KR101062918B1 - Multitube Type Ethanol Pressure Swing Adsorption Dewatering Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치에 관한 것으로서, 탈수된 에탄올 제품 생산과 흡착제 재생이 하나의 베드에서 멀티튜브의 설계에 의해 교대로 이루어지도록 한 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multitube type ethanol pressure swing adsorption dehydration apparatus, and to a multitube type ethanol pressure swing adsorption dehydration apparatus in which dehydrated ethanol product production and adsorbent regeneration are alternately performed by the design of a multitube in one bed. .

본 발명에 따른 탈수장치는 멀티튜브형 베드의 구성에 의해 열전달이 효과적으로 이루어지며, 흡착시 발생하는 열원을 이용하여 열 손실을 최소화하며, 이로 인한 흡착제의 재생 및 생산성이 향상된다. 또한 탈수탑 설치 비용 및 부지 면적 감소 등에 따른 설비의 초기 투자비용을 줄이는 것이 가능해진다. In the dehydration apparatus according to the present invention, the heat transfer is effectively performed by the configuration of the multi-tube type bed, and the heat loss generated by the adsorption is minimized, thereby improving the regeneration and productivity of the adsorbent. In addition, it is possible to reduce the initial investment of the equipment due to the installation cost of the dewatering tower and the reduction of the site area.

압력스윙흡착(PSA), 에탄올, 탈수, 멀티튜브, 흡착제 Pressure swing adsorption (PSA), ethanol, dehydration, multitube, adsorbent

Description

멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치{DEHYDRATION DEVICE WITH MULTI-TUBE TYPE USING PRESSURE SWING ADSORPTION}Multitube Type Ethanol Pressure Swing Adsorption Dehydration System {DEHYDRATION DEVICE WITH MULTI-TUBE TYPE USING PRESSURE SWING ADSORPTION}

본 발명은 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치에 관한 것으로서, 탈수된 제품 생산과 흡착제 재생이 하나의 베드에서 멀티튜브의 설계에 의해 교대로 이루어지도록 한 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration apparatus, and to a multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration apparatus in which dehydrated product production and adsorbent regeneration are alternately performed by the design of a multi-tube in one bed.

일반적으로 에탄올을 탈수시키기 위해서 2개 이상의 탈수탑(베드)을 이용하여 무수 에탄올을 생산해오고 있으며, 이는 한쪽　베드에서 탈수된 에탄올 제품을 생산하고 있을 때 다른 쪽 베드에서는 진공 및 생산 제품의 일부를 이용하여 흡착제의 재생을 실시하게 된다. In general, two or more dehydration towers (beds) have been used to produce anhydrous ethanol to dehydrate ethanol, which produces vacuum and dehydrated ethanol products in one bed while the other bed uses vacuum and part of the product. To regenerate the adsorbent.

이렇게 제품 생산과 흡착제 재생이 두 개 이상의 베드에서 반복적으로 이루어져 무수 에탄올 제품을 생산하는 시스템으로 구성되어 있다. Thus, product production and adsorbent regeneration are repeated in two or more beds to produce anhydrous ethanol products.

이러한 공정 구성시 각 베드의 보온에 의한 외부 방열에 주의를 기울여야 하며, 특히 탈수탑으로 공급되는 높은 온도의 기체 상태의 물/에탄올 혼합물은 효과적인 열 전달을 이루기가 어려워 공정의 효율성이 다소 떨어진다. In this process configuration, attention should be paid to the external heat dissipation due to the thermal insulation of each bed, in particular, the high temperature gaseous water / ethanol mixture supplied to the dehydration tower is difficult to achieve effective heat transfer, and thus the process efficiency is somewhat reduced.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 열 전달의 효율 및 제품 생산성이 향상된 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration device with improved heat transfer efficiency and product productivity.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 　However, technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other technical problems will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는 One embodiment of the present invention to achieve the above object is

흡착제가 내외부로 충진된 복수 개의 튜브;A plurality of tubes in which the adsorbent is filled in and out;

상기 튜브의 상단에 위치하며, 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 유입되는 복수 개의 제1 유입구;A plurality of first inlets positioned at an upper end of the tube and into which a gaseous water / ethanol mixture is introduced;

상기 튜브의 하단에 위치하며, 상기 제1 유입구로 유입된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 상기 튜브의 내부를 통과함으로써 흡착제에 의해 탈수된 에탄올이 유출되는 복수 개의 제1 유출구;A plurality of first outlets positioned at a lower end of the tube, through which a gaseous water / ethanol mixture introduced into the first inlet passes through the inside of the tube to allow ethanol dehydrated by an adsorbent to flow out;

상기 제1 유입구와 제1 유출구의 사이에 위치하며, 상기 제1 유출구로 유출된 탈수 에탄올이 유입되는 복수 개의 제2 유입구; 및A plurality of second inlets positioned between the first inlet and the first outlet and into which dehydrated ethanol flows into the first outlet; And

상기 제1 유입구와 제1 유출구의 사이에 위치하며, 상기 제2 유입구로 유입된 탈수 에탄올이 튜브의 외부를 통과함으로써 상기 수분이 흡착된 흡착제의 재생 에 의해 형성된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 유출되는 복수 개의 제2 유출구를 포함하는 멀티튜브형 베드를 포함하는Located between the first inlet and the first outlet, the dehydrated ethanol introduced into the second inlet passes through the outside of the tube, resulting in a gaseous water / ethanol mixture formed by regeneration of the adsorbent adsorbed with water. A multitube bed comprising a plurality of second outlets

멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치를 제공한다. It provides a multi-tube ethanol pressure swing adsorption dehydration device.

또한 본 발명의 다른 구현예는 In addition, another embodiment of the present invention

흡착제가 내외부로 충진된 복수 개의 튜브;A plurality of tubes in which the adsorbent is filled in and out;

상기 튜브의 한 쪽 측면에 위치하며, 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 유입되는 복수 개의 제1 유입구;A plurality of first inlets positioned on one side of the tube and into which a gaseous water / ethanol mixture is introduced;

상기 튜브의 다른 쪽 측면에 위치하며, 상기 제1 유입구로 유입된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 상기 튜브의 외부를 통과함으로써 흡착제에 의해 탈수된 에탄올이 유출되는 복수 개의 제1 유출구;A plurality of first outlets positioned on the other side of the tube, through which the gaseous water / ethanol mixture introduced into the first inlet passes through the outside of the tube and causes ethanol dehydrated by the adsorbent to flow out;

상기 튜브의 하단에 위치하며, 상기 제1 유출구로 유출된 탈수 에탄올이 유입되는 복수 개의 제2 유입구; 및A plurality of second inlets positioned at a lower end of the tube and into which dehydrated ethanol flows into the first outlet; And

상기 튜브의 상단에 위치하며, 상기 제2 유입구로 유입된 탈수 에탄올이 상기 튜브의 내부를 통과함으로써 상기 수분이 흡착된 흡착제의 재생에 의해 형성된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 유출되는 복수 개의 제2 유출구를 포함하는 멀티튜브형 베드를 포함하는Located at the top of the tube, a plurality of second water / ethanol mixture in which the gaseous water / ethanol mixture formed by the regeneration of the adsorbent adsorbed by the moisture is passed through the dehydration ethanol flowing into the second inlet through the inside of the tube Including a multi-tubular bed comprising an outlet

멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치를 제공한다. It provides a multi-tube ethanol pressure swing adsorption dehydration device.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific details of embodiments of the present invention are included in the following detailed description.

본 발명에 따른 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치는 열 전달이 효과적으로 이루어지고 제품의 생산성이 향상되며, 탈수탑 설치 비용 및 부지 면적 감소 등에 따른 설비의 초기 투자비용을 줄이는 것이 가능해진다. The multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration apparatus according to the present invention is effective in heat transfer, improves the productivity of the product, it is possible to reduce the initial investment cost of the facility according to the dewatering tower installation cost and site area reduction.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 압력스윙흡착 탈수장치의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a pressure swing adsorption dewatering device according to an embodiment of the present invention.

상기 도 1에서 보는 바와 같이, 원료 저장조(2)에 저장되어 있는 수분 농도가 5 내지 15 부피%인 원료 에탄올은 히터기(4)로 이송되어 약 130 내지 140℃로 가열된다. 이후 4웨이(way) 밸브(6)를 통과한 원료는 멀티튜브형 베드(8)를 통과하면서 탈수된 에탄올 제품의 생산과 흡착제의 재생이 이루어진다. 상기 탈수된 에탄올 제품은 4웨이(way) 밸브(20)를 통과하여 제품 저장조(22)로 이송된다. 한편, 흡착제의 재생을 위해서 탈수된 에탄올 제품의 일부가 유입되며 진공 펌프(24)에 의해 진공을 유지하게 된다. As shown in FIG. 1, the raw material ethanol having a moisture concentration of 5 to 15% by volume stored in the raw material storage tank 2 is transferred to the heater 4 and heated to about 130 to 140 ° C. Then, the raw material passed through the 4-way valve 6 passes through the multi-tubular bed 8 to produce dehydrated ethanol product and to regenerate the adsorbent. The dehydrated ethanol product is passed through the four-way valve 20 to the product reservoir 22. Meanwhile, a part of the dehydrated ethanol product is introduced to regenerate the adsorbent, and the vacuum is maintained by the vacuum pump 24.

즉, 본 발명에서는 멀티튜브가 내부에 설계된 하나의 베드에서 제품 생산과 흡착제 재생이 교대로 일어나도록 한 것으로서, 상기 멀티튜브형 베드(8)를 도 2a 및 도 2b를 통해 상세히 설명한다.That is, in the present invention, the product production and the adsorbent regeneration occur alternately in one bed in which the multi-tube is designed, and the multi-tube type bed 8 will be described in detail with reference to FIGS. 2A and 2B.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 구현예에 따른 멀티튜브형 베드의 개략 도를 나타낸 것으로서, 멀티튜브가 내부에 설계된 하나의 베드(8)로 구성되어 있다. 2A and 2B respectively show a schematic view of a multi-tubular bed according to one embodiment of the invention, in which the multi-tube is composed of one bed 8 designed therein.

우선 도 2a에서 보는 바와 같이, 원료 에탄올, 즉, 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 제1 유입구(12)로 유입되면 베드(8) 내에 설계된 튜브(10)의 내부(11)를 통과하면서 튜브(10)의 내부(11)에 충진된 흡착제에 의해 탈수가 이루어진 에탄올이 얻어지며, 이러한 고순도의 에탄올 제품이 제1 유출구(14)로 유출된다. 그렇게 얻어진 탈수된 에탄올 제품 중 일부가 제2 유입구(16)로 유입되면 베드(8) 내에 설계된 튜브(10)의 외부(9)를 통과하면서 앞서 에탄올 탈수에 사용된 흡착제를 재생시키며, 이때 흡착된 수분은 제2 유입구(16)에서 공급받은 에탄올과 함께 물/에탄올 혼합물이 되어 제2 유출구(18)로 유출된다.First, as shown in FIG. 2A, when raw ethanol, that is, a water / ethanol mixture in a gaseous state, enters the first inlet 12, it passes through the interior 11 of the tube 10 designed in the bed 8. Ethanol dehydrated by the adsorbent packed in the interior 11 is obtained, and this high purity ethanol product flows out to the first outlet 14. Part of the dehydrated ethanol product thus obtained enters the second inlet 16 and passes through the exterior 9 of the tube 10 designed in the bed 8 to regenerate the adsorbent previously used for ethanol dehydration, whereby The water is discharged to the second outlet 18 as a water / ethanol mixture together with the ethanol supplied from the second inlet 16.

즉, 기체 흐름이 제1 유입구(12)에서 튜브(10)의 내부(11)를 통과하여 흡착이 일어남과 동시에 탈수된 에탄올 제품이 제1 유출구(14)로 생산되며, 생산되는 제품의 기체 일부 흐름이 제2 유입구(16)에서 튜브(10)의 외부(9)를 통과하여 흡착제가 재생되고, 제2 유출구(18)로 비교적 낮은 에탄올 농도, 즉, 80 내지 85 부피%의 에탄올 농도를 가진 물/에탄올 혼합물이 유출된다.That is, as the gas flow passes through the interior 11 of the tube 10 at the first inlet 12, adsorption occurs, and at the same time, dehydrated ethanol product is produced to the first outlet 14, and a part of the gas of the produced product is produced. The flow passes through the exterior 9 of the tube 10 at the second inlet 16 to regenerate the adsorbent and to the second outlet 18 having a relatively low ethanol concentration, ie an ethanol concentration of 80 to 85% by volume. The water / ethanol mixture flows out.

또한, 상기 과정에서 제품 생산과 흡착제 재생이 이루어지면 4웨이(way) 밸브(6, 20)에 의해 유입되는 기체의 흐름이 바뀌게 된다.In addition, when the product is produced and the adsorbent regeneration in the process, the flow of gas introduced by the four-way valve (6, 20) is changed.

즉, 도 2b에서 보는 바와 같이, 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 제1 유입구(32)로 유입되면 베드(8) 내에 설계된 튜브(10)의 외부(9)를 통과하면서 튜브(10)의 외부(9)에 충진된 흡착제에 의해 탈수가 이루어진 에탄올이 제1 유출 구(34)로 유출된다. 얻어진 탈수 에탄올 제품 중 일부가 제2 유입구(36)로 유입되면 베드(8) 내에 설계된 튜브(10)의 내부(11)를 통과하면서 수분이 흡착된 흡착제의 재생이 이루어지는 동시에 그로부터 형성된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 제2 유출구(38)로 유출된다.That is, as shown in FIG. 2B, when the gaseous water / ethanol mixture enters the first inlet 32, the outside of the tube 10 passes through the outside 9 of the tube 10 designed in the bed 8. Ethanol dehydrated by the adsorbent filled in (9) flows out into the first outlet port (34). When a part of the obtained dehydrated ethanol product is introduced into the second inlet 36, the water of gaseous state formed therefrom is formed while regenerating the adsorbent adsorbed with water while passing through the interior 11 of the tube 10 designed in the bed 8. The / ethanol mixture flows out to the second outlet 38.

즉, 기체 흐름이 제1 유입구(32)에서 튜브(10)의 외부(9)를 통과하여 제1 유출구(34)로 이루어짐으로 인하여 흡착이 일어나는 동시에 탈수된 에탄올 제품이 생산되며, 생산되는 제품의 기체 일부 흐름이 제2 유입구(36)에서 튜브(10)의 내부(11)를 통과하여 제2 유출구(38)로 이루어짐으로 인하여 흡착제가 재생된다.That is, since the gas flow passes through the outside 9 of the tube 10 from the first inlet 32 to the first outlet 34, adsorption occurs and at the same time, dehydrated ethanol product is produced, The adsorbent is regenerated because some of the gas flow passes through the interior 11 of the tube 10 at the second inlet 36 to the second outlet 38.

상기 도 2a 및 도 2b를 통해 각각의 일 구현예를 종합하여 보면, 기체 상태의 물/에탄올 혼합물 흐름이 도 2a에서 표시된 흐름 순서와 같이 상기 제1 유입구(12)에서 제1 유출구(14)로 이루어짐에 따라 튜브(10)의 내부(11)에서 흡착이 일어날 수 있으며, 또한, 도 2b에서 표시된 흐름 순서와 같이 상기 제1 유입구(32)에서 제1 유출구(34)로 이루어짐에 따라 튜브(10)의 외부(9)에서도 흡착이 일어날 수 있다. 2A and 2B, when combining the respective embodiments, the gaseous water / ethanol mixture flows from the first inlet 12 to the first outlet 14 as shown in the flow sequence shown in FIG. 2A. Adsorption may take place in the interior 11 of the tube 10 as it is made, and, as shown in FIG. 2B, the tube 10 may be formed from the first inlet 32 to the first outlet 34. Adsorption may also occur outside (9).

또한, 상기 탈수된 에탄올 흐름이 도 2a에서 표시된 흐름 순서와 같이 상기 제2 유입구(16)에서 제2 유출구(18)로 이루어짐에 따라 튜브(10)의 외부(9)에서 흡착제의 재생이 일어날 수 있으며, 또한, 도 2b에서 표시된 흐름 순서와 같이 상기 제2 유입구(36)에서 제2 유출구(38)로 이루어짐에 따라 튜브(10)의 내부(11)에서도 흡착제의 재생이 일어날 수 있다. In addition, regeneration of the adsorbent may occur at the outside 9 of the tube 10 as the dehydrated ethanol stream consists of the second inlet 16 to the second outlet 18 as shown in the flow sequence shown in FIG. 2A. In addition, the regeneration of the adsorbent may occur in the interior 11 of the tube 10 as the second inlet 36 is formed from the second inlet 36 as shown in the flow sequence shown in FIG. 2B.

본 발명의 멀티튜브형 베드 내에서 흡착은 저온 고압인 상태에서 효율적으로 이루어지며, 탈착은 고온 저압인 상태에서 효율적으로 이루어진다.In the multi-tubular bed of the present invention, adsorption is efficiently performed at low temperature and high pressure, and desorption is efficiently performed at high temperature and low pressure.

이에 따라, 베드 내에서의 흡착은 0.1 내지 0.6 ㎏/㎠의 압력 하에 수행되는 것이 바람직하며, 베드 내에서의 탈착은 -0.5 내지 -0.9 ㎏/㎠의 압력 하에 수행되는 것이 바람직하다. Accordingly, the adsorption in the bed is preferably performed under a pressure of 0.1 to 0.6 kg / cm 2, and the desorption in the bed is preferably performed under a pressure of -0.5 to -0.9 kg / cm 2.

이와 같이, 본 발명의 멀티튜브형 베드는 튜브 내부에서 흡착이 일어남과 튜브 외부에서 재생이 일어남이 교대로 수행되며, 반대로 튜브 내부에서 재생이 일어남과 튜브 외부에서 흡착이 일어남이 교대로 수행되는 것이 모두 가능해진다. 이에 따라, 베드로 공급되는 높은 온도의 기체 상태의 물/에탄올 혼합물은 열 전달이 효과적으로 이루어지게 된다. As described above, the multi-tube type bed of the present invention is alternately performed by the adsorption occurring inside the tube and the regeneration occurring outside the tube, and conversely, the regeneration occurs inside the tube and the adsorption occurs outside the tube. It becomes possible. Accordingly, the high temperature gaseous water / ethanol mixture fed to the bed is effective in heat transfer.

즉, 베드로 공급되는 높은 온도의 기체 상태의 혼합물이 흡착되면서 발생되는 열원을 본 발명에 따른 멀티튜브에 의한 열전달 현상을 유도하고, 또한, 재생 단계에 있는 흡착제에도 열원으로 공급하여 흡착제의 재생성을 높이므로, 에너지의 절감 효과가 있다. That is, the heat source generated by the adsorption of the gaseous mixture of high temperature supplied to the bed induces a heat transfer phenomenon by the multitubes according to the present invention, and also increases the regeneration of the adsorbent by supplying the adsorbent in the regeneration step as a heat source. Therefore, there is an energy saving effect.

상기 도 2a 에서의 제1 유입구(12) 및 상기 도 2b 에서의 제1 유입구(32)로 유입되는 기체 상태의 물/에탄올 혼합물은 80 내지 95 부피%의 에탄올을 포함한다. 이에 있어서 본 발명에서는 각각 제1 유출구(14) 및 제1 유출구(34)로 유출되는 탈수된 에탄올이 모두 99.5 부피% 이상의 높은 에탄올 농도를 포함하게 된다. The gaseous water / ethanol mixture entering the first inlet 12 in FIG. 2A and the first inlet 32 in FIG. 2B comprises 80 to 95 volume percent ethanol. In this case, in the present invention, both the dehydrated ethanol flowing out to the first outlet 14 and the first outlet 34 respectively includes a high ethanol concentration of 99.5% by volume or more.

본 발명에서는 본 발명에 따른 멀티튜브형 베드 내에 2개 내지 10개의 튜브가 존재할 수 있다. In the present invention, two to ten tubes may be present in the multitubular bed according to the present invention.

본 발명에서 사용되는 상기 흡착제로는 제올라이트 3A 또는 4A 이다.The adsorbent used in the present invention is zeolite 3A or 4A.

또한, 상기 흡착제가 충진되는 멀티튜브형 베드의 튜브(10)의 내부(11)의 부피의 합과 튜브(10)의 외부(9)의 부피의 합은 동일한 용량으로 제작되는 것이 바람직하나, 상기 충진되는 흡착제는 바람직하게는 튜브(10)의 내부(11)에 대한 외부(9)에 충진된 무게비가 0.5 내지 2.0 인 것이 특징이다. In addition, the sum of the volume of the interior 11 of the tube 10 of the multi-tubular bed filled with the adsorbent and the volume of the outside 9 of the tube 10 is preferably manufactured to the same capacity, but the filling Adsorbent is preferably characterized in that the weight ratio of 0.5 to 2.0 is filled in the outer (9) to the inner (11) of the tube (10).

본 발명의 압력스윙흡착 탈수장치는 본 발명에 따른 멀티튜브형 베드(8)가 1개 내지 5개로 구성될 수 있다. Pressure swing adsorption dewatering device of the present invention may be composed of one to five multi-tubular bed (8) according to the present invention.

또한, 본 발명의 멀티튜브형 베드는 압력스윙흡착 탈수장치에서 전-흡착 공정, 후-흡착 공정, 또는 전-흡착 및 후-흡착 공정 모두에 사용될 수 있다. In addition, the multi-tube type bed of the present invention can be used in the pre-adsorption process, the post-adsorption process, or both the pre-adsorption and the post-adsorption process in the pressure swing adsorption dehydration apparatus.

상기 전-흡착 공정이라 함은 증류 과정에서의 다탑(2 내지 3개의 컬럼 이용) 농축과정을 없애고 단일탑(1개 컬럼 이용) 농축과정을 거친 제품으로서, 80 내지 90 부피%의 에탄올 원료를 이용하여 전-흡착 공정으로 상기 멀티튜브형 베드를 이용하여 92 내지 95 부피%까지 농축한 후 기존의 2개 베드를 가진 에탄올 탈수 공정을 이용하여 99.5 부피% 이상의 제품을 생산하는 공정이다.The pre-adsorption process is a product obtained by eliminating the multi-column (using 2 to 3 columns) concentration in the distillation process and concentrating the single-column (using 1 column), using 80 to 90% by volume of ethanol raw materials. In the pre-adsorption process by using the multi-tube-type bed to a concentration of 92 to 95% by volume, using a conventional two-bed ethanol dehydration process to produce a product of more than 99.5% by volume.

또한 후-흡착 공정이라 함은 상기 전-흡착공정 및 다탑 증류 공정에서 92 내지 96 부피%로 농축한 에탄올을 멀티튜브형 베드를 이용하여 99.5 부피%까지 탈수하여 제품을 생산하는 공정을 말한다.In addition, the post-adsorption process refers to a process of producing a product by dehydrating ethanol concentrated at 92 to 96% by volume in a multi-tube distillation step to 99.5% by volume using a multi-tube type bed.

공정 사이클 면에서는 전-흡착 공정 및 후-흡착 공정이 동일하며, 전-흡착 공정에서의 흡착제는 제올라이트 4A를 사용하는 것이 바람직하며, 후-흡착 공정에서의 흡착제는 제올라이트 3A를 사용하는 것이 바람직하다.In terms of the process cycle, the pre-adsorption process and the post-adsorption process are the same, and the adsorbent in the pre-adsorption process is preferably zeolite 4A, and the adsorbent in the post-adsorption process is preferably zeolite 3A. .

하기 표 1은 종래에 따른 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치에서의 공정 사이클 을 도시한 개요도이며, 하기 표 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치에서의 공정 사이클을 도시한 개요도를 나타낸다.Table 1 is a schematic view showing a process cycle in the ethanol pressure swing adsorption dehydration apparatus according to the prior art, Table 2 shows a process cycle in the multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration apparatus according to an embodiment of the present invention. A schematic is shown.

[표 1]TABLE 1

A 베드A bed 흡착absorption 감압Decompression 퍼지Fudge 가압Pressure 흡착absorption 감압Decompression 퍼지Fudge 가압Pressure B 베드B bed 감압Decompression 퍼지Fudge 가압Pressure 흡착absorption 감압Decompression 퍼지Fudge 가압Pressure 흡착absorption

[표 2]TABLE 2

튜브 내부Inside the tube 흡착absorption 감압Decompression 퍼지Fudge 가압Pressure 흡착absorption 감압Decompression 퍼지Fudge 가압Pressure 튜브 외부Tube outside 감압Decompression 퍼지Fudge 가압Pressure 흡착absorption 감압Decompression 퍼지Fudge 가압Pressure 흡착absorption

우선 상기 표 1에서 보는 바와 같이, 종래의 탈수장치는 두 개의 베드로 구성되어 있으며, 한쪽 베드에서 제품 생산이 되는 동안 다른 쪽 베드에서 흡착제 재생이 이루어지며, 이러한 과정이 두 개의 베드에서 반복적으로 이루어지는 시스템으로 구성된다. First, as shown in Table 1, the conventional dewatering device is composed of two beds, while the adsorbent regeneration is performed in the other bed during the production of the product in one bed, this process is repeated in two beds It consists of.

또한, 종래의 탈수 장치에서는 감압 시간 0.5 내지 1 min, 퍼지 시간 2.5 내지 5 min, 및 가압 시간 0.5 내지 1 min으로 구성되어 총 흡착되는 시간은 3.5 내지 7 min이 소요된다. In addition, in the conventional dehydration apparatus, the decompression time is 0.5 to 1 min, the purge time is 2.5 to 5 min, and the pressurization time is 0.5 to 1 min, and the total adsorption time takes 3.5 to 7 min.

이때, 상기 퍼지 시간은 탈수된 제품의 일부가 유입되어 흡착제를 재생시키는 시간을 의미한다.In this case, the purge time means a time for regenerating the adsorbent by introducing a part of the dehydrated product.

이와 반면 본 발명에서는 상기 표 2에서 보는 바와 같이, 하나의 멀티튜브형 베드로 구성되어 있으며, 하나의 튜브 내부에서 탈수된 제품이 생산되는 것과 튜브의 외부에서 흡착제 재생이 일어나는 것이 교대로 이루어지며, 이러한 과정이 한 개의 베드에서 튜브의 내부 및 외부에서 반복적으로 이루어지는 시스템으로 구성된다. On the other hand, in the present invention, as shown in Table 2, consisting of one multi-tube-type bed, the dehydrated product is produced in one tube and the adsorbent regeneration takes place in the outside of the tube is alternately made, this process This one bed consists of a system which consists of repetition inside and outside the tube.

또한, 본 발명의 탈수 장치에서는 종래의 탈수 장치에서의 2.5 내지 5 min 의 긴 퍼지 시간이 튜브 내부와 외부 사이의 효율적인 열전달에 의해 1 내지 3 min 으로 단축되고, 감압시간은 종래 0.5 내지 1 min 에서 2 내지 4 min 으로 늘려 퍼지 공정에 사용되는 제품량을 최소화하여 생산성이 향상된다. In addition, in the dehydration apparatus of the present invention, the long purge time of 2.5 to 5 min in the conventional dehydration apparatus is shortened to 1 to 3 min by efficient heat transfer between the inside and the outside of the tube, and the decompression time is conventionally 0.5 to 1 min. Increase to 2 to 4 min to minimize the amount of product used in the purge process to improve productivity.

한편, 본 발명에서 흡착제로 제올라이트 3A를 사용하는 경우, 탈수된 에탄올 농도와 상기 흡착제가 재생되는 동안 유출되는 기체 상태의 물/에탄올 혼합물의 에탄올 농도를 하기 표 1에 나타내었다.On the other hand, when using zeolite 3A as the adsorbent in the present invention, the ethanol concentration of the dehydrated ethanol concentration and the gaseous water / ethanol mixture flowing out during the regeneration of the adsorbent is shown in Table 1 below.

상기 에탄올 농도는 정상 조업 상태에서 Karl-fisher 방법에 의한 수분 정량 분석법에 의해 측정되었다. 상기 정상 조업 상태라 함은 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치를 이용하여 지속적인 운전시 생산되는 제품이 Karl-fisher 방법에 의해 99.5 부피% 이상의 농도가 생산되는 조업 조건을 말한다. The ethanol concentration was measured by water quantitative analysis by Karl-fisher method in normal operation. The normal operating state refers to operating conditions in which a product produced during continuous operation using a multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration device produces a concentration of 99.5% by volume or more by the Karl-fisher method.

[표 1]TABLE 1

구분division 제1유출구(14) 및 제1 유출구(34)에서의 탈수된 에탄올 농도Dehydrated Ethanol Concentrations at the First Outlet 14 and the First Outlet 34 제2유출구(18) 및 제2 유출구(38)에서의 흡착제 재생시 유출되는 기체 상태의 물/에탄올 혼합물의 에탄올 농도Ethanol concentration of the gaseous water / ethanol mixture flowing out during adsorbent regeneration at the second outlet 18 and the second outlet 38 에탄올 농도
(부피%)Ethanol concentration
(volume%) 99.5 부피% 이상99.5% by volume or more 80 내지 85 부피% 80 to 85% by volume

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따라 흡착제로 제올라이트 3A를 사용하는 경우, 도 2a 및 도 2b에서 각각 제1 유출구(14)와 제1 유출구(34)로 유출된 에탄올의 농도는 99.5 부피% 이상임을 확인할 수 있으며, 또한, 도 2a 및 도 2b에서 각각 제2 유출구(18)와 제2 유출구(38)로 유출된 흡착제의 재생 시 유출되는 기 체 상태의 물/에탄올 혼합물의 에탄올 농도는 80 내지 85 부피%임을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, when the zeolite 3A is used as the adsorbent according to the present invention, the concentration of ethanol flowing out to the first outlet 14 and the first outlet 34 in FIGS. 2A and 2B, respectively, is 99.5% by volume. 2A and 2B, the ethanol concentration of the water / ethanol mixture in the gaseous state which is discharged during the regeneration of the adsorbent flowing into the second outlet 18 and the second outlet 38, respectively, is 80. It can be confirmed that it is from 85% by volume.

상기에서는 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위 속하는 것은 당연하다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 압력스윙흡착 탈수장치의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a pressure swing adsorption dewatering device according to an embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 구현예에 따른 멀티튜브형 베드의 개략도이다.2A and 2B are schematic diagrams of multi-tubular beds, respectively, according to one embodiment of the invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

2: 원료 저장조 4: 히터기2: raw material reservoir 4: heater

6, 20: 4웨이(way) 밸브 8: 멀티튜브형 베드6, 20: 4-way valve 8: multitube bed

9: 튜브의 외부 10: 튜브 9: outside of the tube 10: tube

11: 튜브의 내부 12, 32: 제1 유입구 11: inside of tube 12, 32: first inlet

14, 34: 제1 유출구 16, 36: 제2 유입구14, 34: first outlet 16, 36: second inlet

18, 38: 제2 유출구 22: 제품 저장조18, 38: second outlet 22: product reservoir

24: 진공 펌프 24: vacuum pump

Claims (7)

흡착제가 내외부로 충진된 복수 개의 튜브;A plurality of tubes in which the adsorbent is filled in and out; 상기 튜브의 상단에 위치하며, 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 유입되는 복수 개의 제1 유입구;A plurality of first inlets positioned at an upper end of the tube and into which a gaseous water / ethanol mixture is introduced; 상기 튜브의 하단에 위치하며, 상기 제1 유입구로 유입된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 상기 튜브의 내부를 통과하는 동안 상기 흡착제가 물을 흡착함으로써 탈수된 에탄올이 유출되는 복수 개의 제1 유출구;A plurality of first outlets positioned at a lower end of the tube and through which the adsorbent adsorbs water while the gaseous water / ethanol mixture introduced into the first inlet passes through the inside of the tube; 상기 제1 유입구와 상기 제1 유출구의 사이에 위치하며, 상기 제1 유출구로 유출된 탈수된 에탄올이 유입되는 복수 개의 제2 유입구; 및A plurality of second inlets positioned between the first inlet and the first outlet and into which dehydrated ethanol flows into the first outlet; And 상기 제1 유입구와 상기 제1 유출구의 사이에 위치하며, 상기 제2 유입구로 유입된 탈수된 에탄올이 상기 튜브의 외부를 통과하는 동안 상기 물을 흡착한 흡착제의 재생에 의해 형성된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 유출되는 복수 개의 제2 유출구를 포함하는 멀티튜브형 베드를 포함하는Located between the first inlet and the first outlet, gaseous water formed by regeneration of the adsorbent adsorbing the water while dehydrated ethanol entering the second inlet passes through the outside of the tube / A multi-tubular bed comprising a plurality of second outlets through which the ethanol mixture flows out. 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치.Multitube type ethanol pressure swing adsorption dehydrator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 튜브는 상기 멀티튜브형 베드 내에 2개 내지 10개가 존재하는 것인 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치. The tube is a multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dewatering device is present in the 2 to 10 in the multi-tube bed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 흡착제는 제올라이트 3A 또는 4A인 것인 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치.The adsorbent is zeolite 3A or 4A multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 흡착제는 상기 튜브의 내부에 대한 외부에 충진된 무게비가 0.5 내지 2.0 인 것인 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치.The adsorbent is a multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dewatering device is a weight ratio of 0.5 to 2.0 filled to the outside to the inside of the tube. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 멀티튜브형 베드는 1개 내지 5개로 구성된 것인 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치. The multi-tube type bed is composed of one to five multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탈수된 에탄올은 99.5 부피% 이상의 에탄올을 포함하는 것인 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치. The dehydrated ethanol is a multi-tube type ethanol pressure swing adsorption dehydration device containing more than 99.5% by volume ethanol. 흡착제가 내외부로 충진된 복수 개의 튜브;A plurality of tubes in which the adsorbent is filled in and out; 상기 튜브의 한 쪽 측면에 위치하며, 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 유입되는 복수 개의 제1 유입구;A plurality of first inlets positioned on one side of the tube and into which a gaseous water / ethanol mixture is introduced; 상기 튜브의 다른 쪽 측면에 위치하며, 상기 제1 유입구로 유입된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 상기 튜브의 외부를 통과하는 동안 상기 흡착제가 물을 흡착함으로써 탈수된 에탄올이 유출되는 복수 개의 제1 유출구;Located on the other side of the tube, a plurality of first ethanol dehydrated by the adsorbent adsorbs water while the gaseous water / ethanol mixture flowing into the first inlet passes through the outside of the tube Outlet; 상기 튜브의 하단에 위치하며, 상기 제1 유출구로 유출된 탈수된 에탄올이 유입되는 복수 개의 제2 유입구; 및A plurality of second inlets positioned at a lower end of the tube and into which dehydrated ethanol flows into the first outlet; And 상기 튜브의 상단에 위치하며, 상기 제2 유입구로 유입된 탈수된 에탄올이 상기 튜브의 내부를 통과하는 동안 상기 물을 흡착한 흡착제의 재생에 의해 형성된 기체 상태의 물/에탄올 혼합물이 유출되는 복수 개의 제2 유출구를 포함하는 멀티튜브형 베드를 포함하는Located at the top of the tube, a plurality of gaseous water / ethanol mixture formed by the regeneration of the adsorbent adsorbed the water while the dehydrated ethanol flowing into the second inlet passes through the inside of the tube is a plurality of A multitube bed comprising a second outlet 멀티튜브형 에탄올 압력스윙흡착 탈수장치. Multitube type ethanol pressure swing adsorption dehydrator.
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