KR930000533B1 - 공기분리방법 및 장치 - Google Patents

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마사유끼 다나까
데쓰오 이즈미찌
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가부시끼가이샤 고오베 세이꼬오쇼
가메다까 소기찌
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Abstract

내용 없음.

Description

공기분리방법 및 장치
제1도는 본 발명의 제1실시예를 실시하기 위해 사용하는 공기분리장치를 도시한 설명도.
제2도는 상기 제1실시예의 제2공정에 있어서의 장치를 도시한 설명도.
제3도는 제1도의 장치의 다른 태양을 도시한 설명도.
제4도는 제2실시예를 실시하기 위해 사용하는 공기분리장치를 도시한 설명도.
제5도는 제2실시예의 제2공정에 있어서의 장치를 도시한 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 주열교환기 3 : 정류류탑
4 : LN2탱크 5 : LO2탱크
9 : 저류탱크 11 : 원료공기압축기
31 : 하탑 32 : 상탑
33 : 주증화기 41,51,91 : 펌프
42,52,92 : 증발기 B : 순환경로(한냉발생수단)
본 발명은 원료공기에서 액체산소(LO2)나 액체질소(LN2)등을 분리회수하는 공기분리방법 및 장치에 관한 것이다. 종래부터 알려져 있는 공기분리방법을 예컨대 제1도에 도시한 장치에 의거하여 설명한다. 우선 원료공기압축기(11)에 의해 압축되고 흡착탑에 의해 원료공기중의 수분(H2O)탄산가스(CO2)등이 흡착제거되고 전처리된 잔여의 원료공기가 도관(110)을 통하여 심냉부(A)내의 주열교환기(2)에 보내진다. 이 주열교환기(2)로 상기 원료공기는, 그의 비점 가까이 까지 냉각된 후에 도관(111)을 통하여 정류탑(3)에 넣어진다. 이 정류탑(3)은 하탑(31)과, 상탑(32)과 이들 양자 사이에서 열교환을 행하는 주증화기(33)로 부터 구성되고 상기 주열교환기(2)에서의 원료공기는 우선 이 정류탑(3)의 하탑(31)하부에 넣어진다. 하탑(31)에 들어간 원료공기는 이 하탑(31)내를 상승하는 사이에 환류 LN2와 접촉하고 차츰 그의 N2농도가 높아지고 하탑(31)정보에서는 고순도(N2)로 된다. 이 N2는 도관(310)을 통하여 주증화기(33)에 들어가 상탑(32)의 LO2와 열교환하여 농축함으로써 LN2로 된다. 이 LN2는 그의 일부가 도관(400)을 통하여 LN2탱크(4)에 제품 LN2로서 보내지고 다른 일부가 과냉각기(34)가 개재된 도관(311)을 통하여 상탑(32)상부에 환류액으로서 공급되고 그리고 잔부가 하탑(31)정부에 환류액으로서 되돌려진다.
이 환류는 LN2는 하탑(31)을 내려가는 사이에 이 하탑(31)내를 상승하여 오는 원료공기와 접촉하여 O2가 40% 정도 함유되는 액체공기로 되서 모아진다. 그리고 이 액체공기는 하탑(31)저부에서 꺼내져서 도관(312)을 통하여 상탑(32)중부에 공급된다. 이 액체공기는 상탑(32)중부에서 아래쪽으로 흐르는 사이에 O2가 농축되어서 상탑(32)저부에는 고순도의 LO2가 고이고 이 LO2의 일부는 주증화기(33)로 N2와 열교환함으로써 증발하여 가스산소(이하 GO2라 함)로 되고 이것이 상탑(32)에서의 정류탑 상승가스로 되서 정류조각이 행하여 진다. 잔여의 LO2는 도관(500)을 통하여꺼내지고 LO2탱크 (5)에 저축된다. 한편, 상탑(32)정부에서는 고순도 N2가 꺼내지고 이 고순도 N2는 도관(321)을 통하여 주열교환기(2)에 보내지고 이 주열교환기(2)로 원료공기와 열교환된다. 이 주열교환기(2)로 원료공기를 냉각하여 가스환된 가스질소(이하 GN2라 함)는 그의 일부가 도관(322)을 통하여 전처리용 흡착탑(12a,12b)에 재생가스로서 보내지고 상기 흡착탑(12a,12b)은 이 재생가스에 의해 재생된다. 흡착탑 (12a,12b)의 재생용가스는 이 상탑(32)정부에서 꺼내진 고순도 N2의 외에 상탑(32)정부에서 조금 아래에서 저순도 N2를 꺼내고 이것을 흡착탑의 재생용가스로 사용하여도 좋다.
또 상기 GN2의 다른부는 도관(323)을 통하여 순환경로(B)의 저압순환 N2압축기(6a)에 보내지고 압축된 후에 고압순환화 N2압축기(6a)에 보내진다.
또 도관(313)을 통하여 꺼내진 순환 N2는 주열교환기(2)로 열교환한 후에 순환 N2경로(B)의 고압순환 N2압축기(6a)로 압축되고 순환동력이 부여된다. 이 순환 N2는 냉동기(7)나 팽창터어빈(8)에 의해 냉각되어서 도관(602,601)을 순환함과 동시에 그 일부가 도관(316)을 통하여 정류탑(3)의 하탑(31)상부에 한냉으로서 되돌려진다. 따라서 정류탑(3)에는 이 순환 N2을 통하여 상기 LN2,LO2의 분리정제를 위한 한냉이 수여된다. 또 도시하지는 않으나 심냉부(A)의 냉각을 위한 한냉도 상기 순환 N2에 의해 수여된다. 그리고 상기 공기분리장치는 일정의 조작압력으로 정상적으로 운전되고, 통상, 주초에서 주말가지는 주야로 상기 정상운전이 연속하여 행하여지고 일정량의 LO2나 LN2가 제품으로서 제조된다.
또 종래의 다른 공기분리방법으로서는 조(粗)아르곤탑을 별도로 설치하여 이것을 정류탑(3)의 상탑(32)에 접속하여 아르곤(Ar)도 합쳐서 회수하도록 한 것 등이 알려져 있다. 상기 공기분리방법에 있어서는 그 장치의 운전에 있어 순환경로(B)의 예컨대 순환 N2압축기(6a,6b)나 냉동기(7)만으로 정치전체의 전력사용량의 거의 75%가 소비되고 운전코스트의 대부분을 접하고 있다. 이 때문에 운전코스트의 저감화를 도모하기 위해 상기 순환경로(B)의 운전을 정지하는 등의 운전조작을 행하는 것이 생각되어 진다. 그런데, 이 순환경로(B)에서의 하냉의 공급은 공기분리에 불가결한이기 때문에 정지할 수는 없다. 그런데 우리나라에서는 야간의 전력사용량이 주간에 비해 제법 적고 야간 전력의 사용촉진을 위해 야간의 전력요금이 주간보다도 낮게 설정되어 있다. 이 때문에 상기 야간의 전력을 적극적으로 사용함으로써 운전코스트의 저감화를 도모하는 것이 요망된다.
그래서 공기분리장치의 운전을 야간만 행하고 주간은 정지하는 것이 생각된다. 그런데 정류탑에서의 정류가 일단 정지하면 정류탑내의 각조성 성분의 분포가 완전히 혼란되어 버려 재기동하여도 소정순도의 제품 LO2등을 안정하여 꺼내는데 까지의 1~2시간의 시간이 걸리기 된다. 이 때문에 이 사이의 운전에 요하는 전력이 매우 헛된 것으로 된다.
본 발명은 이와 같은 사정에 감안하여 이루어진 것이고 전력 사정등의 사회정세에 따라서 운전상태를 변화시킬 수가 있고 그 위에 효율좋게 제품 LO2등을 원료공기에서 분리 정제할 수 있고 운전코스트의 저감화를 도모할 수 있는 공기분리방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 청구항 1에서는 원료공기를 압축하는 원료공기 압축기와 압축된 원료공기를 냉각하는 주열교환기와 냉각된 원료공기에서 선택적으로 2종 이상의 조성성분을 그의 비점의 차를 이용하여 분리 정제하는 정류탑과, 이 정류탑에 한냉을 공급하는 한냉발생수단과 액상으로 분리된 조성성분을 종류별로 저류하는 탱크를 구비한 공기분리장치를 사용하는 공기분리방법에 있어서, 제1공정과 제2공정으로 이루어지고 상기 제1공정으로는 한냉발생수단을 작동시켜서 한냉을 발생시켜 이 한냉을 사용하여 정류탑으로 원료공기에서 2종류 이상의 조성성분을 분리 정제하고 얻어진 액사조성성분을 종류별로 탱크에 저류하고 다음에 상기 제2공정으로는 상기 한냉 발생수단의 작동을 정지시켜 상기 제1공정에서 저축된 복수의 액상 조성성분의 어느것인가 하나를 탱크에서 정류탑에 한냉으로서 공급하고 이 한냉을 사용하여 정류탑에서의 분리 정제를 행하도록 구성하였다. 청구항 2에서는 원료공기를 압축하는 원료공기 압축기와 압축된 원료공기를 냉각하는 주열교환기와 냉각된 원료공기에서 선택적으로 2종 이상의 조성성분을 그의 비점의 차를 이용하여 분리 정제하는 정류탑과 이 정류탑에 한냉을 공급하는 한냉발생수단과 정류탑에서의 분리 정제의 도중단계에서 발생하는 액상의 중간정제물은 저류하는 탱크를 구비한 공기분리장치를 사용하는 공기분리방법이고 제1공정과 제2공정으로 부터 이루어지고 상기 제1공정으로는 한냉발생수단을 작동시켜서 한냉을 발생시켜 이 한냉을 사용하여 정류탑으로 분리 정제를 행함과 동시에 상기 액상의 중간 정제물을 정류탑에서 꺼내고 탱크의 저류하고 다음에 상기 제2공정으로는 상기 한냉발생수단의 작동을 정지시켜 상기 제1공정으로 저류된 액상중간정제물을 탱크에서 정류탑에 한냉으로서 공급하고 이 한냉을 사용하여 조성성분의 분리정제를 행하도록 구성하였다.
청구항 3으로는 청구항 2의 방법을 실시하기 위한 공기분리장치를 공기압축기와 이 공기압축기에 의해 꺼내진 원료공기를 냉각하는 주열교환기와 냉각된 원료공기에서 선택적으로 2종 이상의 조성성분을 분리하는 정류탑과 이 정류탑에 한냉을 공급하는 한냉발생수단과 상기 정류탑에서의 분리 정제의 도중단계에서 발생하는 액상의 중간정제물을 저류하는 탱크를 가지고 이 탱크와 상기 정류탑과는 도관에 의해 상기 액상 중간정제물이 서로의 사이에서 가역적으로 이송가능하게 접속되고, 상기 도관 또는 탱크에는 이 탱크에서 정류탑에 상기 액상 중간 정제물을 이송하는 이송수단이 설치되어 있도록 구성하였다. 상기 청구항 1의 구성에 의하면 제1공정으로 분리 정제한 액상 조성성분을 제2공정으로 한 냉원으로서 사용함으로써 이 제2공정으로는 순환경로의 작동을 정지할 수가 있고 예컨대 상기 제1의 공정을 전력요금이 염가인 야간, 제2공정을 주간에 각각 행함으로써 주간도 순환경로를 작동시켜서 정상운전시키는 종래의 방법과 비하여 동력비용인 전력비용은 저감된다.
또 청구항 2의 방법에 의하면 청구항 1에서의 액상 조성성분의 대신에 액상 중간 정제물을 제1공정에서 꺼내고 이 액상 중간정제물 제2공정에서의 한냉원으로서 사용하고 있기 때문에 이 제2공정에 있어서도 상기 액상 조성성분의 꺼내기를 행할 수가 있고 또 상기 액상 중간 정제물은 분리의 도중단계에서 생성되는 것이기 때문에 제1공정에서 원료공기에서의 분리때문에 사용되는 냉열에너지는 청구항 1의 경우와 비해 적다.
청구항 3의 장치에 의하면 액상 중간 정제물을 정류탑에서 꺼내어 저류탱크에 저축하고 또한 이 저류탱크에서 상기 액상 중간 정제물을 상기 정류탑에 역공급할 수가 있기 때문에 상기 청구항 2의 방법을 확실하게 실시할 수가 있다.
제1도에는 본 발명에 있어서의 공기분리방법의 제1실시예를 실시하는 공기분리장치가 도시된다. 이 공기분리장치는 공기압축기(11)와 원료공기를 전처리하는 한쌍의 흡착탑(12a,12b)과, 원료공기를 냉각하는 주열교환기(2)와 원료공기에서 LN2및 LO2를 분리하는 정류탑(3)과 한냉을 발생, 공급하는 순환경로(한냉발생수단)(B)와 제품 L2를 저축하는 LN2탱크(4)와 제품 LO2를 저축하는 제품 LO2탱크(5)로 부터 기본 구성되어 있다.
상기 전처리용 흡착탑(12a,12b)은 한쪽의 흡착탑(12a)으로 원료공기에서 수분(H2O)및 탄산가스(CO2)를 흡착제거하는 사이에 다른쪽의 흡착탑(12b)이 정류탑(3)에서의 GN2에 의해 재생되도록 구성되어 있다. 이것은 정류탑(3)의 상탑 (32)의 정부에서 조금 아래의 저순도의 GN2를 발출하고 재생용으로서 사용하여도 좋다.
상기 공기압축기(11)는 상기 전처리용 흡착탑(12a,12b)이 개재된 도관(110)에 의해 주열교환기(2)와 접속되고 이 주열교환기(2)는 도관(111)에 의해 정류탑(3)의 하탑(31)하부와 접속된다. 주열교환기(2)에서 그의 액화온도부근까지 냉각된 원료공기는 도관(111)에 의해 하탑(31)하부에 도입된다. 상기 정류탑(3)은 하탑(31)과 상탑(32)과 이들 사이에 설치된 주증화기(33)로 부터 구성된다. 하탑(31)정부와 주증화기(33)정부와는 도관(310)에 의해 서로 접속되고 주증화기(33)하부와 하탑(31)정부와는 도관 (309)에 의해 서로 접속되어 있다. 상기 하탑(31) 정부에는 팬(35)이 설치되고 이 팬 (35)에는 도관(311)의 일단과 도관(400)의 일단이 접속되어 있다. 이 도관(400)의 타단은 제품 LN2탱크(4)와 접속되고 상기 도관(311)의 타단은 과냉각기(34)를 개재하여 상탑(32)상부와 접속되어 있다.
또 상기 도관(311)의 하탑(31)과의 접속부의 하측에는 도관(313)의 일단이 접속되어 있다. 이 도관(313)의 타단은 주열교환기(2)측으로 도관(314)과 도관(315)과의 2개로 분기하고 이들 2개의 도관(314,315)은 주열교환기(2)에 통하게 된후 도관(314)은 순환경로(B)의 제1저온열교환기(62)와 제2저온열교환기(63)와의 사이에서 도관 (602)에 접속되어 있다. 또 도관(315)은 예냉기(61)와 고압순환 N2압축기(6a)와의 사이에서 도관(602)에 접속되어 있다.
또한 하탑(31)저부와 상탑(32)중부와는 과냉각기(34)를 개재한 도관(312)에 의해 서로 접속되어 있다. 상탑(32)정부는 과냉각기(34)를 개재한 도관(321)에 의해 주열교환기(2)와 접속되고 이 도관(321)은 주열교환기(2)를 통한 후 도관(322)과 도관 (323)과의 2개로 분기하고 이 도관(322)의 하류끝은 전처리용 흡착탑(12a,12b)까지 인도하고, 또 상기 도관(323)의 하류끝은 저압순환 N2압축기(6b)의 입구측과 접속되어 있다.
또 상탑(32)저부에는 도관(500)의 일단이 접속되고 이 도관(500)의 타단은 LO2탱크(5)와 접속되어 있다. 도관(400)및 도관(500)에는 펌프(이송수단)(41,51)가 설치되고 이 펌프(41,51)의 작동에 의해 탱크(4,5)에 저류된 LO2또는 LN2가 도관(400 ,500)을 통하여 정류탑(3)에 역으로 공급된다. 또 상기 도관(400,500)에는 상기 펌프(41,51)의 입구측과 출구측으로 연결하는 바이패스(411,511)가 형성되고 이 바이패스(411,511)를 통하여 정류탑(3)으로 분리정제된 LO2나 LN2가 탱크(4,5)에 저류된다.
상기 펌프(41,51)에 의한 역공급과 바이패스(411,511)에 의한 저류와는 도시하지 않은 밸브의 조작에 의해 절환된다.
순환경로(B)는 저압순환 N2압축기(6b)와 고압순환 N2압축기(6a)와 냉동기(7)및 냉각기(71)로 팽창터어빈(8)과 예냉기(61)와 제1 및 제2의 저온열교환기(62,63)로 부터 구성된다. 상기 냉각기(71)는 여기에 냉동기(7)에서 프론등의 냉매가 순환되도록 구성되어 있다. 고압순환 N2압축기(6a)의 출구에 도관(601)의 일단이 접속되고 이 도관(601)은 예냉기(61), 냉각기(71)및 제1저온열교환기(62)에 통하여 팽창터어빈(8)의 입구측에 접속되어 있다. 이 팽창터이빈(8)의 출구측에는 도관(602)의 일단이 접속되고 이 도관(602)은 제2저온열교환기(63)제1저온열교환기(62)및 예냉기(61)에 통하여서 사이 고압순환 N2압축기(6a)의 입구측과 접속되어 있다.
상기 도관(601)은 팽창터어빈(8)의 앞에서 분기하고 이 도관(601)에서 분기한 도관(316)은 제2저온열교환기(63)에 통하게 된후, 정류탑(3)의 하탑(31)상부에 접속되어 있다. 또 상기 고압순환 N2압축기(6a)의 입구측의 도관(602)에는 저압순환 N2압축기(6b)의 출구측에 그의 일단이 접속된 도관(600)의 타단이 저비속되어 있다.
다음에, 상기 구성의 공기분리 장치에 의한 프로세스를 설명한다. 이 프로세스로는 제1공정과 제1공정으로부터 구성되는 1사이클이 반복 행하여져 우선 제1공정을 야간 다음에 제2공정을 주간에 각각 행하므로써 상기 1사이클이 1일에 행하여진다.
상기 제1공정으로는 순환경로(B)의 순환 N2에 의한 한냉을 사용하여 제품 LO2및 제품 LN2의 분리 정제가 행하여지고 제2공정으로는 LN2탱크(4)에서 정류탑(3)으로 역공급되는 제품 LN2에 의한 한냉을 사용하여 제품 LO2의 분리정제가 행하여진다. 이것에 의해 제1공정으로는, LN2의 1일의 총생산량이 예컨대24000N㎥인 경우에 LN2의 생산량이 2000㎥/h로 되도록 운전하여 LN2를 야간의 12시간으로 24000N㎥ 생산하여 LN2탱크(4)에 저장한다.
상기 제1공정으로 도관(400,500)에 있어서의 펌프(41,51)는 정지됨과 동시에 그의 유로는 바이패스(411,511)를 지나도록 절환된다. 그리고 공기압축기(11)및 순환경로(B)의 순환 N2압축기(6)등이 소정의 조작압력으로 작동되고 종래의 프로세스와 기본적으로는 같은 프로세스에 의해 LO2와 LN2가 분리 정제된다. 이 제1공정의 프로세스를 제1도에 의거하여 설명한다.
우선 공기압축기(11)에 의해 압축된 원료공기는 흡착탑(12a)에 의해 원료공기중의 H2O 및 CO2등이 흡착제거되어, 전처리된 남어지의 원료공기가 심냉부(A)내의 주열교환기(2)에 도관(110)을 통하여 보내진다. 이 주열교환기(2)로 상기 원료공기는 그의 비점 가까이 까지 냉각된 후에 도관(111)을 통하여 정류탑(3)의 하탑(31)에 넣어진다. 하탑(31)에 들어간 원료공기는 이 하탑(31)내를 상승하는 사이에 환류 LN2와 접촉하고 차츰 그의 N2농도가 높아져서 하탑(31)정부로는 고순도 N2로 된다. 이 N2는 도관(310)을 통하여 주증화기(33)에 들어가 상탑(32)의 LO2와 열교환하여 응측함으로써 LN2로 된다. 이 고순도의 LN2는 그의 일부가 도관(400) 및 바이패스(411)을 통하여 LN2탱크(4)에 제품 LN2로서 보내지고 다른 일부가 도관(311)을 통하여 상탑(32)정부에 환류액으로서 공급되고, 그리고 잔부가 하탑(31)의 환류액으로 된다.
또는 하탑(31)정부의 가스질소의 일부가 도관(313)을 통하여 순환 N2로서 꺼내진다. 이 환류액은 하탑(31)을 내려가는 사이에 이 하탑(31)내를 상승하여 오는 원료공기와 접촉하여 O2농도가 높아지고 이 하탑(31)저부에 O2가 40% 정도 함유되는 액체공기로 되어서 고여진다. 그리고 이 액체공기는 하탑(31)저부에서 꺼내져서 상탑(32)중부에 도관(312)을 통하여 공급된다.
이 액체공기는 상탑(32)중부에서 아래쪽으로 흐르는 사이에 O2가 농축되어서 상탑(32)저부에는 고순도의 LO2에 고이고, 이 LO2의 일부는 주증화기(33)으로 N2와 열교환하여 LO2는 증발하여 GO2로 되고, 이것이 상탑(32)에서의 정류탑 상승가스로 되서 정류조작이 행하여진다. 남어지의 LO2는 도관(500)및 바이패스(511)를 통하여 꺼내지고 LO2탱크(5)로 저축된다.
한편, 상탑(32)정부에서는 고순도 N2가 꺼내지고, 이 고순도 N2는 도관(321)을 통하여 주열교환기(2)에 보내진다. 이 주열교환기(2)로 원료공기를 냉각함으로써 가열된 GN2는 일부가 재생가스로서 도관(322)을 통하여 전처리용 흡착탑(12a,12b), 잔부가 순환 N2로서 도관(323)을 통하여 저압순환 N2압축기(6b)에 각각 보내진다. 그리고 저압순환 N2압축기(6b)로 압축된 순환 N2는 도관(600)및 도관(602)을 통하여 고압순환 N2압축기(6a)에 보내진다. 또 도관(313)에 의해 꺼내진 순환 N2는 주열교환기 (2)로 원료공기를 냉각한 후, 도관(314)및 도관(315)에 의해 순환경로(B)의 도관(602)에 합류되고 그리고 고압순환 N2압축기(6a)에 보내진다. 상기 순환 N2는 고압순환 N2압축기(6a)로 압축된 후 도관(601)을 흐름으로써 예냉기(61), 냉각기(71)및 제1저온열교환기(62)로 냉각되고, 그의 일부가 도관(316)에 의해 제2저온열교환기 (63)에 지나게됨으로써 액화되고, 이 LN2가 정류탑(3)의 하탑(31)상부에 한냉으로 하여 상기 도관(316)을 통하여 공급된다. 제2저온열교환기(63)의 앞에서 분기한 순환 N2의 잔부는 팽창터어빈(8)으로 단열팽창되어서 온도가 내린후, 도관(602)을 흘러서 제2저온열교환기(63), 제1저온열교환기(62)및 예정기(61)에서의 한냉원으로서 보내진다. 이들의 열교환기(63,62,61)로 열교환되어서 상온으로된 순환 N2는 다시 고압순환 N2압축기 (6a)로 압축되어서 도관(601)에 순환된다.
상기 프로세스에 의해 제1공정으로는 순환경로(B)에서 공급되는 한냉에 의해 원료공기에서 소정량의 LN2와 LO2가 분리 정제되어서 LN2탱크(4)나 LO2탱크(5)에 저류된다.
제2공정에서는 분리 정제를 행할 수 있는 최저한의 운전상태인 정류탑(3)의 감량한계에 대응시켜서 원료공기 압축기(11)가 감량운전되고 또 순환경로(B)의 순환 N2압축기(6a,6b), 냉동기(7)및 팽창터어빈(8)의 운전이 정지됨과 동시에 도관(400)이 역공급측으로 절환되어서 펌프(41)가 작동된다. 이 제2공정의 프로세스를 제2도에 의거하여 설명한다. 원료공기 압축기(11)에 의해 취입된 원료공기가 전처리용 흡착탑(12a, 12b)으로 전처리되고, 전처리된 원료공기가 주열교환기(2)로 냉각되어서 정류탑(3)의 하탑(31)하부에 보내진다. 정류탑에서의 프로세스는 제1공정과 기본적으로는 같지만 하탑(31)상부에는 주증화기(33)에서 발생한 LN2가 완류됨과 동시에 탱크(4)내의 LN2가 펌프(41)의 작동에 의해 도관(400)을 통하여 되돌려진다. 그리고 이 제2공정으로는 도관(313)을 통하여 하탑(31)에서의 순환 N2의 꺼내기와, 도관 (316)을 통해서의 한냉으로서의 순환 N2도입이 정지된다(제2도의 파선참조). 따라서 이 제2공정으로는 도관(316)에서의 순환 N2의 대신에 도관(400)에서의 제품 LN2가 한냉원으로서 사용된다. 그리고 이 한냉에 의해 분리 및 액화된 LO2가 도관(500)및 바이패스(511)를 통하여 LO2탱크(5)에 저류된다. 또 상기 제품 LO2은 한냉으로서 이용되어서 가스화하고, 이 GN2는 제품으로서 꺼내지고 또는 폐가스로서 대기중에 방출된다.
상기 구성의 공기분리 방법에 있어서, 제2공정으로는 비교적 대전력을 소비하는 순환경로(B)의 작동이 정지되어 있기 때문에 이분만 종래의 공기분리 방법과 비하여 주간의 전력 사용량을 적게할 수가 있다. 즉 상기 순환경로(B)에 있어서의 순환 N2압축기(6a,6b)및 냉동기(7)의 작동에 요하는 전력은 통상, 공기분리장치의 거의 75%를 점유하고 있기 때문에 이들을 정지함으로써 전력 사용량은 종래의 정상 운전의 경우의 15%로 끝난다. 또 원료공기 압축기(11)가 감량운전되어 있기 때문에 2분만 상기 주간의 전력 사용량을 보다 작게할 수가 있다.
그위에 전력요금이 주간보다 염가인 야간의 전력을 사용하여 제1공정을 행하고 있기 때문에, 주간도 야간도 연속하여 순환경로(B)나 원료공기 압축기(11)를 정상운전시키는 종래방법과 비하여 1사이클의 운전으로 사용하는 총전력량중 염가인 야간의 전력의 사용비율이 크게되고, 이것에 의해 LN2나 LO2의 제조에 있어서의 운전코스트의 저감화를 도모할 수가 있다.
또 상기 제1실시예에 있어서 LN2의 제조량은 그의 최대량이 정류탑등의 분리 정제능력에 의해 결정되기 때문에 제1공정에서의 LN2의 제조량을 상기 제조능력 이상으로 증가하는데는 설비를 증대시킬 필요가 있고, 이것에 의해 설비비용이 증가하게 된다.
이 때문에 이 제1실시예의 제1공정으로의 LN2의 제조량은 상기 설비비용의 증가분과 운전비용의 감분을 비교교량하여 설정하는 것이 바람직하다.
또 상기 제1실시예로는 제1공정으로 LN2를 여잉으로 제조하고, 제1공정으로 상기 LN2를 한냉으로서 정류탑(3)에 역공급하고 있으나 여기에 한정되지 않고 예컨대 제1공정으로 LO2를 여잉으로 제조하고 제2공정으로 이 LO2를 펌프(51)를 작동함으로써 정류탑(3)에 한냉으로서 역공급하도록 하여도 좋다. 이 경우의 제2공정으로는 LN2가 제조되어서 LN2가 탱크(4)가 저류된다.
또 상기 실시예로는 제품으로서 LN2나 LO2를 제조하는 경우를 표시하고 있으나 여기에 한정되지 않고 예컨대 제2공정 또는 제1및 제2의 한쌍의 공정으로 LN2또는 LO2에 가하여 GN2나 GO2등을 제품으로서 꺼내도록 하여도 좋다.
또한 예컨대 조바탑등을 정류탑(3)에 접속하여 Ar도 제조하도록 하여도 좋다.
또한 상기 실시예에서는 LN2탱크(4)나 LO2탱크(5)에서 정류탑(3)에 LN2등을 역공급하는 수단으로서 도관(400,500)에 펌프(41,51)를 설치하고 있으나 여기에 한하지 않고 예컨대 제3도에 도시한 바와 같이 LN2탱크(4)등에 상하부를 연결하는 도관 (410,510)을 설치하여 이 도관(410,510)에 증발기(이송수단)(42,52)를 설치하여, 이 증발기(42,52)의 작동에 의해 LN2탱크(4)나 LO2탱크(5)등의 내압을 높이고, 이 내압에 의해 저류된 LN2등을 정류탑(3)에 역공급하도록 하여도 좋다. 제4도에는 공기분리 방법의 제2실시예를 실시하기 위한 장치가 도시되어 있다. 이 장치를 제1도에 도시한 제1실시예에서 사용하는 정치에 정류탑(3)으로의 분리정제 과정에서 생기는 O2와 N2와의 액상의 혼합물인 중간정제물(액체 중간정제물)을 정류탑(3)중부에서 꺼내는 도관 (900)과 상기 액체 중간 성분을 저류하는 저류 탱크(9)가 부가된 것이다.
즉 정류탑(3)의 하탑(31)중부에 도관(900)의 일단이 접속되고, 이 도관(900)의 타단은 상기 저류탱크(9)와 접속되어 있다. 이 도관(900)에는 펌프(이송수단)(91)이 설치됨과 동시에 이 펌프(91)의 입구측과 출구측을 연결하는 바이패스(911)가 설치되어 있다. 상기 도관(900)은 정류탑(3)에서 꺼낸 액체중간 성분의 저류탱크(9)로의 저류와 저류된 액체중간 성분의 정류탑(3)으로의 역공급이 절환가능하게 구성되고, 이것에 의해 저류측에 절환되었을때에는 도관(900)은 바이패스(911)와 연통되어 역공급측에 절환되었을때에는 상기 도관(900)은 펌프(91)와 연통된다.
상기 구성의 공기 분리 장치에 의한 제2실시예에 있어서의 프로세스를 설명한다. 이 프로세스는 제1실시예와 같이 1사이클이 제1공정과 제2공정으로부터 구성되고, 우선 제1공정이 야간, 다음에 제2공정이 주간에 각각 행하여 짐으로서 1사이클이 1일로 행하여지는 것이다. 상기 제1공정을 제4도에 의거하여 설명한다.
이 제1공정으로는 제1실시예의 제1공정과 같이 원료공기 압축기(11)및 순환경로(B)가 작동되고, 이 순환경로(B)에서 공급되는 순환 N2를 한냉원으로서 정류탑(3)으로는 LN2와 LO2가 원료공기에서 분리 정제되고 이들 LN2및 LO2가 도관(400 및 500)을 통하여 탱크(4,5)에 저류된다. 이와 동시에 정류탑(3)의 하탑(31)중부에서 도관 (900)을 통하여 액체중간 성분이 꺼내지고 이 액체 중간 성분은 저류탱크(9)에 저류된다.
제2공정에서는 제5도에 파선으로 도시한 바와 같이 순환경로(B)의 운전을 제1실시예와 같이 정지시킴과 동시에 원료공기 압축기(11)를 감량운전시킨다. 그리고 도관 탱크(900)를 역공급측으로 절환하고, 펌프(91)를 작동시킴으로써 저류탱크(9)내의 액체중간 성분을 상기 도관(900)을 통하여 정류탑(3)의 하탑(31)에 역공급 제5도의 화살표 참조)한다. 정류탑(3)으로는 이 역공급된 액체 중간성분을 한냉원으로서 원료공기에서 LN2및 LO2의 분리 정제가 행하여지고 이 LN2및 LO2가 탱크(4,5)에 저류된다.
상기 구성의 제2실시예에 있어서는 제1실시예와 같이 제1공정으로 비교적 대전력을 소비하는 순환경로(B)의 작동이 정지됨과 동시에 원료공기 압축기(11)도 감량운전되고 있기 때문에 이분만 종래의 공기분리 방법과 비교하여 주간의 전력 사용량이 작아진다. 그위에 전력요금이 주간보다 염가인 야간의 전력을 사용하여 제1공정을 행하고 있기 때문에 주간도 야간도 연속하여 순환경로(B)나 원료공기 압축기(11)를 정상 운전시키는 종래방법에 비하여 1사이클로 필요로 하는 전력비용을 적게할 수가 있고 그것에 의해 LN2나 LO2의 제조때에 운전코스트의 저감화를 도모할 수가 있다.
또, 제1실시예에서는 제1공정에서 분리한 LN2를 제2공정에서 한냉원으로서 이용하여 LO2만 제조되고, 상기 LN2를 한냉으로서 이용한 후에 발생하는 비교적 대량의 GN2는 이용되지 않은대로 방출되는 염려가 있다. 여기에 대하여 제2실시예로는 제2공정에서 액체중간 성분을 정류탑(3)의 하탑(31)에 역공급하고 있기 때문에 이 액체중간성분을 한냉원 및 원료로서 유효하게 이용할 수가 있다. 이것에 의해 이 제2실시예로는 제1공정 및 제2공정의 쌍방으로 LN2및 LO2를 각각 제품으로서 꺼낼 수가 있다.
또한 LN2를 제품으로서 꺼내는 경우, 한냉은 일반적으로 원료공기에서 N2의 분리와 그의 액화와의 2개로 이용된다. 제1실시예로는 원료공기에서 분리 및 액화된 LN2를 제2공정에서의 한냉으로서 사용하기 때문에 상기 GN2를 대기중에 방출하면 상기 LN2의 제조시의 액화에 요한 에너지는 회수되지만 분리에 의한 에너지는 회수되지 않은대로 헛되게 사용된 것으로 된다.
여기에 대하여, 제2실시예로는 분리의 도중 단계의 액체중간 성분을 제2공정에서의 한냉으로서 사용되기 때문에, 분리를 위해 사용된 에너지는 제1실시예와 비교하여 작고, 이분만 회수되지 않고 사용되는 에너지는 저감할 수가 있고, 에너지의 유효 이용을 도모할 수가 있다.
또 제1실시예로는 제1공정으로 제조한 LN2를 제2공정에서 한냉으로서 사용하기 위해 1사이클당의 LN2의 제조량에 한도가 있고 1사이클 당으로 제조할 수가 있는 LN2와 LO2와의 비율이 있는 범위로 제한된다. 제1공정으로 제조한 LO2를 제2공정에서 한냉으로서 사용하는 경우에도 같이 비율은 어떤 범위로 제한된다.
여기에 대하여 제2실시예로는 LN,LO2및 액체중간 성분의 제조비율을 자유로 설정할 수가 있기 때문에 제1실시예와 같이 제한되는 일은 없다.
또 이 제2실시예의 방법 및 그 장치에 있어서도 제1실시예와 같이 LAr등을 합쳐서 분리 정제하도록 구성하든지 제품으로서 GN2등을 꺼내도록 구성하든지 하여도 좋다.
또 저류탱크(9)에서 액체중간성분을 정류탑(3)에 역공급하는 수단으로서 펌프(91)외에 제1실시예와 같이 증발기(92)(이송수단 : 제3도 참조)를 저류탱크(9)에 부설하여 이 저류탱크(9)의 내압을 상승시키도록 하여도 좋다. 또한 제4도에 도시한 장치로는 액체중간 성분을 하탑(31)중부에서 꺼내고 있으나 여기에 한하지 않고, 예컨대 하탑(31)저부의 액체를 액체중간 성분으로서 꺼내도록 도관(900)의 일단을 하탑(31)저부와 접속시켜서 장치를 구성하여도 좋다.
또 상기 제1 및 제2의 실시예로는 제1공정을 야간, 제2공정을 주간에 각각 행하여지고 있으나 여기에 한하지 않고, 예컨대 1일 또는 1주간 중에서 시간대 또는 요일등으로 전력 요금이 다른 경우에 제1공정을 전력요금이 싼 시간대 또는 요일, 제2공정을 전력요금이 비싼 시간대 또는 요일에 각각 행하게 하면 좋다.
본 발명의 청구항 1의 공기 분리방법에 의하면, 제1공정으로 분리정제한 액체조성 성분을 제2공정으로 한냉원으로서 사용함으로써 이 제2공정으로는 순환경로의 작동을 정지킬 수가 있고, 예컨대 상기 제1공정을 전력 요금이 염가인 야간, 제2공정을 주간에 각각 행하고, 1사이클을 1일로 행함으로써, 야간도 주간도 순환경로를 작동시켜서 정상운전시키는 종래의 방법과 비하여 동력비용인 전력비용을 저감시킬 수가 있다. 따라서 상기 제1공정과 제2공정을 조합함으로써 전력사정등의 사회정세에 따라서 운전상태를 변화시켜서 운전코스트, 나아가서는 제품 LN2등의 제조코스트의 저감화를 도모할 수가 있다.
또 청구항 2의 공기분리 방법에 의하면 청구항 1에서의 액체조성 성분대신에 액체중간 성분을 제1공정에서 꺼내고 이 액체 중간성분을 제2공정에서의 한냉원으로서 사용하고 있기 때문에 이 제2공정에 있어서도 상기 액체조성 성분의 꺼내기를 행할 수가 있고 또 상기 액체중간 성분은 분리의 도중단계에서 생성되는 것이기 때문에 제2공정에서 한냉원으로 되는 성분을 원료공기에서 분리하기 위해 제1공정에서 사용되는 냉열에너지를 청구항 1의 방법과 비하여 적게할 수가 있고 한냉이용의 효율화를 도모할 수가 있다.
청구항 3의 공기분리장치에 의하면 액체중간 성분을 정류탑에서 꺼내서 저류탱크에 저축하고 또한 이 정류탱크에서 상기 액체중간 성분을 상기 정류탑에 역공급할 수가 있기 때문에, 상기 청구항 2의 방법을 확실하게 실시할 수가 있다.

Claims (3)

  1. 원료공기를 압축하는 원료공기 압축기(11)와, 압축된 원료공기를 냉각하는 주열교환기(2)와, 냉각된 원료공기에서 선택적으로 2종 이상의 조성성분을 그의 비점의 차를 이용하여 분리정제하는 정류탑(3)과, 이 정류탑에 한냉을 공급하는 한냉발생수단(B)과, 액상으로 분리된 조성성분을 종류별로 저류하는 탱크(4,5)를 구비한 공기분리장치를 사용하는 공기분리방법에 있어서, 제1공정과 제2공정으로 이루어지고, 상기 제1공정에서는 한냉발생수단(B)을 작동시켜서 한냉을 발생시켜, 이 한냉을 사용하여 정류탑 (3)으로 원료공기에서 2종류 이상의 조성성분을 분리 정제하고 얻어진 액상 조정성분을 종류별로 탱크(4,5)에 저류하고, 다음에, 상기 제2공정에서는 상기 한냉발생수단(B)의 작동을 정지시켜 상기 제1공정에서 저축된 복수의 액상조성성분의 어느 1개를 탱크(4 ,5)에서 정류탑(3)에 한냉으로서 공급하고, 이 한냉을 사용하여 정류탑(3)에서의 분리정제를 행하는 것을 특징으로 하는 공기분리방법.
  2. 원료공기를 압축하는 원료공기 압축기(11)와, 압축된 원료공기를 냉각하는 주열교환기(2)와 냉각된 원료공기에서 선택적으로 2종 이상의 조성성분을 그의 비점의 차를 이용하여 분리정제하는 정류탑(3)과, 이 정류탑에 한냉을 공급하는 한냉발생수단(B)과, 정류탑(3)에서의 분리 정제의 도중단계에서 발생하는 액상의 중간정제물을 저류하는 탱크(9)를 구비한 공기분리장치를 사용하는 공기분리방법으로서, 제1공정과 제2공정으로 이루어지고 상기 제1공정에서는 한냉발생수단(B)을 작동시켜서 한냉을 발생시켜 이 한냉을 사용하여 정류탑(3)으로 분리정체를 행함과 동시에 상기 액상의 중간정제물을 정류탑(3)에서 꺼내고 탱크(9)에서 저류하고 다음에 상기 제2공정에서는 상기 한냉발생수단(B)의 작동을 정지시켜 상기 제1공정으로 저류된 액상 중간 정제물을 탱크(9)에서 정류탑(3)에 한냉으로서 공급하고, 이 한냉을 사용하여 조성성분의 분리 정제를 행하는 것을 특징으로 하는 공기분리방법.
  3. 공기압축기(11)와 이 공기 압축기(11)에 의해 취입된 원료공기를 냉각하는 주열교환기(2)와 냉각된 원료공기에서 선택적으로 2종 이상의 조성성분을 분리하는 정류탑(3)과, 이 정류탑(3)에 한냉을 공급하는 한냉발생수단(B)과 상기 정류탑(3)에서의 분리정제의 도중 단계에서 발생하는 액상의 중간정제물을 저류하는 탱크(9)를 가지고, 이 탱크(9)와 상기 정류탑(3)과는 도관(900)에 의해 상기 액상중간 정제물이 서로의 사이에서 가역적으로 이송가능하게 접속되고, 상기 도관(900)또는 탱크(9)에는 이 탱크(9)에서 정류탑(3)에 상기 액상 중간 정제물을 이송하는 이송수단(91,92)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기분리장치.
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