KR20200101790A - Gas processing apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스처리장치 및 가스처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas treatment apparatus and a gas treatment method.
바이오 산업이 증대되면서 유기성 폐기물 등의 재활용방안에 대한 기술의 발전이 중요시되고 있다. 축산현장 등으로부터 발생하는 유기성 폐기물에서는 폐기물의 산화과정에서 가스가 발생할 수 있다. 발생되는 가스의 상당부분은 메탄이 차지하고 메탄을 액화하여 LNG 등의 연료로 재사용할 수 있다. 연료로의 재사용을 위해 메탄을 고압저온 환경에 노출시키는 과정에서 압축기의 온도는 점점 증가될 수 있다.As the bio-industry is increasing, the development of technology for recycling methods such as organic waste is being emphasized. In organic waste generated from livestock sites, gases may be generated during the oxidation process of the waste. Methane occupies a significant portion of the gas generated, and methane can be liquefied and reused as fuel such as LNG. In the process of exposing methane to a high-pressure and low-temperature environment for reuse as fuel, the temperature of the compressor may increase gradually.
이러한 시스템에서 압축기의 냉각은 보다 장시간의 설비구동 시에도 안정적으로 기능을 할 수 있게 한다. 그래서 상기 냉각을 위해 냉각장치 또는 냉각에 필요한 냉매를 구비해야 하고 상기 냉매의 공급을 지속적으로 수행하기 위해 질소냉매는 기 결정된 주기마다 교체가 요구되고 이를 위해 설비가동의 중지 및 비용이 발생할 수 있다. 따라서, 보다 높은 냉각효율과 맹내공급의 편의성이 개선된 가스처리장치가 요구되고 있다.In such a system, the cooling of the compressor allows it to function stably even when the facility is operated for a longer period of time. Therefore, a cooling device or a refrigerant required for cooling must be provided for the cooling, and in order to continuously supply the refrigerant, the nitrogen refrigerant is required to be replaced every predetermined period, and for this purpose, the operation of the facility may be stopped and cost may occur. Accordingly, there is a need for a gas treatment apparatus with improved cooling efficiency and convenience of supplying to the inside.
본 발명의 일 실시예는 유입가스에 함유된 성분들의 서로 다른 액화점을 만족시켜 추출하고, 추출한 성분 중 하나를 냉각물질로 사용하는 가스처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a gas treatment apparatus that extracts by satisfying different liquefaction points of components contained in an inlet gas and uses one of the extracted components as a cooling material.
본 발명의 일 실시예는 유입가스에 함유된 성분들의 서로 다른 액화점을 만족시키기 위해 복수의 냉동사이클의 연결하여 각각의 액화점을 형성할 수 있는 가스처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a gas treatment apparatus capable of forming respective liquefaction points by connecting a plurality of refrigeration cycles to satisfy different liquefaction points of components contained in an inlet gas.
본 발명의 일 실시예는 가스에 함유된 특정 성분 중 추출하기 위한 성분 및 추출을 위해 사용되는 냉매가 동일한 성분인 가스처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a gas treatment apparatus in which a component for extraction and a refrigerant used for extraction are the same component among specific components contained in a gas.
유입가스의 압력을 증가시키는 압축부; 압축부에 의해 압력이 증가된 유입가스와 열교환을 통해 가스의 온도를 저하시키는 주냉각부 및 냉매를 냉각시켜 주냉각부에 제공하는 사전냉각부를 포함하는 냉각부; 및 주냉각부에 의해 유입가스가 냉각되어 추출된 추출물 중 하나의 적어도 일부를 유입가스와 혼합 후 압축부로 재유입시켜 가열되는 압축부를 냉각시키는 유체순환부;를 포함하는, 가스처리장치가 제공된다.A compression unit that increases the pressure of the inlet gas; A cooling unit including a main cooling unit for lowering a temperature of the gas through heat exchange with the inlet gas whose pressure is increased by the compression unit, and a precooling unit for cooling the refrigerant and providing the main cooling unit; And a fluid circulation unit for cooling the compressed unit heated by mixing at least a part of one of the extracts extracted by cooling the inlet gas by the main cooling unit with the inlet gas and then re-introducing it to the compression unit. .
그리고, 유입가스와 혼합되는 추출물은 냉매와 동일한 물질일 수 있다.In addition, the extract mixed with the incoming gas may be the same material as the refrigerant.
또한, 주냉각부는 복수 개의 추출물이 추출될 수 있는 온도로 냉각시키기 위한 제1냉각부, 제2냉각부 및 제3냉각부를 포함할 수 있다.In addition, the main cooling unit may include a first cooling unit, a second cooling unit, and a third cooling unit for cooling to a temperature at which a plurality of extracts can be extracted.
또한, 추출물은 황, 이산화탄소 및 메탄을 포함할 수 있다.In addition, the extract may contain sulfur, carbon dioxide and methane.
또한, 압축부를 냉각시키는 쿨링부를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a cooling unit for cooling the compression unit.
또한, 유체순환부는 압축부에 오일의 제공 및 회수를 반복수행하여 압축부를 냉각시킬 수 있다.In addition, the fluid circulation unit may cool the compression unit by repeatedly providing and recovering oil to the compression unit.
또한, 주냉각부는 유입가스와의 열교환에 의해 온도가 증가한 냉매는 사전냉각부로 전달하여 재냉각 후 전달받을 수 있다.In addition, the refrigerant whose temperature has increased due to heat exchange with the inlet gas may be transferred to the precooling unit to be delivered after recooling.
유입가스가 압축부로 유입되고, 압축부에 의한 압축에 의해 유입가스의 압력이 증가되고, 증가된 압력상태의 유입가스는 냉각부로 전달되어 제1온도에서 제1추출물이 추출되고, 제1온도보다 낮은 제2온도에서 제2추출물이 추출되고, 제2온도보다 낮은 제3온도에서 제3추출물이 추출되고, 제3추출물의 일부는 유체순환부에 의해 유입가스와 섞여 압축부로 재유입되어 압축부의 온도가 저하되도록 하는, 가스처리장치의 구동방법이 제공된다.The inlet gas is introduced into the compression unit, the pressure of the inlet gas is increased by compression by the compression unit, and the inlet gas in an increased pressure state is transferred to the cooling unit to extract the first extract at a first temperature, and is higher than the first temperature. The second extract is extracted at a lower second temperature, and a third extract is extracted at a third temperature lower than the second temperature, and a part of the third extract is mixed with the inlet gas by the fluid circulation unit and re-introduced into the compression unit. There is provided a method of driving a gas processing apparatus in which the temperature is lowered.
본 발명의 일 실시예는 유입가스에 함유된 성분들의 서로 다른 액화점을 만족시켜 추출하고, 추출한 성분 중 하나를 냉각물질로 사용하는 가스처리장치를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention can provide a gas treatment apparatus that extracts by satisfying different liquefaction points of components contained in an inlet gas, and uses one of the extracted components as a cooling material.
본 발명의 일 실시예는 유입가스에 함유된 성분들의 서로 다른 액화점을 만족시키기 위해 복수의 냉동사이클의 연결하여 각각의 액화점을 형성할 수 있는 가스처리장치를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention may provide a gas processing apparatus capable of forming respective liquefaction points by connecting a plurality of refrigeration cycles in order to satisfy different liquefaction points of components contained in an inlet gas.
본 발명의 일 실시예는 가스에 함유된 특정 성분 중 추출하기 위한 성분 및 추출을 위해 사용되는 냉매가 동일한 성분인 가스처리장치를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention may provide a gas processing apparatus in which a component for extraction and a refrigerant used for extraction are the same component among specific components contained in a gas.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스처리장치의 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축부로 연결되는 유체흐름을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전냉각부 및 주냉각부의 연결관계를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스처리장치가 유입가스를 처리하는 순서를 나타낸 도면.1 is a view of a gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a fluid flow connected to a compression unit according to an embodiment of the present invention;
3 is a view showing a connection relationship between a pre-cooling unit and a main cooling unit according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a sequence in which the gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention processes an incoming gas.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention and may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.The technical idea of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are only one means for efficiently describing the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art.
이하에서는 가스처리장치 및 가스처리장치를 통해 가스가 처리되는 과정을 설명한다. 상기 처리란, 처리될 가스를 성분별로 구분추출하는 것을 포함하며, 본 발명의 일 실시예로써 유입가스로부터 고순도의 메탄을 추출하는 것을 후술하기로 한다. 또한, 유입가스는 음식폐기물이나 축산분뇨, 바이오메스 등 유기물의 혐기성발효(Anaerobic digestion)에 의한 것일 수 있고, 상기 유입가스로부터 얻을 수 있는 바이오 가스인 메탄을 추출하기 위한 것일 수 있다.Hereinafter, a gas processing device and a process of processing gas through the gas processing device will be described. The processing includes separately extracting the gas to be treated for each component, and as an embodiment of the present invention, extraction of high purity methane from the inlet gas will be described later. In addition, the inlet gas may be caused by anaerobic digestion of organic matter such as food waste, livestock manure, and biomass, and may be for extracting methane, which is a biogas obtained from the inlet gas.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스처리장치의 도면이다.1 is a view of a gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 가스처리장치는 압축부(300), 냉각부 및 유체순환부(10)를 포함할 수 있다. 유입가스를 성분별로 액화시켜 분리추출하기 위해서는 단계적으로 추출할 성분에 대응되는 저온상태에 노출시키는 것이 유리하다. 또한, 기체는 고압저온 상태에서 액화되기 쉬우므로 고압저온의 상태를 형성하는 것이 유리하므로, 상기 압축부(300)의 경우 고압환경을, 냉각부의 경우 저온환경을 조성하여 유입가스를 노출시킴으로써, 각 추출물을 추출해낼 수 있다. 또한, 유체순환부(10)는 추출된 추출물의 적어도 일부를 유입가스가 유입되는 경로로 공급하여 혼합되도록 할 수 있다. 상기 혼합은 압축부(300)로 유입되는 가스의 온도를 저하시켜, 압축부(300)가 유입가스를 압축하는 과정에서 발생하는 온도에 따른 압축부(300)의 내부온도증가를 완화(냉각)시킬 수 있도록 한다.Referring to FIG. 1, the gas treatment apparatus may include a
구체적으로, 본 발명의 일 실시예인 가스처리장치는 유입가스를 1회 이상 압축하여 고압상태로 형성하는 압축부(300), 압축부(300)에 의해 고압상태인 유입가스를 냉각시켜 추출물이 추출될 수 있도록 하는 냉각부 및 추출된 추출물 중 하나의 적어도 일부를 압축부(300)로 유입되는 유입가스와 혼합되도록 제공하는 유체순환부(10)를 포함할 수 있다.Specifically, the gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention extracts the extract by cooling the inlet gas in a high-pressure state by the
한편, 상기 유입가스가 앞서 설명한 혐기성발효(Anaerobic digestion)에 의한 것이고, 대기중 상온의 가스라고 할 때 압축부(300)로 제공되는 경로를 제1가스경로(F1)라고 한다. 제1가스경로(F1) 이후 압축부(300)에서 압축되어 고압의 상태로 주냉각부(200)로 가스(유입가스)로 전달되는 경로를 제2가스경로(F2)라고 하고, 주냉각부(200)에 의해 냉각되어 유체순환부(10)로 전달되는 경로를 제3가스경로(F3)라고 한다. 그리고, 유체순환부(10)에 의해 제1가스경로(F1) 상에서 새롭게 유입되는 유입가스와 유체순환부(10)로부터 전달되는 가스가 혼합될 수 있도록 전달되는 경로를 제4가스경로(F4)라고 한다. 즉, 제4가스경로(F4)를 통해 가스를 전달함으로서 유입가스 중 일부인 추출물 중 적어도 일부를 제1가스경로(F1)로 재유입시키는 것이다.On the other hand, when the inlet gas is due to the anaerobic digestion described above, and the gas at room temperature in the atmosphere, the path provided to the
따라서, 제1가스경로(F1)의 경우에는 최초에는 유입가스(앞서 설명한, 혐기성발효(Anaerobic digestion)에 의한 것이고, 대기중 상온의 가스)만 존재할 수 있으나, 일정한 공정이 진행된 이후에는 추출물이 추출된 상태 즉, 주냉각부(200)를 통과한 가스(추출물 중 적어도 일부)가 유체순환부(10)를 경유하여 상기 유입가스와 혼재되어 압축부(300)로 제공될 수 있다.Therefore, in the case of the first gas path (F1), only inflow gas (as described above, due to anaerobic digestion, gas at room temperature in the atmosphere) may exist initially, but the extract is extracted after a certain process proceeds. In other words, the gas (at least a portion of the extract) that has passed through the
전술한 바와 같이 상기 재유입되는 가스는 압축부(300)의 냉각을 도모할 수 있다. 또한, 압축부(300)의 냉각은 별도의 냉각장치를 구비하여 수행할 수도 있다. 예를 들면, 쿨링부(20)를 더 포함하는 가스처리장치일 수 있다. 냉매로 물을 사용하는 쿨링부(20)를 더 포함할 경우를 예로 들자면, 폐루프 상에서 냉매인 물을 냉각처리하고 압축부(300)로 전달하는 제1냉각수경로(W1), 압축부(300)를 냉각시키고 상승된 온도의 물이 다시 냉각처리되기 위해 쿨링부(20)로 전달되는 제2냉각수경로(W2)가 형성될 수 있다.As described above, the re-inflowed gas may promote cooling of the
또한, 압축부(300)의 냉각은 오일을 통해 수행할 수도 있다. 예를 들어, 폐루프 상에서 냉매인 오일을 냉각처리하고 압축부(300)로 전달하는 경로, 압축부(300)를 냉각시키고 상승된 온도의 오일이 다시 냉각처리되기 위해 유체순환부(10)로 전달되는 경로가 있을 수 있다. 여기서 유체순환부(10)에서 오일이 냉각처리 되기 위해 제공되는 냉매는 제3가스경로(F3)를 통해 전달되는 추출물의 일부가 될 수 있다. 상기 추출물은 예를 들어 영하의 온도로 전달될 수 있고, 압축부(300)를 경유하며 데워진 오일과 간접적으로 열교환이 되면서 오일의 온도를 저하시킬 수 있다.In addition, cooling of the
앞서 설명한 압축부(300)를 냉각시키는 수단은 가스, 물 및 오일을 포함한다. 여기서, 가스는 압축이 되는 압축대상 물질이므로 압축부(300)의 내부를 냉각시킬 수 있고, 물 및 오일은 압축부(300)의 구동에 의한 가열 및 압축부(300)의 외부를 냉각시킬 수 있다.The means for cooling the
한편, 유입가스의 온도저하를 위해 열교환을 수행하는 주냉각부(200)는 사전냉각부(100)에 의해 1차적으로 냉각된 냉매를 통해 추가적인 냉각을 수행하여 단계적으로 상기 유입가스를 냉각시킬 수 있다. 즉, 냉각부는 사전냉각부(100)에서 1차적인 냉각을 수행하고 주냉각부(200)로 냉매를 전달하는 제1냉매경로(G1) 및 주냉각부(200)에서 상기 가스와의 열교환을 통해 데워진 냉매를 재냉각하기 위해 다시 사전냉각부(100)로 냉매가 전달되는 제2냉매경로(G2)가 형성될 수 있다.On the other hand, the
여기서, 주냉각부(200)로 냉매가 전달되는 제1냉매경로(G1)는, 단계적으로 냉각시키기 위해 복수 개의 주냉각부(200) 내 구성으로 전달되는 것을 포괄하여 의미한다. 구체적으로는 이하에서 도 3을 통해 제1냉매경로(G1)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Here, the first refrigerant path G1 through which the refrigerant is delivered to the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축부(300)로 연결되는 유체(물, 오일 및 가스)흐름을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the flow of fluids (water, oil, and gas) connected to the
도 2를 참조하면, 압축부(300)의 냉각 메커니즘을 구체적으로 설명할 수 있다. 여기서, 압축부(300)는 유입가스의 액화를 수행할 수 있도록 요구되는 정도의 압력까지 증가시킬 수 있다. 압력상승을 위해 유입가스는 단계적으로 압축기(101)를 경유하며 점차 압력이 증가될 수 있다. 도 2에 도시된 바에 따르면, 압축부(300)는 4개의 압축기(101)와 각 압축기(101) 간에 위치된 3개의 저온부를 포함할 수 있다. 그리고 전술한 바와 같이, 압축부(300)를 냉각시키는 냉매는 가스, 물 및 오일이 될 수 있다. 상기 가스, 물 및 오일은 압축기(101) 또는 저온부에 제공됨으로써 유입가스의 압력상승에 따른 온도상승을 완화시킬 수 있다.Referring to FIG. 2, a cooling mechanism of the
우선, 상기 냉매 중 가스에 대하여 설명하면, 냉매로써의 가스(추출물 중 일부)는 유입가스가 제1압축기(301) 내로 유입될 때, 제1가스경로(F1)를 따라 유입될 수 있다. 이 때 제1압축기(301) 내로 유입된 냉매로써의 가스는 액화되어 추출되는 과정에서 영하 100도 이하까지 저온상태가 될 수 있다. 따라서, 극저온 상태(영하 100도 이하)에서 냉매로 추출된 가스는 유체순환부(10)를 통해 유입가스와 혼재되므로 낮은 압축초기온도가 형성될 수 있다. 따라서, 압축에 의한 과열을 방지할 수 있다.First, when the gas in the refrigerant is described, gas (some of the extracts) as a refrigerant may be introduced along the first gas path F1 when the inlet gas is introduced into the
계속해서, 유입가스는 4개의 압축기(101)를 경유하기 위해 반복적으로 압축이 될 수 있는데 제1압축기(301)로 유입되는 가스의 온도를 상기 극저온 수준으로 낮추어 주므로 4차례의 압축에 이후에도 압력대비 저온의 가스형태로 존재할 수 있다.Subsequently, the inlet gas may be repeatedly compressed in order to pass through the four
냉매인 저온가스는 압력대비 저온의 가스형태(대기압, 상온 기준)로 존재하면서 압축기(101)의 과열방지도 도모하며, 이후 제2가스경로(F2)를 통해 전달될 주냉각부(200)에서의 냉각효율 증가에도 도움이 될 수 있다. 이러한 압축기(101) 냉각은 압축기(101) 내부 즉, 압축공간을 형성하는 내표면 공간의 온도를 직접적으로 저하시킬 수 있다.The low-temperature gas, which is a refrigerant, exists in the form of a gas having a low temperature compared to the pressure (atmospheric pressure and room temperature), and also prevents overheating of the
그리고, 상기 냉매 중 물의 경우에는, 쿨링부(20)에 의해 압축기(101) 또는 저온부를 냉각할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 4개의 압축기(101) 및 각 압축기(101) 사이에 위치하는 3개의 저온부가 위치된다. 쿨링부(20)는 냉각된 물을 압축기(101) 또는 저온부로 공급하여 압축기(101) 도는 저온부를 냉각시킬 수 있다. 본 예시에서는 저온부를 냉각시키는 수단으로써의 쿨링부(20)를 설명한다.In the case of water among the refrigerants, the
쿨링부(20)는 열교환부(21)를 통해 물(냉각수)을 냉각하고 펌프(22)의 동력으로 물을 저온부로 제공할 수 있다. 여기서 저온부는 제1저온부(310), 제2저온부(320) 및 제3저온부(330)가 마련되고, 각 저온부로 냉각수가 제공될 수 있다. 각 저온부의 경우 각 압축기(101) 간에 위치되어 압축기(101)에서 압력증가되면서 함께 증가된 온도를 저하시키기 위해 마련된 구간으로 냉각을 목적으로 형성될 수 있는 구간이다.The cooling
따라서, 저온부는 단계적으로 압력이 증가되는 압축기(101) 사이에 위치되어 제1압축기(301)로부터 제2압축기(302)로 가스가 이동되는 구간에 제1저온부(310)가 위치되고, 제2압축기(302)로부터 제3압축기(303)로 가스가 이동되는 구간에 제2저온부(320)가 위치되고, 제3압축기(303)로부터 제4압축기(304)로 가스가 이동되는 구간에 제3저온부(330)가 위치된다. 유입가스의 이동방향은 제1가스경로(F1) 후 제2가스경로(F2)로 이동되므로 온도는 제1저온부(310)가 가장 낮고 제3저온부(330)가 가장 높을 수 있다.Therefore, the low temperature part is located between the
따라서, 쿨링부(20)는 열교환부(21)의 냉각용량에 따라 제1냉각수경로(W1)는 제1저온부(310), 제2저온부(320) 및 제3저온부(330) 중 하나 이상으로 연결되도록 마련되되, 물(냉각수)과의 온도차가 커서 냉각효율이 높은 측부터 마련될 수 있다. 즉, 제3저온부(330), 제2저온부(320), 제1저온부(310) 순서로 연결될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 당업자의 의도에 따라 달리 배치될 수 있다.Therefore, the cooling
또한, 상기 냉매중 오일의 경우, 물(냉각수)의 경우와 같이 페루프 상에서 반복적으로 순환되며 압축기(101)를 냉각시킬 수 있다. 오일은 유체순환부(10)에 의해 압축기(101) 및 유체순환부(10) 사이를 반복이동(Circulate)될 수 있다. 유체순환부(10)에서 오일은 냉각되고, 냉각된 오일은 제1압축기(301), 제2압축기(302), 제3압축기(303) 및 제4압축기(304)로 전달될 수 있다. 압축기(101)가 압축과정에서 발생하는 열은 압축기(101) 내외에서 발생할 수 있고, 압축공간 내외과열부 모두를 냉각시킬 수 있다. 상기 과열부는 기계(압축기(101))동작에 의한 과열 등이 될 수 있다. 제1압축기(301), 제2압축기(302), 제3압축기(303) 및 제4압축기(304)를 냉각하고 유체순환부(10)로 회수되는 오일은 냉각될 수 있다.In addition, in the case of oil among the refrigerants, as in the case of water (cooling water), it is repeatedly circulated on a peruffe, thereby cooling the
상기 냉각은 주냉각부(200)에서 냉각에 의해 추출된 추출물의 일부가 제3가스경로(F3)를 통해 유체순환부(10)로 제공되어 서로 열교환을 통해 오일이 냉각될 수 있다. 상기 열교환은 간접적인 열교환으로 직접적으로 혼재되는 것을 의미하지 않는다. 오일과 열교환을 수행한 상기 추출물은 제4가스경로(F4)를 통해 제1가스경로(F1)로 전달되고, 유입가스와 직접적으로 혼재될 수 있다.In the cooling, a part of the extract extracted by cooling in the
한편, 앞서 설명한 제3가스경로(F3) 및 제4가스경로(F4)를 지나는 물질은 동일한 물질이며, 예를 들면 메탄일 수 있다. 추출물은 주냉각부(200)를 통해 단계적으로 액화되어 추출될 수 있는데 예를 들어, 황, 이산화탄소, 메탄 등이 될 수 있다. 본 예시는 도 3을 통해 구체적으로 설명하기로 한다.Meanwhile, the material passing through the third gas path F3 and the fourth gas path F4 described above is the same material, and may be, for example, methane. The extract may be liquefied and extracted in stages through the
이하에서는 주냉각부(200)에서 유입가스가 단계적으로 냉각되는 과정에서 추출물이 추출되는 것을 설명하기로 한다. 단계는 총 3단계로 구분해서 냉각을 수행하고 각 단게마다 추출물이 발생한다. 각 단계별로 추출되는 추출물은 제1추출물(1), 제2추출물(2) 및 제3추출물(3)이 될 수 있고, 이하에서는 제1추출물(1)을 황, 제2추출물(2)을 이산화탄소 그리고 제3추출물(3)을 메탄으로 예시하여 설명하도록 한다.Hereinafter, it will be described that the extract is extracted during the stepwise cooling of the incoming gas in the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전냉각부(100) 및 주냉각부(200)의 연결관계를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing a connection relationship between the precooling
도 3을 참조하면, 냉각부는 사전냉각부(100) 및 주냉각부(200)를 포함한다. 사전냉각부(100)는 주냉각부(200)로 전달할 냉매를 1차적으로 냉각시키는 기능을 수행하고, 냉각된 냉매를 제1냉매경로(G1)를 통해 전달받은 주냉각부(200)는 압축부(300)를 경유하여 제2가스경로(F2)를 통해 주냉각부(200)로 유입된 유입가스를 냉각시킬 수 있다. 주냉각부(200)는 유입가스를 냉각시킴으로써, 특정 냉각온도에 액화되는 추출물을 액화시켜 추출해낼 수 있다.Referring to FIG. 3, the cooling unit includes a
상기 사전냉각부(100)는 압축기(101), 콘덴서(102), 수액기(103) 및 증발기(104)를 포함하고, 증발기(104)를 경유한 냉매가 냉각되면, 주냉각부(200)로 제1냉매경로(G1)를 통해 전달된다. 주냉각부(200)에서 온도가 상승된 냉매는 사전냉각부(100)의 압축기(101)로 회수되고 증발기(104)를 경유하면서 냉각되어 주냉각부(200)로 재공급된다.The
한편, 유입가스가 앞서 설명한 황(약 5%), 이산화탄소(35%), 메탄(약 60%) 등을 함유하고 있을 때, 고순도의 메탄만을 추출하기 위해 메탄을 액화시켜 액화시킨 메탄만을 추출할 수 있다. 그러나, 냉각 중에는 황 및 이산화탄소의 액화점(황 : 약 - 85도, 이산화탄소, 약 - 130도, 메탄 : 약 - 172도)에 더 빨리 도달하므로, 황 및 이산화탄소를 액화하여 추출해내고 메탄을 액화시키는 과정을 수행할 수 있다.On the other hand, when the inlet gas contains sulfur (about 5%), carbon dioxide (35%), methane (about 60%), etc. as described above, only methane that has been liquefied and liquefied to extract only high purity methane is extracted. I can. However, during cooling, the liquefaction points of sulfur and carbon dioxide (sulfur: about-85 degrees, carbon dioxide, about-130 degrees, methane: about-172 degrees) are reached more quickly, so sulfur and carbon dioxide are liquefied and extracted, and methane is liquefied. The process can be carried out.
따라서, 단계적인 냉각은 각 액화점에 유입가스를 노출시키는 단계가 요구된다. 상기 요구를 만족시키기 위해 본 발명의 일 실시예의 주냉각부(200)는 제1냉각부(210), 제2냉각부(220) 및 제3냉각부(230)를 포함할 수 있다. 제1냉각부(210)는 -85도의 환경을 조성하여 유입가스와 열교환 후 황을 액화시켜 유입가스로부터 추출할 수 있고, 제2냉각부(220)는 -130도의 환경을 조성하여 황이 추출된 유입가스로부터 액화된 이산화탄소를 추출할 수 있다. 그리고 제3냉각부(230)는 -172도의 환경을 조성하여, 황과 이산화탄소가 추출된 유입가스로부터 메탄을 액화시켜 추출할 수 있다.Therefore, stepwise cooling requires the step of exposing the incoming gas to each liquefaction point. In order to satisfy the above requirements, the
단계적인 냉각환경을 조성하기 위해 주냉각부(200)는 사전냉각부(100)로부터 전달받은 냉매를 재냉각할 수 있다. 단계를 거듭하면서 재냉각이 반복되므로, 냉매의 온도는 보다 더 저하될 수 있다. 냉매의 이동경로를 기준으로 설명하면, 사전냉각부(100)로부터 냉각되어 제1냉매경로(G1)를 통해 전달되는 냉매는 주냉각부(200)로 전달될 수 있다. 여기서 제1냉매경로(G1)는 사전냉각부(100)로부터 주냉각부(200)로 전달되는 냉매의 경로를 포괄적으로 정의한 것으로서, 구체적으로는 사전냉각부(100)의 증발기(104)로부터 제1냉각부(210)의 제1수액기(214)로 냉매가 전달되는 경로를 제1-1냉매경로(G1-1)라고 하고, 제1냉각부(210)의 제1유닛(211)으로부터 제2냉각부(220)의 제2수액기(224)로 냉매가 전달되는 경로를 제1-2냉매경로(G1-2)라고 한다. 그리고, 제2냉각부(220)의 제2유닛(221)으로부터 제3냉각부(230)의 제3수액기(234)로 냉매가 전달되는 경로를 제1-3냉매경로(G1-3)라고 한다.In order to create a staged cooling environment, the
여기서, 제1유닛(211), 제2유닛(221) 및 제3유닛(231)은 각각 제1수액기(214), 제2수액기(224) 및 제3수액기(234)로부터 냉매를 전달받아, 열교환부(21)(제1열교환부(212), 제2열교환부(222) 및 제3열교환부(232))로 전달받은 냉매의 적어도 일부를 열교환을 위해 전달하는 유닛이다.Here, the
구체적으로 냉매의 순환경로는 사전냉각부(100)에서 냉각이 되어 제1냉각부(210)의 제1수액기(214)로 전달이 되고, 제1수액기(214)에 수용된 냉매는 증발기(104)밸브의 개폐에 의해 제1유닛(211)으로 전달될 수 있다. 제1유닛(211)에 전달된 냉매는 일부는 제1펌프(213)에 의해 제1열교환부(212)로 공급되고, 나머지 일부는 제2냉각부(220)의 제2수액기(224)로 전달된다. 상기 제1열교환부(212)로 공급된 일부 냉매는, 제2가스경로(F2)를 통해 주냉각부(200)로 전달된 유입가스와 1차적인 열교환을 수행한다. 여기서 1차적인 열교환은 유입가스가 - 85 도에 도달하는 것을 의미한다.Specifically, the refrigerant circulation path is cooled in the
상기 제1열교환부(212)에서 열교환을 통해 온도가 증가된 냉매는 제1유닛(211)으로 회수되어 사전냉각부(100)로 제2냉매경로(G2)를 따라 이동될 수 있다. 여기서 제2냉매경로(G2)는 냉매가 제1유닛(211)으로부터 사전냉각부(100)의 압축기(101)로 이동되는 제2-1냉매경로(G2-1), 냉매가 제2유닛(221)으로부터 사전냉각부(100)의 압축기(101)로 이동되는 제2-2냉매경로(G2-2) 및 냉매가 제3유닛(231)으로부터 사전냉각부(100)의 압축기(101)로 이동되는 제2-3냉매경로(G2-3)를 포함한다.The refrigerant whose temperature is increased through heat exchange in the first
또한, 제2가스경로(F2)는 구체적으로 제4압축기(304)로부터 제1열교환부(212)로 연결되는 제2-1가스경로(F2-1), 제1열교환부(212)로부터 제2열교환부(222)로 연결되는 제2-2가스경로(F2-2) 및 제2열교환부(222)로부터 제3열교환부(232)로 연결되는 제2-3가스경로(F2-3)로 구분할 수 있다.In addition, the second gas path (F2) is specifically the second gas path (F2-1) connected to the first
상기 나머지 냉매인 제1유닛(211)으로부터 제2수액기(224)로 전달된 냉매는 증발기(104)밸브의 개폐에 의해 제2유닛(221)으로 전달될 수 있다. 제2유닛(221)에 전달된 냉매는, 일부는 제2펌프(223)에 의해 제2열교환부(222)로 공급되고, 나머지 일부는 제3냉각부(230)의 제3수액기(234)로 전달된다. 상기 제2열교환부(222)로 공급된 냉매는 제1열교환부(212)에서 황이 추출된 유입가스로부터 제2열교환부(222)에서 2차적인 열교환이 이루어진다. 여기서 2차적인 열교환은 유입가스가 - 130 도에 도달하는 것을 의미한다. 상기 제2열교환부(222)에서 열교환을 통해 온도가 증가된 냉매는 제2유닛(221)으로 회수되어 사전냉각부(100)로 제2-2냉매경로(G2-2)를 따라 이동될 수 있다.The refrigerant transferred from the
그리고, 제2유닛(221)으로부터 제3수액기(234)로 전달된 냉매는 증발기(104)밸브의 개폐에 의해 제3유닛(231)으로 전달될 수 있다. 제3유닛(231)에 전달된 냉매는, 제3펌프(233)에 의해 제3열교환부(232)로 공급될 수 있다. 상기 제3열교환부(232)로 공급된 냉매는, 제2열교환부(222)에서 황 및 이산화탄소가 추출된 유입가스로부터 제3열교환부(232)에서 최종 열교환이 이루어진다. 여기서 상기 최종 열교환은 유입가스가 - 172 도에 도달하는 것을 의미한다. 상기 제3열교환부(232)에서 열교환을 통해 온도가 증가된 냉매는 제3유닛(231)으로 회수되어 사전냉각부(100)로 제2-3냉매경로(G2-3)를 따라 이동될 수 있다.In addition, the refrigerant transferred from the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스처리장치가 유입가스를 처리하는 순서를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing a sequence in which the gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention processes an incoming gas.
도 4를 참조하면, 가스처리장치를 통해 가스를 처리하는 방법은, 유입가스의 유입 단계(S1), 유입가스의 압력 증가 단계(S2), 유입가스의 온도 저하 단계(S3), 추출물 분리 단계(S4) 및 추출물 재유입 단계(S5)를 포함한다.Referring to FIG. 4, a method of treating a gas through a gas processing device includes: an inlet gas inlet step (S1), an inlet gas pressure increase step (S2), an inlet gas temperature decrease step (S3), and an extract separation step. (S4) and extract re-introduction step (S5).
유입가스의 유입 단계(S1)에서는 추출대상을 포함된 가스가 될 수 있고 추출대상이 메탄인 경우에는 유기물의 혐기성발효(Anaerobic digestion)에 의한 가스가 될 수 있다. 대기압 및 상온의 환경에서 압축부(300)로 유입되는 유입가스는 압축부(300)에서 압력이 높은 상태가 될 수 있다. 가스를 액화시켜 성분별로 분리하는 과정에서 추출대상물을 분리할 수 있으므로, 가스가 액화되기 유리한 환경을 조성하는 것이며, 상기 환경은 고압 및 저온의 환경이 될 수 있다.In the inflow step (S1) of the inlet gas, it may be a gas containing an extraction target, and when the extraction target is methane, it may be a gas by anaerobic digestion of organic matter. Inflow gas flowing into the
유입가스의 압력 증가 단계(S2)에서 대기압으로부터 기 결정된 압력만큼 증가된 압력환경에서 압력조건이 만족되면, 유입가스의 온도 저하 단계가 수행될 수 있다. 유입가스의 온도 저하 단계(S3)에서는 고압상태의 가스에 온도 조건을 저온으로 만족시켜 액화시킬 수 있다. 저온 조건을 만족시키면 수 단계로 구분된 각각의 저온 단계에서 액화된 추출물이 발생할 수 있다.When the pressure condition is satisfied in a pressure environment in which the pressure of the inlet gas is increased by a predetermined pressure from atmospheric pressure in the step S2 of increasing the pressure of the inlet gas, the step of reducing the temperature of the inlet gas may be performed. In the step of reducing the temperature of the inlet gas (S3), the high-pressure gas may be liquefied by satisfying the temperature condition at a low temperature. If the low-temperature conditions are satisfied, a liquefied extract may be generated in each low-temperature step divided into several steps.
이어서 수행될 추출물 분리 단계(S4)에서는 제1추출물(1), 제2추출물(2) 및 제3추출물(3)을 각각의 대응되는 액화점에 도달하도록 조성하여 추출할 수 있다. 상기 추출물의 예는 앞서 설명한 바와 같이 황, 이산화탄소, 메탄일 수 있고, 최종적으로 액화점이 가장 낮은 메탄을 분리할 수 있는 장치 일 수 있다.In the extract separation step (S4) to be performed subsequently, the first extract (1), the second extract (2), and the third extract (3) may be formulated and extracted to reach respective corresponding liquefaction points. Examples of the extract may be sulfur, carbon dioxide, and methane as described above, and may be a device capable of separating methane with the lowest liquefaction point.
상기 액화점이 가장 낮은 메탄의 경우 최초에 유입가스가 압축부(300)로 유입된 경로에 혼합시킬 수 있다. 이 단계를 추출물 재유입 단계(S5)라고 한다. 여기서 재유입되는 되는 추출물은 액화점이 가장 낮은 추출물로써, 상기 예에 따르면 메탄일 수 있다. 상기 재유입을 수행하는 추출물은 상기 유입가스의 온도 저하 단계에서 저온 환경을 유지하기 위해 사용한 냉매와 동일한 물질일 수 있다.In the case of methane having the lowest liquefaction point, the incoming gas may be initially mixed in a path introduced into the
예를 들어, 본 발명의 가스처리장치에 포함되는 냉동사이클에 사용된 냉매는 상기 액화점이 가장 낮은 추출물과 동일한 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 동일한 물질은 메탄일 수 있고, 상기 메탄은 상기 냉동사이클에 사용된 냉매로 회수되어 재사용될수도 있다.For example, the refrigerant used in the refrigeration cycle included in the gas treatment apparatus of the present invention may be the same material as the extract having the lowest liquefaction point. For example, the same material may be methane, and the methane may be recovered as a refrigerant used in the refrigeration cycle and reused.
추출물 재유입 단계에서 압축부(300)로의 추출물 재유입은 압축부(300)의 냉각을 도모할 수 있다. 유입가스의 액화 조건 중 고압조건을 만족시킬 수 있도록 압력을 증가시키는 과정에서 발생하는 열을 상기 추출물 재유입으로 냉각시킬 수 있다. 따라서, 압축부(300)의 과열을 방지 또는 예방할 수 있다.In the extract re-inflow step, the re-inflow of the extract into the
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the exemplary embodiments of the present invention have been described in detail above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. . Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be determined, and should not be determined by the claims to be described later, as well as those equivalent to the claims.
1 : 제1추출물
2 : 제2추출물
3 : 제3추출물
10 : 유체순환부
20 : 쿨링부
21 : 열교환부
22 : 펌프
30 : 서지탱크
100 : 사전냉각부
101 : 압축기
102 : 콘덴서
103 : 수액기
104 : 증발기
200 : 주냉각부
210 : 제1냉각부
211 : 제1유닛
212 : 제1열교환부
213 : 제1펌프
214 : 제1수액기
220 : 제2냉각부
221 : 제2유닛
222 : 제2열교환부
223 : 제2펌프
224 : 제2수액기
230 : 제3냉각부
231 : 제3유닛
232 : 제3열교환부
233 : 제3펌프
234 : 제3수액기
300 : 압축부
301 : 제1압축기
302 : 제2압축기
303 : 제3압축기
304 : 제4압축기
310 : 제1저온부
320 : 제2저온부
330 : 제3저온부
F1 : 제1가스경로
F2 : 제2가스경로
F2-1 : 제2-1가스경로
F2-2 : 제2-2가스경로
F2-3 : 제2-3가스경로
F3 : 제3가스경로
F4 : 제4가스경로
G1 : 제1냉매경로
G1-1 : 제1-1냉매경로
G1-2 : 제1-2냉매경로
G1-3 : 제1-3냉매경로
G2 : 제2냉매경로
G2-1 : 제2-1냉매경로
G2-2 : 제2-2냉매경로
G2-3 : 제2-3냉매경로
W1 : 제1냉각수경로
W2 : 제2냉각수경로
S1 : 유입가스의 유입 단계
S2 : 유입가스의 압력 증가 단계
S3 : 유입가스의 온도 저하 단계
S4 : 추출물 분리 단계
S5 : 추출물 재유입 단계1: first extract
2: second extract
3: third extract
10: fluid circulation part
20: cooling part
21: heat exchange part
22: pump
30: surge tank
100: pre-cooling unit
101: compressor
102: capacitor
103: receiver
104: evaporator
200: main cooling part
210: first cooling unit
211: first unit
212: first heat exchanger
213: first pump
214: first receiver
220: second cooling unit
221: second unit
222: second heat exchange unit
223: second pump
224: second receiver
230: third cooling unit
231: 3rd unit
232: third heat exchanger
233: third pump
234: third receiver
300: compression part
301: first compressor
302: second compressor
303: third compressor
304: fourth compressor
310: first low temperature section
320: second low temperature part
330: third low temperature part
F1: 1st gas path
F2: 2nd gas path
F2-1: 2-1 gas path
F2-2: 2-2 gas path
F2-3: The 2-3rd gas path
F3: 3rd gas path
F4: 4th gas path
G1: 1st refrigerant path
G1-1: 1-1 refrigerant path
G1-2: The 1-2 refrigerant path
G1-3: No. 1-3 refrigerant path
G2: Second refrigerant path
G2-1: 2-1 refrigerant path
G2-2: 2-2 refrigerant path
G2-3: 2-3 refrigerant path
W1: 1st coolant path
W2: 2nd coolant path
S1: Inflow stage of inflow gas
S2: Step of increasing the pressure of the incoming gas
S3: step of lowering the temperature of the incoming gas
S4: extract separation step
S5: Extract re-introduction step
Claims (8)
상기 압축부에 의해 압력이 증가된 상기 유입가스와 열교환을 통해 상기 가스의 온도를 저하시키는 주냉각부 및 냉매를 냉각시켜 상기 주냉각부에 제공하는 사전냉각부를 포함하는 냉각부; 및
상기 주냉각부에 의해 상기 유입가스가 냉각되어 추출된 추출물 중 하나의 적어도 일부를 상기 유입가스와 혼합 후 상기 압축부로 재유입시켜 가열되는 상기 압축부를 냉각시키는 유체순환부;를 포함하는, 가스처리장치.
A compression unit that increases the pressure of the inlet gas;
A cooling unit including a main cooling unit for lowering a temperature of the gas through heat exchange with the inlet gas whose pressure is increased by the compression unit, and a precooling unit for cooling a refrigerant and providing the main cooling unit; And
A fluid circulation unit cooling the compressed unit heated by mixing at least a portion of one of the extracts extracted by cooling the inlet gas by the main cooling unit with the inlet gas and then re-introducing the inlet gas to the compression unit to cool the heated compression unit; Device.
상기 유입가스와 혼합되는 상기 추출물은 상기 냉매와 동일한 물질인, 가스처리장치.
The method according to claim 1,
The extract mixed with the inlet gas is the same material as the refrigerant, gas treatment apparatus.
상기 주냉각부는 복수 개의 상기 추출물이 추출될 수 있는 온도로 냉각시키기 위한 제1냉각부, 제2냉각부 및 제3냉각부를 포함하는, 가스처리장치.
The method according to claim 1,
The main cooling unit includes a first cooling unit, a second cooling unit, and a third cooling unit for cooling to a temperature at which a plurality of the extracts can be extracted.
상기 추출물은 황, 이산화탄소 및 메탄을 포함하는, 가스처리장치.
The method according to claim 1,
The extract contains sulfur, carbon dioxide and methane, gas treatment apparatus.
상기 압축부를 냉각시키는 쿨링부를 더 포함하는, 가스처리장치.
The method according to claim 1,
The gas processing apparatus further comprises a cooling part for cooling the compression part.
상기 유체순환부는 압축부에 오일의 제공 및 회수를 반복수행하여 압축부를 냉각시키는, 가스처리장치.
The method according to claim 1,
The fluid circulation unit cooling the compression unit by repeatedly providing and recovering oil to the compression unit.
상기 주냉각부는 상기 유입가스와의 열교환에 의해 온도가 증가한 상기 냉매는 상기 사전냉각부로 전달하여 재냉각 후 전달받는, 가스처리장치.
The method according to claim 1,
The main cooling unit, wherein the refrigerant whose temperature has increased due to heat exchange with the inlet gas is transferred to the precooling unit to be delivered after recooling.
상기 압축부에 의한 압축에 의해 상기 유입가스의 압력이 증가되고,
증가된 압력상태의 상기 유입가스는 냉각부로 전달되어 제1온도에서 제1추출물이 추출되고, 상기 제1온도보다 낮은 제2온도에서 제2추출물이 추출되고, 상기 제2온도보다 낮은 제3온도에서 제3추출물이 추출되고,
상기 제3추출물의 일부는 유체순환부에 의해 상기 유입가스와 섞여 상기 압축부로 재유입되어 상기 압축부의 온도가 저하되도록 하는, 가스처리장치의 구동방법.
The inlet gas flows into the compression unit,
The pressure of the inlet gas is increased by compression by the compression unit,
The inlet gas in an increased pressure state is delivered to a cooling unit to extract a first extract at a first temperature, and a second extract is extracted at a second temperature lower than the first temperature, and a third temperature lower than the second temperature The third extract is extracted from,
A portion of the third extract is mixed with the inlet gas by a fluid circulation unit and re-introduced into the compression unit to lower the temperature of the compression unit.
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