KR20000052974A - 압축 질소를 생성시키는 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20000052974A
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low pressure
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liquid
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호르스트 코르두안
디트리히 로트만
위르겐 보이트
크리스티안 쿤츠
볼프강 하크
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라이너 카섹케르트, 베른하르트 오베르뮬러
린데 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 압력 칼럼(4) 및 저압 칼럼(5)이 장착된 정류 장치에서 공기를 저온 분별함으로써 압축 질소를 생성시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 사용된 공기(1,3)는 압력 칼럼(4)으로 유입된다. 산소를 함유하는 액체 분획은 압력 칼럼(4)으로부터 유도되어, 저압 칼럼(5)으로 유입된다. 저압 칼럼(5)으로부터의 질소 가스(18)가 증발 액체(13)를 이용하여 간전 열교환을 통해 응축기에서 최소한 부분적으로 응축된다. 압력 칼럼으로부터 압출된 가스(24, 24, 29) 형태의 질소를 수득하기 위해, 저압 칼럼(5)의 작동에 필요한 압력보다 높은 압력이 사용된다. 저압 칼럼으로부터의 질소(20) 흐름은 액체 상태에서 저압 칼럼(5)의 압력보다 더 높은 압력에 노출된다. 압력하의 액체(22)는 열교환기(35)를 포함하는 직접 열전달을 통해 증발기(23)에서 증발되며, 압축 질소 가스(24, 25, 29)가 생성된다.

Description

압축 질소를 생성시키는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING COMPRESSED NITROGEN}
본 발명은 압력 칼럼 및 저압 칼럼을 갖춘 정류 시스템에서 공기의 저온 분별에 의해 압축 질소를 생성시키는 방법에 관한 것으로서, 이 방법에서, 공급 공기를 압력 칼럼으로 유입시키고, 압력 칼럼으로부터 산소 함유 액체 분획을 배출시켜 저압 칼럼으로 공급하고, 저압 칼럼으로부터의 질소 가스를 상단 응축기에서 증발 액체와의 간접 열교환으로 적어도 부분적으로 응축시키고, 저압 칼럼의 작동 압력보다 더 높은 압력하에 압축 질소 가스 생성물로서 질소를 저압 칼럼으로부터 생성시킨다.
이러한 유형의 방법은 DE 3528374 A1 호에 기재되어 있다. 여기에서, 특히 저압 칼럼의 상단부에서 생성된 질소는 압축 생성물로서 제거된다. 또한, 질소를 저압 칼럼으로부터 가스 상태로 배출시키고, 공급 공기에 대한 주요 열교환기에서 가열한 후, 약 저압 칼럼 압력 내지 생성물 압력으로 압축시킨다.
본 발명의 근본적인 목적은 비교적 저렴한 비용으로 고압에서 질소를 생성시키는 것이다.
본 목적은 상단부 응축기에서 간접 열교환으로 생성된 액체 질소 또는 저압 칼럼으로부터 회수된 액체 질소의 적어도 일부가 액체 상태에서 저압 칼럼의 압력을 초과하는 압력으로 압축되고, 열전달 매체와의 간접 열교환에 의해 생성물 증발기에서 증발되고, 압축 질소 생성물이 생성됨으로써 달성된다. 생성물 증발기는 한 칼럼 내에 또는 칼럼의 외부에 배치될 수 있다.
따라서, 저압 칼럼으로부터의 질소 생성물에서의 압력 증가는 액체 상태에서 적어도 부분적으로 수행된다. 액체 상태에서의 압력 증가는 공지된 방법, 예를 들어, 펌프, 수압 전위의 이용 및/또는 탱크에서의 압축 증발에 의해 수행될 수 있다. 이는 장치상에서 가스 압축기보다 더 적은 비용이 소모된다. 액체 상태에서 압축된 저압 칼럼 질소가 증발되는 간접 열교환이 추가적으로 요구된다. 그래도, 이는 전반적으로 특히, 경제적으로 유리한 공정을 제공한다.
압력 칼럼으로부터 압축 질소 생성물이 직접적으로 배출되는 것과 비교해 보면, 본 발명에 따른 공정은 추가로, 고순도의 생성물을 갖는다는 이점이 있다. 특히, 저압 칼럼에서, 헬륨, 네온 및/또는 수소와 같은 더욱 휘발성인 성분의 농도가 압력 칼럼의 상단부 생성물과 비교하여 감소될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에서, 저압 칼럼의 모든 질소 생성물은 저압 칼럼 또는 저압 칼럼의 상단부 응축기로부터 액체 상태로 배출된다.
본 발명에 따른 방법에서 이중 칼럼의 작동 압력은, 압력 칼럼내에서는 예를 들어, 6 내지 20, 바람직하게는, 7 내지 16 바아이고, 저압 칼럼내에서는 예를 들어, 3 내지 8, 바람직하게는, 3 내지 6 바아일 수 있다. 저압 칼럼의 상단부 응축기는 냉각제로서 예를 들어, 저압 칼럼 기저부 액체와 같은 저압 칼럼으로부터의 액체에 의해 처리된다. 압력 칼럼에 대한 환류는 열교환 관계에 있는 압력 칼럼의 상단부 및 저압 칼럼의 기저부를 통해 응축기/증발기에 의해 일반적으로 유도된다.
액체 상태에서 압축된 저압 칼럼 질소를 증발시키기 위한 열전단 매체의 선택에 대한 바람직한 두가지의 가능성이 있다.
첫 째, 압력 칼럼으로부터의 가스, 바람직하게는, 압력 칼럼의 상부 또는 중앙부로부터의 질소 함유 분획이 열전달 매체로서 이용될 수 있다. 이는 압력 칼럼의 중간 지점에서 회수되는 가스 또는 압력 칼럼의 상단부 분획일 수 있다. 이러한 중간 지점은 압력 칼럼내의 이론적 플레이트의 총 수의 5/6, 바람직하게는, 1/3 내지 5/6 이하인 이론적 플레이트의 수에 의해 압력 칼럼 상단부 아래에 위치한다. 생성물 증발기에서 간접 열교환으로 생성된 응축물은 적어도 부분적으로, 바람직하게는, 완전히 압력 칼럼으로 다시 재순환되어, 여기에서 환류로서 사용된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 저압 칼럼으로부터의 가스는 액체 상태에서 압축된 저압 칼럼 질소, 바람직하게는, 저압 칼럼의 하부 또는 중앙부로부터의 산소 함유 분획을 증발시키기 위한 열전달 매체로서 사용된다. 이는 저압 칼럼의 기저부 분획 또는 저압 칼럼의 중간 지점으로부터 비롯된 가스일 수 있다. 이러한 중간 지점은 저압 칼럼내의 이론적 플레이트의 총 수의 5/6, 바람직하게는, 1/3 내지 5/6 이하인 이론적 플레이트의 수에 의해 저압 칼럼 기저부 위에 위치한다. 생성물 증발기에서 간접 열교환으로 생성된 응축물은 적어도 부분적으로, 바람직하게는, 완전히 저압 칼럼으로 다시 재순환된다.
또한, 액체 질소를 생성물 증발기에서 간접 열교환으로 단지 부분적으로 증발시켜, 액체로 유지된 질소의 일부가 저압 칼럼으로 되돌아가는 것이 유리할 것이다. 이럴 경우, 생성물 증발기는 바람직하게는, 강하막 증발기로서 작동된다. 이러한 유형의 증발은 특히, 낮은 온도차의 유발을 가능하게 하여, 압력 칼럼의 상단부로부터의 순수한 질소가 열전달 매체로서 사용될 경우, 단지 압력 칼럼의 압력보다 약간 낮은(약 0.3 내지 0.8 바아) 상응하는 증발 고압력을 유발한다. 사용된 순환 펌프는 승압이 필요할 경우에 존재하는 펌프이다; 저압 칼럼은 액체로 유지되는 부분이 재순화될 경우, 플래시 가스 분리기로서 제공된다.
냉각시키기 위해, 일 생성 전개부에 대한 공정 분획을 처리하는 것이 통상적이다. 본 발명에 있어서, 일 생성 전개부에서 생성된 에너지가 생성물 증발기의 압축 질소 생성물 다운스트림의 추가적인 압축에 사용되면 이로울 것이다. 따라서, 저압 칼럼으로부터의 압축 질소 생성물은 적은 비용으로 압력 칼럼의 압력으로 압축되고, 압력 칼럼으로부터 직접적으로 회수된 질소 생성물과 혼합된다. 혼합물은 생성물로서 사용되거나 여전히 더 높은 압력으로 압축된다. 일 생성 전개부로 처리될 공정 분획은 공급 공기의 일부 스트림, 저압 칼럼의 상단부 응축기로부터의 증발된 냉각제 또는 저압 칼럼의 하부로부터의 가스일 수 있다.
일반적으로, 저압 칼럼의 기저부 액체는 저압 칼럼의 상단부 응축기에서 저압 칼럼으로부터의 질소 가스를 응축시키기 위한 냉각제로서 사용된다. 그러나, 만약 본 발명에 따른 공정에 있어서, 압축 질소 이외에, 비교적 순수하거나 순수한 산소(순도가 40 몰% 초과, 특히, 80 몰% 또는 90 몰% 초과, 바람직하게는, 99.5 내지 99.999 몰%)가 생성된다면, 압력 칼럼으로부터의 산소 함유 액체 분획의 산소 함량 내지 저압 칼럼의 기저부 액체의 산소 함량의 산소를 함유하는 액체 분획이 상단부 응축기에서 저압 칼럼으로부터의 질소 가스를 응축시키는데 사용하는 것이 유리하다. 이는 압력 칼럼 자체로부터의 산소 함유 액체 분획 또는 대략 저압 칼럼 압력으로의 산소 함유 액체 분획의 팽창 후에 생성된 액체, 또는 산소 함유 액체 분획의 공급기 아래 및 기저부 위의 저압 칼럼으로부터 배출되는 이외의 액체 분획일 수 있다. 이러한 방식으로, 순수한 산소 생성물은 액체 및/또는 가스 상태로 저압 칼럼의 하부로부터, 더욱 정확하게는, 저압 칼럼의 대기압하에서 배출될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 저압 칼럼의 상단부 응축기에 대한 냉각제는 산소 생성물보다 더 높은 질소 함량을 가지며, 따라서, 비교적 낮은 증발 온도를 갖는다.
추가로, 본 발명은 청구항 6 내지 10항에 따른 장치에 관한 것이다.
본 발명 및 본 발명의 다른 상세한 설명은 도면에 도시된 실례를 참조로 하여 하기에 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 첫 번째 예를 보여주고 있으며, 압력 칼럼으로부터 증기로 작동되는 생성물 증발기가 칼럼 외부에 배치된 상기 예에 상응하는 장치가 도시되어 있다.
도 2는 압력 칼럼의 중간 분획에 의해 생성물의 증발기가 가열되는 변형된 실례를 보여주고 있다.
도 3은 저압 칼럼의 상단부 응축기로부터의 잔류 가스가 일 생성 전개된 도 1의 추가적 변형의 실례를 도시하고 있다.
도 4는 저압 칼럼으로부터의 가스가 일 생성 전개된 실례를 보여주고 있다.
도 5는 저압 칼럼에서 순수한 산소를 동시에 생성하는 실례를 보여주고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 추가적인 실례를 보여주고 있으며, 저압 칼럼으로부터의 증기로 작동되는 생성물 증발기가 칼럼내에 배치된 상기 실례에 상응하는 장치가 도시되어 있다.
도 7은 압력 칼럼으로부터의 증기에 의해 작동되는 생성물 증발기가 칼럼내에 배치되어 있는 실례가 도시되어 있다.
도 8 및 9는 생성물 증착기가 칼럼 외부에 배치된 실례가 도시되어 있다.
도 1의 방법에 있어서, 압축되고 정제된 공기(1)는 주요 열교환기(2)에서 냉각되고, 14 바아의 압력(13)에서으로 압력 칼럼(4)으로 공급된다. 정류 시스템에는 추가적으로 저압 칼럼(5)이 배치되어 있으며, 이는 5 바아의 압력에서 작동되며, 공동 응축기/증발기(주요 응축기)(6)를 경유해 압력 칼럼과 열교환 관계에 있다. 압력 칼럼의 상단부에서 배출되는 질소의 일부(8)는 주요 응축기(6)에서 액화되고, 라인(9 및 10)을 경유해 압력 칼럼으로 환류로서 이동된다. 압력 칼럼의 기저부 액체(11)는 보조냉각(15)된 후, 산소 풍부 액체 분획으로서 저압 칼럼(5)으로 드로틀링(12)(throttling)된다. 저압 칼럼(5)의 기저부 액체(13) 또한, 보조 냉각(14)되고, 팽창(16)된 후, 저압 칼럼(5)의 상단부 응축기(17)의 증발 챔버로 유입된다. 이것의 액화 챔버에서, 저압 칼럼(5)의 상단부로부터의 질소 가스(18)가 응축된다; 응축물의 제 1 일부(19)는 저압 칼럼으로 재순환되어, 환류로서 사용된다.
상단부 응축기(17)로부터의 액체 질소의 다른 부분(20)은 도 1에 도시된 바와 같이, 저압 칼럼으로부터 배출되거나 라인(19)으로부터 직접적으로 분기된다. 이러한 액체 질소(20)는 본 발명에 따라(예를 들어, 14 바아) 액체 상태(펌프(21))에서 압축되고, 라인(22)을 경유해 보조냉각기(15)를 통해 생성물 증발기(23)로 이동한다. 13.4 바아의 압력하에서 증발된 질소(24)는 주요 열교환기(2)에서 가열되고, 압축 생성물(25)로서 제거된다. 필요에 따라, 이 압축 생성물은 가스 상태에서 추가로 압축(26)되고, 필요에 따라, 압력 칼럼으로부터 직접적으로 회수된 압축 질소(27, 28)와 혼합된다. 실례에서, 약 50%의 총 압축 질소 생성물(29)은 저압 칼럼(5)으로부터 비롯된다.
생성물 증발기(23)의 액화면에 있어서, 압력 칼럼(4)의 상단부로부터의 질소 가스의 일부(35)가 응축된다. 생성된 액체(36)는 추가적 환류로서 압력 칼럼(4)으로 이동된다. 생성물 증발기(23)는 단질 일부 증발만 발생하는 강하막 증발기로서의 실례로 설계된 것이다. 액체 상태로 유지된 질소(45)는 저압 칼럼(5)으로 재순환된다.
필요에 따라, 저압 칼럼의 상단부로부터의 액체 질소의 일부는 액체 생성물(30)로서 생성될 수 있다. 저압 칼럼의 상단부 응축기(17)에서 저압 칼럼(5)의 기저부 액체(13)를 증발시킴으로써 생성된 순수한 산소(31)는 열교환기(14, 15 및 2)에서의 가열 후, 부산물 또는 잔류 가스로서 제거된다. 이는 예를 들어, 공기 정화용 장치를 개량하는데 사용될 수 있다.
냉각은 공기의 부분 스트림(32)의 일 생성 전개부(33)에 의해 도 1에 따른 방법에서 유도된다. 팽창된 공기(34)는 저압 칼럼(5)으로 유입된다. 확관기(33)에서 생성된 역학 에너지는 생성물 증발기(23)에서 증발된 압축 질소 생성물(24)의 바람직하게는, 확관기(33)와 압축기(26)의 직접적인 기계적 결합에 의한 재압축(26)에 사용될 수 있다.
도 2의 공정은 생성물 증발기에서 도 1의 방법과 상이한 열전달 매체를 사용한다는 점에서 대체로 도 1의 방법과 상이하다. 압력 칼럼(4)의 상단부 가스(7) 대신에, 여기서는, 압력 칼럼의 중간 지점으로부터의 가스(35')가 생성물 증발기(23)의 액화 챔버로 이동된다. 중간 지점은 실례에서, 총 60개의 이론적 플레이트를 함유하는 압력 칼럼(4)의 상단부보다 약 20개의 이론적 플레이트 아래에 위치한다.
가스(35')는 여전히 약 2 몰%의 산소를 함유하여, 압력 칼럼(6)의 상단부로부터의 순수한 질소보다 더 높은 응축 온도를 갖는다[sic](10ppb의 산소). 생성물 증발기(23)의 증발면에서의 압력은 이에 상응하게 더 높다(도 1의 경우의 13.4 바아 대신에 14 바아). 간접 열교환으로 생성된 응축물(36')은 이의 조성에 상응하는 지점, 특히, 배출 지점(라인 (35') 또는 다소 윗 부분)에서 압력 칼럼으로 재순환된다.
어떤 상황하에서 펌프(21)를 이용하여 이미 생성된 증발기(23)에서의 고압력 때문에, 압력 칼럼의 압력으로의 증발된 압축 질소(24')의 재압축(도 1에서 26)이 허용될 수 있으며, 저압 칼럼과 압력 칼럼으로부터의 두 질소 생성물(24', 27')은 주요 열교환기(2)(라인 29')의 업스트림에서 초기에 혼합될 수 있다.
만약 이중 칼럼이 충분히 높은 압력(예를 들어, 8 내지 15 바아)에서 작동된다면, 모든 공급 공기(3')는 압력 칼럼(4)으로 이동될 수 있다. 이러한 유형의 방법은 도 3에 도시되어 있으며, 도 1과의 상이점이 상세히 설명되어 있다. 압력 칼럼(4)과 저압 칼럼(5)에서의 작동 압력은 이 실례에서, 각각 15 바아 및 5 바아이다. 냉각 공정은 저압 칼럼(5)의 상단부 응축기(17)의 증발면으로부터 증기(31, 31')의 일 생성 전개부에 의해 유도된다. 필요에 따라, 확관기(33')는 도 1에 도시된 바와 같이, 질소 생성물을 위한 압축기(26)에 결합될 수 있다.
도 4의 방법은 또한, 저압 칼럼에서 적용가능하다(예: 압력 칼럼 10 바아, 저압 칼럼 3 바아). 여기에서, 확관기(33'')는 저압 칼럼(5)의 하부, 특히, 기저부 바로 위로부터 회수된 가스(37/38)에 의해 작동된다. 이러한 가스의 압력(4.5 바아)은 상단부 응축기(17)(1.25 바아)의 증발면상의 압력 보다 현저히 높다. 확관기의 배출 가스(39)는 주요 열교환기(2)의 분리 경로에서 가열되고, 부산물로서 회수될 수 있다; 배출 가스가 주요 열교환기의 또 다른 분획(상단부 응축기(17)로부터의 증기(31))과 혼합되는 경우, 추가적인 경로는 업스트림으로 분배되고, 혼합물(40)은 도 4에 도시된 바와 같이 주요 열교환기(2)에서 공동으로 가열된다.
도 5에 따른 방법이 이용된다면, 압축 질소 이외에, 순수한 산소(실례: 99.5 몰%)가 또한 생성된다. 이러한 변형은 기저부가 아니라, 중간 지점, 바람직하게는, 저압 칼럼(5)내의 액체 저장기로부터 회수된 저압 칼럼(5)의 상단부 응축기(17)에 대한 냉각제(13')에 의해 도 1과 상이하며, 냉각제는 압력 칼럼(4)으로부터의 산소 함유 액체 분획(11)의 공급부 바로 아래에 위치한다. 라인(13')에 연결된 액체 저장기 아래에는 약 50개의 이론적 플레이트가 있으며, 이를 경유해서 아래로 흐르는 액체는 목적하는 산소 순도가 풍부하게 된다. 산소 생성물은 액체(42) 및/또는 가스(43) 상태로 회수될 수 있다. 필요에 따라, 액체(42)의 일부(44)는 상단부 응축기(17)로 이동될 수 있다. 산소가 가압하에 요구되는 경우, 산소(42)는 예를 들어, 공급 공기의 일부에 대한 내부 압축 및 증발의 공지된 방법에 의해 액체 상태로 압축될 수 있다.
도 6의 방법은 많은 지점에 있어서, 도 1과 상이하다. 에를 들어, 단지 하나의 열교환 블록(15)이 이 목적을 위해 도시되었다는 점에서, 공정 스트림의 다소 상이한 보조냉각을 나타낸다. 저압 칼럼(5)의 기저부 생성물(13)의 일부는 액체 생성물(LOX)로서 생성될 수 있다. 주요 응축기(6)에서 액화된 질소(9)의 일부는 보조냉각(15)되고, 저압 칼럼(5)으로 드로틀링(161)될 수 있다. 압력 칼럼의 기저부 액체(11)는 부분적으로(162) 저압 칼럼의 상단부 응축기(17)의 증기 챔버로 이동될 수 있다(163). 도 6의 실례에서, 생성물 증발기(23)로부터의 압축 질소 생성물(24)은 재압축되지 않지만, 증발 압력에서 회수(29)된다. 여기에서, 냉각은 저압 칼럼(5)의 상단부 응축기(17)로부터의 순수한 산소(31)의 적어도 일부를 확관기(133)에서 열교환기(2)의 중간 온도로부터의 일 생성 전개부로 처리함으로써, 잔류 가스의 일 생성 전개부에 의해 유도된다. 터빈 배출 가스(151)는 열교환기(2)에서 재가열되고, 잔류 가스(152)로서 제거되거나, 공급 공기의 정화용 장치를 개량하는데 사용될 수 있다. 확관기(133)에서 생성된 역학 에너지는 생산기로 이동되거나, 바람직하게는, 도시되지 않았지만, 압축기로의 확관기(133)의 직접적인 기계적 결합에 의해 공정 분획을 압축하는데 사용될 수 있다.
도 1과 크게 다른 것은 생성물 증발기(23)이다. 이는 저압 칼럼으로부터 증기에 의해 액화면에서 작동된다. 이러한 목적을 위해, 생성물 증발기(23)의 액화면상에서, 저압 칼럼의 기저부 위에 위치하는 가스의 일부가 응축된다. 생성된 액체(136)는 저압 칼럼으로 다시 되돌아 간다. 실례에서, 생성물 증발기(23)는 저압 칼럼내에 위치한다. 이는 단지 부분적인 증발만 발생하는 강하막 증발기로서 설계될 수 있다. 질소 잔류 액체는 저압 칼럼(5)으로 재순환될 수 있다.
도 7에 도시된 장치에서, 생성물 증발기(23)는 도 6과 유사한 방식으로 이중 칼럼으로 증축될 수 있다. 여기에서, 이는 압력 칼럼(4)의 상부에 위치한다. 도 1 내지 5의 경우와 유사하게, 생성물 증발기(23)의 액화면은 압력 칼럼(4)의 상단부로부터 질소 가스(7)의 일부(35)를 수용한다.
도 8에서, 보조냉각기 및 생성물 증발기는 열교환기 블록(223)으로 통합된다. 이 실례에서, 압력 칼럼의 기저부 액체(11)의 일부(246)는 압력 칼럼(밸브(248) 경유) 또는 저압 칼럼(밸브(247) 경유)의 추가적인 상단부 냉각에 사용될 수 있다. 냉각 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 공급 공기 일부(32)의 일 생성 전개부에 의해 유도된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 9의 생성물 증발기(323)는 역류 열교환기로서, 바람직하게는, 알루미늄 플레이트 열교환기로서 구성된다. 그러나, 도 8에 반하여, 이는 보조냉각 열교환기(15)로부터 분리되어 있다.
명백하게는, 본 발명의 상이한 변형의 특징은 여기에서, 서로 다른 것과 혼합될 수 있다. 본 발명의 따른 공정 및 본 발명에 따른 장치의 각각의 구체예에 있어서, 특히, 모든 설명된 실례에 있어서, 통상적인 재순환 플레이트 또는 배열되거나 덤핑된 팩킹은 정류 시스템의 칼럼에서 질량이동 요소로서 사용될 수 있다. 질량 교환 요소의 상이한 유형의 혼합된 사용이 또한, 가능하다.
실례의 공정 및 본 발명에 따른 공정은 일반적으로, 헬륨, 네온 및/또는 수소와 같은 더욱 휘발성인 성분을 특히, 적게 함유하는 고순도의 질소를 생성하는데 특히, 적합하다. 이러한 목적을 위해서, 응축기(23 및 17)상에 배열된 더욱 휘발성인 가스(도면에는 도시되지 않음)에 대한 배출 라인 이외에, 다른 측정기가 제공될 수 있다.
첫 째로, 모든 실례에서, 펌프(21)로 공급되는 액체 질소(20)는 저압 칼럼의 상단부의 배출부 대신에, 저압 칼럼의 상단부의 하나 이상의 이론적이거나 실질적인 플레이트 아래에서 회수된다. 예를 들어, 10 이하, 바람직하게는, 3 내지 5개의 이론적 또는 실질적 플레이트가 칼럼 상단부와 액체 질소(20)의 변형된 배출부 사이에 위치할 수 있다. 심지어, 저압 칼럼에 팩킹이 장착되었다 하더라도, 이러한 플레이트는 바람직하게는, 통상적인 정류 플레이트로서 설계된다.
두 번째로, 제 2의 변형은 도 6 내지 9의 방법으로 제작될 수 있으며, 이 방법에서, 압력 칼럼(4)에서 생성된 액체 질소 스트림(도 6 및 7에서 160)은 환류로서 저압 칼럼(5)의 상단부로 이동된다(밸브(161)를 경유). 이러한 스트림은 압력 칼럼(4)의 상단부의 1 내지 10개, 바람직하게는, 3 내지 5개의 이론적 또는 실질적 플레이트 아래에 위치하는 중간 지점으로부터 배출될 수 있다.

Claims (10)

  1. 압력 칼럼(4) 및 저압 칼럼(5)을 갖춘 정류 시스템에서 공기의 저온 분별에 의해 압축 질소를 생성시키는 방법으로서,
    공급 공기(1,3; 1,3')는 압력 칼럼(4)으로 이동되고, 산소 함유 분획(11)은 압력 칼럼(4)으로부터 배출되어, 저압 칼럼(5)으로 공급되고, 저압 칼럼(5)으로부터의 질소 가스(18)는 증발 액체(13; 13', 44)와의 간접 열교환에 의해 상단부 응축기(17)에서 적어도 부분적으로 응축되고, 저압 칼럼으로부터의 질소는 저압 칼럼의 작동 압력보다 높은 압력에서 압축 질소 생성물(24, 24', 25, 29)로서 생성되며, 상단부 응축기(17)에서 간접 열교환에 의해 생성된 액체 질소 또는 저압 칼럼으로부터 회수된 액체 질소(20)의 적어도 일부가 액체 상태에서 저압 칼럼(5)의 압력을 초과하는 압력(21)으로 압축되고, 열전달 매체(35;35')와의 간접 열교환에 의해 생성물 증발기에서 증발되고, 압축 질소 생성물(24, 24', 25, 29)이 생성됨을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 사용된 열전달 매체가 압력 칼럼(4)으로부터의 가스, 바람직하게는, 압력 칼럼(4)의 상부 또는 중앙부로부터의 질소 함유 분획(35; 35') 및/또는 저압 칼럼(5)으로부터의 가스, 바람직하게는, 저압 칼럼(5)의 하부 또는 중앙부로부터의 산소 함유 분획임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 액체 질소(22)가 생성물 증발기(23)에서 간접 열교환에 의해 단지 부분적으로 증발되고, 액체 상태로 유지된 일부 질소(45)는 저압 칼럼(5)으로 재순환됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 공정 분획(32, 31', 38)이 일 생성 전개부(33, 33', 33'')로 처리되고, 일 생성 전개부(33, 33', 33'')에서 생성된 에너지는 생성물 증발기(23)의 압축 질소 생성물(24) 다운스트림의 추가 압축(26)에 이용됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서, 압력 칼럼(4)으로부터의 산소 함유 액체 분획(11)의 산소 함량 내지 저압 칼럼(5)의 기저부 액체(42)의 산소 함량의 산소를 함유하는 액체 분획(13')이 상단부 응축기(17)에서 저압 칼럼(5)으로부터의 질소 가스(18)를 응축시키는데 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 압력 칼럼(4) 및 저압 칼럼(5)을 갖춘 정류 시스템에서 공기의 저온 분별에 의해 압축 질소를 생성시키는 장치로서,
    압력 칼럼(4)으로 유도되는 공급 공기 라인(1, 3; 1, 3'), 압력 칼럼(4)으로부터 저압 칼럼(5)으로 유도되는 산소 함유 액체 분획용 라인(11), 액화면이 저압 칼럼(5)의 상부와 연결(18)된 상단부 응축기(17) 및 압축 가스 생성물로서 저압 칼럼(5)으로부터 질소를 배출하기 위한 압축 생성물 라인(24, 24', 25, 29)이 장착되어 있으며, 상단부 응축기(17)의 액화면이, 액체의 압력을 증가시키기 위한 수단(21) 및 생성물 증발기(23)를 갖는 액체 질소 라인(20, 22)을 경유하여 저압 칼럼(5) 또는 저압 칼럼(5)의 상부와 유동 연결되며, 생성물 증발기(23) 자체는 압축 생성물 라인(24, 24', 25, 29)에 연결됨을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 생성물 증발기(23)의 액화면이 압력 칼럼의 상부 또는 중앙부 및/또는 저압 칼럼의 하부 또는 중앙부에 연결(7, 8; 35')됨을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 액체 반송 라인(45)이 생성물 증발기(23)로부터 저압 칼럼(5)으로 유도됨을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항중의 어느 한 항에 있어서, 공정 분획(32, 31', 38)의 일 생성 전개부를 위한 확관기(33, 33', 33'')가 생성물 증발기(23)의 압축 질소 생성물(24) 다운스트림을 추가 압축시키기 위해 압축기(26)에 연결됨을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항중의 어느 한 항에 있어서, 냉각용 액체 라인(13)의 한 쪽 말단은 저압 칼럼(5)의 중앙부 또는 압력 칼럼의 하부에 연결되며, 다른쪽 말단은 저압 칼럼(5)의 상단부 응축기(17)의 증발면에 연결됨을 특징으로 하는 장치.
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