KR20230171441A - 공기의 저온 분리를 위한 방법 및 플랜트 - Google Patents

공기의 저온 분리를 위한 방법 및 플랜트 Download PDF

Info

Publication number
KR20230171441A
KR20230171441A KR1020237037721A KR20237037721A KR20230171441A KR 20230171441 A KR20230171441 A KR 20230171441A KR 1020237037721 A KR1020237037721 A KR 1020237037721A KR 20237037721 A KR20237037721 A KR 20237037721A KR 20230171441 A KR20230171441 A KR 20230171441A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rectification column
material stream
pressure level
evaporator device
air
Prior art date
Application number
KR1020237037721A
Other languages
English (en)
Inventor
디미트리 골루베브
샤오화 판
Original Assignee
린데 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 린데 게엠베하 filed Critical 린데 게엠베하
Publication of KR20230171441A publication Critical patent/KR20230171441A/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/0443—A main column system not otherwise provided, e.g. a modified double column flowsheet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/0423—Subcooling of liquid process streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04236—Integration of different exchangers in a single core, so-called integrated cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04254—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using the cold stored in external cryogenic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04315—Lowest pressure or impure nitrogen, so-called waste nitrogen expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04854—Safety aspects of operation
    • F25J3/0486—Safety aspects of operation of vaporisers for oxygen enriched liquids, e.g. purging of liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20—Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90—Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • F25J2200/94—Details relating to the withdrawal point
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/56—Ultra high purity oxygen, i.e. generally more than 99,9% O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/04—Multiple expansion turbines in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

공기의 저온 분리를 위한 SPECTRA 방법이 제안되며, 산소를 얻는 데 사용되는 추가 제2 정류 컬럼(12)으로부터의 하부 액체가 제2 응축기 증발기 장치(121)에서 증발된다. 이러한 제2 응축기 증발기 장치(121)에서, 제1 정류 컬럼(11)으로부터의 상부 가스의 응축에 사용되는 제1 응축기 증발기 장치(111)에서 미리 증발된 가스는 재압축 후에 부분적으로 응축된다. 또한, 본 발명은 대응 플랜트(100, 200, 300)에 관한 것이다.

Description

공기의 저온 분리를 위한 방법 및 플랜트
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 공기의 저온 분리 방법 및 해당 플랜트에 관한 것이다.
공기 분리 플랜트에서 공기의 극저온 분리에 의해 액체 또는 기체 상태의 공기 생성물의 생산은 공지되어 있으며, 예를 들어, H.-W. (editor), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006 - in particular, Section 2.2.5. "Cryogenic Rectification."에 설명되어 있다.
공기 분리 플랜트는, 예를 들어, 일반적으로 2-컬럼 시스템으로서, 특히 전통적인 Linde 이중-컬럼 시스템으로서 설계될 수 있지만, 3-중 컬럼 또는 다중-컬럼 시스템으로도 설계될 수 있는 정류 컬럼 시스템을 갖는다. 액체 및/또는 기체 상태의 질소 및/또는 산소를 추출하기 위한 정류 컬럼, 즉, 질소-산소 분리를 위한 정류 컬럼 외에도, 추가 공기 성분, 특히 희가스 크립톤, 크세논, 및/또는 아르곤을 추출하기 위한 정류 컬럼이 제공될 수 있다. 흔히, "정류" 및 "분리"라는 용어와 "컬럼[]" 및 "컬럼[Kolonne]", 또는 이들로부터 구성된 용어가 동의어로 사용된다.
언급된 정류 컬럼 시스템의 정류 컬럼들은 상이한 압력 수준에서 동작된다. 알려져 있는 이중-컬럼 시스템은 고압 컬럼(압력 컬럼, 중압 컬럼, 또는 하부 컬럼으로도 지칭됨)으로 알려져 있는 것, 및 저압 컬럼(상부 컬럼으로도 지칭됨)으로 알려져 있는 것을 갖는다. 고압 컬럼은 통상적으로 4 bar 내지 7bar, 특히 약 5.3 bar의 압력 수준에서 동작된다. 저압 컬럼은 일반적으로 1 bar 내지 2 bar, 특히 약 1.4 bar의 압력 수준에서 동작된다. 소정의 경우에, 심지어 더 높은 압력 수준이 어느 하나의 정류 컬럼에 사용될 수 있다. 여기와 아래에 인용된 압력은 표시된 각 열의 상부에서의 절대 압력이다.
가압된 질소를 주요 생성물로서 제공하는 소위 SPECTRA 공정은 종래 기술에 알려져 있다. 이러한 공정은 아래에 더 자세히 설명되어 있다. SPECTRA 공정에서는, 통상적인 저압 컬럼의 압력 수준 이상에서 동작될 수 있는 소위 산소 컬럼을 사용하여 순수 또는 고순도 산소를 얻을 수 있다. 이 저압 컬럼은 질소 추출에 사용되는 정류 컬럼에 더하여 존재하며 이로부터 공급된다.
본 발명의 목적은 주로 에너지 소모 및 재료 수율과 관련하여 해당 산소 추출을 사용하여 SPECTRA 공정을 개선하는 것이다.
이러한 배경에 대하여, 본 발명은 독립항의 특징부를 갖는 공기의 저온 분리 방법 및 이에 상응하는 플랜트를 제안한다. 바람직한 실시예는 종속항 및 다음 설명의 주제를 형성한다.
본 발명의 특징 및 이점을 설명하기에 앞서, 본 발명의 원리의 일부를 좀 더 구체적으로 설명하고, 이하에서 사용되는 용어를 정의한다.
공기 분리 플랜트에 사용되는 장치는 인용된 기술 문헌, 예를 들어, (위 참조)의 섹션 2.2.5.6. "Apparatus."에 설명되어 있다. 따라서 다음 정의가 다르지 않는 한, 본원의 맥락에서 사용된 용어와 관련하여 인용된 기술 문헌이 명시적으로 참조된다.
액체 및 기체는, 본 명세서에 사용되는 용어에서, 하나 이상의 성분이 풍부하거나 부족할 수 있으며, 여기서 "풍부"는 적어도 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9%, 또는 99.99%의 함량을 지칭할 수 있고, "부족"은 최대 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1%, 또는 0.01%의 함량을 지칭할 수 있으며, 여기서 %는 몰, 중량, 또는 부피를 기준으로 한다. "대부분"이라는 용어는 "풍부"의 정의에 해당할 수 있다. 액체 및 기체는 또한 하나 이상의 성분이 풍부해지거나 고갈될 수 있으며, 여기서 이러한 용어들은 액체 또는 기체가 그로부터 추출된 출발 액체 또는 출발 기체 중의 함량을 참조한다.
액체 또는 기체는, 출발 액체 또는 출발 기체를 기준으로, 해당 성분의 함량의 적어도 1.1배, 1.5배, 2배, 5배, 10배, 100배, 1,000배의 함량을 함유하면 풍부해지고, 0.9배, 0.5배, 0.1배, 0.01배, 0.001배 이하이면 고갈된다. 예를 들어, 여기서 "산소", "질소", 또는 "아르곤"이 언급된 경우, 이는 또한 산소 또는 질소가 풍부하지만 반드시 이들로만 구성될 필요는 없는 액체 또는 가스를 의미하는 것으로 이해된다.
본원은, 압력과 온도를 특성화하기 위해 "압력 수준" 및 "온도 수준"이라는 용어를 사용하는데, 이는 발명의 개념을 실현하기 위해 해당 플랜트의 해당 압력 및 온도가 정확한 압력 또는 온도 값의 형태로 사용될 필요가 없음을 의미한다. 그러나, 이러한 압력들 및 온도들은 전형적으로, 예를 들어 평균을 중심으로 ± 1%, 5%, 10%, 또는 20%인, 소정 범위들에 속한다. 이 경우에, 상응하는 압력 수준 및 온도 수준은 산재된 범위 내에 또는 서로 중첩된 범위 내에 있을 수 있다. 특히, 압력 수준은, 예를 들어, 피할 수 없거나 예상되는 압력 손실을 포함한다. 이는 온도 수준에도 동일하게 적용된다. 본 명세서에서 bar로 표기되는 압력 수준은 절대 압력이다.
"팽창 기계들"이 본 명세서에서 언급되는 경우, 이들은 전형적으로 알려져 있는 터보팽창기들을 지칭한다. 이들 팽창 기계는, 특히, 압축기에 또한 결합될 수 있다. 이들 압축기는 특히 터보압축기일 수 있다. 터보팽창기와 터보압축기의 대응하는 조합이 전형적으로 "터빈 부스터"로 또한 지칭된다. 터빈 부스터에서, 터보팽창기와 터보압축기는 기계적으로 결합되며, 여기서 결합은 (예를 들어 공통 샤프트를 통해) 동일한 회전 속도 또는 (예를 들어 적절한 기어링을 통해) 상이한 회전 속도에서 발생할 수 있다. 일반적으로, 본원에서는 "압축기"라는 용어가 사용된다. 여기서, "냉동 압축기"는, 0℃보다 훨씬 낮은 온도 수준, 특히 -50℃, -75℃ 또는 -100℃ 미만, 그리고 -150℃ 또는 -200℃ 이하까지 유체 스트림이 공급되는 압축기를 지칭한다. 해당 유체 스트림은 특히 주 열 교환기를 통해 해당 온도 수준으로 냉각된다(아래 참조).
"주 공기 압축기"는 공기 분리 플랜트에 공급되어 여기서 분리되는 공기를 모두 압축하는 것을 특징으로 한다. 대조적으로, 하나 이상의 선택적으로 제공된 추가 압축기에서, 예를 들어, 부스터 압축기에서는, 주 공기 압축기에서 이미 이전에 압축된 이 공기의 일부만이 추가로 압축된다. 이에 따라, 공기 분리 플랜트의 "주 열 교환기"는 공기 분리 플랜트에 공급되어 여기서 분리되는 공기의 적어도 대부분이 냉각되는 열 교환기를 나타낸다. 이는 적어도 부분적으로, 가능하다면 공기 분리 플랜트로부터 배출되는 재료 스트림의 역류에서만 발생한다. 본원에서 사용되는 용어에서, 공기 분리 플랜트로부터 "배출된" 재료 스트림 또는 "생성물"은, 더 이상 플랜트 내의 회로에 참여하지 않지만 이로부터 영구적으로 제거되는 유체이다.
본 발명의 맥락에서 사용하기 위한 "열 교환기"는 해당 분야에서 통상적인 방식으로 설계될 수 있다. 열 교환기는, 서로 역류로 전도되는 적어도 두 개의 유체 스트림, 예를 들어, 따뜻한 압축된 공기 스트림과 하나 이상의 차가운 유체 스트림 또는 극저온 액체 공기 생성물 및 하나 이상의 따뜻하거나 더 따뜻하지만 심지어 극저온일 수도 있는 유체 스트림 간의 간접적인 열 전달에 사용된다. 열 교환기는 병렬로 그리고/또는 직렬로 연결된 하나 이상의 열 교환기 섹션들로부터, 예컨대 하나 이상의 플레이트 열 교환기 블록들로부터 형성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 플레이트 핀 열 교환기이다. 이러한 열 교환기는, 서로 분리되고 열 교환 표면들을 갖는 유체 채널들의 형태를 취하고 평행하게 함께 연결되고 "통로 그룹"을 형성하기 위해 다른 통로들에 의해 분리되는 "통로"를 갖는다. 열 교환기의 특징은, 한 시점에서 두 개의 이동 매체, 즉 냉각될 적어도 하나의 유체 스트림과 가열될 적어도 하나의 유체 스트림 간에 열이 교환된다는 점이다.
"응축기 증발기"는 응축 유체 스트림이 증발 유체 스트림과 간접적인 열 교환을 하는 열 교환기를 지칭한다. 각각의 응축기 증발기는 액화 챔버 및 증발 챔버를 갖는다. 액화 및 증발 챔버들은 액화 통로 또는 증발 통로를 갖는다. 응축 유체 스트림의 응축(액화)은 액화 챔버에서 수행되고, 증발 유체 스트림의 증발은 증발 챔버에서 수행된다. 증발 및 액화 챔버들은 서로 열-교환 관계에 있는 통로들의 그룹들에 의해 형성된다. 여기서 사용되는 용어의 "응축기 증발기 장치"는 하나 이상의 응축기 증발기를 포함할 수 있다.
응축기 증발기 장치의 응축기 증발기는, 본 발명에서 사용하기 위해, 예를 들어, 통상의 기술자에게 잘 알려진 소위 수조 증발기로서 설계될 수 있다. 수조 증발기에서는, 서모사이펀 효과로 인해 증발될 액체가 응축기 증발기의 증발 통로를 통해 상승한다. 대안으로, 소위 "향상된 흐름" 또는 강제 흐름 응축기 증발기가 또한 사용될 수 있으며, 여기서 액체 또는 2-상 흐름이 자체 압력에 의해 증발 챔버를 통해 압축되고 그곳에서 부분적으로 또는 완전히 증발된다. 이러한 압력은, 예를 들어, 증발 챔버까지의 공급 라인 내의 액체 컬럼에 의해 생성된다. 여기서 이 액체 컬럼의 높이는 증발실의 압력 손실에 해당한다.
본 발명은 특히 EP 2 789 958 A1 및 본원에 인용된 추가 특허 문헌에 기술된 바와 같이 소위 SPECTRA 공정에 따른 공기의 저온 분리를 포함한다. 가장 간단한 형태로, 이 공정은 단일-컬럼 공정이다. 그러나, 이는, 본 발명의 맥락에서, 여기서 공기-공급식 정류 컬럼("제1" 정류 컬럼) 외에, 제1 정류 컬럼으로부터 공급되고 산소 추출에 사용되는 정류 컬럼("제2" 정류 컬럼)이 사용되기 때문에, 해당되지 않는다.
SPECTRA 공정은 원래 제1 정류 컬럼의 압력 수준에서 기체 질소를 제공하도록 의도되었지만, 설명된 유형의 제2 정류 컬럼을 사용하면 순수 산소를 추가로 추출할 수 있다.
공기의 저온 분리를 위한 다른 공정에서와 마찬가지로, 압축되고 사전-정제된 공기도 SPECTRA 공정에서 정류에 적합한 온도로 냉각된다. 따라서, 이는 종래의 공정에 의해 부분적으로 액화될 수 있다. 처음에 설명한 대로, 공기는 고압 컬럼의 통상적인 압력에서 정류되어, 대기 공기에 비해 질소가 풍부한 상부 가스 및 대기 공기에 비해 산소가 풍부한 액체 하부 액체를 생성한다.
이러한 목적으로 사용되는 제1 정류 컬럼의 복귀 흐름은 제1 정류 컬럼의 상부 가스, 보다 정확하게는, 이 상부 가스의 일부를 응축함으로써 열 교환기에 제공된다. 이 열 교환기(해당 응축기 증발기 장치의 일부인 응축기 증발기(여기서는 "제1" 응축기 증발기라고 함))에서, 마찬가지로 제1 정류 컬럼으로부터 취해진 유체는 냉각에 사용되어 증발되거나 또는 부분적으로 증발된다. 추가 상부 가스는 질소가 풍부한 생성물로서 제공될 수 있다. 언급한 바와 같이, 상응하는 응축기 증발기 장치는 하나 이상의 응축기 증발기를 가질 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 SPECTRA 공정의 변형에서, 2개의 재료 스트림("제1" 및 "제2" 재료 스트림)은 제1 정류 컬럼으로부터의 액체를 증발시킴으로써 제1 응축기 증발기 장치에서 형성되고, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 재료 스트림은 제1 산소 함량을 갖고 제1 정류 컬럼으로부터 취한 액체를 사용하여 형성되고, 제2 재료 스트림은 제2 더 높은 산소 함량을 갖고 제1 정류 컬럼으로부터 취한 액체를 사용하여 형성된다. 본 실시예에서, 제1 재료 스트림을 형성하는 데 사용되는 액체는 액체 보유 장치로부터 또는 중간 트레이로부터의 제1 정류 컬럼으로부터 취해질 수 있다. 본 실시예에서, 제2 재료 스트림을 형성하는 데 사용되는 액체는 특히 제1 정류 컬럼의 액체 하부 생성물의 적어도 일부일 수 있다.
그러나, 또 다른 실시예에서는, 동일한 액체가 초기에 제1 및 제2 재료 스트림을 형성하는 데 사용될 수도 있다(예를 들어, 제1 정류 컬럼으로부터의 하부 액체 또는 제1 정류 컬럼으로부터 취해지는 다른 액체가 있다). 이는 제1 응축기 증발기 장치를 통해 전도될 수 있으며, 이 경우에는, 부분적으로 증발되고, 상 분리되어 기체 부분과 액체 부분을 얻는다. 본 실시예에서, 제1 재료 스트림은 가스 분리물 또는 이의 일부를 사용하여 제1 산소 함량으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 응축기 증발기 장치는 하나의 응축기 증발기만을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제2 재료 스트림은 제1 응축기 증발기 장치의 하나의 응축기 증발기에서 액체 부분 또는 이의 일부의 증발에 의해 형성될 수 있다. 제1 및 제2 재료 스트림은, 제1 정류 컬럼으로부터의 상부 가스의 상응하는 부분을 냉각 및 응축하기 위해 제1 응축기 증발기 장치에서 미리 사용되는 유체이다.
그러나, 제1 응축기 증발기 장치에서 공간적으로 분리된 두 개의 응축기 증발기를 사용하는 것도 가능하다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 제1 정류 컬럼으로부터의 하부 액체는, 초기에 제1 응축기 증발기 장치의 응축기 증발기를 통해 전도될 수 있고, 공정에서 부분적으로 증발될 수 있고, 상 분리되어 가스 분리물과 액체 분리물을 얻을 수 있다. 본 실시예에서, 제1 재료 스트림은 가스 분리물 또는 이의 일부를 사용하여 제1 산소 함량으로 형성될 수 있다. 제1 증발 후에 남은 액체는 제1 응축기 증발기 장치의 다른 응축기 증발기로 전도되고 그곳에서 완전히 또는 거의 완전히 증발된다. 본 실시예에서, 제2 재료 스트림은 이 액체 또는 이의 일부의 증발에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서, 제1 응축기 증발기 장치는 실질적으로 2개의 더 작은 유닛들로 분할될 수 있고, 바람직하게는 응축측에서 병렬로 연결될 수 있다.
일반적으로, SPECTRA 공정에서, 제1 재료 스트림은, 냉각을 위해 제1 응축기 증발기 장치에 사용된 후, 저온 압축기에 의해 적어도 부분적으로 압축되어 제1 정류 컬럼으로 복귀될 수 있다. 이는 본 발명의 맥락에서도 마찬가지이다. SPECTRA 공정에서, 제2 재료 스트림은, 냉각을 위해 제1 응축기 증발기 장치에서 사용된 후, 적어도 부분적으로 팽창되어 소위 잔류 가스 혼합물로서 공기 분리 플랜트로부터 배출될 수 있다. 제1 재료 스트림(또는 상응하는 부분)의 압축을 위해, 제2 재료 스트림(또는 상응하는 부분)의 팽창이 수행되는 하나 이상의 팽창 기계에 결합되는 하나 이상의 압축기가 사용될 수 있다. 또한, 각 경우에 제1 또는 제2 재료 스트림의 일부만이 상응하게 결합된 유닛에서 압축되거나 팽창될 수 있다는 것이 이해된다. 해당 압축기에 결합되지 않은 팽창 기계는, 존재하는 경우, 특히 기계적으로 및/또는 발전기에 의해 제동될 수 있다. 압축기에 결합된 팽창 기계의 경우에도 제동이 가능하다.
예를 들어, 병렬로 배치된 두 개의 팽창 기계 중 하나에 연결된 압축기가 사용될 수 있다. 하나의 팽창 기계만 사용하는 경우, 압축기가 여기에 결합될 수 있다. "한" 압축기가 "하나의" 팽창 기계에 결합된다는 명료한 이유로만 아래에서 사용되는 표현은, 임의의 상호 결합에 있어서 여러 압축기 및/또는 팽창 기계의 사용을 배제하지 않는다. 그러나, 설명된 압축기 또는 압축기들은 특히 언급된 하나 이상의 팽창 기계에 의해서만 배타적으로 구동될 필요는 없다. 반대로, 압축기 또는 압축기들은, 또한, 팽창 중에 방출되는 모든 일을 흡수할 필요도 없다. 예를 들어 아래에 또한 예시된 바와 같이, 지지 또는 배타적 구동은 예를 들어 전기 모터를 사용하여 이루어질 수도 있고, 발전기 및/또는 오일 브레이크가 임의의 구성으로 제공될 수 있다.
압축기 또는 압축기들은, 압축기 또는 압축기들이 제1 응축기 증발기 장치를 통한 라우팅 및 선택적으로 후속하는 저온 수준으로의 추가 가열에도 불구하고 제1 유체 스트림을 공급받으므로, 하나 이상의 냉압축기이다.
방금 산소 추출과 함께 설명한 SPECTRA 공정에서, 추가 응축기 증발기 장치("제2" 응축기 증발기 장치)는 통상적으로 제2 정류 컬럼의 하측 영역에 존재하며, 제2 정류 컬럼의 하부 액체를 끓이는 데 사용된다. 이러한 응축기 증발기 장치는, 단일 응축기 증발기를 포함하고, 주 공기 압축기에서 (적어도) 압축되고 주 열 교환기에서 냉각되며 제1 정류 컬럼에 공급되는 공기(공급 공기)로 통상적으로 동작된다. 특히, 이러한 공급 공기는, 초기에 기체 형태로 존재하고 제1 정류 컬럼으로 공급되기 전에 제2 응축기 증발기 장치에서 액화되는 공기일 수도 있다. 이것은 제1 정류 컬럼 전체에 공급되는 공급 공기의 일부이다. 추가(기체) 공급 공기는 해당 액화 없이 제1 정류 컬럼으로 공급될 수 있다.
고순도 액체 또는 기체 산소 생성물(LOX, GOX; 고순도 상태에서, UHPLOX 또는 UHPGOX라고도 지칭됨)을 얻기 위한 비용은, 공지된 SPECTRA 공정에서 비교적 높다. 그 이유는 한편으로는 장비에 대한 상대적으로 높은 지출이고, 다른 한편으로는 전체 공정의 효율성에 상당한 영향을 미칠 수 있는 이와 관련된 추가 에너지 요구사항 때문이다.
비에너지 요구량이 높은 이유는, 주로 제2 정류 컬럼의 하측 영역에 상술한 제2 응축기 증발기 장치에서 설명된 "가열"이 기체 상태의 공급 공기의 해당 부분의 전술한 응축에 의해 대부분 실현되기 때문이다. 이러한 (액화된) 부분 공기 스트림은, (증발 후) 냉각 용량을 생성하거나 사용된 냉압축기(들)를 구동하는 데 후속 사용되지만, 해당 양의 유체가 제1 정류 컬럼으로부터의 제2 재료 스트림으로서 취해진다는 점에서, 상기 부분 공기 스트림은 제1 정류 컬럼의 정류 공정에 더 이상 참여하지 않는다. 이는 여기서 부족한 제1 정류 컬럼으로의 복귀 흐름이 추가 공기의 분리에 의해 생성되어야 하므로 질소 생성물의 수율의 급격한 감소를 초래한다. 제2 정류 컬럼의 하측 영역에 있는 제2 응축기 증발기 장치의 높은 구동 온도 차이(여기서 공기의 응축은 정류 컬럼 시스템의 최고 압력에서 발생함)로 인해 공정에서 추가적인 열역학적 손실이 발생한다. 특히 UHPGOX나 UHPLOX 생성물이 상대적으로 대량인 경우, 이러한 단점은 주 공기 압축기의 전력 소모에 큰 영향을 미친다.
본 발명에 따르지 않는 실시예에서, 전술한 유형의 공정은, 제2 정류 컬럼의 하측 영역에 있는 제2 응축기 증발기 장치의 공급 공기 스트림 대신 제1 응축기 증발기 장치의 "제1" 또는 "제2" 재료 스트림의 일부로서 전술한 방식으로 증발된 유체가 사용된다는 점에서 수정될 수 있다. 이러한 방식으로, 이전에 이 목적으로 사용된 공기를 절약할 수 있어, 에너지 효율과 수율이 증가한다. 응축된 유체는 아래 설명된 대로 처리될 수 있다.
이러한 실시예에서, 제2 응축기 증발기 장치의 응축은 제1 응축기 증발기 장치의 대응 유체의 증발이 이전에 수행되었던 압력 수준에서 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 재압축이 생략될 수 있으며, 응축된 가스 또는 형성된 응축수가 펌프를 통해 필요한 압력에 도달할 수 있다. 가스 압축기와는 달리, 펌프의 동작은 훨씬 더 안정적이며, 이의 제공이 훨씬 더 비용 효율적이다. 그럼에도 불구하고, 해당 펌프 없이 동작을 또한 모색해야 한다. 본 발명은 이를 보장한다.
특히 제2 재료 스트림의 단지 부분 액화에 의해 달성되는 제2 응축기 증발기 장치의 전술한 상대적으로 높은 압력 수준으로 인해, 제2 정류 컬럼의 동작 압력은, 또한, 본 발명에 따라 제1 응축기 증발기 장치로부터의 터빈 흐름(제2 재료 스트림)에 에너지를 추가함으로써 그 상부 가스로부터 에너지가 회수될 수 있을 만큼 충분히 높을 수 있다. 이전에는, 해당 스트림이 제한되어 에너지 손실이 컸다.
발명의 이점
전체적으로, 청구범위의 표현에서, 본 발명은 제1 정류 컬럼 및 제2 정류 컬럼을 갖는 공기 분리 플랜트가 사용되는 공기의 저온 분리 방법을 제안한다. 제1 정류 컬럼은 제1 압력 수준에서 동작되고, 제2 정류 컬럼은 제1 압력 수준 미만인 제2 압력 수준에서 동작된다.
이러한 제1 및 제2 압력 수준은 종래의 공기 분리 플랜트에서, 특히, 산소 추출을 사용하는 SPECTRA 플랜트에서 사용되는 압력 수준보다 높은 압력 수준이다. 제1 압력 수준은 특히 7 bar 내지 14 bar일 수 있고, 제2 압력 수준은 특히 4 bar 내지 7 bar일 수 있다. 이는 각 경우에 각 정류 컬럼의 상부에서의 절대 압력이다. 특히, 제1 정류 컬럼과 제2 정류 컬럼은 서로 옆에 배치될 수 있으며, 통상적으로 이중 컬럼의 형태로 서로 결합되지 않으며, 여기서, "이중 컬럼"은, 두 개의 정류 컬럼으로 이루어지고 두 개의 정류 컬럼의 컬럼 재킷들이 선 없이, 즉, 직접적으로 서로 연결되고 특히 서로 용접되는 구조 유닛으로서 설계된 분리기를 의미하는 것으로 이해된다. 그러나, 이러한 직접 연결에 의해서만 유체 연결이 확립될 필요는 없다.
본 발명의 맥락에서 사용되는 제1 정류 컬럼과 본 발명의 맥락에서 사용되는 제2 정류 컬럼은 이미 SPECTRA 공정을 참조하여 위에서 상세히 설명되었다. 제2 정류 컬럼은 특히 산소 컬럼일 수 있다.
여기서, 압축된 후 냉각된 대기는 제1 정류 컬럼으로 공급된다. 필요한 경우, 상응하는 공기는, 상이하게 처리될 수 있고 선택적으로 추가 장치를 통해 사전에 라우팅된 여러 재료 스트림의 형태로 제1 정류 컬럼에 공급될 수 있다. 이에 반해, 제2 정류 컬럼에는 통상적으로 공기가 공급되지 않는다. 제2 정류 컬럼은 제1 정류 컬럼으로부터 공급을 받거나, 제1 정류 컬럼으로부터 아직 취해지지 않았거나 이러한 재료 스트림으로부터 형성된 재료 스트림은 통상적으로 제2 정류 컬럼에 공급되지 않는다.
SPECTRA 공정 및 본 발명의 맥락에서 관례적인 바와 같이, 제1 정류 컬럼의 상부 가스는 질소 생성물로서 얻어지고 공기 분리 플랜트로부터 배출되고, 제2 정류 컬럼의 하부 액체는 산소 생성물로서 얻어지고 공기 분리 플랜트로부터 배출된다. 이는 추가 유체가 공기 분리 플랜트로부터 또한 배출될 수 있고, 예를 들어, 대기로 방출될 수 있음 배제하지 않는다. 다른 경우의 질소 또는 산소 생성물로서 배출되는 유체는, 본 발명의 맥락에서, 소정의 비율로 배출될 수도 있고, 예를 들어, 퍼지 스트림으로서 또는 제1 정류 컬럼의 상부 가스의 응축 후의 추가 액체 질소 생성물로서 배출될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 제1 응축기 증발기 장치에서, 제1 정류 컬럼으로부터의 액체 증발은 제1 및 제2 스트림을 형성하며, 여기서 증발은 특히 동일하거나 상이한 증발 압력에서 제1 압력 수준보다 낮게 서로 별도로 수행되는 두 개의 증발 단계를 포함한다. 제1 응축기 증발기 장치의 증발 압력은, 제1 압력 수준에 따라 특히 3.5 bara 내지 7.5 bara (bar 절대 압력; 값은 정확한 값 또는 대략적인 값을 나타낼 수 있음)이다. 따라서, 제1 정류 컬럼으로부터 취해져 여기서 증발될 유체는 대응하여 팽창된다. 기체 질소 생성물로서 제공되지 않는 제1 정류 컬럼의 추가 상부 가스는 제1 응축기 증발기 장치에서 응축되어 제1 정류 컬럼으로 복귀 흐름으로서 복귀된다. 상응하는 응축물의 일부는 언급된 추가 액체 질소 생성물로서 특히 자체적으로 과냉각된 후에 배출될 수도 있다.
제1 재료 스트림은 제1 산소 함량을 갖고 본 발명에 따라 형성되고, 제2 재료 스트림은 제1 산소 함량보다 높은 제2 산소 함량을 갖고 본 발명에 따라 형성된다. 일 실시예에서, 제1 응축기 증발기 장치에서 증발된 제1 재료 스트림은 제1 산소 함량을 갖고 제1 정류 컬럼으로부터 이미 취해진 액체를 증발함으로써 형성될 수 있고, 본 실시예에서, 제2 재료 스트림은 제1 산소 함량보다 높은 제2 산소 함량을 갖고 제1 정류 컬럼으로부터 이미 취해진 액체를 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 액체에 관한 추가 설명은 이미 제공되었다. 본 실시예에서, 더 낮은 제1 산소 함량을 갖는 액체는 특히 제1 정류 컬럼 또는 상응하는 액체 보유 장치의 중간 트레이 또는 분리 트레이에서 추출되는 액체이다. 본 실시예에서, 더 높은 제2 산소 함량을 갖는 액체는 특히 제1 정류 컬럼의 하부 액체이다. 다른 실시예는, 이미 전술한 바와 같이, 제1 정류 컬럼으로부터의 동일한 액체를 사용하여 제1 및 제2 재료 스트림을 형성하는 것을 제공한다.
본 발명의 맥락에서, 제1 재료 스트림 또는 이의 일부는 제1 압력 수준으로 부분적으로 또는 완전히 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되고, 제2 재료 스트림 또는 이의 일부는 팽창하여 공기 분리 플랜트로부터 배출된다.
제2 정류 컬럼은 제2 응축기 증발기 장치를 구비하거나 이러한 장치에 적어도 열적으로 결합되며, 여기서 제2 응축기 증발기 장치는 특히 제2 정류 컬럼의 하부 영역에 설계되거나 제공되며 특히 하부 영역에 형성되는 액체 조에 부분적으로 침지된다. 여기서 제2 정류 컬럼의 하부 액체는 제2 응축기 증발기 장치에서 증발된다.
본 발명에 따르면, 제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림 또는 이의 일부는, 제1 압력 수준으로 재압축된 후 제1 정류 컬럼으로 공급되기 전에 제2 응축기 증발기 장치를 사용하여 부분 액화 또는 응축된다.
본 발명의 이점은 이미 설명되었다. 본 발명에 따라 제공되는 상호 연결의 이점은, 특히 동일한 생성물을 얻기 위해, 총 공급 공기가 최대 약 4.7% 더 적게(또는 이에 따라 에너지가 약 4.7% 더 적게) 필요하며, 여기서, 예를 들어, 약 11 bara의 가압된 질소(PGAN)의 시간당 29,300 표준 입방 미터와 고순도 액체 산소(UHPLOX)의 시간당 700 표준 입방 미터의 양이 제공될 수 있다는 점이다. 이는, 특히, 본 발명의 맥락에서 제2 응축기 증발기 장치를 가열하는 데 공기가 사용되지 않고 따라서 위에 설명된 단점이 극복된다는 사실에 기인할 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 사용되는 모든 공기가 제1 정류 컬럼의 정류 공정에 참여하고 이에 따라 질소의 생성물 수율이 증가하기 때문에, 비에너지 요구량이 감소된다. 추가 이점은, 특히 소위 "잔류 가스"를 나타내는 제2 정류 컬럼으로부터의 상부 가스가 제2 재료 스트림 또는 상응하는 이의 일부와 함께 전술한 팽창을 거치고 공기 분리 플랜트로부터 배출될 때 발생한다. 이를 통해 이러한 잔류 가스를 (별도로) 조절하지 않고 대신 해당 에너지를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특별한 이점은, 제2 응축기 증발기 장치에서 형성된 응축 물의 복귀를 위해, 펌프가 필요하지 않으며, 그 결과 투자 및 운영 비용이 절감될 수 있고, 플랜트가 더욱 유지보수-친화적으로 된다는 점이다.
본 발명의 두 개의 대안은, 특히 제1 압력 수준으로의 재압축을 거쳐 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림 또는 이의 일부의 특정 유형의 부분 응축에 관한 것이다.
제1 실시예에서, 제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림의 제1 분리물 또는 이의 일부는, 제2 응축기 증발기 장치를 통해 전도되어 그곳에서 적어도 대부분 및 특히 완전히 액화되고 제1 정류 컬럼으로 공급되고, 제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림의 제2 분리물 또는 이의 일부는 제2 응축기 증발기 장치를 통해 전도되지 않고 제1 정류 컬럼으로 액화되지 않은 상태로 공급된다.
제2 실시예에서, 제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 스트림 또는 이의 일부는, 제2 응축기 증발기 장치를 통해 전도되지만, 그곳에서 부분적으로만 액화되고, 제1 정류 컬럼은 2-상 흐름의 형태로 공급을 받는다. 2-상 스트림은 특히 증기 분율의 총량에 대해 몰 분율로 0.7 내지 0.95, 예를 들어, 약 0.8의 증기 분율을 가질 수 있다.
제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림 또는 이의 일부, 또는 부분 액화 후의 액체 및 기체 분리물의 도입은, 제1 정류 컬럼의 하측 영역으로 적어도 부분적으로 일어날 수 있다. 이러한 "하측 영역"은, 이 영역 아래에 제1 정류 컬럼에 위치하는 시브 트레이 또는 패킹과 같은 분리 장치가 더 이상 없는 위치일 수 있다.
원칙적으로, 제1 정류 컬럼으로부터의 가압된 질소 생성물은, 또한, 제2 응축기 증발기 장치를 가열하는 데 사용될 수 있으며 상응하는 응축을 거칠 수 있다. 그러나, 순도를 손상시키지 않으려면, 형성된 액체를 추가로 운반하기 위해 상응하는 오염 없는 펌프가 사용되어야 한다. 이와 관련된 비용으로 인해, 이는 본 발명에 따라 제안된 해결책에 비해 매우 불리하다. 에너지 이점도 본 발명에 따른 해결책에서보다 현저히 낮을 것이다.
본 발명의 모든 실시예에서, 제2 정류 컬럼으로부터의 상부 가스는, 일을 수행하는 팽창부를 거치고 공기 분리 플랜트로부터 배출되는 제2 재료 스트림 또는 이의 일부로 혹은 작업-수행 압축해제 전에 이의 일부로 공급될 수 있다. 그러나, 대안으로 또는 추가로, 제2 정류 컬럼으로부터의 해당 또는 추가 상부 가스를 일을 수행하는 팽창부를 거치게 하는 것도, 일을 수행하는 팽창부를 거치고 공기 분리 플랜트로부터 배출되는 제2 재료 스트림 또는 이의 일부와는 별도로, 가능하다. 후자의 경우, 추가 팽창 기계 형태의 팽창기 또는 공지된 공정에 존재하는 제2 터빈에 대응하는 팽창기가 특히 사용될 수 있다.
제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림 또는 이의 일부는 재압축 동안 특히 제3 압력 수준이 되며, 이는 적어도 제1 압력 수준에 상응하며, 여기서 부분 액화는 특히 주 열 교환기와 연결 라인의 압력 손실을 뺀 제1 압력 수준에서 발생한다.
언급된 바와 같이, 본 발명의 특별한 이점은, 제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림 또는 이의 일부, 또는 부분 액화 동안 형성되거나 남아 있는 액체 및 기체 부분이 펌프 없이 제1 정류 컬럼으로 이송된다는 점이다.
SPECTRA 공정과 관련하여 알려진 바와 같이, 본 발명의 맥락에서, 제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림 또는 이의 일부의 재압축을 위해 하나 이상의 압축기가 제공되고, 일을 수행하는 팽창부를 거치고 공기 분리 플랜트로부터 배출되는 제2 재료 스트림 또는 이의 일부의 일을 수행하는 팽창부를 위해 하나 이상의 압축기에 결합된 하나 이상의 팽창 기계가 제공되는 것도 가능하다. SPECTRA 공정에 대한 자세한 내용은 이미 위에서 일반적인 용어로 설명되었다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 제1 정류 컬럼의 상부 가스 및 이에 따른 질소 생성물은 부피 기준으로 산소, 일산화탄소 및/또는 수소의 각각 1 ppb 미만의 함량, 아르곤의 10 ppm 미만의 함량으로 얻어질 수 있다. 특히, 제2 정류 컬럼의 하부 액체는 부피 기준으로 아르곤의 10 ppb 미만의 함량 및/또는 메탄의 5 ppm 미만의 함량을 가질 수 있고 그렇지 않으면 실질적으로 산소로 이루어질 수 있다.
유리하게, 공정에서 분리될 모든 냉각된 압축 공기는 액화되지 않거나 거의 액화되지 않으며, 따라서 적어도 대부분 기체 상태로 제1 정류 컬럼으로 공급된다.
본 발명은, 또한, 제1 정류 컬럼, 제2 정류 컬럼, 제1 응축기 증발기 장치, 및 제2 응축기 증발기 장치를 갖고 제1 정류 컬럼에 공기를 공급하여 제1 압력 수준에서 동작시키고 제1 정류 컬럼으로부터 재2 정류 컬럼으로 공급을 행하여 이를 제1 압력 수준보다 낮은 제2 압력 수준에서 동작시키도록 구성된 공기 분리 플랜트로 확장된다. 공기 분리 플랜트는, 또한, 제1 정류 컬럼으로부터의 상부 가스를 질소 생성물로서 추출하여 공기 분리 플랜트로부터 배출하고, 제2 정류 컬럼으로부터의 하부 액체를 산소 생성물로서 추출하여 공기 분리 플랜트로부터 배출하고, 제1 정류 컬럼으로부터의 액체를 증발함으로써 제1 응축기 증발기 장치에서 제1 압력 수준 미만에서 제1 및 제2 재료 스트림을 형성하고, 제1 응축기 증발기 장치에서 제1 정류 컬럼으로부터의 추가 상부 가스를 응축하여 제1 정류 컬럼으로 복귀 흐름으로서 복귀시키도록 구성된다. 공기 분리 플랜트는, 제1 산소 함량을 갖는 제1 재료 스트림 및 제1 산소 함량보다 많은 제2 산소 함량을 갖는 제2 재료 스트림을 형성하고, 제1 재료 스트림 또는 이의 일부를 제1 압력 수준으로 재압축을 거치게 하여 제1 정류 컬럼으로 공급하고, 제2 재료 스트림 또는 이의 일부를 압축해제를 거치게 하여 공기 분리 플랜트로부터 배출하고, 제2 응축기 증발기 장치에서 제2 정류 컬럼으로부터 하부 액체를 증발시키도록 추가로 구성된다.
본 발명에 따르면, 제1 압력 수준으로 재압축을 거쳐 제1 정류 컬럼으로 공급되는 제1 재료 스트림 또는 이의 일부를, 제1 압력 수준으로의 재압축 후에 그리고 제1 정류 컬럼으로의 공급 전에, 제2 응축기 증발기 장치에서 적어도 부분 액화를 거치게 하여 제1 정류 컬럼에 2-상 스트림의 형태로 공급하고 제2 정류 컬럼으로부터의 상부 가스를 일을 수행하는 팽창부로 공급하도록 구성된 수단이 제공된다.
본 발명에 따른 공정 및 특히 상이한 실시예에서 전술한 바와 같은 공정을 수행하도록 구성되고 장치 측면에서 실현되는 상응 수단을 갖는 본 발명에 따른 공기 분리 플랜트의 추가 특징과 이점에 관한 실시예의 상술한 설명을 참조한다.
본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시하는 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 공기 분리 플랜트를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 분리 플랜트를 도시한다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 공기 분리 플랜트를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기 분리 플랜트를 도시한다.
도면에서, 서로 기능적으로 또는 구조적으로 대응하는 요소들은 동일한 참조 부호로 표시되었고 명확성을 위해 반복하여 설명되지 않는다.
도 1은 개략적인 플랜트 다이어그램의 형태로 공기 분리 플랜트(100)를 예시한다. 중심 구성요소는 제1 정류 컬럼(11), 제2 정류 컬럼(12), 제1 응축기 증발기(111) 및 제2 응축기 증발기(121)를 갖는 정류 컬럼 시스템(10)이다. 제1 정류 컬럼(11)은 제1 압력 수준에서 동작되고, 제2 정류 컬럼(12)은 제1 압력 수준보다 낮은 제2 압력 수준에서 동작된다. 언급한 바와 같이, 제1 및 제2 응축기 증발기(111, 121)는 각각 제1 또는 제2 응축기 증발기 장치의 일부일 수 있다. 제1 및 제2 응축기 증발기(111, 121)는 단지 명확성을 위해 아래에서 논의된다.
공기 분리 플랜트(100)의 주 공기 압축기(1)에 의해, 공기는 필터(별도로 지정되지 않음)를 거쳐 대기(A)로부터 흡입되어 압축된다. 이러한 방식으로 형성된 공급 공기 스트림(a)은, 주 공기 압축기(1)의 하류의 애프터쿨러(마찬가지로 별도로 지정되지 않음)에서 냉각된 후, 물(W)로 동작되는 직접 접촉 냉각기(2)에서 추가로 냉각된다. 이어서, 공급 공기 스트림(a)은 흡착기 유닛(3)에서 세정된다. 이러한 맥락에서 추가 설명을 보려면, 예를 들어 의 도 2.3A(위 참조)와 관련하여 기술 문헌을 참조한다.
공급 공기 스트림(a)은, 주 열 교환기(4)에서 냉각된 후, 제1 정류 컬럼(11)으로 공급된다. 종래의 공정에서, 공급 공기 스트림(a)의 일부는 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는 반면, 추가 부분은 제2 정류 컬럼(12)의 하측 영역에 배치된 제2 응축기 증발기(121)를 통해 라우팅되고, 제2 정류 컬럼(12)의 하부 액체에 의해 증발된다. 이러한 추가 부분은 제2 응축기 증발기(121)에서 부분적으로 응축된 후 마찬가지로 제1 정류 컬럼(11)으로 공급된다.
제1 정류 컬럼(11)의 상부 가스는 재료 스트림(d)의 형태로 공기 분리 플랜트(100)로부터 질소 생성물(B) 또는 밀봉 가스(C)로서 배출된다. 이에 반해, 제2 정류 컬럼(12)의 하부 액체는 재료 스트림(e)의 형태로 산소 생성물(D)로서 배출된다. 예를 들어, 내부 압축된 산소 생성물(D)을 공급하기 위해 나중에 증발하도록 소위 실행 탱크에 제공하는 것도 가능하다.
제1 응축기 증발기(111)에서, 제1 압력 수준 미만의 제1 재료 스트림(g)과 제2 재료 스트림(h)(이를 위해, 대응하는 팽창은 특히 별도로 표시되지 않은 밸브에서 발생함)은 여기에 설명된 특정 실시예에서 증발된다. 제1 정류 컬럼(11)의 추가 상부 가스는 제1 응축기 증발기(111)에서 재료 스트림(i)의 형태로 응축되어 제1 정류 컬럼(11)으로 복귀 흐름으로서 복귀된다. 여기에 재료 스트림(k)의 형태로 예시된 바와 같이, 일부는 과냉각기(5)에서 과냉각되어 액체 질소(F)로서 제공될 수도 있다. 이에 의해 가열된 재료 스트림(1)은 아래에 더 자세히 설명된 바와 같이 처리된다. 퍼지 스트림(m 또는 P) 형태의 추가 배출도 제공될 수 있다. 가능한 액체 질소 공급(LIN 주입)은 Q로 표시된다.
제1 재료 스트림(g)은 제1 산소 함량을 갖고 제1 정류 컬럼(11)으로부터 취해진 액체를 사용하여 형성되고, 제2 재료 스트림(h)은 제1 산소 함량보다 높은 제2 산소 함량을 갖고 제1 정류 컬럼(11)으로부터 취해진 액체(특히, 하부 액체)를 사용하여 형성된다.
제1 재료 스트림(g)의 가스는, 제1 응축기 증발기(111)에서 증발 또는 부분 증발된 후, 압축기(6)에서 제1 압력 수준으로 재압축되어 제1 정류 컬럼(11)으로 공급된다. 점선으로 표시된 부분도 압축기(6)에서의 압축으로 복귀될 수 있다. 재료 스트림(g)의 일부는 재료 스트림(n)의 형태로 대기(A)로 배출될 수도 있다.
제2 재료 스트림(h)의 가스는, 제1 응축기 증발기(111)에서 증발 또는 부분 증발 후, 여기에 예시된 예에서 스로틀(9)에 의해 부분적으로 팽창된 다음, 제2 정류 컬럼(12)으로부터 재료 스트림(o)의 형태로 취해진 상부 가스와 결합되고, 팽창 기계(7, 8)에서 병렬로 추가 팽창되고, 주 열 교환기(4)에서 가열된 후, 흡착기 유닛(3)에서 재생 가스로서 사용되거나 대기(A)로 방출되고, 따라서 공기 분리 플랜트(100)로부터 배출된다.
팽창 기계(7)는 압축기(6)에 결합되고, 팽창 기계(8)는 발전기(G)에 결합된다. 각 경우에, 상이한 수의 해당 기계 또는 상이한 유형의 커플링이 사용될 수도 있다. (오일) 브레이크(별도 지정되지 않음)도 제공될 수 있다.
제2 정류 컬럼(12)에는 제1 정류 컬럼(11)의 측면 스트림(p)이 공급되고, 이는 상측 영역의 제2 정류 컬럼으로 공급된다. 제2 응축기 증발기(121)에 의해, 제1 재료 스트림(g)의 제1 부분 또는 이의 상응 부분은, 제1 응축기 증발기(111)에서의 증발 또는 부분 증발 후에 그리고 압축기(6)에서의 재압축 후에, 부분 스트림(b)으로서 또한 전도되고 부분 응축을 거친다. 상응하게 형성된 액체 또는 2-상 혼합물(b로 추가 표시)은 펌프 없이 제1 정류 컬럼(11)으로 이송된다. 제1 재료 스트림(g)의 제2 부분 또는 이의 상응 부분은, 제1 응축기 증발기(111)에서의 증발 또는 부분 증발 후에 그리고 압축기(6)에서의 재압축된 후에, 제1 정류 컬럼(11)으로 기체 형태의 재료 스트림(c)으로서 이송되고, 마찬가지로 펌프 없이 응축기 증발기(121)를 통하지 않고 전도된다.
다른 경우엔 도 2에 따른 실질적으로 동일하거나 유사한 공기 분리 플랜트(200)에서, 제1 재료 스트림(g) 또는 이의 상응 부분은, 제1 응축기 증발기(111)에서의 증발 또는 부분 증발 그리고 압축기(6)에서의 재압축된 후에, 제2 응축기 증발기(121)를 통해 완전히 전도되고, 여기서 부분적으로 응축되고, 펌프 없이 제1 정류 컬럼(11)으로 2-상 흐름(z로 표시)으로서 이송된다. 도 1에 따른 실시예와는 대조적으로, 여기서는 위에 예시된 바와 같이 밸브(9)에서 재료 스트림(h)의 조절이 수행되지 않는다. 이러한 방식으로, 최대 포텐셜이 실현할 수 있는데, 흐름(h)이 조절되지 않으면, 에너지가 소멸되지 않고, 양측 터빈의 출력이 더 커지며, 이는 에너지 이점으로 나타난다. 이는 특히 스트림(g)의 부분 액화가 제2 정류 컬럼(12)에서 더 높은 동작 압력을 가능하게 한다는 사실에 기인한다. 이에 따라, 스트림(h)의 조절은 (도 2에 예시된 바와 같이) 완전히 생략될 수 있거나, 이 조절은 (별도로 도시되지 않는 바와 같이) 눈에 띄게 감소될 수 있다.
다른 경우에는 도 1에 따른 공기 분리 플랜트(100)와 실질적으로 동일하거나 비교될 수 있는 도 3에 따른 공기 분리 플랜트(300)에서, 재료 스트림(h)의 일부는, 주 열 교환기(3)에서 가열되어 터빈(8)에서 팽창되기 전에 스로틀(9)을 통해 재료 스트림(d)에 공급된다. 재료 스트림(h)의 나머지 부분도 마찬가지로 주 열 교환기(4)에서 가열되지만 특히 터빈(7)에서 팽창된다. 이들은, 팽창된 재료 스트림을 결합한 후, 주 열 교환기(4)에서 다시 결합되고 가열되어 플랜트(300)로부터 배출된다.
도 4에 따른 공기 분리 플랜트(400)에서는, 예를 들어, 도 1에 도시된 공기 분리 플랜트(100)와는 대조적으로, 재료 스트림(d)의 형태로 제2 정류 컬럼으로부터의 상부 가스가 재료 흐름(h)과는 별도로 터빈(8)에서 일을 수행하는 팽창부를 거치는 것이 제공된다.

Claims (15)

  1. 제1 정류 컬럼(11), 제2 정류 컬럼(12), 제1 응축기 증발기 장치(111), 및 제2 응축기 증발기 장치(121)를 갖는 공기 분리 플랜트(100, 200, 300)가 사용되는 공기의 저온 분리를 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 제1 정류 컬럼(11)은 공기를 공급받고 제1 압력 수준에서 동작되고, 제2 정류 컬럼(12)은 상기 제1 정류 컬럼(11)으로부터 공급받고 상기 제1 압력 수준 미만의 제2 압력 수준에서 동작되는, 단계,
    상기 제1 정류 컬럼(11)의 상부 가스는 질소 생성물로서 얻어지고 상기 공기 분리 플랜트(100)로부터 배출되고, 상기 제2 정류 컬럼(12)의 하부 액체는 산소 생성물로서 얻어지고 상기 공기 분리 플랜트(100, 200, 300)로부터 배출되는, 단계,
    상기 제1 정류 컬럼(11)으로부터 액체를 증발시킴으로써 상기 제1 압력 수준 미만의 제1 재료 스트림과 제2 재료 스트림이 상기 제1 응축기 증발기 장치(111)에 형성되고, 상기 제1 정류 컬럼(11)의 추가 상부 가스가 상기 제1 응축기 증발기 장치(111)에 응축되고 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 복귀 흐름으로서 복귀하는, 단계,
    상기 제1 재료 스트림이 제1 산소 함량으로 형성되고, 상기 제2 재료 스트림이 상기 제1 산소 함량 초과의 제2 산소 함량으로 형성되는, 단계,
    상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부가 상기 제1 압력 수준으로 재압축되어 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되고, 상기 제2 재료 스트림 또는 이의 일부가 일을 수행하는 팽창부를 거쳐 상기 공기 분리 플랜트로부터 배출되는, 단계,
    _ 상기 제2 정류 컬럼(12)의 하부 액체가 상기 제2 응축기 증발기 장치(121)에서 증발되는, 단계,
    상기 제1 압력 수준으로의 재압축 후이면서 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되기 전에, 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거치고 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부가, 상기 제2 응축기 증발기 장치(121)의 적어도 부분(b)까지 부분 액화되고 상기 제1 정류 컬럼(11)에 2-상 스트림의 형태로 공급되는, 단계, 및
    상기 제2 정류 컬럼(12)의 상부 가스(o)가 일을 수행하는 팽창부(7, 8)에 공급되는, 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 정류 컬럼(12)의 상부 가스는, 해당 팽창부의 상류에서, 상기 일을 수행하는 팽창부를 거쳐 상기 공기 분리 플랜트로부터 배출되는 상기 제2 재료 스트림 또는 이의 일부로 공급되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 정류 컬럼(12)의 상부 가스는, 상기 일을 수행하는 팽창부를 거쳐 상기 공기 분리 플랜트로부터 배출되는 상기 제2 재료 스트림 또는 이의 일부와는 별도로 일을 수행하는 팽창부를 거치는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부는 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거치고, 상기 재압축을 거쳐 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는 제1 재료 스트림 또는 이의 일부는 상기 제2 응축기 증발기 장치(121)에서의 부분 액화 시 5 mol% 내지 30 mol%, 특히 15 mol% 내지 25 mol%를 제공하도록 액화되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거치는 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부는 상기 제2 응축기 증발기 장치(121)를 통해 완전히 전도되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압력 수준으로의 재 압축을 거쳐 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부의 제1 분리물은 상기 제2 응축기 증발기 장치(121)를 통해 전도되고, 여기서 적어도 대부분 액화되고, 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되고, 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거쳐 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부의 제2 분리물은 상기 제2 응축기 증발기 장치(121)를 통해 전도되지 않고 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 정류 컬럼은 7 bar 내지 14 bar의 제1 압력 수준에서 동작되고, 상기 제2 정류 컬럼(12)은 3 bar 내지 7 bar의 제2 압력 수준에서 동작되는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거쳐 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부는 재압축 동안 적어도 상기 제1 압력 수준에 대응하는 제3 압력 수준으로 되고, 상기 부분 액화는 상기 제1 압력 수준에서 발생하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거쳐 상기 제1 증류 컬럼(11)으로 공급되는 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부는 펌프 없이 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 전달되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거쳐 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부의 재압축을 위해, 하나 이상의 압축기(6)가 제공되고, 상기 일을 수행하는 팽창부를 거쳐 상기 공기 분리 플랜트로부터 배출되는 상기 제2 스트림 또는 이의 일부의 일을 수행하는 팽창부를 위해, 상기 하나 이상의 압축기(6)에 결합되는 하나 이상의 팽창 기계(7, 8)가 제공되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 정류 컬럼(11)의 상부 가스는 각 경우에 부피 기준으로 산소, 일산화탄소 및/또는 수소의 1 ppb 미만의 함량 및 아르곤의 10 ppm 미만의 함량을 갖는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 정류 컬럼(12)의 하부 액체는 부피 기준으로 아르곤의 10 ppb 및/또는 메탄의 5 ppm 미만의 함량을 갖는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법에서 분리될 냉각된 압축 공기 모두는 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 기체 형태로 공급되는, 방법.
  14. 제1 정류 컬럼(11), 제2 정류 컬럼(12), 제1 응축기 증발기 장치(111), 및 제2 응축기 증발기 장치(121)를 갖는 공기 분리 플랜트(100, 200, 300)로서,
    상기 제1 정류 컬럼(11)에 공기를 공급하여 제1 압력 수준에서 동작시키고, 상기 제1 정류 컬럼(11)으로부터 상기 제2 정류 컬럼(12)으로 공급을 행하여 상기 제1 압력 수준 미만의 제2 압력 수준에서 동작시키고,
    상기 제1 정류 컬럼(11)의 상부 가스를 질소 생성물로서 얻어 상기 공기 분리 플랜트(100)로부터 배출하고, 상기 제2 정류 컬럼(12)의 하부 액체를 산소 생성물로서 얻어 상기 공기 분리 플랜트(100, 200, 300)로부터 배출하고,
    상기 제1 정류 컬럼(11)으로부터의 액체를 증발시킴으로써 상기 제1 응축기 증발기 장치(111)에서 제1 재료 스트림과 제2 재료 스트림을 상기 제1 압력 수준 미만으로 형성하고, 상기 제1 응축기 증발기 장치(111)에서 상기 제1 정류 컬럼(11)의 추가 상부 가스를 응축하여 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 복귀 흐름으로서 복귀시키고,
    상기 제1 재료 스트림을 제1 산소 함량으로 형성하고 상기 제2 재료 스트림을 상기 제1 산소 함량 초과의 제2 산소 함량으로 형성하고,
    상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부를 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거치게 하여 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급하고, 상기 제2 재료 스트림 또는 이의 일부를 팽창을 거치게 하여 상기 공기 분리 플랜트로부터 배출하고,
    상기 제2 응축기 증발기 장치(121)에서 상기 제2 정류 컬럼(12)의 하부 액체를 증발시키고,
    상기 제1 압력 수준으로의 재압축 후이면서 상기 제1 정류 컬럼(11)으로의 공급 전에, 상기 제1 압력 수준으로의 재압축을 거쳐 상기 제1 정류 컬럼(11)으로 공급되는 상기 제1 재료 스트림 또는 이의 일부를 상기 제2 응축기 증발기 장치(121)의 적어도 부분(b)까지의 부분 액화를 거치게 하여 상기 제1 정류 컬럼(11)에 2-상 스트림의 형태로 공급하고,
    상기 제2 정류 컬럼(12)의 상부 가스(o)를 일을 수행하는 팽창부(7, 8)에 공급하도록 구성된, 공기 분리 플랜트.
  15. 제14항에 있어서, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 수단을 갖는, 공기 분리 플랜트(100, 200, 300).
KR1020237037721A 2021-04-09 2022-03-10 공기의 저온 분리를 위한 방법 및 플랜트 KR20230171441A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21020190 2021-04-09
EP21020190.1 2021-04-09
PCT/EP2022/025098 WO2022214214A1 (de) 2021-04-09 2022-03-10 Verfahren und anlage zur tieftemperaturzerlegung von luft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230171441A true KR20230171441A (ko) 2023-12-20

Family

ID=75674599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237037721A KR20230171441A (ko) 2021-04-09 2022-03-10 공기의 저온 분리를 위한 방법 및 플랜트

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4320397A1 (ko)
KR (1) KR20230171441A (ko)
CN (1) CN117157498A (ko)
TW (1) TW202240115A (ko)
WO (1) WO2022214214A1 (ko)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4783210A (en) * 1987-12-14 1988-11-08 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process with modified single distillation column nitrogen generator
JP2917031B2 (ja) * 1989-09-12 1999-07-12 日本酸素株式会社 酸素の製造方法
US6279345B1 (en) * 2000-05-18 2001-08-28 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system with split kettle recycle
JP2004020158A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Air Water Inc 空気分離装置
DE102007024168A1 (de) * 2007-05-24 2008-11-27 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperatur-Luftzerlegung
EP2789958A1 (de) 2013-04-10 2014-10-15 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und Luftzerlegungsanlage
CN113924452A (zh) * 2019-11-26 2022-01-11 林德有限责任公司 用于低温分离空气的方法和设备

Also Published As

Publication number Publication date
TW202240115A (zh) 2022-10-16
WO2022214214A1 (de) 2022-10-13
EP4320397A1 (de) 2024-02-14
CN117157498A (zh) 2023-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8826692B2 (en) Method and device for low-temperature air separation
AU669998B2 (en) Cryogenic rectification process and apparatus for vaporizing a pumped liquid product
KR100343276B1 (ko) 가온된터빈재순환에의한극저온공기분리방법
US20080223077A1 (en) Air separation method
US20120036891A1 (en) Air separation method and apparatus
KR20080100362A (ko) 초저온 공기 분리 시스템
US20110192194A1 (en) Cryogenic separation method and apparatus
JP2009509120A (ja) 低温蒸留による空気の分離方法及び装置。
TW201903342A (zh) 用於獲得一或多種空氣產品之方法及空氣分離廠
TW202227766A (zh) 以混合氣體渦輪機低溫分離空氣之方法及裝置
US10443931B2 (en) Method and device for the cryogenic decomposition of air
US20220260312A1 (en) Process and plant for low-temperature fractionation of air
US10222120B2 (en) Method and device for generating two purified partial air streams
US20160370111A1 (en) Method for producing at least one air product, air separation system, method and device for producing electrical energy
US20170211880A1 (en) Method for obtaining an air product, and air separation plant
US6357259B1 (en) Air separation method to produce gaseous product
US20220228804A1 (en) Method and system for low-temperature air separation
US20130047666A1 (en) Method and device for obtaining pressurized nitrogen and pressurized oxygen by low-temperature separation of air
US8820115B2 (en) Oxygen production method and apparatus
US20180372405A1 (en) Method and device for obtaining pure nitrogen and pure oxygen by low-temperature separation of air
TW202117249A (zh) 空氣的低溫分離方法與設備
US5901577A (en) Process and plant for air separation by cryogenic distillation
TW202140974A (zh) 低溫分離空氣的方法、空氣分離設備以及由至少兩個空氣分離設備組成的聯合裝置
KR20230171441A (ko) 공기의 저온 분리를 위한 방법 및 플랜트
US10995983B2 (en) Method and apparatus for obtaining a compressed gas product by cryogenic separation of air