KR20100130805A - 이산화탄소의 생산 및 정제방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화 탄소의 생산 및 정제방법에 관한 것으로, 상온으로 열교환 하여 수분을 응축시켜 제거하는 단계, 흡수제를 사용한 2개의 탑을 교대로 사용하여 나머지 소량의 수분을 제거하는 단계, 이산화탄소를 액화하여 공기성분은 기체상태로 제거하고 액체 이산화탄소를 얻는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이산화탄소, 정제, 생산

Description

이산화탄소의 생산 및 정제방법{The Production and Purification Method of Carbon Dioxide}
본 발명은 이산화탄소의 생산 및 정제방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고순도의 이산화탄소를 얻을 수 있는 경제적이고 간단한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근에 개발되고 있는 이산화탄소의 생산 또는 정제방법으로는 특허등록 제 10-0280781 호에 게시되어 있는 바와 같이, 재흡착을 이용하는 방법이 있는데, 이 방법은 하나의 흡착탑을 기준으로 흡착공정, 세정공정, 탈착공정, 저압세정공정, 역축압공정, 재흡착공정으로 이루어진다.
또 특허등록 10-0430925 호에는, 간접 열교환을 이용하는 방법이 게시되어 있는데, 이 방법은 (A) 이산화탄소 및, 이산화탄소보다 높은 증기압을 갖는 하나 이상의 종으로 구성된 경량의 불순물을 포함하는 공급물을 제공하여, 상기 공급물을 칼럼으로 전송하는 단계와, (B) 칼럼내에서 공급물을 경량의 상층 생성물과 이 산화탄소 생성물로 분리시키는 단계와, (C) 상기 칼럼으로부터 경량의 상층 생성물을 추출하고, 이를 이산화탄소 및 경량의 불순물을 포함하는 열교환 유체와의 간접 열교환에 의해 부분적으로 응축시킴으로써 가스상태의 열교환 유체를 생성하는 단계와, (D) 상기 가스상태의 열교환 유체를 상기 칼럼의 상류에서 공급물로 전송하는 단계, 및 (E) 상기 칼럼의 하부로부터 이산화탄소 생성물을 회수하는 단계를 포함하며, 상기 공급물이 칼럼으로 전송되기 이전에 응축되는 것을 특징으로 한다.
한국특허등록 10-0659355호에는, 촉매연소 방법을 이용한 기술이 게시되어 있는데, 이 방법은 원료탱크에서 공급되는 원료를 열교환기를 거쳐서 기체상태로 만들고, 기체 상태의 원료에 산소가스를 주입하여 촉매물질이 내장된 연소로에서 400℃ 이하의 온도에서 연소 반응시켜 메탄, 에탄 및 하이드로카본 등의 물질을 분해 제거하는 촉매연소공정과, 상기 연소 공정에서 발생한 물을 흡착하여 제거하는 물 분리공정과, 상기 물 분리 공정을 거쳐서 나온 기체 속에 포함된 질소와 산소를 압력과 온도를 이용하여 비등점의 차이로 증류시켜 분리하기 위한 증류공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
그러나, 이러한 방법들은 모두 복잡한 공정단계를 거치거나, 다량의 에너지를 필요로 하는 연소공정이 포함되거나 하여 경제적이지 못한 단점이 있었다.
본 발명의 목적은, 고순도의 이산화탄소를 얻을 수 있는 경제적이고 간단한 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 상온으로 열교환 하여 수분을 응축시켜 제거하는 단계, 흡수제를 사용한 2개의 탑을 교대로 사용하여 나머지 소량의 수분을 제거하는 단계, 이산화탄소를 액화하여 공기성분은 기체상태로 제거하고 액체 이산화탄소를 얻는 단계로 구성되는 이산화 탄소의 생산 및 정제방법에 의해 달성된다.
기체 상태로 공기와 함께 소량 혼합되어 배출되는 이산화탄소를 한번 더 액화하면 수율을 더 높일 수 있다.
상기 본 발명에 의해 고순도의 이산화탄소를 경제적이고 간단한 방법으로 얻을 수 있다.
이하 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 본 발명의 일예의 이산화탄소 생산 및 정제 장치의 개략도이다.
원료 저장 탱크(110)에서 나온 원료 혼합물이 냉각기(210)를 거치게 되면 수 분은 응축되어 1차로 제거된다. 임의로 부스터(310) 과 2단 압축기(320)를 거치게 되면 대부분의 수분은 액화되고 분리기(400)에서 액체는 하부로 제거되고 기체상태의 공기와 이산화탄소 혼합물은 수분 흡착탑(510,520)으로 이송된다. 여기에서 나머지 소량의 수분이 흡착되는데 수분은 알루미나나 분자체 등의 흡수제를 사용한 2개의 탑을 교대로 사용하여 제거된다. 수분 흡착탑(510,520)에서 나온 건조 기체는 열교환기(220)을 거쳐 이산화탄소를 액화하여 공기성분은 기체상태로 그대로 두어 단열탱크(600)를 통과하면 상부로는 기체 상태의 공기성분을 제거하고 하부로는 이산화탄소를 액화상태로 생산한다.
도 2에는 본 발명의 다른 예의 이산화탄소 생산 및 정제 장치의 개략도가 되시되어 있다.
단열탱크(600)상부에 컨덴서(열교환기:230)를 사용하면 기체 상태로 공기와 함께 배출되는 이산화탄소를 한번 더 액화하여 수율을 높일 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예
1) 원료 가스 조건
- 온도. : 50℃
- 압력 : 1ATM
- 유속 : 3,354 N㎥/h
- 화학 조성(vol %)
N2 : 3.76%
CO2 : 83.98%
H2O : 12.26%
2) CO2 생성물의 저장 용량
a. 생산 용량 : 액화 CO2 120 톤/1일
b. 저장용량 : 120 톤/1일 x 10일 = 1,200 톤(액화 CO2 )
공정
원료저장탱크(110)에서 나온 가스(대기압, 50도, 3354㎥/hr)를 냉각기(210)에서 20도로 냉각시켜 수분을 대부분 제거 하였다(224000kcal/hr 에너지제거). 물이 2331㎥/hr 경우 수분제거 양은 도 3과 같았다. 수분은 100.9285 kg-mol/hr 제거 되어 3.069kg-mol/hr 만 남았다. 블로워(310)(0.4-0.6 기압(게이지압력))를 통해 저장드럼(holding drum:120)으로 이송하고 2단 왕복동 타입 압축기(320)를 사용하여 1차 압축(4기압, 수분제거, 왕복동) 및 2차 압축(20기압, 왕복동)하였다. 분리기(400)의 상부스트림을 회수(하부는 수분 나옴)하여 교대로 운전되는 2개의 알루미나 타워(510,520)를 거쳐서 수분 완전히 제거하였다. 운전온도는 230도-250도였다. 열교환기(220)(505000 kcal/hr 에너지 제거)를 거쳐 단열플래쉬 드럼을 사용하 여 증류하여 하부로 이산화탄소를 회수하였다. 단열 플래쉬 드럼만을 사용한 경우 그 결과는 도 4에 게시하였다. 도 2와 같이, 수율을 높이기 위해 공기와 함께 배출되는 이산화탄소를 회수하는 컨덴서(열교환기)를 사용한 경우 결과는 도 5에 게시하였다. 40620 kcal/hr의 에너지를 빼주면 된다.
도 4 및 도 5의 자료에서 알 수 있는 바와 같이 액체로 회수되는 이산화탄소의 양은 컨덴서가 없을 경우(113.5772)+열교환기 사용 경우(10.4826) 단위 (kg-mol/hr)이므로 열교환기 없을 경우에는 113.5772/125.725 =90.33% 회수율에서 열교환기를 사용하는 경우 98.67% 높은 수율로 회수하게 된다.
도 1은 본 발명의 일예의 이산화탄소 생산 및 정제 장치의 개략도
도 2는 본 발명의 다른 예의 이산화탄소 생산 및 정제 장치의 개략도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110 : 원료 저장 탱크
120 : 저장 드럼
210 : 냉각기
220, 230 : 열교환기
310 : 부스터(buster) 또는 블로워
320 : 2단 압축기
400 : 분리기
510, 520 : 흡착탑
600 : 단열탱크

Claims (4)

  1. 상온으로 열교환 하여 수분을 응축시켜 제거하는 단계, 흡수제를 사용한 2개의 탑을 교대로 사용하여 나머지 소량의 수분을 제거하는 단계, 이산화탄소를 액화하여 공기성분은 기체상태로 제거하고 액체 이산화탄소를 얻는 단계로 구성되는 이산화 탄소의 생산 및 정제방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기체 상태로 제거되는 공기성분 중의 이산화탄소를 다시 응축시켜 회수하는 것을 특징으로 하는 이산화 탄소의 생산 및 정제방법.
  3. 원료 저장 탱크(110); 상기 원료 저장 탱크(110)에서 나온 원료 혼합물의 수분을 응축시키는 냉각기(210); 수분을 액화시키는 2단 압축기(320); 액화된 수분과 나머지 기체를 분리하는 분리기(400); 잔류하는 나머지 수분을 흡착제거하기 위한 수분흡착탑(510,520); 520); 이산화탄소를 액화하기 위한 열교환기(220) 및 단열탱크(600)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이산화 탄소의 생산 및 정제 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 단열탱크 상부에 기체 상태로 제거되는 공기성분 중의 이산화탄소를 다시 응축시켜 회수하기 위한 컨덴서(230)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화 탄소의 생산 및 정제방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10668403B2 (en) 2016-07-29 2020-06-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Source supplier for a supercritical fluid, substrate processing apparatus having the same
KR102405949B1 (ko) * 2021-09-06 2022-06-07 주식회사 바우만 Tsa와 vsa기술을 병합한 고순도 이산화탄소 생산설비

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US10668403B2 (en) 2016-07-29 2020-06-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Source supplier for a supercritical fluid, substrate processing apparatus having the same
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