KR101042097B1 - 가압 기체 공급 방법 및 장치 - Google Patents

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엠마누엘 가니에르
프레데리 스뗀느
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

본 발명은 2개 이상의 극저온 분리 장치(A, B, C, D)로부터의 극저온 액체의 증발에 의한 가압 기체 공급 방법에 관한 것이다. 각각의 극저온 분리 장치는 열 교환기(1) 및 컬럼(2, 3)의 시스템을 포함한다. 제 1 작동 모드에서, 극저온 액체는 각각의 극저온 분리 장치 내의 컬럼으로부터 취출되고, 이의 적어도 일부가 가압(7, 8)되어 가압 극저온 액체(9)를 형성하고, 상기 가압된 극저온 액체의 적어도 일부가 열 교환기(1)에서 증발되어 가압된 기체의 일부(10)를 형성한다. 극저온 액체(6)는 극저온 분리 장치로부터 공동 저장 시설(12)로 전달되고, 저장 시설로부터 온 하나 이상의 액체(28A, 28B, 28C, 28D)는 하나 이상의 극저온 분리 장치의 열 교환기(1)에서 증발된다.
가압 기체 공급 방법, 가압 기체 공급 장치, 극저온 분리 장치, 열 교환기

Description

가압 기체 공급 방법 및 장치{METHOD AND INSTALLATION FOR THE PROVISION OF GAS UNDER PRESSURE}
본 발명은 1종 이상의 가압 기체의 공급 방법 및 장치, 특히 소비자에게 극저온 저장 시설에 의해 보조되는 극저온 분리 장치(예를 들면, ASU로 지칭되는 공기 분리 장치)로부터의 기체 생성물(질소, 산소, 아르곤)을 공급하는 데 사용되는 것들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 다른 극저온 액체, 예를 들면 수소, 헬륨, 일산화탄소 공급 장치에도 적용된다.
특히, 본 발명은 다수의 공업용 장치로부터 기체를 공급하는 방법에 적용된다.
비상 증발 장치는 EP-A-0452177에 예시되어 있으며, 여기서 저장 시설로부터의 액체 질소는 열 교환기에서 주위 공기와의 열 교환에 의해 증발된다.
EP-A-0628778은 극저온 액체 저장 시설을 기재하고 있으며, 이로부터의 액체를 소비자에게 전달하기 전에 펌핑한 다음, 증발기에서 증발시킨다.
문헌["Large Oxygen Plant Economics and Reliability" by W.J.Scharle, Bulletin Y-143, National Fertilizer Division Centre, Tennessee Valley Authority, Muscle Shoals, Ala. and "Oxygen Facilities for Synthetic Fuel Projects" W.J.Scharle and K.Wilson, Journal of Engineering for Industry, November 1981, Vol. 103, pp.409-417]은
- 액체 형태로 다량의 생성물을 함유하는 저장 시설,
- 저장 시설 중에 존재하는 액체를 취출하여 소비자에게 통상 운반되는 압력( 라인(line) 상 압력)으로 압축시키는 다수의 펌프(이 경우, 신뢰성의 이유로 2 개),
- 가압된 액체를 증발시키기 위한 열 교환기
로 필수적으로 구성된 비상 산소 생산용 시스템을 기재하고 있다.
이러한 비상 장치들의 출구에서, 기체는 일반적으로 주위 온도에 근접하며 소비자에게 전달된다. 열 교환기는 현장에서 이용가능한 에너지원 및 그들의 비용에 따라, 가압된 액체를 증발시키는 열원으로서 예를 들면, 공기, 증기, 고온수 및 연소 연도(flue) 기체를 사용할 수 있다.
이러한 비상 장치들의 주요한 특징 중 하나는 그들의 구동 시작 시간이다. 이는 소비자에게 공급되는 기체의 질 및 공급의 연속성을 조절하기 때문에 특히 중요하다. 생산 장치를 개시시킨 후 과도하게 긴 구동 시작 시간은 라인에서 매우 높은 압력 강하를 일으킬 수 있고, 소비자 공정에서 기능이상 및 그들의 장치의 작업 중단을 초래할 수 있다.
상기 문헌에 기재된 산소 생산 시스템의 경우, 기체 산소 버퍼 탱크가 제공되어 펌프를 구동 시작하는 데 필요한 시간 동안 가압된 생성물을 공급한다(앞서 언급한 W.J. Scharle에 의한 문헌에 따르면 약 15-20 분).
통상적으로, 증발 펌프가 극저온 온도에서 영구적으로 유지되는 경우, 비상 시스템이 안정 상태에서 그의 전체 용량에 도달하는 데 필요한 시간은 약 5 분이며, 이는 펌프의 구동 시작을 위한 1 내지 2 분과, 증발 열 교환기의 램프업(ramp-up)을 위한 2 내지 3 분으로 나뉜다. 다양한 요소의 (펌프와 저장 시설 사이 및 펌프와 열 교환기 사이 짧은 배관(short piping)) 구조 및 배열의 견실한 선택으로 이 시간을 약 3 분으로 단축시킬 수 있다. 특정한 경우, 이러한 3 분의 시간 간격은 라인 상에서 허용되는 압력 교란을 억제하는 데에는 여전히 너무 길며, 이 경우, 상기한 바와 같이 한 해결책은 펌프 및 증발기 시스템이 그의 정상 작동 상태에 도달하는 데 필요로 하는 시간인 1 내지 3 분 동안 생성물을 공급하도록 하는 크기를 갖는, 기체 버퍼 펌프(예를 들면, 200 bars)를 열 교환기 하류에 설치하는 것이다. 이 해결책의 결점은 비용이 많이 든다는 것이다(큰 설치 부피, 고압, 버퍼 탱크를 충진시키기 위한 펌프). 본 발명의 목적은 이러한 타입의 고가의 즉시 재개(immediate resumption) 시스템을 피하는 것이다. 가압 기체가 다수의 극저온 분리 장치로부터 공급되어야 하는 경우에 특정 문제가 발생한다. 대규모 프로젝트의 경우, 각각 예를 들어 두 개의 액체 산소 펌프 또는 나뉠 수 있는 단일 액체 산소 펌프를 사용하는 예를 들어 4 개 또는 5 개의 공기 분리 장치가 필요하다. 허용가능한 이용가능성을 위해서는, 각각의 장치에 설치된 예비 펌프를 제공할 필요가 있을 수 있는데, 이는 다수의 펌프를 요한다. 본 발명의 또 다른 목적은 각각의 장치에 여분의 펌프를 가짐으로써 얻어지는 것과 동등한 이용가능성을 제공하면서 과도한 수의 펌프의 사용을 피하는 것이다. 각각의 장치로부터의 모든 액체를 펌핑하고 장치에 재분배하여 각각의 장치의 열 교환 라인에서 증발시키기 이전에 공동 저장 시설로 운송할 설비가 제공될 수 있다. 그러나, 이 경우에서 장치의 순도가 손실되는 경우, 다른 장치들로부터 격리될 수 없고 이의 생성물이 다른 장치들의 생성물과 분리될 수 없다. 장치의 극저온 액체의 생성물이 오염되는 경우, 저장 시설의 오염(또한 이는 LOX를 대부분의 시장에 공급하는 데 기여할 수 있으며 이의 순도는 오직 기체 사용자에 의해서만 고정되지 않을 수 있음)과 전체 생성물의 오염을 방지하는 것이 중요하다. 본 발명의 또 다른 목적은 한 장치 상의 순도가 손실되는 경우 저장 시설로부터 격리되게 하여 이 시설의 오염을 피하는 것과 소비자의 요구에 따라, 다른 장치의 생산에는 영향이 없게 하면서 이 장치로부터의 생산을 계속하거나 중단할 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 각각의 장치가 열 교환기 및 컬럼의 시스템을 포함하고, 각각의 장치에서
a) 압축되고 정제된 기체 혼합물을 열 교환기에서 냉각시켜 압축, 정제 및 냉각된 기체 혼합물을 생성하고,
b) 상기 압축, 정제 및 냉각된 기체 혼합물을 컬럼의 시스템에서 분리시키고,
c) 컬럼의 시스템으로부터 극저온 액체를 취출하고, 제 1 작동 모드에서 가압 극저온 액체의 제 1 부분을 열 교환기에서 증발시켜 가압 기체의 일부를 공급하고,
d) 각각의 장치로부터 가압 기체를 공급하거나, 또는 극저온 분리 장치로부터의 가압 기체를 혼합시키고,
여기서,
e) 제 1 작동 모드에 따라, 각각의 극저온 분리 장치로부터의 극저온 액체의 제 2 부분을 저장 시설로 전달하고,
f) 제 1 작동 모드에 따라, 저장 시설로부터의 극저온 액체를 각각의 열 교환기로 전달하여 그 안에서 증발되게 하는 것인
2 개 이상의 극저온 분리 장치로부터의 극저온 액체의 증발에 의한 가압 기체 공급 방법이 제안된다.
바람직하게는, 제 1 작동 모드에 따르면, 등량의 액체가 저장 시설을 출입하여 저장 시설의 액체 수위가 실질적으로 일정하게 된다.
본 발명의 다른 특정 측면에 따르면,
- 극저온 액체의 제 2 부분은 저장 시설의 상류에서 가압되지 않고(않거나) 액체의 제 1 부분은 각각의 극저온 분리 장치용 열 교환기의 상류에서 가압되고,
- 제 1 작동 모드에서, 저장 시설로부터의 극저온 액체를 하나 이상의 극저온 분리 장치의 열 교환기, 바람직하게는 2 개 이상의 극저온 분리 장치의 열 교환기로 전달하고, 극저온 액체를 이 교환기(들)에서 증발시켜 가압 기체의 일부를 공급하고,
- 극저온 액체를 공동 저장 시설의 하류 및 열 교환기의 상류에서 가압하고,
- 한 극저온 분리 장치가 작업 중단된 경우, 제 2 작동 모드에 따라, 공동 저장 시설은 극저온 액체를 바람직하게는 가압 단계 후에 공동 증발기에 공급하며, 여기서 공동 저장 시설로부터의 극저온 액체는 가열 액체와의 열 교환에 의해 증발되어 가압 기체의 전부 또는 일부를 공급하고,
- 공동 증발기에서 증발된 극저온 액체는 공동 저장 시설로부터만 온 것이고,
- 각각의 극저온 분리 장치에서, 분리용 전체 기체 혼합물은 열 교환기에서 컬럼의 시스템으로부터의 하나 이상의 극저온 액체 및 하나 이상의 기체와의 열 교환에 의해 냉각되고,
- 한 극저온 분리 장치의 펌프들 중 하나 이상이 작업 중단된 경우, 제 3 작동 모드에 따라 극저온 액체의 제 1 부분은 하나 이상의 펌프에 의해 가압되고, 이 펌프의 작업 중단으로 인한 압축 액체의 손실을 보상하기 위해, 저장 시설로 전달되는 극저온 액체의 제 2 부분은 상기 펌프가 운전되는 때의 유량에 비해 증가하고,
- 한 극저온 분리 장치의 하나 이상의 펌프가 작업 중단된 경우, 펌프(들)가 운전되는 하나 이상의 다른 분리 장치에 있어서 극저온 액체의 제 1 부분은 상기 펌프가 운전되는 때의 유량에 비해 증가하고, 펌프(들)가 운전되는 하나 이상의 다른 분리 장치에 있어서 저장 시설로 전달되는 극저온 액체의 제 2 부분은 상기 펌프가 운전되는 때의 유량에 비해 감소하고,
- 한 극저온 분리 장치가 작업 중단된 경우, 하나 이상의 극저온 분리 장치로부터 공동 저장 시설로 전달되는 극저온 액체의 제 2 부분은 상기 장치가 운전되는 때의 유량에 비해 바람직하게는 0으로 감소하고, 작동 상태로 유지되는 하나 이상의 극저온 분리 장치에 있어서 열 교환기로 전달되는 극저온 액체의 제 1 부분은 상기 장치가 운전되는 때의 유량에 비해 증가하고,
- 하나 이상의 극저온 분리 장치가 작업 중단된 경우에만 극저온 액체가 저장 시설로부터 비상 증발기로 전달된다.
동일한 가압 수단이, 저장 시설로부터 나와 하나 이상의 극저온 분리 장치의 열 교환기에서 증발될 액체를 가압하고, 저장 시설로부터 나와 증발기에서 증발될 액체를 가압하는 기능을 하는 경우, 이들 가압 수단은 장치가 정상 작동 상태(증발될 액체가 열 교환기로 직간접적으로 전달되는 제 1 작동 모드) 및 작업 중단(하나 이상의 장치에 의해 생성될 기체를 대신하여 증발기에서 액체가 증발하는 제 2 작동 모드)에 있는 모두의 경우에 작용할 수 있기 때문에 영구적으로 작동할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적에 따르면, 각각의 장치가 열 교환기, 컬럼의 시스템, 및
a) 압축, 정제 및 냉각된 기체 혼합물을 생성하기 위해 압축 및 정제된 기체 혼합물을 열 교환기로 전달하는 수단,
b) 압축, 정제 및 냉각된 기체 혼합물을 컬럼의 시스템으로 전달하는 수단,
c) 컬럼의 시스템으로부터 극저온 액체를 취출하는 수단, 및 가압 기체의 일부를 공급하기 위해 가압 극저온 액체의 적어도 제 1 부분을 열 교환기로 전달하는 수단,
d) 가능한 경우, 가압 기체를 공급하기 위해 2 개 이상의 극저온 분리 장치로부터의 가압 기체를 혼합하는 수단을 포함하고,
공동 저장 시설, 극저온 분리 장치로부터의 극저온 액체의 제 2 부분을 공동 저장 시설로 전달하는 수단, 및 저장 시설로부터의 극저온 액체를 각각의 극저온 분리 장치의 열 교환기로 전달하는 수단을 추가로 포함하는, 2 개 이상의 극저온 분리 장치로부터의 극저온 액체의 증발에 의한 가압 기체 공급 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 장치는 컬럼의 시스템의 하류와 공동 저장 시설의 상류 사이에 어떠한 가압 수단도 포함하지 않는다.
본 발명의 다른 특정 측면에 따르면, 상기 장치는
- 바람직하게는, 열 교환기 및 공동 저장 시설 양쪽 모두에 연결된 출구 및(또는) 컬럼의 시스템 및 저장 시설에 연결된 입구를 갖는, 컬럼의 시스템의 하류와 열 교환기의 상류 사이의 가압 수단;
- 공동 저장 시설로부터의 극저온 액체를 하나 이상의 극저온 분리 장치의 열 교환기로 전달하는 수단;
- 공동 저장 시설의 하류와 열 교환기의 상류 사이의 극저온 액체 가압 수단;
- 공동 증발기, 극저온 액체를 공동 저장 시설로부터 공동 증발기에 공급하는 수단, 바람직하게는 공동 저장 시설의 하류와 공동 증발기의 상류 사이의 가압 수단, 및 증발기 중의 극저온 액체와 가열 유체의 열 교환 인가 수단;
- 공동 저장 시설의 하류와 공동 증발기의 상류 및 극저온 분리 장치의 하나 이상의 열 교환기(전형적으로, 각각의 극저온 분리 장치의 열 교환기)에 연결된 동일한 가압 수단
을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 공동 증발기에서 증발되는 극저온 액체는 공동 저장 시설로부터만 얻을 수 있다.
각각의 극저온 분리 장치의 경우, 극저온 액체 라인은 공동 저장 시설을 통과하지 않으면서 컬럼의 시스템과 열 교환기를 연결할 수 있으며, 공동 저장 시설을 통과하여 컬럼의 시스템과 열 교환기를 연결할 수도 있다.
상기 장치는 하나 이상의 극저온 분리 장치로부터 공동 저장 시설로 전달되는 액체의 유량 조절 수단 및(또는) 공동 저장 시설로부터 상기 극저온 분리 장치의 열 교환기로 전달되는 액체의 유량 조절 수단을 포함할 수 있다.
증발기는 극저온 액체와 극저온 분리용이 아닌 가열 유체, 예를 들면 증기 또는 대기 사이의 열 교환에 적합하다.
단일 장치에 대한 제 1 작동 모드에 따르면, 분리 장치는 열 교환기에서 증발될 액체를 생성하는데, 액체의 일부는 열 교환기로 바로 전달되고 나머지는 저장 시설을 통해 열 교환기로 전달된다.
상기 장치가 작동하지 않는 경우, 단일 장치에 대한 제 2 작동 모드에 따라 더 이상 열 교환기로 전달되는 액체가 없어지며, 저장 시설로부터의 액체가 증발기로 공급되어 여기서 증발된다.
바람직하게는, 제 1 작동 모드에 따르면, 액체는 열 교환기로 바로 전달되는 하나 이상의 액체용 펌프 및 저장 시설로부터의 하나 이상의 다른 액체용 펌프에 의해 가압된다. 또한, 동일한 펌프 또는 하나 이상의 또 다른 펌프가 제 2 작동 모드의 경우 증발기로 전달되는 액체를 가압하는 데 작용하여, 하나 이상의 다른 펌프는 제 1 작동 모드 및 제 2 작동 모드에 따라 영구 작동 상태에 있게 된다.
단일 장치에 대한 제 3 작동 모드에 따르면, 열 교환기로 바로 전달되는 액체를 가압하는 펌프들 중 하나가 작동하지 않는 경우, 액체의 일부는 작동되고 있는 펌프(들)에 의해 가압되어 열 교환기로 바로 전달되는 것이 계속되며, 나머지는 저장 시설을 통해 열 교환기로 전달된다.
공동 저장 시설은 분리 장치들 중 하나의 냉각 박스(cold box) 안에 위치할 수 있다.
본 발명은 하기 도면들을 참고로 보다 상세하게 기재된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 장치의 실시양태의 개략도이다.
도 1의 실시양태에서, 4 개의 공기 분리 장치(A), (B), (C), (D)는 가압 산소 기체를 하나 이상의 통상의 소비자에게 공급한다. 상기 4 개의 장치는 실질적으로 동일하며 각각은 주 열 교환기(1A), (1B), (1C), (1D), 및 중압 컬럼(2A), (2B), (2C), (2D) 및 저압 컬럼(3A), (3B), (3C), (3D)을 포함하는 이중 컬럼을 포함한다. 각각의 ASU로부터 취출되는 액체 산소 유량(4A), (4B), (4C), (4D)은 실질적으로 동일하다.
각각의 장치의 작동 및 배치가 실질적으로 동일하므로, 본 명세서에서는 단일 장치(A)를 상세히 설명한다.
압축 및 정제된 공기는 저압 컬럼(3A)으로부터의 하나 이상의 기체 및 액체 산소(4A)와 열 교환함으로써 열 교환기(1A)에서 냉각된다. 상기 냉각된 공기는 기체 형태로 중압 컬럼(2A)로 전달된다. 상기 공기의 일부는 증발하는 액체 산소와의 열 교환에 의해 액화된 다음, 중압 컬럼 및(또는) 저압 컬럼으로 전달된다. 상기 장치는 임의의 공지된 수단, 예를 들면 클라우드 터빈(Claude turbine) 및(또는) 블로잉 터빈(blowing turbine) 및(또는) 질소 터빈 및(또는) 액체 보조제(liquid assist)에 의해 차게 유지될 수 있다. 중압 컬럼과 저압 컬럼 사이의 통상의 리플럭스 라이즈 라인(reflux rise line)은 도면에 나타나지 않으며, 질소 풍부 유체의 도안(draw-offs)도 그러하다.
설명된 실시양태에서, 정상 작동 모드시, 액체 산소(4A)는 저압 컬럼(3A)의 탱크에서 취출되고 둘로 나뉜다. 예를 들면 취출 유량의 80 ％인 액체 산소(4A)의 제 1 부분은 각각 액체 산소의 제 1 부분의 절반을 수용하고 예를 들어 용량의 80 ％로 작동하는 트레인(train) 용량의 50 ％, 즉 분리 장치의 액체 산소 용량의 40 ％로 각각 유리하게 치수화된 것인 2 개의 병렬 펌프(7A), 펌프(8A)에 의해 압축된다. 분명히 2 개의 펌프(7A), 펌프(8A)는 단일 펌프로 대체될 수 있으며, 이에 따라 이 단일 펌프의 용량은 예를 들면, 한 트레인의 100 ％일 것이며 액체 산소의 제 1 부분 전체를 가압할 것이다. 펌핑된 액체 산소류는 라인(9A)을 통해 열 교환기(1A)로 전달되며, 여기서 증발되어 소비자에게 전달될 수 있는 가압 기체(10A)를 형성할 수 있다. 전형적으로, 이 기체는 다른 장치들(B), (C), (D)로부터의 유출 기체(10B), (10C), (10D)와 합류한다.
취출되는 산소의 나머지를 구성하거나, 또는 본 실시예에서는 20 ％인 액체 산소의 제 2 부분은 라인(5A)를 통과하여, 분리 장치로부터의 산소가 저장되는 공동 저장 시설(12)로 향하는 공동 라인(6)과 합류하며, 다른 ASU도 공동 라인(6)에 유사하게 공급된다. 공동 라인은 각각의 트레인에 대한 전용 라인으로 대체될 수 있다.
따라서, 저장 시설은 정상 모드에서 모든 (또는 적어도 부분, 주어진 분포는 단지 일례임) ASU에 의해 영구적으로 공급받아 펌프(20) 및 펌프(22)는 그들의 정상 체계에 근접하게 끊임없이 "공정(process)" 작동 상태에 있게 된다. 이들은 각각의 ASU로부터 나온 액체와 동일한 비율로 액체를 각각의 ASU에 재분포시킨다(본 실시예의 경우, ASU 당 취출된 액체 산소의 20 ％임). 이러한 방식으로, 열 교환기(1)에서 증발하는 액체는 취출되는 산소류의 100 ％를 구성하며, 이 중 80 ％가 펌프(7), 펌프(8)로부터 직접 나오며, 이 중 20 ％는 저장 시설(12) 및 펌프(20), 펌프(22)를 통과한 것이다. 따라서, 이 펌프(20), 펌프(22)는 한 ASU가 작업 중단된 경우 즉시 재개 체계 상태에 있게 되고, 이 경우 이들은 "비상 증발(emergency vaporization)" 기능으로 돌입한다(앞서 기재한 작동으로는 이들은 제 1 작동 모드에 있음).
2 개의 병렬 산소 펌프를 갖는 ASU의 펌프, 예를 들면 7A, 8A 중 하나가 운전을 중단하여 이 ASU에 의해 취출된 산소류의 50 ％로 상승되는 경우, 이 ASU로부터 나와 공동 저장 시설(12)로 가는 액체 산소 이송(5A)은 ASU (A)로부터 취출되는 산소류의 50 ％로 상승되고, 다른 ASU (B), (C), (D)의 다른 펌프들은 예를 들면, (다른 작동 지점들이 고려될 수 있음) 각각의 ASU (B), (C), (D)로부터 취출된 산소류의 각각 45 ％로(취출된 산소의 90 ％를 펌프로) 상승되며, 저장 시설을 통과하는 다른 ASU로부터의 액체는 각각의 ASU에 대해 취출된 산소류의 10 ％로 감소한다. 펌프(20) 및 펌프(22)는 여전히 동일한 80 ％ 체계에 있으며, 이 펌프(20) 및 펌프(22)에 의해 펌핑된 액체는 여전히 각각의 ASU로부터 취출된 것과 동일한 방식으로, 또는 본 실시예의 경우 ASU A로부터 ASU A의 7A로 취출된 산소류 50 % 및 나머지 각각의 ASU로부터 취출된 산소류 10 %가 재분포된다.
동일한 장치의 모든 펌프가 운전을 중단한 경우, 액체의 100 ％가 이 장치로부터 저장 시설로 이송되고, 다른 장치들은 저장 시설로부터 "격리된 모드(isolated mode)"에서 작동하게 된다. 또 다른 장치의 펌프들 중 하나가 작업 중단된 경우, 오직 하나의 펌프가 작동되는 각각의 장치로부터의 액체의 50 ％를 이송시키고 다른 장치들은 격리 모드에서 작동한다. 그러면, 저장 시설로부터의 액체용 펌프를 그들의 용량의 100 ％로 작동하고, 하나의 펌프만이 작동되는 각각의 장치에 액체의 50 ％를 전달시킨다.
저장 시설(12)로부터의 극저온 액체의 펌프(20) 및 펌프(22)의 하류 라인(24)은 라인(32)을 통해 증발기(34)에 연결된다. 이 증발기는 극저온 액체를 가열 유체, 예를 들면 공기, 증기, 고온수, 연소 연도 기체와의 열 교환에 의해 증발시키는데 기여한다.
한 ASU가 작업 중단된 경우에는 다른 ASU의 펌프(7) 및 펌프(8)가 50 ％로 상승하여 각각의 ASU를 저장 시설로부터 "격리(isolated)"되게 하고, 더 이상 액체가 라인(6)을 통해 저장 시설(12)을 통과할 필요가 없게 된다. 그 다음, 저장 시설(12)의 펌프(20) 및 펌프(22)는 저장 시설(12)의 여분으로부터 취한 액체(14)를 펌핑한다. 펌핑된 액체는 비상 증발기(34)에서 증발된다. 따라서, 이들은 저장 시설로부터의 액체를 소비하며, 앞서 기재한 작동 모드에서 ASU들로부터의 양과 동일한 양의 액체만을 펌핑하여 저장 시설 중의 액체 수위는 실질적으로 떨어지지 않는다. 펌프(20), 펌프(22)가 이미 체계에 있다(그리고, 그들의 완전 체계에 근접함)는 사실은 고압 버퍼 저장 탱크 타입 등을 부가적으로 운용하지 않고서도 비상 증발기에 의한 사실상 즉시 재개를 보장하는 데 기여한다.
바람직하게는, 각각의 공기 분리 장치는 냉각 박스를 가지며, 저장 시설은 이들 냉각 박스들 중 하나의 내부에 위치하거나 그 자신의 절연체를 갖는다.
공기 분리 장치가 단일 극저온 액체 펌프를 갖는 경우(도시되지 않음), 이 펌프의 운전이 중단된 때에는 모든 액체가 공동 저장 시설로 전달되고, 펌프(20), 펌프(22) 또는 단일 펌프에 의해 펌핑되고, 펌프가 작업 중단된 분리 장치의 열 교환기의 냉각 단부(cold end)로 전달되어 이 ASU의 생성물을 공급한다.
도 2의 장치는 도 1의 모든 요소를 포함하지만 다음과 같은 점에서 상이하다:
공동 라인(6)을 통해 공동 저장 시설(12)로 전달되는 액체는 전용 펌프(7A), 전용 펌프(8A)로 액체를 수송하는 라인(4A)-(4D)으로부터 오는 것이 아니라 저압 컬럼(3A)-(3D)로부터의 탱크를 공동 라인(6)과 연결하는 전용 라인(30A)-(30D)으로부터 온다. 분명히, 라인(4A) 및 라인(30A)의 극저온 액체는 실질적으로 동일한 조성을 갖는다. 각각의 ASU를 저장 시설과 연결하는 전용 라인은 공동 라인(6)을 대체할 수 있다.
상기 방법은 실질적으로 도 1에 도시된 것과 동일한 방법으로 작동된다.
도 1 및 도 2의 두 실시양태의 경우, 저압 컬럼(3)이 충분히 높은 압력에서 작동한다면 펌프(7), 펌프(8)가 불필요할 것이라는 것이 이해될 것이다.
가압 기체의 형성을 위해 증발되고 혼합된 가압 액체는 질소 또는 아르곤일 수 있다.
컬럼의 시스템은 통상적인 이중 컬럼, 저압 컬럼 중 이중 증발기를 갖는 이중 컬럼 또는 삼중 컬럼을 포함할 수 있다. 또한, 아르곤 컬럼이 장치들 중 하나 이상에 존재할 수 있다.
산소 기체는 분리 장치의 주 열 교환 라인에서 증발될 수 있거나 또는 전용 열 교환기에서 공기와의 열 교환에 의해 증발될 수 있다.
하기 청구 범위의 범위 내에서 다른 변형 및 변화가 이루어질 수 있다는 점이 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (22)

  1. 2개 이상의 극저온 분리 장치(A, B, C, D)로부터의 극저온 액체의 증발에 의해 가압 기체를 공급하는 방법이며,
    각각의 극저온 분리 장치는 열 교환기(1) 및 컬럼(2, 3)의 시스템을 포함하며, 각각의 극저온 분리 장치에서
    a) 압축 및 정제된 기체 혼합물을 열 교환기에서 냉각시켜 압축, 정제 및 냉각된 기체 혼합물을 생성하고,
    b) 상기 압축, 정제 및 냉각된 기체 혼합물을 컬럼의 시스템에서 분리시키고,
    c) 컬럼의 시스템으로부터 극저온 액체를 취출하고, 제 1 작동 모드에서 가압 극저온 액체의 제 1 부분(9)을 열 교환기에서 증발시켜 가압 기체의 일부를 공급하고,
    d) 각각의 극저온 분리 장치로부터 가압 기체를 공급하고,
    여기서, 제 1 작동 모드에 따라
    e) 각각의 극저온 분리 장치로부터의 극저온 액체의 제 2 부분(5)을 공동 저장 시설(12)로 전달하고,
    f) 저장 시설로부터의 극저온 액체를 각각의 열 교환기로 전달하여 그 안에서 증발되게 하는 가압 기체 공급 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 극저온 액체의 제 2 부분(5)이 저장 시설의 상류에서 가압되지 않고(않거나) 극저온 액체의 제 1 부분(9)이 각각의 극저온 분리 장치에 대한 열 교환기(1)의 상류에서 가압되는 가압 기체 공급 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제 1 작동 모드에서, 저장 시설(12)로부터 극저온 액체가 하나 이상의 극저온 분리 장치(A, B, C, D)의 열 교환기(1)로 전달되고, 상기 극저온 액체는 열 교환기(들)에서 증발되어 가압 기체(10)의 일부를 공급하는 가압 기체 공급 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 극저온 액체가 공동 저장 시설(12)의 하류 및 열 교환기(1)의 상류에서 가압되는 가압 기체 공급 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나의 극저온 분리 장치가 작업 중단된 경우, 제 2 작동 모드에 따라, 공동 저장 시설(12)이 극저온 액체를 가압 단계 후에 공동 증발기(34)에 공급하며, 공동 저장 시설로부터의 극저온 액체는 가열 액체와의 열 교환에 의해 증발되어 가압 기체의 전부 또는 일부를 공급하는 가압 기체 공급 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공동 증발기(34)에서 증발된 극저온 액체가 오직 공동 저장 시설(12)로부터 온 것인 가압 기체 공급 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 극저온 분리 장치에서, 분리용 전체 기체 혼합물이 열 교환기에서 컬럼의 시스템으로부터의 하나 이상의 극저온 액체 및 하나 이상의 기체와의 열 교환에 의해 냉각되는 가압 기체 공급 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나의 극저온 분리 장치의 펌프들 중 하나 이상이 작업 중단된 경우, 제 3 작동 모드에 따라 극저온 액체의 제 1 부분(9)이 하나 이상의 펌프(7, 8)에 의해 가압되고, 작업 중단된 펌프로 인한 압축 액체의 손실을 보상하기 위해, 저장 시설(12)로 전달되는 극저온 액체의 제 2 부분(5)은 펌프가 운전되는 때의 유량에 비해 증가하는 가압 기체 공급 방법.
  9. 제8항에 있어서, 하나의 극저온 분리 장치(A)의 하나 이상의 펌프(7, 8)가 작업 중단된 경우, 펌프(들)가 운전되는 하나 이상의 다른 극저온 분리 장치(B, C, D)에 있어서 극저온 액체의 제 1 부분은 상기 펌프가 운전되는 때의 유량에 비해 증가하고, 펌프(들)가 운전되는 하나 이상의 다른 극저온 분리 장치(B, C, D)에 있어서 저장 시설로 전달되는 극저온 액체의 제 2 부분은 상기 펌프가 운전되는 때의 유량에 비해 감소하는 가압 기체 공급 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나의 극저온 분리 장치(A)가 작업 중단된 경우, 하나 이상의 극저온 분리 장치(B, C, D)로부터 저장 시설(12)로 전달되는 극저온 액체의 제 2 부분은 극저온 분리 장치(A)가 운전되는 때의 유량에 비해 감소하고, 작동 상태로 유지되는 하나 이상의 극저온 분리 장치에 있어서 열 교환기로 전달되는 극저온 액체의 제 1 부분은 극저온 분리 장치(A)가 운전되는 때의 유량에 비해 증가하는 가압 기체 공급 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 극저온 분리 장치가 작업 중단된 경우에만, 극저온 액체가 저장 시설(12)로부터 비상 증발기(34)로 전달되는 가압 기체 공급 방법.
  12. 하나 이상의 극저온 분리 장치(A, B, C, D)로부터 극저온 액체를 증발시킴으로써 가압 기체를 공급하는 장치이며,
    각각의 극저온 분리 장치는 열 교환기(1) 및 컬럼(2, 3)의 시스템, 및
    a) 압축, 정제 및 냉각된 기체 혼합물을 생성하기 위해 압축 및 정제된 기체 혼합물을 열 교환기로 전달하는 수단,
    b) 상기 압축, 정제 및 냉각된 기체 혼합물을 컬럼의 시스템으로 전달하는 수단,
    c) 컬럼의 시스템으로부터 극저온 액체를 취출하는 수단 및 가압 기체의 일부를 공급하기 위해 적어도 가압 극저온 액체의 제 1 부분(9)을 열 교환기로 전달하는 수단을 포함하고,
    공동 저장 시설(12), 극저온 액체의 제 2 부분(5, 30)을 극저온 분리 장치로부터 공동 저장 시설로 전달하는 수단, 및 저장 시설로부터의 극저온 액체를 각각의 극저온 분리 장치의 열 교환기로 전달하는 수단을 더 포함하는 가압 기체 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서, 컬럼(2, 3)의 시스템의 하류와 공동 저장 시설(12)의 상류 사이에 어떠한 가압 수단도 포함하지 않는 가압 기체 공급 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 컬럼의 시스템의 하류와 열 교환기의 상류 사이에 가압 수단(7, 8)을 포함하는 가압 기체 공급 장치.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 공동 저장 시설(12)로부터의 극저온 액체를 하나 이상의 극저온 분리 장치의 열 교환기(1)로 전달하는 수단을 포함하는 가압 기체 공급 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 극저온 액체를 공동 저장 시설의 하류와 열 교환기의 상류 사이에서 가압하는 수단(20, 22)을 포함하는 가압 기체 공급 장치.
  17. 제12항 또는 제13항에 있어서, 공동 증발기(34), 극저온 액체를 공동 저장 시설(12)로부터 공동 증발기에 공급하는 수단, 및 공동 증발기 내의 극저온 액체와 가열 유체의 열 교환 인가 수단을 포함하는 가압 기체 공급 장치.
  18. 제16항에 있어서, 동일한 가압 수단(20, 22)이 공동 저장 시설(12)의 하류와 공동 증발기(34)의 상류 및 극저온 분리 장치의 하나 이상의 열 교환기(1)에 연결된 가압 기체 공급 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 공동 증발기(34)에서 증발되는 극저온 액체가 공동 저장 시설(12)로부터만 얻어지는 가압 기체 공급 장치.
  20. 제12항 또는 제13항에 있어서, 각각의 극저온 분리 장치에 대해, 공동 저장 시설(12)을 통과하지 않고 컬럼(2, 3)의 시스템과 열 교환기를 연결하는 극저온 액체 라인(9), 및 컬럼의 시스템과 공동 저장 시설을 연결(이후, 공동 저장 시설로부터의 극저온 액체는 열 교환기로 전달됨)하는 극저온 액체 라인(6)을 포함하는 가압 기체 공급 장치.
  21. 제12항 또는 제13항에 있어서, 각각의 극저온 분리 장치로부터 공동 저장 시설로 전달되는 액체의 유량 조절 수단 및(또는) 공동 저장 시설로부터 극저온 분리 장치들 중 하나 이상의 극저온 분리 장치의 열 교환기로 전달되는 액체의 유량 조절 수단을 포함하는 가압 기체 공급 장치.
  22. 제12항에 있어서,
    d) 가압 기체를 공급하기 위해 2개 이상의 극저온 분리 장치로부터의 가압 기체(10)를 혼합하는 수단을 더 포함하는 가압 기체 공급 장치.
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