KR20240040173A - Xenon-Krypton Mixed Gas Component Separation System - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템은, 상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 제1분리공간과, 상기 제1분리공간의 상부에 구비되어 상기 제1분리공간에 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 빙점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제1냉동기와, 상기 제1분리공간 내에서 상기 제1냉동기에 의해 빙결된 제논 성분을 흡착하는 제1흡착 구조체를 포함하는 제1성분분리기, 상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 제2분리공간과, 상기 제2분리공간의 상부에 구비되어 상기 제2분리공간에 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 빙점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제2냉동기와, 상기 제2분리공간 내에서 상기 제2냉동기에 의해 빙결된 제논 성분을 흡착하는 제2흡착 구조체를 포함하여, 제논 성분에 대한 흡착 공정 및 탈착분리 공정을 상기 제1성분분리기와 교대로 수행하는 제2성분분리기, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 흡착 공정이 진행되는 일측의 하부 유체출입구에 선택적으로 혼합기체를 공급하는 혼합기체 공급라인, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 흡착 공정이 진행되는 일측의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 크립톤 성분을 회수하는 크립톤 회수라인 및 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출되는 제논 성분을 회수하는 제논 회수라인을 포함한다.The component separation system of the xenon-krypton mixed gas according to the present invention is provided with a first separation space having an upper fluid inlet at the upper end and a lower fluid inlet at the lower end, and an upper part of the first separation space, wherein the first separation space is provided at an upper part of the first separation space. A first refrigerator that cools the xenon (Xe)-krypton (Kr) mixed gas flowing into the separation space to a cooling temperature below the freezing point of xenon or above the vaporization point of krypton, and freezes it by the first refrigerator within the first separation space. A first component separator including a first adsorption structure for adsorbing the xenon component, a second separation space having an upper fluid inlet formed at the upper end and a lower fluid inlet formed at the lower end, and an upper part of the second separation space. A second refrigerator for cooling the xenon (Xe)-krypton (Kr) mixed gas flowing into the second separation space to a cooling temperature below the freezing point of xenon or above the vaporization point of krypton, and the second refrigerator within the second separation space. A second component separator that alternately performs an adsorption process and a desorption separation process for the xenon component, including a second adsorption structure for adsorbing the xenon component frozen by the first component separator, the first separation space, or the A mixed gas supply line that selectively supplies mixed gas to the lower fluid inlet on one side of the second separation space where the adsorption process is performed, and the upper fluid inlet on one side of the first or second separation space where the adsorption process is performed. It includes a krypton recovery line for recovering the krypton component discharged through and a xenon recovery line for recovering the xenon component discharged from one side of the first separation space or the second separation space where the desorption and separation process is performed.
Description
본 발명은 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1성분분리기 및 제2성분분리기의 상부에 구비되는 냉동기를 이용하여 효과적으로 제논 성분과 크립톤 성분의 분리 공정을 수행할 수 있는 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a component separation system for a xenon-krypton mixed gas, and more specifically, to effectively perform a separation process of xenon component and krypton component using a refrigerator provided in the upper part of the first component separator and the second component separator. This relates to a component separation system for xenon-krypton mixed gas.
일반적으로 다양한 성분이 혼합된 기체 상의 혼합물질로부터 각 성분을 분리하기 위해, 혼합된 성분 간의 기화점, 액화점 또는 빙점의 차이를 이용하여 혼합물질을 냉각시킴에 따라 증류를 수행하는 방법이 널리 사용되고 있다.In general, in order to separate each component from a gaseous mixture of various components, a method of performing distillation by cooling the mixture using the difference in vaporization point, liquefaction point, or freezing point between the mixed components is widely used. there is.
이와 같이 복수 개의 성분을 서로 분리하기 위한 기존의 초저온 냉동 동결을 이용한 분리방법은, 통상적으로 분리기의 외부에서 냉열을 제공함으로써 냉동 동결할 공간의 동결 흡착 구조체를 초저온으로 만들어 흡착 분리할 성분이 동결되도록 하고 있다.In this way, the existing separation method using ultra-low temperature freezing to separate a plurality of components from each other usually provides cold heat from the outside of the separator to make the freeze-adsorption structure in the space to be frozen ultra-low temperature so that the components to be adsorbed and separated are frozen. I'm doing it.
하지만, 이와 같은 종래의 초저온 냉동 동결 분리방법은 외부에서 냉열을 제공하여야 하는 특성 상 그 공정 구성이 복잡해지는 것은 물론, 혼합물질을 직접 냉동하고 가열하지 않고 간접 냉동 및 간접 가열 방식을 적용함으로 인해 에너지 효율이 크게 떨어지는 문제가 있었다.However, this conventional ultra-low temperature freezing/freezing separation method not only complicates the process configuration due to the nature of having to provide cold heat from outside, but also uses indirect freezing and indirect heating methods instead of directly freezing and heating the mixture, thereby reducing energy consumption. There was a problem with greatly reduced efficiency.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.Therefore, a method to solve these problems is required.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 성분분리기 내부에 노출되는 냉동기를 이용하여 성분분리기 내부에 구비되는 흡착 구조체에 직접 냉열을 가해 초저온으로 온도를 낮추는 방식을 통해 제논-크립톤 혼합기체로부터 제논 성분과 크립톤 성분을 효과적으로 분리할 수 있는 성분 분리시스템을 제공하기 위한 목적을 가진다.The present invention is an invention made to solve the problems of the prior art described above, and uses a refrigerator exposed inside the component separator to apply cold heat directly to the adsorption structure provided inside the component separator to lower the temperature to ultra-low temperature. -The purpose is to provide a component separation system that can effectively separate xenon components and krypton components from krypton mixed gas.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템은, 상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 제1분리공간과, 상기 제1분리공간의 상부에 구비되어 상기 제1분리공간에 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 빙점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제1냉동기와, 상기 제1분리공간 내에서 상기 제1냉동기에 의해 빙결된 제논 성분을 흡착하는 제1흡착 구조체를 포함하는 제1성분분리기, 상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 제2분리공간과, 상기 제2분리공간의 상부에 구비되어 상기 제2분리공간에 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 빙점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제2냉동기와, 상기 제2분리공간 내에서 상기 제2냉동기에 의해 빙결된 제논 성분을 흡착하는 제2흡착 구조체를 포함하여, 제논 성분에 대한 흡착 공정 및 탈착분리 공정을 상기 제1성분분리기와 교대로 수행하는 제2성분분리기, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 흡착 공정이 진행되는 일측의 하부 유체출입구에 선택적으로 혼합기체를 공급하는 혼합기체 공급라인, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 흡착 공정이 진행되는 일측의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 크립톤 성분을 회수하는 크립톤 회수라인 및 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출되는 제논 성분을 회수하는 제논 회수라인을 포함한다.The component separation system of the xenon-krypton mixed gas of the present invention for achieving the above object includes a first separation space having an upper fluid inlet at the upper end and a lower fluid inlet at the lower end, and an upper part of the first separation space. A first refrigerator provided in the first separation space to cool the xenon (Xe)-krypton (Kr) mixed gas flowing into the first separation space to a cooling temperature below the freezing point of xenon or above the vaporization point of krypton, and within the first separation space A first component separator including a first adsorption structure for adsorbing the xenon component frozen by the first refrigerator, a second separation space having an upper fluid inlet formed at the upper end and a lower fluid inlet formed at the lower end, and the second separation space A second refrigerator provided at the upper part of the space to cool the xenon (Xe)-krypton (Kr) mixed gas flowing into the second separation space to a cooling temperature below the freezing point of xenon or above the vaporization point of krypton, and the second separation space A second component separator, including a second adsorption structure for adsorbing the xenon component frozen by the second refrigerator, and performing an adsorption process and a desorption and separation process for the xenon component alternately with the first component separator, A mixed gas supply line that selectively supplies mixed gas to a lower fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space where the adsorption process is performed, and the adsorption process is performed among the first separation space or the second separation space. a krypton recovery line for recovering the krypton component discharged through the upper fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space, and a xenon recovery line for recovering the xenon component discharged from the side where the desorption and separation process is performed. Includes.
이때 상기 제1성분분리기는 상기 제1분리공간 내를 가열하여 상기 제1흡착 구조체에 흡착된 제논 성분을 탈착 분리시키는 제1가열기를 더 포함하며, 상기 제2성분분리기는 상기 제2분리공간 내를 가열하여 상기 제2흡착 구조체에 흡착된 제논 성분을 탈착 분리시키는 제2가열기를 더 포함할 수 있다.At this time, the first component separator further includes a first heater to heat the inside of the first separation space to desorb and separate the xenon component adsorbed on the first adsorption structure, and the second component separator is inside the second separation space. It may further include a second heater for heating to desorb and separate the xenon component adsorbed on the second adsorption structure.
그리고 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정은 제논 성분을 기화시키도록 진행되며, 이와 같은 경우 상기 제논 회수라인은, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 기화된 제논 성분을 회수하도록 구비될 수 있다.In addition, the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space proceeds to vaporize the xenon component, and in this case, the xenon recovery line performs the desorption process in the first separation space or the second separation space. It may be equipped to recover the vaporized xenon component discharged through the upper fluid inlet on one side where the separation process is performed.
또는 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정은 제논 성분을 액화시키도록 진행되며, 이와 같은 경우 상기 제논 회수라인은, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측의 하부 유체출입구를 통해 배출되는 액화된 제논 성분과 일부 기화된 제논 성분을 회수하도록 구비될 수 있다.Alternatively, the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space proceeds to liquefy the xenon component, and in this case, the xenon recovery line performs the desorption process in the first separation space or the second separation space. It may be equipped to recover the liquefied xenon component and partially vaporized xenon component discharged through the lower fluid inlet on one side where the separation process is performed.
더불어 본 발명은 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정의 초기 기 설정된 시간 동안 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에 잔류하는 크립톤 성분을 배출시키는 배기라인을 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention further provides an exhaust line for discharging the krypton component remaining in the first separation space or the second separation space during the initial preset time of the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space. It can be included.
그리고 본 발명은 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정의 초기 기 설정된 시간 동안 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에 잔류하는 크립톤 성분과, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출되는 제논 성분을 순환시키는 순환라인 및 상기 순환라인 상에 구비되어 상기 순환라인을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 저장하는 버퍼탱크를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention provides a krypton component remaining in the first separation space or the second separation space during an initial preset time of the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space, and the first separation space. Or, a circulation line for circulating the xenon component discharged from one side of the second separation space where the desorption and separation process is performed, and a buffer tank provided on the circulation line to store the krypton component and the xenon component flowing through the circulation line. More may be included.
이와 함께 본 발명은 상기 순환라인 상에 구비되어 상기 순환라인을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 압축하는 압축기를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a compressor provided on the circulation line to compress the krypton component and xenon component flowing through the circulation line.
더불어 본 발명은 상기 순환라인 상에 구비되어 상기 순환라인을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a heater provided on the circulation line to heat the krypton component and xenon component flowing through the circulation line.
추가적으로 본 발명은 상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 증류공간과, 상기 증류공간의 상부에 구비되어 상기 버퍼탱크로부터 상기 증류공간으로 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 액화점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제3냉동기를 포함하는 증류기 및 상기 증류공간의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 크립톤 성분과 제논 성분을 상기 혼합기체 공급라인에 재공급하는 재공급라인을 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 경우 상기 제논 회수라인은, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출된 후 상기 증류공간으로 유입되어 액화된 후 상기 증류공간의 하부 유체출입구를 통해 배출되는 액화된 제논 성분을 회수하도록 구비될 수 있다.Additionally, the present invention includes a distillation space having an upper fluid inlet at the upper end and a lower fluid inlet at the lower end, and xenon (Xe)-krypton (Kr) provided at the top of the distillation space and flowing into the distillation space from the buffer tank. ) A distiller including a third refrigerator that cools the mixed gas to a cooling temperature below the liquefaction point of xenon or above the vaporization point of krypton, and the krypton component and xenon component discharged through the upper fluid inlet of the distillation space are supplied to the mixed gas supply line. It may further include a resupply line for resupplying, and in this case, the xenon recovery line is discharged from one side of the first separation space or the second separation space where the desorption and separation process is performed and then flows into the distillation space. It may be equipped to recover the liquefied xenon component that is liquefied and then discharged through the lower fluid inlet of the distillation space.
그리고 본 발명은 상기 혼합기체 공급라인을 통해 유동되는 혼합기체와, 상기 크립톤 회수라인을 통해 유동되는 크립톤 성분 및 상기 제논 회수라인을 통해 유동되는 제논 성분을 서로 열교환하여 혼합기체의 온도를 강하시키는 열교환유닛을 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention provides a heat exchange method that lowers the temperature of the mixed gas by exchanging heat between the mixed gas flowing through the mixed gas supply line, the krypton component flowing through the krypton recovery line, and the xenon component flowing through the xenon recovery line. Additional units may be included.
또한 본 발명은 적어도 상기 제1성분분리기 및 상기 제2성분분리기를 감싸도록 형성되며, 내부가 진공 분위기로 형성되는 진공챔버를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a vacuum chamber formed to surround at least the first component separator and the second component separator, and the interior of which is formed in a vacuum atmosphere.
한편 본 발명은 상기 혼합기체 공급라인에 구비되어, 상기 혼합기체 공급라인으로 유동되는 혼합기체에 포함된 산소를 수소와 반응시켜 수증기로 전환시키는 산소제거유닛을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the present invention may further include an oxygen removal unit provided in the mixed gas supply line and converting oxygen contained in the mixed gas flowing into the mixed gas supply line into water vapor by reacting with hydrogen.
그리고 본 발명은 상기 혼합기체 공급라인에 구비되어, 산소제거유닛에 의해 생성된 수증기를 흡착하는 수분흡착유닛을 더 포함할 수 있다.Additionally, the present invention may further include a moisture adsorption unit provided in the mixed gas supply line to adsorb water vapor generated by the oxygen removal unit.
이때 상기 수분흡착유닛은 한 쌍이 병렬로 구성될 수 있다.At this time, a pair of the moisture adsorption units may be configured in parallel.
또한 본 발명은 상기 혼합기체 공급라인에 구비되어, 액체질소를 통해 상기 혼합기체 공급라인으로 유동되는 혼합기체가 사전 냉각되도록 하는 기체냉각유닛을 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a gas cooling unit provided in the mixed gas supply line to pre-cool the mixed gas flowing into the mixed gas supply line through liquid nitrogen.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템은, 제1성분분리기의 제1분리공간에 적어도 일부가 노출되는 제1냉동기 및 제2성분분리기의 제2분리공간에 적어도 일부가 노출되는 제2냉동기를 이용하여 흡착 구조체에 직접 냉열을 가해 초저온으로 온도를 낮출 수 있으므로, 제논-크립톤 혼합기체로부터 제논 성분과 크립톤 성분을 효과적으로 분리할 수 있는 장점을 가진다.The component separation system of the xenon-krypton mixed gas of the present invention for solving the above problems is located in the second separation space of the first refrigerator and the second component separator, at least part of which is exposed to the first separation space of the first component separator. Since the temperature can be lowered to ultra-low temperature by applying cold heat directly to the adsorption structure using a second refrigerator that is at least partially exposed, it has the advantage of effectively separating the xenon component and krypton component from the xenon-krypton mixed gas.
더불어 이와 같은 본 발명은 기존의 냉동 동결 흡착 방법에 비해 매우 단순한 구조를 가지게 되므로, 보다 효율적으로 전체 공정을 구성할 수 있다는 장점을 가진다.In addition, the present invention has a very simple structure compared to the existing freeze-freeze adsorption method, so it has the advantage of being able to configure the entire process more efficiently.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면; 및
도 8은 본 발명의 제8실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for a xenon-krypton mixed gas according to a first embodiment of the present invention;
Figure 2 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a second embodiment of the present invention;
Figure 3 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a third embodiment of the present invention;
Figure 4 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a fourth embodiment of the present invention;
Figure 5 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a fifth embodiment of the present invention;
Figure 6 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a sixth embodiment of the present invention;
Figure 7 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a seventh embodiment of the present invention; and
Figure 8 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to the eighth embodiment of the present invention.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.In this specification, when a component (or region, layer, portion, etc.) is referred to as being “on,” “connected to,” or “coupled to” another component, it is directly placed/on the other component. This means that they can be connected/combined or a third component can be placed between them.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.Like reference numerals refer to like elements. Additionally, in the drawings, the thickness, proportions, and dimensions of components are exaggerated for effective explanation of technical content.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.“And/or” includes all combinations of one or more that the associated configurations may define.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.Additionally, terms such as “below,” “on the lower side,” “above,” and “on the upper side” are used to describe the relationship between the components shown in the drawings. The above terms are relative concepts and are explained based on the direction indicated in the drawings.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.Unless otherwise defined, all terms (including technical terms and scientific terms) used in this specification have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as having a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant technology, and unless interpreted in an idealized or overly formal sense, are explicitly defined herein. do.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Terms such as “include” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but do not include one or more other features, numbers, or steps. , it should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for a xenon-krypton mixed gas according to a first embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템은, 제1성분분리기(100), 제2성분분리기(200), 혼합기체 공급라인(10), 크립톤 회수라인(20) 및 제논 회수라인(30)을 포함한다.The component separation system of the xenon-krypton mixed gas according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a first component separator 100, a second component separator 200, a mixed gas supply line 10, and krypton. It includes a recovery line 20 and a xenon recovery line 30.
제1성분분리기(100)는 상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 제1분리공간이 내부에 형성된다.The first component separator 100 has an upper fluid inlet at the upper end, and a first separation space with a lower fluid inlet at the lower end.
그리고 제1성분분리기(100)는, 제1분리공간 상부에 구비되어 분리공간에 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 빙점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제1냉동기(110)와, 제1분리공간 내에서 제1냉동기(110)에 의해 빙결된 제논 성분을 흡착하는 제1흡착 구조체(120)와, 제1분리공간 내를 가열하여 제1흡착 구조체(120)에 흡착된 제논 성분을 탈착 분리시키는 제1가열기(130)를 포함한다.And the first component separator 100 is provided at the upper part of the first separation space and cools the xenon (Xe)-krypton (Kr) mixed gas flowing into the separation space to a cooling temperature below the freezing point of xenon and above the vaporization point of krypton. 1 refrigerator 110, a first adsorption structure 120 that adsorbs the xenon component frozen by the first refrigerator 110 in the first separation space, and a first adsorption structure (120) by heating the first separation space It includes a first heater 130 that desorbs and separates the xenon component adsorbed on 120).
제2성분분리기(200)는 상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 제2분리공간이 내부에 형성된다.The second component separator 200 has an upper fluid inlet at the upper end, and a second separation space with a lower fluid inlet at the lower end.
그리고 제2성분분리기(200)는, 제2분리공간 상부에 구비되어 분리공간에 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 빙점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제2냉동기(210)와, 제2분리공간 내에서 제2냉동기(210)에 의해 빙결된 제논 성분을 흡착하는 제2흡착 구조체(220)와, 제2분리공간 내를 가열하여 제2흡착 구조체(220)에 흡착된 제논 성분을 탈착 분리시키는 제2가열기(230)를 포함한다.And the second component separator 200 is provided at the upper part of the second separation space and cools the xenon (Xe)-krypton (Kr) mixed gas flowing into the separation space to a cooling temperature below the freezing point of xenon and above the vaporization point of krypton. A second refrigerator 210, a second adsorption structure 220 that adsorbs the xenon component frozen by the second refrigerator 210 in the second separation space, and a second adsorption structure (220) by heating the second separation space. It includes a second heater 230 that desorbs and separates the xenon component adsorbed on 220).
이와 같은 제2성분분리기(200)는 제논 성분에 대한 흡착 공정 및 탈착분리 공정을 제1성분분리기(100)와 교대로 수행하도록 구비된다.This second component separator 200 is equipped to alternately perform an adsorption process and a desorption separation process for the xenon component with the first component separator 100.
또한 본 실시예에서 제1냉동기(110) 및 제2냉동기(210)는, G-M(Gifford-McMahon)냉동기 형태를 적용하는 것으로 하였으나, 이러한 냉동기는 G-M(Gifford-McMahon)냉동기만으로 한정되는 것은 아니며 냉열을 발생시키는 일반적인 모든 장치가 적용될 수 있다.In addition, in this embodiment, the first refrigerator 110 and the second refrigerator 210 are of the G-M (Gifford-McMahon) refrigerator type, but this refrigerator is not limited to the G-M (Gifford-McMahon) refrigerator. Any general device that generates can be applied.
여기서 제1냉동기(110)는 제1흡착 구조체(120)에, 제2냉동기(210)는 제2흡착 구조체(220)에 직접 냉열을 가하여, 초저온으로 온도를 낮추는 방법으로 기존의 냉동 동결 흡착 방법보다 단순하며, 더 효율적인 공정 구성을 가능하게 한다.Here, the first freezer 110 applies cold and heat directly to the first adsorption structure 120, and the second freezer 210 applies cold and heat directly to the second adsorption structure 220, lowering the temperature to ultra-low temperature, which is a method of conventional freezing and adsorption. It enables simpler and more efficient process configuration.
이와 같이 초저온의 직접 냉동이 가능한 것은 제1냉동기(110) 및 제2냉동기(210)를 각각의 흡착 구조체에 직접 연결하여 구조를 단순화시키고 고효율화 하였기 때문이다.This direct freezing at very low temperatures is possible because the first refrigerator 110 and the second refrigerator 210 are directly connected to each adsorption structure to simplify the structure and increase efficiency.
한편 제1흡착 구조체(120) 및 제2흡착 구조체(220)는 기체가 냉동 동결되는 빈 공간이 제공되는 형태일 수도 있으나, 본 실시예의 경우 기체의 효율적 분리를 위해 다공질로 흡착이 용이한 흡착 구조체의 형태를 적용하는 것으로 하였다.Meanwhile, the first adsorption structure 120 and the second adsorption structure 220 may be in a form that provides an empty space where gas is frozen, but in the present embodiment, the adsorption structure is porous and easy to adsorb for efficient separation of gas. The form of was decided to be applied.
혼합기체 공급라인(10)은 혼합기체탱크(1)로부터 제1분리공간 또는 제2분리공간 중 흡착 공정이 진행되는 일측의 하부 유체출입구에 선택적으로 혼합기체를 공급하도록 구비된다. 이때 혼합기체는 제논(Xe), 크립톤(Kr), 산소(O2)가 혼합된 상태일 수 있다.The mixed gas supply line 10 is provided to selectively supply the mixed gas from the mixed gas tank 1 to the lower fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space where the adsorption process is performed. At this time, the mixed gas may be a mixture of xenon (Xe), krypton (Kr), and oxygen (O 2 ).
그리고 크립톤 회수라인(20)은 제1분리공간 또는 제2분리공간 중 흡착 공정이 진행되는 일측의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 크립톤 성분을 회수하도록 구비되며, 제논 회수라인(30)은 제1분리공간 또는 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출되는 제논 성분을 회수하도록 구비된다.In addition, the krypton recovery line 20 is provided to recover the krypton component discharged through the upper fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space where the adsorption process is performed, and the xenon recovery line 30 is provided to recover the krypton component from the first separation space or the second separation space. It is equipped to recover the xenon component discharged from one side of the space or the second separation space where the desorption and separation process is performed.
특히 본 실시예에서 제1분리공간 또는 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정은 제논 성분을 기화시키도록 진행되며, 이에 따라 제논 회수라인(30)은 제1분리공간 또는 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 기화된 제논 성분을 회수하도록 구비된다.In particular, in this embodiment, the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space is carried out to vaporize the xenon component, and accordingly, the xenon recovery line 30 is used for desorption in the first separation space or the second separation space. It is equipped to recover the vaporized xenon component discharged through the upper fluid inlet on one side where the separation process is performed.
더불어 본 실시예는 제1분리공간 또는 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정의 초기 기 설정된 시간 동안 제1분리공간 또는 제2분리공간에 잔류하는 크립톤 성분을 배출시키기 위한 배기라인(40)을 더 포함할 수 있다.In addition, this embodiment provides an exhaust line 40 for discharging the krypton component remaining in the first separation space or the second separation space during the initial preset time of the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space. More may be included.
또한 본 실시예는 혼합기체 공급라인(10)을 통해 공급되는 혼합기체에 대해 전처리를 수행하는 전처리 설비들을 더 포함할 수 있다. 그리고 본 실시예에서 전처리 설비는 산소제거유닛(2) 및 수분흡착유닛(3)을 포함한다.Additionally, this embodiment may further include pretreatment facilities that perform pretreatment on the mixed gas supplied through the mixed gas supply line 10. And in this embodiment, the pretreatment equipment includes an oxygen removal unit (2) and a moisture adsorption unit (3).
산소제거유닛(2)은 혼합기체 공급라인(10)에 구비되어, 혼합기체 공급라인(10)으로 유동되는 혼합기체에 포함된 산소를 수소와 반응시켜 수증기로 전환시키는 역할을 수행한다.The oxygen removal unit 2 is provided in the mixed gas supply line 10 and serves to convert oxygen contained in the mixed gas flowing into the mixed gas supply line 10 into water vapor by reacting it with hydrogen.
수분흡착유닛(3)은 혼합기체 공급라인에 구비되어, 산소제거유닛(2)에 의해 생성된 수증기를 흡착하도록 구비된다. 즉 산소제거유닛(2) 및 수분흡착유닛은 혼합기체의 산소를 수증기로 전환한 뒤 흡착하여 혼합기체로부터 산소를 완전히 제거할 수 있다.The moisture adsorption unit (3) is provided in the mixed gas supply line to adsorb water vapor generated by the oxygen removal unit (2). That is, the oxygen removal unit 2 and the moisture adsorption unit can completely remove oxygen from the mixed gas by converting the oxygen in the mixed gas into water vapor and then adsorbing it.
이때 수분흡착유닛(3)은 연속 운전이 가능하도록 한 쌍이 병렬로 구성될 수 있다.At this time, a pair of moisture adsorption units 3 may be configured in parallel to enable continuous operation.
이상과 같은 본 실시예의 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리 과정은 다음과 같다.The component separation process of the xenon-krypton mixed gas of this embodiment as described above is as follows.
먼저, 혼합기체탱크(1)에 수용된 제논(Xe), 크립톤(Kr), 산소(O2)의 혼합기체는 혼합기체 공급라인(10)을 통해 유동된다.First, the mixed gas of xenon (Xe), krypton (Kr), and oxygen (O 2 ) contained in the mixed gas tank 1 flows through the mixed gas supply line 10.
그리고 이 과정에서, 산소제거유닛(2)은 혼합기체 공급라인(10)으로 유동되는 혼합기체에 포함된 산소를 수소와 반응시켜 수증기로 전환시키고, 수분흡착유닛(3)은 산소제거유닛(2)에 의해 생성된 수증기를 흡착하여 산소를 완전히 제거한다.In this process, the oxygen removal unit (2) reacts the oxygen contained in the mixed gas flowing through the mixed gas supply line (10) with hydrogen to convert it into water vapor, and the moisture adsorption unit (3) converts the oxygen contained in the mixed gas flowing into the mixed gas supply line (10) into water vapor. ) to completely remove oxygen by adsorbing the water vapor generated.
이후 혼합기체는 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200) 중 어느 일측으로 공급되며, 해당 성분분리기(100, 200)에서 제논의 흡착 공정이 수행된다.Afterwards, the mixed gas is supplied to either the first component separator (100) or the second component separator (200), and the xenon adsorption process is performed in the corresponding component separator (100, 200).
본 과정에서는 냉동기(110, 210)를 통해 제논이 빙점 이하로 냉각되어 흡착 구조체(120, 220)에 흡착되나, 해당 온도는 크립톤의 기화점 이상이므로 크립톤은 기체 상태로 크립톤 회수라인(20)을 통해 배출된다.In this process, xenon is cooled below the freezing point through the refrigerator (110, 210) and absorbed into the adsorption structure (120, 220), but since the temperature is above the vaporization point of krypton, the krypton is in a gaseous state through the krypton recovery line (20). is discharged through
이와 같이 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200) 중 어느 일측에서 제논의 흡착 공정이 이루어진 후, 해당 성분분리기(100, 200)에서는 탈착분리 공정이 수행된다. 이와 동시에 혼합기체 공급라인(10)은 나머지 다른 하나의 성분분리기(100, 200)로 혼합기체를 공급하여 흡착 공정이 진행되도록 한다.After the xenon adsorption process is performed in either the first component separator 100 or the second component separator 200, a desorption and separation process is performed in the corresponding component separator 100 or 200. At the same time, the mixed gas supply line 10 supplies the mixed gas to the other component separator 100, 200 to allow the adsorption process to proceed.
즉 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200)는 서로 교대로 흡착 공정 및 탈착분리 공정을 수행하게 된다.That is, the first component separator 100 and the second component separator 200 alternately perform the adsorption process and the desorption process.
그리고 탈착분리 공정이 수행되는 성분분리기(100, 200)에서는 가열기(130, 230)를 통해 내부를 가열하는 과정이 이루어지며, 이에 따라 흡착 구조체(120, 220)에 흡착되어 있던 제논 성분은 제논 회수라인(30)을 통해 배출될 수 있다.And in the component separator (100, 200) where the desorption and separation process is performed, a process of heating the inside is performed through the heater (130, 230), and thus the xenon component adsorbed on the adsorption structure (120, 220) is recovered. It can be discharged through line 30.
이때 탈착분리 공정의 초기 기 설정된 시간 동안 해당 성분분리기(100, 200) 내에 잔류하는 크립톤 성분은 배기라인(40)을 통해 배출되며, 이후 제논 회수라인(30)을 통한 제논 성분의 회수가 이루어진다.At this time, the krypton component remaining in the component separator (100, 200) during the initial preset time of the desorption and separation process is discharged through the exhaust line (40), and then the xenon component is recovered through the xenon recovery line (30).
이와 같이 본 발명은 제1성분분리기(100)의 제1분리공간에 적어도 일부가 노출되는 제1냉동기(110) 및 제2성분분리기(200)의 제2분리공간에 적어도 일부가 노출되는 제2냉동기(210)를 이용하여 흡착 구조체(120, 220)에 직접 냉열을 가해 초저온으로 온도를 낮출 수 있으므로, 제논-크립톤 혼합기체로부터 제논 성분과 크립톤 성분을 효과적으로 분리할 수 있다.In this way, the present invention provides a first refrigerator 110 at least partially exposed to the first separation space of the first component separator 100 and a second refrigerator 110 at least partially exposed to the second separation space of the second component separator 200. Since the temperature can be lowered to a very low temperature by directly applying cold heat to the adsorption structures 120 and 220 using the refrigerator 210, the xenon component and the krypton component can be effectively separated from the xenon-krypton mixed gas.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다. 이때 이하 설명될 각 실시예에 있어서, 전술한 제1실시예와 동일하게 구비되는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 또한 이하 설명되는 실시예에서 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200)의 하위 구성은 제1실시예에 나타난 도면부호를 기준으로 한다.Below, other embodiments of the present invention will be described. At this time, in each embodiment to be described below, overlapping descriptions of components provided identically to those of the first embodiment described above will be omitted. In addition, in the embodiment described below, the sub-configurations of the first component separator 100 and the second component separator 200 are based on the reference numerals shown in the first embodiment.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a second embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 본 발명의 제2실시예는 전술한 제1실시예와 전체적으로 동일한 구성요소를 포함하나, 제1성분분리기(100)의 제1분리공간 또는 제2성분분리기(200)의 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정은 제논 성분을 액화시키도록 진행된다는 차이점을 가진다.The second embodiment of the present invention shown in Figure 2 includes the same overall components as the above-described first embodiment, but the first separation space of the first component separator 100 or the second embodiment of the second component separator 200 The difference is that the desorption and separation process performed in the second separation space is carried out to liquefy the xenon component.
이에 따라 제논 회수라인(30)은 제1분리공간 또는 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측의 하부 유체출입구를 통해 배출되는 액화된 제논 성분과 일부 기화된 제논 성분을 회수하도록 형성된다.Accordingly, the xenon recovery line 30 is formed to recover the liquefied xenon component and partially vaporized xenon component discharged through the lower fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space where the desorption and separation process is performed.
구체적으로, 제1분리공간 또는 제2분리공간 내에서 가열기(130, 230)를 통해 가열이 이루어질 경우 1차적으로 제논 성분이 해동되어 액체로 전환된 후 바닥으로 떨어지며, 이후 제논 성분의 일부가 기화되어 성분분리기(100, 200)의 내부를 가압하게 됨에 따라 액화된 제논 성분과 일부 기화된 제논 성분은 하부 유체출입구를 통해 배출되어 제논 회수라인(30)을 통해 회수된다.Specifically, when heating is performed through the heaters 130 and 230 in the first separation space or the second separation space, the xenon component is first thawed and converted to liquid and then falls to the floor, and then some of the xenon component is vaporized. As the inside of the component separator (100, 200) is pressurized, the liquefied xenon component and some vaporized xenon component are discharged through the lower fluid inlet and recovered through the xenon recovery line (30).
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a third embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 본 발명의 제3실시예는 전술한 제1실시예 및 제2실시예에서 구비되었던 배기라인(40)이 생략되고, 순환라인(50) 및 버퍼탱크(51)가 추가적으로 구비된다는 특징을 가진다.The third embodiment of the present invention shown in Figure 3 omits the exhaust line 40 provided in the above-described first and second embodiments, and is additionally provided with a circulation line 50 and a buffer tank 51. It has the characteristic of being
순환라인(50)은 제1분리공간 또는 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정의 초기 기 설정된 시간 동안 제1분리공간 또는 제2분리공간에 잔류하는 크립톤 성분과, 제1분리공간 또는 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출되는 제논 성분을 순환시키도록 구비된다.The circulation line 50 is a krypton component remaining in the first separation space or the second separation space during the initial preset time of the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space, and the krypton component remaining in the first separation space or the second separation space. It is equipped to circulate the xenon component discharged from one side of the separation space where the desorption and separation process is performed.
그리고 버퍼탱크(51)는 이와 같은 순환라인(50) 상에 구비되어 순환라인을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 저장하는 역할을 수행한다.And the buffer tank 51 is provided on the circulation line 50 and serves to store the krypton component and xenon component flowing through the circulation line.
또한 본 실시예는 이와 더불어 증류기(300) 및 재공급라인(60)을 더 포함한다.Additionally, this embodiment further includes a distiller 300 and a resupply line 60.
증류기(300)는 상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 증류공간과, 증류공간의 상부에 구비되어 버퍼탱크(51)로부터 증류공간으로 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 액화점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제3냉동기(310)를 포함한다.The distiller 300 has an upper fluid inlet formed at the upper end, a distillation space with a lower fluid inlet formed at the lower end, and a xenon (Xe)-krypton ( Kr) It includes a third refrigerator 310 that cools the mixed gas to a cooling temperature below the liquefaction point of xenon or above the vaporization point of krypton.
더불어 본 실시예의 증류기(300)는 증류공간 내에서 기체 상의 물질을 하부에서 상부로 유동되도록 하고, 액체 상의 물질을 상부에서 하부로 유동되도록 하며, 이와 같은 과정에서 기체와 액체의 원활한 접촉이 이루어지도록 하고, 이를 통하여 각 성분의 순도가 높아지도록 하는 유체 접촉용 구조체(320)와, 증류공간 내에서 액화된 성분을 재증발시켜 증류공간 내로 재공급하는 재비기(330)를 더 포함할 수 있다.In addition, the distiller 300 of this embodiment allows gaseous materials to flow from the bottom to the top within the distillation space, and liquid materials to flow from the top to the bottom, and to ensure smooth contact between the gas and liquid in this process. In addition, it may further include a fluid contact structure 320 that increases the purity of each component, and a reboiler 330 that re-evaporates the liquefied components in the distillation space and supplies them back to the distillation space.
그리고 재공급라인(60)은 증류기(300)의 증류공간 상부 유체출입구를 통해 배출되는 크립톤 성분과 제논 성분을 혼합기체 공급라인에 재공급하도록 구비된다.And the resupply line 60 is provided to resupply the krypton component and xenon component discharged through the upper fluid inlet of the distillation space of the still 300 to the mixed gas supply line.
또한 본 실시예에서 제논 회수라인(30)은, 제1분리공간 또는 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출된 후 증류기(300)의 증류공간으로 유입되어 액화된 후 증류공간의 하부 유체출입구를 통해 배출되는 액화된 제논 성분을 회수하도록 구비될 수 있다.In addition, in this embodiment, the xenon recovery line 30 is discharged from one side of the first separation space or the second separation space where the desorption and separation process is performed, then flows into the distillation space of the still 300, is liquefied, and then flows into the distillation space. It may be equipped to recover the liquefied xenon component discharged through the lower fluid inlet.
즉 본 실시예는 증류기(300)를 통해 제논 성분과 크립톤 성분의 혼합물을 다시 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200) 측으로 재송부하여, 배기라인(40)을 통한 크립톤의 배기 과정 없이 성분 전량을 고순도로 분리할 수 있다.That is, in this embodiment, the mixture of the xenon component and the krypton component is sent back to the first component separator 100 and the second component separator 200 through the distiller 300, and the krypton is exhausted through the exhaust line 40. All components can be separated with high purity.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to a fourth embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 본 발명의 제4실시예는 전술한 제3실시예와 전체적으로 동일한 구성요소를 포함하나, 이와 함께 혼합기체 공급라인(10)에 구비되어 액체질소를 통해 혼합기체 공급라인(10)으로 유동되는 혼합기체가 사전 냉각되도록 하는 기체냉각유닛(4)을 더 포함한다는 특징을 가진다.The fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 4 includes the same overall components as the above-described third embodiment, but is also provided in the mixed gas supply line 10 to supply the mixed gas supply line 10 through liquid nitrogen. It has the feature of further including a gas cooling unit (4) that allows the mixed gas flowing through the gas mixture to be pre-cooled.
즉 본 실시예는 액체질소와 혼합기체 간의 열교환을 통해 혼합기체를 예냉시키고, 전체 공정 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 한다.That is, this embodiment pre-cools the mixed gas through heat exchange between liquid nitrogen and the mixed gas, thereby improving overall process efficiency.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to the fifth embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 본 발명의 제5실시예는 전술한 제4실시예와 전체적으로 동일한 구성요소를 포함하나, 이와 함께 혼합기체 공급라인(10)을 통해 유동되는 혼합기체와, 크립톤 회수라인(20)을 통해 유동되는 크립톤 성분 및 제논 회수라인(30)을 통해 유동되는 제논 성분을 서로 열교환하여 혼합기체의 온도를 강하시키는 열교환유닛(400)을 더 포함한다는 특징을 가진다.The fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 5 includes the same overall components as the fourth embodiment described above, but also includes a mixed gas flowing through the mixed gas supply line 10 and a krypton recovery line 20. ) and the xenon component flowing through the xenon recovery line 30, which exchanges heat with each other to lower the temperature of the mixed gas.
즉 본 실시예에서 혼합기체 공급라인(10)을 통해 유동되는 혼합기체는 기체냉각유닛(4)을 통해 1차적으로 냉각되고, 이후 열교환유닛(400)을 거치며 크립톤 회수라인(20)을 통해 유동되는 크립톤 성분 및 제논 회수라인(30)을 통해 유동되는 제논 성분과의 열교환을 통해 2차적으로 냉각되어 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200)로 공급될 수 있다.That is, in this embodiment, the mixed gas flowing through the mixed gas supply line 10 is primarily cooled through the gas cooling unit 4, and then passes through the heat exchange unit 400 and flows through the krypton recovery line 20. It can be secondarily cooled through heat exchange with the krypton component and the xenon component flowing through the xenon recovery line 30 and supplied to the first component separator 100 and the second component separator 200.
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 6 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to the sixth embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 본 발명의 제6실시예는 전술한 제5실시예와 전체적으로 동일한 구성요소를 포함하나, 이와 함께 순환라인(50) 상에 구비되어 순환라인(50)을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 압축하는 압축기(52)를 더 포함한다는 특징을 가진다.The sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 6 includes the same overall components as the above-described fifth embodiment, but also includes a krypton component provided on the circulation line 50 and flowing through the circulation line 50. and a compressor 52 that compresses the xenon component.
이에 따라 본 실시예는 압축기(52)를 통해 순환라인(50)을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분에 순환라인(50)을 지속적으로 순환할 수 있는 에너지를 제공할 수 있다.Accordingly, this embodiment can provide energy to continuously circulate the circulation line 50 to the krypton component and xenon component flowing through the circulation line 50 through the compressor 52.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 7 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to the seventh embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 본 발명의 제7실시예는 전술한 제6실시예와 전체적으로 동일한 구성요소를 포함하나, 제1성분분리기(100)에 구비되어 있던 제1가열기(130) 및 제2성분분리기(200)에 구비되어 있던 제2가열기(230)가 생략된 형태를 가진다.The seventh embodiment of the present invention shown in Figure 7 includes the same overall components as the above-described sixth embodiment, but the first heater 130 and the second component separator provided in the first component separator 100. The second heater 230 provided in 200 is omitted.
그리고 이를 대체하여, 본 실시예는 순환라인(50) 상에 구비되어 순환라인(50)을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 가열하는 히터(53)가 마련된다는 특징을 가진다.In place of this, the present embodiment has the feature that a heater 53 is provided on the circulation line 50 to heat the krypton component and xenon component flowing through the circulation line 50.
이와 같이 제1성분분리기(100) 또는 제2성분분리기(200)에 흡착된 제논 성분을 탈착 분리하기 위한 열원은 반드시 제1성분분리기(100) 또는 제2성분분리기(200)의 내부에 구비될 필요는 없으며, 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200)의 외부에 구비될 수도 있다는 것을 확인할 수 있다.In this way, the heat source for desorbing and separating the xenon component adsorbed in the first component separator 100 or the second component separator 200 must be provided inside the first component separator 100 or the second component separator 200. It can be confirmed that it is not necessary and may be provided outside the first component separator 100 and the second component separator 200.
도 8은 본 발명의 제8실시예에 따른 제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.Figure 8 is a diagram schematically showing the structure of a component separation system for xenon-krypton mixed gas according to the eighth embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 본 발명의 제8실시예는 전술한 제7실시예와 전체적으로 동일한 구성요소를 포함하고, 적어도 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200)를 감싸도록 형성되며, 내부가 진공 분위기로 형성되는 진공챔버(VC)를 더 포함한다는 특징을 가진다.The eighth embodiment of the present invention shown in Figure 8 includes the same overall components as the above-described seventh embodiment, and is formed to surround at least the first component separator 100 and the second component separator 200, It has the feature of further including a vacuum chamber (VC) whose interior is formed in a vacuum atmosphere.
이와 같은 진공챔버(VC)는 내부가 진공 분위기로 형성되어 열손실을 최소화할 수 있으며, 따라서 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200)에서의 에너지 효율을 보다 높일 수 있다.Such a vacuum chamber (VC) can minimize heat loss by forming a vacuum atmosphere inside, and thus can further increase energy efficiency in the first component separator 100 and the second component separator 200.
특히 본 실시예에서 진공챔버(VC)는 제1성분분리기(100) 및 제2성분분리기(200)를 비롯하여 증류기(300), 순환라인(50) 상에 구비되는 구성요소들, 열교환유닛(400), 기체냉각유닛(4)을 함께 감싸는 형태로 형성되는 것으로 하였다.In particular, in this embodiment, the vacuum chamber (VC) includes the first component separator 100 and the second component separator 200, the still 300, the components provided on the circulation line 50, and the heat exchange unit 400. ), and is formed in a form that surrounds the gas cooling unit (4) together.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been examined, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms in addition to the embodiments described above without departing from the spirit or scope thereof is recognized by those skilled in the art. It is self-evident to them. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative and not restrictive, and thus the present invention is not limited to the above description but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
1: 혼합기체탱크
2: 산소제거유닛
3: 수분흡착유닛
4: 기체냉각유닛
10: 혼합기체 공급라인
20: 크립톤 회수라인
30: 제논 회수라인
40: 배기라인
50: 순환라인
51: 버퍼탱크
52: 압축기
53: 히터
60: 재공급라인
100: 제1성분분리기
110: 제1냉동기
120: 제1흡착 구조체
130: 제1가열기
200: 제2성분분리기
210: 제2냉동기
220: 제2흡착 구조체
230: 제2가열기
300: 증류기
310: 제3냉동기
320: 유체 접촉용 구조체
330: 재비기
400: 열교환유닛
VC: 진공챔버1: Mixed gas tank
2: Oxygen removal unit
3: Moisture adsorption unit
4: Gas cooling unit
10: Mixed gas supply line
20: Krypton recovery line
30: Xenon recovery line
40: exhaust line
50: circulation line
51: buffer tank
52: compressor
53: heater
60: Resupply line
100: First component separator
110: First refrigerator
120: First adsorption structure
130: First heater
200: Second component separator
210: Second refrigerator
220: Second adsorption structure
230: Second heater
300: still
310: Third refrigerator
320: Structure for fluid contact
330: Reboiler
400: Heat exchange unit
VC: Vacuum chamber
Claims (15)
상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 제2분리공간과, 상기 제2분리공간의 상부에 구비되어 상기 제2분리공간에 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 빙점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제2냉동기와, 상기 제2분리공간 내에서 상기 제2냉동기에 의해 빙결된 제논 성분을 흡착하는 제2흡착 구조체를 포함하여, 제논 성분에 대한 흡착 공정 및 탈착분리 공정을 상기 제1성분분리기와 교대로 수행하는 제2성분분리기;
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 흡착 공정이 진행되는 일측의 하부 유체출입구에 선택적으로 혼합기체를 공급하는 혼합기체 공급라인;
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 흡착 공정이 진행되는 일측의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 크립톤 성분을 회수하는 크립톤 회수라인; 및
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출되는 제논 성분을 회수하는 제논 회수라인;
을 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.A first separation space formed with an upper fluid inlet at the upper end and a lower fluid inlet at the lower end, and a mixture of xenon (Xe) and krypton (Kr) provided at the upper part of the first separation space and flowing into the first separation space. A first refrigerator including a first refrigerator that cools the gas to a cooling temperature below the freezing point of xenon or above the vaporization point of krypton, and a first adsorption structure that adsorbs the xenon component frozen by the first refrigerator within the first separation space. component separator;
A second separation space formed with an upper fluid inlet at the upper end and a lower fluid inlet at the lower end, and a mixture of xenon (Xe) and krypton (Kr) provided at the upper part of the second separation space and flowing into the second separation space. A second refrigerator that cools the gas to a cooling temperature below the freezing point of xenon or above the vaporization point of krypton, and a second adsorption structure that adsorbs the xenon component frozen by the second refrigerator within the second separation space, a second component separator that alternately performs an adsorption process and a desorption separation process for components with the first component separator;
a mixed gas supply line selectively supplying a mixed gas to a lower fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space where an adsorption process is performed;
A krypton recovery line that recovers the krypton component discharged through an upper fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space where an adsorption process is performed; and
A xenon recovery line for recovering xenon components discharged from one side of the first separation space or the second separation space where a desorption and separation process is performed;
Including,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 제1성분분리기는 상기 제1분리공간 내를 가열하여 상기 제1흡착 구조체에 흡착된 제논 성분을 탈착 분리시키는 제1가열기를 더 포함하며,
상기 제2성분분리기는 상기 제2분리공간 내를 가열하여 상기 제2흡착 구조체에 흡착된 제논 성분을 탈착 분리시키는 제2가열기를 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to paragraph 1,
The first component separator further includes a first heater that heats the first separation space to desorb and separate the xenon component adsorbed on the first adsorption structure,
The second component separator further includes a second heater that heats the second separation space to desorb and separate the xenon component adsorbed on the second adsorption structure.
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정은 제논 성분을 기화시키도록 진행되며,
상기 제논 회수라인은,
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 기화된 제논 성분을 회수하도록 구비되는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to paragraph 1,
The desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space proceeds to vaporize the xenon component,
The xenon recovery line is,
Equipped to recover the vaporized xenon component discharged through the upper fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space where the desorption and separation process is performed,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정은 제논 성분을 액화시키도록 진행되며,
상기 제논 회수라인은,
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측의 하부 유체출입구를 통해 배출되는 액화된 제논 성분과 일부 기화된 제논 성분을 회수하도록 구비되는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to paragraph 1,
The desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space proceeds to liquefy the xenon component,
The xenon recovery line is,
Equipped to recover the liquefied xenon component and partially vaporized xenon component discharged through the lower fluid inlet on one side of the first separation space or the second separation space where the desorption and separation process is performed,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정의 초기 기 설정된 시간 동안 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에 잔류하는 크립톤 성분을 배출시키는 배기라인을 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to paragraph 1,
Further comprising an exhaust line for discharging the krypton component remaining in the first separation space or the second separation space during an initial preset time of the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에서 수행되는 탈착분리 공정의 초기 기 설정된 시간 동안 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간에 잔류하는 크립톤 성분과, 상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출되는 제논 성분을 순환시키는 순환라인; 및
상기 순환라인 상에 구비되어 상기 순환라인을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 저장하는 버퍼탱크;
를 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to paragraph 1,
The krypton component remaining in the first separation space or the second separation space during an initial preset time of the desorption and separation process performed in the first separation space or the second separation space, and the first separation space or the second separation space. A circulation line that circulates the xenon component discharged from one side of the separation space where the desorption and separation process is performed; and
a buffer tank provided on the circulation line to store krypton and xenon components flowing through the circulation line;
Containing more,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 순환라인 상에 구비되어 상기 순환라인을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 압축하는 압축기를 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to clause 6,
Further comprising a compressor provided on the circulation line to compress the krypton component and xenon component flowing through the circulation line,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 순환라인 상에 구비되어 상기 순환라인을 통해 유동되는 크립톤 성분과 제논 성분을 가열하는 히터를 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to clause 6,
Further comprising a heater provided on the circulation line to heat the krypton component and xenon component flowing through the circulation line,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상단부에 상부 유체출입구가 형성되며, 하단부에 하부 유체출입구가 형성된 증류공간과, 상기 증류공간의 상부에 구비되어 상기 버퍼탱크로부터 상기 증류공간으로 유입된 제논(Xe)-크립톤(Kr) 혼합기체를 제논의 액화점 이하 크립톤의 기화점 이상의 냉각온도로 냉각하는 제3냉동기를 포함하는 증류기; 및
상기 증류공간의 상부 유체출입구를 통해 배출되는 크립톤 성분과 제논 성분을 상기 혼합기체 공급라인에 재공급하는 재공급라인;
을 더 포함하며,
상기 제논 회수라인은,
상기 제1분리공간 또는 상기 제2분리공간 중 탈착분리 공정이 진행되는 일측에서 배출된 후 상기 증류공간으로 유입되어 액화된 후 상기 증류공간의 하부 유체출입구를 통해 배출되는 액화된 제논 성분을 회수하도록 구비되는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to clause 6,
A distillation space having an upper fluid inlet formed at the upper end and a lower fluid inlet formed at the lower end, and a xenon (Xe)-krypton (Kr) mixed gas provided at the upper part of the distillation space and flowing into the distillation space from the buffer tank. A distiller including a third refrigerator that cools to a cooling temperature below the liquefaction point of xenon or above the vaporization point of krypton; and
A resupply line for resupplying the krypton component and xenon component discharged through the upper fluid inlet of the distillation space to the mixed gas supply line;
It further includes,
The xenon recovery line is,
To recover the liquefied xenon component discharged from one side of the first separation space or the second separation space where the desorption and separation process is performed, then introduced into the distillation space, liquefied, and then discharged through the lower fluid inlet of the distillation space. Equipped,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 혼합기체 공급라인을 통해 유동되는 혼합기체와, 상기 크립톤 회수라인을 통해 유동되는 크립톤 성분 및 상기 제논 회수라인을 통해 유동되는 제논 성분을 서로 열교환하여 혼합기체의 온도를 강하시키는 열교환유닛을 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to clause 9,
It further includes a heat exchange unit that lowers the temperature of the mixed gas by exchanging heat with the mixed gas flowing through the mixed gas supply line, the krypton component flowing through the krypton recovery line, and the xenon component flowing through the xenon recovery line. doing,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
적어도 상기 제1성분분리기 및 상기 제2성분분리기를 감싸도록 형성되며, 내부가 진공 분위기로 형성되는 진공챔버를 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to paragraph 1,
It is formed to surround at least the first component separator and the second component separator, and further includes a vacuum chamber whose interior is formed in a vacuum atmosphere,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 혼합기체 공급라인에 구비되어, 상기 혼합기체 공급라인으로 유동되는 혼합기체에 포함된 산소를 수소와 반응시켜 수증기로 전환시키는 산소제거유닛을 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to paragraph 1,
Further comprising an oxygen removal unit provided in the mixed gas supply line and converting oxygen contained in the mixed gas flowing into the mixed gas supply line into water vapor by reacting with hydrogen,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 혼합기체 공급라인에 구비되어, 산소제거유닛에 의해 생성된 수증기를 흡착하는 수분흡착유닛을 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to clause 12,
Further comprising a moisture adsorption unit provided in the mixed gas supply line to adsorb water vapor generated by the oxygen removal unit,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 수분흡착유닛은 한 쌍이 병렬로 구성되는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to clause 13,
The moisture adsorption unit consists of a pair in parallel,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
상기 혼합기체 공급라인에 구비되어, 액체질소를 통해 상기 혼합기체 공급라인으로 유동되는 혼합기체가 사전 냉각되도록 하는 기체냉각유닛을 더 포함하는,
제논-크립톤 혼합기체의 성분 분리시스템.According to paragraph 1,
Further comprising a gas cooling unit provided in the mixed gas supply line to pre-cool the mixed gas flowing into the mixed gas supply line through liquid nitrogen,
A component separation system for xenon-krypton mixed gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220118598A KR20240040173A (en) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | Xenon-Krypton Mixed Gas Component Separation System |
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| KR1020220118598A KR20240040173A (en) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | Xenon-Krypton Mixed Gas Component Separation System |
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| KR20240040173A true KR20240040173A (en) | 2024-03-28 |
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ID=90483006
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|---|---|---|---|---|
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2022
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