KR100859916B1 - 질소 제조방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

제품 질소를 효율적으로 공급할 수 있는 질소 제조방법 및 장치이다. 상기 질소 제조방법은, 원료공기를 저온 증류하는 제 1 분리공정과, 제 1 분리공정에서 분리한 제 1 질소가스와 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 액화질소와 제 1 산소부화 가스유체를 얻는 제 1 간접 열교환공정과, 제 1 산소부화 가스유체를 저온 증류하는 제 2 분리공정과, 제 2 분리공정에서 분리한 제 2 질소가스와 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 액화질소와 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 간접 열교환공정과, 제 2 산소부화 가스유체를 단열 팽창시켜 한랭을 발생시키는 한랭발생공정과, 제 1 질소가스의 일부를 제 1 제품 질소가스로서 도출하는 제 1 제품 회수공정과, 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수공정을 포함하고 있다.

Description

질소 제조방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR NITROGEN PRODUCTION}
본 발명은, 질소 제조방법 및 장치에 관한 것으로, 상세하게는, 심랭액화(深冷液化) 분리법에 의해 원료공기를 분리 정제하여 질소를 채취하는 방법 및 장치로서, 특히, 압력범위가 0.6∼1.1MPa(절대압력, 이하 같다) 정도의 제품 질소를 채취하는데 최적인 질소 제조방법 및 장치에 관한 것이다.
질소의 공업적인 제조에는, 심랭액화 분리법에 의한 공기액화분리가 많이 채용되어 있고, 제품 질소가스의 동력원단위(動力原單位)의 개선이나 감량(減量)폭의 확대를 위해서 여러 가지 방법이나 장치가 제안되어 있다. 예를 들면, 운전압력이 다른 제 1 정류탑과 제 2 정류탑을 사용하는 것에 의해, 제품 질소의 동력원단위의 저감을 도모하는 것과 함께, 제품 질소의 감량폭을 크게 한 질소 제조방법 및 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).
특허문헌 1 : 일본 특허공개공보 2003-156284호
그러나, 제품 질소의 동력원단위에 대해서는 더욱 개선이 요구되고 있다. 특히, 압력이 0.6∼1.1MPa 정도의 제품 질소는 수요가 많기 때문에, 효율적으로 제조할 수 있는 방법 및 장치의 개발이 요망되고 있다. 예를 들면, 상기 일본특허공개공보 2003-156284호에 기재된 2탑식의 질소 제조장치는, 제 1 정류탑으로부터 뽑아 내어져 제 1 응축기에서 증발한 제 1 산소부화 가스유체(a first oxygen-enriched gas fluid)의 일부를 팽창터빈에 도입하여 한랭(寒冷)을 발생시키고 있기 때문에, 제 2 정류탑의 처리량이 적다. 또한, 소규모의 질소 제조장치의 경우에는, 팽창터빈의 처리량이 적어지기 때문에 팽창터빈의 기종의 선택폭이 좁아져 버리는 등, 아직, 개선의 여지가 있었다.
본 발명은, 2탑식의 질소 제조장치를 이용하여, 압력 범위가 0.6∼1.1MPa 정도의 제품 질소를 효율적이고 경제적으로 공급할 수 있어, 최적인 구성기기를 용이하게 선택할 수 있는 질소 제조방법 및 질소 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 원료공기를 심랭액화(深冷液化) 분리하여 제품 질소를 채취하는 질소 제조방법의 제 1 의 관점은, 압축, 정제, 냉각한 원료공기를 0.8MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로 저온 증류하여 제 1 질소가스와 제 1 산소부화 액화유체(a first oxygen-enriched liquefied fluid)로 분리하는 제 1 분리공정과; 상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체(a first oxygen-enriched gas fluid)를 얻는 제 1 간접 열교환공정과; 상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.4MPa 이상에서, 또한, 상기 제 1 분리공정보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 제 2 질소가스와 제 2 산소부화 액화유체로 분리하는 제 2 분리공정과; 상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 간접 열교환공정과; 상기 제 2 산소부화 가스유체를 단열 팽창시키는 것에 의해 운전에 필요한 한랭(寒冷)을 발생시키는 한랭발생공정과; 상기 제 1 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 1 제품 질소가스로서 도출하는 제 1 제품 회수공정과; 상기 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수공정을 포함하고 있다.
본 발명의 질소 제조방법의 제 2 의 관점은, 압축, 정제, 냉각한 원료공기를 0.6MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로, 저온 증류하여 제 1 질소가스와 제 1 산소부화 액화유체로 분리하는 제 1 분리공정과; 상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체를 얻는 제 1 간접 열교환공정과; 상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.3MPa 이상에서, 또한, 상기 제 1 분리공정보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 제 2 질소가스와 제 2 산소부화 액화유체로 분리하는 제 2 분리공정과; 상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 간접 열교환공정과; 상기 원료공기의 일부를 단열 팽창시키는 것에 의해 운전에 필요한 한랭을 발생시키는 한랭발생공정과; 상기 한랭발생공정을 거친 원료공기를 상기 제 2 분리공정의 중간단(中間段)에 도입하는 공기도입공정과; 상기 제 1 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 1 제품 질소가스로서 도출하는 제 1 제품 회수공정과; 상기 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수공정을 포함하고 있다. 또한, 상기 질소 제조방법의 상기 제 1 및 제 2 의 관점은, 상기 제 2 제품 질소가스를 압축하는 공정을 포함해도 좋다.
본 발명의 원료공기를 심랭액화 분리하여 제품 질소를 채취하는 질소 제조장치의 제 1 의 관점은, 원료공기를 심랭액화 분리하여 제품 질소를 채취하는 질소 제조장치로서; 질소제조장치는; 압축, 정제, 냉각된 원료공기를 0.8MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로 저온 증류하여 탑상부(塔上部)의 제 1 질소가스와 탑저부(塔底部)의 제 1 산소부화 액화유체로 분리하는 제 1 정류탑과; 상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체를 얻는 제 1 응축기와; 상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.4MPa 이상에서, 또한, 상기 제 1 정류탑보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 탑상부의 제 2 질소가스와 탑저부의 제 2 산소부화 액화유체로 정류분리 하는 제 2 정류탑과; 상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 응축기와; 제 2 산소부화 가스유체를 단열 팽창시켜 장치의 운전에 필요한 한랭을 발생하는 팽창터빈과; 상기 제 1 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 1 제품 질소가스로서 도출하는 제 1 제품 회수경로와; 상기 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수경로를 포함하고 있다.
본 발명의 질소 제조장치의 제 2 의 관점은, 압축, 정제, 냉각된 원료공기를 0.6MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로 저온 증류하여 탑상부의 제 1 질소가스와 탑저부의 제 1 산소부화 액화유체로 분리하는 제 1 정류탑과; 상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체를 얻는 제 1 응축기와; 상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.3MPa 이상에서, 또한, 상기 제 1 정류탑보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 탑상부의 제 2 질소가스와 탑저부의 제 2 산소부화 액화유체로 정류분리하는 제 2 정류탑과; 상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 응축기와; 상기 원료공기의 일부를 단열 팽창시켜 장치의 운전에 필요한 한랭을 발생하는 팽창터빈과; 상기 팽창터빈을 거친 원료공기를 상기 제 2 정류탑의 중간단에 도입하는 공기도입경로와; 상기 제 1 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 1 제품 질소가스로서 도출하는 제 1 제품 회수경로와; 상기 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수경로를 포함하고 있다.
상기 질소 제조장치의 제 1 및 제 2 의 관점은, 상기 제 2 제품 질소가스의 압축공정을 실시하는 질소압축기를 구비할 수 있고, 또한, 상기 제 2 정류탑이 장치 밖으로부터의 액화질소를 도입하는 액화질소 도입경로를 구비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 형태예(저압터빈 프로세스)를 나타내는 질소 제조장치의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 형태예(공기터빈 프로세스)를 나타내는 질소 제조장치의 계통도이다.
도 3은 본 발명과의 비교에 사용한 종래 중압(中壓)터빈 프로세스에 관한 질소 제조장치의 계통도이다.
도 4는 하나의 정류탑을 사용한 종래의 저압형 프로세스에 관한 질소 제조장치의 일례를 나타내는 계통도이다.
도 5는 저압형 프로세스, 저압터빈 프로세스 및 공기터빈 프로세스에 있어서의 제품압력마다의 동력원단위를 나타내는 도면이다.
도 6은 저압터빈 프로세스 및 공기터빈 프로세스가 유리한 제품압력 및 제품유량의 범위를 나타내는 도면이다.
[부호의 설명]
11 : 제 1 정류탑 12 : 제 1 응축기
13 : 제 2 정류탑 14 : 제 2 응축기
15 : 저압팽창터빈 16 : 주열교환기
17 : 감압밸브 18 : 질소압축기
19 : 감압밸브 20 : 감압밸브
32 : 원료공기 유입경로, 35 : 제 1 제품 회수경로
43 : 제 2 제품 회수경로 72 : 공기터빈
73 : 공기도입경로 74 : 산소부화 액화유체 도입경로
85 : 중압팽창터빈
도 1은 본 발명의 제 1 형태예를 나타내는 것으로, 상기 질소 제조방법 및 질소 제조장치의 제 1 의 관점을 적용한 질소 제조장치의 계통도이다.
본형태예에 나타내는 질소 제조장치는, 압축, 정제, 냉각된 원료공기를 0.8MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로 저온 증류하여 탑상부의 제 1 질소가스와 탑저부의 제 1 산소부화 액화유체로 분리하는 제 1 정류탑(11)과, 상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체를 얻는 제 1 응축기(12)와, 상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.4MPa 이상에서, 또한, 상기 제 1 정류탑(11)보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 탑상부의 제 2 질소가스와 탑저부의 제 2 산소부화 액화유체로 정류분리하는 제 2 정류탑(13)과, 상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 응축기(14)와, 제 2 산소부화 가스유체를 단열 팽창시켜 장치의 운전에 필요한 한랭을 발생하는 팽창터빈(이하, 저압 팽창터빈이라 한다.)(15)을 포함하고 있다.
압축, 정제된 원료공기는, 경로(31)로부터 주열교환기(16)에 유입하여, 이 주열교환기(16)에서 제품 질소가스나 폐가스와 열교환을 실시하여 소정의 온도로 냉각된다. 냉각된 원료공기는, 원료공기 유입경로(32)를 통과하여 제 1 정류탑(11)의 하부에 도입되고, 상기 제 1 정류탑(11)내에서의 저온 증류에 의해, 탑상부의 질소가스(제 1 질소가스)와 탑저부의 산소부화 액화유체(제 1 산소부화 액화유체)로 분리된다(제 1 분리공정). 탑정부(塔頂部)로부터 경로(33)로 뽑아내어진 상기 제 1 질소가스는, 일부가 경로(34)로 분기하여 주열교환기(16)에서 상기 원료공기와 열교환을 실시하여, 냉열회수된 후에 제 1 제품 회수경로(35)로부터 제 1 제품 질소가스로서 도출된다(제 1 제품 회수공정). 또한, 잔부의 제 1 질소가스는, 경로(36)를 통과하여 제 1 응축기(12)에 도입된다.
상기 제 1 산소부화 액화유체는, 제 1 정류탑(11)의 하부로부터 경로(37)로 뽑아내어져, 감압밸브(17)에서 상기 제 1 질소가스를 액화할 수 있는 온도가 되는 압력으로 감압되어, 경로(38)로부터 제 1 응축기(12)에 도입된다. 이 제 1 산소부화 액화유체와 상기 제 1 질소가스는, 제 1 응축기(12)에서 간접 열교환을 실시하여, 제 1 질소가스가 응축하여 액화질소(제 1 액화질소)가 되는 것과 동시에, 제 1 산소부화 액화유체가 증발하여 산소부화 가스유체(제 1 산소부화 가스유체)가 된다(제 1 간접 열교환공정). 상기 제 1 액화질소는, 경로(39)를 통과하여 제 1 정류탑(11)의 상부에 도입되어 환류액이 된다.
제 1 응축기(12)에서 증발한 제 1 산소부화 가스유체는, 경로(40)를 통과하여 제 2 정류탑(13)의 하부에 도입되어, 상기 제 2 정류탑(13)내에서의 저온 증류 에 의해, 탑상부의 질소가스(제 2 질소가스)와 탑저부의 산소부화 액화유체(제 2 산소부화 액화유체)로 분리된다(제 2 분리공정). 탑정부에서 경로(41)로 뽑아내어진 상기 제 2 질소가스는, 일부가 경로(42)로 분기하여 주열교환기(16)에서 상기 원료공기와 열교환을 실시하여, 냉열회수된 후에 제 2 제품 회수경로(43)로부터 제 2 제품 질소가스로서 도출되고(제 2 제품 회수공정), 질소압축기(18)에서 소정압력으로 압축되어 경로(44)로부터 사용처에 송출된다(압축공정). 또한, 잔부의 제 2 질소가스는, 경로(45)를 통과하여 제 2 응축기(14)에 도입된다.
상기 제 2 산소부화 액화유체는, 제 2 정류탑(13)의 하부로부터 경로(46)로 뽑아내어져, 상기 경로(37)로부터 경로(47)로 분기하여 감압밸브(19)에서 제 2 산소부화 액화유체의 압력으로 감압된 상기 제 1 산소부화 액화유체와 합류한 후, 감압밸브(20)에서 상기 제 2 질소가스를 액화할 수 있는 온도가 되는 압력으로 감압되어, 경로(48)로부터 제 2 응축기(14)에 도입된다. 이 제 2 응축기(14)에서는, 제 1 산소부화 액화유체 및 제 2 산소부화 액화유체의 혼합 유체와 상기 제 2 질소가스가 간접 열교환을 실시하여, 제 2 질소가스가 응축하여 액화질소(제 2 액화질소)가 되는 것과 동시에, 상기 혼합유체가 증발하여 산소부화 가스유체(제 2 산소부화 가스유체)가 된다(제 2 간접 열교환공정). 상기 제 2 액화질소는, 경로(49)를 통과하여 제 2 정류탑(13)의 상부에 도입되어 환류액이 된다.
제 2 응축기(14)로부터 경로(50)로 도출된 상기 제 2 산소부화 가스유체는, 경로(51)와 경로(52)로 분기하여, 대부분이 경로(52)를 통과하여 주열교환기(16)로 도입되어, 중간온도까지 온도상승하여 경로(53)에 뽑아내어져, 저압 팽창터빈(15) 에 도입된다. 경로(51)로 분기한 잔부는, 밸브(21)에서 감압된다. 저압 팽창터빈(15)에서 단열 팽창하는 것에 의해서 장치의 운전에 필요한 한랭을 발생(한랭발생공정)한 제 2 산소부화 가스유체는, 경로(54)를 통과하여, 상기 경로(51)로 분기하여 밸브(21)에서 감압한 제 2 산소부화 가스유체와 합류하여, 주열교환기(16)에서 냉열회수된 후에 경로(55)로부터 폐가스로서 도출된다. 이 폐가스는, 그 일부가 원료공기를 정제하는 흡착기의 재생에 이용된다.
상기 경로(47)로 분기되는 제 1 산소부화 액화유체는, 제 2 정류탑(13)의 한랭 보급을 목적으로 하여 소량이 분기되는 것으로서, 대부분의 제 1 산소부화 액화유체는 제 1 응축기(12)에 도입된다. 이 경로(47)로 분기되는 제 1 산소부화 액화유체는, 제 2 정류탑(13)의 중단(中段)으로 도입해도 좋다. 또한, 제 2 정류탑(13)의 압력조절을 목적으로 하여, 경로(40)를 흐르는 제 1 산소부화 가스유체의 일부를 조절밸브를 통하여 경로(50)로 흘리는 경우도 있지만, 이 경우도, 경로(40)로부터 경로(50)로 흘리는 제 1 산소부화 가스유체는 소량이며, 대부분의 제 1 산소부화 가스유체는 제 2 정류탑(13)에 도입된다. 따라서, 제 1 정류탑(11)에서 분리한 제 1 산소부화 액화유체는, 그 전량 내지 대부분이 제 1 응축기(12)에서 증발하여 제 1 산소부화 가스유체가 되고, 이 제 1 산소부화 가스유체의 전량 내지 대부분이 제 2 정류탑(13)에 도입되게 된다.
제 2 제품 질소가스는, 상기 질소압축기(18)에 의해서 압축되고, 통상은 제 1 제품회수 경로(35)로부터 도출되는 제 1 제품 질소가스와 같은 압력으로 되지만, 사용처의 상황에 따라서 임의의 압력을 선택할 수 있고, 질소압축기(18)를 설치하 지 않고 제 2 제품회수 경로(43)로부터 그대로의 압력으로 공급할 수도 있다. 또한, 제 1 제품 질소가스를 압축하는 압축기를 필요에 따라서 설치하는 것도 가능하다.
상기 저압 팽창터빈(15)에는, 경로(50)를 통과하는 제 2 산소부화 가스유체의 전량을 도입할 수도 있고, 처리량의 증대에 의해 증가한 한랭을 이용하여 경로(39)의 제 1 액화질소나, 경로(49)의 제 2 액화질소의 일부를 제품 액화질소로서 채취할 수 있다.
또한, 양 정류탑(11,13)의 운전압력은, 경로(55)로부터 꺼내지는 폐가스의 압력에 의해, 최저 운전압력이 정해지게 된다. 즉, 저압 팽창터빈(15)으로부터 도출한 제 2 산소부화 가스유체(폐가스)는, 주열교환기(16)에서 냉열회수한 후, 흡착기의 재생에 사용하기 때문에, 저압 팽창터빈(15)의 출구부에 있어서의 경로(54)의 제 2 산소부화 가스유체는, 주열교환기(16) 등에서의 압력손실을 포함하여 흡착기 재생 후에 대기에 방출할 수 있는 압력을 가져야한다.
게다가, 저압 팽창터빈(15)에서 장치의 운전에 필요한 양의 한랭을 발생시키기 위해서는, 저압 팽창터빈(15)에 있어서 소정의 팽창비를 확보해 둘 필요가 있기 때문에, 저압 팽창터빈(15)의 입구부에 있어서의 경로(53)의 제 2 산소부화 가스유체의 압력을, 약 0.16MPa 이상의 압력으로 해 둘 필요가 있다.
또한, 제 2 응축기(14)에서는, 제 2 산소부화 액화유체와 제 2 질소가스를 간접 열교환시켜, 제 2 질소가스를 액화하여 제 2 산소부화 액화유체를 증발시킬 필요가 있다. 따라서, 제 2 산소부화 가스유체의 최저압력이 약 0.16MPa로 하면, 제 2 질소가스의 압력인 제 2 정류탑(13)의 탑정부의 압력은, 약 0.4MPa 이상으로 설정해 둘 필요가 있다.
게다가, 제 2 정류탑(13)의 탑정부의 압력을 약 0.4MPa 이상으로 하면, 이 제 2 정류탑(13)의 압력은, 상술한 바와 같이, 제 1 응축기(12)에서 제 1 질소가스와 간접 열교환하는 제 1 산소부화 가스유체의 압력이기 때문에, 제 1 질소가스의 압력인 제 1 정류탑(11)의 탑정부의 압력은, 약 0.8MPa 이상으로 설정할 필요가 있다.
즉, 제 1 정류탑(11)의 운전압력은 0.8MPa 이상으로 설정할 필요가 있고, 제 2 정류탑(13)의 운전압력은 0.4MPa 이상에서, 또한, 제 1 산소부화 가스유체를 받아들일 필요로부터 제 1 정류탑(11)의 운전압력보다 낮은 압력으로 설정할 필요가 있다.
도 2는, 본 발명의 제 2 형태예를 나타내는 것으로, 상기 질소 제조방법 및 질소 제조장치의 제 2 의 관점을 적용한 질소 제조장치의 계통도이다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 상기 제 1 형태예에서 나타낸 질소 제조장치에 있어서의 구성요소와 동일한 구성요소에는, 각각 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 형태예에 나타내는 질소 제조장치는, 압축, 정제되어 경로(31)로부터 주열교환기(16)에 유입한 원료공기의 일부를, 중간온도로 경로(71)로 분기하여 주열교환기(16)로부터 뽑아내어, 원료공기의 일부를 이용한 팽창터빈(이하, 공기터빈이라 한다.)(72)에 도입하여, 단열 팽창시켜 한랭을 발생시킨(한랭발생공정) 후, 공기도입경로(73)를 통과하여 제 2 정류탑(13)의 중간단에 도입하고 있다(공기도입공 정). 또한, 상기 경로(37)로부터 경로(47)로 분기하여 감압밸브(19)에서 감압한 제 1 산소부화 액화유체의 일부는, 산소부화 액화유체 도입경로(74)를 통과하여 상기 제 2 정류탑(13)의 중간단에 한랭원(寒冷源)으로서 도입되고 있다.
한편, 공기터빈(72)으로 분기하는 원료공기의 비율은, 필요 한랭량이나 터빈효율 등에 따라서 적당하게 설정할 수 있지만, 통상은, 10∼20%의 범위가 적당하다. 또한, 공기도입경로(73) 및 산소부화 액화유체 도입경로(74)의 제 2 정류탑(13)으로의 접속위치는, 설계 조건에 따라서 임의로 설정할 수 있지만, 통상은 동일위치에 설정된다.
경로(31)로부터 주열교환기(16)에 유입한 원료공기는, 그 대부분이 소정 온도로 냉각된 후에 경로(32)를 통과하여 제 1 정류탑(11)의 하부에 도입된다. 상기 제 1 정류탑(11)에서의 저온 증류에 의해서 분리된 제 1 질소가스의 일부가 제 1 제품 질소가스로서 도출되는 것과 동시에, 제 1 응축기(12)에서의 간접 열교환에 의해서 제 1 액화질소와 제 1 산소부화 가스유체를 얻을 수 있다.
상기 경로(71)로 분기하여 공기터빈(72)에 도입되고, 상기 공기터빈(72)에서 단열 팽창한 후에 공기도입경로(73)로 도출된 원료공기는, 제 2 정류탑(13)의 중간단에 상승가스로서 도입되어, 경로(40)로부터의 제 1 산소부화 가스유체, 산소부화 액화유체 도입경로(74)로부터의 제 1 산소부화 액화유체 및 경로(49)로부터의 제 2 액화질소와 함께 저온 증류되어, 탑상부의 질소가스(제 2 질소가스)와 탑저부의 산소부화 액화유체(제 2 산소부화 액화유체)로 분리된다. 제 2 질소가스의 일부는, 경로(42), 주열교환기(16), 경로(43)를 통과하여, 제 2 제품 질소가스로서 도출된 다. 제 2 응축기(14)에서 간접 열교환하여 증발하여, 경로(50)로 도출한 상기 제 2 산소부화 가스유체는, 주열교환기(16)에서 냉열회수된 후, 경로(55)로부터 폐가스로서 도출된다.
본형태예에 있어서, 제 2 응축기(14)에서 증발하여 경로(50)로 도출되는 상기 제 2 산소부화 가스유체(폐가스)는, 팽창터빈을 통과하지 않고 그대로 주열교환기(16)를 통과하여 배출되어, 그 후에 흡착기의 재생에 이용될 뿐이기 때문에, 상기 제 1 형태예와 같이 팽창터빈에서의 팽창을 고려할 필요가 없기 때문에, 제 2 응축기(14)로부터의 도출압력을 대기압 정도로 할 수 있다. 대기압 근처의 제 2 산소부화 액화유체로 제 2 질소가스를 액화시키기 위해서는, 제 2 정류탑(13)의 탑정부의 압력을 약 0.3MPa 이상으로 설정할 필요가 있다. 이 제 2 정류탑(13)의 압력은, 상술한 바와 같이, 제 1 응축기(12)에서 제 1 질소가스와 간접 열교환하는 제 1 산소부화 가스유체의 압력이기 때문에, 제 1 질소가스의 압력인 제 1 정류탑(11)의 탑정부의 압력은, 약 0.6MPa 이상으로 설정할 필요가 있다.
또한, 양 형태예에서는, 제 1 정류탑(11)으로부터 뽑아낸 제 1 산소부화 액화유체의 일부를 경로(46)나 제 2 정류탑에 도입함으로써 제 2 정류탑(13)의 운전에 필요한 한랭을 조달하고 있지만, 다른 한랭공급수단을 한랭원으로서 사용 가능한 경우는, 예를 들면 장치 밖으로부터의 액화질소를 제 2 정류탑(13)에 도입하는 것에 의해, 제 1 산소부화 액화유체의 전량을 제 2 정류탑에 도입할 수 있고, 게다가, 팽창터빈의 처리량을 감소시킬 수도 있어, 이것에 의해서 제품 채취량을 향상시킬 수 있다. 한편, 액화질소 등의 한랭원의 장치 밖으로부터의 도입은, 장치의 운전상태나 필요 한랭량에 따라 적당히 선택할 수 있고, 제 1 정류탑(11)에 액화질소 등을 도입해도 좋다.
다음에, 상기 양 형태예에 나타낸 구성의 질소 제조장치와 종래의 질소 제조장치를 비교한 결과를 설명한다. 도 3은, 비교에 사용한 종래의 2탑식 질소 제조장치의 계통도를 나타내는 것으로서, 팽창터빈에 도입하는 유체의 압력이, 상기 제 1 형태예에서 나타낸 제 2 산소부화 가스유체의 압력과, 상기 제 2 형태예에서 나타낸 원료공기의 일부의 압력과의 중간의 압력이기 때문에, 이하, 상기 제 1 형태예를 저압터빈 프로세스, 제 2 형태예를 공기터빈 프로세스, 종래예를 중압(中壓)터빈 프로세스라고 부르기로 한다. 한편, 도 3에서는, 상기 제 1 형태예에서 나타낸 질소 제조장치에 있어서의 구성요소와 동일한 구성요소에는, 각각 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 1 형태예의 저압터빈 프로세스와 종래예의 중압터빈 프로세스는, 팽창터빈에 도입하는 유체가 상이하다. 즉, 저압터빈 프로세스에서는, 제 1 산소부화 가스유체는 사용하지 않고, 제 2 응축기(14)로부터 경로(50)로 도출한 제 2 산소부화 가스유체의 대부분을 경로(53)로부터 저압 팽창터빈(15)으로 도입하고 있는데 대해, 중압터빈 프로세스에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 응축기(12)에서 증발한 제 1 산소부화 가스유체의 일부를 경로(40)로부터 경로(81)로 분기시켜 뽑아내어, 다시 그 일부를 경로(82)로 분기시키고, 잔부를 경로(83)로부터 주열교환기(16)에 도입하여, 중간온도에서 경로(84)로 뽑아내어 팽창터빈(중압팽창터빈)(85)에 도입하고 있다.
또한, 상기 경로(40)의 제 1 산소부화 가스유체의 대부분은, 경로(40a)를 통과하여 제 2 정류탑(13)의 하부에 도입된다. 따라서, 중압터빈 프로세스에서 제 2 정류탑에 도입되는 제 1 산소부화 가스유체의 양은, 저압터빈 프로세스에 비해 경로(81)로 분기시킨 양만큼 적어진다.
중압팽창터빈(85)에서 단열 팽창하여 경로(86)로 도출된 제 1 산소부화 가스유체는, 경로(50)로부터 감압밸브(87)에서 감압된 제 2 산소부화 가스유체 및 상기 경로(82)의 감압밸브(88)에서 감압된 제 1 산소부화 가스유체와 합류하여, 주열교환기(16)에서 냉열회수된 후에 경로(55)로부터 폐가스로서 도출된다.
제 1 형태예의 저압터빈 프로세스 및 제 2 형태예의 공기터빈 프로세스와 종래 중압터빈 프로세스를 대략 같은 압력조건으로 운전했을 때의 주요 경로(A∼M)를 흐르는 각 유체의 유량(상대치), 압력, 산소농도를 표 1(제 1 형태예 : 저압터빈 프로세스), 표 2(제 2 형태예 : 공기터빈 프로세스), 표 3(종래장치 : 중압터빈 프로세스)에 각각 나타낸다.
각 표에 기재한 부호(A∼M)는, 도 1 내지 도 3에 나타내는 바와 같이, 부호 A는 경로(31)의 공급원료공기, 부호 B는 경로(32)의 제 1 정류탑 도입원료공기, 부호 C는 제 1 제품 회수경로(35)의 제 1 제품 질소가스, 부호 D는 경로(37)의 제 1 정류탑 도출 제 1 산소부화 액화유체, 부호 E는 경로(47)의 분기 제 1 산소부화 액화유체, 부호 F는 경로(38)의 제 1 응축기 도입 제 1 산소부화 액화유체, 부호 G는 경로(40) 또는 경로(40a)의 제 2 정류탑 도입 제 1 산소부화 가스유체, 부호 H는 제 2 제품 회수경로(43)의 제 2 제품 질소가스, 부호 I는 경로(44)의 압축 제 2 제 품 질소가스, 부호 J는 경로(50)의 제 2 응축기 도출 제 2 산소부화 가스유체, 부호 K는 저압터빈 프로세스에서는 경로(53)의 제 2 산소부화 가스유체, 공기터빈 프로세스에서는 경로(71)의 원료공기, 중압터빈 프로세스에서는 경로(84)의 제 1 산소부화 가스유체로서, 모두 팽창터빈 도입유체, 부호 L은 저압터빈 프로세스에서는 경로(51)의 제 2 산소부화 가스유체, 공기터빈 프로세스에서는 경로(73)의 원료공기, 중압터빈 프로세스에서는 경로(82)의 제 1 산소부화 가스유체, 부호 M은 경로(55)의 배출 제 2 산소부화 가스유체(폐가스)이다.
[표 1]
Figure 112007031595093-pct00001
[표 2]
Figure 112007031595093-pct00002
[표 3]
Figure 112007031595093-pct00003
우선, 표 1및 표 3에서는, 제 1 정류탑(11)은 양자의 압력이 같기 때문에 질소의 수율도 동일하게 되어, 원료공기(B)의 유량 100에 대해서 제 1 제품 질소가스(c)는 양자 모두 유량이 40이 된다. 마찬가지로, 제 1 정류탑(11)으로부터 도출하는 제 1 산소부화 액화유체(D)도, 각각 유량이 60이다.
그러나, 중압터빈 프로세스에서는, 제 1 응축기(12)로부터 경로(40)로 도출한 제 1 산소부화 가스유체의 일부를 중압팽창터빈(85)을 향하여 분기시키고 있기 때문에, 경로(81)로 분기한 제 1 산소부화 가스유체(K+L)의 유량(7+1=8) 분량만큼 제 2 정류탑(13)으로 도입되는 제 1 산소부화 가스유체(G)가 감소하여, 그 유량은 50이 된다. 한편, 저압터빈 프로세스에서는, 제 1 응축기(12)로부터 경로(40)로 도출한 제 1 산소부화 가스유체의 대부분을 제 2 정류탑(13)에 도입하고 있기 때문에, 그 유량은 58이 된다.
따라서, 제 2 정류탑(13)으로부터 얻어지는 제 2 제품 질소가스(H)의 유량이 다르고, 중압터빈 프로세스의 유량이 19인 것에 대하여, 저압터빈 프로세스의 유량은 22로 증가하고 있다. 이것에 의해, 유량 100의 원료공기에서, 중압터빈 프로세 스의 제품 질소의 전체 유량이 59인데 대해서, 저압터빈 프로세스에서는 제품 질소의 전체 유량이 62로 증가하고 있다.
또한, 표 2 및 표 3을 비교하면, 공기터빈 프로세스에서는 원료공기의 일부가 공기터빈으로 분기하기 때문에, 제 1 정류탑(11)으로부터 얻어지는 제 1 제품 질소가스(C)는, 중압터빈 프로세스의 유량 40에 대해서 공기터빈 프로세스에서는 유량이 33으로 감소하고 있다.
그러나, 공기터빈 프로세스에서는, 제 2 정류탑(13)에, 경로(40)로부터의 제 1 산소부화 가스유체 뿐만이 아니라, 공기도입경로(73)로부터의 팽창터빈 도출 원료공기 및 산소부화 액화유체 도입경로(74)로부터의 제 1 산소부화 액화유체를 도입하고 있으므로, 제 2 정류탑(13)으로부터 얻어지는 제 2 제품 질소가스(H)의 유량이 큰 폭으로 증가하여, 중압터빈 프로세스의 유량이 19인데 대해서 공기터빈 프로세스에서는 유량이 30으로 증가하고 있다. 따라서, 제품 질소의 전체 유량은, 중압터빈 프로세스의 유량이 59인데 대하여 공기터빈 프로세스의 유량은 63으로 증가하고 있다.
표 4는, 상기 각 프로세스에 있어서의 동력원단위를 각각 산출한 결과를 나타내고 있다.
[표 4]
Figure 112007031595093-pct00004
이 표 4로부터, 저압터빈 프로세스 및 공기터빈 프로세스는, 종래 중압터빈 프로세스에 비해 동력원단위가 각각 4% 정도 개선되고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 여기에서는, 각 정류탑이 선반단식 정류탑의 경우를 상정하고 있지만, 각 정류탑은, 일반적으로 이용되고 있는 규칙 충전식 정류탑이나 불규칙 충전식 정류탑 등을 사용할 수 있고, 이것들을 사용해도 대략 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 4는, 하나의 정류탑을 사용한 종래의 저압형 프로세스를 채용한 질소 제조장치의 일례를 나타내는 계통도이다. 이 질소 제조장치는, 정류탑(91)을 0.5MPa 정도의 저압으로 운전하여, 얻어진 제품 질소가스를 질소압축기(92)에서 필요한 압력으로 압축하여 공급하는 것으로, 도시하지 않는 원료공기압축기의 동력저감과 동시에 정류탑의 수율향상을 도모하는 것에 의해 저원단위를 실현시키는 방법으로서, 종래부터 널리 실시되고 있다. 한편, 도 4에 있어서의 장치 각 부의 설명이나 각 기액(氣液)의 흐름은 종래부터 주지이기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.
도 5는, 상기 저압형 프로세스와 상술한 저압터빈 프로세스 및 공기터빈 프로세스에 있어서의 제품 압력마다의 동력원단위를 나타내고 있다. 이 도 5로부터, 제품압력 1.1MPa 부근을 경계로 하여, 이것보다 저압측에서는 저압터빈 프로세스 및 공기터빈 프로세스의 동력원단위가 작고, 이것보다 고압이 되면 종래의 저압형 프로세스의 동력원단위가 작아지는 것을 알 수 있다.
이것은, 저압터빈 프로세스 및 공기터빈 프로세스에서는, 제품압력을 높이는 것에 따라서 제 1 정류탑(11) 및, 제 2 정류탑(13)의 압력이 높아져, 폐가스의 압력도 높아진다. 따라서, 단순히 감압되어 배출되는 것만으로 유효 이용되지 않는 폐가스의 에너지의 비율이 커지기 때문에, 제품 질소의 압력을 상승시키면 점차 쓸데없는 낭비가 커져 원단위가 악화되는데 대해서, 저압형 프로세스에서는, 단순히 질소압축기(92)의 동력이 증가할 뿐이기 때문이다.
이 결과로부터, 제품 질소의 압력, 즉, 저압터빈 프로세스 및 공기터빈 프로세스에서는, 제 1 정류탑(11)의 탑정부로부터 뽑아내어져 제 1 제품 회수경로(35)로부터 도출되는 제 1 제품 질소가스의 압력은, 양쪽 모두 1.1MPa가 본 발명의 효과를 기대할 수 있는 한계가 되어, 이것을 초과하는 압력으로 제품 질소를 사용처로 송출하는 경우는, 종래의 저압형 프로세스의 쪽이 유리하게 된다.
표 5는, 상기 저압터빈 프로세스와 상기 공기터빈 프로세스에 있어서의 팽창터빈의 사양을 나타내는 것으로, 동일한 정도의 제품 질소를 채취하는 경우로 비교하고 있다.
[표 5]
Figure 112007031595093-pct00005
이 예에서는, 양자의 부피유량이 약 10배(=172/16)나 차이가 난다. 이것은, 저압 팽창터빈 프로세스에서는, 팽창터빈의 입구압력이 낮기 때문에 팽창비가 작아져, 소정의 한랭을 얻기 위해서 비교적 많은 유체를 처리할 필요가 있기 때문이다. 이 부피유량은, 팽창터빈의 기계적 사양(치수)에 크게 영향을 미친다.
이러한 프로세스에서 이용하는 팽창터빈은, 일반의 범용 팽창터빈이며, 부피유량이 극단적으로 적은 경우는, 범용품의 채용이 곤란하게 되는 경우가 있다. 반대로 부피유량이 극단적으로 많은 경우도, 범용품의 채용이 곤란하게 되거나, 팽창터빈을 복수 설치하지 않으면 안 되는 경우가 있다.
그러나, 저압터빈 프로세스를 비교적 소규모의 질소 제조장치에 채용한 경우에는, 장치규모에 비해 팽창터빈의 처리유량이 많아져, 극단적으로 적어지지 않기 때문에, 일반의 범용 팽창터빈을 채용하는 것이 가능해진다. 반대로, 공기터빈 프로세스를 중대규모의 질소 제조장치에 채용한 경우에는, 장치규모에 비해 팽창터빈의 처리유량을 작게 할 수 있으므로, 이 경우도, 일반의 범용 팽창터빈을 채용하는 것이 가능해진다.
이 점을 고려하여 저압터빈 프로세스와 공기터빈 프로세스에 각각 유리한 제 품압력 및 제품유량의 범위를 도 6에 나타낸다. 다만, 팽창터빈의 처리유량은, 제품 액화질소의 채취의 유무, 장치의 보냉(保冷)상태 등의 조건에 따라서 다르기 때문에, 저압터빈 프로세스와 공기터빈 프로세스와의 선택은, 여러 가지 조건을 감안해서 결정하는 것이 바람직하다. 그러나, 정성적으로는, 제품 질소 유량이 수천 Nm3/h 이하의 소규모 질소 제조장치의 경우에는 저압터빈 프로세스가 유리하고, 제품 질소유량이 수천 Nm3/h 이상~수만 Nm3/h 정도의 중대규모의 질소 제조장치의 경우에는 공기터빈 프로세스가 유리하다고 할 수 있다.
본 발명에 관한 질소 제조방법 및 질소 제조장치의 제 1 의 관점에서는, 한랭발생공정을 실시하는 팽창터빈에 도입하는 유체로서, 제 2 간접 열교환공정을 실시하는 제 2 응축기에서 증발한 제 2 산소부화 가스유체를 사용하고 있다. 따라서, 제 1 응축기에서 증발한 제 1 산소부화 가스유체를 분기하여 팽창터빈에 도입할 필요가 없고, 제 1 산소부화 가스유체의 거의 전량을 제 2 정류탑에 도입하므로, 제 2 정류탑의 처리량이 종래보다 많아져 제 2 정류탑으로부터 채취하는 제품 질소를 증량할 수 있다.
본 발명에 관한 질소 제조방법 및 질소 제조장치의 제 2 의 관점에서는, 압축, 정제, 냉각된 원료공기의 일부를 분기하여 한랭발생공정을 실시하는 팽창터빈에 도입하여, 단열 팽창시켜 장치의 운전에 필요한 한랭을 발생시킨 후, 제 2 정류탑의 중간단에 도입한다. 따라서, 필요량의 한랭을 효율적으로 얻을 수 있는 것과 함께, 종래에 비해 제 2 정류탑의 처리량을 증가할 수 있고, 제 2 정류탑으로부터 채취하는 제품 질소를 증량할 수 있다.
게다가, 질소압축기를 설치하여 제 2 제품 질소가스를 압축하는 것에 의해, 제 2 제품 질소가스의 압력을 제 1 제품 질소가스와 같은 압력으로 하여 사용처에 공급할 수 있다. 또한, 장치 밖으로부터의 액화질소를 도입하는 것에 의해, 제 1 산소부화 액화유체의 일부를 제 2 정류탑에 한랭 보급용으로서 도입할 필요가 없어지고, 또한 팽창터빈의 처리량을 감소시킬 수도 있다.

Claims (7)

  1. 원료공기를 심랭액화(深冷液化) 분리하여 제품 질소를 채취하는 질소 제조방법으로서; 상기 질소 제조방법은;
    압축, 정제, 냉각한 원료공기를 0.8MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로 저온 증류하여 제 1 질소가스와 제 1 산소부화 액화유체(a first oxygen-enriched liquefied fluid)로 분리하는 제 1 분리공정과;
    상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체(a first oxygen-enriched gas fluid)를 얻는 제 1 간접 열교환공정과;
    상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.4MPa 이상에서, 또한, 상기 제 1 분리공정보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 제 2 질소가스와 제 2 산소부화 액화유체로 분리하는 제 2 분리공정과;
    상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 간접 열교환공정과;
    상기 제 2 산소부화 가스유체를 단열 팽창시키는 것에 의해 운전에 필요한 한랭(寒冷)을 발생시키는 한랭발생공정과;
    상기 제 1 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 1 제품 질소가스로서 도출하 는 제 1 제품 회수공정과;
    상기 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수공정을 포함한 질소 제조방법.
  2. 원료공기를 심랭액화 분리하여 제품 질소를 채취하는 질소 제조방법으로서, 상기 질소 제조방법은;
    압축, 정제, 냉각한 원료공기를 0.6MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로 저온 증류하여 제 1 질소가스와 제 1 산소부화 액화유체로 분리하는 제 1 분리공정과;
    상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체를 얻는 제 1 간접 열교환공정과;
    상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.3MPa 이상에서 또한, 상기 제 1 분리공정보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 제 2 질소가스와 제 2 산소부화 액화유체로 분리하는 제 2 분리공정과;
    상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 간접 열교환공정과;
    상기 원료공기의 일부를 단열 팽창시키는 것에 의해 운전에 필요한 한랭을 발생시키는 한랭발생공정과;
    상기 한랭발생공정을 거친 원료공기를 상기 제 2 분리공정의 중간단(中間段) 에 도입하는 공기도입공정과;
    상기 제 1 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 1 제품 질소가스로서 도출하는 제 1 제품 회수공정과;
    상기 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수공정을 포함한 질소 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 제품 질소가스를 압축하는 공정을 포함하는 질소 제조방법.
  4. 원료공기를 심랭액화 분리하여 제품 질소를 채취하는 질소 제조장치로서; 질소 제조장치는;
    압축, 정제, 냉각된 원료공기를 0.8MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로 저온 증류하여 탑상부(塔上部)의 제 1 질소가스와 탑저부(塔底部)의 제 1 산소부화 액화유체로 분리하는 제 1 정류탑과;
    상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체를 얻는 제 1 응축기와;
    상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.4MPa 이상에서, 또한, 상기 제 1 정류탑보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 탑상부의 제 2 질소가스와 탑저부의 제 2 산소부화 액화유체로 정류분리하는 제 2 정류탑과;
    상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 응축기와;
    제 2 산소부화 가스유체를 단열 팽창시켜 장치의 운전에 필요한 한랭을 발생하는 팽창터빈과;
    상기 제 1 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 1 제품 질소가스로서 도출하는 제 1 제품 회수경로와;
    상기 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수경로를 포함한 질소 제조장치.
  5. 원료공기를, 심랭액화 분리하여 제품 질소를 채취하는 질소 제조장치로서; 질소 제조장치는;
    압축, 정제, 냉각된 원료공기를 0.6MPa 이상, 1.1MPa 이하의 압력으로 저온 증류하여 탑상부의 제 1 질소가스와 탑저부의 제 1 산소부화 액화유체로 분리하는 제 1 정류탑과;
    상기 제 1 질소가스와 상기 제 1 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 1 질소가스를 응축하여 제 1 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 1 산소부화 액화유체를 증발하여 제 1 산소부화 가스유체를 얻는 제 1 응축기와;
    상기 제 1 산소부화 가스유체를 0.3MPa 이상에서, 또한, 상기 제 1 정류탑보다 낮은 압력으로 저온 증류하여 탑상부의 제 2 질소가스와 탑저부의 제 2 산소부 화 액화유체로 정류분리하는 제 2 정류탑과;
    상기 제 2 질소가스와 상기 제 2 산소부화 액화유체를 간접 열교환시켜 제 2 질소가스를 응축하여 제 2 액화질소를 얻는 것과 동시에 제 2 산소부화 액화유체를 증발하여 제 2 산소부화 가스유체를 얻는 제 2 응축기와;
    상기 원료공기의 일부를 단열 팽창시켜 장치의 운전에 필요한 한랭을 발생하는 팽창터빈과;
    상기 팽창터빈을 거친 원료공기를 상기 제 2 정류탑의 중간단에 도입하는 공기도입경로와;
    상기 제 1 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 1 제품 질소가스로서 도출하는 제 1 제품 회수경로와;
    상기 제 2 질소가스의 일부를 냉열회수 후에 제 2 제품 질소가스로서 도출하는 제 2 제품 회수경로를 포함한 질소 제조장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 제품 질소가스를 압축하는 질소압축기를 구비하고 있는 질소 제조장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 정류탑은, 장치 밖으로부터의 액화질소를 도입하는 액화질소 도입경로를 구비하고 있는 질소 제조장치.
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