KR19990014225A - 극저온 정류에 의한 공기의 분리 방법 - Google Patents

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존 프레드릭 빌링햄
단테 패트릭 보나퀴스트
제임스 로버트 드레이
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조안 엠. 젤사
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 극저온 정류에 의해 공기를 분리시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 공급 공기를 압축시키는 단계와, 공기의 불순물을 정화시키는 예비정화기에 상기 압축된 공기를 통과시키는 단계와, 상기 예비정화 시스템으로부터 취해진 정화된 공기를 냉각된 축열기내에서 냉각시키는 단계와, 상기 냉각된 공기를 극저온 공기 분리 설비 내부로 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 극저온 공기 분리 설비는 공기를 산소 부화 성분 및 질소 부화 성분으로 분리시킨다.

Description

극저온 정류에 의한 공기의 분리 방법
본 발명은 공기의 극저온 분리에 관한 것으로서, 공급 공기를 극저온 공기 분리 설비 내부로 유입시키기 전에 공급 공기를 냉각시키는데 축열기(regenerator)가 사용된다.
대기로부터 산업상 가스를 대량 제조하기 위해서는 공기의 극저온 처리를 수반한다. 산소, 질소, 아르곤, 및 희유 가스(rare gases)와 같은 소정의 제품 이외에도, 극저온 처리용 시동 재료로 사용되는 공기(공급 공기)는 불순물 또는 수증기, 이산화탄소, 및 하나 이상의 탄화수소 종을 함유한다. 이러한 불순물은 공급 공기의 처리가 완료되기 이전에 제거되어야 하는데, 이는 불순물이 극저온 장치의 연속적이고 효율적인 작동을 방해하고, 작동자의 안전에 해를 가하고 장치에 손상을 주는 유해한 환경에 놓이기 때문이다. 공기 분리 플랜트 비용의 상당 부분이 공기를 정화시키고, 공기를 극저온 온도로 냉각하는데 사용된다.
정화되고 낮은 온도의 공기 스트림을 갖는 공기 분리 시스템을 제공하는데 다양한 기술들이 사용된다. 열교환기는 공급 공기가 냉각되고 생성물 스트림의 재가열이 동시에 발생하도록 한다. 공급 공기 및 생성물 스트림은 열교환기를 통해 각각의 통로로 흐른다. 초기 공기 분리 시스템은 불순물이 공급 공기 통로 내의 냉각된 열 교환 표면상에 증착되도록 하여, 열교환기가 냉각된 불순물 증착물로 막혀 있거나 또는 극저온 분리에 요구되는 저온에 유입공기를 냉각시키는데 사용할 수 없게 되어 있었다. 이 때, 플랜트는 폐쇄되어 해동되도록 한다. 최근의 플랜트는 수분을 제거하기 위한 급냉기(chiller) 및 이산화 탄소를 제거하기 위한 부식제 스크러버(caustic scrubber)를 포함한다. 가스상 생성물에 대한 요구가 점차 커지게 되자, 축열기로 공지된 장치는 공급 공기와 제품 스트림 사이에 열 교환이 이루어지도록 사용된다.
축열기는 충전재로 채워진 절연성 압력 용기를 포함한다. 축열기는 냉각된 생성물 스트림을 따라 가온 공급 공기를 축열기를 통해 연속하여 통과시킴으로써 차례로 가열되거나 냉각된다. 이는 열교환기를 통해 가열 및 냉각 스트림을 동시에 갖는 열교환기와는 다르다. 축열기에서는, 열은 이전의 가스 스트림에 의해 차례로 가열되고 냉각된 벽과 충전재에 의해 유지되거나 손실된다. 축열기를 통한 공급 공기의 통과는 공기가 포화 온도 부근에서 냉각되는 것처럼 공급 공기로부터 수분과 이산화탄소를 제거시킨다. 공급 공기와 냉각 반환 스트림 사이의 한 쌍의 작동 축열기는 플랜트가 1여년 동안 경제적으로 작동하게 한다. 이러한 시스템은 미국 특허 제 1,945,634호에 기술되어 있다. 냉각 반환 스트림이 축열기를 통해 통과하여 가온될 때, 스트림은 잔여 공급 공기와 혼합되며, 축열기 내에 응축된 임의의 불순물을 증발시킬 것이다. 스트림이 정화된 생성물을 향해 나아간다면, 이는 잔여 공급 공기와 스트림으로 기화된 불순물과 제품의 오염을 초래한다. 이를방지하기 위해서는, 축열기는 응축된 불순물을 기화시키기 위해 가스 스트림으로 정화되어 상기 응축물을 대기 밖으로 일소시키며, 그 결과 에너지를 소모시킨다. 미국 특허 제 2,825,212호는 공급 공기로부터 불순물을 제거시키기 위해 축열기 내에서의 흡착제의 사용에 대해 기술하고 있으나, 이는 응축된 불순물을 제거하기 위해 축열기의 빈번한 정화와 흡착제의 필요성을 없애지 못한다. 비경제적인 공기 배기없이 정화된 생성물을 얻기 위해서는, 축열기 내에 공급 공기 또는 응축된 불순물의 오염 가능성없이 고순도 건조 생성물의 개별적인 통로를 제공하기 위해 코일이 삽입된다. 그러나, 이러한 코일은 공급 공기를 포함한 생성물의 오염을 허용하는 파열(puncture)로 인해 효과가 없는 것으로 공지되어 있으며, 입자 마손(attrition)을 가속화시키는 것으로 알려져 있다.
공급 공기 스트림으로부터 수분, 이산화 탄소, 및 탄화 수소를 제거하는데 흡착 기술이 널리 이용된다. 많은 경우에 있어서, 다수의 수분을 제거하고 흡착 시스템 상의 탈수 하중을 감소시키기 위해 흡착 시스템보다 먼저 급냉기를 이용한다. 이러한 시스템은 플랜트에 건조한 정화 공기 스트림을 제공한다. 분자체(molecular sieves)가 흡착제 매체로 사용되는 방법에 관한 특허 출원은 미국 특허 제 4,557,735호에 기술되어 있다. 이러한 참조문은 압축된 공급 공기를 냉각시키고 상기 냉각된 공기를 흡착제를 통해 통과시키는 것에 대해 기술하고 있다. 이러한 냉각된 공기는 극저온 분리 시스템에 공급되기 이전에 극저온 온도로 더 냉각되도록 요구된다. 주 열 교환으로 공지된 작동은 납땜되어진 알루미늄 열 교환기(BAHX: brazed aluminum heat exchangers) 내에서 수행된다.
본 발명은 극저온 정류에 의해 공기를 분리하기 위한 방법으로서, 공급 공기를 압축시키는 단계와, 공기의 불순물을 제거시키는 예비정화기를 통해 상기 압축된 공급 공기를 통과시키는 단계와, 상기 예비정화 시스템으로부터 취해진 정화된 공기를 질소 부화 성분 및 산소 부화 성분으로 분리시키는 극저온 공기 분리 설비로 도입되기 이전에 상기 정화된 공기를 미리 냉각된 축열기 내에서 냉각시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 정화된 공기 부분은 열 교환기 내에서 냉각된다.
BAHX 코어에 의해 수반되는 흡착제 예비정화기의 자본 비용은 상당하다. 예비정화기를 사용하는 축열기를 이용한 공정은 현재 사용된 시스템에 몇가지 잇점을 갖는다. 응축된 불순물을 제거하기 위해 축열기를 통한 공기의 통과의 비효율성은 감소된다. 게다가, 재생 손실은 공급 공기내에 응축된 불순물로부터 발생되지 않는다. 예비정화 플랜트의 보다 중요한 신뢰성 및 안전성은 탄화수소의 냉각 흡착에 의해 수반되는 물과 이산화탄소를 제거하기 위해 열교환기 또는 축열기를 사용하는 플랜트에서 증가된다.
게다가, 본 발명은 공기 공급원으로부터의 모든 불순물을 예비정화 시스템을 갖는 플랜트에서 제거하고, 오염 인자를 제거하기 위해 축열기를 설계하고 작동시킬 필요성을 없애준다. 이는 상기 장치가 열 전달만을 수행하기 위해 특히 최적화되며, 재료 및 작동 비용을 감소시키고 전 공정을 통해 경제적인 잇점을 제공하고 효율을 증가시킨다.
생성물 스트림이 BAHX를 통과하고, 작동 문제점을 거의 갖지 않는 고순도 제품을 생성하는 축열기가 폐 스트림에 의해서만 냉각된다면 보다 많은 잇점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 열교환기로부터 부분적으로 냉각된 공기가 분리되기 이전에 터어빈에 공급되는 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 축열기로부터 부분적으로 냉각된 공기가 분리되기 이전에 터어빈에 공급되는 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 고압 생성물 스트림을 발생하기 위해 부스터 압축기, 가압 펌프, 및 제품 보일러가 사용되는 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 두 개의 생성물 스트림으로 배치가 변경된 본 발명의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2, 4 : 축열기 10 : 극저온 공기 분리 시스템
30 : 압축기 31 : 터어빈
50 : 예비정화 시스템 75 : 생성물 스트림
본 발명의 방법에 있어서, 수증기, 이산화 탄소, 및 탄화수소와 같은 불순물을 함유하는 공급 공기는 모든 불순물을 제거하기 위해 미리 정화되며, 정화된 공급 공기는 축열기 내에서 냉각된다. 축열기는 정화되지 않은 공급 공기보다 미리 정화된 공급 공기를 냉각시키기 위해 보다 효과적이고 경제적으로 설계된다. 예를 들어, 미리 정화된 공기 스트림 상에서 작동하는 축열기는 습식 공기를 가공하는 축열기보다 보다 짧게 제조될 수 있는데, 이는 응축 듀티(condensing duty)를 수행하기 위해 필요하지 않기 때문이다.
게다가, 축열기가 응축된 불순물을 정화시키는 자체 정화 주기는 불필요하다. 이는 반환되는 비생성물 스트림 차후, 폐 스트림으로 불려질 스트림의 통과중에 응축된 재료의 증발을 가능하게 하기 위한 작업 중에 재생기와 함께 매우 적은 온도 차이로 유지될 필요성을 없앤다. 이는 저해 가능성이 없으므로 재생기의 작동 능력을 개선시킨다. 정화 주기의 제거는 또한 전력을 보존시킨다. 축열기로 유입되는 공기가 건조됨으로 인해, 축열기를 통해 통과하는 모든 공기는 축열기 냉각 단부로부터 통과되며 생성물을 제조하기 위해 극저온 분리 시스템내에서 처리되도록 한다. 공기는 응축된 불순물로 인한 오염으로 인해 폐 스트림으로 방출되지 않으며, 이는 블로우 다운(blow-down) 공정으로 불려지며, 상기 공정으로부터 에너지 손실의 주 요소를 제거한다.
더욱이, 축열기에 의해 처리된 스트림이 정화됨으로 인해, 재생기용 충전재의 선택이 보다 다양해진다. 석영 자갈 또는 알루미나 볼과 같은 세라믹 충전재가 사용될 수 있다. 다른 충전재는 강 또는 알루미늄 구와 같은 금속성 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법에서 응축 및 증발 주기가 존재하지 않아 철광 펠릿(iron ore pellets)과 같은 저가의 다공성 재료의 사용하는 입자의 마손을 감소시킨다. 철광 펠릿의 부가적인 잇점은 기존의 석영 자갈 또는 알루미나 볼 충전재와 비교하여 높은 열 용량을 가지며, 축열기의 효율을 증가시킨다. 일반적으로, 축열기는 직립의 원통형 용기이나, 다른 용기 배치에서도 적합하다.
축열기는 납땜된 알루미늄 코어 열 교환기에 비용 잇점을 갖는다. 다수의 평행 BAHX 코어는 이용가능한 납땜 로의 크기에 의해 부가된 단일 BAHX 코어 상에 실제적인 크기 제한이 있으므로 다량의 흐름을 처리하기 위해 필요하다. 초기에 제조되고 미립자를 함유한 저가의 압력 용기로 구성되는 두 개의 축열기는 다수의 BAHX 코어로 교체될 수 있다. 축열기는 스위치 밸브 및 체크 밸브를 필요로 하나, 이는 외부 절연되며, 수행되는 파이프 작업은 매니폴드 및 밸브를 통과하는 공기를 제어하기 위해 각각의 BAHX 코어에 공급 라인 상에서 요구되는 복합 매니폴드 및 공기 트리밍 밸브와는 대조적으로, 간단하다. 두 개의 축열기의 열 전달 능력을 동일시하기 위해 필요로 하는 다수의 BAHX 코어는 코어의 고가의 비용 이외에도 파이프와 밸브에 보다 많은 투자를 요한다. 더욱이, 이러한 요소는 BAHX 코어의 제조에 요구되는 조달 기간(lead time)이 재생기의 조달 기간보다 더 길도록 한다.
본 발명의 실시예는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 흡입 배관(60)내에 전달된 공급 공기는 40 내지 200 psia, 바람직하게 60 psia 의 범위내의 작업 압력에서 압축기(30) 내에서 압축된다. 압축된 공기는 1 내지 40℃ 범위내의 온도에서 최종냉각되어, 배관(61)을 통해 예비정화 시스템(50)에 전달된다. 예비정화 시스템은 산업상 공지된 시스템중의 하나이다. 이는 탈습 하중을 감소시키기 위한 급냉기,이산화탄소 및 탄화 수소를 제거하기 위해 교차하는 분자체층과 협력하는 습기 제거를 위한 교차 알루미나 층등을 포함할 수 있으나 반드시 제한적이지는 않다. 흡착기는 공지된 임의의 방법에 의해 재생된다. 예비정화기 흡착제 층은 모든 오염 인자에 대한 단일 흡착제, 각각의 오염 인자에 대한 개별적인 흡착제, 또는 화합물 재료 층으로 구성된다. 더욱이, 예비정화 시스템은 흡착제 재료를 포함하는 단일 또는 복합 용기를 포함할 수 있으며, 열 스윙, 압력 스윙, 또는 결합식 온도 및 압력 스윙 작동 원리에 따라 작동할 수 있다. 예비 정화 시스템의 형태는 예비정화 시스템이 공급 공기내에 습도, 이산화탄소, 및 탄화수소 오염 인자를 제거하기 위해 수행되는 한 본 발명으로 제한되지 않는다. 또 다른 예비정화 시스템이 종래기술에 공지되어 있다.
예비정화 시스템(50)을 벗어난 배관(62)내의 정화된 건식 공기는 배관(66,65)을 통해 축열기(2,4)로 통과된다. 자동 스위치 밸브(102)를 통해 정화된 건식 공기가 축열기(2)에 공급된다. 충전재 또는 저장재를 포함한 축열기(2)는 극저온 공기 분리설비(10)로부터 폐 스트림의 통과에 의해 미리 냉각된다. 냉각된 축열기(2)를 통해 통과하는 정화된 공기는 포화점에 이르기까지 냉각된다. 포화 공기는 체크 밸브(106), 배관(68,69,71,72)을 통해 극저온 공기 분리 설비(10)로 통과하거나, 또는 체크 밸브(106), 배관(68,69,71,73)을 통해 터어빈(32)으로 통과되며, 상기 터어빈(31)은 배관(74)을 통해 분리 플랜트(10)로 유입되기 이전에 냉각된다. 일반적으로, 플랜트 냉각을 개선시키기 위해 터보팽창되는 공급 공기의 분율은 총괄 공급 공기의 5 내지 20%, 바람직하게 10 내지 15% 범위내에서 변화한다. 극저온 공기 분리 설비(10)는 공지된 기술에서와 같이 이중 칼럼 배치를 하고 있으나, 단일 칼럼 배열 또한 가능하다. 더욱이, 이중 칼럼 배치는 이러한 기술 분야에서 이용가능한 많은 변형예를 갖는다. 또 다른 축열기(4)는 냉각 단부에서 배관(77,79), 및 발생기(4)를 통해 통과한 후에 발생기(4)의 충전을 냉각하는 분리 플랜트(10)로부터 냉각 폐 스트림을 처리할 것이다. 축열기(4)의 충전 및 저장재는 연속 전달을 위한 중간 저장내의 폐 스트림으로부터 정화된 공급 공기에까지 통과되는 냉각 상태를 유지한다. 폐 스트림은 자동 스위치 밸브(103)를 통해 냉각된 재생기(4)를 벗어나며 배관(81)을 통해 대기로 배출된다. 생성물은 배관(75)을 통해 극저온 공기 분리 설비를 벗어난다. 생성물 스트림(75)이 극저온 분리 설비(10)를 직접 벗어나는 것으로 도시되어 있으나, 상기 생성물 스트림은 공급 공기 부분을 경유하여 다시 가온될 수 있다. 생성물 스트림(75)이 액체 형상일 때, 극저온 분리 시스템으로부터 직접 재생될 수 있다. 그러나, 생성물 스트림(75)이 가스상 생성물일때는, 축열기(2,4)에 코일이 삽입된 개별 축열기 또는 다음 단락에서 기술되어질 개별 열교환기내에서 공급 공기의 부분을 경유하여 다시 가온된다. 도 1은 간단 명료하게 나타내기 위해 예비정화기 및 폐 질소 재생기만을 결합하여 도시하고 있다.
종래의 축열기의 단점은 생성물 스트림이 축열기를 통과한다면, 잔여 공급 공기로 오염된다는 것이다. 공급 공기로 사용되는 생성물 스트림의 개별 통로내에서의 스트림의 단절은 잠재적으로 생성물의 순도를 증가시킬 수 있다. 이는 축열기 충전물 내에 삽입된 각각의 코일을 통해 생성물 스트림을 통과함으로써 달성된다. 그러나, 이러한 코일은 생성물의 오염을 허용하는 파열로 인해 때때로 달성되지 못한다. 이는 축열기 내의 특정 충전 재료의 마손을 가속화시킨다고 여겨진다. 선택적으로 일부 축열기는 언제라도 하나의 스트림만을 나타내는 개별 축열기로 사용된다. 이러한 배열의 어려움은 정화된 생성물이 흐름 역전시에 공기로 오염되고 밸브는 생성물 순도를 감소시키는 누출을 초래한다는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 축열기 내의 생성물 오염의 문제점은 축열기내의 폐 스트림만을 가열시킴으로써 해결된다. 이러한 실시예에서, 생성물 스트림은 BAHX 코어 내에서 가온된다. 바람직하게, 공급 공기는 온도 형상의 조화를 맞추기 위해 재생기와 BAHX 사이에서 분리된다. 재생기를 통해 통과하는 분율은 바람직하게 40 내지 80%, 가장 바람직하게는 60 내지 80%이다. 따라서, 이러한 조립체는 다중 스트림을 쉽게 조정할 수 있는 코어 사용에 유연성을 유지하며, 공급 공기로부터 생성물을 분리시키며, 보다 비용 효과적인 축열기를 사용하여 달성되는 열교환기의 상당 부분을 갖는다. 이러한 조립체의 또 다른 잇점은 축열기가 생성물 스트림의 정화된 통로를 제공하기 위해 개별 코일로 설계되지 못함으로 대용량으로 설계된 충전부 (중공초석)를 갖는 용기를 채우는 것이 가능하다. 이러한 충전은 파형 시이트로 구성된다. 충전재는 주어진 압력 강하에 대해 보다 높은 열 전달을 제공한다. 이는 용기의 횡단면적이 감소되도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 흡입 배관(60)내에 전달된 공급 공기는 40 내지 200 psia 의작동 압력으로 압축기(30) 내에서 압축된다. 압축 공기는 바람직하게, 1 내지 40℃ 범위내의 온도에서 최종냉각되어, 배관(61)을 통해 예비정화 시스템(50)에 전달된다. 예비정화 시스템(50)을 벗어난 배관(62) 내의 정화된 건식 공기는 두 부분, 하나는 배관(64)에서 축열기(2,4)를 통과하고 다른 하나는 배관(63)을 통해 주 열교환기(1)를 통과하는 부분으로 분리된다. 배관(66)과 자동 스위치 밸브(102)를 통해 정화된 건식 공기가 축열기(2)에 공급되며, 축열기(2)의 충전은 극저온 분리 설비(10)로부터 폐 스트림에 의해 미리 냉각되어, 유입 정화 공기를 포화점까지 냉각시킨다. 포화 공기는 체크 밸브(106), 배관(68,69,71,72)를 통해 공기를 소정의 생성물로 분리시키는 극저온 분리 섹션(10)를 통과하거나, 체크 밸브(106), 배관(68,69,71,73)을 통해 터어빈(31)을 통과하며, 상기 터어빈(31)은 배관(74)을 통해 분리 플랜트(10)로 유입되기 전에 먼저 냉각된다. 다른 축열기(4)는 그 냉각 단부에 배관(77,79)을 통해 체크 밸브(107)를 통해 통과한 후에 축열기(4)의 충전물을 냉각시킬 분리 플랜트(10)로부터 냉각 폐 스트림으로 처리된다. 이때, 폐 스트림은 가온 단부에서 자동 스위치 밸브(103)를 통해 축열기(4)를 벗어나고 배관(81)을 통해 대기로 배출된다.
예비정화 시스템(50)과 배관(62)으로부터 정화된 건식 공기의 잔여물은 배관(63)을 통해 주 열교환기(1)에 전달되며, 상기 열교환기는 배관(75)을 통해 극저온 분리 설비(10)와 주 열교환기(1)를 통과한 가온된 단부 배관(76)에서 벗어난 생성물 스트림에 대해 균형을 맞춘다. 축열기와 주 열교환기 사이의 공급 공기의 분리는 제품 스트림과 폐 스트림의 상대 흐름에 의해 결정된다.
도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 상기 도면에서의 참조부호는 모든 공통 요소에 대한 도 1 및 도 2의 참조부호와 동일하며, 상기 요소는 다시 상세히 기술되지 않는다.
현대의 터어빈(turbine)은 포화된 공기를 고효율로 작동하는 것이 도시되어 있다. 도 1은 축열기의 냉각 단부로부터 공급되는 터어빈을 도시하고 있다. 그러나, 이는 터어빈 공급기의 형태를 제한하려는 것은 아니다. 공기의 측면 누출은 냉각 및 가온 단부 온도가 서로 근접하도록 열교환기 또는 재생기로부터 쉽게 회수된다. 이러하 중간 공기는 터어빈 공급기로 제공된다. 터빈 공급기용 열 교환기로부터 예열을 위해 사용되어질 때, 이는 도 3에 도시되어진 것과 같이 본 발명의 다른 실시예에 도시되어 있다. 부분적으로 냉각된 공기는 배관(82)을 통해 주 열교환기(1)의 중간으로부터 회수되어 온도 제어를 위해 배관(83)으로부터 냉각 단부 공기의 부분과 혼합된다. 공기는 극저온 분리 섹션(10)에 유입되기 이전에 터어빈에 의해 냉각된다.
도 4는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서, 터어빈 예열은 배관(85)을 통해 중간점에서 축열기(2)로부터 공기를 회수하고 배관(86,87)을 통해 터어빈(31)에 공급된다. 온도 제어는 상기 공기와 밸브(106), 배관(68,69,71,73,87)을 통해 터어빈에 공급된 축열기 냉각 단부 공기를 혼합함으로써 달성된다. 축열기(4)가 미리정화된 공급 공기를 냉각시키도록 사용되어질 때, 예열 스트림은 배관(85) 대신에 배관(84)을 통해 회수된다.
본 발명은 상승된 압력에서 생성물을 전달하기 위해 생성물 보일러의 사용에 또한 적용가능하다. 본 발명의 실시예는 도 5에 도시되어 있다. 이러한 경우, 액체 산소는 배관(75) 내의 극저온 분리 플랜트의 주 응축기로부터 회수되며, 펌프(32)에 의해 가압된다. 상기 공정이 임의의 분출된 액체 압력 수치로 제한되는 것 은 아니지만, 액체 압력 수치는 20 내지 500psia, 바람직하게는 50 내지 250 psia 범위내에서 변화한다. 가압된 액체 산소는 배관(88)을 통해 통과하며 주 열교환기(1)로부터 냉각 단부 공기에 반대하여 생성물 보일러(3) 내에서 증발된다. 배관(92)을 통해 통과한 예비정화 공기의 일부분은 부스터 압축기(33)에 의해 압력이 상승되며, 액체 산소를 증발시키기 위해 생성물 보일러(3)내에서 필요한 열을 제공하기 위해 주 열교환기(1) 내에서 처리된다. 압축된 액체 산소를 증발시키기 위해 사용되는 공급 공기의 흐름 및 압력은 생성물 스트림의 흐름 및 압력과 상응한다. 일반적으로, 공급 공기 흐름은 생성물 흐름 양의 대략 1.2 배이다. 공급 공기의 압력 수치는 공급 공기 대 증발된 생성물의 냉각 및 응축을 허용하는 생성물의 압력 수치 이상이다. 일반적으로, 공급 공기 압력 수치는 50 내지 1000 psia, 바람직하게는 100 내지 500 psia 범위내에서 변화한다. 증발된 산소는 배관(89)을 통해 통과하며 배관(76)을 통해 사용자에게 전달되기 위해 주 열교환기(1) 내에서 가온된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 정화된 생성물을 제공한다. 상기 실시예는 도 6에 도시되어 있으며, 정화된 산소 생성물 및 정화된 질소 생성물이 제조된다. 질소 생성물 스트림은 배관(92) 내에 극저온 분리 섹션을 벗어난다. 정화된 제품 스트림은 개별 스트림 개별 채널에서 주 열교환기(1)를 통해 통과된다. 두 개의 정화된 생성물 스트림은 각각의 채널내에서 주 열교환기(1)를 통해 통과되며, 질소는 배관(93)을 통해 벗어나며 산소는 배관(76)을 통해 벗어난다. 두 개의 스트림은 공급 공기의 대응 흐름으로 역학적으로 균형을 이룬다. 잔여 공급 공기는 축열기내에서 폐 스트림과 균형을 이룬다. 이는 본 발명의 적용에서 유연성을 제공한다. 본 발명의 다른 모든 실시예에서와 같이, 폐 스트림(77)은 축열기에서만 가열된다.
본 발명의 방법은 바람직한 실시예에서 도시되어진 것처럼 한 쌍의 축열기로 작동하는 것으로 제한되는 것은 아니며, 세 개의 축열기, 또는 그 이상의 축열기에서도 동일하게 작동된다.
본 발명으로 인해 예비정화 시스템을 갖는 플랜트에서 공기 공급원으로부터의 모든 불순물을 제거할 수 있으며, 이로 인해 경제적인 잇점을 갖는다.

Claims (8)

  1. 극저온 정류에 의한 공기의 분리 방법에 있어서,
    (a) 불순물을 함유한 공급 공기를 압축시키는 단계와,
    (b) 공기의 불순물을 제거시키는 예비정화 시스템에 상기 압축된 공급 공기를 통과시키는 단계와,
    (c) 상기 예비정화 시스템으로부터 취해진 정화된 공기를 냉각된 축열기에 통과시킴으로써 냉각시키는 단계와,
    (d) 상기 냉각된 공기를 극저온 공기 분리 설비 내부로 도입시키는 단계와, 그리고
    (e) 상기 공기 분리 설비로부터 생성물 스트림을 회수시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 정화된 공기가 상기 냉각된 축열기를 통해 통과하기 이전에, 상기 축열기를 통해 극저온 공기 분리 설비로부터 회수된 폐 스트림을 통과시키는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 정화된 공기 일부분을 열 교환기 내에서 냉각시키는 단계와, 상기 최종 공기를 상기 극저온 공기 분리 설비 내부로 통과시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 정화된 공기 부분이 상기 열교환기 내에서 냉각되는 동안 상기 열교환기 내의 생성물 스트림을 가온시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 냉각된 공기의 일부분은 상기 극저온 공기 분리 설비로 유입되기 이전에 터어빈에 의해서 보다 냉각되는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 터어빈에 의해 냉각된 공기의 일부분은 상기 축열기를 따른 중간 위치로부터 취해지는 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 터어빈에 의해 냉각된 공기의 일부분은 열교환기를 따른 중간 위치로부터 취해지는 방법.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 극저온 분리 설비로부터 제 2 생성물 스트림을 회수하는 단계와, 상기 생성물 스트림의 흐름을 분리시키는 채널내의 상기 열교환기를 통해 상기 제 2 생성물 스트림을 통과시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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