KR20240057420A - 저온 공기 분리를 위한 플랜트 및 방법 - Google Patents

저온 공기 분리를 위한 플랜트 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압 컬럼(11), 분할된 저압 컬럼(12, 13) 및 분할된 아르곤 컬럼(14, 15)을 포함하는 정류 컬럼 시스템(10), 및 제1 콜드 박스(110)와 제2 콜드 박스(120)를 포함하는 콜드 박스 시스템(20)을 갖는, 저온 공기 분리를 위한 플랜트(100)에 관한 것이다. 고압 컬럼(11)은 저압 컬럼(12, 13)의 하부 섹션(12) 아래에 배열된다. 고압 컬럼(11)은 저압 컬럼(12, 13)의 하부 섹션(12)과 함께, 제1 콜드 박스(110)에 위치하고, 저압 컬럼(12, 13)의 상부 섹션(13)은 제2 콜드 박스(120)에 위치한다. 아르곤 컬럼(14, 15)의 베이스 섹션(14)을 제1 콜드 박스(110)에 배열하고 아르곤 컬럼(14, 15)의 상부 섹션(15)을 제2 콜드 박스(120)에 배열하는 것이 제안되거나 또는 그 반대이다. 본 발명은 마찬가지로 상응하는 방법을 제공한다.

Description

저온 공기 분리를 위한 플랜트 및 방법
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 저온 공기 분리를 위한 플랜트 및 방법에 관한 것이다.
공기 분리 플랜트에서의 공기의 저온 분리에 의한 액체 또는 기체 상태의 공기 생성물의 생산은 공지되어 있으며, 예를 들어 문헌[
Figure pct00001
(editor), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, in particular Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification"]에 기재되어 있다.
공기 분리 플랜트는 2-컬럼 시스템, 특히 이중-컬럼 시스템, 뿐만 아니라 삼중-컬럼 또는 다중-컬럼 시스템으로 설계될 수 있는 정류 컬럼 시스템을 갖는다. 액체 및/또는 기체 상태의 질소 및/또는 산소를 얻기 위한 정류 컬럼, 즉 질소-산소 분리를 위한 정류 컬럼 외에도, 추가의 공기 성분, 특히, 아르곤을 얻기 위한 정류 컬럼이 제공될 수 있다.
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 전형적으로 4 내지 14 bar, 특히 대략 5.3 bar, 또는 대략 11 bar의 압력에서 작동된다. 저압 컬럼은 전형적으로 1 내지 4 bar의 압력 범위, 특히 약 1.4 bar뿐만 아니라 3 bar의 압력에서 작동된다. 소정 경우에, 2 내지 4 bar에서 또한 작동될 수 있는 저압 컬럼 및 9 내지 14 bar의 압력 컬럼에서 더 높은 압력이 또한 사용될 수 있다. 여기에 그리고 하기에 언급된 특정 압력은 각각의 표시된 정류 컬럼의 상부에서의 절대 압력이다.
공기의 저온 분리를 위한 공지된 방법 및 설비에서, 산소-풍부, 질소-고갈 액체가 고압 컬럼의 하부 영역에서 형성되고 고압 컬럼으로부터 배출된다. 특히 아르곤을 또한 함유하는 이러한 액체는 저압 컬럼 내로 적어도 부분적으로 공급되고, 거기에서 추가로 분리된다. 저압 컬럼에 공급되기 전에, 이는 적어도 부분적으로 증발될 수 있으며, 선택적으로 증발된 분획 및 증발되지 않은 분획은 상이한 위치에서 저압 컬럼 내로 공급될 수 있다.
아르곤을 추출하기 위해, 미정제(crude) 아르곤 컬럼 및 순수 아르곤 컬럼을 갖는 공기 분리 설비가 사용될 수 있다. 일례가 해링(
Figure pct00002
)의 문헌(상기 참조)에서 도 2.3A에 예시되어 있고 26 페이지의 "Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column" 섹션에서 시작하여, 그리고 또한 29 페이지의 "Cryogenic Production of Pure Argon" 섹션에서 시작하여 기술되어 있다. 거기에 설명된 바와 같이, 아르곤은 저압 컬럼 내의 소정 높이로 상응하는 설비에 축적된다. 이러한 또는 다른 유리한 지점에서, 선택적으로 또한 아르곤 최대치 미만에서, 아르곤 농도가 전형적으로 5 내지 15 몰%인 아르곤-풍부 기체가 저압 컬럼으로부터 배출될 수 있고 미정제 아르곤 컬럼으로 전달될 수 있다. 상응하는 기체는 전형적으로 약 0.05 내지 100 ppm의 질소 및 그 외에 실질적으로 산소를 함유한다. 저압 컬럼으로부터 인출된 기체에 대해 표시된 값은 전형적인 예시 값일 뿐이라는 것을 분명히 강조해야 한다.
미정제 아르곤 컬럼은 저압 컬럼으로부터 인출되는 기체로부터 산소를 실질적으로 분리하는 역할을 한다. 미정제 아르곤 컬럼 또는 상응하는 산소-풍부 유체 내에서 분리된 산소는 액체 형태로 저압 컬럼으로 복귀될 수 있다. 산소 또는 산소-풍부 유체는 전형적으로, 고압 컬럼으로부터 배출되는 산소-풍부한, 질소-고갈된, 및 선택적으로 적어도 부분적으로 증발된 액체에 대한 공급 지점 아래의 몇 개의 이론적 또는 실제적 플레이트에서 저압 컬럼 내로 공급된다. 분리 동안 미정제 아르곤 컬럼 내에 남아 있고 실질적으로 아르곤과 질소를 함유하는 기체 분획이 순수 아르곤 컬럼 내에서 추가로 분리되어 순수 아르곤을 획득한다. 미정제 아르곤 컬럼 및 순수 아르곤 컬럼은, 특히 고압 컬럼으로부터 배출되는 산소-풍부, 질소-고갈 액체의 일부분에 의해 냉각될 수 있는 헤드 응축기를 가지며, 이러한 액체는 이러한 냉각 동안 부분적으로 증발한다. 다른 유체가 또한 냉각을 위해 사용될 수 있다.
원칙적으로, 아르곤 전이부의 질소 함량이 1 ppm 미만이 되도록 전형적으로 보장하는 상응하는 설비에서는 순수 아르곤 컬럼을 생략하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 이는 필수 요건이 아니다. 통상적인 순수 아르곤 컬럼으로부터의 것과 동일한 품질의 아르곤이, 이러한 경우에, 통상적으로 순수 아르곤 컬럼으로 전달되는 유체보다 전형적으로 약간 더 아래에 있는 미정제 아르곤 컬럼 또는 비견되는 컬럼으로부터 배출되는데, 미정제 아르곤 응축기, 즉 미정제 아르곤 컬럼의 헤드 응축기와 상응하는 배출부 사이의 섹션 내의 플레이트는 특히 질소에 대한 장벽 플레이트의 역할을 한다. 본 발명은 순수 아르곤 컬럼이 없는 그러한 배열과 함께 사용될 수 있다. 그러한 배열에서 미정제 아르곤 컬럼 또는 비견되는 컬럼은 순수 아르곤 생성에 이미 사용되고 미정제 아르곤 생성을 위한 것은 아니기 때문에, 아래에서는 "아르곤 컬럼"으로도 지칭된다. 따라서, 아르곤 컬럼은 통상적인 미정제 아르곤 컬럼(순수 아르곤 컬럼과 함께 또는 순수 아르곤 컬럼 없이 사용됨) 또는 순수 아르곤 생성을 위해 변경된 상응하는 미정제 아르곤 컬럼일 수 있다.
상응하는 공기 분리 플랜트의 구성 높이 및 그의 사전제작성(prefabricability)을 개선하기 위해, 유럽 특허 제2 965 029 B1호는 저압 컬럼을 베이스 섹션 및 상부 섹션으로 분할할 것을 제안하며, 여기서, 저압 컬럼의 베이스 섹션은 통상적인 이중-컬럼 배열에서와 같이 고압 컬럼과 함께 설치된 상태로 유지되지만, 저압 컬럼의 상부 섹션은 별개의 콜드 박스(cold box)에 저장된다. 또한, 미정제 아르곤 컬럼을 상부 섹션 및 베이스 섹션으로 분할하고 별도의 코-박스에 이들 섹션을 수용하는 것이 본 명세서에서 제안된다. 저압 컬럼의 상부 섹션의 하부 영역 및 미정제 아르곤 컬럼의 베이스 섹션의 하부 영역으로부터의 액체는 공통 펌프에 의해 저압 컬럼의 베이스 섹션으로 복귀된다.
본 발명의 목적은 특히 구성 노력 및 비용과 관련하여 상응하는 배열을 추가로 개선하는 것이다.
이러한 배경에 대비하여, 본 발명은 독립 청구항의 특징을 갖는 공기의 저온 분리를 위한 플랜트 및 방법을 제안한다. 바람직한 실시 형태가 종속 청구항 및 하기의 설명의 요지를 이룬다.
본 발명의 특징 및 이점을 설명하기에 앞서, 본 발명의 원리의 일부를 좀 더 구체적으로 설명하고, 이하에서 사용되는 용어를 정의한다.
공기 분리 플랜트에서 사용되는 장치는 인용된 기술 문헌, 예를 들어 해링의 문헌(상기 참조), 섹션 2.2.5.6, "장치"(Apparatus)에 기재되어 있다. 따라서, 하기 정의가 상이하지 않는 한, 본 출원의 체제 내에서 사용된 용어에 관해서는 인용된 기술 문헌을 명백히 참조한다.
액체 및 기체는, 본 명세서에 사용된 용어에서, 하나 이상의 성분이 풍부하거나 부족할 수 있으며, 몰, 중량, 또는 부피를 기준으로 "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 있다. 용어 "주로"는 "풍부"의 정의에 상응할 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 상응하는 성분의 함량의 1.1배, 1.5배, 2배, 5배, 10배, 100배, 또는 1000배 이상을 함유한다면 "풍부한" 것이고, 0.9배, 0.5배, 0.1배, 0.01배, 또는 0.001배 이하를 함유한다면 "고갈된" 것이다. 예로서, 본 명세서에서 "산소", "질소", 또는 "아르곤"으로 언급되는 경우, 이는 또한 산소 또는 질소가 풍부하지만 오로지 그것만으로 반드시 이루어질 필요는 없는 액체 또는 기체를 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 플랜트에 의해, 예를 들어 질소 중 0.05 ppb 산소, 아르곤 중 0.2 ppb 산소 및 산소 중 0.2 ppb 아르곤 범위의 순도가 달성될 수 있다.
본 출원에서는 압력 및 온도를 특성화하기 위해 용어 "압력 범위" 및 "온도 범위"를 사용하는데, 이는 상응하는 플랜트에서의 상응하는 압력 및 온도가 본 발명의 개념을 실현하기 위해 정확한 압력 또는 온도 값의 형태로 사용될 필요가 없음을 의미한다. 그러나, 이러한 압력 및 온도는 전형적으로 예를 들어 평균 주위로 ±1%, 5% 또는 10%인 소정 범위 내에 속한다. 이러한 경우에, 대응하는 압력 범위들 및 온도 범위들은 따로따로 떨어진 범위들 내에, 또는 서로 중첩되는 범위들 내에 있을 수 있다. 특히, 압력 범위는, 예를 들어, 불가피한 또는 예상되는 압력 손실을 포함한다. 동일한 것이 온도 범위들에 적용된다. 본 명세서에서 압력 범위들에 관하여 바 단위로 표시된 값들은 절대 압력들이다.
"응축기 증발기"는 제1 응축 유체 스트림이 제2 증발 유체 스트림과의 간접 열교환에 관여하는 열교환기를 지칭한다. 각각의 응축기 증발기는 액화 챔버 및 증발 챔버를 갖는다. 액화 및 증발 챔버들은 액화 통로 또는 증발 통로를 갖는다. 제1 유체 스트림의 응축(액화)은 액화 챔버 내에서 수행되고, 제2 유체 스트림의 증발은 증발 챔버 내에서 수행된다. 증발 및 액화 챔버들은 서로 열-교환 관계에 있는 통로들의 그룹들에 의해 형성된다. 소위 주 응축기는 공기의 저온 분리를 위한 플랜트의 고압 컬럼과 저압 컬럼이 열교환 방식으로 결합된 응축기 증발기이다.
"과냉각 열교환기"라는 용어는 본 명세서에서 사용되는 유형의 정류 컬럼 시스템의 정류 컬럼들 사이에서 전달되는 하나 이상의 재료 유동의 과냉각이 수행되는 열교환기를 나타내는 것으로 의도된다. 그에 대한 역류에서, 특히 전체 플랜트 및 정류 컬럼 시스템으로부터 배출되는 하나 이상의 재료 유동이 가열될 수 있다. 정류 컬럼 시스템에 공급되는 공기의 적어도 대부분이 내부에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 소위 주 열교환기에 더하여 과냉각 열교환기가 존재한다. 본 발명의 공기 분리 플랜트는 원칙적으로 과냉각 열교환기 없이 설계될 수 있다.
"콜드 박스"라는 용어는 저온, 특히 극저온에서 작동되는 공정 엔지니어링 장치가 설치된 온도-절연 인클로저를 의미하는 것으로 본 명세서에서 이해된다. 공기의 저온 분리를 위한 플랜트는 하나 이상의 상응하는 콜드 박스를 포함할 수 있으며, 특히, 상응하는 콜드 박스로부터 모듈식으로 생성될 수 있고, 본 발명의 범위 내의 경우도 마찬가지이다. 콜드 박스에서, 몇몇 플랜트 부분, 즉, 예를 들어 컬럼 및 관련 열교환기와 같은 분리 장치가 또한 배관과 함께 시트-금속 플레이트로 외부가 덮인 지지용 강 프레임에 체결될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 인클로저의 내부는 환경으로부터의 열 유입을 방지하기 위해 펄라이트와 같은 단열 재료로 충전된다. 공장에서 상응하는 장치를 사용하여 콜드 박스를 부분적으로 또는 완전히 사전 제작하는 것이 또한 가능하여, 건설 현장에서 완성해야 하거나 필요에 따라 서로 연결해야 한다. 연결을 위해, 단열되고 가능하게는 콜드 박스에 수용된 라인 모듈이 사용될 수 있다. 전형적인 콜드 박스에서, 플랜트 부분은 충분한 단열을 보장하기 위해 보통 벽으로부터 최소 거리에 설치된다. 콜드 박스 내의 배관은, 누설의 형성을 피하기 위해, 바람직하게는 플랜지 연결부 없이 설계되거나, 즉 완전히 용접되거나, 본 발명에 따른 적합한 전이 구성요소를 사용하여 설계된다. 온도차가 발생하기 때문에, 팽창 굴곡이 배관에 존재할 수 있다. 유지보수에 취약한 구성요소는 전형적으로 콜드 박스에 배열되지 않아서, 콜드 박스의 내부는 유리하게는 유지보수가 필요하지 않다. 밸브는 예를 들어 외부로부터의 수리가 가능하도록 소위 "코너 밸브"로서 설계될 수 있다. 이 경우, 밸브는 콜드 박스 벽에 위치하고; 파이프라인은 밸브로 안내되고 다시 돌아온다. 파이프라인 및 장치는 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 제조되며, 후자는 특히 매우 높은 작동 압력에서 사용되지만 이에 국한되지는 않는다. 본 발명에 따른 전이 구성요소는 그러한 재료들을 연결하는 것을 가능하게 한다. 콜드 박스의 페인팅은 백색인 경우가 많지만, 또한 다른 밝은 색상도 있다. 예를 들어 질소로 콜드 박스를 연속적으로 플러싱함으로써, 저온 플랜트 부분에서 동결될, 주위 공기로부터의 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상대적 공간 용어 "상부", "하부", "상측", "하측", "위", "아래", "인접한", "옆에", "수직", "수평" 등은 본 명세서에서 정상 작동 중 공기 분리 설비의 정류 컬럼들 또는 다른 구성요소들의 공간적 배향을 지칭한다. "상하로"(one above the other) 2개의 구성요소의 배열은 2개의 구성요소 중 하부 구성요소의 상부 단부가 2개의 구성요소 중 상부 구성요소의 하부 단부보다 더 낮은 측지적 높이 또는 그와 동일한 측지적 높이에 위치하고, 2개의 장치 부분의 투영들이 수평 평면에서 중첩됨을 의미하는 것으로 본 명세서에서 이해된다. 특히, 2개의 구성요소는 정확히 상하로 배열되는데, 즉 2개의 구성요소의 축들이 동일한 수직 직선 상에서 이어진다. 그러나, 2개의 구성요소의 축들이 정확히 수직하게 상하로 놓여야 하는 것은 아니며 또한 서로 오프셋될 수 있는데, 특히 2개의 구성요소 중 하나, 예컨대, 더 작은 직경을 갖는 정류 컬럼 또는 컬럼 부분이 더 큰 직경을 갖는 다른 것과, 콜드 박스의 시트 금속 재킷으로부터 동일한 거리에 있는 경우에 그러하다. 다수의 부분으로 설계된 정류 컬럼의 경우에 "기능적으로 아래에" 또는 "기능적으로 위에"와 같은 용어는, 정류 컬럼이 하나의 조각으로 형성된 경우에 가질 수 있는 부분 컬럼들의 배열을 지칭한다.
본 발명은 고압 컬럼, 저압 컬럼 및 아르곤 컬럼을 갖는 정류 컬럼 시스템을 갖는, 공기의 저온 분리를 위한 플랜트에 관한 것으로, 예를 들어, 인용된 유럽 특허 제2 965 029 B1호에 이미 기재된 바와 같이, 저압 컬럼 및 선택적으로 또한 아르곤 컬럼은 (각각) 적어도 베이스 섹션 및 상부 섹션으로 분할된다. 또한, 플랜트는 선택적으로 순수 산소 컬럼을 갖는다.
존재하는 경우, 순수 산소 컬럼은, 외래 성분의 잔류 함량이 전형적으로 최대 0.05 ppb 또는 1 ppb의 메탄, 아르곤, 크립톤, 제논, 질소, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 등이지만 선택적으로 또한 더 많거나 더 적은 고순도 또는 초고순도 산소를 수득하는 역할을 한다. 존재하는 경우, 순수 산소 컬럼에는 아르곤 컬럼의 중간 지점으로부터 액체가 공급되며, 이는 순수 산소 컬럼의 상부에 도입된다. 선택적으로 존재하는 2-부분 아르곤 컬럼에서, 이러한 중간 지점은 특히 그의 베이스 섹션 내에 그리고 임의의 경우에, 산소보다 높은 비점을 갖는 성분, 특히 탄화수소, 이산화탄소, 크립톤 및 제논을 분리하는 역할을 하는 최하측 분리 섹션 위에 있다.
아르곤 컬럼은 특히 순수 아르곤 컬럼에 더하여 사용되는 미정제 아르곤 컬럼일 수 있다. 미정제 아르곤 컬럼 및 순수 아르곤 컬럼 대신에, 질소를 분리하기 위해 제공되는 추가 섹션을 가짐으로써 미정제 아르곤 컬럼과 순수 아르곤 컬럼의 기능을 서로 부분적으로 조합하는, 아르곤 생성물을 얻기 위한 단일 컬럼이 있다. 후속적으로 아르곤 컬럼이 언급되는 경우, 이는 특히 순수 아르곤 컬럼에 더하여 존재하는 미정제 아르곤 컬럼일 수 있지만, 이는 또한 상응하게 변경된 미정제 아르곤 컬럼일 수 있으며, 그 옆에 순수 아르곤 컬럼은 없다.
본 발명에 따라 사용되는 컬럼들 및 부분 컬럼들 사이의 유체 전달은 단지 설명을 위해 하기에 요약된다. 따라서, 압력 컬럼의 섬프 유체는, 선택적으로, 아르곤 컬럼 및 존재하는 경우 선택적으로 순수 아르곤 컬럼의 상부 응축기에서 냉각 매질로서 사용 후에, 저압 컬럼의 헤드 섹션 내로 공급된다. 압력 컬럼의 헤드 가스는 열을 교환하면서 압력 컬럼 및 저압 컬럼의 베이스 섹션을 연결하는 주 응축기에서 부분들로 응축되고, 압력 컬럼으로 재순환되고, 공기 분리 플랜트로부터 생성물로서 배출된다. 저압 컬럼의 베이스 섹션의 섬프 액체는 공기 분리 플랜트로부터 생성물로서 적어도 부분적으로 배출된다. 저압 컬럼의 베이스 섹션의 헤드 가스는 저압 컬럼의 헤드 섹션 내로, 특히 최하측 정류 섹션 아래로 공급된다. 저압 컬럼의 베이스 섹션의 추가의 헤드 가스는 아르곤 컬럼 내로, 특히 최하측 정류 섹션 아래에 공급되거나, 또는 상응하게 세분되는 경우 그의 베이스 섹션 내로 공급된다. 아르곤 컬럼이 상응하게 분할되는 경우, 특히 최하측 정류 섹션 아래에서, 아르곤 컬럼의 베이스 섹션의 헤드 가스가 아르곤 컬럼의 헤드 섹션 내로 공급된다. 아르곤 컬럼이 상응하게 분할되는 경우, 특히 최상측 정류 섹션 위에서, 아르곤 컬럼의 상부 섹션으로부터의 섬프 액체가 아르곤 컬럼의 하부 섹션 내로 공급되며, 특히 펌프가 이러한 목적으로 사용된다.
"베이스 섹션" 및 "상부 섹션"이라는 용어는, 각각의 경우에, 상응하게 분할되고 따라서 기능에 있어서, 특히 거기에서 발생하는 분획 또는 유동과 관련하여, 통상적인 1-부분 컬럼의 하부 또는 상부 섹션에 상응하는 2개의 부분으로 설계된 컬럼의 섹션을 나타낸다. 베이스 섹션은 예를 들어 섬프 탱크를 갖고, 상부 섹션은 예를 들어 헤드 응축기를 갖는다. 따라서, 상부 섹션은 상응하는 응축기에 연결된 컬럼의 일부이고, 복귀 유동이 상응하는 컬럼에 공급된다. 하나의 조각으로 설계된 공지의 공기 분리 플랜트의 저압 컬럼에 있어서, 산소-풍부 액체 분획이 섬프에서 얻어지며, 이는 산소 생성물로서 인출될 수 있다. 따라서, 이는 또한 2개의 부분으로 설계된 저압 컬럼의 베이스 섹션의 하부 영역 또는 섬프에서 수행된다. 따라서, 상응하게 장착된다면, 공지된 공기 분리 플랜트의 1-부분 저압 컬럼의 상부에서 기체 질소 생성물 또는 소위 불순한 질소가 인출될 수 있다. 동일한 것이 2개의 부분으로 설계된 저압 컬럼의 상부 섹션의 상부 영역에 적용된다. 단일-부분 아르곤 컬럼의 상부에서(용어 "아르곤 컬럼"에 대해서는, 상기 설명 참조), 그리고 따라서 2-부분 아르곤 컬럼의 상부 섹션의 상부 영역에서, 단일-피스 아르곤 컬럼의 섬프로부터, 그리고 이에 따라 2-부분 아르곤 컬럼의 베이스 섹션의 하부 영역으로부터 미정제 아르곤 스트림 또는 아르곤 생성물 스트림이 인출되고, 발생하는 섬프 생성물은 저압 컬럼 내로 다시 공급된다.
본 발명의 맥락에서, 상부 섹션 및 베이스 섹션으로의 저압 컬럼의 분할은 특히 소위 산소 섹션 위에 수행된다. 해링의 문헌(상기 참조)에서 도 2.4A를 참조하여 설명된 바와 같이, 아르곤은 대기 중에 1 몰% 미만의 함량으로 함유되어 있지만, 이는 저압 컬럼에서 농도 프로파일에 강한 영향을 미친다. 따라서 전형적으로 30 내지 80개의 이론적 또는 실제적 플레이트를 포함하는 저압 컬럼의 최하측 정류 섹션에서의 분리는 산소와 아르곤 사이의 실질적인 2원 분리로서 간주될 수 있다. 이러한 정류 섹션은 언급된 산소 섹션이다. 미정제 아르곤 컬럼 내로 전달되는 가스에 대한 방출 지점에서 또는 본 발명에 따라 산소 섹션 위에서 수행되는 분할에서 단지 출발하여, 그 분리는 몇 개의 이론적 또는 실제적 플레이트 내에서 질소, 산소 및 아르곤의 3원 분리로 변화한다.
본 명세서에서 용어 "정류 섹션"은, 정류를 수행하도록 구성되고 이러한 목적을 위해 설계된 정류 컬럼 또는 다중부분 정류 컬럼의 부분 컬럼 내의 임의의 섹션, 특히 분리 플레이트 또는 정렬되거나 무질서한 패킹과 같은 상응하는 물질 전달 구조를 갖는 것을 지칭한다. 특히, 유체 출구 또는 입구, 예를 들어 측면 출구가 정류 섹션들 사이에 제공될 수 있다. (기능적으로) 최하측 정류 영역 아래에서, 정류 컬럼의 "하부"는 (기능적으로) 상부 정류 영역 위에, 그의 "헤드"에 위치한다.
본 발명은 대체로, 고압 컬럼, 저압 컬럼 및 아르곤 컬럼을 갖는 정류 컬럼 시스템뿐만 아니라 제1 콜드 박스 및 제2 콜드 박스를 갖는 콜드 박스 시스템을 가지며, 저압 컬럼은 적어도 베이스 섹션과 상부 섹션으로 분할되는, 공기의 저온 분리를 위한 플랜트를 제안한다.
본 발명의 맥락에서, 저압 컬럼의 베이스 섹션 및 상부 섹션은 수평 평면 상으로의 저압 컬럼의 베이스 섹션의 직교 투영이 수평 평면 상으로의 저압 컬럼의 상부 섹션의 직교 투영과 교차하지 않도록 하는 방식으로 나란히 배열된다. 특히, 저압 컬럼의 베이스 섹션 및 상부 섹션을 교차하는 단면 평면이 존재한다.
선택적으로, 본 발명의 맥락에서, 아르곤 컬럼은 마찬가지로 적어도 베이스 섹션 및 상부 섹션으로 분할될 수 있으며, 여기서 아르곤 컬럼의 베이스 섹션 및 상부 섹션은 언급된 수평 평면 상으로의 아르곤 컬럼의 베이스 섹션의 직교 투영이 수평 평면 상으로의 아르곤 컬럼의 상부 섹션의 직교 투영과 중첩되지 않도록 하는 방식으로 나란히 배열된다. 특히, 저압 컬럼의 베이스 섹션 및 상부 섹션을 교차하는 단면 평면이 존재한다.
이와 대조적으로, 본 발명의 맥락에서, 고압 컬럼은 수평 평면 상으로의 고압 컬럼의 직교 투영이 수평 평면 상으로의 저압 컬럼의 베이스 섹션의 직교 투영과 중첩되도록 저압 컬럼의 베이스 부분 아래에 배열되고, 고압 컬럼 및 저압 컬럼의 베이스 부분의 의 길이방향 축은 특히 공통 주축을 따라 놓이거나, 고압 컬럼 및 저압 컬럼의 베이스 부분과 교차하는 수직 축이 존재한다.
본 발명의 맥락에서, 고압 컬럼은 저압 컬럼의 베이스 섹션과 함께 제1 콜드 박스에 배열되고, 저압 컬럼의 상부 섹션은 제2 콜드 박스에 배열된다. 본 발명에 따르면, 아르곤 컬럼 또는 아르곤 컬럼의 하나 이상의 섹션은 제1 콜드 박스 및/또는 제2 콜드 박스에 배열된다.
본 발명에 따라 제안된 배열은 특히 작은 수송 치수를 갖는 용이한 구성을 초래하고; 특히, 더 작은 플랜트에서 단지 2개의 콜드 박스에 모든 저온 플랜트 부분이 수용될 수 있다. 또한, 다소 더 큰 플랜트의 경우에, 주 열교환기를 위한 제3 콜드 박스(MHE 박스)가 통상적으로 존재한다. "저온 플랜트 부분"은 본 명세서에서 플랜트의 정규 작동 동안 저온, 특히 -50℃ 미만에서 작동되는 장치 또는 장치 부분을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에서, 상응하게 세분된 아르곤 컬럼이 제공된다. 아르곤 컬럼의 베이스 섹션은 특히 제1 콜드 박스에 배열되고 아르곤 컬럼의 상부 섹션은 특히 제2 콜드 박스에 배열된다. 대안적으로, 이러한 맥락에서 역배열이 선택되며, 즉, 아르곤 컬럼의 베이스 섹션이 제1 콜드 박스에 배열되고, 아르곤 컬럼의 상부 섹션이 제1 콜드 박스에 배열된다.
언급된 바와 같이, 아르곤 컬럼은 미정제 아르곤 컬럼으로서 설계될 수 있으며, 이 경우에 특히 순수 아르곤 컬럼이 제공될 수 있다. 순수 아르곤 컬럼은 제1 콜드 박스 또는 제2 콜드 박스에, 특히 상응하는 실시 형태 또는 세부 부분(subdivision)의 경우에, 미정제 아르곤 컬럼으로서 설계된 아르곤 컬럼의 상부 섹션이 배열된 콜드 박스에 배열될 수 있다.
순수 산소 컬럼이 존재하는 경우, 본 발명의 일 실시 형태의 경우에서와 같이, 이는 제1 콜드 박스, 제2 콜드 박스 또는 추가적으로 제공되는 제3 콜드 박스에 배열될 수 있다.
상응하는 세부 부분의 경우에, 순수 산소 컬럼 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션은 수평 평면 상으로의 순수 산소 컬럼의 적어도 하나의 상부 부분의 직교 투영이 수평 평면 상으로의 아르곤 컬럼의 베이스 섹션의 직교 투영과 교차하지 않도록, 본 발명에 따라 사용되는 플랜트에 나란히 배열될 수 있다. 상부 부분은 순수 산소 컬럼의 섬프에 배열된 섬프 증발기가 차지하지 않은 순수 산소 컬럼의 부분일 수 있다. 그의 치수 설정으로 인해, 후자는 또한 순수 산소 컬럼의 상부 부분보다 단면이 상당히 더 큰 공간을 취할 수 있고, 선택적으로 (상부 부분의 중심축에 대해) 편심으로 배열될 수 있다. 이 경우에, 수평 평면 상으로의 섬프 증발기를 갖는 순수 산소 컬럼의 하부 부분의 직교 투영은 또한 수평 평면 상으로의 아르곤 컬럼의 베이스 부분의 직교 투영과 부분적으로 중첩할 수 있다.
다시 말해 이미 언급된 바와 같이, 상응하는 실시 형태에 존재하는 경우, 순수 산소 컬럼에는 추출 지점에서 아르곤 컬럼 또는 그의 베이스 섹션으로부터 제거되는 제1 전달 액체가 공급 지점에서 공급된다. 따라서, 인용된 컬럼 또는 컬럼 부분은 상응하는 추출 및 공급 지점을 구비한다. 언급된 바와 같이, 아르곤 컬럼 또는 그의 베이스 섹션으로부터의 추출 지점은 특히 정류 섹션 위에 있으며, 탄화수소를 방출하는 역할을 한다. 제1 전달 액체에 대한 추출 지점은 특히 아르곤 컬럼의 섬프 또는 아르곤 컬럼의 풋 섹션 위의 1 내지 30, 바람직하게는 1 내지 15개의 이론적 플레이트이다.
따라서, 순수 산소 컬럼 내로 전달된 제1 전달 액체는 특히 산소 함량이 50 내지 90 몰%이고, 아르곤 함량이 10 내지 50 퍼센트이고, 질소 함량이 0.1 ppm 내지 100 ppm이고, 산소보다 높은 비점을 갖는 다른 성분들의 함량이 0.01 ppb 내지 25 ppm이다.
순수 산소 컬럼 및 아르곤 컬럼 또는 그의 베이스 섹션은 유리하게는 아르곤 컬럼 또는 그의 베이스 섹션으로부터의 전달 액체에 대한 추출 지점이 측지적으로 순수 산소 컬럼 내로의 전달 액체에 대한 공급 지점 위에 있는 방식으로 배열된다. 이러한 방식으로, 전달 액체는, 특히 펌프를 사용하지 않고서 순수한 산소 컬럼 내로 흘러갈 수 있으며, 이는 한편으로는 상응하는 펌프에 대한 수고를 아끼고, 다른 한편으로는 상응하는 펌프에 의한 오염 가능성을 피한다. 순수 산소 컬럼 내로의 전달 유체의 공급 지점은 특히 순수 산소 컬럼의 최상측 정류 섹션 위에 있다.
상응하게 분할된 아르곤 컬럼을 갖는 본 발명의 일 실시 형태에서, 아르곤 컬럼의 베이스 부분에는 아르곤 컬럼의 베이스 섹션에서 특히 최하측 정류 섹션 아래에 위치된 공급 지점에서 제2 전달 액체가 공급되고, 이러한 전달 액체는 저압 컬럼의 상부 섹션에서 특히 최하측 정류 섹션 아래에 위치된 추출 지점에서 저압 컬럼의 상부 섹션으로부터 배출된다는 것이 특히 규정된다. 따라서, 인용된 컬럼 또는 컬럼 부분은 상응하는 추출 및 공급 지점을 구비한다.
이러한 실시 형태에서, 저압 컬럼의 상부 섹션 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션은 저압 컬럼의 상부 섹션으로부터의 제2 전달 액체에 대한 추출 지점이 측지적으로 아르곤 컬럼의 베이스 섹션 내로의 추가의 전달 액체에 대한 공급 지점 위에 있도록 하는 방식으로 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 저압 컬럼의 하부 섹션으로부터의 섬프 액체 및 상부 섹션으로부터의 섬프 액체는 아르곤 컬럼의 하부 섹션에서 합쳐질 수 있고, 이상적으로는 중복 설계를 갖는, 단지 하나의 (즉, 공통) 펌프를 사용하여 저압 컬럼의 하부 섹션으로 다시 공급될 수 있다.
상응하는 시스템이 과냉각 열교환기를 갖는 경우, 이는 제1 콜드 박스 또는 제2 콜드 박스 중 하나에 배열될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 주 열교환기를 수용하는 제3 콜드 박스(MHE 박스) 내에 과냉각 열교환기를 배열하는 것을 피한다. 방금 설명된 실시 형태에서, 과냉각 열교환기는 특히 저압 컬럼의 상부 섹션 아래에 배열될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 실시 형태에서, 저압 컬럼의 상부 섹션이 측지적으로 과냉각 열교환기 위에 배열되는 것이 특히 규정될 수 있다. 저압 컬럼의 상부 섹션의 섬프 액체가 아르곤 컬럼의 하부 섹션으로부터 섬프 내로, 상응하는 정류 섹션 위로부터 순수 산소 컬럼 내로 배출될 수 있어야 한다면, 그것은 충분히 높게 위치되어야 한다. 이 경우에, 아르곤 컬럼의 베이스 섹션의 섬프는 소위 "블랭크", 즉 빈 영역에 의해 하향으로 연장될 수 있어서, 상응하는 실시 형태에서, 액체가 저압 컬럼의 상부 섹션으로부터 아르곤 컬럼의 하부 부분의 섬프 내로 배출될 수 있도록 동시에 보장할 수 있다. 그 결과, 저압 컬럼은 가능한 한 낮게 배열될 수 있고, 저압 컬럼이 위치되는 콜드 박스의 박스 높이가 감소될 수 있다.
방금 언급된 실시 형태에 대안적으로, 저압 컬럼의 상부 섹션에는, 특히 저압 컬럼의 상부 섹션에서 최하측 정류 섹션 아래에 위치한 공급 지점에서, 특히 아르곤 컬럼의 베이스 섹션에서 최하측 정류 섹션 아래에 위치한 추출 지점에서 아르곤 컬럼의 베이스 섹션으로부터 제거된 제2 전달 액체가 공급되는 것이 또한 규정될 수 있다. 따라서, 인용된 컬럼 또는 컬럼 부분은 상응하는 추출 및 공급 지점을 구비한다. 이러한 실시 형태에서, 아르곤 컬럼의 베이스 섹션 및 저압 컬럼의 상부 섹션은 아르곤 컬럼의 베이스 섹션으로부터의 추가의 전달 액체에 대한 추출 지점이 측지적으로 저압 컬럼의 상부 섹션 내로의 추가의 전달 액체에 대한 공급 지점 위에서 있도록 배열된다. 이러한 방식으로, 저압 컬럼 내의 섬프 액체 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션의 섬프 액체가 저압 컬럼의 상부 섹션에서 합쳐지고 단지 하나의 펌프에 의해 저압 컬럼의 하부 섹션으로 복귀될 수 있다.
과냉각 열교환기를 갖는 상응하는 시스템에서, 상기 열교환기는 방금 설명된 실시 형태에서 아르곤 컬럼의 베이스 섹션 아래에 특히 배열될 수 있다.
특히, 저압 컬럼의 상부 섹션 및 아르곤 컬럼의 상부 섹션은, 수평 평면 상으로의 저압 컬럼의 상부 섹션의 직교 투영이 수평 평면 상으로의 아르곤 컬럼의 상부 섹션의 직교 투영과 중첩하지 않도록 하는 방식으로 나란히 배열되는 것이 규정될 수 있다. 이에 따라 저압 컬럼의 상부 섹션 및 아르곤 컬럼의 상부 섹션을 교차하는 단면 평면이 존재한다.
본 발명의 맥락에서, 특히, 35 내지 50 미터, 특히 대략 43 미터의 콜드 박스 높이가 유지될 수 있다. 고압 컬럼은 특히 20 내지 30 미터, 특히 25.8 미터의 높이를 가질 수 있고, 저압 컬럼의 베이스 섹션은 특히 7 내지 20 미터, 예를 들어 14.8 미터의 높이를 가질 수 있다. 저압 컬럼의 베이스 섹션의 높이는 특히 주 응축기 및 그 안에 수용된 분리 장치의 높이 및 소위 산소 섹션의 높이로부터 한정되며, 둘 모두 특히 5 내지 10 미터, 예를 들어 7.4 미터이다. 직경은 특히 1.5 내지 4 미터, 예를 들어 대략 2.8 미터일 수 있다. 아르곤 컬럼의 베이스 섹션은 예를 들어 30 내지 40 미터, 특히 대략 39 미터의 높이를 갖는다.
저압 컬럼의 상부 섹션은 특히 18 내지 30 미터, 예를 들어 23 미터의 높이(2.4 내지 3 미터, 예를 들어 약 2.6 미터의 직경) 또는 25 내지 30 미터, 예를 들어 약 27 미터의 높이(1.2 내지 3.5 미터, 예를 들어, 약 2.45 미터의 직경)를 갖는다. 치수는 특히 이용된 패킹 밀도에 따라 좌우된다. 아르곤 컬럼의 상부 섹션은 편리한 치수 설정을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 제안된 배열 및 이의 실시 형태는, 이러한 배경(backdrop)에 대비한, 특히 소형 설계를 가능하게 한다.
공지된 시스템에서와 같이, 저압 컬럼의 베이스 섹션은 상호 열교환을 위해 응축기 증발기를 통해 고압 컬럼에 연결되고, 저압 컬럼의 베이스 섹션 및 고압 컬럼은 특히 공통 컬럼 쉘 또는 몇 개의 쉘-연결된 컬럼 쉘에, 특히 (저압 컬럼의 상부 섹션 없이) 공지된 린데(Linde) 이중 컬럼의 형태로 배열된다.
과냉각 열교환기는 특히 높이가 5 내지 10 미터, 예를 들어 대략 8 미터일 수 있다. 아르곤 컬럼의 상부 섹션이 상응하는 상부 응축기(미정제 아르곤 응축기)를 포함하는 경우, 이는 아르곤 컬럼의 베이스 섹션과 같이 전형적으로 30 내지 40 m의 높이를 갖는다. 과냉각 열교환기에 대한 전술한 배열 변형들은, 공간 절약 배열과 관련되기 때문에 특히 유리하다. 예를 들어 열교환기 박스 등에서, 과냉각 열교환기의 다른 배열 변형이 또한 유리할 수 있다.
순수 산소 컬럼은, 수평 평면 상으로의 순수 산소 컬럼의 적어도 상부 부분(이유 및 추가 설명에 대해, 상기 참조)의 직교 투영이 수평 평면 상으로의 고압 컬럼의 직교 투영 및 수평 평면 상으로의 저압 컬럼의 베이스 부분의 직교 투영뿐만 아니라 아르곤 컬럼의 베이스 부분의 직교 투영과 중첩하지 않도록, 제1 콜드 박스에서 고압 컬럼, 저압 컬럼의 베이스 섹션 및 (상응하는 세부 부분을 갖는) 아르곤 컬럼의 베이스 섹션 옆에 배열될 수 있다. 이에 의해 연결 파이프라인이 최소화된다.
본 발명의 맥락에서, 저압 컬럼의 상부 섹션은 유리하게는 (상응하는 세부 부분을 갖는) 아르곤 컬럼의 상부 섹션보다 더 낮은 패킹 밀도로 설계되거나, 또는 공통 콜드 박스에서 저압 컬럼의 상부 섹션과 함께 배열되는 아르곤 컬럼의 상부 섹션에서의 패킹 밀도가 더 낮다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따라 제안된 제2 콜드 박스 내의 수용이 유리한 방식으로 달성될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 아르곤 컬럼(이의 상응하는 세부 부분을 가짐)의 베이스 섹션은 특히 고비점 성분뿐만 아니라 다른 불순물을 분리하여, 특히 또한 농축을 피하기 위해 설정될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 특히 저압 컬럼의 상부 섹션의 하부 영역 및 (상응하는 분할을 갖는) 아르곤 컬럼의 베이스 섹션의 하부 영역은 펌프를 통해 저압 컬럼의 베이스 섹션의 상부 영역에 유체적으로 결합될 수 있다.
단지 설명을 위해, 본 발명에 따라 제안된 플랜트는 유리하게는 냉각된 압축 공기를 고압 컬럼에 공급하도록 구성된 수단, 고압 컬럼으로부터의 유체를 저압 컬럼에 공급하도록 구성된 수단, 및 저압 컬럼으로부터의 유체를 아르곤 컬럼에 공급하도록 구성된 수단을 갖는다는 것이 다시 언급되어야 한다.
마지막으로, 본 발명은 또한 공기의 저온 분리 방법으로 확장되며; 그의 특징에 대해서는, 상응하는 독립 청구항을 명백히 참조한다. 특히, 상이한 실시 형태들에서 앞서 설명된 것과 같은 방법에서 플랜트가 사용된다. 제안된 방법 및 가능한 실시 형태의 특징 및 이점에 대해서는, 본 발명에 따른 플랜트에 관한 설명을 명백히 참조한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명되며, 첨부 도면은 본 발명의 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 실시예를 예시하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 기초할 수 있는 공기의 저온 분리를 위한 플랜트를 단순화된 공정 흐름도의 형태로 예시한다.
도 2는 공기의 저온 분리를 위해 본 발명의 실시 형태에 따라 설계된 플랜트의 구성요소의 배열을 측면도 및 단순화된 표현으로 예시한다.
도 3은 공기의 저온 분리를 위해 본 발명의 실시 형태에 따라 설계된 플랜트의 구성요소의 배열을 평면도 및 단순화된 표현으로 예시한다.
공기의 저온 분리를 위한 플랜트(이하, "공기 분리 플랜트"로도 지칭됨)의 구성요소가 후술되는 경우, 상응하는 설명은 그에 의해 수행되는 방법에 또한 적용되며 그 반대도 마찬가지이다.
도 1은 아르곤 생성물 및 순수 산소 생성물을 수득하도록 설정된 공기 분리 플랜트를 개략적으로 도시하며 전체적으로 100으로 표시된다.
공기 분리 플랜트(100)는 고압 컬럼(11), 베이스 섹션(12) 및 상부 섹션(13)으로 분할되는 저압 컬럼, 베이스 섹션(14) 및 상부 섹션(15)으로 또한 분할되는 (미정제) 아르곤 컬럼, 및 순수 아르곤 컬럼(20)을 포함하는 정류 컬럼 시스템(10)을 갖는다. 순수 산소 컬럼은 18로 표기된다. 1로 표기된 블록은 공급 공기의 압축, 정제 및 냉각을 위한 예시된 유형의 공기 분리 플랜트에 존재하는 통상적인 구성요소, 특히 또한 공지된 유형의 주 열교환기를 포함한다. 과냉각 열교환기는 17로 표기된다.
저압 컬럼의 베이스 섹션(12) 및 상부 섹션(13) 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14) 및 상부 섹션(15)은 서로 구조적으로 분리되고, 상기에 설명된 의미에서 서로 옆에 배열된다. 저압 컬럼의 베이스 섹션(12) 및 상부 섹션(13)은 이중 컬럼의 통상적인 저압 컬럼에 기능적으로 상응한다. 따라서, 고압 컬럼(11) 및 저압 컬럼의 베이스 섹션(12) 및 상부 섹션(13)은, 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14) 및 상부 섹션(15) 및 순수 아르곤 컬럼(20)으로 이루어진 아르곤 시스템이 연결된, 그 자체로 알려진 유형의 질소-산소 분리용 정류 컬럼 시스템을 형성한다.
도시된 예시적인 실시 형태에서, 2가지 재료 유동(a, b) 형태의 냉각되고 압축된 공급 공기가 고압 컬럼(11) 또는 저압 컬럼의 상부 섹션(13) 내로 공급된다. 공기 분리 플랜트(100)는 내부 압축을 위해 설계될 수 있고, 본 명세서에 도시된 프레임에서 원하는 대로 설계될 수 있다. 추가로 압축된 공급 공기는 순수 산소 컬럼(18)의, 별도로 표기되지 않은, 섬프 증발기를 통해 재료 흐름(c)의 형태로 전달되고, 적어도 부분적으로 응축되고, 이어서 마찬가지로, 저압 컬럼의 상부 섹션(13) 내로 공급된다. 컬럼 배열 내로의 공기 공급의 특정 유형은 본 발명에 필수적인 것은 아니며, 임의의 원하는 방식(질식 유동(choked flow) 유무, 저압 컬럼 또는 그의 상부 섹션(13) 내로의 공기 공급 유무 등)으로 설계될 수 있다. 이는 또한 저온 생성을 위한 터빈의 제공에 적용되며, 이는 제공되거나 제공되지 않을 수 있다.
고압 컬럼(11) 및 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)은 응축기 증발기(19), 소위 주 응축기를 통해 연결되어 열을 교환하며 구조 단위로서 설계된다. 그러나, 원칙적으로 본 발명은 고압 컬럼(11) 및 저압 컬럼(또는 이의 베이스 섹션(12))이 서로 별도로 배열되고 별도의 응축기 증발기(19)를 갖는, 즉 컬럼 내에 통합되지 않은 시스템에서 또한 사용될 수 있다.
공기 분리 플랜트(100)의 작동은 도 1에 따른 표현으로부터 직접적으로 명백하다. 따라서, 처음에 인용된 기술 문헌을 참조한다.
특히, 저압 컬럼의 베이스 섹션(12) 및 상부 섹션(13)은, 이 경우에 헤드 가스가 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 상부 영역으로부터 재료 유동(e)의 형태로 저압 컬럼의 상부 섹션(13)의 하부 영역으로 전달된다는 점에서 서로 유체적으로 결합된다. 도 2를 참조하여 또한 설명된 바와 같이, 도시된 예에서 저압 컬럼의 상부 섹션(13) 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 배열은, 재료 유동(f) 형태의 섬프 액체가 저압 컬럼의 상부 섹션(13)의 하부 영역으로부터 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 하부 영역으로 흘러갈 수 있도록 하며, 헤드 가스의 추가 부분이 또한 재료 유동(g)의 형태로 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 상부 영역으로부터 공급된다. 이러한 방식으로, 섬프 액체가 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 섬프에서 저압 컬럼의 상부 섹션(13) 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)으로부터 수집되고 공통 펌프(110)에 의해 재료 흐름(h)의 형태로 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 상부 영역 내로 다시 펌핑될 수 있다. 언급된 바와 같이, 역배열이 또한 가능하다.
아르곤 컬럼의 풋 섹션(14)의 헤드 가스는 아르곤 컬럼의 헤드 섹션(15)의 하부 영역 내로 전달되고, 이에 따라 액체가 펌프(120)에 의해 다시 펌핑된다. 순수 아르곤 컬럼(20)의 통합은 당업계에서 일상적인 것에 실질적으로 상응할 수 있다. 따라서, 베이스 섹션(14) 및 상부 섹션(15)으로 이루어진 아르곤 컬럼은 저압 컬럼 또는 그의 베이스 섹션(12) 및 상부 섹션(13)에 병렬로 유체적으로 연결되어, 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 상부 영역으로부터의 상응하는 헤드 가스가 또한 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 하부 영역 내로 전달되고, 섬프 액체가 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 하부 영역으로부터 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 상부 영역 내로 복귀된다. 특히, 저압 컬럼의 상부 섹션(13)의 하부 영역으로부터 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 상부 영역 내로 섬프 액체를 복귀시키는 데 또한 사용되는 동일한 펌프가 사용된다.
또한, 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14) 및 상부 섹션(15)은, 헤드 가스가 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 상부 영역으로부터 아르곤 컬럼의 상부 섹션(15)의 하부 영역 내로 전달되고, (추가의) 펌프에 의해, 섬프 액체가 아르곤 컬럼의 상부 섹션(15)의 하부 영역으로부터 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 상부 영역 내로 재순환된다는 점에서 서로 유체적으로 결합된다.
여기서 순수 산소 컬럼(18)에는, 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)으로부터 추출 지점(14a)에서 제거된 재료 유동(t) 형태의 전달 액체가 공급 지점(18a)에서 공급된다. 순수 산소 컬럼(18) 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)은 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)으로부터의 전달 액체에 대한 추출 지점(14a)이 측지적으로 순수 산소 컬럼(18) 내로의 전달 액체에 대한 공급 지점(18a) 위에 있도록 하는 방식으로 배열되며, 그 결과 전달 액체가 펌프 없이 순수 산소 컬럼(18) 내로 전달될 수 있다.
아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)에는, 저압 컬럼의 상부 섹션(13)으로부터 추출 지점(13b)에서 제거된, 이미 언급된 재료 유동(f)의 형태의 추가 전달 액체가 공급 지점(14b)에서 더 공급되며, 본 명세서에 예시된 예에서 저압 컬럼의 상부 섹션(13) 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)은, 저압 컬럼의 상부 섹션(13)으로부터의 추가의 전달 액체에 대한 추출 지점(13b)이 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14) 내로의 추가의 전달 액체에 대한 공급 지점(14b) 위에 있도록 하는 방식으로 배열된다.
공기 분리 플랜트(100)의 구성요소들을 콜드 박스에 통합하는 것이 도 2에 단순화된 측면도의 형태로 예시되며, 여기서 공기 분리 플랜트(100)의 구성요소들은 도 1과 관련하여 상기에 설명된 것과 동일한 참조 부호로 표시된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이들은 측면도로 도시되지만 훨씬 더 크게 단순화된다. 유체 연결부는 도시되지 않지만, 도 1에 따른 표현에 상응하여 명백하다. 하기에 설명되는 바와 같이, 공기 분리 플랜트(100)의 구성요소들을 수용하며 이들을 단열시키는 2개의 콜드 박스(110, 120)가 예시된다.
저압 컬럼의 베이스 섹션(12) 및 상부 섹션(13)은, 이 경우에 수평 평면(H) 상으로의 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 직교 투영이 수평 평면(H) 상으로의 저압 컬럼의 상부 섹션(13)의 직교 투영과 중첩하지 않도록 하는 방식으로 서로 옆에 배열되고, 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14) 및 상부 섹션(15)은 마찬가지로 수평 평면(H) 상으로의 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 직교 투영이 수평 평면(H) 상으로의 아르곤 컬럼의 상부 섹션(15)의 직교 투영과 중첩하지 않도록 하는 방식으로 나란히 배열된다.
대조적으로, 고압 컬럼(11)은 수평 평면(H) 상으로의 고압 컬럼(11)의 직교 투영이 수평 평면(H) 상으로의 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 직교 투영과 중첩하도록 저압 컬럼의 베이스 섹션(12) 아래에 배열된다.
순수 산소 컬럼(18) 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)은 수평 평면(H) 상으로의 순수 산소 컬럼(18)의 적어도 하나의 상부 부분(상기에 추가로 설명됨)의 직교 투영이 수평 평면(H) 상으로의 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 직교 투영과 중첩하지 않도록 나란히 배열된다.
또한, 공기 분리 플랜트(100)에서, 저압 컬럼의 상부 섹션(13) 및 아르곤 컬럼의 상부 섹션(15)은, 수평 평면(H) 상으로의 저압 컬럼의 상부 섹션(13)의 직교 투영이 수평 평면(H) 상으로의 아르곤 컬럼의 상부 섹션(15)의 직교 투영과 중첩하도록 하는 방식으로 나란히 배열된다.
고압 컬럼(11), 저압 컬럼의 베이스 섹션(12) 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14) 및 순수 산소 컬럼(18)은 제1 콜드 박스(110)에 배열되고, 저압 컬럼의 상부 섹션(13) 및 아르곤 컬럼의 상부 섹션(15)은 순수 아르곤 컬럼(20)과 마찬가지로 제2 콜드 박스(120)에 배열된다. 이는 본 발명에 따른 상응하는 실시 형태의 이점을 초래한다.
본 명세서에 점선으로 예시된 바와 같이, 과냉각 열교환기(17)는, 특히 수평 평면(H) 상으로의 과냉각 열교환기(17)의 직교 투영이 특히 이러한 수평 평면(H) 상으로 저압 컬럼의 상부 섹션(13)의 직교 투영과 중첩하도록, 제2 콜드 박스(120)에서 저압 컬럼의 상부 섹션(13) 아래에 배열될 수 있다.
설명된 바와 같이, 저압 컬럼의 상부 섹션(13)은 아르곤 컬럼의 상부 섹션(15)보다 낮은 패킹 밀도로 설계될 수 있고, 아르곤 컬럼의 하부 섹션(14)은 메탄을 분리하도록 구성될 수 있다. 상기에 설명되고 도 1에 상세히 설명된 바와 같이, 여기에서도, 저압 컬럼의 상부 섹션(13)의 하부 영역 및 아르곤 컬럼의 베이스 섹션(14)의 하부 영역은 또한 (공통) 펌프를 통해 저압 컬럼의 베이스 섹션(12)의 상부 영역에 유체적으로 결합될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 구성요소들을 평면도로 도시하며, 여기서 수평 평면(H)은 종이 평면에 평행하게 놓이고, 추가 세부사항에 대해서는 도 2와 관련된 설명을 명시적으로 참조한다.

Claims (13)

  1. 고압 컬럼(11), 저압 컬럼(12, 13) 및 아르곤 컬럼(14, 15)을 포함하는 정류 컬럼 시스템(10)과, 제1 콜드 박스 주연부(110) 및 제2 콜드 박스(120)를 갖는 콜드 박스 시스템(20)을 갖는 저온 공기 분리를 위한 플랜트(100)로서,
    - 상기 저압 컬럼(12, 13)은 적어도 베이스 섹션(12) 및 상부 섹션(13)으로 분할되고,
    - 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 베이스 섹션(12) 및 상기 상부 섹션(13)은 수평 평면(H) 상으로의 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 베이스 섹션(12)의 직교 투영이 상기 수평 평면(H) 상으로의 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 상부 섹션(13)의 직교 투영과 교차하지 않도록 하는 방식으로 서로 옆에 배열되고,
    - 상기 고압 컬럼(11)은 상기 수평 평면(H) 상으로의 상기 고압 컬럼(11)의 직교 투영이 상기 수평 평면(H) 상으로의 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 베이스 섹션(12)의 직교 투영과 교차하도록 하는 방식으로 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 베이스 섹션(12) 아래에 배열되고,
    - 상기 고압 컬럼(11)은 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 베이스 섹션(12)과 함께 상기 제1 콜드 박스(110)에 위치하고 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 상부 섹션(13)은 상기 제2 콜드 박스(120)에 배열되는, 플랜트(100)에 있어서,
    - 상기 아르곤 컬럼(14, 15)은 적어도 베이스 섹션(14) 및 상부 섹션(15)으로 분할되고, 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14) 및 상기 상부 섹션(15)은 상기 수평 평면(H) 상으로의 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)의 직교 투영이 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 상부 섹션(15)의 직교 투영과 교차하지 않도록 하는 방식으로 서로 옆에 배열되고,
    - 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)은 상기 제1 콜드 박스(110)에 배열되고 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 상부 섹션(15)은 상기 제2 콜드 박스(120)에 배열되거나,
    - 또는 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)은 상기 제2 콜드 박스(120)에 배열되고 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 상부 섹션(15)은 상기 제1 콜드 박스(110)에 배열되는 것을 특징으로 하는, 플랜트(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 아르곤 컬럼(14, 15)은 미정제(crude) 아르곤 컬럼으로서 설계되며 추가로 순수 아르곤 컬럼(20)이 제공되고, 상기 순수 아르곤 컬럼(20)은 상기 제1 콜드 박스(110) 또는 상기 제2 콜드 박스(120)에, 특히 미정제 아르곤 컬럼으로서 설계된 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 상부 섹션(15)이 배열되는 상기 콜드 박스에 배열되는, 플랜트(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정류 컬럼 배열(100)은 순수 산소 컬럼(18)을 갖는, 플랜트(100).
  4. 제3항에 있어서, 상기 순수 산소 컬럼(18)은 상기 제1 콜드 박스(110), 상기 제2 콜드 박스(120) 또는 추가적으로 제공된 제3 콜드 박스(23)에 배열되는, 플랜트(100).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 순수 산소 컬럼(18) 및 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)은 상기 수평 평면(H) 상으로의 상기 순수 산소 컬럼(18)의 적어도 하나의 상부 부분의 직교 투영이 상기 수평 평면(H) 상으로의 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)의 직교 투영과 중첩하지 않도록 하는 방식으로 나란히 배열되는, 플랜트(100).
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 순수 산소 컬럼(18)은 제1 전달 액체에 대한 공급 지점(18a)을 갖고 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)은 상기 제1 전달 액체에 대한 추출 지점(14a)을 갖고, 상기 순수 산소 컬럼(18) 및 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션은 상기 제1 전달 액체에 대한 상기 추출 지점(14a)이 측지적으로 상기 제1 전달 액체에 대한 상기 공급 지점(18a) 위에 있도록 배열되는, 플랜트(100).
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 전달 액체에 대한 상기 추출 지점(14a)은 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션의 섬프 위에 있는 1 내지 30, 바람직하게는 1 내지 15개의 이론적 플레이트인, 플랜트(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)은 제2 전달 액체에 대한 공급 지점(14b)을 갖고, 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 상부 섹션(13)은 상기 제2 전달 액체에 대한 추출 지점(13b)을 갖고, 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 상부 섹션(13) 및 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)은 상기 제2 전달 액체에 대한 상기 추출 지점(13b)이 상기 제2 전달 액체에 대한 상기 공급 지점(14b) 위에 있도록 배열되는, 플랜트(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 콜드 박스(110) 또는 상기 제2 콜드 박스(120)에, 특히 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 상부 섹션(13) 아래의 상기 제2 콜드 박스(120)에 배열되는 과냉각 열교환기(17)를 포함하는, 플랜트(100).
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 상부 섹션(13)은 제2 전달 액체에 대한 공급 지점(13c)을 갖고, 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14)은 상기 제2 전달 액체에 대한 추출 지점(14c)을 갖고, 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14) 및 상기 저압 컬럼(12, 13)의 상기 상부 섹션(13)은 상기 제2 전달 액체에 대한 상기 추출 지점(14c)이 상기 제2 전달 액체에 대한 상기 공급 지점(13c) 위에 있도록 하는 방식으로 배열되는, 플랜트(100).
  11. 제10항에 있어서, 상기 아르곤 컬럼(14, 15)의 상기 베이스 섹션(14) 아래에 배열되는 과냉각 열교환기(17)를 포함하는, 플랜트(100).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 모든 저온 장치 부분은 상기 제1 콜드 박스(110) 또는 상기 제2 콜드 박스(120)에 배열되고 상기 제3 콜드 박스는 사용되지 않는, 플랜트.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 시스템(100)이 사용되는, 공기의 저온 분리를 위한 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2739438B1 (fr) * 1995-09-29 1997-10-24 Air Liquide Procede et installation de production d'argon par distillation cryogenique
DE10152356A1 (de) * 2001-10-24 2002-12-12 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Argon und hoch reinem Sauerstoff durch Tieftemperatur-Zerlegung
FR2913758B3 (fr) * 2007-03-12 2009-11-13 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
CN202853259U (zh) * 2012-09-06 2013-04-03 浙江海天气体有限公司 一种氩气的净化提纯设备
KR102178230B1 (ko) 2013-03-06 2020-11-12 린데 악티엔게젤샤프트 공기 분리 플랜트, 아르곤을 함유하는 생성물을 수득하는 방법 및 공기 분리 플랜트를 형성하는 방법
JP6557763B1 (ja) * 2018-08-09 2019-08-07 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 空気分離装置
EP3614082A1 (de) * 2018-08-22 2020-02-26 Linde Aktiengesellschaft Luftzerlegungsanlage, verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und verfahren zur erstellung einer luftzerlegungsanlage
CN209524679U (zh) * 2018-10-29 2019-10-22 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 通过低温蒸馏来蒸馏空气的设备
JP7355978B2 (ja) * 2019-04-08 2023-10-04 レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 深冷空気分離装置
KR20230069966A (ko) * 2020-09-17 2023-05-19 린데 게엠베하 혼합 가스 터빈을 이용한 공기의 극저온 분리를 위한 공정 및 장치

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