KR101812572B1 - 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치 및 그 시험장치를 이용 흡수성능 분석시스템 및 분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치 및 그 시험장치를 이용 흡수성능 분석시스템 및 분석방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 기액상평형(VLE) 시험장치에 있어서, 외부로부터 공급되는 예열공기로 인해 일정온도를 유지하는 공기항온조; 상기 공기 항온조 내에 설치되며, 외부로부터 설정된 농도의 혼합흡수제를 갖는 흡수용액의 기액상평형 시험에 사용되는 다성분 가스 각각을 저장하는 저장조, 및 상기 다성분 가스가 혼합된 혼합가스를 저장하는 혼합가스 저장조; 상기 공기 항온조 내부에 설치되고, 외부로부터 상기 흡수용액을 공급받고, 상기 혼합가스 저장조에 저장된 혼합가스를 공급받아 다성분 가스 각각을 흡수하는 혼합흡수제의 흡수반응 기액상평형 시험을 수행하는 흡수 반응조와; 상기 흡수 반응조 내의 압력과 온도를 실시간 측정함으로써 상기 혼합 가스에 포함된 다성분 가스를 흡수하는 흡수용액의 VLE 시험을 수행하는 데이터 처리장치와; 상기 흡수 반응조의 기액상평형 상태에서 상기 흡수 반응조 내의 혼합가스를 계속적으로 순환시키는 순환 펌프와, 상기 순환 펌프에 연결되어 가스 분석에 필요한 양의 혼합가스를 추출하는 가스 분기변을 통해 인가받은 혼합가스로부터 상기 흡수 반응조에서 공급된 혼합가스 내의 다성분 가스 각각의 농도를 실시간 검출하고, 상기 검출된 농도 값과 상기 흡수 반응조 내에 최초 공급된 다성분 가스 각각의 농도 값을 서로 비교함으로써 상기 다성분 가스 각각이 상기 흡수용액에 흡수되는 정도를 실시간 측정하는 가스 분석기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치 및 그 시험장치를 이용 흡수성능 분석시스템 및 분석방법에 대한 것이다.
일반적으로 이산화탄소 흡수분리용 흡수용액의 흡수정도(흡수율, 흡수속도)를 측정하기 위한 흡수평형시험은 연소가스 중에 이산화탄소를 혼합가스로부터 흡수분리하기 위한 흡수용액의 개발에 있어서 매우 중요한 요소이다.
연소배기가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수제거하기 위한 흡수용액의 개발을 위한 흡수용액의 흡수정도를 알아보기 위한 시험장치는 종래에는 흡수 반응조에 적당량의 흡수용액을 충전하고 혼합가스 혹은 이산화탄소를 주입하여 흡수용액에 이산화탄소가 흡수됨으로써 흡수반응조의 압력이 감소하는 것을 측정하는 방식으로 이루어졌다.
이런 종래의 방식은 반응조의 온도를 시험에 필요한 조건으로 조절할 수 없고, 흡수반응조의 압력을 높이지 못한 상태의 대기압에서 시험하는 단점이 있다. 그러므로 흡수반응온도가 높은 범위 혹은 압력이 높은 조건에서는 이산화탄소의 흡수평형시험을 수행하지 못해 고온 또는 고압 상태에서 개발된 흡수용액이 실제 상용공정에 적용하기 위하여 다른 장치에서 시험을 거쳐야 하는 어려움이 있는 문제점이 있었다.
종래 기술에 따른 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법 및 그 장치는 한국 등록특허 제0888739호(이하 종래기술)에 개시되어 있다. 도 1은 종래기술에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험장치를 개략적으로 나타낸 도면, 그리고, 도 2는 종래기술에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험장치는, 외부 공기를 송풍하는 공기 송풍기(5); 상기 공기 송풍기(5)에 의해 송풍된 공기를 예열시키는 전기히터(6); 상기 전기히터(6)에 의해 예열된 공기로 인해 일정온도를 유지하며 예열된 공기가 난류가 발생되도록 외벽에 다수의 공기흐름 억제용 철편(7)이 구비된 공기 항온조(1); 상기 공기 항온조(1) 내부에 설치되며 외부로부터 이산화탄소가 공급되어 충전되는 혼합가스 저장조(2); 상기 공기 항온조(1) 내부에 설치되며 외부로부터 흡수용액이 공급되고 상기 혼합가스 저장조(2)로부터 이산화탄소가 공급되어 이산화탄소 흡수반응 평형시험이 수행되는 흡수 반응조(3); 상기 흡수 반응조(3) 내의 흡수용액을 교반하는 혼합기(4); 상기 흡수 반응조(3) 내의 압력과 온도를 측정하여 실시간으로 흡수용액에 흡수되는 이산화탄소의 흡수율, 흡수속도를 분석하는 가스분석장치(13); 상기 가스분석기(13)에 의해 분석된 데이터를 실시간으로 처리하는 데이터 처리장치(12); 및 상기 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3)에 다른 반응물질이 침투하지 않도록 정제하기 위하여 질소를 공급하는 질소 공급부(8);를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
종래기술의 시험방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 공기 항온조(1)를 밀폐하고 공기 송풍기(5)에서 발생한 공기를 전기히터(6)를 거쳐 공기 항온조(1)에 공급시켜 상기 공기 항온조(1)의 온도가 상승하게 한다(S1). 다음은 질소 공급부(8)를 통해 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3)에 질소를 공급하여 다른 반응물질이 투입되지 않도록 정제한다(S2).
다음은 이산화탄소 공급부(9)를 열어 혼합가스 저장조(2)에 이산화탄소를 시험에 필요한 압력으로 충전시킨다(S3). 다음은 상기 흡수 반응조(3)에 흡수용액 정량펌프(11)를 이용하여 시험에 필요한 양의 흡수용액을 채운다(S4).
이때 흡수용액은 혼합가스 중에 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 물질로서 장치의 외부에 설치된 용기로부터 이송되는 것이 특징이다. 다음은 상기 공기 항온조(1)의 하부에 위치한 공기 송풍기(5)를 작동하여 전기히터(6)를 거쳐 공기 항온조(1)로 공급되는 공기의 온도를 상승시켜 공기 항온조(1)의 온도가 시험에 적당한 온도까지 상승시킨다(S5).
다음은 상기 공기 항온조(1)와 흡수 반응조(3)의 시험에 적당한 온도가 유지되면 장치의 외부에서 마그네틱 전동기가 부착된 가스 및 흡수용액을 혼합하는 혼합기(4)를 작동하여 흡수 반응조(3) 내의 흡수용액을 저어준다(S6). 다음은 이산화탄소가 저장된 혼합가스 저장조(2)에서 혼합가스 공급밸브(10)를 열어 CO2가스가 흡수 반응조(3)로 공급하게 한다(S7).
이때 시험 초기조건에 적당한 흡수 반응조(3)의 내부 압력(CO2)을 유지하는 것이 바람직하다. 이때부터 시험이 시작되어 가스분석기(13)에서 실시간으로 CO2가스가 흡수용액에의 흡수되는 정도를 측정하고, 데이터 처리장치(12)에서 실시간으로 흡수 반응조(3)내의 압력과 온도를 측정함으로써 이산화탄소 흡수반응 평형시험을 수행하게 된다(S8).
그러나 이러한 종래기술은, 단일 성분의 흡수제 즉 이산화탄소만을 흡수하기 위한 단일흡수제와 물이 혼합된 흡수용액이 흡수반응조에 투입되며, 혼합가스로서 이산화탄소만이 공급되므로, 혼합흡수제에 대한 시험이 불가하다는 단점을 갖는다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 화석연료(예를 들면, 석탄, 폐기물)를 가스화함으로써 발생한 합성가스에 포함된 지구 온난화 가스인 이산화탄소와 가스터빈 등 장치에 부식을 야기하는 황화수소 등의 다성분의 혼합가스를 흡수/분리하기 위하여 사용되는 혼합흡수제의 흡수정도를 시험함으로써, 이산화탄소의 배출의 감축 및 황화수소를 제거 처리할 수 있는 혼합흡수제를 이용한 다성분계 동시 기액상평형(VLE) 시험장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 외부로부터 공급되는 예열공기로 인해 일정온도를 유지하는 공기항온조; 상기 공기 항온조 내에 설치되며, 외부로부터 설정된 농도의 혼합흡수제를 갖는 흡수용액의 기액상평형 시험에 사용되는 다성분 가스 각각을 저장하는 저장조, 및 상기 다성분 가스가 혼합된 혼합가스를 저장하는 혼합가스 저장조; 상기 공기 항온조 내부에 설치되고, 외부로부터 상기 흡수용액을 공급받고, 상기 혼합가스 저장조에 저장된 혼합가스를 공급받아 다성분 가스 각각을 흡수하는 혼합흡수제의 흡수반응 기액상평형 시험을 수행하는 흡수 반응조와; 상기 흡수 반응조 내의 압력과 온도를 실시간 측정함으로써 상기 혼합 가스에 포함된 다성분 가스를 흡수하는 흡수용액의 기액상평형 시험을 수행하는 데이터 처리장치와; 상기 흡수 반응조의 기액상평형 상태에서, 상기 흡수 반응조 내의 혼합가스를 계속적으로 순환시키는 순환 펌프와, 상기 순환 펌프에 연결되어 가스 분석에 필요한 양의 혼합가스를 추출하는 가스 분기변을 통해 인가받은 혼합가스로부터 상기 흡수 반응조에서 공급된 혼합가스 내의 다성분 가스 각각의 농도를 실시간 검출하고, 상기 검출된 농도 값과 상기 흡수 반응조 내에 최초 공급된 다성분 가스 각각의 농도 값을 서로 비교함으로써 상기 다성분 가스 각각이 상기 흡수용액에 흡수되는 정도를 실시간 측정하는 가스 분석기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 다성분 가스는 제1가스인 이산화탄소와, 제2가스인 황화수소로 구성되며, 외부의 제1가스저장부에 저장된 이산화탄소가 제1가스공급변에 의해 내부로 공급되는 공기 항온조 내에 구비되는 제1가스저장조와, 외부의 제2가스저장부에 저장된 황화수조가 제2가스공급변에 의해 내부로 공급되는 공기 항온조 내에 구비되는 제2가스저장조를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 외부의 질소저장부에 저장된 질소를 상기 제1가스저장조와 상기 제2가스저장조와 상기 혼합가스 저장조와 상기 흡수 반응조 내로 공급하기 위한 질소공급변과, 상기 제1가스저장조와 상기 제2가스저장조와 상기 혼합가스 저장조와 상기 흡수 반응조 각각으로 공급되는 질소의 유량을 조절하는 질소조절변을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 혼합가스 저장조 내의 압력을 실시간으로 측정하여 데이터 처리장치에 전송하는 압력계와, 상기 혼합가스 저장조 내의 온도를 실시간으로 측정하여 데이터 처리장치에 전송하는 온도계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 혼합가스 저장조의 기액상평형 상태에 요구된 설정 온도, 압력이 유지되면, 상기 혼합가스를 혼합하는 혼합가스 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 흡수 반응조 내의 압력을 실시간으로 측정하여 측정값을 상기 데이터처리장치에 전송하는 압력센서와, 상기 흡수 반응조 내의 혼합가스의 온도를 실시간으로 측정하여 상기 데이터 처리장치에 전송하는 제1온도센서와, 상기 흡수 반응조 내의 흡수용액의 온도를 실시간으로 측정하여 상기 데이터 처리장치에 전송하는 제2온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 설정된 농도의 혼합흡수제가 포함된 흡수용액이 저장된 흡수용액 탱크; 및 상기 흡수용액 탱크에 저장된 흡수용액을 설정된 유량만큼 상기 흡수 반응조 내로 공급하는 정량펌프;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 혼합가스 저장조와 상기 흡수 반응조 사이에 구비된 혼합가스 공급밸브를 제어하여 설정된 유량, 농도의 혼합가스를 상기 흡수 반응조로 공급하도록 조절하고, 상기 흡수용액 탱크와 상기 흡수 반응조 사이에 구비된 흡수용액 조절밸브를 제어하여 설정된 유량, 농도의 흡수용액을 상기 흡수 반응조로 공급하도록 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서 및 상기 압력센서에서 측정된 값을 기반으로, 상기 흡수 반응조 일측에 구비된 반응조 압력조절밸브와, 상기 흡수용액 혼합기를 제어하여 상기 흡수 반응조 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 압력계와 상기 온도계에서 측정된 값을 기반으로, 상기 혼합가스 저장조 일측에 구비된 혼합가스 압력조절밸브와, 상기 혼합가스 혼합기를 제어하여 상기 혼합가스 저장조 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 상기 흡수 반응조 내가 기액상평형 상태가 되면 상기 흡수 반응조와 상기 가스분기변 사이에 구비된 순환밸브를 개방하고, 상기 순환펌프를 가동하여 상기 흡수 반응조 내의 상기 혼합가스 일부를 가스 분석기로 공급하고, 나머지 혼합가스는 순환관을 통해 상기 흡수 반응조로 순환시키도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 다성분계 기액 상평형 시험방법에 있어서, 공기 항온조의 온도를 상승시키는 단계와; 혼합가스를 저장하는 혼합가스 저장조와 흡수 반응조에 질소를 공급하여 다른 반응물질이 침투하지 않도록 정제하는 단계와; 이산화탄소인 제1가스가 저장된 제1가스저장조와, 황화수소인 제2가스가 저장된 제2가스저장조로부터 혼합가스 저장조에 이산화탄소 및 황화수소를 설정된 압력과 유량으로 충전하는 단계와; 상기 흡수 반응조에 설정된 유량만큼 흡수용액을 채우는 단계와; 상기 공기 항온조의 온도를 시험에 적당한 온도까지 재차 상승시키고, 혼합가스 혼합기를 구동하여 혼합가스 저장조 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 하고, 흡수용액 혼합기를 구동하여 상기 흡수 반응조 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 조절하는 단계와; 상기 혼합가스 저장조로부터 제1가스와 제2가스를 설정된 농도와 유량만큼 상기 흡수 반응조로 공급되는 단계와; 상기 흡수 반응조 내의 흡수용액이 상기 제1가스와 상기 제2가스를 흡수하고 기액상평형상태가 되는 단계와; 흡수 반응조의 기액상평형 상태에서 순환밸브를 개방하고 순환펌프를 가동하여 혼합가스 일부가 가스 분기변을 통해 가스 분석기에 공급되어 가스 분석기가 흡수 반응조 내에서 공급된 제1가스와 제2가스의 농도를 실시간으로 검출하고 나머지 혼합가스는 순환관을 통해 상기 흡수 반응조로 순환되는 단계와; 상기 검출된 제1가스 및 제2가스의 농도 값과 상기 흡수 반응조 내에 공급된 제1가스 및 제2가스의 초기 농도 값을 서로 비교함으로써 상기 흡수용액에 흡수된 제1가스 및 제2가스의 농도를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험방법으로서 달성될 수 있다.
그리고, 제어부가 상기 혼합가스 저장조와 상기 흡수 반응조 사이에 구비된 혼합가스 공급밸브를 제어하여 설정된 유량, 농도의 혼합가스를 상기 흡수 반응조로 공급하도록 조절하고, 상기 흡수용액 탱크와 상기 흡수 반응조 사이에 구비된 흡수용액 조절밸브를 제어하여 설정된 유량, 농도의 흡수용액을 상기 흡수 반응조로 공급하도록 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제어부가 상기 흡수 반응조 내의 혼합가스의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도센서와 상기 흡수 반응조 내의 흡수용액의 온도를 실시간으로 측정하는 제2온도센서 및 상기 흡수 반응조 내의 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서에서 측정된 값을 기반으로, 상기 흡수 반응조 일측에 구비된 반응조 압력조절밸브와, 흡수용액 혼합기를 제어하여 상기 흡수 반응조 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제어부가 상기 압력계와 상기 온도계에서 측정된 값을 기반으로, 상기 혼합가스 저장조 일측에 구비된 혼합가스 압력조절밸브와, 상기 혼합가스 혼합기를 제어하여 상기 혼합가스 저장조 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 혼합흡수제의 흡수성능을 평가하기 위한 시스템에 있어서, 앞서 언급한 제1목적에 따른 시험장치; 및 흡수 반응조로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조의 온도와 압력, 혼합가스 저장조의 온도와 압력, 흡수 반응조에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량과, 상기 시험장치의 가스 분석기에 검출한 흡수용액에 흡수된 제1가스의 농도와 제2가스의 농도를 기반으로 상기 혼합흡수제의 흡수 성능을 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제의 흡수 성능 평가 시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고, 흡수 반응조로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조의 온도와 압력, 혼합가스 저장조의 온도와 압력, 흡수 반응조에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량 별로, 상기 분석 수단에서 분석한 상기 혼합흡수제의 흡수 성능 데이터를 저장하여 데이터 베이스화하는 데이터 베이스;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은, 혼합흡수재의 흡수성능을 평가하기 위한 방법에 있어서, 공기 항온조의 온도를 상승시키는 단계와; 혼합가스를 저장하는 혼합가스 저장조와 흡수 반응조에 질소를 공급하여 다른 반응물질이 침투하지 않도록 정제하는 단계와; 이산화탄소인 제1가스가 저장된 제1가스저장조와, 황화수소인 제2가스가 저장된 제2가스저장조로부터 혼합가스 저장조에 이산화탄소 및 황화수소를 설정된 압력과 유량으로 충전하는 단계와; 상기 흡수 반응조에 설정된 유량만큼 흡수용액을 채우는 단계와; 상기 공기 항온조의 온도를 시험에 적당한 온도까지 재차 상승시키고, 혼합가스 혼합기를 구동하여 혼합가스 저장조 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 하고, 흡수용액 혼합기를 구동하여 상기 흡수 반응조 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 조절하는 단계와; 상기 혼합가스 저장조로부터 제1가스와 제2가스를 설정된 농도와 유량만큼 상기 흡수 반응조로 공급되는 단계와; 상기 흡수 반응조 내의 흡수용액이 상기 제1가스와 상기 제2가스를 흡수하고 기액상평형상태가 되는 단계와; 흡수 반응조의 기액상평형 상태에서 순환밸브를 개방하고 순환펌프를 가동하여 혼합가스 일부가 가스 분기변을 통해 가스 분석기에 공급되어 가스 분석기가 흡수 반응조 내에서 공급된 제1가스와 제2가스의 농도를 실시간으로 검출하고 나머지 혼합가스는 순환관을 통해 상기 흡수 반응조로 순환되는 단계와; 상기 검출된 제1가스 및 제2가스의 농도 값과 상기 흡수 반응조 내에 공급된 제1가스 및 제2가스의 초기 농도 값을 서로 비교함으로써 상기 흡수용액에 흡수된 제1가스 및 제2가스의 농도를 검출하는 단계와; 분석수단이 흡수 반응조로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조의 온도와 압력, 혼합가스 저장조의 온도와 압력, 흡수 반응조에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량과, 상기 시험장치의 가스 분석기에 검출한 흡수용액에 흡수된 제1가스의 농도와 제2가스의 농도를 기반으로 상기 혼합흡수제의 흡수 성능을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제의 흡수 성능 평가 방법으로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 분석수단과 연결된 데이터베이스가 흡수 반응조로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조의 온도와 압력, 혼합가스 저장조의 온도와 압력, 흡수 반응조에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량 별로, 상기 분석 수단에서 분석한 상기 혼합흡수제의 흡수 성능 데이터를 저장하여 데이터 베이스화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 화석연료(예를 들면, 석탄, 폐기물)를 가스화함으로써 발생한 합성가스에 포함된 지구 온난화 가스인 이산화탄소와 가스터빈 등 장치에 부식을 야기하는 황화수소 등의 다성분의 혼합가스를 흡수/분리하기 위하여 사용되는 혼합흡수제의 흡수정도를 시험함으로써, 이산화탄소의 배출의 감축 및 황화수소를 제거 처리할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래기술에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 종래기술에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법의 흐름도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 측정방법의 흐름도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 종래기술에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법의 흐름도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 측정방법의 흐름도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기약 상평형 시험장치(100) 및 이를 이용한 혼합흡수제의 흡수성능평가 시스템의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에 따라 혼합가스로부터 제1가스의 일예인 이산화탄소 및 제2가스의 일예인 황화수소를 흡수/분리(제거)를 위한 흡수용액의 기액상평형(VLE) 시험 장치(100)는, 혼합가스에 포함된 이산화탄소와 황화수소를 동시에 선택적으로 흡수하는 정도(흡수율, 흡수속도)를 시험할 수 있는 VLE 시험 장치(100)이다. 상기 혼합 가스는 가스화 조건에 따라 차이가 있지만 대부분의 경우 CO2가 5~8% 내외로 조성되고, 그 밖에 CH4, CO, H2, N2 등으로 이루어질 수 있다. 그러나. 가스화연료 중에 황 성분이 황화수소(H2S) 형태로 배출된다. 상기 황화수소는 가스터빈 등의 부식을 야기할 뿐만 아니라 많은 다른 물질과 혼합되면, 각종 장치에 악영향을 끼치므로 제거되어야 한다.
본 발명은 이산화탄소와 황화수소를 동시에 흡수/분리(제거)할 수 있는 흡수제의 흡수성능을 알아볼 수 있는 VLE 시험장치(100)를 흡수제에 흡수된 이산화탄소가 탈거될 수 있는 온도로 유지시킬 수 있고, 약 20기압의 압력까지 유지한 상태에서 VLE 시험이 가능하게 하는 장치(100)이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치(100)의 구성도를 도시한 것이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 측정방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(110)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기약 상평형 시험장치(100)는, 공기항온조(1), 혼합가스 저장조(2), 흡수 반응조(3), 데이터 처리장치(12), 가스분석기(13) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
공기항온조(1)는 외부로부터 공급되는 예열공기로 인해 일정온도를 유지하게 된다.
또한, 혼합가스 저장조(2)는 공기항온조(1) 내에 설치되며, 외부로부터 설정된 농도의 혼합흡수제를 갖는 흡수용액의 기액상평형 시험에 사용되는 다성분 가스 각각을 저장하는 저장조, 및 상기 다성분 가스가 혼합된 혼합가스를 저장하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 다성분 가스는 제1가스인 이산화탄소와, 제2가스인 황화수소로 구성될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 제1가스저장부(21)에 저장된 이산화탄소가 제1가스공급변(22)에 의해 내부로 공급되는 공기 항온조(1) 내에 구비되는 제1가스저장조(23)와, 외부의 제2가스저장부(31)에 저장된 황화수조가 제2가스공급변(32)에 의해 내부로 공급되는 공기 항온조(1) 내에 구비되는 제2가스저장조(33)를 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 이러한 제1가스저장조(23)와 제2가스저장조(33) 각각에는 저장부 압력조절밸브(25)가 구비되여 제1가스저장조(23)와 제2가스저장조(33)의 내부 압력을 설정된 압력을 조절할 수 있게 된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 혼합가스 저장조(2)에는 압력계(51)를 구비하여 혼합가스 저장조(2) 내의 압력을 실시간으로 측정하여 데이터 처리장치(12)에 전송하게 되며, 온도계(52)는 혼합가스 저장조(2) 내의 온도를 실시간으로 측정하여 데이터 처리장치(12)에 전송하게 된다.
그리고, 혼합가스 저장조(2)의 기액상평형 상태에 요구된 설정 온도, 압력이 유지되면, 혼합가스를 혼합하는 혼합가스 혼합기(53)를 포함하여 구성된다. 또한, 혼합가스 저장조(2) 일측에는 혼합가스 압력조절밸브(54)를 구비하여 혼합가스 저장조(2) 내부 압력을 설정된 압력으로 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 흡수 반응조(3)는 공기 항온조(1) 내부에 설치되고, 외부로부터 흡수용액을 공급받고, 혼합가스 저장조(2)에 저장된 혼합가스를 공급받아 다성분 가스 각각을 흡수하는 혼합흡수제의 흡수반응 기액상평형 시험을 수행하게 된다.
또한, 이러한 흡수 반응조(3)에는 압력센서(61)와 제1온도센서(62) 및 제2온도센서(63)를 포함할 수 있다. 압력센서(61)는 흡수 반응조(3) 내의 압력을 실시간으로 측정하여 측정값을 상기 데이터처리장치(12)에 전송하게 되고, 제1온도센서(62)는 흡수 반응조(3) 내의 혼합가스의 온도를 실시간으로 측정하여 상기 데이터 처리장치(12)에 전송하고, 제2온도센서(63)는 흡수 반응조(3) 내의 흡수용액의 온도를 실시간으로 측정하여 상기 데이터 처리장치(12)에 전송하게 된다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치(100)는, 설정된 농도의 혼합흡수제가 포함된 흡수용액이 저장된 흡수용액 탱크(80)를 포함하며, 흡수용액 탱크(80)에 저장된 흡수용액을 설정된 유량만큼 상기 흡수 반응조(3) 내로 공급하는 정량펌프(11)를 포함하여 구성되게 된다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 흡수용액 탱크(80)와 흡수 반응조(3) 사이에는 흡수용액 조절밸브(81)를 구비하여 흡수 반응조(3)로 공급되는 흡수용액의 유량을 제어할 수 있게 된다.
혼합흡수제는 이산화탄소인 제1가스를 흡수하는 제1흡수제와, 황화수소인 제2가스를 흡수하는 제2흡수제가 물에 설정된 농도로 혼합된 형태를 갖는다.
또한, 제어부(110)는 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3) 사이에 구비된 혼합가스 공급밸브(10)를 제어하여 설정된 유량, 농도의 혼합가스를 흡수 반응조(3)로 공급하도록 조절하게 된다. 또한, 제어부(110)는 흡수용액 탱크(80)와 상기 흡수 반응조(3) 사이에 구비된 흡수용액 조절밸브(81)를 제어하여 설정된 유량, 농도의 흡수용액을 흡수 반응조(3)로 공급하도록 조절하게 된다.
외부의 질소저장부(40)에 저장된 질소를 제1가스저장조(23)와, 제2가스저장조(33)와, 혼합가스 저장조(2)와, 흡수 반응조(3) 내로 공급하기 위한 질소공급변(41)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 제1가스저장조(23)와, 제2가스저장조(33)와, 혼합가스 저장조(2)와, 흡수 반응조(3) 각각으로 공급되는 질소의 유량을 조절하는 질소조절변(42)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 데이터 처리장치(12)는 흡수 반응조(3) 내의 압력과 온도를 실시간 측정함으로써 혼합 가스에 포함된 다성분 가스를 흡수하는 흡수용액의 기액상평형 시험을 수행하게 된다. 즉, 데이터 처리장치(12)는 앞서 언급한 압력계(51)에서 측정된 혼합가스 저장조(2) 내의 압력을 실시간으로 전송받고, 온도계(52)에서 측정된 혼합가스 저장조(2) 내의 온도를 실시간으로 전송받게 된다. 또한, 압력센서(61)에서 측정된 흡수 반응조(3) 내의 압력을 실시간으로 전송받으며, 제1온도센서(62)에서 측정된 흡수 반응조(3) 내의 혼합가스의 온도값과, 제2온도센서(63)에서 측정된 흡수 반응조(3) 내의 흡수용액의 온도값을 실시간으로 전송받게 된다. 따라서 설정된 유량과 농도의 혼합가스를 공급받은 흡수 반응조(3) 내의 온도와 압력변화를 실시간으로 감지하게 되며 공급된 후, 기액상평향 상태에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가스분석기(13)는, 흡수 반응조(3)의 기액상평형 상태에서, 흡수 반응조(3) 내의 혼합가스를 계속적으로 순환시키는 순환펌프(67)와, 순환펌프(67)에 연결되어 가스 분석에 필요한 양의 혼합가스를 추출하는 가스 분기변(70)을 통해 인가받은 혼합가스로부터 흡수 반응조(3)에서 공급된 혼합가스 내의 다성분 가스 각각의 농도를 실시간 검출하고, 검출된 농도 값과 상기 흡수 반응조(3) 내에 최초 공급된 다성분 가스 각각의 농도 값을 서로 비교함으로써 다성분 가스 각각이 흡수용액에 흡수되는 정도를 실시간 측정하게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 시스템을 총체적으로 제어할 수 있게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 제1온도센서(62)와 제2온도센서(63) 및 압력센서(61)에서 측정된 값을 기반으로, 흡수 반응조(3) 일측에 구비된 반응조 압력조절밸브(64)와, 흡수용액 혼합기(65)를 제어하여 흡수 반응조(3) 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하게 된다.
그리고, 제어부(110)는 압력계(51)와 온도계(52)에서 측정된 값을 기반으로, 혼합가스 저장조(2) 일측에 구비된 혼합가스 압력조절밸브(54)와, 혼합가스 혼합기(53)를 제어하여 혼합가스 저장조(2) 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하게 된다.
또한, 제어부(110)는, 흡수 반응조(3) 내가 기액상평형 상태가 되면 흡수 반응조(3)와 가스분기변(70) 사이에 구비된 순환밸브(68)를 개방하고, 순환펌프(67)를 가동하여 흡수 반응조(3) 내의 혼합가스 일부를 가스 분석기(13)로 공급하고, 나머지 혼합가스는 순환관(71)을 통해 흡수 반응조(3)로 순환시키도록 제어하게 된다.
또한, 앞서 언급한 본 발명의 일실시예에 따른 시험장치(100)를 이용한 혼합흡수제의 흡수 성능 평가 시스템은 분석수단(120)과 데이터 베이스(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다, 분석수단(120)은 흡수 반응조(3)로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조(3)의 온도와 압력, 혼합가스 저장조(2)의 온도와 압력, 흡수 반응조(3)에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량에 따라, 가스 분석기(13)에 검출한 흡수용액에 흡수된 제1가스의 농도와 제2가스의 농도를 기반으로 혼합흡수제의 흡수 성능을 분석하게 된다.
또한, 데이터 베이스(130)는 흡수 반응조(3)로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조(3)의 온도와 압력, 혼합가스 저장조(2)의 온도와 압력, 흡수 반응조(3)에 공급되는 혼합가스의 농도와 공급량별로, 분석 수단에서 분석한 상기 혼합흡수제의 흡수 성능 데이터를 저장하여 데이터베이스화하게 된다.
이하에서는 앞서 언급한 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치(100) 및 흡수성능 분석시스템를 이용한 시험방법, 흡수성능 분석방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 공기 항온조(1)의 온도를 상승시키게 된다(S10). 즉, 상기 공기 항온조(1)(1)의 하부에 위치한 공기 송풍기에서 발생한 공기를 전기 히터를 거쳐 공기 항온조(1)에 공급함으로써 공기 항온조(1)의 온도가 흡수평형시험에 적당한 온도까지 상승하도록 상기 공기 항온조(1)의 온도를 상승시킨다(S11). 예를 들면, 상기 전기 히터를 거쳐 공급된 공기(예열된 공기)는 상기 공기항온조(1)의 외벽에 부착된 공기흐름 부분 억제용 철편에 의하여 난류를 일으키면서 상기 공기 항온조(1) 내부의 온도를 일정하게 한다. 이때, 상기 공기 항온조(1)의 상단에 위치한 공기배출구를 통해 공기의 배출량을 조절하고, 공기흐름을 부분적으로 억제하는 철편으로 난류를 발생하게 함으로서 짧은 시간 내에 공기 항온조(1)의 온도가 상승하도록 하고, 일정하게 유지할 수 있도록 한다.
그리고, 제1가스공급변(22)을 개방하여 제1가스인 이산화탄소가 저장된 제1가스저장부(21)로부터 이산화탄소를 공기 항온조(1) 내의 제1가스저장조(23)로 공급하고, 제2가스공급변(32)을 개방하여 제2가스인 황화수소가 저장된 제2가스저장부(31)로부터 황화수소를 공기 항온조(1) 내의 제2가스저장조(33)로 공급하게 된다. 또한, 제1가스저장조(23)와 제2가스저장조(33) 각각에는 저장부 압력조절밸브(25)가 구비되어 제1가스저장조(23)와 제2가스저장조(33)의 내압을 조절할 수 있게 된다.
그리고, 질소가 저장된 질소저장부(40)에서 질소를 공급하기 위한 질소 공급변을 통해 질소를 제1가스저장조(23)와 제2가스저장조(33)와, 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3)에 공급함으로써 다른 반응물질이 투입되지 않도록 정제한다(S20). 또한, 질소조절변(42)을 통해 제1가스저장조(23)와 제2가스저장조(33)와, 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3)에 공급되는 질소의 양을 조절할 수 있게 된다.
그리고, 이산화탄소를 공급하기 위한 제1가스공급밸브(24)와 황화수소를 공급하기 위한 제2가스공급밸브(34)를 열어 상기 공기 항온조(1) 내의 혼합가스 저장조(2)에 이산화탄소 및 황화수소를 저장한다. 이때 이산화탄소 및 황화수소는 각각 제1가스저장조(23)와 제2가스저장조(33)에 저장된 후 각각 제1가스공급밸브(24)와 제2가스공급밸브(34)에 의해 조절되어 혼합가스 저장조(2)에 기액상평형 시험에 필요한 설정된 압력, 유량으로 충전될 수 있게 된다(S30). 또한 제어부(110)는 압력계(51)와 온도계(52)에서 측정된 값을 기반으로, 혼합가스 저장조(2) 일측에 구비된 혼합가스 압력조절밸브(54)와, 혼합가스 혼합기(53)를 제어하여 혼합가스 저장조(2) 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하게 된다.
그리고, 흡수 반응조(3)에 설정된 유량만큼 흡수용액을 채우게 된다(S40). 즉, 정량펌프(11)를 가동시켜 기액상평형 시험에 필요한 양의 혼합흡수제를 흡수 반응조(3)에 공급한다. 이때, 혼합흡수제는 이산화탄소와 황화수소를 동시에 선택적으로 흡수하는 물질로서 외부에 설치된 흡수용액 탱크(80)로부터 이송될 수 있다. 또한, 제어부(110)는 흡수용액 탱크(80)와 흡수 반응조(3) 사이에 구비된 흡수용액 조절밸브(81)를 제어하여 설정된 유량, 농도의 흡수용액을 흡수 반응조(3)로 공급하도록 조절할 수 있다.
그리고, 공기 항온조(1)의 온도를 시험에 적당한 온도까지 재차 상승시키고, 혼합가스 혼합기(53)를 구동하여 혼합가스 저장조(2) 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 하고, 흡수용액 혼합기(65)를 구동하여 상기 흡수 반응조(3) 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 조절하게 된다(S50). 즉, 제어부(110)는 흡수 반응조(3) 내의 혼합가스의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도센서(62)와 흡수 반응조(3) 내의 흡수용액의 온도를 실시간으로 측정하는 제2온도센서(63) 및 흡수 반응조(3) 내의 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서(61)에서 측정된 값을 기반으로, 흡수 반응조(3) 일측에 구비된 반응조 압력조절밸브(64)와, 흡수용액 혼합기(65)를 제어하여 상기 흡수 반응조(3) 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하게 된다.
그리고, 혼합가스 저장조(2)로부터 제1가스와 제2가스를 설정된 농도와 유량만큼 상기 흡수 반응조(3)로 공급되게 된다(S60). 이때, 제어부(110)는 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3) 사이에 구비된 혼합가스 공급밸브(10)를 제어하여 설정된 유량, 농도의 혼합가스를 상기 흡수 반응조(3)로 공급하도록 조절하게 된다.
즉, 혼합가스 공급밸브(10)를 열어 저장조(2)에 저장된 혼합가스(이산화탄소, 황화수소, 질소)를 흡수 반응조(3)에 미리 설정된 농도, 유량만큼 공급하게 된다. 이때, 기액상평형 시험 초기조건으로 설정된 흡수 반응조(3)의 내부 압력을 유지한다. 이때부터 기액상평형 시험이 시작되어 혼합가스가 혼합흡수제에 흡수된다. 즉, 혼합가스가 흡수 반응조(3)에 공급되는 순간 흡수 반응조(3)의 온도와 압력이 상승한 후, 일정한 값으로 유지되게 된다.
그리고, 흡수 반응조(3)의 온도(T)와 압력(P)이 유지된 상태에서 기액상평형 상태가 되었다고 판단되면(S70), 순환펌프(67)를 작동하게 된다. 순환펌프(67)를 작동시켜 혼합가스를 계속적으로 순환시키게 되면, 가스 분기변(70)은 가스 분석기(13)에서 가스분석에 필요한 양만큼 추출하여 가스분석기(13)에 인가하고(S80), 가스 분석기(13)는 인가된 이산화탄소와 황화수소가 흡수제에 흡수되는 정도를 실시간으로 측정하고, 데이터 처리기(12)는 실시간으로 흡수 반응 내의 압력과 온도를 측정함으로써 혼합가스(이산화탄소와 황화수소)의 기액상평형 시험을 수행한다. 또한, 잔존물질 배출변(66)은 흡수 반응조(3)에 잔존하는 잔존물질을 배출할 수도 있다.
즉, 흡수 반응조(3)의 기액상평형 상태에서 순환밸브(68)를 개방하고 순환펌프(67)를 가동하여 혼합가스 일부가 가스 분기변(70)을 통해 가스 분석기(13)에 공급되어 가스 분석기(13)가 흡수 반응조(3) 내에서 공급된 이산화탄소와 황화수소의 농도를 실시간으로 검출하고 나머지 혼합가스는 순환관(71)을 통해 상기 흡수 반응조(3)로 순환되게 된다(S90).
그리고, 가스분석기(13)는 검출된 이산화탄소 및 황화수소의 농도 값과 흡수 반응조(3) 내에 공급된 이산화탄소 및 황화수소의 초기 농도 값을 서로 비교함으로써 흡수용액에 흡수된 이산화탄소 및 황화수소의 농도를 검출하게 된다(S100).
또한, 분석수단(120)은 흡수 반응조(3)로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조(3)의 온도와 압력, 혼합가스 저장조(2)의 온도와 압력, 흡수 반응조(3)에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량과, 상기 시험장치(100)의 가스 분석기(13)에 검출한 흡수용액에 흡수된 제1가스의 농도와 제2가스의 농도를 기반으로 상기 혼합흡수제의 흡수 성능을 분석하게 된다(S110).
그리고, 분석수단(120)과 연결된 데이터베이스(130)는 흡수 반응조(3)로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조(3)의 온도와 압력, 혼합가스 저장조(2)의 온도와 압력, 흡수 반응조(3)에 공급되는 혼합가스의 농도와 공급량별로, 상기 분석 수단에서 분석한 상기 혼합흡수제의 흡수 성능 데이터를 저장하여 데이터 베이스화하게 된다(S120).
한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1: 공기 항온조
2: 혼합가스 저장조
3: 흡수 반응조
4: 혼합기
5: 공기 송풍기
6: 전기히터
7: 공기흐름 억제용 철편
8: 질소 공급부
9: 이산화탄소 공급부
10: 혼합가스 공급밸브
11: 흡수용액 정량펌프
12: 데이터 처리장치
13: 가스분석기
14: 공기배출구
21:제1가스저장부
22:제1가스공급변
23:제1가스저장조
24:제1가스공급밸브
25:저장부 압력조절밸브
31:제2가스저장부
32:제2가스공급변
33:제2가스저장조
34:제2가스공급밸브
40:질소저장부
41:질소공급변
42:질소조절변
51:압력계
52:온도계
53:혼합가스 혼합기
54:혼합가스 압력조절밸브
61:압력센서
62:제1온도센서
63:제2온도센서
64:반응조 압력조절밸브
65:흡수용액 혼합기
66:잔존물질 배출변
67:순환펌프
68:순환밸브
70:가스분기변
71:순환관
80:흡수용액 탱크
81:흡수용액 조절밸브
100:혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치
110:제어부
120:분석수단
130:데이터베이스
2: 혼합가스 저장조
3: 흡수 반응조
4: 혼합기
5: 공기 송풍기
6: 전기히터
7: 공기흐름 억제용 철편
8: 질소 공급부
9: 이산화탄소 공급부
10: 혼합가스 공급밸브
11: 흡수용액 정량펌프
12: 데이터 처리장치
13: 가스분석기
14: 공기배출구
21:제1가스저장부
22:제1가스공급변
23:제1가스저장조
24:제1가스공급밸브
25:저장부 압력조절밸브
31:제2가스저장부
32:제2가스공급변
33:제2가스저장조
34:제2가스공급밸브
40:질소저장부
41:질소공급변
42:질소조절변
51:압력계
52:온도계
53:혼합가스 혼합기
54:혼합가스 압력조절밸브
61:압력센서
62:제1온도센서
63:제2온도센서
64:반응조 압력조절밸브
65:흡수용액 혼합기
66:잔존물질 배출변
67:순환펌프
68:순환밸브
70:가스분기변
71:순환관
80:흡수용액 탱크
81:흡수용액 조절밸브
100:혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치
110:제어부
120:분석수단
130:데이터베이스
Claims (20)
- 외부로부터 공급되는 예열공기로 인해 일정온도를 유지하는 공기항온조;
상기 공기 항온조 내에 설치되며, 외부로부터 설정된 농도의 혼합흡수제를 갖는 흡수용액의 기액상평형 시험에 사용되는 다성분 가스 각각을 저장하는 저장조, 및 상기 다성분 가스가 혼합된 혼합가스를 저장하는 혼합가스 저장조;
상기 공기 항온조 내부에 설치되고, 외부로부터 상기 흡수용액을 공급받고, 상기 혼합가스 저장조에 저장된 혼합가스를 공급받아 다성분 가스 각각을 흡수하는 혼합흡수제의 흡수반응 기액상평형 시험을 수행하는 흡수 반응조와;
상기 흡수 반응조 내의 압력과 온도를 실시간 측정함으로써 상기 혼합 가스에 포함된 다성분 가스를 흡수하는 흡수용액의 기액상평형 시험을 수행하는 데이터 처리장치와;
상기 흡수 반응조의 기액상평형 상태에서, 상기 흡수 반응조 내의 혼합가스를 계속적으로 순환시키는 순환 펌프와, 상기 순환 펌프에 연결되어 가스 분석에 필요한 양의 혼합가스를 추출하는 가스 분기변을 통해 인가받은 혼합가스로부터 상기 흡수 반응조에서 공급된 혼합가스 내의 다성분 가스 각각의 농도를 실시간 검출하고, 상기 검출된 농도 값과 상기 흡수 반응조 내에 최초 공급된 다성분 가스 각각의 농도 값을 서로 비교함으로써 상기 다성분 가스 각각이 상기 흡수용액에 흡수되는 정도를 실시간 측정하는 가스 분석기;를 포함하고,
상기 다성분 가스는 제1가스인 이산화탄소와, 제2가스인 황화수소로 구성되며,
외부의 제1가스저장부에 저장된 이산화탄소가 제1가스공급변에 의해 내부로 공급되는 공기 항온조 내에 구비되는 제1가스저장조와, 외부의 제2가스저장부에 저장된 황화수조가 제2가스공급변에 의해 내부로 공급되는 공기 항온조 내에 구비되는 제2가스저장조를 포함하며,
외부의 질소저장부에 저장된 질소를 상기 제1가스저장조와, 상기 제2가스저장조와, 상기 혼합가스 저장조와, 상기 흡수 반응조 내로 공급하기 위한 질소공급변과, 상기 제1가스저장조와, 상기 제2가스저장조와, 상기 혼합가스 저장조와, 상기 흡수 반응조 각각으로 공급되는 질소의 유량을 조절하는 질소조절변을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 혼합가스 저장조 내의 압력을 실시간으로 측정하여 데이터 처리장치에 전송하는 압력계와, 상기 혼합가스 저장조 내의 온도를 실시간으로 측정하여 데이터 처리장치에 전송하는 온도계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 혼합가스 저장조의 기액상평형 상태에 요구된 설정 온도, 압력이 유지되면, 상기 혼합가스를 혼합하는 혼합가스 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 제 5항에 있어서,
상기 흡수 반응조 내의 압력을 실시간으로 측정하여 측정값을 상기 데이터처리장치에 전송하는 압력센서와, 상기 흡수 반응조 내의 혼합가스의 온도를 실시간으로 측정하여 상기 데이터 처리장치에 전송하는 제1온도센서와, 상기 흡수 반응조 내의 흡수용액의 온도를 실시간으로 측정하여 상기 데이터 처리장치에 전송하는 제2온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 제 6항에 있어서,
설정된 농도의 혼합흡수제가 포함된 흡수용액이 저장된 흡수용액 탱크; 및
상기 흡수용액 탱크에 저장된 흡수용액을 설정된 유량만큼 상기 흡수 반응조 내로 공급하는 정량펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 혼합가스 저장조와 상기 흡수 반응조 사이에 구비된 혼합가스 공급밸브를 제어하여 설정된 유량, 농도의 혼합가스를 상기 흡수 반응조로 공급하도록 조절하고, 상기 흡수용액 탱크와 상기 흡수 반응조 사이에 구비된 흡수용액 조절밸브를 제어하여 설정된 유량, 농도의 흡수용액을 상기 흡수 반응조로 공급하도록 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서 및 상기 압력센서에서 측정된 값을 기반으로, 상기 흡수 반응조 일측에 구비된 반응조 압력조절밸브와, 흡수용액 혼합기를 제어하여 상기 흡수 반응조 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 제 9항에 있어서,
상기 제어부는 상기 압력계와 상기 온도계에서 측정된 값을 기반으로, 상기 혼합가스 저장조 일측에 구비된 혼합가스 압력조절밸브와, 상기 혼합가스 혼합기를 제어하여 상기 혼합가스 저장조 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 제 10항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 흡수 반응조 내가 기액상평형 상태가 되면 상기 흡수 반응조와 상기 가스분기변 사이에 구비된 순환밸브를 개방하고, 상기 순환펌프를 가동하여 상기 흡수 반응조 내의 상기 혼합가스 일부를 가스 분석기로 공급하고, 나머지 혼합가스는 순환관을 통해 상기 흡수 반응조로 순환시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치.
- 다성분계 기액 상평형 시험방법에 있어서,
공기 항온조의 온도를 상승시키는 단계와;
혼합가스를 저장하는 혼합가스 저장조와 흡수 반응조에 질소를 공급하여 다른 반응물질이 침투하지 않도록 정제하는 단계와;
이산화탄소인 제1가스가 저장된 제1가스저장조와, 황화수소인 제2가스가 저장된 제2가스저장조로부터 혼합가스 저장조에 이산화탄소 및 황화수소를 설정된 압력과 유량으로 충전하는 단계와;
상기 흡수 반응조에 설정된 유량만큼 흡수용액을 채우는 단계와;
상기 공기 항온조의 온도를 시험에 적당한 온도까지 재차 상승시키고, 혼합가스 혼합기를 구동하여 혼합가스 저장조 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 하고, 흡수용액 혼합기를 구동하여 상기 흡수 반응조 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 조절하는 단계와;
상기 혼합가스 저장조로부터 제1가스와 제2가스를 설정된 농도와 유량만큼 상기 흡수 반응조로 공급되는 단계와;
상기 흡수 반응조 내의 흡수용액이 상기 제1가스와 상기 제2가스를 흡수하고 기액상평형상태가 되는 단계와;
흡수 반응조의 기액상평형 상태에서 순환밸브를 개방하고 순환펌프를 가동하여 혼합가스 일부가 가스 분기변을 통해 가스 분석기에 공급되어 가스 분석기가 흡수 반응조 내에서 공급된 제1가스와 제2가스의 농도를 실시간으로 검출하고 나머지 혼합가스는 순환관을 통해 상기 흡수 반응조로 순환되는 단계와;
상기 검출된 제1가스 및 제2가스의 농도 값과 상기 흡수 반응조 내에 공급된 제1가스 및 제2가스의 초기 농도 값을 서로 비교함으로써 상기 흡수용액에 흡수된 제1가스 및 제2가스의 농도를 검출하는 단계를 포함하고,
제어부는 상기 혼합가스 저장조와 상기 흡수 반응조 사이에 구비된 혼합가스 공급밸브를 제어하여 설정된 유량, 농도의 혼합가스를 상기 흡수 반응조로 공급하도록 조절하고, 설정된 농도의 혼합흡수제가 포함된 흡수용액이 저장된 흡수용액 탱크와 상기 흡수 반응조 사이에 구비된 흡수용액 조절밸브를 제어하여 설정된 유량, 농도의 흡수용액을 상기 흡수 반응조로 공급하도록 조절하며,
상기 제어부는 상기 흡수 반응조 내의 혼합가스의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도센서와 상기 흡수 반응조 내의 흡수용액의 온도를 실시간으로 측정하는 제2온도센서 및 상기 흡수 반응조 내의 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서에서 측정된 값을 기반으로, 상기 흡수 반응조 일측에 구비된 반응조 압력조절밸브와, 흡수용액 혼합기를 제어하여 상기 흡수 반응조 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하고,
상기 혼합가스 저장조 내의 압력을 실시간으로 측정하여 데이터 처리장치에 전송하는 압력계와, 상기 혼합가스 저장조 내의 온도를 실시간으로 측정하여 데이터 처리장치에 전송하는 온도계를 포함하고, 상기 제어부는 상기 압력계와 상기 온도계에서 측정된 값을 기반으로, 상기 혼합가스 저장조 일측에 구비된 혼합가스 압력조절밸브와, 상기 혼합가스 혼합기를 제어하여 상기 혼합가스 저장조 내를 설정된 온도와 압력으로 조절하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험방법.
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- 혼합흡수제의 흡수성능을 평가하기 위한 시스템에 있어서,
제 1항 및 제 4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 시험장치; 및
흡수 반응조로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조의 온도와 압력, 혼합가스 저장조의 온도와 압력, 흡수 반응조에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량과, 상기 시험장치의 가스 분석기에 검출한 흡수용액에 흡수된 제1가스의 농도와 제2가스의 농도를 기반으로 상기 혼합흡수제의 흡수 성능을 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제의 흡수 성능 평가 시스템.
- [청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제 16항에 있어서,
흡수 반응조로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조의 온도와 압력, 혼합가스 저장조의 온도와 압력, 흡수 반응조에 공급되는 혼합가스의 농도와 공급량 별로, 상기 분석 수단에서 분석한 상기 혼합흡수제의 흡수 성능 데이터를 저장하여 데이터 베이스화하는 데이터 베이스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제의 흡수 성능 평가 시스템.
- 제16항에 따른 혼합흡수제의 흡수 성능 평가 시스템을 이용한, 혼합흡수재의 흡수성능을 평가하기 위한 방법에 있어서,
공기 항온조의 온도를 상승시키는 단계와;
혼합가스를 저장하는 혼합가스 저장조와 흡수 반응조에 질소를 공급하여 다른 반응물질이 침투하지 않도록 정제하는 단계와;
이산화탄소인 제1가스가 저장된 제1가스저장조와, 황화수소인 제2가스가 저장된 제2가스저장조로부터 혼합가스 저장조에 이산화탄소 및 황화수소를 설정된 압력과 유량으로 충전하는 단계와;
상기 흡수 반응조에 설정된 유량만큼 흡수용액을 채우는 단계와;
상기 공기 항온조의 온도를 시험에 적당한 온도까지 재차 상승시키고, 혼합가스 혼합기를 구동하여 혼합가스 저장조 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 하고, 흡수용액 혼합기를 구동하여 상기 흡수 반응조 내를 설정된 온도와 압력이 되도록 조절하는 단계와;
상기 혼합가스 저장조로부터 제1가스와 제2가스를 설정된 농도와 유량만큼 상기 흡수 반응조로 공급되는 단계와;
상기 흡수 반응조 내의 흡수용액이 상기 제1가스와 상기 제2가스를 흡수하고 기액상평형상태가 되는 단계와;
흡수 반응조의 기액상평형 상태에서 순환밸브를 개방하고 순환펌프를 가동하여 혼합가스 일부가 가스 분기변을 통해 가스 분석기에 공급되어 가스 분석기가 흡수 반응조 내에서 공급된 제1가스와 제2가스의 농도를 실시간으로 검출하고 나머지 혼합가스는 순환관을 통해 상기 흡수 반응조로 순환되는 단계와;
상기 검출된 제1가스 및 제2가스의 농도 값과 상기 흡수 반응조 내에 공급된 제1가스 및 제2가스의 초기 농도 값을 서로 비교함으로써 상기 흡수용액에 흡수된 제1가스 및 제2가스의 농도를 검출하는 단계와;
분석수단이 흡수 반응조로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조의 온도와 압력, 혼합가스 저장조의 온도와 압력, 흡수 반응조에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량과, 시험장치의 가스 분석기에 검출한 흡수용액에 흡수된 제1가스의 농도와 제2가스의 농도를 기반으로 상기 혼합흡수제의 흡수 성능을 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제의 흡수 성능 평가 방법.
- [청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]제 18항에 있어서,
상기 분석수단과 연결된 데이터베이스가 흡수 반응조로 유입된 흡수용액의 유량과 혼합흡수제의 농도, 흡수 반응조의 온도와 압력, 혼합가스 저장조의 온도와 압력, 흡수 반응조에 공급되는 혼합가스의 농도와 유량 별로, 상기 분석 수단에서 분석한 상기 혼합흡수제의 흡수 성능 데이터를 저장하여 데이터 베이스화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합흡수제의 흡수 성능 평가 방법.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160145269A KR101812572B1 (ko) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치 및 그 시험장치를 이용 흡수성능 분석시스템 및 분석방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160145269A KR101812572B1 (ko) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치 및 그 시험장치를 이용 흡수성능 분석시스템 및 분석방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101812572B1 true KR101812572B1 (ko) | 2017-12-29 |
Family
ID=60939267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160145269A KR101812572B1 (ko) | 2016-11-02 | 2016-11-02 | 혼합흡수제를 적용한 다성분계 기액 상평형 시험장치 및 그 시험장치를 이용 흡수성능 분석시스템 및 분석방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101812572B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755243C2 (ru) * | 2018-04-17 | 2021-09-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ЗабГУ") | Стенд для исследования свойств твердых сорбентов |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100888739B1 (ko) | 2007-06-08 | 2009-03-17 | 한국에너지기술연구원 | 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의흡수평형 시험방법 및 그 장치 |
-
2016
- 2016-11-02 KR KR1020160145269A patent/KR101812572B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100888739B1 (ko) | 2007-06-08 | 2009-03-17 | 한국에너지기술연구원 | 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의흡수평형 시험방법 및 그 장치 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 오광중 외 4명, AMP(2-amino-2-methyl-1-propanol)에 MDEA(N-methyldiethanolamine)을 첨가한 흡수제의 CO2와 H2S 의 흡수특성. 대한환경공학회지. 2001, Vol.23, No.8, pp.1337-1347* |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2755243C2 (ru) * | 2018-04-17 | 2021-09-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ЗабГУ") | Стенд для исследования свойств твердых сорбентов |
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