KR20160116358A - 폐열을 이용하는 증류 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐열을 이용하는 증류 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 폐열을 이용하는 증류 시스템은 공급원료를 공급받아 비점차에 의하여 상기 공급원료를 분리하며, 상기 공급원료의 분리과정에서 폐열이 발생하는 폐열 공급원; 물 공급원으로부터 공급된 물이 상기 폐열 공급원으로부터 공급된 상기 폐열과 열교환하여 증발되는 열교환부; 상기 열교환부에서 생성된 수증기를 공급받아 압축하는 기계적 증기 재압축(MVR : Mechanical Vapor Recompression) 모듈; 및 상기 기계적 증기 재압축 모듈로 공급되는 수증기의 양이 증가되도록 별도의 공정에서 생성된 폐수를 상기 열교환부로 공급하는 폐수 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 열교환부에서 폐열 공급원으로부터 공급된 폐열과 물을 열교환하여 생성된 수증기를 기계적 증기 재압축 모듈에 공급시 다른 공정에서 사용하고 남은 폐수를 열교환부에 공급함으로써, 별도의 구성이 요구되지 않으며 기계적 증기 재압축 모듈에 공급되는 수증기의 양을 증가시킬 수 있는 폐열을 이용하는 증류 시스템이 제공된다.

Description

폐열을 이용하는 증류 시스템{DISTILLATION SYSTEM USING WASTE HEAT}
본 발명은 폐열을 이용하는 증류 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열교환부에서 폐열 공급원으로부터 공급된 폐열과 물을 열교환하여 생성된 수증기를 기계적 증기 재압축 모듈에 공급시 다른 공정에서 사용하고 남은 폐수를 열교환부에 공급함으로써 기계적 증기 재압축 모듈에 공급되는 수증기의 양을 증가시킬 수 있는 폐열을 이용하는 증류 시스템에 관한 것이다.
증류시스템은, 공급원료 중에 존재하는 혼합물질을 비점차에 의하여 증발 분리하기 위한 것이다. 증류시스템의 상부에서는 저비점물질(high volatile component)은 증발되어 상부증기(overhead vapor) 형태로, 증류시스템의 하부에서는 고비점물질(low volatile component)은 미증류 형태로 분리된다. 이때, 저비점물질과 고비점물질은 각각 단일 성분일 수도 있고, 각각 2성분 이상의 혼합물일 수도 있다.
도 1은 탈거조를 구비한 종래의 증류시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 탈거조를 구비한 종래의 증류시스템(10)은 공급부(15)로부터 공급된 공급원료가 고비점물질과 저비점물질로 분리되는 탈거조(11)와, 저비점물질의 상부증기가 응축되는 응축 증발기(12)를 포함하여 구성된다.
탈거조(11)는 저비점물질은 제거, 정제하여 원료물질로 회수하고, 고점도의 고비점물질은 건조하여 최종 제품을 얻기 위한 것이다. 탈거조(11)에 스팀공급부(14)로부터 스팀이 공급되면, 스팀은 탈거조(11) 하부의 고점도의 혼합물질과 직접 접촉하여 열전달하며, 이 열에 의하여 혼합물질 중 저비점물질이 증발되어 수증기와 함께 상부증기로서 배출되고, 혼합물질 중 고비점물질은 스팀의 응축수와 함께 외부로 배출된다.
응축 증발기(12)는 탈거조(11)로부터 공급되는 상부증기를 응축시켜 최대의 열량을 물에 전달함으로써, 전달열량에 상응하는 열량의 수증기를 생성시키는 구성이다. 상부증기로부터 열전달 받은 물은 포화수증기가 되어 압축모듈(미도시)로 공급된다.
응축 증발기(12)는 상부증기와 열교환하여 생성된 수증기를 압축함으로써, 상부증기를 직접 압축함으로써 과도한 압축이 요구되는 문제점을 해결하기 위한 구성이다.
그러나, 응축 증발기(12)에 공급되는 상부증기는 탈거조(11)로부터 배출되는 것에 국한되므로, 이로 인하여 생성되는 포화수증기의 양이 제한되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열교환부에서 폐열 공급원으로부터 공급된 폐열과 물을 열교환하여 생성된 수증기를 기계적 증기 재압축 모듈에 공급시, 다른 공정에서 사용하고 남은 폐수를 열교환부에 공급하여 기계적 증기 재압축 모듈의 흡입압력과 같은 압력에서 감압 증발 되도록 함으로써, 별도의 구성이 요구되지 않으며 기계적 증기 재압축 모듈에 공급되는 수증기의 양을 증가시킬 수 있는 폐열을 이용하는 증류 시스템에 관한 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 공급원료를 공급받아 비점차에 의하여 상기 공급원료를 분리하며, 상기 공급원료의 분리과정에서 폐열이 발생하는 폐열 공급원; 물 공급원으로부터 공급된 물이 상기 폐열 공급원으로부터 공급된 상기 폐열과 열교환하여 증발되는 열교환부; 상기 열교환부에서 생성된 수증기를 공급받아 압축하는 기계적 증기 재압축(MVR : Mechanical Vapor Recompression) 모듈; 및 상기 기계적 증기 재압축 모듈로 공급되는 수증기의 양이 증가되도록 별도의 공정에서 생성된 폐수를 상기 열교환부로 공급하는 폐수 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템에 의해 달성된다.
여기서, 상기 폐수 공급부는 상기 열교환부의 기액분리부에 상기 폐수를 공급하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기액분리부는 상기 물이 증발된 수증기와 미증발된 물이 분리되는 영역인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 폐수는 열수(熱水)인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 폐열공급원은 증발 분리기이며, 상기 폐열은 상기 증발 분리기로부터 배출되는 상부증기인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기계적 증기 재압축 모듈에서 압축된 포화 수증기의 적어도 일부는 상기 폐열 공급원으로 공급되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 열교환부는 수직형 강하막식 증발기(VFFE : Vertical Falling Film Evaporator)인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 열교환부는 수평형 강하막식 증발기(HFFE : Horizontal Falling Film Evaporator)인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 열교환부는 케틀형 열교환기인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 열교환부에서 폐열 공급원으로부터 공급된 폐열과 물을 열교환하여 생성된 수증기를 기계적 증기 재압축 모듈에 공급시 다른 공정에서 사용하고 남은 폐수를 열교환부에 공급함으로써, 기계적 증기 재압축 모듈에 공급되는 수증기의 양을 증가시킬 수 있는 폐열을 이용하는 증류 시스템이 제공된다.
또한, 폐수를 활용하여 감압 수증기를 압축하여 재활용하는 기계적 증기 재압축 모듈의 투자 경제성은 매우 낮아 검토 대상에서 제외되나, 이를 폐열 공급원으로부터 공급된 폐열과 물을 열교환하여 생성된 수증기와 합하여 기계적 재압축 모듈에 공급함으로써 서로 다른 폐열원에서 상호 경제적 가치를 높이는 효과를 얻을 수 있는 폐열을 이용하는 증류 시스템이 제공된다.
또한, 폐수를 열교환부에 공급하여 기계적 증기 재압축 모듈에서 요구되는 온도 및 압력을 압축함으로써, 폐수를 팽창 증발 시키기 위한 플래시 베슬(flash vessel) 등의 별도의 구성이 요구되지 않는 폐열을 이용하는 증류 시스템이 제공된다.
또한, 열교환부에서 폐열인 상부증기와 물을 열교환 함으로써, 저비점 물질의 성분이나 포화증기압의 차이에 관계 없이 적용할 수 있으므로 탈거 대상물질의 종류에 구애받지 않는 폐열을 이용하는 증류 시스템이 제공된다.
도 1은 탈거조를 구비한 종래의 증류시스템을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열을 이용하는 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 3은 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템에서 열수를 열교환부에 공급하지 않은 경우의 개략적인 설명도이며,
도 4는 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 적용예이며,
도 5는 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 열교환부의 사시도이며,
도 6은 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 열교환부에서의 열교환 상태를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 7은 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 다른 적용예이며,
도 8은 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 또 다른 적용예이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 폐열을 이용하는 증류 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열을 이용하는 증류 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐열을 이용하는 증류 시스템(100)은, 공급원료 및 스팀이 공급되며 공급원료가 분리시 폐열이 생성되는 폐열 공급원(110)과, 폐열 공급원(110)으로부터 배출되는 폐열과 물이 열교환되는 열교환부(120)와, 열교환부(120)에서 생성된 포화수증기가 공급되어 압축되는 기계적 증기 재압축 모듈(130)과, 열교환부(120)에 폐수를 공급하는 폐수 공급부(140)를 포함한다.
폐열 공급원(110)은 공급부(미도시)를 통하여 공급된 공급원료를 비점차에 의하여 분리하며, 열교환부(120)에서 물을 증발시키도록 공급원료 분리 시 발생하는 폐열을 열교환부(120)에 공급하는 구성이다. 여기서, 공급원료는 합성고무의 중합반응 이후에 생산되는 혼합물질 등을 예로 들 수 있다.
증류시스템은 비점차에 의하여 물질을 분리하는 증발 분리기를 필수적으로 포함하고 있으며, 이러한 증발분리기에는 증류탑(distillation column), 정류탑(rectification column), 탈거탑(stripping column), 탈거조(stripping vessel,stripper) 등이 있다.
증발분리기 중 저비점물질을 추출하여 목표로 하는 대상제품으로 할 경우에는 정류탑이 사용되고, 고비점물질을 추출하여 목표로 하는 대상제품으로 할 경우에는 탈거탑 또는 탈거조가 사용된다. 탈거탑은 주로 저점도의 고비점물질을 추출할 때 사용되며, 탈거조는 고점도의 고비점물질을 추출할 때 사용된다.
즉, 폐열 공급원(110)은 증발 분리기를 의미하며, 대상제품에 따라 증류탑, 정류탑, 탈거탑 및 탈거조 중 적어도 어느 하나로 마련될 수 있다.
폐열 공급원(110) 내부에는 공급부(미도시)로부터 공급원료가 공급되며, 공급원료를 분리하기 위하여 스팀 공급부(미도시)로부터 스팀이 공급된다. 스팀은 공급원료 중 고비점물질과 직접 접촉하여 열전달하며, 이 열에 의하여 공급원료 중 저비점물질이 증발되어 수증기와 함께 상부증기로 배출되며, 이 상부증기는 열교환부(120)로 공급된다. 즉, 폐열은 공급원료를 분리 시 발생하는 상부증기를 의미한다.
열교환부(120)는 폐열 공급원(110)으로부터 공급되는 상부증기를 응축시켜, 최대의 열량을 물에 전달함으로써, 전달열량에 상응하는 열량의 수증기를 생성시키는 구성이다. 열교환부(120)에는 별도의 물 공급원으로부터 물이 공급되며, 열교환부(120)는 물이 기계적 증기 재압축 모듈(130)에서 요구되는 온도 및 압력을 갖도록 상부증기를 응축시켜 물에 열량을 전달한다.
본 실시예에서는 상부증기와 열교환하여 생성된 수증기를 압축 및 열매체로 이용함으로써, 상부증기를 압축할 필요가 없어, 포화증기압이 상이한 2성분 이상의 저비점물질의 증류에도 제한없이 적용 가능하다. 또한, 상부증기의 응축잠열을 물의 증발잠열로 제거함으로써 순환냉각수의 현열로 제거하는 것에 비해 상당히 적은 양의 물로 가능한 장점이 있다.
기계적 증기 재압축 모듈(MVR : Mechanical Vapor Recompression)(130)은 열교환부(120)에서 생성된 포화수증기를 폐열 공급원(110)에서 요구되는 온도 및 압력으로 압축하기 위한 구성이다.
기계적 증기 재압축 모듈(130)에 공급된 포화수증기는 압축되며, 바람직하게는 폐열 공급원(110)에서 요구되는 온도 및 압력으로 압축된 뒤 폐열 공급원(110)에 공급되어 공급원료를 분리하기 위한 열원으로 사용된다.
폐수 공급부(140)는 기계적 증기 재압축 모듈(130)로 유입되는 포화수증기의 양이 증가되도록 하는 구성이다. 본 발명에서, 폐수는 다른 공정에서 사용되고 남은 열수(熱水)를 의미한다.
기계적 증기 재압축 모듈(130)에서 압축된 포화 수증기는 폐열 공급원(110)으로 공급되어 공급원료를 분리하기 위한 열원으로 쓰인다. 즉, 본 발명은 폐열 공급원(110)에서 생성된 폐열인 상부증기를 이용하여 열교환부(120)에서 물로부터 포화수증기를 생성한 뒤 이를 압축하여 다시 공급원료를 분리하는데 사용한다.
그러나, 폐열 공급원(110)에서 공급원료를 분리하고 생성된 상부증기의 양은 한정적이므로, 상부증기와 열교환하여 생성되는 포화수증기의 양도 한정적인 문제점이 있다. 즉, 기계적 증기 재압축 모듈(130)로 공급되는 포화수증기의 양이 한정적이므로 이를 폐열 공급원(110)에 재공급하여 열원으로 사용하기에는 부족한 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 다른 공정에서 사용하고 남은 공정용수인 열수를 폐수 공급부(140)로부터 열교환부(120)에 공급함으로써, 생성되는 포화수증기의 양을 증가시킨다. 이때, 각각 다른 공정에서 사용하고 남은 열수를 사용할 수 있으며, 이때, 열수의 온도는 100℃ ~ 250℃ 등 상이할 수 있다.
열수는 열교환부(120)의 기액분리부로 유입된다. 여기서, 기액분리부는 물과, 상부증기와 열교환된 물에 의해 생성된 포화 수증기가 분리되는 영역이다. 또는, 기액분리부는 물과 포화수증기가 공존하는 영역이다. 보다 상세하게는 기액분리부는, 상부증기와 열교환된 물에 의해 생성된 포화 수증기는 기계적 증기 재압축 모듈(130) 측으로 이동하며 남은 물은 다시 열교환부(120)로 순환 공급되도록 배출되는 영역이다. 폐수 공급부(140)로부터 공급된 열수는 열교환기(120)의 기액분리부로 공급되며, 기계적 증기 재압축 모듈(130)의 흡입압력과 동일한 압력으로 감압되어 동일한 온도의 포화수증기가 되어 기계적 증기 재압축 모듈(130)로 공급된다.
예를 들어, 165℃ 이며 포화증기압이 7barA 인 열수가 기액분리부로 공급되어 1barA(포화증기 온도 = 100℃) 까지 감압되면 100℃의 물이 되면서 65,000kcal/h 의 열량을 방출하며 이 후 120.6kg/h의 수증기로 변하게 된다. 이때, 물이 방출하는 열량인 65,000kcal/h는 (165-100)℃ X 1000kg/h X 1kcal/kg℃ 으로부터 도출되며, 120.6kg/h의 수증기는 (65,000kcal/h)/(539kcal/kg) 로부터 도출된다. 여기서, 539kcal/kg 은 100℃ 수증기의 잠열이다.
한편, 기계적 증기 재압축 모듈(130)은 기액분리부의 증발증기를 흡입하기 때문에, 물의 증발압력과 열수의 감압증발 압력은 동일하게 된다.
도 3은 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템에서 열수를 열교환부에 공급하지 않은 경우의 개략적인 설명도이다. 도 3을 참조하면, 열수를 열교환부에 공급하지 않은 경우, 열수로부터 포화수증기를 생성하여 기계적 증기 재압축 모듈(130)에 공급할 수 있도록 플래쉬 베슬(flash vessel)이 필요하다. 즉, 열수를 감압 증발시키기 위한 별도의 장치가 요구된다.
그러나, 본 발명은 상부증기를 압축하지 않으며 상부증기의 응축잠열을 물의 증발잠열로 제거함으로써, 현열로 제거하는 냉각수량에 비해 상당히 적은 물을 이용하도록 열교환부(120)를 구비하는데, 이 열교환부(120)에 타 공정에서 사용하고 남은 폐수인 열수를 공급함으로써 별도의 플래쉬 베슬이 요구되지 않으며 기계적 증기 재압축 모듈(130)에 공급되는 포화수증기의 양을 증가시키는 우수한 효과가 도출된다.
또한, 폐수가 가지는 열량은 초기온도와 감압하여 얻는 온도차에 따라 변하게 되는데, 예를 들어 온도차가 10℃ 일 경우 열수의 열량 10 kcal/h를 기계적 증기 재압축 모듈에 공급하기 위한 수증기의 증발잠열 (540~560)kcal/kg 으로 감압증발시켜 수증기화시킬 수 있는 유량은 10/(540~560)kg/h 에 불과하므로, 폐열수를 활용하여 감압 수증기를 압축하여 재활용하는 기계적 증기 재압축 모듈의 투자 경제성은 매우 낮아 검토 대상에서 제외되고 있으나, 본 발명은 이를 폐열 공급원으로부터 공급된 폐열과 물을 열교환하여 생성된 수증기와 합하여 기계적 증기 재압축 모듈(130)에 공급함으로써 서로 다른 폐열원에서 상호 경제적 가치를 높이는 효과가 도출된다.
지금부터는 본 발명의 일실시예에 따른 폐열을 이용하는 증류 시스템의 적용예에 대하여 설명한다.
도 4는 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 적용예이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐열을 이용하는 증류 시스템의 적용예는, 공급원료가 공급되는 스트리퍼 모듈(110)과, 스트리퍼 모듈(110)로부터 배출되는 상부증기와 물이 열교환되는 열교환부(120)와, 열교환부(120)에서 생성된 포화수증기가 공급되어 압축되는 기계적 증기 재압축 모듈(130)과, 열교환부(120)에 폐수를 공급하는 폐수 공급부(140)와, 열교환부(120)에서 응축되지 않은 상부증기가 공급되어 응축되는 응축기(150)와, 증류탑(160) 및 재비기(170)를 포함한다.
스트리퍼 모듈(110)은 공급원료 중 저비점의 모노머를 제거하고 고점도의 고비점 폴리머를 얻기 위한 것으로서 탈거조 모듈을 의미한다. 여기서, 공급원료는 합성고무의 중합반응 이후에 생산되는 혼합물질 등을 예로 들 수 있다.
스트리퍼 모듈(110)에는 스트리퍼 모듈(110)에서 요구되는 온도 등의 조건에 따라 제어되는 밸브 등을 통하여 스팀 공급부(미도시)로부터 스팀이 공급된다. 또한, 기계적 증기 재압축 모듈(130)에서 압축된 포화수증기가 공급된다. 즉, 스팀과 포화수증기는 동일한 물질이다. 스팀 공급부(미도시)로부터 공급되는 스팀이 스트리퍼 모듈(110) 하부의 고비점물질과 직접 접촉하여 열전달하며, 이 열에 의하여 혼합물질 중 저비점물질이 증발되어 수증기와 함께 상부증기로 배출된다.
한편, 본 적용예에서 스트리퍼 모듈(110)은 단일의 탈거조로 마련되는 것으로 하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 복수 개의 탈거조로 마련되어 각 탈거조에서 서로 다른 비점을 갖는 물질을 분리하도록 마련될 수도 있다.
도 5는 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 열교환부의 사시도이다. 열교환부(120)는 폐열 공급원(110)으로부터 공급되는 상부증기를 응축시켜, 최대의 열량을 물에 전달함으로써, 전달열량에 상응하는 열량의 수증기를 생성시키는 구성이다. 열교환부(120)에는 별도의 물 공급원으로부터 물이 공급되며, 열교환부(120)는 물이 기계적 증기 재압축 모듈(130)에서 요구되는 온도 및 압력을 갖도록 상부증기를 응축시켜 물에 열량을 전달한다. 본 적용예에서 열교환부(120)는 수직형 강하막식 증발기(VFFE : Vertical Falling Film Evaporator)인 것으로 한다.
도 6은 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 열교환부에서의 열교환 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 별도의 물 공급원으로부터 A를 따라 물이 열교환부(120) 내부로 공급되며, 공급된 물은 튜브(121) 내부를 따라 이동한다. 한편, 스트리퍼 모듈(110)로부터 배출된 상부증기는 B를 통하여 열교환부(120) 내부로 공급된다. 튜브(121) 내부의 물과 상부증기는 열교환한다. 상부증기는 응축되어 C를 통하여 배출되며, 물은 상부증기로부터 열량을 전달받아 일부는 포화수증기가 된다. 물과 포화수증기는 낙하하여 기액분리부(122) 내부로 공급되며, 물은 E를 통하여 배출되며 포화수증기는 D를 통하여 배출된다. D를 통하여 배출된 포화수증기는 기계적 증기 재압축 모듈(130)로 공급되며, E를 통하여 배출된 물은 순환되어 다시 A를 따라 열교환기 내부로 공급된다. 한편, 폐수 공급부(140)로부터 공급되는 열수는 기액분리부(122)로 공급된다.
도 7은 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 다른 적용예이며, 도 8은 도 2의 폐열을 이용하는 증류 시스템의 또 다른 적용예이다. 본 적용예에서, 열교환부(120)는 수직형 강하막식 증발기(VFFE : Vertical Falling Film Evaporator)인 것으로 하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 수평형 강하막식 증발기(HFFE : Horizontal Falling Film Evaporator) 또는 케틀형 열교환기로 마련될 수 있다.
기계적 증기 재압축 모듈(MVR : Mechanical Vapor Recompression)(130)은 열교환부(120)에서 생성된 포화수증기를 스트리퍼 모듈(110)에서 요구되는 온도 및 압력으로 압축하기 위한 구성이다. 기계적 증기 재압축 모듈(130)에 공급된 포화수증기는 압축되며, 바람직하게는 스트리퍼 모듈(110)에서 요구되는 온도 및 압력으로 압축된 뒤 스트리퍼 모듈(110)에 공급되어 공급원료를 분리하기 위한 열원으로 사용된다.
기계적 증기 재압축 모듈(130)은 고속 압축기, 저속 송풍원심압축기 등이 사용될 수 있다. 송풍원심압축기를 사용하는 경우, 송풍원심압축기는 10000rpm 이하의 저속의 송풍원심압축기로서 저가이고, 저속운전되기 때문에 장시간 운전시에도 압축기의 손상 없이 안정적으로 운영이 가능한 장점이 있다. 다만 송풍원심압축기는 10000rpm이하, 바람직하게는 4000~7000rpm의 저속압축기로서 고속다단 터보압축기에 비하여 압축비가 낮기 때문에, 낮은 압축비를 보상하기 위하여 복수의 송풍원심압축기로 마련된다. 즉, 열교환부(120)에서 포화된 포화수증기는 소정의 압축비에 따라 복수의 송풍원심압축기에서 다단 압축된다. 본 실시예에서 기계적 증기 재압축 장치는 저속 송풍원심압축기를 예로들어 설명하였으나, 열교환부(120)에서 생성된 포화수증기의 온도 및 압력 등의 조건을 스트리퍼 모듈(110)에서 요구되는 온도 및 압력으로 압축할 수 있다면 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
기계적 증기 재압축 모듈(130)의 유입단에는 유량 제어부(131)가 설치될 수 있다. 스트리퍼 모듈(110)의 초기 구동시에는 상부증기의 양이 많지 않으며, 이로 인해, 열교환부(120)에서 생성되는 포화수증기의 양이 적을 수 있다. 기계적 증기 재압축 모듈(130)에서 요구되는 유량보다 낮은 경우 소음 및 진동이 발생하게 되고, 기계적 증기 재압축 모듈(130)에 손상을 가져오게 될 수 있다. 이때, 유량 제어부(131)가 설치됨으로써 상술한 문제점을 방지할 수 있다. 유량 제어부(131)로는 흡입 안내 깃(IGV : Inlet Guide Vane) 또는 인버터 모터 제어 등이 포함된다.
응축기(150)는 열교환부(120)에서 응축되지 않은 상부증기를 응축하는 구성이다. 열교환부(120)에서 응축되지 않은 상부증기는 응축기(150)로 공급되며, 응축기(150)에서 최종적으로 응축된다. 응축기(150)에서 생성된 응축액은 비중에 의해 분리된 후 증류탑(160)으로 공급된다.
증류탑(160)은 응축기(150)에서 생성된 응축수를 공급받아 정류하기 위한 것이며, 재비기(reboiler)(170)는 증류탑(160)에 스팀을 공급하기 위한 구성이다. 증류탑(160)에 스팀을 공급한 뒤 재비기(170)에서 생성되는 스팀의 응축수는 팽창 증발된 후 공급원료를 분리하기 위한 열원으로서 스트리퍼 모듈(110)로 공급되며, 증류탑(160)에서 생성된 상부증기는 열교환부(120)로 공급된다. 즉, 본 적용예에서 폐열 공급원은, 초기에는 스트리퍼 모듈(110)이 되며, 증류탑(160)에서 상부증기가 생성된 후에는 스트리퍼 모듈(110)과 증류탑(160)이 폐열 공급원이 된다.
지금부터는 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 폐열을 이용하는 증류 시스템의 적용예의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 공급부(미도시)로부터 스트리퍼 모듈(110)에 공급원료를 공급한다. 스트리퍼 모듈(110)에서 요구되는 온도 등의 조건에 따라 제어되는 밸브 등을 통하여, 스팀 공급부(미도시)로부터 스트리퍼 모듈(110)에 스팀을 공급한다. 스팀은 스트리퍼 모듈(110) 하부의 고비점물질과 직접 접촉하여 열전달한다. 이 열에 의하여 공급원료 중 일정온도 이하의 비점을 갖는 저비점물질이 증발되어 수증기와 함께 상부증기로 배출되며, 고비점물질은 미증류 분리된다.
스트리퍼 모듈(110)로부터 배출되는 상부증기는 열교환부(120)로 유입된다. 상부증기는 열교환부(120)에서 일부가 응축되어, 별도의 물 공급원으로부터 열교환부(120)에 공급되는 물에 열량을 전달한다. 상부증기로부터 열전달 받은 물은 포화수증기가 되어 기계적 증기 재압축 모듈(130)로 공급되며, 응축되지 않은 상부증기는 응축기(150)로 공급된다.
한편, 폐수 공급부(140)로부터 열교환부(120)의 기액분리부(122)에 열수가 공급된다. 물과 상부증기가 열교환되어 생성된 포화수증기와 물이 분리되는 기액분리부(122)에 열수가 공급되면, 열수는 감압증발을 통하여 포화수증기가 되어 기계적 증기 재압축 모듈(130)로 공급된다. 즉, 별도의 물 공급원으로부터 공급된 물에 의하여 생성된 포화수증기와, 폐수 공급부(140)로부터 공급된 열수에 의하여 생성된 포화수증기가 기계적 증기 재압축 모듈(130)로 공급된다.
열교환부(120)에서 응축되지 않은 상부증기는 응축기(150)로 공급되어 최종적으로 응축된다. 응축기(150)에서 생성되고 분리된 응축액은 증류탑(160)으로 공급되어 정류된다. 이때, 증류탑(160)에서의 정류를 위하여 재비기(170)로부터 스팀이 공급된다. 증류탑(160)에 스팀을 공급한 뒤 재비기(170)에서 생성되는 스팀의 응축수는 팽창 증발된 후 스트리퍼 모듈(110)로 공급되며, 증류탑(160)에서 생성된 상부증기는 열교환부(120)로 공급된다.
한편, 기계적 증기 재압축 모듈(130)로 공급된 포화수증기는 스트리퍼 모듈(110)에서 요구되는 온도 및 압력을 갖도록 압축된 후, 스트리퍼 모듈(110)로 공급되며, 스트리퍼 모듈(110)에서의 공급원료를 분리하기 위한 열원으로 사용된다. 열교환부(120)에 열수가 공급됨으로써 기계적 증기 재압축 모듈(130)에 공급되는 포화수증기의 양이 충분해지므로, 기계적 증기 재압축 모듈(130)을 통과하여 스트리퍼 모듈(110)로 공급되는 스팀의 양이 충분해진다.
따라서, 본 발명에 의하면, 열교환부에서 폐열 공급원으로부터 공급된 폐열과 물을 열교환하여 생성된 수증기를 기계적 증기 재압축 모듈에 공급시 다른 공정에서 사용하고 남은 폐수를 열교환부에 공급함으로써, 별도의 구성이 요구되지 않으며 기계적 증기 재압축 모듈에 공급되는 수증기의 양을 증가시킬 수 있는 폐열을 이용하는 증류 시스템이 제공된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 폐열을 이용하는 증류시스템 110 : 폐열 공급원
120 : 열교환부 130 : 기계적 증기 재압축 모듈
140 : 폐수 공급부 150 : 응축기
160 : 증류탑 170 : 재비기

Claims (9)

  1. 공급원료를 공급받아 비점차에 의하여 상기 공급원료를 분리하며, 상기 공급원료의 분리과정에서 폐열이 발생하는 폐열 공급원;
    물 공급원으로부터 공급된 물이 상기 폐열 공급원으로부터 공급된 상기 폐열과 열교환하여 증발되는 열교환부;
    상기 열교환부에서 생성된 수증기를 공급받아 압축하는 기계적 증기 재압축(MVR : Mechanical Vapor Recompression) 모듈; 및
    상기 기계적 증기 재압축 모듈로 공급되는 수증기의 양이 증가되도록 별도의 공정에서 생성된 폐수를 상기 열교환부로 공급하는 폐수 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐수 공급부는 상기 열교환부의 기액분리부에 상기 폐수를 공급하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기액분리부는 상기 물이 증발된 수증기와 미증발된 물이 분리되는 영역인 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐수는 열수(熱水)인 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폐열공급원은 증발 분리기이며, 상기 폐열은 상기 증발 분리기로부터 배출되는 상부증기인 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 증기 재압축 모듈에서 압축된 포화 수증기의 적어도 일부는 상기 폐열 공급원으로 공급되는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열교환부는 수직형 강하막식 증발기(VFFE : Vertical Falling Film Evaporator)인 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열교환부는 수평형 강하막식 증발기(HFFE : Horizontal Falling Film Evaporator)인 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 열교환부는 케틀형 열교환기인 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 증류 시스템.
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