KR102405949B1 - High-purity carbon dioxide production facility combining TSA and VSA technologies - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비에 관한 것으로서, 특히 질소와 산소가 포함된 이산화탄소가 저장되는 공급탱크와; 상기 공급탱크로부터 질소와 산소가 포함된 이산화탄소를 제공받고, 이산화탄소를 흡착하는 분자체(Molecular Sieve)가 내부에 충진된 제1,2,3챔버와; 진공압력을 발생시켜 상기 제1,2,3챔버의 분자체에 흡착된 이산화탄소를 탈리하는 진공펌프와; 상기 진공펌프의 진공압에 의해 분자체에서 탈리된 이산화탄소가 저장되는 프로덕트 탱크와; 상기 프로덕트 탱크에서 제공된 이산화탄소를 고온으로 가열한 후 상기 제1,2,3챔버 내부로 공급하는 히터;를 포함하여 구성되되, 상기 히터는 제1,2,3챔버에 순차적으로 하나씩 고온으로 가열된 이산화탄소를 공급하고, 상기 진공펌프는 상기 히터에 의해 고온으로 가열된 이산화탄소가 공급되는 챔버에 진공압력을 작용시켜 해당 챔버의 분자체에서 이산화탄소를 탈리하여, 고순도의 이산화탄소를 반복적으로 연속 생산할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a high-purity carbon dioxide production facility combining TSA and VSA technologies, and in particular, a supply tank for storing carbon dioxide containing nitrogen and oxygen; first, second, and third chambers receiving carbon dioxide containing nitrogen and oxygen from the supply tank and having molecular sieves for adsorbing carbon dioxide filled therein; a vacuum pump for generating a vacuum pressure to desorb carbon dioxide adsorbed on the molecular sieves of the first, second, and third chambers; a product tank in which carbon dioxide desorbed from the molecular sieve by the vacuum pressure of the vacuum pump is stored; A heater for heating the carbon dioxide provided from the product tank to a high temperature and then supplying it into the first, second, and third chambers. Carbon dioxide is supplied, and the vacuum pump desorbs carbon dioxide from the molecular sieve of the chamber by applying a vacuum pressure to the chamber to which carbon dioxide heated to a high temperature by the heater is supplied, thereby repeatedly and continuously producing high-purity carbon dioxide. there is
Description
본 발명은 이산화탄소 생산설비에 관한 것으로서, 특히 기존의 방법보다 순도가 더 높은 이산화탄소를 생산할 수 있는 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide production facility, and more particularly, to a high-purity carbon dioxide production facility that combines TSA and VSA technologies capable of producing carbon dioxide having a higher purity than conventional methods.
이산화탄소 감량화기술에는 여러 가지가 기술이 상용화되어 있으나 특히 공정배기가스 중 이산화탄소를 포집 및 고순도화 기술에는 PSA(Pressure swing adsorption), TSA, VSA, 중공사 기체분리막 및 아민을 이용한 흡수기술이 상용화되어있다.Various technologies have been commercialized for carbon dioxide reduction technology, but in particular, PSA (Pressure swing adsorption), TSA, VSA, hollow fiber gas separation membrane, and absorption technologies using amines are commercialized for carbon dioxide capture and purification technologies in process exhaust gas. .
가장 고순도의 이산화탄소를 생산할 수 있는 기술로는 저순도의 이산화탄소를 저온냉각하여 고순도의 이산화탄소로 만드는 냉각액화방법이 있으나 이 방법은 이산화탄소를 저온냉각하는데 다량의 냉열손실이 불가피하여 많은 에너지가 소모되는 문제가 있다As the technology that can produce the highest purity carbon dioxide, there is a cooling liquefaction method that converts low-purity carbon dioxide into high-purity carbon dioxide by cooling it at a low temperature. there is
이를 해결하기 위하여 중공사 기체막분리 및 PSA, TSA, VSA기술 등이 개발되었으나 각각의 기술을 독립적으로 적용하여 순도 95 ~ 99% 이상의 이산화탄소를 생산하는 것은 사실상 역부족인 것이 현실이기 때문에 부득이 다량의 열손실을 감수하고 냉각방식에 의한 이산화탄소 저온액화방식이 상용화 되어 왔다.To solve this problem, hollow fiber gas membrane separation and PSA, TSA, and VSA technologies have been developed, but it is practically insufficient to produce carbon dioxide with a purity of 95 to 99% or more by applying each technology independently. The low-temperature liquefaction method of carbon dioxide by cooling method has been commercialized at the cost of loss.
그리고 공정배기가스의 포집 및 고순도화 기술도 최근 기체막 분리기술을 단독 적용하여 이산화탄소 순도 85 ~ 95%까지는 성공하였으나, 여전히 95% 이상의 고순도 이산화탄소를 생산하기 위해서는 3 ~ 4단계의 기체막모듈을 반복적용 해야 하기 때문에 많은 초기투자비용과 전력의 낭비가 발생하고 있다.In addition, the process exhaust gas collection and high-purity technology has recently succeeded in achieving a carbon dioxide purity of 85 to 95% by applying the gas membrane separation technology alone, but the gas membrane module of steps 3 and 4 is repeated to still produce high-purity carbon dioxide of more than 95%. Because it has to be applied, there is a lot of initial investment cost and waste of electricity.
즉 공정배기가스의 포집 및 순도향상에는 어느 정도 성공하였으나 이렇게 생산된 이산화탄소를 직접 공정(석유화학공정 중 특히 NCC공정)에 적용하기에는 어려움이 있으며, 부득이 이산화탄소의 액화과정을 통하여 99.9% 이상의 고순도 이산화탄소로 재생산하는 과정을 통해서만이 NCC 공정 등의 원료가스로 활용이 가능한 상황이다.That is, although the process exhaust gas collection and purity improvement have been successful to some extent, it is difficult to directly apply the produced carbon dioxide to the process (particularly the NCC process among petrochemical processes). Only through the process of regeneration can it be used as raw material gas for the NCC process.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전력의 낭비를 최소화하면서 기존의 이산화탄소 포집 및 생산설비를 단독으로 적용해서는 생산할 수 없는 99.5%이상의 고순도 이산화탄소를 반복적으로 연속 생산할 수 있는 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and it is possible to repeatedly and continuously produce high-purity carbon dioxide of 99.5% or more, which cannot be produced by applying the existing carbon dioxide capture and production facilities alone, while minimizing the waste of electric power. The purpose is to provide a high-purity carbon dioxide production facility that combines TSA and VSA technologies.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비는 질소와 산소가 포함된 이산화탄소가 저장되는 공급탱크와; 상기 공급탱크로부터 질소와 산소가 포함된 이산화탄소를 제공받고, 이산화탄소를 흡착하는 분자체(Molecular Sieve)가 내부에 충진된 제1,2,3챔버와; 진공압력을 발생시켜 상기 제1,2,3챔버의 분자체에 흡착된 이산화탄소를 탈리하는 진공펌프와; 상기 진공펌프의 진공압에 의해 분자체에서 탈리된 이산화탄소가 저장되는 프로덕트 탱크와; 상기 프로덕트 탱크에서 제공된 이산화탄소를 고온으로 가열한 후 상기 제1,2,3챔버 내부로 공급하는 히터;를 포함하여 구성되되, 상기 히터는 제1,2,3챔버에 순차적으로 하나씩 고온으로 가열된 이산화탄소를 공급하고, 상기 진공펌프는 상기 히터에 의해 고온으로 가열된 이산화탄소가 공급되는 챔버에 진공압력을 작용시켜 해당 챔버의 분자체에서 이산화탄소를 탈리한다.A high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technologies according to the present invention for solving the above problems includes: a supply tank in which carbon dioxide containing nitrogen and oxygen is stored; first, second, and third chambers receiving carbon dioxide containing nitrogen and oxygen from the supply tank and having molecular sieves for adsorbing carbon dioxide filled therein; a vacuum pump for generating a vacuum pressure to desorb carbon dioxide adsorbed on the molecular sieves of the first, second, and third chambers; a product tank in which carbon dioxide desorbed from the molecular sieve by the vacuum pressure of the vacuum pump is stored; A heater for heating the carbon dioxide provided from the product tank to a high temperature and then supplying it to the inside of the first, second, and third chambers; and a heater that is sequentially heated to a high temperature in the first, second, and third chambers one by one Carbon dioxide is supplied, and the vacuum pump desorbs carbon dioxide from the molecular sieve of the chamber by applying a vacuum pressure to the chamber to which carbon dioxide heated to a high temperature by the heater is supplied.
여기에서, 상기 제1,2,3챔버에 이산화탄소와 함께 공급된 질소와 산소는 리사이클링 라인(Recycling Line)을 통해 순차적으로 배출되되, 상기 히터에 의해 가열된 고온의 이산화탄소가 현재 특정 챔버에 공급되고 있을 때 바로 그 다음에 고온의 이산화탄소가 공급될 챔버에서 질소와 산소가 먼저 배출된다.Here, nitrogen and oxygen supplied together with carbon dioxide to the first, second, and third chambers are sequentially discharged through a recycling line, and high-temperature carbon dioxide heated by the heater is currently supplied to a specific chamber and Nitrogen and oxygen are first evacuated from the chamber to which hot carbon dioxide will be supplied immediately afterward.
그리고, 상기 진공펌프의 진공압에 의해 분자체에서 탈리되어 상기 프로덕트 탱크로 보내지는 이산화탄소의 순도를 분석하는 이산화탄소 분석기;를 더 포함하여 구성된다.And, a carbon dioxide analyzer for analyzing the purity of carbon dioxide that is separated from the molecular sieve by the vacuum pressure of the vacuum pump and sent to the product tank; is configured to further include.
또한, 상기 이산화탄소 분석기에 의해 분석된 이산화탄소의 순도가 설정된 순도 미만인 경우 상기 이산화탄소는 상기 공급탱크 쪽으로 이송된다.In addition, when the purity of the carbon dioxide analyzed by the carbon dioxide analyzer is less than a set purity, the carbon dioxide is transferred to the supply tank.
또한, 질소와 산소가 포함된 이산화탄소를 일정압 이상으로 가압하여 상기 공급탱크에 이송 저장시키는 콤프레샤;를 더 포함하여 구성된다.In addition, a compressor that pressurizes carbon dioxide containing nitrogen and oxygen to a certain pressure or higher to transfer and store the carbon dioxide in the supply tank; is configured to further include.
또한, 상기 콤프레샤에 의해 가압되는 질소와 산소가 포함된 이산화탄소의 온도를 하강시키는 열교환기;를 더 포함하여 구성된다.In addition, the heat exchanger for lowering the temperature of the carbon dioxide containing nitrogen and oxygen pressurized by the compressor; is configured to further include.
또한, 상기 열교환기를 냉각시키는 칠러(Chiller);를 더 포함하여 구성된다.In addition, the chiller (Chiller) for cooling the heat exchanger; is configured to further include.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비는 이산화탄소의 고순도화 및 냉각액화공정을 생략하고 고순도의 이산화탄소를 반복적으로 연속 생산할 수 있을 뿐만 아니라 이산화탄소의 손실은 최소화할 수 있는 이점이 있다.The high-purity carbon dioxide production facility incorporating the TSA and VSA technologies of the present invention configured as described above can not only produce high-purity carbon dioxide repeatedly and continuously without omitting the carbon dioxide purification and cooling liquefaction process, but also minimize the loss of carbon dioxide. there is an advantage
도 1은 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비의 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비의 측면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비를 이용하여 고순도 이산화탄소를 생산하는 한 사이클을 보인 도.1 is a plan view of a high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technologies according to the present invention.
Figure 2 is a front view of a high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technology according to the present invention.
3 is a side view of a high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technologies according to the present invention.
4A to 4C are diagrams showing one cycle of producing high-purity carbon dioxide using a high-purity carbon dioxide production facility that combines TSA and VSA technologies according to the present invention.
이하, 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technologies according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비의 측면도이다.1 is a plan view of a high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technology according to the present invention, FIG. 2 is a front view of a high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technology according to the present invention, and FIG. It is a side view of a high-purity carbon dioxide production facility that combines TSA and VSA technologies by
본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비는 질소와 산소가 포함된 이산화탄소를 가압하는 콤프레샤(10)와, 상기 콤프레샤(10)에 의해 가압되는 질소및 산소가 포함된 이산화탄소와 열교환하는 열교환기(20)와, 상기 열교환기(20)를 냉각시키는 칠러(30)와; 질소와 산소가 포함된 이산화탄소가 저장되는 공급탱크(40)와, 상기 공급탱크(40)로부터 질소와 산소가 포함된 이산화탄소를 제공받는 제1,2,3챔버(50,60,70)와, 상기 제1,2,3챔버(50,60,70) 내에서 이산화탄소를 흡입하는 진공펌프(80)와, 상기 진공펌프(80)의 진공압에 의해 흡입된 이산화탄소가 저장되는 프로덕트 탱크(90)와, 상기 진공펌프(80)에 의해 흡입되어 상기 프로덕트 탱크(90)로 보내지는 이산화탄소의 순도를 분석하는 이산화탄소 분석기(100)와; 상기 프로덕트 탱크(90)에서 제공된 이산화탄소를 고온으로 가열하는 히터(110)를 포함하여 구성된다.The high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technologies according to the present invention exchanges heat with a compressor (10) for pressurizing carbon dioxide containing nitrogen and oxygen, and carbon dioxide containing nitrogen and oxygen pressurized by the compressor (10) a
상기 콤프레샤(Compressor,10)는 중공사 기체막 분리, PSA(Pressure Swing Adsorption), TSA(Temperature Swing Adsorption), VSA(Vacuum Swing Adsorption), TPSA(Temperature & Pressure Swing Adsorption), VPSA(Vacuum & Pressure Swing Adsorption) 등과 같은 다양한 기술로 생산된 일정값 미만의 순도를 갖는 이산화탄소를 일정압 이상으로 가압하여 공급탱크(40)에 저장 이송시킨다.The compressor (10) is hollow fiber gas membrane separation, PSA (Pressure Swing Adsorption), TSA (Temperature Swing Adsorption), VSA (Vacuum Swing Adsorption), TPSA (Temperature & Pressure Swing Adsorption), VPSA (Vacuum & Pressure Swing) Adsorption) and the like, carbon dioxide having a purity less than a certain value produced by various techniques is pressurized to a certain pressure or higher, and stored and transferred to the
좀 더 자세히 설명하면, 콤프레샤(10)는 순도 85%의 이산화탄소를 7 ~ 8 bar 이상의 압력으로 가압하여 열교환기(20) 쪽으로 이송시킨다. 여기서 콤프레샤(10)에 의해 가압되는 이산화탄소는 순도가 85% 정도이므로, 이산화탄소에는 질소와 산소를 포함한 각종 기체들이 소량 포함되어 있다.In more detail, the
상기 열교환기(20)는 콤프레샤(10)에 의해 가압되는 질소와 산소가 포함된 이산화탄소의 온도를 하강시킨다. 콤프레샤(10)에 의해 질소와 산소가 포함된 이산화탄소가 7 ~ 8 bar 이상의 압력으로 가압되면 온도가 높아지므로 열교환기를 통해 열교환을 하여 온도를 하강시킨다.The
상기 칠러(Chiller,30)는 질소와 산소가 포함된 이산화탄소와 지속적으로 열교환을 함으로써 온도가 높아진 열교환기(20)를 냉각수를 통해 온도를 낮추어준다.The
상기 공급탱크(40)는 질소와 산소가 포함된 이산화탄소가 저장되는 탱크로서, 앞서 기재한 것처럼 순도 85% 정도의 이산화탄소가 콤프레샤(10)의 압력에 의해 열교환기(20)를 거쳐 내부로 공급된다.The
상기 제1,2,3챔버(50,60,70)는 공급탱크(40)와 공급라인(P1)을 통해 연결되어 공급탱크(40)로부터 질소와 산소가 포함된 이산화탄소(즉 순도 85% 정도의 이산화탄소)을 제공받는다. 부연하면, 제1,2,3챔버(50,60,70)는 병렬 설치되고 공급탱크(40)와 공급라인(P1)을 통해 연결되되 공급라인(P1)이 제1,2,3챔버(50,60,70)의 상단에 각각 연결된다. 이러한 제1,2,3챔버(50,60,70)의 내부에는 이산화탄소만을 선택적으로 흡착하는 분자체(Molecular Sieve)가 충진되어 있다.The first, second, and
따라서 공급라인(P1)을 통해 공급탱크(40)로부터 순도 85% 정도의 이산화탄소가 제1,2,3챔버(50,60,70) 내부에 공급되면 일정시간동안 이산화탄소가 체류하면서 분자체의 기공에 흡착된다.Therefore, when carbon dioxide having a purity of about 85% is supplied to the inside of the first, second, and
상기 진공펌프(80)는 진공압력을 발생시켜 제1,2,3챔버(50,60,70)의 분자체에 흡착된 이산화탄소를 탈리한다. 부연하면 제1,2,3챔버(50,60,70)의 하단과 프로덕트 탱크(90)는 배출라인(P2)을 통해 서로 연결되어 있는데, 이러한 배출라인(P2) 상에 진공펌프(80)가 설치되어 진공펌프(80)가 작동되면 제1,2,3챔버(50,60,70) 내부의 분자체에 흡착되어 있던 이산화탄소가 탈리되어 프로덕트 탱크(90) 내부로 공급된다.The
상기 프로덕트 탱크(90)는 진공펌프(80)의 진공압에 의해 분자체에서 탈리된 이산화탄소가 저장된다. 뒤에서 좀 더 자세히 설명하겠지만 프로덕트 탱크(90) 내부에 저장되는 이산화탄소는 공급탱크(40)를 통해 제1,2,3챔버(50,60,70) 내부에 공급된 이산화탄소보다 높은 순도를 갖는 것으로서, 제어부(120)에 설정된 이산화탄소의 순도를 맞추기 위하여 히터(110) 쪽으로 이산화탄소를 공급한다.The
상기 이산화탄소 분석기(100)는 진공펌프(80)의 진공압에 의해 분자체에서 탈리되어 프로덕트 탱크(90)로 보내지는 이산화탄소의 순도를 분석한다. The
이렇게 이산화탄소 분석기(100)에 의해 분석된 이산화탄소의 순도가 제어부(120)에 설정된 순도보다 낮은 경우 이산화탄소는 우회라인(P4)을 통해 공급탱크(40) 쪽으로, 좀 더 자세히는 콤프레샤(10)의 앞쪽으로 이송되고, 이산화탄소의 순도가 제어부(120)에 설정된 순도 이상인 경우에는 배출라인(P2)을 통해 이산화탄소는 프로덕트 탱크(90) 내부로 공급된다.In this way, when the purity of the carbon dioxide analyzed by the
상기 히터(110)는 프로덕트 탱크(90)에서 제공된 이산화탄소를 고온으로 가열한 후 제1,2,3챔버(50,60,70) 내부로 공급하여 활성화 에너지를 공급한다. 이렇게 고온의 이산화탄소를 제1,2,3챔버(50,60,70) 내부로 공급하여 제1,2,3챔버(50,60,70) 내부의 온도를 90℃ 이상이 되도록 하면 제1,2,3챔버(50,60,70) 내부의 이산화탄소가 활성화되어 진공펌프(80)가 작동하였을 때 배출라인(P2)을 통해 외부로 배출된다.The
한편, 히터(110)는 제1,2,3챔버(50,60,70)에 동시에 고온의 이산화탄소를 공급하는 것이 아니고, 제1,2,3챔버(50,60,70)에 순차적으로 하나씩 고온으로 가열된 이산화탄소를 공급한다. On the other hand, the
그리고, 진공펌프(80)는 제1,2,3챔버(50,60,70)에 동시에 진공압력을 작용시키는 것이 아니고, 히터(110)에 의해 고온으로 가열된 이산화탄소가 공급되는 챔버에만 진공압력을 작용시켜 진공압력이 작용되는 해당 챔버의 분자체에서만 이산화탄소를 탈리시킨다. Further, the
더불어, 제1,2,3챔버(50,60,70)에 이산화탄소와 함께 공급된 질소와 산소는 리사이클링 라인(P3)을 통해 외부로 배출되는데, 이때 제1챔버(50) 내부의 질소와 산소, 제2챔버(60) 내부의 질소와 산소 및 제3챔버(70) 내부의 질소와 산소가 제1,2,3챔버(50,60,70) 밖으로 동시에 배출되는 것이 아니고 리사이클링 라인(P3)을 통해 순차적으로 배출된다. In addition, nitrogen and oxygen supplied together with carbon dioxide to the first, second, and
부연하면, 히터(110)에 의해 가열된 고온의 이산화탄소가 바로 다음에 공급될 챔버에서 먼저 배출된다. 즉 히터(110)에 의해 가열된 고온의 이산화탄소가 현재 특정 챔버에 공급되고 있을 때 바로 그 다음에 고온의 이산화탄소가 공급될 챔버에서 질소와 산소가 먼저 배출되는 것이다.In other words, the high-temperature carbon dioxide heated by the
위와 같이 구성되는 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비의 작동과정을 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 3단계(스텝 1, 스텝 2, 스텝 3)로 설명함으로써 본 발명의 이해를 돕도록 한다.Understanding the present invention by explaining the operation process of the high-purity carbon dioxide production facility incorporating the TSA and VSA technologies according to the present invention configured as above in three steps (Step 1, Step 2, Step 3) with reference to FIGS. 4A to 4C to help
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비를 이용하여 고순도 이산화탄소를 생산하는 한 사이클을 보인 도이다.4A to 4C are diagrams illustrating one cycle of producing high-purity carbon dioxide using a high-purity carbon dioxide production facility incorporating TSA and VSA technologies according to the present invention.
먼저 스텝 1(도 4a)을 설명하면, 순도 85%의 이산화탄소(순도가 85%이므로 산소와 질소가 소량 포함되어 있음)를 콤프레샤(10)를 통해 고압으로 가압한 후 열교환기(20)를 거쳐 공급탱크(40) 내부로 공급한다.First, step 1 (FIG. 4a) is described, after the carbon dioxide having a purity of 85% (the purity is 85% and contains a small amount of oxygen and nitrogen) is pressurized to a high pressure through the
공급탱크(40) 내부의 이산화탄소는 공급라인(P1)을 통해 제1챔버(50) 내부로 이송된 후 4 ~ 6시간 정도 체류하면서 제1챔버(50) 내부의 분자체에 흡착된다. 이때 분자체에 흡착되지 않은 질소 및 산소는 리사이클링 라인(P3)을 통해 외부로 배출된다.The carbon dioxide in the
이렇게 질소 및 산소가 배출된 제1챔버(50)의 내부 압력과 동압이 되도록 제2챔버(60) 내부로 공급탱크(40)에 저장된 순도 85%의 이산화탄소 일부를 공급라인(P1)을 통해 공급한다.A portion of carbon dioxide having a purity of 85% stored in the
한편, 제1챔버(50)와 제2챔버(60)에서 이러한 과정들이 진행될 때 프로덕트 탱크(90)에서 공급된 고순도의 이산화탄소가 히터(110)에 의해 가열된 후 제3챔버(70) 내부로 공급되어 제3챔버(70) 내부의 온도는 90℃ 이상이 된다.(제3챔버에 고온의 고순도 이산화탄소가 공급되기 전에 이미 제3챔버에도 순도 85%의 이산화탄소가 공급되어 분자체에 이산화탄소가 흡착되어 있는 상태이다)Meanwhile, when these processes are performed in the
이렇게 90℃ 이상으로 가열된 온도에 의해 제3챔버(70)의 분자체에 흡착된 이산화탄소가 충분히 활성화되면, 진공펌프(80)를 일정시간 작동시켜 제3챔버(70)의 분자체에서 이산화탄소를 탈리한 후 프로덕트 탱크(90) 내부로 이송 저장함으로써 1차적으로 고순도 이산화탄소를 생산한다.When the carbon dioxide adsorbed to the molecular sieve of the
여기에서, 배출라인(P2)을 유동하여 프로덕트 탱크(90)로 안내되는 고순도 이산화탄소 전체가 프로덕트 탱크(90)로 유동되는 것은 아니고, 이산화탄소 분석기(100)로 분석하여 제어부(120)에 설정된 순도값인 99.5% 이상의 순도를 갖는 경우에만 프로덕트 탱크(90)로 공급되고, 99.5% 미만인 경우에는 우회라인(P4)을 통하여 콤프레샤(10)의 앞쪽 라인으로 공급된다.Here, the entire high-purity carbon dioxide that flows through the discharge line P2 and is guided to the
이렇게 1차적으로 고순도 이산화탄소의 생산이 완료된 이후에는 다시 소량의 고순도 이산화탄소, 좀 더 자세히는 1차 생산된 고순도 이산화탄소의 13 ~ 15% 정도를 프로덕트 탱크(90)에서 제공받은 후 히터(110)로 가열한 다음 직전에 이산화탄소가 탈리된 챔버, 즉 제3챔버(70) 내부로 다시 공급하여 해당 챔버, 즉 제3챔버(70) 내부에 남아 있을 수 있는 질소나 산소를 콤프레샤(10)의 앞쪽 라인으로 밀어낸다.After the production of high-purity carbon dioxide is completed in this way, a small amount of high-purity carbon dioxide, more specifically, about 13 to 15% of the first-produced high-purity carbon dioxide is supplied from the
그리고, 위와 같은 과정이 완료된 이후에는 제3챔버(70)에 구비된 밸브를 개방하여 제3챔버(70)의 내부를 대기압 수준으로 감압시킨다.And, after the above process is completed, the valve provided in the
다음으로 스텝 1 다음의 공정인 스텝 2(도 4b)를 설명하면, 공급탱크(40) 내부에 저장된 순도 85%의 이산화탄소가 공급라인(P1)을 통해 제2챔버(60) 내부로 이송된 후 4 ~ 6시간 정도 체류하면서 제2챔버(60) 내부의 분자체에 흡착된다. 이때 분자체에 흡착되지 않은 질소 및 산소는 리사이클링 라인(P3)을 통해 외부로 배출된다.Next, step 2 (FIG. 4b), which is a process following step 1, will be described. After the carbon dioxide having a purity of 85% stored in the
이렇게 질소 및 산소가 배출된 제2챔버(60)의 내부 압력과 동압이 되도록 제3챔버(70) 내부로 공급탱크(40)에 저장된 순도 85%의 이산화탄소 일부를 공급라인(P1)을 통해 공급한다.A portion of carbon dioxide having a purity of 85% stored in the
한편, 제2챔버(60)와 제3챔버(70)에서 이러한 과정들이 진행될 때 프로덕트 탱크(90)에서 공급된 고순도의 이산화탄소가 히터(110)에 의해 가열된 후 제1챔버(50) 내부로 공급되어 제1챔버(50) 내부의 온도는 90℃ 이상이 된다.On the other hand, when these processes are performed in the
이렇게 90℃ 이상으로 가열된 온도에 의해 제1챔버(50)의 분자체에 흡착된 이산화탄소가 충분히 활성화되면, 진공펌프(80)를 일정시간 작동시켜 제1챔버(50)의 분자체에서 이산화탄소를 탈리한 후 프로덕트 탱크(90) 내부로 이송함으로써 1차적으로 고순도 이산화탄소를 생산한다.When the carbon dioxide adsorbed on the molecular sieve of the
여기에서, 배출라인(P2)을 유동하여 프로덕트 탱크(90)로 안내되는 고순도 이산화탄소 전체가 프로덕트 탱크(90)로 유동되는 것은 아니고, 이산화탄소 분석기(100)로 분석하여 제어부(120)에 설정된 순도값인 99.5% 이상의 순도를 갖는 경우에만 프로덕트 탱크(90)로 공급되고, 99.5% 미만인 경우에는 우회라인(P4)을 통하여 콤프레샤(10)의 앞쪽 라인으로 공급된다.Here, the entire high-purity carbon dioxide that flows through the discharge line P2 and is guided to the
이렇게 1차적으로 고순도 이산화탄소의 생산이 완료된 이후에는 다시 소량의 고순도 이산화탄소, 좀 더 자세히는 1차 생산된 고순도 이산화탄소의 13 ~ 15% 정도를 프로덕트 탱크(90)에서 제공받은 후 히터(110)로 가열한 다음 제1챔버(50) 내부로 다시 공급하여 제1챔버(50) 내부에 남아 있을 수 있는 질소나 산소를 콤프레샤(10)의 앞쪽 라인으로 밀어낸다.After the production of high-purity carbon dioxide is completed in this way, a small amount of high-purity carbon dioxide, more specifically, about 13 to 15% of the first-produced high-purity carbon dioxide is supplied from the
그리고, 위와 같은 과정이 완료된 이후에는 제1챔버(50)에 구비된 밸브를 개방하여 제1챔버(50)의 내부를 대기압 수준으로 감압시킨다.And, after the above process is completed, the valve provided in the
다음으로 스텝 2 다음의 공정인 스텝 3(도 4c)를 설명하면, 공급탱크(40) 내부에 저장된 순도 85%의 이산화탄소가 공급라인(P1)을 통해 제3챔버(70) 내부로 이송된 후 4 ~ 6시간 정도 체류하면서 제3챔버(70) 내부의 분자체에 흡착된다. 이때 분자체에 흡착되지 않은 질소 및 산소는 리사이클링 라인(P3)을 통해 외부로 배출된다.Next, step 3 (FIG. 4c), which is a process following step 2, will be described. After the carbon dioxide having a purity of 85% stored in the
이렇게 질소 및 산소가 배출된 제3챔버(70)의 내부 압력과 동압이 되도록 제1챔버(50) 내부로 공급탱크(40)에 저장된 순도 85%의 이산화탄소 일부를 공급라인(P1)을 통해 공급한다.A portion of carbon dioxide having a purity of 85% stored in the
한편, 제3챔버(70)와 제1챔버(50)에서 이러한 과정들이 진행될 때 프로덕트 탱크(90)에서 공급된 고순도의 이산화탄소가 히터(110)에 의해 가열된 후 제2챔버(60) 내부로 공급되어 제2챔버(60) 내부의 온도는 90℃ 이상이 된다.On the other hand, when these processes are performed in the
이렇게 90℃ 이상으로 가열된 온도에 의해 제2챔버(60)의 분자체에 흡착된 이산화탄소가 충분히 활성화되면, 진공펌프(80)를 일정시간 작동시켜 제2챔버(60)의 분자체에서 이산화탄소를 탈리한 후 프로덕트 탱크(90) 내부로 이송함으로써 1차적으로 고순도 이산화탄소를 생산한다.When the carbon dioxide adsorbed on the molecular sieve of the
여기에서, 배출라인(P2)을 유동하여 프로덕트 탱크(90)로 안내되는 고순도 이산화탄소 전체가 프로덕트 탱크(90)로 유동되는 것은 아니고, 이산화탄소 분석기(100)로 분석하여 제어부(120)에 설정된 순도값인 99.5% 이상의 순도를 갖는 경우에만 프로덕트 탱크(90)로 공급되고, 99.5% 미만인 경우에는 우회라인(P4)을 통하여 콤프레샤(10)의 앞쪽 라인으로 공급된다.Here, the entire high-purity carbon dioxide that flows through the discharge line P2 and is guided to the
이렇게 1차적으로 고순도 이산화탄소의 생산이 완료된 이후에는 다시 소량의 고순도 이산화탄소, 좀 더 자세히는 1차 생산된 고순도 이산화탄소의 13 ~ 15% 정도를 프로덕트 탱크(90)에서 제공받은 후 히터(110)로 가열한 다음 제2챔버(60) 내부로 다시 공급하여 제2챔버(60) 내부에 남아 있을 수 있는 질소나 산소를 콤프레샤(10)의 앞쪽 라인으로 밀어낸다.After the production of high-purity carbon dioxide is completed in this way, a small amount of high-purity carbon dioxide, more specifically, about 13 to 15% of the first-produced high-purity carbon dioxide is supplied from the
그리고, 위와 같은 과정이 완료된 이후에는 제2챔버(60)에 구비된 밸브를 개방하여 제2챔버(60)의 내부를 대기압 수준으로 감압시킨다.And, after the above process is completed, the valve provided in the
본 발명은 위와 같은 스텝 1, 스텝 2, 스텝 3를 한 사이클로 하여 고순도의 이산화탄소를 반복적으로 연속 생산한다.In the present invention, high-purity carbon dioxide is repeatedly and continuously produced by performing Step 1, Step 2, and Step 3 as one cycle.
10: 콤프레샤 20: 열교환기
30: 칠러 40: 공급탱크
50: 제1챔버 60: 제2챔버
70: 제3챔버 80: 진공펌프
90: 프로덕트 탱크 100: 이산화탄소 분석기
110: 히터 120: 제어부
P1: 공급라인 P2: 배출라인
P3: 리사이클링 라인 P4: 우회라인10: compressor 20: heat exchanger
30: chiller 40: supply tank
50: first chamber 60: second chamber
70: third chamber 80: vacuum pump
90: product tank 100: carbon dioxide analyzer
110: heater 120: control unit
P1: supply line P2: discharge line
P3: recycling line P4: bypass line
Claims (7)
상기 히터(110)는 제1,2,3챔버(50,60,70)에 순차적으로 하나씩 고온으로 가열된 이산화탄소를 공급하고, 상기 진공펌프(80)는 상기 히터(110)에 의해 고온으로 가열된 이산화탄소가 공급되는 챔버에 진공압력을 작용시켜 해당 챔버의 분자체에서 이산화탄소를 탈리함으로써 탈리된 이산화탄소가 상기 프로덕트 탱크(90)에 저장되도록 하되, 상기 프로덕트 탱크(90)에 저장된 이산화탄소 13 ~ 15%를 제공받아 히터(110)로 가열한 다음 직전에 이산화탄소가 탈리된 챔버에 다시 공급하여 해당 챔버 내부에 남아 있는 질소나 산소를 콤프레샤(10)의 앞쪽 라인으로 밀어내며,
상기 제1,2,3챔버(50,60,70)에 이산화탄소와 함께 공급된 질소와 산소는 리사이클링 라인(Recycling Line,P3)을 통해 순차적으로 배출되되, 상기 히터(110)에 의해 가열된 고온의 이산화탄소가 현재 특정 챔버에 공급되고 있을 때 바로 그 다음에 고온의 이산화탄소가 공급될 챔버에서 질소와 산소가 먼저 배출되는 것을 특징으로 하는 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비.
a compressor 10 for pressurizing carbon dioxide containing nitrogen and oxygen; a heat exchanger 20 for lowering the temperature of carbon dioxide containing nitrogen and oxygen pressurized by the compressor 10; a chiller (30) for cooling the heat exchanger (20); a supply tank 40 in which carbon dioxide containing nitrogen and oxygen is stored; first, second, and third chambers (50, 60, 70) in which a molecular sieve for receiving carbon dioxide containing nitrogen and oxygen from the supply tank 40 and adsorbing carbon dioxide is filled therein; a vacuum pump 80 for generating a vacuum pressure to desorb carbon dioxide adsorbed on the molecular sieves of the first, second, and third chambers (50, 60, 70); a product tank 90 for storing carbon dioxide desorbed from the molecular sieve by the vacuum pressure of the vacuum pump 80; a carbon dioxide analyzer 100 for analyzing the purity of carbon dioxide that is desorbed from the molecular sieve by the vacuum pressure of the vacuum pump 80 and sent to the product tank 90; and a heater 110 that heats the carbon dioxide provided from the product tank 90 to a high temperature and supplies it to the first, second, and third chambers 50, 60, and 70;
The heater 110 sequentially supplies carbon dioxide heated to a high temperature one by one to the first, second, and third chambers 50 , 60 , and 70 , and the vacuum pump 80 is heated to a high temperature by the heater 110 . By applying a vacuum pressure to the chamber to which the carbon dioxide is supplied, the carbon dioxide is desorbed from the molecular sieve of the chamber so that the desorbed carbon dioxide is stored in the product tank 90, but 13 to 15% of the carbon dioxide stored in the product tank 90 is provided and heated by the heater 110, and then supplied back to the chamber from which carbon dioxide has been desorbed immediately before pushing out the nitrogen or oxygen remaining in the chamber to the front line of the compressor 10,
Nitrogen and oxygen supplied together with carbon dioxide to the first, second, and third chambers 50, 60, and 70 are sequentially discharged through a recycling line (P3), and the high temperature heated by the heater 110 is A high-purity carbon dioxide production facility that combines TSA and VSA technologies, characterized in that nitrogen and oxygen are first discharged from the chamber to which high-temperature carbon dioxide is to be supplied immediately after carbon dioxide is currently being supplied to a specific chamber.
상기 이산화탄소 분석기(100)에 의해 분석된 이산화탄소의 순도가 설정된 순도 미만인 경우 상기 이산화탄소는 상기 공급탱크(40) 쪽으로 이송되는 것을 특징으로 하는 TSA와 VSA기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비.The method according to claim 1,
When the purity of the carbon dioxide analyzed by the carbon dioxide analyzer 100 is less than the set purity, the carbon dioxide is transferred to the supply tank 40. A high-purity carbon dioxide production facility combining TSA and VSA technologies.
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KR1020210118494A KR102405949B1 (en) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | High-purity carbon dioxide production facility combining TSA and VSA technologies |
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KR1020210118494A KR102405949B1 (en) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | High-purity carbon dioxide production facility combining TSA and VSA technologies |
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2021
- 2021-09-06 KR KR1020210118494A patent/KR102405949B1/en active IP Right Grant
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