KR20160032160A - Method for producing at least one air product, air separation system, method and device for producing electrical energy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 주요 공기 압축기(10), 주요 열 교환기(20) 및 증류 컬럼 시스템(30)을 가지고 제 1 및 제 2 작동 모드를 포함하는 공기 분리 시스템(100)은 사용되며, 여기서 제 1 작동 모드에서, 증류 컬럼 시스템(30)에서 제조되는 하나 이상의 액체 공기 제조물(LIN, LOX)이 절약되며, 제 2 작동 모드에서, 제 1 작동 모드에서 절약된 하나 이상의 공기 제조물(LIN, LOX, LAIR) 및/또는 하나 이상의 추가적인 액체 공기 제조물이 증류 컬럼 시스템(30)으로 공급된다. 이 방법은, 제 2 작동 모드에서, 주요 열 교환기(20)의 뜨거운-측 온도 미만에 놓이는 온도 레벨의 하나 이상의 기체 압력 유동(b 내지 g)이 냉각 압축기(45)에 이송되고, 냉각 압축기(45)에서 제 1 대기압 초과 압력 레벨로부터 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 압축되고, 증류 컬럼 시스템(30)의 하나 이상의 증류 컬럼(31, 32)에 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 공급되는 것을 특징으로 한다. 추가적으로, 본 발명은 상응하는 공기 분리 시스템(100) 및 전기 에너지를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing one or more air products wherein the main air compressor (10), the main heat exchanger (20) and the distillation column system (30) System 100 is used wherein in the first operating mode one or more liquid air products (LIN, LOX) produced in the distillation column system 30 are saved and in a second operating mode, (LIN, LOX, LAIR) and / or one or more additional liquid air products are fed to the distillation column system 30. The method is characterized in that, in a second operating mode, one or more gas pressure flows (b to g) at a temperature level lying below the hot-side temperature of the main heat exchanger (20) are delivered to the refrigerant compressor (45) 45 to a second atmospheric pressure excess pressure level and to a second atmospheric pressure excess pressure level in at least one distillation column (31, 32) of the distillation column system (30) . In addition, the present invention relates to a corresponding air separation system 100 and a method and apparatus for producing electrical energy.

Figure P1020167003543
Figure P1020167003543

Description

하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법, 공기 분리 시스템, 전기 에너지를 제조하는 방법 및 장치 {METHOD FOR PRODUCING AT LEAST ONE AIR PRODUCT, AIR SEPARATION SYSTEM, METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING ELECTRICAL ENERGY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of manufacturing at least one air product, an air separation system, a method and an apparatus for manufacturing electric energy,

본 발명은 독립항들의 전제부들을 따른, 하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법, 공기 분리 시스템, 및 또한 전기 에너지를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing one or more air products, an air separation system, and also a method and apparatus for manufacturing electrical energy, according to the preamble of the independent claims.

"증발식 응축기(condenser evaporator)"는 제 1 응축 유체 스트림(stream)이 제 2 기화 유체 스트림과 간접적으로 열 교환하게 하는 열 교환기를 명시한다. 각각의 증발식 응축기는, 각각 가스액화(liquefaction) 통로들 및 증발 통로들로 구성되는, 가스액화 챔버(chamber) 및 증발 챔버를 가진다. 가스액화 챔버에서, 제 1 유체 스트림의 응축(가스액화)이 실시되며, 증발 챔버에서, 제 2 유체 스트림이 기화된다. 증발 및 가스액화 챔버들은 서로 열 교환 관계에 있는 통로들의 그룹(group)들에 의해 형성된다. 증발식 응축기의 증발 챔버는 배스(bath) 증발기, 강하 경막(falling film) 증발기, 또는 강제식 유동(forced flow) 증발기로서 구성될 수 있다.
A " condenser evaporator "specifies a heat exchanger that causes a first condensing fluid stream to indirectly exchange heat with the second vaporizing fluid stream. Each evaporative condenser has a gas liquefaction chamber and a vaporization chamber, each of which is comprised of gas liquefaction passages and evaporation passages. In the gas liquefaction chamber, the first fluid stream is subjected to condensation (gas liquefaction), and in the evaporation chamber, the second fluid stream is vaporized. The evaporation and gas liquefaction chambers are formed by groups of passages that are in heat exchange relationship with each other. The evaporation chamber of the evaporative condenser may be configured as a bath evaporator, a falling film evaporator, or a forced flow evaporator.

저압 컬럼 섬프(sump) 증발기에서, 증발 챔버 내에서, 저압 컬럼의 섬프 액체는 적어도 부분적으로 기화된다. 저압 컬럼 중간 증발기에서, 증발 챔버 내에서, 저압 컬럼의 중간 액체는 적어도 부분적으로 기화된다.
In a low pressure column sump evaporator, within the evaporation chamber, the sump liquid in the low pressure column is at least partially vaporized. In the low pressure column intermediate evaporator, in the evaporation chamber, the intermediate liquid in the low pressure column is at least partially vaporized.

도입부에서 언급된 유형의 방법 및 3 개의 컬럼들을 가지는 상응하는 장치가 공지되어 있다.
A method of the type mentioned in the introduction and corresponding arrangements with three columns are known.

전기 에너지를 제조하기 위한 공지된 방법들, 예를 들어 공지된 순산소 연소(oxyfuel) 방법에서, 통합형 가스화와 조합된 공정들로 불리는 것(석탄가스화 복합화력발전(IGCC; integrated gasification combined cycle) 공정), 산소 또는 산소 부화 가스 혼합물들이, 예를 들어 연소를 위해 또는 부분적인 산화를 위해 요구된다. 산소 또는 상응하는 산소 부화 가스 혼합물들을 제공하기 위해, 공기의 저온 분리를 위한 방법들 및 장치들이, 예컨대, 한센(Hausen)/린데(Linde), Tieftemperaturtechnik [저온 기술(temperature technology)], 제 2 판, 1985년, 챕터 4 (페이지 281 내지 337)로부터 공지되어 있는 바와 같이, 사용될 수 있다.
In known methods for producing electrical energy, for example, in known oxyfuel processes, what is called processes combined with integrated gasification (integrated gasification combined cycle (IGCC) process ), Oxygen or oxygen-enriched gas mixtures are required, for example for combustion or for partial oxidation. Methods and apparatus for the cryogenic separation of air, to provide oxygen or the corresponding oxygen-enriched gas mixtures, are described, for example, in Hausen / Linde, Tieftemperaturtechnik [ , 1985, Chapter 4 (pages 281 to 337).

이러한 방법들 및 장치들(여기서는 요약을 위해 "공기 분리 시스템들"로 불림)에서, 예를 들어, 2 개의 컬럼 시스템들로서, 특히 전형적인 린데 트윈(twin) 컬럼 시스템들뿐만 아니라, 트리플(triple) 또는 멀티컬럼(multicolumn) 시스템들로서 구성될 수 있는 증류 컬럼 시스템들이 사용된다. 게다가, 추가적인 공기 구성요소들, 특히 불활성 가스들 크립톤(krypton), 세크논(xenon) 및/또는 아르곤을 획득하기 위한 장치들이 제공될 수 있다.
In these methods and apparatuses (referred to herein as "air separation systems" for the sake of brevity), for example, as two column systems, in particular triple or triple column systems as well as typical lint twin column systems Distillation column systems, which can be constructed as multicolumn systems, are used. In addition, devices for obtaining additional air components, particularly inert gases krypton, xenon and / or argon, may be provided.

전기 에너지를 제조하기 위한 방법들 및 장치들은, 다른 에너지 피드-인(feed-in)들의 유용성 또는 비유용성으로 인해 일어날 수 있는 것과 같은 전력 변동(power fluctuation)들을 흡수하기 위해 큰 하중 범위들 및 빠른 하중 변화들을 위해 구성될 수 있어야 한다. 산소 및/또는 이를 위해 상응하는 가스 혼합물들을 운반하는 공기 분리 시스템들은 상응하는 정도에 대해 유연한 작동 모드를 또한 가능하게 해야 한다.
The methods and apparatuses for making electrical energy can be used in large load ranges and in high load ranges to absorb power fluctuations such as may occur due to the availability or unavailability of other energy feed- Be able to be configured for load changes. Air separation systems carrying oxygen and / or corresponding gaseous mixtures therewith must also enable a flexible operating mode to a corresponding degree.

종래의 공기 분리 시스템들은 또한 전기 그리드(electricity grid) 활용 및 상응하게 큰 변동 전기 가격들에 의해 또한 영향받는다.
Conventional air separation systems are also also affected by electricity grid usage and correspondingly large fluctuating electricity prices.

가능 유연도(The degree of flexibilization possible)는 이러한 경우에 공기 분리 시스템의 가스액화 능력에 의존된다. 이용할 수 있는 가스액화 능력이 커질수록, 더 유리하게 전력이 액체 공기 제조물들의 형태로 저장될 수 있다. 특히, 에너지 제조에 대한 방법들 및 장치들을 공급하기 위한 공기 분리 시스템들은 단지 낮은 가스액화 능력을 가지는데, 이들이 공기 분리 시스템으로부터 주변 온도로 인출되는 기체 산소 및 질소 제조물들의 많은 양들의 제조를 위해 설계되기 때문이다. 상응하는 시스템들의 냉각 요건은 비교적으로 낮으며, 그래서 이들은 기체 공기 제조물들의 비교적으로 큰 양들에 대한 예외적인 규정을 위한 충분한 양의 냉기를 운반하도록 또한 설계되지 않는다.
The degree of flexibilization possible depends on the gas liquefaction capacity of the air separation system in this case. The greater the available gas liquefaction capacity, the more advantageously the power can be stored in the form of liquid air products. In particular, air separation systems for supplying methods and apparatus for energy production have only low gas liquefaction capabilities, which are designed for the production of large quantities of gaseous oxygen and nitrogen products drawn from the air separation system to ambient temperature . The cooling requirements of the corresponding systems are relatively low, so they are also not designed to carry a sufficient amount of cold air for exceptional specifications for relatively large quantities of gaseous air products.

상응하는 시스템들에서, 따라서, 분리 가스액화 시스템(LIN, LOX or LAIR 가스액화기)은 가스액화 단계 동안 설치되고 연결될 수 있다. 방법 또는 시스템의 냉각 제조 능력 (그리고 따라서 상응하게 가스액화 능력)이 기체 산소 및 질소 제조물들의 실제 요구되는 양에 대해서보다 더 크도록 설계될 수 있다는 점에서, 유연화(flexibilization)는 또한 달성될 수 있다.
In corresponding systems, therefore, a separate gas liquefaction system (LIN, LOX or LAIR gasifier) can be installed and connected during the gas liquefaction step. Flexibilization can also be achieved in that the cooling capability of the method or system (and thus the corresponding gas liquefaction capability) can be designed to be greater than for an actual required amount of gaseous oxygen and nitrogen products .

액체 공기 제조물들의 비교적으로 큰 양들이 상응하는 공기 분리 시스템 내로 이송된다면, 가능하게는 요구되는 것보다 상당히 더 많은 냉기가 공기 분리 시스템 내로 진입될 수 있다. 이는, 대응책들 없이, 시프팅된 열 교환기들에서 각각의 온도 프로파일들을 유발할 것이며, 열 교환기들로부터 나오는 하나 또는 그 초과의 스트림들의 온도는 점점 더 낮아질 것이다. 특정한 한계로부터, 공기 분리 시스템의 신뢰할만한 작동 모드가 더 이상 보장되지 않을 것이다. 이러한 문제는 열 제조 장치들, 예컨대 공기, 스팀, 가스, 가열되는 또는 전기 가열되는 열 교환기들, 또는 다른 방식들로 가열되는 열 교환기들을 사용함으로써 다루어질 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은, 특히 에너지적인 근거들로 불리한 것으로 증명한다.
If relatively large amounts of liquid air products are delivered into the corresponding air separation system, possibly much more chilled air may be introduced into the air separation system than is required. This would cause the respective temperature profiles in the shifted heat exchangers, without countermeasures, and the temperature of one or more of the streams coming out of the heat exchangers would be getting lower and lower. From a certain limit, the reliable operating mode of the air separation system will no longer be guaranteed. This problem can be addressed by using heat-producing devices such as air, steam, gas, heat exchangers that are heated or electrically heated, or heat exchangers that are heated in other manners. However, this solution proves to be disadvantageous, especially on energy bases.

본 발명의 목적은 도입부에서 언급된 유형의 방법 및 이의 에너지 소비에 대한 매우 다양한 변경을 가지고 모든 상응하는 작동 모드들에서 비교적으로 낮은 에너지 소비를 가지는 상응하는 장치들을 명시하는 것이다.It is an object of the present invention to specify corresponding devices with relatively low energy consumption in all corresponding modes of operation, with a wide variety of variations on the method and its energy consumption of the type mentioned in the introduction.

이 목적은 독립항들의 특징부들을 가지는, 하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법, 공기 분리 시스템, 및 또한 전기 에너지를 제조하는 방법 및 장치에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 각각의 경우에 종속항들 및 또한 이하의 설명의 요지이다.
This object is achieved by a method of manufacturing one or more air products, air separation systems, and also methods and apparatus for producing electrical energy, having features of independent terms. Preferred embodiments are the subject matter of the dependent claims and also the following description in each case.

본 발명의 내용에서 달성될 수 있는 장점들이 설명되기 전에, 본 출원에서 사용되는 표현들의 일부가 설명될 것이다.
Before the advantages achievable in the context of the present invention are described, some of the expressions used in the present application will be explained.

"공기 분리 시스템"은, "메인 공기 압축기"에 의해 하나 이상의 가압 공기 스트림의 형태로 제공되는 선택적으로 건조되고 정화되는 공기로 채워진다. 공기 분리 시스템은, 언급된 바와 같이, 공기를 이의 물리적 구성요소들로, 특히 질소 및 산소로 분리하기 위한 증류 컬럼 시스템을 가진다. 이러한 목적을 위해, 공기는, 위에서 설명된 바와 같이, 이의 이슬점에 가깝도록 냉각되고, 증류 컬럼 시스템 내로 도입된다. 이와 반대로, 순수 "공기 가스액화 시스템" 또는 "가스액화 장치"는 증류 컬럼 시스템을 포함하지 않는다. 게다가, 공기 가스액화 시스템의 구조는 공기 가스액화 제조물의 운반에 관한 공기 분리 시스템의 구조에 상응할 수 있다. 물론, 액체 공기는 공기 분리 시스템 내에 부산물로서 또한 제조될 수 있다.
An "air separation system" is filled with selectively dried and purified air provided in the form of one or more pressurized air streams by a "main air compressor ". The air separation system, as mentioned, has a distillation column system for separating air into its physical components, especially nitrogen and oxygen. For this purpose, air is cooled to near its dew point and introduced into the distillation column system, as described above. Conversely, pure "air gas liquefaction systems" or "gas liquefiers" do not include distillation column systems. In addition, the structure of the air gas liquefaction system may correspond to the structure of an air separation system for transporting air gas liquefied products. Of course, the liquid air can also be produced as a by-product in the air separation system.

"액체 공기 제조물"은 적어도 저온 액체의 형태로의 공기의 압축, 냉각 및 후속의 팽창에 의해 제조될 수 있는 임의의 제조물이다. 특히, 이 액체 공기 제조물은 이러한 경우에, 언급된 바와 같이, 액체 산소(LOX; liquid oxygen), 액체 질소(LIN; liquid nitrogen), 액체 아르곤(LAR; liquid argon) 또는 액체 공기(LAIR; liquid air)일 수 있다. 표현들 "액체 산소" 또는 "액체 질소"는 각각 여기서 또한 대기의 양보다 더 큰 양의 산소 및/또는 질소를 가지는 저온 액체들을 명시한다. 따라서, 이들은 반드시 산소 및/또는 질소의 높은 함량들을 가지는 순수 액체들일 필요가 없다. 따라서, 액체 질소는 순수한 또는 실질적으로 순수한 질소 뿐만 아니라 또한 가스액화된 대기 가스들의 혼합물을 의미하도록 취해지며, 이 혼합물의 질소의 함량은 대기의 질소 함량보다 더 크다. 예를 들어, 이 혼합물은 90, 바람직하게는 적어도 99 mol%의 질소 함량을 가진다.
A "liquid air product" is any product that can be produced by compression, cooling and subsequent expansion of air, at least in the form of a cold liquid. In particular, the liquid air product is in this case, as mentioned, liquid oxygen (LOX), liquid nitrogen (LIN), liquid argon (LAR) or liquid air ). The expressions "liquid oxygen" or "liquid nitrogen" respectively denote low temperature liquids having an oxygen and / or nitrogen content greater than the amount of the atmosphere here. Thus, they need not necessarily be pure liquids having high contents of oxygen and / or nitrogen. Thus, liquid nitrogen is taken to mean pure or substantially pure nitrogen as well as a mixture of gas liquefied atmospheric gases, the nitrogen content of which is greater than the nitrogen content of the atmosphere. For example, the mixture has a nitrogen content of 90, preferably at least 99 mol%.

"저온" 액체 또는 상응하는 유체, 액체 공기 제조물, 스트림 등이 액체 매체를 의미하도록 취해지며, 이의 끓는점은 현저하게 각각의 주변 온도 미만이고, 예를 들어, 200 K 이하, 특히 220 K 이하이다. 위의 의미에서의 저온 매체의 예들은 액체 공기, 액체 산소 및 액체 질소이다.
A "cold" liquid or a corresponding fluid, liquid air product, stream, etc., is taken to mean a liquid medium, the boiling point of which is significantly less than the respective ambient temperature, for example below 200 K, in particular below 220 K. Examples of cryogenic media in the sense above are liquid air, liquid oxygen and liquid nitrogen.

"열 교환기"는 서로에 대해 향류(counter flow)로 유도되는 2 개 이상의 스트림들, 예를 들어, 가온 가압 공기 스트림(warm pressurized air stream)과 하나 또는 그 초과의 냉각 스트림들 또는 저온 액체 공기 제조물과 하나 또는 그 초과의 가온 스트림들 사이에서의 열의 간접적인 이동의 역할을 한다. 열 교환기는, 예컨대 하나 또는 그 초과의 플레이트 열 교환기 블록(plate heat exchanger block)들의, 단일 열 교환기 섹션으로 또는 복수의 병렬 및/또는 직렬 연결된 열 교환기 섹션들로 형성될 수 있다. 냉각될 또는 가온될 스트림들의 메인 분획물이 이에 의해 냉각되거나 가온되는 점에서 구별되는 열 교환기, 예를 들어 또한 공기 분리 시스템에서 사용되는 "메인 열 교환기"는 "통로들"을 가지며, 이 통로들은 서로 분리되고 열 교환기 표면들을 가지는 유체 채널들로서 구성된다. 상응하는 열 교환기는, 작동 시, 온도들이 상이한, "가온 측" 및 "냉각 측"을 가진다. 열 교환기의 "가온 측" 온도는 냉각될 스트림들이 열 교환기에 이송되는 온도이다. 선택적으로, 냉각될 복수의 스트림들이 열 교환기에 상이한 온도 레벨들로 이송되기 때문에, 가온 측 온도는 또한 이송되는 냉각될 스트림들의 평균 또는 최저 또는 최고 온도에 관련될 수 있다.
A "heat exchanger" may comprise two or more streams, such as a warm pressurized air stream and one or more cooling streams or a cold liquid air stream, And indirect movement of heat between one or more of the warming streams. The heat exchanger may be formed into a single heat exchanger section or a plurality of parallel and / or series connected heat exchanger sections, e.g., of one or more plate heat exchanger blocks. The heat exchanger, which is distinguished in that the main fraction of the streams to be cooled or warmed is thereby cooled or warmed, for example the "main heat exchanger" used in the air separation system also has "passages" And are configured as fluid channels separated and having heat exchanger surfaces. The corresponding heat exchangers have, on operation, the "warm side" and the "cold side", the temperatures of which are different. The "warm side" temperature of the heat exchanger is the temperature at which the streams to be cooled are transferred to the heat exchanger. Optionally, since the plurality of streams to be cooled are transferred to different heat levels in the heat exchanger, the heating side temperature may also be related to the average or minimum or maximum temperature of the streams to be cooled to be transported.

"압축기"는, 스트림이 압축기로 이송되는 곳에서, 하나 이상의 시작 압력으로부터, 스트림이 압축기 시스템으로부터 제거되는 곳에서, 하나 이상의 최종 압력으로 하나 이상의 기체 스트림을 압축하기 위해 설비된 장치이다. 압축기는, 그러나 공지된 피스톤, 나사, 및/또는 패들 휠(paddle wheel) 및/또는 터빈 배열체들의 형태의 복수의 "압축기 스테이지(stage)들"(다시 말해, 축방향 또는 반경방향 압축기 스테이지들)을 가질 수 있는 여기서 구조적 유닛을 형성한다. 이는 공기 분리 시스템 내로 이송되는 공기의 양의 모두 또는 주요한 분획물이 메인 공기 압축기에 의해 압축되는 점에서 구별되는 공기 분리 시스템의 "메인 공기 압축기"에 또한 적용한다. 특히, 이러한 압축기 스테이지들이 공유된 구동부에 의해, 예를 들어 공유된 샤프트(shaft)를 통해 구동된다. 복수의 압축기들, 예컨대, 메인 압축기 및 공기 분리 시스템의 부스터(booster)는 서로 커플링될 수 있다. "부스터"는 이미 가압된 스트림의 추가적인 압력 상승을 위해 구성된다. "냉각 압축기"는, 상응하는 스트림이 이에 저온으로, 특히 또한 저온 상태로 이송될 수 있다는 점에서 구별된다. 이러한 경우의 냉각 압축기는 종래 기술을 따라 설비된다.
A "compressor" is a device configured to compress one or more gas streams at one or more final pressures, where the stream is removed from the compressor system, from one or more starting pressures where the stream is delivered to the compressor. The compressors may also include a plurality of "compressor stages" in the form of known pistons, screws, and / or paddle wheels and / or turbine arrangements (i.e., axial or radial compressor stages Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > structural unit. This also applies to the "main air compressor" of an air separation system which is distinguished in that all or a major fraction of the amount of air delivered into the air separation system is compressed by the main air compressor. In particular, these compressor stages are driven by a shared drive, for example via a shared shaft. A plurality of compressors, such as a main compressor and a booster of an air separation system, may be coupled to each other. The "booster" is configured for an additional pressure rise of the already pressurized stream. A "cold compressor" is distinguished in that the corresponding stream can be conveyed to it at low temperature, especially also at low temperature. The cooling compressor in this case is equipped according to the prior art.

공유된 샤프트를 통해 추가적인 팽창 터빈들 또는 오일 브레이크(oil brake)들, 발전기들 또는 압축기들과 같은 에너지 변환기(energy converter)들에 커플링될 수 있는, "팽창 터빈(expansion turbine)"은 기체 또는 적어도 부분적 액체 스트림을 팽창하기 위해 설비된다. 특히, 팽창 터빈들은 터보 팽창기(turbo expander)들로서 본 발명에서의 사용을 위해 구성될 수 있다. 압축기가 하나 또는 그 초과의 팽창 터빈들에 의해 구동되지만 외부 에너지 없이 작동된다면, 예를 들어 전기 모터에 의해 공급된다면, 여기서 표현 "터빈 구동된" 압축기가 사용된다. 터빈 구동된 압축기들 및 팽창 터빈들의 배열들은 또한 "부스터 터빈들"로 명명된다. 이러한 출원의 내용에서, "가압 질소 터빈" 또는 "PGAN 터빈"은 팽창 터빈으로 명명되며, 이 팽창 터빈에 의해, 공기 분리 시스템에서 제조되고 증류 컬럼 시스템으로부터 인출되는 질소 부화 가압 스트림이 팽창한다. 팽창 가압 스트림은 그 후에, 예를 들어 메인 열 교환기 내에서 가온되고 주위 환경들로 블로잉 오프될(blown off) 수 있다. "중압 터빈(medium-pressure turbine)"으로서 명시되는 팽창 터빈은 구체적으로 고압 컬럼, 중압 컬럼 및 저압 컬럼을 포함하는 3 개의 컬럼 시스템들과 연결되어 사용된다. 중압 터빈은, 중압 컬럼 내로의 메인 열 교환기에서의 냉각 후에, 메인 공기 압축기에 의해 압축되고 선택적으로 부스터 내에서 부스팅되는 가압 공기 스트림을 팽창한다. 반대로, "분사 터빈(injection turbine)"을 통해, 메인 공기 압축기에 의해 압축되고 부스터에서 선택적으로 부스팅된 가압 공기 스트림은, 메인 열 교환기에서의 냉각 후에, 2 개의 컬럼 시스템의 3 개의 컬럼 중 저압 컬럼 내로 팽창된다. 반대로, 팽창 밸브에 의해 고압 컬럼 내로 팽창되는 스트림은 "스로틀링된 스트림(throttled stream)"으로 명명된다. 이러한 스트림은, 예를 들어 메인 공기 압축기 내에 있거나 메인 공기 압축기의 하향에 있는 부스터에 의해 및/또는 터빈-구동된 압축기에 의해 고압 컬럼의 작동 압력 초과의 압력 레벨로 미리 압축된다.
An "expansion turbine," which may be coupled to energy converters such as additional expansion turbines or oil brakes, generators, or compressors via a shared shaft, At least a portion of the liquid stream. In particular, expansion turbines may be configured for use in the present invention as turbo expanders. If the compressor is driven by one or more expansion turbines but is operated without external energy, for example if supplied by an electric motor, the expression "turbine driven" Turbine driven compressors and arrangements of expansion turbines are also termed "booster turbines ". In the context of this application, a "pressurized nitrogen turbine" or "PGAN turbine" is termed an expansion turbine, in which the nitrogen-enriched pressurized stream produced in the air separation system and withdrawn from the distillation column system is expanded. The expansion pressurized stream may then be warmed in, for example, the main heat exchanger and blown off to ambient environments. An expansion turbine, designated as a "medium-pressure turbine ", is used in connection with three column systems specifically including a high pressure column, a medium pressure column and a low pressure column. The intermediate pressure turbine expands the pressurized air stream that is compressed by the main air compressor and optionally boosted in the booster, after cooling in the main heat exchanger into the medium pressure column. Conversely, a pressurized air stream, compressed by the main air compressor and selectively boosted in the booster, via the " injection turbine ", after cooling in the main heat exchanger, Lt; / RTI > Conversely, the stream that is expanded into the high pressure column by the expansion valve is termed a "throttled stream ". This stream is pre-compressed, for example, to a pressure level above the operating pressure of the high-pressure column by the booster in the main air compressor or downward of the main air compressor and / or by the turbine-driven compressor.

"탱크 시스템"은, 본 출원의 내용에서, 액체 공기 제조물의 저장을 위해 설비되는 하나 이상의 저온 저장 탱크를 가지는 배열체를 의미하도록 취해진다. 상응하는 탱크 시스템은 절연 수단들을 가진다.
"Tank system" is taken to mean, in the context of the present application, an arrangement having one or more low temperature storage tanks that are equipped for storage of liquid air products. The corresponding tank system has insulating means.

본 출원은, 압력들 및 온도들을 특징으로 하기 위해, 표현들 "압력 레벨" 및 "온도 레벨"을 사용하며, 이는 상응하는 압력들 및 온도들이, 발명의 개념을 실현하기 위해, 정확한 압력 또는 온도 값들의 형태로 사용될 필요가 없는 사실을 표현하는 것이다. 그러나, 이러한 압력들 및 온도들은 예를 들어, +/- 1%, 5%, 10%, 20%, 또는 심지어 50%, 대략 평균 값인 정의된 범위들 내에서 통상적으로 일어난다. 상응하는 압력 레벨들 및 온도 레벨들은 해체(disjoint) 범위들 내에 또는 서로 중첩하는 범위들 내에 놓일 수 있다. 특히, 예를 들어 압력 레벨들은, 예를 들어 냉각 효과들로 인해, 불가피한 또는 예상되는 압력 강하들을 포함한다. 이와 같은 것이 온도 레벨들에 상응하게 적용된다. 여기서 바(bar) 단위로 진술된 압력 레벨들은 절대 압력(absolute pressure)들이다.
The present application uses the expressions "pressure level" and "temperature level ", in order to characterize pressures and temperatures, It represents the fact that it does not need to be used in the form of values. However, these pressures and temperatures typically occur within defined ranges that are, for example, +/- 1%, 5%, 10%, 20%, or even 50%, an approximate average value. Corresponding pressure levels and temperature levels may be within disjoint ranges or within overlapping ranges. In particular, for example, the pressure levels include inevitable or expected pressure drops, for example due to cooling effects. This is applied corresponding to the temperature levels. Here, the pressure levels stated in bar units are absolute pressures.

액체 공기 제조물들 또는 상응하는 액체 스트림들은 가온함으로써 기체 또는 초임계 상태(supercritical state)로 변환될 수 있다. 가온이 임계 미만의(subcritical) 압력으로 진행될 때, 증발에 의한 규칙적인 상 이동이 진행된다. 그러나, 액체 공기 제조물들이 임계 압력 초과에 위치되는 압력에서 가온된다면, 임계 온도 초과에서 가온하자마자, 상 이동은 실제적인 의미에서 진행되지 않지만, 액체 상태로부터 초임계 상태로의 이동은 진행된다. 본 출원의 내용에서, 표현 "증발"이 사용된다면, 이는 또한 액체 상태로부터 초임계 상태로의 이동을 포함한다.
Liquid air products or corresponding liquid streams can be converted to a gas or supercritical state by warming. When the warming progresses to a subcritical pressure, a regular phase shift by evaporation proceeds. However, if the liquid air products are warmed at a pressure above the critical pressure, as soon as the temperature rises above the critical temperature, the phase transition does not proceed in a practical sense, but the transition from the liquid state to the supercritical state proceeds. In the context of the present application, if the expression "evaporation" is used, it also includes movement from a liquid state to a supercritical state.

본 발명은 메인 공기 압축기, 메인 열 교환기 및 증류 컬럼 시스템을 가지는 공기 분리 시스템이 사용되는 하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법으로부터 진행된다. 도입부에서 이미 다루어진 바와 같이, 본 방법은 이러한 경우에 제 1 및 제 2 작동 모드를 포함하며, 여기서, 제 1 작동 모드에서, 증류 컬럼 시스템에서 제조되는 하나 이상의 액체 공기 제조물이 저장되며, 그리고 제 2 작동 모드에서, 제 1 작동 모드에서 저장되는 하나 이상의 액체 공기 제조물(예컨대, 액체 공기, 액체 질소 또는 액체 산소) 및/또는 어떠한 경우에도 제 2 작동 모드에서 제조되지 않는 하나 이상의 추가적인 액체 공기 제조물(예컨대, 액체 공기, 액체 질소 또는 액체 산소), 및/또는 외부로부터(externally) 이송된 액체 공기 제조물 및/또는 다른 방식들로 임시적으로 저장된 액체 공기 제조물이 증류 컬럼 시스템 내로 이송된다.
The invention proceeds from a method of manufacturing one or more air products in which an air separation system having a main air compressor, a main heat exchanger and a distillation column system is used. As already discussed in the introduction, the method includes in this case first and second modes of operation, wherein, in the first mode of operation, one or more liquid air products produced in the distillation column system are stored, (E.g., liquid air, liquid nitrogen, or liquid oxygen) stored in a first mode of operation and / or one or more additional liquid air products that are not manufactured in a second mode of operation (E.g., liquid air, liquid nitrogen or liquid oxygen), and / or externally transferred liquid air products and / or other ways are transferred into the distillation column system.

본 발명에 따라, 제 2 작동 모드에서, 메인 열 교환기의 가온-측 온도 미만인 온도 레벨의 하나 이상의 기체 가압 스트림이 냉각 압축기에 이송되고, 냉각 압축기에서 제 1 대기압 초과 압력 레벨로부터 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 압축되고, 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 증류 컬럼 시스템의 하나 이상의 증류 컬럼 내로 이송되는 것이 제공된다. 증류 컬럼은 제 2 대기압 초과 압력 레벨에 상응하는 작동 압력으로 작동한다. 이러한 방법은 종래 기술과 비교하여 상당한 장점들을 제시한다.
In accordance with the present invention, in a second operating mode, one or more gas pressurized streams at a temperature level that is less than the warm-side temperature of the main heat exchanger are delivered to the refrigerant compressor and the second atmospheric pressure excess pressure Level, and is delivered to the at least one distillation column of the distillation column system at a second atmospheric pressure excess pressure level. The distillation column operates at an operating pressure corresponding to a second atmospheric pressure excess pressure level. This approach presents significant advantages over the prior art.

이전에 이미 언급된 바와 같이, 저온 액체들 또는 액체 공기 제조물의 비교적 작은 양을 공기 분리 시스템의 냉각 박스 내로 이송하는 것은 자주 손쉽게 가능한데, 이는 (메인) 열 교환기 내에서의 절연 및 손실들로 인한 불가피한 열 유입(incursion)으로 인해(가온-측 온도 차이), 냉기의 특정한 양이 항상 요구된다. 냉기의 이러한 양은 사용된 팽창 터빈에 의해 일반적으로 공급된다.
As already mentioned previously, it is often readily possible to transfer a relatively small amount of cold liquids or liquid air products into the cooling box of an air separation system, which is inevitable due to insulation and losses in the (main) heat exchanger Due to incursion (warm-side temperature difference), a certain amount of cold air is always required. This amount of cold air is normally supplied by the expansion turbine used.

냉기 요건이 이전에 설명된 피드-인(feed-in)에 의해 커버링된다면, 팽창 기계는 스위치 오프될(switched off) 수 있다. 추가적으로 압축된 공기가 팽창되는 중압 터빈으로 명명된 것이 사용된다면, 이는 (이의 하류에서 연결되는) 메인 공기 압축기 및/또는 이의 하류에서 연결되는 부스터에서의 구동 전원의 상응하는 절약을 가능하게 한다. 상응하는 방법이 분사 터빈으로 명명된 것을 기초로 하여 실현된다면, 이와 같은 것은, 공기가 사용된 증류 컬럼 시스템의 저압 컬럼으로 팽창되는 것에 의해 유사하게 적용된다. 가압 질소 또는 PGAN 터빈으로 명명된 것이 사용된다면, 이 출원의 내용에서 존재하는 도면들에서 도시되는 바와 같이, 터빈을 스위칭 오프(switching off)하는 것은 가압 질소의 이용가능한 상당한 양이 이용할 수 있다는 사실을 유발하며, 이로부터 압축을 위해 이용된 에너지가 회복될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 스트림이 상류에 있는 가열기 내에서 가열된 후에 상응하는 가압된 스트림이 이송되고 가압된 스트림을 사용의 특정한 영역을 위해(예컨대, 재생 가스로서의 사용을 위해) 요구되는 압력으로 팽창시키는, 외부 팽창 엔진이 사용될 수 있다.
If the cold requirement is covered by a feed-in as previously described, the expansion machine may be switched off. If a so-called intermediate pressure turbine is used which expands the compressed air additionally, this enables a corresponding saving of the drive power in the main air compressor (connected downstream thereof) and / or the booster connected downstream thereof. If a corresponding method is realized on the basis of what is termed a jet turbine, this is similarly applied by expanding into a low pressure column of a distillation column system in which air is used. Switching off the turbine, as shown in the figures present in the context of this application, if used what is termed a pressurized nitrogen or PGAN turbine, is to be able to utilize the fact that a considerable available amount of pressurized nitrogen is available , From which the energy used for compression can be recovered. For this purpose, after the stream is heated in a heater upstream, the corresponding pressurized stream is conveyed and the pressurized stream is expanded to the pressure required for a particular area of use (e.g., for use as a regeneration gas) , An external expansion engine may be used.

저온 액체들 또는 액체 공기 제조물들의 피드-인에 의해, 그러나, 비교적 긴 시간에 걸쳐, 요구되는 것보다 더 많은 냉기가 냉각 박스 내로 도입된다면, 이는 사용된 열 교환기들에서의 온도 프로파일들은 불가피한 방식("시프트(shift)")으로 변화하는 사실을 유발할 수 있어서, 이의 결과로써 열 교환기로부터 나오는 하나 또는 그 초과의 스트림들의 온도는 점점 더 낮아진다. 특정한 한계로부터, 공기 분리 시스템의 신뢰할만한 또는 지정된 대로의 작동 모드가 더 이상 보장되지 않는다. 냉각 박스 내로의 열 유입이 추가적인 열원에 의해 증가하지 않는다면, 추가적인 피드-인은 그 후에 더 이상 가능하지 않다. 이러한 목적을 위해, 언급된 바와 같이, 임의의 공지된 열-제조 장치, 예컨대 공기-가열, 스팀-가열, 가스-가열 열 교환기, 또는 전기 가열되거나 몇몇 다른 방식으로의 가열되는 열 교환기가 사용될 수 있다.
If more cold air is introduced into the cooling box than required, over a relatively long period of time, by the feed-in of cold liquids or liquid air products, this will cause temperature profiles in the heat exchangers used to be inevitable Quot; shift "), so that the temperature of one or more of the streams coming out of the heat exchanger becomes increasingly lower. From a certain limit, the reliable or specified operating mode of the air separation system is no longer guaranteed. If the heat input into the cooling box is not increased by the additional heat source, then the additional feed-in is no longer possible afterwards. For this purpose, as mentioned, any known heat-producing apparatus may be used, such as air-heating, steam-heating, gas-heating heat exchangers or heat exchangers which are heated electrically or in some other way have.

이러한 연결에서, 그러나 냉각 압축기들(다시 말해, 위에서 설명된 바와 같이, 주변 온도보다 더 낮은 흡입 온도를 가지는 압축기들)의 사용은 특히 유리함을 증명하는데, 이에 의해 열이 시스템 내로 도입될 수 있을 뿐만 아니라, 전체 방법이 특정한 재료 스트림들의 목적된 압축에 의해 영향을 받고 개선될 수 있기 때문이다. 상응하는 방법은 이후에 설명될 도 1 및 도 2에서 예시된다. 여기서 (상응하는 저온 액체들 또는 액체 공기 제조물들의 피드-인에 의해 실시되는, "제 2" 작동 모드에서) 상응하는 팽창 터빈(예컨대, 상기 도면들에서 도시되는 바와 같이, 가압 질소 터빈 뿐만 아니라, 예를 들어 분사 터빈)을 차단한 후에 가압 질소의 총량이 냉각 압축기 내에서 압축되며, 그 후에 예열기(preheater)에서 가온되고 별도의 (중압) 팽창 터빈에서 팽창된다. 그러나, 상류에 예열기를 갖는 외부 팽창 터빈의 사용은 모든 경우에서 만족스럽지는 않는데, 이는 이러한 하드웨어 구성요소들이 매우 비싸고 상당한 에너지 소비로 작동되어야만 하기 때문이다. 따라서, 예를 들어, 통상적인 별도의 스팀 시스템이 상응하는 예열기를 작동하도록 제공된다. 이와 관련된 손실들은 크다. 따라서, 이러한 장치가 없는 방법 및/또는 시스템은 비용들의 감소 및 에너지 절약들에 대한 점에서 특히 요망될 수 있고 유리하다.
In this connection, however, the use of cooling compressors (i.e., compressors having an inlet temperature lower than ambient temperature, as described above) proves to be particularly advantageous, whereby heat can be introduced into the system But because the entire method can be influenced and improved by the desired compression of particular material streams. The corresponding method is illustrated in Figures 1 and 2 which will be described later. Here, a corresponding expansion turbine (e.g., in a "second" operating mode, as implemented by the corresponding cold liquids or feed-in of liquid air products), as well as a pressurized nitrogen turbine, For example a jet turbine), the total amount of pressurized nitrogen is compressed in the refrigeration compressor, then warmed in the preheater and expanded in a separate (medium pressure) expansion turbine. However, the use of an external expansion turbine with a preheater upstream is not satisfactory in all cases, since these hardware components must be very expensive and must operate with considerable energy consumption. Thus, for example, a separate, separate steam system is provided to operate the corresponding preheater. The associated losses are large. Thus, methods and / or systems without such devices are particularly desirable and advantageous in terms of cost savings and energy savings.

공기 분리 시스템에서의 냉각 압축기들의 사용은 그 자체가 공지되어 있다. 예를 들어, US 7 272 954 B2에서, 냉각 압축기는 스로틀링된 스트림(throttled stream)을 압축하는데 사용된다. 그러나, 이러한 사용은 여기서 설명되는 방법 및 상응하는 시스템의 목적에 정반대로 반대한다: 스로틀링된 스트림은, 설명되는 바와 같이, 추가적인 냉기를 제조하기 위해 고압 컬럼 내로의 상응하는 팽창을 계속해서 수행할 수 있도록 정밀하게 압축된다. 따라서, 스로틀링된 스트림은 여기서 더 높은 대기압 초과 압력 레벨로 압축되지만, 이러한 압력으로 고압 컬럼 내로 이송되지 않으며, 미리 다시 팽창된다. 본 발명의 내용에서, 또한, 제 1 대기압 초과 압력 레벨은 고압 컬럼의 작동 압력 미만이다.
The use of cooling compressors in air separation systems is known per se. For example, in US 7 272 954 B2, a refrigeration compressor is used to compress a throttled stream. However, such use contradicts the objections of the method and the corresponding system described herein: the throttled stream continues to perform the corresponding expansion into the high pressure column to produce additional cold air, as described To be precisely compressed. Thus, the throttled stream is compressed here to a higher atmospheric pressure excess pressure level, but is not transferred into this pressure column at this pressure and is again expanded again. In the context of the present invention, the first atmospheric pressure excess pressure level is also less than the operating pressure of the high pressure column.

상응하는 공기 분리 시스템의 이미 반복적으로 언급된 "제 1 작동 모드"에서, 반드시 기체이지 않은 공기 제조물들이, 예를 들어 순산소 연소(oxyfuel) 또는 IGCC 방법에 제공된다. 제 1 작동 모드는 (언급된 값싼 전기 시간 또는 전기 잔여 시간들 동안) 상응하는 시스템으로부터 액체 공기 제조물들을 인출하는 단계 그리고 이들을 이러한 목적을 위해 제공되는 저장 탱크들 내로 전달하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 제 1 작동 모드는, 주로, 추가적인 냉기가, 예를 들어 가압 질소 터빈, 분사 터빈 및/또는 중압 터빈에 의해 공기 분리 시스템에서 발생한다는 점에서 구별된다. 제 1 작동 모드에서, 임의의 속도로, 탱크 시스템에 이전에 저장된 공기 제조물들의 작은 양들은 사용된 증류 컬럼 시스템 내로 이송되며, 요구되는 바와 같이, 냉기의 과도한 도입의 언급된 역효과들이 형성되지 않는 방식으로 추가적으로 분리된다.
In the already recited "first operating mode" of the corresponding air separation system, non-gaseous air products are provided, for example in oxyfuel or IGCC processes. The first mode of operation may also include withdrawing liquid air products from the corresponding system (during the stated low electrical or electrical residual times) and delivering them into the storage tanks provided for this purpose . The first mode of operation is distinguished primarily in that additional cold air is generated in the air separation system, for example by a pressurized nitrogen turbine, a jet turbine and / or a medium pressure turbine. In a first mode of operation, at any rate, small amounts of air products previously stored in the tank system are transferred into the used distillation column system and, as required, in such a manner that the mentioned adverse effects of over- Respectively.

반대로, 언급된 "제 2 작동 모드"에서, 일반적으로, 추가적인 냉기가 가압 질소 터빈, 분사 터빈 및/또는 중압 터빈에 의해 발생하지 않는데, 이는 저장 탱크 내에 그 안에 미리 저장되는 공기 제조물들이 사용된 증류 컬럼 시스템 내로 이송되고, 요구되는 바와 같이, 추가적으로 분리되기 때문이다. 이러한 공기 제조물들은 추가적인 장치들 또는 시스템들에 의해, 예를 들어 별도의 가스액화기에 의해 저장 탱크들 내로 또한 저장되거나 제공될 수 있다. 제 2 작동 모드에서, 냉각 압축기는 열 도입을 보장하기 위해 그리고 동시에 상응하는 가압 스트림의 압축을 수행하기 위해 사용된다.
Conversely, in the mentioned "second operating mode ", generally no additional cooling air is generated by the pressurized nitrogen turbine, the jet turbine and / or the intermediate pressure turbine, Column system, and, as required, are further separated. These air products may also be stored or provided by additional devices or systems, for example, into storage tanks by means of a separate gas liquefier. In the second mode of operation, the refrigeration compressor is used to ensure heat introduction and at the same time to perform compression of the corresponding pressurized stream.

이에 따라, 본 발명은, 값싼 수단들을 사용하여, 예컨대 저장 탱크들에 미리 저장된, 액체 공기 제조물들의 비교적 큰 양들의 피드-인의 경우에서조차 특히 유리한 작동을 가능하게 하는 공기 분리 시스템을 제공한다. 가열된 열 교환기들을 가지는 공기 분리 시스템들과 비교할 뿐만 아니라, 냉각 압축기들 및 외부 팽창 터빈들을 가지는 시스템들과 비교하여, 비용들이 상당하게 감소될 수 있다.
Thus, the present invention provides an air separation system that enables particularly advantageous operation even in the case of relatively large amounts of feed-in of liquid air products, e.g., stored in storage tanks, using inexpensive means. Compared to air separation systems with heated heat exchangers, as well as systems with cooling compressors and external expansion turbines, costs can be significantly reduced.

물론, 위에서 설명된 제 1 작동 모드는 또한 하나 이상의 및/또는 하나 이상의 추가적인 기쳬 가압 스트림이 팽창 터빈에서 냉각-제조되게 팽창되는 방법에 의해 포함될 수 있다. 방법은, 요구된다면, 여기서 두 개의 작동 모드들 사이에서 바뀔수(switched over) 있다.
Of course, the first mode of operation described above may also be included by way of which one or more and / or one or more additional gaseous pressurized streams are expanded to be cooled-manufactured in the expansion turbine. The method, if desired, is switched over between the two modes of operation here.

방법은, 고압 컬럼 및 저압 컬럼을 포함하는 증류 컬럼 시스템이 사용될 때 유리하게 사용될 수 있으며, 여기서 고압 컬럼은 저압 컬럼보다 더 높은 작동 압력으로 작동된다. 이러한 증류 컬럼 시스템들(예를 들어 트윈-컬럼 시스템들 또는 별도의 고압 및 저압 컬럼들을 가지는 시스템들)은 전문가 세계에서 대체적으로 공지되어 있다. 따라서, 방법은 상응하는 증류 컬럼 시스템들로 다수의 기존 공기 분리 시스템들을 개량하는데 적합하다.
The method may advantageously be used when a distillation column system including a high pressure column and a low pressure column is used wherein the high pressure column is operated at a higher operating pressure than the low pressure column. Such distillation column systems (e.g., twin-column systems or systems with separate high pressure and low pressure columns) are generally known in the professional world. Thus, the method is suitable for retrofitting multiple existing air separation systems with corresponding distillation column systems.

이러한 증류 컬럼 시스템들에서, 제 1 압력 레벨은 저압 컬럼의 작동 압력에 상응하며, 및/또는 제 2 압력 레벨은 고압 컬럼의 작동 압력에 상응한다. 본 발명은 여기서 상응하는 압력 상승 및 동시에 계량된(metered) 냉기 도입에 의한 증류 컬럼 시스템 내로의 전달을 가능하게 한다.
In these distillation column systems, the first pressure level corresponds to the working pressure of the low pressure column, and / or the second pressure level corresponds to the working pressure of the high pressure column. The present invention enables delivery into the distillation column system by corresponding pressure rise and simultaneous metered cold introduction.

특정한 장점들 및 훨씬 더 유연한 방법 절차는, 고압 컬럼과 저압 컬럼의 작동 압력들 사이에 있는 작동 압력으로 작동되는 중압 컬럼을 또한 포함하는 증류 컬럼 시스템이 사용될 때, 나타난다.
Certain advantages and much more flexible method procedures appear when a distillation column system is also used that also includes a medium pressure column operated at an operating pressure between the operating pressures of the high pressure column and the low pressure column.

상응하게, 여기서 제 1 압력 레벨은 저압 컬럼의 작동 압력에 상응할 수 있으며, 그리고 제 2 압력 레벨은 중압 컬럼, 또는 고압 컬럼의 작동 압력에 상응할 수 있다. 대안적으로, 여기서 제 1 압력 레벨은 중압 컬럼의 작동 압력에 상응할 수 있으며, 그리고 제 2 압력 레벨은 고압 컬럼의 작동 압력에 상응할 수 있다.
Correspondingly, where the first pressure level may correspond to the operating pressure of the low pressure column and the second pressure level may correspond to the operating pressure of the medium pressure column or the high pressure column. Alternatively, the first pressure level may correspond to the operating pressure of the intermediate pressure column, and the second pressure level may correspond to the operating pressure of the high pressure column.

모든 경우들에서, 하나 이상의 기체 가압 스트림은 증류 컬럼 시스템의 증류 컬럼으로부터 인출되는 스트림의 적어도 일부분으로 형성될 수 있으며, 이 증류 컬럼, 다시 말해서, 저압 컬럼 또는, 존재한다면, 선택적으로 또한 중압 컬럼은 작동 압력으로서 제 1 압력 레벨로 작동된다. 냉각 압축기에서의 압축 후에, 하나 이상의 기체 압축 스트림이 적어도 부분적으로 증류 컬럼(저압 컬럼으로부터 인출되는 경우에, 따라서 중압 컬럼 또는 고압 컬럼, 중압 컬럼으로부터의 인출의 경우에, 고압 컬럼) 내로 더 높은 압력 레벨로 이송될 수 있다.
In all cases, the at least one gas pressurized stream may be formed of at least a portion of the stream withdrawn from the distillation column of the distillation column system, and the distillation column, i. E. The low pressure column or, if present, And is operated at a first pressure level as an operating pressure. After compression in the refrigeration compressor, one or more gaseous compressed streams are at least partially introduced into the distillation column (in the case of a withdrawal from the low-pressure column, thus a medium-pressure column or high-pressure column, Level. ≪ / RTI >

이에 대한 대안으로서, 그러나, 하나 이상의 기체 가압 스트림은 메인 공기 압축기에 의해 제공되고 메인 열 교환기에 의해 냉각되는 스트림의 적어도 일부분으로, 다시 말해, 예를 들어 증류 컬럼 시스템의 중압 컬럼 내로의 피드-인을 위해 일부분이 의도되고 상응하는 압력인 "중압 스트림"으로 또한 형성될 수 있다. 냉각 가압기에서 계속해서 가압되는 이러한 기체 가압 스트림은 그 후에 상응하는 압력 레벨로 작동되는 증류 컬럼 내로 이송될 수 있다.
As an alternative, however, the at least one gas pressurized stream may be fed to at least a portion of the stream provided by the main air compressor and cooled by the main heat exchanger, i. E., The feed- Intermediate < / RTI > pressure stream ", a portion of which is intended and corresponding pressure. This gas pressurized stream, which is continuously pressurized in the cooling pressurizer, can then be transferred into a distillation column operated at a corresponding pressure level.

이 스트림이 각각의 증류 컬럼 내로 이송되기 전에, 하나 이상의 기체 가압 스트림은 제 2 압력 레벨의 하나 이상의 추가적인 스트림과 조합될 수 있다. 이러한 제 2 압력 레벨이, 예를 들어 고압 컬럼의 작동 압력에 상응한다면, 따라서, 상응하게 압축된 기체 가압 스트림은 메인 공기 압축기에 의해 이러한 제 2 압력 레벨로 제공되고 메인 열 교환기에서 냉각되는 상응한 가압 공기 스트림과 조합된다.
One or more gas pressurized streams may be combined with one or more additional streams at a second pressure level before the stream is transferred into each of the distillation columns. If this second pressure level corresponds, for example, to the operating pressure of the high pressure column, then the corresponding compressed gas pressurized stream is provided by the main air compressor at this second pressure level and the corresponding Is combined with a pressurized air stream.

압축된 기체 가압 스트림이 아직 미리설정된 온도가 아니라면, 냉각 압축기에서의 압축 후에, 하나 이상의 기체 가압 스트림은 메인 열 교환기에서 적어도 부분적으로 냉각될 수 있다. 이는, 액체 공기 제조물들에서 이송함으로써, 목적된 온도 진입에 의한 메인 열 교환기의 온도 프로파일들의 부정적인 변화들을 상쇄시키기 위해, 또한 유리한 수단이다.
If the compressed gas pressurized stream is not yet at a predetermined temperature, after compression in the refrigerated compressor, the at least one gas pressurized stream may be at least partially cooled in the main heat exchanger. This is also an advantageous means to offset negative changes in the temperature profiles of the main heat exchanger due to entry of the desired temperature, by transfer in liquid air products.

이러한 경우에, 요건들에 따라, 그리고 도시되는 바와 같이, 예컨대, 도 9 및 도 10에서, 열 교환기 내로의 피드-인은, 특히 선호할만한 냉각 및/또는 온도 프로파일들의 영향을 끼치는 것이 실시될 수 있는 곳에 따른, 임의의 요망되는 지점에서 수행될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 기체 가압 스트림은, 냉각 압축기 내에서의 압축 후에, 가온 측 상의 메인 열 교환기에 대해, 또는 메인 열 교환기의 가온-측 온도 미만인 추가적인 온도 레벨로 냉각시키도록 이송될 수 있다.
In this case, and in accordance with the requirements and as shown, for example, in Figures 9 and 10, the feed-in into the heat exchanger can be effected, especially with the effect of favorable cooling and / or temperature profiles Lt; / RTI > may be performed at any desired point, depending on where it is located. Thus, the at least one gas pressurized stream can be delivered to the main heat exchanger on the warm side after compression in the refrigeration compressor, or to an additional temperature level below the warm-side temperature of the main heat exchanger.

본 방법은, 냉각 압축기 내에서 압축된 기체 가압 스트림의 일부분이 메인 열 교환기 내에서 가온되고 및/또는 공기 분리 시스템으로부터 적어도 부분이 방출될 때의 장점들을 또한 제시한다. 상응하는 스트림은, 예를 들어 흡착재 컨테이너(adsorber container)들을 갖는 정화 장치에서 재생 가스로서 이에 대해 이용할 수 있고, 특히 유리한 압력 및 온도 레벨에서 사용가능하다.
The method also presents advantages when a portion of the compressed gas pressurized stream compressed in the refrigeration compressor is warmed up in the main heat exchanger and / or at least partly discharged from the air separation system. The corresponding stream can be used as a regeneration gas for it, for example in a purifier with adsorber containers, and is available at particularly advantageous pressure and temperature levels.

본 발명에 따른 공기 분리 시스템의 특징들 및 장점들에 관하여, 설명된 장점들에 대한 참조가 마찬가지로 이루어질 수 있다. 이러한 공기 분리 시스템은 메인 공기 압축기, 메인 열 교환기 및 증류 컬럼 시스템을 가지고 설명된 제 1 작동 모드 및 설명된 제 2 작동 모드에서의 작동을 위해 설비되며, 여기서 제 1 작동 모드에서, 증류 컬럼 시스템에서 제조되는 하나 이상의 액체 공기 제조물을 저장하고, 제 2 작동 모드에서, 제 1 작동 모드에서 저장된 하나 이상의 액체 공기 제조물 및/또는 하나 이상의 추가적인 액체 공기 제조물을 증류 컬럼 시스템 내로 이송하기 위해 설비되는 수단들이 제공된다. 상응하는 수단들은, 예를 들어, 수동식 또는 자동식 공정 제어 스위칭 수단들을 포함할 수 있다. 공기 분리 시스템은 냉각 압축기를 가진다. 또한, 제 2 작동 모드에서, 메인 열 교환기의 가온-측 온도 미만인 온도 레벨의 하나 이상의 기체 가압 스트림은 냉각 압축기에 이송하고, 냉각 압축기에서 제 1 대기압 초과 압력 레벨로부터 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 이 스트림을 압축하고, 그 후에 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 증류 컬럼 시스템의 하나 이상의 증류 컬럼 내로 적어도 부분적으로 이송하도록 설비되는 수단들이 제공된다.
With respect to the features and advantages of the air separation system according to the present invention, references to the described advantages can be likewise made. This air separation system is equipped for operation in the first operating mode and the second operating mode described with the main air compressor, the main heat exchanger and the distillation column system, wherein in the first operating mode, in the distillation column system Means provided for storing one or more liquid air products to be produced and for transferring in the second mode of operation one or more liquid air products stored in the first operating mode and / or one or more additional liquid air products into the distillation column system do. The corresponding means may comprise, for example, manual or automatic process control switching means. The air separation system has a refrigerant compressor. In addition, in the second operating mode, one or more gas pressurized streams at a temperature level that is less than the warm-side temperature of the main heat exchanger are delivered to the refrigeration compressor, and at a refrigerating compressor, from a first atmospheric pressure excess pressure level to a second atmospheric pressure excess pressure level Means are provided for compressing the stream and then at least partially transferring it into at least one distillation column of the distillation column system at a second atmospheric pressure excess pressure level.

또한, 본 발명에 따른 방법의 특징들 및 장점들 그리고 전기 에너지를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치에 관하여, 상기의 설명들에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 특히, 이는 이러한 경우에 순산소 연소 또는 IGCC 방법, 및/또는 상응하는 장치일 수 있다.
Reference can also be made to the above description, with reference to the features and advantages of the method according to the invention and the device according to the invention for producing electrical energy. In particular, it may in this case be a oxy-fuel combustion or IGCC process, and / or a corresponding device.

본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 개략적인 시스템 다이어그램(diagram)의 형식으로 제 1 작동 모드의 본 발명을 따르지 않는 공기 분리 시스템을 도시한다.
도 2는 개략적인 시스템 다이어그램의 형식으로 제 2 작동 모드의 도 1을 따른 공기 분리 시스템을 도시한다.
도 3은 개략적인 시스템 다이어그램의 형식으로 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예에 따른 공기 분리 시스템을 도시한다.
도 4는 개략적인 시스템 다이어그램의 형식으로 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예를 따른 공기 분리 시스템을 도시한다.
도 5는 개략적인 시스템 다이어그램의 형식으로 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예를 따른 공기 분리 시스템을 도시한다.
도 6은 개략적인 시스템 다이어그램의 형식으로 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예를 따른 공기 분리 시스템을 도시한다.
도 7은 개략적인 시스템 다이어그램의 형식으로 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예를 따른 공기 분리 시스템을 도시한다.
도 8은 개략적인 시스템 다이어그램의 형식으로 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예를 따른 공기 분리 시스템을 도시한다.
도 9은 개략적인 서브다이어그램(subdiagram)의 형식으로 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예를 따른 공기 분리 시스템 내의 냉각 압축기를 배열하는 것에 대한 가능성을 도시한다.
도 10은 개략적인 서브다이어그램의 형식으로 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예를 따른 공기 분리 시스템 내의 냉각 압축기를 배열하는 것에 대한 가능성을 도시한다.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
1 shows an air separation system that does not follow the present invention in a first mode of operation in the form of a schematic system diagram.
Fig. 2 shows an air separation system according to Fig. 1 of a second operating mode in the form of a schematic system diagram.
Figure 3 shows an air separation system according to an embodiment of the present invention in a second mode of operation in the form of a schematic system diagram.
Figure 4 shows an air separation system according to an embodiment of the present invention in a second mode of operation in the form of a schematic system diagram.
Figure 5 shows an air separation system in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation in the form of a schematic system diagram.
Figure 6 shows an air separation system in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation in the form of a schematic system diagram.
Figure 7 illustrates an air separation system in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation in the form of a schematic system diagram.
Figure 8 shows an air separation system in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation in the form of a schematic system diagram.
Figure 9 illustrates the possibility of arranging the cooling compressor in an air separation system according to an embodiment of the present invention in a second mode of operation in the form of a schematic subdiagram.
Figure 10 illustrates the possibility of arranging the cooling compressor in an air separation system according to an embodiment of the present invention in a second mode of operation in the form of a schematic subdiagram.

비교가능한 요소들은 도면들에서 동일한 참조 표시들을 지니며(bear), 명료함을 위해, 설명들이 반복되지 않는다.
Comparable elements bear the same reference indications in the figures, and for clarity, the explanations are not repeated.

도 1 내지 도 10에서, 때때로 동일한 시스템들 및 이러한 시스템들의 구성요소들이 상이한 작동 모드들로 도시되며, 액체 스트림 및 기체 스트림이 상이한 시스템 구성요소들을 통해 유도되는 이러한 방식으로, 이 상이한 작동 모드들은 특히(inter alia) 상응하는 라인들 내의 다양한 밸브들의 위치에서 상이하다. 이러한 경우의 밸브들은 도시되지 않는다. 그러나, 차단된(shut off) 라인들은 (-x-)를 통해 교차되게 도시된다.
In Figures 1 to 10, these same operating systems are sometimes depicted in different operating modes and in the same manner in which the liquid and gas streams are directed through different system components, lt; RTI ID = 0.0 > inter alia < / RTI > corresponding lines. The valves in this case are not shown. However, the shut off lines are shown crossed through (-x-).

도 1은 개략적인 시스템 도면의 형식으로 본 발명을 따르지 않는 공기 분리 시스템(110)을 도시한다. 공기 분리 시스템(110)은 제 1 작동 모드인 도 1에서 도시되며, 이 공기 분리 시스템 내에서, 액체 공기 제조물들의 상당한 양들이 "외부 이송원들"로부터, 예를 들어 저장 탱크 또는 공기 가스액화 시스템으로부터 이들로 이송되지 않는다. 도시되는 제 1 작동 모드는, 예를 들어 저렴한 전력으로 또는 전력 초과 기간들에서 액체 공기 제조물들을 제조하기 위한 것이며, 여기서 상기 액체 공기 제조물들은 상응하는 저장 탱크들 내에 저장되고 공기 분리 시스템(110) 내로 이송하기 위해 도 2에 대해 도시된 제 2 작동 모드를 위해 제공된다. 추가적인 작동 모드는 또한 기체 공기 제조물들에 대한 배타적인 또는 주요한 규정(provision)을 또한 포함할 수 있다.
1 shows an air separation system 110 that does not obey the present invention in the form of a schematic system diagram. Air separation system 110 is shown in Figure 1, which is the first mode of operation in which significant quantities of liquid air products are collected from "external transfer sources ", for example in a storage tank or air gas liquefaction system Is not transported to these. The first mode of operation shown is for producing liquid air products, for example at low power or over power periods, where the liquid air products are stored in corresponding storage tanks and fed into the air separation system 110 Is provided for the second mode of operation shown for FIG. 2 for transport. Additional modes of operation may also include exclusive or major provisions for gaseous air products.

공기 분리 시스템(110)은, 중심 구성요소들로서, 매우 개략적으로 도시된 메인 공기 압축기(10), 메인 열 교환기(20) 및 도시된 예에서, 고압 컬럼(31), 중압 컬럼(32) 및 저압 컬럼을 가지는 멀티컬럼(multicolumn) 시스템으로서 구성되는 증류 컬럼(distillation column) 시스템(30)을 포함하며, 여기서 저압 컬럼은 제 1 섹션(section)(38) 및 제 2 섹션(33)을 가진다. 이러한 2 개의 섹션들은, 압력-변화없는 치수들을 가지고 분리 작용, 압력 및 온도들에 대해, 하나의 피스(piece) 저압 컬럼으로부터 구별될 수 없는 단일의 증류 공간을 이에 의해 형성하는 가스 라인(k)을 통해 연결된다.
The air separation system 110 includes as main components a main air compressor 10, a main heat exchanger 20 and a high pressure column 31, a medium pressure column 32 and a low pressure Column includes a distillation column system 30 configured as a multicolumn system having a column and a low pressure column having a first section 38 and a second section 33. These two sections are defined by a gas line (k) which forms a single distillation space by means of which there is no pressure-changeable dimensions and which, for separation action, pressure and temperatures, can not be distinguished from one piece low- Lt; / RTI >

고압 컬럼(31)의 작동 압력은, 예를 들어 상부에서 5.0 내지 5.5 바(bar)이며, 저압 컬럼(33)의 작동 압력은, 예를 들어 상부에서 1.3 내지 1.4 바이다. 중압 컬럼(32)의 작동 압력은 고압 컬럼(31)의 작동 압력과 저압 컬럼(33)의 작동 압력 사이에 있다.
The operating pressure of the high pressure column 31 is, for example, 5.0 to 5.5 bar at the top and the operating pressure of the low pressure column 33 is, for example, 1.3 to 1.4 at the top. The operating pressure of the intermediate pressure column 32 is between the operating pressure of the high pressure column 31 and the operating pressure of the low pressure column 33.

증류 컬럼 시스템(30) 및/또는 각각의 컬럼들에 상응하는 가압 공기(pressurized air)를 공급하기 위해, 메인 공기 압축기(10)는 적어도 제 1 가압 공기 스트림 및 제 2 가압 공기 스트림(l)을 제공하도록 설비된다. 이러한 경우의 제 1 가압 공기 스트림의 압력 레벨(level)은 고압 컬럼(31)의 작동 압력에 있으며(따라서 또한 "고압 공기(high pressure air)"(HPAIR)로 또한 불림), 반대로, 제 2 가압 공기 스트림(l)의 압력 레벨은 중압 컬럼(32)의 작동 압력에 있다(따라서 "중압 공기(medium-pressure air)"(MPAIR)로 또한 명명됨).
The main air compressor 10 includes at least a first pressurized air stream and a second pressurized air stream l to provide distillation column system 30 and / or pressurized air corresponding to each of the columns. . The pressure level of the first pressurized air stream in this case is at the operating pressure of the high pressure column 31 (and is therefore also referred to as "high pressure air" (HPAIR)) and conversely, The pressure level of the air stream l is at the operating pressure of the medium pressure column 32 (hence also referred to as "medium-pressure air" (MPAIR)).

상응하는 가압 공기 스트림들(a 및 1)의 규정은 대체적으로 공지되어 있고 여기서는 상세히 설명되지 않는다. 예를 들어, 메인 공기 압축기(10)에서, 대기가 필터를 통한 석션(suction)에 의해 취해지고 다수 스테이지들에서 상기 압력들로까지 압축된다. 제 1 가압 공기 스트림은, 예를 들어 멀티스테이지(multistage) 압축의 종결 시에 인출될 수 있으며, 제 2 가압 공기 스트림(l)은 중간 장소에서 인출될 수 있다. 압축 후에, 공기는 직접 접촉 냉각기 내의 직접 열 교환기 내의 냉각수로 냉각될 수 있다. 냉각수는 증발식 냉각기(evaporative cooler)로부터 및/또는 외부 이송원으로부터 이송될 수 있다. 압축된 그리고 냉각된 공기는 그 후에 정화 장치 내에서 정화될 수 있다. 정화 장치는 적합한 흡착재로 충전된 컨테이너들의 쌍을 가질 수 있다. 정화 장치의 재생을 위해, 여기서는 이후에 설명되는 스트림(v)의 형태인, 질소-부화(nitrogen-rich) 재생 가스가 사용된다.
The provision of corresponding pressurized air streams a and 1 is generally known and is not described in detail here. For example, in the main air compressor 10, the atmosphere is taken up by suction through a filter and compressed to the pressures at multiple stages. The first pressurized air stream may be withdrawn, for example, at the end of multistage compression, and the second pressurized air stream l may be withdrawn at an intermediate location. After compression, the air can be cooled directly into the cooling water in the heat exchanger directly in the contact cooler. The cooling water may be transferred from an evaporative cooler and / or from an external transfer source. The compressed and cooled air can then be purified in a purifier. The purifier may have a pair of containers filled with a suitable sorbent material. For the regeneration of the purifier, a nitrogen-rich regeneration gas is used, here in the form of stream v, described hereafter.

도시되는 예에서, 상기 압력 레벨(level)의 제 1 가압 공기 스트림은 메인 열 교환기(20)의 통로(21)를 통하여 유도되고 그 곳에서 이슬점에 가깝게 냉각된다. 메인 열 교환기(20)의 하류에 있는, 추가적으로 a로 표시되는 냉각된 가압 공기 스트림은, 일부가 고압 컬럼(31) 내로 이송되고, 추가적인 일부가 산소-부화 액체(이후를 참고)로 충전된 배스 증발기 또는 배스 응축기(34) 내에서 가스액화된다. 가스액화된 분획물에 대해, 분획물이 중압 컬럼(32) 내로 액체 상태로 다시 이송되며, 추가적인 분획물이 과냉각기(subcooler)(35)를 통하여 유도되고 저압 컬럼(33) 내로 팽창된다.
In the illustrated example, the first pressurized air stream at the pressure level is directed through the passage 21 of the main heat exchanger 20 and is cooled there close to the dew point. A cooled pressurized air stream downstream of the main heat exchanger 20, designated as a, is delivered to the high pressure column 31, a portion of which is transferred to the high pressure column 31, And is gas-liquefied in an evaporator or a bath condenser (34). For the gas liquefied fraction, the fraction is transferred back into the liquid state in the intermediate pressure column 32, and additional fraction is led through the subcooler 35 and expanded into the low pressure column 33.

제 2 가압 공기 스트림(l)은 일부분이 메인 열 교환기(20)의 통로(24)를 통하여 유도되고 그 곳에서 이슬점에 가깝게 냉각된다. 반대로, 추가적인 분획물이 메인 열 교환기(20) 내에서 또한 통합될 수 있는 열-교환기 요소(44)를 통하여 유도되고 산소-부화 액체 스트림(n)을 기화시키는데 사용된다(이후를 참조). 그 후에 다시 통합된 분획물들이 중압 컬럼(32) 내로 이송된다.
The second pressurized air stream l is partly directed through the passages 24 of the main heat exchanger 20 and is cooled there close to the dew point. Conversely, additional fractions are introduced through the heat-exchanger element 44 which can also be incorporated in the main heat exchanger 20 and used to vaporize the oxygen-enriched liquid stream n (see below). The combined fractions are then transferred into the intermediate pressure column 32.

고압 컬럼(31) 및 중압 컬럼(32)의 섬프(sump)로부터, 각각의 경우에, 산소-부화된 액체 스트림들이 제거되고(taken off), 과냉각기(35)를 통해 스트림(h)로서 유도되고 저압 컬럼(33) 내로 팽창된다.
From the sump of the high pressure column 31 and the intermediate pressure column 32 the oxygen-enriched liquid streams are taken off in each case and taken as stream h through the subcooler 35 And expanded into the low pressure column (33).

저압 컬럼의 섬프로부터, 산소-부화 액체 스트림(i)이 제거되고, 펌프(36)에 의해 부스팅되고(boosted), (라벨 없는) 팽창 밸브를 통해 증발기(37) 내로 전달되고, 그 곳에서 질소 부화 스트림(r)에 대해 부분적으로 기화되고(이후 참고), 저압 컬럼의 제 1 섹션(38) 내로 전달되며, 이 저압 컬럼의 섬프 내에 저압 컬럼 저부 증발기(39)가 배열된다. 예에서, 2 개의 증발식 응축기들, 저압 컬럼 중간 증발기(37) 및 저압 컬럼 저부 증발기(39)는 강하-경막(falling-film) 증발기들로서 구성된다. 산소 컬럼(38)의 상부로부터 획득되는 액체 및 기체 분획물들은 스트림(k)으로서 저압 컬럼(33) 내로 부분적으로 재순환된다. 저압 컬럼 중간 증발기(37)의 증발 공간 밖으로 유동하는 액체의 다른 일부가 역류 액체(reflux liquid)로서 저압 컬럼의 제 1 섹션(38)에 적용된다.
From the sump of the low pressure column, the oxygen-enriched liquid stream (i) is removed, boosted by the pump 36 and delivered into the evaporator 37 via the (unlabelled) expansion valve, (See below) to the first section 38 of the low pressure column and the low pressure column bottom evaporator 39 is arranged in the sump of this low pressure column. In the example, the two evaporative condensers, the low pressure column intermediate evaporator 37 and the low pressure column bottom evaporator 39 are configured as falling-film evaporators. The liquid and gaseous fractions obtained from the top of the oxygen column 38 are partially recycled into the low pressure column 33 as stream k. Another portion of the liquid flowing out of the evaporation space of the low pressure column middle evaporator 37 is applied to the first section 38 of the low pressure column as a reflux liquid.

저압 컬럼(38)의 섬프로부터, 액체 산소-부화 스트림이 제거되고 액체 배스를 갖는 증발식 응축기(배스 증발기)로서 구성되는 사이드 응축기(side condenser)(34)로 전달된다. 사이드 응축기(34)의 상부로부터, 기체 산소-부화 스트림(m)이 제거되고, 메인 열 교환기(20) 내에서 가온되고 기체 산소 가압 제조물(gaseous oxygen pressurized product)(여기서는 GOX로 명시됨)을 제공하기 위해 사용된다. 사이드 응축기(34)의 섬프로부터, 액체 산소-부화 스트림이 제거되고, 서브스트림(substream)(n)이 액체 상태로 부스팅되는 곳으로부터, 열 교환기 요소(44) 내에서 기화되고, 마찬가지로 기체 산소 가압 제조물을 제공하기 위해 사용된다. 반대로, 서브스트림(o)은 부분이 과냉각기(35) 내에서 과냉각되고(subcooled) 액체 산소-부화 공기 제조물(여기서는 LOX로 명시됨)을 제공하기 위해 사용된다. 액체 공기 제조물은 적합한 저장 탱크(61)로 이동되고 그 안에 저장될 수 있다.
From the sump of the low pressure column 38, the liquid oxygen-enriched stream is removed and transferred to a side condenser 34 which is configured as an evaporative condenser (bath evaporator) with a liquid bath. From the top of the side condenser 34 the gaseous oxygen-enriched stream m is removed and warmed in the main heat exchanger 20 to provide a gaseous oxygen pressurized product (here designated GOX) Lt; / RTI > From the sump of the side condenser 34 the liquid oxygen-enriched stream is removed and vaporized in the heat exchanger element 44 from where the substream n is boosted to the liquid state, Is used to provide the product. Conversely, the sub-stream o is used to provide a liquid oxygen-enriched air product (referred to herein as LOX) where the portion is subcooled and subcooled in the subcooler 35. The liquid air product may be transferred to and stored in a suitable storage tank (61).

고압 컬럼(31)의 상부로부터, 질소-부화 기체 스트림(p)이 제거되고 강하-경막 증발기 또는 강하-경막 응축기(39) 내에서 가스액화된다. 서브스트림은 고압 컬럼(31)으로 재순환되며, 추가적인 서브스트림(링크부(A) 참조)은 과냉각기(35)를 통하여 유도되고 그 후에 저압 컬럼(33) 내로 팽창된다.
From the top of the high pressure column 31, the nitrogen-rich gas stream p is removed and gas liquefied in a descent-epidermal evaporator or descending-epidermal condenser 39. The sub-stream is recycled to the high-pressure column 31 and an additional substream (see link A) is guided through the subcooler 35 and then into the low-pressure column 33.

중압 컬럼(32)의 상부로부터, 질소-부화 기체 스트림(r)이 제거되고, 강하-경막 증발기 또는 강하-경막 응축기(37) 내에서 부분적으로 가스액화된다. 서브스트림이 중압 컬럼(32)으로 재순환되며, 추가적인 서브스트림(s)이 과냉각기(35)를 통해 유도되고 그 후에 저압 컬럼(33) 내로 부분적으로 팽창되고 액체 질소-부화 공기 제조물(liquid nitrogen-rich air product)(여기서는 LIN으로 명시됨)의 형태로 부분적으로 제공된다. 이는 또한 적합한 저장 탱크(62) 내에 저장될 수 있다.
From the top of the intermediate pressure column 32 the nitrogen-rich gas stream r is removed and partially gas liquefied in the descent-epidermal evaporator or descending-epidermal condenser 37. The sub-stream is recycled to the intermediate pressure column 32 and the additional substream s is introduced through the subcooler 35 and then partially expanded into the low pressure column 33 and the liquid nitrogen- rich air product (referred to herein as LIN). It may also be stored in a suitable storage tank 62.

스트림(r)의 추가적인 (더 큰) 서브스트림(t)은, 도시된 제 1 작동 모드에서, 냉각 압축기(45)를 바이패싱하고(bypassing), 메인 열 교환기(20) 내에서 가온된다. 여기서 스트림(u)로서 예시되는, 이의 분획물은 메인 열 교환기(20)로부터 중간 온도로 다시 인출될 수 있고, 그 후에 "냉각" 팽창 터빈(46)(가압 질소 터빈으로 명명됨) 내에서 냉각-제조되게(cold-producingly) 팽창되며, 이 터빈은, 예를 들어 발전기에 커플링될 수 있다. 팽창 터빈(45) 내에서 팽창되지 않은 분획물은 기체 질소-부화 공기 제조물(gaseous nitrogen-rich air product)(여기서는 MPGAN으로 명시됨)의 형태로 제공된다. 팽창 터빈(45) 내의 팽창 후에, 스트림(u)은 메인 열 교환기(20)를 통하여 냉각 단부로부터 워엄 단부(warm end)로 다시 유도되고 메인 열 교환기(20)의 가온 측 상에서 서브스트림들(v 및 w)로 분할된다. 서브스트림(v)은 메인 공기 압축기(10) 내에서 재생 가스(REGGAS)로서 사용되며 및/또는 정화 장치가 그에게로 할당된다(위에서 참고). 반대로, 서브스트림(w)은 온수 스트림에 의해 작동되는 열 교환기(51)에 의해 가온되고 그 후에 마찬가지로 발전기에 커플링될 수 있는, 추가적인 팽창 터빈(52) 내에서 팽창된다.
The additional (larger) sub-stream t of stream r is bypassed and cooled in main heat exchanger 20 in the first operating mode shown. The fraction thereof, here illustrated as stream (u), may be withdrawn back to the intermediate temperature from the main heat exchanger 20 and thereafter cooled-down in a "cooling" expansion turbine 46 (designated a pressurized nitrogen turbine) It is expanded cold-producingly, and the turbine can be coupled to, for example, a generator. The unexpanded fraction in the expansion turbine 45 is provided in the form of a gaseous nitrogen-rich air product (here designated MPGAN). After expansion in the expansion turbine 45 the stream u is again directed from the cold end through the main heat exchanger 20 to the warm end and the substreams v on the warm side of the main heat exchanger 20 And w). Substream v is used as regeneration gas REGGAS in main air compressor 10 and / or a purifier is assigned to him (see above). Conversely, the sub-stream w is expanded in an additional expansion turbine 52, which can be warmed by the heat exchanger 51 operated by the hot water stream and then coupled to the generator as well.

저압 컬럼(33)의 상부로부터, 질소-부화 스트림(y)이 제거되고, 메인 열 교환기(20) 내에 가온되고, 공기 분리 시스템(110) 밖으로 지나간다.
From the top of the low pressure column 33, the nitrogen-enriched stream (y) is removed, warmed in the main heat exchanger 20 and passed out of the air separation system 110.

이미 설명된 바와 같이, 팽창 터빈(46)의 사용은 메인 열 교환기 내에서 절연을 통해 그리고 손실들을 통해 불가피한 열 도입으로 인해 항상 요구되는 상당한 양의 냉기(cold)를 운반하는 역할을 한다(가온-측 온도 차). 도 2에서 도시되는 공기 분리 시스템(110)의 제 2 작동 모드 내에 도시되는 바와 같이, 이러한 냉기가 이송되는 액체 공기 제조물들에 의해 이미 커버링(cover)된다면, 팽창 터빈(46)이 차단될(shut off) 수 있다. 도시되는 예에서, 이는 에너지가 회복될 수 있는 곳으로부터, 압력 하에서 이용할 수 있는, 사용가능한 많은 양의 상응하는 질소-부화 공기 제조물을 유발한다. 예를 들어, 메인 공기 압축기에 의해 "직접적으로" 제공되고 메인 열 교환기 내에서 냉각되는 가압 스트림이 상응하는 팽창 터빈(팽창 터빈(46)과 유사함) 내에서 팽창되는 다른 구성들에서, 반대로, 메인 공기 압축기(10) 내의 구동 전원에서의 감소가 진행될 수 있다.
As already explained, the use of the expansion turbine 46 serves to carry a considerable amount of cold, which is always required due to inevitable heat transfer through insulation and through losses in the main heat exchanger (warm- Side temperature difference). If this cold air is already covered by the liquid air products being conveyed, as shown in the second operating mode of the air separation system 110 shown in FIG. 2, the expansion turbine 46 is shut off. In the example shown, this results in a usable large amount of the corresponding nitrogen-enriched air product available under pressure, from where energy can be restored. For example, in other configurations in which the pressurized stream that is "directly" provided by the main air compressor and that is cooled in the main heat exchanger is expanded within the corresponding expansion turbine (similar to the expansion turbine 46) The reduction in the driving power source in the main air compressor 10 can proceed.

도 2에서, 공기 분리 시스템(110)의 상응하는 제 2 작동 모드가 도시된다. 그 안에서, 첫번째로, 산소-부화 액체 공기 제조물(LOX)이 저장 탱크(61)로부터 배스 증발기로 또는 배스 응축기(34)로 전달되고(링크부(B) 참조), 두번째로, 액체 공기 제조물(liquid air product)(예를 들어, 여기서는 LAIR로 명시된 외부 가스액화기로부터의 가스액화된 공기)이 추가적인 저장 탱크(63)로부터 저압 컬럼(33) 내로 이송된다. 이에 의해서, 공기 분리 시스템(110)의 냉각 요건은 이미 요건을 넘어 커버링되기 때문에, 팽창 터빈(46)이 차단될 수 있다. 도시되지 않은 밸브에 의해 조절될 수 있는, 기체 질소-부화 공기 제조물(MPGAN)의 인출 속도(withdrawal rate)에 따라, 따라서, 사용가능한 많은 양의 상응하는 질소-부화 공기 제조물(여기서 또한 스트림(x)으로 명시됨)은 에너지가 팽창 터빈(52) 및/또는 이의 발전기 내에서 회복될 수 있는 곳으로부터 압력 하에서 이용할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 공기는 선가온되(prewarmed)어야 한다. 그러나, 상응하는 선가온 기기의 사용은 복잡하다.
In Fig. 2, a corresponding second operating mode of the air separation system 110 is shown. First, an oxygen-enriched liquid air product (LOX) is transferred from the storage tank 61 to the bath evaporator or to the bath condenser 34 (see link portion B) and secondly to the liquid air product liquid air product (for example, gas liquefied air from an external gasifier specified here as LAIR) is transferred from the additional storage tank 63 into the low pressure column 33. Thereby, the cooling requirement of the air separation system 110 is already covered beyond the requirement, so that the expansion turbine 46 can be shut off. Depending on the withdrawal rate of the gaseous nitrogen-enriched air product (MPGAN), which can be controlled by an unillustrated valve, therefore, a large amount of the corresponding nitrogen-enriched air product can be used, ) Is available under pressure from where energy can be recovered in the expansion turbine 52 and / or its generator. However, in this case, the air should be prewarmed. However, the use of corresponding sun-on devices is complicated.

냉각 압축기(45)는 또한 제 2 작동 모드로 작동한다. 마찬가지로 설명된 바와 같이, 액체 공기 제조물들(여기서는 LOX 및 LAIR)이 요구되는 것보다 더 많은 냉기가 공기 분리 시스템(110)의 냉각 박스(cold box) 내로 도입되는 경우에, 이는 열 교환기들 "시프팅(shifting)" 내에 각각의 온도 프로파일들을 유발할 것이며, 열 교환기들로부터 나오는 하나 또는 그 초과의 스트림들의 온도가 점차 더 냉각되게 될 것이다. 특정한 한계로부터, 공기 분리 시스템의 신뢰할만한 작동 모드가 더 이상 보장되지 않을 것이다. 이 문제는 열 이송원으로서 냉각 압축기(45)를 작동시킴으로써 공기 분리 시스템(110) 내에서 해결된다. 냉각 압축기(45)를 통해, 그러나, 열이 시스템 내로 도입될 수 있는 것뿐만 아니라, 또한 전체 방법은 특정한 재료 스트림들(여기서 스트림(t))의 목표된 압축에 의해 영향을 받을 수 있고 개선될 수 있으며, 이는 다른 열-제조 장치들, 예컨대, 공기-가열되는, 스팀(steam)-가열되는, 가스-가열되는 또는 전기-가열되는 열 교환기들 또는 다른 방식들로 가열되는 열 교환기들에 의해 가능하지 않을 것이다. 냉각 압축기(45)에 의해 실시되는 압력 상승이 팽창 터빈(52) 내에 사용될 수 있다.
The refrigeration compressor (45) also operates in a second operating mode. As similarly described, when more chilled air is introduced into the cold box of the air separation system 110 than is required for liquid air products (here LOX and LAIR) Quot; shifting ", and the temperature of one or more of the streams coming out of the heat exchangers will be gradually cooled. From a certain limit, the reliable operating mode of the air separation system will no longer be guaranteed. This problem is solved within the air separation system 110 by operating the cooling compressor 45 as a heat transfer source. Not only can the heat be introduced into the system through the refrigeration compressor 45, but also the entire method can be influenced by the targeted compression of specific material streams (here stream t) Which can be heated by other heat-producing devices, such as air-heated, steam-heated, gas-heated or electro-heated heat exchangers or heat exchangers heated in other manners It will not be possible. A pressure rise implemented by the cooling compressor (45) may be used in the expansion turbine (52).

도면의 본 발명을 따르지 않는 공기 분리 시스템에 대한 특별한 장점은 도시되고 이후에 설명되는 본 발명에 따른 공기 분리 시스템(110)에서의 이러한 경우를 유발하며, 이 공기 분리 시스템 내에 냉각 압축기(45)는 이송 압축기로서 명명된 것으로 사용되고 증류 컬럼 시스템(30) 내로 포함된다. 제 2 작동 모드에서, 다시 말해, 하나 이상의 기체 가압 스트림(연속적인 스트림들(b 내지 g) 참조)은, 메인 열 교환기(20)의 가온-측 온도 미만인 온도 레벨(level)로 냉각 압축기(45)로 이송되고, 냉각 압축기(45) 내에서 제 1 대기압 초과 압력 레벨(superatmospheric pressure level)로부터 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 압축되고, 제 2 대기압 초과 압력 레벨은 증류 컬럼 시스템(30)의 하나 이상의 증류 컬럼(31, 32) 내로 이송된다. 다시 말해, 냉각 압축기(45) 내에서, 예를 들어, 상응하는 기체 가압 스트림(e)(예컨대, 이후에 설명되는 스트림의 형태의 메인 공기 압축기(10)로부터의 공기, 또는 설명된 스트림들(b 내지 d, f 및 g)의 형태의 증류 컬럼들 중 하나로부터의 질소-부화 기체 가압 스트림)은 저압 또는 중압 컬럼(32 또는 33)을 위해, 또는 일반적으로 작동 압력보다 더 낮은 압력을 가지는 컬럼을 위해 사용되는 압력 레벨로부터, 중압 또는 고압 컬럼(31 또는 32), 또는 일반적으로 작동 압력보다 더 높은 압력을 가지는 컬럼을 위해 사용되는 압력 레벨로 압축된다. (요구된다면) 메인 열 교환기(20) 내에서 상응하는 냉각 후에, 압축된 스트림이 적합한 장소에서 상응하는 증류 컬럼(31, 32)내로 이송된다
A particular advantage of the air separation system not according to the invention of the drawing is that this occurs in the air separation system 110 according to the invention, which is illustrated and described hereinafter, in which the cooling compressor 45 Which is used as the feed compressor and is included in the distillation column system 30. In the second operating mode, in other words, the one or more gas pressurized streams (see continuous streams b to g) are cooled to a temperature level that is less than the warm-side temperature of the main heat exchanger 20, And is compressed in the refrigeration compressor 45 from a first atmospheric pressure level to a second atmospheric pressure excess pressure level and a second atmospheric pressure excess pressure level is passed through the one or more of the distillation column systems 30 Distillation columns 31 and 32, respectively. In other words, within the refrigeration compressor 45, for example, a corresponding gas pressurized stream e (e.g., air from the main air compressor 10 in the form of a stream as described below, The nitrogen-enriched gas pressurized stream from one of the distillation columns in the form of b, d, f and g) is fed to the low or medium pressure column 32 or 33, or to a column Pressure or high-pressure column 31 or 32, or a pressure level that is typically used for a column having a pressure higher than the operating pressure. After a corresponding cooling in the main heat exchanger 20 (if desired), the compressed stream is transferred into a corresponding distillation column 31, 32 at a suitable location

본 경우에서와 같이, 특히 방법들에 대해, 2 개의 가압된 스트림들(a 및 l)이 메인 압축기(10)에 의해 상이한 압력 레벨들로 제공되며, 이는 조정(rectification)이 개선된다는 사실을 유발한다. 3개-컬럼 시스템들에서, 고압 컬럼(31) 내로 도입될 것이고 고압으로 미리 압축되어야 하는 공기의 분획물은 적어지게 되는 반면에, 중압 컬럼 내로 도입될 것이고 사전에 중압으로 압축되어야 하는 공기의 분획물은 더 많아지게 된다. 이 결과는 상응하는 공기 분리 시스템(100)의 전체 에너지 소비가 현저하게 낮아지는 것이다. 이러한 경우의 냉각 압축기(45)는, 그 후에 차단되는 팽창 엔진(46)의 연결부들(포트들)이 사용되는 이러한 방식으로 유리하게 연결된다. 이는 장치 및 제어 기술에 대한 경비(expenditure)를 상당히 감소시킨다.
As in this case, especially for the methods, the two pressurized streams a and l are provided by the main compressor 10 at different pressure levels, which leads to the fact that rectification is improved do. In three-column systems, the fraction of air which will be introduced into the high-pressure column 31 and which will be introduced into the intermediate-pressure column and which is to be compressed beforehand under pressure, More. This result is that the total energy consumption of the corresponding air separation system 100 is significantly reduced. The cooling compressor 45 in this case is advantageously connected in this manner, in which the connections (ports) of the expansion engine 46, which are then shut off, are used. This significantly reduces the expenditure on the device and control technology.

도 3은 제 2 작동 모드에서의 본 발명의 실시예에 따라 상응하는 공기 분리 시스템(100)을 도시한다. 제 1 작동 모드는 다시 도시되지 않지만, 도 1에서의 것에 기본적으로 상응한다: 제 1 작동 모드에서, 상응하는 스트림이 팽창 터빈(46)을 통하여 유도되며, 냉각 압축기(45)가 바이패싱된다(bypassed). 도시된 제 2 작동 모드에서, 도 2에서와 같이, 첫번째로, 산소-부화 액체 공기 제조물(LOX)이 저장 탱크(61)로부터 배스 증발기 또는 배스 응축기(34) 내로 전달되며(링크부(B) 참조), 두번째로, 액체 공기 제조물(예를 들어, 외부 가스액화기로부터 가스액화된 공기, 여기서 LAIR로 명시됨)은 추가적인 저장 탱크(63)로부터 저압 컬럼(33) 내로 이송된다.
FIG. 3 illustrates a corresponding air separation system 100 in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation. The first operating mode is not shown again, but corresponds fundamentally to that of FIG. 1: in the first operating mode, the corresponding stream is led through the expansion turbine 46 and the refrigerant compressor 45 is bypassed ( bypassed). 2, the oxygen-enriched liquid air product (LOX) is transferred from the storage tank 61 into the bath evaporator or bath condenser 34 (the link portion B) (For example, gas liquefied from an external gasifier, here designated LAIR) is transferred from the additional storage tank 63 into the low pressure column 33

냉각 압축기(45)가 여기서 저압 컬럼(33)으로부터 제거된 질소-부화 스트림(y)의 서브스트림(b)으로 채워지며(charged), 이에 의해, 이 저압 컬럼은 저압 컬럼(33)의 전술된 대기압 초과 압력 레벨, 예를 들어 1.3 내지 1.4 바(bar)로 이용할 수 있다. 냉각 압축기(45)에서, 이 서브스트림(b)은, 상기 ("제 1") 대기압 초과 압력 레벨로부터 여기서 중압 컬럼(32)의 작동 압력에 상응하는 더 높은 ("제 2") 대기압 초과 압력 레벨로 압축된다. 설명된 바와 같이 압축된 서브스트림(b)은 그 후에 중간 온도로 메인 열 교환기(20)의 통로(25)로 이송되고 상응하게 냉각된다. 냉각 후에, 스트림(b)은 상부에 있는 중압 컬럼(32)에 적용된다. 추가적인 서브스트림들(j (MPGAN) 및 z (선택적으로 오직 제 1 작동 모드에서 재생 가스(REGGAS)로서 부분적으로 사용됨)은, 필요하다면, 마찬가지로 공기 분리 시스템으로부터 배출될 수 있다. 열 교환기(51) 및 팽창 터빈(52)의 배열은 사용되지 않는다.
The refrigerant compressor 45 is charged here with the substream b of the nitrogen-enriched stream y removed from the low pressure column 33, Atmospheric pressure excess pressure levels, for example 1.3 to 1.4 bar. In the refrigeration compressor 45, this sub-stream b has a higher ("second") atmospheric pressure excess pressure corresponding to the operating pressure of the intermediate pressure column 32, Level. The compressed substream (b) is then conveyed to the passages 25 of the main heat exchanger 20 at an intermediate temperature and cooled accordingly as described. After cooling, stream (b) is applied to the intermediate pressure column 32 at the top. Additional substreams j (MPGAN) and z (optionally only partially used as regeneration gas REGGAS in the first operating mode) may be vented from the air separation system as well, if desired. Heat exchanger 51, And the arrangement of the expansion turbine 52 are not used.

도 4는 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예에 따른 추가적인 공기 분리 시스템을 도시한다. 냉각 압축기(45)가 또한 여기서 저압 컬럼(33)으로부터 제거된 질소-부화 스트림(y)의 서브스트림으로 채워지고, 여기서 c로 지정되고, 저압 컬럼(33)의 전술된 대기압 초과 압력 레벨, 예를 들어 1.3 내지 1.4 바로 존재한다. 냉각 압축기(45)에서, 이 서브스트림(c)은, 상기 ("제 1") 대기압 초과 압력 레벨로부터, 그러나 여기서 고압 컬럼(31)의 작동 압력에 상응하는 더 높은 ("제 2") 대기압 초과 압력 레벨로 압축된다. 설명된 바와 같이 압축된 서브스트림(c)은 그 후에 중간 온도로 메인 열 교환기(20)의 통로(27)로 이송되고 상응하게 냉각된다. 냉각 후에, 스트림(c)은 상부에 있는 고압 컬럼(31)에 적용된다. 추가적인 스트림들(j (MPGAN) 및 z (일부가 오직 제 1 작동 모드에서 재생 가스(REGGAS)로서 선택적으로 사용됨)) 및 또한 질소-부화 고압 스트림(HPGAN)은, 요구된다면, 마찬가지로 공기 분리 시스템 밖으로 지날 수 있다.
Figure 4 shows an additional air separation system according to an embodiment of the present invention in a second mode of operation. The refrigerant compressor 45 is also filled with a sub-stream of the nitrogen-enriched stream (y) which is here removed from the low pressure column 33 and is designated herein as c and the aforementioned atmospheric pressure excess pressure level of the low pressure column 33, Lt; RTI ID = 0.0 > 1.3 < / RTI > In the refrigeration compressor 45, this sub-stream c is discharged from the above ("first") atmospheric pressure excess pressure level, but at a higher ("second") atmospheric pressure corresponding to the operating pressure of the high pressure column 31 And is compressed to an excess pressure level. The compressed substream c, as described, is then transferred to the passages 27 of the main heat exchanger 20 at an intermediate temperature and cooled accordingly. After cooling, stream c is applied to the high pressure column 31 at the top. Additional streams j (MPGAN) and z (optionally only used as regeneration gas REGGAS in the first operating mode) and also a nitrogen-enriched high pressure stream (HPGAN), if desired, Can pass.

도 5는 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예에 따른 추가적인 공기 분리 시스템을 도시한다. 냉각 압축기(45)는 여기서 상부로부터의 중압 컬럼(32)으로부터 인출되는 스트림(d)으로 채워지고, 따라서 중압 컬럼(32)의 상부에서의 전술된 대기압 초과 압력 레벨로 그리고 이의 온도 레벨로 이용할 수 있다. 냉각 압축기(45)에서, 이 서브스트림(d)은, 상기 ("제 1") 대기압 초과 압력 레벨로부터, 여기서 고압 컬럼(31)의 작동 압력에 다시 상응하는 더 높은 ("제 2") 대기압 초과 압력 레벨로 압축된다. 설명된 바와 같이 압축된 서브스트림(d)은 그 후에 메인 열 교환기(20)의 상응하는 통로(27)에 중간 온도로 이송되고 상응하게 냉각된다. 냉각 후에, 스트림(d)은 상부에 있는 고압 컬럼(31)에 적용된다. 추가적인 스트림들(j (MPGAN) 및 z (일부가 오직 제 1 작동 모드에서 재생 가스(REGGAS)로서 선택적으로 사용됨)) 및 또한 질소-부화 고압 스트림(nitrogen-rich high-pressure stream)(HPGAN)은 마찬가지로 공기 분리 시스템으로부터 요구되는 바와 같이 지날 수 있다.
Figure 5 illustrates an additional air separation system in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation. The refrigeration compressor 45 is then filled with the stream d drawn from the intermediate pressure column 32 from above and is thus available at the above mentioned atmospheric pressure excess pressure level at the top of the intermediate pressure column 32 and at the temperature level thereof have. In the refrigeration compressor 45 this sub-stream d is withdrawn from the above ("first") atmospheric pressure excess pressure level, where the higher ("second") atmospheric pressure, again corresponding to the operating pressure of the high pressure column 31 And is compressed to an excess pressure level. The compressed substream d, as described, is then transferred to the corresponding passages 27 of the main heat exchanger 20 at an intermediate temperature and cooled accordingly. After cooling, stream (d) is applied to the high pressure column 31 at the top. Additional streams j (MPGAN) and z (which are selectively used as regeneration gas REGGAS in only a first mode of operation) and also a nitrogen-rich high-pressure stream (HPGAN) As may be required from an air separation system.

도 6은 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예에 따른 추가적인 공기 분리 시스템을 도시한다. 냉각 압축기(45)는 여기서, 중압 컬럼(32)의 작동 압력에 상응하는 전술된 대기압 초과 압력 레벨로 존재하는 메인 공기 압축기(10)으로부터의 가압 스트림(l)의 서브스트림(e)으로 채워진다. 서브스트림(e)은, 이의 온도 레벨이 메인 열 교환기(20)의 가온-측 온도 레벨 미만인 이러한 방식으로, 냉각 단부에 있는 메인 열 교환기(20)로부터 제거된다. 냉각 압축기(45)에서, 이 서브스트림(e)은, 상기 ("제 1") 대기압 초과 압력 레벨로부터, 여기서 고압 컬럼(31)의 작동 압력에 결국(in turn) 상응하는 더 높은 ("제 2") 대기압 초과 압력 레벨로 압축된다. 설명된 바와 같이 압축되는 서브스트림(e)은 그 후에 중간 온도로 메인 열 교환기(20)의 통로(21)로 이송되고 이에 의해 스트림(a)과 조합된다. 여기서 추가적으로 a로 명시되는 스트림은 상응하게 냉각된다. 냉각 후에, 스트림(a)은 고압 컬럼(31) 내로 이송된다. 추가적인 스트림들(j (MPGAN) 및 z (일부가 오직 제 1 작동 모드에서 재생 가스(REGGAS)로서 선택적으로 사용됨))은 위와 같이, 마찬가지로 공기 분리 시스템으로부터 요구되는 바와 같이 지날 수 있게 된다.
Figure 6 illustrates an additional air separation system in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation. The refrigerant compressor 45 is now filled with a sub-stream e of the pressurized stream l from the main air compressor 10, which is at the above-mentioned atmospheric pressure excess pressure level corresponding to the operating pressure of the intermediate pressure column 32. Substream e is removed from the main heat exchanger 20 at the cold end in this manner, whose temperature level is below the warm-side temperature level of the main heat exchanger 20. In the refrigeration compressor 45 this sub-stream e has a higher ("first") atmospheric pressure excess pressure level, where it corresponds to the higher operating pressure of the high pressure column 31, 2 ") is compressed to an atmospheric pressure excess pressure level. The substream e to be compressed as described is then transferred to the passage 21 of the main heat exchanger 20 at an intermediate temperature and thereby combined with the stream a. Where the stream specified additionally is cooled accordingly. After cooling, stream (a) is conveyed into high pressure column 31. The additional streams j (MPGAN) and z (selectively used as regeneration gas REGGAS in only a first operating mode), as above, can also be passed as required from the air separation system.

도 7은 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예에 따른 추가적인 공기 분리 시스템을 도시한다. 냉각 압축기(45)는 여기서 저압 컬럼(33)으로부터 인출되는 스트림(f)로 채워지고 따라서 전술된 저압 컬럼(33)의 대기압 초과 압력 레벨, 예를 들어 1.3 내지 1.4 바로 존재하고, 이의 온도 레벨로 존재한다. 냉각 압축기(45)에서, 이 서브스트림(f)은, 상기 ("제 1") 대기압 초과 압력 레벨로부터 여기서 중압 컬럼(32)의 작동 압력에 결국 상응하는 더 높은 ("제 2") 대기압 초과 압력 레벨로 압축된다. 설명된 바와 같이 압축되는 서브스트림(f)은 그 후에 중간 온도로 메인 열 교환기(20)의 통로(24)로 이송되고 이에 의해 스트림(l)과 조합된다. 여기서 추가적으로 l로 명시되는 스트림은 상응하게 냉각된다. 냉각 후에, 스트림(l)은 중압 컬럼(32) 내로 이송된다. 추가적인 스트림들(j (MPGAN) 및 z (일부가 오직 제 1 작동 모드에서 재생 가스(REGGAS)로서 선택적으로 사용됨)은, 위와 같이, 마찬가지로 요구되는 바와 같이 공기 분리 시스템 밖으로 지날 수 있다.
Figure 7 illustrates an additional air separation system in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation. The cooling compressor 45 here is filled with the stream f drawn out from the low pressure column 33 and is therefore present at the atmospheric pressure excess pressure level of the low pressure column 33 described above, for example 1.3 to 1.4, exist. In the refrigeration compressor 45, this sub-stream f has a higher ("second") atmospheric pressure exceeding the atmospheric pressure excess pressure level here ("first") eventually corresponding to the operating pressure of the intermediate pressure column 32 Compressed to a pressure level. The substream f which is compressed as described is then transferred to the passage 24 of the main heat exchanger 20 at an intermediate temperature and thereby combined with the stream l. Where the stream specified in addition l is correspondingly cooled. After cooling, the stream (l) is transferred into the intermediate pressure column (32). Additional streams j (MPGAN) and z (optionally only used as regeneration gas REGGAS in a first mode of operation) may be passed out of the air separation system, as also required, as above.

도 8은 제 2 작동 모드의 본 발명의 실시예에 따른 추가적인 공기 분리 시스템을 도시한다. 냉각 압축기(45)는 여기서 저압 컬럼(33)으로부터 인출되는 스트림(g)로 또한 채워지고 따라서 전술된 저압 컬럼(33)의 대기압 초과 압력 레벨, 예를 들어 1.3 내지 1.4 바로 존재하고, 이의 온도 레벨로 존재한다. 냉각 압축기(45)에서, 이 서브스트림(g)은, 상기 ("제 1") 대기압 초과 압력 레벨로부터, 여기서 고압 컬럼(31)의 작동 압력에 결국 상응하는 더 높은 ("제 2") 대기압 초과 압력 레벨, 예를 들어 5.0 내지 5.5 바로 압축된다. 설명된 바와 같이 압축되는 서브스트림(g)은 그 후에 중간 온도로 메인 열 교환기(20)의 통로(21)로 이송되고 이에 의해 스트림(a)과 조합된다. 여기서 추가적으로 a로 명시되는 스트림은 상응하게 냉각된다. 냉각 후에, 스트림(a)은 특히 고압 컬럼(31) 내로 이송된다. 추가적인 스트림들(j (MPGAN) 및 z (일부가 오직 제 1 작동 모드에서 재생 가스(REGGAS)로서 선택적으로 사용됨)은, 마찬가지로 요구되는 바와 같이 공기 분리 시스템 밖으로 지날 수 있다.
Figure 8 illustrates an additional air separation system in accordance with an embodiment of the present invention in a second mode of operation. The cooling compressor 45 is here also filled with the stream g drawn out of the low pressure column 33 and thus is present at atmospheric pressure excess pressure level of the low pressure column 33 mentioned above, for example 1.3 to 1.4, Lt; / RTI > In the refrigeration compressor 45 this sub-stream g is withdrawn from the above ("first") atmospheric pressure excess pressure level, where the higher ("second") atmospheric pressure which eventually corresponds to the operating pressure of the high pressure column 31 For example, from 5.0 to 5.5 bar. The substream g compressed as described is then transferred to the passage 21 of the main heat exchanger 20 at an intermediate temperature and thereby combined with the stream a. Where the stream specified additionally is cooled accordingly. After cooling, the stream (a) is transferred into the high pressure column 31 in particular. Additional streams j (MPGAN) and z (optionally only used as regeneration gas REGGAS in a first mode of operation) may also go out of the air separation system as required.

도 9 및 도 10은 개략적 부분 묘사에서의 냉각 압축기(45)를 배열하는 것에 대한 대안적인 가능성들을 도시한다. 상응하는 스트림들에는 참조 표시들이 다시 제공되지 않는다. 이러한 가능성들은 도 3 내지 도 8에서 도시되는 모든 시스템들에서 그리고 도시되지 않은 본 발명의 추가적인 실시예들에서 달성된다.
9 and 10 illustrate alternative possibilities for arranging the cooling compressor 45 in a schematic partial depiction. No reference indications are provided for the corresponding streams again. These possibilities are achieved in all of the systems shown in Figures 3-8 and in additional embodiments of the invention not shown.

도 9에 따라, 냉각 압축기(45)에 의해 압축되는 스트림은 가온 측 상에서 메인 열 교환기(20)로 이송된다. 도 10에 따라, 스트림은 메인 열 교환기(20)로부터 제 1 중간 온도로 인출되고, 그 후에 압축되고, 다시 메인 열 교환기(20)로 제 2 중간 온도로 다시 이송된다. According to Fig. 9, the stream compressed by the cooling compressor 45 is transferred to the main heat exchanger 20 on the warm side. According to Fig. 10, the stream is withdrawn from the main heat exchanger 20 to the first intermediate temperature, then compressed, and then back to the main heat exchanger 20 to the second intermediate temperature.

Claims (14)

하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법에 있어서,
공기 분리 시스템(air separation system)(100)은 메인 공기 압축기(main air compressor)(10), 메인 열 교환기(20), 및 고압 컬럼(high pressure column)(31), 중압 컬럼(32), 저압 컬럼(33), 저압 컬럼 섬프 증발기(low pressure column sump evaporator)(39) 및 저압 컬럼 중간 증발기(37)를 포함하는 증류 컬럼 시스템(distillation column system)(30)을 가지며, 고압 컬럼(31)은 저압 컬럼(33)보다 더 높은 작동 압력으로 작동되며, 중압 컬럼(32)은 고압 컬럼(31)과 중압 컬럼(33)의 작동 압력들 사이에 있는 작동 압력으로 작동하며, 저압 컬럼 섬프 증발기(39) 및 저압 컬럼 중간 증발기(37)는 증발식 응축기들로서 구성되며,
상기 방법은 제 1 및 제 2 작동 모드(mode)를 포함하며,
- 제 1 작동 모드에서, 증류 컬럼 시스템(30) 내에서 제조된 하나 이상의 액체 공기 제조물(LIN, LOX)이 저장되며, 그리고,
- 제 2 작동 모드에서,
- 제 1 작동 모드에서 저장된 하나 이상의 액체 공기 제조물(LIN, LOX, LAIR) 및/또는 하나 이상의 추가적인 액체 공기 제조물(LIN, LOX, LAIR)이 증류 컬럼 시스템(30) 내로 이송되며, 그리고,
- 메인 열 교환기(20)의 가온 측 온도 미만인 하나 이상의 기체 가압 스트림(stream)(b 내지 g)은 냉각 압축기(45)로 이송되고, 냉각 압축기(45) 내에서 제 1 대기압 초과 압력 레벨(superatmospheric pressure level)로부터 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 압축되고, 증류 컬럼 시스템(30)의 하나 이상의 증류 컬럼(31, 32) 내로 제 2 압력 레벨로 적어도 부분적으로 이송되는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
A method of making at least one air product,
The air separation system 100 includes a main air compressor 10, a main heat exchanger 20 and a high pressure column 31, a medium pressure column 32, The high pressure column 31 has a distillation column system 30 including a column 33, a low pressure column sump evaporator 39 and a low pressure column intermediate evaporator 37, Pressure column 33 and the intermediate pressure column 32 operates at an operating pressure that is between the operating pressures of the high pressure column 31 and the intermediate pressure column 33 and the low pressure column sump evaporator 39 ) And the low-pressure column intermediate evaporator 37 are constructed as evaporative condensers,
The method includes a first and a second operating mode,
In the first operating mode, one or more liquid air products (LIN, LOX) produced in the distillation column system 30 are stored,
- in the second operating mode,
(LIN, LOX, LAIR) and / or one or more additional liquid air products (LIN, LOX, LAIR) stored in the first operating mode are transferred into the distillation column system 30,
One or more gas pressurized streams b to g that are below the warm side temperature of the main heat exchanger 20 are delivered to the refrigeration compressor 45 and the first superatmospheric pressure level pressure level to a second atmospheric pressure excess pressure level and is at least partially conveyed to a second pressure level into one or more distillation columns (31, 32) of the distillation column system (30).
A method of making at least one air product.
제 1 항에 있어서,
제 1 작동 모드에서, 하나 이상의 가압 스트림, 및/또는 하나 이상의 추가적인 기체 가압 스트림(b 내지 g)이 팽창 터빈(expansion turbine)(46)에서 냉각 제조되게 팽창되는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that, in the first operating mode, at least one pressurized stream and / or at least one additional gas pressurized stream (b to g) is expanded to be cooled and manufactured in an expansion turbine (46)
A method of making at least one air product.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
저압 컬럼(33, 38)의 섬프로부터의 산소 부화 스트림은 기체 산소 가압 제조물(GOX)을 제공하도록 사이드 응축기(34)에서 기화되며, 사이드 응축기(34)는 증발식 응축기로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that the oxygen-enriched stream from the sump of the low-pressure columns (33, 38) is vaporized in a side condenser (34) to provide a gaseous oxygen pressurized product (GOX) and the side condenser (34) is configured as an evaporative condenser ,
A method of making at least one air product.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 압력 레벨은 저압 컬럼(33)의 작동 압력에 상응하며, 및/또는 제 2 압력 레벨은 고압 컬럼(31)의 작동 압력에 상응하는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Characterized in that the first pressure level corresponds to the working pressure of the low pressure column (33) and / or the second pressure level corresponds to the working pressure of the high pressure column (31)
A method of making at least one air product.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 압력 레벨은 저압 컬럼(33)의 작동 압력에 상응하며, 제 2 압력 레벨은 중압 컬럼(32) 또는 고압 컬럼(31)의 작동 레벨에 상응하며, 또는 제 1 압력 레벨은 중압 컬럼(32)의 작동 압력에 상응하며, 제 2 압력 레벨은 고압 컬럼(31)의 작동 압력에 상응하는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The first pressure level corresponds to the operating pressure of the low pressure column 33 and the second pressure level corresponds to the operating level of the intermediate pressure column 32 or the high pressure column 31 or the first pressure level corresponds to the operating pressure of the intermediate pressure column 32 , And the second pressure level corresponds to the operating pressure of the high-pressure column (31).
A method of making at least one air product.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 기체 가압 스트림(b, d, f, g)은 증류 컬럼 시스템(30)의 증류 컬럼(32, 33)으로부터 인출되는 스트림의 적어도 일부분으로부터 형성되며, 증류 컬럼은 작동 압력으로서 제 1 압력 레벨로 작동되는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The at least one gas pressurized stream (b, d, f, g) is formed from at least a portion of the stream withdrawn from the distillation columns 32, 33 of the distillation column system 30, Lt; RTI ID = 0.0 >
A method of making at least one air product.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 기체 가압 스트림(e)은 메인 공기 압축기(10)에 의해 제공되고 메인 열 교환기(20)에 의해 냉각되는 스트림의 적어도 일부분으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Characterized in that the at least one gas pressurized stream (e) is formed by at least a portion of the stream provided by the main air compressor (10) and cooled by the main heat exchanger (20)
A method of making at least one air product.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 기체 가압 스트림(e)은, 상기 기체 가압 스트림이 증류 컬럼 시스템(30)의 하나 이상의 증류 컬럼(31, 32) 내로 이송되기 전에, 하나 이상의 추가적인 스트림(a)으로 제 2 압력 레벨로 조합되는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The at least one gas pressurized stream (e) is combined with the at least one additional stream (a) to a second pressure level before the gas pressurized stream is transferred into the at least one distillation column (31, 32) of the distillation column system (30) ≪ / RTI >
A method of making at least one air product.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 기체 가압 스트림(a 내지 g)은, 냉각 압축기(45) 내에서의 압축 후에, 메인 열 교환기(20) 내에서 적어도 부분적으로 냉각되는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Characterized in that the one or more gas pressurized streams (a to g) are at least partially cooled in the main heat exchanger (20) after compression in the cooling compressor (45)
A method of making at least one air product.
제 9 항에 있어서,
하나 이상의 기체 가압 스트림( a 내지 g)은, 냉각 압축기(45) 내에서의 압축 후에, 냉각을 위해 가온 측 상의 메인 열 교환기(20)에 이송되거나 메인 열 교환기(20)의 가온-측 온도 미만인 추가적인 온도 레벨에 있는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
10. The method of claim 9,
One or more gas pressurized streams (a to g) may be delivered to the main heat exchanger 20 on the warm side for cooling after compression in the refrigeration compressor 45 or may be delivered to the main heat exchanger 20 Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > additional temperature level,
A method of making at least one air product.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 압축기(45) 내에서 압축된 기체 가압 스트림(a 내지 g)의 일부분이 메인 열 교환기(20) 내에서 가온되고 및/또는 공기 분리 시스템(100)으로부터 적어도 부분적으로 방출되는 것을 특징으로 하는,
하나 이상의 공기 제조물을 제조하는 방법.
11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Characterized in that a portion of the compressed gas pressurized streams (a to g) compressed in the refrigeration compressor (45) is warmed in the main heat exchanger (20) and / or at least partially discharged from the air separation system (100)
A method of making at least one air product.
메인 공기 압축기(10), 메인 열 교환기(20), 및 증류 컬럼 시스템(30)을 포함하고 제 1 및 제 2 작동 모드들에서의 작동을 위해 설비되는 공기 분리 시스템(100)에 있어서,
제 1 작동 모드에서, 증류 컬럼 시스템(30) 내에 제조되는 하나 이상의 액체 공기 제조물(LIN, LOX)을 저장하도록, 그리고, 제 2 작동 모드에서, 제 1 작동 모드에서 저장되는 하나 이상의 액체 공기 제조물(LIN, LOX, LAIR) 및/또는 하나 이상의 추가적인 액체 공기 제조물(LIN, LOX, LAIR)을 증류 컬럼 시스템(30) 내로 이송하도록 설비되는 수단들(61, 63)이 제공되며,
상기 공기 분리 플랜트(plant)(100)는 냉각 압축기를 포함하며, 제 2 작동 모드에서, 메인 열 교환기(20)의 가온 측 온도 미만인 온도 레벨의 하나 이상의 기체 가압 스트림(b 내지 g)을 냉각 압축기(45)로 이송하는데, 냉각 압축기(45) 내의 상기 스트림을 제 1 대기압 초과 압력 레벨로부터 제 2 대기압 초과 압력 레벨로 압축하는데, 그리고 그 후에 제 2 압력 레벨의 상기 스트림을 적어도 부분적으로 증류 컬럼 시스템(30)의 하나 이상의 증류 컬럼(31, 32) 내로 이송하는데 적합한 수단들이 제공되는 것을 특징으로 하는,
공기 분리 시스템.
1. An air separation system (100) comprising a main air compressor (10), a main heat exchanger (20), and a distillation column system (30) and equipped for operation in first and second operating modes,
In a first mode of operation, one or more liquid air products (LIN, LOX) to be produced in the distillation column system 30 are stored and in a second mode of operation, one or more liquid air products Means 61, 63 are provided for transferring one or more additional liquid air products (LIN, LOX, LAIR) and / or one or more additional liquid air products (LIN, LOX, LAIR) into the distillation column system 30,
The air separation plant 100 comprises a refrigeration compressor and in a second mode of operation one or more gas pressurized streams (b to g) at a temperature level that is less than the warm side temperature of the main heat exchanger (20) (45), compressing the stream in the refrigeration compressor (45) from a first atmospheric pressure excess pressure level to a second atmospheric pressure excess pressure level, and thereafter feeding the stream at a second pressure level at least partially to a distillation column system (31, 32) of the distillation column (30).
Air separation system.
전기 에너지를 제조하기 위한 방법으로서,
하나 이상의 공기 제조물이, 적어도 제 2 작동 모드 동안 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제공되고, 하나 이상의 연료를 생산하고 및/또는 반응하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는,
전기 에너지를 제조하는 방법.
A method for manufacturing electrical energy,
Characterized in that at least one air product is provided by the method according to any one of claims 1 to 11 for at least a second mode of operation and is used for producing and /
Method of manufacturing electrical energy.
제 13 항에 따른 방법을 실시하도록 설비되는 시스템으로서,
특히 순산소 연소(oxyfuel) 방법 및/또는 일체형 가스화와 조합된 공정을 실시하도록 설비되는 것을 특징으로 하는,
시스템.
15. A system adapted to carry out the method according to claim 13,
Characterized in that it is equipped to carry out a process, in particular in combination with an oxyfuel process and / or an integrated gasification process.
system.
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