KR20140103109A - Air separation method and apparatus - Google Patents

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KR20140103109A
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KR1020147014867A
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헨리 에드워드 하워드
매튜 알 와트
토마스 제이 버그먼
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프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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Abstract

압축되고 정제된 공기 스트림을 냉각시키고, 완전히 또는 부분적으로 응축시킨 후 주 증류 컬럼 내에서 정류하여 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드 및 조질 액체 산소를 형성하는, 산소 및 질소 동시 생성물의 생성 방법 및 장치. 조질 액체 산소 스트림을 감압한 후 보조 증류 컬럼 내에서 스트리핑 기체에 의해 스트리핑하여 산소-풍부 액체를 생성한다. 주 증류 컬럼으로부터 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드를 사용하여 질소 생성물을 형성하고, 조질 액체 산소를 부분적으로 증발시켜 스트리핑 기체, 잔류 산소-풍부 액체 및 주 증류 컬럼으로의 액체 질소 환류를 생성한다. 산소 생성물은 압축되고 정제된 공기 스트림의 응축에 열 교환 기능을 제공하거나 또는 주 증류 컬럼의 환류에 사용된 질소-풍부 증기를 응축하는 것에 의해 잔류 산소-풍부 액체로부터 형성된다.A method and apparatus for producing a co-product of oxygen and nitrogen, wherein the compressed and purified air stream is cooled, completely or partially condensed and then rectified in a main distillation column to form a nitrogen-rich vapor column overhead and crude liquid oxygen. The crude liquid oxygen stream is depressurized and stripped by a stripping gas in a secondary distillation column to produce an oxygen-rich liquid. The nitrogen product is formed from the main distillation column using a nitrogen-rich vapor column overhead and the crude liquid oxygen is partially vaporized to produce liquid nitrogen reflux into the stripping gas, the residual oxygen-rich liquid and the main distillation column. The oxygen product is formed from the residual oxygen-enriched liquid by providing a heat exchange function to the condensation of the compressed and purified air stream or by condensing the nitrogen-rich vapor used in the reflux of the main distillation column.

Figure P1020147014867
Figure P1020147014867

Description

공기 분리 방법 및 장치{AIR SEPARATION METHOD AND APPARATUS}Technical Field [0001] The present invention relates to an air separation method and apparatus,

본 발명은 주 증류 컬럼에서 압축되고 정제된 공기를 정류하여 질소 생성물을 생성하고, 주 증류 컬럼에서 형성된 조질 액체 산소를 보조 증류 컬럼 내에서 스트리핑하여 산소 생성물을 생성함으로써, 산소 및 질소 생성물이 동시 생성물로서 생성되는 공기 분리 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention is directed to a process for producing a crude product which comprises rectifying the compressed and purified air in a primary distillation column to produce a nitrogen product and stripping the crude liquid oxygen formed in the primary distillation column into a secondary distillation column to produce an oxygen product, And more particularly, to a method and apparatus for separating air.

질소는 보통 단일 증류 컬럼을 채용하는 극저온 공기 분리 플랜트 내에서 공기로부터 질소를 분리함으로써 고순도로 얻어진다. 그러한 플랜트에서는, 공기를 압축한 후 고비점 오염물을 제거하여 압축되고 정제된 공기 스트림을 생성한다. 이어서, 압축되고 정제된 공기 스트림은 주 열 교환기 내에서 그의 극저온 정류에 적합한 온도로 냉각된 후 약 3 bara 이상에서 작동하는 단일 증류 컬럼 내로 도입된다. 공기는 증류 컬럼 내에서 정류되어 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드 및 조질 액체 산소 또는 케틀 리퀴드(kettle liquid)로 알려진 산소-풍부 액체 컬럼 저류물을 생성한다. 산소-풍부 액체는 팽창 밸브에서 감압된 후 열 교환기 내로 도입되어 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드의 스트림을 응축시킴으로써 액체 질소를 생성하여 증류 컬럼을 환류시킨다. 부분적으로 증발된 산소-풍부 액체는 플랜트를 위한 냉각을 생성하는 데에 사용되거나, 또는 냉각은 주 컬럼에의 액체 질소 첨가 또는 주 열 교환기로 들어가는 스트림을 통해 플랜트에 제공될 수 있다.Nitrogen is usually obtained in high purity by separating nitrogen from air in a cryogenic air separation plant employing a single distillation column. In such a plant, air is compressed and high boiling point contaminants are removed to produce a compressed and purified air stream. The compressed and purified air stream is then cooled to a temperature suitable for its cryogenic rectification in the main heat exchanger and then introduced into a single distillation column operating at about 3 bara or more. The air is rectified in a distillation column to produce a nitrogen-rich vapor column overhead and an oxygen-rich liquid column reservoir known as a crude liquid oxygen or kettle liquid. The oxygen-enriched liquid is depressurized in an expansion valve and then introduced into a heat exchanger to condense the stream of nitrogen-rich vapor column overhead to produce liquid nitrogen to reflux the distillation column. The partially vaporized oxygen-enriched liquid may be used to produce cooling for the plant, or the cooling may be provided to the plant through a stream that enters the liquid nitrogen addition to the main column or into the main heat exchanger.

일반적으로, 산소는 그러한 단일 컬럼 질소 플랜트로부터 회수되지 않는다. 그러나, 그러한 플랜트로부터 산소를 회수하는 것에 대한 관심도 존재한다. 예를 들어, 플로트 유리 생산은 전형적으로 약 2:1의 유량 비율의 질소 및 저순도 산소를 필요로 한다. 산소는 회수율 증가를 위해 유리 퍼니스에 사용되며, 전형적으로 90 내지 95 %의 저순도 및 10 내지 20 psig의 압력으로 요구된다. 그러한 산소는 별도의 진공 압력 변동 흡착 플랜트에 의해 또는 현장에서 공급되는 액체의 증발을 통해 제공될 수 있으나, 추가되는 비용은 타당하지 않다. 산소와 질소 둘 다는 열 전달 관계로 작동적으로 결합된 고압 컬럼 및 저압 컬럼을 갖는 전형적인 이중 컬럼 공기 분리 플랜트에 의해 생성될 수 있음에 주목하여야 한다. 그러나 그러한 플랜트는, 예를 들어 플로트 유리의 제조에 있어서는, 제품 압축 요건 및 더 큰 초기 자본금으로 인해 경제적이지 않다. 질소와 산소 생성물 둘 다를 전달하기 위한 작은 단일 컬럼 질소 플랜트의 점진적인 변형은, 예를 들어 질소 및 산소 생성물이 압력 및 보통의 유속, 예를 들어 100 kcfh 미만으로 요구되는 플로트 유리 생산과 같은 공정의 요건을 경제적으로 충족시킬 수 있다.Generally, oxygen is not recovered from such a single column nitrogen plant. However, there is also interest in recovering oxygen from such a plant. For example, float glass production typically requires nitrogen and low purity oxygen at flow rates of about 2: 1. Oxygen is used in glass furnaces for increased recovery, typically requiring a low purity of 90 to 95% and a pressure of 10 to 20 psig. Such oxygen can be provided by a separate vacuum pressure swing adsorption plant or through evaporation of the liquid supplied in the field, but the added cost is not reasonable. It should be noted that both oxygen and nitrogen can be produced by a typical dual column air separation plant having a high pressure column and a low pressure column operatively coupled in a heat transfer relationship. However, such a plant is not economical, for example in the production of float glass, due to product compression requirements and larger starting capital. The gradual deformation of a small single column nitrogen plant for delivering both nitrogen and oxygen products can be achieved by a number of processes including, for example, the requirements of the process, such as the production of float glass where nitrogen and oxygen products are required to have a pressure and a normal flow rate, for example less than 100 kcfh Can be economically satisfied.

선행 기술에서, 질소 및 산소 생성물 둘 다를 동시 생산하도록 변형된 단일 컬럼 질소 플랜트의 예가 존재한다. 예를 들어, US 4,783,210에서, 조질 액체 산소 컬럼 저류물의 스트림은 증류 컬럼에서 생성된 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드의 스트림을 응축시키는 데에 사용되는 열 교환기 내에서 부분적으로 증발된다. 생성된 질소-풍부 액체는 컬럼을 환류시키는 데에 사용된다. 조질 액체 산소의 부분 증발에 의해 생성된 액체 상의 스트림은 이어서 제2 또는 보조 증류 컬럼에서 스트리핑되어 산소 생성물로서 취할 수 있는 산소-풍부 컬럼 저류물을 생성한다. 보조 증류 컬럼은, 리보일링(reboiling) 과정에서 응축되고 액체 질소 생성물로서 취할 수 있고, 또한 증류 컬럼을 환류시키는 데에 사용될 수 있는 질소-풍부 증기의 다른 스트림으로 리보일링된다.In the prior art, there is an example of a single column nitrogen plant modified to produce both nitrogen and oxygen products simultaneously. For example, in US 4,783,210, a stream of crude liquid oxygen column stock is partially vaporized in a heat exchanger used to condense a stream of nitrogen-rich vapor column overhead produced in the distillation column. The resulting nitrogen-rich liquid is used to reflux the column. The liquid phase stream produced by the partial evaporation of the crude liquid oxygen is then stripped in a second or supplementary distillation column to produce an oxygen-rich column reservoir that can take up as the oxygen product. The secondary distillation column is reboiled with another stream of nitrogen-rich vapors that can be condensed in the reboiling process and taken as the liquid nitrogen product and also used to reflux the distillation column.

US 5,074,898은 산소 생성물을 생성하기 위한 보조 증류 컬럼을 갖는 단일 컬럼 질소 생성기를 개시한다. 이 특허에서, 주 증류 컬럼에서 생성된 조질 액체 산소 스트림은 보조 증류 컬럼에서 스트리핑된다. 보조 증류 컬럼은 주 증류 컬럼에서 생성된 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드의 스트림으로 리보일링된다. 이는 질소-풍부 증기를 응축시켜 주 증류 컬럼의 환류를 생성한다. 보조 증류 컬럼에서 생성된 잔류 액체는 응축된 질소 증기의 일부와 함께 액체 생성물로서 취할 수 있다.US 5,074,898 discloses a single column nitrogen generator having a secondary distillation column for producing oxygen product. In this patent, the crude liquid oxygen stream produced in the main distillation column is stripped in the secondary distillation column. The secondary distillation column is reboiled into a stream of nitrogen-rich vapor column overhead produced in the main distillation column. Which condenses the nitrogen-rich vapor to produce reflux of the main distillation column. The residual liquid produced in the secondary distillation column may be taken as a liquid product with a portion of the condensed nitrogen vapor.

이들 특허 둘 다에서, 컬럼 저류물은 질소를 응축시키는 데에 사용되고, 질소 응축을 달성하기 위해 반드시 질소보다 더 낮은 압력으로 존재해야 한다. 결과적으로, 산소 생성물도 저압으로 존재한다. 게다가, 컬럼 저류물의 일부가 생성물로서 취해지기 때문에, 질소를 응축시키기 위한 저부 유체가 더 적을 것이다. 결과적으로, 질소 생산이 제한된다. 논의될 바와 같이, 본 발명은, 다른 장점들 중에서도 특히 산소 생성물이 상승된 압력에서 생성되도록 할 수 있는, 질소 및 산소 동시 생성물을 생성하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 다른 측면에서, 보조 컬럼 저류물은 단계적으로 증발되어, 종래 기술에서 고려된 방법에 비해 저전력으로 더 많은 산소의 분획이 수득되도록 한다.In both of these patents, the column reservoir is used to condense nitrogen and must be present at a lower pressure than nitrogen to achieve nitrogen condensation. As a result, the oxygen product is also present at low pressure. In addition, since a portion of the column reservoir is taken as the product, there will be less bottom fluid to condense nitrogen. As a result, nitrogen production is limited. As will be discussed, the present invention provides a method and apparatus for producing a nitrogen and oxygen co-product, among other advantages, that can allow oxygen products to be produced at elevated pressures. In another aspect of the invention, the auxiliary column reservoir is evaporated stepwise, resulting in a fraction of more oxygen at low power compared to the methods considered in the prior art.

본 발명은 산소 및 질소 동시 생성물을 생성하기 위한 공기 분리 방법을 제공한다. 이 방법에 따르면, 공기를 포함하는 압축되고 정제된 스트림을 냉각시키고 주 증류 컬럼 내에서 정류하여 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드 및 조질 액체 산소를 생성한다. 적어도 부분적으로 조질 액체 산소로 구성된 조질 액체 산소 스트림을 감압하고, 보조 증류 컬럼 내에서 조질 액체 산소 스트림을 상승 스트리핑 기체로 스트리핑하고, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성된 질소-풍부 증기 스트림과 간접 열 교환을 통해 산소-풍부 액체를 부분적으로 증발시킴으로써, 산소-풍부 액체 및 5.0 부피% 이상의 산소를 함유하는 보조 컬럼 오버헤드를 보조 증류 컬럼 내에서 생성한다. 결과적으로, 이것에 의해 액체 질소 스트림, 스트리핑 기체 및 잔류 산소-풍부 액체가 생성된다. 주 증류 컬럼은 액체 질소 스트림의 적어도 일부에 의해 환류된다. "적어도 부분적으로"라는 어구는 명세서 및 청구항에서 추가의 처리가 보조 증류 컬럼 내에 발생되어 산소-풍부 액체 및 보조 컬럼 오버헤드를 생성할 수 있음을 나타내기 위해 사용된다. 아래에 기재된 바와 같이, 보조 컬럼은 오로지 조질 액체 산소 스트림을 스트리핑하는 기능만을 할 수도 있으나, 그러한 스트리핑에 의해 생성된 질소 및 산소 함유 증기를 정류하여 산소 회수를 증가시키는 기능도 할 수 있다.The present invention provides an air separation method for producing oxygen and nitrogen co-products. According to this method, the compressed and purified stream containing air is cooled and rectified in a main distillation column to produce nitrogen-rich vapor column overhead and crude liquid oxygen. Depressurizing the crude liquid oxygen stream consisting at least in part of the crude liquid oxygen, stripping the crude liquid oxygen stream into an ascending stripping gas in the secondary distillation column and separating the nitrogen-enriched vapor stream constituted by the nitrogen- By partial evaporation of the oxygen-rich liquid through exchange, an auxiliary column overhead containing an oxygen-rich liquid and at least 5.0 vol% of oxygen is produced in the secondary distillation column. As a result, a liquid nitrogen stream, a stripping gas and a residual oxygen-rich liquid are produced. The main distillation column is refluxed by at least a portion of the liquid nitrogen stream. The phrase "at least partially" is used in the specification and claims to indicate that further treatment may be generated in the secondary distillation column to produce the oxygen-rich liquid and the secondary column overhead. As described below, the supplemental column may only function to strip the steaming liquid oxygen stream, but may also function to rectify the nitrogen and oxygen-containing vapor produced by such stripping to increase oxygen recovery.

잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 공기의 질소 농도 이상의 질소 농도를 갖는 기상 스트림의 간접 열 교환에 의해 잔류 산소-풍부 액체의 스트림이 부분적으로 증발되도록 함으로써, 잔류 산소-풍부 액체로부터 형성되어 산소-풍부 증기 분획을 형성한다. 증기 분획으로부터 산소 생성물 스트림을 형성하고, 질소-풍부 증기로부터 질소 생성물 스트림을 형성하고, 보조 증류 컬럼의 보조 컬럼 오버헤드로부터 폐기물 스트림을 형성한다. 산소 생성물 스트림, 질소 생성물 스트림 및 폐기물 스트림을 압축되고 정제된 스트림과 간접 열 교환에 통과시킨다.Rich stream of the remaining oxygen-enriched liquid and the stream of residual oxygen-enriched liquid by indirect heat exchange of the gaseous stream having a nitrogen concentration above the nitrogen concentration of air, To form a vapor fraction. Form an oxygen product stream from the vapor fraction, form a nitrogen product stream from the nitrogen-rich vapor, and form a waste stream from the auxiliary column overhead of the secondary distillation column. The oxygen product stream, the nitrogen product stream and the waste stream are passed through indirect heat exchange with the compressed and purified stream.

상기 논의로부터 인식될 수 있는 바와 같이, 산소 생성물 스트림이 잔류 산소-풍부 액체로부터 생성된 증기 분획으로부터 형성되기 때문에, 잔류 산소-풍부 액체가 주 증류 컬럼으로부터 질소-풍부 증기를 응축시키는 데에 사용되지 않으므로, 산소 생성물의 생성은 주 증류 컬럼으로의 환류 질소의 생성과 더 이상 직접 커플링되지 않는다. 결과적으로, 잔류 산소-풍부 액체의 제거는 선행 기술에서처럼 주 증류 컬럼으로의 질소 환류 및 따라서 질소 생성을 감소시키지 않는다.As can be appreciated from the above discussion, since the oxygen product stream is formed from the vapor fraction produced from the residual oxygen-rich liquid, the residual oxygen-rich liquid is not used to condense the nitrogen-rich vapor from the main distillation column , The production of the oxygen product is no longer directly coupled to the formation of reflux nitrogen into the main distillation column. As a result, the removal of the residual oxygen-rich liquid does not reduce nitrogen reflux to the main distillation column and thus nitrogen production, as in the prior art.

추가로, 잔류 산소-풍부 액체가 질소 응축에 사용되지 않기 때문에, 그러한 액체는 고압으로 생성될 수 있다.In addition, since the residual oxygen-enriched liquid is not used for nitrogen condensation, such liquid can be produced at high pressure.

위에 나타낸 바와 같이, 보조 컬럼 오버헤드는 오로지 보조 증류 컬럼 내의 조질 액체 산소 스트림의 스트리핑에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로, 주 증류 컬럼은 액체 질소 스트림의 일부에 의해 환류된다. 후자의 경우에, 조질 액체 산소 스트림의 스트리핑은 보조 증류 컬럼의 스트리핑 구역 내에서 발생하고, 스트리핑은 질소 및 산소 함유 증기 스트림을 생성한다. 질소 및 산소 함유 증기 스트림은 보조 증류 컬럼 내의 스트리핑 구역 위에 배치된 보조 증류 컬럼 정류 구역 내에서, 질소 및 산소 함유 증기 스트림을 정류 구역 내로 도입하고 액체 질소 스트림의 추가 부분에 의해 보조 증류 컬럼 및 따라서 정류 구역을 환류시킴으로써 정류된다. 이것의 효과는, 사실상 폐기물 스트림 내에서 보조 컬럼을 빠져나갈 산소를 포획함으로써 잔류 산소-풍부 액체 내의 산소의 회수를 증가시키는 것이다.As indicated above, the auxiliary column overhead can only be generated by the stripping of the crude liquid oxygen stream in the secondary distillation column. Alternatively, the primary distillation column is refluxed by a portion of the liquid nitrogen stream. In the latter case, the stripping of the crude liquid oxygen stream occurs within the stripping zone of the secondary distillation column, and the stripping produces a nitrogen and oxygen-containing vapor stream. The nitrogen and oxygen-containing vapor stream is introduced into the rectification zone in a secondary distillation column rectification zone disposed above the stripping zone in the secondary distillation column, the nitrogen and oxygen-containing vapor stream is introduced into the rectification zone and the supplementary distillation column, Rectified by refluxing the zone. The effect of this is to increase the recovery of oxygen in the residual oxygen-enriched liquid by virtue of trapping oxygen through the secondary column in the waste stream.

상기 언급된 경우 중 하나에서, 산소-풍부 액체는 보조 증류 컬럼 내에서 수집될 수 있다. 산소-풍부 액체는 산소-풍부 액체 스트림 및 질소-풍부 증기 스트림을 관류 열 교환기에 통과시킴으로써 부분적으로 증발되어, 스트리핑 기체 및 보조 증류 컬럼의 컬럼 저류물로서 수집되는 잔류 산소-풍부 액체를 형성한다.In one of the cases mentioned above, the oxygen-enriched liquid can be collected in the secondary distillation column. The oxygen-rich liquid is partially vaporized by passing the oxygen-rich liquid stream and the nitrogen-rich vapor stream through a flow heat exchanger to form a residual oxygen-rich liquid which is collected as a column reservoir of stripping gas and a secondary distillation column.

기상 스트림은 압축되고 정제된 스트림일 수 있다. 압축되고 정제된 스트림은 응축기 내에서 부분적으로 응축되고, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림은 분리 용기에서 수집된다. 분리 용기 내에서 생성된 액체 상으로 형성된 액체 상 스트림은 응축기 내로 도입되고, 응축기에서 압축되고 정제된 스트림과 간접 열 교환을 통해 부분적으로 증발됨으로써 액체 상 스트림으로부터 2상 스트림이 생성된다. 2상 스트림은 분리 용기 내로 도입되고, 분리 용기 내에서 2상 스트림의 액체 및 기체 상이 분리되어 산소-풍부 증기 분획 및 액체 상을 분리 용기에서 수집된 잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 함께 형성한다. 산소 생성물 스트림은 이어서 분리 용기로부터 산소-풍부 증기 분획의 스트림을 배출함으로써 형성된다.The gaseous stream can be a compressed and purified stream. The compressed and purified stream is partially condensed in the condenser and a stream of residual oxygen-enriched liquid is collected in a separation vessel. The liquid phase stream formed in the liquid phase formed in the separation vessel is introduced into the condenser and is partially evaporated through indirect heat exchange with the compressed and purified stream in the condenser to produce a two phase stream from the liquid phase stream. The two-phase stream is introduced into the separation vessel and the liquid and gaseous phases of the two-phase stream are separated in the separation vessel to form the oxygen-rich vapor fraction and the liquid phase together with the stream of residual oxygen-enriched liquid collected in the separation vessel. The oxygen product stream is then formed by venting the stream of oxygen-rich vapor fraction from the separation vessel.

위에 설명된 본 발명의 실시양태에서, 응축기는 주 증류 컬럼 저부 영역에 배치되어, 응축된 공기가 정류에 의해 생성된 하향 액체와 혼합되도록 함으로써 주 증류 컬럼의 컬럼 저류물로서 조질 액체 산소를 생성할 수 있다. 추가로, 주 증류 컬럼은 액체 질소 스트림의 일부에 의해 환류될 수 있고, 폐기물 스트림은 조질 액체 산소 스트림과 간접적으로 열을 교환하여 조질 액체 산소 스트림이 감압 전에 과냉각되도록 한다.In the embodiment of the invention described above, the condenser is arranged in the region of the main distillation column bottom to produce condensed liquid oxygen as a column reservoir of the main distillation column by allowing the condensed air to mix with the downward liquid produced by the rectification . Additionally, the primary distillation column can be refluxed by a portion of the liquid nitrogen stream, and the waste stream indirectly exchanges heat with the crude liquid oxygen stream to allow the crude liquid oxygen stream to be subcooled prior to decompression.

압축되고 정제된 스트림으로부터 기상 스트림을 형성하기 위한 대안으로서, 기상 스트림은 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성될 수 있다. 그러한 실시양태에서, 액체 산소-풍부 스트림을 감압하고, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림을 열 사이펀 리보일러(thermo-siphon reboiler) 내에서 기상 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과시켜, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 기상 스트림 사이에 열을 간접적으로 교환한다. 이는 잔류 산소-풍부 액체의 스트림의 부분적인 증발로부터 증기 분획을 생성하고 기체 스트림의 응축을 통해 응축물 스트림을 생성한다. 응축물 스트림은 액체 질소 스트림과 함께 환류로서 주 증류 컬럼 내로 도입된다.As an alternative to forming a gaseous stream from a compressed and purified stream, the gaseous stream may consist of a nitrogen-rich vapor column overhead. In such an embodiment, the liquid oxygen-rich stream is depressurized and the stream of residual oxygen-rich liquid is indirectly heat exchanged with the gaseous stream in a thermo-siphon reboiler, The heat is indirectly exchanged between the liquid stream and the vapor stream. This produces a vapor fraction from the partial evaporation of the stream of residual oxygen-enriched liquid and produces a condensate stream through condensation of the gas stream. The condensate stream is introduced into the main distillation column as reflux with a liquid nitrogen stream.

상기 설명된 실시양태에서, 폐기물 스트림을 조질 액체 산소 스트림의 감압 전에 조질 액체 산소 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과시킴으로써 조질 액체 산소 스트림이 과냉각되도록 할 수 있다.In the embodiment described above, the waste stream may be indirectly heat exchanged with the crude liquid oxygen stream prior to decompression of the crude liquid oxygen stream and allowed to pass, thereby allowing the crude liquid oxygen stream to be sub-cooled.

본 발명의 임의의 실시양태에서, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림을 가압하여 산소 생성물 스트림 또한 가압되도록 할 수 있다. 또한, 액체 질소 냉각 스트림을 주 증류 컬럼 내로 도입하여 냉각을 제공할 수 있다.In certain embodiments of the present invention, the stream of residual oxygen-enriched liquid may be pressurized so that the oxygen product stream is also pressurized. A liquid nitrogen cooled stream can also be introduced into the main distillation column to provide cooling.

본 발명은 또한 산소 및 질소 동시 생성물을 생성하는 공기 분리 장치를 제공한다. 그러한 장치는 주 열 교환기, 주 증류 컬럼 및 보조 증류 컬럼을 포함한다. 주 열 교환기는 공기를 포함하는 압축되고 정제된 스트림을 냉각시키도록 구성되고, 주 증류 컬럼은 압축되고 정제된 스트림을 정류하여 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드 및 조질 액체 산소를 생성하도록 구성된다. 보조 증류 컬럼은 주 증류 컬럼에 연결되고, 조질 액체 산소로 구성된 조질 액체 산소 스트림이 보조 증류 컬럼 내에서 상승 스트리핑 기체로 스트리핑되고, 적어도 부분적으로 조질 액체 산소 스트림의 스트리핑의 결과로서 산소-풍부 액체 및 5 부피% 이상의 산소를 함유하는 보조 컬럼 오버헤드가 생성된다. 팽창 밸브는 조질 액체 산소 스트림이 보조 증류 컬럼 내로 도입되기 전에 감압되도록 주 증류 컬럼과 보조 증류 컬럼 사이에 배치된다.The present invention also provides an air separation apparatus that produces simultaneous oxygen and nitrogen products. Such devices include a main heat exchanger, a main distillation column and a secondary distillation column. The primary heat exchanger is configured to cool the compressed and purified stream comprising air and the primary distillation column is configured to rectify the compressed and purified stream to produce nitrogen-rich vapor column overhead and crude liquid oxygen. The secondary distillation column is connected to the main distillation column and the crude liquid oxygen stream composed of the crude liquid oxygen is stripped into the ascending stripping gas in the secondary distillation column and is at least partially stripped of the oxygen- An auxiliary column overhead containing 5 vol% or more of oxygen is produced. The expansion valve is disposed between the main distillation column and the secondary distillation column such that the crude liquid oxygen stream is depressurized before it is introduced into the secondary distillation column.

질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성된 질소-풍부 증기 스트림과 간접 열 교환을 통해 산소-풍부 액체를 부분적으로 증발시킴으로써 액체 질소 스트림, 스트리핑 기체 및 잔류 산소-풍부 액체를 생성하기 위한 수단이 제공된다. 산소-풍부 액체 부분 증발 수단은 주 증류 컬럼에 연결되어, 주 증류 컬럼이 액체 질소 스트림의 적어도 일부에 의해 환류되도록 한다. 주 열 교환기는 주 증류 컬럼 및 보조 증류 컬럼에 연결되어, 질소-풍부 증기로부터 형성된 질소 생성물 스트림 및 보조 증류 컬럼의 보조 컬럼 오버헤드로부터 형성된 폐기물 스트림이 압축되고 정제된 공기 스트림과 간접적으로 열을 교환하도록 한다. 또한, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 공기의 질소 농도 이상의 질소 농도를 갖는 기상 스트림 사이에 간접적으로 열을 교환하여 잔류 산소-풍부 액체의 스트림이 부분적으로 증발되도록 하기 위한 수단이 제공된다. 추가로, 부분적으로 증발된 후 잔류 산소-풍부 액체의 스트림으로부터 산소-풍부 증기 분획을 형성하기 위한 수단이 제공된다. 주 열 교환기는 산소-풍부 증기 분획 형성 수단, 주 증류 컬럼 및 보조 증류 컬럼에 연결되어, 산소-풍부 증기 분획으로 구성된 산소 생성물 스트림, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성된 질소 생성물 스트림, 및 보조 증류 컬럼의 보조 컬럼 오버헤드로 구성된 폐기물 스트림이 주 열 교환기 내에서 압축되고 정제된 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과하도록 한다.Means are provided for producing a liquid nitrogen stream, a stripping gas and a residual oxygen-rich liquid by partially evaporating the oxygen-rich liquid through indirect heat exchange with a nitrogen-rich vapor stream consisting of a nitrogen-rich vapor column overhead. The oxygen-rich liquid portion evaporation means is connected to the main distillation column such that the main distillation column is refluxed by at least a portion of the liquid nitrogen stream. The main heat exchanger is connected to the main distillation column and the secondary distillation column such that the waste stream formed from the nitrogen product stream formed from the nitrogen-rich vapor and the auxiliary column overhead of the secondary distillation column is indirectly heat exchanged with the compressed and purified air stream . Means are also provided for indirectly exchanging heat between the stream of residual oxygen-enriched liquid and the vapor stream having a nitrogen concentration above the nitrogen concentration of air to partially evaporate the stream of residual oxygen-enriched liquid. In addition, means are provided for forming an oxygen-rich vapor fraction from a stream of residual oxygen-enriched liquid after partial evaporation. The main heat exchanger is connected to the oxygen-rich vapor fractionation means, the main distillation column and the secondary distillation column to produce an oxygen product stream comprised of an oxygen-rich vapor fraction, a nitrogen product stream comprised of a nitrogen- rich vapor column overhead, The waste stream, consisting of the column's auxiliary column overhead, is compressed in the main heat exchanger and indirectly exchanges heat with the purified stream.

보조 컬럼에만 조질 액체 산소 스트림의 스트리핑이 발생하는 스트리핑 구역이 제공된다. 대안으로서, 보조 컬럼에 스트리핑 구역, 및 스트리핑 구역 위에 배치된 정류 구역이 제공될 수 있다. 후자의 경우에, 조질 액체 산소 스트림의 스트리핑은 보조 증류 컬럼의 스트리핑 구역 내에서 발생하고, 질소 및 산소 함유 증기 스트림이 스트리핑 구역 내에서 생성되고 질소 및 산소 함유 증기 스트림의 정류를 위한 정류 구역에 들어간다. 이 정류는 잔류 산소-풍부 액체 내의 산소의 회수를 증가시키기 위해 제공된다. 산소-풍부 액체의 부분 증발 수단은 주 증류 컬럼에 연결되어 주 증류 컬럼이 액체 질소 스트림의 일부에 의해 환류되도록 하고, 또한 보조 증류 컬럼에 연결되어 보조 증류 컬럼 및 따라서 정류 구역이 액체 질소 스트림의 추가의 일부에 의해 환류되도록 한다. 액체 질소 스트림의 추가의 일부의 압력이 보조 증류 컬럼의 압력으로 감소되도록 산소-풍부 액체의 부분 증발 수단과 보조 증류 컬럼 사이에 또 하나의 팽창 밸브가 배치된다.A stripping zone is provided in which the stripping of the crude liquid oxygen stream occurs only in the auxiliary column. Alternatively, a stripping zone may be provided in the secondary column, and a rectification zone disposed above the stripping zone. In the latter case, stripping of the steaming liquid oxygen stream takes place in the stripping zone of the secondary distillation column and nitrogen and oxygen-containing vapor streams are produced in the stripping zone and enter the rectification zone for rectification of the nitrogen and oxygen-containing vapor stream . This rectification is provided to increase the recovery of oxygen in the residual oxygen-enriched liquid. The partial evaporation means of the oxygen-enriched liquid is connected to the main distillation column so that the main distillation column is refluxed by a portion of the liquid nitrogen stream and is connected to the secondary distillation column so that the secondary distillation column, To be refluxed. Another expansion valve is arranged between the partial evaporation means of the oxygen-enriched liquid and the secondary distillation column so that the pressure of the additional part of the liquid nitrogen stream is reduced to the pressure of the secondary distillation column.

본 발명의 임의의 실시양태에서, 보조 증류 컬럼에 산소-풍부 액체의 수집을 위한 수단이 제공될 수 있다. 산소-풍부 액체의 부분 증발 수단은 보조 증류 컬럼 및 산소-풍부 액체 수집 수단에 연결되어, 산소-풍부 액체가 산소-풍부 액체로 구성된 산소-풍부 액체 스트림의 통과에 의해 관류 열 교환기 내에서 부분적으로 증발되고 잔류 산소-풍부 액체가 보조 증류 컬럼의 컬럼 저류물로서 수집되게 하는 관류 열 교환기이다. 주 증류 컬럼은 관류 열 교환기에 연결되어, 질소-풍부 증기 스트림이 관류 열 교환기 내에서 응축되도록 한다.In certain embodiments of the present invention, means for collection of oxygen-rich liquids in the secondary distillation column may be provided. The partial evaporation means of the oxygen-rich liquid is connected to the secondary distillation column and the oxygen-rich liquid collection means such that the oxygen-rich liquid is partially introduced into the flow-through heat exchanger by passage of an oxygen- Is a flow-through heat exchanger that causes the evaporated and residual oxygen-enriched liquid to be collected as a column reservoir of the secondary distillation column. The primary distillation column is connected to a flow heat exchanger to allow the nitrogen-rich vapor stream to condense in the flow heat exchanger.

기상 스트림은 압축되고 정제된 공기 스트림일 수 있다. 그러한 경우에, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림의 열 교환 수단 및 산소-풍부 증기 분획 형성 수단은 응축기 및 분리 용기이다. 응축기는 주 열 교환기에 연결되어, 압축되고 정제된 스트림이 부분적으로 응축되도록 한다. 분리 용기는 보조 증류 컬럼에 연결되어, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림이 분리 용기 내에서 수집되도록 한다. 분리 용기는 응축기에 연결되어, 분리 용기 내에서 생성된 액체 상으로 구성된 액체 상 스트림이 응축기에서 부분적으로 증발되어 분리 용기 내로 도입되는 2상 스트림을 생성하도록 한다. 2상 스트림의 액체 및 증기 상은 분리 용기 내에서 분리되어 산소-풍부 증기 분획 및 액체 상을 형성하고, 주 열 교환기는 분리 용기에 연결되어, 산소 생성물 스트림이 산소-풍부 증기 분획으로부터 형성되도록 한다.The gaseous stream may be a compressed and purified air stream. In such cases, the means for heat exchange of the stream of residual oxygen-enriched liquid and the means for forming oxygen-rich vapor fraction are a condenser and a separation vessel. The condenser is connected to the main heat exchanger such that the compressed and purified stream is partially condensed. The separation vessel is connected to the secondary distillation column so that a stream of residual oxygen-enriched liquid is collected in the separation vessel. The separation vessel is connected to a condenser such that the liquid phase stream constituted by the liquid phase produced in the separation vessel is partially vaporized in the condenser to produce a two phase stream introduced into the separation vessel. The liquid and vapor phases of the two phase stream are separated in the separation vessel to form an oxygen-rich vapor fraction and a liquid phase, and the main heat exchanger is connected to a separation vessel such that the oxygen product stream is formed from the oxygen-rich vapor fraction.

본 발명의 상기 실시양태에서, 응축기는 주 증류 컬럼의 저부 영역에 배치되어, 응축된 공기가 압축되고 정제된 스트림의 정류에 의해 생성된 하향 액체와 혼합되어 주 증류 컬럼의 컬럼 저류물로서 조질 액체 산소를 생성하도록 할 수 있다. 또한, 관류 열 교환기는 주 증류 컬럼에 연결되어, 주 증류 컬럼이 액체 질소 스트림의 일부에 의해 환류되도록 할 수 있다. 과냉각 열 교환기는 관류 열 교환기, 보조 증류 컬럼 및 팽창 밸브에 연결되어, 폐기물 스트림이 과냉각 열 교환기 내에서 조질 액체 산소 스트림과 간접적으로 열을 교환하고, 조질 액체 산소 스트림이 팽창 밸브를 통과하기 전에 과냉각되도록 한다.In this embodiment of the invention, the condenser is disposed in the bottom region of the main distillation column such that the condensed air is compressed and mixed with the downward liquid produced by the rectification of the purified stream to form a crude liquid as the column reservoir of the main distillation column Oxygen can be generated. A perfusion heat exchanger may also be connected to the main distillation column so that the main distillation column is refluxed by a portion of the liquid nitrogen stream. The supercooling heat exchanger is connected to a flow heat exchanger, a secondary distillation column and an expansion valve such that the waste stream indirectly exchanges heat with the crude liquid oxygen stream in the supercool heat exchanger and the superheated liquid oxygen stream passes through the expansion valve, .

대안적으로, 기상 스트림은 질소-풍부 증기로 구성될 수 있다. 그러한 경우에, 잔류 산소-풍부 액체 스트림의 열 교환 수단 및 산소-풍부 증기 분획 형성 수단은 쉘을 갖는 열 사이펀 리보일러에 의해 형성된다. 쉘은 보조 컬럼에 연결되어 잔류 산소-풍부 액체의 스트림을 수용하고, 또 하나의 팽창 밸브가 쉘과 보조 컬럼 사이에 배치되어 잔류 산소-풍부 액체의 스트림이 감압되도록 한다. 열 사이펀 리보일러는 주 증류 컬럼에 연결되어 기상 스트림을 수용하고, 그에 의해 잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 간접 열 교환을 통해 기상 스트림을 응축시킴으로써 쉘 내에 산소-풍부 증기 분획을 형성하고 응축물 스트림을 액체 질소 스트림과 함께 환류로서 주 증류 컬럼으로 배출한다. 주 열 교환기는 쉘, 주 증류 컬럼 및 보조 증류 컬럼에 연결되어, 증기 분획으로부터 형성된 산소 생성물 스트림, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로부터 형성된 질소 생성물 스트림, 보조 증류 컬럼에서 생성된 보조 컬럼 오버헤드로부터 형성된 폐기물 스트림 모두가 주 열 교환기 내에서 압축되고 정제된 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과하도록 한다.Alternatively, the vapor stream may consist of nitrogen-rich vapor. In such a case, the means for heat exchange of the residual oxygen-enriched liquid stream and the means for forming the oxygen-rich vapor fraction are formed by a thermal siphon boiler with a shell. The shell is connected to the auxiliary column to receive a stream of residual oxygen-enriched liquid, and another expansion valve is disposed between the shell and the auxiliary column to allow the stream of residual oxygen-enriched liquid to be depressurized. The thermal siphon boiler is connected to the main distillation column to receive the gaseous stream thereby to condense the gaseous stream through indirect heat exchange with the stream of residual oxygen-enriched liquid to form an oxygen-enriched vapor fraction in the shell, Is withdrawn as a reflux with a liquid nitrogen stream into the main distillation column. The main heat exchanger is connected to the shell, the main distillation column and the secondary distillation column to produce an oxygen product stream formed from the vapor fraction, a nitrogen product stream formed from the nitrogen-rich vapor column overhead, All of the waste stream is compressed in the main heat exchanger and indirectly exchanges heat with the purified stream.

위에 논의된 실시양태에서, 과냉각 열 교환기는 보조 증류 컬럼, 주 증류 컬럼 및 주 열 교환기 사이에 배치되어, 조질 액체 산소 스트림의 감압 전 및 주 열 교환기 내의 폐기물 스트림의 가온 전에 폐기물 스트림이 조질 액체 산소 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과되도록 한다.In the embodiment discussed above, the supercooling heat exchanger is disposed between the secondary distillation column, the main distillation column and the main heat exchanger such that before the reduced pressure of the crude liquid oxygen stream and before the warming of the waste stream in the main heat exchanger, And indirectly exchanges heat with the stream.

본 발명의 임의의 실시양태에서, 주 증류 컬럼에는 냉각을 제공하기 위한 액체 질소 냉각 스트림의 도입을 위한 상부 유입구가 제공될 수 있다.In certain embodiments of the present invention, the primary distillation column may be provided with an upper inlet for introduction of a liquid nitrogen cooling stream to provide cooling.

본 발명은 출원인이 그들의 발명으로 간주하는 대상을 명확하게 가리키는 청구항으로 끝나지만, 본 발명은 하기 첨부 도면과 연관지으면 더 잘 이해될 것으로 여겨진다:
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 공기 분리 플랜트의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 공기 분리 플랜트의 대안적 실시양태의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 공기 분리 플랜트의 추가적인 대안적 실시양태의 개략도이다.
The invention ends with a claim which clearly indicates what the applicant regards as their invention, but it is believed that the invention will be better understood when read in conjunction with the accompanying drawings, in which:
1 is a schematic diagram of an air separation plant for carrying out the process according to the invention.
2 is a schematic diagram of an alternative embodiment of an air separation plant for carrying out the process according to the invention.
3 is a schematic diagram of a further alternative embodiment of an air separation plant for carrying out the process according to the invention.

도 1을 참조하면, 산소 및 질소 생성물("N2" 및 "O2")의 동시 생성이 가능한 공기 분리 플랜트(1)가 도시되어 있다.Referring to Figure 1, there is shown an air separation plant 1 capable of simultaneous production of oxygen and nitrogen products ("N 2 " and "O 2 ").

압축되고 정제된 공기 스트림(10)은 주 열 교환기(12) 내에서 포화로 또는 포화 근처로의 정류에 적합한 온도로 냉각된다. 인식될 수 있는 바와 같이, 공기 분리 플랜트(1)는 압축된 공기를 필요로 하는 설비의 일부일 수 있으며, 따라서 압축되고 정제된 공기 스트림(10)은 이러한 설비에서 생성된 공기의 일부로부터 형성될 수 있다. 대안적으로, 그러한 스트림은 전형적으로 70 psia 내지 90 psia로 공기를 압축한 후 극저온에서 응고되거나 또는 농축되는 고비점 오염 물질, 예를 들어 이산화탄소, 수증기 및 탄화수소를 공기에서 제거함으로써 생성될 수 있다. 주 열 교환기(12)는 통상적으로 납땜된 알루미늄 플레이트 핀 구조물일 수 있다. 통상의 기술자에게 일어날 수 있는 바와 같이, 주 열 교환기(12)는 병렬로 작동하는 복수의 유닛으로부터 형성될 수 있다.The compressed and purified air stream 10 is cooled to a temperature suitable for rectification in the main heat exchanger 12 to saturation or near saturation. As can be appreciated, the air separation plant 1 may be part of a facility that requires compressed air, so that the compressed and purified air stream 10 may be formed from a portion of the air produced in such a facility have. Alternatively, such a stream may be generated by compressing air to typically 70 psia to 90 psia and then removing airborne contaminants, such as carbon dioxide, water vapor, and hydrocarbons, that are solidified or concentrated at cryogenic temperatures. The main heat exchanger 12 may typically be a brazed aluminum plate fin structure. As may occur to a person skilled in the art, the main heat exchanger 12 may be formed from a plurality of units operating in parallel.

압축되고 정제된 공기 스트림(10)은 냉각된 후 주 증류 컬럼(18)의 저부 영역(16)에 배치된 응축기(14) 내로 도입된다. 증류 컬럼(18)은 도면 부호 20으로 일반적으로 나타낸 물질 전달 접촉 요소, 예를 들어 트레이, 구조화된 패킹, 무작위 패킹 또는 이러한 요소들의 조합을 포함한다. 바람직하게는, 들어오는 공기는 응축기(14) 내에서 부분적으로 응축되어, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드(23)를 생성하는 하향 액체 상과 접촉하기 위해 물질 전달 접촉 요소(20) 내로 상승하는 증기 분획(22)을 생성한다. 전형적으로, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드(23)는 본질적으로 순수 질소일 수 있다. 공기의 부분 응축은 들어오는 공기의 약 20%를 구성하고 주 증류 컬럼(18)의 저부 영역(16) 내의 요소(20) 내에서 하강하는 액체와 함께 조질 액체 산소(26)로서 수집되는 액체 분획(24)을 생성한다.The compressed and purified air stream 10 is cooled and then introduced into a condenser 14 disposed in the bottom region 16 of the main distillation column 18. The distillation column 18 comprises a mass transfer contact element, generally designated 20, for example a tray, a structured packing, a random packing or a combination of such elements. Preferably, the incoming air is partially condensed in the condenser 14 to form a vapor fraction that rises into the mass transfer contact element 20 to contact the downward liquid phase producing the nitrogen-rich vapor column overhead 23. [ (22). Typically, the nitrogen-rich vapor column overhead 23 can be essentially pure nitrogen. Partial condensation of air constitutes about 20% of the incoming air and is collected in the liquid fraction () collected as crude liquid oxygen 26 with the liquid falling in the element 20 in the bottom region 16 of the main distillation column 18 24).

들어오는 공기를 응축시키기 위한 대안적 수단은 주 증류 컬럼(18)의 밖에 응축기(14)를 배치하는 것임을 알아야 한다. 그러한 수단에서는, 액체 분획(24) 및 증류 컬럼(20) 내에서 하강하는 액체는 별도로 조합되어 조질 액체 산소(26)를 형성하거나, 또는 과냉각되어 별도로 컬럼(34)으로 투입될 수 있다. 다른 유사 수단에서, 압축되고 정제된 공기 스트림은 주 증류 컬럼 쉘 내로 직접 도입될 수 있다. 공기는 컬럼 내의 증기 및 응축기(14)로부터 재순환된 증기(22)와 혼합될 것이다. 그러한 구성에서, 응축기는 응축측 헤더링(condensing-side headering)을 갖지 않을 것이고, 즉, 기체는 단순히 응축을 통해 교환기 내로 흐르도록 유도될 것이다. 추가적인 대안으로, 냉각된 공기 스트림(10)의 일부는 컬럼(18)의 쉘로 보내어질 수 있고, 일부는 응축기(14)로 직접 파이프를 통해 보내어질 수 있다. 그러한 구성은 생성물 산소 및 질소 유량의 조절을 허용할 것이다. 그러나, 이 구성은 추가의 밸브 및 제어 수단을 필요로 할 것이다. 추가의 수단은 더 압축될 수 있는 별도의 공기 스트림을 사용하는 것이다. 별도의 공기 스트림은 더 압축될 경우 고온 단부(warm end)에서, 또는 그렇게 압축되지 않을 경우 저온 단부(cold end)에서 나뉠 것이다. 이어서, 스트림은 응축기(14) 내에서 완전히 응축될 것이다. 그 후, 응축된 공기는 적합한 파이프를 통해 주 증류 컬럼(18)의 단계간 위치로 도입될 것이다. 응축된 공기는 컬럼의 섬프(sump)에서 수집되지 않을 것이며, 대신, 액화 공기는 주 증류 컬럼(14)의 저부로부터 몇 단계 위에 투입될 것이다.It should be appreciated that an alternative means for condensing the incoming air is to place the condenser 14 outside the main distillation column 18. [ In such means, the liquid fraction 24 and the liquid descending in the distillation column 20 may be separately combined to form the crude liquid oxygen 26, or may be subcooled and injected into the column 34 separately. In other similar means, the compressed and purified air stream may be introduced directly into the main distillation column shell. The air will be mixed with the vapor in the column and the vapor 22 recycled from the condenser 14. In such a configuration, the condenser will not have condensing-side headering, i.e. the gas will simply be led to flow into the exchanger through condensation. As a further alternative, a portion of the cooled air stream 10 can be sent to the shell of the column 18, and some can be sent directly to the condenser 14 via the pipe. Such a configuration would allow control of the product oxygen and nitrogen flow rates. However, this configuration will require additional valves and control means. An additional measure is to use a separate air stream that can be further compressed. The separate air stream will be split at the warm end when further compressed, or at the cold end if not so compressed. The stream will then be completely condensed in the condenser 14. The condensed air will then be introduced into the interstage location of the main distillation column 18 via a suitable pipe. Condensed air will not be collected in the sump of the column; instead, liquefied air will be injected a few steps above the bottom of the main distillation column 14.

그 후, 조질 액체 산소(26)로 구성된 조질 액체 산소 스트림(28)은 바람직하게는 과냉각 열 교환기(30) 내에서 과냉각되고, 주 증류 컬럼(18)과 보조 컬럼(34) 사이에 배치된 팽창 밸브(32) 내에서 바람직하게는 15 내지 25 psia의 압력으로 감압된다. 이어서, 조질 액체 산소 스트림(28)은 보조 증류 컬럼(34) 내에서 상기 스트림을 트레이, 구조화된 패킹, 무작위 패킹 또는 이러한 요소들의 조합일 수 있는 물질 전달 접촉 요소(36) 내에서 상승 스트리핑 기체 스트림(52)과 접촉시킴으로써 스트리핑된다. 스트리핑은 전형적으로 80 부피% 내지 90 부피%의 질소를 함유하는 보조 컬럼 오버헤드(38) 및 전형적으로 85 부피% 내지 98 부피%의 산소를 함유하는 잔류 산소-풍부 액체(56)를 생성한다.The crude liquid oxygen stream 28 comprised of the crude liquid oxygen 26 is then preferably subcooled within the subcooling heat exchanger 30 and expanded The pressure in the valve 32 is preferably reduced to a pressure of 15 to 25 psia. The steaming liquid oxygen stream 28 is then fed into the secondary distillation column 34 in the mass transfer contact element 36 which may be a tray, a structured packing, a random packing or a combination of such elements, Lt; RTI ID = 0.0 > 52 < / RTI > Stripping typically results in an auxiliary column overhead 38 containing 80 vol% to 90 vol% nitrogen and a residual oxygen-enriched liquid 56 containing typically 85 vol% to 98 vol% oxygen.

산소-풍부 액체(40)는 수집 트레이(42) 내에서 또는 하향 액체가 수집되고 상승 증기가 통과하여 물질 전달 접촉 요소(36)를 물질 전달 접촉 요소 내부로 들어가도록 하는 유사한 수단에 의해 수집될 수 있다. 산소-풍부 액체(40)로 구성된 산소-풍부 액체(44)의 스트림은 관류 열 교환기(48) 내에서 질소-풍부 증기(23)로 구성된 질소-풍부 증기 스트림(46)과 간접 열 교환을 통해 부분적으로 증발된다. 간접 열 교환의 결과로서, 액체 질소 스트림(50)이 생성된다. 산소-풍부 액체(44)의 스트림은 부분적으로 증발되어 스트리핑 기체(52) 및 보조 증류 컬럼(34)의 저부에서 잔류 산소-풍부 액체(56)로서 수집되는 잔류 기체 액체 스트림(54)을 생성한다. 대안적인 실시양태에서, 관류 열 교환기의 끓는 쪽(boiling side)으로부터의 2상 스트림을 보조 증류 컬럼(34)으로부터 추출하여, 별도의 상 분리기로 보내어 잔류 산소-풍부 액체 스트림(68)을 생성할 수 있으며, 이 경우 증기 상은 보조 증류 컬럼(34)으로 파이프를 통해 되돌려져 스트리핑 기체(52)를 형성할 것이다. 바람직하지는 않지만, 이는 도면에 나타낸 것과 동등물일 것이다.The oxygen-enriched liquid 40 can be collected in the collection tray 42 or by similar means to cause the downward liquid to be collected and the rising vapor to pass through the mass transfer contact element 36 into the mass transfer contact element have. The stream of oxygen-enriched liquid 44 comprised of the oxygen-enriched liquid 40 is passed through indirect heat exchange with a nitrogen-rich vapor stream 46 comprised of a nitrogen-rich vapor 23 in a flow-through heat exchanger 48 Partially evaporated. As a result of indirect heat exchange, a liquid nitrogen stream 50 is produced. The stream of oxygen-enriched liquid 44 is partially vaporized to produce a residual gas liquid stream 54 that is collected as the residual oxygen-enriched liquid 56 at the bottom of the stripping gas 52 and the secondary distillation column 34 . In an alternative embodiment, the two-phase stream from the boiling side of the flow heat exchanger is extracted from the secondary distillation column 34 and sent to a separate phase separator to produce a residual oxygen-rich liquid stream 68 In which case the vapor phase will be returned through the pipe to the secondary distillation column 34 to form the stripping gas 52. Although not preferred, this would be equivalent to that shown in the figures.

관류 열 교환기(48) 및 수집 트레이(42)의 대안적인 수단으로서, 보조 컬럼(34)의 기부에 배치된 열 사이펀 리보일러를 사용하여 물질 전달 접촉 요소(36)로부터 보조 컬럼(34)의 기부로 떨어지는 산소-풍부 액체(40)를 부분적으로 증발시킬 수 있다. 그러한 리보일러의 코어는 잔류 산소-풍부 액체 내에 설치되어 산소-풍부 액체(40)의 증발을 통해 스트리핑 기체를 생성할 것이다. 그러나, 이는 그러한 열 교환기가 관류 열 교환기의 온도 차이에서는 작동하지 않을 것이고, 결과적으로, 들어오는 공기는 더 높은 압력으로 압축되어야 할 것이므로 바람직하지 않을 것이다.As an alternative means of the perfusion heat exchanger 48 and the collection tray 42, a thermal siphon boiler disposed at the base of the secondary column 34 is used to transfer the heat from the mass transfer contact element 36 to the base of the secondary column 34 Rich liquid < / RTI > The core of such a reboiler will be installed in the residual oxygen-enriched liquid to produce stripping gas through evaporation of the oxygen-enriched liquid 40. However, this would not be desirable since such a heat exchanger would not operate at the temperature difference of the flow heat exchanger and, consequently, the incoming air would have to be compressed to a higher pressure.

액체 질소 스트림(50)은 그 전부 또는 그 일부가 도시된 바와 같이 주 증류 컬럼(18) 내로 환류 스트림(58)으로서 도입될 수 있다. 추가의 액체 질소 스트림(60)으로서의 나머지(밸브(63)를 통해 감압됨) 및 보조 컬럼 오버헤드(38)로 구성된 폐기물 스트림(62)은 일단 과냉각을 위해 조질 액체 산소 스트림(28)과 간접적으로 열을 교환하는 과냉각 열 교환기(30) 내로 도입된 후, 주 열 교환기(12) 내에서 들어오는 압축되고 정제된 공기 스트림(10)과 간접적으로 열을 교환하며 통과하여 그를 냉각시키는 것을 돕는다. 대안적으로, 스트림(60) 및 스트림(62)은 결합되고 가온될 수 있다. 가온된 후, 추가의 액체 질소 스트림(60)은 기상 질소 동시 생성물("N2")로서 주 열 교환기(12)로부터 배출될 것이고, 폐기물 스트림(62)은 들어오는 공기를 예비 정제하는 데에 사용되고 공기 분리 플랜트(1)와 함께 사용된 예비 정제 유닛에 사용된 흡수체의 재생에 사용될 수 있다. 또한, 그러한 스트림의 전부 또는 일부를 재압축하고 들어오는 공기와 재결합시킴으로써, 그를 재활용하는 것이 또한 가능하다. 스트림(60)의 사용은 선택적이고, 액체 질소 스트림(60)의 증발은 스트림(28)에 추가의 과냉각을 제공하도록 작용하므로 더 많은 산소 생성을 가능하게 함을 알아야 한다. The liquid nitrogen stream 50 may be introduced as a reflux stream 58 into the main distillation column 18 as shown in whole or in part. The waste stream 62 consisting of the remainder (as depressurized through the valve 63) as an additional liquid nitrogen stream 60 and the auxiliary column overhead 38 is passed indirectly to the crude liquid oxygen stream 28 for once supercooling Is introduced into a supercooling heat exchanger 30 that exchanges heat and then indirectly exchanges heat with the compressed and purified air stream 10 entering the main heat exchanger 12 to help cool it. Alternatively, stream 60 and stream 62 may be combined and warmed. After warming, the additional liquid nitrogen stream 60 will be discharged from the main heat exchanger 12 as a gaseous nitrogen co-product ("N 2 "), and the waste stream 62 is used to pre-purify the incoming air Can be used for the regeneration of the absorber used in the preliminary purification unit used with the air separation plant 1. It is also possible to recycle all or a portion of such a stream by recompressing it and recombining it with incoming air. It should be noted that the use of stream 60 is optional and evaporation of liquid nitrogen stream 60 serves to provide additional subcooling to stream 28, thereby allowing for more oxygen production.

액체 질소 환류 스트림(60)은 밸브(63)를 통과하기 전에 칼럼(20)의 단계간 위치로부터 추출될 수 있음을 알아야 한다.It should be noted that the liquid nitrogen reflux stream 60 may be extracted from the interstage location of the column 20 before passing through the valve 63.

또한, 논의될 과냉각 열 교환기(30 또는 30')가 주 열 교환기(12)에 포함될 수 있음을 알아야 한다. 본 발명의 실시양태는 그러한 과냉각 열 교환기(30 또는 30')의 사용 없이 구성될 수 있음이 동등하게 가능하다. 어느 경우든지, 도시된 실시양태에서, 추가의 액체 질소 스트림(60)은 과냉각 열 교환기(30) 및 주 열 교환기(12)에 통과되기 전에 팽창 밸브(63)에서 감압될 수 있다.It should also be noted that the supercooling heat exchanger 30 or 30 'to be discussed may be included in the main heat exchanger 12. It is equally possible that embodiments of the present invention can be configured without the use of such a subcooling heat exchanger 30 or 30 '. In either case, in the illustrated embodiment, the additional liquid nitrogen stream 60 may be depressurized in the expansion valve 63 before passing through the supercool heat exchanger 30 and the main heat exchanger 12.

질소 동시 생성물은 주 열 교환기(12) 내에서 들어오는 압축되고 정제된 공기 스트림(10)과 간접 열 교환을 통해 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드(23)로 구성된 질소 생성물 스트림(64)을 가온함으로써 얻어지며, 이는 또한 상기 스트림의 냉각을 돕는다. 도시된 바와 같이, 질소 생성물 스트림(64) 및 질소-풍부 증기 스트림(46)은 주 증류 컬럼(18)의 상부로부터 제거된 질소-풍부 증기 스트림(66)을 2개의 상기 스트림으로 나눔으로써 생성된다. 그러나, 질소 생성물 스트림(64) 및 질소-풍부 증기 스트림(46)은 주 증류 컬럼(18)으로부터 독립적으로 제거될 수도 있다. 모든 액체 질소 스트림(50)이 환류로서 주 증류 컬럼(18) 내로 도입될 수도 있고, 질소 동시-생성물은 오로지 가온된 질소 생성물 스트림(64)으로부터만 형성될 수도 있다.The nitrogen co-product is obtained by warming the nitrogen product stream 64 composed of the nitrogen-rich vapor column overhead 23 via indirect heat exchange with the compressed and purified air stream 10 entering the main heat exchanger 12 Which also helps to cool the stream. As shown, the nitrogen product stream 64 and the nitrogen-rich vapor stream 46 are produced by dividing the nitrogen-rich vapor stream 66 removed from the top of the main distillation column 18 into two such streams . However, the nitrogen product stream 64 and the nitrogen-rich vapor stream 46 may be removed independently from the main distillation column 18. All of the liquid nitrogen stream 50 may be introduced into the main distillation column 18 as reflux and the nitrogen co-product may be formed solely from the warmed nitrogen product stream 64.

산소 동시-생성물은 잔류 산소-풍부 액체(56)로 구성된 잔류 산소-풍부 액체(68)의 스트림을 제거하고, 그러한 스트림을 분리 용기(70) 내로 도입함으로써 생성된다. 액체 상(74)으로 구성된 액체 상 스트림(72)은 응축기(14) 내에서 부분적으로 증발되어, 들어오는 압축되고 정제된 공기 스트림(10)과 간접 열 교환을 통해 압축되고 정제된 공기 스트림(10)을 부분적으로 응축시키고 2상 스트림(76)을 생성한다. 2상 스트림(76)의 액체 및 기체 분획은 분리 용기 내에서 분리되어 스트림과의 분리 및 잔류 산소-풍부 액체(68)의 첨가에 의해 생성된 액체 상(74) 및 기체 분획을 형성한다. 제어 밸브(나타내지 않음)가 용기(70)의 작동 압력을 조절하도록 사용될 수 있다. 산소 생성물 스트림은 증기 분획(78)으로 구성된 증기 상 스트림(80)으로부터 형성된다. 밸브(84)를 통과한 배수 스트림(82)은 임의로는 액체 생성물로서 수집될 수 있다(또는 오염물 배수 증발기로 보내어짐). 대안적으로, 스트림(68)의 일부는 액체 생성물로서 추출되고 적합한 저장소로 보내어질 수 있다.The oxygen co-product is produced by removing the stream of residual oxygen-enriched liquid 68 composed of the residual oxygen-enriched liquid 56 and introducing such stream into the separation vessel 70. The liquid phase stream 72 comprised of the liquid phase 74 is partially vaporized in the condenser 14 to produce a compressed and purified air stream 10 through indirect heat exchange with the incoming compressed and purified air stream 10, Lt; RTI ID = 0.0 > (76) < / RTI > The liquid and gaseous fractions of the two-phase stream 76 are separated in the separation vessel to form a liquid phase 74 and a gaseous fraction produced by separation from the stream and addition of the residual oxygen-enriched liquid 68. A control valve (not shown) may be used to regulate the operating pressure of the vessel 70. The oxygen product stream is formed from a vapor stream (80) consisting of a vapor fraction (78). The drain stream 82 that has passed through the valve 84 can optionally be collected as a liquid product (or sent to a contaminant drain evaporator). Alternatively, a portion of the stream 68 may be extracted as a liquid product and sent to the appropriate reservoir.

잔류 산소-풍부 액체(68)의 스트림은 보조 증류 컬럼(34)이 주 증류 컬럼(18) 위의 높이에 배치된 결과로서 가압될 수 있음을 알아야 한다. 이는 가압된 산소 생성물을 발생시킨다. 또 추가적인 대안은 기계 펌프, 또는 주 증류 컬럼(18) 위에 보조 증류 컬럼(34)을 배치함으로써 생성되는 액체 헤드와 관련된 펌프의 사용에 의해 잔류 산소-풍부 액체의 스트림을 가압하는 것이다.It should be noted that the stream of residual oxygen-enriched liquid 68 may be pressurized as a result of the secondary distillation column 34 being disposed at a height above the main distillation column 18. [ This produces a pressurized oxygen product. A further alternative is to pressurize the stream of residual oxygen-enriched liquid by the use of a mechanical pump or pump associated with the liquid head produced by placing the secondary distillation column 34 over the main distillation column 18. [

도시된 바와 같이, 응축기(14)는 열 사이펀으로서 기능한다. 산소 생성물을 형성하기 위한 대체 수단으로서, 분리 용기(70)를 응축기(14)를 내장하도록 구성하는 것이 가능하다. 그러한 경우에서, 2상 스트림은 응축기에서 분리 용기(70)의 내부로 배출될 것이다.As shown, the condenser 14 functions as a thermal siphon. As an alternative means for forming the oxygen product, it is possible to configure the separation vessel 70 to contain the condenser 14 therein. In such a case, the two phase stream will be discharged from the condenser into the interior of the separation vessel 70.

그러나, 도시된 실시양태는 그러한 배열보다 더 비용 효율적인 것으로 여겨진다. 추가로, 산소 생성물의 대략 20% 초과가 배수 스트림(82)에서 액체 생성물로서 취해질 경우, 응축기(14)를 전력 소비의 잠재적인 추가 절약과 함께 관류 열 교환기로 변경하는 것이 가능할 것이다. 그러한 배열에서, 잔류 산소-풍부 액체(68)의 스트림은 응축기(14)로 직접 파이프를 통해 보내어질 것이다. 이 경우, 부분 증발된 생성물은 상 분리 용기에서 분리될 것이며, 응축기(14) 내로 도입되는 산소-풍부 액체 스트림과 같은 복귀 스트림(return stream)은 존재하지 않을 것이다.However, the illustrated embodiment is considered more cost effective than such an arrangement. Additionally, if more than about 20% of the oxygen product is taken as liquid product in the drainage stream 82, it will be possible to change the condenser 14 to a perfusion heat exchanger with potential additional savings in power consumption. In such an arrangement, the stream of residual oxygen-enriched liquid 68 will be sent directly to the condenser 14 via the pipe. In this case, the partially evaporated product will be separated in the phase separation vessel, and there will be no return stream, such as the oxygen-rich liquid stream introduced into the condenser 14.

도 2를 참조하면, 본 발명의 대안적인 실시양태가 공기 분리 플랜트(2)로서 도시된다. 도 2에 도시된 요소는 도 1에 관해 위에서 논의된 바와 동일하게 설명될 수 있고, 도 2에 나타낸 그러한 요소는 도 1의 요소와 같이 동일한 참조 번호를 사용할 것이고, 간결성을 위해 추가로 논의하지 않을 것임을 알아야 한다. 공기 분리 플랜트(2)는 특히 공기에 함유된 질소의 더 많은 분획이 생성물로서 회수되도록 설계된다. 이는 주 증류 컬럼(18)으로의 액체 질소 환류의 증가를 통해 달성된다.Referring to Figure 2, an alternative embodiment of the present invention is shown as an air separation plant 2. The elements shown in Fig. 2 can be described in the same manner as discussed above with respect to Fig. 1, and those elements shown in Fig. 2 will use the same reference numerals as the elements of Fig. 1, . The air separation plant 2 is designed in particular to allow more fractions of nitrogen contained in the air to be recovered as product. This is accomplished by increasing the liquid nitrogen reflux into the main distillation column 18.

공기 분리 플랜트(2)에서, 주 열 교환기(12) 내에서 냉각된 후의 압축되고 정제된 공기 스트림(10)은 주 증류 컬럼(20) 내로 도입되고 정류되어 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드(23) 및 조질 액체 산소 컬럼 저류물(26')을 생성한다. 조질 액체 산소 스트림(28')은 임의로는 과냉각 유닛(30') 내에서 과냉각되고, 팽창 밸브(32) 내에서 감압된 후 보조 증류 컬럼(34) 내에서 스트리핑될 수 있다. 제1 질소-풍부 증기 스트림(46)은 관류 열 교환기(48)에서 응축되어 공기 분리 플랜트(1)에 관해 설명된 방식으로 제1 액체 질소 스트림(50) 및 잔류 산소-풍부 액체(56)를 생성한다. 보조 증류 컬럼(34)에서 생성된 잔류 산소-풍부 액체(68)의 스트림은 팽창 밸브(90) 내에서 감압된 후 열 사이펀 리보일러(86) 내로 도입된다. 잔류 산소-풍부 액체(68)의 스트림은 주 증류 컬럼(18)의 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드(23)로 구성될 수 있는 기상 스트림(92)과 간접 열 교환을 통해 부분적으로 증발된다. 기상 스트림(92)은 열 사이펀 리보일러(86)의 쉘(96) 내에 배치된 코어(94) 내로 보내어져 열 교환을 달성한다. 기상 스트림(92)은 응축되어, 주 증류 컬럼(18)에의 환류의 일부로서 그러한 컬럼 내로 도입되는 응축물 스트림(98)을 생성한다. 관류 열 교환기(48)에서 생성된 액체 질소 스트림(50)은 모두 컬럼 환류로서 주 증류 컬럼(18) 내로 도입된다. 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드의 이러한 단계적 응축은 액체 질소 환류를 증가시킬 것이며, 따라서 질소 생성물을 생성하기 위한 공기 분리 플랜트(2)의 능력을 증가시킨다.In the air separation plant 2, the compressed and purified air stream 10 after being cooled in the main heat exchanger 12 is introduced into the main distillation column 20 and rectified to form the nitrogen-rich vapor column overhead 23, And a crude liquid oxygen column stock 26 '. The crude liquid oxygen stream 28 'may optionally be subcooled within the subcooling unit 30', depressurized in the expansion valve 32, and then stripped in the secondary distillation column 34. The first nitrogen-enriched vapor stream 46 is condensed in a flow heat exchanger 48 to produce a first liquid nitrogen stream 50 and a residual oxygen-enriched liquid 56 in a manner described for the air separation plant 1 . The stream of residual oxygen-enriched liquid 68 produced in the secondary distillation column 34 is depressurized in the expansion valve 90 and then introduced into the thermal siphon boiler 86. The stream of residual oxygen-enriched liquid 68 is partially vaporized through indirect heat exchange with the gaseous stream 92, which may consist of the nitrogen-rich vapor column overhead 23 of the main distillation column 18. The vapor stream 92 is sent into the core 94 disposed within the shell 96 of the thermal siphon boiler 86 to achieve heat exchange. The gaseous stream 92 is condensed to produce a condensate stream 98 that is introduced into such a column as part of the reflux into the main distillation column 18. The liquid nitrogen stream 50 produced in the flow heat exchanger 48 is all introduced into the main distillation column 18 as column reflux. This stepwise condensation of the nitrogen-rich vapor column overhead will increase liquid nitrogen reflux and thus increase the ability of the air separation plant 2 to produce nitrogen product.

인식될 수 있는 바와 같이, 배수 스트림(106)이 충분한 유량으로 존재할 경우 관류 열 교환기를 포함하여 열 사이펀 리보일러(86)를 대체하는 다른 수단이 사용될 수 있다. 게다가, 나타내지는 않았지만, 질소-풍부 증기를 대체하여 공기의 질소 농도 이상의 질소 농도를 갖는 스트림이 열 사이펀 리보일러(86)의 코어(94) 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 공기 스트림을 압축하고 주 열 교환기(12)에서 그러한 스트림을 액화시키는 것이 가능하다. 그 후에, 이는 주 증류 컬럼(18)의 중간 위치 내로 도입될 수 있다. 이어서, 그러한 액체 스트림과 대략 동일한 조성을 갖는 기상 스트림이 열 사이펀 리보일러(86)의 코어(94) 내로 통과되어 응축될 수 있다. 생성된 응축물 스트림은 하향 컬럼 액체의 조성이 그러한 응축물과 동일하거나 또는 거의 동일한 주 증류 컬럼의 위치 내로 도입되거나, 또는 스트리핑 및 산소 동시 생성물의 생성을 위해 보조 증류 컬럼(34) 내로 도입될 수 있다.As can be appreciated, other means of replacing the thermal siphon boiler 86, including a flow-through heat exchanger, may be used when the drainage stream 106 is present at a sufficient flow rate. In addition, although not shown, a stream having a nitrogen concentration above the nitrogen concentration of air can be introduced into the core 94 of the thermal siphon boiler 86 in place of the nitrogen-rich vapors. For example, it is possible to compress the air stream and liquefy it in the main heat exchanger 12. Thereafter, it can be introduced into the middle position of the main distillation column 18. The gaseous stream having approximately the same composition as such liquid stream can then be passed into the core 94 of the thermal siphon boiler 86 and condensed. The resulting condensate stream may be introduced into the location of the main distillation column with the composition of the downstream column liquid being the same or nearly the same as that of the condensate, or introduced into the secondary distillation column 34 for stripping and producing oxygen co- have.

잔류 산소-풍부 액체(68)의 스트림의 부분 증발은 증기 분획(100) 및 액체 상(102)으로서 쉘에서 수집되는 증기 및 액체 분획을 생성한다. 증기 분획(100)으로 구성된 증기 상 스트림(104)은 주 열 교환기(12) 내에서 들어오는 압축되고 정제된 공기 스트림(10)과 간접적으로 열을 교환하며 통과되어, 증기 상 스트림(100)이 가온되어 산소 생성물("O2")을 생성하고 압축되고 정제된 공기 스트림(10)이 냉각되는 것을 돕는다. 액체 상(102)으로 구성된 배수 스트림(106)은 밸브(108)에서 감압되어 액체 산소 생성물로서 수집될 수 있다. 그러한 실시양태에서, 임의로는, 폐기물 스트림(62)은 과냉각 열 교환기(30') 내에서 조질 액체 산소 스트림(28')과 간접적으로 열을 교환하며 통과될 수 있다. 이어서, 폐기물 스트림(62)은 또한 주 열 교환기(12) 내에서 압축되고 정제된 공기 스트림(10)과 간접적으로 열을 교환하며 통과되어, 폐기물 스트림(62)이 가온되고 압축되고 정제된 공기 스트림(10)이 냉각되는 것을 돕는다. 폐기물 스트림(62)은 들어오는 공기 내로 재순환될 수 있다. 이는 교환기(12)에서의 가온 후 공급 공기와의 직접 혼합에 의해 또는 추가 압축 후에 달성될 수 있다. 공기 분리 플랜트(1)로서, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드(23)로 구성된 질소 생성물 스트림(64)은 주 열 교환기(12) 내에서 들어오는 압축되고 정제된 공기 스트림(10)과 간접 열 교환을 통해 가온되며, 또한 상기 스트림을 냉각시키는 것을 돕는다.Partial evaporation of the stream of residual oxygen-enriched liquid 68 produces a vapor and liquid fraction that is collected in the shell as vapor fraction 100 and liquid phase 102. The vapor stream 104 composed of the vapor fraction 100 is indirectly passed through and exchanges heat with the compressed and purified air stream 10 entering the main heat exchanger 12 such that the vapor stream 100 is warmed ("O 2 ") and helps the compressed and purified air stream 10 to cool. A drain stream 106 composed of liquid phase 102 may be reduced in pressure at valve 108 and collected as liquid oxygen product. In such an embodiment, optionally, the waste stream 62 may pass through indirect heat exchange with the crude liquid oxygen stream 28 'in the supercool heat exchanger 30'. The waste stream 62 is then also exchanged and indirectly heat exchanged with the compressed and purified air stream 10 in the main heat exchanger 12 such that the waste stream 62 is warmed and compressed, (10) to cool. The waste stream 62 may be recycled into the incoming air. This can be achieved by direct mixing with the feed air after warming in the exchanger 12 or after further compression. As an air separation plant 1, a nitrogen product stream 64 composed of a nitrogen-rich vapor column overhead 23 is subjected to indirect heat exchange with a compressed and purified air stream 10 entering the main heat exchanger 12 And also helps to cool the stream.

도 1 및 도 2 둘 다를 참조하면, 유량 제어 밸브(112)를 통과한 후 주 증류 컬럼(18)의 상부에 배치된 상부 유입구(114) 내로 도입되는 액체 질소 스트림(110)에 의해 공기 분리 플랜트(1) 또는 공기 분리 플랜트(2) 중 하나에 냉각이 제공된다. 그러한 스트림은 현장 저장 탱크로부터 얻을 수 있고, 고압 또는 저압일 수 있다. 그러한 스트림의 추가는 주위 열 유입(heat leak)뿐만 아니라 주 열 교환기(12)의 작동에서 발생하는 고온 단부 손실을 보상한다. 액체 스트림(110)이 열 교환기(30' 또는 12)로 들어가는 증기 스트림 중 하나 내로 직접 도입될 수도 있음을 알아야 한다. 인식될 수 있는 바와 같이, 들어오는 공기의 일부는 주 증류 컬럼(18) 내로 도입되기 전에 팽창될 수 있다. 이와 관련하여, 주 열 교환기(12) 내에서의 부분 냉각 후, 압축되고 정제된 공기 스트림의 일부는 팽창된 후 폐기물 기체 스트림(62)과 혼합될 수 있다. 다른 가능성은 주 증류 컬럼(18) 및 보조 증류 컬럼(34)의 증류 컬럼 시스템을 배압(back-pressure)하는 것이며, 폐기물 스트림(62)은 주 열 교환기(12) 내에서 부분적으로 가온되고, 터보팽창기(turboexpander)에서 팽창되고, 주 열 교환기(12) 내에서 추가로 가온될 수 있다. 터보팽창기의 사용은 컬럼 시스템으로부터 액체 생성물을 얻는 가능성을 제공할 수 있다. 응축기(48 또는 96)로부터 얻은 액체 질소의 일부는 적합한 저장소로 보내어질 수 있다. 또 다른 대안은 액체 산소 스트림이 도입되거나 또는 잔류 산소-풍부 액체(68)의 스트림과 결합된 후 열 사이펀 리보일러(86)의 쉘(96) 내로 도입되는 것일 수 있다.Referring to both Figures 1 and 2, the liquid nitrogen stream 110 that is introduced into the top inlet 114, which is disposed at the top of the main distillation column 18 after passing through the flow control valve 112, (1) or air separation plant (2). Such a stream can be obtained from an on-site storage tank and can be high or low pressure. The addition of such a stream compensates for the high temperature end losses resulting from the operation of the main heat exchanger 12 as well as ambient heat leaks. It should be noted that the liquid stream 110 may be introduced directly into one of the vapor streams entering the heat exchanger 30 'or 12. As can be appreciated, some of the incoming air can be expanded before being introduced into the main distillation column 18. [ In this regard, after partial cooling in the main heat exchanger 12, a portion of the compressed and purified air stream may be mixed with the waste gas stream 62 after it has been expanded. Another possibility is to back-press the distillation column system of the main distillation column 18 and the secondary distillation column 34 and the waste stream 62 is partially warmed in the main heat exchanger 12, Expanded in a turboexpander, and can be further warmed in the main heat exchanger 12. The use of a turboexpander can provide the possibility of obtaining a liquid product from a column system. Some of the liquid nitrogen from the condenser 48 or 96 may be sent to the appropriate reservoir. Another alternative may be that the liquid oxygen stream is introduced or combined with the stream of residual oxygen-enriched liquid 68 and then introduced into the shell 96 of the thermal siphon boiler 86.

도 3을 참조하면, 도 1에 나타낸 공기 분리 플랜트(1)에 대안적 실시양태를 구성하는 공기 분리 플랜트(1')가 도시된다. 공기 분리 플랜트(1)에서, 보조 컬럼(34')은 도 1에 관해 위에서 논의된 바와 같이 물질 전달 접촉 요소(36)가 제공될 수 있는 스트리핑 구역(36a)이 제공된 것으로 나타내어진다. 조질 액체 산소 스트림(28)은 위에 설명된 바와 같이 그러한 스트리핑 섹션(36a) 내에서 스트리핑되고, 보조 컬럼 오버헤드를 직접 생성하기보다는 질소 및 산소 함유 증기를 생성한다. 또한, 보조 컬럼(34a)에는 스트리핑 구역(36a) 위에 배치된 정류 구역(36b)이 제공되어 그러한 질소 및 산소 함유 증기를 정류함으로써 폐기물 스트림(62)에서 플랜트로부터 배출되었을 산소의 일부를 회수한다. 이 정류 구역은 밸브(63')에 의해 감압된 후 보조 컬럼(34')의 상부 내로 도입되는 액체 질소 스트림(60')에 의해 환류된다. 인식될 수 있는 바와 같이, 동일한 변형이 도 2에 나타낸 플랜트에 생성될 수 있다. 그러한 경우에, 보조 컬럼은 도 3에 나타낸 것과 유사한 방식으로 변형될 것이다. 도 2 실시양태의 경우에, 응축물 스트림(98)의 일부는 보조 컬럼(34')를 환류하는 데에 사용될 것이다.Referring to Fig. 3, there is shown an air separation plant 1 'which constitutes an alternative embodiment to the air separation plant 1 shown in Fig. In the air separation plant 1, the auxiliary column 34 'is indicated as being provided with a stripping zone 36a in which the mass transfer contact element 36 can be provided as discussed above with respect to FIG. The steaming liquid oxygen stream 28 is stripped in such a stripping section 36a as described above and produces nitrogen and oxygen containing vapors rather than directly generating the auxiliary column overhead. The auxiliary column 34a is also provided with a rectification zone 36b disposed above the stripping zone 36a to recover some of the oxygen that would have been discharged from the plant in the waste stream 62 by rectifying such nitrogen and oxygen containing vapor. This rectifying zone is refluxed by liquid nitrogen stream 60 'which is depressurized by valve 63' and then introduced into the top of sub-column 34 '. As can be appreciated, the same variant can be created in the plant shown in Fig. In such a case, the auxiliary column will be deformed in a manner similar to that shown in Fig. In the case of the embodiment of FIG. 2, a portion of the condensate stream 98 will be used to reflux the auxiliary column 34 '.

인식될 수 있는 바와 같이, 모든 고려되는 것은 폐기물로 손실되었을 수도 있는 산소의 일부를 회수하여 산소 회수를 증가시키는 것이다. 그러나, 증가된 산소 회수와 주 증류 컬럼을 환류시키는 데에 사용되었을 액체 질소로부터 액체 질소를 취한다는 사실, 즉 질소 생성의 사이에 균형을 맞추어야 한다. 임의의 더 많은 정류는 액체 질소 스트림(60')의 유량의 증가 및 이에 따른 가용 생성물 질소(64)의 감소를 동반할 수 있는데, 이는 생성물 질소 순도를 유지하기 위해서는 주 컬럼의 환류 속도가 유지되어야 하기 때문이다. 그러한 한계를 기술하는 더 구체적인 방식은 정류 구역(36b)의 성능이 스트리핑 구역(36a)의 성능과 함께 고려할 경우 보조 컬럼(36) 내의 보조 컬럼 오버헤드(38)가 5.0 부피% 이상의 산소를 함유해야 한다는 것이다. 이를 달성하기 위해, 전형적으로, 컬럼(18)(스트림들(60 및 64)의 합)으로부터의 총 가용 질소 흐름에 대한 액체 질소 스트림(60')의 유속의 비율은 0.1 내지 0.4이어야 하고, 정류 구역(36b)의 액체 대 증기의 비율은 0.23 이하여야 한다.As can be appreciated, all that is considered is to recover some of the oxygen that may have been lost as waste, thereby increasing oxygen recovery. However, there is a trade-off between increased oxygen recovery and the fact that liquid nitrogen is taken from the liquid nitrogen that would have been used to reflux the main distillation column, i.e., between nitrogen production. Any more rectification may be accompanied by an increase in the flow rate of the liquid nitrogen stream 60 ' and hence a decrease in the available product nitrogen 64, which requires that the reflux rate of the main column be maintained to maintain product nitrogen purity . A more specific way of describing such a limitation is that the performance of the rectifying section 36b should be such that the auxiliary column overhead 38 in the sub-column 36, when considered together with the performance of the stripping section 36a, It is. To achieve this, typically, the ratio of the flow rate of the liquid nitrogen stream 60 'to the total available nitrogen flow from the column 18 (sum of the streams 60 and 64) should be 0.1 to 0.4, The ratio of liquid to vapor in zone 36b should be 0.23 or less.

본 발명이 바람직한 실시양태를 참조하여 설명되었지만, 통상의 기술자에게 일어날 수 있는 바와 같이, 첨부된 청구항에 기재된 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남 없이 많은 변형, 추가 및 삭제가 이루어질 수 있다.
Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, many variations, additions and deletions may be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims, as may occur to those of ordinary skill in the art.

Claims (21)

공기를 포함하는 압축되고 정제된 스트림을 냉각시키는 단계;
압축되고 정제된 스트림을 주 증류 컬럼 내에서 정류하여 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드 및 조질 액체 산소를 생성하는 단계;
적어도 부분적으로 조질 액체 산소로 구성된 조질 액체 산소 스트림을 감압하고, 보조 증류 컬럼 내에서 조질 액체 산소 스트림을 상승하는 스트리핑 기체로 스트리핑하여 보조 증류 컬럼 내에 산소-풍부 액체 및 5.0 부피% 이상의 산소를 함유하는 보조 컬럼 오버헤드를 생성하고, 산소-풍부 액체를 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성된 질소-풍부 증기 스트림과 간접 열 교환을 통해 부분적으로 증발시킴으로써 액체 질소 스트림, 스트리핑 기체 및 잔류 산소-풍부 액체를 생성하는 단계;
주 증류 컬럼을 액체 질소 스트림의 적어도 일부에 의해 환류시키는 단계;
잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 공기의 질소 농도 이상의 질소 농도를 갖는 기상 스트림 사이의 간접 열 교환에 의해 잔류 산소-풍부 액체의 스트림이 부분적으로 증발되도록 함으로써 잔류 산소-풍부 액체로부터 산소-풍부 증기 분획을 형성하는 단계;
증기 분획으로부터 산소 생성물 스트림을, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로부터 질소 생성물 스트림을, 보조 컬럼 오버헤드로부터 폐기물 스트림을 형성하는 단계;
산소 생성물 스트림, 질소 생성물 스트림 및 폐기물 스트림을 압축되고 정제된 스트림과 간접 열 교환에 통과시키는 단계
를 포함하는, 산소 및 질소 동시 생성물을 생성하는 공기 분리 방법.
Cooling the compressed and purified stream comprising air;
Rectifying the compressed and purified stream in a primary distillation column to produce a nitrogen-rich vapor column overhead and a crude liquid oxygen;
The crude liquid oxygen stream consisting at least in part of the crude liquid oxygen is depressurized and the crude liquid oxygen stream is stripped in a secondary distillation column with rising stripping gas to form an oxygen-enriched liquid and an oxygen- The liquid nitrogen stream, the stripping gas and the residual oxygen-enriched liquid are removed by partial evaporation through indirect heat exchange with the nitrogen-rich vapor stream constituted by the nitrogen-rich vapor column overhead, ;
Refluxing the main distillation column with at least a portion of the liquid nitrogen stream;
Rich stream is partially vaporized by indirect heat exchange between the stream of residual oxygen-enriched liquid and the gaseous stream having a nitrogen concentration above the nitrogen concentration of air to produce an oxygen-enriched vapor fraction ;
Forming an oxygen product stream from the vapor fraction, a nitrogen product stream from the nitrogen-rich vapor column overhead, and a waste stream from the auxiliary column overhead;
Passing the oxygen product stream, the nitrogen product stream and the waste stream through indirect heat exchange with the compressed and purified stream
≪ / RTI > wherein the oxygen and nitrogen co-
제1항에 있어서, 보조 컬럼 오버헤드는 오로지 보조 증류 컬럼 내의 조질 액체 산소 스트림의 스트리핑에 의해 생성되는 방법.The method of claim 1, wherein the auxiliary column overhead is generated by stripping of the crude liquid oxygen stream only in the auxiliary distillation column. 제1항에 있어서,
주 증류 컬럼은 액체 질소 스트림의 일부에 의해 환류되고;
조질 액체 산소 스트림을 스트리핑하는 것은 보조 증류 컬럼의 스트리핑 구역 내에서 발생하고;
보조 증류 컬럼 내에서 조질 액체 산소 스트림을 스트리핑하는 것은 질소 및 산소 함유 증기 스트림을 생성하고;
질소 및 산소 함유 증기 스트림은 보조 증류 컬럼 내의 스트리핑 구역 위에 배치된 보조 증류 컬럼의 정류 구역 내에서, 질소 및 산소 함유 증기 스트림을 정류 구역 내로 도입하고 액체 질소 스트림의 추가의 일부에 의해 보조 증류 컬럼 및 따라서 정류 구역을 환류시킴으로써 정류되며, 그에 의해 잔류 산소-풍부 액체 내의 산소의 회수를 증가시키는 방법.
The method according to claim 1,
The main distillation column is refluxed by a portion of the liquid nitrogen stream;
Stripping the crude liquid oxygen stream occurs within the stripping zone of the secondary distillation column;
Stripping the crude liquid oxygen stream in the secondary distillation column produces a nitrogen and oxygen containing vapor stream;
The nitrogen and oxygen containing vapor stream is introduced into the rectification zone of the secondary distillation column disposed above the stripping zone in the secondary distillation column by introducing a nitrogen and oxygen containing vapor stream into the rectification zone and a further portion of the liquid nitrogen stream, Thereby rectifying the rectification zone by refluxing, thereby thereby increasing the recovery of oxygen in the residual oxygen-rich liquid.
제1항에 있어서,
산소-풍부 액체는 보조 증류 컬럼 내에서 수집되고;
산소-풍부 액체는 산소-풍부 액체로 구성된 산소-풍부 액체 스트림 및 질소-풍부 증기 스트림을 관류 열 교환기에 통과시킴으로써 부분적으로 증발되어, 스트리핑 기체 및 보조 증류 컬럼의 컬럼 저류물로서 수집되는 잔류 산소-풍부 액체를 형성하는 방법.
The method according to claim 1,
The oxygen-rich liquid is collected in a secondary distillation column;
The oxygen-rich liquid is partially vaporized by passing the oxygen-rich liquid stream and the nitrogen-rich vapor stream comprised of the oxygen-rich liquid to a perfusion heat exchanger to remove the remaining oxygen-rich liquid stream, which is collected as a column reservoir of the stripping gas and the secondary distillation column, A method for forming an abundant liquid.
제4항에 있어서,
기상 스트림은 압축되고 정제된 스트림이고;
압축되고 정제된 스트림은 응축기 내에서 부분적으로 응축되고;
산소-풍부 증기 분획은
잔류 산소-풍부 액체의 스트림을 분리 용기 내에서 수집하는 단계;
분리 용기 내에서 생성된 액체 상으로 형성된 액체 상 스트림을 응축기 내로 도입하고, 응축기에서 액체 상 스트림을 압축되고 정제된 스트림과 간접 열 교환을 통해 부분적으로 증발시킴으로써, 액체 상 스트림으로부터 2상 스트림을 생성하는 단계;
2상 스트림을 분리 용기 내로 도입하고, 분리 용기 내에서 2상 스트림의 액체 상 및 증기 상을 분리하여 산소-풍부 증기 분획과 액체 상을 분리 용기에서 수집된 잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 함께 형성하는 단계에 의해 형성되고;
산소 생성물 스트림은 분리 용기로부터 산소 풍부 증기 분획의 스트림을 배출함으로써 형성되는 방법.
5. The method of claim 4,
The gaseous stream is a compressed and purified stream;
The compressed and purified stream is partially condensed in the condenser;
The oxygen-rich vapor fraction
Collecting a stream of residual oxygen-enriched liquid in a separation vessel;
Phase stream from the liquid phase stream by introducing a liquid phase stream formed in the liquid phase formed in the separation vessel into the condenser and partially evaporating the liquid phase stream through indirect heat exchange with the compressed and purified stream in the condenser, ;
The two-phase stream is introduced into a separation vessel and the liquid and vapor phases of the two-phase stream are separated in a separation vessel to form an oxygen-rich vapor fraction and a liquid phase together with a stream of residual oxygen-enriched liquid collected in the separation vessel ≪ / RTI >
Wherein the oxygen product stream is formed by withdrawing a stream of oxygen-rich vapor fraction from a separation vessel.
제5항에 있어서, 응축기가 주 증류 컬럼 저부 영역 영역에 배치되어, 응축된 공기가 정류에 의해 생성된 하향 액체와 혼합되도록 함으로써, 주 증류 컬럼의 컬럼 저류물로서 조질 액체 산소를 생성하는 방법.6. The method of claim 5, wherein the condenser is disposed in the region of the main distillation column bottom region so that condensed air is mixed with the downward liquid produced by the rectification, thereby producing the crude liquid oxygen as a column reservoir of the main distillation column. 제6항에 있어서,
주 증류 컬럼은 액체 질소 스트림의 일부에 의해 환류되고;
폐기물 스트림은 조질 액체 산소 스트림과 간접적으로 열을 교환하여, 조질 액체 산소 스트림이 감압 전에 과냉각되도록 하는 방법.
The method according to claim 6,
The main distillation column is refluxed by a portion of the liquid nitrogen stream;
Wherein the waste stream indirectly exchanges heat with the crude liquid oxygen stream such that the crude liquid oxygen stream is subcooled prior to decompression.
제4항에 있어서, 기상 스트림은 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성되고;
액체 산소-풍부 스트림을 감압하고, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림을 열-사이펀 리보일러(thermo-siphon reboiler) 내에서 기상 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과시켜, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 기상 스트림 사이에 간접적으로 열을 교환함으로써, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림의 부분적인 증발로부터 증기 분획을 생성하고 기체 스트림의 응축을 통해 응축물 스트림을 생성하고;
응축물 스트림을 액체 질소 스트림과 함께 환류로서 주 증류 컬럼 내로 도입하는 방법.
5. The method of claim 4, wherein the gaseous stream comprises a nitrogen-rich vapor column overhead;
The liquid oxygen-rich stream is depressurized and the stream of the remaining oxygen-rich liquid is indirectly heat-exchanged with the gaseous stream in a thermo-siphon reboiler and passed through a stream of residual oxygen- By indirectly exchanging heat between the gaseous streams, a vapor fraction is produced from the partial evaporation of the stream of residual oxygen-enriched liquid and a condensate stream is produced through condensation of the gaseous stream;
And introducing the condensate stream into the main distillation column as reflux with the liquid nitrogen stream.
제8항에 있어서, 폐기물 스트림을 조질 액체 산소 스트림의 감압 전에 조질 액체 산소 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과시킴으로써 조질 액체 산소 스트림이 과냉각되도록 하는 방법.10. The method of claim 8, wherein the waste liquid stream is indirectly heat exchanged with the crude liquid oxygen stream prior to decompression of the crude liquid oxygen stream, thereby allowing the crude liquid oxygen stream to subcooled. 제1항에 있어서, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림을 가압하여 산소 생성물 스트림 또한 가압되도록 하는 방법.The method of claim 1 wherein the stream of residual oxygen-enriched liquid is pressurized so that the oxygen product stream is also pressurized. 제1항에 있어서, 액체 질소 냉각 스트림을 주 증류 컬럼 내로 도입하여 냉각을 제공하는 방법.The method of claim 1, wherein the liquid nitrogen cooling stream is introduced into the main distillation column to provide cooling. 공기를 포함하는 압축되고 정제된 스트림을 냉각시키도록 구성된 주 열 교환기;
압축되고 정제된 스트림을 정류하여 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드 및 조질 액체 산소를 생성하도록 구성된 주 증류 컬럼;
주 증류 컬럼에 연결되고, 조질 액체 산소로 구성된 조질 액체 산소 스트림이 보조 증류 컬럼 내에서 상승 스트리핑 기체로 스트리핑되고, 적어도 부분적으로 조질 액체 산소 스트림의 스트리핑의 결과로서 산소-풍부 액체 및 5 부피% 이상의 산소를 함유하는 보조 컬럼 오버헤드가 생성되도록 구성된 보조 증류 컬럼;
조질 액체 산소 스트림이 보조 증류 컬럼 내로 도입되기 전에 감압되도록 주 증류 컬럼과 보조 증류 컬럼 사이에 배치되는 팽창 밸브;
질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성된 질소-풍부 증기 스트림과 간접 열 교환을 통해 산소-풍부 액체를 부분적으로 증발시킴으로써 액체 질소 스트림, 스트리핑 기체 및 잔류 산소-풍부 액체를 생성하기 위한 수단;
주 증류 컬럼에 연결되어, 주 증류 컬럼이 액체 질소 스트림의 적어도 일부에 의해 환류되도록 하는 산소-풍부 액체 부분 증발 수단;
주 증류 컬럼 및 보조 증류 컬럼과 연결되어, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성된 질소 생성물 스트림 및 보조 증류 컬럼의 보조 컬럼 오버헤드로부터 형성된 폐기물 스트림이 압축되고 정제된 공기 스트림과 간접적으로 열을 교환하도록 하는 주 열 교환기;
잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 공기의 질소 농도 이상의 질소 농도를 갖는 기상 스트림 사이에서 간접적으로 열을 교환하여 잔류 산소-풍부 액체의 스트림이 부분적으로 증발되도록 하기 위한 수단, 및 부분적으로 증발된 후 잔류 산소-풍부 액체의 스트림으로부터 산소-풍부 증기 분획을 형성하기 위한 수단; 및
산소-풍부 증기 분획 형성 장치, 주 증류 컬럼 및 보조 증류 컬럼에 연결되어, 산소-풍부 증기 분획으로 구성된 산소 생성물 스트림, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로 구성된 질소 생성물 스트림, 및 보조 증류 컬럼의 보조 컬럼 오버헤드로 구성된 폐기물 스트림이 주 열 교환기 내에서 압축되고 정제된 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과하도록 하는 주 열 교환기
를 포함하는, 산소 및 질소 동시 생성물을 생성하는 공기 분리 장치.
A main heat exchanger configured to cool the compressed and purified stream comprising air;
A primary distillation column configured to rectify the compressed and purified stream to produce nitrogen-rich vapor column overhead and crude liquid oxygen;
Wherein the crude liquid oxygen stream connected to the main distillation column is stripped of the riser stripping gas in the secondary distillation column and is at least partially stripped of the oxygen-rich liquid and at least 5 vol% as a result of the stripping of the crude liquid oxygen stream A secondary distillation column configured to produce an auxiliary column overhead containing oxygen;
An expansion valve disposed between the main distillation column and the secondary distillation column such that the crude liquid oxygen stream is depressurized before it is introduced into the secondary distillation column;
Means for producing a liquid nitrogen stream, a stripping gas and a residual oxygen-rich liquid by partially evaporating the oxygen-rich liquid through indirect heat exchange with a nitrogen-rich vapor stream consisting of a nitrogen-rich vapor column overhead;
An oxygen-rich liquid portion evaporation means coupled to the main distillation column to cause the main distillation column to be refluxed by at least a portion of the liquid nitrogen stream;
Connected to the main distillation column and the secondary distillation column to allow the waste stream formed from the nitrogen product stream comprised of the nitrogen-enriched vapor column overhead and the secondary column overhead of the secondary distillation column to indirectly exchange heat with the compressed and refined air stream A main heat exchanger;
Means for indirectly exchanging heat between the stream of residual oxygen-enriched liquid and the vapor stream having a nitrogen concentration above the nitrogen concentration of air to partially evaporate the stream of residual oxygen-enriched liquid, Means for forming an oxygen-rich vapor fraction from a stream of oxygen-enriched liquid; And
An oxygen-rich vapor fractionation apparatus, an oxygen product stream connected to the main distillation column and the secondary distillation column, the oxygen product stream comprising an oxygen-rich vapor fraction, a nitrogen product stream comprised of a nitrogen-rich vapor column overhead, The waste stream consisting of overhead is compressed in the main heat exchanger and indirectly exchanges heat with the purified stream and passes through the main heat exchanger
Wherein the oxygen and nitrogen co-
제12항에 있어서, 보조 컬럼에만 조질 액체 산소 스트림의 스트리핑이 발생하는 스트리핑 구역이 제공되는 장치.13. The apparatus of claim 12, wherein a stripping zone is provided in which only stripping of the crude liquid oxygen stream occurs in the auxiliary column. 제12항에 있어서,
보조 컬럼은 스트리핑 구역, 및 스트리핑 구역 위에 배치된 정류 구역을 갖고;
조질 액체 산소 스트림의 스트리핑은 보조 증류 컬럼의 스트리핑 구역 내에서 발생하고, 질소 및 산소 함유 증기 스트림이 스트리핑 구역 내에서 생성되고 질소 및 산소 함유 증기 스트림의 정류를 위한 정류 구역에 들어감으로써 잔류 산소-풍부 액체 내의 산소의 회수가 증가되고;
산소-풍부 액체의 부분 증발 수단은 주 증류 컬럼에 연결되어 주 증류 컬럼이 일부 액체 질소 스트림의 일부에 의해 환류되도록 하고, 또한 보조 증류 컬럼에 연결되어 보조 증류 컬럼 및 따라서 정류 구역이 액체 질소 스트림의 추가의 일부에 의해 환류되도록 하고;
산소-풍부 액체의 부분 증발 수단과 보조 증류 컬럼 사이에 또 하나의 팽창 밸브가 배치되어, 액체 질소 스트림의 추가의 일부의 압력이 보조 증류 컬럼의 압력으로 감소되도록 하는 장치.
13. The method of claim 12,
The secondary column has a stripping zone and a rectification zone disposed above the stripping zone;
Stripping of the steaming liquid oxygen stream occurs in the stripping zone of the secondary distillation column and the nitrogen and oxygen containing vapor stream is produced in the stripping zone and enters the rectification zone for rectification of the nitrogen and oxygen containing vapor stream, The recovery of oxygen in the liquid is increased;
The partial evaporation means of the oxygen-enriched liquid is connected to the main distillation column so that the main distillation column is refluxed by a portion of the portion of the liquid nitrogen stream and is connected to the secondary distillation column so that the secondary distillation column and thus the rectification zone, To be refluxed by a portion of the additional;
Another expansion valve is disposed between the partial evaporation means of the oxygen-enriched liquid and the secondary distillation column such that the pressure of the further portion of the liquid nitrogen stream is reduced to the pressure of the secondary distillation column.
제12항에 있어서,
보조 증류 컬럼은 산소-풍부 액체를 수집하기 위한 수단을 갖고;
산소-풍부 액체의 부분 증발 수단은 보조 증류 컬럼 및 산소-풍부 액체 수집 수단에 연결되어, 산소-풍부 액체가 산소-풍부 액체로 구성된 산소-풍부 액체 스트림의 통과에 의해 관류 열 교환기 내에서 부분적으로 증발되고 잔류 산소-풍부 액체가 보조 증류 컬럼의 컬럼 저류물로서 수집되도록 하는 관류 열 교환기이고;
주 증류 컬럼은 관류 열 교환기에 연결되어, 질소-풍부 증기 스트림이 관류 열 교환기 내에서 응축되도록 하는 장치.
13. The method of claim 12,
The secondary distillation column has means for collecting the oxygen-rich liquid;
The partial evaporation means of the oxygen-rich liquid is connected to the secondary distillation column and the oxygen-rich liquid collection means such that the oxygen-rich liquid is partially introduced into the flow-through heat exchanger by passage of an oxygen- Wherein the vaporized and residual oxygen-rich liquid is collected as a column reservoir of the secondary distillation column;
Wherein the primary distillation column is connected to a flow heat exchanger such that the nitrogen-rich vapor stream is condensed in the flow heat exchanger.
제15항에 있어서,
기상 스트림은 압축되고 정제된 공기 스트림이고;
잔류 산소-풍부 액체의 열 교환 수단 및 산소-풍부 증기 분획 형성 수단은 압축되고 정제된 스트림이 부분적으로 응축되도록 주 열 교환기에 연결된 응축기, 및 분리 용기이고;
분리 용기는 보조 증류 컬럼에 연결되어, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림이 분리 용기 내에서 수집되도록 하고;
분리 용기는 응축기에 연결되어, 분리 용기 내에서 생성된 액체 상으로 구성된 액체 상 스트림이 응축기에서 부분적으로 증발되어 분리 용기 내로 도입되는 2상 스트림을 생성하고, 2상 스트림의 액체 상 및 증기 상은 분리 용기 내에서 분리되어 산소-풍부 증기 분획 및 액체 상을 형성하도록 하고;
주 열 교환기는 분리 용기에 연결되어, 산소 생성물 스트림이 산소-풍부 증기 분획으로부터 형성되도록 하는 장치.
16. The method of claim 15,
The gaseous stream is a compressed and purified air stream;
The means for heat exchange of the residual oxygen-enriched liquid and the means for forming the oxygen-rich vapor fraction are a condenser connected to the main heat exchanger so that the compressed and purified stream is partially condensed, and a separation vessel;
The separation vessel is connected to the secondary distillation column so that a stream of residual oxygen-enriched liquid is collected in the separation vessel;
The separation vessel is connected to a condenser to produce a two phase stream in which the liquid phase stream constituted by the liquid phase produced in the separation vessel is partially vaporized in the condenser and introduced into the separation vessel and the liquid phase and the vapor phase of the two phase stream are separated To separate in the vessel to form an oxygen-rich vapor fraction and a liquid phase;
The main heat exchanger is connected to the separation vessel so that the oxygen product stream is formed from the oxygen-rich vapor fraction.
제16항에 있어서, 응축기는 주 증류 컬럼의 저부 영역에 배치되어, 응축된 공기가 압축되고 정제된 스트림의 정류에 의해 생성된 하향 액체와 혼합되어 주 증류 컬럼의 컬럼 저류물로서 조질 액체 산소를 생성하도록 하는 장치.17. The method of claim 16, wherein the condenser is disposed in the bottom region of the main distillation column such that the condensed air is mixed with the downward liquid produced by the compression of the compressed stream and the rectification of the purified stream to produce crude liquid oxygen as the column reservoir of the main distillation column Lt; / RTI > 제17항에 있어서,
관류 열 교환기는 주 증류 컬럼에 연결되어, 주 증류 컬럼이 액체 질소 스트림의 일부에 의해 환류되도록 하고;
과냉각 열 교환기는 관류 열 교환기, 보조 증류 컬럼 및 팽창 밸브에 연결되어, 폐기물 스트림이 과냉각 열 교환기 내에서 조질 액체 산소 스트림과 간접적으로 열을 교환하고, 조질 액체 산소 스트림이 팽창 밸브를 통과하기 전에 과냉각되도록 하는 장치.
18. The method of claim 17,
The flow heat exchanger is connected to the main distillation column so that the main distillation column is refluxed by a portion of the liquid nitrogen stream;
The supercooling heat exchanger is connected to a flow heat exchanger, a secondary distillation column and an expansion valve such that the waste stream indirectly exchanges heat with the crude liquid oxygen stream in the supercool heat exchanger and the superheated liquid oxygen stream passes through the expansion valve, .
제15항에 있어서,
기상 스트림은 질소-풍부 증기로 구성되고;
잔류 산소-풍부 액체 스트림의 열 교환 수단 및 산소-풍부 증기 분획 형성 수단은 쉘을 갖는 열 사이펀 리보일러이고;
쉘은 보조 컬럼에 연결되어 잔류 산소-풍부 액체의 스트림을 수용하고;
또 하나의 팽창 밸브가 쉘과 보조 컬럼 사이에 배치되어, 잔류 산소-풍부 액체의 스트림이 감압되도록 하고;
열 사이펀 리보일러는 주 증류 컬럼에 연결되어 기상 스트림을 수용하고, 그에 의해 잔류 산소-풍부 액체의 스트림과 간접 열 교환을 통해 기상 스트림을 응축시킴으로써 쉘 내에 산소-풍부 증기 부분을 형성하고 응축물 스트림을 액체 질소 스트림과 함께 환류로서 주 증류 컬럼으로 배출하고;
주 열 교환기는 쉘, 주 증류 컬럼 및 보조 증류 컬럼에 연결되어, 증기 분획으로부터 형성된 산소 생성물 스트림, 질소-풍부 증기 컬럼 오버헤드로부터 형성된 질소 생성물 스트림, 보조 증류 컬럼에서 생성된 보조 컬럼 오버헤드로부터 형성된 폐기물 스트림이 주 열 교환기 내에서 압축되고 정제된 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과하도록 하는 장치.
16. The method of claim 15,
The gaseous stream is composed of nitrogen-rich vapor;
The means for heat exchange of the residual oxygen-enriched liquid stream and the means for forming the oxygen-rich vapor fraction are thermal siphon boilers with shells;
The shell is connected to the secondary column to receive a stream of residual oxygen-enriched liquid;
Another expansion valve is disposed between the shell and the subcolumn such that the stream of residual oxygen-enriched liquid is depressurized;
The thermal siphon boiler is connected to the main distillation column to receive the gaseous stream thereby to condense the gaseous stream through indirect heat exchange with the stream of residual oxygen-enriched liquid to form an oxygen-rich vapor portion within the shell, With a liquid nitrogen stream as reflux to a main distillation column;
The main heat exchanger is connected to the shell, the main distillation column and the secondary distillation column to produce an oxygen product stream formed from the vapor fraction, a nitrogen product stream formed from the nitrogen-rich vapor column overhead, Wherein the waste stream is compressed in the main heat exchanger and indirectly passes heat through the purified stream.
제19항에 있어서, 과냉각 열 교환기는 보조 증류 컬럼, 주 증류 컬럼 및 주 열 교환기 사이에 배치되어, 조질 액체 산소 스트림의 감압 전 및 주 열 교환기 내의 폐기물 스트림의 가온 전에 폐기물 스트림이 조질 액체 산소 스트림과 간접적으로 열을 교환하며 통과하도록 하는 장치.20. The method of claim 19, wherein the subcooling heat exchanger is disposed between the secondary distillation column, the main distillation column and the main heat exchanger such that the waste stream before the reducing pressure of the crude liquid oxygen stream and before the warming of the waste stream in the main heat exchanger, And indirectly through the heat exchange. 제12항에 있어서, 주 증류 컬럼은 냉각을 제공하기 위한 액체 질소 냉각 스트림 도입을 위한 상부 유입구를 갖는 장치. 13. The apparatus of claim 12, wherein the primary distillation column has an upper inlet for introduction of a liquid nitrogen cooling stream to provide cooling.
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