KR100874680B1 - 공기 분리 공정에서의 ｌｎｇ 기반의 액화 장치의생산능력을 높이기 위한 시스템 - Google Patents

공기 분리 공정에서의 ｌｎｇ 기반의 액화 장치의생산능력을 높이기 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 시스템은 극저온 공기 분리 유닛에서 LNG 기반의 액화 장치의 생산능력을 높이기 위한 것으로서, 저생산 모드에서는 LNG 기반의 액화 장치에 공급되는 질소가 증류 컬럼 시스템으로부터의 고압 질소의 적어도 일부만을 포함하며, 고생산 모드에서는 보조 압축기를 사용하여 증류 컬럼 시스템으로부터의 저압 질소 중 적어도 일부의 압력을 승압시켜 LNG 기반의 액화 장치에 대한 추가적인 (또는 대체하는) 공급재를 생성하는 것인 LNG 기반의 액화 장치의 생산능력을 높이기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 핵심은 보조 압축기 및 관련된 열교환 장비가 LNG 기반의 액화 장치와 별개이고 구분된다는 점이다. 이는 생산능력의 증가가 실제로 이루어질 때까지 그 구입을 지연시킴으로써 액체 생산 요구량에 있어서 불확실한 증가에 기초하여 지나치게 큰 액화 장치를 건설하는 것을 방지한다.
Figure R1020070065173
극저온 공기 분리 유닛, 액화 장치, 저생산 모드, 고생산 모드, LNG

Description

공기 분리 공정에서의 ＬＮＧ 기반의 액화 장치의 생산능력을 높이기 위한 시스템{SYSTEM TO INCREASE CAPACITY OF LNG-BASED LIQUEFIER IN AIR SEPARATION PROCESS}
도 1a는 본 발명과 관련된 시스템에 대한 종래 기술의 일실시예를 도시하는 개략적인 다이어그램.
도 1b는 도 1a와 관련된 본 발명의 기본 개념을 도시하는 개략적인 다이어그램.
도 2는, 본 발명의 기본 개념을 도시한다는 관점에서는 도 1b와 동일하지만, LNG 기반의 액화 장치(2)와 ASU(1) 사이의 구성은 다소 상이한 것인 개략적인 다이어그램.
도 3a는 도 2의 흐름도에서의 LNG 기반의 액화 장치의 한 가지 예를 세부적으로 도시하는 개략적인 다이어그램.
도 3b는 본 발명의 일실시예를 도시하며, 특히 도 3a의 LNG 기반의 액화 장치와 보조 처리 유닛 사이의 통합과 관련된 것인 개략적인 다이어그램.
도 3c는 본 발명의 제2 실시예를 도시하며, 특히 도 3a의 LNG 기반의 액화 장치와 보조 처리 유닛 사이의 통합과 관련된 것인 개략적인 다이어그램.
도 4는 작동예의 기초로서 제공되는 흐름도이며, 보다 상세한 공기 분리 유 닛을 포함하는 개략적인 다이어그램.
<도면의 중요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 공기 분리 유닛(ASU)
2 : LNG 기반의 액화 장치
3 : 보조 처리 유닛
본 발명은 공급 공기의 극저온 분리를 위한 공지된 공정(이후 "공정"이라고 함)에 관한 것이다. 상기 공정에 있어서,
(a) 공급 공기는 압축되며, 극저온에서 빙결되는 물 및 이산화탄소와 같은 불순물이 제거되고, 이후 메인 열교환기 및 증류 컬럼 시스템을 포함하는 극저온 공기 분리 유닛(이후 "ASU"라고 함)에 공급된다.
(b) 공급 공기는, 증류 컬럼 시스템으로부터의 방출 스트림 중 적어도 일부에 대해 간접적으로 열교환함으로써 메인 열교환기에서 냉각된다(그리고 선택적으로 적어도 일부가 응축됨).
(c) 냉각된 공급 공기는 증류 컬럼 시스템에서, 질소 농후 스트림 및 산소 농후 스트림(그리고, 선택적으로 아르곤, 크립톤 및 크세논을 비롯한 공급 공기의 나머지 성분이 농후한 각각의 스트림)을 포함하는 방출 스트림으로 분리된다.
(d) 증류 컬럼 시스템은 고압 컬럼 및 저압 컬럼을 포함한다.
(e) 고압 컬럼은 공급 공기를 분리하여, 고압 컬럼의 상부로부터 취출되는 고압 질소 스트림 및 고압 컬럼의 하부로부터 취출되어 추가적인 처리를 위해 저압 컬럼에 공급되는 미처리(crude) 액체 산소 스트림을 포함하는 방출 스트림을 형성한다.
(f) 저압 컬럼은 미처리 액체 산소 스트림을 분리하여, 저압 컬럼의 하부로부터 취출되는 산소 생성물 스트림 및 저압 컬럼의 상부로부터 취출되는 저압 질소 스트림(그리고 종종 저압 컬럼의 상부 위치로부터 취출되는 폐질소 스트림)을 포함하는 방출 스트림을 형성한다.
(g) 고압 컬럼과 저압 컬럼은 열적으로 연결되어, 고압 질소 중 적어도 일부가 저압 컬럼의 바닥[또는 섬프(sump)]에서 수집되며 증류 컬럼 시스템에 대한 환류로서 사용되는 비등하는 산소 농후 액체에 의해 리보일러/응축기 내에서 응축된다.
본 발명은, 보다 구체적으로, 생성물의 적어도 일부가 액체일 필요가 있는 경우에 필수적인 냉각을 제공하기 위해, 증류 컬럼 시스템으로부터 질소가 액화되는 단열된 액화 장치 유닛(이하 "LNG 기반의 액화 장치"라고 함)까지 질소를 공급하여 액화 천연 가스(이후 "LNG"라고 함)로부터 냉매를 취출하는 것인, 전술한 공정의 알려진 실시예에 관한 것이다. 요구되는 액체 생성물 중 적어도 일부가 액체 산소인 경우에는, 액화된 질소의 적어도 일부가 증류 컬럼 시스템으로 (또는 선택적으로 메인 열교환기로) 복귀된다. 그렇지 않은 경우, 액화된 질소는 생성물로서 취출된다.
LNG 기반의 액화 장치에서는 통상적으로, 질소가 복수 개의 단계에서 압축되며, 단계와 단계 사이에서 LNG에 대한 간접적인 열교환에 의해 냉각된다. 저온 유입 온도를 이용하여 압축이 행해지며, LNG는 또한 간접적인 열교환에 의한 배출물뿐만 아니라 압축기에 대한 공급재(feed)를 냉각하는 데 사용된다. LNG 기반의 액화 장치는 영국 특허출원 제1,376,678호 및 미국 특허 제5,137,558호, 제5,139,547호와 제5,141,543호에서 찾아볼 수 있으며, 이후에 보다 상세히 언급한다.
당업자라면 LNG 기반의 액화 장치와, 터보 팽창되는 질소 또는 공급 공기로부터 액체 생성물 생성을 위해 필수적인 냉각이 얻어지는 것인 보다 통상적인 액화 장치의 현저한 차이를 인식할 것이다.
통상적으로 LNG 기반의 액화 장치는, 작동 개시년도 이후의 예상되는 액체 생성물 수요량의 증가에 맞추기 위해 지나치게 커진다. 이는 특히 액체 질소에 있어서 사실이며, 특히 임의의 ASU에서의 액체 질소에 대한 요구량은, 플랜트 설계시의 액체 산소의 기준 부하를 넘는 액체 산소에 대한 요구량보다 대개 빠르게 증가한다. 그러나, 이와 같이 지나치게 크게 제작하는 기법에 있어서의 문제점은, 예상되는 수요량의 증가가 (이루어진다고 하더라도) 실제로 이루어지고 나서야 비로소 발생된 비용 증가분에 대해 수지가 맞기 시작한다는 점이다. 또한, LNG 기반의 액화 장치에 있어서 비용은 특히 민감한데, 이는 일반적으로 액체 생성물의 소비자에 가까이 위치하는 종래의 액화 장치와는 달리, LNG 기반의 액화 장치는 LNG 집하장에 가깝게 위치해야만 하며, 이에 따라 생성물 운반 비용이라는 핸디캡이 생기게 되기 때문이다.
이 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, LNG 기반의 액화 장치에 포함된 예비 압축기(들)와 별개이고 구분되는 보조 압축기를 포함하는 LNG 기반의 액화 장치의 생산능력을 높이기 위한 시스템에 대한 것이다. 이는, 예상되는 수요량의 증가가 실제로 이루어질 때, 보조 압축기 및 관련된 열교환 장비를 구입하고 설치할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 초기부터 LNG 기반의 액화 장치를 지나치게 크게 하기 위해 소요되었을 비용 증가분은 실제로 필요할 때까지 지출되지 않게 된다. 본 발명의 다른 장점은, 생산능력을 높이는 것이 주로, 전술한 바와 같이 플랜트로부터의 액체 산소에 대한 요구량보다 빠르게 그 요구량이 증가하는 액체 질소의 생산능력에 대한 것이라는 점이다.
당업자라면, 본 발명에 대한 대안으로서, 농축 액체 팽창기를 추가하여 LNG 기반의 액화 장치의 생산능력을 높일 수도 있음을 알고 있을 것이다. 그러나, 이 방식으로는 단지 생산능력의 소폭 증가만이 이루어질 수 있다.
영국 특허 출원 제1,376,678호(이하, "GB 678"이라 함)는, 질소 스트림의 액화를 위해 LNG 냉각이 사용되는 방식의 기본 개념을 교시한다. LNG는 우선 원하는 이송 압력으로 송출되며, 이후 열교환기를 향하게 된다. 가온된 질소 가스는 상기 열교환기에서 냉각된 후 복수 개의 단계들에서 압축된다. 각각의 압축 단계 후에, 가온된 질소는 이번에는 열교환기로 복귀되어 다시 냉각된다. 최종 압축 단계 이후에, 질소는 냉각되며, 이후 밸브를 거쳐 감압되고, 액체가 생성된다. 스트림이 감압될 때 소량의 증기가 발생하며 이 증기는 적절한 압축 단계로 재순환된다.
GB 678은 다수의 중요한 기본 원리를 교시하고 있다. 첫째, LNG는 저압 질 소 가스를 액화시키기에 충분히 낮은 온도가 아니다. 실제로, LNG가 대기압에서 기화된다면, 비등 온도는 통상적으로 260 ℉를 넘게 되며, 응축을 위해 질소는 적어도 15.5 bara까지 압축될 필요가 있다. LNG의 기화 압력이 증가하면, 이에 따라 역시 필요한 질소 압력도 증가한다. 따라서, 다단계의 질소 압축이 필요하며, LNG는 압축기 인터쿨러 및 후냉각기에 대한 냉각을 제공하는 데 사용될 수 있다. 둘째, LNG의 온도는 질소의 일반적인 끓는점(대략 -320 ℉)에 비해 상대적으로 고온이기 때문에, 액화된 질소가 감압되는 경우 플래시 가스(flash gas)가 발생된다. 이 플래시 가스는 재순환되면서 재압축되어야만 한다.
미국 특허 제3,886,758호(이하 "US 758"이라 함)는, 질소 가스 스트림이 약 15 bara의 압력까지 압축된 후 냉각되고 기화하는 LNG에 대한 열교환에 의해 응축되는 방법을 개시하고 있다. 질소 가스 스트림은 이중 컬럼 사이클(double column cycle)의 저압 컬럼의 상부로부터 또는 단일 컬럼 사이클의 유일한 컬럼의 상부로부터 시작된다. 기화하는 LNG와의 열교환에 의해 생성되었던, 응축된 액체 질소의 일부는 가스상의 질소를 생성했던 증류 컬럼의 상부로 복귀된다. 액체 질소에 의해 제공되는 냉각은 증류 컬럼 내에서 변환되어 액체 산소 생성물을 생성시킨다. 증류 컬럼으로 복귀되지 않는, 응축된 액체 질소의 일부는 액체 질소 생성물로서 저장고로 향한다.
EP 0,304,355(이하 "EP 355"라고 함)는, LNG로부터 공기 분리 플랜트로 냉각을 전달하는 매체로서 작용하는, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스의 재순환을 이용하는 것을 교시하고 있다. 이 방법에서는, 고압 불활성 가스 스트림이 기화하 는 LNG에 의해 액화되며, 이후 공기 분리 유닛(ASU)으로부터의 중간 압력의 스트림을 냉각시키는 데 사용된다. 냉각 후에 ASU 스트림 중 하나는 저온 압축되고 액화되어 냉매로서 ASU로 복귀된다. 이때 목적은 동일한 열교환기 내의 스트림을 상기 LNG보다 더 높은 압력의 LNG로 유지하는 것이다. 이는, LNG가 질소 스트림으로 누출될 수 없다는 것을 보장하기 위해, 즉 액화된 복귀 질소와 함께 메탄이 ASU 내로 전달될 수 없다는 것을 보장하기 위해 행해진다. 또한, 상기 특허의 발명자는 ASU를 위해 요구되는 소정 체적의 냉매가 정류 컬럼 내로의 환류 액체로서 보내진다고 주장한다.
미국 특허 제5,137,558호, 제5,139,547호 및 제5,141,543호(이하, 각각 "US 558", "US 547" 및 "US 543"이라 함)는 1990년까지의 종래 기술의 효과적인 개관을 제공한다. 이들 3가지 특허는 또한 당시의 최신 기술을 교시하고 있다. 이들 3가지 특허 모두에서, 액화 장치에 대한 질소 공급은 ASU로부터의 저압 질소 스트림 및 고압 질소 스트림으로 구성된다. 저압 질소 스트림은 저압 컬럼으로부터 시작되고, 고압 질소 스트림은 고압 컬럼으로부터 시작된다. 고압 질소 스트림에 대한 저압 질소 스트림의 비율에 대해서는 지시사항이 주어지지 않는다.
1990년대 초반 이후로 문헌상의 새로운 기술은 거의 없는데, 이는 LNG(LNG 집하장)를 통한 냉각의 회수에 대한 대부분의 용례가 충족되고, 공통적으로 새로운 집하장이 건설되지 않았기 때문이다. 최근에, 새로운 LNG 집하장에 대한 관심이 다시 일어나고 있으며, 이에 따라 LNG를 통한 냉각 회수의 가능성에 대한 관심도 다시 일어나고 있다.
본 발명은, 생성물 중 적어도 일부가 액체일 필요가 있는 경우에 필수적인 냉각을 제공하기 위해, LNG 기반의 액화 장치를 사용하는 극저온 공기 분리 유닛에 관한 것이다. 본 발명은, 저생산 모드에서는 LNG 기반의 액화 장치에 공급되는 질소가 증류 컬럼 시스템으로부터의 고압 질소 중 적어도 일부만을 포함하며, 고생산 모드에서는 보조 압축기를 사용하여 증류 컬럼 시스템으로부터의 저압 질소 중 적어도 일부를 승압시켜 LNG 기반의 액화 장치에 대한 추가적인 (또는 대체하는) 공급재를 생성하는 것인 LNG 기반의 액화 장치의 생산능력을 높이기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 핵심은 보조 압축기가 LNG 기반의 액화 장치와 별개이고 구분된다는 점이다. 이는 생산능력의 증가가 실제로 이루어질 때까지 구입을 지연시킴으로써, 액체 생산 요구량에 있어서 불확실한 증가량에 기초하여 지나치게 큰 액화 장치를 건설하는 것을 방지한다.
본 발명은 도면들을 참고하여 읽으면 가장 잘 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명과 관련된 시스템에 대한 종래 기술의 일실시예를 도시하는 개략적인 다이어그램이다. 이제 도 1a를 참고하면, 설비에는 LNG 기반의 액화 장치(2) 및 극저온 ASU(1)가 포함된다. 이 실시예에서, 극저온 ASU는 고압 컬럼(114), 저압 컬럼(116) 및 메인 열교환기(110)를 포함한다. 공급 공기(100)는 102에서 압축되고 104에서 건조되어 스트림(108)을 생성한다. 스트림(108)은 복귀하는 가스 생성물 스트림에 의해 메인 열교환기(110)에서 냉각되어 냉각된 공급 공기(112)를 생성한다. 스트림(112)은 이중 컬럼 시스템에서 증류되어 액체 산소(158), 고압 질소 가스[스트림(174)] 및 저압 질소 가스[스트림(180)]를 생성한다. 질소 가스(174 및 180)는 메인 열교환기(110)에서 가온되어 스트림(176 및 182)을 생성한다. 스트림(182)은 최종적으로 대기로 방출된다. 스트림(176)은 LNG 기반의 액화 장치(2)에서 처리되어 액화된 질소 생성물 스트림(188) 및 액체 질소 냉매 스트림(186)을 생성한다. 액체 질소 냉매 스트림(186)은 밸브들(136 및 140)을 통해 증류 컬럼 내로 도입된다. LNG 기반의 액화 장치에 대한 냉각은 LNG 스트림(194)을 통해 제공되며, LNG 스트림은 기화되고 가열되어 스트림(198)을 생성한다. 도 1a에서, LNG 기반의 액화 장치에 대한 유일한 공급 질소는 스트림(176)이며, 이는 고압 컬럼(114)으로부터 시작된 것이다.
도 1b는 도 1a과 관련하여 본 발명의 기본 개념을 도시하는 개략적인 다이어그램이다. 이제 도 1b를 참조하면, 공급 공기(100)는 102에서 압축되고 104에서 건조되어 스트림(108)을 생성한다. 스트림(108)은 복귀하는 가스 생성물 스트림에 의해 메인 열교환기(110)에서 냉각되어 냉각된 공급 공기(112)를 생성한다. 스트림(112)은 이중 컬럼 시스템에서 증류되어 액체 산소(158), 고압 질소 가스[스트림(174)] 및 저압 질소 가스[스트림(180)]를 생성한다. 질소 가스(174 및 180)는 메인 열교환기(110)에서 가온되어 스트림(176 및 182)을 생성한다. 스트림(182)은 보조 압축기 및 관련된 열교환 장치[이하에서는 도 1b의 유닛(3)으로 도시된 "보조 처리 유닛"에 해당함]를 이용하여 변환되어 스트림(184)이 되고 이후 스트림(176)과 혼합되어 LNG 기반의 액화 장치(2)에 대한 공급재를 형성한다. 액화 질소 생성물 스트림(188) 및 액체 질소 냉매 스트림(186)은 LNG 기반의 액화 장치 내에서 생성된다. 액체 질소 냉매 스트림(186)은 밸브들(136 및 140)을 통해 증류 컬럼 내로 도입된다. 도 1a와는 달리, LNG 기반의 액화 장치에 대한 공급 질소의 소스는 두 종류의 스트림(182 및 176)이며 ASU로부터 배출된다.
전술한 바와 같이, 이하에서 사용되는 보조 처리 유닛이라는 용어는 본 발명의 보조 압축기 및 관련된 열교환 장치를 의미한다. 그러나, 상기 용어는 반드시 하나의 물리적인 유닛 내에 보조 압축기 및 관련된 열교환 장치가 수용되어 있음을 의미하는 것은 아님에 주의해야 한다. 보조 처리 유닛(3)의 엄밀한 특징은 도 3b 및 도 3c에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여 상세하게 설명된다.
도 1a에 도시된 바와 유사하게, 스트림(182)이 배출되면서 보조 처리 유닛(3)에 공급되지 않는 도 1b의 작동은, 액체 산소 생성물에 대한 액체 질소 생성물의 비율[스트림(188)/스트림(158)]이 비교적 작으며 이하에서 "저생산 모드"라 지칭하는 경우에 바람직하다. 이 모드로 작동하는 경우에는, 고압 컬럼에서 액화되는 모든 질소를 추출하는 것이 적합하다. 이하에서 "고생산 모드"라 하는 도 1b에 도시된 작동은, 액체 산소 생성물에 대한 액체 질소 생성물의 비율[스트림(188)/스트림(158)]이 비교적 큰 경우에 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 다량의 질소가 액화되어야 하므로, 고압 컬럼 및 저압 컬럼 모두로부터 액화되는 질소를 추출하는 것이 적합하다.
도 1b에서는, 스트림(184)이 LNG 기반의 액화 장치에 도입되기에 앞서 스트림(176)와 혼합될 수 있도록, 보조 처리 유닛(3)이 개재되어서 스트림(182)에 대해 스트림(184)의 상태를 변환한다. 그렇게 함으로써, LNG 기반의 액화 장치의 구성과 작동은 고생산 모드 및 저생산 모드 모두에서와 유사하게 될 수도 있다. 실제로, LNG 기반의 액화 장치의 구성은 완전히 동일할 수 있으며, 저생산 모드의 "턴-다운(turn-down)" 상태로 간단하게 작동되는 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 기본 개념을 도시한다는 관점에서는 도 1b와 동일하지만, LNG 기반의 액화 장치(2)와 ASU(1) 사이의 구성에 있어서는 다소 상이한 것인 개략적인 다이어그램이다. 구체적으로, 도 1b에서는 액화 질소 스트림(186)이 증류 컬럼 시스템에 공급되는 반면, 도 2에서는 스트림(186)이 메인 열교환기에 공급된다. 이제 도 2를 참조하면, 공급 공기(100)는 102에서 압축되고 104에서 건조되며 스트림(108)을 생성한다. 스트림(108)은 제1 부분(208)과 제2 부분(230)으로 나뉜다. 스트림(208)은 복귀하는 가스 생성물 스트림에 의해 110에서 냉각되어 냉각된 공급 공기(212)를 생성한다. 스트림(230)은 우선 복귀하는 가스 생성물 스트림에 의해 110에서 냉각된 후, 액화되어 스트림(232)을 생성한다. 액체 공기 스트림(232)은 나뉘어 밸브들(236 및 240)을 통해 증류 컬럼 내로 도입된다. 스트림(212 및 232)은 이중 컬럼 시스템 내에서 증류되어 액체 산소(158), 고압 질소 가스[스트림(174)] 및 저압 질소 가스[스트림(180)]를 생성한다. 질소 가스(174 및 180)는 메인 열교환기(110)에서 가온되어 스트림(176 및 182)을 생성한다. 액체 질소 냉매 스트림(186)은 메인 열교환기로 향하게 되고, 이 메인 열교환기에서 응축하는 스트림(230)과의 간접적인 열교환에 의해 기화되어 증기 질소 복귀 스트림(288)을 형성한다. 저생산 모드에서는, 스트림(182)이 배출되고 스트림(288 및 176)이 LNG 기반의 액화 장치에서 처리되어 액화 질소 생성물 스트림(188) 및 액체 질소 냉매 스트림(186)을 생성한다. 고생산 모드에서는, 스트림(182)이 보조 처리 유닛(3)에서 변환되어 스트림(184)이 된 후, 스트림(176)과 혼합된다. 혼합된 스트림은 스트림(288)과 함께, LNG 기반의 액화 장치에서 처리되어 액화 질소 생성물 스트림(188) 및 액체 질소 냉매 스트림(186)을 생성한다.
LNG 기반의 액화 장치의 엄밀한 특성은 본 발명의 주제가 아니지만, 액화 장치가 보조 처리 유닛(3)과 통합되는 방식은 도 3a에 도시된 LNG 기반의 액화 장치[도 2의 유닛(2)]의 예를 이해하는 데 있어서 중요하다. 도 3b 및 도 3c에서는 보조 처리 유닛(3)의 상이한 실시예를 포함하는 동일한 LNG 기반의 액화 장치의 예가 제시된다.
도 3a를 참조하면, 고압 질소 증기 스트림(176)은 증기 질소 복귀 스트림(288)과 혼합되어 스트림(330)을 형성하고, 그 후 스트림(330)은 액화 장치의 열교환기(304)에서 냉각되어 스트림(332)을 형성한다. 스트림(334)은 제1 보조 압축기[HP 저온 압축기(308)]에서 압축되어 스트림(336)을 형성한다. 스트림(336)은 액화 장치의 열교환기(304)에서 냉각되어 스트림(338)을 생성하고, 그 후 스트림(338)은 제2 보조 압축기[VHP 저온 압축기(310)]에서 압축되어 스트림(346)을 형성한다. 스트림(346)은 액화 장치의 열교환기(304)에서 냉각과 액화를 거쳐 스트림(348)을 생성한다.
액화 스트림(348)은 냉각기(312)에서 더 냉각되어 스트림(350)을 형성한다. 스트림(350)은 밸브(314)를 거쳐 감압되며, 용기(316)로 도입되고, 2상의 유체는 이 용기에서 증기 스트림(352)과 액체 스트림(356)으로 분리된다. 액체 스트림(356)은 2가지 스트림, 즉 스트림(360) 및 스트림(186)으로 나뉘고, 저온 ASU로 향하게 되는 액체 질소 냉매 스트림을 구성한다. 스트림(360)은 밸브(318)를 거쳐 감압되며 용기(320)에 도입되고, 2상 유체는 이 용기에서 증기 스트림(362) 및 액체 질소 생성물 스트림(188)으로 분리된다. 증기 스트림(362 및 352)은 냉각기(312)에서 가온되어 스트림(364 및 354)을 각각 형성한다. 스트림(364)은 열교환기(304)에서 더 가온되어 LNG 기반의 액화 장치로부터 가스상의 질소 배출 스트림(366)을 형성한다.
LNG 기반의 액화 장치에 대한 냉각은 LNG 스트림(194)에 의해 제공되며, LNG 스트림은 액화 장치의 열교환기(304)에서 기화 및/또는 가온되어 스트림(198)을 형성한다.
엄밀한 의미에서는, "기화된" 및 "응축된"이라는 용어는 각각의 임계압력 이하에 있는 스트림에 적용된다. 종종 스트림[가장 높은 압력의 질소 스트림(346) 및 LNG 공급재(194)]은 임계압력보다 높은 압력을 갖는다. 이들 스트림이 실제로 응축되거나 기화되지 않는 것은 물론이다. 오히려 이들 스트림은 큰 열용량을 특징으로 하는 상태 변화를 겪는다. 당업자라면 (초임계 상태에서의) 큰 열용량의 처리 및 (아임계 상태에서의) 잠열의 처리 사이의 유사성을 이해할 것이다.
이제 도 3b를 참조하면, 고생산 모드의 작동에 있어서, 저압 질소 스트림(182)은 최종적으로 액화되어야 하는 추가적인 질소 소스이다. 본 발명에 따르면, 보조 처리 유닛(3)이 추가되어 저압 질소 스트림(182)을 고압 질소 스트 림(184)으로 변환한다. 스트림(182)은 가온된 저압 가스상의 질소 배출 스트림(366)과 조합되어 스트림(370)을 형성한다. 스트림(370)은 예냉각용 열교환기(322)에서 냉각되어 냉각된 질소 스트림(372)을 생성한다. 스트림(372)은 LNG 기반의 액화 장치로부터의 저온 저압 가스상 질소 배출 스트림(386)과 혼합되어 스트림(374)을 형성한다. 스트림(374)은 보조 압축기[LP 압축기(306)]에서 저온 압축되어 스트림(184)을 형성하고, 이후 고압의 액화 장치 공급 스트림(288 및 176)과 혼합되어 스트림(330)을 형성한다. 스트림(370)을 냉각하기 위한 냉각은 LNG 스트림(394)에 의해 제공되며, LNG 스트림(394)은 예냉각용 열교환기(322)에서 기화 및/또는 가온되어 스트림(396)을 형성한다.
도 3b에서의 LNG 기반의 액화 장치(2)의 작동은 몇 가지 예외가 있지만 도 3a에 도시된 것과 매우 유사하다. 도 3a에서와 같이, 스트림(330)은 액화 장치의 열교환기(304)에서 냉각되어 스트림(332)을 형성한다. 스트림(334)은 HP 저온 압축기(308)에서 압축되어 스트림(336)을 형성한다. 스트림(336)은 액화 장치의 열교환기(304)에서 냉각되어 스트림(338)을 생성하고, VHP 저온 압축기(310)에서 압축되어 스트림(346)을 형성한다. 스트림(346)은 액화 장치의 열교환기(304)에서 냉각과 액화를 거쳐 스트림(348)을 생성한다.
도 3a에서와 같이, 액화된 스트림(348)은 냉각기(312)에서 더 냉각되어 스트림(350)을 형성한다. 스트림(350)은 밸브(314)를 거쳐 감압되고 용기(316)에 도입되며, 2상 유체는 이 용기에서 증기 스트림(352)과 액체 스트림(356)으로 분리된다. 액체 스트림(356)은 2가지 스트림, 즉 스트림(360) 및 스트림(186)으로 나뉘고, 극저온 ASU로 향하게 되는 액체 질소 냉매 스트림을 구성한다. 스트림(360)은 밸브(318)를 거쳐 감압되며 용기(320)에 도입되고, 2상 유체는 이 용기에서 증기 스트림(362) 및 액체 질소 생성물 스트림(188)으로 분리된다. 증기 스트림(362 및 352)은 냉각기(312)에서 가온되어 스트림(364 및 354)을 각각 형성한다.
도 3b는, 보조 압축기[LP 저온 압축기(306)]가 있기 때문에 저압 질소 스트림인 스트림(364)이 가온되어 배출될 필요가 없다는 점에서 도 3a와 상이하다. 스트림(182)과 스트림(364)을 조합할 수 있는 방식은 2가지가 있다. 열역학적으로 보다 바람직한 경우에서는, 밸브(380)가 폐쇄되고 밸브(382)가 개방된다. 이 경우, 스트림(364)은 밸브(382)를 통해 흘러 LNG 기반의 액화 장치로부터의 가스상 질소 배출 스트림(386)이 되며, 그 후 가스상 질소 배출 스트림은 저온의 공급 질소 스트림(372)과 혼합된다. 열역학적으로 덜 바람직한 경우에서는, 밸브(380)가 개방되고 밸브(382)가 폐쇄된다. 이 경우, 스트림(364)은 밸브(380)를 통해 흘러 스트림(384)이 되며, 열교환기(304)에서 가온되어 LNG 기반의 액화 장치로부터의 가스상 질소 배출 스트림(366)이 되며, 그 후 가온된 공급 질소 스트림(182)과 혼합된다. 저온 밸브(380 및 382)가 설계점에서 액화 장치에 통합되는 경우에는 열역학적으로 보다 바람직한 옵션[밸브(380)가 폐쇄됨]이 채용되며, 개조로서 보조 처리 유닛(3)이 포함되는 경우에는 열역학적으로 덜 바람직한 옵션[밸브(382)가 폐쇄됨]이 채용된다. 후자의 경우, 밸브들(380 및 382)은 존재하지 않을 수도 있으며, 라인(382)은 존재하지 않는다.
마지막으로 도 3b를 참조하면, 도 3a에서와 같이 LNG 기반의 액화 장치에 대한 냉각은 LNG 스트림(194)에 의해 제공되며, LNG 스트림은 액화 장치의 열교환기(304)에서 기화 및/또는 가온되어 스트림(198)을 형성한다.
전술한 바와 같이, 예냉각용 열교환기(322)에서 저압 질소를 냉각하기 위한 냉각은, LNG 스트림(394)을 기화 및/또는 가온함으로써 행해진다. 대안으로서, 액화 장치의 열교환기(304)의 저온 또는 중간 위치로부터 저온의 질소 스트림을 추출하고, 열교환기(322)에서 상기 스트림을 가온한 후 열교환기(304)에서 이 스트림을 재냉각하는 것이 가능하다. 이는, 도 3b에서 스트림(394)에 의해 도시된 바와 같이 예냉각용 열교환기(322)를 위한 LNG 배관의 필요성을 배제하기 위해 행해진다. 스트림(332, 338 또는 348)과 같이, 임의의 적절한 스트림이 저온 질소 가스 소스로서 사용될 수 있다.
이제 도 3c를 참조하면, 더 간단한 보조 처리 유닛이 채용될 수 있다. 또 한 번, 고생산 모드의 작동에서, 저압 질소 스트림(182)은 최종적으로 액화될 필요가 있는 추가적인 질소의 소스이다. 본 발명에 따르면, 보조 처리 유닛(3)이 추가되어 저압 질소 스트림(182)을 고압 질소 스트림(184)으로 변환한다. 스트림(182)은 LNG 기반의 액화 장치로부터 가온된 저압 질소의 가스상 질소 배출 스트림(366)과 조합되어 스트림(370)을 형성한다. 스트림(370)은 보조 압축기[가온 LP 압축기(324)]에서 압축되고, 그 후 후냉각기(aftercooler) 열교환기(326)에서 (통상적으로 냉각용 매체로서 냉각수 또는 글리콜을 사용하여) 냉각되어 스트림(184)을 형성한다. 그 후, 스트림(184)은 고압 액화 장치의 공급 스트림(288 및 176)과 혼합되어 스트림(330)을 형성한다. LNG 기반의 액화 장치의 작동은, 스트림(366)이 배출되지 않는다는 점을 제외하고는 도 3a에 도시된 바와 유사하다.
전술한 바와 같이, 도 3b 및 도 3c에서 유닛(3)으로 도시된 바와 같은 보조 처리 유닛은 반드시 하나의 물리적인 유닛인 것은 아니다. 예를 들면, 보조 압축기는 다른 압축기와 함께 하우징 내에 수용될 수 있고, 보조 열교환기가 다른 열교환기와 함께 하우징에 수용될 수 있다. 또한, 본 발명의 도 3c의 실시예에서 보조 압축기 및 열교환기는 주위 온도보다 높은 온도에서 작동되지만, 이 장비는 도 3b의 실시예에서는 주위 온도보다 낮은 온도에서 작동되므로 단열되어야만 한다는 점을 주의해야 한다.
예
작동예는 본 발명과 관련된 가능한 작동 조건을 설명하고 작동 모드간의 차이점과 공통점을 분명히 하기 위해 제공된다. 3가지 사례가 제시된다. 사례 1은 보조 처리 유닛(3)을 배제한 저생산 모드의 작동에 해당하는 반면, 사례 2 및 사례 3은 적소에 보조 처리 유닛(3)을 구비한 고생산 모드의 작동에 해당한다. 이 예에 있어서, 사례 1은 도 3a의 LNG 기반의 액화 장치(2)에 의해 설명되며, 사례 2 및 사례 3은 도 3b의 LNG 기반의 액화 장치(2) 및 보조 처리 유닛(3)에 의해 설명된다. 사례 2 및 사례 3에 있어서, 도 3b를 참조하면, 밸브(380)는 폐쇄되고 밸브(382)는 개방된다. 극저온 ASU는 도 4에 더 상세하게 도시되며 이후에서 설명된다.
도 4를 참조하면, 대기압의 공기(100)는 메인 공기 압축기(102)에서 압축되며, 흡착 베드(absorbent bed)(104)에서 정화되어 이산화탄소와 물과 같은 불순물 을 제거하고, 이후 두 부분, 즉 스트림(230) 및 스트림(208)으로 나뉜다. 스트림(208)은 메인 열교환기(110)에서 냉각되어 스트림(212), 즉 고압 컬럼(114)에 대한 증기 공기 공급재가 된다. 스트림(230)은 스트림(212)의 온도에 근접한 온도까지 냉각되며, 이후 적어도 부분적으로 응축되어 스트림(232)을 형성하고, 그 후 밸브(236 및 240)를 거쳐 최종적으로 감압되며 고압 컬럼(114) 및 저압 컬럼(116)에 도입된다. 고압 컬럼은 상부로부터 질소 농후 증기 스트림(462)을 생성하고, 하부로부터 산소 농후 스트림(450)을 생성한다. 스트림(462)은 스트림(174) 및 스트림(464)으로 나뉜다. 스트림(174)은 메인 열교환기에서 가온된 후, LNG 기반의 액화 장치(2)까지 스트림(176)으로서 진행한다. 스트림(464)은 리보일러(reboiler)-응축기(418)에서 응축되어 스트림(466)을 형성한다. 스트림(466)의 일부는 환류(reflux)[스트림(468)]로서 고압 컬럼으로 복귀되고, 나머지, 스트림(470)은 밸브(472)를 통과하여 상기 컬럼에 대한 상부 공급재로서 최종적으로 저압 컬럼으로 도입된다. 산소 농후 스트림(450)은 밸브(452)를 통해 아르곤 컬럼의 리보일러-응축기(484)까지 진행되고, 적어도 부분적으로 기화되어 스트림(456)을 형성하며, 이 스트림은 저압 컬럼으로 향하게 된다.
저압 컬럼은, 하부로부터 액체 스트림(158)로서 취출되는 산소를 생성하고, 상부로부터 질소 농후 스트림(180)을 생성한다. 질소 농후 스트림(180)은 메인 열교환기(110)에서 가온되어 스트림(182)을 형성한다. 폐스트림(waste stream)은 저압 컬럼으로부터 스트림(490)으로서 제거될 수 있으며, 메인 열교환기에서 가온될 수 있고, 최종적으로는 스트림(492)으로서 배출될 수 있다. 저압 컬럼의 바닥에 대한 비등은 리보일러-응축기(418)에 의해 제공된다. 증기 유동은 저압 컬럼으로부터 스트림(478)으로서 추출되고 아르곤 컬럼(482)에 공급된다. 아르곤 생성물은 이 컬럼의 상부로부터 액체 스트림(486)으로서 취출된다. 바닥의 액체 스트림(480)은 저압 컬럼으로 복귀된다. 아르곤 컬럼에 대한 환류는 기화하는 산소 농후 스트림과의 간접적인 열교환에 의해 제공되며, 이 산소 농후 스트림은 고압 컬럼으로부터 스트림(450)으로서 시작된다.
액체 질소 냉매 스트림(186)은 메인 열교환기로 향하게 되고, 이 메인 열교환기에서 응축하는 스트림(230)과의 간접적인 열교환에 의해 기화되어 증기 질소 복귀 스트림(288)을 형성한다.
저생산 모드의 작동(사례 1)에서, 스트림(182)은 ASU로부터 [스트림(486)으로서] 대기로 배출되며, 스트림(366)은 LNG 기반의 액화 장치로부터 대기로 배출되고, 스트림(184 및 386)의 유동은 0이 된다. 고생산 모드(사례 2 및 3)에서, 스트림(182)[스트림(488)으로서의 스트림] 및 스트림(386)은 보조 처리 유닛까지 진행되며, 스트림(366)의 유동은 0이 된다. 이들 구체적인 사례 2 및 3의 예에서, (고압 컬럼으로부터 시작되는) 스트림(176)의 유동도 또한 0이 된다. 다시 말하면, 사례 2 및 3에서, 고압 컬럼으로부터의 고압 질소(462) 전체는 리보일러/응축기(418)에서 응축되며 증류 컬럼 시스템에 대한 환류로서 사용되어, 예컨대 승압된 질소와 고압 질소 중 승압된 질소만이 고생산 모드에서 LNG 기반의 액화 장치에 공급된다. 필수적인 것은 아니지만, 이는 고생산 모드에서 통상적인 시나리오이다. 사례 2와 3 사이의 차이점은 사례 3에서의 액체 질소 생성이 더 크다는 점이다.
사례 1 내지 3은 액체 생성이 어떻게 증가될 수 있는가를 설명하도록 의도된 것이다. 몇몇 균형점을 주 1 내지 5로 나타낸 바와 같이 표로부터 찾아낼 수 있으며, 이하에서 이를 설명한다.
주 1 : 액체 산소 생산량은 사례 1에서 사례 2로 가면서 33% 증가한다. 액체 산소 생산량은 사례 2와 3에서 동일하다.
주 2 : 액체 질소 생산량은 사례 1에서 사례 2로 가면서 60% 증가한다. 액체 질소 생산량은 사례 1에서 사례 3으로 가면서 140% 증가한다.
주 3 : 고압 질소 유동은, 사례 1에서는 액체 질소 생산량 요건을 만족시키기에 충분하지만, 사례 2 및 3에서는 0이 된다.
주 4 : 액체 산소 생산량이 사례 1에서는 상당히 적지만, ASU로의 공기 유동은 3가지 사례 모두에서 거의 동일하다. 이는 중요한 특징이다. 실시자가 ASU로부터 고압 질소로서 질소를 생산하기로 결정하는 경우, 이후에 산소 회수가 감소된다. 결과적으로, 본 발명을 이용하면 실시자가 3가지 사례 모두에 대해 동일한 공기 압축기 및 동일한 극저온 ASU를 사용할 수 있다.
주 5 : 사례 1은 LP 압축기 없이 작동한다[보조 처리 유닛(3)이 필요 없음].
[표 1]
Figure 112007047724049-pat00001
도 4의 설명에서는, 메인 열교환기에서 가온되고 스트림(176)으로서 액화 장치에 공급되는 것인 고압 컬럼으로부터의 가스상 질소 스트림(174)이 대안적으로 리보일러-응축기(418)에서 응축될 수 있다. 이 시나리오에서는, 리보일러-응축기(418)에서 응축된 후에 액체 질소 스트림(174)이 메인 열교환기에서 기화되고 가온된다.
마지막으로, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 보조 압축기는 LNG 기반의 액화 장치를 위한 예비 압축기(들)로부터 별개이고 구분되지만, 공통의 기계가 이들 둘을 고생산 모드에서 구동할 수 있다. 이 시나리오에서는, 플랜트가 건설될 때 예비 압축기(들)를 구동하기 위해 설치되는 기계가, 궁극적으로는 보조 압축기를 추가하기 위한 비어있는 피니언(vacant pinion)을 포함할 수 있다. 대안으로, 예비 압축기(들)와 보조 압축기는 고생산 모드에서 개별적인 기계에 의해 구동된다.
본 발명은, 생성물 중 적어도 일부가 액체일 필요가 있는 경우에 필수적인 냉각을 제공하기 위해서 LNG 기반의 액화 장치를 사용하는 극저온 공기 분리 유닛을 제공한다. 본 발명은, 저생산 모드에서는 LNG 기반의 액화 장치에 공급되는 질소가 증류 컬럼 시스템으로부터의 고압 질소 중 적어도 일부만을 포함하며, 고생산 모드에서는 보조 압축기를 사용하여 증류 컬럼 시스템으로부터의 저압 질소 중 적어도 일부의 압력을 승압시켜 LNG 기반의 액화 장치에 대한 추가적인 (또는 대체하는) 공급재를 생성하는 것인 LNG 기반의 액화 장치의 생산능력을 높이기 위한 시스템을 제공한다. 본 발명에서는 보조 압축기가 LNG 기반의 액화 장치와 별개이고 구분된다. 이에 따라 본 발명에서는 생산능력의 증가가 실제로 이루어질 때까지, 그 구입을 지연시킴으로써 액체 생산 요구량에 있어서 불확실한 증가에 기초하여 지나치게 큰 액화 장치를 건설하는 것을 방지한다.

Claims (20)

  1. 극저온 공기 분리 유닛(ASU)에서 생산된 가스상 질소 스트림을 액화시킴으로써, 각각의 공급재를 분리하여 각각의 질소 농후 스트림을 제공하는 2개 이상의 증류 컬럼을 구비한 극저온 공기 분리 유닛(ASU; 1)에 냉각을 제공하는 액화 천연 가스 액화 장치(2)의 생산능력을 고생산 모드까지 증가시키기 위한 방법으로서,
    액화 장치에 대한 추가적인 공급재 또는 대체 공급재를 생성하기 위해 ASU로부터의 저압 질소의 적어도 일부를 승압시키도록 액화 장치 내의 기존의 압축기(들)와는 별개의 보조 압축기를 제공하는 단계를 포함하는 것인 액화 천연 가스 액화 장치의 생산능력을 고생산 모드까지 증가시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 ASU는 메인 열교환기(110), 및 고압 컬럼(114)과 저압 컬럼(116)을 구비하는 증류 컬럼 시스템을 포함하며, 상기 ASU에서는
    증류 컬럼 시스템(114, 116)으로부터의 방출 스트림 중 적어도 일부에 대해 간접적으로 정화된 공급 공기(108)를 열교환시킴으로써 정화된 공급 공기(108)가 메인 열교환기(110)에서 냉각되고,
    냉각된 공급 공기(112)가 증류 컬럼 시스템(114, 116)에서 질소가 농후한 생성물 스트림(180) 및 산소 농후 스트림(158)을 포함하는 방출 스트림으로 분리되며,
    고압 컬럼(114)이 냉각된 공급 공기(112)를 고압 컬럼(114)의 상부로부터 취출되는 고압 질소 스트림(174) 및 고압 컬럼(114)의 하부로부터 취출되어 추가적인 처리를 위해 저압 컬럼(116)에 공급되는 미처리(crude) 액체 산소 스트림(450)을 포함하는 방출 스트림으로 분리하고,
    저압 컬럼(116)이 미처리 액체 산소 스트림(450)을 저압 컬럼(116)의 하부로부터 취출되는 산소 생성물 스트림(158) 및 저압 컬럼(116)의 상부로부터 취출되는 저압 질소 스트림(180)을 포함하는 방출 스트림으로 분리하며,
    고압 컬럼(114)과 저압 컬럼(116)이 열적으로 연결되어, 고압 질소 중 적어도 일부(464)가 비등하는 산소 농후 액체에 대해 리보일러/응축기(418) 내에서 응축되고 증류 컬럼 시스템(114, 116)에 대한 환류(468, 470)로서 사용되며,
    상기 액화 장치(2)가, 하나 이상의 예비 압축기(308, 310)를 사용하여 복수 개의 단계에서 질소를 압축하고 예비 열교환기(304)에서 액화 천연 가스(LNG; 194)에 대한 간접적인 열교환에 의해 단계와 단계 사이에서 질소를 냉각함으로써 질소가 농후한 상기 생성물 스트림(180)을 액화시키는 것인 액화 천연 가스 액화 장치의 생산능력을 고생산 모드까지 증가시키기 위한 방법.
  3. 공급 공기의 극저온 분리 공정으로서,
    (a) 공급 공기(100)가 압축되어, 극저온 온도에서 빙결되는 불순물이 제거되며, 이후 메인 열교환기(110) 및 증류 컬럼 시스템(114, 116)을 포함하는 극저온 공기 분리 유닛(이후 "ASU"라 함; 1)에 공급되고,
    (b) 증류 컬럼 시스템(114, 116)으로부터의 방출 스트림 중 적어도 일부에 대해 간접적으로 정화된 공급 공기(108)를 열교환시킴으로써 정화된 공급 공기(108)가 메인 열교환기(110)에서 냉각되며,
    (c) 냉각된 공급 공기(112)가 증류 컬럼 시스템(114, 116)에서 질소 농후 스트림(180) 및 산소 농후 스트림(158)을 포함하는 방출 스트림으로 분리되고,
    (d) 증류 컬럼 시스템(114, 116)이 고압 컬럼(114) 및 저압 컬럼(116)을 포함하며,
    (e) 고압 컬럼(114)이 냉각된 공급 공기(112)를 고압 컬럼(114)의 상부로부터 취출되는 고압 질소 스트림(174) 및 고압 컬럼(114)의 하부로부터 취출되어 추가적인 처리를 위해 저압 컬럼(116)에 공급되는 미처리(crude) 액체 산소 스트림(450)을 포함하는 방출 스트림으로 분리하고,
    (f) 저압 컬럼(116)이 상기 미처리 액체 산소 스트림(450)을 저압 컬럼(116)의 하부로부터 취출되는 산소 생성물 스트림(158) 및 저압 컬럼(116)의 상부로부터 취출되는 저압 질소 스트림(180)을 포함하는 방출 스트림으로 분리하며,
    (g) 고압 컬럼(114)과 저압 컬럼(116)이 열적으로 연결되어, 고압 질소 중 적어도 일부분(464)이, 저압 컬럼(116)의 하부[또는 섬프(sump)]에서 수집되는 비등하는 산소 농후 액체에 대해 리보일러/응축기(418) 내에서 응축되고 증류 컬럼 시스템(114, 116)에 대한 환류(468, 470)로서 사용되며,
    (h) 생성물의 적어도 일부가 액체일 필요가 있는 경우에 필요한 냉각을 제공하기 위해, 증류 컬럼 시스템(114, 116)으로부터 액화 장치(이하, "LNG 기반의 액화 장치"라고 함; 2)에 질소를 공급함으로써 액화 천연 가스(이하, "LNG"라고 함)로부터 냉매를 취출하고, 하나 이상의 예비 압축기(308, 310)를 이용하여 복수 개의 단계에서 질소를 압축하며 예비 열교환기(304)에서 LNG(194)에 대한 간접적인 열교환에 의해 단계와 단계 사이에서 질소를 냉각함으로써 질소를 액화시키는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정에 있어서,
    LNG 기반의 액화 장치(2)에 대해 예비 압축기(들)(308, 310)와 별개이고 구분되는 보조 압축기(306, 324)를 포함하는 LNG 기반의 액화 장치(2)의 생산능력을 증가시키기 위한 시스템(3)을 포함하고, 이 시스템에 있어서,
    (i) 저생산 모드에서는, LNG 기반의 액화 장치(2)에 공급되는 질소가 저압 질소와 고압 질소 중 고압 질소(176)의 적어도 일부만을 포함하며,
    (ii) 고생산 모드에서는, 보조 압축기(306, 324)를 사용하여 저압 질소(182) 중 적어도 일부분을 고압 질소(176)의 압력까지 승압시켜 LNG 기반의 액화 장치(2)에 대한 공급재로서 승압된 질소(184)를 생성하는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  4. 제3항에 있어서, 고생산 모드에서는, LNG 기반의 액화 장치(2)에 공급되는 질소가 고압 질소(176)의 적어도 일부 및 승압된 질소(184) 양자 모두를 포함하는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 저생산 모드 및 고생산 모드 양자 모두에서, 상기 액화 장치로부터 액화된 질소(186) 중 적어도 일부가 메인 열교환기(110)에서 공급 공기(208, 230)에 대한 간접적인 열교환에 의해 기화된 후, 상기 액화 장치로부터 액화된 질소(186) 중 적어도 일부는 상기 액화 장치(2)에 공급되는 질소에 포함되는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 저압 질소를 승압하기에 앞서, 저압 질소(182, 370)는 예비 열교환기(304)와 별개이고 구분되는 보조 예냉각 열교환기(322)에서 LNG(394)에 대한 간접적인 열교환에 의해 냉각된 질소 스트림(372)을 생성하는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  7. 제6항에 있어서, 냉각된 질소 스트림(372)을 승압하기에 앞서, 냉각된 질소 스트림(372)은 LNG 기반의 액화 장치(2)로부터의 가스상 질소 배출 스트림(386)과 조합되는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  8. 제6항에 있어서, 저압 질소 스트림(182)을 냉각하기에 앞서, 저압 질소 스트림(182)은 LNG 기반의 액화 장치(2)로부터의 가스상 질소 배출 스트림(366)과 조합되는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  9. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    (i) 저압 질소 스트림(182)을 승압하기에 앞서, 저압 질소 스트림(182)은 LNG 기반의 액화 장치(2)로부터의 가스상 질소 배출 스트림(366)과 조합되고,
    (ii) 저압 질소 스트림(182)을 승압한 이후, 저압 질소 스트림을 LNG 기반의 액화 장치(2)에 공급하기 전에, 저압 질소(378)는 예비 열교환기(304)와 별개이고 구분되는 보조 후냉각 열교환기(326)에서 냉각용 매체에 대한 간접적인 열교환에 의해 냉각되는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  10. 제3항 또는 제4항에 있어서, 저생산 모드 중에, 예비 압축기(들)(308, 310)는 최종적으로 보조 압축기(306, 324)를 구동하기 위한 비어있는 피니언(vacant pinion)을 포함하는 기계에 의해 구동되는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  11. 제3항 또는 제4항에 있어서, 고생산 모드 중에, 보조 압축기(306, 324)는 예비 압축기(들)(308, 310)를 구동하는 기계 상의 다른 비어있는 피니언 상에 설치되는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  12. 제3항 또는 제4항에 있어서, 고생산 모드 중에, 예비 압축기(들)(308, 310) 및 보조 압축기(306, 324)는 개별적인 기계에 의해 구동되는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  13. 제3항에 있어서, 고압 질소의 전체 부분(462)은 리보일러/응축기(418)에서 응축되고 증류 컬럼 시스템(114, 116)을 위한 환류로서 사용되므로, 승압된 질소 및 고압 질소 중 단지 승압된 질소(184)만이 고생산 모드에서 LNG 기반의 액화 장치(2)에 공급되는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  14. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 공정은 고생산 모드로 작동하는 것인 공급 공기의 극저온 분리 공정.
  15. (i) 압축된 공급 공기를 생성하기 위해 공급 공기를 압축하기 위한 공급 공기 압축기(102),
    (ⅱ) 정화된 공급 공기를 생성하기 위해 압축된 공급 공기로부터 불순물을 제거하는 정화기(104),
    (ⅲ) 냉각된 공급 공기를 질소 농후 스트림 및 산소 농후 스트림을 포함하는 방출 스트림으로 분리하기 위한 증류 컬럼 시스템(114, 116) 및
    증류 컬럼 시스템(114, 116)으로부터의 방출 스트림 중 적어도 일부에 대한 간접적인 열교환에 의해 정화된 공급 공기를 냉각시켜 증류 컬럼 시스템에 대한 상기 냉각된 공급 공기를 생성하는 메인 열교환기(110)를 포함하는 ASU(1)로서, 상기 증류 컬럼 시스템은
    냉각된 공급 공기를 고압 컬럼(114)의 상부로부터 취출되는 고압 질소 스트림 및 고압 컬럼(114)의 하부로부터 취출되는 미처리(crude) 액체 산소 스트림을 포함하는 방출 스트림으로 분리하기 위한 고압 컬럼(114),
    상기 미처리 액체 산소 스트림을 저압 컬럼(116)의 하부로부터 취출되는 산소 생성물 스트림 및 저압 컬럼(116)의 상부로부터 취출되는 저압 질소 스트림을 포함하는 방출 스트림으로 분리함으로써 상기 미처리 액체 산소 스트림을 추가로 처리하기 위한 저압 컬럼(116), 및
    저압 컬럼(116)의 섬프에서 비등하는 산소 농후 액체에 대해 고압 질소의 적어도 일부분을 응축시킴으로써 상기 고압 컬럼(114)과 상기 저압 컬럼(116)을 열적으로 연결하기 위한 리보일러/응축기(418)
    를 포함하는 것인 ASU(1), 및
    (ⅳ) 증류 컬럼 시스템(114, 116)으로부터의 질소를 액화시키기 위한 LNG 기반의 액화 장치(2)로서,
    복수 개의 단계에서 질소를 압축하기 위한 하나 이상의 예비 압축기(308, 310) 및
    LNG에 대한 간접적인 열교환에 의해 단계와 단계 사이에서 질소를 냉각하기 위한 예비 열교환기(304)를 포함하는 것인 LNG 기반의 액화 장치
    를 포함하는 공기의 극저온 분리 장치에 있어서,
    (ⅴ) LNG 기반의 액화 장치(2)에 대한 공급재로서 승압된 질소를 생성하기 위해 저압 질소의 적어도 일부를 고압 질소의 압력까지 승압시키기 위한 LNG 기반의 액화 장치(2)의 예비 압축기(들)(308, 310)와 별개이고 구분되는 보조 압축기(306, 324)를 포함하는 것인 LNG 기반의 액화 장치(2)의 생산능력을 증가시키기 위한 시스템(3)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기의 극저온 분리 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 시스템(3)은 냉각된 질소 스트림을 생성하기 위해 LNG에 대한 간접적인 열교환에 의해 저압 질소를 냉각하기 위한 예비 열교환기(304)와 별개이고 구분되는 보조 예냉각 열교환기(322)를 포함하는 것인 공기의 극저온 분리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 시스템(3)은 냉각용 매체에 대한 간접적인 열교환에 의해 저압 질소를 냉각하기 위한 예비 열교환기(304)와 별개이고 구분되는 보조 후냉각 열교환기(326)를 포함하는 것인 공기의 극저온 분리 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 예비 압축기(들)(308, 310)는 최종적으로 보조 압축기(306, 324)를 구동하기 위한 비어있는 피니언을 포함하는 기계에 의해 구동되는 것인 공기의 극저온 분리 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 보조 압축기는 비어있는 피니언에 설치되는 것인 공기의 극저온 분리 장치.
  20. 제15항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 예비 압축기(들)(308, 310) 및 보조 압축기(306, 324)는 개별적인 기계에 의해 구동되는 것인 공기의 극저온 분리 장치.
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