KR20110026435A - 공기 분리 플랜트를 위한 질소 액화기 개장 - Google Patents

공기 분리 플랜트를 위한 질소 액화기 개장 Download PDF

Info

Publication number
KR20110026435A
KR20110026435A KR1020107029373A KR20107029373A KR20110026435A KR 20110026435 A KR20110026435 A KR 20110026435A KR 1020107029373 A KR1020107029373 A KR 1020107029373A KR 20107029373 A KR20107029373 A KR 20107029373A KR 20110026435 A KR20110026435 A KR 20110026435A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stream
nitrogen
liquid
rich
pressure column
Prior art date
Application number
KR1020107029373A
Other languages
English (en)
Inventor
데이비드 로스 파스닉
토드 알란 스케어
Original Assignee
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=41445836&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR20110026435(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 filed Critical 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Publication of KR20110026435A publication Critical patent/KR20110026435A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/0489—Modularity and arrangement of parts of the air fractionation unit, in particular of the cold box, e.g. pre-fabrication, assembling and erection, dimensions, horizontal layout "plot"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F25J3/04224—Cores associated with a liquefaction or refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04339—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of air
    • F25J3/04345—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of air and comprising a gas work expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04357—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen and comprising a gas work expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04703—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser being arranged in more than one vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04709—Producing crude argon in a crude argon column as an auxiliary column system in at least a dual pressure main column system
    • F25J3/04715—The auxiliary column system simultaneously produces oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04969—Retrofitting or revamping of an existing air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F25J2200/06—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system in a classical double column flow-sheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/34—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/56—Ultra high purity oxygen, i.e. generally more than 99,9% O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/58—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being argon or crude argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/10—Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

질소 액화기를 이용하여 기존의 공기 분리 플랜트를 개장하는 단계를 포함시켜 액체 생성을 증가시키는 방법을 개시한다. 질소 액화기는 고압 컬럼(44)으로부터 배출되는 질소-풍부 증기 스트림(130)을 액화시켜 질소-풍부 액체 스트림(132)을 고압 컬럼으로 복귀시킨다. 이는 고압 컬럼으로의 액체 질소 환류를 증가시켜, 결국 고압 컬럼의 액체 산소 함유 컬럼 하부의 생성을 증가시키며, 이에 따라 저압 컬럼(46)의 산소-풍부 액체(96)의 생성을 증가시킨다. 산소-풍부 액체의 생성 증가는 액체 산소 생성물이 증가된 속도로 얻어지게 하거나, 플랜트가 그러한 생성물을 생성하도록 설계되지 않은 경우, 첫번째로 액체 산소 생성물이 얻어지게 한다. 또한, 개장의 결과로서 액체 질소 및 아르곤 생성물이 증가된 속도로 생성될 수 있다.

Description

공기 분리 플랜트를 위한 질소 액화기 개장{NITROGEN LIQUEFIER RETROFIT FOR AN AIR SEPARATION PLANT}
본 발명은 열교환 관계로 저압 컬럼에 작동식으로 연계된 고압 컬럼에서 생성된 질소-풍부 증기를 액화하고 고압 컬럼으로 재도입하여 고압 컬럼 내 환류 및 저압 컬럼의 산소-풍부 액체 컬럼 하부의 생성을 증가시킴으로써 공기 분리 플랜트의 액체 산소 생성물 및 가능하게는 다른 액체 생성물의 생성을 가능하게 하거나 이를 증가시키는, 질소 액화기를 이용하여 기존의 공기 분리 플랜트를 개장(retrofit)하는 방법에 관한 것이다.
공기를 산소 및 질소-풍부 생성물 및 또한 가능하게는 아르곤 생성물로 극저온 정류하는 공기 분리 플랜트 내에서 공기는 산소 및 질소 생성물로 분리될 수 있다.
이러한 플랜트에서, 공기는 압축되고, 이산화탄소, 일산화탄소 및 수증기와 같은 고비점 불순물이 정제된 다음, 주 열교환기에서 공기 정류에 적합한 온도로 냉각된다. 냉각된 다음, 공기는 더욱 질소가 풍부해진 상승 증기상을 생성하는 고압 컬럼으로 도입된다. 생성된 질소-풍부 컬럼 오버헤드는 응축되어 더욱 산소가 풍부해진 하강 액체상을 생성한다. 액체상 및 증기상은 트레이(tray) 또는 구조화 패킹 또는 가능하게는 랜덤 패킹일 수 있는 물질 전달 접촉 요소와 접촉할 수 있다. 어떠한 경우에도, 접촉은 산소가 풍부한 고압 컬럼에 조-풍부(crude-rich) 액체 컬럼 하부를 생성한다.
이후, 조-풍부 액체 컬럼 하부의 스트림이 저압으로 도입되어, 저압 컬럼에 수집되는 산소-풍부 액체 컬럼 하부 및 저압 컬럼에 형성되는 질소-풍부 컬럼 오버헤드로 추가 정제된다. 고압 컬럼과 저압 컬럼은, 통상적으로 저압 컬럼의 기부 내에 배치되는 주 응축기 또는 응축기 리보일러(reboiler)에 의해 열교환 관계로 작동식으로 연계된다. 산소-풍부 액체는 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로부터 생성된 질소-풍부 증기의 스트림에 의해 부분적으로 기화된다. 산소-풍부 액체의 기화와 대조적으로, 질소-풍부 증기의 스트림은 응축기에서 응축되어, 고압 컬럼과 저압 컬럼 모두를 환류시키는데 사용되는 질소-풍부 액체 스트림을 생성한다. 이러한 질소-풍부 액체 스트림의 일부가 생성물로 얻어질 수 있다. 산소 및 질소 생성물은 고압 컬럼 및 저압 컬럼으로부터 제거되고 주 열교환기를 통과하여 유입 공기의 냉각을 도울 수 있다.
또한, 저압 컬럼으로부터 아르곤-풍부 스트림을 추출하고 아르곤 컬럼에서 이러한 스트림을 정류함으로써 아르곤 생성물을 생성할 수 있다. 아르곤-풍부 생성물은 타워 오버헤드로서 수집되고 그의 스트림이 추출될 수 있다. 고압 컬럼으로부터 추출된 조 액체 산소 스트림에 의해 아르곤-풍부 생성물의 일부를 응축시킴으로써 아르곤 컬럼이 환류된다. 아르곤 컬럼 또는 컬럼들 내부에 존재하는 분리단의 수에 따라, 아르곤의 순도는 높은 산소 비율이 아르곤으로부터 분리되도록 될 수 있다. 그러나 이러한 아르곤 생성물 내의 산소 및 잔류 질소를 제거하도록 더 정제된 아르곤 생성물이 또한 생성될 수 있다.
당업계에 주지된 바와 같이, 전술한 바와 같은 컬럼을 수용하는데 사용되는 냉각 박스의 단열을 통한 열 누출 뿐만 아니라 온난 단부 열교환기 손실을 극복하기 위해 극저온 정류 플랜트에 냉각을 가해야 한다. 주 열교환기에서 정류될 공기의 일부를 부분적으로 냉각시키고 이를 터보팽창기에서 팽창시킴으로써 이러한 냉각을 가할 수 있다. 팽창을 위한 일은 플랜트로부터 추출되며, 생성된 냉각 공기는 고압 컬럼의 하부로 도입된다. 추가적으로, 저압 컬럼에 연결된 팽창기에 의해 냉각을 가할 수 있다. 공기 분리 플랜트에 가해지는 냉각의 정도는, 대개 저압 컬럼에 생성되는 산소-풍부 액체 컬럼 하부로부터 뿐만 아니라 가능하게는 질소-풍부 액체 스트림으로부터 생성될 수 있는 액체 생성물의 양을 결정할 것이다.
질소 재순환 액화기에 의해 공기 분리 플랜트에 냉각이 공급될 수 있다는 것 또한 공지되어 있다. 이러한 액화기의 예를 미국특허 제5,231,845호에서 찾을 수 있다. 이 특허에서는, 유익한 기계 설계 파라미터 및 효과적인 냉각 곡선 특성을 제공하도록 특별하게 배열된 이중 터빈-부스터 압축기가 통합된 액화기가 예시된다. 고압 컬럼으로부터의 중압 질소, 또한 공기 분리 플랜트의 열교환 시스템 내에서 완전히 데워진 이후의 고압 컬럼으로부터의 중압 질소 가스, 및 저압 컬럼으로부터 얻어진 저압 질소 생성물 모두가 질소 액화기에 공급된다. 생성된 액체 질소는 고압 컬럼의 상부로 복귀하여, 공기 분리 플랜트로부터 과냉각 액체 생성물을 생성하도록 냉각을 제공할 수 있다. 미국특허 제4,883,518호에서, 질소 증기는 고압 컬럼으로부터 제거되어 2 개의 스트림으로 분리되는데, 하나의 스트림은 질소 액화기의 열교환기를 통과하고 다른 스트림은 주 열교환기를 통과한다. 두 질소 증기 스트림이 재순환 압축기로 도입된 다음, 고압 컬럼으로 재도입되는 액체 질소 스트림을 생성하기 위해 이중 터빈-부스터 압축기 배열체를 통과하여 액체 질소 및 산소 생성물을 생성한다.
두 종래 기술 특허에 관한 상기 논의로부터 명백한 바와 같이, 이들 특허에 개시된 액화기를 사용하기 위해 필요한 집적도가 높기 때문에 어느 것도 특히 기존의 공기 분리 플랜트에 대한 개장으로서 사용할 수 없다. 논의될 바와 같이, 본 발명은 다른 장점 중에서도, 액체 산소 생성물 및 임의로 액체 질소 생성물을 배출하는 능력을 증가시키거나 이를 가능하게 하고 플랜트가 아르곤 컬럼을 갖춘 경우에는 아르곤 생성을 증가시킬 수 있는 질소 액화기를 이용하여 기존의 공기 분리 플랜트를 개장하는 방법을 제공한다. 또한, 액화기는 종래 기술의 높은 집적도를 요구하지 않는 방식으로 집적된다.
본 발명은 하나 이상의 액체 생성물을 제조하거나 그의 생성을 증가시키기 위해 기존의 공기 분리 플랜트를 개장하는 방법을 제공한다.
본 방법에 따라, 기존의 공기 분리 플랜트 내에서 공기가 분리된다. 기존의 공기 분리 플랜트는 열교환 관계로 서로 작동식으로 연계된 적어도 고압 컬럼 및 저압 컬럼을 갖는다. 기존의 공기 분리 플랜트는 질소 액화기를 고압 컬럼에 연결함으로써 개장되었다. 질소 액화기는 상기 기존의 공기 분리 플랜트의 기존 구성요소와 공통적인 구성요소를 갖지 않는다.
질소 액화기는 단지 고압 컬럼의 상부 부분으로부터의 질소-풍부 중기 스트림을 수용하도록 고압 컬럼에 연결된다. 질소-풍부 증기 스트림은 질소 액화기에서 액화되어 질소-풍부 액체 스트림을 생성하고 질소-풍부 액체 스트림의 적어도 일부가 고압 컬럼으로 도입된다. 이는 고압 컬럼으로의 액체 질소 환류, 고압 컬럼에 형성되는 조(crude) 액체 산소 컬럼 하부의 생성을 증가시키며, 이에 따라 저압 컬럼의 하부 영역에 형성되는 산소-풍부 액체를 증가시킨다.
하나 이상의 액체 생성물이 공기 분리 유닛으로부터 배출되며, 이는 산소-풍부 액체로 구성된 산소-풍부 액체 스트림을 포함한다.
바람직하게는, 질소 액화기 내에서, 질소-풍부 증기 스트림을 포함하는 질소 증기 스트림은 열교환기 내에서 데워지고 터빈 배기 스트림의 배기 스트림 압력으로 팽창되며 터빈 배기 스트림과 혼합되어 혼합 스트림을 생성한다. 혼합 스트림은 재순환 압축기에서 압축되고, 압축열이 제거된 후에 냉각 유체 스트림과 나머지 혼합 스트림 부분으로 나뉜다. 냉각 유체 스트림은 부스터 압축기에서 압축되고 열교환기에서 부분적으로 냉각된 다음 터보팽창기로 도입되어 터빈 배기 스트림을 발생시킨다. 터빈 배기 스트림은 열교환기에서 데워지고 질소-풍부 증기 스트림과 혼합된다. 나머지 혼합 스트림 부분은 열교환기 내에서 냉각되고 고압 컬럼 압력으로 팽창된다. 질소-풍부 액체 스트림은 혼합 스트림의 적어도 일부로부터 형성된다.
바람직하게는, 터보팽창기의 팽창 일(work)이 부스터 압축기를 작동시킨다. 나머지 혼합 스트림 부분의 팽창은 2-상 스트림을 생성하며, 2-상 스트림의 액상과 증기상이 분리되어 증기상 스트림과 액상 스트림을 형성한다. 증기상 스트림은 질소-풍부 증기 스트림과 혼합되어, 열교환기로 도입되기 전에 질소 증기 스트림을 형성한다. 액체 질소 스트림은 액상 스트림으로 구성된다.
질소-풍부 액체 스트림의 추가 부분으로 구성된 액체 질소 생성물 스트림이 배출될 수 있다. 공기 분리 유닛은 또한 아르곤-풍부 스트림을 정제하고, 이에 따라 아르곤 생성물 스트림을 생성하도록 저압 컬럼에 연결된 아르곤 컬럼을 구비할 수 있다. 질소-풍부 스트림의 추가 부분은 아르곤-풍부 스트림 내의 산소 농도를 증가시키지 않는 속도로 배출된다. 질소-풍부 스트림의 추가 부분이 생성되지 않는 경우, 산소-풍부 액체의 생성 증가 및 산소-풍부 액체 스트림의 제거에 의해 아르곤 회수가 증가될 수 있다.
질소 액화기는 하나 이상의 액체 생성물이 향후 이용을 위해 저장될 수 있도록 간헐적으로 작동될 수 있다.
또한, 기존의 공기 분리 플랜트가 개장되는 경우 기존의 공기 분리 플랜트는 질소 액화기와의 연결을 위해 부착 지점이 기존의 공기 분리 플랜트의 고압 컬럼 내에 존재하도록 구성될 수 있다.
본 명세서는 출원인이 그의 발명으로 간주하는 대상을 명백히 언급하는 특허청구범위로 마무리되며, 첨부된 도면과 관련하여 고려할 때 본 발명이 더 잘 이해될 수 있을 것이라고 여겨진다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 사용되는 기존의 공기 분리 플랜트의 개략적인 공정 흐름도이다.
도 2는 개장되고, 도 1에 도시된 공기 분리 플랜트의 고압 컬럼에 연결되는 질소-풍부 액화기의 개략적인 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 기존의 공기 분리 플랜트(1)가 예시를 위해 도시된다. 논의될 바와 같이, 플랜트는 고압 컬럼 및 저압 컬럼, 초고순도 산소 컬럼, 및 생성물로 액체 아르곤을 생성하기 위한 아르곤 컬럼을 포함한다. 그러나, 이는 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명은 고압 컬럼 및 저압 컬럼만을 갖는 공기 분리 플랜트 또는 또한 아르곤 컬럼을 포함하는 공기 분리 플랜트에 응용될 수 있다.
여과 유닛(12)에서의 여과 이후 공기 스트림(10)은 주 공기 압축기(14)에서 압축된다. 압축열이 후기 냉각기(16)에서 제거된 다음, 공기 스트림(10)은 예비정제 유닛(18) 내에서 정제된다. 예비정제 유닛(18)은 통상적으로 사이클과 맞물려 동작하는 흡착제의 층을 함유하여 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기와 같은 고비점 오염물을 가진 공기 스트림을 정제한다. 통상적으로, 사이클은 압력 변동 흡착 사이클 또는 온도 변동 흡착 사이클일 수 있다.
이후, 생성된 압축 및 정제 공기 스트림(20)은 제1 부분(22)과 제2 부분(24)으로 나뉜다. 제1 부분(22)은 플랜트에 냉각을 발생시키는데 이용된다. 배기 스트림(26)이 제1 부분(22)과 혼합되어 재순환 압축기(28)로 도입된다. 후기 냉각기(30)에서 압축열이 제거된 다음, 생성된 압축 스트림은 제1 보조 스트림(32) 및 제2 보조 스트림(34)으로 나뉜다. 제1 보조 스트림(32)은 주 열교환기(36) 내에서 완전히 냉각되고 제2 보조 스트림(34)은 터빈 부스터 압축기(38)로 도입된다. 후기 냉각기(40) 내에서 압축열이 제거된 다음, 생성된 압축 스트림은 주 열교환기(36) 내에서 냉각되어, 팽창 일이 터빈 부스터 압축기(38)를 구동시키는데 이용될 수 있는 터빈(42)으로 도입된다. 터빈(42) 내에서 발생하는 팽창은 주 열교환기(36) 내에서 데워진 냉각 배기 스트림(26)을 생성하여 공기 분리 플랜트(1)에 냉각을 가한다.
공기 분리 플랜트(1)는 응축기 리보일러(48)에 의해 열교환 관계로 저압 컬럼(46)과 작동식으로 연계된 고압 컬럼(44)을 구비한다. 또한, 공기 분리 플랜트(1)는 또한 논의될 방식으로 아르곤을 분리하기 위해 수퍼스테이지(superstage) 컬럼(52)과 연계된 저비율 컬럼(50)을 구비한다. 추가적으로, 초고순도 산소 컬럼(54)이 제공되어 또한 논의될 초고순도 산소 생성물을 생성한다. 고압 컬럼(44), 저압 컬럼(46), 저비율 컬럼(50), 수퍼스테이지 컬럼(52) 및 초고순도 액체 산소 컬럼(54) 각각은 구조화 패킹 또는 트레이와 같은 물질 전달 요소를 포함하여, 분리되도록 내부에 도입되는 혼합물의 액상 및 증기상이 밀접하게 접촉하게 함으로써 이러한 혼합물을 정류한다.
압축 공기 스트림의 제2 부분(24)은 주 열교환기(36)에서 완전히 냉각되어 고압 컬럼(44)으로 직접 도입되는 제1 보조 스트림(60)과 초고순도 산소 컬럼(54)의 하부에 배치된 리보일러(64)로 도입되어 액체 스트림(66)을 생성하는 제2 보조 스트림(62)으로 나뉜다.
제1 보조 스트림(32)은 주 열교환기(36) 내에서 완전히 냉각되고 제1 부분 및 제2 부분(68 및 70)으로 나뉜다. 제1 부분(68)은 저압 컬럼(46)으로 직접 도입되고 제2 부분(70)은 액체 스트림(66)과 혼합되어 고압 컬럼(44)으로 도입되는 혼합 스트림(72)을 형성한다. 제1 부분(60)과 함께 혼합 스트림(72)의 도입은, 질소가 더욱 희박해진 고압 컬럼(44) 내에 상승 증기상의 형성을 개시하여 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드를 생성한다.
스트림(74)으로서 질소-풍부 컬럼 오버헤드의 스트림은 응축기 리보일러(48) 내에서 응축된다. 제1 부분(76)은 환류 스트림으로서 고압 컬럼(44)으로 복귀하고 제2 부분(78)은 주 열교환기(36) 내에서 과냉각되어 저압 컬럼(46)의 환류에 사용된다. 일부(80)는 임의로 액체 질소 생성물로서 얻어질 수 있으며, 이후 나머지 부분(82)이 환류 스트림으로서 저압 컬럼(46)으로 도입될 수 있다.
고압 컬럼(44) 내에서, 액상이 하강함에 따라 산소가 더욱 풍부하게 되어 조 액체 산소 컬럼 하부를 생성한다. 조 액체 산소 컬럼 하부로 구성된 조 액체 산소 스트림(84)은 수퍼스테이지 아르곤 분리 컬럼(52)에 환류를 발생시키는데 사용되는 열교환기(86)로 도입될 수 있다. 이는 조 액체 산소 스트림(84)을 부분적으로 기화시켜 추가 정제를 위해 저압 컬럼(46)으로 도입되는 액상 스트림(88) 및 증기상 스트림(89)을 생성한다. 추가적으로, 다른 조 액체 산소 스트림(87)이 저압 컬럼(46)으로 도입될 수 있다. 도시되지는 않았지만 당업계에 공지된 바와 같이, 두 조 액체 산소 스트림(84 및 87) 모두가 저압 컬럼으로 도입되기 전에 스트림이 그 컬럼에 도입되기에 적합한 압력에 있도록 밸브 팽창될 것이다.
저압 컬럼(46) 내의 하강 액상은 응축기 리보일러(48)에 의해 기화되는 산소-풍부 액체를 생성한다. 나머지 액체는 액체 산소 생성물 스트림(90)으로 얻어질 수 있다. 생성된 질소-풍부 증기는 질소 증기 생성물 스트림(92)으로 얻어질 수 있다. 질소 증기 생성물 스트림(92)은 약 2 ppm 미만의 농도를 가질 수 있다. 추가적으로, 폐 질소 스트림(94) 또한 제거될 수 있다. 폐 질소 스트림(94)은 예비정제 유닛(18) 내의 흡착제를 재생하는데 사용될 수 있다. 질소 증기 생성물 스트림(92) 및 폐 질소 스트림 모두는 초가열기에서 먼저 데워진 다음, 주 열교환기(36)에서 주위 온도 근처로 데워진다. 추가적으로, 응축기 리보일러(48)에 의해 저압 컬럼(46)의 하부에서 액상의 기화에 의해 생성되는 기화된 산소-풍부 액체로 구성된 가스상 산소 생성물 스트림(96)은 저압 컬럼(46)으로부터 또한 제거될 수 있다. 가스상 산소 생성물 스트림(96) 및 액체 산소 생성물 스트림(90) 모두 약 99.5 부피%의 순도를 가질 수 있다.
약 10 부피% 초과의 아르곤 및 1 ppm 미만의 질소를 함유할 수 있는 아르곤 함유 증기 스트림(98)이 저압 컬럼(46)으로부터 제거되어 저비율 컬럼(50)으로 도입될 수 있다. 이는 저비율 컬럼(50) 내에 산소-풍부 컬럼 하부 및 아르곤-풍부 컬럼 오버헤드를 생성한다. 산소-풍부 컬럼 하부는 산소-풍부 액체 스트림(100)으로서 다시 저압 컬럼(46)으로 복귀할 수 있다. 아르곤-풍부 컬럼 오버헤드는 아르곤-풍부 스트림(102)으로서 취해지며 산소를 매우 낮은 수준으로 분리하기 위해 수퍼스테이지 컬럼(52)으로 도입되어, 펌프(108)에 의해 펌핑된 스트림(110)으로서 다시 저비율 컬럼(50)으로 펌핑되는 산소-풍부 스트림(106)으로서 제거될 수 있는 산소-풍부 컬럼 하부를 생성할 수 있다. 산소의 제거는 아르곤-풍부 컬럼 오버헤드를 생성한다. 아르곤-풍부 스트림(112)은 열교환기(86)로 도입되어 아르곤 환류 스트림(114)을 생성할 수 있으며, 비응축성 질소의 축적을 방지하기 위해 아르곤 통기 스트림(116)이 취해지고, 액체 아르곤 생성물 스트림(120)은 약 1 ppm 미만의 질소 및 약 1 ppm 의 산소를 함유할 수 있는 액체 아르곤 생성물 스트림으로서 수퍼스테이지 아르곤 컬럼(52)으로부터 제거될 수 있다.
본질적으로 탄화수소 및 질소가 없는 산소 액체 스트림(122)이 저비율 아르곤 컬럼(50)으로부터 제거되어 공급물로서 초고순도 산소 컬럼(54)으로 도입되어, 약 99.99999 %의 산소 순도를 갖는, 리보일러(64)에 의해 재비등되지 않은 초고순도 액체 산소 생성물 스트림(124)을 나머지 액체로부터 생성할 수 있다. 초고순도 산소 컬럼(54) 내의 증기 오버헤드는 저비율 컬럼(50)으로 재도입되는 증기 스트림(126)으로서 제거될 수 있다.
공기 분리 플랜트(1)는 초고순도 액체 산소 생성물(124), 액체 산소 생성물(90) 및 잠재적으로 액체 질소 생성물 스트림(80)을 생성한다. 액체가 생성되는 정도는 공기 분리 플랜트(1)에 가해지는 총 냉각에 의존한다. 공기 분리 플랜트(1)의 턴다운(turn down) 상태 동안, 전술한 액체 생성물은 저속으로 생성된다. 액체 생성물의 생성을 증가시키기 위하여, 공기 분리 플랜트(1)의 턴다운 상태 동안 및 정상 작동 동안 모두에서, 액화기(2)가 공기 분리 플랜트(1)에 개장될 수 있다. 액화기(2)가 도 2에 도시된다. 질소-풍부 증기 스트림(130)은, 질소-풍부 증기 스트림(130)을 액화시키는 액화기(2)로 도입되고, 생성된 질소-풍부 액체 스트림(132)을 다시 고압 컬럼(44)으로 복귀시킨다. 오직 질소-풍부 중기 스트림(130) 만이 제거되고 질소-풍부 액체 스트림(132)이 저압 컬럼(44)으로 재도입된다는 것을 인지해야 한다.
질소-풍부 액체 스트림(132)으로서 액체 질소의 도입은 조 액체 산소 컬럼 하부 내에 수집되는 액체 산소의 양을 증가시키며, 이에 따라 저압 컬럼(46)으로 도입되는 산소의 양을 증가시킨다. 이는 산소-풍부 액체가 더 많이 생성된다는 점에서 액체 산소 생성물 스트림(90)이 더 빠른 속도로 배출되게 하는 효과를 갖는다. 추가적으로, 액체 질소 생성물 스트림(80) 및 초고순도 액체 산소 스트림(124) 또한 더 빠른 속도로 배출될 수 있다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 액체 질소 생성물 스트림(80)은 아르곤-풍부 스트림(98)의 순도에 영향을 줄 만한 과도한 속도로 배출되어서는 안된다. 그러나, 액체 질소 생성물 스트림(80)을 전혀 생성하지 않으면서 저압 컬럼(46)으로 도입되는 액체 질소의 양을 증가시키면 아르곤-풍부 스트림(98) 내의 아르곤 농도를 증가시켜, 액체 아르곤 생성물 스트림(120)이 수퍼스테이지 컬럼(52)으로부터 제거될 수 있는 속도 및 회수율을 증가시킬 것이다. 결과적으로, 일 작동 모드에서, 액체 질소 스트림(80)은 아르곤-풍부 스트림(98)의 아르곤 농도에 영향을 주지 않을 속도로 제거되거나, 별법으로 아르곤-풍부 스트림(98)의 아르곤 농도를 증가시키도록 더 느린 속도로 제거되거나 전혀 제거되지 않을 수 있다. 질소-풍부 액체 스트림(132)의 일부로부터 액체 질소 생성물 스트림을 얻는 것 또한 가능하며, 생성물로서의 이러한 스트림의 제거에 대해서도 상기와 동일한 논의가 적용된다는 것을 인지해야 한다.
바람직하게는, 공기 분리 플랜트(1), 뿐만 아니라 본 발명에 따른 질소 액화기(2)를 이용하여 개장된 임의의 다른 공기 분리 플랜트는 이러한 플랜트에 질소 액화기(2)의 간단한 연결을 가능하게 하는 표준 부착 지점(128 및 129)을 구비하여 구성될 수 있다. 예컨대, 부착 지점(128 및 129)은 표준 플랜트 설계에 구축되는 캡핑된(capped) 파이프 또는 폐쇄 및 캡핑된 밸브일 수 있다. 따라서, 플랜트의 생성물 라인은 이러한 부착 지점(128 및 129)을 구비하여 설계될 수 있다. 이는 질소 액화기(2)의 개장이 생성물 라인 내에서 이러한 임의의 플랜트에 필요한 경우, 질소 액화기(2)의 개장이 신속하고 비용 효율적인 방식으로 수행되게 한다. 사용되면, 공기 분리 플랜트(1)는 수요 증가를 충족하기 위해 생성물의 액체 생성이 증가된 모드에서 작동하도록 이용될 수 있다. 별법으로, 질소 액화기(2)는, 증가된 속도로 생성된 액체 생성물을 이후 전력 비용이 더 높은 기간 동안 사용하도록 저장하기 위해, 보다 낮은 비용으로 전력을 얻을 수 있는 기간 동안 산소 생성을 증가시키는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 질소 액화기는 또한 플랜트의 턴-다운 상태 동안 사용되어 그러한 때에 액체 생성물을 생성할 수 있다. 또 다른 작동 모드는 액체 생성물을 생성하도록 설계되지 않은 플랜트와 함께 질소 액화기(2)를 사용하여 그러한 플랜트가 액체 생성물을 생성하도록 개장하는 것이다.
도 2를 참조하면, 공기 분리 플랜트(1)에 개장되는 질소 액화기(2)가 도시된다. 질소 액화기(2)에서, 질소-풍부 증기 스트림(130)은 팽창 밸브(136)에서 질소-풍부 증기 스트림(130)의 압력으로 팽창되고 이와 혼합되어 질소 스트림(138)을 형성하는 증기상 스트림(134)과 혼합된다. 질소 스트림(138)은 열교환기(140) 내에서 데워진 다음, 팽창 밸브(142) 내에서 압력이 감소된다. 압력 감소 이후에, 질소 스트림(138)은, 열교환기(140) 내에서 완전히 데워짐으로써 액화기에 냉각을 가하는 배기 스트림(144)과 혼합된다. 이는 재순환 압축기(148) 내에서 압축되는 혼합 스트림(146)을 생성한다. 후기 냉각기(150)로 압축열을 제거한 이후, 제1 부분(152)이 부스터 압축기(154)로 도입되어 압축 스트림(156)을 생성한다. 후기 냉각기(157)로 압축열을 제거한 이후, 압축 스트림(156)은 열교환기(140) 내에서 부분적으로 냉각되고 팽창 밸브(158)에 의해 압력이 감소된 다음, 터빈(160)으로 도입되어 배기 스트림(144)을 생성한다. 터빈(160)에 의해 제공되는 팽창 일이 부스터 압축기(154) 내에 압축을 가할 수 있다. 압축기(148)에서 압축되고 후기 냉각기(150)에서 냉각된 이후 혼합 스트림(146)의 다른 부분(162)은 열교환기(140)에서 완전히 냉각된 다음, 팽창 밸브(164)에 의해 상 분리기(166)로 도입되는 2-상 유체로 팽창된다. 증기상은 상 분리기(166) 내에서 액체로부터 분리되어 질소 증기상 스트림(134)을 생성한다. 액체상 스트림(168)은 팽창 밸브(170)에 의해 고압 컬럼(44)의 압력으로 압력이 감소되며 질소-풍부 액체 스트림(132)으로서 다시 저압 컬럼(44)으로 도입된다.
이해할 수 있는 바와 같이, 질소 액화기(2)의 다른 설계가 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 예컨대, 질소-풍부 증기 스트림(130) 만이 압축, 팽창 및 액화(물론 훨씬 높은 에너지 비용으로)되는 매우 단순한 질소 액화기가 사용될 수 있다. 그러나, 질소 액화기(2)는 그 단순성에 있어서 특히 유리한 설계이며, 개장 응용을 위한 효율성과 단순성에서 균형을 유지한다고 판단된다.
본 발명은 바람직한 실시양태를 참조하여 기술되었지만, 당업자가 실시할 때는 이에 첨부된 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화, 부가 및 생략이 이뤄질 수 있다.

Claims (8)

  1. 서로 열교환 관계로 작동식으로 연계된 적어도 고압 컬럼 및 저압 컬럼을 갖는 기존의 공기 분리 플랜트에서 공기를 분리하는 단계;
    기존의 공기 분리 플랜트의 기존 구성요소와 공통되는 구성요소가 없는 질소 액화기를 고압 컬럼에 연결함으로써 상기 기존의 공기 분리 플랜트를 개장(retrofit)하는 단계;
    산소-풍부 액체로 구성된 산소-풍부 액체 스트림을 포함하는 하나 이상의 액체 생성물을 공기 분리 플랜트로부터 배출하는 단계를 포함하며,
    질소 액화기는 단지 고압 컬럼의 상부 부분으로부터 질소-풍부 증기 스트림을 수용하도록 고압 컬럼에 연결되고, 질소-풍부 증기 스트림은 질소 액화기에서 액화되어 질소-풍부 액체 스트림을 생성하며 질소-풍부 액체 스트림의 적어도 일부가 고압 컬럼에 도입되어 고압 컬럼으로의 액체 질소 환류 및 고압 컬럼 내에 형성되는 조(crude) 액체 산소 컬럼 하부의 생성을 증가시킴으로써 저압 컬럼의 하부 영역에 형성되는 산소-풍부 액체를 증가시키는,
    하나 이상의 액체 생성물을 생성하거나 그의 생성을 증가시키기 위해 기존의 공기 분리 플랜트를 개장하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 질소 액화기 내에서,
    질소-풍부 증기 스트림을 포함하는 질소 증기 스트림은 열교환기 내에서 데워지고 터빈 배기 스트림의 배기 스트림 압력으로 팽창되며 터빈 배기 스트림과 혼합되어 혼합 스트림을 생성하고;
    혼합 스트림은 재순환 압축기에서 압축되고 압축열이 제거된 다음 냉각 유체 스트림과 나머지 혼합 스트림 부분으로 나뉘고;
    냉각 유체 스트림은 부스터 압축기에서 압축되고 열교환기에서 부분적으로 냉각된 다음, 터보팽창기로 도입되어 터빈 배기 스트림을 생성하고;
    터빈 배기 스트림은 열교환기 내에서 데워지고 질소-풍부 증기 스트림과 혼합되고;
    나머지 혼합 스트림 부분은 열교환기 내에서 냉각되고 고압 컬럼 압력으로 팽창되고;
    질소-풍부 액체 스트림은 적어도 부분적으로 혼합 스트림으로부터 형성되는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    터보 팽창기의 팽창 일(work)이 부스터 압축기를 작동시키고;
    나머지 혼합 스트림 부분의 팽창이 2-상 스트림을 생성하고;
    2-상 스트림의 액상과 증기상이 분리되어 증기상 스트림과 액상 스트림을 형성하고;
    증기상 스트림은 질소-풍부 증기 스트림과 혼합되어, 열교환기로 도입되기 전에 질소 증기 스트림을 형성하고;
    액체 질소 스트림은 액체상 스트림으로 구성되는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 질소-풍부 액체 스트림의 추가 부분으로 이루어진 액체 질소 생성물 스트림이 배출되는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    공기 분리 유닛은 또한 아르곤-풍부 스트림을 정제함으로써 아르곤 생성물 스트림을 생성하기 위해 저압 컬럼에 연결된 아르곤 컬럼을 갖고;
    아르곤-풍부 스트림 내의 산소 농도를 증가시키지 않는 속도로 질소-풍부 스트림의 추가 부분이 배출되는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    공기 분리 유닛은 또한 아르곤-풍부 스트림을 정제함으로써 아르곤 생성물 스트림을 생성하기 위해 저압 컬럼에 연결된 아르곤 컬럼을 갖고;
    산소-풍부 액체의 생성을 증가시키고 산소-풍부 액체 스트림을 제거함으로써 아르곤 회수가 증가되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 액체 생성물 스트림이 향후 이용을 위해 저장될 수 있도록 액화기가 간헐적으로 작동하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 기존의 공기 분리 플랜트는 질소 액화기의 연결을 위해 기존의 공기 분리 플랜트의 고압 컬럼 내에 부착 지점이 존재하도록 구성되는 것인 방법.
KR1020107029373A 2008-06-30 2009-05-12 공기 분리 플랜트를 위한 질소 액화기 개장 KR20110026435A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/164,269 US20090320520A1 (en) 2008-06-30 2008-06-30 Nitrogen liquefier retrofit for an air separation plant
US12/164,269 2008-06-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110026435A true KR20110026435A (ko) 2011-03-15

Family

ID=41445836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107029373A KR20110026435A (ko) 2008-06-30 2009-05-12 공기 분리 플랜트를 위한 질소 액화기 개장

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20090320520A1 (ko)
EP (1) EP2307835B1 (ko)
KR (1) KR20110026435A (ko)
CN (1) CN101619917A (ko)
AT (1) ATE548620T1 (ko)
BR (1) BRPI0914327A2 (ko)
ES (1) ES2383781T3 (ko)
MX (1) MX2010013697A (ko)
WO (1) WO2010002500A2 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010056560A1 (de) * 2010-08-13 2012-02-16 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Drucksauerstoff und Druckstickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
CN102620520B (zh) * 2012-04-09 2014-09-17 开封黄河空分集团有限公司 一种由空气分离制取压力氧气和压力氮气附产液氩的工艺
DE102012008416A1 (de) * 2012-04-27 2013-10-31 Linde Aktiengesellschaft Verrohrungsmodul für Luftzerlegungsanlage
EP2980514A1 (de) * 2014-07-31 2016-02-03 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
US10314249B2 (en) * 2014-12-10 2019-06-11 The Boeing Company Systems and methods of inducing rainfall
CN110869687B (zh) 2017-05-16 2021-11-09 特伦斯·J·埃伯特 液化气体用装置和工艺
JP7355978B2 (ja) * 2019-04-08 2023-10-04 レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 深冷空気分離装置
CN112781321B (zh) * 2020-12-31 2022-07-12 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种具有氮液化器的空气分离装置和方法
CN118103654A (zh) * 2021-11-10 2024-05-28 林德有限责任公司 用于制备氩产物和氧产物的方法和装置以及用于改造一个或多个空气分馏设施的方法
US11959701B2 (en) * 2022-07-28 2024-04-16 Praxair Technology, Inc. Air separation unit and method for production of high purity nitrogen product using a distillation column system with an intermediate pressure kettle column

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4433990A (en) * 1981-12-08 1984-02-28 Union Carbide Corporation Process to recover argon from oxygen-only air separation plant
JPS62194176A (ja) * 1986-02-19 1987-08-26 株式会社日立製作所 窒素液化装置の窒素ガス供給方法
US4778497A (en) * 1987-06-02 1988-10-18 Union Carbide Corporation Process to produce liquid cryogen
DE3738559A1 (de) * 1987-11-13 1989-05-24 Linde Ag Verfahren zur luftzerlegung durch tieftemperaturrektifikation
US4894076A (en) * 1989-01-17 1990-01-16 Air Products And Chemicals, Inc. Recycle liquefier process
JP2582438B2 (ja) * 1989-06-27 1997-02-19 株式会社神戸製鋼所 空気分離装置
US5345773A (en) * 1992-01-14 1994-09-13 Teisan Kabushiki Kaisha Method and apparatus for the production of ultra-high purity nitrogen
US5231835A (en) * 1992-06-05 1993-08-03 Praxair Technology, Inc. Liquefier process
DE19526785C1 (de) * 1995-07-21 1997-02-20 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur variablen Erzeugung eines gasförmigen Druckprodukts
US5611218A (en) * 1995-12-18 1997-03-18 The Boc Group, Inc. Nitrogen generation method and apparatus
US5582033A (en) * 1996-03-21 1996-12-10 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing nitrogen having a low argon content
US5730003A (en) * 1997-03-26 1998-03-24 Praxair Technology, Inc. Cryogenic hybrid system for producing high purity argon
US5802873A (en) * 1997-05-08 1998-09-08 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with dual feed air turboexpansion
GB9711258D0 (en) * 1997-05-30 1997-07-30 Boc Group Plc Air separation
US5799505A (en) * 1997-07-28 1998-09-01 Praxair Technology, Inc. System for producing cryogenic liquefied industrial gas
US6543253B1 (en) * 2002-05-24 2003-04-08 Praxair Technology, Inc. Method for providing refrigeration to a cryogenic rectification plant
US7090816B2 (en) * 2003-07-17 2006-08-15 Kellogg Brown & Root Llc Low-delta P purifier for nitrogen, methane, and argon removal from syngas
US6779361B1 (en) * 2003-09-25 2004-08-24 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system with enhanced liquid capacity
US7712331B2 (en) * 2006-06-30 2010-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. System to increase capacity of LNG-based liquefier in air separation process
US9714789B2 (en) * 2008-09-10 2017-07-25 Praxair Technology, Inc. Air separation refrigeration supply method

Also Published As

Publication number Publication date
MX2010013697A (es) 2010-12-21
BRPI0914327A2 (pt) 2015-10-13
CN101619917A (zh) 2010-01-06
US20090320520A1 (en) 2009-12-31
EP2307835A2 (en) 2011-04-13
WO2010002500A3 (en) 2010-09-30
ATE548620T1 (de) 2012-03-15
ES2383781T3 (es) 2012-06-26
WO2010002500A2 (en) 2010-01-07
EP2307835B1 (en) 2012-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110026435A (ko) 공기 분리 플랜트를 위한 질소 액화기 개장
US8443625B2 (en) Krypton and xenon recovery method
CN107850388B (zh) 在与变压吸附系统集成的低温空气分离单元中用于增加氩回收的方法和装置
US20160025408A1 (en) Air separation method and apparatus
US8448463B2 (en) Cryogenic rectification method
CN111065872B (zh) 从空气分离单元回收不可冷凝气体诸如氖气、氦气、氙气和氪气的系统和方法
US20110192194A1 (en) Cryogenic separation method and apparatus
US9222726B2 (en) Air separation method and apparatus with improved argon recovery
KR20200040296A (ko) 공기 분리 유닛으로부터 네온 및 헬륨을 회수하기 위한 시스템 및 방법
US8479535B2 (en) Method and apparatus for producing high purity oxygen
AU686406B2 (en) Cryogenic rectification method and apparatus
EP2510295B1 (en) Oxygen production method and apparatus for enhancing the process capacity
US20130086941A1 (en) Air separation method and apparatus
JPH11325717A (ja) 空気の分離
KR100207890B1 (ko) 공기 분리 방법 및 장치
CN104364597B (zh) 空气分离方法和设备
US20130139547A1 (en) Air separation method and apparatus
US20130139546A1 (en) Air separation method and apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid