KR100845518B1 - Method and apparatus for separating Krypton gas and Xenon gas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 크립톤/제논 혼합가스로부터 크립톤 가스와 제논 가스를 분리하기 위한 방법과 장치이다.
본 방법은 크립톤/제논 혼합가스를 크립톤의 기화 온도 이상, 그리고 제논의 빙결 온도이하로 유지되는 열교환기를 통과시켜서 제논은 빙결상태가 되게 하고, 크립톤은 가스 상태로 만든 다음, 빙결 상태의 제논을 흡착하고 가스 상태의 크립톤은 통과시키는 제논흡탈착기를 통과시켜서 빙결상태의 제논이 흡착되고 크립톤 가스는 통과시켜서, 크립톤 가스를 분리하여 내는 것이 특징인 크립톤/제논 혼합가스로부터 크립톤과 제논을 분리하는 방법이다.
본 장치는 크립톤/제논 혼합가스를 인입시켜서 그 중에 포함된 제논을 빙결 상태로 만들어 토출하는 열교환기와, 상기 열교환기에 결합되어 빙결상태로 된 제논을 흡착하고 가스 상태인 크립톤은 통과시키는 제논흡탈착기와, 크립톤/제논 혼합가스가 상기 열교환기와 제논흡탈착기를 통과하는 흐름을 제어하기 위하여 제어밸브들을 제어하고, 상기 열교환기와 제논흡탈착기의 온도를 제어하여 크립톤 가스만 토출되거나 제논 가스만 토출되게 제어하는 프로그램제어기를 포함하는 것이 특징인 크립톤/제논 혼합가스로부터 크립톤과 제논을 분리하는 장치이다.
크립톤, 제논, 크세논, 가스분리, 가스흡착, 가스탈착, 몰쿨러시브, 수분흡착
The present invention is a method and apparatus for separating krypton gas and xenon gas from a krypton / xenon mixed gas.
This method passes a krypton / xenon mixed gas through a heat exchanger that is maintained above the vaporization temperature of krypton and below the freezing temperature of xenon to make xenon freeze, krypton to gaseous state, and then adsorb freeze xenon The krypton and xenon are separated from the krypton / xenon mixed gas, which is characterized by separating the krypton gas by passing the xenon adsorption and desorber passing through the gas krypton and adsorbing the zenon in the frozen state and passing the krypton gas. .
The apparatus includes a heat exchanger for introducing krypton / xenon mixed gas to freeze and discharging the xenon contained therein, and a xenon adsorption and desorption unit for adsorbing xenon which is combined with the heat exchanger and passing krypton in gas state. To control the flow of the krypton / xenon mixed gas through the heat exchanger and the xenon adsorption desorber, and to control the temperature of the heat exchanger and the xenon adsorption desorber to discharge only krypton gas or only xenon gas. It is a device for separating krypton and xenon from krypton / xenon mixed gas characterized in that it comprises a program controller.
Krypton, Xenon, Xenon, Gas Separation, Gas Adsorption, Gas Desorption, Mole Cool, Moisture Adsorption
Description
도1은 본 발명의 전체 시스템을 설명하기 위한 개략도면이다.1 is a schematic diagram for explaining the entire system of the present invention.
도2는 본 발명의 수분흡착기에 대한 개략적인 단면도이다.Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the moisture adsorber of the present invention.
도3은 본 발명의 제논흡탈착기에 대한 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of the xenon adsorption and desorber of the present invention.
본 발명은 크립톤/제논(Krypton/Xenon) 혼합가스로부터 크립톤 가스와 제논가스를 분리하는 방법과 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for separating krypton gas and xenon gas from a Krypton / Xenon mixed gas.
크립톤/제논 혼합가스(앞으로 단순히 '혼합가스'라고 만 할 때도 있다)를 얻기 위한 방법과 장치들은 특허공개 공보에 공개된 바 있다. Methods and apparatus for obtaining krypton / xenon mixed gas (sometimes referred to simply as 'mixed gas' in the future) have been disclosed in the patent publication.
2003년05월27일 공개된 공개번호 특2003-0041780(출원번호 10-2002-0071108, 출원일자 2002년11월15일)에는 크립톤/제논 혼합가스를 회수하는 방법이 공개되어 있다. 여기에는 당량 기준으로 5 내지 40 % 의 은 교환 용량을 갖는 리튬 및 은 교환 제올라이트에서의 선택적 흡착에 의해, 흡착제의 주기적인 열적 재생을 수반하면서 통상 극저온의 공기 분리 공정에서 저부의 액체 산소로부터 크세논 및 크립톤 을 회수하는 방법이 공개되어 있다.Publication No. 2003-0041780 (Application No. 10-2002-0071108, filed November 15, 2002), published May 27, 2003, discloses a method for recovering a krypton / xenon mixed gas. These include, by selective adsorption in lithium and silver exchange zeolites having a silver exchange capacity of 5 to 40% on an equivalent basis, accompanied by periodic thermal regeneration of the adsorbent, usually from xenon and from the bottom liquid oxygen in cryogenic air separation processes. Methods for recovering krypton are disclosed.
또 2004년06월18일에 공개된 공개번호 10-2004-0051543(출원번호 10-2003-0090029, 출원일자 2003년12월11일) 크립톤 및/또는 크세논의 회수 방법 및 장치가 공개되어 있다. 여기에는 크립톤 및/또는 제논은, 크립톤 및 제논으로 구성되는 선택되는 적어도 1종의 희유 가스와 산소를 포함하는 혼합물 또는 이 혼합물로부터 유도되는 혼합물을 희유 가스 회수 시스템에 공급하고, 상기 회수 시스템에서 상기 혼합 공급물을 희유 가스 희박 가스상 산소(GOX)와 희유 가스 풍부 생성물로 분리하는 것을 포함하는 방법으로 상기 혼합물로부터 조하게(crudely) 분리된다. 상기 방법은, 상기 혼합 공급물이 선택적인 흡착에 의해 분리되는 경우, 그 혼합 공급물 중의 제논 농도가 공기 중의 제논 농도보다 50배 이상 크지 않다면, 상기 혼합 공급물의 적어도 약 50 mol%가 가스상의 상기 회수 시스템에 공급되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 실시 형태의 한 가지 이점은 기존의 펌핑된 LOX 사이클 ASU에 쉽게 개장될 수 있다는 것이다In addition, a method and apparatus for recovering krypton and / or xenon are disclosed in Publication No. 10-2004-0051543 (Application No. 10-2003-0090029, filed December 11, 2003) published on June 18, 2004. Here, krypton and / or xenon are supplied to the rare gas recovery system a mixture comprising at least one rare gas and oxygen selected from krypton and xenon or a mixture derived from the mixture to the rare gas recovery system, The mixed feed is crudely separated from the mixture in a method comprising separating the rare gas lean gas phase oxygen (GOX) and the rare gas rich product. The method further provides that when the mixed feed is separated by selective adsorption, at least about 50 mol% of the mixed feed is at least gaseous if the xenon concentration in the mixed feed is no more than 50 times greater than the xenon concentration in air. It is characterized in that the supply to the recovery system. One advantage of the preferred embodiment of the present invention is that it can be easily retrofitted into existing pumped LOX cycle ASUs.
위와 같은 공지된 크립톤/제논 혼합가스 회수하는 것이거나 여러 가지 가스들이 혼합된 물질로부터 크립톤 또는 제논가스를 얻는 방법 및 장치들이다.Known krypton / xenon mixed gas as described above is a method and apparatus for obtaining krypton or xenon gas from a mixture of various gases.
Krypton/Xenon 혼합가스는 초대형 공기분리설비의 산소 스트림(Stream)으로부터 농축된 것으로서, 크립톤이 약 9:1 정도의 조성비로 혼합되어 있는 희유가스 (Rare Gas)이다.Krypton / Xenon mixed gas is concentrated from an oxygen stream of a very large air separation plant, and is a rare gas in which krypton is mixed in a composition ratio of about 9: 1.
본 발명은 크립톤과 제논이 9:1 정도로 혼합된 혼합가스로부터 크립톤과 제논 을 분리하는 방법과 장치를 제공하려는 것이다. The present invention seeks to provide a method and apparatus for separating krypton and xenon from a mixed gas in which krypton and xenon are mixed about 9: 1.
본 방법 구성은 크립톤/제논 혼합가스를 크립톤의 빙점(동결온도)이상의 온도 , 그리고 제논의 빙점이하의 온도로 유지되는 열교환기를 통과시켜서 제논은 동결상태가 되게 하고, 크립톤은 가스 상태로 만드는 제1단계와 동결 상태의 제논을 흡착하고 가스 상태의 크립톤은 통과시키는 제논흡탈착기를 통과시켜서 동결상태의 제논이 흡착되고 크립톤 가스는 통과시켜서, 크립톤 가스를 분리하는 제2단계와, 제논흡탈착기에 흡착된 제논이 가스 상태로 되도록 제논흡탈착기를 제논의 기화점 이상으로 가열하여 제논가스를 회수하는 제3단계를 포함한다.This method configuration allows a xenon to freeze and a krypton to a gaseous state by passing a krypton / xenon mixed gas through a heat exchanger maintained at temperatures above the freezing point (freezing temperature) of the krypton and below the freezing point of xenon. The second step of separating the krypton gas by passing the xenon adsorption desorber which adsorbs the xenon in the frozen state and passes the krypton in the gas state and passes the krypton gas in the frozen state, and adsorbs the xenon adsorption desorber And a third step of recovering the xenon gas by heating the xenon adsorption-and-desorption unit above the vaporization point of the xenon so that the xenon becomes a gas state.
본 장치의 구성은 크립톤/제논 혼합가스를 인입시켜서 그 중에 포함된 제논을 동결 상태로 만들어 토출하는 열교환기와, 상기 열교환기에 결합되어 동결상태로 된 제논을 흡착하고 가스 상태인 크립톤은 통과시키는 제논흡탈착기와, 크립톤/제논 혼합가스가 상기 열교환기와 제논흡탈착기를 통과하는 흐름을 제어하기 위하여 제어밸브들을 제어하고, 상기 열교환기와 제논흡탈착기의 온도를 제어하여 크립톤 가스만 토출되거나 제논가스만 토출되게 제어하는 프로그램제어기를 포함한다. 이 외에도, 크립톤/제논 혼합가스 중에 있는 산소를 별도로 공급받는 수소를 결합시켜서 수증기로 변화시키는 디옥소유니트와 상기 디옥소유니트의 가스 출구에 결합되어 혼합가스 중에 있는 수증기를 흡착하는 수분흡착기를 상기 열교환기 가스 인입구에 결합시키고, 또 제논흡탈착기로부터 나오는 가스를 진공치환하기 위한 진공펌프와, 진공펌프의 출구에 결합되어 가스를 압축하기 위한 가스압축기를 추가로 구비한다.The structure of the apparatus is a heat exchanger for introducing krypton / xenon mixed gas into a frozen state and discharging the xenon contained therein, and a xenon adsorption coupled to the heat exchanger to adsorb the frozen xenon and pass the gaseous krypton Control valves to control the flow of the desorber and the krypton / xenon mixed gas passing through the heat exchanger and the xenon adsorption desorption unit, and control the temperature of the heat exchanger and the xenon adsorption desorption machine to discharge only krypton gas or only xenon gas. It includes a program controller for controlling. In addition, the heat exchanger is combined with a dioxo unit for converting the hydrogen in the krypton / xenon mixed gas to be converted into water vapor and a water adsorption unit adsorbed to the gas outlet of the dioxo unit to adsorb water vapor in the mixed gas. And a gas compressor coupled to the gas inlet and vacuum-substituted from the xenon adsorption and desorber, and a gas compressor coupled to the outlet of the vacuum pump to compress the gas.
이하에서 도 1,2,3을 참조하면서 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1,2 and 3.
혼합가스 분리 시스템은, 도1에서 보인 것과 같이, 크립톤/제논 혼합가스가 저장된 탱크(1)에 차례로 디옥소유니트(산소제거유니트: Deoxo unit:10)와, 수분흡착기(20,21)와, 저온분리기(Cryogenic Separator:100,101)와, 저온분리기 내부의 저온열교환기(130)와 제논흡탈착기(140), 진공펌프(150), 및 압축기(160)가 차례로 파이프라인과 제어밸브들로 결합되고, 제어밸브들을 제어하고 각 파트의 온도를 제어하기 위한 프로그램제어기가 위의 각 요소들과 결합된다.As shown in FIG. 1, the mixed gas separation system includes a dioxo unit (oxygen removal unit: Deoxo unit: 10), a moisture adsorber (20, 21), and the like in a tank 1 in which a krypton / xenon mixed gas is stored, as shown in FIG. Cryogenic Separator (100, 101), the low
먼저, 산소제거유니트(Deoxo unit:10)는 저장 탱크(1)로부터 공급되는 Kr/Xe 혼합가스 중에 함유된 불순물 산소를 제거하기 위한 것으로서, 혼합가스에 수소를 첨가하여 산소와 수소가 카탈리스트(Catalyst) 반응에 의하여 수증기로 변화되면, 수분흡착기 (20: Water Absorber: 예로서 실리카겔)를 통과하도록 하여 수분이 흡착되도록 함으로써, 산소를 제거하기 위한 장치이다. First, an oxygen removal unit (Deoxo unit: 10) is for removing impurity oxygen contained in Kr / Xe mixed gas supplied from the storage tank 1, and oxygen and hydrogen are added to the mixed gas by adding hydrogen to the catalyst. When the water is changed into water vapor by the reaction, it is passed through a water absorber (for example, silica gel) to allow moisture to be adsorbed, thereby removing oxygen.
수분흡착기(20,21)는 산소제거유니트(10)의 출구 파이프라인에 제어밸브들을 게재시켜 각각 결합되어 2세트가 병렬로 설치되며, 절환밸브(181:Switching valve)에 의하여 운전 Bed (A)와 재생 Bed (B) 2조로 분리되어 동작될 수 있도록 되어 있다. 수분흡착기(20)는 저압상태에서 고온 질소에 의하여 재생된다. 수분흡착기는 도2에서 보인 바와 같이 케이스(50)내에 입력단(55)과 토출단(54)에 각각 필터(52,53)를 설치하고 활성 알루미나(51:Alumina)를 충진하여 흡착효율을 높인 것이다.
Moisture adsorber (20, 21) is combined by placing the control valves in the outlet pipeline of the
저온분리기(Cryogenic Separator:100,101)는 수분흡착기(20,21)의 출구에 파이프로 각각 연결된 것으로서, 크립톤Kr과 제논Xe의 빙점 차이를 이용하여 이들을 서로 분리시키기 위한 장비이다. 이것은 내부에 액화질소 용기(110)를 가지고 있고, 액화질소 용기(110) 내에는 혼합가스를 통과시키면서 액화질소와 간접적인 열 교환을 하도록 하는 저온열교환기(130)와, 열 교환된 혼합가스 중에서 동결된 제논을 흡착시키고 가열된 제논을 탈착시키는 제논흡탈착기(140)가 설치되어 있다. 그리고 액화질소 용기 내에 온도를 제어하기 위하여 설치되는 온도센서들과, 액화질소 액면을 제어하기 위한 액면센서가 설치되어 있다. 이들 센서들의 신호를 받아서 설정된 온도로 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도제어수단도 설치되어 있다.Cryogenic Separator (100, 101) is a pipe connected to the outlet of the water adsorber (20, 21), respectively, is a device for separating them from each other using the difference between the freezing point of Krypton Kr and Xenon Xe. From this, and with a
제논흡탈착기(140)는 흡착제를 내부에 가지고 있는데, 이것은 가스상태인 크립톤은 통과시키고, 빙점(섭씨 -112도) 이하로 된 제논이 동결 상태로 되어 통과되지 못하고 흡착되도록 하는 것이다. 액체질소의 액면(104,105)을 조절하며 동결흡착과 재생용 (Regeneration) 질소가스에 의한 고온 탈착 작용이 절환밸브에 의하여 일정 사이클로 A, B 시스템이 절환 운전되도록 되어 있다.Xenon adsorption and
한편 제논흡탈착기(140)는 도3에서 보인 바와 같이 케이스(70)내부에 손상된 파편의 유출을 막기 위하여 입력단(75)과 토출단(76)에 각각 필터(71,74)를 설치하고, 내부에는 하부 층에 활성카본(73: Activated Carbon)을 그리고 상부층에는 몰레큘라씨브(72: Molecular Sieve)층을 충진하여 다공질의 규격과 동결 제논의 규격에 접근함으로써 흡착효율을 최대화 한 것이다. 흡착제는 충분한 유효면적을 가지고 흡착제의 베드를 통과하는 표면속도는 최소 유동층 속도의 65%에 상당하는 0.2 m/sec 계열에 속한다. Meanwhile, as shown in FIG. 3, the xenon adsorption and
제논을 회수하기 위하여는 제논흡탈착기는 재생용질소가스에 의하여 상온이상으로 가온시켜서 흡착제가 기화점 이상의 온도로 상승되면 흡착된 제논이 가스 상태로 되어 회수할 수 있게 한 것이다. 동결 흡착된 제논은 재생 시에 제논흡탈착기로부터 탈착되어 진공펌프(150)와 압축기(160)에 의하여 회수되어 저장되며. 99.995%까지 정제될 수 있게 된다. In order to recover xenon, the xenon adsorption desorption unit is heated to room temperature or higher by regeneration nitrogen gas so that when the adsorbent is raised to a temperature higher than the vaporization point, the adsorbed xenon becomes a gas state and can be recovered. The freeze-adsorbed xenon is desorbed from the xenon adsorption desorption unit during regeneration and is recovered and stored by the
제논흡탈착기의 탈착시에는 저온열교환기의 입구와 흡탈착기의 토출측에 장치한 2개의 제어밸브(142,143)를 조작하여 흡탈착기를 고립시키고, 냉각된 상태에서 먼저 크립톤용 진공펌프(151)의 연결발브(157)를 열고 제논흡입발브(145)를 닫은후 잔류 크립톤을 회수하고, 다음 흡탈착기가 가온이 되면 크립톤용 진공펌프연결발브(157)를 닫은 후에 제논용진공펌프(150)와 연결된 제논흡입발브(145)를 열어서 기화되는 제논을 회수 압축한다. 흡탈착기 용기(70)의 두께와 흡입단(75) 필터(74)는 안전과 흡착제의 손상부 유입방지를 위하여 견고한 구조로 하고 진공펌프는 10의 -2승 Torr 급으로 설치 사용하면 된다At the time of desorption of the xenon adsorption and desorption unit, two
액체질소용기(110)는 액화질소가 제어밸브(146)의 제어에따라 공급되어 그 액면(104,105)이 제어되며, 질소가 증발되면 벤트 라인의 밸브(147)를 통하여 대기로 배기된다. 용기 내부에 있는 저온열교환기(130)와 제논흡탈착기(140)는 온도제어수단에 의하여 액체질소 액면이 제어되면서 중간 온도인 섭씨-135도 전후로 유지되게 된다. 액체질소는 공급단에서 섭씨 -196도이고 액체질소용기 내부의 액면부근 온도는 섭씨 -155 이하이므로 열교환기와 접촉되는 액화질소의 액면을 제어하여 온 도제어가 이루어진다. The
온도제어수단은 액체질소용기(110) 내에 온도센서와 액면센서를 가지고 있고, 이들 센서로부터 얻은 온도 상태를 설정된 온도와 비교하고 제어량을 발생하여 액화질소의 레벨을 조절하는 제어밸브들을 제어하도록 되어 있다. 크립톤 가스 회수 시에는 섭씨 -135도가 되도록 제어된다. 이때 기화되는 질소는 질소가스배기발브 (147)를 통하여 대기중으로 벤트된다.The temperature control means has a temperature sensor and a liquid level sensor in the
저온분리기의 용기의 구조는 오l부용기와 액체질소내부용기로 구분되며 내외조 사이에는 펄라이트 또는 진공등으로 된 단열부(120,121)가 형성되어서 열효율을 높이고 있고, 정비를 용이하게 할 수 있도록 튜브식 열교환기를 사용하며, 내외조의 분해조립이 가능한 조립형 캡을 가진 것이다.The structure of the container of the low temperature separator is divided into oil container and liquid nitrogen inner container.
온도제어수단을 포함하고, 각 제어밸브들을 제어하여 혼합가스의 흐름을 제어하고 운전 베드를 선택하는 등의 시스템 공정 전체를 제어하기 위한 프로세스제어기가 설치되어 있다. 이 프로세스제어기는 수분흡착기(20,21), 저온분리기(100,101), 액체질소 공급밸브(146), 진공펌프(150,151), 크립톤 및 제논압축기(160,161), 질소가스 히터(170), 질소가스 공급밸브(171, 172),등을 제어한다. 이 프로세스제어기는 컴퓨터 시스템을 포함하는 것으로서 미리 설정된 프로그램에 의하여 각부에 설치된 센서들의 신호를 받고, 각 밸브나 전기 히터들을 동작시키기 위한 제어신호를 발생하며, 운전 상태를 감시하고 2세트가 서로 교대로 크립톤 가스와 제논가스를 분리하여 회수하도록 하는 프로세서를 최적상태로 총괄 제어하는 것이다. It includes a temperature control means, it is provided with a process controller for controlling the entire system process, such as controlling the flow of the mixed gas by controlling the respective control valves, selecting the operation bed. This process controller is supplied with water adsorber (20, 21), low temperature separator (100, 101), liquid nitrogen supply valve (146), vacuum pump (150, 151), krypton and xenon compressor (160,161), nitrogen gas heater (170), nitrogen gas supply. Valves 171, 172, and the like. This process controller includes a computer system, receives signals from sensors installed in each part by a preset program, generates control signals for operating each valve or electric heater, monitors operation status, and two sets alternately with each other. The overall control of the processor to separate and recover the krypton gas and xenon gas is optimal.
도면부호 142,143,145,146,147,157,171,172,181,182,183,184,185,등은 밸브들은 가리키는 것으로서, 이들 밸브들은 파이프라인의 개폐, 또는 흐름을 제어하기 위한 것이며, 같은 기능을 하는 것은 동일한 부호를 붙인 것도 있고, 도면 부호가 부여되지 아니한 밸드들도 있지만 모두 공정의 선택과 진행을 우하여 필요한 것들이다. 예로서 수분흡착기와 저온분리기 세트를 연결하거나 작동시키거나 하기 위하여 사용된다. 이들 밸브들은 수동 또는 자동적으로 동작되는 것들이다.
도2에서 보인 수분흡착기와 도3에서 보인 제논흡탈착기는 설명을 이한 하나의 예이며, 이미 다양하게 상품화되어 있는 구조의 것들을 사용할 수가 있음은 물론이다. 또한 도1에서 보인 전체 시스템 다이아그램에서 보인 구성도 하나의 예에 불과하며, 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 구성요소의 배치는 본 실시예 이외에도 다양하게 실현시킬 수 있고, 본 발명은 그러한 여러 가지 변경 실시까지 포함하는 기술사상이다.The water adsorption and desorption unit shown in FIG. 2 and the xenon adsorption and desorption unit shown in FIG. 3 are one example of the above description, and of course, various commercially available structures can be used. In addition, the configuration shown in the overall system diagram shown in FIG. 1 is just one example, and arrangement of components for realizing the technical idea of the present invention can be realized in various ways in addition to the present embodiment, and the present invention can be realized in various ways. It is a technical idea that includes the change of branch.
다음은 이러한 시스템을 사용하여 크립톤과 제논을 분리하는 공정을 설명한다.The following describes a process for separating krypton and xenon using such a system.
<크립톤의 회수 공정><Crypton recovery process>
본 공정에서 출발물질로 사용하는 Krypton/Xenon 혼합가스는 초대형 공기분리설비의 산소 Stream으로부터 농축된 것인데, 대략 Krypton 92.3%와 Xenon 7.7%의 조성비를 가지며 순도 99.9% 까지 회수되는 희유가스 (Rare Gas)를 사용한다.The Krypton / Xenon mixed gas used as the starting material in this process is concentrated from the oxygen stream of the ultra-large air separation plant, and has a composition ratio of approximately Krypton 92.3% and Xenon 7.7% and recovers up to 99.9% purity Rare Gas. Use
먼저, Kr/Xe 혼합가스 저장장치에서 Kr/Xe 혼합가스가 적당한 압력으로 감압되며 산소제거유니트에 공급된다. 그러면 혼합가스 중에 함유된 불순물 산소가 산소제거유니트에 첨가되는 수소와 카탈리스트(Catalyst) 반응에 의하여 수증기로 변화 되면서 수분흡착기(Water Absorber)에 흡착되어 혼합가스로부터 산소가 제거된다.First, in the Kr / Xe mixed gas storage device, the Kr / Xe mixed gas is decompressed to an appropriate pressure and supplied to the oxygen removal unit. Then, the impurity oxygen contained in the mixed gas is converted into water vapor by the reaction of hydrogen added to the oxygen removing unit and the catalyst (Catalyst) and adsorbed to the water absorber to remove oxygen from the mixed gas.
다음에는, 산소가 제거된 혼합가스가 저온분리기(Cryogenic Separator), 예로서 먼저 제1세트인 수분흡착기(20)와 저온분리기(100)를 통과하면서 Kr/Xe혼합가스 중 빙점이 높은 Xenon (섭씨 -112도) 은 동결상태로 되어 제논흡탈착기(Xenon Absorber/Desorber)에 흡착되고, 반면 빙점이 낮은 Krypton (섭씨 -157도)은 기체상태로 제논흡탈착기를 통과하여 저장장치에 저장된다. 크립톤/제논의 혼합가스가 저온분리기 A의 열교환기(130)를 거치는 동안 액체질소 용기 내에 공급되는 액체질소의 유량에 따라 혼합가스는 섭씨 -135도 부근으로 냉각되지만 크립톤은 기체상으로 제논흡탈착기 A를 통과하여 정제된 상태로 제논 저장탱크로 회수된다. 그러나 제논과 잔류 불순물가스는 저온열교환기(간접)를 통과하면서 동결되어 제논흡탈착기 A에서 활성탄소층과 몰레큘라씨브층의 흡착제에 의하여 흡착된다. 이렇게 하여 크립톤은 99.995% 까지 정제되어 질 수 있다.Next, the oxygen-free mixed gas is passed through a cryogenic separator, for example, the first set of
이때 Kr/Xe 혼합가스는 액체질소(기화점 섭씨 -196도) 용기 내부에서 열교환기와 간접접촉 방식으로 열 교환을 하여 냉각되는데, 액체질소 액면이 제어되면서 중간온도인 섭씨-135도 전후로 유지되고, 제논이 충분한 양만큼 흡착될 때까지 제1세트의 운전이 계속 된다.At this time, the Kr / Xe mixed gas is cooled by heat exchange with an indirect contact method with a heat exchanger in a liquid nitrogen (vaporization point -196 degrees Celsius) container, and the liquid nitrogen liquid level is controlled to be maintained at around -135 degrees Celsius. The first set of operations continues until xenon is adsorbed by a sufficient amount.
<제논의 회수 공정><Recovery process of xenon>
제논흡탈착기에 제논이 충분히 흡착이 된 시점이 되면, 제1세트인 저온분리기A(100)로 공급되던 크립톤/제논 혼합가스 공급을 프로세스제어기가 자동절환변을 동작시켜 제2세트인 저온분리기B(101) 쪽으로 흐름을 전환하여 공급하면서 크립톤 의 분리 회수는 계속 작업으로 진행된다. When the xenon is sufficiently adsorbed on the xenon adsorption desorption unit, the krypton / xenon mixed gas supplied to the low temperature separator A (100), which is supplied to the first set, is operated by an automatic switching valve, and the second set low temperature separator (B). Separation and recovery of krypton continues with operation, with the flow switched to (101).
그러나, 제논흡탈착기A(140)에서 흡착된 제논과 잔류불순물가스는 저온열교환기 입구와 제논흡탈착기 출구에 설치된 컨트롤밸브(142,143)를 폐하여 각 혼합가스와 정제된 크립톤으로부터 고립시킨다. 제논흡탈착기 A(140) 내부와 저온열교환기 내부의 잔류 크립톤은 냉각상태에서 먼저 크립톤 진공펌프(151)를 통하여 회수하고 별도 압축기(161)에 의하여 승압한 후 크립톤저정탱크에 저장한다. However, the xenon and residual impurity gas adsorbed in the xenon adsorption desorption unit A (140) is isolated from each mixed gas and purified krypton by closing the control valves (142, 143) installed at the inlet of the low temperature heat exchanger and the outlet of the xenon adsorption desorption unit. Residual krypton in the xenon adsorption desorption unit A (140) and the low temperature heat exchanger are recovered through a
이렇게 한 후, 질소재생히타(170)를 가동하여 제논흡탈착기를 고온으로 재생하면 흡착제 재생과 제논흡탈착기에 동결흡착되고 일부 열교환기 내부에 동결부착된 제논의 기화가 동시에 일어나며, 기화된 제논은 진공펌프와 압축기에 의하여 회수 저장되며. 99.995%까지 정제된다After doing so, when the
저온분리기A(100)에서 제논 회수가 끝나면 저온분리기 B(101)로 절환함으로써 AB절환 사이클 운전이 이루어진다.When the xenon recovery is completed in the low temperature separator A (100), the AB switching cycle operation is performed by switching to the low temperature separator B (101).
본 발명의 방법과 장치에 의하면, 희유가스인 크립톤과 제논(크세논)을 연속공정으로 쉽게 얻을 수 있고, 고순도의 제품을 저렴하게 생산할 수가 있다.According to the method and apparatus of the present invention, krypton and xenon (xenon), which are rare gases, can be easily obtained in a continuous process, and high-purity products can be produced at low cost.
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