KR900007209B1 - 보조 컬럼을 추진력으로 하는 혼성 질소 발생기 - Google Patents

보조 컬럼을 추진력으로 하는 혼성 질소 발생기 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

보조 컬럼을 추진력으로 하는 혼성 질소 발생기
제1도는 본 발명 공정의 한가지 적합한 구체형에 따른 개략적 표현.
제2도는 본 발명 공정의 또 한가지 적합한 구체형에 따른 개략적 표현.
제3도는 통상적인 단일 컬럼 공기 분리 공정에 대한 표본 멕카베-티엘레(McCabe-Thiele)선도.
제4도는 본 발명의 공정을 의한 멕카베-디엘레 선도.
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압축기 2 : 공급 공기 흐름
3 : 열교환기 4 : 간접 열교환올 의한 흐름
5 : 냉각된 공급 공기 6 : 주요부분의 공급 공기
7 : 보조부분의 공급공기 8 : 터어보 팽창기
9 : 주 컬럼(maincolumn) 10 : 응축기
15 : 트레이(tray) 16 : 연출흐름(withdraw stream)
17 : 밸브 18 : 응축기
19 : 제1부분의 질소가 풍부한 중기 20 : 농축된 질소가 풍부한 제 1부분
21 : 흐름(20)의 일부분 22 : 제2부분의 질소가 풍부한 증기
23 : 산소가 짙은 증기흐름 25 : 유출(outgoing)흐름
26 : 보조흐름 27 : 보조부분의 작은 일부분
28 : 주요부분의 부흐름(side stream) 30 : 열교환기
40 : 공급공기 41 : 팽창흐름
43 : 공정배출흐름 44 : 회수흐름
45 : 도입흐름 50 : 예비분류영역
51 : 질소가 풍부한 증기분류의 흐름 52 : 산소가 짙은 액체분류
53 : 밸브 54 : 도입흐름
56 : 용속된 질소가 풍부한 분류의 흐름 57 : 밸브
58 : 도입흐름 A : 정의 궤적
B : 평형선 C : 조작선
F : 공기공급과 질소 환류공급 사이의 주 컬럼을 나타대는 선분
G : 주 컬럼 상부의 L/V 비율을 기술하는 선분
본 발명은 일반적으보 저온증류 공기 분리의 분야에 관한 것이고 더욱 상세하게 비교적 높은순도와 높은회수에서 질소를 생산하기 위한 개선에 관한 것이다.
비교적 높은 순도에서의 질소는 유리 및 암모늄 생산과 같은 공업분야에서, 그리고 향상된 오일 또는 중성 가스 회수에서 블랭킹(Blanking), 교단 또는 불활성화를 위한것과 같은 적용에서 용도가 증가하고 있다. 이러한 적용에는 막대한 양의 질소가 소비되고 그때문에 높은 회수와 비교적 낮은 비용에서 비교적 높은 순도의 질소를 생산하는것이 요구된다.
자본 비용은 풍족한 스케일(scale)의 이중 컬럼 공기 분리 공정을 이용할 필요없이 낮게 유지되었다. 조작 비용은 에너지 효과를 내는 조작에 의해 감소된다. 공기분리 공정에 의해 요구된 막대한 양의 동력이 도입공기 압축기에 의해 소모되므로, 실제적으로 많은 양의 도입공기를 생산물로 회수하는 것이 바람직하다.
그러므로 공기의 저온 증류 분리를 위한 개선된 공기분리 공정을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
비교적 높은 순도와 비교적 높은 수율로서 질소를 생산할 수 있는 공기의 저온 분리를 위한 개선된 공기분리 공정을 제공하는것이 본 발명의 또 하나의 목적이다.
풍족한 스케일의 이중 컬럼을 이용할 필요없이 비교적 높은 순도와 비교적 높은 수율로서의 질소를 생산할 수 있는 공기의 저온분리를 위한 개선된 공기분리 공정을 제공하는것이 본 발명의 더 나아간 목적이다.
본원을 읽어보고 이 분야에 통상의 기술을 가진자가 인식하게될 상기 및 다른 목적은 다음을 포함하는 본발명에 의해 성취된다.
도입 공기의 저온 정류에 의한 비교적 높은 수율 및 순도를 갖는 질소의 생산방법은 다음과 같은 단계를 포함한다: (1) 35 내지 145psia사이의 압력에서 조작되는 주 정류 컬럼내로 주요부분의 공급공기를 도입하여 그 공급공기를 질소가 풍부한 증기와 산소가 짙은 액체로 분리하며: (2) 주 컬럼이 조작되는 입력보다 큰 압력에서 예비분류 영역내로 보조부분의 공급공기를 도입하여 그 부분의 공급공기를 질소가 풍부한 증기분류와 산소가 짙은 액체분류로 분리하며; (3) 주 컬럼에서 생산된 산소가 짙은 액체와의 간접 열교환에 의해 적어도 소량의 질소가 풍부한 증기분류를 응축시키며; (4) 적어도 소량의 얻어지는 응축된 질소가 풍부한 분류를 주요 부분의 공급공기가 주 컬럼내로 도입되는 지점의 상부에 있는 적어도 하나의 트레이를 향해 주 컬럼내로, 환류액체와 부가적인 공급으로 도입하며; (5) 기화하는 산소가 짙은 액체와의 간접 열교환에 의해 제1부분의 질소가 풍부한 증기를 응축하며; (6) 적어도 소량의 얻어지는 응축된 질소가 풍부한 제1부분은 응축된 질소-풍부의 분류가 주 컬럼내로 도입되는 지점의 상부에 있는 적어도 하나의 트레이를향해 주 컬럼을 통과시키며, 그리고 (7) 제2부분의 질소가 짙은 증기를 생산물 질소로 회수한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와같은 용어 "컬럼"이란 증류 또는 분류컬럼 또는 영역을 의미하며, 다시말해서 컬럼내에 설치된 열 또는 수직으로 배열된 트레이 또는 플레이트(plate)에서 또는 양자택일로 컬럼을 채우는 패킹(packing) 부품 상에서 증기와 액체 상의 접촉에 의한것과 같이, 액체와 증기상이 유체혼합물의 분리를 달성하기 위해 역행류하게 접촉하는 접촉 컬럼 또는 영역을 의미한다. 다음 문헌(Chemical Engineers' Handbook, 5판, R. H. Perry와 C. H. Chilton저, McGraw-Hill Book Company출판, 뉴욕, Section 13, "Distillation편" B. D. Smith등의 논고, page 1303, The Continuous Distillation Process)에는 증류 컬럼에 더욱 더 논고되어 있다. 본원에 사용된 용어 이중 컬럼이란 낮은 압력 컬럼의 하부 끝과 높은 압력 컬럼의 상부 끝이 열교환 관계를 가지는 것을 의미한다.
다음 문헌(Ruheman저 "The Separation of Gases" Oxford University press,1949, Chapter VII, Commercial Air Separation)은 이중 컬럼을 더욱더 논고하고 있다. 증기와 액체 접촉 분리공정은 성분에 대한 증기 압력에서의 차이에 의존한다. 높은 증기압력(또는 더욱 휘발성 또는 낮은 비등점) 성분이 증기상에서 응축되려는 경향이 있는 반면에 낮은 증기압력(또는 덜 휘발성 또는 고비등점) 성분은 액체 상에서 응축하려는 경향이 있다. 증류는 분리공정이며 그 공정에 의해 액체 혼합물의 가열을 증기상에서의 휘발 성분(S)를 응축시키기 위해 사용할 수 있고 이것에 의해 액체 상에서 덜 휘발 성분이 된다. 부분적 응축은 분리공정에서 이것에 의해 증기 혼합물의 냉각을 증기 상에서 휘발성분(S)을 응축시키기 위해 사용할 수 있고 그것에 의해 액체 상에서 덜 휘발성분이 된다. 정류, 또는 연속적인 증류는 증기와 액체상의 역행류 처리에 의해 달성된 바와같이 계속되는 부분적 기화와 응축을 겸비하는 분리 공정이다. 증기와 액체상의 역행류 정속은 단일적이고 상 사이에서 통합 또는 분별접촉을 포함할 수 있다. 혼합물을 분리하기 위해 전류 원리를 이용하는 분리 공정 장치는 자주 번갈아가며 불리워진 정류 컬럼, 증류 컬럼, 또는 분류 컬럼이다.
본 명세서와 청구범위에 사용된 용어 "간접 열교환"이란 둘 사이의 유체가 어떠한 물리적 접촉 또는 서로혼합함이 없이 두유체 흐름이 열교환 관계로 되는것을 말한다.
본원에 사용된 바와같이, 용어 "트레이"란 평형단을 필요로 하지않는 접촉단을 의미하며, 그리고 하나의 트레이와 동등한 분리 능력을 가지는 패킹(packing)과 같이 다른 접촉장치를 의미하게 된다.
본원에 사용된 바와같이, 용어 "평형단"이란 증기-액체 접촉단을 의미하며 이것에 의해 단을 떠나는 증기와 액체가 물질전단 평형에 있으며, 예를들어 100% 효율을 가지는 트레이 또는 1높이 동치의 이론단(HETP)과 동등한 패킹요소이다.
본원에 사용된 바와같이, 용어 "예비분류 영역"이란 공기가 그 분류영역에 공급되었을때 물질전달이 일어나고 질소가 풍부하고 산소가 짙은 분류가 생산되게 하는 영역을 말한다.
본 발명의 공정은 도면에 관련하여 자세하게 설명된다.
제1도에 관련하여 설명해 보기로 한다. 공급공기(40)은 압축기(1)에서 압축되고 압축된 공급공기흐름(2)는 공기 분리공정으로 부터 편리하게 귀환흐름(S)이 되는 흐름(4)와의 간접 열교환에 의해 열교환기(3)에서 냉각된다. 물 및 이산화단소와 같은 뷸순물은 전도(reversing)열교환 또는·흡착과 같은 통상적연 방법에의제 제거된다.
압측되었고 냉칵된 공급공기(5)는 주요부분(6)과 보조부분(7)로 분할된다. 주요부분(6)은 전체 공급공기의 약 60 내지 95%를 포함하고 바람직하게는 전체 공급공기의 약 70 내지 90%를 포함한다. 보조부분(7)은 전체 공급공기의 약 5 내지 40%를 포함하고 바람직하게는 공급공기의 약 10 내지 30%를 포함한다.
주요부분(6)은 터어보팽창기(8)을 통해 팽창되어 공정을 위한 냉동을 생성하고 팽창된 흐름(41)은 약 35내지 145(psia)의 바람직하게는 약 40 내지 100(psia)의, 범위내의 압력에서 조작되는 컬럼(9)내로 도입된다. 낮은 압력 범위 한계 이하에서는 필요한 열교환이 효과적으로 수행되지 않고 압력 범위 한계 이상에서는 보조부분(7)이 엄청난 압력을 필요로 한다. 컬럼(9)내에서는 공급공기가 저온 정류에 의해 질소가 풍부한 증기와 산소가 짙은 액체로 분리된다.
보조부분(7)은 질소가 풍부한 증기분류와 산소가 짙은 액체분류로 분리되는 예비분류 영역(50)을 통과한다. 제1도는 적합한 구체형을 설명하는데 여기서 예비분류 영역(50)은 주 컬럼(9)가 가지고 있는 평형단수의
이하, 바람직하게는 평형단 수의
이하를 가지는 소형 컬럼이다. 또한 예비분류 영역(50)은 하나 또는 그 이상의 응축기와 상 분리기를 포함하게 된다.
예비분류 영역(50)은 주 컬럼(9)에서 조작되는 압력보다 높은 압력에서 조작된다. 이것은 주 컬럼의 바닥에서 산소가 짙은 액체를 기화시키기 위해 필요하다. 일반적으로, 예비분류 영역(50)의 압력은 주 정류 컬럼이 조작되는 압력 이상으로 10 내지 90psi 바람직하게는 15 내지 60psi이다.
예비분류 영역(50)에 있어서, 보조부분(7)은 질소가 풍부한 증기 분류와 산소가 짙은 액체분류로 분리된다. 적어도 소량의 질소가 풍부한 증기분류는 흐름(51)로 주 컬럼(9)의 바닥에 있는 응축기(10)을 지나가며 여기서 주 컬럼(9)내에서 생성된 기화하는 산소가 짙은 액체와의 간접 열교환에 의해 응축된다. 얻어지는 산소가 짙은 증기는 스트리핑(stripping)증기로 주 컬럼(9)를 통해서 위로 흐른다. 예비분류 영역(50)이 컬럼일때, 소량의 얻어지는 응축된 질소가 짙은 분류는 흐름(55)로 환류로서 예비분류 영역을 지나간다.
적어도 소량의 얻어지는 응측된 질소가 풍부한 분류는 흐름(50)으로 밸브(57)을 통과하므로 팽창되고 환류로서 주 컬럼(9)내로 도입되고 공급된다. 흐름(58)은 주요부분의 공급공기가 컬럼(9)내로 도입되는 지점의 상부에 있는 적어도 하나의 트레이를 향해 주 컬럼(9)로 도입된다. 제1도에 있어서, 트레이(14)는 흐름(41)이 주 컬럼(9)내로 도입되는 지점의 상부에 있고 흐름(58)은 주 컬럼(9)내에 있는 트레이(14)의 상부로 도입된다. 액화된 질소가 풍부한 분류는 액체환류로서 공급되는 흐름(58)과 같이 주 컬럼(9)로 도입되고 저온 정류에 의해 질소가 풍부한 증기와 산소가 짙은 액체로 분리를 겪는다.
제1도는 적어도 예비분류 영역(50)에서 생상된 산소가 짙은 액체분류의 부분이 흐름(52)로 인출되며, 밸브(53)을 통해 팽창되며, 그리고 주 컬럼(9)내로 흐름(54)로서 도입되는 적합한 구체형을 예증하며, 이때의 주 컬럼(9)에서는 저온 정류에 의해 질소가 풍부한 증기와 산소가 짙은 액체로의 분리가 치뤄진다. 흐름(54)는 흐름(58)이 도입되는 지점의 아래에 있는 적어도 하나의 트레이를 향해 주 컬럼(9)내로 도입된다. 바람직하게 흐름(54)는 주요 공기 공급(41)이 도입되는 바로 위를 향해 주 컬럼(9)내로 도입된다.
다음에 더욱 자세히 설명되어 있는 바와같이, 예비분류 영역은 주 컬럼(9)를 통과한 환류의 질을 증가시키기 위해 제공되고 그 결과 주 컬럼(9)는 더욱 효과적으로 조작된다.
예비분류 영역(50)으로 들어가는 보조 공급공기 부분의 압력이 컬럼(9)로 들어가는 주요 공급공기 부분의 압력보다 높다는 것을 알았다. 제1도는 전체의 공급공기 흐름이 압축되고 이어서 주요부분을 터어빈 팽창시켜서 컬럼(9)로 도입되기 이전에 공장 냉동을 제공하는 압력차를 달성하기 위한 적합한 방안을 예증한다. 양자 택일로, 단지 보조부분의 공급공기는 컬럼에서 조작되는 압력을 초과하는 필요한 압력까지 압축될 수있다. 그 상태에 있어서, 공장 냉동은 귀환 배출물 또는 생성물 흐름의 팽창에 의해 제공된다. 아직 또 다른 변화에 있어서, 어떤 공장냉동은 주요부분의 공급공기를 팽창시켜서 제공하고 어떤 것은 귀환흐름의 팽창에 의해 제공된다.
상기 언급한 바와같이, 주 컬럼(9)에서의 공급물은 질소가 풍부한 증기와 산소가 짙은 액체로 분리된다. 질소가 풍부한 증기의 제1부분(19)는 주 컬럼(9)의 바닥을 흐름(16)으로 떠나며, 밸브(17)을 통해 팽창되고 응축기(18)의 비등 측부에 도입된 산소가 짙은 액체와의 간접 열교환에 의해 응축기(18)에서 응축된다. 이러한 열교환에 기인하여 얻어지는 산소가 짙은 증기는 흐름(23)으로 제거된다. 그 흐름은 팽창되어 공장냉동을 생성하며, 전체 또는 부분으로 회수되며, 또는 대기로 간단히 방출된다. 탑상 열교환으로부터 얻어지는 응축된 제1의 질소가 풍부한 부분(20)은 응축된 질소가 풍부한 분류(58)이 주 컬럼(9)로 도입되는 지점의 상부에 있는 적어도 하나의 트레이를 향해 액체환류로 주 컬럼을 적어도 부분으로, 통과한다. 제1도에 있어서, 트레이(15)는 흐름(58)이 주 컬럼(9)내로 도입되는 지점의 상부에 있으며, 그리고 흐름(20)은 트레이(15)의 상부를 향해 컬럼내로 도입된다. 만일 원한다면, 흐름(20)의 부분(21)은 제거되고 높은 순도의 액체 질소로 회수된다. 만일 이용한다연, 부분(21)은 흐름(20)의 약 1 내지 10%이다.
질소가 풍부한 증기의 제2부분(22)는 컬럼으로부터 제거되 생산물 질소로 회수한다. 생산물 질소는 적어도 98몰 ％의 순도를 가지고 99 9999몰 % 또는 1ppm 산소 오염물까지의 순도를 가질 수 있다. 생산물 질소는 높은 수율로 회수된다. 일반적으로 생산물 질소는, 즉 흐름(22)와 이용되었다면 흐름(21)에서 회수한 질소는, 공정에 도입된 질소의 적어도 50％가 되고 대표적으로 적어도 60%이다. 그 수율은 약 82%까지의 범위에 있게 된다.
제2도는 본 발명 공정의 또 하나의 적합한 구체형을 이용하는 포괄절인 공기 분리 공장을 예증한다. 제2도의 부호는 같은 요소에 대해서 제1도의 부호에 일치한다. 제2도에 관해서 설명해 보기로 하자. 압착된 공급공기(2)는 유출흐름에 대조하여 전환 열교환기(3)을 통하여 지나가므로 냉각된다. 이산화탄소 및 물과 같은 공급흐름에서의 불순물은 전환 열교환기의 통로에 침전된다. 이 분야에 통상의 기술을 가진자가 알 수 있는 바와같이, 공급공기가 통과하는 통보는 침전된 불순물이 열교환기의 밖으로 치워져 버리게 유출흐름(25)의 통보와 교대된다. 냉각되었으며, 세척되었고 압착된 공기흐름(5)는 주요부분(6)과 보조부분(7)로 분할된다. 전부 또는 대부분의 보조부분흐름(7)은 흐름(26)으로 예비분류 영역(50)을 지나간다. 보조부분(7)의 소량부(27)은 예비분류 영역(50)을 지나게되어 다음에 더욱 자세하게 설명되는 바와같이 열평형을 만족시킨다.
제1도에 관련하여 이미 상술한 바와같이, 보조부분의 공급흐름(26)은 예비분류 영역(50)에서 질소가 풍부한 중기분류와 산소가 짙은 액체분류로 분리된다. 적어도 소량의 질소가 풍부한 증기분류는 주 컬럼 바닥의 기화에 의해 응축기(10)에서 응축되고 적어도 소량의 얻어지는 응축된 질소가 풍부한 분류는 밸브(57)을 통해서 팽창되고 주 컬럼(59)내로 도입된다. 산소가 짙은 액체분류의 일부분은 예비분류영역(50)으로부터 연출(52)하게 되며, 밸브(53)을 통해 팽창되고 주 칼럼(9)내로 도입된다.
공급공기의 주요부분(6)은 팽창터어빈(8)을 지나간다. 부분(6)의 부흐름(28)은 이 분야에 통상의 지식을 가진자가 잘 알고 있는 방식 중에서 온도 프로필(profile)조절과 열평형을 위한 전환 열교환기(3)을 통해서 부분적으로 지나간다. 부흐름(28)이 흐름(6)과 결합하고, 팽창기(8)올 통해 지나간후, 주요부의 공급공기가 주 컬럼(9)내로 도입된다.
주 컬럼(9)의 바닥에서 수거되는 산소가 짙은 액체는 흐름(6)으로 연출되며, 열교환기(30)에서 유출흐름에 의해 냉각되며, 밸브(17)을 통해 팽창되고 흐름(19)로 응축기(18)에 도입된 응축하는 질소가 풍부한 증기와 대조하여 그것을 기화시키는 응축기(18)의 비등 측부에 도입된다. 얻어지는 산소가 짙은 증기는 흐름(23)으로 연출되며, 열교환기(30)과 (3)을 통해서 지나가고 흐름(43)으로 공정에서 배출된다. 질소가 풍부한 증기는 흐름(22)로 주 컬럼(9)로부터 회수되며, 열교환기(30)과 (3)올 통해 지나가고 생산물 질소로서 흐름(44)로 회수된다. 탑상 열교환기로부터 얻어지는 응축된 질소(20)은 환류로서 주 컬럼(9)내로 지나간다. 그 액체 질소의 부분(21)은 회수된다.
부 공기흐름(27)은 응축되고 열교환기(30)에서 부냉각된다. 얻어지는 액체공기(45)는 주요공기공급(41)과 액체 질소가 풍부한 분류(58)사이에 있는 지점을 향해 주 컬럼(9)내로 도입된다. 이러한 작은 액체 공기흐름의 목적은 컬럼 둘레와 전환 열교환기에서의 열평형을 충족시키기 위해서이다. 실제적인 양의 액체 질소생산물의 생산을 원한다면 컬럼에 첨가하게 되는 여분의 냉동이 필요하다. 첨가에 있어서 공기흐름(27)은 액체 공기가 전환 열교환기(3)에서 형성되지 않게 열교환기(30)에서 귀관흐름을 가온시키는데 사용된다. 일반적으로 흐름(27)은 전체 공급공기의 10%미만이고 이 분야에 통상의 지식을 가진자이면 잘 알려진 열평형기출을 이용하여 흐름(27)의 양을 쉽게 결정할 수 있다.
본 발명의 공정이 질소의 증가된 회수를 달성시키는 방식은 각각 통상적인 단일 컬럼 공기 분리 공정과 본 발명의 공정을 위한 멕카베-티엘레 선도를 나타내는 제3도와 제4도에 관련하여 입증될 수 있다. 벡카베-티엘레 선도는 이 분야의 통상의 지식을 가진자에게는 잘 알려진 것이고 다음 문헌(Unit Operations of Chemical Enginnering, McCabe와 Smith저, McGraw-Hill Book Company, New York, 1956, Chapter 12, page 689-708)은 멕카베-티엘레 선도를 더욱 더 논고하고 있다.
제3도와 4도에 있여서, 횡좌포는 액체 상에서 질소의 몰 분율을 나타대고 종좌표는 증기 상에서 질소의 몰 분율을 나타낸다. 곡선(A)는 X와 Y가 같은 점의 궤적(locus)이다. 곡선(B)는 주어진 압력에서의 산소와 질소에 대한 평형선이다. 이 분야에 통상의 기술을 가진자가 알고 있는 바와같이, 최소 자본비용은, 즉 주어진 분리를 달성하는데 가장 적은 수의 이론단은 조작선에 의해 나타내어지며, 이것은 전체 환류를 가지는 곡선(A)에 일치하는, 컬럼중의 각각의 지점에서 액체 대 기체의 비율이다. 물론 생산물은 전체 환류로 생산되지 않는다. 가능한 최소 조작 비용은 곡선 A와 공급조건과 평형선의 교점에서의 최종 생산물 순도를 포함하는 선에 의해 제한된다. 통상적인 컬럼에 대해 최소 환류를 구하기위한 조작선은 제3도의 곡선(C)로 주어진다. 최소 환류에서의 조작은 가장높은 회수, 즉 가장많은 양의 생성물을 생산하며, 그러한 한정된수의 이론단을 요구한다. 실제 시스템은 상술한 극단(extremes) 사이에서 조작된다.
본 발명 공정의 높은 질소 회수를 위한 능력은 제4도에서 보여준다. 제4도에 관해서 설명해 보기로 하자. 정류 조작선은 적어도 두개의 별개 선분으로 만들어진다. 선분(F)는 공기공급과 질소 환류 공급사이의 주 컬럼을 나타내며, 그리고 선분(G)는 그 환류 지점 상부의 주 컬럼에서 L/V비율을 기술한다. 예비분류가 고농도의 질소를 가지는 환류를 제공하므로, 선분(G)의 경사는 매우 작아질 수 있다. 결과적으로, 종래의 장치로부터 얻을 수 있는 더욱 한정된 양과 비교하여 막대한 양의 고순도 생성물이 컬럼의 상부로부터회수된다. 작은 열평형 공기흐름(27)이 제2도의 구체형으로서 이용되었다면, 제 3의 액체 공급은 선분(F)가 그 선분으로 분할되는 제4도의 정류 조작선에서 부가적인 각(angle)을 유발한다. 얻어지는 제3의 선분은 조작선을 평형선의 형태에 더욱 가까이 접근하게 한다.
물론, 회수만이 두 공기 분리 공장의 장점을 비교하기 위해 사용되는 기준은 아니다. 설비의 자본 비용과 동력소모의 효율을 반드시 고려해야만 한다. 그렇지만, 주어진 자본 비용과 동력 소모를 위해, 생성물의 단위당 비용은 증가된 회수와 함께 감소된다.
상기에 지적한 바와같이, 보조공기공급의 흐름비율(flowrate)은 5 내지 40%이며, 바람직하게는 전체 공기공급의 10 내지 30%이다. 보조 공기공급 흐름비는 풍부한 산소 배출의 이익을 내고, 따라서, 증가된 회수를 얻기위해 적어도 상기에 열거된 최소 흐름비와 같아야 한다. 상술한 최소치를 초과하는 보조 공기공급 흐름비율은 압축 비용을 증가시키고 분리의 충분한 부가적인 향상이 없이 막대한 재비등을 유반한다. 냉동이 주요부 공기 흐름의 팽창에 의해 생성될때, 동력 비용은 흐름비와 함께 증가한다. 보조 공기 흐름의 상술한 범위는 효율에 있어서의 단짐을 메우는 일을 초래하지 않고 그 사이클의 이익의 장점을 제공한다.
(표 I)은 제1도의 구체형에 따라 실행된 바와같이 본 발명의 계산된 실시예를 제시한다. 그 경우에서의 예비분류 영역은 40개의 트레이를 갖는 주 컬럼과 비교하여 4개의 트레이로 구성되는 소형 컬럼이다. (표 I)로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명은 공급 공기에서 70%의 질소를 회수하면서 고순도의 질소를 생산할 수 있다. 흐름 수(stream number)는 제1도의 흐름 수에 일치하고 약어 mcft는 표준 조건에서 단위 시간당 1000입방피트(ft3)을 나타낸다.
[표 1]
Figure kpo00001
주 정류 컬럼으로, 공기보다 더 높은 질소 농도를 가지는 환류, 그리고 공급공기의 한정된 도입을 포함하는 본 발명의 공정을 사용하여, 요구된 환류의 분류 컬럼을 쇠약하게 하지 않으면서, 높은 회수에서 비교적 고순도의 질소를 생산할 수 있다.
본 발명의 공정이 어떤 적합한 구체형에 관하여 자세하게 기술되었을지라도, 청구의 범위 및 기질 내에있는 본 발명의 다른 구체형이 존재한다는 것을 알수 있다.

Claims (15)

  1. (1) 주요부분의 공급공기를 35 내지 145psia사이의 압력에서 조작되는 주 정류 컬럼 내로 도입하여 질소가 풍부한 증기와 산소가 짙은 액체로 공급공기를 분리하며; (2) 보조부분의 공급공기를 주 컬럼에서 조작되는 압력보다 큰 압력으로 조작되는 예비분류 영역내로 도입하여 질소가 짙은 증기분류와 산소가 짙은 액체분류로 분리하며; (3) 적어도 소량의 질소가 풍부한 증기분류를 주 컬럼에서 생산된 산소가 짙은 액체와의 간접 열교환에 의해 응축시키며; (4) 환류액체 및 부가적인 공급으로, 적어도 소량의 얻어지는 응축된 질소가 풍부한 분류를 주된 부분의 공급공기가 주 컬럼내로 도입되는 지정의 상부에 있는 적어도 하나의 트레이를 향해 주 컬럼 내로 도입하며; (5) 기화하는 산소가 짙은 액체와의 간접 열교환에 의해 제1부분의 질소가 풍부한 증기를 응축하며; (6) 적어도 소량의 얻어지는 응축된 질소가 풍부한 제1부분을 응축된 질소가 풍부한 분류가 주 컬럼내로 도입되는 지정의 상부에 있는 적어도 하나의 트레이를 향해 주 컬럼에 통과시키며; (7) 생산물 질소로 제2부분의 질소가 풍부한 증기를 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공급공기의 저온 정류에 의한 비교적 고순도와 높은 수율에서 질소의 생산 공정.
  2. 제1항에 있어서, 주요부분은 공급공기의 약 60 내지 95%를 포함하고 보조부분은 공급공기의 약 5내지 40%를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  3. 제1항에 있어서, 주요부분은 공급공기의 약 70 내지 90%를 포함하고 보조부분은 공급공기의 약 10내지 30%를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  4. 제1항에 있어서, 예비분류 영역은 주 정류 컬럼이 조작되는 압력 이상으로 10 내지 90psi사이의 압력에서 조작되는 것을 특징으로 하는 공정.
  5. 제1항에 있어서, 모든 응축된 질소가 풍부한 제1부분이 주 컬럼을 지나는 것을 특징으로 하는 공정.
  6. 제1항에 있어서, 소량의 응축된 질소가 풍부한 제1부분을 생산물 액체 질소로 회수되는 것을 특징으로 하는 공정.
  7. 제1항에 있어서, 전체의 공급공기는 주 컬럼의 조작 압력보다 큰 압력까지 압축하고 주요부분의 공급공기는 주 컬럼내로 도입되기 이전에 주 컬럼의 조작 압력까지 팽창하는 것을 특징으로 하는 공정.
  8. 제7항에 있어서, 주요부분 공급공기의 팽창에 의해 공정을 위한 냉동이 발생하는 것을 특징으로 하는 공정.
  9. 제1항에 있어서, 단지 보조부분의 공급공기가 주 컬럼의 조작 압력보다 큰 압력까지 압축되는 것을 특징으로 하는 공정.
  10. 제1항에 있어서, 제3부분의 공급공기는 적어도 하나의 귀환 흐름과의 간접 열교환에 의해 응축되고 얻어지는 제3부분은 주요부분의 공급공기와 응축된 질소가 풍부한 분류가 주 컬럼 내로 도입되는 지점의 사이를 향해 컬럼내로 도입되는 것을 특징으로 하는 공정.
  11. 제1항에 있어서, 생산물 질소가 적어도 98몰 %의 순도를 가지는 것을 특징으로 하는 공정.
  12. 제1항에 있어서, 생산물 질소는 공정에 도입된 질소의 적어도 50%인 것을 특징으로 하는 공정.
  13. 제1항에 있어서, 적어도 소량의 산소가 짙은 액체분류를 응축된 질소가 풍부한 분류가 도입되는 지점의 아래에 있는 적어도 하나의 트레이를 향해, 주 정류 컬럼 내로 도입하는 것을 특징으로 하는 공정.
  14. 제1항에 있어서, 예비분류 영역은 주 컬럼이 가지고 있는 평형단 수의 이하를 가지는 소형 컬럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  15. 제1항에 있어서, 예비분류 영역이 적어도 하나의 응축기와 상 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
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