KR100319439B1 - 저순도 및 고순도 산소를 제조하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

저순도 및 고순도 산소를 제조하기 위한 방법 및장치 Download PDF

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단테 패트릭 보나퀴스트
낸시 진 린치
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조안 엠. 젤사 ; 로버트 지. 호헨스타인 ; 도로시 엠. 보어
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

바닥형 재가열기를 갖는 측면 칼럼을 사용하여 고순도 및 저순도 산소에 대한 높은 회수율을 갖는 저온 정류 시스템으로서, 상기 정류 시스템에 있어서 공급 공기는 부분적으로 응축되고 그 부분 응축 이후에 남아있는 공급 공기의 증기는 정류 이전에 터보팽창된다.

Description

저순도 및 고순도 산소를 제조하기 위한 방법 및 장치{A METHOD FOR PRODUCING LOWER PURITY OXYGEN AND HIGHER PURITY OXYGEN AND AN APPARATUS THEREOF}
본 발명은 공급 공기의 극저온 정류, 특히 저순도 산소 및 고순도 산소를 제조하기 위한 공급 공기의 저온 정류법에 관한 것이다.
저순도 산소의 수요는 유리제조, 강제조, 및 에너지 생산과 같은 적용 분야에서 점차적으로 증가하고 있다. 저순도 산소는 고압 칼럼의 압력하에서 공급 공기가 저압 칼럼의 바닥 액체를 재가열하는데 사용된 후에 고압 칼럼 내부로 통과되는 이중 칼럼 내부의 공급 공기를 저온 정류시킴으로써 대량으로 생산된다.
일관 생산 라인을 갖는 제강소와 같은 저순도 산소를 사용하는 몇몇 산업 현장에서는 때때로 저순도의 기상 산소 이외에도 약간의 고순도 산소를 필요로 한다. 저순도 산소와 함께 약간의 고순도 산소를 제조하는 것은 오래전부터 가능했으나, 종래의 시스템은 저순도 산소와 함께 다량의 고순도 산소를 효과적으로 제조할 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 고도의 회수율로 저순도 산소 및 고순도 산소를 효과적으로 제조할 수 있는 저온 정류 시스템을 제공하는 것이다.
때때로, 저순도 산소 및 고순도 산소와 함께 아르곤을 회수하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 다른 목적은 저순도 산소 및 고순도 산소 이외에도 아르곤을 제조할 수 있는 저온 정류 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 저순도 산소 및 고순도 산소와 함께 액상 질소를 제조하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 저순도 산소 및 고순도 산소 이외에도액체 질소를 생산할 수 있는 저온 정류 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 액체 질소가 제조될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 아르곤이 제조될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 2, 3, 4 : 주 열교환기 10 : 중간 압력 칼럼
11 : 측면 칼럼 12 : 저압 칼럼
13. 아르곤 칼럼
20, 21, 22 : 재가열기(또는 응축기)
30, 32 : 터보팽창기 34, 35 : 펌프
40 : 상 분리기
본 명세서를 참조한 본 기술 분야의 당업자들에게 분명하게 이해될 본 발명의 전술한 목적 및 또 다른 목적들은 다음과 같은 특징을 갖는 본 발명에 의해 달성된다.
첫째, 저순도 산소 및 고순도 산소를 제조하기 위한 방법은 (A) 액상 공급 공기 및 기상 공급 공기를 제조하기 위해 고순도 산소와 간접 열교환에 의해 공급 공기를 부분적으로 응축시키는 단계와, (B) 기상 공급 공기를 터보팽창시켜 터보팽창된 기상 공급 공기를 중간 압력 칼럼 내부로 통과시키는 단계와, (C) 질소 부화 유체 및 산소 부화 유체를 제조하기 위해 극저온 정류에 의해 중간 압력 칼럼내의 공급 공기를 분리시키고, 질소 부화 유체 및 산소 부화 유체를 저압 칼럼 내부로 통과시키는 단계와, (D) 저압 칼럼 내에서 극저온 정류에 의해 질소 과부화 유체 및 산소 부화 유체를 제조하여, 저압 칼럼으로부터 산소 과부화 유체를 측면 칼럼 내부로 통과시키는 단계, 및 (E) 극저온 정류에 의해 측면 칼럼내의 산소 과부화 유체를 저순도 산소 및 고순도 산소로 분리시키고, 측면 칼럼으로부터 저순도 산소를 회수시키고, 그리고 측면 칼럼으로부터 고순도 산소를 회수시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
둘째, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저순도 산소 및 고순도 산소를 제조하기 위한 장치는 (A) 제 1 칼럼, 제 2 칼럼, 및 재가열기를 갖는 측면 칼럼과, (B) 터보팽창기, 공급 공기를 측면 칼럼 재가열기 내부로 통과시키기 위한 수단,및 측면 칼럼 재가열기로부터의 공급 공기를 터보팽창기 내부로 통과시키기 위한 수단과, (C) 터보팽창기로부터의 공급 공기를 제 1 칼럼 내부로 통과시키기 위한 수단, 및 제 1 칼럼으로부터 유체를 제 2 칼럼 내부로 통과시키기 위한 수단과, (D) 제 2 칼럼으로부터의 유체를 측면 칼럼 내부로 통과시키기 위한 수단, 및 (E) 고순도 산소를 측면 칼럼으로부터 회수하기 위한 수단 및, 측면 칼럼으로부터 저순도 산소를 고순도 산소가 측면 칼럼으로부터 회수되는 수치 이상으로 회수시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 사용되는 용어 "공급 공기(feed air)"는 주변 공기와 같은 산소 질소 및 아르곤으로 이루어지는 혼합물을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "칼럼(column)"은 증류 또는 분류 칼럼 또는 구역 즉, 접촉 칼럼 또는 구역의 증류를 의미하며 액체 및 기상은 칼럼 내에 장착된 수직으로 떨어진 일렬의 트레이 또는 판 및/또는 구조를 갖는 패킹재 및 임의의 패킹재에 기상 및 액상의 접촉에 의해서 유체 혼합물의 분리에 효과를 주기 위해 역으로 접하고 있다. 증류 칼럼에 대한 더 많은 사항은 뉴욕 맥그로-힐(McGraw-Hill)출판사 알.에이치.페리(R.H.Perry), 씨.에이치.칠톤(C.H. chilton)에 의해 편집된 화학 공학 핸드북 제 5판 13절의연속 증류 가공을 참고하면 된다.
증기 및 액체 접촉 분리 공정은 성분의 증기압의 차이에 따라 달라진다. 높은 증기압(또는 더 높은 휘발성 및 낮은 비등)을 갖는 성분은 기상에서 농축되기 쉬운 반면, 낮은 증기압(또는 더 낮은 휘발성 및 낮은 비등)을 갖는 성분은 액상에 서 농축되기 쉽다. 부분 응축은 분리 공정이며 이에 따라서 증기 혼합물의 냉각은기상에서 휘발성 성분을 농축하는데 사용할 수 있으며 그 결과 액상에서 휘발성 성분은 줄어든다. 정류 또는 연속 증류는 연속적인 부분 증발과 기상 및 액상의 환류 처리에 의해 얻어지는 것과 같은 응축을 결합시키는 분리 공정이다. 기상과 액상의 역류 접촉은 단열 상태이며, 이러한 상들 사이의 일체식(단계식)또는 차등(연속식) 접촉을 포함할 수 있다. 혼합물을 분리하기 위해 정류의 원리를 이용하는 분리 공정 배열은 때때로 상호 교환할 수 있는 정류 칼럼, 증류 칼럼 또는 분류 칼럼으로 불려진다. 저온 정류는 150°K 또는 그 이하의 온도에서 적어도 부분적으로 수행된다.
본 명세서에서 사용되어지는 "간접 열 교환(indirect heat exchange)"의 의미는 서로 임의의 물리적 접촉 또는 유체의 상호 혼합없이 두 유체의 흐름을 열 교환 관계로 이르게 함을 의미한다.
본 명세서에서 사용되어지는 "재가열기(reboiler)"는 칼럼 액체로부터 칼럼 상향 증기를 발생시키는 열 교환 장치를 의미한다. 재가열기는 칼럼의 내부 또는 외부에 위치되어진다. 바닥형 재가열기는 칼럼의 바닥 즉, 물질 전달 소자의 아래로부터 액체를 기화시키는 재가열기이다.
본 명세서에서 사용되는 용어중 "터보식팽창(turboexpansion)" 및 "터보팽창기(turboexpander)"는 고압 가스 흐름이 터빈을 통해 가스의 압력과 온도를 감소시켜 냉각을 일으키는 방법 및 장치를 의미한다.
본 명세서에서 사용되어지는 "상부(upper portion)" 및 "하부(lower portion)"은 칼럼의 중간 부분 위 또는 아래의 각각의 부분을 의미한다.
상기 명세서에서 사용되는 용어 "트레이(tray)"는 접촉 단계를 의미하며, 평형 단계에서는 반드시 필요한 것은 아니며, 하나의 트레이와 대응하는 분리 성능을 가진 패킹 장치와 같은 다른 접촉 장치를 의미한다.
상기 명세서에서 사용되는 용어 "평형 단계(equilibrium stage)"는 기상-액상 접촉 단계를 의미하며, 상기 단계를 벗어난 증기 및 액체는 물질 전달 평형 상태, 예를 들어 100% 효율을 갖는 트레이 또는 하나의 이론단(HETP)과 상응하는 충전재 높이에 도달하게 된다.
본 명세서에서 사용되는 "저순도 산소(lower purity oxygen)"는 50 내지 98 몰 %의 범위내의 산소 농도를 갖는 유체를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "고순도 산소(higher purity oxygen)"는 98 몰 % 이상의 범위내의 산소 농도를 갖는 유체를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "아르곤 칼럼(argon column)"은 아르곤을 함유한 공급물을 처리하여, 공급물의 아르곤 농도를 초과하는 아르곤 농도를 갖는 생성물을 제조하는 칼럼을 의미한다.
본 발명은 도면을 참조로 하여 상세히 기술되어질 것이다. 도 1을 참조하면, 수증기, 이산화 탄소 및 탄화수소 등의 높은 비등점의 불순물이 제거되고 50 내지 60 psia(per square inch absolute)의 범위내의 압력에서 압축되는 공급 공기(60)는 주 열교환기(1)를 통과함으로써 반송 스트림과의 간접 열교환에 의해 냉각된다. 최종적으로 냉각된 공급 공기 스트림(61)은 측면 칼럼(11)의 바닥형 재가열기(20) 내부로 통과되어 고 순도 산소를 포함하는 측면 칼럼(11)의 바닥 액체와 간접 열교환으로 인해 부분적으로 응축된다. 바닥형 재가열기(20)내의 공급 공기의 부분적인 응축은 두 상의 스트림(62)이 상 분리기(40) 내부로 통과되는 잔여 기상 공급 공기 및 액상 공급 공기를 발생시킨다.
바닥형 재가열기(20)내의 공급 공기의 부분적인 응축으로부터 발생하는 기상 공급 공기는 터보팽창되고 제 1 또는 중간 압력 칼럼(10)의 하부로 통과된다. 도 1에 예시되어진 본 발명의 실시예는 기상 공급 공기가 터보팽창 이전에 적어도 부분적으로 과열되는 바람직한 실시예이다. 도 1을 참조하면, 바닥형 재가열기(20)내의 공급 공기의 부분적인 응축으로부터 발생하는 기상 공급 공기는 스트림(63) 내의 상 분리기(40)로부터 통과된다. 스트림(63)의 제 1 부분(64)은 가열된 스트림(65)을 형성하기 위해 주 열 교환기(1)의 부분 횡단에 의해 가열된다. 스트림(63)의 제 2 부분(66)은 밸브(67)를 통과하며 최종적인 스트림(68)은 중간 압력 칼럼(10)의 작동 압력에서 터보 팽창기(30)를 통과함으로써 냉각을 발생시키도록 터보팽창된 스트림(69)을 형성하기 위해 스트림(65)과 결합한다. 최종적으로 터보팽창된 공급 공기 스트림(70)은 터보팽창기(30)로부터 중간 압력 칼럼(10)의 하부로 통과된다. 높은 비등점의 불순물이 제거되고 120 내지 500 psia 의 범위내의 압력에서 압축되는 제 2 공급 공기 스트림(80)은 주 열교환기(1)를 통과함으로써 냉각되며 최종적으로 냉각된 공급 공기 스트림(81)은 중간 압력 칼럼(10) 내부로 또한 통과된다.
중간 압력 칼럼(10)은 30 내지 40 psia 의 범위내의 압력에서 작동하며 이중 칼럼 시스템의 종래의 고압 칼럼의 작동 압력 이하에서 작동한다. 중간 압력칼럼(10)내의 공급 공기는 저온 정류에 의해 질소 부화 증기 및 산소 부화 액체로 분리된다. 질소 부화 증기는 스트림(92)내의 중간 압력 칼럼(10)의 상부로부터 저압 칼럼(12)의 바닥 재가열기(21) 내부로 통과되며 저압 칼럼(12) 바닥 액체와 간접 열교환으로 인해 응축된다. 최종적인 질소 부화 액체(93)는 역류로서 중간 압력 칼럼(10)의 상부로 통과되는 제 1 부분(94), 및 차냉각기 또는 열교환기(2)를 통과함으로써 차냉각된 제 2 부분(95)으로 분할된다. 차냉각된 스트림(96)은 밸브(97)를 통과하며 스트림(98) 내의 역류로 저압 칼럼(12)의 상부를 통과한다.
바닥형 재가열기(20)내의 공급 공기의 부분적인 응축으로부터 발생하는 액상 공급 공기는 저압 칼럼(12) 내부로 통과된다. 산소 부화 액체는 중간 압력 칼럼(10)의 하부로부터 저압 칼럼(12) 내부로 통과된다. 도 1에 도시되어진 본 발명의 실시예는 이러한 두 액체가 결합하여 저압 칼럼 내부로 통과되는 바람직한 실시예이다. 도 1를 다시 참조하면, 바닥형 재가열기(20) 내의 공급 공기의 부분적인 응축으로부터 발생하는 액체 공급 공기는 상 분리기(40)로부터 스트림(71)으로 회수되며 밸브(72)를 통과한다. 산소 부화 액체는 스트림(74)을 형성하기 위해 스트림(71)과 결합하는 스트림(73) 내에 중간 압력 칼럼(10)의 하부로부터 회수된다. 스트림(74)은 차냉각기 또는 열교환기(3)를 통과함으로써 차냉각되며 최종적인 스트림(75)은 밸브(76)를 통과하며 그 후 스트림(77)으로 저압 칼럼(12)내부로 통과한다. 높은 비등점을 갖는 불순물을 제거하고 50 내지 60 psia 범위내의 압력에서 압축되는 제 3 공급 공기 스트림(82)은 주 열교환기(1)를 통과함으로써 냉각된다.최종적인 스트림(83)은 열 교환기(4)를 통과함으로써 보다 냉각되며 최종적인스트림(86)은 밸브(85)를 통과함으로써 스트림(86)으로 저압 칼럼(12)의 상부 내부로 통과된다.
제 2 또는 저압 칼럼(12)은 중간 압력 칼럼(10)의 압력보다 적은 압력에서 작동하며 일반적으로 18 내지 22 psia의 범위내에 놓여있다. 저압 칼럼(12) 내에서, 칼럼 내부로 다양한 공급물은 극저온 정류에 의해 질소 과부화 유체 및 산소 과부화 유체로 분리된다. 질소 과부화 유체는 저압 칼럼(12)의 상부로부터 스트림(100)으로 회수되며, 열 교환기(2,3,4, 및 1)를 통과함으로써 가온되며, 시스템으로부터 전체 또는 부분적으로 99 몰 %이상의 질소 농도를 갖는 질소 가스 생성물로 회수되어질 스트림(102)으로 제거된다. 산소 과부화 유체는 액상 스트림(91) 내부 의 저압 칼럼(12)의 하부로부터 회수되며 측면 칼럼(11)의 상부로 통과된다.
측면 칼럼(11)은 18 내지 22 psia 범위내의 압력에서 작동된다. 산소 과부화 유체는 측면 칼럼(11) 내에서 극저온 정류에 의해 저순도 산소 및 고순도 산소 로 분리된다. 상층 증기 스트림(90)은 측면 칼럼(11)의 상부로부터 저압 칼럼(12)의 하부로 통과된다.
저순도 산소 및 고순도 산소 모두 또는 하나는 회수되기 위해 액체 또는 증기로 측면 칼럼(11)으로부터 회수된다. 고순도 산소는 측면 칼럼(11)의 바닥에서 액체로 수집되며 이러한 액체 일부는 바닥형 재가열기(20) 내의 공급 공기의 전술한 부분 응축을 수행하기 위해 증기화된다. 도 1에 예시된 실시예에서, 고순도 산소는 스트림(106)내의 측면 칼럼(11)으로부터 액체로 회수되며 스트림(106)부분(107)은 고순도 산소 액상 생성물로 회수된다. 스트림(106)의 또 다른 부분(108)은 액체 펌프(34)를 통과함으로써 고압으로 상승되며 최종적으로 압축된 스트림(109)은 주 열교환기(1)를 통과함으로써 증발되며 스트림(110)내의 압력이 상승된 고순도 산소 생성물로 회수된다.
저순도 산소는 고순도 산소가 측면 칼럼(11)로부터 회수되는 수치 이상인 15내지 25평형 단계에서 측면 칼럼(11)으로부터 회수된다. 도 1에 예시된 실시예에서, 저순도 산소는 측면 칼럼(11)으로부터 스트림(103)내의 액체로 회수되며 액체 펌프(35)를 통과함으로서 고압으로 상승된다. 압축된 스트림(104)은 주 열교환기(1)를 통과함으로써 증발되며 스트림(105)내의 압력이 상승된 저순도 산소 생성물로 회수된다.
본 발명의 실시예에서, 저순도 산소 뿐만 아니라 대용량의 고순도 산소가 회수될 수 있다. 일반적으로 본 발명의 실시예에 따라, 기상 또는 액상에서 회수된 고순도 산소의 양은 기상 및 액상에서 회수된 저순도 산소 양의 0.5 내지 1배가 된다.
대용량의 고순도 산소 제조는 측면 칼럼(11)의 기저부 위의 위치로부터 저순도 액상 산소가 회수됨으로써 가능해진다. 이러한 산소의 회수는 기저부에 위치된 재가열기(20)로부터 칼럼내에 상승하는 증기(v)의 양과 비교하여 전술한 기저부 위의 위치 아래로 하강하는 액체(L)의 양을 감소시킨다. 측면 칼럼(11)의 기저부로부터 취해진 액상 산소 스트림(106)으로 얻을 수 있는 순도는 스트림(103)이 제거되는 위치 아래의 측면 칼럼(11) 내부의 L 대 V 의 비로 제한된다. 상기 비가 커질수록, 스트림(106)은 순도가 보다 균일하지 못하다. 스트림(103)을 회수함으로써, 측면 칼럼(11)의 기저부로부터 고순도 산소의 제조는 L 대 V 비의 최종적인 감소로 인해 용이해진다. 더욱이, 고순도 산소의 제조는 공급 공기의 구성요소로서 공정에 유입되는 아르곤을 제거함으로써 가능해진다. 아르곤은 측면 칼럼(11) 내부에 하강하는 액체 내에 축적되는 경향이 있다. 정상적으로, 액체 내의 아르곤의 조성은 고순도 산소의 제조를 어렵게 한다. 그러나, 스트림(103)이 공급 공기내의 플랜트에 유입되는 대용량의 아르곤을 함유하고 있으므로, 회수 지점이 감소되는 스트림(103)아래의 칼럼 내에서 아르곤의 축적이 일어난다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 대용량의 액상 고순도 산소 및 액상 질소가 제조된다. 도 2의 참조부호는 공통 요소에 대해서는 도 1과 상응하며 이러한 공통 요소는 다시 상세하게 기술되지 않을 것이다.
도 2를 언급하면, 높은 비등점의 불순물이 제거된 공급 공기는 80 내지 1000 psia 의 범위내의 고압에서 압축된다. 공급 공기 스트림(45)은 주 열교환기(1) 내부로 통과되고 부분(120)은 주 열교환기(1)의 부분 횡단 이후에 회수된다. 나머지 부분(46)은 주 열교환기(1)를 통해 완전하게 통과하며 도 1에 도시된 실시예와 관련하여 전술된 바와 같이 처리되어진 스트림(82, 83)으로 분할된다. 부분(120)은 터보팽창기(32)를 통과하며 도 1에 도시된 실시예의 공급 공기 스트림(60)과 유사한 압력에서 터보팽창된다. 터보팽창된 스트림(121)은 터보팽창기(32)로부터 주열교환기(1) 내부로 통과되며, 주 열교환기(1)로부터 전술한 바와 같이 처리되어진 스트림(61)으로 나타난다. 질소 부화 액상 스트림(96)의 부분(112)은 밸브(113)를통과되며 99 몰 % 이상의 질소 농도를 갖는 액상 질소 생성물(114)으로 회수된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서 아르곤 생성물이 부가적으로 제조된다. 도 3의 참조부호는 공통 요소에 대해서는 도 1과 상응하며 이러한 공통 소자는 다시 상세히 기술되어질 것이다.
도 3을 참조하면, 주로 산소 및 아르곤을 포함하는 스트림(117)은 저순도 산소 유체가 스트림(103) 내에서 회수되는 수치 이하에서 측면 칼럼(11)으로부터 회수된다. 아르곤 칼럼 공급 스트림(117)은 아르곤 칼럼(13) 내부로 통과하여 극저온 정류에 의해 아르곤 과부화 유체 및 산소 부화 유체로 분리된다. 산소 부화 유체는 스트림(116) 내의 아르곤 칼럼(13)의 하부로부터 측면 칼럼(11)으로 통과된다. 아르곤 과부하 유체는 아르곤 칼럼(13)의 상부로부터 95 내지 100 몰%의 아르곤 농도를 갖는 아르곤 생성물로 회수된다. 도 3에 예시된 본 발명의 실시예에서, 아르곤 생성물은 액체로 회수된다. 도 3을 다시 언급하면, 아르곤 과부화 증기는 스트림(112) 내의 아르곤 칼럼(13)의 상부로부터 회수되며 응축기 또는 재가열기(22) 내부로 통과하여 응축된다. 최종적으로 응축된 아르곤 과부화 액체는 스트림(113)내의 응축기 또는 재가열기(22)로부터 회수되며 역류로서 아르곤 칼럼(13)내부로 통과되는 제 1 부분(114), 및 아르곤 생성물로 회수되는 제 2 부분(115)으로 나뉘어진다. 응축기 또는 재가열기(22)는 저압 칼럼(12)으로부터 유체에 의해 구동된다. 액상 스트림(110)은 저압 칼럼(12)으로부터 바닥형 재가열기(21) 위의 4내지 10의 평형 단계로 회수되며 응축기 또는 재가열기(22) 내부로 통과되어 응축된 아르곤 과부화 증기와의 간접 열교환에 의해 증발된다. 최종적인증기는 스트림(111) 내의 저압 칼럼(12)으로 반환된다. 응축기 또는 재가열기(22) 내에서 수 행된 열 교환은 스트림(11)이 회수된 높이 부근에 위치된 저압 칼럼(12) 내의 재가열기 내에서 선택적으로 행하여진다. 선택적으로, 아르곤 과부화 증기는 중간 압력 칼럼으로부터 취해진 산소 부화 유체와의 간접 열교환에 의해 응축된다.
상기 설명에 있어서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명으로 인해 저순도 산소 및 고순도 산소 이외에도 아르곤이나, 액상 질소를 높은 회수율로 대량 제조하는 저온 정류 시스템이 제공된다.

Claims (10)

  1. 저순도 산소 및 고순도 산소를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    (A) 액상 공급 공기 및 기상 공급 공기를 제조하기 위해 고순도 산소와 간접 열교환에 의해 공급 공기를 부분적으로 응축시키는 단계,
    (B) 기상 공급 공기를 터보팽창시키고, 상기 터보팽창된 기상 공급 공기를 중간 압력 칼럼 내부로 통과시키는 단계,
    (C) 질소 부화 유체 및 산소 부화 유체를 제조하기 위해 극저온 정류에 의해 중간 압력 칼럼내의 공급 공기를 분리시키고, 상기 질소 부화 유체 및 산소 부화 유체를 저압 칼럼 내부로 통과시키는 단계,
    (D) 상기 저압 칼럼 내에서 극저온 정류에 의해 질소 과부하 유체 및 산소 과부하 유체를 제조하여, 상기 저압 칼럼으로부터 산소 과부화 유체를 측면 칼럼 내부로 통과시키는 단계, 및
    (E) 극저온 정류에 의해 상기 측면 칼럼내의 산소 과부화 유체를 저순도 산소 및 상기 고순도 산소로 분리시키고, 상기 측면 칼럼으로부터 저순도 산소를 회수시키고, 그리고 상기 측면 칼럼으로부터 고순도 산소를 회수시키는 단계를 포함하는 저순도 산소 및 고순도 산소 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 공급 공기는 상기 부분 응축(A) 단계 이전에 터보팽창되는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 질소 부화 유체의 일부분은 질소 생성물로 회수되는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 측면 칼럼으로부터 아르곤 칼럼 내부로 아르곤 함유 유체를 통과시키고, 상기 아르곤 칼럼내에서 극저온 정류에 의해 아르곤 과부화 유체를 제조하고, 그리고 상기 아르곤 칼럼으로부터 아르곤 과부화 유체를 아르곤 생성물로서 회수하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 아르곤 칼럼 상부로부터의 증기는 상기 저압 칼럼 및 상기 중간 압력 칼럼중 적어도 하나로부터의 유체와 간접 열교환에 의해 응축되는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 고순도 산소와의 간접 열교환에 의한 공급 공기의 부분 응축으로 제조되어진 액상 공급 공기를 상기 저압 칼럼 내부로 통과시키는 단계를 더 포함하고 있는 방법.
  7. 저순도 산소 및 고순도 산소를 제조하기 위한 장치에 있어서,
    (A) 제 1 칼럼, 제 2 칼럼, 및 재가열기를 갖는 측면 칼럼과,
    (B) 터보팽창기, 공급 공기를 상기 측면 칼럼의 재가열기 내부로 통과시키기위한 수단, 및 상기 측면 칼럼의 재가열기로부터 터보팽창기 내부로 공급 공기를 통과시키기 위한 수단과,
    (C) 상기 터보팽창기로부터의 공급 공기를 상기 제 1 칼럼 내부로 통과시키기 위한 수단, 및 상기 제 1 칼럼으로부터의 유체를 제 2 칼럼 내부로 통과시키기 위한 수단과,
    (D) 상기 제 2 칼럼으로부터의 유체를 상기 측면 칼럼 내부로 통과시키기 위한 수단과, 그리고
    (E) 고순도 산소를 상기 측면 칼럼으로부터 회수시키기 위한 수단 및, 고순도 산소가 상기 측면 칼럼으로부터 회수되는 수치 이상으로 상기 측면 칼럼으로부터 저순도 산소를 회수시키는 수단을 포함하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 공급 공기를 상기 측면 칼럼의 재가열기 내부로 통과시키기 위한 수단은 터보팽창기를 포함하는 장치.
  9. 제 7항에 있어서, 아르곤 칼럼, 상기 측면 칼럼으로부터 아르곤 칼럼 내부로 유체를 통과시키기 위한 수단, 및 상기 아르곤 칼럼의 상부로부터 아르곤 생성물을 회수시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 아르곤 칼럼의 상부 및 상기 제 2 칼럼의 바닥으로부터 윗쪽으로 4 내지 10 평형 단계에서 상기 제 2 칼럼과 유체 연통하는 열 교환기를 더 포함하는 장치.
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