KR20230049876A - 이원냉동기를 활용한 초저온 voc 회수 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, 기상의 VOC를 응축하는 제N 응축기(200); 상기 제N 응축기(200)와 연통되어 응축된 액상의 VOC를 VOC 회수탱크(400)로 분리하고, 응축되지 않은 기상의 VOC를 제N+1 응축기(300)로 공급하는 제N 분리기(250); 상기 제N+1 응축기(300)와 연결되고, 고온부 냉동사이클(510)과 저온부 냉동사이클(520)을 상호 독립적으로 구비하는 이원냉동기(500); 및 상기 제N 응축기(200), 상기 제N+1 응축기(300) 및 상기 이원냉동기(500)를 상호 직렬로 연통하는 냉매순환라인(550);을 포함하며, 상기 제N 응축기(200) 및 상기 제N+1 응축기(300)에는 각각 순차적으로 상기 기상의 VOC의 냉각을 위한 냉매를 순환 공급하고, 상기 제N+1 응축기(300)에서 열교환된 냉매가 상기 제N 응축기(200)에서 열교환된 후 상기 냉매의 이원냉동기(500)로 복귀하게 하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이원냉동기를 활용한 초저온 VOC 회수 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 VOC(휘발성 유기화합물)로부터 배출되는 특히 휘발성이 강한 휘발유, 메틸클로라이드, 아크릴로니트릴 등의 VOC(휘발성 유기화합물)를 응축 회수하여 환경오염과 함께 자원의 낭비를 방지할 수 있는 이원냉동기를 활용한 초저온 VOC 회수 시스템에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds:VOC)이라는 것은 비점(끊는 점)이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을 총칭으로서 VOC라고도 하는데, 산업체에서 사용하는 용매에서 화학 및 제약공장이나 플라스틱 건조공정에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 다양하며 끓는점이 낮은 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물 등 생활주변에서 흔히 사용하는 탄화수소류가 해당된다고 할 수 있다.
이러한 휘발성 유기 화합물은 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응으로 오존 등 광화학산화제를 생성하여 광화학스모그를 유발하기도 하고, 벤젠과 같은 물질은 발암성물질로서 인체에 매우 유해하며, 스티렌을 포함하여 대부분의 휘발성 유기 화합물은 악취를 일으키는 물질로 분류할 수 있다.
이러한 휘발성 유기 화합물의 주요 배출원으로는 유기용제 사용시설, 도장시설, 세탁소, 저유소, 주유소 및 각종 운송수단의 배기가스 등의 인위적 배출원과 나무와 같은 자연적 배출원이 있다. 휘발유를 저장하는 휘발유저장탱크(Gasoline tank)등에서는 상당량의 휘발성 유기 화합물(VOC: volatile organic compounds)이 발생하게 된다.
이러한 휘발성 유기 화합물이 대기 중으로 방출되면 대기 오염을 유발하는 문제가 있으므로, 환경보호를 위하여 휘발성 유기 화합물의 배출을 법적으로 규제하고 있으며, 휘발성 유기 화합물을 배출시키는 산업(이를테면, 석유화학 산업)등에서는 휘발성 유기 화합물의 배출 농도를 저감시키려는 노력이 지속적으로 행해지고 있다.
이러한 휘발성 유기 화합물은 유용한 성분을 다량 포함하고 있으므로, 휘발성 유기 화합물의 배출 농도를 저감시키는 노력과는 별개로 휘발성 유기 화합물을 회수하는 노력을 병행하여 행해지고 있다.
특허문헌 0001에는 일측으로부터 공급된 휘발성 유기화합물이 포함된 가스 중 상기 VOC를 흡착하고, 타측으로부터 공급된 가열가스에 의하여 흡착된 상기 VOC가 탈착되는 흡탈착 유닛; 및 상기 흡탈착 유닛으로부터 유입되는 고농도의 상기 VOC에 포함된 수분을 제거한 후 일측으로부터 공급되어 순환하는 냉매에 의하여 상기 VOC가 액화되는 응축 유닛;을 포함하며, 상기 응축 유닛은, 상기 흡탈착 유닛으로부터 수분이 제거된 고농도의 상기 VOC가 유입되는 VOC 입구와, 응축되고 남은 저농도의 VOC 기체가 상기 흡탈착 유닛으로 환원되는 VOC 출구가 형성되고, 내부 공간이 형성된 응축기 본체와, 상기 VOC 입구와 연통되어 상기 응축기 본체의 바닥면측을 향하여 연장 형성되고, VOC가 냉각되고 기포를 발생시키면서 액화되게 하는 액화 어셈블리와, 상기 액화 어셈블리의 외측과 상기 응축기 본체의 내측면 및 상기 응축기 본체의 내측 상부에 배치되어 냉매가 순환하는 냉매 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 VOC 응축 모듈에 관한 기재가 있다.
이러한 특허문헌 0001은 가열가스의 간접열을 이용하여 VOC를 탈착한다는 점, VOC에 포함된 수분을 제거한 후 응축 유닛으로 공급한다는 점에서 특징을 가지나, 가열가스의 간접열을 이용하여 VOC를 탈착하는 기술과, VOC로부터 수분을 제거하여 VOC의 순도를 높이기 위한 것이어서 VOC의 제거를 위해 장치의 효율성이 저하되고 과도한 냉각을 위해 부하가 걸리어 공정 중단 등의 문제점을 발생시킬 수 있다.
특허문헌 0002에는 원유저장탱크; 상기 원유저장탱크와 연결되어 상기 원유저장탱크에서 발생하는 VOC(휘발성 유기화합물)가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기와 연결되어 상기 압축된 VOC 가스를 응축시키는 제1 응축기; 상기 제1 응축기 및 원유저장탱크와 연결되는 것으로, 응축된 상기 VOC 가스를 상기 원유저장탱크로 회수시키고 응축되지 않은 상기 VOC 가스를 하기 스팀보일러로 공급하는 제1 분리기; 상기 제1 분리기와 연결되어 상기 응축되지 않은 VOC 가스를 연료로 사용하는 스팀보일러; 상기 제1 분리기와 일측이 연결되고 상기 원유저장탱크 및 스팀보일러 중 적어도 하나와 타측이 연결되는 것으로, 상기 응축된 VOC 가스를 수용하였다가 상기 응축된 VOC 가스를 스팀보일러의 구동 열원으로 사용하거나 원유저장탱크로 회수시키는 보조 탱크; 및 상기 스팀보일러와 연결되어 상기 스팀보일러에서 발생한 증기를 열원으로 하는 흡수식 냉동기를 포함하고, 상기 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동유체를 상기 원유저장탱크 및 압축기 사이에 설치되는 유로로 공급하여 상기 원유저장탱크에서 발생하는 VOC 가스를 냉각시키는 휘발성 유기화합물 회수 시스템에 관한 기재가 있다.
이러한 특허문헌 0002는 흡수식 냉동기가 스팀보일러에서 발생한 증기를 열원으로 사용하고, 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동유체를 VOC를 냉각하는 점에서 특징이 있으나, 단순히 보일러로부터 발생한 증기를 열원으로 하는 흡수식 냉동기의 냉각된 작동유체로 VOC를 냉각시키는 기술이어서 이를 이용한 상승효과가 크지 않다는 한계점을 가지고 있다.
이와 같이, 종래의 특허문헌은 소형화된 시스템으로 단시간에 90 ℃ 내지 - 50 ℃의 증발온도를 만들어 VOC 가스를 냉각시키는 것이 목적이지만, -80℃ 내지 -120℃ 범위에서는 냉동 시스템의 최대 효율을 제공하지 못한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 VOC(휘발성 유기화합물)로부터 배출되는 휘발유, 메틸클로라이드, 아크릴로니트릴 등의 휘발성 유기화합물을 응축 회수하여 환경오염과 함께 냉각 효율성을 증대시킨 VOC 회수시스템(1000)을 제공함에 있다.
또한 본 발명은 VOC(휘발성 유기화합물) 회수 공정에 사용되는 -80℃ 내지 -120℃ 온도 수준의 냉매를 공급하는 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 포함한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, 기상의 VOC를 응축하는 제N 응축기(200); 상기 제N 응축기(200)와 연통되어 응축된 액상의 VOC를 VOC 회수탱크(400)로 분리하고, 응축되지 않은 기상의 VOC를 제N+1 응축기(300)로 공급하는 제N 분리기(250); 상기 제N+1 응축기(300)와 연결되고, 고온부 냉동사이클(510)과 저온부 냉동사이클(520)을 상호 독립적으로 구비하는 이원냉동기(500); 및 상기 제N 응축기(200), 상기 제N+1 응축기(300) 및 상기 이원냉동기(500)를 상호 직렬로 연통하는 냉매순환라인(550);을 포함하며, 상기 제N 응축기(200) 및 상기 제N+1 응축기(300)에는 각각 순차적으로 상기 기상의 VOC의 냉각을 위한 냉매를 순환 공급하고, 상기 제N+1 응축기(300)에서 열교환된 냉매가 상기 제N 응축기(200)에서 열교환된 후 상기 냉매의 이원냉동기(500)로 복귀하게 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, 상기 제N 응축기(200) 전단에 설치되고, 휘발유저장탱크(10)에서 공급되는 기상의 VOC를 응축하는 제N-1 응축기(100); 및 상기 제N-1 응축기(100)와 연결되어 응축된 액상의 VOC를 상기 VOC 회수탱크(400)로 분리하고, 응축되지 않은 기상의 VOC를 상기 제N 응축기(200)로 공급하는 제N-1 분리기(150);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, 상기 제N 응축기(200) 후단에 설치되고, 상기 제N 분리기(250)에서 공급되는 기상의 VOC를 응축하는 제N+1 응축기(300); 상기 제N+1 응축기(300)와 연결되어 응축된 액상의 VOC를 상기 VOC 회수탱크(400)로 분리하고, 응축되지 않은 기상의 VOC를 상기 제N-1 응축기(100)로 공급하는 제N+1 분리기(350); 상기 제N+1 분리기(350) 및 상기 제N-1 응축기(100)를 직렬로 연통하고, 상기 제N-1 응축기(100)에서 열교환되어 가온된 냉매를 흡착탑(20)으로 유통하는 VOC 회수라인(650);을 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)에 있어, 상기 이원냉동기(500)는 고온부 냉동 팽창밸브(516)에서 급속 팽창된 액상의 제1 냉매를 공급받아 제2 냉매로부터 열을 빼앗아 기상으로 전환하고, 저온부 냉동 체크밸브(524)에서 공급된 기상의 제2 냉매를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 액상으로 전환하는 이온냉동 열교환기(530);를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)에 있어, 상기 고온부 냉동사이클(510)은, 이원냉동 열교환기(530)에서 열교환된 제1 냉매를 기상과 액상으로 상호 분리하는 고온부 냉동 액분리기(511); 상기 고온부 냉동 액분리기(511)에서 공급된 기상의 제1 냉매를 압축하는 고온부 냉동 압축기(512); 고온부 냉동 압축기(512)에서 압축된 제1 냉매에 포함된 오일을 분리하는 고온부 냉동 유분리기(513); 상기 고온부 냉동 유분리기(513)에서 오일이 분리 제거된 제1 냉매를 응축하는 고온부 냉동 응축기(514); 상기 고온부 냉동 응축기(514)로부터 액상의 제1 냉매를 공급받아 저장하고,상기 열교환기(530)로 액상의 제1 냉매를 공급하는 고온부 냉동 수액기(515); 및 상기 고온부 냉동 수액기(515) 및 상기 열교환기(530) 사이에 구비되어, 상기 고온부 냉동 수액기(515)에서 공급된 액상의 제1 냉매를 급속 팽창하는 고온부 냉동 팽창밸브(516);를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)에 있어, 상기 저온부 냉동사이클(520)은, 상기 제N 응축기(200)에서 열교환되어 가온된 냉매인 제2 냉매를 압축하는 저온부 냉동 압축기(521); 상기 저온부 냉동 압축기(521)에서 압축된 기상의 제2 냉매를 응축하는 저온부 냉동 응축기(522); 상기 저온부 냉동 응축기(522)에서 응축된 기상의 제2 냉매에 포함된 오일을 분리하는 저온부 냉동 유분리기(523); 상기 저온부 냉동 유분리기(523)에서 오일이 분리 제거된 기상의 제2 냉매의 역류를 방지하는 저온부 냉동 체크밸브(524); 및 상기 이온냉동 열교환기(530)에서 공급된 액상의 제2 냉매를 급속 팽창시키고 상기 제N+1 응축기(300)로 액상의 제2 냉매를 공급하는 저온부 냉동 팽창밸브(525);를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)에 있어, 상기 저온부 냉동사이클(520)은, 상기 저온부 냉동 압축기(521) 및 상기 저온부 냉동 응축기(522) 사이에 구비되어, 상기 냉매순환라인(550) 외벽의 동결 시 상기 기상의 제2 냉매를 상기 저온부 냉동 응축기(522)로 공급하는 것을 차단하고, 상기 기상의 제2 냉매를 재상라인(527)을 통해 상기 제N+1 응축기(300)로 직송하는 재상밸브(526)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, 연속 공급되는 기상의 VOC를 이원냉동기(500)의 구동에 따라 후단의 제N+1 응축기(300)에서 우선 냉각하고, 냉각에 사용된 냉매를 다시 제N+1 응축기(300) 전단의 다른 제N 응축기(200)에 공급함으로써, 응축효율과 경제성을 높이는 효과를 가진다.
또한 본 발명은 제N 응축기(200)와 제N 분리기(250)를 하나의 일 단위체로 하여 상기 일 단위체를 복수개 배열시킨 후 기상의 VOC를 공급하고, 적어도 하나 이상의 일 단위체에 이원냉동기(500)의 구동에 의한 -80℃ 내지 -120℃ 범위의 냉매를 공급하고, 또한 제N+1 응축기(300)와 연결된 제N+1 분리기(350)에서 배출되는 기상의 VOC를 냉매로 하여, 최전단에 설치된 제N-1 응축기(100)에 공급함으로써 응축효율과 경제성을 높이는 효과를 가진다.
또한 본 발명은 VOC로부터 배출되는 휘발유, 메틸클로라이드, 아크릴로니트릴 등의 휘발성 유기화합물을 보다 효율적으로 응축 회수하여 환경오염과 함께 냉각 효율성을 증대시키는 효과를 가진다.
또한 본 발명은 VOC 회수 공정에 사용되는 -80℃ 내지 -120℃ 온도 수준의 냉매를 보다 효과적으로 공급할 수 있다.
또한 본 발명은 VOC 처리에 대한 비용 및 환경적 부담이 낮아지고, 비교적 간소화된 공정을 통해, 다양한 분야에서 활용되는 부타디엔(BD), 헥산, 스티렌, 비닐아세테이트(VAM) 등을 각각 독립적으로 회수하여 재활용수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)에 있어서 이원냉동기(500)를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 도시한 다른 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)에 있어서 이원냉동기(500)를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 도시한 다른 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
제1, 제2, 제3, 제N (여기서 N은 자연수이다) 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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연통되어" 있다거나 "이송되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연통되어 있거나 또는 이송되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연통되어" 있다거나 "직접 이송(또는 직송)되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은 일측에서 공급된 기상의 VOC를 응축하는 제N 응축기(200)와, 상기 제N 응축기(200)와 연통되어 응축된 액상의 VOC를 VOC 회수탱크(400)로 분리하여 회수하고, 응축되지 않은 기상의 VOC를 제N+1 응축기(300)로 공급하는 제N 분리기(250)와, 상기 제N+1 응축기(300)와 연결되고, 고온부 냉동사이클(510)과 저온부 냉동사이클(520)을 상호 독립적으로 구비하는 이원냉동기(500)와, 상기 제N 응축기(200), 상기 제N+1 응축기(300) 및 상기 이원냉동기(500)를 상호 직렬로 연통하여 냉매를 순환하는 냉매순환라인(550)을 포함하여 구성된다.
이에 따라, 본 발명은 상기 제N 응축기(200) 및 상기 제N+1 응축기(300)에는 순차적으로 상기 기상의 VOC의 냉각을 위한 냉매를 순환 공급하고, 상기 제N 응축기(200)에서 열교환된 냉매가 상기 제N+1 응축기(300)에서 열교환된 후 상기 냉매의 이원냉동기(500)로 복귀하게 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은 응축되지 않은 기상의 VOC를 이원냉동기(500)의 구동에 따른 냉매를 통해 냉각하고, 냉각에 사용된 냉매를 다시 응축기 전단의 응축기에 공급하는 구성을 포함함으로써 VOC의 냉각을 위해 사용되는 에너지를 크게 감소시킬 수 있고, 간소화된 열교환 시스템의 도입으로 인해 각종 설치 비용을 크게 절감할 수 있는 효과를 가진다.
상술한 각 구성의 연결은 모두 유체(VOC, 냉매)를 이송하는 적어도 하나 이상의 이송 라인을 이용하여 이루어질 수 있으며, 상기 이송 라인에는 상기 이송 라인 내에 흐르는 유체의 양을 조절하기 위한 제어 밸브(미도시)가 적어도 하나 이상 설치되어 있을 수 있다. 또한, 상기 이송 라인에는 상기 이송 라인 내에 흐르는 유체의 양 및 흐름속도를 조절하기 위한 펌프(예를들면, 흡기펌프 또는 배기펌프 등)가 적어도 하나 이상 설치되어 있을 수 있다.
또한, 상기 냉매순환라인(550)과 제N-1, 제N, 제N+1 응축기(100)(200)(300)의 이송 라인들은 상호 독립적으로 연통되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하여 상술한 각 구성을 설명한다.
상기 제N-1 응축기(100)는 휘발유저장탱크(10)에서 공급되는 기상의 VOC를 응축하는 역할을 한다. 상기 제N-1 응축기(100)는 기상의 VOC를 응축하기 위해 별도의 냉각장치와 연결될 수 있으나, 상술한 본 발명에서 목적하는 VOC를 저비용으로 보다 효율적으로 응축 회수하기 위해 상기 제N+1 분리기(350)에서 배출되는 기상의 VOC를 냉각원으로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제N+1 분리기(350)에서 배출되는 기상의 VOC를 이용하여 상기 제N-1 응축기(100)에서 기상의 VOC를 응축하는 방법은 후술하기로 한다.
한편, 상기 기상의 VOC는 상기 휘발유저장탱크(10)에서 발생하여 상기 휘발유저장탱크(10)의 내부 상측에 분포하고, 각종 이송수단을 통해 상기 제N-1 응축기(100)로 이송될 수 있다.
상기 제N-1 분리기(150)는 상기 제N-1 응축기(100)에서 배출된 기상 또는 액상의 VOC를 분리하는 역할을 한다.
상세하게, 상기 제N-1 분리기(150)는 상기 제N-1 응축기(100)와 연결되어 응축된 액상의 VOC를 상기 제N-1 분리기(150)의 일측에 설치된 VOC 회수탱크(400)로 분리한다.
또한, 상기 제N-1 분리기(150)는 상기 제N-1 응축기(100)에서 응축되지 않은 기상의 VOC를 상기 제N 응축기(200)로 공급한다.
예컨대, 상기 제N-1 응축기(100)로 공급되는 기상의 VOC의 온도를 30 내지 50 ℃라고 하면, 상기 제N-1 분리기(150)에서 상기 제N 응축기(200)로 공급되는 기상의 VOC 온도는 약 0 내지 10 ℃ 일 수 있다.
상기 제N 응축기(200)는 상기 제N-1 분리기(150)에서 공급된 기상의 VOC를 응축하는 역할을 한다.
상기 제N 응축기(200)로 공급되는 기상의 VOC 온도는 상기 휘발유저장탱크(10)에서 상기 제N-1 응축기(100)로 공급되는 기상의 VOC의 온도 보다 낮을 수 있다.
상기 제N 분리기(250)는 상기 제N 응축기(200)에서 배출된 기상 또는 액상의 VOC를 분리하는 역할을 한다.
상세하게, 상기 제N 분리기(250)는 상기 제N 응축기(200)와 연결되어 응축된 액상의 VOC를 상기 제1 분리기(250)의 일측에 설치된 VOC 회수탱크(400)로 분리한다.
또한, 상기 제N 분리기(250)는 상기 제N 응축기(200)에서 응축되지 않은 기상의 VOC를 상기 제N+1 응축기(300)로 공급한다.
예컨대, 상기 제N 분리기(250)에서 상기 제N+1 응축기(300)로 공급되는 기상의 VOC 온도는 약 -5 내지 20 ℃ 일 수 있다.
상기 제N+1 응축기(300)는 상기 제N 분리기(250)에서 공급된 기상의 VOC를 응축하는 역할을 한다.
상기 제N+1 응축기(300)로 공급되는 기상의 VOC 온도는 상기 제N-1 분리기(150)에서 상기 제N 응축기(200)로 공급되는 기상의 VOC의 온도 보다 낮을 수 있다.
상기 제N+1 분리기(350)는 상기 제N+1 응축기(300)에서 배출된 기상 또는 액상의 VOC를 분리하는 역할을 한다.
상세하게, 상기 제N+1 분리기(350)는 상기 제N+1 응축기(300)와 연결되어 응축된 액상의 VOC를 상기 제N+1 분리기(350)의 일측에 설치된 VOC 회수탱크(400)로 분리한다.
또한, 상기 제N+1 분리기(350)는 상기 제N+1 응축기(300)에서 응축되지 않은 기상의 VOC를 상기 제N-1 응축기(100)로 공급한다.
예컨대, 상기 제N+1 분리기(350)에서 상기 제N-1 응축기(100)로 공급되는 기상의 VOC 온도는 약 -70 내지 90 ℃ 일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)에 있어서 이원냉동기(500)를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 이원냉동기(500)는 고온부 냉동사이클(510)과 저온부 냉동사이클(520)을 상호 독립적으로 구비한다.
여기서, 상기 고온부 냉동사이클(510)과 상기 저온부 냉동사이클(520)은 이온냉동 열교환기(530)를 매개로 하여 상호 독립적으로 배치된다.
또한 상기 저온부 냉동사이클(520)은 제N 응축기(200)와 연통되어 가온된 냉매를 전달받아 냉각한 후, 다시 상기 제N+1 응축기(300)로 냉각된 냉매를 전달한다.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이원 이상의 냉동 시스템을 통한 이원냉각 시스템을 이용하되, 상기 이원냉동기(500)는 고온부 냉동 팽창밸브(516)에서 급속 팽창된 액상의 제1 냉매를 공급받아 제2 냉매로부터 열을 빼앗아 기상으로 전환하고, 저온부 냉동 체크밸브(524)에서 공급된 기상의 제2 냉매를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 액상으로 전환하는 이온냉동 열교환기(530)를 포함한다.
여기서 제 1 냉매는 프로판을 사용하고, 제 2 냉매는 혼합냉매를 사용하는 것이 바람직하지만, 냉매의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. 공급대상 유체의 종류와 목표하는 냉각 정도, 냉각 효율 등을 고려하여 적절한 냉매가 선택될 수 있다.
보다 상세하게, 상기 고온부 냉동사이클(510)은, 이원냉동 열교환기(530)에서 열교환된 제1 냉매를 기상과 액상으로 상호 분리하는 고온부 냉동 액분리기(511), 상기 고온부 냉동 액분리기(511)에서 공급된 기상의 제1 냉매를 압축하는 고온부 냉동 압축기(512), 고온부 냉동 압축기(512)에서 압축된 제1 냉매에 포함된 오일을 분리하는 고온부 냉동 유분리기(513), 상기 고온부 냉동 유분리기(513)에서 오일이 분리 제거된 제1 냉매를 응축하는 고온부 냉동 응축기(514), 상기 고온부 냉동 응축기(514)로부터 액상의 제1 냉매를 공급받아 저장하고, 상기 열교환기(530)로 액상의 제1 냉매를 공급하는 고온부 냉동 수액기(515) 및 상기 고온부 냉동 수액기(515) 및 상기 열교환기(530) 사이에 구비되어, 상기 고온부 냉동 수액기(515)에서 공급된 액상의 제1 냉매를 급속 팽창하는 고온부 냉동 팽창밸브(516)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 저온부 냉동사이클(520)은, 상기 제N 응축기(200)에서 열교환되어 가온된 냉매이고 상기 제1 냉매보다 녹는점이 낮은 제2 냉매를 압축하는 저온부 냉동 압축기(521), 상기 저온부 냉동 압축기(521)에서 압축된 기상의 제2 냉매를 응축하는 저온부 냉동 응축기(522), 상기 저온부 냉동 응축기(522)에서 응축된 기상의 제2 냉매에 포함된 오일을 분리하는 저온부 냉동 유분리기(523), 상기 저온부 냉동 유분리기(523)에서 오일이 분리 제거된 기상의 제2 냉매의 역류를 방지하는 저온부 냉동 체크밸브(524) 및 상기 이온냉동 열교환기(530)에서 공급된 액상의 제2 냉매를 급속 팽창시키고 상기 제N+1 응축기(300)로 액상의 제2 냉매를 공급하는 저온부 냉동 팽창밸브(525)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 저온부 냉동사이클(520)은, 상기 저온부 냉동 압축기(521) 및 상기 저온부 냉동 응축기(522) 사이에 구비되는 재상밸브(526)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은 초저온의 냉매로 인해 VOC 성분 중 수분이 포함된 경우 튜브의 외부 즉, 상기 냉매순환라인(550) 외벽이 동결되는 경우가 있다. 이에, 본 발명자들은 상기 냉매순환라인(550) 외벽이 동결되는 경우 VOC 가스가 흐를 수 없게 되므로 고온 냉매가스가 튜브내에 흐르게 하여 재상하는 시스템을 포함함으로써 상기한 문제점을 해소하였다.
상세하게, 상기 재상밸브(526)는 상기 냉매순환라인(550) 외벽의 동결 시 상기 기상의 제2 냉매를 상기 저온부 냉동 응축기(522)로 공급하는 것을 차단하고, 상기 기상의 제2 냉매를 재상라인(527)을 통해 상기 제N+1 응축기(300)로 직송한다.
예컨대, 상기 재상밸브(526)는 상기 재상라인(527)과 연통하는 3방향 자동밸브, 3-way 자동밸브일 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은 상기 재상밸브(526)를 포함함으로써 수분 함유에 의한 튜브 외벽 동결시 냉매 가스의 온도를 높여서 해동시킬 수 있는 효과를 가진다.
한편, 상기 냉매순환라인(550)은 상기 제N 응축기(200), 상기 제N+1 응축기(300) 및 상기 이원냉동기(500)를 상호 직렬로 연통한다.
상세하게, 상기 냉매순환라인(550)은 상기 이원냉동기(500)에서 공급된 냉매를 상기 제N+1 응축기(300)로 유통하고, 상기 제N+1 응축기(300)에서 열교환되어 가온된 냉매를 상기 제N 응축기(200)로 유통하며, 상기 제N 응축기(200)에서 열교환되어 가온된 냉매를 상기 이원냉동기(500)로 유통한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, 연속 공급되는 기상의 VOC를 이원냉동기(500)의 구동에 따라 후단의 제N+1 응축기(300)에서 우선 냉각하고, 냉각에 사용된 냉매를 다시 제N+1 응축기(300) 전단의 다른 제N 응축기(200)에 공급함으로써, 응축효율과 경제성을 높이는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, 상기 제N+1 분리기(350) 및 상기 제N-1 응축기(100)를 직렬로 연통하는 VOC 회수라인(650)을 더 포함할 수 있다.
상기 VOC 회수라인(650)은 상기 제N+1 분리기(350)에서 공급된 기상의 VOC를 상기 제N-1 응축기(100)로 유통하고, 상기 휘발유저장탱크(10)에서 공급되는 기상의 VOC를 상기 제N-1 응축기(100)에서 열교환시키고, 상기 제N-1 응축기(100)에서 열교환되어 가온된 냉매를 흡착탑(20)으로 유통한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, 제N 응축기(200)와 제N 분리기(250)를 하나의 일 단위체로 하고, 상기 일 단위체에 기상의 VOC를 공급하고, 상기 일 단위체에 이원냉동기(500)의 구동에 의한 -80℃ 내지 -120℃ 범위의 냉매를 공급하고, 상기 일 단위체가 하나 이상 연결된 제N+1 응축기(300) 및 제N+1 분리기(350)에서 배출되는 기상의 VOC를 냉매로 하여 최전단에 설치된 제N-1 응축기(100)에 공급함으로써 응축효율과 경제성을 높이는 효과를 가진다.
한편, 상기 흡착탑(20)은 상기 VOC 회수라인(650)에서 공급된 기상의 VOC를 공급받아, 내부에 활성탄으로 이루어진 여과층(21)(미도시)을 구비하고, 이에 따라 기상의 VOC를 흡착시키며 청정공기는 대기로 방출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)을 도시한 다른 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)에 있어, 상기 VOC 회수탱크(400)는 상기 제N-1 분리기(150)로부터 제1 VOC를 공급받아 회수하는 제1 VOC 회수탱크(410), 상기 제N 분리기(250)로부터 제2 VOC를 공급받아 회수하는 제2 VOC 회수탱크(420) 및 상기 제N+1 분리기(350)로부터 제3 VOC를 공급받아 회수하는 제3 VOC 회수탱크(430)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 VOC, 제2 VOC 및 제3 VOC 각각은 녹는점이 상이한 상호 다른 종류의 VOC일 수 있다. 예컨대, 제1 VOC는 녹는점이 높은편(예를들어 10℃ 내지 -5℃)에 속하는 벤젠류일 수 있고, 제2 VOC는 녹는점이 중간편(예를들어 -10℃ 내지 -50℃)에 속하는 스티렌류, 자이렌류일 수 있고, 제3 VOC는 녹는점이 낮은편(예를들어 -80℃ 내지 -100℃)에 속하는 클로로폼류, 톨루엔류, 비닐아세테이트류, 헥산류, 부타디엔류, 니트릴류일 수 있으나, 본 발명에 따른 제1 VOC, 제2 VOC 및 제3 VOC는 상술한 VOC의 종류에 반드시 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 VOC 회수탱크(410), 제2 VOC 회수탱크(420) 및 제3 VOC 회수탱크(430) 각각은 상호 독립적으로 구획되어 설치될 수 있고, 각각 독립적으로 제1 VOC, 제2 VOC 및 제3 VOC를 배출할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000)은, VOC 처리에 대한 비용 및 환경적 부담이 낮아지고, 비교적 간소화된 공정을 통해, 다양한 분야에서 활용되는 부타디엔(BD), 헥산, 스티렌, 비닐아세테이트(VAM), 아크릴로니트릴 등을 각각 각각 독립적으로 회수하여 재활용할 수 있는 효과를 가진다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 휘발유저장탱크
20 : 흡착탑
100 : 제N-1 응축기 150 : 제N-1 분리기
200 : 제N 응축기 250 : 제N 분리기
300 : 제N+1 응축기 350 : 제N+1 분리기
400 : VOC 회수탱크 410 : 제1 VOC 회수탱크
420 : 제2 VOC 회수탱크 430 : 제3 VOC 회수탱크
500 : 이원냉동기
510 : 고온부 냉동사이클 511 : 고온부 냉동 액분리기
512 : 고온부 냉동 압축기 513 : 고온부 냉동 유분리기
514 : 고온부 냉동 응축기 515 : 고온부 냉동 수액기
516 : 고온부 냉동 팽창밸브
520 : 저온부 냉동사이클 521 : 저온부 냉동 압축기
522 : 저온부 냉동 응축기 523 : 저온부 냉동 유분리기
524 : 저온부 냉동 체크밸브 525 : 저온부 냉동 팽창밸브
526 : 재상밸브 527 : 재상라인
530 : 이온냉동 열교환기
550 : 냉매순환라인
650 : VOC 회수라인
1000 : VOC 회수시스템
20 : 흡착탑
100 : 제N-1 응축기 150 : 제N-1 분리기
200 : 제N 응축기 250 : 제N 분리기
300 : 제N+1 응축기 350 : 제N+1 분리기
400 : VOC 회수탱크 410 : 제1 VOC 회수탱크
420 : 제2 VOC 회수탱크 430 : 제3 VOC 회수탱크
500 : 이원냉동기
510 : 고온부 냉동사이클 511 : 고온부 냉동 액분리기
512 : 고온부 냉동 압축기 513 : 고온부 냉동 유분리기
514 : 고온부 냉동 응축기 515 : 고온부 냉동 수액기
516 : 고온부 냉동 팽창밸브
520 : 저온부 냉동사이클 521 : 저온부 냉동 압축기
522 : 저온부 냉동 응축기 523 : 저온부 냉동 유분리기
524 : 저온부 냉동 체크밸브 525 : 저온부 냉동 팽창밸브
526 : 재상밸브 527 : 재상라인
530 : 이온냉동 열교환기
550 : 냉매순환라인
650 : VOC 회수라인
1000 : VOC 회수시스템
Claims (7)
- 기상의 VOC를 응축하는 제N 응축기(200);
상기 제N 응축기(200)와 연통되어 응축된 액상의 VOC를 VOC 회수탱크(400)로 분리하고, 응축되지 않은 기상의 VOC를 제N+1 응축기(300)로 공급하는 제N 분리기(250);
상기 제N+1 응축기(300)와 연결되고, 고온부 냉동사이클(510)과 저온부 냉동사이클(520)을 상호 독립적으로 구비하는 이원냉동기(500); 및
상기 제N 응축기(200), 상기 제N+1 응축기(300) 및 상기 이원냉동기(500)를 상호 직렬로 연통하는 냉매순환라인(550);을 포함하여 구성되며,
상기 제N 응축기(200) 및 상기 제N+1 응축기(300)에는 각각 순차적으로 상기 기상의 VOC의 냉각을 위한 냉매를 순환 공급하고,
상기 제N+1 응축기(300)에서 열교환된 냉매가 상기 제N 응축기(200)에서 열교환된 후 상기 냉매의 이원냉동기(500)로 복귀하게 하는 것을 특징으로 하는, 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000).
- 제 1 항에 있어서,
상기 제N 응축기(200) 전단에 설치되고, 휘발유저장탱크(10)에서 공급되는 기상의 VOC를 응축하는 제N-1 응축기(100); 및
상기 제N-1 응축기(100)와 연결되어 응축된 액상의 VOC를 상기 VOC 회수탱크(400)로 분리하고, 응축되지 않은 기상의 VOC를 상기 제N 응축기(200)로 공급하는 제N-1 분리기(150);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000).
- 제 2항에 있어서,
상기 제N 응축기(200) 후단에 설치되고, 상기 제N 분리기(250)에서 공급되는 기상의 VOC를 응축하는 제N+1 응축기(300);
상기 제N+1 응축기(300)와 연결되어 응축된 액상의 VOC를 상기 VOC 회수탱크(400)로 분리하고, 응축되지 않은 기상의 VOC를 상기 제N-1 응축기(100)로 공급하는 제N+1 분리기(350);
상기 제N+1 분리기(350) 및 상기 제N-1 응축기(100)를 직렬로 연통하고, 상기 제N-1 응축기(100)에서 열교환되어 가온된 냉매를 흡착탑(20)으로 유통하는 VOC 회수라인(650);을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000).
- 제 1항에 있어서,
상기 이원냉동기(500)는
고온부 냉동 팽창밸브(516)에서 급속 팽창된 액상의 제1 냉매를 공급받아 제2 냉매로부터 열을 빼앗아 기상으로 전환하고, 저온부 냉동 체크밸브(524)에서 공급된 기상의 제2 냉매를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 액상으로 전환하는 이온냉동 열교환기(530);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000).
- 제 4항에 있어서,
상기 고온부 냉동사이클(510)은,
이원냉동 열교환기(530)에서 열교환된 제1 냉매를 기상과 액상으로 상호 분리하는 고온부 냉동 액분리기(511);
상기 고온부 냉동 액분리기(511)에서 공급된 기상의 제1 냉매를 압축하는 고온부 냉동 압축기(512);
고온부 냉동 압축기(512)에서 압축된 제1 냉매에 포함된 오일을 분리하는 고온부 냉동 유분리기(513);
상기 고온부 냉동 유분리기(513)에서 오일이 분리 제거된 제1 냉매를 응축하는 고온부 냉동 응축기(514);
상기 고온부 냉동 응축기(514)로부터 액상의 제1 냉매를 공급받아 저장하고,상기 열교환기(530)로 액상의 제1 냉매를 공급하는 고온부 냉동 수액기(515); 및
상기 고온부 냉동 수액기(515) 및 상기 열교환기(530) 사이에 구비되어, 상기 고온부 냉동 수액기(515)에서 공급된 액상의 제1 냉매를 급속 팽창하는 고온부 냉동 팽창밸브(516);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000).
- 제 4항에 있어서,
상기 저온부 냉동사이클(520)은,
상기 제N 응축기(200)에서 열교환되어 가온된 냉매인 제2 냉매를 압축하는 저온부 냉동 압축기(521);
상기 저온부 냉동 압축기(521)에서 압축된 기상의 제2 냉매를 응축하는 저온부 냉동 응축기(522);
상기 저온부 냉동 응축기(522)에서 응축된 기상의 제2 냉매에 포함된 오일을 분리하는 저온부 냉동 유분리기(523);
상기 저온부 냉동 유분리기(523)에서 오일이 분리 제거된 기상의 제2 냉매의 역류를 방지하는 저온부 냉동 체크밸브(524); 및
상기 이온냉동 열교환기(530)에서 공급된 액상의 제2 냉매를 급속 팽창시키고 상기 제N+1 응축기(300)로 액상의 제2 냉매를 공급하는 저온부 냉동 팽창밸브(525);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000).
- 제 6항에 있어서,
상기 저온부 냉동사이클(520)은,
상기 저온부 냉동 압축기(521) 및 상기 저온부 냉동 응축기(522) 사이에 구비되어, 상기 냉매순환라인(550) 외벽의 동결 시 상기 기상의 제2 냉매를 상기 저온부 냉동 응축기(522)로 공급하는 것을 차단하고, 상기 기상의 제2 냉매를 재상라인(527)을 통해 상기 제N+1 응축기(300)로 직송하는 재상밸브(526)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 이원냉동기(500)를 구비한 VOC 회수시스템(1000).
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| KR1020210132899A KR102552960B1 (ko) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | 이원냉동기를 활용한 초저온 voc 회수 시스템 |
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| KR1020210132899A KR102552960B1 (ko) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | 이원냉동기를 활용한 초저온 voc 회수 시스템 |
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| KR20230049876A true KR20230049876A (ko) | 2023-04-14 |
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| KR1020210132899A Active KR102552960B1 (ko) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | 이원냉동기를 활용한 초저온 voc 회수 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119195867A (zh) * | 2024-11-25 | 2024-12-27 | 湖南冷岛科技有限公司 | 一种ccus碳捕集系统及方法 |
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| KR101359569B1 (ko) | 2012-05-18 | 2014-02-12 | 고등기술연구원연구조합 | Ｖｏｃ 응축 모듈 |
| KR101516169B1 (ko) | 2013-01-25 | 2015-05-12 | 삼성중공업 주식회사 | 휘발성 유기화합물 회수 시스템 |
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-
2021
- 2021-10-07 KR KR1020210132899A patent/KR102552960B1/ko active Active
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