KR100427138B1 - Air separation method and apparatus therefor - Google Patents

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히사나오 조
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Abstract

본 발명은 촉매의 초기의 성능악화를 방지할 수 있는 공기분리방법 및 그것에 이용하는 장치에 관한 것으로서, 압축공기를 흡착탑(8, 9)에 도입하여 공기속의 탄산가스와 물을 흡착제거하여 상기 흡착탑(8, 9)을 거친 공기를 심냉액화분리하여 질소와 산소로 나누는 공기분리방법에 있어서, 상기 압축공기를 흡착탑(8, 9)에 도입함에 앞서 공기압축을 할 때의 압축열에 의해서 온도가 상승한 압축공기를 냉동기(4)에 도입하여 압축공기속의 수분을 제거하고, 계속해서 상기 냉동기(4)를 경유한 공기를 촉매탑(7)에 통과하여 공기속의 일산화탄소 및 수소를 산화하는 공기분리방법으로서, 촉매탑에 내장되는 촉매가 조기에 성능악화하지 않고 또한 장기간에 걸쳐서 관리가 불필요하고 가격이 싼 공기분리방법을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an air separation method capable of preventing initial performance deterioration of a catalyst and an apparatus used therefor, wherein compressed air is introduced into adsorption towers (8, 9) to adsorb carbon dioxide and water in the air, , 9) is divided into nitrogen and oxygen by super-cooling liquefying and separating the air passing through the adsorption tower (8, 9), characterized in that the compressed air Is introduced into the freezer (4) to remove moisture in the compressed air, and then the air passed through the freezer (4) is passed through the catalyst column (7) to oxidize carbon monoxide and hydrogen in the air, The catalyst contained in the tower can provide an air separation method which does not deteriorate performance early and which requires no management over a long period of time and is inexpensive.

Description

공기분리방법 및 그에 사용하는 장치Air separation method and apparatus therefor

본 발명은 촉매의 조기의 성능 악화를 방지할 수 있는 공기분리방법 및 그에 사용되는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air separation method capable of preventing early deterioration of a catalyst and an apparatus used therefor.

종래부터 고순도의 질소가스, 산소가스, 아르곤가스등은 공기분리장치를 이용해 질소, 산소, 아르곤등의 비등점의 차를 이용하여 이것들을 분리함으로써 제조되고 있다. 즉, 상기 고순도 질소가스등은 공기를 원료로 하여 이 원료공기를 공기압축기에서 압축하고 계속해서 이 압축에 의해서 온도가 상승한 압축공기를 냉각기로 냉각하여 온도를 하강시키고, 다음에 온도가 하강된 압축공기를 흡착탑에 넣어 압축 공기속의 탄산가스 및 수분을 제거하고나서(여기까지는 원료공기정제라인이다), 열교환기를 통하여 냉매와 열교환시켜 냉각한 후(이 이하는 심냉액화분리라인이다), 정류탑에서 상기 비등점의 차를 이용하여 심냉액화분리하는 공정을 거쳐 제조되고 있다. 하지만, 이와같은 공기분리장치는 질소의 비등점과 일산화탄소의 비등점 사이에 그다지 차가 없고 기화상태에서의 비중량도 거의 같기 때문에 원료공기속의 일산화탄소의 분리제거가 어려워 제품가스중에 일산화탄소가 불순물로 잔존한다는 불합리함이 있다. 또한, 원료공기속에 소량 존재하는 수소에 대해서도 그 비등점이 질소의 비등점보다 낮기 때문에 수소가 액화제거되지 않고 제품가스속에 혼재해버리는 문제도 있다. 반도체공업의 기술내용이 점점 고도화되어 가고 있는 현 상태에서는 이와같은 극소량의 불순물도 문제가 되고 있다.Conventionally, high-purity nitrogen gas, oxygen gas, and argon gas are produced by separating them using an air separation apparatus using a boiling point difference of nitrogen, oxygen, argon, and the like. That is, the high-purity nitrogen gas or the like uses air as a raw material, compresses the raw material air in an air compressor, and subsequently, the compressed air whose temperature has risen by the compression is cooled by a cooler to lower the temperature, (Hereinafter referred to as a raw air purification line), and then cooled by exchanging heat with a refrigerant through a heat exchanger (hereinafter referred to as a deep-cooling liquefying separation line). Then, in the rectification column, And is subjected to a process of deep cooling separation using boiling point difference. However, such an air separation apparatus has a disadvantage that carbon monoxide remains in the product gas as impurities because there is not much difference between the boiling point of nitrogen and the boiling point of carbon monoxide, and the weight of the carbon monoxide in the vaporized state is almost the same. . Further, hydrogen also exists in a small amount in the feed air, since the boiling point thereof is lower than the boiling point of nitrogen, hydrogen is mixed with the product gas without being liquefied. In the present state of the art of semiconductor industry, such minute amounts of impurities are becoming a problem.

따라서, 상기 원료공기정제라인에 있어서 상기 일산화탄소, 수소를 완전 제거하기 위해 본 발명자들은 제 7 도에 도시한 바와 같이 공기압축기(101)와흡착탑(107)사이에 팔라듐계 촉매를 내장한 촉매탑(104)을 설치하고, 이 촉매탑(104)내의 팔라듐계 촉매로 압축공기속의 일산화탄소 및 수소를 제거하도록 한 공기분리장치를 제안했다. 도면에 있어서, 도면부호 " 102" 는 열교환기이며, 공기압축기(101)로에서 받아들인 압축공기와 촉매탑(104)을 거친 공기를 통해 양자를 열교환시킴으로써 공기압축기(101)의 압축에 의해서 온도가 상승한 압축공기를 더욱 상승시키고 또한, 촉매탑(104)을 거친 공기의 온도를 하강시키는 작용을 한다. 도면부호 " 103" 은 열교환기(102)에서 온도를 상승시킨 압축공기를 소정 온도(촉매탑(104)에서의 반응에 적합한 온도이며, 180℃이상의 고온)까지 상승시키는 히터이며, 도면부호 " 105" 는 드레인분리기이다. 도면부호 " 106" 은 열교환기(102)로 온도를 하강시킨 공기를 소정온도(흡착탑(107)에서의 흡착 제거에 적합한 온도, 통상 실온정도)까지 온도를 하강시키는 프레온냉각기이다.Therefore, in order to completely remove the carbon monoxide and hydrogen in the raw air purification line, the inventors of the present invention have developed a catalyst tower (see FIG. 7) in which a palladium-based catalyst is embedded between the air compressor 101 and the adsorption tower 107 104 in the catalytic column 104, and carbon monoxide and hydrogen in the compressed air are removed by the palladium-based catalyst in the catalyst column 104. In the figure, reference numeral 102 denotes a heat exchanger which exchanges heat between compressed air taken in by the air compressor 101 and air through the catalyst column 104, Thereby further lowering the temperature of the air that has passed through the catalyst bed 104. As a result, Reference numeral 103 denotes a heater for raising the compressed air whose temperature has been raised in the heat exchanger 102 to a predetermined temperature (a temperature suitable for the reaction in the catalyst column 104 and a high temperature of 180 ° C or more) &Quot; is a drain separator. Reference numeral 106 denotes a freon cooler for lowering the temperature of the air whose temperature has been lowered by the heat exchanger 102 to a predetermined temperature (a temperature suitable for adsorption removal at the adsorption tower 107, usually about room temperature).

상기 장치에 있어서, 공기압축기(101)에 의해 공기를 압축하고, 이 공기압축기(101)에서 압축되어 온도가 상승된 공기를 열교환기(102) 및 히터(103)에서 소정 온도로 상승시켜 촉매탑(104)으로 보내며, 계속해서 이 촉매탑(104)내의 팔라듐계 촉매와 압축공기속의 일산화탄소 및 수소를 산화반응시킨다. 이것에 의해, 압축공기속의 일산화탄소 및 수소를 탄산가스 및 수분으로 변하게 한다. 다음에 촉매탑(104)을 거친 공기를 열교환기(102) 및 프레온냉각기(106)에서 소정온도로 하강시킨 후, 흡착탑(107)으로 보내 흡착탑(107)안의 흡착제(활성알루미나, 제오라이트등)로 탄산가스 및 수분을 흡착제거하도록 되어 있다. 이와같이 하여 얻어진 정제공기를 심냉액화분리용의 저온 정류탑(도시하지 않음)으로 공급하여 질소, 산소, 아르곤등으로 분리한다.In this apparatus, air is compressed by an air compressor (101), and the air that has been compressed and increased in temperature in the air compressor (101) is raised to a predetermined temperature by a heat exchanger (102) (104). Then, the palladium-based catalyst in the catalyst column (104) and the carbon monoxide and hydrogen in the compressed air are subjected to oxidation reaction. As a result, carbon monoxide and hydrogen in the compressed air are changed to carbon dioxide gas and moisture. Next, the air passed through the catalyst column 104 is lowered to a predetermined temperature by the heat exchanger 102 and the Freon cooler 106, and then sent to the adsorption tower 107 to be adsorbed by the adsorbent (activated alumina, zeolite, etc.) So that carbon dioxide gas and moisture are adsorbed and removed. The purified air thus obtained is supplied to a low-temperature rectification column (not shown) for separation of deep-cooling liquefaction, and is separated into nitrogen, oxygen and argon.

그러나, 상기 장치에서는 촉매탑(104)내의 팔라듐계 촉매가 1년을 경과하지 않고 성능이 저하해버리는 경우가 있다. 이 때문에 고가인 촉매를 조기에 교환하지 않으면 안되고 촉매의 조기교환등 관리를 빈번하게 실시하지 않으면 안되는 문제와 총비용이 고가라는 문제가 있다. 또한, 촉매탑(104)내의 하부에 미세분말이 조기에 저장되는 등의 불합리함도 발생하며, 이 경우에도 상기 미세분말의 조기청소등 관리를 빈번하게 실시하지 않으면 안되는 문제가 있다.However, in the above apparatus, the palladium-based catalyst in the catalyst column 104 may not be able to be used for one year, resulting in deteriorated performance. Therefore, there is a problem that expensive catalysts must be replaced early, problems such as early exchange of catalysts must be frequently performed, and the total cost is high. In addition, unreasoning such as the early storage of fine powder in the lower part of the catalyst tower 104 occurs. In this case, too, the fine powder needs to be frequently cleaned, for example, for early cleaning.

본 발명은 이와같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로 촉매가 조기에 성능악화하지 않고 또한 장기간에 걸쳐서 관리가 불필요하며 싼 가격인 공기분리방법 및 그것에 이용하는 장치의 제공을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an air separation method in which the performance of the catalyst does not deteriorate early, and which requires no management over a long period of time.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외부에서 받아들인 공기를 압축하여 압축공기로 하고, 이 압축공기를 제거수단에 도입하여 공기속의 탄산가스와 물을 제거하고, 상기 제거수단을 거친 공기를 심냉액화분리하여 질소와 산소로 나누는 공기분리방법에 있어서, 상기 압축공기를 제거수단에 도입함에 앞서 공기 압축을 할 때 압축열에 의해서 온도가 상승한 압축공기를 냉동기를 통하여 압축공기속의 수분을 제거하고 계속해서 상기 냉동기를 경유한 공기를 촉매에 접촉시켜 공기속의 일산화탄소 및 수소를 산화하는 공기압축방법을 제 1 요지로 하고, 외부에서 받아들인 공기를 압축하는 공기압축수단과, 상기 공기압축수단을 경유한 압축공기속의 탄산가스와 물을 제거하는 제거수단과, 이 제거수단을 거친 공기를 질소와 산소로 액화분리하는 심냉액화분리수단을 구비한 공기분리장치에 있어서, 상기 공기압축수단과 제거수단 사이에 공기압축수단에 의한 압축열에 의해서 온도가 상승한 압축공기를 냉각하여 공기속의 수분을 제거하는 냉동기와, 이 냉동기에서 수분제거된 공기를 가열하는 가열수단과, 이 가열수단에 의해 가열되어 온도가 상승한 공기속의 일산화탄소 및 수소를 산화하는 촉매탑을 설치한 공기분리장치를 제 2 요지로 한다.In order to attain the above object, the present invention provides a method for removing carbon dioxide and water in air by introducing the compressed air into compressed air by introducing the compressed air into the removing means, And separating the compressed air into nitrogen and oxygen, the method comprising the steps of: removing compressed air from the compressed air, the compressed air having a temperature raised by the compressed heat at the time of air compression before introducing the compressed air into the removing means, The present invention relates to an air compression method for oxidizing carbon monoxide and hydrogen in air by bringing air that has passed through a freezer into contact with a catalyst. The air compression means comprises: air compression means for compressing air taken in from the outside; A removing means for removing the carbon dioxide gas and water contained therein, and a means for separating the air passing through the removing means by nitrogen and oxygen A refrigerator comprising: a freezer for cooling the compressed air whose temperature rises due to the heat of compression by the air compressing means between the air compressing means and the removing means to remove moisture in the air; A second means for heating the removed air, and a catalyst tower for heating the heated carbon monoxide and hydrogen in the air heated by the heating means.

즉, 본 발명자들은 촉매탑내의 팔라듐계 촉매가 1년 정도에 성능 저하를 초래하는 원인 및 촉매탑내의 하부에 미세분말이 고이는 원인에 대해서 일련의 연구를 거듭했다. 그 연구의 과정에서 상기 팔라듐계 촉매와 같이 알루미나의 외주면에 팔라듐계 피막을 형성한 것은 알루미나의 외주면의 틈과 홈에 수분이 들어가면 이것에 의해 활성면적이 작아져 조기에 성능악화를 초래하는 것 및 상기 탈락한 팔라듐계 피막이 미세분말이 되어 촉매탑의 하부에 고이는 것등을 알아냈다. 또한, 이에 더해 압축공기속에 많은 수분이 포함되어 있으면 촉매탑에서의 수소 및 일산화탄소의 산화반응을 용이하게 하기 위해 압축공기를 180℃ 이상의 고온으로 하여 촉매탑에 보낼 필요가 생기며, 이와같은 고온에 노출되어 촉매가 악화하기 쉬워져 조기에 성능악화를 초래하는 것도 알아냈다. 그리고, 또한 연구를 거듭한 결과, 상기 압축공기를 제거수단에 도입함에 앞서 공기를 압축할때의 압축열에 의해서 온도가 상승한 압축공기를 냉동기를 통해서 압축공기속의 수분을 제거하고, 계속해서 상기 냉동기를 경유한 공기를 촉매에 접촉시켜 공기속의 일산화탄소 및 수소를 산화하면 압축공기를 촉매에 접촉시키기 전에 냉동기에서 압축공기를 냉각하여 결로시켜 압축공기중에서 수분을 거의 제거할 수 있다. 이 때문에 촉매를 조기에 악화시키지않고 또한, 압축공기중에서 수분이 제거되어 있기 때문에 압축공기를 그만큼 고온으로 할 필요도 없기 때문에 상기 촉매의 뛰어난 성능을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있는 것을 발견해 본 발명에 도달했다.That is, the present inventors have conducted a series of studies on the cause of the performance degradation of the palladium-based catalyst in the catalyst tower in about one year and the cause of the fine powder in the lower part of the catalyst tower. The reason why the palladium-based coating is formed on the outer circumferential surface of the alumina like the palladium-based catalyst in the course of the study is that when the moisture enters the gap and the groove of the outer circumferential surface of the alumina, And that the dropped palladium-based coating film becomes a fine powder and is collected at the bottom of the catalyst tower. In addition, if a large amount of moisture is contained in the compressed air, it is necessary to send the compressed air to the catalyst tower at a high temperature of 180 ° C or more in order to facilitate the oxidation reaction of hydrogen and carbon monoxide in the catalyst column. And it was found that the catalyst easily deteriorated, leading to premature performance deterioration. Further, as a result of repeated researches, it has been found that, before introducing the compressed air into the removing means, the compressed air whose temperature has risen by the compressed heat at the time of compressing the air is removed from the compressed air through the refrigerator, When the air passed through the catalyst is brought into contact with the catalyst to oxidize carbon monoxide and hydrogen in the air, the compressed air is cooled in the freezer before the compressed air is brought into contact with the catalyst to remove moisture from the compressed air. As a result, since the catalyst does not deteriorate early and the moisture is removed from the compressed air, it is not necessary to set the compressed air to such a high temperature, and thus the excellent performance of the catalyst can be maintained over a long period of time .

본 발명에서의 냉동기는 압축공기를 약 5∼7℃의 범위내에서 냉각할 수 있는 기계, 기구등의 장치를 가리킨다.The refrigerator according to the present invention refers to a device such as a machine, a mechanism and the like capable of cooling the compressed air within a range of about 5 to 7 占 폚.

다음에, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Next, the present invention will be described in detail with reference to examples.

(실시예)(Example)

제 1 도는 본 발명의 공기분리장치의 한 실시예의 원료공기정제라인을 도시하고 있다. 심냉액화분리라인에 대해서는 후술하는 제 3 도에 도시한다. 제 1 도에 있어서, 도면부호 " 1" 은 외부에서 받아들인 원료공기(25℃정도)를 압축하여 압축공기로 하는 소용돌이식(또는 스크류식, 레시프로식)의 공기압축기이며, 압축공기는 압축열에 의해서 100℃로 온도가 상승한다. 도면부호 " 2" 는 플레이트핀식(또는 셀앤드튜브식)의 제 1 열교환기이다. 이 제 1 열교환기(2)에는 그 내부에 공기압축기(1)에서 받아들인 압축공기가 통과하는 통로(2a)와, 흡착제 재생용의 배기가스(후술하는 정류탑에서 발생하는 배기가스이며, 10℃정도)가 통과하는 통로(2b)가 형성되어 있으며, 각 통로(2a, 2b)를 통과하는 압축공기와 배기가스와의 열교환에 의해 압축공기를 70℃정도로 온도를 하강시킴과 동시에 배기가스를 90℃정도로 온도를 상승시키는 작용을 한다. 도면부호 " 3" 은 냉각기이며, 제 1 열교환기(2)에서 온도가 하강된 압축공기를 냉각하여 30∼40℃정도로 온도를 하강시킴과 동시에 압축공기속의 수분제거를 실시한다. 도면부호 " 4" 는 냉동기이며, 냉각기(3)로 온도가 하강된 압축공기를 더욱 냉각하여 5∼7℃까지 온도를 하강시켜 이것에 의해 압축공기속의 수분을 결로시켜 압축공기중에서 수분을 거의 완전하게 제거한다. 도면부호 " 5" 는 플레이트핀식(또는 셀앤드튜브식)의 알루미늄제 제 2 열교환기이다. 이 제 2 열교환기(5)에는 그 내부에 냉동기(4)를 거친 압축공기가 통과하는 통로(5a)와, 촉매탑(7)을 거친 공기가 통과하는 통로(5b)가 형성되어 있으며 각 통로(5a, 5b)를 통과하는 양 공기의 열교환에 의해 압축공기를 125℃정도로 온도를 상승시킴과 동시에 촉매탑(7)을 거친 공기를 10℃정도(흡착탑(8, 9)에서의 흡착 제거에 적합한 온도)로 온도를 하강시키는 작용을 한다. 도면부호 " 6" 은 제 1 히터이며, 상기 제 2 열교환기(5)에서 온도가 상승된 압축공기를 가열하여 또한 135℃정도(촉매탑(7)에서의 산화반응에 적합한 온도)까지 온도를 상승시킨다. 도면부호 " 7" 은 촉매탑이며, 공기중의 일산화탄소 및 수소를 산화하여 탄산가스와 물을 생성하기 위한 촉매가 내장되어 있다.FIG. 1 shows a raw air purification line of an embodiment of the air separation apparatus of the present invention. The super-cooled liquefaction separation line is shown in FIG. 3 which will be described later. 1, the reference numeral " 1 " is an air compressor of a spiral type (or a screw type or a reciprocal type) for compressing raw material air (about 25 deg. C) The temperature rises to 100 ° C by heat. Reference numeral 2 denotes a plate-pinned (or cell-and-tube) first heat exchanger. The first heat exchanger 2 is provided with a passage 2a through which the compressed air received in the air compressor 1 passes and an exhaust gas for regenerating the adsorbent The temperature of the compressed air is lowered to about 70 DEG C by the heat exchange between the compressed air passing through each of the passages 2a and 2b and the exhaust gas, 90 < [deg.] ≫ C. Reference numeral 3 denotes a cooler for cooling the compressed air whose temperature is lowered in the first heat exchanger 2 to lower the temperature to about 30 to 40 DEG C and to remove moisture in the compressed air. Reference numeral 4 denotes a freezer which further cools the compressed air whose temperature has been lowered by the cooler 3 to lower the temperature to 5 to 7 DEG C to thereby condense the moisture in the compressed air, . Reference numeral 5 denotes a plate-type (or cell-and-tube type) aluminum-made second heat exchanger. The second heat exchanger 5 is provided therein with a passage 5a through which the compressed air passed through the freezer 4 passes and a passage 5b through which the air passing through the catalyst column 7 passes, The temperature of the compressed air is raised to about 125 DEG C by heat exchange between the air passing through the adsorption columns 5a and 5b and the air passing through the catalyst column 7 is adsorbed to the adsorption towers 8 and 9 at about 10 DEG C To a suitable temperature). Reference numeral 6 denotes a first heater for heating the compressed air whose temperature has been raised in the second heat exchanger 5 to a temperature of about 135 캜 (a temperature suitable for the oxidation reaction in the catalyst column 7) . Reference numeral 7 denotes a catalyst top, which contains a catalyst for generating carbon dioxide gas and water by oxidizing carbon monoxide and hydrogen in the air.

그 촉매로서는 백금계(알루미나입자의 외주면에 백금계피막을 형성한 것) 또는 팔라듐계(알루미나입자의 외주면에 팔라듐계 피막을 형성한 것)의 촉매가 이용된다. 도면부호 " 8, 9" 는 동일 구조의 흡착탑이며, 각각의 내부에는 압축공기중의 수분 및 탄산가스를 흡착제거하기 위한 흡착제가 수용되어 있다. 이 흡착제로서는 알루미나와 몰레큘러시브(합성제오라이트)(11)등이 이용된다. 이와같은 양 흡착탑(8, 9)은 흡착공정 및 흡착제(11)의 재생공정에 이용된다. 도면부호 " 10" 은 제 2 히터이며, 제 1 열교환기(2)에서 온도가 상승된 배기가스를 가열하여 200℃까지 온도를 상승시킨다.As the catalyst, there is used a catalyst of a platinum system (platinum film is formed on the outer surface of alumina particles) or palladium system (platinum film is formed on the outer surface of alumina particles). Reference numerals " 8 " and 9 " denote adsorption towers having the same structure. Adsorbents for adsorbing moisture and carbon dioxide in compressed air are contained in the adsorption towers. As this adsorbent, alumina and a molecular sieve (synthetic zeolite) 11 are used. Such adsorption towers 8 and 9 are used in the adsorption process and the regeneration process of the adsorbent 11. Reference numeral 10 denotes a second heater which heats the exhaust gas whose temperature has been raised in the first heat exchanger 2 to raise the temperature to 200 ° C.

상기 제 2 열교환기(5)와 각 흡착탑(8, 9)은 다음과 같은 배관류로 연결되어 있다. 즉, 제 2 열교환기(5)의 통로(5b)에 연결하는 압축공기공급관(15)이 두갈래로 분기해 있으며, 한쪽은 개폐밸브(16a)가 부착된 제 1 도입관(16)이 되어 제 1 흡착탑(8)의 공기 입구에 연결하고, 다른쪽은 개폐밸브(17a)가 부착된 제 2 도입관(17)이 되어 제 2 흡착탑(9)의 공기 입구에 연결해 있다. 그리고, 제 1 흡착탑(8)의 공기 출구로부터 연장되는 개폐밸브(18a)가 부착된 제 1 도출관(18)과 제 2 흡착탑(9)의 공기 출구로부터 연장되는 개폐밸브(19a)가 부착된 제 2 도출관(19)이 정제공기배출관(30)에 합류해 있다. 또한, 상기 제 1 도입관(16)(개폐밸브(16a)와 제 2 흡착탑(8)의 공기 입구 사이의 부분)과 제 2 도입관(17) (개폐밸브(17a)와 제 2 흡착탑(9)의 공기 입구 사이의 부분)이 한쌍의 개폐밸브(21a, 21b)를 가진 제 1 연결관(21)에 연결되어 있음과 동시에 상기 제 1 도출관(18)(개폐밸브(18a)와 제 1 흡착탑(8)의 공기출구사이의 부분)과 제 2 도출관(19)(개폐밸브(19a)와 제 2 흡착탑(9)의 공기출구사이의 부분)이 한쌍의 개폐밸브(22a, 22b)를 가진 제 2 연결관(22)에연결되어 있다. 도면에 있어서, 도면부호 " 23" 은 제 1 연결관(21)의 양 개폐밸브(21a, 21b)사이의 부분으로부터 분기하는 배기가스 방출관이다.The second heat exchanger (5) and the adsorption columns (8, 9) are connected by the following pipe lines. That is, the compressed air supply pipe 15 connected to the passage 5b of the second heat exchanger 5 is bifurcated and one side is the first introduction pipe 16 to which the on-off valve 16a is attached Is connected to the air inlet of the first adsorption column (8) and the other is connected to the air inlet of the second adsorption column (9) by the second introduction pipe (17) with the opening / closing valve (17a). A first outlet pipe 18 with an opening and closing valve 18a extending from the air outlet of the first adsorption tower 8 and an opening and closing valve 19a extending from the air outlet of the second adsorption tower 9 are attached And the second outlet pipe 19 joins the purified air discharge pipe 30. The second introduction pipe 17 (the opening / closing valve 17a and the second adsorption tower 9 (the portion between the opening / closing valve 16a and the air inlet of the second adsorption tower 8) and the second introduction pipe 17 (The portion between the opening and closing valves 18a and 18b) is connected to the first connecting pipe 21 having the pair of the opening / closing valves 21a and 21b and the first connecting pipe 18 And a second outlet pipe 19 (a portion between the opening and closing valve 19a and the air outlet of the second adsorption tower 9) and a pair of the opening and closing valves 22a and 22b (the portion between the air outlet of the adsorption tower 8) Which is connected to the second connection pipe 22. In the figure, reference numeral 23 denotes an exhaust gas discharge pipe that branches off from a portion between the both open / close valves 21a and 21b of the first connection pipe 21. [

한편, 정류탑으로부터 공급되는 배기가스의 통로인 배기가스 공급관(24) (제 1 도에서는 그 종단부(24a)의 근방 부분밖에 도시되어있지 않음)과 각 흡착탑(8, 9)은 다음과 같은 배관류로 연결되어 있다. 즉, 배기가스공급관(24)이 그 종단부(24a)로부터 뻗어 제 1 열교환기(2)의 통로(2b)에 연결하는 개폐밸브(25a)가 부착된 제 1 공급관(25), 제 1 열교환기(2)의 통로(2b), 이 통로(2b)로부터 뻗어제 2 히터(10)의 배기가스 입구에 연결하는 제 2 공급관(26)을 통하여 제 2 히터(10)에 연결하고, 이 제 2 히터(10)의 배기가스 출구로부터 뻗어나는 제 3 공급관(27)이 상기 제 2 연결관(22)의 양 개폐밸브(22a, 22b)사이 부분에 연결해 있다. 또한, 배기가스 공급관(24)의 종단부(24a)와 제 3 공급관(27)이 개폐밸브(28a)가 부착된 제 3 연결관(28)에 연결되어 있다.On the other hand, the exhaust gas supply pipe 24 (not shown only in the vicinity of the end portion 24a in FIG. 1) and the adsorption columns 8 and 9, which are the passages of the exhaust gas supplied from the rectification column, It is connected by piping. That is, the exhaust gas supply pipe 24 includes a first supply pipe 25 having an on-off valve 25a extending from the end portion 24a thereof and connected to the passage 2b of the first heat exchanger 2, A passage 2b of the heater 2 is connected to the second heater 10 through a second supply pipe 26 extending from the passage 2b and connected to the exhaust gas inlet of the second heater 10, The third supply pipe 27 extending from the exhaust gas outlet of the second heater 10 is connected to the portion between the both open / close valves 22a, 22b of the second connection pipe 22. The end portion 24a of the exhaust gas supply pipe 24 and the third supply pipe 27 are connected to the third connection pipe 28 to which the on-off valve 28a is attached.

상기 장치에 있어서, 제 1 흡착탑(8)을 흡착공정으로 이용하고, 제 2 흡착탑(9)을 재생공정으로 이용하는 경우의 작용을 설명한다. 이 경우에는 제 2 도에 도시한 바와 같이, 개폐밸브(16a, 18a, 21b, 22b, 25a)를 열고(밸브가 개폐상태에 있는 것을 화살표로 나타낸다), 개폐밸브(17a, 19a, 21a, 22a, 28a)를 닫는다(개폐상태에 있는 것을 밸브를 검게 모두 칠해 나타낸다.) 우선, 공기압축기(1)에서 외부에서 원료공기를 받아들여 압축공기로 한다. 계속해서, 이 압축된 고압 압축공기를 제 1 열교환기(2)에서 배기가스와 열교환하여 온도가 하강한 후 냉각기(3)에서 냉각하여 30∼40℃정도로 온도를 하강한다. 다음에, 이 온도를 하강시킨 압축공기를 냉동기(4)에 공급한다. 이 냉동기(4)에서는 압축공기가 더욱 냉각되어 5∼7℃로 하강시키고, 이것에 의해 압축공기중의 수분이 결로하여 거의 완전하게 수분이 제거된다. 다음에, 냉동기(4)를 거친 압축공기를 제 2 열교환기(5)에 공급하고, 이 제 2 열교환기(5)에서 촉매탑(7)을 거친 공기와 열교환하여 온도를 올린 후 제 1 히터(6)에서 135℃로 온도를 상승시켜 촉매탑(7)에 공급한다. 이 촉매탑(7)에서는 촉매에 의해 공기중의 일산화탄소가 산화되어 탄산가스가 생성되며, 수소가 산화되어 물이 생성된다. 다음에 촉매탑(7)을 거친 공기를 제 2 열교환기(5)에 공급하고,이 제 2 열교환기(5)에서 냉동기(4)를 거친 공기와 열교환하여 10℃로 온도를 하강한 후, 압축공기공급관(15), 제 1 도입관(16)을 통하여 제 1 흡착탑(8)에 공급한다. 이 제 1 흡착탑(8)에서는 흡착제(11)에 의해 공기중의 탄산가스 및 수분이 흡착제거된다. 이 제 1 흡착탑(8)을 거친 공기를 제 1 도출관(18)을 통하여 정제공기배출관(30)으로 보낸다. 한편, 정류탑으로부터 보내진 배기가스를 배기가스공급관(24) 및 제 1 공급관(25)을 통하여 제 1 열교환기(2)에 공급하고, 이 제 1 열교환기(2)에서 공기압축기(1)에서 받아들인 압축공기와 열교환하여 온도가 상승한다. 다음에 이 제 1 열교환기(2)에서 온도가 상승한 배기가스를 제 2 공급관(26)을 통하여 제 2 히터(10)에 공급하고, 이 제 2 히터(10)에서 200℃로 온도를 상승시킨 후, 제 3 공급관(27), 제 2 연결관(22), 제 2 도출관(19)을 통하여 제 2 흡착탑(9)에 공급한다. 이 제 2 흡착탑(9)에서는 흡착제(11)가 고온의 배기가스로 재생된다. 그 후, 제 2 흡착탑(9)을 거친 배기가스를 제 2 도입관(17), 제 1 연결관(21) 및 배기가스 방출관(23)을 통하여 대기로 방출한다. 또한, 제 2 흡착탑(9)의 재생후에 개폐밸브(28a)를 열고, 개폐밸브(25a)을 닫아 배기가스를 가열하지 않고 직접 제 2 흡착탑(9)에 공급한다. 이것에 의해 제 2 흡착탑(9)에서는 흡착제(11)가 배기가스로 냉각되어 다음 흡착공정을 준비한다.In the above apparatus, the operation when the first adsorption column 8 is used for the adsorption process and the second adsorption column 9 is used for the regeneration process will be described. In this case, as shown in FIG. 2, open / close valves 16a, 18a, 21b, 22b and 25a are opened (valves are opened and closed by arrows) , 28a are closed (valves in the open and closed state are filled with black). First, raw air is taken in from the outside of the air compressor 1 to be used as compressed air. Subsequently, the compressed high-pressure compressed air is heat-exchanged with the exhaust gas in the first heat exchanger (2), cooled down in the cooler (3) after the temperature is lowered, and lowered to about 30 to 40 ° C. Next, compressed air whose temperature is lowered is supplied to the freezer 4. [ In this freezer 4, the compressed air is further cooled down to 5 to 7 占 폚, whereby the moisture in the compressed air condenses and almost completely removes moisture. Next, the compressed air passing through the freezer 4 is supplied to the second heat exchanger 5, the temperature of the second heat exchanger 5 is increased by heat exchange with the air passing through the catalyst tower 7, And the temperature is raised to 135 DEG C in the step (6) and supplied to the catalyst bed (7). In the catalyst column 7, carbon monoxide in the air is oxidized by the catalyst to generate carbon dioxide gas, and hydrogen is oxidized to produce water. Next, the air passing through the catalyst column 7 is supplied to the second heat exchanger 5, the temperature of the second heat exchanger 5 is lowered to 10 캜 by heat exchange with the air passing through the refrigerator 4, The compressed air is supplied to the first adsorption tower 8 through the compressed air supply pipe 15 and the first introduction pipe 16. In this first adsorption column (8), carbon dioxide gas and moisture in the air are adsorbed and removed by the adsorbent (11). The air passing through the first adsorption column (8) is sent to the purified air discharge pipe (30) through the first outlet pipe (18). On the other hand, the exhaust gas sent from the rectification column is supplied to the first heat exchanger 2 through the exhaust gas supply pipe 24 and the first supply pipe 25, and the air in the air compressor 1 The heat exchanges with the received compressed air and the temperature rises. Next, the exhaust gas whose temperature has risen in the first heat exchanger 2 is supplied to the second heater 10 through the second supply pipe 26, and the temperature of the second heater 10 is raised to 200 ° C And then supplied to the second adsorption tower 9 through the third supply pipe 27, the second connection pipe 22 and the second outlet pipe 19. In this second adsorption column (9), the adsorbent (11) is regenerated with a high temperature exhaust gas. Thereafter, the exhaust gas having passed through the second adsorption tower 9 is discharged to the atmosphere through the second introduction pipe 17, the first connection pipe 21 and the exhaust gas discharge pipe 23. After the regeneration of the second adsorption tower 9, the on-off valve 28a is opened and the on-off valve 25a is closed to directly supply the exhaust gas to the second adsorption tower 9 without heating. As a result, the adsorbent 11 is cooled by the exhaust gas in the second adsorption tower 9, and the next adsorption process is prepared.

상기 양 흡착탑(8, 9)은 각 개폐밸브의 개폐조작에 의해 자동전환할 수 있다. 즉, 제 1 흡착탑(8)을 재생공정으로 이용하고, 제 2 흡착탑(9)을 흡착공정으로 이용하는 경우에는 개폐밸브(17a, 19a, 21a, 22a, 25a)를 열고, 개폐밸브(16a, 18a, 21b, 22b, 28a)를 닫는다.The both adsorption towers (8, 9) can be automatically switched by opening and closing operations of the respective on-off valves. When the first adsorption column 8 is used for the regeneration process and the second adsorption column 9 is used for the adsorption process, the open / close valves 17a, 19a, 21a, 22a and 25a are opened and the open / close valves 16a and 18a , 21b, 22b, 28a are closed.

이와같이, 상기 장치에서는 촉매탑(7)내에 공급하기전에 압축공기중의 수분을 냉동기(4)에서 거의 완전하게 제거하도록 되어 있기 때문에 촉매탑(7)내의 촉매의 표면에 수분이 들어가 이것을 팽창시키는 것이 거의 없어진다. 이 때문에 촉매의 표면에 형성된 팔라듐계 입자등이 박리, 탈락하는 것등이 없어진다. 또한, 상기한 바와 같이, 압축공기중의 수분이 거의 흡착제거되어 있기 때문에 촉매탑(7)에 공급할 때 압축공기의 온도를 낮게 설정할 수 있다. 따라서, 촉매의 조기성능저하를 초래하거나 촉매탑(7)의 하부에 미세분말이 조기에 저장하는 것이 없어져 장기간에 걸쳐서 관리가 불필요하며 동시에 총비용이 싼가격이 된다.In this way, in the apparatus, the moisture in the compressed air is almost completely removed from the freezer 4 before being fed into the catalyst bed 7, so that water is introduced into the surface of the catalyst in the catalyst bed 7 to expand it Almost eliminated. Therefore, the palladium-based particles or the like formed on the surface of the catalyst do not peel off or fall off. Further, since the moisture in the compressed air is almost adsorbed and removed as described above, the temperature of the compressed air can be set to a low value when it is supplied to the catalyst column 7. Therefore, the early performance of the catalyst is deteriorated or the fine powder is not stored in the lower portion of the catalyst tower 7 in an early stage, and maintenance is not required over a long period of time, and the total cost is low.

이 장치와, 제 7 도에 도시한 종래기술에 있어서, 촉매탑(7)의 입구노점의 차이에 의한 팔라듐 촉매의 반응온도와 공기중의 수소의(산화)제거율(2H2+ O2→ 2H2O)을 하기의 표 1에 도시한다. 이 표 1에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 이 장치가 수소의 제거율에 있어서 매우 뛰어나다는 것을 알 수 있다.In this apparatus, the prior art shown in the seventh degree, (oxidation), the removal rate of hydrogen in the reaction temperature and the air of a palladium catalyst according to the difference between the inlet dew point of the catalyst (7) (2H 2 + O 2 → 2H 2 O) are shown in Table 1 below. As can clearly be seen from this Table 1, it can be seen that this device is very excellent in the removal rate of hydrogen.

[표 1][Table 1]

제 3 도는 상기 원료공기정제라인에 계속되는 심냉액화분리라인을 도시한 구성도이며, 원료공기정제라인에서 정제된 정류공기(압축공기)를 심냉액화분리하여 질소, 산소를 나누도록 한다. 도면에 있어서, 도면부호 " 51" 은 주열교환기이며, 이 주열교환기(51)에 정제공기가 정제공기배출관(30)(제 1 도 참조)으로부터 보내져 열교환작용에 의해 초저온으로 냉각된다. 도면부호 " 30c" 는 정제공기배출관(30)으로부터 분기된 분기관이며, 정제공기배출관(30)을 통하여 압축공기의 일부를 주열교환기(51)에 통과한 후 팽창터빈(52)으로 보낸다. 도면부호 " 53a" 는 팽창터빈(52)에 의해 얻어진 냉기를 냉매로서 주열교환기(51)에 보내는 제 1 냉매공급관이며, 도면부호 " 53b" 는 주열교환기(51)의 냉매로서의 작용을 끝마친 냉기를 저압정류탑(64)에 보내는 제 2 냉매공급관이다. 도면부호 " 54" 는 선반식의 고압정류탑이며, 주열교환기(51)에 의해 초저온으로 냉각된 압축공기를 더욱 냉각하여 그 일부를 액화하여 액체공기(55)로서 바닥부에 저장되며 또한 상부에 질소만을 기체상태로 저장하도록 되어 있다. 도면부호 " 58" 은 주콘덴서이며, 내부에 응축기(59)가 설치되어 있다. 이 응축기(59)에 고압정류탑(54)의 상부에 저장하는 질소가스의 일부가 제 1 환류관(56)을 통하여 보내져 액화되고, 제 2 환류관(57)를 거쳐 고압정류탑(54)의 상부에 설치된 액체질소저장고(54a)에 보내진다. 이 보내진 액체질소는 액체질소저장고(54a)로부터 넘쳐흘러 고압정류탑(54)내를 아래쪽으로 흐르고, 고압정류탑(54)의 바닥부로부터 상승하는 압축공기와 향류적으로 접촉하여 냉각하여 그 일부를 액화하도록 되어 있다. 즉, 이 과정에서 압축공기속의 고비등점 성분(산소분)이 액화되어 고압정류탑(54)의 바닥부에 저장되며,저비등점성분의 질소가스가 고압정류탑(54)의 상부에 저장된다. 또한, 주콘덴서(58)는 감압상태로 되어 있으며, 여기에 고압정류탑(54)의 바닥부에 저장된 액체공기(N2:60∼65%, O2:33∼38%)(55)가 팽창밸브(도시하지 않음)가 부착된 접속관(60)을 거쳐 분무형상으로 보내지며, 팽창밸브에서 액체공기중의 질소분을 기화시켜 주콘덴서(58)의 내부 온도를 초저온으로 유지하고 있다.FIG. 3 is a view showing a super-cooled liquefaction separation line subsequent to the raw material air refining line. The rectified air (compressed air) purified in the raw material air refining line is subjected to deep cooling separation to divide nitrogen and oxygen. In the figure, reference numeral 51 denotes a main heat exchanger, and purified air is sent to the main heat exchanger 51 from the purified air discharge pipe 30 (see FIG. 1) and cooled to a cryogenic temperature by a heat exchange action. Reference numeral 30c denotes a branch pipe branched from the purified air discharge pipe 30 and passes a part of the compressed air through the purified air discharge pipe 30 to the main heat exchanger 51 and then to the expansion turbine 52. [ Reference numeral 53a designates a first refrigerant supply pipe for sending the cool air obtained by the expansion turbine 52 to the main heat exchanger 51 as refrigerant and 53b represents a first coolant supply pipe for supplying the coolant, To the low-pressure rectification tower (64). Reference numeral 54 denotes a shelf-type high-pressure rectification column. The compressed air cooled by the main heat exchanger 51 is further cooled and part of the compressed air is liquefied and stored in the bottom portion as liquid air 55, Only nitrogen is stored in the gaseous state. Reference numeral 58 denotes a main condenser, and a condenser 59 is provided therein. A portion of the nitrogen gas stored in the upper portion of the high-pressure rectification column 54 is sent to the condenser 59 through the first recycle pipe 56 to be liquefied, and the high-pressure rectification column 54 is passed through the second recycle pipe 57, And is sent to the liquid nitrogen reservoir 54a provided on the upper portion. The sent liquid nitrogen overflows from the liquid nitrogen reservoir 54a and flows downward through the high-pressure rectification column 54. The liquid nitrogen is countercurrently contacted with the compressed air rising from the bottom of the high-pressure rectification column 54, As shown in Fig. That is, in this process, the high boiling point component (oxygen component) in the compressed air is liquefied and stored in the bottom portion of the high-pressure rectification column 54, and the nitrogen gas of low boiling point component is stored in the upper portion of the high-pressure rectification column 54. The main condenser 58 is in a reduced pressure state and the liquid air (N 2 : 60 to 65%, O 2 : 33 to 38%) 55 stored in the bottom portion of the high- (Not shown). The expansion valve vaporizes the nitrogen content in the liquid air to keep the internal temperature of the main condenser 58 at a very low temperature.

그리고, 주콘덴서(58)에 분무형상으로 보내진 액체공기의 일부는 기화액체공기(N2:60∼65%, O2:33∼38%)가 되어 상부에 저장되며, 나머지는 산소가 풍부한 초저온 액체(N2:30∼35%, O2:63∼68%)(61)가 되어 주콘덴서(58)의 바닥부에 저장되도록 되어 있다. 이 산소가 풍부한 초저온액체(61)의 차가운 열에 의해 응축기(59)내에 보내진 질소가스가 액화하여 상기와 같이 제 2 환류관(57)을 통하여 고압정류탑(54)으로 보내진다. 또한, 응축기(59)를 통과하는 질소가스로 가열되어 주콘덴서(58)의 바닥부에 저장된 산소가 풍부한 초저온액체(61)는 기화되어 기화액체공기가 되어 상부에 저장된다.A part of the liquid air sent to the main condenser 58 in the form of spray is stored in the upper part as vaporized liquid air (N 2 : 60 to 65%, O 2 : 33 to 38%), and the rest is cryogenic (N 2 : 30 to 35%, O 2 : 63 to 68%) 61, and is stored in the bottom portion of the main condenser 58. The nitrogen gas sent into the condenser 59 is liquefied by the cold heat of the oxygen-rich cryogenic liquid 61 and is sent to the high-pressure rectification tower 54 through the second reflux tube 57 as described above. Further, the oxygen-rich cryogenic liquid 61 heated by the nitrogen gas passing through the condenser 59 and stored in the bottom portion of the main condenser 58 is vaporized to be vaporized liquid air and stored in the upper portion.

도면부호 " 64" 는 선반식의 저압정류탑이며, 상기 고압정류탑(54)과 동일 레벨로 설치되어있다. 이 저압정류탑(64)은 그 중앙 부분이 연결관(62)에 의해서 주콘덴서(58)의 바닥부와 접속되어 있으며, 주콘덴서(58)의 바닥부에 저장한 산소가 풍부한 초저온액체(액체공기)(61)가 연결관(62)을 통하여 보내진다. 이 보내진 액체공기는 저압정류탑(64)내를 흐른 후 저압정류탑(64)의 바닥부에 고이며, 저압 정류탑(64)의 바닥부에 내장된 응축기(66)를 냉각한다. 이 응축기(66)는주콘덴서(58)의 정상부로부터 도입관(63)을 통하여 보내진 기화액체공기의 일부를 액화한 후 도출관(68)에 보내며, 과냉각기(67)를 통하여 과냉각상태로 한 후 저압정류탑(64)에 분무형상으로 보내는 작용을 한다. 과냉각기(67)를 통하여 저압정류탑(64)에 분무형상으로 보내진 액체공기도 저압정류탑(64)내를 흐른 후 저압정류탑(64)의 바닥부에 고이며, 저압정류탑(64)의 바닥부에 내장된 응축기(66)를 냉각한다. 그리고, 저압정류탑(64)의 바닥부에 저장된 액체공기(65)는 응축기(66)를 통과한 기화액체공기로 데워진다. 도면부호 " 70" 은 주콘덴서(58)의 응축기(59)에서 액화된 액체질소(이 액체질소의 일부는 상기한 바와 같이, 고압정류탑(54)의 액체질소저장고(54a)에 보내진다)를 과냉각기(67)의 냉매로서 보내는 제 1 액체질소공급관이며, 도면부호 " 71" 은 냉매로서의 작용을 마친 액체질소를 저압정류탑(64)의 액체질소저장고(64a)에 보내는 제 2 액체질소공급관이다. 도면부호 " 72" 는 저압정류탑(64)의 상부에 고인 질소가스를 제품질소가스로 배출하는 질소가스배출관에서 초저온의 질소가스를 과냉각기(67)로 안내하고, 이 과냉각기(67)에 의해 열교환작용으로 온도를 하강시킨 후 주열교환기(51)내에 안내하고, 그곳에 보내진 압축공기와 열교환시켜 상온으로 하고, 제품질소가스 배출관(73)에 보내는 작용을 한다. 도면부호 " 74" 는 산소가스배출관으로서 저압정류탑(64)의 바닥부의 체류액체산소(65)로부터 기화된 산소가스를 배출해 주열교환기(51)내에 안내하고, 그곳에 보내진 압축공기와 열교환시켜 상온으로 하여 제품 산소가스배출관(75)에 보내는 작용을 한다.Reference numeral 64 denotes a shelf-type low-pressure rectification tower, which is installed at the same level as the high-pressure rectification tower 54. The low-pressure rectification column 64 is connected at its central portion to the bottom of the main condenser 58 by a connecting pipe 62 and is connected to the oxygen-rich cryogenic liquid Air) 61 is sent through the connecting pipe 62. The supplied liquid air flows through the low pressure rectification column 64 and then flows to the bottom of the low pressure rectification column 64 to cool the condenser 66 built in the bottom of the low pressure rectification column 64. The condenser 66 liquefies a part of the vaporized liquid air sent from the top of the primary condenser 58 through the inlet pipe 63 and then sends it to the outlet pipe 68. After being supercooled by the supercooler 67, Pressure rectification column 64 in the form of a spray. The liquid air sent to the low pressure rectification column 64 through the subcooler 67 flows in the low pressure rectification column 64 and then flows into the low pressure rectification column 64 at the bottom of the low pressure rectification column 64, Thereby cooling the condenser 66 built in the bottom of the condenser. The liquid air 65 stored in the bottom portion of the low-pressure rectification column 64 is heated by the vaporizing liquid air passing through the condenser 66. Reference numeral 70 denotes a liquid nitrogen liquefied in the condenser 59 of the main condenser 58 where a part of the liquid nitrogen is sent to the liquid nitrogen reservoir 54a of the high pressure rectification column 54, Is a first liquid nitrogen supply pipe for sending the liquid nitrogen as a refrigerant of the subcooler 67 and denoted by reference numeral 71 is a second liquid nitrogen supply line for sending the liquid nitrogen that has completed its action as a refrigerant to the liquid nitrogen reservoir 64a of the low- It is a supply pipe. Reference numeral 72 designates a low pressure rectification tower 64 for guiding the ultra-low temperature nitrogen gas to a subcooler 67 in a nitrogen gas discharge pipe for discharging nitrogen gas as a product nitrogen gas to the upper portion of the low pressure rectification column 64, Exchanges the heat with the compressed air sent to the main heat exchanger 51 and sends it to the product nitrogen gas discharge pipe 73 at a normal temperature. Reference numeral " 74 " denotes an oxygen gas discharge pipe which discharges vaporized oxygen gas from the liquid oxygen 65 at the bottom of the low-pressure rectification column 64 and introduces it into the main heat exchanger 51. Heat exchange is performed with the compressed air sent thereto, To the product oxygen gas discharge pipe (75).

도면부호 " 76" 은 저압정류탑(64)내에 고인 질소분(순도는 그만큼 높아지지않음)등을 배기가스로서 배출하는 배기가스배출관이며, 저압정류탑(64)으로부터 배출된 배기가스를 주열교환기(51)내에 안내하고 그곳으로 보내진 압축공기와 열교환시켜 상온으로 하여 배기가스배출관(77)에 보냄과 동시에 그 일부를 배기가스배출관(24)(제 1 도 참조)에 보내는 작용을 한다.Reference numeral 76 denotes an exhaust gas discharge pipe for discharging the nitrogen content (purity does not become as high as it is) in the low-pressure rectification column 64 as exhaust gas. The exhaust gas discharged from the low-pressure rectification column 64 is passed through a main heat exchanger 51, exchanges heat with the compressed air sent thereto, and is sent to the exhaust gas discharge pipe 77 at a normal temperature, and at the same time, sends a part of the exhaust gas to the exhaust gas discharge pipe 24 (see FIG.

이 장치는 다음과 같이 하여 제품질소가스 및 산소가스를 제조한다. 즉, 상기 정제공기배출관(30)으로부터 보내진 정제공기를 주열교환기(51)내에 보내 초저온으로 냉각하여 고압정류탑(54)의 하부내에 투입한다. 계속해서, 이 투입압축공기를 주콘덴서(58)로부터 고압정류탑(54)내에 보내 액체질소저장고(54a)로부터 넘쳐흐르는 액체질소와 향류적으로 접촉시켜 냉각하고, 그 일부를 액화하여 고압정류탑(54)의 바닥부에 저장한다. 이 과정에 있어서, 질소와 산소의 비등점의 차(산소의 비등점 -183℃, 질소의 비등점 -196℃)에 의해 압축공기속의 고비등점 성분인 산소가 액화하여 질소가 기체인 상태로 남는다. 그리고, 고압정류탑(54)의 바닥부에는 산소분이 많은 액체공기(55)가 저장한다. 다음에, 이 산소가 풍부한 액체공기(55)를 팽창밸브로 단열팽창시킨 후 주콘덴서(58)에 보내 액화하여 주콘덴서(58)의 바닥부에 액체공기(61)로서 저장하여 주콘덴서(58)에 내장된 응축기(59)를 냉각한다. 한편, 고압정류탑(54)의 상부에 고인 질소가스를 주콘덴서(58)에 내장된 응축기(59)에 보내 액체공기에 의해 냉각하여 액화해 고압정류탑(54)내의 액체질소저장고(54a)내에 환류한다. 이와 동시에 응축기(59)에서 액화된 액체공기를 제 1 액체질소공급관(70)을 통하여 과냉각기(67)에 공급하고, 이 과냉각기(67)에서 과냉각상태로 한 후 저압정류탑(64)내의 액체질소저장고(64a)에보낸다. 또한, 주콘덴서(58)의 바닥부에 고인 액체공기(61)를 연결관(62)에서 저압정류탑(64)에 보내 바닥부에 저장한다. 이 저압정류탑(64)의 바닥부에 고인 액체공기(65)는 주콘덴서(58)의 정상부로부터 도입관(63)을 통하여 저압정류탑(64)에 내장된 응축기(66)에 보내진 기화액체공기로 데워진다. 한편, 응축기(66)내를 통과하는 기화액체공기의 일부를 열교환작용으로 액화한 후 도출관(68)을 통하여 과냉각기(67)에 공급하고, 이 과냉각기(67)에서 과냉각 상태로 한 후 저압정류탑(64)에 보낸다. 저압정류탑(64)내에서는 고압정류탑(54)내와 마찬가지로 저압정류탑(64)의 기화액체공기를 액체질소저장고(64a)로부터 넘쳐흐르는 액체 질소와 향류적으로 접촉시켜 냉각하고, 그 일부를 액화하여 저압정류탑(64)의 바닥부에 저장한다. 이 과정에 있어서, 질소와 산소의 비등점의 차에 의해 압축공기중의 고비등점 성분인 산소가 액화하여 질소가 기체상태로 남는다. 그리고, 저압정류탑(64)의 바닥부에는 산소분이 많은 액체공기(65)가 고이며, 상부에는 질소가스가 저장한다. 이와같이하여 저압정류탑(64)의 상부에 고인 질소가스는 그대로 제품으로서 질소가스배출관(72)으로부터 배출되며, 주 열교환기(51)에서 열교환된 후, 상온제품가스로서 ㅅ출된다. 저압정류탑(64)의 바닥부의 액체공기(65)는 그대로 제품으로서 배출되는 것이 아니라 그 기화물(산소가스)로서 산소가스배출관(74)으로부터 배출되며, 주열교환기(51)에서 열교환된 후, 상온제품가스로서 ㅅ출된다. 이와같이하여 고순도의 질소가스와 산소가스가 얻어진다.This apparatus manufactures product nitrogen gas and oxygen gas as follows. That is, purified air sent from the purified air discharge pipe 30 is sent to the main heat exchanger 51 to be cooled at a cryogenic temperature and put into the lower portion of the high-pressure rectification column 54. Subsequently, the supplied compressed air is sent from the main condenser 58 to the high-pressure rectification column 54 to cool the liquid nitrogen overflowing from the liquid nitrogen reservoir 54a countercurrently, and part of the liquid is liquefied, (54). In this process, oxygen, which is the high boiling point component in the compressed air, is liquefied by the difference between the boiling point of nitrogen and oxygen (boiling point of oxygen-183 DEG C, boiling point of nitrogen -196 DEG C), and nitrogen remains in a gaseous state. At the bottom of the high-pressure rectification column 54, liquid air 55 containing a large amount of oxygen is stored. Next, the oxygen-enriched liquid air 55 is thermally expanded by the expansion valve and sent to the main condenser 58 to be liquefied and stored as liquid air 61 at the bottom of the main condenser 58 to be supplied to the main condenser 58 The condenser 59 is cooled. On the other hand, a nitrogen gas that has been poured on the upper portion of the high-pressure rectification column 54 is sent to a condenser 59 built in the main condenser 58 to be cooled by the liquid air to be liquefied to form a liquid nitrogen reservoir 54a in the high- . At the same time, the liquid air liquefied in the condenser 59 is supplied to the supercooler 67 through the first liquid nitrogen supply pipe 70, and the supercooler 67 is supercooled, To the liquid nitrogen reservoir 64a. Further, the liquid air 61, which is poured into the bottom of the main condenser 58, is sent from the connection pipe 62 to the low-pressure rectification column 64 and stored in the bottom portion. The liquid air 65 accumulated in the bottom portion of the low pressure rectification column 64 flows from the top portion of the main condenser 58 through the introduction pipe 63 to the condenser 66 built in the low pressure rectification column 64, It is heated by air. On the other hand, a part of the vaporizing liquid air passing through the condenser 66 is liquefied by the heat exchange action and then supplied to the supercooler 67 through the outlet pipe 68. After the supercooler 67 is supercooled Low-pressure rectification column 64. In the low-pressure rectification column 64, the liquid-vaporizing liquid air in the low-pressure rectification column 64 is countercurrently contacted with the liquid nitrogen overflowing from the liquid nitrogen reservoir 64a to cool the same, as in the high-pressure rectification column 54, And stores it in the bottom portion of the low-pressure rectification column 64. In this process, oxygen, which is the high boiling point component in the compressed air, is liquefied due to the difference between the boiling point of nitrogen and oxygen, and nitrogen remains in a gaseous state. At the bottom of the low-pressure rectification column 64, liquid air 65 rich in oxygen is accumulated, and nitrogen gas is stored in the upper portion. In this way, the nitrogen gas pumped in the upper portion of the low-pressure rectification column 64 is directly discharged from the nitrogen gas discharge pipe 72 as a product, exchanged in the main heat exchanger 51, and then discharged as room temperature product gas. The liquid air 65 at the bottom of the low-pressure rectification column 64 is not directly discharged as a product but is discharged from the oxygen gas discharge pipe 74 as the vaporized product (oxygen gas). After the heat exchange in the main heat exchanger 51, And is discharged as room temperature product gas. In this way, nitrogen gas and oxygen gas of high purity can be obtained.

이 장치에서는 고압정류탑(54)과 저압정류탑(64)이 동일 레벨로 설치되어 있기 때문에 장치 전체의 높이가 낮아진다. 따라서, 장치전체를 소형화할 수 있음과동시에 제작비용을 낮출 수 있다. 이 때문에, 장치를 사용자의 부지내에 설치하여 가스를 판매하는 것(온사이트공급)을 간단하게 실시할 수 있다는 잇점도 있다.In this apparatus, since the high-pressure rectification column 54 and the low-pressure rectification column 64 are provided at the same level, the height of the entire apparatus is reduced. Therefore, the entire device can be downsized, and the manufacturing cost can be reduced. This has the advantage that it is possible to simply install the device in the user's premises and sell the gas (on-site supply).

제 4 도는 상기 심냉액화분리라인의 다른 예를 도시하고 있다. 이 예에서는 제품질소가스의 일부를 저압정류탑(64)의 바닥부에 고인 액체공기(65)를 데우는 가열원으로서 이용하고 있다. 즉, 제품질소가스 배출관(73)에 승압기(80)를 설치하고, 이 승압기(80)에 의해 제품질소가스배출관(도시하지 않음)측의 부분으로부터 분기관(81)을 분기하고, 이 분기관(81)을 주열교환기(51)를 통과한 후 저압정류탑(64)에 내장된 응축기(66)에 접속해 있다. 그리고, 이 응축기(66)를 통과하는 제품질소가스로 저압정류탑(64)의 바닥부의 액체공기(65)를 데움과 동시에 이 제품질소가스를 응축기(66)내에서 액화해 도입관(68)을 통하여 과냉각기(67)에 공급하고, 이 과냉각기(67)에서 과냉각 상태로 한 후 저압정류탑(64)에 도입하고 있다. 한편, 주콘덴서(58)의 정상부로부터 배출되는 기화액체공기(N2:60∼65%, O2:35∼40%)를 도입관(82)을 통하여 과냉각기(67)에 공급하고, 이 과냉각기(67)에서 과냉각상태로 한 후 저압정류탑(64)에 도입하고 있다. 그 이외의 부분은 제 3 도에 도시한 장치와 동일하며, 같은 부분에는 같은 부호를 붙이고 있다. 이것도 제 3 도에 도시한 장치와 같은 효과를 가지며, 제품질소가스를 다시 저압정류탑(64)으로 되돌리고 있기 때문에 제 3 도에 도시한 장치보다 고순도의 질소가스를 얻을 수 있다는 잇점이 있다.FIG. 4 shows another example of the super-cooled liquefaction separation line. In this example, part of the product nitrogen gas is used as a heating source for warming the liquid air 65 which is accumulated in the bottom of the low-pressure rectification column 64. That is, the boiler 80 is provided in the product nitrogen gas discharge pipe 73, the branch pipe 81 is branched from the product nitrogen gas discharge pipe (not shown) side by the booster 80, (81) is connected to the condenser (66) built in the low-pressure rectification column (64) after passing through the main heat exchanger (51). The liquid nitrogen (65) at the bottom of the low-pressure rectification column (64) is heated by the product nitrogen gas passing through the condenser (66), and the product nitrogen gas is liquefied in the condenser (66) And is introduced into the low pressure rectification column 64 after being supercooled by the subcooler 67. The low-pressure rectification column 64 is connected to the subcooler 67 via the subcooler 67, On the other hand, the vaporized liquid air (N 2 : 60 to 65%, O 2 : 35 to 40%) discharged from the top of the main condenser 58 is supplied to the supercooler 67 through the introduction pipe 82, Is introduced into the low-pressure rectification column (64) after being supercooled by the subcooler (67). The other parts are the same as those of the device shown in Fig. 3, and the same parts are denoted by the same reference numerals. This also has the same effect as that of the apparatus shown in FIG. 3, and since the product nitrogen gas is returned to the low-pressure rectification column 64, there is an advantage that nitrogen gas of higher purity can be obtained than the apparatus shown in FIG.

제 5 도는 상기 심냉액화분리라인의 또 다른 예를 도시하고 있다. 이 예에서는 양 정류탑(54, 64)의 상부에 각각 주콘덴서(58, 85)를 설치하고 있다. 그리고, 고압정류탑(54)의 주콘덴서(58)의 바닥부에 고인 여분의 액화공기(61)(N2:60∼70%, O2:30∼40%)를 저압정류탑(64)의 제 2 주콘덴서(85)에 도입하여 이것의 한랭용으로서 이용하고 있다. 또한, 저압정류탑(64)의 정상부로부터 배출된 질소가스를 제 2 주콘덴서(85)에서 액화하여 액체질소로 하고, 이것을 환류액으로서 저압정류탑(64)에 되돌리도록 되어 있다. 즉, 도면부호 " 85" 는 제 2 주콘덴서이며, 내부에 응축기(86)가 설치되어 있다. 이 응축기(86)에 저압정류탑(64)의 상부에 고인 질소가스의 일부가 제 2 환류관(87)을 통하여 보내져 액화되어 제 4 환류관(88)을 거쳐 저압정류탑(64)의 상부에 설치된 액체질소저장고(64a)에 보내진다. 이 보내진 액체질소는 액체질소저장고(64a)로부터 넘쳐흘러 저압정류탑(64)내를 아래쪽으로 흐르고, 저압정류탑(64)의 바닥부로부터 상승하는 액체공기와 향류적으로 접촉해 냉각하여 그 일부를 액화하도록 되어 있다. 즉, 이 과정에서 압축공기중의 고비등점성분(산소분)이 액화되어 저압정류탑(64)의 바닥부에 고이고, 저비등점성분의 질소가스가 저압정류탑(64)의 상부에 저장한다.FIG. 5 shows another example of the above-mentioned super-cooled liquefaction separation line. In this example, the main condensers 58 and 85 are provided on the upper portions of both the rectification columns 54 and 64, respectively. The excess liquefied air 61 (N 2 : 60 to 70%, O 2 : 30 to 40%) accumulated in the bottom portion of the main condenser 58 of the high-pressure rectification column 54 is supplied to the low- Is introduced into the second main condenser 85 of the second main condenser 85 to be used for cooling the same. The nitrogen gas discharged from the top of the low-pressure rectification column 64 is liquefied in the second main condenser 85 into liquid nitrogen and returned to the low-pressure rectification column 64 as a reflux liquid. That is, reference numeral 85 denotes a second main condenser, and a condenser 86 is provided therein. A portion of the nitrogen gas that has been poured into the upper portion of the low-pressure rectification column 64 is sent to the condenser 86 through the second recirculation pipe 87 to be liquefied and passed through the fourth recycle pipe 88, And is sent to the liquid nitrogen reservoir 64a. The sent liquid nitrogen overflows from the liquid nitrogen reservoir 64a and flows downward through the low-pressure rectification column 64 to cool and contact with the liquid air rising from the bottom of the low-pressure rectification column 64, As shown in Fig. That is, in this process, the high boiling point component (oxygen component) in the compressed air is liquefied and is stored in the bottom of the low-pressure rectification column 64 and the nitrogen gas of low boiling point component is stored in the upper portion of the low-

또한, 제 2 주콘덴서(85)는 감압상태로 되어 있으며, 여기에 제 1 주콘덴서(58)의 바닥부에 저당된 액체공기(61)가 팽창밸브(도시하지 않음)가 부착된 접속관(90)을 거쳐 분무형상으로 보내져 팽창밸브에서 액체공기중의질소분을 기화시켜 제 2 주콘덴서(85)의 내부 온도를 초저온으로 유지하고 있다. 그리고, 제 2 주콘덴서(85)에 분무형상으로 보내진 액체공기의 일부는 기화액체공기(N2:60∼65%,O2:33∼38%)로 되어 상부에 고이며, 다른 부분은 산소가 풍부한 초저온액체(N2:33∼38%, O2:60∼65%)(89)가 되어 제 2 주콘덴서(85)의 바닥부에 고이도록 되어 있다. 이 산소가 풍부한 초저온액체(89)의 차가운 열에 의해 응축기(86)내에 보내진 질소가스가 액화하고, 상기와 같이 제 4 환류관(88)을 통하여 저압정류탑(64)에 보내져 저압정류탑(64)의 바닥부에 저장한다. 도면부호 " 91a" 는 제 2 주콘덴서(85)의 상부에 고인 기화액체공기를 배출한 후 과냉각기(67)에 공급하여 여기서 온도를 하강시키는 제 1 배기가스배출관이며, 도면부호 " 91b" 는 과냉각기(67)에서 온도가 하강한 기화액체공기를 주열교환기(51)내에 안내하고, 그곳에 보내진 압축공기와 열교환시켜 상온으로 한 후 배기가스 배출관(94)에 보내는 제 2 배기가스 배출관이다. 도면부호 " 92" 는 고압정류탑(54)의 제 1 환류관(56)으로부터 뻗어나는 질소가스 배출관이며, 저압정류탑(64)의 제 3 환류관(87)으로부터 뻗어나는 제 2 질소가스배출관(93)과 합류한다. 이 합류질소가스배출관(제 3 도의 질소가스배출관(72)에 해당한다)는 제 1 질소가스배출관(92) 및 제 2 질소가스배출관(93)으로부터 배출된 질소가스를 과냉각기(67)에 공급하고, 이 과냉각기(67)에 의해 열교환작용으로 온도를 올린 후 주열교환기(51)내에 안내한다. 그이외의 부분은 제 3 도에 도시한 장치와 마찬가지이며, 같은 부분에는 같은 부호를 붙이고 있다.The second main condenser 85 is in a reduced pressure state and the liquid air 61 entrained in the bottom portion of the first main condenser 58 is connected to a connection pipe (not shown) having an expansion valve 90 to vaporize the nitrogen content in the liquid air in the expansion valve to maintain the internal temperature of the second main condenser 85 at a very low temperature. A part of the liquid air sent to the second main condenser 85 in the form of a spray is made up of vaporized liquid air (N 2 : 60 to 65%, O 2 : 33 to 38%), (N 2 : 33 to 38%, O 2 : 60 to 65%) 89 rich in cryogenic liquids (N 2 ). The nitrogen gas sent into the condenser 86 is liquefied by the cold heat of the oxygen-enriched cryogenic liquid 89 and is sent to the low-pressure rectification tower 64 through the fourth reflux tube 88 as described above, ). Reference numeral 91a denotes a first exhaust gas discharge pipe for discharging the vaporized liquid air to the upper portion of the second main condenser 85 and then supplying it to the subcooler 67 and lowering the temperature here, A second exhaust gas discharge pipe for guiding the vaporized liquid air whose temperature has dropped in the subcooler 67 into the main heat exchanger 51 and for exchanging heat with the compressed air sent to the room, Reference numeral 92 denotes a nitrogen gas discharge pipe extending from the first reflux pipe 56 of the high pressure rectification column 54 and a second nitrogen gas discharge pipe 87 extending from the third reflux pipe 87 of the low pressure rectification column 64, (93). The combined nitrogen gas discharge pipe (corresponding to the nitrogen gas discharge pipe 72 in FIG. 3) supplies the nitrogen gas discharged from the first nitrogen gas discharge pipe 92 and the second nitrogen gas discharge pipe 93 to the subcooler 67 , The temperature is increased by the heat exchanging action by the subcooler 67, and then guided into the main heat exchanger 51. Other parts are the same as those shown in Fig. 3, and the same parts are denoted by the same reference numerals.

이 장치는 저압정류탑(64)에 있어서도 다음과 같이 하여 제품질소가스 및 산소가스를 제조한다. 즉, 고압정류탑(54)의 제 1 주콘덴서(58)의 바닥부로부터 액체질소(61)를 팽창밸브로 단열팽창시킨 후 제 2 주콘덴서(85)에 보내 액화하여 제 2 주콘덴서(85)의 바닥부에 액체공기(89)로 저장하여 제 2 주콘덴서(85)에 내장된 응축기(86)를 냉각한다. 한편, 저압정류탑(64)의 상부에 고인 질소가스를 제 2 주콘덴서(85)에 내장된 응축기(86)에 보내 액체공기(89)에 의해 냉각하여 액화해 저압정류탑(64)내의 액체질소저장고(64a)내에 환류한다. 그리고, 저압정류탑(64)내에서 기화액체공기를 액체질소저장고(64a)로부터 넘쳐 흐르는 액체질소와 향류적으로 접속시켜 냉각하고, 그 일부를 액화하여 저압정류탑(64)의 바닥부에 저장한다. 이 과정에 있어서, 질소와 산소의 비등점의 차에 의해 압축공기중의 고비등점성분인 산소가 액화하고 질소가 기체 상태로 남는다. 그리고, 저압정류탑(64)의 바닥부에는 산소분이 많은 액체공기(65)가 저장한다. 그리고, 고압정류탑(54)의 상부에 고인 질소가스 및 저압정류탑(64)의 상부에 고인 질소가스를 제 1 질소가스 배출관(92) 및 제 2 질소가스 배출관(93)을 통하여 배출하며, 그대로 제품으로서 제품질소가스 배출관(73)에 보낸다. 또한, 저압정류탑(64)의 바닥부의 액체공기(65)는 그대로 제품으로서 배출되는 것이 아니라 그 기화물(산소가스)로 제품산소가스 배출관(75)으로부터 배출된다. 이와같이하여 고순도의 질소가스와 산소가스가 얻어진다.This apparatus also produces product nitrogen gas and oxygen gas in the low-pressure rectification column 64 as follows. The liquid nitrogen 61 is expanded from the bottom of the first main condenser 58 of the high-pressure rectification column 54 by the expansion valve to the second main condenser 85 to liquefy the second main condenser 85 And is cooled as the liquid air 89 to cool the condenser 86 built in the second main condenser 85. On the other hand, the nitrogen gas which is poured on the upper portion of the low-pressure rectification column 64 is sent to the condenser 86 built in the second main condenser 85 to be cooled by the liquid air 89 to be liquefied, And is refluxed in the nitrogen reservoir 64a. The vaporized liquid air is countercurrently connected to the overflowing liquid nitrogen from the liquid nitrogen reservoir 64a in the low pressure rectification column 64 to be partially liquefied and stored in the bottom portion of the low pressure rectification column 64 do. In this process, oxygen, which is the high boiling point component in the compressed air, is liquefied due to the difference between the boiling points of nitrogen and oxygen, and nitrogen remains in a gaseous state. At the bottom of the low-pressure rectification column 64, liquid air 65 containing a large amount of oxygen is stored. Nitrogen gas pumped to the upper portion of the high-pressure rectification column 54 and nitrogen gas pumped to the upper portion of the low-pressure rectification column 64 are discharged through the first nitrogen gas discharge pipe 92 and the second nitrogen gas discharge pipe 93, And sent to the product nitrogen gas discharge pipe 73 as a product as it is. Further, the liquid air 65 at the bottom of the low-pressure rectification column 64 is discharged from the product oxygen gas discharge pipe 75 with the vaporized product (oxygen gas) not directly discharged as a product. In this way, nitrogen gas and oxygen gas of high purity can be obtained.

이것도 제 3 도에 도시한 장치와 같은 효과를 가지며 각 정류탑(54, 64)에 각각 주콘덴서(58, 85)를 설치하고 있기 때문에 제 3 도보다 순도가 높은 질소가스를 제조할 수 있다.This also has the same effect as that of the apparatus shown in FIG. 3, and since the main condensers 58 and 85 are provided in the respective rectification columns 54 and 64, nitrogen gas of higher purity than the third step can be produced.

제 6 도는 상기 심냉액화분리라인의 또 다른 예를 도시하고 있다. 이 예에서는 제 3 도∼제 5 도의 각 예에 있어서 팽창터빈(52) 대신에 한랭원으로서 액체질소를 이용하여 이것을 직접 고압정류탑(54)에 도입하고 있다. 그 이외의 부분은 제 3 도에 도시한 장치와 동일하며, 동일한 부분에는 같은 부호를 붙이고 있다. 이 것도 제 3 도의 것과 같은 효과를 가진다. 또한, 제 3 도∼제 5 도의 각 예와 같이 팽창터빈(52)을 사용하는 경우에는 이 팽창터빈(52)이 회전속도가 매우 커서 부하변동(제품질소의 배출량)에 대한 추종운전이 곤란하며, 부하 변동시에 제품의 순도가 불규칙한 난점을 가지고 있다. 또한, 이 팽창터빈(52)이 고속회전하기 때문에 기계구조상 고정밀도가 요구되며, 동시에 고가이고 기구가 복잡하기 때문에 특별히 양성한 요원이 필요하다는 난점도 가지고 있다. 이에 대해 이 예와 같이 액체질소를 이용하면 공급량의 매우 세세한 조절이 가능하고, 부하변동에 대한 매우 세세한 추종이 가능하기 때문에 순도가 안정되고 매우 순도 높은 질소가스등을 제조할 수 있게 된다고 하는 잇점이 있다. 또한, 장치로서도 회전부가 없어지기 때문에 고장이 전혀 생기지 않는다는 잇점이 있다.FIG. 6 shows another example of the super-cooled liquefaction separation line. In this example, liquid nitrogen is used as a cold source in place of the expansion turbine 52 in each example of FIGS. 3 to 5, and this is introduced directly into the high-pressure rectification tower 54. The other parts are the same as those of the device shown in Fig. 3, and the same parts are denoted by the same reference numerals. This also has the same effect as in FIG. In the case where the expansion turbine 52 is used as in the examples of FIGS. 3 to 5, the rotation speed of the expansion turbine 52 is very high, making it difficult to follow the load fluctuation (discharge amount of product nitrogen) , The purity of the product is irregular at the time of load change. Further, since the expansion turbine 52 rotates at a high speed, it is required to have a high precision in terms of mechanical structure, and at the same time, it is expensive and complicated in mechanism, and thus it has a difficulty in that a specialist is needed. On the other hand, the use of liquid nitrogen as described in this example has an advantage in that it is possible to control the supply amount very finely and to follow the load variation very closely, so that a nitrogen gas having a stable purity and a very high purity can be produced . Moreover, since the rotating part is also eliminated as an apparatus, there is an advantage that no trouble occurs at all.

또한, 제 3 도∼제 5 도에서는 팽창터빈(52)에 의해 얻어진 냉기를 냉매로서 저압정류탑(64)에 공급하고 있지만 이에 한정되는 것이 아니라 고압정류탑(54)에 공급하도록 해도 좋다. 또한, 제 6 도에서는 액체질소를 냉매로서 고압정류탑(54)에 공급하고 있지만 이에 한정되는 것이 아니라 저압정류탑(64)에 공급하도록 해도 좋다.Although the cool air obtained by the expansion turbine 52 is supplied to the low-pressure rectification tower 64 as a coolant in the third to fifth figures, the present invention is not limited to this and may be supplied to the high-pressure rectification tower 54. In Fig. 6, liquid nitrogen is supplied to the high-pressure rectification column 54 as a refrigerant. However, the present invention is not limited to this and may be supplied to the low-pressure rectification column 64 as well.

이상과 같이, 본 발명의 공기분리방법에 의하면 종래의 방법에서는 촉매탑에 공급되는 압축공기중에 수분이 다량으로 포함되어 있기 때문에 촉매반응에는 180℃ 이상의 고온이 필요한 것에 대해 본 발명에서는 압축공기를 촉매에 접촉시키기전에그 압축공기중의 수분의 흡착 제거가 이루어져 있기 때문에 135℃라고 하는 낮은 온도라도 반응을 진행시킬 수 있다. 또한, 고온에 가열하는 것에 의한 촉매의 악화도 상기 반응온도의 저하에 의해 종래의 방법에 비해 대폭으로 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 촉매의 뛰어난 성능을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다. 또한 관리도 장기간 불필요하다. 게다가, 종래의 방법과 같이, 고온에서 이용할 필요가 있는 경우에는 열교환기의 재질로서 스테인레스등의 고가인 것을 이용하지 않으면 안되는 것에 대해 본 발명에서는 상기 반응온도의 저하에 의해 알루미늄과 같은 싼 가격인 것을 이용하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 장치에 의하면, 본 발명의 방법을 간단하고 동시에 효율적으로 실현할 수 있다.As described above, according to the air separation method of the present invention, since a large amount of moisture is contained in the compressed air supplied to the catalyst column in the conventional method, a high temperature of 180 ° C or more is required for the catalytic reaction. It is possible to advance the reaction even at a low temperature of 135 캜 because the moisture in the compressed air is adsorbed and removed. Further, deterioration of the catalyst by heating at a high temperature can be suppressed to a large extent as compared with the conventional method due to the lowering of the reaction temperature. Therefore, the excellent performance of the catalyst can be maintained over a long period of time. Management is also unnecessary for a long time. In addition, when it is necessary to use at a high temperature as in the conventional method, a material such as stainless steel which is expensive such as stainless steel should be used as the material of the heat exchanger. In the present invention, It becomes possible to use it. Further, according to the apparatus of the present invention, the method of the present invention can be realized simply and efficiently.

제 1 도는 본 발명의 한 실시예를 도시한 구성도,FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention,

제 2 도는 상기 실시예의 작용을 도시한 구성도,FIG. 2 is a diagram showing the operation of the embodiment,

제 3 도는 정제공기를 질소가스, 산소가스등으로 분리하는 장치를 도시한 구성도,FIG. 3 is a view showing an apparatus for separating purified air into nitrogen gas, oxygen gas, etc. FIG.

제 4 도는 상기 분리하는 장치의 다른 예를 도시한 구성도,FIG. 4 is a diagram showing another example of the separating device,

제 5 도는 상기 분리하는 장치의 또 다른 예를 도시한 구성도,FIG. 5 is a diagram showing another example of the separating device,

제 6 도는 상기 분리하는 장치의 또 다른 예를 도시한 구성도,FIG. 6 is a diagram showing another example of the separating device,

제 7 도는 종래예를 도시한 구성도이다.FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional example.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명[Description of Drawings]

1 : 공기압축기 2 : 제 1 열교환기1: air compressor 2: first heat exchanger

3 : 냉각기 4 : 냉동기3: cooler 4: refrigerator

5 : 제 2 열교환기 6 : 제 1 히터5: second heat exchanger 6: first heater

7 : 촉매탑 8, 9 : 흡착탑7: catalyst bed 8, 9: adsorption tower

10 : 제 2 히터10: Second heater

Claims (2)

외부에서 받아들인 공기를 압축하여 압축공기를 만들고, 이 압축공기를 제거수단에 도입하여 공기중의 탄산가스와 물을 제거하고, 상기 제거수단을 경유한 공기를 심랭액화분리하여 질소와 산소로 나누는 공기분리방법에 있어서, 상기 압축공기를 제거수단에 도입함에 앞서 공기압축시의 압축열에 의해서 온도가 상승한 압축공기를 냉동기에 통하게 하여 압축공기중의 수분을 제거하고 계속해서 상기 냉동기를 경유한 공기를 백금계 또는 파라듐계 촉매에 접촉시켜 공기중의 일산화탄소 및 수소를 산화시키는 것을 특징으로 하는 공기분리방법.The air taken in from the outside is compressed to form compressed air, the compressed air is introduced into the removing means to remove carbon dioxide and water in the air, and the air passed through the removing means is separated into liquefied and separated by nitrogen and oxygen The method of separating air according to any one of claims 1 to 3, further comprising the step of passing compressed air having a temperature raised by compressed heat during air compression to the freezer before introducing the compressed air into the removing means to remove moisture in the compressed air, Based catalyst or a platinum-based or palladium-based catalyst to oxidize carbon monoxide and hydrogen in the air. 외부에서 받아들인 공기를 압축하는 공기압축수단;Air compressing means for compressing the air taken in from the outside; 상기 공기압축수단을 경유한 압축공기중의 탄산가스와 물을 제거하는 제거수단; 및Removing means for removing carbon dioxide gas and water in the compressed air passed through the air compressing means; And 이 제거수단을 경유한 공기를 질소와 산소로 액화분리하는 심랭액화분리수단을 구비한 공기분리장치에 있어서, 상기 공기압축수단과 제거수단사이에 공기압축수단에 의한 압축열에 의해서 온도가 상승한 압축공기를 냉각하여 공기중의 수분을 제거하는 냉동기와, 이 냉동기로 수분제거된 공기를 가열하는 가열수단과, 이 가열수단에 의해 가열되어 온도가 상승한 공기중의 일산화탄소 및 수소를 산화시키는 백금계 또는 파라듐계 촉매탑을 설치한 것을 특징으로 하는 공기분리장치.And a circulating liquefaction separating means for separating the air passing through the removing means into nitrogen and oxygen by liquefying and separating the compressed air from the compressed air having a temperature raised by the compressed air by the air compressing means A heating means for heating the air that has been dehumidified by the refrigerator, and a platinum-based or wave-like heating means for oxidizing carbon monoxide and hydrogen in the air heated by the heating means Radial system catalyst bed is provided on the surface of the catalyst layer.
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