KR100340764B1

KR100340764B1 - 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용압력변동흡착장치

Info

Publication number: KR100340764B1
Application number: KR1020000035936A
Authority: KR
Inventors: 나병기; 송형근; 이화웅; 양기석; 엄희문; 이재근; 윤지호; 심재구; 백점인
Original assignee: 최양우; 한국수력원자력 주식회사; 이종훈; 한국전력공사
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-06-20
Also published as: KR20020003963A

Abstract

본 발명은 화력발전소에서 배출되는 연소가스 중의 이산화탄소를 압력변동흡착장치(Pressure Swing Adsorption)를 이용하여 배출 농도를 줄이고, 생성물로써 고순도의 이산화탄소를 회수하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 제올라이트와 활성탄을 함께 흡착제로 이용하여 화력발전소 연소가스에서 이산화탄소를 회수하는 공정을 개발하였으며 세 개의 흡착탑과 하나의 진공펌프를 이용하여 구현하였고, 이 장치를 이용하여 압력균등화, 생성물에 의한 세정 및 진공탈착 단계를 함께 이용하여 순환조업함으로써 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있다.

Description

활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치{Pressure Swing Adsorption System for Carbon Dioxide Recovery using Activated Carbon and Zeolite}

본 발명은 화력발전소에서 배출되는 연소가스로부터 압력변동흡착장치(PSA:Pressure Swing Adsorption)를 이용하여 고순도의 이산화탄소(CO₂)를 회수하는 방법에 관한 것이다.

화력발전소로부터 유출되는 연소가스는 약 12∼17%의 이산화탄소와 76∼78%의 질소, 그리고 4∼5%의 산소와 그밖에 미량의 수분과 SOx, NOx 화합물을 포함하고 있다. 그 중에서 특히 이산화탄소는 지구 온난화의 주요 원인으로 지목되고 있으므로 이의 배출을 줄이고 재사용하는 방안을 강구하기 위하여 세계적인 관심사로 등장하고 있다. 일부 선진국들은 이산화탄소 배출량을 일정 시점의 배출량을 기준으로 동결시키고자 노력하고 있으며 이와 관련하여 탄소세의 도입을 주장하고 있는 실정이다. 따라서 이산화탄소의 가장 큰 배출원 중의 하나인 화력발전소 연소가스로부터 이산화탄소의 회수는 시급히 해결해야 할 중요한 문제라고 할 수 있다.

이산화탄소를 배출하는 공장들은 화력발전소 뿐 아니라 제철소, 시멘트공장, 석유화학공장, 발효공장 등이 있으며 이중 화력발전소를 제외한 대부분의 공장에서 배출되는 배출기체는 이산화탄소의 농도가 상대적으로 높아서(25% 이상) 상업적인 분리 및 회수가 비교적 용이한 반면에 화력발전소의 경우는 이산화탄소의 농도가 낮기 때문에 분리회수가 어려워 상업화할 경우 경제성이 낮은 것으로 알려져 있다.

종래에 혼합기체를 분리하는데는 흡수, 막분리 및 흡착공정 등이 주로 연구되고 있으며 그 중에서 흡착원리를 이용한 압력변동흡착공정은 중·소규모 공정을 대상으로 하여 투자비와 에너지 비용이 적게 소요되므로 많은 발전을 거듭해왔다. 압력변동흡착공정의 특징은 특정물질을 잘 흡착하는 흡착제를 이용하여 높은 압력에서의 흡착량이 낮은 압력에서의 흡착량보다 많다는 성질을 이용하여 압력을 변화시키면서 흡착과 탈착을 반복하며 기체 혼합물을 분리하는 흡착기술로서 공정으로 확립된지 약30년 정도 되었다.

1930년대에 핀레이슨(Finlayson) 등이 처음으로 개발(영국특허 제365,092호)한 이후 연구가 계속되어 1950년대에는 공기에서 이산화탄소나 탄화수소 및 수분 등을 분리할 수 있음이 소개되었고, 1950년대 말 제올라이트가 개발되면서 흡착분리기술이 괄목할 정도로 발전하게 되었다. 지금까지 압력변동흡착공정은 가스의 건조, 공기의 분리, 수소의 정제 등 흡착능이 약한 성분의 분리에 주로 응용되어 왔으나 최근에는 메탄, 이산화탄소, 이산화황 등 흡착능이 강한 성분의 분리를 목적으로 하는 공정개발 연구가 활발히 진행되고 있다.

흡착능이 강한 성분(생성물)의 회수에는 탈착단계, 특히 진공단계에서 수행되는데 본 발명 또한 흡착능이 강한 이산화탄소를 연소가스로부터 회수하는 압력변동흡착공정이므로 진공탈착단계가 필요하다. 진공탈착에 의해 생성물을 얻는 최초의 공정은 프랑스의 구에린 데 몽가루일(Guerin de Montgareuil) 등에 의해 개발(프랑스특허 제1,233,261호)되어 지금도 흡착능이 강한 성분을 분리하는 방법으로 많이 이용되고 있다.

압력변동흡착공정을 이용하여 이산화탄소를 분리하는 방법으로는 주로 천연가스에서 메탄과 이산화탄소를 분리하는 방법(미국특허 제5,411,721호, 제4,857,083호), 수소와 이산화탄소를 분리하는 방법(미국특허 제4,791,858호, 제4,913,709호), 암모니아 합성가스에서 이산화탄소의 분리 방법(미국특허 제4,813,980호), 공기 중에서 수분과 이산화탄소를 제거하는 방법(미국특허 제4,249,915호), 혹은 석탄의 가스화 공정 등에서 배출되는 수소, 메탄, 이산화탄소 등의 혼합기체를 분리하는 방법(미국특허 제4,406,674호, 제4,404,004호, 제4,914,218호, 제4,814,456호, 제4,696,680호, 제5,582,029호, 영국특허 제2,155,805호) 등이 있다.

또한, 미국특허 제4,988,490호에서는 이산화탄소와 질소가 주성분인 혼합기체 중 고순도의 질소를 생성물로 얻는 방법, 독일특허 제3,345,379호(1983/12/15)에서는 4탑 압력변동흡착장치를 이용하여 이산화탄소와 질소의 혼합기체에서 이산화탄소를 분리하는 공정을 제시하였으나 이들은 이산화탄소의 분리를 위하여 4개의 흡착탑을 이용하였고 흡착제로서 탄소분자체를 이용하였다. 한편 대한민국특허 제 1998-028707호에서는 연소배가스에서 이산화탄소의 분리 밥법을 제시하였는데 이 경우에는 2단식 공정으로 모두 6개의 흡착탑이 필요하게 되며 이에 따라 2기의 진공펌프가 필요한 공정이며, 대한민국특허 제 1998-016382호에서는 3탑 압력변동흡착장치를 이용한 이산화탄소의 제조법이 소개되었는데 이 경우 제올라이트를 흡착제로 이용하였고 25%의 고농도 이산화탄소 함유기체를 대상으로 하여 99% 순도에 80%의 회수율을 얻었다고 보고하였다.

일반적으로 배가스에 함유된 이산화탄소를 회수하기 위하여 제올라이트를 흡착제로 사용할 경우에는 원료기체 중의 4% 이상의 수분을 완전히 제거하기 위한 별도의 흡수장치가 필요하여 별도의 추가적인 시설비를 필요로 한다. 그러나 흡착제로서의 활성탄은 가격이 싸고 수분의 영향을 적게 받으므로 작업조건 면에서 볼 때 많은 장점을 가지고 있다. 제올라이트는 이산화탄소의 흡착량이 활성탄에 비해 상압에서 두 배 이상으로 월등히 크고, 질소와 산소의 흡착량이 이산화탄소 흡착량의 6% 정도로 활성탄이 15% 정도인 것에 비해 상대적으로 작기 때문에 조업 면에 있어서 매우 유리한 점이 많다. 흡착공정에 있어서 가장 중요한 기초 데이터인 흡착등온곡선을 보면, 활성탄의 경우는 0내지 3기압에 걸쳐 거의 직선에 가까운 (선형 흡착등온선) 형태를 보이고 있는데 (도 2)반해 제올라이트 13X의 경우는 0.5기압까지의 압력에서는 급격히 증가하다가 이 이상의 압력에서는 흡착량의 변화가 거의 없는 형태의 흡착등온특성을 가지고 있다(도 3). 이는 압력변동흡착공정에서 매우 중요한 의미를 가지게 되는데 본 발명의 대상과 같이 비교적 저압에서(3기압 이내) 흡착하고 진공에서 탈착 하는 흡착공정의 경우는 활성탄에 비해 제올라이트계열의 흡착제가 유리함을 의미하기 때문이다. 이와같이 제올라이트는 수분 및 황화물 등에 영향을 많이 받으나 그 흡착특성이 우수하고, 활성탄의 경우는 가격이 저렴하며 수분에 영향을 적게 받는 장점이 있으나 그 흡착특성이 제올라이트에 비해 좋지 않으므로 이 두가지 흡착제의 장점을 모두 살려 공정을 구성하면 이산화탄소의 회수율을 극대화시킬 수 있다. 이러한 목적의 달성을 위하여 본 발명의 공정에서는 흡착제로서 제올라이트 13X와 활성탄을 함께 이용하여 순도는 물론, 회수율을 극대화하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강한 흡착질인 이산화탄소의 회수를 위하여 기존의 가압, 흡착, 감압, 진공탈착의 4단계를 기초로 하여 감압단계에서 손실되는 이산화탄소의 양을 줄이고자 압력균등화단계를 도입했을 때의 영향, 또한 순도를 높이기 위하여 진공단계에서 회수된 고순도의 생성물을 이용하는 세정단계의 영향 등을 고려하여 성능 향상을 위한 단계들의 조합을 통하여 가압단계와 흡착단계를 거쳐 진공단계에서 이산화탄소가 회수되도록 최적의 공정을 구성하기 위한 공정 및 압력변동흡착장치를 제공한다. 또한 원하는 순도와 회수율을 얻을 수 있는 최적의 활성탄/제올라이트 비를 제공한다.

도 1은 본 발명의 장치에 대한 개략도.

도 2는 활성탄을 흡착제로 이용하는 경우의 질소와 이산화탄소의 25℃에서의 평형흡착등온선.

도 3은 제올라이트 13X를 흡착제로 이용하는 경우의 질소와 이산화탄소의 25℃에서의 평형흡착등온선.

도 4는 본 발명의 장치를 운전하는 공정도.

도 5는 본 발명의 방법의 우수성을 나타낸 예시도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1, 2, 3 : 흡착탑, 4 : 진공펌프,

5, 6, 7, 8, 9, 10 : 분기관, 11∼38 : 자동개폐밸브

41 : 압력조절밸브, 42: 유량조절밸브,

51 : 생성물 저장탱크

압력변동흡착공정을 구성하기 위하여 우선 고려되어야 할 사항은 각 순수기체의 등온흡착특성으로, 이를 잘 파악하여 필요한 단계별로 공정을 구성하게 된다.이하 발명에서는 공정의 성능을 나타내기 위하여 순도, 회수율 및 환류비의 세 가지를 기준으로 이용하였다. 회수율은 생성물 흐름 중 포함된 목적성분의 양을 공급 혼합물 중의 동일 성분의 양으로 나눈 값으로 정의된다. 단, 세정단계가 도입될 경우에는 환류되는 목적성분의 양을 제외하고 계산된다. 여기서 환류비는 세정단계에서 사용되는 목적성분의 양을 회수된 목적성분의 양으로 나눈 값으로 정의된다. 또한 순도는 회수된 흐름 중에 존재하는 공급물 성분의 평균농도로 정의하였다.

질소와 이산화탄소의 활성탄에 대한 각각의 온도에서 평형흡착등온선에 따르면 질소의 흡착량은 이산화탄소에 비해 상대적으로 적지만 무시할 수 없는 양으로서 순도에 많은 영향을 주는데 이 것이 활성탄을 이용한 이산화탄소의 회수를 어렵게 하는 요인으로 작용하게 된다. 특히 본 발명의 대상인 화력발전소 연소가스의 경우에는 질소가 기체의 대부분을 차지하므로 질소의 흡착량이 상대적으로 많게 되고 활성탄을 흡착제로 사용할 경우에는 흡착시 다량의 질소가 흡착제에 흡착하게 되므로 흡착이 끝난 후 흡착탑에는 많은 양의 질소가 존재하게 되어 탈착시 이산화탄소의 순도를 떨어뜨리는 작용을 하게되며 이때 고순도의 이산화탄소를 회수하기 위해서는 질소의 탈착을 선행시키는 것이 중요한 과제이다. 반면 제올라이트를 흡착제로 이용하는 경우는 질소의 흡착량이 상대적으로 매우 작기 때문에 질소의 흡착 때문에 생기는 순도 저하를 염려할 필요가 적으나 제올라이트의 특성상 전처리가 까다롭고 가격이 활성탄에 비해 10배이상 비싸다는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 하나의 흡착탑에 흡착제를 활성탄과 제올라이트 13X함께 적층하였다. 이때 흡착탑에서 원료기체가 도입되는 부분(본 발명의 그림에서는 탑의 하부)쪽에 활성탄을 위치시키고 반대쪽으로 제올라이트 13X를 채움으로서 이 두 가지 흡착제의 장점만을 최대화 시켰다. 하부의 활성탄은 원료기체에 포함된 미량의 불순물이나(SOx, NOx 등) 수분을 잡아주는 역할을 하여 제올라이트의 오염을 방지하는 동시에 자체적인 흡착특성을 이용하여 이산화탄소를 선택적으로 흡착시키게 되며, 바로 다음에 위치한 제올라이트 13X는 월등한 흡착특성을 이용하여 이산화탄소를 대부분 흡착하여 흡착시 방출되는 이산화탄소의 양을 최소화시켜 회수율을 극대화시키는 역할을 하게 된다. 이때 활성탄과 제올라이트의 적층비를 조절함으로써원하는 회수율을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 실험을 통하여 제올라이트의 비가 1/2일 경우, 즉 반만 제올라이트로 채우는 경우에 순수한 제올라이트만 이용하여 조업한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있었다. 따라서 흡착탑에 충진하는 제올라이트의 비율은 최대 50%로 한정지을 수 있으며 이 경우에 최대의 순도와 회수율을 나타내게 되고 이보다 적은 분율로 제올라이트를 충진하는 경우는 같은 순도에서 약간씩 회수율이 감소하는 경향을 나타내게 된다. 제올라이트의 양을 줄이는 것은 경제적으로 많은 이득이 되므로, 이용하고자 하는 목적에 따라 50% 이내에서 제올라이트의 분율을 조절할 수 있다.

본 발명에서와 같이 이산화탄소와 같은 강흡착질을 회수하는 압력변동흡착공정의 경우, 공정 구성시 탈착단계 직전에 흡착탑 내부의 이산화탄소 농도를 높여줄수록 고순도의 이산화탄소를 얻을 수 있게되므로 탑 내의 질소를 이산화탄소로 치환시키기 위한 방법으로서 세정단계를 이용함으로써 이산화탄소 회수시의 순도를 향상시켰다. 일반적으로 세정단계를 실시하는 과정에서 세정기체의 흐름과 생성물의 흐름이 동시에 존재하게 되며 이는 탈착시간 전체에 걸쳐 생성된 이산화탄소를 이용하여 일부는 세정에 이용하고 일부는 생성물로 얻게되기 때문이다. 그러나 이러한 방법을 이용하게 되면 세정되는 기체의 양을 조절하기 어렵기 때문에 고순도의 이산화탄소를 얻기 위해서는 필요이상의 이산화탄소가 세정을 위하여 이용되게 되며 이는 곧 회수율의 저하로 나타나게 된다. 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 세정단계에서의 세정방법을 개선하였다. 세정단계는 고순도의 이산화탄소를 얻기 위한 필수적인 단계로서 공정의 조업에 있어서 많은 제약조건으로작용한다. 세정시간이 길면 길수록 흡착탑 내의 이산화탄소 농도가 높아져 제품의 순도는 높아지나 세정시간의 연장은 필연적으로 흡착시간의 증가를 수반하게 된다. 이는 조업이 연속적으로 이루어지기 때문으로 하나의 탑이 흡착을 하는 동안 다른 두 개의 탑은 각각 세정 및 탈착을 수행하기 때문이다. 고순도의 이산화탄소를 얻기 위한 세정단계에서 세정에 필요한 이산화탄소의 양은 장치의 규모에 따라 항상 일정하며 원하는 순도를 얻기 위한 최소의 세정을 실시하는 것이 최대의 회수율을 나타내게 되는데 이를 위하여 세정단계를 강제로 두 단계로 나누어 실시하였다. 세정단계의 첫 부분에서는 순수하게 세정만 실시하고 다음으로 나머지 부분에서 탈착된 생성물을 모두 최종 생성물로 얻는 방법을 도입하였다. 진공펌프의 특성상 탈착단계의 초기에는 생성물의 유량이 많으며 시간이 경과할수록, 다시 말해서 압력이 낮아질수록 유량은 차차 감소하여 최종적으로는 생성물의 흐름이 거의 없는 상태에 다다르게 된다. 이러한 사실에서부터 많은 양의 이산화탄소가 필요한 세정단계를 앞에 위치시키고 나머지 기체를 모두 고순도의 이산화탄소 생성물로 얻게되면 가장 좋은 회수율을 나타내게 된다.

본 발명의 기체 흐름의 방향은 병류가 원료기체의 흐름방향인 탑 하부에서 상부로의 방향이며 향류는 반대로 탑상부에서 하부로의 방향이다. 각각의 공정은 제1단계: 가압, 제2단계: 흡착, 제3단계: 병류감압형 압력균등화, 제4단계: 생성물에 의한 병류가압(흡착압력이 1.5기압 이하인 경우) 및 생성물을 이용한 세정, 제5단계: 생성물 획득, 제6단계: 진공탈착, 제7단계: 향류가압형 압력균등화 등의 7단계로 구분되며 다음에서 상세히 설명하기로 한다.

제1단계에서는 도입되는 배기가스로 흡착탑을 조업 압력까지 가압하게 되는데, 원료기체는 화력발전소 연소가스이며 질소, 이산화탄소, 산소와 수분 그리고 미량의 SOx와 NOx를 포함한다. 조업압력은 1기압 이상의 임의의 압력을 사용할 수 있으며 본 발명에서는 가압에 필요한 조업비용 절감의 관점에서 1.5내지 2기압의 압력이 가장 적합하였고, 이때 가압시간은 도입되는 기체의 유량에 의해서 결정되며 유량이 많을수록 가압시간이 짧아지게 된다.

제2단계에서는 가압단계에서 일정압력이 유지된 흡착탑에 원료기체를 아래방향에서 위쪽으로 계속해서 넣어주어 강흡착질인 이산화탄소를 흡착시키고 약흡착질인 질소를 대기중으로 방출시키게 된다. 본 발명은 화력발전소 연소가스에서 대기 중으로 방출되는 이산화탄소의 양을 감소시키고 제품인 이산화탄소의 순도를 높이는 것이 중요하므로 흡착시간을 충분히 유지하는 것이 유리하다. 이는 흡착탑 내의 이산화탄소 농도가 높을수록 제품의 순도가 높아지기 때문이다.

제3단계의 병류감압형 압력균등화단계에서는 흡착이 완료된 흡착탑을 탈착이 완료된 흡착탑과 연결하여 압력이 평형을 이룰 때까지 방치하는 단계이다. 연결 방향은 흡착이 끝난 흡착탑은 병류 방향으로, 탈착이 끝난 흡착탑은 향류 방향으로 연결하게 되는데 이는 흡착탑의 상부끼리 연결되는 형태이다. 이 압력균등화단계는 압축기나 진공펌프의 부하를 줄여주어 조업비용을 절감하는 일차적인 효과가 있으며 부수적으로 감압의 효과를 극대화시킬 수 있는 또 다른 방법의 하나이다. 일반적으로 이용하는 감압단계는 흡착압력에서 상압까지 감압하는 과정으로서, 대기중으로 바로 방출되기 때문에 비록 미량이기는 하지만 이산화탄소의 손실을 초래하기 때문에 이를 막기 위하여 갑압단계는 생략하였다. 이 압력균등화단계는 진공과 흡착압력과의 중간압력까지 감압을 시켜주는 역할을 하게된다. 따라서 본 발명에서는 앞에서 언급한 바와 같이 감압의 방법이 공정의 전체 성능에 크게 영향을 준다는 점에서 흡착단계와 세정단계 사이에 병류감압형 압력균등화단계를 첨가하여 성능의 향상을 도모하였다. 이 감압방법은 일차적으로 흡착탑 내의 질소의 농도를 낮추는데 크게 기여하게 된다. 이 단계는 회수율뿐만 아니라 탑 내에 존재하는 성분들을 재분배하여 동특성을 변화시킴으로써 순도에도 영향을 미치게 되는데, 압력균등화단계에서는 감압단계에서 유출되던 이산화탄소의 배출을 최대한 방지하는 효과로 인한 회수율의 상승 효과와 더불어 진공의 탑과 연결함으로써 감압의 압력차가 커지게 되어 얻게되는 탈착량의 증가가 복합적으로 작용하여 성능의 향상을 가져오게 된다. 연결방법 중에서는 탑 상부로 감압균등화 과정과 가압균등화 과정이 이루어지는 공정의 경우가 가장 우수한 성능을 나타낸다. 이는 질소가 다량 존재하는 탑 상부 방향에서 다량의 질소로 가압함으로써 탑 상부의 질소 농도를 높여주는 것이 성능향상에 도움을 준다는 것을 의미한다. 반면에 탑 하부 방향으로 감압이 이루어질 경우 오히려 성능의 감소를 초래할 수 있다. 결과적으로 압력균등화단계의 도입이 항상 회수율이나 순도를 증가시키는 것은 아니며 압력균등화단계를 도입할 경우 탑 내의 특성을 고려하여 조업이 이루어져야 한다. 본 발명에서는 두 탑의 상부를 연결하는 압력균등화단계를 동시에 사용하여 최적의 성능을 얻을 수 있었다.

감압과 압력균등화를 병행했을 때의 효과 중에서 압력균등화단계를 어디서 중지하는 것이 가장 좋은지를 알아보면, 압력균등화단계의 최종 평형압력의 효과는최종 압력이 낮을수록, 다시 말해, 충분한 시간 압력균등화를 수행할수록 좋은 성능을 보이는데 본 발명에서는 조업압력과 진공 상태를 연결하여 충분히 방치한 중간압력에서 최고의 성능을 얻었다. 이것은 이산화탄소에 비해 질소의 탈착이 우세하여 감압단계를 거친 후 압력균등화단계가 진행되더라도 감압단계에서의 이산화탄소의 손실은 거의 없음을 의미한다. 즉, 갑압단계에서는 거의 대부분 질소만 탈착되며 평형 압력까지 감압되는 과정에서의 이산화탄소의 손실을 줄여줌으로써 순도를 향상시킬 수 있다. 또한 감압균등화단계에서 압력을 충분히 빼 주어도 손실되는 이산화탄소의 양은 상당히 적으며 외부로의 이산화탄소의 유출이 전혀 없으므로 감압을 통하여 최대한 많은 양의 질소를 제거하는 것이 성능 향상에 도움이 된다는 것을 의미한다. 따라서 탑간의 압력이 같아질 때까지 충분히 압력균등화 과정을 진행하는 것이 본 발명에서의 압력균등화 조건이다. 본 발명에서는 조업비의 절감을 위하여 2.2기압 이상의 흡착압력을 고려하지 않았기 때문에 압력균등화단계가 끝났을때 최고 1기압(상압)에서 최저 0.5기압까지의 압력이 유지되게 된다.

제4단계의 세정단계는 본 발명의 공정 중 가장 중요한 단계로서 탑 내의 질소를 이산화탄소로 모두 치환해 주어 생성물의 순도를 높이기 위한 필수적인 단계이다. 이 과정에서 두가지 경우를 고려할 수 있는데 하나는 흡착압력이 2기압인 경우와 또 하나는 흡착압력이 2기압보다 낮은 경우이다. 흡착압력이 2기압 정도인 경우에는 압력균등화단계가 끝난 직후의 탑 내 압력이 상압으로 자동적으로 유지되므로 바로 세정단계를 실시할 수 있게된다. 그러나 흡착압력이 2기압 미만인 경우는 흡착탑 내의 압력이 상압보다 낮은 상태가 되므로 이때에는 세정기체를 이용하여흡착탑 내부를 상압까지 가압하는 과정이 추가로 도입되어야 한다. 그러나 이는 같은 생성기체를 이용하고 같은 분기관과 밸브를 이용하게 되므로 하나의 단계로 취급하였다. 이 단계에서도 상당량의 이산화탄소가 흡착탑 내에서 질소와 치환되어 재 흡착하게 된다.

세정단계를 도입함으로써 순도가 크게 향상되게 되는데 이는 세정단계에서 감압 및 압력균등화단계 이후 탑 내에 남아있는 질소를 이산화탄소로 치환해 줌으로써 탑 내의 이산화탄소 농도를 높여주는 역할을 하기 때문이다. 따라서 세정단계는 이산화탄소 회수용 압력균등화공정의 순도 향상에 가장 중요한 역할을 한다고 할 수 있다. 또 다른 중요한 사항은 세정 직전에 압력균등화단계가 포함된 공정의 성능이 그렇지 않은 공정의 성능보다 우수하다는 것이다. 이는 이산화탄소 세정 이전에 최대한으로 탑 내의 질소를 제거한 경우가 되므로 앞에서 언급한 압력균등화의 영향이라고 할 수 있다. 이와 함께 압력균등화는 생성물 저장 탱크와 탑간의 압력차를 증가시키게 되고 이는 저압에서의 질소와 이산화탄소의 상대적인 흡착량의 차이가 크다는 이유에서 이산화탄소의 재흡착을 촉진시키게 된다. 즉, 최적의 성능을 얻기 위해서는 세정과 함께 압력균등화단계의 도입이 필수적이다.

이 때 세정시간은 장치의 규모 및 유량에 따라 달라지게 되므로 기초적인 실험을 통하여 구해지게 되며 이 시간은 흡착탑이 이산화탄소로 완전히 포화되는데 필요한 최소의 시간이다.

제 5단계의 생성물 획득단계는 본 발명에서 회수율의 향상을 위하여 도입한 단계로서 조업 순서 상으로는 세정단계와 묶어서 생각할 수 있겠지만 여기서는 세정단계와 다른 흐름을 가지게 되므로 분리하여 설정하였다. 세정이 끝난 탑은 바로 생성물을 얻을 준비가 끝난 상태이므로 다음의 탈착시간까지 그대로 대기하게 된다. 그 동안 세정이 행해진 탑으로의 흐름을 완전히 끊고 나머지 생성물은 모두 최종 생산물인 고순도의 이산화탄소로 얻게 된다. 이렇게 함으로서 비록 생성물 흐름의 양은 적어지지만 비교적 장시간 생성물을 얻을 수 있게되어 회수율을 극대화시키는 효과를 얻을 수 있다.

제6단계의 진공탈착단계는 실제로 공정의 생성물을 얻는 단계로서 세정이 끝난 흡착탑에서 진공펌프를 이용하여 이산화탄소를 탈착, 회수하는 단계이다. 순수기체의 흡착등온선에서 알 수 있듯이 탈착압력이 낮을수록 상대적인 흡착량의 차이가 커지게 되어 더 좋은 성능을 얻을 수 있다. 그러나 무조건 탈착압력을 낮추는 것은 동력비의 증가를 초래하게 되므로 적절한 탈착압력을 결정하는 것이 중요하다. 본 발명에서는 탈착압력이 0.05∼0.1기압일 때가 가장 적절하였다.

제7단계의 향류가압형 압력균등화단계는 제4단계의 병류감압형 압력균등화단계와 연결되는 단계로 탈착이 끝난 상태의 흡착탑이 흡착이 끝난 상태의 흡착탑과 연결되는 과정이다.

이상의 7단계는 각 흡착탑에 대하여 동일하게 연속적으로 조업이 이루어지며 이러한 과정을 이용하면 순도 99.8%의 이산화탄소를 생성물로 얻을 수 있다.

이하 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만 이들은 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것으로서 이들 실시예가 본 발명의 기술적범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

흡착탑에 활성탄을 원료기체 도입부(본 발명에서는 탑의 하부)에 3/4 높이로 채운 후 그 위에 섞이지 않게 구분하여 제올라이트 13X를 채웠다. 이때 원료기체 유량은 분당 10 리터가 되도록 조절하였고 원료기체로는 화력발전소 연소가스의 농도와 비슷한 13%의 이산화탄소, 83%의 질소 및 4%의 산소가 혼합된 가스를 이용하였다. 흡착압력은 1.5기압을 유지하였다. 흡착장치 및 흡착제의 규격은 표 1과 같다.

흡착제 크기 [mesh]흡착탑 높이 [cm]흡착탑 내경 [cm]

8∼12904.12

[ 표 1 ] 흡착탑 및 흡착제의 사양

도 1에서와 같이 본 발명의 장치는 세 개의 흡착탑(1, 2 및 3)과 하나의 진공펌프(4), 여섯 개의 분기관(5, 6, 7, 8, 9 및 10) 그리고 20개의 자동개폐밸브(11∼16, 21∼26, 31∼37 및 38)로 구성되어 있다. 또한 유량 및 압력을 조절할 수 있는 2개의 조절밸브(41 및 42)를 포함한다. 우선 원료기체는 분기관 5를 통해서 각 흡착탑으로 도입되며 이는 11, 21 및 31번 밸브를 이용하여 흐름을 제어하게 된다. 질소가 주성분인 도입기체는 유량조절밸브 42번을 지나 유량이 일정하게 조절되어 도입되며, 흡착탑을 통과하여 15, 25 및 35번 밸브를 거쳐 9번 분기관을 통해 외부로 배출된다. 이때 9번 분기관의 끝에는 공정 전체의 조업압력을 제어하고 유지하기 위한 압력조절밸브(41)가 부착되어 있다. 일단 흡착이 완료되게 되면 흡착탑은 흡착이 끝난 탑과 탈착이 끝난 탑이 서로 연결되어 압력균등화 과정을 통하여 압력을 낮추게 되는데 이때는 탑 상부끼리 연결되며 16, 26 및 36번 밸브에 의해서 10번 분기관으로 연결된다. 이 과정이 끝나면 흡착탑 내부는 흡착압력과 진공의 중간압력을 유지하게 된다. 이 상태에서 생성물을 이용하여 세정을 실시하게 되는데 방향은 병류로써 12, 22 및 32번 밸브와 6번 분기관을 이용하여 각 흡착탑의 하부로 세정기체가 공급된다. 세정에 필요한 유량은 시간을 조절하여 고정되므로 생성물 저장탱크에 연결되어있는 자동개폐밸브 37을 열고 최종 방류구에 위치한 38번 밸브를 닫아 모든 생성물이 세정에 이용되도록 한다. 세정 초기에는 흡착탑이 상압 이하이기 때문에 먼저 37번 밸브와 12, 22, 및 32번 밸브만 열고 세정기체의 방출구인 14, 24 및 34 밸브를 닫아 흡착탑의 압력이 상압까지 올라가도록 한 후에 14, 24 및 34번 밸브를 열어 세정기체를 8번 분기관을 통하여 외부로 방출시키게 된다. 일정시간 동안 세정이 이루어진 후 37번 밸브 및 세정에 이용된 흡착탑의 모든 밸브를 닫고 38번 밸브를 열어 기체의 흐름을 생성물을 얻는 쪽으로 바꾼다. 이를 통하여 고순도의 이산화탄소를 얻게 된다. 최종적으로 생성물을 얻게되는 탈착단계에서는 7번 분기관에 연결된 진공펌프(4)를 이용하여 13, 23 및 33번 밸브를 통해 생성물을 얻게된다. 또한 진공펌프와 연결하여 생성된 이산화탄소의 환류를 위하여 생성물 저장탱크(51)가 위치한다.

도 4는 본 발명의 장치를 운전하는 순서를 나타낸 것으로 세 개의 흡착탑이 같은 순서로 주기적으로 운전되기 위한 조건을 나타낸다. 즉 하나의 흡착탑이 가압과 흡착을 실시하는 동안 다른 두 개의 탑은 진공탈착과 생성물을 이용한 세정단계 및 최종 생성물을 얻는 단계를 진행하게 된다. 이러한 과정을 주기적으로 운전하기 위하여 각각의 밸브들은 다음의 표 2에 나타난 형태로 작동되게 된다.

[표 2]

스텝

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

밸브

밸브상태

탑 1

11

○

12

○

13

○

14

○

15

○

16

○

탑 2

21

○

22

○

23

○

24

○

25

○

26

○

탑 3

31

○

32

○

33

○

34

○

35

○

36

○

37

○

38

○

○ : 밸브가 열린 상태

각 스텝의 조업 시간은 1번에서 5번 스텝까지가 주기적으로 반복되게되며 생성물에 의한 병류가압단계(1, 6, 및 11 스텝)인 첫 번째 스텝은 흡착탑이 자연스럽게 1기압까지 올라가는데 걸리는 시간으로 정하였으며 원료기체를 이용한 가압단계(1,2, 6,7, 및 11,12 스텝)도 역시 원료기체에 의한 흡착탑 내의 압력이 흡착압력에 도달하는 시간으로 결정하였다. 압력균등화단계(5, 10, 및 15 스텝) 역시 원하는 압력에 도달하는 시간으로 정하였다. 다만 흡착단계(3,4, 8,9, 및 13,14 스텝)는 성능 향상을 위하여 조절해야 하는 시간으로 300초를 이용하였고 최적의 세정시간으로 세정단계 시간(2,3, 7,8, 및 12,13 스텝)은 126초를 이용하였다. 이는 본 발명의 부수적인 장점으로써, 조업 시간을 결정하는데 있어서 운전 조건에 따라 자연스럽게 대부분 결정되므로 조업 조건을 결정하기가 매우 용이하다. 표 2의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 54%를 나타내었다.

또한 흡착시간 300초, 세정시간 106초를 이용하여 표 2의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 97.8%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 60%를 나타내었다.

<실시예 2>

흡착탑에 활성탄을 원료기체 도입부(본 발명에서는 탑의 하부)에 3/4 높이로 채운 후 그 위에 섞이지 않게 제올라이트 13X를 채웠다. 이때 원료기체 유량은 분당 10 리터가 되도록 조절하였고 원료기체로는 화력발전소 연소가스의 농도와 비슷한 13%의 이산화탄소, 83%의 질소 및 4%의 산소가 혼합된 가스를 이용하였다. 흡착압력은 2.2기압, 탈착압력은 0.1기압을 유지하였다. 주기적인 운전을 위하여 각각의 밸브들은 다음의 표 3에 나타낸 순서로 작동하게 된다.

[표 3]

스텝

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

밸브

밸브상태

탑 1

11

○

12

○

13

○

14

○

15

○

16

○

탑 2

21

○

22

○

23

○

24

○

25

○

26

○

탑 3

31

○

32

○

33

○

34

○

35

○

36

○

37

○

38

○

○ : 밸브가 열린 상태

각 스텝의 조업 시간은 1번에서 4번 스텝까지가 주기적으로 반복되게되며 흡착시간(2,3, 6,7, 및 10,11 스텝)은 295초, 세정시간(1,2, 5,6, 및 9,10스텝)은 110초를 이용하고, 실시예 1에서와 같은 방법으로 표 3의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99.3%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 73%를 나타내었다.

또한 흡착시간 295초, 세정시간 100초를 이용하여 표 3의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 98.4%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 75%를 나타내었다.

<실시예 3>

흡착탑에 활성탄을 원료기체 도입부(본 발명에서는 탑의 하부)에 1/2 높이로채운 후 그 위에 섞이지 않게 제올라이트 13X를 채웠다. 이때 원료기체 유량은 분당 10 리터가 되도록 조절하였고 원료기체로는 화력발전소 연소가스의 농도와 비슷한 13%의 이산화탄소, 83%의 질소 및 4%의 산소가 혼합된 가스를 이용하였다. 흡착압력은 1.5기압으로, 탈착압력은 0.1기압으로 유지하였다. 흡착시간(3,4, 8,9, 및 13,14 스텝)은 330초를, 세정단계 시간(2,3, 7,8, 및 12,13 스텝)은 126초를 이용하여 실시예 1에서와 같은 방법으로 표 2의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99.7%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 64%를 나타내었다.

또한 흡착시간 300초, 세정시간 106초를 이용하여 표 2의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 98.6%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 67%를 나타내었다.

<실시예 4>

흡착탑에 활성탄을 원료기체 도입부(본 발명에서는 탑의 하부)에 1/2 높이로 채운 후 그 위에 섞이지 않게 제올라이트 13X를 채웠다. 이때 원료기체 유량은 분당 10 리터가 되도록 조절하였고 원료기체로는 화력발전소 연소가스의 농도와 비슷한 13%의 이산화탄소, 83%의 질소 및 4%의 산소가 혼합된 가스를 이용하였다. 흡착압력은 2.2기압, 탈착압력은 0.1기압을 유지하였다. 흡착시간(2,3, 6,7, 및 10,11 스텝)은 300초, 세정시간(1,2, 5,6, 및 9,10스텝)은 120초를 이용하고, 실시예 2에서와 같은 방법으로 표 3의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99.8%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 80%를 나타내었다.

또한 흡착시간 295초, 세정시간 100초를 이용하여 표 3의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 84%를 나타내었다.

본 발명의 방법으로 운정하였을 경우와 기존의 방법을 이용한 경우를 비교하여 표 4에 나타내었다. 표에서 보는 바와 같이 이산화탄소 농도 99% 이상에서 기존 공정은 회수율 80%, 생산성 1.087 Nl/(kg min)을 나타냈는데 반하여 본 공정에서는 생산성이 1.34Nl/(kg min)로서 생산성이 12% 증가하였다. 이는 두가지 흡착제를 적층한 효과와 함께 세정방법을 변형함으로써 얻을 수 있는 효과로서 회수율은 비록 상대적으로 낮으나 생산성이 매우 우수함을 알 수 있다. 회수율의 차이는 도입기체의 이산화탄소 농도 차이로서 기존의 방법은 25%를 이용하였고 본 발명에서는 13%를 이용하였기 때문이다. 여기서 생산성은 단위흡착제당 단위시간당 생산하는 이산화탄소의 양이다.

[표 4]

	기존공정	본 발명의 공정
흡착압력(기압)	1.2	1.5	2.2
탈착압력(기압)	0.1	0.1
원료기체 CO2 농도(%)	25	13
제품가스 CO2 농도(%)	99	95	99	99
회수율(%)	80	90	66	84
생산성(Nl/(kg min))	1.087	1.25	1.22	1.55

<실시예 5>

흡착탑에 활성탄만 채운 후, 원료기체 유량을 분당 10 리터가 되도록 조절하고 원료기체로는 화력발전소 연소가스의 농도와 비슷한 13%의 이산화탄소, 83%의질소 및 4%의 산소가 혼합된 가스를 이용하여 실험하였다. 흡착압력은 1.5기압, 탈착압력은 0.1기압, 흡착시간 300초, 세정시간 146초를 이용하고, 실시예 1에서와 같은 방법으로 표 2의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99.5%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 42.5%를 나타내었다. 또한 흡착압력은 2.2기압, 탈착압력은 0.1기압, 흡착시간 300초, 세정시간 110초를 이용하고, 실시예 2에서와 같은 방법으로 표 3의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99.9%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 63%를 나타내었다. 이는 기존의 활성탄만 이용한 실험 결과 보다 20%정도 우수한 결과로서 그 이유는 세정단계와 생성물 획득단계를 분리하여 실시한 결과로서 본 발명에서 제시한 방법이 회수율 면에서 상당히 우수함을 보여준다.

<실시예 6>

흡착탑에 제올라이트 13X만 채운 후, 원료기체 유량을 분당 10 리터가 되도록 조절하고 원료기체로는 화력발전소 연소가스의 농도와 비슷한 13%의 이산화탄소, 83%의 질소 및 4%의 산소가 혼합된 가스를 이용하여 실험하였다. 흡착압력은 1.5기압, 탈착압력은 0.1기압, 흡착시간 445초, 세정시간 140초를 이용하고, 실시예 1에서와 같은 방법으로 표 2의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99.5%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 70%를 나타내었다. 또한 흡착압력은 2.2기압, 탈착압력은 0.1기압, 흡착시간 445초, 세정시간 120초를 이용하고, 실시예 2에서와 같은 방법으로 표 3의 순서를 따라 본 발명의 장치를 순환 조업하여, 99.6%의 순도로 이산화탄소를 생성물로서 얻을 수 있었으며 이때 회수율은 도입된 이산화탄소를 기준으로 81.5%를 나타내었다.

도 5는 흡착제로서 활성탄만 이용한 경우, 제올라이트 13X만을 이용한 경우 및 활성탄과 제올라이트를 이용한 경우의 각각의 회수율 변화를 나타낸 것이다. 그림에서 원형으로 표시한 것이 2.2기압에서의 값이며 사각형으로 표시한 것이 1.5기압에서의 값이다. 그림에서 회수율의 증가 경향이 선형적이 아닌 것을 볼 수 있는데 이는 본 발명에서 제시한 방법의 우수성을 나타내는 결과로서 사용한 제올라이트의 양보다 더 많은 효과를 얻을 수 있음을 의미한다. 제올라이트 13X를 50%를 채우는 경우 활성탄만 이용한 경우보다 67%의 성능향상을 보였으며 이는 제올라이트 13X만 이용한 경우와 거의 근접한 결과이다. 따라서 제올라이트 층의 최적 높이는 1/2이며 이때 가장 좋은 성능을 보이게 되고 이보다 낮은 분율에서는 회수율은 좀 낮아지나 경제성이 좋아지게 되므로 필요에 맞게 정할 수 있다. 25%만 채운 경우에도 활성탄만을 이용한 경우에 비해서 40% 이상의 성능 향상을 얻을 수 있었다.

본 발명은 진공공정에 탑상부 연결형 압력균등화, 생성물을 이용한 세정을 조합하여 구성되는 것이 특징으로서 하나의 진공펌프와 3개의 흡착탑만으로 원하는 순도의 생성물을 얻을 수 있으므로 장치비가 적게들고 진공펌프 1대의 전력비용 만으로 운전이 가능하여 경제적이다.

또한 종래의 강한 흡착질을 회수하는 압력변동흡착장치에서 4개 이상의 흡착탑을 이용하는데 반해 본 발명에서는 단지 3개의 흡착탑만을 이용하여 순도가 높은 이산화탄소를 얻기 위하여 두 탑의 상부를 이어주는 압력균등화단계와 생성물을 이용하는 세정단계를 함께 이용하거나 또는 압력균등화단계와 생성물 세정단계는 별도로 각각 사용하여 생성물의 순도를 향상시킬 수 있다.

또한 세정단계를 독립적으로 수행함으로써 세정에 소요되는 생성물의 양을 최소화시켜 회수율을 극대화시킴으로서 회수율을 향상시킬 수 있다.

또한 흡착제로서 활성탄과 제올라이트를 같은 흡착탑 안에 두 층으로 적층하여 조업함으로서 고순도는 물론 회수율의 향상을 얻을 수 있으며 제올라이트를 반만 채울 경우 전체를 제올라이트로 채운 경우와 거의 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이렇게 함으로써 설비비 중의 흡착제 가격 비중을 현저히 낮출 수 있다. 현재 제올라이트 13X는 활성탄에 비해 10 내지 15배의 가격을 유지하고 있는데 만일 흡착제중 절반을 활성탄으로 바꿀 경우 톤당 1000만원에서 1500만원 정도를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

화력발전소의 연소가스 중의 이산화탄소를 회수하는 장치에 있어서,

배기가스의 공급부는 유량조절밸브(42)와 분기관(5)과 자동개폐밸브(11, 21, 31)로 구성되며, 흡착부는 3개의 흡착탑(1, 2, 3)으로 구성되며, 배출부는 자동개폐밸브(15, 25, 35)와 분기관(9)과 압력조절밸브(41)로 구성되고, 흡착탑의 상부는 압력균등화를 위하여 자동개폐밸브(16, 26, 36)와 분기관(10)으로 연결되어 구성되며, 생성물의 세정을 위하여 각 흡착탑의 하부로 기체가 유량조절밸브(43), 자동개폐밸브(12, 22, 32, 37)와 분기관(6)을 통하여 공급되도록 구성되며, 이산화탄소 회수부는 자동개폐밸브(13, 23, 33)와 분기관(7)에 연결된 진공펌프(4)를 통하여 생성물 저장탱크(51)로 회수고 자동개폐밸브(38)을 통하여 고순도의 이산화탄소를 얻게 되도록 구성됨을 특징으로 하는 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치.
제 1항에 있어서,

압력변동흡착장치는 세 개의 흡착탑과 한개의 진공펌프로 운전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 이산화탄소가 20% 미만으로 포함된 화력발전소의 배기가스 중의 이산화탄소를 회수하기 위한 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치.
화력발전소의 배기가스 중의 고순도의 이산화탄소를 회수하는데 있어서,

이산화탄소가 혼합된 배기가스는 유량조절밸브와 분기관(5)과 자동개폐밸브(11, 21, 31)를 통하여 활성탄이 충진된 흡착탑에 도입되어 도입가스를 이용하여 흡착탑을 1.5 내지 2.2기압까지 가압하게 되는 제1단계와, 자동개폐발브(15, 25, 35)를 열어 압력을 1.5기압으로 유지하면서 흡착하며, 흡착탑을 지나 이산화탄소가 제거된 배기가스는 자동개폐발브(15, 25, 35)와 분기관(9)과 압력조절밸브(41)를 통하여 외부로 배출되는 제2단계와, 흡착이 끝난 흡착탑과 진공탈착이 끝난 흡착탑의 상부를 자동개폐발브(16, 26, 36)와 분기관(10)을 통하여 연결하여 압력균등화를 실시하는 제3단계와, 진공펌프를 지나온 이산화탄소중 일부를 이용하여 유량조절발브(43), 자동계폐발브(12, 22, 32)와 분기관(6)을 통해 대기압까지 가압하고 상압에 이르렀을 때 상부의 자동개폐발브(14, 24, 34)를 열어 분기관(8)을 통하여 계속해서 세정을 실시하는 제4단계와, 세정이 끝난 직후 나머지 탈착시간 동안 생성물 회수용 밸브(38)를 통하여 생성물을 얻게되는 5단계와, 이때 흡착탑에 채워진 이산화탄소는 자동개폐발브(13, 23, 33)와 분기관(7)에 연결된 진공펌프를 통하여 생성물 저장탱크로 회수되도록 하는 제6단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치.
제 3항에 있어서,

진공 탈착시 압력은 0.05 내지 0.1기압으로 하고, 압력균등화단계에서의 평형압력은 0.5 내지 1기압인 것을 특징으로 하는 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치.
제 3항에 있어서,

흡착탑에는 흡착제로서 표면적(1300m²/g), 기공부피(0.6cm³/g)가 제올라이트보다 큰 특징을 가지는 활성탄을 흡착탑의 원료기체 도입부(하부)에 1/2 이상의의 양으로 충진하고 나머지 부분을 상대적인 이산화탄소의 흡착량이 활성탄보다 4 내지 5배정도 큰 제올라이트 13X를 충진하여, 먼저 미량의 불순물 및 수분을 활성탄에 의해서 제거하고 동시에 활성탄의 흡착특성을 이용하여 이산화탄소와 질소를 선택적으로 분리하며 이어서 제올라이트의 흡착특성을 이용하여 많은 양의 이산화탄소를 흡착시킴으로써 흡착단계에서 배출되는 이산화탄소의 양을 최소화 시켜, 활성탄과 제올라이트의 장점만을 이용한 1/2 이하만큼의 제올라이트만 이용하여 최대의 회수율을 얻을 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치.
제 3항에 있어서,

압력균등화단계에서는 흡착이 종료된 탑은 병류방향으로 하고, 탈착이 종료된 탑은 향류방향으로 하여 원료기체가 도입되는 반대쪽 방향의 양끝을 연결시켜 압력균등화를 실시하는 것을 특징으로 하는 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치.
제 3항에 있어서,

생성물을 이용한 세정단계에서는 세정기체의 흐름을 원료기체의 흐름 방향과 동일한 방향으로 하여 생성물 전체를 세정에 먼저 이용하고 이어서 나머지 모든 생성기체를 최종 생성물로 얻는 것을 특징으로 하는, 세정단계를 두단계로 구분하여 조업하는 것을 특징으로 하는 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치.
제 3항에 있어서,

압력변동흡착공정의 흡착압력이 1.5 내지 2.2기압으로 수행하는 것을 특징으로 하는 활성탄과 제올라이트를 함께 사용한 이산화탄소 회수용 압력변동흡착장치.