KR19990062654A - 극저온 정류 시스템을 이용한 저순도 산소 제조 방법 - Google Patents

극저온 정류 시스템을 이용한 저순도 산소 제조 방법 Download PDF

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단테 패트릭 보나퀴스트
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조안 엠. 젤사 ; 로버트 지. 호헨스타인 ; 도로시 엠. 보어
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 증류 칼럼 내에 비단열성 증류 장치를 적용하여 칼럼의 상부 단편에 고순도 액체 질소 환류를 제공함으로써 높은 회복율을 갖는 저순도 산소를 직접 제조하는 방법이다. 본 발명은 비단열 증류 장치와 증류 칼럼에 다양한 공급 공기를 선택적으로 적용할 수 있도록 한 것이다.

Description

극저온 정류 시스템을 이용한 저순도 산소 제조 방법
본 발명은 일반적인 극저온 정류에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저순도 산소를 제조하기 위한 극저온 정류에 관한 것이다.
많은 산소 이용 분야에 있어서 반드시 고순도의 산소가 사용되는 것이 아니라 저순도의 산소가 사용될 수도 있다. 그렇지만, 많은 저순도 산소 공정은 경제적으로 유익하지 않다. 저순도 산소를 제조할 때에는 산소 회복, 단위 전력, 또는 설비비용과 같은 비경제적인 비용이 발생된다. 저순도 산소를 직접 제조할 수 있는 효율적인 공정을 요구하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 방법 보다 효율적이고 비용이 저렴한 저순도 산소를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 일실시예의 개략도로서, 여기서는 저압 공급 공기 스트림의 일부분이 비단열성 증류 장치에 직접 제공되고, 저압 공급 공기 스트림의 잔여 부분이 비단열성 증류 장치로부터 칼럼 액체에 대항하여 응축되고 이후 증류 칼럼의 상부 단편에 제공되며, 고압 공급 공기 스트림은 비단열성 증류 장치에 제공된다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예의 개략도로서, 여기서는 고압 공급 공기 스트림이 액화되고 증류 칼럼의 상부 단편에 제공되며, 저압 공급 공기 스트림은 응축 및 팽창되어 비단열성 증류 장치에 제공된다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예의 개략도로서, 여기서는 고압 공급 공기 스트림이 액화되고 비단열성 증류 장치로부터 액체와 혼합되며, 저압 공급 공기 스트림이 응축 및 팽창되어 비단열성 증류 장치에 제공된다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예의 개략도로서, 여기서는 고압공급 공기 스트림의 일부분이 액화되고 비단열성 증류 장치로부터 액체와 혼합되며, 고압 공급 공기 스트림의 잔여 부분은 팽창되고 저압 공급 공기 스트림과 혼합되며, 혼합된 스트림은 응축되고 비단열성 증류 장치에 공급된다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예의 개략도로서, 여기서는 저압 공급 공기 스트림이 칼럼 바닥부 액체에 대항하여 부분적으로 응축되며, 고압 공급 공기 스트림이 팽창되고 칼럼에 직접 제공되는 동안 기체 부분은 비단열성 증류 장치에 제공된다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 주요 열교환기 10 : 증류 칼럼
20,22 : 재끓음장치 21 : 환류 응축기
30,130 : 터보팽창기 31,32 : 압축기
40,41 : 분리기 50 : 예비정화기
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 비단열성 증류 장치를 사용하여 공급 공기를 극저온 정류시킴으로써 저순도 산소를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 보다 저비용으로 작동할 수 있는 증류 칼럼 내에서 열역학적 비가역성을 감소시킨다.
본 발명에 따른 방법의 일실시예는, 증류 칼럼 내에 비단열성 증류 장치를 사용하여 공급 공기를 극저온 정류시킴으로써 저순도 산소를 제조하는 방법으로서,
(A) 질소 부유 기체를 생성하기 위해 상기 공급 공기의 적어도 일부분을 응축시키는 단계와,
(B) 하나 이상의 상부 단편과 하나 이상의 하부 단편을 갖추고 있는 증류 칼럼 내에 설치된 비단열성 증류 장치로 질소 부유 기체를 이송하고, 고순도 질소 부유 기체를 생성하기 위해 상기 증류 장치에서 상기 질소 부유 기체를 부분적으로 응축시키는 단계와,
(C) 고순도 질소 부유 액체를 생성하기 위해 상기 고순도 질소 부유 기체를 응축시키고, 상기 고순도 질소 부유 액체를 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하는 단계와, 그리고
(D) 상기 증류 칼럼 내에서 극저온 정류 공정으로 저순도 산소를 제조하고, 상기 증류 칼럼의 하부 단편으로부터 상기 저순도 질소를 회복시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 증류 칼럼 내에 비단열성 증류 장치를 사용하여 공급 공기를 극저온 정류시킴으로써 저순도 산소를 제조하는 방법은,
(A) 제 1부분과 제 2부분을 갖춘 고압 공급 공기 스트림 및 저압 공급 공기 스트림을 제공하고, 상기 고압 공급 공기 스트림의 제 1부분을 팽창시키고, 혼합된 스트림을 형성하기 위해 상기 고압 공급 공기 스트림의 팽창된 제 1부분을 상기 저압 공급 공기 스트림과 혼합하는 단계와,
(B) 상기 혼합된 스트림을 부분적으로 응축시키고, 제 1산소 부유 액체와 제1질소 부유 액체를 생성하기 위해 부분적으로 응축된 상기 혼합된 공급 공기를 분리하는 단계와,
(C) 제 2질소 부유 기체와 제 2산소 부유 액체를 생성하기 위해 상기 고압 공급 공기 스트림의 제 2부분을 분리하는 단계와,
(D) 상기 제 2질소 부유 기체와 함께 상기 제 1질소 부유 기체를 상기 비단열성 증류 장치로 이송하고, 응축물과 질소 부유 기체를 생성하기 위해 상기 비단열성 증류 장치에서 상기 기체를 부분적으로 응축시키는 단계와,
(E) 상기 제 2산소 부유 액체와 혼합된 상기 응축물을 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하는 단계와,
(F) 액체 질소 환류와 혼합된 기화 스트림을 생성하기 위해 상기 칼럼 내의 액체에 대항하여 상기 질소 부유 기체를 응축시키는 단계와, 그리고
(G) 상기 혼합된 기화 스트림과 상기 액체 질소 환류를 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하고, 상기 증류 칼럼 내에서 극저온 정류 공정으로 저순도 산소를 제조하고, 상기 증류 칼럼의 하부 단편으로부터 상기 저순도 산소를 회복시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 증류 칼럼 내에 비단열성 증류 장치를 사용하여 공급 공기를 극저온 정류시킴으로써 저순도 산소를 제조하는 방법은,
(A) 제 1부분과 제 2부분을 갖춘 고압 공급 공기 스트림 및 저압 공급 공기 스트림을 제공하고, 상기 고압 공급 공기 스트림의 제 1부분을 팽창시키고, 상기 팽창된 제 1부분을 상기 증류 칼럼으로 이송하는 단계와,
(B) 상기 저압 공급 공기 스트림을 부분적으로 응축시키고, 제 1산소 부유 액체와 제1질소 부유 액체를 생성하기 위해 상기 부분적으로 응축된 저압 공급 공기 스트림의 생성물을 분리하는 단계와,
(C) 제 2질소 부유 기체와 제 2산소 부유 액체를 생성하기 위해 상기 고압 공급 공기 스트림의 제 2부분을 분리하는 단계와,
(D) 상기 제 2질소 부유 기체와 함께 상기 제 1질소 부유 기체를 상기 비단열성 증류 장치로 이송하고, 응축물과 질소 부유 기체를 생성하기 위해 상기 비단열성 증류 장치에서 상기 기체를 부분적으로 응축시키는 단계와,
(E) 상기 제 2산소 부유 액체와 혼합된 상기 응축물을 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하는 단계와,
(F) 액체 질소 환류와 혼합된 기화 스트림을 생성하기 위해 상기 칼럼 내의 액체에 대항하여 상기 질소 부유 기체를 응축시키는 단계와, 그리고
(G) 상기 혼합된 기화 스트림과 상기 액체 질소 환류를 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하고, 상기 증류 칼럼 내에서 극저온 정류 공정으로 저순도 산소를 제조하고, 상기 증류 칼럼의 하부 단편으로부터 상기 저순도 산소를 회복시키는 단계를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 비단열성 증류 장치는 물질 전달에 당하는 제 1유체와 이러한 제 1유체와 물질 교환을 하지 않는 하나 이상의 다른 유체들 사이에서 열교환을 통한 물질 전달이 이루어지도록 연속적으로 역류하는 액체와 기체의 접촉 작용을 혼합하는 장치를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 환류 응축기는 비단열성 증류 장치를 의미하는데, 여기서는 제 1기체 스트림이 증류 장치 내에서 하나 이상의 다른 유체들과 열교환에 의해 적어도 부분적으로 응축된다. 생성된 액체 스트림이 중력하에서 제 1기체 스트림에 역류하며, 제 1기체 스트림과 물질을 교환하며, 제 1기체 스트림 또는 생성된 액체 스트림은 다른 유체들과 물질 교환을 하지 않는다.
본 명세서에서 사용된 공급 공기는 대기와 같이 주로 질소와 산소를 포함하는 혼합물을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 터보팽창(turboexpansion) 및 터보팽창기(turboexpander)는 각각 고압 가스를 터빈으로 통과시켜서 가스의 압력과 온도를 낮추는 방법 및 장치를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 칼럼(column)이라는 용어는 증류 칼럼 또는 분류 칼럼 또는 영역, 즉 유체 혼합물을 효과적으로 분리하기 위해 액체상과 기체상이 역류식으로 접촉되는 접촉 칼럼 또는 영역을 의미하는데, 예컨대 기체상 및 액체상을 칼럼 내에 장착된 수직하게 이격된 일련의 트레이 또는 플레이트 상에 및/또는 구조적 및/또는 불규칙한 팩킹 요소 상에서 접촉시킴으로써 유체 혼합물을 효과적으로 분리하는 영역을 의미한다. 보다 상세한 증류 칼럼에 대한 설명은 출판사가 뉴욕 맥그로우-힐 북 컴퍼니이고 알. 제이. 페리 및 씨. 에이치. 칠톤 등이 출간한 화학공학 핸드북 제 5판의 제 13편에 제목 연속 증류법(The Continuous Distillation Process)으로 개시되어 있다.
증기 및 액체 접촉 분리법은 성분에 대한 증기압의 차에 의존한다. 고증기압(또는 높은 휘발성 또는 낮은 끓는점) 성분은 기체상으로 응축되는 경향이 있는 반면, 저증기압(또는 낮은 휘발성 또는 높은 끓는점) 성분은 액체상으로 응축되는 경향이 있다. 부분 응축은 증기 혼합물을 냉각시켜서 기체상에서 휘발성 성분을 응축시키는 분리 공정으로서, 이에 의해 액체상에는 소량의 휘발성 성분이 존재하게 된다. 정류 또는 연속 증류는 기체상 및 액체상을 역류식으로 처리함으로써 수득된 연속하는 부분적인 기화물 및 응축물을 혼합하는 분리 공정이다. 기체상과 액체상의 역류식 접촉은 단열성이며, 각 상들 사이에 일체식 또는 차등식 접촉을 포함할 수 있다. 혼합물을 분리하기 위해 정류의 원리를 사용하는 분리 공정 배열은 상호 교환가능하게 정류 칼럼, 증류 칼럼, 또는 분류 칼럼으로 명명된다. 극저온 정류는 150K 이하의 온도에서 적어도 부분적으로 수행되는 정류 공정이다.
본 명세서에서 사용된 간접 열교환(indirect heat exchange)이라는 용어는 어떠한 유체의 물리적 접촉 또는 상호 혼합없이 두 유체가 열교환 관계에 놓이도록 하는 것을 의미한다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 및 장점은 이하에 첨부된 도면을 참조하여 기술한 바람직한 실시예를 통해 당업자들에게 명백할 것이다.
도면에서, 동일한 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였으며, 이러한 동일한 요소는 상세한 설명을 생략하였다.
본 발명의 주요 특징은 설비의 단순함을 유지하면서 증류의 열역학적 비가역성을 감소시키는 증류 칼럼에 비단열성 증류 장치를 결합시켜서 저순도 산소를 제조하는 것이다. 이는 칼럼의 상부에서 사용된 환류의 순도를 약 80% 내지 99%의 범위로 개선시키며, 산소 회복율을 75 내지 98%의 바람직한 레벨로 증가시킨다.
본 발명은 현저한 장점을 제공한다. 예컨대, 이러한 설비의 설비비는 단일 증류 칼럼이 적용될 수 있기 때문에 낮아진다. 게다가, 에너지 소모는 또한 비단열성 증류 장치가 시스템에서 공급 공기가 요구하는 압력을 감소시키기 때문에 또한 낮다.
증류 칼럼 내에 장착된 비단열성 증류 장치는 실제로 증류 칼럼의 내측 또는 외측에 물리적으로 위치될 수도 있다. 어떠한 경우든, 비단열성 증류 장치는 증류 칼럼에서 하강하는 액체를 부분적으로 기화시킨다. 비단열성 증류 장치가 칼럼의 외측에 위치되는 경우에는, 하강하는 액체가 모아져서 증류 장치로 통과될 수 있고, 생성된 두 상의 스트림이 칼럼으로 되돌아올 수 있다.
일반적으로, 저순도 산소는 99몰% 미만의 산소 농도를 갖는다. 약 50 내지 98몰%의 산소는 비단열성 증류 장치를 단일 칼럼 내에 설치함으로 본 발명에 따른 방법으로 충분히 제조될 수 있다. 이러한 장치는 바람직하게는 단일 증류 칼럼의 중간 단편에 위치된 환류 응축기의 형태를 갖는다. 바람직하게, 상기 장치는 산소 부유 액체 또는 액체 공기가 칼럼 내에 도입되는 지점과 바닥부 재끓음장치 사이에 위치된다.
도 1을 참조하면, 공급 공기(60)는 압축기(31) 내에서 압축되고, 공급 공기가 산업계에서 잘 알려진 방식으로 수분, 이산화탄소, 및 탄화수소의 형태로 정화되는 예비정화기(50)로 이송된다. 관(61) 내의 정화된 공급 공기의 일부분은 부스터 압축기(booster compressor, 32)의 흡입에 의해 관(63)으로 분할된다. 이러한 부우스트된 공급 공기는 관(64)을 통해 주요 열교환기(1)로 이송된다. 부우스트된 공급 공기는 이후 주요 열교환기(1)의 중간 지점에서 냉각되는데, 터보팽창기(30)가 설치된 경우에는 관(66)을 통해 제거될 수도 있다. 부우스트된 공급 공기의 잔여 부분은 주요 열교환기(1)에서 연속적으로 냉각 단부 부근까지 냉각되는데, 이러한 냉각 단부에서는 공급 공기의 잔여 부분이 펌프(34)에 의해 대략 원하는 이송 압력으로 펌핑될 산소 생성물에 대항하여 응축되며, 관(98)을 통해 주요 열교환기(1)로 이송된다. 응축된 부우스트된 공기 스트림은 관(68)을 통해 주요 열교환기(1)의 냉각 단부로부터 분리기(40)로 이송되는데, 분리기(40)의 압력은 질소 부유 기체 스트림(103)과 액체 스트림(78)을 형성하도록 감소된다.
정화된 잔여 공급 공기 스트림(62)은 주요 열교환기(1)에서 냉각되고, 관(65)을 통해 냉각 단부로부터 이송된다. 터보팽창기(30)로부터 배출된 스트림(67)은 스트림(65)과 혼합하여 혼합된 스트림(69)을 형성할 수도 있다. 이러한 혼합된 스트림의 일부분은 관(71)을 통해 재끓음장치(20)를 통과하는데, 재끓음장치(20)에서 혼합된 스트림의 일부분은 환류 응축기(21)로부터 관(76)을 통해 유입되는 부분적으로 기화하는 칼럼 액체에 대항하여 응축된다. 부분적으로 기화된 칼럼 액체 생성물(77)은 증류 칼럼(10)의 바닥부에 수용된다. 스트림(72)을 통해 재끓음장치(20)로부터 배출된 응축된 공급 공기는 질소 스트림(100)과의 간접 열교환에 의해 열교환기(2)를 통과하면서 준냉각되며, 이후 밸브(79)를 통과하여 스트림(75)을 통해 칼럼(10)의 상부 단편으로 공급된다. 혼합된 스트림의 잔여 부분은 관(70)을 따라 연속하여 진행하여 분리기(40)에서 배출된 기체 스트림(103)과 합쳐져서 공급 스트림(104)을 형성하여 환류 응축기(21)로 도입된다.
질소 부유 기체는 점진적으로 환류 응축기(21)의 높이 위에서 응축되어서 상부에서는 고순도 질소 부유 기체를 생성하고 바닥부에서는 산소 부유 액체를 생성한다. 환류 응축기(21)의 상부로부터 생성된 기체는 이후 열교환기(22) 내에서 응축될 관(89)을 통과하고, 이후 관(90)에 의해 질소 과열기(2)로 이송될 수도 있다. 밸브(92)에 의한 스로틀 및 관(93)의 통과는 액체 질소를 환류식으로 증류 칼럼(10)의 상부로 이송한다. 환류 응축기(21)의 산소 부유 바닥부 액체가 관(81)에 의해 배출되어서 밸브(79)와 관(80)을 통해 분리기(40)로부터 배출된 액체(78)와 혼합된다. 혼합된 스트림(82)은 이후 질소 과열기(2)의 다른 단면을 통해 이송될 수도 있으며, 이후 관(83), 밸브(84), 및 관(85)을 통해 칼럼 액체(86)와 함께 이송되며, 스트림(87)을 통해 열교환기(22)의 바닥부로 이송된다. 이러한 열교환기(22)의 바닥부에서 혼합된 스트림(82)은 스트림(88)으로서 칼럼(10)으로 되돌아가기 전에 부분적으로 기화된다. 기체는 상부의 다음 칼럼 단편으로 상승하고, 액체는 환류 응축기(21)의 상부로 분배된다. 액체는 환류 응축기(21)에서 점진적으로 증발되고, 기체는 액체로서 동일한 방향으로 아래로 흐른다. 환류 응축기(21)의 바닥부로부터 생성된 기체는 이후 열교환기(22)로부터 배출된 기체와 혼합하기 위해 상승하여 환류 응축기(21) 위에서 칼럼(10)에 대한 추가 재끓음을 형성한다. 환류 응축기(21)의 바닥부로부터 방출된 액체의 일부분은 관(76)을 통해 칼럼(10)으로부터 재끓음장치(20)로 배출되는데, 여기서 액체의 일부분은 칼럼(10)에 대한 재끓음으로서 역할을 하기 위해 부분적으로 기화되며, 액체의 일부분은 칼럼(10)의 바닥부 단편으로부터 배출된 바닥부 산소 생성물과 결합한다. 액체 저순도 산소 생성물은 관(94), 밸브(95), 및 생성물관(96)을 통해 배출될 수도 있다. 산소 생성물의 일부가 가스 형태라면, 이러한 산소 생성물의 일부는 관(97)을 통해 제거되어 펌프(34)에 의한 이송 압력으로 펌핑되어 관(98)을 통해 주요 열교환기(1)로 이송되는데, 주요 열교환기(1)에서 기화되고 관(99)을 통해 이송할 수 있도록 상온으로 데워진다. 칼럼(10)의 상부로부터 배출된 질소는 관(100)을 통해 질소 과열기(2)로 이송된다. 이후, 질소는 스트림(101)을 통해 상온으로 데워지는 주요 열교환기(1)의 냉각 단부로 이송되고 스트림(102)을 통해 시스템으로부터 제거된다. 이러한 싸이클을 사용함으로써, 98몰% 까지의 산소 순도가 90%를 초과하는 산소 회복율에서 제조될 수 있다. 또한 전력 소비량이 경제적으로 유리하다. 당업자들은 도면을 간단하기 위해 열교환기(2)를 파단 형태로 도시했음을 이해할 것이다. 실제로, 열교환기(2)를 통과할 때 나타나는 흐름은 간접 열교환 관계에 있는 역류식 흐름일 것이다.
도 2에서는, 전체 고압 공급 공기 스트림(64)이 열교환기(1)에서 냉각되고 응축되며 관(192)을 통해 증류 칼럼의 상부 단편으로 직접 공급된다. 공급 공기 스트림(62)은 열교환기(1)에서 냉각되고 스트림(65)을 통해 재끓음장치(20)로 공급된다. 환류 응축기(21)는 끓음측에서 하방 동기 흐름식 증발기로서 작용한다. 칼럼(10)내에서 하강하는 모든 액체는 환류 응축기(21)의 증발 측부로 유입되는데, 환류 응축기(21)에서 액체는 바닥부에서 발생하는 두 상의 스트림과 함께 부분적으로 기화된다. 환류 응축기(21)의 응축측상에서, 재끓음장치(20) 내의 공급 공기(65)의 부분적인 응축, 분리기(40)에서의 분리, 및 터보팽창기(130)에서의 팽창에 의해 얻어진 질소 부유 기체가 관(193)을 통해 환류 응축기(21)로 이송되는데, 환류 응축기(21)에서 질소 부유 기체는 환류 응축기(21)의 바닥부에 축적된 생성 응축물과 함께 부분적으로 응축된다. 이러한 응축물은 관(84)에 의해 이송되고 질소 과열기(2)에서 준냉각되며 고압 공기(192)와 혼합되어 스트림(188)으로서 칼럼의 상부 단편에 제공된다. 환류 응축기(21)에서 응축되지 않은 질소 부유 기체는 관(177)을 통해 중간 재끓음장치(22)로 이송되는데, 이러한 중간 재끓음장치(22)에서 응축되지 않은 질소 부유 기체는 완전히 응축되고 환류로서 칼럼의 상부로 이송된다. 스트림(177)을 응축시키기 위한 냉각제가 관(176)을 통해 공급된 칼럼 액체와 관(172), 밸브(174), 및 관(175)을 통해 분리기(40)로부터 공급된 응축물을 부분적으로 기화시킴으로써 공급된다. 기체는 관(183)을 통해 칼럼(10)으로 복귀한다. 산소 회복율은 이러한 설비에 의해 97%로 증가된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있는데, 여기서는 칼럼 내의 환류 응축기가 칼럼의 상부에 대해 상대적으로 순수한 환류를 생성하기 위해 사용된 저순도 산소를 제조하기 위한 단일 칼럼을 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 저압 공급 공기(62)는 냉각되어 재끓음장치(20)에 제공되는데, 이러한 재끓음장치(20)에서 저압 공급 공기(62)가 응축되고 이후 분리기(40)에서 분리된다. 터보팽창기(130)는 관(173)을 통해 분리기(40)로부터 기체가 공급된다. 터보팽창기(130)에서 팽창된 후, 터보팽창기(130)의 배출물은 냉각단부관(68)으로부터 배출된 고압 공기와 혼합된다. 혼합된 스트림은 관(169)에 의해 분리기(41)로 유입된다. 분리기(41)로부터 배출된 질소 부유 기체가 관(286)에 의해 환류 응축기(21)의 응축측에 도입된다. 이러한 기체는 환류 응축기(21)의 바닥부에서 축적된 액체 생성물과 함께 환류 응축기(21) 내에서 부분적으로 응축된다. 관(279)을 통해 환류 응축기(21)의 바닥부를 떠나는 액체는 분리기(41)로부터 관(278)을 통해 배출된 제 2산소 부유 액체와 혼합되어 관(280)을 통해 질소 과열기(2)로 이송된다. 과열된 질소는 관(281)을 통해 밸브(282)로 이송되는데, 밸브(282)에서 과열된 질소는 관(283)을 통해 칼럼(10)으로 스로틀된다. 분리기(40)로부터 관(272,274), 밸브(275), 및 관(276)을 통과한 액체는 칼럼(10)에서 관(277)을 경유한 액체와 혼합된다. 이렇게 혼합된 액체는 중간 열교환기(22)에서 부분적으로 기화된다. 부분적으로 기화된 혼합 스트림(288)은 칼럼(10)으로 복귀된다. 이러한 스트림(288)에 함유된 액체는 환류 응축기(21)의 끓음측을 통과하는데, 여기서 액체가 부분적으로 기화된다. 도 3의 실시예에서, 산소 회복율은 약 97%이다. 충분한 냉각제가 공기 분리 설비로 공급될 때 소량의 액체 생성물을 제조하기 위해 사용된다.
도 2 및 도 3에 도시된 배열은 산소 순도가 85% 이상을 유지하는 한 공기 분리 설비를 유지하고 소량의 액체를 배출하기 위해 충분히 냉각된다. 철강산업에서의 재가열과 같은 다수의 적용 분야에서, 85% 미만의 산소 순도가 요구될 수도 있다. 산소 순도가 85% 아래로 감소될 때에는, 도 2 및 도 3에 도시된 공정의 헤드 압력이 40psia 아래로 떨어져서 터보팽창기를 가로지르는 압력비가 불충분한 값으로 떨어지게 된다.
도 4는 환류 응축기를 설치하여 공정의 헤드 압력을 감소시켜서 85몰% 이하, 일반적으로 50 내지 85몰%의 산소 순도의 산소를 제조하기 위한 단위 전력을 감소시킨 설비가 도시되어 있다. 부가 공기가 주요 열교환기 내의 액체 산소를 끓이기 위해 필수적인 고압 공기를 제공하기 위해 사용된 압축기에 의해 부가 공기가 부스트될 수도 있다. 본 실시예의 주요 변화는 터보팽창기를 재위치시킨 것이다.
압축기(32)로부터의 부스트된 공기의 일부분은 주요 열교환기(1)로 공급되는데, 여기서 공기는 중간 온도로 냉각되고 관(66)을 통해 터보팽창기(30)로 배출된다. 관(67)을 통해 터보팽창기(30)로부터 배출된 배출물은 관(65) 내의 저압 냉각 단부 공기와 혼합되고 관(70)에서 혼합되어 재끓음장치(20)로 이송된다. 고압 공기의 잔여 부분은 주요 열교환기(1)를 통해 연속하는데, 여기서 고압 공기의 잔여 부분은 관(98)을 통해 열교환기(1)로 이송된 액체 산소 생성물을 기체(99)로 변환시키기 위해 열을 제공한다. 분리기(40)로부터의 기체 스트림(173)은 분리기(41) 상부로부터 배출된 질소 부유 기체와 혼합되어 비단열성 증류 장치에 제공된다. 공정의 다른 부분은 도 3의 공정과 동일하다.
도 4의 선택적인 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 이러한 선택적인 실시예의 주요 변화는 터보팽창기의 배출물이 재끓음장치가 아닌 칼럼으로 직접 공급된다는 점이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 터보팽창기(30)는 주요 열교환기(1)의 중간 지점으로부터 관(66)을 통해 공급물을 수용한다. 터보팽창기의 배출물은 관(369)을 통해 칼럼(10)으로 직접 공급된다. 터보팽창기(30)의 배출물의 칼럼(10)으로의 도입 위치는 환류 응축기(21) 바로 위이다. 이러한 경우에는 단위 전력이 약간 감소될 것이다.
본 발명은 여러 분야에 적용될 것이다. 여러 산업 분야에서 고순도 바로 아래의 순도를 갖는 산소를 사용할 가능성이 있다. 중요한 점은 경제적으로 유리하도록 충분히 적은 비용으로 산소를 제조하는 것이다. 야금학, 화학, 석유화학, 및 석탄가스 산업에서 연소 공정은 저가의 저순도 산소를 필수적으로 사용할 것이다. 비록 본 발명이 몇몇 바람직한 실시예를 통해 상세하게 기술되었지만, 당업자들은 본 발명의 개념 및 범위 내에서 본 발명이 개조 및 변형될 수 있음을 인지할 것이다.
증류 칼럼 내에 비단열성 증류 장치를 적용하여 칼럼의 상부 단편에 고순도 액체 질소 환류를 제공하는 본 발명에 따른 방법에 의하면, 높은 회복율을 갖는 저순도 산소를 직접 제조할 수 있으며, 저렴한 제조 비용으로 효율적으로 저순도의 산소를 제조할 수 있다.

Claims (8)

  1. 증류 칼럼 내에 비단열성 증류 장치를 사용하여 공급 공기를 극저온 정류시킴으로써 저순도 산소를 제조하는 방법으로서,
    (A) 질소 부유 기체를 생성하기 위해 상기 공급 공기의 적어도 일부분을 응축시키는 단계와,
    (B) 하나 이상의 상부 단편과 하나 이상의 하부 단편을 갖추고 있는 증류 칼럼 내에 설치된 비단열성 증류 장치로 질소 부유 기체를 이송하고, 고순도 질소 부유 기체를 생성하기 위해 상기 증류 장치에서 상기 질소 부유 기체를 부분적으로 응축시키는 단계와,
    (C) 고순도 질소 부유 액체를 생성하기 위해 상기 고순도 질소 부유 기체를 응축시키고, 상기 고순도 질소 부유 액체를 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하는 단계와, 그리고
    (D) 상기 증류 칼럼 내에서 극저온 정류 공정으로 저순도 산소를 제조하고, 상기 증류 칼럼의 하부 단편으로부터 상기 저순도 질소를 회복시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 비단열성 증류 장치가 환류 응축기인 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 공급 공기가 응축된 고압 스트림과 저압 스트림을 포함하며,
    a) 상기 저압 스트림의 제 1부분은 상기 비단열성 증류 장치로 이송되고,
    b) 상기 저압 스트림의 제 2부분은 (i)액체 공급 공기 및 (ii) 부분적으로 기화된 칼럼 액체를 생성하기 위해 상기 비단열성 증류 장치로부터 칼럼 액체에 대해 완전히 응축되며, 상기 부분적으로 기화된 칼럼 액체가 상기 증류 칼럼의 하부 단편으로 이송되고, 상기 액체 공급 공기가 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송되며,
    c) 상기 고압 스트림은 (iii) 액체 스트림 및 (iv) 상기 칼럼 내의 비단열성 증류 장치를 통과하는 질소 부유 기체로 분리되는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 공급 공기가 부분적으로 응축된 고압 스트림과 저압 스트림을 포함하며,
    a) 상기 부분적으로 응축된 고압 스트림은 상기 증류 칼럼에 제공되고,
    b) 상기 저압 스트림은 칼럼 바닥부 액체와의 간접 열교환에 의해 응축되고 (i) 산소 부유 액체 및 (ii) 팽창되어서 상기 비단열성 증류 장치로 이송되는 질소 부유 기체를 생성하기 위해 분리되는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 비단열성 증류 장치로부터 배출된 농축물과 상기 고압 스트림을 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 스트림을 상기 증류 칼럼으로 이송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 공급 공기가 부분적으로 (a) 응축된 고압 스트림과 (b) 저압 스트림을 포함하며,
    상기 저압 스트림이 (i) 상기 칼럼 바닥부 액체와의 간접 열교환에 의해 응축되고 제 1산소 부유 액체 및 (ii) 제 1질소 부유 기체를 생성하기 위해 분리되며,
    상기 제 1질소 부유 기체가 팽창되어서 상기 부분적으로 응축된 고압 스트림과 혼합되며,
    혼합된 스트림이 (iii) 제 2산소 부유 액체 및 (iv) 상기 비단열성 증류 장치로 이송되는 제 2질소 부유 기체를 생성하기 위해 분리되는 방법.
  7. 증류 칼럼 내에 비단열성 증류 장치를 사용하여 공급 공기를 극저온 정류시킴으로써 저순도 산소를 제조하는 방법으로서,
    (A) 제 1부분과 제 2부분을 갖춘 고압 공급 공기 스트림 및 저압 공급 공기 스트림을 제공하고, 상기 고압 공급 공기 스트림의 제 1부분을 팽창시키고, 혼합된 스트림을 형성하기 위해 상기 고압 공급 공기 스트림의 팽창된 제 1부분을 상기 저압 공급 공기 스트림과 혼합하는 단계와,
    (B) 상기 혼합된 스트림을 부분적으로 응축시키고, 제 1산소 부유 액체와 제1질소 부유 액체를 생성하기 위해 부분적으로 응축된 상기 혼합된 공급 공기를 분리하는 단계와,
    (C) 제 2질소 부유 기체와 제 2산소 부유 액체를 생성하기 위해 상기 고압 공급 공기 스트림의 제 2부분을 분리하는 단계와,
    (D) 상기 제 2질소 부유 기체와 함께 상기 제 1질소 부유 기체를 상기 비단열성 증류 장치로 이송하고, 응축물과 질소 부유 기체를 생성하기 위해 상기 비단열성 증류 장치에서 상기 기체를 부분적으로 응축시키는 단계와,
    (E) 상기 제 2산소 부유 액체와 혼합된 상기 응축물을 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하는 단계와,
    (F) 액체 질소 환류와 혼합된 기화 스트림을 생성하기 위해 상기 칼럼 내의 액체에 대항하여 상기 질소 부유 기체를 응축시키는 단계와, 그리고
    (G) 상기 혼합된 기화 스트림과 상기 액체 질소 환류를 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하고, 상기 증류 칼럼 내에서 극저온 정류 공정으로 저순도 산소를 제조하고, 상기 증류 칼럼의 하부 단편으로부터 상기 저순도 산소를 회복시키는 단계를 포함하는 방법.
  8. 증류 칼럼 내에 비단열성 증류 장치를 사용하여 공급 공기를 극저온 정류시킴으로써 저순도 산소를 제조하는 방법으로서,
    (A) 제 1부분과 제 2부분을 갖춘 고압 공급 공기 스트림 및 저압 공급 공기 스트림을 제공하고, 상기 고압 공급 공기 스트림의 제 1부분을 팽창시키고, 상기 팽창된 제 1부분을 상기 증류 칼럼으로 이송하는 단계와,
    (B) 상기 저압 공급 공기 스트림을 부분적으로 응축시키고, 제 1산소 부유 액체와 제1질소 부유 액체를 생성하기 위해 상기 부분적으로 응축된 저압 공급 공기 스트림의 생성물을 분리하는 단계와,
    (C) 제 2질소 부유 기체와 제 2산소 부유 액체를 생성하기 위해 상기 고압 공급 공기 스트림의 제 2부분을 분리하는 단계와,
    (D) 상기 제 2질소 부유 기체와 함께 상기 제 1질소 부유 기체를 상기 비단열성 증류 장치로 이송하고, 응축물과 질소 부유 기체를 생성하기 위해 상기 비단열성 증류 장치에서 상기 기체를 부분적으로 응축시키는 단계와,
    (E) 상기 제 2산소 부유 액체와 혼합된 상기 응축물을 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하는 단계와,
    (F) 액체 질소 환류와 혼합된 기화 스트림을 생성하기 위해 상기 칼럼 내의 액체에 대항하여 상기 질소 부유 기체를 응축시키는 단계와, 그리고
    (G) 상기 혼합된 기화 스트림과 상기 액체 질소 환류를 상기 증류 칼럼의 상부 단편으로 이송하고, 상기 증류 칼럼 내에서 극저온 정류 공정으로 저순도 산소를 제조하고, 상기 증류 칼럼의 하부 단편으로부터 상기 저순도 산소를 회복시키는 단계를 포함하는 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6212906B1 (en) 2000-02-16 2001-04-10 Praxair Technology, Inc. Cryogenic reflux condenser system for producing oxygen-enriched air
EP1952081A1 (en) * 2005-11-17 2008-08-06 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
US9488408B2 (en) 2014-01-29 2016-11-08 Praxair Technology, Inc. Condenser-reboiler system and method
CN106766673A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 普莱克斯技术有限公司 带有穿孔排放管的冷凝器‑重沸器系统及方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1493611A (en) * 1920-07-07 1924-05-13 Research Corp Process of and apparatus for separating air
US2903859A (en) * 1955-09-22 1959-09-15 Union Carbide Corp Process and apparatus for separating gas mixtures
DE1155458B (de) * 1961-02-23 1963-10-10 Linde Eismasch Ag Verfahren und Einrichtung zum Zerlegen von Gasgemischen durch Tieftemperaturrektifikation
US3756035A (en) * 1966-04-04 1973-09-04 Mc Donnell Douglas Corp Separation of the components of gas mixtures and air
US3508412A (en) * 1966-08-12 1970-04-28 Mc Donnell Douglas Corp Production of nitrogen by air separation
US3535886A (en) * 1967-07-05 1970-10-27 Mc Donnell Douglas Corp Production of high purity nitrogen from air by distillation with depressurized,work expanded and cooled oxygen-rich bottoms used in indirect heat exchange for the distillation
US3563047A (en) * 1967-08-04 1971-02-16 Mc Donnell Douglas Corp Production of high purity oxygen from air
GB1310514A (en) * 1969-07-02 1973-03-21 Bligh B R Process of contunuous distillation
US4289515A (en) * 1980-08-15 1981-09-15 Yearout James D Production of nitrogen by air separation
US4308043A (en) * 1980-08-15 1981-12-29 Yearout James D Production of oxygen by air separation
DE3035844A1 (de) * 1980-09-23 1982-05-06 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von sauerstoff mittlerer reinheit
US4533375A (en) * 1983-08-12 1985-08-06 Erickson Donald C Cryogenic air separation with cold argon recycle
US5410885A (en) * 1993-08-09 1995-05-02 Smolarek; James Cryogenic rectification system for lower pressure operation
US5442925A (en) * 1994-06-13 1995-08-22 Air Products And Chemicals, Inc. Process for the cryogenic distillation of an air feed to produce a low to medium purity oxygen product using a single distillation column system
US5699671A (en) * 1996-01-17 1997-12-23 Praxair Technology, Inc. Downflow shell and tube reboiler-condenser heat exchanger for cryogenic rectification
US5666824A (en) * 1996-03-19 1997-09-16 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with staged feed air condensation
US5611219A (en) * 1996-03-19 1997-03-18 Praxair Technology, Inc. Air boiling cryogenic rectification system with staged feed air condensation
US5678427A (en) * 1996-06-27 1997-10-21 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing low purity oxygen and high purity nitrogen
US5664438A (en) * 1996-08-13 1997-09-09 Praxair Technology, Inc. Cryogenic side column rectification system for producing low purity oxygen and high purity nitrogen

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