KR100421071B1 - 가압된 가스성 생성물을 다양하게 생성시키는 방법 및 장치 - Google Patents

가압된 가스성 생성물을 다양하게 생성시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 공급공기가 저온 분리를 위해 정류 시스템(14 및 15)에 공급되고, 정류 시스템으로부터 액체 분획(31 및 32)이 배출되어 제 1 저장 탱크(33)에 유입된다. 다양한 속도의 액체 분획(34) 압력이 증가(35)한다. 액체 분획(36)은 상승된 압력하에 직접적인 열교환(12)으로 증발되며, 가압된 가스성 생성물(37)로 수득된다.
열교환 매체는 사이클 압축기(41 및 42)가 구비된 냉각 사이클에서 순환된다. 사이클 압축기(41 및 42)에서 압축된 열전달 매체(44)의 제 1 부분 스트림(45)은 직접저인 열교환(12)에 공급되어 액체 분획(36)을 증발시키고 적어도 부분적으로 그 과정에서 액화된다. 사이클 압축기(41 및 42)에서 압축된 열전달 매체(44)의 제 2 부분 스트림(59)는 작동을 수행하도록 팽창된다. 액화된 열전달 매체(45 및 48)은 제 2 저장 탱크(49)에서 완충된다.

Description

가압된 가스성 생성물을 다양하게 생성시키는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF VARIABLE AMOUNTS OF A PRESSURIZED GASEOUS PRODUCT}
본 발명은 액체 상태에서의 압력상승 및 이어지는 증발에 의한 저온 공기분리방법으로 가압된 가스성 생성물을 다양하게 생성시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
공기 분리기의 액체 생성물을 가압하고 증발시키는 방법은 또한 종종 "내부 압축법(internal compression)"이라고도 일컬어진다. 이러한 유형의 방법은 가압된 가스를 일정한 속도로 생성시키는 방법(예, DE-C-752439호)으로 공지되어 있으며, 가스성 생성물 압축법에 비해 장치의 비용이 저렴하다는 이점이 있다.
두 개 이상의 저장탱크가 구비된 "교번 저장기 방법(Alternating reservoir process)"이 또한 공지되어 있는데, 이러한 방법은 대기압하에 대기 가스를 다양한 속도로 생성시킬 수 있으며, 그럼에도 불구하고 정류를 일정하게 작동시킬 수 있다[참조예: W. Rohde, Line-Berichte aus Technik und Wissenschaft, 54/1984, pages 18 to 20].
특허공보 DE-B-1056633호, EP-A-422974호, EP-A-524785호 및 EP-A-556861호에는 증발시키고자 하는 액체 생성물과 증발시에 액화되는 열전달 매체(공기 또는질소)를 저장 탱크에서 완충시킴으로써 내부 압축법과 교번 저장기 저장법을 복합시키는 방법이 기재되어 있다. DE-B-1056633호에서는 액체 생성물의 증발을 위한 열전달 매체의 변화요건의 문제가 증발에 요구되지 않는 열전달 매체의 각각의 분획을 작업이 수행되도록 팽창시키고, 이를 폐기시킴으로써 해결되고 있다. 하기 특허공보에서는 상기 폐기 공정이 생략되었고 그 대신 다양한 양의 열전달 매체를 압축시켰다(EP-A-422974호, EP-A-524785호 및 EP-A-556861호). 상기 첫 번째 공보에서는 정제된 가스가 사용되지 않고 손실되며, 두 번째 공보에서는 압축기 처리량이 비교적 크게 유동적이다. 상기 두 가지 형태의 장치는 단지 각각의 작동방식으로만 가동될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 가능한 한 유동적으로 작동될 수 있으며, 특히 상기된 단점들을 피할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적은 청구의 범위 제 1항에 기재된 방법으로 달성된다.
가스성이면서 가압된 형태로 생성되는 생성물은 정류 칼럼중 하나로부터 액체 형태로 떨어지며 제 1 저장 탱크에서 완충된다. 이때 생성물의 생성 속도가 평균 보다 낮거나 평균 보다 높은 지에 따라, 탱크내의 액체 수위가 상승하거나 저하된다. 예를 들어, 그 시점에서 증발될 수 없거나, 그렇지 않은 경우에, 사용(예를 들어, 액체 생성물로서)될 수 없는 정류에서 생성된 액체 분획은 탱크로 유입될 수 있다; 상응하게, 더 많은 생성물이 요구되는 경우, 액체는 탱크로부터 증발기로 유도된다. 그러나, 전체 액체 분획을 저장 탱크로 유도하고 매번 실질적으로 요구되는 양을 취하여 증발기에 공급하는 것이 가능하다. "저장 탱크"는 액체를 저장하기 위한 장치인 것으로 이해되어야 한다. 이러한 탱크는 단열된 외부 탱크일 수 있으며, 저온 장치의 내부에 위치하여 액체를 저장할 수 있는 또 다른 종류의 용기일 수 있다.
액체상태에서 압력을 상승시키는 모든 공지된 방법이 사용될 수 있는데, 그 예로는 저장 탱크에서의 가압 증발, 정두수(static head), 저장 탱크의 상류 또는 하류에 있는 펌프의 이용, 또는 이들 방법을 조합한 방법이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 액체 분획은 탱크의 하류에 배열된 펌프에 의해 가압된다. 이러한 펌프의 처리량은 생성물의 생산속도가 다양하게 되도록 조절될 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 사이클 압축기와 팽창 엔진이 구비된 냉각 사이클을 포함한다. 열전달 매체, 특히, 공기 분리기의 처리가스는 그 내부에서 압축되고, 작업이 수행되도록 팽창되며, 사이클 압축기로 재순환된다. 이러한 사이클에 의해서, 냉각은 단열 및 교환손실, 및 바람직한 경우, 생성물 액화를 보충한다.
사이클 압축기는 증발되는 생성물에 대해 응축되고 제 2 저장기 탱크(열전달 매체의 제 1 부분 스트림)에서 완충되는 열전달 매체를 동시에 압축한다. 사이클 압축기는 열전달 매체를 액체 상태에서 가압된 분획의 증발온도와 거의 동일한 응축온도에 상응하는 압력으로 압축한다. 사이클 압축기에서 압축된 열 전달 매체의 적어도 일부가 압축기로 회수되는데, 특히, 제 2 부분 스트림, 또는 이의 일부가 작업을 수행하도록 팽창된 후에 사이클 압축기로 회수된다. 따라서, 사이클 압축기에서 압축된 열전달 매체의 제 2 부분 스트림은 폐기될 필요가 없거나, 완전히폐기되지 않으며, 적어도 부분적으로 재순환된다. 냉각 사이클과 다양한 생성물 증발이 본 발명에서 동시에 수행되며; 동일한 엔진이 냉각을 수행하고, 액체 분획을 증발에 요구되는 압력으로 가압하는데 사용된다.
명백하게도, 본 발명에서는 제 1 부분 스트림은 다양한 생성물 속도에 따라 변화된다. 그러나, 이러한 변화는 상이한 방법으로 수행될 수 있으며, 그로 인해, 각각의 실질적인 요건에 유연하게 부합될 수 있다.
첫 번째 작동 방식에서, 더 많은 가압된 가스성 생성물이 요구되면, 사이클 압축기에서 압축된 열전달 매체의 속도가 일정하게 유지된다. 제 1 부분 스트림은 열전달 매체의 제 2 부분 스트림의 상응하는 변화에 의해 변화된다. 생성물이 증가하거나 감소하는 경우, 제 2 부분 스트림의 속도는 제 1 부분 스트림의 속도가 증가하거나 감소하는 바와 동일한 방법으로 감소하거나 증가한다. 본원에서 사용된 용어 "속도"는 단위시간 당 몰량을 의미하며, 예를 들어, Nm3/h로 특정될 수 있다. 사이클 압축기는 일정한 속도로 작동할 수 있으며, 예를 들어, 이의 설정된 용량으로 작동할 수 있고, 생성물 속도의 함수로서의 조절은 요구되지 않는다. 제 2 부분 스트림에서 액화된 열전달 매체의 증가된 양은 제 2 탱크에 일시적으로 저장되며; 제 2 부분 스트림에서 증가된 가스 량은 사이클로부터의 상응하는 가스(예, 생성물) 회수에 의해 보충될 수 있고; 역으로, 평균 미만 생성시에는, 상응하게 낮은 속도로 가스가 사이클로부터 제거된다.
또한, 장치는 제 2 작동 방식으로 가동될 수 있다. 이러한 경우에, 제 2 부분 스트림의 처리량은 일정하게 유지되며, 제 1 부분 스트림에서의 변화는 사이클 압축기에 의해 수행된다. 가압된 가스성 생성물의 요구가 증가되는 경우, 제 2 부분 스트림의 속도는 일정하게 유지되며 사이클 압축기에서 압축된 열전달 매체의 속도는 제 1 부분 스트림의 속도와 동일한 양으로 증가한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 방법에서, 압축기 처리량이 상대적인 변동은 이러한 작동 방식에서 조차도 비교적 적은데, 그 이유는 순환속도가 일정하게 유지되기 때문이다. 사이클 압축기에서 압축된 일정량의 가스는 압축기 처리량에서의 상대적인 변동을 줄인다.
그러나, 상기 두 작동 방식은 또한 부분적으로 제 2 부분 스트림을 변화시키고 부분적으로 사이클 압축기의 처리량을 변화시킴으로써 제 1 부분 스트림에서의 변동을 보충시켜 조합될 수 있다. 가압된 가스성 생성물의 요구가 증가되면, 사이클 압축기에서 압축된 열전달 매체의 속도가 증가할 뿐만 아니라, 제 2 부분 스트림의 속도가 감소된다.
요구되는 바에 따라 이들의 작동방식을 변경시킬 수 있으며, 예를 들어, 탱크로부터의 액체 생성물의 회수를 보충하도록 또는 특정의 시간동안 액체 생성물의 속도를 증가시키도록 변경시킬 수 있다. 제 2 부분 스트림의 비율에 따라, 작업을 수행하도록 하는 제 2 부분 스트림의 팽창에서 상이한 양이 냉각된다.
각각의 경우에, 본 발명의 방법에서는, 정류 칼럼에 공급되거나 정류칼럼으로부터 회수되는 모든 스트림이 일정한 상태로 유지된다. 따라서 생성물 속도의 변동은 정류에 영향을 주지 않는다. 특히, 각각의 작동 경우에, 일정한 고순도 및 수율이 달성될 수 있다.
정류 시스템이 고압칼럼과 저압칼럼을 포함하는 이중 칼럼을 지니는 경우, 예를 들어, 저압칼럼의 하부로부터의 액체산소 또는 고압칼럼으로부터의 액화질소가 액체 분획으로 사용될 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 추가의 열전달 매체 스트림이 팽창되어 작업을 수행시킨다. 이러한 수단에 의해서, 한편으로는 사이클에서 냉각이 추가로 수행되고; 다른 한편으로는 냉각이 순간적인 요구에 보다 정확하게 부합되게 수행되는 것을 가능하게 하며, 이러한 작용은 사이클 압축기 및 제 2 부분 스트림의 조절과는 무관하다.
특히, 작동 수행 팽창에 공급되는 추가의 스트림의 속도는 가압된 가스성 생성물에 대한 수요를 증가시키면서 감소될 수 있으며, 그로 인해, 과도한 냉각이 적어도 부분적으로 보충될 수 있다. 바람직하게는, 추가 스트림의 작동 수행 팽창은 사이클 압축기(낮은 냉각 사이클 수준)의 입구 압력으로부터 거의 대기압으로 유도되며, 작업을 수행하도록 팽창된 추가의 스트림은 비가압된 가스성 생성물로서 배출된다. 이러한 수단에 의해서, 사이클에서 순환하는 가스의 양의 변동이 또한 보충될 수 있다. 특히, 예를 들어, 제 1 작동 방식(사이클 압축기에서의 일정한 처리량)에서, 제 2 부분 스트림의 속도 감소는 작업을 수행하도록 팽창되는 추가의 스트림 속도의 상응하는 감소에 의해 보충될 수 있다. 제 2 작동 방식(제 2 부분 스트림의 작동 수행 팽창에서의 일정한 처리량)에서, 예를 들어, 사이클 압축기 처리량의 증가는 추가의 스트림으로서 사이클로부터 배출되는 가스의 속도의 감소에 의해 보충될 수 있다.
원칙적으로, 본 발명의 방법에 이용될 수 있는 어떠한 공정 스트림도 냉각 사이클 및 액체 분획의 증발의 열전달 매체로서 사용될 수 있다. 그 예로는 공기 또는 또 다른 산소/질소 혼합물이 있다. 그러나, 바람직하게는, 정류 시스템으로부터의 질소, 이중 칼럼의 경우에, 예를 들어, 고압칼럼의 상부에서 생성되는 가스성 질소가 열전달 매체로서 사용된다. 일반적으로, 모든 사이클 질소는 장치 자체에서 생성된다. 그러나, 또한, 일부의 열전달 매체가 외부 공급원으로부터, 예를 들어, 또 다른 장치로부터 또는 탱커 트럭으로부터의 액체 질소를 제 2 저장기 탱크내로 공급함으로써 공급될 수 있다.
질소가 생성물로 생성되는 경우에, 제 2 저장 탱크는, 가압된 생성물의 다양한 생성을 위한 완충 작용에 추가하여, 장치의 일시적인 고장에 대비한 비상 저장용 및/또는 액체 생성물에 대한 완충용으로 사용될 수 있다.
또한, 열전달 매체로서 질소를 사용하면, 가압된 생성물에 대하여 액화된 공기를 공급하고 팽창 엔진으로부터의 가스성 공기를 저압칼럼내로 공급하는 경우에서와 같이, 냉각 사이클과 가압된 생성물의 증발이 어떠한 경우에도 정류에 역효과를 주지 않는다는 이점이 있다. 따라서, 정류는 질소를 열전달 매체로서 사용하는 본 발명의 방법에서 최적으로 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 고순도 및 고수율의 생성물, 즉, 좁은 의미로는 공기분리에 이어지는 아르곤의 생성(예, 이중 칼럼의 저압 칼럼에 접속된 미정제 아르곤 칼럼)에 적합하다.
액체 분획이 승압에서 증발되는 주 열교환 시스템에서 정류 시스템을 위한 공급공기가 냉각되면 편리하다. 이러한 열교환 공정의 일체화에 의해서, 교환손실이 적게 유지될 수 있다.
이러한 공정은 한편으로는 열교환 시스템이 공급공기의 냉각과 액체 분획의 증발이 상승된 압력하에 수행되는 열교환 블록을 구비함으로써 수행될 수 있다.
그러나, 주 열교환기 시스템이 다수의 열교환 블록, 특히 제 1 및 제 2 열교환 블록을 구비하고 있다면 장치가 덜 복잡하다. 여기서, 공급 공기의 냉각은 제 1 열교환 블록에서 수행되고, 상승된 압력하의 액체 분획의 증발은 제 2 열교환 블록에서 수행된다. 이러한 경우에, 두 열교환 블록이 고온 말단부와 저온 말단부 사이의 두 열교환 블록중 하나로부터 배출되고 고온 말단부와 저온 말단부 사이의 두 열교환 블록중 다른 하나로 공급되는 균형된 시스템에 의해 연결되면 편리하다.
또한, 본 발명은 청구항 8에 따른 장치에 관한 것이다.
본 발명 및 본 발명의 그 밖의 상세한 설명은 린데 바리폭스(Linde-VARIPOX: VARiable Internal Pressurization of OXygen) 방법의 예를 참조로 및 도면에 도식으로 나타낸 상응하는 장치를 참조로 보다 상세히 설명하고자 한다.
압축 및 정제된 공급 공기(10)는 5 내지 10 바(bar)의 압력, 바람직하게는 5.5 내지 6.5바의 압력하에, 열교환기(12)와 함께 주 열교환 시스템을 형성하는 열교환기(11)에서 냉각된다. 공기는 거의 이슬점 온도로 라인(13)을 통해 고압 칼럼(14)내로 유입된다. 고압 칼럼은 추가로 저압 칼럼(15)을 지니는 정류 시스템에 속한다. 상기 저압 칼럼은 1.3 바 내지 2 바, 바람직하게는 1.5 내지 1.7 바에서 작동된다. 고압 칼럼(14)과 저압 칼럼(15)은 주 응축기(16)를 통해 열적으로 연결되어 있다.
고압 칼럼(14)으로부터의 하부층 액체(17)는 저압칼럼의 생성물 스트림에 대한 역류 열교환기(18)에서 과냉각되어, 저압칼럼(15)내로 공급된다(라인 19). 고압 칼럼(14)의 상부로부터의 가스성 질소(20)는 저압칼럼(15)의 하부에서의 증발 액체에 대한 주 응축기(16)에서 액화된다. 응축물(21)은 부분적으로 고압칼럼(14) (라인 22)에 환류로 가해지고, 일부(23)는 과냉각(18)후에 분리기(25)내로 유입(24)된다. 저압칼럼(15)에는 분리기(25)로부터의 환류액체가 공급(라인 26)된다.
저압 질소(27)와 불순물 함유 질소(28)는 저압 칼럼(15)으로부터 회수된 후에, 열교환기(18) 및 (11)에서 주위온도로 가열된다. 불순물 함유 질소(30)는 공기 정제를 위한 분자체(도면에 도시되지는 않음)를 재생시키는데 사용될 수 있으며; 저압질소(29)는 생성물로서 제거되거나, 냉각수를 냉각시키는 증발성 냉각제로 사용된다.
산소는 저압칼럼의 하부로부터 라인(31)을 통해 액체 분획으로 회수되어, 과냉각(18)되고 액체 산소탱크(33: 제 1 저장탱크)내로 유입(32)된다. 액체 산소 탱크(33)는 바람직하게는 거의 대기압이다. 제 1 저장 탱크(33)로부터의 액체 산소(34)는 요구되는 생성물 압력에 따라 펌프(35)에 의해 약 5 내지 80바의 상승된 압력으로 가압된다. (명백하게는, 액상에서 압력을 상승시키는 그 밖의 방법이 예를 들어 유체 정력학적 포텐셜을 이용하거나 저장탱크에서의 증기를 가압함으로써 이용될 수 있다). 고압의 액체산소(36)는 열교환기(12)에서 증발되며 내부적으로 가압된 가스성 생성물(37)로서 배출된다.
주 응축기(16)에 공급되지 않는 고압칼럼(14)으로부터의 가스성 질소의 일부는 라인(38, 39 및 40)을 경유하여 열교환기(11)를 통해 배출되어 열전달 매체로서 2 단계 사이클 압축기(41 및 42) 및 팽창 터빈(43)을 포함하는 냉각 사이클에 공급된다. 사이클 압축기(41 및 42)에서, 질소는 고압단계 압력으로부터 고압 액체 산소(36)의 증발온도와 거의 동일하거나 이 보다 높은 질소응축 온도에 상응하는 압력으로 압축된다. 산소의 미리 조절된 전달압력에 좌우되는 이러한 압력은 예를 들어 약 15 내지 60바이다.
고도로 압축된 질소(44)의 제 1 부분 스트림(45)은 증발하는 산소(36)에 대하여 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 또는 본질적으로는 완전히 액화되어 분리기(46)에 공급된다.
사이클 압축기에서 압축된 질소의 제 2 부분 스트림(59)은 고압에서 및 열교환기(12)의 고온말단과 냉각된 말단에서의 온도 사이에 있는 온도에서 팽창 터빈(43)에 공급되어, 작업을 수행하도록 거의 고압칼럼 압력으로 팽창된다. 팽창된 제 2 부분 스트림(60)은 부분적으로는 열교환기(12)를 통해 재순환(61 및 62를 통해)되고, 부분적으로는 열교환기(11)를 통해 사이클 압축기(41 및 42)의 입구로 재순환(63, 64, 39 및 40을 통해)된다.
분리기(46)로부터의 액화질소는 라인(47)을 통해 환류로 고압칼럼(14)에 가해지고/거나 라인(48)을 통해 예를 들어 1 내지 5바, 바람직하게는 거의 대기 압력하의 제 2 저장 탱크(액체 질소탱크: 49)로 유입될 수 있다. 탱크는 추가적으로 요구되는 경우 분리기(25)로부터의 과량의 액체(50)에 의해 공급될 수 있으며, 이는 저압칼럼(15)에 대한 환류액으로서 요구되는 것이 아니다. 요구되는 경우, 액체 질소는 펌프(51)에 의해 분리기(46)내로 가해진다(라인 52).
라인(39)으로부터의 질소(53)의 일부는 중간의 온도에서 열교환기(11)로부터 배출될 수 있다. 이러한 질소는 부분적으로는 주 열교환 시스템(11 및 12)의 효율을 개선되게 하는 균형 스트림(54)으로서 작용하며, 부분적으로는 제 2 팽창 터빈(56)에서 작업을 수행하도록 거의 대기압으로 팽창되는 열전달 매체의 추가의 스트림(55)으로 작용한다. 작업을 수행하도록 팽창된 열전달 매체의 추가의 스트림(57)은 열교환기(12)에서 거의 주위 온도로 가열되고 장치로부터 가스성 생성물(58)로서 배출된다.
액체 산소 및/또는 액체 질소는 저장 탱크(33 및 49)로부터 생성물(도면에는 적절한 라인이 도시되지 않음)로서 배출될 수 있다.
본 발명의 방법에 이용되는 또 다른 저장기 저장방법은 정류에 간섭효과를 전혀 나타내지 않으며; 특히, 액체 공기를 정류에 공급하지 않을 뿐만 아니라, 저압 공기를 저압칼럼으로 직접 공급하지도 않는다. 그 결과, 본 발명의 방법은 특히 아르곤 생산과 같은 분리 작업이 요구되는데 아주 적합하다. 이러한 목적에 있어서, 통상의 아르곤 정류가 도면에 라인으로 나타낸 바와 같이 저압칼럼(15)의 중간점(66)에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 목적에 있어서, EP-B-377117호, 또는 우선일이 보다 빠른 유럽특허출원 제95101844.9호 또는 제95101845.6호중 하나에 기재된 방법 및 장치중 하나가 이러한 목적으로 사용될 수 있다.
예에서, 사이클 압축기의 제 1 단계(41)는 생성물 스트림(65)을 제 1 및 제2 단계 사이에서 바람직하게는 8 내지 35바, 예를 들어 20바의 압력으로 배출시킴으로써 생성물 압축기로 사용된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치의 두 가지 기본적인 작동 방식을 이하 기재하고자 한다. 장치는 가압된 산소 생성물이 소정의 평균 속도로 배출되도록 설계된다. 생성속도는 이러한 평균값에서, 보다 정확하게는 최소값과 최대값 사이에서 유동적일 수 있다. 이러한 유동이 어떻게 영향을 받는가를 명확하게 하기 위해서, 다음의 수치로 나타낸 예에서, 두 극값에서의 작동경우("최대", "최소")와 190,000m3(S.T.P.)/h의 공급공기로 처리되는 장치의 평균 가압된 산소 생성("평균")의 작동경우를 나타낸다. 이러한 경우에서의 압력은 다음과 같다.
고압칼럼(14)5.1바
저압칼럼(15)1.3바
가압된 산소(37)26바
사이클 압축기의 입구4.8바
사이클 압축기의 출구42바
액체 산소탱크(33)1.1바
액체 질소탱크1.1바
표 1은 제 2 부분 스트림(59)에 대해 팽창 터빈(43)이 일정한 속도로 작동하는 작동 방식에 관한 것이고; 표 2에 기재된 작동 방식에서, 사이클 압축기(41 및 42)를 통한 처리량은 일정하게 유지된다. 명백하게는, 예에서는 이러한 두 작동방식 사이에서의 어떠한 바람직한 변화가 가능할 수 있다. 두 표에서, 세 가지의 작동 경우에 대한 각각의 스트림 속도는 1000m3(S.T.P.)/h로 주어진다. 표의 제 1 칼럼에서의 참조번호는 도면에서의 번호에 관한 것이다.
터빈(43)을 통한 일정한 처리량 최대 평균 최소
50 주 응축기로부터 액체 질소탱크로의 액체 질소 1.5 1.5 1.5
32 저압칼럼으로부터 액체 산소탱크로의 액체 산소 36.5 36.5 36.5
40 사이클로의 고압 칼럼 질소 공급 90 90 90
53 균형 스트림 + 추가의 스트림(터빈(56)) 30 30 30
64 고압 칼럼 압력에서 사이클로부터 가스성 질소의 회수 15 15 15
47 액체 질소 탱크와 사이클로부터 고압 칼럼의 상부로의 액체 질소 54 54 54
36 증발되는 액체 산소 45 35 25
37 가압된 가스성 생성물(산소) 45 35 25
44 사이클 압축기의 출구 93 83 73
45 열전달 매체의 제 1 부분 스트림 64 54 44
5960 열전달 매체의 제 2 부분 스트림(터빈(43)) 28.5 28.5 28.5
61 열교환기(12)를 직접적으로 통한 제 2 부분 스트림으로부터 사이클 압축기로의 재순환 13.5 13.5 13.5
54 균형 스트림 25 15 5
5557 제 2 터빈(56)을 통한 추가의 스트림 5 15 25
48 액화된 제 1 부분 스트림으로부터 탱크내로의 액체 질소 10 0 0
52 탱크로부터 고압칼럼으로의 액체 질소 0 0 10
65 고압 질소 생성물 35 35 35
사이클 압축기(41 및 42)를 통한 일정한 처리량 최대 평균 최소
50 주응축기로부터 액체 질소탱크로의 액체 질소 1.5 1.5 1.5
32 저압칼럼으로부터 액체 산소탱크로의 액체 산소 36.5 36.5 36.5
40 사이클로의 고압 칼럼 질소의 공급 90 90 90
53 균형 스트림 + 추가의 스트림(터빈(56)) 30 30 30
64 고압 칼럼 압력에서 사이클로부터 가스성 질소의 회수 15 15 15
47 액체 질소 탱크와 사이클로부터 고압 칼럼 상부로의 액체 질소 54 54 54
36 증발되는 액체 산소 45 35 25
37 가압된 가스성 생성물(산소) 45 35 25
44 사이클 압축기의 출구 83 83 83
45 열전달 매체의 제 1 부분 스트림 64 54 44
5960 열전달 매체의 제 2 부분 스트림(터빈(43)) 18.5 28.5 38.5
61 열교환기(12)를 직접적으로 통한 제 2 부분 스트림으로부터 사이클 압축기로의 재순환 3.5 13.5 23.5
54 균형 스트림 25 15 5
5557 제 2 터빈(56)을 통한 추가의 스트림 5 15 25
48 액화된 제 1 부분 스트림으로부터 탱크내로의 액체 질소 10 0 0
52 탱크로부터 고압칼럼으로의 액체 질소 0 0 10
65 고압 질소 생성물 35 35 35
도면은 파선으로 두 부분으로 나누어진다. 왼쪽 부분은 필수적으로 냉각사이클과 저장기 탱크를 함유하며; 모든 정류는 오른쪽 부분에서 수행된다. 본 발명의 방법과 장치의 또 다른 작동법에서, 도면 오른쪽 부분에서의 모든 스트림은 완전하게 유지되거나 기본적으로 변하지 않으며; 가압된 산소 생성에서의 변동은 사이클과 저장기 탱크에만 영향을 준다. 이러한 결과는 상기 두 표의 위에서부터 6개의 칸에 반영되어 있으며, 여기에서 파선을 가로지르는 모든 스트림을 일컬으며; 이들은 모든 작동경우에서 동일한 처리량을 나타내지만, 증발속도가 변한다(참조번호 36, 37). 특히, 라인(38)을 통해서, 일정한 속도 105,000m3(S.T.P.)/h의 질소가 고압칼럼(14)으로부터 터빈(43)에서 팽창된 제 2 부분 스트림의 유사하게 일정한일부(15,000m3(S.T.P.)/h)에 의해 스트림(40) 및 (53)에서 중첩되는 장치의 다양한 부분으로 유도된다. 마찬가지로, 저압칼럼(15)으로부터의 액체 산소 생성물(31 및 32)의 회수는 모든 작동경우에서 일정하게 유지된다.
표 1의 수치로 나타낸 예에서, 제 2 부분 스트림(59 및 60)은 일정하게 유지된다. 증발에 요구되는 제 1 부분 스트림(45)의 변화는 사이클 압축기(스트림(44))를 통한 처리량에서의 상응하는 변화에 의해 수행된다: 예를 들어, 생성이 평균값으로부터 최대값으로 증가하게 되면, 사이클 압축기를 통한 처리량이 생성량과 동일한 양으로 증가한다. 추가의 가스가 터빈(56)을 통해 추가의 스트림(55, 57 및 58)으로서 사이클로부터 회수되는 가스 속도의 상응하는 증가에 따라 이용될 수 있다.
액화된 열전달 매체의 유동속도(제 1 부분 스트림(45))는 평균 이상 생성의 경우에 과량의 액체를 라인(48)을 통해 제 2 저장기 탱크(49)에 공급하고; 역으로, 부족한 액체를 고압 칼럼(14)에 대한 환류속도가 일정하게 유지되도록 라인(52)을 통해 액체 질소탱크로부터 저 생성물 속도로 보충한다.
표 1에 수치로 나타낸 예는 액체의 평균과잉 속도가 각각의 경우에 1500m3(S.T.P.)/h의 산소 및 질소를 생성시키도록 설정된다. 이러한 과잉의 결과는 다양한 속도의 액체 생성물 형태로 연속적으로, 간헐적으로 또는 그 밖의 방법으로 제거될 수 있다. 또한, 방법에서 사이클의 평균 냉각 성능을 변화시킬 수 있으므로, 터빈의 평균 속도를 적절하게 조절함으로써 작동 동안의 액체 생성물의 평균속도를 변화시킬 수 있다. 장치는 특히 내부적으로 가압된 생성물 뿐만 아니라, 액체생성에 있어서도 유연하게 작동될 수 있다.
표 2의 예에서, 제 2 부분 스트림 대신에, 사이클 압축기(41 및 42)의 처리량이 일정하게 유지된다.

Claims (8)

  1. 정류 시스템(14 및 15)으로부터의 액체 분획(31, 32 및 34)을 제 1 저장 탱크(33)에서 완충시키고,
    액체 분획(34)의 압력을 상승(35)시키고,
    다양한 속도의 액체 분획(36)을 상승된 압력에서 간접적인 열교환(12)으로 증발시켜 가압된 가스성 생성물(37)로서 얻고, 추가로,
    열전달 매체를 사이클 압축기(41 및 42)가 구비된 냉각 사이클에서 유도하고,
    사이클 압축기(41 및 42)에서 압축된 열전달 매체의 제 1 부분 스트림(44 및 45)을 간접적인 열교환기(12)에 공급하여 액체 분획(36)을 증발시키고, 적어도 부분적으로 액화시키며,
    사이클 압축기(41 및 42)에서 압축된 열전달 매체(44)의 제 2 부분 스트림(44 및 59)을 작업이 수행되도록 팽창(43)시키고,
    액화된 열전달 매체(45, 48 및 52)를 제 2 저장 탱크(49)에서 완충시킴을 포함하여,
    공급공기(10 및 13)를 정류 시스템(14 및 15)에 공급하는 저온 공기 분리법으로 가압된 가스성 생성물(37)을 다양하게 생성시키는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 열전달 매체의 추가의 스트림(55)이 작업을 수행하도록 팽창(56)됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 작업수행 팽창(56)에 공급되는 추가의 스트림(55)의 속도가 가압된 가스성 생성물(37)의 요구가 증가되는 경우에 감소함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 정류 시스템(14 및 15)으로부터의 질소(31)가 열전달 매체로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 정류 시스템(14 및 15)에 대한 공급공기(10)가 주 열교환 시스템(11 및 12)에서 냉각되고, 상승된 압력에서 액체 분획(36)이 증발(12)됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 주 열교환 시스템이 열교환 블록을 지니며, 상승된 압력에서 공급공기의 냉각과 액체 분획이 증발됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 주 열교환 시스템이 제 1 및 제 2 열교환 블록을 지니며, 상기 제 1 열교환 블록(11)에서 공급공기(10)가 냉각되고, 상기 제 2 열교환 블록(12)에서 상승된 압력하에 액체 분획(36)이 증발되며, 두 열교환 블록(11 및 12)이 고온 말단부와 저온 말단부 사이의 두 열교환 블록중 한 블록(11)으로부터배출되고 고온 말단부와 저온 말단부 사이의 두 열교환 불록중 다른 블록(12)으로 공급되는 균형 스트림(54)에 의해 연결됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 공급공기 라인(10 및 13)이 유도되는 정류 시스템(14 및 15),
    정류 시스템(14 및 15)으로부터의 액체 분획을 회수하고, 이를 제 1 저장 탱크(33)로 유입시키는 액체 라인(31 및 32),
    액체 분획(34)의 압력을 상승시키는 수단(35),
    상승된 압력에서 액체 분획(36)을 증발시키는 열교환기(12),
    가압된 가스성 생성물로서 증발된 액체 분획을 회수하는 생성물 라인(37),
    사이클 압축기(41 및 42)를 지니는 냉각 사이클,
    사이클 압축기(41 및 42)로부터 열교환기(12)에 연결되어 액체 분획(36)을 증발시키는 제 1 부분 스트림 라인(44 및 45),
    사이클 압축기(41 및 42)로부터 팽창 엔진(43)으로 유도되는 제 2 부분 스트림 라인(44 및 59), 및
    액화된 열전달 매체(45 및 48)를 완충시키는 제 2 저장 탱크(49)를 포함하여,
    저온 공기 분리방법으로 가압된 가스성 생성물을 다양하게 생성시키는 장치.
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