KR20090070310A - Apparatus and method for indoor-gas separation - Google Patents

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Abstract

A three column-typed greenhouse gas-separating apparatus and a greenhouse gas-separating method using the same are provided to reduce environmental contamination by reducing the amount of greenhouse gas generated in coal, and to recycle the greenhouse gas efficiently. A three column-typed greenhouse gas-separating apparatus(100) includes a first and a third adsorption towers(110,120,130), a first and a third inlet valve(113,123,133), and a first and a third inflow recovery valve(114,124,134), a first and a third atmospheric exhaust valves(115,125,135) and a first and a third pressure detector(116,126,136). The first or the third adsorption tower is installed horizontally, and zeolites(111,121,131) and activated charcoals(112,122,132) are laminated in the first or the third adsorption tower successively. A first or a fourth transient gas discharge valve(102,103,104,105) is installed at a transient gas discharge line. A first or a second transient gas discharge concentration detector(106,107) is installed at both sides of the transient gas discharge line.

Description

온실가스 분리장치 및 분리방법{apparatus and method for indoor-gas separation}Apparatus and method for indoor-gas separation}

본 발명은 온실가스 분리장치 및 분리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄에서 발생하는 온실가스가 대기 중으로 방출되는 양을 저감하는 온실가스 분리장치 및 분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a GHG separation device and a separation method, and more particularly, to a GHG separation device and a separation method for reducing the amount of greenhouse gases generated from coal to the atmosphere.

석탄은 탄소분이 50중량% 이상인 흑갈색의 가연성 암석으로서, 탄화도에 따라 탄소분이 약 60중량%인 이탄, 약 70중량%인 아탄 및 갈탄, 80~90중량%인 역청탄, 약 95중량%인 무연탄으로 분류된다.Coal is blackish brown combustible rock with carbon content of 50% or more by weight.Peat is about 60% by weight of peat, about 70% by weight of peat and lignite, 80-90% by weight of bituminous coal, and about 95% by weight of anthracite. Are classified.

일반적으로 제철소에서 사용되는 석탄은 호주, 중국, 러시아, 인도네시아등 다양한 국가에서 수입하여 사용하며, 선박에서 저탄장에 하역하여 도1에 도시한 바와 같이 석탄(C)을 야적하게 된다. 이때, 석탄에서 온실가스가 발생한다.Generally, coal used in steel mills is imported and used in various countries such as Australia, China, Russia, and Indonesia, and unloaded in a low coal yard from a vessel to deposit coal (C) as shown in FIG. At this time, greenhouse gases are generated from coal.

이 온실가스는 제철소에서 사용하는 유연탄(이탄, 아탄, 갈탄 및 역청탄)에 많이 함유된 점착성 물질 및 석탄의 일부가 태양빛, 열, 수분, 공기 등에 의해 분해되어 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 등과 같은 가스로 변화된 것 이다. 즉, 석탄에 함유되어 있는 휘발성물질이 대기 혹은 살수된 물과 대기 중의 산소 및 태양빛에 의해 CO, CO2, CH4 등과 같은 물질로 변화된 것이 온실가스이다.This greenhouse gas is composed of cohesive substances (coal, peat, lignite and bituminous coal) used in steel mills, and a part of coal and carbon dioxide (CO) and carbon dioxide (CO 2). ) And gas such as methane (CH 4 ). That is, the greenhouse gas is a volatile substance contained in coal is changed into a substance such as CO, CO 2 , CH 4 by the air or water sprayed and oxygen and sunlight in the atmosphere.

이러한 온실가스 배출에 대한 인식이 부족하고, 한국에서는 온실가스에 대한 규제가 이루어지지 않아서 현재 대부분의 제철소에서는 석탄을 야적하고 있다.There is a lack of awareness of such greenhouse gas emissions, and there is no regulation on greenhouse gases in Korea, so most steel mills are currently coal coal.

그러나 최근들어 기후변화에 대한 국내외 관심이 증가하고 있으므로, 온실가스 배출은 향후 큰 문제로 대두될 전망이다. 특히 EU 등에서는 온실가스 배출을 규제하고 있고, 타 국가로부터 수입되는 제품에 온실가스 배출 부담금을 부과하려하고 있으므로 온실가스 저감 노력이 그 어느 때보다 절실히 요구되고 있다. However, as domestic and international interest in climate change has increased recently, greenhouse gas emissions are expected to become a big problem in the future. In particular, the EU regulates greenhouse gas emissions, and since the EU intends to impose GHG emissions on products imported from other countries, efforts to reduce greenhouse gases are more urgent than ever.

본 발명의 목적은 석탄에서 발생하는 온실가스가 대기 중으로 방출하는 양을 저감하여 환경오염을 줄이는 한편 온실가스를 재활용하여 연료비를 줄이는 온실가스 분리장치 및 분리방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a GHG separation device and method for reducing the environmental cost by reducing the amount of greenhouse gas generated from coal to the atmosphere while recycling the greenhouse gas.

본 발명에 의한 온실가스 분리장치는, 유입라인과 연결된 입구측과 대기배출라인과 연결된 대기출구측을 포함하며, 상기 유입라인을 통해 유입된 유체에 포함된 온실가스성분을 흡착할 수 있는 흡착제를 포함하는 흡착탑과; 상기 흡착탑의 입구측과 대기출구측 사이에 구비되어 흡착탑에 유입된 유체의 압력을 검출하는 압력검출기와; 상기 흡착탑에 흡착된 온실가스성분을 회수하도록 상기 유입라인 또는 대기배출라인에서 분기되어 설치된 부생가스배출라인과; 상기 흡착탑의 입구측 또는 대기출구측에 구비되어 온실가스의 농도를 측정하는 농도검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The greenhouse gas separating apparatus according to the present invention includes an inlet side connected to the inlet line and an air outlet side connected to the air discharge line, and an adsorbent capable of adsorbing the greenhouse gas components contained in the fluid introduced through the inlet line. Adsorption tower comprising; A pressure detector provided between the inlet side and the air outlet side of the adsorption tower for detecting the pressure of the fluid introduced into the adsorption tower; A by-product gas discharge line branched from the inlet line or the air discharge line to recover the greenhouse gas components adsorbed to the adsorption tower; It is characterized in that it comprises a concentration detector is provided on the inlet side or the air outlet side of the adsorption tower to measure the concentration of greenhouse gases.

상기 흡착탑의 입구측에는 상기 유입라인과 부생가스배출라인으로 유체의 흐름을 선택적으로 제어하는 밸브가 구비된다.The inlet side of the adsorption tower is provided with a valve for selectively controlling the flow of the fluid into the inlet line and the by-product gas discharge line.

상기 흡착탑의 대기출구측에는 상기 대기배출라인과 부생가스배출라인으로 유체의 흐름을 선택적으로 제어하는 밸브가 구비된다.At the air outlet side of the absorption tower is provided with a valve for selectively controlling the flow of the fluid to the air discharge line and the by-product gas discharge line.

상기 농도검출기는 상기 대기배출라인에 구비된 대기배출 농도검출기와 상기 부생가스배출라인에 구비된 부생가스배출 농도검출기를 포함한다. The concentration detector includes an air emission concentration detector provided in the air discharge line and a by-product gas concentration concentration detector provided in the by-product gas discharge line.

본 발명에 의한 온실가스 분리방법은, 흡착탑에 유체를 유입시켜 흡착제에 온실가스성분을 흡착시키고, 흡착탑에 유입된 유체의 압력을 검출하여 적정압력이 되면 유체를 대기로 배출시키고, 대기로 배출되는 유체의 온실가스농도를 검출하여 회수한계농도가 되면 흡착탑의 흡착제에 흡착된 온실가스성분을 압력차에 의해 탈착시켜 농축된 온실가스를 회수하며, 농축되어 회수되는 온실가스의 농도를 검출하여 배출한계농도가 되면 유체를 상기 흡착탑에 유입하여 대기로 배출시키는 과정을 반복하여 온실가스를 분리한다. In the method for separating a greenhouse gas according to the present invention, a fluid is introduced into an adsorption tower to adsorb GHG components to an adsorbent, and a pressure of the fluid introduced into the adsorption tower is detected to discharge the fluid into the atmosphere when the appropriate pressure is reached. When the concentration of the GHG is detected and the recovery limit is reached, the GHG component adsorbed on the adsorbent of the adsorption tower is desorbed by the pressure difference to recover the concentrated GHG. When the concentration is reached, the greenhouse gas is separated by repeating the process of introducing the fluid into the adsorption tower and discharging it to the atmosphere.

상기 흡착탑을 병렬로 다수개 설치하여, 병렬로 설치된 다수의 흡착탑을 통하여 온실가스를 분리하는 것이 바람직하다.By installing a plurality of adsorption towers in parallel, it is preferable to separate the greenhouse gases through a plurality of adsorption towers installed in parallel.

본 발명에 의한 온실가스 분리장치 및 분리방법에 의하면, 석탄에서 발생되는 온실가스가 대기 중으로 방출하는 양을 저감하여 환경오염을 줄이는 한편 온실가스를 재활용하여 연료비를 줄이는 효과가 있다.According to the GHG separation device and the separation method according to the present invention, it is possible to reduce the amount of greenhouse gases generated from coal to the atmosphere to reduce environmental pollution while recycling the GHG to reduce fuel costs.

이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 본 발명의 온실가스 분리방법 및 분리장치가 적용된 제철용 석탄 실내야적장의 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도2의 실시예가 적용된 장치는 실내야적장(10)을 제1야적부(12)와 제2야적부(14)로 나누어 작동시키게 되어 있다. 상기 제1야적부(12)와 제2야적부(14)는 분리벽(16)에 의해 나누어져 있다.Figure 2 is a schematic diagram showing the apparatus of the indoor coal field yard for iron applied to the greenhouse gas separation method and the separation device of the present invention. In the apparatus to which the embodiment of FIG. 2 is applied, the indoor yard 10 is divided into a first yard 12 and a second yard 14 to operate. The first yard 12 and the second yard 14 are divided by a dividing wall 16.

상기 제1야적부(12)에는 차량이나 선박 등에서 하역된 석탄을 이송하여 적치 하거나 야적된 석탄을 사용처로 이송하도록 제1콘베이어(22)가 내부로 삽입되게 설치되고, 상기 제1콘베이어(22)의 단부에는 석탄이 제1야적부(12)로 언로딩되거나 제1야적부(12)에서 제1콘베이이어(22)로 로딩되도록 제1로딩 및 언로딩기(24)가 설치되어 있으며, 상기 제2야적부(14)에는 차량이나 선박 등에서 하역된 석탄을 이송하여 적치하거나 야적된 석탄을 사용처로 이송하도록 제2콘베이어(32)가 내부로 삽입되게 설치되고, 상기 제2콘베이어(32)의 단부에는 석탄이 제2야적부(14)로 언로딩되거나 제2야적부(14)에서 제2콘베이어(32)로 로딩되도록 제2로딩 및 언로딩기(34)가 설치되어 있다.The first loading unit 12 is installed so that the first conveyor 22 is inserted into the first conveyor 22 so as to transfer coal unloaded from a vehicle or a ship and load the stacked or unloaded coal to a place of use, and the first conveyor 22 is installed. The first loading and unloading machine 24 is installed at the end of the coal so that coal is unloaded into the first yard 12 or loaded from the first yard 12 to the first conveyor 22. The second yard 14 is installed such that the second conveyor 32 is inserted into the second conveyor 32 so as to transfer coal unloaded from a vehicle or a ship and load the stacked or unloaded coal to a place of use. At the end, a second loading and unloading machine 34 is installed so that coal is unloaded into the second yard 14 or loaded from the second yard 14 to the second conveyor 32.

상기 실내야적장(10)의 상측에는 상기 제1야적부(12) 및 제2야적부(14)에 적치된 석탄에서 발생하는 온실가스를 포집하도록 가스포집수단(40)이 설치되어 있고, 상기 가스포집수단(40)에서 포집된 온실가스는 펌프(50)를 통해 가스분리장치(100)에 유입하게 되어 있다. On the upper side of the indoor yard 10, a gas collecting means 40 is installed to collect the greenhouse gas generated from coal accumulated in the first yard 12 and the second yard 14, the gas The greenhouse gas collected by the collecting means 40 is introduced into the gas separation device 100 through the pump 50.

상기 온실가스 분리장치(100)은 공기와 혼합된 상기 온실가스를 고농도의 온실가스와 공기로 분리하는 장치이다. 상기 온실가스 분리장치(100)에서 분리된 고농도의 온실가스는 도시하지 않은 부생가스홀더에 이송되어 연료로 사용된다. The greenhouse gas separator 100 is a device for separating the greenhouse gas mixed with air into a high concentration of greenhouse gas and air. The high concentration of greenhouse gases separated by the greenhouse gas separator 100 is transferred to a by-product gas holder (not shown) and used as fuel.

상기 실내야적장(10)의 제1야적부(12)와 제2야적부(14)는 한쪽은 야적하고, 다른 한쪽은 야적된 석탄을 채취하여 불출하게 된다. 이 기능은 필요에 따라 실내야적장을 공동으로 이용할 경우에는 바꾸어가며 작용할 수 있다. 이 경우에 제1, 제2콘베이어(22)(32)는 서로 반대방향으로 작동하고, 상기 제1, 제2로딩 및 언로딩기(24)(34)는 서로 반대방향으로 작동한다. 상기 실내야적장(10)의 하부구조는 오 목하게 되어 있는데, 이는 석탄을 불출할 때 용이하게 하기 위함이다.The first yard part 12 and the second yard part 14 of the indoor yard 10 are yards on one side, and the other side of the yard is collected by collecting coal. This function can be changed as needed when jointly used indoor yard. In this case, the first and second conveyors 22 and 32 operate in opposite directions, and the first and second loaders and unloaders 24 and 34 operate in opposite directions. The lower structure of the indoor yard 10 is concave, which is to facilitate the discharge of coal.

석탄을 실내야적장에 적치하면 야외에 야적할 때보다 온실가스가 적게 발생하지만, 여전히 상당량(약 0.2~ 0.3%)의 온실가스가 발생하게 된다. 예를 들어 연간 1000만톤의 석탄을 사용하는 제철소에서는 2~3만톤의 온실가스가 발생한다.When coal is deposited in indoor yards, less greenhouse gases are produced than when they are stored outdoors, but still generate significant amounts of greenhouse gases (approximately 0.2-0.3%). For example, a steel mill that uses 10 million tons of coal annually produces 2 to 30,000 tons of greenhouse gases.

상기 제1, 제2콘베이어(22)(32)는 정역회전이 가능한 일반적인 공지의 벨트 콘베이어 또는 버켓 콘베이어로 되어 있다. 그리고, 상기 제1, 제2로딩 및 언로딩기(24)(34)는 정역회전이 가능한 이송스크류 또는 회전버켓을 가진 공지의 로딩 및 언로딩기로 되어 있다.The first and second conveyors 22 and 32 are generally known belt conveyors or bucket conveyors capable of forward and reverse rotation. The first and second loading and unloading machines 24 and 34 are known loading and unloading machines having a transfer screw or a rotating bucket capable of forward and reverse rotation.

상기 가스포집수단(40)는 공지의 집진기 형태의 구성으로 이루어져, 상기 석탄에서 발생한 온실가스를 집진하게 된다.The gas collecting means 40 is made of a known dust collector configuration, to collect the greenhouse gas generated from the coal.

도3은 3탑식으로 된 가스분리장치(100)의 실시예이다. 도시한 바와 같이, 3탑식으로 된 가스분리장치(100)는, 흡착제인 제올라이트(111)(121)(131)와 활성탄(112)(122)(132)이 순차적으로 적층된 3개의 흡착탑(110)(120)(130)이 병렬로 설치되고, 상기 각 흡착탑(110)(120)(130)의 입구측에는 흡착탑에 온실가스를 선택적으로 유입시키는 유입밸브(113)(123)(133)가 설치된 유입라인이 구비되는 한편 온실가스를 유입시키고 농축된 온실가스를 부생가스홀더(도시안됨)에 회수하도록 개폐하는 유입회수밸브(114)(124)(134)가 설치되며, 상기 각 흡착탑(110)(120)(130)의 대기출구측에는 온실가스를 대기로 배출하는 대기배출라인에 대기배출밸브(115)(125)(135)가 각각 설치되는 한편 흡착탑에 유입된 유체의 압력을 검출하는 압력검출기(116)(126)(136)가 설치되고, 상기 각 흡착탑(110)(120)(130)의 입구측 에 설치된 유입밸브(113)(123)(133)와 유입회수밸브(114)(124)(134)사이를 가로질러 연결하여 농축된 온실가스를 부생가스홀더(도시안됨)에 회수하는 부생가스배출라인(101)이 설치되며, 상기 부생가스배출라인(101)에서 상기 각 흡착탑(110)(120)(130)에 유입하는 유입라인 사이에 부생가스배출밸브(102)(103)(104)(105)가 설치되며, 상기 부생가스배출라인(101)의 양측에는 농축되어 회수되는 온실가스의 농도를 검출하는 부생가스배출 농도검출기(106)(107)가 설치되고, 상기 대기배출밸브(115)(125)(135)를 지난 곳에는 대기로 배출되는 온실가스의 농도를 검출하는 대기배출 농도검출기(108)가 설치된 구성으로 되어 있다.Figure 3 is an embodiment of a three column gas separation apparatus 100. As shown in the drawing, the three-stage gas separation apparatus 100 includes three adsorption towers 110 in which zeolites 111, 121, 131 and activated carbon 112, 122, 132, which are adsorbents, are sequentially stacked. 120, 130 are installed in parallel, the inlet side of each of the adsorption tower 110, 120, 130 is installed inlet valve 113, 123, 133 for selectively introducing the greenhouse gas into the adsorption tower. Inlet lines are provided, while the inlet return valves 114, 124 and 134 are provided to open and close the greenhouse gas to inlet and recover the concentrated greenhouse gas to the by-product gas holder (not shown). At the air outlet side of the 120 and 130, air discharge valves 115, 125 and 135 are respectively installed in the air discharge line for discharging the greenhouse gas into the air, and a pressure detector for detecting the pressure of the fluid introduced into the adsorption tower. 116, 126, 136 are installed, the inlet valves 113, 123, 133 and the inlet return valve installed at the inlet side of each adsorption tower 110, 120, 130 By-product gas discharge line 101 is installed to connect across the 114 and 124 and 134 to the by-product gas holder (not shown), and the by-product gas discharge line 101 is installed. The by-product gas discharge valves 102, 103, 104 and 105 are installed between the inlet lines flowing into the adsorption towers 110, 120 and 130, respectively, on both sides of the by-product gas discharge line 101. By-product gas concentration concentration detectors 106 and 107 are installed to detect the concentration of the concentrated and recovered greenhouse gas, and the air discharge valves 115, 125, and 135 are discharged to the atmosphere. The air emission concentration detector 108 for detecting the concentration is provided.

상기 흡착제인 제올라이트(111)(121)(131)와 활성탄(112)(122)(132)는 이산화탄소, 메탄, 일산화탄소등의 농도가 희박한 공기(질소와 산소)에서 온실가스를 선택적으로 흡착한다.The adsorbent zeolites 111, 121, 131 and activated carbon 112, 122, 132 selectively adsorb greenhouse gases in air (nitrogen and oxygen) where the concentration of carbon dioxide, methane, carbon monoxide, etc. is scarce.

상기 제올라이트(111)(121)(131)는 공기로부터 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄 등을 일차로 분리하는 역활을 하는 것으로서, 분자의 경(지름)에 따른 제올라이트 흡착제와 흡착질간의 관계는 다음과 같다.The zeolites 111, 121, and 131 serve as primary separation of carbon monoxide, carbon dioxide, and methane from air. The relationship between the zeolite adsorbent and the adsorbate according to the diameter (diameter) of the molecules is as follows.

산소의 분자경은 2.8Å, 질소의 분자경은 3.0Å, 이산화탄소 및 일산화탄소의 분자경은 2.8Å이며, 메탄의 분자경은 4.0Å이다. 따라서, 제올라이트 세공의 크기가 3.8Å이상에서는 이산화탄소, 일산화탄소, 산소, 질소 등의 흡착이 일어나고, 메탄의 흡착은 일어나지 않는다. The molecular diameter of oxygen is 2.8 kPa, the molecular weight of nitrogen is 3.0 kPa, the molecular diameter of carbon dioxide and carbon monoxide is 2.8 kPa, and the molecular diameter of methane is 4.0 kPa. Therefore, when the size of zeolite pores is 3.8 kPa or more, adsorption of carbon dioxide, carbon monoxide, oxygen, nitrogen, and the like occurs, and adsorption of methane does not occur.

제올라이트 분자경이 3.8Å 이하의 흡착제로는 칼슘과 바륨이 치환된 모던나이트(Mordenite), 레비나이트(Levynite), 합성제올라이트 3A(Linde seive 3A) 등이 있다. 그러나 이 크기의 제올라이트에서는 일산화탄소와 산소 및 질소의 흡착량의 차이가 적어 흡착제로 활용하기에는 부적당하다.Adsorbents having a zeolite molecular diameter of 3.8 kPa or less include mordenite, levynite, and synthetic zeolite 3A substituted with calcium and barium. However, the zeolite of this size is not suitable for use as an adsorbent due to the small difference in the amount of adsorption of carbon monoxide and oxygen and nitrogen.

제올라이트의 분자경이 4.8 ~ 5.2Å(약 5Å)정도인 합성제올라이트 5A에서 일산화탄소는 산소 및 질소보다 흡착량이 일반적으로 크다. 이것은 일산화탄소가 산소와 질소보다 분자 극성이 크기 때문이다. 분자극성이 적은 이산화탄소와 메탄 등의 성분은 활성탄에서 흡착이 용이하게 일어난다. 따라서, 제올라이트의 세공경이 적은 합성제올라이트 3A 보다 합성제올라이트 5A가 일산화탄소 분리에 더 유리하며, 제올라이트 13X 등은 이와 같은 이유에서 일산화탄소 흡착용 충진제로 사용될 수 있다.In synthetic zeolite 5A having a molecular diameter of 4.8 to 5.2 kPa (about 5 kPa), carbon monoxide has a larger adsorption amount than oxygen and nitrogen. This is because carbon monoxide has a higher molecular polarity than oxygen and nitrogen. Components such as carbon dioxide and methane having low molecular polarity are easily adsorbed on activated carbon. Therefore, synthetic zeolite 5A is more advantageous for carbon monoxide separation than synthetic zeolite 3A having less pore diameter of zeolite, and zeolite 13X and the like may be used as a filler for carbon monoxide adsorption.

석탄 실내야적장에서 발생하는 온실가스에서 CO의 발생 농도는 일반적으로 CO2 와 메탄가스 등을 합한 것보다 그 양이 적으나, 제올라이트의 CO 흡착량은 활성탄의 이산화탄소와 메탄 흡착량보다 적어, 활성탄 충전율을 20~40%로 하고, 제올라이트 충전율을 60~80%로 하는 것이 바람직하다.The concentration of CO in greenhouse gas generated from coal indoor yard is generally less than the sum of CO 2 and methane gas, but the amount of CO adsorption of zeolite is less than that of activated carbon, so It is preferable to make into 20 to 40% and to make a zeolite filling rate into 60 to 80%.

상기 압력검출기(116)(126)(136)는 상기 흡착탑의 입구측에 설치되어 있을 수도 있다. The pressure detectors 116, 126, 136 may be installed at the inlet side of the adsorption tower.

그리고, 상기 부생가스배출라인(101)은 각 부생가스배출밸브 및 부생가스배출 농도검출기와 함께 흡착탑의 대기출구측에 설치되어 있을 수도 있다. 또한 상기 부생가스배출밸브(흡착탑의 입구측에 설치된 경우)와 유입밸브, 부생가스배출밸브(흡착탑의 입구측에 설치된 경우)와 유입회수밸브, 부생가스배출밸브(흡착탑의 출 구측에 설치된 경우)와 대기배출밸브는 각각 선택적으로 한조로 하여 각각 하나의 삼방향밸브로 대치할 수도 있다.In addition, the by-product gas discharge line 101 may be provided at the air outlet side of the adsorption tower together with the by-product gas discharge valve and the by-product gas discharge concentration detector. In addition, the by-product gas discharge valve (if installed on the inlet side of the adsorption tower) and the inlet valve, by-product gas discharge valve (if installed on the inlet side of the adsorption tower) and inlet recovery valve, by-product gas discharge valve (if installed on the outlet side of the adsorption tower) The and air discharge valves may be replaced by one three-way valve, optionally in a pair.

그리고, 부생가스배출라인(101)이 흡착탑의 대기출구측에 설치된 경우, 부생가스배출 농도검출기(106, 107)와 대기배출 농도검출기(108)는 동일한 하나의 검출기로 하여 배출되는 온실가스의 농도를 측정할 수도 있다. When the by-product gas discharge line 101 is installed at the air outlet side of the adsorption tower, the by-product gas concentration concentration detectors 106 and 107 and the atmospheric emission concentration detector 108 are the same one detector and the concentration of the greenhouse gas discharged is the same. Can also be measured.

도3에 도시한 바와 같은 3탑식으로 된 가스분리장치(100)를 사용하여 온실가스를 분리농축하는 방법은, 상기 다수의 흡착탑(110)(120)(130) 중의 적어도 하나의 입구측에 설치된 유입밸브(113)(123)(133)와 유입회수밸브(114)(124)(134)를 통하여 선택된 흡착탑에 유체를 유입시켜 흡착제에 가스성분을 흡착시키고, 선택된 흡착탑에 유입된 유체의 압력을 압력검출기(116)(126)(136)로 검출하여 적정압력이 되면 선택된 흡착탑의 대기배출밸브(115)(125)(135)를 통해 유체를 대기로 배출시키고, 대기로 배출되는 유체의 가스농도를 대기배출 농도검출기(108)로 검출하여 회수한계농도가 되면 유입밸브(113)(123)(133)와 대기배출밸브(115)(125)(135)를 닫아서 선택된 흡착탑의 흡착제에 흡착된 가스성분을 압력차에 의해 탈착시켜 유입회수밸브 (114)(124)(134)와 부생가스배출라인(101)의 부생가스배출밸브 (102)(103)(104)(105)를 통해 농축된 온실가스를 회수하며, 농축되어 회수되는 온실가스의 농도를 부생가스배출 농도검출기(106)(107)로 검출하여 배출한계농도가 되면 부생가스배출밸브(102)(103)(104)(105)를 닫고 유입밸브(113)(123)(133)를 열어 온실가스를 배출시키는 과정을 반복하여 온실가스를 분리하게 된다.The method for separating and concentrating greenhouse gases using the three- tower gas separation apparatus 100 as shown in FIG. 3 is provided on at least one inlet side of the plurality of adsorption towers 110, 120, 130. Through the inlet valve 113, 123, 133 and the inlet return valve 114, 124, 134, the fluid is introduced into the selected adsorption tower to adsorb the gas component to the adsorbent, and the pressure of the fluid introduced into the selected adsorption tower is increased. When the pressure is detected by the pressure detectors 116, 126, 136, the proper pressure is discharged to the atmosphere through the air discharge valves 115, 125, 135 of the selected adsorption tower, and the gas concentration of the fluid discharged to the atmosphere. Gas is adsorbed to the adsorbent of the selected adsorption tower by closing the inlet valves 113, 123, 133 and the atmospheric discharge valves 115, 125, 135 when the recovery limit concentration is detected by the atmospheric exhaust concentration detector 108. The components are desorbed by the pressure difference, so that the inlet recovery valves 114, 124, 134 and the by-product gas discharge line 101 are separated. The concentrated greenhouse gas is recovered through the raw gas discharge valves 102, 103, 104, and 105, and the concentration of the concentrated and recovered greenhouse gas is detected and discharged by the by-product gas concentration concentration detectors 106 and 107. When the limit concentration is reached, the by-product gas discharge valves 102, 103, 104, and 105 are closed and the inlet valves 113, 123 and 133 are opened to repeat the process of discharging the greenhouse gases, thereby separating the greenhouse gases. .

상기 분리과정에서, 대기로 배출되는 유체의 가스농도가 회수한계농도가 되 어 유입밸브(113)(123)(133)와 대기배출밸브(115)(125)(135)가 닫히게 되면, 흡착탑내의 압력은 적정압력에서 대기압으로 감소되어 흡착제에 흡착되어 있던 온실가스가 탈착되어 유입회수밸브 및 부생가스배출밸브를 통해 회수된다.In the separation process, when the gas concentration of the fluid discharged to the atmosphere becomes the recovery limit concentration and the inlet valves 113, 123, 133 and the air discharge valves 115, 125, 135 are closed, The pressure is reduced from the proper pressure to atmospheric pressure so that the greenhouse gas adsorbed on the adsorbent is desorbed and recovered through the intake return valve and the by-product gas discharge valve.

이러한 3탑식 가스분리장치를 사용하여 가스를 분리하는 방법에서, 흡착탑을 2개만 사용하고 나머지 하나는 예비용으로 하거나, 흡착탑 2개에 한꺼번에 온실가스를 유입하고 탈착시 1개의 흡착탑을 사용하거나, 각 흡착탑을 순차적으로 사용하는 방법으로 작동하여 온실가스를 분리할 수 있다. 따라서, 3탑식으로 된 가스분리장치를 사용하게 되면 신속하게 대량으로 계속해서 온실가스의 분리를 진행할 수 있다. 즉 3탑식 가스분리장치는 실내야적장에서 이송되어 온 저농도의 온실가스가 포함된 혼합가스에서 온실가스를 효율적으로 분리하고, 이렇게 분리된 고농도의 온실가스는 부생가스홀더로 이송되어져 연료로 사용된다.In the method of separating gas using the three- tower gas separation device, only two adsorption towers are used and the other one is reserved, or greenhouse gases are introduced into two adsorption towers at once, and one adsorption tower is used for desorption, or The adsorption tower can be operated sequentially to separate greenhouse gases. Therefore, the use of a three- tower gas separation device can proceed to rapidly separate the greenhouse gases in large quantities. That is, the three- tower gas separation device efficiently separates the greenhouse gas from the mixed gas containing the low concentration of greenhouse gas transferred from the indoor yard, and the high concentration of the separated greenhouse gas is transferred to the by-product gas holder and used as fuel.

도5는 흡착탑에 충전된 활성탄에 대한 이산화탄소의 압력에 따른 흡착량을 나타낸 그래프이다. 나타난 바와 같이 압력을 1기압에서 10기압으로, 혹은 적절한 기압으로 운전할 경우 이산화탄소를 크게 분리할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 10기압으로 할 경우 이산화탄소의 흡착량은 7.2mmol/g 인데, 1기압으로 할 경우 2.7mmol/g이므로, 4.5mmol/g이 분리될 수 있다. 따라서, 압력을 계속해서 가압 및 감압할 경우 계속적으로 온실가스를 분리할 수 있는 것이다. Figure 5 is a graph showing the adsorption amount according to the pressure of the carbon dioxide for the activated carbon charged in the adsorption column. As shown, it can be seen that carbon dioxide can be largely separated by operating the pressure from 1 atm to 10 atm or at an appropriate pressure. That is, the adsorption amount of carbon dioxide is 7.2 mmol / g at 10 atm, 2.7 mmol / g at 1 atm, 4.5 mmol / g can be separated. Therefore, if the pressure is continuously pressurized and reduced in pressure, it is possible to continuously separate the greenhouse gas.

한편, 도4에 도시한 바와 같은 1탑식 가스분리장치(200)를 사용하여 온실가스를 분리농축할 수도 있다. On the other hand, it is also possible to separate and concentrate the greenhouse gas using the one-top gas separation apparatus 200 as shown in FIG.

상기 1탑식 가스분리장치(200)는 흡착제인 제올라이트(211)와 활성탄(212)이 순차적으로 적층된 흡착탑(210)의 입구측에는 온실가스를 선택적으로 유입시키는 유입밸브(213)를 설치하고, 상기 흡착탑(210)의 대기출구측에는 온실가스를 대기로 배출하는 대기배출밸브(215)를 설치하는 한편 흡착탑(210)에 유입된 온실가스의 압력을 검출하는 압력검출기(216)를 설치하며, 상기 흡착탑(210)의 입구측에 설치된 유입밸브(213)를 지난 지점에는 농축된 온실가스를 부생가스홀더(도시안됨)에 회수하는 부생가스배출라인(201)을 설치하고, 상기 부생가스배출라인(201)에는 부생가스배출밸브(202)를 설치하는 한편 농축되어 회수되는 온실가스의 농도를 검출하는 부생가스배출 농도검출기(206)를 설치하고, 상기 대기배출밸브(215)를 지난 곳에는 대기로 배출되는 온실가스의 농도를 검출하는 대기배출 농도검출기(208)를 설치한 구성으로 되어 있다.The first tower gas separator 200 is provided with an inlet valve 213 for selectively introducing the greenhouse gas at the inlet side of the adsorption tower 210 in which the zeolite 211 and the activated carbon 212 are sequentially stacked, At the air outlet side of the adsorption tower 210, an air discharge valve 215 for discharging the greenhouse gas to the atmosphere is installed, and a pressure detector 216 for detecting the pressure of the greenhouse gas introduced into the adsorption tower 210 is installed. At the point past the inlet valve 213 installed at the inlet side of the 210, a by-product gas discharge line 201 for recovering the concentrated greenhouse gas to the by-product gas holder (not shown) is installed, and the by-product gas discharge line 201 is installed. The by-product gas discharge valve 202 is installed at the same time, a by-product gas discharge concentration detector 206 for detecting the concentration of the concentrated and recovered greenhouse gas is installed, and the air discharge valve 215 is discharged to the atmosphere. Of greenhouse gases It is configured by installing the air discharge concentration detector 208 for detecting the Fig.

상기 압력검출기(216)(126)(136)은 상기 흡착탑의 입구측에 설치되어 있을 수도 있다. The pressure detectors 216, 126, and 136 may be installed at the inlet side of the adsorption tower.

그리고, 상기 부생가스배출라인(201)은 부생가스배출밸브 및 부생가스배출 농도검출기와 함께 흡착탑의 대기출구측에 설치되어 있을 수도 있다. 또한 상기 부생가스배출밸브(흡착탑의 입구측에 설치된 경우)와 유입밸브, 부생가스배출밸브(흡착탑의 출구측에 설치된 경우)와 대기배출밸브는 각각 삼방향밸브로 대치할 수도 있다.The by-product gas discharge line 201 may be installed at the air outlet side of the adsorption tower together with the by-product gas discharge valve and the by-product gas discharge concentration detector. In addition, the by-product gas discharge valve (if installed on the inlet side of the adsorption tower) and the inlet valve, the by-product gas discharge valve (if installed on the outlet side of the adsorption tower) and the air discharge valve may be replaced by a three-way valve, respectively.

그리고, 부생가스배출라인(201)이 흡착탑의 대기출구측에 설치된 경우, 부생가스배출 농도검출기(206)와 대기배출 농도검출기(208)는 동일한 검출기로 하여 배출되는 온실가스의 농도를 측정할 수도 있다. When the by-product gas discharge line 201 is installed at the air outlet side of the adsorption tower, the by-product gas concentration concentration detector 206 and the atmospheric emission concentration detector 208 may measure the concentration of the greenhouse gas discharged using the same detector. have.

상기 1탑식으로 된 가스분리장치(200)를 사용하여 온실가스를 분리농축하는 방법은, 상기 흡착탑(210)의 입구측에 설치된 유입밸브(213)를 통하여 흡착탑(210)에 유체를 유입시켜 흡착제(211)(212)에 가스성분을 흡착시키고, 흡착탑(210)에 유입된 온실가스의 압력을 압력검출기(216)로 검출하여 적정압력이 되면 흡착탑(210)의 대기배출밸브(215)를 통해 유체를 대기로 배출시키고, 대기로 배출되는 유체의 가스농도를 대기배출 농도검출기(208)로 검출하여 회수한계농도가 되면 유입밸브(213)와 대기배출밸브(215)를 닫아서 흡착탑(210)의 흡착제에 흡착된 가스성분을 압력차에 의해 탈착시켜 부생가스배출라인(201)의 부생가스배출밸브(202)를 통해 농축된 온실가스를 회수하며, 농축되어 회수되는 온실가스의 농도를 부생가스배출 농도검출기(206)로 검출하여 배출한계농도가 되면 부생가스배출밸브(202)를 닫고 유입밸브(213)를 열어 온실가스를 배출시키는 과정을 반복하여 온실가스를 분리한다.The method for separating and concentrating a greenhouse gas using the one-stage gas separation device 200 includes introducing a fluid into the adsorption tower 210 through an inlet valve 213 installed at an inlet side of the adsorption tower 210 to adsorbent. The gas components are adsorbed to the 211 and 212, and the pressure of the greenhouse gas introduced into the adsorption tower 210 is detected by the pressure detector 216, and when the proper pressure is reached, the air discharge valve 215 of the adsorption tower 210 is applied. The fluid is discharged to the atmosphere, and the gas concentration of the fluid discharged to the atmosphere is detected by the air discharge concentration detector 208, and when the recovery limit concentration is reached, the inlet valve 213 and the air discharge valve 215 are closed to close the adsorption tower 210. The gas component adsorbed on the adsorbent is desorbed by the pressure difference to recover the concentrated greenhouse gas through the by-product gas discharge valve 202 of the by-product gas discharge line 201, and discharge the by-product gas concentration of the concentrated and recovered greenhouse gas. Limit detected by concentration detector 206 Degrees when closing the by-product gas outlet valve 202 by repeating the process of greenhouse gases by opening the inlet valve 213 separates the greenhouse gas.

도1은 종래 석탄의 야적상태를 나타내는 도면,1 is a view showing a state of coal of conventional coal;

도2는 본 발명의 온실가스 분리장치 및 분리방법이 적용된 제철용 석탄 실내야적장의 장치를 개략적으로 나타낸 도면,Figure 2 is a schematic view showing the apparatus of the indoor coal field yard for iron applied to the greenhouse gas separation apparatus and separation method of the present invention,

도3은 도2의 가스분리장치의 일 예를 나타낸 블록도,3 is a block diagram showing an example of the gas separation apparatus of FIG.

도4는 도2의 가스분리장치의 다른 예를 나타낸 블록도,4 is a block diagram showing another example of the gas separation apparatus of FIG.

도5는 흡착탑에 충전된 활성탄에 대한 이산화탄소의 압력에 따른 흡착량을 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the adsorption amount according to the pressure of the carbon dioxide for the activated carbon charged in the adsorption column.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

50 : 펌프 100, 200 : 온실가스 분리장치50: pump 100, 200: greenhouse gas separator

110, 120, 130 : 흡착탑 111, 121, 131 : 제올라이트110, 120, 130: adsorption tower 111, 121, 131: zeolite

112, 122, 132 : 활성탄 113, 123, 133 : 유입밸브112, 122, 132: activated carbon 113, 123, 133: inlet valve

114, 124, 134 : 유입회수밸브 115, 125, 135 : 대기배출밸브114, 124, 134: inlet return valve 115, 125, 135: air outlet valve

116, 126, 136 : 압력검출기 101 : 부생가스배출라인116, 126, 136: pressure detector 101: by-product gas discharge line

102, 103, 104, 105 : 부생가스배출밸브102, 103, 104, 105: by-product gas discharge valve

106, 107 : 부생가스배출 농도검출기 108 : 대기배출 농도검출기106, 107: byproduct gas concentration concentration detector 108: atmospheric emission concentration detector

Claims (6)

유입라인과 연결된 입구측과 대기배출라인과 연결된 대기출구측을 포함하며, 상기 유입라인을 통해 유입된 유체에 포함된 온실가스성분을 흡착할 수 있는 흡착제를 포함하는 흡착탑과; An adsorption tower including an inlet side connected to the inlet line and an air outlet side connected to the air discharge line, the adsorption tower including an adsorbent capable of adsorbing greenhouse gas components contained in the fluid introduced through the inlet line; 상기 흡착탑의 입구측과 대기출구측 사이에 구비되어 흡착탑에 유입된 온실가스의 압력을 검출하는 압력검출기와; A pressure detector provided between the inlet side and the air outlet side of the adsorption tower for detecting the pressure of the greenhouse gas introduced into the adsorption tower; 상기 흡착탑에 흡착된 온실가스성분을 회수하도록 상기 유입라인 또는 대기배출라인에서 분기되어 설치된 부생가스배출라인과; A by-product gas discharge line branched from the inlet line or the air discharge line to recover the greenhouse gas components adsorbed to the adsorption tower; 상기 흡착탑의 입구측 또는 대기출구측에 구비되어 온실가스의 농도를 측정하는 농도검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리장치.And a concentration detector provided at the inlet side or the air outlet side of the adsorption tower to measure the concentration of the greenhouse gas. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 흡착탑의 입구측에는 상기 유입라인과 부생가스배출라인으로 유체의 흐름을 선택적으로 제어하는 밸브가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리장치.The inlet side of the adsorption tower is a greenhouse gas separator, characterized in that the valve for selectively controlling the flow of fluid to the inlet line and by-product gas discharge line. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 흡착탑의 대기출구측에는 상기 대기배출라인과 부생가스배출라인으로 유체의 흐름을 선택적으로 제어하는 밸브가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 온 실가스 분리장치.Atmospheric outlet side of the adsorption tower is a greenhouse gas separation device is provided with a valve for selectively controlling the flow of fluid to the air discharge line and the by-product gas discharge line. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 농도검출기는 상기 대기배출라인에 구비된 대기배출 농도검출기와 상기 부생가스배출라인에 구비된 부생가스배출 농도검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리장치. The concentration detector is a greenhouse gas separation apparatus comprising an air emission concentration detector provided in the air discharge line and a by-product gas concentration concentration detector provided in the by-product gas discharge line. 흡착탑에 유체를 유입시켜 흡착제에 온실가스성분을 흡착시키고, By adsorbing the fluid into the adsorption tower, adsorption of greenhouse gases to the adsorbent, 흡착탑에 유입된 유체의 압력을 검출하여 적정압력이 되면 유체를 대기로 배출시키고, Detects the pressure of the fluid flowing into the adsorption tower and discharges the fluid to the atmosphere when the proper pressure is reached. 대기로 배출되는 유체의 온실가스농도를 검출하여 회수한계농도가 되면 흡착탑의 흡착제에 흡착된 온실가스성분을 압력차에 의해 탈착시켜 농축된 온실가스를 회수하며, When the greenhouse gas concentration of the fluid discharged to the atmosphere is detected and the recovery limit concentration is reached, the greenhouse gas component adsorbed on the adsorbent of the adsorption tower is desorbed by the pressure difference to recover the concentrated greenhouse gas. 농축되어 회수되는 온실가스의 농도를 검출하여 배출한계농도가 되면 유체를 상기 흡착탑에 유입하여 대기로 배출시키는 과정을 반복하여 온실가스를 분리하는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리방법. Greenhouse gas separation method characterized in that the greenhouse gas is separated by repeating the process of introducing the fluid into the adsorption tower and discharged to the atmosphere when the concentration of the detected greenhouse gas concentration is recovered and discharged limit. 청구항 5에 있어서, The method according to claim 5, 상기 흡착탑을 병렬로 다수개 설치하여, 병렬로 설치된 다수의 흡착탑을 통하여 온실가스를 분리하는 것을 특징으로 하는 온실가스 분리방법.Installing a plurality of the adsorption column in parallel, the greenhouse gas separation method characterized in that for separating the greenhouse gas through a plurality of adsorption tower installed in parallel.
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