KR20200018261A - 공기 분리 장치 - Google Patents

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KR20200018261A
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column
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distillation
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KR1020190091118A
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켄지 히로시
Original Assignee
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

과제: 통상적인 공기 분리 장치와 비교하여 제품 생산 효율을 감소시키지 않으면서, 설치 면적을 확대하지 않으면서, 그리고 저압 증류 컬럼을 분할하지 않으면서, 고압 증류 컬럼의 상단부에 설치된 응축기와 연관된 높이의 지분(share of height)을 줄일 수 있는 공기 분리 장치를 제공하고자 한다.
해결책: 공기 분리 장치(1)는, 컬럼 상단부(113) 위로부터 이격된 위치에 제1 응축기(121)를 구비하는 제1 증류 컬럼(11), 및 제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하고; 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열된 제2 증류 컬럼(21), 및 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113) 위에 배열된 미정제 아르곤 증류 컬럼의 적어도 일부 또는 미정제 아르곤 증류 컬럼의 전부를 구비한다.

Description

공기 분리 장치{AIR SEPARATION DEVICE}
본 발명은 공기 분리 장치, 그리고 특히 설치 면적 및 높이를 줄일 수 있는 건축 구조에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 산소, 질소, 및 아르곤과 같은 제품을 생산하기 위한 공기 분리 장치를 개시한다. 그러한 공기 분리 장치는, 고압 증류 컬럼, 저압 증류 컬럼, 및 미정제 아르곤(crude argon) 증류 컬럼과 같은, 이러한 제품을 효율적으로 생산하기 위한 복수의 증류 컬럼을 포함한다. 비록 이러한 증류 컬럼이 건축의 관점에서 다양한 레이아웃 구성을 취할 수 있으나, 설치 면적 및 설치 높이 모두를 줄이는 것이 최적 건축의 달성에 있어서 바람직할 수 있다.
특허문헌 2는 미정제 아르곤 증류 컬럼을 고압 증류 컬럼의 상부 부분 내에 설치하는 것을 개시한다. 그러나, 이러한 방법에서, 고압 증류 컬럼의 상단부에 설치되는 응축기는 미정제 아르곤 증류 컬럼의 중간 부분 내에 설치되어야 하고, 이는 전체 설치 높이를 크게 높인다.
특허문헌 3은 미정제 아르곤 증류 컬럼을 저압 증류 컬럼의 위에 또는 옆에 설치하는 것을 개시한다. 그러나, 컬럼 위에 설치하는 것은 높이를 크게 증가시키고, 컬럼 옆에 설치하는 것은 설치 면적을 확대한다. 저압 증류 컬럼이 분할되는 경우에, 고압 용기 단부 판 및 분배기가 확대되어야 하거나 이들이 복수로 설치되어야 하며, 이는 설치 비용을 증가시킨다.
[특허문헌 1] 미국 특허공개 제2964451호 ] 국제 특허공개 제88/01037호 ] 미국 특허공개 제6257656호
이러한 상황을 반영하여, 본 발명의 목적은, 통상적인 공기 분리 장치와 비교하여 제품 생산 효율을 감소시키지 않으면서, 설치 면적을 확대하지 않으면서, 그리고 저압 증류 컬럼을 분할하지 않으면서, 고압 증류 컬럼의 상단부에 설치된 응축기와 연관된 높이의 지분(share of height)을 줄일 수 있는 공기 분리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 공기 분리 장치는:
컬럼 상단부(113) 위로부터 이격된 위치에 제1 응축기(121, 122)를 구비하는 제1 증류 컬럼(11);
제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하고, 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되는 제2 증류 컬럼(21); 및
제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113) 위에 배열된 미정제 아르곤 증류 컬럼(31)의 적어도 일부 또는 미정제 아르곤 증류 컬럼(30)의 전부를 구비한다.
본 발명에서:
미정제 아르곤 증류 컬럼의 일부가 컬럼 상단부(113) 위에 배열되는 경우에,
미정제 아르곤 증류 컬럼은 컬럼 상단부(113) 위에 배열된 하부 증류 컬럼(31), 및 제2 증류 컬럼(21) 및/또는 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되고, 그 컬럼 상단부(323) 내에 또는 위에 제2 응축기(324)를 구비하는 상부 증류 컬럼(32)을 가질 수 있다.
본 발명에서:
모든 미정제 아르곤 증류 컬럼이 컬럼 상단부(113) 위에 배열되는 경우에, 미정제 아르곤 증류 컬럼은 그 컬럼 상단부(323) 내에 또는 위에 제2 응축기(324)를 구비할 수 있고, 컬럼 상단부(113) 위에만 배열될 수 있다.
본 발명에서:
제1 응축기(121)는 컬럼 상단부(113)의 대각선 방향으로 위쪽에(diagonally above) 배열될 수 있다.
본 발명에서:
제1 응축기(122)는 제1 증류 컬럼(21)의 하부 또는 하단부(211)에 배열될 수 있다.
본 발명에서:
제1 증류 컬럼(11)은 제1 응축기(12)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있고, 제1 콜드 박스(cold box)(10) 내측에 배열될 수 있다.
본 발명에서:
제1 증류 컬럼(11) 및 미정제 아르곤 증류 컬럼의 적어도 일부 또는 미정제 아르곤 증류 컬럼의 전부가 콜드 박스(10) 내측에 배열될 수 있고; 또는
제1 증류 컬럼(11)이 콜드 박스(10) 내측에 배열될 수 있고, 미정제 아르곤 증류 컬럼의 적어도 일부 또는 미정제 아르곤 증류 컬럼의 전부가 제1 콜드 박스(10)와는 별도의 콜드 박스 내측에 배열될 수 있다.
본 발명에서:
순수 아르곤 증류 컬럼이 또한 제공될 수 있고, 제1 증류 컬럼(11), 제2 증류 컬럼(21), 및 미정제 아르곤 증류 컬럼 중 하나 또는 둘 이상의 바로 옆에 배열될 수 있다.
본 발명에 따라, 통상적인 공기 분리 장치와 비교하여 제품 생산 효율을 감소시키지 않으면서, 설치 면적을 확대하지 않으면서, 그리고 저압 증류 컬럼을 분할하지 않으면서, 고압 증류 컬럼의 상단부에 설치된 응축기와 연관된 높이의 지분을 줄일 수 있다. 이러한 높이 감소는, 예를 들어, 5 내지 10 m일 수 있고, 이는, 예를 들어 고순도 가스를 생산하기 위한 매우 높은 증류 컬럼의 설치 중에 대형 크레인 또는 기타 이용에 의해서 발생되는 설치 비용을 상당히 절감할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서 공기 분리 장치(1)는:
제1 콜드 박스(10) 내측에 배열되고, 그 컬럼 상단부(113)의 대각선 방향으로 위쪽에 제1 응축기(121)를 구비하는 제1 증류 컬럼(11);
제2 콜드 박스(20) 내측에 배열되고, 제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하고, 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되는 제2 증류 컬럼(21); 및
제1 콜드 박스(10) 내측에 또는 제3 콜드 박스(30a) 내측에 배열되고 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113) 위에(바람직하게, 수직으로 위에) 설치되는 하부 증류 컬럼(31), 및 제4 콜드 박스(30b) 내측에 그리고 제2 증류 컬럼(21) 및/또는 제1 증류 컬럼(11)의 바로 옆에 배열되고, 그 컬럼 상단부(323) 내측 또는 위에 제2 응축기(324)를 구비하는 상부 증류 컬럼(32)을 갖는 미정제 아르곤 증류 컬럼(31, 32)을 구비한다.
제1 실시예의 공기 분리 장치(1)는 또한, 제4 콜드 박스(30b) 내측에 그리고 상부 증류 컬럼(32)의 바로 옆에 배열된 순수 아르곤 증류 컬럼(36)을 구비할 수 있다.
제1 실시예의 공기 분리 장치(1)는 또한, 제1 산소-부화 가스(oxygen-enriched gas)를 제1 응축기(121)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 하단부(211)에 공급하기 위한 제1 산소-부화 가스 공급 라인(L1);
제1 산소-부화 액체를 제1 액체 공급 펌프(5)에 의해서 제2 증류 컬럼(21)의 하단부(211)로부터 제1 응축기(121)에 공급하기 위한 제1 산소-부화 액체 공급 라인(L2);
제2 산소-부화 가스를 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)(또는 중간부보다 낮은 위치의 컬럼)으로부터 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)에 공급하기 위한 제2 산소-부화 가스 공급 라인(L3);
제2 산소-부화 액체를 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)(또는 중간부보다 낮은 컬럼 위치)에 공급하기 위한 제2 산소-부화 액체 공급 라인(L4);
제1 아르곤-부화 가스를 하부 증류 컬럼(31)의 컬럼 상단부(313)로부터 상부 증류 컬럼(32)의 하단부(321)에 공급하기 위한 제1 아르곤-부화 가스 공급 라인(L5); 및
제1 아르곤-부화 액체를 제2 액체 공급 펌프(6)에 의해서 상부 증류 컬럼(32)의 하단부(321)로부터 하부 증류 컬럼(31)의 컬럼 상단부(313)에 공급하기 위한 제1 아르곤-부화 액체 공급 라인(L6)을 구비할 수 있다.
제1 실시예의 공기 분리 장치(1)에 따라, 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)는, 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)보다 높게 위치되도록 구성된다. 결과적으로, 펌프를 이용하지 않고 제2 산소-부화 액체를 공급하기 위해 이러한 높이 차이가 이용될 수 있다.
장치는 제1 증류 컬럼(고압 컬럼), 제2 증류 컬럼(저압 컬럼), 및 (컬럼을 각각 포함하는, 적어도, 상부 증류 컬럼 및 하부 증류 컬럼과 같은) 하나 이상의 공간적으로 분리된 부분을 포함하는 미정제 아르곤 증류 컬럼을 가지며, 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)은 높이 방향으로 적어도 부분적으로 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 바로 옆에 배열되고, 미정제 아르곤 증류 컬럼의 하부 증류 컬럼(저압 부분)은 적어도 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 위에 배열된다. 결과적으로, 공기 분리 장치의 높이가 감소될 수 있다.
응축기가 제1 증류 컬럼(고압 컬럼)의 대각선 방향으로 위쪽에 설치되는 경우에, 제1 증류 컬럼의 상단부에 설치되는 제1 응축기와 연관된 높이의 지분이 감소될 수 있다.
제1 응축기는, 예를 들어, 제2 증류 컬럼(저압 컬럼) 및 원재료 공기를 냉각하기 위한 주 열교환기(미도시)를 포함하는 제5 콜드 박스(50)의 일부를 새들 지지부(saddle support)로 이용하는 것에 의해서, 새로운 새들 지지부를 세울 필요 없이, 제1 증류 컬럼(고압 컬럼)의 대각선 방향으로 위쪽에 설치될 수 있다.
산소-부화 액체를 미정제 아르곤 증류 컬럼의 하부 증류 컬럼의 하단부로부터 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)의 중간 부분에 공급하기 위한 라인이 배치되고, 산소-부화 가스를 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)의 중간 부분으로부터 미정제 아르곤 증류 컬럼의 하부 증류 컬럼 아래에 공급하기 위한 라인이 배치된다. 즉, 미정제 아르곤 증류 컬럼의 하부 증류 컬럼을 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 위에 설치하는 것에 의해서, 특허문헌 3의 구성에서와 같이 2개로 분할된 저압 컬럼의 하부 부분에 복귀시키는 데에 펌프를 사용하는 복잡하고 고가인 프로세스 없이도, 액체가 액체 헤드(liquid head)에 의해서 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)의 복귀 지점으로 복귀될 수 있다.
제1 응축기(121)는, 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)의 하단 액체를 저온 공급원으로서 이용함으로써, 제1 증류 컬럼(고압 컬럼)의 상단 가스를 응축시키도록 구성된다. 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)의 하단 액체는, 예를 들어 펌프(5)에 의해서, 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)의 하단부(하부 부분)로부터 제1 응축기(12)에 공급된다.
본 발명의 제2 실시예에서 공기 분리 장치(1)는:
제1 콜드 박스(10) 내측에 배열되고, 그 컬럼 상단부(113)의 대각선 방향으로 위쪽에 제1 응축기(121)를 구비하는 제1 증류 컬럼(11);
제2 콜드 박스(20) 내측에 배열되고, 제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하고, 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되는 제2 증류 컬럼(21); 및
제1 콜드 박스(10) 내측에 또는 제3 콜드 박스 내측 배열되고, 그 컬럼 상단부(303) 내측에 또는 위에 제2 응축기(304)를 구비하는 미정제 아르곤 증류 컬럼(30)을 구비한다.
제2 실시예의 공기 분리 장치(1)는 또한, 미정제 아르곤 증류 컬럼(30) 바로 옆에 배열된 순수 아르곤 증류 컬럼을 구비할 수 있다.
제2 실시예의 공기 분리 장치(1)는 또한, 제1 산소-부화 가스를 제1 응축기(121)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 하단부(211)에 공급하기 위한 제1 산소-부화 가스 공급 라인(L1);
제1 산소-부화 액체를 제1 액체 공급 펌프(5)에 의해서 제2 증류 컬럼(21)의 하단부(211)로부터 제1 응축기(121)에 공급하기 위한 제1 산소-부화 액체 공급 라인(L2);
제2 산소-부화 가스를 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)(또는 중간부보다 낮은 위치의 컬럼)으로부터 미정제 아르곤 증류 컬럼(30)의 하단부(301)에 공급하기 위한 제2 산소-부화 가스 공급 라인(L3);
제2 산소-부화 액체를 미정제 아르곤 증류 컬럼(30)의 하단부(301)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)(또는 중간부보다 낮은 컬럼 위치)에 공급하기 위한 제2 산소-부화 액체 공급 라인(L4)을 구비할 수 있다.
제3 실시예에서, 미정제 아르곤 증류 컬럼이 분할되지 않고 제1 증류 컬럼 위에 원래 상태대로 배열되기 때문에, 크기가 높이 방향으로는 더 크나, 설치 면적은 더 작아질 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에서 공기 분리 장치(1)는:
제1 콜드 박스(10) 내측에 배열된 제1 증류 컬럼(11);
제2 콜드 박스(20) 내측에 배열되고, 제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하며, 제1 응축기(122)를 구비하는 제2 증류 컬럼(21)으로서, 제1 응축기(122)는 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되고, 그 하부 부분 또는 하단부(211)에서, 배관을 통해서 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)에 연결되는, 제2 증류 컬럼(21); 및
제1 콜드 박스(10) 내측에 또는 제3 콜드 박스(30a) 내측에 배열되고 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113) 위에 설치되는 하부 증류 컬럼(31), 및 제4 콜드 박스(30b) 내측에 그리고 제2 증류 컬럼(21) 및/또는 제1 증류 컬럼(11)의 바로 옆에 배열되고, 그 컬럼 상단부(323) 내측 또는 위의 제2 응축기(324)를 구비하는 상부 증류 컬럼(32)을 갖는 미정제 아르곤 증류 컬럼(31, 32)을 구비한다.
제3 실시예의 공기 분리 장치(1)는 또한, 제4 콜드 박스(30b) 내측에 그리고 상부 증류 컬럼(32)의 바로 옆에 배열된 순수 아르곤 증류 컬럼(36)을 구비할 수 있다.
제3 실시예의 공기 분리 장치(1)는 또한, 제1 질소-부화 가스를 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)로부터 제1 응축기(122)에 공급하기 위한 제1 질소-부화 가스 공급 라인(L11);
제1 질소-부화 액체를 제1 액체 공급 펌프(5)에 의해서 제1 응축기(122)로부터 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)에 공급하기 위한 제1 질소-부화 액체 공급 라인(L21);
제1 산소-부화 가스를 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)으로부터 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)에 공급하기 위한 제1 산소-부화 가스 공급 라인(L3);
제1 산소-부화 액체를 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)에 공급하기 위한 제1 산소-부화 액체 공급 라인(L4);
제1 아르곤-부화 가스를 하부 증류 컬럼(31)의 컬럼 상단부(313)로부터 상부 증류 컬럼(32)의 하단부(321)에 공급하기 위한 제1 아르곤-부화 가스 공급 라인(L5); 및
제1 아르곤-부화 액체를 제2 액체 공급 펌프(6)에 의해서 상부 증류 컬럼(32)의 하단부(321)로부터 하부 증류 컬럼(31)의 컬럼 상단부(313)에 공급하기 위한 제1 아르곤-부화 액체 공급 라인(L6)을 구비할 수 있다.
제3 실시예의 공기 분리 장치(1)에 따라, 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)는, 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)보다 높게 위치되도록 구성된다. 결과적으로, 펌프를 이용하지 않고 제2 산소-부화 액체를 공급하기 위해 이러한 높이 차이가 이용될 수 있다.
장치는 제1 증류 컬럼(고압 컬럼), 제2 증류 컬럼(저압 컬럼), 및 (컬럼을 각각 포함하는, 적어도, 상부 증류 컬럼 및 하부 증류 컬럼과 같은) 하나 이상의 공간적으로 분리된 부분을 포함하는 미정제 아르곤 증류 컬럼을 가지며, 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)은 높이 방향으로 적어도 부분적으로 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 바로 옆에 배열되고, 미정제 아르곤 증류 컬럼의 하부 증류 컬럼(저압 부분)은 적어도 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 위에 배열된다. 결과적으로, 공기 분리 장치의 높이가 감소될 수 있다.
제1 응축기(122)는 제2 증류 컬럼(21) 아래에 배열된다. 즉, 제1 증류 컬럼의 컬럼 상단부에 설치된 제1 응축기와 연관된 높이의 지분이 감소될 수 있다.
제1 응축기(122)는, 제2 증류 컬럼(21)의 하단 액체를 저온 공급원으로서 이용함으로써, 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단 가스를 응축시키도록 구성된다.
제1 응축기(122)에 의해서 액화된 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단 가스/액체가, 예를 들어 펌프(5)에 의해서, 환류액(reflux liquid)으로서 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)에 공급된다.
본 발명의 제4 실시예에서 공기 분리 장치(1)는:
제1 콜드 박스(10) 내측에 배열된 제1 증류 컬럼(11);
제2 콜드 박스(20) 내측에 배열되고, 제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하며, 제1 응축기(122)를 구비하는 제2 증류 컬럼(21)으로서, 제1 응축기(122)는 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되고, 그 하부 부분 또는 하단부(211)에서, 배관을 통해서 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)에 연결되는, 제2 증류 컬럼(21); 및
제1 콜드 박스(10) 내측에 또는 제3 콜드 박스 내측 배열되고, 그 컬럼 상단부(303) 내측에 또는 위에 제2 응축기(304)를 구비하는 미정제 아르곤 증류 컬럼(30)을 구비한다.
제4 실시예의 공기 분리 장치(1)는 또한, 미정제 아르곤 증류 컬럼(30) 바로 옆에 배열된 순수 아르곤 증류 컬럼을 구비할 수 있다.
제4 실시예의 공기 분리 장치(1)는 또한, 제1 질소-부화 가스를 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)로부터 제1 응축기(122)에 공급하기 위한 제1 질소-부화 가스 공급 라인(L11);
제1 질소-부화 액체를 제1 액체 공급 펌프(5)에 의해서 제1 응축기(122)로부터 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)에 공급하기 위한 제1 질소-부화 액체 공급 라인(L21);
제1 산소-부화 가스를 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)으로부터 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)에 공급하기 위한 제1 산소-부화 가스 공급 라인(L3); 및
제1 산소-부화 액체를 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)에 공급하기 위한 제1 산소-부화 액체 공급 라인(L4)을 구비할 수 있다.
제4 실시예에서, 미정제 아르곤 증류 컬럼이 분할되지 않고 제1 증류 컬럼 위에 원래 상태대로 배열되기 때문에, 크기가 높이 방향으로는 더 크나, 설치 면적은 더 작아질 수 있다.
도 1a는 실시예 1의 공기 분리 장치를 도시하는 도면이다.
도 1b는 실시예 2의 공기 분리 장치를 도시하는 도면이다.
도 2a는 실시예 3의 공기 분리 장치를 도시하는 도면이다.
도 2b는 실시예 4의 공기 분리 장치를 도시하는 도면이다.
이제, 본 발명의 몇몇 실시예를 이하에서 설명할 것이다. 이하에서 설명된 실시예는 본 발명의 예를 설명한다. 본 발명은 어떠한 방식으로도 이하의 실시예로 제한되지 않고, 본 발명의 본질을 변경하지 않는 범위 내에서 실행되는 다양한 수정예를 포함한다. 이하에서 설명되는 구성이 반드시 본 발명의 본질적인 구성의 전부인 것은 아니다.
실시예 1
실시예 1의 공기 분리 장치(1)가 도 1a를 이용하여 설명될 것이다.
공기 분리 장치(1)는 제1 증류 컬럼(고압 컬럼), 제2 증류 컬럼(저압 컬럼), 및 하나 이상의 공간적으로 분리된 부분들(예를 들어, 컬럼을 각각 포함하는, 적어도, 상부 증류 컬럼 및 하부 증류 컬럼)을 포함하는 미정제 아르곤 증류 컬럼을 갖는다. 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)은 높이 방향으로 적어도 부분적으로 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 바로 옆에 배열되고, 미정제 아르곤 증류 컬럼의 하부 증류 컬럼(저압 부분)은 적어도 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 위에 배열된다. 결과적으로, 공기 분리 장치의 높이가 감소될 수 있다.
제1 증류 컬럼(11)은 제1 콜드 박스(10a) 내측에 배열되고, (설치 중에 수직으로 적층되지 않도록 배열된) 그 컬럼 상단부(113)의 대각선 방향으로 위쪽에 제1 응축기(121)를 구비한다.
제1 응축기(121)는 제1 하위-콜드 박스(10b) 내측에 수용된다. 제1 응축기(121)는, 제2 증류 컬럼 및 원재료 공기를 냉각하기 위한 주 열교환기를 포함하는, 제2 증류 컬럼(21)의 일부 또는 제5 콜드 박스(50)를 새들 지지부로서 이용하여, 설치된다. 펌프를 이용하지 않고 액체가 컬럼 상단부(113)보다 높은 위치에서 유동되도록, 제1 응축기(121)의 높이가 구성된다.
제2 증류 컬럼(21)은 제2 콜드 박스(20) 내측에 배열되고, 제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하고, 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열된다.
미정제 아르곤 증류 컬럼은 공간적으로 분리된 하부 증류 컬럼(31) 및 상부 증류 컬럼(32)을 포함한다.
하부 증류 컬럼(31)은 제3 콜드 박스(30a) 내측에 배열되고, 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113) 위에 수직으로 설치된다. 별도의 실시예에서, 하부 증류 컬럼(31)이 제1 콜드 박스(10a) 내측에 배열될 수 있다.
상부 증류 컬럼(32)은 제4 콜드 박스(30b) 내측에 배열되고 제2 증류 컬럼(21)의 바로 옆에 배열되며, 그 컬럼 상단부(323) 위에 제2 응축기(324)를 구비한다.
순수 아르곤 증류 컬럼(36)이 제4 콜드 박스(30b) 내측에 배열되고, 상부 증류 컬럼(32)의 바로 옆에 설치된다.
순수 아르곤 증류 컬럼(36)은 공기 분리 장치(1)에서 필수적이지 않고, 생략될 수 있다.
제1 산소-부화 가스 공급 라인(L1)은, 제1 산소-부화 가스를 제1 응축기(12)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 하단부(211)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 산소-부화 가스 공급 라인(L1)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
제1 산소-부화 액체 공급 라인(L2)은, 제1 산소-부화 액체를 제1 액체 공급 펌프(5)에 의해서 제2 증류 컬럼(21)의 하단부(211)로부터 제1 응축기(12)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 산소-부화 액체 공급 라인(L2)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
제2 산소-부화 가스 공급 라인(L3)은 제2 산소-부화 가스를 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)으로부터 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)에 공급하기 위한 라인이다. 제2 산소-부화 가스 공급 라인(L3)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
제2 산소-부화 액체 공급 라인(L4)은 제2 산소-부화 액체를 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)에 공급하기 위한 라인이다. 제2 산소-부화 액체 공급 라인(L4)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)는 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)보다 높게 위치되고, 펌프를 이용하지 않고 제2 산소-부화 액체를 공급하기 위해 이러한 높이 차이가 이용된다.
제1 아르곤-부화 가스 공급 라인(L5)은 제1 아르곤-부화 가스를 하부 증류 컬럼(31)의 컬럼 상단부(313)로부터 상부 증류 컬럼(32)의 하단부(321)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 아르곤-부화 가스 공급 라인(L5)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
제1 아르곤-부화 액체 공급 라인(L6)은 제1 아르곤-부화 액체를 상부 증류 컬럼(32)의 하단부(321)로부터 하부 증류 컬럼(31)의 컬럼 상단부(313)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 아르곤-부화 액체 공급 라인(L6)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
비록 도 1a가 제2 증류 컬럼(저압 컬럼) 및 원재료 공기를 냉각하기 위한 주 열교환기, 원재료 공기를 압축하기 위한 압축기, 및 팽창 터빈과 같은 부품을 도시하지 않지만, 이는 이러한 부품들이 실시예 1에서 필요치 않다는 것을 의미하지는 않는다. 당연히, 이러한 구성요소는 또한 실시예 1의 (그리고 마찬가지로 후술되는 실시예의) 공기 분리 장치(1)의 구성요소의 일부이다.
실시예 2
실시예 2의 공기 분리 장치(1)가 도 1b를 이용하여 설명될 것이다. 실시예 1과 상이한 구성요소가 설명될 것이고, 동일한 구성은 다시 설명되지 않거나 단지 간략히 설명될 것이다.
미정제 아르곤 증류 컬럼(30)이 제1 콜드 박스(10) 내측에 배열되고, 그 컬럼 상단부(303) 내에 또는 위에 제2 응축기(304)를 구비한다. 미정제 아르곤 증류 컬럼(30)은 또한, 제1 콜드 박스(10)와는 별도의 콜드 박스 내측에 배열될 수 있다.
순수 아르곤 증류 컬럼은 실시예 2에서 필수적이지 않고, 생략될 수 있다.
제2 실시예에서, 미정제 아르곤 증류 컬럼이 분할되지 않고 제1 증류 컬럼 위에 원래 상태대로 배열되기 때문에, 크기가 높이 방향으로는 더 크나, 설치 면적은 더 작아질 수 있다.
실시예 3
실시예 3의 공기 분리 장치(1)가 도 2a를 이용하여 설명될 것이다.
공기 분리 장치(1)는 제1 증류 컬럼(고압 컬럼), 제2 증류 컬럼(저압 컬럼), 및 하나 이상의 공간적으로 분리된 부분들(예를 들어, 적어도 컬럼을 각각 포함하는 상부 증류 컬럼 및 하부 증류 컬럼)을 포함하는 미정제 아르곤 증류 컬럼을 갖는다. 제2 증류 컬럼(저압 컬럼)은 높이 방향으로 적어도 부분적으로 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 바로 옆에 배열되고, 미정제 아르곤 증류 컬럼의 하부 증류 컬럼(저압 부분)은 적어도 제1 증류 컬럼(고압 컬럼) 위에 배열된다. 결과적으로, 공기 분리 장치의 높이가 감소될 수 있다.
제1 증류 컬럼(11)은 제1 콜드 박스(10) 내측에 배열된다.
제2 증류 컬럼(21)은 제2 콜드 박스(20) 내측에 배열되고, 제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하며, 제1 응축기(122)를 구비하며, 제1 응축기(122)는 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되고, 그 하단부(211)에서, 배관을 통해서 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)에 연결된다.
미정제 아르곤 증류 컬럼은 제3 콜드 박스(30a) 내측에 배열되고 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113) 위에 설치되는 하부 증류 컬럼(31), 및 제4 콜드 박스(30b) 내측에 그리고 제2 증류 컬럼(21)의 바로 옆에 배열되고, 그 컬럼 상단부(323) 위에 제2 응축기(324)를 구비하는 상부 증류 컬럼(32)을 갖는다.
순수 아르곤 증류 컬럼(36)이 제4 콜드 박스(30b) 내측에 배열되고, 상부 증류 컬럼(32)의 바로 옆에 설치된다.
순수 아르곤 증류 컬럼(36)은 공기 분리 장치(1)에서 필수적이지 않고, 생략될 수 있다.
제1 질소-부화 가스 공급 라인(L11)은, 제1 질소-부화 가스를 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)로부터 제1 응축기(122)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 질소-부화 가스 공급 라인(L11)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
제1 질소-부화 액체 공급 라인(L21)은 제1 질소-부화 액체를 제1 액체 공급 펌프(5)에 의해서 제1 응축기(122)로부터 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 질소-부화 액체 공급 라인(L21)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
제1 산소-부화 가스 공급 라인(L3)은 제1 산소-부화 가스를 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)으로부터 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 산소-부화 가스 공급 라인(L3)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
제1 산소-부화 액체 공급 라인(L4)은 제1 산소-부화 액체를 하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)로부터 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 산소-부화 액체 공급 라인(L4)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
하부 증류 컬럼(31)의 하단부(311)는 제2 증류 컬럼(21)의 컬럼 중간 부분(213)보다 높게 위치되고, 펌프를 이용하지 않고 제1 산소-부화 액체를 공급하기 위해 이러한 높이 차이가 이용된다.
제1 아르곤-부화 가스 공급 라인(L5)은 제1 아르곤-부화 가스를 하부 증류 컬럼(31)의 컬럼 상단부(313)로부터 상부 증류 컬럼(32)의 하단부(321)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 아르곤-부화 가스 공급 라인(L5)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
제1 아르곤-부화 액체 공급 라인(L6)은 제1 아르곤-부화 액체를 상부 증류 컬럼(32)의 하단부(321)로부터 하부 증류 컬럼(31)의 컬럼 상단부(313)에 공급하기 위한 라인이다. 제1 아르곤-부화 액체 공급 라인(L6)은 파이프 및 밸브(미도시)를 포함한다.
비록 도 2a가 제2 증류 컬럼(저압 컬럼) 및 원재료 공기를 냉각하기 위한 주 열교환기, 원재료 공기를 압축하기 위한 압축기, 및 팽창 터빈과 같은 부품을 도시하지 않지만, 이는 이러한 부품들이 실시예 3에서 필요치 않다는 것을 의미하지는 않는다. 당연히, 이러한 구성요소는 또한 실시예 3의 공기 분리 장치(1)의 구성요소의 일부이다.
실시예 4
실시예 4의 공기 분리 장치(1)가 도 2b를 이용하여 설명될 것이다. 실시예 2와 상이한 구성요소가 설명될 것이고, 동일한 구성은 다시 설명되지 않거나 단지 간략히 설명될 것이다.
미정제 아르곤 증류 컬럼(30)이 제1 콜드 박스(10) 내측에 배열되고, 그 컬럼 상단부(303) 내에 또는 위에 제2 응축기(304)를 구비한다. 미정제 아르곤 증류 컬럼(30)은 또한, 제1 콜드 박스(10)와는 별도의 콜드 박스 내측에 배열될 수 있다.
순수 아르곤 증류 컬럼은 실시예 4에서 필수적이지 않고, 생략될 수 있다.
제4 실시예에서, 미정제 아르곤 증류 컬럼이 분할되지 않고 제1 증류 컬럼 위에 원래 상태대로 배열되기 때문에, 크기가 높이 방향으로는 더 크나, 설치 면적은 더 작아질 수 있다.
1 공기 분리 장치
11 제1 증류 컬럼
121, 122 제1 응축기
21 제2 증류 컬럼
30 미정제 아르곤 컬럼
31 하부 증류 컬럼
32 상부 증류 컬럼

Claims (7)

  1. 공기 분리 장치로서,
    컬럼 상단부(113) 위로부터 이격된 위치에 제1 응축기(12)를 구비하는 제1 증류 컬럼(11);
    상기 제1 증류 컬럼(11)보다 저압의 증류 컬럼을 포함하고, 상기 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되는 제2 증류 컬럼(21); 및
    상기 제1 증류 컬럼(11)의 컬럼 상단부(113) 위에 배열된 미정제 아르곤 증류 컬럼의 적어도 일부 또는 미정제 아르곤 증류 컬럼의 전부를 구비하는, 공기 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미정제 아르곤 증류 컬럼의 일부가 상기 컬럼 상단부(113) 위에 배열되는 경우에,
    상기 미정제 아르곤 증류 컬럼은 상기 컬럼 상단부(113) 위에 배열된 하부 증류 컬럼(31), 및 상기 제2 증류 컬럼(21) 및/또는 상기 제1 증류 컬럼(11) 바로 옆에 배열되고, 그 컬럼 상단부(323) 내에 또는 위에 제2 응축기(324)를 구비하는 상부 증류 컬럼(32)을 가지는 것; 또는
    상기 미정제 아르곤 증류 컬럼의 전부가 상기 컬럼 상단부(113) 위에 배열되는 경우에, 상기 미정제 아르곤 증류 컬럼이 그 컬럼 상단부(323) 내에 또는 위에 제2 응축기(324)를 구비하고, 상기 컬럼 상단부(113) 위에만 배열되는 것,을 특징으로 하는 공기 분리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 응축기(12)가 상기 컬럼 상단부(113)의 대각선 방향으로 위쪽에 배열되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 응축기(122)가 상기 제1 증류 컬럼(21)의 하부 또는 하단부(211)에 배열되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 증류 컬럼(11)이 상기 제1 응축기(12)를 포함하거나 포함하지 않으며, 제1 콜드 박스(10) 내측에 배열되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 증류 컬럼(11) 및 상기 미정제 아르곤 증류 컬럼의 적어도 일부 또는 상기 미정제 아르곤 증류 컬럼의 전부가 상기 콜드 박스(10) 내측에 배열되는 것; 또는
    상기 제1 증류 컬럼(11)이 상기 콜드 박스(10) 내측에 배열되고, 상기 미정제 아르곤 증류 컬럼의 적어도 일부 또는 상기 미정제 아르곤 증류 컬럼의 전부가 상기 제1 콜드 박스(10)와는 별도의 콜드 박스 내측에 배열되는 것,을 특징으로 하는 공기 분리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    순수 아르곤 증류 컬럼이 또한 제공되고, 상기 제1 증류 컬럼(11), 상기 제2 증류 컬럼(21), 및 상기 미정제 아르곤 증류 컬럼 중 하나 또는 둘 이상의 바로 옆에 배열되는 것을 특징으로 하는 공기 분리 장치.
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