KR20000006031A - 극저온공기분리공정에의한아르곤제조방법 - Google Patents

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헤론돈미카엘
쿡스테픈존
아그라발라케쉬
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마쉬 윌리엄 에프
에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 적어도 탈질소된 미정제 아르곤 생성물을 회수하기 위한 극저온 공기 분리 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 주 증류 장치에서 수행되고, 이 장치는 질소, 산소 및 아르곤이 포함된 혼합 공급물을 질소가 다량 함유된 상부 흐름과 산소가 다량 함유된 하부 흐름으로 분리하는 제1 증류 컬럼과, 주 증류 컬럼으로부터 이송되는 아르곤을 포함하는 공급물 흐름을 정류하여 본질적으로 탈산소된 아르곤 상부 흐름을 생성시키는 측부 아암 컬럼을 포함한다. 본 발명은 (a) 질소를 포함하며 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름을 아르곤을 포함하는 공급물 흐름의 유입 지점보다 위쪽에 있는 측부 아암 컬럼의 위치로부터 흡출하는 단계; (b) 질소가 희박하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름의 공급 지점보다 아래쪽에 배치되고 증기 발생부가 있는 적어도 한 개의 탈거부를 포함하는 질소 방출 컬럼으로, 상기 단계 (a)에서 흡출된 상기 질소를 포함하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름을 공급하여, 포함된 질소를 제거하는 단계와; (c) 탈질소된 미정제 아르곤 생성물을 회수하고 질소 방출 컬럼의 하부로부터 제거하는 단계; (d) 질소 방출 컬럼 내의 상향 증기 유동의 적어도 일부를 질소가 희박하고 아르곤이 다량 함유된 측부 유동이 공급되는 지점과 동일한 위치 또는 그보다 위쪽의 위치로부터 제거하며, 제거된 부분을 측부 아암의 적절한 위치로 복귀시키는 단계를 특징으로 한다.

Description

극저온 공기 분리 공정에 의한 아르곤 제조 방법{PRODUCTION OF ARGON FROM A CRYOGENIC AIR SEPARATION PROCESS}
본 발명은 극저온 공기 분리 공정에 의하여 아르곤을 제조하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 질소를 실질적으로 배제하고 아르곤을 회수할 수 있는 방법에 관한 것이다.
공기로부터 아르곤을 회수하는 통상의 방법은 고압 컬럼과 저압 컬럼으로 이루어진 복식 컬럼 증류 장치를 이용하며, 이 장치는 리보일러/응축기 및 저압 컬럼에 부착된 측부 아암 정류 컬럼과 열적으로 연결되어 있다. 산소 생성물은 저압 컬럼의 하부로부터 흡출되며, 적어도 하나의 질소가 다량 함유된 흐름이 저압 컬럼의 상부로부터 흡출된다. 저압 컬럼을 통하여 상승하는 증기의 일부는 중간 지점에서 흡출되어 측부 아암 컬럼으로 이송된다. 이 증기의 일부는 일반적으로 몰 기준으로 5% 내지 15%의 아르곤과 미량의 질소 그리고 나머지 성분으로서 산소를 포함하며, 측부 아암 컬럼에서 정류되어 상부 흐름인 아르곤이 다량 함유된 흐름을 생성한다. 대표적으로, 이러한 아르곤이 다량 함유된 흐름은 미정제 아르곤이라고 불리우며, 보통 수 ppm 수준으로부터 약 3 몰% 까지의 범위인 산소 성분과 함께 측부 아암 컬럼의 상부로부터 흡출된다. 정류 공정은 측부 아암 컬럼의 상부에 배치된 응축기를 통하여 측부 아암 컬럼으로 액상 환류를 공급함으로써 달성된다.
질소가 아르곤보다 휘발성이 강하기 때문에, 측부 아암 컬럼 공급물에 포함된 질소의 대부분은 미정제 아르곤에 포함되어 측부 아암 컬럼을 빠져나간다. 질소는 일반적으로 아르곤 생성물에 대한 불순물로 이해되며, 따라서 측부 아암 컬럼 공급물에서 질소 성분을 필수적으로 제한하여야 한다. 비록 측부 아암 컬럼 공급물로부터 질소가 실질적으로 제거되도록 저압 컬럼을 설계할 수 있지만, 실제의 작동에 있어서는 일반적으로 약간의 질소가 남아 있다. 예를 들어, 플랜트 업셋이나 유동 램핑 등에 의하여 저압 컬럼 내의 조성 프로파일이 설계점으로부터 변동하여 측부 아암 컬럼으로 공급되는 증기상 부분에 질소가 포함될 수 있다. 추가적으로, 저압 컬럼의 하부에 배치된 리보일러/응축기에서 약간의 누설이 일어날 수 있으며, 이 누설에 의하여, 설계에 따르면 반드시 질소가 없어야 하는 영역인 컬럼 내부로 질소가 고압측으로부터 유입된다.
질소를 측부 아암 컬럼 공급물로부터 완전히 제거하는 것은 어렵기 때문에, 측부 아암 컬럼의 상부로부터 흡출된 미정제 아르곤에 질소가 포함되어 있다는 사실이 널리 인정되고 있다. 결과적으로, 측부 아암 컬럼으로부터 흡출된 미정제 아르곤은 대표적으로 정류부 및 탈거부를 포함하는 증류 컬럼으로 이송되어 추가의 분리 단계를 거치며, 리보일러는 이 정류 컬럼의 하부에 배치되고 응축기는 상부에 배치된다. 당해 기술 분야에서 다수의 특허가 이러한 컬럼에 대하여 기재하고 있으며, 예를 들어, 미국 특허 제5,590,544호가 그러하다.
측부 아암 컬럼으로부터 흡출된 미정제 아르곤의 질소 함량은 미정제 아르곤을 측부 아암 컬럼의 중간 지점으로부터 흡출함으로써 감소될 수 있다는 점이 많은 문헌에 기재되어 있다.
일본 특허 공개 공보 평07-133982호에는 미정제 아르곤의 질소 함량이 그 미정제 아르곤을 측부 아암 컬럼의 중간 지점으로부터 흡출하고 측부 아암 컬럼의 상부로부터 제2의 증기 퍼지 흐름을 방출시킴으로써 감소될 수 있다는 점이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 공보 평07-146066호는 분리용 컬럼이 추가로 설치되어 흡출된 미정제 아르곤을 더 처리하며, 이는 추측건대 단순히 측부 아암 컬럼의 중간 지점으로부터 흐름을 흡출하는 것만으로는 모든 질소가 신뢰할 수 있을 정도로 제거되지 않을 수도 있다는 인식에 의한 것이다.
미국 특허 제5,557,951호 및 독일 특허 공보 DE 19636306 A2에서는 측부 아암 컬럼의 중간 지점으로부터 미정제 아르곤을 흡출하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 이 두 문헌 모두에는 질소를 추가로 제거하기 위하여 미정제 아르곤에 적용하는 추가의 분리 공정이 없다. 따라서, 이들 문헌에서 개시된 발명을 성공적으로 적용하기 위해서는 측부 아암 공급물의 질소 함량이 소정의 한계치 이하가 되어야 한다.
저압 컬럼이 설계 범위가 벗어난 범위에서 작동되면 측부 아암 컬럼의 질소 함량은 설계 수준보다 증가되며, 측부 아암 컬럼이 설계 범위 외에서 작동되면 비록 증기 퍼지 흐름이 적용되더라도 미정제 아르곤의 질소 함량이 증가된다. 예를 들어, 질소가 증기 퍼지 흐름에 포함되어 측부 아암 컬럼의 상부에서 방출되도록 하는 것이 중요하다. 실제에 있어서, 이 흐름은 상당한 양의 아르곤을 또한 포함할 수 있다. 따라서, 아르곤의 손실을 줄이기 위하여 증시 퍼지 흐름의 유동을 최소화하는 것이 좋다. 불행하게도, 이 증기 퍼지 흐름의 유동을 제한하면 질소가측부 아암 컬럼 내에 축적되고, 미정제 아르곤에 질소가 포함될 수도 있다.
본 발명은 비용 효율적이고 작동면에서 양호한 방식으로 실질적으로 질소가 없는 아르곤을 제조할 수 있도록 한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 방법의 복수개의 실시예에 대한 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 공급 공기 흐름
103: 고압 컬럼
129: 저압 컬럼
139: 측부 아암 컬럼
145: 질소 방출 컬럼
161: 분리기
175: 미정제 아르곤 흐름
본 발명은 적어도 탈질소된 미정제 아르곤 생성물을 회수하기 위한 극저온 공기 분리 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 주 증류 장치 내에서 수행되며, 이 주 증류 장치는 질소, 산소 및 아르곤이 혼합된 공급물을 질소가 다량 함유된 상부 흐름과 산소가 다량 함유된 하부 흐름으로 분리하는 제1 증류 컬럼과, 주 증류 컬럼으로부터 이송되는 아르곤을 포함하는 공급물 흐름을 정류하여 본질적으로 탈산소된 아르곤 상부 흐름을 생성시키는 측부 아암 컬럼을 포함한다. 본 발명은
(a) 질소를 포함하며 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름을 아르곤을 포함하는 공급물 흐름의 유입 지점보다 위쪽에 있는 측부 아암 컬럼의 위치로부터 흡출하는 단계와;
(b) 상기 질소 방출 컬럼은 질소가 희박하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름의 공급 위치보다 아래쪽에 배치되고 증기 발생부를 구비하는 적어도 한 개의 탈거부를 포함하는 질소 방출 컬럼으로, 상기 단계 (a)에서의 흡출된 질소를 포함하는 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름을 공급하여, 질소를 제거하는 단계와;
(c) 탈질소된 미정제 아르곤 생성물을 회수하고 질소 방출 컬럼의 하부로부터 제거하는 단계와;
(d) 질소 방출 컬럼 내에서 상향 이동하는 증기 유동의 적어도 일부를 질소가 희박하고 아르곤이 다량 함유된 측부 유동이 공급되는 지점과 동일한 위치 또는 그보다 위쪽의 위치로부터 제거하며, 제거된 부분을 측부 아암의 적절한 위치로 복귀시키는 단계
를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공정의 양호한 실시예에서, 흡출된 질소를 포함하고 아르곤을 다량 함유하는 단계 (a)의 측부 흐름은 액체이며, 이 액체는 컬럼의 공급 위치보다 위쪽에 있는 측부 아암 컬럼의 위치, 양호하게는 측부 아암 컬럼의 상단부 아래쪽의 제1단과 제10단 사이의 지점으로부터 제거될 수 있다.
본 발명의 방법의 실시예에서, 측부 아암 컬럼은 상단부에 배치되는 리보일러/응축기를 또한 포함할 수 있으며, 탈산소된 아르곤 상부 흐름은 측부 아암 컬럼으로부터 제거되어 리보일러/응축기 내에서 부분적으로 응축된다.
부분적으로 응축된 탈산소된 아르곤 상부 흐름의 사용에 대한 본 발명의 실시예는 복수개가 있다. 이러한 실시예 중에는 다음과 같은 것들이 있다: (1) 일부 응축되고, 탈산소된 아르곤이 액상 부분과 증기상 부분으로 분리될 수 있으며, 증기상 부분은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 경우; (2) 일부 응축되고, 탈산소된 아르곤이 액상 부분과 증기상 부분으로 분리될 수 있으며, 증기상 부분은 일부 응축되어 제2 증기상 부분과 제2 액상 부분으로 상 분리되고 제2 증기상 부분은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 경우; (3) 일부 응축되고, 탈산소된 아르곤이 제1 보조 컬럼으로 이송되어 제1 보조 컬럼 상부 흐름과 제1 보조 컬럼 하부 액체로 정류될 수 있으며, 제1 보조 컬럼 상부 흐름은 일부 응축되어 제2 증기상 부분과 제2 액상 부분으로 상 분리되고 제2 증기상 부분은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 경우; (4) 일부 응축되고, 탈산소된 아르곤이 액상 부분과 증기상 부분으로 분리될 수 있으며, 증기상 부분은 정류 분류기로 공급되어 분류기 상부 흐름을 생성하고 분류기 상부 흐름은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 경우; (5) 일부 응축되고, 탈산소된 아르곤이 액상 부분과 증기상 부분으로 분리될 수 있으며, 증기상 부분은 제1 보조 컬럼으로공급되어 제1 보조 컬럼 상부 흐름과 제1 보조 컬럼 하부 액체로 정류되고 제1 보조 컬럼 상부 흐름은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 경우.
본 발명에 따른 방법에서, 질소 방출 컬럼은 정류부를 또한 포함하며, 이 정류부는 질소가 희박하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름이 공급되는 위치의 위쪽에 배치되고, 상기 정류부에서 유출되는 증기 상부 흐름은 질소 방출 컬럼으로부터 제거되어 일부 응축되며, 상기 질소 방출 컬럼의 정류부로부터 유출된 일부 응축된 상부 흐름은 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되고 증기상 부분은 질소 함유 퍼지로서 배출된다.
일부 응축되고, 탈산소된 아르곤이 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되는 경우, 본 발명에 따른 방법은, 측부 아암 컬럼으로 액상 부분은 환류로서 복귀시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 고압 컬럼과 저압 컬럼으로 구성되고 저압 컬럼이 주 증류 장치인 복식 증류 컬럼을 포함하는 증류 장치에 특히 적합하다.
본 발명에 따른 방법에서, 단계 (b)용으로 생성된 증기는 과냉각된 적절한 흐름과 질소 방출 컬럼의 액상 하부 사이에 있는 열 교환기에 의하여 제공된다.
본 발명에 따른 방법에서, 질소를 포함하고 아르곤이 다량 함유된 단계 (a)에서 흡출된 측부 흐름은, 대표적으로 산소 함량이 예를 들면, 수 ppm 정도로 작을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 만약 질소를 포함하고 아르곤이 다량 함유된 단계 (a)에서 흡출된 측부 흐름의 산소 함량이 예를 들어 3 몰%와 같이 큰 값이라면, 본 발명에 따른 방법은 여전히 작동한다. 이러한 경우, 단계 (a)에서 흡출된 질소를 포함하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름이나 탈질소된 미정제 아르곤 생성물을 더 정화하기 위하여 추가의 처리 단계가 필요할 수 있다는 점을 알 수 있다.
앞에서는 본 발명에 따른 방법이 요약 기재되었으며, 본 발명은 이하에서 도 1 내지 도 5에 도시된 복수개의 실시예를 참조로 하여 상세하게 기재될 것이다.
본 발명에 대한 설명에서, "탈질소"라는 용어는 "질소가 없는" 상태의 개념을 포함한다. 추가로, "탈산소"라는 용어는 "산소가 희박한" 상태의 개념을 포함한다.
도 1에서, 물과 이산화 탄소와 같은 무거운 성분이 없으며 적절한 온도로 냉각된 압축 공급 공기 흐름은 흐름(101)으로서 고압 컬럼(103)의 하부로 도입된다. 이 공급 공기 흐름의 압력은 일반적으로 3.5 기압 이상 24 기압 이하이며, 바람직하게는 5 기압 내지 10 기압이다. 고압 컬럼으로 유입된 공급물은 상부의 고압 질소 증기 흐름(105)과 하부의 미정제 액상 산소 흐름(115)으로 증류된다.
질소 증기 흐름(105)은 리보일러/응축기(113)에서 응축되어 액상 흐름(107)을 생성하고, 이 액상 흐름은 실질적으로 두 개의 흐름(109, 111)으로 분리된다. 한 흐름(109)은 환류로서 고압 컬럼으로 복귀하고, 다른 흐름(111)은 환류로서 저압 컬럼(129)의 상부로 향한다. 단순화를 위하여 도시하지는 않았지만, 저압 컬럼환류 흐름(111)은 종종 다른 흐름과의 간접 열 교환에 의하여 저압 컬럼(129)으로 도입되기 전에 냉각된다.
미정제 액상 산소 흐름(115)에는 선택적으로 간접 열 교환이 상당 횟수 적용될 수 있으며, 최종적으로 저압 컬럼으로 흐름(127)으로서 도입된다. 저압 컬럼으로 유입된 공급물은 상부에 있는 저압 질소 증기 흐름(131)과 하부에 있는 산소 흐름(133)으로 증류된다.
아르곤을 포함한 증기 흐름은 저압 컬럼의 중간 위치로부터 흐름(135)으로서 흡출된다. 이 아르곤 함유 흐름은 3% 내지 25%의 아르곤을 포함할 수 있으며, 대표적으로는 5% 내지 15%의 아르곤을 포함하고, 측부 아암 컬럼(139)으로 하부 공급물로서 전달된다. 측부 아암 컬럼으로 공급되는 아르곤을 함유하는 공급물은 상향 이동하는 증기의 산소 농도를 줄이기 위하여 증류되고 상부 증기 흐름(151)과 하부 액체 흐름(137)을 생성한다.
하부 액체 흐름(137)은 저압 컬럼으로 복귀한다.
본 발명의 단계 (e)에 따라, 흐름(141)은 측부 아암 컬럼(139)으로부터 아르곤 함유 공급물의 유입부보다 위쪽(본 실시예에서는 중간 지점)에서 (본 실시예에서는 액체로서) 흡출된다. 본 발명의 단계 (b)에 따라, 흐름(141)은 탈거부(147)를 포함하는 질소 방출 컬럼(145)으로 이송된다.
리보일러(149)는 탈거부(147)용의 상향 증기 유동을 생성한다. 질소 방출 컬럼을 위한 재비 공정(reboil)은 다양한 수단에 의하여 제공될 수 있으며, 본 실시예에서는 리보일러(149) 내의 미정제 액상 산소 흐름(115)을 냉각하여 흐름(117)을 생성함으로써 제공된다.
공급물(141)은 질소 방출 컬럼에서 증류되어 본 발명의 단계 (c)에 따라 탈질소된 미정제 아르곤 흐름(175)을 생성한다. 본 발명은 다만 아르곤 흐름(175)의 질소 농도를 공급물 흐름(141)의 질소 농도에 대하여 낮추는 것만을 목적으로 하였지만, 양호한 실시예에서 흐름(175)의 질소 농도는 50 ppm 이하로 감소하고 가장 바람직한 경우에는 10 ppm 이하로 감소한다.
본 발명의 단계 (d)에 따라, 상향 유동하는 증기는 질소 방출 컬럼으로부터 흐름(143)으로서 제거되어 측부 아암 컬럼(139)로 복귀한다.
측부 아암 컬럼으로부터의 상부 증기(151)는 리보일러/응축기(153)에서 일부 응축되어 2상 흐름(155)을 생성하고, 이 흐름은 이어서 분리기(161)로 이송되어 측부 아암 컬럼용의 액상 환류가 흐름(157)으로서 수집되고 증기 퍼지 흐름(167)을 생성한다. 측부 아암 컬럼 리보일러/응축기(153)용의 냉각은 여러 적절한 수단에 의하여 제공될 수 있으며, 다만 도 1에 도시된 바와 같이, 통상은 일부가 증발되는 미정제 액상 산소, 본 실시예에서는 흐름(117)에 의하여 제공된다. 만약 흐름(117)이 일부 증발하면, 이것은 대표적으로 리보일러/응축기(153)로부터 분리된 증기 흐름(123)과 액체 흐름(125)으로서 제거되고 이어서 합류된다 (합류되어 흐름(127)을 생성한다).
미정제 액상 산소 흐름(117)을 모두 리보일러/응축기로 보낼 필요는 없다. 많은 경우, 흐름(117)을 분할하여 유동의 일부만을 리보일러/응축기(153)로 보내고나머지는 직접 저압 컬럼으로, 좋게는 일부 증발된 흐름이 유입되는 지점보다 위쪽으로 추가의 공급물로서 보내는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 본 발명의 실시예에는 종래의 방법과 비교하여 아르곤을 함유하는 측부 아암 컬럼 공급물 흐름(135)에 질소를 더 많이 포함될 수 있다는 이점이 있다. 이러한 이점은 적어도 두가지 점에서 명백히 드러난다.
첫째로, 측부 아암 컬럼 공급물이 더 많은 양의 질소를 포함할 수 있기 때문에, 저압 컬럼에서 측부 아암 컬럼 유통로보다 위쪽 영역에 그만큼의 증기 유동을 공급하지 않아도 된다. 결과적으로, 더 많은 양의 증기가 측부 컬럼용으로 사용될 수 있으며 회수되는 아르곤의 양이 증가한다. 선택적으로 및/또는 추가적으로, 저압 컬럼 내에서 아르곤 함유 흐름(135)의 이탈점보다 위쪽으로 보다 적은 수의 단이 요구된다.
두번째 이점은 설계에서 벗어난 범위에서의 작동에 관련된 것이다. 본 발명은 램핑(ramping) 또는 업셋 상태에서 측부 아암 컬럼 내로 과잉 질소가 도입될 수 있도록 한다. 비록 더 많은 질소가 질소 방출 컬럼으로 향하는 공급물 흐름(141)에서 나타날 수 있지만 탈거부(147) 및 리보일러(149)가 있음으로써 질소가 미정제 아르곤 흐름(175)으로부터 제거될 수 있기 때문에 이러한 수용 능력이 나타난다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 2에서, 원래의 질소 함유 증기 퍼지 흐름(167)은 열 교환기(263) 내에서 일부 응축되어 2상 흐름(269)을 형성하고, 이 흐름은 이어서 분리기(265)로 이송되어 측부 아암 컬럼을 위한 추가의 액상 환류가 흐름(273)으로서 수집되고 최종 증기 퍼지 흐름(271)을 생성한다. 흐름(271)은 질소의 함량이 추가로 증가되고 흐름(135)으로 측부 아암 컬럼으로 유입된 질소의 대부분을 포함한다.
도 2에서 도시된 실시예에는 적어도 세 가지 면에서 이점이 있다.
첫째로, 추가로 흐름(167)을 응축시킴으로써 증기 퍼지 흐름(271)의 아르곤 함량과 그 유량은 (도 1의 실시예와 비교하여) 더 작아지고 아르곤의 손실이 줄어든다.
다음으로, 만약 증기 퍼지 유동은 동일하게 유지되고 증기 퍼지의 질소 함량이 증가한다면, 더 많은 질소가 아르곤 함유 흐름(135)에 포함되어 측부 아암 컬럼으로 유입될 수 있다.
마지막으로, 흐름(271)의 증기 퍼지 조성이 도 1의 흐름(167)과 같은 경우, 도 2에서 흐름(167)의 아르곤 함량은 증가되어 리보일러/응축기(153)가 보다 높은 온도 수준에서 작동할 수 있도록 한다.
환류 복귀 흐름(273)의 유량은 상대적으로 작으며, 그 결과, 흐름(273)은 선택적으로 측부 아암 컬럼 대신 저압 컬럼으로 복귀될 수 있다. 이는 여러 방법으로 실현될 수 있으며, 예를 들면: 1) 흐름(273)을 중력을 이용한 자연 배출 또는 펌프를 이용한 강제 배출로 직접 저압 컬럼으로 향하게 하거나, 2) 흐름(273)을 중력을 이용한 자연 배출 또는 펌프를 이용한 강제 배출로 리보일러/응축기(153)로 보내어 그 내부의 미정제 아르곤과 혼합시킨다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시하며 도 2에 대한 대안을 나타낸다. 도 3에서, 분리기(161)는 컬럼(361)으로 대체되었으며 분리기(265)로부터의 액체는컬럼(361)으로 추가의 환류 흐름(273)으로서 복귀한다. 이 실시예는 측부 아암 컬럼으로부터 정류부(177)를 생략하기 위하여 적용될 수 있다. 도 2에서 도시된 실시예에서와 같이, 이 실시예에서는 증기 퍼지 흐름(271)의 질소 함량이 상당히 증가되는 것이 허용되며, 아니면 측부 아암 컬럼으로부터 유출되는 흐름(155)의 질소 함량이 매우 감소되는 것이 허용된다.
컬럼(361)과 열 교환기(263)를 열 교환과 물질 교환을 동시에 수행하는 단일의 장치로 대체하는 것이 가능하다. 이러한 장치에는 환류-응축기, 또는 환류기(예를 들어, 1997년의 미국 특허 제5592832호 참조)라고 불리는 장치가 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 2의 경우와 비교할 때 주된 변형은 추가의 정류부(481)가 질소 방출 컬럼에 더해진 것이다. 공급물(141) 아래쪽의 탈거부(147)로부터 발생하는 증기중 일부만이 흐름(143)으로서 측부 아암 컬럼으로 복귀한다. 나머지는 정류부(481)를 통과하여 위쪽으로 이동하고 흐름(479)으로서 질소 방출 컬럼을 떠난다. 흐름(479)은 열 교환기(263)에서 일부 응축하여 2상 흐름(269)를 형성하고, 이 흐름은 이어서 분리기(265)로 이송되어 흐름(273)으로서 질소 방출 컬럼용의 액상 환류를 수집하고 흐름(271)으로서 증기 퍼지를 생성한다. 측부 아암 컬럼으로부터의 상부 증기(151)는 리보일러/응축기(153)에서 일부 응축되어 2상 흐름(155)을 형성하고, 이 흐름은 이어서 분리기(161)로 이송되어 흐름(157)으로서 측부 아암 컬럼용의 액상 환류를 수집하고 증기 퍼지 흐름(167)을 생성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 질소는 아르곤 회수 장치로부터 두 개의 흐름(167및 271)으로서 제거된다. 이러한 구성은 아르곤을 포함하는 측부 아암 컬럼 공급물(135)의 질소 함량이 주된 업셋을 받는 공정의 경우에 유용하다. 정상적인 운전 조건하에서, 질소의 대부분은 흐름(167)으로서 제거되고 운전 방식은 도 1에서 도시된 경우와 상당히 유사하다. 업셋 조건하에서, 과잉 질소는 질소 방출 컬럼의 상부로부터 제거되어 측부 아암 컬럼 리보일러/응축기(153)의 작동에 대한 방해가 작아질 수 있도록 한다. 이 점은 열 교환기의 주된 임무가 리보일러/응축기(153)에 의하여 수행되기 때문에 중요하다.
잠재적으로, 도 4에 대한 유용한 변형예는 다음을 포함한다: 1) 측부 아암 컬럼에서 정류부(177)를 생략하는 것, 그리고 2) 공급물(141)을 질소 방출 컬럼으로 증기로서 이송하는 것.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 운전 방식에서, 분리기(265)는 생략되어 추가의 컬럼(565)에 의하여 대체된다. 증기 흐름(167)은 컬럼(565)의 하부로 두 개의 공급중 하나로서 이송되고, 액체 흐름(583)은 다른 공급으로서 컬럼(565)의 상부로 이송된다. 흐름(583)은 상대적으로 작은 농도(대표적으로 1% 근처)의 아르곤을 포함하며 따라서 증기 퍼지 흐름(271)에서 아르곤의 손실을 줄이기 위한 우수한 환류를 생성한다.
하부 흐름(273)은 아르곤 외에 가치있는 산소를 포함하는 경향이 있으므로 이를 저압 컬럼으로 이송하는 것이 일반적으로 유리하다. 이 실시예에서, 흐름(273)은 이를 저압 컬럼으로 이송시키기 위한 수단인 미정제 액상 산소 흐름(585)의 잔류부와 혼합되는 것이 편리하다.
도 5에서, 컬럼(565)용의 환류는 미정제 액상 산소 흐름(117)으로부터 분할되었다. 본 발명은 상기 작동에만 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 분야의 실무자에게는 산소 흐름(133)이 저압 컬럼으로부터 액상으로 제거되어 펌프에 의하여 가압 송출되고, 이어서 수용기로 이송되기 전에 증발 가열될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 이 기술은 액상 산소 양수법(pumped-liquid oxygen)으로 알려져 있다. 펌프로 가압된 산소 흐름이 용이하게 증발할 수 있도록 공급 공기의 일부를 가압하고 이어서 이를 냉각 응축시키는 것이 일반적이다. 대표적으로, 이 응축된 고압 공기는 고압 컬럼, 저압 컬럼 또는 양자 모두에 대한 공급물로서 사용된다. 응축된 공기는 본 발명에서 미정제 액상 산소가 사용된 것과 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 1) 응축된 공기는 냉각되어 질소 방출 컬럼의 리보일러(149)용 열 입력을 제공할 수 있으며, 2) 응축된 공기는 도 5에서 환류 흐름(583)으로서 사용될 수 있고, 3) 냉각된 후 및/또는 적절히 감압된 후, 응축된 공기는 도 2 내지 4에서 열 교환기(263)용의 냉동 작용을 제공할 수 있으며, 4) 응축된 공기는 리보일러/응축기(153)에서 미정제 액상 산소를 보충하기 위하여 사용될 수 있다.
응축된 공기와 관련하여, 액체 흐름은 어느 것이든 고압 컬럼으로부터 제거되어 리보일러(149), 열 교환기(263) 및/또는 리보일러/응축기(153)용으로 사용될 수 있다.
도 1 내지 5에서, 리보일러(149)로의 열 입력은 미정제 액상 산소를 냉각함으로써 제공된다. 전술한 바와 같이, 다른 적절한 고온 액체가 냉각될 수 있다. 추가로, 임의의 액체가 리보일러(149)에서 응축되어 열 입력을 제공할 수 있으며,예를 들어, (흐름(105)에 의한 것과 같은) 증기상 질소의 일부 또는 (흐름(101)에 의한 것과 같은) 증기상 공기의 일부가 포함된다.
도 1 내지 5에서, 어떤 증류 컬럼에 대하여도 물질 교환부(즉, 탈거부 또는 정류부)의 특성에 관한 언급을 하지 않았다. 체판(sieve tray), 포종단(bubble-cap tray), 밸브단(valve tray), 불규칙 충전(random packing) 또는 구조 충전중 어떤 수단이라도 단독으로 또는 결합되어 본 발명에 적용하기에 적합하다는 점을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
도 1 내지 5에서, 아르곤 회수 장치를 떠나는 증기 퍼지 흐름은 목적한 생산물일 수도 있고 아닐 수도 있으며, 여기서 목적으로 하지 않은 경우란 손실된 미정제 아르곤을 의미한다. 증기 퍼지 흐름을 저압 컬럼으로 재순환시킴으로써 포함된 아르곤의 적어도 일부라도 회수하는 것이 가능하다. 증기 퍼지 흐름의 압력이 저압 컬럼의 압력보다 작은 경우, 이 증기는 기계적 수단에 의하여 압축되거나 또는 미정제 액상 산소 흐름이나 응축된 공기 흐름이 (예를 들어) 압력이 떨어지는 경우 이들로 인입될 수 있다.
열 교환기(263)에 대한 냉각은 도 2 내지 4에서 미정제 액상 산소 흐름(219)이 가열되거나 부분적으로 증발됨으로써 제공하는 것으로 도시되어 있다. 일반적으로, 이러한 냉각 작용은 임의의 적절한 공정 흐름이 가열되거나 증발됨으로써 제공될 수 있다. 한가지 대안은 질소 환류 흐름(111)의 전체 (또는 일부)를 사용하는 것이다. 이러한 경우, 이 질소 흐름(111)은 가열되거나, 또는 일부 증발된다. 전자의 경우 상기 흐름은 다른 충분히 차가운 공정 흐름과의 열 교환에 의하여 미리 냉각되고, 후자의 경우 흐름(111)은 미리 감압된다. 다른 대안은 펌프에 의하여 가압된 액상 산소가 공정에서 선택되는 경우에 나타난다. 이 경우, 응축된 액상 공기 흐름은 질소 흐름(111)과 관련하여 바로 앞에서 기재한 것과 같이 가열되거나 또는 증발된다. 가장 바람직한 흐름을 선택하는 것은 최적화 문제에 해당된다. 사용되는 유체가 차가울수록, 증기 퍼지 흐름의 질소 함량은 높아지고 아르곤 손실은 작아지며, 따라서, 질소 환류 흐름(111)을 사용하는 것이 최선의 선택인 것으로 보인다. 다른 한편으로, 이 저온의 유체는 또한 저압 컬럼으로부터 산소 손실을 줄이기 위한 최선의 공급 흐름에 해당한다. 따라서, 산소 회수량을 증가시키는 것과 아르곤 회수량을 증가시키는 것 사이에는 절충이 요구된다.
전술한 모든 실시예에서, 받아들여질 수 있는 변형예는 측부 아암 컬럼에서 정류부(177)를 제거하는 것이다.
도 1 내지 5의 실시예는 본 발명을 복식 컬럼 공정에 적용하는 예를 나타낸다. 도 1 내지 5에 도시된 복식 컬럼 공정은 단순하고 명확하다는 점이 당업자에게 이해될 수 있을 것이다. 복식 컬럼 장치로 종종 다른 공급이 이루어질 수 있으며, 예를 들어: 1) 공급 공기 흐름의 일부가 냉동을 위하여 팽창되어 저압 컬럼(129)으로 공급되거나, 2) 복수의 산소 생성물이 컬럼(129)으로부터 제거되거나, 3) 추가의 질소가 다량 함유된 흐름이 컬럼(129)의 공급 위치보다 위쪽의 지점으로부터 제거될 수 있다. 비록 복식 컬럼 구성이 공기로부터 산소 및 아르곤을 회수하는 경우에 가장 일반적이지만, 본 발명은 그러한 구성에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 공기로부터 산소를 회수하기 위한 단식 컬럼 공정이 존재한다. 그런공정은 측부 컬럼에 용이하게 추가될 수 있으며, 이 경우에 본 명세서에서 기재된 본 발명이 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 정상 상태 운전을 조성하기 위하여, 어느 정도의 유량 조절을 이하의 흐름에 적용하면 유용하다: 아르곤을 포함한 증기 흐름(135); 질소 방출 컬럼으로 향하는 공급 흐름(141); 탈질소된 미정제 아르곤 흐름(175) 및 질소를 포함하는 퍼지 흐름. 유량 조절은 유량을 직접 측정하거나 또는 다른 관련된 매개 변수를 측정하여 수행될 수 있다. 유량은 생성물의 조성이나 증류 컬럼 장치 내부의 조성과 같이 중요한 조성을 일정하게 유지하기 위하여 변화할 수 있다. 어떤 제어 방법에서도, 온도 측정이 직접 조성을 측정하는 것 대신 사용될 수 있다는 점이 이해될 수 있다.
끝으로, 도 1 내지 5에서 아르곤 함유 흐름(135)은 증기로서 저압 컬럼으로부터 측부 아암 컬럼으로 전달되는 것으로 도시되어 있다. 선택적으로, 본 발명의 공정은 흐름(135)이 액상일 때에도 동일하게 적용될 수 있다. 이 경우, 탈거부가 측부 아암 컬럼에서 아르곤 함유 공급물이 유입되는 위치보다 위쪽에 종종 추가되며, 이 새로운 부분에 대하여 (종종 측부 아암 컬럼의 기부에 배치된 리보일러와 함께) 소정의 증기 유동 공급 수단이 필요하다.
비록 본 명세서에서 소정의 특정한 실시예와 관련하여 도시되고 기재되었지만, 본 발명은 그럼에도 불구하고 전술한 상세한 내용에 제한되지는 않는다. 그보다는, 다양한 변형예가 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 특허 청구 범위와 균등한 범위 내에서 상세한 수준까지 실현될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 극저온 공기 분리 공정에 의한 아르곤 제조 방법에 의하여 비용 효율적이고 작동면에서 양호한 방식으로 질소를 실질적으로 배제하고 아르곤을 회수할 수 있다.

Claims (18)

  1. 적어도 탈질소된 미정제 아르곤 생성물을 회수하기 위한 극저온 공기 분리 방법으로서, 상기 방법은 주 증류 장치 내에서 수행되며, 상기 장치는 질소, 산소 및 아르곤이 포함된 혼합 공급물을 질소가 다량 함유된 상부 흐름과 산소가 다량 함유된 하부 흐름으로 분리하는 제1 증류 컬럼과, 상기 주 증류 컬럼으로부터 이송되는 아르곤 함유 공급물 흐름을 정류하여 본질적으로 탈산소된 아르곤 상부 흐름을 생성시키는 측부 아암 컬럼을 포함하는 극저온 공기 분리 방법에 있어서,
    (a) 질소를 포함하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름을 상기 아르곤 함유 공급물 흐름의 유입 지점보다 위쪽에 있는 상기 측부 아암 컬럼의 위치로부터 흡출하는 단계와;
    (b) 질소가 희박하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름의 공급 지점보다 아래쪽에 배치되고 증기 발생부가 있는 적어도 한 개의 탈거부를 포함하는 질소 방출 컬럼으로, 상기 단계 (a)에서 흡출된 상기 질소를 포함하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름을 공급하여, 포함된 질소를 제거하는 단계와;
    (c) 상기 탈질소된 미정제 아르곤 생성물을 회수하여 상기 질소 방출 컬럼의 하부로부터 제거하는 단계와;
    (d) 상기 질소 방출 컬럼 내에서 상향 이동하는 증기 유동의 적어도 일부를 질소가 희박하고 아르곤이 다량 함유된 측부 유동이 질소 방출 컬럼으로 공급되는 지점과 동일한 위치 또는 그보다 위쪽의 위치로부터 제거하며, 상기 제거된 부분을측부 아암의 적절한 위치로 복귀시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서 흡출된 상기의 질소를 포함하고 아르곤을 다량 함유하는 측부 흐름은 액체인 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 단계 (a)에서 흡출된 상기의 질소를 포함하고 아르곤을 다량 함유하는 측부 흐름은 상기 측부 아암 컬럼의 상단부와 상기 아르곤 함유 공급 흐름이 측부 아암 컬럼으로 공급되는 지점의 중간인 측부 아암 컬럼의 위치로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 측부 아암 컬럼은 상단부에 배치되는 리보일러/응축기를 포함하며, 상기 탈산소된 아르곤 상부 흐름은 상기 측부 아암 컬럼으로부터 제거되어 상기 리보일러/응축기 내에서 일부가 응축되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 일부 응축되고 탈산소된 아르곤은 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되며, 증기상 부분은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 일부 응축되고 탈산소된 아르곤은 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되며, 증기상 부분은 일부 응축되어 제2 증기상 부분과 제2 액상 부분으로 상 분리되고, 상기 제2 증기상 부분은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 일부 응축되고 탈산소된 아르곤은 제1 보조 컬럼으로 이송되어 제1 보조 컬럼 상부 흐름과 제1 보조 컬럼 하부 액체로 정류되며, 상기 제1 보조 컬럼 상부 흐름은 일부 응축되어 제2 증기상 부분과 제2 액상 부분으로 상 분리되고, 상기 제2 증기상 부분은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 일부 응축되고 탈산소된 아르곤은 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되며, 증기상 부분은 정류 분류기로 공급되어 분류기 상부 흐름을 생성하고, 분류기 상부 흐름은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 일부 응축되고 탈산소된 아르곤은 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되며, 증기상 부분은 제1 보조 컬럼으로 공급되어 제1 보조 컬럼 상부 흐름과 제1 보조 컬럼 하부 액체로 정류되고, 제1 보조 컬럼 상부 흐름은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 질소 방출 컬럼은 질소가 희박하고 아르곤이 다량 함유된 측부 흐름이 공급되는 지점의 위쪽에 배치되는 정류부를 포함하며, 상기 정류부의 상부에서 유출되는 증기 상부 흐름은 상기 질소 방출 컬럼으로부터 제거되어 일부 응축되며, 상기 질소 방출 컬럼의 정류부로부터 유출된 일부 응축된 상부 흐름은 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되고, 상기 증기상 부분은 질소 함유 퍼지로서 배출되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 일부 응축되고 탈산소된 아르곤은 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되며, 액상 부분은 환류로서 측부 아암 컬럼으로 복귀하는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  12. 제4항에 있어서, 상기 일부 응축되고 탈산소된 아르곤은 액상 부분과 증기상 부분으로 분리되며, 액상 부분의 일부는 단계 (a)에서 상기 측부 아암 컬럼으로부터 흡출되는 흐름을 구성하는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 증류 장치는 고압 컬럼과 저압 컬럼으로 구성된 복식 증류 컬럼을 포함하며, 상기 저압 컬럼이 주 증류 컬럼인 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  14. 제3항에 있어서, 상기 중간 위치는 상기 측부 아암 컬럼의 상단부 아래쪽의 제1단과 제10단 사이에 있는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  15. 제1항에 있어서, 단계 (b)용으로 생성되는 증기는 적절한 과냉각 공정 흐름과 상기 질소 방출 컬럼의 액상 하부 사이에서의 열 교환에 의하여 제공되는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  16. 제1항에 있어서, 단계 (d)에서 상향 유동하는 증기 모두는 상기 측부 아암 컬럼으로 복귀하는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  17. 제1항에 있어서, 단계 (c)의 탈질소된 미정제 아르곤 흐름에는 실질적으로 질소가 없는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
  18. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서 흡출된 상기의 질소를 포함하고 아르곤을 다량 함유하는 측부 흐름은 3 몰% 산소 미만의 산소 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 공기 분리 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019132127A1 (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 주식회사 카라신 접이식 휴대용 의자

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2791762B1 (fr) * 1999-03-29 2001-06-15 Air Liquide Procede et installation de production d'argon par distillation cryogenique
JP4889141B2 (ja) * 2000-10-06 2012-03-07 株式会社トクヤマ 溶融シリカ粒子の製造方法
JP4577977B2 (ja) * 2000-11-14 2010-11-10 大陽日酸株式会社 空気液化分離方法及び装置
EP1760415A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-07 SIAD MACCHINE IMPIANTI S.p.a. Process and device for the production of argon by cryogenic separation of air
US20080302650A1 (en) * 2007-06-08 2008-12-11 Brandon Bello Process to recover low grade heat from a fractionation system
EP2026024A1 (de) 2007-07-30 2009-02-18 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE102007035619A1 (de) 2007-07-30 2009-02-05 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
JP5642923B2 (ja) * 2008-06-10 2014-12-17 エア・ウォーター株式会社 空気分離方法
US20100024478A1 (en) * 2008-07-29 2010-02-04 Horst Corduan Process and device for recovering argon by low-temperature separation of air
US8978413B2 (en) * 2010-06-09 2015-03-17 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Rare gases recovery process for triple column oxygen plant
US20120000244A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Uop Llc Heat pump distillation for <50% light component in feed
US8899075B2 (en) 2010-11-18 2014-12-02 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus
RU2659698C2 (ru) * 2013-03-06 2018-07-03 Линде Акциенгезелльшафт Установка разделения воздуха, способ получения продукта, содержащего аргон, и способ изготовления установки разделения воздуха
PL2986924T3 (pl) * 2013-04-18 2017-12-29 Linde Aktiengesellschaft Wyposażane urządzenie do niskotemperaturowego rozkładu powietrza, instalacja wyposażana i sposób wyposażania niskotemperaturowej instalacji rozkładu powietrza
US20180087835A1 (en) 2016-09-26 2018-03-29 Air Products And Chemicals, Inc. Exchange Column With Corrugated Structured Packing And Method For Use Thereof
EP3299086A1 (en) 2016-09-26 2018-03-28 Air Products And Chemicals, Inc. Exchange column with corrugated structured packing and method for use thereof
EP3743662A4 (en) * 2018-01-26 2021-08-25 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude AIR SEPARATION PLANT THROUGH LOW TEMPERATURE DISTILLATION
US10663224B2 (en) * 2018-04-25 2020-05-26 Praxair Technology, Inc. System and method for enhanced recovery of argon and oxygen from a nitrogen producing cryogenic air separation unit
US11713921B2 (en) * 2019-10-17 2023-08-01 Praxair Technology, Inc. System and method for the production of argon in an air separation plant facility or enclave having multiple cryogenic air separation units

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1963606A1 (de) * 1969-12-19 1971-06-24 Horn Armaturen Oszillierende Fluessigkeitskolbenpumpe
DE4129013A1 (de) * 1991-08-31 1993-03-04 Leuna Werke Ag Verfahren zur gewinnung von argon
JPH07133982A (ja) * 1993-11-09 1995-05-23 Nippon Sanso Kk 高純度アルゴンの製造方法及び装置
JP3424101B2 (ja) * 1993-11-22 2003-07-07 日本酸素株式会社 高純度アルゴンの分離装置
CA2142318A1 (en) * 1994-02-24 1995-08-25 Horst Corduan Process and apparatus for recovery of pure argon
CA2142317A1 (en) * 1994-02-24 1995-08-25 Anton Moll Process and apparatus for the recovery of pure argon
DE4418435A1 (de) * 1994-05-26 1995-11-30 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verflüssigung eines tiefsiedenden Gases
US5557951A (en) * 1995-03-24 1996-09-24 Praxair Technology, Inc. Process and apparatus for recovery and purification of argon from a cryogenic air separation unit
JP3935503B2 (ja) * 1995-06-20 2007-06-27 大陽日酸株式会社 アルゴンの分離方法およびその装置
GB9513765D0 (en) * 1995-07-06 1995-09-06 Boc Group Plc Production of argon
US5592832A (en) * 1995-10-03 1997-01-14 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for the production of moderate purity oxygen
GB9605171D0 (en) * 1996-03-12 1996-05-15 Boc Group Plc Air separation
DE19636306A1 (de) * 1996-09-06 1998-02-05 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019132127A1 (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 주식회사 카라신 접이식 휴대용 의자

Also Published As

Publication number Publication date
EP0969258A2 (en) 2000-01-05
DE69911511T2 (de) 2004-06-24
CA2273705C (en) 2001-05-22
US5970743A (en) 1999-10-26
MY116035A (en) 2003-10-31
CN1119610C (zh) 2003-08-27
JP3376317B2 (ja) 2003-02-10
JP2000055542A (ja) 2000-02-25
CN1244651A (zh) 2000-02-16
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EP0969258B1 (en) 2003-09-24
CA2273705A1 (en) 1999-12-10
SG72957A1 (en) 2000-05-23
DE69911511D1 (de) 2003-10-30

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