KR101570392B1 - 암모니아 정제 시스템 및 암모니아의 정제 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 간단화된 방법으로 암모니아를 정제할 수 있고, 또한 에너지의 소비를 억제해서 암모니아를 효율적으로 정제할 수 있는 암모니아 정제 시스템을 제공한다.
암모니아 정제 시스템(100)은 유분 흡착탑(2)과 고비점 불순물 흡착부(3)와 기화기(5)를 포함한다. 유분 흡착탑(2)은 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분을 활성탄에 의해 흡착 제거한다. 고비점 불순물 흡착부(3)는 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 합성 제올라이트에 의해 흡착 제거한다. 그리고 기화기(5)는 고비점 불순물 흡착부(3)로부터 도출된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화하고, 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거한다.
암모니아 정제 시스템(100)은 유분 흡착탑(2)과 고비점 불순물 흡착부(3)와 기화기(5)를 포함한다. 유분 흡착탑(2)은 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분을 활성탄에 의해 흡착 제거한다. 고비점 불순물 흡착부(3)는 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 합성 제올라이트에 의해 흡착 제거한다. 그리고 기화기(5)는 고비점 불순물 흡착부(3)로부터 도출된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화하고, 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거한다.
Description
본 발명은 조암모니아(crude ammonia)를 정제하는 암모니아 정제 시스템 및 암모니아의 정제 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 및 액정 제조 공정에 있어서는 질화물 피막의 제작 등에 사용하는 처리제로서 고순도의 암모니아가 이용되고 있다. 이러한 고순도의 암모니아는 조암모니아를 정제해서 불순물을 제거함으로써 얻어진다.
조암모니아 중에는 메탄, 에탄, 프로판 등의 저차 탄화수소, 더 많은 탄소수를 갖는 고차 탄화수소, 수분, 및 수소, 질소, 산소, 아르곤, 일산화탄소 등의 저비점 가스가 불순물로서 포함되어 있다. 일반적으로 입수 가능한 조암모니아의 순도는 99.5중량% 정도이다.
반도체 제조 공정 및 액정 제조 공정에 있어서의 암모니아가 사용되는 공정의 종류에 따라 암모니아 중의 불순물이 영향을 미치는 방식은 다르다. 암모니아의 순도로서는 99.9999중량% 이상, 보다 바람직하게는 99.99999중량% 이상일 것이 요구된다.
조암모니아 중에 포함되는 불순물을 제거하는 방법으로서는 실리카겔, 합성 제올라이트, 활성탄 등의 흡착제를 이용하여 불순물을 흡착 제거하는 방법, 불순물을 증류 제거하는 방법이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는 액체상의 조암모니아로부터 고비점 불순물을 제거하는 제 1 증류탑과, 제 1 증류탑으로부터 도출된 기체상의 암모니아에 포함되는 불순물(주로 수분)을 흡착제에 의해 흡착 제거하는 흡착탑과, 흡착탑으로부터 도출된 기체상의 암모니아로부터 저비점 불순물을 제거하는 제 2 증류탑을 구비하는 암모니아 정제 시스템이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 기체상의 조암모니아에 포함되는 수분을 산화바륨으로 이루어지는 흡착제에 의해 흡착 제거한 후, 증류함으로써 암모니아를 정제하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1, 특허문헌 2에 개시되는 암모니아를 정제하는 기술에서는 조암모니아에 포함되는 불순물을 흡착탑에서 흡착 제거하고, 또한 증류탑에서 증류 제거해서 암모니아를 정제하지만, 증류탑으로부터 도출된 정제 후의 기체상의 암모니아는 응축되어서 액체 암모니아로서 회수된다. 즉, 특허문헌 1, 특허문헌 2에 개시되는 암모니아를 정제하는 기술에서는 조암모니아에 포함되는 불순물을 흡착·증류 제거하고, 또한 응축해서 정제된 액체 암모니아를 얻으므로 암모니아를 정제하는 방법으로서 간단화된 것이라고는 말할 수 없고, 암모니아를 정제하는 데에 많은 에너지가 필요하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 간단화된 방법으로 암모니아를 정제할 수 있음과 아울러 에너지의 소비를 억제해서 암모니아를 효율적으로 정제할 수 있는 암모니아 정제 시스템 및 암모니아의 정제 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 불순물이 포함되는 조암모니아를 정제하는 암모니아 정제 시스템으로서,
액체상의 조암모니아를 저류하는 저류부와,
상기 저류부에 저류된 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분(油分)을 활성탄에 의해 흡착 제거하여 액체상의 암모니아를 도출하는 제 1 흡착부와,
상기 제 1 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는, 암모니아보다 비점이 높은 고비점 불순물을 합성 제올라이트에 의해 흡착 제거하여 액체상의 암모니아를 도출하는 제 2 흡착부와,
상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리함으로써 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻는 기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 정제 시스템이다.
또한, 본 발명의 암모니아 정제 시스템은 상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 불순물의 농도를 분석하는 분석부를 더 포함하고,
상기 기화부가 상기 분석부에 의한 분석 결과에 의거하여 상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 기화할 때의 상기 소정의 기화율을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 암모니아 정제 시스템은 상기 기화부가 상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 기화할 때의 상기 소정의 기화율을 5∼20체적%로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 암모니아 정제 시스템은 상기 기화부가 상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 -50∼30℃의 온도 하에서 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 암모니아 정제 시스템은 상기 제 2 흡착부가 합성 제올라이트로서 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역과, 합성 제올라이트로서 MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 암모니아 정제 시스템은 상기 제 2 흡착부가 상기 제 1 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 흡착 제거하는 복수의 흡착부로서, 직렬 또는 병렬로 접속되는 복수의 흡착부를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 불순물이 포함되는 조암모니아를 정제하는 방법으로서,
액체상의 조암모니아를 저류하는 저류 공정과,
상기 저류 공정에서 저류된 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분을 활성탄에 의해 흡착 제거하는 제 1 흡착 공정과,
상기 제 1 흡착 공정에서 유분이 흡착 제거된 액체상의 암모니아에 포함되는, 암모니아보다 비점이 높은 고비점 불순물을 합성 제올라이트에 의해 흡착 제거하는 제 2 흡착 공정과,
상기 제 2 흡착 공정에서 고비점 불순물이 흡착 제거된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리함으로써 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻는 기화 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아의 정제 방법이다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 암모니아 정제 시스템은 불순물이 포함되는 조암모니아를 정제하는 시스템으로서, 저류부와, 제 1 흡착부와, 제 2 흡착부와, 기화부를 포함한다. 제 1 흡착부는 저류부에 저류된 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분을 활성탄에 의해 흡착 제거한다. 제 2 흡착부는 제 1 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 합성 제올라이트에 의해 흡착 제거한다. 그리고, 기화부는 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리함으로써 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻는다.
본 발명의 암모니아 정제 시스템에서는 기화부는 유분 및 수분, 고차 탄화수소 등의 고비점 불순물이 흡착 제거된 후의 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리하므로 메탄, 에탄, 프로판 등의 저차 탄화수소, 및 수소, 질소, 산소, 아르곤, 일산화탄소 등의 저비점 가스 등의 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻을 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 암모니아 정제 시스템에서는 종래 기술과 같이 환류를 수반하는 증류를 행하지 않고, 간단화된 방법으로 암모니아를 정제할 수 있음과 아울러 에너지의 소비를 억제해서 암모니아를 효율적으로 정제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 암모니아 정제 시스템은 분석부를 더 포함한다. 이 분석부는 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 불순물의 농도를 분석한다. 그리고, 기화부는 분석부에 의한 분석 결과에 의거하여 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 기화할 때의 기화율을 설정한다. 이렇게 기화부가 분석부에 의한 분석 결과에 따라 액체상의 암모니아를 기화할 때의 기화율을 설정하므로, 에너지의 소비를 억제해서 암모니아를 효율적으로 정제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기화부는 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 5∼20체적%의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리한다. 이것에 의해, 유분 및 고비점 불순물이 흡착 제거된 후의 액체상의 암모니아에 포함되는 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 수율 좋게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기화부는 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 -50∼30℃의 온도 하에서 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리한다. 이것에 의해, 유분 및 고비점 불순물이 흡착 제거된 후의 액체상의 암모니아를 효율적으로 기화해서 저비점 불순물이 분리 제거된 액체 암모니아를 얻을 수 있음과 아울러 그 액체 암모니아의 순도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 제 2 흡착부는 합성 제올라이트로서 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역과, MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역을 갖는다. 합성 제올라이트의 MS-3A는 수분에 대한 뛰어난 흡착능을 갖는 흡착제이며, MS-13X는 수분 및 탄화수소에 대한 뛰어난 흡착능을 갖는 흡착제이다. 이러한 흡착능을 갖는 MS-3A 및 MS-13X가 충전된 흡착 영역을 갖는 제 2 흡착부로 함으로써, 제 1 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 수분, 고차 탄화수소 등의 고비점 불순물을 효율적으로 흡착 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 제 2 흡착부는 직렬 또는 병렬로 접속되는 복수의 흡착부를 갖는다. 제 2 흡착부가 직렬로 접속되는 복수의 흡착부를 가질 경우에는 제 1 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 2 흡착부가 병렬로 접속되는 복수의 흡착부를 가질 경우에는 제 1 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 병렬로 접속되는 복수의 흡착부에 대하여 각각 구별한 상태에서 도입할 수 있으므로, 1개의 흡착부에서 흡착 제거하고 있는 동안에 사용이 완료된 다른 흡착부에서 다시 흡착 제거 동작이 가능하도록 사용이 완료된 다른 흡착부를 재생 처리할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 암모니아의 정제 방법은 불순물이 포함되는 조암모니아를 정제하는 방법으로서, 저류 공정과, 제 1 흡착 공정과, 제 2 흡착 공정과, 기화 공정을 포함한다. 제 1 흡착 공정에서는 저류 공정에서 저류된 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분을 활성탄에 의해 흡착 제거한다. 제 2 흡착 공정에서는 제 1 흡착 공정에서 유분이 흡착 제거된 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 합성 제올라이트에 의해 흡착 제거한다. 그리고, 기화 공정에서는 제 2 흡착 공정에서 고비점 불순물이 흡착 제거된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리함으로써 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻는다.
본 발명의 암모니아의 정제 방법에서는 기화 공정에 있어서 유분 및 수분, 고차 탄화수소 등의 고비점 불순물이 흡착 제거된 후의 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리하므로 메탄, 에탄, 프로판 등의 저차 탄화수소, 및 수소, 질소, 산소, 아르곤, 일산화탄소 등의 저비점 가스 등의 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻을 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 암모니아의 정제 방법에서는 종래 기술과 같이 환류를 수반하는 증류를 행하지 않고, 간단화된 방법으로 암모니아를 정제할 수 있음과 아울러 에너지의 소비를 억제해서 암모니아를 효율적으로 정제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 암모니아 정제 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 암모니아 정제 시스템(200)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 암모니아 정제 시스템(200)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 암모니아 정제 시스템(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 암모니아 정제 시스템(100)은 불순물이 포함되는 액체상의 조암모니아를 정제하는 시스템이다. 액체상의 조암모니아 중에는 유분, 및 메탄, 에탄, 프로판 등의 저차 탄화수소, 더 많은 탄소수를 갖는 고차 탄화수소, 수분, 및 수소, 질소, 산소, 아르곤, 일산화탄소 등의 저비점 가스가 불순물로서 포함되어 있다. 즉, 액체상의 조암모니아 중에는 유분과, 암모니아(비점 -33.44℃)보다 비점이 낮은 저차 탄화수소, 저비점 가스 등의 저비점 불순물과, 암모니아보다 비점이 높은 고차 탄화수소, 수분 등의 고비점 불순물이 포함되어 있다.
암모니아 정제 시스템(100)은 저류부인 저류 탱크(1), 제 1 흡착부인 유분 흡착탑(2), 제 2 흡착부인 고비점 불순물 흡착부(3), 분석부(4), 기화부인 기화기(5), 및 회수 탱크(6)를 포함해서 구성된다. 또한, 암모니아 정제 시스템(100)은 본 발명에 의한 암모니아의 정제 방법을 실현하고, 저류 탱크(1)에서 저류 공정을 실행하고, 유분 흡착탑(2)에서 제 1 흡착 공정을 실행하고, 고비점 불순물 흡착부(3)에서 제 2 흡착 공정을 실행하고, 기화기(5)에서 기화 공정을 실행한다.
저류 탱크(1)는 조암모니아를 저류하는 것이다. 본 실시형태에 있어서, 저류 탱크(1)에 저류되는 조암모니아는 순도 99.5중량% 정도이다.
저류 탱크(1)는 내압성 및 내부식성을 갖는 보온 용기이면 특별하게 제한되는 것은 아니다. 이 저류 탱크(1)는 조암모니아를 액체상의 암모니아로서 저류하고, 온도 및 압력이 일정 조건이 되도록 제어되고 있다. 저류 탱크(1)가 액체상의 조암모니아를 저류한 상태에서 저류 탱크(1)의 상부에는 기상이 형성되고, 하부에는 액상이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 저류 탱크(1)로부터 유분 흡착탑(2)으로 조암모니아를 도출할 때에는 조암모니아를 상기 액상으로부터 액체상의 조암모니아로서 도출한다. 저류 탱크(1)와 유분 흡착탑(2) 사이에는 제 1 배관(81)이 접속되어 있고, 저류 탱크(1)로부터 도출된 액체상의 조암모니아는 제 1 배관(81)을 흘러 통과해서 유분 흡착탑(2)에 공급된다.
제 1 배관(81)에는 제 1 배관(81)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 1 밸브(811)가 설치되어 있다. 액체상의 조암모니아의 유분 흡착탑(2)으로의 공급시에는 제 1 밸브(811)가 개방되어서 저류 탱크(1)로부터 유분 흡착탑(2)을 향하여 제 1 배관(81) 내를 액체상의 조암모니아가 흘러 통과한다.
저류 탱크(1)로부터 도출된 액체상의 조암모니아에는 컴프레서 등의 기기용 윤활 오일 등의 유분이 2∼15ppm 정도 포함된다. 이 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분의 함유량은 조암모니아를 기화시킨 후에 잔류하는 성분을 유분 농도계(OCMA-355, 가부시키가이샤 호리바세이사쿠죠 제)로 측정함으로써 구할 수 있다.
유분 흡착탑(2)은 저류 탱크(1)로부터 도출된 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분을 활성탄으로 이루어지는 흡착제에 의해 흡착 제거한다. 유분 흡착탑(2)에 충전되는 활성탄으로서는 야자 껍질 활성탄(쿠라레GG, 쿠라레케미컬 가부시키가이샤 제) 등을 들 수 있다.
유분 흡착탑(2)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 2 배관(82)을 흘러 통과해서 고비점 불순물 흡착부(3)와 접속되는 제 3 배관(83)에 공급된다.
제 2 배관(82)에는 유분 흡착탑(2)으로부터 제 3 배관(83)을 향해서 흘러 통과하는 액체상의 암모니아에 포함되는 중금속을 제거하기 위한 필터(7)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는 필터(7)는 폴리프로필렌(PP)제의 5㎛ 필터와, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)/PP제의 0.01㎛ 필터가 직렬로 접속된 2층 구조를 갖는다. 또한, 필터(7)는 유분 흡착탑(2)보다 암모니아의 흐름 통과 방향 하류측에 직접 접속해서 배치되는 것에 한정되는 것은 아니고, 후술하는 고비점 불순물 흡착부(3)보다 암모니아의 흐름 통과 방향 하류측에 배치하도록 해도 좋다. 또한, 도 1에서는 제 2 배관(82)에 1개의 필터(7)를 설치하는 구성을 나타냈지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니고 복수의 필터(7)를 제 2 배관(82)에 병렬로 접속하도록 해도 좋다. 예를 들면, 2개의 필터(7)를 제 2 배관(82)에 병렬로 접속하는 구성으로 했을 경우, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 중금속을 한쪽의 필터(7)에서 여과 분리 제거하고 있는 동안에 사용이 완료된 다른 필터(7)의 교환 작업을 행할 수 있다.
또한, 제 2 배관(82)에는 제 2 배관(82)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 2 밸브(821)가 필터(7)보다 암모니아의 흐름 통과 방향 상류측에 설치되어 있다. 액체상의 암모니아의 유분 흡착탑(2)으로부터 제 3 배관(83)을 향한 공급시에는 제 2 밸브(821)가 개방되어서 필터(7)를 통과하여 제 2 배관(82) 내를 액체상의 암모니아가 흘러 통과한다.
제 2 배관(82) 내를 흘러 통과해서 제 3 배관(83)에 공급된 액체상의 암모니아는 고비점 불순물 흡착부(3)에 도입된다. 고비점 불순물 흡착부(3)는 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아에 포함되는, 암모니아보다 비점이 높은 고비점 불순물을 합성 제올라이트로 이루어지는 흡착제에 의해 흡착 제거한다. 본 실시형태에서는 고비점 불순물 흡착부(3)는 복수의 흡착부인 제 1 흡착탑(31), 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)을 포함해서 구성된다.
제 1 흡착탑(31) 및 제 3 흡착탑(33)은 제 3 배관(83)에 병렬로 접속되어 있다. 제 3 배관(83)에는 제 3 배관(83)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 3 밸브(831) 및 제 4 밸브(832)가 설치되어 있다. 제 3 배관(83)에 있어서 제 3 밸브(831)는 제 1 흡착탑(31)의 상류측[즉, 제 1 흡착탑(31)의 탑 정부(頂部)측]에 배치되고, 제 4 밸브(832)는 제 3 흡착탑(33)의 상류측[즉, 제 3 흡착탑(33)의 탑 정부측]에 배치된다. 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아의 제 1 흡착탑(31)으로의 공급시에는 제 3 밸브(831)가 개방되고 제 4 밸브(832)가 폐쇄되어서 필터(7)로부터 제 1 흡착탑(31)을 향하여 제 3 배관(83) 내를 액체상의 암모니아가 흘러 통과한다. 또한, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아의 제 3 흡착탑(33)으로의 공급시에는 제 4 밸브(832)가 개방되고 제 3 밸브(831)가 폐쇄되어서 필터(7)로부터 제 3 흡착탑(33)을 향하여 제 3 배관(83) 내를 액체상의 암모니아가 흘러 통과한다.
이와 같이, 고비점 불순물 흡착부(3)가 병렬 접속되는 제 1 흡착탑(31) 및 제 3 흡착탑(33)을 가짐으로써, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아를 병렬 접속되는 제 1 흡착탑(31) 및 제 3 흡착탑(33)에 대하여 각각 구별된 상태로 도입할 수 있으므로, 예를 들면 제 1 흡착탑(31)에서 흡착 제거하고 있는 동안에 사용이 완료된 제 3 흡착탑(33)에서 다시 흡착 제거 동작이 가능하도록 사용이 완료된 제 3 흡착탑(33)을 재생 처리할 수 있다.
제 2 흡착탑(32)은 제 4 배관(84)을 통해서 제 1 흡착탑(31)과 직렬로 접속되어 있다. 즉, 제 4 배관(84)에 있어서 일단부는 제 1 흡착탑(31)의 탑 저부에 접속되고, 타단부는 제 2 흡착탑(32)의 탑 정부에 접속되어 있다. 이것에 의해, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과하여 제 1 흡착탑(31)에 도입된 액체상의 암모니아는 제 4 배관(84)을 흘러 통과해서 제 2 흡착탑(32)에 도입된다. 이렇게, 고비점 불순물 흡착부(3)가 직렬 접속되는 제 1 흡착탑(31) 및 제 2 흡착탑(32)을 가짐으로써, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 제 1 흡착탑(31) 및 제 2 흡착탑(32)에서 흡착 제거할 수 있으므로 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다.
제 2 흡착탑(32)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 5 배관(85)을 흘러 통과해서 기화기(5)와 접속되는 제 10 배관(90)에 공급된다.
제 5 배관(85)에는 제 5 배관(85)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 5 밸브(851) 및 제 6 밸브(852)가 설치되어 있다. 제 5 배관(85)에 있어서 제 5 밸브(851)는 암모니아의 흐름 통과 방향 상류측[즉, 제 2 흡착탑(32)측]에 배치되고, 제 6 밸브(852)는 암모니아의 흐름 통과 방향 하류측[즉, 제 10 배관(90)측]에 배치된다. 제 2 흡착탑(32)으로부터 도출된 액체상의 암모니아의 제 10 배관(90)으로의 공급시에는 제 5 밸브(851) 및 제 6 밸브(852)가 개방되어서 제 2 흡착탑(32)으로부터 제 10 배관(90)을 향하여 제 5 배관(85) 내를 액체상의 암모니아가 흘러 통과한다.
또한, 본 실시형태의 암모니아 정제 시스템(100)에서는 제 5 밸브(851)와 제 6 밸브(852) 사이에 있어서 제 5 배관(85)으로부터 분기되고, 분석부(4)에 접속되는 제 8 배관(88)이 설치되어 있다. 이 제 8 배관(88)에는 제 8 배관(88)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 9 밸브(881)가 설치되어 있다. 제 9 밸브(881)는 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아가 제 1 흡착탑(31) 및 제 2 흡착탑(32)에 도입될 경우에는 상시 개방되어서 분석에 필요한 극소량의 암모니아가 분석부(4)를 향하여 제 8 배관(88) 내를 흘러 통과한다.
제 4 흡착탑(34)은 제 6 배관(86)을 통해서 제 3 흡착탑(33)과 직렬로 접속되어 있다. 즉, 제 6 배관(86)에 있어서 일단부는 제 3 흡착탑(33)의 탑 저부에 접속되고, 타단부는 제 4 흡착탑(34)의 탑 정부에 접속되어 있다. 이것에 의해, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과하여 제 3 흡착탑(33)에 도입된 액체상의 암모니아는 제 6 배관(86)을 흘러 통과해서 제 4 흡착탑(34)에 도입된다. 이렇게, 고비점 불순물 흡착부(3)가 직렬 접속되는 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)을 가짐으로써, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)에서 흡착 제거할 수 있으므로 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다.
제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 7 배관(87)을 흘러 통과해서 기화기(5)와 접속되는 제 10 배관(90)에 공급된다.
제 7 배관(87)에는 제 7 배관(87)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 7 밸브(871) 및 제 8 밸브(872)가 설치되어 있다. 제 7 배관(87)에 있어서 제 7 밸브(871)는 암모니아의 흐름 통과 방향 상류측[즉, 제 4 흡착탑(34)측]에 배치되고, 제 8 밸브(872)는 암모니아의 흐름 통과 방향 하류측[즉, 제 10 배관(90)측]에 배치된다. 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아의 제 10 배관(90)으로의 공급시에는 제 7 밸브(871) 및 제 8 밸브(872)가 개방되어서 제 4 흡착탑(34)으로부터 제 10 배관(90)을 향하여 제 7 배관(87) 내를 액체상의 암모니아가 흘러 통과한다.
또한, 본 실시형태의 암모니아 정제 시스템(100)에서는 제 7 밸브(871)와 제 8 밸브(872) 사이에 있어서 제 7 배관(87)으로부터 분기되고, 분석부(4)에 접속되는 제 9 배관(89)이 설치되어 있다. 이 제 9 배관(89)에는 제 9 배관(89)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 10 밸브(891)가 설치되어 있다. 제 10 밸브(891)는 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아가 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)에 도입될 경우에는 상시 개방되어서 분석에 필요한 극소량의 암모니아가 분석부(4)를 향하여 제 9 배관(89) 내를 흘러 통과한다.
또한, 본 실시형태에서는 제 1 흡착탑(31)은 합성 제올라이트로서 MS-3A(세공 지름 3Å의 다공질 합성 제올라이트)가 충전된 제 1 흡착 영역(311)과, 합성 제올라이트로서 MS-13X(세공 지름 9Å의 다공질 합성 제올라이트)가 충전된 제 2 흡착 영역(312)을 갖는다. 제 1 흡착탑(31)에 있어서 제 1 흡착 영역(311)과 제 2 흡착 영역(312)은 직렬로 접속되어 있고, 제 1 흡착 영역(311)이 탑 정부측에 배치되고, 제 2 흡착 영역(312)이 탑 저부측에 배치되어 있다.
또한, 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)은 각각 제 1 흡착탑(31)과 마찬가지로 구성된다. 구체적으로는, 제 2 흡착탑(32)에서는 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역(321)이 탑 정부측에 배치되고, MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역(322)이 탑 저부측에 배치되어 있다. 제 3 흡착탑(33)에서는 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역(331)이 탑 정부측에 배치되고, MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역(332)이 탑 저부측에 배치되어 있다. 제 4 흡착탑(34)에서는 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역(341)이 탑 정부측에 배치되고, MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역(342)이 탑 저부측에 배치되어 있다.
합성 제올라이트의 MS-3A는 수분에 대한 뛰어난 흡착능을 갖는 흡착제이며, MS-13X는 수분 및 탄화수소에 대한 뛰어난 흡착능을 갖는 흡착제이다. 이러한 흡착능을 갖는 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역, 및 MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역을 갖는 제 1 흡착탑(31), 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)으로 함으로써, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아에 포함되는 수분, 고차 탄화수소 등의 고비점 불순물을 효율적으로 흡착 제거할 수 있다.
본 실시형태에서 사용하는 MS-3A 및 MS-13X 등의 합성 제올라이트로 이루어지는 흡착제는 가열, 감압, 가열 및 감압 중 어느 하나의 처리에 의해 흡착한 불순물(수분 및 탄화수소)을 탈리시켜서 재생할 수 있다. 예를 들면, 가열 처리에 의해 흡착제에 흡착한 불순물을 탈리시킬 경우에는 200∼350℃의 온도 하에서 가열하도록 하면 좋다.
본 실시형태의 암모니아 정제 시스템(100)에 있어서 제 1 흡착탑(31), 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)은 온도가 0∼60℃로 제어되고, 압력이 0.1∼1.0㎫로 제어된다. 제 1 흡착탑(31), 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)의 온도가 0℃ 미만의 경우에는 불순물의 흡착 제거시에 발생하는 흡착열을 제거하는 냉각이 필요하게 되어서 에너지 효율이 저하될 우려가 있다. 제 1 흡착탑(31), 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)의 온도가 60℃를 초과할 경우에는 흡착제에 의한 불순물의 흡착능이 저하될 우려가 있다. 또한, 제 1 흡착탑(31), 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)의 압력이 0.1㎫ 미만의 경우에는 흡착제에 의한 불순물의 흡착능이 저하될 우려가 있다. 제 1 흡착탑(31), 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)의 압력이 1.0㎫를 초과할 경우에는 일정 압력으로 유지하기 위해서 많은 에너지가 필요하게 되어 에너지 효율이 저하될 우려가 있다.
또한, 제 1 흡착탑(31), 제 2 흡착탑(32), 제 3 흡착탑(33) 및 제 4 흡착탑(34)에 있어서의 선속도(리니어 벨로시티)는 단위 시간당 액체상의 암모니아를 각 흡착탑(31, 32, 33, 34)에 공급하는 양을 NTP에서의 가스 체적으로 환산하고, 각 흡착탑(31, 32, 33, 34)의 공탑 단면적으로 나누어서 구한 값의 범위가 0.01∼0.5m/초인 것이 바람직하다. 선속도가 0.01m/초 미만의 경우에는 불순물의 흡착 제거에 장시간을 요하므로 바람직하지 못하고, 선속도가 0.5m/초를 초과할 경우에는 불순물의 흡착 제거시에 발생하는 흡착열의 제거가 충분히 행해지지 않아 흡착제에 의한 불순물의 흡착능이 저하될 우려가 있다.
제 2 흡착탑(32)으로부터 도출되어서 제 8 배관(88)을 흘러 통과하는 액체상의 암모니아, 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출되어서 제 9 배관(89)을 흘러 통과하는 액체상의 암모니아는 분석부(4)에 도입된다.
분석부(4)는 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 불순물의 농도를 분석한다. 본 실시형태에서는 분석부(4)는 가스 크로마토그래피 분석 장치(GC-PDD: 펄스 방전형 검출기)이다. 가스 크로마토그래피 분석 장치로서는, 예를 들면 GC-4000(지엘사이언스 가부시키가이샤 제)을 들 수 있다. 본 실시형태에서는 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아에 대하여 분석부(4)에서 메탄 농도 및 산소 농도를 분석한다. 이 분석부(4)에 의한 분석 결과에 의거하여 후술의 기화기(5)는 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 기화할 때의 기화율을 설정한다.
제 2 흡착탑(32)으로부터 도출되어서 제 10 배관(90)에 공급된 액체상의 암모니아, 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출되어서 제 10 배관(90)에 공급된 액체상의 암모니아는 제 10 배관(90)을 흘러 통과해서 기화기(5)에 도입된다.
기화기(5)는 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리함으로써 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻는다.
본 실시형태에서는 기화기(5)는 분석부(4)에 의한 분석 결과에 의거하여 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 5∼20체적%의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리한다. 이 경우에는 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아의 5∼20체적%가 기상 성분이 되고, 80∼95체적%가 액상 성분이 된다.
구체적으로는, 기화기(5)는 분석부(4)에 의한 분석 결과가 메탄 및 산소 중 적어도 어느 한쪽의 농도가 30ppb 미만일 경우에는 기화율을 5체적%로 설정하고, 메탄 및 산소 중 적어도 어느 한쪽의 농도가 30ppb 이상 50ppb 미만일 경우에는 기화율을 10체적%로 설정하고, 메탄 및 산소 중 적어도 어느 한쪽의 농도가 50ppb 이상 100ppb 미만일 경우에는 기화율을 15체적%로 설정하고, 메탄 및 산소 중 적어도 어느 한쪽의 농도가 100ppb 이상일 경우에는 기화율을 20체적%로 설정한다.
본 실시형태의 암모니아 정제 시스템(100)에서는 기화기(5)는 유분 흡착탑(2)에 의해 유분이 흡착 제거되고, 고비점 불순물 흡착부(3)에 의해 수분, 고차 탄화수소 등의 고비점 불순물이 흡착 제거된 후의 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리하므로, 메탄, 에탄, 프로판 등의 저차 탄화수소, 및 수소, 질소, 산소, 아르곤, 일산화탄소 등의 저비점 가스 등의 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻을 수 있다. 그 때문에, 본 실시형태의 암모니아 정제 시스템(100)에서는 종래 기술과 같이 환류를 수반하는 증류를 행하지 않고, 간단화된 방법으로 암모니아를 정제할 수 있음과 아울러 에너지의 소비를 억제해서 암모니아를 효율적으로 정제할 수 있다.
또한, 기화기(5)에 있어서의 기화 조건으로서는 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아가 소정의 기화율로 기화하는 조건이면 한정되는 것은 아니고, 온도, 압력 및 시간을 적당하게 설정하면 좋다. 본 실시형태에서는 기화기(5)는 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 -50∼30℃의 온도 하에서 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 유분 및 고비점 불순물이 흡착 제거된 후의 액체상의 암모니아를 효율적으로 기화해서 저비점 불순물이 분리 제거된 액체 암모니아를 얻을 수 있음과 아울러 그 액체 암모니아의 순도를 높일 수 있다. 기화기(5)에 있어서의 액체상의 암모니아에 대한 기화시의 온도가 -50℃ 미만일 경우에는 냉각하는 데에 많은 에너지를 요하므로 바람직하지 못하고, 30℃를 초과할 경우에는 액상 성분으로서 얻어지는 액체 암모니아에 포함되는 불순물 농도가 높아지므로 바람직하지 못하다.
또한, 기화기(5)는 제 2 흡착탑(32) 또는 제 4 흡착탑(34)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 0.1∼1.0㎫의 압력 하에서 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리하도록 구성되는 것이 바람직하다. 기화기(5)에 있어서의 액체상의 암모니아에 대한 기화시의 압력이 0.1㎫ 미만일 경우에는 암모니아를 기화시키는 온도가 낮아지므로 냉각하는 데에 많은 에너지가 필요하게 되어서 바람직하지 못하고, 1.0㎫를 초과할 경우에는 암모니아를 기화시키는 온도가 높아지므로 액상 성분으로서 얻어지는 액체 암모니아에 포함되어 오는 불순물 농도가 높아져서 바람직하지 못하다.
기화기(5)에는 제 11 밸브(911)가 설치된 제 11 배관(91)과, 제 12 밸브(921)가 설치된 제 12 배관(92)이 접속되어 있다. 또한, 제 12 배관(92)은 기화기(5)와 회수 탱크(6) 사이에 접속된다.
기화기(5)에 있어서 기상 성분으로서 암모니아로부터 분리 제거된 저비점 불순물은 제 11 밸브(911)가 개방된 상태에서 제 11 배관(91)을 흘러 통과하여 시스템 외부로 배출된다. 또한, 기화기(5)에 있어서 액상 성분으로서 얻어진 액체 암모니아는 제 12 밸브(921)가 개방된 상태에서 제 12 배관(92)을 흘러 통과하여 회수 탱크(6)에 공급된다.
회수 탱크(6)는 기화기(5)에서 액상 성분으로서 얻어진 액체 암모니아를 저류한다. 이 회수 탱크(6)는 액체 암모니아로서 저류할 수 있도록 온도 및 압력이 일정 조건으로 제어되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 암모니아 정제 시스템(200)의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 암모니아 정제 시스템(200)은 상술한 암모니아 정제 시스템(100)과 유사하고, 대응하는 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여서 설명을 생략한다. 암모니아 정제 시스템(200)은 고비점 불순물 흡착부(201)의 구성이 상술한 고비점 불순물 흡착부(3)의 구성과 다른 것 이외에는 암모니아 정제 시스템(100)과 마찬가지이다.
암모니아 정제 시스템(200)에 구비되는 고비점 불순물 흡착부(201)는 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아에 포함되는, 암모니아보다 비점이 높은 고비점 불순물을 합성 제올라이트로 이루어지는 흡착제에 의해 흡착 제거한다. 본 실시형태에서는 고비점 불순물 흡착부(201)는 복수의 흡착부인 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)을 포함해서 구성된다.
제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)은 상술한 제 1 흡착탑(31)과 마찬가지로 구성된다. 구체적으로는, 제 1 흡착탑(2011)에서는 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역(20111)이 탑 정부측에 배치되고, MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역(20112)이 탑 저부측에 배치되어 있다. 제 2 흡착탑(2012)에서는 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역(20121)이 탑 정부측에 배치되고, MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역(20122)이 탑 저부측에 배치되어 있다. 제 3 흡착탑(2013)에서는 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역(20131)이 탑 정부측에 배치되고, MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역(20132)이 탑 저부측에 배치되어 있다.
또한, 본 실시형태의 암모니아 정제 시스템(200)에 있어서 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)은 온도가 0∼60℃로 제어되고, 압력이 0.1∼1.0㎫로 제어된다. 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)의 온도가 0℃ 미만의 경우에는 불순물의 흡착 제거시에 발생하는 흡착열을 제거하는 냉각이 필요하게 되어서 에너지 효율이 저하될 우려가 있다. 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)의 온도가 60℃를 초과할 경우에는 흡착제에 의한 불순물의 흡착능이 저하될 우려가 있다. 또한, 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)의 압력이 0.1㎫ 미만의 경우에는 흡착제에 의한 불순물의 흡착능이 저하될 우려가 있다. 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)의 압력이 1.0㎫를 초과할 경우에는 일정 압력으로 유지하기 위해서 많은 에너지가 필요하게 되어 에너지 효율이 저하될 우려가 있다.
또한, 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)에 있어서의 선속도(리니어 벨로시티)는 단위 시간당 액체상의 암모니아를 각 흡착탑(2011, 2012, 2013)에 공급하는 양을 NTP에서의 가스 체적으로 환산하고, 각 흡착탑(2011, 2012, 2013)의 공탑 단면적으로 나누어서 구한 값의 범위가 0.01∼0.5m/초인 것이 바람직하다. 선속도가 0.01m/초 미만의 경우에는 불순물의 흡착 제거에 장시간을 요하므로 바람직하지 못하고, 선속도가 0.5m/초를 초과할 경우에는 불순물의 흡착 제거시에 발생하는 흡착열의 제거가 충분히 행해지지 않아 흡착제에 의한 불순물의 흡착능이 저하될 우려가 있다.
그리고, 본 실시형태에서는 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아가 흘러 통과하는 제 3 배관(83)에는 제 3 배관(83)으로부터 분기되는 제 13 배관(202), 제 14 배관(203) 및 제 15 배관(204)이 접속된다.
제 13 배관(202)은 제 3 배관(83)으로부터 분기되어서 제 1 흡착탑(2011)의 탑 정부에 접속된다. 이 제 13 배관(202)에는 제 13 배관(202)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 13 밸브(2021)가 설치되어 있다. 제 14 배관(203)은 제 3 배관(83)으로부터 분기되어서 제 2 흡착탑(2012)의 탑 정부에 접속된다. 이 제 14 배관(203)에는 제 14 배관(203)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 14 밸브(2031)가 설치되어 있다. 제 15 배관(204)은 제 3 배관(83)으로부터 분기되어서 제 3 흡착탑(2013)의 탑 정부에 접속된다. 이 제 15 배관(204)에는 제 15 배관(204)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 15 밸브(2041)가 설치되어 있다.
또한, 제 1 흡착탑(2011)의 탑 저부에는 제 1 흡착탑(2011)으로부터 도출된 액체상의 암모니아가 흘러 통과하는 제 16 배관(205)이 접속된다. 이 제 16 배관(205)에는 제 16 배관(205)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 16 밸브(2051)가 설치되어 있다. 제 2 흡착탑(2012)의 탑 저부에는 제 2 흡착탑(2012)으로부터 도출된 액체상의 암모니아가 흘러 통과하는 제 17 배관(206)이 접속된다. 이 제 17 배관(206)에는 제 17 배관(206)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 17 밸브(2061)가 설치되어 있다. 제 3 흡착탑(2013)의 탑 저부에는 제 3 흡착탑(2013)으로부터 도출된 액체상의 암모니아가 흘러 통과하는 제 18 배관(207)이 접속된다. 이 제 18 배관(207)에는 제 18 배관(207)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 18 밸브(2071)가 설치되어 있다.
또한, 제 16 배관(205)에는 제 16 배관(205)으로부터 분기되는 제 19 배관(208)이 접속된다. 이 제 19 배관(208)은 제 16 배관(205)으로부터 분기되어서 제 14 배관(203)에 접속되고, 제 1 흡착탑(2011)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 제 2 흡착탑(2012)에 도입하기 위한 유로가 된다. 제 19 배관(208)에는 제 19 배관(208)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 19 밸브(2081)가 설치되어 있다. 이 제 19 배관(208)에는 제 19 배관(208)으로부터 분기되는 제 20 배관(209)이 접속된다. 이 제 20 배관(209)은 제 19 배관(208)으로부터 분기되어서 제 15 배관(204)에 접속되고, 제 1 흡착탑(2011)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 제 3 흡착탑(2013)에 도입하기 위한 유로가 된다. 제 20 배관(209)에는 제 20 배관(209)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 20 밸브(2091)가 설치되어 있다.
또한, 제 17 배관(206)에는 제 17 배관(206)으로부터 분기되는 제 21 배관(210) 및 제 22 배관(211)이 접속된다. 제 21 배관(210)은 제 17 배관(206)으로부터 분기되어서 제 13 배관(202)에 접속되고, 제 2 흡착탑(2012)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 제 1 흡착탑(2011)에 도입하기 위한 유로가 된다. 제 21 배관(210)에는 제 21 배관(210)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 21 밸브(2101)가 설치되어 있다. 제 22 배관(211)은 제 17 배관(206)으로부터 분기되어서 제 15 배관(204)에 접속되고, 제 2 흡착탑(2012)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 제 3 흡착탑(2013)에 도입하기 위한 유로가 된다. 제 22 배관(211)에는 제 22 배관(211)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 22 밸브(2111)가 설치되어 있다.
또한, 제 18 배관(207)에는 제 18 배관(207)으로부터 분기되는 제 23 배관(212)이 접속된다. 이 제 23 배관(212)은 제 18 배관(207)으로부터 분기되어서 제 13 배관(202)에 접속되고, 제 3 흡착탑(2013)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 제 1 흡착탑(2011)에 도입하기 위한 유로가 된다. 제 23 배관(212)에는 제 23 배관(212)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 23 밸브(2121)가 설치되어 있다. 이 제 23 배관(212)에는 제 23 배관(212)으로부터 분기되는 제 24 배관(213)이 접속된다. 이 제 24 배관(213)은 제 23 배관(212)으로부터 분기되어서 제 14 배관(203)에 접속되고, 제 3 흡착탑(2013)으로부터 도출된 액체상의 암모니아를 제 2 흡착탑(2012)에 도입하기 위한 유로가 된다. 제 24 배관(213)에는 제 24 배관(213)에 있어서의 유로를 개방 또는 폐쇄하는 제 24 밸브(2131)가 설치되어 있다.
또한, 제 16 배관(205), 제 17 배관(206) 및 제 18 배관(207)에 있어서 액체상의 암모니아의 흐름 통과 방향 하류측 단부에는 제 25 배관(214)이 접속된다. 이 제 25 배관(214)에는 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013) 중 어느 1개의 흡착탑으로부터 도출된 액체상의 암모니아가 공급된다. 그리고, 제 25 배관(214)에는 제 25 배관(214)으로부터 분기되어서 분석부(4)에 접속되는 제 8 배관(88)과, 제 25 배관(214)으로부터 분기되어서 기화기(5)에 접속되는 제 10 배관(90)이 설치된다.
이상과 같이 구성되는 암모니아 정제 시스템(200)에서는 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)의 접속에 대해서 이하의 6개의 접속 패턴이 있다.
제 1 접속 패턴은 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아를 제 1 흡착탑(2011), 제 2 흡착탑(2012)의 순으로 통과시키는 접속 패턴이다. 제 1 접속 패턴에서는 제 13 밸브(2021), 제 17 밸브(2061) 및 제 19 밸브(2081)를 개방시키고, 제 14 밸브(2031), 제 15 밸브(2041), 제 16 밸브(2051), 제 18 밸브(2071), 제 20 밸브(2091), 제 21 밸브(2101), 제 22 밸브(2111), 제 23 밸브(2121) 및 제 24 밸브(2131)를 폐쇄시킨다. 이것에 의해, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아는 제 13 배관(202)을 흘러 통과해서 제 1 흡착탑(2011)에 도입되고, 제 1 흡착탑(2011)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 16 배관(205) 및 제 19 배관(208)을 흘러 통과해서 제 2 흡착탑(2012)에 도입되고, 제 2 흡착탑(2012)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 17 배관(206)을 흘러 통과해서 제 25 배관(214)에 공급되고, 이 제 25 배관(214)으로부터 분석부(4) 및 기화기(5)에 액체상의 암모니아가 도입된다. 이러한 제 1 접속 패턴에서는 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 제 1 흡착탑(2011) 및 제 2 흡착탑(2012)에서 흡착 제거할 수 있으므로 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 접속 패턴에서는 제 3 흡착탑(2013)에 있어서의 흡착 제거 동작은 실행되지 않으므로 이 제 3 흡착탑(2013)을 재생 처리할 수 있다.
제 2 접속 패턴은 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아를 제 1 흡착탑(2011), 제 3 흡착탑(2013)의 순으로 통과시키는 접속 패턴이다. 제 2 접속 패턴에서는 제 13 밸브(2021), 제 18 밸브(2071) 및 제 20 밸브(2091)를 개방시키고, 제 14 밸브(2031), 제 15 밸브(2041), 제 16 밸브(2051), 제 17 밸브(2061), 제 19 밸브(2081), 제 21 밸브(2101), 제 22 밸브(2111), 제 23 밸브(2121) 및 제 24 밸브(2131)를 폐쇄시킨다. 이것에 의해, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아는 제 13 배관(202)을 흘러 통과해서 제 1 흡착탑(2011)에 도입되고, 제 1 흡착탑(2011)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 16 배관(205), 제 19 배관(208) 및 제 20 배관(209)을 흘러 통과해서 제 3 흡착탑(2013)에 도입되고, 제 3 흡착탑(2013)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 18 배관(207)을 흘러 통과해서 제 25 배관(214)에 공급되고, 이 제 25 배관(214)으로부터 분석부(4) 및 기화기(5)에 액체상의 암모니아가 도입된다. 이러한 제 2 접속 패턴에서는 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 제 1 흡착탑(2011) 및 제 3 흡착탑(2013)에서 흡착 제거할 수 있으므로 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 2 접속 패턴에서는 제 2 흡착탑(2012)에 있어서의 흡착 제거 동작은 실행되지 않으므로 이 제 2 흡착탑(2012)을 재생 처리할 수 있다.
제 3 접속 패턴은 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아를 제 2 흡착탑(2012), 제 1 흡착탑(2011)의 순으로 통과시키는 접속 패턴이다. 제 3 접속 패턴에서는 제 14 밸브(2031), 제 16 밸브(2051) 및 제 21 밸브(2101)를 개방시키고, 제 13 밸브(2021), 제 15 밸브(2041), 제 17 밸브(2061), 제 18 밸브(2071), 제 19 밸브(2081), 제 20 밸브(2091), 제 22 밸브(2111), 제 23 밸브(2121) 및 제 24 밸브(2131)를 폐쇄시킨다. 이것에 의해, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아는 제 14 배관(203)을 흘러 통과해서 제 2 흡착탑(2012)에 도입되고, 제 2 흡착탑(2012)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 17 배관(206) 및 제 21 배관(210)을 흘러 통과해서 제 1 흡착탑(2011)에 도입되고, 제 1 흡착탑(2011)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 16 배관(205)을 흘러 통과해서 제 25 배관(214)에 공급되고, 이 제 25 배관(214)으로부터 분석부(4) 및 기화기(5)에 액체상의 암모니아가 도입된다. 이러한 제 3 접속 패턴에서는 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 제 1 흡착탑(2011) 및 제 2 흡착탑(2012)에서 흡착 제거할 수 있으므로 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 3 접속 패턴에서는 제 3 흡착탑(2013)에 있어서의 흡착 제거 동작은 실행되지 않으므로 이 제 3 흡착탑(2013)을 재생 처리할 수 있다.
제 4 접속 패턴은 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아를 제 2 흡착탑(2012), 제 3 흡착탑(2013)의 순으로 통과시키는 접속 패턴이다. 제 4 접속 패턴에서는 제 14 밸브(2031), 제 18 밸브(2071) 및 제 22 밸브(2111)를 개방시키고, 제 13 밸브(2021), 제 15 밸브(2041), 제 16 밸브(2051), 제 17 밸브(2061), 제 19 밸브(2081), 제 20 밸브(2091), 제 21 밸브(2101), 제 23 밸브(2121) 및 제 24 밸브(2131)를 폐쇄시킨다. 이것에 의해, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아는 제 14 배관(203)을 흘러 통과해서 제 2 흡착탑(2012)에 도입되고, 제 2 흡착탑(2012)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 17 배관(206) 및 제 22 배관(211)을 흘러 통과해서 제 3 흡착탑(2013)에 도입되고, 제 3 흡착탑(2013)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 18 배관(207)을 흘러 통과해서 제 25 배관(214)에 공급되고, 이 제 25 배관(214)으로부터 분석부(4) 및 기화기(5)에 액체상의 암모니아가 도입된다. 이러한 제 4 접속 패턴에서는 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)에서 흡착 제거할 수 있으므로 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 4 접속 패턴에서는 제 1 흡착탑(2011)에 있어서의 흡착 제거 동작은 실행되지 않으므로 이 제 1 흡착탑(2011)을 재생 처리할 수 있다.
제 5 접속 패턴은 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아를 제 3 흡착탑(2013), 제 1 흡착탑(2011)의 순으로 통과시키는 접속 패턴이다. 제 5 접속 패턴에서는 제 15 밸브(2041), 제 16 밸브(2051) 및 제 23 밸브(2121)를 개방시키고, 제 13 밸브(2021), 제 14 밸브(2031), 제 17 밸브(2061), 제 18 밸브(2071), 제 19 밸브(2081), 제 20 밸브(2091), 제 21 밸브(2101), 제 22 밸브(2111) 및 제 24 밸브(2131)를 폐쇄시킨다. 이것에 의해, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아는 제 15 배관(204)을 흘러 통과해서 제 3 흡착탑(2013)에 도입되고, 제 3 흡착탑(2013)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 18 배관(207) 및 제 23 배관(212)을 흘러 통과해서 제 1 흡착탑(2011)에 도입되고, 제 1 흡착탑(2011)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 16 배관(205)을 흘러 통과해서 제 25 배관(214)에 공급되고, 이 제 25 배관(214)으로부터 분석부(4) 및 기화기(5)에 액체상의 암모니아가 도입된다. 이러한 제 5 접속 패턴에서는 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 제 1 흡착탑(2011) 및 제 3 흡착탑(2013)에서 흡착 제거할 수 있으므로 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 5 접속 패턴에서는 제 2 흡착탑(2012)에 있어서의 흡착 제거 동작은 실행되지 않으므로 이 제 2 흡착탑(2012)을 재생 처리할 수 있다.
제 6 접속 패턴은 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아를 제 3 흡착탑(2013), 제 2 흡착탑(2012)의 순으로 통과시키는 접속 패턴이다. 제 6 접속 패턴에서는 제 15 밸브(2041), 제 17 밸브(2061) 및 제 24 밸브(2131)를 개방시키고, 제 13 밸브(2021), 제 14 밸브(2031), 제 16 밸브(2051), 제 18 밸브(2071), 제 19 밸브(2081), 제 20 밸브(2091), 제 21 밸브(2101), 제 22 밸브(2111) 및 제 23 밸브(2121)를 폐쇄시킨다. 이것에 의해, 유분 흡착탑(2)으로부터 도출되어서 필터(7)를 통과한 액체상의 암모니아는 제 15 배관(204)을 흘러 통과해서 제 3 흡착탑(2013)에 도입되고, 제 3 흡착탑(2013)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 18 배관(207), 제 23 배관(212) 및 제 24 배관(213)을 흘러 통과해서 제 2 흡착탑(2012)에 도입되고, 제 2 흡착탑(2012)으로부터 도출된 액체상의 암모니아는 제 17 배관(206)을 흘러 통과해서 제 25 배관(214)에 공급되고, 이 제 25 배관(214)으로부터 분석부(4) 및 기화기(5)에 액체상의 암모니아가 도입된다. 이러한 제 6 접속 패턴에서는 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 제 2 흡착탑(2012) 및 제 3 흡착탑(2013)에서 흡착 제거할 수 있으므로 고비점 불순물에 대한 흡착 제거 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 6 접속 패턴에서는 제 1 흡착탑(2011)에 있어서의 흡착 제거 동작은 실행되지 않으므로 이 제 1 흡착탑(2011)을 재생 처리할 수 있다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 따라서, 상술한 실시형태는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명의 범위는 청구범위에 나타내는 것으로서 명세서 본문에는 조금도 구속되지 않는다. 또한, 청구범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위 내인 것이다.
1 : 저류 탱크 2 : 유분 흡착탑
3 : 고비점 불순물 흡착부 4 : 분석부
5 : 기화기 6 : 회수 탱크
31, 2011 : 제 1 흡착탑 32, 2012 : 제 2 흡착탑
33, 2013 : 제 3 흡착탑 34 : 제 4 흡착탑
100, 200 : 암모니아 정제 시스템
311, 321, 331, 341, 20111, 20121, 20131 : 제 1 흡착 영역
312, 322, 332, 342, 20112, 20122, 20132 : 제 2 흡착 영역
3 : 고비점 불순물 흡착부 4 : 분석부
5 : 기화기 6 : 회수 탱크
31, 2011 : 제 1 흡착탑 32, 2012 : 제 2 흡착탑
33, 2013 : 제 3 흡착탑 34 : 제 4 흡착탑
100, 200 : 암모니아 정제 시스템
311, 321, 331, 341, 20111, 20121, 20131 : 제 1 흡착 영역
312, 322, 332, 342, 20112, 20122, 20132 : 제 2 흡착 영역
Claims (7)
- 불순물이 포함되는 조암모니아를 정제하는 암모니아 정제 시스템으로서:
액체상의 조암모니아를 저류하는 저류부와,
상기 저류부에 저류된 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분을 활성탄에 의해 흡착 제거하여 액체상의 암모니아를 도출하는 제 1 흡착부와,
상기 제 1 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는, 암모니아보다 비점이 높은 고비점 불순물을 합성 제올라이트에 의해 흡착 제거하여 액체상의 암모니아를 도출하는 제 2 흡착부로서, 합성 제올라이트로서 MS-3A가 충전된 제 1 흡착 영역과, 합성 제올라이트로서 MS-13X가 충전된 제 2 흡착 영역을 갖고, 온도가 0~60℃로 제어되고, 압력이 0.1~1.0MPa로 제어되는 제 2 흡착부와,
상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리함으로써 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻는 기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 정제 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 불순물의 농도를 분석하는 분석부를 더 포함하고,
상기 기화부는 상기 분석부에 의한 분석 결과에 의거하여 상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 기화할 때의 상기 소정의 기화율을 설정하는 것을 특징으로 하는 암모니아 정제 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 기화부는 상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 기화할 때의 상기 소정의 기화율을 5∼20체적%로 설정하는 것을 특징으로 하는 암모니아 정제 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기화부는 상기 제 2 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아를 -50∼30℃의 온도 하에서 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리하는 것을 특징으로 하는 암모니아 정제 시스템. - 삭제
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 흡착부는 상기 제 1 흡착부로부터 도출된 액체상의 암모니아에 포함되는 고비점 불순물을 흡착 제거하는 복수의 흡착부로서, 직렬 또는 병렬로 접속되는 복수의 흡착부를 갖는 것을 특징으로 하는 암모니아 정제 시스템. - 불순물이 포함되는 조암모니아를 정제하는 방법으로서:
액체상의 조암모니아를 저류하는 저류 공정과,
상기 저류 공정에서 저류된 액체상의 조암모니아에 포함되는 유분을 활성탄에 의해 흡착 제거하는 제 1 흡착 공정과,
상기 제 1 흡착 공정에서 유분이 흡착 제거된 액체상의 암모니아에 포함되는, 암모니아보다 비점이 높은 고비점 불순물을 온도가 0~60℃이고, 압력이 0.1~1.0MPa인 조건 하에서, 합성 제올라이트인 MS-3A와 MS-13X에 의해 흡착 제거하는 제 2 흡착 공정과,
상기 제 2 흡착 공정에서 고비점 불순물이 흡착 제거된 액체상의 암모니아를 소정의 기화율로 기화해서 기상 성분과 액상 성분으로 분리함으로써 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물을 기상 성분으로서 분리 제거하여 액상 성분으로서 정제된 액체 암모니아를 얻는 기화 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아의 정제 방법.
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Legal Events
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