KR20010067088A - 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

상기 흡착제에 대하여 친화성이 약한 가스성분A와, 상기 흡착제에 대하여 친화성이 강한 가스성분C를 함유하는 원료가스를 상기 적어도 3개의 흡착탑에 순차로 교체하여 공급하면서, 상기 원료가스를 공급하는 흡착탑 이외의 각 흡착탑에 상기 가스성분A, C와는 다른 가스성분D를 포함하는 탈착용가스를 공급한다.
흡착탑에 원료가스를 공급했을 때, 원료가스중의 상기 흡착제에 대하여 친화성이 약한 가스성분A는, 상기 흡착제에 대하여 친화성이 강한 가스성분C보다도 흡착탑으로부터 빨리 나온다. 그리하여 가스성분A와 가스성분C가 분리된다.
그리고, 본 발명에서는, 상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분A가 부화된 가스가 배출되는 단계에서, 그 전량을 상기 시스템 외에 배출하고, 상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분C가 부화된 가스가 배출되는 단계에서, 그 전량을 상기 시스템 외에 배출하여, 상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분A 및 가스성분C의 혼합가스가 배출되는 단계에서, 배출되는 혼합가스의 전량을 원료가스가 공급되는 흡착탑의 입구로 되돌린다.
이것에 의하여, 가스성분A, 가스성분C를 순차로 얻을 수 있고, 구성을 간단하게 하고, 효율적인 처리를 행할 수 있다.

Description

가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING, REMOVING, AND RECOVERING GAS COMPONENTS}
본 발명은 복수의 가스성분을 포함한 혼합가스로부터 희망하는 가스성분을 분리제거 또는 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
삼중수소(T)처럼 방사성을 포함하는 가스, 다이옥신처럼 인체에 극히 강한 독성을 보이는 가스, 또는 수소(H)처럼 공기 중에 누설됨에 의하여 폭발의 위험성이 매우 높은 가스, 그리고 또 탄산가스와 메탄가스, PFC가스등의 지구온난화를 촉진하는 가스는 방출을 방지하지 않으면 안 된다.
그러기 위하여, 이러한 가스를 함유하는 혼합가스를 처리하여, 위험성이 높은 가스와 그 이외의 가스를 분리하는 방법이 행하여져 왔다.
종래의 가스 분리기술에 대하여 다음에 열거한다.
1.콤파운드크라이오(CRYO)펌프법
10-7~10-8Torr의 초진공하에서 액체헬륨온도(-269℃)에서 냉각한 판을 2매 준비하여, 한쪽 판의 표면에는 흡착제를 접착하여 놓는다. 삼중수소를 포함하는 수소동위체와 헬륨의 혼합가스를 최초에 흡착제를 접착시키지 않은 판과 접촉시키면 수소동위체는 헬륨보다 끓는점이 높기 때문에, 그 판의 위에서 응축한다. 헬륨은 그 판을 통과하여 흡착제를 접착시킨 판에 도달하여 흡착제에 흡착된다.
이 방법은, 고진공하에서 행하여지기 때문에 1기압부근에서의 가스처리와 비교하여 처리가스의 체적이 상대적으로 매우 많아져 그것에 수반한 가스를 흡착시키는 냉각판의 표면적도 현격하게 커져야하기 때문에, 흡착장치 전체가 매우 과대한 형상으로 되는 결점이 있다.
2. 압력스윙흡착에 의한 방법(Pressure Swing Adsorption:이하 PSA라 한다)
각종의 혼합가스를 분리하는 방법으로서, PSA에 의한 방법이 널리 행하여지고 있다.
이 방법은, 예를 들어, 수소정제의 경우 모레큘라 시브(Molecular Sieve)를 흡착제로 하여 칼럼에 충진시켜 놓고, 수소와, 탄소가스나 메탄가스등의 수소보다 큰 분자구조를 가지는 가스의 혼합된 원료가스를 10~20기압 정도에서 가압한 상태로 흡착탑에 공급하여 수소를 흡착시키고 그 이외의 가스를 시스템 외에 배출한 후에 압력을 낮추어 상압 또는 감압상태에서 수소를 탈착시켜, 고순도의 수소를 얻는 방법으로서, 흡착제의 흡착량이 대상성분의 분압에 의하여 변화하는 것을 이용하고 있다.
이 방법은 흡탈착의 흡착량의 차를 크게 취하기 위하여, 흡착공정에서 고압의 상태를 유지하는 것이 필요하다. 이를 위하여, 시스템 외에의 누설에 대하여 매우 주의할 필요가 있으며, 고압상태를 유지함으로 인하여 위험성이 증가하는 대상에는 본래 적당하지 않다.
3. 기체분리막에 의한 방법
수소동위체나 헬륨은, 고분자막 등에의 투과성이 매우 큰 가스이기 때문에, 산소나 질소 또는 탄화수소 등과는 투과성의 차이에 의하여 분리하는 것이 가능하다. 그러나, 수소동위체와 헬륨처럼 거의 같은 정도의 투과성을 가지고 있는 대상을 분리하는 것은 곤란하다.
상기한 바와 같이 종래의 방법은 장치가 너무 과대하거나, 적용대상 가스에 한계가 있는 등의 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 장치규모가 너무 과대해지는 것을 피하고, 대상가스에 관계없이 완전한 분리가 가능한 고도의 분리성능을 가지는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
또한 대량처리를 함에 있어서 연속적인 처리가 가능하기 때문에 효율적인 가스성분의 분리제거 및 회수가 가능하게끔 하는데 그 목적이 있다.
도1은, 본 발명에 있어서 1실시예인 장치의 전체구성을 보이는 도이다.
도2는, 실시예의 조작타이밍을 설명하는 타이밍차트이다.
도3,4,5,6은, 실시예의 공정 1-1 ~ 1-4에 대한 동작의 상태를 보이는 도이다.
도7은, 종래예의 구성을 보이는 도이다.
도8은, 본 발명의 다른 실시예에 대한 장치의 전체구성을 보이는 도이다.
도9는, 상기 도8에 대한 실시예의 작업타이밍을 설명하는 타이밍차트이다.
도10,11,12는 상기 도8에 대한 실시예의 공정 1-1 ~ 1-3에 대한 동작상태를 보이는 도이다.
♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣
1,2,3,4 : 흡착탑 1a,1b,1c : 가스배출밸브
1f : 원료가스입구밸브 13f : 원료가스배관
13A : A성분가스배출배관 13C : C성분가스배출배관
13D : 탈착용가스배관 14A : 진공펌프
20A : 흡착탑출구센서 22A : 계량계
24 : 제어장치
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 흡착제가 충진된 적어도 3개의 흡착탑을 사용하여, 원료가스를 복수의 프랙션(Fraction)으로 분리하는 방법과 있어서, 상기 흡착제에 대하여 친화성이 약한 가스성분A와, 상기 흡착재에 대하여 친화성이 강한 가스성분C를 함유한 원료가스를 상기 적어도 3개의 흡착탑에 순차로 절환하여 공급함과 동시에 적어도, 상기 원료가스를 공급하는 흡착탑 이외의 각 흡착탑에 상기 가스성분A, C와 다른 가스성분D를 함유하는 탈착용가스를 공급하고,상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분 A가 부화된 가스가 배출되는 단계에서, 그흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 앞에서 기술한 시스템 외로 내보내고, 상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분 C가 부화된 가스가 배출되는 단계에서, 그 흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 앞에서 기술한 시스템 외로 내보내고, 상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분 A 및 가스성분C의 혼합가스가 배출되는 단계에서, 그 흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 원료가스가 공급되는 흡착탑의 입구로 되돌리는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법에 관한 것과 이를 수행하기 위한 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 장치로 구성된다.
흡착탑에 원료가스를 공급했을 때, 흡착탑으로부터 A성분과 C성분을 분리하여 회수 가능한 것은, 흡착탑 중에서, 흡착제에 대하여 친화력이 작은 A성분은 빨리 이동하고, 친화력이 큰 C성분은 늦게 이동하기 때문에, A성분과 C성분이 탑으로부터 나오는 시간이 다르기 때문이다.
이 방법은 분리대상 가스에 따라서 여러가지 조건을 부가하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 시스템 외에 누출되는 것이 허용되지 않는 가스를 분리하는 경우, 시스템내의 압력을 대기압이하의 조건으로 하여 처리할 수 있다.
이 경우, 각 구획으로부터의 가스의 배출을 진공펌프에 의하여 행할 수 있다.
또 어느 흡착탑으로부터 유출된 혼합가스를 다른 흡착탑에 공급할 때, 유량과 압력을 제어하는 방법에 의하여 순환라인에 펌프를 설치하지 않는 운전방법을 택할 수 있다.
그리고, 이 방법의 큰 특징으로서, 성분A 또는 성분C 중 어느 한 쪽의 성분을 배출하지 않고, 시스템 내에서 대상으로 하는 성분을 모으는 운전을 잠시 행하여, 시스템내의 가스조성을 원료가스의 조성으로부터 크게 변화시킨 후에 배출하여, 농축운전조작을 행하는 것도 가능하다.
다음에 본 발명을 실시예에 의하여 더욱더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되는 것이 아님은 당연하다.
도1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 의사이동층식분리장치의 구성개요에 대한 1예를 보인 것이다.
도1에 있어서, 1~4는 각각 동일의 흡착제가 충진된 흡착탑이고, 각 흡착탑 1~4의 출구에는, 혼합가스의 배출밸브 1b~4b를 중간에 두고 배관13B가 연결되어 있고, 이 배관은 원료가스배관13f에 연결되어 있다. 배관13B에는 진공펌프14B가 설치되어 있지만, 이 (진공)펌프(14B)는 운전조건을 고려함에 의하여 떼어내는 것이 가능하다. 원료가스배관 13f는, 흡착탑 1~4의 각각의 입구에, 원료가스입구밸브 1f~4f를 사이에 두고 연결시키고 있다.
또 탈착용 가스배관 13D도, 흡착탑 1~4의 각각의 입구에, 공급밸브1D~4D를 사이에 두고 연결시키고 있다. 또한 흡착탑1~4의 출구 측에는, A프랙션(Fraction)의 배출밸브 1a~4a를 사이에 두고 A성분가스의 배출배관 13A가, 또 C프랙션(Fraction)의 배출밸브 1c~4c를 사이에 두고 C프랙션(Fraction)의 배출배관 13C가 연결되어있다. 그리고 13A 및 13C의 각각의 배관 중에, 가스를 배출하기 위하여 진공펌프14A 및 14C가 설치되어있다.
또, 각 흡착탑 1,2,3,4의 출구에는 센서20A, 20B, 20C, 20D가 설치되어있어배출가스 중의 A성분 및 C성분의 농도를 검출하고 있다. 이 센서20A, 20B, 20C, 20D는 검출대상가스에 따라서 적절한 것이 설치된다.
거기에다, 진공펌프14A, 14B, 14C의 앞 배관 13A, 13B, 13C에는 계량계 22A, 22B, 22C가 배치되어 있다.
그리고, 여기에서의 검출결과의 신호는 제어장치24에 전달된다. 그리고 제어장치24가 밸브1f~4f, 1D~4D, 1a~4d, 2a~2d, 3a~3d, 4a~4d의 개폐를 제어하여 가스의 유통경로를 제어하는 것과 함께 진공펌프 14A~14C를 제어하여 각각의 유량을 제어한다. 또한 원료가스에 있어서의 A성분과 C성분의 함유량에 그다지 변화가 없는 경우에는 센서20A, 20B, 20C, 20D를 생략하여 타이머로 소정의 시간마다 조작의 절환을 행하여도 좋다.
다음에 장치의 동작에 대하여 도2의 타임 스케쥴에 기하여 설명한다.
이 예에서는 모든 공정에 있어서 밸브1D~4D는 전부 열려있고, 모든 흡착탑1~4에 상시 탈착용 가스가 공급된다. 또, 공정1-1 ~ 1-4에서는 밸브1f가 열려있어 흡착탑1에 원료가스가 공급되고, 공정2-1 ~ 2-4에서는 밸브2f가 열려있어 흡착탑2에 원료가스가 공급되고, 또, 공정3-1 ~ 3-4에서는 밸브3f가 열려있어 흡착탑3에 원료가스가 공급되고, 공정4-1 ~ 4-4에서는 밸브4f가 열려있어 흡착탑4에 원료가스가 공급된다. 공정1-1 ~ 1-4가 종료하면 다음부터는 흡착탑이 1탑만큼 옮겨지는 것 외에는 기본적으로 동일한 공정을 반복한다. 여기에서 공정1-1 ~ 1-4에 대하여 설명한다. 여기에서 도3~6에 각 공정에 대하여 가스가 흐르고있는 라인, 열려있는 밸브, 운전하고있는 진공펌프를 굵은선으로 표시한다. 또한 탈착용 가스는 항상 유통되고있기 때문에 설명을 생략한다.
(공정 1-1 : 30초)
도3에 나타낸 것처럼 진공펌프14B, 14A, 14C는 전부 운전되고 있다. 밸브1f가 열려있어 흡착탑1에 원료가스가 공급된다. 밸브1c, 2c가 열려있어 흡착탑1,2로부터 가스성분C가 배출된다. 또 밸브4a가 열려있어 흡착탑4로부터 가스성분A가 배출된다. 밸브3b가 열려있어 흡착탑3으로부터의 혼합가스가 흡착탑1에 순환된다.
(공정 1-2 : 30초)
도4에 나타낸 것처럼 진공펌프14B, 14C가 운전되고 있다. 밸브1f가 열려있어 흡착탑1에 원료가스가 공급된다. 밸브1c, 2c가 열려있어 흡착탑1,2로부터 가스성분C가 배출된다. 또 밸브4a가 닫혀있어 가스성분A의 배출은 정지된다. 밸브3b, 4b가 열려있어 흡착탑3,4로부터의 혼합가스가 흡착탑1에 순환된다.
(공정 1-3 : 30초)
도5에 나타낸 것처럼 진공펌프14B, 14C가 운전되고 있다. 밸브1f가 열려있어 흡착탑1에 원료가스가 공급된다. 밸브1c, 2c, 3c가 열려있어 흡착탑1,2,3으로부터 가스성분C가 배출된다. 밸브4b가 열려있어 흡착탑4로부터의 혼합가스가 흡착탑1에 순환된다.
(공정 1-4 : 90초)
도6에 나타낸 것처럼 진공펌프14B, 14A, 14C가 운전되고 있다. 밸브1f가 열려있어 흡착탑1에 원료가스가 공급된다. 밸브2c, 3c가 열려있어 흡착탑2,3으로부터 가스성분C가 배출된다. 또 밸브1a가 열려있어 흡착탑1로부터 가스성분A가 배출된다. 밸브4b가 열려있어 흡착탑4로부터의 혼합가스가 흡착탑1에 순환된다.
한편, 하나의 흡착탑1에 대하여 보면 공정1-1에서는 입구로부터 원료가스가 도입되고있지만 전회의 원료가스도입에 기하여 흡착되어있던 가스성분C 및 탈착용가스D가 출구로부터 배출되고있어, 이 상태가 공정1-3까지 계속된다. 이 가스성분C는 C프랙션(Fraction)으로서 진공펌프14C에 의하여 회수된다. 또한, 뒤로 갈수록 가스성분C의 양은 감소하고 공정1-3의 최후에는 탈착용가스D만으로 된다. 그리고 공정1-4에 있어서, 가스성분A가 출구에 이르고 공정 2-1까지는 가스성분A 및 탈착용가스D가 출구로부터 배출된다. 이것은 A프랙션(Fraction)으로서 진공펌프14A에 의하여 회수된다. 또한, 공정 2-1에 이르면 원료가스의 도입은 종료되고 탈착용가스D만이 입구로부터 공급되기 때문에 공정4-4까지는 흡착탑1내에 흡착되어있었던 가스성분과 탈착용가스D가 출구로부터 배출된다.
다음으로 가스성분C도 출구에 이르고, 공정2-2 ~ 3-2사이에서는 가스성분A, C 및 탈착용가스D의 혼합가스가 배출된다. 이 혼합가스는 원료가스가 공급되고있는 흡착탑의 입구에 공급된다. 그리고 가스성분A가 모두 배출되어버려, 공정 3-3 ~ 1-3까지는 가스성분C 및 탈착용가스D가 배출된다.
이처럼 흡착제에 대하여 친화력이 약한 가스성분A가 최초에 배출되고 다음에 가스성분A, C의 양방을 포함하는 혼합가스가 배출되며 그 후 친화력이 강한 가스성분C가 배출된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 원료가스가 공급되는 흡착탑에 대하여는 반드시 진공펌프14C 또는 진공펌프14A에 의하여 가스를 배출시키고 있다. 따라서 이 진공펌프14C 또는 진공펌프14A에 의한 배출량을 적절하게 조정하는 것과 함께 원료가스와 순환하는 혼합가스와의 비를 조정가능 하도록 함으로서 진공펌프 14B를 생략하는 것도 가능하다. 이 경우 원료가스 및/또는 순환가스의 유량을 조정하는 유량조정밸브를 설치하는 것이 좋다.
이처럼 네 개의 흡착탑의 각 조작과 함께 A성분과 C성분의 흡착대의 이동에 맞추어 원료가스 및 탈착가스의 공급구, A성분, C성분 및 혼합가스의 배출구를 흡착탑 1탑분씩 다음의 흡착탑으로 차례로 이동시키는 조작을 행한다.
또한, 탈착용가스D의 공급은 희석 등의 필요에 따라서 행하여도 좋고, 필요하지 않는 경우는 탈차용가스D의 공급은 정지하여도 좋다. 또, 각 흡착탑으로부터 배출된 혼합가스의 공급은 원료가스의 공급을 일시 정지하고 행하여도 좋다.
특히, 본 실시형태에서는 하나의 흡착탑으로부터 배출되는 전량을 가스성분C 또는 가스성분A로 하여 꺼내든가 또는 혼합가스로서 순환한다. 따라서 시스템을 간략화하여 효율적인 처리를 행할 수 있다.
도7에는 「특개평 9-239227호 공보」에 기재된 발명을 실시하기 위한, 의사이동층식분리장치의 구성개요의 1예를, 본 발명과의 비교를 위하여 표시하였다.
도7에 있어서 1~4는 각각 동일의 흡착제가 충진된 흡착탑이고 각 흡착탑1~4의 사이에는 각각 차단밸브 5~7을 가지는 배관 9~11에 의하여 유체가 유통도 차단도 가능하게 연결되어 있는 것과 함께 최후단의 흡착탑4의 후단은 최전단계의 흡착탑1의 전단에 차단밸브 8을 가지는 배관12를 사이에 두고 연결되어있다. 또 흡착탑 간의 연결배관에 설치된 차단밸브5~8은 도에 표시하지 않은 제어장치에 의하여 개폐제어된다.
흡착탑1~4의 입구 측에 연결된 배관12와 9~11에는 흡착제에 대하여 친화성이 약한 가스성분A와 흡착제에 대하여 친화성이 강한 가스성분C를 포함하는 원료가스의 공급밸브 1f~4f의 각각을 사이에 두고 원료가스의 공급배관 13f와 연결되어 있고, 또 탈착용 가스의 공급밸브1D~4D의 각각을 사이에 두고 탈착용 가스의 공급배관13D가 연결되어있다. 또 흡착탑1~4의 출구 측에 연결되어있는 배관9~12에는 A프랙션(Fraction)의 배출밸브1a~4a의 각각을 사이에 두고 A성분가스의 배출배관13A가 연결되어 있고, 또 C프랙션(Fraction)의 배출밸브1c~4c를 사이에 두고 C프랙션(Fraction)의 배출배관13C가 연결되어 있다, 거기에다 A성분과 C성분의 혼합가스의 배출밸브1b~4b를 사이에 두고 이 가스의 순환배관 13B가 접속되어있다. 그리고 13A~13C의 각각의 배관 중에 가스를 배출하기 위한 진공펌프 14A~14C가 설치되어있다.
도1과 도7을 비교하면 명확하게 되는 것처럼, 도1은 도7에 있는 9~12의 각 흡착탑간을 연결하는 접속배관과 그 배관 중에 설치되어있는 차단밸브 5~8이 없는 극히 간략화 된 장치이다.
특히, 이「특개평 9-239227호 공보」에 기재된 시스템은 기본적으로 복수의 흡착탑을 끊임없이 접속하는 것으로, 수소가스는 배출가스의 일부를 분기하여 꺼내고있다. 그리고 이러한 시스템에 있어서 헬륨가스를 전량 꺼내기 위하여 차단밸브가 필요하게 된다.
이처럼 이「특개평 9-239227호 공보」에 기재된 시스템은 물리적인 장치의구성에서 유사한 면이 있지만 운전,제어방법은 전혀 다른 시스템이다.
도1은 본 발명의 방법을 실시하기 위하여 설치된 분리장치에 대한 구성개요의 1예로서 도1에 기재된 장치에 대신하여 도8처럼 흡착탑의 수와 이것에 따라서 공급밸브, 배출밸브의 수를 분리의 목적으로 하는 순도나 회수율에 의하여 변화시키는 것이 가능한 것은 당연하다.
또 본 발명에 대한 도8의 장치의 조작에 대하여, 도9의 타임 스케쥴의 공정1-1 ~ 1-3을 예로서 설명하면 다음과 같다.
(공정 1-1 : 30초)
도10에 나타낸 것처럼 진공펌프14B, 14A, 14C는 모두 운전되고 있다. 밸브1f가 열려있어 흡착탑1에 원료가스가 공급된다. 밸브1c가 열려있어 흡착탑1로부터 가스성분C가 배출된다. 또 밸브3a가 열려있어 흡착탑3으로부터 가스성분A가 배출된다. 밸브2b가 열려있어 흡착탑2로부터의 혼합가스가 흡착탑1에 순환된다.
(공정 1-2 : 30초)
도11에 나타낸 것처럼 진공펌프14B, 14C가 운전되고 있다. 밸브1f가 열려있어 흡착탑1에 원료가스가 공급된다. 밸브1c가 열려있어 흡착탑1로부터 가스성분C가 배출된다. 또 밸브3a가 닫혀있어 가스성분A의 배출은 정지된다. 밸브2b, 3b가 열려있어 흡착탑2,3으로부터의 혼합가스가 흡착탑1에 순환된다.
(공정 1-3 : 120초)
도12에 나타낸 것처럼 진공펌프14B, 14C가 운전되고 있다. 밸브1f가 열려있어 흡착탑1에 원료가스가 공급된다. 밸브1c, 2c가 열려있어 흡착탑1,2로부터 가스성분C가 배출된다. 밸브3b가 열려있어 흡착탑3으로부터의 혼합가스가 흡착탑1에 순환된다.
이 공정 1-3에서는 흡착탑1에 있어서 잔류하고있던 가스성분C는 거의 없어지고 원료가스로부터 분리된 가스성분A가 다음의 공정 2-1에 있어서 배출되도록 된다. 따라서 공정2-1로 이동할 때 각 흡착탑으로 1탑만큼 씩 옮김에 의하여 흡착대에 응한 절환이 달성된다.
또한, 이 실시형태에 있어서는 원료가스가 공급되는 흡착탑에 대하여는 반드시 진공펌프14C에 의하여 가스를 배출하고 있다. 따라서 이 진공펌프14C에 의하여 배출량을 적절하게 조정하는 것과 함께, 원료가스와 순환하는 혼합가스와의 비를 조정 가능하도록 함으로서, 진공펌프14B를 생략할 수도 있다.
이 경우 원료가스 및/또는 순환가스의 유량을 조정하는 유량조정밸브를 설치하는 것이 좋다.
이처럼 하여 3개의 흡착탑의 각 조작과 함께 A성분과 C성분의 흡착대의 이동에 맞추어 원료가스 및 탈착가스의 공급구, A성분, C성분 및 혼합가스의 배출구를 흡착탑 1탑만큼 씩 다음의 탑으로 이동시키는 이동조작을 행한다.
〈제1실시예〉
도1에 기재된 장치를 사용하여, 표1에 기재된 원료가스를 도2의 타임 스케쥴에 기재된 공정을 반복하여 행함에 의하여 분리하여, 표2에 기재된 처리가스를 얻었다.
도1에 나타낸 장치는 흡착제로서 모레큘라 시브(Molecular Sieve)5A를 사용하고 탈착용 가스로서 아르곤(Ar)을 사용하였다.
본 발명의 분리 예에 있어서는 헬륨(He)이 흡착제에 대하여 친화력이 약한 A성분이고, 수소(H2)가 흡착제에 대하여 친화력이 강한 C성분이다.
4개의 흡착탑은 각각 내경 20mm, 충진층길이3000mm로서 흡착제를 총 3768ml충진하여 분리조작을 반복하여 행하였다.
본 발명의 방법에 의하여 수소와 헬륨의 분리를 종래의 방법보다 극히 간단하고, 거기에다 고도의 분리성능으로 달성할 수 있었다.
원료가스조성(체적)
H2 He
50 50
조성(체적%)
H2 He
헬륨프랙션(Fraction) 0.0 100.0
수소프랙션(Fraction) 100.0 0.0
(주기) 조성의 체적%에는 탈착용가스는 포함하지 않는 것으로 한다
〈제2실시예〉
도8에 기재된 장치를 사용하여, 표3에 기재된 원료가스를 도9의 타임 스케쥴에 기재된 공정을 반복하여 행함에 의하여 분리하여, 표4에 기재된 처리가스를 얻었다.
도8에 나타낸 장치는 흡착제로서 모레큘라 시브(Molecular Sieve)5A를 사용하고 탈착용 가스로서 아르곤을 사용하였다.
본 발명의 분리 예에 있어서는 헬륨이 흡착제에 대하여 친화력이 약한 A성분이고, 중수소(D2)가 흡착제에 대하여 친화력이 강한 C성분이다.
3개의 흡착탑은 각각 내경 20mm, 충진층길이3000mm로서 흡착제를 총 2826ml충진하여 분리조작을 반복하여 행하였다.
본 발명의 방법에 있어서 중수소와 헬륨의 분리를 종래의 방법보다 극히 간단하고, 거기에다 고도의 분리성능으로 달성할 수 있었다.
원료가스조성(체적)
D2 He
90 10
조성(체적%)
D2 He
헬륨프랙션(Fraction) 0.0 100.0
중수소프랙션(Fraction) 100.0 0.0
(주기) 조성의 체적%에는 탈착용가스는 포함하지 않는 것으로 한다
본 발명에 의하면 희망하는 가스의 분리를 흡착제의 이용효율이 좋은 의사이동층식분리장치로 연속적으로 행하는 것이 가능하기 때문에, 분리장치를 소형화할 수 있고, 대량처리의 용도에 사용하여도 장치의 설비비의 저감화를 달성할 수 있다.
본 발명의 별도의 효과는 분리성능이 극히 높기 때문에 완전분리의 용도로 사용하는 것이 가능하고 흡착공정에서 압력을 높게 할 필요가 없다는 것이다. 이를 위하여 극히 위험성이 높은 가스를 분리하는 경우에도 시스템내의 압력을 대기압 이하로 유지한 상태에서 분리조작을 행할 수 있기 때문에 안전성이 높은 분리방법이 된다. 본 발명의 다른 효과는 의사이동층방식의 장치의 특성으로 탈착용가스의 사용량을 적게 할 수 있다는 것이다.
이 때문에 분리대상성분이 탈착용가스에 의하여 희석되는 정도가 극히 경미하게된다

Claims (12)

  1. 흡착제가 충진된 적어도 3개의 흡착탑을 사용하여, 원료가스를 복수의 프랙션(Fraction)으로 분리하는 방법에 있어서,
    상기 흡착제에 대하여 친화성이 약한 가스성분A와, 상기 흡착재에 대하여 친화성이 강한 가스성분C를 함유한 원료가스를 상기 적어도 3개의 흡착탑에 순차로 절환하여 공급함과 동시에 적어도,
    상기 원료가스를 공급하는 흡착탑 이외의 각 흡착탑에 상기 가스성분A, C와 다른 가스성분D를 함유하는 탈착용가스를 공급하고,
    상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분 A가 부화(富化)된 가스가 배출되는 단계에서, 그 흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 앞에서 기술한 시스템 외로 내보내고,
    상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분 C가 부화된 가스가 배출되는 단계에서, 그 흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 앞에서 기술한 시스템 외로 내보내고,
    상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분 A 및 가스성분C의 혼합가스가 배출되는 단계에서, 그 흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 원료가스가 공급되는 흡착탑의 입구로 되돌리는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (a) 상기 흡착탑의 1개의 입구로부터 상기 원료가스가 공급되고있을 때, 이 흡착탑의 출구로부터 상기 가스성분A가 부화된 프랙션(Fraction) 또는, 상기 가스성분C가 부화된 프랙션(Fraction)을 내보내고,
    (b) 이것과 병행하여 다른 적어도 하나의 흡착탑의 입구로부터, 상기 탈착용가스를 공급하고, 그 흡착탑의 출구로부터 앞에서 기술한 A성분과 C성분과의 혼합가스를 내보내고, 그 혼합가스를 앞에서 기술한 원료가스를 공급하고있는 흡착탑에 도입하고,
    (c) 거기에 이것과 병행하여, 또한 다른 적어도 하나의 흡착탑의 입구로부터, 상기 탈착용 가스를 공급하고, 이 흡착탑의 출구로부터 상기 가스성분 A가 부화된 프랙션(Fraction), 또는 상기 가스성분 C가 부화된 프랙션(Fraction)을 내보내는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    (a), (b), (c)의 조작의 대상으로 되는 흡착탑을, 가스성분A, 가스성분C의 흡착탑의 이동에 맞추어, 흡착탑을 1탑만큼 씩 이동시키는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 각 흡착탑에 상기 탈착가스를 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각 흡착탑내의 압력은 대기압 이하에서 운전되는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각 흡착탑의 출구로부터의 가스의 배출을 진공펌프를 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착탑의 출구로부터 원료가스라인에 가스를 순환하는 순환라인에는, 펌프를 배치하지 않는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    성분A 또는 성분C중 어느 것인가의 성분을 배출하지 않는 공정을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 방법.
  9. 흡착제가 충진된 적어도 3개의 흡착탑을 포함하여, 가스성분A 및 가스성분C를 함유하는 원료가스로부터 가스성분A가 부화된 가스, 또는 가스성분C가 부화된 가스를 얻는 가스분리장치에 있어서,
    각 흡착탑의 입구에 각각 설치되어 각 흡착탑에의 원료가스의 공급을 제어하는 원료입구밸브에 접속되어, 각 흡착탑에 원료를 공급하는 원료가스공급라인과,
    각 흡착탑의 입구에 각각 설치되어 각 흡착탑에의 탈착용가스의 공급을 제어하는 탈착용 가스입구 밸브에 접속되어, 각 흡착탑에 탈착용가스를 공급하는 탈착용 가스공급라인과,
    각 흡착탑의 출구에 각각 설치된 A성분 배출밸브에 접속되어, 각 흡착탑으로부터 가스성분A가 부화된 가스를 시스템 밖으로 배출하는 A성분용 진공펌프와,
    각 흡착탑의 출구에 각각 설치된 C성분 배출밸브에 접속되어, 각 흡착탑으로부터 가스성분C가 부화된 가스를 시스템 밖으로 배출하는 C성분용 진공펌프와,
    각 흡착탑의 출구에 각각 설치된 순환밸브에 접속되어, 각 흡착탑으로부터 배출하는 가스를 상기 원료가스라인에 공급하는 순환라인을 포함하고,
    상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분A가 부화된 가스가 배출되는 단계에서, 그 흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 상기 A성분용 진공펌프로 시스템 밖으로 내보내고,
    상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분C가 부화된 가스가 배출되는 단계에서, 그 흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 C진공펌프로 상기 시스템 밖으로 내보내고,
    상기 각 흡착탑의 출구로부터 가스성분A 및 가스성분C의 혼합가스가 배출되는 단계에서, 그 흡착탑으로부터 배출되는 가스의 전량을 순환라인을 매개로 원료가스라인으로 되돌리는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 각 흡착탑에 상기 탈착가스를 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    각 흡착탑내의 압력은, 대기압 이하에서 운전되는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 흡착탑의 출구로부터 원료가스라인을 순환하는 순환라인에는, 펌프를 배치하지 않는 것을 특징으로 하는 가스성분의 분리제거 또는 회수하는 장치.
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