KR0137915B1 - 고순도 질소를 제조하기 위한 공기 분리방법 및 장치 - Google Patents

고순도 질소를 제조하기 위한 공기 분리방법 및 장치

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래리 알. 카세트
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Abstract

응축기-리보일러에 의해 작동적으로 서로 관련된 고압 및 저압 컬럼내에서 공기를 정류하여 고순도 질소 증기 생성물을 제조하기 위한 방법 및 장치. 고압 컬럼은 응축기-리보일러에 의해 응축시킨후, 간접 열 교환기에 의해 저압 컬럼에서 제조한 저순도 질소 증기 탑오버헤드 생성물을 부분적으로 응축시키는데 사용하는, 고순도 질소 증기를 제조하기에 충분한 수의 이론적인 단을 도입한다. 이러한 시설에서, 응축된 고순도 질소 증기를 적어도 부분적으로 기화시켜 생성물 스트림으로서 이용한다. 고압 컬럼에서 제조한 고순도 질소 및 저압 컬럼에서 제조한 저순도 질소 증기와 직접적인 열 교환이 없기 때문에, 저압 컬럼은 소수의 이론적인 단을 가질 수 있으므로 선행 기술의 유사한 공기 분리 플랜트에 비해 설치 비용을 절감할 수 있다.

Description

고순도 질소를 제조하기 위한 공기 분리방법 및 장치
도면은 본 발명에 따른 장치(10)를 예시한다.
본 발명은 고순도의 질소를 제조하기 위한 공기 분리 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 압축, 정제, 및 냉각된 공기를 고압 및 저압 컬럼이 있는 공기 분리 유니트에서 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더더욱 구체적으로는, 본 발명은 고순도 질소를 고압 컬럼에서 제조하고 저압 컬럼에서 제조된 탑 오버헤드와 고순도 질소간의 간접 열교환을 통해 저압 컬럼으로 환류물을 공급하는 이러한 방법 및 장치에 관한 것이다.
많은 산업 공정에서 고순도 질소를 필요로 하고 있다. 예를들면, 반도체 산업에서는 고순도 질소를 운반 가스, 건조 가스, 불활성 가스 등으로 사용한다. 고순도 질소는 하나 이상의 컬럼에서 공기를 저온 증류 또는 정류시켜 제조한다. 산소 생산이 또한 필요한 경우, 응축기-리보일러에 의한 열 교환 관계로 자동적으로 서로 관련된 고압 및 저압 컬럼을 가진 공기 분리 유니트를 이용한다. 이러한 장치에서, 공기를 압축, 정제 및 이슬점 온도 부근으로 냉각시킨후, 고압 컬럼의 기부에 도입한다. 상기 컬럼들중 하나에서, 트레이, 플레이트, 구조화되거나 또는 랜덤한 패킹과 같은 접촉 요소를 사용하여 상승 기상과 하강 액상을 밀접하게 접촉시킨다. 이러한 접촉으로 인해, 상승하는 기상은 컬럼내에서 상승함에 따라 질소 농도가 대단히 증가하고 하강하는 액상은 컬럼내에서 하강함에 따라 산소 농도가 대단히 증가한다. 고압 컬럼에서, 산소를 다량 함유한 컬럼 기부 생성물이 생성되고 고순도 질소 증기탑 오버헤드 생성물이 생성된다. 저압 컬럼내에서 생성한 액체 산소를 비동시키면서 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물을 응축시켜 고압 및 저압 컬럼 둘다에 환류물을 공급한다.
고순도 질소 증기탑 오버헤드 생성물을 이용하여 저압 컬럼에 환류물을 공급하기 위해, 저압 컬럼에서도 또한 고순도 질소 증기탑 오버헤드 생성물을 생산해야 하며, 이를 위해 저압 컬럼에 충분한 높이의 패킹 또는 충분한 수의 트레이 또는 플레이트를 도입하여 필요한 질소 정제품을 제조해야 한다. 따라서, 이중 컬럼 고순도 질소 플랜트의 최초 비용의 일부는 고순도 질소를 제조하고자 고안된 저압 컬럼을 제작 하는데 지출된다.
논의된 바와 같이, 본 발명은 저압 컬럼에서의 고순도 질소의 생산을 필요로 하지 않는 이중 컬럼 공기 분리 유니트에서, 공기 분리 방법을 이용하여 고순도 질소 생성물을 제조하는 방법 및 장치를 제공한다. 이로인해 본 발명의 저압 컬럼은 선행 기술의 유사한 컬럼보다 작은 패킹 또는 적은 트레이로 제작된다. 이러한 잇점으로 플랜트 제작 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 공기 정류로 부터 고순도 질소 증기 생성물을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 공기를 압축시키고, 공기로부터 압축열을 제거한 후 공기를 정제함을 포함한다. 이어서, 상기 공기를 주 열 교환기에서 정류하는데 적합한 온도로 냉각시킨다. 상기 공기를 이중 컬럼 공기 분리 유니트의 고압 컬럼에서 정류하여 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물 및 고순도 질소 증기탑 오버헤드 생성물을 생성한다.
불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물을 이중 컬럼 공기 분리 유니트의 저압 컬럼에서 더욱 정제하여 액체 산소 컬럼 기부 생성물 및 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물을 형성한다. 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물은 고압 컬럼에서 생성된 고순도 질소 증기탑 오버헤드 생성물보다 고농도의 산소를 함유한다. 액체 산소를 기화시키면서 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물을 응축시킴으로써 환류물을 고압 컬럼에 공급한다. 응축된 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물로 이루어진 제 1 및 제 2 보조 스트림을 회수하고 제 1 보조 스트림을 고압 컬럼에 환류물을 공급한다. 또한 제 2 보조 스트림과 저압 컬럼에서 생성된 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물간의 간접 열 교환에 의해 저압 컬럼에 환류물을 공급하여 제 2 보조 스트림이 적어도 부분적으로 기화되어 고순도 질소 증기 스트림을 제조하고 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물을 부분적으로 응축시킨다. 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물을 저압 컬럼에서 더욱 정제하고, 제 2 보조 스트림을 고순도 질소 증기 스트림과의 간접 열 교환에 의해 비냉각(subcooling)하여 고순도 질소 증기 스트림을 부분적으로 가온시킨다. 냉동 공정을 상기 공정에 도입하여 공정의 열 수지를 유지시킨다. 불순한 액체 산소 및 제 2 보조 스트림을 비냉각시키기 위해 고순도 질소 증기 스트림을 이용한 후, 고순도 질소 증기 스트림을 주 열 교환기에 도입하고 고순도 질소 증기 생성물로 회수한다. 상기 생성물은 더욱 처리할 수 있다(예를들면, 액화 처리).
또다른 양태에서, 본 발명은 고순도의 기상 질소 생성물을 제조하기 위한 공기 분리 장치를 제공한다. 상기 장치는 공기를 압축하는 수단 및 공기로부터 압축 열을 제거하기 위해 제공된, 압축 수단에 연결된 후냉각기를 포함한다. 정제 수단은 공기를 정제시키며, 주 열교환 수단은 공기를 정류에 적합한 온도로 냉각시키고 고순도의 기상 질소 생성물을 포함하는 고순도 질소 증기 스트림을 주위 온도로 완전히 가온시키기 위해 제공된다. 공기 분리 유니트는 공기를 정류시키기 위해 제공된다. 공기 분리 유니트는 응축기-리보일러 시설의 열 전달 관계로 서로 작동적으로 관련된 고압 및 저압 컬럼을 갖는다. 각각의 고압 및 저압 컬럼에는 상승함에 따라 질소 농도가 대단히 증가하는 상승 기상을, 하강함에 따라 산소 농도가 대단히 증가하는 하강 액상과 접촉시키는 접촉 요소가 있다.
고압 컬럼은 공기를 수용하기 위해 주 열 교환 장치에 연결되어 있고, 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물 및 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물을 공기 정류로 부터 고압 컬럼에서 제조하기 위해 접촉 요소에 의해 제공된 충분한 수의 이론적인 분리 단을 갖는다. 응축기-리보일러에 의해 저압 컬럼에서 제조한 액체 산소를 기화하면서 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물은 응축된다. 또한 고압 컬럼은 응축기-리보일러에 연결되어 있고, 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물로 이루어진 제 1 보조 스트림은 환류물 형태로 고압 컬럼으로 흐른다. 저압 컬럼은 고압 컬럼에 연결되어 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물로 이루어진 불순한 액체 산소 스트림을 수용한다.
저압 컬럼은 저순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물 및 액체 산소 컬럼 기부 생성물을 제조하기 위해 접촉 요소에 의해 제공된 충분히 적은 수의 이론적인 분리 단을 갖는다. 저순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물은 고압 컬럼에서 제조한 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물보다 높은 산소 농도를 갖는다. 응축 수단은 응축된 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물로 이루어진 제 2 보조 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키기 위해, 응축기-리보일러 및 저압 컬럼에 연결되어 있다. 이러한 응축으로 고순도 질소 증기 스트림을 제조한다. 상기 응축은, 간접적인 열 교환을 통해 저압 컬럼의 저순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물을 부분적으로 응축시키면서 수행된다. 비냉각 수단은 고순도 질소 증기 스트림을 부분적으로 가온시키고 고순도 질소 액체 및 불순한 산소 스트림을 비냉각시키기 위해 고순도 질소 증기 스트림과 고순도 질소 액체 및 불순한 산소 스트림간의 간접적인 열 교환을 제공한다. 비냉각 수단은 고순도 질소 증기 스트림을 주 열 교환기에서 완전히 가온시키기 위해 주 열교환 장치에 연결된다.
상기 장치는 장치의 열수지를 유지하기 위해 냉동시키기 위한 냉동 수단을 또한 포함한다. 냉동 수단은 일의 수행으로 터보팽창된 라취맨(Lachman) 공기 스트림일 수 있다.
본 발명의 주요한 양태는 고압 컬럼에서 제조한 고순도 질소의 농도가 저압 컬럼에서 제조한 질소의 순도에 결부되지 않는다는 것이다. 이는 고압 컬럼에서 제조한 고순도 질소 증기와 저압 컬럼에서 제조한 질소 증기 탑 오버헤드 생성물과의 간접적인 열교환에 의해 수행된다. 결과적으로 저압 컬럼에서 제조한 질소 증기 탑 오버헤드 생성물은 고압 컬럼의 탑 오버헤드 생성물보다 순도가 더 낮을 수 있으므로 저압 컬럼은 고순도 질소 및 산소를 제조하는데 사용된 선행 기술의 유사한 이중 컬럼 플랜트보다 작은 패킹 또는 적은 트레이 또는 플레이트로 제작할 수 있다. 저압 컬럼 탑 오버헤드 생성물에 더 많은 양의 산소가 도입되기 때문에, 저압 컬럼에서 고순도 탑 오버헤드 생성물을 제조하도록 고안된 플랜트보다 산소가 덜 제조됨을 주지해야 한다. 그러나, 여러 산업 분야에 있어서, 이러한 산소는 소량의 생산물에서만 필요하다.
본 명세서 및 청구 범위에 사용한 바와 같이 완전히 가온시킨이란 용어는 대략 주위 온도로 가온시킴을 뜻한다. 또한 본 명세서 및 청구 범위에 사용한 바와 같이, 완전히 냉각시킨이란 용어는 공기의 정류 온도로 냉각함을 뜻한다. 완전히 냉각시킨이란 용어와 완전히 가온시킨이란 용어 사이의 온도는 부분적으로 냉각시킨이란 용어이다. 최종적으로, 본 명세서 및 청구 범위에 사용한 바와 같이 고순도 질소란 용어는 약 10ppm 이하의 산소 및 약 1의 아르곤을 함유하는 질소를 뜻한다.
본 명세서는 출원인이 발명으로 간주한 주제를 분명히 지적한 특허 청구 범위로 끝을 맺지만, 본 발명은 본 발명에 따른 방법 및 장치를 개략적으로 나타낸 첨부한 하나의 도면과 함께 고려할 때 보다 잘 이해되리라 생각된다.
도면을 참고로 해보면, 본 발명에 따른 장치(10)가 예시되어 있다. 공기 스트림(12)을 적절히 여과한 후 압축기(14)에 의해 압축한다. 후냉각기(16)(바람직하게는 수 냉각된 열 교환기)에 의해 공기 스트림(12)으로 부터 압축열을 제거한 후, 공기 스트림(12)을 예비정제 장치(18)(바람직하게는 재생을 위해 상밖에서 작동하고 CO2및 탄화수소를 제거하도록 고안된 흡수 층)에 의해 정제한다. 이어서 주 열 교환기(20)내에서 공기 스트림(12)을 주위 온도에서 실제로 공기 스트림(12)의 이슬점 또는 이슬점 부근인, 정류에 적합한 온도 이하로 냉각한다. 주 열 교환기(20)는 통상적인 플레이트-핀 디자인이다. 그 후, 공기 스트림(12)을 응축기-리보일러(28)에 의해 서로 연결된 고압 및 저압 컬럼(24 및 26)을 갖는 공기 분리 유니트(22)에 도입한다.
공기 스트림(12)은 고압 컬럼(24)의 기부에 도입된다. 컬럼(24) 또는 컬럼(26)중 하나에 상승하는 상 및 하강하는 상을 접촉시키기 위해 접촉 요소(이는 구조화된 패킹, 랜덤 패킹, 플레이트 또는 트레이 일 수 있다.)를 제공한다. 상승하는 상은 상승함에 따라 질소 농도가 높아지며 하강하는 액상은 하강함에 따라 산소 농도가 높아진다. 고압 컬럼(24)에서의 결과는 산소를 다량 함유한 액체 컬럼 기부 생성물 및 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물이 수집된다는 것이다. 고압 컬럼(24)는 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물을 제조하기에 충분한 높이의 패킹 또는 충분한 수의 트레이를 갖는다. 저압 컬럼에서는, 액체 산소 컬럼 기부 생성물 및 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물이 형성된다.
고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물은, 응축기-리보일러(28)를 사용함으로써 액체 산소 컬럼 기부 생성물이 기화됨에 따라 응축된다. 상기 응축된 고순도 질소는 제 1 및 제 2 보조 스트림(30 및 32)으로 분리된다. 제 1 보조 스트림(30)은 고압 컬럼에 환류되고 제 2 보조 스트림(32)은 비냉각기(34)에서 비냉각된 후 주울-톰슨 밸브(36)에 의해 제공된 팽창에 의해 온도가 감소된다. 불순한 액체 산소 스트림(38)은 고압 컬럼의 기부에서 제거되어 비냉각기(34)내에서 비냉각되며 주올-톰슨 밸브(40)에 의해 저압 컬럼(26)의 압력으로 압력이 감소되고, 저압 컬럼(26)내에 적합한 농도 수준으로 도입된다. 냉각기(34)는 통상적인 플레이트-핀 디자인이다. 불순한 액체 산소 스트림(38)은 저압 컬럼(26)내에서 더욱 정제된다.
상기 기재된 바와 같이, 온도를 감소시킨 후 제 2 보조 스트림(32)은 헤드 응축기(42)(이는 통상적인 플레이트-핀 디자인이다.)를 통과하여 간접적인 열 교환에 의해 저압 컬럼(26)내에서 제조된 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물을 부분적으로 응축시킨다. 이로인한 응축물은 저압 컬럼(26)에 환류물을 공급한다. 이로 인해 제 2 보조 스트림(32)이 적어도 부분적으로 기화되어 고순도 질소 증기 스트림(44)이 형성된다. 또한, 질소 증기 탑 오버헤드 생성물로 이루어진 폐 질소 스트림(46)도 저압 컬럼(26)의 상부에서 회수한다. 폐 질소 스트림(46)과 함께 고순도 질소 증기 스트림(44)을 비냉각기(34)내에서 부분적으로 가온시키는 동시에 불순한 액체 산소 스트림(38) 및 제 2 보조 스트림(32)을 비냉각시킨다. 그후에 고순도 질소 증기 스트림(44) 및 폐 질소 스트림(46)은 주 열 교환기(20)내에서 완전히 가온된다. 기상 산소 스트림(48)은 저압 컬럼(26)으로 부터 회수할 수 있으며 또한 주 열 교환기(20)내에서 완전히 가온될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 제 2 보조 스트림(32)은 적어도 부분 적으로 기화된다. 본 발명에 다른 통상적인 실행에서, 제 2 보조 스트림(32)은 완전히 기화시킬 것이다. 저장하기 위해 액체를 필요로 하는 경우에는 부분적으로 기화될 것이다. 이러한 경우, 부분적으로 기화시킨 후 제 2 보조 스트림의 액체 성분을 상 분리 탱크에 의해 제 2 보조 스트림으로부터 분리할 것이다.
본 발명은 헤드 응축기(42)의 대안으로서, 스트리핑 컬럼을 또 다른 응축기-리보일러의 시설에 의한 이들과의 열 전달 관계로 저압 컬럼(26)의 상부에 연결할 수 있음을 고려한 것이다. 제 2 보조 스트림(32) 형태로 고순도 질소 액체는 스트리핑 컬럼에 공급되어 수소 및 기타 경질 성분이 제거될 것이다. 스트리핑 컬럼에 도입된 고순도 질소 액체는 상기 컬럼에서 하강한 후 간접적인 열 교환 관계로 질소를 다량 함유한 증기 탑 오버 헤드 생성물을 부분 응축시키면서 기화될 것이다. 따라서, 본 발명의 가능한 실시태양에서, 기타 응축기-리보일러는, 고압 컬럼에서 제조한 고순도 질소 액체를 부분 또는 완전히 기화시키면서 저압 컬럼(26)의 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물을 부분 응축시키기 위한 응축 수단으로서 사용될 것이다.
상기 공정에 냉동 공정을 보충하기 위해, 공기 스트림(12)을 부분적으로 가온시킨 후 이로 부터 부분 스트림(50)을 추출한다. 부분 스트림(50)은 터보팽창기(52)내에서 팽창된 후 저압 컬럼(26)으로 도입된다. 제 2 보조 스트림(32)을 부분 기화시키는 경우, 부분 스트림(50)에 보다 많은 냉동 공정을 보충해야 할 것이다. 상기 장치를 공기 팽창 플랜트로서 예시하고 있지만, 본 발명에 따른 질소 팽창 플랜트는 본 발명의 또다른 가능한 실시태양임을 알아야 한다.
실시예
하기 표는 장치(10)의 조작을 도표 형태로 나타낸 계획적인 실시예이다. 본 실시예에서, 고압 컬럼(24)에는 60개의 이론적인 단이 제공되며, 저압 컬럼(26)에는 22개의 이론적인 단이 제공된다. 저압 컬럼(26)(컬럼의 상부에서 기부로 진행)에서, 불순한 액체 산소 스트림(38)을 단 3도에 도입시킨다. 부분 스트림(50)을 단 6도에 도입하고 기상 산소 스트림(48)을 트레이 32에서 제거한다. 실시예에서, 모든 온도는 K로, 압력은 바로, 유량은 kg/hr, 조성은 용량%로 나타낸다.
본 발명은 바람직한 태양을 참고로 하여 기재되어 있지만, 다수의 변화, 첨가 및 생략들은 본 발명의 정신 및 범주를 벗어남 없이 이루어질 수 있음이 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 자명해질 것이다.

Claims (6)

  1. 공기를 압축하고, 상기 공기로부터 압축열을 제거하고, 정제하고; 상기 공기로부터 압축열을 제거하고, 정제하고; 상기 공기를 주 열 교환기에서 정류에 적합한 온도로 냉각시키고; 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물 및 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물을 제조하도록 이중 컬럼 공기 분리 유니트의 고압 컬럼에서 공기를 정류하고; 액체 산소 컬럼 기부 생성물, 및 고압 컬럼에서 제조한 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물보다 산소 농도가 높은 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물을 제조하도록 이중 컬럼 공기 분리 유니트의 저압 컬럼에서 상기 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물을 추가로 정제하고; 액체 산소를 기화시키면서 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물을 응축시키고, 응축된 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물로 이루어진 제 1 및 제 2 보조 스트림을 회수하고, 및 고압 컬럼에 환류물로 제 1 보조 스트림을 도입함으로써 고압 컬럼에 환류물을 공급하고; 제 2 보조 스트림을 적어도 부분적으로 기화시켜 고순도 질소 증기 스트림을 제조하고 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물을 부분적으로 응축하도록 제 2 보조 스트림과 저압 컬럼에서 제조된 질소를 다량 함유한 탑 오버헤드 생성물간에 열을 간접적으로 교환시킴으로써 저압 컬럼으로 환류물을 공급하고; 고순도 질소 증기 스트림을 부분적으로 가온시키기 위해 저압 컬럼에서 추가로 정제시킬 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물 및 제 2 보조 스트림을 상기 고순도 질소 증기 스트림과 간접 열 교환에 의해 비냉각하고; 상기 공정의 열 수지를 유지하도록 상기 공정에 냉동 공정을 보충하고; 및 불순한 액체 산소 및 제 2 보조 스트림을 비냉각하는데 고순도 질소 증기 스트림을 이용한 후, 상기 고순도 질소 증기 스트림을 주 열 교환기에 도입하고 이를 고순도 질소 증기 생성물로 회수함을 포함하는 공기를 정류하여 고순도 질소 증기 생성물로 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공기를 부분적으로 냉각시킨 후 주 열 교환기로 부터 공기의 부분 스트림을 추출하고, 상기 부분 스트림을 일의 수행으로 팽창시키고, 상기 부분 스트림을 팽창시킨 후 저압 컬럼으로 도입함으로써 상기 공정에 냉동 단계를 보충하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 기상 산소 생성물 스트림을 저압 컬럼으로 부터 회수하고; 질소를 다량 함유하는 탑 오버헤드 생성물로 이루어진 폐 질소 스트림을 저압 컬럼으로 부터 회수하고; 주 열 교환기에서 폐 질소, 기상 산소 생성물 및 고순도 질소 스트림을 가온시키면서 상기 공기를 냉각시키는 방법.
  4. 공기를 압축하기 위한 수단; 상기 공기로부터 압축열을 제거하기 위해 압축 수단에 연결된 후냉각기;
    상기 공기를 정제하기 위한 정제 수단; 상기 공기를 정류에 적합한 온도로 냉각시키고 고순도의 기상 질소 생성물을 포함하는 고순도 질소 증기 스트림을 주위 온도로 가온시키기 위한 주 열 교환 수단; 공기를 정류하기 위한 유니트로서, 응축기-리보일러 시설에 의한 열 전달 관계로 작동적으로 서로 관련된 고압 및 저압 컬럼을 가지며, 상승함에 따라 질소 증기의 농도가 높아지는 상승하는 기상을, 하강함에 따라 액체 산소의 농도가 높아지는 하강하는 액상과 접촉시키기 위한 접촉 요소를 가진 공기 분리 유니트; 공기를 수용하기 위해 주 열 교환 장치에 연결되어 있고, 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물(응축기-리보일러에 의해 저압 컬럼에서 제조한 액체 산소를 기화시키면서 상기 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물은 응축된다) 및 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물을 공기 정류에 의해 고압 컬럼에서 제조하도록, 접촉 요소에 의해 제공된 충분한 수의 이론적 분리 단을 가진 고압 칼럼; 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물로 이루어진 제 1 보조 스트림을 고압 컬럼으로 환류물 형태로 유동시키기 위해 응축기-리보일러에 연결되어 있는 고압 칼럼; 불순한 액체 산소 컬럼 기부 생성물로 이루어진 불순한 액체 산소 스트림을 수용하기 위해 고압 컬럼에 연결되어 있고, 저순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물 및 액체 산소 컬럼 기부 생성물을 제조하도록 접촉 요소에 의해 제공되는 충분히 적은 수의 이론적인 분리 단을 갖는 저압 칼럼; 간접적인 열 교환에 의해 저순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물을 부분적으로 응축시키면서 고순도 질소 증기 스트림을 제조하기 위해 응축된 고순도 질소 증기 탑 오버헤드 생성물로 이루어진 제 2 보조 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키는, 응축기-리보일러 및 저압 컬럼에 연결되어 있는 응축 수단; 고순도 질소 증기 스트림을 부분적으로 가온시키고 제 2 보조 및 불순한 액체 산소 스트림을 비냉각하기 위해 고순도 질소 증기 스트림과 제 2 보조 및 불순한 액체 스트림간에 열을 간접적으로 교환하기 위한 비냉각 수단; 고순도 질소 증기 스트림을 주 열 교환 수단에서 완전히 가온시키기 위해 주 열 교환 수단에 연결되어 있는 비냉각 수단; 및 상기 장치의 열 수지를 유지하기 위해 상기 장치에 냉동 공정을 첨가하는 냉동 수단을 포함하는 고순도의 기상 질소 생성물을 제조하기 위한 공기 분리용 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 냉동 수단이, 공기를 부분적으로 냉각시킨 후 공기의 부분 스트림을 일의 수행으로 팽창시키고 저압 컬럼으로 도입하기 위해 주 열 교환 수단에 연결된 터보팽창기를 포함하는 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 접촉 요소가 구조화된 패킹을 포함하는 장치.
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