KR101534650B1 - 폐가스 스트림 흡착으로부터 고가치 성분을 회수하는 방법 및 시스템 - Google Patents

폐가스 스트림 흡착으로부터 고가치 성분을 회수하는 방법 및 시스템 Download PDF

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티모시 크리스토퍼 골든
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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 (a) 작동 설비에서, 요망하는 성분 및 하나 이상의 요망하지 않는 성분을 포함하는 폐가스를 요망하는 성분에 대해 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 흡착기에 도입하고, 흡착기에서 요망하는 성분의 적어도 일부를 흡착시키고; 및 (b) 흡착기로의 폐가스의 흐름을 종결시키고; 및 (c) (1) 흡착기를 분리시키고, 흡착기를 중앙 처리 설비로 운반하거나, (2) 흡착기로부터 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스를 배출시키고, 중간체 가스를 압축시켜 이를 용기 내에 저장하고, 용기를 분리시키고, 용기를 중앙 처리 설비로 운반하여, 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물을 제공하는 것을 포함하는 폐가스로부터 요망하는 성분을 회수하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

폐가스 스트림 흡착으로부터 고가치 성분을 회수하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR RECOVERING HIGH-VALUE COMPONENTS FROM WASTE GAS STREAMS ADSORPTION}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2012년 1월 27일자 출원된 미국 출원 제13/359,053호, 및 2011년 2월 7일자 출원된 미국 가출원 제61/440,176호의 권익을 주장하며, 이 둘 모두는 그 전체 내용이 본원에 참조로 포함된다.
고가치 성분을 함유하는 가스 혼합물은 반도체 직접 회로, 액정 패널, 태양광 배터리, 태양광 패널, 및 자기 디스크의 제조와 같은 다양한 용도에, 그리고 항공우주 장비 및 조명 부품의 제조에 사용된다. 고가치 가스상 성분은 또한 의료 분야에서 다양한 용도로 사용된다. 이들 고가치 성분의 사용은 고가치 성분을 함유하는 유출 가스 또는 폐가스, 및 일부 경우에는 부산물 성분을 생성시킬 수 있으며, 이들 성분은 종종 일반적으로 불활성 가스를 포함하는 가스 스트림 중에 비교적 낮은 농도로 존재한다.
이들 성분의 높은 비용, 및 또한 이들 성분 중 일부의 독성으로 인해, 성분을 회수하여 처리 또는 재사용하는 것이 바람직하다. 고가치 성분의 예로는 예를 들어, 불활성 희가스, 예컨대 제논, 크립톤, 아르곤, 및 헬륨, 및 반응성 성분, 예컨대 아르신, 수소, 중수소, 포스핀, 게르만, SF6, HF, NF3, CF4, C2F6, 및 C3F8을 포함한다.
공정 가스 유출물 또는 폐가스 혼합물로부터 이러한 성분을 분리하고 회수하기 위한 흡착 공정은 널리 공지되어 있다. 이를 위한 대표적인 흡착 공정은 예를 들어, U. S. 특허 제6,605,134호, 제7,258,725호, 제7,261,763호, 및 제7,285,154호에 개시되어 있다.
이들 고가치 성분을 회수하려는 경제적인 동기는 독성의 고가치 성분의 방출에 대한 엄격한 환경 규제가 지속적으로 예상되기 때문에 중요하다. 광범위한 용도로 이러한 고가치 성분을 회수하고 재사용하기 위한 개선된 흡착 기반 공정이 당해 기술에 요구된다. 이러한 요구가 하기에서 기술되고, 하기 특허청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 양태에 의해 해결된다.
발명의 요약
본 발명의 한 가지 양태는 폐가스 혼합물로부터 요망하는 성분을 회수하기 위한 방법으로서,
(a) 작동 설비에서, 요망하는 성분 및 하나 이상의 요망하지 않는 성분을 포함하는 폐가스를 요망하는 성분에 대해 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기에 도입하고, 흡착 용기에서 요망하는 성분의 적어도 일부를 흡착시키고, 이로부터 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스를 배출시키는 단계; 및
(b) 흡착 용기로의 폐가스의 흐름을 종결시키는 단계;
(c) (1) 흡착 용기를 분리시키고, 흡착 용기를 중앙 처리 설비로 운반하고, 흡착 용기로부터 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스를 배출시키고, 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하여 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하거나,
(2) 흡착 용기로부터 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스를 배출시키고, 중간체 가스를 압축시켜 이를 압력 용기 내에 저장하고, 압력 용기를 분리시키고, 압력 용기를 중앙 처리 설비로 운반하고, 압력 용기로부터 중간체 가스를 배출시키고, 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하여 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공함에 의해 요망하는 성분을 회수하고 농축시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
작동 설비는 복수의 작동 설비 중 하나일 수 있다. 상기 방법은 단계(a)에서 흡착 용기에서 요망하는 성분을 흡착시키기 전에 흡착제 물질 상에 하나 이상의 다른 성분을 흡착시키는 것을 포함할 수 있으며, 이때 요망하는 성분은 다른 성분보다 흡착제 물질에 의해 더욱 강하게 흡착된다. 다른 성분은 요망하지 않는 성분 중 하나일 수 있다.
다른 성분의 흡착은 선택된 압력에서 또는 그 미만에서 수행될 수 있으며, 요망하는 성분의 흡착은 선택된 압력과 동일하거나 더 높은 압력에서 수행될 수 있다. 대안적으로, 다른 성분의 흡착은 선택된 압력에서 수행될 수 있고, 요망하는 성분의 흡착은 선택된 압력보다 낮은 압력에서 수행될 수 있다.
다른 성분의 흡착은 중앙 처리 설비에서 수행되어 그 위에 다른 성분이 흡착되어 있는 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기를 제공할 수 있고, 흡착 용기는 작동 설비 중 어느 하나로 운반될 수 있고, 폐가스는 단계(a)에서의 흡착 용기에 도입될 수 있다.
요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스의 배출은 감압, 배기, 가열, 퍼어징(purging) 또는 이들의 어떠한 조합을 사용하여 흡착제 물질을 재생시킴으로써 수행될 수 있다. 폐가스의 흡착 용기로의 흐름은 요망하는 성분의 돌파점(breakthrough)에서 종결될 수 있다.
요망하는 성분이 고갈된 유출 가스는 요망하는 성분에 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 추가의 흡착 용기에 도입될 수 있으며, 폐가스의 흡착 용기로의 흐름은 요망하는 물질의 돌파점 내지 요망하는 성분으로의 흡착제 물질의 포화 시점 사이에서 종결될 수 있고, 폐가스의 흡착 용기로의 흐름이 종결될 수 있고, 폐가스의 추가의 흡착 용기로의 흐름이 개시될 수 있고, 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스가 이로부터 배출될 수 있다. 흡착 용기는 중앙 처리 설비로 운반될 수 있고, 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스는 흡착 용기로부터 배출될 수 있고, 요망하는 성분은 중간체 가스로부터 분리되어 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공할 수 있다.
본 방법은 흡착 용기로 도입 전 폐가스 냉각, 흡착 용기의 외부 냉각, 및 흡착 용기의 내부 냉각으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 냉각 단계를 포함할 수 있다.
요망하는 성분은 제논, 크립톤, 아르곤, 헬륨, 수소, 중수소, 아르신, 포스핀, 게르만, SF6, SiH4, H2Se, HF, NF3, CF4, C2F6, C3F8, 및 플루오탄으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 요망하지 않는 성분은 질소, 산소, 수소, 헬륨, 크립톤, 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 요망하는 성분은 제논일 수 있고, 요망하지 않는 성분은 질소일 수 있다.
중앙 처리 설비에 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하기 위해 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하는 것은 극저온 증류에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 폐가스 혼합물로부터 요망하는 성분을 회수하기 위한 방법으로서,
(a) 흡착 기반 회수 시스템을 작동 설비에 제공하는 단계로서, 시스템이 요망하는 성분 및 하나 이상의 요망하지 않는 성분을 포함하는 폐가스로부터 요망하는 성분을 회수하도록 구성되고, 요망하는 성분이 운반가능한 용기에서 회수되고 농축되는 단계;
(b) 운반가능한 용기를 수용하도록 구성된 중앙 처리 설비를 제공하여 그로부터 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스 배출시키고, 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하여 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하는 단계;
(c) 작동 설비 내 흡착 기반 회수 시스템에 폐가스를 도입하고, 운반가능한 용기에서 요망하는 성분을 회수하고 농축시키는 단계;
(d) 운반가능한 용기를 중앙 처리 설비로 운반하는 단계; 및
(e) 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하여 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
작동 설비는 복수의 작동 설비 중 하나일 수 있다. 작동 설비에서, 본 방법은
(1) 폐가스가 요망하는 성분에 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기에 도입되고, 요망하는 성분의 적어도 일부가 흡착 용기에 흡착되고, 그로부터 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스가 배출되는 단계;
(2) 폐가스의 흡착 용기로의 흐름이 종결되는 단계; 및
(3) 흡착 용기가 분리되고, 흡착 용기가 중앙 처리 설비로 운반되고, 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스가 흡착 용기로부터 배출되고, 요망하는 성분이 중간체 가스로부터 분리되어 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하는 단계에 의해 수행될 수 있다.
흡착 용기로부터 중간체 가스를 배출시킨 후, 흡착 용기는 하나 이상의 다른 성분을 함유하는 가스로 가압될 수 있으며, 이때 요망하는 성분은 다른 성분에 비해 흡착제 물질에 의해 보다 더 강하게 흡착되고, 흡착 용기는 분리되어 단계 (1)에서 사용하기 위해 작동 설비 중 하나로 운반될 수 있다.
하나 이상의 다른 성분은 요망하지 않는 성분 중 어느 하나일 수 있다. 농축된 생성물 가스가 압력 용기에 도입되고, 폐가스를 생성하는 공정에서 재사용하기 위해 복수의 작동 설비 중 어느 하나로 운반된다.
작동 설비에서, 본 방법은
(1) 폐가스가 요망하는 성분에 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기에 도입되고, 흡착 용기 내 요망하는 성분의 적어도 일부를 흡착하고, 그로부터 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스가 배출되는 단계;
(2) 폐가스의 흡착 용기로의 흐름이 종결되는 단계;
(3) 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스가 흡착 용기로부터 배출되고, 중간체 가스가 압축되어 압력 용기에 저장되고, 압력 용기가 분리되는 단계; 및
(4) 압력 용기가 중앙 처리 설비로 운반되고, 중간체 가스가 압력 용기로부터 배출되고, 요망하는 성분이 중간체 가스로부터 분리되어 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하는 단계에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태는 폐가스 혼합물로부터 요망하는 성분을 회수하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 가공 설비에서 흡착 기반 회수 시스템을 포함하며, 흡착 기반 회수 시스템은 요망하는 성분 및 하나 이상의 요망하지 않는 성분을 포함하는 폐가스로부터 요망하는 성분을 회수하고 농축시켜 농축된 양의 요망하는 성분을 제공하도록 구성된다. 시스템은 또한 농축된 양의 요망하는 성분을 함유하고, 이를 작동 설비로부터 중앙 처리 설비로 운반하도록 구성된 운반가능한 용기를 포함하며, 운반가능한 용기는 (1) 농축된 양의 요망하는 성분을 압축 가스로서 수용하고 함유하도록 구성된 압력 용기, 또는 (2) 농축된 양의 요망하는 성분의 적어도 일부를 흡착된 상태로 함유하도록 구성된 흡착제 물질로 패킹된 압력 용기 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 시스템은 중앙 처리 설비에서 요망하는 성분을 추가로 회수하고 농축시켜 요망하는 성분이 풍부한 농축되고 압축된 생성물 가스를 제공하도록 구성된 최종 회수 및 농축 시스템을 포함한다.
도 1은 0℃에서 AgLiLSX 제올라이트 상의 제논 및 질소의 흡착에 대한 흡착 등온선을 나타낸다.
도 2는 30℃에서 카본 기반 흡착제 상의 제논 및 질소의 흡착에 대한 흡착 등온선을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 양태에 따라 폐가스 혼합물로부터 하나 이상의 요망하는 성분을 회수하고 농축하도록 구성된 흡착 시스템에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 4는 실시예 2에서 질소 중 0.5 부피%의 제논을 함유하는 폐가스 혼합물로부터의 제논 흡착에 대한 돌파점 곡선이다.
도 5는 실시예 2의 흡착제층 재생 동안 시간 대 유출 가스 중 제논 농도의 플롯이다.
도 6은 본 발명의 양태에 따라 폐가스 혼합물로부터 하나 이상의 요망하는 성분을 회수하고 농축하도록 구성된 회수 시스템의 일 구체예의 일부의 개략도이다.
유출 가스 또는 폐가스 혼합물로부터 고가치의 요망하는 성분의 회수는 고가치의 요망하는 성분이 흡착 기반 공정에 의해 회수되고 농축되는 하기 기재되는 방법에 의해 달성될 수 있다. 개시 단계는 고가치의 요망하는 성분을 사용하고, 공정 오프가스 스트림으로서 유출 가스 또는 폐가스 혼합물 생성하는 공정 작업(process operation)을 지닌 작동 설비에서 수행되며, 고가치 성분은 선택적 흡착에 의해 유출 가스 또는 폐가스 혼합물로부터 분리된다. 흡착이 완결된 후, 흡착된 성분을 함유하는 흡착 용기가 분리되고, 추가의 농축 및 회수를 위해 중앙 처리 설비로 운송된다. 대안적으로, 흡착 용기는 탈착된 성분이 배출되고, 압축되고, 운반가능한 가스 저장 용기에 저장됨에 의해 공지된 재생 방법에 의해 재생될 수 있다. 이후, 용기는 고가치의 요망하는 성분의 추가의 농축 및 회수를 위해 중앙 처리 설비로 운송될 수 있다. 대안적으로, 흡착 용기로부터 배출된 탈착된 성분은 압축되고, 제 2 흡착기에 공급되어 회수된 고가치의 요망하는 성분의 제 2 농화(enrichment)를 수행함으로써 회수 후 물질을 운반하는 비용을 더욱 감소시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 농화된 공급 가스를 사용하는 흡착층은 농화되지 않은 공급 가스 스트림을 사용하는 것에 비해 고가치의 요망하는 성분을 더욱 농화시킬 것이다. 몇몇 경우에서, 추가의 농화된 생성물은 재사용을 위한 공정 작업으로 즉시 재순환될 수 있다.
중앙 처리 설비에서 고가치의 요망하는 성분을 최종 회수하고 농축시킨 후, 재생된 흡착 용기 또는 빈 가스 저장 용기는 작동 설비에서 재사용하기 위해 반송되거나 또 다른 유사한 작동 설비에서 사용하기 위해 운송될 수 있다. 또한, 회수된 고가치의 요망하는 성분은 작동 설비 또는 또 다른 유사한 설비에서 재사용하기 위해 운송될 수 있다. 회수 방법은 공정 유출 가스 혼합물을 생성하고, 중앙 처리 설비와 함께 작동하는 복수의 작동 설비를 이용하며, 이때 흡착 용기 및 가스 저장 용기는 요구되는 바에 따라 작동 설비로 반송된다.
본 발명의 또 다른 양태는 중앙 처리 설비에서 재생 후 작동 설비에서 사용하기 위해 흡착 용기를 반송하기 전에 흡착제 물질 상의 하나 이상의 다른 성분을 흡착하는 것이다. 대안적으로, 흡착제 물질 상의 하나 이상의 다른 성분의 흡착은고가치의 요망하는 성분의 회수 전에 작동 설비에서 수행될 수 있다. 하기에서 보다 자세히 기술되는 바와 같이, 본 발명의 이러한 양태는 새롭게 재생된 흡착 용기를 사용하는 것과 비교하는 경우, 고가치의 요망하는 성분을 함유하는 가스 혼합물이 흡착 용기를 통과하는 경우 흡착열을 감소시키는 이점을 지닌다.
본원에서 사용되는 용어 "성분"은 가스 또는 가스 혼합물 중에 혼합된 원소 또는 화합물이다. 요망하는 성분은 공정으로부터의 공정 유출 가스, 공정 오프가스, 또는 폐가스 혼합물로부터 회수되는 고가치, 고가, 또는 독성 성분이다. 회수된 요망하는 성분은 공정 유출 가스, 공정 오프가스, 또는 폐가스를 생성하는 공정에서 재사용될 수 있다. 요망하지 않는 성분은 요망하는 성분 이외의 어떠한 성분이다. 하나 이상의 요망하는 성분이 본원에 기재되는 방법을 사용하는 공정으로 회수될 수 있다.
작동 설비는 고가치 성분을 함유하는 공정 유출 가스, 공정 오프가스, 또는 폐가스 혼합물을 생성하는 공정 및 공정 장비를 이용하는 장소이다. 작동 설비는 복수의 작동 설비 중 어느 하나일 수 있으며, 각각의 작동 설비는 동일한 요망하는 성분 또는 상이한 요망하는 성분을 함유하는 공정 유출 가스, 공정 오프가스, 또는 폐가스 혼합물을 생성한다. 용어 "중앙 처리 설비"는 요망하는 성분 및 하나 이상의 요망하지 않는 성분을 함유하는 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 회수하고 농축시키도록 구성된 최종 회수 및 농축 시스템을 포함하는 공정 장비로서 정의된다. 작동 설비는 중앙 처리 설비로부터 다양한 거리에 위치할 수 있다.
중간체 가스는 고가치의 요망하는 성분을 함유하는 공정 유출 가스, 공정 오프가스, 또는 폐가스 혼합물의 흡착 처리에 의해 얻어지는 요망하는 성분이 풍부한 가스 혼합물로서 정의된다. 중간체 가스는 흡착된 요망하는 성분을 함유하는 흡착 용기의 재생에 의해 얻어진다. 압축 가스는 대기압 초과의 압력에서 가스 상태로 있거나, 성분 또는 성분의 혼합물의 임계 압력보다 높은 압력에서 압축된 유체 상태로 있는 성분 또는 성분의 혼합물로서 정의된다.
용어 "농축된 양"은 요망하는 성분과 하나 이상의 요망하지 않는 성분의 초기 혼합물 중 요망하는 성분의 농도보다 더 높은 체적 농도로 존재하는 요망하는 성분의 양으로서 정의된다. 요망하는 성분의 농축된 양은 압축 가스, 흡착된 가스, 또는 압축 가스와 흡착된 가스의 조합으로서 존재할 수 있다.
보다 강하게 흡착된 성분은 흡착제 물질 상에 덜 강하게 흡착된 또 다른 성분에 대해 흡착제 물질에 의해 선택적으로 흡착된 성분이다. 흡착 기반 회수 시스템은 요망하는 성분을 회수하기 위한 시스템으로서 정의되며, 시스템은 적어도 요망하는 물질을 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기를 포함한다. 흡착 기반 회수 시스템은 또한 요망하는 성분이 그 안에 흡착된 후에 흡착 용기를 재생시키고, 재생 후에 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스를 수거하고, 중간체 가스를 압축하도록 구성된 그 밖의 공정 장비를 포함할 수 있다. 운반가능한 용기는 트럭, 기차, 비행기, 배, 또는 바지선에 의해 적법하게 운반될 수 있는 어떠한 용기이다.
용어 "돌파점"은 흡착 단계 동안 흡착기 유출 가스 중 요망하는 성분의 농도와 관련되며, 이러한 농도가 선결된 값에 도달하는 시점이다. 용어 "포화"는 용기로의 공급 가스 중 요망하는 성분의 농도와 용기로부터의 유출 가스의 농도가 동일한 흡착 용기의 상태를 나타낸다.
본원에서 사용되는 부정관사는 명세서 및 특허청구범위에 기재되는 본 발명의 양태에서 어떠한 특징에 적용되는 경우 하나 이상을 의미한다. 부정관사의 사용은 이러한 한정이 특별하게 명시되지 않는 한, 의미를 단수 특징으로 한정하지 않는다. 단수 또는 복수 명사 또는 명사구 앞의 정관사는 특정의 명시된 특징 또는 특정의 명시된 특징들을 나타내며, 그것이 사용되는 문맥에 따라 단수 또는 복수가 함축될 수 있다. 형용사 "어떠한"은 양이 어떠하든지 간에 상관없이 하나, 일부 또는 모두를 의미한다. 제 1 실체와 제 2 실체 사이에 위치하는 용어 "및/또는"은 (1) 제 1 실체, (2) 제 2 실체, 및 (3) 제 1 실체 및 제 2 실체 중 어느 하나를 의미한다.
작동 설비에서 요망하는 성분을 회수하기 위한 시스템은 압력 용기, 관(piping), 밸브, 매니폴드, 압력 지시기(pressure indicator), 유량 제어기 및 압축기 및/또는 진공 펌프를 포함하는 표준 공정 장비를 이용한다. 시스템은 또한 재생을 향상시키도록 가스 스트림, 압력 용기의 외부, 또는 압력 용기의 내부를 가열하도록 구성된 가열 장비를 포함할 수 있다. 흡착 용기로서 사용되는 압력 용기는 펠릿, 비즈, 압출물, 성형된 모노리쓰(formed monlith), 또는 흡착제 구조의 어떠한 다른 요망하는 타입의 형태로 흡착제 물질을 함유하며, 흡착제 물질은 당 분야에서 공지되어 있는 어떠한 방법에 의해 용기에 로딩되고 함유된다. 흡착제 물질은 폐가스 중 요망하지 않는 성분에 비해 요망하는 성분의 흡착에 선택적이며, 활성 카본, 제올라이트, 활성 알루미나 및 실리카 겔과 같이 가스 흡착에 적합한 어떠한 물질일 수 있다. 시스템 구성요소는 하기 기술되는 바와 같은 흡착 단계에 따라 흡착 용기의 재생에 적합할 수 있다.
흡착 용기는 각각의 단부에 포트 또는 개구가 있는 수평 또는 수직의 압력 용기일 수 있으며, 단부 중 하나는 흡착기 유입구를 구비하며, 나머지 하나는 흡착기 유출구를 구비한다. 대안적으로, 흡착 용기는 실린더의 한 단부에만 포트 또는 개구를 지닌 전형적인 압축 가스 실린더일 수 있다. 이러한 경우에서, 당해 기술에 공지되어 있는 바와 같이 (US 5,985,008에 개시되어 있는 것과 유사함) 밸브 및 딥 튜브(dip tube) 어셈블리가 사용될 수 있으며, 여기에서 공급 가스는 딥 튜브를 통해 실린더의 저부로 흐고, 가스는 흡착제 물질을 통해 흐르고, 유출 가스는 실린더의 상부에서 흘러 나간다. 공급 가스가 딥 튜브 어셈블리에서 환형 공간의 상부를 통해 유입되고, 유출 가스가 실린더의 저부로부터 딥 튜브를 거쳐 배출되는 반대 흐름 방향이 사용될 수 있다. 대안적으로, 흡착 용기는 드럼 또는 다른 타입의 밀폐된 용기일 수 있다. 용기는 스틸, 알루미늄, 폴리머 물질, 또는 복합 물질로 구성될 수 있다.
폐가스를 생성하는 공정으로부터 폐가스 흐름을 완충하기 위해 흡착 용기의 업스트림에 수거 용기를 배치하는 것이 유리할 수 있다. 압축기는 수거 용기로부터 흡착 용기로의 폐가스의 흐름을 가압하고 안정화시키기 위해 사용될 수 있다. 수거 용기는 흡착 공정의 효율을 저해할 수 있는 가스 압력 및 유량에서의 변동을 감소시킬 것이다.
흡착 용기는 불용 체적(dead volume)이 최소화되도록 그 안에 함유되는 흡착제의 양을 최대화하도록 설계되어야 한다. 용기는 패킹된 흡착제층의 한 단부로 폐가스를 도입하고, 패킹된 흡착제층의 나머지 단부로부터 배출 가스 또는 유출 가스를 배출하기에 적합해야 한다. 용기는 작동 설비와 중앙 처리 설비 간의 용이하고, 안정하고 합법적인 운송을 위해 설계되어야 한다. 흡착 용기는 단일의 운반가능한 용기일 수 있거나, 운반가능한 스키드(skid)에 설치된 다수의 용기 중 하나일 수 있다. 흡착 용기 설계는 요구되는 선적 규정, 요망하는 충전 압력, 요망하는 성분 및 요망하지 않는 성분에 관한 유해물질 규정, 및 용기 제조의 비용에 부합해야 한다.
흡착 용기의 작동은 폐가스가 흡착제 물질을 통과하고, 요망하는 성분이 흡착제에 의해 선택적으로 흡착되고, 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스가 용기로부터 배출되는 일반적인 흡착 단계를 포함한다. 이러한 유출 가스는 배출되고/거나, 추가로 처리되고/거나 또 다른 공정에서 재사용된다. 흡착 단계는 선결된 경과 시간에, 또는 흡착 용기로부터 유출 가스에서 선결된 요망하는 성분 농도가 관찰된 경우에 종결된다. 상기 농도는 돌파점이 발생함을 나타내는 낮은 농도일 수 있거나, 대안적으로 흡착 용기에 대해 폐가스 공급물에서의 농도에 근접하는 보다 높은 농도일 수 있으며, 이는 요망하는 성분으로의 흡착제의 포화에 근접함을 나타낸다. 흡착 용기는 요망하는 성분으로의 포화가 종결되도록 작동될 수 있다. 요망하는 성분의 적어도 일부는 흡착 용기에서 흡착된 상태로 존재할 것이다. 전형적으로, 요망하는 성분의 대부분은 흡착된 상태로 있고, 소량의 요망하는 성분이 흡착 용기 및 관련된 관 내 흡착제 층의 간극 용적에서, 그리고 어떠한 불용 체적에서 가스 또는 유체 상태로 존재한다.
흡착 단계의 종결 후 흡착 용기의 재생은 감압, 배기, 가열, 퍼어지, 또는 이들의 조합을 포함하는 어떠한 공지된 재생 방법에 의해 수행될 수 있다. 재생 동안 배출된 가스는 요망하는 성분이 농화되어 있으며, 분리되어 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공할 수 있는 중간체 가스로서 간주될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 재생은 작동 설비에서 수행되고, 재생 동안 배출된 가스는 상기 기재된 압력 용기의 운반가능한 형태에서 압축되고 저장된다. 용기는 중앙 처리 설비로 운반되고, 중간체 가스가 압력 용기로부터 배출되고, 요망하는 성분이 중간체 가스로부터 분리되어 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공한다. 이러한 분리는 증류, 압력 또는 진공 스윙 흡착, 막 투과, 또는 어떠한 다른 적합한 분리 방법에 의해 수행될 수 있다. 요망하는 성분을 포함하는 농축된 생성물 가스는 용기에서 압축되고, 저장되고, 폐가스를 생성하는 공정에서 재사용하기 위해 어떠한 작동 설비에 운송될 수 있다. 대안적으로, 중간체 가스는 또 다른 흡착 용기로의 공급물로서 사용될 수 있다. 이러한 가스는 고가치 성분이 농축되어 있기 때문에, 공급 가스중 농화된 고가치 성분을 지닌 흡착 용기의 후속 재생은 더욱 농화된 탈착 가스를 생성할 것이다. 이러한 추가의 농화는 제 2 흡착 용기를 사용함으로써 수행될 수 있다. 이는 운반 비용을 감소시키고, 중앙 처리 설비에서 순수한 생성물로의 품질 향상을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 흡착 용기는 돌파점에서 분리되고, 재생을 위해 중앙 처리 설비로 운송된다. 흡착 용기로부터 배출된 가스는 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스이고, 이러한 가스는 추가로 분리 처리되어 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공한다. 이러한 분리는 증류(극저온일 수 있음), 압력 또는 진공 스윙 흡착, 막 투과, 또는 어떠한 다른 적합한 분리 방법에 의해 수행될 수 있다. 농축된 요망하는 성분은 운반가능한 압력 용기에서 압축되고, 저장되고, 폐가스를 생성하는 공정에서 재사용하기 위해 어떠한 작동 설비에 운송될 수 있다. 또한, 재생된 흡착 용기는 폐가스로부터 요망하는 성분을 회수하는 흡착 공정에서 재사용하기 위해 어떠한 작동 설비로 운송될 수 있다.
가스 혼합물이 흡착 용기 내 완전히 재생된 흡착제 물질과 접촉하는 흡착 단계는 상당한 흡착열을 생성시킬 수 있다. 이것이 발생하면, 흡착되는 가스의 양이 온도가 증가함에 따라 감소하기 때문에 회수 단계의 효율은 감소할 것이다. 흡착열의 작은 일부는 고가치 성분의 흡착에 의해 생성되는데, 그 이유는 고가치 성분이 전형적으로 낮은 농도로 존재하고 있기 때문이다. 대부분의 흡착열은 앞서 재생된 흡착제 상의 가스 혼합물 중 잔류하는 요망하지 않는 성분의 동시 흡착에 의해 생성된다.
공정 성능에 대한 흡착열의 부작용은 다양한 열관리 단계, 예컨대, 공급 가스 사전 냉각, 흡착 용기의 외부 냉각, 또는 용기 내 열교환에 의한 내부 냉각에 의해 감소되거나 제거될 수 있다. 그러나, 작동 설비에 이러한 열 관리 단계를 제공하는 것은 여러 가지 이유로 바람직하지 않을 수 있다. 본 발명의 일 양태는 중앙 처리 설비에서 수행될 수 있는 추가의 공정 단계를 사용함으로써 이러한 문제점을 해결한다. 사전 처리 또는 사전 흡착 단계로서 정의될 수 있는 이러한 단계에서, 작동 설비에서의 흡착 용기에서 요망하는 성분을 흡착하기 전에 하나 이상의 다른 성분이 흡착제 물질 상에 흡착된다. 하나 이상의 다른 성분은 요망하는 성분보다 흡착제 물질에 의해 덜 강하게 흡착된다. 즉, 흡착제가 다른 성분에 비해 요망하는 성분에 대해 선택적이다. 하나 이상의 다른 성분은 멀리 있는 현장 설비에서 생성되는 가스 혼합물 중의 요망하지 않는 성분 중 하나일 수 있고/거나 고가치의 요망하는 성분보다 덜 강하게 흡착되는 추가의 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사전 흡착 단계에서 흡착제 물질 상에 흡착되는 요망하지 않는 성분은 질소, 산소, 헬륨, 아르곤, 아르곤, 공기 또는 상기 가스들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 몇몇 방법에 대해, 불활성 가스, 예컨대 질소, 아르곤 또는 헬륨이 바람직하다. 용기는 사전 흡착 단계에서 작동 설비에서 사용되는 예상된 흡착 압력보다 낮거나, 동일하거나, 높은 압력으로 가압될 수 있다. 용기를 초기에 예상된 흡착 압력보다 상당히 높은 압력으로 가압하는 것이 바람직할 수 있다. 이후, 요망하는 압력에서의 흡착 용기는 폐가스로부터 요망하는 성분을 회수하는 흡착 공정에서 재사용하기 위해 작동 설비로 운송된다.
중앙 처리 설비에서 이러한 사전 흡착 단계를 수행하는 것이 바람직할 수 있지만, 사전 흡착 단계가 바람직하게는 작동 설비에서 수행되는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우, 작동 설비 또는 중앙 작동 설비 중 어느 하나에서 재생된 후 흡착 용기는 추가의 가압 전에 요망하지 않는 성분을 함유하는 가스 또는 불활성 가스로 대기압 또는 그보다 약간 높은 압력으로 가압될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 요망하는 성분이 제 1 흡착 용기 내 폐가스로부터 회수되는 흡착 단계는 흡착제 물질의 사용을 최대화하기 위해 돌파점을 지나 작동될 수 있다. 재생되고, 상기 기재된 바와 같이 임의로 사전 흡착으로 처리된 제 2 흡착 용기가 돌파점 전에 소정 시점에서 제 1 흡착기의 유출구에 연결되고, 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스가 제 2 흡착기에 도입된다. 돌파점 후, 제 1 흡착기 유출물 중의 요망하는 성분은 제 2 흡착기에 흡착되고, 연달아 있는 두 개의 흡착기의 작동은 제 1 흡착기의 흡착제가 폐가스 공급물 중 요망하는 성분에 대해 포화될 때까지 계속된다. 이러한 시점에서, 폐가스 스트림은 제 2 흡착기의 유입구로 전환되고, 제 1 흡착기는 분리되고, 분리된 제 1 흡착기는 작동 설비에서 재생되거나 상기 기재된 바와 같이 재생을 위해 중앙 처리로 운송된다. 제 3 재생된 흡착기는 제 2 흡착기로부터의 유출 가스가 제 3 흡착기로 공급되도록 제 2 흡착기와 연달아 연결되며, 이러한 일련의 작동은 사이클 방식으로 계속된다.
상기 기술된 본 발명의 양태는 불활성 희가스, 예컨대 제논, 크립톤, 아르곤, 및 헬륨, 및 반응성 성분, 예컨대 아르신, 포스핀, 게르만, SF6, HF, NF3, CF4, C2F6, C3F8, SiH4, H2Se, H2, D2, 및 NH3, 및 마취 가스, 예컨대 플루오탄로부터 선택되나 이로 제한되는 것은 아닌 하나 이상의 고가치의 요망하는 성분의 회수에 적용될 수 있다. 폐가스 또는 공정 유출 가스 스트림 중의 요망하지 않는 성분은 성분 질소, 산소, 수소, 헬륨, 아르곤, 및 공기 중 어느 한 성분을 포함할 수 있다. 이들 폐가스 또는 공정 유출 가스 스트림은 반도체 직접 회로, 액정 패널, 태양광 배터리, 태양광 패널, 및 자기 디스크의 제조시에, 그리고 항공우주 장비 및 조명 부품의 제조시에 생성될 수 있다. 이들 유출 가스 스트림은 또한 의료 분야의 다양한 적용시에 생성될 수 있다.
상기 기재된 방법은 제논과 질소의 혼합물로부터 요망하는 성분으로서 제논을 회수하는 것에 의해 하기에서 예시되며, 이때 질소가 요망하지 않는 성분이다.
제논은 집적 회로(이방성 식각), 항공우주 산업(위성용 이온 추진 엔진), 여러 조명 제품(헤드라이트)의 제조, 및 평판 디스플레이의 제조에 사용된다. 제논은 신경보호제(neuroprotectant) 및 마취 가스로서 의료 분야에서 사용되며, 또한 단층촬영(기관 분광법(organ spectroscopy))에 사용된다. 이들 적용에서 제논의 사용 중, 질소와 같은 불활성 가스 중에 제논(예를 들어 < 2 부피 %)의 희석된 혼합물을 함유하는 유출 가스, 공정 오프가스, 또는 폐가스 스트림이 작동 설비에서 생성될 수 있다. 이러한 폐가스 스트림은 변동하는 유량에서 간헐적으로 생성될 수 있기 때문에, 종종 제논 회수 전에 홀딩 탱크(holding tank) 또는 용기에서 이러한 가스를 수거하는 것이 바람직할 수 있다.
대규모 공정에 있어서, 폐가스 스트림이 생성되는 작동 설비에서 이러한 폐가스 스트림으로부터 제논을 회수하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 많은 경우에, 작동 설비에서 제논을 현장에서 정제하는 것은 실행불가능할 수 있는데, 그 이유는 회수될 수 있는 제논의 양이 현장 회수 시스템의 비용에 타당성을 부여하지 않을 수 있기 때문이며, 이에 따라 폐가스 중 제논이 본 발명에 따라 농축되고, 제논 및 질소가 증류 또는 그 밖의 정제 방법에 의해 분리될 수 있는 중앙 처리 설비로 운반될 수 있다. 이러한 예시에서, 희석된 제논/질소 공정 유출 가스 또는 폐가스는 20 내지 1800 psia의 흡착 압력으로 압축되고, 주위 온도에서 제올라이트 AgLiLSX를 함유하는 흡착 용기로 공급된다. 대안적으로, 흡착 단계는 폐가스 스트림을 냉각시키고/거나 흡착제 물질 또는 흡착 용기를 냉각시킴으로써 감소된 온도에서 작동될 수 있다. 제논은 흡착제 상에 선택적으로 흡착되며, 또한 질소 중 일부가 흡착되고, 흡착되지 않은 질소는 흡착 용기로부터 배출된다. 질소에 대한 제논의 AgLiLSX 선택도가 도 1에 도시되어 있으며, 이는 0℃에서 제논 및 질소에 대한 흡착 등온선을 제시한다. 작동 설비로부터 운반되는 가스의 부피를 줄이기 위해, 흡착 용기 또는 제 2 흡착 용기를 사용하여 회수된 고가치 성분을 보다 높은 농도로 추가로 농화시키는 것이 유리할 수 있다.
폐가스 흐름은 제논 돌파점이 배출 가스에 발생할 때까지 계속되고, 흡착 용기가 분리되어 단절되고, 폐가스 흐름은 또 다른 이미 재생된 흡착 용기로 전환된다. 분리된 흡착 용기는 중앙 분리 설비로 운송되고 재생되어 중간체 제논-질소 스트림을 제공하고, 이 중간체 스트림은 제논/질소 혼합물로부터 극저온 증류에 의해 제논을 회수하도록 처리된다. 제논은 중앙 분리 설비에서 적어도 98 부피% 내지 100 부피%의 순도로 회수된다.
제올라이트 흡착제 AgLiLSX이 상기 예시된 바와 같이 사용되지만, 대안의 제논-선택적 흡착제, 예컨대 활성 카본, 실리카 겔, 및 활성 알루미나가 사용될 수 있다. 사란(saran)-유래된 활성 카본 및 코코넛 쉘 활성 카본 상의 Xe 및 N2에 대한 흡착 등온선이 도 2에 제시된다. 이들 등온선은 Xe가 N2 보다 사란 기반 카본 상에서 보다 강하게 흡착되며, 이에 따라 사란 기반 카본이 본원에 기재된 공정에 대해 유용한 흡착제임을 나타낸다. 흡착제 입도는 0.1 내지 3 mm의 범위일 수 있으며, 입도 분포는 흡착제 패킹 밀도를 최대화하도록 가능한 한 협소해야 한다. 구형 흡착제 입자가 흡착제 패킹 밀도를 최대화하기 위해 사용될 수 있다. 흡착 용기 내부 용적의 90% 이상은 흡착제로 패킹되어야 한다.
흡착제는 흡착 용기에 직접 배치될 수 있거나, 바람직하게는 당해 기술에 공지되어 있는 바와 같이 스크린 지지체에 의해 한 단부 또는 양 단부에서 지지될 수 있다. 흡착제는 요망하는 성분을 위한 흡착 용기의 저장 용량을 최대화시키기 위해 가능한 치밀하게 패킹되어야 한다. 강설 로딩 기술(snowfall loading technique)이 치밀 패킹 흡착 용기를 위해 보편적으로 사용되며, 본원에서 기술되는 적용에 대해 유리하다.
흡착제는 요망하는 성분을 회수하기 위해 흡착 단계 전에 활성 상태로 존재해야 한다. 이는 불활성 가스 분위기 하에서, 예를 들어 글로브 박스 어셈블리(glove box assembly) 내에서 또는 용기를 통한 지속적인 불활성 가스 퍼어지와 함께 흡착 용기 내 이미 재생된 흡착제를 로딩시킴으로써 달성될 수 있다. 재생된 흡착제는 4시간 이상 동안 흐르는 불활성 가스 스트림 중에서 120℃ 이상으로 사용된 흡착제를 가열시킴으로써 제공될 수 있다. 대안적으로, 흡착제를 흡착 용기에 로딩하고, 그것을 원 위치에서 재생시키는 것이 가능하다. 이는 흡착 용기를 저압으로 배기시키고/거나 용기를 불활성 가스로 퍼어징시키면서 흡착 용기를 외부 가열함으로써 달성될 수 있다. 또한, 용기를 고온의 불활성 가스로 퍼어징시킴으로써 가열하는 것이 가능하다.
흡착 용기의 내부 표면은 흡착제 로딩 전에 전형적인 세정액으로 세정되어 탈착 단계 중에 중앙 처리 설비로 도입될 수 있는 불순물을 제거할 수 있다. 흡착용기가 활성화된 상태의 흡착제로 패킹되고, 폐가스의 처리 전이면, 용기는 탈착 중에 중간체 가스를 오염시킬 수 있는 가스 공극으로부터의 어떠한 불순물을 제거하도록 전처리될 수 있다. 전처리 공정은 매우 낮은 압력으로의 초기 배기 및 하나 이상의 요망하지 않는 가스 성분 또는 불활성 가스로의 퍼어징을 포함하여 어떠한 잔류하는 불순물 가스를 효과적으로 축출할 수 있다. 흡착 용기는 포티지브 압력(즉, 대기압 보다 높은)으로 요망하지 않는 가스 성분 또는 불활성 가스로 충전되어 용기의 저장 및 운송 동안 공기 진입 및 가능한 오염을 막을 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 요망하지 않는 성분 또는 요망하지 않는 성분들을 함유하는 가스로 중앙 처리 설비에서의 용기를 폐가스로부터 제논을 선택적으로 흡착하기 위해 흡착 용기에 사용되는 흡착 압력과 동일하거나 보다 높은 상승된 압력으로 가압하는 것이 유리할 수 있다. 질소는 이러한 예시에서 요망하지 않는 성분으로서 사용된다. 요망하지 않는 가스가 이러한 가압 단계 중에 흡착되는 경우, 열이 생성될 것이고, 흡착제 온도가 증가할 것이다. 용기는 상기 기술된 바와 같은 선행 단계에서 요망하지 않는 성분 또는 성분들로 선결된 보다 높은 압력으로 과충전될 수 있고, 이러한 압력은 용기가 주위 온도로 냉각되면 흡착 압력으로 감소할 것이다. 대안적으로, 용기는 유체 배쓰 내에 배치되어 가압 공정 중 열을 제거하고 흡착제 온도를 주위 상태로 유지시키는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 용기 내측에 또는 용기의 외부와 접촉하여 냉각 유체를 함유하는 내부 또는 외부 관을 통해 흡착제를 냉각시키는 것이 가능하다. 이러한 전처리 또는 사전 흡착 단계 후, 흡착 용기는 분리되고, 또 다른 제논 회수단계에 사용하기 위해 작동 설비 중 하나로 운송된다.
흡착제-충전된 용기는 폐가스 관을 용기의 유입구 관이음쇠에 연결시키고, 배출 가스 관을 용기의 유출구 관이음쇠와 연결시킴으로써 작동 설비에 설치된다. 폐가스 관 내 불활성 가스 공급 및 배출 가스 라인은 시스템으로의 공기 침윤을 막기 위해 폐가스 흐름이 흡착 용기로 개시되기 전에 불활성 가스로 관을 플러싱하는 것이 유리하다. 폐가스가 흡착 압력보다 높거나 동일한 압력에서 이용가능한 경우, 폐가스는 흡착 용기로 직접 공급될 수 있다. 폐가스가 보다 낮은 압력에서 이용가능한 경우, 폐가스의 압력을 흡착 압력으로 증가시키기 위해 압축기 또는 블로워(blower)가 필요할 것이다.
흡착 용기는 공정 배출과 함께 연달아 연결될 수 있다. 이는 폐가스를 생성시키는 업스트림 공정이 계속 작동되게 하면서 흡착 용기가 교체 또는 유지를 위해 오프라인이 취해지도록 허용한다. 이는 또한 업스트림 프로세싱(processing)이 회수를 위한 요망하는 농도보다 낮은 제논 농도를 지닌 폐가스를 생성할 때의 기간 동안 배출시키기 위해 폐가스의 전환을 허용한다. 이는 개선된 조작성을 유도하고, 흡착 용기에서 회수될 수 있는 제논의 양을 증가시킨다.
배출 가스관은 흡착 용기로부터 요망하지 않는 가스 성분을 배출시키기 위한 디바이스를 포함해야 한다. 이는 축적된 가스를 배출시키기 위해 필요에 따라 주기적으로 개방되는 차단 밸브일 수 있거나, 요망하지 않는 가스를 지속적으로 배출시키고, 흡착 용기 내 요구되는 압력 수준을 유지시키도록 조정될 수 있는 수동 또는 자동화 제어 밸브일 수 있다. 유리하게는, 시스템은 역압이 요망하는 흡착 압력 설정점을 초과하는 경우 요망하지 않는 가스를 자동으로 배출시키는 간단한 역압 조절기를 이용할 수 있다. 흡착 용기가 교체되는 경우 배출 가스관의 감압을 허용하기 위해 배출 라인이 제공될 수 있다.
본원에 기재되는 방법으로 사용하기 위한 예시적인 회수 시스템의 공정 흐름도가 도 3에 제시된다. 도 3에 도시된 구체예는 작동 설비에 위치할 수 있는 회수 시스템의 일부일 수 있다. 시스템은 안전 릴리프 밸브(7), 방출 밸브(9) 및 압축된 공급물 유입 매니폴드(11)와 함께 폐가스 공급물 유입 라인(1), 유입 밸브(3), 가스 블로워 또는 압축기(5)를 포함한다. 폐가스 공급물이 승압에서 이용가능한 경우, 가스 블로워 또는 압축기(5)가 필요하지 않을 수 있다. 유입 매니폴드(11)는 폐가스 공급물로부터 회수되어야 하는 요망하는 성분 또는 성분들의 흡착에 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기(13)의 유입구와 연결된다. 유입 매니폴드(11)는 용기(13)의 한 측면 상에 두 개의 밸브(20 및 21)를, 용기(13)의 다른 측면 상의 라인(14)에 두 개의 밸브(15 및 16)를 지니며, 이는 용기(13)의 설치 및 제거에 유용할 수 있다. 밸브(15)와 밸브(16) 사이, 그리고 밸브(20)와 밸브(21) 사이에는 분리가능한 관 연결부(미도시됨)가 있다. 흡착 용기 유출 밸브(15, 16)는 요망하지 않는 가스가 배출될 수 있는 흐름 제어 밸브(19)를 지닌 방출 매니폴드(17)에 연결된다. 또한, 매니폴드(17)는 요망하는 성분 또는 성분들을 회수하기 위한 흡착제 재생 및/또는 공정 단계 중 가스가 흡착 용기(13)로부터 배출 또는 배기에 의해 배출될 수 있는 배출 또는 배기 밸브(22)를 포함한다. 불활성 가스는 요망하는 성분 또는 성분들을 회수하기 위한 흡착제 재생 및/또는 공정 단계 중 퍼어징을 위해 밸브(23) 및 라인(25)을 통해 매니폴드(11)로 제공될 수 있다. 또한, 가스는 흡착제 재생 및/또는 요망하는 성분 또는 성분들의 회수 중 밸브(27) 및 라인(29)을 통해 배출되거나 배기될 수 있다.
일 구체예에서, 회수 단계는 폐가스를 약 10 cc/min 내지 약 100 ℓ/min의 유량으로 20 및 1800 psia의 흡착 압력에서 흡착 용기(13)를 통과시킴으로써 개시된다. 흡착 용기는 초기에 요망하는 흡착 압력보다 낮은 압력에서 요망하지 않는 가스를 함유할 수 있다. 이러한 경우, 폐가스 흐름은 흡착 용기를 흡착 압력으로 서서히 가압할 것이고, 이러한 압력은 역압 조절기에 의해 제어될 것이다. 요망하는 가스 성분과 요망하지 않는 가스 성분의 흡착으로 인해 이러한 느린 가압 단계 중에 열이 생성될 것이다. 흡착 용기에서의 온도는 대체적으로 폐가스 공급물의 유량, 흡착 용기의 기학학적 형태, 및 흡착 용기의 벽으로부터의 유효 열전달률에 의거할 것이다. 필요에 따라, 상기 기재된 열 관리 방법이 이 단계 중에 실행될 수 있다.
흡착 열의 바람직하지 않는 효과는 상기 기재된 바와 같이, 그리고 도 6과 관련하여 본 발명의 일 구체예에 대해 하기에서 기술되는 바와 같이 흡착 용기(13)를 사전 흡착 단계에서의 흡착 압력에서 요망하지 않는 가스 성분 또는 성분들, 예를 들어, 질소로 초기에 충전함으로써 완화될 수 있다. 이후, 폐가스는 동일 압력에서 흡착 용기에 공급되고, 이 압력은 역압 조절기를 통해 흡착 압력에서 유지된다. 이러한 대안에서, 흡착제가 미리 흡착된 요망하지 않는 성분으로 포화되어, 요망하는 가스 성분이 우선적으로 흡착되고, 흡착된 요망하지 않는 성분의 일부를 축출시킬 것이다. 요망하지 않는 성분의 탈착의 흡열은 요망하는 성분의 흡착의 발열을 상쇄시킬 것이고, 이로써 매우 낮은 수준의 열 발생 및 본질적으로 흡착 용기의 등온 작동을 유도할 것이다. 이는 작동 설비에서 열 관리 장비가 불필요할 수 있거나, 존재하는 경우 그것에 대한 열적 로드가 감소될 수 있기 때문에, 회수 시스템을 매우 단순화할 수 있다.
흡착 용기(13)는 흡착 단계 전 및/또는 동안 용기를 냉각시키기 위해 배쓰(미도시됨) 또는 기계식 디바이스(미도시됨)에 배치될 수 있다. 또한, 폐가스는 흡착 용기에 도입되기 전에 냉각될 수 있다. 공정은 도 1에 나타난 바와 같이 이러한 예시에서 0℃에서 수행되나, 온도는 실온 내지 -100℃ 또는 더욱 구체적으로 10℃ 내지 -20℃의 범위일 수 있다. 주위 온도 미만을 사용하는 것의 이점은 흡착제 상의 증가된 제논 로딩 및 가능하게는 보다 높은 제논 흡착 선택도이다. 이는 폐가스로부터 흡착되는 제논의 분율을 증가시키고, 나아가 중앙 처리 설비에서 처리되는 탈착된 중간체 가스 중에 보다 높은 제논 수준을 유도한다. 유리한 방법은 주위 온도에서 흡착 용기 내 최대 허용가능한 압력보다 낮은 압력에서 냉각된 흡착 용기를 폐가스로 포화시키는 것이다. 초기 압력은 용기가 주위 온도로 가온되는 경우, 용기 내 압력이 허용가능한 최대 용기 압력보다 낮게 유지되도록 선택되어야 한다.
흡착 용기(13) 내 흡착제의 제논 용량에 도달하게 되면, 제논 돌파점이 발생할 것이다. 돌파점을 규정하는 제논의 농도는 요망하는 제논 회수 정도, 폐가스 중 제논의 농도, 및 작동 설비에서 흡착 용기의 특이적 배열에 의거하여 달라진다. 규정된 돌파점 농도는 1 ppmv 내지 1 부피%의 범위일 수 있다. 이 시점에서, 폐가스 흐름이 또 다른 새로운 흡착 용기(미도시됨)으로 전환되고, 흡착 용기(13)가 분리되고, 밸브(20 및 21)와 밸브(15 및 16) 사이에서 시스템으로부터 단절되고, 중앙 처리 설비로 운송된다.
흡착기 유출 또는 배출 가스 스트림 중의 제논의 농도를 시간의 함수로서 측정하기 위해 어떠한 적용가능한 타입의 가스 분석기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 질량 분광계(mass spectrometer), 가스 크로마토그래피, 또는 초음파 기반 분석기가 사용되어 흡착기 유출물 중의 제논 농도를 측정할 수 있다.
두개의 흡착 용기가 연달아 연결되는 (미도시됨) 또 다른 방법은 제논의 회수를 최대화하는 것이 가능하다. 제 1 흡착 용기에서 제논 돌파점의 시작 시에 또는 전에, 제 1 용기로부터의 배출 가스가 제 2 재생된 흡착 용기에 공급된다. 제 1 흡착 용기로부터의 유출물 중의 제논은 제 2 흡착 용기에 흡착되고, 제 1 흡착 용기의 작동은 흡착제의 전체 용적이 흡착기 상태에서 제논으로 완전히 포화될 때까지 지속된다. 이는 용기 내 흡착되는 제논의 유효량을 최대화시키고, 제논 회수 공정의 효율을 증가시킨다. 제 1 용기가 포화되면, 용기는 제거되고, 분리되고, 운송을 위해 준비된다. 폐가스 공급물이 제 2 용기에 직접 보내지고, 제 3 흡착 용기가 제 2 용기와 연달아 연결된다. 적합한 밸브 및 관 매니폴드 어셈블리가 상기 기재된 일련의 작동을 수행하기 위해 사용된다.
도 6은 흡착된 제논을 함유하는 분리된 흡착 용기(13)가 트럭(70)을 통해 중앙 처리 설비(60)로 운반되는 것을 나타낸다. 중앙 처리 설비에서, 용기는 수용 매니폴드 시스템(62)에 연결된다. 수용 매니폴드 시스템(62)은 퍼어징되고, 배출되어 흡착 용기의 재생 전에 흡착된 가스로부터 공기 계열 오염물을 제거할 수 있다. 제논이 로딩된 흡착 용기(13)는 또한 다른 작동 설비로부터 도착할 수 있으며, 용기는 소정 시간에 공정 매니폴드(62)에 하나가 부착될 수 있거나 다중 용기가 매니폴드 시스템에 부착되고, 동시에 재생될 수 있다.
흡착된 성분은 용기(13) 내 가스 압력을 감소시킴으로써 탈착될 수 있으며, 이때 가스는 전형적으로 감압으로서 기술되는 단계인, 가스를 수거하는 중앙 처리 설비(60)에 용기 내부와 리시버(receiver)(미도시됨) 간의 압력차로 방출된다. 또한, 가스는 용기 압력을 < 100 Torr으로, 가능하게는 < 20 Torr로 감소시키기 위해 진공 시스템(63)에 의한 재생 동안 배출될 수 있다. 보다 낮은 압력은 배출되는 가스 중 회수되는 요망하는 성분의 농도를 증가시킬 것이다. 흡착제 용적을 배기 단계 중 요망하지 않는 가스(미도시됨)의 낮은 유량으로 퍼어징시키는 것이 유리하며, 이는 요망하는 성분의 탈착을 촉진시키고, 요망하는 성분의 회수를 증가시킨다. 또한, 배기 및 퍼어징 공정 동안 용기 내 흡착제의 온도를 증가시키는 것이 유리하다. 이는 용기의 외부 표면을 가열함으로써, 고온의 퍼어지 가스를 사용함으로써, 용기내 내부 가열 코일을 사용함으로써, 또는 가열된 배쓰, 또는 어떠한 임의의 조합을 통해 달성될 수 있다. 도 6에서, 매니폴드(62)에 부착되어 있는 탈착 공정 중의 용기(13)가 가열된 배쓰(65) 내에 도시된다. 재생 및 흡착 공정은, 배출, 퍼어지 및 가열 중 어떠한 조합을 포함할 수 있다.
탈착된 가스 중 제논의 농도를 증가시키기 위해, 탈착 공정 중 이 가스의 일부를 차단하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 1 atm으로의 초기 감압 중 얻어진 가스는 흡착제가 요망하는 가스 성분을 선택적으로 흡착하고 보유하기 때문에 주로 요망하지 않는 성분으로 구성될 것이다. 탈착 가스의 이러한 초기 부분은 제논의 유의한 손실 없이 배출될 수 있거나, 공급 가스로서 추가의 제논을 포집하기 위해 또 다른 흡착기로 재순환될 수 있다. 배기 및/또는 퍼어지 단계 중 얻어진 잔류 가스는 보다 높은 제논 농도를 지닐 것이고, 추가로 제논을 분리하고 농축시키기 위해 수거된 스트림일 것이다.
또한, 도 6에는 요망하는 성분이 이미 탈착된 흡착 용기(13)로의 하나 이상의 요망하지 않는 성분의 임의적인 사전 흡착 단계를 수행하는데 사용될 수 있는 시스템의 일 구체예가 도시된다. 도시된 바와 같이, 사전 흡착 단계는 탈착 단계에서의 하나 이상의 요망하는 성분의 회수가 종결된 후, 그리고 흡착 용기(13)가 트럭(71)을 통해 작동 설비로 다시 운반되기 전에 중앙 처리 설비(60)에서 수행된다. 도시된 바와 같이, 압축기(67)는 공급원(미도시됨)으로부터 요망하지 않는 가스 성분(들)을 요망하지 않는 성분(들)이 매니폴드(69)를 통해 흡착 용기(13)로 도입되는 압력으로 압축할 것이다. 도 6에 도시된 구체예에서, 용기(13)는 사전 흡착 단계 중 흡착 용기(13)로 가압된 요망하지 않는 가스를 도입하는 중에 생성되는 열을 용이하게 제거하기 위해 냉각 배쓰(68)에 위치한다. 사전 흡착 단계가 종결된 후, 요망하지 않는 성분을 함유하는 흡착 용기(13)는 요망하는 성분의 흡착 및 폐가스 혼합물로부터의 요망하는 성분을 회수하기 위한 나머지 단계를 반복하기 위해 트럭(71) 상에 로딩되어 작동 설비(미도시됨)로 반송된다. 도시되지 않은 대안의 구체예에서, 탈착 장비는 중앙 처리 설비(60)에서의 탈착 및 사전 흡착 단계 둘 모두에 대해 사용되도록 변형될 수 있으며, 이로써 이들 단계를 위한 두 개의 별개의 세트의 장비에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
하기 실시예는 상기 기재된 방법의 양태를 예시하는 것이나 이들 방법을 하기 기재된 특정 상세한 사항으로 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
본 방법의 일 양태는 작동 설비 또는 광역 플랜트 지역으로부터 Xe 함유 용기를 중앙 처리 설비로 운송하는 것을 포함한다. 용기의 운송에는 상당한 비용이 연관된다. 통상적인 가압 가스 실린더("빈 실런더"라 함)에서 또는 흡착제가 흡착된 Xe를 함유하는 흡착제 충전된 용기에서 Xe를 운송하는 것을 비교하기 위한 평가를 수행하였다.
사내 시뮬레이션 소프트웨어로 계산을 수행하여 흡착제로 패킹된 흡착 용기(13)에 효과적으로 로딩될 수 있는 Xe의 양을 계산하였다. 계산을 위해, 용기를 상업적으로 입수가능한 카본(PSC, Calgon Corporation로부터)을 함유하는 것으로 가정하였다. Xe 및 N2에 대한 등온선 데이타를 측정하고, 카본 상의 흡착 정도를 기술하기 위해 다성분 흡착 등온선 모델로 피팅(fitting)하였다. N2 중 1000 ppmv Xe로 구성된 공급 가스를 계산에서 사용하였다. "빈 실린더" 기본 경우는 간단히 공급 가스를 70℉에서 2000 psig로 압축하고, 중앙 처리 설비로 운반하기 위해 그것을 고압 가스 실린더에서 저장하는 것으로 구성되었다. 두번째 경우는 2000 psig 및 70℉에서 N2로 초기에 포화된 카본 충전된 가스 실린더(동일 크기)를 사용하였다. 이후, 공급 가스를 2000 psig 및 70℉에서 압축하고 흡착제 충전된 흡착 용기(13)로 공급하고, 도 3에 도시된 유량 제어 밸브(19)를 통해 폐가스를 차단하였다. Xe가 유출 가스 중 돌파점을 나타내기 시작하면 공급 가스를 중단시켰다. 이러한 상태 하에서, 흡착제층은 충전 공정 전반에 70℉의 그것의 초기 온도에서 유지되었다.
빈 실린더는 실린더 당 0.08 lb의 Xe를 저장할 수 있는 반면, 흡착제 충전된 흡착 용기(13)는 용기 당 1.7 lb의 Xe를 저장할 수 있다는 결과가 나타났다. 그러므로, 흡착제 충전된 용기는 흡착제를 함유하는 않는 21개의 가압 실린더에 해당한다. 이는 Xe를 중앙 처리 실비에 운반하는데 필요한 용기의 수가 본원에 기재된 방법을 사용하여 21배 극적으로 감소됨을 의미한다.
실시예 2
흡착제 충전된 용기에 Xe가 로딩되면, 최종적으로 흡착된 Xe를 회수하기 위해 처리되어야 한다. 현재 공정에서, 이는 중앙 처리 설비에서, 또는 대안적으로 차후 중앙 처리 설비로 운송하기 위한 Xe-풍부한 가스를 생성하는 작동 설비 또는 광역 플랜트에서 이루어진다. 어떻게 효과적으로 Xe를 흡착제로부터 탈착시킬 수 있는지와 어떠한 수준의 Xe이 생성될 수 있는 지를 알아내기 위한 실험을 수행하였다.
활성 카본 흡착제로 패킹된 1.77 인치 직경 x 12 길이 용기에서 실험을 수행하였다. 용기는 외부 냉각 및 가열을 위한 대책을 구비함으로써 Xe 공급 단계를 낮은 온도(~0℃)에서 수행할 수 있고, 보다 높은 온도(~100℃)에서 재생을 수행할 수 있었다. 2 slpm(standard liters per minute)의 N2 중 0.5 부피% Xe로 구성된 공급 가스를 90 psig 및 0℃에서 층에 공급하였다. 유출 가스 중 Xe의 수준을 사중극자 질량 분석법(quadrupole mass spectrometry)(QMS)에 의해 모니터링하고, 도 4에서 플롯팅하였다. Xe가 카본 흡착제로 제거되고, 약 600분(10시간)의 작동 후 층을 돌파하기 시작하였다.
이후, 층을 분리하고, Xe를 회수하기 위해 재생 단계로 처리하였다. 재생 단계는 1) 1 atm으로 감압, 2) <10 Torr로 배기, 3) 100℃로 외부 가열하면서 <10 Torr에서 압력 유지, 그리고 끝으로 200 sccm N2로 퍼어징하면서 온도를 100℃로, 그리고 압력을 < 10 Torr로 유지시키는 것으로 구성되었다. 이들 단계 중 유출 스트림의 조성을 제논 센서를 사용하여 모니터링하였으며, 도 5에 플롯팅하였다. 결과는 재생 중에, 특히 가열 및 퍼어지 단계 중에 높은 농도의 Xe가 생성되었음을 나타낸다. 재생 단계 중 생성된 모든 가스를 수거하였으며, 그러한 샘플에서 Xe의 평균 농도는 40 부피%였고, 이는 0.5부피%의 공급 가스 수준보다 80배 높은 것이었다. 재생 단계 중에 수거된 Xe의 총량은 공급 단계 중 용기에 공급된 Xe의 98%였다. 본 실시예는 흡착제 충전된 용기가 매우 높은 Xe 회수율로 Xe가 매우 풍부한 재생 가스를 생성하는데 사용될 수 있음을 나타낸다. 이 가스는 중앙 처리 설비에서 고순도 Xe로 효율적으로 분리될 수 있다.

Claims (24)

  1. (a) 작동 설비에서, 요망하는 성분 및 하나 이상의 요망하지 않는 성분을 포함하는 폐가스를 요망하는 성분에 대해 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기에 도입하고, 흡착 용기에서 요망하는 성분의 적어도 일부를 흡착시키고, 이로부터 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스를 배출시키는 단계로서, 상기 요망하는 성분이 제논 및 크립톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단계;
    (b) 흡착 용기로의 폐가스의 흐름을 종결시키는 단계; 및
    (c) (1) 흡착 용기를 분리시키고, 흡착 용기를 중앙 처리 설비로 운반하고, 흡착 용기로부터 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스를 배출시키고, 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하여 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하거나,
    (2) 흡착 용기로부터 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스를 배출시키고, 중간체 가스를 압축시켜 이를 압력 용기 내에 저장하고, 압력 용기를 분리시키고, 압력 용기를 중앙 처리 설비로 운반하고, 압력 용기로부터 중간체 가스를 배출시키고, 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하여 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공함에 의해 요망하는 성분을 회수하고 농축시키는 단계를 포함하는, 폐가스 혼합물로부터 요망하는 성분을 회수하기 위한 방법으로서,
    단계(a)에서 흡착 용기에서 요망하는 성분을 흡착시키기 전에 흡착제 물질 상에 하나 이상의 다른 성분을 흡착시키는 것을 포함하며, 이때 요망하는 성분은 다른 성분보다 흡착제 물질에 의해 더욱 강하게 흡착되는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 작동 설비가 복수의 작동 설비 중 하나인 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 다른 성분이 요망하지 않는 성분 중 하나인 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 다른 성분의 흡착이 선택된 압력에서 또는 그 미만에서 수행되며, 요망하는 성분의 흡착이 선택된 압력과 동일하거나 더 높은 압력에서 수행되는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 다른 성분의 흡착이 선택된 압력에서 수행되고, 요망하는 성분의 흡착이 선택된 압력보다 낮은 압력에서 수행되는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 다른 성분의 흡착이 중앙 처리 설비에서 수행되어 그 위에 다른 성분이 흡착되어 있는 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기를 제공하고, 흡착 용기가 작동 설비 중 어느 하나로 운반되고, 폐가스가 단계(a)에서의 흡착 용기에 도입되는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스의 배출이 감압, 배기, 가열, 퍼어징(purging) 또는 이들의 어떠한 조합을 사용하여 흡착제 물질을 재생시킴으로써 수행되는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 폐가스의 흡착 용기로의 흐름이 요망하는 성분의 돌파점(breakthrough)에서 종결되는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스가 요망하는 성분에 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 추가의 흡착 용기에 도입되며, 폐가스의 흡착 용기로의 흐름이 요망하는 성분의 돌파점 내지 요망하는 성분으로의 흡착제 물질의 포화 시점 사이에서 종결되고, 폐가스의 흡착 용기로의 흐름이 종결되고, 폐가스의 추가의 흡착 용기로의 흐름이 개시되고, 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스가 이로부터 배출되는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 흡착 용기가 중앙 처리 설비로 운반되고, 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스가 흡착 용기로부터 배출되고, 요망하는 성분이 중간체 가스로부터 분리되어 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하는 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 흡착 용기로 도입 전의 폐가스 냉각, 흡착 용기의 외부 냉각, 및 흡착 용기의 내부 냉각으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 냉각 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 요망하지 않는 성분이 질소, 산소, 수소, 헬륨, 크립톤, 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 하나 이상의 요망하지 않는 성분이 질소인 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 중앙 처리 설비에 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하기 위해 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하는 것이 극저온 증류에 의해 수행되는 방법.
  16. (a) 흡착 기반 회수 시스템을 작동 설비에 제공하는 단계로서, 시스템이 요망하는 성분 및 하나 이상의 요망하지 않는 성분을 포함하는 폐가스로부터 요망하는 성분을 회수하도록 구성되며, 요망하는 성분이 운반가능한 용기에서 회수되고 농축되며, 상기 요망하는 성분이 제논 및 크립톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단계;
    (b) 운반가능한 용기를 수용하도록 구성된 중앙 처리 설비를 제공하여 그로부터 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스 배출시키고, 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하여 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하는 단계;
    (c) 작동 설비 내 흡착 기반 회수 시스템에 폐가스를 도입하고, 운반가능한 용기에서 요망하는 성분을 회수하고 농축시키는 단계;
    (d) 운반가능한 용기를 중앙 처리 설비로 운반하는 단계; 및
    (e) 중간체 가스로부터 요망하는 성분을 분리하여 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하는 단계를 포함하는, 폐가스 혼합물로부터 요망하는 성분을 회수하기 위한 방법으로서,
    작동 설비에서,
    (1) 폐가스가 요망하는 성분에 선택적인 흡착제 물질을 함유하는 흡착 용기에 도입되고, 요망하는 성분의 적어도 일부가 흡착 용기에 흡착되고, 그로부터 요망하는 성분이 고갈된 유출 가스가 배출되는 단계;
    (2) 폐가스의 흡착 용기로의 흐름이 종결되는 단계; 및
    (3) 흡착 용기가 분리되고, 흡착 용기가 중앙 처리 설비로 운반되고, 요망하는 성분이 풍부한 중간체 가스가 흡착 용기로부터 배출되고, 요망하는 성분이 중간체 가스로부터 분리되어 요망하는 성분이 더욱 풍부한 농축된 생성물 가스를 제공하는 단계가 수행되며,
    흡착 용기로부터 중간체 가스를 배출시킨 후, 흡착 용기는 하나 이상의 다른 성분을 함유하는 가스로 가압될 수 있으며, 이때 요망하는 성분은 다른 성분에 비해 흡착제 물질에 의해 보다 더 강하게 흡착되고, 흡착 용기는 분리되어 단계 (1)에서 사용하기 위해 작동 설비 중 하나로 운반되는, 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. (a) 작동 설비에서의 흡착 기반 회수 시스템;
    (b) 농축된 양의 요망하는 성분을 함유하고, 이를 작동 설비로부터 중앙 처리 설비로 운반하도록 구성된 운반가능한 용기; 및
    (c) 중앙 처리 설비에서 요망하는 성분을 추가로 회수하고 농축시켜 요망하는 성분이 풍부한 농축되고 압축된 생성물 가스를 제공하도록 구성된 최종 회수 및 농축 시스템을 포함하는, 폐가스 혼합물로부터 요망하는 성분을 회수하기 위한 시스템으로서,
    흡착 기반 회수 시스템은 요망하는 성분 및 하나 이상의 요망하지 않는 성분을 포함하는 폐가스로부터 요망하는 성분을 회수하고 농축시켜 농축된 양의 요망하는 성분을 제공하도록 구성되고, 상기 요망하는 성분은 제논 또는 크립톤이며,
    운반가능한 용기는 (1) 농축된 양의 요망하는 성분을 압축 가스로서 수용하고 함유하도록 구성된 압력 용기, 또는 (2) 농축된 양의 요망하는 성분의 적어도 일부를 흡착된 상태로 함유하도록 구성된 흡착제 물질로 패킹된 압력 용기 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 회수 및 농축 시스템이 극저온 증류를 포함하는, 시스템.
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