KR20010067037A - Process and apparatus for the purification of air - Google Patents

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라이너 카섹케르트, 베른하르트 오베르뮬러
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Abstract

PURPOSE: Provided is an air cleaning system by heat regenerating adsorption method capable of surely removing with high removing efficiency not only carbon dioxide and/or moisture but also trace gas component such as nitrogen monoxide, ethylene and/or propane from the air to be cleaned and capable of appropriately operating even in energy consumption respect. CONSTITUTION: At an adsorption cycle, the air to be cleaned is passed in order through the first adsorption zone housing the first adsorbent and the second adsorption zone housing the second adsorbent at the first temperature. At a regeneration cycle, regeneration gas is introduced into the first adsorption zone at the second temperature higher than the first temperature. Steam and/or carbon dioxide are almost completely removed in the first adsorption zone. The second adsorption zone is provided with the adsorbent containing a metal ion capable of strongly bonding nitrogen.

Description

공기 정화 방법 및 장치 {PROCESS AND APPARATUS FOR THE PURIFICATION OF AIR}Air purification method and apparatus {PROCESS AND APPARATUS FOR THE PURIFICATION OF AIR}

본 발명은 온도 순환식 흡착(temperature swing adsoorption)에 의해 물, 이산화탄소, 질소 산화물, 에틸렌 및/또는 프로판 등의 불순물을 제거하기 위한 공기 정화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air purification method for removing impurities such as water, carbon dioxide, nitrogen oxides, ethylene and / or propane by temperature swing adsoorption.

이러한 공정은 통상적으로 공급 공기의 정화를 위해 저온 공기 분리를 이용하며, 대기는 압축되어져 정화기에 공급된다. 그리고 나서, 정화된 공기는 냉각되어 그 중 적어도 일부가 정류 칼럼으로 공급된다.This process typically uses cold air separation for the purification of the feed air, and the atmosphere is compressed and fed to the purifier. The purified air is then cooled and at least some of it is fed to the rectification column.

열 재생에서, 흡착제에 의해 흡착 사이클 내에 고정된 불순물은 흡착 사이클 내의 온도(T1) 보다 높은 온도(T2)에서 흡착제 재생 가스를 통과함으로써 다시 탈착된다. 온도차(T2-T1)는 적어도 30 K이며, 예를 들어 30 내지 250K, 바람직하게 80 내지 180K의 범위를 갖는다. 공정은 예를 들어, DE 2064137A에서 기술되어진 바와 같이 차례로 적재되고(흡착 사이클) 탈착되는(재생 사이클) 적어도 한 쌍의 스위치 작동가능한 컨테이너 내에서 수행된다. 통상적인 흡착 온도는 5 내지 35℃, 바람직하게 7 내지 20℃이다.In thermal regeneration, impurities fixed in the adsorption cycle by the adsorbent are desorbed again by passing the adsorbent regeneration gas at a temperature T 2 above the temperature T 1 in the adsorption cycle. The temperature difference T 2 -T 1 is at least 30 K, for example in the range of 30 to 250K, preferably 80 to 180K. The process is carried out in at least a pair of switch-operable containers which are loaded in sequence (adsorption cycle) and desorption (regeneration cycle) as described, for example, in DE 2064137A. Typical adsorption temperatures are 5 to 35 ° C, preferably 7 to 20 ° C.

정류에 의해 공기 분리의 냉각 부분 앞에 공기의 예비정화를 위해 80 내지 250℃의 온도에서 선택적으로 열 재생된 흡착기 쌍(분자 시이브 스테이션)은 장시간 이용되고 공지되어진 기술(DE 2064137 A)로 구성된다. 주로, 물과 CO2는 아세틸렌(C2H2)에서와 같이 분리되며, 액체 산소(LOX)에서 상당히 위험하다. 1970년 이전에는, 흡착제로서 산업상 이용가능한 분자 시이브가 존재하지 않았으며, 대신에 동일한 효과를 얻기 위해 액체 산소(LOX 흡착기)로부터 탄화수소의 제거를 위해 190K(CO2제거)에서 주위 온도(물의 제거)로부터 90K 하강한 상이한 온도에서 작동되는 다수의 실리카겔 흡착기가 이용되어 졌다. 그러나, 지난 30여년 동안, 전세계적으로 화석 연료의 연소로 인해, 안전에 관련된 트레이스 가스가 공기 내에 축적되어져 있어 저온 분리 이전 또는 저온 분리중에 효과적으로 제거되어야 한다. 이러한 가스는 NXOy및 특히, 불포화된 N2O(0.3 내지 0.5 Vppm)로 구성되며, 또한 에틸렌 및 프로판(0.02 내지 0.1 Vppm) 등의 포화된 탄화수소를 포함한다. 만일, 상기 가스들이 효과적으로 제거되지 않는다면, LOX 순환 특히, 산소 기화를 수반하는 지점에서의 응축기 내의 시프트 및 응집을 유발할 수 있으며, 상당한 위험 요소를 갖는다.The adsorber pair (molecular sieve station), optionally thermally regenerated at a temperature of 80 to 250 ° C. for prepurification of the air before the cooling part of the air separation by rectification, consists of a well-known technique (DE 2064137 A). . Mainly, water and CO 2 are separated as in acetylene (C 2 H 2 ) and are quite dangerous in liquid oxygen (LOX). Prior to 1970, there was no molecular sieve available industrially as an adsorbent, but instead at ambient temperature (water at 190 K (CO 2 removal) for removal of hydrocarbons from liquid oxygen (LOX adsorber) to obtain the same effect. Multiple silica gel adsorbers operating at different temperatures down 90 K) were used. However, over the last 30 years, due to the burning of fossil fuels worldwide, safety-related trace gases have accumulated in the air and must be effectively removed before or during low temperature separation. This gas consists of N X O y and in particular unsaturated N 2 O (0.3 to 0.5 Vppm) and also contains saturated hydrocarbons such as ethylene and propane (0.02 to 0.1 Vppm). If the gases are not removed effectively, they can cause shifts and agglomeration in the condenser at LOX cycles, especially at points involving oxygen vaporization, and have significant risks.

활성화된 알루미나 및/또는 분자 시이브(제오라이트) 13x 베드를 갖춘 종래의 온도 순환식 흡착 공정은 경제적인 이유로 운영 시간 내에 CO2의 제거에 맞추었으며 일반적으로 2 내지 8시간, 바람직하게 5시간의 스위치 작동 시간을 갖는다. 실질적으로 스위치 작동 시간이 짧을 수록, 콘테이너 및 파이프라인의 큰 손실로 인해 보다 많은 재생 가스(열은 대응하는 짧은 시간 내에 흡착기를 통해 이동된다.) 및 보다 많은 재생 에너지를 요구하는 상당한 저 비용량의 성분이 요구된다. 분자 시이브 형 13X(NaX)인 경우, N2O 및 프로판이 각각 35%인 경우 분자 시이브 스테이션의 비용량(로딩 대 기상 농도의 비), 및 6 내지 10 바아 및 5 내지 20℃의 작동 조건 하에서 에틸렌이 60%인 경우(CO2의 비용량과 비교하여 각각의 경우) 분자 시이브 스테이션의 비용량을 갖는다. 결과적으로, CO2의 농도에서 1:106으로 감소하는 종래의 작동 조건하에서, N2O 및 C3H8에 대해 60 내지 80%가 보류되며, C2H4에 대해 70 내지 90% 보류된다. 안전한 작동을 위해 요구되는 95% 이상의 보류는 운영 시간이 반으로 줄어든 후 달성된다. 그러나, 30% 이상의 작동 비용은 보다 대용량의 재생 가스 스트림이 공정에서 모두 이용가능하다면 예상 가능하며,흔한 경우는 아니다.Conventional temperature-circulating adsorption processes with activated alumina and / or molecular sieve (zeolite) 13x beds have been adapted for the removal of CO 2 within operating hours for economic reasons and generally switch from 2 to 8 hours, preferably 5 hours. Take up time. In practice, the shorter the switch run time, the greater the loss of containers and pipelines, resulting in a significant lower cost amount that requires more regeneration gas (heat is transferred through the adsorber within a corresponding short time) and more renewable energy. Ingredients are required. For molecular sieve type 13X (NaX), the specific capacity of the molecular sieve station (ratio of loading to gas phase concentration) when N 2 O and propane are 35%, respectively, and operation at 6 to 10 bar and 5 to 20 ° C. Under the conditions 60% ethylene (in each case compared to the specific amount of CO 2 ) has the specific capacity of the molecular sieve station. As a result, under conventional operating conditions where the concentration of CO 2 decreases to 1:10 6 , 60 to 80% is retained for N 2 O and C 3 H 8 and 70 to 90% is retained for C 2 H 4 do. More than 95% of the hold required for safe operation is achieved after half the operating time. However, operating costs of more than 30% are foreseeable, and not unusual, if a larger volume of regeneration gas stream is available in the process.

트레이스 문제에 대한 공지된 해결책은 재생 가스 가열기없이 단기간의 흡착기로서, EP 862938A 및 DE 3702190A에 기술되어진 바와 같이 압력 순환식 흡착(PSA)에 의해서만 재생된다. 이러한 공정은 강 결합 CO2보다 온도 감소에 영향을 받지 않는 트레이스에 대한 두가지 요소 및 CO2에 대한 5가지 요소에 의해 비 하중 내의 감소로 특징화된다. 일반적인 운영 시간은 2 내지 25분이다. CO2, N2O/C3H8, 및 C2H4등의 초기 성분에 대한 용량의 가변 감소가 대략 동일하게 유지됨으로 인해, 각각 99%의 보류는 달성가능하다. 그러나, 저온에서 물의 탈착으로 인해, 공정은 TSA 변형예와 비교하여 재생 가스의 양의 2.5배를 필요로 하며, 보다 빈번한 스위치 작동으로 인한 보다 큰 스위치 작동 손실을 가지며 대략 10%의 높은 압축기 전력을 필요로 한다. 생성물의 이용 부족으로 인해 재생에 대한 공지 분리로부터 과다 질소를 제공할 수 있는 O2플랜트가 적합하다. PSA 공정이 갖는 또 다른 단점은 냉각 재생중에 잔류 하중으로 인해 TSA 변형예와 비교되는 CO2농도의 감소를 초래한다. 이는 1:106으로부터 대략 1:103의 수치로 감소되며, 0.1 내지 1Vppm 범위 내의 불순물만을 허용한다. 이는 예를 들어 공기 하루당 300,000m3(S.T.P.)의 대형 공기 분리기의 경우에, 냉각 부분으로 이동된 CO2의 양은 10 Kg 이다. 보다 빈번한 융해(thawing)는 주 열교환기 내에서 냉각 박스로의 순환을 감소시키기 위해 요구된다. 반면에, TSA 시스템은 하루당 0.01 Kg의 CO2를 하용하며, 가스 스트림 내에서 쉽게 이동될 수 있다.A known solution to the trace problem is a short-term adsorber without a regeneration gas heater, which is regenerated only by pressure circulating adsorption (PSA) as described in EP 862938A and DE 3702190A. This process is characterized by a reduction in specific load by two factors for traces and five factors for CO 2 that are less affected by temperature reduction than steel-bonded CO 2 . Typical operating time is 2 to 25 minutes. Because the variable reductions in capacity for initial components such as CO 2 , N 2 O / C 3 H 8 , and C 2 H 4 remain approximately the same, a retention of 99% is achievable, respectively. However, due to the desorption of water at low temperatures, the process requires 2.5 times the amount of regeneration gas compared to the TSA variant, has a larger switch operating loss due to more frequent switch operations and a high compressor power of approximately 10%. in need. O 2 plants that can provide excess nitrogen from known separations for regeneration due to the lack of use of the product are suitable. Another disadvantage of the PSA process is the reduction of the CO 2 concentration compared to the TSA variant due to the residual load during cold regeneration. It is reduced from 1:10 6 to a value of approximately 1:10 3 , allowing only impurities in the range of 0.1 to 1 Vppm. This is, for example, in the case of a large air separator of 300,000 m 3 (STP) per day of air, the amount of CO 2 transferred to the cooling section is 10 Kg. More frequent thawing is required to reduce circulation to the cold box in the main heat exchanger. TSA systems, on the other hand, use 0.01 Kg of CO 2 per day and can be easily moved in the gas stream.

트레이스 문제점에 대한 또 다른 해결책은 LOX로부터 N2O를 여과시키기 위한 실리카겔을 갖는 부가의 LOX 흡착기를 보충하는 것이다. 재생 중에 큰 온도 변화로 인해 복잡한 설계와는 별개의 단점은 특히 LOX 손실이 발생하며 고가의 유용한 물질 크세논이 재생 가스로 부분적으로 손실된다. 더욱이, LOX 및 N2O와 이용하기에 가장 적합한 재료는 소용량의 탄화수소로 구성된다.Another solution to the trace problem is to supplement an additional LOX adsorber with silica gel to filter N 2 O from LOX. Disadvantages from complex designs due to large temperature changes during regeneration, in particular, lead to LOX losses and the loss of expensive useful material xenon in part to the regeneration gas. Moreover, the most suitable material for use with LOX and N 2 O consists of a small amount of hydrocarbon.

따라서, 본 발명의 목적은 CO2및/또는 공기로부터 용이하게 정화될 수 있으며 에너지 관점에서 특히 바람직하게 작동될 수 있는 질소 산화물, 에틸렌 및/또는 프로판 등의 안전-관련 트레이스 가스를 제거할 수 있는 온도 순환 흡착 공정 및 그에 상응하는 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to remove safety-related trace gases, such as nitrogen oxides, ethylene and / or propane, which can be easily purified from CO 2 and / or air and can be particularly preferably operated from an energy standpoint. It is to provide a temperature cycle adsorption process and a corresponding apparatus.

이러한 목적은 특허청구범위 제 1 항의 특성에 의해 달성된다. 특히 바람직한 실시예는 청구범위 2항 내지 5항에 기술되어져 있다. 본문에서 사용되는 용어중 "근본적으로 완전한 제거"의 의미는 적어도 80%, 바람직하게 적어도 90%, 가장 바람직하게 적어도 95% 또는 적어도 99%의 보류를 의미한다.This object is achieved by the features of claim 1. Particularly preferred embodiments are described in claims 2 to 5. As used herein, the term "essentially complete removal" means a retention of at least 80%, preferably at least 90%, most preferably at least 95% or at least 99%.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 장치를 도시한 도면.1 shows a device of an embodiment according to the invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

2 : 필터 3 : 주 공기 압축기2: filter 3: main air compressor

10 : 주 열교환기 13 : 가열기10: main heat exchanger 13: heater

100 : 정화 장치 101-108 : 밸브100: purification device 101-108: valve

110, 111 : 콘테이너110, 111: Container

본 발명에서, 다양한 분리 작업은 분리 작업에 맞추어진 특정 흡착제로 각각 설치된 적어도 두개의 흡착 영역 위로 분포되며, 상기 각각의 흡착 영역을 통해 공기가 연속적으로 정화된다. 두 영역은 하나 위에 다른 하나가 배열된 두개의 베드에 의해 인지될 수 있다. 선택적으로, 제 2 영역은 제 1 흡착 영역을 포함하는 콘테이너에 라인에 의해 연결된 독립 콘테이너 내에 배열될 수 있다. 두가지 변형예에서, 제 2 흡착 영역은 제 1 흡착 영역과 함께 열 발생될 수 있으며, 제 2 경우 두 영역의 재생은 서로에 독립적으로 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 제 2 흡착 영역은 상이한 재생 온도를 가질 수 있으며 온도 순환식 흡착 대신에 압력 순환식 흡착(PSA)을 이용할 수 있다.In the present invention, the various separation operations are distributed over at least two adsorption zones each installed with specific adsorbents adapted for the separation operation, through which the air is continuously purified. The two regions can be perceived by two beds arranged one above the other. Optionally, the second region may be arranged in an independent container connected by a line to the container comprising the first adsorption region. In two variations, the second adsorption zone can be heat generated together with the first adsorption zone, and in the second case the regeneration of the two zones can be influenced independently of each other. For example, the second adsorption zone may have a different regeneration temperature and may use pressure cycling adsorption (PSA) instead of temperature cycling adsorption.

제 1 흡착 영역은 예를 들어, 13X 등의 비교환 제오라이트, 및/또는 실리카겔, 활성 알루미나 등의 종래의 흡착제를 포함한다. 이는 차례로 두개의 층 구조를 가지고 있어, 전체적으로 3개의 층 구조를 이루고 있다. 예를 들어, 정화되어질 공기는 활성 알루미나 또는 실리카겔로 구성되는 제 1 부분 영역을 통해 먼저 유동하며, 수증기를 우세하게 제거하며, 제오라이트(예를 들어, CaX)를 통과하며, 특히 제 2 흡착 영역에 통과되기 이전에 이산화탄소를 강하게 흡착한다.The first adsorption region contains, for example, a non-substituted zeolite such as 13X and / or a conventional adsorbent such as silica gel and activated alumina. It in turn has a two-layer structure, forming a three-layer structure as a whole. For example, the air to be purified first flows through a first partial region consisting of activated alumina or silica gel, predominantly removes water vapor, passes through a zeolite (e.g., CaX), in particular to a second adsorption region. Strongly adsorb carbon dioxide before passing through.

제 2 흡착 영역에서, 강 질소 결합 흡착제가 이용된다. "강 질소-결합(strongly nitrogen-binding)"은 가스 스트림 특히, 공기로부터 물 및/또는 이산화탄소의 정화에 통상적으로 이용되는 특히 종래의 흡착제와 비교하여 흡착에 의해 비교적 다량으로 원자 질소를 제거하는 것으로 이해된다. 따라서, 강 질소제의 첨가 즉, 질소 형성으로 금속 이온은 도핑되지 않은 재료와 비교하여 흡착제 내에 적어도 1.5, 바람직하게 2.5 인자에 의해 질소 로딩의 증가를 초래한다.In the second adsorption zone, a strong nitrogen bound adsorbent is used. "Strongly nitrogen-binding" is the removal of atomic nitrogen in relatively large amounts by adsorption compared to gas streams, in particular conventional adsorbents which are commonly used for the purification of water and / or carbon dioxide from air. I understand. Thus, the addition of strong nitrogen, i.e. nitrogen formation, causes metal ions to increase in nitrogen loading by at least 1.5, preferably 2.5 factors in the adsorbent compared to the undoped material.

에를 들어, 0℃(1(S.T.P.)/Kg bar)에 대한 일반적인 비 흡착 용량은For example, the typical specific adsorption capacity for 0 ° C (1 (S.T.P.) / Kg bar) is

활성 알루미나/실리카겔 : 0.5 내지 2Activated Alumina / Silica Gel: 0.5 to 2

활성탄 : 9Activated Carbon: 9

NaX 제오라이트 분자 시이브 13X :11NaX Zeolite Molecular Sieve 13X: 11

CaA 분자 시이브 5A : 20 및CaA Molecular Sieve 5A: 20 and

CaX 분자 시이브 :28CaX Molecular Sieve: 28

본 발명에서, 0℃에서 적어도 대략 18 l(S.T.P.)/Kg bar의 수치를 갖는 재료는 강 질소 결합이다. 흡착 온도는 용량에 영향을 미치기 때문에 재료의 비교를 위해 기준 량으로서 중요하다. 이러한 재료는 예를 들어 흡착에 의해 질소/산소 분리가 공지되어 있다.In the present invention, the material having a value of at least approximately 18 l (S.T.P.) / Kg bar at 0 ° C is a strong nitrogen bond. Adsorption temperature is important as a reference dose for the comparison of materials as it affects the capacity. Such materials are known for nitrogen / oxygen separation, for example by adsorption.

본 발명에 따른 정화 공정이 공기 특히, 질소의 주 성분을 재생하기 위해 공기 분리 플랜트의 상류에 바람직하게 이용되며, 특히 일견하여 생성물로서 요구되는 성분 중의 한 성분을 정확하게 효과적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 정화 단계에서 감지할 수 없다. 그러나, 질소의 손실은 강 질소 결합 재료의 경우 장시간으로 인해 0.2 내지 0.5%의 범위 내에 놓여져 있으나, 이는 대략 20%의 재생 가스의 손실과 비교하여 무시할 수 있다.The purifying process according to the invention is preferably used upstream of the air separation plant to regenerate the air, in particular the main component of nitrogen, in particular at first glance purifying an adsorbent which can accurately and effectively adsorb one of the components required as the product. Can't detect in stage However, the loss of nitrogen lies in the range of 0.2-0.5% due to the long time for the strong nitrogen-bonded material, but this can be negligible compared to the loss of approximately 20% of regenerated gas.

본 발명에서, 강 질소 결합 흡착제가 질소 산화물, 에틸렌, 및 프로판을 효과적으로 흡착하는 것이 추가로 발견되었다. 이러한 관계는 질소 산화물 등의 질소 화합물의 분자 특성이 원자 질소의 특성과 극히 제한된 동일성을 가지며, 질소 원자가 에틸렌 및 프로판 내에 존재하지 않으므로 직접적으로 명확하지 않다. 이에 대한 가능한 해석은 분자 내의 화학 다중 결합의 공통 특성을 가지며 본 발명이상기 이론에 구속되지 않고 실질적으로 흡착제 내의 극 금속 중심에 대해 저항성이 증가된다.In the present invention, it has further been found that strong nitrogen-bonded adsorbents effectively adsorb nitrogen oxides, ethylene, and propane. This relationship is not directly clear since the molecular properties of nitrogen compounds such as nitrogen oxides have extremely limited identity with those of atomic nitrogen, and since nitrogen atoms are not present in ethylene and propane. Possible interpretations of this have the common characteristics of chemical multiple bonds in molecules and the present invention is not limited to the above theory and substantially increases resistance to the center of the polar metal in the adsorbent.

본 발명에서, 제 2 흡착 영역은 트레이스에 특별히 맞춰진 흡착제가 설비된다. CaX, Ca-교환 NaX 재료는 이러한 목적에 특히 적합하다. 이는 예를 들어, 13X와 비교하여 N20에 대한 특정 흡착 용량의 5배, 및 탄화수소에 대한 용량의 2배를 갖는다.In the present invention, the second adsorption zone is equipped with an adsorbent specifically tailored to the trace. CaX, Ca-exchange NaX materials are particularly suitable for this purpose. It has, for example, five times the specific adsorption capacity for N 2 0 compared to 13 ×, and twice the capacity for hydrocarbons.

그러나, 이러한 재료는 또한 단점을 갖는다. 따라서, CO2에 대한 흡착 용량은 13X와 비교하여 대략 80%의 수치로 감소된다. 이로 인해, 강도가 보다 약해지는 동력학을 가지며, 매우 광범위한 국부적인 흡착 프론트로 인해 효과적인 운영 시간은 13X와 비교하여 대략 60%의 수치로 감소된다. 13X에 대응하여 사용하는 경우, CO2농도의 감소는 대략 1:103의 수치로 하강하며 PSA 변형의 경우와 동일한 비에 도달한다. 또한, 교환된 재료는 상당히 고가이며 생성이 보다 복잡하며, 액상의 물에 안정성을 덜 갖는다. 따라서, 초기에는 저온 공기 분리기 상류의 대기의 정화에 대한 흡착제로서 부적합한 것으로 보인다.However, these materials also have disadvantages. Thus, the adsorption capacity for CO 2 is reduced to a value of approximately 80% compared to 13 ×. Because of this, the strength is weaker and the effective operating time is reduced to approximately 60% compared to 13X due to the very wide range of local adsorption fronts. When used in correspondence with 13X, the decrease in CO 2 concentration drops to a value of approximately 1:10 3 and reaches the same ratio as for the PSA modification. In addition, the exchanged materials are quite expensive, more complex to produce, and less stable to liquid water. Thus, it initially appears to be unsuitable as an adsorbent for the purification of the atmosphere upstream of the low temperature air separator.

본 발명에 따르면, 단일 요소는 개별 성분에 대한 특성을 갖는 다수의 재료의 이용에 분포된다. 이는 각각의 경우 보다 적합한 재료가 대응 성분의 주 농도가 예상되어져 존재하는 방식으로 흡착기 내의 층 내에 배열될 수 있다. 예를 들어, 활성 알루미나는 H2O, C+5, SOX, NO,NO2, N2O3및 질소 산화물 및 산성 성분을 제거하기 위해 공기 유입구에서 제공될 수 있다. 선택적으로, 셀리카겔 또는 분자 시이브(13X)는 CO2, C2H2, C3H8, C4+및 C2H4및 C3H8의 주성분을 제거하기 위한 제 2 층으로 적합하다. 이러한 두개의 층은 "제 1 흡착 영역" 내에 두 부분의 영역을 형성한다. 최종적으로, 제 3 층, N2O 및 C2H4, C3H8의 잔류물을 제거하기 위한 "제 2 흡착 영역"은 다음과 같다. 이러한 재료들은 주로 CaA(5A) 및/또는 CaX 등의 Ca -교환 Na 제오라이트이나, Li-, Ti-. 및/또는 붕소가 첨가된 제오라이트 및/또는 겔을 이용하는 것이 또한 가능하다. 다층 구조물 이외에도, 두가지 형태의 혼합된 결정(복합물)을 포함하는 재료 또는 두 재료를 포함하는 혼합된 베드는 상부 두 분자 시이브의 영역 내에서 근소한 효율의 증가로 이용될 수 있다.According to the invention, a single element is distributed over the use of a plurality of materials having properties for the individual components. This may in each case be arranged in a layer in the adsorber in such a way that a more suitable material is present where the main concentration of the corresponding component is expected. For example, activated alumina can be provided at the air inlet to remove H 2 O, C +5 , SO X , NO, NO 2 , N 2 O 3 and nitrogen oxides and acidic components. Optionally, the celica gel or molecular sieve (13X) is suitable as a second layer to remove the main components of CO 2 , C 2 H 2 , C 3 H 8 , C 4+ and C 2 H 4 and C 3 H 8 Do. These two layers form a two part region within the "first adsorption region". Finally, the "second adsorption zone" for removing residues of the third layer, N 2 O and C 2 H 4 , C 3 H 8 is as follows. These materials are mainly Ca-exchanged Na zeolites such as CaA (5A) and / or CaX, but Li-, Ti-. It is also possible to use zeolites and / or gels with addition of boron. In addition to the multilayer structure, a material comprising two types of mixed crystals (composites) or a mixed bed comprising both materials can be used with a slight increase in efficiency in the region of the upper two molecular sieves.

본 발명에서, 전반적인 비특정 재료를 위해 CO2제거를 위해 최적의 13X 베드를 이용하지 않고 전술한 트레이스에 대한 특정 제오라이트 층을 부가함으로써 N2O, C2H4, 및 C3H8를 보류하기 위해 부가적으로 TSA 작동으로 종래의 분자 시이브 스테이션을 보강하는 것이 가능하며, Ca, Li, Ti 및/또는 붕소를 포함하는 순수 또는 혼합된 도펀트가 함유된 A 또는 X 재료 또는 실리칼리트를 포함한다. 예를 들어, CaX 및 CaA, Li, Ti, 및 붕소와의 교환 도핑의 경우, 20 내지 100%의 Ca, 바람직하게 70%의 Ca-Na 교환 정도는 50 내지 100%, 바람직하게 90%이다. 여기에서, Ca-교환 제오라이트 및/또는 도핑된 실리칼리트 층은 "제 2 흡착 영역"을 형성하며, 종래의 분자 시이브 스테이션은 본 발명에서 " 제 1 흡착 영역"을 형성한다.In the present invention, N 2 O, C 2 H 4 , and C 3 H 8 are withheld by adding a specific zeolite layer to the aforementioned traces without using an optimal 13X bed for CO 2 removal for the overall non-specific material. It is additionally possible to augment conventional molecular sieve stations with TSA operation in order to include A or X materials or silicates containing pure or mixed dopants comprising Ca, Li, Ti and / or boron. do. For example, in the case of exchange doping with CaX and CaA, Li, Ti, and boron, the Ca-Na exchange degree of 20 to 100% Ca, preferably 70% is 50 to 100%, preferably 90%. Here, the Ca-exchanged zeolite and / or the doped silicate layer form a "second adsorption region" and the conventional molecular sieve station forms the "first adsorption region" in the present invention.

N2O-, 및 탄화수소-활성 층의 포함은 판정된 TSA 기술에 의해 공기 분리기의 냉각 부분이 전체 플랜트의 안전을 증가시키기 이전에 트레이스의 효과적인 제거를 초래한다. N2O, C2H4, C3H8에 대한 부가적인 층의 제한은 경제적인 재료(5A)에서와 같이, 고 용량의 CO2를 갖지 않는 재료를 허용한다. 고가의 도핑된 X 제오라이트를 이용하는 경우에도, 상기 재료의 소형 베드 분율만이 존재하는 사실로 인해 고 특정 가격이 허용가능하다. 더욱이, CO2에 최적인 13X 층의 보류는 CO2농도의 감소에 있어서 감소가 없거나, 또는 소량의 감소만이 있음을 보장한다. 가장 특징적인 잇점은 기존의 플랜트가 추가의 소량의 층을 제공함으로써 간단하고 경제적인 방식으로 갱신될 수 있다.Inclusion of N 2 O—, and hydrocarbon-active layers results in effective removal of the traces before the cooling portion of the air separator increases the safety of the entire plant by the determined TSA technique. Additional layer limitations for N 2 O, C 2 H 4 , C 3 H 8 allow for materials that do not have high capacity of CO 2 , such as in economical material 5A. Even when using expensive doped X zeolites, a high specific price is acceptable due to the fact that only a small bed fraction of the material is present. Furthermore, the retention of the 13X layer is suitable for CO 2 guarantee or is reduced, or that only a small amount of decrease in the reduction of the CO 2 concentration. The most distinctive advantage is that existing plants can be updated in a simple and economical way by providing an additional small amount of layers.

다양한 흡착제는 유동이 방사상(방사상 흡착기)인 동심 환형 베드로서 다른 (수평 흡착기)의 상부에 배열된 층으로 인지될 수 있다. 본 발명에서 이용하기에 적합한 배열은 71/1994, 8내지 12쪽의 "LINDE reports from Industry and Science" 에 의해 "공기 분리 플랜트에서 흡착 드라이어의 설계", 및 DE 3243656A, EP 402783B1, DE19600549A 및 DE 19735389C1에 개시되어 있다. N2O, C2H4, 및 C3H8에 대한 "제 2 흡착 영역"은 상기 흡착 영역이 개별 콘테이너 내에 내장되어 있다면 가열기없이 재생될 수 있다.Various adsorbents can be recognized as beds arranged on top of other (horizontal adsorbers) as concentric annular beds whose flow is radial (radial adsorbers). Suitable arrangements for use in the present invention are described in "Design of Adsorption Dryers in Air Separation Plants" by "LINDE reports from Industry and Science" on pages 71/1994, 8-12, and DE 3243656A, EP 402783B1, DE19600549A and DE 19735389C1. Is disclosed. The “second adsorption zone” for N 2 O, C 2 H 4 , and C 3 H 8 can be regenerated without a heater if the adsorption zone is embedded in a separate container.

본 발명은 또한 특허청구범위 제 6항 및 8항에 다른 장치에 관한 것이며 특허청구범위 제 7항에 따라 이용된다.The invention also relates to a device according to claims 6 and 8 and is used in accordance with claims 7.

본 발명 및 본 발명의 보다 상세한 사항은 두개의 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명되어질 것이다.The invention and more details of the invention will be explained in more detail with reference to two embodiments.

베드의 변형예인 3가지 공정 실시예가 기술되어져 있다.Three process embodiments, which are variants of the bed, are described.

(1) 유동이 축선이며 다른 하나의 상부에 하나가 배열된 원통형의 층을 이룬 베드를 포함하는 분자 시이브 스테이션은 종래 기술인 활성 알루미나 및 NaX 제오라이트(분자 시이브 13X)를 포함한다.(1) A molecular sieve station comprising a cylindrical layered bed in which the flow is axial and one arranged on top of the other includes the prior art activated alumina and NaX zeolite (molecular sieve 13X).

(2) (1)에 따른 분자 시이브 스테이션, 13X의 상부 베드 영역은 본 발명의 제 1 실시예로서 CaA 제오라이트(분자 시이브 5A)로 교체된다.(2) The upper bed area of the molecular sieve station, 13X, according to (1) is replaced with CaA zeolite (molecular sieve 5A) as the first embodiment of the present invention.

(3) (1)에 다른 분자 시이브 스테이션, 13X의 상부 베드 영역은 본 발명의 제 2 실시예로서 CaX(86%의 칼슘 교환 분자 시이브 13X) 제오라이트에 의해 교체된다.(3) The molecular bed station of 13X, another molecular sieve station according to (1), is replaced by CaX (86% calcium exchange molecular sieve 13X) zeolite as a second embodiment of the present invention.

모든 변형예에 공통적으로 다음의 사항이 적용된다.The following applies in common to all variants.

공기 유입구 공기 양: 21,500 m3(S.T.P.)/hAir inlet air volume: 21,500 m 3 (STP) / h

압력 : 6.0 바아(a), 온도(T1) :12.5℃Pressure: 6.0 bar (a), temperature (T 1 ): 12.5 ° C

분자 시이브 스테이션의 스위치 작동시간 :7.0 hSwitch operation time of molecular sieve station: 7.0 h

재생 가스 가스량 : 4400 m3(S.T.P.)/hRegenerative gas gas volume: 4400 m 3 (STP) / h

가열 온도(T2) : 185℃, 냉각 온도 : 17℃Heating temperature (T 2 ): 185 ° C, cooling temperature: 17 ° C

압력 : 1 바아(a), 가열/냉각 시간 : 2.2.h/4.2hPressure: 1 bar (a), heating / cooling time: 2.2.h / 4.2h

압력 순환 시간 : 0.6hPressure cycle time: 0.6h

트레이스 농도 H2O 2450 VppmTrace concentration H 2 O 2450 Vppm

CO2370 VppmCO 2 370 Vppm

N2O 0.35 VppmN 2 O 0.35 Vppm

C3H80.08 VppmC 3 H 8 0.08 Vppm

SOX0.07 VppmSO X 0.07 Vppm

NOX0.05 VppmNO X 0.05 Vppm

C2H40.04 VppmC 2 H 4 0.04 Vppm

C2H20.02 VppmC 2 H 2 0.02 Vppm

C3H80.02 VppmC 3 H 8 0.02 Vppm

C4+0.02 VppmC 4+ 0.02 Vppm

분리될 수 없는 Ne 18 VppmInseparable Ne 18 Vppm

트레이스 CH42 VppmTrace CH 4 2 Vppm

H20.5 VppmH 2 0.5 Vppm

CO 0.3 Vppm0.3 Vppm CO

Kr 0.3 VppmKr 0.3 Vppm

C2H60.1 VppmC 2 H 6 0.1 Vppm

Xe 0.08 VppmXe 0.08 Vppm

(상기 성분들은 모든 변형예에서 10% 이하의 양으 로 유지된다. 그러나, 이는 안전 위험을 발생하지 않는다. 희가스인 경우에는, 이는 바람직하지 못 하다.)(The above components are kept in amounts of up to 10% in all variants. However, this does not pose a safety hazard. In the case of rare gases, this is undesirable.)

베드(변형예 1-3)Bed (Modification 1-3)

(1) 2000 kg(=200 mm) 활성 알루미나(1) 2000 kg (= 200 mm) activated alumina

7000 kg(=900 mm) 분자 시이브 13x7000 kg (= 900 mm) molecular sieve 13x

(2) 2000 kg(=200 mm) 활성 알루미나(2) 2000 kg (= 200 mm) activated alumina

5300 kg(=680 mm) 분자 시이브 13x5300 kg (= 680 mm) molecular sieve 13x

1900 kg(=220 mm) 분자 시이브 5A1900 kg (= 220 mm) molecular sieve 5A

(3) 2000 kg(=200 mm) 활성 알루미나(3) 2000 kg (= 200 mm) activated alumina

5200 kg(=680 mm) 분자 시이브 13x5200 kg (= 680 mm) molecular sieve 13x

1800 kg(=220 mm) 분자 시이브 CaX1800 kg (= 220 mm) Molecular Sieve CaX

콘테이너 직경(모든 변형예) :4000 mmContainer diameter (all variants): 4000 mm

개별 변형예에 의한 보류 정도(1-3)Degree of Hold by Individual Variation (1-3)

(1) H2O > 99.99999 %(1) H 2 O> 99.99999%

CO299.9997 %CO 2 99.9997%

C2H2, C3H6, C4+, NOX(N2O 제외) 및 SOx각각 99.9 %C 2 H 2 , C 3 H 6 , C 4+ , NO X (excluding N 2 O) and SO x 99.9%

N2O 70 %N 2 O 70%

C3H873%C 3 H 8 73%

C2H482%C 2 H 4 82%

(2) H2O > 99.99999 %(2) H 2 O> 99.99999%

CO299.995 %CO 2 99.995%

C2H2, C3H6, C4+, NOX(N2O 제외) 및 SOx각각 99.9 %C 2 H 2 , C 3 H 6 , C 4+ , NO X (excluding N 2 O) and SO x 99.9%

N2O 92%N 2 O 92%

C3H888%C 3 H 8 88%

C2H493%C 2 H 4 93%

(3) H2O > 99.99999 %(3) H 2 O> 99.99999%

CO299.999 %CO 2 99.999%

C2H2, C3H6, C4+, NOX(N2O 제외) 및 SOx각각 99.9 %C 2 H 2 , C 3 H 6 , C 4+ , NO X (excluding N 2 O) and SO x 99.9%

N2O 98 %N 2 O 98%

C3H894%C 3 H 8 94%

C2H497%C 2 H 4 97%

변형예 (1)로부터 (2)를 통해 (3)으로 점진적으로, 배출 공기 내의 임계 성분의 평균 함량은 다음과 같다.Gradually from modifications (1) to (3) to (3), the average content of critical components in the exhaust air is as follows.

(1) (2) (3)(1) (2) (3)

CO20.001 0.019 0.004 VppmCO 2 0.001 0.019 0.004 Vppm

N2O0.105 0.028 0.007 VppmN 2 O0.105 0.028 0.007 Vppm

C3H80.022 0.010 0.005 VppmC 3 H 8 0.022 0.010 0.005 Vppm

C2H40.007 0.003 0.001 VppmC 2 H 4 0.007 0.003 0.001 Vppm

도면은 실시예(3)의 장치를 개략적으로 도시하고 있다.The figure schematically shows the apparatus of embodiment (3).

대기는 라인(1)을 따라 필터(2)를 거쳐 주 공기 압축기(3)로 흡입된다. 재냉각(4) 이후에, 압축된 공기(5)는 물 분리기(6)로 유동하며, 상기 분리기(6)로부터 액상의 물(7)이 제거된다. 액체 성분으로부터 공급된 공기(8)는 두개의 콘테이너(110,111)를 갖는 정화 장치(100)로 공급된다. 밸브(101-108)에 의해, 정화 장치는 각각의 경우 콘테이너(110,111)중 하나에 공기(8)가 공급(흡착 사이클)되는 반면에 다른 콘테이너(110,111)에는 재생(재생 사이클)될 수 있도록 작동된다.Atmosphere is drawn into the main air compressor 3 via the filter 2 along the line 1. After recooling 4, the compressed air 5 flows to the water separator 6, from which the liquid water 7 is removed. Air 8 supplied from the liquid component is supplied to a purification apparatus 100 having two containers 110, 111. By means of valves 101-108, the purifier is operated so that in each case air 8 is supplied (adsorption cycle) to one of the containers 110, 111, while the other container 110, 111 is regenerated (regeneration cycle). do.

정화된 공기(9)는 주 열교환기(10)로 공급되며, 반송 유동에 대해 정화 온도로 냉각되며 최종적으로 라인(11)을 경유하여 저온 분리의 정류 칼럼에 적어도 부분적으로 공급된다.The purified air 9 is fed to the main heat exchanger 10 and cooled to the purge temperature for the return flow and finally at least partially supplied to the rectification column of the low temperature separation via line 11.

저온 분리로부터 잔류 가스(12)는 주 열교환기(10) 내에서 대략 주위 온도로 가열되며 재생 사이클의 가열 온도(T2)로 가열기(13) 내에서 보다 가열된다. 그리고 나서, 고온 재생 가스는 라인(14)을 거쳐 재생 사이킁의 가열 상태(고온 플러싱)에 놓여진 콘테이너(110,111)로 유동한다. 정화 장치(100)의 하류에 잔류 가스는 라인(15)을 거쳐 대기로 방출된다.The residual gas 12 from the low temperature separation is heated to approximately ambient temperature in the main heat exchanger 10 and more heated in the heater 13 to the heating temperature T 2 of the regeneration cycle. The hot regeneration gas then flows via line 14 to containers 110 and 111 placed in a heated state (hot flush) of the regeneration cycle. Downstream of the purification apparatus 100, residual gas is discharged to the atmosphere via line 15.

특정 시간에서, 예를 들어 콘테이너(110)는 흡착 사이클 내에 놓여져 있다. 즉, 밸브(101, 105)는 개방되어 있는 반면에 밸브(102,106)는 폐쇄된다.At a certain time, for example, container 110 is placed in an adsorption cycle. That is, valves 101 and 105 are open while valves 102 and 106 are closed.

콘테이너(111)는 재생 사이클에 놓여져 있다. 다양한 상 즉, 압력 감소(밸브(104)만이 개방), 고온 플러싱(밸브(108)가 추가로 개방되어 있으며 가열기(13)가 작동), 냉각 플러싱(가열기 작동 중단), 압력 조성(밸브(103)만이 개방) 등이 연속하여 발생된다.The container 111 is placed in a regeneration cycle. Various phases: pressure reduction (only valve 104 is open), high temperature flushing (valve 108 is additionally open and heater 13 is active), cooling flushing (heater shut down), pressure composition (valve 103 ), Only open), etc. are generated continuously.

그리고 나서, 콘테이너(110,111)가 작동되어, 콘테이너(111)는 흡착 사이클에 놓여져 있으며 콘테이너(110)는 재생 사이클에 놓여져 있도록 스위치 작동된다.Then, the containers 110 and 111 are operated so that the containers 111 are placed in the adsorption cycle and the containers 110 are switched in such a manner that they are in the regeneration cycle.

문자(a,b,c)는 두개의 콘테이너 내의 3개의 베드를 나타낸다.Letters a, b, and c represent three beds in two containers.

a : 활성 알루미나a: activated alumina

b : 분자 시이브 13xb: molecular sieve 13x

c : 분자 시이브 CaXc: molecular sieve CaX

실시예에서, 층(a,b)은 제 1 흡착 영역을 형성하며, 측(c)은 제 2 흡착 영역을 형성한다. 선택적으로, 제 1 흡착 영역(a+b)은 단층 구조를 가질 수 있으며 예를 들어 활성 알루미나 또는 분자 시이브 13x로 구성될 수 있다.In an embodiment, layers (a, b) form a first adsorption zone and side (c) forms a second adsorption zone. Optionally, the first adsorption region a + b may have a monolayer structure and may consist, for example, of activated alumina or molecular sieve 13x.

본 발명에 따른 온도 순환식 흡착에 의해 물, 이산화탄소, 질소 산화물,에틸렌, 및 프로판 등의 불순물을 제거할 수 있다.Impurities such as water, carbon dioxide, nitrogen oxides, ethylene, and propane can be removed by the temperature cycling adsorption according to the present invention.

Claims (8)

물, 이산화탄소, 질소 산화물, 에틸렌 및/또는 프로판 등의 불순물을 온도 순환 흡착에 의해 제거하기 위해 공기를 정화하기 위한 방법으로서,A method for purifying air to remove impurities such as water, carbon dioxide, nitrogen oxides, ethylene, and / or propane by temperature cycling adsorption, 흡착 사이클에서 정화되어질 공기는 제 1 흡착제를 함유한 제 1 흡착 영역, 및 제 2 흡착제를 함유한 제 2 흡착 영역을 통해 연속적으로 제 1 온도(T1)에서 통과되며, 재생 사이클에서 고온의 제 2 온도(T2)에서 재생 가스는 제 1 흡착 영역으로 도입되며,The air to be purified in the adsorption cycle is continuously passed at the first temperature T 1 through the first adsorption zone containing the first adsorbent and the second adsorption zone containing the second adsorbent, At 2 temperatures T 2 , regeneration gas is introduced into the first adsorption zone, 제 1 흡착 영역에서, 수증기 및/또는 이산화탄소는 상기 공기로부터 완전히 제거되며,In the first adsorption zone, water vapor and / or carbon dioxide is completely removed from the air, 제 2 흡착 영역은 강 질소 결합 금속 이온을 함유한 흡착제를 포함하는 방법.And the second adsorption zone comprises an adsorbent containing strong nitrogen-bonded metal ions. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 흡착 영역의 상기 흡착제는 강 질소 결합 금속 이온으로서 칼슘, 리튬, 티타늄, 및/또는 붕소 이온을 포함하는 방법.The method of claim 1 wherein said adsorbent in said second adsorption zone comprises calcium, lithium, titanium, and / or boron ions as strong nitrogen bonding metal ions. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 2 흡착 영역의 흡착제는 캐리어 재료로서 제오라이트 및/또는 실리칼리트를 포함하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the adsorbent in the second adsorption zone comprises zeolite and / or silicate as carrier material. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 흡착 영역에서, 정화되어질 상기 공기는 상이한 흡착제를 함유한 제 1 영역 및 제 2 영역의 두개의 영역으로 연속적으로 통과되며, 상기 제 1 영역은 활성 알루미나 및/또는 실리카겔을 구비하고 있으며, 상기 제 2 영역은 제오라이트 재료를 구비하고 있는 방법.4. The method of any one of claims 1 to 3, wherein in the first adsorption zone, the air to be purified is successively passed into two zones: a first zone and a second zone containing different adsorbents. Wherein the first zone comprises activated alumina and / or silica gel and the second zone comprises a zeolite material. 제 1 항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 흡착 영역은 강 질소 결합 금속 이온으로 도핑된 캐리어 재료 및 비교환 제오라이트를 구비한 혼합된 결정 및/또는 혼합물을 포함하는 방법.5. The method of claim 1, wherein the second adsorption zone comprises mixed crystals and / or mixtures with a carrier material and a non-substituted zeolite doped with strong nitrogen bonded metal ions. 6. 물, 이산화탄소, 질소 산화물, 에틸렌 및/또는 프로판 등의 불순물을 온도 순환 흡착에 의해 제거하기 위해 공기를 정화하기 위한 장치에 있어서,An apparatus for purifying air to remove impurities such as water, carbon dioxide, nitrogen oxides, ethylene and / or propane by means of temperature cycling adsorption, 수증기 및/또는 이산화탄소를 우세하게 결합시키는 제 1 흡착제를 갖춘 제 1 흡착 영역,A first adsorption zone with a first adsorbent that predominantly binds water vapor and / or carbon dioxide, 강 질소 결합 금속 이온을 함유하는 제 2 흡착제를 갖춘 제 2 흡착 영역, 및A second adsorption zone with a second adsorbent containing strong nitrogen-bonded metal ions, and 재생 가스 라인에 의해 제 1 흡착 영역 및/또는 제 2 흡착 영역에 연결된 가열 수단를 포함하는 장치.And heating means connected by the regeneration gas line to the first adsorption zone and / or the second adsorption zone. 공기의 저온 분리를 위한 공정에서 제 1 항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 방법 및 제 6항에 따른 장치의 이용법으로서,As a method according to any one of claims 1 to 5 and the use of the device according to claim 6 in a process for low temperature separation of air, 상기 제 2 흡착 영역으로부터 상기 정화된 공기는 적어도 부분적으로 냉각되며, 공급 공기로서 정류 칼럼에 공급되는 이용법.The purified air from the second adsorption zone is at least partially cooled and is supplied to the rectification column as feed air. 공기의 저온 분리를 위한 장치로서,A device for low temperature separation of air, 적어도 하나의 정류 칼럼, 및At least one rectification column, and 청구범위 6항에 따른 장치의 제 2 흡착 영역으로부터 열교환기를 통해 상기 정류 칼럼에 선도되는 공급 공기 라인을 포함하는 장치.A supply air line leading to said rectifying column via a heat exchanger from a second adsorption zone of the device according to claim 6.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220010447A (en) * 2020-07-17 2022-01-25 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 Radial adsorber, adsorption system, and adsorption methods
KR20220043877A (en) * 2020-09-29 2022-04-05 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 Chiller, air separation system, and related methods

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3545377B2 (en) * 2001-08-07 2004-07-21 日本酸素株式会社 Apparatus and method for purifying air for air liquefaction separation
WO2005094986A1 (en) 2004-03-30 2005-10-13 Taiyo Nippon Sanso Corporation Pretreating purifier of air liquefaction separation apparatus and, for use therein, hydrocarbon adsorbent and method of pretreating raw air
JP4590287B2 (en) * 2005-03-15 2010-12-01 大陽日酸株式会社 Purification method of raw material air in air liquefaction separation device
JP5577044B2 (en) * 2009-03-11 2014-08-20 大陽日酸株式会社 Air purification method
DE102010020283A1 (en) * 2010-05-12 2011-11-17 Linde Aktiengesellschaft Method for analyzing gas mixture by adsorption process, particularly temperature swing adsorption process, involves carrying out cooling of regenerated adsorbent to adsorption temperature with partial stream of gas mixture to be analyzed
CN104841244B (en) * 2015-05-19 2016-09-21 南京都乐制冷设备有限公司 Adsorption-type acetone recovery system that shoe-making industry resolves with normal pressure and recovery method
CN104964514A (en) * 2015-07-10 2015-10-07 开封空分集团有限公司 Nitrous oxide low-temperature recycling system and method
US10765991B2 (en) 2017-08-10 2020-09-08 Air Products And Chemicals, Inc. Rapid cycle pressure swing adsorption process and adsorbent laminates for use therein
CN114307530B (en) * 2021-12-30 2022-09-23 四川天采科技有限责任公司 Refinery VOCs tail gas flame-retardant temperature swing adsorption FrTSA purification process and system
CN114777414B (en) * 2022-04-08 2023-08-18 杭氧集团股份有限公司 Device and method for co-producing hydrogen, liquid hydrogen and liquefied natural gas by using industrial tail gas

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2773499B1 (en) * 1998-01-14 2000-02-11 Air Liquide AIR PURIFICATION PROCESS BEFORE CRYOGENIC DISTILLATION
US6106593A (en) * 1998-10-08 2000-08-22 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of air

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220010447A (en) * 2020-07-17 2022-01-25 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 Radial adsorber, adsorption system, and adsorption methods
KR20220043877A (en) * 2020-09-29 2022-04-05 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 Chiller, air separation system, and related methods

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