KR960013416A - 질소의 제조를 위한 공기 분리 방법 및 장치 - Google Patents

질소의 제조를 위한 공기 분리 방법 및 장치 Download PDF

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래리 알. 카셋트
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Abstract

증류탑의 탑저물로서 생성된 산소 풍부 액체를 부분적으로 기화시키고 상분리시키는, 질소의 제조를 위한 공기 분리 방법 및 장치를 제공한다. 상기 증기상을 팽창시켜, 상기 액체상이 감압된후에 상부 응축기내로 도입되어 상기 증류탑으로의 환류를 응축시키는 동안 냉각을 제공한다. 한편으로, 상기 산소 풍부 액체의 일부를 충분히 기화시키고 이어서 팽창시켜 냉각을 제공할수 있다. 상기와 같은 경우, 상기 산소 풍부 액체의 또다른 부분을 사용하여 상기 증류탑으로의 환류를 응축시킬수 있다. 분리할 공기의 부분을 상기 기화시킬 산소 풍부 액체에 반하여 액화시키고 이어서 상기 증류탑의 하부내로 도입시켜, 모든 산소 풍부 액체 스트림이 상기 탑으로의 환류의 응축에 사용되는 경우 수득되는 수준의 생산 및 순도를 유지시킨다.

Description

질소의 제조를 위한 공기 분리 방법 및 장치
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음
제1도는 본 발명의 방법 및 장치에 따라 작동되는 공기 분리 장치의 도식적인 예시도이다.
제2도는 제1도의 또다른 실시태양을 예시하며, 이때 동일한 기능을 수행하는 구성성분 및 스트림에 대해서는 제1도의 도면부호를 사용한다.

Claims (14)

  1. 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물을 생성시키는 증류탑, 및 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시킨는 상부 응축기를 사용하는 저온 정류 공정에 의해 공기를 분리시킴을 포함하는, 질소 생성물의 제조를 위한 공기 분리 방법에 있어서, 상기 저온 정류 공정이 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키는 단계; 상기 산소 풍부 액체 스트림을 액체와 증기상으로 분리시키는 단계; 상기 액체상으로 구성된 액체상 스트림을 팽창시켜 상기 액체상 스트림과 상기 질소 풍부 증기 탑상물 간에 온도차를 발생시키고 상기 액체상 스트림을 냉각제 스트림으로서 상기 상부 응축기내로 도입시켜 상기 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 상기 냉각제 스트림으로 열을 전달시키고, 상기에 의해 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는 단계; 상기 증기상으로 구성된 증기상 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 상기 저온 정류 공정을 적어도 부분적으로 냉각시키는데 사용되는 냉매 스트림을 생성시키는 단계; 및 상기 증류탑에서 상기 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분으로부터 생성물 스트림을 추출하여 상기 질소 생성물을 제조하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 상기 분리할 공기의 일부와 간접적으로 열 교환시킴으로써 부분적으로 기화시켜 상기 분리할 공기의 상기 부분을 액화시키고; 상기 분리할 공기의 상기 부분을 중간 환류로서 상기 증류탑내로 도입시켜 상기 생성물 스트림의 생성을, 전체 산소 풍부 액체 스트림이 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는데 사용되는 경우 수득되는 수준에서 유지시키고; 상기 산소 풍부 액체 스트림의 상기 부분적인 기화전에, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 팽창시켜 상기 공기의 상기 부분과 상기 산소 풍부 액체 스트림간에 상기 간접적인 열 교환을 위한 온도차를 발생시키는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 증류탑으로부터 증기 스트림을 회수하는 단계; 상기 증기 스트림을 상기 증기 스트림과 상기 산소 풍부 스트림간의 추가의 간접적인 열 교환에 의해 응축시키는 단계; 및 상기 증기 스트림을 추가의 환류로서 상기 중간 환류보다 위에서 상기 증류탑내로 다시 도입시키는 단계를 또한 포함하는 방법.
  4. 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물을 생성시키는 증류탑, 및 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시키는 상부 응축기를 사용하는 저온 정류 공정에 의해 공기를 분리시킴을 포함하는, 질소 생성물의 제조를 위한 공기 분리 방법에 있어서, 상기 저온 정류 공저이 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 제1 및 제2부분 스트림으로 분할시키는 단계; 상기 제1부분 스트림을 팽창시켜 상기 제1부분 스트림과 상기 질소 풍부 증기 탑상물 간에 온도차를 발생시키고 상기 제1부분 스트림을 냉각제 스트림으로서 상기 상부 응축기내로 도입시켜 상기 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 상기 냉각제 스트림으로 열을 전달시키고, 상기에 의해 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는 단계; 상기 제2부분 스트림을 기화시키는 단계; 상기 제2부분 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 상기 저온 정류 공정을 적어도 부분적으로 냉각시키는데 사용되는 냉매 스트림을 생성시키는 단계; 및 상기 증류탑에서 상기 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분으로부터 생성물 스트림을 추출하여 상기 질소 생성물을 제조하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2부분 스트림을 상기 분리할 공기의 일부와 간접적으로 열 교환시킴으로써 기화시켜 상기 분리할 공기의 상기 부분을 액화시키고; 상기 분리할 공기의 상기 부분을 중간 환류로서 상기 증류탑내로 도입시켜 상기 생성물 스트림의 생성을, 상기 제1 및 제2부분 스트림 모두와 동등한 유량이 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는데 사용되는 경우 수득되는 수준에서 유지시키고; 상기 제2부분 스트림의 상기 기화전에, 상기 제2부분 스트림을 팽창시켜 상기 공기의 상기 부분과 상기 제2부분 스트림간에 상기 간접적인 열 교환을 위한 온도차를 발생시키는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 증류탑으로부터 증기 스트림을 회수하는 단계; 상기 증기 스트림을 상기 증기 스트림과 상기 제2부분 스트림간의 추가의 간접적인 열 교환에 의해 응축시키는 단계; 및 상기 증기 스트림을 추가의 환류로서 상기 중간 환류보다 위에서 상기 증류탑내로 다시 도입시키는 단계를 또한 포함하는 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키기 전에 부냉각 유니트내에서 부차적으로 냉각시키고; 상기 냉각제 스트림으로의 상기 열 전달에 의해 상기 냉각제 스트림을 기화시켜 기화된 냉각제 스트림을 생성시키고; 상기 분리할 공기를 제1 및 제2부 스트림으로 분할시키고; 상기 제1부 스트림을 상기 증류탑내로 도입시키고; 상기 제2부 스트림에 의해 상기 분리할 공기의 상기 부분을 형성시키고; 상기 산소 풍부 스트림을 부냉각 유니트내에서 상기 냉매 스트림, 상기 생성물 스트림 및 상기 기화된 냉각제 스트림과의 추가적인 열 교환을 통해 부냉각시키고; 상기 냉매, 기화된 냉각제 및 상기 생성물 스트림을 상기 부냉각 유니트내에서 부분적으로 가온시키고 이어서 충분히 가온시키는 방법.
  8. 공기를 여과하기 위한 필터; 상기 공기를 압축시키기 위해 상기 필터에 연결된 압축기; 상기 공기로부터 압축열을 제거하기 위한 후-냉각기; 상기 공기를 정제시키기 위한 예비-정제 유니트; 상기 공기를 그의 정류에 적합한 온도로 냉각시키기 위한 주 열 교환수단; 상기 공기를 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물로 정류 시키도록 배열된 증류탑; 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시키기 위해 상기 증류탑에 연결된 상부 응축기; 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키기 위한 기화 수단; 상기 산소 풍부 액체 스트림을 액체와 증기상으로 분리시키기 위해 상기 기화 수단에 연결된 상 분리기(이때 상기 상 분리기는 상기 질소 풍부 증기의 적어도 일부로부터 상기 액체상으로 구성된 액체상 스트림으로 구성된 냉각제 스트림으로 열을 전달시켜 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키고 상기 냉각제 스트림을 기화시켜 기화된 냉각제 스트림을 생성시키도록 상기 상부 응축기에 연결된다); 상기 액체상 스트림을 팽창시켜 상기 냉각제 스트림을 생성시키고 상기 냉각제 스트림과 상기 질소 풍부 증기 탑상물간에 온도차를 발생시키도록 상기 상 분리기와 상기 상부 응축기사이에 삽입된 감압 밸브(이때 상기 상 분리기는 또한 상기 증기상으로 구성된 증기상 스트림을 부분적으로 가온시키도록 상기 주 열 교환 수단에 연결된다); 상기 증기상 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 냉매 스트림을 생성시키기 위해 상기 주 열 교환 수단에 연결된 팽창 수단(이때 상기 주 열 교환 수단은 상기 팽창 수단과 연통하여 상기 냉매 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 완전히 가온시킨다); 및 상기 질소 생성물을 제조하기 위해서 상기 증류탑에서 상기 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분으로 구성된 생성물 스트림을 추출하기 위한 수단(이때 상기 주 열 교환 수단은 상기 생성물 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 충분히 가온시키도록 상기 생성물 스트림 추출 수단에 연결된다)을 포함하는, 질소 생성물의 제조를 위한 공기 분리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기화 수단이, 상기 주 열 교환 수단에 연결되고, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 부분적으로 기화시키고 상기 분리할 공기의 상기 부분을 액화시키도록 상기 산소 풍부 액체 스트림과 상기 분리할 공기의 상기 부분간의 간접적인 열 교환을 위한 수단, 및 상기 산소 풍부 액체 스트림을 팽창시켜 상기 공기의 상기 부분과 상기 산소 풍부 액체 스트림간에 상기 간접적인 열 교환을 위한 온도차를 발생시키도록 배열된 제1감압 밸브를 갖고; 상기 감압 밸브가 상기 상 분리기와 제2감압 밸브를 구성하는 상기 상부 응축기사이에 삽입되고; 상기 기화 수단이, 상기 분리할 공기의 상기 부분을 중간 환류로서 상기 증류탑내로 도입시켜 상기 생성불 스트림의 생성을, 전체 산소 풍부 액체 스트림이 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는데 사용되는 경우 수득되는 수준에서 유지시키도록 상기 증류탑에 연결된 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기화 수단이 또한, 상기 증기 스트림을 응축시키도록 증기 스트림과 상기 산소 풍부 액체 스트림간의 추가의 간접적인 열 교환을 위한 수단을 갖고 상기 증기 스트림이 상기 증류탑으로부터 상기 기화 수단내로 흐르고 그 후에 추가의 환류로서 상기 중간 환류보다 위에서 상기 증류탑으로도 되돌아가도록 상기 증류탑에 연결된 장치.
  11. 공기를 여과하기 위한 필터; 상기 공기를 압축시키기 위해 상기 필터에 연결된 압축기; 상기 공기로부터 압축열을 제거하기 위한 후-냉각기; 상기 공기를 정제하기 위한 예비-정제 유니트; 상기 공기를 그의 정류에 적합한 온도로 냉각시키기 위한 주 열 교환 수단; 상기 공기를 산소 풍부 액체 탑저물과 질소 풍부 증기 탑상물로 정류시키도록 배열된 증류탑 ; 상기 산소 풍부 액체 탑저물로 구성된 제1부분 스트림으로 구성된 냉각제 스트림을 기화시켜 기화된 냉각제 스트림을 생성시키는 것에 반하여 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시켜 상기 증류탑을 환류시키기 위해 상기 증류탑에 연결된 상부응축기; 상기 제1부분 스트림을 팽창시키고 상기 냉각제 스트림과 상기 질소 풍부 증기 탑상물간에 온도 차를 발생시키기 위해 상기상부 응축기에 연결된 감압밸브; 상기 산소 풍부 액체 탐저물로 구성된 제2부분 스트립을 기화시키기 위한기화수단(이때 상기 기화수단은 상기 제2부분 스트림을 부분적으로 가온시키도록 상기 주 열 교환 수단에연결된다); 상기 제2부분 스트림을 일을 수행하여 팽창시켜 냉매 스트림을 생성시키기 위해 상기 주 열 교환수단에 연결된 팽창 수단( 이때 상기 주 열 교환수단은 상기 냉매 스트립을 상기 주 열 교환 수단내에서 완전히가온시키도록 상기 팽창 수단과 연통하고 있다); 및 상기 질소 생성물을 제조하기 위해서 상기 증류탑에서 상기 환류로서 사용되지 않은 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 나머지 부분으로 구성된 생성물 스트림을 추출하기 위한 수단(이때 상기 주 열 교환 수단은 상기 생성물 스트림을 상기 주 열 교환 수단내에서 완전히 가온시키도록 상기 생성물 스트림 추출 수단에 연결된다)을 포함하는, 질소 생성물의 제조를 위한 공기 분리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기화 수단이, 상기 주 열 교환 수단에 연결되고, 상기 제2부분 스트림을 기화시키고 상기 분리할 공기의 일부를 액화시키도록 상기 제2부분 스트림과 상기 분리할 공기의 상기 부분간의 간접적인 열 교환을 위한 수단, 및 상기 제2부분 스트림을 팽창시켜 상기 공기의 상기 부분과 상기 제2부분 스트림간에 상기 간접적인 열 교환을 위한 온도차를 발생시키도록 배열된 제1감압 밸브를 갖고; 상기 감압 밸브가 상기 부-냉각 유니트와 제2감압 밸브를 구성하는 상기 상부 응축기사이에 삽입되고; 상기 기화 수단이, 상기 분리할 공기의 상기 부분을 중간 환류로서 상기 증류탑내로 도입시켜 상기 생성물 스트림의 생성을, 상기 제1 및 제2부분 스트림 모두와 동등한 유량이 상기 질소 풍부 증기 탑상물의 적어도 일부를 응축시키는데 사용되는 경우 수득되는 수준에서 유지시키도록 상기 증류탑에 연결된 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기화 수단이 또한, 상기 증기 스트림을 응축시키도록 증기 스트림과 상기 제2부분 스트림간의 추가의 간접적인 열 교환을 위한 수단을 갖고 상기 증기 스트림이 상기 증류탑으로부터 상기 기화 수단내로 흐르고 그 후에 추가의 환류로서 상기 중간 환류보다 위에서 상기 증류탑으로 되돌아가도록 상기 증류탑에 연결된 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 산소 풍부 액체 스트림을 부냉각시키기 위해 상기 증류탑과 상기 상부 응축기사이에서 삽입된 부냉각 유니트; 및 상기 분리할 공기를 제1 및 제2부스트림으로 분할시키도록 상기 주 열 교환 수단에 연결된 접합부(이때 상기 접합부는 상기 제1부스트림이 상기 증류탑내로 스르도록 상기 증류탑에 연결되고 또한 상기 분리할 공기의 상기 부분이 상기 제2부스트림에 의해 형성되도록 기화 수단에 연결되며; 상기 주 열 교환 수단은 상기 냉매, 기화된 냉각제 및 상기 생성물 스트림을 충분히 가온시키도록 배열되고, 상기 냉매, 기화된 냉각제 및 상기 생성물 스트림이 상기 부냉각 유니트에서 부분적으로 가온되고 이어서 상기내에서 충분히 가온되도록 상기 부냉각 유니트에 연결된다)를 또한 포함하는 장치.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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