KR100395315B1 - 공기 분리 플랜트의 작동을 모니터링하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

공기 분리 플랜트의 작동을 모니터링하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온 증류에 의해 공기를 분리하기 위한 플랜트의 작동을 모니터링하는 방법에 관한 것으로서, 상기 플랜트의 증발기-응축기 배쓰의 아산화질소 함량 변화를 검출하는 것을 특징으로 한다.
아산화질소 함량은 적외선 분석기를 사용하여 측정할 수 있다.

Description

공기 분리 플랜트의 작동을 모니터링하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 극저온 증류에 의한 공기의 분리 또는 공기로부터의 가스의 분리를 실시하는 플랜트의 작동을 모니터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
공기 분리 플랜트에서 처리된 공기는 여러가지 불순물을 함유한다. 이러한 불순물 대부분, 예컨대 탄화수소 및 질소 산화물 등은 산소보다 휘발성이 작아서, 증발기 배쓰의 액체중에 축적된다. 이것은, 단일 컬럼의 경우에는 농후한 액체가 축적되는 증발기-상단 응축기와 관련이 있으며, 2중 컬럼의 경우에는 일반적으로 저압 컬럼의 산소와, 중압 컬럼의 질소 또는 가압 공기나 또는 기타 임의의 사이클유체(바람직하게는 중압 컬럼의 질소 이외의 가압 질소) 간의 열교환을 제공하는 증발기-응축기에 관계된다.
이러한 불순물들은 용해성이 거의 없고(용해도가 단지 수 ppm 에 불과함), 단독으로 또는 혼합된 형태로 존재하며, 각종의 위험, 특히 폭발의 위험을 수반한다 그러므로 이들 불순물을 제거해야 하는 문제가 생긴다. DE-A-19.36.049호에 기술된 바와 같이, 액체 또는 기체 상에서의 임의의 축적, 특히 흡착에 의한 중단을 방지하고, 증발 배쓰를 퍼징하기 위해서 각종 수단이 사용된다.
안정성의 측면에서, 한편으로는 위험한 불순물의 축적을 방지하고, 다른 한편으로는 불순물의 제거가 유효하고 효과적인지를 모니터링할 필요가 있다.
지금까지는, 탄화수소, 특히 아세틸렌에 주로 주의를 기울여왔다. 불순물의 제거 수단이 잘 작동하는지를 모니터링하는 것은 통상적으로 크로마토그래피에 의해(예를 들면, 화염 이온화 검출기를 이용함) 탄화수소 함량을 주시하여 수행하지만, 크로마토그래피에 의한 분석은 비용이 많이 들고 실시가 곤란하다.
현재, 극저온 분리의 상류 흡착으로 플랜트의 공급 공기 중에서 이산화탄소와 물을 제거하는 것이 실시되고 있다. 공기 중의 각종 불순물, 특히 불포화 탄화수소는 이와 같은 흡착 정제에 의해서 적어도 부분적으로 제거된다. 다른 불순물, 예컨대 질소 산화물의 일부는 컬럼(들)을 함유하는 냉각 박스내로 계속해서 유입된다. 흡착 시스템이 있기 때문에, 증발기 배쓰내에서 이들 불순물들의 축적을 방지하기 위한 수단의 규모를 줄일 수 있지만 생략할 수는 없으며, 이러한 목적을 위해 설치된 장치가 효율적인지를 계속해서 모니터링할 필요가 있다.
극저온 분리(예컨대 액체 또는 기체 산소를 생성함) 상류에서 흡착 시스템을 구비한 장치를 작동시켜도, 증발기 배쓰내의 탄화수소 함량은 대개 알칸류(메탄, 에탄, 프로판)를 제외하고는 무시할 수 있고 종종 검출불가능하지만, 축적 방지 장치는 더욱이 위험성이 없는 오염물에 대해서 실질적으로 효과적이지 않기 때문에 함유량을 아는 것이 유리한 것은 아니다. 대개의 경우에 축적 방지 수단의 설계상의 제한 요인은 질소 산화물이기 때문에, 탄화수소류가 검출되지 않는다는 것만으로는 적소에 배치된 축적 방지 수단이 전적으로 효과적이라고 볼 수 없다. 또한,이들은 비교적 측정이 곤란하고 크로마토그래피의 사용을 고려해야 한다. 그러므로 탄화수소류를 모니터링하여도 설치된 안전 수단이 효과적으로 작동하고 있는 지를 간단하고 정확하게 확인할 수는 없다.
본 발명의 목적은, 증발기 배쓰내의 불순물의 축적을 방지하기 위해 설치된 장치가 부적절하게 작동하고 있을 때 검출에 효과적이고 사용하기 용이한 공기분리 플랜트의 작동을 모니터링하는 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해서, 본 발명의 대상은 증류 컬럼 및 증발기-응축기를 포함하는 극저온 증류에 의해 공기의 분리 또는 공기로부터의 가스 분리를 위한 플랜트의 작동 모니터링 방법으로서, 이 방법은 증발기-응축기 배쓰내에 축적되는 아산화질소의 함량 변화를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 신규한 특징은 다음과 같다:
- 액체의 아산화질소 함량을 연속적으로 측정하고;
- 아산화질소 함량을 적외선 분석기에 의해 측정하며;
증발기-응축기내에 축적되는 액체의 아산화질소 함량을 측정하며;
- 액체의 아산화질소 함량의 변화를 연속적으로 검측한다.
본 발명의 또 다른 대상은 플랜트의 증발기-응축기 배쓰의 아산화질소 함량 변화를 검출하기 위한 수단을 포함하는, 극저온 증류에 의한 공기 분리용 플랜트의 작동을 모니터링하기 위한 장치이다.
본 발명의 또 다른 특징은 다음과 같다.
- 증발기-응축기가 2중 컬럼중 저압 컬럼의 탱크내에 배치되며;
- 상기 함량 변화를 검출하기 위한 수단은 적외선 분석기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 대상은 공기 증류 컬럼의 증발기-응축기 배쓰 중의 아산화질소 함량을 측정하는데 사용되는 분석기의 사용에 관한 것이다.
본 발명의 특징에 의하면, 아산화질소는 안전 수단의 효과적인 작동의 인디케이터로서 매우 적절한 것으로 생각된다. 한편, 공기 중의 아산화질소 함량은 0.3 내지 0.4 ppm 정도로 비교적 일정하다. 플랜트가 고정된 조건하에 작동되고 있을 때, 증발기-응축기 배쓰의 아산화질소 함량은 일정하고, 단지 플랜트의 액체 및 기체 산소 각각의 생성에 관여할 뿐이다. 다른 한편으로, 아산화질소는 휘발성이 거의 없는 성분이므로 증발기의 액체 중에 축적되는 경향이 있다. 그러므로 이는 안전성의 견지에서는 바람직하지 못하다. 마지막으로, 아산화질소는 액체 산소 중에서 비교적 가용성으로서, 90K에서 180 ppm 정도의 용해도를 갖는다. 그러므로 증발기의 배쓰내에서 허용되는 아산화질소의 최대 함량은 저압 컬럼 탱크의 액체 산소중에서 용이하게 검출가능하며, 20 내지 30 ppm 범위이다.
이러한 성질로 말미암아 증발기의 농후한 액체 또는 액체 산소 배쓰의 아산화질소 함량은 플랜트의 작동에 대해 매우 민감해질 수 있다. 특히, 안전 퍼지의 불량한 작동(예를 들면 퍼지관의 폐색으로 인한 결과) 또는 증발기(건조상태로의 증발)의 불량한 작동은 수 ppm(부/백만부) 정도, 실제로는 수십 ppm정도의 배쓰내의 함량 변화에 의해 반영되므로, 함량 변화를 매우 용이하게 검출할 수 있다. 따라서, 증발기의 배쓰의 아산화질소 함량을 관찰하면 축적 방지 수단의 작동을 효과적으로 모니터링할 수 있다.
또한, 아산화질소의 분석은, 크로마토그래프보다 경제적이고 사용이 간편한 적외선 분석기에 의해 실시할 수 있다. 또한 상기 분석기는, 크로마토그래프를 사용하면 가능하지 않은 함량의 연속 분석을 수행할 수 있다. 상기 적외선 분석기는 J-A-04/191654 호에 개시된 유형의 분석기일 수 있다. 그렇지만, 크로마토그래프의 사용을 배제하는 것은 아니다.
그러므로, 증발기의 액체중의 탄화수소를 크로마토그래피로 분석하는 대신에 상기 액체의 아산화질소(N2O) 함량을 연속적으로 관찰할 수 있다. 이는 증발기 부근에서 임의의 불순물의 축적을 방지하기 위해 설치된 축적 방지 수단의 만족할 만한 작동을 보다 효과적으로 그리고 보다 경제적으로 모니터링하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명을 이용하면, 통상적인 플랜트에서 증발기 후에 장착된 액체필터의 사용을 생략할 수 있다. DE-A-19.36.049 호에 기술된 바와 같은 액체 필터는 증발기 배쓰 중의 액체 산소 또는 농후한 액체를 정제하는 데 사용되며, 매주 재생시켜야 한다.
적어도 아산화질소 함량 변화를 검출할 수 있는 장치를, 액체 배쓰를 연속적으로 정제할 수 있는 증발기-응축기의 퍼지에 구비시킬 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 장치를 증발기의 배쓰에 장착시킬 수 있다.
본 발명은 또한 소위 "배쓰" 타입의 증발기-응축기를 포함하는 플랜트를 모니터링하는 방법 및, 예컨대 EP-B-130,122 호에 기술된 바와 같은 "필름" 증발기를 포함하는 플랜트를 모니터링하는 방법에 모두 적용된다.
액체 산소의 농도가 충분히 높지 않으면, 증발기는 "건조 상태까지" 작동할 것이므로 아산화질소는 증발기의 산소 통로내에서 결정화될 것이다. 따라서, 증발기 주변의 액체 배쓰에서는 아산화질소가 고갈될 것이고, 분석기는 아산화질소 함량의 감소를 검출할 것이다.
이와는 대조적으로, 아산화질소의 농도가 증가하면, 퍼지 라인이 폐색되거나 또는 퍼지 개방 밸브가 충분히 개방되지 않아서 증발기의 퍼지 유량이 매우 적어진다
또한 아산화질소의 농도 증가는 공기 정제 흡착기의 기능장애로부터 야기될 수도 있다. 이 경우에, 취급자는 흡착기의 압력 및/또는 사이클 시간을 조정할 것이다.

Claims (9)

  1. 증류 컬럼과, 액체 배쓰를 수용한 증발기-응축기를 포함하는, 극저온 증류에 의해 공기를 분리하는 플랜트의 작동을 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 증발기-응축기내에 축적되는 액체 중 아산화질소 함량 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 아산화질소 함량이 적외선 분석기로 측정되는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 중의 아산화질소 함량이 측정되는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액체 중의 아산화질소 함량이 연속 측정되는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 아산화질소 함량 변화에 따라서, 추가량의 액체가 증발기-응축기로 이송되고, 증발기-응축기의 퍼지 유량이 증가되거나 또는 플랜트의 공기 정제 흡착기의 작동이 조정되는 것인 방법.
  6. 증류 컬럼, 액체 배쓰를 수용한 증발기-응축기와 배쓰 내의 불순물의 축적을방지하는 수단을 포함하는 극저온 증류에 의해 작동하는 공기 분리 장치로서, 불순물의 축적을 방지하는 수단을 모니터링하기 위한 기구를 포함하고, 상기 기구는 증발기-응축기의 배쓰 중의 아산화질소 함량 변화를 검출하는 수단을 포함하는 것인 공기 분리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 증발기-응축기가 2중 컬럼 중 저압 컬럼의 하부에 위치하는 것인 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 변화를 검출하는 수단이 적외선 분석기를 포함하는 것인 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 변화를 검출하는 수단이 증발기-응축기 배쓰 중의 아산화질소 함량을 측정할 수 있는 것인 장치.
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