[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR19990037021A - 고압 산소를 생성시키기 위한 극저온 정류 시스템 - Google Patents

고압 산소를 생성시키기 위한 극저온 정류 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR19990037021A
KR19990037021A KR1019980042481A KR19980042481A KR19990037021A KR 19990037021 A KR19990037021 A KR 19990037021A KR 1019980042481 A KR1019980042481 A KR 1019980042481A KR 19980042481 A KR19980042481 A KR 19980042481A KR 19990037021 A KR19990037021 A KR 19990037021A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
column
high pressure
oxygen
feed air
liquid
Prior art date
Application number
KR1019980042481A
Other languages
English (en)
Inventor
낸시 진 린치
단테 패트릭 보나퀴스트
산다 가드너 프라이
Original Assignee
조안 엠. 젤사 ; 로버트 지. 호헨스타인 ; 도로시 엠. 보어
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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 조안 엠. 젤사 ; 로버트 지. 호헨스타인 ; 도로시 엠. 보어, 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 filed Critical 조안 엠. 젤사 ; 로버트 지. 호헨스타인 ; 도로시 엠. 보어
Publication of KR19990037021A publication Critical patent/KR19990037021A/ko

Links

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
    • F25J3/04248—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
    • F25J3/0429—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 feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or 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
    • 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
    • F25J3/04103—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 using solely hydrostatic liquid head
    • 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
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04175—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities at a pressure of substantially more than the highest 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
    • F25J3/04248—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
    • F25J3/0429—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 feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or 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
    • F25J3/04406—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

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 공급 공기의 일부가 가압된 액체 산소와의 간접 열교환에 의해 응축된후, 바람직하게는, 보조 냉각후에, 이중 칼럼 시스템의 저압 칼럼으로 이동되는, 고압 산소를 생성시키기 위한 극저온 정류 시스템에 관한 것이다.

Description

고압 산소를 생성시키기 위한 극저온 정류 시스템
본 발명은 일반적으로 산소를 생성시키기 위해 이중 칼럼 시스템을 이용한 공급 공기의 극저온 정류에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 이중 칼럼의 저압 칼럼으로부터 질소 또는 아르곤이 생성되지 않는 정류 시스템에 관한 것이다.
산소는 일반적으로 잘 공지된 이중 칼럼 시스템을 사용한 공급 공기의 극저온 정류에 의해 통상적으로 대량 생산되며, 여기서 산소 생성물은 저압 칼럼으로부터 회수된다. 때때로, 저압 칼럼으로부터 회수될 때의 산소 압력을 초과하는 압력하에 산소를 생성시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 실례에 있어서, 기체상 산소는 원하는 압력으로 압축될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 비용 절감을 위해 저압 칼럼으로부터 산소를 액체 상태로 제거하고, 산소의 압력을 증가시키고, 그 후, 가압된 액체 산소를 기화시켜 원하는 고압의 산소 기체 생성물을 생성시키는 것이 바람직하다.
통상적으로, 이러한 이중 칼럼 시스템에서, 질소 생성물은 또한 저압 칼럼에서 생성되며, 여기서 회수된다. 또한, 종종 스트림은 저압 칼럼으로부터 아르곤이 생성되는 아르곤 측 칼럼으로 이동된다. 그러나, 때때로, 단지 저압 칼럼으로부터 직접적으로 또는 간접적으로 요구되는 생성물은 산소이며, 이럴 경우, 시스템은 가능한한 효율적으로 작동해야 하는데, 그 이유는, 저압 칼럼으로부터의 질소 또는 아르곤이 자본 및 시스템의 작동 비용을 상쇄시키기 위한 생성물로서 이용될 수 없기 때문이다. 특히, 산소 생성물이 고압에서 요구될 경우, 시스템에 추가의 비용을 투자해야 한다.
본 발명은 목적은 고압 산소를 생성시키기 위한 개선된 이중 칼럼 극저온 정류 시스템을 제공하는 데 있으며, 상기 시스템에서, 다른 생성물은 저압 칼럼으로부터 직접적으로 또는 간접적으로 회수되지 않는다.
상기 및 다른 목적은 본원의 상세한 설명을 읽은 당업자들에게 자명해질 것이고, 본 발명에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명의 극저온 정류 시스템의 바람직한 구체예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 극저온 정류 시스템의 또 다른 바람직한 구체예의 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 1차 열교환기 2, 3, 4: 보조 냉각기
5: 재끓임 장치 10: 고압 칼럼
11: 저압 칼럼 21, 31: 터어보팽창기
30, 32: 압축기 33: 펌프
60: 공급 공기 73, 77, 84: 밸브
본 발명의 한 양태는 고압 산소를 생성하는 방법으로서,
(A) 제 1 공급 공기를 고압 칼럼으로 이동시키고, 고압 칼럼으로부터의 유체를 저압 칼럼으로 이동시키며;
(B) 제 2 공급 공기를 응축시키고, 생성된 액체 공급 공기를 저압 칼럼으로 이동시키며;
(C) 저압 칼럼내에서 극저온 정류에 의해 액체 산소를 생성시키며;
(D) 액체 산소의 압력을 증가시켜, 고압의 액체 산소를 생성시키고, 응축된 공급 공기 제 2 공급 공기와의 간접 열교환에 의해 고압의 액체 산소를 기화시켜, 고압의 산소 기체를 생성시키고;
(E) 고압의 산소 기체를 회수함을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 고압 산소를 생성하기 위한 장치로서,
(A) 제 1 칼럼, 제 2 칼럼 및 공급 공기를 제 1 칼럼으로 이동시키는 수단;
(B) 생성물 끓임장치, 공급 공기를 생성물 끓임장치로 이동시키는 수단 및 생성물 끓임장치로부터 제 2 칼럼으로 공급 공기를 이동시키는 수단;
(C) 유체를 제 1 칼럼으로부터 제 2 칼럼으로 이동시키는 수단;
(D) 제 2 칼럼의 하부로부터 유체를 회수하고, 회수된 유체의 압력을 증가시키고, 회수된 유체를 생성물 끓임장치로 이동시키는 수단; 및
(E) 생성물 끓임장치로부터 생성된 고압 산소를 회수하는 수단을 포함한다.
본원에 사용된 용어 "액체 산소"는 산소 농도가 98 몰% 이상인 액체를 의미한다.
본원에 사용된 용어 "공급 공기"는 주위 공기와 같이, 주로 질소, 아르곤 및 산소를 포함하는 혼합물을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "생성물 끓임장치"는 액체 산소가 기화되고, 공급 공기가 응축되는 열교환기를 의미한다. 생성물 끓임장치는 분리된 열교환기 또는 극저온 공기 분리 장치의 제 1의 열교환기의 부분일 수 있다.
본원에 사용된 용어 "보조 냉각" 및 "보조 냉각기"는 각각 기존 압력에 대한 액체 포화 온도보다 더 낮은 온도로 액체를 냉각시키기 위한 방법 및 장치를 의미한다.
본원에 사용된 용어 "터어보팽창" 및 "터어보팽창기"는 각각 고압의 기체 유출물을, 터어빈에 통과시켜 기체의 압력 및 온도를 감소시키는 방법 및 장치를 의미한다.
본원에 사용된 용어 "칼럼"은 증류 또는 분별 칼럼 또는 구역, 즉 액체와 증기 상이 역류로 접촉하여, 예를 들어, 구조화되고/거나 불규칙한 패킹과 같이 패킹 요소상에 및/또는 칼럼내에 탑재되어 수직으로 위치하고 있는 일렬의 트레이 또는 플레이트상에서 증기와 액체 상을 접촉시킴으로써 유체 혼합물을 분리시키는 접촉 칼럼 또는 구역을 의미한다. 증류 칼럼의 추가 설명을 위해, 하기 문헌을 참조한다 [참조 문헌: Chemical Engineers' Handbook, fifth edition, edited by R. J. Perry and C. H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, New York, Section 13,The Continuous Distillation Process]. 본원에 사용된 용어 "이중 칼럼"은 고압 칼럼의 상단부가 저압 칼럼의 하단부와 열교환 관계에 있는 고압 칼럼을 의미한다. 이중 칼럼은 하기 문헌에 추가로 설명되어 있다 [참고 문헌: Rubeman, "The Separation of Gases", Oxford University Press, 1949, Chapter VII, Commercial Air Separation].
증기와 액체 접촉 분리 공정은 성분간의 증기압차에 좌우한다. 고증기압(또는 더욱 휘발성이거나 비점이 낮은) 성분은 증기상에 집중되는 경향이 있는 반면에 저증기압(또는 낮은 휘발성이거나 비점이 높은) 성분은 액체상에 집중되는 경향이 있다. 부분 응축은 증기 혼합물의 냉각이 증기상에 휘발성 성분(들)을 집중시키는데 사용됨으로써 액체상에 휘발성이 낮은 성분(들)을 집중시킬 수 있는 분리 공정이다. 정류 또는 연속 증류는 증기와 액체 상의 역류 처리에 의해 달성되는 연속적 부분 기화 및 응축을 조합한 분리 공정이다. 혼합물을 분리시키는 정류의 원리를 이용하는 분리 공정 배열은 종종 교체하여 사용할 수 있는 정류 칼럼, 증류 칼럼 또는 분류 칼럼으로 명명된다. 극저온 정류는 150도 이하의 켈빈 온도(K)에서 최소한 부분적으로 수행되는 정류 공정이다.
본원에 사용된 용어 "간접 열교환"은 유체 상호간의 어떠한 물리적 접촉 또는 혼합 없이 2가지 유체가 열교환되는 것을 의미한다.
본원에 사용된 용어 칼럼의 "상부" 및 "하부"는 각각 칼럼 중간점의 위쪽 및 아래쪽 부분을 의미한다.
본원에 사용된 용어 칼럼의 "상단부"는 칼럼의 내체, 즉 트레이 또는 패킹 위쪽의 칼럼 부분을 의미한다.
본 발명은 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 1에 있어서, 수증기, 이산화 탄소 및 탄화수소와 같이 비점이 높은 불순물이 세척되고, 일반적으로 70 내지 100 매평방 인치당 파운드(psia)내의 압력하의 공급 공기(60)는 제 1 공급 공기(61), 제 2 공급 공기(67) 및 제 3 공급 공기(63)으로 분리된다. 공급 공기(60)의 약 60 내지 76%를 포함하는 제 1 공급 공기(61)는 1차 열교환기(1)를 통해 통과함으로써 냉각되고, 냉각된 제 1 공급 공기 생성물(62)은 제 1 칼럼 또는 고압 칼럼(10)으로 이동된다.
공급 공기(60)의 약 20 내지 30%를 포함하는 제 2 공급 공기(67)는 압축기(32)를 통과함으로써 120 내지 500 psia의 압력으로 추가로 압축된다. 생성된 고압의 제 2 공급 공기(68)는 하기에 추가로 설명된 것과 같이 1차 열교환기(1)의 생성물 끓임장치 부분에서 액체 산소와의 간접 열교환에 의해 응축된다. 도 1에 도시된 본 발명의 구체예에서, 생성물 끓임장치는 열교환 통로(A 및 B)를 포함하는 1차 열교환기(1)의 부분이다.
생성물 끓임장치로부터 생성된 액체 공급 공기(69)는 칼럼의 중간 수준에서 즉, 칼럼(11)의 상단부 아래에서 제 2 칼럼 또는 저압 칼럼(11)으로 이동된다. 도 1에 도시된 구체예에서, 액체 공급 공기(69)는 제 1 공급 공기(70) 및 제 2 공급 공기(72)로 분리된다. 액체 공급 공기(69)의 40% 이상을 포함하고, 액체 공급 공기(69)의 100% 이하일 수 있는 제 1 공급 공기(70)가 보조 냉각기(4)를 통과함으로써 보조 냉각되며, 언급된 바와 같이 스트림(71)으로서 저압 칼럼(11)으로 이동된다. 만약 존재한다면, 액체 공급 공기 스트림(69)의 잔류물을 포함하는 제 2 공급 공기(72)가 밸브(73)를 통해 스트림(74)으로서 고압 칼럼(10)으로 이동된다.
저압 칼럼으로 이동되는 액체 공급 공기가 저압 칼럼으로 유입되기 전에 보조냉각되는 도 1에 도시된 본 발명의 구체예가 산소 회수율이 최대치라는 점에서 특히 바람직한 구체예이다.
통상적인 실행에서, 만약 공급 공기가 액화된다면, 액화된 공급 공기는 고압 칼럼으로 전적으로 이동된다. 고압 칼럼에서 매우 적은 아르곤-산소 분리가 발생하기 때문에, 공급 공기중의 아르곤의 대부분은 고압 칼럼으로부터 산소 풍부한 하단부 액체를 갖는 저압 칼럼으로 이동된다. 이는 저압 칼럼으로의 상기 용기 액체의 더 많은 흐름과 함께 용기 액체 공급 지점 아래의 저압 칼럼에서 아르곤을 응축시키켜, 이는 저압 칼럼의 상부로부터 아르곤 및 질소 회수에 유리하다.
액화된 공기를 저압 칼럼으로 이동시키는 본 발명의 실행에서, 아르곤-산소 분리는 저압 칼럼의 상단부로부터 유출된 증기가 고농도의 아르곤을 갖는 반면, 저농도의 산소를 유지시킬 수 있는 고압 칼럼에서 발생한다. 게다가, 액화된 공기는 중간 환류로서 저압 칼럼에 제공되어, 칼럼의 이 부분에서의 증기율(L/V)을 증가시켜 분리를 도울 수 있도록 하였다. 저압 칼럼으로의 액화된 공기의 유입은 또한 고압 칼럼으로부터 저압 칼럼으로의 용기 액체의 공급율을 감소시켜, 아르곤을 저압 칼럼내에서 위로 이동시켰다.
스트림이 칼럼 온도를 초과하는 칼럼으로 유입될 경우, 일부 액체는 더 높은 온도의 스트림에 의해 유입된 열을 흡수여 기화된다. 따라서, 주어진 유량에 있어서, 더 따듯한 공급물은 더 차가운 공급 용량보다 칼럼으로 더 적은 액체 환류를 이동시킨다. 저압 칼럼으로의 공급 공기의 보조 냉각은 칼럼으로의 더 많은 환류를 효과적으로 제공하여 산소 회수율을 증가시키는 것을 돕는다. 공급 공기를 보조 냉각시키고, 이를 고압 칼럼으로 공급하는 것은 어떠한 이점도 제공하지 않는다. 본 발명의 실행에 있어서, 저압 칼럼은 칼럼의 상단부와 액체 공기 공급 지점 사이에 통상적인 저압 칼럼에서 발견되는 것보다 5 내지 20번 더 많은 평형 스테이지를 함유한다. 칼럼의 이러한 부분은 산소로부터 더욱 휘발성인 성분으로서의 질소 및 아르곤 분리를 수행한다.
도 1에 도시된 본 발명의 바람직한 구체예에서, 제 3 공급 공기가 이용되었다. 도 1에 있어서, 공급 공기(60)의 약 4 내지 10 %를 포함하는 제 3 공급 공기(63)가 압축기(30)에서 95 내지 160 psia의 압력으로 추가로 압축된다. 추가로 압축된 공급 공기 제 3 공급 공기의 생성물(64)은 1차 열교환기(1)의 부분적 트래버스에 의해 냉각되고, 스트림(65)으로서 터어보팽창기(31)를 통해 통과함으로써 터오보팽창된다. 터어보팽창된 제 3 공급 공기 생성물(66)은 터어보팽창기(31)로부터 저압 칼럼(11)으로 이동된다. 바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(30)와 터어보팽창기(31)는 곧바로 연결되어서, 터어보팽창기(31)의 작동이 압축기(30)의 작동을 유도한다.
제 1 칼럼 또는 고압 칼럼(10)은 일반적으로 70 내지 90 psia의 압력하에 작동한다. 고압 칼럼(10)내에서, 공급 공기는 극저온 정류에 의해 질소 풍부한 증기 및 산소 풍부한 액체로 분리된다. 질소 풍부한 증기는 스트림(79)에서 고압 칼럼(10)의 상부로부터 회수되고, 끓는 저압 칼럼(11) 하단부 액체와의 간접 열교환에 의해 응축되는 하단부 재끓임 장치(5)로 이동된다. 생성된 질소 풍부한 액체(80)는 환류로서 고압 칼럼(10)의 상부로 이동되는 제 1 질소(81) 및 보조 냉각기(2)를 통해 통과함으로써 보조 냉각되는 제 2 질소(82)로 나누어진다. 보조 냉각된 질소 풍부한 액체 스트림(83)은 밸브(84)를 통하여 이동하고, 스트림(85)으로서 저압 칼럼(11)의 상부로 환류된다. 산소 풍부한 액체는 스트림(75)에서 고압 칼럼(10)의 하부로부터 회수되고, 보조 냉각기(3)를 통과함으로써 보조 냉각된다. 보조 냉각된 산소 풍부한 액체 스트림 생성물(76)은 밸브(77)를 통하여 통과하고, 스트림(78)으로서 저압 칼럼(11)으로 이동된다.
제 2 칼럼 또는 저압 칼럼(11)은 고압 칼럼(10)보다 더 낮은 압력에 작동하며, 일반적으로 18 내지 25 psia이다. 저압 칼럼(11)내에서, 칼럼으로의 다양한 공급물은 극저온 정류에 의해 액체 산소 및 폐증기로 분리된다. 폐증기는 스트림(89)에서 저압 칼럼(11)의 상단부로부터 회수되며, 보조 냉각기(2, 3 및 4) 및 1 차 열교환기(1)를 통하여 가온되며, 대기로 방출되는 스트림(93)에서 시스템으로부터 제거된다.
액체 산소를 스트림(86)에서 저압 칼럼(11)의 하부로부터 회수하였다. 이것은 생성물로서 회수되는 저압 칼럼(11)으로부터의 유일한 유체이다. 필요에 따라, 스트림(86)의 일부가 회수된 액체 산소 생성물일 수 있다. 도 1에 도시된 구체예에서, 스트림(86) 모두는 액체 헤드 또는 도 1에 도시된 바와 같이 액체 펌프(33)의 작동에 의한 압력하에 증가된다. 고압의 액체 산소(87)는 이미 언급된 응축된 제 2 공급 공기과의 간접 열교환에 의해 1차 열교환기(1)의 생성물 끓임 장치 부분을 통해 통과함으로써 기화되며, 40 내지 250 psia의 압력하에서 98 몰% 이상의 산소 농도를 갖는 고압의 산소 기체 생성물(88)로서 회수된다.
도 2는 고압의 질소 기체가 추가적으로 회수되는 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예이다. 공통 요소에 대한 도 1의 번호에 상응하는 도 2의 번호 및 이러한 공통 요소를 다시 설명하지 않을 것이다.
도 2에 있어서, 제 1 공급 공기(61)는 1차 열교환기(1)를 부분적으로 통과한다. 냉각된 공급 공기 스트림 생성물(20)은 터어보팽창기(21)를 통과함으로써 터어보팽창되며, 터어보팽창된 제 1 공급 공기 생성물(22)은 고압 칼럼(10)으로 이동된다. 질소 풍부한 증기(79)의 부분(95)은 1차 열교환기(1)를 통과함으로써 가온되며, 69 내지 88psia의 압력하에 질소의 농도가 99 몰% 이상인 고압의 질소 기체로서 회수된다.
현재 본 발명의 용법에 의해, 이중 칼럼 극저온 공기 분리 장치를 이용하여 고순도의 고압 산소를 더욱 효과적으로 생성시킬 수 있다. 본 발명이 특정 바람직한 구체예를 참조로 상세하게 설명되었지만, 당업자는 청구의 사상 및 범위내의 본 발명의 다른 구체예가 있음을 인지할 수 있을 것이다.
본 발명의 이중 칼럼 극저온 공기 분리 장치를 이용하여 고순도의 고압 산소를 더욱 효과적으로 생성시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. (A) 제 1 공급 공기를 고압 칼럼으로 이동시키고, 고압 칼럼으로부터의 유체를 저압 칼럼으로 이동시키며;
    (B) 제 2 공급 공기를 응축시키고, 생성된 액체 공급 공기를 저압 칼럼으로 이동시키며;
    (C) 저압 칼럼내에서 극저온 정류에 의해 액체 산소를 생성시키며;
    (D) 액체 산소의 압력을 증가시켜 고압의 액체 산소를 생성시키고, 응축된 제 2 공급 공기와의 간접 열교환에 의해 고압의 액체 산소를 기화시켜, 고압의 산소 기체를 생성시키고;
    (E) 고압의 산소 기체를 회수함을 포함하여, 고압 산소를 생성시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 액체 공급 공기가 저압 칼럼으로 이동되기 전에 보조냉각됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 액체 공급 공기의 일부가 고압 칼럼으로 이동됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 공급 공기가 고압 칼럼으로 이동되기 전에 터어보팽창됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 3 공급 공기를 터어보팽창시키고, 터어보팽창된 제 3 공급 공기를 저압 칼럼으로 이동시킴을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. (A) 제 1 칼럼, 제 2 칼럼 및 공급 공기를 제 1 칼럼으로 이동시키는 수단;
    (B) 생성물 끓임장치, 공급 공기를 생성물 끓임장치로 이동시키는 수단 및 공급 공기를 생성물 끓임장치로부터 제 2 칼럼으로 이동시키는 수단;
    (C) 유체를 제 1 칼럼으로부터 제 2 칼럼으로 이동시키는 수단;
    (D) 제 2 칼럼의 하부로부터 유체를 회수하고, 회수된 유체의 압력을 증가시키고, 회수된 유체를 생성물 끓임장치로 이동시키는 수단; 및
    (E) 생성물 끓임장치로부터 생성된 고압 산소를 회수하는 수단을 포함하는, 고압 산소를 생성시키기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 공급 공기를 생성물 끓임장치로부터 제 2 칼럼으로 이동시키는 수단이 보조냉각기를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 공급 공기를 생성물 끓임장치로부터 제 1 칼럼으로 이동시키는 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 공급 공기를 제 1 칼럼으로 이동시키는 수단이 터어보팽창기를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 제 1 칼럼의 상부로부터 유체를 회수하는 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 장치.
KR1019980042481A 1997-10-14 1998-10-12 고압 산소를 생성시키기 위한 극저온 정류 시스템 KR19990037021A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8/949,455 1997-10-14
US08/949,455 US5829271A (en) 1997-10-14 1997-10-14 Cryogenic rectification system for producing high pressure oxygen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR19990037021A true KR19990037021A (ko) 1999-05-25

Family

ID=25489118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980042481A KR19990037021A (ko) 1997-10-14 1998-10-12 고압 산소를 생성시키기 위한 극저온 정류 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5829271A (ko)
EP (1) EP0909931A3 (ko)
KR (1) KR19990037021A (ko)
CN (1) CN1123752C (ko)
BR (1) BR9803898A (ko)
CA (1) CA2250297A1 (ko)
ID (1) ID22214A (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6740960B1 (en) * 1997-10-31 2004-05-25 Micron Technology, Inc. Semiconductor package including flex circuit, interconnects and dense array external contacts
US6073462A (en) * 1999-03-30 2000-06-13 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for producing elevated pressure oxygen
GB9925097D0 (en) * 1999-10-22 1999-12-22 Boc Group Plc Air separation
US6253577B1 (en) 2000-03-23 2001-07-03 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation process for producing elevated pressure gaseous oxygen
US6694776B1 (en) 2003-05-14 2004-02-24 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for producing oxygen
US7533540B2 (en) * 2006-03-10 2009-05-19 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for enhanced liquid production
US7487648B2 (en) * 2006-03-10 2009-02-10 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation method with temperature controlled condensed feed air
US9222725B2 (en) * 2007-06-15 2015-12-29 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1314347A (en) * 1970-03-16 1973-04-18 Air Prod Ltd Air rectification process for the production of oxygen
US4017284A (en) * 1973-05-14 1977-04-12 Cryox Corporation Air distillation apparatus comprising regenerator means for producing oxygen
US5235816A (en) * 1991-10-10 1993-08-17 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing high purity oxygen
US5315833A (en) * 1991-10-15 1994-05-31 Liquid Air Engineering Corporation Process for the mixed production of high and low purity oxygen
FR2690982A1 (fr) * 1992-05-11 1993-11-12 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène gazeux impur par distillation d'air.
US5233838A (en) * 1992-06-01 1993-08-10 Praxair Technology, Inc. Auxiliary column cryogenic rectification system
US5251451A (en) * 1992-08-28 1993-10-12 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple reboiler, double column, air boosted, elevated pressure air separation cycle and its integration with gas turbines
FR2703140B1 (fr) * 1993-03-23 1995-05-19 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène gazeux et/ou d'azote gazeux sous pression par distillation de l'air.
US5365741A (en) * 1993-05-13 1994-11-22 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with liquid oxygen boiler
FR2711778B1 (fr) * 1993-10-26 1995-12-08 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène et/ou d'azote sous pression.
US5386692A (en) * 1994-02-08 1995-02-07 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with hybrid product boiler
US5467602A (en) * 1994-05-10 1995-11-21 Praxair Technology, Inc. Air boiling cryogenic rectification system for producing elevated pressure oxygen
US5431023A (en) * 1994-05-13 1995-07-11 Praxair Technology, Inc. Process for the recovery of oxygen from a cryogenic air separation system
US5454227A (en) * 1994-08-17 1995-10-03 The Boc Group, Inc. Air separation method and apparatus
US5564290A (en) * 1995-09-29 1996-10-15 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with dual phase turboexpansion
FR2744795B1 (fr) * 1996-02-12 1998-06-05 Grenier Maurice Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous haute pression
US5765396A (en) * 1997-03-19 1998-06-16 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing high pressure nitrogen and high pressure oxygen

Also Published As

Publication number Publication date
CA2250297A1 (en) 1999-04-14
BR9803898A (pt) 1999-12-21
US5829271A (en) 1998-11-03
ID22214A (id) 1999-09-16
CN1123752C (zh) 2003-10-08
CN1214444A (zh) 1999-04-21
EP0909931A2 (en) 1999-04-21
EP0909931A3 (en) 1999-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100208459B1 (ko) 고압질소를 제조하기 위한 저온정류 시스템
US5410885A (en) Cryogenic rectification system for lower pressure operation
EP0173168B1 (en) Process to produce ultrahigh purity oxygen
US5655388A (en) Cryogenic rectification system for producing high pressure gaseous oxygen and liquid product
CA2279557C (en) Annular column for cryogenic rectification
US5233838A (en) Auxiliary column cryogenic rectification system
KR100208458B1 (ko) 고압산소를 생성시키기 위한 공기 비등 저온 정류시스템
US5263327A (en) High recovery cryogenic rectification system
KR100407184B1 (ko) 초고순도 질소 및 초고순도 산소를 제조하기 위한 극저온 정류 시스템
US5385024A (en) Cryogenic rectification system with improved recovery
CA2196354C (en) Air boiling cryogenic rectification system with staged feed air condensation
US5682766A (en) Cryogenic rectification system for producing lower purity oxygen and higher purity oxygen
US5916262A (en) Cryogenic rectification system for producing low purity oxygen and high purity oxygen
KR19990037021A (ko) 고압 산소를 생성시키기 위한 극저온 정류 시스템
US5163296A (en) Cryogenic rectification system with improved oxygen recovery
KR100288569B1 (ko) 저순도 산소를 제조하기 위한 단일 칼럼 극저온 정류 시스템
US5878597A (en) Cryogenic rectification system with serial liquid air feed
US5467601A (en) Air boiling cryogenic rectification system with lower power requirements
US6460373B1 (en) Cryogenic rectification system for producing high purity oxygen
US5873264A (en) Cryogenic rectification system with intermediate third column reboil
US6073462A (en) Cryogenic air separation system for producing elevated pressure oxygen
KR19990023921A (ko) 질소를 생성시키기 위한 이중 칼럼 극저온 정류 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application