KR101386246B1 - System of production of liquefied carbonic acid gas - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화탄소가스 제조 시스템에 관한 것으로서, 석탄으로부터 합성천연가스를 제조하는 합성천연가스 제조부와, 상기 합성천연가스 제조부에 연결되어 상기 합성천연가스를 제조시 발생하는 탄소가스를 수집하고, 상기 탄소가스에서 수분 또는 이물질을 분리하여 정제하는 탄소가스 정제부와, 상기 탄소가스 정제부에 연결어 상기 탄소가스 정제부로부터 정제된 상기 탄소가스를 공급받아 압축하는 압축부와, 상기 압축부에 의해 압축되어 고압상태인 상기 탄소가스를 냉각하되, 액화된 합성천연가스가 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 상기 탄소가스를 냉각시켜 액화시킬 수 있도록 고압의 상기 탄소가스와 상기 액화된 합성천연가스를 열교환시키는 열교환부를 구비한다.
본 발명에 따른 액화탄산가스는 탄산가스의 냉각시, 액화된 합성천연가스의 냉각시 발생하는 냉열을 이용하므로 탄산가스의 냉각하는 데 있어서 소용되는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 석탄을 이용한 합성천연가스 제조공정 중 발생하는 탄산가스를 수집하여 액화시키키므로 합성천연가스 제조공정 중 발생하는 탄산가스를 처리하는 별도의 처리시설이 요구되지 않으므로 합성천연가스의 제조비용을 절감할 수 있다. The present invention relates to a system for producing liquefied carbon gas, the synthetic natural gas manufacturing unit for producing a synthetic natural gas from coal, and the synthetic natural gas manufacturing unit is connected to collect the carbon gas generated when producing the synthetic natural gas A carbon gas purifying unit separating and purifying water or foreign substances from the carbon gas, a compression unit connected to the carbon gas purifying unit to compress and receive the purified carbon gas from the carbon gas purifying unit, and the compression unit The carbon gas is compressed to cool the carbon gas under high pressure, and the carbon gas and the liquefied synthetic natural gas at high pressure may be cooled to liquefy by cooling the carbon gas using cold heat generated when the liquefied synthetic natural gas is vaporized. The heat exchange part which heat-exchanges is provided.
The liquefied carbon dioxide gas according to the present invention uses the cold heat generated during the cooling of the carbon dioxide gas and the cooling of the liquefied synthetic natural gas, thereby reducing the cost of cooling the carbon dioxide gas.
In addition, since carbon dioxide gas generated during the synthetic natural gas manufacturing process using coal is collected and liquefied, a separate treatment facility for processing carbon dioxide generated during the synthetic natural gas manufacturing process is not required. Can be saved.

Description

액화탄소가스 제조 시스템{System of production of liquefied carbonic acid gas}System of production of liquefied carbonic acid gas

본 발명은 액화탄소가스 제조 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄을 이용한 합성천연가스 제조공정 중 발생한 탄산가스를 수집하고, 상기 탄산가스를 액화된 합성천연가스의 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 냉각시켜 액화시키는 액화탄소가스 제조 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a liquefied carbon gas production system, and more specifically, to collect carbon dioxide generated during the synthesis natural gas manufacturing process using coal, by using the cold heat generated during the vaporization of the synthetic natural gas liquefied carbon dioxide gas The present invention relates to a liquefied carbon gas production system for cooling and liquefying.

탄산가스는 청량음료, 금속의 열처리 및 용접용 불활성 가스, 소다회 및 요소, 탄산마그네슘, 중탄산 암모니움, 소화제, 냉각제, 안정제 등 산업 각 분야에 널리 쓰이고 있다. Carbon dioxide is widely used in various industries such as soft drinks, inert gases for heat treatment and welding of metals, soda ash and urea, magnesium carbonate, ammonium bicarbonate, fire extinguishing agents, coolants and stabilizers.

이러한 탄산가스 즉 이산화 탄소 가스는 무색, 무취, 무미의 가스로 주로 화학 플랜트의 부산물 또는 탄화수수 연료의 연소 생성물에서 얻을 수 있어, 액체 탄산가스 생산공장은 석유화학단지에 위치하고 있다. 탄산가스는 모든 화석연료의 연소시에 발생되고 있어 근년에는 지구온난화 원인 물질의 하나로 문제시 되고 있다. The carbon dioxide gas, that is, carbon dioxide gas, is a colorless, odorless, tasteless gas, which can be mainly obtained from a byproduct of a chemical plant or a combustion product of hydrocarbon water, and a liquid carbon dioxide production plant is located in a petrochemical complex. Carbon dioxide is generated during the combustion of all fossil fuels, and in recent years has been a problem as one of the causes of global warming.

탄산가스는 압력 5.28kg/㎠, 온도 -56.6℃에서 삼중점이 형성된다 삼중점 이하의 온도와 압력에서는 고체나 기체상태가 되며, 삼중점 이상에서는 액체나 고체상태를 갖게 된다. 탄산가스의 대량 유통과 이용을 위하여는 액체탄산가스인 액체 상태가 요구되므로 생산공장에서는 액체상태를 얻을 수 있는 상중점 이상의 온도와 압력상태로 공정을 처리하고 있다. 탄산가스의 액화를 위하여 제거해야 하는 열량 즉, 액화잠열을 보면 압력 20kg/㎠일때 상온 15℃ 에서 -50℃까지 80.5kcal/kg이 필요하게 된다. Carbon dioxide gas has a triple point at a pressure of 5.28 kg / cm 2 and a temperature of -56.6 ° C. At temperatures and pressures below the triple point, it becomes a solid or gaseous state. The mass distribution and use of carbon dioxide gas requires a liquid state, which is a liquid carbon dioxide, so the production plant processes the process at a temperature and pressure above the midpoint where a liquid state can be obtained. The amount of heat to be removed for the liquefaction of carbon dioxide gas, ie, the latent heat of liquefaction, requires 80.5 kcal / kg from room temperature to 15 ° C to -50 ° C at a pressure of 20kg / ㎠.

일반적으로 탄산가스의 냉각을 위해 암모니아 냉각기를 사용한다. 그러나 암모니아 냉각기는 탄산가스의 온도를 낮추기 위해 다량의 전력을 소비하므로 액화탄소가스를 제조하는 많은 비용이 소요되는 단점이 있다. In general, an ammonia cooler is used to cool the carbon dioxide. However, since the ammonia cooler consumes a large amount of power to lower the temperature of the carbon dioxide gas, there is a disadvantage in that a large cost of producing the liquefied carbon gas is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 액화된 합성천연가스(SNG, Synthetic Natural Gas)의 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 탄산가스를 냉각시켜 액화탄산가스를 제조하는 액화탄산가스 제조 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made to improve the above problems, liquefied carbonic acid gas for producing liquefied carbonic acid gas by cooling the carbon dioxide gas using the cooling heat generated during the vaporization of liquefied synthetic natural gas (SNG, Synthetic Natural Gas) The purpose is to provide a manufacturing system.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액화탄산가스 제조 시스템은 석탄으로부터 합성천연가스를 제조하는 합성천연가스 제조부와, 상기 합성천연가스 제조부에 연결되어 상기 합성천연가스를 제조시 발생하는 탄소가스를 수집하고, 상기탄소가스에서 수분 또는 이물질을 분리하여 정제하는 탄소가스 정제부와, 상기 탄소가스 정제부에 연결어 상기 탄소가스 정제부로부터 정제된 상기 탄소가스를 공급받아 압축하는 압축부와, 상기 압축부에 의해 압축되어 고압상태인 상기 탄소가스를 냉각하되, 액화된 합성천연가스가 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 상기 탄소가스를 냉각시켜 액화시킬 수 있도록 고압의 상기 탄소가스와 상기 액화된 합성천연가스를 열교환시키는 열교환부를 구비한다. The liquefied carbon dioxide production system according to the present invention for achieving the above object is a synthetic natural gas production unit for producing a synthetic natural gas from coal, and is connected to the synthetic natural gas production unit is generated when producing the synthetic natural gas A carbon gas purifying unit collecting carbon gas and separating and refining water or foreign substances from the carbon gas, and a compression unit connected to the carbon gas purifying unit to receive and compress the carbon gas purified from the carbon gas purifying unit; The carbon gas is compressed by the compression unit to cool the carbon gas under high pressure, and the carbon gas and the liquefaction of the high pressure are cooled to liquefy by cooling the carbon gas using the cold heat generated when the liquefied synthetic natural gas is vaporized. And a heat exchanger configured to heat exchange the synthesized natural gas.

상기 합성천연가스 제조부는 상기 석탄에 산소 및 증기를 반응시켜 수소 및 일산화탄소가 포함된 합성가스를 제조하는 합성가스 제조부와, 상기 합성가스 제조부에 의해 제조된 상기 합성가스에 일산화탄소 및 증기를 반응시켜 수소 및 탄소가스가 생성되도록 상기 합성가스를 전환하는 수성가스전환부와, 상기 수성가스전환부에 의해 제조된 상기 수성가스에서 황 및 상기 탄소가스를 분리하고, 상기 수성가스로부터 분리된 상기 탄소가스를 상기 압축부로 배출하는 합성가스 정제부와, 상기 합성가스 정제부에 의해 상기 황 및 탄소가스가 제거된 상기 합성가스에 Ni계 촉매를 이용하여 메탄이 포함된 합성천연가스를 제조하는 메탄합성부를 구비한다. The synthesis natural gas production unit reacts carbon monoxide and steam with the synthesis gas production unit for producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide by reacting oxygen and steam to the coal, and the synthesis gas produced by the synthesis gas production unit A water gas conversion unit for converting the synthesis gas to generate hydrogen and carbon gas, and sulfur and carbon gas separated from the water gas produced by the water gas conversion unit, and separating the carbon gas separated from the water gas. Synthesis gas purification unit discharged to the compression unit and a methane synthesis unit for producing a synthetic natural gas containing methane by using a Ni-based catalyst in the synthesis gas from which the sulfur and carbon gas is removed by the synthesis gas purification unit do.

한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 액화탄소가스 제조 시스템은 상기 열교환부에 의해 냉각되어 액화된 상기 탄소가스를 감압시켜 고체화시켜 드라이아이스를 제조하는 감압부를 더 구비하는 것이 바람직하다. On the other hand, the liquefied carbon gas production system according to another embodiment of the present invention preferably further comprises a decompression unit for producing dry ice by reducing the solidified by reducing the carbon gas cooled by the heat exchanger.

본 발명에 따른 액화탄산가스 제조시스템은 탄산가스의 냉각시, 액화된 합성천연가스의 냉각시 발생하는 냉열을 이용하므로 탄산가스의 냉각하는 데 있어서 소용되는 비용을 절감할 수 있다. The liquefied carbon dioxide production system according to the present invention uses the cold heat generated during the cooling of the carbon dioxide gas, the cooling of the liquefied synthetic natural gas can reduce the cost of cooling the carbon dioxide gas.

또한, 석탄을 이용한 합성천연가스 제조공정 중 발생하는 탄산가스를 수집하여 액화시키키므로 합성천연가스 제조공정 중 발생하는 탄산가스를 처리하는 별도의 처리시설이 요구되지 않으므로 합성천연가스의 제조비용을 절감할 수 있다. In addition, since carbon dioxide gas generated during the synthetic natural gas manufacturing process using coal is collected and liquefied, a separate treatment facility for processing carbon dioxide generated during the synthetic natural gas manufacturing process is not required. Can be saved.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액화탄소가스 제조 시스템을 도시한 흐름도이고,
도 2는 도 1의 액화탄소가스 제조 시스템의 합성천연가스 제조부를 도시한 흐름도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 액화탄소가스 제조 시스템을 도시한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a liquefied carbon gas production system according to an embodiment of the present invention,
2 is a flowchart illustrating a synthetic natural gas production unit of the liquefied carbon gas production system of FIG. 1;
3 is a flowchart illustrating a liquefied carbon gas production system according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 액화탄소가스 제조 시스템을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the liquefied carbon gas production system according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in more detail.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 액화탄소가스 제조 시스템(10)이 도시되어 있다. 1 to 2 show a liquefied carbon gas production system 10 according to the present invention.

도면을 참조하면, 액화탄소가스 제조 시스템(10)은 석탄으로부터 합성천연가스를 제조하는 합성천연가스 제조부(20)와, 합성천연가스 제조부(20)에 연결되어 합성천연가스를 제조시 발생하는 탄소가스를 수집하고, 탄소가스에서 수분 또는 이물질을 분리하여 정제하는 탄소가스 정제부(30)와, 탄소가스 정제부(30)에 연결되어 탄소가스 정제부(30)로부터 정제된 탄소가스를 공급받아 압축하는 압축부(40)와, 상기 압축부(40)에 의해 압축되어 고압상태인 상기 탄소가스를 냉각하되, 액화된 합성천연가스가 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 상기 탄소가스를 냉각시켜 액화시킬 수 있도록 고압의 상기 탄소가스와 상기 액화된 합성천연가스를 열교환시키는 열교환부(50)와, 열교환부(50)에 연결되어 열교환부(50)에 의해 냉각되어 액화된 상기 탄소가스를 저장하는 저장탱크(60)를 구비한다. Referring to the drawings, the liquefied carbon gas production system 10 is connected to the synthetic natural gas manufacturing unit 20 for producing a synthetic natural gas from coal, and the synthetic natural gas manufacturing unit 20 is generated when producing synthetic natural gas Collecting the carbon gas, and is connected to the carbon gas purification unit 30 and the carbon gas purification unit 30 to separate and purify the water or foreign matter from the carbon gas purified carbon gas from the carbon gas purification unit 30 Cooling the carbon gas by using a compression unit 40 for supplying and compressing the carbon gas compressed by the compression unit 40 and the high pressure state, the cold gas generated when the liquefied synthetic natural gas is vaporized A heat exchanger 50 for heat-exchanging the carbon gas and the liquefied synthetic natural gas so as to be liquefied, and connected to the heat exchanger 50 to cool the liquefied carbon gas by the heat exchanger 50. Save And a storage tank 60.

합성천연가스 제조부(20)는 상기 석탄에 산소 및 증기를 반응시켜 수소 및 일산화탄소가 포함된 합성가스를 제조하는 합성가스 제조부(21)와, 합성가스 제조부(21)에 의해 제조된 상기 합성가스에 일산화탄소 및 증기를 반응시켜 수소 및 탄소가스가 포함된 수성가스를 제조하는 수성가스전환부(22)와, 상기 수성가스전환부(22)에 의해 제조된 상기 수성가스에서 황 및 상기 탄소가스를 분리하고, 상기 수성가스로부터 분리된 상기 탄소가스를 상기 압축부(40)로 주입하는 합성가스 정제부(23)와, 합성가스 정제부(23)에 의해 상기 황 및 탄소가스가 제거된 상기 수성가스에 Ni계 촉매를 이용하여 메탄이 포함된 합성천연가스를 제조하는 메탄합성부(24)를 구비한다. Synthetic natural gas production unit 20 is a synthesis gas production unit 21 for producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide by reacting oxygen and steam to the coal, and the synthesis gas production unit 21 Reaction of carbon monoxide and steam in the synthesis gas to produce a water gas containing hydrogen and carbon gas 22 and the sulfur gas and carbon gas in the water gas produced by the water gas conversion unit 22 The aqueous gas from which the sulfur and carbon gas are removed by the syngas purification unit 23 and the syngas purification unit 23 which separate and separate the carbon gas separated from the water gas into the compression unit 40. Methane synthesizing portion 24 for producing a synthetic natural gas containing methane using a Ni-based catalyst in the gas.

합성가스 제조부(21)는 석탄을 산소, 증기와 반응시키는 가스화기(25)와, 상기 가스와기에 산소를 공급하는 산소공급설비(26)와, 가스화기(25)에 증기를 공급하는 증기공급설비(27)를 구비한다. The syngas production unit 21 includes a gasifier 25 for reacting coal with oxygen and steam, an oxygen supply device 26 for supplying oxygen to the gas wager, and steam for supplying steam to the gasifier 25. Supply equipment 27 is provided.

가스화기(25)는 내부에 수용된 석탄 중 일부를 연소하여 발생하는 열을 석탄가스화를 진행하기 위한 열로 사용한다. 가스화기(25) 내에 있는 석탄은 산소공급설비(26)를 통해 공급되는 산소와 반응하여 가스화기(25) 내부온도가 1000℃로 상승하면 산소의 공급을 중단하고, 증기공급설비(27)를 통해 가스화기(25) 내부에 가열된 증기를 주입한다. The gasifier 25 uses heat generated by burning some of the coal contained therein as heat for proceeding coal gasification. The coal in the gasifier 25 reacts with the oxygen supplied through the oxygen supplier 26 to stop the supply of oxygen when the internal temperature of the gasifier 25 rises to 1000 ° C., and the steam supplier 27 is stopped. The heated steam is injected into the gasifier 25.

이때, 석탄의 개질반응에 의해 가스화기(25) 내부의 온도가 내려가면 증기공급설비(27)로부터 증기의 공급을 중단시키고, 산소공급설비(26)를 작동시켜, 산소를 공급하여 가스화기(25) 내부의 석탄을 연소시켜 가스화기(25) 내부의 온도를 상승시킨다. At this time, when the temperature inside the gasifier 25 is lowered by the reforming reaction of coal, the supply of steam is stopped from the steam supply facility 27, the oxygen supply facility 26 is operated, and oxygen is supplied to supply the gasifier ( 25) The internal coal is burned to raise the temperature inside the gasifier 25.

상기 언급된 공정에 의해 합성가스 제조부(21)는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)인 합성가스가 생성된다. By the above-mentioned process, the syngas production unit 21 generates syngas which is carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ).

한편, 도면에 도시되진 않았지만, 합성가스 제조부(21)는 가스화기(25)로부터 배출되는 고온의 합성가스를 냉각하기 위한 열회수기 및 합성가스 내에 포함된 분진을 제거하기 위한 집진기를 더 구비할 수도 있다. Although not shown in the drawings, the syngas manufacturing unit 21 may further include a heat recovery unit for cooling the high temperature syngas discharged from the gasifier 25 and a dust collector for removing dust contained in the syngas. It may be.

수성가스전환부(22)는 합성가스 제조부(21)를 통해 공급되는 합성가스를 통해 수성가스를 제조한다. 수성가스전환부(22)는 합성가스 내의 일산화탄소(CO)와 증기를 반응시켜 수소와 이산화탄소로 전환시킨다.(CO + H2O → H2 +CO2) 수성가스전환부(22)는 H2/CO 의 비가 3 내외가 되도록 합성가스의 성분변환을 조절하는 것이 바람직하다. The water gas conversion unit 22 manufactures the water gas through the synthesis gas supplied through the synthesis gas manufacturing unit 21. The water gas converting unit 22 converts carbon monoxide (CO) and steam in the synthesis gas into hydrogen and carbon dioxide. (CO + H 2 O → H 2 + CO 2 ) The water gas converting unit 22 is H 2 / CO. It is preferable to adjust the component conversion of the synthesis gas so that the ratio is about 3.

이때, 수성가스전환부(22)는 상기 언급된 수성가스를 얻기 위해 내부온도는 350℃~450℃로 유지해야 한다. 또한, 수성가스전환부(22)는 합성가스는 황이 정제되지 않는 가스이므로 Fe, Co의 촉매를 사용할 수 없으므로 Co-Mo촉매를 사용하는 것이 바람직하다.At this time, the water gas conversion unit 22 should maintain the internal temperature at 350 ℃ ~ 450 ℃ to obtain the above-mentioned water gas. In addition, since the synthesis gas is a gas in which sulfur is not purified, Fe-Co catalysts cannot be used. Therefore, Co-Mo catalysts are preferably used.

합성가스 정제부(23)는 수성가스전환부(22)를 통과한 합성가스를 수집하여 상기 합성가스 내에 포함된 황과 이산화탄소를 분리시킨다. 합성가스 정제부(23)는 후술되는 메탄합성부(24)에서 Ni계 촉매를 사용하므로 합성가스 내의 황화합물 농도를 0.1ppm 이하로 제거하는 것이 바람직하다. The syngas purification unit 23 collects syngas passing through the water gas conversion unit 22 to separate sulfur and carbon dioxide contained in the syngas. Since the synthesis gas purification unit 23 uses the Ni-based catalyst in the methane synthesis unit 24 described later, it is preferable to remove the sulfur compound concentration in the synthesis gas to 0.1 ppm or less.

또한, 합성가스 정제부(23)는 합성가스로부터 분리된 이산화탄소(탄소가스)를 탄소가스 정제부(30)로 배출시킨다. In addition, the syngas purification unit 23 discharges carbon dioxide (carbon gas) separated from the syngas to the carbon gas purification unit 30.

메탄합성부(24)는 합성가스 정제부(23)를 통해 황 및 이산화탄소가 분리되어 정제된 합성가스를 수집하여 메탄(CH4)이 주성분인 천연합성가스를 제조한다.(CO+3H2→CH4+H2O, CO2+4H2→CH4+2H2O) 메탄합성부(24)는 천연합성가스를 Ni계 촉매를 사용하여 천연합성가스를 제조한다. The methane synthesizing unit 24 collects the syngas purified by separating the sulfur and carbon dioxide through the syngas purification unit 23 to produce a natural synthetic gas containing methane (CH 4 ) as a main component. (CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O, CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O) The methane synthesizing portion 24 produces a natural synthesis gas using a Ni-based catalyst as a natural synthesis gas.

메탄합성부(24)를 통해 제조된 천연합성가스 중 일부는 발전설비에 제공되어 전기를 생산하며, 일부는 산소공급설비(26)에 제공되어 가스화기(25)에 제공되는 산소를 제조하는 데 소요하는 에너지를 생산한다. Some of the natural synthesis gas produced through the methane synthesis unit 24 is provided to the power generation facility to produce electricity, and some are provided to the oxygen supply facility 26 to produce oxygen provided to the gasifier 25 To produce the energy required.

본 발명에 따른 탄소가스 정제부(30)를 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to the carbon gas purification unit 30 according to the present invention in detail as follows.

탄소가스 정제부(30)는 합성천연가스 제조부(20)를 통해 합성천연가스 제조시 발생되는 불순물을 수집하여 황과 같은 이물질을 제거하여 탄소가스를 정제한다. 이때, 탄소가스 정제부(30)는 정제된 탄소가스 내에 포함된 수분을 제거하기 위해 수분분리기(31) 및 건조기(32)를 더 구비한다. The carbon gas purification unit 30 collects impurities generated during the synthesis natural gas production through the synthesis natural gas manufacturing unit 20 to remove foreign substances such as sulfur to purify the carbon gas. At this time, the carbon gas purification unit 30 further includes a water separator 31 and a dryer 32 to remove water contained in the purified carbon gas.

수분분리기(31)는 탄소가스 내의 수분을 분리할 수 있는 것으로 종래에 일반적으로 사용하는 것으로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 건조기(32)는 내부에 수분분리기(31)를 통해 수분이 분리된 탄소가스를 수용할 수 있는 내부에 수용공간이 마련되며, 상기 수용공간 내에는 탄소가스 내의 포함된 수분을 흡수할 수 있도록 흡습부재(미도시)가 마련되는 것이 바람직하다. The water separator 31 is capable of separating water in the carbon gas, which is commonly used in the art, and detailed description thereof will be omitted. In addition, the dryer 32 is provided with an accommodating space therein for accommodating the carbon gas from which water is separated through the water separator 31 therein, and the accommodating space may absorb the moisture contained in the carbon gas. It is preferable that a moisture absorbing member (not shown) is provided.

탄소가스 정제부(30)를 통해 정제된 탄소가스는 압축부(40)로 이송된다. The carbon gas purified through the carbon gas purification unit 30 is transferred to the compression unit 40.

압축부(40)는 탄소가스를 수집하고 가압하여 탄소가스의 상중점 압력보다 높은 10 Kg/㎠으로 압축시킨다. 압축부(40)는 종래에 일반적으로 사용하는 압축기이므로 상세한 설명은 생략한다. 압축부(40)를 통해 고압상태가 된 탄소가스는 열교환부(50)로 공급된다. The compression unit 40 collects and pressurizes the carbon gas and compresses the carbon gas to 10 Kg / cm 2 higher than the middle point pressure of the carbon gas. Since the compression unit 40 is a compressor generally used in the related art, detailed description thereof will be omitted. The high pressure carbon gas is supplied to the heat exchange unit 50 through the compression unit 40.

열교환부(50)는 압축부(40)에 의해 압축되어 고압상태인 탄소가스를 냉각시켜 액화탄소가스를 제조한다. 이때, 열교환부(50)는 액화된 합성천연가스가 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 탄소가스를 냉각시킬 수 있도록 고압의 탄소가스와 액화된 합성천연가스를 열교환시킨다. 이때, 액화된 합성천연가스는 석탄으로부터 제조된 합성천연가스를 용이하게 운반하기 위해 냉각하여 액화된 것이다. The heat exchanger 50 is compressed by the compression unit 40 to cool the carbon gas under high pressure to produce liquefied carbon gas. At this time, the heat exchanger 50 heat-exchanges the high pressure carbon gas and the liquefied synthetic natural gas to cool the carbon gas using the cold heat generated when the liquefied synthetic natural gas is vaporized. At this time, the liquefied synthetic natural gas is cooled and liquefied to easily transport the synthetic natural gas produced from coal.

열교환부(50)는 내부에 고압의 탄소가스가 유동할 수 있는 관로가 형성되며, 용이하게 액화된 합성천연가스와 열교환할 수 있도록 액화된 합성천연가스가 수용되어 있는 액화가스탱크(41) 내부에 설치된다. 이때, 열교환부(50)는 액화된 합성천연가스와의 접촉면적을 확장할 수 있도록 나선형으로 따라 연장형성되는 것이 바람직하다. The heat exchange part 50 has a pipeline through which high-pressure carbon gas flows, and the liquefied gas tank 41 in which the liquefied synthetic natural gas is accommodated so as to exchange heat with the liquefied synthetic natural gas easily. Is installed on. At this time, the heat exchange unit 50 is preferably extended along the spiral so as to expand the contact area with the liquefied synthetic natural gas.

한편, 도면에 도시된 예에서는 열교환부(50)는 탄소가스 및 액화된 합성천연가스를 직접 접촉시킬 수 있도록 액화가스탱크(41) 내부에 설치된 구조를 설명하였으나, 열교환부(50)는 도시된 예에 한정하는 것이 아니라 프레온계 냉매를 열교환 매체로 사용하여 간섭접촉하여 열교환시킬 수 있다. On the other hand, in the example shown in the drawings, the heat exchanger 50 has been described a structure installed inside the liquefied gas tank 41 to directly contact the carbon gas and liquefied synthetic natural gas, the heat exchanger 50 is shown The present invention is not limited to the examples, and it is possible to exchange heat by interfering contact with a freon refrigerant as a heat exchange medium.

액화된 합성천연가스는 메탄을 주성분으로 하는 무색 무취의 -162℃의 극저온 액체로 연료로 공급되기 위해서 75 Kg/㎠로 상압된 다음, 0℃로 가열되어 천연가스로 기화되어 천연가스가 소요되는 각종 설비에 공급된다.Liquefied synthetic natural gas is a colorless odorless -162 ℃ cryogenic liquid containing methane as the main component, and is pressurized to 75 Kg / ㎠ to be supplied as fuel, and then heated to 0 ℃ and vaporized with natural gas to consume natural gas. It is supplied to various facilities.

이때, 상기 기화과정에서 액화된 합성천연가스는 증발잠열 약 100Kcal/kg과 현열 70Kcal/kg을 향하여 약 170Kcal/kg의 냉열에너지가 발생한다. 열교환부(50)는 상기 액화된 합성천연가스의 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 탄소가스를 -50℃로 냉각시켜 액화시킨다.At this time, the synthetic natural gas liquefied in the vaporization process generates about 170Kcal / kg of cold heat energy toward the latent heat of evaporation of about 100Kcal / kg and sensible heat 70Kcal / kg. The heat exchanger 50 liquefies the carbon gas by cooling it to −50 ° C. using the cold heat generated during the vaporization of the liquefied synthetic natural gas.

상기 언급된 바와 같이 열교환기는 액화된 합성천연가스의 냉열을 이용하여 탄소가스를 냉각시키므로 탄소가스 냉각시 요구되는 압력이 낮으므로 고압가스 설비 및 탄소가스를 냉각하는 고가의 냉각설비가 요구되지 않으므로 제조비용을 절약할 수 있는 장점이 있다. As mentioned above, since the heat exchanger cools the carbon gas using the cold heat of the liquefied synthetic natural gas, since the pressure required for cooling the carbon gas is low, a high pressure gas facility and an expensive cooling facility for cooling the carbon gas are not required. There is an advantage to save cost.

저장탱크(60)는 열교환기에 연결되며, 내부에 액화된 탄소가스를 수용할 수 있도록 수용공간이 마련되어 있다. Storage tank 60 is connected to the heat exchanger, the receiving space is provided to accommodate the liquefied carbon gas therein.

한편, 상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 액화탄산가스 제조 시스템(10)의 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다. On the other hand, the operation of the liquefied carbon dioxide production system 10 according to the present invention configured as described above in detail as follows.

먼저, 탄소가스 정제부(30)는 합성천연가스 제조부(20)를 통해 석탄가스를 제조시 발생하는 탄산가스를 공급받는다. 탄소가스 정제부(30)에서 탄소가스는 황, 수분 및 이물질이 제거되어 정제된다. First, the carbon gas refining unit 30 is supplied with carbon dioxide generated during the production of coal gas through the synthetic natural gas manufacturing unit 20. In the carbon gas purification unit 30, carbon gas is purified by removing sulfur, moisture, and foreign matter.

탄소가스 정제부(30)에 의해 정제된 탄산가스는 압축부로 이송되고, 압축부에 압축되어 고압상태의 탄산가스가 된다. 고압의 탄산가스는 열교환부로 이송되며, 열교환부에 의해 액화된 합성천연가스와 열교환하여 냉각된다. 열교환부에 의해 냉각되어 액화된 탄소가스는 저장탱크(60)에 저장된다. The carbon dioxide gas purified by the carbon gas purification unit 30 is transferred to the compression unit, compressed to the compression unit, and becomes carbon dioxide gas under high pressure. The high pressure carbon dioxide gas is transferred to the heat exchange unit, and is cooled by heat exchange with the synthetic natural gas liquefied by the heat exchange unit. The carbon gas cooled and liquefied by the heat exchanger is stored in the storage tank 60.

상기 언급된 바와 같이 구성된 액화탄산가스 제조 시스템(10)은 탄산가스의 냉각시, 액화된 합성천연가스의 냉각시 발생하는 냉열을 이용하므로 탄산가스의 냉각하는 데 있어서 소용되는 비용을 절감할 수 있다. The liquefied carbon dioxide production system 10 configured as mentioned above uses cooling heat generated when cooling carbon dioxide gas and cooling the liquefied synthetic natural gas, thereby reducing the cost of cooling the carbon dioxide gas. .

또한, 석탄을 이용한 합성천연가스 제조공정 중 발생하는 탄산가스를 수집하여 액화시키키므로 합성천연가스 제조공정 중 발생하는 탄산가스를 처리하는 별도의 처리시설이 요구되지 않으므로 합성천연가스의 제조비용을 절감할 수 있다. In addition, since carbon dioxide gas generated during the synthetic natural gas manufacturing process using coal is collected and liquefied, a separate treatment facility for processing carbon dioxide generated during the synthetic natural gas manufacturing process is not required. Can be saved.

한편, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 액화탄소가스 제조 시스템(110)이 도시되어 있다. On the other hand, Figure 3 is a liquefied carbon gas manufacturing system 110 according to another embodiment of the present invention.

앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다. Elements having the same functions as those in the previous drawings are denoted by the same reference numerals.

도면을 참조하면, 액화탄소가스 제조시스템은 상기 열교환부(50)에 의해 냉각되어 액화된 탄소가스를 감압시켜 고체화시켜 드라이아이스를 제조하는 감압부(111)를 더 구비한다. 감압부(111)는 도면에 도시되진 않았지만, 제조된 드라이아이스를 보관 및 운반이 용이하도록 소정 크기의 사각구조물로 제단하는 제단부를 더 구비할 수도 있다. Referring to the drawings, the liquefied carbon gas manufacturing system further includes a decompression unit 111 for producing dry ice by decompressing and solidifying the liquefied carbon gas by the heat exchanger unit 50. Although not shown in the drawing, the decompression unit 111 may further include an altar for cutting the manufactured dry ice into a rectangular structure having a predetermined size to facilitate storage and transportation.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

10: 액화탄소가스 제조 시스템
20: 합성천연가스 제조부
21: 합성가스 제조부
22: 수성가스 전환부
23: 합성가스 정제부
24: 메탄합성부
25: 가스화기
26: 산소공급설비
27: 증기공급설비
30: 탄소가스 정제부
40: 압축부
50: 열교환부
60: 저장탱크10: liquefied carbon gas production system
20: synthetic natural gas manufacturing unit
21: Syngas Production Department
22: water gas conversion unit
23: syngas purification unit
24: methane synthesis part
25: gasifier
26: oxygen supply system
27: steam supply equipment
30: carbon gas purification unit
40: compression unit
50: heat exchanger
60: storage tank

Claims (3)

석탄으로부터 합성천연가스를 제조하는 합성천연가스 제조부와;
상기 합성천연가스 제조부에 연결되어 상기 합성천연가스를 제조시 발생하는 탄소가스를 수집하고, 상기 탄소가스에서 수분 또는 이물질을 분리하여 정제하는 탄소가스 정제부와;
상기 탄소가스 정제부에 연결어 상기 탄소가스 정제부로부터 정제된 상기 탄소가스를 공급받아 압축하는 압축부와;
상기 압축부에 의해 압축되어 고압상태인 상기 탄소가스를 냉각하되, 액화된 합성천연가스가 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 상기 탄소가스를 냉각시켜 액화시킬 수 있도록 고압의 상기 탄소가스와 상기 액화된 합성천연가스를 열교환시키는 열교환부;를 구비하고,
상기 합성천연가스 제조부는
상기 석탄에 산소 및 증기를 반응시켜 수소 및 일산화탄소가 포함된 합성가스를 제조하는 합성가스 제조부와,
상기 합성가스 제조부에 의해 제조된 상기 합성가스에 일산화탄소 및 증기를 반응시켜 수소 및 탄소가스가 생성되도록 상기 합성가스를 전환하는 수성가스전환부와,
상기 수성가스전환부에 의해 제조된 상기 수성가스에서 황 및 상기 탄소가스를 분리하고, 상기 수성가스로부터 분리된 상기 탄소가스를 상기 탄소가스 정제부로 배출하는 합성가스 정제부와,
상기 합성가스 정제부에 의해 상기 황 및 탄소가스가 제거된 상기 합성가스에 Ni계 촉매를 이용하여 메탄이 포함된 합성천연가스를 제조하는 메탄합성부를 구비하고,
상기 탄소가스 정제부는
수집된 상기 탄소가스 내의 수분을 분리할 수 있는 수분분리기와,
상기 수분분리기를 통해 상기 수분이 분리된 상기 탄소가스를 수집하는 수용공간이 마련되고, 상기 수용공간 내에는 상기 탄소가스에 포함된 수분을 흡수할 수 있도록 흡습부재가 마련된 건조기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액화탄소 가스 제조 시스템.
Synthetic natural gas manufacturing unit for producing a synthetic natural gas from coal;
A carbon gas refining unit connected to the synthetic natural gas manufacturing unit to collect carbon gas generated when manufacturing the synthetic natural gas, and separating and purifying water or foreign substances from the carbon gas;
A compression unit connected to the carbon gas purification unit and compressed to receive the carbon gas purified from the carbon gas purification unit;
The carbon gas is compressed by the compression unit to cool the carbon gas at a high pressure, and the carbon gas and the liquefied high pressure are cooled to liquefy by cooling the carbon gas using cold heat generated when the liquefied synthetic natural gas is vaporized. And a heat exchanger configured to heat exchange the synthetic natural gas,
The synthetic natural gas manufacturing unit
Syngas production unit for producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide by reacting oxygen and steam to the coal,
An aqueous gas conversion unit for converting the syngas to produce hydrogen and carbon gas by reacting carbon monoxide and steam with the syngas produced by the syngas manufacturing unit;
A syngas purification unit for separating sulfur and carbon gas from the water gas produced by the water gas conversion unit and discharging the carbon gas separated from the water gas to the carbon gas purification unit;
A methane synthesis unit for producing a synthetic natural gas containing methane by using a Ni-based catalyst in the syngas from which the sulfur and carbon gas is removed by the syngas purification unit;
The carbon gas purification unit
A water separator capable of separating moisture in the collected carbon gas,
An accommodation space for collecting the carbon gas from which the water is separated through the water separator is provided, and further comprising a dryer provided with a moisture absorbing member in the accommodation space to absorb the water contained in the carbon gas. Liquefied carbon gas production system.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열교환부에 의해 냉각되어 액화된 상기 탄소가스를 감압시켜 고체화시켜 드라이아이스를 제조하는 감압부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액화탄소 가스 제조 시스템.

The method of claim 1,
And a pressure reducing unit cooling the carbon gas liquefied and liquefied by the heat exchanger to solidify the carbon gas to produce dry ice.

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한국에너지공학회 2008년도 추계학술발표회 2008.10., p.328-331 *
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