KR20140034236A - 저 에너지 순환식 psa 프로세스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 에너지 소비로 고압에서 오프 가스 스트림을 회수하는 순환식 압력 변동 흡착 (PSA) 프로세스에 관한 것이다. 상기 프로세스의 각각의 사이클은 흡착제 베드에서 압력을 P_high 로부터 P_low 로 낮추는 것으로 이루어진 블로다운 단계를 포함하고 상기 블로다운 단계는 여러 개의 부분 블로다운 단계들로 나누어지고, 부분 블로다운 단계들 중 배출되는 가스 스트림은 각각의 배출 탱크들 (T1 ~ Tn) 로 도입된다.

Description

저 에너지 순환식 PSA 프로세스 {LOW ENERGY CYCLIC PSA PROCESS}

본 발명은 가스 혼합물의 분리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 낮은 에너지 소비로 고압에서 오프 가스 스트림을 회수하는 순환식 압력 변동 흡착 (PSA) 프로세스에 관한 것이다.

합성가스 (syngas 또는 synthesis gas) 는 다양한 비율로 일산화탄소 (CO) 및 수소 (H₂) 를 함유한 가스 혼합물이다. 합성가스는 일반적으로 또한 물, 질소, 아르곤, CH₄ 와 같은 탄화수소 화합물, 황화수소 (H₂S) 및 이산화탄소 (CO₂) 의 잔부를 함유한다. 합성가스는 종래에는 석탄 가스화에 의해 생성되고, 메탄올 생성 및 피셔-트롭쉬 반응과 같은 기초 산업 화학 프로세스에 유용하다. 합성가스는 또한 본질적으로 순수한 수소를 생성하기에 유용하다. H₂ 함량을 개선하기 위해서, 일산화탄소는 바람직하게 수성 가스 변위 (shift) 반응에서 이산화탄소로 변환된다:

CO + H₂0 → CO₂ + H₂

수성 가스 변위 유닛은 CO 대부분의 변환에 의한 수소 생성을 극대화할 수 있도록 한다.

CO₂ 및 H₂S 는 일반적으로 합성가스로부터 추출되는데 왜냐하면 그것은 하류 촉매와 상호작용할 수도 있고 하류 합성에 악영향을 미칠 수도 있기 때문이다. CO₂ 를 제거하는데 다른 유형의 프로세스가 사용될 수 있다. 산성 가스는 산성 가스 회수 유닛에 의해 합성가스로부터 제거될 수도 있다. 전형적으로, 이 유형의 유닛은 CO₂ 및 H₂S 와 같은 산성 가스를 스크러빙하는데 액체 용매를 사용한다. 하지만, 용매 및 그것의 후속 재생의 이용은 많은 비용이 든다. 게다가, 산성 가스 회수 프로세스는 종래에는 예를 들어 -40 ℃ 까지의 매우 낮은 온도에서의 공정 (step) 을 포함하는데, 이것은 높은 에너지 비용을 갖는다.

CO₂ 를 제거하는데 사용될 수 있는 다른 유형의 프로세스는 고체상에서의 흡착이다. 1980 년대 초기 이후, 압력 변동 흡착 (PSA) 은 수소를 정제하기 위한 화학 산업 및 석유화학 산업에서 첨단 기술이 되었다. 이 프로세스는, 적어도 99.99% 의 순도를 가지는, 초고순도의 수소 가스 스트림의 연속 생성에 적합하게 된다. CO₂ 는 모든 다른 가스와 불순물을 가지고 비분리 H₂ 를 가지는 PSA 유닛의 오프 가스에서 회수된다. 결과적으로, PSA 의 오프 가스에서 CO₂ 의 농도는 일반적으로 낮고, 예를 들어 약 40% 이다.

다른 유형의 PSA 프로세스들은 종래 기술, 예를 들어 미국 특허 4,512,780, 미국 특허 6,051,050, 미국 특허 5,753,010, 미국 특허 4,171,206, 유럽 특허 출원 EP 0 327 732 또는 국제 특허 출원 WO 00/56424 에 개시되었다. 이 문헌들은 보다 빠르고, 보다 콤팩트하며, 보다 유연하고, 증가 또는 개선된 회수를 가능하게 할 수 있는 개선된 기능을 가지고, 개선된 생성물 수율을 가지거나 감소된 동력 소비량을 가지는 PSA 프로세스를 개시한다.

그러나 최근에, 새로운 요건들이 나타난다. 생태학적 관심 때문에, CO₂ 배출물 감소가 중요한 연구 분야가 되었다. 이산화탄소 포집 및 저장은, 이 배출물을 대폭 감소시킬 수 있는 훌륭한 옵션을 구성한다. 이와 관련해서, 합성가스 처리 플랜트로부터 CO₂ 를 회수하는 것이 유리할 것이다.

하지만, CO₂ 스트림은 저장되기 위해서 어떤 기준을 충족시켜야 한다. 특히, CO₂ 농도는 95% 보다 높은 것이 바람직하고 CO₂ 스트림은 그것의 저장 장소로 수송하기 위해 전형적으로 초임계 레벨까지 압축된다. 압축 공정의 에너지 비용은 높다.

보다 일반적으로, PSA 프로세스의 오프 가스는 일반적으로 저압에서 PSA 유닛으로부터 회수된다. 하지만, 이 스트림이 하류 유닛에서 또는 PSA 프로세스 자체 내에서 사용될 때, 보다 높은 압력에 도달할 때까지 스트림을 압축할 필요가 있을 수도 있다. 압축 공정은 항상 많은 에너지를 요구한다.

이와 관련해서, 낮은 에너지 소비로 고압에서 오프 가스 스트림을 회수하도록 새로운 개선된 PSA 프로세스를 제공하는 것이 대단히 바람직하다.

본 발명의 한 가지 주제는 순환식 PSA 프로세스이고, 상기 프로세스의 각 사이클은 P_high 에서 P_low 로 흡착제 베드에서 압력을 낮추는 것으로 이루어진 블로다운 (blowdown) 단계를 포함하고, 상기 블로다운 단계는 여러 개의 부분 블로다운 단계들로 나누어지고, 부분 블로다운 단계들 중 배출되는 가스 스트림은 각각의 배출 탱크들로 도입되고, 탱크들은 압력이 증가하면서 직렬로 유체 연통하고 압축기 수단은 각각의 연결된 탱크 사이에 위치한다.

도 1 은 하나의 흡착제 베드에서 본 발명에 따른 프로세스의 블로다운 단계의 바람직한 일 실시형태의 개략도이다.
도 2 는 블로다운 단계에 대한 압력 조건의 예이다.
도 3 은 4-베드 유닛을 위해 설계된 본 발명에 따른 프로세스의 바람직한 사이클 프로그램을 나타낸 도표이다.
도 4 는 본 발명에 따른 프로세스의 바람직한 일 사이클의 개략도이다.
도 5 는 6 개의 4-베드 유닛의 플랜트를 위해 설계된 본 발명에 따른 프로세스의 바람직한 사이클 프로그램을 나타낸 도표이다.
도 6 은 본 발명에 따른 프로세스의 다른 바람직한 사이클의 개략도이다.
도 7 은 피셔-트롭쉬 프로세스를 사용한 석탄 액체 연료 전환 플랜트의 개략도이다.
도 8 은 석탄 메탄올 전환 플랜트의 개략도이다.

별도의 언급이 없으면, 퍼센트는 부피 퍼센트이다.

더욱이, 표현 "사이에 포함된" 은, 상한값 및 하한값을 포함해, 기술된 범위를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

PSA 프로세스는, 흡착제 재료와 가스의 혼합물로부터 어떤 가스 종을 분리하는데 사용된 잘 알려진 기술이다. 높은 압력에서, 특정 가스 종은 흡착제 베드에서 우선적으로 흡착된다. 그 후, 프로세스는 흡착제 재료로부터 상기 특정 가스 종을 탈착하기 위해서 저압으로 변동된다. 따라서, PSA 프로세스는 적어도 하나의 고압 (P_high) 및 하나의 저압 (P_low) 에 의해 규정된다. 상기 고압 및 저압 값들은, 흡착제 베드의 성질 및 우선적으로 흡착될 가스 종의 성질에 따라, 당업자들에 의해 바람직하게 선택된다.

바람직하게, 본 발명에 따른 저압 (P_low) 은 5 bar 보다 낮고, 더욱 바람직하게 3 bar 보다 낮다. 더욱더 바람직하게, 상기 저압 (P_low) 은 대기압, 즉 1 atm 인데, 이것은 대략 101.325 kPa 이다. 저압으로서 대기압을 선택하는 것은 프로세스의 동력 소비량에 유리한데 왜냐하면 그것은 진공 펌프의 사용을 요구하지 않기 때문이다. 저압은 바람직하게 대기압보다 낮지 않다.

본 발명에 따른 프로세스의 고압 (P_high) 은 바람직하게 10 bar 보다 높고, 더욱 바람직하게 30 bar 보다 높다. 하지만, 상기 고압은 일반적으로 100 bar 를 초과하지 않는다.

PSA 프로세스는 적어도 하나의 유입구 및 하나의 배출구를 가지는 적어도 하나의 흡착제 베드의 사용을 요구한다. 흡착제 베드는 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 전형적인 흡착제는 활성탄, 실리카 겔, 알루미나 및 제올라이트이다. 이러한 흡착제의 예로는 Calgon 으로부터의 활성탄 PBL, CECA 로부터의 활성탄 ACM 3mm, Norit 로부터의 활성탄 RB1 또는 R2030, UOP 또는 Linde 로부터의 제올라이트 5A, UOP 또는 Sud Chemie 로부터의 Zeolithe 13X, Kali Chemie 로부터의 실리카 겔 KC, Metal Organic Framework MIL 101 또는 Cu-BTC 가 있다. 흡착제 베드는 한 층 또는 여러 층의 다른 흡착제로 이루어질 수도 있다. 바람직하게, 본 발명에 따른 프로세스에 사용되는 흡착제 베드는 하나의 단일층의 활성탄, 예를 들어 상표명 활성탄 R2030 으로 Norit group 에 의해 시판되는 것으로 이루어진다.

본 발명의 PSA 사이클은 적어도 하나의 블로다운 단계를 포함한다. 블로다운 단계는 흡착제 베드로부터 가스 스트림을 인출함으로써 흡착제 베드의 압력을 P_high 로부터 P_low 로 낮추는 것으로 이루어진다.

블로다운 단계를 여러 개의 부분 블로다운 단계들로 나누어줌으로써 프로세스의 에너지 비용은 상당히 감소될 수 있고, 부분 블로다운 단계들 중 배출되는 가스 스트림은 각각의 배출 탱크들로 도입되는 것을 발견하였다. 이 블로다운 단계는 개략적으로 도 1 에 나타나 있다. 이해를 위해, 도 1 은 실제 프로세스 유닛을 충실히 나타내지 않는다. 오히려, 도 1 은 하나의 블로다운 단계의 다른 연속 부분들을 나타낸다.

도 1 에서, 이해를 위해 여러 번 나타낸 흡착제 베드 (2) 는, n 개의 부분 블로다운 단계들 (B₁ ~ B_n) 로 나누어지는 블로다운 단계 (B) 를 부여받고 있다. 부분 블로다운 단계의 수를 나타내는, n 은 적어도 2 인 정수이다. 부분 블로다운 단계들 중, 가스 스트림은 각각의 배출 탱크들 (T₁ ~ T_n) 로 배출된다. 제 1 부분 블로다운 단계 (B₁) 의 초반에, 흡착제 베드에서 압력은 P_high 이다. 압력은 그것이 부분 블로다운 단계 (B_n) 의 종반에 P_low 에 도달할 때까지 감소된다. 각각의 탱크 내부의 압력은, 상기 가스가 배출되는 부분 블로다운 단계의 종반에, 상기 탱크에서 배출되는 가스 스트림의 압력과 같다. 블로다운 단계 (B) 중 압력은 감소하고 있으므로, 탱크는 감소한 압력을 가지고: 처음에 가스 스트림을 수용한 제 1 탱크 (T₁) 는, 상기 저압 (P_low) 으로 있는 마지막 탱크 (T_n) 까지, 제 2 탱크 (T₂) 등보다 높은 압력으로 있다. n 은 또한 배출 탱크의 수를 나타낸다. 탱크의 수는 프로세스의 전체 규모 (dimension) 및 공급 가스의 유량에 적합하게 된다. 바람직하게, n 은 2 ~ 10 이다.

탱크 (T₁ ~ T_n) 는 유체 연통된다. 유리하게도, 탱크들은 압력이 증가하면서 직렬로 연결된다. 압축기 수단 (C₁ ~ C_n) 은 각각의 연결된 탱크 사이에 위치한다. 가장 높은 압력을 가지는 탱크를 제외하고, 각각의 탱크에서 가스는 압축되고 더 높은 압력들 중 최저값을 가지는 다른 탱크로 도입된다. 탱크 (T_n) 에서 P_low 의 가스 스트림은 압축되고 더 높은 압력의 탱크 (T_{n -1}) 등으로 도입된다. 끝으로, 탱크 (T₁) 에 있는 가스 스트림은 압축기 (C₁) 에서 추가 압축될 수도 있다. C₁ 에서 나가는 고압의 가스 스트림은 예를 들어 린스 단계 동안 P_high 로 예컨대 흡착제 베드로 도입될 수도 있고 또는 초임계 상태에서 저장 장소로 수송되도록 추가 압축될 수도 있다.

각각의 탱크는 냉각 수단, 특히 냉각 교환기 (E₁ ~ E_n) 를 갖출 수도 있다. 사실, 가스 스트림의 온도가 더 낮을수록, 상기 가스 스트림을 압축하기 위한 에너지 요구는 더 낮다. 냉각 수단은 유리하게도 본 발명의 프로세스의 에너지 소비를 최소화하는데 기여할 수도 있다.

바람직하게, 블로다운 압력 감소 조건은 각각의 부분 블로다운 단계 중 선형적이다. 360 초의 블로다운 단계 동안 압력 조건의 예는 도 2 에 나타나 있다. 감소 조건은 흡착제 베드 (2) 의 배출구에 위치한 전환 밸브 (3) 에 의해 제어될 수도 있다. 선형적 감소는 가스 스트림의 유량을 고르게 하고, 질량 유동 제어기는 압축기의 유입구에서 유량의 변동을 막는데 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 프로세스의 구현은 유리하게도 낮은 에너지 소비로 고압에서 오프 가스 스트림의 회수를 허용한다. 전술한 대로, 이 프로세스는, 저장 장소로 초임계 상태에서 CO₂ 스트림을 수송하기 전, 합성가스 처리 플랜트로부터 CO₂ 를 회수하도록 구현될 수도 있다. 이와 관련해서, 본 발명에 따른 프로세스는, 바람직하게 90% 초과의 높은 회수 수득률을 가지고, 바람직하게 95% 초과의 높은 순도의 CO₂ 스트림의 회수를 허용하는 것이 대단히 바람직할 것이다.

본 기술분야에서 잘 알려진 전형적인 PSA 프로세스는 높은 순도의 CO₂ 스트림의 회수를 허용하지 않는다.

바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 프로세스는 H₂ 와 CO₂ 를 함유한 공급 가스로부터 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림을 회수하는 순환식 PSA 프로세스이고, 상기 프로세스의 각 사이클은 하기 연속 공정들로 이루어진다:

1. 흡착 단계로서, 상기 단계는 CO₂ 의 선택적 흡착으로 흡착제 베드를 통하여 유동시켜 상기 흡착제 베드에서 CO₂ 의 제 1 흡착 프런트 (front) 형성하기 위해 고압 (P_high) 에서 흡착제 베드의 유입구로 상기 공급 가스의 도입, 및 상기 흡착제 베드의 배출구로부터 1 차 배출 탱크로 미흡착된 생성물을 갖는 유출액의 배출을 포함하고, 상기 1 차 배출 탱크는 상기 고압 (P_high) 하에 있고, 상기 흡착 단계는 제어된 기간 (A) 동안 지속된다;

2. 린스 단계로서, 상기 단계는 흡착제 베드를 통하여 유동시켜 상기 흡착제 베드에서 CO₂ 의 제 2 흡착 프런트 형성하기 위해 상기 고압 (P_high) 에서 상기 흡착제 베드의 유입구로 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림의 도입, 및 상기 흡착제 베드의 배출구로부터 상기 1 차 배출 탱크로 생성물 유출액의 배출을 포함하고, 상기 린스 단계는, CO₂ 의 상기 제 2 흡착 프런트가 제 1 흡착 프런트에서 합류하고 흡착제 베드의 배출구에 도달했을 때 종료되는 제어된 기간 (R) 동안 지속된다;

3. 전술한 바와 같은, 블로다운 단계로서, 상기 단계는 흡착제 베드로부터 가스 스트림을 역류방향으로 인출함으로써 상기 흡착제 베드에서 압력 낮춤, 및 상기 흡착제 베드의 상기 유입구를 통하여 2 차 배출 탱크로 상기 가스 스트림의 배출을 포함하고, 상기 블로다운 단계는, 상기 흡착제 베드가 저압 (P_low) 에 있을 때 종료되는 제어된 기간 (B) 동안 지속된다;

4. 역류 퍼지 단계로서, 상기 단계는 흡착제 베드를 통하여 유동시키기 위해 상기 1 차 배출 탱크로부터 나온 가스 스트림을 상기 흡착제 베드의 배출구로 도입, 및 저압 (P_low) 에서 상기 흡착제 베드의 유입구로부터 상기 2 차 배출 탱크로 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림의 배출을 포함하고, 상기 역류 퍼지 단계는 제어된 기간 (PU) 동안 지속된다;

5. 가압 단계로서, 상기 단계는 상기 1 차 배출 탱크로부터 나온 가스 스트림을 상기 흡착제 베드의 배출구로의 도입을 포함하고, 상기 가압 단계는, 상기 흡착제 베드가 상기 고압 (P_high) 에 있을 때 종료되는 제어된 기간 (PR) 동안 지속된다.

본 발명에 따르면, 표현 "본질적으로 순수한 CO₂ 스트림" 은, 적어도 90%, 바람직하게 적어도 95% 의 CO₂ 를 함유한 스트림을 의미한다.

본 발명의 이 실시형태에 따른 프로세스의 공급 가스는 H₂ 와 CO₂ 를 함유한 가스 혼합물이다. 바람직하게, 적어도 50%, 더욱 바람직하게 적어도 60%, 더욱 바람직하게 적어도 70%, 더욱더 바람직하게 적어도 80% 의 공급 가스는 H₂ 와 CO₂ 의 혼합물이다. 상기 성분의 비율은 달라질 수도 있다. 부피 비 H₂/CO₂ 는 바람직하게 0.8 ~ 3, 더욱 바람직하게 1 ~ 2 이다.

공급 가스는 수성 가스 변위 프로세스에 의해 생성될 수도 있다. 공급 가스원은 H₂ 와 CO₂ 이외의 다른 화합물의 존재를 결정할 수도 있다.

공급 가스는 하나 이상의 다른 화합물, 예를 들어 물, 질소, 아르곤, CH₄ 와 같은 탄화수소 화합물, 황화수소 (H₂S) 및 일산화탄소 (CO) 의 가스 잔부를 함유할 수도 있다. 제 1 실시형태에 따르면, CO 함량은 공급 가스의 최대 10%, 바람직하게 최대 5%, 더욱 바람직하게 최대 3% 이다. 제 2 실시형태에 따르면, CO 함량은 공급 가스의 10% ~ 30%, 바람직하게 20% ~ 25% 이다. 바람직하게, H₂, CO₂ 및 CO 가 아닌 화합물의 총 함량은 10% 미만, 더욱 바람직하게 5% 미만이다. 공급 가스의 다른 성분들, 특히 H₂O 및/또는 H₂S 중 일부를 제거하는 것이 유리할 수도 있다. H₂S 및/또는 H₂O 제거 유닛은 본 기술분야에 잘 알려져 있고 본 발명의 프로세스를 수행하기 전 구현될 수도 있다.

본 발명의 이 실시형태에 따른 프로세스의 공급 가스는 -100 ℃ 초과, 바람직하게 10 ℃ ~ 75 ℃, 더욱 바람직하게 20 ℃ ~ 60 ℃ 의 온도로 있을 수도 있다. 유리하게도, 공급 가스는 흡착제 베드로 도입되기 전 냉각 단계를 부여받지 않는다. 유리하게도, 공급 가스는 실온 상태로 있다.

이 바람직한 실시형태에 따르면, 순환식 PSA 프로세스의 각 사이클은 5 개의 연속 단계들: 1. 흡착 단계 (A), 2. 린스 단계 (R), 3. 블로다운 단계 (B), 4. 역류 퍼지 단계 (PU), 및 5. 가압 단계 (PR) 로 이루어진다.

PSA 사이클은 연속적이지 않다. 따라서, 종래에는, 일정한 공급 가스로 연속적으로 실행되는 설비에서, 여러 개의 흡착제 베드가 PSA 유닛을 형성하기 위해 나란히 배치된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 PSA 프로세스는 바람직하게 4-베드 유닛에서 실행된다.

바람직한 사이클 프로그램은 이 4-베드 실시형태를 위해 설계되었다. 이 사이클 프로그램은 도 3 의 도표에 나타나 있다. 이 사이클 프로그램에 따르면, 각각의 기간 (A, R, B) 및 PU 와 PR 의 합은 동일하다:

A = R = B = PU + PR

따라서, 전 사이클의 지속 시간은 4 개의 동일한 부분들로 나누어진다. 각각의 이 부분 동안:

- 하나의 베드는 흡착 단계에 있고,

- 하나의 베드는 린스 단계에 있고,

- 하나의 베드는 블로다운 단계에 있고,

- 하나의 베드는 역류 퍼지 단계 또는 가압 단계에 있다.

이 사이클 프로그램에 따르면, 본 발명의 프로세스의 바람직한 실시형태에 따라 4-베드 PSA 유닛을 연속적으로 실행할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 1 개 사이클의 5 개의 연속 단계들은, 베드 (1) 가 흡착 단계 (A) 에 있을 때 4-베드 유닛에 대해 도 4 에 개략적으로 나타나 있다. 편의상, 하나의 흡착 단계 (A) 중 2 개의 단계 (역류 퍼지 단계 (PU) 및 가압 단계 (PR)) 가 발생하기 때문에 베드 (2) 는 2 번 나타내었다.

흡착 단계 (A)

흡착 단계는 고압 (P_high) 에서 제 1 흡착제 베드 (7) 의 유입구 (6) 로 공급 가스 (5) 의 도입을 포함한다. 공급 가스가 제 1 흡착제 베드 (7) 를 통하여 유동할 때, CO₂ 는 선택적으로 흡착된다. 미흡착된 생성물 유출액 (8) 은 제 1 흡착제 베드 (7) 의 배출구 (9) 로부터 1 차 배출 탱크 (10) 로 배출된다. 1 차 배출 탱크 (10) 는 상기 고압 (P_high) 하에 있다. 흡착 단계의 지속기간은 A 로서 표시된다.

미흡착된 생성물 유출액은 실질적으로 CO₂ 가 없다. 바람직하게, 미흡착된 생성물 유출액에서 CO₂ 함량은 10% 미만, 더욱 바람직하게 5% 미만이다. CO₂ 가 흡착제 베드에 흡착될 때, 그것은 제 1 흡착 프런트를 형성한다. CO₂ 의 상기 제 1 흡착 프런트가 단계의 종반에 흡착제 베드 내에 여전히 잘 있도록 기간 (A) 이 제어된다.

린스 단계 (R)

제 1 흡착제 베드 (7) 가 흡착 단계 (A) 를 부여받고 있을 때, 제 4 흡착제 베드는 린스 단계 (R) 를 부여받고 있다. 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림 (11) 은, 공급 스트림과 동시에, 제 4 흡착제 베드 (13) 의 유입구 (12) 로 도입된다. 순수한 CO₂ 스트림의 압력은 공급 가스의 압력, 즉 상기 고압 (P_high) 과 동일하다. 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림은 제 4 흡착제 베드 (13) 를 통하여 유동하고 생성물 유출액 (14) 은 제 4 흡착제 베드 (13) 의 배출구 (15) 로부터 상기 1 차 배출 탱크 (10) 로 배출된다. 린스 단계의 지속기간은 R 로서 나타낸다.

상기 린스 단계 동안, CO₂ 의 흡착은 흡착제 베드에 제 2 흡착 프런트를 형성하는데, 이것은 제 1 흡착 프런트와 합류한다. 합류된 흡착 프런트가 흡착제 베드의 배출구에 도달했을 때 정확히 정지하도록 기간 (R) 및 린스 유량은 제어된다. 기간 (R) 이 너무 길다면, CO₂ 의 합류된 프런트는 흡착제 베드를 초과할 것이고 CO₂ 의 일부는 생성물 유출액을 갖는 1 차 배출 탱크로 유동할 것이다. 화합물의 분리는 더 불량해질 것이고, CO₂ 의 일부는 회수되지 않을 것이다. 기간 (R) 이 너무 짧다면, CO₂ 의 합류된 프런트는 흡착제 베드의 배출구에 도달하지 않을 것이다. 결론적으로, 흡착제 베드는 비 CO₂ 생성물 일부를 여전히 함유한다. 이것은 회수된 CO₂ 스트림의 순도에 악영향을 미칠 것이다.

블로다운 단계 (B)

제 1 흡착제 베드 (7) 가 흡착 단계 (A) 를 부여받고 제 4 흡착제 베드 (13) 가 린스 단계 (R) 를 부여받고 있을 때, 제 3 흡착제 베드가 블로다운 단계 (B) 를 부여받고 있다. 블로다운 단계는, 제 3 흡착제 베드로부터 가스 스트림 (12) 을 역류방향으로 인출함으로써 P_high 로부터 P_low 까지 제 3 흡착제 베드 (16) 에서 압력을 낮추고 제 3 흡착제 베드 (16) 의 유입구 (17) 를 통하여 상기 가스 스트림을 배출하는 것으로 이루어진다. 가스 스트림 (18) 은 본 발명에 따라 2 차 배출 탱크 (19) 로 배출된다. 상기 가스 스트림 (18) 은 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림이다. 블로다운 단계의 지속기간은 B 로 표시된다. 블로다운 단계의 종반에, 흡착제 베드의 압력은 저압 값 (P_low) 으로 감소되었다.

본 발명의 프로세스에 따르면, 블로다운 단계는 여러 개의 부분 블로다운 단계들로 나누어지고, 부분 블로다운 단계들 중 배출된 가스 스트림 (18) 은 감소한 압력의 여러 배출 탱크들로 도입된다.

제 1 흡착제 베드 (7) 가 흡착 단계 (A) 를 부여받고 있고, 제 4 흡착제 베드 (13) 가 린스 단계 (R) 를 부여받고 있고 제 3 흡착제 베드 (16) 가 블로다운 단계 (B) 를 부여받고 있을 때, 제 2 흡착제 베드는 먼저 역류 퍼지 단계 (PU) 를 부여받은 후 가압 단계 (PR) 를 부여받는다.

역류 퍼지 단계 ( PU )

퍼지 단계는 역류방향으로 구현된다. 상기 1 차 배출 탱크 (10) 에서 나온 가스 스트림 (20) 은 저압 (P_low) 에서 제 2 흡착제 베드 (22) 의 배출구 (21) 로 도입되고 제 2 흡착제 베드를 통하여 유동한다. 그것은 P_low 에서 상기 제 2 흡착제 베드 (22) 의 유입구 (23) 로부터 상기 2 차 배출 탱크 (19) 로 배출된다. 역류 퍼지 단계의 지속기간은 PU 로 표시된다. 단계의 종반에 베드가 본질적으로 CO₂ 를 가지지 않도록 역류 퍼지 단계와 유량이 제어된다.

가압 단계 ( PR )

끝으로, 본 발명의 바람직한 프로세스의 사이클 (4) 의 마지막 단계는 가압 단계이고, 이 단계는 상기 1 차 배출 탱크 (10) 로부터 나온 가스 스트림 (20) 을 상기 제 2 흡착제 베드 (22) 의 배출구 (21) 로 도입하는 것을 포함한다. 가압 단계의 지속기간은 PR 로 표시된다. 가압 단계의 종반에, 흡착제 베드의 압력은 고압 값 (P_high) 으로 증가되었다.

하나의 단계에서 다른 단계로 전환은, 압력 해제 밸브 (24, 25) 만 도시한 도 4 에 나타내지 않은 다수의 전환 밸브들을 개폐함으로써 달성될 수도 있다.

본 발명에 따른 프로세스의 바람직한 실시형태의 구현은 유리하게도 공급 가스 (5) 로부터 본질적으로 순수한 CO₂ 가스 스트림 (26) 의 회수를 허용한다. CO₂ 회수 수득률은 바람직하게 적어도 85%, 더욱 바람직하게 적어도 90%, 더욱더 바람직하게 적어도 95% 에 이를 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 린스 단계 중 흡착제 베드에 도입된 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림 (11) 이 2 차 배출 탱크 (19) 에 의해 제공된다. 상기 스트림은 흡착제 베드로 도입되기 전 고압 값 (P_high) 에 도달하도록 가스 압축기 (27) 로 압축된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림의 전부 또는 일부가 CO₂ 저장 유닛에 저장되도록 배출된다. 상기 스트림 (26) 은 유리하게도 그것의 저장 장소로 수송하기에 적합한 압력, 바람직하게 임계 압력을 초과해 압축될 수도 있다.

다양한 유량의 공급 가스를 처리하도록, PSA 의 여러 유닛들이 병렬로 연결될 수도 있다. 공급 가스는 유닛의 수와 동수의 분획물로 나누어질 수도 있다. 공급 가스의 이 분획물들은 바람직하게 같고, 여러 유닛들은 바람직하게 동일하다. 본 발명에 따른 PSA 프로세스는 바람직하게 동시에 여러 4-베드 유닛들에서 실행된다. 4-베드 유닛들 각각은 바람직하게 도 3 의 도표에 나타낸 사이클 프로그램에 따라 실행된다.

부분 블로다운 단계의 수 (n) 는 바람직하게 동시에 실행되는 PSA 유닛의 수와 같다. 예를 들어, 공급 가스가 n 개의 PSA 유닛으로 나누어지는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 순환식 PSA 프로세스는 바람직하게 n 개의 2 차 배출 탱크를 사용해 n 번의 블로다운 단계로 실행된다. 2 차 배출 탱크는 바람직하게 모든 유닛들에 의해 공유된다.

n 이 6 인 바람직한 사이클 프로그램은 이 유형의 플랜트로 설계되었다. 이 사이클 프로그램은 도 5 의 도표에 나타나 있다.

이 사이클 프로그램에 따르면, 기간 (B) 은 6 개의 동일한 부분 블로다운 단계들 (B1 ~ B6) 로 나누어진다. 기간 (PU) 은 B1 및 B2 의 합과 같고, 기간 (PR) 은 B3, B4, B5 및 B6 의 합과 같다. 각 유닛의 사이클 프로그램은 하나의 부분 블로다운 단계의 시간과 같은 기간 동안 서로 시프트된다. 이 사이클 프로그램 덕분에, 각각의 2 차 배출 탱크는, 항상 3 개의 칼럼, 즉 퍼지 단계에서 2 개 및 블로다운 단계 (B6) 에서 하나에 의해 공급받는 최저 압력 (T_n) 의 탱크를 제외하고는, 항상 하나의 칼럼에 의해 공급받는다. 이 바람직한 사이클 프로그램에 따르면, 비교적 고른 유량을 각각의 2 차 배출 탱크에서 얻게 된다.

도 6 에서는, 제 1 베드 (7) 가 흡착 단계 (A) 에 있고 제 4 베드 (13) 가 린스 단계 (R) 에 있을 때 4-베드 유닛을 나타낸다. 편의상, 한 번의 흡착 단계 (A) 동안 2 개의 단계 (역류 퍼지 단계 (PU) 및 가압 단계 (PR)) 가 발생하기 때문에 제 2 베드 (22) 는 2 번 나타나 있고 블로다운 단계 (B) 는 한 번의 흡착 단계 (A) 동안 발생하는 6 개의 부분 블로다운 단계들 (B1 ~ B6) 로 나누어졌기 때문에 제 3 베드 (16) 는 6 번 나타나 있다.

본 발명에 따른 프로세스의 바람직한 실시형태는 유리하게도 실질적으로 CO₂ 를 가지지 않는 생성물 유출액 (8, 14) 의 회수를 허용한다. 상기 생성물 유출액은 PSA 프로세스의 고압 (P_high) 상태로 있는 1 차 배출 탱크 (10) 로 회수된다. 상기 생성물 유출액은 역류 퍼지 단계 및 가압 단계 중 적어도 부분적으로 사용된다. 상기 탱크에 남아있는 부분, 스트림 (28) 은, 다른 용도를 위해 하류에서 사용될 수도 있다.

본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 위에서 개시된 바와 같은 순환식 PSA 프로세스는 피셔-트롭쉬 프로세스를 위한 합성가스 컨디셔닝 체인의 공정이다. 피셔-트롭쉬 프로세스는, 일산화탄소와 수소 혼합물을 액체 탄화수소로 변환하는 잘 알려진 화학 프로세스이다.

상기 제 1 실시형태의 실시예는 도 7 에 나타나 있다.

이 실시형태에 따르면, 액체 탄화수소 (45) 는 전체 프로세스 (30) 에 의해 석탄 (31) 으로부터 생성될 수도 있다. 석탄 (31) 은, 본질적으로 H₂ 및 CO 를 함유한 합성가스 (34) 를 제공하도록 산소의 스트림 (32) 과 가스화기 반응기 (33) 로 도입된다. 상기 합성가스 스트림 (34) 은 물 (36) 과 수성 가스 변위 유닛 (35) 을 통과한다. 수성 가스 변위 반응기의 유출액 (37) 은 PSA 플랜트 (41) 에서 본 발명에 따른 순환식 PSA 프로세스를 부여받는다. 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림 (42) 이 회수될 수도 있다. 본질적으로 CO₂ 가 없는 생성물 유출액 (43) 이 피셔-트롭쉬 반응기 (44) 로 공급된다. 하기 반응들은 피셔-트롭쉬 반응기에서 촉진된다:

(2x+1) H₂ + x CO → C_xH_(2x+2) + x H₂O

여기에서 x 는 양의 정수이다.

피셔-트롭쉬 반응기로의 유입 스트림은 바람직하게 2.0 ~ 2.4 의 H₂/CO 의 화학량론적 비를 충족한다. 게다가, 유입 스트림은 바람직하게 5% 미만의 불활성 화합물을 함유한다. 따라서, 본 발명의 PSA 프로세스의 수행 (performance) 은 이 사양에 도달하도록 본 기술분야의 당업자에 의해 맞추어진다.

바람직하게, H₂S 제거 공정은 피셔-트롭쉬 프로세스에 포함될 수도 있다. 이 공정은 유리하게도 합성가스로부터 H₂S 를 제거하기 위해 수성 가스 변위 반응기 앞에서 석탄의 가스화 후에 일어날 수도 있다. 도 7 에 나타난 것처럼, 그것은 또한 PSA 프로세스의 공급 가스로부터 H₂S (39) 를 제거하기 위해 수성 가스 변위 반응기 (35) 뒤에 그리고 PSA 프로세스 (41) 앞에 위치한 H₂S 제거 유닛 (38) 에서 일어날 수도 있다.

본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 전술한 바와 같은 순환식 PSA 프로세스는 석탄 메탄올 전환 합성 프로세스를 위한 합성가스 컨디셔닝 체인의 공정이다.

상기 제 2 실시형태의 실시예는 도 8 에 나타나 있다.

이 실시형태에 따르면, 메탄올 스트림 (63) 은 전체 프로세스 (46) 에 의해 석탄 (47) 으로부터 생성될 수도 있다.

이 실시형태에 따르면, 석탄 (47) 은 본질적으로 H₂ 와 CO 를 함유한 합성가스 (50) 를 제공하도록 산소의 스트림 (48) 과 가스화기 반응기 (49) 로 도입된다. 상기 합성가스 스트림 (50) 은 2 개의 스트림 (53, 54) 으로 나누어진다. 스트림의 제 1 분획물 (53) 은 물 (55) 과 혼합되고 수성 가스 변위 반응기 (56) 로 통과된다. 수성 가스 변위 반응기의 유출액 (57) 은 PSA 플랜트 (58) 에서 본 발명에 따른 순환식 PSA 프로세스를 부여받는다. 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림 (59) 이 회수될 수도 있다. 본질적으로 CO₂ 가 없는 생성물 유출액 (60) 은 합성가스 스트림의 제 2 분획물 (54) 과 혼합되고, 메탄올 반응기 (62) 로 공급된다. 전형적인 메탄올 반응기에서는, 하기 반응이 일어난다:

CO + 2 H₂ → CH₃OH

CO₂ + 3 H₂ → CH₃OH + H₂O

메탄올 반응기 (61) 로의 유입 스트림은 바람직하게 (H₂ - CO₂)/(CO + CO₂) = 2.1 의 화학량론적 비를 충족한다. 따라서, 본 발명의 합성가스 스트림의 분할 및 PSA 프로세스의 수행은 이 화학량론적 비에 도달하기 위해 본 기술분야의 당업자에 의해 맞추어진다.

바람직하게, H₂S 제거 공정은 석탄 메탄올 전환 합성 프로세스에 포함될 수도 있다. 도 8 에 나타난 것처럼, 이 공정은, 합성가스로부터 H₂S (52) 를 제거하기 위해, 합성가스를 나누기 전, 가스화 반응기 (49) 뒤에 위치한 H₂S 제거 유닛 (51) 에서 유리하게도 일어날 수도 있다.

실시예

비등온, 비희석, 다성분 흡착제 베드의 동적 거동을 나타내는 질량, 에너지 및 모멘텀 균형을 갖는 수학적 모델이 압력 변동 흡착 프로세스를 시뮬레이션하는데 사용되었다. 모델은 하기 가정을 기반으로 개발되었다:

- 칼럼 전체에 대한 이상적인 가스 거동;

- 반경 방향으로 질량, 열 또는 속도 구배 없음;

- 베드를 따라 일정한 공극률;

- 축선방향의 분산된 플러그 유동; 각 입자 내에서 온도 구배 없음.

부가적으로, 모델은 필름 모델로 표현했을 때 외부 질량 및 열 전달 저항을 설명하고, 둘 다 선형 구동력 (LDF) 모델로 표현했을 때, 흡착제 입자가 매크로포어 (macropore) 및 마이크로포어 (micropore) 질량 전달 저항을 가지고 이중분산되는 것으로 고려된다. 모멘텀 균형은 어건 (Ergun) 식에 의해 제공된다.

압축기 동력 요건은, 단열 압축, 동일한 압력 비 및 스테이지들 사이에서 5 psi 압력 강하를 가지는 다중 스테이지, 각 스테이지 사이의 가스를 50 ℃ 의 유입 온도로 냉각 및 85% 의 효율을 고려해 계산되었다.

실시예 1

각 유닛이 4 개의 베드를 가지는, 6 개의 유닛을 가지는 순환식 PSA 프로세스가 수학적으로 모델화되었다. 프로세스 사이클은 도 4 의 개략도에 따른 것이었다. 각 유닛의 사이클 프로그램은 도 3 의 도표에 따른 것이었다.

흡착제 베드는 상표명 활성탄 R2030 으로 Norit group 에 의해 시판되는 하나의 단일층의 활성탄으로 이루어졌다.

PSA 프로세스 유닛의 다른 파라미터들은 표 1 에 요약된다.

공급 가스는 하기 조성을 가졌다:

- 55.00% H₂

- 39.00% CO₂

- 2.20% CH₄

- 3.00% CO

- 0.80% N₂

유입 온도는 50 ℃ 이었다.

1.a. 단일 블로다운 단계를 갖는 프로세스

그 결과는 표 2 에 요약된다.

동력 소비량은 저장을 위해 110 bar 로의 CO₂ 압축을 포함한다. 총 동력 소비량은 181.5 MW, 즉 린스 단계에서 사용된 스트림의 65 bar 로 압축에 기인하는 108.6 MW 와 수송을 위해 CO₂ 생성물을 110 bar 로 압축하는데 필요한 72.9 MW 를 합한 값이었다.

1.b. 나누어진 블로다운 단계를 갖는 프로세스

블로다운 단계는 도 1 의 개략도에 따라 6 개의 동일한 부분 블로다운 단계들로 나누어졌고, n 은 6 이다. 6 개의 유닛의 사이클 프로그램은 도 6 의 도표에 따른 것이었다. 6 개의 배출 탱크들이 시뮬레이션되었고, 각각은 서브 블로다운 단계 중 하나를 수집한다. 탱크 압력은:

T₁: 44.08 bar

T₂: 28.04 bar

T₃: 16.66 bar

T₄: 8.97 bar

T₅: 4.14 bar

T₆: 1 bar 로 설정되었다.

얻어진 생성물의 조성 및 PSA 프로세스의 생산성은 블로다운 단계의 분할에 의해 영향을 받지 않는다는 점이 주목되었다.

이 구성으로, 총 에너지 소비는 린스를 위한 압축과 CO₂ 의 수송을 포함해 단지 77.3 MW 이었다.

2 가지 프로세스 1.a 및 1.b 는 95% 초과의 CO₂ 를 함유한 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림의 회수를 허용한다. 회수 수득률은 90% 를 초과한다.

동시에, 2 가지 프로세스 1.a 및 1.b 는 90% 초과 H₂ 및 5% 미만 CO₂ 를 함유한 생성물 유출액의 회수를 허용한다. 이 생성물 유출액은 유리하게도 메탄올 반응기로 공급되도록 다른 합성가스 스트림과 혼합될 수도 있다.

프로세스 1.a 및 프로세스 1.b 로 얻은 결과가 비교된다. 프로세스의 수행은 크게 영향을 받지 않았고 회수된 CO₂ 스트림과 생성물 유출액은 비슷한 사양을 가졌다. 동력 소비량의 상당한 감소가 이루어졌다 (57% 초과).

실시예 2

각 유닛이 4 개의 베드를 가지는, 8 개의 유닛을 가지는 순환식 PSA 프로세스가 수학적으로 모델화되었다. 프로세스 사이클은 도 3 의 개략도에 따른 것이었다. 각 유닛의 사이클 프로그램은 도 5 의 도표에 따른 것이었다.

흡착제 베드는 상표명 활성탄 R2030 으로 Norit group 에 의해 시판되는 하나의 단일층의 활성탄으로 이루어졌다.

PSA 프로세스 유닛의 다른 파라미터들은 표 3 에 요약된다.

공급 가스는 하기 조성을 가졌다:

- 47.07% H₂

- 30.11% CO₂

- 0.03% CH₄

- 22.26% CO

- 0.53% N₂

유입 온도는 50 ℃ 이었다.

2.a. 단일 블로다운 단계를 갖는 프로세스

그 결과는 표 4 에 요약된다.

동력 소비량은 저장을 위해 110 bar 로 CO₂ 의 압축을 포함한다. 총 동력 소비량은 206.7 MW, 즉 린스 단계에서 사용된 스트림의 33 bar 로 압축에 기인하는 127.9 MW 와 수송을 위해 CO₂ 생성물을 110 bar 로 압축하는데 필요한 78.8 MW 를 합한 값이었다.

2.b. 나누어진 블로다운 단계를 갖는 프로세스

블로다운 단계는 도 1 의 개략도에 따라 8 개의 동일한 부분 블로다운 단계로 나누어졌고, n 은 8 이다. 8 개의 배출 탱크들이 시뮬레이션되었고, 각각은 서브 블로다운 단계 중 하나를 수집한다. 탱크 압력은:

T₁: 25.00 bar

T₂: 18.60 bar

T₃: 13.60 bar

T₄: 9.54 bar

T₅: 6.42 bar

T₆: 4.06 bar

T₇: 2.35 bar

T₈: 1.00 bar 로 설정되었다.

얻어진 생성물의 조성 및 PSA 프로세스의 생산성은 블로다운 단계의 분할에 의해 영향을 받지 않는다는 점이 주목되었다.

얻어진 동력 소비량은, 저장을 위해 110 bar 로의 CO₂ 압축을 포함해, 90.6 MW 이었다.

2 가지 프로세스 2.a 및 2.b 는 95% 초과의 CO₂ 를 함유한 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림의 회수를 허용한다. 회수 수득률은 90% 를 초과한다.

동시에, 2 가지 프로세스 2.a 및 2.b 는 대략 66% H₂ 및 30% CO 를 함유한 생성물 유출액의 회수를 허용한다. 비 H₂/CO 는 약 2.2 이다. 불활성 화합물의 함량은 5% 미만이다. 이 생성물 유출액은 유리하게도 피셔-트롭쉬 반응기로 도입될 수도 있다.

프로세스 2.a 및 프로세스 2.b 로 얻은 결과가 비교된다. 프로세스의 수행은 크게 영향을 받지 않았고 회수된 CO₂ 스트림과 생성물 유출액은 비슷한 사양을 가졌다. 동력 소비량의 상당한 감소가 이루어졌다 (56% 초과).

Claims (16)

1. 순환식 PSA 프로세스로서,
   상기 프로세스의 각각의 사이클은 흡착제 베드에서 압력을 고압 (P_high) 으로부터 저압 (P_low) 으로 낮추는 것으로 이루어진 블로다운 (blowdown) 단계를 포함하고,
   상기 블로다운 단계는 여러 개의 부분 블로다운 단계들로 나누어지고,
   상기 부분 블로다운 단계들 중 배출되는 가스 스트림들은 각각의 배출 탱크들로 도입되고,
   상기 탱크들은 압력의 증가에 따라서 직렬로 유체 연통하고 압축기 수단은 각각의 연결된 탱크 사이에 위치하는, 순환식 PSA 프로세스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 저압 (P_low) 은 5 bar 미만이고, 바람직하게 3 bar 미만이고, 더욱 바람직하게 상기 저압 (P_low) 은 대기압인, 순환식 PSA 프로세스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 고압 (P_high) 은 10 bar 초과, 바람직하게 30 bar 를 초과하는, 순환식 PSA 프로세스.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부분 블로다운 단계들의 수, n 은 2 ~ 10 인, 순환식 PSA 프로세스.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   최고 압력을 가지는 탱크를 제외하고, 각각의 탱크에서 가스는, 더 높은 압력들 중 최저값을 가지는 다른 탱크로 압축되어 도입되는, 순환식 PSA 프로세스.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 탱크는 냉각 수단을 갖추고 있는, 순환식 PSA 프로세스.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   블로다운 압력 감소 조건은 각각의 부분 블로다운 단계 동안 선형인, 순환식 PSA 프로세스.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 프로세스는 H₂ 와 CO₂ 를 함유한 공급 가스로부터 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림을 회수하는 것이고, 상기 프로세스의 각각의 사이클은 하기 연속 공정들 (steps):
   1. 흡착 단계로서, CO₂ 의 선택적 흡착으로 흡착제 베드를 통하여 유동시켜 상기 흡착제 베드에서 CO₂ 의 제 1 흡착 프런트 (front) 를 형성하기 위해 고압 (P_high) 에서 상기 흡착제 베드의 유입구로 상기 공급 가스의 도입, 및 상기 흡착제 베드의 배출구로부터 1 차 배출 탱크로 미흡착된 생성물을 갖는 유출액의 배출을 포함하고, 상기 1 차 배출 탱크는 상기 고압 (P_high) 하에 있고, 상기 흡착 단계는 제어된 기간 (A) 동안 지속되는, 상기 흡착 단계;
   2. 린스 (rinse) 단계로서, 상기 흡착제 베드를 통하여 유동시켜 상기 흡착제 베드에서 CO₂ 의 제 2 흡착 프런트를 형성하기 위해 상기 고압 (P_high) 에서 상기 흡착제 베드의 유입구로 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림의 도입, 및 상기 흡착제 베드의 배출구로부터 상기 1 차 배출 탱크로 생성물 유출액의 배출을 포함하고, 상기 린스 단계는, CO₂ 의 상기 제 2 흡착 프런트가 제 1 흡착 프런트에서 합류하고 상기 흡착제 베드의 배출구에 도달했을 때 종료되는 제어된 기간 (R) 동안 지속되는, 상기 린스 단계;
   3. 블로다운 단계로서, 상기 흡착제 베드로부터 가스 스트림을 역류방향으로 인출함으로써 상기 흡착제 베드에서 압력의 낮춤, 및 상기 흡착제 베드의 상기 유입구를 통하여 2 차 배출 탱크들로 상기 가스 스트림의 배출을 포함하고, 상기 블로다운 단계는, 상기 흡착제 베드가 저압 (P_low) 에 있을 때 종료되는 제어된 기간 (B) 동안 지속되는, 상기 블로다운 단계;
   4. 역류 퍼지 단계로서, 상기 흡착제 베드를 통하여 유동시키기 위해 상기 1 차 배출 탱크로부터 나온 가스 스트림을 상기 흡착제 베드의 배출구로 도입, 및 저압 (P_low) 에서 상기 흡착제 베드의 유입구로부터 상기 2 차 배출 탱크로 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림의 배출을 포함하고, 상기 역류 퍼지 단계는 제어된 기간 (PU) 동안 지속되는, 상기 역류 퍼지 단계;
   5. 가압 단계로서, 상기 1 차 배출 탱크로부터 나온 가스 스트림을 상기 흡착제 베드의 배출구로의 도입을 포함하고, 상기 가압 단계는, 상기 흡착제 베드가 상기 고압 (P_high) 에 있을 때 종료되는 제어된 기간 (PR) 동안 지속되는, 상기 가압 단계를 포함하는, 순환식 PSA 프로세스.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 린스 단계 중 상기 흡착제 베드에 도입되는 상기 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림은 상기 2 차 배출 탱크들에 의해 제공되는, 순환식 PSA 프로세스.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    회수된 상기 본질적으로 순수한 CO₂ 스트림의 전부 또는 일부는 상기 스트림의 저장 장소로 수송하기에 적합한 압력, 바람직하게 임계 압력을 초과하는 압력으로 압축되는, 순환식 PSA 프로세스.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    사이클의 단계들의 각각의 기간 (A, R, B) 및 PU 와 PR 의 합이 동일한, 순환식 PSA 프로세스.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세스는 4-베드 유닛에서 실행되고, 전 사이클의 지속 시간은 4 개의 동일한 부분들로 나누어지고, 각각의 상기 부분 중:
    - 하나의 베드는 흡착 단계에 있고,
    - 하나의 베드는 린스 단계에 있고,
    - 하나의 베드는 블로다운 단계에 있고,
    - 하나의 베드는 역류 퍼지 단계 또는 가압 단계에 있는, 순환식 PSA 프로세스.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세스는 여러 개의 4-베드 유닛들에서 동시에 실행되고, 부분 블로다운 단계들의 수, n 은 동시에 실행되는 PSA 유닛들의 수와 동일한, 순환식 PSA 프로세스.
14. 제 13 항에 있어서,
    각 유닛의 사이클 프로그램은 하나의 부분 블로다운 단계의 시간과 동일한 시간 동안 서로 시프트 (shift) 되어서, 각각의 2 차 배출 탱크는, 항상 3 개의 칼럼, 즉 퍼지 단계에서 2 개의 컬럼 및 블로다운 단계에서 하나의 컬럼에 의해 공급받는 최저 압력의 탱크를 제외하고는, 항상 하나의 칼럼에 의해 공급받는, 순환식 PSA 프로세스.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스는 피셔-트롭쉬 프로세스 (Fischer-Tropsch process) 를 위한 합성가스 컨디셔닝 체인의 단계인, 순환식 PSA 프로세스.
16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스는 석탄 메탄올 전환 합성 프로세스 (coal to methanol synthesis process) 를 위한 합성가스 컨디셔닝 체인의 단계인, 순환식 PSA 프로세스.

Images