KR20060071627A - 재생가스의 바이패스라인이 설치된 히터를 구비한 온도스윙 흡착증착 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 중에서 산소 및 질소를 생산하는 심냉 분리법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불순물로 판단되는 공기 중의 수분 및 이산화탄소를 심냉 분리 전에 제거하기 위한 전처리 공정에 필요한 온도 스윙 흡착장치에 관한 것으로, 원료가스의 분리를 위하여 흡착과정과 탈착에 의한 재생과정이 내부에서 교번하여 수행되는 다수개의 흡착탑과, 재생과정이 일어나는 흡착탑에 공급되는 재생가스의 가열을 위한 히터가 구비되는 온도 스윙 흡착장치에 있어서, 상기 히터의 유입부와 유출부에 바이패스라인이 설치되어 재생과정이 일어나는 흡착탑에 고온의 재생가스가 공급되고, 재생과정이 종료되면 바이패스라인을 통하여 저온의 재생가스가 상기 흡착탑에 공급되도록 구성되어, 재생과정이 일어나는 흡착탑에 공급되는 재생가스의 가열에 필요한 에너지를 절감과 재생가스의 효율적인 공급을 위한 장치에 관한 것이다.

온도 스윙 흡착, 재생가스, 바이패스라인

Description

재생가스의 바이패스라인이 설치된 히터를 구비한 온도 스윙 흡착증착{Temperature swing absorption device with heater having bypass of regeneration gas}

도 1은 공기 분리 전처리 공정을 위한 종래의 온도 스윙 흡착장치의 개략 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 바이패스라인이 설치된 온도 스윙 흡착장치의 개략 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 제1흡착탑 20 : 제2흡착탑

30 : 히터 40 : 바이패스라인

12, 14, 16, 22, 24, 26, 42 : 밸브

본 발명은 재생가스의 바이패스라인이 설치된 히터를 구비한 온도 스윙 흡착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 중에서 산소 및 질소를 생산하는 심냉 분리법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불순물로 판단되는 공기 중의 수분 및 이산화탄소를 심냉 분리 전에 제거하기 위한 전처리 공정에 있어서 재생과정이 일어나는 흡착탑에 공급되는 재생가스의 가열에 필요한 에너지를 절감과 재생가스의 효율적인 공급을 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 온도스윙 흡착법은 산소 제조시 심냉법을 이용할 때 공기 중에 함유된 수분 및 이산화탄소를 사전에 제거하기 위한 전처리 공정에 적용되거나 기타 유기가스 성분이 함유된 기체혼합물 중에서 유기가스를 제거하고자 할 때 등 여러 분야에서 많이 활용되고 있다.

구체적으로, 온도스윙 흡착법은 온도 차이를 이용하여 흡착 및 재생 과정을 반복하는 공정으로서, 여러 가지 성분이 혼합된 원료공기 어떤 한 성분을 분리 할 때 흡착제를 이용하여 목표로 하는 성분을 흡착시키고 다른 성분은 흡착제에 흡착시키지 않거나, 반대로 원하지 않는 성분은 흡착시키고 목표로 하는 성분은 흡착시키지 않고 흡착탑 계외로 배출시키는 방법으로서, 상기 흡착제에 피흡착성분이 포화되었을 때 외부에서 고온의 기체(이하에서는, '재생가스'라 함)를 주입하여 흡착제에 흡착된 피흡착성분을 탈착시킴으로써 흡착제를 재생한 후에는 다시 상온의 원료공기를 주입하여 흡착과정을 반복하게 된다.

이때, 재생가스는 활용되는 분야에 따라 달라지게 되는데, 공기 분리 전처리 공정에 있어서는 폐질소가스를 가열하여 이를 재생가스로서 활용하고 있다. 이 재생과정은 단순히 탈착만 완료한 후 공급을 중단하는 경우 흡착제가 뜨거운 상태로 있기 때문에 다시 흡착에 사용할 수 없으므로 재생 후에는 반대로 저온의 폐질소가 스를 공급하여 흡착제의 온도를 낮춘다.

도 1은 공기 분리 전처리 공정을 나타내는 개략도로서, 도시된 바와 같이 수분 및 이산화탄소를 흡착하기 위한 흡착제가 충진된 제1, 제2흡착탑(10, 20) 중 제1흡착탑(10)에서 흡착과정이 일어나고, 제2흡착탑(20)에서는 재생과정이 일어나는 경우를 살펴보기로 한다.

먼저 흡착과정이 일어나는 제1흡착탑(10)에 원료공기가 공급되어 흡착과정이 일어나게 되면 피흡착성분은 흡착제에 흡착되고 흡착되지 않은 가스는 밸브를 통하여 후공정으로 공급된다.

이와는 반대로 탈착에 의한 재생과정이 일어나는 제2흡착탑(20)으로는 히터(30)에 의하여 가열된 고온의 폐질소가스가 공급되며 일정 시간의 재생과정이 완료되면 히터(30)에 공급되는 전원은 차단된다.

이 때 히터(30)는 전원이 차단된 상태에서 서서히 냉각되므로 이 히터(30)를 통과하는 폐질소가스는 역시 일정 시간 동안은 가열된 상태로 제2흡착탑(20)에 공급되어 서서히 상온까지 냉각되는데, 이러한 과정은 제1흡착탑(10)에 충진된 흡착제가 포화될 때까지 계속된다.

그 후 제2흡착탑(20)에서 흡착과정이 완료되면 흡착과정과 재생과정이 교체되어 제1흡착탑(10)에서는 재생과정이, 제2흡착탑(20)에서는 흡착과정이 진행되며, 히터(30)에는 다시 전원이 인가되어 폐질소가스가 목표 온도까지 가열되어 제1흡착탑(10)에 공급된다.

이러한 과정이 반복적으로 수행됨으로써 제1흡착탑(10)과 제2흡착탑(20)은 흡착과 재생과정이 교번하여 발생된다. 한편, 미설명된 도면 부호 12, 14, 16, 22, 24, 26은 모두 밸브를 나타내며, 이들 각각의 밸브는 공정 목적에 맞도록 개폐 동작이 이루어지는데 이러한 기술은 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그러나 위와 같은 종래의 장치를 이용하게 되면, 재생과정의 흡착탑(10 또는 20)에서 재생이 완료된 후 히터(30)의 전원을 차단하더라도 폐질소가스는 잔열이 남아 있는 히터(30)를 통과하게 됨에 따라 흡착탑(10 또는 20) 내부의 냉각이 서서히 이루어지게 되므로 재흡착시의 흡착효과가 감소하게 되는 문제점이 있었다.

또한 흡착과정의 완료 후 재생과정을 수행하기 위해서는 히터(30)에 다시 전원을 인가하여 폐질소가스를 목표 온도까지 상승시켜야 함에 따라, 히터(30)의 반복적인 전원 차단 및 인가로 인한 에너지의 손실이 크다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이상에서와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래와는 달리 흡착탑의 재생과정을 위하여 폐질소가스를 가열시키는 히터를 재생과정과 흡착과정이 전환되는 시점에서 전원을 인가 또는 차단하지 않고, 히터에 전원을 계속적으로 인가한 상태에서 고온 또는 저온의 폐질소가스를 공정 목적에 맞도록 흡착탑에 선택적으로 공급할 수 있는 재생가스의 바이패스라인이 설치된 히터를 구비한 온도 스윙 흡착장치에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원료가스의 분리를 위하여 흡착과정과 탈착에 의한 재생과정이 내부에서 교번하여 수행되는 다수개의 흡착탑과, 재생과정이 일어나는 흡착탑에 공급되는 재생가스의 가열을 위한 히터가 구비되는 온도 스윙 흡착장치에 있어서,

상기 히터의 유입부와 유출부에 바이패스라인이 설치되어 재생과정이 일어나는 흡착탑에 고온의 재생가스가 공급되고, 재생과정이 종료되면 바이패스라인을 통하여 저온의 재생가스가 상기 흡착탑에 공급되도록 구성된다.

이때 상기 히터는 재생가스가 바이패스라인을 통하여 흡착탑에 공급되는 동안에도 계속 전원이 인가된 상태를 유지하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 구성에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 기본적인 구성은 종래의 온도 스윙 흡착장치의 기본 구조와 동일하므로 동일한 부분에 대한 설명을 생략하며, 종래 기술과 차별되는 본 발명의 특징으로서는 재생가스의 가열을 위한 히터(30)의 전후에 바이패스라인(40)을 설치함으로써 재생가스가 공정의 목적에 맞도록 히터(30)를 통과하거나 또는 우회하여 재생과정이 수행되는 흡착탑(10 또는 20)으로 공급된다는 점에 있다.

즉, 재생과정을 위하여 고온의 재생가스가 흡착탑(10 또는 20)에 공급될 필요가 있을 때에만 히터(30)를 통과하게 되며, 재생과정이 종료된 경우 재생가스는 히터(30)를 거치지 않고 바이패스라인(40)을 통과함으로써 저온의 재생가스가 상기 흡착탑 내부의 흡착제를 냉각시키게 된다.

이때, 저온의 재생가스가 바이패스라인(40)을 통과하는 시간은 흡착과정과 재생과정이 교체되는 비교적 짧은 시간에 해당되므로 상기 히터(30)에는 전원이 인가된 상태를 유지하도록 하는 것이 에너지 절감 차원에서 바람직하다.

본 발명이 적용된 일실시예로서 온도 스윙 흡착법을 이용한 공기 분리 전처리 공정을 도 2를 참조하여 살펴보면, 도 1의 종래 공정과는 히터(30)에 의하여 가열된 재생가스로서의 폐질소가스가 일정 시간 동안 히터(30)를 통과한 후에는 히터(30)를 통과하지 않고 바이패스라인(40)을 통해 재생과정이 일어나는 흡착탑(10 또는 20)으로 유입시키게 된다.

이때 상기 히터(30)에는 전원이 항상 인가된 상태를 유지하게 함으로써 재생과정과 흡착과정이 교체되는 시점에서 히터(30)는 재생가스의 가열을 위한 충분한 온도를 유지할 수 있고, 이로 인하여 종래의 경우 상온까지 냉각되었던 히터(30)를 목표 온도까지 승온시키기 위하여 필요하였던 에너지를 절약할 수 있게 된다. 본 발명을 실제 현장에 적용한 경우 재생에 필요한 전체 에너지의 15% 정도를 절감할 수 있었다.

또한, 바이패스라인(40)에 설치된 밸브의 개폐 동작만으로 고온 또는 저온의 재생가스를 필요한 흡착탑(10 또는 20)에 공급할 수 있으므로, 재생 및 흡착과정의 교체 시간을 최소화함으로써 생산성을 크게 향상시킬 수 있으며, 재생과정이 종료된 흡착탑(10 또는 20)에 저온의 가스를 신속하게 공급함으로써 흡착 효율의 향상을 가져올 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 재생가스의 바이패스라인이 설치된 히터를 구비한 온도 스윙 흡착장치를 사용하면, 바이패스라인의 설치로 인하여 재생가스의 가열을 위한 히터의 전원 인가 및 차단 과정에 발생되는 에너지 손실을 최소화할 수 있으며, 재생과정과 흡착과정의 교체에 필요한 시간을 최소화할 수 있으며, 재생과정이 종료된 흡착탑에 저온의 재생가스를 신속하게 공급함으로써 흡착효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (2)

1. 원료가스의 분리를 위하여 흡착과정과 탈착에 의한 재생과정이 내부에서 교번하여 수행되는 다수개의 흡착탑과, 재생과정이 일어나는 흡착탑에 공급되는 재생가스의 가열을 위한 히터가 구비되는 온도 스윙 흡착장치에 있어서,

   상기 히터의 유입부와 유출부에 바이패스라인이 설치되어 재생과정이 일어나는 흡착탑에 고온의 재생가스가 공급되고, 재생과정이 종료되면 바이패스라인을 통하여 저온의 재생가스가 상기 흡착탑에 공급되도록 구성됨을 특징으로 하는 재생가스의 바이패스라인이 설치된 히터를 구비한 온도 스윙 흡착장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 히터는 재생가스가 바이패스라인을 통하여 흡착탑에 공급되는 동안에도 계속 전원이 인가된 상태를 유지하도록 구성됨을 특징으로 하는 재생가스의 바이패스라인이 설치된 히터를 구비한 온도 스윙 흡착장치.

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