KR101594893B1 - 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정 - Google Patents

일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정 Download PDF

Info

Publication number
KR101594893B1
KR101594893B1 KR1020140173368A KR20140173368A KR101594893B1 KR 101594893 B1 KR101594893 B1 KR 101594893B1 KR 1020140173368 A KR1020140173368 A KR 1020140173368A KR 20140173368 A KR20140173368 A KR 20140173368A KR 101594893 B1 KR101594893 B1 KR 101594893B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon monoxide
adsorption
pressure
pressure swing
column
Prior art date
Application number
KR1020140173368A
Other languages
English (en)
Inventor
최진순
김국희
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020140173368A priority Critical patent/KR101594893B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101594893B1 publication Critical patent/KR101594893B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0473—Rapid pressure swing adsorption

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정에 관한 것으로, 구체적으로 일산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 일산화탄소를 분리하기 위한 압력변동흡착 공정에 있어서 한 주기의 공정 구성은 순차적으로, 흡착, 감압, 감압세정, 상압탈착, 휴지, 1차 가압 및 2차 가압 단계를 포함하는, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정에 관한 것이다.

Description

일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정{PRESSURE SWING ADSORPTION PROCESS USING CARBON MONOXIDE SELECTIVE ABSORBENT}
본 발명은 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하여, 일산화탄소를 선택적으로 분리하는 압력변동흡착 공정에 관한 것이다.
종래에 개발된 일산화탄소 흡착제는 일반적으로 다양한 종류의 가스 내에 불순물로써 존재하는 일산화탄소를 선택적으로 흡착 분리하여 가스의 순도를 높이고자 하는 목적으로 응용되고 있다.
특히 상기 일산화탄소를 더 효과적으로 분리하기 위해, 담체에 금속화합물을 조합한 흡착제의 개발이 이루어져 왔으며, 고체 물질로 활성탄소, 알루미나, 실리카, 레진 등 다양한 물질이 흡착제의 담체로 사용되어 왔으며, 금속화합물로는 니켈, 코발트, 구리, 은 등 다양한 물질이 이용되어 왔다. 이중에서 구리화합물이 포함된 흡착제가 일산화탄소 흡착에 효과적인 것으로 알려져 있다.
또한, 일산화탄소의 흡착량을 높이기 위해 담체에 구리화합물을 적절하게 분산하는 방법 및 구리의 형태를 Cu(I) 형태로 유지하는 것이 중요하다고 알려져 있어, 담체의 다양화 및 구리 화합물의 다양화를 통해 일산화탄소의 흡착량을 증가시키기 위한 노력이 진행되어 왔다.
종래 기술은 일산화탄소가 불순물로써 제거 대상의 물질이 되어 있어, 타성분에 대한 흡착특성이 발현되더라도 일산화탄소가 제거되는 효과를 동시에 나타내기 때문에 크게 문제가 되지 않았다. 그러나, 고순도의 일산화탄소를 선택적으로 분리해내기 위해서는 일산화탄소에 대한 흡착량도 높아야 될 뿐만 아니라, 타성분에 대한 일산화탄소의 선택적 흡착성능이 매우 우수하여야 한다.
이산화탄소 및 질소 등이 포함된 혼합가스로부터 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption, PSA) 공정을 이용하여 일산화탄소를 분리하기 위해서는, PSA설비를 2기 또는 3기로 구성하여, 일산화탄소와 혼합된 성분을 1기 혹은 1~2기에서 먼저 제거하고, 마지막 단의 PSA로 일산화탄소를 생산하는 방법으로 구성되는 것이 일반적이다.
대한민국 공개특허 10-2008-0106632
본 발명의 한 측면은 일산화탄소에 선택성을 나타내는 흡착제를 이용하여 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 등을 포함하는 혼합 가스로부터, 단일 압력변동흡착 공정을 이용하여 일산화탄소를 선택적으로 분리하는 공정을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는, 일산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 일산화탄소를 분리하기 위한 압력변동흡착 공정에 있어서 한 주기의 공정 구성은 순차적으로, 상기 일산화탄소를 포함하는 혼합 가스가 제1 흡착탑에 공급 가압되면서, 상기 흡착탑에 포함되는 일산화탄소 선택성 흡착제에 의하여 일산화탄소가 흡착되고, 흡착되지 않은 나머지 가스가 방출되는 흡착 단계; 상기 제1 흡착탑을 병류 감압하여, 상기 제1 흡착탑으로부터 일산화탄소 이외의 가스가 방출되는 감압 단계; 상기 제1 흡착탑을 병류 흐름으로 세정 가스를 공급하여 세정된 일산화탄소를 포함하는 가스를 제2 흡착탑으로 공급하는 감압 세정 단계; 상기 제1 흡착탑을 향류 감압하여 일산화탄소를 수득하는 상압 탈착 단계; 상기 제1 흡착탑의 휴지 단계; 상기 제1 흡착탑에, 제2 흡착탑으로부터 세정이 완료된 일산화탄소를 포함하는 가스를 공급하여 방출시키며 가압하는 1차 가압 단계; 및 상기 제1 흡착탑에, 제2 흡착탑으로부터 세정이 완료된 일산화탄소를 포함하는 가스를 공급하여 방출시키지 않고 가압하는 2차 가압 단계;를 포함하는, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정을 제공한다.
상기 압력변동흡착 공정은 4 또는 5개의 흡착탑을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 4 또는 5개의 흡착탑은, 흡착, 감압, 감압세정, 상압탈착, 휴지, 1차 가압 및 2차 가압 단계를 순차적으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 흡착 단계는 7 내지 9bar로 가압되는 단계인 것이 바람직하다.
상기 감압 단계는 3 내지 5bar로 감압되는 단계인 것이 바람직하다.
상기 감압세정 단계는 2 내지 3bar로 감압되는 단계인 것이 바람직하다.
상기 1차 가압 및 2차 가압 단계는 1 내지 3bar로 가압되는 단계인 것이 바람직하다.
상기 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정은, 30 내지 60℃의 온도범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용한 압력변동흡착 공정을 이용함으로써, 일산화탄소를 포함하는 혼합가스로부터 높은 회수율로 고농도의 일산화탄소를 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용한 압력변동흡착 공정에 관한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 단계별 압력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 탈착 압력 변화에 따른 일산화탄소의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 탈착 압력 변화에 따른 일산화탄소의 회수율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 세정 유량에 따른 일산화탄소의 회수율 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용한 압력변동흡착 공정에 관한 모식도이다.
본 발명의 일 구현예는, 일산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 일산화탄소를 분리하기 위한 압력변동흡착 공정에 있어서 한 주기의 공정 구성은 순차적으로, 상기 일산화탄소를 포함하는 혼합 가스가 제1 흡착탑에 공급 가압되면서, 상기 흡착탑에 포함되는 일산화탄소 선택성 흡착제에 의하여 일산화탄소가 흡착되고, 흡착되지 않은 나머지 가스가 방출되는 흡착 단계; 상기 제1 흡착탑을 병류 감압하여, 상기 제1 흡착탑으로부터 일산화탄소 이외의 가스가 방출되는 감압 단계; 상기 제1 흡착탑을 병류 흐름으로 세정 가스를 공급하여 세정된 일산화탄소를 포함하는 가스를 제2 흡착탑으로 공급하는 감압 세정 단계; 상기 제1 흡착탑을 향류 감압하여 일산화탄소를 수득하는 상압 탈착 단계; 상기 제1 흡착탑의 휴지 단계; 상기 제1 흡착탑에, 제2 흡착탑으로부터 세정이 완료된 일산화탄소를 포함하는 가스를 공급하여 방출시키며 가압하는 1차 가압 단계; 및 상기 제1 흡착탑에, 제2 흡착탑으로부터 세정이 완료된 일산화탄소를 포함하는 가스를 공급하여 방출시키지 않고 가압하는 2차 가압 단계;를 포함하는, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정을 제공한다.
구체적으로 본 발명은 일산화탄소를 포함하는 혼합가스, 예를 들어 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 질소 등을 포함하는 혼합가스로부터 일산화탄소 만을 선택적으로 제거하기 위한 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption, PSA) 공정에 관한 것이다.
본 발명의 압력변동흡착 공정은, 한 주기의 공정 구성이 순차적으로 이루어지는 것으로, 흡착, 감압, 감압세정, 상압탈착, 휴지, 1차 가압 및 2차 가압으로 이루어지는 공정 구성을 나타낸다.
우선, 흡착 단계로, 일산화탄소를 포함하는 혼합가스는 제1 흡착탑에 공급되어 가압되고, 상기 흡착탑에 포함되어 일산화탄소를 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제에 의하여 일산화탄소가 흡착된다. 또한, 흡착되지 않은 나머지 가스, 즉 상기 혼합가스 내에 포함되고 상기 흡착제에 대한 약흡착질을 배출 가스(tail gas)로 방출 시킬 수 있다. 이때, 상기 배출되는 가스는 예를 들어 이산화탄소, 질소, 수소 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 흡착 단계는, 게이지 압력으로 7 내지 9bar로 가압되는 단계인 것이 바람직하다. 이때, 흡착 단계의 압력이 7bar 미만으로 가압되는 경우 흡착제에 일산화탄소를 충분히 흡착시킬 수 없어 수득되는 일산화탄소의 회수율이 낮아질 수 있고, 상기 흡착 단계의 압력이 9bar를 초과하여 가압되는 경우, 일산화탄소의 흡착량이 소량 증가할 수 있지만, 가압에 따른 운전비가 증가하고, 고압용 흡착탑 설계 비용이 증가하여 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.
이후, 감압 단계로, 상기 제1 흡착탑을 병류 감압하고, 상기 제1 흡착탑으로부터 일산화탄소 이외의 가스, 즉 약흡착질을 배출가스로 방출 시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 감압 단계는, 게이지 압력으로 3 내지 5bar로 감압되는 단계인 것이 바람직하다. 상기 감압 단계는 일산화탄소가 탈착되지 않는 조건에서 불순물의 탈착만 이루어지도록 하는 과정이고, 흡착되지 않고 흡착탑에 내에 잔존 가스의 배출을 위한 목적으로, 이때, 상기 감압 단계의 압력이 3bar 미만으로 감압되면 흡착제에 결합된 일산화탄소의 탈착으로 일산화탄소의 회수율이 낮아질 수 있고, 상기 압력이 5bar를 초과하여 감압되면 불순물의 농도가 높아져 일산화탄소의 순도가 낮아지게 된다.
이후, 감압 세정 단계로, 감압단계를 거친 제1 흡착탑에 대하여 병류 흐름으로 세정 가스를 공급하여, 세정이 완료된 일산화탄소 포함 가스(CO Riched Gas)를 제1 흡착탑 이외의 흡착탑, 예를 들어 제2 흡착탑의 하부로 공급할 수 있다. 상기 제2 흡착탑에 공급된 세정이 완료된 일산화탄소 포함 가스는, 상기 제2 흡착탑에서 흡착 단계를 수행하게 되면서, 상기 제1 흡착탑에서 이루어지는 순환 공정을 동일하게 반복 수행하여, 일산화탄소를 분리할 수 있다.
상기 감압 세정 단계는, 흡착탑 내에 잔존하는 가스의 배출과 흡착제 기공 사이에 잔존하는 물질을 동시에 제거하는 목적이 있기 때문에, 감압 단계의 압력보다 낮은 압력으로 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 일산화탄소의 탈착이 진행되면 일산화탄소의 손실을 가져오기 때문에 일산화탄소 탈착이 급격히 진행되지 않을 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.
상기 감압 세정 단계는 게이지 압력으로 2 내지 3bar로 감압되는 단계인 것이 바람직하다. 이때, 상기 감압 세정 단계의 압력이 2bar 미만으로 감압되면 흡착제에 결합된 일산화탄소가 배출되어 일산화탄소의 회수율을 저하시킬 수 있고, 3bar를 초과하여 감압되는 경우 흡수탑의 세정이 충분히 일어나지 않고 불순물의 함량이 증가될 수 있는 문제점이 있다.
이후, 상압 탈착 단계로, 상기 제1 흡착탑에서 상압으로 향류 감압하면서 강흡착질인 일산화탄소를 흡착제로부터 탈착하여 일산화탄소를 포집할 수 있다. 상기 상압 탈착 단계는, 상압으로 감압하여 운전하는 것이 바람직하지만, 상기 일산화탄소를 흡착제로부터 탈착시킬 수 있는 압력 조건이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.
이후, 휴지 단계로, 상기 제1 흡착탑에 대하여 가스의 유입 또는 방출이 일어나지 않는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 휴지 단계는, 흡착탑의 개수가 증가함에 따라 휴지 단계의 시간을 조절하여 전체 공정이 순차적으로 일어날 수 있도록 조절하는 역할을 할 수 있다.
한편, 휴지 단계 이후, 1차 가압 단계로 제1 흡착탑 이외의 흡착탑, 예를 들어 제2 흡착탑으로부터 감압 세정단계를 수행하는 동안 발생되는 세정이 완료된 일산화탄소를 포함하는 가스(CO Riched Gas)를 제1 흡착탑 하부로 공급하여, 상부로 배출하며 가압하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 1차 가압 단계 이후, 2차 가압 단계로, 상기 제2 흡착탑으로부터 세정이 완료된 일산화탄소를 포함하는 가스를 제1 흡착탑 하부로 공급하지만, 이를 상부로 배출하지 않고 가압하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 1차 가압 단계 및 2차 가압 단계는 세정에 사용되는 일산화탄소의 손실을 줄이기 위한 과정으로, 게이지 압력으로 1 내지 3bar로 가압되는 단계인 것이 바람직하다. 이때, 상기 1차 가압 및 2차 가압 단계에서의 압력이 1bar 미만으로 가압되는 경우 세정에 사용되는 일산화탄소의 배출이 증가될 수 있으며, 상기 압력이 3bar를 초과하여 가압되는 경우, 세정에 사용되는 일산화탄소의 양이 많을 수 있으므로 바람직하지 않다.
나아가, 본 발명의 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정은, 30 내지 60℃의 온도범위에서 공정 운전되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 40 내지 50℃의 온도범위에서 운전될 수 있다. 구체적으로 상술한 온도범위에서 일정 온도로 공정 운전을 함으로써, 높은 농도로 일정한 양의 일산화탄소를 수득할 수 있다. 이때, 상기 공정 운전 온도가 30℃ 미만인 경우 일산화탄소의 흡착량이 줄어들고, 불순물의 흡착량이 증가될 수 있는 문제가 있으며, 상기 공정 운전 온도가 60℃를 초과하는 경우 일산화탄소의 탈착이 시작되는 압력이 높아져 매우 높은 압력으로 가압해야하며, 스팀으로 온도를 유지하여 사용하는 것이 어렵기 때문에 추가적인 공정이 필요한 문제점이 있다.
상기 2차 가압 단계를 마친 제1 흡착탑은 본 발명의 압력변동흡착 공정의 1순환을 마친 것으로, 다시 흡착 단계를 수행하게 되며, 상기 공정은 주기적으로 반복 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정은, 4 내지 5개의 흡착탑을 포함하는 것이 바람직하지만, 상기 공정을 수행함에 있어 흡착탑의 개수는 선택적으로 조절할 수 있다.
또한, 상기 4 또는 5개의 흡착탑은, 흡착, 감압, 감압세정, 상압탈착, 휴지, 1차 가압 및 2차 가압 단계를 순차적으로 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 흡착탑에서 흡착 단계가 수행되는 동안, 제2 내지 제5 흡착탑에서는, 감압, 감압세정, 상압탈착, 휴지, 1차 가압, 2차 가압 등이 수행될 수 있으며, 각 단계는 서로 교대로 수행되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 및 비교예 >
일산화탄소 선택성 흡착제로 Cu-Al2O3를 포함하는 컬럼을 이용하여, CO 64부피%, CO2 18부피%, H2 2부피% 및 N2 16부피%를 포함하는 혼합 가스로부터 일산화탄소를 분리하기 위한 압력변동흡착(PSA) 공정을 수행하였다. 이때, 상기 압력변동흡착 공정은 4개의 컬럼으로 구성하여 공정을 수행하였으며, 공정 조건 도출을 위한 온도, 원료 공급 유량, 흡착시간, 흡착압력, 감압 압력, 감압세정 압력, 세정가스 사용량 등의 조작 변수를 하기 표 1과 같이 설정하여 평가하였다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 실시예 1
온도 25℃ 25℃ 25℃ 60℃ 45℃
원료 공급 유량 3.5slpm 3.5slpm 3.5slpm 3.5slpm 3.5slpm
흡착시간 180초 180초 180초 180초 130초
흡착압력 8barG 8barG 8barG 8barG 8barG
감압 - - - 3.8barG 3.8barG
감압세정 - - - - 2.5barG
세정가스 사용총량 12리터
(유량 3.5slpm)		 12리터
(유량 3.5slpm)		 12리터
(유량 3.5slpm)		 6리터 2.5리터
< 비교예 1>
하기 표 2와 같이, 제1 컬럼에서, 흡착을 진행한 후 균압을 실시하여 제3 컬럼을 1차 가압하고, 상기 제1 컬럼의 균압이 완료된 후 세정하면서 제3 컬럼을 2차 가압하고, 이후 상기 제1 컬럼을 절대압 1기압으로 상압 탈착을 통해 일산화탄소를 생성할 수 있는 압력변동흡착 공정을 수행하였다. 이때, 공정 운전 조건으로 흡착 단계는 상온에서 게이지 압력은 8bar, 세정가스 유량은 3.5slpm 이었다.
항목 1 2 3 4 5 6 7 8
제1 컬럼 흡착 균압 세정 상압탈착 1차 가압 2차 가압
제2 컬럼 1차 가압 2차 가압 흡착 균압 세정 상압탈착
제3 컬럼 상압탈착 1차 가압 2차 가압 흡착 균압 세정
제4 컬럼 균압 세정 상압탈착 1차 가압 2차 가압 흡착
< 비교예 2>
하기 표 3과 같이, 상기 비교예 1에 있어서, 3차 가압을 더 포함하여, 배출 가스(tail gas)를 이용하여 3차 가압을 실시하는 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여 압력변동흡착 공정을 수행하였다. 이때, 공정 운전 조건으로 흡착단계는 상온에서 게이지 압력은 8bar, 세정가스 유량은 3.5slpm 이었다.
항목 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
제1 컬럼 흡착 균압 세정 - 상압탈착 1차 가압 2차 가압 3차 가압
제2 컬럼 1차 가압 2차 가압 3차 가압 흡착 균압 세정 - 상압탈착
제3 컬럼 상압탈착 1차 가압 2차 가압 3차 가압 흡착 균압 세정 -
제4 컬럼 균압 세정 - 상압탈착 1차 가압 2차 가압 3차 가압 흡착
< 비교예 3>
하기 표 4와 같이, 균압 및 가압 단계를 포함하지 않고, 흡착, 세정 및 상압탈착 단계만을 포함하는 압력변동흡착 공정을 수행하였다. 이때, 공정 운전 조건으로 흡착단계는 상온에서 게이지 압력 8bar, 흡착시간은 180초, 세정가스 유량은 3.5slpm 이었다.
항목 1 2 3 4 5 6 7 8
제1 컬럼 흡착 - 세정 상압탈착 -
제2 컬럼 - 흡착 - 세정 상압탈착
제3 컬럼 상압탈착 - 흡착 - 세정
제4 컬럼 - 세정 상압탈착 - 흡착
< 비교예 4>
하기 표 5와 같이, 제1 컬럼에서 흡착, 균압, 감압세정, 상압탈착 및 가압, 휴지 단계를 포함하는 압력변동흡착 공정을 수행하였다. 이때, 공정 운전 조건으로 흡착단계는 흡착 온도 60℃, 게이지 압력 8bar이었으며, 균압 단계를 완료한 컬럼의 게이지 압력 3.8bar로 감압 수행하였다. 세정가스 유량은 3slpm, 흡착시간은 180초를 유지하였다.
항목 1 2 3 4 5 6 7 8
제1 컬럼 흡착 균압 감압세정 상압탈착 가압 -
제2 컬럼 가압 - 흡착 균압 감압세정 상압탈착
제3 컬럼 상압탈착 가압 - 흡착 균압 감압세정
제4 컬럼 균압 감압세정 상압탈착 가압 - 흡착
< 실시예 1>
하기 표 6 및 도 1과 같이, 혼합가스를 제1 컬럼에 공급하여, 상기 제1 컬럼에 포함되는 흡착제에 의하여 일산화탄소와 일부 이산환탄소가 흡착되고, 흡착되지 않은 이산화탄소 및 약흡착질인 N2, H2를 배출가스(tail gas)로 배출 시켰다. 이후, 상기 제1 컬럼을 병류 감압하여, 상기 약흡착질인 N2, H2 등을 tail gas로 배출 시켰다. 이후, 상기 제1 컬럼에서 병류 흐름으로 세정 가스를 공급하고, 세정이 완료된 일산화탄소 포함 가스(CO Riched gas)를 제3 컬럼의 하부로 공급하였다. 이후, 상기 제1 컬럼을 상압으로 향류 감압하여, 강흡착질인 일산화탄소를 탈착하여, 일산화탄소를 수득하였다.
이후, 상기 제1 컬럼에서 가스의 유입 또는 방출이 일어나지 않는 휴지 단계를 거치고, 제3 컬럼으로부터 세정이 완료된 CO riched gas를 제1 컬럼 하부에 공급 받아 상부로 방출시키는 1차 가압단계를 수행하였다. 이후, 제3 컬럼으로부터 세정이 완료된 CO riched gas를 제1 컬럼 하부에서 공급받고, 이를 상부로 방출시키지 않아 가압하는 단계를 거쳤다.
이때, 흡착시간은 130초(30초/65초/35초), 혼합가스의 공급량은 3.5slpm, 흡착 압력은 8barG로 하였으며, 흡착 온도 및 세정량은 45℃, 1.5slpm으로 하였다. 흡착이 완료된 컬럼은 tail gas를 방출하며 3.8barG까지 감압하고, 3.8barG에서 2.5barG로 감압 세정한 후 탈착 단계에서 일산화탄소를 생산하였다. 이후 휴지 단계를 거친 컬럼은 1차, 2차 가압을 거쳐 약 2barG로 가압된 후, 8barG로 가압흡착을 실시하였다.
항목 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
제1 컬럼 흡착 감압 감압세정 상압탈착 - 1차가압 2차가압
제2 컬럼 - 1차가압 2차가압 흡착 감압 감압세정 상압탈착
제3 컬럼 상압탈착 - 1차가압 2차가압 흡착 감압 감압세정
제4 컬럼 감압 감압세정 상압탈착 - 1차가압 2차가압 흡착
< 실험예 >
1. 일산화탄소의 농도 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 공정에 있어서, 가스 분석기를 이용하여 일산화탄소의 농도를 측정하였다.
2. 회수율 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 공정에 있어서, 유량 측정기와 가스 분석기를 이용하여 회수율을 측정하였다.
상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1로부터 일산화탄소의 농도 및 회수율을 측정하여, 하기 표 7에 나타내었으며, 실시예 1로부터 일산화탄소의 농도 및 회수율에 관한 그래프를 도 3 및 4에 나타내었다.
구분 일산화탄소의 농도 회수율
비교예 1 96% <40%
비교예 2 90.5% <40%
비교예 3 96% <40%
비교예 4 98.8% <50%
실시예 1 99.1% >65%
상기 표 7에서 알 수 있듯이, 상기 비교예 1 내지 3은 회수되는 일산화탄소의 농도가 96% 이하로 낮게 회수되고 있음을 알 수 있으며, 비교예 4는 일산화탄소의 농도가 98.8%로 나타나 있지만, 회수율이 실시예 1에 비하여 낮음을 확인할 수 있다.
반면, 본 발명의 실시예 1은 표 5와 도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 회수되는 일산화탄소의 농도가 99% 이상이며, 회수율이 65% 이상으로 높게 회수되고 있음을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예 1에 있어서, 세정 가스의 유량을 1, 1.25, 1.5slpm으로 각각 조절하여 공정을 수행하였을 때 나타내는 일산화탄소의 농도 변화를 도 5의 그래프에 나타내었으며, 실험결과 종래의 세정량에 비하여 50% 이하의 세정량으로도 높은 농도의 일산화탄소를 회수할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (8)

  1. 일산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 일산화탄소를 분리하기 위한 압력변동흡착 공정에 있어서 한 주기의 공정 구성은 순차적으로,
    상기 일산화탄소를 포함하는 혼합 가스가 제1 흡착탑에 공급 가압되면서, 상기 흡착탑에 포함되는 일산화탄소 선택성 흡착제에 의하여 일산화탄소가 흡착되고, 흡착되지 않은 나머지 가스가 방출되는 흡착 단계;
    상기 제1 흡착탑을 병류 감압하여, 상기 제1 흡착탑으로부터 일산화탄소 이외의 가스가 방출되는 감압 단계;
    상기 제1 흡착탑을 병류 흐름으로 세정 가스를 공급하여 세정된 일산화탄소를 포함하는 가스를 제2 흡착탑으로 공급하는 감압 세정 단계;
    상기 제1 흡착탑을 향류 감압하여 일산화탄소를 수득하는 상압 탈착 단계;
    상기 제1 흡착탑의 휴지 단계;
    상기 제1 흡착탑에, 제2 흡착탑으로부터 세정이 완료된 일산화탄소를 포함하는 가스를 공급하여 방출시키며 가압하는 1차 가압 단계; 및
    상기 제1 흡착탑에, 제2 흡착탑으로부터 세정이 완료된 일산화탄소를 포함하는 가스를 공급하여 방출시키지 않고 가압하는 2차 가압 단계;를 포함하는, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 압력변동흡착 공정은 4 또는 5개의 흡착탑을 이용하는 것인, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 4 또는 5개의 흡착탑은, 흡착, 감압, 감압세정, 상압탈착, 휴지, 1차 가압 및 2차 가압 단계를 순차적으로 수행하는, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 흡착 단계는 7 내지 9bar로 가압되는 단계인, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 감압 단계는 3 내지 5bar로 감압되는 단계인, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 감압세정 단계는 2 내지 3bar로 감압되는 단계인, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 1차 가압 및 2차 가압 단계는 1 내지 3bar로 가압되는 단계인, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정은, 30 내지 60℃의 온도범위에서 수행되는, 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정.
KR1020140173368A 2014-12-04 2014-12-04 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정 KR101594893B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140173368A KR101594893B1 (ko) 2014-12-04 2014-12-04 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140173368A KR101594893B1 (ko) 2014-12-04 2014-12-04 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101594893B1 true KR101594893B1 (ko) 2016-02-18

Family

ID=55458070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140173368A KR101594893B1 (ko) 2014-12-04 2014-12-04 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101594893B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200073679A (ko) * 2018-12-14 2020-06-24 재단법인 포항산업과학연구원 일산화탄소의 분리 및 회수를 위한 압력변동흡착 공정
JP7162152B1 (ja) 2022-03-29 2022-10-27 大陽日酸株式会社 圧力変動吸着ガス分離装置の運転方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0523523A (ja) * 1991-07-22 1993-02-02 Kansai Coke & Chem Co Ltd 一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を分離回収する圧力スイング吸着方法
JPH11104431A (ja) * 1997-09-30 1999-04-20 Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd 高純度一酸化炭素の分離回収方法
KR100689255B1 (ko) * 2003-02-25 2007-03-02 스미토모 세이카 가부시키가이샤 오프 가스 공급 방법, 및 목적 가스 정제 시스템
KR20080106632A (ko) 2007-06-04 2008-12-09 한국에너지기술연구원 일산화탄소를 선택적으로 분리하기 위한 흡착제 및 그제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0523523A (ja) * 1991-07-22 1993-02-02 Kansai Coke & Chem Co Ltd 一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を分離回収する圧力スイング吸着方法
JPH11104431A (ja) * 1997-09-30 1999-04-20 Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd 高純度一酸化炭素の分離回収方法
KR100689255B1 (ko) * 2003-02-25 2007-03-02 스미토모 세이카 가부시키가이샤 오프 가스 공급 방법, 및 목적 가스 정제 시스템
KR20080106632A (ko) 2007-06-04 2008-12-09 한국에너지기술연구원 일산화탄소를 선택적으로 분리하기 위한 흡착제 및 그제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200073679A (ko) * 2018-12-14 2020-06-24 재단법인 포항산업과학연구원 일산화탄소의 분리 및 회수를 위한 압력변동흡착 공정
KR102156825B1 (ko) * 2018-12-14 2020-09-16 재단법인 포항산업과학연구원 일산화탄소의 분리 및 회수를 위한 압력변동흡착 공정
JP7162152B1 (ja) 2022-03-29 2022-10-27 大陽日酸株式会社 圧力変動吸着ガス分離装置の運転方法
JP2023146365A (ja) * 2022-03-29 2023-10-12 大陽日酸株式会社 圧力変動吸着ガス分離装置の運転方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI81966B (fi) Foerbaettrat adsorptionsfoerfarande med trycksvaengning.
JP2744596B2 (ja) 供給ガス混合物の比較的吸着力の弱い成分から比較的吸着力の強い成分を選択的に分離する方法
US6752851B2 (en) Gas separating and purifying method and its apparatus
KR100536766B1 (ko) 폐기체 회수가 조절된 진공 스윙 흡착 공정
JPH04227812A (ja) 空気からの高窒素ガス回収方法
JPS6026571B2 (ja) 気体混合物中の成分気体の割合を増大させる方法および装置
KR102481433B1 (ko) 암모니아의 분해 혼합가스로부터 수소의 분리 및 정제방법
JPH06254336A (ja) 真空スイング吸着方法によるガス成分の分離法
CA2627888A1 (en) Pressure swing adsorption process for oxygen production
KR940001410B1 (ko) 기체상 염소의 농축방법
KR102199235B1 (ko) 제논 회수를 위한 흡착 공정
JP3477280B2 (ja) ガス吸着分離方法
US20070227354A1 (en) Oxygen Production Process Using Three-Stage Pressure Swing Adsorption Plants
EP0354259B1 (en) Improved pressure swing adsorption process
KR101594893B1 (ko) 일산화탄소 선택성 흡착제를 이용하는 압력변동흡착 공정
US6083299A (en) High pressure purge pressure swing adsorption process
JPH0733404A (ja) 高濃度酸素の製造方法
JP2994843B2 (ja) 低濃度二酸化炭素の回収方法
KR20190072143A (ko) 올레핀과 파라핀의 순환 분리 공정
KR101954816B1 (ko) 혼합가스로부터 고순도 네온 회수 방법 및 장치
KR102156825B1 (ko) 일산화탄소의 분리 및 회수를 위한 압력변동흡착 공정
JP4817560B2 (ja) 二酸化炭素ドライ洗浄装置からの二酸化炭素回収方法
US20190151790A1 (en) Pressure swing adsorption process and pressure swing adsorption apparatus
KR102439732B1 (ko) 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤을 제거하고 질소를 농축하는 흡착분리방법
KR19980016382A (ko) 압력변동흡착식 고순도 이산화탄소 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190207

Year of fee payment: 4