KR20120040685A - 공기 액화 분리 방법 및 장치 - Google Patents

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마사미 묘바타케
시게루 유자와
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다이요 닛산 가부시키가이샤
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Abstract

액체 제품을 채취할 때의 장치 가격을 저감할 수 있는 공기 액화 분리 방법 및 장치로서, 원료 공기의 전량을 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력의 승압 원료 공기로 하는 원료 공기 압축공정과, 승압 원료 공기로부터 불순물을 제거해 승압 정제 공기로 하는 흡착 정제 공정과, 승압 정제 공기와 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 공정과, 순환 공기를 2분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 팽창용 공기로 하는 냉각 공정과, 팽창용 공기를 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력으로 단열 팽창시켜 저온 공기로 하는 팽창 공정과, 저온 공기의 일부를 중압탑에 도입하는 공정과, 저온 공기의 잔부를 온도 회복시켜 귀환 공기로 하는 승온 공정과, 상기 귀환 공기를 승압하여 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축 공정과, 중압탑 도입 공기를 중압탑에 도입하는 공정을 가지고 있다.

Description

공기 액화 분리 방법 및 장치{AIR LIQUEFACTION AND SEPARATION METHOD AND DEVICE}
본 발명은, 공기 액화 분리 방법 및 장치에 관한 것이고, 상세하게는, 압축, 정제, 냉각한 원료 공기를 중압탑(Intermediate pressure tower) 및 저압탑에서 심랭분리(Cryogenic separation)하는 것으로 적어도 액체 산소를 제품으로서 채취하는 공기 액화 분리 방법 및 장치에 관한 것이다.
공업적으로 산소, 질소 및 아르곤을 제조할 경우에는, 공기를 원료로 하고, 중압탑, 저압탑으로 이루어지는 이중 정류탑에서 분리하는, 이른바 심랭식 공기 액화 분리 장치에 의한 제조가 일반적이다. 이 심랭식 공기 액화 분리 장치에서는, 제품의 5% 정도를 액체 산소, 액체 질소, 액체 아르곤으로서 제조할 수 있다. 그러나, 더 많은 액체 제품을 제조할 경우에는, 액화 프로세스의 추가가 필요하다.
액화 프로세스는, 원료 공기, 질소 가스등을 압축, 순환, 단열 팽창시키고, 프로세스에 필요한 한랭(寒冷)을 얻는 프로세스이며, 각각의 프로세스에 대해서, 많은 기술이 개시되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).
이러한 액화 프로세스에서는, 순환 유체가 일부 액화된 상태에서 증류탑에 공급되고 열적으로 균형을 이루는 액체 제품이 채취된다. 저압 및/또는 중압 질소 가스를 압축해서 순환 유체로 하는 질소 순환 액화 프로세스와 비교할 때, 압력이 더 높은 원료 공기의 일부를 압축해서 순환 유체로 하는 공기 순환 액화 프로세스는, 순환 유체의 압축에 필요한 소비 동력이 적고, 기본적으로 우위에 있는 프로세스이다.
그러나, 제품액량, 특히 액체 질소가 많은 경우, 공기 순환 액화 프로세스에서는 중압탑에 공급되는 원료 공기의 액화율이 상승하기 때문에, 중압탑의 증류 조건이 저하하고 대응이 곤란해진다. 한편, 질소 순환 액화 프로세스에서는, 액제품에 맞는 액체 질소를 중압탑에 공급하는 프로세스이며, 제품액량이 많은 경우에도, 중압탑의 증류 조건은 저하하지 않는다. 즉, 제품액량이 비교적 적은 경우에는, 소비 동력이 보다 적은 공기 순환 액화 프로세스가 우위에 있지만, 제품액량이 비교적 많은 경우에는, 질소 순환 액화 프로세스만이 대응할 수 있게 된다.
또한, 단일 정류탑 프로세스에 공기 순환 프로세스를 이용한 프로세스가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2, 3, 4 참조.). 모두 단일 정류탑의 운전 압력과 동일한 정도의 원료 공기의 일부를 순환시켜 상온까지 온도상승시킨 후에 원료 공기 압축기에 도입하고, 외부에서 도입한 원료 공기와 함께 압축하는 것으로써, 프로세스를 순환시키도록하고 있다. 이러한 프로세스에서는, 순환하는 원료 공기에는, 수증기나 이산화탄소가 포함되지 않는데, 순환 공기도 전처리 장치(Purifying apparatus)를 순환하는 프로세스로 되어 있으므로, 전처리 흡착 장치가 필요 이상 대형화되는 불필요함이 있었다.
게다가 이중 정류탑 프로세스로 공기 순환 액화 프로세스를 이용한 프로세스도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 5, 6 참조.). 예를 들면, 원료 공기는 압축기로 460kPa(게이지압, 이하, kPaG로 표기한다)까지 승압되어 정제된 후, 팽창 터빈으로 처리된 순환 공기의 일부와 함께 순환 공기압축기에 도입되어, 필요한 압력까지 승압된다. 이러한 순환 공기는, 열교환기로 소정의 온도까지 냉각된 후, 팽창 터빈에 도입되어, 장치에 필요한 한랭을 발생한다. 팽창 터빈으로 처리된 순환 공기의 일부는 중압탑에 도입되고, 나머지는 원료 공기와 함께 순환 압축기에 도입된다. 이 프로세스에서는, 중압탑의 운전 압력은 약 480kPaG이며, 팽창 터빈 토출 압력, 전처리 장치 운전 압력과 동일한 정도이다.
또한, 제품 산소를 채취하는 공기 액화 분리 장치로서, 채취하는 액체 산소량비의 변경이 가능한 프로세스도 알려져 있고(예를 들면, 특허문헌 7, 8 참조.), 예를 들면, 중압탑에서 유체를 전처리 설비의 후류에 도입하여 원료 공기와 함께 승압하도록하고 있다. 또한, 중압탑에서 유체를, 원료 공기와 함께 압축기로 중압탑의 운전 압력보다 높은 압력까지 압축하는 프로세스도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 9 참조.). 그러나, 이 프로세스에서는, 냉각 장치나 전처리 흡착 장치로 순환 유체도 처리하고 있으므로, 이들에 많은 처리 능력이 필요하다.
특허 제 3213846호 공보 일본 특허공고 소화 56－034787호 공보 일본 특허공고 소화 60－044584호 공보 일본 실용신안출원공개 소화 54－095552호 공보 일본 공개특허 평성 06－159929호 공보 일본 공개특허 평성 06－159930호 공보 일본 공개특허 평성 10－054657호 공보 일본 공개특허 평성 10－054658호 공보 일본 공개특허 평성 06－300435호 공보
상술한 바와 같이, 액화 프로세스로서 많은 제안이 되어 있고, 공기 순환 액화 프로세스에서는, 프로세스상의 효율 개선을 주된 목적으로 하고 있지만, 장치 가격 개선 점에서는 아직도 충분하다고는 할 수 없다.
따라서 본 발명은, 제품으로서 적어도 액체 산소를 채취하는 공기 순환 액화 프로세스에 있어서의 장치 가격의 저감을 도모할 수 있는 공기 액화 분리 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 구성은, 압축, 정제, 냉각한 원료 공기를 중압탑 및 저압탑에서 저온 증류함으로써 적어도 액체 산소를 제품으로서 채취하는 공기 액화 분리 방법으로서, 원료 공기의 전량을 상기 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정 압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기압축 공정과, 상기 승압 원료 공기에서 불순물을 흡착 제거하여 승압 정제 공기로 하는 흡착 정제 공정과, 상기 승압 정제 공기와 후술하는 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 공정과, 상기 순환 공기를 2 분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 상기 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 팽창용 공기로 하는 냉각 공정과, 상기 팽창용 공기를 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력으로 단열 팽창시키므로써 저온 공기로 하는 팽창 공정과, 상기 저온 공기의 일부를 상기 중압탑에 도입하는 공정과, 상기 저온 공기의 잔부를 온도 회복시켜 귀환 공기로 하는 승온 공정과, 상기 귀환 공기를 승압해 상기 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축 공정과, 상기 중압탑 도입 공기를 상기 중압탑에 도입하는 공정을 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 제2 구성은, 압축, 정제, 냉각한 원료 공기를 중압탑 및 저압탑에서 저온 증류함으로써 적어도 액체 산소를 제품으로 채취하는 공기 액화 분리 방법으로서, 원료 공기의 전량을 상기 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기압축 공정과, 상기 승압 원료 공기로부터 불순물을 흡착 제거해서 승압 정제 공기로 하는 흡착 정제 공정과, 상기 승압 정제 공기와 후술하는 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 공정과, 상기 순환 공기를 3분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 상기 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 냉팽창용 공기로 하고, 게다가 제3 분류 공기를 상기 제2 설정 온도보다 높은 제3 설정 온도로 냉각해서 온팽창용 공기로 하는 냉각 공정과, 상기 냉팽창용 공기를 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력로 단열 팽창시키므로써 제1 저온 공기로 하는 제1 팽창 공정과, 상기 온팽창용 공기를 상기 제2 설정압력으로 단열 팽창시키므로써 상기 제1 설정 온도보다 높은 온도의 제2 저온 공기로 하는 제2 팽창 공정과, 상기 제1 저온 공기의 일부를 상기 중압탑에 도입하는 공정과, 상기 제1 저온 공기의 잔부와 상기 제2 저온 공기를 온도 회복시켜 귀환 공기로 하는 승온 공정과, 상기 귀환 공기를 승압해서 상기 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축 공정과, 상기 중압탑 도입 공기를 상기 중압탑에 도입하는 공정을 구비하고 있다.
게다가 상기 제1 구성 또는 제2 구성에 있어서, 상기 순환 공기를, 상기 제1 설정압력보다 높은 압력으로 승압하는 순환 공기 승압 공정을 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 제3의 구성은, 압축, 정제, 냉각한 원료 공기를 중압탑 및저압탑에서 저온 증류함으로써 적어도 액체 산소를 제품으로서 채취하는 공기 액화 분리 장치로서, 원료 공기의 전량을 상기 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기 압축기와, 상기 승압 원료 공기로부터 불순물을 흡착 제거해서 승압 정제 공기로 하는 흡착 장치와, 상기 승압 정제 공기와 후술하는 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 관로와, 상기 순환 공기를 2분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 상기 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 팽창용 공기로 하는 주열교환기와, 상기 팽창용 공기를 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력으로 단열 팽창시켜 저온 공기로 하는 팽창 터빈과, 상기 저온 공기의 일부를 상기 중압탑에 도입하는 배관과, 상기 저온 공기의 잔부를 상기 주열교환기로 온도 회복시킨 귀환 공기를 승압해서 상기 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축기와, 상기 중압탑 도입 공기를 상기 중압탑에 도입하는 배관을 구비하고 있다.
게다가 본 발명의 제4 구성은, 압축, 정제, 냉각한 원료 공기를 중압탑 및 저압탑에서 저온 증류함으로써 적어도 액체 산소를 제품으로서 채취하는 공기 액화 분리 장치로서, 원료 공기의 전량을 상기 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기 압축기와, 상기 승압 원료 공기로부터 불순물을 흡착 제거해서 승압 정제 공기로 하는 흡착 장치와, 상기 승압 정제 공기와 후술하는 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 관로와, 상기 순환 공기를 3분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 상기 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 냉팽창용 공기로 하고, 게다가 제3 분류 공기를 상기 제2 설정 온도보다 높은 제3 설정 온도로 냉각하여 온팽창용 공기로 하는 주열교환기와, 상기 냉팽창용 공기를 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력에 단열 팽창시켜 제1 저온 공기로 하는 냉팽창 터빈과, 상기 온팽창용 공기를 상기 제2 설정압력으로 단열 팽창시켜 제2 저온 공기로 하는 온팽창 터빈과, 상기 제1 저온 공기의 일부를 상기 중압탑에 도입하는 배관과, 상기 제1 저온 공기의 잔부와 상기 제2 저온 공기를 상기 주열교환기로 온도 회복시킨 귀환 공기를 승압해서 상기 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축기와, 상기 중압탑 도입 공기를 상기 중압탑에 도입하는 배관을 구비하고 있다.
나아가서, 상기 제3의 구성 또는 제4의 구성에 있어서, 상기 순환 공기를, 상기 제1 설정압력보다 높은 압력으로 승압하는 순환 공기압축기를 구비하고 있는 것, 상기 순환 공기 승압기가, 상기 팽창 터빈에 설치된 팽창 터빈 제동 블로어일 것, 상기 팽창 터빈의 제동을, 블로어, 발전기, 유압펌프의 어느 하나로 실시한다.
본 발명에 의하면, 종래는 중압탑의 운전 압력에 대응한 압력으로 승압되고 있던 원료 공기의 전량을 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력, 예를 들면, 중압탑의 운전 압력에 대해서 적어도 1.5배 정도의 압력으로 승압하고, 그 상태에서 원료 공기에 포함되는 수증기, 이산화탄소 등의 불순물을 흡착 제거 하도록 하고 있기 때문에, 종래의 일반적인 공기 액화 분리 장치와 비교해 흡착 장치 및 그 주변의 배관을 소형으로 할 수 있다. 또한, 원료 공기에 포함되는 수증기의 분압이 상대적으로 낮아지므로, 수분을 흡착 제거하기 위한 흡착제의 필요량을 저감할 수 있는 동시에, 흡착제의 재생에 필요한 에너지도 저감 할 수 있다. 따라서, 종래와 동일한 정도의 소비 동력으로 장치 가격 등을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 형태 예를 나타내는 공기 액화 분리 장치의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 제2 형태 예를 나타내는 공기 액화 분리 장치의 주요부 계통도이다.
도 3은 본 발명의 제3 형태 예를 나타내는 공기 액화 분리 장치의 주요부 계통도이다.
도 4는 본 발명의 제4 형태 예를 나타내는 공기 액화 분리 장치의 주요부 계통도이다.
도 5는 본 발명의 제5 형태 예를 나타내는 공기 액화 분리 장치의 주요부 계통도이다.
도 6은 본 발명의 제6 형태 예를 나타내는 공기 액화 분리 장치의 주요부 계통도이다.
도 1의 제1 형태 예에 나타내는 공기 액화 분리 장치는, 압축, 정제, 냉각한 원료 공기를 중압탑(11) 및 저압탑(12)에서 저온 증류하므로써, 액체 제품으로서 액체 산소 LO2, 액체 미정제 아르곤(Liquid crude argon) LAr 및 액체 질소 LN2를 채취하는 동시에, 가스 제품으로서 산소가스 GO2 및 질소 가스 GN2를 채취하는 것이며, 주요 구성 기기로서 원료 공기 압축기(13), 흡착장치(14), 순환 압축기(15), 주열교환기(16), 팽창 터빈(17), 주응축기(18), 미정제 아르곤탑(19), 아르곤 응축기(20), 과냉기(21)을 구비하고 있다.
우선, 원료 공기의 전량은, 원료 공기 압축기(13)로 중압탑(11)의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기 압축공정에 도입된다. 승압 원료 공기는, 냉각기(13a)에서 냉각되고 드레인 세퍼레이터(13b)에서 응축수를 분리한 후, 흡착 정제 공정을 실시하는 흡착장치(14)에 도입된다. 흡착장치(14)에서는, 원료 공기중에 포함되어 있는 수증기나 이산화탄소 등의 불순물이 흡착제에 흡착되어 제거되고, 승압 원료 공기가 정제되어 승압 정제 공기가 된다. 이 승압 정제 공기는, 냉각기(14a)로 냉각된 후, 순환 공기 합류 관로(51)를 구성하는 다른 배관(51a)을 통과하고, 순환 압축기(15)로부터 다른 합류 관로인 배관(51b)에 토출된 승압 귀환 공기와 합류해 순환 공기 합류 공정이 행해지고, 배관(51c)을 흐르는 순환 공기가 된다.
배관(51c)의 순환 공기는, 배관(52)의 제1 분류 공기와 배관(53)의 제2 분류 공기로 2분류되고나서 냉각 공정을 실시하는 주열교환기(16)에 도입된다. 제1 분류 공기는, 주열교환기(16)에서 제1 설정 온도로 냉각되고, 주열교환기(16)의 냉단에서 배관(54)에 도출되어 중압탑 도입 공기가 된다. 이 중압탑 도입 공기는, 밸브 (31)에서 중압탑(11)의 운전 압력에 대응하는 압력으로 감압되어, 대부분이 액화된 상태로 배관(55)에서 중압탑(11) 하부에 도입된다.
배관(53)의 제2 분류 공기는, 주열교환기(16)로의 냉각 공정에서 상기 제1 설정 온도보다 높은 온도의 제2 설정 온도로 냉각되고, 주열교환기(16)의 냉단에 도달하기 전에 배관(56)으로 빼내어 팽창용 공기가 되어, 팽창 터빈(17)에 도입된다. 팽창용 공기는, 팽창 터빈(17)으로 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력으로 단열 팽창하는 팽창 공정이 행해져 배관(57)의 저온 공기가 된다. 이 저온 공기는, 배관(57)으로부터 배관(58)과 배관(59)으로 분류되어, 배관(59)에 분류된 저온 공기는, 밸브(32)를 거쳐 배관(60)으로부터 중압탑(11) 하부로 상승 가스로서 도입된다.
상기 배관(58)에 분류된 저온 공기의 잔부는, 주열교환기(16)의 냉단에 도입되어 승온 공정이 행해지고, 상기 제1 분류 공기 및 제2 분류 공기와 열교환되어 각 분류 공기를 소정 온도로 냉각하는 동시에 자신은 상온 부근까지 온도 회복하고, 배관(61)의 귀환 공기가 된다. 이 귀환 공기는, 순환 압축기(15)에 흡인되어 순환 압축 공정이 행해지고, 상기 승압 정제 공기에 대응한 압력으로 승압된 후, 상기 배관(51b)에 토출되어 상기 배관(51a)의 승압 정제 공기에 합류되어, 배관 (51c)의 상기 순환 공기가 된다.
배관(55) 및 배관(60)에서 중압탑(11) 하부에 도입된 원료 공기는, 상기 중압탑(11)에서의 증류 조작에 의해, 중압탑 정수리부의 중압 질소 부화가스와 중압탑 바닥부의 산소 부화액으로 분리된다. 산소 부화액은, 중압탑 바닥부에서 배관 (62)으로 빠져나와서, 과냉기(21)로 냉각된 후, 배관(63)과 배관(64)으로 분류하고, 배관(64)의 산소 부화액은, 밸브(33)로 저압탑(12)의 운전 압력에 대응한 압력에 감압된 후, 배관(65)을 다니며 저압탑(12)의 중간부에 환류액으로 도입된다.
또한, 배관(63)을 흐르는 산소 부화액은, 밸브(34)에서 감압된 후, 미정제 아르곤탑(19)의 상부에 설치된 아르곤 응축기(20)에 도입된다. 아르곤 응축기(20)에서 기화된 산소부화 가스는, 배관(66)을 통해 저압탑(12) 중간부에 상승 가스로서 도입된다. 저압탑(12)에 도입된 산소 부화액 및 산소부화 가스중의 산소분은, 저압탑(12)에서의 증류 조작에 의해 저압탑 바닥부에 농축되어 저압 액체 산소가 된다. 이 저압 액체 산소의 일부는, 배관(67)으로 빠져나와서 과냉기(21)에서 냉각된 후에 제품 액체 산소로서 배관(68)에서 채취된다.
상기 중압탑 정수리부의 중압 질소 부화가스는, 배관(69)을 통해 저압탑 바닥부에 배치된 주 응축기(18)에 도입되고, 상기 저압 액체 산소와 간접 열교환을 행하여, 저압 액체 산소를 기화시켜 저압 산소 가스로 하는 동시에, 자신은 액화해서 액체 질소가 된다. 이 액체 질소는, 일부가 배관(70)을 통해 중압탑(11) 상부에 환류액으로서 되돌리고, 액체 질소의 잔부는, 배관(71)을 통해 과냉기(21)에서 냉각된 후, 일부가 배관(72)으로 분류해 제품 액체 질소로서 채취된다. 대부분의 액체 질소는, 밸브(35)에서 저압탑(12)의 운전 압력에 대응한 압력에 감압된 후, 배관(73)을 통해 저압탑(12)의 상부에 환류액으로서 도입된다.
게다가, 저압탑(12)의 중간부에서는, 배관(74)으로 아르곤이 풍부한 가스 유체(피드 아르곤)가 빠져나와서 미정제 아르곤탑(19) 하부에 도입되고, 미정제 아르곤탑(19)에서의 증류 조작에 의해 미정제 아르곤탑 정수리부에 아르곤이 농축된 미정제 아르곤 가스가 분리되어, 미정제 아르곤탑 바닥부에는 아르곤 농도가 저하한 액체가 분리한다. 이 아르곤 농도가 저하된 액체는, 미정제 아르곤탑 바닥부에서 배관(75)으로 빼내어 저압탑(12)의 중간부에 하강액으로서 되돌린다.
미정제 아르곤탑 정수리부의 미정제 아르곤가스는, 배관(76)을 거쳐 아르곤 응축기(20)에 도입되고, 이 아르곤 응축기(20)에서 상기 산소 부화액과 열교환하므로써 액화하여 미정제 아르곤이 된다. 이 액체 미정제 아르곤은, 일부가 제품의 액체 미정제 아르곤으로서 배관(77)에서 채취되고, 잔부의 액체 미정제 아르곤은, 배관(78)을 통해서 미정제 아르곤탑(19) 상부에 환류액으로서 도입된다.
상기 저압탑(12)에서의 증류 조작에 의해 저압탑 정수리부에 농축된 저압 질소 가스는, 배관(79)으로 빠져나와서 과냉기(21)에 도입되고, 상기 각 액체의 냉각원으로서 이용된 후, 배관(80)을 거쳐 주열교환기(16)의 냉단에 도입된다. 또한, 상기 주응축기(18)에서 기화된 저압 산소 가스는, 일부가 배관(81)으로 빠져나와서 주열교환기(16)의 냉단에 도입되고, 나머지 대부분의 저압 산소 가스는 저압탑(12)의 상승 가스가 된다. 게다가, 저압탑(12)의 중상부에서는, 저압탑(12)내를 상승하는 가스의 일부가 폐가스(WG)로서 배관(82)으로 빠져나와서 과냉기(21)의 냉각원이 된 후, 주열교환기(16)의 냉단에 도입된다.
이들의 저압 질소 가스, 저압 산소 가스 및 폐가스는, 주열교환기(16)의 온단(Worm end)에서 도입되는 상기 각 분류 공기와 열교환을 실시하고, 온도를 회복하여 상온으로 승온한 후, 저압 질소 가스는 배관(83)에서 제품 질소 가스로서 채취되고, 저압 산소 가스는 배관(84)에서 제품 산소 가스로서 채취되며, 폐가스는 배관(85)으로 빠져나온 후, 상기 흡착장치(14)의 재생 가스 등으로 이용된다.
이렇게 형성된 공기 액화 분리 장치에 있어서, 원료 공기 압축기(13)로 원료 공기를 승압한 승압 원료 공기의 제1 설정압력은, 중압탑(11)의 운전 압력보다 높은 압력으로 설정된다. 일반적으로, 중압탑(11), 저압탑(12), 주응축기(18)를 구비한 이중 정류탑에서의 중압탑(11)의 운전 압력은 약 500kPaG이며, 배관(60)에서 중압탑(11) 하부에 도입되는 저온 공기의 압력도 동일한 정도가 되고, 배관(61)을 흐르는 귀환 공기도 중압탑(11)의 운전 압력과 동일한 정도의 약 500kPaG가 되기 때문에, 이 순환 공기를 승압하는 순환 압축기(15)의 압축비를 1.5?1.8로 하면, 순환 압축기(15)의 토출 압력과 동일한 압력의 승압 원료 공기의 압력, 즉 제1 설정압력은, 약 750kPaG(500kPaG×1.5)?900kPaG(500kPaG×1.8)가 된다.
따라서, 본 형태 예에서는, 원료 공기에서 불순물을 제거하는 흡착장치(14)의 운전 압력은, 종래의 통상의 공기 액화 분리 장치의 경우와 비교해서 1.5배 정도가 되므로, 흡착장치(14)의 흡착기 본체나 주변 배관의 소형화를 도모할 수 있고, 장치 가격을 저감할 수 있다. 즉, 종래의 흡착 장치와 비교하면, 흡착장치(14)의 흡착통의 통 지름을 작게 할 수 있으므로 흡착통 재료 가격이 저감되고, 또한, 원료 공기에 동반되는 수증기량이 감소하므로, 수증기의 흡착 제거에 필요한 알루미나겔량을 줄일 수 있기 때문에, 흡착 장치 전체적으로 설비 비용을 크게 저감할 수 있다. 또한, 원료 공기에 포함되는 수증기량이 적게 되므로, 원료 공기를 저온에 냉각할 필요가 없어져, 냉각 설비에 필요로 하는 비용도 삭감할 수 있다.
이하에 기재하는 본 발명의 다른 형태 예의 설명에 있어서, 상기 제1 형태 예에 나타낸 공기 액화 분리 장치의 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다. 또한, 중압탑이나 저압탑의 주변 구성은, 상기 제1 형태 예와 같은 구성을 채용할 수 있으므로, 이러한 부분의 도시 및 설명은 생략한다.
도 2의 제2 형태 예에 나타내는 공기 액화 분리 장치는, 순환 압축기(15)를 제1 압축단(15a), 제2 압축단(15b)을 가진 다단 압축기로 하고, 제1 압축단(15a)에서 토출된 승압 귀환 공기와 승압 정제 공기를 합류시켜 순환 공기로 하고, 상기 순환 공기를 순환 압축기(15)의 제2 압축단(15b)으로 순환 공기 승압 공정을 실시하는 것으로 더 승압하여 고압 순환 공기로 한 후, 팽창 터빈(17)의 제동 블로어(22)에서 제2의 순환 공기 승압 공정을 실시하는 것으로 고압으로 더 승압하도록 형성하고 있다.
즉, 원료 공기 압축기(13)로 전량이 제1 설정압력으로 승압된 원료 공기를 흡착장치(14)에서 정제한 승압 정제 공기는, 순환 공기 합류 관로(51)의 배관(51a)을 통과하고, 제1 압축단(15a)으로부터 토출되어 애프터 쿨러(After-cooler)로 냉각된 배관(51b)의 승압 귀환 공기와 배관(51c)에 합류하고, 제2 압축단(15b)에서 제1 설정압력보다 높은 압력으로 승압되어 고압의 순환 공기가 된다.
순환 압축기(15)로부터 토출된 고압 순환 공기는, 일부가 상기 배관(52)으로 분류되고, 상기와 마찬가지로, 주열교환기(16)에 도입되어 제1 설정 온도로 냉각되어, 배관(54), 밸브(31), 배관(55)을 거쳐 대부분이 액화된 상태로 중압탑(11) 하부에 도입된다.
배관(53)으로 분류된 고압의 순환 공기의 잔부는, 팽창 터빈(17)의 제동 블로어(22)에 도입되어 고압으로 더 승압된 후, 배관(86)을 거쳐 주열교환기(16)에 도입되어, 제1 설정 온도보다 높은 온도의 제2 설정 온도로 냉각되고, 주열교환기 (16)의 냉단에 도달하기 전에 배관(56)으로 빠져나와 팽창용 공기가 되고, 팽창 터빈(17)에 도입된다. 팽창용 공기는, 팽창 터빈(17)에서 제1 설정압력보다 낮은 압력의 제2 설정압력으로 단열 팽창하여 배관(57)의 저온 공기가 된다. 이 저온 공기의 일부는, 배관(59)으로 분류되어 밸브(32) 및 배관(60)을 거쳐 중압탑 하부에 도입되고, 저온 공기의 잔부는, 배관(58)으로 분류되어 주열교환기(16)의 냉단에 도입되고, 온도 회복하여 배관(61)의 귀환 공기가 되고, 순환 압축기(15)의 제1 압축단(15a)에 흡인되어 순환한다.
이와 같이, 순환 공기 승압 공정에서 순환 공기를 승압하고 더 고압 순환 공기로 하므로써, 팽창 터빈(17)에서 팽창율을 높게 할 수 있어, 한랭 발생량을 증대시킬 수 있다.
도 3의 제3 형태 예에 나타내는 공기 액화 분리 장치는, 팽창 공정을 실시하는 팽창 터빈으로서, 상대적으로 온도가 낮은 상기 제2 설정 온도의 팽창용 공기(냉팽창용 공기)를 단열 팽창시키는 냉팽창 터빈(17a)과, 제2 설정 온도보다 상대적으로 온도가 높은 제3 설정 온도의 팽창용 공기(온팽창용 공기)를 단열 팽창시키는 온팽창 터빈(17b)을 설치하는 동시에, 양쪽 팽창 터빈(17a, 17b)의 제동용으로서, 냉팽창 터빈 제동 블로어(22a) 및 온팽창 터빈 제동 블로어(22b)를 각각 설치하고 있다.
상기 제2 형태 예와 같이, 승압 정제 공기와 승압 귀환 공기가 합류 후에 순환 압축기(15)의 제2 압축단(15b)으로 승압되어 고압이 된 순환 공기는, 배관(52)의 제1 분류 공기와 배관(53)의 제2 분류 공기로 분류하고, 배관(53)에 분류한 제2 분류 공기는, 냉팽창 터빈 제동 블로어(22a)로 더 승압되고, 배관(86)으로부터 주열교환기(16)에 도입되고 상기 제2 설정 온도로 냉각된 상태로 배관(56)으로 빠져나와 냉팽창용 공기가 된다. 이 냉팽창용 공기는, 냉팽창 터빈(17a)에서 제1 팽창 공정이 행해지고 상기 제2 설정압력으로 단열 팽창하므로써, 상기 제1 설정 온도 부근의 제1 저온 공기가 된다.
제1 저온 공기의 일부는, 배관(57)으로부터 배관(59)으로 분류되어, 밸브 (32) 및 배관(60)을 거쳐 중압탑(11) 하부에 도입되고, 배관(58)으로 분류된 잔부의 제1 저온 공기는, 주열교환기(16)의 냉단에 도입되어 온도 회복하므로써 배관 (61)의 귀환 공기가 되며, 순환 압축기(15)의 제1 압축단(15a)에 흡인되어 상기와 동일하게 순환한다.
한편, 배관(52)으로 분류된 제1 분류 공기는, 온팽창 터빈 제동 블로어(22b)로 더 승압되어 배관(87)으로부터 주열교환기(16)에 도입되고, 상기 제2 설정 온도보다 높은 온도의 제3 설정 온도로 냉각되며, 일부가 제3 분류 공기로서 분류하고, 배관(88)으로 빠져나와 온팽창용 공기가 된다. 이 온팽창용 공기는, 온팽창 터빈 (17b)으로 제2 팽창 공정이 행해지고 상기 제2 설정압력으로 단열 팽창하므로써, 상기 제1 설정 온도보다 높고, 제3 설정 온도보다 낮은 온도의 제2 저온 공기가 되어, 상기 제2 저온 공기의 온도에 대응한 위치의 배관(89)으로부터 주열교환기(16)에 도입되고, 온도 회복중인 제1 저온 공기에 합류해서 배관(61)에 도출되어 귀환 공기가 되어, 순환 압축기(15)에 순환한다. 제1 분류 공기의 잔부는, 주열교환기(16)로 제1 설정 온도로 냉각되고, 배관(54), 밸브(31), 배관(55)을 거쳐 중압탑(11)에 도입된다.
이와 같이, 팽창 공정을, 온?냉의 두 공정에 분할하는 것으로써, 팽창 터빈에 의한 단열 팽창을 효율적으로 실시할 수 있고, 중압탑(11)에 도입하는 원료 공기를 효과적으로 냉각할 수 있다.
도 4의 제4 형태 예에 나타내는 공기 액화 분리 장치는, 상기 제3 형태 예 에 있어서의 순환 압축기(15)를, 제1 압축단(15a), 제2 압축단(15b), 제3 압축단(15c)을 가진 다단 압축기로 한 것이다. 순환 압축기(15)의 제2 압축단(15b)으로 승압된 순환 공기는, 상기와 마찬가지로, 배관(52)의 제1 분류 공기와 배관(53)의 제2 분류 공기로 분류하고, 제1 분류 공기는, 온팽창 터빈 제동 블로어(22b)로 더 승압되어 배관(87)으로부터 주열교환기(16)에 도입되고, 일부가 상기 제3 설정 온도로 배관(88)에서 제3 분류 공기로서 분류되고, 온팽창용 공기가 되어 온팽창 터빈(17b)에 도입된다. 온팽창 터빈(17b)에서 제2 설정압력으로 단열 팽창하므로써 상기와 같은 제2 저온 공기가 되고, 배관(89)으로부터 주열교환기(16)에 도입되어 온도 회복한 후에 배관(61)을 거쳐 순환 압축기(15)에 순환한다.
한편, 배관(53)의 제2 분류 공기는, 제3 압축단(15c) 및 냉팽창 터빈 제동 블로어(22a)에서 고압으로 더 승압되고 나서 배관(86)을 거쳐 주열교환기(16)에 도입되고, 상기 제2 설정 온도로 배관(56)에서 빠져나와 냉팽창용 공기가 되며, 냉팽창 터빈(17a)에서 제2 설정압력으로 단열 팽창하므로써, 상기 제1 설정 온도 부근의 제1 저온 공기가 된다. 배관(57)의 제1 저온 공기의 일부는, 배관(59)으로부터 밸브(32) 및 배관(60)을 거쳐 중압탑(11) 하부에 도입되고, 잔부의 제1 저온 공기는, 배관(58)으로부터 주열교환기(16)에 도입되어 상기 제2 저온 공기와 합류하고, 온도 회복하여 배관(61)의 귀환 공기가 되며, 순환 압축기(15)에 흡인되어 순환한다.
도 5의 제5 형태 예에 나타내는 공기 액화 분리 장치는, 상기 제4 형태 예에 서의 냉팽창 터빈 제동 블로어(22a)에 대신해 발전기(23)를 설치하고, 냉팽창 터빈(17a)의 제동을 발전기(23)에서 실시하도록 하는 동시에, 배관(53)으로 분류되어 순환 압축기(15)의 제3 압축단(15c)에서 승압한 제2 분류 공기를 같은 압력으로 배관(90)으로부터 주열교환기(16)에 도입하도록 한 것이다. 이와 같이, 팽창 터빈의 제동에는, 블로어 제동 이외의 전동기 제동이나 오일 제동을 채용할 수 있다.
도 6의 제6 형태 예에 나타내는 공기 액화 분리 장치는, 원료 공기 압축기(13)에서 중압탑(11)의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압되고, 흡착장치(14)에서 정제된 후의 승압 정제 공기와, 순환 압축기(15)에서 승압되어 냉팽창 터빈 제동 블로어(22a) 및 온팽창 터빈 제동 블로어(22b)로 더 승압된 후의 승압 귀환 공기를 합류시키도록 형성하고 있다.
즉, 흡착장치(14)로부터 배관(91)에 도출된 승압 정제 공기는, 순환 공기 합류 관로를 구성하는 배관(92)과 배관(93)으로 분류된다. 한편, 배관(61)의 귀환 공기를 순환 압축기(15)에서 승압한 승압 귀환 공기는, 냉팽창 터빈 제동 블로어(22a)로 향하는 배관(94)과 온팽창 터빈 제동 블로어(22b)로 향하는 배관(95)으로 분류된다.
배관(94)으로 분류되어 냉팽창 터빈 제동 블로어(22a)에서 더 승압된 승압 귀환 공기는, 순환 공기 합류 관로를 구성하는 배관(96)을 통해 상기 배관(92)으로부터의 승압 정제 공기와 합류하여, 배관(97)을 통해 주열교환기(16)에 도입되고, 제2 설정 온도로 냉각되어 배관(56)으로 빠져나와 상기 냉팽창용 공기가 되어 냉팽창 터빈(17a)에 도입된다.
배관(95)으로 분류되어 온팽창 터빈 제동 블로어(22b)에서 더 승압된 승압 귀환 공기는, 순환 공기 합류 관로를 구성하는 배관(98)을 통해 상기 배관(93)으로부터의 승압 정제 공기와 합류하여, 배관(99)을 통해 주열교환기(16)에 도입되고, 일부가 제3 설정 온도로 냉각된 단계에서 배관(88)에 빠져나와, 온팽창용 공기가 되어 온팽창 터빈(17b)에 도입되고, 잔부는 제1 설정 온도로 냉각된 후, 배관(54)의 중압탑 도입 공기가 되어 중압탑(11)에 도입된다.
한편, 각 형태 예에서는, 액체 제품으로서 액체 산소 LO2, 액체 미정제 아르곤 LAr 및 액체 질소 LN2를 채취하는 예를 들었지만, 액체 제품으로서 액체 산소 LO2만을 채취하는 공기 액화 분리 장치에도 적용 가능하고, 액체 산소 LO2와 액체 미정제 아르곤 LAr, 액체 산소 LO2와 액체 질소 LN2의 조합도 가능하다. 또한, 순환 압축기에는, 흡입 압력, 토출 압력, 처리량에 따라 4단 이상의 압축단을 가진 압축기를 이용할 수 있다.
다음에, 상기 제3 형태 예에 나타낸 공기 액화 분리 장치를 사용하여, 액체 산소 1500N㎥/h, 액체 질소 1000N㎥/h 및 액체 아르곤 50N㎥/h를 채취하는 경우의 구체적인 예를 설명한다. 한편,［N㎥/h］는, 0℃, 1 기압으로 환산한 1시간 당 유량을 나타내고 있다.
우선, 원료 공기(8800N㎥/h)는, 전량이 원료 공기 압축기(13)로 약 850kPaG까지 승압된 후, 활성 알루미나겔 및 제올라이트를 사용한 흡착장치(14)에 도입되고, 원료 공기중에 포함되어 있는 수증기나 이산화탄소 등의 불순물이 흡착 제거되어 정제된다. 정제된 원료 공기(승압 정제 공기)는, 순환 압축기(15)의 제1 압축단(15a)과 제2 압축단(15b) 사이에 도입되고, 제1 압축단(15a)에서 토출되는 승압 귀환 공기(12800N㎥/h)와 합류하여, 제2 압축단(15b)에서 2700kPaG으로 승압되어 순환 공기가 된다.
순환 공기의 일부(제1 분류 공기 7700N㎥/h)는, 온팽창 터빈 제동 블로어(22b)에서 4000kPaG으로 승압된 후 주열교환기(16)에 도입된다. 제1 분류 공기의 일부(제3 분류 공기 4000N㎥/h)는, 주열교환기(16)에서 제3 설정 온도로 냉각된 단계에서 주열교환기(16)로부터 빠져나와, 온팽창 터빈(17b)에 도입되어 제2 설정압력에 단열 팽창하므로써 제2 저온 공기가 된다. 제1 분류 공기의 잔부(3700N㎥/h)는, 주열교환기(16)에서 제1 설정 온도까지 냉각되고, 밸브(31)로 중압탑 대응 압력으로 감압된 후, 배관(55)을 통해 중압탑(11)에 도입된다.
순환 공기의 잔부(제2 분류 공기 13900N㎥/h)는, 냉팽창 터빈 제동 블로어(22a)에서 4000kPaG으로 승압되어 주열교환기(16)에 도입되고, 주열교환기(16)에서 제2 설정 온도로 냉각된 후 냉팽창 터빈(17a)에 도입되어 단열 팽창하므로써 제1 저온 공기가 된다. 제1 저온 공기의 일부(8800N㎥/h)는, 주열교환기(16)에 도입되어 상기 제2 저온 공기와 합류하여, 원료 공기(순환 공기)의 냉각원이 되므로써 온도 회복해서 귀환 공기가 된다. 제1 저온 공기의 잔부(5100N㎥/h)는, 밸브(32), 배관(60)을 통해 중압탑(11) 하부에 도입된다.
중압탑(11)에 도입된 원료 공기(배관(55)으로부터의 3700N㎥/h, 배관(60)으로부터의 5100N㎥/h)는, 중압탑(11), 저압탑(12) 및 미정제 아르곤탑(19)에서 저온 증류되므로써, 액체 산소 1500N㎥/h, 액체 질소 1000N㎥/h, 액체 아르곤 50N㎥/h의 액체 제품과, 산소 가스, 질소 가스의 가스 제품과, 폐가스로 된다.
주요한 배관을 흐르는 기액의 유량, 온도, 압력, 산소 조성을 표 1에 나타내는 동시에, 본 실시예에 있어서의 흡착 장치와 종래 기술의 흡착 장치를 비교한 흡착 장치에서의 주된 사양을 표 2에 나타낸다. 한편, 표 2에서의 활성 알루미나량 이하는, 종래 장치를 100으로 했을 때의 상대치이다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
11 : 중압탑 12 : 저압탑
13 : 원료 공기 압축기 14 : 흡착 장치
15 : 순환 압축기 15a : 제1 압축단
15b : 제2 압축단 15c : 제3 압축단
16 : 주열교환기 17 : 팽창 터빈
17a : 냉팽창 터빈 17b : 온팽창 터빈
18 : 주응축기 19 : 미정제 아르곤탑
20 : 아르곤 응축기 21 : 과냉기
22 : 제동 블로어 22a : 냉팽창 터빈 제동 블로어
22b : 온팽창 터빈 제동 블로어 23 : 발전기
51 : 순환 공기 합류 관로

Claims (8)

  1. 압축, 정제, 냉각된 원료 공기를 중압탑 및 저압탑에서 저온 증류하므로써 적어도 액체 산소를 제품으로서 채취하는 공기 액화 분리 방법으로서, 원료 공기의 전량을 상기 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기 압축공정과, 상기 승압 원료 공기로부터 불순물을 흡착 제거해서 승압 정제 공기로 하는 흡착 정제 공정과, 상기 승압 정제 공기와 후술하는 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 공정과, 상기 순환 공기를 2분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 상기 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 팽창용 공기로 하는 냉각 공정과, 상기 팽창용 공기를 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력으로 단열 팽창시키므로써 저온 공기로 하는 팽창 공정과, 상기 저온 공기의 일부를 상기 중압탑에 도입하는 공정과, 상기 저온 공기의 잔부를 온도 회복시켜 귀환 공기로 하는 승온 공정과, 상기 귀환 공기를 승압해서 상기 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축 공정과, 상기 중압탑 도입 공기를 상기 중압탑에 도입하는 공정을 구비하고 있는 공기 액화 분리 방법.
  2. 압축, 정제, 냉각된 원료 공기를 중압탑 및 저압탑에서 저온 증류하므로써 적어도 액체 산소를 제품으로서 채취하는 공기 액화 분리 방법으로서, 원료 공기의 전량을 상기 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기 압축공정과, 상기 승압 원료 공기로부터 불순물을 흡착 제거해서 승압 정제 공기로 하는 흡착 정제 공정과, 상기 승압 정제 공기와 후술하는 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 공정과, 상기 순환 공기를 3분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 상기 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 냉팽창용 공기로 하고, 게다가 제3 분류 공기를 상기 제2 설정 온도보다 높은 제3 설정 온도로 냉각해서 온팽창용 공기로 하는 냉각 공정과, 상기 냉팽창용 공기를 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력으로 단열 팽창시키므로써 제1 저온 공기로 하는 제1 팽창 공정과, 상기 온팽창용 공기를 상기 제2 설정압력으로 단열 팽창시키므로써 상기 제1 설정 온도보다 높은 온도의 제2 저온 공기로 하는 제2 팽창 공정과, 상기 제1 저온 공기의 일부를 상기 중압탑에 도입하는 공정과, 상기 제1 저온 공기의 잔부와 상기 제2 저온 공기를 온도 회복시켜 귀환 공기로 하는 승온 공정과, 상기 귀환 공기를 승압해서 상기 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축 공정과, 상기 중압탑 도입 공기를 상기 중압탑에 도입하는 공정을 구비하고 있는 공기 액화 분리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,　상기 순환 공기를, 상기 제1 설정압력보다 높은 압력으로 승압하는 순환 공기 승압 공정을 구비하고 있는 공기 액화 분리 방법.
  4. 압축, 정제, 냉각된 원료 공기를 중압탑 및 저압탑에서 저온 증류하므로써 적어도 액체 산소를 제품으로서 채취하는 공기 액화 분리 장치로서, 원료 공기의 전량을 상기 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기 압축기와, 상기 승압 원료 공기로부터 불순물을 흡착 제거하여 승압 정제 공기로 하는 흡착 장치와, 상기 승압 정제 공기와 후술하는 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 관로와, 상기 순환 공기를 2분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 상기 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 팽창용 공기로 하는 주열교환기와, 상기 팽창용 공기를 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력으로 단열 팽창시켜서 저온 공기로 하는 팽창 터빈과, 상기 저온 공기의 일부를 상기 중압탑에 도입하는 배관과, 상기 저온 공기의 잔부를 상기 주열교환기로 온도 회복시킨 귀환 공기를 승압해서 상기 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축기와, 상기 중압탑 도입 공기를 상기 중압탑에 도입하는 배관을 구비하고 있는 공기 액화 분리 장치.
  5. 압축, 정제, 냉각된 원료 공기를 중압탑 및 저압탑에 저온 증류하므로써 적어도 액체 산소를 제품으로서 채취하는 공기 액화 분리 장치로서, 원료 공기의 전량을 상기 중압탑의 운전 압력보다 높은 제1 설정압력으로 승압해서 승압 원료 공기로 하는 원료 공기 압축기와, 상기 승압 원료 공기로부터 불순물을 흡착 제거해서 승압 정제 공기로 하는 흡착 장치와, 상기 승압 정제 공기와 후술하는 승압 귀환 공기를 합류시켜 순환 공기로 하는 순환 공기 합류 관로와, 상기 순환 공기를 3분류한 제1 분류 공기를 제1 설정 온도로 냉각해서 중압탑 도입 공기로 하고, 제2 분류 공기를 상기 제1 설정 온도보다 높은 제2 설정 온도로 냉각해서 냉팽창용 공기로 하고, 게다가 제3 분류 공기를 상기 제2 설정 온도보다 높은 제3 설정 온도로 냉각해서 온팽창용 공기로 하는 주열교환기와, 상기 냉팽창용 공기를 상기 제1 설정압력보다 낮은 제2 설정압력으로 단열 팽창시켜 제1 저온 공기로 하는 냉팽창 터빈과, 상기 온팽창용 공기를 상기 제2 설정압력으로 단열 팽창시켜 제2 저온 공기로 하는 온팽창 터빈과, 상기 제1 저온 공기의 일부를 상기 중압탑에 도입하는 배관과, 상기 제1 저온 공기의 잔부와 상기 제2 저온 공기를 상기 주열교환기에서 온도 회복시킨 귀환 공기를 승압해서 상기 승압 귀환 공기로 하는 순환 압축기와, 상기 중압탑 도입 공기를 상기 중압탑에 도입하는 배관을 구비하고 있는 공기 액화 분리 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 순환 공기를, 상기 제1 설정압력보다 높은 압력으로 승압하는 순환 공기압축기를 구비하고 있는 공기 액화 분리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 순환 공기 승압기는, 상기 팽창 터빈에 설치된 팽창 터빈 제동 블로어인 공기 액화 분리 장치.
  8. 제 4 항 내지 제 6 항 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창 터빈의 제동을, 블로어, 발전기, 유압 펌프의 어느 하나로 실시하는 공기 액화 분리 장치.
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