KR20050034821A

KR20050034821A - Apparatus for concentrating an oxygen and method thereof

Info

Publication number: KR20050034821A
Application number: KR1020030070516A
Authority: KR
Inventors: 문흥만; 이상훈
Original assignee: 대성산업가스 주식회사
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-04-15
Also published as: KR100559254B1

Abstract

본 발명은 산소를 고농도로 농축시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 외부에서 유입되는 공기의 먼지나 이물질을 제거하기 위한 에어필터와; 유입된 공기로부터 산소를 90~93%로 농축하는 제1 흡착탑과; 90~93%로 농축된 산소를 다시 정제하여 농도 95~99%로 농축하는 제2 흡착탑과; 90~93% 농도의 산소를 저장하는 저장탱크와; 공기 및 산소를 이송하는 제1 및 제2 이송장치와; 압축된 공기 및 산소를 냉각시키는 제1 및 제2 에어쿨러로 구성되는 것을 특징으로 하며, 구성이 간단하고, 제작비 및 운전비가 저감되며, 공기를 원료로 한 기존 흡착분리공정에서 얻을 수 없었던 농도 95~99%의 고농도 산소를 얻을 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.The present invention relates to an apparatus and method for concentrating oxygen at a high concentration, comprising: an air filter for removing dust or foreign matter from air introduced from the outside; A first adsorption tower for concentrating the oxygen at 90 to 93% from the introduced air; A second adsorption tower for refining oxygen concentrated at 90-93% and concentrating at a concentration of 95-99%; A storage tank for storing oxygen at a concentration of 90-93%; First and second transport devices for transporting air and oxygen; It is characterized by consisting of the first and second air cooler for cooling the compressed air and oxygen, the configuration is simple, manufacturing cost and operation cost is reduced, concentration 95 which could not be obtained in the existing adsorptive separation process based on air It can achieve the effect of high concentration oxygen of ~ 99%.

Description

Apparatus for concentrating an oxygen and method

본 발명은 흡착제를 이용한 PSA(Pressure Swing Adsorption)법을 이용하여 산소를 고농도로 농축시키는 농축장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 중에 함유된 산소를 1차로 90~93%로 농축하고, 2차로 95~99%로 농축하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a concentrator and a method for concentrating oxygen at a high concentration by using a pressure swing adsorption (PSA) method using an adsorbent. More specifically, the oxygen contained in the air is first concentrated to 90 to 93%, It relates to an apparatus and a method for concentrating secondly to 95-99%.

공기는 산소와 질소 외에 아르곤과 소량의 기타 기체를 포함하는 일종의 혼합기체이며, 보통의 공기 중에는 약 21% 정도의 산소가 함유되어 있다.Air is a kind of mixed gas containing argon and a small amount of other gases in addition to oxygen and nitrogen, and about 21% oxygen is contained in ordinary air.

이러한 공기를 원료로 하여 산소 농도를 높이는 방법으로는 공업적으로 심랭분리법, 막분리법, 흡착분리법 등이 널리 사용되고 있다. As a method of increasing the oxygen concentration using such air as a raw material, a deep cooling method, a membrane separation method, an adsorption separation method and the like are widely used industrially.

심랭분리법은 공기를 액화하여 분리하는 방법으로 고농도의 산소를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면에 초저온을 사용해야 하므로 장치가 복잡하고, 시설비가 많이 드는 단점이 있으며, 막분리법은 공기에 압력을 가해 막을 통과시키면서 산소를 농축하기 때문에 장치가 간편하나 산소의 농도를 40% 이상 높이기 어려운 단점이 있다.Deep cooling is a method of liquefying air to separate oxygen, which has the advantage of obtaining a high concentration of oxygen, whereas ultra-low temperature must be used, and the apparatus is complicated and expensive. The membrane separation method applies pressure to air and passes through the membrane. While concentrating oxygen while simplifying the device, there is a disadvantage that it is difficult to increase the concentration of oxygen by more than 40%.

그리고, 흡착분리법은 압축기나 송풍기를 사용하여 흡착제로써 ZMS(Zeolite Molecular Sieve)가 장착된 흡착탑 내에 공기를 불어넣고, 흡착제에 대한 공기 성분의 흡착 성능 차이를 이용하여 산소의 농도를 높이는 방법으로 심랭분리법 보다는 농도가 낮으나 막분리법 보다는 높은 농도의 산소를 얻을 수 있다. In addition, the adsorptive separation method uses a compressor or a blower to blow air into an adsorption tower equipped with ZMS (Zeolite Molecular Sieve) as an adsorbent, and increases the concentration of oxygen by using a difference in adsorption performance of air components on the adsorbent. The concentration is lower than that but higher concentration of oxygen can be obtained than membrane separation.

한편, 흡착분리법에서 압축기를 사용하여 흡착탑의 압력을 대기압보다 높은 압력으로 가압한 후 대기압으로 감압하여 흡착된 물질을 탈착시키는 방법을 PSA(Pressure Swing Adsorption)라 하고, 송풍기를 사용하여 흡착탑의 압력을 대기압 보다 조금 높게 하고, 진공펌프를 사용하여 흡착탑 내에 흡착된 물질을 진공으로 탈착시키는 방법을 VSA(Vacuum Swing Adsorption)라 한다.Meanwhile, in the adsorption separation method, a method of pressurizing the pressure of the adsorption tower to a pressure higher than atmospheric pressure using a compressor and then depressurizing it to atmospheric pressure to desorb the adsorbed material is called PSA (Pressure Swing Adsorption). VSA (Vacuum Swing Adsorption) is a method in which the pressure is slightly higher than atmospheric pressure, and the vacuum adsorbed substance is adsorbed in the adsorption tower using a vacuum pump.

이러한 두가지 공정은 흡착탑의 압력차를 이용하여 산소를 제조한다는 점에서 넓은 의미로 PSA법이라고 하며, 공기 중에서 산소의 농도를 높이는 방법으로 모두 사용되고 있다. PSA법을 이용하는 종래의 방법은 ZMS가 장착된 2개 또는 3개의 흡착탑에 가압과 감압을 반복하여 산소의 농도를 농축한다.These two processes are called PSA in a broad sense in that oxygen is produced using the pressure difference of the adsorption tower, and both methods are used to increase the concentration of oxygen in the air. The conventional method using the PSA method concentrates oxygen concentration by repeating pressurization and depressurization in two or three adsorption towers equipped with ZMS.

그러나, 기존의 PSA법으로는 농축된 산소에 아르곤 등이 함께 섞이기 때문에 이론적으로 산소의 농도가 95% 이상을 넘을 수 없다. 따라서, 기존의 PSA법에 따라 산소의 농도를 높이게 되면 산소의 농도는 95% 이하, 즉 90~93% 정도의 농도를 갖는 산소가 생산된다.However, in the conventional PSA method, the concentration of oxygen cannot theoretically exceed 95% because argon is mixed with concentrated oxygen together. Therefore, when the oxygen concentration is increased according to the conventional PSA method, the oxygen concentration is 95% or less, that is, oxygen having a concentration of about 90 to 93% is produced.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 ZMS가 장착된 흡착탑을 사용하는 산소제조 공정에 CMS(Carbon Molecular Sieve)가 장착된 흡착탑을 추가로 병렬연결하여 산소의 농도를 95% 이상으로 높이는 방법이 개발되었으나, 흡착탑의 추가설치로 인한 장치비의 증가 및 장치비의 증가에 따른 전반적인 제조비용의 상승으로 인해 경제성이 떨어지는 문제점과 추가로 설치되는 흡착탑으로 인하여 전체적인 구성이 복잡해진다는 문제점이 발생해 현재까지 실용화되지 못하는 실정이다.In order to solve this problem, a method of increasing oxygen concentration to 95% or more was developed by additionally connecting an adsorption tower equipped with CMS (Carbon Molecular Sieve) to the oxygen production process using the adsorption tower equipped with ZMS. Due to the increase in the equipment cost due to the additional installation and the increase in the overall manufacturing cost due to the increase in the device cost, the problem of low economical efficiency and the problem that the overall configuration is complicated due to the additional adsorption tower is installed, it is not practical to date.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구성이 간단하고, 제작비 및 운전비가 저감되며, 공기를 원료로 한 기존 흡착분리공정에서 얻을 수 없었던 농도 95~99%의 고농도 산소를 얻을 수 있는 산소를 고농도로 농축시키는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems as described above, the configuration is simple, manufacturing cost and operating cost is reduced, high concentration of oxygen of 95-99% that can not be obtained in the existing adsorptive separation process using air as a raw material It is an object to provide an apparatus and method for concentrating oxygen at high concentrations.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 산소를 고농도로 농축시키는 장치에 있어서, 외부에서 유입되는 공기의 먼지나 이물질을 제거하기 위한 에어필터와; 유입된 공기로부터 산소를 90~93%로 농축하는 제1 흡착탑과; 90~93%로 농축된 산소를 다시 정제하여 농도 95~99%로 농축하는 제2 흡착탑과; 90~93% 농도의 산소를 저장하는 저장탱크와; 공기 및 산소를 이송하는 제1 및 제2 이송장치와; 압축된 공기 및 산소를 냉각시키는 제1 및 제2 에어쿨러로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for concentrating oxygen at a high concentration, comprising: an air filter for removing dust or foreign matter from air introduced from the outside; A first adsorption tower for concentrating the oxygen at 90 to 93% from the introduced air; A second adsorption tower for refining oxygen concentrated at 90-93% and concentrating at a concentration of 95-99%; A storage tank for storing oxygen at a concentration of 90-93%; First and second transport devices for transporting air and oxygen; And first and second air coolers for cooling the compressed air and oxygen.

바람직하게는, 제1 흡착탑에는 흡착제로써 ZMS가 장착되고, 제2 흡착탑에는 흡착제로써 CMS가 장착된다.Preferably, the first adsorption tower is equipped with ZMS as an adsorbent, and the second adsorption tower is equipped with CMS as an adsorbent.

바람직하게는, 제1, 제2 이송장치가 압축기 또는 송풍기로 각각 이루어진다.Preferably, the first and the second conveying device are each composed of a compressor or a blower.

그리고, 각 구성요소 소정위치에 다수개의 삼방변이 각각 구비된다.A plurality of three sides are provided at predetermined positions of the respective components.

바람직하게는, 제2 흡착탑의 일측에 근접하여 압력조절밸브가 구비된다.Preferably, a pressure control valve is provided in proximity to one side of the second adsorption tower.

바람직하게는, 압력조절밸브의 일측에 근접하여 이방변이 구비된다.Preferably, an anisotropic valve is provided near one side of the pressure regulating valve.

본 발명의 산소농축방법은 외부의 공기가 에어필터로 유입되고, 유입된 외부공기가 제1 삼방변을 통하여 제1 이송장치로 유출되며, 제1 이송장치로 유입된 공기가 압축되어 제1 에어쿨러로 유출되고, 제1 에어쿨러로 유입된 가열된 공기가 상온으로 변환되어 제2 삼방변을 거쳐 제1 흡착탑으로 유출되는 단계와; 제1 흡착탑에 유입된 공기 중 질소가 ZMS에 의하여 흡착되는 단계와; 질소가 흡착제거됨으로써 90~93%의 농도를 갖는 산소로 농축되어 상기 저장탱크 내에 저장되는 단계와; 저장탱크에 유입된 산소가 제4 삼방변을 거쳐 제2 이송장치로 유출되고, 상기 제2 이송장치로 유입된 산소가 압축되어 제2 에어쿨러로 유출되며, 제2 에어쿨러로 유입된 가열된 산소가 상온상태로 변환되어 제5, 6, 7 삼방변을 거쳐 제2 흡착탑으로 유출되는 단계와; 제2 흡착탑에 유입된 가스 중 질소와 아르곤이 산소보다 CMS를 먼저 통과하는 성질에 의하여 압력조절밸브와 이방변을 통하여 외부로 배출 및 제거되는 단계와; 질소와 아르곤이 배출 및 제거됨으로써 95~99% 정도의 농도를 갖는 산소로 농축되는 단계로 이루어진다.In the oxygen concentrating method of the present invention, the outside air is introduced into the air filter, the introduced outside air flows out to the first transfer device through the first three-way direction, and the air introduced into the first transfer device is compressed to the first air. Flowing out of the cooler, and the heated air introduced into the first air cooler is converted to room temperature and flows out to the first adsorption tower through the second three-way valve; Adsorbing nitrogen in air introduced into the first adsorption tower by ZMS; Nitrogen is adsorbed and removed to concentrate the oxygen having a concentration of 90-93% and store it in the storage tank; Oxygen introduced into the storage tank is discharged to the second transfer device via the fourth three-way, and oxygen introduced into the second transfer device is compressed and discharged to the second air cooler, and heated to the second air cooler. Converting the oxygen into a room temperature state and exiting the second adsorption tower through the fifth, sixth and seventh triads; Nitrogen and argon in the gas introduced into the second adsorption tower are discharged and removed to the outside through the pressure regulating valve and the anisotropic valve through the CMS before the oxygen; Nitrogen and argon are discharged and removed, thereby concentrating to oxygen having a concentration of about 95 to 99%.

본 발명의 제1 흡착탑의 탈착방법은 제3 삼방변의 유로를 변경하여 제1 흡착탑에 흡착된 질소가 포화점을 넘어 저장탱크로 유입되는 것을 막은 다음, 제1 삼방변의 유로를 변경시켜 제1 흡착탑 내에 존재하는 질소가 제1 삼방변으로 유입되는 단계; 제1 삼방변으로 유입된 질소가 제1 이송장치 및 제1 에어쿨러를 통과한 후 제2 삼방변을 통하여 대기로 방출되는 단계로 이루어진다.In the desorption method of the first adsorption tower of the present invention, the flow path of the third three-sided valve is changed to prevent nitrogen adsorbed to the first adsorption tower from flowing into the storage tank beyond the saturation point, and then the flow path of the first three-sided valve is changed to the first adsorption tower. Introducing nitrogen present in the first trilobal; Nitrogen introduced into the first three directions is passed through the first transfer device and the first air cooler and then discharged to the atmosphere through the second three directions.

본 발명의 저장탱크의 배기방법은 제3 삼방변의 유로를 변경하여 제5 삼방변과 제3 삼방변 사이의 90~93% 산소가 저장탱크로 이송되는 단계; 저장탱크와 제4 삼방변 사이의 90~93% 산소가 제2 이송장치 및 제2 에어쿨러를 통하여 제2 흡착탑으로 이송되는 단계; 제2 흡착탑 내에 정제되어 남아 있는 농도 95~99%의 산소가 외부로 배출되는 것을 막기 위하여 이방변의 유로를 폐쇄하는 단계로 이루어진다.Exhaust method of the storage tank of the present invention comprises the steps of changing the flow path of the third three-sided to 90-93% oxygen between the fifth and third three-sided to the storage tank; 90-93% oxygen between the storage tank and the fourth three-way side is transferred to the second adsorption tower through the second transfer device and the second air cooler; Closing the flow path of the anisotropic side in order to prevent the oxygen of the concentration 95 ~ 99% remaining in the second adsorption column is discharged to the outside.

본 발명의 제2 이송장치와 제2 에어쿨러의 배기방법은 제4 삼방변의 유로를 변경시켜 제7 삼방변과 제4 삼방변 사이의 90~93% 농도의 산소가 제2 이송장치와 제2 에어쿨러로 이송되는 단계; 제5 삼방변의 유로를 변경시켜 제2 에어쿨러를 통과한 90~93% 농도의 산소가 제5 삼방변과 제3 삼방변을 통해 저장탱크로 이송되는 단계로 이루어진다.In the method of evacuating the second transfer device and the second air cooler of the present invention, the oxygen in the concentration of 90 to 93% between the seventh and four third sides is changed by changing the flow path of the fourth three sides. Transported to an air cooler; By changing the flow path of the fifth three-sided and the concentration of 90 ~ 93% oxygen passed through the second air cooler is composed of the step of being transferred to the storage tank through the fifth and third three-way.

본 발명의 고농도 산소농축방법은 제2 흡착탑 내에서 공기를 95~99% 정도의 농도를 갖는 산소로 농축시킨 다음, 이방변을 폐쇄하고, 제7 삼방변의 유로를 변경시켜 제2 흡착탑에 저장된 95~99% 산소가 제7 삼방변을 통하여 제4 삼방변 방향으로 이송되는 단계; 제4 삼방변으로 이송된 가스가 제2 이송장치로 유입되고, 제2 이송장치로 유입된 산소가 제2 에어쿨러로 유출되는 단계; 제5 삼방변의 유로를 변경하여 제2 에어쿨러에서 유출되는 산소를 제6 삼방변으로 이송하는 단계; 제6 삼방변에 도달한 95~99% 산소를 제6 삼방변의 유로를 변경하여 외부로 배출하는 단계를 더 구비한다.In the high concentration oxygen concentration method of the present invention, the air is concentrated in oxygen having a concentration of about 95% to 99% in the second adsorption tower, the anisotropy is closed, and the flow path of the seventh trilateral valve is changed to 95 stored in the second adsorption tower. ˜99% oxygen is conveyed in the fourth trilateral direction through the seventh trilateral direction; Allowing the gas transferred to the fourth three sides to flow into the second transfer device, and outflow of oxygen introduced into the second transfer device to the second air cooler; Transferring the oxygen flowing out of the second air cooler to the sixth triangular side by changing the flow path of the fifth trilateral side; And discharging the 95-99% oxygen reaching the sixth triangular discharge to the outside by changing the flow path of the sixth trilateral toilet.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 산소를 고농도로 농축시키는 농축장치를 나타내는 공정도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 산소를 고농도로 농축시키는 농축장치는 에어필터(10)와, 제1 및 제2 흡착탑(20a, 20b)과, 저장탱크(30)와, 제1 및 제2 이송장치(40a, 40b)와, 제1 및 제2 에어쿨러(50a, 50b)로 구성된다.1 is a process chart showing a concentrating device for concentrating oxygen in a high concentration according to the present invention. As shown in the figure, the concentrating device for concentrating oxygen in a high concentration according to the present invention includes an air filter 10, first and second adsorption towers 20a and 20b, a storage tank 30, and a first And second conveying devices 40a and 40b and first and second air coolers 50a and 50b.

상기 에어필터(10)는 외부에서 유입되는 공기 중의 먼지나 이물질 등의 불순물을 제거한다. The air filter 10 removes impurities such as dust or foreign matter from the air introduced from the outside.

상기 에어필터(10)의 일측에는 공기 내에 잔재하는 질소를 흡착하기 위한 흡착제로써 제올라이트를 포함하는 ZMS가 장착되는 제1 흡착탑(20a)이 구비된다.One side of the air filter 10 is provided with a first adsorption tower 20a on which ZMS including zeolite is mounted as an adsorbent for adsorbing nitrogen remaining in the air.

상기 제1 흡착탑(20a)의 일측에는 제1 흡착탑(20a)을 통하여 질소가 흡착되어 농축된 산소가 저장되기 위한 저장탱크(30)가 구비된다.One side of the first adsorption tower 20a is provided with a storage tank 30 for storing oxygen concentrated by adsorbing nitrogen through the first adsorption tower 20a.

상기 저장탱크(30)의 일측에는 산소 내에 잔류하는 미량의 불순물을 흡착하기 위한 흡착제로써 CMS가 장착된 제2 흡착탑(20b)이 구비되고, 상기 제2 흡착탑(20b)은 그 내부를 통과하는 산소의 통과속도 차이에 의해 산소 내에 잔류하는 미량의 질소가 산소와 분리되도록 이루어진다. 즉, 제2 흡착탑(20b)에 유입되는 산소를 포함하는 가스 중 질소와 아르곤이 산소보다 먼저 CMS를 통과하는 성질에 의하여 불순물이 산소와 분리되도록 이루어진다. One side of the storage tank 30 is provided with a second adsorption tower 20b equipped with a CMS as an adsorbent for adsorbing a small amount of impurities remaining in oxygen, and the second adsorption tower 20b has oxygen passing through the inside thereof. The amount of nitrogen remaining in the oxygen is separated from the oxygen by the passage speed difference of. That is, impurities are separated from oxygen by nitrogen and argon in the gas containing oxygen introduced into the second adsorption tower 20b through the CMS before oxygen.

상기 에어필터(10)와 제1 흡착탑(20a) 사이에는 제1 이송장치(40a)와 제1 에어쿨러(50a)가 구비되고, 상기 제1 이송장치(40a)는 에어필터(10)를 통하여 먼지나 이물질 등의 불순물이 제거된 공기를 제 1에어쿨러(50a)로 이송하는 역할을 담당한다. 이때, 상기 제1 이송장치(40a)를 통과하여 제1 에어쿨러(50a)로 이송되는 공기는 압력이 상승되어 고온을 이룬다. 상기와 같이 제1 이송장치(40a)를 통과하여 고온상태를 이루는 공기는 상기 제1 에어쿨러(50a)에 의하여 상온상태로 변하게 된다.A first transfer device 40a and a first air cooler 50a are provided between the air filter 10 and the first adsorption tower 20a, and the first transfer device 40a is provided through the air filter 10. It is responsible for transferring the air from which impurities such as dust and foreign matter have been removed to the first air cooler 50a. At this time, the air passing through the first transfer device 40a to the first air cooler 50a is elevated in pressure to achieve high temperature. As described above, the air passing through the first transfer device 40a to form a high temperature state is changed to a normal temperature state by the first air cooler 50a.

상기 저장탱크(30)와 제2 흡착탑(20b) 사이에는 제2 이송장치(40b)와 제2 에어쿨러(50b)가 구비되고, 상기 제2 이송장치(40b)는 저장탱크(30) 내에 저장된 산소를 제2 에어쿨러(50b)로 이송하는 역할을 담당할 뿐만 아니라, 상기 제2 에어쿨러(50b)로 이송되는 산소를 고온압축시킨다. 상기와 같이 제2 이송장치(40b)를 통과하면서 고온 압축된 상태를 이루는 산소는 상기 제2 에어쿨러(50b)에서 상온상태로 변하게 된다. A second transfer device 40b and a second air cooler 50b are provided between the storage tank 30 and the second adsorption tower 20b, and the second transfer device 40b is stored in the storage tank 30. It not only plays a role of transferring oxygen to the second air cooler 50b, but also compresses oxygen transferred to the second air cooler 50b at high temperature. As described above, the oxygen forming the high-temperature compressed state while passing through the second transfer device 40b is changed to the normal temperature state in the second air cooler 50b.

한편, 상기 제1, 제2 이송장치(40a, 40b)는 압축기 또는 송풍기로 이루어지며, 공기가 유입되는 유입부는 각 흡착탑(20a, 20b) 내에 흡착된 가스를 뽑아내는 진공펌프의 역할을 하며, 토출구는 가압용으로 사용되는 것이 바람직하다.On the other hand, the first and second transfer device (40a, 40b) is composed of a compressor or a blower, the inlet portion in which air is introduced serves as a vacuum pump to extract the gas adsorbed in each adsorption tower (20a, 20b), The discharge port is preferably used for pressurization.

그리고, 상기 각 구성요소의 소정위치에는 다수개의 삼방변(61, 62, 63, 64, 65, 66, 67)이 각각 구비된다. 즉, 상기 에어필터(10)와 제1 이송장치(40a) 사이에는 제1 삼방변(61)이 구비되고, 상기 제1 에어쿨러(50a)와 제1 흡착탑(20a) 사이에는 제2 삼방변(62)이 구비되며, 상기 제1 흡착탑(20a)과 저장탱크(30) 사이에는 제3 삼방변(530이 구비되고, 상기 저장탱크(30)와 제2 이송장치(40b) 사이에는 제4 삼방변(64)이 구비된다. In addition, a plurality of three sides 61, 62, 63, 64, 65, 66, and 67 are provided at predetermined positions of the respective components. That is, a first three-way side 61 is provided between the air filter 10 and the first transfer device 40a, and a second three-way side between the first air cooler 50a and the first adsorption tower 20a. 62 is provided, and a third triangular side 530 is provided between the first adsorption tower 20a and the storage tank 30, and a fourth is disposed between the storage tank 30 and the second transfer device 40b. Three sides 64 are provided.

또한, 상기 제2 에어쿨러(50b)와 제2 흡착탑(20b) 사이에는 제5, 제6, 제7 삼방변(65, 66, 67)이 순차적으로 각각 구비되고, 상기 제2 흡착탑(20b)의 일측에는 압력조절밸브(71)와 이방변(73)이 각각 근접하여 구비된다.In addition, between the second air cooler 50b and the second adsorption tower 20b, fifth, sixth, and seventh trilateral sides 65, 66, and 67 are sequentially provided, respectively, and the second adsorption tower 20b is provided. One side of the pressure control valve 71 and the anisotropic side 73 is provided in close proximity to each.

상기와 같이 방향전환밸브 개폐장치로써 구비되는 삼방변(61, 62, 63, 64, 65, 66, 67)에 의하여 일측으로 흐르는 공기 및 산소의 방향전환이 자유롭다. By the three-way (61, 62, 63, 64, 65, 66, 67) provided as a direction switching valve opening and closing device as described above is free to change the direction of air and oxygen flowing to one side.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 방향전환밸브 개폐장치로써 삼방변(61, 62, 63, 64, 65, 66, 67)이 구비되어 있으나, 흐르는 공기의 방향을 전환하고, 개방 및 폐쇄가 용이하다면 기타 다른 구조의 방향전환밸브 개폐장치가 구비되는 것도 가능하다.In one embodiment of the present invention, but the three-way valve (61, 62, 63, 64, 65, 66, 67) is provided as the direction switching valve opening and closing, if the direction of the flowing air, easy opening and closing It is also possible to be provided with a direction switching valve opening and closing device of other structures.

이하, 본 발명에 의한 산소농축장치의 작동 및 공정을 설명한다.Hereinafter, the operation and the process of the oxygen concentrating device according to the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소농축과정을 나타내는 흐름도로서 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 외부의 공기가 에어필터(10)로 유입되어 공기 중 먼지나 이물질 등의 불순물이 제거되고, 불순물이 제거된 공기는 제1 삼방변(61)을 통하여 제1 이송장치(40a)로 이송되며, 제1 이송장치(40a)로 이송된 공기는 고압압축되어 제1 에어쿨러(50a)로 이송되고, 상기 제1 에어쿨러(50a)로 이송된 고온상태의 공기는 제1 에어쿨러(50a)에 의하여 상온상태로 변환된다.2 is a flowchart illustrating an oxygen concentration process according to an embodiment of the present invention, as shown in the drawing, outside air is introduced into the air filter 10 to remove impurities such as dust or foreign matter from the air, The air from which impurities are removed is transferred to the first transfer device 40a through the first three-way side 61, and the air transferred to the first transfer device 40a is compressed at a high pressure and transferred to the first air cooler 50a. The high temperature air transferred to the first air cooler 50a is converted to a normal temperature state by the first air cooler 50a.

상기와 같이 상온상태로 변환된 공기는 제2 삼방변(62)을 통하여 흡착제로써 제올라이트를 포함한 ZMS가 장착된 제1 흡착탑(20a)으로 유입되며, 상기 제1 흡착탑(20a)으로 유입된 공기는 흡착제에 의하여 질소가 흡착 및 제거되어 90~93%의 농도를 갖는 산소로 변환된다. 그리고, 상기 제1 흡착탑을 통과한 90~93%의 농도를 갖는 산소는 제3 삼방변(63)을 통하여 저장탱크(30)로 이송된다. 상기 저장탱크(30)로 이송된 산소는 다시 제4 삼방변(64)을 거쳐 제2 이송장치(40b)를 통과하면서 재차 고온압축상태로 변환되고, 제2 에어쿨러(50b)를 통과하면서 상온상태로 변환된다.As described above, the air converted to the normal temperature state is introduced into the first adsorption tower 20a equipped with ZMS including zeolite as the adsorbent through the second three-way side 62, and the air introduced into the first adsorption tower 20a is Nitrogen is adsorbed and removed by the adsorbent and converted to oxygen having a concentration of 90-93%. Then, the oxygen having a concentration of 90 ~ 93% passed through the first adsorption tower is transferred to the storage tank 30 through the third three-way (63). Oxygen transferred to the storage tank 30 is again converted to a high temperature compression state while passing through the second three-side 64, the second transfer device 40b, and passed through the second air cooler 50b to room temperature. Is converted to a state.

상기와 같이 제2 이송장치(40b)와 제2 에어쿨러(50b)를 통과한 상온상태의 산소는 제5, 6, 7 삼방변(65, 66, 67)을 순차적으로 거치고, 내부에 흡착제로써 CMS가 장착된 제2 흡착탑(20b)으로 유입된다.As described above, the oxygen in the room temperature state passing through the second transfer device 40b and the second air cooler 50b passes through the fifth, sixth and seventh trilateral sides 65, 66, and 67 sequentially, and as an adsorbent therein. It is introduced into the second adsorption tower 20b equipped with the CMS.

상기 제2 흡착탑(20b)으로 유입된 산소는 흡착제를 통과하는 통과속도의 차이에 의해 산소보다 질소 및 아르곤이 먼저 제2 흡착탑(20b)을 통과하여 제2 흡착탑(20b)의 상부로 배출되고, 95~99% 정도의 농도를 갖는 산소만이 제2 흡착탑(20b)의 내부에 존재하게 된다. Oxygen introduced into the second adsorption tower 20b is discharged to the upper portion of the second adsorption tower 20b by passing nitrogen and argon through the second adsorption tower 20b prior to oxygen by the difference in the passage speed through the adsorbent. Only oxygen having a concentration of about 95 to 99% is present in the second adsorption tower 20b.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 흡착탑의 탈착과정을 나타내는 흐름도로서, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 제1 흡착탑(20a)의 탈착은 다음과 같은 공정에 의하여 수행된다. 먼저, 제3 삼방변(63)의 유로를 폐쇄하여 제1 흡착탑(20a)에서 질소가 포화점을 넘어 저장탱크(30)로 유입되는 것을 막은 다음 제1 흡착탑(20a) 내에 존재하는 질소를 제1 삼방변(61) 방향으로 이송시킨다. 이때, 제1 및 제2 삼방변(61, 62)의 유로를 변경하여 제1 삼방변(61) 방향으로 이송되는 질소가 제1 삼방변(61)을 거쳐 제1 이송장치(40a) 및 제1 에어쿨러(50a)를 통과한 후 제2 삼방변(62)을 통하여 대기로 방출되도록 함으로써 제1 흡착탑(20a)의 탈착공정이 완료된다.3 is a flowchart illustrating a desorption process of the first adsorption tower according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the desorption of the first adsorption tower 20a is performed by the following process. First, the flow path of the third three-sided 63 is closed to prevent nitrogen from flowing into the storage tank 30 beyond the saturation point in the first adsorption tower 20a, and then the nitrogen present in the first adsorption tower 20a is removed. 1 Transfer in the direction of three sides (61). At this time, the nitrogen transported in the direction of the first three-sided 61 by changing the flow paths of the first and second three-sided sides 61 and 62 passes through the first three-sided side 61 and the first transfer device 40a and the first side. After passing through the first air cooler 50a, the desorbing process of the first adsorption tower 20a is completed by discharging to the atmosphere through the second three-way side 62.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저장탱크의 배기과정을 나타내는 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 저장탱크(30)의 배기는 다음과 같은 공정에 의하여 수행되며, 아래에 상술하는 제2 이송장치(40b) 및 제2 에어쿨러(50b)의 배기와 동시에 수행된다. 4 is a flowchart illustrating a process of evacuating a storage tank according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the exhaust of the storage tank 30 is performed by the following process, and simultaneously with the exhaust of the second transfer device 40b and the second air cooler 50b described below. do.

상기 제3 삼방변(63)의 유로를 변경하여 가스가 제1 흡착탑(20a)으로부터 유입되는 것을 중단시키면 저장탱크(30)의 압력은 상기 제2 이송장치(40b)에 의하여 진공상태로 변하게 된다. 그 다음, 저장탱크(30) 및 저장탱크(30)의 주변 배관에 잔류하는 90~93%의 농도를 갖는 산소를 제2 이송장치(40b)와 제2 에어쿨러(50b)로 이송하여 제2 이송장치(40b) 및 제2 에어쿨러(50b)를 통과 시킨 다음 제6 삼방변(66) 방향으로 이송되도록 하고, 제7 삼방변(67)을 통과하여 제2 흡착탑(20b)으로 이송되게 한다.When the flow path of the third three-side 63 is changed to stop the flow of gas from the first adsorption tower 20a, the pressure of the storage tank 30 is changed into a vacuum state by the second transfer device 40b. . Then, the oxygen having a concentration of 90 to 93% remaining in the storage tank 30 and the peripheral pipes of the storage tank 30 is transferred to the second transfer device 40b and the second air cooler 50b to obtain a second After passing through the transfer device (40b) and the second air cooler (50b) to be transported in the direction of the sixth triangular (66), and to pass through the seventh triangular (67) to the second adsorption tower (20b). .

이때, 상기 이방변(73)은 유로를 폐쇄하여 제2 흡착탑(20b) 내에 정제되어 남아있는 95~99%의 농도를 갖는 산소가 외부로 배출되는 것을 막는다.At this time, the anisotropy 73 closes the flow path to prevent the oxygen having a concentration of 95-99% remaining in the second adsorption tower 20b to be discharged to the outside.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 이송장치와 제2 에어쿨러의 배기과정을 나타내는 흐름도로서, 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 제2 이송장치(40b)와 제2 에어쿨러(50b)의 배기는 다음과 같이 이루어진다. 상기 제7 삼방변(67)의 유로를 폐쇄하고, 제4 삼방변(64)의 유로를 변경하여 제7 삼방변(67)과 제4 삼방변(64) 사이의 90~93% 농도를 갖는 산소를 제2 이송장치(40b)와 제2 에어쿨러(50b)로 이송한 다음, 제5 삼방변(65)의 유로를 변경한 후, 제5 삼방변(65)을 통하여 제3 삼방변(63) 방향으로 보내고, 상기 제3 삼방변(63)으로 이송된 가스를 저장탱크(30)로 보낸다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of evacuating the second transfer device and the second air cooler according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the second transfer device 40b and the second air cooler 50b are illustrated in FIG. ) Is exhausted as follows. The flow path of the seventh triangular 67 is closed and the flow path of the fourth trilateral 64 is changed to have a concentration of 90 to 93% between the seventh trilateral 67 and the fourth trilateral 64. After oxygen is transferred to the second transfer device 40b and the second air cooler 50b, the flow path of the fifth triangular side 65 is changed, and then the third triangular side via the fifth triangular side 65. 63), and the gas transferred to the third three-sided (63) is sent to the storage tank (30).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고농도 산소 회수과정을 나타내는 흐름도로서, 본 발명의 최종단계로 제2 흡착탑(20b)에 저장된 95~99% 정도의 농도를 갖는 산소를 회수하기 위한 방법을 나타낸다.6 is a flow chart showing a high concentration oxygen recovery process according to an embodiment of the present invention, a method for recovering oxygen having a concentration of about 95 to 99% stored in the second adsorption tower 20b as a final step of the present invention. Indicates.

상기 제2 흡착탑(20b)에 존재하는 95~99% 정도의 농도를 갖는 산소를 회수하기 위해서는 상기 제2 흡착탑(20b)의 일측에 구비되는 이방변(73)을 폐쇄하여 제2 흡착탑(20b) 내부에 존재하는 95~99%의 농도를 갖는 산소의 외부 유출을 막는다.In order to recover oxygen having a concentration of about 95 to 99% present in the second adsorption tower 20b, the anisotropic valve 73 provided on one side of the second adsorption tower 20b is closed to close the second adsorption tower 20b. Prevents the outflow of oxygen with 95-99% concentration present inside.

이때, 상기 제7 삼방변(67) 및 제4 삼방변(64)의 유로를 변경하면 제2 흡착탑(20b)의 압력은 제2 이송장치(40b)에 의하여 진공상태까지 변하게 되며, 동시에 제5 삼방변(65)과 제6 삼방변(66)의 유로를 변경하여 제2 흡착탑(20b) 내의 95~99%의 농도를 갖는 산소가 외부로 배출되어 회수되도록 이루어진다.In this case, when the flow paths of the seventh trilateral valve 67 and the fourth trilateral valve 64 are changed, the pressure of the second adsorption tower 20b is changed to a vacuum state by the second transfer device 40b, and at the same time, the fifth By changing the flow path between the three-sided 65 and the sixth-sided 66, oxygen having a concentration of 95 to 99% in the second adsorption tower 20b is discharged to the outside and recovered.

한편, 상기와 같이 산소를 고농도로 배출하기 위해서는 상기 제5, 6, 7 삼방변(65, 66, 67)의 연결은 최단거리로 하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 공정에 의하여 에어필터(10)로 유입된 외부의 공기는 95% 이상의 고농도를 갖는 산소로 변환되어 외부로 배출된다.On the other hand, in order to discharge the oxygen at a high concentration as described above, it is preferable that the connection of the fifth, sixth and seventh trilateral sides 65, 66, and 67 be the shortest distance. The outside air introduced into the air filter 10 by the above process is converted into oxygen having a high concentration of 95% or more and discharged to the outside.

그리고, 상기와 같은 공정이 모두 완료된 직후에 각각의 삼방변(61, 62, 63, 64, 65, 66, 67) 및 이방변(73)은 공정 초기의 상태로 되돌아 간다.Immediately after all of the above processes are completed, each of the three sides 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 and the anisotropy 73 returns to the state at the beginning of the process.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 구성이 간단하고, 제작비 및 운전비가 저감되며, 공기를 원료로 한 기존 흡착분리공정에서 얻을 수 없었던 농도 95~99%의 고농도 산소를 얻을 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.The present invention having the configuration as described above is simple in configuration, manufacturing cost and operation cost is reduced, high concentration oxygen of 95-99% concentration which could not be obtained in the existing adsorptive separation process using air as raw materials, etc. Can be harvested.

도 1은 본 발명에 의한 산소를 고농도로 농축시키는 장치를 개략적으로 나타내는 공정도,1 is a process diagram schematically showing an apparatus for concentrating oxygen at a high concentration according to the present invention;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소농축과정을 나타내는 흐름도,2 is a flow chart showing an oxygen concentration process according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 흡착탑의 탈착과정을 나타내는 흐름도,3 is a flowchart illustrating a desorption process of a first adsorption tower according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 저장탱크의 배기과정을 나타내는 흐름도,4 is a flowchart illustrating an exhaust process of a storage tank according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 이송장치와 제2 에어쿨러의 배기과정을 나타내는 흐름도,5 is a flowchart illustrating a process of evacuating a second transfer device and a second air cooler according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른 고농도 산소 회수과정을 나타내는 흐름도.6 is a flow chart showing a high concentration oxygen recovery process according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10...에어필터, 20a, 20b...제1, 제2 흡착탑,10, air filter, 20a, 20b ... first, second adsorption tower,

30...저장탱크, 40a, 40b...제1, 제2 이송장치,30 storage tank, 40a, 40b, 1st, 2nd feeder,

50a, 50b...제1, 제2 에어쿨러, 50a, 50b ... the first and second air coolers,

61, 62, 63, 64, 65, 66, 67...제1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 삼방변,61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 ... 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 trigonometric,

71...압력조절밸브, 73...이방변.71 ... pressure regulating valve, 73 ... anisotropic.

Claims

In the apparatus for concentrating oxygen at a high concentration,

An air filter for removing dust or foreign matter from the air introduced from the outside;

A first adsorption tower for concentrating the oxygen at 90 to 93% from the introduced air;

A second adsorption tower for refining oxygen concentrated at 90-93% and concentrating at a concentration of 95-99%;

A storage tank for storing oxygen at a concentration of 90-93%;

First and second transport devices for transporting air and oxygen;

An apparatus for concentrating oxygen at a high concentration, characterized by comprising first and second air coolers for cooling the compressed air and oxygen.

The method of claim 1,

The first adsorption tower is equipped with ZMS as an adsorbent, the second adsorption tower is a device for concentrating oxygen to a high concentration, characterized in that the CMS is mounted as an adsorbent.

The method of claim 2,

The first and second transfer device is a device for concentrating oxygen to a high concentration, characterized in that each consisting of a compressor or a blower.

The method according to claim 1 or 3,

A device for concentrating oxygen at a high concentration, characterized in that a plurality of three-sided sides are respectively provided at predetermined positions of each component.

The method of claim 4, wherein

A device for concentrating oxygen at a high concentration, characterized in that the pressure control valve is provided in close proximity to one side of the second adsorption tower.

The method of claim 5,

An apparatus for concentrating oxygen at a high concentration, characterized in that the anisotropic valve is provided close to one side of the pressure control valve.

The outside air flows into the air filter, the introduced outside air flows out to the first transfer device through the first three-way, and the air introduced into the first transfer device is compressed and flows out to the first air cooler. Converting the heated air introduced into the first air cooler into room temperature and exiting the first adsorption tower through the second three-way valve;

Adsorbing nitrogen in the air introduced into the first adsorption tower by ZMS;

Nitrogen is adsorbed and removed to concentrate the oxygen having a concentration of 90-93% and store it in the storage tank;

Oxygen introduced into the storage tank is discharged to the second transfer device through the fourth three-way, and oxygen introduced into the second transfer device is compressed and discharged to the second air cooler, and flowed into the second air cooler Converting the heated oxygen into a room temperature state and exiting the second adsorption tower through the fifth, sixth and seventh triads;

Nitrogen and argon of the gas introduced into the second adsorption tower pass through the CMS before the oxygen is discharged and removed to the outside through the pressure control valve and the anisotropic valve;

Nitrogen and argon are discharged and removed to concentrate the oxygen to a high concentration, characterized in that it comprises a step of concentration to oxygen having a concentration of about 95 ~ 99%.

The method of claim 7, wherein

By changing the third three-way flow path to prevent the nitrogen adsorbed to the first adsorption tower flows into the storage tank beyond the saturation point, the first three-way flow path by changing the flow path of the first three-way valve to the first three way Entering the side;

Nitrogen introduced into the first three-way direction is passed through the first transfer device and the first air cooler and then discharged to the atmosphere through the second three-way side to the desorption process of the first adsorption tower further comprises a high concentration of oxygen How to concentrate.

The method according to claim 7 or 8,

Changing the flow path of the third trilateral side to transfer 90-93% oxygen between the fifth trilateral side and the third trilateral side to the storage tank;

90-93% oxygen between the storage tank and the fourth three-way side is transferred to the second adsorption tower through the second transfer device and the second air cooler;

Concentrating the oxygen to a high concentration further comprising the step of evacuating the storage tank consisting of closing the flow path of the anisotropic in order to prevent the oxygen of the concentration 95 ~ 99% remaining in the second adsorption tower is discharged to the outside How to let.

The method of claim 9,

Changing the flow path of the fourth trilateral side to transfer oxygen having a concentration of 90 to 93% between the seventh trilateral side and the fourth trilateral side to the second transfer device and the second air cooler;

The second conveying device and the second air consisting of the step of changing the flow path of the fifth triangular direction and the oxygen of 90 to 9% passed through the second air cooler is transferred to the storage tank through the fifth triangular and third triangular direction. A method for concentrating oxygen in a high concentration, characterized in that further comprising the exhaust of the cooler.

The method of claim 7, wherein

In the second adsorption tower, the air is concentrated with oxygen having a concentration of about 95% to 99%, and then the anisotropy is closed and the flow path of the seventh direction is changed to allow 95% to 99% oxygen stored in the second adsorption column to the seventh direction. Conveying in the fourth trilateral direction through;

The gas transferred to the fourth three-sided inlet flows into a second transfer device, and oxygen introduced into the second transfer device flows out into a second air cooler;

Changing the flow path of the fifth trilateral side to transfer oxygen flowing out of the second air cooler to the sixth trilateral side;

And discharging the 95-99% oxygen reaching the sixth triangular discharge to the outside by changing the flow path of the sixth trilateral fecal.