KR101955015B1 - method and APPARATUS for recovering nitrous oxide - Google Patents
method and APPARATUS for recovering nitrous oxide Download PDFInfo
- Publication number
- KR101955015B1 KR101955015B1 KR1020170113489A KR20170113489A KR101955015B1 KR 101955015 B1 KR101955015 B1 KR 101955015B1 KR 1020170113489 A KR1020170113489 A KR 1020170113489A KR 20170113489 A KR20170113489 A KR 20170113489A KR 101955015 B1 KR101955015 B1 KR 101955015B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- adsorption
- nitrous oxide
- pressure
- adsorbent
- gas mixture
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
- C01B21/22—Nitrous oxide (N2O)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
-
- 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
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/54—Nitrogen compounds
- B01D53/56—Nitrogen oxides
- B01D53/565—Nitrogen oxides by treating the gases with solids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40001—Methods relating to additional, e.g. intermediate, treatment of process gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40007—Controlling pressure or temperature swing adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
- B01D2259/40064—Five
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 아산화질소 정제 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아산화질소 함유 기체 혼합물로부터 아산화질소를 회수하기 위한 하이브리드(hybrid) 아산화질소 회수 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nitrous oxide purification technique, and more particularly, to a hybrid nitrous oxide recovery method and apparatus for recovering nitrous oxide from a nitrous oxide-containing gas mixture.
최근 반도체, LCD, OLED 제조 등의 미세전자공정에서 아산화질소(Nitrous Oxide, N2O)의 수요가 크게 증가하고 있다. 구체적으로, 아산화질소는 화학적 방법 또는 플라즈마 증착 방법에 의하여 실란과 반응하여 실리콘 산화층을 형성하는 공정에 사용된다. 아산화질소는 또한 박막 실리콘 필름의 질화용으로 사용된다.In recent years, demand for nitrous oxide (N 2 O) has increased significantly in microelectronic processes such as semiconductor, LCD, and OLED manufacturing. Specifically, nitrous oxide is used in a process of forming a silicon oxide layer by reacting with silane by a chemical method or a plasma deposition method. Nitrous oxide is also used for nitriding thin film silicon films.
산업적으로 질산암모늄(Ammonium Nitrate)을 열분해하여 아산화질소를 제조하는 생산공정과 아디프산(Adipic Acid) 생산공정 등에서 고농도의 아산화질소를 함유하는 배기가스가 발생된다. 이들 배기가스의 주성분은 아산화질소, 질소와 산소이다. 이와 같은 아산화질소 함유 배기가스로로부터 아산화질소를 회수하여 산업적으로 재사용하는 것이 요구되고 있다. 아산화질소는 대표적인 온실가스의 하나로 이산화탄소에 비하여 지구온난화지수(GWP: Global Warming Potential)가 310배 높다. 아산화질소를 회수하여 재사용함으로써 온실가스 배출을 저감할 수 있을 뿐만 아니라 산업적으로 이용하여 경제적 이익을 얻을 수 있다. 따라서 질산암모늄의 열분해에 의하여 생성되는 아산화질소 함유 기체 혼합물 및 아디프산 생산공정에서 배출되는 아산화질소 함유 배기가스로부터 아산화질소를 회수하기 위한 분리공정이 요구되고 있다. Industrial processes for producing nitrous oxide by pyrolyzing ammonium nitrate (Nitrate) and producing adipic acid produce exhaust gas containing high concentration of nitrous oxide. The main components of these exhaust gases are nitrous oxide, nitrogen and oxygen. It is required to recover the nitrous oxide from the nitrous oxide-containing exhaust gas and reuse it industrially. Nitrous oxide is one of the representative greenhouse gases, and its global warming potential (GWP) is 310 times higher than that of carbon dioxide. By recycling and recycling nitrous oxide, it is possible not only to reduce greenhouse gas emissions, but also to obtain economic benefits by industrial use. Therefore, a separation process for recovering nitrous oxide from a nitrous oxide-containing gas mixture produced by pyrolysis of ammonium nitrate and nitrous oxide-containing exhaust gas discharged from an adipic acid production process is required.
그러나 아직까지 아산화질소 함유 배기가스로부터 고순도의 아산화질소를 회수하고 정제하는 공정이 산업에서 보편적으로 적용되지 않은 실정이다.However, a process for recovering and purifying nitrous oxide having a high purity from nitrous oxide-containing exhaust gas has not yet been widely applied in the industry.
미국 특허 US 6,348,083에 아디프산, 질산, 글리콕실산, 아산화질소 또는 페놀을 제조하는 산업공정에서 발생하는 배기가스 중에 함유된 아산화질소를 회수 하는 방법 및 장치가 제시되어 있다. 이 특허에서 사용하는 배기가스는 5 부피% 내지 99.9 부피%의 아산화질소를 함유하고, 질소, 산소 및 일산화탄소로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 가스 불순물을 함유한다. 이 배기가스를 1개 이상의 투과 모듈(막분리 모듈)에 통과시켜 85 부피% 내지 90 부피%의 아산화질소를 함유하는 가스를 회수한다. 그러나 아디프산 제조공정에서 발생하는 아산화질소 함유 배기가스에는 이 특허에서 제시하는 불순물 외에 이산화탄소, 이산화질소, 일산화질소, 유기탄화수소, 수증기 등이 함유되어 있다. 따라서 이 특허가 제시하는 투과 모듈 사용 분리(막분리) 기술만으로는 이들 불순물들을 효율적으로 제거하여 반도체용 고순도 아산화질소를 고수율로 회수할 수 없다. 또한, 이 특허에 사용하는 투과 막분리 모듈의 분리막 소재 및 막분리공정이 구체적으로 제시되어 있지 않다.US Patent No. 6,348,083 discloses a method and apparatus for recovering nitrous oxide contained in exhaust gas generated in an industrial process for producing adipic acid, nitric acid, glycoxic acid, nitrous oxide or phenol. The exhaust gas used in this patent contains 5 vol% to 99.9 vol% of nitrous oxide and contains at least one gas impurity selected from the group consisting of nitrogen, oxygen and carbon monoxide. The exhaust gas is passed through at least one permeation module (membrane separation module) to recover gas containing 85% by volume to 90% by volume of nitrous oxide. However, nitrous oxide-containing exhaust gas generated in the adipic acid production process contains carbon dioxide, nitrogen dioxide, nitrogen monoxide, organic hydrocarbons, water vapor, and the like in addition to the impurities presented in this patent. Therefore, it is impossible to efficiently remove high-purity nitrous oxide for semiconductors and to recover high yields of these semiconductors by using only the permeation module separation (membrane separation) technology proposed by this patent. Further, the separation membrane material and the membrane separation process of the permeation membrane separation module used in this patent are not specifically shown.
본 발명의 일 양태는, 아산화질소 생산공정의 생산가스 또는 아디프산 생산공정에서 발생하는 배기가스 등의 아산화질소 함유 기체혼합물로부터 반도체, LCD 및 OLED 등의 산업용으로 사용할 수 있는 고순도(99.999 부피% 이상)의 아산화질소를 고회수율(약 90 % 이상)로 회수할 수 있는 아산화질소 회수 방법을 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is to provide a high purity (99.999% by volume) gas which can be used for a semiconductor, an LCD, and an industrial use such as an OLED from a gas mixture containing a nitrous oxide such as a production gas in a nitrous oxide production process or an exhaust gas generated in an adipic acid production process, (About 90% or more) of nitrous oxide can be recovered at a high recovery rate (about 90% or more).
본 발명의 다른 일 양태는, 상기 아산화질소 회수 방법을 구현할 수 있는 아산화질소 회수 장치를 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention is to provide a nitrous oxide recovery apparatus capable of implementing the nitrous oxide recovery method.
본 발명의 일 양태는, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하고, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 사용하는 압력 순환 흡착공정; 상기 압력 순환 흡착공정을 거친 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착공정; 및 상기 불순물 제거 흡착공정을 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류공정;을 포함하는, 아산화질소 회수 방법을 제공한다.One aspect of the present invention is a method for removing nitrogen oxides from a gas mixture containing nitrous oxide by removing at least one of nitrogen and oxygen to concentrate the nitrous oxide and pressurizing the nitrous oxide recovery adsorbent Cyclic adsorption process; An impurity removing adsorption step of removing impurities of at least one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from the gas mixture after the pressure circulation adsorption step; And a distillation step of distilling the gas mixture after the impurity removal adsorption step to recover the nitrous oxide.
[식 1] [Formula 1]
(상기 식 1에서, W0은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W1은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 0.3bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이다.)W 0 is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent, W 1 is the adsorption amount of nitrous oxide in the adsorption isotherm at 20 ° C Amount of nitrogen adsorption (mol / kg).)
상기 아산화질소 회수 방법은, 상기 압력 순환 흡착공정 이전에, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거하는 전처리공정을 더 포함하는 것일 수 있다.The method of recovering nitrous oxide further comprises a pretreatment step for removing at least one of moisture in a fine droplet state, oil fractions in a fine droplet state, and fine particle impurities from a gas mixture containing nitrous oxide before the pressure circulation adsorption step Lt; / RTI >
본 발명의 다른 일 양태는. 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착공정; 상기 불순물 제거 흡착공정을 거친 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하고, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 사용하는 압력 순환 흡착공정; 및 상기 압력 순환 흡착공정을 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류공정;을 포함하는, 아산화질소 회수 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is a method for producing Removing impurities from the gas mixture containing nitrous oxide to remove at least one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons; A pressure circulation adsorption step of using the adsorbent for recovering nitrous oxide which satisfies the working capacity represented by the following formula (1), by concentrating the nitrous oxide by removing at least one of nitrogen and oxygen from the gas mixture after the impurity removal adsorption step; And a distillation step of distilling the gas mixture through the pressure circulation adsorption step to recover the nitrous oxide.
[식 1] [Formula 1]
(상기 식 1에서, W0은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W1은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 0.3bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이다.)W 0 is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent, W 1 is the adsorption amount of nitrous oxide in the adsorption isotherm at 20 ° C Amount of nitrogen adsorption (mol / kg).)
상기 아산화질소 회수 방법은, 상기 불순물 제거 흡착공정 이전에, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거하는 전처리공정을 더 포함하는 것일 수 있다.The method for recovering nitrous oxide further includes a pretreatment step for removing at least one of moisture in a fine droplet state, oil in a fine droplet state, and fine particle impurities from a gas mixture containing nitrous oxide before the impurity removal adsorption step Lt; / RTI >
상기 아산화질소 회수 방법은, 상기 압력 순환 흡착공정 또는 증류공정 이전에, 상기 기체혼합물을 압축 및 냉각하는 공정을 더 포함하는 것일 수 있다.The nitrous oxide recovery method may further include a step of compressing and cooling the gas mixture before the pressure cycling adsorption process or the distillation process.
상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도를 더 만족하는 것일 수 있다.The adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).
[식 2] [Formula 2]
(상기 식 2에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AN2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 질소의 흡착량(mol/kg)이다.)(A N2O is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm of the adsorbent at 20 ° C and A N2 is the adsorption amount of nitrogen of the adsorbent under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm at 20 ° C Adsorption (mol / kg).)
상기 흡착제는 하기 식 3으로 표시되는 아산화질소/산소 선택도 더 만족하는 것일 수 있다.The adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / oxygen selectivity expressed by the following formula (3).
[식 3] [Formula 3]
(상기 식 3에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AO2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 산소의 흡착량(mol/kg)이다.)(In the
상기 압력 순환 흡착공정은 상기 흡착제가 장입된 2개 이상의 흡착탑을 사용하고, 가압단계, 흡착단계, 균압 및 세정단계, 및 탈착단계가 각 흡착탑에서 1회 이상 수행되며, 상기 흡착단계의 압력은 1.7 내지 20bar이고, 상기 탈착단계의 압력은 진공 내지 2.1bar인 것일 수 있다.Wherein the pressure circulation adsorption step uses two or more adsorption towers charged with the adsorbent and the pressurization step, the adsorption step, the equilibrium pressure and the washing step, and the desorption step are performed at least once in each adsorption tower, and the pressure in the adsorption step is 1.7 To 20 bar, and the pressure of the desorption step may be vacuum to 2.1 bar.
상기 압력 순환 흡착공정은, 0 내지 50℃ 온도에서 수행되는 것일 수 있다.The pressure cycling adsorption process may be performed at a temperature of 0 to 50 캜.
상기 흡착제는 탈알루미늄 제올라이트 Y(De-Aluminated Zeolite Y) 또는 사일로비드 실리카 겔(Sylobead® Silica Gel)인 것일 수 있다.The adsorbent may be De-Aluminated Zeolite Y or Sylobead Silica Gel.
상기 탈알루미늄 제올라이트 Y의 Si 및 Al의 함량은, 하기 식 4를 만족하는 것일 수 있다.The content of Si and Al in the dealuminated zeolite Y may satisfy the following formula (4).
[식 4] 5≤SiO2/Al2O3≤30[
상기 불순물 제거 흡착공정은, 10 내지 50 ℃의 온도 및 1 내지 10 bar의 압력 조건에서 수산화나트륨, 수산화칼슘 및 수산화칼륨 중 1 종 이상의 흡착제, 또는 이들이 실리카 또는 제올라이트에 코팅된 흡착제를 사용하여 이산화탄소 및 이산화질소 중 1 이상을 제거하는 공정, 및 10 내지 50 ℃의 온도 및 1 내지 10 bar의 압력 조건에서 실리카, 제올라이트, 알루미나 실리케이트 및 활성탄 중 1 이상의 흡착제를 사용하여 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상을 제거하는 공정을 포함하는 것일 수 있다.The impurity removal adsorption process may be carried out by using at least one adsorbent selected from the group consisting of sodium hydroxide, calcium hydroxide and potassium hydroxide at a temperature of 10 to 50 DEG C and a pressure of 1 to 10 bar or an adsorbent coated with silica or zeolite, Removing at least one of water vapor and organic hydrocarbons using at least one adsorbent of silica, zeolite, alumina silicate and activated carbon at a temperature of 10 to 50 DEG C and a pressure of 1 to 10 bar; . ≪ / RTI >
상기 증류공정은 -160 내지 -10 ℃의 온도 및 3 내지 30 bar의 압력 조건에서 금속 또는 세라믹인 소재로 이루어진 충진제가 충진된 충진탑(packed tower); 또는 복수 개의 단으로 구성되는 다단탑(tray tower);으로 운전하는 것일 수 있다.Wherein the distillation step comprises: a packed tower filled with a filler made of a metal or ceramic material at a temperature of -160 to -10 DEG C and a pressure of 3 to 30 bar; Or a multi-stage tray tower comprising a plurality of stages.
상기 전처리공정은 10 내지 40 ℃의 온도 및 1 내지 2 bar의 압력 조건에서 수행되는 것일 수 있다.The pretreatment may be carried out at a temperature of 10 to 40 DEG C and a pressure of 1 to 2 bar.
본 발명의 다른 일 양태는, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하고, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 흡착탑에 포함하는 압력 순환 흡착부; 상기 압력 순환 흡착부와 연결되어, 상기 압력 순환 흡착부를 거친 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착부; 및 상기 불순물 제거 흡착부와 연결되어, 상기 불순물 제거 흡착부를 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류부;를 포함하는, 아산화질소 회수 장치를 제공한다.In another aspect of the present invention, there is provided a process for purifying nitrous oxide, comprising the steps of: removing at least one of nitrogen and oxygen from a gas mixture containing nitrous oxide to concentrate nitrous oxide, and adsorbing a nitrous oxide recovering adsorbent satisfying the working capacity represented by the following formula A pressure circulation adsorbent comprising; An impurity removing adsorption unit connected to the pressure circulation adsorption unit and removing at least one impurity of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from the gas mixture passed through the pressure circulation adsorption unit; And a distillation unit connected to the impurity removing adsorbing unit and distilling the gas mixture passing through the impurity removing adsorbing unit to recover nitrous oxide.
[식 1] [Formula 1]
(상기 식 1에서, W0은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W1은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 0.3bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이다.)W 0 is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent, W 1 is the adsorption amount of nitrous oxide in the adsorption isotherm at 20 ° C Amount of nitrogen adsorption (mol / kg).)
상기 아산화질소 회수 장치는, 상기 압력 순환 흡착부와 연결되고, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거한 뒤, 상기 불순물이 제거된 기체 혼합물을 상기 압력 순환 흡착부로 공급하는 전처리부를 더 포함하는 것일 수 있다.The nitrous oxide recovery device is connected to the pressure circulation adsorbing part and removes at least one of moisture in the fine droplet state, oil in the fine droplet state, and fine particle impurities from the gas mixture containing nitrous oxide, And a pre-treatment unit for supplying the gas mixture to the pressure circulation adsorption unit.
본 발명의 다른 일 양태는, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착부; 상기 불순물 제거 흡착부와 연결되어, 상기 불순물 제거 흡착부를 거친 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하고, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 흡착탑에 포함하는 압력 순환 흡착부; 및 상기 압력 순환 흡착부와 연결되어, 상기 압력 순환 흡착부를 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류부;를 포함하는, 아산화질소 회수 장치를 제공한다.Another aspect of the present invention relates to an adsorbing apparatus comprising: an impurity removing adsorbent for removing at least one impurity of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from a gas mixture containing nitrous oxide; Removing at least one of nitrogen and oxygen from the gas mixture passing through the impurity removing adsorbing section to concentrate the nitrous oxide and adsorbing a nitrous oxide recovering adsorbent satisfying the working capacity represented by the following formula 1 A pressure circulation adsorption unit included in the adsorption column; And a distillation unit connected to the pressure circulation adsorption unit and distilling the gas mixture passed through the pressure circulation adsorption unit to recover nitrous oxide.
상기 아산화질소 회수 장치는, 상기 불순물 제거 흡착부와 연결되고, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거한 뒤, 상기 불순물이 제거된 기체 혼합물을 상기 불순물 제거 흡착부로 공급하는 전처리부를 더 포함하는 것일 수 있다.The nitrous oxide recovery apparatus is connected to the impurity removing adsorption unit and removes at least one of moisture in a fine droplet state, oil fractions in a fine droplet state, and fine particle impurities from a gas mixture containing nitrous oxide, And a pretreatment unit for supplying the adsorbed gas mixture to the impurity removing and adsorbing unit.
상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도를 더 만족하는 것일 수 있다.The adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).
[식 2] [Formula 2]
(상기 식 2에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AN2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 질소의 흡착량(mol/kg)이다.)(A N2O is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm of the adsorbent at 20 ° C and A N2 is the adsorption amount of nitrogen of the adsorbent under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm at 20 ° C Adsorption (mol / kg).)
상기 흡착제는 하기 식 3으로 표시되는 아산화질소/산소 선택도 더 만족하는 것일 수 있다.The adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / oxygen selectivity expressed by the following formula (3).
[식 3] [Formula 3]
(상기 식 3에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AO2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 산소의 흡착량(mol/kg)이다.)(In the
상기 압력 순환 흡착부는, 상기 흡착제가 장입된 2개 이상의 흡착탑을 포함하고, 가압단계, 흡착단계, 균압 및 세정단계, 및 탈착단계가 각 흡착탑에서 1회 이상 수행되는 것일 수 있다.The pressure circulation adsorption unit may include at least two adsorption towers charged with the adsorbent, and the pressurization step, the adsorption step, the pressure equalization step and the desorption step may be performed at least once in each adsorption tower.
상기 불순물 제거 흡착부는, 수산화나트륨, 수산화칼슘 및 수산화칼륨 중 1 종 이상의 흡착제, 또는 이들이 실리카 또는 제올라이트에 코팅된 흡착제가 포함된 제 1 흡착탑; 및 실리카, 제올라이트, 알루미나 실리케이트 및 활성탄 중 1 이상의 흡착제를 포함하는 제 2 흡착탑;을 포함하는 것일 수 있다.Wherein the impurity removing adsorption unit comprises a first adsorption tower containing at least one adsorbent selected from the group consisting of sodium hydroxide, calcium hydroxide and potassium hydroxide, or an adsorbent thereof coated with silica or zeolite; And a second adsorption tower containing at least one adsorbent of silica, zeolite, alumina silicate and activated carbon.
상기 증류부는, 금속 또는 세라믹인 소재로 이루어진 충진제가 충진된 충진탑(packed tower), 또는 복수 개의 단으로 구성되는 다단탑(tray tower)을 포함하는 것일 수 있다.The distillation unit may include a packed tower filled with a filler made of a metal or a ceramic material, or a tray tower composed of a plurality of stages.
본 발명의 일 양태에 따른 아산화질소의 회수 방법 및 장치에 의하여 아산화질소 함유 기체혼합물로부터 지구온난화지수(GWP)가 310인 아산화질소를 회수하여 온실가스의 저감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 아산화질소 함유 기체혼합물로부터 고순도(99.999 부피% 이상)의 아산화질소를 고회수율(약 90 % 이상)로 회수하여 반도체, LCD, OLED 등의 산업용으로 사용함으로써 경제적 이익을 창출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, nitrous oxide having a global warming index (GWP) of 310 can be recovered from a nitrous oxide-containing gas mixture by the method and apparatus for recovering nitrous oxide to obtain a reduction effect of greenhouse gases. Also, it is possible to recover high purity (99.999% by volume or more) nitrous oxide from a nitrous oxide-containing gas mixture at a high recovery rate (about 90% or more) and to use it for industrial applications such as semiconductors, LCDs and OLEDs.
도 1은 본 발명의 일 예시적인 아산화질소 회수 공정의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 예시적인 아산화질소 회수 공정의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 예시적인 아산화질소 회수 공정의 모식도이다.
도 4는 실시예 1의 압력 변동 흡착 공정에서 사용한 흡착제(탈알루미늄 제올라이트 Y)의 20℃에서의 흡착등온선이다.
도 5는 실시예 2의 압력 변동 흡착 공정에서 사용한 흡착제(Sylobead silica gel)의 20℃에서의 흡착등온선이다.
도 6은 비교예 1의 압력 변동 흡착 공정에서 사용한 흡착제(제올라이트 13X)의 20℃에서의 흡착등온선이다.1 is a schematic diagram of an exemplary nitrous oxide recovery process of the present invention.
2 is a schematic diagram of an exemplary nitrous oxide recovery process of the present invention.
3 is a schematic diagram of an exemplary nitrous oxide recovery process of the present invention.
4 is an adsorption isotherm at 20 캜 of the adsorbent (dealumin zeolite Y) used in the pressure swing adsorption process of Example 1. Fig.
5 is an adsorption isotherm at 20 DEG C of the adsorbent (Sylobead silica gel) used in the pressure swing adsorption process of Example 2. Fig.
6 is an adsorption isotherm at 20 DEG C of the adsorbent (zeolite 13X) used in the pressure swing adsorption process of Comparative Example 1. Fig.
다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Whenever a component is referred to as " including " an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서 전체에서, 다른 정의가 없는 한 "A 내지 B"는 "A 이상 B 이하"를 의미한다.Throughout this specification, " A to B " means " A to B " unless otherwise defined.
본 발명은 아산화질소 생산공정의 생산가스 또는 아디프산 생산공정의 배기가스 등의 아산화질소 함유 기체 혼합물로부터 반도체, LCD와 OLED 등의 산업용으로 사용할 수 있는 99.999 부피% 이상의 고순도의 아산화질소를 고회수율(약 90 % 이상)로 회수할 수 있는 공정에 관한 것이다. The present invention relates to a process for producing high-purity nitrous oxide of 99.999% by volume or more, which can be used for a semiconductor, an LCD, an OLED, or the like, from a nitrous oxide-containing gas mixture such as a production gas in a nitrous oxide production process or an exhaust gas from an adipic acid production process, (About 90% or more).
보다 구체적으로 본 발명의 일 양태는, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하는 압력 순환 흡착공정; 상기 압력 순환 흡착공정을 거친 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착공정; 및 상기 불순물 제거 흡착공정을 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류공정;을 포함하는, 아산화질소 회수 방법을 제공한다.More specifically, one aspect of the present invention relates to a process for adsorbing nitrogen oxides, comprising: a pressure cycling adsorption step of removing at least one of nitrogen and oxygen from a gas mixture containing nitrous oxide to concentrate nitrous oxide; An impurity removing adsorption step of removing impurities of at least one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from the gas mixture after the pressure circulation adsorption step; And a distillation step of distilling the gas mixture after the impurity removal adsorption step to recover the nitrous oxide.
또한, 본 발명의 아산화질소 회수 방법에서, 압력 순환 흡착공정은 불순물 제거 흡착 공정에 선행하여 수행될 수도 있지만, 불순물 제거 흡착 공정 이후에 수행될 수도 있다.Further, in the nitrous oxide recovery method of the present invention, the pressure cycle adsorption process may be performed prior to the impurity removal adsorption process, but may be performed after the impurity removal adsorption process.
이에, 본 발명의 다른 일 양태는, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착공정; 상기 불순물 제거 흡착공정을 거친 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하는 압력 순환 흡착공정; 및 상기 압력 순환 흡착공정을 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류공정;을 포함하는, 아산화질소 회수 방법을 제공한다.Accordingly, another aspect of the present invention provides a process for removing impurities from a gas mixture containing nitrous oxide, which comprises removing impurities from at least one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor, and organic hydrocarbons; A pressure circulation adsorption step of removing at least one of nitrogen and oxygen from the gas mixture after the impurity removal adsorption step to concentrate the nitrous oxide; And a distillation step of distilling the gas mixture through the pressure circulation adsorption step to recover the nitrous oxide.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하는 압력 순환 흡착부; 상기 압력 순환 흡착부와 연결되어, 상기 압력 순환 흡착부를 거친 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착부; 및 상기 불순물 제거 흡착부와 연결되어, 상기 불순물 제거 흡착부를 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류부;를 포함하는, 아산화질소 회수 장치를 제공하며,According to another aspect of the present invention, there is provided a gas-liquid separator comprising: a pressure-circulating adsorbent for removing at least one of nitrogen and oxygen from a gas mixture containing nitrous oxide to concentrate nitrous oxide; An impurity removing adsorption unit connected to the pressure circulation adsorption unit and removing at least one impurity of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from the gas mixture passed through the pressure circulation adsorption unit; And a distillation unit connected to the impurity removing adsorption unit and distilling the gas mixture passing through the impurity removing adsorption unit to recover nitrous oxide,
본 발명의 다른 일 양태는, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착부; 상기 불순물 제거 흡착부와 연결되어, 상기 불순물 제거 흡착부를 거친 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하는 압력 순환 흡착부; 및 상기 압력 순환 흡착부와 연결되어, 상기 압력 순환 흡착부를 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류부;를 포함하는, 아산화질소 회수 장치를 제공한다.Another aspect of the present invention relates to an adsorbing apparatus comprising: an impurity removing adsorbent for removing at least one impurity of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from a gas mixture containing nitrous oxide; A pressure circulation adsorption unit connected to the impurity removal adsorption unit to remove at least one of nitrogen and oxygen from the gas mixture passed through the impurity removal adsorption unit to concentrate nitrous oxide; And a distillation unit connected to the pressure circulation adsorption unit and distilling the gas mixture passed through the pressure circulation adsorption unit to recover nitrous oxide.
이러한 본 발명의 아산화질소 회수 방법은, 아산화질소를 질소 및/또는 산소로부터 선택적으로 분리하는 흡착제를 사용하는 압력 순환 흡착공정을 일 공정으로 사용하여 아산화질소의 농도를 80 내지 99 부피% 정도까지 농축시킨 후, 증류공정으로 99.999 부피% 이상의 아산화질소를 정제하여 고회수율(약 90 % 이상)로 회수할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 양태에 따른 아산화질소 회수 방법은 수분와 유기탄화수소 등의 불순물들에 대한 선택적 흡착성능이 우수한 흡착제를 사용하는 불순물 제거 흡착공정을 포함하여, 보다 고순도로 아산화질소를 회수할 수 있다. 또한, 이러한 아산화질소 회수 방법은, 본 발명의 일 양태에 따른 아산화질소 회수 장치를 통해 구현될 수 있다.Such a nitrous oxide recovery method of the present invention is characterized in that a pressure circulation adsorption process using an adsorbent that selectively separates nitrous oxide from nitrogen and / or oxygen is used as a process to concentrate the nitrous oxide concentration to about 80 to 99% , And 99.999% by volume or more of nitrous oxide can be purified by the distillation process and recovered at a high recovery rate (about 90% or more). In addition, the method for recovering nitrous oxide according to an embodiment of the present invention includes an impurity removing adsorption process using an adsorbent having excellent adsorption performance against water and impurities such as organic hydrocarbons, thereby recovering nitrous oxide with higher purity . Such a nitrous oxide recovery method may be implemented through a nitrous oxide recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 예시적인 아산화질소 회수 공정의 모식도이다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 아산화질소 회수 방법 및 아산화질소 회수 장치에 대해 설명한다. 다만, 본 발명이 반드시 도 1 내지 도 3에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 기술자는 자유롭게 변형하여 실시할 수 있다.1 to 3 are schematic views of an exemplary nitrous oxide recovery process of the present invention. Hereinafter, the nitrous oxide recovery method and the nitrous oxide recovery apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. However, the present invention is not necessarily limited to Fig. 1 to Fig. 3, and a person skilled in the art can freely modify it within the scope of the technical idea of the present invention.
아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)은 아산화질소 함유 기체혼합물로부터 아산화질소를 질소 및 산소 중 1 이상으로부터 선택적으로 분리하여 고농도로 농축하는 공정이다. 농축하고자 하는 아산화질소 함유 기체혼합물에는 예시적으로, 기체혼합물 총 100부피%에 대하여, 10 내지 98 부피%의 아산화질소, 0.5 내지 60 부피%의 질소, 0 내지 40 부피%의 산소, 0 내지 5 부피%의 이산화탄소, 0 내지 1 부피%의 일산화탄소, 0 내지 2 부피%의 이산화질소, 0 내지 2 부피%의 일산화질소, 0 내지 1 부피%의 수증기, 0 내지 1 부피%의 유기탄화수소 입자 등이 함유되어 있을 수 있다. 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)을 통해 아산화질소 함유 기체혼합물로부터 아산화질소를 질소 및 산소 중 1 이상으로부터 선택적으로 분리하여 80 내지 99 부피%의 농도로 농축할 수 있다. The nitrous oxide concentration and pressure
이와 같이 본 발명은 고순도로 아산화질소를 회수하기 위한 증류공정과 함께 아산화질소 농축 압력 순환 흡착 공정을 포함함으로써, 약 90% 이상의 고회수율로 아산화질소를 회수할 수 있다. 또한, 압력 순환 흡착 공정을 통한 농축 공정을 거침으로써, 증류 공정에서 발생하는 미액화 기체혼합물을 재순환하지 않아도 약 90% 이상의 고회수율로 아산화질소의 회수가 가능하다. 이에, 증류 공정에서 불필요하게 낭비되는 에너지를 절약할 수 있어, 공정 비용이 저감될 수 있다.As described above, the present invention includes a distillation process for recovering nitrous oxide at a high purity and a nitrous oxide condensation pressure circulation adsorption process, whereby the nitrous oxide can be recovered at a high recovery rate of about 90% or more. Also, by passing through the concentration process through the pressure cycling adsorption process, it is possible to recover nitrous oxide at a high recovery rate of about 90% or more without recycling the undigested gas mixture generated in the distillation process. Thus, energy unnecessarily wasted in the distillation step can be saved, and the process cost can be reduced.
이 때, 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)에 공급되는 기체혼합물에 함유된 아산화질소를 기준으로 아산화질소 회수율이 높을수록 아산화질소의 손실을 작게 하여 바람직하다.At this time, the higher the nitrous oxide recovery rate based on the nitrous oxide contained in the gas mixture supplied to the nitrous oxide concentration pressure
이와 같이 아산화질소를 고효수율 및 고농도로 농축하기 위해서 아산화질소 농축 흡착공정에 사용하는 흡착제는 아산화질소의 질소와 산소에 대한 선택적 흡착성능이 우수해야 한다.In order to concentrate the nitrous oxide at a high efficiency and a high concentration, the adsorbent used for the nitrous oxide concentration adsorption process should have an excellent selective adsorption performance for nitrous oxide and nitrogen.
이를 위해, 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)에서, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 사용할 수 있다.To this end, in the nitrous oxide concentration pressure
[식 1] [Formula 1]
(상기 식 1에서, W0은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W1은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 0.3bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이다.)W 0 is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent, W 1 is the adsorption amount of nitrous oxide in the adsorption isotherm at 20 ° C Amount of nitrogen adsorption (mol / kg).)
흡착제의 작업용량은 정제되는 아산화질소의 순도 및 회수율과 관련될 수 있다. 구체적으로, 작업용량이 너무 작은 경우 압력 순환 흡착공정(20)의 운전 압력(흡착 압력 및 탈착 압력) 사이에 흡착제에 의해 분리되는 아산화질소의 양이 감소함과 동시에 배출가스 내 아산화질소의 양이 증가하여 정제되는 아산화질소의 회수율이 저하될 수 있다. The working capacity of the adsorbent may be related to the purity and recovery of the nitrous oxide to be purified. Specifically, when the working capacity is too small, the amount of nitrous oxide separated by the adsorbent between the operating pressure (adsorption pressure and desorption pressure) of the pressure
이에, 후속 공정으로 증류 공정을 수행하여도, 최종적으로 회수되는 기체혼합물 내 아산화질소의 양이 적게 되어, 전체 공정의 아산화질소 회수율이 저하될 수 있으며, 상기 식 1을 만족하는 경우와 같이 약 90% 이상의 회수율이 구현될 수 없는 문제가 발생할 수 있다. Therefore, even if the distillation process is performed in the subsequent process, the amount of nitrous oxide in the finally recovered gas mixture becomes small, and the nitrous oxide recovery rate in the entire process may be lowered. As in the case of the
또한, 흡착 분리되는 산소 및 질소에 대한 분리되는 아산화질소의 비율이 적어져, 생성물 내 아산화질소의 순도가 저하될 수 있다.Further, the ratio of the separated nitrous oxide to the oxygen and nitrogen adsorbed and separated may be reduced, and the purity of nitrous oxide in the product may be lowered.
이에, 상기 아산화질소를 함유하는 기체 혼합물로부터 70 내지 99부피%, 구체적으로는 80 내지 99부피%, 또는 99부피% 이상의 아산화질소를 높은 회수율로 회수하여 산업적으로 재사용하기 위해서는, 흡착제의 작업용량이 상기 식 1을 만족하는 것이 바람직할 수 있다.Therefore, in order to industrially reuse the nitrous oxide containing 70 to 99% by volume, specifically 80 to 99% by volume, or 99% by volume or more of nitrous oxide from the gas mixture containing nitrous oxide by a high recovery rate, It may be preferable to satisfy the expression (1).
이에, 상기 식 1로 표시되는 흡착제의 아산화질소 작업 용량이 0.90 이상인 것이 좋으며, 보다 구체적으로는 0.92 이상일 수 있다. 상기 작업 용량의 상한은 특별히 이에 제한하는 것은 아니나 1.00 이하, 0.98 이하, 또는 0.96 이하일 수 있다.Accordingly, the working capacity of the adsorbent expressed by the above formula (1) is preferably 0.90 or more, more specifically 0.92 or more. The upper limit of the working capacity is not particularly limited but may be 1.00 or less, 0.98 or less, or 0.96 or less.
또한, 상기 식 1에서 W0은 3.50 내지 6.00mol/kg, 3.50 내지 5.00mol/kg, 또는 3.50 내지 4.00mol/kg 일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.In the
또한, 상기 식 1에서 W1은 0.10 내지 3.00mol/kg, 0.10 내지 2.00mol/kg, 0.10 내지 1.00mol/kg 또는 0.10 내지 0.50mol/kg일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.In the
또한, 상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도를 더 만족하는 것일 수 있다.Further, the adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).
[식 2] [Formula 2]
(상기 식 2에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AN2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 질소의 흡착량(mol/kg)이다.)(A N2O is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm of the adsorbent at 20 ° C and A N2 is the adsorption amount of nitrogen of the adsorbent under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm at 20 ° C Adsorption (mol / kg).)
또한, 상기 흡착제는 하기 식 3으로 표시되는 아산화질소/산소 선택도 더 만족하는 것일 수 있다.Further, the adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / oxygen selectivity represented by the following formula (3).
[식 3] [Formula 3]
(상기 식 3에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AO2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 산소의 흡착량(mol/kg)이다.)(In the
상기 식 2 및 식 3은 흡착제의 아산화질소/질소 또는 아산화질소/산소 흡착 선택도에 관한 것이다.
흡착제의 아산화질소/질소 또는 아산화질소/산소 흡착 선택도는 회수되는 아산화질소의 순도에 영향을 미칠 수 있다. 흡착제의 아산화질소/질소 또는 아산화질소/산소 흡착 선택도가 낮은 경우, 흡착제의 아산화질소 분리성능이 좋지 않은 경우로, 흡착에 의해 제거 대상인 질소 또는 산소가 충분히 제거되지 못하여 회수되는 아산화질소의 순도가 저하될 수 있다. The nitrous oxide / nitrogen or nitrous oxide / oxygen adsorption selectivity of the adsorbent can affect the purity of the recovered nitrous oxide. When the adsorbent's nitrous oxide / nitrogen or nitrous oxide / oxygen adsorption selectivity is low, the adsorbent's nitrous oxide separation performance is not good. If the adsorbed nitrogen or oxygen is not sufficiently removed, the purity of recovered nitrous oxide Can be degraded.
이에, 후속되는 증류 공정을 통한 99.999부피% 이상의 고순도 아산화질소 회수시, 공정 조건이 가혹(severe)해 지거나, 공정 시간이 길어져 전체적인 공정 비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.Accordingly, when recycling 99.999% by volume or more of high purity nitrous oxide through a subsequent distillation process, the process conditions may become severe, or the process time may be prolonged and the overall process cost may increase.
이에, 상기 아산화질소를 함유하는 기체 혼합물로부터 70 내지 99부피%, 구체적으로는 80 내지 99부피%, 또는 99부피% 이상의 아산화질소를 높은 회수율로 회수하여 산업적으로 재사용하기 위해서는, 흡착제가 상기 식 2 또는 식 3을 더 만족하는 것이 바람직할 수 있다.Therefore, in order to recover industrially the high recovery rate of 70 to 99% by volume, specifically 80 to 99% by volume, or 99% by volume or more of nitrous oxide from the gas mixture containing nitrous oxide, Or
상기 식 2 및 식 3에서 AN2O는 3.50 내지 6.00mol/kg, 3.50 내지 5.00mol/kg, 또는 3.50 내지 4.00mol/kg 일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.In the
상기 식 2에서 AN2는 0.10 내지 2.00mol/kg, 0.10 내지 1.00mol/kg, 또는 0.10 내지 0.60mol/kg 일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.In the
상기 식 3에서 AO2는 0.10 내지 2.00mol/kg, 0.10 내지 1.00mol/kg, 또는 0.10 내지 0.60mol/kg 일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.In the
상기 흡착제의 구체적인 종류로는, 탈알루미늄 제올라이트 Y(De-Aluminated Zeolite Y) 또는 사일로비드 실리카 겔(Sylobead® Silica Gel)인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.Specific examples of the adsorbent may include De-Aluminated Zeolite Y or Sylobead Silica Gel. However, the present invention is not limited thereto.
일 예로, 흡착제가 탈알루미늄 제올라이트 Y인 경우, 흡착제의 Si 및 Al의 함량은 하기 식 4를 만족하는 것일 수 있다.In one example, when the adsorbent is dealuminized zeolite Y, the content of Si and Al in the adsorbent may satisfy the following formula (4).
[식 4] 5≤SiO2/Al2O3≤30[
보다 구체적으로 상기 식 4는 10≤SiO2/Al2O3≤30, 또는 15≤SiO2/Al2O3≤25일 수 있다. 탈알루미늄 제올라이트 Y의 Si 및 Al의 함량이 상기 식 4를 만족함으로써, 이유는 명확하지 않으나, 아산화질소/질소 또는 아산화질소/산소 선택도 및 아산화질소의 작업 용량이 증가하여, 회수되는 아산화질소의 순도 및 회수율이 향상될 수 있다.More specifically, the formula (4) may be 10≤SiO 2 / Al 2 O 3 ≤30 , or 15≤SiO 2 / Al 2 O 3 ≤25 . The reason why the content of Si and Al in the dealuminated zeolite Y satisfies the
상기 흡착제의 비표면적은 300 내지 1000m2/g, 300 내지 800m2/g, 또는 400 내지 800m2/g일 수 있으나, 특별히 이에 한정하는 것은 아니다.The specific surface area of the adsorbent may be 300 to 1000 m 2 / g, 300 to 800 m 2 / g, or 400 to 800 m 2 / g, but is not limited thereto.
본 발명의 일 양태의 아산화질소 회수 방법의 압력 순환 흡착 공정(20)은 상기 흡착제가 장입된 2개 이상의 흡착탑을 사용하고, 가압단계, 흡착단계, 균압 및 세정단계, 및 탈착단계가 각 흡착탑에서 1회 이상 수행되며, 상기 흡착단계의 압력은 1.7 내지 20bar이고, 상기 탈착단계의 압력은 진공(0bar) 내지 2.1bar인 것일 수 있다. 흡착 압력은 보다 구체적으로는 5 내지 15bar일 수 있고, 탈착 압력은 보다 구체적으로 진공 내지 1bar, 또는 0.3 내지 1bar일 수 있다.In the pressure circulation adsorption step (20) of the method for recovering nitrous oxide according to an embodiment of the present invention, at least two adsorption towers charged with the adsorbent are used, and the pressurization step, the adsorption step, the equilibrium pressure and the desorption step, The pressure of the adsorption step is 1.7 to 20 bar, and the pressure of the desorption step may be vacuum (0 bar) to 2.1 bar. The adsorption pressure may be more specifically from 5 to 15 bar, and the desorption pressure may be more specifically from vacuum to 1 bar, or from 0.3 to 1 bar.
흡착 및 탈착 압력이 상기 범위인 경우, 본 발명의 아산화질소 회수 방법의 압력 순환 흡착의 흡착제의 아산화질소 작업 용량이 크고 아산화질소/질소 선택도 및/또는 아산화질소/ 산소 선택도가 클수록 고순도 및 고회수율로 아산화질소를 정제하기에 적합할 수 있다.When the adsorption and desorption pressures are in the above range, the adsorbent of the pressure-cycled adsorption method of the present invention for the nitrous oxide recovery method has a high nitrous oxide working capacity and a high selectivity for nitrous oxide / nitrogen and / or nitrous oxide / oxygen, It may be suitable to purify nitrous oxide at the recovery rate.
본 발명의 일 양태의 아산화질소 회수 방법은 0 내지 50℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있으나, 특별히 이에 한정하는 것은 아니다. 보다 구체적으로는 0 내지 40℃, 10 내지 40℃, 또는 10 내지 30℃일 수 있다. The nitrous oxide recovery method of one embodiment of the present invention may be performed at a temperature of 0 to 50 ° C, but is not limited thereto. More specifically from 0 to 40 占 폚, from 10 to 40 占 폚, or from 10 to 30 占 폚.
이하, 본 발명의 일 양태의 압력 순환 흡착을 이용한 아산화질소 회수 방법의 예시적인 공정 양태에 대해 보다 자세히 설명한다. 다만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, an exemplary process of the nitrous oxide recovery method using the pressure cyclic adsorption of one embodiment of the present invention will be described in more detail. However, this is for the purpose of helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
상기 압력 순환 흡착공정(20)은 상압 재생법 또는 진공 재생법에 의한 탈착 공정에 의해 수행될 수 있다. 압력 순환 흡착공정(20)의 흡착은 가압 상태에서 운전되고 탈착은 상압 또는 진공 상태에서 운전될 수 있으며, 가압(Pressurization) 단계, 흡착(Adsorption) 단계, 균압 및 세정(Rinse) 단계와 상압 감압(Blowdown) 또는 진공(Vacuum)에서 운전되는 탈착(Desorption) 단계 등 4개의 단계를 반복적으로 수행될 수 있다. 압력 순환 흡착공정(20)의 탈착 공정은 상압 재생법으로 이루어지는 것이 에너지 비용면에서 바람직하지만, 특별히 상압 재생법에 한정하는 것은 아니고, 진공 재생법도 가능하다. The pressure
상기 압력 순환 흡착공정(20)에서, 압축된 아산화질소 함유 기체혼합물은 고압에서 흡착이 이루어지는 제 1 흡착탑(21) 및 제 2 흡착탑(22)에 도입된다. 아산화질소는 교대로 운전되는 상기 2개의 흡착탑 중 적어도 하나의 흡착탑에서 흡착된다. 여기서는, 제 1 흡착탑(21)을 기준으로 압력 순환 흡착에 의해 아산화질소가 회수되는 공정 양태를 설명한다. 아산화질소가 제거된 기체혼합물이 제 1 흡착탑(21)에서 배출되고, 제 1 흡착탑(21)에서 아산화질소 흡착이 이루어지는 부분이 점점 제 1 흡착탑(21)의 출구로 이동한다. 제 1 흡착탑(21) 출구의 기체혼합물에는 10 부피% 이하, 5 부피% 이하, 보다 구체적으로는 2 부피% 이하의 아산화질소를 함유할 수 있다. 제 1 흡착탑(21)에서 아산화질소 흡착이 이루어지는 부분이 제 1 흡착탑(21) 입구와 출구 사이의 미리 정해진 지점에 도달하면 아산화질소 함유 기체혼합물의 공급을 중단한다. 제 1 흡착탑(21) 내의 기체를 공급되는 아산화질소 함유 기체혼합물의 흐름 방향과 같은 순방향으로 배출하면서 1차 압력까지 압력을 낮춘다. 여기서 배출되는 가스는 주로 질소와 산소이다. 이 배출가스를 제 2 흡착탑(22)의 압력을 부분적으로 올리는데 사용할 수 있다. In the pressure
상기 압력 변동 흡착 공정(20)에서, 흡착 압력은 1.7 내지 20bar일 수 있으며, 보다 구체적으로는 5 내지 15bar일 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 압력 순환 흡착의 흡착제의 아산화질소 작업 용량이 크고 아산화질소/질소 선택도 및/또는 아산화질소/ 산소 선택도가 클수록 고순도 및 고회수율로 아산화질소를 정제하기에 적합할 수 있다.In the pressure
아산화질소 함유 기체혼합물 또는 배기가스의 흐름 방향과 같은 순방향(cocurrent)의 감압 단계(depression step)에서 낮추는 1차 압력은 1 내지 4bar일 수 있다. 제 1 흡착탑(21)은 적어도 하나의 균압(Equalization) 단계의 1차 압력보다 낮은 진공 내지 2.1bar의 균압까지 더욱 순방향으로 갑압된다. 일반적으로 이 균압 단계에서 배출되는 가스는 제 2 흡착탑(22)에 공급되어 재가압하는데 사용된다. 제 1 흡착탑(21)은 아산화질소 함유 기체혼합물의 흐름과 반대인 역방향(countercurrent)으로 동압 이하의 아산화질소를 탈착하는데 유효한 탈착 압력까지 감압하여 아산화질소 함유 탈착 가스를 회수한다. 탈착 압력은 진공 내지 2.1bar일 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 압력 순환 흡착의 흡착제의 아산화질소 작업 용량이 크고 아산화질소/질소 선택도 및/또는 아산화질소/ 산소 선택도가 클수록 고순도 및 고회수율로 아산화질소를 정제하기에 적합할 수 있다. 보다 구체적으로 탈착 압력은 진공 내지 1bar, 또는 0.3 내지 1bar 일 수 있다. The primary pressure lowered in the cocurrent depression step, such as the nitrous oxide-containing gas mixture or the flow direction of the exhaust gas, may be 1 to 4 bar. The
상기 압력 순환 흡착공정(20) 이 수행되는 온도는, 특별히 이에 제한하는 것은 아니나, 0 내지 50℃일 수 있다. 보다 구체적으로는 0 내지 40℃, 10 내지 40℃, 또는 10 내지 30℃일 수 있다. The temperature at which the pressure
상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)의 공정 온도 및 압력은 제 1 압축기(51) 및 제 1 냉각기(52)로 조절할 수 있다. 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)으로 투입되는 기체 혼합물을 제 1 압축기(51)로 압축하고, 제 1 냉각기(52)를 통해 압축열을 제거하면서 기체혼합물의 온도를 일정하게 조절할 수 있다. 제 2 응집기(53)에서는 상기 압축 과정과 냉각 과정에서 발생한 수분이나 유분을 제거할 수 있다. 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)에서 배출되는 배기가스에는 0.5 내지 10 부피%의 아산화질소를 함유될 수 있다. 이 배기가스에 함유된 아산화질소를 열분해 또는 촉매분해한 후 대기에 방출할 수 있다. 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)에 의하여 80 내지 99 부피%의 아산화질소 함유 기체혼합물을 얻을 수 있다. 이 고농도로 농축된 아산화질소 함유 기체혼합물은 도 1과 도 3에 나타낸 같이 불순물 제거 흡착공정(30)으로 공급되거나 도 2와 같이 압력 순환 흡창 공정이 불순물 제거 흡착 공정 이후에 수행되는 경우에는, 증류공정(40)으로 공급될 수 있다.The process temperature and pressure of the nitrous oxide-rich concentrated pressure
불순물 제거 흡착공정(30)은, 도 1 및 도 3에서와 같이 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)에서 농축된 기체혼합물에 함유된 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하거나, 도 2에서와 같이 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)의 전 단계에서 수행되어 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)으로 공급되는 기체혼합물에 함유된 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 공정이다. 즉, 상기 불순물 흡착공정(30)은 아산화질소 함유 기체혼합물에 함유되어 있는 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 또는 유기탄화수소 등의 불순물을 제거하는 공정이다. 이들 불순물들은 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)이나 증류공정(40)에서 제거할 수 없기 때문에, 별도의 공정을 통해 분리하여야 한다. 아산화질소 생산공정의 생산가스 또는 아디프산 생산공정의 배기가스 등에는 0 내지 5 부피%의 이산화탄소, 0 내지 2 부피%의 이산화질소, 0 내지 1 부피%의 수증기, 및 0 내지 1 부피% 이하의 유기탄화수소 등이 함유되어 있다. 상기 불순물 제거 흡착공정(30)에서 이들 불순물을 흡착 제거하여 이산화질소, 이산화탄소 및 수증기의 함량을 각각 1.0 ppm 이하로 낮추며, 유기탄화수소는 0.1 ppm 이하로 낮추는 것이 바람직하다.The impurity
상기 불순물 제거 흡착공정(30)에서 이산화탄소와 이산화질소는 산업에서 통상적으로 사용하는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 또는 수산화칼륨(KOH) 등의 흡착제 또는 이들이 실리카 또는 제올라이트 등에 코팅된 흡착제(예를 들어, 실리카에 수산화나트륨이 코팅된 흡착제인 Ascarite®)가 충진된 흡착탑에서 기체-고체 반응에 의하여 제거될 수 있다. 이 때, 반응에 의하여 수증기가 발생한다. 기체-고체 반응 흡착제가 소모된 후에는 흡착제를 제거하고 새로운 흡착제를 충진하여 사용할 수 있다. 상기 불순물 제거 흡착공정(30)에서 수증기와 이산화탄소 또는 이산화질소의 중화 흡착반응으로 생성된 수증기 및 유기탄화수소는 산업에서 통상적으로 사용하는 실리카 또는 제올라이트(X, Y, CaY, ZnX, 5A, 13X 등) 또는 알루미나 실리케이트 또는 활성탄 등과 이들 흡착제의 흡착층을 조합한 흡착장치로 흡착하여 제거할 수 있다. 상기 불순물 제거 흡착공정(30)은 10 내지 50 ℃의 온도 및 1 내지 10 bar의 압력 조건에서 수행될 수 있다. 이산화탄소, 이산화질소, 수분과 유기탄화수소 제거 흡착층을 모두 포함하는 하나의 흡착탑을 사용할 수 있으나, 이산화탄소와 이산화질소 제거 흡착층을 갖는 흡착탑과 수분과 유기탄화수소 제거 흡착층을 갖는 흡착탑을 각각 분리하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 흡착단계의 연속 운전을 위하여 이산화탄소와 이산화질소 흡착탑 및 수분과 유기탄화수소 흡착탑을 각각 2 개 이상 설치하여 교대로 재생과 운전을 수행할 수 있다. 구체적인 일례로써, 상기 흡착공정(30)에서 아산화질소를 함유하는 기체혼합물 내 이산화탄소와 이산화질소를 제거하기 위하여 제 1 흡착탑(31)을 구성할 수 있고, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물 내 수증기와 상기 제 1 흡착탑(31)에서 이산화탄소 또는 이산화질소의 중화 흡착반응으로 생성된 수증기 및 유기탄화수소를 제거하기 위해 제 2 흡착탑(32)을 구성할 수 있다.In the impurity removal and
상기 불순물 제거 흡착공정(30)에서 정제된 아산화질소 함유 기체혼합물에 함유된 이산화질소와 이산화탄소 및 수분은 각각 1.0 ppm(부피) 이하이며, 유기탄화수소는 0.1 ppm(부피) 이하이다.The nitrous oxide-containing gas mixture purified in the impurity
상기 아산화질소 농축 흡착공정(20)의 흡착탑(21, 22) 및 불순물 제거 흡착공정(30)의 흡착탑(31,32)에 충진되는 흡착제의 크기는 3 mm 내지 30 mm 범위가 바람직하지만, 흡착제의 흡착력과 흡착층 내의 압력 손실을 고려하여 최적의 크기를 선택하여야 한다.The size of the adsorbent to be filled in the adsorption towers 21 and 22 of the nitrous oxide concentration and
상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20) 및 불순물 제거 흡착공정(30)에 의하여 농축되고 정제된 기체혼합물의 조성은 80 부피% 이상, 더욱 바람직하게는 90 부피% 이상의 아산화질소를 함유할 수 있으며, 이산화질소, 이산화탄소 및 수증기 각각 1.0 ppm 이하, 유기탄화수소 0.1 ppm 이하 및 미량의 일산화탄소와 일산화질소를 함유할 수 있다.The composition of the gas mixture enriched and purified by the nitrous oxide-rich concentrated pressure
증류공정(40)은 상술한 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20) 및 불순물 제거 흡착공정(30)을 거친 기체혼합물을 압축 및 냉각하고 증류로 분리하여 고순도로 아산화질소를 회수하는 공정이다. 상기 증류공정(40)은 상기의 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)과 불순물 제거 흡착공정(30)을 통하여 정제되고 농축된 아산화질소 함유 기체혼합물에 함유된 질소, 산소, 미량의 일산화탄소 및 미량의 일산화질소 등을 증기압(비점) 차이를 이용하여 고압 및 저온에서 증류로 제거하여 99.999 부피% 이상의 고순도 아산화질소를 회수하는 공정이다. 상기 증류공정(40)은 -160 내지 -10 ℃의 온도 및 3 내지 30 bar의 압력 조건에서 수행할 수 있으며, 상기 온도 및 압력의 조절은 제 2 압축기(61) 및 제 2 냉각기(62)에서 수행할 수 있다. 상기 제 2 냉각기(62)에서 압축열을 제거하면서 아산화질소의 액화 온도까지 냉각한 후 발생되는 수분이나 유적을 제 3 응집기(63)에서 제거한 다음 증류탑(41)으로 공급한다. 상기 증류공정(40)을 수행하는 공정 조건은 아산화질소의 기액 평형 증기압에 따라 결정될 수 있다.The
제 2 냉각기(62)에서 냉각하는 과정 중에 유분의 미세 액적이 생성될 수 있는데, 이를 제 3 응집기(63)에서 제거할 수 있다. 상기 제 3 응집기(63)는 200 내지 300 메쉬(mesh)의 스테인레스스틸 망이 장착될 수 있고, 산업에서 통상적으로 사용하는 장치를 사용할 수 있으나, 특별하게 한정되지 않는다.During the process of cooling in the
상기 증류공정(40)의 증류탑(41)은 5 mm 내지 30 mm 크기의 알루미늄 등의 비부식성 금속 또는 알루미나 등의 세라믹 재질의 충진제가 충진된 충진탑(Packed tower), 또는 여러 개의 단(예를 들어, 시브 트래이(sieve tray) 또는 밸브 트래이(valve tray))으로 구성되는 다단탑(Tray tower)을 사용할 수 있다. 상기 증류탑(41)은 이론 단수가 5 내지 50 범위가 바람직하다. 더욱 바람직한 이론 단수는 10 내지 30 단일 수 있다. The
또한, 상기 증류탑(41) 상부에 설치된 응축기(43)를 -160 내지 -20℃의 온도 범위로 운전함으로써 아산화질소를 응축하여 증류탑(41)으로 환류시킬 수 있다. 이 때, 환류비(reflux ratio)는 1 내지 5 범위가 바람직하다. 증류탑(41) 하부에는 아산화질소를 기화시켜 증류탑(41)에 증기를 공급하는 증기발생기(42)가 설치되어 있다. 증류탑(41)의 하부에 증기발생기(42)로부터 고순도로 정제된 아산화질소 액체가 회수된다.The nitrous oxide can be condensed and refluxed to the
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 아산화질소 회수 방법은, 필수적인 것은 아니나, 상기 증류공정(40)의 응축기(43)에서 액화되지 않은 기체혼합물을 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)으로 재순환시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. 응축기(43)에서 액화되지 않은 기체혼합물에는 약 10부피% 이상의 아산화질소가 포함되어 있고, 이를 압력 순환 흡착공정(20)으로 재순환시켜 아산화질소 회수 공정을 수행함에 따라, 최종적으로 회수되는 아산화질소의 회수율이 더욱 향상될 수 있다.The method of recovering the nitrous oxide according to an embodiment of the present invention is not essential but it is not necessary to recycle the gas mixture that has not been liquefied in the
본 발명의 일 양태의 아산화질소 회수 방법은, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거하는 전처리공정(10)을 더 포함할 수 있다.The method for recovering nitrous oxide according to an embodiment of the present invention further includes a pretreatment step (10) for removing at least one of moisture in a fine droplet state, oil fractions in a fine droplet state, and fine particle impurities from a gas mixture containing nitrous oxide .
이러한 전처리 공정은 본 발명의 일 양태에 따른 아산화질소 회수 공정의 최전단에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 예시적인 일 양태에 따라 압력 순환 흡착공정-불순물 제거 흡착 공정 순서로 공정이 수행되는 경우, 압력 순환 흡착공정의 전단에서 수행될 수 있다. 또한, 불순물 제거 흡착 공정-압력 순환 흡착공정 순서로 공정이 수행되는 경우, 불순물 제거 흡착 공정의 전단에서 수행될 수 있다.This pretreatment process may be performed at the forefront of the nitrous oxide recovery process according to an embodiment of the present invention. Specifically, when the process is performed in the order of the pressure cycling adsorption process and the impurity removal adsorption process according to one exemplary aspect of the present invention, the adsorption can be performed before the pressure cycling adsorption process. Further, if the process is carried out in the order of the impurity removal adsorption process and pressure circulation adsorption process, it can be carried out before the impurity removal adsorption process.
상기 전처리공정(10)은 아산화질소 생산공정의 생산가스 또는 아디프산 생산공정에서 발생하는 배기가스 등의 아산화질소 함유 기체혼합물에 함유된 미량의 액적 상태의 수분 또는 유분, 및 입자 불순물을 제거하는 공정이다. 아산화질소 생산공정의 생산가스 또는 아디프산 생산공정에서 발생하는 배기가스 등의 아산화질소 함유 기체혼합물에는 소량의 액적 상태의 수분 또는 유분 또는 미세 입자가 함유될 수 있다. 상기 수분 액적 또는 유분 액적을 제거하기 위하여 제 1 응집기(12)를 사용할 수 있다. 상기 제 1 응집기(12)는 미세한 액적들을 포집하여 큰 액적을 형성시키는 장치이며, 200 내지 300 메쉬(mesh)의 스테인레스스틸 망이 장착될 수 있고, 산업에서 통상적으로 사용하는 장치를 사용할 수 있으나, 특별하게 한정되지 않는다. 입자 상태의 입자 불순물은 제거하기 위하여 여과포가 장착된 여과장치(13)를 사용할 수 있는데, 상기 여과포는 백필터 형태 또는 카트리지 형태 등을 사용할 수 있다. 상기 여과포 또는 여과장치는 특별하게 한정되지 않으며, 통상적으로 사용하는 여과포나 여과장치를 사용할 수 있다. The pretreatment step (10) removes water or oil particles and particle impurities in a very small amount of droplets contained in a nitrous oxide-containing gas mixture such as a production gas in a nitrous oxide production process or an exhaust gas generated in an adipic acid production process Process. The nitrous oxide-containing gas mixture, such as the product gas in the nitrous oxide production process or the exhaust gas generated in the adipic acid production process, may contain a small amount of water, oil or fine particles in a droplet state. A first flocculator (12) may be used to remove the water droplets or oil droplets. The first flocculator 12 is a device for collecting fine droplets to form a large liquid droplet. The first flocculator 12 may be equipped with a stainless steel net of 200 to 300 mesh or a device commonly used in industry, , And is not particularly limited. In order to remove particulate impurities, a filtration device 13 equipped with a filter cloth may be used. The filter cloth may be in the form of a bag filter or a cartridge. The filter cloth or the filtration apparatus is not particularly limited, and a commonly used filter cloth or a filtration apparatus can be used.
상기 전처리공정(10)은 10 내지 40 ℃의 온도 및 1 내지 2 bar의 압력 조건에서 수행되는 것이 바람직하나, 상기 전처리공정의 운전 조건이 이에 제한되는 것은 아니다.The
이와 같은 본 발명의 아산화질소 회수 및 정제공정을 통해, 최종적으로 회수된 아산화질소의 순도는 99.999 부피% 이상이며, 아산화질소 회수율은 약 90 % 이상이다. 본 발명에 따라 99.999 부피% 이상의 고순도로 회수된 아산화질소는 반도체, LCD, OLED 등의 산업용으로 사용할 수 있다.Through the nitrous oxide recovery and purification process of the present invention, the purity of the finally recovered nitrous oxide is 99.999% by volume or more and the nitrous oxide recovery rate is about 90% or more. According to the present invention, nitrous oxide recovered at a high purity of 99.999% by volume or more can be used for industries such as semiconductor, LCD, and OLED.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
<아산화질소 농도 분석 방법> ≪ Analysis method of nitrous oxide concentration >
아산화질소 함유 기체혼합물의 열분해 전후의 농도를 측정하는 방법으로 GC(가스크로마토그래피) 방법을 사용하였다. GC의 검출기로는 PDD(Pulsed Discharge Detector)를 사용하였으며, 분석 칼럼은 Carboxene 1010 PLOT와 Molecular sieve 5A를 사용하였다. 또한 고농도 아산화질소 분석은 TCD(Thermal Conductivity Detector)를 사용하였다. A GC (gas chromatography) method was used to measure the concentration of the nitrous oxide-containing gas mixture before and after pyrolysis. PDD (Pulsed Discharge Detector) was used as the detector of GC. Carboxene 1010 PLOT and Molecular sieve 5A were used for the analysis column. In addition, TCD (Thermal Conductivity Detector) was used for high-concentration nitrous oxide analysis.
GC 분석 조건은 표 1에 정리하였다.GC analysis conditions are summarized in Table 1.
Molecular sieve 5A, 30 m x 0.53 mm I.D.Carboxen-1010 PLOT, 30 mx 0.53 mm ID
본 발명에서 실시한 아산화질소의 회수공정은 도 1에 나타낸 바와 같은 파이롯트(pilot) 규모의 공정이다. 아디프산 생산공정의 배출가스를 대상으로 아산화질소 회수공정의 구체적인 실시 방법을 도 1을 참조하여 기술하였다.The process for recovering nitrous oxide according to the present invention is a pilot scale process as shown in Fig. A specific method of performing the nitrous oxide recovery process for the exhaust gas from the adipic acid production process is described with reference to FIG.
[[ 실시예Example 1] One]
(1) 전처리공정: 전처리공정(10)은 아디프산 생산공정에서 발생하는 배출가스를 공급장치(11)로부터 공급하여 제 1 응집기(12) 및 여과장치(13)에서 배출가스에 함유된 수분과 유분의 미세 액적 및 분진을 제거하였다. 상기 제1 응집기는 두께 20 cm의 200 메쉬(mesh) 스테인레스스틸 망을 장착하였으며, 상기 스테인레스스틸 망의 직경은 30 cm이고, 길이는 60 cm이었다. 상기 여과장치는 폴리에스터 재질의 백필터가 장착되었으며, 상기 백필터의 직경은 30 cm이고, 길이는 80 cm이다. 도 1의 아산화질소의 회수공정에 공급된 기체혼합물의 공급유량은 60 Nm3/hr이고 조성은 다음과 같다. (1) Pretreatment Step: The pretreatment step (10) is a step of supplying the exhaust gas generated in the adipic acid production step from the supply device (11) and supplying the exhaust gas from the first condenser (12) The fine droplets and dusts of water and oil were removed. The first agglomerator was equipped with a 200 mesh stainless steel net having a thickness of 20 cm, and the stainless steel net had a diameter of 30 cm and a length of 60 cm. The filtration apparatus is equipped with a bag filter made of a polyester material. The bag filter has a diameter of 30 cm and a length of 80 cm. The supply flow rate of the gas mixture supplied to the nitrous oxide recovery process in FIG. 1 is 60 Nm 3 / hr and the composition is as follows.
-아산화질소(N2O): 35 부피%, - nitrous oxide (N 2 O): 35% by volume,
-질소(N2): 60.0 부피%- Nitrogen (N 2 ): 60.0 vol%
-산소(O2): 2.7 부피%- Oxygen (O 2 ): 2.7 vol%
-이산화탄소(CO2): 2 부피%- Carbon dioxide (CO 2 ): 2 vol%
-물(H2O): 0.3 부피%- water (H 2 O): 0.3% by volume
-이산화질소(NO2): 200 ppm- Nitrogen dioxide (NO 2 ): 200 ppm
-일산화질소(NO): 800 ppm- nitrogen monoxide (NO): 800 ppm
-유기탄화수소: 100 ppm - Organic hydrocarbons: 100 ppm
(2) 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정: 아산화질소에 대한 흡착성능이 우수한 흡착제인 탈알루미늄 제올라이트 Y(DEGUSSA, WESSALITH DAY F-20, SiO2/Al2O3 = 20)를 충진한 2개의 흡착탑(21, 22)이 장착된 압력 순환 흡착공정에 대하여 아산화질소 농축 압력순환 흡착실험을 수행하였다. 실험에 사용한 압력 순환 흡착공정의 2개의 흡착탑(21, 22)은 각각 직경은 18cm이고 길이는 600cm이었다. 사용한 탈알루미늄 제올라이트 Y의 20℃에서의 흡착등온선은 도 4와 같으며, 10bar 압력 하의 흡착량(W0)은 3.91mol/kg이고, 0.3bar 압력 하의 흡착량(W1)은 0.25mol/kg었다(). 10bar 압력 하의 아산화질소/질소 선택도(AN2O/AN2)는 7.6이고, 10bar 압력 하의 아산화질소/산소 선택도(AN2O/AO2)는 7.7이다. (2) Nitrous Oxide Condensation Pressure Circulation Adsorption Process: Two adsorption columns filled with de-aluminum zeolite Y (DEGUSSA, WESSALITH DAY F-20, SiO 2 / Al 2 O 3 = 20), adsorbent excellent in adsorption to nitrous oxide (21, 22) was carried out for the pressure cycling adsorption process. The two adsorption towers (21, 22) in the pressure cycling adsorption process used in the experiments were 18 cm in diameter and 600 cm in length. 4, the adsorption amount (W 0 ) at a pressure of 10 bar was 3.91 mol / kg, the adsorption amount (W 1 ) at a pressure of 0.3 bar was 0.25 mol / kg ( ). The nitrous oxide / nitrogen selectivity (A N2O / A N2 ) at 10 bar pressure is 7.6 and the nitrous oxide / oxygen selectivity (A N2O / A O2 ) at 10 bar pressure is 7.7.
상기 전처리공정(10)에서 나오는 기체혼합물을 제 1 압축기(51)로 가압하고 제 1 냉각기(52)에서 상온으로 냉각한 다음 제 2 응집기(53)에서 수분과 유분을 제거한 다음 교대로 운전되는 흡착탑(21, 22)에 공급하였다. 상기 흡착탑(21, 22)에 공급하는 아산화질소 함유 기체혼합물의 조성은 상기 전처리공정(10)에 공급된 기체혼합물의 조성과 같으며, 유량은 60 Nm3/hr이었다. 흡착 온도는 상온이고, 흡착압력은 10bar이었으며 탈착 압력은 0.3 bar이었다. 흡착시간과 세정시간을 각각 100 sec와 140 sec로 하여 압력 순환 흡착을 수행하였다. 세정 단계에서 세정가스로 사용한 기체혼합물의 조성은 아산화질소 90 부피%와 질소 10 부피%이었으며 유량은 6 Nm3/hr로 공급하는 아산화질소 함유 기체혼합물 유량의 1/10이었다. 아산화질소 함유 기체혼합물의 조성은 상기한 표 1에 나타낸 가스크로마토그라피 방법을 사용하여 분석하였다. 압력 순환 흡착공정의 세정과 감압 단계에서 얻은 탈착 생성물의 유량은 26.5Nm3/hr이었으며 조성은 아산화질소 90.3 부피%, 산소 0.2 부피%와 질소 8.8 부피%이었으며, 기타 불순물로서 이산화탄소 0.7 부피%, 수분 500 ppm, 이산화질소 34 ppm, 일산화질소 138 ppm 및 유기탄화수소는 17 ppm이었다. The gas mixture from the pretreatment step (10) is pressurized by the first compressor (51), cooled to room temperature in the first cooler (52), and then water and oil are removed from the second agglomerator (53) And supplied to the adsorption towers (21, 22). The composition of the nitrous oxide-containing gas mixture to be supplied to the adsorption towers (21, 22) was the same as the composition of the gas mixture fed to the pretreatment step (10), and the flow rate was 60 Nm 3 / hr. The adsorption temperature was room temperature, the adsorption pressure was 10 bar, and the desorption pressure was 0.3 bar. The adsorption time and the washing time were set to 100 sec and 140 sec, respectively. The composition of the gas mixture used in the cleaning step in the cleaning gas is nitrous oxide was 90% by volume and
압력 순환 흡착공정의 배기가스의 아산화질소 농도는 6.3 부피%이었으며, 유량은 39.5 Nm3/hr이었다. 생성물로 얻은 아산화질소의 회수율은 세정과 감압 단계의 아산화질소 회수량을 가압과 흡착단계의 아산화질소 공급량 및 세정 단계의 아산화질소 공급량의 합으로 나누어 계산된다. 이와 같은 방법으로 산출된 아산화질소의 회수율은 90.5 %이었다. 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정에서 배출되는 아산화질소 6.3 부피% 함유 기체혼합물은 고주파 유도 가열 열분해 처리하여 대기에 방출되는 아산화질소의 농도를 100 ppm 이하로 낮추었다.The nitrous oxide concentration of the exhaust gas in the pressure cycle adsorption process was 6.3 vol% and the flow rate was 39.5 Nm 3 / hr. The recovery of nitrous oxide from the product is calculated by dividing the recovery of nitrous oxide in the washing and decompression stages by the sum of the supply of nitrous oxide in the pressurization and adsorption stages and the supply of nitrous oxide in the cleaning stage. The recovery rate of nitrous oxide calculated by this method was 90.5%. The gas mixture containing 6.3 vol% of nitrous oxide discharged from the nitrous oxide condensation pressure cyclic adsorption process was subjected to high frequency induction pyrolysis treatment to lower the concentration of nitrous oxide released into the air to 100 ppm or less.
(3) 불순물 제거 흡착공정: 불순물 제거 흡착공정(30)은 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)에서 농축된 기체혼합물(아산화질소 90.3 부피%, 산소 0.2 부피%와 질소 8.8 부피%, 이산화탄소 0.7 부피%, 수분 500 ppm, 이산화질소 34 ppm, 일산화질소 138 ppm 및 유기탄화수소 17 ppm)을 흡착탑(31, 32)에 공급하여 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 등의 불순물을 제거하였다. 불순물 제거 흡착공정(30)에서 제 1 흡착탑(31)과 제 2 흡착탑(32)의 흡착제가 충진된 흡착층은 각각 직경은 20 cm이고, 길이는 200 cm이다. 제 1 흡착탑(31)에는 5~10 mm 크기의 실리카에 수산화나트륨이 코팅된 흡착제인 Ascarite®를 충진하였으며, 제 2 흡착탑(32)에는 5~10 mm 크기의 제올라이트 5A를 충진하였다. 제 1 충진탑(31)은 흡착 반응에 의하여 발생하는 열을 제거하기 위하여 냉각수를 공급하는 자켓이 장착되었다. 제 1 흡착탑과 제 2 흡착탑은 각각 상온 및 1.5 bar의 압력에서 운전하였다. 제 1 흡착탑(31)에서 이산화탄소와 이산화질소가 수산화나트륨과 반응하여 제거되고 이때 수증기가 발생한다. 이 수증기와 공급되는 기체혼합물에 함유된 수증기 및 유기탄화수소는 제 2 흡착탑(32)에서 흡착되어 제거된다. 불순물 제거 흡착공정(30)에서 정제된 아산화질소 함유 기체혼합물의 유량은 26.3 Nm3/hr이고, 조성은 다음과 같다. (3) Impurity removal adsorption process: The impurity
- 아산화질소: 90.9 부피%, - 90.9% by volume of nitrous oxide,
- 질소(N2): 8.9 부피%Nitrogen (N 2 ): 8.9 vol%
- 산소(O2): 0.2 부피%- Oxygen (O 2 ): 0.2 vol%
- 이산화탄소(CO2): 0.2 ppm- Carbon dioxide (CO 2 ): 0.2 ppm
- 수증기: 0.6 ppm- Water vapor: 0.6 ppm
- 이산화질소(NO2): 0.2 ppm- nitrogen dioxide (NO 2 ): 0.2 ppm
- 일산화질소(NO): 15 ppm- nitrogen monoxide (NO): 15 ppm
- 유기탄화수소: 0.1 ppm - Organic hydrocarbons: 0.1 ppm
(4) 증류공정: 증류공정(40)에 의하여 상기 불순물 제거 흡착공정(30)에서 정제된 기체혼합물(아산화질소 90.9 부피%)을 26.3 Nm3/hr의 유량으로 증류공정(40)에 공급하여 질소와 산소를 제거하여 고순도의 아산화질소를 얻었다. 상기 불순물 제거 흡착공정(30)의 제 2 흡착탑(32)에서 배출되는 기체혼합물을 증류공정(40)의 제 2 압축기(61)로 20 bar의 압력으로 가압하고, 제 2 냉각기(62)에서 압축열을 제거하면서 기체혼합물을 -60 ℃의 온도로 냉각시킨 후 생성되는 수분과 유분의 액적을 제 3 응집기(63)에서 제거한 다음 증류탑(41)에 공급하였다. 증류탑(41)은 5/8 인치의 스테인레스스틸 폴 링(Pall ring)이 충진되었으며, 충진층은 직경이 15 cm이고, 높이가 6 m이다. 증류탑(41) 상부에 설치된 응축기(43)에서 아산화질소를 응축하여 증류탑(41)으로 재순환하였다. 응축기(43)의 온도를 -70 ℃로 유지하였다. 증류탑(41)의 환류비(reflux ratio)는 2로 유지하였다. 응축기(43)에서 액화되지 않은 기체혼합물(아산화질소 7.7 부피%, 유량 2.6 Nm3/hr)을 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정(20)으로 재순환하였다. 증류탑(41) 하부에 설치된 증기발생기(42)에서 액체 아산화질소를 기화시켜 증류탑(41)에 공급하였다. 증기발생기(42)의 온도는 -23 ℃로 유지되었다. 증류탑(41)의 하부 증기발생기로부터 고순도로 정제된 아산화질소를 회수하였다. 상기 증류공정(40)에서 회수된 액체 아산화질소의 유량은 약 23.7 Nm3/hr(42.6kg/hr)이고, 조성은 다음과 같았으며 이산화탄소의 순도는 99.9999 부피%이었다. 증류공정에 도입된 아산화질소 함유 기체로부터 증류공정에 의하여 회수된 아산화질소는 97.1%이었다. 상기 증류공정(40)의 상부 응축기(43)에서 배출되는 기체혼합물을 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정으로 재순환하는 것을 고려하지 않는 경우에 본 발명의 회수공정의 아산화질소의 회수율은 89.8%이다. (4) Distillation: by feeding to the
-아산화질소(N2O): 99.9999 부피% - Nitrous oxide (N 2 O): 99.9999 vol%
-질소(N2): 0.8 ppm- nitrogen (N 2 ): 0.8 ppm
-산소(O2): 0.4 ppm- oxygen (O 2 ): 0.4 ppm
-이산화탄소(CO2): 0.2 ppm- Carbon dioxide (CO 2 ): 0.2 ppm
-물(H2O): 0.4 ppm- water (H 2 O): 0.4 ppm
-이산화질소(NO2): 0.1 ppm- nitrogen dioxide (NO 2 ): 0.1 ppm
-일산화질소(NO): 0.1 ppm- nitrogen monoxide (NO): 0.1 ppm
-유기탄화수소: 0.1 ppm - Organic hydrocarbons: 0.1 ppm
[[ 실시예Example 2] 2]
아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정의 흡착제로 Sylobead silica gel(GRACE GmbH&Co., SYLOBEAD SG B 127)을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아산화질소 회수 실험을 수행하였다. 사용한 Sylobead silica gel의 20℃에서의 흡착등온선은 도 5와 같으며, 10bar 압력 하의 흡착량(W0)은 3.92mol/kg이고, 0.3bar 압력 하의 흡착량(W1)은 0.30mol/kg이었다(). 10bar 압력 하의 아산화질소/질소 선택도(AN2O/AN2)는 8.8 이고, 10bar 압력 하의 아산화질소/산소 선택도(AN2O/AO2)는 8.8이다. The nitrous oxide recovery experiment was carried out in the same manner as in Example 1, except that Sylobead silica gel (GRACE GmbH & Co., SYLOBEAD SG B 127) was used as the adsorbent for the N 2
압력 순환 흡착공정의 세정과 감압 단계에서 얻은 탈착 생성물의 유량은 26.3Nm3/hr이었으며 조성은 아산화질소 90.5 부피%, 산소 0.2 부피%와 질소 8.6 부피%이었으며, 기타 불순물로서 이산화탄소 0.7 부피%, 수분 550 ppm, 이산화질소 30 ppm, 일산화질소 125 ppm 및 유기탄화수소는 16 ppm이었다. 압력 순환 흡착공정의 배기가스의 아산화질소 농도는 6.5 부피%이었으며, 유량은 39.7 Nm3/hr이었다. 실시예 1과 같은 방법으로 산출된 아산화질소의 회수율은 90.2 %이었다.The flow rate of the desorbed product obtained in the step of washing and depressurizing the pressure circulating adsorption process was 26.3 Nm 3 / hr. The composition was 90.5% by volume of nitrous oxide, 0.2% by volume of oxygen and 8.6% by volume of nitrogen and 0.7% by volume of carbon dioxide 550 ppm, 30 ppm nitrogen dioxide, 125 ppm nitrogen monoxide, and 16 ppm organic hydrocarbons. The nitrous oxide concentration of the exhaust gas in the pressure cycle adsorption process was 6.5 vol% and the flow rate was 39.7 Nm 3 / hr. The recovery rate of nitrous oxide calculated in the same manner as in Example 1 was 90.2%.
불순물 제거 흡착공정에서 정제된 아산화질소 함유 기체혼합물의 유량은 26.2 Nm3/hr이고, 조성은 다음과 같다. The flow rate of the purified nitrous oxide-containing gas mixture in the impurity removal adsorption process was 26.2 Nm 3 / hr, and the composition was as follows.
- 아산화질소: 90.8 부피%, - 90.8% by volume of nitrous oxide,
- 질소(N2): 8.9 부피%Nitrogen (N 2 ): 8.9 vol%
- 산소(O2): 0.3 부피%- Oxygen (O 2 ): 0.3 vol%
- 이산화탄소(CO2): 0.2 ppm- Carbon dioxide (CO 2 ): 0.2 ppm
- 수증기: 0.7 ppm- Water vapor: 0.7 ppm
- 이산화질소(NO2): 0.2 ppm- nitrogen dioxide (NO 2 ): 0.2 ppm
- 일산화질소(NO): 12 ppm- nitrogen monoxide (NO): 12 ppm
- 유기탄화수소: 0.1 ppm - Organic hydrocarbons: 0.1 ppm
또한, 증류공정에서 회수된 액체 아산화질소의 유량은 약 23.5 Nm3/hr(42.4kg/hr)이고, 조성은 다음과 같았으며 아산화질소의 순도는 99.9999 부피%이었다. 증류탑 상부에서 배출되는 기체혼합물의 유량은 2.8Nm3/hr이고 아산화질소의 농도는 10.7 부피%이었다.In addition, the flow rate of the liquid nitrous oxide recovered in the distillation process was about 23.5 Nm 3 / hr (42.4 kg / hr). The composition was as follows and the purity of nitrous oxide was 99.9999% by volume. The flow rate of the gas mixture discharged from the top of the distillation tower was 2.8 Nm 3 / hr and the concentration of nitrous oxide was 10.7% by volume.
-아산화질소(N2O): 99.9999 부피% - Nitrous oxide (N 2 O): 99.9999 vol%
-질소(N2): 0.9 ppm- Nitrogen (N 2 ): 0.9 ppm
-산소(O2): 0.4 ppm- oxygen (O 2 ): 0.4 ppm
-이산화탄소(CO2): 0.2 ppm- Carbon dioxide (CO 2 ): 0.2 ppm
-물(H2O): 0.3 ppm- water (H 2 O): 0.3 ppm
-이산화질소(NO2): 0.1 ppm- nitrogen dioxide (NO 2 ): 0.1 ppm
-일산화질소(NO): 0.1 ppm- nitrogen monoxide (NO): 0.1 ppm
-유기탄화수소: 0.1 ppm - Organic hydrocarbons: 0.1 ppm
증류공정에 도입된 아산화질소 함유 기체로부터 증류공정에 의하여 회수된 아산화질소는 98.72%이었다. 증류공정의 상부 응축기에서 배출되는 기체혼합물을 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정으로 재순환하는 것을 고려하지 않는 경우에 본 발명의 회수공정의 아산화질소의 회수율은 89.0%이다.The amount of nitrous oxide recovered from the nitrous oxide-containing gas introduced into the distillation process by the distillation process was 98.72%. In the case of not recirculating the gas mixture discharged from the upper condenser of the distillation process to the nitrous oxide concentrated pressure recycling process, the recovery rate of nitrous oxide in the recovering process of the present invention is 89.0%.
[[ 비교예Comparative Example 1] One]
아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정의 흡착제로 제올라이트 13X(UOP, 1/8 인치 펠렛)를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아산화질소 회수 실험을 수행하였다. 사용한 제올라이트 13X 의 20℃에서의 흡착등온선은 도 6과 같으며, 10bar 압력 하의 흡착량(W0)은 5.22mol/kg이고, 0.3bar 압력 하의 흡착량(W1)은 3.50mol/kg이었다(). 10bar 압력 하의 아산화질소/질소 선택도(AN2O/AN2)는 2.7이고, 10bar 압력 하의 아산화질소/산소 선택도(AN2O/AO2)는 6.1이다. The nitrous oxide recovery experiment was carried out in the same manner as in Example 1, except that zeolite 13X (UOP, 1/8 inch pellet) was used as the adsorbent in the nitrous oxide concentration pressure cycling adsorption process. The adsorption amount (W 0 ) of the zeolite 13X at 20 ° C was as shown in FIG. 6, the adsorption amount (W 0 ) at 5.2 bar and the adsorption amount (W 1 ) at 3.5 bar were 3.50 mol / kg ). The nitrous oxide / nitrogen selectivity (A N2O / A N2 ) at 10 bar pressure is 2.7 and the nitrous oxide / oxygen selectivity (A N2O / A O2 ) at 10 bar pressure is 6.1.
압력 순환 흡착공정의 세정과 감압 단계에서 얻은 탈착 생성물의 유량은 23.5Nm3/hr이었으며 조성은 아산화질소 59.4 부피%, 산소 0.4 부피%와 질소 39.3 부피%이었으며, 기타 불순물로서 이산화탄소 0.9 부피%, 수분 450 ppm, 이산화질소 52 ppm, 일산화질소 128 ppm 및 유기탄화수소는 18 ppm이었다. 압력 순환 흡착공정의 배기가스의 아산화질소 농도는 29.2 부피%이었으며, 유량은 42.5 Nm3/hr이었다. 실시예 1과 같은 방법으로 산출된 아산화질소의 회수율은 52.8 %이었다.The flow rate of the desorption product obtained in the washing and depressurization step of the pressure circulation adsorption step was 23.5 Nm 3 / hr. The composition was 59.4 vol.% Of nitrous oxide, 0.4 vol.% Of oxygen and 39.3 vol.% Of nitrogen. The other impurities were 0.9 vol. 450 ppm, 52 ppm of nitrogen dioxide, 128 ppm of nitrogen monoxide and 18 ppm of organic hydrocarbons. The nitrous oxide concentration of the exhaust gas in the pressure circulation adsorption process was 29.2 vol% and the flow rate was 42.5 Nm 3 / hr. The recovery rate of nitrous oxide calculated in the same manner as in Example 1 was 52.8%.
불순물 제거 흡착공정에서 정제된 아산화질소 함유 기체혼합물의 유량은 23.3 Nm3/hr이고, 조성은 다음과 같다. The flow rate of the nitrous oxide-containing gas mixture purified in the impurity removal adsorption process was 23.3 Nm 3 / hr, and the composition was as follows.
- 아산화질소: 59.9 부피%, - 59.9% by volume of nitrous oxide,
- 질소(N2): 39.7 부피%- Nitrogen (N 2 ): 39.7 vol%
- 산소(O2): 0.4 부피%Oxygen (O 2 ): 0.4 vol%
- 이산화탄소(CO2): 0.2 ppm- Carbon dioxide (CO 2 ): 0.2 ppm
- 수증기: 0.7 ppm- Water vapor: 0.7 ppm
- 이산화질소(NO2): 0.2 ppm- nitrogen dioxide (NO 2 ): 0.2 ppm
- 일산화질소(NO): 18 ppm- nitrogen monoxide (NO): 18 ppm
- 유기탄화수소: 0.1 ppm - Organic hydrocarbons: 0.1 ppm
또한, 아산화질소의 순도가 99.9999 부피%가 되도록 증류 공정을 수행하였으며, 증류공정에서 회수된 액체 아산화질소의 유량은 약 8.6 Nm3/hr(42.4kg/hr)이고, 조성은 다음과 같았으며 증류탑 상부에서 배출되는 기체혼합물의 유량은 14.7Nm3/hr이고 아산화질소의 농도는 36.1 부피%이었다.The distillation process was carried out so that the purity of nitrous oxide was 99.9999% by volume. The flow rate of the liquid nitrous oxide recovered in the distillation process was about 8.6 Nm 3 / hr (42.4 kg / hr). The composition was as follows. The flow rate of the gas mixture discharged from the top was 14.7 Nm 3 / hr and the concentration of nitrous oxide was 36.1% by volume.
-아산화질소(N2O): 99.9999 부피% - Nitrous oxide (N 2 O): 99.9999 vol%
-질소(N2): 1.0 ppmNitrogen (N 2 ): 1.0 ppm
-산소(O2): 0.5 ppm- Oxygen (O 2 ): 0.5 ppm
-이산화탄소(CO2): 0.3 ppm- Carbon dioxide (CO 2 ): 0.3 ppm
-물(H2O): 0.2 ppm- water (H 2 O): 0.2 ppm
-이산화질소(NO2): 0.1 ppm- nitrogen dioxide (NO 2 ): 0.1 ppm
-일산화질소(NO): 0.1 ppm- nitrogen monoxide (NO): 0.1 ppm
-유기탄화수소: 0.1 ppm - Organic hydrocarbons: 0.1 ppm
증류공정에 도입된 아산화질소 함유 기체로부터 증류공정에 의하여 회수된 아산화질소는 61.8%이었다. 증류공정의 상부 응축기에서 배출되는 기체혼합물을 상기 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정으로 재순환하는 것을 고려하지 않는 경우에 본 발명의 회수공정의 아산화질소의 회수율은 32.6%이다.The amount of nitrous oxide recovered from the nitrous oxide-containing gas introduced into the distillation process by the distillation process was 61.8%. In the case of not recirculating the gas mixture discharged from the upper condenser of the distillation process to the nitrous oxide concentrated pressure recirculation adsorption process, the recovery rate of nitrous oxide in the recovering process of the present invention is 32.6%.
이로부터, 본 발명의 식 1 내지 식 3을 만족하지 않는 흡착제를 사용하는 비교예 1의 경우, 전체 공정에서 아산화질소의 회수율이 실시예에 비해 매우 저조한 것을 확인할 수 있다.From the results, it can be seen that, in the case of Comparative Example 1 using the adsorbent which does not satisfy
10 : 전처리공정 11 : 공급장치
12 : 제 1 응집기 13 : 여과장치
20 : 아산화질소 농축 압력 순환 흡착공정
21 : 제 1 압력 순환 흡착탑 22 : 제 2 압력 순환 흡착탑
30 : 불순물 제거 흡착공정 31 : 제 1 흡착탑
32 : 제 2 흡착탑 40 : 증류공정
41 : 증류탑 42 : 증기발생기
43 : 응축기 51 : 제 1 압축기
52 : 제 1 냉각기 53 : 제 2 응집기
61 : 제 2 압축기 62 : 제 2 냉각기
63 : 제 3 응집기10: Pretreatment Step 11: Feeder
12: first agglomerator 13: filtration device
20: Nitrous oxide concentration pressure cyclic adsorption process
21: first pressure circulation adsorption tower 22: second pressure circulation adsorption tower
30: Impurity removal adsorption process 31: First adsorption tower
32: second adsorption tower 40: distillation step
41: Distillation column 42: Steam generator
43: condenser 51: first compressor
52: first cooler 53: second agglomerator
61: second compressor 62: second cooler
63: Third agglomerator
Claims (23)
상기 압력 순환 흡착공정을 거친 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착공정; 및
상기 불순물 제거 흡착공정을 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류공정;을 포함하는, 아산화질소 회수 방법.
[식 1]
(상기 식 1에서, W0은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W1은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 0.3bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W0은 3.50 내지 5.00mol/kg이고, W1은 0.10 내지 1.00mol/kg이다.)A pressure circulation adsorption process using a nitrous oxide recovery adsorbent that satisfies a working capacity represented by the following formula 1 by concentrating nitrous oxide by removing at least one of nitrogen and oxygen from a gas mixture containing nitrous oxide;
An impurity removing adsorption step of removing impurities of at least one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from the gas mixture after the pressure circulation adsorption step; And
And a distillation step of distilling the gas mixture that has undergone the impurity removal adsorption step to recover the nitrous oxide.
[Formula 1]
W 0 is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent, W 1 is the adsorption amount of nitrous oxide in the adsorption isotherm at 20 ° C Nitrogen adsorption amount (mol / kg), W 0 is 3.50 to 5.00 mol / kg, and W 1 is 0.10 to 1.00 mol / kg.
상기 불순물 제거 흡착공정을 거친 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하고, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 사용하는 압력 순환 흡착공정; 및
상기 압력 순환 흡착공정을 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류공정;을 포함하는, 아산화질소 회수 방법.
[식 1]
(상기 식 1에서, W0은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W1은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 0.3bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W0은 3.50 내지 5.00mol/kg이고, W1은 0.10 내지 1.00mol/kg이다.)Removing impurities from the gas mixture containing nitrous oxide to remove at least one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons;
A pressure circulation adsorption step of using the adsorbent for recovering nitrous oxide which satisfies the working capacity represented by the following formula (1), by concentrating the nitrous oxide by removing at least one of nitrogen and oxygen from the gas mixture after the impurity removal adsorption step; And
And a distillation step of distilling the gas mixture after the pressure circulation adsorption step to recover the nitrous oxide.
[Formula 1]
W 0 is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent, W 1 is the adsorption amount of nitrous oxide in the adsorption isotherm at 20 ° C Nitrogen adsorption amount (mol / kg), W 0 is 3.50 to 5.00 mol / kg, and W 1 is 0.10 to 1.00 mol / kg.
상기 압력 순환 흡착공정 이전에, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거하는 전처리공정을 더 포함하는 것인, 아산화질소 회수 방법.The method of claim 1,
Further comprising a pretreatment step for removing at least one of water in the fine droplet state, oil in the fine droplet state, and fine particle impurities from the gas mixture containing nitrous oxide prior to the pressure circulation adsorption step .
상기 불순물 제거 흡착공정 이전에, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거하는 전처리공정을 더 포함하는 것인, 아산화질소 회수 방법.3. The method of claim 2,
Further comprising a pretreatment step for removing at least one of moisture in the fine droplet state, oil in the fine droplet state, and fine particle impurities from the gas mixture containing nitrous oxide before the impurity removal adsorption step .
상기 압력 순환 흡착공정 또는 증류공정 이전에, 상기 기체혼합물을 압축 및 냉각하는 공정을 더 포함하는 것인, 아산화질소 회수 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising compressing and cooling the gas mixture prior to the pressure cycling adsorption process or the distillation process.
상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도를 더 만족하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
[식 2]
(상기 식 2에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AN2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 질소의 흡착량(mol/kg)이다.)3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the adsorbent further satisfies the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).
[Formula 2]
(A N2O is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm of the adsorbent at 20 ° C and A N2 is the adsorption amount of nitrogen of the adsorbent under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm at 20 ° C Adsorption (mol / kg).)
상기 흡착제는 하기 식 3으로 표시되는 아산화질소/산소 선택도 더 만족하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
[식 3]
(상기 식 3에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AO2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 산소의 흡착량(mol/kg)이다.)3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the adsorbent further satisfies the nitrous oxide / oxygen selectivity represented by the following formula (3).
[Formula 3]
(In the formula 3, A N2O is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent and A O2 is the adsorption amount of oxygen in the adsorption isotherm at 20 ° C Adsorption (mol / kg).)
상기 압력 순환 흡착공정은 상기 흡착제가 장입된 2개 이상의 흡착탑을 사용하고, 가압단계, 흡착단계, 균압 및 세정단계, 및 탈착단계가 각 흡착탑에서 1회 이상 수행되며, 상기 흡착단계의 압력은 1.7 내지 20bar이고, 상기 탈착단계의 압력은 진공 내지 2.1bar인 것인, 아산화질소 회수 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the pressure circulation adsorption step uses two or more adsorption towers charged with the adsorbent and the pressurization step, the adsorption step, the equilibrium pressure and the washing step, and the desorption step are performed at least once in each adsorption tower, and the pressure in the adsorption step is 1.7 To 20 bar, and the pressure of the desorption step is from vacuum to 2.1 bar.
상기 압력 순환 흡착공정은, 0 내지 50℃ 온도에서 수행되는 것인, 아산화질소 회수 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the pressure cycle adsorption process is performed at a temperature of 0 to 50 占 폚.
상기 흡착제는 탈알루미늄 제올라이트 Y(De-Aluminated Zeolite Y) 또는 사일로비드 실리카 겔(Sylobead® Silica Gel)인 것인, 아산화질소 회수 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the adsorbent is De-Aluminated Zeolite Y or Sylobead (R) Silica Gel.
상기 탈알루미늄 제올라이트 Y의 Si 및 Al의 함량은, 하기 식 4를 만족하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
[식 4] 5≤SiO2/Al2O3≤3011. The method of claim 10,
Wherein the content of Si and Al in the dealuminated zeolite Y satisfies the following formula (4).
[Equation 4] 5≤SiO 2 / Al 2 O 3 ≤30
상기 불순물 제거 흡착공정은,
10 내지 50 ℃의 온도 및 1 내지 10 bar의 압력 조건에서 수산화나트륨, 수산화칼슘 및 수산화칼륨 중 1 종 이상의 흡착제, 또는 이들이 실리카 또는 제올라이트에 코팅된 흡착제를 사용하여 이산화탄소 및 이산화질소 중 1 이상을 제거하는 공정, 및
10 내지 50 ℃의 온도 및 1 내지 10 bar의 압력 조건에서 실리카, 제올라이트, 알루미나 실리케이트 및 활성탄 중 1 이상의 흡착제를 사용하여 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상을 제거하는 공정을 포함하는 것인, 아산화질소 회수 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
The impurity removing adsorption step is a step
A step of removing at least one of carbon dioxide and nitrogen dioxide using at least one adsorbent selected from the group consisting of sodium hydroxide, calcium hydroxide and potassium hydroxide at a temperature of 10 to 50 DEG C and a pressure of 1 to 10 bar or an adsorbent thereof coated on silica or zeolite , And
Removing at least one of water vapor and organic hydrocarbons using at least one adsorbent of silica, zeolite, alumina silicate and activated carbon at a temperature of 10 to 50 DEG C and a pressure of 1 to 10 bar. Way.
상기 증류공정은 -160 내지 -10 ℃의 온도 및 3 내지 30 bar의 압력 조건에서 금속 또는 세라믹인 소재로 이루어진 충진제가 충진된 충진탑(packed tower); 또는 복수 개의 단으로 구성되는 다단탑(tray tower);으로 운전하는 것인, 아산화질소 회수 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the distillation step comprises: a packed tower filled with a filler made of a metal or ceramic material at a temperature of -160 to -10 DEG C and a pressure of 3 to 30 bar; Or a multi-stage tray tower comprising a plurality of stages.
상기 전처리공정은 10 내지 40 ℃의 온도 및 1 내지 2 bar의 압력 조건에서 수행되는 것인, 아산화질소 회수 방법.4. The method according to claim 3 or 4,
Wherein the pretreatment step is carried out at a temperature of from 10 to 40 DEG C and a pressure of from 1 to 2 bar.
상기 압력 순환 흡착부와 연결되어, 상기 압력 순환 흡착부를 거친 기체혼합물로부터 이산화탄소, 이산화질소, 수증기 및 유기탄화수소 중 1 이상의 불순물을 제거하는 불순물 제거 흡착부; 및
상기 불순물 제거 흡착부와 연결되어, 상기 불순물 제거 흡착부를 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류부;를 포함하는, 아산화질소 회수 장치.
[식 1]
(상기 식 1에서, W0은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W1은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 0.3bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W0은 3.50 내지 5.00mol/kg이고, W1은 0.10 내지 1.00mol/kg이다.)A pressure circulation adsorption unit for adsorbing a nitrous oxide-recovering adsorbent satisfying a working capacity represented by the following formula 1 in an adsorption tower by removing at least one of nitrogen and oxygen from a gas mixture containing nitrous oxide to concentrate nitrous oxide;
An impurity removing adsorption unit connected to the pressure circulation adsorption unit and removing at least one impurity of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from the gas mixture passed through the pressure circulation adsorption unit; And
And a distillation unit connected to the impurity removing adsorption unit and distilling the gas mixture passed through the impurity removing adsorption unit to recover nitrous oxide.
[Formula 1]
W 0 is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent, W 1 is the adsorption amount of nitrous oxide in the adsorption isotherm at 20 ° C Nitrogen adsorption amount (mol / kg), W 0 is 3.50 to 5.00 mol / kg, and W 1 is 0.10 to 1.00 mol / kg.
상기 불순물 제거 흡착부와 연결되어, 상기 불순물 제거 흡착부를 거친 기체혼합물로부터 질소 및 산소 중 1 이상을 제거하여 아산화질소를 농축하고, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 흡착탑에 포함하는 압력 순환 흡착부; 및
상기 압력 순환 흡착부와 연결되어, 상기 압력 순환 흡착부를 거친 기체혼합물을 증류하여 아산화질소를 회수하는 증류부;를 포함하는, 아산화질소 회수 장치.
[식 1]
(상기 식 1에서, W0은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W1은 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 0.3bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, W0은 3.50 내지 5.00mol/kg이고, W1은 0.10 내지 1.00mol/kg이다.)An impurity removing adsorbent for removing impurities from at least one of carbon dioxide, nitrogen dioxide, water vapor and organic hydrocarbons from a gas mixture containing nitrous oxide;
Removing at least one of nitrogen and oxygen from the gas mixture passing through the impurity removing adsorbing section to concentrate the nitrous oxide and adsorbing a nitrous oxide recovering adsorbent satisfying the working capacity represented by the following formula 1 A pressure circulation adsorption unit included in the adsorption column; And
And a distillation unit connected to the pressure circulation adsorption unit and distilling the gas mixture passed through the pressure circulation adsorption unit to recover the nitrous oxide.
[Formula 1]
W 0 is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent, W 1 is the adsorption amount of nitrous oxide in the adsorption isotherm at 20 ° C Nitrogen adsorption amount (mol / kg), W 0 is 3.50 to 5.00 mol / kg, and W 1 is 0.10 to 1.00 mol / kg.
상기 압력 순환 흡착부와 연결되고, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거한 뒤, 상기 불순물이 제거된 기체 혼합물을 상기 압력 순환 흡착부로 공급하는 전처리부를 더 포함하는 것인, 아산화질소 회수 장치.16. The method of claim 15,
Removing at least one of moisture in a fine droplet state, oil fractions in a fine droplet state, and fine particle impurities from a gas mixture containing nitrous oxide, and removing the impurity-removed gas mixture from the gas mixture containing the nitrous oxide, And a pretreatment unit for supplying the adsorbent to the adsorption unit.
상기 불순물 제거 흡착부와 연결되고, 아산화질소를 함유하는 기체혼합물로부터 미세 액적 상태의 수분, 미세 액적 상태의 유분 및 미세 입자 불순물 중 1 이상을 제거한 뒤, 상기 불순물이 제거된 기체 혼합물을 상기 불순물 제거 흡착부로 공급하는 전처리부를 더 포함하는 것인, 아산화질소 회수 장치.17. The method of claim 16,
Removing at least one of moisture in a fine droplet state, oil fractions in a fine droplet state, and fine particle impurities from a gas mixture containing nitrous oxide, and removing the impurity-removed gas mixture from the gas mixture containing the nitrous oxide- And a pretreatment unit for supplying the adsorbent to the adsorption unit.
상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도를 더 만족하는 것인, 아산화질소 회수 장치.
[식 2]
(상기 식 2에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AN2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 질소의 흡착량(mol/kg)이다.)17. The method according to claim 15 or 16,
Wherein the adsorbent further satisfies the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).
[Formula 2]
(A N2O is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm of the adsorbent at 20 ° C and A N2 is the adsorption amount of nitrogen of the adsorbent under the pressure of 10 bar at the adsorption isotherm at 20 ° C Adsorption (mol / kg).)
상기 흡착제는 하기 식 3으로 표시되는 아산화질소/산소 선택도 더 만족하는 것인, 아산화질소 회수 장치.
[식 3]
(상기 식 3에서, AN2O는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 아산화질소의 흡착량(mol/kg)이고, AO2는 흡착제의 20℃에서의 흡착등온선에서 10bar 압력 하의 산소의 흡착량(mol/kg)이다.)17. The method according to claim 15 or 16,
Wherein the adsorbent further satisfies the nitrous oxide / oxygen selectivity represented by the following formula (3).
[Formula 3]
(In the formula 3, A N2O is the adsorption amount (mol / kg) of the nitrous oxide under the pressure of 10 bar in the adsorption isotherm at 20 ° C of the adsorbent and A O2 is the adsorption amount of oxygen in the adsorption isotherm at 20 ° C Adsorption (mol / kg).)
상기 압력 순환 흡착부는, 상기 흡착제가 장입된 2개 이상의 흡착탑을 포함하고, 가압단계, 흡착단계, 균압 및 세정단계, 및 탈착단계가 각 흡착탑에서 1회 이상 수행되는 것인, 아산화질소 회수 장치.17. The method according to claim 15 or 16,
Wherein the pressure circulation adsorption unit includes two or more adsorption towers charged with the adsorbent and the pressurization step, adsorption step, pressure equalization step and desorption step are performed at least once in each adsorption tower.
상기 불순물 제거 흡착부는,
수산화나트륨, 수산화칼슘 및 수산화칼륨 중 1 종 이상의 흡착제, 또는 이들이 실리카 또는 제올라이트에 코팅된 흡착제가 포함된 제 1 흡착탑; 및
실리카, 제올라이트, 알루미나 실리케이트 및 활성탄 중 1 이상의 흡착제를 포함하는 제 2 흡착탑;을 포함하는 것인, 아산화질소 회수 장치.17. The method according to claim 15 or 16,
Wherein the impurity removing /
A first adsorption tower containing at least one adsorbent selected from the group consisting of sodium hydroxide, calcium hydroxide and potassium hydroxide, or an adsorbent thereof coated on silica or zeolite; And
And a second adsorption tower containing at least one adsorbent of silica, zeolite, alumina silicate and activated carbon.
상기 증류부는,
금속 또는 세라믹인 소재로 이루어진 충진제가 충진된 충진탑(packed tower), 또는 복수 개의 단으로 구성되는 다단탑(tray tower)을 포함하는 것인, 아산화질소의 회수 장치.
17. The method according to claim 15 or 16,
Wherein the distillation section comprises:
A packed tower filled with a filler made of a metal or ceramic material, or a tray tower comprising a plurality of stages.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170113489A KR101955015B1 (en) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | method and APPARATUS for recovering nitrous oxide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170113489A KR101955015B1 (en) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | method and APPARATUS for recovering nitrous oxide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101955015B1 true KR101955015B1 (en) | 2019-03-07 |
Family
ID=65760602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170113489A KR101955015B1 (en) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | method and APPARATUS for recovering nitrous oxide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101955015B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210120289A (en) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | 주식회사 에프알디 | High purity nitrous oxide refining apparatus for manufacturing semiconductor and OLED and for medical |
CN113617181A (en) * | 2021-08-18 | 2021-11-09 | 苏州金宏气体股份有限公司 | Method and device for removing hydrocarbons in industrial-grade laughing gas by catalytic oxidation method |
KR20210144393A (en) | 2020-05-22 | 2021-11-30 | 주식회사 에프알디 | Tank for both refining and storaging high purity nitrous oxide for manufacturing semiconductor and OLED and for medical |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6080226A (en) * | 1998-09-30 | 2000-06-27 | Uop Llc | Nitrous oxide purification by pressure swing adsorption |
KR20010076170A (en) * | 1999-08-13 | 2001-08-11 | 쉬에르 피에르 | Nitrous oxide purification system and process |
KR20140147048A (en) * | 2013-06-18 | 2014-12-29 | 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 | Recovery and purification of nitrous oxide |
-
2017
- 2017-09-05 KR KR1020170113489A patent/KR101955015B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6080226A (en) * | 1998-09-30 | 2000-06-27 | Uop Llc | Nitrous oxide purification by pressure swing adsorption |
KR20010076170A (en) * | 1999-08-13 | 2001-08-11 | 쉬에르 피에르 | Nitrous oxide purification system and process |
KR20140147048A (en) * | 2013-06-18 | 2014-12-29 | 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 | Recovery and purification of nitrous oxide |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210120289A (en) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | 주식회사 에프알디 | High purity nitrous oxide refining apparatus for manufacturing semiconductor and OLED and for medical |
KR102342829B1 (en) * | 2020-03-26 | 2021-12-24 | 주식회사 에프알디 | High purity nitrous oxide refining apparatus for manufacturing semiconductor and OLED and for medical |
KR20210144393A (en) | 2020-05-22 | 2021-11-30 | 주식회사 에프알디 | Tank for both refining and storaging high purity nitrous oxide for manufacturing semiconductor and OLED and for medical |
CN113617181A (en) * | 2021-08-18 | 2021-11-09 | 苏州金宏气体股份有限公司 | Method and device for removing hydrocarbons in industrial-grade laughing gas by catalytic oxidation method |
CN113617181B (en) * | 2021-08-18 | 2024-03-22 | 金宏气体股份有限公司 | Method and device for removing hydrocarbons in industrial laughing gas by catalytic oxidation method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101858190B1 (en) | Process for the recovery and purification of nitrous oxide from industrial emission gas mixtures | |
US5488185A (en) | Process for the production of ethanol and isopropanol | |
KR101673516B1 (en) | Recovery and purification of nitrous oxide | |
US7794523B2 (en) | Method for the recovery and re-use of process gases | |
US8398747B2 (en) | Processes for purification of acetylene | |
CN104607000B (en) | C in a kind of oil refinery dry gas2、C3The recovery method of component, light hydrocarbon component and hydrogen | |
EP0590947B1 (en) | Purification of oxygen by adsorption | |
KR20110081216A (en) | Multi-stage process for purifying carbon dioxide and producing sulfuric acid and nitric acid | |
KR101955015B1 (en) | method and APPARATUS for recovering nitrous oxide | |
CA2708530A1 (en) | A plant and process for recovering carbon dioxide | |
EP3208563A1 (en) | Method for argon production via cold pressure swing adsorption | |
CN104229760B (en) | recovery and purification of nitrous oxide | |
CN113321184B (en) | High-purity electronic-grade chlorine purification production device and technology thereof | |
US20150360165A1 (en) | Separation of biologically generated gas streams | |
KR102084294B1 (en) | Method and apparatus for producing high purity nitric oxide for semiconductor using the nitric acid production process | |
KR20080066929A (en) | A method of removing nitrous oxide | |
KR101952945B1 (en) | Method for recorvering nitrous oxide | |
KR101955018B1 (en) | method for recovering nitrous oxide using pressure swing adsorption Process AND pressure swing adsorption APPARATUS for recovering Nitrous oxide | |
AU674607B2 (en) | Process for the production of ethanol and isopropanol | |
RU2607631C1 (en) | Method for production of liquefied hydrocarbon gases | |
JP3256811B2 (en) | Method for purifying krypton and xenon | |
KR101951773B1 (en) | Hybrid method and appatatus for recorvering nitrous oxide with variable operation | |
JP2017223417A (en) | Refined gas manufacturing method and refined gas manufacturing device | |
KR101520729B1 (en) | The method for preparing absorbent for carbon monoxide, and the method for separating and recovering carbon monoxide from LDG gas using thereof | |
JP2017223416A (en) | Oxygen manufacturing method and oxygen manufacturing device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |