉｒ）は、原料空気導入ラインＬ１を介して、主熱交換器１を通過し、中圧塔２の中圧塔底部２１へ供給される。
中圧塔２は、第一精留液（酸素富化液）が溜まる中圧塔底部２１と、原料空気を精留する中圧塔精留部２２と、中圧塔精留部２２の上方に配置される中圧塔頂部２３とを有する。
【0020】
中圧塔２の上方に低圧塔４は配置される。
低圧塔４は、酸素含有流が溜まる低圧塔底部４１と、その上方に配置される低圧塔精留部４２と、その上方に配置される低圧塔頂部４３とを有する。
低圧塔底部４１は、中圧塔頂部２３から導出されるガスを循環ラインＬ６で導いて凝縮する窒素凝縮器３が、その内部に配置される。
低圧塔精留部４２は、中圧塔底部２１から導出される第一精留液（酸素富化液）をサブクーラ５で熱交換した後で、第一中間段に導入して精留する
低圧塔頂部４３は、低圧塔精留部４２と、窒素凝縮器３で凝縮された凝縮流（凝縮された液体窒素（富化状態）または窒素（富化状態）ガス、それらの混合状態を含む）の少なくとも一部がラインＬ６２１を介してサブクーラ５で熱交換した後に導入される。
低圧塔４は、酸素含有流が溜まる低圧塔底部４１と、その上方に配置される低圧塔精留部４２と、その上方に配置される低圧塔頂部４３とを有する。
低圧塔底部４１は、中圧塔頂部２３から導出されるガスを循環ラインＬ６で導いて凝縮する窒素凝縮器３が、その内部に配置される。
低圧塔精留部４２は、中圧塔底部２１から導出される第一精留液（酸素富化液）をサブクーラ５で熱交換した後で、第一中間段に導入して精留する
低圧塔頂部４３は、低圧塔精留部４２と、窒素凝縮器３で凝縮された凝縮流（凝縮された液体窒素（富化状態）または窒素（富化状態）ガス、それらの混合状態を含む）の少なくとも一部がラインＬ６２１を介してサブクーラ５で熱交換した後に導入される。
【0021】
ラインＬ２は、中圧塔底部２１から導出される第一精留液（酸素富化液）をサブクーラ５で熱交換した後に低圧塔精留部４２の第一中間段に導入するためのラインである。
ラインＬ３は、低圧塔底部４１の上方から導出される酸素富化ガスを主熱交換器１へ送るためのラインである。
ラインＬ５は、低圧塔頂部４３から導出される窒素富化ガスをサブクーラ５で熱交換した後に主熱交換器１へ送るためのラインである。
ラインＬ４は、低圧塔精留部４２の中間段（第一中間段よりも上方の位置にある第二中間段）から導出される排ガスを、主熱交換器１へ導入して主熱交換器１の中間から導出した後で膨張タービン６で利用し、再び主熱交換器１へ送るためのラインである。
窒素凝縮器３から導出される循環ラインＬ６は、中圧塔頂部２３へ戻る第一分岐ラインＬ６１と、高純度酸素製造装置Ａ２の第二酸素精留塔１０へ導入される第２分岐ラインＬ６２とに分岐される。第三分岐ラインＬ６２１は、第二分岐ラインＬ６２から分岐し、凝縮流の少なくとも一部が、サブクーラ５で熱交換した後に低圧塔頂部４３へ導入される。
ラインＬ３は、低圧塔底部４１の上方から導出される酸素富化ガスを主熱交換器１へ送るためのラインである。
ラインＬ５は、低圧塔頂部４３から導出される窒素富化ガスをサブクーラ５で熱交換した後に主熱交換器１へ送るためのラインである。
ラインＬ４は、低圧塔精留部４２の中間段（第一中間段よりも上方の位置にある第二中間段）から導出される排ガスを、主熱交換器１へ導入して主熱交換器１の中間から導出した後で膨張タービン６で利用し、再び主熱交換器１へ送るためのラインである。
窒素凝縮器３から導出される循環ラインＬ６は、中圧塔頂部２３へ戻る第一分岐ラインＬ６１と、高純度酸素製造装置Ａ２の第二酸素精留塔１０へ導入される第２分岐ラインＬ６２とに分岐される。第三分岐ラインＬ６２１は、第二分岐ラインＬ６２から分岐し、凝縮流の少なくとも一部が、サブクーラ５で熱交換した後に低圧塔頂部４３へ導入される。
【0022】
次に、高純度酸素製造装置Ａ２について説明する。
第一酸素精留塔７は、低圧塔底部４１から導出される第二精留塔液が、その中間部または下方に導入される第一酸素精留塔精留部７２と、第一酸素精留塔精留部７２の下方に配置される第一酸素精留塔底部７１と、第一精留塔精留部７２の上方に配置される第一酸素精留塔頂部７３と、を有する。
第一酸素精留塔底部７１には、低圧塔底部４１から導出される第二精留液（酸素含有流）がラインＬ７を介して、第一酸素蒸発器８の上方へ導入される。
第一酸素精留塔頂部７３には、第一酸素精留塔底部７１から導出される第一酸素精留液（酸素富化液）がラインＬ８を介して導入される。
第一酸素蒸発器８は、第一酸素精留塔底部７１の内部または下方に配置される。第一酸素蒸発器８は、第一酸素精留塔精留部７２から落下する精留液と、導入された第二精留液（酸素含有流）とを蒸発させる。
第一酸素凝縮器９は、第二酸素精留塔頂部７３の内部または上方に配置される。第一酸素凝縮器９は、第一酸素精留塔精留部７２の上部から導出される第一酸素精留ガスを、第一酸素蒸発器８からラインＬ８を介して導出される第一液体窒素で冷却液化して第一酸素精留塔精留部７２へ戻す。
第一酸素精留塔７は、低圧塔底部４１から導出される第二精留塔液が、その中間部または下方に導入される第一酸素精留塔精留部７２と、第一酸素精留塔精留部７２の下方に配置される第一酸素精留塔底部７１と、第一精留塔精留部７２の上方に配置される第一酸素精留塔頂部７３と、を有する。
第一酸素精留塔底部７１には、低圧塔底部４１から導出される第二精留液（酸素含有流）がラインＬ７を介して、第一酸素蒸発器８の上方へ導入される。
第一酸素精留塔頂部７３には、第一酸素精留塔底部７１から導出される第一酸素精留液（酸素富化液）がラインＬ８を介して導入される。
第一酸素蒸発器８は、第一酸素精留塔底部７１の内部または下方に配置される。第一酸素蒸発器８は、第一酸素精留塔精留部７２から落下する精留液と、導入された第二精留液（酸素含有流）とを蒸発させる。
第一酸素凝縮器９は、第二酸素精留塔頂部７３の内部または上方に配置される。第一酸素凝縮器９は、第一酸素精留塔精留部７２の上部から導出される第一酸素精留ガスを、第一酸素蒸発器８からラインＬ８を介して導出される第一液体窒素で冷却液化して第一酸素精留塔精留部７２へ戻す。
【0023】
第二酸素精留塔１０は、第二酸素精留塔底部１０１と、その上方に配置される第二酸素精留塔精留部１０２と、その上方に配置される第二酸素精留塔頂部１０３と、を有する。
第二酸素精留塔底部１０１には、窒素凝縮器３で凝縮された凝縮流（凝縮された液体窒素（富化状態）または窒素（富化状態）ガス、それらの混合状態を含む）の少なくとも一部が第二分岐ラインＬ６２を介して、第二酸素蒸発器１１の下の空間（１０１１）へ導入される。
第二酸素精留塔精留部１０２は、第一酸素精留塔精留部７２の上部から導出される第一酸素精留ガスがラインＬ７３を介して導入される中間段を有する。
第二酸素蒸発器１１は、第二酸素精留塔底部１０１の内部または下方に配置される。第二酸素蒸発器１１は、第二酸素精留塔精留部１０２から落下する精留液を蒸発させる。
第二酸素凝縮器１２は、第二酸素精留塔頂部１０３の内部または上方に配置される。第二酸素凝縮器１２は、第二酸素精留塔精留部１０２の上部から導出される第二酸素精留ガスを、第二酸素精留塔底部１０１からラインＬ１１を介して導出される第二液体窒素で冷却液化して第二酸素精留塔精留部１０２へ戻す。
第二酸素精留塔底部１０１には、窒素凝縮器３で凝縮された凝縮流（凝縮された液体窒素（富化状態）または窒素（富化状態）ガス、それらの混合状態を含む）の少なくとも一部が第二分岐ラインＬ６２を介して、第二酸素蒸発器１１の下の空間（１０１１）へ導入される。
第二酸素精留塔精留部１０２は、第一酸素精留塔精留部７２の上部から導出される第一酸素精留ガスがラインＬ７３を介して導入される中間段を有する。
第二酸素蒸発器１１は、第二酸素精留塔底部１０１の内部または下方に配置される。第二酸素蒸発器１１は、第二酸素精留塔精留部１０２から落下する精留液を蒸発させる。
第二酸素凝縮器１２は、第二酸素精留塔頂部１０３の内部または上方に配置される。第二酸素凝縮器１２は、第二酸素精留塔精留部１０２の上部から導出される第二酸素精留ガスを、第二酸素精留塔底部１０１からラインＬ１１を介して導出される第二液体窒素で冷却液化して第二酸素精留塔精留部１０２へ戻す。
【0024】
窒素熱交換器１３は、第二酸素精留塔頂部１０３の第二酸素凝縮器１２より上方の空間１０３１から導出される窒素富化ガスがラインＬ１２を介して導入されて熱交換する。
窒素圧縮機１４は、窒素熱交換器１３から導出される窒素富化ガスを圧縮する。
さらに、ラインＬ１２は、窒素圧縮機１４で圧縮された圧縮窒素富化ガスを、再び窒素熱交換器（１３）を通過させ、第一酸素精留塔底部７１の第一酸素蒸発器８より下の空間７１１へ導入するラインである。
分岐ラインＬ１２１は、ラインＬ１２から分岐し、第二酸素精留塔底部１０１の第二酸素蒸発器１１より下の空間１０１１へ導入するラインである。
ラインＬ７は、低圧塔底部４１から第二精留液（酸素含有流）が導出されるラインである。ラインＬ７に仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など弁Ｖ１が設けられる。
ラインＬ８は、第一酸素精留塔底部７１の空間７１１から導出される第一液体窒素（第一液体窒素バッファ）を、第一酸素凝縮器９の冷熱として利用するために送るラインである。
ラインＬ７３は、第一酸素精留塔精留部７２の上部から導出される第一酸素精留ガスを第二酸素精留塔精留部１０２の中間段へ導入するためラインである。
ラインＬ９は、第一酸素精留塔頂部７３の第一酸素凝縮器９より上の空間７３１から導出されるガスを第二酸素精留塔底部１０１の第二酸素蒸発器１１より下の空間１０１１へ導入するためのラインである。
ラインＬ１１は、第二酸素精留塔底部１０１の空間１０１１から導出される第二液体窒素（第二液体窒素バッファ１７）を、第二酸素凝縮器１２の冷熱として利用するために送るラインである。
ラインＬ１３は、第二酸素精留塔底部（１０１）または第二酸素蒸発器（１１）から高純度酸素（ＵＰＯ）を取り出すラインである。
上記ラインには、弁（仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など）が設けられてもよい。
窒素圧縮機１４は、窒素熱交換器１３から導出される窒素富化ガスを圧縮する。
さらに、ラインＬ１２は、窒素圧縮機１４で圧縮された圧縮窒素富化ガスを、再び窒素熱交換器（１３）を通過させ、第一酸素精留塔底部７１の第一酸素蒸発器８より下の空間７１１へ導入するラインである。
分岐ラインＬ１２１は、ラインＬ１２から分岐し、第二酸素精留塔底部１０１の第二酸素蒸発器１１より下の空間１０１１へ導入するラインである。
ラインＬ７は、低圧塔底部４１から第二精留液（酸素含有流）が導出されるラインである。ラインＬ７に仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など弁Ｖ１が設けられる。
ラインＬ８は、第一酸素精留塔底部７１の空間７１１から導出される第一液体窒素（第一液体窒素バッファ）を、第一酸素凝縮器９の冷熱として利用するために送るラインである。
ラインＬ７３は、第一酸素精留塔精留部７２の上部から導出される第一酸素精留ガスを第二酸素精留塔精留部１０２の中間段へ導入するためラインである。
ラインＬ９は、第一酸素精留塔頂部７３の第一酸素凝縮器９より上の空間７３１から導出されるガスを第二酸素精留塔底部１０１の第二酸素蒸発器１１より下の空間１０１１へ導入するためのラインである。
ラインＬ１１は、第二酸素精留塔底部１０１の空間１０１１から導出される第二液体窒素（第二液体窒素バッファ１７）を、第二酸素凝縮器１２の冷熱として利用するために送るラインである。
ラインＬ１３は、第二酸素精留塔底部（１０１）または第二酸素蒸発器（１１）から高純度酸素（ＵＰＯ）を取り出すラインである。
上記ラインには、弁（仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など）が設けられてもよい。
【0025】
（実施形態２）
実施形態２の高純度酸素製造システムについて図２を用いて説明する。実施形態１の図１と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
高純度酸素製造装置Ａ２は、液体で取り出された高純度酸素（ＵＰＯ）を貯蔵する高純度酸素タンク１５と、高純度液体酸素の一部を蒸発させて高純度液体酸素を加圧する加圧器１６と、液体窒素を貯蔵する液体窒素バッファ１７を備える。液体窒素バッファ１７は、第二酸素精留塔底部１０１の下方の空間１０１１に相当する。
実施形態２の高純度酸素製造システムについて図２を用いて説明する。実施形態１の図１と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
高純度酸素製造装置Ａ２は、液体で取り出された高純度酸素（ＵＰＯ）を貯蔵する高純度酸素タンク１５と、高純度液体酸素の一部を蒸発させて高純度液体酸素を加圧する加圧器１６と、液体窒素を貯蔵する液体窒素バッファ１７を備える。液体窒素バッファ１７は、第二酸素精留塔底部１０１の下方の空間１０１１に相当する。
【0026】
高純度酸素タンク１５は、第二酸素精留塔底部１０１または第二酸素蒸発器１１からラインＬ１３を介して導出される高純度酸素（ＵＰＯ）が導入される。
加圧器（あるいはポンプレスの蒸発器）１６は、高純度酸素タンク１５の下部または底部から高純度酸素（ＵＰＯ）をラインＬ１４１を介して導出し、高純度液体酸素の少なくとも一部を蒸発させて高純度液体酸素を加圧する。
ラインＬ１３は、高純度酸素タンク１５の上部に接続され、弁Ｖ２（仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など）が設けられている。
ラインＬ１４１は、高純度酸素タンク１５の下部または底部と接続されたラインＬ１４から分岐し、弁Ｖ５（仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など）が設けられている。ラインＬ１４１は、高純度液体酸素の少なくとも一部を加圧器（１６）および前記高純度酸素タンク（１５）へ導入するためのラインである。
ラインＬ１４２は、ラインＬ１４から分岐し、高純度液体酸素を取り出すためのラインである。
ラインＬ１４１１は、ラインＬ１４１から分岐し、第二酸素精留塔精留部１０２の中間部へ加圧された高純度液体酸素を導入するためラインである。
ラインＬ１４１１、ラインＬ１４２には、弁（Ｖ３、Ｖ４）（仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など）が設けられている。
加圧器（あるいはポンプレスの蒸発器）１６は、高純度酸素タンク１５の下部または底部から高純度酸素（ＵＰＯ）をラインＬ１４１を介して導出し、高純度液体酸素の少なくとも一部を蒸発させて高純度液体酸素を加圧する。
ラインＬ１３は、高純度酸素タンク１５の上部に接続され、弁Ｖ２（仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など）が設けられている。
ラインＬ１４１は、高純度酸素タンク１５の下部または底部と接続されたラインＬ１４から分岐し、弁Ｖ５（仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など）が設けられている。ラインＬ１４１は、高純度液体酸素の少なくとも一部を加圧器（１６）および前記高純度酸素タンク（１５）へ導入するためのラインである。
ラインＬ１４２は、ラインＬ１４から分岐し、高純度液体酸素を取り出すためのラインである。
ラインＬ１４１１は、ラインＬ１４１から分岐し、第二酸素精留塔精留部１０２の中間部へ加圧された高純度液体酸素を導入するためラインである。
ラインＬ１４１１、ラインＬ１４２には、弁（Ｖ３、Ｖ４）（仕切弁、流量調整弁、圧力調整弁など）が設けられている。
【0027】
本システムは、以下のように弁動作を制御する。
（１）高純度酸素（ＵＰＯ）をラインＬ１３を介して高純度酸素タンク１５へ導入する場合、弁Ｖ４、Ｖ５を閉じ、弁Ｖ２、Ｖ３を開ける。
（２）加圧器１６で加圧された高純度液体酸素を、ラインＬ１４１を介して高純度酸素タンク１５へ戻す場合に、弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を閉じ、弁Ｖ５を開ける。
（３）加圧器１６で加圧された高純度液体酸素を、ラインＬ１４１１を介して第二酸素精留塔精留部１０２の中間部へ導入する場合に、弁Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５を閉じ、弁Ｖ３を開ける。タンクの充填が圧力差によりできないこと、製品の払い出しをしないこと、および加圧をしない構成である。
（４）高純度液体酸素をラインＬ１４２を介して取り出す場合、弁Ｖ２、Ｖ３を閉じ、弁Ｖ４、Ｖ５を開ける。製品の払い出しでタンク内容量が減る分減圧するので、V5を通じて加圧し続けることが必要である。
（１）高純度酸素（ＵＰＯ）をラインＬ１３を介して高純度酸素タンク１５へ導入する場合、弁Ｖ４、Ｖ５を閉じ、弁Ｖ２、Ｖ３を開ける。
（２）加圧器１６で加圧された高純度液体酸素を、ラインＬ１４１を介して高純度酸素タンク１５へ戻す場合に、弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を閉じ、弁Ｖ５を開ける。
（３）加圧器１６で加圧された高純度液体酸素を、ラインＬ１４１１を介して第二酸素精留塔精留部１０２の中間部へ導入する場合に、弁Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５を閉じ、弁Ｖ３を開ける。タンクの充填が圧力差によりできないこと、製品の払い出しをしないこと、および加圧をしない構成である。
（４）高純度液体酸素をラインＬ１４２を介して取り出す場合、弁Ｖ２、Ｖ３を閉じ、弁Ｖ４、Ｖ５を開ける。製品の払い出しでタンク内容量が減る分減圧するので、V5を通じて加圧し続けることが必要である。
【0028】
（実施形態３）
実施形態３の高純度酸素製造システムについて図３を用いて説明する。実施形態１、２（図１、２）と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
高純度酸素製造装置Ａ２は、液体窒素バッファ１７に空気分離装置Ａ１の中圧塔２から液体窒素を供給するラインＬ６２と、ラインＬ６２上に備え付けられ、液体窒素の流量を計測する液体窒素流量計３００と、液体窒素流量計３００で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する制御弁３０１を備える。
また、前記高純度酸素製造装置Ａ２は、第二酸素精留塔底部１０１の空間１０１１に貯蔵される液体窒素バッファ１７の液体窒素量を計測する流量計または高さレベル計ＬＳ１と、を有する。
第一制御弁３０１は、流量計または高さレベル計ＬＳ１で計測された結果と、液体窒素流量計３００で計測された結果の両方またはいずれか一方の結果を利用して、高純度酸素製造装置Ａ２の液体窒素需要が変動した場合に一定の液体窒素が供給できるように弁制御をする。
上記の構成によって、空気分離装置Ａ１または高純度酸素製造装置Ａ２のいずれに負荷変動があったとしても、安定して液体窒素を高純度酸素製造装置に供給することが可能となる。
実施形態３の高純度酸素製造システムについて図３を用いて説明する。実施形態１、２（図１、２）と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
高純度酸素製造装置Ａ２は、液体窒素バッファ１７に空気分離装置Ａ１の中圧塔２から液体窒素を供給するラインＬ６２と、ラインＬ６２上に備え付けられ、液体窒素の流量を計測する液体窒素流量計３００と、液体窒素流量計３００で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する制御弁３０１を備える。
また、前記高純度酸素製造装置Ａ２は、第二酸素精留塔底部１０１の空間１０１１に貯蔵される液体窒素バッファ１７の液体窒素量を計測する流量計または高さレベル計ＬＳ１と、を有する。
第一制御弁３０１は、流量計または高さレベル計ＬＳ１で計測された結果と、液体窒素流量計３００で計測された結果の両方またはいずれか一方の結果を利用して、高純度酸素製造装置Ａ２の液体窒素需要が変動した場合に一定の液体窒素が供給できるように弁制御をする。
上記の構成によって、空気分離装置Ａ１または高純度酸素製造装置Ａ２のいずれに負荷変動があったとしても、安定して液体窒素を高純度酸素製造装置に供給することが可能となる。
【0029】
また、高純度酸素製造装置Ａ２は、第二酸素凝縮器１２の液体窒素の量を計測する流量計または高さレベル計ＬＳ２と、ラインＬ１１に設けられ、流量計または高さレベル計ＬＳ２で計測される量を所定量あるいは所定範囲に制御する第二制御弁３０４と、を有する。これにより、第二酸素凝縮器１２の液体窒素需要が変動した場合に、液体窒素需要を過不足なく満たすように、第二制御弁３０４が制御される。
【0030】
（実施形態４）
実施形態４の高純度酸素製造システムについて図４を用いて説明する。実施形態１、２、３（図１、２、３）と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
高純度酸素製造システムは、高純度酸素タンク１５で加圧された高純度酸素液をラインＬ１４２を介して、空気分離装置Ａ１の主熱交換器１に導入し蒸発させて、高純度酸素ガスとして取り出す。
ラインＬ１４２に、加圧された高純度酸素液を一時的に貯留するバッファ４０１が設けられていてもよい。
実施形態４の高純度酸素製造システムについて図４を用いて説明する。実施形態１、２、３（図１、２、３）と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
高純度酸素製造システムは、高純度酸素タンク１５で加圧された高純度酸素液をラインＬ１４２を介して、空気分離装置Ａ１の主熱交換器１に導入し蒸発させて、高純度酸素ガスとして取り出す。
ラインＬ１４２に、加圧された高純度酸素液を一時的に貯留するバッファ４０１が設けられていてもよい。
【0031】
（実施形態５）
実施形態５の高純度酸素製造システムについて図５を用いて説明する。実施形態１、２、３（図１、２、３）と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
高純度酸素製造システムは、高純度酸素製造装置Ａ２に冷熱を供給するように、高純度酸素製造装置Ａ２の窒素サイクルに窒素膨張ラインＬ５０を備える。窒素膨張ラインＬ５０は、窒素圧縮機１４の後で窒素熱交換器１３へ導入されるラインＬ１２において、窒素熱交換器１３の途中から分岐して導出され、窒素熱交換器１３と第二酸素精留塔頂部１０３の空間１０３１との間のラインＬ１２へ合流する循環経路である。さらに、窒素膨張ラインＬ５０上に弁やタービン等の窒素膨張機構１８を設けてある。
実施形態５の高純度酸素製造システムについて図５を用いて説明する。実施形態１、２、３（図１、２、３）と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略または簡単にする。
高純度酸素製造システムは、高純度酸素製造装置Ａ２に冷熱を供給するように、高純度酸素製造装置Ａ２の窒素サイクルに窒素膨張ラインＬ５０を備える。窒素膨張ラインＬ５０は、窒素圧縮機１４の後で窒素熱交換器１３へ導入されるラインＬ１２において、窒素熱交換器１３の途中から分岐して導出され、窒素熱交換器１３と第二酸素精留塔頂部１０３の空間１０３１との間のラインＬ１２へ合流する循環経路である。さらに、窒素膨張ラインＬ５０上に弁やタービン等の窒素膨張機構１８を設けてある。
【0032】
（実施例）
上記実施形態１（図１）のシステムをより具体的に説明する。
原料空気が圧力９．４ｂａｒＡ、温度２０℃、流量１０００Ｎｍ３／ｈで空気分離装置Ａ１の主熱交換器１の温端に供給され、冷却されたのちに中圧塔２の底部に供給される。中圧塔２は９．３ｂａｒＡで運転され、その塔頂部２３から液体窒素が４１８Ｎｍ３／ｈ回収される。塔底部２１から酸素富化液が５８２Ｎｍ３／ｈ回収される。中圧塔２の上方には窒素凝縮器３が設置され、低圧塔４の底部４１から供給される液体酸素を冷媒として、中圧塔頂部２３の窒素ガスを凝縮し、液体窒素を中圧塔頂部２３に返送する。
液体窒素のうち１．０Ｎｍ３／ｈは高純度酸素製造装置Ａ２に供給され、残りの液体窒素は低圧塔頂部４３に還流液として供給される。酸素負荷液は低圧塔中間部４２に供給される。低圧塔４は２．８ｂａｒＡで運転され、低圧塔底部４１からは７．８Ｎｍ３／ｈの液体酸素が回収され、高純度酸素製造装置Ａ２に供給される。
第一酸素精留塔７は酸素から高沸点成分を除去することを目的とし、液体酸素は第一酸素精留塔７の中間部または底部７１に供給され、塔頂部７３からは高沸点成分が除去された液体酸素が７．５Ｎｍ３／ｈ回収される。底部７１からは高沸点成分が濃縮された液体酸素が０．３Ｎｍ３／ｈ排出される。第一酸素精留塔７は２．１ｂａｒＡで運転される。第一酸素精留塔内で液体酸素を精留するのに必要な蒸気流は、第一酸素精留塔７の下方に設置される第一酸素蒸発器８によって供給され、その熱媒として、窒素圧縮機１４によって圧縮され、窒素熱交換器１３で冷却された、圧力７．８ｂａｒＡ、温度－１７３℃の窒素ガス３２Ｎｍ３／ｈが供給され、液化される。
第一酸素精留塔内で液体酸素を精留するのに必要な還流液は、第一酸素精留塔上方に設置される第一酸素凝縮器９によって供給され、その冷媒として第一酸素蒸発器８から導出される液体窒素の内、１８．４Ｎｍ３／ｈが供給され、蒸発される。第一酸素蒸発器８から導出される１３．６Ｎｍ３／ｈの液体窒素は、第一酸素凝縮器９に冷媒として供給される。
第二酸素精留塔１０は酸素から低沸点成分を除去することを目的とし、液体酸素は第二酸素精留塔１０の中間部（１０２）に供給され、塔頂部１０３からは低沸点成分を含む酸素ガスが０．３Ｎｍ３／ｈ排出され、底部１０１からは高沸点成分が除去された高純度液体酸素が７．２Ｎｍ３／ｈ回収される。第二酸素精留塔１０は１．３ｂａｒＡで運転される。第一酸素精留塔内で液体酸素を精留するのに必要な蒸気流は、第二酸素精留塔１０の下方に設置される第二酸素蒸発器１１によって供給され、その熱媒として、窒素圧縮機１４によって圧縮され、窒素熱交換器１３で冷却された窒素ガス、および第一酸素凝縮器９で蒸発された窒素ガスの混合流が、圧力５．３ｂａｒＡ、温度－１７７℃、流量５９Ｎｍ３／ｈ供給され、液化される。
第二酸素精留塔内で液体酸素を精留するのに必要な還流液は、第二酸素精留塔上方に設置される第二酸素凝縮器１２によって供給され、その冷媒として液体窒素が第一酸素蒸発器８から１３．６Ｎｍ３／ｈと、第二酸素蒸発器１１から５９Ｎｍ３／ｈ、空気分離装置Ａ１の中圧塔２から１．０Ｎｍ３／ｈ、供給される。
第二酸素凝縮器１２で蒸発された窒素ガスは、窒素熱交換器１３で寒冷を放出したのち、窒素圧縮機１４で圧縮される。
上記実施形態１（図１）のシステムをより具体的に説明する。
原料空気が圧力９．４ｂａｒＡ、温度２０℃、流量１０００Ｎｍ３／ｈで空気分離装置Ａ１の主熱交換器１の温端に供給され、冷却されたのちに中圧塔２の底部に供給される。中圧塔２は９．３ｂａｒＡで運転され、その塔頂部２３から液体窒素が４１８Ｎｍ３／ｈ回収される。塔底部２１から酸素富化液が５８２Ｎｍ３／ｈ回収される。中圧塔２の上方には窒素凝縮器３が設置され、低圧塔４の底部４１から供給される液体酸素を冷媒として、中圧塔頂部２３の窒素ガスを凝縮し、液体窒素を中圧塔頂部２３に返送する。
液体窒素のうち１．０Ｎｍ３／ｈは高純度酸素製造装置Ａ２に供給され、残りの液体窒素は低圧塔頂部４３に還流液として供給される。酸素負荷液は低圧塔中間部４２に供給される。低圧塔４は２．８ｂａｒＡで運転され、低圧塔底部４１からは７．８Ｎｍ３／ｈの液体酸素が回収され、高純度酸素製造装置Ａ２に供給される。
第一酸素精留塔７は酸素から高沸点成分を除去することを目的とし、液体酸素は第一酸素精留塔７の中間部または底部７１に供給され、塔頂部７３からは高沸点成分が除去された液体酸素が７．５Ｎｍ３／ｈ回収される。底部７１からは高沸点成分が濃縮された液体酸素が０．３Ｎｍ３／ｈ排出される。第一酸素精留塔７は２．１ｂａｒＡで運転される。第一酸素精留塔内で液体酸素を精留するのに必要な蒸気流は、第一酸素精留塔７の下方に設置される第一酸素蒸発器８によって供給され、その熱媒として、窒素圧縮機１４によって圧縮され、窒素熱交換器１３で冷却された、圧力７．８ｂａｒＡ、温度－１７３℃の窒素ガス３２Ｎｍ３／ｈが供給され、液化される。
第一酸素精留塔内で液体酸素を精留するのに必要な還流液は、第一酸素精留塔上方に設置される第一酸素凝縮器９によって供給され、その冷媒として第一酸素蒸発器８から導出される液体窒素の内、１８．４Ｎｍ３／ｈが供給され、蒸発される。第一酸素蒸発器８から導出される１３．６Ｎｍ３／ｈの液体窒素は、第一酸素凝縮器９に冷媒として供給される。
第二酸素精留塔１０は酸素から低沸点成分を除去することを目的とし、液体酸素は第二酸素精留塔１０の中間部（１０２）に供給され、塔頂部１０３からは低沸点成分を含む酸素ガスが０．３Ｎｍ３／ｈ排出され、底部１０１からは高沸点成分が除去された高純度液体酸素が７．２Ｎｍ３／ｈ回収される。第二酸素精留塔１０は１．３ｂａｒＡで運転される。第一酸素精留塔内で液体酸素を精留するのに必要な蒸気流は、第二酸素精留塔１０の下方に設置される第二酸素蒸発器１１によって供給され、その熱媒として、窒素圧縮機１４によって圧縮され、窒素熱交換器１３で冷却された窒素ガス、および第一酸素凝縮器９で蒸発された窒素ガスの混合流が、圧力５．３ｂａｒＡ、温度－１７７℃、流量５９Ｎｍ３／ｈ供給され、液化される。
第二酸素精留塔内で液体酸素を精留するのに必要な還流液は、第二酸素精留塔上方に設置される第二酸素凝縮器１２によって供給され、その冷媒として液体窒素が第一酸素蒸発器８から１３．６Ｎｍ３／ｈと、第二酸素蒸発器１１から５９Ｎｍ３／ｈ、空気分離装置Ａ１の中圧塔２から１．０Ｎｍ３／ｈ、供給される。
第二酸素凝縮器１２で蒸発された窒素ガスは、窒素熱交換器１３で寒冷を放出したのち、窒素圧縮機１４で圧縮される。
【0033】
上記実施形態２（図２）のシステムをより具体的に説明する。
製造された高純度酸素液は高純度酸素タンク１５に１．３ｂａｒＡの圧力で供給される。ここで例えば高純度酸素を１２．５ｂａｒＡで供給するために、高純度酸素タンク１５が液で満ちた後、遮断弁でタンク１５と高純度酸素製造装置Ａ２を遮断し、タンク１５の液相部と気相部が接続された加圧器１６によって高純度酸素液の一部を蒸発させることによってタンク１５を１２．５ｂａｒＡに加圧する。加圧されたタンク１５から高純度酸素液を供給したのち、タンク１５を再充填するために、タンク１５の圧力を第二酸素精留塔１０の圧力より低くするように減圧する。なお、減圧は、第二酸素精留塔１０にタンク内ガスを放出する方法でもよいし、タンク１５に内部に設置または外部に接続された凝縮器によって行ってもよいが、ここでは第二酸素精留塔１０にガスを放出する方法を採用する。
第一の実施形態１の例のように７．２Ｎｍ３／ｈの高純度酸素液が得られ、７２０分に一度液を加圧して送出する場合、一例として５２０分でタンク１５を充填し、２０分で加圧し、６０分で液を送出した後に、１２０分間タンクを減圧するサイクルが考えうる。
このサイクルにおいては、減圧時に２．２Ｎｍ３／ｈの高純度酸素ガスが放出され、これを液化するには２．９Ｎｍ３／ｈの液体窒素が必要となる。高純度酸素製造装置Ａ２の運転に常時必要な１．０Ｎｍ３／ｈの液体窒素を加味すると、合計３．９Ｎｍ３／ｈの液体窒素需要となるので、中圧塔２から直接液体窒素を供給するならば、一時的に低圧塔頂部４３に供給される液体窒素量が２．９Ｎｍ３／ｈ減ることとなって、低圧塔４の精留に悪影響を及ぼす。
したがって本発明では、上記サイクルにおける液体窒素需要の加重平均量の液体窒素を中圧塔２から導出し、液体窒素バッファ１７を供給液量の緩衝に利用する。この例においては、中圧塔２から導出する液体窒素量は、（１．０Ｎｍ３／ｈ ｘ ７２０ 分 ＋ ２．９Ｎｍ３／ｈ ｘ １２０ 分）÷７２０分 ＝ １．５Ｎｍ３／ｈとなる。
実施形態２では、液体窒素バッファ１７は第二酸素蒸発器１１の下部に設置されているが、これに制限されず、空気分離装置Ａ１と高純度酸素製造装置Ａ２の中間（例えばラインＬ６２）に位置するバッファ容器であってもよい。
製造された高純度酸素液は高純度酸素タンク１５に１．３ｂａｒＡの圧力で供給される。ここで例えば高純度酸素を１２．５ｂａｒＡで供給するために、高純度酸素タンク１５が液で満ちた後、遮断弁でタンク１５と高純度酸素製造装置Ａ２を遮断し、タンク１５の液相部と気相部が接続された加圧器１６によって高純度酸素液の一部を蒸発させることによってタンク１５を１２．５ｂａｒＡに加圧する。加圧されたタンク１５から高純度酸素液を供給したのち、タンク１５を再充填するために、タンク１５の圧力を第二酸素精留塔１０の圧力より低くするように減圧する。なお、減圧は、第二酸素精留塔１０にタンク内ガスを放出する方法でもよいし、タンク１５に内部に設置または外部に接続された凝縮器によって行ってもよいが、ここでは第二酸素精留塔１０にガスを放出する方法を採用する。
第一の実施形態１の例のように７．２Ｎｍ３／ｈの高純度酸素液が得られ、７２０分に一度液を加圧して送出する場合、一例として５２０分でタンク１５を充填し、２０分で加圧し、６０分で液を送出した後に、１２０分間タンクを減圧するサイクルが考えうる。
このサイクルにおいては、減圧時に２．２Ｎｍ３／ｈの高純度酸素ガスが放出され、これを液化するには２．９Ｎｍ３／ｈの液体窒素が必要となる。高純度酸素製造装置Ａ２の運転に常時必要な１．０Ｎｍ３／ｈの液体窒素を加味すると、合計３．９Ｎｍ３／ｈの液体窒素需要となるので、中圧塔２から直接液体窒素を供給するならば、一時的に低圧塔頂部４３に供給される液体窒素量が２．９Ｎｍ３／ｈ減ることとなって、低圧塔４の精留に悪影響を及ぼす。
したがって本発明では、上記サイクルにおける液体窒素需要の加重平均量の液体窒素を中圧塔２から導出し、液体窒素バッファ１７を供給液量の緩衝に利用する。この例においては、中圧塔２から導出する液体窒素量は、（１．０Ｎｍ３／ｈ ｘ ７２０ 分 ＋ ２．９Ｎｍ３／ｈ ｘ １２０ 分）÷７２０分 ＝ １．５Ｎｍ３／ｈとなる。
実施形態２では、液体窒素バッファ１７は第二酸素蒸発器１１の下部に設置されているが、これに制限されず、空気分離装置Ａ１と高純度酸素製造装置Ａ２の中間（例えばラインＬ６２）に位置するバッファ容器であってもよい。
【0034】
本発明によって、高コストの窒素の液化装置を使用することなく、空気分離装置から得られる液体酸素を、プロセス制御上安定的に、製造する方法が示された。
上記液化装置は、空気分離装置コストの約２０％程度の設備コストとなるために、本発明によって削減されるコストは非常に大きい。またエネルギー効率においても、本発明による中圧塔から得られる窒素を供給する方法では、先行文献にあるような空気分離装置から得られる低圧窒素を圧縮して液化する方法と比べて、空気分離装置内で窒素を中圧から低圧に減圧する際の圧力損失がない分高効率であり、窒素の圧縮に係る１Ｎｍ３当たり０．０５ｋＷｈのエネルギー削減が可能となる。大気から空気分離装置で窒素を分離して液化器で液化するには、１Ｎｍ３当たり１ｋＷｈ程度必要なので、約５％のエネルギー効率改善となる。
上記液化装置は、空気分離装置コストの約２０％程度の設備コストとなるために、本発明によって削減されるコストは非常に大きい。またエネルギー効率においても、本発明による中圧塔から得られる窒素を供給する方法では、先行文献にあるような空気分離装置から得られる低圧窒素を圧縮して液化する方法と比べて、空気分離装置内で窒素を中圧から低圧に減圧する際の圧力損失がない分高効率であり、窒素の圧縮に係る１Ｎｍ３当たり０．０５ｋＷｈのエネルギー削減が可能となる。大気から空気分離装置で窒素を分離して液化器で液化するには、１Ｎｍ３当たり１ｋＷｈ程度必要なので、約５％のエネルギー効率改善となる。
【0035】
（優位性評価）
実施形態１～５に相当する実施例１～５の優位性を、比較例１と対比して説明する。
比較例１：特許文献２（特許第６４２７３５９号）
実施例１：実施形態１（図１）
実施例２：実施形態２（図２）
実施例３：実施形態３（図３）
実施例４：実施形態４（図４）
実施例５：実施形態５（図５）
実施形態１～５に相当する実施例１～５の優位性を、比較例１と対比して説明する。
比較例１：特許文献２（特許第６４２７３５９号）
実施例１：実施形態１（図１）
実施例２：実施形態２（図２）
実施例３：実施形態３（図３）
実施例４：実施形態４（図４）
実施例５：実施形態５（図５）
【0036】
実施例１と比較例１とを対比する。比較例１では高純度製造装置に供給する液体窒素を液化装置で製造しているのに対して、実施例１は、空気分離装置の中圧塔を供給源とすることで、窒素サーキットの圧力損失を抑えつつ、簡素な機器構成にしている。
【0037】
実施例２は、実施例１と比べて、高純度タンクと加圧器、後は液体窒素供給の緩衝に液体窒素バッファが追加されている。
一定の液体窒素を中圧塔から導出しつつ、液体窒素バッファに液体窒素をため、タンク減圧時に必要な過大な寒冷を賄うようにバッファから液体窒素を第二酸素凝縮器に供給している。これは、減圧時に放出される高純度酸素ガスは第二精留塔に供給されて、実質的に第二酸素凝縮器にて再液化されるためである。
一定の液体窒素を中圧塔から導出しつつ、液体窒素バッファに液体窒素をため、タンク減圧時に必要な過大な寒冷を賄うようにバッファから液体窒素を第二酸素凝縮器に供給している。これは、減圧時に放出される高純度酸素ガスは第二精留塔に供給されて、実質的に第二酸素凝縮器にて再液化されるためである。
【0038】
実施例３は、実施例２と比べて、空気分離装置から高純度酸素製造装置に液体窒素を供給するライン上に、流量に対応した制御弁と流量計を設置してある。さらに、第二酸素凝縮器の冷媒側液面計と、その液位を見ながら液体窒素供給量を制御する制御弁を設置する。これにより、タンク減圧時に放出される酸素を再液化する際には、第二酸素凝縮器で増加する熱負荷に応えるように、冷媒側液面の液位を高めるように弁を制御できる。液体窒素バッファ１７に設置された液面計からの信号が制御弁の入力とすることで、バッファの液位が高くなった時に制御弁を絞るようなセレクタ制御をすることができる。
【0039】
実施例４は、実施例３と比べて、高純度酸素液の冷熱を、空気分離装置の主熱交換器で回収できる。
【0040】
実施例５は、実施例４と比べて、高純度酸素製造装置の窒素サイクルにおいて、窒素圧縮機吐出ラインの窒素熱交換器の冷端側から、窒素圧縮機の吸入ラインの窒素熱交換器冷端側にラインを引いて、そのライン上に膨張装置（弁またはタービン）を設置する。これは高純度酸素製造装置に寒冷を供給すると構成の一例である。例えば中圧塔から供給される液体窒素が不足した場合に寒冷を補給することができる。
【0041】
（別実施形態）
特に明示していないが、各ラインに圧力調整装置、流量制御装置などが設置され、圧力調整または流量調整が行われていてもよい。
特に明示していないが、各ラインに圧力調整装置、流量制御装置などが設置され、圧力調整または流量調整が行われていてもよい。
【符号の説明】
【0042】
１ 主熱交換器
２ 中圧塔
３ 窒素凝縮器
４ 低圧塔
５ サブクーラ
６ 膨張タービン
７ 第一酸素精留塔
８ 第一酸素蒸発器
９ 第一酸素凝縮器
１０ 第二酸素精留塔
１１ 第二酸素蒸発器
１２ 第二酸素凝縮器
１３ 窒素熱交換器
１４ 窒素圧縮機
２ 中圧塔
３ 窒素凝縮器
４ 低圧塔
５ サブクーラ
６ 膨張タービン
７ 第一酸素精留塔
８ 第一酸素蒸発器
９ 第一酸素凝縮器
１０ 第二酸素精留塔
１１ 第二酸素蒸発器
１２ 第二酸素凝縮器
１３ 窒素熱交換器
１４ 窒素圧縮機
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】