KR102389110B1 - 제동을 위한 질소 팽창기와 연결된 팽창기 부스터에 의해 가압된 공기를 생산하기 위한 극저온 증류 방법 및 장치 - Google Patents

제동을 위한 질소 팽창기와 연결된 팽창기 부스터에 의해 가압된 공기를 생산하기 위한 극저온 증류 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102389110B1
KR102389110B1 KR1020207016963A KR20207016963A KR102389110B1 KR 102389110 B1 KR102389110 B1 KR 102389110B1 KR 1020207016963 A KR1020207016963 A KR 1020207016963A KR 20207016963 A KR20207016963 A KR 20207016963A KR 102389110 B1 KR102389110 B1 KR 102389110B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nitrogen
air
tower
heat exchanger
booster
Prior art date
Application number
KR1020207016963A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200088399A (ko
Inventor
보웨이 자오
알라인 브리글리아
펭지에 슈에
에릭 데이
Original Assignee
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 filed Critical 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Publication of KR20200088399A publication Critical patent/KR20200088399A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102389110B1 publication Critical patent/KR102389110B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04387—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04024—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of purified feed air, so-called boosted air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J3/04121—Steam turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04381—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
    • F25J3/04957—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network and inter-connecting equipments upstream of the fractionation unit (s), i.e. at the "front-end"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/54—Oxygen production with multiple pressure O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/24—Multiple compressors or compressor stages in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/46—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being oxygen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

공기의 극저온 증류에 의해 질소 및 산소를 생산하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 질소 생성물은 오직 탑(11)의 상단부로부터 추출된다. 고객이 더 낮은 압력을 가진 질소를 필요로 한다면, 제1 질소 생성물 압력으로 부분적으로 위치되는 순수한 질소(124)의 부분이 주 열교환기(1)에서 재가열되고, 이어서 질소 팽창기(23)에 의해 제2 질소 생성물 압력으로 감압되고, 주 열교환기(1)에 의해 더 재가열되고, 저압 질소 생성물로서 출력된다. 질소 팽창기(23)는 공기를 압축시키기 위해 팽창기 부스터(24)에 의해 제동될 수 있다. 방법에 의해, 상이한 압력을 가진 질소가 적합하게 생산될 수 있고, 게다가, 가압된 공기를 생산하기 위한 에너지 소비가 질소의 팽창 작업을 활용함으로써 감소될 수 있다.

Description

제동을 위한 질소 팽창기와 연결된 팽창기 부스터에 의해 가압된 공기를 생산하기 위한 극저온 증류 방법 및 장치
본 발명은 저온 정류 공기 분리 과정 및 디바이스에 관한 것이다.
공기를 질소 및 산소 생성물로 분리시키기 위한 극저온 증류의 사용은 흔한 발달된 기술이다. 상이한 압력에서 작동하는 적어도 2개의 공기 분리탑-중압탑(medium pressure tower) 및 저압탑(low pressure tower)-은 주 응축 증발기(main condensing evaporator)를 통한 열 교환에 의해 연통된다. 가압된, 정화된 그리고 냉각된 공기 공급 기체가 중압탑 및/또는 저압탑으로 입력되고, 정류에 의해 기체 및/또는 액체 질소 및 산소가 획득된다. 질소 및 산소 중 전부 또는 일부가 주 열교환기(main heat exchanger)에서 공기 공급 기체와의 열 교환을 겪어서 상온에서 기체 질소 및 산소 생성물을 획득한다. 공기 분리 디바이스 및 과정의 설계는 일반적으로 질소 및 산소 생성물의 상태, 압력 및 출력에 대한 고객 요구사항에 기초한다.
더 높은 압력-예를 들어, 40bara 초과-에서 산소 및/또는 질소 생성물을 생산하는 것이 필요할 때, 주 열교환기에 의해 재가열되었던 상온 산소 또는 질소가 대응하는 부스터에 의해 가압되는 외부 가압 방법 또는 저온 액체 산소 또는 액체 질소가 펌프에 의해 목적하는 압력으로 부스팅되고 이어서 주 열교환기에 의해 재가열되는 내부 가압 방법이 선택될 수 있다. 특히, 고압 산소를 생산할 때, 생산 안전 및 장비 비용 고려사항에 기인하여, 내부 가압 과정이 일반적으로 사용된다.
내부 가압 과정 동안, 고압의 따뜻한 스트림은 주 열교환기에서 고압 액체 산소를 증발 및 기화시키기 위해 필요하고, 따뜻한 스트림은 일반적으로 고압 공기 공급 기체이거나 또는 또한 순환하는 고압 질소일 수 있다. 고압 공기 공급 기체가 사용된다면, 주 공기 압축기에 의해 중압탑에 대한 압력에 도달하는 공기 공급 기체는 부스터에 의해 더 높은 압력으로 더 가압되어야 하고, 이것은 에너지-소비 과정이다.
본 발명에 의해 해결될 기술적 문제는 공기 분리탑, 특히 저압탑의 정류 능력의 활용을 개선하는 것이다.
본 발명에 의해 해결될 또 다른 기술적 문제는 공기 공급 기체의 가압을 위해 필요한 에너지 소비를 감소시키는 것이다.
본 발명에 의해 해결될 추가의 또 다른 기술적 문제는 상이한 출력 및 압력을 가진 질소를 고객에게 융통성 있게 제공하는 방법이다.
하나의 양상에서, 본 발명은 공기의 극저온 증류에 의해 질소 및 산소를 생산하기 위한 방법을 제공하고, 방법은: 더 높은 압력에서 작동되는 제1 탑, 즉, 중압탑 및 더 낮은 압력에서 작동되는 제2 탑, 즉, 더 낮은 압력 탑을 제공하는 단계로서, 제1 탑과 제2 탑은 주 응축 증발기를 통한 열 교환에 의해 연통되는, 제1 탑과 제2 탑을 제공하는 단계; 적어도 하나의 공기 예냉 시스템, 하나의 공기 정화 시스템, 하나의 주 공기 압축기, 적어도 하나의 공기 부스터, 적어도 하나의 주 열교환기, 및 하나의 과냉각기를 제공하는 단계; 주 공기 압축기에 의해 제1 압력 범위로 가압되는 공기 공급 기체를 예냉 시스템 및 정화 시스템에 의해 더 처리하고, 이어서 공기 공급 기체의 부분을 정류에 의해 생산된 기체 생성물과의 열 교환을 위해 주 열교환기로 그리고 이어서 제1 탑으로 전송하고, 공기 공급 기체의 다른 부분이 공기 부스터 및 팽창기 부스터의 수개의 스테이지에 의한 가압, 주 열교환기에서 정류에 의해 생산된 기체 및 액체 생성물과의 열 교환 이어서 제1 압력 범위로의 감압을 위한 팽창 또는 스로틀링(throttling)을 겪고, 이어서 이 다른 부분을 제1 탑으로 전송하거나 또는 분리된 액체의 부분을 과냉각기에 의해 과냉각하고, 후속하여 스로틀링하고 제2 탑으로 전송하는 단계; 공기 공급 기체를 제1 탑에서 정류하고, 제1 탑의 하단부에서 산소-풍부 액체 공기, 상단부에서 순수한 액체 질소 그리고 임의로 중간부에서 불순 액체 질소를 추출하고, 이것을 과냉각을 위해 과냉각기로 이어서 역류 액체로서 제2 탑으로 전송하는 단계; 주 응축 증발기에서 순수한 액체 산소를 추출하고, 순수한 액체 산소를 가압을 위해 액체 산소 펌프로 그리고 이어서 공기 부스터 및 팽창기 부스터의 수개의 스테이지에 의해 가압된 공기 공급 기체와의 열 교환, 후속하여 생성물로서 출력을 위한 증발 및 기화를 위해 주 열교환기로 전송하는 단계; 제2 탑으로부터 불순 질소를 추출하고, 불순 질소를 예열을 위한 과냉각기로 이어서 추가의 재가열을 위한 주 열교환기로 전송하는 단계; 제1 탑의 상단부로부터 제1 질소 생성물 압력으로 순수한 질소를 추출하고 순수한 질소를 재가열을 위해 주 열교환기로 전송하는 단계를 포함한다. 방법에서, 제1 질소 생성물 압력에서 순수한 질소의 부분이 주 열교환기에서 부분적으로 재가열되고, 질소 팽창기에 의해 제2 질소 생성물 압력으로 감압되고, 이어서 주 열교환기에 의해 더 재가열되고, 생성물로서 출력되고; 질소 팽창기가 제1 팽창기 부스터에 의해 제동되고, 제1 팽창기 부스터가 공기 부스터에 의해 가압되는 공기 공급 기체의 부분을 더 가압하고 제2 압력 범위를 제3 압력 범위로 도달하게 하고, 제3 압력 범위 내 공기 공급 기체가 직접적으로 또는 임의로 추가의 가압을 겪은 후, 정류에 의해 생산된 기체 및 액체 생성물과의 열 교환을 위해 주 열교환기에 진입하고, 이어서 액체 팽창기에 의해 제1 압력 범위로 감압되고 이어서 제1 탑으로 전송되거나 또는 액체의 부분이 과냉각기에 의해 과냉각되고, 이어서 스로틀링되고 제2 탑으로 전송된다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 공기의 극저온 증류에 의해 질소 및 산소를 생산하기 위한 장치를 더 제공하고, 장치는: 더 높은 압력에서 작동되는 제1 탑 및 더 낮은 압력에서 작동되는 제2 탑으로서, 제1 탑과 제2 탑은 주 응축 증발기를 통한 열 교환에 의해 연통되는, 제1 탑과 제2 탑; 적어도 하나의 공기 예냉 시스템, 하나의 공기 정화 시스템, 하나의 주 공기 압축기, 하나의 공기 부스터, 제1 팽창기 부스터, 적어도 하나의 주 열교환기, 하나의 질소 팽창기, 적어도 하나의 액체 팽창기, 하나의 액체 산소 펌프 및 하나의 과냉각기; 공기 공급 기체를 주 공기 압축기, 공기 예냉 시스템, 공기 정화 시스템 및 주 열교환기를 통해 제1 탑으로 전송하기 위한 파이프라인; 제1 탑의 하단부의 산소-풍부 액체 공기를 과냉각을 위한 과냉각기로 그리고 제2 탑으로 전송하기 위한 파이프라인; 제1 탑의 상단부의 순수한 액체 질소를 과냉각을 위한 과냉각기로 그리고 제2 탑의 상부 부분으로 전송하기 위한 파이프라인; 임의로, 제1 탑의 중간부의 불순 액체 질소를 과냉각을 위한 과냉각기로 그리고 제2 탑으로 전송하기 위한 파이프라인; 불순 질소를 제2 탑으로부터 추출하고 불순 질소를 예열을 위한 과냉각기로 그리고 재가열을 위한 주 열교환기로 전송하기 위한 파이프라인; 순수한 액체 산소를 주 응축 증발기로부터 추출하고 순수한 액체 산소를 가압을 위한 액체 산소 펌프로 그리고 이어서 주 열교환기를 통해 전송하기 위한 파이프라인; 및 순수한 질소를 하부 탑의 상단부로부터 추출하고 순수한 질소를 주 열교환기로 전송하기 위한 파이프라인을 포함하되; 재가열되는 순수한 질소의 부분을 주 열교환기로부터 질소 팽창기로 전송하고, 팽창된 순수한 질소를 재가열을 위해 주 열교환기로 복귀시키기 위한 파이프라인을 더 포함하고, 질소 팽창기가 제1 팽창기 부스터에 의해 제동되고, 주 공기 압축기, 공기 부스터 및 제1 팽창기 부스터가 순차적으로 직렬로 연결되고, 파이프라인을 통해 주 열교환기, 액체 팽창기 그리고 이어서 하부 탑에 연결된다.
본 발명에서, 질소 생성물은 오직 제1 탑의 상단부로부터 추출되고, 이 질소 생성물의 압력은 일반적으로 5 내지 6bara의 중압이다. 고객이 더 높은 압력을 가진 질소를 필요로 할 때, 재가열된 질소는 부스터를 사용하여 더 가압될 수 있다. 고객이 더 낮은 압력을 가진 질소를 필요로 할 때, 저압탑의 상단부에서 순수한 질소 탑으로부터 저압 질소를 추출하는 공통 관행 대신에, 본 발명은 목적하는 저압 질소를 획득하도록 중압 질소의 팽창을 사용한다. 게다가, 위에서 언급된 질소 팽창기는 공기를 압축시키기 위해 팽창기 부스터에 의해 제동될 수 있다. 이로부터 본 발명이 상이한 압력을 가진 질소를 융통성 있게 생산할 수 있으면서, 가압된 공기를 생산하기 위한 에너지 소비가 질소의 팽창 작업을 활용함으로써 감소될 수 있다는 것을 알 수 있다.
중압 질소가 제1 탑의 상단부에서 추출된 후, 제2 탑에 대해 역류 액체로서 사용될 수 있는 순수한 액체 질소의 양이 이에 따라 감소될 것이다. 이것은 제2 탑의 정류 능력을 더 많이 사용할 것이고, 또한 제2 탑의 필요한 직경을 감소시킬 것이고, 이것의 운송을 더 편리하게 한다.
본 개시내용의 도면은 오직 본 발명의 정신을 해석하고 설명하기 위해 본 발명을 예시하도록 의도되지만, 본 발명을 어떤 점에서 제한하지 않는다.
도 1은 제1 팽창기 부스터와 제2 팽창기 부스터가 직렬로 연결되는, 본 발명의 실시형태이다.
도 2는 제1 팽창기 부스터와 제2 팽창기 부스터가 병렬로 연결되는, 본 발명의 또 다른 실시형태이다.
도 3은 질소 팽창기가 포함되지 않은, 본 발명에 대한 비교 해결책이다.
본 개시내용에서, 용어 "공기 공급 기체"는 주로 산소 및 질소를 포함하는 혼합물을 나타낸다.
용어 "순수한 질소"는 99몰 백분율 이상의 질소 함량을 가진 기체 유체를 포함하고, 용어 "불순 질소"는 95몰 백분율 이상의 질소 함량을 가진 기체 유체를 포함하고, "불순 질소" 내 질소의 함량은 "순수한 질소" 내 질소의 함량 미만이다.
용어 "산소-풍부 액체 공기"는 30 초과의 산소의 몰 백분율을 가진 액체 유체를 나타내고, 용어 "순수한 액체 산소"는 99 초과의 산소의 몰 백분율을 가진 액체 유체를 포함하고, "순수한 액체 산소" 내 산소의 함량은 "산소-풍부 액체 공기" 내 산소의 함량보다 더 높다.
용어 "순수한 액체 질소"는 99 초과의 질소의 몰 백분율을 가진 액체 유체를 나타내고, 용어 "불순 액체 질소"는 96 초과의 질소의 몰 백분율을 가진 액체 유체를 나타내고, "불순 액체 질소" 내 질소의 함량은 "순수한 액체 질소" 내 질소의 함량 미만이다.
본 개시내용의 저온 정류는 150K 이하의 온도에서 적어도 부분적으로 수행되는 정류 방법이다. 본 명세서에서 "탑"은 액체상과 기체상이 유체 혼합물을 효과적으로 분리시키기 위해 역방향으로 접촉되는 증류 또는 분류 탑 또는 구역을 의미한다. 본 개시내용에서 "제1 탑"의 작동 압력은 일반적으로 5 내지 6.5bara이고, 이는 "제2 탑"의 일반적인 작동 압력보다 1.1 내지 1.5bara만큼 더 높다. 제2 탑이 제1 탑의 상단부에 수직으로 설치될 수 있거나 또는 2개의 탑이 나란히 설치된다. "제1 탑"은 또한 일반적으로 중압탑 또는 하부 탑으로서 지칭되고, "제2 탑"은 또한 일반적으로 저압탑 또는 상부 탑으로서 지칭된다. 주 응축 증발기가 일반적으로 "제1 탑"의 상단부에 위치되고, 이것은 제1 탑의 상단부에서 생산된 순수한 질소가 제2 탑의 하단부에서 생산된 순수한 액체 산소와의 열 교환에 의해 응축되게 할 수 있어서 제1 탑의 상단부에서 순수한 액체 질소를 획득하고, 반면에 액체 산소가 부분적으로 증발된다. 주 응축 증발기에 대한 유형은 관 및 셸 유형, 강하막 유형, 침지욕 유형 등을 포함하고, 본 발명에서 침지욕 유형의 응축 증발기가 사용될 수 있다.
본 발명에서 공기 예냉 시스템은 주 공기 압축기로부터 배출된 고온 공기(70 내지 120℃)를 공기 정화 시스템에 진입하기 위해 적합한 온도(일반적으로 10 내지 25℃)로 예냉하기 위해 사용된다. 고온 공기는 일반적으로 열 교환을 위해 공기 냉각 탑에서 원래의 순환하는 냉각수 및 저온수(일반적으로 5 내지 20℃)와 접촉하여 냉각 목적을 달성한다. 저온수는 원래의 순환하는 냉각수를 공기 분리 장치에 의해 생산된 기체 생성물 또는 부산물과 접촉, 예컨대, 열 교환을 위해 불순 질소와 접촉함으로써 또는 냉동기에 의해 획득될 수 있다.
공기 정화 시스템은 공기로부터 먼지, 수증기, CO2, 탄화수소 등을 제거하는 정화 디바이스를 나타낸다. 본 발명에서, 압력 변동 흡착 방법이 일반적으로 사용되고, 임의로 분자체뿐만 아니라 알루미나, 또는 오직 분자체일 수 있는 흡착제가 수반된다.
주 열교환기에서, 압축된, 예냉된 그리고 정화된 공기 공급 기체는 정류에 의해 생산된 기체 및/또는 액체 생성물과의 비접촉 열 교환을 겪고, 제1 탑의 정류 온도와 가깝거나 같은, 일반적으로 150K 미만의 온도로 냉각된다. 공동의 주 열교환기는 분할 유형 또는 통합 유형 등을 포함한다. 주 열교환기는 적합한 압력 범위에 따라 고압(20bara 압력 초과) 열교환기와 저압(20bara 압력 미만) 열교환기로 분할된다. 본 발명에서, 고압판 열교환기 및 저압판 열교환기, 또는 일체형의 결합된 열교환기가 사용될 수 있다.
본 개시내용에서, 제1 압력 범위는 제1 탑 또는 중압탑의 작동 압력의 범위와 일치하고, 일반적으로 5 내지 6bara이고, 대기압에서 공기 공급 기체는 이 압력 범위에 도달하도록 주 공기 압축기에 의해 압축될 수 있다. 제2 압력 범위는 공기 부스터에 의해 제1 압력 범위 내에서 공기 공급 기체를 가압함으로써 달성된 압력 범위이고, 일반적으로 40 내지 60bara이다. 제3 압력 범위는 제1 팽창기 부스터 및/또는 제2 팽창기 부스터에 의해 제2 압력 범위 내에서 공기 공급 기체를 더 가압함으로써 달성되고, 일반적으로 60 내지 75bara이다. 제2 압력 범위 및 제3 압력 범위 내 공기 공급 기체는 주 열교환기에서 가압된 액체 산소와 열을 교환할 수 있고 액체 산소가 증발 및 기화하게 할 수 있도록 요구되고, 따라서, 이의 특정한 압력은 기화되어야 하는 액체 산소의 압력에 의해 결정된다.
제1 질소 생성물 압력은 제1 탑 또는 중압탑의 상단부로부터 추출된 순수한 질소의 압력을 나타내고, 일반적으로 4 내지 5bara이다. 고객 요구사항에 따르면, 제1 질소 생성물 압력을 가진 순수한 질소는 일반적으로 약 1.1bara인 제2 질소 생성물 압력을 획득하도록 팽창될 수 있고 감압될 수 있고; 대안적으로, 제1 질소 생성물 압력을 가진 순수한 질소는 일반적으로 7bara 초과인 제3 질소 생성물 압력을 획득하도록 질소 부스터에 의해 가압될 수 있다. 제2 질소 생성물 압력과 제3 질소 생성물 압력 둘 다는 고객 요구사항에 따라 융통성 있게 결정될 수 있다.
라만(Rahman)의 원리는 상부 탑 또는 저압탑이 순수한 산소를 생산하도록 사용될 때, 저압탑의 정류 능력이 완전히 활용되지 않음에 주목한다. 본 발명에서, 다음의 조치 중 하나 이상의 조치는 이 상황을 개선하여, 전체 공기 분리 시스템의 효율을 증가시키고, 에너지 소비를 감소시키고, 심지어 탑의 용적을 감소시키도록 사용된다. 조치 중 제1 조치는 공기 공급 기체의 일부를 상부 탑, 즉, 저압탑으로 직접적으로 도입하여, 이 탑의 과잉의 정류 능력을 활용하는 것이고; 조치 중 제2 조치는 질소 생성물로서 중압탑의 상단부에서 생산된 순수한 질소를 인출하는 것이고, 이에 대응하여, 주 응축기에 의한 응축 후 획득된 순수한 액체 질소의 양이 감소될 것이고, 즉, 저압탑으로 전송된 역류 액체의 양이 감소될 것이다. 한편으로는, 역류 액체의 감소가 저압탑의 정류 능력을 추가로 사용할 것이고; 다른 한편으로는, 역류 액체의 감소가 저압탑의 처리 능력의 감소를 필요로 하고, 저압탑의 직경이 이에 따라 감소될 수 있어서, 더 쉬운 운송을 유발한다. 게다가, 질소 생성물로서 저압탑의 상단부로부터 추출된 약 1 내지 2bara의 압력을 가진 순수한 질소와 비교할 때, 중압탑의 상단부로부터 인출된 순수한 질소의 압력은 일반적으로 4 내지 5bara이다. 고객이 요구하는 질소 생성물의 압력이 4 내지 5bara 초과, 예컨대, 10bara라면, 중압탑으로부터 추출된 순수한 질소를 10bara로 가압하기 위한 에너지 소비는 저압탑으로부터 추출된 순수한 질소를 10bara로 가압하기 위한 에너지 소비보다 크게 감소된다. 고객이 요구하는 질소 생성물의 압력이 4 내지 5bara 미만, 예컨대, 1bara라면, 중압탑으로부터 추출된 순수한 질소가 1bara로 팽창될 수 있고, 팽창 작업이 발전 또는 축-연결된 팽창기 부스터를 위해 사용될 수 있어서, 전체 공기 분리 시스템의 에너지 소비를 감소시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 주 공기 압축기(21)에서 6bara로 가압된 공기가 예냉 시스템에 의해 예냉되고 정화 시스템에 의해 정화된 후, 공기의 부분(101)이 정류로부터 발생된 중압 순수한 질소(123) 및 약 -170℃로의 냉각을 위한 불순 질소(121)의 부분과의 간접적인 열 교환을 위해 저압 주 열교환기(1)에 진입하고 이어서 정류를 위해 제1 탑(11)의 하부 부분으로 전송된다. 공기의 다른 부분(102)이 공기 부스터(22)에 의해 약 52bara로 더 가압되고, 이어서 2개의 스트림으로 분할되며, 이중 하나의 스트림(103)이 제1 팽창기 부스터(24)에 의해 가압되어 58bara의 스트림(105)이 되고, 전부가 추가의 가압을 위해 제2 팽창기 부스터(26)로 전송되어 77bara의 스트림(106)이 되고; (102)의 다른 스트림(104)이 고압 주 열교환기(2)로 전송되고, 부분적으로 냉각되고, 이어서 중간부로부터 추출되고, 공기 팽창기(25)에 의해 6bara로 감압되고, 이어서 또한 정류를 위해 제1 탑(11)의 하부 부분으로 전송된다. 제2 팽창기 압축기(26)에 진입하는 스트림(105) 전부가 제1 팽창기 부스터(24)로부터 나온 것이므로, 2개는 시리즈를 형성한다. 제1 팽창기 부스터(24) 및 제2 팽창기 부스터(26)는 질소 팽창기(23) 및 공기 팽창기(25)와 각각 연결되고, 팽창기가 행하는 작업을 흡수한다. 77bara로 가압된 스트림(106)은 88bara로 가압되는 순수한 액체 산소(122), 및 고압 순수한 액체 산소(122)가 증발되고 기화되고 고압 산소 생성물로서 출력되는 동안 액체로의 응축을 위한 불순 액체 질소(121)의 부분과의 간접적인 열 교환을 위해 고압 주 열교환기(2)에 진입한다. 응축된 공기 공급 기체가 액체 팽창기(28)에 의해 6bara로 감압되고 이어서 기체상과 액체상으로 분리되고, 이들 중 하나는 제1 탑(11)의 하부 부분으로 직접적으로 전송되는 기체 스트림(107)이고, 이들 중 다른 하나는 과냉각기(3)에 의해 과냉각되고 이어서 제2 탑(13)의 중간부로 전송되는 액체 스트림(108)의 부분이다.
제1 탑(11)으로 도입된 공기 공급 기체가 제1 탑에서 정류되어 탑의 하단부에서 산소-풍부 액체 공기(110) 그리고 탑의 상단부에서 순수한 질소를 생산한다. 제2 탑의 하단부에서 생산된 액체 산소와 주 응축 증발기(12)에서의 간접적인 열 교환에 의해, 순수한 질소의 부분이 순수한 액체 질소로 응축된다. 위에서 언급된 순수한 액체 질소의 부분은 제1 탑으로의 역류 액체로서 사용된다. 임의로, 부분이 액체 질소 생성물로서 저장 탱크로 전송되고, 다른 부분(112)이 과냉각되고 이어서 역류 액체로서 제2 탑(13)의 상부 부분으로 입력된다. 게다가, 과냉각되고 제2 탑으로 입력되는 기체는 또한 산소-풍부 액체 공기(110), 그리고 임의로, 제1 탑(11)의 중간부로부터 추출된 불순 액체 질소(111) 및 액체 공기 공급 기체(108)의 부분을 포함한다. 위에서 언급된 스트림이 스로틀링되고 약 1.3 내지 1.4bara로 감압되고 이어서 제2 탑(13)으로 운송되고, 정류에 참여하고, 이어서, 약 1.3bara의 압력을 가진 불순 질소(121)가 제2 탑의 상부 부분으로부터 추출될 수 있고, 반면에 약 1.4bara의 압력을 가진 순수한 액체 산소(122)가 제2 탑의 하단부에서 획득된다. 고객이 고압 산소 생성물을 필요로 할 때, 순수한 액체 산소가 액체 산소 펌프(31)에 의해 약 88bara로 가압될 수 있고, 이어서 고압 주 열교환기(2)에서 고압 공기 공급 기체(106, 104)에 의해 증발될 수 있고 기화될 수 있어서 고압 산소 생성물을 획득한다. 고객이 또한 중압 산소 생성물을 필요로 할 때, 액체 산소 펌프로부터 고압 액체 산소의 부분이 스로틀링될 수 있고 감압될 수 있어서 약 30bara의 압력을 가진 중압 액체 산소를 획득하고, 중압 액체 산소는 이어서 유사하게 고압 주 열교환기(2)에서 고압 공기 공급 기체(106, 104)에 의해 증발 및 기화되어 중압 산소 생성물을 획득한다.
이 실시형태에서, 오직 질소 생성물은 제1 탑(11)의 상단부로부터 인출된 약 5.5bara의 압력을 가진 중압 순수한 질소(123)이다. 고객이 저압 질소 생성물과 고압 질소 생성물 둘 다를 필요로 할 때, 다음의 작동이 수행될 수 있다. 저압 주 열교환기(1)의 중간부에서, 부분적으로 재가열된 중압 순수한 질소(123)의 부분(124)이 추출되고, 질소 팽창기(23)에 의해 제2 질소 생성물 압력으로서 지칭되는 목적하는 압력으로 감압되고, 이어서 주 열교환기로 복귀되고, 완전히 재가열되어 제2 질소 생성물을 획득한다. 질소 팽창기(23)가 제1 팽창기 부스터(24)에 의해 제동되어, 팽창 작업을 압축된 공기 공급 기체를 위해 필요한 에너지로 전환한다. 중압 순수한 질소(123)의 나머지 부분이 저압 주 열교환기(1)에 의해 완전히 재가열된 후, 이 나머지 부분은 제1 질소 생성물로서 제1 질소 생성물 압력으로 출력될 수 있거나 또는 질소 부스터에 의해 고객이 요구하는 바와 같이 제3 질소 생성물 압력으로 가압될 수 있고 제3 질소 생성물로서 출력될 수 있다.
도 2 및 도 1에 도시된 실시형태 간의 주요한 차이는 제1 팽창기 압축기(24)와 제2 팽창기 압축기(26) 간의 연결 관계이다. 도 2에서, 2개는 병렬로 연결된다. 특히, 주 공기 압축기(21)에서 6bara로 가압된 공기 공급 기체가 예냉 시스템에 의해 예냉되고 정화 시스템에 의해 정화된 후, 공기 공급 기체의 부분(101)이 정류로부터 발생된 중압 순수한 질소(123) 및 약 -170℃로의 냉각을 위한 불순 질소(121)의 부분과의 간접적인 열 교환을 위해 저압 주 열교환기(1)에 진입하고 이어서 정류를 위해 제1 탑(11)의 하부 부분으로 전송된다. 공기 공급 기체의 다른 부분(102)이 공기 부스터(22)에 의해 약 52bara로 더 가압되고, 이어서 3개의 스트림으로 분할되고, 스트림 중 하나의 스트림(115)이 제1 팽창기 부스터(24)에 의해 가압되어 76bara의 스트림(116)이 되고; (102)의 또 다른 스트림(117)이 고압 주 열교환기(2)로 전송되고, 부분적으로 냉각되고, 이어서 중간부로부터 추출되고, 공기 팽창기(25)에 의해 6bara로 감압되고, 이어서 또한 정류를 위해 제1 탑(11)의 하부 부분으로 전송되고; (102)의 제3 스트림(118)이 제2 팽창기 부스터(26)에 입력되고 이어서 또한 스트림(116)과 혼합되는, 76bara의 스트림(119)을 형성하도록 가압되고, 이어서 88bara로 가압되는 순수한 액체 산소(122), 및 고압 순수한 액체 산소(122)가 증발되고 기화되고 고압 산소 생성물로서 출력되는 동안 액체로의 부분적인 응축을 위한 불순 액체 질소(121)의 부분과의 간접적인 열 교환을 위해 고압 주 열교환기(2)에 진입한다. 제1 팽창기 압축기와 제2 팽창기 압축기 둘 다에 진입하는 각각의 스트림이 공기 부스터(22)의 가압 단부로부터 나오기 때문에, 2개는 병렬 연결을 형성한다. 응축된 공기 공급 기체(120)가 액체 팽창기(28)에 의해 6bara로 감압되고 이어서 기체-액체 분리기에 의해 2개의 스트림으로 분리될 수 있고, 스트림 중 하나의 스트림은 제1 탑(11)의 하부 부분으로 직접적으로 전송되는 기체 스트림(107)이고, 스트림 중 다른 하나의 스트림은 과냉각기(3)에 의해 과냉각되고 이어서 제2 탑(13)의 중간부로 전송되는 액체 스트림(108)이다. 제1 팽창기 부스터(24) 및 제2 팽창기 부스터(26)는 질소 팽창기(23) 및 공기 팽창기(25)와 각각 연결되고, 팽창기가 행하는 작업을 흡수한다.
도 2에 도시된 실시형태의 나머지는 도 1에 도시된 실시형태의 나머지와 동일하다. 둘 다는 본 발명의 구현을 위한 예이지만, 본 발명의 정신 및 범위를 어떤 방식으로도 제한하지 못한다.
다음의 시뮬레이션 계산은 공기 분리 장치의 작동 비용을 비교한다. 도 2는 본 발명에 따른 실시형태로서 과정 흐름을 도시하고, 도 3은 비교예로서 과정 흐름을 도시한다. 도 3에서, 도 2와 비교할 때, 제2 탑의 상부 부분에는 순수한 질소 탑(14)이 제공되고, 약 1.3bara의 압력을 가진 저압 순수한 질소(140)가 순수한 질소 탑의 상단부로부터 직접적으로 추출된다. 저압 순수한 질소(140)가 과냉각기(3) 및 주 열교환기(1)에 의해 재가열되고 이어서 제2 질소 생성물로서 출력된다. 도 3에서, 약 5.5bara의 압력을 가진 중압 순수한 질소(123)가 제1 탑의 상단부로부터 여전히 추출되지만; 모든 이 스트림이 주 열교환기(1)에 의해 재가열되고 이어서 제1 질소 생성물로서 사용되거나 또는 대안적으로, 이 스트림의 부분이 더 가압되고 이어서 제3 질소 생성물로서 출력된다. 이에 대응하여, 도 3의 비교예는 질소 팽창기(23) 및 질소 팽창기와 연결된 제1 팽창기 부스터(24)를 갖지 않는다. 특히, 주 공기 압축기(21)에서 6bara로 가압된 공기 공급 기체가 예냉 시스템(301)에 의해 예냉되고 정화 시스템(302)에 의해 정화된 후, 공기 공급 기체의 부분(101)이 정류로부터 발생된 중압 순수한 질소(123) 및 불순 질소(121)의 부분 및 약 -170℃로의 냉각을 위한 저압 순수한 질소(140)와의 간접적인 열 교환을 위해 저압 주 열교환기(1)에 진입하고 이어서 정류를 위해 제1 탑(11)의 하부 부분으로 전송된다. 공기 공급 기체의 다른 부분(102)이 공기 부스터(22)에 의해 약 51bara로 더 가압되고, 이어서 2개의 스트림으로 분할되며, 하나의 스트림(131)이 고압 주 열교환기(2)로 전송되고, 부분적으로 냉각되고, 이어서 중간부로부터 추출되고, 공기 팽창기(25)에 의해 감압되어 6bara의 스트림(132)이 되고, 스트림은 이어서 또한 정류를 위해 제1 탑(11)의 하부 부분으로 전송되고; 그리고 다른 스트림(133)이 제2 팽창기 부스터(26)에 의해 76bara로 가압되고, 이어서 88bara로 가압되는 순수한 액체 산소(122), 및 고압 순수한 액체 산소(122)가 증발되고 기화되고 고압 산소 생성물로서 출력되는 동안 액체로의 부분적인 응축을 위한 불순 액체 질소(121)의 부분과의 간접적인 열 교환을 위해 고압 주 열교환기(2)에 진입한다. 응축된 공기 공급 기체가 액체 팽창기(28)에 의해 6bara로 감압되고 이어서 기체-액체 분리기에 의해 2개의 스트림으로 분리될 수 있고, 스트림 중 하나의 스트림은 제1 탑(11)의 하부 부분으로 직접적으로 전송되는 기체 스트림(107)이고, 스트림 중 다른 하나의 스트림은 과냉각기(3)에 의해 과냉각되고 이어서 제2 탑(13)의 중간부로 전송되는 액체 스트림(108)이다. 이 비교예의 나머지는 도 2에 도시된 실시형태의 나머지와 같다.
다음의 표에 나열된 시뮬레이션 계산은 100,000N㎥/h의 산소 출력에 의한 공기 분리 시스템용 ASPEN 소프트웨어를 사용하여 수행된다. 공기 분리 시스템에서, 알루미늄 판-핀 유형인 주 열교환기가 수반되고, 고압 증기에 의해 구동되는 증기 터빈 둘 다인 주 공기 압축기(MAC) 및 공기 부스터(BAC)가 수반된다. 작동 비용의 계산은 100RMB/톤(ton)의 고압 증기 가격에 기초하고 5년의 작동에 기초하여 평가된다.
작동 비용의 비교
범주 단위 비교예 실시형태
O2의 회수율 % 99.65% 99.00%
중압 순수한 질소 추출 N㎥/h 13000 40000
저압 순수한 질소 추출 N㎥/h 27000 없음
저압 순수한 질소로의 중압 순수한 질소의 변환의 유량 N㎥/h 0 27000
MAC의 전력 ㎾ 40,339 40,587
BAC의 전력 ㎾ 20,307 19,303
MAC + BAC의 총 전력 ㎾ 60,646 59,890
Δ(MAC + BAC의 총 전력) ㎾ 0.0 -756
고압 증기 소비 톤/시간 200.3 197.7
Δ(고압 증기 소비) 톤/시간 0.0 -2.569
작동 비용(총 5년) Mrmb 801.2 790.9
Δ(작동 비용(총 5년)) Mrmb 0.0 -10.3
중압 순수한 질소의 추가의 27000N㎥/h의 추출에 기인하여, 본 발명에 따라 획득된 O2의 회수율은 비교예의 회수율보다 약간 더 낮지만; 여기서 손실은 본 발명에 의해 달성된 전체 에너지 절약보다 훨씬 더 낮다. 위의 표에서, "중압 순수한 질소 추출"은 제1 탑의 상단부로부터 추출된 중압 순수한 질소의 유량을 나타내고, "저압 순수한 질소 추출"은 순수한 질소 탑의 상단부로부터 추출된 저압 순수한 질소의 유량을 나타내고, "저압 순수한 질소로의 중압 순수한 질소의 변환의 유량"은 주 열교환기의 중간부로부터 인출되고 질소 팽창기(23)로 전송되는 중압 순수한 질소의 부분의 유량을 나타낸다. 본 발명에서, 질소 팽창기가 행하는 작업의 활용에 기인하여, 공기 부스터(BAC)에 의해 실질적으로 동일한 압력 및 유량으로 공기 공급 기체를 생산하기 위해 필요한 작업이 감소되고, 소비되는 대응하는 고압 증기도 또한 감소된다. 총 5년에 기초하여, 약 천만의 작동 비용이 절약될 수 있다.

Claims (17)

  1. 공기의 극저온 증류에 의해 질소 및 산소를 생산하기 위한 방법으로서,
    (a) 더 높은 압력에서 작동되는 제1 탑(11) 및 더 낮은 압력에서 작동되는 제2 탑(13)을 제공하는 단계로서, 상기 제1 탑과 상기 제2 탑은 주 응축 증발기(main condensing evaporator)(12)를 통한 열 교환에 의해 연통되는, 상기 제1 탑과 제2 탑을 제공하는 단계;
    (b) 적어도 하나의 공기 예냉 시스템, 하나의 공기 정화 시스템, 하나의 주 공기 압축기(21), 적어도 하나의 공기 부스터(22), 적어도 하나의 주 열교환기(main heat exchanger)(1, 2) 및 하나의 과냉각기(3)를 제공하는 단계;
    (c) 상기 주 공기 압축기(21)에 의해 제1 압력 범위로 가압된 공기 공급 기체를 더 예냉하고 정화하고, 이어서 상기 공기 공급 기체의 부분(101)을 정류에 의해 생산된 기체 생성물과의 열 교환을 위해 상기 주 열교환기(1)로 전송하고 이어서 상기 제1 탑(11)으로 전송하고, 상기 공기 공급 기체의 다른 부분(102)이 상기 공기 부스터(22) 및 팽창기 부스터(24, 26)의 수개의 스테이지에 의한 가압, 정류에 의해 생산된 기체 및 액체 생성물과의 상기 주 열교환기(2)에서의 열 교환, 이어서 상기 제1 압력 범위로의 감압을 위한 팽창 또는 스로틀링(throttling)을 겪고, 이어서 이 다른 부분을 상기 제1 탑(11)으로 전송하거나 또는 부분을 상기 과냉각기(3)에 의해 과냉각하고, 후속하여 스로틀링하고 상기 제2 탑(13)으로 전송하는 단계;
    (d) 상기 공기 공급 기체를 상기 제1 탑(11)에서 정류하고, 상기 제1 탑의 하단부에서 산소-풍부 액체 공기(110), 상단부에서 순수한 액체 질소(112) 그리고 중간부에서 불순 액체 질소(111)를 추출하고, 이것을 과냉각을 위해 상기 과냉각기(3)로 전송하고, 이어서 역류 액체로서 상기 제2 탑(13)으로 전송하는 단계;
    (e) 상기 주 응축 증발기(12)에서 순수한 액체 산소(122)를 추출하고, 상기 순수한 액체 산소를 가압을 위해 액체 산소 펌프(31)로 전송하고, 그리고 이어서 상기 공기 부스터(22) 및 상기 팽창기 부스터(24, 26)의 수개의 스테이지에 의해 가압된 상기 공기 공급 기체와의 열 교환, 후속하여 생성물로서 출력을 위한 증발 및 기화를 위해 주 열교환기(2)로 전송하는 단계;
    (f) 상기 제2 탑(13)으로부터 불순 질소(121)를 추출하고, 상기 불순 질소를 예열을 위한 상기 과냉각기(3)로 전송하고, 이어서 추가의 재가열을 위한 상기 주 열교환기(1, 2)로 전송하는 단계; 및
    (g) 상기 제1 탑(11)의 상단부로부터 제1 질소 생성물 압력으로 순수한 질소(123)를 추출하고 상기 순수한 질소를 재가열을 위해 상기 주 열교환기(1)로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 질소 생성물 압력에서 순수한 질소의 부분(124)이 상기 주 열교환기에서 부분적으로 재가열되고, 질소 팽창기(23)에 의해 제2 질소 생성물 압력으로 감압되고, 이어서 상기 주 열교환기(1)에 의해 더 재가열되고, 생성물로서 출력되고; 상기 질소 팽창기(23)가 제1 팽창기 부스터(24)에 의해 제동되고, 상기 제1 팽창기 부스터(24)가 상기 공기 부스터(22)에 의해 가압된 공기 공급 기체의 부분을 더 가압하고 제2 압력 범위를 제3 압력 범위로 도달하게 하고, 상기 제3 압력 범위 내 상기 공기 공급 기체가 직접적으로 또는 추가의 가압을 겪은 후, 정류에 의해 생산된 기체 및 액체 생성물과의 열 교환을 위해 상기 주 열교환기(2)에 진입하고, 이어서 액체 팽창기(28)에 의해 상기 제1 압력 범위로 감압되고 이어서 상기 제1 탑(11)으로 전송되거나 또는 감압된 액체의 부분(108)이 상기 과냉각기(3)에 의해 과냉각되고, 이어서 스로틀링되고 상기 제2 탑(13)으로 전송되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주 열교환기는 고압판 열교환기 및 저압판 열교환기, 또는 일체형의 결합된 열교환기를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공기 부스터(22)에 의해 가압되고 상기 제2 압력 범위에 도달하는 상기 공기 공급 기체의 부분이 상기 주 열교환기에서 부분적으로 냉각되고, 이어서 공기 팽창기(25)에 의해 상기 제1 압력 범위로 감압되고, 이어서 상기 제1 탑으로 전송되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공기 팽창기(25)가 제2 팽창기 부스터(26)에 의해 제동되고, 상기 제2 팽창기 부스터(26)가 상기 공기 부스터(22)에 의해 가압된 상기 공기 공급 기체를 더 가압하고 상기 제2 압력 범위를 상기 제3 압력 범위로 도달하게 하고, 상기 제3 압력 범위 내 상기 공기 공급 기체가 정류에 의해 생산된 기체 및 액체 생성물과의 열 교환을 위해 상기 주 열교환기(2)에 진입하고, 이어서 상기 액체 팽창기(28)에 의해 상기 제1 압력 범위로 감압되고 이어서 상기 제1 탑으로 전송되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공기 부스터(22)에 의해 가압되고 상기 제2 압력 범위에 도달하는 상기 공기 공급 기체가 3개의 부분으로 분할되고, 제1 부분(115)이 상기 제1 팽창기 부스터(24)에 의해 상기 제3 압력 범위로 가압되고; 제2 부분(117)이 상기 주 열교환기에서 부분적으로 냉각되고, 이어서 상기 공기 팽창기(25)에 의해 상기 제1 압력 범위로 감압되고, 이어서 상기 제1 탑(11)으로 전송되고; 제3 부분(118)이 상기 제2 팽창기 부스터(26)에 의해 상기 제3 압력 범위로 가압되고, 공기 공급 기체의 가압된 제1 부분(116)과 공기 공급 기체의 가압된 제3 부분(119)이 결합되고, 이어서 정류에 의해 생산된 기체 및 액체 생성물과의 열 교환을 위해 상기 주 열교환기(2)로 전송되고, 이어서 상기 액체 팽창기(28)에 의해 상기 제1 압력 범위로 감압되고 이어서 상기 제1 탑으로 전송되는, 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 공기 팽창기(25)가 제2 팽창기 부스터(26)에 의해 제동되고, 상기 제2 팽창기 부스터(26)가 상기 제1 팽창기 부스터(24)에 의해 가압된 상기 공기 공급 기체(105)를 더 가압하고, 상기 공기 공급 기체가 정류에 의해 생산된 기체 및 액체 생성물과의 열 교환을 위해 상기 주 열교환기(2)로 전송되고, 이어서 상기 액체 팽창기(28)에 의해 상기 제1 압력 범위로 감압되고 이어서 상기 제1 탑(11)으로 전송되는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 팽창기 부스터(24)에 의해 가압된 상기 공기 공급 기체(105)가 전부 추가의 가압을 위해 상기 제2 팽창기 부스터(26)로 전송되는, 방법.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 팽창기(28)가 발전기에 의해 제동되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 열교환기(1, 2)에 의해 냉각된 상기 제1 압력 범위 내 상기 감압된 액체의 부분(108)이 상기 과냉각기(3)에 의해 과냉각되고, 이어서 스로틀링되고 역류 액체로서 상기 제2 탑(13)으로 전송되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 응축 증발기(12)에서 추출된 상기 순수한 액체 산소(122)가 상기 과냉각기에 의해 부분적으로 과냉각되고 이어서 액체 산소 저장 탱크로 전송되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 응축 증발기(12)에서 추출된 상기 순수한 액체 산소(122)가 상기 액체 산소 펌프(31)에 의해 가압되고, 부분이 감압을 위해 팽창되거나 또는 스로틀링되고, 이어서 상기 공기 공급 기체와의 열 교환, 후속하여 생성물로서 출력을 위한 증발 및 기화를 위해 상기 주 열교환기(2)로 전송되는, 방법.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 질소 생성물 압력에서 순수한 질소(123)의 부분이 상기 주 열교환기에서 완전히 재가열된 후, 순수한 질소의 이 부분 중 부분(125)이 제1 질소 생성물로서 출력되고, 다른 부분(126)이 질소 부스터(27)에 의해 제3 질소 생성물 압력으로 가압되고 제3 질소 생성물로서 출력되는, 방법.
  13. 공기의 극저온 증류에 의해 질소 및 산소를 생산하기 위한 장치로서,
    (a) 더 높은 압력에서 작동되는 제1 탑(11) 및 더 낮은 압력에서 작동되는 제2 탑(13)으로서, 상기 제1 탑과 상기 제2 탑은 주 응축 증발기(12)를 통한 열 교환에 의해 연통되는, 상기 제1 탑과 제2 탑;
    (b) 적어도 하나의 주 공기 압축기(21), 하나의 공기 예냉 시스템(301), 하나의 공기 정화 시스템(302), 하나의 공기 부스터(22), 제1 팽창기 부스터(24), 적어도 하나의 주 열교환기(1, 2), 하나의 질소 팽창기(23), 적어도 하나의 액체 팽창기(28), 하나의 액체 산소 펌프(31) 및 하나의 과냉각기(3);
    (c) 공기 공급 기체를 상기 주 공기 압축기(21), 상기 공기 예냉 시스템(301), 상기 공기 정화 시스템(302) 및 상기 주 열교환기(1)를 통해 상기 제1 탑(11)으로 전송하기 위한 파이프라인;
    (d) 상기 제1 탑(11)의 하단부의 산소-풍부 액체 공기(110)를 과냉각을 위한 상기 과냉각기(3)로 그리고 상기 제2 탑(13)으로 전송하기 위한 파이프라인;
    (e) 상기 제1 탑의 상단부의 순수한 액체 질소(112)를 과냉각을 위한 상기 과냉각기(3)로 그리고 상기 제2 탑(13)의 상부 부분으로 전송하기 위한 파이프라인;
    (f) 상기 제1 탑의 중간부의 불순 액체 질소(111)를 과냉각을 위한 상기 과냉각기(3)로 그리고 상기 제2 탑(13)으로 전송하기 위한 파이프라인;
    (g) 불순 질소(121)를 상기 제2 탑으로부터 추출하고 상기 불순 질소를 예열을 위한 상기 과냉각기(3)로 그리고 재가열을 위한 상기 주 열교환기(1, 2)로 전송하기 위한 파이프라인;
    (h) 순수한 액체 산소(122)를 상기 주 응축 증발기(12)로부터 추출하고 상기 순수한 액체 산소를 가압을 위한 상기 액체 산소 펌프(31)로 그리고 이어서 상기 주 열교환기(2)를 통해 전송하기 위한 파이프라인; 및
    (i) 순수한 질소(123)를 상기 제1 탑의 상단부로부터 추출하고 상기 순수한 질소를 상기 주 열교환기(1)로 전송하기 위한 파이프라인을 포함하되,
    재가열된 순수한 질소의 부분(124)을 상기 주 열교환기로부터 상기 질소 팽창기(23)로 전송하고, 팽창된 순수한 질소(124)를 재가열을 위해 상기 주 열교환기로 복귀시키기 위한 파이프라인을 더 포함하고, 상기 질소 팽창기(23)가 상기 제1 팽창기 부스터(24)에 의해 제동되고, 상기 주 공기 압축기(21), 상기 공기 부스터(22) 및 상기 제1 팽창기 부스터(24)가 순차적으로 직렬로 연결되고, 파이프라인을 통해 상기 주 열교환기(2), 상기 액체 팽창기(28) 그리고 이어서 상기 제1 탑(11)에 연결되는, 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 공기 부스터(22)를 상기 주 열교환기(2)와 연통시키기 위한 파이프라인, 및 상기 주 열교환기(2)의 중간부로부터 관통되고 공기 팽창기(25)와 상기 제1 탑(11)을 차례대로 연결시키는 파이프라인을 더 포함하는, 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 공기 팽창기(25)는 제2 팽창기 부스터(26)에 의해 제동되고, 상기 장치는 상기 공기 부스터(22)를 상기 제2 팽창기 부스터(26)와 연통시키고 이어서 상기 주 열교환기(2), 상기 액체 팽창기(28) 및 상기 제1 탑(11)을 순차적으로 연결시키기 위한 파이프라인을 더 포함하는, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 공기 부스터(22)는 상기 제2 팽창기 부스터(26)에 직접적으로 연결되거나 또는 상기 공기 부스터(22)는 상기 제1 팽창기 부스터(24)를 통해 상기 제2 팽창기 부스터(26)에 연결되는, 장치.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 열교환기는 고압판 열교환기 및 저압판 열교환기, 또는 일체형의 결합된 열교환기를 포함하는, 장치.
KR1020207016963A 2017-11-29 2017-11-29 제동을 위한 질소 팽창기와 연결된 팽창기 부스터에 의해 가압된 공기를 생산하기 위한 극저온 증류 방법 및 장치 KR102389110B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2017/113525 WO2019104524A1 (zh) 2017-11-29 2017-11-29 通过与氮气膨胀机联动制动的膨胀机增压机来产生增压空气的深冷精馏方法与设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200088399A KR20200088399A (ko) 2020-07-22
KR102389110B1 true KR102389110B1 (ko) 2022-04-21

Family

ID=66664164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207016963A KR102389110B1 (ko) 2017-11-29 2017-11-29 제동을 위한 질소 팽창기와 연결된 팽창기 부스터에 의해 가압된 공기를 생산하기 위한 극저온 증류 방법 및 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20200355429A1 (ko)
EP (1) EP3719427A4 (ko)
KR (1) KR102389110B1 (ko)
CN (1) CN111406192B (ko)
WO (1) WO2019104524A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112320764B (zh) * 2020-10-14 2022-02-08 杭州电子科技大学 一种节能型便携制氧装置
CN112361716A (zh) * 2020-10-26 2021-02-12 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于从空气分离装置中制备高压气体的方法和装置
CN112414003B (zh) * 2020-11-24 2022-06-21 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种基于深冷精馏生产空气产品的方法及设备
CN113405318B (zh) * 2021-06-29 2024-04-05 杭氧集团股份有限公司 一种使用单个精馏塔生产纯氮的装置的使用方法
CN113654302B (zh) * 2021-08-12 2023-02-24 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种低温空气分离的装置和方法
EP4215856A1 (en) * 2022-08-30 2023-07-26 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for air separation by cryogenic distillation
EP4163576A1 (en) * 2021-10-06 2023-04-12 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Apparatus and process for the separation of air by cryogenic distillation
CN113883829B (zh) * 2021-11-01 2023-02-28 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种低能耗制取高纯氮的方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201265997Y (zh) 2008-09-05 2009-07-01 苏州制氧机有限责任公司 液体空气分离设备
CN103776240B (zh) 2014-01-13 2016-07-06 浙江海天气体有限公司 单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4732595A (en) * 1985-08-23 1988-03-22 Daidousanso Co., Ltd. Oxygen gas production apparatus
US4817393A (en) * 1986-04-18 1989-04-04 Erickson Donald C Companded total condensation loxboil air distillation
US4817394A (en) * 1988-02-02 1989-04-04 Erickson Donald C Optimized intermediate height reflux for multipressure air distillation
CN1052365A (zh) * 1989-12-08 1991-06-19 孙克澄 空气分离方法及设备
FR2711778B1 (fr) * 1993-10-26 1995-12-08 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène et/ou d'azote sous pression.
GB9404991D0 (en) * 1994-03-15 1994-04-27 Boc Group Plc Cryogenic air separation
US5966967A (en) * 1998-01-22 1999-10-19 Air Products And Chemicals, Inc. Efficient process to produce oxygen
FR2865024B3 (fr) * 2004-01-12 2006-05-05 Air Liquide Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique
EP1767884A1 (en) * 2005-09-23 2007-03-28 L'Air Liquide Société Anon. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
CN100472159C (zh) * 2006-04-29 2009-03-25 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种空气分离装置及其方法
WO2009021351A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-19 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
CN201281522Y (zh) * 2008-08-22 2009-07-29 苏州制氧机有限责任公司 氧气自增压空分装置
FR2943408A1 (fr) * 2009-03-17 2010-09-24 Air Liquide Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique
US8448463B2 (en) * 2009-03-26 2013-05-28 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification method
CN102706101B (zh) * 2012-05-23 2013-11-06 苏州制氧机有限责任公司 一种空气分离设备
CN103123203B (zh) * 2013-02-22 2015-03-04 河南开元空分集团有限公司 利用含氮废气进行再低温精馏制取纯氮的方法
FR3010778B1 (fr) * 2013-09-17 2019-05-24 Air Liquide Procede et appareil de production d'oxygene gazeux par distillation cryogenique de l'air
CN104019629B (zh) * 2014-05-14 2016-01-06 中国海洋石油总公司 一种可与接收站冷能供应相匹配的空气分离方法
CN106949708B (zh) * 2016-11-25 2020-02-11 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种对原有低温空分装置进行改装用以提高低压纯氮气产量的方法
EP3343158A1 (de) * 2016-12-28 2018-07-04 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur herstellung eines oder mehrerer luftprodukte und luftzerlegungsanlage

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201265997Y (zh) 2008-09-05 2009-07-01 苏州制氧机有限责任公司 液体空气分离设备
CN103776240B (zh) 2014-01-13 2016-07-06 浙江海天气体有限公司 单压缩双增压双膨胀高纯氮制取装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019104524A1 (zh) 2019-06-06
CN111406192B (zh) 2022-04-08
US20200355429A1 (en) 2020-11-12
EP3719427A4 (en) 2021-12-01
KR20200088399A (ko) 2020-07-22
CN111406192A (zh) 2020-07-10
EP3719427A1 (en) 2020-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102389110B1 (ko) 제동을 위한 질소 팽창기와 연결된 팽창기 부스터에 의해 가압된 공기를 생산하기 위한 극저온 증류 방법 및 장치
US5251449A (en) Process and apparatus for air fractionation by rectification
US3083544A (en) Rectification of gases
US6185960B1 (en) Process and device for the production of a pressurized gaseous product by low-temperature separation of air
US11578916B2 (en) Method and device for producing air product based on cryogenic rectification
JP7355978B2 (ja) 深冷空気分離装置
US11353262B2 (en) Nitrogen production method and nitrogen production apparatus
US6196023B1 (en) Method and device for producing compressed nitrogen
CN106595221A (zh) 制氧系统和制氧方法
CN112414003B (zh) 一种基于深冷精馏生产空气产品的方法及设备
US8191386B2 (en) Distillation method and apparatus
JPH1054658A (ja) 空気から種々の比率で液体製品を製造する方法及び装置
JPH0140269B2 (ko)
JP2018169051A (ja) 空気分離方法、及び空気分離装置
US20210140708A1 (en) Cryogenic rectification process-based method for producing air product, and air separation system
JPH07151458A (ja) 圧力下のガス状酸素及び／又はガス状窒素の製造方法並びに設備
US10295253B2 (en) Method and device for separating air by cryogenic distillation
US10612842B2 (en) LNG integration with cryogenic unit
CN102149998A (zh) 空气分离制冷供应方法
JPH07151459A (ja) 空気から圧力下の少なくとも一つのガスを製造する方法及び設備
US10281208B2 (en) Method and apparatus for separating a carbon dioxide-rich gas
US6490884B2 (en) Process and device for production of oxygen and nitrogen
US10309720B2 (en) System and method for argon recovery from a feed stream comprising hydrogen, methane, nitrogen and argon
CN115501632B (zh) 一种二氧化碳提纯工艺及二氧化碳提纯系统
US5813251A (en) Process and apparatus for low-temperature separation of air

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant