KR910002050B1 - 가압산소를 제조하기 위한 공기분리공정 - Google Patents

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Abstract

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Description

가압산소를 제조하기 위한 공기분리공정
제1도는 본 발명의 공정 구체형의 개략도.
본 발명은 저온 증류 공기 분리의 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 그것에 의하여 압력을 높인 상태에서 효과적으로 산소기체를 제조할 수 있는 개량법에 관한 것이다.
공기를 저온 증류하여 그것들의 성분으로 분리하는 것은 잘 알려져 있다. 가장 널리 사용되는 저온 공기 분리공정의 하나는 공기가 산소-풍부 성분과 질소-풍부 성분으로 예비분리되는 고압칼럼과, 생성물 산소 및/또는 생성물 질소로 최종 분리되는 저압칼럼을 사용하는 것이다. 때로 이들 두개의 칼럼은 열교환 관계에 있고 저압 칼럼이 고압 칼럼위에 위치한다.
단일 칼럼으로서는 비교적 고순도의 산소와 질소를 모두 제조할 수 없기 때문에 상기의 이중칼럼 공정이 이용된다. 두번째 칼럼은 질소-산소 평형곡선의 형태를 이용하므로 상대적으로 높은 순도의 질소 및 산소 모두를 제조할 수 있다. 두번째 칼럼의 압력은 더 낮아서, 더 높은 압력에 있는 질소의 비점이 더 낮은 압력에 있는 산소의 비점보다 더 높다는 사실에 기인하여, 더 낮은 압력의 산소를 비등시키는데 사용할 수 있다.
그러한 이중 칼럼 공기분리공정을 사용하면, 공급공기는 우수한 에너지 효율과 우수한 생성물 순도를 갖는 성분들로 분리된다.
그러나 그런 공정은 생성물이 비교적 저압에서 분리되어 나오게 하는 것을 필요로 하는데, 가압상태에서 생성물을 얻고자 하는 경우 이것은 단점이 된다. 예를 들어 가압시킨 산소는 일반적으로 석탄의 합성연료로의 전환 및 금속광물 정련과 같은 응용분야에서 필요하다.
가압산소의 제조는 일반적으로 저압 칼럼으로부터의 산소생성물을 원하는 압력으로 압축시킴에 의하여 달성된다. 그러나 그런과정은 투자경비의 측면과 압축기를 운전하는 운전경비의 측면등 어느쪽으로나 경비가 많이 든다. 더구나 그런 압축은 또한 압축장치의 상태가 불량한 경우 산소가 불을 일으킬 위험이 있기 때문에 불리하다. 산소기체압축은 특별한 안전주의와 장치가 필요하다.
가압에서 산소를 제조하기 위하여 사용하는 다른 방법은, 저압칼럼으로부터 산소를 액체상태로 배출시키고 그 액체산소를 더 높은 압력으로 펌프시키는 것이다. 그 다음 산소를 증가화시켜 가압산소기체를 생산하는 것이다. 이 방법은 만족스럽게도 산소기체를 압축하는 과정에서 발생하는 어떤 안전상의 문제를 일부 해결해 준다. 그러나 그런 액체 펌프 과정은 장치 및 운전경비의 입장에서 모두 경비가 많이 드는 결점이 있다.
바람직한 방법은 종래의 이중 칼럼 공기분리설비를 이용하면서도, 저압칼럼으로부터의 산소기체 또는 액체를 압축시킬 필요가 없이 저압칼럼의 압력보다 더욱 큰 압력에서 산소 기체를 제조할 수 있는 방법이다.
따라서 본 발명의 목적은 개선된 이중칼럼 저온증류 공기분리 공정을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 저압칼럼에서 고압으로 산소 액체를 펌프하거나, 저압칼럼으로부터 산소 기체를 압축시킬 필요가 없이 저압칼럼보다 더 큰 입력에서 산소 기체가 제조되는 개선된 이중칼럼 저온증류 공기분리공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 기재를 통하여 이 분야의 통상의 기술을 가진 사람들은 상기 및 기타의 목적의 달성이 본 발명에 의하여 이룩되었음을 알게 될 것이다.
본 발명은 저압칼럼으로부터의 액체가 가온되고 고압칼럼으로부터의 증기가 냉각되는 지점에서 열교환 관계에 있는 고압칼럼과 저압칼럼중에서 향류 액체증기 접촉에 의하여 공급 공기를 분리하기 위한 공정이며, 이 공정은, (A) 상기 열교환 관계의 지점으로부터 액체를 배출시키는 단계 ; (B) 상기 배출된 액체를, 고압칼럼의 압력과 실질적으로 동일한 압력에 있는 공급 공기의 주된부분과, 열교환 관계의 지점보다 낮은 위치에서 간접 열교환에 의해 기화시켜 상기 공급공기를 부분적으로 농축시키는 단계 ; (C) 상기 공급 공기의 부분적으로 농축된 주된부분의 적어도 약간의 증기부분을 상기 고압 칼럼으로 도입시키는 단계 ; 그리고 (D) 저압칼럼의 것보다 더 큰 압력에서 상기 (B) 단계에서 형성된 증기를 적어도 일부 회수하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 "간접 열교환"이란 용어는 두개의 유체 스트림(stream)을, 상호 혼합시키거나 어떠한 물리적 접촉도 없이 열교환 관계로 옮겨가는 것을 의미한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 "컬럼"이란 용어는 접촉하는 칼럼 또는 구역인 증류 또는 분획칼럼 또는 구역(zone)을 뜻하는 것으로, 여기서 액체 및 증기상이 역류로 접촉하여, 예를 들면 칼럼내에 장착된 일련의 수직배열의트레이 또는 플레이트상에서, 또는 칼럼을 충전하는 충전요소상에서 액체상과 증기상이 접촉함에 의하여 유체혼합물의 분리가 이루어지게 되는 것이다. 증류칼럼의 더 자세한 논의는 다음 문헌을 참조할 것[Chemical Engineer's Handbook, Fifth Edition, edited by R. H. Perry and C. H. Chilton, McGraw­Hill Book Company, New York, Section 13, "Distillation" B. D. Smith et al, page 13­3, The Continuous Distillation Process]이다. 여기서 사용된 이중칼럼이란 용어는 더 낮은 압력칼럼의 더 낮은 종단과 열교환 관계에 있으며, 보다 더 높은 종단을 갖는 고압칼럼을 뜻한다. 이중칼럼에 관한 더 상세한 논의는 다음 문헌을 참조할 것이다[Ruheman "The Separation of Gases" Oxford University Press, 1949, Chapter Ⅶ, Commercial Air Separation]. 증기 및 액체접촉 분리공정은 성분에 대한 증기압의 차이에 달려 있다. 고증기압(또는 더 잘 휘발하거나 덜 비등하는) 성분들은 증기상에서 농축되기 쉽게될 것이고 반면에 저증기압(또는 덜 휘발하거나 더 잘 비등하는) 성분은 액체상중에서 농축되기 쉬울 것이다. 증류는 분리공정으로, 그것에 의하여 액체 혼합물의 가열은 증기상 중의 휘발성분(들)을 농축하기 위하여 사용될 것이고, 그것에 의하여 액체상 중에는 더 적은 휘발성분(들)이 남게될 것이다. 부분적 응축은 분리공정으로, 그것에 의하여 증기 혼합물의 냉각은 증기상 중의 휘발성분(들)을 농축시키는데 사용할 수 있고 그것에 의하여 액체상에는 더 적은 휘발성분(들)이 남게 될 것이다. 정류 또는 연속증류는 분리공정인데 그것은 연속적 부분 휘발단계와 증기 및 액체상의 역류처리에 의하여 얻어진 응축을 합친 것이다. 증기 및 액체상의 역류 접촉은 단열적이고 그상들 사이의 연속적 또는 단계적 접촉을 포함한다. 혼합물들을 분리하기 위하여 정류의 원리들을 이용하는 분리공정배열은 서로 정류 칼럼, 증류칼럼 또는 분획칼럼으로 바꾸어 부를 수 있다.
본 발명의 공정을 다음 도면에 따라 자세하게 설명해 볼 수 있다.
제1도에 관하여 설명해 보면 다음과 같다 : 이산화탄소 및 수증기와 같은 고비점 불순물들이 제거되고, 압력강하로 인한 관로손실을 보상하기에 충분한 압력과 고압칼럼의 압력을 합한것과 실제적으로 같은 압력으로 압축된 공급공기(1)는 후술하는 배출스트림과는 반대로 열교환기(5)를 통한 경로로 냉각된다.
제1도는 본 발명의 공정의 바람직한 구체형을 나타내는 것으로, 여기서 하나 또는 그 이상의 소량의 공급공기가 상승시킨 압력산소의 증기화와는 다른 작용을 달성하는데 사용된다. 사용된다면 이런 소량부분의 공기는 도입되는 공급공기의 반이상으로는 결코 응집되지 않을 것이다.
열교환기(5)로부터 발생한 냉각압축 공급공기(41)는 상기한 소량부분 및 주된부분(10)으로 분배되며, 후자는 상승시킨 압력의 산소를 증기화하는데 사용된다. 상기한 소량부분의 공기가 전혀 사용되지 않는다면 주된부분(10)은 공급공기의 100%를 차지할 것이다. 주된부분(10)은 공급공기의 50% 이하가 결코될 수 없고, 바람직하게는 공급공기의 약 75% 이하일 수 없고, 가장 바람직하게는 공급공기의 약 85% 이하일 수 없다.
필요하다면 공급공기(41)는 주된부분(10)에 덧붙여 스트림(6) 및/또는 (8)로 분배될 수 있다. 공기류(6)은 적어도 부분적으로 열교환기(5)를 통하여 되돌아오고, 스트림(42)로서 나오며, 적어도 이스트림의 일부는 팽창터빈(16)을 통하여 설비냉장을 위하여 팽창된다. 냉각된 팽창스트림(17)은 그 다음 저압칼럼(18)으로 공급된다. 모든 스트림(42)이 설비냉장을 위하여 필요하지 않으면 그 일부는 공급 공기류(41)로 되돌려진다. 반대로 추가로 공기가 냉장에 필요하게 된다면 공기스트림을 터빈으로 직접, 말하자면 열교환기(5)를 통하여 뒤로 통과시키지 않고 공급할 수 있다.
공급공기(41)의 일부(8)는 분출될 수 있어 열교환기(15)내의 질소기류(28)를 가온시키는데 사용할 수 있다. 열교환기로부터 발생한 냉각공기류(44)는 그 다음 공급점(19)에서 고압칼럼(12)으로 공급된다.
사용된다면 설비냉장을 위하여 팽창된 기류(42)는 도입공급 공기의 약 5 내지 20%, 바람직하게는 5 내지 10%를 구성한다.
사용된다면, 배출질소 산소기체를 가온시키는 부분(8)은 도입 공급공기의 약 0.25 내지 1.0%를 구성한다. 공급공기처리 및 생성산소 증발과는 다른 공기분리공정의 여러 측면들이 통상적인 이중칼럼방법들에 따라 운전되며 그런 구체형을 이하에서 간단하게 서술할 것이다.
고압증류칼럼(12)에 들어가는 공급공기는 질소 풍부 증기 및 산소 풍부 액체로 분획된다. 고압칼럼(12)은 절대 평방인치당 40 내지 150파운드(psia), 바람직하게 60 내지 90psia의 범위내의 압력에서 운전된다.
액체 산소-풍부 스트림(21)은 칼럼(12)으로부터 배출되며 배출생성물 또는 폐기질소(28)과 함께 열교환기(15)내에서 간접 열교환에 의하여 예냉된다. 예냉 액체스트림은 밸브(22)를 통하여 팽창되며 팽창된 스트림(47)은 저압칼럼(18)에 도입된다.
질소 풍부 증기류(23)는 고압칼럼(12)으로부터 배출되어, 저압 칼럼의 하부종단에 위치한 주 농축기(24)를 통한 통과에 의하여 재비등(reboiling) 저압칼럼 바닥가까이에서 농축된다. 농축된 질소 풍부 스트림(48)은 액체환류로서 고압칼럼(12)에 되돌아가는 스트림(25)과, 열교환기(15)내의 질소기류(28)과의 간접 열교환에 의하여 냉각되는 스트림(26)으로 나누어진다. 얻어진 냉각스트림(49)는 밸브(27)을 통하여 팽창되며 얻어진 스트림(50)은 환류로서 저압칼럼(18)에 도입된다.
저압칼럼(18)에 들어간 스트림은 질소 풍부 증기와 산소 풍부 액체로 분획된다. 저압칼럼(18)은 고압칼럼보다 더 낮은 압력에서 운전되며 30psia, 바람직하게는 12.5 내지 25psia의 가압의 범위내에서 운전된다.
저압칼럼(18)로부터 배출된 기체상 질소기류(28)은 열교환기(15)와 (5)를 통한 통과에 의하여 가온되며 스트림(3)으로서 공기분리시스템에서 나가게 된다. 이 질소기류는 폐기로서 전부 또는 부분적으로 배출되거나, 생성 질소기체로서 전부 또는 부분적으로 회수된다.
산소 풍부 액체는 저압칼럼(18)의 바닥에서 수집된다. 이 액체는 주농축기(24)내에서 질소 풍부 증기와의 간접 열교환에 의하여 비등된다. 이런 방법으로 두개의 칼럼은 이 지점에서 열교환 관계에 들어간다. 비등되어 나온 산소 풍부 증기는 탈기 증기로서 저압칼럼(18)을 통하여 유동한다.
본 발명에 있어 산소 풍부 액체는 이 열교환 관계 지점으로부터 배출된다. 바람직하게는 이 열교환 관계 지점은 저압칼럼의 바닥에 위치한다. 산소 풍부 액체는 약 60 내지 99%의 산소농도를 가지며 일반적으로 90 내지 99%의 산소농도를 가진다. 배출된 산소 풍부 액체의 압력은 저압칼럼의 압력과 같다.
제1도를 참조하면 산소 풍부 액체는 저압칼럼(18)으로부터 도관(29)를 통하여 유동밸브(14)를 통하여 통과한다. 필요하다면 산소 풍부 액체의 소량의 스트림(32)은 생성물로서 제거될 수 있다. 저압칼럼으로부터 배출된 대부분의 또는 모든 산소 풍부 액체는 스트림(33)으로서 농축기로 진입된다.
농축기(11)는 두개의 칼럼 사이의 열교환 관계의 지점보다 더 낮은 상승점에 위치한다. 이 경우에 농축기(11)로 들어가는 산소-풍부 액체의 압력은, 이들 두 지점사이의 산소-풍부 액체의 정압(hydrostatic)헤드의 양만큼, 저압칼럼으로부터 배출된 산소-풍부 액체의 압력보다 더 크다. 농축기(11)는 저압칼럼의 웅덩이에 있는 주농축기(24)보다 임의의 거리만큼 아래에 위치할 수 있다. 실제에 있어 공기 농축기(11)는 일반적으로 바닥수준에 위치한다. 공기 농축기는 고압 칼럼내에 물리적으로 위치할 수 있다. 일반적으로 30psi까지 그리고 전형적으로 15psi까지의 산소압력 증가가 본 발명의 방법으로 얻어질 수 있다.
제1도에 있어, 유용한 정압헤드는 저압칼럼(18)로부터 배출되어(30)으로 표시된 액체산소의 수준과 공기 농축기(11)중의 액체수준(31) 사이의 상승차와 같다. 압력상승의 양은 이 분야에 통상적으로 알려진 방법으로 산소 풍부 액체 밀도에 의하여 정압헤드에 관련된다.
농축기(11)내에서 산소 풍부 액체는 공급공기의 주된부분(10)과의 간접 열교환에 의하여 증발된다. 이미 설명한 바와 같이 주된부분(10)은 100%의 공급공기로 이루어진다. 얻어진 산소 풍부 기체는 스트림(34)으로서 농축기(11)로부터 제거되어 열교환기(5)를 통한 통과에 의하여 가온되고, 저압칼럼보다 큰 압력에서 산소 생성물 스트림(2)로서 회수된다. 생성물 산소는 농축기(11)에서 그것이 증발되는 압력에서 회수되거나 필요하다면 더 높은 압력으로 압축시킬 수 있다. 모든 경우에 생성물 산소에 대한 압축 경비는 전체적으로 들지 않거나 현저하게 줄일 수 있다.
농축기(11)내에서 공급공기는 부분적으로 농축되며 부분적으로 농축된 공급공기는 스트림(20)으로서 고압칼럼(12)로 진입하여 여기서 정류에 의하여 분리가 이루어진다.
농축기(11)중에서 부분 농축이 된 공급공기의 주된부분은 고압칼럼의 압력과 실질적으로 같은 압력, 즉, 최대 10psi의 압력에 있고, 고압칼럼의 압력보다 5psi정도 더 높은 것이 바람직하다. 이 방법에 있어 농축기(11)로부터 발생하는 부분적으로 농축된 공급공기는 공정효율을 떨어뜨릴 수 있는, 밸브팽창에 의한 것과 같은 압력감소를 일으킬 필요가 없이 고압칼럼으로 직접 공급될 수 있다.
여기서 본 발명의 방법의 주된 장점은 액체산소를 증발시키기 위하여 매질로서 공급공기의 주된부분을 사용하는데 있다. 이런 기능을 수행하기 위하여 공급공기의 소량부분이 사용된다면 그 소량부분은 액체 산소를 완전하게 증발시키기 위하여 고압칼럼보다 과량으로 가압시키는 것이 처음에 필요하다. 이것은 농축기로부터 발생한 공기를 고압칼럼으로 도입시키기 전에 압력을 감소시켜야만 하고 그것은 공정의 효율을 낮게 한다는 것을 뜻한다.
더우기 공급공기의 소량부분이 액체 산소를 증발시키는데 사용된다면 그런 소량부분을 모두 농축시켜야 하는 것을 뜻한다. 이것은 바람직한 것이 아니다. 농축기(11)중의 공급공기의 부분 농축은 첫번째 분리단계로서 간주되고 그래서 고압칼럼으로 들어가는 부분적으로 농축된 공급공기는 하나의 평형 단계를 거쳐 효과적으로 수행된다. 이것은 더욱 본 발명의 공정의 효율을 증가시킨다. 농축기(11)를 통하여 공급공기의 주된 부분이 통과됨에 따라 본 발명의 공정은 농축기(11)로부터 발생하는 공기가 단지 부분적으로 농축되며 그래서 공정효율이 증가되는 것을 보장해 준다. 일반적으로 공급공기의 주된부분의 약 20 내지 35%가 농축기(11)내에서 산소가 증발하는 것과 반대로 농축될 것이다.
제1도에 도시한 바와 같이 공급스트림(20)은 저압칼럼으로 이동해야만 액체가 수집되는 지점인 칼럼의 바닥 가까이 있는 고압칼럼(12)으로 도입된다. 이 분야에 통상의 지식을 가진 사람에게는 익숙한 바와 같이 고압칼럼(12)의 기부는 부분적으로 농축된 공급공기에 대한 상분리기로서 작용할 것이다. 동형의 구체예로서는 라인(20)내에 뚜렷한 상분리기를 포함할 것이다. 분리기로부터의 증기상은 칼럼(12)로 공급될 것이고, 적어도 일부의, 바람직하게는 분리기로부터의 모든 액체상의 직접 저압칼럼(18)으로 이동하기 위하여 바닥액체(21)와 합쳐질 것이다.
더우기 부분적으로 농축된 공급공기의 증기부분은 전량이 고압칼럼으로 도입될 필요가 없다. 예를 들어 이 증기부분의 약간을 팽창시킬 수 있고 저압칼럼으로 도입시킬 수 있다. 이렇게 팽창된 스트림은 설비냉장을 이루기 위해 사용할 수 있다.
공기농축기(11)의 성공적인 운전을 위해서는 가압 공급공기(10)의 노점은 가압 산소-풍부 액체(33)를 증발시키기에 충분할 만큼 높아야만 한다. 그러나 이중칼럼 운전을 위하여 바람직한 수준을 초과하여 공급공기를 압축시키는 것이 일반적으로 실용적이지 않기 때문에 모든 유용한 정압헤드는 산소 압력을 최대화하기 위하여 사용되지 않을 것이다. 산소 풍부 액체의 압력은 위치에 따라 압력강하를 변화시키는 밸브(14)에 의하여 조절할 수 있다.
공기농축기(11)의 만족스러운 운전을 위하여 농축기(11)내의 액체수준(31)은 최대치의 약 50 내지 90%, 바람직하게는 약 65%에서 유지시켜야만 한다.
제1도는 일부 또는 전부의 공급공기(10)가 공기농축기(11)를 우회하는 것이 필요할때 사용할 수 있는 편리한 배열을 도시하였다. 이러한 것이 소망되는 시점은 설비가 시동중에 농축기(11)내에 액체수준이 도달할때가 좋다. 그런 경우에 우회밸브(35)가 열리며 공기스트림(10)은 칼럼(12)로 들어가기전에 부분적으로 또는 전체적으로 농축기(11)를 우회한다. 농축기(11)내의 액체 수준이 원하는 수준에 도달할때 또는 그 시스템이 정상으로 돌아올때 우회밸브(35)는 닫혀지며 이 방법의 정상운전이 시작되거나 다시 시작된다. 물론 우회밸브(35)는 이 방법의 성공적 운전을 위하여 필요한 것이 아니다.
다음 표 1은 제1도의 구체형에 따라 수행한 본 발명의 방법의 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 제시한 것이다. 고압칼럼은 약 75psi에서 운전되며 저압칼럼은 약 19psi에서 운전된다. 산소 생성물은 95.0% 순도로 얻어진다. 표 1의 스트림 숫자는 제1도에 나타낸 것에 상응한다. MCFH 표기는 표준조건(14.696psia 및 70℉)에서 시간당 천입방피트를 의미하며 온도는 Kelvin 단위로 나타내었다.
[표 1]
Figure kpo00001
표 1에 나타낸 시뮬레이션에 있어 유용한 정압헤드는 26.4피트이다. 입방피드탕 70파운드가 되게 저압칼럼으로부터 산소 풍부 액체의 밀도를 산정하면 얻을 수 있는 최대 압력 증가는 약 13psi이다. 그러나 단지 약 6.9psi의 유용한 압력증기가 이용되는데 그 이유는 공기농축기중의 상대적으로 낮은 공급공기압력때문이다. 공기농축기내의 열교환은 농축기를 통과하는 공급공기의 약 30%를 액화시키게 된다.
본 발명의 방법을 이용함으로써 저압칼럼으로부터 산소액체를 펌프시키거나 산소기체를 압축시킬 필요가 없이 저압칼럼을 넘어선 수준의 압력으로 생성물 산소의 압력을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 방법이 상기한 바와 같이 바람직한 구체형을 참고로하여 기재하였더라도 본 발명의 다른 구체형들이 청구범위의 범위내에 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 저압칼럼으로부터의 액체가 가온되고 고압칼럼으로부터의 증기가 냉각되는 지점에서 열교환 관계에 있는 고압칼럼과 저압칼럼중에서 향류액체증기 접촉에 의하여 공급공기를 분리하는 공정에 있어서 : (A) 상기 열교환 관계의 지점으로부터 액체를 배출시키는 단계 ; (B) 상기 배출된 액체를, 고압칼럼의 압력과 실질적으로 동일한 압력에 있는 공급공기의 주된부분과, 열교환 관계의 지점보다 낮은 위치에서 간접 열교환에 의해 기화하여 상기 공급공기를 부분적으로 농축시키는 단계 ; (C) 공급공기의 부분적으로 농축된 주된 부분의 적어도 약간의 증기부분을 상기 고압칼럼으로 도입시키는 단계 ; 그리고 (D) 저압칼럼의 것보다 더 큰 압력에서 상기 (B) 단계에서 형성된 증기를 적어도 일부 회수하는 단계로 이루어지는 것으 개선점으로 하는 공기분리공정.
  2. 제1항에 있어서, 공급공기의 일부분은, 약 5 내지 20%의 공급공기를 구성하며, 그것은 팽창된 다음 저압칼럼에 도입됨을 특징으로 하는 공기분리공정.
  3. 제1항에 있어서, 공급공기의 주된부분은 공급공기의 적어도 75%를 구성함을 특징으로 하는 공기분리공정.
  4. 제1항에 있어서, 공급공기의 주된부분은 약 85 내지 100%의 공급공기를 구성함을 특징으로 하는 공기분리공정.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고압칼럼은 40 내지 150psia의 범위내의 압력에서 운전됨을 특징으로 하는 공기분리공정.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저압칼럼은 대기압 내지 30psia의 범위내의 압력에서 운전됨을 특징으로 하는 공기분리공정.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (A) 단계에서 열교환 지점으로부터 배출된 액체는 60 내지 99몰%의 산소농도를 가짐을 특징으로 하는 공기분리공정.
  8. 제1항에 있어서, 공급공기의 주된부분의 약 20 내지 35%가 (B) 단계에서 농축됨을 특징으로 하는 공기분리공정.
  9. 제1항에 있어서, 상기 (D) 단계에서 회수한 증기를 더욱 큰 압력으로 압축시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 공기분리공정.
  10. 제1항에 있어서, 부분적으로 농축된 공급공기를 증기 및 액체부분으로 분리시키고 적어도 약간의 증기부분을 고압칼럼으로 도입시킴을 특징으로 하는 공기분리공정.
  11. 제10항에 있어서, 부분적으로 농축된 공급공기를 증기 및 액체부분으로 분리시키는 것은, 부분적으로 농축된 공급공기를 상분리기를 통하여 통과시킴에 의하여 달성됨을 특징으로 하는 공기분리공정.
  12. 제1항에 있어서, 공급공기의 부분적으로 농축된 주된부분의 증기부분을 전부 고압칼럼으로 도입시킴을 특징으로 하는 공기분리공정.
  13. 제1항에 있어서, 공급공기의 부분적으로 농축된 주된부분의 증기부분을 일부 팽창시키고 그 다음 저압칼럼으로 도입시킴을 특징으로 하는 공기분리공정.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4817393A (en) * 1986-04-18 1989-04-04 Erickson Donald C Companded total condensation loxboil air distillation
US4778497A (en) * 1987-06-02 1988-10-18 Union Carbide Corporation Process to produce liquid cryogen
US5114452A (en) * 1990-06-27 1992-05-19 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system for producing elevated pressure product gas
US5148680A (en) * 1990-06-27 1992-09-22 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system with dual product side condenser
US5108476A (en) * 1990-06-27 1992-04-28 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system with dual temperature feed turboexpansion
US5098456A (en) * 1990-06-27 1992-03-24 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic air separation system with dual feed air side condensers
US5228297A (en) * 1992-04-22 1993-07-20 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with dual heat pump
US5365741A (en) * 1993-05-13 1994-11-22 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with liquid oxygen boiler
US5410885A (en) * 1993-08-09 1995-05-02 Smolarek; James Cryogenic rectification system for lower pressure operation
US5398514A (en) * 1993-12-08 1995-03-21 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with intermediate temperature turboexpansion
US5463871A (en) * 1994-10-04 1995-11-07 Praxair Technology, Inc. Side column cryogenic rectification system for producing lower purity oxygen
US6253576B1 (en) 1999-11-09 2001-07-03 Air Products And Chemicals, Inc. Process for the production of intermediate pressure oxygen
DE10161584A1 (de) * 2001-12-14 2003-06-26 Linde Ag Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung gasförmigen Sauerstoffs unter erhöhtem Druck
US6962062B2 (en) * 2003-12-10 2005-11-08 L'Air Liquide, Société Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Proédés Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
DE102013002835A1 (de) * 2013-02-19 2014-08-21 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Erzeugung von gasförmigem Sauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
CN109676367A (zh) * 2018-12-28 2019-04-26 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种热交换器组件及装配所述热交换器组件的方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2812645A (en) * 1956-02-29 1957-11-12 Union Carbide Corp Process and apparatus for separating gas mixtures
US2896415A (en) * 1956-11-21 1959-07-28 Air Prod Inc Liquefied gas pressurizing systems
DE1124529B (de) * 1957-07-04 1962-03-01 Linde Eismasch Ag Verfahren und Einrichtung zur Durchfuehrung von Waermeaustauschvorgaengen in einer mit vorgeschalteten Regeneratoren arbeitenden Gaszerlegungsanlage
USRE25193E (en) * 1957-08-16 1962-07-03 Method and apparatus for separating gaseous mixtures
US3086371A (en) * 1957-09-12 1963-04-23 Air Prod & Chem Fractionation of gaseous mixtures
US3210951A (en) * 1960-08-25 1965-10-12 Air Prod & Chem Method for low temperature separation of gaseous mixtures
US3609983A (en) * 1968-05-16 1971-10-05 Air Reduction Krypton-xenon recovery system and process
GB1425450A (en) * 1972-01-21 1976-02-18 Air Prod & Chem Air separation
DE2323941A1 (de) * 1973-05-11 1974-11-28 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von gasfoermigem sauerstoff
DE2557453C2 (de) * 1975-12-19 1982-08-12 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff
SU676829A1 (ru) * 1976-06-09 1979-07-30 Московское Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана Способ разделени воздуха на азот и кислород
DE2646690A1 (de) * 1976-10-15 1978-04-20 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer mischung von sauerstoff und wasserdampf unter druck
JPS5634784A (en) * 1979-08-30 1981-04-07 Riken Vitamin Co Ltd Stabilization of fat or oil
JPS5644577A (en) * 1979-09-19 1981-04-23 Hitachi Ltd Method of sampling pressurized nitrogen for air separator
JPS5680681A (en) * 1979-12-07 1981-07-02 Hitachi Ltd Air separator
US4410343A (en) * 1981-12-24 1983-10-18 Union Carbide Corporation Air boiling process to produce low purity oxygen

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Publication number Publication date
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US4560398A (en) 1985-12-24
JPS6367636B2 (ko) 1988-12-27
JPS6162776A (ja) 1986-03-31
ES544898A0 (es) 1986-06-01

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