공기 분리 장치의 공정 흐름

공기 분리 장치의 공정 흐름은 주로 공기 압축, 공기 정화, 열 교환 및 정류 등 여러 주요 단계로 구성됩니다.

첫 번째 단계는 공기 압축입니다. 공기는 공기 필터를 통해 공기 압축기로 들어갑니다. 강력한 기계식 펌프처럼 작동하는 압축기는 공기의 압력을 크게 증가시킵니다. 이는 후속 분리 공정이 특정 압력 조건에서 가장 효율적으로 작동하기 때문에 필수적입니다. 압축 공기의 압력은 수 기압에서 수십 기압까지 올라갈 수 있습니다.

압축 공기는 상당한 양의 열을 운반하므로 공기 정화 단계로 들어가야 합니다. 공기 정화의 주요 목적은 압축 공기에서 불순물-수분, 이산화탄소, 먼지- 등을 제거하는 것입니다. 이러한 불순물을 제거하지 않으면 하류 장비 내의 파이프라인이 얼거나 막혀 정상적인 운영이 중단될 수 있습니다. 일반적인 정제 방법에는 분자체 흡착 및 냉각 분리가 포함됩니다. 분자체는 수분과 이산화탄소를 단단히 흡수하는 "초-흡수성 스폰지"와 같은 기능을 합니다. 반대로 냉각 분리는 저온에서 다양한 가스의 서로 다른 액화 지점을 활용하여 특정 불순물이 먼저 액화되어 분리되도록 합니다.

정화된 공기는 주 열교환기로 흘러 들어갑니다. 여기에서는 정류탑에서 나오는 극저온 가스와 열교환 과정을 거칩니다. 뜨거운 공기는 열에너지를 차가운 가스로 전달하여 자체 온도를 낮추고, 차가운 가스는 이 열을 흡수하여 온도가 상승합니다. 이 과정은 두 파트너가 따뜻함을 공유하여 서로가 더 적합한 온도에 도달하도록 돕는 것에 비유될 수 있습니다. 이러한 열교환 이후 공기의 온도는 급격하게 떨어지며 액화점에 가까워집니다.

 

다음으로 냉각된 공기는 정류탑으로 들어갑니다. 정류탑은 전체 공기 분리 장치의 핵심 분리 구성 요소 역할을 합니다. 이는 유입되는 공기 흐름에서 산소 및 질소와 같은 성분을 분리할 수 있는 마법의 탑과 매우 유사한 기능을 합니다. 컬럼 내에서는 산소와 질소의 끓는점 차이를 이용하여 분리가 이루어집니다. 질소는 산소보다 끓는점이 낮기 때문에 기둥 내에서 질소는 상승하고 산소는 하강합니다. 상승하는 질소는 여러 단계의 정류 및 응축을 거쳐 최종 제품 질소가 될 때까지 순도가 점진적으로 증가합니다. 마찬가지로, 하강하는 산소는 최종 제품 산소가 되기 위해 평행한 과정을 거칩니다. 동시에 정류 과정에서 일정량의 아르곤이 생성됩니다. 이는 전용 아르곤 측면-인출 포트를 통해 배출된 후 추가 분리 및 정제 과정을 거쳐 최종 아르곤 생성물을 생성합니다.

정류탑에서 나오는 극저온 가스 중 일부는 열 교환을 촉진하기 위해 주 열 교환기로 흘러가고, 다른 일부는 정류탑으로 돌아가 분리 공정에 다시 합류하기 전에 공기 압축기의 인터쿨러와 같은 다른 장비-를 냉각시키는 극저온 소스 역할을 하여 분리 공정에 다시 참여함으로써 연속 사이클을 완료합니다.