KR900006423B1 - 압력변동이용 혼합가스 분리장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
압력변동이용 혼힙가스 분리장치
[도면의 간단한 설명]
제1도 및 제2도는 본 발명에 연관된 압력변동이용 혼합가스 분리장치의 일 실시예를 나타낸 개념도.
제3도는 제2도의 동작을 설명하기 위한 타임 챠트.
제4도는 종래 장치를 나타낸 개념도.
[발명의 상세한 설명]
(기술분야)
본 발명은 예컨대 연료발전 플랜트에 사용되며, 제오라이트 등과 같이 압력에 의하여 흡착능력차를 가진 흡착재를 이용한 압력변동이용 혼합가스 분리장치에 관한 것이다.
(배경기술)
현재 광범위하게 알려져 있는 압력변동이용 혼합가스 분리장치(이하 PSA라 칭한다)의 대표적인 예는 일본국 특공소 45-20082호 공보, 특개소 47-14070호 공보 및 특개소 48-16874호 공보 등에 개시되어 있다. 이러한 종래예의 어느것에 있어서도 분리하여야 할 원료가스를 우선 어떠한 수단, 보통으로는 가스 콤프레서 등으로 일정압력까지 승압시키고, 이후에 흡착재가 내장된 흡착탑으로 밸브를 통하여 도입되어 예컨대 다음과 같은 싸이클을 반복하는 것에 의하여 가스를 분리한다.
즉, (1) 공급가스를 공급단으로 부터, 제품가스의 일부를 토출단으로 부터 도입하여 압력균등화를 행한다.
(2) 공급가스의 도입을 계속하여 보다 높은 압력으로 제가압한다.
(3) 다른 탑으로 제품가스의 일부를 공급하여 압력균등화를 행한다.
(4) 병류감압에 의하여 제품가스의 일부를 다른 탑의 퍼지(Purge, 소기)로 사용한다.
(5) 향류감압으로서 흡착성분의 탈착을 행한다.
(6) 토출단부에서 퍼지를 받는다는 것이다. 3탑식의 운용예를 표1에 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure kpo00001
제4도는 종래예의 일예로서 공기를 산소와 질소로서 분리하는 목적으로 사용되는 흡착법에 의한 공기 분리장치를 나타낸 것이다. 이것에 의하면, 에어필터(26)를 통하여 제진된 공기가 공기압축기(27)에서 약 5kg/cm2으로 승압되고, 수냉각기(28)에서 압축열이 제거된다. 다음에 수분분리기(29)에서 수분이 제기되어 흡착탑(19a) -(19d)로 송출된다.
흡착탑(19a)-(19d)의 내부에는 필터로서의 기능을 가진 제오라이트 등으로 된 흡착제(20a)-(20d)가 내장되어 있다.
그리고, 밸브(24a)-(24d)를 통하여 공급된 공기중에서 제품가스 성분만을 흡착제(20a)-(20d)를 통과하여 밸브(24e)-(24h)를 통하여 제품가스 홀더(21)에 송입된다.
여기서, 흡착제(20a)-(20d)의 흡착능력에 대하여 상당히 대량의 공기가 송입되어서 흡착능력 회복을 위하여 압력을 저하시켜서 탈착하여 폐공기를 밸브(24i)-(24l)를 통하여 계외로 방출할 필요가 있게 된다.
따라서, 연속적으로 제품가스를 공급하는 데에는 이 고압하의 흡착과 저압하의 탈착을 주기적으로 행할 필요가 있기 때문에 흡착탑은 최저 2개의 탑이 필요하게 되고, 여기서는 4개의 탑(19a)-(19d)이 설치된 예를 나타낸 것이다.
또한, 도면에서 24m-24q는 균압밸브이다.
그리고, 흡착 및 탈착의 행정을 원활하게 행하기 위하여 밸브(24a)-(24q)를 제어장치(22)에 의하여 제어도록 되어 있다.
제4도의 공기 분리창치를 보다 경제적으로 설치하기 위하여서는 콤팩트화에 의한 설비비의 삭감 및 고성능화에 의한 운전경비의 삭감이 필요하게 된다.
전자의 목적을 위하여서는 싸이클 타임의 단축, 또한 후자의 목적을 위하여서는 흡착공정에서의 승압동력 및 또는 재생공정에서의 감압동력의 저감이 효과적인 것이다.
그러나, 종래 기술에서는 흡착제(20a)-(20d)가 필요로 하는 압력변동 싸이클은 우선 공기 압축기등에서 일정압력으로 승압되고, 그후 흡착탑(19a)-(19d)의 출입구인 복수개의 밸브(24a)-(241)의 개폐조작에 의하여 달성되는 것이어서 흡착시 초기에는 압력에너지는 어떠한 일을 하지 않으며, 또한 흡착 종료후에 용이하게 흡착된 가스는 밸브를 통하여 팽창하여 그 압축에너지는 방출되어 손실되기 때문에 소요동력의 증대를 초래하며, 그 싸이클시간은 1-5분이 통예인 것이다.
이것을 긴측으로 연장하는 것은 하등의 문제가 없지만, 단축하는 측으로는 밸브(24a)-(24I)의 내구성 및 개폐속도의 관점에서 겨우 0.1초 정도까지 단축할 수 있으며, 그 이하로 단축하는 것은 경제성을 현저하게 약화시키기 때문에 그 실현을 거의 불가능한 것이었다.
(발명의 개시)
여기서, 본 발명은 소요동력을 대폭적로 절감할 수 있고, 종래 장치보다는 경제적으로 우수한 압력변동을 이용한 혼합가스 분리장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 실린더 내를 섭동하는 피스톤에 의하여 상기 실린더내의 가스압력을 변동시킬 수 있는 장치에 있어서, 상기 피스톤과 상기 실린더 헤드와의 사이에 압력에 의하여 흡착능력에 차이가 있는 흡착재를 배치하는 것을 특징으로 한 것이다.
상기와 같이 구성하는 것에 의하여, 종래에 필요로 하였던 흡착공정 초기의 원료가스의 승압에너지 및 종래에 손실로 되었던 흡착종료후에 용이하게 흡착된 가스의 감압동력을 기계적으로 회수할 수 있으며, 이것에 의하여 소요동력의 대폭적인 절감이 가능하게 되어서 설비비 절감을 달성할 수 있게 되는 것이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
제1도 및 제2도는 본 발명에 연관된 압력변동이용 혼합가스 분리장치의 일실시예를 나타낸 개념이다.
제1도에서 흡착제(1)는 실린더(2)의 상단부 즉, 실린더(2)의 헤드와 피스톤(3)과의 사이에 배설되고, 압력의 변동은 피스톤(3)의 왕복동작에 의하여 얻을 수 있도록 되어 있다.
가스 흡배구(4)(5)(6)(7)(8)는 실린더(2)에 설치되고, 이것들은 다음의 역할을 담당하고 있다.
즉, 4는 흡착이 어려운 가스의 배출구, 5는 원료가스의 흡입구, 6은 흡착이 용이한 가스의 배출구, 7은 흡착이 용이한 가스의 흡입구, 8은 흡착이 용이한 가스의 배출구이다.
상기와 같이 구성되어서, 종래에 설치되었던 공기압축기(27) 및 흡착탑(19a)-(19d)의 출입구의 압력제어용의 밸브(24a)-(241)가 제거된 것이다.
제2도에서는 제1도에서 나타낸 압력변동이용 혼합가스 분리장치를 4개의 탑을 병열로 배치하고, 각각의 작동시간을 1/4싸이클씩 어긋난 상태를 나타낸 것이다.
제2도에 있어서, 11은 피스톤형 흡착탑, 12는 전동기등의 피스톤 구동용 원동기, 13은 크랭크샤프트, 14는 흡착이 어려운 가스배출라인에 설치된 밸브, 15는 원료가스 도입라인에 실치된 밸브, 16은 흡착이 용이한 가스배츨라인에 설치된 밸브, 17은 흡착이 용이한 가스 이송라인에 설치된 밸브이며, 각 기기에는 1/4싸이클씩 어긋난 상태마다 a,b,c,d가 부가되어 있다.
이하, 이와같이 구성된 압력변동이용 혼합가스 분리장치의 동작은 제3도의 타임챠트와 같이 된다.
제3도의 상부실이 가압상태로, 하부실이 제감압상태로 있을 시에는 각 기기에 대하여 a가 부가된 상태 즉, 제2도의 가장 좌측의 압력변동이용 혼합가스 분리장치를 나타내고, 이 경우에는 피스톤(3)이 중립점위치에 있으며, 일방밸브(14a)(15a)(16a)는 폐색되어지고, 밸브(17a)(17b)는 개방되어 진다.
이 상태에서 피스톤 구동용 진동기(12)에 의하여 피스톤(3a)을 상사점측으로 이동시킨다.
그리고, 피스톤(3b)이 상사점에 도달하여 제품가스 송출상태를 제2도의 각 기기에 대하여 b를 부가된 좌측에서 두번째의 압력변동이용 혼합가스 분리장치를 나타내고, 이 상태에서는 밸브(15b)(16b)만 폐쇄되어지고, 다른 밸브(14b)(17b)(17c)는 개방되어진다.
동일하게, 제3도의 감압탈리의 상태는 제2도의 기기에 대하여 c가 부가된 좌측에서 세번째의 상태를 나타내고, 제3도의 소기상태는 제2도의 각 기기에 대하여 d가 부가된 좌측에서 네번째를 나타내고 있다. 이하 동일하게 동작하게 된다.
이상 전술한 본 발명의 실시예에 의하면, 하기와 같은 효과를 얻는다.
(1) 종래에 필요로하던 흡착공정초기의 원료가스의 승압에너지 및 종래 손실로 되었던 흡착 완료후에 흡착이 용이한 가스의 감압동력을 기계적으로 회수할 수가 있으며, 이것에 의하여 소요동력의 대폭(약 5-30%) 저감이 가능하게 되어 설비비의 저감을 달성할 수가 있게 된다.
(2) 싸이클 타임의 대폭적인 단축이 가능하게 되어, 예컨대 종래 60초 걸리던 것을 0.6초로 수행되어 흡착제의 소요량이 약 1/50로 되며, 콤펙트화 및 정비비 절감이 달성된다.
즉, 종래장치에 있어서는 밸브 자체에서 압력제어를 행하게 되어서, 이 밸브는 내구성의 면에서 경제적이 아니기 때문에 싸이클의 단축이 어렵게 되고, 고속화가 곤난한 것이었다.
이것에 대하여, 본 실시예에서는 가스의 압력제어를 밸브에서가 아니고, 실린더(2)와 피스톤(3)에 의하여 행하는 것이어서 밸브의 내구성에 비하여 높게되며, 싸이클 타임의 단축화가 가능하게 되는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한하지 않고, 제2도의 밸브(17)를 폐지하여 피스톤 자체로서 밸브(l7)를 대체하는 시스템으로 하여도 되는 것이다.
(산업상의 이용가능성)
이상 전술한 바와같이 본 발명에 의하면, 소요동력이 대폭적으로 저감할 수 있으며, 설비비의 저감을 가져올 수 있는 압력변동이용 혼합가스 분리장치를 제공할 수 있게 된다.

Claims (1)

  1. 실린더 내를 섭동하는 피스톤에 의하여 상기 실린더내의 가스압력을 변동시킬 수 있는 장치에 있어서, 상기 피스톤과 상기 실린더의 헤드와의 사이에 압력에 의하여 흡착능력에 차를 가진 흡착재를 배치한 것을 특징으로 하는 압력변동이용 혼합가스 분리장치.
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