KR102485051B1

KR102485051B1 - 육불화황 회수-정제 시스템 및 이를 이용한 육불화황 회수-정제 방법

Info

Publication number: KR102485051B1
Application number: KR1020170182106A
Authority: KR
Inventors: 김경숙; 김광신; 이정은; 김상호; 박석순
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2023-01-06
Also published as: KR20190079971A

Abstract

본 발명은 전력 설비로부터 육불화황을 포함하는 회수물을 수집하는 회수부; 상기 회수부로부터 공급받은 회수물을 포집하여 제1정제부와 제2정제부로 분리 공급하는 포집부; 상기 포집부로부터 상대적 저농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제하는 제1정제부; 상기 포집부로부터 상대적 고농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제하는 제2정제부; 포함하고, 상기 제1정제부와 제2정제부는 공급받는 회수물의 상대적인 육불화황 농도에 따라 정제법이 서로 다른 것을 특징으로 하는 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템에 관한 것이다. 이를 통해, 본 발명은 전력 설비로부터 회수된 육불화황을 포함하는 회수물의 농도에 따라 정제 방식과 정제량을 결정할 수 있고, 질소 퍼징을 생략하면서도 전력 설비 내 잔여 육불화황의 양을 최소화하며, 동시에 육불화황의 회수율이 높으면서도 에너지의 소모량이 현저하게 저감된 육불화황 회수-정제 시스템을 제공한다.

Description

육불화황 회수-정제 시스템 및 이를 이용한 육불화황 회수-정제 방법{HEXAFLUOROSULFIDE RECOVERY SYSTEM FOR ELECTRICAL INSTALLATION AND HEXAFLUOROSULFIDE RECOVERY METHOD USING THE SAME}

본 발명은 육불화황(SF₆)을 절연체로 사용하는 전력 설비에서 육불화황을 회수-정제하기 위한 시스템 및 이를 이용한 육불화황 회수-정제 방법에 관한 것이다.

육불화황(SF₆) 가스는 알루미늄 생산, 마그네슘 제련, 반도체 생산, 평판 스크린 생산, 핵연료 주기, 소음 방지 창문, 타이어, 고성능 레이더, 기후 측정을 위한 추적용 가스, 발전소 파이프 내 및 군사적 응용을 포함해서 전기산업이 아닌 다른 분야에서도 널리 이용되고 있다.

육불화황은 공기의 약 3배 정도 높은 절연 내압, 공기의 약 10배 정도 높은 열 차단 용량(thermal interruption capabilities) 및 공기의 약 2배 정도 높은 열전달 성능으로 인해 1960년 초 이후로 다양한 전력 설비에서 절연체로서 사용되어 왔다. 전기산업 이외의 분야에서는 거의 1% 정도의 낮은 농도의 육불화황 가스를 사용하지만 전기산업에서는 90% 이상의 고농도 혹은 거의 100%에 가까운 육불화황 가스가 사용되고 있다. 특히 우리나라는 전체 육불화황 사용량의 약 80%를 전기산업에서 사용하고 있다.

그러나, 육불화황 가스는 지구온난화 계수(global warming potential, GWP)가 이산화탄소의 23,900 배로 매우 높고, 대기 중에서 분해되지 않고 남아있는 기간이 3,200년으로 길어 장기간 대기 중에 잔존하기 때문에 육불화황을 대기 중에 배출하지 않고, 재활용하는 것은 환경적, 경제적으로 매우 중요하다.

이에 따라, 육불화황의 대기 내의 방출을 제어하기 위해 개발, 설계, 생산, 서비스, 보수 및 회수 등의 일련의 시스템 등을 구성하여 육불화황을 회수하고, 재사용하기 위한 기술 개발의 필요성이 높다.

종래에는 육불화황 가스를 회수-정제하는 다양한 방법이 시도되고 있다. 예를 들면, 증류법은 99.9%의 육불화황 가스를 원료로 고층의 증류탑을 이용하여 하여 순도 99.999% 이상의 초고순도 반도체용 육불화황 가스를 생산하는 정제 방법이다. 증류탑의 구비 및 에너지 소모에 따른 회수-정제 비용이 높아 일반적인 전력 설비에 널리 이용되기에는 어려움이 있다.

또한, 최근에는 흡착법과 막분리 기술 등을 이용하여 전력 설비에서 발생한 저농도의 폐 육불화황을 PSA (pressure swing adsorption)로 분리 및 농축하는 기술이 알려져 있으나, 막분리 기술로 처리 가능한 용량이 일반 전력 설비에서 요구되는 처리 용량에 비해 매우 낮고, 회수율이 충분하지 않아 일반적인 전력 설비에 널리 이용되기에는 어려움이 있다.

따라서, 육불화황(SF₆)을 절연체로 사용하는 전력 설비에 적용하기에 충분한 처리 용량을 가지면서도, 육불화황의 회수율이 높고, 에너지 효율이 우수한 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템 및 이를 이용한 육불화황 회수-정제 방법에 대한 개발 요구가 높아지고 있다.

본 발명의 하나의 목적은 에너지 효율이 우수한 육불화황 회수-정제 시스템 및 이를 이용한 육불화황 회수-정제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전력 설비로부터 회수된 육불화황을 포함하는 회수물의 농도에 따라 정제 방식과 정제량을 결정할 수 있어, 육불화황의 회수율이 높으면서도 에너지의 소모량이 현저하게 저감된 육불화황 회수-정제 시스템 및 이를 이용한 육불화황 회수-정제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 질소 퍼징을 생략하면서도 전력 설비 내 잔여 육불화황의 양을 최소화하고, 에너지의 소모량을 현저하게 저감할 수 있는 육불화황 회수-정제 시스템 및 이를 이용한 육불화황 회수-정제 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 구현예는 전력 설비로부터 육불화황을 포함하는 회수물을 수집하는 회수부; 상기 회수부로부터 공급받은 회수물을 포집하여 제1정제부와 제2정제부로 분리 공급하는 포집부; 상기 포집부로부터 상대적 저농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제하는 제1정제부; 상기 포집부로부터 상대적 고농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제하는 제2정제부; 포함하고, 상기 제1정제부와 제2정제부는 공급받는 회수물의 상대적인 육불화황 농도에 따라 정제법이 서로 다른 것을 특징으로 하는 육불화황 회수-정제 시스템에 관한 것이다.

상기 제1정제부에서 정제된 제1정제물은 제2정제부에 공급되고, 잔여기체는 시스템 외부로 배출될 수 있다. 또한, 상기 제1정제물은 육불화황의 농도가 예를 들면 50 중량% 농도 미만, 70 중량% 농도 미만인 경우, 제1정제부로 환류되어 추가 정제된 후 예를 들면 50 중량% 농도 이상, 70 중량% 농도 이상이 되어 제2정제부로 공급될 수 있다.

상기 제2정제부에서 정제된 제2정제물은 추가의 저장조에 저장되거나 전력 설비에 공급하고, 잔여기체는 제1정제부에 환류될 수 있다. 또한, 상기 제2정제물은 육불화황의 농도가 예를 들면 50 중량% 농도 이상 내지 99.7 중량% 농도 미만, 70 중량% 농도 이상 내지 99.7 중량% 농도 미만인 경우, 제2정제부로 환류되어 추가 정제된 후 예를 들면 99.7 중량% 농도 이상이 되어 대상 설비로 공급될 수 있다.

상기 제1정제부는 하이드레이트 정제 설비를 포함하는 것이고, 상기 제2정제부는 액화식 정제 설비 또는 심냉식 고화 정제 설비를 포함하는 것일 수 있다.

상기 회수부는 액화식 육불화황 회수 설비를 포함하는 것일 수 있다.

상기 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템은 상기 포집부에 설치되고, 회수물의 육불화황 농도 및 성상 비율을 분석한 후 회수물의 분리 공급량을 결정하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 포집부에서 분석된 액상 회수물의 육불화황 농도가 70 중량% 내지 90 중량%일 경우 성상 비율로부터 액상 회수물의 양을 산출하여 제2정제부로 분리 공급하고, 잔여 회수물은 제1정제부로 공급하는 것을 포함할 수 있다.

상기 분리 공급하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 육불화황 회수-정제 시스템에서 사용가능한 방법이 모두 사용될 수 있다.

일 구체예에서 상기 제어부는 액상 회수물의 육불화황 농도가 설정값(70 중량% 내지 90 중량%)을 만족하는 경우, 성상 비율을 분석하여 액상 회수물의 양을 산출하고, 상기 산출 값의 70 중량% 내지 90 중량%를 제2정제부 공급값으로 설정한 후, 상기 제2정제부 공급값만큼의 액상 회수물을 제2정제부로, 나머지의 기체 및 액상 회수물을 제1정제부로 공급할 수 있다. 이때, 제2정제부로 액상 회수물만을 공급하는 방법은 포집부 장치 중 액상 회수부가 존재하는 하단부를 제2정제부와 연결할 수 있다. 또한, 상기 포집부 장치 예를 들면 실린더를 회전시키거나 물리적인 위치를 변경하여 분리 공급할 수도 있다. 이러한 경우, 에너지 소모량을 더욱 저감할 수 있다.

상기 제어부는 포집부에서 분석된 성상 비율로부터 액상 회수물의 육불화황 농도가 99.7 중량% 이상인 경우 액상 회수물을 추가의 저장조에 저장하거나 전력 설비에 공급하고, 잔여 회수물은 제1정제부로 공급하는 것을 포함할 수 있다.

상기 제어부에서 회수물의 성상 비율을 분석하는 방법은 (A1) 포집부를 측정 온도 T로 유지한 후 포집 용기의 부피 VT(m³), 포집 용기의 포집 전 중량 MT0(kg)과 포집 후 중량 MT1(kg) 및 포집 용기 내 압력 PT(atm)을 측정하고, (A2) 하기 식 1 및 식 2를 연립하여 포집 용기 내 액상 회수물의 부피 VL(m³) 및 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피 VG(m³)를 산출하는 것일 수 있다.

[식 1]

VL + VG = VT

[식 2]

(VL X DL) + (VG X DG1) = (MT1 - MT0)

상기 식 1 내지 식 2에서, VL은 포집 용기 내 액상 회수물의 부피(m³), VG는 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피(m³), VT는 포집 용기의 부피(m³), DL은 삼중점에서 액상 육불화황의 이론적 밀도(kg/m³), DG1은 측정 온도 T(℃) 및 포집 용기 내 압력 PT(atm)에서의 기체상 육불화황의 이론적 밀도(kg/m³), MT1는 포집 용기의 포집 후 중량(kg), MT0는 포집 용기의 포집 전 중량(kg)이다.

상기 제어부에서 회수물의 성상 비율을 분석하는 방법은 (B1) 포집부를 측정 온도 K(K)로 유지한 후 포집 용기의 부피 VT(m³), 포집 용기의 포집 전 중량 MT0(kg)과 포집 후 중량 MT1(kg) 및 포집 용기 내 압력 P(Pa)을 측정하고, (B2) 하기 식 3으로 표시되는 육불화황의 기체 상태 방정식을 사용하여 기체상 회수물의 몰 부피 VM (m³/mol)를 산출하고, (B3) 상기 몰 부피 VM (m³/mol)를 하기 식 4에 대입하여 기체상 회수물의 산출 밀도 DG2 (kg/m³)를 구한 후, (B4) 하기 식 5 및 식 6을 연립하여 포집 용기 내 액상 회수물의 부피 VL(m³) 및 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피 VG(m³)를 산출하는 것일 수 있다.

[식 3]

P × (VM)² = [{R × K × (VM + b)} - a]

상기 식 3에서, P는 포집 용기 내 압력 (Pa), VM은 기체상 회수물의 몰 부피 VM (m³/mol), VM²은 VM의 제곱값이고, R은 이상기체상수 8.3143 (m³·Pa /mol·K)이고, K는 측정 온도 (K)이고, a는 15.78 × 10^-6 × {1 - (0.1062 × 10^-3/ VM)} 이고, b는 0.366 × 10^-3 × {1 - (0.1236 × 10^-3/ VM)}이고,

[식 4]

DG2 = ( MW / VM )

상기 식 4에서, MW는 육불화황의 몰 질량(kg/mol)이고, VM은 상기 식 3에서 산출된 몰 부피(m³/mol)이고;

[식 5]

VL + VG = VT

[식 6]

(VL X DL) + (VG X DG2) = (MT1 - MT0)

상기 식 5 내지 식 6에서, VL은 포집 용기 내 액상 회수물의 부피(m³), VG는 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피(m³), VT는 포집 용기의 부피(m³), DL은 삼중점에서 액상 육불화황의 이론적 밀도(kg/m³), DG2는 측정 온도 K(K) 및 포집 용기 내 압력 P(Pa)에서의 기체상 육불화황의 이론적 밀도이다.

상기 전력 설비는 고압 스위치 기어, 중압 스위치 기어, 가스절연 개폐기 (Gas Insulated Switchgear), 환상 주회로, 자동차단기, 변압기 및 케이블 설비 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 전력 설비로부터 육불화황 가스를 포함하는 회수물을 수집하고; 상기 수집된 회수물을 포집하여 제1정제부와 제2정제부로 분리 공급하며; 상기 제1정제부에서 포집부로부터 공급받은 상대적 저농도 육불화황 회수물을 정제하고; 상기 제2정제부에서 포집부로부터 공급받은 상대적 고농도 육불화황 회수물을 정제하는; 것을 포함하고, 상기 제1정제부와 제2정제부는 공급받는 회수물의 상대적인 육불화황 농도에 따라 정제법이 서로 다른 것을 특징으로 하는 육불화황 회수-정제 방법에 관한 것이다.

상기 육불화황 회수-정제 방법은 전술한 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명은 전력 설비로부터 회수된 육불화황을 포함하는 회수물의 농도에 따라 정제 방식과 정제량을 결정할 수 있고, 질소 퍼징을 생략하면서도 전력 설비 내 잔여 육불화황의 양을 최소화하며, 동시에 육불화황의 회수율이 높으면서도 에너지의 소모량이 현저하게 저감된 육불화황 회수-정제 시스템 및 이를 이용한 육불화황 회수-정제 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명 일 실시예의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명 다른 실시예의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명 또 다른 실시예의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명 실시예 1의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 이용하여 분석한 육불화황-하이드레이트와 질소의 평형곡선을 나타낸 것이다.

이를 통해, 본 발명은 전력 설비로부터 회수된 육불화황을 포함하는 회수물의 농도에 따라 정제 방식과 정제량을 결정할 수 있고, 질소 퍼징을 생략하면서도 전력 설비 내 잔여 육불화황의 양을 최소화하며, 동시에 육불화황의 회수율이 높으면서도 에너지의 소모량이 현저하게 저감된 육불화황 회수-정제 시스템을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 출원의 육불화황 회수-정제 시스템을 설명하나, 도면은 예시적인 것으로서, 본 출원의 청구 범위가 도면에 의하여 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명 일 실시예의 육불화황 회수-정제 시스템을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템은 전력 설비(100)로부터 육불화황을 포함하는 회수물을 수집하는 회수부(200); 상기 회수부로부터 공급받은 회수물을 포집하여 제1정제부와 제2정제부로 분리 공급하는 포집부(300); 상기 포집부로부터 상대적 저농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제하는 제1정제부(400); 상기 포집부로부터 상대적 고농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제하는 제2정제부(500);를 포함한다.

상기 전력 설비(100)는 육불화황을 절연체로 사용하는 전력 설비라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 전력 설비(100)는 고압 스위치 기어, 중압 스위치 기어, 가스절연 개폐기 (Gas Insulated Switchgear), 환상 주회로, 자동차단기, 변압기 및 케이블 설비 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 전력 설비는 폐 배전 설비일 수 있다. 이러한 예시의 전력 설비(100)는 절연체로 고순도의 육불화황이 요구되며, 밀폐된 사이클을 통해 육불화황을 취급할 필요가 있고, 대기 중으로 배출되는 육불화황의 양을 극히 낮출 필요성이 있어, 본 발명의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템이 적용될 경우 육불화황의 순도 향상, 취급성 향상, 배출량 저감의 이점을 현저하게 증대할 수 있다.

상기 회수부(200)는 전력 설비(100)와 연결되어 전력 설비에서 발생하는 오염된 육불화황, 외부에서 침투된 공기, 전력 설비에서 발생하는 아크에 의해 생성된 각종 불화물 등을 포함하는 기체인 회수물을 수집한다. 수집 방법은 일반적으로 육불화황 회수-정제 시스템에 사용되는 것이라면 제한되지 않는다.

예를 들면, 상기 회수부(200)는 전력 설비(100)로부터 육불화황을 포함하는 회수물을 회수부 내로 인입하기 위한 연결 장치(210), 육불화황을 포함하는 회수물을 액체와 기체로 수집하기 위한 액화 회수기(220), 수집된 육불화황을 포함하는 회수물을 포집부(300)에 공급하기 위한 공급 장치(230) 등을 포함할 수 있다. 상기 연결 장치(210), 액화 회수기(220), 공급 장치(230) 등은 육불화황 가스의 누출을 최소화하도록 구성될 수 있다.

상기 누출 방지를 위한 설비로는 퀵 커넥트 피팅(Quick connect fitting)과 셀프 실링 밸브(self-sealing valve) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 퀵 커넥트 피팅은 예를 들면 Quick Fitting, Inc, Swagelok, Sharkbite 등의 제조사 제품을 사용할 수 있다. 셀프 실링 밸브는 예를 들면, BTX Co., Ltd., PipelifeInternational GmbH 등의 제품을 사용할 수 있다.

또한, 도면에 표시되지 않았으나 회수부(200)의 육불화황을 포함하는 회수물의 수집을 보조할 수 있는 장치, 예를 들면 유량 조절기, 진공 펌프, 압력 제어기, 압축기, 냉각기, 응축기, 저장 탱크, 공급량 조절 밸브 등을 추가적으로 포함할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 회수부(200)는 연결 장치(210)를 통해 전력 설비(100)로부터 육불화황을 포함하는 회수물을 수집하고, 이를 공급 장치(230)를 통해 포집부(300)로 공급할 수 있다. 이때, 상기 회수부는 액화식 육불화황 회수 설비인 액화 회수기(220)를 포함하는 것일 수 있다. 이러한 경우, 시스템의 가동 초기에는 회수부(200)의 내부 압력보다 전력 설비(100) 내부 압력이 약 20 bar 정도 높아 압력차에 의해 에너지의 소모 없이 육불화황을 포함하는 회수물을 수집할 수 있다. 시스템의 가동이 진행됨에 따라 전력 설비(100) 내부 압력과 회수부(200)의 내부 압력이 같아지게 되면 전력설비(100) 내의 육불화황을 포함하는 회수물의 잔존량을 저감하기 위해 진공 펌프가 가동되거나, 진공 펌프 후단에 설치된 압축기가 가동되어 압력을 높일 수 있다. 이와 같이 수집된 육불화황을 포함하는 회수물은 액화 회수기(220)를 통해 수집 과정 중 액화되거나 별도의 냉각기, 응축기 등을 통해 냉각 후 저장 탱크 등에 저장될 수 있다. 이러한 경우, 회수물의 부피를 저감하여 시스템의 회수물 처리량을 증대시킬 수 있다. 또한, 수집된 회수물은 곧 바로 포집부(300)에 공급될 수도 있다.

상기 포집부(300)는 상기 회수부(200)로부터 공급받은 회수물을 포집하여 제1정제부와 제2정제부로 분리 공급한다. 이를 통해, 본 발명의 육불화황 회수-정제 시스템은 회수된 육불화황을 포함하는 회수물의 농도에 따라 정제 방식과 정제량을 결정할 수 있어, 육불화황의 회수율을 높이면서도 에너지의 소모량을 현저하게 저감할 수 있다. 포집 방법은 일반적으로 육불화황 회수-정제 시스템에 사용되는 것이라면 제한되지 않는다.

예를 들면, 상기 포집부(300)는 회수부(200)로부터 수집된 회수물을 포집부 내로 인입하기 위한 공급 장치(230), 수집된 회수물을 제1정제부(400)에 공급하기 위한 제1 정제부 연결 장치(310), 수집된 회수물을 제2정제부(400)에 공급하기 위한 제2 정제부 연결 장치(320), 포집부 내에 구비되어 포집된 회수물을 각 정제부에 공급전까지 보관하기 위한 포집 용기(예를 들면, 실린더)(330) 등을 포함할 수 있다. 상기 제1 정제부 연결 장치(310), 제2 정제부 연결 장치(320), 포집 용기(330) 등은 육불화황 가스의 누출을 최소화하도록 구성될 수 있다.

또한, 도면에 표시되지 않았으나 상기 포집부(300)는 수집된 회수물을 각각 제1정제부(400) 또는 제2정제부(500)로 공급되는 공급량을 결정하기 위한 제어부, 예를 들면 유량 조절기, 진공 펌프, 압력 제어기, 압축기, 냉각기, 응축기, 저장 탱크, 공급량 조절 밸브, 기액 분리기, 유량계, 분석 장치, 분석 시료 채취 장치 등을 추가적으로 포함할 수 있다.

상기 제1정제부와 제2정제부는 공급받는 회수물의 상대적인 육불화황 농도에 따라 정제법이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

상기 제1정제부(400)는 포집부(300)로부터 상대적 저농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제할 수 있다. 상기 상대적 저농도 육불화황 회수물은 포집부(300)에 의해 분리 공급되는 회수물 중 육불화황의 농도가 상대적으로 낮은 회수물을 의미한다. 상기 제1정제부(400)의 에너지 소모량은 제2정제부에 비해 낮은 것일 수 있다.

예를 들면, 상기 제1정제부는 상대적 저농도 육불화황 회수물을 처리하기에 유리한 하이드레이트 정제 설비를 포함할 수 있다. 또한, 저농도 육불화황 회수물을 처리하기에 유리한 정제 설비는 단일 설비 또는 복합 설비(하이브리드 방식)가 사용될 수 있다.

이러한 경우, 상기 제1정제부(400)는 상대적 저농도 육불화황 회수물만을 효율적으로 정제할 수 있어, 육불화황의 회수율을 높이면서도 시스템의 에너지 소모량을 저감할 수 있다.

또한, 상기 제1정제부에서 정제된 제1정제물은 제2정제부에 공급되고, 잔여기체는 시스템 외부로 배출될 수 있다. 이러한 경우, 육불화황의 회수율을 더욱 높이면서도 시스템의 에너지 소모량을 더욱 저감할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 제1정제부(400)는 저농도 예를 들면 50 중량% 농도 미만, 70 중량% 농도 미만의 육불화황 회수물만을 효율적으로 정제할 수 있는 단일 장치 또는 복합 장치로 상대적 저농도의 육불화황 회수물의 순도를 상대적 고농도 예를 들면 85 중량% 이상, 90 중량% 이상으로 정제할 수 있다. 회수부(200)에 수집된 회수물은 회수부(200) 또는 포집부(300)에서 불순물이 포함된 상태로 액체와 기체의 회수물로 분리될 수 있다. 이때 제1정제부는 상대적 저농도인 기체 회수물을 주로 공급받게 되며 일부 액체 회수물을 포함할 수 있고, 이를 제2정제부에서 처리가 가능하도록 정제한다.

상기 제2정제부(500)는 제1정제부(400)와 상기 포집부(300)로부터 상대적 고농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제할 수 있다. 상기 상대적 고농도 육불화황 회수물은 포집부(300)에 의해 분리 공급되는 회수물 중 육불화황의 농도가 상대적으로 높은 회수물을 의미한다. 상기 제2정제부(500)의 처리 가능한 육불화황 순도는 제1정제부에 비해 높은 것일 수 있다.

예를 들면, 상기 제2정제부는 액화식 정제 설비 및/또는 심냉식 고화 정제 설비를 포함할 수 있다. 또한, 고농도 육불화황 회수물을 처리하기에 유리한 정제 설비는 단일 설비 또는 복합 설비(하이브리드 방식)이 사용될 수 있다.

이러한 경우, 상기 제2정제부(500)는 상대적 고농도 육불화황 회수물만을 효율적으로 정제할 수 있어, 육불화황의 회수율을 높이면서도 시스템의 에너지 소모량을 저감할 수 있다.

또한, 상기 제2정제부에서 정제된 제2정제물은 추가의 저장조에 저장되거나 전력 설비에 공급하고, 잔여기체는 제1정제부에 환류될 수 있다. 이러한 경우, 육불화황의 회수율을 더욱 높이면서도 시스템의 에너지 소모량을 더욱 저감할 수 있다.

일 구체예에서, 상기 제2정제부(500)는 고농도 예를 들면 85 중량% 농도 이상, 90 중량% 농도 이상의 육불화황 회수물만을 효율적으로 정제할 수 있는 단일 장치 또는 복합 장치로 상대적 고농도의 육불화황 회수물의 순도를 예를 들면 99.7 중량% 이상, 99.99 중량% 이상으로 정제할 수 있다. 회수부(200)에 수집된 회수물은 회수부(200) 또는 포집부(300)에서 불순물이 포함된 상태로 액체와 기체의 회수물로 분리될 수 있다. 이때 제2정제부는 상대적 고농도인 액체 회수물을 주로 공급받게 되며, 이를 전력 설비용으로 사용가능하도록 더욱 고순도로 정제한다. 또한 제2정제부(500)는 제1정제부(400)에서 정제된 회수물을 받아 더욱 고순도로 정제할 수도 있다.

상기 포집부(300), 제1정제부(400), 제2정제부(500)은 각각의 배출 라인(350, 410, 420)을 예를 들면 고순도의 육불화황을 공급하기 위한 대상 설비(600)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 추가의 저장조(610)와 연결되어 최종 고순도의 회수물을 저장하거나 예를 들면 육불화황의 공급이 필요한 새로운 전력설비(620)와 연결되어 최종 고순도의 회수물을 전력 설비에 공급할 수 있다.

도 2는 본 발명 다른 실시예의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면 본 발명 다른 실시예의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템은 대상 설비(600) 대신 회수에 이용된 전력 설비(100)와 연결되어 최종 고순도의 회수물을 전력 설비(100)에 공급하는 것을 제외하고 전술한 도 1의 시스템과 동일한 구성을 포함한다.

또한, 도면에 표시되지 않았으나 상기 회수부(200), 포집부(300), 제1정제부(400), 제2정제부(500) 등에는 각각 시스템의 운영을 보조하기 위한 장치, 예를 들면 유량 조절기, 진공 펌프, 압력 제어기, 압축기, 냉각기, 응축기, 저장 탱크, 공급량 조절 밸브, 기액 분리기, 유량계, 분석 장치, 분석 시료 채취 장치, 누설 방지기, 액체 또는 기체 이송 펌프, 배기 장치, 과압 방지 장치, 자동화 장치, 각종 센서, 온도계, 질량계, 압력계, 부피 계측기 등을 추가적으로 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명 또 다른 실시예의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 나타낸 모식도이다. 도 3을 참조하면 본 발명 다른 실시예의 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템은 전술한 도 1의 시스템과 동일한 구성을 포함하며, 추가적으로 포집부(300)에 설치되어, 회수물의 육불화황 농도 및 성상 비율을 분석한 후 회수물의 분리 공급량을 결정하는 제어부(340)을 구비하는 것일 수 있다.

상기 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템은 상기 포집부(300)에 설치되고, 회수물의 육불화황 농도 및 성상 비율을 분석한 후 회수물의 분리 공급량을 결정하는 제어부(340);를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부는 포집부(300)에서 분석된 액상 회수물의 육불화황 농도가 70 중량% 내지 90 중량%가 되는 양을 산출하여 제2정제부로 분리 공급하고, 잔여 회수물은 제1정제부로 공급하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부는 포집부(300)에서 분석된 성상 비율로부터 액상 회수물의 육불화황 농도가 99.7 중량% 이상인 경우 액상 회수물을 추가의 저장조에 저장하거나 전력 설비에 공급하고, 잔여 회수물은 제1정제부로 공급하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부(340)에서 회수물의 성상 비율을 분석하는 방법은 (A1) 포집부를 측정 온도 T로 유지한 후 포집 용기의 부피 VT(m³), 포집 용기의 포집 전 중량 MT0(kg)과 포집 후 중량 MT1(kg) 및 포집 용기 내 압력 PT(atm)을 측정하고, (A2) 하기 식 1 및 식 2를 연립하여 포집 용기 내 액상 회수물의 부피 VL(m³) 및 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피 VG(m³)를 산출하는 것일 수 있다.

[식 1]

VL + VG = VT

[식 2]

(VL X DL) + (VG X DG1) = (MT1 - MT0)

일 구체예에서, 상기 제어부에서 회수물의 성상 비율을 분석하는 방법 (A1) 내지 (A2)는 포집부 실린더의 측정 온도를 20℃로 결정하여 유지하고, 포집 용기 내 압력 1atm에서 육불화황의 기체 밀도 (6.139 kg/m³)와 삼중점에서의 액체 밀도 (1.880 kg/m³)를 도출한다. 측정 압력이 1atm이 아닌 경우 기체의 밀도는 압력에 반비례 하는 것으로 가정하여 이상 기체 상태에서 결정되는 기체상 육불화황의 이론적 밀도를 산출한다. 이를 액체와 부피의 관계식인 상기 식 1 및 2에 대입한 후 연립하여 포집부 내의 산출이 비교적 간단하면서도 우수한 정확도를 갖는 액상 회수물과 기체상 회수물의 부피를 산출할 수 있다. 또한, 산출된 부피값과 상기 각각의 밀도값으로부터 포집 용기 내 액상 회수물의 중량(kg)과 포집 용기 내 기체상 회수물의 중량을 산출하고, 이를 공급값 설정에 이용할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부(340)에서 회수물의 성상 비율을 분석하는 방법은 (B1) 포집부를 측정 온도 K(K)로 유지한 후 포집 용기의 부피 VT(m³), 포집 용기의 포집 전 중량 MT0(kg)과 포집 후 중량 MT1(kg) 및 포집 용기 내 압력 P(Pa)을 측정하고, (B2) 하기 식 3으로 표시되는 육불화황의 기체 상태 방정식을 사용하여 기체상 회수물의 몰 부피 VM (m³/mol)를 산출하고, (B3) 상기 몰 부피 VM (m³/mol)를 하기 식 4에 대입하여 기체상 회수물의 산출 밀도를 구한 후, (B4) 하기 식 5 및 식 6을 연립하여 포집 용기 내 액상 회수물의 부피 VL(m³) 및 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피 VG(m³)를 산출하는 것일 수 있다.

[식 3]

P × (VM)² = [{R × K × (VM + b)} - a]

P는 포집 용기 내 압력 (Pa), VM은 기체상 회수물의 몰 부피 VM (m³/mol), VM²은 VM의 제곱값이고, R은 이상기체상수 8.3143 (m³·Pa /mol·K)이고, K는 측정 온도 (K)이고, a는 15.78 × 10^-6 × {1 - (0.1062 × 10^-3/ VM)} 이고, b는 0.366 × 10^-3 × {1 - (0.1236 × 10^-3/ VM)}이고,

[식 4]

DG2 = ( MW / VM )

상기 식 4에서, MW는 육불화황의 몰 질량 (kg/mol)이고, VM은 상기 식 3에서 산출된 몰 부피(m³/mol)이고;

[식 5]

VL + VG = VT

[식 6]

(VL X DL) + (VG X DG2) = (MT1 - MT0)

상기 식 5 내지 식 6에서, VL은 포집 용기 내 액상 회수물의 부피(m³), VG는 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피(m³), VT는 포집 용기의 부피(m³), DL은 삼중점에서 액상 육불화황의 이론적 밀도(kg/m³), DG2는 측정 온도 K (K) 및 포집 용기 내 압력 P (Pa)에서의 기체상 육불화황의 이론적 밀도이다.

다른 구체예에서, 상기 제어부에서 회수물의 성상 비율을 분석하는 방법 (B1) 내지 (B4)는 포집부 실린더의 온도, 주입된 회수물의 양, 압력 온도 등을 각각 측정하거나 가능한 경우 사용된 설비로부터 도출한다. 측정된 값을 상기 식 3의 기체 상태 방정식에 대입하여, 기체의 부피와 몰수를 산출한다. 산출된 몰 부피값은 밀도, 질량, 부피의 관계식인 식 4에 대입하여 측정된 온도 및 압력에서의 기체 밀도를 산출하고, 삼중점에서 액상 육불화황의 이론적 밀도(1.880 kg/m³)를 도출한다. 이를 액체와 부피의 관계식인 상기 식 5 및 6에 대입한 후 연립하여 정밀한 정확도를 갖는 액상 회수물과 기체상 회수물의 부피를 산출할 수 있다. 또한, 산출된 부피값과 상기 각각의 밀도값으로부터 포집 용기 내 액상 회수물의 중량(kg)과 포집 용기 내 기체상 회수물의 중량을 산출하고, 이를 공급값 설정에 이용할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 전력 설비로부터 육불화황 가스를 포함하는 수집하고; 상기 수집된 회수물을 포집하여 제1정제부와 제2정제부로 분리 공급하고; 상기 회수물을 제1정제부 및 제2정제부에 분리 공급하며; 상기 제1정제부에서 포집부로부터 공급받은 상대적 저농도 육불화황 회수물을 정제하고; 상기 제2정제부에서 포집부로부터 공급받은 상대적 고농도 육불화황 회수물을 정제하는; 것을 포함하고, 상기 제1정제부와 제2정제부는 공급받는 회수물의 상대적인 육불화황 농도에 따라 정제법이 서로 다른 것을 특징으로 하는 전력 설비용 육불화황 회수-정제 방법에 관한 것이다.

상기 전력 설비용 육불화황 회수-정제 방법은 전술한 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 이용하여 수행될 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

실시예 1

가스절연 개폐장치를 전력 설비로 이용하고, 회수부, 포집부, 제1정제부 및 제2정제부를 포함하며, 상기 제1정제부와 제2정제부는 전력 설비용 육불화황 회수-정제 시스템을 구성하였다. 또한, 회수부, 포집부, 제1정제부 및 제2정제부 각각에는 배기에 사용되는 추가적인 진공 펌프 등과 과압 방지를 위한 안전 밸브, 배기 장치, 각 설비간 연결 장치, 운전 자동화를 위한 센서를 포함한 자동화 설비를 각각 설치하였다.

<회수부>

상기 가스절연 개폐장치와 회수부는 연결 장치를 통해 연결되고, 상기 연결장치는 육불화황의 누출을 최소화하기 위한 퀵 커넥트 피팅과 셀프 실링 밸브를 구비하였다. 회수부에는 전력 설비의 잔여 육불화황을 회수하기 위해 진공펌프가 설치되었으며, 진공펌프 후단에는 제1정제부 및 제2정제부의 가동에 필요한 운전 압력까지 압력을 높일 수 있는 압축기를 설치하였다. 회수물을 포집부로 공급하기전 임시로 저장하기 위한 저장압력용기, 냉각기, 히터 등을 추가로 구비하였다. 또한, 회수의 진행 정도를 감시하여 운전을 자동화할 수 있도록 온도, 압력, 질량을 측정할 수 있는 각각의 센서들도 설치하였다.

시스템의 가동 초기 진공 배기로 진공 상태를 유지하고 있는 제1정제부 및 제2정제부 내부 압력보다 전력 설비의 압력이 20 bar 정도로 높아 압력차에 의해 회수물이 에너지의 소모나 별도의 장치 없이 이동되어 회수가 진행됨을 확인하였다. 이후 전력 설비과 제1정제부 및 제2정제부의 압력이 같아지게 되면서 진공펌프가 가동되어 전력 설비로부터 잔여 육불화황을 회수하였다. 회수 작업 중 기체 이송으로 인해 전력 설비 내 온도를 상온으로 유지하여 단열 팽창에 의해육불화황을 포함하는 회수물이 액화 온도 이하로 회수부 이전에 액체 상태로 변하는 것을 방지하였다. 또한, 전력 설비에 load cell을 설치하여 전력 설비의 질량 감소를 측정하고, 포집부 내로 이송된 육불화황의 질량을 계산하였다. 압력은 센서를 통해 측정하여 진공 펌프 가동 시점 등을 결정하는데 사용하였다.

상기 회수부에서 회수 작업을 수행한 결과 기기의 회수부 내의 초기 압력은 0.35 kg/cm²이었으며, 회수 후에는 약 -723 mmHg로 측정되었다. 이렇게 전력 설비에서 회수한 육불화황가스는 액화 회수기를 거쳐 임시 저장압력용기에 모은 후에 포집부의 실린더에 충전하였다. 회수부의 운전 최대 압력은 30 kg/cm², 운전 온도는 20~40℃이었으며, 포집부의 가스 실린더의 압력은 충전 당시의 온도에 따라 차이가 있었으나, 약 24~28 bar로 측정되었다.

<포집부>

포집부는 회수부와 연결된 연결장치를 통해 회수물을 공급받은 후, 이를 실린더에 저장하였다. 또한, 주기적으로 분석용 시료를 채취할 수 있도록 시료 채취장치를 추가적으로 설치하였다. 포집부의 채취 장치에서 수행된 분석 결과는 하기 표 1(상부 기체의 성분 분석 결과) 및 표 2(하부 액체의 성분 분석 결과)와 같았다.

분석된 기체상 회수물의 육불화황의 초기 농도는 58.48 vol%로서 대기 중에 배출하기에는 너무 높고 제2정제부에서 고순도 정제하기에는 낮은 농도이므로, 제1정제부로 공급량을 늘려 이송하였다.

<제1정제부>

제1정제부에는 육불화황-하이드레이트(hydrate) 정제 장치를 구비하였다. 또한, 제1정제부를 거친 제1정제물의 농도를 제2정제부에서 처리하기에 적절한 농도까지 높이기 위해 제1정제부에서 정제된 육불화황의 일부를 다시 피드백하도록 구성하였다.

이때, 제1정제부에서 분석된 육불화황-하이드레이트(hydrate)와 질소의 평형곡선을 도 4에 나타내었다. 이를 통해 포집부에서 공급되는 육불화황의 농도가 제1정제부를 통해 약 50 mol% (또는 54.48 vol%)에서 약 85 mol%까지 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 이러한 경우 제1정제물은 제2정제부에서 처리하기에 적합한 농도를 구현함을 알 수 있다.

제1정제부에는 운전을 자동화할 수 있도록 육불화황 농도, 온도, 압력, 유량을 측정할 수 있는 센서 및 시료 채취 밸브를 추가로 설치하였다. 시료 채취는 제1정제부의 육불화황-hydrate 정제 장치의 후단에서 구비한 후 육불화황의 농도가 제2정제부로 이송되기에 적절한 농도를 갖는지 확인하였다. 제1정제부를 거친 제1정제물의 육불화황 농도가 85 중량%가 되는 지점에서 제2정제부와 연결된 장치의 밸브를 제어하여, 제1정제물을 제2정제부로 이송하였다.

제1정제부의 육불화황-하이드레이트(hydrate) 설비를 통해 정제된 후의 잔여기체는 최소한의 육불화황만을 포함하며, 별도의 배기장치를 통해 시스템 외부로 배출하였다. 또한, 제1정제부에서 생성된 육불화황-하이드레이트가 분해되어 나오는 정제된 육불화황은 건조기로 기체 중 수분을 제거하였으며, 잔여기체는 시스템 내로 재공급하거나 시스템 외부로 배출이 가능한 정도로 육불화황의 농도가 낮아진 경우, 배기장치를 통해 시스템 외부로 배출하였다.

제1정제부로 들어가는 시료를 채취한 후 분석하여 하기 표 3에 나타내었다.

<제2정제부>

포집부에서 액체와 기체 시료를 분석된 액체 회수물의 육불화황 순도가 99.7 중량% 이상인 경우 제어부는 액체를 제2정제부가 아닌 대상 설비로 바로 이송시키고, 육불화황 순도가 85 중량% 이상 내지 99.7 중량%인 경우 제2정제부로 이송하도록 하였다.

제2정제부는 액화법 정제장치를 구비하였으며, 잔여기체 배출라인을 구비하여 제1부와 연결하여 환류시킴으로써 육불화황가스의 대기로의 방출을 최소화 하였다. 상기 제2정제부에서 정제된 시료에 대한 분석결과를 하기 표 4에 나타내었다.

<대상 설비>

상기 제2정제부에서 정제된 육불화황은 재사용을 위해 가압하여 저장 탱크에 저장하였다. 대상 설비는 육불화황을 전력 설비에 재공급 공급하기 위한 압축기와 저장량 및 재충전량을 측정하기 위한 온도, 압력, 질량 측정을 위한 센서와 샘플링 밸브 등을 추가로 구비하였으며, 저장 탱크의 저장 압력은 20 bar이었다.

비교예 1

실시예 1에서 사용된 전력설비와 회수부만을 구비하고, 포집부, 제1정제부, 제2정제부는 구성을 생략하였다. 시료 분석 결과는 전술한 표 1 및 표 2와 동일하였으나, 99.7 중량% 이상의 고순도 육불화황을 정제하기 어려웠다. 동시에 에너지 소모량은 실시예 1에 비해 높은 수준을 나타내었다.

비교예 2

실시예 1에서 사용된 전력설비와 회수부, 포집부, 제1정제부인 가압/냉각 설비만을 구비하고, 제2정제부는 구성을 생략하였다. 시료 분석 결과는 전술한 표 3과 동일하였다.

상기 제1정제부에서의 가압/냉각은 질소, 공기와 육불화황의 액화온도의 차이를 이용하였으며, 이때 액화된 육불화황 내에 존재 가능한 미량의 불순물은 흡착제를 통해 미리 제거함으로써 액화된 육불화황내의 순도를 높였다. 영하 5 ℃, 10 bar 조건에서 액화시킬 수 있었으나, 육불화황의 순도가 낮을수록 냉각 에너지가 급격하게 증대되어 에너지 소모가 높음을 확인하였다.

100: 전력 설비
200: 회수부
300: 포집부
400: 제1정제부
500: 제2정제부
600: 대상 설비

Claims

육불화황을 포함하는 회수물을 수집하는 회수부;
상기 회수부로부터 공급받은 회수물을 포집하여 제1정제부와 제2정제부로 분리 공급하는 포집부;
상기 포집부로부터 상대적 저농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제하는 제1정제부;
상기 포집부로부터 상대적 고농도 육불화황 회수물을 공급받아 정제하는 제2정제부; 포함하고,
상기 제1정제부와 제2정제부는 공급받는 회수물의 상대적인 육불화황 농도에 따라 정제법이 서로 다른 것이며,
상기 제1정제부는 하이드레이트 정제 설비를 포함하는 것이고,
상기 제2정제부는 액화식 정제 설비 또는 심냉식 고화 정제 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황 회수-정제 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1정제부에서 정제된 제1정제물은 제2정제부에 공급되고, 잔여기체는 시스템 외부로 배출되는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2정제부에서 정제된 제2정제물은 추가의 저장조에 저장되거나 전력 설비에 공급하고, 잔여기체는 제1정제부에 환류되는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회수부는 액화식 육불화황 회수 설비를 포함하는 것인 육불화황 회수-정제 시스템.
제1항에 있어서,
상기 포집부에 설치되고, 회수물의 육불화황 농도 및 성상 비율을 분석한 후 회수물의 분리 공급량을 결정하는 제어부;를 더 포함하는 육불화황 회수-정제 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 포집부에서 분석된 액상 회수물의 육불화황 농도가 70 중량% 내지 90 중량%일 경우 성상 비율로부터 액상 회수물의 양을 산출하여 제2정제부로 분리 공급하고, 잔여 회수물은 제1정제부로 공급하는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 포집부에서 분석된 성상 비율로부터 액상 회수물의 육불화황 농도가 99.7 중량% 이상인 경우 액상 회수물을 추가의 저장조에 저장하거나 전력 설비에 공급하고, 잔여 회수물은 제1정제부로 공급하는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제어부에서 회수물의 성상 비율을 분석하는 방법은
(A1) 포집부를 측정 온도 T로 유지한 후 포집 용기의 부피 VT(m³), 포집 용기의 포집 전 중량 MT0(kg)과 포집 후 중량 MT1(kg) 및 포집 용기 내 압력 PT(atm)을 측정하고,
(A2) 하기 식 1 및 식 2를 연립하여 포집 용기 내 액상 회수물의 부피 VL(m³) 및 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피 VG(m³)를 산출하는 것인 육불화황 회수-정제 시스템:
[식 1]
VL + VG = VT
[식 2]
(VL X DL) + (VG X DG1) = (MT1 - MT0)
상기 식 1 내지 식 2에서, VL은 포집 용기 내 액상 회수물의 부피(m³), VG는 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피(m³), VT는 포집 용기의 부피(m³), DL은 삼중점에서 액상 육불화황의 이론적 밀도(kg/m³), DG1은 측정 온도 T(℃) 및 포집 용기 내 압력 PT(atm)에서의 기체상 육불화황의 이론적 밀도(kg/m³), MT1는 포집 용기의 포집 후 중량(kg), MT0는 포집 용기의 포집 전 중량(kg)이다.
제6항에 있어서,
상기 제어부에서 회수물의 성상 비율을 분석하는 방법은
(B1) 포집부를 측정 온도 K(K)로 유지한 후 포집 용기의 부피 VT(m³), 포집 용기의 포집 전 중량 MT0(kg)과 포집 후 중량 MT1(kg) 및 포집 용기 내 압력 P(Pa)을 측정하고,
(B2) 하기 식 3으로 표시되는 육불화황의 기체 상태 방정식을 사용하여 기체상 회수물의 몰 부피 VM (m³/mol)를 산출하고,
(B3) 상기 몰 부피 VM (m³/mol)를 하기 식 4에 대입하여 기체상 회수물의 산출 밀도 DG2(kg/m³)를 구한 후,
(B4) 하기 식 5 및 식 6을 연립하여 포집 용기 내 액상 회수물의 부피 VL(m³) 및 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피 VG(m³)를 산출하는 것인 육불화황 회수-정제 시스템:
[식 3]
P × (VM)² = [{R × K × (VM + b)} - a]
상기 식 3에서, P는 포집 용기 내 압력 (Pa), VM은 기체상 회수물의 몰 부피 VM (m³/mol), VM²은 VM의 제곱값이고, R은 이상기체상수 8.3143 (m³·Pa /mol·K)이고, K는 측정 온도 (K)이고, a는 15.78 × 10^-6 × {1 - (0.1062 × 10^-3/ VM)} 이고, b는 0.366 × 10^-3 × {1 - (0.1236 × 10^-3/ VM)}이고;
[식 4]
DG2 = ( MW / VM )
상기 식 4에서, MW는 육불화황의 몰 질량(kg/mol)이고, VM은 상기 식 3에서 산출된 몰 부피(m³/mol)이고;
[식 5]
VL + VG = VT
[식 6]
(VL X DL) + (VG X DG2) = (MT1 - MT0)
상기 식 5 내지 식 6에서, VL은 포집 용기 내 액상 회수물의 부피(m³), VG는 포집 용기 내 기체상 회수물의 부피(m³), VT는 포집 용기의 부피(m³), DL은 삼중점에서 액상 육불화황의 이론적 밀도(kg/m³), DG2는 측정 온도 K (K) 및 포집 용기 내 압력 P (Pa)에서의 기체상 육불화황의 이론적 밀도이다.
제1항에 있어서,
상기 육불화황 회수-정제 시스템은 고압 스위치 기어, 중압 스위치 기어, 가스절연 개폐기 (Gas Insulated Switchgear), 환상 주회로, 자동차단기, 변압기 및 케이블 설비 중 어느 하나의 전력 설비로부터 육불화황을 포함하는 회수물을 수집하는 것인 육불화황 회수-정제 시스템.
전력 설비로부터 육불화황 가스를 포함하는 회수물을 수집하고;
상기 수집된 회수물을 포집하여 제1정제부와 제2정제부로 분리 공급하고;
상기 제1정제부에서 포집부로부터 공급받은 상대적 저농도 육불화황 회수물을 정제하고;
상기 제2정제부에서 포집부로부터 공급받은 상대적 고농도 육불화황 회수물을 정제하는; 것을 포함하고,
상기 제1정제부와 제2정제부는 공급받는 회수물의 상대적인 육불화황 농도에 따라 정제법이 서로 다른 것이며,
상기 제1정제부는 공급받은 상대적 저농도 육불화황 회수물을 하이드레이트 정제 하고,
상기 제2정제부는 공급받은 상대적 고농도 육불화황 회수물을 액화식 정제 또는 심냉식 고화 정제하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황 회수-정제 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1정제부에서 정제된 제1정제물은 제2정제부에 공급하고, 잔여기체는 시스템 외부로 배출하는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 방법.
제12항에 있어서,
상기 제2정제부에서 정제된 제2정제물은 추가의 저장조에 저장하거나 전력 설비에 공급하고, 잔여기체는 제1정제부에 환류시키는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 방법.
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제12항에 있어서,
상기 수집된 회수물을 포집한 후, 육불화황 농도 및 성상 비율을 분석하여 회수물을 제1정제부 및 제2정제부에 대한 분리 공급량을 결정하는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 방법.
제16항에 있어서,
상기 회수물 중 액상 회수물의 육불화황 농도가 70 중량% 내지 90 중량%일 경우, 상기 분석된 성상 비율로부터 액상 회수물의 양을 산출하여 제2정제부로 분리 공급하고, 잔여 회수물은 제1정제부로 공급하는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 방법.
제16항에 있어서,
상기 분석된 성상 비율로부터 액상 회수물의 육불화황 농도가 99.7 중량% 이상인 경우 액상 회수물을 추가의 저장조에 저장하거나 전력 설비에 공급하고, 잔여 회수물은 제1정제부로 공급하는 것을 포함하는 육불화황 회수-정제 방법.