KR970008064B1 - 기공물질을 팽화시키는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

요약없음

Description

기공물질을 팽화시키는 방법 및 장치

제1도는 본 발명 장치의 시스템 공정도이다.

본 발명은 기공물질을 팽창시키는 방법 및 장치에 관한 것으로 특히, 담배 등 기공물질을 액화가스로 함침시키고 함침된 가스를 기화시켜 기공물질을 보다 안정적이고 효율적으로 팽창시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

담배 등 기공물질은 말리게되면 수분의 증발로 인해 부피가 즐어들게된다. 그런데, 이들 물질의 고급상품화를 위해서는 이들 물질의 등급을 결정하는 성질(담배의 경우, 연소특성 등)을 바꿀 필요가 있으며, 이렇게 성질을 바꾸는 방법중의 하나가 조직을 팽창시키는 것이다.

종래 담배 등 기공물질을 팽창시키는 일반적인 방법은 기공물질에 불활성 액화가스를 함침시키고, 불활성액화가스가 함침된 기공물질을 급속히 가열함으로써 기공물질의 기공속에 함침된 액화가스(또는 고화가스)가 기화되도록 하여 기공속 가스의 증가된 압력에 의해 기공물질을 팽창시키는 공정이다.

위와 같은 방법에 의해 기공물질을 팽창시키는 기술이 다수 공지되어 있다.

영국 특허 제1,484,536호에는 담배를 팽창제인 고압의 액체 CO₂로 함침시키고, 함침된 담배의 압력을 감소시켜 담배조직내에서 이산화탄소를 고형화 시키고, 이렇게 함침된 담배를 꺼내어 급속가열하여 이산화탄소를 기화시켜 담배를 팽창시키는 방법 및 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.

미국 특허 제4,165,618호 역시 상기 영국 특허 제1,484,536호와 유사한 방법 및 장치이나, 그 특징적 사항은 프로세스 탱크의 증기 공간으로부터 가스를 함침용기로 이동시킴으로써 함침용기를 퍼징 및 가압하고 함침후 함침용기내에 남아있는 가스를 다시 프로세스 탱크로 회수하는 것에 있다.

상기 특허들에 개시된 방법들은 함침용기를 퍼징시키고 가압하는데 사용되는 가스가 프로세스 탱크의 증기공간으로부터 나오기 때문에 프로세스 탱크내의 압력을 감소시키는 원인을 제공한다. 프로세스 탱크내의 압력이 급격히 감소되면 탱크내의 열역학적 평형이 깨지고 탱크내의 액체는 비등하게 되어 불안정한 상태로 된다.

또한 배출가스를 회수하여 이를 압축시킨후에 프로세스 탱크로 회수하는 상기 미국 특허 제4,165,618호에 개시된 방법도 회수된 기체를 압축시 온도가 상승하여 프로세스 탱크의 소실된 열을 대체할 수 있는 것으로 보이나 그 만큼의 열량 공급롤로는 프로세스 탱크내의 짧은 시간내에 급격히 변화하는 압력 및 온도평형을 유지하는데 부족하다. 따라서 탱크내의 압력과 온도를 원하는 평형치로 복원시키기 위하여 탱크내의 액체를 큰 파워로 급격히 가열하여야 하는데 이러한 공정은 운전을 불안정하게 하고 함침비용을 현저히 증가시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 상기 프로세스 탱크의 비평형문제는 퍼징 및 가압을 하는 짧은 시간동안에 프로세스 탱크의 압력이 급격히 떨어지기 때문에 생기는 것이므로, 본 발명은 프로세스 탱크와 침적조 사이에 압력완충기의 역할을 하는 탱크(프로세스 베이퍼 탱크)를 설치함으로써 퍼징 및 가압시에 생기는 프로세스 탱크의 급격한 압력감소를 방지하여 프로세스 탱크의 평형을 유지하면서 기공물질을 팽화시키는 방법 및 장치이다. 이는 짧은 시간동안의 퍼징 및 가압에는 프로세스 베이퍼 탱크의 기체 CO₂를 이용하고 이때 쓰인 기체 CO₂는 전공정에 걸쳐 프로세스 탱크의 증기공간으로 부터 서서히 공급 받으므로써 프로세스 베이퍼 탱크의 압력을 회복하며, 프로세스 탱크의 급격한 압력변화를 피할 수 있어 평형을 쉽게 유지하면서 기공물질을 팽화시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 프로세스 탱크의 비평형문제를 해결하기 위한 또다른 방법으로 공개특허 제92-16136호(92. 9. 24)로 공개된 방법이 있으나, 이방법은 프로세스 탱크내의 평형을 유지하기 위하여 프로세스 탱크와 완전히 독립된 별개의 탱크를 사용하여 퍼징·가압 뿐만 아니라 회수까지 수행하도록 되어 있어 본 발명에 비해 CO₂가스의 회수율이 현저히 떨어지고, 이는 CO₂방출에 의한 비용의 손실 뿐만 아니라 점차 규제가 강화되고 있는 CO₂에 의한 환경오염의 측면에서도 적절하지 못한 공정이며 회수된 가스를 짧은 시간에 가압을 위한 압력으로 높이기 위해 큰 용량의 컴프레서가 필요하게 되는데, 이는 또한 운전비용증가의 요인이 된다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기공물질을 침적조에 장입하는 단계와, 프로세서 베이퍼 탱크(Process Vapor Tank)로 상기 침적조를 퍼징하는 단계와, 상기 퍼징된 침적조의 압력이 프로세스 탱크의 압력수준이 되도록 프로세스 베이퍼 탱크로 가압하는 단계와, 상기 침적조에 프로세스 탱크의 액체 CO₂를 이송하는 단계와, 예정된 시간동안 기공물질을 액체 CO₂에 함침하는 단계와, 상기 침적조내의 함침되지 않은 액체 CO₂를 상기 프로세스 탱크로 이송하는 단계와, 상기 침적조내의 고압 CO₂기체를 고압회수 탱크로 회수하는 일차 감압단계와, 일차 감압 후 압력이 떨어진 상기 침적조내의 기체 CO₂를 저압회수 탱크로 회수하는 이차 감압단계와, 이차 감압후 상기 첨적조내에 남아 있는 기체 CO₂를 대기중으로 배출하는 단계와, 상기 저압회수 탱크의 기체 CO₂를 고압회수 탱크로 압축시켜 이송하는 단계와, 고압회수 탱크의 기체 CO₂를 프로세스 탱크로 이송하는 단계와, 상기 프로세스 탱크의 기체 CO₂를 프로세스 베이퍼 탱크로 프로세스 탱크의 상태를 평형에 가깝도록 유지하면서 조금씩 이송하여 가압하는 단계로 이루어지며, 상기 고압회수 탱크의 기체 CO₂를 프로세스 탱크로 이송하는 단계에서, 프로세스 탱크의 압력이 주어진 압력보다 높을 경우 기체 CO₂를 액화시켜 이송하며, 상기 프로세스 베이퍼 탱크내의 압력이 주어진 압력보다 높아지면 기체 CO₂를 액화시켜 프로세스 탱크로 회수하는 것을 특징으로 하는 기공물질을 팽화시키는 방법과, 기공물질을 액체 CO₂에 함침시키기 위하여 기공물질을 장입·배출하는 수단과 액체 CO₂와 기체 CO₂를 공급받고 배출하기 위한 수단을 가지는 침적조와, 상기 침적조에 기체 CO₂를 퍼징하고 가압하기 위한 수단 및 기체 CO₂를 프로세스 탱크로부터 받기 위한 수단을 가지는 프로세스 베이퍼 탱크와 ; 상기 침적조내의 기체 CO₂를 회수하기 위한 수단을 가지는 고압회수 탱크 및 저압회수 탱크와, 상기 고압회수 탱크로부터 기체 CO₂를 회수하고 액체 CO₂를 상기 침적조에 공급 및 회수하기 위한 수단과 상기 프로세스 베이퍼 탱크로 기체 CO₂를 이송하기 위한 수단 및 공정중에 소모되는 CO₂를 CO₂저장탱크로부터 보충받기 위한 수단을 가지는 프로세스 탱크로 구성되며, 상기 프로세스 탱크내의 압력이 주어진 압력보다 높아서 고압회수 탱크의 기체CO₂를 이송할 수 없는 경우, 또는 상기 프로세스 베이퍼 탱크내의 압력이 주어진 압력보다 높은 경우에 또는 상기 프로세스 탱크내의 압력이 주어진 압력보다 높은 경우에 기체 CO₂를 액화시키기 위한 냉각장치 및 감압시에 프로세스의 평형을 유지하기 위해서 열을 공급하는 히터가 프로세스 탱크에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기공물질을 팽화시키는 장치를 제공한다.

이하에 본 발명의 구성 및 작용을 도면에 의거 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 실시태양을 나타내는 계통도로서 본 발명의 주요장치는 침적조(21), 프로세스 베이퍼탱크(22), 프로세스 탱크(23), 저압회수 탱크(24), 고압회수 탱크(25) 냉각장치(26), 히터(27), 프로세스 펌프(28), 저압컴프레서(29), 고압컴프레서(30) 등으로 이루어져 있다.

첨적조(21)는 담배 등 기공물질을 장입하여 액체 CO₂를 함침시키기 위한 장치로서 기공물질을 장입·배출하기 위상 상부 개구부와 하부 개구부가 상하부에 구성되어 있으며, 상부 개구부에는 기체 CO₂를 배기하기 위한 라인이 사일렌서(silencer)(32), 저압회수 탱크(24), 고압회수 탱크(25)와 연결되어 있고, 상기 라인에는 밸브(4,8,9,10)가 장착되어 있어 가스의 흐름을 조정하게 되어 있다.

하부 개구부에는 액체 CO₂를 이송 및 회수하기 위한 라인이 프로세스 탱크(23)와 연결되어 있고 상기 라인에는 펌프 및 밸브(2,3)가 장착되어 있서 액체 CO₂의 흐름을 조정한다.

또한 하구 개구부에는 프로세스 베이퍼 탱크(22)와 라인으로 연결되어 있어 기체 CO₂에 의한 퍼정 및 가압이 가능하도록 되어 있다. 상기 라인에는 밸브(1)가 장착되어 있어 기체 CO₂의 흐름을 조정한다.

고압회수 탱크(25)는 침적조(21)내의 일차 감압에 따른 기체 CO₂를 회수하기 위한 장치이고, 저압회수 탱크(24)는 침적조(21)내의 이차 감압에 따른 기체 CO₂를 회수하기 위한 장치로서 침적조(21)와 라인으로 연결되어 있으며 저압회수 탱크(24)와 고압회수 탱크(25) 사이에는 회수된 기체를 고압회수 탱크(25)로 이송하기 위한 저압컴프레서(29)가 장착되어 있다.

프로세스 탱크(23)는 침적조(21)에 액체 CO₂를 이송하고 회수하기 위한 장치로서 회수된 기체 CO₂를 받기 위한 라인이 고압컴프레서(30)를 통하여 고압회수 탱크(25)와 연결되어 있고, 액체 CO₂를 이송하고 회수하기 위한 라인 및 액체 CO₂공급시 침적조 상단의 기체 CO₂를 회수하기 위한 라인이 침적조(21)와 연결되어 있고, 프로세스 탱크(23)내의 기체 CO₂를 프로세스 베이퍼탱크(22)로 이송하기 위한 라인이 연결되어 있다. 그리고, 공정중에 소모되는 CO₂를 보충하기 위한 라인이 CO₂공급펌프(31)를 통해서 CO₂저장탱크(20)와 연결되어 있다.

프로세스 베이퍼 탱크(22)는 프로세스 탱크(13)로부터 기체 CO₂를 공급받고 기체 CO₂를 침적조(21)에 퍼징 및 가압하기 위한 장치이다.

냉각장치(26)는 프로세스 탱크(23) 및 프로세스 베이퍼 탱크(22)의 압력이 주어진 압력보다 클 경우 기체 CO₂를 액화시키고 또한 프로세스 탱크(23)의 압력이 주어진 압력보다 높을 경우 고압회수 탱크(25)로부터 회수하는 CO₂기체를 액화시키기 위한 장치로서 프로세스 탱크(23)에 장착되어 있다.

히터(27)는 프로세스 베이퍼 탱크(22)로 전공정에 걸쳐 미량씩 빠져나가는 기체 CO₂로 인한 프로세스 탱크(23)의 손실된 에너지를 보충하기 위한 장치이다.

프로세스 펌프(28)는 침적조(21)와 동일한 수준의 압력을 유지하고 있는 프로세스 탱크(23)의 액체 CO₂를 침적조(21)에 이송하기 위한 장치이다.

저압 컴프레서(29)는 저압회수 탱크(24)로 회수된 기체 CO₂를 고압회수 탱크(25)로 압축시켜서 이송하는 장치이다.

고압 컴프레서(30)은 고압회수 탱크(25)의 기체 CO₂를 프로세스 탱크(23)와 동일한 압력으로 가압하여 프로세스 탱크(23)로 이송하는 장치이다.

이와 같은 본 발명의 작동공정을 설명하면 다음과 같다.

모든 밸브를 닫아 놓은 상태에서 침적조(21)의 상부 개구부를 열고 예정된 양의 담배를 침적조(21)내에 장입한 후 상부 개구부를 닫고 밀봉한다.

그리고 1번과 10번 밸브를 열고 프로세스 베이퍼 탱크(22)의 기체로 침적조(21)를 정해진 시간동안 퍼징한다.

다음에 1번과 10번 밸브를 닫고 밸브 4,5,6을 연 후 프로세스 베이퍼 탱크(22)의 기체 CO₂를 침적조(21)에 약 28기압까지 가압하여 침적조의 압력이 프로세스 탱크(23)의 압력과 같도록 한다.

다음에 침적조(21)의 아랫부분은 프로세스 탱크(23)의 액체부분에 침적조(21)의 윗부분은 프로세스 탱크(23)의 기체부분에 연결하여 프로세스 탱크(23)의 액체 CO₂를 프로세스 펌프(28)로 침적조(21)에 채운다. 이때 밸브(6)을 담고 밸브(2,7)을 개방하며 밸브(4,5)는 계속 열려 있는 상태로 둔다. 따라서 프로세스 탱크(23)로부터 공급받는 액체 CO₂의 수준이 침적조(21)내에 증가함에 따라 이미 침적조내에 있던 기체CO₂는 라인(4,5,7)을 통해 프로세스 탱크(23)의 증기공간으로 간다. 상기 공정의 단계동안 프로세스 탱크(23)의 압력은 액체 및 가스 CO₂가 닫힌 시스템을 순환하므로 실질적으로 일정하다.

침적조(21)에 액체 CO₂가 채워지면 밸브(2,4,5,7)를 닫고 예정된 시간동안 유지하여 액체 CO₂가 담배에 함침되도록 한다.

상기 함침단계가 끝나면 밸브(3,4,5,7)을 열고 침적조(21)내의 액체 CO₂를 침적조(21)보다 아래에 위치한 프로세스 탱크(23)로 중력에 의해 회수시킨다.

이때 액체 CO₂가 침적조(21)로부터 회수되어 프로세스 탱크(23)로 다시 들어감에 따라 기체 CO₂는 프로세스 탱크(23)의 증기공간으로부터 강제로 밀려나 침적조(21)로 다시 들어간다.

상기 공정단계동안 침적조(21) 및 프로세스 탱크(23)의 압력은 실질적으로 일정하다.

액체 CO₂의 회수가 끝난 다음에 침적조(21)안의 고압 기체 CO₂를 고압회수 탱크(25)(약 9기압)로 내보내어서 일차 감압을 실시한다. 이때 밸브(3,5,7)을 닫고 밸브(8)을 열며 밸브(4)는 계속 열려 있는 상태로 둔다.

일차 감압이 끝난 후 어느 정도 압력이 떨어진 침적조(21)내의 기체 CO₂를 저압회수 탱크(24)(2기압)로 내보내어서 2차감압을 실시한다.

이때 밸브(8)을 닫고 밸브(9)를 열며 밸브(4)는 계속 열려 있는 상태로 둔다.

이차 감압이 끝난 후 밸브(4,9)를 닫고 밸브(10)을 열어서 마지막으로 침적조(21)에 남아 있는 기체 CO₂를 사이렌서(Silencer)(32)를 통해 대기중으로 배출한다. 상기 배기단계가 종료된 후에 침적조(21)를 개방하고 담배를 꺼내어 가열하면 고형화된 CO₂가 승화되면서 담배가 팽창된다.

다음에 저압 회수 탱크(24)에 회수된 기체 CO₂를 저압 회수 컴프레서(29)로 압축시켜서 고압회수 탱크(25)로 내보내고, 다시 고압회수 탱크(25)에 회수된 기체 CO₂를 고압회수 컴프레서(30)로 압축시켜서 프로세스 탱크(23)로 내보낸다.

이때, 프로세스 탱크(23)의 압력이 높을 경우, 고압회수 탱크(25)로부터 회수되는 기체 CO₂는 밸브(13,14)를 통해 냉각장치(26)에서 액체 CO₂로 변화시켜 프로세스 탱크(23)로 회수시킨다.

프로세스 베이퍼 탱크(22)는 프로세스 탱크(23)와 라인으로 연결되어 있어서 침적조(21)를 가압함으로써 떨어진 프로세스 베이퍼 탱크(22)의 압력을 기체 CO₂를 프로세스 탱크(23)로부터 밸브(11)를 통해 전공정에 걸쳐 서서히 공급받아 프로세스 탱크(22)와 같은 압력으로 회복한다.

프로세스 베이퍼 탱크(22)의 압력이 높아지면 밸브(12,13)를 열어서 냉각장치(26)를 거쳐 기체 CO₂를 액체 CO₂로 만들어 프로세스 탱크(23)로 회수시킨다.

이와 같이 구성된 본 발명은 가압라인 중간에 프로세스 베이퍼 탱크(22)를 설치함으로써 상기 프로세서 베이퍼 탱크(22)가 압력완충기 역할을 하여 퍼징 및 가압시에 프로세스 탱크(23)의 압력이 짧은 시간동안에 급격히 떨어져 공정운전이 불안정해지는 것을 방지하고, 또한 이산화탄소 회수의 효율을 극대화할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (6)

1. 가공물질을 침적조(21)에 장입하는 단계와, 프로세스 베이퍼 탱크(Process Vapor Tank)(22)로 상기 침적조(21)를 퍼징하는 단계와, 상기 퍼징된 침적조의 압력이 프로세스 탱크(23)의 압력과 동일한 수준으로 되도록 프로세스 베이퍼 탱크(22)의 기체로 가압하는 단계와, 상기 침적조(21)에 프로세스 탱크(23)의 액체 CO₂를 이송하는 단계와, 예정된 시간동안 기공물질을 CO₂에 함침하는 단계와, 상기 침적조(21)내의 함침되지 않은 액체 CO₂를 상기 프로세스 탱크(23)로 이송하는 단계와, 상기 침적조(21)내의 고압 CO₂기체를 고압회수 탱크(25)로 회수하는 일차 감압단계와, 일차 감압 후 압력이 떨어진 상기 침적조내의 기체 CO₂를 저압회수 탱크(24)로 회수하는 이차 감압단계와, 이차 감압후 상기 침적조(21)내에 남아 있는 기체 CO₂를 대기중으로 배출하는 단계와, 상기 저압회수 탱크(24)의 기체 CO₂를 고압회수 탱크(25)로 압축시켜 이송하는 단계와, 고압회수 탱크(25)의 기체 CO₂를 프로세스 탱크(23)로 이송하는 단계와, 상기 프로세스 탱크(23)의 기체 CO₂를 프로세스 베이퍼 탱크(22)로 이송하여 가압하는 단계로 구성되어진 것을 특징으로 하는 기공물질을 팽화시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 고압회수 탱크(25)의 기체 CO₂를 프로세스 탱크(23)로 이송하는 단계에 있어서, 프로세스 탱크(23)이 압력이 주어진 압력보다 높을 경우, 기체 CO₂를 액화시켜 이송하는 것을 특징으로 하는 기공 물질을 팽화시키는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 베이퍼 탱크(22)내의 압력이 주어진 압력보다 높아지면 프로세스 베이퍼 탱크(23)내의 기체 CO₂를 액화시켜 프로세스 탱크(23)로 회수하는 것을 특징으로 하는 기공물질을 팽화시키는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 베이퍼 탱크(22)로 프로세스 탱크의 기체를 이송할 때, 프로세스 탱크의 평형이 깨어지지 않도록 전공정기간에 걸쳐 서서히 이송하여 프로세스 탱크를 평형에 가깝도록 유지하여 공정의 안정성을 기할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 기공물질을 팽화시키는 방법.
5. 기공물질을 함침시키기 위한 액체 CO₂와 기체 CO₂를 공급받고 배기하기 위한 수단과 기존물질을 장입 배출하는 수단을 가지는 침적조(21)와, 상기 침적조에 기체 CO₂를 퍼징하고 가압하기 위한 수단 및 기체 CO₂를 프로세스 탱크(23)로부터 공급받기 위한 수단을 가지는 프로세스 베이퍼 탱크(22)와, 상기 침적조(21)내의 기체 CO₂를 회수하기 위한 수단을 가지는 고압회수 탱크(25) 및 저압회수 탱크(24)와, 상기 고압회수 탱크(25)로부터 기체 CO₂를 회수하고 상기 침적조(21)에 액체 CO₂및 기체 CO₂를 공급 및 회수하기 위한 수단과 상기 프로세스 베이퍼 탱크(22)로 기체 CO₂를 이송하기 위한 수단을 가지는 프로세스 탱크(23)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기공물질을 팽화시키는 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 프로세스 탱크(23)내의 압력이 주어진 압력보다 높아질 때 프로세스 탱크(23)내의 기체를 액화시키고 또한 고압회수 탱크(25)로부터 프로세스 탱크(23)로 이송되는 기체 CO₂를 액화시키며, 상기 프로세스 베이퍼 탱크(22)내의 압력이 주어진 압력보다 높은 경우 프로세스 베이퍼 탱크(22)내의 기체 CO₂를 액화시키기 위한 냉각장치(26)가 프로세스 탱크(23)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기공 물질을 팽화시키는 장치.