KR100802176B1

KR100802176B1 - 기체 혼합물의 응축장치

Info

Publication number: KR100802176B1
Application number: KR1020060082485A
Authority: KR
Inventors: 정우현; 정석우; 변용수
Original assignee: 고등기술연구원연구조합
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-02-12

Abstract

본 발명의 기체 혼합물의 응축장치는 양단에 인입구와 인출구가 동일한 높이로 형성되되 중앙부는 하측으로 경사지게 형성되고, 중심부측 하부에 응축액 배출구가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 중심부를 기준으로 양측에 각각 설치되고, 상기 하우징의 내부를 밀폐하되 상기 인입구 및 상기 인출구와 연통하는 기체 유로 및 상기 하우징에 형성되며, 상기 하우징의 내부로 냉각제가 흐르면서 상기 기체 유로의 외면과 접하도록 상기 냉각제를 주입하고 배출하기 위해 상기 하우징에 형성된 주입구와 배출구를 포함하므로, 하우징의 중심부가 하측에 위치되어 응축액을 중앙부로 자연스럽게 모을 수 있는 이점이 있다.

기체 혼합물, 응축, 응축장치

Description

기체 혼합물의 응축장치 { Condensation apparatus of gas mixture }

도 1은 종래의 응축장치를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 기체 혼합물의 응축장치를 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

100 : 응축장치 110 : 하우징

111 : 인입구 113 : 인출구

120 : 응축액 배출구 121 : 회수탱크

130 : 기체 유로 131 : 배출구

133 : 주입구 140 : 격막

151 : 제1분사노즐 153 : 제2분사노즐

161 : 열교환기 163 : 보조열교환기

165 : 데미스터

본 발명은 기체 혼합물을 응축하는 응축장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기체 혼합물을 액상으로 회수하기 위한 기체 혼합물을 응축하는 응축장치에 관한 것이다.

일반적으로 여러 가지 종류가 혼합되어 있는 액상 혼합 물질을 각각 분류하는 방법으로는 혼합물질을 가열하여 기화시키는 증류법이 많이 사용되고 있다. 다시 설명하면 여러 가지 비등점(Boiling point)이 다른 액상 물질이 혼합되어 있는 경우 이를 분리하는 가장 일반적인 방법으로 액상물질을 증류시킨 다음 기화된 이 물질을 비등점이 낮은 물질부터 액체로 응축시킨 후 이를 회수하는 것이다.

이에, 기체를 응축시키는 응축장치가 제공된다. 이러한 종래의 응축장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 각도로 기울어지며, 인입구(10)와 인출구(20) 그리고 응축액 배출구(50)를 갖는 하우징(1)은 내부에 인입구(10)를 통해 인입된 기체 혼합물이 흐르는 기체 유로(60)가 설치된다. 또한, 하우징(1)의 일측과 타측에는 각각 냉각제가 주입되는 주입구(30)와 배출되는 배출구(40)가 형성된다.

기체 혼합물이 인입구(10)를 통해 하우징(1)의 내부로 인입되어 기체 유로(60)로 유입되면, 하우징(1)을 흐르는 냉각제에 의해 기체 혼합물이 응축되고 응축액은 기울어진 하우징(1)의 경사면을 따라 흘러 응축액 배출구(50)를 통해 배출된다.

한편, 응축되지 않은 기체 혼합물은 기체유로(60)를 빠져나와 인출구(20)를 통해 인출되어 다른 온도를 갖는 응축장치로 인입되어 상기와 같은 과정을 반복하여 응축액를 얻는다.

그런데, 종래의 응축장치는 인출구(20)로 인출되는 잔여 기체 혼합물에 응축된 응축액이 포함되어 인출되므로 응축액의 회수율이 낮아지는 문제점이 있다. 즉, 응축된 액상물질의 회수를 도모하고자 경사지게 형성된 하우징(1)의 하부에 응축액이 고임에 따라 응축되지 않은 기체 혼합물과 같이 비산되어 인출구(20)로 인출되는 문제점이 있다.

또한, 증류회수공정 뿐만 아니라 기체 혼합물을 촉매 등을 이용하여 합성하는 공정의 경우, 합성 후 기체 혼합물은 여러 가지 물질이 혼합되어 있으므로 단순한 냉각만으로는 원활한 응축이 일어나지 않는 문제점이 있다.

그리고, 적용공정에 따라 기체 혼합물 중 일부를 냉각시켜 응축시키는 경우, 기체 혼합물에 입자를 갖는 물질이 포함되어 있는 경우가 많아 열교환기 내부 배관에 증착되어 열교환 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 배관을 막거나 부식이 원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 응축되는 응축액의 회수율을 증대시키는 기체 혼합물의 응축장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기체 혼합물의 응축을 촉진시키는 응축촉진수단을 갖는 기체 혼합물의 응축장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기체 혼합물에 포함된 불순물 입자를 제거할 수 있는 응축장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 양단에 인입구와 인출구가 동일한 높이로 형성되되 중앙부는 하측으로 경사지게 형성되고, 중심부측 하부에 응축액 배출구가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 중심부를 기준으로 양측에 각각 설치되고, 상기 하우징의 내부를 밀폐하되 상기 인입구 및 상기 인출구와 연통하는 기체 유로 및 상기 하우징의 내부로 냉각제가 흐르면서 상기 기체 유로의 외면과 접하도록 상기 냉각제를 주입하고 배출하기 위해 상기 하우징에 형성된 주입구와 배출구를 포함하는 기체 혼합물의 응축장치를 제공한다.

상기 하우징의 인입구측과 중심부측에는 제1분사노즐 및 제2분사노즐이 각각 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제1분사노즐 및 제2분사노즐에는 응축을 촉진시키는 흡수제가 공급되거나, 상기 응축액 배출구를 통해 회수된 응축액이 공급되는 것이 바람직하다.

상기 제1분사노즐의 하측에는 열교환기가 설치되고, 상기 하우징의 인출구에는 보조 열교환기가 추가로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 제1분사노즐과 상기 열교환기 사이에는 데미스터가 추가로 더 설치되는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 기체 혼합물의 응축장치의 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 기체 혼합물의 응축장치를 도시한 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 기체 혼합물의 응축장치(100)는 양단에 기체 혼합물이 인입되고 인출되는 인입구(111)와 인출구(113)가 형성된 하우징(110)과, 하우징(110)의 내부에 설치된 기체 유로(130)를 포함하여 이루어진다.

하우징(110)은 응축액이 모이도록 중심부가 양단보다 하측에 위치되게 V자형 으로 형성하고, 하측에 위치된 중심부측에 응축액이 배출되는 응축액 배출구(120)가 형성된다. 또한, 하우징(110)에는 내부를 흐르도록 일측과 타측에 냉각제가 주입되고 배출되는 주입구(133)과 배출구(131)가 각각 마련된다.

기체 유로(130)는 하우징(110)의 내부에 설치되는 것으로서, 하우징(110)의 중심부측을 기준으로 좌우 양측에 각각 설치되며, 하우징(110)의 인입구(111)를 통해 인입된 기체 혼합물이 흐른다.

또한, 하우징(110)에는 다수개의 격막(140)이 이격되게 설치되어 하우징(110)의 내부에 흐르는 냉각제의 유로를 형성하여 기체 유로(130)와 냉각제의 열교환을 도와준다. 응축액은 기체 유로(130)의 내부에 응축되어 경사면을 따라 흘러내려 V자 형으로 형성된 하우징(110)의 중심부측으로 모이게 된다.

응축액 배출구(120)는 하우징(110)의 중심부의 하측과 연결되게 형성되며, 응축액 배출구(120)에는 응축액 배출구(120)를 통해 배출된 응축액이 회수되는 회수탱크(121)가 연결되게 설치되는 것이 바람직하다.

응축촉진수단으로서, 하우징(110)의 인입구(111)와 기체 유로(130) 사이에는 제1분사노즐(151)이 설치되고, 하우징(110)의 중심부측에는 제2분사노즐(153)이 설치된다. 제1,2분사노즐(151,153)은 하우징(110)으로 인입된 기체 혼합물의 응축을 촉진하도록 흡수제를 분사한다. 여기서, 흡수제는 응축하고자 하는 기체의 종류에 따라 달라질 수 있다.

예를 들면, 기체 혼합물 중 디메틸에테르를 응축시키고자 할 경우, 흡수제로서 메탄올을 분사하면 디메틸에테르의 응축이 촉진될 수 있는 것이다.

그리고, 제1,2분사노즐(151,153)은 흡수제 외에도 응축액 배출구(120)를 통해 응축된 응축액이 회수된 회수탱크(121)로부터 응축액을 공급받아 이미 응축된 응축액을 분사함에 따라, 기체 혼합물의 응축을 촉진할 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 응축액의 응축을 촉진하기 위해 하우징(110)의 인출구(113)측에도 추가로 분사노즐이 설치되어도 무방하다.

한편, 제1분사노즐(151)의 하측에는 열교환기(161)가 설치되어 냉각효율을 상승시키도록 한다. 또한, 이미 응축이 진행된 기체 혼합물이 하우징(110)의 외측으로 유출구(113)를 통해 유출되기 전에 잔여 가스의 응축을 촉진하도록 유출구(113)의 내측에는 보조 열교환기(163)가 추가로 설치되는 것이 바람직하다. 이때, 열교환기(161)는 열교환 면적을 넓힐 수 있도록 방열핀이 사용될 수 있다.

또한, 열교환기(161)와 제1분사노즐(151) 사이에는 데미스터(165)를 설치하여 기체 혼합물에 함유된 불순물 입자를 필터링하여 입자가 기체 유로(130)나 격막(140) 혹은 하우징(110)의 내면에 부착되는 것을 방지한다.

이하에서는 본 발명에 따른 기체 혼합물의 응축장치를 이용하여 응축하는 응축 과정을 상세하게 설명한다.

먼저, 인입구(111)를 통해 기체 혼합물을 하우징(110)으로 인입한다. 인입된 기체 혼합물에는 제1분사노즐(151)에 의해 응축하고자 하는 제1기체의 응축을 촉진시키는 흡수제가 분사된다.

또한, 기체 혼합물은 흡수제가 분사됨과 동시에 데미스터(165)를 통과하여 기체 혼합물 속에 포함된 불순물 입자를 필터링한다.

그리고, 흡수제가 분사된 기체 혼합물의 제1기체는 방열핀으로 이루어진 열교환기(161)와 열교환하여 제1기체가 응축될 수 있는 온도로 떨어지면 응축이 시작되고, 기체 혼합물은 기체 유로(130)로 인입된다.

이때, 하우징(110)의 내부에는 주입구(133)를 통해 냉각제가 주입되고, 온도가 낮아진 냉각제는 배출구(131)를 통해 배출됨은 물론이다.

한편, V자형 하우징(110)의 좌측구간에 설치된 기체 유로(130)를 통과하면서 냉각제와 기체 유로(130) 내부의 기체 혼합물과 열교환하여 응축되어 기체 유로(130)를 따라 흐른다.

다음, 기체 혼합물이 좌측구간 기체 유로(130)에서 빠져나와 하우징(110)의 중심부를 지날 때, 하우징(110)의 중심부에 설치된 제2분사노즐(153)은 하우징(110)의 좌측구간을 통과하면서 미처 응축되지 못한 제1기체의 응축을 촉진하도록 다시 흡수제를 분사한다.

하우징(110)의 우측구간에 설치된 기체유로(130)로 이동한 기체 혼합물은 좌측구간에서와 같이 냉각제와 열교환이 실시되고, 하우징(110)의 인출구(113)측에 설치된 보조열교환기(163)를 통과하면서 기체 혼합물에 남아 있는 잔여 제1기체가 응축된다.

상기와 같은 과정을 거쳐 기체 유로(130)에 응축된 제1기체의 응축액은 중심부측으로 흐르고, 응축액 배출구(120)를 통해 회수탱크(121)로 회수된다. 여기서, 회수탱크(121)로 회수된 응축액은 제1,2분사노즐(151,153)을 통해 하우징(110)의 내부에 재분사되어, 최초에 기체 혼합물에 분사되는 흡수제와 같이 제1기체의 응축을 촉진하고 단순한 냉각만으로 잘 응축되지 않는 물질도 분사되는 응축액에 흡수하여 응축시킨다.

한편, 하우징(110)을 통과하여 제1기체가 응축되고 남은 나머지 기체 혼합물은 하우징(110)의 인출구(113)를 통해 인출되어 다른 온도를 갖는 하우징으로 인입되어 상술한 바와 같은 과정을 거쳐 제2기체, 제3기체 등이 응축될 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

이러한 본 발명의 기체 혼합물의 응축장치는 하우징의 형태가 V자 형으로 형성됨에 따라 응축액을 중앙부로 자연스럽게 모을 수 있는 이점이 있다.

또한, 하우징에는 응축 촉진수단으로서, 분사노즐과 열교환기가 설치되므로 응축효율이 증대된다. 특히, 냉각만으로 응축이 어려운 경우 분사노즐을 통해 용매를 분사하여 응축효율을 증대시키는 이점이 있다. 그리고, V자 형태의 하우징에서 기체 혼합물의 이동에 따라 좌측과 우측에서 응축이 진행되므로, 기체 혼합물에 남아 있는 잔여 기체의 응축을 효율적으로 진행할 수 있다.

한편, 하우징에는 데미스터가 설치되므로 하우징이나 기체 유로에 침착되는 불순물 입자를 필터링할 수 있고, 침착에 의한 응축장치의 부식을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims

양단에 인입구와 인출구가 동일한 높이로 형성되되 중앙부는 하측으로 경사지게 형성되고, 중심부측 하부에 응축액 배출구가 형성된 하우징;

상기 하우징의 내부에 중심부를 기준으로 양측에 각각 설치되고, 상기 하우징의 내부를 밀폐하되 상기 인입구 및 상기 인출구와 연통하는 기체 유로; 및

상기 하우징의 내부로 냉각제가 흐르면서 상기 기체 유로의 외면과 접하도록 상기 냉각제를 주입하고 배출하기 위해 상기 하우징에 형성된 주입구와 배출구를 포함하는 기체 혼합물의 응축장치.
청구항 1에 있어서,

상기 하우징의 인입구측과 중심부측에는 제1분사노즐 및 제2분사노즐이 각각 설치된 것을 특징으로 하는 기체 혼합물의 응축장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제1분사노즐 및 제2분사노즐에는 응축을 촉진시키는 흡수제가 공급되는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물의 응축장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제1분사노즐 및 제2분사노즐에는 상기 응축액 배출구를 통해 회수된 응축액이 공급되는 것을 특징으로 하는 기체 혼합물의 응축장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제1분사노즐의 하측에는 열교환기가 설치된 것을 특징으로 하는 기체 혼합물의 응축장치.
청구항 5에 있어서,

상기 하우징의 인출구에는 보조 열교환기가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 기체 혼합물의 응축장치.
청구항 5에 있어서,

상기 제1분사노즐과 상기 열교환기 사이에는 데미스터가 추가로 더 설치된 것을 특징으로 하는 기체 혼합물의 응축장치.