KR102064612B1 - Method and Apparatus for Controlling Moisture Contents in CO2 Refining Process - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method configured to effectively remove moisture contained in a source gas in a carbon dioxide purification process and to stably control a moisture content of the purified gas, and an apparatus therefor. According to the present invention, an apparatus for controlling a moisture content is operated by: a first moisture removal process performed by using a compressor, cooler, and a phase separator capable of controlling the pressure and temperature; and a second moisture removal process which is a filling/adsorption type dry process to remove remaining moisture in the first moisture removal process, wherein a flow of a gas has an upward direction. The moisture removal process performed by using the compressor, the cooler, and the phase separator capable of controlling the pressure and temperature exhibits improved moisture removal efficiency by an increase in the pressure and a drop of a temperature as compared with a conventional carbon dioxide purification process, and the pressure and temperature of a phase separator are controlled so that a moisture content of a gas discharged from the moisture removal process can be constantly maintained in a stable manner.

Description

이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for Controlling Moisture Contents in CO2 Refining Process}Method and Apparatus for Controlling Moisture Content in Carbon Dioxide Purification Process {Method and Apparatus for Controlling Moisture Contents in CO2 Refining Process}

본 발명은 화학공정 부산물인 이산화탄소를 회수하여 고부가가치 이산화탄소로 활용하기 위한 이산화탄소의 정제 공정 중에서, 정제된 이산화탄소 최종 생성물 중의 수분 함량을 안정적이며 효율적으로 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for stably and efficiently controlling the water content in a purified carbon dioxide final product in a purification process of carbon dioxide for recovering carbon dioxide, which is a by-product of chemical process, as high value added carbon dioxide.

이산화탄소는 지구온난화에 영향을 미치는 부정적인 이미지를 가지고 있으나, 가스 시장에서는 질소, 산소, 알곤 다음으로 시장 규모가 크며 용도도 다양한, 산업적으로 중요한 의미를 갖는다. 이산화탄소는 용접 등의 산업 분야, 탄산음료나 맥주 등의 식음료용, 냉동 이송을 위한 드라이아이스 등에 활용되며, 엄격한 관리가 필요한 의료 분야에도 활용되고 있다. Carbon dioxide has a negative image that affects global warming, but in the gas market, after nitrogen, oxygen and argon, the market is the largest and has various uses and industrial significance. Carbon dioxide is used in industrial fields such as welding, food and beverages such as carbonated beverages and beer, and dry ice for freezing transportation, and also in medical fields requiring strict management.

이산화탄소로부터 수분을 제거하는 기존의 정제 방법은 압축/냉각에 의한 상분리(1차 수분 제거) 단계와 잔류 수분 제거를 위한 흡착(2차 수분 제거) 단계로 이루어진다. 압축/냉각에 의한 상분리 방법은 열역학적 개념에서 노점(이슬점, Dew point) 상승의 원리를 이용한 방법으로, 이는 수분이 어떤 기체 속에서 기화하여 존재할 수 있는 절대량이 압력에 반비례하고, 온도에 비례하여 증가하는 성질을 이용한 것이다. 즉, 수분을 함유한 이산화탄소를 압축함에 따라 노점을 상승시키고, 냉각에 의하여 온도를 강하시킴에 따라 이산화탄소에 함유된 수분의 일부를 응축하여 분리/제거하는 방법이다. 흡착 방법은 수분 흡착 성능이 우수한 활성탄, 활성 알루미나 등의 흡착제를 충진한 충진흡착식 건조기를 이용하여 흡착제 표면의 미세 기공 속으로 확산된 수분 분자를 흡착하여 제거하는 방법이다. Conventional purification methods for removing water from carbon dioxide consist of phase separation (primary water removal) by compression / cooling and adsorption (secondary water removal) to remove residual water. The phase separation method by compression / cooling is based on the principle of rising dew point in the thermodynamic concept, which means that the absolute amount of water vaporized in a gas is inversely proportional to pressure and increases with temperature. It is to use the property. That is, as the dew point is increased by compressing the carbon dioxide containing water, and the temperature is increased by cooling, a part of the water contained in the carbon dioxide is condensed and separated / removed. Adsorption method is a method of adsorbing and removing the water molecules diffused into the fine pores on the surface of the adsorbent using a packed adsorption dryer filled with an adsorbent such as activated carbon and activated alumina having excellent water adsorption performance.

통상의 압축/냉각에 의한 1차 수분 제거 공정에서의 운전 압력은 최종 생산 공정인 이산화탄소의 액화 공정 압력이 기준이 됨에 따라, 암모니아 냉동기 등을 이용한 이산화탄소 액화 온도의 변화에 따라 운전 압력에 변화가 발생할 수 있으며, 냉각수로는 상온의 냉각수가 활용됨에 따라, 계절의 변화에 따른 상온 냉각수의 온도 변화가 크게 나타난다. 이와같은 운전 압력 및 냉각수 온도 변화에 따라 압축/냉각에 의한 수분 제거 공정을 거친 이산화탄소 내 수분 함량도 300~700ppmv 범위로 크게 변화하게 되며, 이러한 이산화탄소 내 수분 변화는 뒤따르는 흡착에 의한 2차 수분 제거 공정에 있어서 운전 주기가 크게 변화하는 문제점을 가지고 있다. As the operating pressure in the primary water removal process by normal compression / cooling is based on the liquefaction process pressure of carbon dioxide, which is the final production process, the operating pressure may change due to the change of the carbon dioxide liquefaction temperature using an ammonia freezer or the like. As the cooling water is used as the cooling water at room temperature, the temperature change of the cooling water at room temperature according to the change of the season is large. According to the change in operating pressure and cooling water temperature, the water content in carbon dioxide, which has undergone the water removal process by compression / cooling, also changes greatly in the range of 300 ~ 700ppmv, and the change in water content in carbon dioxide is the secondary water removal by the subsequent adsorption. The operation cycle in the process has a problem that greatly changes.

흡착에 의한 2차 수분 제거 공정은 통상 2기의 흡착기가 병렬로 연결되어 흡착과 재생이 교차로 진행되는 방식으로 운전된다. 흡착에 의한 2차 수분 제거 공정은 재생을 위한 흡착기 내부 정제 가스의 배출에 따른 생산 효율 저하 및 흡착제의 재생을 위한 에너지 소모량이 많음에 따라, 다량의 수분을 함유하는 원료가스를 처리하는 경우, 단독으로의 사용이 곤란하며, 유입되는 원료 가스 내 수분 함량의 최소화, 흡착제와 원료 가스의 접촉 효율 증가, 흡착제의 흡착 효율 향상 등 최적화를 위한 여러가지 개선되어야 할 문제점을 가지고 있다. The secondary water removal process by adsorption is usually operated in such a way that the two adsorbers are connected in parallel so that adsorption and regeneration proceed at the intersection. The secondary water removal process by adsorption is a case of treating the raw material gas containing a large amount of water as the production efficiency decreases due to the discharge of the purification gas inside the adsorber for regeneration and the energy consumption for the regeneration of the adsorbent is high. It is difficult to use, and has various problems to be improved for optimization such as minimizing the water content of the incoming raw material gas, increasing the contact efficiency of the adsorbent and the raw material gas, improving the adsorption efficiency of the adsorbent.

최근들어 초고순도(99.99% 이상) 이산화탄소를 필요로 하는 추가의 용도가 개발되었으며, 이들 용도의 예로는 초임계 추출, 초임계 분획, 초임계 크로마토그래피 등을 이용한 의약/건강기능 식품 공정과, 반도체 가공(예컨대, 포토레지스트 제거 및 웨이퍼 세정), 초소형 전자기계시스템(MEMS)의 세정 및 건조 공정 등을 들 수 있다. Recently, additional uses have been developed that require ultra-high purity (> 99.99%) carbon dioxide. Examples of these applications include pharmaceutical / health functional processes using supercritical extraction, supercritical fractions, supercritical chromatography, and semiconductors. Processing (for example, photoresist removal and wafer cleaning), cleaning and drying processes of microelectromechanical systems (MEMS), and the like.

반도체 및 초소형 전자기계시스템 공정의 경우 이산화탄소는 초순수를 활용한 수세 과정에서의 정전기 방지용 세정 가스, 초임계 이산화탄소를 이용한 세정 및 건조 용매, 미세 공정에서의 식각 용매 등의 용도로 활용되고 있는데, 공정의 미세화 및 고집적화에 따라 초고순도 이산화탄소의 사용이 필수적이다. 특히, 수분의 경우 잔류 수분에 의한 유전율의 변화, 잔류 수분 건조시 생성되는 표면장력에 의한 미세 패턴의 도괴(Collapse) 현상 및 내부의 물반점에 의한 반도체 불량 발생 등 잔류 수분에 의한 고부가가치 생산품의 수율 및 품질에 대한 영향이 커짐에 따라 수분 함량의 제어를 위한 공정의 개발이 필요하게 되었다.In the case of semiconductor and micro electromechanical system processes, carbon dioxide is used for anti-static cleaning gas in washing with ultrapure water, cleaning and drying solvent with supercritical carbon dioxide, and etching solvent in micro process. The use of ultra-high purity carbon dioxide is essential as micronization and high integration occur. Particularly, in the case of moisture, high value-added products due to residual moisture, such as the change of dielectric constant due to residual moisture, the collapse of fine patterns due to the surface tension generated when the residual moisture is dried, and the occurrence of semiconductor defects due to internal water spots. As the impact on yield and quality increases, it is necessary to develop a process for controlling the moisture content.

한국등록특허 10-1200101Korea Patent Registration 10-1200101

본 발명은 산업적 활용 가치가 높은 고부가가치의 초고순도 이산화탄소를 수득하기 위한 수분 함량의 안정적이며 효율적인 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. It is an object of the present invention to provide a stable and efficient control method and apparatus for controlling the water content to obtain high value added high-purity carbon dioxide of high industrial value.

본 발명이 이루고자 하는 하나의 목적은 압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 공정에서, 배출되는 이산화탄소 중의 수분 제거 효율을 향상시키며, 또한 수분 함량을 일정하게 제어하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. One object of the present invention to provide a method and apparatus for improving the water removal efficiency in the carbon dioxide discharged in the primary water removal process using a compression / cooling / phase separator, and also controls the water content constant.

본 발명이 이루고자 하는 다른 하나의 목적은 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조기를 이용한 2차 수분 제거 공정에서, 압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 공정에서 배출되는 이산화탄소 중의 잔류 수분을 보다 효율적으로 제거하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to more efficiently remove the residual moisture in the carbon dioxide discharged from the primary water removal process using a compression / cooling / phase separator in the secondary water removal process using a packed adsorption dryer filled with a moisture adsorbent. To provide a method and apparatus for removal.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.The problem to be solved of the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and can be variously expanded in a range without departing from the spirit and scope of the present invention.

본 발명은 고부가가치의 초고순도 이산화탄소를 수득하기 위한 수분 함량의 안정적이며 효율적인 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 목적 달성을 위하여, The present invention relates to a stable and efficient method and apparatus for controlling the moisture content to obtain high value added ultra high purity carbon dioxide, in order to achieve the above object,

이산화탄소 정제 공정의 수분 함량 제어 방법에 있어서,In the water content control method of the carbon dioxide purification process,

압축단계, 냉각단계 및 상분리단계를 통하여 수분을 제거하는 수분 제거 공정으로, 상기 수분 제거 공정이 상분리기의 공급가스 배출부에 설치된 후방압력 조절밸브에 의하여 압력을 제어하는 것과 냉매 유량 및/또는 냉매 온도 제어에 의하여 상분리기의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 1차 수분 제거 공정; 및 Water removal process that removes water through the compression, cooling, and phase separation steps, wherein the water removal process controls the pressure by a rear pressure control valve installed in the supply gas outlet of the phase separator and the refrigerant flow rate and / or the refrigerant. Primary moisture removal process, characterized in that for controlling the temperature of the phase separator by temperature control; And

상기 1차 수분 제거 공정에서 제거되지 않은 잔류 수분을 제거하기 위한 충진흡착식 건조 공정으로, 가스의 흐름이 충진흡착식 건조기 하단으로 유입되어 건조기 상단으로 배출되는 상방향의 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 2차 수분 제거 공정;Filled adsorption-type drying process for removing residual moisture that was not removed in the first water removal process, the secondary flow characterized in that the flow of gas flows into the bottom of the filling adsorption dryer to discharge to the top of the dryer Water removal process;

을 포함하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법을 제공한다.It provides a water content control method in the carbon dioxide purification process comprising a.

본 발명에서의 상기 1차 수분 제거 공정은 The primary water removal process in the present invention

a) 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 압축하여 노점을 상승시키는 압축 단계;a) compressing the carbon dioxide source gas containing moisture to raise the dew point;

b) 상기 압축 단계에서 압축된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 냉각하여 수분을 응축시키는 냉각 단계;b) a cooling step of condensing moisture by cooling the carbon dioxide source gas containing the water compressed in the compression step;

c) 상기 압축 및 냉각된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 상분리기로 플래시 팽창하여 응축된 수분과 응축된 수분이 제거된 이산화탄소 공급 가스로 분리하는 상분리 단계; c) a phase separation step of flash-expanding the compressed and cooled carbon dioxide source gas into a phase separator to separate the condensed water and the condensed water into a carbon dioxide feed gas;

d) 상기 c) 단계에 있어서, 상분리기의 공급가스 배출부에 설치된 후방압력 조절밸브에 의하여 상분리기 내부 압력을 제어하는 압력 제어 단계; 및d) in the step c), a pressure control step of controlling the pressure inside the phase separator by a rear pressure control valve installed in the supply gas outlet of the phase separator; And

e) 상기 c) 단계에 있어서, 냉매 유량 및/또는 냉매 온도 제어에 의하여 상분리기 내부 온도를 제어하는 온도 제어 단계; e) the step c), the temperature control step of controlling the temperature inside the phase separator by the refrigerant flow rate and / or refrigerant temperature control;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법을 제공한다.It provides a water content control method in the carbon dioxide purification process comprising a.

본 발명에서의 상기 2차 수분 제거 공정은 The secondary water removal process in the present invention

a) 상기 1차 수분 제거 공정의 후방에 충진흡착식 건조기가 설치되고, a) a charge adsorption dryer is installed at the rear of the primary water removal process,

b) 가스의 흐름이 충진흡착식 건조기의 하단으로부터 주입되어 충진흡착식 건조기의 상단으로 배출되는 상방향의 흐름을 갖으며, b) a flow of gas is injected from the bottom of the packed suction dryer and has an upward flow discharged to the top of the packed suction dryer,

c) 2기 이상의 충진흡착식 건조기가 병렬로 연결되어, 어느 하나(이상)의 충진흡착식 건조기에서 잔류 수분 흡착 공정이 이루어질 때, 다른 어느 하나(이상)의 충진흡착식 건조기에서의 흡착제 재생이 이루어지는, 교대 운전 방식으로 수분을 제거함에 따라, 운전의 중단이 없는 연속적인 운전을 할 수 있는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 정제 공정에서의 잔류 수분 함량 제어 방법을 제공한다.c) alternating two or more packed adsorption dryers connected in parallel, so that when the residual moisture adsorption process is carried out in one (or more) adsorption dryers, the adsorbent regeneration in the other (or more) adsorption adsorption dryers takes place. The present invention provides a method for controlling the residual water content in a carbon dioxide purification process, characterized in that by continuously removing water in an operating manner, continuous operation can be performed without interruption of operation.

또한 본 발명은 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치로 1차 수분 제거 장치와 2차 수분 제거 장치를 포함하고In addition, the present invention includes a first moisture removal device and a second water removal device as a water content control device in the carbon dioxide purification process

상기 1차 수분 제거 장치는The primary moisture removal device

a) 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 압축하여 노점을 상승시키는 압축기;a) a compressor for compressing moisture containing carbon dioxide source gas to raise the dew point;

b) 압축기에서 압축된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 냉각하여 수분을 응축시키는 냉각기;b) a cooler for condensing moisture by cooling the carbon dioxide source gas containing the compressed water in the compressor;

c) 압축 및 냉각된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 플래시 팽창하여 응축된 수분과 응축된 수분이 제거된 이산화탄소 공급 가스로 분리하는 상분리기; c) a phase separator which flash expands the compressed and cooled carbon dioxide source gas into condensed moisture and the condensed moisture removed carbon dioxide feed gas;

d) 상기 상분리기의 가스 배출부에 설치되어 상분리기 내부 압력을 일정하게 유지시키면서 초과 압력분의 가스를 후방으로 배출하는 후방압력 조절 밸브; 및d) a rear pressure regulating valve installed in the gas outlet of the phase separator to discharge gas of excess pressure to the rear while maintaining a constant pressure inside the phase separator; And

e) 상분리기 내부 온도를 제어하기 위한 온도 제어 장치를 포함하고,e) a temperature control device for controlling the temperature inside the phase separator,

상기 2차 수분 제거 장치는 상기 1차 수분 제거 장치의 후방에 설치되고, 2기 이상이 연결되고, 내부의 가스 흐름이 하단으로부터 상단으로의 상방향 흐름을 갖는 충진흡착식 건조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치를 제공한다.The secondary water removal device is installed at the rear of the primary water removal device, it is characterized in that it comprises two or more connected, the gas adsorption dryer having an internal flow of the upper flow from the bottom to the top It provides a water content control device in the carbon dioxide purification process.

상기 충진흡착식 건조기는 2기 이상이 병렬로 연결되어, 어느 하나(이상)의 충진흡착식 건조기에서 잔류 수분 흡착 공정이 이루어질 때, 다른 어느 하나(이상)의 충진흡착식 건조기에서의 흡착제 재생이 이루어지는, 교대 운전 방식으로 수분을 제거함에 따라, 운전의 중단이 없는 연속적인 운전을 할 수 있는 충진흡착식 건조기인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치를 제공한다. Two or more of the packed adsorption dryers are connected in parallel, and when the residual moisture adsorption process is performed in any one (more than one) adsorption dryer, the regeneration of the adsorbent in the other (more than one) adsorption adsorption dryer is alternately performed. As the water is removed in an operating manner, the present invention provides a moisture content control device in a carbon dioxide purification process, which is a packed adsorption dryer capable of continuous operation without interruption of operation.

본 발명의 압력 및 온도 제어 기능을 갖는 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 함량 제어 방법 및 장치는, 종래의 식음료용 이산화탄소 제조 공정에서의 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정대비, 수분 제거 효율을 향상시키며, 정제된 이산화탄소에 함유된 수분 함량을 안정적으로 일정하게 제어할 수 있는 특징을 갖는다. Water content control method and apparatus using a compression / cooling / phase separator having a pressure and temperature control function of the present invention, compared to the water removal process using a compression / cooling / phase separator in the conventional carbon dioxide manufacturing process for food and beverage, the water removal efficiency It improves, and has the characteristic to stably and constantly control the water content contained in the purified carbon dioxide.

본 발명에 있어서, 1차 수분 제거 공정에서의 압력 제어 효과로는 상분리기의 가스 배출부에 후방압력 조절밸브를 설치하여 상분리기 내부 압력을 통상의 운전 압력(20기압 이하)보다 높은 압력으로 제어함으로써, 노점 상승에 따른 수분 제거 효율을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 즉, 상분리기의 가스 배출부에 후방압력 조절밸브를 설치하여 상분리기 내부 압력을 일정하게 유지하면서 과잉으로 유입되는 가스를 후방으로 배출하며 이 때, 후방압력 조절밸브를 이용한 제어 압력은 종래의 조업 압력보다 높은 압력으로 제어되며, 상분리기 내부 압력이 상승함에 따라 수분의 노점이 상승되어, 냉각 단계에서 통상의 조업 온도로 냉각하여도 상분리기에서 제거되는 수분의 양이 증가함으로써, 수분의 제거 효율이 향상된다. In the present invention, the pressure control effect in the primary water removal process is provided with a rear pressure control valve at the gas outlet of the phase separator to control the pressure inside the phase separator to be higher than the normal operating pressure (20 atm or less). Thereby, there is an advantage that can increase the water removal efficiency due to the dew point rise. In other words, by installing a rear pressure control valve in the gas outlet of the phase separator to maintain a constant pressure inside the phase separator to discharge the excess gas to the rear, at this time, the control pressure using the rear pressure control valve is conventional operation Controlled to a pressure higher than the pressure, the dew point of the water rises as the pressure inside the phase separator rises, and the amount of water removed from the phase separator increases even when cooled to the normal operating temperature in the cooling step, thereby removing moisture. This is improved.

또한, 본 발명의 1차 수분 제거 공정에서의 온도 제어 효과로, 냉각 단계 및 상분리기에서의 온도를 통상의 동절기 온도 또는 그 이하의 온도로 제어함에 따라 상분리기에서 제거되는 수분의 양이 증가함으로써, 수분 제거 효율이 향상된다. In addition, the temperature control effect in the primary water removal process of the present invention, by controlling the temperature in the cooling step and the phase separator to a temperature of or below the normal winter temperature by increasing the amount of water removed from the phase separator , Moisture removal efficiency is improved.

또한, 본 발명의 1차 수분 제거 공정에서의 압력 및 온도 제어 효과로, 상분리기에서의 압력과 온도를 일정하게 제어함에 따라 수분 제거 공정에서 배출되는 배출 가스 중의 수분 함량이 일정하게 유지된다는 항상성(恒常性)의 효과를 가지고 있다. 즉, 상분리기로부터 배출되는 배출가스 중 수분의 함량은 상분리기의 압력과 온도만의 영향을 받기 때문에 압력이 일정하도록 제어된 조건에서 온도를 일정하게 제어함에 따라 1차 수분 제거 공정에서 배출되는 배출 가스 중의 수분 함량을 안정적으로 일정하게 유지시킬 수 있다. In addition, the pressure and temperature control effect in the primary water removal process of the present invention, by controlling the pressure and temperature in the phase separator in a constant manner that the water content in the exhaust gas discharged from the water removal process is kept constant (性) has the effect. That is, since the moisture content of the exhaust gas discharged from the phase separator is influenced only by the pressure and temperature of the phase separator, the discharged water is discharged from the primary water removal process by controlling the temperature at a constant controlled condition. The water content in the gas can be kept stable and constant.

이러한 1차 수분 제거 공정에서의 상분리기 내부 압력 및 온도 제어에 따른 수분 제거 효율 향상은 뒤따르는 2차 수분 제거 공정에서의 충진흡착식 건조기의 운용 시간을 증가시킬 수 있다는 효과가 있으며, 상분리 단계에서의 압력과 온도 제어에 따른 배출 가스 중 수분 함량의 항상성 유지는 충진흡착식 건조기의 운전 교체 주기를 일정하게 관리할 수 있다는 효과가 있다. The improvement of water removal efficiency according to the pressure and temperature control of the phase separator in the first water removal process can increase the operating time of the charging and adsorption dryer in the subsequent water removal process. Maintaining the homeostasis of the moisture content in the exhaust gas under pressure and temperature control has the effect of maintaining the operation replacement cycle of the filling adsorption dryer constantly.

본 발명은 상기 1차 수분 제거 공정에서의 잔류수분을 제거하기 위한 충진흡착식 건조기를 이용한 2차 수분 제거 공정을 구성함으로써 달성된다. The present invention is achieved by configuring a secondary moisture removal process using a packed adsorption dryer for removing residual moisture in the primary moisture removal process.

본 발명의 충진흡착식 건조기는 이산화탄소 공급 가스의 흐름 방향이 충진흡착식 건조기의 하단으로부터 주입되어 충진흡착식 건조기의 상단으로 배출되는, 상방향의 흐름을 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, 통상의 충진탑을 이용한 산업용 가스의 처리 공정에서는 가스의 흐름 방향이 충진탑의 상단에서 주입되어 하단으로 배출되는 하방향의 흐름 방향을 갖는데 반하여, 본 발명은 비중이 공기보다 큰 이산화탄소의 흐름 방향이 상방향을 가짐에 따라 충진 흡착제와의 접촉 시간이 증가하여 수분 제거의 효율이 증진되며, 충진흡착식 건조기 내부 흡착제에 흡착된 잔류 수분이 응축되더라도 상방향의 흡착제 성능에는 영항을 미치지 않기 때문에 충진흡착식 건조기의 운영 시간을 최대화 할 수 있다는 효과가 있다. Filling adsorption dryer of the present invention is characterized in that the flow direction of the carbon dioxide feed gas is injected from the lower end of the charge adsorption dryer to discharge to the top of the charge adsorption dryer, characterized in that it has an upward flow. That is, in a conventional industrial gas treatment process using a packed tower, the flow direction of the gas is injected from the top of the packed tower and has a downward flow direction discharged to the bottom, whereas the present invention has a specific gravity greater than that of air. As the direction is upward, the contact time with the filling adsorbent increases, so that the efficiency of water removal is increased, and even though the residual moisture adsorbed on the adsorbent inside the filling adsorption dryer does not affect the adsorbent performance in the upward direction, There is an effect that can maximize the operating time of the adsorption dryer.

또한, 본 발명은 충진흡착식 건조기를 설치함에 있어, 2기 이상의 충진흡착식 건조기가 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 사용 중인 충진흡착식 건조기에서 수분이 흡착, 제거되어 배출되는 이산화탄소 처리 가스 내 수분 함량이 한계 허용 농도를 초과하게 되면 병렬로 연결된 다른 충진흡착식 건조기 방향으로 이산화탄소 공급 가스의 흐름 방향을 교체하여 수분 제거 공정이 수행되며, 그동안 수분으로 포화된 기존 충진흡착식 건조기를 재생함으로써, 운전의 중단이 없는 연속적인 운전이 가능하다는 효과가 있다. In addition, in the present invention, in installing the filling adsorption dryer, two or more charging adsorption dryers may be connected in parallel. That is, if the moisture content in the carbon dioxide treatment gas discharged by the adsorption and removal of the moisture from the packed adsorption dryer in use exceeds the allowable concentration, the flow direction of the carbon dioxide supply gas is removed by changing the flow direction of the carbon dioxide supply gas to the other adsorption dryers connected in parallel. The process is carried out, and by regenerating the existing charging and adsorption dryer saturated with water in the meantime, there is an effect that the continuous operation without interruption of operation is possible.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a water content control apparatus in a carbon dioxide purification process according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 압력 및 온도 제어 기능을 갖는 압축/냉각/상분리기를 이용한 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 1차 수분 제거 공정에서 원료 가스의 압축 및 냉각 이후 상분리기로 플래시 팽창되어 응축된 수분과 응축된 수분이 제거된 이산화탄소로 분리되는 상분리기의 압력 및 온도를 제어함을 특징으로 한다. The present invention relates to a method and apparatus for controlling water content in a carbon dioxide purification process using a compression / cooling / phase separator having a pressure and temperature control function, and is flash-expanded to a phase separator after compression and cooling of raw material gas in a primary water removal process. The pressure and temperature of the phase separator separating the condensed water and the condensed water is removed, characterized in that it controls.

본 발명의 압력 제어는 상분리기의 가스 배출부에 후방압력 조절밸브를 설치하여, 운전 압력을 통상의 운전 압력보다 높은 압력으로 제어함에 따라 노점 상승의 효과를 최대화하여 수분 제거 효율을 향상시키는 것이다. In the pressure control of the present invention, a rear pressure control valve is installed at the gas outlet of the phase separator, and the operating pressure is controlled to be higher than the normal operating pressure, thereby maximizing the effect of the dew point and improving the water removal efficiency.

또한, 온도 제어는 후방압력 조절밸브를 이용하여 통상의 운전압력보다 높게 유지된 상태에서 상분리기 온도를 선정된 압력에서의 이산화탄소 액화 온도보다 높은 범위 내에서 최대한 낮게 제어함에 따라 수분 제거 효율을 향상시킴을 특징으로 한다. 이 때, 냉각 단계 및 상분리 단계에서의 온도 제어는 냉매의 온도 제어 또는 냉매의 유량을 제어하는 방법으로 수행될 수 있으며, 두 가지 방법을 혼용하는 방법으로 수행될 수도 있다. 냉매는 냉각수를 사용할 수 있으며, 정제된 이산화탄소의 액화 공정에서 사용된 냉매를 활용할 수도 있으며, 이산화탄소 액화 공정에서의 저분자량 성분 분리 공정 등과 같은 각종 공정에서 발생하는 냉열을 이용할 수도 있다. In addition, temperature control improves the water removal efficiency by controlling the phase separator temperature as low as possible within the range higher than the carbon dioxide liquefaction temperature at the selected pressure while maintaining the pressure higher than the normal operating pressure using the rear pressure regulating valve. It is characterized by. At this time, the temperature control in the cooling step and the phase separation step may be performed by the method of controlling the temperature of the refrigerant or the flow rate of the refrigerant, or may be performed by a combination of the two methods. The coolant may use a cooling water, may utilize a coolant used in the liquefaction process of purified carbon dioxide, and may use cold heat generated in various processes such as a low molecular weight component separation process in the carbon dioxide liquefaction process.

또한, 상분리기 압력과 온도를 일정하게 제어함에 따라, 상분리기로부터 배출되는, 즉 1차 수분 제거 공정을 거친 이산화탄소 내의 수분 함량을 일정하게 유지시킴을 특징으로 한다. 상분리기로부터 배출되는 가스에 함유된 수분의 함량은 상분리기의 압력 및 온도에 의존함에 따라, 압력 및 온도를 일정하게 제어함으로써 1차 수분 제거 공정에서 배출되는 이산화탄소 내의 수분 함량은 안정적으로 일정하게 제어될 수 있다. In addition, by controlling the pressure and temperature of the phase separator in a constant manner, it is characterized by maintaining a constant water content in the carbon dioxide discharged from the phase separator, that is, subjected to the first moisture removal process. As the content of water contained in the gas discharged from the phase separator depends on the pressure and temperature of the phase separator, by controlling the pressure and temperature constantly, the moisture content in the carbon dioxide discharged from the primary water removal process is stably controlled. Can be.

본 발명이 이루고자 하는 다른 하나의 목적은, 충진흡착식 건조 방법을 통하여 1차 수분 제거 공정에서의 잔류 수분을 제거함으로써 달성된다. 잔류 수분이 제거되는 2차 수분 제거 공정은 충진흡착식 건조기를 통과하는 이산화탄소 공급 가스의 흐름 방향이 충진흡착식 건조기의 하단으로부터 주입되어 충진흡착식 건조기의 상단으로 배출되는, 상방향의 흐름을 가짐으로써 달성될 수 있다. Another object of the present invention is achieved by removing residual moisture in the primary water removal process through a packed adsorption drying method. The secondary water removal process in which residual moisture is removed is achieved by having a upward flow in which the flow direction of the carbon dioxide feed gas passing through the chuck dryer is injected from the bottom of the chuck dryer and discharged to the top of the chuck dryer. Can be.

또한, 2차 수분 제거 공정 및 장치는 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조기를 2개 이상을 연결하는 것을 특징으로 한다. In addition, the secondary water removal process and apparatus is characterized in that connecting two or more of the filling adsorption-type dryer is filled with a moisture adsorbent.

본 발명의 2차 수분 제거 공정은Secondary water removal process of the present invention

a) 정제된 이산화탄소 정제 가스 내 수분 함량의 허용 가능한 한계(한계 허용 농도)를 설정하는 단계;a) setting an acceptable limit (limit acceptable concentration) of the water content in the purified carbon dioxide purification gas;

b) 수분 흡착제가 충진되어 있는 1차 충진흡착식 건조기를 이용하여, 1차 수분 제거 공정에서 제거되지 못한 잔류 수분을 제거하는 충진흡착식 건조 단계; b) a filling adsorption drying step of removing residual moisture which was not removed in the first water removal process by using a primary filling adsorption dryer filled with a moisture adsorbent;

c) 상기 충진흡착식 건조 단계를 통과하여 잔류 수분이 제거된 이산화탄소 처리 가스에 함유된 수분 함량을 분석하는 단계; c) analyzing the moisture content contained in the carbon dioxide treatment gas from which residual moisture is removed by passing through the packed adsorption drying step;

d) 1기 이상의 충진흡착식 건조기를 추가로 병렬로 연결함으로써, 상기 분석한 이산화탄소 처리 가스에 함유된 수분 함량이 한계 허용 농도를 초과하는 경우, 이산화탄소 공급 가스의 흐름 방향을 병렬로 연결된 2차 충진흡착식 건조기 방향으로 교체하는 단계; d) by connecting two or more packed adsorption dryers in parallel further, if the moisture content contained in the analyzed carbon dioxide treatment gas exceeds the limit allowable concentration, the secondary charge adsorption type connected in parallel with the flow direction of the carbon dioxide supply gas. Changing to a dryer direction;

를 포함할 수 있다.It may include.

본 발명의 상기 2차 수분 제거 공정은 수분의 한계 허용 농도가 바람직하게는 20ppmV 이하이고, 이 경우 수분이 제거된 이산화탄소가 식음료 제조 공정, 초임계 추출 공정, 의료용 탄산 제조 공정, 의약품원료 제조 공정, 의약품 제조 공정, 건강기능식품원료 제조 공정, 건강기능식품 제조 공정, 반도체 공정, 전자부품 제조 공정 및 초소형 전자기계시스템 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 공정에 적용될 수 있다.In the secondary water removal process of the present invention, the limit allowable concentration of water is preferably 20 ppm or less, and in this case, the carbon dioxide from which water is removed is a food and beverage manufacturing process, a supercritical extraction process, a medical carbonic acid manufacturing process, a pharmaceutical raw material manufacturing process, It can be applied to one or more processes selected from the group consisting of pharmaceutical manufacturing process, nutraceutical raw material manufacturing process, nutraceutical manufacturing process, semiconductor process, electronic component manufacturing process and micro-electromechanical system process.

이하 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[도 1]은 본 발명의 실시 예에 따른 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치의 개략도이다. [도 1]에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 의한 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치는 수분을 함유한 원료가스(11)를 처리하기 위한 장치로 1차 수분 제거 장치(100)와 2차 수분 제거 장치(200)를 포함하고1 is a schematic diagram of a water content control apparatus in a carbon dioxide purification process according to an embodiment of the present invention. As can be seen in Figure 1, the water content control device in the carbon dioxide purification process according to the present invention is a device for treating the raw material gas 11 containing water as the primary moisture removal device 100 and secondary moisture Includes a removal device 200

상기 1차 수분 제거 장치(100)는The primary moisture removing device 100

a) 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 압축하여 노점을 상승시키는 압축기(10);a) a compressor (10) for compressing moisture-containing carbon dioxide source gas to raise the dew point;

b) 압축기에서 압축된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 냉각하여 수분을 응축시키는 냉각기(20);b) a cooler 20 for cooling the carbon dioxide source gas containing the water compressed by the compressor to condense the water;

c) 압축 및 냉각된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 플래시 팽창하여 응축된 수분과 응축된 수분이 제거된 이산화탄소 공급 가스로 분리하는 상분리기(30); c) a phase separator 30 for flash-expanding the carbon dioxide source gas containing the compressed and cooled water to separate the condensed water and the carbon dioxide feed gas from which the condensed water is removed;

d) 상기 상분리기의 가스 배출부에 설치되어 상분리기 내부 압력을 일정하게 유지시키면서 초과 압력분의 가스를 후방으로 배출하는 후방압력 조절 밸브(40); 및d) a rear pressure control valve (40) installed in the gas outlet of the phase separator to discharge the excess pressure gas backward while maintaining a constant pressure inside the phase separator; And

e) 상기 상분리기 내부 온도를 제어하기 위한 온도 제어 장치를 포함하고,e) a temperature control device for controlling the temperature inside said phase separator,

상기 2차 수분 제거 장치(200)는 상기 1차 수분 제거 장치의 후방에 설치되고, 2기 이상이 병렬로 연결되고, 내부의 가스 흐름이 하단으로부터 상단으로의 상방향 흐름을 갖는 충진흡착식 건조기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치를 제공한다.The secondary water removal device 200 is installed at the rear of the primary water removal device, two or more units are connected in parallel, the inside of the gas adsorption adsorption dryer having a flow upward from the bottom to the top ( It provides a water content control device in the carbon dioxide purification process, characterized in that it comprises a 50).

이하 상기 장치를 이용한 이산화탄소 정제공정에서의 수분 함량 제어 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of controlling water content in a carbon dioxide purification process using the apparatus will be described.

원료가스(11)Raw Material Gas (11)

본 발명에 있어 “원료 가스(11)”라 함은 이산화탄소 정제 시스템으로 유입되는, 수분을 함유하고 있는 이산화탄소를 말한다. In the present invention, the "raw gas 11" refers to carbon dioxide containing water, which flows into the carbon dioxide purification system.

이산화탄소의 회수 및 정제에 사용하기 위한 원료 가스(11)는 이산화탄소를 주요 성분으로 함유하는 임의의 가스를 포함할 수 있으며, 화력발전, 소각로 등의 연소 공정에서 배출되는 배기가스; 시멘트, 제철소 등에서 배출되는 부생가스; 발효 공정에서의 부생가스; 그 외에 비료 공정, 화학 및 석유화학 산업 등에서 필요한 원료의 합성/정제 반응 후에 생성되는 부생가스 등 일 수 있으며, 이들 배기가스 및 부생가스로부터 미립자 물질, 황화합물 및 유기화합물 등의 제거를 포함하는 전처리 공정을 거친 것일 수도 있다. 다만, 본 발명의 목적이 수분 제거 방법에 한정되어 있음에 따라, 수분 이외의 다른 불순물 함량이 상대적으로 낮은, 통상의 식음료용 이산화탄소 정제 공정에서 원료로 사용하는 가스화 반응 생성물인 합성가스로부터 수소를 생산하는 수소 생산 공정 부산물을 사용하는 것이 바람직하다. The source gas 11 for use in the recovery and purification of carbon dioxide may include any gas containing carbon dioxide as a main component, and exhaust gas discharged from a combustion process such as a thermal power plant or an incinerator; By-product gas discharged from cement, steel mill, etc .; By-product gas in the fermentation process; In addition, it may be a by-product gas generated after synthesis / purification reaction of raw materials required in the fertilizer process, chemical and petrochemical industries, etc., and a pretreatment process including removing particulate matter, sulfur compounds, organic compounds, etc. from these exhaust gases and by-product gases. It may be rough. However, as the object of the present invention is limited to the method for removing water, hydrogen is produced from syngas, which is a gasification reaction product used as a raw material in a conventional carbon dioxide purification process for food and beverages having a relatively low content of impurities other than water. It is preferred to use byproducts of the hydrogen production process.

압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 장치(100)Primary moisture removal device using compression / cooling / phase separator (100)

본 발명의 첫 번째 측면에서, 압력 및 온도 제어가 가능한 압축기(10), 냉각기(20) 및 상분리기(30)를 이용한 1차 수분 제거 장치(100)는 상분리기(30) 후방에 후방압력 조절 밸브(40)를 장착하여 상분리기(30) 내부 압력을 일정하게 제어하는 것과 온도 제어 장치를 이용하여 상분리기(30) 내부 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다. In the first aspect of the present invention, the primary water removal device 100 using the compressor 10, the cooler 20 and the phase separator 30 capable of pressure and temperature control is the rear pressure control behind the phase separator 30. The valve 40 is mounted to constantly control the pressure inside the phase separator 30, and the temperature inside the phase separator 30 is controlled using a temperature control device.

압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 직렬로 배열된 압축기(10), 냉각기(20) 및 상분리기(30)로 구성된다. 또한, 도 1에 있어서는 단순화를 위하여 원료 가스의 유입을 위한 브로어(1), 냉각기(20), 상분리기(30) 및 압축기(10), 냉각기(20), 상분리기(30)만을 도시하였으나, 실제 사용되는 단위 공정의 수는 유입되는 원료 가스의 압력에 따라 브로어(1)가 생략될 수 있으며, 압축기(10) 및 냉각기(20)의 능력에 따라, 각각 하나 이상의 압축기(10)들, 냉각기(20)들 및 상분리기(30)들로 구성될 수 있다. The primary water removal apparatus 100 using the compression / cooling / phase separator is composed of a compressor 10, a cooler 20, and a phase separator 30 arranged in series as shown in FIG. 1. In addition, in FIG. 1, only the brower 1, the cooler 20, the phase separator 30 and the compressor 10, the cooler 20, and the phase separator 30 for inflow of source gas are illustrated for simplicity. The number of unit processes actually used may be omitted in the brower 1 in accordance with the pressure of the incoming raw gas, one or more compressors 10, respectively, depending on the capacity of the compressor 10 and the cooler 20 , Coolers 20 and phase separators 30.

도 1에 따르면, 원료가스(11)를 압축기(10)로 압축함에 따라 원료가스(11)에 함유된 수분의 이슬점 온도가 상승되며, 냉각기(20)에서 압축된 원료가스의 온도를 강하시킴에 따라 원료가스에 함유되어 있는 수분의 일부가 응축된다. 수분의 일부가 응축된 압축 및 냉각된 원료가스를 상분리기(30)로 플래시 팽창하면 응축된 수분은 상분리기 하단에 포집되어 응축된 수분이 제거된 공급가스(22)와 분리된다. 응축된 수분은 상분리기 하단에 포집되어 수분 배출 밸브(미도시)를 통하여 배출되고, 공급가스(22)는 상분리기(30) 상단을 통하여 배출된다. According to FIG. 1, as the source gas 11 is compressed by the compressor 10, the dew point temperature of moisture contained in the source gas 11 is increased, and the temperature of the source gas compressed in the cooler 20 is decreased. As a result, some of the moisture contained in the source gas is condensed. When the compressed and cooled source gas condensed with a portion of the water is flash-expanded to the phase separator 30, the condensed water is collected at the bottom of the phase separator and separated from the supply gas 22 from which the condensed water is removed. The condensed water is collected at the bottom of the phase separator and discharged through a water discharge valve (not shown), and the supply gas 22 is discharged through the top of the phase separator 30.

상분리기(30) 상단의 공급가스(22) 배출구에는 후방압력조절밸브(40)가 장착되어 상분리기(30) 압력을 제어한다.A rear pressure control valve 40 is mounted at the outlet of the supply gas 22 at the top of the phase separator 30 to control the pressure of the phase separator 30.

한편, 상분리기(30) 내부 온도는 온도 제어 장치를 이용하여 제어된다. 온도 제어 장치는 냉각수, 암모니아 등의 냉매를 이용하는 범용 냉각 장치를 이용할 수 있으며, 이산화탄소의 정제 공정 및 액화 공정에서 발생되는 냉열 등을 이용할 수도 있다. On the other hand, the temperature inside the phase separator 30 is controlled using a temperature control device. As the temperature control device, a general-purpose cooling device using a coolant such as cooling water or ammonia may be used, and cooling heat generated in a carbon dioxide purification step and a liquefaction step may be used.

압축기(10)Compressor (10)

압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 장치(100)에 있어서 원료가스의 압축은 원료가스의 유입 압력 및 압축 용도에 따라 임의의 적합한 압축기(10)가 사용될 수 있으며, 일반적으로는 유입되는 원료가스의 원활한 유입 및 압축을 위한 저압용 압축기와 압축 공정에서 요구되는 압력으로 압축하기 위한 고압용 압축기가 사용된다. In the primary water removal apparatus 100 using a compression / cooling / phase separator, any suitable compressor 10 may be used according to the inlet pressure and the compression purpose of the source gas. Low pressure compressors for smooth inlet and compression of gases and high pressure compressors for compression to the pressures required in the compression process are used.

예를들어, 원료 가스가 비교적 저압으로 유입되는 경우, 브로어 등을 이용하여 1.2기압 내지 2.0기압으로 압축될 수 있으며, 이후 컴프레서, 다단 컴프레서, 왕복동형 컴프레서, 가스 부스터 등의 압축기를 이용하여 고압으로 압축할 수 있다. For example, when the raw material gas is introduced at a relatively low pressure, it may be compressed to 1.2 atm to 2.0 atm using a broor or the like, and then pressurized using a compressor such as a compressor, a multistage compressor, a reciprocating compressor, and a gas booster. Can be compressed.

압축기를 이용한 최종 단계에서의 상분리기(30) 압력은 배출 가스 중의 수분 함량, 이산화탄소의 액화 조건 등을 고려하여 통상의 이산화탄소 정제 공정의 운전 압력인 20기압 이상에서부터 이산화탄소의 임계 압력인 73기압 이하의 압력 범위에서 선정되며, 중간 단계에서의 상분리기(30) 압력은 원료가스의 유입 압력과, 통상의 다단 압축 공정에서의 최적 압축단 설계 방법 등을 고려하여, 압축단의 개수와 압축 압력을 선정한다. 즉, 본 발명은 압축/냉각/상분리기를 한세트로 하는 수분 제거 공정이 다수의 단으로 진행될 수 있고 그 경우 전단의 압축기의 압력 대비 후단의 압축기의 압력은 증가하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 1차 수분 제거 공정은, 압축 단계, 냉각 단계 및 상분리 단계가 1회 이상 반복되고 이때 후단 압축 단계의 압력은 전단 압축 단계의 압력 이상의 압력인 것을 특징으로 한다.The pressure of the phase separator 30 in the final stage using the compressor is not less than 20 atm, which is the operating pressure of a conventional carbon dioxide refining process, and not more than 73 atm, which is the critical pressure of carbon dioxide, in consideration of the moisture content in the exhaust gas, the liquefaction conditions of the carbon dioxide, and the like. The pressure of the phase separator 30 in the intermediate stage is selected in the pressure range, and the number of compression stages and the compression pressures are selected in consideration of the inlet pressure of the raw material gas and an optimal compression stage design method in a conventional multistage compression process. do. That is, the present invention is characterized in that the water removal process using the compression / cooling / phase separator as a set can be performed in a plurality of stages, in which case the pressure of the compressor of the rear stage is increased compared to the pressure of the compressor of the front stage. That is, the primary water removal process of the present invention is characterized in that the compression step, the cooling step and the phase separation step are repeated one or more times, wherein the pressure in the post compression step is equal to or greater than the pressure in the shear compression step.

즉, 유체를 동일한 압력범위만큼 가압할 때, 다단 압축공정이 1단 압축공정보다 작은 소요 동력이 요구됨에 따라 운전 비용을 감소시킬 수 있으나, 여러단의 압축기를 사용하면, 장치비가 늘어나기 때문에 장치비와 운전비용이 최소가 되는, 최적의 압축단 수와 운전 조건을 결정하게 된다. 일례로, 하나의 단에서 압축비를 2~3의 범위로 정하여 압축단의 수를 결정하는 경험적 설계 방법이 적용될 수 있으며, 압축단의 수를 결정한 후 각 단에서의 압축비를 동일하게 적용하는 방법이 적용될 수도 있다. That is, when the fluid is pressurized by the same pressure range, the operating cost can be reduced as the multi-stage compression process requires less power than the single-stage compression process. The optimum number of compression stages and the operating conditions are determined to minimize the cost of operation. For example, an empirical design method of determining the number of compression stages by applying a compression ratio in a range of 2 to 3 in one stage may be applied.A method of applying the same compression ratio in each stage after determining the number of compression stages may be applied. May apply.

냉각기(20)Chiller (20)

원료가스(11)의 유입 및 다단 압축 과정에 있어서, 각각의 압축 단계에서는 압축열의 제거와 상분리기(30)에서의 수분의 응축을 위한 압축가스의 냉각 과정이 수행되며, 압축가스 냉각 단계에서는 통상의 냉각 장치를 이용할 수 있다. 일례로, 냉각수 유량을 제어하는 방법과 냉동 유닛을 이용한 냉각수의 온도 제어 방법, 그리고 냉각수 온도와 유량을 동시에 제어하는 방법을 사용할 수 있으며, 정제된 이산화탄소의 액화 공정에서 사용되는 암모니아 등의 냉매를 사용할 수도 있으며, 액화 이산화탄소로부터 제거된 저분자량 냉열 가스를 활용할 수도 있으며, 각종 공정에서 발생하는 냉열을 이용할 수도 있다. In the inlet and multi-stage compression process of the source gas 11, in each compression step, a process of cooling the compressed gas for removing the heat of compression and condensation of moisture in the phase separator 30 is performed. The cooling apparatus of can be used. For example, a method of controlling the coolant flow rate, a method of controlling the temperature of the coolant using the refrigerating unit, and a method of simultaneously controlling the coolant temperature and the flow rate may be used, and a refrigerant such as ammonia used in the liquefaction process of purified carbon dioxide may be used. In addition, a low molecular weight cold heat gas removed from the liquefied carbon dioxide may be used, or cold heat generated in various processes may be used.

원료가스(11)에 함유되어 있는 수분을 최대한 응축시키기 위해서는 압축된 가스의 냉각 온도를 가능한 낮은 온도로 선정하는 것이 바람직하나, 상분리기(30)에서 이산화탄소가 액화되어 응축된 수분과 함께 배출되는 것을 방지하기 위하여 상기 압축기(10)에서 선정된 압력 조건에서 이산화탄소의 액화 온도보다는 높은 온도를 유지하도록 제어한다.In order to condense the water contained in the source gas 11 to the maximum, it is preferable to select the cooling temperature of the compressed gas as low as possible, but the carbon dioxide is liquefied in the phase separator 30 and discharged together with the condensed water. In order to prevent the control unit 10 to maintain a temperature higher than the liquefaction temperature of carbon dioxide at the pressure condition selected by the compressor 10.

상분리기(30)Phase Separator (30)

상분리기(30)에서는 압축 및 냉각된 원료가스(11)가 플래시 팽창되어 응축된 수분과 응축된 수분이 제거된 공급가스(22)로 분리되며, 압축/냉각 공정의 구성에 따라 각각의 압축/냉각 단계의 후방에 설치되어야 한다. 상분리기(30)에서 응축되어 분리된 수분은 상분리기(30) 하단에 포집되어 배출 밸브을 통하여 배출되며 응축된 수분이 분리된 공급가스(22)는 상분리기 상단으로 배출된다. In the phase separator 30, the compressed and cooled raw material gas 11 is flash-expanded to be separated into condensed water and the supply gas 22 from which the condensed water is removed, and each compression / cooling process is performed according to the configuration of the compression / cooling process. It should be installed behind the cooling stage. Water condensed and separated from the phase separator 30 is collected at the bottom of the phase separator 30 and discharged through a discharge valve, and the supply gas 22 from which the condensed water is separated is discharged to the top of the phase separator.

본 발명에서 상기 후방압력 조절밸브에 의해 제어되는 최종단 상분리기(30) 내부 압력은 20기압 이상에서 이산화탄소의 임계 압력인 73기압 이하의 범위에서 선정되는 것이 바람직하며, 상분리기(30) 내부 온도는 -19℃이상에서 이산화탄소의 임계 온도인 37℃이하의 범위로, 선정된 압력 조건에서의 이산화탄소 액화 온도 이상의 온도를 선정함으로써, 이산화탄소가 가스상을 유지하여, 응축된 수분과 분리되어야 한다. In the present invention, the internal pressure of the final stage phase separator 30 controlled by the rear pressure regulating valve is preferably selected within a range of 73 atmospheres or less, which is a critical pressure of carbon dioxide at 20 atmospheres or more, and the temperature inside the phase separator 30. The carbon dioxide must be separated from the condensed water by maintaining the gas phase by selecting a temperature above the carbon dioxide liquefaction temperature at the selected pressure condition in the range of -19 ° C or above and the critical temperature of carbon dioxide below 37 ° C.

본 발명의 상분리기는 내부 온도를 제어하기 위한 온도 제어 장치를 가짐으로 온도제어가 가능하다.The phase separator of the present invention is capable of temperature control by having a temperature control device for controlling the internal temperature.

후방압력조절밸브(40)Rear pressure regulating valve (40)

본 발명은 상분리기(30)의 압력을 제어하기 위해서 상분리기(30) 상부의 공급가스(22) 배출부에 후방압력조절밸브(40)의 압력 제어 장치를 사용한다. 상기 압력 제어는 상분리 단계의 상분리기로부터 배출되는 가스 배출부에 후방압력 조절 밸브(40)를 장착하여 상분리기(30) 내부 압력을 일정하게 유지시키면서 초과 압력분의 가스를 후방으로 배출하는 것을 통하여 이루어진다. The present invention uses a pressure control device of the rear pressure control valve 40 in the discharge portion of the supply gas 22 above the phase separator 30 to control the pressure of the phase separator 30. The pressure control is equipped with a rear pressure control valve 40 in the gas discharge portion discharged from the phase separator of the phase separation step to discharge the gas of excess pressure to the rear while maintaining a constant internal pressure of the phase separator 30. Is done.

본 발명은 압축/냉각/상분리기를 한세트로 하는 수분 제거 공정이 다수의 단으로 진행될 경우 전단 후방압력제어 밸브(40)와 후방 압축기(10) 사이에는 후방 압축기(10)의 원활한 가스 흡입을 위한 가스 저장조(미도시)를 설치할 수 있다. The present invention provides a gas for smooth gas intake of the rear compressor (10) between the front rear pressure control valve (40) and the rear compressor (10) when the water removal process using the compression / cooling / phase separator is performed in a plurality of stages. A reservoir (not shown) can be installed.

공급가스(22)의 수분 함량 제어를 위한 상분리기(30)의 온도 및 압력 제어 장치는 충진흡착식 건조 공정을 포함하는 2차 수분 제거 장치(200)로 유입되기 전 최종 상분리 단계에만 적용하여도 무방하나, 적어도 한번 이상의 상분리 단계에 적용하는 것이 바람직하며, 잔류 수분의 안정적이고 효율적인 제어를 위해서는 모든 상분리기 단계에 적용하는 것이 더욱 바람직하다. The temperature and pressure control device of the phase separator 30 for controlling the water content of the feed gas 22 may be applied only to the final phase separation step before being introduced into the secondary water removing device 200 including a packed adsorption drying process. However, it is preferable to apply to at least one phase separation step, and more preferably to all phase separator steps for stable and efficient control of residual moisture.

공급가스(22)Supply gas (22)

본 발명에 있어 “공급 가스”(22)라 함은 적어도 한번 이상의 압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 장치(100)를 거침에 따라 원료 가스(11)에 함유된 수분의 일부가 제거되고, 흡착식 건조 공정을 포함하는 2차 수분 제거 장치(200)로 유입되는 이산화탄소를 말한다. In the present invention, the "supply gas" 22 means that a part of the water contained in the source gas 11 is removed by passing through the primary water removing apparatus 100 using at least one compression / cooling / phase separator. , Carbon dioxide introduced into the secondary water removal apparatus 200 including an adsorption-type drying process.

공급 가스(22)의 수분 함량은 1차 수분 제거 장치(100) 중 최종 단계에서의 상분리기(30) 온도와 압력에만 의존하며, 최종 단계에서의 상분리기(30) 온도 및 압력을 결정함에 따라 공급가스 내의 수분 함량이 결정된다.The moisture content of the feed gas 22 depends only on the temperature and pressure of the phase separator 30 in the final stage of the primary water removal apparatus 100, and as the temperature and pressure of the phase separator 30 in the final stage is determined. The moisture content in the feed gas is determined.

충진흡착식 건조 공정을 포함하는 2차 수분 제거 장치(200)Secondary moisture removal device 200 including a packed adsorption drying process

본 발명의 또 다른 측면에서, 압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 장치(100)에서 제거되지 않은 잔류 수분을 제거하기 위하여 충진흡착식 건조 공정을 포함하는 2차 수분 제거 장치(200)가 포함되며, 충진흡착식 건조 공정은 [도 1]에 도시된 바와 같이 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조기(50)를 통과하는 공급 가스(22)의 흐름을 통하여 이루어진다.In another aspect of the present invention, a secondary moisture removal device 200 including a packed adsorption-drying process to remove residual moisture not removed in the primary moisture removal device 100 using a compression / cooling / phase separator is included. The filling adsorption drying process is performed through the flow of the supply gas 22 passing through the charging adsorption dryer 50 filled with the moisture adsorbent as shown in FIG. 1.

본 발명의 2차 수분 제거 장치(200)는 2개 이상의 충진흡착식 건조기(50)를 포함하고Secondary water removal device 200 of the present invention comprises two or more of the adsorption-type dryer 50

a) 정제된 이산화탄소 처리 가스 내 수분 함량의 허용 가능한 한계(한계 허용 농도)를 설정하는 단계;a) setting an acceptable limit (limit acceptable concentration) of the water content in the purified carbon dioxide treating gas;

b) 수분 흡착제가 충진되어 있는 1차 충진흡착식 건조기(50A)를 이용하여, 1차 수분 제거 공정에서 제거되지 못한 잔류 수분을 제거하는 충진흡착식 건조 단계; b) a filling adsorption drying step of removing residual moisture which was not removed in the primary water removal process by using a primary filling adsorption dryer (50A) filled with a moisture adsorbent;

c) 상기 충진흡착식 건조 단계를 통과하여 잔류 수분이 제거된 이산화탄소 처리 가스에 함유된 수분 함량을 분석하는 단계; c) analyzing the moisture content contained in the carbon dioxide treatment gas from which residual moisture is removed by passing through the packed adsorption drying step;

d) 1기 이상의 충진흡착식 건조기를 추가로 병렬로 연결함으로써, 상기 분석한 이산화탄소 처리 가스에 함유된 수분 함량이 한계 허용 농도를 초과하는 경우, 이산화탄소 공급 가스의 흐름 방향을 병렬로 연결된 2차 충진흡착식 건조기(50B) 방향으로 교체하는 단계; d) by connecting two or more packed adsorption dryers in parallel, if the moisture content contained in the analyzed carbon dioxide treatment gas exceeds the limit allowable concentration, the secondary charge adsorption type connected in parallel with the flow direction of the carbon dioxide supply gas. Replacing in the direction of the dryer 50B;

e) 2차 충진흡착식 건조기(50B)를 이용하여 잔류 수분을 제거하는 동안 수분으로 포화된 1차 충진흡착식 건조기(50A)를 재생하는 단계;e) regenerating the primary packed adsorption dryer (50A) saturated with water while removing residual moisture using the secondary packed adsorption dryer (50B);

를 수행할 수 있다.Can be performed.

이때 본 발명은 공급가스(22)가 충진흡착식 건조기(50)의 하단으로부터 유입되어 충진흡착식 건조기(50)의 상단으로 배출되는 상방향의 흐름을 가짐을 특징으로 한다. 통상의 충진탑을 이용한 산업용 가스의 처리 공정에서는 가스의 흐름 방향이 충진탑의 상단에서 주입되어 하단으로 배출되는 하방향의 흐름 방향을 갖는데 반하여, 본 발명에서의 상방향의 가스 흐름은 비중이 공기보다 큰 이산화탄소에 적용하는 경우, 충진 흡착제와의 접촉 시간이 증가하여 수분 제거의 효율이 증진되며, 충진흡착식 건조기(50) 내부 흡착제에 흡착된 잔류 수분이 응축되더라도 상방향의 흡착제 성능에는 영항을 미치지 않기 때문에 충진흡착식 건조기(50)의 운영 시간을 최대화 할 수 있다는 장점이 있다.At this time, the present invention is characterized in that the feed gas 22 is introduced from the lower end of the filling adsorption type dryer 50 has an upward flow discharged to the upper end of the filling adsorption type dryer (50). In the industrial gas treatment process using a conventional packing tower, the flow direction of the gas is injected from the top of the filling tower and has a downward flow direction discharged to the bottom, whereas the upward gas flow in the present invention has a specific gravity of air. When applied to larger carbon dioxide, the contact time with the packed adsorbent is increased to improve the efficiency of water removal, and even if the residual moisture adsorbed on the adsorbent inside the adsorption dryer 50 is condensed, the adsorbent performance in the upward direction is not affected. Since there is an advantage that can maximize the operating time of the charging and adsorption dryer (50).

[도 1]에 나타낸 바와 같이 2차 수분 제거 장치(200)는, 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조기(50) 2개 이상이 병렬로 연결되어, 어느 하나의 충진흡착식 건조기(50A)에서 공급 가스(22) 중의 잔류 수분 흡착 공정이 이루어지면, 다른 하나의 충진흡착식 건조기(50B)에서 흡착제의 재생이 이루어지고, 충진흡착식 건조기(50B)에서 공급 가스(22) 중의 잔류 수분의 흡착 공정이 이루어지면 다른 하나의 충진흡착식 건조기(50A)에서 흡착제의 재생이 이루어지는 교대 운전 방식으로 이산화탄소 공급 가스(22) 중의 수분을 제거함에 따라, 운전의 중단이 없는 연속적인 운전을 할 수도 있다. As shown in FIG. 1, in the secondary water removing apparatus 200, two or more filling adsorption dryers 50 filled with a moisture adsorbent are connected in parallel, and supply gas from any one of the adsorption adsorption dryers 50A. When the residual moisture adsorption process in (22) is performed, the regeneration of the adsorbent is performed in the other packed adsorption dryer 50B, and the adsorption process of the residual water in the feed gas 22 is performed in the packed adsorption dryer 50B. By removing the moisture in the carbon dioxide supply gas 22 in an alternate operation method in which the regeneration of the adsorbent is performed in the other filling adsorption dryer 50A, continuous operation may be performed without interruption of operation.

[도 1]에 의하면 2기의 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조기(50)가 병렬로 연결되어 있으나, 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조기(50)는 공급가스(22)의 유량, 공급가스(22) 내부 수분 함량, 수분 흡착제의 흡착 능력 및 재생 시간, 처리가스(33) 중 수분의 한계 허용 농도 등의 조건에 따라 2기 이상이 병렬로 구성될 수도 있다. According to FIG. 1, the two adsorption-packed adsorption dryers 50 filled with moisture adsorbents are connected in parallel, but the adsorption-sorption dryers 50 filled with the water adsorbent have a flow rate of the supply gas 22, a supply gas ( 22) Two or more units may be configured in parallel depending on conditions such as internal moisture content, adsorption capacity and regeneration time of the moisture adsorbent, and limit allowable concentration of moisture in the process gas 33.

충진흡착식 건조 공정을 거친 이산화탄소 처리 가스의 수분 함량 측정을 위한 수분 분석기가 충진흡착식 건조 공정 후방에 설치되어 수분의 함량 분석이 on-line으로 실시간 수행될 수 있다.A moisture analyzer for measuring the moisture content of the carbon dioxide treatment gas that has undergone the packed adsorption drying process is installed behind the packed adsorption drying process so that the analysis of the water content can be performed in real time on-line.

정제 가스(33)Purified Gases (33)

본 발명에 있어 “정제 가스”(33)라 함은 충진흡착식 건조 공정을 포함하는 2차 수분 제거 장치(200)를 거침에 따라, 수분 함량이 미리 선정되어 있는 한계 허용 농도 이하로 낮아진 최종 생성물을 칭한다.In the present invention, the "refined gas" 33 refers to a final product having a water content lowered below a predetermined limit allowable concentration as it passes through a secondary moisture removal device 200 including a packed adsorption drying process. It is called.

본 발명의 정제 가스(33)는 식음료 제조 공정, 초임계 추출 공정, 의료용 탄산 제조 공정, 의약품원료, 의약품, 건강기능식품원료 또는 건강기능식품 제조 공정, 반도체 공정, 전자부품 제조 공정 및 초소형 전자기계시스템 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 공정에 적용되는 것일 수 있다.Purification gas 33 of the present invention is a food and beverage manufacturing process, supercritical extraction process, medical carbonic acid manufacturing process, pharmaceutical raw materials, pharmaceutical products, health functional food raw materials or health functional food manufacturing process, semiconductor process, electronic component manufacturing process and microelectronics It may be applied to one or more processes selected from the group consisting of system processes.

식음료용 국제 규격(ISBT)에서의 정제 가스의 수분 허용 농도는 20 ppmV로 규정되어 있으며, 최근 초고순도 이산화탄소가 요구되어지는 초임계 추출 공정이나 반도체 공정에서의 초임계 세정 공정, 초정밀 전자 기계 시스템(MEMs) 공정 등에서는 정제 가스의 수분 함량이 1ppmV 이하로 요구되고 있다. In the International Standard for Food and Drink (ISBT), the allowable concentration of purified gas is 20 ppmV, and the supercritical extraction process, the supercritical cleaning process in the semiconductor process, and the ultra-precision electromechanical system ( In the MEMs) process, the moisture content of the refinery gas is required to be 1 ppm or less.

본 발명의 1차 수분 제거 공정 및 2차 수분 제거 공정을 거친 정제가스(33)는 수분의 한계 허용 농도가 20ppmV 이하, 바람직하게는 수분의 한계 허용 농도가 5ppmV이하, 더욱 바람직하게는 수분의 한계 허용 농도가 1ppmV 이하인 것을 특징으로 한다.Purified gas 33 subjected to the first and second water removal process of the present invention has a limit allowable concentration of 20 ppm or less, preferably a limit allowable concentration of 5 ppm or less, and more preferably a limit of moisture. It is characterized by the allowable concentration being 1 ppm or less.

실시 예Example

이하, 본 발명에서 제공하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법 및 장치에 의한 효과를 바람직한 실시 예를 들어 상세히 설명한다. Hereinafter, the effects of the method and apparatus for controlling water content in the carbon dioxide purification process provided by the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment.

비교 예 : 통상의 이산화탄소 제조 공정에서의 압축/냉각에 의한 수분 제거 공정 Comparative Example : Water removal process by compression / cooling in a conventional carbon dioxide manufacturing process

본 발명의 첫 번째 측면인 1차 수분 제거 공정, 즉, 압력 및 온도 제어가 가능한 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정의 효과를 설명하기 위하여, 통상의 식음료용 이산화탄소 제조 공정에서의 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정을 비교 예로 선정하였다. In order to explain the effect of the first aspect of the present invention, the first water removal process, that is, the water removal process using a compression / cooling / phase separator capable of pressure and temperature control, compression / cooling in a conventional carbon dioxide manufacturing process for food and beverage The water removal process using the / phase separator was selected as a comparative example.

통상의 식음료용 이산화탄소 제조 공정에서의 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정은 본 발명에서의 압력 및 온도 제어가 가능한 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정에서 압력 및 온도 제어 기능이 제외되어 있는 공정으로, 앞으로 기술될 본 발명에서의 압력 및 온도 제어에 따른 수분 제거 효율 향상 및 함유된 수분의 안정적인 제어 효과를 설명하기 위한 기준으로 선정하였다. Water removal process using a compression / cooling / phase separator in a conventional carbon dioxide manufacturing process for food and beverage is pressure and temperature control function is excluded from the water removal process using a compression / cooling / phase separator capable of pressure and temperature control in the present invention As a process, it was selected as a standard for explaining the effect of improving the water removal efficiency and the stable control effect of the water contained in the present invention to be described in the future pressure and temperature control.

통상의 식음료용 이산화탄소 제조 공정에서 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정은 원료 가스의 인입을 위한 브로어, 냉각기, 상분리기로 이루어지는 흡입 단계;Water removal process using a compression / cooling / phase separator in the conventional carbon dioxide manufacturing process for food and beverages comprises a suction step consisting of a blower, a cooler, a phase separator for the introduction of source gas;

흡입된 원료가스의 1차 압축을 위한 컴프레서, 냉각기, 상분리기로 이루어지는 1차 압축 단계; 및A primary compression step consisting of a compressor, a cooler and a phase separator for primary compression of the sucked raw material gas; And

1차 압축된 원료가스를 통상의 운전 압력까지 압축하기 위한 컴프레서, 냉각기, 상분리기로 이루어지는 2차 압축 단계로 구성된다. It consists of a secondary compression step consisting of a compressor, a cooler, and a phase separator for compressing the primary compressed raw material gas to a normal operating pressure.

브로어를 이용한 원료 가스의 흡입 단계에서의 압력은 통상 1.2~1.5기압으로 운전되며, 1차 압축 단계에서의 압력은 5기압 내외로, 최종 단계인 2차 압축 단계에서의 압력은 생성물인 액체 이산화탄소의 저장탱크 압력보다 약간 높은 20기압 내외로 선정된다. The pressure in the suction stage of the raw material gas using the brower is usually operated at 1.2 to 1.5 atmospheres, the pressure in the primary compression stage is about 5 atm, and the pressure in the final stage secondary compression stage is the product liquid carbon dioxide. It is selected around 20 atm slightly higher than the storage tank pressure.

압축 단계 이후의 냉각 단계에서의 냉각은 통상 상온수를 냉각수로 사용하며, 상분리기는 응축된 수분의 분리를 위한 장치일 뿐, 온도 제어는 수행되지 않는다. 이러한 상온의 냉각수를 사용하는 냉각 단계에서는, 동절기와 하절기의 냉각수 온도 편차가 크다는 문제점을 가지고 있다. 즉, 상온의 냉각수는 동절기에는 10℃이하의 온도를 가질 수 있으며, 하절기에는 20℃이상이 되는 경우도 많다. 이러한 냉각수 온도 차이에 의하여 냉각 단계에서의 온도 차이가 발생하며, 냉각 단계에서의 온도 차이는 배출 가스 중의 수분 함량에 많은 영향을 미치게 된다. Cooling in the cooling step after the compression step usually uses room temperature as the cooling water, the phase separator is only a device for the separation of condensed water, temperature control is not performed. In the cooling step using the cooling water at room temperature, there is a problem that the cooling water temperature variation in winter and summer is large. That is, the cooling water at room temperature may have a temperature of 10 ° C. or less in winter, and more than 20 ° C. in summer. The temperature difference in the cooling stage occurs due to the cooling water temperature difference, and the temperature difference in the cooling stage greatly affects the moisture content in the exhaust gas.

이러한 냉각수 온도 변화에 따른 수분 함량의 변화를 실증하기 위하여 통상의 식음료용 이산화탄소 제조 공정에서의 각 단계별 운전 조건 및 상분리기에서 배출되는 배출 가스 내 수분 함량 계산을 수행하였으며, 계산 결과를 [표 1]에 나타내었다. 계산의 단순화를 위하여 원료 가스는 수분과 이산화탄소의 2성분만을 함유하는 것으로 가정하였으며, 수분의 함량은 압력하 노점의 대기압하 노점으로의 환산 및 환산된 대기압하 노점에서의 부피 분율 환산 방법을 이용하였다. In order to demonstrate the change in moisture content according to the change in the cooling water temperature, the water content in the exhaust gas discharged from the phase separator and the operating conditions of each stage in the conventional carbon dioxide manufacturing process for food and beverage was performed, and the calculation results are shown in [Table 1]. Shown in In order to simplify the calculation, it is assumed that the source gas contains only two components, moisture and carbon dioxide, and the moisture content is converted from the dew point under pressure to the dew point under atmospheric pressure and the volume fraction conversion at the converted dew point under atmospheric pressure. .

흡 입 단 계Suction Stage 1 차 압 축 단 계Primary compression step 2 차 압 축 단 계Secondary compression step 압 력
(기압)
pressure
(atmospheric pressure)
1.21.2 55 2020
온 도
(℃)
Temperature
(℃)
1010 1515 2020 1010 1515 2020 1010 1515 2020
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
10,13010,130 14,13614,136 19,49519,495 1,8051,805 2,6322,632 3,7913,791 318318 463463 666666

[표 1]에서 볼 수 있는 바와 같이, 동일한 압력 조건에서 냉각 단계에서의 온도가 증가함에 따라 배출 가스 중 수분 함량이 증가하는 것을 알 수 있으며, 냉각 단계에서의 온도가 10℃에서 20℃로 상승함에 따라 동일한 압력 조건에서의 배출가스에는 대략 2배에 가까운 수분 함량의 증가가 나타남을 알 수 있다. As can be seen in Table 1, it can be seen that the water content of the exhaust gas increases as the temperature in the cooling stage increases under the same pressure conditions, and the temperature in the cooling stage rises from 10 ° C. to 20 ° C. Therefore, it can be seen that the exhaust gas under the same pressure condition has an increase of approximately 2 times the moisture content.

이러한 배출 가스 중의 수분 함량 변화는 후방에 이어지는 충진흡착식 건조 공정에 영향을 미치게 되어, 건조기 설계시 최대 수분 ?량 조건을 기반으로 함에 따라 건조기 용량이 커지는 단점이 있으며, 설계 조건 이상으로 수분 함량이 증가되는 경우 충진흡착식 건조 공정을 거친 처리 가스 내 수분 함량이 한계 허용 농도 이하로 처리되지 못하는 경우도 발생할 수도 있고, 계절에 따른 수분 함량 변화에 따라 건조기의 교체 주기가 달라지는 등의 문제점을 가지고 있다. This change in moisture content in the exhaust gas affects the subsequent adsorption-and-dry drying process, which has a disadvantage in that the dryer capacity increases according to the maximum moisture content condition in the dryer design, and the moisture content increases beyond the design condition. If the moisture content in the treated gas through the filling adsorption drying process may not be processed below the limit allowable concentration may occur, there is a problem such that the replacement cycle of the dryer is changed according to the change in moisture content according to the season.

실시 예 1 : 상분리기 압력 및 온도 범위의 선정 Example 1 Selection of Phase Separator Pressure and Temperature Range

본 발명에서의 압력 및 온도 제어가 가능한 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정, 즉 1차 수분 제거 공정은 통상의 이산화탄소 정제 공정 중 수분 제거 공정에 비하여 높은 압력으로 압력을 제어하며, 온도를 일정하게 제어하는 특징을 갖는다. In the present invention, the water removal process using the compression / cooling / phase separator capable of controlling pressure and temperature, that is, the first water removal process, controls the pressure at a higher pressure than the water removal process of the conventional carbon dioxide purification process, and maintains a constant temperature. Control features.

압력을 통상의 운전 압력보다 높게 유지하는 경우, 수분의 이슬점 상승에 따른 응축 효과에 따라 수분 제거 효율을 향상시킬 수 있으나, 이산화탄소 역시 액화 온도가 상승함에 따라 상분리기에서 응축되어 응축, 분리된 수분과 함께 배출되어 회수율이 저하될 수 있다. 따라서, 이산화탄소와 응축, 분리된 수분과의 분리가 용이한 적절한 압력 및 온도 조건을 선정해야 한다. If the pressure is maintained higher than the normal operating pressure, the water removal efficiency can be improved by the condensation effect of the dew point of the water, but the carbon dioxide is also condensed and condensed and separated from the phase separator as the liquefaction temperature increases. It can be discharged together and the recovery rate can be reduced. Therefore, appropriate pressure and temperature conditions should be selected to facilitate the separation of carbon dioxide from condensation and separated water.

본 발명에 있어서 상분리기의 압력 조건은 통상의 식음료용 이산화탄소 제조 공정에서의 운전 압력인 20기압 이상에서 이산화탄소의 임계 압력인 73기압 이하의 범위로 한정하였으며, 온도 범위는 해당 압력에서 이산화탄소가 액화되지 않고 가스상을 유지하는 조건 하에서 수분이 최대한 응축되는 온도, 즉, 해당 압력에서의 이산화탄소 액화 온도 이상의 온도 범위로 선정하였다. In the present invention, the pressure condition of the phase separator was limited to a range of not less than 73 atmospheres, which is a critical pressure of carbon dioxide, at a pressure of 20 atmospheres or more, which is an operating pressure in a conventional carbon dioxide manufacturing process for food and beverages, and the temperature range does not liquefy carbon dioxide at the pressure. It was selected as a temperature range where the moisture is condensed as much as possible under the condition of maintaining the gas phase, that is, above the carbon dioxide liquefaction temperature at the corresponding pressure.

다음의 [표 2]에 대표적인 압력 조건에서의 이산화탄소 액화 온도를 나타내었다. Table 2 shows the carbon dioxide liquefaction temperature at typical pressure conditions.

압력(기압)Pressure (atmospheric pressure) 2020 3030 4040 5050 6060 7070 온도(℃)Temperature (℃) -19.1-19.1 -5.1-5.1 5.85.8 14.814.8 22.522.5 29.329.3

실시 예 2 : 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정에서의 압력 제어 Example 2 Pressure Control in a Water Removal Process Using Compression / Cooling / Phase Separators

본 발명에서의 1차 수분 제거 공정, 즉 압력 및 온도 제어가 가능한 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정에서, 상분리기 압력 제어에 따른 효과를 설명한다. In the first water removal process of the present invention, that is, the water removal process using a compression / cooling / phase separator capable of pressure and temperature control, the effect of the phase separator pressure control will be described.

상분리기 압력 제어의 효과는 상분리기 압력을 상승시킴에 따른 수분의 이슬점 온도 상승 효과를 이용하여 수분 제거 효율을 향상시키는 것으로, 상분리기 압력의 제어는 상분리기로부터 배출되어 충진흡착식 건조기로 유입되는, 상분리기 배출부에 후방압력조절기를 장착하여 제어하였다. The effect of the phase separator pressure control is to improve the water removal efficiency by using the dew point temperature rise effect of the moisture as the phase separator pressure increases, the control of the phase separator pressure is discharged from the phase separator and flows into the charge adsorption dryer, It was controlled by mounting a rear pressure regulator on the outlet of the phase separator.

압력 제어에 의한 수분 제거 효율 향상의 효과를 설명하기 위하여, 통상의 이산화탄소 정제 공정의 운전 압력인 20기압을 기준으로 하여, 이산화탄소의 임계 압력인 73기압 이하의 범위에서 10기압 단위로 압력을 증가시키면서 상승된 압력 조건에서의 배출가스 중 수분함량을 계산하여 비교하였다. In order to explain the effect of improving the water removal efficiency by the pressure control, while increasing the pressure in units of 10 atm within the range of 73 atm, which is the critical pressure of carbon dioxide, based on 20 atm, which is the operating pressure of a conventional carbon dioxide purification process. The moisture content in the off-gas at elevated pressure was calculated and compared.

계산 방법은 앞서 실시예 1에서의 통상의 식음료용 이산화탄소 제조 공정에서의 수분 함량 계산과 동일하게 원료 가스를 수분과 이산화탄소의 2성분계로 가정하였으며, 수분의 함량 계산은 압력하 노점의 대기압하 노점으로의 환산 및 환산된 대기압하 노점에서의 부피 분율 환산 방법을 이용하였다. 다만, 앞서 통상의 식음료용 이산화탄소의 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정에서는 각 단계에서의 배출 가스 중의 수분 함량을 나타내었으나, 압축/냉각/상분리기를 거쳐 충진흡착식 건조 장치로 공급되는 공급 가스 중의 수분 함량은 최종 단계에서의 상분리기의 온도 및 압력에 의존함에 따라, 계산의 결과는 최종 단계에서의 상분리기의 온도 및 압력 조건에서 배출되는 공급가스 내의 수분 함량만을 나타내었다. The calculation method assumes the source gas as a two-component system of water and carbon dioxide in the same manner as the water content calculation in the conventional food and beverage carbon dioxide manufacturing process in Example 1, the water content calculation is the dew point under atmospheric pressure of the dew point under pressure. A volume fraction conversion method at and a converted dew point under atmospheric pressure was used. However, in the water removal process using the compression / cooling / phase separator of conventional carbon dioxide for food and beverage, the water content in the exhaust gas at each stage was shown, but the feed gas supplied to the packed adsorption drying apparatus through the compression / cooling / phase separator was As the moisture content depends on the temperature and pressure of the phase separator in the final stage, the results of the calculations showed only the moisture content in the feed gas exiting at the temperature and pressure conditions of the phase separator in the final stage.

수분 제거 효율에 대한 온도의 영향을 배제하기 위하여 온도를 일정하게 유지하였으며, 상분리기 온도는 통상의 동절기 냉각수 온도를 10℃, 하절기 냉각수 온도를 20℃로 선정하고, 중간값인 15℃의 냉각수 온도를 설정하여 동일 온도에서의 압력 상승에 따른 상분리기로부터 배출되는 공급가스 내의 수분 함량을 수분 함량을 계산하였다. In order to exclude the influence of temperature on the water removal efficiency, the temperature was kept constant, and the phase separator temperature was set at 10 ° C. for the winter coolant temperature and 20 ° C. for the summer coolant temperature, and a coolant temperature of 15 ° C., which is the median value. Was set to calculate the moisture content of the moisture content in the feed gas discharged from the phase separator according to the pressure rise at the same temperature.

상분리기 온도를 10℃로 유지한 경우의 계산 결과를 [표 3]에 나타내었다. 상분리기 온도가 10℃인 경우, 압력이 50기압 이상의 경우에는 이산화탄소가 액화됨에 따라 압력 범위를 40기압까지만 산정하였다. The calculation results when the phase separator temperature was maintained at 10 ° C. are shown in [Table 3]. When the temperature of the phase separator was 10 ° C., when the pressure was 50 atm or higher, the pressure range was estimated only to 40 atm as the carbon dioxide was liquefied.

압 력
(기압)
pressure
(atmospheric pressure)
2020 3030 4040
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
318318 191191 133133

상분리기 온도를 15℃로 유지한 경우의 계산 결과를 [표 4]에, 상분리기 온도를 20℃로 유지한 경우의 계산 결과를 [표 5]에 나타내었다. 상분리기 온도가 15℃인 경우, 압력이 50기압을 초과할 때, 상분리기 온도가 20℃인 경우, 압력이 60기압 이상인 경우에는 이산화탄소가 액화됨에 따라 압력 범위를 50기압까지만 산정하였다. The calculation results when the phase separator temperature is kept at 15 ° C. are shown in [Table 4], and the calculation results when the phase separator temperature is kept at 20 ° C. are shown in [Table 5]. When the phase separator temperature is 15 ° C., when the pressure exceeds 50 atm, when the phase separator temperature is 20 ° C., and when the pressure is 60 atm or more, the pressure range was calculated only to 50 atm as the carbon dioxide was liquefied.

압 력
(기압)
pressure
(atmospheric pressure)
2020 3030 4040 5050
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
463463 278278 194194 146146

압 력
(기압)
pressure
(atmospheric pressure)
2020 3030 4040 5050
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
666666 401401 280280 211211

위의 계산 결과 표에서 볼 수 있듯이, 배출 가스 중의 수분 함량은 모든 산정된 온도 조건에서 압력이 통상의 이산화탄소 정제 공정의 운전 압력인 20기압 조건과 비교할 때, 30기압으로 상승시 약 40%, 40기압으로 상승시 약 58%, 50기압 상승시 약 68% 감소됨을 보이고 있다. As can be seen from the above calculation result table, the moisture content in the exhaust gas is about 40%, 40 when the pressure rises to 30 atm, compared to 20 atm where the pressure is the operating pressure of a conventional carbon dioxide purification process at all estimated temperature conditions. It is about 58% lower when the pressure rises, and about 68% when the pressure increases.

이러한 결과로 볼 때, 압력 및 온도 제어 기능을 갖는 압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 공정에서의 압력 제어에 따른 수분 제거 효율 향상에 의하여 후방에 설치된 충진흡착식 건조기의 가용 운전 시간이 약 1.7~3.2배 증가하는 효과를 얻을 수 있다. As a result, the available operating time of the back-packed adsorption dryer installed by the pressure control in the primary water removal process using the compression / cooling / phase separator having pressure and temperature control function was about 1.7. ~ 3.2 times more effective.

후방압력조절밸브를 이용하여 상분리기 압력을 60기압 및 70기압으로 더욱 증가시키는 경우 배출 가스 중의 수분 함량 계산값을 [표 6]에 나타내었다. 실시예 1에 나타낸 바와 같이 상분리기 압력이 60기압인 경우 이산화탄소의 액화 온도는 22.5℃, 상분리기 압력이 70기압인 경우에는 이산화탄소 액화 온도가 29.3℃임에 따라 상분리기 압력 60기압의 경우에는 상분리기 온도를 25℃로 산정하였으며, 상분리기 압력이 70기압의 경우에는 상분리기 온도를 30℃로 산정하였다.In the case of further increasing the phase separator pressure to 60 atm and 70 atm using the rear pressure regulating valve, the calculated moisture content in the exhaust gas is shown in [Table 6]. As shown in Example 1, when the phase separator pressure is 60 atm, the liquefaction temperature of carbon dioxide is 22.5 ° C., and when the phase separator pressure is 70 atm, the carbon dioxide liquefaction temperature is 29.3 ° C. The separator temperature was calculated at 25 ° C., and the phase separator temperature was estimated at 30 ° C. when the phase separator pressure was 70 atm.

압 력
(기압)
pressure
(atmospheric pressure)
6060 7070
온 도
(℃)
Temperature
(℃)
2525 3030
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
239239 277277

상분리기 압력을 60기압으로 제어하는 경우 25℃의 온도에서도, 20기압 20℃ 대비 약 64%, 20기압 10℃ 대비 25%의 배출 가스 중 수분 함량이 감소되었으며, 상분리기 압력이 70기압인 경우에도 30℃의 온도에서 20기압 20℃ 대비 약 58%, 20기압 10℃ 대비 약 13%의 배출 가스 중 수분 함량이 감소함을 나타내고 있다. When the phase separator pressure is controlled to 60 atm, the water content of the exhaust gas is reduced by about 64% compared to 20 at 20 ° C. and 25% at 20 at 10 ° C. even at a temperature of 25 ° C., and the pressure at the phase separator is 70 atm. In addition, the water content of the exhaust gas of about 58% compared to 20 atm 20 ° C and about 13% at 20 atm 10 ° C is reduced at a temperature of 30 ° C.

실시 예 3 : 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정에서의 온도 제어 Example 3 Temperature Control in a Water Removal Process Using Compression / Cooling / Phase Separators

본 발명에서의 1차 수분 제거 공정, 즉 압력 및 온도 제어가 가능한 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정에서, 상분리기 온도 제어에 따른 효과를 설명한다. In the first water removal process of the present invention, that is, the water removal process using a compression / cooling / phase separator capable of pressure and temperature control, the effect of the phase separator temperature control will be described.

상분리기 온도 제어의 효과는 상분리기 온도를 해당 압력에서의 수분의 이슬점 온도 이하로 강하시켜 수분 제거 효율을 향상시키는 것으로, 상분리기 온도가 낮게 제어될수록 수분 제거 효율이 향상되는 효과를 이용하는 것이다. 다만, 상분리기 온도는 실시예 1에서 설명한 바와 같이 해당 압력에서의 이산화탄소 액화 온도보다는 높게 제어되어야 한다. The effect of the phase separator temperature control is to lower the phase separator temperature below the dew point temperature of the water at the corresponding pressure to improve the water removal efficiency. The lower the phase separator temperature, the better the water removal efficiency is used. However, the phase separator temperature should be controlled higher than the carbon dioxide liquefaction temperature at the pressure as described in Example 1.

압축가스의 냉각 및 상분리기 온도 제어 단계에서는 통상의 냉각 장치를 이용할 수 있다. 일례로, 냉각수 유량을 제어하는 방법과 냉동 유닛을 이용한 냉각수의 온도 제어 방법, 그리고 냉각수 온도와 유량을 동시에 제어하는 방법을 사용할 수 있으며, 정제된 이산화탄소의 액화 공정에서 사용되는 암모니아 등의 냉매를 사용할 수도 있으며, 액화 이산화탄소로부터 제거된 저분자량 냉열 가스를 활용할 수도 있으며, 각종 공정에서 발생하는 냉열을 이용할 수도 있다. Conventional cooling devices may be used for the cooling of the compressed gas and the phase separator temperature control steps. For example, a method of controlling the coolant flow rate, a method of controlling the temperature of the coolant using the refrigerating unit, and a method of simultaneously controlling the coolant temperature and the flow rate may be used, and a refrigerant such as ammonia used in the liquefaction process of purified carbon dioxide may be used. In addition, a low molecular weight cold heat gas removed from the liquefied carbon dioxide may be used, or cold heat generated in various processes may be used.

온도 제어에 의한 수분 제거 효율 향상의 효과는 압력의 영향을 배제하기 위하여, 상분리기 압력이 일정하게 유지될 때, 상분리기 온도 10℃, 15℃ 및 20℃에서의 배출 가스 중 수분 함량을 계산하여 설명한다. 계산 방법은 상기 비교 예 및 실시 예 2와 동일한 방법을 사용하였으며, [표 7]에 상분리기 압력 20기압인 경우, [표 8]에 상분리기 압력 30기압의 경우, [표 9]에 상분리기 압력 40기압의 경우와 [표 10]에 상분리기 압력이 50인 경우의 배출 가스 중 수분 함량 계산 결과를 나타내었다. The effect of improving the water removal efficiency by temperature control is to calculate the water content in the exhaust gas at the phase separator temperatures of 10 ° C., 15 ° C. and 20 ° C. when the phase separator pressure is kept constant to exclude the influence of pressure. Explain. As the calculation method, the same method as in Comparative Example and Example 2 was used, and in the case of the phase separator pressure of 20 atm in [Table 7], the phase separator in the case of 30 atm of the pressure of the phase separator in [Table 8]. Table 10 shows the results of calculating the water content of the exhaust gas when the pressure of 40 atm and the pressure of the phase separator are 50.

온 도
(℃)
Temperature
(℃)
1010 1515 2020
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
318318 463463 666666

온 도
(℃)
Temperature
(℃)
1010 1515 2020
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
191191 278278 401401

온 도
(℃)
Temperature
(℃)
1010 1515 2020
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
133133 194194 280280

온 도
(℃)
Temperature
(℃)
1010 1515 2020
수분함량
(ppmV)
Water content
(ppmV)
-- 146146 211211

[표 7] ~ [표 10]에서 볼 수 있듯이, 상분리기 압력을 20기압, 30기압, 40기압으로 제어하는 모든 조건에 있어서, 상분리기 온도를 20℃에서 10℃로 제어함에 따라 배출 가스 중의 수분 함량이 약 52% 이상 감소되며, 상분리기 압력을 20기압, 30기압, 40기압 및 50기압으로 제어하는 조건에 있어서, 상분리기 온도를 15℃로 제어하는 경우에도 상분리기 온도 20℃의 경우와 비교하여 약 30% 이상 배출 가스 중의 수분 함량이 감소됨을 알 수 있다. As shown in [Table 7] to [Table 10], in all the conditions of controlling the phase separator pressure to 20 atm, 30 atm and 40 atm, by controlling the phase separator temperature from 20 ° C to 10 ° C, The water content is reduced by about 52% or more, and under the conditions of controlling the phase separator pressure to 20, 30, 40 and 50 atmospheres, even when the phase separator temperature is controlled to 15 ° C, the phase separator temperature is 20 ° C. It can be seen that the water content in the exhaust gas is reduced by about 30% or more.

다만, 본 실시 예에서는 비교 예와의 비교를 위하여, 상분리기 온도의 하한을 10℃까지만 실시하였으나, 이산화탄소 액화 온도 이상의 조건을 유지하는 조건에서는 더 낮은 온도 영역까지 적용하여 수분 제거 효율을 증가시킬 수 있다. However, in the present embodiment, the lower limit of the phase separator temperature was performed only up to 10 ° C. for comparison with the comparative example. However, in the case of maintaining the condition above the carbon dioxide liquefaction temperature, the lower temperature range may be applied to increase the water removal efficiency. have.

실시 예 4 : 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정에서의 압력 및 온도 제어 Example 4 Pressure and Temperature Control in Water Removal Process Using Compression / Cooling / Phase Separator

본 발명에서의 1차 수분 제거 공정, 즉 압력 및 온도 제어가 가능한 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정에서, 상분리기 압력 및 온도 제어에 따른 효과를 설명한다. In the first water removal process of the present invention, that is, the water removal process using a compression / cooling / phase separator capable of pressure and temperature control, the effects of the phase separator pressure and temperature control will be described.

상분리기 압력 및 온도 제어에 따른 효과는 상기 실시 예 2와 실시 예 3에서 설명한 압력 상승에 의한 수분 제거 효율 향상 효과와 온도 강하에 의한 수분 제거 효율 향상의 효과를 동시에 얻을 수 있으며, 그 외에 상분리기 압력 및 온도를 일정하게 제어함에 따라 상분리기로부터 배출되는 공급 가스 내의 수분 함량을 안정적으로 일정하게 유지할 수 있다는 효과가 있다. 즉, 상분리기로부터 배출되는 공급 가스에 함유되는 수분의 함량은 상분리기 압력과 온도, 2개의 성질에만 의존함에 따라 상분리기 압력과 온도가 설정되면, 공급가스에 함유된 수분 함량이 해당 조건에 상응하는 값으로 일정하게 유지된다는 것이다. Effects of the phase separator pressure and temperature control can simultaneously achieve the effect of improving the water removal efficiency due to the pressure rise described in Examples 2 and 3 and the effect of improving the water removal efficiency due to the temperature drop, and in addition to the phase separator By constantly controlling the pressure and temperature, there is an effect that the water content in the feed gas discharged from the phase separator can be stably maintained. That is, the content of water contained in the feed gas discharged from the phase separator depends only on the two properties, the phase separator pressure and temperature, and when the phase separator pressure and temperature are set, the water content contained in the feed gas corresponds to the conditions. Is kept constant.

다음의 [표 11]에 상분리기 압력 및 온도 조건에 따른 배출 가스 중의 수분 함량을 나타내었다. Table 11 shows the moisture content of the exhaust gas according to the phase separator pressure and temperature conditions.

압력(기압)
온도(℃)
Pressure (atmospheric pressure)
Temperature (℃)
2020 3030 4040 5050 6060 7070
1010 318318 191191 133133 -- -- -- 1515 463463 278278 194194 146146 -- -- 2020 666666 401401 280280 211211 -- -- 2525 -- -- -- -- 239239 -- 3030 -- -- -- -- -- 277277

이러한 상분리기 압력 및 온도 제어에 따른 효과는 압력의 상승 및 온도의 강하에 따른 수분 제거 효율 향상의 효과에 의하여 후방에 설치되어 1차 수분 제거 공정에서 제거되지 못한 잔류 수분을 제거하는 2차 수분 제거 공정에서의 충진흡착식 건조기의 운전 시간이 증가되는 효과를 얻을 수 있으며, 상분리기로부터 배출되는 공급가스에 함유된 수분 함량이 일정하게 유지된다는 효과에 의하여 후방에 설치된 2차 수분 제거 공정에서의 충진흡착식 건조기의 교체 주기를 일정하게 관리할 수 있다는 효과도 가지고 있다. The effect of the phase separator pressure and temperature control is to remove the secondary water, which is installed at the rear and removes residual moisture that was not removed in the primary water removal process by the effect of improving the water removal efficiency due to the pressure rise and the temperature drop. It is possible to obtain an effect of increasing the operating time of the adsorption-type dryer in the process, and the adsorption-sorption type in the secondary water removal process installed at the rear by the effect that the moisture content contained in the feed gas discharged from the phase separator is kept constant. It also has the effect of maintaining a constant replacement cycle of the dryer.

실시 예 5 : 잔류 수분 제거를 위한 충진흡착식 건조 공정 Example 5 Packed Adsorption Drying Process to Remove Residual Water

본 발명에서 해결하고자 하는 수분 제어 공정의 또 하나의 특징은 상기 압축/냉각/상분리기를 이용한 1차 수분 제거 공정에서 제거되지 않은 잔류 수분의 제거를 위하여 2차 수분 제거 공정인 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조 공정을 추가로 구성하는 것이다. Another feature of the moisture control process to be solved in the present invention is the filling of the moisture adsorbent filled with a secondary moisture removal process for the removal of residual moisture not removed in the primary water removal process using the compression / cooling / phase separator The adsorption drying process is further configured.

앞서 실시 예 들에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서의 1차 수분 제거 공정, 즉 압력 및 온도 제어가 가능한 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 단계에서는 압력의 상승 및 온도의 강하 효과에 의하여 수분 제거 효율이 향상됨을 나타내고 있으나, 최고의 수분 제거 효율을 나타내는 40기압, 10℃ 조건에서의 공급 가스 중 수분 함량이 133 ppmV 수준으로, 이는 식음료용 이산화탄소의 국제 표준인 ISBT 기준의 20ppmv보다도 월등히 높은 농도이며, 반도체 공정 등의 초고순도 이산화탄소 활용 공정에 적용하기 위해서는 잔류 수분을 제거하기 위한 충진흡착식 건조 공정의 설치가 필수적이다. As described in the above embodiments, in the first water removal process of the present invention, that is, the water removal step using a compression / cooling / phase separator capable of pressure and temperature control, the water removal efficiency is increased by the effect of pressure rise and temperature drop. The water content of the feed gas at 40 atm and 10 ° C. showing the best water removal efficiency is 133 ppmV, which is much higher than 20ppmv of the ISBT standard, which is an international standard for carbon dioxide for food and beverages. In order to apply to the ultra-high purity carbon dioxide utilization process, such as the process it is necessary to install a packed adsorption drying process to remove residual moisture.

본 발명에서의 2차 수분 제거 공정, 즉 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조 공정은 건조기를 통과하는 공급가스 흐름의 방향이 건조기 하단으로부터 유입되어 건조기 상단으로 배출되는 상방향의 흐름 방향을 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 충진흡착식 건조 공정은 통상적으로 운전 초기 처리 가스 중의 수분 함량을 1 ppbV 이하의 수준으로 제거가 가능하며, 일정량의 수분을 흡착한 후에는 흡착 성능이 저하되어 처리 가스 중의 수분 함량이 점진적으로 증가하다가 흡착 한계치에 이르면 수분 함량이 급격히 증가하는, 일정한 사용 주기를 나타냄에 따라, 사용하고자 하는 처리 가스 목적에 적합한 수분 함량에 도달하는 시점을 한계 허용 농도로 설정하여, 처리 가스 중의 수분 함량이 한계 허용 농도에 도달하면 병렬로 연결된 다른 충진흡착식 건조기 방향으로 가스 흐름을 교체시킨 후, 교체된 충진흡착식 건조기가 건조 작업을 수행하는 동안 수분으로 포화된 충진 흡착기의 재사용을 위한 재생 작업이 진행되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the secondary water removal process, that is, the adsorption adsorption-type drying process filled with the moisture adsorbent, has a flow direction in which the flow direction of the feed gas flowing through the dryer flows from the bottom of the dryer to the top of the dryer and flows out to the top of the dryer. It is done. In addition, the filling adsorption drying process is capable of removing the water content in the initial processing gas at a level of 1 ppbV or less, and after adsorbing a certain amount of water, the adsorption performance is deteriorated to gradually increase the water content in the processing gas. Then, when the water content reaches the adsorption limit value, the water content increases rapidly and the water content in the process gas is allowed to be limited by setting the limit allowable concentration when the water content suitable for the process gas purpose to be used is reached. When the concentration is reached, the gas flow is changed in the direction of the other connected adsorption dryers connected in parallel, and then the regeneration operation for reuse of the water-saturated charging adsorber is performed while the replaced adsorption dryer performs the drying operation. do.

본 발명에서의 2차 수분 제거 공정, 즉 수분 흡착제가 충진된 충진흡착식 건조 공정에서의 특징인 가스 흐름 방향이 충진흡착식 건조기의 하단으로 유입되어 건조기 상단으로 배출되는 상방향의 흐름을 갖는 것은, 이산화탄소가 다른 산업용 가스와는 달리 공기보다 비중이 큼에 따라, 상방향의 흐름을 가짐으로써 흡착제와의 접촉 시간이 증가함에 따른 수분 제거 효율이 향상된다는 효과를 가지고 있다. 또한, 수분의 흡착 및 응축이 하단의 흡착제로부터 시작되어 상단 방향으로 진행됨에 따라 상단 방향의 흡착제에는 응축된 수분의 영향이 미치지 않음에 따라 흡착 충진재의 성능을 안정적으로 유지시킬 수 있다는 장점이 있다. In the present invention, the secondary water removal process, that is, the gas flow direction, which is a characteristic of the adsorption adsorption drying process in which the moisture adsorbent is filled, has an upward flow flowing into the lower end of the adsorption adsorption dryer and discharged to the upper end of the dryer, is carbon dioxide. Unlike other industrial gases, as the specific gravity is greater than that of air, the flow of the upward direction has an effect of improving the water removal efficiency as the contact time with the adsorbent increases. In addition, as the adsorption and condensation of water starts from the lower adsorbent and proceeds to the upper direction, there is an advantage that the performance of the adsorption filler can be stably maintained since the influence of the condensed water does not affect the upper adsorbent.

실시 예 6 : 1차 수분 제거 공정과 2차 수분 제거 공정으로 구성되는 수분 함량 제어 Example 6 Water Content Control Composed of Primary Water Removal Process and Secondary Water Removal Process

본 발명에서의 1차 수분 제거 공정과 2차 수분 제거 공정으로 구성되는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 공정의 특징은 상기 1차 수분 제거 공정, 즉 압력 및 온도 제어가 가능한 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 제거 공정의 후방에 충진흡착식 건조 공정인 2차 수분 제거 공정이 설치됨에 따라, 1차 수분 제거 공정에서의 수분 제거 효율 향상 효과에 의한 충진흡착식 건조기의 운전 시간이 증가한다는 효과가 있으며, 1차 수분 제거 공정의 공급 가스 중 수분 함량이 일정하게 유지되는 항상성 효과에 의한 충진흡착식 건조기의 교체 주기를 일정하게 관리할 수 있다는 효과를 갖는다는 것이다. The water content control process in the carbon dioxide purification process consisting of the first and second water removal process in the present invention is characterized in that the first water removal process, that is, compression / cooling / phase separator capable of pressure and temperature control As the secondary moisture removal process, which is the filling adsorption drying process, is installed at the rear of the used water removal process, there is an effect that the operation time of the charging adsorption type dryer increases by the effect of improving the water removal efficiency in the primary moisture removal process. It is to have the effect that the replacement cycle of the filling adsorption-type dryer by the homeostasis effect that the moisture content in the feed gas of the secondary moisture removal process is kept constant.

본 발명에서의 1차 수분 제거 공정, 압력 및 온도 제어 기능을 갖는 압축/냉각/상분리기를 이용한 수분 함량 제어 방법 및 장치를 이용한 수분 제거 공정의 수분 제거 효율 향상에 따른 후방의 충진흡착식 건조 장치의 운전 주기 증가 효과를 설명한다. Operation of the back-packed adsorption-type drying apparatus according to the improvement of the water removal efficiency of the water removal process using the water content control method and apparatus using a compression / cooling / phase separator having a primary water removal process, pressure and temperature control function in the present invention Explain the effect of increasing the period.

압력 및 온도 제어 기능이 없는 통상의 이산화탄소 정제 공정에서의 하절기 운전 조건인 20기압 20℃의 운전 조건에서, 일일 100톤의 공급가스를 처리하는 충진흡착식 건조기의 교체 주기를 10일로 산정했을 때를 기준으로 선정하여 동일한 충진흡착식 건조 장치를 사용했을 경우의 압력 및 온도 제어 효과에 따른 운전 주기 변화를 계산하여 비교하였다. Based on a 10-day replacement cycle for a packed adsorption dryer that processes 100 tons of feed gas per day at 20 atmospheres at 20 ° C, which is a summer operating condition in a conventional carbon dioxide purification process without pressure and temperature control. The change of operating cycle according to the pressure and temperature control effect when the same packed adsorption-type drying device was used was calculated and compared.

기준으로 선정한 상분리기 압력 20기압, 상분리기 온도 20℃ 조건에서의 공급가스 중 수분 함량은 [표 5], [표 7] 및 [표 11]에 나타낸 바와 같이 666 ppmV이며, 이를 무게비로 환산하면 272.6 ppm wt를 갖는다. 계산의 편의를 위하여 충진흡착식 건조장치를 통과한 정제 가스는 수분이 전량 흡수되어 수분을 함유하지 않는 것으로 가정하였다. 공급가스 처리량을 100톤/일로 산정함에 따라 충진흡착식 건조장치에서의 일일 흡수량은 27.26kg이며, 10일 주기를 산정함에 따라 충진흡착식 건조기의 최대 수분 흡수량은 272.6kg으로 계산된다. The water content in the feed gas at the phase separator pressure of 20 atm and the phase separator temperature of 20 ° C. selected as a standard is 666 ppmV as shown in [Table 5], [Table 7] and [Table 11]. 272.6 ppm wt. For the convenience of calculation, it is assumed that the purified gas passed through the packed adsorption drying apparatus does not contain moisture because all the moisture is absorbed. As the feed gas throughput is estimated to be 100 tonnes / day, the daily absorption in the packed adsorption dryer is 27.26 kg, and the maximum moisture absorption of the packed adsorption dryer is 272.6 kg based on the 10-day cycle.

동일한 충진흡착식 건조기를 사용한다는 가정에 따라, 충진흡착식 건조기의 최대 수분 흡수량은 272.6kg으로 동일한 값을 가지며, [표 11]에 나타낸 상분리기 압력 및 온도에 따른 공급 가스 중의 수분 함량으로부터 계산된 충진흡착식 건조기의 교체 주기 계산 결과를 [표 12]에 나타내었다. Under the assumption that the same packed adsorption dryer is used, the maximum adsorption capacity of the adsorption dryer is 272.6 kg, which has the same value, and is calculated from the moisture content in the feed gas according to the phase separator pressure and temperature shown in [Table 11]. Calculation results of the replacement cycle of the dryer are shown in [Table 12].

압력(기압)
온도(℃)
Pressure (atmospheric pressure)
Temperature (℃)
2020 3030 4040 5050 6060 7070
1010 20.920.9 34.934.9 50.150.1 -- -- -- 1515 14.414.4 24.024.0 34.334.3 45.645.6 -- -- 2020 10.010.0 16.616.6 23.823.8 31.631.6 -- -- 2525 -- -- -- -- 27.927.9 -- 3030 -- -- -- -- -- 24.024.0

[표 12]에서 볼 수 있듯이, 상분리기 압력 상승에 따른 수분 제거 효율 향상의 효과에 의하여 10℃, 15℃ 및 20℃의 모든 조건에서 20기압 대비 30기압으로 상분리기 압력을 증가시켰을 때, 충진흡착식 건조기의 사용 주기는 1.7배 증가하였으며, 40기압으로 증가시 2.4배, 50기압으로 증가시켰을 때 3.2배의 충진흡착식 건조기의 사용 주기가 중가함을 나타내고 있다. 또한, 상분리기 온도 강하에 의한 수분 제거 효율 향상의 효과에 의하여 20기압, 30기압, 40기압 및 50기압의 모든 조건에서 상분리기 온도 20℃ 대비 15℃로 온도를 강하시켰을 때, 1.4배, 10℃로 온도를 강하시켰을 경우에는 2.1배의 충진흡착식 건조기의 사용 주기가 증가함을 나타내고 있다. 또한, 압력의 상승 및 온도의 강하에 의한 수분 제거 효율 향상의 효과로, 상분리기 압력을 40기압, 온도를 10℃로 제어하는 경우에는 기준으로 선정한 상분리기 압력 20기압, 온도 20℃의 경우에 비하여 최대 사용 주기 증가량인 5배 증가함을 나타내고 있다. As shown in [Table 12], when the phase separator pressure was increased to 30 atm versus 20 at all conditions of 10 ° C., 15 ° C., and 20 ° C. by the effect of improving the water removal efficiency according to the pressure rise of the phase separator, The use cycle of the adsorption dryer increased 1.7 times, and the use cycle of the suction adsorption dryer of 3.2 times increased when the pressure increased to 40 atm and 2.4 times at 50 atm. In addition, when the temperature was lowered to 15 ° C. compared to 20 ° C. in all conditions of 20 atm, 30 atm, 40 atm and 50 atm due to the effect of improving the water removal efficiency by the phase separator temperature drop, 1.4 times, 10 When the temperature is lowered to ℃, the usage cycle of the 2.1 times charge adsorption dryer is increased. In addition, in the case of controlling the phase separator pressure at 40 atm and the temperature at 10 ° C., the standard phase separator pressure at 20 atm and the temperature at 20 ° C. are used to improve the water removal efficiency due to the pressure rise and the temperature drop. Compared with the increase of the maximum use cycle, which is 5 times.

이상과 같은 결과로부터 상분리기 압력 및 온도의 제어에 따른 수분 제거 효율 향상에 의하여 후방에 설치되는 충진흡착식 건조기의 사용 주기 증가 효과를 확인할 수 있으며, 충진흡착식 건조기의 사용 주기가 증가됨에 따라 충전 흡착식 건조기의 교체 및 재생을 위한 충진흡착식 건조기 내부 생산가스의 배출에 따른 생산량 손실을 감소시킬 수 있으며, 건조기 재생에 필요한 에너지 비용도 절감할 수 있다는 효과도 얻을 수 있다. From the above results, it is possible to confirm the effect of increasing the use cycle of the adsorption adsorption dryer installed at the rear by improving the water removal efficiency under the control of the pressure and temperature of the phase separator. It is possible to reduce the production loss due to the discharge of the production gas inside the packed adsorption dryer for replacement and regeneration, and to reduce the energy cost required for the regeneration of the dryer.

또한, 본 발명에서의 또 다른 특징으로는 상분리기 온도를 일정하게 제어함에 따라 상분리기로부터 배출되는 공급 가스 중의 수분 함량을 일정하게 유지할 수 있어, 이어지는 충진흡착식 건조 공정에서 최적의 규모로 건조기를 설계할 수 있으며, 건조기 교체 주기를 일정하게 유지할 수 있다는 효과를 들 수 있다. 즉, [표 12]에 나타낸 것과 같이 상분리기 압력 및 온도 조건을 선정하면, 계산된 충진흡착식 건조기의 교체 주기에 따라 일정한 교체 주기로 운전할 수 있다는 효과가 있다. In addition, another feature of the present invention is to maintain a constant moisture content in the feed gas discharged from the phase separator by constantly controlling the phase separator temperature, designing the dryer on the optimum scale in the subsequent filling adsorption drying process In addition, the effect of maintaining the dryer replacement cycle is constant. That is, if the phase separator pressure and temperature conditions are selected as shown in [Table 12], there is an effect that the operation can be performed at a constant replacement cycle according to the calculated replacement cycle of the packed adsorption dryer.

11 : 원료 가스 22 : 공급 가스 33 : 정제 가스
1 : 브로어 10 : 압축기 20 : 냉각기
30 : 상분리기 40 : 후방압력조절밸브 50 : 충진흡착식 건조기
100 : 1차 수분 제거 장치 200 : 2차 수분 제거 장치
11 source gas 22 feed gas 33 refinery gas
1: broo 10: compressor 20: cooler
30: phase separator 40: rear pressure control valve 50: filling adsorption dryer
100: primary moisture removal device 200: secondary moisture removal device

Claims (12)

삭제delete 이산화탄소 정제 공정의 수분 함량 제어 방법에 있어서,
압축단계, 냉각단계 및 상분리단계를 통하여 수분을 제거하는 수분 제거 공정으로, 상기 수분 제거 공정이 상분리기의 공급가스 배출부에 설치된 후방압력 조절밸브에 의하여 압력을 제어하는 것과 냉매 유량 및/또는 냉매 온도 제어에 의하여 상분리기의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 1차 수분 제거 공정; 및
상기 1차 수분 제거 공정에서 제거되지 않은 잔류 수분을 제거하기 위한 충진흡착식 건조 공정으로, 가스의 흐름이 건조기 하단으로 유입되어 건조기 상단으로 배출되는 상방향의 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 2차 수분 제거 공정;을 포함하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법으로,
상기 1차 수분 제거 공정은
a) 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 압축하여 노점을 상승시키는 압축 단계;
b) 상기 압축 단계에서 압축된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 냉각하여 수분을 응축시키는 냉각 단계;
c) 상기 압축 및 냉각된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 상분리기로 플래시 팽창하여 응축된 수분과 응축된 수분이 제거된 이산화탄소 공급 가스로 분리하는 상분리 단계;
d) 상기 c) 단계에 있어서, 상분리기의 공급가스 배출부에 설치된 후방압력 조절밸브에 의하여 상분리기 내부 압력을 제어하는 압력 제어 단계; 및
e) 상기 c) 단계에 있어서, 냉매 유량 및/또는 냉매 온도 제어에 의하여 상분리기 내부 온도를 제어하는 온도 제어 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법
In the water content control method of the carbon dioxide purification process,
Water removal process that removes water through the compression, cooling, and phase separation steps, wherein the water removal process controls the pressure by a rear pressure control valve installed in the supply gas outlet of the phase separator and the refrigerant flow rate and / or the refrigerant. Primary moisture removal process, characterized in that for controlling the temperature of the phase separator by temperature control; And
Filled adsorption-type drying process for removing residual moisture that is not removed in the primary water removal process, the secondary water removal characterized in that the flow of gas flows into the lower end of the dryer and discharged to the top of the dryer Method of controlling the water content in the carbon dioxide purification process comprising a step,
The first moisture removal process
a) compressing the carbon dioxide source gas containing moisture to raise the dew point;
b) a cooling step of condensing moisture by cooling the carbon dioxide source gas containing the water compressed in the compression step;
c) a phase separation step of flash-expanding the compressed and cooled carbon dioxide source gas into a phase separator to separate the condensed water and the condensed water into a carbon dioxide feed gas;
d) in the step c), a pressure control step of controlling the pressure inside the phase separator by a rear pressure control valve installed in the supply gas outlet of the phase separator; And
e) the step c), the temperature control step of controlling the temperature inside the phase separator by the refrigerant flow rate and / or refrigerant temperature control;
Water content control method in the carbon dioxide purification process comprising a
청구항 2에 있어서, 상기 1차 수분 제거 공정은, 압축 단계, 냉각 단계 및 상분리 단계가 1회 이상 반복되고 이때 후단 압축 단계의 압력은 전단 압축 단계의 압력 이상의 압력인 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법The method of claim 2, wherein the first water removal process, the compression step, the cooling step and the phase separation step is repeated one or more times, wherein the pressure of the post-stage compression step is the water content control in the carbon dioxide purification process is the pressure or more than the pressure of the shear compression step Way 청구항 2에 있어서, 상기 후방압력 조절밸브에 의한 상분리기 내부 압력 제어는 상분리기 내부 압력을 일정하게 유지시키면서 초과 압력분의 가스를 후방으로 배출하는 것인 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법3. The method of claim 2, wherein the internal pressure control of the phase separator by the rear pressure regulating valve discharges excess gas to the rear while maintaining a constant internal pressure of the phase separator. 청구항 3에 있어서, 전단 후방 압력 조절 밸브와 후단 압축단계 사이에 원활한 가스의 흡입을 위한 가스 저장조를 추가로 설치하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법The method of controlling moisture content in a carbon dioxide purification process according to claim 3, further comprising a gas reservoir for smooth gas intake between the front rear pressure control valve and the rear compression stage. 청구항 3에 있어서, 상기 1차 수분 제거 공정의 최종 단계의 상분리기 내부 압력은 20기압 이상에서 이산화탄소의 임계 압력인 73기압 이하의 범위에서 선정되며, 상분리기 내부 온도는 -19℃이상에서 이산화탄소의 임계 온도인 37℃이하의 범위에서, 이산화탄소가 가스상으로 존재하는, 선정된 압력 조건에서의 이산화탄소 액화 온도보다 높은 온도로 선정되는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법The phase separator internal pressure of the final stage of the first water removal process is selected in the range of 73 atm or less, which is the critical pressure of carbon dioxide at 20 or more, and the internal temperature of the phase separator is -19 ° C or higher. A method of controlling water content in a carbon dioxide purification process selected at a temperature higher than a carbon dioxide liquefaction temperature at a predetermined pressure condition in which carbon dioxide is present in a gaseous phase within a critical temperature of 37 ° C. or lower. 청구항 2에 있어서, 상기 2차 수분 제거 공정은 충진흡착식 건조 공정으로, 가스의 흐름이 수분 흡착제가 충진되어 있는 충진흡착식 건조기의 하단으로부터 유입되어 충진흡착식 건조기의 상단으로 배출되는 상방향의 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법The method of claim 2, wherein the secondary water removal process is a packed adsorption drying process, the flow of the gas flows from the bottom of the filling adsorption dryer filled with the moisture adsorbent and has an upward flow discharged to the top of the adsorption adsorption dryer Water content control method in the carbon dioxide purification process, characterized in that 청구항 7에 있어서, 상기 2차 수분 제거 공정은
a) 정제된 이산화탄소 정제 가스 내 수분 함량의 허용 가능한 한계(한계 허용 농도)를 설정하는 단계;
b) 수분 흡착제가 충진되어 있는 1차 충진흡착식 건조기를 이용하여, 1차 수분 제거 공정에서 제거되지 못한 잔류 수분을 제거하는 충진흡착식 건조 단계;
c) 상기 충진흡착식 건조 단계를 통과하여 잔류 수분이 제거된 이산화탄소 처리 가스에 함유된 수분 함량을 분석하는 단계;
d) 1기 이상의 충진흡착식 건조기를 추가로 병렬로 연결함으로써, 상기 분석한 이산화탄소 처리 가스에 함유된 수분 함량이 한계 허용 농도를 초과하는 경우, 이산화탄소 공급 가스의 흐름 방향을 병렬로 연결된 2차 충진흡착식 건조기 방향으로 교체하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법
The method of claim 7, wherein the secondary water removal process
a) setting an acceptable limit (limit acceptable concentration) of the water content in the purified carbon dioxide purification gas;
b) a packed adsorption drying step of removing residual moisture which was not removed in the first water removal process by using a primary packed adsorption dryer filled with a moisture adsorbent;
c) analyzing the moisture content contained in the carbon dioxide treatment gas from which residual moisture is removed by passing through the packed adsorption drying step;
d) by connecting two or more packed adsorption dryers in parallel further, if the moisture content contained in the analyzed carbon dioxide treatment gas exceeds the limit allowable concentration, the secondary charge adsorption type connected in parallel with the flow direction of the carbon dioxide supply gas. Changing to a dryer direction;
Water content control method in the carbon dioxide purification process comprising a
청구항 7에 있어서, 상기 2차 수분 제거 공정은 수분의 한계 허용 농도가 20ppmV 이하인 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법The method of claim 7, wherein the secondary water removal process is a carbon dioxide purification process in which a limit allowable concentration of water is 20 ppm or less. 청구항 2에 있어서, 수분이 제거된 이산화탄소가 식음료 제조 공정, 초임계 추출 공정, 의료용 탄산 제조 공정, 의약품원료 제조 공정, 의약품 제조 공정, 건강기능식품원료 제조 공정, 건강기능식품 제조 공정, 반도체 공정, 전자부품 제조 공정 및 초소형 전자기계시스템 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 공정에 적용되는 것인 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 방법The method of claim 2, wherein the carbon dioxide from which water is removed is a food and beverage manufacturing process, a supercritical extraction process, a medical carbonic acid manufacturing process, a pharmaceutical raw material manufacturing process, a pharmaceutical manufacturing process, a health functional food material manufacturing process, a health functional food manufacturing process, a semiconductor process, Method of controlling water content in carbon dioxide purification process that is applied to one or more processes selected from the group consisting of electronic component manufacturing process and microelectromechanical system process 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치로 1차 수분 제거 장치와 2차 수분 제거 장치를 포함하고
상기 1차 수분 제거 장치는
a) 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 압축하여 노점을 상승시키는 압축기;
b) 압축기에서 압축된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 냉각하여 수분을 응축시키는 냉각기;
c) 압축 및 냉각된 수분을 함유하는 이산화탄소 원료가스를 플래시 팽창하여 응축된 수분과 응축된 수분이 제거된 이산화탄소 공급 가스로 분리하는 상분리기;
d) 상기 상분리기의 가스 배출부에 설치되어 상분리기 내부 압력을 일정하게 유지시키면서 초과 압력분의 가스를 후방으로 배출하는 후방압력 조절 밸브; 및
e) 상분리기 내부 온도를 제어하기 위한 온도 제어 장치를 포함하고,
상기 2차 수분 제거 장치는 상기 1차 수분 제거 장치의 후방에 설치되고, 2기 이상이 연결되고, 내부의 가스 흐름이 하단으로부터 상단으로의 상방향 흐름을 갖는 충진흡착식 건조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치
The water content control device in the carbon dioxide purification process includes a first water removal device and a second water removal device.
The primary moisture removal device
a) a compressor for compressing moisture containing carbon dioxide source gas to raise the dew point;
b) a cooler for condensing moisture by cooling the carbon dioxide source gas containing the compressed water in the compressor;
c) a phase separator for flash-expanding the compressed and cooled carbon dioxide source gas into condensed moisture and the condensed moisture removed carbon dioxide feed gas;
d) a rear pressure regulating valve installed in the gas outlet of the phase separator to discharge gas of excess pressure to the rear while maintaining a constant pressure inside the phase separator; And
e) a temperature control device for controlling the temperature inside the phase separator,
The secondary water removal device is installed at the rear of the primary water removal device, it is characterized in that it comprises two or more connected, the gas adsorption dryer having an internal flow of the upper flow from the bottom to the top Content control system in carbon dioxide purification process
청구항 11에 있어서, 상기 충진흡착식 건조기는 2기 이상이 병렬로 연결되어, 어느 하나(이상)의 충진흡착식 건조기에서 잔류 수분 흡착 공정이 이루어질 때, 다른 어느 하나(이상)의 충진흡착식 건조기에서의 흡착제 재생이 이루어지는, 교대 운전 방식으로 수분을 제거함에 따라, 운전의 중단이 없는 연속적인 운전을 할 수 있는 충진흡착식 건조기인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 정제 공정에서의 수분 함량 제어 장치The method of claim 11, wherein the two adsorption-type dryers connected in parallel, when the residual moisture adsorption process is carried out in any one (or more) of the adsorption-type dryer, the adsorbent in any other (or more) The water content control device in the carbon dioxide refining process, characterized in that the recharging, the adsorption-type drying dryer capable of continuous operation without interruption of operation as water is removed in an alternate operation method.
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