KCPC 에너지 절약형 증발·증류 장치
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하이브리드형 MVR식 암모니아 회수 장치
2022년에 당사는 MVR식 암모니아 회수장치에 히트펌프를 도입한 하이브리드형 MVR식 암모니아회수장치를 개발하여 판매 개시했습니다. 당사의 에너지 절약 장치 중 최고의 에너지 절약 성능이되는 당사 최상위 모델입니다.
반도체 제조 공장에서 배출되는 대량의 암모니아 함유 배수로부터 보일러 증기를 사용하지 않고 전력만으로 에너지 절약으로 암모니아를 회수할 수 있는 장치입니다. MVR식 암모니아 회수장치에 히트펌프를 도입함으로써 전체 에너지 소비량을 대폭 삭감하는 데 성공했습니다.
●사양
| 장치 형식 : | 하이브리드형 MVR식 암모니아 회수 장치(특허 출원중) 히트 펌프와 MVR을 융합시킨 하이브리드 타입입니다. |
|---|---|
| 표준 처리량: | 10t/hr~100t/hr(암모니아 배수 농도에 따라 바뀝니다) |
채용한 히트 펌프는, 종래형의 히트 펌프식 암모니아 회수 장치에 채용하고 있는 히트 펌프와 같은 기종인 「HEM-HR95-GN」입니다. 당사와 코베르코·컴프레서 주식회사가 공동 개발한, 고온·고가열 COP 범용 히트 펌프 “HEM-HR95-GN”(2019년 9월 9일 발표)은, 50~75℃의 열원수로부터 95℃의 고온수 최고 가열 COP 7.5에서 회수할 수 있는 고성능 모델입니다.
그림 1: 하이브리드형 MVR식 암모니아 회수 장치
그림 2: 하이브리드형 MVR식 암모니아 회수 장치 이미지도
종래의 MVR식 암모니아 회수 장치와의 런닝 비용 비교
아래와 같은 조건으로 종래의 MVR식 암모니아 회수 장치와의 런닝 코스트를 비교하면, 종래형 MVR식의 약 절반의 런닝 코스트로 억제됩니다.
| 품목 | 종래형 MVR식 | 하이브리드형 MVR식 암모니아 회수 장치 | |
|---|---|---|---|
| 증기량 | kg/hr | 1,150 | 0 |
| 전력량 | kWh | 700 | 612 |
| 증기 비용 | 천엔/년 | 46,000 | 0 |
| 전기 비용 | 천엔/년 | 72,800 | 63,647 |
| 총 비용 | 천엔/년 | 118,800 | 63,647 |
표 1: 당사 기존 방식과의 런닝 비용 비교
조건
- 처리량：50t/hr(암모니아 농도 1wt% 8,000hr/년)
- 용역 단가：증기 5,000엔/t 전력 13엔/kWh
- (가열에 필요한 용역비이며 펌프 등 보조기를 포함하지 않습니다)
능력표
공급액에 함유하는 암모니아 농도가 낮을수록 COP가 높아집니다.
| 공급 NH3 농도 | wt% | 0.15 | 0.30 | 0.50 | 0.70 | 1.00 | 1.30 | 1.50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 전력량 | kWh | 368.3 | 416.7 | 477.4 | 532.1 | 612.0 | 687.6 | 736.8 |
| 가열 COP(HP) | ― | 4.0 | 4.2 | 4.3 | 4.4 | 4.5 | 4.6 | 4.6 |
| 가열 COP(MVR) | ― | 18.4 | 15.4 | 12.9 | 11.4 | 9.6 | 8.3 | 7.7 |
| 가열 COP(Total) | ― | 9.7 | 9.2 | 8.5 | 7.8 | 6.9 | 6.3 | 5.9 |
| 달리기 비용 | 천엔/년 | 38,306 | 43,335 | 49,651 | 55,338 | 63,650 | 71,507 | 76,628 |
표 2: 암모니아 농도와 COP의 비교
조건
- 처리량：50t/hr(8,000hr/년)
- 용역단가：전력 13엔/kWh
- (가열에 필요한 용역비이며 펌프 등 보조기를 포함하지 않습니다)
스케일 대책에 대해서
증류탑은 규칙 충전물 외에 시브 트레이, 버블 캡식에도 대응합니다. 프로세스액에 스케일성이 있는 경우는, 가열면에의 스케일 대책으로서, 캔 출액을 재가열시키는 리보일러를 사용하지 않고, 히터를 설치해 연수를 가열해 증발시킨 증기를 증류탑에 불어 넣는 타입 또한 있습니다.
그림 3: MVR식 증기 취입형 스트리핑 장치
히트펌프식 암모니아 회수장치
히트 펌프를 이용함으로써, 열회수 콘덴서의 냉각수로부터 폐열을 회수해, 리보일러의 열원으로서 재이용합니다. 또한 열회수 콘덴서를 추가함으로써 히트펌프의 저온수 온도를 95℃인 고온수에 가까운 온도로 하는 것이 가능하게 되어 고COP 히트펌프(COP：5~7.5)를 채용할 수 있다. 합니다. 증류탑을 분할함으로써, 열부하가 작은 농축부의 탑 직경을 회수부의 1/3~2/3로 할 수 있습니다.
세계 최초로 저농도 암모니아수로부터 고순도 수소를 제조하여 연료전지 발전에 성공
사양 및 증기식 증류탑과의 런닝 비용 비교
| 형식 | HP 대수 | 최대 처리량 | 설비 동력(※1) | CO2 감축율(※3) | 원유 환산 삭감율(※3) | 러닝 코스트 메리트(※2) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HAR-1 | 1 | 대 | 3.5 | ton/h | 54.3 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 28 | 백만엔/년 |
| HAR-2 | 2 | 대 | 7 | ton/h | 108.6 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 57 | 백만엔/년 |
| HAR-3 | 3 | 대 | 10.5 | ton/h | 162.9 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 85 | 백만엔/년 |
| HAR-4 | 4 | 대 | 14 | ton/h | 217.2 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 114 | 백만엔/년 |
| HAR-5 | 5 | 대 | 17.5 | ton/h | 271.5 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 142 | 백만엔/년 |
| HAR-6 | 6 | 대 | 21 | ton/h | 325.8 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 170 | 백만엔/년 |
| HAR-7 | 7 | 대 | 24.5 | ton/h | 380.1 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 199 | 백만엔/년 |
| HAR-8 | 8 | 대 | 28 | ton/h | 434.4 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 227 | 백만엔/년 |
| HAR-9 | 9 | 대 | 31.5 | ton/h | 488.7 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 255 | 백만엔/년 |
| HAR-10 | 10 | 대 | 35 | ton/h | 543 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 284 | 백만엔/년 |
| HAR-15 | 15 | 대 | 52.5 | ton/h | 814.5 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 426 | 백만엔/년 |
| HAR-20 | 20 | 대 | 70 | ton/h | 1086년 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 568 | 백만엔/년 |
| HAR-25 | 25 | 대 | 87.5 | ton/h | 1357.5 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 710 | 백만엔/년 |
| HAR-30 | 30 | 대 | 105 | ton/h | 1629년 | kw | 86.7 | % | 75.5 | % | 852 | 백만엔/년 |
(주)
- ※ 1.설비 동력은 히트 펌프 동력만으로 합니다. (부대기의 필요 동력은 포함하지 않습니다)
- ※ 2.증기 단가: 5000엔/톤, 전기 단가: 12엔/kw, 연간 운전 시간: 8000hr로 계산
- ※ 3.계산에는, 자원 에너지청 자료 2020년 1월 개정의 수치 및 간사이 전력의 CO2 배출 계수를 사용・전력의 에너지
환산: 발열량 9.76 GJ/천
kWh
환산：2.573 GJ/ton
・간사이 전력의 CO2 배출 계수：0.000318 ton-CO2/kWh(2019년 실적치) - ※ 4.공급액 암모니아 농도: 1wt%, 하단 암모니아 농도: 10ppm 이하
(주) COP는 가열 COP로 표기
히트펌프식 암모니아 회수장치 개발
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