KR100483894B1 - 농축산소가스의 회수방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 농축산소가스의 회수방법에 관한 것으로서, 흡착제가 충진 된 단일 흡착탑(1)을 이용하여 실행되는 단탑식의 PSA법에 의해, 원료가스에 포함되는 기체상태의 산소를 농축하여 회수하는 방법에서 원료가스를 흡착탑(1)에 도입하는 흡착공정과, 흡착제로 흡착하고 있는 불필요성분을 흡착제로부터 탈착시키는 탈착공정과, 흡착탑(1)에 세정가스를 도입하여 흡착탑(1)내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 세정공정과, 흡착탑(1)내의 압력을 상승시키는 승압공정을 포함하는 사이클이 반복하여 실행된다. 탈착공정은, 흡착공정 종료시에 흡착탑(1)내에 존재하는 준산소부화가스를 회수조(3)에 회수하는 공정을 포함한다. 세정공정은, 회수조(3)에 있는 준산소부화가스의 일부를 세정가스로 하여 흡착탑(1)에 도입하는 공정을 포함한다. 승압공정은 회수조(3)에 있는 잔여의 준산소부화가스를 흡착탑(1)에 도입하는 공정을 포함하는 기술을 제공한다.

Description

농축산소가스의 회수방법{METHOD OF RECOVERING ENRICHED GASEOUS OXYGEN}
본 발명은 압력 스윙 흡착법(PSA법)에 의해 산소를 함유하는 원료가스안의 해당 산소를 농축하여 회수하는 방법에 관한 것이다.
PSA법에 의해 얻어지는 산소를 부화시킨(富化)시킨 농축 산소가스는 산소의 연속공급이 요구되는 기술, 예를들면 전로제강(電爐制鋼 electric furnace steel), 물처리 산소폭기(曝氣,aeration), 펄프표백, 오존발생장치등으로 폭넓게 이용되고 있다. 최근에는, 소각기술 분야에 있어서도, 소각로 잔량물의 용융화, 배기가스의 저NOx화, 화학반응의 효율화등을 목적으로 하여 공기중으로 연소하는 대신에 농축산소가스 안에서 연소하는 수법이 채용되는 경우가 많다. 또한, 발효등의 생화학분야에 있어서도, 농축산소가스는 폭넓게 이용되도록 되어 있다.
PSA법에 있어서는 2탑 이상의 흡착탑을 구비한 장치를 이용하는 다탑식 PSA법이 일반적이다. 다탑식 PSA법에서는 각 흡착탑에 있어서 흡착공정, 탈착공정, 승압공정등이 반복된다. 이들 공정은 흡착탑 안에서는 타이밍을 다르게 하여 실행된다. 다탑식 PSA법 및 상기에 사용되는 장치에 대해서는 여러종류의 개량을 시험하고 있다. 예를들면, 일본국 특개평8-239204호 공보에는 흡착공정을 종료한 흡착탑내의 압력을 다른 흡착탑의 승압에 이용하는 방법이 개시되어 있다.
한편, 장치전체의 소형화 및 간략화 및 이니셜 코스트 삭감등의 관점에서 흡착탑은 1탑만으로 구비되는 장치를 이용하는 단탑식 PSA법도 알려져 있다. 이 단탑식 PSA법 및 상기에 이용되는 장치에 있어서도 제품으로서 얻어지는 산소가스의 양과 순도등의 관점에서, 여러종류의 개량이 시험되고 있다. 예를들면 일본국 특개평9-29044호 공보에는 흡착공정 종료후의 흡착탑에 대류하는 가스를 별도설치 된 회수조로 회수하고, 탈착공정이 종료한 후에 해당 회수가스를 흡착탑에 다시 도입하는 것에 의해, 흡착탑의 세정을 실행하는 방법이 개시되어 있다.
그런데, 이들 공보에 기재된 방법 및 다른 종래의 단탑식 PSA법에서는 농축산소가스의 취득률이 충분하다고는 할 수 없고, 아직 개선의 여지가 있다.
본 발명은 이와 같은 사정으로 고안해 낸 것으로서, 단탑식 PSA법에 의해 농축산소가스를 얻는 경우에 있어서, 농축산소가스의 취득률을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 관한 농축산소가스 회수방법을 실현하기 위한 PSA분리 장치의 개략구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 관한 농축산소가스 회수방법의 각 스텝에 있어서의 도 1의 PSA분리장치의 각 자동밸브의 개폐상태를 나타내는 표이다.
도 3A∼3F는 각 스텝에 대응하는 가스의 흐름도이다.
도 4는 실시예 및 비교예에 대해서 제조건 및 데이터를 나타낸 표이다.
도 5는 실시예 및 비교예의 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 제 1 측면에 의하면, 흡착제가 충진된 단일 흡착탑을 이용하여 실행되는 단탑식의 압력스윙 흡착법에 의해, 원료가스에 포함되는 기체상태의 산소를 농축하여 회수하는 방법이 제공된다. 이 방법에서는 원료가스를 흡착탑에 도입하여 원료가스에 포함되는 불필요성분을 흡착제에 흡착시킨 후, 흡착탑에서 산소부화가스를 도출하는 흡착공정과, 흡착탑내의 압력을 저하시키는 것에 의해 흡착제로 흡착하고 있는 불필요 성분을 흡착제로부터 탈착시키는 탈착공정과, 흡착탑에 세정가스를 도입하여 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 세정공정과 흡착탑내의 압력을 상승시키는 승압공정을 포함하는 사이클이 반복하여 실행된다. 탈착공정은, 흡착공정 종료후에 흡착탑내에 존재하는 준산소부화가스를 회수하여 회수조에 유지하는 회수공정을 포함한다. 세정공정은, 회수조에 유지 된 준산소부화가스의 일부를 세정가스로서 흡착탑에 도입하는 동시에, 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 공정을 포함한다. 승압공정은, 회수조에 유지된 잔여 준산소부화가스를 흡착탑에 도입하는 것에 의해 흡착탑내의 압력을 상승시키는 공정을 포함한다.
바람직하게는 흡착탑은 원료가스 입구 및 제품가스 출구를 가지고 탈착공정에서는 제품가스 출구를 매개하여 준산소부화가스가 회수조에 회수되는 동시에, 원료가스 입구를 매개하여 흡착제로부터 탈착한 기체상태의 불필요 성분이 배출된다.
세정공정은 산소부화가스의 일부를 세정가스로서 흡착탑에 도입하는 동시에, 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 공정을 포함한다.
세정공정에 있어서 흡착탑에 도입되는 준산소부화가스의 양과, 승압공정에 있어서 흡착탑에 도입되는 준산소부화가스의 양과의 분배비는 표준상태로 환산 한 용적기준으로 65:35 ∼ 97:3이다. 더욱 바람직하게는, 분배비는 표준상태로 환산 한 용적기준으로 75:25 ∼ 93:7이다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 흡착제가 충진된 단일 흡착탑을 이용하여 실행되는 단탑식의 압력 스윙흡착법에 의해, 원료가스에 포함되는 기체상태의 산소를 농축하여 회수하는 별도의 방법이 제공된다. 이 방법에서는, 원료가스를 흡착탑에 도입하여 원료가스에 포함되는 불필요성분을 흡착제로 흡착시킨 후, 흡착탑에서 산소부화가스를 도출하는 흡착공정과, 흡착공정 종료후에 흡착탑내에 존재하는 준산소부화가스를 회수하여 회수조에 유지하는 동시에, 흡착탑내의 압력을 저하시키는 것에 의해, 흡착제에 흡착하고 있는 불필요성분을 흡착제로부터 탈착시켜서 흡착탑에서 배출하는 제 1 탈착공정과, 준산소부화가스의 회수를 실행하지 않고 흡착탑내의 압력을 저하시키는 것에 의해, 흡착제로 흡착하고 있는 불필요성분을 흡착제로부터 탈착시켜서 흡착탑에서 배출하는 제 2 탈착공정과, 흡착탑에 세정가스를 도입하는 동시에 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 제 1 세정공정과, 회수조에 유지 된 준산소부화가스의 일부를 흡착탑에 도입하는 동시에 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 제 2 세정공정과, 회수조에 유지 된 잔여의 준산소부화가스를 흡착탑에 도입하는 것에 의해 흡착탑내의 압력을 상승시키는 승압공정을 포함하여 1사이클 반복 실행된다.
본 발명에 관한 농축산소가스의 회수방법으로는 흡착공정 종료 후에 흡착탑내에 존재하는 준산소부화가스를 회수하고, 이 가스를 흡착탑내의 세정 및 승압 쌍방으로 이용하고 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 회수한 준 산소부화가스를 흡착탑내의 세정만으로 이용하는 경우, 혹은 흡착탑내의 승압만으로 이용하는 경우보다도 최종적으로 얻어지는 농축산소가스의 취득률이 향상되는 것이 본 발명자에 의해 확인되고 있다.
세정공정에 있어서, 흡착탑에 도입되는 준산소부화가스의 양과, 승압공정에 있어서 흡착탑에 도입되는 준산소부화가스의 양의 분배비가, 표준상태로 환산한 용적기준으로 65:35 ∼ 97:3, 보다 바람직하게는 75:25 ∼ 93:7인 경우에 특히 고취득률을 달성할 수 있는 것이 본 발명자에 의해 확인되었다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 농축산소가스의 회수방법을 실현하기 위한 PSA분리장(X)의 개략구성을 나타낸다. PSA분리장치(X)는 흡착탑(1), 제품가스버퍼조(2) 및 회수조(3)를 가지고 있다.
흡착탑(1)은 제품가스출구(1a)와 원료가스입구(1b)를 가지고 있고, 그 내부에는 흡착제가 충진되어 있다. 흡착제로서는 Li-X형 제오라이트 몰레큘러 시브(zeolite molecular sieve), Ca-A형 제오라이트 몰레큘러 시브등이 사용된다.
흡착탑(1)은 제품가스출구(1a)는 제품가스회수용의 제 1 배관(4a) 및 제품가스 공급용의 제 2 배관(4b)을 매개하여 제품가스 버퍼조(2)에 연결되어 있으며, 후 기술하는 준산소부화가스용의 제 3 배관(4c)을 매개하여 회수조(3)에 연결되어 있다.
흡착탑(1)의 원료가스 입구(1b)는 공용의 제 4 배관(4d), 원료가스공급용의 제 5배관(4e) 및 제 6 배관(4f)을 매개하여 원료가스 공급부(7)에 연결되어 있으며, 제 4 배관(4d), 탈착가스 배출용의 제 7배관(4g) 및 제 8배관(4h)을 매개하여 탈착가스 회수부(8)에 연결되어 있다.
제품가스 버퍼조(2)는 제품가스회수용의 제 9배관(4i)을 매개하여 제품가스 회수부(9)에 연결되어 있다.
제품가스 회수용의 제 1배관(4a)에는 자동밸브(5a)가 설치되고, 제품가스 공급용의 제 2 배관(4b)에는 자동밸브(5b) 및 유량조절밸브(6b)가 설치되어 있다. 준산소부화가스용의 제 3배관(4c)에는 자동밸브(5c) 및 유량조절밸브(6b)가 설치되어 있다. 원료가스 공급용의 제 5배관(4e) 및 제 6배관(4f) 및 탈착가스 배출용의 제 7배관(4g) 및 제 8배관(4h)에는 각각 자동밸브(5d, 5e, 5f, 5g)가 설치되어 있다. 공용의 제 4배관(4d)에는 블로어 펌프(BP)가 설치되어 있다.
제 1 ∼9배관(4a∼4i)에서의 가스흐름상태는 각 자동밸브(5a∼5g)의 개폐상태를 적절하게 전환하는 것에 의해 조절된다. 흡착탑(1)에 있어서는, 자동밸브(5a ∼ 5g)의 전환상태에 따라서 흡착공정, 탈착공정, 세정공정 및 승압공정의 일련의 공정이 소정회수 반복된다. 흡착공정은, 흡착제로의 불필요가스의 흡착을 목적으로 하여 고압에서 실행된다. 탈착공정은, 흡착제로부터의 불필요가스의 탈착을 목적으로 하여 저압에서 실행된다. 세정공정은, 탑내에 대류하고 있는 탈착가스가 배출된다. 승압공정은 흡착공정으로의 준비로서 흡착탑(1)의 내부압력이 상승된다.
본 실시형태에서는 이상과 같이 구성 된 PSA 분리장치(X)를 이용하여 원료가스에서 불필요 성분을 제거하고, 산소가 부화 된 제품가스 즉 농축산소가스가 얻어진다. 흡착탑(1)에서는 도 2에 나타나는 바와 같은 스텝 1∼6을 1사이클로 하여 이와 같은 사이클이 반복하여 실행된다. 도 2에는 각 스텝에 있어서의 각 자동밸브(5a∼5g)의 개폐상태도 나타나 있다. 도 3A ∼3F의 각각은 각 스텝에 대응하는 가스의 흐름상태를 나타내고 있다. 가스흐름은 굵은선으로 나타내고 있다.
스텝 1에서는 도 2에 나타난 바와 같이 각 자동 밸브(5a∼5g)의 개폐상태가 선택되어 도 3A에 나타난 바와 같은 가스흐름 상태로 흡착공정이 실행된다.
도 1 및 도 3A에서 나타나는 바와 같이, 흡착탑(1)은 원료가스 공급부(7)와 연통상태로 되어 있다. 또한, 흡착탑(1)은 제품가스 버퍼조(2)를 매개하여 제품가스 회수부(9)와도 연통상태로 되어 있다. 그로 인하여, 원료가스 공급부(7)에 용의 되어 있는 원료가스 예를들면 공기는 블로어 펌프(BP ;blower pump)가 가동하는 것에 의해 제 5배관(4e), 제 3 배관(4d) 및 제 6배관(4f)을 매개로 원료가스 입구(1b)로부터 흡착탑(1)에 도입된다. 이 때, 흡착탑(1)의 내부압력은 예를들면 30∼100kPA(케이지 압)로 되어 있다. 흡착탑(1)의 내부에서는 원료가스에 포함되는 불필요성분, 예를들면 질소가 흡착제에 의해 흡착제거된다. 그 결과, 산소농도가 높은 가스, 즉 산소부화가스가 제품가스로서 제품가스출구(1a)를 매개하여 흡착탑(1)의 외부로 도출된다. 이 제품가스는 제 1 배관(4a)을 매개하여 제품가스 버퍼조(2)에 보내진다. 제품가스는 제품가스 버퍼조(2)에 일단 대류한 후, 차례로 제 9배관(4i)을 매개하여 제품가스 회수부(9)에 회수된다. 본 공정의 종료시에 있어서는 제품가스의 일부는 제품가스 버퍼조(2)로 대류를 계속한다.
스텝 2에서는 도 2에 나타난 바와 같이 각 자동밸브(5a∼5g)의 개폐상태가 선택되어 도 3B에 나타난 바와 같은 흐름의 상태가 되어 탈착공정이 실행된다.
도 1 및 도 3B에서 나타난 바와 같이, 흡착탑(1)은 회수조(3)와 연통상태가 되어 있다. 흡착탑(1)은 먼저 흡착공정을 실행하고 있기 때문에 그 내부압력은 예를들면 30∼100kPa(케이지 압)으로 높아져 있다. 이에 반하여 회수조(3)의 내부 압력은 본 공정에 있어서의 초기상태에서는 예를들면 -80∼-10kPa(케이지압)으로, 상대적으로 낮게 유지되어 있다. 그로 인하여, 흡착탑(1)내에 존재하는 비교적 산소농도가 높은 가스, 즉 준산소부화가스는 흡착탑(1)과 회수조(3)와의 사이의 압력차에 근거하여 제 3 배관(4c)을 매개하여 회수조(3)로 이동한다. 이 가스는, 흡착공정 종료시에 흡착탑(1)내에 존재하고 있기 때문에 불필요성분이 상당수 제거되어 있고 비교적 산소농도가 높다. 회수조(3)의 내부압력은 최종적으로는 예를들면 -50∼70kPa(케이지압)이 된다.
스텝 2에서는 흡착탑(1)은 탈착가스 회수부(8)와도 연통상태로 되어 있다. 그로 인하여, 준 산소부화가스가 회수조(3)로 이동하는 것에 부가하여 블로어 펌프(BP)가 가동하는 것에 의해, 흡착탑(1)의 내부가 감압된다. 이것에 의해, 흡착제로부터는 불필요성분이 탈착하고, 흡착탑(1)내의 불필요가스 농도가 상승한다. 이 불필요가스는 블로어 펌프(BP)가 가동하는 것에 의해 제 7 배관(4g), 제 4배관(4d) 및 제 8배관(4h)을 매개하여 탈착가스 회수부(8)로 회수된다.
스텝 3에서는 도 2에 나타난 바와 같이 각 자동밸브(5a∼5g)의 개폐상태가 선택되어 도 3C에 나타난 바와 같은 흐름상태로 계속하여 탈착공정이 실행된다.
도 1 및 도 3C에서 나타난 바와 같이 흡착탑(1)이 탈착가스 회수부(8)로만 연통상태가 되어 있고, 블로어 펌프(BP)가 스텝 2에서 계속 가동하는 것에 의해 흡착탑(1)의 내부가 감압되어 탈착가스의 회수가 실행된다.
스텝 2 및 3에 있어서의 탈착공정에서는 흡착탑(1)내의 최저압력은 예를들면 -90 ∼-20kPa(케이지 압)이 된다.
스텝 4에서는 도 2에 나타난 바와 같이 각 자동밸브(5a∼5g)의 개폐상태가 선택되어 도 3D 에 나타난 바와 같은 흐름상태가 되어 세정공정이 실행된다.
도 1 및 도 3D에서 나타나는 바와 같이, 흡착탑(1)은 제품가스 버퍼조(2) 및 탈착가스 회수부(8)와 연통상태로 되어 있다. 흡착탑(1)의 내부는 먼저 탈착공정이 종료하여 상대적으로 저압으로 되어 있다. 상기에 대해서 제품가스버퍼조(2) 내는 흡착공정에 의해 구해진 제품가스가 대류하고 있기 때문에 상대적으로 고압으로 되어 있다. 그로 인하여, 제품가스 버퍼조(2)로부터는 제 2 배관(4b)을 매개하여 제품가스가 세정가스로서 제품가스 출구(1a)에서 흡착탑(1)으로 도입된다. 이 때, 블로어 펌프(BP)가 가동하는 것에 의해 흡착탑(1)내의 가스는 차례로 흡인된다. 상기에 의해, 제품가스버퍼조(2)로부터 흡착탑(1)으로 제품가스의 이동이 조장된다. 제품가스버퍼조(2)로부터 의 제품가스의 유량내지 압력은 유량조절밸브(6a)에 의해 조절된다.
제품가스출구(1a)를 매개로 흡착탑(1)에서 흡인된 가스는 제 7배관(4g), 제 4배관(4d) 및 제 8배관(4h)을 매개로, 탈착가스회수부(8)로 회수된다. 블로어펌프(BP)가 가동하여 흡착탑(1)내의 가스를 흡인하는 것에 의해 잔류가스의 회수가 조장된다. 이 때, 흡착탑(1)내가 감압되어 불필요가스가 배출되고, 흡착탑(1)내의 불필요가스의 농도 내지 분압이 작아진다. 그 결과, 흡착제로부터의 불필요성분의 탈착도 촉진된다.
또한, 본 세정공정에서의 흡착탑(1)내의 압력은 블로어 펌프(BP)에 의한 흡인작용을 이용하게 되면 예를들면 탈착공정의 경우와 동일하게 -90∼-20kPa(케이지 압)이 된다.
스텝 5에서는 도 2에 나타난 바와 같이 각 자동밸브(5a∼5g)의 개폐상태가 선택되어 도 3E 에 나타난 바와 같은 흐름상태가 되어 계속하여 세정공정이 실행된다.
도 1 및 도 3E에서 나타나는 바와 같이, 흡착탑(1)은 회수조(3) 및 탈착가스 회수부(8)와 연통하고 있다. 상기 기술한 바와 같이, 회수조(3)의 내부압력은 예를들면 -50∼70kPa(케이지압)으로 되어 있다. 여기에 대해서, 흡착탑(1)의 내부압력은 예를들면 블로어 펌프(BP)에 의해 감압되어 회수조(3)의 내부압력보다도 낮은 -90∼-20kPa(케이지 압)으로 되어 있다. 그로 인하여 회수조(3)와 흡착탑(1)과의 사이의 압력차로 인하여 회수조(3)내의 준산소부화가스는 제 3 배관(4c)을 매개하여 제품가스 출구(1a)에서 흡착탑(1)으로 도입된다. 이 때, 회수조(3)로부터의 준 소부화가스의 유량내지 압력은 유량조절밸브(6b)에 의해 조절된다. 흡착탑(1)내에 잔류하고 있는 가스는 회수조(3)로부터의 준 산소가스의 도입 및 블로어 펌프(BP)의 흡인에 의해 원료가스입구(1b)에서 배출되어, 그것이 제 7배관(4g), 제4배관(4d) 및 제 8배관(4h)을 매개하여 탈착가스 회수부(8)에 회수된다.
이때, 회수조(3)로부터 흡착탑(1)에 도입되는 준산소부화가스의 양은 탈착공정(스텝 2)에 있어서, 흡착탑(1)으로부터 회수한 준산소부화가스의 양의 예를들면, 65∼97%, 또한 바람직하게는 75∼93%(표준상태로 환산한 용적으로 계산)이 된다. 본 스텝에 있어서, 흡착탑(1)내의 최종압력은 예를들면 -80∼-10kPa(케이지 압)이 되는 동시에 회수조(3)내의 최종압력은 예를들면 -70∼0kPa(케이지 압)이 된다.
스텝 6에서는 도 2에 나타난 바와 같이 각 자동밸브(5a∼5g)의 개폐상태가 선택되어 도 3F에 나타난 바와 같은 흐름상태가 되어 승압공정이 실행된다.
도 1 및 도 3F 로 나타난 바와 같이, 흡착탑(1)은 회수조(3) 및 원료가스 공급부(7)와 연통상태로 되어 있다. 흡착탑(1)에는 스텝 5로부터 연속하여 제 3배관(4c)을 매개하여 회수조(3)로부터 계속하여 준산소부화가스가 도입된다. 이것과 동시에, 흡착탑(1)에는 제 5배관(4e), 제4배관(4d) 및 제 6배관(4f)을 매개하여 블로어 펌프(BP)가 가동하는 것에 의해 원료가스 공급부(7)로부터 원료가스가 공급된다. 그로 인하여, 흡착탑(1)의 내부는 예를들면 60∼10kPa로 승압된다.
또한, 회수조(3)로부터 준산소부화가스의 유량내지 압력은 유량조절밸브(6b)에 의해 조절된다. 회수조(3)로부터 흡착탑(1)에 도입되는 준산소부화가스의 양은 탈착공정(스텝 2)에 있어서 흡착탑(1)으로부터 회수한 준산소부화가스의 양 예를들면 3∼35%, 또한 바람직하게는 7∼25%(표준상태로 환산한 용적으로 계산)가 된다. 또한, 회수조(3)의 내부는 -80∼-10kPa(케이지 압)으로 감압된다.
그리고, 이상 설명한 스텝 1∼ 6이 PSA분리장치(X)에 있어 반복실행되는 것에 의해, 원료가스로부터 산소가스가 농축된 제품가스가 얻어진다.
상기 기술한 실시형태에 있어서는 스텝 6의 승압공정이 준산소부화가스의 도입 및 원료가스의 도입 쌍방에 의해 실행되고 있다. 본 발명에서는 이와 같은 구성을 대신하여, 준산소부화가스의 도입만으로 승압공정을 실행하여도 용이하다. 이 경우에는, 스텝 1의 흡착공정에 있어서 흡착탑(1)에 원료가스를 공급하는 것에 의해 흡착공정 도중 최종적인 최고압력까지 흡착탑(1)내의 압력이 상승되게 된다.
또한, 스텝 6과 스텝 1과의 사이에 있어서, 제품가스 버퍼조(2)에 유지된 제품가스를 흡착탑(1)내에 도입하는 것에 의해, 흡착탑(1)내를 더욱 승압하는 공정을 포함하고 있어도 용이하다.
다음으로 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 설명한다.
[실시예 1 ∼ 5, 비교예 1 및 2]
각 실시예 및 각 비교예에서는 도 1에 나타난 바와 같은 PSA 분리장치(X)를 이용하여, 도 4에 나타낸 조건 아래에서 도 2에 나타난 스텝으로 이루어지는 사이클을 반복하여 실행하는 것에 의해 원료가스로부터 준산소가스의 회수를 시험해보았다. 그 결과는, 도 4와 더불어 나타내는 바와 같이, 도 5에 그래프로 나타내었다. 도 5의 그래프의 횡축은 탈착공정에서 회수된 준산소부화가스의 총량에 대해 세정공정에서 사용되는 준산소부화가스 양의 비율을 나타내고, 종축은 실시예 1의 제품가스 취득률을 1로 한 경우의 값을 나타낸다.
또한, 각 실시예 및 각 비교예에서는 스텝 2의 탈착공정에 있어서 회수조(3)에 회수 된 준산소부화가스 중 스텝 5의 세정공정으로 흡착탑(1)에 도입하는 준산소부화가스양과, 스텝 6의 승압공정으로 흡착탑(1)에 도입하는 준산소부화가스양과의 분배비를 다르게 한 이외에는 동일조건으로 하였다. 그러나, 분배비가 다른 것으로 인하여 스텝 5의 세정공정 종료 후 및 스텝 6의 승압공정 종료 후에 있어서의 흡착탑(1)의 내부압력, 스텝 5의 세정공정 종료후의 회수조(3)의 내부압력은 각각 다르게 되어 있다.
분배비는 표준상태로 환산한 용적기준으로, 실시예 1에서는 85:15, 실시예 2에서는 78:22, 실시예 3에서는 90:10, 실시예 4에서는 60:40, 실시예 5에서는 95:5, 비교예 1에서는 100:0, 비교예 2에서는 0:100이다. 비교예 1에서는 탈착공정(스텝 2)에서 회수한 준산소부화가스는 전체 세정공정(스텝 5)에서 사용하고, 승압공정(스텝 6)에서는 사용하지 않았었다. 비교예 2에서는 탈착공정(스텝 2)에서 회수한 준산소부화가스는 전체 승압공정(스텝 6)에서 사용하고, 세정공정(스텝 5)으로는 사용하지 않았었다.
도 4 및 도 5에 의하면, 분배비를 표준상태로 환산한 용적기준으로 65:35 ∼ 97:3으로 하는 것에 의해, 제품가스(농축산소가스)의 취득률이 높아져 있는 것을 알수 있다. 부가하여, 분배비를 표준상태로 환산 한 용적기준으로 75:25 ∼ 93:7로 하는 것에 의해 제품가스의 취득률이 특히 높아져 있는 것을 알수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 탈착공정에서 회수 한 흡착탑내의 가스를 탈착공정 종료 후의 흡착탑내의 세정 및 압력회복의 쌍방으로 사용하는 것에 의해 제품가스의 취득률이 향상한다.

Claims (8)

  1. 흡착제가 충진되는 동시에, 원료가스입구 및 제품가스출구를 가지는 단일 흡착탑을 이용하여 실행되는 단탑식의 압력스윙흡착법에 의해, 원료가스에 포함되는 기체상태의 산소를 농축하여 회수하는 방법으로서,
    상기 원료가스를 상기 흡착탑에 도입하여 상기 원료가스에 포함되는 불필요 가스 성분을 상기 흡착제에 흡착시킨 후, 상기 흡착탑에서 산소부화가스를 도출하는 흡착공정과,
    상기 흡착탑내의 압력을 저하시키는 것에 의해, 상기 흡착제에 흡착하고 있는 상기 불필요 가스 성분을 상기 흡착제로부터 탈착시키는 탈착공정과,
    상기 흡착탑에 세정가스를 도입하여 상기 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 세정공정과,
    상기 흡착탑내의 압력을 상승시키는 승압공정을 포함하는 사이클을 반복 실행하되,
    상기 탈착공정은, 상기 흡착공정 직후에 상기 흡착탑내에 존재하는 준산소부화가스를 상기 제품가스출구를 통해 회수하여 회수조에 보유하는 동시에, 기체 상태의 상기 불필요 가스 성분을 감압 하에서 상기 흡착제로부터 탈착시켜 상기 원료가스입구를 통해 배출하는 제 1 탈착 공정과, 당해 제 1 탈착 공정 직후에, 상기 제품가스출구를 닫은 상태에서, 상기 불필요 가스 성분을 감압 하에서 상기 흡착제로부터 탈착시켜 상기 원료가스입구를 통해 배출하는 제 2 탈착 공정을 포함하고,
    상기 세정공정은, 상기 산소부화가스의 일부를 상기 세정 가스로서 상기 제품가스출구를 통해 상기 흡착탑에 도입하는 동시에, 상기 흡착탑 내에 잔류하는 잔류가스를 상기 원료가스입구를 통해 배출하는 제 1 세정 공정과, 상기 회수조에 보유된 상기 준산소부화가스의 일부를 상기 세정가스로서 상기 제품가스출구를 통해 상기 흡착탑에 도입하는 동시에, 상기 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 상기 원료가스입구를 통해 배출하는 제 2 세정 공정을 포함하고,
    상기 승압공정은 상기 회수조에 보유된 잔여물인 상기 준산소부화가스를 상기 제품가스출구를 통해 상기 흡착탑에 도입하는 것에 의해 상기 흡착탑내의 압력을 상승시키는 공정을 포함하는 농축산소가스의 회수방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 세정공정에 있어서, 상기 흡착탑에 도입되는 상기 준산소부화가스의 양과,
    상기 승압공정에 있어서, 상기 흡착탑에 도입되는 상기 준산소부화가스의 양과의 분배비는 표준상태로 환산 한 용적기준으로 65:35 ∼ 97:3인 것을 특징으로 하는 농축산소가스의 회수방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 분배비는 표준상태로 환산 한 용적기준으로 75:25 ∼ 93:7인 것을 특징으로 하는 농축산소가스의 회수방법.
  6. 흡착제가 충진 된 단일 흡착탑을 이용하여 실행되는 단탑식의 압력스윙흡착법에 의해, 원료가스에 포함되는 기체상태의 산소를 농축하여 회수하는 방법으로서,
    상기 원료가스를 상기 흡착탑에 도입하여 상기 원료가스에 포함되는 불필요 가스 성분을 상기 흡착제에 흡착시킨 후, 상기 흡착탑에서 산소부화가스를 도출하는 흡착공정과,
    상기 흡착공정 직후에 상기 흡착탑내에 존재하는 준산소부화가스를 회수하여 회수조에 유지하는 동시에, 상기 흡착제에 흡착하고 있는 상기 불필요 가스 성분을 감압 하에서 상기 흡착제로부터 탈착시켜 배출하는 제 1 탈착공정과,
    상기 준산소부화가스의 회수를 실행하지 않고, 상기 흡착탑내의 압력을 저하시키는 것에 의해, 상기 흡착제에 흡착하고 있는 상기 불필요 가스 성분을 상기 흡착제로부터 탈착시켜서 상기 흡착탑으로부터 배출하는 제 2 탈착공정과,
    상기 흡착탑에 상기 산소부화가스의 일부를 세정가스로서 도입하는 동시에 상기 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 제 1 세정공정과,
    상기 회수조에 보유된 상기 준산소부화가스의 일부를 세정 가스로서 상기 흡착탑에 도입하는 동시에 상기 흡착탑내에 잔류하는 잔류가스를 배출하는 제 2 세정공정과,
    상기 회수조에 보유된 잔여물인 준산소부화가스를 상기 흡착탑에 도입하는 것에 의해 상기 흡착탑내의 압력을 상승시키는 승압공정을 포함하는 1사이클을 반복하여 실행하는 농축산소가스의 회수방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 세정공정에 있어서,
    상기 흡착탑에 도입되는 상기 준산소부화가스의 양과,
    상기 승압공정에 있어서,
    상기 흡착탑에 도입되는 상기 준산소부화가스의 양과의 분배비는 표준상태로 환산한 용적기준으로 65:35∼97:3인 것을 특징으로 하는 농축산소가스의 회수방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 분배비는 표준상태로 환산한 용적기준으로 75:25 ∼ 93:7인 것을 특징으로 하는 농축산소가스의 회수방법.
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