KR0154549B1 - 부분정제된 질소로부터 산소를 분리시키는 방법 - Google Patents

Abstract

막분리 또는 PSA 단위에서 얻은 부분정제된 질소 흐름중의 잔류산소를, 외부에서 가열되는 반응기에서나 또는 보호기체 분위기를 사용하는 로내에서, 탄화수소와 반응시켜 질소, 일산화탄소 및 수소의 보하기체 분위기를 제공한다.

Description

부분정제된 질소로부터 산소를 분리시키는 방법

제1도는 기체를 생산하는 촉매반응기를 로중에 위치시키는 개략적인 측단면도.

제2도는 본 발명의 촉매반응기의 개략적인 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연속적인 로울러 로상로 2: 로의 가열지대

3 : 로의 냉각지대 4 : 방사관(radiant tube)

5 : 촉매반응기 11 : 외부공간

12 : 내부공간 15 : 오프닝(opening)

16 : 외부관 17 : 내부관

20 : 닥트(duct)

본 발명은 질소의 생산에 관한 것이다. 더욱 상세히, 본 발명은 잔류산소를 유용한 화학적 화합물로 전환시킴으로써 질소-함유 흐름을 생산하는 것에 관한 것이다.

질소를 생산하는 것은 오랫동안 저온증류기법에 근거한 최신식의 공기 분리 기술을 사용하여 수행되어 있다. 이러한 저온증류에 있어서 규모를 증가시킴에 따라 경제적인 측면이 좋아지기 때문에 많은 톤수의 질소를 쓰는 사용자는 사용자의 공장 부지에 설치된 저온공장으로부터 공급되는 질소기체를 공급받는다. 더 적은양의 톤수, 즉 2-30톤/ 및 또는 그 이하를 쓰는 사용자는 중앙에 위치하는 액체질소 생산공장으로부터 사용자의 부지에 트럭으로 운반되는 액체질소를 공급받는 경우가 많다. 질소기체를 액화하는 비용과 액체질소를 떨어져 있는 저온공장부지로부터 사용자의 부지까지 운송하는 비용은 사용자에게 공급되는 질소의 비용을 상당히 증가시킬 것이라는 것을 알 수 있다.

그러므로, 최근에는 사용자의 부지에서 낮은 단가의 질소기체를 효율적으로 생산할 수 있는 적은 양의 공기 분리공장을 개발하고자 하는 시도가 당업계에서 계속되어 왔다. 압력순환흡착(PSA)와 막분리 기술에 관한 최근의 개발에 의해 비교적 낮은 순도, 적은 톤수의 질소를 생산하기 위한 부지내 장치의 단가가 상당히 나아졌다. 다른 한편으로, 그런 값이 비싼 장치의 단가와 동력요건을 부여해야 하는 실제적인 제한 때문에 이러한 PSA 또는 막분리 장치에 의해서 고순도의 질소가 경제적으로 생산될 수 없다.

당업계에는 막분리 또는 PSA 장치에 대한 발전과 부지내의 고순도 질소에 대한 단가를 낮출 수 있는 기법에 대한 요구가 있어 왔다. 부지내의 고순도 질소의 단가를 감소시키기 위해 사용되어온 한가지 기법은 질소생성물의 최종정제를 위해 사용하기 위한 미량산소 제거장치를 막분리 또는 PSA 장치와 연결시키는 것이다. 이 기법에 있어서, 막분리 또는 PSA 장치를 최초의 공기분리를 위해서 촉매계와 함께 3,000ppm 또는 그 이상의 산소에서 사용하여 질소를 생산한 다음 부가적인 산소의 제거를 위해 사용하여 10ppm 또는 그 이하의 잔류 산소함량을 가지는 정제된 질소생성물 흐름을 생산한다. 이 기법은 막분리 또는 PSA 장치 단독부에 의한 단가보다 더 낮은 비용으로 고순도의 질소를 생산하게 허용하여 주지만, 그럼에도 불구하고 이에 의해 성취된 비용절감은 트럭으로 액체질소를 사용자의 부지에까지 공급해주는 비용보다 약간 향상된 정도에 불과하다. 이는 일차적으로 부분적으로 정제된 질소흐름에 존재하는 산소와 반응시켜 이를 제거하기 위해 사용되는 비교적 높은 단가의 수소에 기인한다. 그렇지만 이 기법은, 만약 사용자의 부지에서 낮은 단가의 수소공급을 얻을 수 있고 만약 이런 수소의 사용이 향상된다면 액체질소를 트럭으로 공급하는 것에 비해서 훨씬 실제적이고 상업적으로 중요성을 띠게 되는 것이다.

오늘날 고순도의 질소를 필요로 하며 부지내에서 얻을 수 있는 단가가 낮은 수소를 산업에, 특히 석유화학 산업에 적용하는 경우가 많다. 하지만, 낮은 단가를 가지는 입수가능한 수소는 불순하며 여러 탄화수소를 함유한다. 이렇게 불순한 수소를 사용하는 것은 최종의 질소경제를 위한 촉매계의 조작과 관련하여 불리할 수 있다. 만약 이런 불순한 수소가 비교적 낮은 단가로 정제되고, 최종의, 부지내 질소정제를 위해 상기의 촉매계에서 결과되는 고순도의 수소를 효율적이고 효과적인 방법으로 사용한다면, 이런 처리를 위한 막분리 및 PSA 장치의 사용은 향상될 수 있는 것이다.

투과성 막 장치의 고유의 단순성으로 인하여 부지내에서의 고순도 질소를 생산하기 위한 이런 장치의 관련된 공정의 개발을 위한 당업계에서의 강한 유인과 바램이 제공되고 있는 것이다. 당업자는 막 분리장치보다 부지내 PSA 장치가 더 적당하기 위해서는 특별한 전체 처리조작이 존재한다는 것을 알 것이다. 부지내의, 고순도 질소생산을 위한 향상된 전체 막 분리 및 PSA 장치업계에서의 필요에 의하여 상업적으로 실행할 수 있는 효과적인 방법에 있어서의 사용자의 부지내에서의 고순도 질소생산에 있어서 자주 얻을 수 있는 저-가격의, 불순한 수소를 효과적으로 사용하기 위한 수단과 함께, 최종 질소생산을 위한 촉매계를 사용하는 기법이 결과되었다.

Campbell 특허, 미합중국 4,960,579호에 기재된 기법에 있어서는, 부지내의 막분리 또는 PSA 장치로부터 회수된 부분 정제된 질소를, 함유된 산소를 정제된 수소흐름으로 반응시킴으로써 최종 정제하기 위해 촉매에 의한 연소장치로 통과 시킨다. 이렇게 정제된 수소흐름을 사용자의 부지에서 얻을 수 있는 저단가의, 불순한 수소로부터 회수하는데 별개의 막분리 또는 PSA 장치를 사용한다. 이렇게 별개의 장치와 공정을 통합된 방법으로 사용함으로써 고순도 질소를 생산하는 단가를 상당히 감소시킬 수 있도록 해주며, 부지내의, 고순도 질소를 생산할 수 있는 실현가능성을 증대시켜준다.

하지만, 수소를 입수할 수 없거나, 또는 수소를 사용하는 것이 바람직하지 않은 경우에 적용해야 하는 경우가 있다. 더욱이, 잔류산소를 수소와 반응시켜 물을 형성하도록 함으로써 전체 기체흐름이 감소하고, 이로 인하여 적용에 있어서 바람직하지 못할 경우가 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

열처리 적용에 있어서는, 질소, 수소 및 일산화탄소로 이루어지는 보호 분위기를 사용하는 것이 통상적이다. 공급되는 공기를 탄화수소와 반응시킴으로써 공기를 질소, 수소 및 일산화탄소의 혼합물로 전환시키는 것이 당업계에 알려져 있다. 이 반응은 통상 발생기(generator)라고 칭해지는 촉매반응기에서 수행하는데, 이는 촉매로 채워져 있고 외부에서 가열된다. 몇가지 경우에 있어서, 촉매를 함유하는 이 발생기는 혼합물이 사용되는 로중에 위치에 있다. 하지만, 공기가 산소를 많이 함유하기 때문에(즉, 21％), 발생기에서의 반응은 탄소와 같은 원하지 않는 생성물을 형성하게 된다. 그을음 형성으로 알려진 이 현상으로 인하여 성질이 유지-집약적인(maintenance-intensive) 설비를 해야 할 필요가 생긴다. 따라서, 계속적으로 촉매가 만족스럽게 기능하도록 하기 위하여 발생기가 주기적으로 타 버려야 할 필요가 있다. 순수한 질소가 편리하게 공급될 수 있는 경우에, 로중에 순수한 질소와 수소, 탄화수소 또는 알코올과 같은 환원 화합물을 직접 주입함으로써 필요한 보호분위기가 생성될 수 있다.

상기한 유지-집약적인 성질의 발생기 설치없이, 열처리와 다른 처리에 사용하기 위하여 보호분위기를 얻는 것이 당업계에 필요하다. 마찬가지로, 그런 목적을 위하여, 전체 기체흐름 유량이 감소되지 않도록 하면서, 수소를 사용하지 않고 고순도 질소흐름을 얻는 것이 필요하다.

그러므로 본 발명의 목적은 필요한 기체분위기를 얻기 위하여 향상된 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 바람직하지 않은 기체흐름의 감소없이 부분정제된 질소로부터 원하는 기체분위기를 생산하기 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

이들 목적을 염두에 두고, 이하에서 본 발명을 상세히 설명하겠으며, 이들의 신규한 특징을 특허청구의 범위에서 특히 지적하고자 한다.

부분정제된 질소에 있는 잔류산소를, 전체 기체흐름의 감소없이 수소대신에 탄화수소 반응물질을 사용하는 비-유지-집약적인 촉매반응기에서, 처리목적에 유용한 화합물로 전환시킨다.

이하에서는 본 발명을 수반되는 도면과 관련시켜 상세히 설명하겠다.

본 발명의 목적은 질소흐름, 예컨데 막분리 또는 PSA 단위로부터 처음에 정제된 질소, 또는 산소-흐름 재순화물 또는 어떤 근원에서 얻은 다른 질소처리 흐름 중에 존재하는 잔류산소를, 상기 잔류산소의 반응시키기 위한 탄소수소를 사용하여 가열된 촉매반응기에서 수소의 일산화탄소로 전환시킴으로써 달성된다. 이 반응생성물은 유용하며, 기체흐름에서의 감소는 일어나지 않는다. 이 반응기는 종래기술에 있어서의 설치에서처럼 유지-집약적인 설비가 아니며, 과다한 산소가 회피되기 때문에, 원하지 않는 그을음 형성을 피할 수 있다.

본 발명의 실행에 있어서, 막 분리 단위 또는 PSA 단위에서 생산된 부분 정제된 질소 함유된 잔류산소, 또는 다른 어떤 근원으로부터 얻을 수 있는 산소-함유 질소흐름을, 메탄과 같은 탄화수소와 반응시켜 일산화탄소와 수소를 형성되게 한다. 이 목적을 위하여, 부분정제된 질소를 제어된 방법으로, 예컨대 전체유량과 질소흐름의 산소함량을 측정함으로써, 촉매반응기내로 공급된다. 메탄, 에탄등과 같은 탄화수소 환원화합물도 또한 탄화수소의 산화만을 허용하여 일산화탄소와 탄화수소를 생성하도록 하는 산소/탄화수소 비율이 제어된 촉매 반응기내로 통화시킨다. 결과로서, 필수적으로 잔류 산소함량이 없이 질소, 일산화탄소 및 수소흐름이 얻어진다.

막 분리단위로부터 얻은 부분 정제된 질소흐름이 100㎥/hr 의 흐름속도를 가지고 98％ 질소의 2％ 산소를 함유한다면, 다음 반응에 따라서 이 산소함량이 전환되도록 메탄을 사용할 수 있다.

CH₄+ 1/20₂→ CO + 2H₂

필요한 잔여산소의 전환을 위한 산소/메탄 비율은 따라서 1/2이 되며, 이 반응이 발생되도록 하기 위하여 2㎥ 의 산소는 4㎥/hr 의 메탄을 필요로 한다.

상기한 바와같이, 발생기 공급을 조절하거나 제어하는 것은 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 또는 밖으로 흘러나가는 기체흐름에 있어서 산소와 이산화탄소를 분석함으로써 탄화수소 흐름을 조절하여 순화공급조절을 사용할 수도 있다. 더욱이, 이런 원료공급 및 순환공급조절의 조합기법을 사용할 수 있다.

본 발명의 실행에 있어서, 반응기에 적절한 촉매를 채우고 외부에서 가열하여 원하는 반응온도를 얻는다. 반응기 가열은 외부가열원을 사용해서거나 또는 로, 예컨대 열처리로 중에서 얻을 수 있는 열을 사용함으로써, 달성할 수 있는데, 여기에서는 형성될 기체혼합물을 사용한다. 외부가열처리에 있어서, 반응기는 부분 정제질소가 얻어지는 공기분리 막 단위 근처에 설치될 수 있는 자가 독립단위일 것이다. 로에서 발생되는 열을 사용하는 구현에 있어서, 반응기를 로 내부에 설치하는 것이 대표적인 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 만약 필요하다면, 두가지 가열형태의 조합을 사용할 수 있다. 따라서 로에서 열을 받도록 하기 위해 로중에 반응기를 설치할 수 있는 반면에, 내부에서, 그러나 산소의 전환이 발생하는 공간과는 직접 접촉하지 않으면서 부가적인 가열이 제공된다. 방열관에 의해 가열되는 로에 있어서, 바람직하게는 로의 침지지대에 방열관중 하나를 제거하고 이것을 본 발명의 실행에 있어서 사용되는 촉매-함유 반응기로 대체함으로써, 반응기를 로중에 용이하게 설치할 수 있다. 이런 상황에서, 반응기에서 생성된 결과되는 기체혼합물은 반응기를 떠나면서 직접적으로 로 내로 바로 들어간다.

도면의 제1도는 주로 가열지대(2)와 냉각지대(3)으로 이루어지는 연속 로울러 로상로(1)을 나타낸다. 상기 가열지대(2)에서는, 장입물을 가열시키는데 필요한 에너지는 방열관(4)에서 연료와 공기의 연소에 의해 공급된다. 로중의 한곳 또는 몇몇 군데에서, 방열관(4)을 촉매반응기(5)로 대체시키는데, 이것은 로에서 발생된 열에 의해 가열된다.

본 발명의 실행에서 사용되는 촉매반응기는 제2도에 일반적으로 예시했다. 숫자(1)으로 나타낸 촉매반응기는 두 개의 동심공간, 즉 외부공간(11)과 내부공간(12)를 포함한다. 외부공간(11)은 촉매로 채워져 있으며 라인(13)으로부터 막분리 질소가 공급되고 탄화수소가 라인(14)을 통해 공급되는 반응기를 형성한다. 형성된 반응생성물은 외부공간(11)을 둘러싸는 외부관(16)에 있는 오프닝(15)를 통해 반응기로부터 이탈하여, 부분정제된 막분리 질소중의 잔류산소와 반응하기 위한 환원물질로서, 탄화수소가 아닌 수소가 사용될 때 발생하는 유량감소없는 바람직한 보호분위기로서 로내로 도입된다. 내부공간(12)는, 예시된 구현에 있어서, 연소불꽃이 형성되며, 바람직한 연소목적을 위하여 각각 라인(18)과 (19)를 통해 연소성 기체와 공기가 통과하는 내부관(17)을 가지는 연소실을 가진다. 연소에서 제외된 기체는 닥트(20)을 통해 내부공간(12)에서 방출된다.

당업자는 첨부한 특허청구의 범위에서 설명한 본 발명의 영역에서 벗어나지 않으면서 본 발명의 상세한 설명에 대하여 여러 가지 변화와 수정을 가할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 반응기에서 대표적으로 사용되는 것은 백금촉매가 될 것이지만, 팔라듐, 루테늄, 니켈 또는 이런 알려진 다른 촉매를 원하는 반응을 조장하기 위해 사용할 수 있다. 본 발명의 실행에 어떤 적절한 막분리 어셈블리 및 모듀울 설비를 사용할 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다. 막분리 장치는 막 모듀울, 또는 평행이거나 또는 일련의 조작을 위해 배열된 다수의 이런 모듀울을 포함한다. 막 모듀울은 편리한 중공섬유형태, 또는 감은 나선형, 주름잡힌 편평한 시이트 또는 어떤 다른 원하는 형태로 구성될 수 있다. 막 모듀울은 공기 공급표면측과 투과성의 기체 방출측을 가지도록 구성된다. 중공섬유막에 대해서, 공급공기는, 소위 인사이드-아웃조작을 위해서 내부, 즉 구멍측에 가하거나 또는 아웃사이드-인 조작을 위해서 중공섬유의 외부표면에 가할 수 있다.

공기 분리막을 위해 사용되는 막 재료는 더 용이하게 투과할 수 있는 공급 공기성분을 선택적을 투과시킬 수 있는 어떤 적절한 재료일 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 이런 재료로서 대표적인 것은 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 등과 같은 셀룰로오스 유도체, 폴리아미드, 아릴 폴리아미드를 포함하는 폴리아미드 및 아릴폴리아미드; 폴리술폰, 폴리스티렌등이 있다. 예컨대 폴리술폰기판상에 침지시킨 복합막이 여러 공기 분리처리에 편리하다. 복합막을 사용함에 있어서, 당업자는 복합막의 분리특성을 결정하는 분리층에 사용되는 재료는 특정의 적용에 대한 특정의 수행요건 및 조작조건에 맞게 고쳐질 수 있다는 것을 인지할 것이다. 단일재료로 이루어지며, 가늘고, 농밀한 피부층이 막의 분리특성을 결정하는 비대칭막이 본 발명의 수행에 마찬가지로 사용될 수 있다.

본 발명의 실행에 사용되는 PSA 장치는, 다수의 사용되는 층(bed), 적용 가능한 조작조건, 및 주어진 조작의 원하는 공기분리 수행요건에 맞추어진 흡착-탈착-재가압 공정 사이클에 조작되는 하나 또는 다수의-흡착제층을 포함하는 것이 대표적인 경우이다. 각 층에 흡착제 재료는 그 층으로부터 회수해야 할 공급기의 성분을 덜 용이하게 흡착하는 반면에, 더욱 용이하게 흡착할 수 있는 공급공기의 성분을 선택적으로 흡착할 수 있는 어떤 적절한 흡수재료일 수 있다. 제올라이트 분자체는 공급공기로부터 질소를 선택적으로 흡착하기 위한 편리한 흡착제층 제료이다. 다른 한편으로, 탄소분자체는 상이한 흡착 메카니즘에 따라서 가능하며, 공기분리 조작에 사용될 때에는, 질소가 공급공기의 덜 용이하게 흡착할 수 있는 성분으로서 회수되고, 더 용이하게 흡착할 수 있는 성분으로서 산소를 선택적으로 흡착하게 된다.

본 발명은 상기한 막 질소/수소 데옥소(deoxo) 장치 및 발생기장치 및 비교했을 때 당업계에 바람직한 잇점을 제공한다. 따라서, 본 발명은 실행함으로써 달성해야 할 바람직한 분위기 조성을 유연하게 조정할 수 있다. 원하는 분위가가 사용되어야 할 처리조작의 요건에 따라서, 기체분위기의 조성은 편리하게 바뀔 수 있다. 예컨대, 메탄을 환원 화합물로서 사용하면, 일산화탄소와 수소함령은 이하의 반응에 나타낸 바와 같이 2.9％ 와 24％ 사이까지 변화될 수 있다.

막(또는 PSA)단위에서 형성된 부분정제된 질소중의 잔류산소는, 본 발명의 실행에서 유용한 화합물로 전환되어 동일한 막(PSA) 단위로부터 출발하는 동일한 기체부피로부터 출발하여 증가된 기체부피를 결과한다. 이는, 당업자들은 인식하겠지만 본 발명의 경제적 잇점을 향상시킨다는 점에서 유리한 특징이다. 더욱이 본 발명은, 수소 데옥소 단위와 비교하여 수소보다 값이 싼 탄화수소 환원화합물을 사용한다.

상기한 막 또는 PSA 장치는 3,000ppm 또는 그 이상의 산소를 함유하는 부분 정제된 질소를 생산하는데 유용하다고 기재했지만, 잔류 산소량을 함유하는 다양한 다른 질소흐름을 본 발명의 실행에 사용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 소량의 산소, 예컨대 5％ 또는 그 이상을 함유하는 폐 질소흐름, 또는 적량의 산소로 저온공기 분리장치에서 얻은 매우 높은 순도의 질소를 희석하여 제조된 질소흐름을, 본 발명의 실행에서 사용하기 적합한 필요한 질소, 일산화탄소 및 수소 분위기를 생산하기 위하여 사용할 수 있다. 일반적으로, 여기에서 처리된 질소흐름의 산소함량은 부피의 10％ 또는 그 이하, 바람직하게는 5％ 또는 그 이하이겠지만, 막 또는 PSA 공기분리단위로부터 얻은 부분 정제된 질소가 일반적으로 본 발명의 목적을 위해 유리하다.

사용된 막(PSA) 질소는, 공기가 탄화수소와 반응한 후에 질소, 일산화탄소 및 수소의 혼합물로 전환되는 종래의 발생기에 존재하는 것보다 더 적은 산소를 함유하기 때문에, 이 반응기는 그러한 종래의 발생기보다 사용자에게 더욱 친숙할 것이다. 따라서, 본 발명의 실행에 사용되는 반응기에 공급되는 기체의 산소함량이 매우 적기 때문에 그을음 형성이 감소되는 변화가 생기게 된다.

또한 처리로에 산소 전환단위를 설치하면 이것은 본 발명 방법의 에너지 소비를 감소시키는 기능을 한다는 사실도 주목된다. 설치목적을 위해서, 전환은 700℃에서 수행되고 결과되는 질소생성물은 700℃의 로에서 사용되는 잔류산소의 전환의 열 밸런스 계산을 하였다. 100N㎥/hr의 유량을 가지고 외부전환단위를 사용하는 막 질소에 있어서, 정제된 질소와 천연기체를 가열하는데 사용하는 열량은 다음과 같다.

질소 : 97 x 226.65 = 21,985㎉

산소 : 3 x 240.13 = 720㎉

천연기체 : 6 x 387.39 = 2,329㎉

반응

6CH₄+ 30₂→ 6CO + 12H₂

중에 700℃에서 반응기에 의해 발생된 열은 -1.419㎉이다.

반응된 기체가 로에 수송되는 동안에 냉각되기 때문에, 로중에서 재가열될 필요가 있으며 다음과 같은 열량을 필요로 한다:

따라서, 외부전환 단위에 있는 잔류산소의 이런 전환에 필요한 전체 열량은 49.615㎉이다. 본 발명의 바람직한 구현에서 로중에 전환단위가 설치될 때에는, 반응생성물 분위기를 재가열시킬 필요가 없어서 26,000㎉, 즉 52,9％의 절감을 얻을 수 있다.

상기 실시예에서 그리고 다음과 같은 가격을 상정한다면 :

이 데옥소 단위가격은 다음과 같다.

본 발명의 실시예에서 사용된 전환단위에 대한 비용은 다음과 같다 :

따라서 본 발명의 실행에 있어서 산소의 전환은 종래의 데옥소 단위의 사용에 비교할 때 29.5％의 비용감소를 제공한다.

본 발명은 보호분위기의 생산에 있어서 매우 바람직한 향상을 이루고 있다. 종래의 데옥소 단위 및 종래의 유지집약 반응기에서의 보호분위기의 생성과 관련된 단점을 극복함에 있어서, 반응물질로서 수소를 사용할 필요없이 그리고 고순도 질소를 생산하기 위한 종래의 데옥소 조작과 관련된 바람직하지 않은 흐름감소를 유발하지 않으면서, 종래의 비 유지장치에서 질소, 일산화탄소 및 수소의 분위기를 편리하게 제조할 수 있다.

Claims (20)

1. (a) 촉매반응기에서의 잔류 산소/탄화수소 비율이, 단지 탄화수소의 불완전 산화만을 결과하여 일산화탄소와 수소를 형성하도록, 산소-함유 질소 흐름중에 존재하는 산소를 촉매반응기에서 탄화수소 반응물질과 반응시키고; (b) 잔류산소에 대한 반응물질로서 수소를 사용하지 않고, 수소가 잔류 산소와 반응하여 물이 형성되는 반응으로부터 발생하는 바람직하지 않은 기체흐름의 감소없이, 보호분위기가 바람직하지 않은 기체흐름의 감소없이 얻어짐으로써 보호분위기가 유용한 형태로 생산되도록, 촉매반응기로부터 질소, 일탄화탄소 및 수소의 보호분위기를 회수하는 것을 포함하는, 로 조직용 보호분위기를 생성하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 잔류산소와 탄화수소의 반응이 외부로부터 가열되는 촉매반응기에서 발생함을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 잔류산소의 탄화수소의 반응이, 보호분위기가 사용되고, 반응에 필요한 열이 로에 의해 공급되는 로내의 촉매반응기 위치에서 발생함을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, (1) 공급기체를 내부분리용 막 또는 압력순환 흡착장치로 통과시키고; 그리고 (2) 이 막 또는 압력순환 흡착장치로부터 잔류산소를 함유하는 부분정제된 질소흐름을 회수하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 부분정제된 질소의 촉매반응기로 통과시키는 탄화수소의 양이 탄화수소를 단지 불완전하게 산화시켜 일산화탄소와 수소를 얻는데 필요한 잔류 산소/탄화수소 비율을 얻도록 제어됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 탄화수소는 산소/메탄을 분자비율이 1/2 되는 메탄을 포함함을 특징으로 하는 방법.
7. 제4항에 있어서, 공급기체를 부분 정제된 질소흐름을 생산하기 위한 막 장치로 통과시킴을 특징으로 하는 방법.
8. 제4항에 있어서, 공급기체를 부분 정제된 질소흐름을 생산하기 위한 압력순환장치로 통과시킴을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 보호분위기를 이것이 사용되는 로 지대로 통과시킴을 특징으로 하는 방법.
10. (a) 산소-함유 질소흐름에 존재하는 산소를 탄화수소 반응물질과 반응시키기 위한 촉매반응기; (b) 질소흐름을 촉매반응기로 통과시키기 위한 도관수단; (c) 탄화수소가 반응물질을 촉매반응기로 통과시키기 위한 도관수단; (d) 탄화수소가 단지 불완전하게 산화되어 일산화탄소와 수소를 형성하게 되도록 질소흐름과 탄화수소 반응물질이 촉매반응기로 흘러가는 것을 제어하는 도관 수단; (e) 촉매반응기에 열을 공급하기 위한 수단; 및 (f) 로 조작에 사용하기 위해 촉매반응기로부터 질소, 일산화탄소 및 수소의 보호분위기를 회수하기 위한 수단을 포함하며; 산소에 대한 반응물질로서 수소를 사용하지 않고, 수소가 산소와 반응하여 물이 형성되는 반응으로부터 유발되는 바람직하지 않은 기체흐름의 감소없이, 유용한 형태의 보호분위기를 생산하는, 로 조작용 보호분위기를 생산하기 위한 장치.
11. 제10항에 있어서, 촉매반응기가 외부에서 가열되는 촉매반응기임을 특징으로 하는 장치.
12. 제10항에 있어서, 촉매반응기가, 보호분위기가 사용되고, 필요한 열이 로에 의해서 공급되는 로내에 위치됨을 특징으로 하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 촉매반응기 내부에 부가적인 열을 공급하지만 잔류 산소와 탄화수소의 촉매반응이 일어나는 공간과 직접적으로 접촉되지 않는 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
14. 제10항에 있어서, 촉매반응기로 통과되는, 내부에 잔류산소를 함유하는 부분정제된 질소흐름을 생산하기 위한 막 분리 또는 압력순환 흡착장치를 포함함을 특징으로 하는 장치.
15. 제14항에 있어서, 촉매반응기가, 보호분위기가 사용되고, 필요한 열이 로에 의해서 공급되는 로내에 위치된 외부에서 가열되는 촉매반응기임을 특징으로 하는 장치.
16. 제15항에 있어서, 촉매반응기 내부에 부가적인 열을 공급하지만 잔류 산소와 탄화수소의 촉매반응이 일어나는 공간과 간접적으로 접촉되지는 않는 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
17. 제14항에 있어서, 부분정제된 질소의 촉매반응기로 통과시키는 탄화수소의 양이 탄화수소를 단지 불안전하게 산화시켜 일산화탄소와 수소를 얻는데 필요한 잔류 산소/탄화수소 비율을 얻도록 제어됨을 특징으로 하는 장치.
18. 제14항에 있어서, 부분정제된 질소흐름을 생산하기 위한 장치가 막 분리장치를 포함함을 특징으로 하는 장치.
19. 제14항에 있어서, 부분정제된 질소흐름을 생산하기 위한 장치가 압력순환장치를 포함함을 특징으로 하는 장치.
20. 제12항에 있어서, 촉매반응기를, 로내의 가열지대에 있는 방열관을 대체하는 로내의 하나 또는 그 이상의 위치에 위치시킴을 특징으로 하는 장치.