KR0168707B1 - Air separation method and apparatus for producing nitrogen - Google Patents

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Abstract

증류탑의 탑저물로서 생성된 산소 풍부 액체를 부분적으로 기화시키고 상분리시키는, 질소의 제조를 위한 공기 분리 방법 및 장치를 제공한다. 상기 증기상을 팽창시켜, 상기 액체상이 감압된후에 상부 응축기내로 도입되어 상기 증류탑으로의 환류를 응축시키는 동안 냉각을 제공한다. 한편으로, 상기 산소 풍부 액체의 일부를 충분히 기화시키고 이어서 팽창시켜 냉각을 제공할수 있다. 상기와 같은 경우, 상기 산소 풍부 액체의 또다른 부분을 사용하여 상기 증류탑으로의 환류를 응축시킬수 있다. 분리할 공기의 부분을 상기 기화시킬 산소 풍부 액체에 반하여 액화시키고 이어서 상기 증류탑의 하부내로 도입시켜, 모든 산소 풍부 액체 스트림이 상기 탑으로의 환류의 응축에 사용되는 경우 수득되는 수준의 생산 및 순도를 유지시킨다.An air separation method and apparatus for the production of nitrogen is provided, which partially vaporizes and phase-separates the oxygen enriched liquid produced as the bottom of a distillation column. The vapor phase is expanded so that the liquid phase is depressurized and then introduced into the upper condenser to provide cooling while condensing reflux to the distillation column. On the one hand, some of the oxygen rich liquid can be sufficiently vaporized and then expanded to provide cooling. In such a case, another portion of the oxygen rich liquid can be used to condense reflux to the distillation column. A portion of the air to be separated is liquefied against the oxygen rich liquid to be vaporized and then introduced into the bottom of the distillation column to produce the level of production and purity obtained when all the oxygen rich liquid stream is used for condensation of reflux to the tower. Keep it.

Description

질소의 제조를 위한 공기 분리 방법 및 장치Air separation method and apparatus for the production of nitrogen

제1도는 본 발명의 방법 및 장치에 따라 작동되는 공기 분리 장치의 도식적인 예시도이다.1 is a schematic illustration of an air separation device operated according to the method and apparatus of the present invention.

제2도는 제1도의 또다른 실시태양을 예시하며, 이때 동일한 기능을 수행하는 구성성분 및 스트림에 대해서는 제1도의 도면부호를 사용한다.FIG. 2 illustrates another embodiment of FIG. 1, wherein components and streams that perform the same function are referred to in FIG.

본 발명은 질소 생성물을 제조하기 위해서 증류탑을 사용하는 저온 정류 공정에 의해 공기를 분리시키는 방법에 관한 것이다. 보다구체적으로, 본 발명은 증류탑중의 탑저물로서 생성된 산소 풍부 액체의 일부를 기화시키고 이어서 팽창시켜 냉각을 공급하고 팽창시킨 후의 상기 산소 풍부 액체의 또다른 일부를 사용하여 상기 증류탑에 결합된 상부 응축기에서 질소 증기를 응축시키는 상기와 같은 방법 및 장치에 관한 것이다. 휠씬 더 구체적으로, 본 발명은 산소 풍부 액체의 일부를 유입 공기의 일부, 및 특정 조건하에서 상기 증류탑으로부터 회수된 공기보다 산소 함량이 적은 추가의 응축 스트림에 의해 기화시키는 상기와 같은 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 유입 공기의 일부 및 추가의 응축 스트림은 상기에 의해 액화되고 추가의 환류 스트림으로서 상기 증류탑내로 도입되어 질소 생산 속도 및/또는 농도를 종래 기술의 수준으로 유지시킨다.The present invention relates to a process for separating air by low temperature rectification processes using distillation columns to produce nitrogen products. More specifically, the present invention provides a top coupled to the distillation column using another portion of the oxygen enriched liquid after vaporizing and then expanding to provide cooling and expansion of a portion of the oxygen rich liquid produced as a column bottom in the distillation column. It relates to such a method and apparatus for condensing nitrogen vapor in a condenser. Even more particularly, the present invention relates to such a method and apparatus for vaporizing a portion of an oxygen rich liquid by a portion of the inlet air and further condensate streams having less oxygen than the air recovered from the distillation column under certain conditions. will be. A portion of the inlet air and additional condensate streams are liquefied by it and introduced into the distillation column as additional reflux streams to maintain nitrogen production rates and / or concentrations at prior art levels.

질소는 공기 분리 플랜드에서 공기의 저온 정류에 의해 제조된다. 종종 상기와 같은 플랜드는 단일의 증류탑을 사용하며 당해분야에 질소 발생기로서 공지되어 있다. 공기를 여과하고, 압축하고 정제시킨 후에, 상기 공기의 정류에 적합한 온도를 냉각시킨다. 이 온도는 통상적으로 공기의 이슬점이거나 또는 그 부근이다. 그후에, 상기 공기를 조립되거나 랜덤한 트레이 및/또는 패킹에 의해 형성될수 있는 액체-증기 접촉 요소를 갖는 증류탑내로 도입시킨다. 증류탑에서, 상승하는 상기 공기의 증기상은 하가하는 액체상과 접촉한다. 상기와 같은 접촉결과 액체상은 산소가 휠씬 더 농축되어 산소 풍부 액체 탑저물을 생성하게 되고 상승하는 증기상은 질소가 휠씬 더 농축되어 질소 충부 증기 탑상물을 생성하게 된다.Nitrogen is produced by cold rectification of air in an air separation plant. Often such plants use a single distillation column and are known in the art as nitrogen generators. After the air is filtered, compressed and purified, the temperature suitable for rectifying the air is cooled. This temperature is typically at or near the dew point of the air. The air is then introduced into a distillation column having a liquid-vapor contact element that can be assembled or formed by random trays and / or packings. In the distillation column, the rising vapor phase of the air is in contact with the downward liquid phase. As a result of the contact, the liquid phase is more concentrated with oxygen to produce an oxygen-rich liquid column bottom, and the rising vapor phase is more concentrated with nitrogen to produce a nitrogen-filled vapor column.

상기 증류탑을 환류시키기 위해서, 상기 질소 증기 탑상물을 부분 응축시키는 상부 응축기를 제공한다. 상기 응축물을 환류로서 상기 증류탑으로 다시 보낸다. 전형적으로, 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 회수하여 저온으로 팽창시키고 상기 상부 응축기에 대한 냉각제로서 도입시킨다. 생성물을 증기로서 상기 증류탑의 상부 영역으로부터 회수한다.In order to reflux the distillation column, an upper condenser is provided for partially condensing the nitrogen vapor column. The condensate is sent back to the distillation column as reflux. Typically, an oxygen rich liquid stream consisting of the bottoms is recovered, expanded to low temperature and introduced as coolant for the upper condenser. The product is recovered as steam from the upper region of the distillation column.

임의의 유형의 공기 분리 플랜드에서, 상기 플랜드내로의 연속적인 열 누출이 존재하고, 상기 플랜드의 가온 단부에서 공기 공급물과 생성물 스트림간에 엔탈피 차이가 존재한다. 상기와 같은 열 투출은 상기 공기 분리 플랜드를 냉각시킬 것을 필요로 한다. 질소 생성물이 증류탑 압력에서 유지되는 경우, 냉각은 일반적으로 상기 증류탑 덮개의 외부로부터 공급된다. 상기 기화된 산소 풍부 액체(상기 액체는 모두 상부 응축기에서 기화되거나, 또는 공기를 보다 고압에서 증류탑 압력으로 팽창시킴으로써 기화된다)부터 수득된 일 팽창은 냉각을 공급하는 통상적인 방법이다.In any type of air separation plant, there is a continuous heat leak into the plant and there is an enthalpy difference between the air feed and the product stream at the warm end of the plant. Such heat dissipation requires cooling the air separation plant. If the nitrogen product is maintained at the distillation column pressure, cooling is generally supplied from the outside of the distillation column cover. The work expansion obtained from the vaporized oxygen enriched liquid (all of which is vaporized in the upper condenser or by expanding the air to a distillation column pressure at higher pressure) is a common method of supplying cooling.

또한 필수적인 냉각을 공급하기 위해서 액체 질소를 외부 공급원으로부터 상기 증류탑에 가하는 “액체 지원 플랜드”가 있다.There is also a “liquid support plant” that adds liquid nitrogen from the external source to the distillation tower to provide the necessary cooling.

논의된 바와 같이, 본 발명은 질소 생성물의 제조에 있어서 에너지 경비를 감소시키는 방식으로 냉각시키는 공기 분리 기법에 관한 것이다. 이는 보다 효율적으로 공기 분리 에너지를 사용하고 냉각을 위해 이용할수 있는(이전에는 과잉이었던)에너지를 생성시킴으로써 완수된다.As discussed, the present invention relates to an air separation technique that cools in a manner that reduces energy costs in the production of nitrogen products. This is accomplished by using air separation energy more efficiently and generating energy (previously excess) that can be used for cooling.

본 발명은 질소 생성물을 제조하기 위한 공기 분리 방법을 제공한다. 상기 방법에 따라서, 공기를 증류탑을 사용하는 저온 정류 공정에 의해 분리시켜 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물을 생성시킨다. 상부 응축기를 제공하여 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시킨다.The present invention provides an air separation process for producing a nitrogen product. According to this method, air is separated by a low temperature rectification process using a distillation column to produce an oxygen rich liquid column bottoms and a nitrogen enriched vapor column top. A top condenser is provided to condense at least a portion of the nitrogen-rich vapor column and reflux the distillation column.

본 발명은 하나의 태양으로, 상기 저온 정류 공정은 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시킴을 포함한다. 상기 기화후에 상기 산소 풍부 액체 스트림은 액체 및 증기상으로 분리되고 상기 액체상으로 구성된 액체상 스트림의 팽창으로 상기 액체상 스트림과 질소 풍부 증기 탑상물간에 온도 차가 발생한다. 상기 액체상 스트림을 냉각제 스트림으로서 상기 상부 응축기내로 도입시켜 상기 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 상기 냉각제 스트림으로 열을 전달하여 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시킨다. 상기 증기상으로 구성된 증기상 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 상기 저온 정류 공정을 적어도 부분적으로 냉각시키는데 사용되는 냉매 스트림을 생성시킨다. 생성된 스트림을, 상기 증류탑에서 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물물의 나머지 부분으로부터 회수하여 질소 생성물을 제조한다.In one embodiment, the low temperature rectification process comprises partially vaporizing an oxygen rich liquid stream consisting of an oxygen rich liquid column bottoms. After the vaporization the oxygen rich liquid stream is separated into liquid and vapor phases and the expansion of the liquid phase stream consisting of the liquid phase results in a temperature difference between the liquid phase stream and the nitrogen rich vapor column. The liquid phase stream is introduced as a coolant stream into the upper condenser to transfer heat from at least a portion of the nitrogen rich vapor to the coolant stream to condense at least a portion of the nitrogen rich vapor column. The vapor phase stream consisting of the vapor phase is worked up to expand to produce a refrigerant stream that is used to at least partially cool the cold rectification process. The resulting stream is recovered from the remainder of the nitrogen enriched vapor column product not used as reflux in the distillation column to produce a nitrogen product.

본 발명의 또다른 태양으로, 상기 저온 정류 공정은 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 제1및제2부분 스트림으로 분할함을 포함한다. 상기 제1부분 스트림을 팽창시켜 상기 제1부분 스트림과 질소 풍부 증기 탑상물간에 온도차를 발생시킨다. 상기 제1부분 스트림을 냉각제 스트림으로서 상기 상부 응축기내로 도입시켜 상기 질소 풍부 증기의 적어도 일부로 부터상기 냉각제 스트림으로 열을 전달하여 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시킨다. 상기 제2부분 스트림을 기화시키고 이어서 부분적으로 가온시킨다. 상기 제2부분 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 상기 저온 정류 공정을 적어도 부분적으로 냉각시키는데 사용되는 냉매 스트림을 생성시킨다. 생성물 스트림을 상기 증류탑에서 환류로서 사용되지 않은 증류탑의 나머지 부분으로부터 회수하여 질소 생성물을 제조한다.In another aspect of the invention, the low temperature rectification process comprises dividing an oxygen rich liquid stream consisting of oxygen rich liquid column bottoms into first and second partial streams. The first partial stream is expanded to produce a temperature difference between the first partial stream and the nitrogen-rich vapor column. The first partial stream is introduced into the upper condenser as a coolant stream to transfer heat from at least a portion of the nitrogen rich vapor to the coolant stream to condense at least a portion of the nitrogen rich vapor column. The second partial stream is vaporized and then partially warmed. The second partial stream is worked up to expand to produce a refrigerant stream that is used to at least partially cool the cold rectification process. The product stream is recovered from the remainder of the distillation column which is not used as reflux in the distillation column to produce nitrogen product.

본 발명은 또한 질소 생성물을 제조하기 위한 공기 분리 장치를 제공한다. 상기 장치에 따라서, 공기의 여과를 위해 필터를 제공하며 압축기를 공기의 압축을 위해서 상기 필터에 연결시킨다. 상기 공기로부터 압축열을 제거하기 위해서 후-냉각기를 제공하며 상기 공기의 정제를 위해서 예비-정제 유니트를 제공한다. 주 열 교환 수단은 상기 공기를 상기 공기의 정류에 적합한 온도로 냉각시키며 증류탑은 상기 공기를 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물로 정류하도록 배열된다. 상부 응축기를 상기 증류탑에 연결시켜 상기 증류탑으로의 환류를 위해서 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시킨다.The present invention also provides an air separation apparatus for producing the nitrogen product. According to the device, a filter is provided for the filtration of air and a compressor is connected to the filter for the compression of the air. A post-cooler is provided to remove the heat of compression from the air and a pre-purification unit is provided for the purification of the air. The main heat exchange means cools the air to a temperature suitable for rectifying the air and the distillation column is arranged to rectify the air into an oxygen rich liquid column bottom and a nitrogen enriched vapor column. A top condenser is connected to the distillation column to condense at least a portion of the nitrogen-rich steam column for reflux to the distillation column.

본 발명은 추가의 태양에 따라서, 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키기 위해서 기화수단을 상기 증류탑에 연결시키고 상기 산소 풍부 액체 스트림을 액체상과 증기상으로 분리시키기 위해서 상기 기화수단에 상 분리기를 연결시킨다. 상기 상 분리기를 상부 응축기에 연결시켜 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 액체상으로 구성된 액체상 스트림으로 구성된 냉각제 스트림으로 열을 전달시킨다. 그 결과 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부는 응축되고 상기 냉각제 스트림은 기화되어 상기로부터 기화된 냉각제 스트림이 형성된다. 감압 밸브를 상기 상 분리기와 상부 응축기사이에 삽입시켜 액체상 스트림을 팽창시키고 상기에 의해 냉각제 스트림을 생성시키고 상기 냉각제 스트림과 질소 풍부 증기 탑상물간에 온도 차를 발생시킨다. 상 분리기를 또한 주 열 교환 수단에 연결시켜 증기상으로 구성된 증기상 스트림을 부분적으로 가온시킨다. 상기 증기상 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 냉각제 스트림을 생성시키기 위해서 주 열 교환 수단에 팽창 수단을 연결시킨다. 상기 주 열 교환 수단은 팽창 수단과 연통하여 상기 냉매 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 충분히 가온시킨다. 질소 생성물을 제조하기 위해 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분(증류탑에서 환류로서 사용되지 않은 부분)으로 구성된 생성물 스트림을 추출하는 추출 수단을 제공하고, 상기 주 열 교환 수단을 상기 생성물 스트림 추출 수단에 연결시켜 상기 생성물 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 충분히 가온시킨다.According to a further aspect the present invention provides a vaporization means for connecting vaporization means to the distillation column to partially vaporize an oxygen rich liquid stream consisting of an oxygen rich liquid column bottom and for separating the oxygen rich liquid stream into a liquid phase and a vapor phase. Connect the phase separator to the means. The phase separator is connected to an upper condenser to transfer heat from at least a portion of the nitrogen enriched vapor to a coolant stream consisting of a liquid phase stream consisting of a liquid phase. As a result, at least a portion of the nitrogen-rich vapor column is condensed and the coolant stream is vaporized to form a vaporized coolant stream therefrom. A pressure reducing valve is inserted between the phase separator and the upper condenser to expand the liquid phase stream, thereby producing a coolant stream and generating a temperature difference between the coolant stream and the nitrogen rich vapor column. A phase separator is also connected to the main heat exchange means to partially warm up the vapor phase stream consisting of the vapor phase. An expansion means is connected to the main heat exchange means in order to expand and expand the vapor phase stream to produce a coolant stream. The main heat exchange means communicates with the expansion means to sufficiently warm the refrigerant stream in the main heat exchange means. Extracting means for extracting a product stream consisting of the remainder of the nitrogen-rich steam column (part not used as reflux in the distillation column) to produce a nitrogen product, the main heat exchange means being connected to the product stream extraction means The product stream is sufficiently warmed in the main heat exchange means.

본 발명의 더욱 추가의 태양에 따라서, 상부 응축기를 증류탑에 연결시켜 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 제1부분 스트림으로 구성된 냉각제 스트림으로 열을 전달시킨다. 이는 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키고 냉각제 스트림을 기화시켜 기화된 냉각제 스트림을 생성시킨다. 감압 밸브를 상기 증류탑과 상부 응축기사이에 삽입시켜 상기 제1부분 스트림을 팽창시키고 상기에 의해 냉각제 스트림을 생성시키고 상기 냉각제 스트림과 질소 풍부 증기 탑상물간에 온도 차를 발생시킨다. 기화 수단을 또한 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 제2부분 스트림을 기화시키기 위해서 증류탑에 연결시킨다. 상기 기화 수단을 또한 주 열 교환 수단에 연결시켜 상기 제2부분 스트림을 부분적으로 가온시킨다. 상기 제2부분 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 냉매 스트림을 생성시키기 위해서 주 열 교환 수단에 팽창 수단을 연결시킨다. 상기 주 열 교환 수단은 팽창 수단과 연통하여 상기 냉매 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 충분히 가온시킨다. 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분(증류탑에서 환류로서 사용되지 않은 부분)으로 구성된 생성물 스트림을 추출하여 질소 생성물을 생성시키는 추출 수단을 제공한다. 상기 주 열 교환 수단을 또한 상기 생성물 스트림 추출 수단에 연결시켜 상기 생성물 스트림을 주 열 교환 수단내에서 충분히 가온시킨다.According to a still further aspect of the invention, a top condenser is connected to the distillation column to transfer heat from at least a portion of the nitrogen rich vapors to a coolant stream consisting of a first partial stream of oxygen rich liquid column bottoms. This condenses at least a portion of the nitrogen enriched vapor column and vaporizes the coolant stream to produce a vaporized coolant stream. A pressure reducing valve is inserted between the distillation tower and the upper condenser to expand the first partial stream thereby producing a coolant stream and generating a temperature difference between the coolant stream and the nitrogen rich vapor column. Vaporization means are also connected to the distillation column to vaporize a second partial stream consisting of an oxygen rich liquid column bottoms. The vaporization means is also connected to the main heat exchange means to partially warm the second partial stream. An expansion means is connected to the primary heat exchange means to expand and perform the second partial stream to produce a refrigerant stream. The main heat exchange means communicates with the expansion means to sufficiently warm the refrigerant stream in the main heat exchange means. An extraction means is provided for extracting the product stream consisting of the remainder of the nitrogen-rich steam column top (part not used as reflux in the distillation column) to produce nitrogen product. The main heat exchange means is also connected to the product stream extraction means to sufficiently warm the product stream in the main heat exchange means.

본 발명의 기능은 공기의 증류에 사용되는 필요이상으로 큰 구동력을 이용하여 질소 생성물을 생성시키는 것이다. 본 발명에서, 산소 풍부 액체는 증류탑으로의 환류를 응축시키기 위한 냉각제로서 작용하며 상기 언급한 전형적인 냉각 공정과 독립적으로 상기 플랜드의 냉각 필요량의 적어도 일부를 공급한다.The function of the present invention is to produce nitrogen products using greater driving force than necessary for the distillation of air. In the present invention, the oxygen rich liquid acts as a coolant for condensing reflux to the distillation column and supplies at least a portion of the cooling requirement of the plant independent of the typical cooling process mentioned above.

산소 풍부 액체의 전부가 환류 응축 역할에 이용되는 것은 아니므로, 상부 응축기에 의해 발생된 환류의 불충분한 공급이 잠재적으로 존재한다. 상기와 같은 감소된 환류 발생을 보충하기위해서, 액체 공기, 및 선택적으로 액체 공기 및 공기보다 산소 함량이 적은 또다른 환류 스트림에 의해 매우 적은 수준으로 중간 환류를 공급할 수 있다. 따라서, 더욱 또다른 태양으로, 본 발명은 산소 풍부 액체 스트림 또는 그의 일부를, 바람직하게 상기 공기보다 산소 함량이 적은 증류탑으로부터 회수된 또다른 증기 스트림을 사용하여 분리할 공기의 일부를 간접적으로 열 교환시킴으로써 부분적으로 또는 완전히 기화시키고, 상기에 의해 상기 분리할 공기의 일부 및 경우에 따라 다른 증기 스트림을 액화시키는 방법을 포함한다. 이어서 상기 분리할 공기의 일부, 및 바람직하게 상기 증류탑으로부터 회수된 다른 액화된 증기 스트림을 중간 환류 스트림으로서 증류탑내로 도입시켜 생성물 스트림의 생산을, 전체 산소 풍부 액체 스트림을 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는 경우 수득되는 수준에서 유지시킨다. 산소 풍부 액체 스트림의 부분 기화, 또는 상기 산소 풍부 액체 스트림의 일부의 완전 기화이전에, 상기 산소 풍부 액체를 팽창시켜 상기 공기의 일부 및 바람직하게, 존재하는 경우, 상기 증류탑으로부터 회수된 증기 스트림과의 간접적인 열 교환을 위ㅣ한 온도 차를 발생시킨다.Since not all of the oxygen rich liquid is used for the reflux condensation role, there is potentially an insufficient supply of reflux generated by the upper condenser. To compensate for this reduced reflux occurrence, medium reflux can be supplied at very low levels by liquid air, and optionally liquid reflux and another reflux stream having less oxygen than air. Thus, in yet another aspect, the present invention indirectly heat exchanges a portion of the air that will separate the oxygen-rich liquid stream or portion thereof, preferably with another vapor stream recovered from a distillation column having less oxygen content than the air. Thereby partially or completely vaporizing and thereby liquefying a portion of the air to be separated and optionally another vapor stream. Subsequently, a portion of the air to be separated, and preferably another liquefied vapor stream recovered from the distillation column, is introduced into the distillation column as an intermediate reflux stream to produce the product stream, the entire oxygen rich liquid stream being subjected to at least a portion of the nitrogen rich vapor column. Maintain at the level obtained when condensing. Prior to partial vaporization of the oxygen-rich liquid stream, or complete vaporization of a portion of the oxygen-rich liquid stream, the oxygen-rich liquid is expanded to a portion of the air and preferably with the vapor stream recovered from the distillation column, if present. It creates a temperature difference for indirect heat exchange.

제1도에 대해서, 단일 탑 질소 발생기(10)를 예시한다. 유입 공기 스트림(12)를 필터(14)에 의해 여과하여 분진 압자등을 제거한다. 공기 스트림(12)을 여과한후에 압축기(16)에 의해 압축시키고, 그후에 압축열을 통상적인 후-냉각기(18)에 의해 제거한다. 물,이산화탄소, 및 공기의 무거운 미량 성분, 예를들어 탄화수소를 상기 후-냉각기(18)에 연결된 예비-정제 유니트(20)에 의해 제거한다. 예비 정제 유니트(20)는 재생을 위해 상을 떠나 작동하는 여러개의 흡착제 단을 포함 할수 있다.For FIG. 1, a single tower nitrogen generator 10 is illustrated. Inlet air stream 12 is filtered by filter 14 to remove dust indenters and the like. The air stream 12 is filtered and then compressed by the compressor 16, after which the heat of compression is removed by a conventional after-cooler 18. Heavy trace components of water, carbon dioxide, and air, for example hydrocarbons, are removed by the pre-purification unit 20 connected to the after-cooler 18. The preliminary purification unit 20 may comprise a plurality of adsorbent stages operating out of phase for regeneration.

이어서 상기와 같이 여과되고 정제된 공기 스트림(12)을 주 열 교환기(22)내로 도입시킨다. 분리할 공기를 주 열 교환기(22)내로 도입시키고 이어서 상기 공기의 정류에 적합한 온도로 충분히 냉각시킨다. 이에 대해서, 본원 및 특허청구범위에 사용된 “충분히 냉각시킴”이란 용어는 정류가 수행되는 온도로 냉각시킴을 의미한다. 본원 및 특허청구범위에 사용된 “충분히 가온시킴”이란 용어는 주 열 교환기(22)의 가온 단부의 온도로 가온시킴을 의미한다. “부분적으로 가온시킴”이란 용어는 상기 정류 온도보다는 높지만 주 열 교환기(22)의 가온 단부의 온도보다는 낮은 온도로 가온시킴을 의미한다.The filtered and purified air stream 12 is then introduced into the main heat exchanger 22. The air to be separated is introduced into the main heat exchanger 22 and then cooled sufficiently to a temperature suitable for rectifying the air. In this regard, the term “cooling sufficiently” as used herein and in the claims means cooling to the temperature at which rectification is performed. As used herein and in the claims, the term “enoughly warmed” means to warm to the temperature of the warm end of the main heat exchanger 22. The term “partially warmed” means to warm to a temperature higher than the rectification temperature but below the temperature of the warm end of the main heat exchanger 22.

공기 스트림(12)을 주 열 교환기(22)내에서 충분히 냉각시킨 후에, 각각 제1 및 제2부스트림(24) 및 (26)으로 분할시킨다. 이를 위해서 파이프, 헤머등의 T-섹션에 의해 형성된 접합부를 주 열 교환기에 연결시킨다. 상기 제1부스트림(24)은 분리할 공기의대부분을 구성하며, 상기를 액체-증기 접촉 요소(32),(34) 및 (36)(이들은 트레이 및/또는 조립된 패킹, 랜덤 패킹등일수 있다)가 제공된 단일 증류탑(30)내로 도입시킨다. 증류탑(30)은 유입 공기글 상기 증류탑(30)의 기부 영역(38)내에 수거되는 산소 풍부 액체 탑저물 및 상기 증류탑(30)의 상부 영역(40)에 수거되는 질소 풍부 증기 탑상물로 정류시킨다. 상부 응축기(42)를 증류탑(30)에 연결시켜 상기 증류탑(30)의 상부 영역(40)에 수거된 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시킨다. 상기의 끝에서, 질소 증기 스트림(44)의 일부를 증류탑(30)의 상부 영역(40)으로부터 추출하고 상부 응축기(42)내로 도입시킨다. 질소 증기 스트림(44)을 냉각제 스트림(46)에 의해 부분 응축시키고, 이를 차례로 기화시켜 기화된 냉각제 스트림(47)을 생성시킨다. 응축후에, 질소 증기 스트림(44)을 환류 스트림(48)으로서 회수하여 증류탑(30)의 상부 영역(40)으로 보낸다.After the air stream 12 is sufficiently cooled in the main heat exchanger 22, it is divided into first and second substreams 24 and 26, respectively. For this purpose, the joint formed by the T-section of the pipe, hammer, etc. is connected to the main heat exchanger. The first substream 24 constitutes the majority of the air to be separated, which may be the liquid-vapor contact elements 32, 34 and 36 (these may be trays and / or assembled packings, random packings, etc.). Is introduced into a single distillation column 30 provided. Distillation column (30) is rectified into an oxygen-rich liquid column bottom collected in the base region (38) of the distillation column (30) and a nitrogen-rich vapor column collected in the upper region (40) of the distillation column (30). . An upper condenser 42 is connected to the distillation column 30 to condense at least a portion of the nitrogen-rich steam column top collected in the upper region 40 of the distillation column 30. At the end of this, a portion of the nitrogen vapor stream 44 is extracted from the upper region 40 of the distillation column 30 and introduced into the upper condenser 42. Nitrogen vapor stream 44 is partially condensed by coolant stream 46, which in turn is vaporized to produce vaporized coolant stream 47. After condensation, the nitrogen vapor stream 44 is recovered as reflux stream 48 and sent to the upper region 40 of the distillation column 30.

산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림(50)을 증류탑(30)의 기부 영역(38)으로부터 추출한다. 이어서 산소 풍부 액체 스트림(50)을 바람직하게 부냉각기 유니트(52)내에서 부차적으로 냉각시켜 후속적인 밸브 팽창시 증기의 형성을 최소화시킨다. 그후에, 산소 풍부 액체 스트림(50)을 감압 밸브(55)(이후에 보다 상세히 개시함)를 통과시킨 후에 기화기(54)내에서 부분적으로 기화시키고 이어서 상 분리기(56)내로 도입시켜 산소 풍부 액체 스트림(50)을 액체와 증기상으로 분리시킨다.An oxygen rich liquid stream 50 consisting of an oxygen rich liquid column bottom is extracted from the base region 38 of the distillation column 30. Oxygen-rich liquid stream 50 is then preferably subcooled in subcooler unit 52 to minimize the formation of steam upon subsequent valve expansion. Thereafter, the oxygen rich liquid stream 50 is passed through a pressure reducing valve 55 (hereinafter described in more detail) and then partially vaporized in the vaporizer 54 and then introduced into the phase separator 56 to introduce an oxygen rich liquid stream. Separate 50 into liquid and vapor phase.

액체상으로 구성된 액체상 스트림(58)을 상 분리기(56)로부터 추출하고 이어서 감압 밸브(60)를 통과시켜 상부 응축기(42)에 대해 냉각제로서 작용할수 있는 액체상 스트림(58)의 온도를 충분히 강화시킨다. 따라서, 감압 밸브(60)를 통과시킨 후의 액체상 스트림(58)을 상기 논의된 냉각제 스트림(46)으로 전환시킨다.A liquid phase stream 58 consisting of a liquid phase is extracted from the phase separator 56 and then passed through a pressure reducing valve 60 to sufficiently enhance the temperature of the liquid phase stream 58 which can act as a coolant for the upper condenser 42. Thus, the liquid phase stream 58 after passing the pressure reducing valve 60 is diverted to the coolant stream 46 discussed above.

상 분리기(56)를 또한 주 열 교환기(22)에 연결시켜 증기상으로 구성된 증기상 스트림(62)을 주 열 교환기(22)내에서 부분적으로 가온시킨다. 부분적으로 가온시킨 후의 증기상 스트림(62)을 주 열 교환기(22)에 연결된 터보팽창기(64) 또는 다른 팽창장치에서 팽창시킨다.A phase separator 56 is also connected to the main heat exchanger 22 to partially warm the vapor phase stream 62 consisting of the vapor phase in the main heat exchanger 22. The vaporized stream 62 after it has been partially warmed is expanded in a turboexpander 64 or other expansion device connected to the main heat exchanger 22.

예시된 실시태양으로, 냉매 스트림(66)을 또한 부냉각기 유니트(52)내에서, 기화된 냉각제 스트림(47) 및 생성물 스트림을 가온시키는 바와 같이 부분적으로 가온시킨다. 예시된 바와 같이, 기화된 냉각제 스트림(47)을 부냉각기 유니트(52)에 이어서 주 열 교환기(22)내에서 충분히 가온시켜 WN₁로 표시된 질소 폐스트링을 발생시킨다. 상기 가온된 기화된 냉각제 스트림(47)의 일부를 단의 재생을 위해서 예비 정제 유니트(20)로 공급할수 있다. 주 열 교환기(22)는 터보팽창기(64)와 연통하여 결과적으로 냉매 스트림(66)을 주 열 교환기(22)내에서 충분히 가온시키고 WN₂로 나타내는 폐스트링으로서 방출시킨다. 증류탑(30)의 상부 영역(40)에서 수거된 질소 풍부 증기 탑상물로 구성된 생성물 스트림(68)이 생성된다. 생성물 스트림(68)은 증류탑(30)으로의 환류를 생성시키는데 사용되지 않은 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분을 구성한다. 부 냉각 유니트(52)에서 부분적으로 가온시킨 후에, 생성물 스트림(68)을 주 열 교환기(22)내에서 충분히 가온시키고 PN으로 나타내는 생성물 스트림으로서 방출시킨다. 상기 언급한 스트림의 부분적 가온에 대해, 이미 언급한 바와 같이 산소 풍부 액체 스트림(50)이 부차적으로 냉각시킨다.In the illustrated embodiment, the refrigerant stream 66 is also partially warmed, as in the subcooler unit 52, to warm the vaporized coolant stream 47 and the product stream. As illustrated, the vaporized coolant stream 47 is sufficiently warmed in the subcooler unit 52 and then in the main heat exchanger 22 to generate a nitrogen wastestring designated WN W. A portion of the warmed vaporized coolant stream 47 can be fed to the preliminary purification unit 20 for regeneration of the stage. The main heat exchanger 22 communicates with the turboexpander 64 and consequently warms the refrigerant stream 66 in the main heat exchanger 22 and releases it as a closed string, denoted WN 2. A product stream 68 is produced, consisting of the nitrogen-rich steam column top collected in the upper region 40 of the distillation column 30. Product stream 68 constitutes the remainder of the nitrogen-rich steam column that was not used to produce reflux to distillation column 30. After partial warming in the sub cooling unit 52, the product stream 68 is sufficiently warmed in the main heat exchanger 22 and discharged as a product stream represented by PN. For the partial warming of the above mentioned stream, as already mentioned, the oxygen rich liquid stream 50 is secondaryly cooled.

단일 탑 질소 발생기(10)에서, 산소 풍부 액체 스트림(50)을 기화기(54)에서 부분적으로 기화시키며, 따라서 산소 풍부 액체 스트림(50)의 일부만이 상부 응축기(42)에 냉각제로서 사용된다. 결과적으로, 탑상물의 응축을 통해 종래 기술의 질소 발생기에서보다 단일 탑 질소 발생기(10)에서 환류가 적게 제공된다. 다른 환류를 가하지 않는 경우(본 발명에 의해 고려되는 공정), 본 발명의 질소 발생기는 종래 기술의 디자인보다 낮은 생산 속도를 갖고/갖거나 보다 낮은 순도의 질소를 생성시킨다. 그러나, 본 발명은 또한 상기와 같은 감소된 환류를 추가적인 액체 환류가 특히 필요한 증류탑(30)의 하부내로 중간 환류 스트림을 제공함으로써 보충시키는 공정 실시태양을 고려한다.In the single tower nitrogen generator 10, the oxygen rich liquid stream 50 is partially vaporized in the vaporizer 54, so that only a portion of the oxygen rich liquid stream 50 is used as coolant in the upper condenser 42. As a result, condensation of the columnar product provides less reflux in the single tower nitrogen generator 10 than in the prior art nitrogen generator. If no other reflux is added (the process contemplated by the present invention), the nitrogen generator of the present invention has a lower production rate and / or produces lower purity nitrogen than prior art designs. However, the present invention also contemplates a process embodiment in which such reduced reflux is supplemented by providing an intermediate reflux stream into the bottom of the distillation column 30 where additional liquid reflux is particularly needed.

상기 중간 환류는 단일 탑 질소 발생기(10)가 유사한 종래 기술의 플랜드 디자인에서 기대할수 있는 것과 동일한 생산속도 및 순도를 갖게 한다. 상기의 끝에서, 제2부스트림(26)을 기화기(54)에서 액화시킨다. 부차적으로 냉각된 산소 풍부 액체 스트림(50)과 제2부 스트림(26)간에 온도차를 발생시키기 위해서, 감압 밸브(55)를 베공하여 산소 풍부 액체 스트림(50)의 압력 및 온도를 감소시킨다. 상기 산소 풍부 액체 스트림(50)의 압력 감소는 증류탑(30)의 압력이하이나, 상기 스트림으로부터 유래된 증기 스트림(62)이 냉매 역할을 할수 있도록 상기 산소 풍부 액체 스트림(50)에 여전히 충분한 압력을 생성시킨다. 보다 낮은 증류탑 압력, 예를들어 8바이하의 압력에서, 액화후에 제2스트림(26)을 증류탑(30)내로 도입시키는 지점과 대략 동일한 지점에서 상기 증류탑(30)으로부터 추출된 증기 스트림(72)을 액화시킴으로써 증류탑(30)으로의 추가적인 환류를 생성시킨다. 이어서 증기 스트림(72)을 기화기(54)내에서 액화시키고, 추가의 환류로서 상기 액화된 제2부스트림(26)의 도입 지점보다 높이 도입시킨다. 명백한 바와 같아, 감압 밸브(55)는 또한 산소 풍부 액체 스트림(50)과 증기 스트림(72)간에 온도차를 발생시킨다.This intermediate reflux allows the single tower nitrogen generator 10 to have the same production speed and purity as would be expected in a similar prior art plant design. At the end of the above, the second substream 26 is liquefied in the vaporizer 54. In order to generate a temperature difference between the secondary cooled oxygen rich liquid stream 50 and the second secondary stream 26, a pressure reducing valve 55 is applied to reduce the pressure and temperature of the oxygen rich liquid stream 50. The pressure reduction of the oxygen rich liquid stream 50 is below the pressure of the distillation column 30, but still a sufficient pressure is applied to the oxygen rich liquid stream 50 so that the vapor stream 62 derived from the stream can serve as a refrigerant. Create At a lower distillation column pressure, for example a pressure of 8 bai, the vapor stream 72 extracted from the distillation column 30 at approximately the same point as the point where the second stream 26 is introduced into the distillation column 30 after liquefaction. Liquefaction produces additional reflux to distillation column 30. Vapor stream 72 is then liquefied in vaporizer 54 and introduced as a further reflux above the point of introduction of the liquefied second substream 26. As is apparent, the pressure reducing valve 55 also generates a temperature difference between the oxygen rich liquid stream 50 and the vapor stream 72.

장치(10)에 대한 가능한 변형은 고압에서 증류탑(30)을 작동시킴을 포함한다. 상기와 같은 경우에, 팽창기를 또한 냉각제 스트림(46)에 결합시킬수도 있다. 이는 전체 플랜드 냉각을 증가시키며 따라서 생성되는 액체량을 증가시킨다. 또한, 상기와 같은 터보팽창기를 또한 사용하여 재순환 압축기를 구동시켜 냉각제 스트림(46)내에 함유된 산소 풍부 액체의 일부를 증류탑(30)내로 다시 재순환시켜 생산을 또한 증가시킬수 있다. 또한 알수 있는 바와 같이, 산소 풍부 액체 스트림(50)의 부분적인 기화를, 유입 공기의 일부를 액화시킴으로써 수행되는 부분 기화를 예시하는 실시태양으로 제한하지 않는다. 예를들어, 적합한 저압 증류탑 용도에서, 정확한 조성의 액체 공기를 갖지 않는, 상기 증류탑으로 부터의 스트림을 액화된 공기 대신에 사용할수 있다.Possible modifications to the apparatus 10 include operating the distillation column 30 at high pressure. In such cases, an expander may also be coupled to the coolant stream 46. This increases the overall plant cooling and thus the amount of liquid produced. In addition, such a turboexpander may also be used to drive a recycle compressor to recycle some of the oxygen rich liquid contained in the coolant stream 46 back into the distillation column 30 to further increase production. As can also be seen, partial vaporization of the oxygen rich liquid stream 50 is not limited to the embodiment illustrating partial vaporization performed by liquefying a portion of the incoming air. For example, in suitable low pressure distillation column applications, a stream from the distillation column, which does not have the correct composition of liquid air, may be used in place of liquefied air.

제2도에 대해서, 단일 탑 질소 발생기(10)의 또다른 실시태양을 예시한다. 질소 발생기(10)에서, 산소 풍부 스트림(50)을 부 냉각기 유니트(52)내에서 부차적으로 냉각시킨 후에 제1 및 제2부분 스트림(50a) 및 (50b)로 분할시킨다. 제1부분 스트림(50a)을 제1감압 밸브(60)에서 팽창시켜 냉각제 스트림(46)을 생성시킨다. 이어서 제2부분 스트림(50b)을 감압 밸브(55)에 의해 팽창시킨 후에 기화기(54)내에서 충분히 기화시킨다. 이어서 상기 충분히 기화된 스트림(63)을 주 열 교환기(22)내에서 부분적으로 가온시키고 터보팽창기(64)내에서 팽창시킨다.With respect to FIG. 2, another embodiment of a single tower nitrogen generator 10 is illustrated. In the nitrogen generator 10, the oxygen rich stream 50 is subcooled in the sub cooler unit 52 and then split into first and second partial streams 50a and 50b. The first partial stream 50a is expanded at the first pressure reducing valve 60 to produce a coolant stream 46. Subsequently, the second partial stream 50b is expanded by the pressure reducing valve 55 and then sufficiently vaporized in the vaporizer 54. The sufficiently vaporized stream 63 is then partially warmed in the main heat exchanger 22 and expanded in the turboexpander 64.

[실시예 1]Example 1

하기는 본 발명에 따른 단일 탑 질소 발생기(10)(제1도에 예시함)의 가능한 공정의 차트화된 계산된 실시예이다. 본 실시예에서, 증류탑(30)은 저압 강하 조립된 패킹을 사용하며 약 100개의 이론적인 단을 갖는 것으로 추정된다. 제2부분 스트림(26)을 액화시킨 후에 기부에서부터 약6개의 이론적인 단에서 상기 증류탑에 가한다. 스트림(72)을 기부에서부터 약6개의 이론적인 단에서 증류탑으로부터 회수하고 응축시킨 후에 상기 증류탑(30)의 기부에서부터 약16개의 이론적인 단으로 보낸다.The following is a charted calculated example of a possible process of a single tower nitrogen generator 10 (illustrated in FIG. 1) according to the present invention. In this embodiment, the distillation column 30 uses a low pressure drop assembled packing and is estimated to have about 100 theoretical stages. The second partial stream 26 is liquefied and then applied to the distillation column in about six theoretical stages from the base. Stream 72 is withdrawn from the distillation column in about six theoretical stages from the base and condensed and then sent from the base of the distillation column 30 to about 16 theoretical stages.

상기 실시예에서,“L”은 액체 상태를 가리키며 “V”는 증기 상태를 가리킨다. 상부 생성물의 순도, 공기 공급물의 분류로서 질소의 회수율, 및 첨가 및 회수 지점은 상기 계산을 수행하는데 사용된 데이타 베이스의 물리적 특성에 민감하다. 예비 정제 유니트 작동의 고유 손실을 스트림(12)에 포함시켰다. 당해분야의 숙련가들에게 인식되느 바와 같이, 부냉각기(52)는 증류탑(30)의 폐기물 저장소에 대해 낮은 지점에 있을수 있다.In this embodiment, "L" refers to the liquid state and "V" refers to the vapor state. The purity of the top product, the recovery of nitrogen as a fraction of the air feed, and the addition and recovery points are sensitive to the physical properties of the database used to perform the calculation. The inherent loss of preliminary purification unit operation was included in stream 12. As will be appreciated by those skilled in the art, the subcooler 52 may be at a low point relative to the waste reservoir of the distillation column 30.

따라서, 터보팽창기가 공기를 증류탑내로 팽창시킴으로써 냉각시키는 경우와 동일한 양, 공기로 부터의 분류 회수율, 순도 및 압력의 기상 질소 생성물을 제조하는 종래 기술의 디자인에서, 스트림(12)을 통상적으로 약3.94바로 압축시킬수 있다. 본 발명에서는, 공기를 단지 약3.45바로 압축시킬 것이다.Thus, in a prior art design that produces gaseous nitrogen products of the same amount, fraction recovery from air, purity and pressure as the turboexpander cools by expanding the air into the distillation column, stream 12 is typically about 3.94. You can compress it immediately. In the present invention, the air will be compressed to only about 3.45 bar.

[실시예 2]Example 2

하기는 본 발명에 따른 단일 탑 질소 발생기(10)(제2도에 예시함)의 가능한 공정의 차트화된 계산된 실시예이다. 본 실시예에서, 증류탑(30)은 저압 강하 조립된 패킹을 사용하며 약100개의 이론적인 단을 갖는 것으로 추정된다. 제2부분 스트림(26)을 액화시킨 후에 기부에서부터 약6개의 이론적인 단에서 상기 증류탑에 가한다. 스트림(72)을 기부에서부터 약6개의 이론적인 단에서 증류탑으로 부터 회수하고 응축시킨 후에 상기 증류탑(30)의 기부에서부터 약16개의 이론적인 단으로 보낸다.The following is a charted calculated example of a possible process of a single tower nitrogen generator 10 (illustrated in FIG. 2) according to the present invention. In this embodiment, the distillation column 30 uses a low pressure drop assembled packing and is estimated to have about 100 theoretical stages. The second partial stream 26 is liquefied and then applied to the distillation column in about six theoretical stages from the base. Stream 72 is withdrawn from the distillation column in about six theoretical stages from the base and condensed and then sent from the base of the distillation column 30 to about 16 theoretical stages.

본 발명을 바람직한 실시태양을 참고로 개시하였지만, 다수의 수정, 첨가 및 생략을 본 발명의 진의 및 범위로부터 이탈되지 않고 수행할수도 있음은 당해분야의 숙련가에 의해 이해될 것이다.While the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it will be understood by those skilled in the art that many modifications, additions, and omissions may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (14)

산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물을 생성시키는 증류탑, 및 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시킨는 상부 응축기를 사용하는 저온 정류 공정에 의해 공기를 분리시킴을 포함하는, 질소 생성물의 제조를 위한 공기 분리 방법에 있어서, 상기 저온 정류 공정이 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키는 단계; 상기 산소 풍부 액체 스트림을 액체와 증기상으로 분리시키는 단계; 상기 액체상으로 구성된 액체상 스트림을 팽창시켜 상기 액체상 스트림과 상기 질소 풍부 증기 탑상물 간에 온도차를 발생시키고 상기 액체상 스트림을 냉각제 스트림으로서 상기 상부 응축기내로 도입시켜 상기 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 상기 냉각제 스트림으로 열을 전달시키고, 상기에 의해 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는 단계; 상기 증기상으로 구성된 증기상 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 상기 저온 정류 공정을 적어도 부분적으로 냉각시키는데 사용되는 냉매 스트림을 생성시키는 단계; 및 상기 증류탑에서 상기 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분으로부터 생성물 스트림을 추출하여 상기 질소 생성물을 제조하는 단계를 포함하는 방법.A distillation tower for producing an oxygen-rich liquid column bottoms and a nitrogen-rich vapor column, and separating the air by a low temperature rectification process using a top condenser to condense at least a portion of the nitrogen-rich vapor column to reflux the column. An air separation method for the production of a nitrogen product, said low temperature rectification process comprising the steps of: partially vaporizing an oxygen rich liquid stream comprised of said oxygen rich liquid column bottoms; Separating the oxygen rich liquid stream into a liquid and vapor phase; Expanding the liquid phase stream consisting of the liquid phase to generate a temperature difference between the liquid phase stream and the nitrogen rich vapor column, and introducing the liquid phase stream into the upper condenser as a coolant stream to heat the coolant stream from at least a portion of the nitrogen rich vapor. Conveying and condensing at least a portion of said nitrogen-rich vapor column by said; Performing work to expand the vapor phase stream comprised of the vapor phase to produce a refrigerant stream used to at least partially cool the cold rectification process; And extracting a product stream from the remainder of the nitrogen-rich vapor column that is not used as the reflux in the distillation column to produce the nitrogen product. 제1항에 있어서, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 상기 분리할 공기의 일부와 간접적으로 열 교환시킴으로써 부분적으로 기화시켜 상기 분리할 공기의 상기 부분을 액화시키고; 상기 분리할 공기의 상기 부분을 중간 환류로서 상기 증류탑내로 도입시켜 상기 생성물 스트림의 생성을, 전체 산소 풍부 액체 스트림이 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는데 사용되는 경우 수득되는 수준에서 유지시키고; 상기 산소 풍부 액체 스트림의 상기 부분적인 기화전에, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 팽창시켜 상기 공기의 상기 부분과 상기 산소 풍부 액체 스트림간에 상기 간접적인 열 교환을 위한 온도차를 발생시키는 방법.The method of claim 1, wherein the oxygen-rich liquid stream is partially vaporized by indirect heat exchange with a portion of the air to be separated to liquefy the portion of the air to be separated; Introducing the portion of the air to be separated into the distillation column as intermediate reflux to maintain the production of the product stream at the level obtained when the entire oxygen rich liquid stream is used to condense at least a portion of the nitrogen rich vapor column; Before the partial vaporization of the oxygen rich liquid stream, the oxygen rich liquid stream is expanded to generate a temperature difference for the indirect heat exchange between the portion of the air and the oxygen rich liquid stream. 제2항에 있어서, 상기 증류탑으로부터 증기 스트림을 회수하는 단계; 상기 증기 스트림을 상기 증기 스트림과 상기 산소 풍부 스트림간의 추가의 간접적인 열 교환에 의해 응축시키는 단계; 및 상기 증기 스트림을 추가의 환류로서 상기 중간 환류보다 위에서 상기 증류탑내로 다시 도입시키는 단계를 또한 포함하는 방법.The method of claim 2, further comprising: recovering a vapor stream from the distillation column; Condensing the vapor stream by further indirect heat exchange between the vapor stream and the oxygen rich stream; And introducing the vapor stream back into the distillation column above the intermediate reflux as further reflux. 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물을 생성시키는 증류탑, 및 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시키는 상부 응축기를 사용하는 저온 정류 공정에 의해 공기를 분리시킴을 포함하는, 질소 생성물의 제조를 위한 공기 분리 방법에 있어서, 상기 저온 정류 공저이 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 제1 및 제2부분 스트림으로 분할시키는 단계; 상기 제1부분 스트림을 팽창시켜 상기 제1부분 스트림과 상기 질소 풍부 증기 탑상물 간에 온도차를 발생시키고 상기 제1부분 스트림을 냉각제 스트림으로서 상기 상부 응축기내로 도입시켜 상기 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 상기 냉각제 스트림으로 열을 전달시키고, 상기에 의해 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는 단계; 상기 제2부분 스트림을 기화시키는 단계; 상기 제2부분 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 상기 저온 정류 공정을 적어도 부분적으로 냉각시키는데 사용되는 냉매 스트림을 생성시키는 단계; 및 상기 증류탑에서 상기 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분으로부터 생성물 스트림을 추출하여 상기 질소 생성물을 제조하는 단계를 포함하는 방법.Separating the air by a low temperature rectification process using a distillation tower to produce an oxygen rich liquid column bottoms and a nitrogen rich vapor column, and an upper condenser to condense at least a portion of the nitrogen rich vapor column to reflux the column. A method of air separation for the production of nitrogen products, the method comprising the steps of: separating the oxygen rich liquid stream consisting of the oxygen rich liquid column bottoms into first and second partial streams; Expanding the first partial stream to produce a temperature difference between the first partial stream and the nitrogenous vapor tower top and introducing the first partial stream into the upper condenser as a coolant stream to provide the coolant from at least a portion of the nitrogenous vapor. Transferring heat to the stream and thereby condensing at least a portion of said nitrogen-rich vapor column; Vaporizing the second partial stream; Performing work to expand the second partial stream to produce a refrigerant stream that is used to at least partially cool the cold rectification process; And extracting a product stream from the remainder of the nitrogen-rich vapor column that is not used as the reflux in the distillation column to produce the nitrogen product. 제4항에 있어서, 상기 제2부분 스트림을 상기 분리할 공기의 일부와 간접적으로 열 교환시킴으로써 기화시켜 상기 분리할 공기의 상기 부분을 액화시키고; 상기 분리할 공기의 상기 부분을 중간 환류로서 상기 증류탑내로 도입시켜 상기 생성물 스트림의 생성을, 상기 제1 및 제2부분 스트림 모두와 동등한 유량이 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는데 사용되는 경우 수득되는 수준에서 유지시키고; 상기 제2부분 스트림의 상기 기화전에, 상기 제2부분 스트림을 팽창시켜 상기 공기의 상기 부분과 상기 제2부분 스트림간에 상기 간접적인 열 교환을 위한 온도차를 발생시키는 방법.The method of claim 4, wherein the second partial stream is vaporized by indirect heat exchange with the portion of air to be separated to liquefy the portion of the air to be separated; Introducing the portion of the air to be separated into the distillation column as intermediate reflux to produce the product stream such that a flow rate equivalent to both the first and second partial streams is used to condense at least a portion of the nitrogen-rich vapor column. Maintained at the level obtained; Prior to said vaporizing said second partial stream, expanding said second partial stream to produce a temperature difference for said indirect heat exchange between said portion of said air and said second partial stream. 제5항에 있어서, 상기 증류탑으로부터 증기 스트림을 회수하는 단계; 상기 증기 스트림을 상기 증기 스트림과 상기 제2부분 스트림간의 추가의 간접적인 열 교환에 의해 응축시키는 단계; 및 상기 증기 스트림을 추가의 환류로서 상기 중간 환류보다 위에서 상기 증류탑내로 다시 도입시키는 단계를 또한 포함하는 방법.The method of claim 5, further comprising: recovering a vapor stream from the distillation column; Condensing the vapor stream by further indirect heat exchange between the vapor stream and the second partial stream; And introducing the vapor stream back into the distillation column above the intermediate reflux as further reflux. 제3항에 있어서, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키기 전에 부냉각 유니트내에서 부차적으로 냉각시키고; 상기 냉각제 스트림으로의 상기 열 전달에 의해 상기 냉각제 스트림을 기화시켜 기화된 냉각제 스트림을 생성시키고; 상기 분리할 공기를 제1 및 제2부 스트림으로 분할시키고; 상기 제1부 스트림을 상기 증류탑내로 도입시키고; 상기 제2부 스트림에 의해 상기 분리할 공기의 상기 부분을 형성시키고; 상기 산소 풍부 스트림을 부냉각 유니트내에서 상기 냉매 스트림, 상기 생성물 스트림 및 상기 기화된 냉각제 스트림과의 추가적인 열 교환을 통해 부냉각시키고; 상기 냉매, 기화된 냉각제 및 상기 생성물 스트림을 상기 부냉각 유니트내에서 부분적으로 가온시키고 이어서 충분히 가온시키는 방법.4. The method of claim 3, wherein the oxygen rich liquid stream is subcooled in a subcooling unit prior to partial vaporization; Vaporizing the coolant stream by the heat transfer to the coolant stream to produce a vaporized coolant stream; Dividing the air to be separated into first and second substreams; Introducing the first substream into the distillation column; Forming the portion of the air to be separated by the second substream; Subcooling the oxygen enriched stream through additional heat exchange with the refrigerant stream, the product stream and the vaporized coolant stream in a subcooling unit; The refrigerant, vaporized coolant and product stream are partially warmed in the subcooling unit and then sufficiently warmed. 공기를 여과하기 위한 필터; 상기 공기를 압축시키기 위해 상기 필터에 연결된 압축기; 상기 공기로부터 압축열을 제거하기 위한 후-냉각기; 상기 공기를 정제시키기 위한 예비-정제 유니트; 상기 공기를 그의 정류에 적합한 온도로 냉각시키기 위한 주 열 교환수단; 상기 공기를 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물로 정류 시키도록 배열된 증류탑; 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시키기 위해 상기 증류탑에 연결된 상부 응축기; 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키기 위한 기화 수단; 상기 산소 풍부 액체 스트림을 액체와 증기상으로 분리시키기 위해 상기 기화 수단에 연결된 상 분리기(이때 상기 상 분리기는 상기 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 상기 액체상으로 구성된 액체상 스트림으로 구성된 냉각제 스트림으로 열을 전달시켜 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키고 상기 냉각제 스트림을 기화시켜 기화된 냉각제 스트림을 생성시키도록 상기 상부 응축기에 연결된다); 상기 액체상 스트림을 팽창시켜 상기 냉각제 스트림을 생성시키고 상기 냉각제 스트림과 상기 질소 풍부 증기 탑상물간에 온도차를 발생시키도록 상기 상 분리기와 상기 상부 응축기사이에 삽입된 감압 밸브(이때 상기 상 분리기는 또한 상기 증기상으로 구성된 증기상 스트림을 부분적으로 가온시키도록 상기 주 열 교환 수단에 연결된다); 상기 증기상 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 냉매 스트림을 생성시키기 위해 상기 주 열 교환 수단에 연결된 팽창 수단(이때 상기 주 열 교환 수단은 상기 팽창 수단과 연통하여 상기 냉매 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 완전히 가온시킨다); 및 상기 질소 생성물을 제조하기 위해서 상기 증류탑에서 상기 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분으로 구성된 생성물 스트림을 추출하기 위한 수단(이때 상기 주 열 교환 수단은 상기 생성물 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 충분히 가온시키도록 상기 생성물 스트림 추출 수단에 연결된다)을 포함하는, 질소 생성물의 제조를 위한 공기 분리 장치.A filter for filtering air; A compressor coupled to the filter for compressing the air; A post-cooler for removing compressed heat from the air; A pre-purification unit for purifying the air; Main heat exchange means for cooling the air to a temperature suitable for its rectification; A distillation column arranged to rectify the air into an oxygen rich liquid column bottoms and a nitrogen rich vapor column top; An upper condenser connected to the distillation column for condensing at least a portion of the nitrogen-rich vapor column material to reflux the distillation column; Vaporization means for partially vaporizing an oxygen rich liquid stream consisting of said oxygen rich liquid column bottoms; A phase separator connected to the vaporization means to separate the oxygen rich liquid stream into liquid and vapor phase, wherein the phase separator transfers heat from at least a portion of the nitrogen rich vapor to a coolant stream consisting of the liquid phase stream consisting of the liquid phase. Connected to the top condenser to condense at least a portion of the nitrogen enriched vapor column and vaporize the coolant stream to produce a vaporized coolant stream; A pressure reducing valve inserted between the phase separator and the upper condenser to expand the liquid phase stream to produce the coolant stream and to generate a temperature difference between the coolant stream and the nitrogen enriched vapor column, wherein the phase separator is also provided with the vapor Connected to said main heat exchange means to partially warm up a vapor phase stream consisting of beds); Expansion means connected to said main heat exchange means to perform expansion of said vapor phase stream to produce a refrigerant stream, wherein said main heat exchange means communicates with said expansion means to bring said refrigerant stream into said main heat exchange means. Warm completely in); And means for extracting a product stream consisting of the remainder of said nitrogen-rich steam column not used as said reflux in said distillation column to produce said nitrogen product, wherein said main heat exchange means exchanges said product stream for said main heat exchange. Connected to said product stream extraction means to allow sufficient warming in the means). 제8항에 있어서, 상기 기화 수단이, 상기 주 열 교환 수단에 연결되고, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키고 상기 분리할 공기의 상기 부분을 액화시키도록 상기 산소 풍부 액체 스트림과 상기 분리할 공기의 상기 부분간의 간접적인 열 교환을 위한 수단, 및 상기 산소 풍부 액체 스트림을 팽창시켜 상기 공기의 상기 부분과 상기 산소 풍부 액체 스트림간에 상기 간접적인 열 교환을 위한 온도차를 발생시키도록 배열된 제1감압 밸브를 갖고; 상기 감압 밸브가 상기 상 분리기와 제2감압 밸브를 구성하는 상기 상부 응축기사이에 삽입되고; 상기 기화 수단이, 상기 분리할 공기의 상기 부분을 중간 환류로서 상기 증류탑내로 도입시켜 상기 생성불 스트림의 생성을, 전체 산소 풍부 액체 스트림이 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는데 사용되는 경우 수득되는 수준에서 유지시키도록 상기 증류탑에 연결된 장치.9. The method of claim 8, wherein said vaporization means is connected to said main heat exchange means, and said vaporizing means is adapted to partially vaporize said oxygen rich liquid stream and to liquefy said portion of said air to be separated. Means for indirect heat exchange between said portion of air, and a first arranged to expand said oxygen rich liquid stream to produce a temperature difference for said indirect heat exchange between said portion of air and said oxygen rich liquid stream Has a pressure reducing valve; The pressure reducing valve is inserted between the phase separator and the upper condenser constituting the second pressure reducing valve; Wherein said vaporization means introduces said portion of said air to be separated into said distillation column as intermediate reflux to produce the production of said fire stream when said total oxygen rich liquid stream is used to condense at least a portion of said nitrogen rich vapor column. A device connected to said distillation column to maintain at a level. 제9항에 있어서, 상기 기화 수단이 또한, 상기 증기 스트림을 응축시키도록 증기 스트림과 상기 산소 풍부 액체 스트림간의 추가의 간접적인 열 교환을 위한 수단을 갖고 상기 증기 스트림이 상기 증류탑으로부터 상기 기화 수단내로 흐르고 그 후에 추가의 환류로서 상기 중간 환류보다 위에서 상기 증류탑으로도 되돌아가도록 상기 증류탑에 연결된 장치.The vaporization means of claim 9, wherein the vaporization means also has means for further indirect heat exchange between the vapor stream and the oxygen rich liquid stream to condense the vapor stream and the vapor stream from the distillation column into the vaporization means. A device connected to the distillation column for flowing back and then back to the distillation tower above the intermediate reflux as further reflux. 공기를 여과하기 위한 필터; 상기 공기를 압축시키기 위해 상기 필터에 연결된 압축기; 상기 공기로부터 압축열을 제거하기 위한 후-냉각기; 상기 공기를 정제하기 위한 예비-정제 유니트; 상기 공기를 그의 정류에 적합한 온도로 냉각시키기 위한 주 열 교환 수단; 상기 공기를 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물로 정류시키도록 배열된 증류탑 ; 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 제1부분 스트림으로 구성된 냉각제 스트림을 기화시켜 기화된 냉각제 스트림을 생성시키는 것에 반하여 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시키기 위해 상기 증류탑에 연결된 상부응축기; 상기 제1부분 스트림을 팽창시켜 상기 냉각제 스트림을 생성시키고 상기 냉각제 스트림과 상기 질소 풍부 증기 탑상물간에 온도차를 발생시키기 위해 상기 상부 응축기에 연결된 감압 밸브; 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 제2부분 스트림을 기화시키기 위한 기화 수단(이때 상기 기화 수단은 상기 제2부분 스트림을 부분적으로 가온시키도록 상기 주 열 교환 수단에 연결된다); 상기 제2부분 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 냉매 스트림을 생성시키기 위해 상기 주 열 교환 수단에 연결된 팽창 수단(이때 상기 주 열 교환 수단은 상기 냉매 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 완전히 가온시키도록 상기 팽창 수단과 연통하고 있다); 및 상기 질소 생성물을 제조하기 위해서 상기 증류탑에서 상기 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분으로 구성된 생성물 스트림을 추출하기 위한 수단(이때 상기 주 열 교환 수단은 상기 생성물 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 완전히 가온시키도록 상기 생성물 스트림 추출 수단에 연결된다)을 포함하는, 질소 생성물의 제조를 위한 공기 분리 장치.A filter for filtering air; A compressor coupled to the filter for compressing the air; A post-cooler for removing compressed heat from the air; A pre-purification unit for purifying the air; Main heat exchange means for cooling the air to a temperature suitable for its rectification; A distillation column arranged to rectify the air into an oxygen-rich liquid column bottoms and a nitrogen-rich vapor column; A top connected to the distillation tower for condensing at least a portion of the nitrogen-rich vapor column to reflux the distillation tower, while vaporizing a coolant stream comprising the first partial stream consisting of the oxygen-rich liquid column bottoms to produce a vaporized coolant stream. Condenser; A pressure reducing valve connected to said upper condenser to expand said first partial stream to produce said coolant stream and to generate a temperature difference between said coolant stream and said nitrogen-rich vapor column; Vaporization means for vaporizing a second partial stream consisting of said oxygen enriched liquid bottoms, wherein said vaporization means is connected to said main heat exchange means to partially warm said second partial stream; Expansion means connected to the main heat exchange means to perform the operation to expand the second partial stream to produce a refrigerant stream, wherein the main heat exchange means is adapted to completely warm the refrigerant stream in the main heat exchange means. In communication with said expansion means); And means for extracting a product stream consisting of the remainder of said nitrogen-rich steam column not used as said reflux in said distillation column to produce said nitrogen product, wherein said main heat exchange means exchanges said product stream for said main heat exchange. Connected to said product stream extraction means to warm up completely in the means). 제11항에 있어서, 상기 기화 수단이, 상기 주 열 교환 수단에 연결되고, 상기 제2부분 스트림을 기화시키고 상기 분리할 공기의 일부를 액화시키도록 상기 제2부분 스트림과 상기 분리할 공기의 상기 부분간의 간접적인 열 교환을 위한 수단, 및 상기 제2부분 스트림을 팽창시켜 상기 공기의 상기 부분과 상기 제2부분 스트림간에 상기 간접적인 열 교환을 위한 온도차를 발생시키도록 배열된 제1감압 밸브를 갖고; 상기 감압 밸브가 상기 부-냉각 유니트와 제2감압 밸브를 구성하는 상기 상부 응축기사이에 삽입되고; 상기 기화 수단이, 상기 분리할 공기의 상기 부분을 중간 환류로서 상기 증류탑내로 도입시켜 상기 생성물 스트림의 생성을, 상기 제1 및 제2부분 스트림 모두와 동등한 유량이 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는데 사용되는 경우 수득되는 수준에서 유지시키도록 상기 증류탑에 연결된 장치.12. The method of claim 11, wherein the vaporization means is connected to the main heat exchange means and the vaporization of the second partial stream and the air to be separated to vaporize the second partial stream and liquefy a portion of the air to be separated Means for indirect heat exchange between portions, and a first pressure reducing valve arranged to expand the second partial stream to generate a temperature difference for the indirect heat exchange between the portion of the air and the second partial stream; Have; The pressure reducing valve is inserted between the sub-cooling unit and the upper condenser constituting the second pressure reducing valve; The vaporization means introduces the portion of the air to be separated into the distillation column as intermediate reflux to produce the product stream such that a flow rate equivalent to both the first and second partial streams is at least a portion of the nitrogen-rich vapor column. An apparatus connected to said distillation column to maintain at the level obtained when used for condensation. 제12항에 있어서, 상기 기화 수단이 또한, 상기 증기 스트림을 응축시키도록 증기 스트림과 상기 제2부분 스트림간의 추가의 간접적인 열 교환을 위한 수단을 갖고 상기 증기 스트림이 상기 증류탑으로부터 상기 기화 수단내로 흐르고 그 후에 추가의 환류로서 상기 중간 환류보다 위에서 상기 증류탑으로 되돌아가도록 상기 증류탑에 연결된 장치.The vaporization means of claim 12, wherein the vaporization means also has means for further indirect heat exchange between the vapor stream and the second partial stream to condense the vapor stream and the vapor stream from the distillation column into the vaporization means. A device connected to the distillation column for flowing back and then back to the distillation tower above the intermediate reflux as further reflux. 제8항에 있어서, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 부냉각시키기 위해 상기 증류탑과 상기 상부 응축기사이에서 삽입된 부냉각 유니트; 및 상기 분리할 공기를 제1 및 제2부스트림으로 분할시키도록 상기 주 열 교환 수단에 연결된 접합부(이때 상기 접합부는 상기 제1부스트림이 상기 증류탑내로 스르도록 상기 증류탑에 연결되고 또한 상기 분리할 공기의 상기 부분이 상기 제2부스트림에 의해 형성되도록 기화 수단에 연결되며; 상기 주 열 교환 수단은 상기 냉매, 기화된 냉각제 및 상기 생성물 스트림을 충분히 가온시키도록 배열되고, 상기 냉매, 기화된 냉각제 및 상기 생성물 스트림이 상기 부냉각 유니트에서 부분적으로 가온되고 이어서 상기내에서 충분히 가온되도록 상기 부냉각 유니트에 연결된다)를 또한 포함하는 장치.9. The apparatus of claim 8, further comprising: a subcooling unit inserted between the distillation tower and the upper condenser to subcool the oxygen rich liquid stream; And a junction connected to the main heat exchange means to divide the air to be separated into first and second substreams, wherein the junction is connected to the distillation column such that the first substream flows into the distillation column and the separation Said portion of air is connected to vaporization means such that said portion of air is formed by said second substream; said main heat exchange means arranged to sufficiently warm said refrigerant, vaporized coolant and said product stream, and said refrigerant, vaporized coolant And connected to the subcooling unit such that the product stream is partially warmed in the subcooling unit and then sufficiently warmed therein.
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