KR100225681B1 - 저순도 산소 제조용 저온 정류 시스템 - Google Patents

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Abstract

고압 공급공기 스트림이 저압 컬럼의 하단을 리보일하는데 사용되고, 저압 공급공기 스트림이 고압 컬럼으로 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 정류 시스템이 기재되어 있다.

Description

저순도 산소 제조용 극저온 정류 시스템
제1도는 저순도 산소 액체가 고압으로 펌프되고 주열교환기내에서 증발되는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 나타내는 개략적인 도면.
제2도는 저순도 산소액체가 고압으로 펌프되고 생성물 보일러내에서 증발되는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 나타내는 개략적인 도면.
제3도는 저순도 산소 증기가 저압 칼럼으로부터 배출되고 회수되는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 나타내는 개략적인 도면.
제4도는 공급 스트림이 냉각을 위한 터보 팽창에 앞서 더 압축되는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 나타내는 개략적인 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2, 4, 5, 8, 11, 16, 20, 34, 81 : 공기스트림
55, 57, 58, 91 : 압축기 56 : 정제기
59 : 제1칼럼 60 : 제2칼럼
61 : 상단 압축기 63 : 리보일러
64, 71, 77 : 열교환기 65 : 터보 팽창기
66 : 발생기 67 : 보일러
69 : 상분리기 74, 76 : 밸브
80 : 질소가 풍부한 유체 88 : 터보 팽창 스트림
본 발명은 극저온 정류 및 보다 상세하게는 저순도 산소의 제조에 관한 것이다.
산소 및 질소를 생성하기 위한 공기의 극저온 정류는 공업적인 공정으로서 유용한 것으로 알려져 있다. 전형적으로 공급 공기는 이중 칼럼 시스템에서 분리되는데, 고압 칼럼으로부터의 질소셸프 또는 상단증기는 저압칼럼내의 산소 하단 액체를 리보일하는데 사용된다.
저순도 산소에 대한 수요는 유리제조업, 강철 제조업 및 에너지 생산분야에서 증가하고 있다. 98.5몰% 미만의 순도를 지닌 산소를 제조하는데 있어서, 저압칼럼의 스트립핑 영역에서의 증기 보일업과 저압칼럼의 부화영역에서 액체환류가 적게 요구되는데, 이러한 보일업 및 환류는 이중 칼럼에 의해 전형적으로 생성되는 보일업 및 환류보다 적게 요구된다.
따라서, 저순도 산소는 일반적으로 고압 칼럼 압력의 공급 공기가 저압 칼럼의 액체 하단을 리보일하는데 사용되며 고압칼럼으로 통과되는 극저온정류 시스템에 의해 대량으로 생산된다. 저압칼럼 하단을 증발시키기 위해 질소 대신 공기를 사용하는 것은 공기 공급 압력 요구량을 감소시키고, 저압 칼럼 리보일러로 공기중의 적절한 양을 공급하거나 대부분의 전체 공급공기를 부분적으로 응축시킴으로써 저압칼럼의 스트립핑 영역에서 필수적인 보일업만을 발생시킬 수 있다.
종래의 공기 비등 극저온 정류 시스템이 저순도 산소 생산에 효과적으로 사용되고 있지만, 저압칼럼의 상단에 공급하기 위한 액체 질소환류액을 생성하는 능력이 제한된다. 이러한 결과는 주요 공기공급의 압력과 유사한 저압칼럼의 조작 압력에서의 저비점 성분의 상대적인 휘발성에 기인된다. 액체 질소 환류액을 생성하는 능력의 감소로 인해 산소 회수가 감소되기 때문에 더 많은 전력이 소모된다.
따라서, 본 발명의 목적은 저압 칼럼의 액체 하단부가 공급 공기와의 간접 열교환에 의해 리보일되고, 종래의 공기 보일링 시스템에서 보다 전력 요구량이 감소되면서 조작되는 저순도 산소 제조용 극저온 정류 시스템을 제공하는 것이다.
상기된 목적 및 본원으로부터 명백하게 알 수 있는 그밖의 목적은 본 발명의 범위내에 있는 것으로 인지되어야 할 것이다.
본 발명은, (A) 제2칼럼의 압력을 초과하는 압력에서 조작되며 상단 컨덴서를 가진 제1칼럼, 및 하단에 리보일러를 가진 제2칼럼으로 이루어진 극저온 정류 플랜트를 제공하는 단계;
(B) 39내지 100psia 압력범위의 제1공급 공기 스트림을 제공하고, 공급공기 스트림을 상기 하단 리보일러를 통해 통과시키는 단계;
(C) 공급공기를 하단 리보일러로부터 제1 및 제2칼럼 중 하나 이상의 칼럼에 통과시키는 단계;
(D) 제1공급 공기 스트림의 압력보다 더 낮은 압력으로 제2공급 공기 스트림을 제공하고, 제2공급 공기스트림을 제1칼럼으로 통과시키는 단계;
(E) 제2칼럼으로부터 저순도 산소를 배출하고 배출된 저순도 산소를 제1공급 공기 스트림 및 제2공급 공기 스트림과 간접 열교환시켜 가온시키는 단계; 및
(F) 생성되는 가온된 저순도 산소를 생성물로서 회수하는 단계를 포함하여 저순도 산소 제조하는 극저온 정류 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또 다른 관점으로서, (A) 상단에 컨덴서가 있는 제1칼럼 및 하단에 리보일러가 있는 제2칼럼;
(B) 제1공급 스트림을 주 열교환기로 통과시키고, 주 열교환기로부터 하단 리보일러로 통과시키는 수단;
(C) 유체를 하단 리보일러로부터 제1 및 제2칼럼 중 하나 이상의 칼럼에 통과시키는 수단;
(D) 제1공급 스트림 보다 낮은 압력의 제2공급 스트림을 주열교환기로 통과시키고, 주 열교환기에서 제1칼럼으로 통과시키는 수단;
(E) 제2칼럼에서 주열교환기로 생성유체를 통과시키는 수단; 및
(F) 주열교환기에서 생성유체를 회수하는 수단을 포함하는 저순도 산소제조를 위한 극저온 정류장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어 저순도 산소는 98.5몰% 이하의 산소농도를 갖는 유체를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어 공급공기 는 주로 질소 및 산소로 이루어진 공기와 같은 혼합물을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어 터보 팽창 및 터보 팽창기 는 기체압력 및 온도를 감소시켜 정류를 발생하도록 터빈을 통해 고압기체의 흐름을 위한 방법 및 장치를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어 칼럼 은 증류칼럼 또는 분별칼럼, 즉, 칼럼내에 장착되며 수직으로 이격된 일련의 트레이 또는 플레이트에 증기상과 액체상을 접촉시키고/거나, 일정한 패킹 및/또는 랜덤 패킹 요소일 수 있는 패킹 요소에 접촉시킴으로써, 유체 혼합물이 분리되도록 액체상과 증기상이 역류 접촉되는 접촉칼럼 또는 접촉영역을 의미한다. 증류칼럼에 대한 상세한 설명은 문헌 [Chemical Engineer's Handbook fifth edition, edited by R. H. Perry and C. H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, New York, Section 13, The Continuous Distillation Process]을 참조할 수 있다.
증기 및 액체 접촉 분리공정은 성분의 증기압 차에 좌우된다. 높은 증기압(또는 더 큰 휘발성 또는 낮은 비점) 성분은 증기상으로 농축되는 경향이 있으며, 낮은 증기압(또는 적은 휘발성 또는 높은 비점) 성분은 액상으로 농축되는 경향이 있다. 부분응축은 증기 혼합물을 냉각하여 휘발성 성분을 증기상으로 농축하고 상대적으로 낮은 휘발성 성분을 액상으로 농축시키는 분리 공정이다. 정류 또는 연속 증류는 증기와 액상의 역류처리에 의해 얻어지는 바와 같은 연속적인 부분 증기화 및 응축을 병행하는 분리공정이다. 증기와 액상의 역류접촉은 단열적이며 상들 사이의 적분또는 미분 접촉을 포함한다. 정류의 원리를 이용하여 혼합물을 분리하는 분리공정 장치는 흔히 정류칼럼, 증류칼럼 또는 분별칼럼을 지칭하는 것이다. 극저온 정류는 적어도 부분적으로 150°K의 온도에서 수행되는 정류공정이다.
본 명세서에서 사용된 용어 간접 열교환은 두 유체 스트림을 서로 혼합하거나 물리적 접촉없이 열교환 관계에 있게 하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어 상단 컨덴서는 칼럼 상단 증기로부터 칼럼 하류 액체를 생성시키는 열교환 장치를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어 하단 리보일러는 칼럼 하단 액체로부터 칼럼 상류 증기를 발생시키는 열교환장치를 의미한다.
본 발명은 종래의 시스템 보다 낮은 공급 압축 요건을 나타내지만 높은 수율을 유지시키면서 저순도 산소가 제조될 수 있게 하는 개선된 극저온 정류 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 산소 농도가 70 내지 98몰% 범위인 저순도 산소를 제조하는데 특히 유리하며, 산소 농도가 50 내지 98.5몰% 범위인 저순도 산소를 제조하는 데에도 아주 유용하다.
이하에서, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 설명하고자 한다. 제1도를 참조하면, 공급 공기(1)가 압축기로 유입되어 압축된다. 제1공급 공기스트림(2)은 압축기(55)로부터 39 내지 100psia 범위내의 압력으로 배출된다. 제2공급 공기 스트림(5)은 최종 압축기의 상류에서 압축기로부터 배출되어, 스트림(5)이 스트림(2) 보다 더 낮은 압력, 일반적으로 35 내지 75psia의 압력이 되게 한다. 또한, 공급 공기가 두 개의 별도 압축기에 의해 두가지의 상이한 압력 수준으로 압축될 수 있다. 두 스트림(2 및 5)이 압축열이 제거되도록 냉각되고, 정제기(56)를 통과하여 수증기, 이산화탄소 및 다소의 탄화수소와 같은 고비등 불순물이 제거된다.
제1공기 스트림은 제2칼럼(60)의 하단 리보일러(63)을 통해 통과한다. 일반적으로 하단 리보일러를 통과하는 제1공급 공기 스트림은 전체 공급 공기중의 10 내지 50%이다. 제1도에 도시된 구체예에서, 일반적으로 전체 공급 공기중의 20 내지 36%를 포함하는 제1 공급 공기 스트림(4)의 일부(7)가 압축기(57)를 통해 더 압축되고, 냉각되어 압축열이 제거되며, 주 열교환기(58)를 통과하는데, 이러한 주 열교환기에서 반송 스트림과 간접 열교환에 의해 적어도 부분적으로 응축된다. 생성되는 스트림(16)은 밸브(76)를 통해 압력이 저하되며, 스트림(17)으로서 상분리기(69)로 통과된다. 이하보다 상세히 설명되는 바와 같이, 상분리기(69)로부터의 액체(21)는 라인(19)로 통과되며, 상분리기(69)로부터의 증기(20)는 라인(11)으로 통과된다.
제1공급 공기 스트림(4)은 주 열교환기(58)을 통과하며, 여기서, 반송스트림과의 간접 열교환에 의해 냉각된다. 제1도에 도시된 구체예에 있어서, 일반적으로 전체 공급공기의 5 내지 30%를 포함하는 제1공급 공기 스트림(4)의 일부 (13)가 주 열교환기(58)를 단지 부분적으로만 횡단한 후 배출되고, 터보 팽창기(65)를 통해 터보 팽창되어 냉각되거 발전기(66)를 통해 전력을 생성시킨다. 생성 스트림(43)이 이어서 15 내지 26psia 범위내의 압력으로 조작되는 제2칼럼(60)으로 통과된다. 일반적으로 터보 팽창을 위해 제1공급 공기 스트림(4)의 일부를 배출시키는 것이 바람직하지만, 터보 팽창을 위해 제2공급 공기 스트림(6)의 일부 또는 추가로 압축된 스트림(8)의 일부를 배출시키는 것이 바람직한 경우가 있다.
제1공급 공기 스트림은 스트림(10)으로서 주 열교환기로부터 방출된다. 제1도에 예시된 구체예에 있어서, 일반적으로 전체 공급 공기의 1 내지 5%를 포함하는 일부(33)가 주 열교환기(64)를 통과하며, 여기서, 반송 스트림과의 간접 열교환에 의해 냉각되고 제2칼럼(60)으로 통과된다. 이러한 스트림은 선택적으로 사용된다.
잔여 제1공급 공기 스트림(11)은 스트림(20)과 혼합되며, 생성되는 혼합 스트림(12)은 제2칼럼(60)의 하단 리보일러(63)를 통해 통과된다. 하단 리보일러내에서, 하단 리보일러로 통과되는 공급공기의 적어도 일부가 제2칼럼의 액체 하단과의 간접 열교환에 의해 응축된다. 일반적으로 하단 리보일러로 통과되는 공급공기가 이러한 간접 열교환에 의해 전체적으로 응축된다.
공급 공기가 하단 리보일러(63) 밖으로 스트림(19)으로서 통과되고 스트림(21)과 혼합되어 혼합된 스트림(22)을 형성한다. 하단 리보일러로부터의 공급 공기의 일부(23)가 밸브(72)를 통해 통과하여, 스트림(24)로서 제1칼럼(59)내로 통과되는데, 이러한 제1칼럼은 제2칼럼(60)의 압력을 초과하는 압력으로서, 일반적으로 35 내지 75psia의 범위의 압력에서 작동된다. 하단 리보일러로부터의 공급 공기의 또 다른 일부(25)는 주 열교환기(64)에서 스트림(33)과 혼합되어, 혼합된 스트림(34)를 형성하고, 이어서, 스트림(41)으로서 밸브(73)을 통해 열교환기(64)를 빠져나가고 스트림(42)으로서 제2칼럼(60)으로 유입된다.
제2공급 공기 스트림은 전체 공급 공기의 25 내지 55%를 포함한다. 세정된 제2공급 공기 스트림(6)은 주 열교환기(58)를 통해 통과하고, 여기서, 회귀 스트림과 간접 열교환에 의해 냉각된 후에, 스트림(14)으로서 제1칼럼(59)로 통과된다. 도시된 구체예에 있어서, 주 열교환기가 단일 유니트로서 도시된다. 주 열교환기는 다수의 유니트를 포함할 수도 있다는 것을 인지해야 한다.
제1칼럼(59)내에서, 공급 공기는 극저온 정류에 의해서 질소 부화 상단 증기 및 산소 부화 하단 액체로 분리된다. 질소 부화 상단 증기(62)가 제1칼럼(59)의 상단 컨덴서(61)로 통과되고, 여기서, 이하 상세히 설명되는 바와 같이 제1칼럼 하단부에 의해 응축된다. 바람직하게는, 질소 부화 상단 증기(62)의 일부(32)는 주 열교환기(58)을 통과하여, 일반적으로 95 내지 99.999몰% 범위내의 질소농도의 질소 생성물(52)로서 회수된다. 응축된 질소 부화 유체(80)는 환류액으로서 제1칼럼(59)으로 되돌아간다. 질소 부화 유체의 일부(31')는 부분적으로 열교환기(64)를 통과하고, 스트림(37)으로서 방출된다. 필요하다면, 스트림(37)의 일부(40)가 생성물 액체질소로서 회수될 수 있다. 잔여 스트림(38)이 밸브(74)를 통해 통과되며, 스트림(39)으로서 제2칼럼(60)으로 환류액으로 유입된다.
산소 부화 하단 액체가 스트림(29)으로서 방출되는 열교환기를 통해 부분적으로 제1칼럼(59)로부터 스트림(28)으로서 통과된다. 이러한 스트림이 밸브(75)를 통해 통과하고, 스트림(30)으로 제1칼럼(59)의 상단 컨덴서(61)로 통과된다. 상단 컨덴서(61)내에서, 산소 부화 하단 액체는 상기 응축 질소 부화 증기와의 간접 열교환에 의해 부분적으로 증발된다. 생성되는 산소 부화 증기 및 잔여 산소 부화 액체는 스트림(35 및 36)으로서 각각 상단 컨덴서(61)로부터 제2칼럼(60)으로 통과된다.
제2칼럼(60)내에서, 칼럼으로 공급되는 유체는 극저온 정류에 의해 질소 상단 증기와 저순도 산소로 분리된다. 질소 상단 증기가 열교환기(64 및 58)를 통해 통과되는 스트림(45)으로서 제2칼럼(60)으로부터 배출되고 시스템으로브터 제거되며, 바람직하게는 일반적으로 96 내지 99.7몰% 범위내의 질소 농도를 가지는 스트림(53)으로 회수된다.
저순도 산소가 주 열교환기를 통한 통과에 의한 바와 같이 제1 및 제2공급 공기 스트림과의 가접 열교환에 의해 가온되는 제2칼럼으로부터 배출되며, 저순도 산소 생성물로서 회수된다. 제1도에 도시된 구체예에 있어서, 저순도 산소가 제2칼럼(60)으로부터 액체 스트림(47)로서 배출되고, 필요한 경우, 일부(51)는 스트림(51)에서 액체 저순도 산소로서 회수될 수 있다. 잔여부분(48)이 액체 펌프(70)를 통한 통과에 의해 고압으로 펌핑되며, 생성되는 가압 액체 스트림(49)이 상기 공급 공기 스트림과의 간접 열교환에 의해 주 열교환기(58)를 통해서 기화된다. 일부(48)는 중력 헤드와 같은 적합한 다른 수단에 의해 압력이 증가될 수 있으며, 그로 인해서, 액체 펌프(70)가 불필요하게 된다. 생성되는 증기 스트림(54)이 저순도 산소 생성물로서 회수된다.
제2도, 3도 및 4도는 본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예를 나타내는 것이다. 제2도, 3도 및 4도에서의 번호는 공통의 구성요소에 있어서 제1도에서의 번호에 상응하며, 이러한 구성요소는 다시 상세하게 설명하지 않는다.
제2도에 도시된 구체예에 있어서, 가압 공급 공기 스트림(16)은 생성물 보일러(67)로 통과되어, 가압 저순도 산소 액체와의 간접 열교환에 의해 적어도 부분적으로 응축된다. 생성되는 공급 공기 스트림(81)은 열교환기(77)를 통한 통과에 의해 냉각되며, 밸브(76)를 통과하고, 스트림(17)으로서 상분리기(69)로 통과된다. 이러한 구체예에 있어서, 액체펌프(70)이 사용되는 경우 모든 액체 스트림(47)은 액체펌프(70)을 통해 통과된다. 생성되는 가압 스트림(49)는 열교환기(77)를 통한 통과에 의해 가온되고 생성물 보일러(67)내에서 부분적으로 기화된다. 증기는 스트림(50)으로서 생성물 보일러(67)로부터 배출되어, 공급 공기 스트림과의 간접 열교환에 의해 주 열교환기(58)를 통해 가온된다. 생성물 저순도 산소 증기(54)가 주 열교환기(58)로부터 회수된다. 액체 저순도 산소가 스트림(82)으로서 생성물 보일러(67)로부터 회수된다.
제3도에 도시된 구체예에 있어서, 추가로 가압된 공급 공기 스트림을 사용하지 않는다. 제1공급 공기 스트림(11)은 하단 리보일러(63)내로 추가로 유입되지 않으면서 통과되며, 칼럼으로 통과되기에 앞서 공급 공기 스트림(19)내로 추가로 유입되지 않는다. 제2칼럼(60)으로부터 배출된 모든 액체 저순도 산소 스트림(47)은 액체 생성물로서 회수된다. 대부분의 저순도 산소 생성물은 증기 스트림(83)으로서 제2칼럼(60)으로부터 배출되고, 주 열교환기(58)에서의 공급 공기 스트림과의 간접 열교환에 의해 가온되며, 스트림(84)으로 저순도 산소 생성물로서 회수된다.
제4도에 도시된 구체예에 있어서, 다른 공급 공기 분획(90)이 터보 팽창기(65)에 직접 연결된 압축기(91)를 통과하여 압축된다. 추가로 압축된 스트림은 주 열교환기(58)를 통해 부분적으로 통과되고 터보 팽창기(65)를 통해 터보 팽창되어, 냉각되고 압축기(91)를 구동한다. 생성되는 터보 팽창 스트림(88)이 열교환기(71)를 통과하여 냉각되고 스트림(44)으로서 제2칼럼(60)으로 통과된다. 저순도 산소 증기 스트림(83)은 제2칼럼(60)으로부터 배출되며, 열교환기(71)를 통해 가온되며, 주 열교환기(58)를 통해 스트림(86)으로서 통과되고, 여기서, 공급 공기 스트림과의 간접 열교환에 의해 가온된다. 생성되는 증기 스트림(87)은 저순도 산소 생성물로서 회수된다.
제1칼럼으로부터 가스성 질소를 회수하지 않으며 액체 생성물을 회수하지 않음을 제외한, 도1에 도시한 구체예에 따른 본 발명의 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하고, 그 결과를 표1에 나타낸다. 이러한 실시예는 본 발명을 단지 예시하고자 하는 것이며, 이로써 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 표1에서의 스트림 번호는 제1도의 번호에 상응한다.
[표 1]
표1에 나타낸 실시예에서, 저순도 산소는 종래의 공기 비등 극저온 정류 시스템에 비해 유니트 전력 절감면에서 개선되면서 비교할 만한 산소 회수율로 생성되고 있다.
표 2에서는, 본 발명 이전의 극저온 저순도 산소 사이클의 현재 기술상태를 양호하게 예시하고 있는 것으로 사료되는 미국특허제4,410,343호 및 제4,704,148호에 개시된 사이클을 예시하는 종래 기술과 본 발명 사이의 유니트 전력 소모 비교를 나타내고 있다. 표 2에서, 첫째줄은 제1도에 도시된 본 발명의 구체예에 따른 유니트 전력 및 산소 회수율을 나타내고, 둘째줄은 제4도에 도시된 본 발명의 구체예에 따른 유니트 전력 및 산소 회수율을 나타내며, 셋째줄은 미국특허 제4,704,148호에 기재된 사이클에 대한 결과를 나타내고, 네째줄은 미국특허 제4,410,343호에 기재된 사이클에 대한 결과를 나타낸다. 또한 미국특허 제4,410,343호의 유니트 전력을 기본으로 하여, 각각의 사이클에 대한 유니트 전력에서의 감소율(%)를 기재하고 있다.
[표 2]
표 2에 나타낸 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1도에 도시된 본 발명의 구체예는 산소 회수율은 적지만 모든 다른 사이클보다 실질적인 유니트 전력면에서 개선되고 있다. 당해 기술분야의 숙련자에게는 공지된 바와 같이, 다른 모든 것들이 동일한 경우에, 산소 회수율이 높으면, 소정의 생성물 산소 흐름에 요구된 공기 흐름에서의 적절한 감소로 인해서 유니트 전력 소모가 감소된다. 본 발명의 전력소모에 있어서의 개선은 감소된 공기 압축기 배출요건에 기인되며, 저순도 산소의 경우에도 유도된다. 낮은 회수율은 증류 칼럼에서의 더 적은 물질전달 구동력(환류비율)에 기인되며, 이러한 경우는, 낮은 구동력이 전력 절감으로 효과적으로 전환되기 때문에 저순도 산소 생산에 있어서 보다 최적인 공정을 나타내는 것이다. 제4도에 도시된 본 발명에 따른 구체예는 액체 산소 펌핑을 이용하지 않기 때문에 제1도에 도시된 것보다 더 높은 전력 요구량을 갖는다. 이러한 구체예는 산소 회수율이 높은데, 그 이유는 회수 증진 특성 때문이다.
일반적으로, 본 발명의 실시예에 있어서, 산소 순도가 아주 낮은 경우에는 제1공급 공기 스트림의 압력이 더 낮을 수 있겠지만, 제1공급 공기스트림의 압력은 제2공급 공기 스트림의 압력을 5psia 이상까지 초과할 것이다. 이중 압력 공급 공기 스트림을 사용하여, 제1칼럼 및 제2칼럼의 조작을 효과적으로 분리시켜, 하나의 칼럼 또는 다른 칼럼이 필요 이상으로 높은 압력에서 작동하는 것을 피하면서 각각의 칼럼에 있어서의 충분한 환류 및 보일업을 효과적으로 발생되게 한다. 이러한 공정은 전체 공급물 압축 요건을 감소시키고, 적절한 양이 냉각되게 하면서, 생성물 수율이 다양한 장치요소 및 플랜트 생성물 요건을 필요로 하지 않게 하고 있다.
본 발명이 특정의 바람직한 구체예를 참조로 하여 기재되고 있지만, 본 기술분야의 숙련자라면, 그 밖의 본 발명의 구체예가 특허청구범위에 따른 본 발명의 사상 및 범주내에 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. (A) 제2칼럼의 압력을 초과하는 압력에서 조작되며 상단 컨덴서를 가진 제1칼럼 및 하단 리보일러를 가진 제2칼럼으로 이루어진, 극저온 정류 플랜트를 제공하는 단계;
    (B) 39 내지 100psia의 압력 범위의 제1공급 공기 스트림을 제공하고, 상기 공급 공기 스트림을 상기 하단 리보일러를 통해 통과시키는 단계;
    (C) 공급 공기를 하단 리보일러로부터 제1 및 제2칼럼 중 하나 이상의 칼럼에 통과시키는 단계;
    (D) 제1공급 공기 스트림의 압력 미만의 압력으로 제2공급 공기 스트림을 제공하고, 제2공급 공기 스트림을 제1칼럼내로 통과시키는 단계;
    (E) 제2칼럼으로부터 저순도의 산소를 배출시키고, 배출된 저순도 산소를 상기 제1공급 공기 스트림 및 상기 제2공급 공기 스트림과 간접 열교환시켜 가온시키는 단계;
    (F) 가온된 저순도 산소를 생성물로 회수하는 단계; 및
    (G) 제1칼럼에서 질소 부화 증기와 산소 부화 액체를 생성시키고, 질소부화 증기를 상부 컨덴서에서 산소 부화 액체와 간접 열교환시켜 응축시키고, 제1 및 제2칼럼중 하나 이상의 칼럼에서 응축된 질소 부화 액체를 환류액으로 사용하고, 생성된 산소 부화 증기를 압력 감소단계에 통과시키지 않으면서 상부 컨덴서로부터 제2칼럼으로 통과시키는 단계를 포함하고, 제1공급 공기 스트림과 제2공급 공기 스트림이 모두 주 열교환기를 통과하며, 저순도 산소 생성물이 상기 두 공급 공기 스트림에 의해 주 열교환기에서 가온됨을 포함하는 저순도 산소를 제조하기 위한 극저온 정류방법.
  2. 제1항에 있어서, 저순도 산소를 액체로서 제2칼럼으로부터 배출시키고, 압력을 증가시키고, 회수전에 증발시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정류 방법.
  3. 제1항에 있어서, 저순도 산소를 증기로서 제2칼럼으로부터 배출시키며, 제2칼럼으로부터 부가적인 저순도 산소를 액체로서 배출시키는 단계 및 상기 배출된 액체를 부가적인 저순도 산소 생성물로서 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 정류 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제2칼럼으로부터 배출된 액체 저순도 산소와의 간접 열교환으로 제1공급 공기 스트림의 압력을 초과하는 압력을 지니는 추가의 공급 공기 스트림을 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 정류 방법.
  5. 제1항에 있어서, 극저온 정류 플랜트로부터 질소 농도가 95몰％를 초과하는 질소 함유 유체를 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 정류 방법.
  6. 제1항에 있어서, 공급 공기 스트림을 터보 팽창시켜 냉각시키고, 터보 팽창된 공급 공기 스트림을 제2칼럼으로 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 정류 방법.
  7. (A) 상단 컨덴서를 가진 제1칼럼 및 하단 리보일러를 가진 제2칼럼; (B) 주 열교환기, 및 제1공급 스트림을 주 열교환기로 통과시키고 주 열교환기로부터 하단 리보일러에 통과시키는 수단; (C) 하단 리보일러로부터 제1 및 제2칼럼중 하나 이상의 카럼내에 유체를 통과시키는 수단; (D) 제1공급 스트림의 압력 미만의 압력에서 제2공급 스트림을 주 열교환기로 통과시키고, 주 열교환기로부터 제1칼럼에 통과시키는 수단; (E) 제2칼럼으로부터 주 열교환기에 생성물 유체를 통과시키는 수단; (F) 주 열교환기로부터 생성물 유체를 회수하는 수단; 및 (G) 유체를 제1칼럼의 상부로부터 상부 컨덴서로 통과시키는 수단, 유체를 제1칼럼의 하부로부터 상부 컨덴서로 통과시키는 수단, 유체를 상부 컨덴서로부터 제1 및 제2칼럼중의 한 이상의 칼럼으로 통과시키는 수단 및 압력 감소 단계를 거치지 않으면서 증기를 상부 컨덴서로부터 제2칼럼으로 통과시키는 수단을 포함하는 저순도 산소의 제조를 위한 극저온 정류장치.
  8. 제7항에 있어서, 생성물 유체를 제2칼럼으로부터 주 열교환기에 통과시키는 수단이 액체 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 정류 장치.
  9. 제7항에 있어서, 추가의 공급 공기 스트림을 주 열교환기로 통과시키고 주 열교환기로부터 제2칼럼으로 통과시키는 압축기 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 정류 장치.
  10. 제7항에 있어서, 터보 팽창기, 유체 스트림을 터보 팽창기로 통과시키는 수단, 및 유체 스트림을 터보 팽창기로부터 제2칼럼으로 통과시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 정류 장치.
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