KR20200018113A - 심냉법에 의한 육불화황 정제 장치 및 방법 - Google Patents

심냉법에 의한 육불화황 정제 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200018113A
KR20200018113A KR1020180093933A KR20180093933A KR20200018113A KR 20200018113 A KR20200018113 A KR 20200018113A KR 1020180093933 A KR1020180093933 A KR 1020180093933A KR 20180093933 A KR20180093933 A KR 20180093933A KR 20200018113 A KR20200018113 A KR 20200018113A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sulfur hexafluoride
unit
purification
container
heat exchange
Prior art date
Application number
KR1020180093933A
Other languages
English (en)
Inventor
김경숙
김광신
이정은
박석순
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020180093933A priority Critical patent/KR20200018113A/ko
Publication of KR20200018113A publication Critical patent/KR20200018113A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/45—Compounds containing sulfur and halogen, with or without oxygen
    • C01B17/4507—Compounds containing sulfur and halogen, with or without oxygen containing sulfur and halogen only
    • C01B17/4515—Compounds containing sulfur and halogen, with or without oxygen containing sulfur and halogen only containing sulfur and fluorine only
    • C01B17/453—Sulfur hexafluoride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/005—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by heat treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

본 발명의 육불화황 정제 시스템은 정제 후 재사용이 가능한 육불화황을 정제하는 심냉법을 사용하는 육불화황 정제 시스템에 관한것으로, 육불화황을 포함하는 혼합물을 공급하는 공급용기를 구비하도록 형성되는 공급부; 상기 공급용기에서 연장 형성되고, 진공펌프 및 압축기를 구비하여 육불화황을 포함하는 혼합물을 이송시키도록 형성되는 회수부; 육불화황을 포함하는 혼합물에 포함된 고체 및 액체상의 불순물을 제거하도록 형성되는 전처리부; 열교환부를 내부에 구비하여 육불화황을 포함하는 혼합물 중 육불화황의 냉각이 수행되어 고체상의 육불화황으로 분리되고, 불순물 배출 후 상기 고체상의 육불화황을 가열하여 용융 또는 기화시켜 육불화황을 정제되도록 형성되는 분리부; 상기 분리부와 연장되어 정제된 육불화황이 이동되고, 상기 분리부의 압력변화를 완화시키도록 형성되는 저장부; 및 정제된 육불화황을 충전용기에 충전하도록 형성되는 충전부;를 포함한다. 상기 열교환부에 냉매가 공급되며 냉각되어 상기 분리부에서 혼합물 중 육불화황의 냉각이 수행되고, 상기 분리부에서 상기 고체상의 육불화황 가열은 상기 열교환부는 열매(가열매체, heating medium)를 공급받아 수행되거나 상기 열교환부에 구비된 가열장치의 작동으로 수행되고, 상기 저장부로 이동되는 정제된 육불화황은 상기 열교환부에 의하여 가열된 용융 또는 기화된 상태의 육불화황인 것을 특징으로 한다.

Description

심냉법에 의한 육불화황 정제 장치 및 방법 {A CRYOGENIC SULFUR HEXAFLUORIDE REFINEMENT SYSTEM AND REFINING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 육불화황(SF6)을 포함하는 기체를 정제하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
육불화황(SF6)은 높은 절연 내압 (공기의 약 3배), 높은 열차단 능력 (공기의 약 10배) 및 높은 열전달 성능 (공기의 약 2배)으로 인해 1960년 초 이후로 고압 및 중압 스위치기어, GIS (Gas Insulated Switchgear), 환상 주회로, 자동차단기, 변압기, 케이블 등의 전기설비에 성공적으로 사용되어 왔다.
또한 육불화황 가스는 알루미늄 생산, 마그네슘 제련, 반도체 생산, 평판 스크린 생산, 핵연료 주기, 소음 방지 창문, 타이어, 고성능 레이더, 기후 측정을 위한 추적용 가스, 발전소 파이프 내 및 군사적 응용을 포함해서 전기산업이 아닌 다른 분야에서도 널리 이용되고 있다. 하지만 전기산업 이외의 분야에서는 거의 1% 정도의 낮은 농도의 육불화황 가스를 사용하고, 전기산업에서는 고농도 혹은 거의 100%에 가까운 육불화황 가스를 사용하여 전기산업에서 국내 전체 육불화황 사용량의 약 80%를 사용하며, 육불화황을 밀폐된 계통 내에서 사용한다.
육불화황을 사용하는 전력산업 기기 내에서 정상적인 스위치 작동 혹은 고장 수리 혹은 내부의 예상치 못한 아크 고장 등으로 아크가 발생할 때, 육불화황이 분해되어 다양한 부산물이 발생한다. 온도, 방사 혹은 전기 방전 등으로 불소 원자가 분리되면 많은 라디칼, 이온 및 중성 분자들이 생성되며, 대부분의 원자들이 재결합하여 육불화황으로 되돌아가지만 일부는 시스템 내의 다른 물질과 결합하여 여러 가지 안정한 최종 생성물을 형성한다. 그러한 물질에는 산소, 물과 장비 제조에 사용된 물질 등이 포함된다. 이런 경로로 전기산업에서 생성된 육불화황 가스의 불순물로는 HF, SO2, SOF2, SOF4, SO2F2, SF4, CF4 등의 육불화황 분해산물이 있으며, 그 외 취급 및 보수과정에서 유입한 공기, 질소, 산소 및 오일 등이 알려져 있다.
육불화황 가스는 지구온난화 계수 (global warming potential, GWP)가 이산화탄소(CO2)의 23,900배로 매우 높고, 대기 중에서 분해되지 않고 남아있는 기간이 3,200년으로 장 기간 대기 중에 잔존하기 때문에 육불화황을 대기 중에 배출하지 않고 재활용하는 것은 환경적으로 또한 경제적으로 중요하다. 따라서 대기 내의 방출을 방지하고, 개발, 설계, 생산, 서비스, 보수 및 회수 등의 일련의 과정에서 환경적으로 부합되게 관리해야 한다.
이를 위해 현재 산업현장에서 발생한 오염된 육불화황 가스를 흡착법 (PSA, Pressure Swing Adsorption) 및 막분리법, 냉동기 혹은 냉매를 활용한 액화법과 증류법, 심냉식 고화법, 가스 하이드레이트 등을 포함한 다양한 기술을 개선하거나 개발 중에 있다.
흡착법은 기체 분리 방법의 일종으로 물질에 따라 흡착 특성이 다른 점을 활용한 기술로서 활성탄, 제올라이트 등의 흡착제를 사용하여 압력변화 (PSA) 또는 온도변화 (TSA, Temperature Swing Adsorption)를 주어 물질을 분리하는 기술로서 장치 제작이 용이하고 장치 제작비가 비교적 저렴하나, 장치의 크기가 크고 정제된 육불화황 (혹은 불화가스)의 순도가 낮아 설비의 대형화와 농축에 한계가 있다는 문제점이 있다.
분리막 (membrane)을 이용한 막분리법은 기체의 투과도 차이를 이용한 기체 분리기술로서 폴리설폰과 폴리이미드를 기본으로 하는 중공사막이 주로 사용되고 있다. 이 기술은 저농도의 육불화황을 농축하는 데는 유용하나, 분리막을 이용한 고농도의 육불화황 분리/정제기술의 상용화를 위해서는 고선택성 분리막 소재, 중공사막의 가공기술, 대면적 모듈개발 및 응용분야별 공정 개발이 필요하다.
액화법 혹은 고화법을 이용한 육불화황 분리/정제기술은 냉동기 혹은 액체질소를 냉매로 사용하여 분리하고자 하는 육불화황을 액체 상태 혹은 고체 상태로 만들어서 분리/정제하는 기술로서 흡착법과 막분리법에 비해 공정에 소요되는 시간이 짧고, 순도를 높일 수 있다는 장점이 있는 반면에 액화나 고화에 에너지가 소요되고, 전체 공정이 저온, 고압의 혹독한 조건에서 운전되므로 이를 조절하기 위한 여러 부대장치가 필요하여 장치 제작비가 많이 소요된다는 단점이 있다.
증류법은 액화법의 일종으로서 육불화황을 저온에서 액화 시킨 후 증류탑을 이용하여 증류하는 방법이다. 증류법은 다시 연속적으로 증류하는 연속 증류식과 회분식으로 증류하는 회분식 증류 방법이 있다. 초고순도를 얻기 위해서는 회분식 증류법이 더 유리하다. 증류법을 이용하면 반도체 산업에 사용될 수 있는 초고순도 육불화황을 얻을 수 있다는 장점이 있는 반면에, 초저온 증류탑 등을 포함한 장치 제작비가 많이 소요되고, 증류탑의 특성상 장치 이동이 쉽지 않으며, 육불화황과 비점이 유사한 불순물의 분리도 가능하나, 이 경우에 증류탑의 단수가 증가하게 되어 증류탑의 높이가 증가하게 되므로 장치비 및 운전비용이 많이 소요된다는 단점이 있다.
가스 하이드레이트 (gas hydrate)를 이용한 기술은 육불화황을 육불화황-하이드레이트로 만들어 정제하는 기술로서 육불화황 가스가 다른 가스들에 비해 비교적 온화한 조건에서 육불화황-하이드레이트를 형성할 수 있는 점에 착안한 기술이다. 가스 하이드레이트는 저온/고압 상태에서 기체분자가 물 분자와 함께 물리적인 결합을 형성하여 만들어진 고상의 화합물로서 특히 육불화황 가스는 비교적 온화한 저온/고압에서 육불화황-하이드레이트를 형성하기 때문에 기존의 액화법, 고화법 및 증류법에 비해 에너지가 적게 소요된다는 장점이 있다. 반면에 육불화황-하이드레이트의 형성 속도가 느리고, 육불화황 선택도 향상을 위한 첨가제가 필요하며, 다량의 물을 사용하기 때문에 육불화황-하이드레이트로부터 육불화황을 분리할 때 수분 제거 공정이 추가로 필요하다는 단점이 있다.
이에, 본 발명에서는 육불화황을 정제할 때, 에너지 효율을 높이고 작동시간을 단축할 수 있는 육불화황 정제시스템 및 방법에 대하여 제시한다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 SF6의 정제과정 중 소모되는 에너지를 절감하고 정제과정에 소모되는 시간을 단축하는 SF6 정제 시스템 및 SF6 정제 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 육불화황 정제 시스템은 정제 후 재사용이 가능한 육불화황을 정제하는 심냉법을 사용하는 육불화황 정제 시스템에 관한것으로, 육불화황을 포함하는 혼합물을 공급하는 공급용기를 구비하도록 형성되는 공급부; 상기 공급용기에서 연장 형성되고, 진공펌프 및 압축기를 구비하여 육불화황을 포함하는 혼합물을 이송시키도록 형성되는 회수부; 육불화황을 포함하는 혼합물에 포함된 고체 및 액체상의 불순물을 제거하도록 형성되는 전처리부; 열교환부를 내부에 구비하여 육불화황을 포함하는 혼합물 중 육불화황의 냉각이 수행되어 고체상의 육불화황으로 분리되고, 불순물 배출 후 상기 고체상의 육불화황을 가열하여 용융 또는 기화시켜 육불화황을 정제되도록 형성되는 분리부; 상기 분리부와 연장되어 정제된 육불화황이 이동되고, 상기 분리부의 압력변화를 완화시키도록 형성되는 저장부; 및 정제된 육불화황을 충전용기에 충전하도록 형성되는 충전부;를 포함한다. 상기 열교환부에 냉매가 공급되며 냉각되어 상기 분리부에서 혼합물 중 육불화황의 냉각이 수행되고, 상기 분리부에서 상기 고체상의 육불화황 가열은 상기 열교환부는 열매(가열매체, heating medium)를 공급받아 수행되거나 상기 열교환부에 구비된 가열장치의 작동으로 수행되고, 상기 저장부로 이동되는 정제된 육불화황은 상기 열교환부에 의하여 가열된 용융 또는 기화된 상태의 육불화황인 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 공급부는 회전장치를 구비하고, 상기 회전장치는 상기 공급용기를 회전시켜 상기 공급용기의 하부에 저장된 액체상의 육불화황을 포함하는 혼합물이 가스상의 육불화황을 포함하는 혼합물보다 상기 회수부로 먼저 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 분리부의 상기 열교환부에 공급되는 상기 냉매는 액체 질소인 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 분리부의 상기 열교환부에 공급되는 상기 열매는 질소 가스 또는 육불화황을 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 열매는 상기 열교환부에 연장되어 형성된 열매 공급장치로부터 공급되고, 상기 열매 공급장치는 히터, 블로어 또는 펌프로 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 분리부의 열교환부의 가열장치는 열선을 포함하고, 상기 열선은 상기 열교환부의 내부 또는 외부표면을 감싸는 형태이고, 전기를 열 에너지로 전환하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 분리부는 불순물 배출 배관을 구비하고, 상기 불순물 배출 배관은 상기 분리부의 상부에 배치되어 상기 분리부에서 고체상으로 분리된 육불화황 또는 포화상태의 육불화황 보다 밀도가 낮은 불순물 기체들이 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 저장부는 상기 분리부의 하부에 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 분리부와 상기 저장부를 연결하는 제1연결배관; 및 제2연결배관을 구비한다. 상기 제1연결배관은 상기 분리부에서 용융 또는 기화된 육불화황을 중력 또는 압력차로 상기 저장부로 이송하도록 형성되고, 상기 제2연결배관은 상기 저장부와 상기 분리부 사이의 압력차를 없애도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 충전부는 액체펌프, 충전용기, 퍼지용기 및 진공배기부를 구비하고, 상기 액체펌프와 상기 충전용기는 제1퍼지 배관으로 연결되도록 형성된다. 상기 진공배기부의 작동으로 상기 제1퍼지 배관을 통하여 상기 충전용기를 진공 배기하도록 형성한 후, 액체펌프의 작동으로 정제된 육불화황 가 상기 충전용기에 저장되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 진공배기부와 상기 퍼지용기는 제2퍼지 배관으로 연결되도록 형성되고, 상기 진공배기부의 작동으로 상기 제2퍼지 배관을 통하여 상기 퍼지용기를 진공 배기하도록 형성하여 상기 충전용기에 저장된 다음 충전부 내에 잔존하는 정제된 육불화황 가 상기 퍼지용기에 차압 또는 진공배기부에 연장 형성된 압축기 및 진공펌프의 동력으로 저장되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 충전부는 상기 충전용기 및 상기 퍼지용기와 연장 형성되는 진공배기부를 구비하고, 상기 진공배기부는 상기 회수부에 구비된 상기 진공펌프 및 압축기를 겸용 하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 저장부에 히터를 더 구비하고, 상기 히터는 상기 액체펌프 입구의 압력을 높이도록 형성되는 것을 특징으로 한다.실시예에 있어서, 온도, 압력, 유량, 레벨 등을 포함하는 운전 인자를 계측하는 계측기와 자동 및 수동 제어를 위한 계통 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 육불화황 정제 방법에 관한 것으로, 육불화황을 포함하는 혼합물을 공급용기에 수용하는 준비 단계; 압력차을 형성하여 육불화황을 포함하는 혼합물을 이동시키는 이동 단계; 육불화황을 포함하는 혼합물 중 고체 및 액체상의 불순물을 제거하는 전처리 단계; 고체 및 액체 상의 불순물이 제거된 육불화황 혼합물을 냉각하여 고체상의 정제된 육불화황을 형성하는 냉각 및 냉각 후 불순물 기체 배출이 수행되고, 상기 고체상의 정제된 육불화황을 용융 또는 기화시키는 가열과 용융 및 기화된 육불화황을 저장부로 이동하여 저장하는 것을 순차적으로 수행되어 육불화황을 정제하는 정제 단계; 충전용기 내부의 환경을 진공 상태로 형성하는 진공 배기 단계; 및 정제된 육불화황을 상기 충전용기에 충전하는 충전 단계를 포함한다. 상기 정제 단계에서 상기 고체상의 정제된 육불화황은 가열되어 용융 또는 기화되어 상기 저장용기에 저장되고, 상기 정제 단계의 냉각은 냉매의 공급으로 형성되는 열교환으로 이루어지고, 상기 정제 단계의 가열은 열매의 공급 또는 가열장치의 작동으로 형성되는 열교환으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 냉매는 액체 질소인 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 열매는 질소 가스 또는 육불화황을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 열매는 히터, 블로어 또는 펌프로 통하여 공급되는 것을 특징으로 한다.실시예에 있어서, 상기 가열장치는 전기를 열 에너지로 전환하도록 형성되는 열선에서 발생되는 열을 공급는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 정제 단계의상기 불순물 기출 배출은 소정의 배출온도에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 소정의 배출온도는 -50.7℃ ± 5℃ 의 온도에서 기체상의 불순물이 배출되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 불순물 기체 배출은 상기 소정의 배출온도에서 설정 압력에 도달하였을 때 정지되고, 상기 설정 압력은 하기의 수학식으로부터 계산되는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Pset = 육불화황의 포화증기압+0.3 bar
(여기서, Pset은 설정압력이다.)
또한 본 발명은 공급부, 회수부, 전처리부, 분리부, 저장부 및 충전부를 포함하는 육불화황 정제 시스템의 운전 방법에 있어서, 준비 단계, 이동 단계, 전처리 단계, 정제 단계, 진공 배기 단계 및 충전 단계를 포함하는 운전 방법을 개시한다.
실시예에 있어서, 상기 운전 방법은 자동 모드로 수행되는 것을 특징으로 하고, 상기 자동 모드에서 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기설정된 로직에 따라 연속적으로 운전되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 운전 방법은 단계별 자동 모드로 수행되고, 상기 단계별 자동 모드에서 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기 설정된 시작 조건을 충족할 때에 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계를 독립적으로 운전되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 운전 방법은 수동 모드로 수행되고, 상기 수동 모드에서 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기설정된 조건과 무관하게 사용자의 조작에 의하여 운전되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 운전 방법은 상기 육불화황 정제 시스템의 손상 또는 사용자의 신체의 손상을 방지하도록 작동 온도 및 작동 압력이 일정범위로 제한되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 운전 방법은, 상기 준비 단계, 이동 단계, 전처리 단계, 정제 단계, 진공 배기 단계 및 충전 단계 중 적어도 하나 이상이 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 육불화황 정제 시스템 및 육불화황 정제 방법은 분리부에 열교환부를 구비하고, 열매를 통과시켜 열교환부 내부부터 가열되어 고체상으로 분리된 육불화황이 용융 또는 기화되도록 형성되므로 육불화황 정제에 소모되는 에너지를 줄이고 운전시간(융해 시간)을 단축하여 운전 경비를 절감할 수 있다.
또한, 육불화황 정제 시스템 및 육불화황 정제 방법은 분리부에 열교환부에 열선을 설치하여 가열하는 방식으로 고체상으로 분리된 육불화황이 용융 또는 기화되도록 형성되므로 육불화황 정제에 소모되는 에너지를 줄이고 운전시간(융해 시간)을 단축하여 운전 경비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 육불화황 정제 시스템에 대한 개략적인 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 육불화황 정제 시스템에 대한 상세한 개념도이다.
도 3는 본 발명의 또 다른 실시예의 육불화황 정제 시스템에 대한 상세한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 육불화황 정제 시스템은 정제 후 재사용이 가능한 육불화황 정제하는 것으로 심냉법을 이용하여 육불화황을 정제하는 육불화황 정제 시스템이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 육불화황 정제 시스템(100)에 대한 개략적인 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 육불화황 정제 시스템(100)은 공급부(110), 회수부(120), 전처리부(130), 분리부(140), 저장부(150) 및 충전부(160)(162)(170)을 포함한다.
공급부(110)는 정제 후 재사용이 가능한 육불화황을 포함하는 혼합물을 공급하도록 형성될 수 있다. 공급부(110)에는 GIS (Gas Insulated Switchgear), 환상 주회로, 자동차단기, 변압기, 케이블 등의 전기설비에 충전되어 사용된 육불화황을 회수한 것으로 육불화황 가스 및 육불화황 가스가 분해되어 다양한 부산물을 포함하는 육불화황을 포함하는 혼합물이 수용된 공급용기를 포함할 수 있다. 상기 공급용기는 일반적으로 실린더형의 가스용기일 수 있다. 일반적인 실린더형의 가스용기는 상부에 밸브를 구비하여 가스의 충전 또는 방출이 이루어질 수 있다.
회수부(120)는 공급부(110)에서 연장 형성되고, 공급부(110)의 혼합물을 이송시키도록 형성될 수 있다.
전처리부(130)는 공급부(110)로부터 공급되는 육불화황을 포함하는 혼합물 중 고체 및 액체상의 불순물을 제거하도록 형성된다.
분리부(140)는 냉각장치를 구비하여 육불화황을 포함하는 혼합물 중 육불화황을 냉각시켜 고체상으로 분리시키는 육불화황의 정제가 수행될 수 있다. 이와 같이 육불화황의 정제 방법은 심냉법이라 명명된다. 상세하게, 육불화황 가스를 고화시켜 정제하는 심냉법을 사용하는 육불화황 정제 기술에서는 기체 상태인 불순물을 배출하고 순수한 육불화황 만 고체 상태로 분리 용기에 남긴다. 이 육불화황은 가열하여 액화시킨 후 액체 및 기체 상태로 충전용기(162)로 이송하여 저장될 수 있다.
분리부(140)에서의 육불화황의 정제는 후술되는 도 2에서 상세하게 설명한다.
저장부(150)는 분리부(140)에서 연장되어 형성되어 분리부(140)에서 정제된 육불화황이 이동하도록 형성된다. 저장부(150)는 분리부(140)에서 육불화황의 정제 시 형성되는 압력변화를 완화하도록 형성될 수 있다.
충전부(160)는 정제된 육불화황을 수용하도록 저장부(150)에서 연장되어 형성된다. 또한, 충전부(160)는 충전용기(162) 및 진공배기부(170)이 구비될 수 있다. 또한 충전부(160)의 환경은 진공으로 형성될 수도 있다.
한편, 충전부(160)에서 수용된 정제된 육불화황은 충전용기(162)에 수용되어 재사용될 수 있다.
육불화황 정제 시스템(100)은 운전을 위해 온도, 압력, 유량, 레벨 등을 포함하는 운전 인자를 계측하는 계측기와 자동 및 수동 제어를 위한 계통 제어부(미도시)를 포함하여 육불화황 정제 전반에 걸친 과정을 통제할 수 있다.
또한, 이하 설명되는 다른 실시 예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 육불화황 정제 시스템(200)에 대한 상세한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 공급부(210)는 회전장치(211)를 구비한다. 이에, 상부에 밸브를 구비하여 가스의 충전 또는 방출이 이루어지는 일반적인 실린더형의 가스용기로 형성된 공급용기가 회전할 수 있다.
즉, 회전장치(211)에 의하여 회전된 공급용기는 하부에 가스이 충전 또는 방출이 수행되는 밸브가 위치하게 되고, 상기 밸브를 통하여 육불화황을 포함하는 혼합물은 액체상의 육불화황을 포함하는 혼합물이 가스상의 육불화황을 포함하는 혼합물보다 회수부(220)로 먼저 공급되도록 형성된다. 이에 육불화황을 포함하는 혼합물의 주입 속도가 빨라지며, 육불화황 정제 시스템의 운전시간이 단축될 수 있다.
회수부(220)는 진공펌프(221) 및 압축기(222)를 구비하여 육불화황을 포함하는 혼합물의 이송의 동력으로 활용할 수 있다. 이에, 육불화황을 포함하는 혼합물을 원활하게 이송될 수 있다.
진공펌프(221) 및 압축기(222)는 후술되는 진공배기부(270)에도 연결되고, 서로 독립적으로 작동 가능한 밸브를 구비한다. 이에, 밸브에 개폐에 따라 회수부(220)에 진공을 형성하거나, 진공배기부(230)에 진공을 형성할 수 있다.
즉, 하나의 진공펌프(221)의 사용으로 육불화황을 포함하는 혼합물을 회수부(220)에 공급하고 진공배기부(230)에 진공을 형성하기 위한 별도의 진공배기 장치를 배제하여 공간 및 설치 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한 충전용기를 정제 시스템의 배관에 연결한 상태로 진공 배기 및 충전이 가능하여 충전용기의 이동 및 배관이 연결/분리 작업을 줄이고 불순물의 혼입 가능성을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
한편, 전처리부(230)는 불순물 제거장치(231)를 구비할 수 있다. 불순물 제거장치(231)는 육불화황을 포함하는 혼합물에 포함된 고체 및 액체상의 불순물을 제거하도록 형성될 수 있다. 상세하게, 스크러버(scrubber)를 구비하여 불순물(수분 및 고체 입자)과 계통 배관에 손상을 입힐 수 있는 산성 불순물을 제거할 수 있다. 나아가, 전처리부는 활성탄 또는 헤파 필터(HEPA filter)를 구비할 수도 있다.
분리부(240)는 내부에 구비된 열교환부와 불순물 제거장치(231)로 고체 및 액체상의 불순물이 제거된 육불화황을 포함하는 혼합물의 열교환에 의하여 심냉법으로 육불화황의 정제가 이루어질 수 있다. 상기 심냉법으로 육불화황을 정제하는 방법은 고체 및 액체상의 불순물이 제거된 육불화황을 포함하는 혼합물을 냉각하여 혼합물 중 순수한 육불화황의 냉각이 수행되어 고체상으로 분리되는 정제방법일 수 있다.
상기 열교환부는 냉매를 공급받아 고체 및 액체상의 불순물이 제거된 육불화황을 포함하는 혼합물 중 순수한 육불화황의 냉각이 수행될 수 있다. 상기 냉매는 액체 질소일 수 있다. 즉, 상기 열교환부는 냉매를 공급받아 냉각장치의 역할을 수행할 수 있다.
나아가, 열교환부는 열매(가열매체, heating medium)를 공급받아 고체상의 순수한 육불화황을 용융 또는 기화시킬 수 있다. 용융 또는 기화된 순수한 육불화황은 저장부(250)로 이동될 수 있다. 상기 열매는 질소 가스 또는 육불화황을 포함하는 가스일 수 있다.
즉, 상기 열교환부는 열매를 공급받아 가열장치의 역할을 수행할 수 있다. 열매를 상기 열교환부에 공급하는 가열장치는 분리부(240)의 내부에서부터 직접적으로 가열되는 방식이므로 고체상의 순수한 육불화황을 융해 또는 기화하는데 열효율을 높이고 융해 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
덧붙여, 상기 냉매는 분리부(240)와 연결된 냉매공급장치(241)에서 공급될 수 있으며, 상기 열매는 분리부(240)와 연결된 열매공급장치(242)에서 공급될 수 있다. 또한, 열매공급장치(242)는 히터, 블로어 또는 펌프로 형성될 수 있다.
한편, 열교환부를 이용한 가열은 열교환부에 열선을 더 구비하여 수행될 수도 있다. 상세하게, 열교환부의 표면에 열선을 설치하여 에너지를 가하여 가열하는 방식으로 고체상의 순수한 육불화황을 융해 또는 기화시킬 수도 있다. 상세하게, 상기 열선은 상기 열교환부의 내부 또는 외부표면을 감싸는 형태이고, 전기를 열 에너지로 전환하도록 형성될 수 있다.
덧붙여, 육불화황 정제 시스템(200)의 분리부(240)으로 육불화황을 포함하는 혼합물을 주입하기 전에 분리부(240)의 온도를 미리 냉각하여, 육불화황 정제 시스템(200)의 운전 시간을 단축할 수 있다. 상세하게, 분리부(240) 내에 존재하던 이전 정제 사이클을 수행하고 잔존하는 육불화황을 응고시켜 분리부(240)에 진공이 걸리게 된다. 이 상태에서 육불화황을 포함하는 혼합물의 주입이 시작되면 따로 분리부(240)를 진공배기 할 필요가 없고 진공 배기한 육불화황도 없으므로 처리할 필요가 없어진다. 또한 육불화황을 포함하는 혼합물의 주입과 동시에 분리 용기 내에서 응고가 일어나므로 육불화황을 포함하는 혼합물의 주입과 분리가 동시에 일어나게 되어 운전 시간이 줄어들 수 있다는 장점이 있다.
또한, 분리부(240)는 불순물 배출 배관(미도시)을 구비하고, 상기 불순물 배출 배관은 분리부(240)의 상부에 위치하여 육불화황보다 밀도가 낮은 불순물 기체들이 배출되도록 형성할 수 있다. 상세하게, 상기 불순물 배출 배관으로 불순물을 배출하는 방법은 다음과 같다. 분리부(240)에서는 기체 상의 불순물 기체와 포화상태의 육불화황기체가 공존하고 있는데 주요 불순물인 공기에 비하여 육불화황의 밀도가 높기 때문에 육불화황은 분리부(240)의 하부로 가라앉게 된다. 따라서 불순물이 배출되는 상기 불순물 배출 배관은 분리부(240)의 상부에 구비되어 불순물이 배출되기에 용이하게 형성될 수 있다.
덧붙여, 분리부(240) 내부의 압력은 육불화황의 포화증기압과 불순물의 압력의 합이므로 배출 온도, 즉 배출 시 분리 용기 온도에서의 포화증기압을 고려하여 배출 종료 압력을 포화증기압보다 같거나 약간 높게 설정함으로써 불순물이 배출된 후 육불화황이 배출되기 전에 배출 작업이 종료될 수 있다.
한편, 저장부(250)는 분리부(240)의 하부에 배치될 수 있다. 이에, 분리부(240)에서 용융 또는 기화된 육불화황을 중력 또는 압력차로 저장부(250)로 이송하도록 형성될 수 있다.
분리부(240)와 저장부(250) 사이에는 제1연결배관 및 제2연결배관이 구비될 수 있다. 상기 제1열결배관은 분리부(240)에서 용융된 육불화황을 저장부(250)로 이송하도록 형성될 수 있다. 상기 제2연결배관은 분리부(240)와 저장부(250) 사이의 압력차를 없애도록 형성될 수 있다.
충전부(260)는 액체펌프(261), 충전용기(262), 퍼지용기(263) 및 진공배기부(270)를 구비할 수 있다. 나아가, 액체펌프(261)와 충전용기(262)는 제1퍼지 배관(262')으로 연결되도록 형성될 수 있다. 진공배기부(270)의 작동으로 제1퍼지 배관(262')을 통하여 충전용기(262)를 진공 배기하도록 형성한 후, 액체펌프(261)의 작동으로 정제된 육불화황이 충전용기(262)에 저장될 수 있다.
나아가, 진공배기부(270)와 퍼지용기(263)는 제2퍼지 배관(263')으로 연결되도록 형성될 수 있다. 진공배기부(270)의 작동으로 제2퍼지 배관(263')을 통하여 퍼지용기(263)을 진공 배기하도록 형성될 수 있다. 이에, 충전용기(262)에 저장되고 남아서 잔존하는 정제된 육불화황이 퍼지용기(263)에 차압 또는 진공배기부(270)에 연장 형성된 압축기(222) 및 진공펌프(221)의 동력으로 저장될 수 있다. 즉, 잔존하는 정제된 육불화황이 퍼지용기(263)에 저장되어 회수되므로 잔여 육불화황이 기화하여 육불화황 정제 시스템에 구비된 배관 내부에서 압력을 상승시켜 배관 및 부품이 손상되지 않게 형성될 수 있다.
또한, 진공배기부(270)은 충전부(260)에 연장되어 형성되고, 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)에 형성된 진공이 배기되도록 형성될 수 있다. 이에, 진공배기부(270)은 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)에 연장 형성될 수 있다. 나아가, 진공배기부(270)은 회수부(220)에 구비된 진공펌프(221) 및 압축기(222)와 연결되어 정제된 육불화황을 회수하도록 형성될 수 있다.
또한, 퍼지용기(263)에 일정량 이상의 정제된 육불화황이 수집되는 경우 회수부(220)로 주입하여 다음 정제 사이클에서 함께 정제를 수행할 수 있다.
덧붙여, 저장부(260)는 히터를 더 구비할 수 있다. 이에 상기 히터는 액체펌프(261) 입구의 압력을 높이도록 형성될 수 있다. 상세하게, 충전용 액체펌프(261)의 입구 압력이 높을수록 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)에 육불화황의 충전이 용이하다. 이에, 충전부(260)는 내부에 히터를 구비하여 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)에 충전된 육불화황을 가열하여 포화증기압을 높이는 것이 충전에 유리하다.
액화된 육불화황을 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)로 주입하는 과정에서 용기의 상부로부터 육불화황을 꺼내게 되면 기체가 나간 만큼 액체가 기화되어 나가게 되므로 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)의 온도가 계속 떨어지고 따라서 주위에서 기화열을 공급하지 않는 한 내부 압력이 계속 감소하여 주입에 오랜 시간이 걸리게 된다.
따라서, 액체 펌프를 사용하여 액화된 육불화황을 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)로 주입할 때 겨울철에는 충전용기(262)의 온도가 낮아 액체 펌프의 입구 압력이 낮아 충분한 출구 압력을 낼 수 없어 충전이 잘 안되는 경우가 있다. 한편, 여름철에는 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)의 온도가 높아 겨울철보다 출구 압력이 높아지므로 신속한 충전이 가능한 원리에서 기인한다. 즉, 액체펌프(261)의 성능을 높이지 않고 이러한 문제를 해결할 수 있다면 제작 경비면에서 바람직하다고 할 수 있다.
실시예에서, 육불화황 정제 시스템(200)은 온도, 압력, 유량, 레벨 등을 포함하는 운전 인자를 계측하는 계측기와 자동 및 수동 제어를 위한 계통 제어부(미도시)를 포함하여 작동할 수 있다. 즉, 상기 계측기와 자동 및 수동 제어를 위한 계통 제어부를 통하여 육불화황 정제 전반에 걸친 과정을 통제할 수 있다.
도 3는 본 발명의 또 다른 실시예의 육불화황 정제 시스템(200')에 대한 상세한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 육불화황 정제 시스템(200')의 충전부(260')는 진공배기부가 배제되고, 전술된 진공펌프(221) 및 압축기(222)의 동력만으로 정제된 육불화황을 충전하도록 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명은 전술된 육불화황 정제 시스템으로 육불화황은 정제될 수 있으며, 이하에서 육불화황 정제 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
육불화황 정제 방법은 준비 단계, 이동 단계, 정제 단계 및 충전 단계를 포함할 수 있다.
상세하게, 준비 단계는 육불화황을 포함하는 혼합물을 공급용기에 수용하는 단계이다. 다음으로, 이동 단계는 압력차를 형성하여 육불화황을 포함하는 혼합물을 이동시킬 수 있다. 상기 압력차는 자발적 또는 강제적으로 형성되는 압력차일 수 있다. 자발적으로 형성되는 압력차는 진공도의 차이에 의하여 육불화황을 포함하는 혼합물이 이동한다. 또한, 강제적으로 형성되는 압력차는 육불화황을 포함하는 혼합물을 강제적으로 압축기, 진공펌프를 이용하여 이동시키는 것이다.
나아가, 정제 단계는 고체 및 액체 상의 불순물이 제거된 육불화황 혼합물을 냉각하여 고체상의 정제된 육불화황을 형성하고, 냉각 후 불순물 기체를 배출한다. 덧붙여, 정제 단계에서는 냉각 및 상기 고체상의 정제된 육불화황을 용융 또는 기화시키는 가열 및 상기 용융 및 기화된 육불화황을 저장부로 이동하는 저장을 순차적으로 수행하여 육불화황을 정제한다.
또한, 진공 배기 단계에서 충전용기 내부의 환경을 진공 상태로 형성한다. 나아가, 충전 단계에서는 정제된 육불화황을 상기 충전용기에 충전한다.
상기 정제 단계에서 상기 고체상의 정제된 육불화황은 가열되어 용융 또는 기화되어 전술된 충전용기(262) 및 퍼지용기(263)일 수 있다.
상기 정제 단계의 냉각은 열교환부에 냉매의 공급으로 형성되는 열교환으로 이루어진다. 또한 상기 정제 단계의 가열은 열교환부에 열매의 공급으로 형성되는 열교환으로 이루어진다.
상세하게, 상기 냉매는 액체 질소이고, 상기 열매는 질소 가스 또는 육불화황을 포함하는 가스로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 열매는 히터, 블로어 또는 펌프로 통하여 열교환부에 공급될 수 있다.
덧붙여, 상기 정제 단계의 가열은 가열장치에 의하여 수행될 수 있다. 상기 가열장치는 열선으로 형성될 수 있다. 상기 열선은 전기에너지를 열에너지로 전환하여 열을 발생되게 이루어질 수도 있다.
실시예에서, 상기 충전 단계에 앞서 상기 저장용기 내부의 환경을 진공 상태로 형성하는 진공 배기 단계를 포함하여, 상기 저장용기로 정제된 육불화황의 주입을 용이하게 할 수 있다.
실시예에서, 상기 정제 단계의 상기 불순물 기체 배출은 소정의 배출온도에서 이루어질 수 있다. 상세하게, 상기 소정의 배출온도는 -50.7℃ ± 5℃ 의 온도에서 기체상의 불순물이 배출될 수 있다.
상기 정제 단계의 불순물 기체 배출은 상기 소정의 배출온도에서 설정 압력에 도달하였을 때 정지되고, 상기 설정 압력은 하기의 수학식으로부터 계산될 수 있다.
[수학식]
Pset = 육불화황의 포화증기압+0.3 bar (여기서, Pset은 설정압력이다.)
또한 본 발명은 공급부, 회수부, 전처리부, 분리부, 저장부 및 충전부를 포함하는 육불화황 정제 시스템의 운전 방법에 있어서, 준비 단계, 이동 단계, 전처리 단계, 정제 단계, 진공 배기 단계 및 충전 단계를 포함하는 운전 방법을 제공할 수 있다.
상기 운전 방법은 자동 모드, 단계별 자동 모드, 수동 모드로 수행될 수 있다.
상기 자동 모드는 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기설정된 로직에 따라 연속적으로 운전될 수 있다. 모든 단계의 작동은 각 단계별 소정의 기 설정된 시작 조건을 충족하여야 수행될 수 있다.
상기 단계별 자동 모드는 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기 설정된 시작 조건을 충족할 때에 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계를 독립적으로 운전될 수 있다.
상기 수동 모드는 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기설정된 조건과 무관하게 사용자의 조작에 의하여 운전될 수 있다.
또한, 상기 운전 방법을 수행할 때, 상기 준비 단계, 이동 단계, 전처리 단계, 정제 단계, 진공 배기 단계 및 충전 단계 중 적어도 하나 이상이 동시에 수행될 수 있다.
덧붙여 전술된 자동 모드, 단계별 자동 모드 또는 수동 모드를 포함하는 모든 운전 방법은 상기 육불화황 정제 시스템의 손상 또는 사용자의 신체의 손상을 방지하도록 작동 온도 및 작동 압력이 일정범위로 제한될 수 있다. 즉, 안전에 위협이 되는 조작은 불가능하도록 인터락(interlock)이 설정되어 있을 수 있다. 상세하게, 가열장치는 가열 상한 온도가 설정되어 있고, 가압 계통은 안전 밸브가 설치되어 과압 시 터지도록 형성될 수 있다.
전술된 심냉법을 사용하는 육불화황 정제 시스템과 육불화황 정제 방법 및 운전 방법으로 재사용이 가능한 육불화황을 정제하는 것을 살펴보면, 하기 표 1 및 표 2로 나타낼 수 있다.
하기 표 1과 표 2는 정제 전과 후의 육불화황의 조성을 나타낸 것으로, 표 1은 정제 전의 육불화황의 조성이며, 표 2는 정제후의 육불화황의 조성이다. 상세하게, 전술된 심냉법을 사용하는 육불화황 정제 시스템과 육불화황 정제 방법으로 1회 80 kg의 육불화황을 포함하는 혼합물을 처리하였다. 이를 육불화황 정제 시스템과 SF6 정제 방법으로 처리하는데 총 2시간이 소요되었으며, 배출온도는 -50℃로 수행되었다. 또한, 심냉법을 수행하는 사용되는 냉매는 액체 질소가 사용되었다.
표 1 및 표 2를 참조하면, 전술된 심냉법을 사용하는 육불화황 정제 시스템과 육불화황 정제 방법으로 육불화황 정제가 잘 되었음을 알 수 있다. 상세하게, 정제 전의 육불화황의 조성중 육불화황는 가스상의 경우 79.60% (mole%)와 액체상의 경우 97.95% (mole%)였으나 정제 후 육불화황의 순도가 높아진 것을 알 수 있다. 정제후의 육불화황 농도는 가스상의 경우 99.98% (mole%)와 액체상의 경우 99.99% (mole%)로 순도가 높아진 것을 알 수 있다.
Components Concentration (μmole/mole) Analyzer
Gas phase Liquid phase
H2 39.01 9.68 GC-DID
O2 4.07% (mole%) 0.39% (mole%) GC-TCD
N2 16.20% (mole%) 1.65% (mole%) GC-TCD
CH4 54.24 5.88 FT-IR
CO 100.47 10.71 FT-IR
CO2 226.88 112.49 FT-IR
CF4 130.61 8.39 GC-DID
C2F6 666.53 N.D (Detection limit < 0.1) GC-MSD
C5F10 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
H2O 13.47 7 Moisture Analyzer
HF 0.71 N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
SO2 2.97 N.D (Detection limit < 0.2) FT-IR
SOF2 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
SO2F2 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
SOF4 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
SF6 79.60% (mole%)* 97.95% (mole%)*
Components Concentration (㎛ole/mole) Analyzer
Gas phase Liquid phase
H2 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) GC-DID
O2 31.09 10.22 GC-DID
N2 84.65 25.22 GC-DID
CH4 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) GC-DID
CO N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) GC-DID
CO2 8.89 5.25 GC-DID
CF4 6 4.09 GC-DID
C2F6 48.3 27.69 GC-MSD
C5F10 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
H2O 72 17.45 Moisture analyzer
HF N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
SO2 N.D (Detection limit < 0.2) N.D (Detection limit < 0.2) FT-IR
SOF2 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
SO2F2 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
SOF4 N.D (Detection limit < 0.1) N.D (Detection limit < 0.1) FT-IR
SF6 99.98% (mole%)* 99.99% (mole%)*
발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (31)

  1. 정제 후 재사용이 가능한 육불화황을 정제하는 심냉법을 사용하는 육불화황 정제 시스템에 있어서,
    육불화황을 포함하는 혼합물을 공급하는 공급용기를 구비하도록 형성되는 공급부;
    상기 공급용기에서 연장 형성되고, 진공펌프 및 압축기를 구비하여 육불화황을 포함하는 혼합물을 이송시키도록 형성되는 회수부;
    육불화황을 포함하는 혼합물에 포함된 고체 및 액체상의 불순물을 제거하도록 형성되는 전처리부;
    열교환부를 내부에 구비하여 육불화황을 포함하는 혼합물 중 육불화황의 냉각이 수행되어 고체상의 육불화황으로 분리되고, 불순물 배출 후 상기 고체상의 육불화황을 가열하여 용융 또는 기화시켜 육불화황을 정제되도록 형성되는 분리부;
    상기 분리부와 연장되어 정제된 육불화황이 이동되고, 상기 분리부의 압력변화를 완화시키고, 정제된 육불화항을 수용하도록 형성되는 저장부; 및
    정제된 육불화황을 충전용기에 충전하하도록 형성되는 충전부;
    상기 열교환부에 냉매가 공급되며 냉각되어 상기 분리부에서 혼합물 중 육불화황의 냉각이 수행되고,
    상기 분리부에서 상기 고체상인 육불화황의 가열은 열매(가열매체, heating medium)를 상기 열교환부로 공급하여 수행되거나 상기 열교환부에 구비된 가열장치의 작동으로 수행되고,
    상기 저장부로 이동되는 정제된 육불화황은 상기 열교환부에 의하여 가열된 용융 또는 기화된 상태의 육불화황인 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급부는 회전장치를 구비하고,
    상기 회전장치는 상기 공급용기를 회전시켜 상기 공급용기의 하부에 저장된 액체상의 육불화황을 포함하는 혼합물이 가스상의 육불화황을 포함하는 혼합물보다 상기 회수부로 먼저 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분리부의 상기 열교환부에 공급되는 상기 냉매는 액체 질소인 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리부의 상기 열교환부에 공급되는 상기 열매는 질소 가스 또는 육불화황을 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열매는 상기 열교환부에 연장되어 형성된 열매 공급장치로부터 공급되고,
    상기 열매 공급장치는 히터, 블로어 또는 펌프로 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리부의 열교환부의 가열장치는 열선을 포함하고,
    상기 열선은 상기 열교환부의 내부 또는 외부 표면을 감싸는 형태이고, 전기를 열 에너지로 전환하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분리부는 불순물 배출 배관을 구비하고,
    상기 불순물 배출 배관은 상기 분리부의 상부에 배치되어 상기 분리부에서 고체상으로 분리된 육불화황 또는 포화상태의 육불화황 보다 밀도가 낮은 불순물 기체들이 배출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저장부는 상기 분리부의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분리부와 상기 저장부를 연결하는 제1연결배관; 및
    제2연결배관을 구비하고,
    상기 제1연결배관은 상기 분리부에서 용융 또는 기화된 육불화황을 중력 또는 압력차로 상기 저장부로 이송하도록 형성되고,
    상기 제2연결배관은 상기 저장부와 상기 분리부 사이의 압력차를 없애도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 충전부는 액체펌프, 충전용기, 퍼지용기 및 진공배기부를 구비하고,
    상기 액체펌프와 상기 충전용기는 제1퍼지 배관으로 연결되도록 형성되고,
    상기 진공배기부의 작동으로 상기 제1퍼지 배관을 통하여 상기 충전용기를 진공 배기하도록 형성한 후, 액체펌프의 작동으로 정제된 육불화황이 상기 충전용기에 저장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 진공배기부와 상기 퍼지용기는 제2퍼지 배관으로 연결되도록 형성되고,
    상기 진공배기부의 작동으로 상기 제2퍼지 배관을 통하여 상기 퍼지용기를 진공 배기하도록 형성하여 상기 충전용기에 저장된 다음 충전부 내에 잔존하는 정제된 육불화황이 상기 퍼지용기에 차압 또는 진공배기부에 연장 형성된 압축기 및 진공펌프의 동력으로 저장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 충전부는 상기 충전용기 및 상기 퍼지용기와 연장 형성되는 진공배기부를 구비하고,
    상기 진공배기부는 상기 회수부에 구비된 상기 진공펌프 및 압축기를 겸용 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 저장부에 히터를 더 구비하고,
    상기 히터는 상기 액체펌프 입구의 압력을 높이도록 형성되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    온도, 압력, 유량, 레벨 등을 포함하는 운전 인자를 계측하는 계측기와 자동 및 수동 제어를 위한 계통 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황정제 시스템.
  15. 육불화황을 포함하는 혼합물을 공급용기에 수용하는 준비 단계;
    압력차를 형성하여 육불화황을 포함하는 혼합물을 이동시키는 이동 단계;
    육불화황을 포함하는 혼합물 중 고체 및 액체상의 불순물을 제거하는 전처리 단계;
    고체 및 액체 상의 불순물이 제거된 육불화황 혼합물을 냉각하여 고체상의 정제된 육불화황을 형성하는 냉각 및 냉각 후 불순물 기체 배출이 수행되고,
    상기 고체상의 정제된 육불화황을 용융 또는 기화시키는 가열과 용융 및 기화된 육불화황을 저장부로 이동하여 저장하는 것을 순차적으로 수행되어 육불화황을 정제하는 정제 단계;
    충전용기 내부의 환경을 진공 상태로 형성하는 진공 배기 단계; 및
    정제된 육불화황을 상기 충전용기에 충전하는 충전 단계를 포함하고,
    상기 정제 단계에서 상기 고체상의 정제된 육불화황은 가열되어 용융 또는 기화되어 상기 저장용기에 저장되고,
    상기 정제 단계의 냉각은 냉매의 공급으로 형성되는 열교환으로 이루어지고,
    상기 정제 단계의 가열은 열매의 공급 또는 가열장치의 작동으로 형성되는 열교환으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 냉매는 액체 질소인 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 열매는 질소 가스 또는 육불화황을 포함하는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 열매는 히터, 블로어 또는 펌프로 통하여 공급되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 가열장치는 전기를 열 에너지로 전환하도록 형성되는 열선에서 발생되는 열을 공급는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 정제 단계의 상기 불순물 기체 배출은,
    소정의 배출온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 소정의 배출온도는 -50.7℃ ± 5℃ 의 온도에서 기체상의 불순물이 배출되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 정제 단계의 상기 불순물 기체 배출은 상기 소정의 배출온도에서 설정 압력에 도달하였을 때 정지되고,
    상기 설정 압력은 하기의 수학식으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 육불화황 정제 방법.
    [수학식]
    Pset = 육불화황의 포화증기압+0.3 bar
    (여기서, Pset은 설정압력이다.)
  23. 공급부, 회수부, 전처리부, 분리부, 저장부 및 충전부를 포함하는 육불화황 정제 시스템의 운전 방법에 있어서,
    준비 단계, 이동 단계, 전처리 단계, 정제 단계, 진공 배기 단계 및 충전 단계를 포함하는 운전 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 운전 방법은 자동 모드로 수행되는 것을 특징으로 하는 운전 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 자동 모드에서 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기설정된 로직에 따라 연속적으로 운전되는 것을 특징으로 하는 운전 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 운전 방법은 단계별 자동 모드로 수행되는 것을 특징으로 하는 운전 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 단계별 자동 모드에서 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기 설정된 시작 조건을 충족할 때에 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계를 독립적으로 운전되는 것을 특징으로 하는 운전 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 운전 방법은 수동 모드로 수행되는 것을 특징으로 하는 운전 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 수동 모드에서 상기 준비 단계 내지 상기 충전 단계는 기설정된 조건과 무관하게 사용자의 조작에 의하여 운전되는 것을 특징으로 하는 운전 방법.
  30. 제23항 내지 제29항에 있어서,
    상기 운전 방법은 상기 육불화황 정제 시스템의 손상 또는 사용자의 신체의 손상을 방지하도록 작동 온도 및 작동 압력이 일정범위로 제한되는 것을 특징으로 하는 운전 방법.
  31. 제23항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운전 방법은,
    상기 준비 단계, 이동 단계, 전처리 단계, 정제 단계, 진공 배기 단계 및 충전 단계 중 적어도 하나 이상이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 운전 방법.
KR1020180093933A 2018-08-10 2018-08-10 심냉법에 의한 육불화황 정제 장치 및 방법 KR20200018113A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180093933A KR20200018113A (ko) 2018-08-10 2018-08-10 심냉법에 의한 육불화황 정제 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180093933A KR20200018113A (ko) 2018-08-10 2018-08-10 심냉법에 의한 육불화황 정제 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200018113A true KR20200018113A (ko) 2020-02-19

Family

ID=69670422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180093933A KR20200018113A (ko) 2018-08-10 2018-08-10 심냉법에 의한 육불화황 정제 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200018113A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102439151B1 (ko) * 2021-09-02 2022-08-31 안충권 고순도 육불화황 정제 장치 및 이를 이용하는 정제 방법
KR20220131730A (ko) * 2021-03-22 2022-09-29 한국전력공사 육불화황 분해 및 무해화 장치
KR20220164348A (ko) * 2021-06-04 2022-12-13 한국전력공사 육불화황(sf6) 정제장치 및 정제방법.
WO2023182636A1 (ko) * 2022-03-23 2023-09-28 엘에스일렉트릭 주식회사 유체 회수 시스템 및 이를 이용한 유체 회수 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220131730A (ko) * 2021-03-22 2022-09-29 한국전력공사 육불화황 분해 및 무해화 장치
KR20220164348A (ko) * 2021-06-04 2022-12-13 한국전력공사 육불화황(sf6) 정제장치 및 정제방법.
KR102439151B1 (ko) * 2021-09-02 2022-08-31 안충권 고순도 육불화황 정제 장치 및 이를 이용하는 정제 방법
WO2023182636A1 (ko) * 2022-03-23 2023-09-28 엘에스일렉트릭 주식회사 유체 회수 시스템 및 이를 이용한 유체 회수 방법
KR20230138086A (ko) * 2022-03-23 2023-10-05 엘에스일렉트릭(주) 유체 회수 시스템 및 이를 이용한 유체 회수 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20200018113A (ko) 심냉법에 의한 육불화황 정제 장치 및 방법
KR100347092B1 (ko) 하이드레이트 촉진제를 이용한 혼합가스의 분리방법
Kim et al. Status of SF6 separation/refining technology development for electric industry in Korea
KR102094740B1 (ko) 하이드레이트 형성을 이용한 sf6 정제 시스템 및 이를 이용한 sf6 정제 방법
KR100764109B1 (ko) 육불화황가스 액화회수장치
CN101978234B (zh) 高炉煤气的分离方法
CN101723338B (zh) 一种从液氧中提取氪氙的方法
JP3284096B2 (ja) ペルフルオロ化合物の分離及び精製方法及びシステム
CN103213952B (zh) 六氟化硫和四氟化碳分离提纯系统
CN102923673B (zh) 一种六氟化硫的纯化工艺
JP4033591B2 (ja) Ｓｆ６ガス回収装置
CN102963870A (zh) 一种氟气的提纯方法
KR102332213B1 (ko) 플라즈마를 이용한 고농도 육불화황(sf6)의 분해 및 후처리 시스템
US8845786B2 (en) Method for purifying a gas stream including mercury
KR102439151B1 (ko) 고순도 육불화황 정제 장치 및 이를 이용하는 정제 방법
KR20110017572A (ko) 육불화황가스 회수 및 정제장치
EP0976439B1 (en) Method and apparatus for recovering condensable gas from mixed gas
KR102654751B1 (ko) 육불화황(sf6) 정제장치 및 정제방법.
KR102084294B1 (ko) 질산 제조공정을 이용한 반도체용 고순도 일산화질소의 제조방법 및 제조장치
CN105727686B (zh) 一种吸附提纯六氟化硫的方法
KR100579663B1 (ko) 육불화황을 고순도로 정제하는 정제장치 및 방법
CN104150449B (zh) 混合绝缘气体中sf6和cf4的净化处理方法
JP2002090061A (ja) 六弗化硫黄ガスの精製装置
KR101406197B1 (ko) 고효율의 이동형 육불화황 재제조장치 및 이를 이용한 육불화황 재제조방법
US20040123993A1 (en) System and method for gas recycling incorporating gas-insulated electric device