KR20220166824A - 공기의 극저온 분류 공정, 공기 분류 플랜트 및 적어도 2개의 공기 분류 플랜트로 구성된 통합 시스템 - Google Patents

공기의 극저온 분류 공정, 공기 분류 플랜트 및 적어도 2개의 공기 분류 플랜트로 구성된 통합 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20220166824A
KR20220166824A KR1020227038695A KR20227038695A KR20220166824A KR 20220166824 A KR20220166824 A KR 20220166824A KR 1020227038695 A KR1020227038695 A KR 1020227038695A KR 20227038695 A KR20227038695 A KR 20227038695A KR 20220166824 A KR20220166824 A KR 20220166824A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rectification column
column
gas
air
fed
Prior art date
Application number
KR1020227038695A
Other languages
English (en)
Inventor
디미트리 골루베브
Original Assignee
린데 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 린데 게엠베하 filed Critical 린데 게엠베하
Publication of KR20220166824A publication Critical patent/KR20220166824A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/0403—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/04096—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of argon or argon enriched stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04145—Mechanically coupling of different compressors of the air fractionation process to the same driver(s)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04315—Lowest pressure or impure nitrogen, so-called waste nitrogen expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04709—Producing crude argon in a crude argon column as an auxiliary column system in at least a dual pressure main column system
    • F25J3/04715—The auxiliary column system simultaneously produces oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04721—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column
    • F25J3/04727—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column using an auxiliary pure argon column for nitrogen rejection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
    • F25J3/04963—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network and inter-connecting equipment within or downstream of the fractionation unit(s)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F25J2200/06—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system in a classical double column flow-sheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20—Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/34—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/52—Oxygen production with multiple purity O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F25J2215/56—Ultra high purity oxygen, i.e. generally more than 99,9% O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/04—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams using a pressure accumulator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/50—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being oxygen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

본 발명은 9 내지 14.5 bar의 압력 레벨에서 작동된 고압 칼럼(11), 2 내지 5 bar의 압력 레벨에서 작동된 저압 칼럼(12), 및 아르곤 칼럼(13)을 포함하는 정류 칼럼 시스템(10)을 포함하는 공기 분류 플랜트(100 내지 400)를 사용한 공기의 극저온 분류 공정에 관한 것이다. 재순환 스트림은 제2 상단 기체 또는 이의 일부를 사용하여 형성되고, 이것은 가열되고, 압축되고, 다시 냉각되고, 부분적인 또는 완전한 액화 후에 또는 액화되지 않은 상태에서 제1 정류 칼럼(11) 내로 및/또는 제2 정류 칼럼(12) 내로 부분적으로 또는 완전히 또는 분획으로 도입될 것으로 예상된다. 본 발명은 또한 상응하는 시스템(100 내지 400)에 관한 것이다.

Description

공기의 극저온 분류 공정, 공기 분류 플랜트 및 적어도 2개의 공기 분류 플랜트로 구성된 통합 시스템
본 발명은 독립항의 각각의 전제부에 따른 공기의 극저온 분류 공정, 공기 분류 플랜트 및 적어도 2개의 공기 분류 플랜트로 구성된 통합 시스템에 관한 것이다.
공기 분류 플랜트에서 공기의 극저온 분류에 의한 액체 또는 기체 상태(gaseous state)의 공기 생성물의 생산은 공지되어 있고, 예를 들어 문헌[H.-W.
Figure pct00001
(editor), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, 특히, Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification"]에 기재되어 있다.
전형적인 유형의 공기 분류 플랜트는 2-칼럼 시스템으로서, 특히 이중-칼럼 시스템으로, 뿐만 아니라, 삼중-칼럼 또는 다중-칼럼 시스템으로도 설계될 수 있는 정류 칼럼 시스템을 갖는다. 액체 및/또는 기체 상태의 질소 및/또는 산소를 얻기 위한 정류 칼럼, 즉 질소-산소 분리를 위한 정류 칼럼 외에도, 추가의 공기 성분, 특히, 비활성 기체를 얻기 위한 정류 칼럼이 제공될 수 있다.
언급된 정류 칼럼 시스템의 정류 칼럼은 상이한 압력 레벨들에서 작동된다. 공지된 이중-칼럼 시스템은 소위 압력 칼럼(고압 칼럼, 중압 칼럼, 또는 하부 칼럼으로도 지칭됨) 및 소위 저압 칼럼(상부 칼럼으로도 지칭됨)을 갖는다. 고압 칼럼은 전형적으로 4 내지 7 bar, 특히 약 5.3 bar의 압력 레벨에서, 다른 한편으로 저압 칼럼은 전형적으로 1 내지 2 bar, 특히 약 1.4 bar의 압력 레벨에서 작동된다. 특정 경우에, 심지어 더 높은 압력 레벨이 어느 하나의 정류 칼럼에 사용될 수 있다. 여기에서 그리고 아래에 인용된 압력은 표시된 각각의 칼럼의 상단(top)에서의 절대 압력이다.
공기 분류 플랜트는 전달될 공기 생성물 및 이들의 필요한 집합(aggregate) 및 압력 상태에 따라 상이하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 소위 내부 압축은 기체상 압력 생성물을 제공하기 위해 공지되어 있다. 이 경우, 극저온 액체가 정류 칼럼 시스템으로부터 취해지고, 여기에 액체 상태에서의 압력 증가가 일어나며, 가열에 의해 기체 또는 초임계 상태로 전환된다. 예를 들어, 이러한 방식으로, 내부적으로 압축된 기체상 산소, 내부적으로 압축된 기체상 질소 또는 내부적으로 압축된 기체상 아르곤이 생산될 수 있다. 내부 압축은 대안적인, 마찬가지로 가능한 외부 압축에 비해 다양한 이점을 제공하며, 예를 들어, 문헌[
Figure pct00002
(상기 참고), section 2.2.5.2, "Internal Compression"]에 설명되어 있다.
그러나, 내부 압축은 모든 경우에서 유리하거나 요구되지 않는다. 따라서, 대안적인 플랜트 구성이 특히 아르곤이 공급되어야 하는 경우 뿐만 아니라, 9 내지 14.5 bar의 압력 레벨에서 압축된 질소에 대해 제안되었다. 일반적으로, 이러한 대안적인 플랜트 구성에서는, 원하는 생성물 압력을 사용하여 이미 작동하는, 기체상 질소를 제공하기 위한 정류 칼럼이 사용될 수 있다. 따라서, 상응하는 정류 칼럼으로부터 취한 질소는 더 이상 압축되지 않아야 한다. 아르곤 생산을 위한 정류 칼럼이 또한 이러한 맥락에서 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은, 특히 설명된 요건 프로파일에 따라, 공기 생성물의 제공을 추가로 개선하고, 이것들을 보다 효율적이고 더 간단하게 만드는 수단을 특정하는 것이다.
[청구항 1에 대해]
이 배경에 대해, 본 발명은 각각의 독립항의 특징을 갖는 공기의 극저온 분류 공정 및 상응하는 공기 분류 플랜트 및 적어도 2개의 공기 분류 플랜트로 구성된 통합 시스템을 제안한다. 각각의 실시형태는 종속항의 그리고 아래 설명의 내용이다.
하기에서는, 본 발명 및 그의 이점뿐만 아니라 근간이 되는 기술적 배경을 기술하는 데 사용되는 일부 용어를 먼저 더 상세히 설명할 것이다.
공기 분류 플랜트에 사용된 장치는 인용된 기술 문헌, 예를 들어 문헌[
Figure pct00003
, Section 2.2.5.6, "Apparatus"]에 설명되어 있다. 따라서, 하기 정의가 상이하지 않는 한, 본 출원의 체제 내에서 사용된 용어에 관해서는 인용된 기술 문헌을 명백히 참조한다.
"응축기 증발기"는 제1 응축 유체 스트림이 제2 증발 유체 스트림과의 간접 열 교환에 관여하는 열 교환기를 지칭한다. 각각의 응축기 증발기는 액화 챔버 및 증발 챔버를 갖는다. 액화 및 증발 챔버들은 액화 또는 증발 통로들을 갖는다. 제1 유체 스트림의 응축(액화)은 액화 챔버 내에서 수행되고, 제2 유체 스트림의 증발은 증발 챔버 내에서 수행된다. 증발 및 액화 챔버들은 서로 열-교환 관계에 있는 통로들의 그룹들에 의해 형성된다. 응축기 증발기는 또한 이것들의 기능에 따라 "상단 응축기"및 "섬프(sump) 증발기"로서 지칭되며, 여기서 상단 응축기는 상단 기체가 정류 칼럼에서 응축되는 응축기 증발기이고, 섬프 증발기는 정류 칼럼의 섬프 액체가 증발되는 응축기 증발기이다. 그러나, 섬프 액체는 또한, 예를 들어, 본 발명의 맥락에서 사용된 바와 같이, 상단 응축기에서 증발될 수 있다.
오일 브레이크, 또는 발생기, 압축기와 같은 추가 팽창 터빈 또는 에너지 변환기에 공통 샤프트를 통해 결합될 수 있는 "팽창 터빈" 또는 "팽창 기계"가 기체상 또는 적어도 부분적으로 액체 스트림을 경감시키기 위해 설정된다. 특히, 본 발명에서 사용하기 위한 팽창 터빈은 터보-팽창기로서 설계될 수 있다. 압축기가 하나 이상의 팽창 터빈에 의해(예를 들어, 전기 모터에 의해) 구동되지만, 외부에서 공급되는 어떠한 에너지도 없이 구동되는 경우, 용어 "터빈-구동형" 압축기 또는 대안적으로 "부스터"가 사용된다. 터빈-구동형 압축기 및 팽창 터빈의 배열은 또한 "부스터 터빈" 또는 대안적으로 "터빈 부스터"로 지칭된다. 확장이 부스터 터빈에서 일어남이 아래에 언급되어 있는 경우, 이는 터빈 섹션을 지칭하는 것을 의미한다. 동일한 것이 압축에 적용되며, 이는 그 다음 부스터 터빈의 또는 터빈 부스터의 압축기 섹션에서 일어난다.
본원에서 "주 공기 압축기"로 지칭된 다중-스테이지 터보압축기는, 분리될 공급 공기를 압축하기 위해 공기 분류 플랜트에 사용된다. 터보압축기의 기계적 구조는 당업자에게 대체적으로 공지되어 있다. 터보압축기에서, 압축될 매체의 압축은 터빈 휠 또는 임펠러 상에 또는 샤프트 상에 직접 배열되는 터빈 블레이드에 의해 일어난다. 그러나, 터보압축기는 다중-스테이지 터보압축기에서 복수의 압축기 스테이지를 가질 수 있는 구조 유닛을 형성한다. 압축기 스테이지는 대체적으로 터빈 블레이드의 상응하는 배열을 포함한다. 이들 압축기 스테이지 모두는 공통 샤프트에 의해 구동될 수 있다. 그러나, 압축기 스테이지가 상이한 샤프트를 갖는 그룹으로 구동되는 것이 또한 제공될 수 있는데, 여기서 샤프트는 기어를 통해 서로 연결될 수도 있다.
주 공기 압축기는, 정류 칼럼 시스템에 공급되고 공기 생성물, 즉 공급 공기 전체의 생산에 사용된 공기의 전체 양이 상기 주 공기 압축기에 의해 압축됨을 추가로 특징으로 한다. 따라서, 그러나, 주 공기 압축기 내에서 압축된 공기 양의 일부만이 훨씬 더 높은 압력의 "부스터 공기 압축기"에 제공될 수도 있다. 이는 또한 터보압축기로 설계될 수 있다. 부스터 및 주 공기 압축기로서의 그러한 압축기의 공통 압축기 또는 압축기 스테이지의 사용이 또한 제공될 수 있다. 일부 공기 양을 압축하기 위해, 전술된 부스터 형태의 추가 터보압축기가 전형적으로 공기 분류 플랜트에 제공되는데, 그러나 이는 대체로 주 공기 압축기 또는 부스터와 비교하여 비교적 작은 정도의 압축만을 가져온다.
본 명세서에서 사용된 용어에서 액체 및 기체는 하나 이상의 성분이 풍부하거나 적을 수 있고, 몰, 중량, 또는 부피를 기준으로 "풍부"는 적어도 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9%, 또는 99.99%의 함량을 지칭할 수 있고, "적은"은 최대 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1%, 또는 0.01%의 함량을 지칭할 수 있다. 용어 "대부분"은 "풍부"의 정의에 상응할 수 있다. 액체 및 기체는 또한 하나 이상의 성분이 풍부해지거나 고갈될 수 있으며, 여기서 이러한 용어들은 액체 또는 기체가 그로부터 추출된 출발 액체 또는 출발 기체 중의 함량을 참조한다. 액체 또는 기체는, 이것이 출발 액체 또는 출발 기체를 기준으로 상응하는 성분 함량의 적어도 1.1배, 1.5배, 2배, 5배, 10배, 100배, 또는 1,000배를 함유하는 경우에는 "풍부해진" 것이고, 이것이 최대 0.9배, 0.5배, 0.1배, 0.01배, 또는 0.001배를 함유하는 경우에는 "고갈된" 것이다. 예로서, 여기에서 "산소" 또는 "질소"로 언급되는 경우, 이는 또한 산소 또는 질소가 풍부하지만 오로지 그것만으로 반드시 이루어질 필요는 없는 액체 또는 기체를 의미하는 것으로 이해된다.
본 출원에서는 압력 및 온도를 특성화하기 위해 용어 "압력 레벨" 및 "온도 레벨"을 사용하는데, 이는 상응하는 플랜트에서의 상응하는 압력 및 온도가 본 발명의 구상을 실현하기 위해 정확한 압력 또는 온도 값의 형태로 사용될 필요가 없음을 의미한다. 그러나, 이러한 압력 및 온도는 전형적으로, 예를 들어, 평균 주위로 1%, 5%, 10%, 20%, 또는 심지어는 50%인 특정 범위에 속한다. 이 경우에, 상응하는 압력 레벨 및 온도 레벨은 산재된 범위 내에 또는 서로 중첩된 범위 내에 있을 수 있다. 특히, 압력 레벨은, 예를 들어, 피할 수 없거나 예상되는 압력 손실을 포함한다. 동일한 사항이 온도 레벨에도 적용된다.
발명의 효과
본 발명의 맥락에서, 서두에 언급된 요건 프로파일, 즉, 9 내지 14.5 bar의 압력 레벨에서의 기체상의 압축된 질소의 생산 및 추가의 아르곤 생산에 대하여, 이중-칼럼 시스템이 상승된 압력 레벨에서 작동되는 경우, 그리고 질소가 저압 칼럼의 상단에서 동시에 제거되고 재순환 스트림의 형태로 부분적으로 또는 완전히 가열되고, 압축되고, 다시 냉각되고, 후속 액화 후에 또는 액화되지 않은 상태에서 압력 칼럼 및/또는 저압 칼럼 내로 공급되는 경우, 특히 유리한 공정을 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 맥락에서, 저압 칼럼은 상부 영역에 적합한 질소 섹션을 사용하여 아래에 설명된 사양을 가지며 재순환 스트림의 형성에 사용되는 질소-풍부 상단 기체를 제공하도록 구성된다. 본 발명의 맥락에서, 아르곤 생산을 위한 하나 이상의 추가 정류 칼럼, 예를 들어, 미정제 아르곤 칼럼 및 공지된 유형의 순수 아르곤 칼럼이 또한 사용된다.
본 발명은, 제1 정류 칼럼, 제2 정류 칼럼 및 제3 정류 칼럼을 갖는 정류 칼럼 시스템을 갖는 공기 분류 플랜트를 사용한 공기의 극저온 분류 공정을 제안한다. 제1 및 제2 정류 칼럼은 특히, 공지된 이중-칼럼 시스템의 압력 칼럼 및 저압 칼럼에 따라 형성될 수 있고 일반적으로 비슷한 방식으로 연결되는 정류 칼럼이다. 그러나, 이들은 증가된 압력 레벨에서 작동된다. 제3 정류 칼럼은 특히, 질소를 분리하기 위해 제공된 추가 섹션을 가짐으로써 미가공(raw) 및 순수 아르곤 칼럼의 기능을 서로 부분적으로 조합시키는, 아르곤 생성물을 얻기 위한 미정제 아르곤 칼럼 또는 단일 칼럼이다.
본 발명의 맥락에서 제공된 제1 정류 칼럼은 제1 압력 레벨에서 작동되고, 냉각된 압축된 공기를 사용하여 형성되는 제1 공급물 스트림은 제1 정류 칼럼 내로 공급되고, 제1 공급물 스트림과 관련하여 산소 및 아르곤이 풍부한 제1 섬프 액체 및 질소-풍부 제1 상단 기체가 제1 정류 칼럼에서 형성된다.
제1 섬프 액체는 특히 28 내지 38%의 산소 및 아르곤 및 질소의 함량을 가질 수 있다. 제1 상단 기체는 특히 0.1 내지 100 ppb, 예를 들어, 대략 10 ppb 산소, 1 내지 100 ppm, 예를 들어, 대략 30 ppm 아르곤 및 그렇지 않으면 본질적으로 질소 및 가능하게는 더 가벼운 성분의 함량을 가질 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 제2 정류 칼럼은 제2 압력 레벨에서 작동되고, 제1 섬프 액체 또는 이의 일부를 사용하여 형성되는 (적어도) 하나의 제2 공급물 스트림은 제2 정류 칼럼 내로 공급된다. 또한 아래에서 설명되듯, 제1 섬프 액체 또는 상응하는 부분은 특히 또한 아르곤 생산 칼럼(들)의 상단 응축기를 냉각시키는데 사용될 수 있고, 이에 의해 공급물 스트림 또는 공급물 스트림들로서 제2 정류 칼럼 내로 공급되는 가능하게는 증발 및 증발되지 않은 분획(fraction)을 생성한다. 제2 정류 칼럼에서, 산소-풍부 제2 섬프 액체 및 질소-풍부 제2 상단 기체가 형성된다.
제2 상단 기체는 특히 1 내지 1000 ppb, 예를 들어, 약 100 ppb 산소 및 3 내지 300 ppm, 예를 들어, 약 90 ppm 아르곤의 함량에 있을 수 있다. 특정 경우에, 예를 들어, 도 2에 따른 실시형태에서, 제1 및 제2 상단 기체는 또한 본질적으로 동일한 내용물을 가질 수 있다.
제2 섬프 액체 및 제2 상단 기체보다 더 높은 아르곤 함량을 가지며 전형적으로 소위 아르곤 벨리(argon belly)에서 또는 그 아래에서 제2 정류 칼럼으로부터 제거되는 유체를 사용하여 형성되는 제3 공급물 스트림이 제3 정류 칼럼 내로 공급되고, 제3 정류 칼럼에서 제3 공급물 스트림에 대하여 아르곤이 풍부한 제3 상단 기체가 형성된다. 제3 공급물 스트림은 제2 섬프 액체 및 제2 상단 기체보다 더 높은 아르곤 함량을 가지며 제2 정류 칼럼으로부터 제거되는 유체로부터 직접 형성될 필요는 없지만, 제2 정류 칼럼으로부터 제거된 유체가 차례로 공급되는 추가 정류 칼럼 또는 또 다른 분리 장치로부터 제거되는 유체를 사용하여 형성될 수도 있다. 고순도 산소를 얻기 위한 제4 정류 칼럼을 참조하여 아래에서 동일하게 설명된다.
본 발명의 맥락에서, 제1 정류 칼럼은 특히 80 내지 110개, 예를 들어, 90개의 이론적 플레이트로, 제2 정류 칼럼은 90 내지 150개, 예를 들어, 110개의 이론적 플레이트로, 그리고 제3 정류 칼럼은 210 내지 280개, 예를 들어 250개의 이론적 플레이트로 형성될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 제1 압력 레벨은 제1 정류 칼럼의 상단에서 9 내지 14.5 bar, 예를 들어, 약 11.6 bar이고, 제2 압력 레벨은 제2 정류 칼럼의 상단에서 2 내지 5 bar, 예를 들어 약 3.5 bar이다.
본 발명에 따르면, 제2 상단 기체 또는 이의 일부는, 가열되고, 압축되고, 다시 냉각되고, 부분적인 또는 완전한 액화 후에 또는 액화되지 않은 상태에서 제1 정류 칼럼 내로 및/또는 제2 정류 칼럼 내로 부분적으로 또는 완전히 또는 분획으로 공급되는 재순환 스트림을 형성하기 위해 사용된다. 이러한 방식으로, 제안된 공기 분류 공정의 효율은 유의하게 개선된다. 즉, 본 발명의 한 실시형태에서, 제2 상단 기체의 적어도 일부는 그에 따라 재순환 기체로서 연속적으로 가열되고, 압축되고, 다시 냉각된 다음, 제1 정류 칼럼 내로 공급될 수 있다.
부분적인 또는 완전한 액화가 일어나는 경우, 이것은 특히 열-교환 방식으로 제1 정류 칼럼과 제2 정류 칼럼을 연결하는 주 응축기 및/또는 아래에 설명된 추가 정류 칼럼의 섬프 영역에 배열된 응축기 증발기를 사용하여 본 발명의 맥락에서 수행될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 특히 제2 정류 칼럼으로부터의 아르곤의 유의하게 85% 초과, 예를 들어, 약 90%가 아르곤 생산 시스템 및 따라서 제3 정류 칼럼 내로 전달되고, 아르곤 생성물을 얻는 데 사용될 수 있다. 아르곤이 얻어질 때, 85% 초과, 예를 들어 약 90%의 아르곤 수율이 달성될 수도 있다. 90% 초과의 수율도 가능하다.
본 발명의 맥락에서, 질소 생성물의 압축은 특히, 즉 특정 실시형태에서 제1 압력 레벨에서의 압력 칼럼의 작동에 의해 불필요해질 수 있다. 재순환 스트림을 형성하기 위해 제2 상단 기체 또는 이의 상응하는 부분을 압축하는 압축기의 경우, 예를 들어 단지 2개의 압축 스테이지를 갖는 비교적 간단한 구성이 사용될 수 있다. 이 압축기는 또한 특히, 예를 들어, 주 공기 압축기의 기능을 충족시키는 4개의 스테이지를 또한 포함하는 소위 조합 압축기의 형태로 설계될 수 있다. 즉, 압축된 공기의, 그리고 재순환 스트림을 형성하는데 사용된 제2 상단 기체의 또는 이의 상응하는 부분의 압축은 공동으로 구동되는 압축기 배열을 사용하여 수행될 수 있다.
서두에 언급된 추가로 압축되지 않은 생성물 질소의 생산을 위한 공정과 대조적으로, 추가 정류 칼럼 및 상응하는 장치의 사용은 본 발명의 맥락에서 불필요할 수 있어서, 본 발명에 따라 제안된 공정은 유의하게 더 낮은 자본 지출을 필요로 한다. 공지된 공정과 대조적으로, 비슷한 에너지 요건으로 더 높은 아르곤 생산이 얻어진다.
언급된 바와 같이, 본 발명의 맥락에서, 제1 상단 기체의 적어도 일부는 제1 압력 레벨에서, 즉 추가의 압축 없이 공기 분류 플랜트로부터 압축된 질소 생성물로서 배출될 수 있다.
그러나, 원칙적으로, 제2 재순환 스트림을 형성하는 목적으로, 제2 상단 기체의 제1 부분만을 가열, 압축 및 다시 냉각시키고, 부분적인 또는 완전한 액화 후에 또는 액화되지 않은 제1 및/또는 제2 정류 칼럼 내로 이것을 부분적으로 또는 완전히 또는 분획으로 공급하지만, 다른 한편으로 제2 상단 기체의 제2 부분을 단지 가열하고 압축하고 이것을 공기 분류 플랜트로부터 배출되는 압축된 질소 생성물을 제공하기 위해 사용하는 것이 또한 가능하다. 제2 부분의 가열 및 압축은 특히 제1 부분과 함께 일어날 수 있다. 제1 상단 기체를 생성물로서 사용하는 것과 대조적으로, 이 대안은 압축된 스트림을 냉각시키는 데 사용된 열 교환기가 유의하게 더 작고 시스템이 더 낮은 에너지 요건을 갖는다는 특정 이점을 갖는다. 이 경우에 제2 상단 기체의 순도가 제1 상단 기체의 순도와 매우 유사하기 때문에, 고순도 질소 생성물의 압축은 단점으로 보여질 수 있다. 고순도 질소 생성물의 압축은 가능한 불순물로 인해 많은 경우에서 요구되거나 허용되지 않는다.
본 발명의 한 실시형태에서, 재순환 스트림은 중간 영역에서 제1 정류 칼럼 내로 액화되지 않은 상태에서 부분적으로 또는 완전히 공급될 수 있다. 이 경우, "중간 영역"은 위 및 아래에 분리 플레이트가 위치하는 영역을 나타낸다. 특히, 분리 섹션은 중간 영역 위에 위치하며, 이 분리 섹션에서는 공급된 재순환 스트림 또는 이의 상응하게 공급된 부분에 추가 정제가 실시될 수 있고, 이러한 방식으로 더욱 깨끗한 제1 상단 기체 및 따라서 더욱 깨끗한 압축된 질소 생성물의 형성에 기여할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 재순환 스트림 또는 이의 일부는 응축되고, 열-교환 방식으로 제1 정류 칼럼과 제2 정류 칼럼을 연결하는 응축기 증발기를 사용하여 제1 정류 칼럼 내로 공급됨이 제공된다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 재순환 스트림 또는 이의 일부는 부분적으로 또는 완전히 응축되고, 제2 정류 칼럼 내로 공급된다. 이 경우, 공급 지점은 마지막에 설명된 변형예에 비해, 이동된다. 액화는 특히 아래에 설명된 추가 정류 칼럼의 섬프 영역에 배열된 언급된 응축기 증발기를 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에서, 추가의 공기 분류 플랜트가 사용되는데, 이것에 의해 0.1 내지 100 ppm의 산소 함량을 갖는 질소-풍부 기체가 최대 1.5 bar의 주위 압력의 압력 레벨에서 제공되고, 이 기체는 가능한 한 유사한 산소 함량을 갖는 재순환 스트림과 적어도 부분적으로 조합된다. 이 방식으로, 본 발명이 제1 정류 칼럼에서 이 기체를 추가로 정제하는 것을 가능하게 하기 때문에, 특히 상응하는 기체에 대한 별도의 정제 장치와 비교하여 특정 이점이 얻어진다. 공정은, 제2 상단 기체의 순도가 다른 공기 분류 플랜트로부터의 질소-풍부 기체의 순도와 유사한 그러한 방식으로 최적화된다. 공급물은 전체적인 측면에서 수율을 추가로 증가시키고, 에너지 소비를 감소시킨다. 압축될 분류 공기의 양을 유의하게 감소시킴으로써, 시스템 비용이 또한 감소된다.
특히, 방금 설명된 본 발명의 실시형태에서, 추가의 공기 분류 플랜트에 의해 제공된 질소-풍부 기체는 먼저 적어도 부분적으로 제2 압력 레벨로 압축된 다음, 재순환 스트림과 조합될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에서, 제2 섬프 액체 및 제2 상단 기체보다 더 높은 아르곤 함량을 가지며 제2 정류 칼럼으로부터 제거되는 유체는 이미 언급된 바와 같이 추가의, 즉, 제4 정류 칼럼 내로 공급될 수 있고, 제3 공급물 스트림은 이 추가의 정류 칼럼으로부터 제거되는 유체를 사용하여 형성될 수 있다. 추가의 정류 칼럼은 특히 고순도 산소 생성물을 형성하도록 구성되고, 아래에 설명된 바와 같이 작동된다.
추가의 정류 칼럼은 특히 제1 (상부) 부분 및 제2 (하부) 부분을 가지며, 여기서 특히 탄화수소의 보유에 역할을 하는 "장벽 플레이트" 정류 섹션이 제1 부분과 제2 부분 사이에 배열된다. 특히, 추가의 정류 칼럼의 제1 부분은 미정제 아르곤 칼럼의 최하 부분으로서 기능적으로 형성될 수 있고, 따라서 실제 미정제 아르곤 칼럼, 즉 제3 칼럼에 결합될 수 있다. 상응하는 실시형태는 공기 분류 플랜트의 전체 높이를 감소시키기 위해 특히 구성 공간을 이유로 수행된다. 제2 정류 칼럼으로부터 취해지고 제3 공급물 스트림을 형성하는 데 사용되는 유체는 제1 부분의 하부 영역 내로 공급된다. 제1 부분의 상부 영역으로부터 기체가 제거되고 제3 공급물 스트림의 형성에 사용된다. 섬프 액체가 제3 칼럼에서 형성된 적어도 부분적으로 제1 부분의 상부 영역 내로 전달된다.
액체는 제1 부분의 중간 영역으로부터 제거되고, 실제 순수 산소 생산이 일어나는 제2 부분의 상부 영역 내로 공급된다. 기체는 제2 부분의 상부 영역으로부터 제거되고 제1 부분의 중간 영역 내로 공급되고, 순수 산소는 제2 부분의 하부 영역에서 형성되고 공기 분류 플랜트로부터 배출된다. 순수 산소는 특히 5 내지 500 ppb, 예를 들어, 대략 10 ppb의 잔류 함량으로 형성될 수 있다.
상응하는 추가 또는 추가의 분할 칼럼이 존재하지 않는 경우, 제2 칼럼으로부터의 유체가 또한 제3 칼럼, 즉 미정제 아르곤 칼럼 내로 직접 공급될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 추가의 정류 칼럼의 제2 부분의 하부 영역은 특히 제1 상단 기체 및/또는 재순환 스트림의 일부가 가열 유체로서 사용되는 응축기 증발기를 사용하여 가열된다. 그 다음, 가열 유체로서 사용된 제1 상단 기체의 및/또는 재순환 스트림의 일부는 특히 액화된 상태에서 제1 정류 칼럼 내로 또는 제2 정류 칼럼 내로 공급될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 질소 섹션 아래의 기체, 특히 소위 불순한 질소는 제2 정류 칼럼으로부터 제거되고, 가열되고, 터빈 확장되고, 공기 분류 플랜트로부터 배출될 수 있다. 본 발명의 특정 이점은, 하나의 상응하는 극저온 팽창 기계만이 사용되어야 하고 동시에 상대적으로 높은 액체 생산이 수행될 수 있다는 것이다.
제2 공급물 스트림을 형성하는데 사용되는 제1 섬프 액체 또는 이것의 적어도 일부가, 여러 번 언급된 바와 같이, 적어도 제3 정류 칼럼의 상단 기체의 응축에 공급될 수 있다. 제3 상단 기체는, 특히, 그 자체가 선행 기술로부터 공지된 바와 같이, 순수 아르곤 칼럼에서 정제되어 순수 아르곤을 제공할 수 있다.
본 발명에 따라 마찬가지로 제안된 공기 분류 플랜트의 특징에 관해서는, 상응하는 독립항을 명백히 참조한다. 이 공기 분류 플랜트는 특히 실시형태에서 이전에 설명된 바와 같은 공정을 수행하도록 구성된다. 따라서, 본 발명에 따른 공정 및 이것의 유리한 실시형태에 관한 상기 설명을 명백히 참조한다.
본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시하는 첨부 도면을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 상이한 실시형태에 따른 공기 분류 플랜트를 예시한다.
도면에서, 서로 기능적으로 또는 구조적으로 상응하는 요소들은 동일한 도면 부호로 표시되어 있고 명료함을 목적으로 반복하여 설명되지 않는다. 플랜트 및 플랜트 구성요소와 관련된 설명은 상응하는 공정 및 공정 단계에 대해 동일한 방식으로 적용된다.
도 1에는, 본 발명의 실시형태에 따른 공기 분류 플랜트가 단순화된 공정 흐름도의 형태로 예시되어 있고, 이는 전체적으로 (100)으로 표시된다.
공기 분류 플랜트(100)에서, 공기는 필터(2)를 통해 주 공기 압축기(1)에 의해 흡입되고, 예를 들어, 약 12.5 bar의 압력 레벨로 압축된다. 물의 냉각 및 분리 후에, 상응하게 압축된 공기는, 그 자체가 공지된 방식으로 설계될 수 있는 흡착기 스테이션(3)에서 잔류하는 물 및 이산화탄소가 제거된다. 언급된 구성요소의 설계를 위해, 서두에 인용된 기술 문헌을 참조한다.
상응하게 형성된 압축된 공기 스트림(a)은 주 열 교환기(4)를 통해 가온 단부로부터 냉간 단부까지 안내되고, 공급물 스트림(위에서 그리고 아래에서 또한 "제1 공급물 스트림"으로 지칭됨)으로서 정류 칼럼 시스템(10)의 압력 칼럼(11)("제1 정류 칼럼") 내로 공급된다. 도시된 예에서, 정류 칼럼 시스템(10)은 압력 칼럼(11)에 더하여, 저압 칼럼(12)("제2 정류 칼럼"), 미정제 아르곤 칼럼(13)("제3 정류 칼럼"), 상부 부분(14a)("제1 부분") 및 하부 부분(14b)("제2 부분")을 갖는 순수 산소 칼럼(14)("제4 정류 칼럼"), 및 순수 아르곤 칼럼(15)("제5 정류 칼럼")을 갖는다. 압력 칼럼(11)은 특히 다중-레벨 배스(bath) 증발기로서 설계될 수 있는 주 응축기(16)를 통해 저압 칼럼(12)에 열-교환 방식으로 연결되고, 섬프 증발기(17)는 순수 산소 칼럼(14)의 하부 부분(14b)의 바닥에 배열된다. 도시된 예에서, 서브냉각 열 교환기(18)가 또한 정류 칼럼 시스템(10)과 관련된다.
압력 칼럼(11)의 상단에서, 상단 기체("제1 상단 기체")가 형성된다. 도시된 예에서, 이것의 일부는 주 응축기(16)를 통해 재료 스트림(b)의 형태로 공급되고, 섬프 증발기(17)를 통해 재료 스트림(c)의 형태로 추가 부분으로 이어진다. 이 방식으로 형성된 응축물의 일부는 환류물로서 압력 칼럼(11)으로 반환된다. 추가 응축물은 서브냉각 열 교환기(18)를 통해 액체 질소 스트림(m)의 형태로 공급될 수 있고, 예를 들어, 상응하는 생성물로서 제공될 수 있다. 예시된 실시형태로부터 벗어나서, 재료 스트림(c)이 또한 압력 칼럼(11) 내로 재료 스트림(b)에 별도로 공급될 수 있거나, 서브냉각 열 교환기(18)에서 별도로 서브냉각되고 저압 칼럼(12) 내로 공급될 수 있다. 압력 칼럼(11)의 상단 기체의 추가 부분은 주 열 교환기(4)에서 가열되고, 예를 들어, 약 10 ppb의 산소 함량에서 그리고 예를 들어, 약 11.8 bar의 압력에서 생성물로서 공기 분류 플랜트(100)로부터 배출되는 재료 스트림(d)을 형성하는 데 사용된다.
압력 칼럼(11)의 섬프에서, 섬프 액체("제1 섬프 액체")가 형성되고, 재료 스트림(e)의 형태로 이로부터 제거된다. 재료 스트림(e)은 먼저 서브냉각 열 교환기(18)를 통해 공급되고, 그 다음 별도로 표시되지 않은 미정제 아르곤 칼럼(13) 및 순수 아르곤 칼럼(15)의 상단 응축기를 냉각시키기 위해 그 자체가 공지된 방식으로 사용된다. 증발된 및 증발되지 않은 분획은 ("제2 공급물 스트림"을 포함하는) 재료 스트림(f)의 형태로 저압 칼럼(12) 내로 공급된다. 압력 칼럼(11)의 중간 영역으로부터, 상단 기체보다 더 낮은 질소 함량을 갖는 유체가 압력 칼럼(11)으로부터 제거되고, 서브냉각 열 교환기(18)를 통해 안내된 다음, 저압 칼럼(12) 내로 공급된다.
저압 칼럼(12)에서, 섬프 액체("제2 섬프 액체")가 형성되고, 이는 재료 스트림(h)의 형태로 이로부터 제거되고, 펌프(5)에서 가압되고, 주 열 교환기(4)에서 가열되고, 내부적으로 압축된 산소 생성물로서 배출된다. 섬프 위에서, 기체는 아래에 설명된 재료 스트림(k)과 조합되어, 예를 들어, 약 90% 산소의 함량을 갖는 수집 스트림(l)을 형성하는 재료 스트림(i)의 형태로 저압 칼럼(12)으로부터 제거되고, 주 열 교환기(4)에서 부분적으로 가열되고, 발생기 터빈(6)에서 확장되고, 주 열 교환기(4)에서 다시 가열되고, 예를 들어, 흡착기 스테이션(3)에서 재생 기체로서 사용된다.
기체상의 압축된 질소 스트림("제2 상단 기체")은 재료 스트림(n)의 형태로 저압 칼럼(12)의 상단으로부터 제거된다. 이것은 예를 들어, 대략 3.7 bar의 압력 레벨에서 존재하고, 예를 들어 약 100 ppb의 산소 함량을 갖는다. 이것은 상기 언급된 재료 스트림(k) 없이 사용되어 재순환 스트림을 형성하고, 이것은 먼저 서브냉각 열 교환기(18)를 통해 공급된 다음, 주 열 교환기(4)에서 가열되고, 압축기(7)에서 압축되고, 주 열 교환기(4)에서 다시 냉각되고, 이미 언급된 중간 영역에서 압력 칼럼(11) 내로 공급된다.
저압 칼럼(11)으로부터, 아르곤 풍부해진 기체가 재료 스트림(o)의 형태로 제거되고, 순수 산소 칼럼(14)의 상부 부분(14a) 내로 공급된다. 이미 언급된 바와 같이, 도시된 예에서 이 상부 부분(14a) 은 기능적으로 미정제 아르곤 칼럼(13)의 일부이다. 따라서, 위의 설명을 참조한다. 상응하게 변형된 미정제 아르곤 칼럼을 갖는 또 다른 실시형태에서, 재료 스트림(o)은 또한 미정제 아르곤 칼럼 내로 직접 공급될 수 있다. 상부 부분(14a)의 하부 영역으로부터, 재료 스트림(p) 형태의 섬프 액체가 저압 칼럼(11) 내로 재순환된다. 순수 산소 칼럼(14)의 상부 부분(14a)으로부터의 상단 기체는 미정제 아르곤 칼럼(13)을 공급하는 데 사용되고, 미정제 아르곤 칼럼의 섬프 액체는 펌프(8)에 의해 순수 산소 칼럼(14)의 상부 부분(14a) 상으로 다시 펌핑된다. 순수 산소 칼럼(14)의 상부 부분(14a) 및 하부 부분(14b)은 재료 스트림(s) 및 (t)을 통해 서로 연결된다. 재료 스트림(s)은 상부 부분(14a)의 중간 영역으로부터 액체 형태로 제거되고 하부 부분(14b) 상으로 공급된다. 재료 스트림(t)은 하부 부분(14b)의 상단에서 기체상 형태로 제거되고, 상부 부분(14a)의 중간 영역 내로 공급된다. 순수 산소 칼럼의 하부 부분(14b)의 섬프로부터, 예를 들어, 약 10 ppb의 아르곤의 잔류 함량을 갖는 고순도 산소 스트림(u)이 제거된다. 이 경우, 예를 들어, 압력 축적 증발(pressure buildup evaporation)의 사용 및 내부 압축 생성물의 상응하는 제공이 또한 가능하다.
미정제 아르곤 칼럼(13) 및 순수 아르곤 칼럼(15)의 작동은 본질적으로 선행 기술에 상응하며 별도로 설명되지 않는다. 순수 아르곤 칼럼(15)으로부터, 순수 아르곤 스트림(v)이 제거되는데, 이는 탱크(T)에 부분적으로 저장되거나 일시적으로 저장되며 펌프(8)를 사용하여 부분적으로 압축되고, 예를 들어, 약 1 ppm의 산소 함량을 갖는 내부 압축 생성물로서 제공될 수 있다.
도 2에는, 본 발명의 추가 실시형태에 따른 공기 분류 플랜트가 단순화된 공정 흐름도의 형태로 예시되어 있고, 이는 전체적으로 (200)으로 표시된다.
도 1에 따른 공기 분류 플랜트(100)와 대조적으로, 재료 스트림(d)은 여기에서 형성되지 않고, 저압 칼럼(12)의 상단 기체를 사용하는 대신 질소 생성물이 제공된다. 이 경우, (w)로 표시된 재료 스트림이 저압 칼럼(12)으로부터 제거된다. 상기와 같이 재료 스트림(k)의 채널링(channeling), 주 열 교환기(4)에서의 가열 및 압축기(7)에서의 압축 후에, 재료 스트림(x) 형태의 일부는 생성물로서 제공되는 반면, 여기에서 (n)으로도 표시된 재료 스트림 형태의 또 다른 일부는 다시 냉각되고, 압력 칼럼(11)으로부터 제거된 상단 기체와 조합되고, 후자와 동일한 방식으로 처리된다. "제1 상단 기체"에 대해서는 도 1의 설명을 참조한다.
즉, 제1 정류 칼럼으로부터 제거된 상단 기체와 같은 재료 스트림(n)의 일부가 압력 칼럼(11) 내로 그리고 저압 칼럼(12) 내로 공급됨이 여기에서 제공된다. 여기에서 예시된 본 발명의 실시형태에서, 재료 스트림(n)은 이것의 응축 전에 압력 칼럼(11)의 상단 기체 내로 공급되어, 여기에서 재료 스트림(b) 및 (c)가 재료 스트림(n)을 사용하여 형성된다. 도 1에 도시된 공기 분류 플랜트(100)에서와 같이 중간 영역으로부터 형성되는 대신에, 간편함을 위해 여기에서 (g)로 또한 표시된 재료 스트림(g)이 상응하는 응축물로부터 형성된다.
도 3에는, 본 발명의 추가 실시형태에 따른 공기 분류 플랜트가 단순화된 공정 흐름도의 형태로 예시되어 있고, 이는 전체적으로 (300)으로 표시된다.
도 3에 따른 공기 분류 플랜트(300)는 도 2에 따른 공기 분류 플랜트(200)의 변형예를 나타내며, 여기서 도 1에 따른 공기 분류 플랜트(100)에 필적하는 재료 스트림(n)이 압력 칼럼(11) 내로, 중간 영역 내로 공급된다. 그러나, 도 2에 따른 공기 분류 플랜트(200)에서와 같이 이 실시형태에서는 재료 스트림(g)의 형성이 일어난다.
도 4에는, 본 발명의 추가 실시형태에 따른 공기 분류 플랜트가 단순화된 공정 흐름도의 형태로 예시되어 있고, 이는 전체적으로 (400)으로 표시된다.
여기에서 예시된 예에서, 도 4에 따른 공기 분류 플랜트(400)는 도 1에 따른 공기 분류 플랜트(100)의 변형예를 나타내지만; 아래에 설명되고 도 4에 예시된 수단이 또한 본 발명의 모든 다른 실시형태에 사용될 수 있다.
도 4에 따른 공기 분류 플랜트(400)는 추가 공기 분류 플랜트(1000)와 연합되고, 이것에 의해 예를 들어, 약 1.1 bar의 압력 레벨에서 존재하고 약 1 ppm의 산소 및 다른 질소의 함량을 갖는 재료 스트림(z)이 공급된다. 재료 스트림(z)은 특히 추가 공기 분류 플랜트(1000)의 저압 칼럼 (예시되지 않음)으로부터 제거될 수 있다. 이것은 상응하는 압축기(1001) 내 재료 스트림(n)의 압력 레벨이 될 수 있다. 재료 스트림(z)을 재료 스트림(n)으로 공급하면 재료 스트림(z)의 예를 들어, 약 1 ppb의 산소 함량으로의 정제가 불필요해질 수 있는데, 그 이유는 재료 스트림(z)이 재료 스트림(d)에 상응하게 낮은 산소 함량을 제공하는 데 사용되기 때문이다.
도 5에는, 본 발명의 추가 실시형태에 따른 공기 분류 플랜트가 단순화된 공정 흐름도의 형태로 예시되어 있고, 이는 전체적으로 (500)으로 표시된다.
도 5에 예시된 공기 분류 플랜트(500)는 여기에서 재료 스트림(n)이 주 열 교환기(4)에서의 냉각 후에 재료 스트림(c)과 조합되어, 여기에서 (y)로 표시된 재료 스트림을 형성한다는 점에서 앞서 예시된 공기 분류 플랜트의 변형을 나타내는데, 상기 재료 스트림(y)은 먼저 응축기 증발기(17)를 통해, 그리고 그 다음 서브냉각 열 교환기(18)를 통해 공급되고, 제2 정류 칼럼(12)의 헤드에서 액화된 상태로 공급된다.

Claims (17)

  1. 제1 정류 칼럼(11), 제2 정류 칼럼(12) 및 제3 정류 칼럼(13)을 갖는 정류 칼럼 시스템(10)을 갖는 공기 분류 플랜트(100 내지 400)를 사용한 공기의 극저온 분류 공정으로서,
    - 상기 제1 정류 칼럼(11)이 제1 압력 레벨에서 작동되고, 냉각된 압축된 공기를 사용하여 형성되는 제1 공급물 스트림이 상기 제1 정류 칼럼(11) 내로 공급되고, 산소 및 아르곤의 상기 제1 공급물 스트림과 관련하여 풍부해진 제1 섬프 액체 및 질소-풍부 제1 상단 기체가 상기 제1 정류 칼럼(11)에서 형성되고,
    - 상기 제2 정류 칼럼(12)이 제2 압력 레벨에서 작동되고, 상기 제1 섬프 액체의 적어도 일부를 사용하여 형성되는 제2 공급물 스트림이 상기 제2 정류 칼럼(12) 내로 공급되고, 산소-풍부 제2 섬프 액체 및 질소-풍부 제2 상단 기체가 상기 제2 정류 칼럼(12)에서 형성되고,
    - 상기 제2 섬프 액체 및 상기 제2 상단 기체보다 더 높은 아르곤 함량을 가지며 상기 제2 정류 칼럼(12)으로부터 제거되는 유체를 사용하여 형성되는 제3 공급물 스트림이 상기 제3 정류 칼럼(13) 내로 공급되고, 아르곤의 상기 제3 공급물 스트림과 관련하여 풍부해진 제3 상단 기체가 상기 제3 정류 칼럼(13)에서 형성되며,
    - 상기 제1 압력 레벨이 상기 제1 정류 칼럼(11)의 상단에서 9 내지 14.5 bar의 범위이고, 상기 제2 압력 레벨이 상기 제2 정류 칼럼(12)의 상단에서 2 내지 5 bar의 범위이고,
    - 재순환 스트림을 형성하기 위해, 상기 제2 상단 기체 또는 이의 일부가 사용되고, 가열되고, 압축되고, 다시 냉각되고, 부분적인 또는 완전한 액화 후에 또는 액화되지 않은 상태에서 상기 제1 정류 칼럼(11) 내로 및/또는 상기 제2 정류 칼럼(12) 내로 부분적으로 또는 완전히 또는 분획(fraction)으로 공급됨을 특징으로 하는, 공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재순환 스트림 또는 이의 일부를 형성하는데 사용된 상기 제2 상단 기체가 연속적으로 가열되고, 압축되고, 다시 냉각된 다음, 순환 기체로서 상기 제1 정류 칼럼(11) 내로 공급되는, 공정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 상단 기체의 일부가 압축된 질소 생성물로서 상기 제1 압력 레벨에서 상기 공기 분류 플랜트(100 내지 400)로부터 배출되는, 공정.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 상단 기체의 제1 부분이 상기 재순환 스트림을 형성하는 데 사용되고, 상기 제2 상단 기체의 제2 부분이 단지 가열되고, 압축되고, 상기 공기 분류 플랜트(100 내지 400)로부터 배출되는 압축된 질소 생성물을 제공하는 데 사용되는, 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 스트림이, 위 및 아래에 분리 플레이트가 위치하는 중간 영역에서 부분적으로 또는 완전히 액화되지 않은 상태에서 상기 제1 정류 칼럼(11) 내로 공급되는, 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 스트림 또는 이의 일부가, 상기 제1 정류 칼럼(11)과 상기 제2 정류 칼럼(12)을 열-교환 방식으로 연결하는 응축기 증발기(16)에서 응축되고, 상기 제1 정류 칼럼(11) 내로 공급되는, 공정.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재순환 스트림이 상기 추가 정류 칼럼의 상기 섬프 영역에 배열된 상기 응축기 증발기(17)를 사용하여 부분적으로 또는 완전히 응축되고, 상기 제2 정류 칼럼(12) 내로 공급되는, 공정.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 추가 공기 분류 플랜트(1000)가 사용되며, 0.1 내지 100 ppm의 산소 함량을 갖는 질소-풍부 기체가 최대 1.5 bar의 주위 압력의 압력 레벨에서 상기 추가 공기 분류 플랜트에 의해 제공되고 상기 재순환 스트림과 부분적으로 또는 완전히 조합되는, 공정.
  9. 제6항에 있어서, 상기 추가 공기 분류 플랜트(1000)에 의해 제공된 상기 질소-풍부 기체가 먼저 부분적으로 압축되거나, 상기 재순환 스트림으로부터 상기 제2 압력 레벨로 완전히 분리된 다음, 상기 재순환 스트림과 조합되는, 공정.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 섬프 액체 및 상기 제2 상단 기체보다 더 높은 아르곤 함량을 가지며 상기 제2 정류 칼럼(12)으로부터 제거되는 상기 유체가 추가 정류 칼럼(14) 내로 공급되고, 상기 제3 공급물 스트림이 상기 추가 정류 칼럼(14)으로부터 제거된 유체를 사용하여 형성되는, 공정.
  11. 제10항에 있어서, 상기 추가 정류 칼럼(14)이 제1 부분(14a) 및 제2 부분(14b)을 가지며,
    - 상기 제2 정류 칼럼(12)으로부터 제거되고 상기 제3 공급물 스트림을 형성하는 데 사용되는 상기 유체가 상기 제1 부분(14a)의 하부 영역 내로 공급되고,
    - 상기 제1 부분(14a)의 상부 영역으로부터의 기체가 제거되고 상기 제3 공급물 스트림의 형성에 사용되며,
    - 섬프 액체가 상기 제3 칼럼(13)에서 형성되고, 적어도 부분적으로 상기 제1 부분(14a)의 상기 상부 영역 내로 전달되고,
    - 상기 제1 부분(14a)의 중간 영역으로부터의 액체가 제거되고 상기 제2 부분(14a)의 상부 영역 내로 공급되고,
    - 상기 제2 부분(14b)의 상기 상부 영역으로부터의 기체가 제거되고 상기 제1 부분(14a)의 상기 중간 영역 내로 공급되고,
    - 순수 산소가 상기 제2 부분(14b)의 하부 영역에서 형성되고 상기 공기 분류 플랜트(100 내지 400)로부터 배출되는, 공정.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2 부분(14b)의 상기 하부 영역이, 상기 제1 상단 기체의 및/또는 상기 재순환 기체의 일부가 가열 유체로서 사용되는 응축기 증발기(17)를 사용하여 가열되는, 공정.
  13. 제11항에 있어서, 가열 유체로서 사용된 상기 제1 상단 기체 및/또는 상기 재순환 기체의 상기 일부가 그 후에 상기 제1 정류 칼럼(11) 내로 또는 상기 제2 정류 칼럼(12) 내로 공급되는, 공정.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 기체가 상기 제2 정류 칼럼(12)으로부터 제거되고, 가열되고, 터빈 확장되고, 상기 공기 분류 플랜트(100 내지 400)로부터 배출되는, 공정.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 공급물 스트림을 형성하는데 사용되는 상기 제1 섬프 액체 또는 이것의 적어도 일부가 적어도 상기 제3 정류 칼럼(13)의 상단 기체의 응축에 공급되는, 공정.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 상단 기체가 순수 아르곤 칼럼(15)에서 정제되어 순수 아르곤이 얻어지는, 공정.
  17. 제1 정류 칼럼(11), 제2 정류 칼럼(12) 및 제3 정류 칼럼(13)을 가지며,
    - 냉각된 압축된 공기를 사용하여 형성되는 제1 공급물 스트림을 상기 제1 정류 칼럼(11) 내로 공급하고, 상기 제1 정류 칼럼(11)에서 산소 및 아르곤의 상기 제1 공급물 스트림과 관련하여 풍부해진 제1 섬프 액체 및 질소-풍부 제1 상단 기체를 형성시키도록 상기 제1 정류 칼럼(11)을 제1 압력 레벨에서 작동시키고,
    - 상기 제1 섬프 액체의 적어도 일부를 사용하여 형성된 제2 공급물 스트림을 상기 제2 정류 칼럼(12) 내로 공급하고, 상기 제2 정류 칼럼(12)에서 산소-풍부 제2 섬프 액체 및 질소-풍부 제2 상단 기체를 형성시키도록 상기 제2 정류 칼럼(12)을 제2 압력 레벨에서 작동시키고,
    - 상기 제2 섬프 액체 및 상기 제2 상단 기체보다 더 높은 아르곤 함량을 가지며 상기 제2 정류 칼럼(12)으로부터 제거되는 유체를 사용하여 형성되는 제3 공급물 스트림을 상기 제3 정류 칼럼(13) 내로 공급하고, 상기 제3 정류 칼럼(13)에서 상기 제3 공급물 스트림에 대하여 아르곤이 풍부한 제3 상단 기체를 형성시키도록 구성되는 정류 칼럼 시스템(10)을 갖는 공기 분류 플랜트(100 내지 400)로서,
    상기 공기 분류 플랜트(100 내지 400)가
    - 상기 제1 압력 레벨이 상기 제1 정류 칼럼(11)의 상단에서 9 내지 14.5 bar의 범위이고, 상기 제2 압력 레벨이 상기 제2 정류 칼럼(12)의 상단에서 2 내지 5 bar의 범위이고,
    - 이것이 상기 제2 상단 기체 또는 이의 일부를 사용하여 재순환 스트림을 형성하고, 이것을 가열하고 압축하고 다시 냉각시키며, 부분적인 또는 완전한 액화 후에 또는 액화되지 않은 상태에서 이것을 상기 제1 정류 칼럼(11) 내로 및/또는 상기 제2 정류 칼럼(12) 내로 부분적으로 또는 완전히 또는 분획으로 공급하여 작동되도록 구성됨을 특징으로 하는, 공기 분류 플랜트(100 내지 400).
KR1020227038695A 2020-04-09 2021-04-06 공기의 극저온 분류 공정, 공기 분류 플랜트 및 적어도 2개의 공기 분류 플랜트로 구성된 통합 시스템 KR20220166824A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20020170.5 2020-04-09
EP20020170 2020-04-09
PCT/EP2021/025125 WO2021204424A2 (de) 2020-04-09 2021-04-06 Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft, luftzerlegungsanlage und verbund aus wenigstens zwei luftzerlegungsanlagen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220166824A true KR20220166824A (ko) 2022-12-19

Family

ID=70285380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227038695A KR20220166824A (ko) 2020-04-09 2021-04-06 공기의 극저온 분류 공정, 공기 분류 플랜트 및 적어도 2개의 공기 분류 플랜트로 구성된 통합 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230168030A1 (ko)
EP (1) EP4133227A2 (ko)
KR (1) KR20220166824A (ko)
CN (1) CN115769037A (ko)
IL (1) IL296672A (ko)
TW (1) TW202140974A (ko)
WO (1) WO2021204424A2 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4184100A1 (en) * 2021-11-18 2023-05-24 Linde GmbH Method and cryogenic production arrangement for producing a liqui liquid nitrogen product

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4126945A1 (de) * 1991-08-14 1993-02-18 Linde Ag Verfahren zur luftzerlegung durch rektifikation
US5257504A (en) * 1992-02-18 1993-11-02 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple reboiler, double column, elevated pressure air separation cycles and their integration with gas turbines
FR2689224B1 (fr) * 1992-03-24 1994-05-06 Lair Liquide Procede et installation de production d'azote sous haute pression et d'oxygene.
DE69301555T2 (de) * 1992-07-20 1996-08-01 Air Prod & Chem Hochdruckverflüssiger
DE4327311A1 (de) * 1993-08-13 1995-02-16 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur chemischen Umsetzung eines Einsatzstoffes mit integrierter Tieftemperaturzerlegung von Luft
ATE342478T1 (de) * 1999-04-05 2006-11-15 Air Liquide Vorrichtung mit variabler auslastung und entsprechendes verfahren zur trennung eines einsatzgemisches
FR2819046B1 (fr) * 2001-01-03 2006-01-06 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
DE10251485A1 (de) * 2002-11-05 2003-06-05 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Argongewinnung durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
CN201173660Y (zh) * 2008-03-12 2008-12-31 杭州福斯达气体设备有限公司 一种中小型多工况节能型空分设备
EP3327393A1 (de) * 2016-11-25 2018-05-30 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur gewinnung eines hochreinsauerstoffproduktstroms durch tieftemperaturzerlegung von luft
JP7355978B2 (ja) * 2019-04-08 2023-10-04 レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 深冷空気分離装置

Also Published As

Publication number Publication date
IL296672A (en) 2022-11-01
EP4133227A2 (de) 2023-02-15
TW202140974A (zh) 2021-11-01
WO2021204424A3 (de) 2021-12-02
US20230168030A1 (en) 2023-06-01
CN115769037A (zh) 2023-03-07
WO2021204424A2 (de) 2021-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4702757A (en) Dual air pressure cycle to produce low purity oxygen
US6962062B2 (en) Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
US6314755B1 (en) Double column system for the low-temperature fractionation of air
US20080223077A1 (en) Air separation method
AU2016269434B2 (en) Process for obtaining a liquid oxygen-rich and a gaseous oxygen-rich air product in an air separation system, and an air separation system
US6257019B1 (en) Production of nitrogen
US20180180357A1 (en) Process for producing one or more air products, and air separation plant
US20120036892A1 (en) Air separation method and apparatus
CN101925790A (zh) 用于低温分离空气的方法和设备
US20160025408A1 (en) Air separation method and apparatus
JPH05203348A (ja) 精留による空気の分離方法及び装置
CN1057380C (zh) 低温空气分离方法和设备
US20170299261A1 (en) Liquid nitrogen production
US11098950B2 (en) Process for obtaining one or more air products and air separation plant
US4704147A (en) Dual air pressure cycle to produce low purity oxygen
US6141989A (en) Air separation
JP2000310481A (ja) 極低温空気分離方法及び設備
US6082137A (en) Separation of air
JPH06219713A (ja) 高圧高純度窒素ガスを製造するための単一塔式極低温精留系
US6305191B1 (en) Separation of air
US20220260312A1 (en) Process and plant for low-temperature fractionation of air
US8820115B2 (en) Oxygen production method and apparatus
KR20220166824A (ko) 공기의 극저온 분류 공정, 공기 분류 플랜트 및 적어도 2개의 공기 분류 플랜트로 구성된 통합 시스템
US11602713B2 (en) Method for cryogenic separation of air, and air separation plant
US20020053219A1 (en) Method for plant and separating air by cryogenic distillation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination