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KR102018322B1 - 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템 및 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법 - Google Patents

흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템 및 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법 Download PDF

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KR102018322B1
KR102018322B1 KR1020170151665A KR20170151665A KR102018322B1 KR 102018322 B1 KR102018322 B1 KR 102018322B1 KR 1020170151665 A KR1020170151665 A KR 1020170151665A KR 20170151665 A KR20170151665 A KR 20170151665A KR 102018322 B1 KR102018322 B1 KR 102018322B1
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KR
South Korea
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adsorption
adsorption tower
gas
pressure
vpsa
Prior art date
Application number
KR1020170151665A
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KR20190054742A (ko
Inventor
한상섭
박종호
김종남
윤형철
정태성
조강희
조동우
범희태
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to KR1020170151665A priority Critical patent/KR102018322B1/ko
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Abstract

본 발명은, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템 및 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것으로, 특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진되고, 공급관으로 연결된 복수 개의 흡착탑; 을 포함하고, 상기 복수 개의 흡착탑의 양단에 형성된 원료(feed), 세정가스(purge gas) 및 린스가스(rinse gas) 공급부; 및 목적생성물, 세정가스 및 린스가스 배출부; 및 상기 복수 개의 흡착탑의 중간부에 형성된 탈착촉진부; 를 포함하는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템 및 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것이다.

Description

흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템 및 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법{ADSORBER SYSTEM FOR ADSORPTION PROCESS AND METHOD OF SEPARATING MIXTURE GAS USING ITS ADSORPTION PROCESS}
본 발명은, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템 및 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 흡착 분리 공정에서 제품 스트림(product gas stream)과 불순물가스 스트림(impurities gas stream)을 형성하기 위한 밸브는, 흡착탑의 최상단부 또는 최하단부에 위치하고 있다. 예를 들어, 흡착제에 대해 약흡착 성분이 제품인 경우에, 예를 들어, 거의 흡착하지 않는 수소 성분 이외의 불순물(예를 들어, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 경질 탄화수소 성분 등)을 흡착한 후 불순물을 제거함으로써, 흡착하지 않는 수소 성분을 목적 생성물로 만드는 H2-VPSA 공정에 의한 수소 정제 방법에서, 한 사이클을 구성하는 단계들 중에서 추가감압단계(countercurrent blowdown step)를 진행하기 위해서는 최하단부로 가스를 배출하여 기 흡착된 성분들을 제거하거나 탈착을 유도하고 있다. 이때, 흡착탑에서의 압력강하(pressure drop)는 최대 탑 전체 길이에 의해 영향을 받게되므로, 흡착탑 상부에서는 기 흡착된 불순물이 충분히 탈착되지 않기 때문에 수소 제품의 순도, 회수율 그리고 생산성 등과 같은 공정성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
다른 예로, 흡착제에 대한 강흡착 성분이 제품인 경우에, 예를 들어, 강흡착 성분인 일산화탄소를 흡착한 후 목적 생성물로 만드는 CO-VPSA 공정에서, 한 사이클을 구성하는 단계들 중에서 제품탈착단계(product desorption/acquisition step, exhaust step)를 수행할 때, 흡착탑에서의 압력강하는 최대 탑 전체 길이에 영향을 받으므로, 흡착탑 상부에서는 기 흡착된 목적생성물이 충분히 탈착되지 않아서 단위 흡착제 중량당 일산화탄소의 회수율 및 생산성 등과 같은 공정성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡착탑의 공정 성능을 개선시키고, 흡착제의 재생효율을 향상시킬 수 있는, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템에 의한 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은,
특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진되고, 공급관으로 연결된 복수 개의 흡착탑; 을 포함하고, 상기 복수 개의 흡착탑의 양단에 형성된 원료(feed), 세정가스(purge gas) 및 린스가스(rinse gas) 공급부; 및 목적생성물, 세정가스 및 린스가스 배출부; 및 상기 복수 개의 흡착탑의 중간부에 형성된 탈착촉진부; 를 포함하고, 상기 린스가스(rinse gas) 공급부 및 상기 세정가스 및 린스가스 배출부는, 선택적으로 린스 가스 및 세정 가스 중 적어도 하나 이상을 공급 및 배출하는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탈착촉진부는, 추가감압단계 시 밸브를 개방할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탈착촉진부는, 목적 생성물의 탈착 공정 시 밸브를 개방하여 목적 생성물 스트림을 배출하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착탑의 높이는, 50 cm 내지 150 m 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탈착촉진부는, 상기 흡착탑의 높이의 40 % 내지 60 % 영역에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탈착촉진부는, 흡착탑 내에 형성되는 압력강하를 낮춤으로써 유체흐름저항을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착탑 시스템은, PSA(pressure swing adsorption), VPSA(vacuum pressure swing adsorption) 또는 VSA(vacuum swing adsorption) 공정을 위한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착탑 시스템은, 수소분리정제용 VPSA (H2-VPSA), 질소분리용 VPSA (N2-VPSA), 산소분리용 VPSA (O2-VPSA) 또는 일산화탄소 분리용 VPSA (CO-VPSA) 공정을 위한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양상은,
특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 배출하고, 목적 생성물 외의 물질 중 적어도 일부분은 상기 흡착제에 의해 흡착되는 흡착단계; 상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑의 내부를 병류방향으로 대기압 이상의 일정 압력까지 낮추는 병류감압단계; 및 상기 병류감압단계가 종료된 흡착탑 내부의 압력을 병류감압단계의 압력보다 더 낮추어 흡착된 성분을 탈착 및 제거하는 추가감압단계; 를 포함하고, 상기 추가감압단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 추가감압밸브를 개방하여 압력을 낮추는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 목적 생성물은, 수소 또는 산소 가스이고, 상기 흡착제는, 수소 또는 산소 가스에 대한 낮은 흡착성을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양상은,
특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 상기 흡착제에 흡착시키는 흡착단계; 상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑으로 린스가스를 도입하여 흡착탑 내부에서 목적생성물의 순도를 높이는 린스단계; 및 상기 린스단계가 종료된 흡착탑의 압력을 낮추어 목적 생성물을 배출하는 제품생산단계;를 포함하고, 상기 제품생산단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 감압밸브를 개방하여 압력을 낮추는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 목적 생성물은, 일산화탄소 또는 질소 가스이고, 상기 흡착제는, 일산화탄소 또는 질소 가스에 대한 높은 흡착성을 갖는 것일 수 있다.
본 발명은, 흡착탑의 중간부에 가스 배출을 위한 배관 및 밸브를 위치시켜 흡착탑 내부의 가스를 배출하고, 탑 상부에 흡착된 성분의 탈착량을 증가시키면 물질전달대(MTZ, mass transfer zone)의 개선을 유도할 수 있고, 그 결과로 인하여 흡착제의 운전용량(working capacity)을 높임으로써 공정성능(제품의 회수율, 순도, 그리고 생산성)을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 흡착탑 시스템의 흡착탑의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템의 탈착촉진부의 적용 단계를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템의 탈착촉진부의 적용에 따른 물질전달대 개형의 변화를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탈착촉진부의 위치에 따른 흡착탑 내에서의 압력강하(pressure drop)를 예시적으로 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은, 흡착 공정을 위한 흡착 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착 시스템은, 특정 성분을 분리하기 위하여 흡착과 탈착 과정을 반복하는 흡착분리공정 시스템에서 흡착 공정을 위한 것으로, 흡착탑 내에서 목적 생성물의 스트림 및/또는 불순물가스 스트림의 흐름 저항을 감소시키고, 물질전달대를 개선함으로써 회수율과 생산성 등과 같은 공정성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착탑 시스템은, 흡착제가 충진되고, 예를 들어, 특정 성분(들)에 대하여 선택적으로 흡착하는 선택성 흡착제가 충진되고, 공급관으로 연결된 복수 개의 흡착탑; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 복수 개의 흡착탑은, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 흡착탑 시스템 중 적어도 하나 이상의 흡착탑의 구성을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1의 (a) 및 (b)에서 상기 흡착탑은, 양단에 형성된 단일 또는 복수개의 공급부 및 배출부; 및 탈착촉진부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착제는, 목적 생성물 및 목적 생성물의 분리 공정에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 흡착제는, 목적 생성물을 선택적으로 분리하기 위해 목적 생성물에 대해 강한 흡착성을 갖거나 또는 목성 생성물에 대해 흡착성이 없거나 또는 매우 약한 흡착성을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 공급부는, 원료(feed), 세정가스(purge gas) 및/또는 린스가스(rinse gas)를 공급하며, 배관 및 밸브로 구성되고, 상기 흡착탑의 하단부 및/또는 상단부에 단일 또는 복수 개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 (a) 및 (b)에서 상기 공급부는, 하단부에 원료 공급부 및 상단부에 세정가스 공급부를 포함하고, 하단부에 린스가스 공급부를 포함할 수 있다. 상기 공급부는, 상기 복수 개의 흡착탑과 연결되어 각 흡착탑에서 진행되는 공정에 따라 원료, 세정가스 및/또는 린스가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 배출부는, 상기 복수 개의 흡착탑과 연결되어 각 흡착탑에서 진행되는 공정에 따라 배출된 스트림, 예를 들어, 목적 생성물 스트림 및/또는 불순물가스 스트림을 배출하는 것으로, 각 공정에 따라 목적 생성물, 세정가스 및/또는 린스가스를 배출할 수 있다.
예를 들어, 상기 배출부는, 배관 및 밸브로 구성되고, 상기 흡착탑의 하단부 및/또는 상단부에 단일 또는 복수 개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 (a) 및 (b)에서 상기 배출부는, 하단부에 세정가스 배출부 및 상단부에 목적 생성물 배출부 및 린스가스 배출부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 목적 생성물이 충진된 흡착제에 대해 흡착하지 않거나 또는 약하게 흡착하는 특성을 지니고 있다면, 흡착탑 내에서 불순물 등이 흡착되고, 목적 생성물의 스트림은 상기 목적 생성물 배출부로 통해 배출될 수 있다. 또한, 목적 생성물이 충진된 흡착제에 대해 강하게 흡착하는 특성을 지니고 있다면, 흡착탑 내에서 목적 생성물이 흡착되고 불순물 등을 포함하는 불순물가스 스트림은 상기 불순물가스 배출부로 배출되고, 목적 생성물은 린스가스가 공급되는 흡착탑의 최하부의 린스가스 공급부로 배출될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 린스가스(rinse gas) 공급부 및 상기 세정가스 및 린스가스 배출부는, 선택적으로 린스 가스 및 세정 가스 중 적어도 하나 이상을 공급 및 배출할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 탈착촉진부는, 상기 흡착탑의 중간부에 형성되고, 배관 및 밸브로 구성되고, 단일 또는 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 탈착촉진부는, 흡착탑의 중간부에 형성되어 압력강하(pressure drop, ΔP)를 줄임으로써, 흡착탑의 길이에 따른 영향이 적고, 흡착탑 전체에 걸쳐 균일한 압력강하를 제공하고, 압력강하를 줄임으로써 유체의 흐름저항을 감소시켜 제품의 생산성을 개선시킬 수 있다. 또한, 흡착탑의 상부의 탈착량을 향상시켜 물질 전달대(MTZ, mass transfer zone)의 형태 변화에 의한 개선을 유도하여 결과적으로 목적 생성물의 회수율과 순도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 탈착촉진부는, 추가감압단계 시 밸브를 개방하여 압력을 낮춤으로써 흡착탑 내의 공극(voidage)에 존재하는 불순물가스와 흡착제에서 탈착되는 불순물가스를 배출하거나 또는 목적 생성물의 탈착단계 시 밸브를 개방하여 목적 생성물을 배출할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템의 탈착촉진부의 적용 단계를 예시적으로 나타낸 것으로, 목적 생성물이 흡착제에 대해 약흡착성을 갖는 것이라면, 추가감압단계(additional depressurization step)에서 상기 탈착촉진부의 밸브를 개방하여 압력을 낮춤으로써, 흡착탑의 전체, 예를 들어, 흡착탑의 상부 영역에서 흡착된 성분의 제거 및/또는 탈착 효율을 높여 흡착제의 재생 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 목적 생성물이 흡착제에 대해 강한 흡착성을 갖는 것이라면, 제품생산단계(countercurrent product acquisition 또는 exhaust step)에서 상기 탈착촉진부의 밸브를 개방하여 압력강하를 유도하여, 흡착탑의 전체, 예를 들어, 흡착탑의 상부 영역에서 흡착된 목적 생성물의 탈착 및 배출 공정을 개선시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템의 탈착촉진부의 적용에 따른 물질전달대의 변화에 의한 개선을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 3의 (a)에서 목적 생성물이 흡착제에 대해 약흡착성을 갖는 것이라면, 병류감압단계 이후 추가감압단계에서 탈착촉진부의 밸브의 개방 시 흡착된 성분의 탈착에 유리하도록 물질전달대의 개형 변화가 유도되고, 목적 생성물이 흡착제에 대한 강한 흡착성을 갖는 것이라면, 린스단계 이후 제품생산단계에서 물질전달대의 개선이 유도될 수 있다. 이는, 압력강하를 위해 흡착탑의 하단부에 밸브가 형성된 기존의 흡착탑(도 3의 (b))에 비하여 물질전달대를 개선시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착탑의 높이는, 50 cm 내지 150 m 일 수 있고, 본 발명은, 흡착탑의 중간 영역에 탈착촉진부를 형성하므로, 상단 및 하단 간의 압력 강하의 차이를 줄임으로써, 결과적으로 공정성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 탈착촉진부는, 상기 흡착탑의 높이의 40 % 내지 60 % 영역에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 탈착촉진부는, 탈착촉진부와 상단 및 탈착촉진부와 하단 간에 동일한 압력강하를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 설명하면, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탈착촉진부의 위치에 따른 압력강하를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4의 (a)는, 하기의 식 1과 같이 흡착탑의 상단(PH,1)과 탈착촉진부(PM,1) 사이의 압력 강하 (PH,1 - PM,1) 및 하단(PL,1)과 탈착촉진부(PM,1) 사이의 압력 강하 (PL,1 - PM,1)를 생성하고, 이러한 압력 강하가 동일한 것일 수 있다.
[식 1]
ΔP1 = PH,1 - PM,1 = PL,1 - PM,1
(PH,1 = PL,1 또는 PH,1 ≠ PL,1)
반면에, 도 4의 (b)와 같이 압력강하를 위한 밸브가 하단에 형성된 경우에, 하기의 식 2와 같은 압력강하가 발생하므로, 흡착탑의 높이에 영향을 받고, 본 발명에 의한 압력강하(ΔP1)는, 기존의 흡착탑의 압력강하(ΔP2)에 비하여 상대적으로 낮은 값을 가질 수 있다.
[식 2]
ΔP2 = PH,2 - PL,2
본 발명의 일 예로, 상기 흡착탑 시스템은, PSA(pressure swing adsorption), VPSA(vacuum pressure swing adsorption) 또는 VSA(vacuum swing adsorption) 공정을 위한 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 흡착탑 시스템은, 수소분리정제용 VPSA (H2-VPSA), 질소분리용 VPSA (N2-VPSA), 산소분리용 VPSA (O2-VPSA) 또는 일산화탄소 분리용 VPSA (CO-VPSA) 공정을 위한 것일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 복수 개의 흡착탑 시스템은, 각각, 동일하거나 또는 상이한 공정을 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템을 포함하는 가스 분리 장치에 관한 것이다. 상기 분리 장치는, 목적 생성물이 약 흡착 성분인 경우와 강 흡착 성분인 경우에 따라 분리공정을 적절하게 구성할 수 있다.
본 발명은, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 혼합 가스 분리 방법은, 압력강하를 낮추어 생산성을 향상시키고, 흡착제의 재생 효율 및 흡착공정의 성능을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 혼합 가스 분리 방법은, 흡착단계; 병류감압단계; 및 추가감압단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착단계는, 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 배출하고, 목적 생성물 외의 물질 중 적어도 일부분은 상기 흡착제에 의해 흡착되는 단계일 수 있다.
예를 들어, 상기 목적 생성물은, 수소 또는 산소 가스이고, 상기 흡착제는, 수소 또는 산소 가스에 대한 낮은 흡착성을 갖는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 흡착단계는, 1 atm 내지 50 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 병류감압단계는, 상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑의 내부를 병류방향으로 대기압 이상의 일정 압력까지 낮추는 단계일 수 있다. 상기 병류갑압단계는, 흡착단계의 압력이 대기압보다 높을 때에 추가감압단계 이전에 흡착탑 내에 잔존하는 목적 생성물을 배출하고, 기 흡착된 불순물 가스의 일부가 탈착되도록 하는 단계이다.
본 발명의 일 예로, 상기 추가감압단계는, 상기 병류감압단계가 종료된 흡착탑 내부의 압력을 낮춤으로써 흡착된 성분을 탈착 및 제거하는 단계이다. 상기 진공펌프에 연결되어 최종 압력이 진공 상태가 될 수도 있는 추가감압단계는 는, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템을 적용하여, 흡착탑의 중간부에 위치한 감압밸브를 개방하여 압력을 낮춤으로써 흡착된 성분의 탈착 및 제거 효율을 향상시키고, 흡착제의 재생 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 추가감압단계는, 0.01 atm 내지 30 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 세정단계(purge step)를 더 포함할 수 있으며, 상기 세정단계(purge step)는, 흡착제 재생하기 위해 세정가스(purge gas)를 도입하는 단계이다. 예를 들어, 세정가스는, 공정에 따라 적절하게 선택할 수 있고, H2-VPSA인 경우에 H2 가스 등을 적용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 혼합 가스 분리 방법은, 흡착단계; 린스단계; 및 제품생산단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착단계는, 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 상기 흡착제에 흡착시키는 단계이다.
예를 들어, 상기 목적 생성물은, 일산화탄소 또는 질소 가스이고, 상기 흡착제는, 일산화탄소 또는 질소 가스에 대한 높은 흡착성을 갖는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 흡착단계는, 1 atm 내지 50 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 린스단계는, 1 atm 내지 50 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 린스단계는, 공정에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 예를 들어, CO-VPSA인 경우에, CO 가스 등과 같은 린스가스를 도입할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 제품생산단계는, 상기 린스단계가 종료된 흡착탑의 압력을 대기압까지 낮추거나 또는 진공펌프에 연결하여 대기압 이하로 낮추어 목적 생성물을 탈착 및 배출하는 단계이다.
예를 들어, 상기 제품생산단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 감압밸브를 개방하여 실시될 수 있다. 즉, 흡착탑 내의 압력을 낮춤으로써 목적 생성물(제품)을 배출시킬 수 있다. 유체의 흐름저항을 감소시켜, 결과적으로 흡착분리공정의 성능(회수율, 순도, 생산성)을 향상시킬 수 있다
예를 들어, 상기 제품생산단계는, 0.01 atm 내지 50 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (11)

  1. 특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진되고, 공급관으로 연결된 복수 개의 흡착탑;
    을 포함하고,
    상기 복수 개의 흡착탑의 양단에 형성된 원료(feed), 세정가스(purge gas) 및 린스가스(rinse gas) 공급부; 및 목적생성물, 세정가스 및 린스가스 배출부; 및 상기 복수 개의 흡착탑의 중간부에 형성된 감압밸브를 포함하는 탈착촉진부; 를 포함하고,
    상기 린스가스(rinse gas) 공급부 및 상기 세정가스 및 린스가스 배출부는,
    선택적으로 린스 가스 및 세정 가스 중 적어도 하나 이상을 공급 및 배출하고,
    상기 탈착촉진부는, 추가감압단계 시 밸브를 개방하여 압력을 낮추어 가스를 배출하거나 또는 상기 탈착촉진부는, 목적 생성물의 탈착 단계 시 밸브를 개방하여 목적 생성물 스트림을 배출하고,
    상기 탈착촉진부는, 흡착탑 내에 형성되는 압력강하를 낮춤으로써 유체흐름저항을 줄이는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탈착촉진부는, 상기 흡착탑의 높이의 40 % 내지 60 % 영역에 위치되는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
  5. 삭제
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 흡착탑 시스템은, PSA(pressure swing adsorption), VPSA(vacuum pressure swing adsorption) 또는 VSA(vacuum swing adsorption) 공정을 위한 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡착탑 시스템은, 수소분리정제용 VPSA (H2-VPSA), 질소분리용 VPSA (N2-VPSA), 산소분리용 VPSA (O2-VPSA) 또는 일산화탄소 분리용 VPSA (CO-VPSA) 공정을 위한 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
  8. 특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 배출하고, 목적 생성물 외의 물질 중 적어도 일부분은 상기 흡착제에 의해 흡착되는 흡착단계;
    상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑의 내부를 병류방향으로 대기압 이상의 일정 압력까지 낮추는 병류감압단계; 및
    상기 병류감압단계가 종료된 흡착탑 내부의 압력을 병류감압단계의 압력보다 더 낮추어 흡착된 성분을 탈착 및 제거하는 추가감압단계;
    를 포함하고,
    상기 추가감압단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 추가감압밸브를 개방하여 압력을 낮추는 것인,
    제1항의 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템을 이용하는, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제8항에 있어서,
    상기 목적 생성물은, 수소 또는 산소 가스이고,
    상기 흡착제는, 수소 또는 산소 가스에 대한 낮은 흡착성을 갖는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법.
  10. 특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 상기 흡착제에 흡착시키는 흡착단계;
    상기 흡착단계가 종료된 린스가스를 도입하여 흡착탑 내부에서 목적생성물의 순도를 높이는 린스단계; 및
    상기 린스단계가 종료된 흡착탑의 압력을 낮추어 목적 생성물을 배출하는 제품생산단계;
    를 포함하고,
    상기 제품생산단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 감압밸브를 개방하여 압력을 낮추는 것인,
    제1항의 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템을 이용하는, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 목적 생성물은, 일산화탄소 또는 질소 가스이고,
    상기 흡착제는, 일산화탄소 또는 질소 가스에 대한 높은 흡착성을 갖는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법.
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