KR20040101453A - 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법 - Google Patents

저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법 Download PDF

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KR20040101453A
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라인하르트 글라트하아르
크리스티안 쿤츠
하랄트 란케
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린데 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법에 관한 것이다. 정류 시스템(2, 4)은 하나 이상의 공기 분리 기둥(4)을 포함하며, 상기 공기 분리 기둥(4)은 기둥 종방향으로 연장하는 분리벽(5)을 제 1 부분 섹션 및 제 2 부분 섹션(6, 7)으로 분할한다. 상기 제 1 부분 섹션(6) 내로 산소 및 아르곤을 함유한 액체(3)가 유입된다. 15% 내지 50%의 아르곤 농도 범위를 갖는 산소 및 아르곤을 함유한 흐름(13)이 제 2 부분 섹션(7)으로부터 추출된다.

Description

저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법{METHOD FOR EXTRACTING ARGON BY LOW-TEMPERATURE AIR SEPARATION}
본 발명은 직렬로 배열된 세 개의 정류 섹션들을 포함하는 정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법에 관한 것이며, 여기서 제 1, 제 2 및 제 3 정류 섹션은 기체측 및 액체측으로 각각 서로 연결되며, 상기 제 2 정류 섹션은 두 개의 부분 섹션들을 포함하고, 상기 두 개의 부분 섹션들은 기체측 및 액체측으로 서로 연결되지 않고 평행하게 관통되며, 상기 두 개의 부분 섹션 중 제 1 부분 섹션 내로 산소 및 아르곤을 함유한 액체가 유입되고, 두 개의 부분 섹션 중 제 2 부분 섹션으로부터 산소 및 아르곤을 함유한 액체가 추출된다.
아르곤의 비등점은 산소의 비등점과 질소의 비등점 사이에 놓여있다. 2단 정류에 의한 종래방식의 저온 공기분리시에는 아르곤이 저압 기둥의 중간 영역 내에 농축된다. 아르곤 추출을 위해서 이 중간 영역으로부터 통상적으로 기체 형태의 분획물이 추출되는데, 상기 분획물은 실질적으로 산소 및 아르곤으로 이루어진다. 대략 10%의 아르곤이 농축되어 있는 분획물은 소위 비가공 아르곤 기둥으로 공급되며, 상기 비가공 아르곤 기둥 내에서 산소와 아르곤의 정류에 의한 분리가 수행된다. 상기 비가공 아르곤 기둥의 헤드 부분에서 아르곤이 추출되어서, 상기 기둥의 집수조(sump)에 실질적으로 산소를 함유한 액체가 수집된 후에, 다시 상기액체가 저압 기둥으로 귀환한다.
실제로는 통상적으로 95% 이상의 아르곤 단위가 요구된다. 그러나 공지된 방법에서는 비가공 아르곤 기둥으로 대략 10%의 아르곤을 함유한 흐름이 공급된다. 상기 아르곤 흐름을 소정의 아르곤 단위로 농축시켜서 비가공 아르곤 기둥의 헤드 부분에서 소정의 생산량을 추출하기 위해서는 비가공 아르곤 기둥에 상당량의 증기가 유입되어서 상기 비가공 아르곤 기둥 내에서 정류되어야만 한다. 이에 상응하는 크기로 비가공 아르곤 기둥의 단면적이 선택되어야만 하므로 상당한 경비가 발생한다.
특히 탄화수소 추출에 관련한 분야에서는 삼성분 혼합물의 분리를 위해서 소위 분리벽 컬럼이 사용된다는 것이 이미 공지되어 있다. 분리벽 컬럼에서는 컬럼의 일부가 컬럼 종방향으로 배치된 벽에 의해서 두 개의 부분 섹션으로 분할된다. 분리벽의 상부 및 하부에서는 두 개의 부분 섹션이 각각 흐름측으로 연결된다. 이에 상응하는 처리시에는 한 컬럼 내에서 분리벽의 한 측면 상의 분리 섹션 내로 유입된 삼성분 혼합물이 3개의 분획물로 분해될 수 있다. 최저 비등점의 성분은 분리벽 칼럼의 헤드 부분에서 추출되고, 중간 비등점의 성분은 분리벽의 공급 반대 측면에서 추출되며, 최고 비등점을 갖는 성분은 집수조로부터 추출될 수 있다. 분리벽이 없는 컬럼과 비교해 볼 때 분리벽 컬럼에 의해서 측면 배출구에서 중간 비등점의 성분 보다 높은 농도가 달성될 수 있다.
저온 공기분리시에 지금까지는 제어의 어려움으로 인해 분리벽 컬럼이 거의 사용되지 않았다. EP 0 638 778 B1에는 분리벽 컬럼에서의 저온 공기분리를 위한방법이 기술되어 있다. 저압 기둥은 중간 영역에서 분리벽에 의해 분할된다. 분리벽의 한 측면에서는 압력 기둥으로부터 집수조 액체가 공급되며, 분리벽의 다른 측면에서는 아르곤 함유 액체가 추출된다. 이러한 처리의 제어를 개선시키기 위해서는 집수조 액체가 유입되는 분리벽의 측면에서 폐기 액체가 추출된다. 방법 파라미터는 추출된 아르곤 함유 액체가 70% 이상의 아르곤 농도를 갖도록 선택된다.
EP 0 638 778 B1에 기술된 방법에 따르면 70%의 아르곤 농도 범위로 생산 요구가 주어질 때 비가공 아르곤 기둥 내 이론단수(theoretical plate number)가 감소됨으로써 전체 높이(overall height)가 절감될 수 있다. 그러나 예컨대 95% 이상의 높은 아르곤 농도가 요구될 경우에는 저압 기둥으로부터 나와서 비가공 아르곤 기둥으로 공급된 액체가 70% 이상의 아르곤 값으로 농축될 소지가 점점 더 줄어든다. 이의 근거는 높은 아르곤 농도를 달성하기 위해 아르곤으로부터 최종 비율의 산소를 추출하기 위해서는 비가공 아르곤 기둥 내에 다수의 이론단수가 필요하다는데 있다. 즉 높은 순도 요구가 있을 경우에는 비가공 아르곤 기둥 내에 유입된 액체의 출발 농도는 크게 중요하지 않다.
따라서 본 발명의 목적은 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출을 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 아르곤 농도가 제 2 부분 섹션으로부터 나온 흐름 내에서 15% 내지 50%, 바람직하게는 15% 내지 40%, 특히 바람직하게는 20% 내지 35%의 범위를 갖도록 하는 도입부에 언급한 방식의 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 주어진 양 및 순도의 아르곤 생성물에 있어서 비가공 아르곤 기둥으로 유입된 흐름 내에 함유된 아르곤의 출발 농도가 상승하면 이송되는 증기량은 감소한다는 사실에 근거를 두고 있다. 이러한 사실은 이에 상응하여 비가공 아르곤 기둥의 단면적이 축소되고 비용 절감이 달성될 수 있는 한에서는 긍정적으로 작용한다.
그러나 이와 같이 공기 분리 기둥의 측면 배출구에서의 아르곤 농도가 상승한다는 사실은 공기 분리 기둥이 복잡하게 형성되고 그것의 제어가 어려워진다는 사실과 결부된다. 또한 높은 생산 요구가 있을 경우에는 공기 분리 기둥의 측면 배출구 내에 아르곤이 농축될 소지가 점점 더 줄어든다는 사실이 주목된다. 왜냐하면 위에서 기술한 바와 같이 이 경우에는 비가공 아르곤 기둥 내 이론단수가 실질적으로는 출발 농도에 의해 좌우되는 것이 아니라 최종 농도에 의해 좌우되기 때문이다.
테스트에 따르면 정상적으로 비가공 아르곤 기둥으로 공급되어야만 하는 최소 증기량은 아르곤 농도가 상승하면서 우선적으로 감소되지만, 아르곤 농도가 50%가 된 이후로는 유지되는 것으로 판명되었다. 즉 측면 배출구 내에 50% 이상의 아르곤이 농축되면 더 이상 비가공 아르곤 기둥 내로 유입되는 증기량이 감소되지 않기 때문에, 비가공 아르곤 기둥의 단면적이 더 축소될 가능성이 존재하지 않게 된다. 단지 비가공 아르곤 기둥으로 공급된 혼합물 내 아르곤 농도가 더 높아질 가능성 만이 존재한다. 그러나 아르곤 단위에 대한 높은 요구가 있을 때 비가공 아르곤 기둥 내 이론단수는 실질적으로 출발 농도와 무관하기 때문에, 공기 분리 기둥으로부터 나온 흐름 내 아르곤 농도가 추가로 증가하는 것은 더 이상 중요하지않다. 본 발명의 범주에서는 이러한 사실이 더 자세히 테스트되었고, 테스트 결과 제 2 부분 섹션으로부터 나온 흐름 내에 15% 내지 50%의 아르곤 농도가 함유되는 것이 특히 바람직한 것으로 판명되었다.
실제로는 제 2 부분 섹션으로부터 15% 내지 40%, 바람직하게는 20% 내지 35%의 아르곤 농도를 갖는 흐름이 나오도록 하는 방법이 특히 유리한 것으로서 판명되었다.
본 발명은 특히 분리벽 컬럼의 사용시에 유리하다. 이 경우에는 정류 시스템이 직렬로 배열된 세 개의 정류 섹션을 포함하는 하나 이상의 공기 분리 기둥을 가지며, 이때 서로 인접한 각각의 정류 섹션들이 기체측 및 액체측에서 서로 연결된다. 중간 정류 섹션은 분리벽을 가지며, 상기 분리벽은 정류 섹션을 두 개의 부분 섹션으로 분할한다. 제 2 정류 섹션 내에서는 두 개의 부분 섹션 간에 달성되는 기체 및 액체 교환이 상기 분리벽에 의해 방지된다. 그러나 상기 두 개의 부분 섹션들은 그 위에 그리고 그 아래에 놓인 정류 섹션과 흐름측으로 연결된다.
평행하게 관통되는 두 개의 부분 섹션으로의 분할은 분리벽 컬럼 대신에 서로 평행한 두 개의 기둥에 의해서 이루어질 수도 있다. 제 1 공기 분리 기둥으로부터 중간 지점에서 액체가 추출되어서, 제 2 기둥으로 공급된다. 제 2 중간 지점에서 제 1 공기 분리 기둥으로부터 기체가 배출되어서, 제 2 기둥으로 유입된다. 제 2 기둥의 집수조로부터 나와서 제 2 기둥의 헤드 부분에서 생성되는 기체 및 액체는 바람직하게 두 개의 중간 지점에서 제 1 공기 분리 기둥으로 귀환한다. 이 실시예에서는 흐름측으로 분리된 두 개의 부분 섹션이 분리벽에 의해서 구현되는것이 아니라, 평행하게 연결된 두 개의 기둥에 의해 구현된다.
제 2 부분 섹션, 즉 각각의 실시예에 따르면 공기 분리 기둥 또는 제 2 기둥으로부터 나온 흐름은 바람직하게 비가공 아르곤 기둥으로 안내된다. 상기 비가공 아르곤 기둥에서 생성되는, 실질적으로 산소를 함유하는 집수조 액체가 바람직하게는 제 2 부분 섹션, 즉 아르곤을 함유한 분획물이 추출되는 부분 섹션으로 귀환한다.
본 발명은 바람직하게는 압력 기둥 및 저압 기둥을 포함하는 정류 시스템을 위해 적합하며, 이때 분리벽이 저압 기둥 내에 배치되고, 압력 기둥으로부터 나와서 산소에 의해 농축된 액체, 바람직하게는 집수조 액체가 제 1 부분 섹션으로 유입된다.
본 발명에 따른 방법의 장점은 특히 비가공 아르곤 기둥 내에서 95% 이상, 바람직하게는 98% 이상의 고순도를 갖는 아르곤 및/또는 100ppm 이하, 바람직하게는 10ppm 이하의 산소 함량을 갖는 아르곤이 획득될 경우에 나타난다. 따라서 본 발명은 비가공 아르곤 기둥 내에서 100개 이상, 바람직하게는 150개 내지 200개의 이론단이 사용되는 것이 특히 바람직하다. 이 경우에 비가공 아르곤 기둥의 전체 높이는 높은 최종 순도를 위해 필요한 이론단수에 의해서 정해진다. 그러나 비가공 아르곤 기둥의 직경은 분리벽 컬럼이 없는 종래 방법에 비해 훨씬 더 감소된다.
바람직하게는 공기 분리 기둥 내에 정류를 위해서 개스킷(gasket)이 삽입된다. 이 경우에 개스킷이 서로 중첩되는 다수의 영역, 소위 베드(bed) 내에 배치되어서, 정류될 액체 및/또는 정류될 기체가 각각 두 개의 베드 사이에 수집되고 나서, 다시 그 다음 개스킷 베드 위에 분배되는 것이 바람직하다. 개스킷 대신에 다른 정착물(fixture) 또는 장치가 공기 분리 기둥 내에서의 정류를 위해서 사용될 경우에는 수집기(collector) 및/또는 분배기(distributor)가 공기 분리 기둥 내에서 정해진 간격을 두고 제공됨으로써 기둥 내에서의 오분배(maldistribution)를 막을 수 있는 것으로 입증되었다.
공기 분리 기둥 내에서 두 개로 분할된 영역 사이에 있는 분리벽은 바람직하게 개스킷 베드의 상단부 또는 하단부에서 끝나거나, 다른 컬럼 정착물이 사용될 경우에는 인접 영역의 수집기/분배기에 의해서 분할되는 상응하는 영역들의 상단부 또는 하단부에서 끝난다. 두 기둥 영역의 이러한 접합 지점에 수집기/분배기가 배치되기 때문에, 분리벽의 사용시에 추가의 수집기/분배기가 제공될 필요는 없다. 분리벽의 바로 상부에 배치된 수집기/분배기일 경우라면 상기 수집기/분배기가 소정의 방식으로 분리벽에 의해 서로 분리된 두 개의 부분 섹션 위에 액체를 분배하도록 교체되어야만 한다. 이에 상응하여 분리벽 컬럼 대신에 제 1 공기 분리 기둥에 대해 평행하게 배열된 제 2 기둥이 사용되는 것이 적합하다.
이 경우에 공기 분리 기둥, 특히 트윈 컬럼(twin columns) 장치의 저압 기둥이 4개의 영역으로 분할되거나, 개스킷 사용시에는 4개의 개스킷 베드로 분할되어서 분리벽이 제 2 영역 및 제 3 영역의 높이에 제공되는 것이 특히 바람직한 것으로 입증되었다.
제 1 부분 섹션 및 제 2 부분 섹션에는 바람직하게 물질 이동(mass transfer) 부재가 삽입되며, 상기 물질 이동 부재는 기체가 증가하는 만큼의 압력강하를 초래한다.
도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명 및 본 발명의 다른 세부사항들을 살펴보면 아래와 같다:
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치이고,
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예이며,
도 3은 아르곤 농도에 따라 비가공 아르곤 기둥으로 공급되는 비(比)증기량을 도시하고,
도 4는 비가공 아르곤 기둥으로 공급된 증기 내에 함유된 아르곤 농도에 따른 아르곤 산출량을 도시한다.
도 1에는 아르곤 추출을 위한 저온 공기 분리 장치의 정류 부분이 도시된다. 사용 공기(1)가 적합한 세정 및 냉각후에 압력 기둥(2)으로 유입된다. 압력 기둥(2)의 집수조에 수집되는 산소가 농축된 액체는 라인(3)을 통해서 저압 기둥(4)으로 이송된다.
저압 기둥(4)은 분리벽 컬럼으로서 형성된다. 정류 부재로서 저압 기둥(4) 내에 개스킷이 제공되는데, 상기 개스킷은 서로 중첩된 다수의 베드(19, 20, 21, 22) 내에 배치되며, 상기 베드는 각각 대략 6m의 높이를 갖는다. 각각 두 개의 베드 사이에는 저압 기둥(4) 내에서 하부로 흐르는 액체를 수집하고 분배시키기 위한 수집기/분배기(23, 24, 25, 26, 27)가 제공된다.
저압 기둥(4)의 중간 영역에 상기 저압 기둥(4)이 두 개의 부분 섹션(6, 7)으로 분할되도록 배치된다. 이 경우에 상기 분리벽(5)은 두 개의 중간 개스킷 베드(20 및 21)의 전체 길이에 걸쳐서 연장된다. 이 영역에서는 두 개의 분리된 부분 섹션(6, 7) 간의 기체 및 액체 교환이 불가능하다.
이에 반해서 분리된 부분 섹션(6, 7)의 하부 및 상부에 있는 베드(19 및 22)는 저압 기둥(4)의 전체 횡단면에 걸쳐서 연장됨으로써, 두 개의 부분 섹션(6, 7)으로 분리되어서 상승하거나 하강하는 기체 또는 액체 흐름이 다시 합쳐진다.
분할된 부분 섹션(6) 내에서 라인(3)을 통해서 압력 기둥(2)으로부터 나온 집수조 액체가 저압 기둥(4)으로 공급된다. 또한 라인(12)을 통해서 터빈 공기가 저압 기둥(4)으로 유입될 수 있다. 저압 기둥(4)의 헤드 부분에서 라인(8)을 통해서 기체 형태의 생성 질소가 획득될 수 있다. 저압 기둥(4)의 집수조로부터 라인(10 및 11)을 통해서 기체 또는 액체의 생성 산소가 추출될 수 있다.
두 개의 부분 섹션(6 및 7) 내에 동일한 비표면을 가진 개스킷이 삽입된다. 따라서 저압 기둥(4) 내에서 상승하는 증기가 두 개의 부분 섹션(6, 7) 내에서 동일한 압력 손실을 받는다. 하강하는 액체가 분배기(24, 25)에 의해서 두 개의 부분 섹션(6, 7) 위에 분배된다. 바람직하게는 두 개의 부분 섹션(6, 7) 위에 동일한 액체량이 공급된다. 그러나 방법의 최적화를 위해서는 부분 섹션(6 및 7) 내에 상이한 액체량이 제공되는 것이 매우 중요할 수 있다. 상승하는 증기가 두 개의 부분 섹션(6, 7) 위에 분배되는 것은 반대방향으로 흐르는 액체량 및 개스킷 베드(20, 21) 자체 내에서의 압력 손실에 따라서 바람직하게 조절된다.
부분 섹션(7)으로부터 실질적으로는 아르곤 및 산소를 함유하며 35%의 아르곤 농도를 갖는 흐름(13)이 추출되어서, 개스킷을 갖는 비가공 아르곤 기둥(14) 내로 유입된다. 비가공 아르곤 기둥(14) 내에서 산소-아르곤 혼합물이 정류된다. 비가공 아르곤 기둥(14)의 헤드 부분에서는 생성된 아르곤이 헤드 농축기(15) 내에서 농축되어서, 부분적으로는 10ppm 이하의 잔류 산소 함량을 갖는 생성물(16)로서 획득되고, 부분적으로는 귀환 액체(17)로서 비가공 아르곤 기둥(14) 상에 다시 제공된다. 비가공 아르곤 기둥(14)의 집수조에 액체 산소가 수집되는데, 상기 액상 산소는 라인(18)을 통해서 저압 기둥(4)의 분할된 부분 섹션(7)으로 귀환한 것이다.
저압 기둥(4) 내에서 분리벽(5)에 의해서 압력 기둥(2)으로부터 나온 집수조 액체(3) 및 터빈 공기(12)의 공급부가 아르곤 배출구(13)로부터 분리된다. 이러한 방식으로 아르곤 배출구(13)에서 분리벽 없는 기둥에서보다 훨씬 더 높은 아르곤 농도가 주어질 수 있다.
도 2에는 분리벽(5) 대신에 평행한 사이드 컬럼(30)이 제공되는 본 발명의 한 실시예가 도시된다. 두 도면에서 동일한 부재들은 동일한 도면부호를 갖는다.
이 경우에 저압 기둥(4)은 분리벽 없이 형성된다. 정류 섹션(22)으로부터 하강하는 액체가 한편으로는 분배기(24)에 의해서 제 1 부분 섹션을 형성하는 베드(20, 21) 상에 분배된다. 제 2 부분 섹션은 사이드 컬럼(30)에 의해 구현된다. 개스킷 베드(22)로부터 하강하는 액체의 일부는 라인(31)을 통해서 저압 기둥(4)으로부터 추출되어서, 사이드 컬럼(30)의 헤드 부분에 공급된다. 사이드 컬럼(30)의 헤드 부분에서 생성되는 기체는 개스킷 베드(21) 상부의 라인(32)을 통해서 저압 기둥(4)으로 공급된다. 이에 상응하여 라인(33)에 의해서 사이드 컬럼(30)으로부터 저압 기둥(4)으로 액체가 안내되거나, 라인(34)을 통해서 저압 기둥(4)으로부터 사이드 컬럼(30)으로 기체가 안내된다.
도 1 및 도 2에 따른 실시예에서의 처리 방식은 동일하지만, 도 2에서는 저압 기둥(4)의 정류 섹션(20, 21)이 제 1 부분 섹션(6)을 나타내고 사이드 컬럼(30)이 제 2 부분 섹션(7)을 나타낸다. 이에 상응하여 흐름(3, 12)이 저압 기둥(4) 내로 유입되며, 아르곤 함유 흐름(13)은 사이드 컬럼(30)으로부터 추출된다.
본 발명의 범주에서는 시뮬레이션(simulation)을 통해서 비가공 아르곤 기둥(14)으로 공급되는 비증기량, 즉 아르곤 산출량에 관련한 증기량이 증기의 아르곤 농도에 따라 결정된다. 이렇게 결정된 종속관계가 도 3에 도시된다. 여기서는 98.5%의 아르곤 생성물 순도 및 일정한 아르곤 산출량, 즉 아르곤 생성물 대 사용 공기 내 함유된 아르곤량의 일정 비율이 출발점이 된다.
무한의 이론단수가 주어질 때 나타나는 이론적인 최소 증기량이 실선으로 표시된다. 파선은 50개의 이론단수용으로 산출된 상태의 곡선을 나타낸다. 이 두 개의 곡선은 실질적으로 동일한 특성을 갖는다. 그러나 무한의 이론단수용 곡선을 보면, 이 경우에 대략 30% 내지 40%의 이론 곡선에 비해 더 많은 증기량이 사용되어야만 한다는 사실을 알 수 있다.
두 개의 곡선을 보면, 소정의 순도 및 양을 갖는 아르곤을 얻기 위해서 우선적으로 아르곤 농도 증가에 의해서 더 적은 양의 증기가 비가공 아르곤 기둥(14)으로 이송되어야만 한다는 사실을 알 수 있다. 그러나 상기 곡선들은 대략 50%의 아르곤 농도가 주어지면 각각 하한치에 근접한다. 아르곤 농도가 높아지면 공급될증기량이 하강하지 않거나 아주 소량만 하강할 수 있다.
비가공 아르곤 기둥(14)에 대해 공급 흐름 내에 함유된 아르곤 농도가 증가할 경우에 증기량이 감소하기 때문에 이에 상응하여 비가공 아르곤 기둥의 직경이 더 작아질 수 있다. 그러나 증기량이 줄어들면 대략 50% 이하까지의 아르곤 농도 만이 관찰될 수 있다. 이에 반해서 50% 이상으로 농도가 상승하면 본 발명의 조건하에서는 증기량의 추가 감소가 달성될 수 없으므로, 비가공 아르곤 기둥의 단면적이 더욱 축소되는 일 또한 달성될 수 없다. 그러나 농도 상승과 관련하여 저압 기둥 내 제어가 더욱 복잡해진다.
또한 소정의 생성물 순도가 98.5%로 주어질 때 공급될 증기(13) 내 아르곤 농도가 상승하기 때문에 비가공 아르곤 기둥(14) 내 이론단수는 실질적으로 감소될 수 없다. 왜냐하면 생성물 순도가 높을 때 이론단수가 출발 농도에 의해 결정되는 것이 아니라 최종 농도에 의해서 결정되기 때문이다.
저압 기둥(4)은 본 발명에 따라 측면 배출구(13)에서 45%의 아르곤 농도가 달성되도록 작동된다. 이러한 농도가 주어질 때 비가공 아르곤 기둥(14) 내에 유입되는 증기량이 최소화되고 비가공 아르곤 기둥(14)의 직경이 증기량에 상응하여 감소된다.
도 4에는 아르곤 기둥으로 공급된 증기의 아르곤 농도에 따른 아르곤 산출량이 도시된다. 실선은 짧은 분리벽에 대해 산출한 값을 나타내고, 파선은 길이가 긴 분리벽에 대해 산출한 값을 나타낸다. 이 경우에 저압 기둥 내 이론단수는 일정하게 유지되었다.
실선으로부터 공급된 증기 내에 함유된 아르곤 농도 범위가 10% 내지 25%일 경우의 아르곤 산출량은 거의 일정함을 알 수 있다. 곡선이 25%에서 중단되는데, 이 지점에서 가정된 분리벽 길이에 의해서는 더 높은 아르곤 농도가 달성될 수 없다. 파선용으로 산출된 긴 분리벽의 경우에는 30% 내지 90%의 높은 아르곤 농도 범위 내에서도 실질적으로 일정한 산출량이 검출될 수 있다. 따라서 아르곤 농도의 증가가 산출량에 불리한 작용을 하지는 않는다.

Claims (13)

  1. 정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법에 관한 것으로서, 상기 정류 시스템은 직렬로 배열된 세 개의 정류 섹션들을 포함하고, 각각의 제 1, 제 2 및 제 3 정류 섹션이 기체측 및 액체측으로 서로 연결되며, 상기 제 2 정류 섹션은 두 개의 부분 섹션을 포함하고, 상기 두 개의 부분 섹션은 기체측 및 액체측으로 서로 연결되지 않고 평행하게 관통되며, 상기 두 개의 부분 섹션 중 제 1 부분 섹션 내로 산소 및 아르곤을 함유한 액체가 유입되고, 상기 두 개의 부분 섹션 중 제 2 부분 섹션으로부터 산소 및 아르곤을 함유한 액체가 추출되는 방법으로서,
    상기 제 2 부분 섹션(7, 30)으로부터 나온 흐름(13) 내에 함유된 아르곤 농도가 15% 내지 50%, 바람직하게는 15% 내지 40%, 특히 바람직하게는 20% 내지 35%임을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정류 시스템이 직렬로 배열된 세 개의 정류 섹션(19, 20, 21, 22)을 포함하는 하나 이상의 공기 분리 기둥(4)을 가지며, 상기 제 2 정류 섹션(20, 21)이 기둥 종방향으로 연장하는 분리벽(5)을 가짐으로써, 상기 공기 분리 기둥(4)이 상기 분리벽(5)의 높이에서 상기 제 1 부분 섹션(6) 및 상기 제 2 부분 섹션(7)으로분할됨을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 정류 시스템이 하나 이상의 제 1 공기 분리 기둥(4) 및 제 2 기둥(30)을 포함하며, 상기 제 1 공기 분리 기둥 및 제 2 기둥은 상단부 및 하단부에서 상기 제 1 공기 분리 기둥(4)의 중간 지점과 기체측 및 액체측으로 연결되며, 상기 제 1 공기 분리 기둥의 중간 지점 사이에 놓인 상기 정류 섹션(20, 21) 및 상기 제 2 기둥(30)이 두 개의 부분 섹션을 형성함을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 두 개의 기둥(30)으로부터 상기 산소 및 아르곤을 함유한 흐름(13)이 나옴을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부분 섹션(7, 30)으로부터 나온 흐름(13)이 비가공 아르곤 기둥(14)으로 공급됨을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 비가공 아르곤 기둥(14)으로부터 집수조 액체가 상기 제 2 부분 섹션(7, 30)으로 공급됨을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 비가공 아르곤 기둥(14) 내에서 95% 이상, 바람직하게는 98% 이상의 순도를 갖는 아르곤이 획득됨을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비가공 아르곤 기둥(14) 내에서 10ppm 이하의 산소 함량을 갖는 아르곤이 획득됨을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비가공 아르곤 기둥(14)이 100개 이상, 바람직하게는 150개 내지 200개의 이론단수를 가짐을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정류 섹션(19, 20, 21, 22) 내에 정류를 위한 개스킷의 적어도 일부가 삽입됨을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 산소 및 아르곤을 함유한 액체가 상기 두 개의 정류 섹션 사이에 각각 수집되거나 및/또는 분배됨을(23, 24, 25, 26, 27) 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  12. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정류 시스템 내에서 기체 형태로 상승하며 산소 및 아르곤을 함유한 액체가 상기 제 1 부분 섹션 및 제 2 부분 섹션(6, 7) 내에서 동일한 압력 손실을 받음을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정류 시스템이 압력 기둥(2) 및 저압 기둥(4)을 포함하고, 상기 분리벽(5)은 상기 저압 기둥(4) 내에 배치되며, 상기 제 1 부분 섹션(6) 내에 상기 압력기둥(2)으로부터 나온 산소농축 액체(3)가 유입됨을 특징으로 하는,
    정류 시스템에서의 저온 공기분리에 의한 아르곤 추출 방법.
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