KR101955018B1 - method for recovering nitrous oxide using pressure swing adsorption Process AND pressure swing adsorption APPARATUS for recovering Nitrous oxide - Google Patents

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김정훈
이수복
박인준
하종욱
육신홍
이광원
이상구
장봉준
문수영
박보령
공창인
이창하
박두용
김재정
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Abstract

The present invention relates to a method for recovering nitrous oxide from a nitrous oxide-containing gas mixture through pressure swing adsorption, and a pressure swing adsorption apparatus. It is possible to provide the method for recovering nitrous oxide which is separating nitrous oxide through pressure swing adsorption with an adsorbent for recovering nitrous oxide satisfying the working capacity represented by formula 1, 0.90 <= W_0-W_1/W_0. By the method for recovering nitrous oxide and the pressure swing adsorption apparatus for the same according to the present invention, it is possible to obtain a reduction effect of greenhouse gases.

Description

압력 순환 흡착을 이용한 아산화질소 회수 방법 및 아산화질소 회수용 압력 순환 흡착 장치{method for recovering nitrous oxide using pressure swing adsorption Process AND pressure swing adsorption APPARATUS for recovering Nitrous oxide}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for recovering nitrous oxide using pressure circulation adsorption and a method for recovering nitrous oxide using a pressure swing adsorption process,

본 발명은 아산화질소 정제 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아산화질소 함유 기체 혼합물로부터 압력 순환 흡착(PSA: Pressure Swing Adsorption)을 이용하여 아산화질소를 회수하는 방법 및 아산화질소 회수를 위한 압력 순환 흡착 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for recovering nitrous oxide using pressure swing adsorption (PSA) from a nitrous oxide-containing gas mixture and a method for recovering nitrous oxide from a pressure circulation adsorber .

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.

아산화질소 분리를 위한 흡착기술에 대한 선행 기술은 아래와 같은 것들이 있다.The prior art for adsorption technology for nitrous oxide separation is as follows.

Centi 등(Ind. Eng. Chem. Res., vol. 39, pp 131-137, 2000)은 산업가스에 함유된 저농도의 아산화질소(500~2,000ppm)를 제거하기 위하여 ZSM5 제올라이트를 연구하여 바륨과 스토론티움 등의 금속 치환한 ZSM5가 아산화질소 흡착 제거에 효과적임을 밝혔다. US5,919,286A은 아산화질소 제거를 위한 압력 순환 흡착 공정(pressure swing adsorption Process, PSA Process)의 흡착제로 제올라이트를 사용하는 기술을 제안하였다. US6,273,939B1은 공기의 저온증류 분리 전에 공기 중의 아산화질소를 제거하기 위하여 CaX 또는 LSX 흡착제를 사용하는 것을 제안하였다. US8,246,721B2에는 적어도 5%의 아산화질소를 함유하는 기체혼합물을 정제하기 위하여 하나의 또는 그 이상의 금속 양이온으로 50% 이상 치환된 제올라이트를 흡착제로 사용하는 기술이 제시되었다. EP1,092,465A2는 공기의 저온증류 분리 전에 공기 중의 아산화질소와 탄화수소 불순물을 제거하기 위하여 제올라이트 X를 사용하는 기술을 제안하였다. Centi et al. (Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 39, pp 131-137, 2000) investigated ZSM5 zeolite to remove low concentrations of nitrous oxide (500-2,000 ppm) ZSM5, which is a metal substitute such as strontium, is effective for the adsorption and removal of nitrous oxide. US 5,919,286A proposes a technique using zeolite as an adsorbent for a pressure swing adsorption process (PSA process) for the removal of nitrous oxide. US 6,273,939 B1 proposed using CaX or LSX adsorbent to remove nitrous oxide in the air prior to cryogenic distillation separation of air. US 8,246,721 B2 discloses a technique for using zeolite as an adsorbent in which at least 50% of the metal cations are substituted with one or more metal cations to purify a gas mixture containing at least 5% nitrous oxide. EP 1 092 465 A2 proposes a technique using zeolite X to remove nitrous oxide and hydrocarbon impurities in the air prior to cryogenic distillation of air.

그러나 상기의 선행기술들은 흡착제의 선택적 흡착성능의 부족으로 정제되는 아산화질소의 순도와 회수율이 낮아, 실제 산업에서 활용되지 못하고 있는 실정이다. However, the above prior arts have not been utilized in practical industry because the purity and recovery rate of nitrous oxide purified due to the lack of selective adsorption performance of the adsorbent is low.

본 발명자들은 아산화질소 함유 기체혼합물로부터 아산화질소를 선택적으로 분리하기 위한 새로운 압력 순환 흡착 방법에 대하여 집중적으로 연구하였다. 그 결과, 질소와 산소에 비하여 아산화질소에 대한 선택적 흡착성능이 우수한 흡착제 및 이를 활용하는 압력 순환 흡착 방법을 개발하여 본 발명에 이르게 되었다.The present inventors have intensively studied a new pressure cyclic adsorption method for selectively separating nitrous oxide from a nitrous oxide-containing gas mixture. As a result, the present inventors have developed an adsorbent excellent in selectivity to nitrous oxide compared to nitrogen and oxygen, and a pressure circulation adsorption method utilizing the same.

본 발명의 일 양태는 아산화질소, 산소, 및 질소를 포함하는 아산화질소 함유 기체 혼합물로부터 아산화질소를 고순도 및 고회수율로 회수할 수 있는 압력 순환 흡착(PSA: Pressure Swing Adsorption)을 이용한 아산화질소 회수 방법을 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is a method for recovering nitrous oxide from a nitrous oxide-containing gas mixture containing nitrous oxide, oxygen, and nitrogen at a high purity and a high recovery rate using a nitrous oxide recovery method using pressure swing adsorption (PSA) .

본 발명의 일 양태는 상기 본 발명의 아산화질소 회수 방법을 구현할 수 있는 압력 순환 흡착 장치를 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is to provide a pressure circulation adsorption apparatus capable of implementing the nitrous oxide recovery method of the present invention.

본 발명의 일 양태는, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제로 압력 순환 흡착을 통해 아산화질소를 분리하는 것인 아산화질소 회수 방법을 제공한다.One aspect of the present invention provides a method for recovering nitrous oxide by separating nitrous oxide through pressure cyclic adsorption with a nitrous oxide recovery adsorbent that satisfies the working capacity represented by the following formula 1.

[식 1]

Figure 112017086273705-pat00001
[Formula 1]
Figure 112017086273705-pat00001

(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 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]

Figure 112017086273705-pat00002
[Formula 2]
Figure 112017086273705-pat00002

(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 선택도를 더 만족하는 것일 수 있다.The adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / oxygen selectivity represented by the following formula (3).

[식 3]

Figure 112017086273705-pat00003
[Formula 3]
Figure 112017086273705-pat00003

(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 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).)

본 발명의 일 양태의 아산화질소 회수 방법은, 아산화질소 함유 기체 혼합물에서 산소 및 질소 중에서 선택되는 하나 이상을 제거하는 것일 수 있다.The nitrous oxide recovery method of one embodiment of the present invention may be to remove at least one selected from oxygen and nitrogen in the nitrous oxide-containing gas mixture.

상기 아산화질소 함유 기체 혼합물은, 아산화질소 5 내지 98부피%, 산소 0.1 내지 15부피%, 및 질소 1 내지 90부피%를 포함하는 것일 수 있다.The nitrous oxide-containing gas mixture may comprise 5 to 98% by volume of nitrous oxide, 0.1 to 15% by volume of oxygen, and 1 to 90% by volume of nitrogen.

상기 압력 순환 흡착은 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 is performed by using at least two adsorption towers charged with the adsorbent and at least one pressurization step, an adsorption step, a pressure equalization step and a desorption step, and a desorption step in each adsorption tower, 20 bar, and the pressure of the desorption step may be vacuum to 2.1 bar.

상기 본 발명의 일 양태의 아산화질소 회수 방법은 0 내지 50℃ 온도에서 수행되는 것일 수 있다.The method for recovering nitrous oxide according to an embodiment of the present invention may be performed at a temperature of 0 to 50 ° C.

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[Equation 4] 5≤SiO 2 / Al 2 O 3 ≤30

본 발명의 다른 일 양태는, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 흡착탑에 포함하는 아산화질소 분리용 압력 순환 흡착 장치를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a pressure circulation adsorbing apparatus for separating nitrous oxide, the adsorbent containing a nitrous oxide recovery adsorbent satisfying the working capacity represented by the following formula 1 in an adsorption tower.

[식 1]

Figure 112017086273705-pat00004
[Formula 1]
Figure 112017086273705-pat00004

(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 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]

Figure 112017086273705-pat00005
[Formula 2]
Figure 112017086273705-pat00005

(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]

Figure 112017086273705-pat00006
[Formula 3]
Figure 112017086273705-pat00006

(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 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).)

본 발명에 따른 아산화질소 회수 방법 및 이를 위한 압력 순환 흡착 장치에 의하여 아산화질소 함유 기체 혼합물로부터 이산화탄소에 비하여 지구온난화지수가 310배 높은 아산화질소를 효과적으로 회수하여 온실가스의 저감 효과를 얻을 수 있다.The nitrous oxide recovery method and the pressure circulation adsorption apparatus for the same according to the present invention effectively recover nitrous oxide having a global warming index of 310 times higher than carbon dioxide from the nitrous oxide-containing gas mixture, thereby achieving a reduction effect of greenhouse gases.

또한, 본 발명에 따른 아산화질소 회수 방법 및 이를 위한 압력 순환 흡착 장치에 의하여 질산 암모늄의 열분해에 의한 아산화질소 생산공정 및 아디프산 생산공정 등에서 발생하는 기체혼합물로부터 80 내지 99부피% 또는 99부피%가 넘는 고순도의 아산화질소를 높은 회수율로 회수하여 산업적으로 재사용할 수 있다. 나아가 본 발명에 의하여 회수된 80 내지 99부피% 순도의 아산화질소를 저온증류공정 등의 후공정을 통해 더욱 정제하여 99.999부피% 이상의 초고순도 아산화질소를 제조하여 반도체, LCD, OLED 공정용으로 사용할 수 있다. In the method of recovering nitrous oxide according to the present invention and the pressure circulation adsorption device therefor, 80 to 99% by volume or 99% by volume or more of the gas mixture generated in the process of producing nitrous oxide by pyrolysis of ammonium nitrate and the process of producing adipic acid, Can be recovered at a high recovery rate and can be reused industrially. Further, nitrous oxide having a purity of 80 to 99% by volume recycled by the present invention can be further purified through a post-process such as a low-temperature distillation process to produce ultra high purity nitrous oxide of 99.999% by volume or more, have.

즉, 본 발명의 아산화질소 회수 방법 및 이를 위한 압력 순환 흡착 장치를 통해 아산화질소 함유 기체 혼합물로부터 고순도 및 고회수율로 아산화질소를 정제할 수 있음에 따라, 화학산업에서 발생하는 기체혼합물로부터 아산화질소를 회수하여 경제적 이익을 얻을 수 있다.That is, since the nitrous oxide recovery method of the present invention and the pressure circulation adsorption apparatus for the same can purify nitrous oxide from the nitrous oxide-containing gas mixture at a high purity and a high recovery rate, It is possible to obtain an economic benefit.

도 1은 본 발명의 일 예시적인 압력 순환 흡착 장치의 예시적인 모식도이다.
도 2는 실시예 1 내지 4에서 사용한 흡착제(탈알루미늄 제올라이트 Y)의 20℃에서의 흡착등온선이다.
도 3은 실시예 5 내지 8에서 사용한 흡착제(Sylobead silica gel)의 20℃에서의 흡착등온선이다.
도 4는 비교예 1 내지 4에서 사용한 흡착제(제올라이트 13X)의 20℃에서의 흡착등온선이다.
1 is an exemplary schematic diagram of an exemplary pressure cycling adsorber of the present invention.
2 is an adsorption isotherm of the adsorbent (dealumin zeolite Y) used in Examples 1 to 4 at 20 ° C.
3 is an adsorption isotherm of the adsorbent (Sylobead silica gel) used in Examples 5 to 8 at 20 ° C.
4 is an adsorption isotherm of the adsorbent (zeolite 13X) used in Comparative Examples 1 to 4 at 20 ° C.

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.

일반적으로 질산암모늄의 열분해에 의한 아산화질소 생산공정의 생성가스 또는 아디프산 생산공정의 배가스에는 예를 들어, 아산화질소 5 내지 98부피%, 산소 0.1 내지 15부피%, 및 질소 1 내지 90부피%와 소량의 이산화탄소, 일산화탄소, 이산화질소, 일산화질소, 수증기 등이 포함되어 있다.Generally, in the production gas of the nitrous oxide production process by pyrolysis of ammonium nitrate or the exhaust gas of the adipic acid production process, for example, 5 to 98% by volume of nitrous oxide, 0.1 to 15% by volume of oxygen and 1 to 90% And a small amount of carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen dioxide, nitrogen monoxide, water vapor, and the like.

이 중 아산화질소의 정제를 위해 중점적으로 제거해야 하는 기체 성분은 산소 및 질소이다. 본 발명자들은 질산암모늄의 열분해에 의한 아산화질소 생산공정의 생성가스 또는 아디프산 생산공정의 배가스 등 아산화질소 함유 기체 혼합물로부터 질소 및/또는 산소를 제거하여 고순도(고농도) 및 고회수율로 아산화질소를 정제할 수 있는 압력 순환 흡착 방법을 연구 하여 본 발명을 발명하기에 이르렀다.Of these, the gas components that must be removed to purify nitrous oxide are oxygen and nitrogen. The present inventors have found that by removing nitrogen and / or oxygen from a nitrous oxide-containing gas mixture such as a product gas in the process of producing nitrous oxide by pyrolysis of ammonium nitrate or an exhaust gas of an adipic acid production process and thereby obtaining nitrocellulose with high purity (high concentration) The present inventors have invented the present invention by studying a pressure circulation adsorption method capable of purification.

본 발명의 일 양태는, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제로 압력 순환 흡착을 통해 아산화질소를 분리하는 것인 아산화질소 회수 방법을 제공한다.One aspect of the present invention provides a method for recovering nitrous oxide by separating nitrous oxide through pressure cyclic adsorption with a nitrous oxide recovery adsorbent that satisfies the working capacity represented by the following formula 1.

[식 1]

Figure 112017086273705-pat00007
[Formula 1]
Figure 112017086273705-pat00007

(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 흡착 공정의 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. 또한, 흡착 분리되는 산소 및 질소에 대한 분리되는 아산화질소의 비율이 적어져, 생성물 내 아산화질소의 순도가 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 circulation adsorption process is reduced and the amount of nitrous oxide in the exhaust gas is increased, The recovery rate of nitrous oxide may decrease. 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 formula 1, W 0 may be 3.50 to 6.00 mol / kg, 3.50 to 5.00 mol / kg, or 3.50 to 4.00 mol / kg, but is not limited thereto.

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 formula 1, W 1 may be 0.10 to 3.00 mol / kg, 0.10 to 2.00 mol / kg, 0.10 to 1.00 mol / kg, or 0.10 to 0.50 mol / kg, but is not limited thereto.

상기 본 발명의 일 양태에 따른 아산화질소 회수 방법에서, 상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도를 더 만족하는 것일 수 있다.In the method of recovering nitrous oxide according to an embodiment of the present invention, the adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).

[식 2]

Figure 112017086273705-pat00008
[Formula 2]
Figure 112017086273705-pat00008

(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]

Figure 112017086273705-pat00009
[Formula 3]
Figure 112017086273705-pat00009

(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 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 식 2 및 식 3은 흡착제의 아산화질소/질소 또는 아산화질소/산소 흡착 선택도에 관한 것이다.Equation 2 and Equation 3 relate to the nitrous oxide / nitrogen or nitrous oxide / oxygen adsorption selectivity of the adsorbent.

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, 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 2 또는 식 3을 더 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 further satisfy the above-described expression (2) or (3).

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 formulas 2 and 3, A N2O may be 3.50 to 6.00 mol / kg, 3.50 to 5.00 mol / kg, or 3.50 to 4.00 mol / kg, but is not limited thereto.

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 formula 2, A N2 may be 0.10 to 2.00 mol / kg, 0.10 to 1.00 mol / kg, or 0.10 to 0.60 mol / kg, but is not limited thereto.

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 formula 3, A O2 may be 0.10 to 2.00 mol / kg, 0.10 to 1.00 mol / kg, or 0.10 to 0.60 mol / kg, but is not limited thereto.

본 발명의 일 양태의 아산화질소 회수 방법에서, 흡착제는 탈알루미늄 제올라이트 Y(De-Aluminated Zeolite Y) 또는 사일로비드 실리카 겔(Sylobead® Silica Gel)인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.In the nitrous oxide recovery method of one embodiment of the present invention, the adsorbent may be 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[Equation 4] 5≤SiO 2 / Al 2 O 3 ≤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 above formula 4 is not clear, but the working capacity of nitrous oxide / nitrogen or nitrous oxide / oxygen selectivity and nitrous oxide is increased, Purity and recovery can be improved.

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 흡착은 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.The pressure cyclic adsorption of the nitrous oxide recovery method of one embodiment of the present invention is carried out by using two or more adsorption towers charged with the adsorbent and performing at least one pressurization step, adsorption step, pressure equalization step and desorption step in each adsorption tower , 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. 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.

본 발명의 압력 순환 흡착은 상압 재생법 또는 진공 재생법에 의한 탈착 공정이 채택될 수 있다. 본 발명의 압력 순환 흡착의 흡착은 가압 상태에서, 탈착은 상압 또는 진공 상태에서 운전되는 시스템으로 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 수행한다. 본 발명의 압력 순환 흡착은 상압 재생법으로 이루어지는 것이 에너지 비용면에서 바람직하지만, 특별히 상압 재생법에 한정하는 것은 아니고, 진공 재생법도 가능하다. In the pressure circulation adsorption of the present invention, a desorption process by a normal pressure regeneration method or a vacuum regeneration method may be adopted. The adsorption of the pressure cycling adsorption according to the present invention can be carried out in a pressurized state and a desolvated state under atmospheric or vacuum conditions by a pressurization step, an adsorption step, a pressure equalization and a rinse step and a normal pressure decompression step And a desorption step that operates in a vacuum state. The pressure cycling adsorption of the present invention is preferably carried out by a normal pressure regeneration method from the viewpoint of energy cost, but it is not limited to the atmospheric pressure regeneration method, and a vacuum regeneration method is also possible.

본 발명의 압력 순환 흡착은 아산화질소 함유 기체혼합물을 압축하여 고압에서 흡착이 이루어지는 흡착탑(adsorbent bed)에 도입한다. 아산화질소는 교대로 운전되는 적어도 2개의 흡착탑의 하나의 흡착탑에서 흡착된다. 아산화질소가 제거된 기체혼합물이 흡착탑에서 배출되고, 흡착탑에서 아산화질소 흡착이 이루어지는 부분이 점점 흡착탑의 출구로 이동한다. 흡착탑 출구의 기체혼합물에는 10 부피% 이하, 5 부피% 이하, 보다 구체적으로는 2 부피% 이하의 아산화질소를 함유할 수 있다. 흡착탑에서 아산화질소 흡착이 이루어지는 부분이 흡착탑 입구와 출구 사이의 미리 정해진 지점에 도달하면 아산화질소 함유 기체혼합물의 공급을 중단한다. 흡착탑 내의 기체를 공급되는 아산화질소 함유 기체혼합물의 흐름 방향과 같은 순방향으로 배출하면서 1차 압력까지 압력을 낮춘다. 여기서 배출되는 가스는 주로 질소와 산소이다. 이 배출가스를 다른 흡착탑을 압력을 부분적으로 올리는데 사용할 수 있다. The pressure cycling adsorption of the present invention compresses a nitrous oxide-containing gas mixture and introduces it into an adsorbent bed where adsorption takes place at high pressure. The nitrous oxide is adsorbed on one adsorption tower of at least two adsorption towers operating alternately. The gas mixture from which the nitrous oxide has been removed is discharged from the adsorption tower, and the portion where the nitrous oxide adsorption is performed in the adsorption tower gradually moves to the outlet of the adsorption tower. The gas mixture at the outlet of the adsorption column may contain no more than 10 vol%, no more than 5 vol%, more specifically no more than 2 vol% nitrous oxide. The supply of the nitrous oxide-containing gas mixture is stopped when the portion where the nitrous oxide adsorption occurs at the adsorption tower reaches a predetermined point between the inlet and outlet of the adsorption tower. The pressure in the adsorption tower is lowered to the primary pressure while discharging the gas in the forward direction as the flow direction of the nitrous oxide-containing gas mixture to be supplied. The gases emitted here are mainly nitrogen and oxygen. This exhaust gas can be used to partially boost the pressure of the other adsorption column.

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.The adsorption pressure may be from 1.7 to 20 bar, and more specifically from 5 to 15 bar. Within the above range, the adsorbent of the present invention may be suitable for purifying nitrous oxide with high purity and high recovery as the working capacity of nitrous oxide in the adsorbent of pressure cycling adsorption is high and the nitrous oxide / nitrogen selectivity and / or nitrous oxide / oxygen selectivity is high .

아산화질소 함유 기체혼합물 또는 배기가스의 흐름 방향과 같은 순방향(cocurrent)의 감압 단계(depression step)에서 낮추는 1차 압력은 1 내지 4bar일 수 있다. 흡착탑은 적어도 하나의 균압(Equalization) 단계의 1차 압력보다 낮은 진공 내지 2.1bar의 균압까지 더욱 순방향으로 압력을 낮춘다. 일반적으로 이 균압 단계에서 배출되는 가스는 다른 흡착탑에 공급되어 재가압하는데 사용된다. 흡착탑은 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 adsorption column lowers the pressure further downward from a vacuum of at least one equalization step to a pressure equal to or lower than the primary pressure of 2.1 bar. Generally, the gas discharged from the pressure equalization step is supplied to another adsorption tower and used for repressurization. The adsorption column is depressurized to a desorption pressure effective for desorbing nitrous oxide below sub-atmospheric pressure countercurrent to the flow of the nitrous oxide-containing gas mixture to recover the nitrous oxide-containing desorbent gas. The desorption pressure can be from vacuum to 2.1 bar. Within the above range, the adsorbent of the present invention may be suitable for purifying nitrous oxide with high purity and high recovery as the working capacity of nitrous oxide in the adsorbent of pressure cycling adsorption is high and the nitrous oxide / nitrogen selectivity and / or nitrous oxide / oxygen selectivity is high . More specifically, the desorption pressure may be from vacuum to 1 bar, or from 0.3 to 1 bar.

본 발명의 압력 순환 흡착을 이용한 아산화질소 회수 방법이 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 nitrous oxide recovery method using pressure cyclic adsorption of the present invention is carried out may be 0 to 50 캜, though it is not particularly limited thereto. More specifically from 0 to 40 占 폚, from 10 to 40 占 폚, or from 10 to 30 占 폚.

본 발명의 일 양태에 따른 압력 순환 흡착을 이용한 아산화질소 회수 방법이 수행되는 압력 순환 흡착 장치의 일 예로, 2개의 흡착탑을 사용하는 아산화질소의 회수를 위한 압력 순환 흡착 장치를 도 1의 모식도를 통해 나타내었다. 이하, 도 1에 나타낸 모식도를 참조하여 본 발명에 따른 아산화질소의 회수 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다. As an example of a pressure circulation adsorption apparatus in which the method of recovering nitrous oxide using the pressure circulation adsorption according to an embodiment of the present invention is performed, a pressure circulation adsorption apparatus for recovering nitrous oxide using two adsorption towers is schematically illustrated in FIG. Respectively. Hereinafter, the method for recovering nitrous oxide according to the present invention will be described in detail with reference to the schematic diagram shown in FIG.

전술한 바와 같이, 본 발명의 압력 순환 흡착은 상압 재생법 또는 진공 재생법으로 이루어진다. 압력 순환 흡착은, 흡착은 가압 상태에서, 탈착은 상압 또는 진공 상태에서 운전되는 시스템으로, 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 수행한다. As described above, the pressure circulation adsorption of the present invention is made by the atmospheric pressure regeneration method or the vacuum regeneration method. The pressure circulation adsorption is a system which is operated under pressure or adsorption at a pressurized state or at a normal pressure or a vacuum state and pressurization, adsorption, equilibration and rinse steps and atmospheric pressure decompression or vacuum And a desorption step operated in a vacuum mode.

흡착 단계에서 도 1의 흡착탑 AD1에 압축된 아산화질소 함유 기체혼합물을 공급하여 흡착탑의 압력을 증가시키면서 아산화질소를 흡착시킨다. 도 1의 밸브 V1(밸브 V2. V3, V5 닫힘)이 열리면서 흡착탑 AD1에 아산화질소 함유 기체혼합물을 공급하여 가압하면서 아산화질소를 흡착하고 밸브 V6(밸브 V7, V8 닫힘)을 통과하여 흡착탑 AD1에서 흡착되지 않은 질소와 산소가 배출된다. In the adsorption step, compressed nitrous oxide-containing gas mixture is supplied to the adsorption tower AD1 of FIG. 1 to adsorb nitrous oxide while increasing the pressure of the adsorption tower. The valve V1 (valve V2, V3, V5 closing) shown in Fig. 1 is opened to supply a nitrous oxide-containing gas mixture to the adsorption tower AD1, while adsorbing nitrous oxide while pressurizing, passing through the valve V6 (valves V7 and V8) Nitrogen and oxygen are released.

흡착 단계가 끝나면 균압 및 세정 단계가 수행되는데 세정 단계에서 먼저 도 1의 밸브 V5와 V8(밸브 V1, V2, V3, V4, V5, V6. V7 닫힘)를 열어 흡착탑 AD1과 흡착탑 AD2의 탑내 압력을 균등화시킨다. 그 다음 밸브 V3과 V8(밸브 V1, V3, V4, V5, V6. V7 닫힘)을 열어 흡착탑 AD2의 흡착단계에서 회수된 고농도 아산화질소를 흡착탑 AD1으로 보내어 흡착제에 흡착된 아산화질소를 세정시켜 회수한다. When the adsorption step is completed, a pressure equalization and a washing step are performed. In the washing step, first, the pressure in the adsorption tower AD1 and the pressure in the adsorption tower AD2 are opened by opening the valves V5 and V8 (valves V1, V2, V3, V4, V5, Equalize. Then, the valves V3 and V8 (valves V1, V3, V4, V5, and V6. V7 are closed) are opened to send the high concentration nitrous oxide recovered in the adsorption step of the adsorption tower AD2 to the adsorption tower AD1 to clean the nitrous oxide adsorbed by the adsorption agent .

탈착 단계에서는 균압 및 세정 단계가 끝난 다음, 밸브 V3(밸브 V1, V4, V5, V6. V7, V8 닫힘)을 열어 흡착탑 AD1을 대기압 또는 진공으로 감압하여 흡착된 아산화질소를 탈착하여 회수한다. 이 과정과 동시에 밸브 V2 가 열려 아산화질소 함유 기체혼합물이 흡착탑 AD2로 고급되고, 흡착탑 AD2가 아산화질소로 포화되면 아산화질소 함유 기체혼합물의 공급 밸브 V2가 닫히며 세정 단계로 넘어간다. In the desorption step, after the pressure equalization and washing step is completed, the valve V3 (valves V1, V4, V5, V6, V7 and V8 are closed) is opened to decompress the adsorption tower AD1 at atmospheric pressure or vacuum to desorb and recover the adsorbed nitrous oxide. Simultaneously with this process, the valve V2 opens and the nitrous oxide-containing gas mixture is advanced to the adsorption tower AD2. When the adsorption tower AD2 is saturated with nitrous oxide, the supply valve V2 of the nitrous oxide-containing gas mixture is closed and passed to the cleaning step.

이와 동시에 탈착된 흡착탑 AD1은 다시 압축된 아산화질소 함유 기체혼합물이 공급되어 가압된다. 이와 같은 일련의 단계를 반복하며 연속적으로 아산화질소를 회수한다.At the same time, the desorbed adsorption tower AD1 is again supplied with the pressurized nitrous oxide-containing gas mixture. This series of steps is repeated and the nitrous oxide is continuously recovered.

본 발명의 다른 일 양태는, 하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 흡착탑에 포함하는 아산화질소 분리용 압력 순환 흡착 장치를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a pressure circulation adsorbing apparatus for separating nitrous oxide, the adsorbent containing a nitrous oxide recovery adsorbent satisfying the working capacity represented by the following formula 1 in an adsorption tower.

[식 1]

Figure 112017086273705-pat00010
[Formula 1]
Figure 112017086273705-pat00010

(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).)

이는, 상술한 본 발명의 일 양태에 따른 압력 순환 흡착을 이용한 아산화질소 회수 방법이 수행될 수 있는 장치로서, 압력 순환 흡착 장치의 각 흡착탑 내에 상기 식 1을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 포함할 수 있다. 이에, 질산암모늄의 열분해에 의한 아산화질소 생산공정의 생성가스, 또는 아디프산 생산공정의 배가스 등 아산화질소 함유 기체혼합물로부터 고순도 및 고회수율로 아산화질소를 정제해낼 수 있다.This is an apparatus capable of performing a nitrous oxide recovery method using pressure circulation adsorption according to an embodiment of the present invention, wherein the adsorbent for recovering nitrous oxide satisfying the above formula 1 is contained in each adsorption tower of the pressure circulation adsorption apparatus . Thus, nitrous oxide can be purified from a mixture of nitrous oxide-containing gas such as a product gas produced by the pyrolysis of ammonium nitrate or a product gas produced by the adipic acid production process in a high purity and a high recovery rate.

흡착제의 작업용량은 회수되는 아산화질소의 순도 및 회수율과 관련될 수 있다. 구체적으로, 작업용량이 너무 작은 경우 압력 순환 흡착 공정의 운전 압력(흡착 압력 및 탈착 압력) 사이에 흡착제에 의해 분리되는 아산화질소의 양이 감소함과 동시에 배출가스 내 아산화질소의 양이 증가하여 회수되는 아산화질소의 회수율이 저하될 수 있다. 또한, 흡착 분리되는 산소 및 질소에 대한 분리되는 아산화질소의 비율이 적어져, 생성물 내 아산화질소의 순도가 저하될 수 있다.The working capacity of the adsorbent may be related to the purity and recovery of the nitrous oxide recovered. 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 circulation adsorption process is reduced and the amount of nitrous oxide in the exhaust gas is increased, The recovery rate of nitrous oxide may decrease. 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).

본 발명의 일 양태의 압력 순환 흡착 장치에서, 상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도 더 만족하는 것일 수 있다.In the pressure cycling adsorption apparatus of one embodiment of the present invention, the adsorbent may further satisfy the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).

[식 2]

Figure 112017086273705-pat00011
[Formula 2]
Figure 112017086273705-pat00011

(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]

Figure 112017086273705-pat00012
[Formula 3]
Figure 112017086273705-pat00012

(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 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 식 2 및 식 3은 흡착제의 아산화질소/질소 또는 아산화질소/산소 흡착 선택도에 관한 것이다.Equation 2 and Equation 3 relate to the nitrous oxide / nitrogen or nitrous oxide / oxygen adsorption selectivity of the adsorbent.

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 분리능이 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 decomposition ability is poor. Since the nitrogen or oxygen to be removed is not sufficiently removed by adsorption, the purity of recovered nitrous oxide .

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 2 또는 식 3을 더 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 further satisfy the above-described expression (2) or (3).

흡착제에 관한 다른 설명은 본 발명의 일 양태의 압력 순환 흡착을 이용한 아산화질소 회수 방법에서 설명한 것과 같으므로 생략한다.Other explanations for the adsorbent are omitted since they are the same as those described in the method for recovering nitrous oxide using the pressure cyclic adsorption of one embodiment of the present invention.

본 발명의 일 양태의 압력 순환 흡착 장치의 다른 구성은, 공지의 구성을 채용할 수 있으며, 특정 구성에 한정되는 것은 아니다.Other configurations of the pressure circulation adsorbing device of one embodiment of the present invention may adopt known configurations and are not limited to specific configurations.

예를 들어, 각 흡착탑에 연결되는 원료가스가 도입되는 원료가스 도입관, 배출가스가 배출되는 배출가스 배출관 및 배출가스 저장탱크, 생성가스가 배출되는 생성가스 배출관 및 생성가스 저장탱크를 포함할 수 있다.For example, it is possible to include a raw gas introduction pipe into which a raw material gas to be connected to each adsorption column is introduced, an exhaust gas discharge pipe and an exhaust gas storage tank through which exhaust gas is discharged, a product gas discharge pipe through which product gas is discharged, have.

또한, 상기 각 흡착탑과 연결되는 원료가스 도입관, 배출가스 배출관, 및 생성가스 배출관에는 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브 등의 유체흐름조절 수단이 구비될 수 있다.The raw gas introduction pipe, the exhaust gas discharge pipe, and the generated gas discharge pipe connected to the respective adsorption towers may be provided with fluid flow control means such as a valve for controlling the flow of the fluid.

또한, 본 발명의 일 양태의 압력 순환 흡착 장치의 흡착탑의 수는, 예를 들어 2개, 4개, 6개, 또는 8개일 수 있다. 다만, 흡착탑의 수는 홀수개일 수 있으며, 총 개수는 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다.Further, the number of adsorption towers of the pressure cycling adsorption apparatus of one embodiment of the present invention may be, for example, 2, 4, 6, or 8. However, the number of adsorption towers may be an odd number, and the total number is not particularly limited in the present invention.

위와 같은 압력 순환 흡착 장치의 구성은 일 예시적인 것으로, 본 발명이 이제 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자는 다양한 실시 형태로 변경할 수 있다.The configuration of the pressure circulation adsorbing apparatus as described above is merely an example, and the present invention is not particularly limited at present, and a person skilled in the art can change to various embodiments.

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> &Lt; 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 PLOT를 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 a detector of GC, and Carboxene 1010 PLOT was used as an 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.

분석기Analyzer YL Instrument 6500 GC systemYL Instrument 6500 GC system 검출기Detector PDD, TCDPDD, TCD 이송 가스Transfer gas He(10.0 mL/min)He (10.0 mL / min) 칼럼column Carboxen-1010 PLOT, 30 m x 0.53 mm I.D.Carboxen-1010 PLOT, 30 m x 0.53 mm I.D. 투입구 온도Inlet temperature 200℃200 검출기 온도Detector temperature 200℃200 ℃ 칼럼 온도Column temperature 150℃150 ℃ 샘플 부피Sample volume 50 μL50 μL

[[ 실시예Example 1] One]

아산화질소에 대한 작업용량(Working Capacity)이 우수한 흡착제인 탈알루미늄 제올라이트 Y(DEGUSSA, WESSALITH DAY F-20, SiO2/Al2O3 = 20)에 대하여 2개의 흡착탑이 장착된 압력 순환 흡착공정에 대하여 아산화질소 회수를 위한 흡착실험을 수행하였다. 사용한 탈알루미늄 제올라이트 Y의 20℃에서의 흡착등온선은 도 2와 같으며, 10bar 압력 하의 흡착량(W0)은 3.91mol/kg이고, 0.3bar 압력 하의 흡착량(W1)은 0.25mol/kg었다(

Figure 112017086273705-pat00013
). 10bar 압력 하의 아산화질소/질소 선택도(AN2O/AN2)는 7.6이고, 10bar 압력 하의 아산화질소/산소 선택도(AN2O/AO2)는 7.7이다.A pressure circulation adsorption process with two adsorption towers was carried out on dealluminated zeolite Y (DEGUSSA, WESSALITH DAY F-20, SiO 2 / Al 2 O 3 = 20), an adsorbent with excellent working capacity for nitrous oxide Adsorption experiments were carried out for the recovery of nitrous oxide. 2, 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 (
Figure 112017086273705-pat00013
). 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.

실험에 사용한 압력 순환 흡착공정의 2개의 흡착탑은 각각 직경은 2.1cm이고 길이는 100cm이었다. 흡착탑에 공급하는 아산화질소 함유 기체혼합물의 조성은 아산화질소 35 부피%, 산소 3.0부피% 및 질소 62.0 부피%이었으며, 유량은 180 Nliter/hr이었다. 흡착 온도는 상온이고, 흡착압력은 10bar이었으며 탈착 압력은 0.3bar이었다. 흡착시간과 세정시간을 각각 100sec와 60sec로 하여 압력 순환 흡착을 수행하였다. 세정 단계에서 세정가스로 사용한 기체혼합물의 조성은 아산화질소 90부피%와 질소 10부피%이었으며 유량은 18Nliter/hr로 공급하는 아산화질소 함유 기체혼합물 유량의 1/10이었다. 아산화질소의 농도는 상기한 가스크로마토그라피 방법을 사용하여 분석하였다. 압력 순환 흡착공정의 세정과 감압 단계에서 얻은 탈착 생성물의 조성은 아산화질소 84.6부피%, 산소 0.3부피%와 질소 15.1부피%이었다. 흡착공정의 배기가스의 조성은 아산화질소 9.6부피%, 산소 4.4부피%와 질소 86.0부피%이었으며 유량은 117.8Nliter/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 85.7부피%이었다. The two adsorption columns in the pressure cycling adsorption process used in the experiments were 2.1 cm in diameter and 100 cm in length, respectively. The composition of the nitrous oxide-containing gas mixture supplied to the adsorption column was 35 vol% of nitrous oxide, 3.0 vol% of oxygen and 62.0 vol% of nitrogen, and the flow rate was 180 Nliter / hr. The adsorption temperature was room temperature, the adsorption pressure was 10 bar and the desorption pressure was 0.3 bar. Pressure circulation adsorption was carried out with the adsorption time and the cleaning time being 100 sec and 60 sec, respectively. The composition of the gas mixture used as cleaning gas in the cleaning step was 90 vol.% Of nitrous oxide and 10 vol.% Of nitrogen, and the flow rate was 1/10 of the flow rate of the nitrous oxide-containing gas mixture supplied at 18 Nliter / hr. The concentration of nitrous oxide was analyzed using the gas chromatography method described above. The composition of the desorption products obtained in the step of washing and depressurizing the pressure cycle adsorption process was 84.6% by volume of nitrous oxide, 0.3% by volume of oxygen and 15.1% by volume of nitrogen. The composition of the exhaust gas in the adsorption process was 9.6% by volume of nitrous oxide, 4.4% by volume of oxygen and 86.0% by volume of nitrogen, and the flow rate was 117.8 Nliter / 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 85.7% by volume.

[[ 실시예Example 2 내지 4] 2 to 4]

실시예 1에서 흡착시간과 세정시간을 변화시키고 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 실험을 수행하였다. 그 결과를 아래 표 2에 정리하였다. Experiments were conducted in the same manner as in Example 1 except that the adsorption time and the cleaning time were changed in Example 1, and the other conditions were the same as those in Example 1. The results are summarized in Table 2 below.

실시예Example 흡착
시간
(sec)
absorption
time
(sec)
세정
시간
(sec)
washing
time
(sec)
생성물product 배기가스Exhaust gas 아산화질소 회수율
(%)
Nitrous oxide recovery rate
(%)
이산화질소/산소/질소 농도
(부피%)
Nitrogen dioxide / oxygen / nitrogen concentration
(volume%)
유량
(Nliter/hr)
flux
(Nliter / hr)
이산화질소/산소/질소 농도
(부피%)
Nitrogen dioxide / oxygen / nitrogen concentration
(volume%)
유량
(Nliter/hr)
flux
(Nliter / hr)
1One 100100 6060 84.6/0.3/15.184.6 / 0.3 / 15.1 80.280.2 9.6/4.4/86.09.6 / 4.4 / 86.0 117.8117.8 85.785.7 22 100100 100100 87.7/0.2/12.187.7 / 0.2 / 12.1 78.878.8 8.5/4.4/87.18.5 / 4.4 / 87.1 119.2119.2 87.387.3 33 100100 140140 90.3/0.2/9.590.3 / 0.2 / 9.5 79.579.5 6.2/4.4/89.46.2 / 4.4 / 89.4 118.5118.5 90.690.6 44 120120 6060 85.8/0.3/13.985.8 / 0.3 / 13.9 75.975.9 6.3/4.4/89.36.3 / 4.4 / 89.3 120.1120.1 89.489.4

[실시예 5 내지 8][Examples 5 to 8]

아산화질소에 대한 작업용량(Working Capacity)이 우수한 흡착제인 Sylobead silica gel(GRACE GmbH&Co., SYLOBEAD SG B 127)을 사용하여 각각 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 압력 순환 흡착공정에 대하여 아산화질소 회수를 위한 흡착실험을 수행하였다. 사용한 Sylobead silica gel의 20℃에서의 흡착등온선은 도 3과 같으며, 10bar 압력 하의 흡착량(W0)은 3.92mol/kg이고, 0.3bar 압력 하의 흡착량(W1)은 0.30mol/kg이었다(

Figure 112017086273705-pat00014
). 10bar 압력 하의 아산화질소/질소 선택도(AN2O/AN2)는 8.8이고, 10bar 압력 하의 아산화질소/산소 선택도(AN2O/AO2)는 8.8이다. 실험 조건과 결과는 아래 표 3에 정리하였다.Sylobead silica gel (GRACE GmbH & Co., SYLOBEAD SG B 127), an adsorbent excellent in working capacity for nitrous oxide, was used to recover nitrous oxide in the pressure cycling adsorption process in the same manner as in Examples 1 to 4 Adsorption experiments were carried out. The adsorption isotherm at 20 ° C of the used Sylobead silica gel was as shown in Fig. 3, the adsorption amount (W 0 ) at a pressure of 10 bar was 3.92 mol / kg and the adsorption amount (W 1 ) at a pressure of 0.3 bar was 0.30 mol / kg (
Figure 112017086273705-pat00014
). The nitrous oxide / nitrogen selectivity (A N2O / A N2 ) at 10 bar pressure is 8.8 and the nitrous oxide / oxygen selectivity (A N2O / A O2 ) at 10 bar pressure is 8.8. The experimental conditions and results are summarized in Table 3 below.

실시예Example 흡착
시간
(sec)
absorption
time
(sec)
세정
시간
(sec)
washing
time
(sec)
생성물product 배기가스Exhaust gas 아산화질소 회수율
(%)
Nitrous oxide recovery rate
(%)
이산화질소/산소/질소 농도
(부피%)
Nitrogen dioxide / oxygen / nitrogen concentration
(volume%)
유량
(Nliter/hr)
flux
(Nliter / hr)
이산화질소/산소/질소 농도
(부피%)
Nitrogen dioxide / oxygen / nitrogen concentration
(volume%)
유량
(Nliter/hr)
flux
(Nliter / hr)
55 100100 6060 85.6/0.2/14.285.6 / 0.2 / 14.2 74.374.3 7.5/4.4/88.17.5 / 4.4 / 88.1 123.7123.7 87.287.2 66 100100 100100 87.9/0.3/11.887.9 / 0.3 / 11.8 74.174.1 6.3/4.4/89.36.3 / 4.4 / 89.3 123.9123.9 89.389.3 77 100100 140140 90.1/0.3/9.690.1 / 0.3 / 9.6 73.873.8 5.1/4.4/90.55.1 / 4.4 / 90.5 124.2124.2 91.291.2 88 120120 6060 86.0/0.3/13.786.0 / 0.3 / 13.7 71.271.2 9.2/4.4/86.49.2 / 4.4 / 86.4 126.8126.8 84.084.0

이와 같은 실시예를 통하여 본 발명에 따른 흡착제 및 흡착공정에 의하여 아산화질소 농도 35부피%인 기체혼합물을 아산화질소 농도를 80부피% 이상의 고순도 및 80% 이상의 고회수율로 농축할 수 있음을 확인할 수 있다.Through these examples, it can be confirmed that the gas mixture having a nitrous oxide concentration of 35 vol% by the adsorbent and the adsorption process according to the present invention can concentrate the nitrous oxide concentration to a high purity of 80 vol% or more and a high recovery rate of 80% or more .

[비교예 1 내지 4][Comparative Examples 1 to 4]

흡착제로 제올라이트 13X(UOP, 1/8 인치 펠렛)를 사용하여 각각 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 압력 순환 흡착 공정에 대하여 아산화질소 회수를 위한 흡착실험을 수행하였다. 사용한 제올라이트 13X의 20℃에서의 흡착등온선은 도 4와 같으며, 10bar 압력 하의 흡착량(W0)은 5.22mol/kg이고, 0.3bar 압력 하의 흡착량(W1)은 3.50mol/kg이었다(

Figure 112017086273705-pat00015
). 10bar 압력 하의 아산화질소/질소 선택도(AN2O/AN2)는 2.7이고, 10bar 압력 하의 아산화질소/산소 선택도(AN2O/AO2)는 6.1이다. 실험 조건과 결과는 아래 표 4에 정리하였다.Adsorption experiments were carried out for the recovery of nitrous oxide in the pressure cycling adsorption process in the same manner as in Examples 1 to 4 using zeolite 13X (UOP, 1/8 inch pellets) as the adsorbent. The adsorption isotherm at 20 ° C of the used zeolite 13X is shown in Fig. 4, the adsorption amount (W 0 ) at 5.2 bar / kg under 10 bar pressure and the adsorption amount (W 1 ) at 3.5 bar pressure were 3.50 mol / kg
Figure 112017086273705-pat00015
). 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. The experimental conditions and results are summarized in Table 4 below.

비교예Comparative Example 흡착
시간
(sec)
absorption
time
(sec)
세정
시간
(sec)
washing
time
(sec)
생성물product 배기가스Exhaust gas 아산화질소 회수율
(%)
Nitrous oxide recovery rate
(%)
이산화질소/산소/질소 농도
(부피%)
Nitrogen dioxide / oxygen / nitrogen concentration
(volume%)
유량
(Nliter/hr)
flux
(Nliter / hr)
이산화질소/산소/질소 농도
(부피%)
Nitrogen dioxide / oxygen / nitrogen concentration
(volume%)
유량
(Nliter/hr)
flux
(Nliter / hr)
1One 100100 6060 58.8/0.4/40.458.8 / 0.4 / 40.4 66.866.8 25.6/3.5/70.925.6 / 3.5 / 70.9 131.2131.2 53.953.9 22 100100 100100 59.4/0.4/39.859.4 / 0.4 / 39.8 67.967.9 25.0/3.5/71.525.0 / 3.5 / 71.5 130.1130.1 55.355.3 33 100100 140140 62.3/0.4/35.062.3 / 0.4 / 35.0 66.166.1 24.0/3.5/72.524.0 / 3.5 / 72.5 131.9131.9 56.556.5 44 120120 6060 56.5/0.4/38.056.5 / 0.4 / 38.0 68.968.9 26.2/3.5/70.326.2 / 3.5 / 70.3 129.1129.1 53.453.4

본 발명의 범위 벗어나는 비교예의 경우 아산화질소 농도 35부피%인 기체혼합물로부터 60부피% 정도로 아산화질소를 회수할 수 있을 뿐이어서, 실시예에 비해 회수율이 낮은 것을 확인할 수 있다. 아산화질소의 회수율 또한 60% 이하 수준으로 낮은 것을 알 수 있다.In the comparative example outside the scope of the present invention, the nitrous oxide can be recovered from the gas mixture having a nitrous oxide concentration of 35% by volume to about 60% by volume. And the recovery rate of nitrous oxide is also as low as 60% or less.

Claims (12)

하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제로 압력 순환 흡착을 통해 아산화질소를 분리하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
[식 1]
Figure 112018101662065-pat00016

(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.)
Wherein nitrous oxide is separated through pressure cyclic adsorption with a nitrous oxide recovery adsorbent satisfying the working capacity represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Figure 112018101662065-pat00016

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.
제 1항에서,
상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도를 더 만족하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
[식 2]
Figure 112017086273705-pat00017

(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.)
The method of claim 1,
Wherein the adsorbent further satisfies the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).
[Formula 2]
Figure 112017086273705-pat00017

(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).)
제 1항에서,
상기 흡착제는 하기 식 3으로 표시되는 아산화질소/산소 선택도 더 만족하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
[식 3]
Figure 112017086273705-pat00018

(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.)
The method of claim 1,
Wherein the adsorbent further satisfies the nitrous oxide / oxygen selectivity represented by the following formula (3).
[Formula 3]
Figure 112017086273705-pat00018

(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).)
제 1항에서,
아산화질소 함유 기체 혼합물에서 산소 및 질소 중에서 선택되는 하나 이상을 제거하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
The method of claim 1,
And removing at least one selected from oxygen and nitrogen in the nitrous oxide-containing gas mixture.
제 4항에서,
상기 아산화질소 함유 기체 혼합물은, 아산화질소 5 내지 98부피%, 산소 0.1 내지 15부피%, 및 질소 1 내지 90부피%를 포함하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the nitrous oxide containing gas mixture comprises 5 to 98 vol% of nitrous oxide, 0.1 to 15 vol% of oxygen, and 1 to 90 vol% of nitrogen.
제 1항에서,
상기 압력 순환 흡착은 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.
The method of claim 1,
Wherein the pressure circulation adsorption is performed by using at least two adsorption towers charged with the adsorbent and at least one pressurization step, an adsorption step, a pressure equalization step and a desorption step, and a desorption step in each adsorption tower, 20 bar, and the pressure of the desorption step is from vacuum to 2.1 bar.
제 1항에서,
상기 아산화질소 회수 방법은 0 내지 50℃ 온도에서 수행되는 것인, 아산화질소 회수 방법.
The method of claim 1,
Wherein the method for recovering nitrous oxide is performed at a temperature of 0 to 50 占 폚.
제 1항에서,
상기 흡착제는 탈알루미늄 제올라이트 Y(De-Aluminated Zeolite Y) 또는 사일로비드 실리카 겔(Sylobead® Silica Gel)인 것인, 아산화질소 회수 방법.
The method of claim 1,
Wherein the adsorbent is De-Aluminated Zeolite Y or Sylobead (R) Silica Gel.
제 8항에서,
상기 탈알루미늄 제올라이트 Y의 Si 및 Al의 함량은, 하기 식 4를 만족하는 것인, 아산화질소 회수 방법.
[식 4] 5≤SiO2/Al2O3≤30
9. The method of claim 8,
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
하기 식 1로 표시되는 작업용량을 만족하는 아산화질소 회수용 흡착제를 흡착탑에 포함하는 아산화질소 분리용 압력 순환 흡착 장치.
[식 1]
Figure 112018101662065-pat00019

(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 apparatus for separating nitrous oxide from nitrogen oxides containing an adsorbent for recovering nitrous oxide which satisfies a working capacity represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Figure 112018101662065-pat00019

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.
제 10항에서,
상기 흡착제는 하기 식 2로 표시되는 아산화질소/질소 선택도를 더 만족하는 것인, 압력 순환 흡착 장치.
[식 2]
Figure 112017086273705-pat00020

(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.)
11. The method of claim 10,
Wherein the adsorbent further satisfies the nitrous oxide / nitrogen selectivity represented by the following formula (2).
[Formula 2]
Figure 112017086273705-pat00020

(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).)
제 10항에서,
상기 흡착제는 하기 식 3으로 표시되는 아산화질소/산소 선택도 더 만족하는 것인, 압력 순환 흡착 장치.
[식 3]
Figure 112017086273705-pat00021

(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.)
11. The method of claim 10,
Wherein the adsorbent further satisfies the nitrous oxide / oxygen selectivity represented by the following formula (3).
[Formula 3]
Figure 112017086273705-pat00021

(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).)
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