KR101383131B1 - 기체 정제시스템 및 정제방법 - Google Patents
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Abstract
기체 정제시스템 및 정제방법이 개시된다. 이 중에서 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 정제시스템은, 원료가스를 가압하는 가압부와, 상기 가압부에서 가압된 상기 원료가스를 정제하여 제 1 정제가스와 제 1 폐기가스를 생산하는 제 1 정제부와, 제 1 폐기가스를 정제하여 제 2 정제가스와 제 2 폐기가스를 생산하는 제 2 정제부와, 제 2 정제가스를 정제하여 제 3 정제가스와 제 3 폐기가스를 생산하는 제 3 정제부와, 제 3 폐기가스를 제 2 정제부로 공급하기 위한 회수 라인을 포함하고, 제 1 정제가스 및 제 3 정제가스는 생산가스로서 소비처에 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 기체 정제시스템 및 정제방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고순도 및 고회수율의 메탄 생산이 가능한 기체 정제시스템 및 정제방법에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스(NG: Natural Gas)는 인공적인 가공 과정을 거쳐 생산되는 석유(휘발유, 경유)와는 다르게 지하에 기체상태로 매장되어 있는 화석연료로서 메탄이 주성분이며, 가스정에서 천연적으로 직접 채취한 상태에서 바로 사용할 수 있는 가스에너지이다.
요즈음, 석탄층 메탄가스와 셰일가스 등의 가스 자원이 고유가로 인해 주목받고 있으며, 특히, 석탄층 메탄가스는 석탄층에서 메탄가스를 생산하는 것으로서, 여러 국가에서 신에너지 자원으로 각광받고 있다.
이러한 가스를 고질화(upgrading)하기 위한 기술로는, 기체의 용해도 차이를 이용하여 메탄과 이산화탄소를 분리하는 흡수(Absorption)법, 기체상 물질의 흡착특성 차이를 이용하여 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption)법, 기체 분자의 투과도 차이를 이용하는 막(Membrane) 분리법 등이 있다.
흡수법은 에너지 소모가 크고, 흡수제 보충 등을 위한 유지보수 비용이 많이 드는 반면, 분리/정제 효율이 좋고 주로 대용량 가스 처리에 많이 쓰이며, PSA 법은 분리/정제 효율이나 규모, 공정 구성의 복잡도가 흡수법과 막 분리 방식의 중간 정도이며, 막 분리 방식은 상대적으로 흡수법이나 PSA법에 비해 소규모이며, 고순도의 메탄을 얻기 어렵다는 단점이 있으나, 공정 구성이 간단하다는 장점이 있다.
한편, 가스정으로부터 시추되어 생산되는 가스는 조성이 시간 경과에 따라 변하기 때문에, 시추된 가스의 분리, 정제 공정은 가스의 조성 변화를 극복하면서 불순물을 안정적으로 제거, 분리, 정제할 수 있도록 개발되어야 한다.
이에, 가스정으로부터 생산된 천연가스의 조성이 변화하더라도, 불순물을 연속적이고 안정적으로 제거, 분리 및 정제함으로써, 고순도 및 고회수율의 생산가스(product gas)를 얻을 수 있는 시스템이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 고순도와 고회수율을 동시에 만족하는 메탄의 생산이 가능한 기체 정제시스템 및 정제방법을 제공하고자 한다.
또한, 소비 에너지를 줄일 수 있는 기체 정제시스템 및 정제방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원료가스를 가압하는 가압부; 상기 가압부에서 가압된 상기 원료가스를 정제하여 제 1 정제가스와 제 1 폐기가스를 생산하는 제 1 정제부; 상기 제 1 폐기가스를 정제하여 제 2 정제가스와 제 2 폐기가스를 생산하는 제 2 정제부; 상기 제 2 정제가스를 정제하여 제 3 정제가스와 제 3 폐기가스를 생산하는 제 3 정제부; 및 상기 제 3 폐기가스를 상기 제 2 정제부로 공급하기 위한 회수 라인을 포함하고, 상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스는 생산가스로서 소비처에 제공될 수 있다.
이때, 상기 제 1 정제부와 상기 제 2 정제부와 상기 제 3 정제부는, 각각 막 분리 방식 및 PSA 방식 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 상기 제 1 정제부와 상기 제 2 정제부 사이에 배치되며, 상기 제 1 폐기가스와 상기 회수 라인을 통해 공급되는 상기 제 3 폐기가스를 혼합하는 버퍼탱크를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버퍼탱크와 상기 제 3 정제부 사이에는 상기 제 1 폐기가스와 상기 제 3 폐기가스의 혼합가스 또는 상기 제 2 정제가스를 가압하는 재 가압부가 배치될 수 있다.
또한, 상기 재 가압부가 상기 제 2 정제가스를 가압하는 경우, 상기 제 2 정제부의 상기 제 2 폐기가스 배출측에는 진공펌프가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 하나 이상은 PSA 방식을 이용하고, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부로부터 상기 버퍼탱크로 공급되는 폐기가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브; 및 상기 유량조절밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유량조절밸브는 상기 회수 라인에 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 하나 이상은 PSA 방식을 이용하고, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부의 공정 단계별 시간 중 하나 이상을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PSA 방식을 이용하는 정제부는 다수 개의 베드가 연동하여 동작될 수 있다.
또한, 상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스 중 하나 이상의 상태를 감지하는 감지센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지센서로부터 얻은 결과를 바탕으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 감지센서는 정제가스의 가스 조성을 감지할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 모델 기반 고급제어 방법을 이용할 수 있다.
또한, 상기 감지센서로부터 얻은 결과값에 따른 비선형 모델을 선형화하여 상기 제어부에 제공하는 선형화부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 하나 이상은 PSA 방식을 이용하고, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부로부터 상기 버퍼탱크로 공급되는 폐기가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브; 상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스의 조성을 감지하는 감지센서; 및 상기 감지센서에서 제공된 값을 기초로 상기 유량조절밸브 및 상기 PSA 방식을 이용하는 정제부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 정제부는 막 분리 방식을 이용하고, 제 3 정제부는 PSA 방식을 이용하며, 상기 유량조절밸브는 상기 회수 라인에 제공되고, 상기 제어부는 상기 제 3 정제부의 공정 단계별 시간을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원료가스를 고압으로 가압하는 가압단계; 압축된 상기 원료가스를 제 1 정제부에서 정제하여 제 1 정제가스와 제 1 폐기가스를 생산하는 제 1 정제 단계; 상기 제 1 폐기가스를 제 2 정제부에서 정제하여 제 2 정제가스와 제 2 폐기가스를 생산하는 제 2 정제 단계; 상기 제 2 정제가스를 제 3 정제부에서 정제하여 제 3 정제가스와 제 3 폐기가스를 생산하는 제 3 정제 단계; 및 상기 제 3 폐기가스를 상기 제 2 정제부로 공급하는 회수 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 정제부와 상기 제 2 정제부와 상기 제 3 정체부는 각각 막 분리 방식 및 PSA 방식 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 상기 제 3 정제 단계 전에 수행되며, 상기 제 1 폐기가스 및 상기 제 3 폐기가스를 재 가압부를 통해 가압하는 재 가압 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 폐기가스와 상기 제 3 폐기가스를 버퍼탱크에서 혼합하는 혼합 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 정제부로는 상기 제 1 폐기가스와 상기 제 3 폐기가스의 혼합가스가 공급될 수 있다.
또한, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 적어도 하나 이상은 PSA 방식을 이용하여 가스를 정제하고, 상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스의 성분을 감지센서에 의해 감지하는 감지 단계; 및 상기 감지센서의 감지값에 따라, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부로부터 상기 버퍼탱크로 공급되는 폐기가스의 유량을 유량조절밸브를 통해 조절하는 단계와, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부의 공정 단계별 시간을 조절하는 단계 중 적어도 하나 이상이 수행되는 제어 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 감지 단계는 상기 제 1 정제가스 및 제 3 정제가스의 조성을 감지할 수 있다.
또한, 상기 제어 단계는 상기 감지 단계에서 제공되는 감지값의 비선형화된 모델을 선형화하는 선형화 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가스정으로부터 천연가스를 시추할 때 그 조성이 변하더라도, 지속적이고 안정적으로 고순도의 메탄을 고회수율로 얻을 수 있는 기체 정제시스템 및 정제방법을 제공할 수 있다.
또한, 생산 유량 당 소비 전력을 줄일 수 있는 기체 정제시스템 및 정제방법을 제공할 수 있다.
또한, 일부 정제부에서 발생되는 폐기가스를 활용하기 위해 제공되는 버퍼 탱크의 크기를 줄여 CAPEX(Capital Expenditure)를 절감할 수 있는 기체 정제시스템 및 정제방법을 제공할 수 있다.
또한, 생산가스의 성분을 실시간으로 모니터링하여, 고순도의 메탄가스를 안정적으로 생산할 수 있는 기체 정제시스템 및 정제방법을 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 1b는 제 1 실시예의 변형예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 1b는 제 1 실시예의 변형예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예들에 따른 구성, 결합관계 및 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하의 실시예들에 따른 기체 정제시스템은, 원료가스를 정제하여 에너지원으로 활용하려는 관련 장치 또는 설비에 적용될 수 있으며, 이하의 설명으로 한정되지 않을 수 있다. 다만, 설명의 용이성을 위해서, 제 1 실시예를 비롯한 이하의 실시예들에서는 메탄을 포함하는 석탄층메탄가스(CBM :Coal Bed Methane)이나 천연가스(methane), 혹은 셰일가스(Shale Gas)와 같은 원료가스의 정제를 통해 정제된 메탄을 생산하는 것을 예로 들어 설명하겠다.
그리고 이 기체 정제시스템은 정제부를 통해 가스를 정제가스와 폐기가스로 분리할 수 있는데, 여기서, 정제가스는 정제부를 각각 통과하여 배출되는 2개의 가스 흐름 중에서 상대적으로 순도가 높은 메탄을 포함한 가스로 정의되고, 폐기가스는 정제가스보다 상대적으로 순도가 낮은 메탄을 포함하는 가스로 정의될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이고, 도 1b는 제 1 실시예의 변형예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 기체 정제시스템(10)은, 제 1 정제부(100)를 통해 메탄가스를 생산하고, 제 1 정제부(100)에서 발생된 제 1 폐기가스를 제 2 정제부(200) 및 제 3 정제부(300)에서 재 정제함으로서, 고순도의 메탄가스를 얻을 수 있다. 또한, 제 3 정제부(300)에서 발생된 폐기가스를 순환시켜 다시 정제함으로써 고회수율을 달성할 수 있다.
여기서, 이들 제 1 정제부(100), 제 2 정제부(200), 제 3 정제부(300)는 각각 막(Membrane) 분리 방식 또는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식 중 하나의 방식으로 메탄 기체를 정제할 수 있다. 본 실시예에서 제 1 정제부(100) 및 제 2 정제부(200)에는 막 분리 방식의 정제 장치가 사용되고, 제 3 정제부(300)에는 PSA 방식의 정제 장치가 사용되는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 제 2 정제부(200)는 막 분리 방식을 사용하고 제 1 정제부(100) 및 제 3 정제부(300)는 PSA 방식을 사용하거나, 제 1 정제부(100) 및 제 2 정제부(200)는 PSA 방식을 사용하고 제 3 정제부(300)는 막 분리 방식을 사용하거나, 제 2 정제부(200) 및 제 3 정제부(300)는 막 분리 방식을 사용하고 제 1 정제부(100)는 PSA 방식을 사용할 수도 있을 것이다. 이때, 이들 정제부에 적용되는 정제 방법(막 분리 방식 또는 PSA 방식)이 변경됨에 따라, 주변 장치의 배치 또한 변경될 수 있음은 물론이다.
보다 상세하게, 이 기체 정제시스템(10)은 가압부(400), 제 1 정제부(100), 버퍼탱크(600), 재 가압부(500), 제 2 정제부(200), 제 3 정제부(300) 및 회수 라인(710)을 포함할 수 있다.
가압부(400)는 메탄을 포함한 원료가스를 설정된 압력까지 가압할 수 있다. 가압부(400)로 제공되는 원료가스는 소정의 비율로 메탄을 포함할 수 있으며, 일 예로 원료가스는 약 90%가 메탄 가스와 약 10%의 이산화탄소 가스로 이루어질 수 있다.
가압부(400)는 제 1 정제부(100)에서 원료가스가 원활하게 정제될 수 있는 압력까지 원료가스를 가압할 수 있으며, 가압 압력은 막 분리 방식을 이용하는 제 1 정제부(100)의 제 1 정제가스와 제 1 폐기가스의 압력 차가 일정 수준으로 유지되도록 설정될 수 있다. 일 예로 가압부(400)는 원료가스를 약 10bar까지 가압할 수 있으며, 제 1 정제부(100)는 약 10bar로 가압된 원료가스를 공급받아 약 1bar 수준의 폐기가스를 배출하도록 운용될 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 정제부(100)에 주입되는 원료가스의 압력을 10bar로 유지하고, 제 1 폐기가스의 압력을 1bar로 설정하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지는 아니하며, 가압부(400)의 설정 압력, 원료가스와 제 1 폐기가스 간 압력차는 기체의 성분이나 양, 요구하는 순도, 회수율 등에 따라 변경될 수 있다.
가압부(400)에서 가압된 원료가스는 제 1 정제부(100)로 공급된다. 제 1 정제부(100)는 막 분리 방식을 이용하여 원료가스를 정제할 수 있다. 구체적으로, 제 1 정제부(100)는 기체 성분의 투과도 차이를 이용하여 원료가스를 제 1 정제가스와 제 1 폐기가스로 분리하는 멤브레인을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 폐기가스는 멤브레인을 투과하는 기체이고, 제 1 정제가스는 멤브레인을 투과하지 않고 그대로 배출되는 기체일 수 있다. 이에 의해, 제 1 정제가스는 제 1 폐기가스보다 더 높은 비율로 메탄 가스를 함유할 수 있다. 예를 들어, 상기 예시한 조성의 원료가스가 투입되는 경우, 제 1 정제가스는 약 99%의 메탄 가스와 약 1%의 이산화탄소 가스로 구성될 수 있으며, 제 1 폐기가스는 약 70%의 메탄 가스와 약 30%의 이산화탄소 가스로 구성될 수 있다.
제 1 정제부(100)에서 분리된 제 1 폐기가스는 체크밸브(910) 및 버퍼탱크(600)를 거쳐 제 2 정제부(200)로 이동될 수 있고, 제 1 정제가스는 생산가스로 회수되어 소정의 소비처에 공급될 수 있다.
제 1 폐기가스는 상술한 예와 같이 약 1bar의 압력을 가질 수 있으며, 후술할 제 3 폐기가스와 버퍼탱크(600)에서 혼합되고, 버퍼탱크(600)에서 혼합된 제 1 폐기가스와 제 3 폐기가스의 혼합가스가 재 가압부(500)로 유입될 수 있다. 이하에서는 버퍼탱크(600)에서 제 2 정제부(200)로 제공되는 제 1 폐기가스와 제 3 폐기가스가 혼합된 가스를 설명의 편의를 위해 '혼합가스'라 하겠다.
버퍼탱크(600)는 혼합가스를 임시 저장하기 위한 탱크로, 제 1 폐기가스와 제 3 폐기가스를 임시 저장하며 혼합할 수 있다. 버퍼탱크(600)가 생략되는 경우에는 제 1 폐기가스와 제 3 폐기가스는 각각 재 가압부(500)로 공급되거나, 하나의 공급라인에서 합쳐진 후 재 가압부(500)로 공급될 수 있다.
재 가압부(500)는 버퍼탱크(600)와 제 2 정제부(200) 사이에 배치될 수 있으며, 혼합가스를 가압하여 제 2 정제부(200)로 공급할 수 있다. 재 가압부(500)도 가압부(400)와 마찬가지로 제 2 정제부(200)에서 압력 차에 의해 가스가 원활하게 정제될 수 있도록 기 설정된 압력까지 혼합가스를 가압하며, 일 예로 혼합가스를 약 10bar까지 가압할 수 있다.
제 2 정제부(200)는 혼합가스를 공급받아 제 1 정제부(100)와 마찬가지로 막 분리 방식을 이용하여 혼합가스를 정제할 수 있다. 구체적으로, 제 2 정제부(200)도 혼합가스를 제 2 정제가스와 제 2 폐기가스로 분리하는 멤브레인을 포함할 수 있으며, 그 구체적인 작용은 제 1 정제부(100)와 동일하다.
제 2 정제부(200)는 메탄의 함량이 낮은 폐기가스들의 혼합가스를 정제하는 것인 바, 제 2 정제가스는 제 1 정제가스보다 메탄가스의 함량이 낮을 수 있다. 일 예로, 제 2 정제가스는 약 90%의 메탄 가스와 약 10%의 이산화탄소 가스로 구성될 수 있다.
한편, 제 2 정제부(200)에서 배출되는 폐기가스는 그대로 버려지거나, 연소로 소비될 수 있다.
본 실시예에서 제 2 정제부(200)가 막 분리 방식을 이용하므로, 제 2 정제가스는 제 2 정제부(200)로 유입되는 혼합가스의 압력에 비해 압력 강하가 크지 않다. 따라서, 제 2 정제부(200)에서 배출되는 제 2 정제가스는 추가적으로 가압되지 않고 제 3 정제부(300)로 공급될 수 있다.
제 3 정제부(300)는 PSA 방식을 이용하여 제 2 정제가스를 정제하며, 제 3 정제가스와 제 3 폐기가스를 배출한다. 구체적으로, 제 3 정제부(300)는 크게 흡착 및 재생 단계를 반복하여 운영되는 다수 개의 베드(bed)로 운영될 수 있으며(일 예로, 4개), 각 베드들은 제 3 정제부(300)에서 지속적으로 정제된 가스가 배출될 수 있도록 연동될 수 있다. 보다 구체적으로, 흡착 단계는 가압 단계 및 흡착 단계로 운영될 수 있으며, 재생 단계는 블로우다운(blow down) 단계와 퍼지(purge) 단계로 운영될 수 있다.
구체적으로, 제 3 정제부(300)는 다수 개의 베드가 서로 교번하여 퍼지 단계로 운영됨으로써 지속적으로 제 3 정제가스를 배출할 수 있으며, 제 3 정제가스는 일 예로 약 99%의 메탄 가스와 약 1%의 이산화탄소 가스로 이루어질 수 있다. 제 3 정제가스는 제 1 정제가스와 함께 생산가스로서 소정의 소비처에 제공될 수 있다.
제 3 정제부(300)에서 배출되는 제 3 폐기가스는 회수 라인(710)을 통해 버퍼탱크(600)로 공급되며, 회수 라인(710)에는 체크밸브(910)가 제공될 수 있다. 회수 라인(710)은 제 3 정제부(300)와 버퍼탱크(600)를 연결하며, 체크밸브(910)는 제 3 정제부(300)에서 버퍼탱크(600)로 제 3 폐기가스의 일방향 이동만을 허용함으로써 버퍼탱크(600) 내의 혼합가스가 제 3 정제부(300)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 버퍼탱크(600)에서 제공되는 혼합가스를 재 가압부(500)에서 가압한 후 제 2 정제부(200)에 공급하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 1b에 도시된 것처럼, 재 가압부(500)는 제 2 정제부(200)의 후단에 제공되어 제 2 정제가스를 가압한 후 제 3 정제부(300)로 제공할 수도 있다.
도 1b를 참조하면, 제 2 정제부(200)로는 가압된 혼합가스가 아니라 저압 상태의 혼합가스가 제공될 수 있으며, 제 2 정제부(200)의 제 2 폐기가스 배출 측에는 진공펌프(510)가 제공될 수 있다. 진공펌프(510)는 제 2 정제부(200)의 제 2 폐기가스 측에 진공압 수준의 저압(예를 들어 약 0.1bar) 분위기를 형성하여, 제 2 정제부(200)의 혼합가스 유입 측과 제 2 폐기가스 배출 측의 압력 차이를 발생시킨다. 이러한 압력 차이에 의해 제 2 정제부(200)에서는 멤브레인을 통한 정제 과정이 원활하게 이루어질 수 있다. 진공펌프(510)를 통해 배출되는 제 2 폐기가스는 제 1 실시예에서와 마찬가지로 버려지거나 연소될 수 있다.
한편, 제 3 정제부(300)로 유입되는 가스는 PSA 방식의 특성 상 고압 상태이어야 하므로, 재 가압부(500)는 제 2 정제부(200)와 제 3 정제부(300)의 사이에 배치되어 제 2 정제가스를 가압하여 제 3 정제부(300)로 공급할 수 있다.
이와 같은 제 2 정제부(200) 운용의 변형예는 이하에서 설명될 실시예들에서도 동일하게 적용될 수 있으며, 발명의 간단한 설명을 위해 이하의 실시예들에서는 설명을 생략하겠다.
상기와 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기체 정제시스템(10)에 의하면, 단일의 정제부로 운용되던 종래 기술에 비하여 메탄 가스의 회수율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서는 종래에 버려지던 제 1 폐기가스를 제 2 정제부(200) 및 제 3 정제부(300)를 통해 다시 정제함으로써 메탄 가스를 더 회수할 수 있다.
특히, 제 3 정제부(300)에서 배출되는 제 3 폐기가스를 버퍼탱크(600)로 회수하여 제 1 폐기가스와 혼합한 후 정제함으로써, 제 3 정제부(300)에서 버려질 수 있는 제 3 폐기가스에 포함된 메탄 가스도 회수할 수 있는 바, 회수율은 더욱 상승될 수 있다.
또한, 제 1 폐기가스와 제 3 폐기가스가 혼합된 혼합가스를 제 2 정제부(200)로 정제한 후 다시 제 3 정제부(300)로 정제하는 바, 폐기가스를 활용해서도 제 1 정제부(100)에서 생성되는 제 1 정제가스와 같은 수준의 고순도의 메탄 가스를 생산할 수 있다.
결국, 기체 정제시스템(10)은 고순도의 메탄 가스를 고회수율로 지속적이고 안정적으로 생산할 수 있다.
또한, 동일한 조성을 갖는 원료가스로부터 메탄 가스의 회수율을 높일 수 있고, 이를 위해 추가되는 전력 소비 구성이 많지 않으므로, 특정한 순도, 특정한 회수율을 목표로 하는 경우 메탄 가스 생산유량당 소비 전력을 줄일 수 있다.
한편, 제 1 실시예에 따른 기체 정제시스템(10)의 경우, PSA 방식을 이용하는 제 3 정제부(300)에서 순간적으로 고압의 제 3 폐기가스가 발생될 수 있다. 제 3 정제부(300)에서 발생되는 고압의 제 3 폐기가스가 버퍼탱크(600)로 유입되는 경우, 버퍼탱크(600)에 일시적인 압력 상승이 일어날 수 있다. 제 1 정제부(100)는 막 분리 방식을 이용하기 때문에 유입가스와 배출되는 폐기가스의 압력 차이가 정제 성능에 큰 영향을 미치는데, 버퍼탱크(600)에서의 압력 상승은 폐기가스 배출 측의 압력 상승을 야기하므로 제 1 정제부(100)의 정제 성능은 떨어지게 되고, 배출되는 정제가스에 포함된 메탄의 함량이 낮아지게 된다는 문제가 발생될 수 있다.
제 1 실시예에 따른 기체 정제시스템(10)에 있어서, 버퍼탱크(600)는 소정의 크기로 제작되어 위와 같은 문제를 어느 정도 방지할 수 있지만, 제 3 정제부(300)에서 순간적으로 매우 고압의 폐기가스가 배출되는 경우와 같은 불특정한 상황도 대비하기 위해서는, 버퍼탱크(600)를 충분히 크게 제작하여 발생 가능한 압력 상승을 예방하는 수밖에 없다. 그러나 버퍼탱크(600)를 충분히 크게 제작하는 것은 실질적으로 설치공간, 제작비에 제한을 갖고 있는 공사 현장에서 현실적인 대안이 되지 못할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 기체 정제시스템(도 2, 10')은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기체 정제시스템에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 다만, 제 2 실시예는 제 1 실시예와 비교하여 제어부에 의해 제 3 정제부 및 유량조절밸브가 제어되는 점에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기체 정제시스템(10')은, 제 1 실시예에 따른 기체 정제시스템(10)에 비해, 회수 라인(710)에 설치되어 제 3 폐기가스의 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브(930)와, 제 1 정제부(100) 및 제 3 정제부(300)에서 생성되는 정제가스의 상태를 측정하는 감지센서(920)와, 감지센서(920)에서 얻은 값을 기초로 유량조절밸브(930)와 PSA 방식을 사용하는 제 3 정제부(300)를 제어하는 제어부(800)를 더 포함할 수 있다.
제어부(800)를 사용하는 실시예는 생산가스를 제공하는 제 1 정제부(100) 및 제 3 정제부(300) 중 적어도 하나 이상이 PSA 방식을 사용하는 경우 사용될 수 있으며, 본 실시예에서 제어부(800)는 제 1 정제부(100) 및 제 3 정제부(300) 중 PSA 방식을 사용하는 제 3 정제부(300)를 제어한다. 물론, 제 1 정제부(100)가 PSA 방식을 사용하는 경우에는 제어부(800)가 제 1 정제부(100)를 제어할 수 있으며, 유량조절밸브(930)도 제 1 정제부(100)의 제 1 폐기가스가 버퍼탱크(600)로 공급되는 경로 상에 배치될 수 있다.
감지센서(920)는 제 1 정제부(100) 및 제 3 정제부(300)의 정제가스 배출라인 상에 배치될 수 있으며, 정제가스의 가스 조성을 감지할 수 있다. 물론, 감지센서(920)는 정제가스의 가스 조성 외에 온도, 압력, 유량 등을 측정할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 감지센서(920)가 제 1 정제부(100) 및 제 3 정제부(300)의 정제가스의 상태를 모두 측정하는 것을 예로 들어 설명하나, 경우에 따라서는 제 1 정제부(100) 또는 제 3 정제부(100)의 정제가스의 상태만 측정하도록 제공될 수도 있다.
제어부(800)는 감지센서(920)에서 제공되는 정제가스의 상태값을 기초로 유량조절밸브(930) 및 제 3 정제부(300)를 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 감지센서(920)가 정제가스의 가스 조성을 감지하는 성분분석기인 것을 예로 들어 설명하겠다.
제 1 정제부(100)는 막 분리 방식을 이용하므로, 제 1 정제가스의 메탄 가스 함유량이 낮아지는 경우는 버퍼탱크(600)의 압력이 상승된 경우라고 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(800)는 유량조절밸브(930)를 조절하여 버퍼탱크(600)로 공급되는 제 3 폐기가스의 유량을 조절하거나, PSA 방식을 사용하는 제 3 정제부(300)의 각 공정 단계의 작동 시간을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제 3 정제부(300)는 가압 단계, 흡착 단계, 블로우다운 단계, 퍼지 단계가 일정 시간 간격으로 반복 운영될 수 있는데, 제어부(800)는 상기 각 단계의 작동 시간을 조절함으로써 제 3 폐기가스의 배출 압력 또는 배출 유량을 조절할 수 있다. 위와 같은 제어부(800)의 제어에 의해 버퍼탱크(600)의 압력 상승은 억제될 수 있고, 그 결과 제 1 정제부(100)의 원료가스 유입측과 제 1 폐기가스 배출측의 압력 차이는 일정 수준으로 유지될 수 있으므로, 제 1 정제부(100)의 정제 성능이 유지되어 제 1 정제가스가 요구되는 순도를 만족할 수 있게 된다.
한편, 위와 같이 제 3 정제부(300)의 각 공정 단계의 작동 시간 조절이 동시간대에 서로 다른 공정으로 운용되는 다수 개의 베드에 공통적으로 적용되는 경우, 어느 하나의 베드를 기준으로 하는 공정 시간 조절은 다른 베드에도 영향을 미치므로, 각 베드가 서로 돌아가며 정제가스를 배출해내는 제 3 정제부(300)의 정제가스의 조성이 변화될 수 있다.
예를 들어, 제 3 정제부(300)가 4개의 베드로 운용되고, 제 1 베드의 퍼지 단계의 공정 시간을 조절하는 경우, 이는 제 2 베드(또는 제 3 베드 또는 제 4 베드)의 흡착 공정 시간을 변화시키는 것이 될 수 있고, 이는 제 2 베드에서 배출되는 정제가스의 메탄 가스 함량에 영향을 미칠 수 있다.
이에, 제어부(800)는 제 3 정제가스의 가스 조성을 감지센서(920)로 감지하여, 제 3 정제부(300)의 각 공정 단계의 작동 시간을 조절함으로써 제 3 정제가스의 메탄 가스 함량이 일정 수준 이상이 유지될 수 있도록 한다. 예를 들어, 제 3 정제가스의 메탄 가스 함량이 낮아지는 경우, 제어부(800)는 흡착 단계의 공정 시간이 증가할 수 있도록 제 3 정제부(300)를 제어함으로써, 베드에서 흡착이 더욱 더 일어나도록 할 수 있다.
한편, 제 1 정제가스의 메탄 함량을 유지하기 위한 유량조절밸브(930)의 개도량의 조절은, 제 3 정제부(300)의 제 3 폐기가스 배출 공정에 영향을 미쳐 제 3 정제부(300)의 흡착에 의한 정제가 목표한 수준으로 이뤄지지 않게 될 수도 있다.
이 경우, 제어부(800)는 제 3 정제가스의 가스 조성도 고려하여 유량조절밸브(930)를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이 제어부(800)는 제 1 정제가스와 제 3 정제가스가 모두 일정 수준 이상의 순도를 유지할 수 있도록 유량조절밸브(930) 및 제 3 정제부(300)를 종합적으로 제어해야 한다. 이를 위해 제어부(800)는 실시간 내지는 짧은 시간 간격으로 감지센서(920)로부터 감지값을 전달 받을 수 있으며, 그에 따라 적절한 회수 라인(710)의 개도량, 제 3 정제부(300)의 공정 운영 시간 등을 산출하여 유량조절밸브(930) 및 제 3 정제부(300)를 제어해야 한다. 일 예로, 제어부(800)는 모델 기반의 고급제어(예를 들어, model predictive control 또는 repetitive control 등)를 이용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기체 정제시스템(10')에 의하면, 제 1 정제부(100) 및 제 3 정제부(300)에서 생산되는 생산가스의 순도를 고려하여 압력조절밸브(930) 및 제 3 정제부(300)를 제어함으로써, 다수 개의 정제부를 혼합 사용함에도 불구하고 제 1 정제부(100)와 제 3 정제부(300)의 성능을 요구 수준으로 유지하여 생산가스의 순도를 고순도로 유지할 수 있다.
또한, 감지센서(920)에서 실시간으로 감지값을 전달받아 제어에 활용함으로써, 안정적으로 고순도의 생산가스가 지속적으로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 제어부(800)의 제어에 의해 상대적으로 작은 크기의 버퍼탱크(600)로도 제 3 정제부(300)의 제 3 폐기가스에 따른 압력 상승을 예방할 수 있으므로, 전체 시스템의 설치 및 운용 경제성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기체 정제시스템에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 다만, 제 3 실시예는 제 2 실시예와 비교하여 선형화부가 제공되는 점에 있어서 차이가 있으므로, 그 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 2 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기체 정제시스템을 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기체 정제 시스템(10")은 제어부(800)의 효율적인 운용을 위한 선형화부(810)를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 실시예에서 설명한 바와 같이, 제어부(800)는 실시간 내지는 짧은 시간 간격으로 제공되는 감지센서(920)에서 제공되는 감지값들을 기초로, 유량조절밸브(930) 및 제 3 정제부(300)를 제어할 수 있으며, 모델 기반의 고급제어 방법을 이용할 수 있다.
감지센서(920)에서 전달되는 감지값들을 모델화하면 비선형 특성을 갖게 될 수 있는데, 비선형 특성을 갖는 데이터를 기초로 제어를 위한 결과값을 산출해 내는 것은 매우 복잡하며, 제어부(800)의 처리 속도에 악영향을 미칠 수 있다. 제어부(800)의 처리 속도가 늦어지는 경우, 경우에 따라 제 3 정제부(300)에 필요한 공정 시간 변동 속도를 제어부(800)의 처리 속도가 못 따라 가거나, 공정 시간을 너무 늦게 변경하여 생산가스의 순도가 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.
선형화부(810)는 위와 같은 문제를 방지하기 위해, 제어부(800)로부터 감지센서(920)의 감지값들을 전달 받아, 비선형 특성을 갖는 데이터를 선형화하는 처리를 한다. 선형화부(810)에 의해 선형화된 결과는 다시 제어부(800)로 전달되어 설정된 소정의 모델 기반의 고급제어 방법에 의해 유량조절밸브(930) 및 제 3 정제부(300)의 제어에 활용될 수 있다. 이에 의해, 제어부(800)의 처리 속도는 향상될 수 있으며, 위와 같은 문제를 예방할 수 있다.
한편, 선형화부(810)는 물리적으로 제어부(800)와 독립된 장치로 제공되어 제어부(800)와 유, 무선 통신으로 데이터를 송수신할 수도 있으며, 제어부(800)와 동일한 장치 내에 제공되는 프로그램 모듈일 수도 있다.
또한, 선형화부(810)는 소정의 시간 간격으로 제어부(800)로부터 데이터를 제공받아 선형화한 후 제어부(800)에 전달해 줄 수 있다. 이때, 선형화부(810)의 작동 시간 간격은, 원료가스의 조성이 계속 변하는 경우 최적화된 운전 조건이 시간에 따라 계속 변화하기 때문에 짧게 설정될 수 있고, 원료가스의 조성이 시간에 따라 크게 변하지 않는 공정의 경우에는 길게 설정될 수 있다. 제어부(800)는 별도로 제공되는 원료가스 감지센서(미도시) 또는 관리센터 등으로부터 원료가스의 정보를 전달받아 선형화부(810)의 작동 시간을 조절할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기체 정제시스템(10")에 의하면, 일정 시간 간격으로 비선형 특성을 갖는 데이터를 선형화하여 제어부(800)에 제공함으로써, 실제 공정의 비선형 특성을 제어부(800)에 충분히 반영하면서도 제어부(800)의 처리 속도를 향상시킬 수 있는 바, 제어 주기를 짧게 하여 더욱 확실한 공정 제어가 이루어지게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 기체 정제방법에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 한다.
먼저, 제 1 실시예에 따른 기체 정제방법은, 가압단계, 제 1 정제 단계, 재 가압 단계, 제 2 정제 단계, 회수 단계 및 혼합 단계를 포함할 수 있다. 이 실시예에 적용되는 구성은 상술한 도 1a의 구성이 참고될 수 있으며, 본 실시예에서 제 1 정제 단계 및 제 2 정제 단계는 막 분리 방식을 사용하고 제 3 정제 단계는 PSA 방식을 사용한다.
가압 단계는 최초 유입되는 원료가스를 가압부(400)에서 가압하여 고압의 원료가스를 생산하는 단계이다. 이렇게 고압으로 압축된 원료가스는 제 1 정제부(100)로 이동될 수 있다.
제 1 정제 단계는 가압 단계에서 고압으로 압축된 원료가스를 제 1 정제부(100)의 막 분리 방식을 이용하여 제 1 정제가스와 제 1 폐기가스를 생산하는 단계이다. 제 1 정제 단계에서 생산된 제 1 폐기가스는 재 가압부(500)로 이송되고, 제 1 정제가스는 생산가스로 회수될 수 있다.
재 가압 단계는 제 1 폐기가스 또는 제 1 폐기가스 및 제 3 폐기가스가 혼합된 혼합가스를 재 가압부를 통해 가압하는 단계이다. 제 3 폐기가스를 회수하지 않는 경우에는 제 1 폐기가스만 재 가압부(500)로 공급된다. 재 가압 단계에서 가압된 제 1 폐기가스 또는 혼합가스는 제 2 정제부(200)로 이동될 수 있다.
제 2 정제 단계는 제 1 폐기가스 또는 혼합가스를 제 2 정제부(200)의 막 분리 방식을 이용하여 제 2 정제가스와 제 2 폐기가스를 생산하는 단계이다. 제 2 정제 단계에서 생산된 제 2 폐기가스는 연소되거나 버려질 수 있고, 제 2 정제가스는 제 3 정제부(300)로 이동될 수 있다.
제 3 정제 단계는 제 2 정제가스를 제 3 정제부(300)의 PSA 방식을 이용하여 제 3 정제가스와 제 3 폐기가스를 생산하는 단계이다. 제 3 정제 단계에서 생산된 제 3 폐기가스는 회수되어 제 2 정제부(200)로 제공될 수 있고, 제 3 정제가스는 생산가스로 배출되어 회수될 수 있다.
회수 단계는 제 3 폐기가스를 제 2 정제부(300)로 다시 공급하는 단계이다.
혼합 단계는 제 3 폐기가스를 제 2 정제부(300)로 공급되기 전에, 버퍼탱크(600)에 임시 저장하여, 제 1 폐기가스와 제 3 폐기가스를 버퍼탱크(600)에서 혼합하는 단계이다.
한편, 제 2 실시예에 따른 기체 정제방법은, 가압단계, 제 1 정제 단계, 재 가압 단계, 제 2 정제 단계, 회수 단계, 혼합 단계, 감지 단계 및 제어 단계를 포함할 수 있다. 이 실시예에 적용되는 구성은 상술한 도 2의 구성이 참고될 수 있으며, 제 1 실시예와 비교하여 감지 단계 및 제어 단계를 더 포함하는 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명을 원용한다.
감지 단계는 제 1 정제 단계의 제 1 정제가스 및 제 3 정제 단계의 제 3 정제가스의 성분을 감지센서(920)를 통해 감지하는 단계이다. 감지 단계에서 감지된 제 1 정제가스 및 제 3 정제가스의 감지값은 제어 단계에 제공될 수 있다.
제어 단계는 감지센서의 감지값에 따라, PSA 방식을 이용하는 제 3 정제부(300)로부터 버퍼탱크(600)로 공급되는 제 3 폐기가스의 유량을 유량조절밸브(930)를 통해 조절하는 것과, 제 3 정제부(300)의 공정 단계별 시간을 조절하는 것 중 하나 이상을 실시하는 단계이다.
특히, 제 3 실시예에 따른 기체 정제방법의 제어 단계에서는, 감지 단계에서 제공되는 감지값의 비선형화된 모델을 선형화하는 선형화 단계를 포함할 수 있다. 이 실시예에 적용되는 구성은 상술한 도 3의 구성이 참고될 수 있다.
선형화 단계는 모델 기반의 고급제어를 적용하여, 일정 샘플링 모델을 비선형 모델, 예컨대 제 1 정제가스의 성분과 제 3 정제가스의 성분 데이터를 선형화하고, 제어 단계에서는 이를 이용하여 버퍼탱크(600)로 이송되는 제 3 폐기가스의 유량을 조절할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100 :제 1 정제부 200 :제 2 정제부
300 :제 3 정제부 400 :가압부
500 : 재 가압부 600 :버퍼탱크
710 :회수 라인 800 :제어부
910 :체크밸브 920 :감지센서
930 :유량조절밸브
300 :제 3 정제부 400 :가압부
500 : 재 가압부 600 :버퍼탱크
710 :회수 라인 800 :제어부
910 :체크밸브 920 :감지센서
930 :유량조절밸브
Claims (22)
- 원료가스를 가압하는 가압부;
상기 가압부에서 가압된 상기 원료가스를 정제하여 제 1 정제가스와 제 1 폐기가스를 생산하는 제 1 정제부;
상기 제 1 폐기가스를 정제하여 제 2 정제가스와 제 2 폐기가스를 생산하는 제 2 정제부;
상기 제 2 정제가스를 정제하여 제 3 정제가스와 제 3 폐기가스를 생산하는 제 3 정제부;
상기 제 3 폐기가스를 상기 제 2 정제부로 공급하기 위한 회수 라인; 및
상기 제 1 정제부와 상기 제 2 정제부 사이에 배치되며, 상기 제 1 폐기가스와 상기 회수 라인을 통해 공급되는 상기 제 3 폐기가스를 혼합하는 버퍼탱크를 포함하고,
상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스는 생산가스로서 소비처에 제공되는 기체 정제시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 정제부와 상기 제 2 정제부와 상기 제 3 정제부는, 각각 막 분리 방식 및 PSA 방식 중 어느 하나를 이용하는 기체 정제시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 버퍼탱크와 상기 제 3 정제부 사이에는 상기 제 1 폐기가스와 상기 제 3 폐기가스의 혼합가스 또는 상기 제 2 정제가스를 가압하는 재 가압부가 배치되는 기체 정제시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 재 가압부가 상기 제 2 정제가스를 가압하는 경우,
상기 제 2 정제부의 상기 제 2 폐기가스 배출측에는 진공펌프가 제공되는 기체 정제시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 하나 이상은 PSA 방식을 이용하고,
상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부로부터 상기 버퍼탱크로 공급되는 폐기가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브; 및
상기 유량조절밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 기체 정제시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 유량조절밸브는 상기 회수 라인에 제공되는 기체 정제시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 하나 이상은 PSA 방식을 이용하고,
상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부의 공정 단계별 시간 중 하나 이상을 조절하는 제어부를 더 포함하는 기체 정제시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 PSA 방식을 이용하는 정제부는 다수 개의 베드가 연동하여 동작되는 것을 특징으로 하는 기체 정제시스템. - 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스 중 하나 이상의 상태를 감지하는 감지센서를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 감지센서로부터 얻은 결과를 바탕으로 제어하는 것을 특징으로 하는 기체 정제시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 감지센서는 정제가스의 가스 조성을 감지하는 기체 정제시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어부는 모델 기반 고급제어 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 기체 정제시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 감지센서로부터 얻은 결과값에 따른 비선형 모델을 선형화하여 상기 제어부에 제공하는 선형화부를 더 포함하는 기체 정제시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 하나 이상은 PSA 방식을 이용하고,
상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부로부터 상기 버퍼탱크로 공급되는 폐기가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브;
상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스의 조성을 감지하는 감지센서; 및
상기 감지센서에서 제공된 값을 기초로 상기 유량조절밸브 및 상기 PSA 방식을 이용하는 정제부를 제어하는 제어부를 포함하는 기체 정제시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 정제부는 막 분리 방식을 이용하고, 제 3 정제부는 PSA 방식을 이용하며,
상기 유량조절밸브는 상기 회수 라인에 제공되고,
상기 제어부는 상기 제 3 정제부의 공정 단계별 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 기체 정제시스템. - 원료가스를 고압으로 가압하는 가압단계;
가압된 상기 원료가스를 정제하여 제 1 정제가스와 제 1 폐기가스를 생산하는 제 1 정제 단계;
상기 제 1 폐기가스를 제 2 정제부에서 정제하여 제 2 정제가스와 제 2 폐기가스를 생산하는 제 2 정제 단계;
상기 제 2 정제가스를 제 3 정제부에서 정제하여 제 3 정제가스와 제 3 폐기가스를 생산하는 제 3 정제 단계;
상기 제 3 폐기가스를 상기 제 2 정제부로 공급하는 회수 단계; 및
상기 제 1 폐기가스와 상기 제 3 폐기가스를 버퍼탱크에서 혼합하는 혼합 단계를 포함하고,
상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스는 생산가스로서 소비처에 제공되고,
상기 제 2 정제부로는 상기 제 1 폐기가스와 상기 제 3 폐기가스의 혼합가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 기체 정제방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 정제부와 상기 제 2 정제부와 상기 제 3 정체부는 각각 막 분리 방식 및 PSA 방식 중 어느 하나를 이용하는 기체 정제방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 3 정제 단계 전에 수행되며, 상기 제 1 폐기가스 및 상기 제 3 폐기가스를 재 가압부를 통해 가압하는 재 가압 단계를 더 포함하는 기체 정제방법. - 삭제
- 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 적어도 하나 이상은 PSA 방식을 이용하여 가스를 정제하고,
상기 제 1 정제가스 및 상기 제 3 정제가스의 성분을 감지센서에 의해 감지하는 감지 단계; 및
상기 감지센서의 감지값에 따라, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부로부터 상기 버퍼탱크로 공급되는 폐기가스의 유량을 유량조절밸브를 통해 조절하는 단계와, 상기 제 1 정제부 및 상기 제 3 정제부 중 PSA 방식을 이용하는 정제부의 공정 단계별 시간을 조절하는 단계 중 적어도 하나 이상이 수행되는 제어 단계를 포함하는 기체 정제방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 감지 단계는 상기 제 1 정제가스 및 제 3 정제가스의 조성을 감지하는 기체 정제방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 제어 단계는 상기 감지 단계에서 제공되는 감지값의 비선형화된 모델을 선형화하는 선형화 단계를 포함하는 기체 정제방법.
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| KR1020130080700A KR101383131B1 (ko) | 2013-07-10 | 2013-07-10 | 기체 정제시스템 및 정제방법 |
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| KR101383131B1 true KR101383131B1 (ko) | 2014-04-09 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101568583B1 (ko) | 2014-05-09 | 2015-11-12 | 주식회사 포스코 | 황화수소가스 중화장치 및 중화방법 |
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2013
- 2013-07-10 KR KR1020130080700A patent/KR101383131B1/ko active IP Right Grant
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