KR900002817B1 - 카스케이드 열회수를 동반한 가스 생성공정 - Google Patents

Abstract

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Description

카스케이드 열회수를 동반한 가스 생성공정

제 1 도는 본 발명의 연소공정(증기발생)과 산소 분리공정에 대한 냉각 곡선의 그래프이다.

제 2 도는 유동성 접촉 분해 재생과 산소분리공정이 통합되는 본 발명의 양호한 예이다.

제 3 도는 석탄 기화 동력 생성회로와 산소 분리공정이 통합되는 본 발명의 양호한 예이다.

제 4 도는 철과 강철 제조공정의 순 산소로와 용광로의 증기 보일러와 산소 분리공정이 통합되는 본 발명의 또다른 예이다.

본 발명은 독자적인 카스케이드(cascade)의 효과적인 열회수가 성취되는 산소와 질소의 제조방법에 관한 것이다. 더 자세히 하자면 본 발명은 산소와 질소의 생성 그리고 고온의 열회수에 관한 것인데, 연소공정으로부터의 유효 과열은 공기로부터 질소와 산소의 분리를 위한 가역적 액상 반응에 더욱 효과적으로 사용된다.

알칼리 금속 아질산염과 질산염을 함유하는 액체로 구성된 산소 수용체의 용융류를 사용하여 공기로부터 산소를 분리하는 것은 선공정에 공지되어 있다. 이러한 기초적인 화학적 공기 분리 방법은 미합중국 특허 제 4,132,766호에 서술되어 있다. 이러한 분리공정에 공급되는 공기를 압축하는 최소한의 에너지는 분리공정으로부터의 산소가 배출된 기체의 팽창에 의해 회수된다.

알칼리 금속 아질산염과 질산염을 사용한 화학적 분리공정의 상대적으로 순수한 생성물인 산소와 질소의 공동 생성도 공지되어 있다. 미합중국 특허 제 4,287,170호에서, 공기는 상기와 같은 알칼리 금속염과 계속하여 접촉한 뒤 잔류성 산소는 산화 망간과 같은 흡착 매체와 산소가 배출된 유출물로부터 제거된다. 공급공기에 대한 최소한 일부의 압축 에너지는 질소 생성물을 저압으로 팽창시킴으로서 회수된다.

선공정(미합중국 특허 제 4,132,766과 4,287,170호)은 고온 공정류인 산소와 질소를 공동 생성하는 연소공정과 열교환공정에 의해 독특하게 통합되지 않는다.

미합중국 특허 제4,340,578호에는 용융된 알칼리 금속 아질산염과 질산염의 화학적 흡착 용액으로 산소를 생성하는 방법이 서술되어 있는데, 염용액은 저농도의 부가적인 산소를 함유하며 화학적 분리공정으로부터의 산소가 배출된 유출물은 연료에 의해 연소되고 팽창되어 두단계의 동력을 회수하게 된다. 연소 유출물은 공급 공기에 의해 열교환되고 산소 생성물은 공급 공기를 가온시켜 흡착 조건이 되도록 한다. 용융된 염의 흡착 용액은 감압되어 가역적으로 함유된 산소를 배출시키고 산소 생성물이 산출된다.

냉동학적으로 저온을 사용하여 공급된 공기로부터 산소를 분리하고 계속하여 냉동 분리 단계로 공급되는 공기의 일부와 폐기 질소를 연소하고 유출물의 연소에 따른 팽창으로 공정의 동력을 회수하는 것은 공지되어 있다. 이와같은 공정은 U.S.P 4,224,045호에 서술되어 있다.

동력의 네트(net)생성과 산소의 산출도 미합중국 특허 제 4,382,366호에 서술되어 있는데, 공기는 냉동학적 저온 증류 칼럼내에서 압축 분리된다. 폐기질소는 연료에 의해 연소되고 터번을 통해 팽창되어 냉동학적 분리에 따른 공급 공기의 압축을 위한 동력의 회수뿐만 아니라 산소 생성물의 압축과 동력의 생성도 가능하게 된다. 연소 유출물은 동력 발생을 강화시키기 위한 증기상승에도 사용된다.

선 공정(미합중국 특허 제 4,340,578 ; 4,224,045 ; 4,382,366호)에는 폐기질소를 연료로서 직접 연소시킨뒤 연소 유출물을 팽창시켜 동력을 회수하는 것에 의한 공기 분리공정으로부터 에너지를 회수하는 방법이 서술되어 있다.

열교환으로 고온의 압축된 공정 기류를 생성한 뒤 계속하여 동력회수 터어빈 내에서 팽창시켜 공정류로부터 동력을 회수하여 저압 연소 공정으로부터 열을 회수하는 것에 의한 동력의 네트 생성은 Rankine 회로로 공지되어 있다. 증기는 양호한 공정 액체이다. 열의 유효한 고온 회수에 있어서 Rankine 회로의 단열 팽창 단계에서 최대 동력 회수를 얻기 위하여 약 400 psia에서 2500 psia의 높은은 증기 압력이 필요하다. 열 교환기의 금속 튜브의 야금력한계는, 높은 벽의 온도 튜브가 고압을 견디지 못하므로 문제점이 되어왔다. 대기압 연소 가스로부터의 충분한 증기 생성 열회수는 열교환기 금속튜브의 압력 차가 20 내지 170 대기압 범위에 있어야 한다.

미합중국 특허 제 3,310,381호에는 액체 담체중 고체 흡착제의 현탁액을 공기와 흡착제와 동시 접촉시킴으로서 공기로부터 산소를 회수하는 방법을 서술하고 있다. 산화 바륨과 과산화 바륨을 사용하는 시스템이므로 932℉ 이상의 온도가 필요하다.

본 특허 공정은 압력 및 온도 스윙(swing)회로를 사용한 Brin 공정의 연속적인 전환이다. 공급 공기는 외부적 열교환 액체와 열교환하는 흡착제내의 산화바륨/과산화바륨과 동시에 접촉한다. 흡착은 약 1112℉의 온도 및 대기압보다 약간 높은 압력에서 작동된다. 산화된 수용체는 가열기내에서 약 1472℉로 다시한번 가열된다. 고온의 산화된 수용체는 압력이 떨어지고 1328℉의 온도로 감소되면서 산소를 탈착시킨다. 수용체내의 산소의 부분압은 온도로서 측정되는데 그 이유는 산화바륨과 과산화바륨이 항상 수용체 현탁액에 존재하기 때문이다.

본 발명은 고온에서의 가역적인 화학적 흡착 밀 탈착과 카스케이드 열교환기 내에서의 공기분리와 연소공정에 의한 산소 생성을 통합하고 최소한 1700℉ 온도의 열을 배출시킴으로서 연소공정으로부터 열을 회수하여 공기로부터 산소를 분리하는 방법에 관한 것인데, 공기를 가온 및 가압으로 압축하고, 일차적으로 세정 및 건조된 공기의 일부를 연소공정의 열과 비슷한 온도에서 산소방출이 발생하는 화학적 액체 흡착제와 접촉시켜 상기 공기로부터 산소의 일부를 화학적으로 흡착하고 산화된 화학적 액체 흡착제를 1000℉ 이상의 고온의 유효열을 생성시키는 연소 공정의 흡착제의 열교환에 의해 최소한 900℉로 가열하여 연소 공정으로 부터의 상기와 같은 유효열을 화학적 액체 흡착제로 전이 시키고, 상기 고온을 사용하여 상기 흡착제로부터 산소를 탈착시켜 산소 생성물을 생성하고 흡착제를 재생성하고, 공정류의 열교환으로서 재생된 흡착제를 냉각하여 상기 열교환기보다 낮은 최소한 700℉의 온도를 배출시켜 고온 공정류를 생성하고 공기와의 다음 접촉을 위하여 흡착제를 재순환하고 양호하게는 고온 공정류로부터 열 및/혹은 동력을 회수하고 산소 생성물을 사용하여 전반적인 방법의 연소공정을 강화하는 것으로 구성되어 있다. 압축된 공기를 연소 공정의 공기 공급류와 분리공정의 공기 공급류로 분리시키는 것이 양호하다.

산소를 탈착시키고 흡착제를 재생시키기 위하여 약 1200-1400℉ 가장 알맞게는 1350℉의 온도로 흡착제를 가열하는 것이 양호하다.

연소공정은 연소 증기 보일러, 부분 산화 기화제, 클라우스 설퍼 플랜트, 증기 메탄 개질, 에틸렌 플랜트, 접촉 분해 재생기, 암모니아 산화 반응기 또는 유동 베드 연소기로 구성된다.

화학적 액체 산화 액체 흡착제가 생성물의 탈착전에 가압 펌프 되어 탈착에 의해 고압산소 기체가 생성되는 것이 양호하다.

연소 공정과 화학적사이의 열교환이 10 대기압 또는 그 이하의 압력차이에서 실행되는 것이 양호하다.

선 공정은 본 발명과 같은 에너지 절약은 하지 못하였는데 본 발명은 산소와 강력한 질소를 생성하는 화학적 반응과 연소단계의 열교환에 의해 독특하게 통합되고 가역적인 화학 반응에 의하여 연속적으로 에너지가 회수된다. 본 발명은 선공정의 또다른 난점을 극복하였는데 즉 단지 하나의 연소-유리 생성에 따른 생성을 가능케하였다. 본 발명은 동력, 산소 생성물과 연소-유리된 질소의 생성공정에 관한 것인데, 카스케이드 방법에서의 고온의 열을 효과적으로 사용하여 즉 상기와 같은 열 사용을 연쇄 배열하여 동력 생성을 위한 증기와 산소를 생성한다.

선 공정은 열사용 공정에 의한 열 흡착의 제한과 열 교환기 물질의 제한성으로 인해, 연소공정에 의해 초기에 생성되는 고온의 열을 사용을 할수가 없었다. 본 발명은 연소공정에 의해 산출되는 고온의 열을 효과적으로 사용하는 산소생성을 포함한 흡열성 반응열과 화학적 액체 흡착제에 의한 다량의 열회수로서 이러한 제한성을 극복하였다. 연소 열 회수 교환기의 최고 온도 위에서의 작동압력은 연소 공정 압력의 10 대기압내에서 선택되어야 하므로 열 교환장치에 요구되는 구조적 강도를 최소화하고, 세라김 또는 저 강도 금속과같은 높은 부식성과 낮은 응력 저항성을 갖는 물질도 사용되어질수가 있게 되었다.

본 발명은 고온의 열 교환기내에서 공기로부터 산소를 화학적으로 흡착 분리하는 방법을 통합시켰는데 연소공정으로부터 유용한 과량의 열은 공기로부터 산소와 질소를 분리하는데 보조로 사용되며 그후 열은 종래의 가열, 건조, 증기생성 또는 동력 회수용에 더욱 적당한 정도의 온도로서 화학적 흡착 분리공정으로부터 회수된다. 또한, 분리공정으로부터 생성된 산소는 연소공정을 보강하는데 사용된다. 고온의 열원과, 화학흡착적 용융염 사이의 열교환은 종래기술에서의 압력차가 20 내지 170기압인데 비하여 10기압 미만으로 압력차를 줄일 수 있게한다.

본 발명의 방법으로 화학적 흡착제의 독특한 형태에 있는데 ; 일례로 알칼리 금속 아질산염과 질산염은 가온 및 대기압에서 가압된 상태의 다단 역류 접촉 상태로 공기로부터 선택적으로 산소를 흡착하도록 용융상태로 사용되는데 일반적으로 질소-함유생성물은 잔류되며 아질산염은 산화되어 질산염으로 되고 질산염은 한번 더 가열되어 흡차제의 아질산 염류를 재생하며 산소를 방출한다. 그외의 선택적인 화학적 액체 산소 흡착제는 나트륨, 리튬, 칼슘 아질산염의 알칼리 금속 수산화물 또는 탄산나트륨의 용융염 배스내에 BaO, Na₂O₂또는 K₂O₂중 하나를 함유한다. 본 발명에 있어서, 산화됩 흡착제로부터 산호의 탈착은 흡착제의 알칼리 금속질산염으로부터 산소를 유도할 수 있는 정도의 탈착 압력에서 산화된 흡착제의 온도를 충분한 고온으로 증가시킴으로 성취된다. 이러한 탈착은 900℉-1600℉(고온)의 온도 범위내에서 발생하는데 약 1200-1400℉의 온도범위에서 양호하게 발생하고 약 1350℉에서가 최적이다. 그후 탈착제를 700℉-1000℉(저온)범위의 낮은 온도로 냉각시키는데 재생된 흡착제가 계속적인 순환 공정에서 공기로부터 선택적으로 산소를 흡착하기 위하여서는 두번째 카스케이드 열교환기내에서 공정류에 의하여 약 900℉로 냉각시키는게 양호하며 이러한 형태의 흡착은 온도 스윙흡착으로 간주되는데, 흡착과 탈착사이의 온도의 파동 또는 변화는 아질산염에서의 산소의 흡착과 질산염에서의 산소의 탈착에 각각 영향을 끼친다. 온도스윙흡착을 사용함으로서의 잇점은 여러 상이한 지점에서의 압력이 원하는 정도로 독자적으로 선택된다는 것이다. 일례로서 : 기체상 산호 흡착 압력은 최적의 N₂생성 압력에 의해 선택되거나 ; 열원과 흡착제 사이의 압력차를 최소한으로 하기 위하여 열교환기의 압력을 더 높거나(펌프하거나)더 낮게 선택하거나 ; 염의 낮은 펌핑속도, 낮은 온도에서 산소의 압력을 최적화하거나 산소 압축을 최소화하기 위하여 열교환기의 흡착압력을 다르게 한다. 선택적으로 흡착되거나 회수되는 기체는 어떠한 원하는 압력에 의하여서도 회수되며 또한 다양한 압력에서 흡수된다. 어떠한 압력에 의하여서도 작동될 수 있는 본 발명의 공정은 연소기/보일러(열 교환기)의 튜브 구조물질의 선택에 뛰어난 유리한 점을 제공한다. 종래의 연소기/보일러(열 교환기)에 있어서, 튜브의 벽온도는 사용된 금속 합금의 야금학적 성분에 기인하여 약 1500℉ 일반적으로는 1200℉ 이하의 제한성을 갖는다. 튜브는 400과 2500psia 사이의 증기 압력을 견딜 수 있어야 한다. 이러한 공정에 있어서, 발명자들은 고압 열 회수류를 어떠한 가역적 압력에서도 산소 탈착을 용이하게 할수있는 화학적 액체 산소 흡착제로 대치시켰다. 연소기/보일러 내의 압력에 유사한 정도로 화학적 액체 흡착제의 압력을 선택함으로서 흡착성 가열기 튜브 벽 전체에 최소한의 압력차가 산출되는데 양호하게는 10 기압이하이다. 이렇게 함으로서 더높은 튜브벽 온도에서 금속 합금을 사용할 수 있거나(왜냐하면 합금의 허용가능한 작동 온도는 튜브벽 전체의 압력차에 기인하기 때문이다) 또는 높은 온도에서는 견디지만 높은 압력차에서는 견디지 못하는 세라믹, 고니켈 합금 강철과 고밀도 용융된 알루미나와 지르코니아와 같은 부식 저항성 물질의 사용을 가능케한다. 일례로서, 용광로 오프(off)-가스보일러와 같은 저압력 연소 시스템에서 저압력 염 루프(loop)탈착 압력이 사용될 수 있다. 기화기와 같은 고압력 연소기에 있어서는 고압력 염 루프 탈착 압력이 사용될 수 있다. 본 발명은 탈착제의 선택, 열교환기와 탈착 압력을 각각 독자적으로 선택할 수 있게 한다.

본 발명의 일례에 있어서, 산소의 가압은 공기로부터의 기체산소를 용액내의 용융염에 함유된 알칼리 금속 아질산과 질산염내에 흡착시킴으로서 성취된다. 액상에 있어서, 고압의 산소 기체를 회수하기 위한 고온 조건하에서의 탈착전과 적당한 가압으로의 산화후에 흡착제를 펌프하면 에너지가 충분해진다. 이러한 방법은 기체 압축을 사용하여 고압의 산소를 회수하는 선공정에 필요한 에너지유입을 제거시킨다. 이러한 분리방법은 선공정에 따른 일반적인 방법에 모순되는 방법으로 실행된다. 선공정의 온도 스윙과 압력스윙 기술은 일반적으로 저온 및/혹은 고압 흡착과 고온 및/혹은 저압 탈착에 사용된다. 본 발명의 분리공정의 이와같은 예는 산소 탈착을 위해 가온과 가압을 조합하여 사용하지만 고압의 산소 생성물을 산출한다.

본 발명의 연소 공정 단계는 1000℉와 3500℉ 사이의 고온을 제공하여 325℉와 1000℉ 사이의 고온 공정류를 산출하는 열교환에 의해 열을 회수하는 다수의 연소공정을 포함하는데 직접적인 또는 연속적인 동력으로서 사용된다. 이와같은 연소공정은 전형적으로 생성동력으로 사용된다. 연소자체가 원하는 결과이고 동력생성이 부산물인 상기와 같은 연소 공정의 경우에 있어서도 본 발명은 연소 공정의 열을 더욱 효과적으로 사용한다. 이와같은 연소공정에는 연소 증기 보일러, 부분 산화 기화기, 클라우스 설퍼플랜트, 증기 메탄개질기, 에틸렌 플랜트, 접촉 분해 재생기, 암모니아 플랜트 산화 반응기와 유동 베드 연소기가 포함된다. 이와같은 증기 보일러에 연관되어 연소 공정은 강철 생성을 위한 순 산소로와 용광로등과 통합된 공정이다. 이들 공정 중 몇몇은 동력의 생성에 직접적으로 연결되며 그외의 공정은 재생성된 촉매 또는 철금속 등과같은 일차적인 생성물을 산출한다. 후자의 경우에 있어서, 동력 발생은 전반적인 작동의 효율을 유지하기 위하여 주도되는 부산물이다. 그러나 연소공정이 일차적으로 특별한 생성물을 산출하거나 또는 동력을 생성하던지간에 이와같은 연소공정의 일반적인 목적은 현재 상태의 열교환기내의 물질상의 제한점과 열을 사용하는 공정에 의한 열 흡수의 제한점에 기인하는 연소공정과 복사와 대류구역내의 연소공정에 의해 초기에 생성되는 고온에서의 생성열을 사용하지 못하다는데 기여한다.

제 1 도는 본 발명의 통합방법의 독특한 능력이 예시되어 있다. 제 1 도의 그래프는 고압의 석탄 증기 보일러와 연관된 다양한 냉각곡선을 도시하였다. 라인 A는 증기 보일러의 연소 구역으로부터의 연도가스에 대한 냉각곡선이다. 라인 B와 F는 증기생성에 대한 가열곡선이다. 연소가스 A의 냉각곡선과 중기 제조 B와 F의 가열곡선사이에 뚜렷한 비효율이 존재함을 알 수 있다. 또한 약 1400℉ 이상의 온도에서 연소 연도가스의 고온의 열은 열교환과 열교환물질의 제한성으로 인하여 사용될 수 없다. 그러므로 낮은 온도에서의 포화된 증기 생성은 각각의 곡선 A와 F사이의 수직 거리에 의해 나타나는 증가되는 비효율에 의존해야 한다. 열사용의 비효율로 구성된 냉각/가열 곡선사이의 이와같은 모순점은 화학적 산소흡착제가 700℉와 1600℉의 온도범위내에서 가역적으로 작동하는 본 발명의 통합 방법에 의하여 극복된다. 상기 서술된 온도 스윙 방법에 의해 공기로부터 산소와 질소를 화학적으로 분리함으로서 가열 곡선 D에 따른 연소 공정 연도가스로부터 열을 흡수하여 산화된 화학적 흡착제를 재생성하고 산소 생성물을 생성한뒤 산소 제거후 냉각곡선 E에따라 부가적인 산소를 재흡착할 수 있는 온도까지 흡착제가 냉각되도록 열을 배출한다. 제 1 도에서 알 수 있듯이, 이러한 독특한 공기분리기술은 선공정에서 열교환의 비효율성에 기인하는 에너지손실을 초래한다고한 고온의 열교환 분야에 적당하다. 또한 화학적 공기분리 흡착 공정의 독자적인 냉각/가열 곡선 D와 E 사이의 근접분리는 상기 사용될 수 없다고 서술한 고열이 산소와 질소 생성물의 산출에 사용된 뒤 근접온도 또는 질적 수준으로 배출되고 동력생성에 사용되기 위한 증기와 같은 고온 공정류의 생성에 사용됨을 도시하였다. 이러한 통합방법의 결과로서 연소 공정은 공기 분리공정과 결합되어 종래의 목적인 동력의 생성 또는 고압 공정류의 생성을 위해 제거되어지는 고열과 고온의 독특한 사용을 나타내는데 도면에서 염냉각 곡선 E가 실질적으로 포화 증기 생성곡선 F상에 있다. 연소공정의 보강을 위하여 분리공정의 산소 생성물의 사용을 한번 더 통합하면 전반적인 공정 효율과 부가적 통합 수준이 부가된다.

전형적인 보일러의 냉각과 가열 곡선을 도시한 제 1 도에 대하여 더 자세히 설명하자면, 보일러의 복사 및 대류구간인 약 3200℉부터 보일러의 대류-단일 구간인 400℉까지의 온도에서 상기와 같은 보일러로부터의 연도가스는 감소한다. 보일러 공급수 예열과 증기초 가열은 보일러의 이러한 대류구간에서 발생한다. 이와같은 열교환기의 현재의 기술상태에서의 더운 증기 생성 매체와 냉각 연도가스사이의 물질적 제한성에 기인하는 열교환기의 저벽 온도의 한계는 본 발명의 통합적 산소와 질소 생성의 화학적 알칼리 금속 아질산염과 질산염 흡착제 사용을 위한 독특한 윈도우(window)를 제공한다. 종래의 증기 생성 보일러에 있어서, 열은 현열(온도를 올리기 위한)과 잠열(물을 증발시키기 위한)의 혼합으로서 물/증기에 흡수된다. 따라서 현열제거만에 기인한 많은 열 제거력을 제공한다. 유사하게, 화학적 흡착제 즉, 알칼리 금속 알질사염과 질산염의 용융 용액은 높은 열 제거력을 갖는다. 그러나 본 발명에 있어서, 이러한 열 용량은 현열(염의 온도를 증가시킴)과 반응열(산소를 발생시키는

반응을 유도)모두에 기인하므로 매우 크다. 이러한 통합된 산소와 질소생성은 약 1100℉ 또는 그 이상의 열을 필요로 하는데 그 이유는 그러한 온도가 보일러의 복사 및 대류구간에 유용하기 때문이다. 약 1100℉의 온도가 화학적 흡착제의 발열 반응 즉 (

)를 유발하여 상기 산화된 화학적 흡착제로부터 산소를 생성시킨다. 상기 반응의 가역성은 발열성이므로 화학 흡착에 의한 공기로부터의 선택적인 산소의 계속적인 흡착은 공정목적을 위하여 증기를 발생시키는 것처럼하여 기저회로로부터 열이 배출되도록하거나 터빈을 통하여 동력을 생성시킨다.

제 1 도의 냉각과 가열 곡선 그래프에 도시되어진 원리는 보일러 튜브내의 벽 온도를 제한하는 야금학적 제한성을 갖는 증기보일러의 작동에 따른 현재의 통합적인 방법에 앞선다.

그러므로, 가장 뜨거운 열 공급류에 의한 가장 뜨거운 열 수용류를 가열하여 산출된 고온의 복사열의 가장 효율적인 사용은 상기와 같은 보일러 단독의 증기 발생에 의해 경제적으로 성취되지는 않는다. 연소/증기 발생 공정의 통합 방법에 의한 산소의 화학적 흡착으로서 공기로부터 산소와 질소를 생성하는 방법을 사용한 본 발명은 선공정에서 사용하지 못했던 정도의 고온에서의 효율적인 열 사용을 가능하게 한다. 통합방법은 상기와 같은 열사용으로부터 생성된 산소와 질소 생성물을 제공하며 종래의 증기 생성 또는 공정류가열에 사용하기 위해 유입 온도 및 그 양에 가깝게 열을 배출시킬 수 있다.

본 발명의 통합 방법은 본 발명의 양호한 세가지 구체예로서 하기에 상세히 설명될 것이다.

제 2 도에 있어서, 통합 방법은 아질산염과 질산염의 알칼리 금속염 용액을 사용한 공기의 화학적 흡착분리시 유동성 촉매분해 재생기로부터의 열을 사용하는 방법으로 서술되어 있다. 화학적 흡착 용액이 아질산염과 질산염의 알칼리 금속 조합으로 서술되기는 했지만 분리공정의 계속적인 낮은 부식 공정과 산소의 선택성에서 최적의 결과를 얻을 수있도록 부가적인 보조제가 첨가될수도 있다. 이러한 단점으로 볼때, 질산염과 아질산염은 다양한 과산화물과 초과산화물 등과 혼합되어 본원에 참고로서 인용된 미합중국 특허 제 4,340,578호에 서술되어진 것과같은 산소 흡착 조성물로 제조된다. 부가적으로, 본원에 역시 참고로서 인용된 미합중국 특허 제 4,529,577호에 서술되어진 것과같이 2% 이하의 농도로 산소를 사용하는 것이 양호하다.

제 2 도에서 보여지는 바와같이, 종래의 유동성 접촉 분해기와 재생기는 개솔린 또는 정유 생성물로 분해되어지는 원유 또는 가스오일이 라인(200)을 통해 유동성 접촉 분해 반응기(202)로 유입되도록 작동한다. 선공정에 공지된 적당한 촉매 베드는 가온 및 압력의 오일과 접촉하여 분해되는데 가솔린과 같은 적당한 저분자량의 탄화 수소 생성물은 라인(204)으로 제거된다. 촉매상에서 오일의 계속적인 분해 과정중에 촉매의 코킹이 발생하는데 이것은 촉매를 효과적으로 비활성화시킨다. 비활성화 또는 소모된 촉매는 반응기(202)로부터 라인(208)을 통해 계속하여 배출되고 증기 제거기(210)로 유입되는데 이곳에서 라인(212)을 통해 유입되는 증기로서 세척되어 잔유 생성물이 회수되며 생성물은 제거기(210)로부터 상부의 라인(214)을 통해 운반된다. 소모된 촉매는 고온의 유동성 연소공정을 통한 촉매상에 함유된 코크 연소 재생을 위해 라인(216)을 통해 제거된다. 이러한 재생은 라인(228)을 통해 유입된 산소 보강된 공기가 양호한 압축 공기가 채워진 유동성 재생기(218)을 통해 실행된다.

가장 높은 연소 온도는 유동 베드(222)에서 생성된다. 기체상의 연소 유출물은 라인(226)을 통해 제거된다. 특히 산소가 보강된 공정에서, 촉매 베드(222)는 보통 매우 높은 온도를 얻게 되는데 이러한 온도는 라인(206)으로 회수되는 재생 촉매의 활성과 구조를 유지하고 재생기(218)자체의 구조에 대한 물질의 변형을 일으키지 않도록 보정되어야 한다.

촉매 베드(222)의 적당한 냉각은 베드(222)내에 물리적으로 위치하고 질산염과 아질산 조성물의 알칼리 금속염과 같은 산화된 화학적 용융 흡착 용액을 함유하는 열 교환 도관(224)의하여 얻어진다. 용융 또는 액체 상태의 화학적 흡착제는 열 교환기(224)의 열교환 표면의 어떠한 손실없이 열의 고온전이를 가능케한다. 약 1200-1400℉의 산화된 화학적 흡착제는 탈착 칼럼(252)내로의 유입을 위해 라인(250)으로 배출되는데 고온에 의해 흡착제로부터 탈착된 산소는 라인(230)으로 회수된다. 이러한 산소는 공기 공급(232)을 보강하고 재생기(218)로 유입되는데 산소와 공기가 혼합되어 산소 보강된 공기 공급류(228)로서 유입된다. 라인(206)의 촉매냉각 또는 라인(226)의 연도 가스와의 열교환에 의한 용융염의 가열도 본 발명에 포함된다.

탈착 칼럼(252)으로부터 재생된 용융염 용액은 약 1200℉의 온도로 라인(255)을 통해 제거된다. 화학적 흡착이 산소를 선택적으로 흡착할 수 있게 하기 위하여 흡착제의 온도를 900℉로 감소시켜야 한다. 이러한 냉각은 염 열 교환기(253)와 증기 생성기(250)의 재생성 염에 의해 실행되는데 이때 흡착제로부터 제거된 열은 라인(260)을 통해 유입되는 보일러 공급수에 전달되고 상기 보일러 공급수는 라인(258)을 통해 공정류로서 회수된다. 이러한 공정류는 동력 생성을 위해 터빈의 동력원으로 사용되거나 유동성 접촉 분해 장치의 그외의 공정류로서 사용된다. 교환기(253)는 라인(254)을 통해 생성기(256)와 연결되어 있다. 증기는 라인(212)을 통해 촉매 제거에 사용된다.

약 900℉의 온도로 냉각된 화학적 흡착제는 라인(26)을 통해 제거되며 냉각되고 재생된 상태로 공급류와의 단계적인 접촉을 위해 화학적 흡착칼럼(240)으로 유입된다. 재생된 화학적 흡착제의 압력과 온도에서 산소는 흡착제의 아질산염에 선택적으로 흡착되어 아질산염을 질산염으로 산화시킨다. 보강된 질소류로 구성된 산소가 배출된 공기는 라인(242)을 통해 제거된다. 상기 기류(242)는 동력 회수를 위해 순수한 질소가 생성되거나 연소되면 동력을 회수하고 감지할 정도의 산소 불순물이 질소 생성물내에 잔류하면 열이 회수되어 그 사용이 확장된다. 칼럼(240)과 라인(244)으로부터의 산화된 화학적 흡착제는 용융된 용액 상태이며 펌프(246)내에서 40 내지 100psia의 가압상태로서 라인(247)으로 펌프되는데 고압산소의 고온 탈착을 위해 재순환된다. 관류식 열 교환기(253)는 라인(247)의 흡착제가 라인(248)을 지나 재생기(218)로 통과되기전에 예열시킨다. 선택적인 방법으로 라인(244)의 압력은 지압산소의 회수를 위한 탈착보조를 위해 감소되는데 이때 라인(255)에서의 펌프가 필요하다.

공기는 라인(238)을 통해 흡착 칼럼(240)으로 유입된다. 이러한 공기는 공기 압축기(234)에서 약 40 psia의 가압상태로 압축된 공급공기(236)로 구성된다. 압축된 공기는 재생기(218)의 촉매 재생에 사용되며 잔유분은 상기 서술된 공기로부터 질소와 산소를 분리하는데 사용된다. 본 발명의 상기와 같은 구체적인 예로서 질소 생성물의 분리와 소모된 촉매의 재생으로 구성된 연소공정인 통합 방법에 사용되는 산소 생성물이 산출되며 효율적인 상태에서 고온의 열은 재생기 연소를 강화하는 산소 생성물을 산출하는데 사용됨을 알 것이다. 또한 화학적 흡착으로부터 산소의 탈착에 사용되는 고온의 열은 발생 기동력을 위한 증기를 생성하거나 공정류의 가열에 사용을 위한 고온을 배출한다.

제 3 도는 본 발명의 통합 방법의 또다른 형태인데 동력의 생성을 위해 보일러/증기 터빈 발전기와 연소 터빈 발전기를 가열하는데 석탄 가화기를 사용하는 것에 대하여 서술하였다. 기화기(300)에는 라인(304)을 통한 석탄입자, 라인(302)을 통한 완화수 및 라인(305)를 통한 산소 가스 산화제의 배합물이 공급된다. 기화기는 1300℉ 이상의 온도에서 작동된다.

기화기는 연료로서 사용되는 산소, 일산화탄소와 이산화탄소로 구성된 합성기체를 라인(310)을 통해 생성한다. 이러한 연료가스(310)는 라인(314)으로부터의 공기와 연소 터빈 발전기단(312)에서 연소된다. 터빈발전기는 터빈을 통한 연소 유출물의 직접팽창에 의해 작동하여 동력을 생성하는데 전기 동력의 형태가 양호하다. 연도가스는 터빈 발전기로부터 라인(316)으로 제거된다.

부가적인 증기는 보일러/증기터빈단(318)의 터빈을 통한 동력 발생을 위해 생성된다. 효과적으로 보일러 공급수(322)는 연도가스(316)의 존재하에 가열되고 라인(324)내와 기화기(300)의 하향류 부위에 순환되는 물이 가열됨으로서 상기 기화기의 대류에 영향을 준다. 라인(324)의 물은 열교환기(325)내에서 포화증기로 전환되며 라인(326)을 통해 보일러/증기 터빈(318)으로 회수된다. 연도 가스는 증기 생성에 사용된 뒤 라인(328)을 통해 보일러/증기 터빈단(318)으로부터 제거된다. 생성된 증기는 동력 양호하게는 전력의 생성을 위해 터빈을 통과하며 전류된 농축물은 라인(320)을 통해 제거된다. 부가적인 증가는 열교환기(352)로부터 제공되는데 흡착염 루우프로부터 고온의 열 배출을 위해 회로저부를 구성한다.

기화기(300)의 복사 및 대류부로부터 고온의 열을 사용하는데 있어서, 산화된 화학적 액체 흡착제와 기화기 유출물의 현열의 가열을 위해 열 교환기(344)는 기화기(300)내에 정치되어야 한다. 이러한 화학적 흡착제는 약 1200℉의 온도로 가열되고 라연(346)으로 배출되는데 흡착제는 탈착칼럼(348)내에서 고온에 의해 산소를 탈착한다. 라인(306)의 산소가스는 기화기(300)의 산소 공급류의 일부로 사용된다. 대부분의 산소가 유리된, 재생된 화학적 흡착제는 약 1200℉의 온도로 라인(347)을 통해 배출되고 재생성염이 염열교환기(349)내에서 흡착 조건에 맞게 냉각된 뒤 라인(350)을 통해 공급수열 교환기(352)로 유입되는데 이곳에서 흡착제의 고온의 열은 라인(354)의 보일러 공급수로 배출되어 라인(356)의 증가를 생성시킨다. 이러한 증기는 보일러 증기 터빈단(318)을 통과하여 상기 언급된 터빈 발전기를 위한 부가적인 증기열을 생성시킨다.

약 900℉의 온도로 유지되는 용융 상태의 화학적 흡착제는 라인(358)을 통해 흡착칼럼(334)으로 유입되고 흡착구역단에서 공기와 접촉하여 공기로부터 선택적으로 산소를 흡착하여 화학적 흡착제의 아질산염을 질산염으로 전환시킨다. 공기는 라인(332)을 통해 흡착 칼럼(334)으로 유입되는데 산소가 배출된 공기 또는 실질적으로 순수한 질소는 라인(336)을 통해 배출된다. 상기 산소가 배출된 공기는 질소 순도가 매우 높다면 압축 상태의 질소생성물은 직접 사용하여 동력을 회수하던지 또는 실질적으로 산소가 함유되어있다면 잔유분의 산소를 사용하여 연료와 연소시켜 부가적인 동력을 생성시킴으로서 그 사용이 확장된다. 선택적으로 흡착된 산소와 화학적 흡착제의 용융 용액은 라인(338)을 통해 배출되는데 약 100 psia 정도의 압력으로 액체 펌프(340)에서 가압되어 라인(341)을 통해 배출되는 것이 양호하다. 이러한 흡착제는 재생성염의 상태로 예열되어 염 열교환기(349)로 유입된다. 라인(342)의, 액상인 산화된 화학적 흡착제는 연속된 회로순환과 탈착기(348)와 기화기(300)의 고온의 열 교환기(344)의 탈착각각에 적합하다. 또한 염으로부터 산소의 탈착을 위한 감압과 기온을 사용하면 낮은 압력의 산소가 생성된다.

제 3 도의 통합방법에 의하면 기화기로부터의 고온의 열은 화학적 흡착에 의한 산소 생성에 효율적으로 재사용될 수 있는데 산소는 기화기 내에서 사용되며 산소 생성후에 잔류열은 고온의 열을 가졌어도 배출되어 기화기 내의 석탄의 연소에 의해 생성되는 동력과 결합한 동력 및 증기를 생성하는데 사용된다. 또한 공기의 분리공정의 독특한 통합 및 기화기의 연소공정은 고온의 열의 효과적인 사용을 제공하는데 선공정에서는 효과적인 사용이 불가능했으며 그와같은 열의 배출은 특히 동력의 생성과 같은 또다른 목적을 위하여서는 상대적으로 고온이었는데 분리 및 생성된 산소는 연소공정 자체에 사용된다. 상업적으로 순수한 질소생성물도 생성된다.

제 4 도는 화학적 흡착 공정이 용광로와 순산소로의 작동을 위한 방법에 통합된 예를 도시한 것이다. 용광로(400)에 있어서, 라인(444)의 공급공기는 압축기(442)(442)압축되고 라인(446), (404), (406)들을 통해 노(400)로 유입된다. 선택적으로 공기는 라인(467), (469)의 산소로 보강된다. 공지되어 있듯이, 공기 또는 산소 보강된 공기는 철광을 금속철로 환원시키기 위한 철광 코크와 석회 플럭스(flux)의 연소로를 통해 배출된다. 라인(409)을 통해 노(400)로 유입된 철광으로부터 금속 철(410)이 생성물로서 배출된다. 연료가 배출가스(fuel value off gas)는 라인(420)을 통해 제거되고 배기류는 라인(402)을 통해 배출된다.

금속 또는 주괴철은 순산소로(412)에서 강철로 승급되는데 라인(414)(선택적으로 라인(408)으로부터 공급됨)의 순수한 산소는 탄소 불순물을 태우기 위하여 배스내의 철용융물을 통과하고 강철 생성물은 라인(418)로 배출되고 배기 가스는 연료가 회수를 위하여 라인(416)으로 배출된다.

라인(420)의 연료가 배출가스는 보일러 연소 구역(424)에서 라인(422)의 공기로 연소되고 라인(426)을 통해 증기가 생성된다. 보일러(424)의 연소에는 고온의 열이 유용할때는 복사/대류부, 자온의 열이 유용할때는 대류부를 포함한다. 복사/대류부는 포화된 증기의 생성에는 효과적으로 사용되지 못하는 열을 생성한다. 따라서 1000℉ 이상의 고온의 열 일부는 질산염과 아질산염의 용융된 알칼리 금속 염과 같은 본 발명의 분리공정의 화학적액체 흡착제가 있는 열교환기(460)로 배출되는 것이 적당하다. 보일러 연소구역(424)에서의 이와같은 열의 사용후 잔류열은 열교환기(427)로부터 유용한 증기를 라인(426)을 통해 생성한다. 보일러 공급수는 라인(475)을 통해 보일러 연소 구역(424)으로 유입된다. 배출된 증기는 라인(428)을 통해 제거되는데 동력을 위한 증기는 라인(430)을 통해 분리되고 라인(432)을 통해 회수되는 화학적 흡착 분리회로의 증기 생성물과 혼합된다. 라인(434)의 혼합증기는 팽창기(438)내에서 동력 회수를 위해 팽창되고 증기 농축물은 라인(436)으로 배출된다. 팽창기(438)는 적당한 장치(440)로서 공기 압축기를 통해, 용광로(400)로 구성된 연소공정과 흡착염 루우프로 구성된 화학적 흡착 분리공정과 기계적으로 연결된 것이 양호하다.

공기 압축기(442)에서 압축된 공기(446)의 일부는 라인(448)을 통해 화학적 흡착 칼럼(450)으로 공급되는데 이곳에서 접촉구역의 일련의 단으로 구성된 화학적 액체 흡착제와 역류 접촉한다. 산소가 배출된 공기, 즉 질소인 것이 양호한 공기는 라인(452)으로 배출되고 만약 질소가 충분한 산소를 함유한다면 동력 회수를 위하여 압축, 팽창 또는 연소된 질소 생성물로서 직접 사용된다. 산화된 화학적 흡착제는 950℉의 온도와 20-70psia의 압력으로 라인(456)을 통해 제거된다. 산화된 액체류는 약 25-100 psia의 압력으로 펌프(458)를 통해 가압 펌프되는 것이 양호하다. 가압 산화된 흡착제는 라인(457)을 지나 재생성 열교환기(463)로 유입되는데 흡착제는 이곳에서 예열된뒤 라인(459)을 지나 보일러 연소구역(424)으로 유입되는데 이곳에서 열교환기(460)를 지나 보일러 연소구역(424)의 연소 최종 온도인 약 1000℉, 양호하게는 1350℉의 고온의 열을 회수한다. 그뒤 고온의 흡착제는 라인(464)으로 배출되고 탈찰 칼럼(466)내의 온도 스윙에 의하여 산소를 탈착시킨다. 회수된 산소는 약 1200℉의 온도 및 약 70 psia의 압력으로 라인(467)을 통해 배출된다. 이러한 산소는 용광로(400)내에서 사용되거나, 라인(467)의 산소는 라인(408), (414)들을 통해 순산소로(412)로 유입된다. 또한 탈착기내에서의 보조를 위해 압력의 변화 또는 감소없이 흡착 압력으로부터 온도스윙에 의해 탈착된다.

재생된 화학적 흡착제는 라인(465)을 통해 탈착 칼럼(466)으로부터 제거되고 재생성 열교환기(463)에서 냉각된뒤 라인(468)을 지나 열교환기(470)로 유입되어 흡착이 실행될 수 있는 온도까지 다시한번 온도가 감소된다. 라인(454)의 상기 냉각된 상기 흡착제는 흡착을 위해 흡착 칼럼(450)으로 회수된다. 라인(474)의 보일러 공급수는 보일러 연소 구역(424)으로 유입되는 라인(475)에 부분공급류 및 열교환기(470)의 화학적 흡착제를 냉각시키는 라인(472)의 잔유보일러 공급수로 분리된다. 열 교환기(470)로부터 제조된 증기는 라인(432)으로 회수되고 보일러 연소구역(424)에 의해 생성되는 라인(430)의 증기와 혼합된다. 혼합된 증기는 전술된 바와같이 동력회수를 위해 라인(434)을 통해 팽창기(438)로 공급된다. 라인(428)의 잔류 증기류는 전반적인 공정의 부가적인 양의 동력을 생성하거나 그외의 공정류로서 사용된다.

결과적으로, 제 4 도는 증기 보일러 용광로와 화학적 흡착분리공정의 독특한 통합 방법을 제공하는데 용광로에 유입되는 공기는 압축되고 일부는 공기 분리공정에 사용되며 분리공정의 산소생성물은 철 생성 공정의 순 산소로 또는 용광로 중의 하나에 교대적으로 사용된다. 산소가 그외의 공정에 사용될 수 있음이 고려되어야 한다. 최소한 900℉의 고온의 열원과 산소 수용체 용융염 용액 사이의 열교환은 증기 생성과 같은 선공정의 열교환에서와는 달리 임계적 열교환 실행에 독특한 효율과 자율성을 부가하는데 용융염으로부터 산소를 탈착하는 본원의 열교환은 10기압 이하의 압력차에서 실행된다. 선공정에서 상기와 같은 열교환은 상기와 유사한 온도에서는 20 내지 170 기압이 요구되며 열교환 물질의 제한과 높은 자본금이 필요하게 된다.

상기에 언급된 모든 예에 있어서, 연소공정과 공기로부터 산소와 질소의 화학적 흡착 분리의 통합은 1000℉ 이상의 유용한 과온을 사용할 수 있게하며 더낮기는 하지만 고온인 공정류열 또는 증기의 열을 사용할 수 있으며, 공기사용, 산소소모 또는 동력 재생도 역시 선택적으로 또는 교대적으로 상세한 예에 의하여 공정내에 통합될 수 있다. 두개의 열교환기는 본 공정 열교환기의 전반적인 배열의 카스케이드 형태에 대한 화학적 산소 흡착제를 가열하고 냉각한다.

본 발명은 여러 양호한 예로서 설명되었다. 그러나 본 발명은 이러한 예로서 제한되지 않으며 하기의 특허 청구 범위로 확실히 알게될 것이다.

Claims (21)

1. 카스케이드 열교환의 공기분리와 연소 공정을 통합하여 공기로부터 산소를 생성하고 최소한 700℉의 열을 배출함으로서 연소 공정으로부터 열을 회수하고 고온에서 가역성의 화학적흡착과 탈착에 의해 공기로부터 산소를 분리하는 공정에 있어서, (a) 가온 및 가압으로 공기를 압축하고 ; (b) 미리 세정, 건조된 공기의 최소한 부를 연소공정의 열과 비슷한 온도에서 산소방출이 발생하는 화학적 액체 흡착제와 접촉시켜 상기 공기로부터 산소의 일부를 화학적으로 흡착하고 ; (c) 산화된 화학적 흡착제를 1000℉ 이상의 고온의 유효열을 생성시키는 연소공정의 흡착제의 열교환에 의해 최소한 900℉로 가열하여 연소공정으로부터의 상기와 같은 유효열을 화학적 액체 흡착제로 전이시키고; (d)상기 단계 c)의 고온의 열을 사용하여 흡착제로부터 산소를 탈착시켜 산소 생성물과 재생된 흡착제를 생성하고 ; (e) 공정류로 열교환하여 재생된 흡착제를 냉각하여 흡착제로부터 단계 c)의 열교환에서 보다 낮은 최소한 700℉의 온도를 배출하고 고온의 공정류를 생성하고 ; (f) 공기와의 다음 접촉을 위하여 흡착제를 재순환하고 ; (g) 단계 (c)의 연소공정의 산소생성물의 최소부를 사용하는 것으로 구성된 공기로부터 산소를 분리하는 공정.
2. 제 1 항에 있어서, 질소 생성물이 제지되는 분리공정.
3. 제 1 항에 있어서, 압출된 공기가 연소 공정의 공기 공급과 분리공정의 공기 공급으로 분리되는 공정.
4. 제 1 항에 있어서, 단계 c)의 흡착제가 약 1200℉-1400℉의 온도범위로 가열되는 분리공정.
5. 제 1 항에 있어서, 산화된 화학적 액체 흡착제가 탈착전에 가압펌프되어 탈착에 의해 고압의 산소 기체 생성물이 산출되는 분리공정.
6. 제 1 항에 있어서, 단계 (b)의 화학적 액체 흡착제가 단계 (d)의 재생 흡착제에 반하여 재생성 열교환기내에서 예열되는 분리공정.
7. 유동성 접촉 분해 재생기에 산소를 보강하고 공기분리의 재생기로부터 유도된 열을 사용한 카스케이드와 재생기의 열교환에 의해 가역성의 화학적 흡착 및 탈착에 의해 산소를 생성하는 공정에 있어서, (a)일차적으로 세정 및 건조된 공기를 가온 가압하여 압축하고 ; (b) 알칼리 금속 아질산염과 질산염의 용융용액으로 구성된 화학적 액체 흡착제와 공기를 접촉시켜 공기로부터 산소의 일부를 화학적으로 흡착시키고 ; (c) 재생가스가 최소한 1000℉의 고온의 열을 생성하는, 유동성 접촉 분해기의 촉매상에 침착된 코크의 연소로부터 생성된 뜨거운 재생가스와 흡착제를 열교환시켜 산화된 액체 흡착제를 최소한 900℉로 가열하여 상기 흡착제에 고온의 열이 전이되도록 하고 ; (d) 상기 흡착제로부터 가압산소를 탈착하고 상기 단계 (c)의 고온의 열을 사용하여 탈착제를 환원시켜 가압 산소류와 재생 탈착제를 생성하고 (e) 단계 (d)의 재생 흡착제를 공정류와 열교환에 의하여 냉각하여 최소한 700℉의 온도에서 흡착제가 열을 배출하는 단계 (c)의 열교환에서보다 낮은 온도의 증기를 생성하기 위한 열을 회수하고 ; (f) 공기와의 다음 접촉을 위하여 흡착제를 재순환하고; (g) 단계 (d)의 산소의 최소부를 재생기에 유입시켜 단계 (c)의 코크의 연소에 산소를 보강하는 것으로 구성된 공기의 분리공정.
8. 제 7 항에 있어서, 산화된 액체 흡착제가 탈착전에 가압 펌프되어 탈착에 의해 고압산소 가스 생성물을 산출하는 분리공정.
9. 제 7 항에 있어서, 단계 (b)의 화학적 액체 흡착제가 단계 (d)의 재생 흡착에 반하여 재생성 열교환기내에서 예열되는 분리공정.
10. 석탄 기화기에 산소를 보강하고 공기 분리에 기화기로부터의 열을 사용한 카스케이드와 기화기의 열교환에 의해 가역성의 화학적 흡착 및 탈착에 의해 산소를 생성하는 공정에 있어서, (a) 일차적으로 세정 건조된 공기를 가온 및 가압으로 압축하고 ; (b) 알칼리 금속 아질산 염과 질산염의 용융 용액으로 구성된 화학적 액체 흡착제와 공기를 접촉시켜 공기로부터 산소의 일부를 화학적으로 흡착시키고 ; (c) 기화기 연소 가스가 최소한 1000℉의 열을 생성하는, 기화기내의 석탄의 부분 연소로부터의 뜨거운 기화기 가스와 흡착제를 열교환시켜 산화된 액체 흡착제를 최소한 900℉로 가열하여 상기 흡착제에 고온의 열이 전이되도록 하고; (d) 단계 (c)의 고온을 사용하여 흡착제로부터 압축된 산소를 탈착하여 압축된 산소류와 재생된 흡착제를 생성하고 ; (e) 재생 흡착제를 공정류와 열교환에 의하여 냉각하여 최소한 700℉의 온도에서 흡착제가 열을 배출하는 단계 (c)의 열교환에서 보다 낮은 온도의 증기를 생성하기 위한 일을 회수하고 ; (f) 공기와의 다음 접촉을 위하여 흡착제를 재순환하고 ; (g)단계 (c)의 연소에 의한 산소생성물을 사용하는 것으로 구성된 분리공정.
11. 제 10 항에 있어서, 산화된 화학적 액체 흡착제가 탈착되기전에 가압 펌프되어 탈착에 의하여 고압의 산소 가스 생성물이 산출되는 분리공정.
12. 제 10 항에 있어서, 단계 (b)의 화학적 액체 흡착제가 단계 (d)의 재생 흡착에 대하여 재생성 열 교환으로 예열되는 분리공정.
13. 용광로 또는 순산소로의 배출가스의 연소로부터의 유출물과 흡착제의 카스케이드 열교환에 의해 산소의 분리가 보조를 받는, 용광로에서의 철광석의 환원과 순산소로에서의 강철의 생성공정과 고온 고압에서 가역성의 화학적 흡착 및 탈착공정에 의해 공기로부터 산소를 분리하는 통합방법에 있어서, (a) 일차적으로 세정 건조된 공기를 가온 및 가압으로 압축하고 ; (b) 알칼리 금속 아질산염과 질산염의 용융된 용액으로 구성된 화학적 액체 흡착제와 공기를 접촉시켜 공기로부터 산소의 일부를 화학적으로 흡착하고 ; (c) 배출가스가 최소한 1000℉의 열을 생성하는, 철광석이 금속철로 환원되는 용광로 연소로부터 뜨거운 배출가스와 흡착제를 열교환시켜 산화된 액체 흡착제를 최소한 900℉로 가열하여 상기 흡착제에 고온의 열이 전이되도록 하고 ; (d) 단계 (c)의 고온의 열을 사용하여 흡착제로부터 압축된 산소를 탈착하여 압축된 산소 생성물과 재생된 흡착제를 생성하고 ; (e) 단계 (d)의 재생 흡착제를 공정류와 열교환에 의하여 냉각하여 최소한 700℉의 온도에서 흡착제가 열을 배출하는 단계 (c)의 열교환에서 보다 낮은 온도의 증기를 생성하기 위한 일을 회수하고; (f) 공기와의 다음 접촉을 위하여 흡착제를 재순환하고 ; (g)단계 (d)의 산소의 일부를 용광로 및/혹은 순산소로에 유입시켜 어떠한 한쪽로의 연소에 산소를 보강하는 것으로 구성된 통합 방법에 따른 분리공정.
14. 제 13 항에 있어서, 산화된 화학적 액체 흡착제가 탈착전에 가압 펌프되어 탈착에 의해 고압 산소 가스를 산출하는 분리공정.
15. 제 13 항에 있어서, 단계 (b)의 화학적 액체 흡착제가 단계 (d)의 재생 흡착제에 대하여 재생성 열교환기내에서 예열되는 분리공정.
16. 제 1 항에 있어서, 단계 (c)의 열교환에 사용된 물질이 세라믹, 강철의 고니켈 합금, 고밀도의 용융된 알루미나와 지르코니아에서 선택되는 분리공정.
17. 제 1 항에 있어서, 화학적 액체 흡착제가 알칼리 금속 아질산염과 질산염의 혼합물, 알칼리 금속 질산염 수산화물 또는 탄산염내의 산화바륨, 알칼리 금속 질산염, 수산화물 또는 탄산염내의 과산화나트륨, 알칼리금속질산염, 수산화물 또는 탄산염내의 과산화 칼륨 중에서 선택되는 분리공정.
18. 제 1 항에 있어서, 단계 (c)의 열교환이 연소공정과 흡착제의 압력차가 10기압 이하로서 실행되는 분리공정.
19. 제 1 항에 있어서, 단계 (e)의 열 회수가 700℉와 1000℉의 온도 범위내에서 회수되는 분리공정.
20. 제 1 항에 있어서, 열 및/혹은 동력이 단계 (e)의 공정류로부터 회수되는 분리공정.
21. 제 17 항에 있어서, 알칼리 금속의 대부분이 나트륨인 분리공정.

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