KR100683366B1 - 액화 석유 가스로부터 아민계 화합물을 제거하는 장치 및방법 - Google Patents

액화 석유 가스로부터 아민계 화합물을 제거하는 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

다공질 흡착제를 이용하여 액화 석유 가스중의 아민계 화합물을 보다 효율적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 액화 석유 가스에 함유되는 아민계 화합물을 다공질 흡착제에 의해 제거하는 장치에 있어서, 상기 다공질 흡착제에는 산성물질 및 수분이 보유되어 있는 것을 특징으로 하는 아민계 화합물의 제거장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 산성물질이 인산, 황산, 염산 및 질산으로 이루어지는 군중에서 선택되는 1종 이상의 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 아민계 화합물의 제거장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 다공질 흡착제가 활성탄인 것을 특징으로 하는 아민계 화합물의 제거장치에 관한 것이다.

Description

액화 석유 가스로부터 아민계 화합물을 제거하는 장치 및 방법{A DEVICE AND A METHOD FOR REMOVING AN AMINE COMPOUND CONTAINED IN A LIQUEFIED PETROLEUM GAS}
도 1은 아민계 화합물의 제거 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 활성탄에 보유되어 있는 산성물질의 종류 및 양을 변화시키는 경우, 아민 흡착 한계에 도달할 때까지 제거장치에 공급된 아이소뷰틸아민의 총량을 나타내는 그래프이다.
도 3은 활성탄에 대해 인산을 9.8 g/dL로 보유시킨 경우 제거장치에 공급된 아이소뷰틸아민의 총량, 및 제거장치의 출구부에서의 아이소뷰틸아민의 농도와의 상관관계를 도시한 그래프이다. 아이소뷰틸아민의 농도가 급격히 상승하는 시점을 흡착 한계로 한다.
도 4는 활성탄에 보유되어 있는 수분의 양을 변화시킨 경우 흡착 한계에 도달할 때까지 제거장치에 공급한 아이소뷰틸아민의 총량을 나타내는 그래프이다.
부호의 설명
1O 제거장치
12 지그
14 활성탄
16 공급관
18 이송관
20a, 20b 농도센서
본 발명은, 액화 석유 가스에 불순물로서 함유되어 있는 아민계 화합물을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 액화 석유 가스로부터 예를 들어 활성탄 등의 다공질 흡착제를 이용하여 아민계 화합물을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래, 액화 석유 가스중에 포함되는 아민계 화합물 등을 제거하는 방법으로서, 일본 특허 공개 제 2001-200279 호 공보에 개시된 기술이 알려져 있다. 상기 일본 특허 공개 제 2001-200279 호 공보에는, 아민계 화합물을 함유하는 액화 석유 가스를, 상온하에서 액상으로 pH 9 이상의 알칼리성 활성탄과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 액화 석유 가스의 정제방법이 개시되어 있다. 또한, 아민계 화합물을 함유하는 액화 석유 가스를, 상온하에서 미량 수분의 존재하에 pH 9 이상의 알칼리성 활성탄과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 액화 석유 가스의 정제방법이 개시되어 있다.
상술한 종래의 방법에서는 알칼리성 활성탄을 이용하고 있기 때문에 아민계 화합물의 제거를 위해서는 부적당하다. 이 때문에, 산성물질을 이용하여 보다 효율적으로 아민계 화합물을 제거할 수 있는 장치 및 방법이 요구되고 있다. 또한, 상술한 종래 방법에서는 고압의 액화 석유 가스중에 수분을 첨가하는 조작이 곤란하다고 하는 문제점도 있다.
그래서, 본 발명은 다공질 흡착제를 이용하여 액화 석유 가스중의 아민계 화합물을 보다 효율적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 예컨대 활성탄 등의 다공질 흡착제의 세공 표면에 산성물질 및 수분을 보유시키는 것에 의해, 산성 물질만을 보유시키는 것보다도 아민계 화합물의 제거효율이 비약적으로 향상하는 것을 발견하고, 다음과 같은 본 발명을 완성하였다.
(1) 액화 석유 가스에 함유되어 있는 아민계 화합물을 다공질 흡착제에 의해 제거하는 장치로서, 상기 다공질 흡착제에 산성물질 및 수분이 보유되어 있는 것을 특징으로 하는 아민계 화합물의 제거장치.
(2) 상기 (1)에 기재된 아민계 화합물의 제거장치에 있어서, 상기 산성물질 이 인산, 황산, 염산 및 질산중에서 선택된 1종 이상의 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 아민계 화합물의 제거장치.
(3) 상기 (1)에 기재된 아민계 화합물의 제거장치에 있어서, 상기 산성물질이 인산인 것을 특징으로 하는 아민계 화합물의 제거장치.
(4) 상기 (1) 내지 (3)중 어느 한 항에 기재된 아민계 화합물의 제거장치에 있어서, 상기 다공질 흡착제가 활성탄인 것을 특징으로 하는 아민계 화합물의 제거장치.
(5) 액화 석유 가스에 함유되어 있는 아민계 화합물을 다공질 흡착제에 의해 제거하는 방법으로서, 상기 다공질 흡착제에 산성물질 및 수분이 보유되어 있는 것을 특징으로 하는 아민계 화합물의 제거방법.
본 발명에 의하면, 액화 석유 가스중의 아민계 화합물을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명은, 액화 석유 가스중에 불순물로서 함유되어 있는 아민계 화합물을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 「액화 석유 가스」란, 예를 들어 탄소수 2 내지 4의 포화 탄화수소나 불포화 탄화수소, 또는 이들의 혼합물을 주성분으로 하는 액화가스이다. 「액화 석유 가스」의 구체적인 예로서는 프로페인을 주성분으로 하는 액화 프로페인 가스 및 뷰테인을 주성분으로 하는 액화 뷰테인 가스 등을 들 수 있다. 본 발명은 아민계 화합물이 포함되는 것이 많은 액화 프로페인 가스에 대하여 특히 큰 효과를 발휘한다.
액화 석유 가스중에 불순물로서 함유되는 「아민계 화합물」이란, 분자중에 아미노기를 갖는 화합물을 지칭한다. 이러한 「아민계 화합물」의 구체적인 예로서는, 예컨대, 모노에탄올아민, 다이에탄올아민, 트라이에탄올아민, 모노아이소프로판올아민, 다이아이소프로판올아민, 트라이아이소프로판올아민 등의 알칸올아민 이외에, 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 뷰틸아민 등의 알킬아민류, 다이메틸아민, 다이에틸아민, 메틸에틸아민 등의 다이알킬아민류, 트라이메틸아민, 다이메틸에틸아민, 트라이에틸아민 등의 트라이알킬아민류, 에틸렌다이아민, 뷰테인다이아민 등의 다이아민류, 또한 피리딘, 피롤 등을 들 수 있다.
아민계 화합물을 제거하기 위한 「다공질 흡착제」는 표면에 세공을 갖고 있어서, 비표면적이 크고, 물리흡착 또는 화학흡착에 의해 미량의 불순물을 제거할 수 있는 흡착제를 이용할 수 있다. 이러한「다공질 흡착제」의 구체적인 예로서는, 활성탄, 인공 제올라이트, 천연 제올라이트, 실리카겔 등을 들 수 있다. 이들의 다공질 흡착제중 두 가지 이상을 조합시켜 이용할 수도 있다.
본 발명에서는 아민계 화합물을 제거하기 위한 다공질 흡착제로서 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다.
활성탄의 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 활성탄의 제조방법으로서는 가스 부활(賦活)법 및 약품 부활법 등이 알려져 있지만, 본 발명에서는 어느 방법에 의해 제조된 활성탄이라도 사용할 수 있다.
활성탄의 원료로서는, 특별히 제한되는 것이 아니지만, 석탄, 코크스, 목탄, 토탄, 톱밥, 야자껍질 등을 이용할 수 있다.
활성탄의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 분말상, 입자상, 섬유상, 원주상, 구상 등 어느 형상일 수도 있다. 활성탄은 포(布)상 또는 필터상 등으로 2차 가공된 것을 사용할 수도 있다. 활성탄은 액화 석유 가스와의 접촉면적을 크게 하기 위해서 분말상, 입자상, 원주상 또는 구상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 활성탄은 시판되는 활성탄을 사용할 수도 있다.
다공질 흡착제는 그 세공 표면에 산성물질 및 수분을 보유함으로써 액화 석유 가스에 포함되어 있는 아민계 화합물을 효율적으로 제거할 수 있다.
다공질 흡착제의 세공 표면에 보유되는 산성물질의 구체적인 예로서는 인산, 황산, 염산 및 질산 등의 각종 산을 들 수 있다. 이들 산중에서 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 산성물질의 산성도는 pH 7.0이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 pH 3.0이하이다. 산성물질은 산성도가 강한 (pH가 작은) 것이 바람직하지만, 약산성을 나타내는 진한 황산 등도 바람직하게 이용할 수 있다. 가장 바람직한 것은, 제조시의 취급성 등을 고려하면, 인산이다.
다공질 흡착제에 보유되는 수분의 양은 다공질 흡착제 및 산성물질을 합친 전체의 중량에 대하여, 0.5 내지 10중량% 정도인 것이 바람직하다. 이 범위에서 수분을 보유시키는 것에 의해 액화 석유 가스중에 함유되는 아민계 화합물을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.
다공질 흡착제의 세공 표면에 산성물질 및 수분이 보유되어 있는 것에 의해 액화 석유 가스중의 아민계 화합물이 보다 효율적으로 제거된다. 아민계 화합물이 제거되는 구체적인 과정은 분명하지 않지만, 다공질 흡착제의 세공 표면에 수분의 피막이 형성되고 그 피막중에 산성물질이 용해되어 도입되는 것에 의해, 아민계 화합물과 산성물질의 접촉면적이 증가하여, 이것에 의해 아민계 화합물의 제거효과가 높아지고 있는 것으로 생각된다.
액화 석유 가스와 다공질 흡착제를 접촉시키는 방법으로서는, 예컨대 원통상 지그(jig)의 내부에 다공질 흡착제(예컨대, 활성탄)를 충전하여, 이 지그의 내부에 액화 석유 가스를 통과시키는 방식을 채용할 수 있다. 이 경우, 액화 석유 가스는 다공질 흡착제를 충전한 지그의 상부로부터 가압하여 통과시킬 수도 있고, 하부 또는 횡방향으로 통과시킬 수도 있다. 액화 석유 가스와 다공질 흡착제를 접촉시키기 위한 장치로서는 이러한 원통상 지그 이외의 것을 사용할 수도 있다.
실시예
실시예 1
본 발명의 더욱 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
첫번째의 실시예로서 액화 프로페인 가스(JIS K2240에 규정됨)에 함유되어 있는 아민계 화합물을 제거하는 장치에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 아민계 화합물의 제거장치(10)는 지그(12)와 그 지그(12)에 충전된 활성탄(14)으로 구성되어 있다.
지그(12)는, 스테인레스 등의 내부식성 금속에 의해 형성된 원통상 부재(L/D= 3.6)이다. 지그(12)의 입구부에는 액화 프로페인 가스를 공급하기 위한 공급관(16)이 입구부에 접속되어 있다. 지그(12)의 출구부에는 아민계 화합물이 제거된 후의 액화 프로페인 가스를 기화장치 등의 다른 기기에 보내주기 위한 이송관 (18)이 접속되어 있다. 공급관(16) 및 이송관(18)의 도중에는 액화 프로페인 가스에 함유되어 있는 아이소뷰틸아민의 농도를 계측하기 위한 농도센서(20a, 20b)가 설치되어 있다.
활성탄(14)은 분말상 활성탄이며, 본 실시예에서는 활성탄 A(비표면적이 1400 m2/g임), 활성탄 B(비표면적이 1000 m2/g임)의 두 가지의 활성탄을 이용하고 있다. 본 실시예에 있어서, 활성탄(14)은 분말상의 활성탄을 비커로 1 dL(100 cc)를 계량하여, 이 비커의 내부에 물 및 산성물질(인산 또는 황산)을 혼합한 것을 사용하고 있다. 이 활성탄(14)은 지그(12)의 내부에 5 cc로 충전되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 아민계 화합물의 제거장치(10)에 대하여 하기와 같이 실험했다.
우선, 아민계 화합물로서 아이소뷰틸아민을 혼합한 액화 프로페인 가스를 준비했다. 액화 프로페인 가스중의 아이소뷰틸아민의 농도는 1000 ppm이 되도록 조정했다.
활성탄에 보유되는 인산의 양이 9.8 g/dL, 14.7 g/dL, 19.6 g/dL, 24.5 g/dL, 29.4 g/dL로 각각 조정되어 있는 활성탄을 준비했다. 또한, 인산과의 비교를 위해, 황산이 9.8 g/dL로 보유되어 있는 활성탄을 준비했다. 또한, 인산 및 황산 등의 산성물질과의 비교를 위해, 염기성 물질로서 수산화칼륨이 9.8 g/dL로 보유되는 활성탄을 준비했다. 한편, 상기한 인산, 황산 및 수산화칼륨의 양은 활성탄 1 dL(100 cc)에 대해 각각의 첨가량으로 나타내고 있다. 활성탄에 보유되어 있는 수분의 양은, 건조된 활성탄 및 첨가한 산성물질 또는 염기성물질의 합계 중량에 대하여 약 2.0 %가 되도록 조정했다.
활성탄(14)을 지그(12)의 내부에 충전하여, 공급관(16)을 통해서 액화 프로페인 가스를 일정한 유속 20 mL/분으로 통과시켰다. 그리고, 농도센서(20b)에 의해 제거장치(10)의 출구부에서의 아이소뷰틸아민의 농도를 측정했다. 아이소뷰틸아민의 농도가 급격히 상승하는 시점을 아민 흡착 한계로 하여, 그 시점까지 제거장치(10)에 공급한 아이소뷰틸아민의 총량을 산출했다.
도 2는 활성탄(14)에 보유되어 있는 산성물질의 종류와 양을 변화시켰을 때, 아민 흡착 한계에 도달할 때까지 제거장치(10)에 공급된 아이소뷰틸아민의 총량을 나타내는 그래프이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 활성탄(14)에 보유되어 있는 인산의 양이 많을수록, 흡착 한계에 도달할 때까지 흡착할 수 있는 아이소뷰틸아민의 양이 많아지는 것이 밝혀졌다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 산성물질로서 인산 대신에 황산을 이용한 경우에도, 아이소뷰틸아민을 거의 같은 정도로 흡착할 수 있는 것이 밝혀졌다. 또한, 염기성 물질이 보유되어 있는 활성탄(14)보다도 산성 물질(인산 또는 황산)이 보유되어 있는 활성탄(14)쪽이, 흡착 한계에 도달할 때까지 흡착할 수 있는 아이소뷰틸아민의 총량이 많다는 것이 밝혀졌다.
도 3는 인산이 9.8 g/dL로 보유되어 있는 활성탄(14)을 사용한 경우에 있어서 제거장치(10)에 공급된 아이소뷰틸아민의 총량, 및 제거장치(10)의 출구부에서의 아이소뷰틸아민의 농도와의 상관관계를 도시한 그래프이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 출구부에서 아이소뷰틸아민의 농도가 급격히 상승하는 점이 있다. 이 시점이 대체로 흡착 한계이며, 이 흡착 한계에 도달할 때까지 활성탄(14)은 합계로 약 2.0 mL의 아이소뷰틸아민을 흡착하는 것으로 밝혀졌다.
실시예 2
본 발명의 두번째 실시예에서는, 활성탄(14)에 보유되는 수분의 양을 변화시켜, 실시예 1과 같은 실험을 했다.
활성탄(14)에 보유되는 수분의 양은 0.5 %, 2.0 %, 5.0 %, 8.0 %, 10 %가 되도록 조정했다. 활성탄(14)에 보유되는 인산의 양은 모든 수분의 경우에 있어서, 29.4 g/dL이 되도록 조정했다. 실시예 1와 같이, 아이소뷰틸아민의 농도가 1000 ppm으로 조정된 액화 프로페인 가스를 제거장치(10)에 공급하여, 제거장치(10)의 출구부에서의 아이소뷰틸아민의 농도를 농도 센서(20b)에 의해 계측했다. 그리고, 출구부에서의 아이소뷰틸아민의 농도가 급격히 상승한 시점을 흡착 한계로 하여, 이 흡착 한계에 도달할 때까지 제거장치(10)에 공급한 아이소뷰틸아민의 총량을 산출했다.
도 4는, 활성탄(14)에 보유되어 있는 수분의 양을 변화시켰을 때 흡착 한계에 도달할 때까지 제거장치(10)에 공급된 아이소뷰틸아민의 총량을 나타내는 그래프이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 활성탄(14)에 보유되어 있는 수분의 양이 증가하면, 흡착 한계에 도달할 때까지 흡착할 수 있는 아이소뷰틸아민의 총량이 비약적으로 증가하는 것이 밝혀졌다. 특히, 활성탄(14)에 보유되어 있는 수분의 양이 10 %인 경우에는, 흡착 한계에 도달할 때까지 약 16.6 ml의 아이소뷰틸아민을 흡착할 수 있는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 따르면, 다공질 흡착제 표면에 산성물질과 수분을 함께 보유시킴으로써 액화 석유 가스에서 아민계 화합물을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.

Claims (5)

  1. 액화 석유 가스에 함유되어 있는 아민계 화합물을 다공질 흡착제에 의해 제거하는 장치로서,
    지그 및
    상기 지그에 충전된 다공질 흡착제를 포함하고,
    상기 다공질 흡착제에는 산성물질 및 수분이 보유되어 있는 것을 특징으로 하는, 아민계 화합물의 제거장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    산성물질이 인산, 황산, 염산 및 질산중에서 선택된 1종 이상의 산을 포함하는 것을 특징으로 하는, 아민계 화합물의 제거장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    산성물질이 인산인 것을 특징으로 하는, 아민계 화합물의 제거장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    다공질 흡착제가 활성탄인 것을 특징으로 하는, 아민계 화합물의 제거장치.
  5. 액화 석유 가스에 함유되어 있는 아민계 화합물을 다공질 흡착제에 의해 제거하는 방법으로서,
    지그에 다공질 흡착제를 충전하는 단계 및
    상기 지그의 내부에 액화 석유 가스를 통과시키는 단계를 포함하고,
    상기 다공질 흡착제에는 산성물질 및 수분이 보유되어 있는 것을 특징으로 하는, 아민계 화합물의 제거방법.
KR1020050037977A 2004-06-11 2005-05-06 액화 석유 가스로부터 아민계 화합물을 제거하는 장치 및방법 KR100683366B1 (ko)

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