KR100905616B1 - 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법 - Google Patents

액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기분리설비에서 액공탱크의 액체공기를 이용하여 흡착기를 재생하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 공기압축기(10), 수세냉각탑(20), 흡착기(30a)(30b), 주열교환기(60), 액공탱크(70) 및 공기분리기(80)를 갖추어 비점차에 의하여 액체상태의 산소, 질소 및 알곤을 생산하는 공정중 흡착제에 포함된 이물질을 제거하여 흡착기를 재생하는 방법에 있어서, 상기 공기분리기(80)로부터 인출되는 불순질소가스를 히터(90)로 공급하고, 고온으로 가열된 질소가스를 상기 흡착기(30a)(30b)중 어느 하나로 공급하여 상기 흡착기(30a)(30b)를 가열하면서 흡착제에 포함된 이물질을 제거하는 히팅단계; 상기 공기분리기(80)로부터 인출되는 질소가스를 상온상태로 상기 흡착기(30a)(30b)중 어느 하나로 공급하여 냉각하는 쿨링단계; 상기 흡착기(30a)(30b)의 내부압을 검지하는 압력계(35a)(35b)의 측정값을 근거로 하여 재생된 흡착기와 사용중인 흡착기가 서로 동일한 압력을 갖도록 상기 액공탱크(70)로부터 인출된 액체공기를 기화기(8)에서 기화시키고, 상기 기화된 공기를 재생된 흡착기내로 선택공급하여 승압하는 단계; 상기 압력계(35a)(35b)의 측정값에 의해서 상기 흡착기(30a)(30b)의 내부압력이 동일할 때 상기 재생된 흡착기내로의 기화공기의 공급을 중단하고, 상기 흡착기(30a)(30b)사이를 연결하는 연결라인(9)의 동압밸브(34)를 개방하는 동압단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의하면, 한쌍의 흡착기중 재생된 흡착기를 승압하는 동안 공기분 리기로 보내어지는 원료공기의 유량이 감소할 때 액공탱크로부터 액체공기를 인출하여 기화시키고, 기화된 공기를 이용하여 승압되는 흡착기로 공급함으로서 원료공기의 부족현상으로 인한 공기분리기에서의 열교환 균형의 흐트러짐에 의한 가스생산량 감소 및 순도저하현상을 방지할 수 있다.
Figure R1020020082348
공기압축기, 수세냉각탑, 흡착기, 액공탱크, 공기분리기, 기화기, 재생, 흡착제

Description

액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법{A METHOD FOR REGENERATING THE AIR PURIFICATION UNIT USING A LIQUID AIR OF TANK}
도 1은 일반적인 제철소의 공기분리설비를 도시한 개략도,
도 2는 일반적인 제철소의 공기분리설비에서 흡착기를 재생하는 작업을 도시한 개략도,
도 3(a)는 종래 흡착기 재생방법의 승압단계에서 시간에 따른 압력변화를 도시한 그래프,
도 3(b)는 종래 흡착기 재생방법의 승압단계에서 시간에 따른 공기분리기에 공급되는 공기유량변화를 도시한 그래프,
도 3(c)는 종래 흡착기 재생방법의 승압단계에서 시간에 따른 산소순도변화를 도시한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법이 채용되는 공기분리설비를 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
7 ...... 기화공기라인 7a ..... 개폐밸브
8 ...... 기화기 8a ..... 체크밸브
8b ..... 안전밸브 9 ...... 연결라인
10 ..... 공기압축기 20 ..... 수세냉각탑
30a,30b ... 흡착기 60 ..... 주열교환기
70 ..... 액공탱크 80 ..... 공기분리기
본 발명은 공기분리설비에서 액공탱크의 액체공기를 이용하여 흡착기를 재생하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 한쌍의 흡착기중 재생된 흡착기를 승압하는 동안 공기분리기로 보내어지는 원료공기의 유량이 감소할 때 액공탱크로부터 액체공기를 인출하여 기화시키고, 기화된 공기를 이용하여 승압되는 흡착기로 공급함으로서 원료공기의 부족현상으로 인한 공기분리기에서의 열교환 균형의 흐트러짐에 의한 가스생산량 감소 및 순도저하현상을 방지할 수 있도록 개선한 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철소의 공기분리설비는 도 1에 도시한 바와같이, 포켓 모양(POKET TYPE)의 원료공기필터(AIR FILTER)에서 먼지를 여과시킨 대기중의 공기(질소:78%,산소:21%,알곤:1%)를 공기압축기(10)에서 압축하고, 압축되어진 공기는 수세냉각탑(20), 흡착기(30a)(30b), 승압기(40), 팽창터빈(50), 주열교환기(60), 액체화된 공기가 저장되는 탱크인 액공탱크(70) 및 공기분리기(80)를 갖추어 대기중의 공기를 흡입압축하여 팽창시킴으로써 원료공기의 온도를 낮추어 원료공기에 포함되어 있는 산소, 질소 및 알곤가스를 분류하는, 이른바 비점차에 의한 액체상태의 산소, 질소 및 알곤을 주로 제품가스로 생산하는 설비이다.
즉, 대기중의 공기는 여과되어 공기압축기(10)로 송입되어 압축되고, 상기 공기압축기(10)에서 압축된 원료공기는 수펌프(20a)를 통하여 냉각수가 공급되는 수세냉각탑(20)을 통과하면서 냉각, 완충된다. 그리고, 수용성 물질이 제거된 공기는 상기 수세냉각탑(20)출구와 연결된 2대의 흡착기(30a)(30b)중 어느 하나로 송입되어 공기에 포함된 수분, 이산화탄소(CO2)를 제거하게 된다.
그리고, 상기 흡착기(30a)(30b)중 어느 하나를 통과하면서 수분 및 CO2가 제거된 압축공기중 일부는 주열교환기(60)를 통하여 공기분리기(80)의 하탑(80b)으로 송입되면서 액화되고, 다른 일부의 압축공기는 공기 승압기(40)로 공급되어 고압으로 승압된 다음, 팽창터빈(50)에서 단열 팽창시키면, 액체상태의 공기만을 저장해두는 탱크인 액공탱크(70)에서 액체공기가 되어 상기 공기분리기(80)의 상, 하탑(80a)(80b)으로 각각 공급된다.
한편, 상기 흡착기(30a)(30b)는 통상 2대를 1조로 하여 운영되어 1대가 사용중이면, 나머지 다른 1대는 재생되어야 한다. 이는 상기 흡착기(30a)(30b)내부에 원료 공기가 겔을 통과하는 동안 수분을 흡착하는 성질을 갖는 알루미나 겔과 이산화탄소를 흡착하는 성질을 갖는 모리쿨라시브 겔과 같은 흡착제가 채워져 있기 때문에, 흡착공정이 일정한 시간동안 이루어지면서 원료공기가 겔을 통과하면 흡착능력이 저하된다.
이에 따라, 상기 흡착기(30a)(30b)를 재생하는 방법은 히팅(HEATING),쿨링(COOLING),승압,동압 및 사용단계를 거치면서 상기 흡착제인 겔에 흡착된 수분과 이산화탄소를 제거하여 재사용하는 재생공정을 거치게 된다. 이러한 재생공정은 상기 공기분리기(80)에서 분리되어 생산되는 가스중 불순질소가스만을 인출하여 히터(HEATER)(90)를 통하여 고온으로 가열한 후에 재생하고자 하는 흡착기(30a)(30b)를 통과시켜 흡착기재생을 실시하였다.
도 2에 도시한 바와같이, 상기한 재생공정중 히팅(HEATING)은 공기분리기(80)의 상탑(80a)에서 나오는 차가운 가스(GAS)인 불순질소가스만을 외부로 인출하고, 인출된 불순질소가스를 열교환기(60a)로 통과시키면서 상온으로 회복시킨 다음, 히터(HEAT)(90)를 통과시키며서 뜨겁게 가열한다.
그리고, 원료공기가 공급,배출되는 흡착기출,입구밸브(31a)(31b)(33a)(33b) 및 동압밸브(32)를 닫은 상태에서 상기 히터(90)에 연결된 가온입구밸브(90b)를 열림개방하여 가열된 불순질소가스를 사용이 완료된 흡착기(30b)내로 공급하며, 이에 수용된 알루미나겔과 모리쿨라시브겔과 같은 흡착제에 포함된 수분 및 이산화타소를 제거하여 대기로 방출한다.
연속하여, 쿨링작업은 상기 가열된 질소가스의 투입에 의해서 상기 뜨거워진 흡착기(30b)내부를 냉각하여 이에 수용된 겔을 냉각시킬 수 있도록 상기 히터(90)에서 가열되지 않은 상온의 불순질소가스를 상기 흡착기(30b)내로 공급하여 냉각함에 따라, 상기 흡착기(30b)내부의 겔은 수분과 이산화탄소가 전혀 없는 상태로 재생되는 것이다.
여기서, 상기 재생되는 흡착기(30b)는 가열된 고온의 불순질소가스 또는 상 온의 불순질소가스의 유입이 원활하도록 대기압상태로 감압된 상태이다.
그리고, 사용중인 흡착기(30a)와 재생작업이 완료된 흡착기(30b)를 서로 교체하기 위하여 흡착기(30a)(30b)가 동일한 압력을 갖도록 상기 재생된 흡착기(30b)를 승압하는 과정이 이루어지는데, 이는 사용중인 흡착기(30a)로부터 공기분리기(80)측으로 공급되는 원료공기중 일부를 승압발브(32)로 인출하고, 상기 인출된 원료공기를 히팅(HEATING)과 쿨링(COOLING)이 완료된 흡착기(30b)내로 공급하여 상기 재생된 흡착기(30b)내부의 압력을 서서히 상승시킨다.
또한, 상기 흡착사용중인 흡착기(30a)와 상기 승압하는 흡착기(30a)가 동일한 압력이 되면, 상기 흡착기입구밸브(31a)(31b), 흡착기출구밸브(33a)(33b)를 상기와 반대로 절환시켜 상기 재생되어 승압된 흡착기(30b)내로 원료공기가 공급되도록 함과 동시에 원료공기의 공급이 차단된 흡착기(30a)는 내부압력을 서서히 감압시켜 상기의 재생과정을 되풀이 하도록한다.
그러나, 상기와 같은 흡착기 재생작업중 상기 히팅, 쿨링된 흡착기를 승압하는 과정에서 사용중인 흡착기(30a)로부터 공기분리기(80)측으로 공급되어야할 원료공기중 일부를 승압밸브(32)를 통하여 인출하는 과정에서 상기 공기분리기(80)내로 공급되는 원료공기가 급격하게 줄어들게 되고, 이는 상기 공기분리기(80)의 상,하부탑(80a)(80b)간의 열교환 균형이 흔들리면서 상기 공기분리기(80)에서 생산되는 가스의 순도가 저하되고, 가스생산량도 감소되는 큰 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것 으로서, 그 목적은 공기분리기로 보내어지는 원료공기대신에 액공탱크의 액체공기를 이용하여 재생된 흡착기를 승압하여 원료공기의 부족현상으로 인한 공기분리기에서 의 열교환 불균형을 예방하고, 고순도의 가스를 안정적으로 생산할 수 있는 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은,
공기압축기, 수세냉각탑, 흡착기, 주열교환기, 액공탱크 및 공기분리기를 갖추어 비점차에 의하여 액체상태의 산소, 질소 및 알곤을 생산하는 공정중 흡착제에 포함된 이물질을 제거하여 흡착기를 재생하는 방법에 있어서,
상기 공기분리기로부터 인출되는 불순질소가스를 히터로 공급하고, 고온으로 가열된 질소가스를 상기 흡착기중 어느 하나로 공급하여 상기 흡착기를 가열하면서 흡착제에 포함된 이물질을 제거하는 히팅단계;
상기 공기분리기로부터 인출되는 질소가스를 상온상태로 상기 흡착기중 어느 하나로 공급하여 냉각하는 쿨링단계;
상기 흡착기의 내부압을 검지하는 압력계의 측정값을 근거로 하여 재생된 흡착기와 사용중인 흡착기가 서로 동일한 압력을 갖도록 상기 액공탱크로부터 인출된 액체공기를 기화기에서 기화시키고, 상기 기화된 공기를 재생된 흡착기내로 선택공급하여 승압하는 단계;
상기 압력계의 측정값에 의해서 상기 흡착기의 내부압력이 동일할 때 상기 재생된 흡착기내로의 기화공기의 공급을 중단하고, 상기 흡착기사이를 연결하는 연 결라인의 동압밸브를 개방하는 동압단계;를 포함함을 특징으로 하는 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법을 마련함에 의한다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법이 채용되는 공기분리설비를 도시한 개략도이다.
본 발명의 방법은 대기중의 공기를 압축하는 공기압축기(10), 압축된 공기에 포함된 이물을 제거하는 수세냉각탑(20), 원료공기에 포함된 수분 및 이산화탄소를 제거하도록 교대로 운전되는 흡착기(30a)(30b), 열교환이 이루어지는 주열교환기(60), 액체공기가 저장되는 액공탱크(70) 및 상,하부탑(80a)(80b)으로 이루어진 공기분리기(80)를 갖추어 상기 공기분리기(80)에서 비점차에 의하여 액체상태의 산소, 질소 및 알곤을 생산하는 공정중 상기 흡착기(30a)(30b)의 순환사용을 원활하게 수행할 수 있도록 상기 흡착기(30a)(30b)를 선택적으로 재생하는 것으로서, 이러한 재생방법은 히팅단계, 쿨링단계, 승압단계 및 동압단계로 구성된다.
여기서, 본 발명의 재생방법은 한쌍의 흡착기(30a)(30b)양측에서 동일하게 교대로 이루어지는바 일측에 대해서만 설명한다.
즉, 상기 히팅단계는 상기 공기분리기(80)의 상부탑(80a)으로부터 외부로 인출되는 불순질소가스를 주열교환기(60)로 통과시켜 저온상태의 질소가스를 상온으로 1차 승온시킨 다음, 승온된 질소가스를 히터(90)로 공급하여 고온으로 가열한다.
그리고, 150℃의 고온으로 가열된 질소가스는 한쌍의 흡착기(30a)(30b)중 흡 착제의 오염정도가 심한 흡착기(30b)내로 공급됨에 따라, 상기 흡착기(30b)내로 공급되는 고온 질소가스에 의해서 상기 흡착기(30b)내에 수용되어 흡착공정시 원료공기가 통과되는 흡착제로부터 이에 포함된 수분 및 이산화탄소와 같은 이물질을 제거하는 것이다.
이때, 상기 흡착기(30a)(30b)에 연결된 가온출,입구밸브(90a)(90b) (36a)(36b)중 상기 재생하고자 하는 흡착기(30b)에 연결된 밸브(36b)(90b)는 열림작동되어 고온 질소가스가 공급되고, 상기 흡착제로부터 제거된 이물질은 질소가스와 더불어 외부로 배출된다.
그리고, 상기 쿨링단계는 히팅작업시 가열된 흡착기(30b)를 냉각하는 과정으로서, 상기 공기분리기(70)로부터 외부로 인출되는 불순질소가스를 상기 히터(90)에서 가열시키지 않고 상온상태 그대로 상기 흡착제가 재사용이 가능하도록 세척되어 재생된 흡착기(30b)내로 공급한다.
또한, 상기 승압단계는 상기한 히팅 및 쿨링단계를 위한 내부압이 대기압상태로 저하된 흡착기(30b)내부의 압력을 검지하도록 상기 흡착기(30a)(30b)에 설치된 압력계(35a)(35b)중 재생작업이 이루어지는 압력계(35b)측의 측정값이 제어기로 전송된다.
그리고, 상기 제어기에서는 전송된 압력계(35b)의 압력측정값을 근거로 하여 상기 흡착기(30b)의 내부압력이 대기압보다 낮으면, 상기 재생된 흡착기(30b)와 사용중인 흡착기(30a)가 서로 동일한 내부압력을 갖도록 상기 액공탱크(70)로부터 인출된 액체공기를 이용하여 상기 재생된 흡착기(30b)를 승압한다.
즉, 상기 흡착기(30b)의 압력계(35b)에서 측정된 압력값을 기준값인 대기압과 비교하여 대기압과 동일하거나 이보다 낮으면 상기 액공탱크(70)로부터 연장되어 잉여 액화공기를 외부로 배출하는 배출라인(71)로부터 분기된 기화공기라인(7)의 개페밸브(7a)를 닫힘상태에서 열림상태로 절환함으로서 상기 액공탱크(70)내의 액체공기를 기화공기라인(7)으로 분기공급한다.
그리고, 상기 기화공기라인(7)에는 액체공기를 기화시킬 수 있도록 기화기(8)가 설치됨에 따라 이를 통과하는 액체공기는 상온의 공기로 기화되고, 상기 기화기에서 기화된 공기는 상기 기화공기라인(7)에 설치되는 승압밸브(32a)(32b)중 해당하는 밸브(32b)를 열림작동시켜 상기 기화된 공기를 상기 재생된 흡착기(30b)내로 공급함으로서 상기 흡착기(30b)의 내부압을 서서히 승압한다. 이때, 상기 흡착기(30b)의 내부압은 압력계(35a)(35b)에 의해서 수시로 측정된다.
여기서, 상기 기화기(8)의 후단 기화공기라인(7)에는 기화된 공기의 역류를 방지하는 체크밸브(8a)와, 기화된 공기의 과도한 압력상승을 제어하는 안전밸브(8b)가 설치되어 있기 때문에, 상기 기화기(8)를 통과하면서 기화된 공기는 역류의 염려 및 과도한 압력상승의 염려없이 승압하고자 하는 흡착기(30a)(30b)로 공급된다.
또한, 상기 흡착기(30b)의 압력계(35b)에서 측정된 압력값을 기준값인 대기압과 비교하여 대기압보다 높으면 상기 흡착기(30b)에 연결된 감압밸브(37b)를 열림작동시켜 내부압력을 대기압까지 낮추도록 한다.
한편, 상기 동압단계는 상기 압력계(35a)(35b)의 측정값에 의해서 상기 흡착기(30a)(30b)의 내부압력이 서로 동일해지면, 상기 재생된 흡착기(30b)내로 기화공기를 공급하는 승압밸브(32b)를 닫힘작동시켜 기화공기의 공급을 중단함과 동시에 상기 재생된 흡착기(30b)와 사용중인 흡착기(30a)를 서로 연결하는 연결라인(9)의 동압밸브(34)를 닫힘상태에서 열림상태로 절환한다.
이에 따라, 상기 흡착기(30a)(30b)는 병렬로 흡착공정을 동시에 일정시간 동안 수행하고, 상기 흡착기(30a)(30b)중 타측 흡착기(30a)내에 수용된 흡착제의 오염정도가 심해지면, 상기 동압밸브(34), 흡착기출,입구밸브(31a)(33a)는 열림상태에서 닫힘상태로 전환하여 흡착공정을 중단함과 동시에 감압밸브(37a)는 닫힘상태에서 열림상태로 개방하여 재생하고자 하는 흡착기(30a)의 내부압을 대기압상태까지 저하시킨 후, 상기와 같은 히팅, 쿨링 및 승압단계를 반복적으로 수행한다.
상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 흡착제의 오염이 심각해진 흡착기를 재생하는 과정에서 재생된 흡착기를 사용중인 흡착기의 내부압력과 동일하도록 승압하는 작업시 종래와 같이 사용중이던 흡착기로부터 원료공기를 인출받아 재생된 흡착기를 승압하지 않고, 액공탱크로부터 인출되는 압축공기를 기화시키고, 기화된 공기를 이용하여 재생된 흡착기를 승압함으로서, 공기분리기내로 원료공기를 항상 일정하게 공급하여 생산되는 액화가스의 순도 및 가스생산량이 급락하는 현상을 방지하고, 가스의 생산량을 항상 일정하게 유지시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범 위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (2)

  1. 공기압축기(10), 수세냉각탑(20), 흡착기(30a)(30b), 주열교환기(60), 액공탱크(70) 및 공기분리기(80)를 갖추어 비점차에 의하여 액체상태의 산소, 질소 및 알곤을 생산하는 공정중 흡착제에 포함된 이물질을 제거하여 흡착기를 재생하는 방법에 있어서,
    상기 공기분리기(80)로부터 인출되는 불순질소가스를 히터(90)로 공급하고, 고온으로 가열된 질소가스를 상기 흡착기(30a)(30b)중 어느 하나로 공급하여 상기 흡착기(30a)(30b)를 가열하면서 흡착제에 포함된 이물질을 제거하는 히팅단계;
    상기 공기분리기(80)로부터 인출되는 질소가스를 상온상태로 상기 흡착기(30a)(30b)중 어느 하나로 공급하여 냉각하는 쿨링단계;
    상기 흡착기(30a)(30b)의 내부압을 검지하는 압력계(35a)(35b)의 측정값을 근거로 하여 재생된 흡착기와 사용중인 흡착기가 서로 동일한 압력을 갖도록 상기 액공탱크(70)로부터 인출된 액체공기를 기화기(8)에서 기화시키고, 상기 기화된 공기를 재생된 흡착기내로 선택공급하여 승압하는 단계;
    상기 압력계(35a)(35b)의 측정값에 의해서 상기 흡착기(30a)(30b)의 내부압력이 동일할 때 상기 재생된 흡착기내로의 기화공기의 공급을 중단하고, 상기 흡착기(30a)(30b)사이를 연결하는 연결라인(9)의 동압밸브(34)를 개방하는 동압단계;를 포함함을 특징으로 하는 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기화기(8)에서 기화된 공기는 상기 기화기(8)의 후단 기화공기라인(7)에 설치된 체크밸브(8a)와 안전밸브(8b)에 의해 역류 및 과도한 압력상승의 발생없이 승압하고자 하는 흡착기(30a)(30b)내로 공급됨을 특징으로 하는 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법.
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