KR102670625B1 - 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템 - Google Patents
공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102670625B1 KR102670625B1 KR1020247009279A KR20247009279A KR102670625B1 KR 102670625 B1 KR102670625 B1 KR 102670625B1 KR 1020247009279 A KR1020247009279 A KR 1020247009279A KR 20247009279 A KR20247009279 A KR 20247009279A KR 102670625 B1 KR102670625 B1 KR 102670625B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- gas
- air
- dioxide gas
- zone
- Prior art date
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 547
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 238
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 238
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 73
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 83
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 34
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 32
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 48
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 14
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 14
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 11
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 8
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 7
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 7
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 275
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 23
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 13
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 3
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 3
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 3
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001507939 Cormus domestica Species 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229920001821 foam rubber Polymers 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241000711573 Coronaviridae Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001877 deodorizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 235000013611 frozen food Nutrition 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000013502 plastic waste Substances 0.000 description 1
- 229920005668 polycarbonate resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004431 polycarbonate resin Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000002255 vaccination Methods 0.000 description 1
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/50—Carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/50—Carbon dioxide
- C01B32/55—Solidifying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/06—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/26—Drying gases or vapours
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
- F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
- F24F8/15—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering by chemical means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Drying Of Gases (AREA)
Abstract
[과제] CCU 기술은 전세계의 각 기업, 각 기관에서 연구 개발되고 있지만, 이산화탄소 가스의 회수 비용에 더하여, 어떠한 유가물로 변환할지, 또한 변환 비용, 설비 비용, 상업적으로 성립할지 등 과제가 많다. 본 발명은 장래 발전성이 있고, 공조 급기에도 이용 가능한, 고부가가치 CCU 시스템을 제안하는 것이다.
[해결 수단] 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치와, 포화 증기 발생 장치와, 가스 냉각 장치와, 가스 압축 장치와, 제습 장치와, 가스 액화 장치 및 냉동기와, 가스 정제 탱크와, 드라이아이스 제조 장치로 구성한 시스템으로 각 장치에서 발생하는 배기열을 회수하여 상기 분리 농축 장치의 열원으로서 이용하고, 액화 후 정제시의 미액화 가스를 상기 분리 회수 농축 장치의 퍼지에 이용하고, 드라이아이스 제조 장치의 미응화 가스를 회수함으로써 에너지 절약성이 높고, 콤팩트한, 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템.
[해결 수단] 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치와, 포화 증기 발생 장치와, 가스 냉각 장치와, 가스 압축 장치와, 제습 장치와, 가스 액화 장치 및 냉동기와, 가스 정제 탱크와, 드라이아이스 제조 장치로 구성한 시스템으로 각 장치에서 발생하는 배기열을 회수하여 상기 분리 농축 장치의 열원으로서 이용하고, 액화 후 정제시의 미액화 가스를 상기 분리 회수 농축 장치의 퍼지에 이용하고, 드라이아이스 제조 장치의 미응화 가스를 회수함으로써 에너지 절약성이 높고, 콤팩트한, 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템.
Description
본 발명은 공조 급기도 가능한, 공기 중의 이산화탄소를 원료로 하는 에너지 절약 이산화탄소 가스 분리·회수·농축·압축·냉각·제습·액화·드라이아이스 제조 시스템 및 습식 TSA 방식 이산화탄소 분리 농축 장치에 관한 것이다.
지구 온난화 대책으로서, 산업이나 자동차 및 가정에서 배출되는 이산화탄소 가스를 가능한 한 삭감하고자 하는 대처가 전세계적으로 행해지고 있다. 예를 들면 에너지 다소비 기기를 에너지 절약형으로 대체한다고 하는 대처나, 화석 유래가 아니라 태양광이나 풍력 등 재생 가능 에너지로 대체하는 대처가 있다. 또한 발생할 수 밖에 없는 이산화탄소 가스를 회수하여, 지중이나 심해에 저류하는 CCS(이산화탄소 회수 저류) 기술, 혹은 CO2-EOR(원유 증진 회수법)에 이용하는 기술, 또한 이산화탄소를 콘크리트나 암석에 화합 흡수시켜 고정화하는 기술 등의 연구 개발이 이루어지고 있다. 지금까지 이산화탄소 가스를 효율적으로 회수 농축하는 기술로서, 특허문헌 1과 같이 가능한 한 고농도 가스의 발생원이고, 게다가 회수 농축을 위해 이용 가능한 배기열의 발생원, 예를 들면 발전소나 쓰레기 소각 시설이 적합한 것으로 생각되어 왔다. 또 특허문헌 2에서는 회수한 농축 가스의 액화 효율을 개선하기 위해서, 이산화탄소 가스 제습 장치의 재생 열원으로 압축 장치의 압축 열을 제습 장치의 재생에 사용하여 에너지 절약성을 높이는 장치가 개시되어 있다.
회수한 이산화탄소를 자원으로 이용하는 CCU(이산화탄소 회수 이용) 기술로서, 우레아 원료나 폴리카보네이트 수지 등의 원료로 재이용하는 방법 등이 실용화되어 있지만, 이산화탄소 배출량 전체로 보면 아주 미미하다. 최근, 회수한 이산화탄소 가스를 액체 연료나 가스 연료로 전환하는 재생 가능형 연료도 각국 각 기관에서 연구 개발이 진행되고 있다.
또한 특히 해외에서 대기중의 이산화탄소 가스를 직접 분리 회수하는 DAC 기술(Direct Air Caputure)로서 특허문헌 3, 특허문헌 4의 개발이나 실증 시험도 행해지고 있다. DAC의 장점은 (1) 자동차나 항공기 등, 분산되어 이동하는 배출원을 대상으로 할 수 있다. (2) 과거에 배출한 이산화탄소 가스도 대상으로 할 수 있다. (3) 회수 장치의 설치 장소가 배출원에 제약되지 않고 재이용하는 공장 근방에서 이산화탄소 원료를 얻을 수 있다. 등의 특징으로 인해 유럽이나 미국에서 대규모의 실증 시험이 이루어져 있는 예가 있다.
이산화탄소 배출량 삭감에는, 회수·농축·액화에 필요로 하는 에너지 유래의 이산화탄소 배출량에도 주목할 필요가 있다. 그 때문에 특허문헌 3에서는 코제너레이션 배기열이나 다양한 재생 가능 에너지의 이용 가능성으로부터, 지열이나 원자력 발전소의 배기열까지 모든 이용 가능 에너지가 개시되어 있다.
특허문헌 4에는 히트 펌프를 이용하여 이산화탄소 흡착 구조체에 증기를 투입하여 탈착하고, 흡착 구조체 하류에 설치한 증발 코일로 탈착 가스의 열 회수와 응축수를 회수하고, 흡착 구조체의 상류측에 설치된 응축 코일로, 탈착용의 증기를 발생시키는 열원으로서 이용하는 방법이 개시되어 있다. 또 흡착 구조체로부터 탈착된 고습도 이산화탄소 가스를 재압축 승온하여 케틀형 리보일러에 투입하고, 열 교환에 의해 탈착용의 증기 발생과 동시에 탈착 가스의 응축수를 회수하는 방법이 개시되어 있다. 최근 실용화되어 있는 기술로서는, 배온수로부터 열을 회수하여, 증기를 발생시키는 히트 펌프가 특허문헌 6에 개시되어 있다.
이산화탄소 가스는 용접용, 의료용, 식품 보관용 기타 일정한 수요가 있고, 그 원료 가스는 석유 화학 플랜트나 암모니아 합성 플랜트 등의 부생물로서 회수 이용되고 있다.
일본 국내에서는, 제품 이산화탄소 가스는 2021년 일년간 110만톤이 판매되어, 용도의 톱은 용접용이 33%이고, 2위는 드라이아이스용이 32%인 것으로 되어 있다.
액화 이산화탄소 가스 제품은, 용도에 따라 품질 기준이 있으며, 품질을 확보하기 위한 정제, 제습 공정도 코스트 업의 요인이 되고 있다. 품질 기준으로서는, 액화 이산화탄소 JIS K 1106에 순도나 수분량 등 1종∼3종의 품질이 규정되어 있다. 용접용 등 공업용 가스는 JIS Z 3253에 규정되어 있다.
최근 일본에서는 이산화탄소 가스 회수원으로 하고 있던 석유 화학 플랜트나 암모니아 합성 플랜트 등의 축소나, 해외 이전에 의해 제품 이산화탄소 가스원이 부족하여, 2010년부터 해외 수입이 급증하고 있어 업계에서는 위기감을 갖고 대책 검토되고 있다. 대책으로서 제철소나 발전소, 쓰레기 소각 시설 등의 배기 가스를 이산화탄소 가스 회수원으로 하는 시도가 각처에서 실증 시험 등이 이루어지고 있다. 그러나 연소 가스에는 NOx, SOx, 진애 등 불순물이 많이 포함되어 있어, 전처리가 중요하다. 회수한 탄산 가스의 순도 확보나 회수 비용, 운반 비용 등 과제가 많다. 또 이도(離島)나 원격지에서는 이산화탄소 가스 회수 거점으로부터의 운반에 의한 이산화탄소 발생 증가의 문제도 있다.
지금까지 이산화탄소 가스가 발생해도 회수 이용하기 때문에 문제 없는 것으로 일컬어져 온 석유 화학 플랜트 등의 가스원도, 자동차의 EV화나 플라스틱 쓰레기에 의한 환경 오염 등에의 걱정으로부터 자원 리사이클의 추진이나, 보다 환경 부하가 적은 연료나, 생산 방법이나 재료로 재검토되어, 점점 부족해질 것으로 예상된다. 가까운 미래에 제품 이산화탄소 가스 회수원도 재생 가능형으로 치환되어 가는 것이 바람직한 것으로 생각된다.
일본에서는 연간 35만톤의 드라이아이스 시장이 있으며, 그 중 약 30만톤이 운송 택배용이다. 최근 신형 코로나 바이러스의 팬데믹 대책으로 세계적으로 백신 접종이 진행되고 있는데, 백신은 초저온 보존이 필요하여, 그 운반에 드라이아이스의 수요도 증가하고 있다. 또 냉장 냉동 식품의 택배 수요의 증가에 따라 그 보냉제로서의 드라이아이스 수요도 증가하고 있다. 드라이아이스의 수요는 계절 변동이 있으며, 하기에는 매년 드라이아이스가 부족하여, 해외에서 2.6만톤 수입하는 사태가 되고 있다. 일본 국내의 석유 화학 플랜트 등에서 회수되는 이산화탄소 가스는 회수원에서 배출량에 산정되지만, 수입한 드라이아이스는 국내의 배출량에 산정되기 때문에, 이산화탄소를 수입하여 배출량을 늘리고 있다.
일본에서는 오키나와, 세계에서는 필리핀, 베트남, 인도, 멕시코, 브라질 등 서열(暑熱) 기간이 긴 지역에서는, 연간을 통해 보냉재로서의 드라이아이스 수요가 있다. 그러나 대부분은 이산화탄소 가스원 등으로부터 원격지이기 때문에, 전용 가스 운반선, 전용 탱크로리, 혹은 이산화탄소 봄베나 드라이아이스로서 수요지까지 운반할 필요가 있어, 운반에 의한 이산화탄소 배출량 증가도 문제다.
드라이아이스 제조의 효율화에서는, 특허문헌 7에 저장탱크의 액체 이산화탄소로부터 드라이아이스를 제조하는 장치에 대해, 드라이아이스의 수율을 높이는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 8은 액화 이산화탄소를 사용하여 드라이아이스를 제조하는 장치에 있어서, 응화(드라이아이스화)하지 않은 이산화탄소 가스를 회수 액화하는 장치가 개시되어 있다.
드라이아이스는 이산화탄소의 잠열을 이용하는 보냉재로서, 식품보관이나 수송용 등의 보냉 용도이므로 다른 액화 이산화탄소 제품과 같이 순도가 요구되는 것은 아니며, 대기 중에서 회수한 이산화탄소 가스의 드라이아이스이면, 드라이아이스 이용에 의해 대기 중에 방출된 가스는 환경 부하가 되지는 않는다. 즉 재생 가능 이산화탄소로서 시장 유통하는 시스템을 확립함으로써, 지구 온난화 방지의 하나의 대책이 될 것으로 생각된다.
CCU 기술은 전세계의 각 기업, 각 기관에서 연구 개발되고 있지만, 이산화탄소 가스의 회수 비용에 더하여, 어떠한 유가물로 변환할지, 또한 변환 비용, 설비 비용, 상업적으로 성립될지 등 과제가 많다. 그래서 다양하게 고려되는 CCU 기술 중에서, 선구적으로 비교적 시장 투입, 보급이 빠른 CCU 시스템의 실용화가 요망된다.
그 때문에, 일반적인 발전소나 석유 화학 플랜트와 같이 이산화탄소 가스를 대량으로 배출하는 시설에 설치하는 것이 아니라, 비교적 콤팩트하고, 회수 이산화탄소 가스를 이용하는 장소이며, 마을 공장 규모로 실시 가능한 시스템이고, 전체 시스템의 각 기기의 배기열이나 배기 가스를 상호 활용하여 에너지 절약성이 높은, 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소 가스 분리·농축·액화·드라이아이스 제조 시스템을 목표로 했다.
선행 기술문헌으로서, 특허문헌 1에 연소로로부터 액화 이산화탄소를 분리 농축하는 플랜트의 예가 개시되어 있다. 이산화탄소 가스의 분리 농축 방법은 TSA법, PSA법, PTSA법이라고 되어 있다. 액화 후의 미액화 가스를 환류하여, 액화 이산화탄소의 회수율과 순도를 높이는 방법이 개시되어 있지만 에너지 절약성을 높이는 방법은 다루고 있지 않다.
회수 이산화탄소 가스는, 압축에 의해 수증기 분압이 높아져 응축수를 발생시키기 쉬워지기 때문에, 냉각과 함께 응축 감습된다. 또 품질 요구로부터 흡수식, 혹은 PSA 방식 혹은 TSA 방식 등의 흡착식 제습기로 저노점 온도로 제습된다. 특허문헌 2는 회수 이산화탄소 가스의 압축·냉각·액화 장치의 에너지 절약에 관한 것으로, 이산화탄소 액화 냉동 코일로부터의 복귀 냉매의 냉열을 액화 전 공정에서의 냉각 제습에 이용하여 에너지 절약성을 높이는 방법이 개시되어 있다. 그러나 그 전단의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 에너지 절약성이나, 압축 액화 장치에서 생기는 배기열 이용은 고려되어 있지 않다.
특허문헌 3에는 DAC 기술로, 이산화탄소 가스를 분리 농축하기 위한 열원으로서 코제너레이션 배기열, 태양열, 바이오매스, 지열, 원자력 이외에, 회수 농축 공정에서 생기는 프로세스 열을 이용하는 것으로 되어 있지만 구체적인 방법은 개시되어 있지 않다. 그러나 어떠한 경우든 실시는 열원 에너지가 입수 가능한 장소나 환경에 한정된다.
특허문헌 4는 DAC 기술에 관한 것이다. 이산화탄소 가스 분리 농축 장치에서, 탈착시에 흡착 구조체에 장착된 열 교환기 요소에 의한 가열과 동시에 과열 증기를 통해 이산화탄소 가스를 탈착 회수하고, 수착시에는 열 교환 요소에 냉각 유체를 흘려 냉각하면서 이산화탄소 가스를 수착하는 방법이 개시되어 있다. 수착과 탈착의 스위칭시에, 열 교환기 요소 자체의 열 용량이 장치 전체의 열 효율을 저해하고, 복잡화한다. 또한, 증기 발생용의 응축 열을 회수하기 위하여 증기 발생 열 교환기와 수증기 응축 열 교환기를 히트 펌프에 접속한 예도 개시되어 있다. 또 상기 탈착한 이산화탄소 함유 가스를 재압축하여 승온함과 아울러 수증기 분압을 높여, 열원으로서 케틀형 리보일러에 투입하고, 열 교환기를 통해 탈착용의 수증기를 발생시킴과 아울러 응축수를 재이용하는 방법도 개시되어 있다. 또한 아민계 흡착 구조체의 열 열화를 방지하기 위해서, 및 회수 가스의 순도 향상을 위해 진공 배기와 가압 조작을 반복할 필요가 있으며, 그것을 위한 에너지도 필요하고, 또한 장치가 복잡해진다.
특허문헌 5는 이산화탄소 가스의 수착 기능을 갖는 허니콤 로터를, 적어도 처리 수착 존과 탈착 존을 갖는 각각 시일된 케이싱 내에 수납 회전시켜, 수착 존에서 허니콤이 습한 상태로 이산화탄소 가스를 포함하는 혼합 가스와 접촉시켜 기화 냉각하면서 이산화탄소 가스를 수착하는 공정과, 탈착 존에서는 이산화탄소 가스를 수착한 허니콤에 포화 증기를 도입하여, 이산화탄소 가스를 탈착시키는 공정을 포함하는 이산화탄소 가스의 회수 농축 방법에 있어서, 탈착 존의 입구와 출구를 연통하는 가스 순환로에 구성하고, 회로 중에 블로어와 증기 발생 히터를 설치하고, 순환 회로 중의 가스를 순환시키면서 상기 증기 발생 히터 전열면에 급수 가열하여 비등 증발 압력에 의해 포화 증기를 공급하는 습식 TSA법 이산화탄소 가스 분리 농축 장치가 개시되어 있다. 순환하는 가스의 산소 농도를 저감시켜 아민계 수착재의 열 산화 열화 방지 효과가 기대되지만, 반대로 이산화탄소 가스 분압에 의한 탈착 부족과 그것에 의한 회수율의 저하가 보였다.
특허문헌 6은 배온수의 열을 회수하고, 히트 펌프에 의해 증기 및 온수를 생성, 공급하는 히트 펌프식 증기·온수 발생 장치가 개시되어 있다. 이산화탄소 가스 분리 농축 장치에의 이용 가능성은 기술자이면 용 이하게 생각할 수 있지만, 그 증기를 어떻게 이용할지는 창의가 필요하다.
드라이아이스의 제조 효율을 높이는 장치에 관해서는 특허문헌 7이 있다. 액화 탄산 가스를 대기압 하에서 방출하면 그 기화 잠열로 탄산 가스가 냉각 응화되어 드라이아이스가 생성되지만, 얻어지는 드라이아이스는 방출 탄산 가스의 40% 정도이고, 나머지는 가스화한다. 이 특허는 액화 이산화탄소를 방출하기 전에 과냉각 상태로 함으로써 수율을 60∼70%로 향상시키는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 8은 드라이아이스 제조 공정에 있어서, 응화하지 않은 탄산 가스를 회수하여 재압축 액화함으로써 가스의 로스를 방지하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 9에는 DAC 기술, 습식 TSA법에 의한 공기 중 이산화탄소 가스의 분리 농축법이 개시되어 있지만, 회수 이산화탄소 가스의 이용이나 이산화탄소 분리 농축 장치의 탈착 열원에 대해서는 개시되어 있지 않아, 이 2건의 중대한 과제를 해결하지 않으면 CCU 기술의 보급 촉진은 바랄 수 없다.
액화 이산화탄소 제품은 규격화되어 있으며, 용도에 따라서는 유통품보다 더욱 고순도로 정제하여 이용되는 경우도 있다. 이산화탄소 가스를 의료용, 식품용, 화학원료용, 용접용에 사용할 경우에는 결과 품질에 영향을 주기 때문에 요구 품질이 있고, JIS로 순도나 수분량 등이 규정되어 있다. 그러나 같은 이산화탄소 제품이어도 드라이아이스는 보냉재로서 사용하는 것이어서 JIS 규격은 없고, 메이커측의 품질 지침으로서는 백색인 것이나 악취가 없는 것이 규정되어 있다. 제품 이산화탄소 가스는 기준값 이하의 수분량으로 제습할 필요가 있지만, 드라이아이스 제조에서는 스노우 드라이아이스를 고형화하기 위하여 수분 등을 첨가하여 고화하는 등 순도는 엄밀하지 않고, 산소나 질소, 수분량 등 제품 가스에서는 문제가 되는 불순물도 드라이아이스에서는 문제가 없다.
이에 본 발명자는 이산화탄소 가스 수착 기능을 갖는 로터에 의해, 공기 중에서 이산화탄소 가스를 회수하고, 회수한 이산화탄소 가스의 압축 액화 공정에서 생기는 시스템 중의 압축 배기열, 냉각·제습 배기열, 가스 액화 냉동기 배기열, 및 공조기의 배기열 등을 회수하여, 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 탈착용 열원으로 이용하는, 소형 콤팩트하고 에너지 절약성이 높은 이산화탄소 가스 분리 농축 드라이아이스 제조 시스템으로서, 처리 후의 공기는 공조 급기에 이용 가능한 고부가가치 시스템을 목표로 했다.
습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치와, 포화 증기 발생 장치와, 냉각 제습 장치와, 가스 압축 장치와, 흡착식 제습 장치와, 냉각 장치와 가스 액화 장치와 냉동기와 쿨링 타워, 액화 이산화탄소 정제 탱크와 드라이아이스 제조 장치로 구성되는 이산화탄소 가스 분리·농축·냉각·액화·드라이아이스 제조 시스템에 있어서, 드라이아이스 제조시의 미응화 가스를 상기 가스 압축 장치에 회수하고, 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치가, 이산화탄소 가스의 수착 능력을 갖는 로터를 적어도 회전 방향의 순서로, 처리 존과, 퍼지 존과 탈착 존을 갖는 고단열 구조의 「퍼지·회수 블록」을 장착하고, 각각 시일된 케이싱 내에 수납 회전시켜, 처리 존에서 로터가 습한 상태로 공기를 도입 기화 냉각하면서 이산화탄소 가스를 수착하고, 퍼지 존에서는 액화 이산화탄소 정제 탱크로부터의 미액화 가스를 도입시켜 로터 공극에 포함되는 공기를 퍼지 배기하고, 탈착 존에서는 증기 발생 장치에서 발생시킨 포화 증기를 증기의 발생 압력으로 도입하고, 증기의 응축 열에 의해 이산화탄소 가스를 탈착시켜 회수 농축하는, 처리 존 출구 공기의 공조 급기 가능한, 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템을 발명했다.
또한 에너지 절약성을 높이는 방법으로서, 이산화탄소 가스의 수착 능력을 갖는 로터를, 회전 방향의 순서로, 처리 존과, 퍼지 존과 1단 또는 1단 이상의 복수의 회수 존과 탈착 존을 갖는 고단열 구조의 「퍼지·회수 블록」을 장착하고, 각각 시일된 케이싱 내에 수납 회전시켜, 처리 존에서 로터가 습한 상태로 공기를 도입 기화 냉각하면서 이산화탄소 가스를 수착하고, 퍼지 존에서는 액화 이산화탄소 정제 탱크로부터의 미액화 가스를 도입하여 로터 공극에 포함되는 공기를 배기하고, 탈착 존에 포화 증기를 도입하여 증기의 응축 열에 의해 고농도의 이산화탄소 가스를 탈착시켜, 회전 방향 전단의 회수 존에 도입하고, 상기 회수 존의 더욱 회전 방향 전단의 회수 존으로, 회전 방향 전단측을 향하여 복수의 회수 존을 순차 통과시켜 회수하는 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치를 발명했다. 전술한 드라이아이스 제조 시스템의 습식 이산화탄소 분리 농축 장치를 이 장치로 바꾸면 더욱 에너지 절약이 된다.
저이산화탄소 가스 농도의 처리 출구 공기를 공조 급기로서 이용함으로써, 본 발명 시스템 보급을 위한 부가가치 향상을 고려했다. 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의, 처리 존을 통과한 공기를 냉각 코일로 냉각 제습하여 공조 급기로서 이용하고, 냉각 코일 드레인수를 회수하여 포화 증기 발생 장치의 급수로서 이용함으로써 공조의 에너지 절약과 본 발명 드라이아이스 제조 시스템의 부가가치 향상과 절수를 가능하게 한다.
또한 시스템 전체에서의 에너지 절약성을 향상시키기 위해서, 시스템 내에서 및 시스템 근방에서 발생하는 배기열의 회수 이용을 검토했다. 포화 증기 발생 장치가 배기열 이용 히트 펌프 증기 발생 장치이며, 회수 이산화탄소 가스의 압축 열 냉각 및 액화하는 냉동 장치 및 근방의 냉방 공조 장치의 배기열을 회수하여 증기 발생 히트 펌프에 공급하여 포화 증기를 발생시킨다.
회수 가스의 저노점 제습의 에너지 절약화도 고려했다. 처리 존과 재생 존을 갖는 허니콤 로터 흡착식 제습기의 재생 존에, 가스 압축 장치로부터의 압축 고온 가스를 도입하여 로터의 흡착 수를 탈착하고, 그 출구 가스를 냉각 코일에 통과시켜 냉각·제습하여 처리 존에 도입하여 흡착 제습하는 제습 장치를 장착함으로써 저노점 제습의 에너지 절약화도 실현할 수 있다.
본 발명의 공조 급기 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템은 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치와, 포화 증기 발생 장치와, 냉각 제습 장치와, 가스 압축 장치와, 흡착식 제습 장치와, 냉각 장치와 가스 액화 장치와 냉동기와, 액화 이산화탄소 정제 탱크와 드라이아이스 제조 장치로 구성된다. 어떠한 이산화탄소 가스 분리 농축 액화 플랜트라도 압축·냉각·액화 공정이 필요하며, 각각의 공정에서 에너지 소비와 그에 수반하는 배기열이 발생한다. 이산화탄소 가스 압축 액화의 공정에서는 다대한 압축 열과 냉각 액화 잠열이 발생한다. 압축 열과 냉각·액화 잠열은 통상 쿨링 타워 등 방열기로 대기 중에 방열되고 있다. 이들 열을 회수하여 공기 중 이산화탄소의 분리 농축의 에너지로서 이용함으로써 이산화탄소의 대규모 발생원 및 이용 가능 배기 열원으로부터 떨어져, 어디에도 설치할 수 있는 시스템이 가능하게 된다.
또 액화한 이산화탄소를 정제 탱크에 넣을 때 미액화 가스도 들어가는데, 미액화 가스는 공기 성분 유래의 불순물이 포함되기 때문에, 순도를 향상시킬 목적과 액화 가스의 탱크에의 도입 저항을 낮추기 위해 배기된다. 본 발명은 이 미액화 가스를 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 퍼지 가스로서 이용함으로써 회수 가스의 농도 향상 효과가 있다. 또 드라이아이스 제조 시스템에 있어서, 드라이아이스 제조시의 미응화 가스를, 상기 가스 압축 장치로 되돌려 회수함으로써 시스템 전체에서의 회수 효율과 에너지 절약성을 향상시킬 수 있다.
습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치는 처리 존과, 퍼지 존과 탈착 존을 갖고, 처리 존에서 로터가 습한 상태에서 이산화탄소 가스를 포함하는 공기와 접촉시켜 기화 냉각하면서 이산화탄소 가스를 수착하고, 액화 가스 정제 탱크로부터의 미액화 가스를 상기 퍼지 존에 도입하여 로터 공극에 포함되는 공기를 퍼지 배기하고 나서 탈착 존으로 회전 이동하기 때문에, 탈착 존으로의 공기의 이행이 방지되어, 회수 이산화탄소 가스의 농도가 향상되고, 또한 탈착 존에 있어서의 수착재의 열 산화 열화가 방지된다. 탈착 존에서는 100℃ 전후의 포화 증기를 비등 압력에 의해 도입하고, 수착된 이산화탄소 가스를 탈착 회수한다. 100℃ 전후란, 물의 비점은 압력에 의해 변화하기 때문에, 탈착 존으로의 포화 증기의 도입 저항이나 기압에 의해, 플러스 마이너스도 포함하여 몇℃의 오차는 상정된다.
또한 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 에너지 절약성을 높이기 위해서, 로터의 존을 회전 방향의 순서로, 처리 존과, 퍼지 존과, 그리고 1단 또는 1단 이상의 복수의 회수 존과, 탈착 존으로 분할 시일하는 구성을 발명했다. 액화 가스 정제 탱크로부터의 미액화 가스를 퍼지 존에 도입하여 로터 공극에 포함되는 공기를 배기하고, 탈착 존에 100℃ 전후의 포화 증기를 도입하여 증기의 응축 열에 의해 고농도의 이산화탄소 가스를 탈착하는 것은 같지만, 퍼지 존과 탈착 존 사이에 회수 존을 설치한다. 탈착 존의 회전 방향 전단측의 회수 존을 통과시켜 탈착 출구 가스의 엔탈피를 회수하여, 탈착에 앞서 로터를 예열하는 효과와, 회수 가스는 예냉됨으로써 후공정에서의 냉각·제습 부하를 삭감할 수 있는 효과와 탈착 존으로의 공기 혼입 리스크를 더욱 저감할 수 있다.
회수 존은 1단 이상의 복수의 회수 존을 설치할 수도 있다. 탈착 존 출구 가스를 회전 방향 전단의 회수 존 1에 도입하고, 또한 그 회전 방향 전단의 회수 존 2로, 회전 방향 전단측을 향하여 복수의 회수 존을 순차 통과시켜 회수한다. 과부족 없는 단수는, 회전식 열 교환기의 열 교환 효율의 지견으로부터, 로터 폭이나 통과 유속에 따라 변하지만, 회수 존의 합계 통과 길이 200∼400mm 상당을 상정할 수 있다. 예를 들면 셀 수가 190, 로터 폭이 50mm일 때, 바람직한 합계 통과 길이 200mm로 하면 4회 통과라고 추측할 수 있지만, 경제성과 효과를 시험 판단하여 결정하면 된다.
한편 처리 존을 통과한 공기는 이산화탄소 가스 농도가 저하하고, 기화 냉각 효과에 의해 온도는 거의 변화하지 않지만 절대 습도는 높아진다. 이 공기를 냉방 코일로 냉각 제습하고, 이산화탄소 농도가 낮은 고공기질의 공기를 공조 급기에 이용하여 재실자의 지적 생산성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다. 냉방 코일의 드레인수는 회수하여 포화 증기 발생 장치에 급수하여, 이니셜, 러닝 코스트에 대한 도입 메리트 및 경제성은 더욱 향상된다.
회수 이산화탄소 가스를 액화하기 위해서는 압축하여 냉각할 필요가 있다. 다단 압축에 의해 6.4Mpa까지 압축하면 가스의 온도는 130℃ 정도가 되고, 이 가스와의 열 교환에 의해 증기 발생도 가능하지만, 발생 증기량으로서 충분하지 않을 경우, 본 발명 시스템 중의 냉각기나 액화기, 냉동기, 또한 필요하면 근접 시설의 공조기 등의 배기열을 회수하여 증기 발생 히트 펌프의 열원으로서 이산화탄소 가스의 분리 회수 농축 장치의 탈착 에너지를 조달할 수 있다.
회수 가스의 저노점 제습은 로터 흡착식 제습기를 조합하는 것이 바람직하다. 처리 존과 재생 존을 갖는 허니콤 로터 흡착식 제습기의 재생 존에, 가스 압축 장치로부터의 압축 고온 가스를 도입하여 로터의 흡착수를 탈착한다. 통과한 가스는 탈착 열로 온도 저하함과 아울러 노점 온도(절대 습도)가 높아져, 다음의 냉각 코일 통과에 의해 냉각·제습된다. 또한 회수 가스는 로터 흡착식 제습기의 처리 존을 통과하여 저노점 온도로 제습되어 다음 단의 압축기에 도입된다.
이 제습 방법에 의해 회수 가스의 노점 온도는 냉각 코일의 온도보다 낮은 마이너스 노점까지 제습할 수 있기 때문에, 최종적으로 종래의 PSA, TSA, PTSA 방식과 동등한 제습 효과를 얻으면서, 재생 에너지는 시스템 중의 잉여열을 이용할 수 있다. 이와 같이 TSA 제습법의 일 형태인 허니콤 로터 회전식 제습기는 공지이지만 본 발명의 시스템에 이와 같이 조합함으로써 시스템 전체의 에너지 절약성 향상에 공헌한다.
이상과 같이 본 발명의 시스템은 시스템 중에서 발생하는 배기열을 회수하여 포화 증기를 발생하고, 수착 이산화탄소 가스의 탈착 에너지원으로 하기 때문에, 시스템 전체에서 에너지 절약이 된다. 물론 시스템의 가동에는 전력이 필요하지만, 드라이아이스 수요가 많은 시기 및 지역은 일사량도 많기 때문에 태양광 발전과의 매칭도 바람직하다. 또 서열 지역이기 때문에 냉방 배기열도 이용 가능하고, 또한 처리 후의 저이산화탄소 가스 급기에 의해 환기량을 과대하게 하지 않고 고품질 공조를 할 수 있고, 공조 환기나 배기를 처리 공기로 하면, 외기보다 이산화탄소 가스 농도가 높기 때문에 회수량을 늘리는 효과나, 환기 처리이면 환기의 엔탈피 회수에 의해 공조의 에너지 절약 효과도 기대할 수 있다.
또한 본 발명의 시스템은 종래 기술과 같이 이산화탄소 가스원이나 배기열원에 의존하지 않고, 중소 규모의 시스템도 설립 가능하기 때문에, 각 드라이아이스 수요지에 분산시켜 설립 가능한 특징이 있으며, 드라이아이스나 이산화탄소 가스 운반에 의한 이산화탄소 가스 배출량을 삭감할 수 있어, 사업 전체의 효율화를 도모할 수 있다. 또 본 발명의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치는 종래의 흡수액법보다 훨씬 열 용량이 적고, 드라이아이스 생산의 필요성에 따라 전체 시스템의 기동, 정지, 휴지도 용이하며, 그에 수반하는 열 로스도 적다.
이상과 같이 드라이아이스 제조와 함께, 저이산화탄소 가스 농도 공기의 에너지 절약 공조 이용의 조합에 의해 CCU 기술로서 보급을 촉진할 수 있어, 지금까지 이산화탄소의 발생이 허용되고 있던 석유 화학 플랜트 등의 삭감도 가속 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 공조 급기 가능한 공기 중 이산화탄소 가스원 드라이아이스 제조 시스템의 기본 플로우도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 공조 급기 가능한, 공기 중 이산화탄소 가스원 드라이아이스 제조 시스템의 기본 플로우도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의, 처리·퍼지·제 2 회수·제 1 회수·탈착 존부의 원리 단면 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 원리 단면 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태의 허니콤 로터 제습 장치의 원리 설명도이다.
도 8은 실제로 시작 시험한 소형 시험 장치의 플로우도이다.
도 9는 중형 카세트 실용화 예상도이다.
도 10은 중형 카세트 4대 세트 유닛 실용화 예상도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 공조 급기 가능한, 공기 중 이산화탄소 가스원 드라이아이스 제조 시스템의 기본 플로우도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의, 처리·퍼지·제 2 회수·제 1 회수·탈착 존부의 원리 단면 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태의 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 원리 단면 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태의 허니콤 로터 제습 장치의 원리 설명도이다.
도 8은 실제로 시작 시험한 소형 시험 장치의 플로우도이다.
도 9는 중형 카세트 실용화 예상도이다.
도 10은 중형 카세트 4대 세트 유닛 실용화 예상도이다.
이하, 본 발명을 적용한 실시형태를 도면에 근거하여 상세히 서술한다. 한편, 각 도면에 있어서 같은 부호를 부여한 부재 등은, 동일 또는 유사한 구성의 것이고, 이것들에 관한 중복 설명은 적절히 생략하는 것으로 한다. 또 각 도면에 있어서는, 설명에 불필요한 부재 등은 적절히 도시를 생략하고 있다.
본 발명자는 지금까지 콤팩트하고 에너지 절약성이 높은 로터식의 습식 TSA(서멀 스윙)법에 의한, 공기 중 이산화탄소 가스 분리 농축 기술을 연구 개발해 온 경위로부터 본 발명에 이르렀다. 우선 습식 TSA법의 원리와 메리트를 설명한다. 습식 TSA법은 이산화탄소 가스의 탈착에, 과열 증기가 아니라 포화 증기를 사용하여, 포화 증기의 응축 열로 이산화탄소 가스를 탈착하여 농축 회수하는 방법이다. 종래의 건식 TSA법과 같이 탈착에 가열 공기나 가스를 사용하지 않기 때문에 고농도 농축 회수가 가능할 뿐만 아니라, 탈착과 동시에 수증기가 응축하여 수분이 허니콤 내표면에 남고, 처리 수착 존에서는 증발 냉각하면서 이산화탄소 가스를 수착하기 때문에, 탈착 직후의 로터는 신속하게 냉각되고, 동시에 이산화탄소 가스의 수착 열을 트레이드 오프하여 온도 상승을 억제하기 때문에, 종래의 건식 TSA법이나 과열 증기 TSA법보다 이산화탄소 가스의 수착 성능과 에너지 절약성이 비약적으로 향상된다.
또한 공기를 포함하지 않는 100℃ 전후의 포화 증기로 탈착함으로써 아민계 수착재의 열 산화 열화를 방지하는 효과가 있다. 또 탈착 직후에 처리 존으로 고온인 채로 회전 이동하여 공기와 접촉할 때, 수착재 표면은 결로수로 덮여 있기 때문에 산소와의 직접 접촉을 피할 수 있고, 처리 공기의 통과에 의한 기화 냉각 효과로 신속하게 냉각되어 열 산화 열화가 억제되는 효과도 있다.
본 발명은 상기 습식 TSA법에 있어서 더욱 수착재의 열 산화 열화의 방지와 회수율과 회수 농도의 향상과 에너지 절약성을 높이도록 창의 구성했다.
실시형태 1
도 1은 실시형태 1의 전체 시스템이다. 처리 가스는 대기 혹은 공조 공기이기 때문에 특별한 전처리는 필요 없고, 일반 공조용에 채용되고 있는 조진 필터 정도가 있으면 된다. 수용성의 불순물이나 미세 분진이면 시스템 도중의 냉각 코일로 응축한 물과 함께 드레인이 되어 제거 배출된다. 필요하면 처리 공기 취입구에 활성탄 탈취 필터를 증설하는 것도 용이하다.
먼저 이산화탄소 가스 분리 농축 장치에 대하여 도 2에 의해 세부 설명한다. 이산화탄소 가스의 수착 가능한 로터(1)는 로터 구동 모터(2)로 벨트(3)에 의해 구동 회전시킨다. 대형이면 체인 구동도 선택할 수 있다. 로터의 처리 존(4)에 송풍기(7)에 의해 처리 공기를 도입하면 습한 상태의 로터는 기화 냉각되면서 이산화탄소 가스가 수착되고, 동시에 수착열도 냉각 제거된다.
로터가 퍼지 존(6)으로 회전하면 액화 이산화탄소 정제 탱크로부터의 미액화 가스를 도입하여, 로터 공극에 포함되는 공기를 처리 존측으로 퍼지 배기한다. 이 퍼지에 의해 회수 가스로의 공기의 혼입을 방지하여 회수 농도를 높이는 효과와, 고온이 되는 탈착 존으로의 산소 혼입을 막아, 수착재의 열 산화 열화를 피할 수 있어 내구성이 향상된다. 또 탈착 직전에 공기보다 고농도의 이산화탄소 가스의 통과 수착에 의해 회수량 향상 효과가 기대된다. 퍼지 가스의 통과 방향은 어느쪽이어도 로터 공극 중의 공기를 퍼지하는 효과가 있지만, 처리 존 입구측으로 배기하여 처리 공기에 합류시키면, 퍼지 가스량이 과잉으로 비교적 고농도의 이산화탄소 가스가 배기되어도, 처리 존에서 재수착되기 때문에 낭비되지 않는다.
탈착 존(5-1)으로 로터가 회전하면, 포화 증기 발생 장치로부터의 증기 발생 압력으로 포화 증기가 도입되고, 응축 열에 의해 이산화탄소 가스가 탈착되어 응축수는 로터 내에 남는다. 탈착된 이산화탄소 가스와 수증기의 혼합 가스는 도 1의 냉각 코일(10-1)에 통과시켜 냉각 제습된다. 다음으로 냉각 제습된 회수 가스는 압축 장치(11-1)에 도입, 가압되어 승온한다. 이산화탄소 가스를 액화하기 위해서는 1단 압축으로는 곤란하기 때문에 승온한 가스를 냉각 코일(10-2)로 재냉각하여 2단째의 압축기(11-2)에 도입되고 4Mpa 정도로 가압, 도 1에는 나타내고 있지 않지만 추가로 재냉각하여 3단째의 압축 장치로 6.4Mpa 정도로 가압할 수도 있다. 최종 가압 가스를 재냉각하여, 흡착식 제습기(13)에 의해 저노점 온도로 제습 후, 액화기(15)로 액화 온도 이하로 냉각 액화한다.
이산화탄소 가스는 압력이 높을수록 액화하기 쉽지만 압축 에너지가 커지고, 액화 가스로의 불순 가스의 용해량이 증가하여 순도가 저하한다. 반대로 압력이 낮으면 보다 낮은 액화 온도까지 냉각할 필요가 있어 냉각 부하가 증대하고, 또한 냉동기의 COP(성적 계수)도 저하하여 냉동기의 소비 에너지가 증가하는 트레이드 오프 관계가 있다. 액화한 이산화탄소는 정제 탱크에 보내고, 미액화 가스를 빼내 순도를 향상 저류한다. 빼낸 가스는 상기 분리 농축 장치의 퍼지에 이용한다.
정제 탱크로부터의 미액화 가스의 빼냄량은 로터 공극에 포함되어 이행되는 양을 충분히 퍼지할 수 있는 잉여량일 필요가 있다. 부족하면 회수 가스에 공기가 혼입된다. 과잉량이어도 퍼지 존을 통과한 미액화 가스는 처리 공기에 합류하여 처리 존을 재통과, 수착하기 때문에 낭비가 되는 일은 없다. 퍼지 가스의 체적은 온·습도 변화, 이산화탄소 가스의 수착에 의해 변동하기 때문에, 퍼지 존(5-1) 가스 출구의 이산화탄소 가스 농도를 계측하여 조정하는 것이 실제적이다.
회수한 가스는 압축기(11-1, 11-2)에 의해 100℃ 이상으로 승온하고, 이 가스의 열을 이용하여 포화 증기 발생도 가능하지만, 이 가스의 열만으로 탈착 에너지가 부족할 경우, 회수 가스의 냉각·제습 열이나 압축 열, 액화시키기 위한 액화 잠열 등의 배기열을 증기 발생 히트 펌프로 회수하여 포화 증기를 발생시켜, 상기 이산화탄소 분리 농축 장치의 탈착 존에 도입한다. 이상의 구성으로 분리 농축 이산화탄소 가스의 압축·냉각 제습·냉각·액화 공정에서 발생하는 배기열을 회수 이용하여, 공기 중의 이산화탄소 가스의 분리 농축이 가능하게 되고, 종래의 기술보다 에너지가 절약되고 콤팩트한, 공기 중 이산화탄소 가스원 드라이아이스 제조 시스템이 가능하다.
실시형태 2
도 3은 실시형태 2의 전체 시스템도이다. 전술한 습식 TSA법에 있어서 수착재의 열 산화 열화의 방지와 회수율과 회수 농도의 향상과 에너지 절약성을 더욱 높이도록 창의 구성했다. 먼저 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 세부를 도 4에서 설명한다. 이산화탄소 가스의 수착 가능한 로터(1)는 회전 방향의 순서로 처리 존(4), 퍼지 존(6), 회수 존 2단째(5-3), 회수 존 1단째(5-2), 탈착 존(5-1)으로 분할되고, 로터 구동 모터(2)로 벨트(3)에 의해 구동 회전시킨다.
송풍기(7)에 의해 로터의 처리 존(4)에 공기를 도입하면, 습한 상태의 로터는 이산화탄소 가스의 수착과 수분의 기화 냉각이 동시에 진행되고, 발생한 수착열도 냉각 제거된다. 회전 이동한 가스 퍼지존(6)에서는 액화 이산화탄소 정제 탱크(16)로부터의 미액화 가스를 도입하여 로터 공극에 포함되는 공기를 퍼지하고, 탈착 존(5-1)에 포화 증기를 도입하여 로터에 수착한 이산화탄소 가스를 탈착시켜, 회수 존 1단째(5-2)를 통과시키고, 나아가 회전의 전단측으로 회수 존(5-3)을 통과시켜 회수한다.
도 5에서 더욱 상세한 로터 내의 가스의 흐름에 대하여 설명한다. 로터가 처리 존(4)으로부터 퍼지 존(6)으로 회전하여 미액화 가스가 도입되고, 로터 공극에 포함되는 공기는 처리 존(4) 입구측에 퍼지 배기되고, 처리 공기에 혼합되어 처리 존에 재도입된다. 이 퍼지에 의해 회수 가스로의 공기의 혼입을 방지하여 회수 농도를 높이는 효과와, 고온이 되는 탈착 존(5-1)에서의 수착재의 열 산화 열화를 피할 수 있어 내구성이 향상되는 효과와, 탈착 직전에 공기보다 고농도의 이산화탄소 가스와 접촉 수착시킴으로써 회수량 향상 효과도 있다. 동시에 가스 정제 탱크(16)로부터 미액화 가스를 뺌으로써 액화 가스의 순도를 높이는 효과도 있다.
탈착 존(5-1)에서는 포화 증기가 도입되고, 응축 잠열에 의해 이산화탄소 가스가 탈착되어, 응축수가 로터 내에 남는다. 탈착된 이산화탄소 가스와 수증기의 혼합 가스는 회전 방향 전단의 회수 존 1단째(5-2)를 통과, 되돌아서 회수 존 2단째(5-3)를 통과하여 회수된다. 이에 의해 탈착 출구 가스의 엔탈피(현열과 잠열)는 탈착 전의 로터의 여열로 회수되고, 반대로 회수 가스는 통과에 의해 엔탈피가 감소하여 다음 공정의 냉각 제습 코일(10-1)의 부하가 감소한다.
회수 존 단수는 그 효과의 과부족을 시험 확인하여, 회전 방향 전단에 3단, 4단으로 더욱 증설하는 것도 가능하다. 지금까지의 실험에서는 1단의 유효성을 확인하고, 추가 증설의 필요성과 그에 의한 에너지 절약성 향상의 가능성을 파악하고 있다. 이와 같이 복잡한 유로 구성 및 단열 처리는 종래 기술에서는 곤란하지만 「적층 퍼지·회수 블록」구조(특허문헌 9)에 의해 실현할 수 있다. 각 존 공간을 갖거나 또는 갖고 있지 않은 부채형 시트의 적층 구조체로서, 로터 끝면에 접하는 슬라이딩면은 내열 내마모성의 슬라이딩 시트와, 그 하층은 발포 고무 시트층과, 그 하층은 각 시트간의 연통로를 설치한 발포 고무 시트층 또는 발포판층과, 저면층은 존 공간을 갖고 있지 않은 단열판을 적층 접착하여 블록화하고, 외주부 또는 저면에 증기 도입부와 탈착 가스 회수부와 퍼지 가스 출입부를 설치한 고단열 구조의 「적층 구조 퍼지·회수 블록」에 의해 용이하고 또한 저비용으로 제작할 수 있다.
이산화탄소 가스 분리 농축 장치 제 3 실시형태
도 5에서는 로터 회전 전단측을 향하여 순서대로, 탈착 존, 회수 존 1단째, 회수 존 2단째와 가스 통과 방향을 반전시키면서 로터에 순차 도입하는 예를 나타냈지만, 도 6과 같이 탈착 존, 회수 존 1단째, 회수 존 2단째가 모두 같은 가스의 통과 방향으로 할 수도 있다. 각 존으로부터 로터 외주측을 바이패스시켜 스파이럴 상에 회전 방향 전단측으로 순차 통과시킨다. 바이패스는 가공성, 조립 조정 및 단열성의 점에서 발포 실리콘 고무 튜브나, 가스 유로를 잘라내거나 또는 잘라내지 않은 복수의 발포 실리콘 고무제 등의 시트를 적층 접착하여 구성할 수 있다. 이 방법이 열역학적으로는 바람직하지만, 구조가 다소 복잡해지기 때문에 비용 대비 효과를 검토하여 결정하면 된다. 우주선 등의 한정된 폐쇄 공간의 공조용이면, 비용보다 성능을 중시하여 채용하는 것도 상정된다.
여기서 실제로 습식 TSA 이산화탄소 분리 농축 장치를 실용화했을 경우의 회수량과 스케일감을 실제의 실험 결과(특허문헌 9)로부터 추정해 본다. 도 8은 실제로 실시한 소형 실험 장치의 플로우도로서, 본 발명 도 4와 유사하지만 약간 상이하다. 예를 들면 퍼지 가스가 미액화 가스가 아니고, 회수·탈착 존의 전후를 사이에 두고 설치한 순환 퍼지 존(6-1, 6-2)에서, 탈착 존(5-1)으로부터 탈착 가스 퍼지 존(6-1)으로 회전한 직후의 로터 공극에 포함되는 가스를 빼내어, 처리 존 직후의 처리 공기 퍼지 존(6-2)에 도입하고, 로터 공극에 포함되는 공기를 퍼지함으로써, 회수 가스로의 공기 혼입을 방지하는 구조이다.
로터는 셀수 약 190의 아민계 수착재 허니콤으로, 최적화 조정 도중의 실험 데이터이기 때문에, 회수 이산화탄소 가스의 농도는 50% 정도에 머무르고 있지만, 조정에 의해 더욱 농도 향상이 가능하고, 또한 본 발명의 미액화 가스에 의한 퍼지에 의해 100% 가까운 고농도 회수가 예상된다.
또 외기로부터의 이산화탄소 가스의 회수율(통과 공기측에서 보면 제거율)은 45% 정도로 높지 않지만, 로터 폭 50mm, 처리 공기의 유속은 3.3m/S의 데이터이다. 로터 폭은 전열 교환기이면 열 교환 효율, 제습기이면 제습량, VOC 농축 로터이면 제거율에 영향을 주고, 고성능이 요구될 경우에는 200∼600mm 폭 등 광폭의 로터가 선정된다. 압력 손실은 층류 영역이기 때문에 로터 폭과 유속에 거의 정비례하여 높아지고, 가스 성분이나 온도에 따라서도 변화한다. 예를 들면 공기 유속 3.3m/s, 30℃일 때, 셀 수 190, 400mm 폭에서 550Pa가 되고, 50mm 폭에서는 140Pa 정도가 된다.
본 발명의 공기 중 이산화탄소 가스의 분리 농축 장치로서는 50mm 폭에서 충분한 회수율이다. 왜냐하면 더 이상 회수율 향상을 목표로 하는 것 보다, 협폭 로터의 메리트 저압력 손실에 의해, 대형 환기 팬과 같은 심플하고 저렴한 축류 송풍기로, 원심식 송풍기보다 적은 전력으로 다량의 처리 공기를 도입하여, 다량의 이산화탄소 가스를 수착할 수 있기 때문이다. 그 반면 협폭에 의한 탈착 효율 저하가 염려되지만, 본 발명에서는 탈착 출구 가스를 회전 방향 전단의 1단 또는 복수단의 회수 존에 통과시켜 회수함으로써 충분한 탈착 효과와, 엔탈피 회수 효과에 의한 로터의 탈착 전의 예열과, 탈착 가스의 예냉·제습도 가능한 효과에 의해 에너지 절약성이 향상된다.
실험 데이터에 의해 실기의 스케일을 상정한다. 도 9의 로터 지름 약 Φ2000mm, 로터 폭 50mm의 분리 농축 로터 1대의 중형 카세트에 있어서, 처리 풍량은 40000㎥/h가 되고, 이산화탄소 농도 400ppm, 회수율 45%로 하면 이산화탄소 가스의 회수량은 8㎥/h≒14.2kg/h/대. 이 로터 카세트를 도 10과 같이 네 코너에 4대 조합하면 처리 송풍기는 대형 1대여도 되고, 2평 정도의 설치 면적으로 56kg/h의 공기 중 이산화탄소 분리 농축이 가능하게 된다.
도 3의 시스템의 설명으로 돌아간다. 회수 가스는 냉각 코일(10-1)을 통과하여 냉각 제습되고, 다음단의 압축 장치(11-1)에 도입되어 가압 승온한다. 승온한 가스는 다음으로 로터 회전 흡착식 제습기(12)(상세도를 도 7에 나타낸다)의 탈착 존(12-1)에 도입되고, 로터에 흡착되어 있는 수분을 탈착하여 탈착 열에 의해 가스는 온도가 저하하고 절대 습도가 높아진다. 다음으로 냉각 제습 코일(10-2)로 냉각과 동시에 제습되어, 12-2의 처리 존에 도입되어 흡착 제습되고, 압축 장치(11-2)에 도입 더욱 압축된다. 냉각 제습 코일(10-2)과 로터식 제습기(12)를 조합함으로써, 냉각 수온보다 낮은 노점 온도로까지 제습할 수 있기 때문에, 실시형태 1의 도 1에서 나타낸 흡착식 제습기(13)가 불필요하여 에너지 절약도 된다.
이산화탄소 가스를 액화하기 위해서는 1단 압축으로는 곤란하기 때문에, 로터식 제습기(12)의 처리 존(12-2)을 나온 가스를 2단째의 압축기(11-2)에 도입하여 4Mpa 정도로 가압한다. 도 3에는 나타나 있지 않지만, 필요하면 재냉각하여 3단째의 압축 장치로 6.4Mpa 정도로 더 가압한다. 가압 가스를 재냉각하여 액화 장치(15)로 냉각 액화한다.
액화 온도는 압력 2.2Mpa로 -15℃ 이하, 3.9Mpa로 5℃ 이하, 6.4Mpa로 25℃ 이하로 냉각이 필요하다. 고압축하면 액화가 용이해지지만, 압축기의 에너지는 많이 필요로 한다. 반대로 압력이 낮을 경우에는 액화하기 때문에 보다 저온으로 냉각하지 않으면 안되지만, 불순 가스의 용해가 감소하여 액화 이산화탄소의 순도는 향상된다. 그 반면 냉동기의 부하는 증대하고, 게다가 냉동기의 성적 계수도 악화하기 때문에 소요 에너지가 증가한다. 특허문헌 7에 의하면 드라이아이스를 제조할 경우에는, 드라이아이스 생성 수율의 점에서 과냉각 상태까지 냉각하는 것이 바람직한 것으로 개시되어 있다. 다양한 요소를 고려하여 설계하면 된다.
이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 탈착용 포화 증기는, 전술한 냉각 장치나 액화 냉동 장치 등의 시스템 중에서 발생하는 배기열을 회수 이용하여 증기 발생 히트 펌프로 발생시키기 때문에, 드라이아이스 제조를 위한 압축 부하나 냉각 부하의 증대는 포화 증기 발생용 배기열원의 증가로 이어져, 시스템 전체에서는 보완하여 에너지 절약성이 향상된다. 만일 배기열원이 부족할 것 같으면, 드라이아이스 수요기에는 냉방 배기열이 있고, 태양열도 풍부하기 때문에 증보 이용할 수 있다.
처리 출구 가스는 저이산화탄소 가스 농도이기 때문에 공조 급기로서 이용할 수 있다. 이산화탄소 가스 분리 농축 로터의 처리 존을 통과한 공기를 냉각 코일로 냉각 제습하여 공조용으로 급기하고, 냉각 코일 드레인수를 회수하여 포화 증기 발생 장치에 급수함으로써 공조의 에너지 절약과 본 발명 시스템의 부가가치 향상과 절수를 가능하게 한다. 이 방법은 우주 공간 시설 등 폐쇄 공간에서의 공조에도 이용 가능한 메리트이다.
액화한 가스는 정제 탱크에 넣지만 미액화 가스가 포함되고, 미액화 가스는 액화 가스의 순도 향상을 위해 통상 배기된다. 미액화 가스는 불순 가스가 포함되어 있지만 주성분은 이산화탄소 가스이고, 이 미액화 가스를 로터식 분리 농축 장치의 퍼지 존에 도입함으로써, 로터 회전에 의해 로터의 공극에 포함되는 공기가 탈착 존으로 이행하여 생기는 여러 문제를 배제할 수 있다. 첫번째로 공기의 퍼지에 의한 회수 이산화탄소 농도의 향상 효과와, 두번째로 고농도 이산화탄소 가스의 회수 존 통과로 로터에의 가스 수착이 더욱 진행되어, 이산화탄소 가스 회수량을 향상시킨다. 세번째로 탈착 존에 산소를 포함하는 가스를 넣지 않음으로써, 탈착 존에서의 아민계 이산화탄소 수착재의 열 산화 열화를 방지하는 효과도 있다.
액화 이산화탄소 제품은 수분량이 규격 내에 들어가도록 제습할 필요가 있지만, 블록 형상의 드라이아이스 제조에서는, 스노우 형상 드라이아이스를 굳히기 위해 수분 등의 고화제를 포함시키기 때문에, 드라이아이스 용도의 이산화탄소 가스는 액화 가스와 같이 고도로 제습할 필요는 없다.
본 발명은 CCU 기술의 선구적 기술이 되도록 보급성을 고려하여 드라이아이스 제조 시스템으로 했지만, 드라이아이스화하지 않고 액화 이산화탄소를 더욱 정제하여 액화 이산화탄소 제품으로 하는 것도 가능하다. 또한, 액화 이산화탄소의 밀도 약 0.77g/㎤에 대하여, 드라이아이스에서는 약 1.56g/㎤과 비중이 2배, 즉 용적이 절반이고 중량의 부피가 커지는 고압 봄베도 불필요하기 때문에, CCUS 플랜트용으로 드라이아이스를, 고단열 컨테이너로 저탄소 배출량으로 운송 집적하는 방법으로 발전하는 것도 상정된다.
산업상 이용가능성
본 발명은 공조 급기 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템에 관한 것으로, 종래와 같이 이산화탄소 배출원이나 배기열원에 한정되지 않고, 필요한 지역에서, 필요할 때에, 필요한 양의 드라이아이스를 생산할 수 있기 때문에 계절 변동에 대비한 비축이 불필요하고, 분리·농축·압축·냉각·제습·액화 공정에서 생기는 배기열이나 배기 가스를 시스템 전체에서 상호 이용함으로써 에너지 절약성이 높고, 또한 이산화탄소 가스 분리 농축부터 제품 제조까지의 완결 시스템이기 때문에, 드라이아이스 수요지에 마을 공장 규모로 설치 가능하고, 수송에서 기인한 이산화탄소 가스 배출량 증가가 없는, 공조 급기가 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템을 제공할 수 있다.
1; 이산화탄소 수착 로터
2; 로터 구동 모터
3; 로터 구동 벨트
4; 처리 존
5-1; 탈착 존
5-2; 회수 존 1
5-3; 회수 존 2
6; 퍼지 존
6-1; 탈착 가스 퍼지존
6-2; 처리 공기 퍼지 존
7; 처리 공기 송풍기
8; 증기 발생 장치
9; 쿨링 타워
10-1; 가스 냉각 코일 1
10-2; 가스 냉각 코일 2
10-3; 가스 냉각 코일 3
11-1; 가스 압축기 1
11-2; 가스 압축기 2
12; 허니콤 로터 회전식 흡착 제습기
12-1; 재생 존
12-2; 처리 존
13; 흡착식 2탑 제습기
14; 냉동기
15; 이산화탄소 가스 액화 장치
16; 액화 이산화탄소 정제 탱크
17; 드라이아이스 제조 장치
18; 순환 퍼지 펌프
2; 로터 구동 모터
3; 로터 구동 벨트
4; 처리 존
5-1; 탈착 존
5-2; 회수 존 1
5-3; 회수 존 2
6; 퍼지 존
6-1; 탈착 가스 퍼지존
6-2; 처리 공기 퍼지 존
7; 처리 공기 송풍기
8; 증기 발생 장치
9; 쿨링 타워
10-1; 가스 냉각 코일 1
10-2; 가스 냉각 코일 2
10-3; 가스 냉각 코일 3
11-1; 가스 압축기 1
11-2; 가스 압축기 2
12; 허니콤 로터 회전식 흡착 제습기
12-1; 재생 존
12-2; 처리 존
13; 흡착식 2탑 제습기
14; 냉동기
15; 이산화탄소 가스 액화 장치
16; 액화 이산화탄소 정제 탱크
17; 드라이아이스 제조 장치
18; 순환 퍼지 펌프
Claims (4)
- 시스템 중의 이산화탄소 가스를 압축, 냉각, 액화하는 장치의 배기열을 회수하여 증기를 발생시키는 증기 발생 히트 펌프 장치와, 공기 중의 이산화탄소 가스를 분리 농축하여 상기 증기를 도입하여 포화 증기의 응축 열로 탈착 회수하는 이산화탄소 가스 분리 농축 장치와, 분리 농축 장치에서 회수된 포화 증기와 이산화탄소 가스의 혼합 가스를 냉각 제습하는 장치와, 냉각 제습한 이산화탄소 가스를 액화하기 위하여 압축하는 1단 이상의 압축 장치와, 압축된 이산화탄소 가스를 제습하는 흡착식 제습 장치와, 제습된 이산화탄소 가스를 액화 온도까지 냉각하는 가스 액화 장치와 냉동기와, 액화한 이산화탄소 가스를 도입하여 액화한 이산화탄소를 저류하고, 액화하지 않은 가스를 빼내는 액화 이산화탄소 정제 탱크와, 액화 이산화탄소 정제 탱크로부터 액화 이산화탄소를 보내 대기압 하에 방출하여 그 기화 잠열로 탄산 가스가 냉각 응화되어 드라이아이스를 생성하는 드라이아이스 제조 장치와, 드라이아이스 생성시의 미응화 가스를 상기 압축 장치로 되돌려 회수하는 드라이아이스 제조 시스템에 있어서, 이산화탄소 가스 분리 농축 장치가 이산화탄소 가스의 수착 능력을 갖는 로터를, 적어도 회전 방향의 순서로 처리 존과, 퍼지 존과 탈착 존을 갖는 각각 시일된 케이싱 내에 수납 회전시키고, 처리 존에서 로터가 습한 상태에서 공기를 도입하여 기화 냉각하면서 이산화탄소 가스를 흡착시키고, 퍼지 존에서는 상기 액화 이산화탄소 정제 탱크로부터 빼낸 미액화 가스를 도입시켜 로터 공극에 포함되는 공기를 퍼지 배기하고, 탈착 존에서는 증기 발생 히트 펌프 장치에서 발생시킨 100℃ 전후의 포화 증기를 도입하고, 증기의 응축 열에 의해 이산화탄소 가스를 탈착시켜 농축 회수하는 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치인, 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치가 이산화탄소 가스의 흡착 능력을 갖는 로터를 회전 방향의 순서로, 처리 존과, 퍼지 존과, 1단 이상의 복수의 회수 존과, 탈착 존을 갖는 각각 시일된 케이싱 내에 수납 회전시키는 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치이고, 처리 존은 로터가 습한 상태에서 공기를 도입하여 기화 냉각하면서 이산화탄소 가스를 수착하고, 퍼지 존은 액화 이산화탄소 정제 탱크로부터의 미액화 가스를 도입하여 로터 공극에 포함되는 공기를 배기하고, 탈착 존은 100℃ 전후의 포화 증기를 도입하여 증기의 응축 열에 의해 고농도의 이산화탄소 가스를 탈착시키고, 회수 존은 상기 탈착 가스를 회전 방향 전단측을 향하여 1단 이상의 회수 존을 순차 통과시켜 회수하는 습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치인, 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템. - 제 1 항에 있어서,
습식 TSA 이산화탄소 가스 분리 농축 장치의 처리 존을 통과한 공기를 냉각 코일로 냉각 제습하여 공조 급기로서 이용하고, 냉각 코일의 드레인수를 회수하여 포화 증기 발생 장치의 급수로서 이용하는, 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템. - 제 1 항에 있어서,
흡착식 제습 장치가, 처리 존과 재생 존을 갖는 허니콤 로터 제습기의 재생 존에, 가스 압축 장치로부터의 압축 고온 가스를 도입하여 로터의 흡착수를 탈착하고, 그 출구 가스를 냉각 코일에 통과시켜 냉각·제습하고, 상기 처리 존에 도입하여 흡착 제습하는 제습 장치인, 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2022-084014 | 2022-05-23 | ||
| JP2022084014A JP7174205B1 (ja) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | 空調給気も可能な空気中二酸化炭素をガス源とするドライアイス製造システム |
| PCT/JP2022/047374 WO2023228457A1 (ja) | 2022-05-23 | 2022-12-22 | 空調給気も可能な空気中二酸化炭素をガス源とするドライアイス製造システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240044518A KR20240044518A (ko) | 2024-04-04 |
| KR102670625B1 true KR102670625B1 (ko) | 2024-05-31 |
Family
ID=84100564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247009279A KR102670625B1 (ko) | 2022-05-23 | 2022-12-22 | 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7174205B1 (ko) |
| KR (1) | KR102670625B1 (ko) |
| CA (1) | CA3227971A1 (ko) |
| DE (1) | DE112022002680T5 (ko) |
| WO (1) | WO2023228457A1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102050166B1 (ko) * | 2018-08-10 | 2019-11-28 | 연세대학교 산학협력단 | 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치 |
| JP2024063462A (ja) * | 2022-10-26 | 2024-05-13 | 三菱重工業株式会社 | 二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素回収方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019187582A1 (ja) | 2018-03-28 | 2019-10-03 | 株式会社西部技研 | ガス回収濃縮装置 |
| WO2020044944A1 (ja) | 2018-08-29 | 2020-03-05 | 株式会社西部技研 | ガス吸着体とその製法及び二酸化炭素ガス濃縮装置 |
| WO2020059197A1 (ja) | 2018-09-20 | 2020-03-26 | 株式会社西部技研 | 二酸化炭素分離回収装置 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03211907A (ja) | 1990-01-16 | 1991-09-17 | Meidensha Corp | 圧電発振器とその製造方法 |
| US5192591A (en) | 1991-11-14 | 1993-03-09 | Beloit Technologies, Inc. | Short dwell coater apparatus |
| JPH0699034A (ja) | 1992-09-21 | 1994-04-12 | Chubu Electric Power Co Inc | 燃焼排ガスからの二酸化炭素の液化分離回収法 |
| JP2006193377A (ja) | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Ekipo Kk | ドライアイスの製造効率を高める装置 |
| JP4972421B2 (ja) | 2006-02-01 | 2012-07-11 | 関西電力株式会社 | ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置 |
| US8163066B2 (en) | 2007-05-21 | 2012-04-24 | Peter Eisenberger | Carbon dioxide capture/regeneration structures and techniques |
| JP2010266155A (ja) | 2009-05-15 | 2010-11-25 | Ebara Corp | 二酸化炭素液化装置 |
| WO2016005226A1 (en) | 2014-07-10 | 2016-01-14 | Climeworks Ag | Steam assisted vacuum desorption process for carbon dioxide capture |
| JP6377012B2 (ja) | 2015-04-28 | 2018-08-22 | 福島Ｄｉ工業株式会社 | 二酸化炭素ガス回収装置 |
| JP2019509891A (ja) | 2016-03-31 | 2019-04-11 | インベンティーズ サーマル テクノロジーズ インコーポレイテッド | 吸着ガス分離プロセス及びシステム |
| KR20230161542A (ko) * | 2017-09-08 | 2023-11-27 | 리제너론 파마슈티칼스 인코포레이티드 | 항체-약제 접합체 평가 방법 |
| JP7139695B2 (ja) | 2018-06-01 | 2022-09-21 | 大日本印刷株式会社 | 考査処理装置及び考査処理方法 |
-
2022
- 2022-05-23 JP JP2022084014A patent/JP7174205B1/ja active Active
- 2022-12-22 KR KR1020247009279A patent/KR102670625B1/ko active IP Right Grant
- 2022-12-22 WO PCT/JP2022/047374 patent/WO2023228457A1/ja active Application Filing
- 2022-12-22 CA CA3227971A patent/CA3227971A1/en active Pending
- 2022-12-22 DE DE112022002680.4T patent/DE112022002680T5/de active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019187582A1 (ja) | 2018-03-28 | 2019-10-03 | 株式会社西部技研 | ガス回収濃縮装置 |
| WO2020044944A1 (ja) | 2018-08-29 | 2020-03-05 | 株式会社西部技研 | ガス吸着体とその製法及び二酸化炭素ガス濃縮装置 |
| WO2020059197A1 (ja) | 2018-09-20 | 2020-03-26 | 株式会社西部技研 | 二酸化炭素分離回収装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7174205B1 (ja) | 2022-11-17 |
| WO2023228457A1 (ja) | 2023-11-30 |
| CA3227971A1 (en) | 2023-11-30 |
| KR20240044518A (ko) | 2024-04-04 |
| DE112022002680T5 (de) | 2024-04-25 |
| JP2023172311A (ja) | 2023-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102670625B1 (ko) | 공조 급기도 가능한 공기 중 이산화탄소를 가스원으로 하는 드라이아이스 제조 시스템 | |
| CA3077339C (en) | Gas recovery and concentration device | |
| CN107750184B (zh) | 从移动源的内燃机捕获co2并在热动力生产循环中使用的集成方法 | |
| CN107915227B (zh) | 气体回收浓缩装置 | |
| CN110290850B (zh) | 气体回收浓缩装置 | |
| JP7112081B2 (ja) | 二酸化炭素分離回収装置 | |
| CN108043064B (zh) | 一种VOCs回收工艺及系统 | |
| CN102232003A (zh) | 纯化二氧化碳并生成硫酸和硝酸的多步法 | |
| WO2012131465A2 (en) | Cryogenic co2 separation using a refrigeration system | |
| JP3640023B2 (ja) | 排出ｃｏ２の回収システム | |
| CN205598887U (zh) | 一种多组分VOCs吸附冷凝回收装置 | |
| JP5319476B2 (ja) | 分離回収システム | |
| CN112221327A (zh) | 一种燃煤电厂二氧化碳氨法捕集及低温液化系统及方法 | |
| JP7132475B1 (ja) | 空調給気可能な二酸化炭素ガス分離濃縮装置 | |
| CN105688596B (zh) | 一种多组分VOCs吸附冷凝回收装置 | |
| US11617981B1 (en) | Method for capturing CO2 with assisted vapor compression | |
| CN109057899B (zh) | 气体压缩冷凝液化和低温工质发电装置及发电系统 | |
| GB2624409A (en) | Atmospheric water generator | |
| KR20150101901A (ko) | 작동 가스 순환형 엔진 시스템 및 그 운전 방법 | |
| JP2023010479A (ja) | 再生可能エネルギーを活用した二酸化炭素の分離回収方法および再生可能エネルギー活用型二酸化炭素分離回収システム | |
| CN116847922A (zh) | 去除水分和其它吸附物的系统和方法 | |
| CN114806663A (zh) | 用于沼气净化装置脱碳系统的冷却系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |