KR20030081361A - 목적 가스의 분리방법 및 분리장치 - Google Patents

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사사노히로아키
미야케마사노리
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스미토모 세이카 가부시키가이샤
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Abstract

흡착제가 충전된 복수의 흡착 유니트를 사용해서 혼합 가스로부터 목적 가스를 분리하는 방법으로, 흡착 유니트(1)로 혼합 가스를 도입하고 흡착제에 불필요 가스를 흡착시켜, 제품 가스를 흡착 유니트로부터 도출하는 공정, 흡착제로부터 불필요 가스를 탈착시키는 공정, 흡착 유니트를 세정하는 공정을 포함하는 1사이클을 각 흡착 유니트에서 반복해서 행한다. 흡착 유니트(1)는, 제품 가스 출구(1d)부착 제 1서브 유니트(1a) 및 혼합 가스 입구(1e)부착 제 2서브 유니트(1b)를 구비한다. 탈착 공정에서는, 제 1 및 제 2서브 유니트(1a, 1b)가 비연통 상태로 되고, 제 2서브 유니트(1b)의 혼합 가스 입구(1e)는 개방된다. 세정 공정은, 양쪽 서브 유니트(1a, 1b)를 연통 상태로 함으로써 제 1서브 유니트(1a)의 제 1잔류 가스를 제 2서브 유니트(1b)로 도입하여 제 2서브 유니트(1b)를 세정하는 공정을 포함한다.

Description

목적 가스의 분리방법 및 분리장치{METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING OBJECT GAS}
최근, PSA법에 의해 혼합 가스로부터 수소 가스 등의 목적 가스를 얻는 기술에 있어서는, 비교적 간이하면서 저렴하게 목적 가스를 얻는 것이 가능해졌다. 그 때문에, PSA법에 의한 목적 가스의 분리는 계속 보급되고 있다. PSA법에 의한 목적 가스의 분리에는, 일반적으로 흡착제를 충전한 2∼4탑(塔)의 흡착탑을 구비한 PSA 분리장치가 사용된다. 각 흡착탑에서는, 흡착 공정, 탈착 공정, 세정 공정, 및 승압 공정의 일련의 공정을 포함하는 1사이클이 반복해서 행해진다. 흡착 공정에서는, 혼합 가스를 흡착탑으로 도입해서 혼합 가스에 포함된 불필요 가스를 흡착탑내의 흡착제에 흡착시킴으로써, 목적 가스가 부화된 제품 가스가 얻어진다. 탈착 공정에서는, 흡착제에 흡착된 불필요 가스가 탈착된다. 세정 공정에서는, 흡착탑내에 잔류하는 가스가 흡착탑으로부터 배출된다. 승압 공정에서는, 다음에 행해지는 흡착 공정을 위해서 흡착탑내의 압력이 상승된다.
도 5는, 이와 같은 종래의 PSA법에 의한 수소 가스의 분리방법을 실현하기 위한 PSA 분리장치(Y)의 개략도이다. 도 6A∼6C 및 도 7A∼7C는, PSA 분리장치(Y)를 사용한 종래의 PSA법의 각 스텝에서의 가스의 흐름도이다. 도 8은, PSA 분리장치(Y)가 구비된 각 흡착탑의 각 스텝에서의 상태를 나타낸다.
PSA 분리장치(Y)는, 흡착제가 충전된 제 1부터 제 3흡착탑(1'∼3')을 갖고 있다. 이들 흡착탑(1'∼3')은, 혼합 가스 입구(1a'∼3a') 및 제품 가스 출구(1b'∼3b')를 갖고, 복수의 배관을 개재하여 서로 접속되어 있다. 이들 배관에는 밸브(9a∼9r)가 설치되어 있다. 장치 가동시에는, 각 밸브(9a∼9r)마다 개폐 상태가 적절히 선택되어, 도 6A∼6C 및 도 7A∼7C에 나타낸 바와 같은 가스의 흐름 상태가 달성된다.
PSA 분리장치(Y)에 의한 혼합 가스로부터의 수소 가스의 분리에서는, 우선, 스텝 1에서, 도 6A 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 혼합 가스 입구(1a')를 개재하여 제 1흡착탑(1')으로, 수소 가스를 함유한 혼합 가스(G1')가 도입된다. 제 1흡착탑(1')내에서는 흡착제의 작용에 의해 혼합 가스(G1')로부터 불필요 가스가 흡착 제거되고, 수소 가스가 부화된 제품 가스(G2')가, 제품 가스 출구(1b')를 개재하여 제 1흡착탑(1')으로부터 배출된다. 또, 스텝 1에서는, 먼저 흡착 공정이 행해지고 고압하에 있는 제 3흡착탑(3')으로부터 제품 가스 출구(3b')를 개재하여 잔류 가스(G3')가 도출된다. 이 가스(G3')는, 제품 가스 출구(2b')를 개재하여, 먼저 탈착 공정이 행해지고 있는 제 2흡착탑(2')으로 도입된다. 이것에 의해, 제 2흡착탑(2')내에 잔류하고 있는 탈착 가스는, 배출 가스(G4')로서 혼합 가스 입구(2a')를 개재하여 제 2흡착탑(2')으로부터 배출되고, 제 2흡착탑(2')의 세정이 행해진다.
다음에, 스텝 2에서는, 도 6B 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착탑(1')에서는 스텝 1부터 계속해서 불필요 가스의 흡착이 행해진다. 단, 제 1흡착탑(1')으로부터의 제품 가스"(G2')의 일부는 제 2흡착탑(2')으로 공급되어, 제 2흡착탑(2')의 승압이 행해진다. 제 3흡착탑(3')은, 혼합 가스 입구(3a')가 대기로 개방됨으로써 감압되고, 흡착제로부터의 불필요 가스의 탈착이 행해진다. 이 탈착 가스의 일부는 배출 가스(G4')로서 혼합 가스 입구(3a')를 개재하여 제 3흡착탑(3')으로부터 배출된다.
다음에, 스텝 3에서는, 도 6C 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착탑(1'), 제 2흡착탑(2'), 및 제 3흡착탑(3')으로써, 각각 스텝 1에서의 제 3흡착탑(3'), 제 1흡착탑(1'), 및 제 2흡착탑(2')에 대응한 공정이 행해진다.
다음에, 스텝 4에서는, 도 7A 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착탑(1'), 제 2흡착탑(2'), 및 제 3흡착탑(3')으로써, 각각 스텝 2에서의 제 3흡착탑(3'), 제 1흡착탑(1'), 및 제 2흡착탑(2')에 대응한 공정이 행해진다.
다음에, 스텝 5에서는, 도 7B 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착탑(1'), 제 2흡착탑(2'), 및 제 3흡착탑(3')으로써, 각각 스텝 1에서의 제 2흡착탑(2'), 제 3흡착탑(3'), 및 제 1흡착탑(1')에 대응한 공정이 행해진다.
다음에, 스텝 6에서는, 도 7C 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착탑(1'),제 2흡착탑(2'), 및 제 3흡착탑(3')으로써, 각각 스텝 2에서의 제 2흡착탑(2'), 제 3흡착탑(3'), 및 제 1흡착탑(1')에 대응한 공정이 행해진다.
이와 같은 일련의 스텝 1∼6은, 흡착탑(1'∼3')에서 반복해서 행해진다.
이와 같은 종래의 목적 가스의 분리방법에서는, 흡착 공정을 종료한 흡착탑(1'∼3')으로부터의 가스(G3')에 의해, 탈착공정이 종료된 흡착탑(1'∼3')의 세정이 행해진다. 흡착탑(1'∼3')에서는, 각각의 혼합 가스 입구(1a'∼3a')에 가까울수록 흡착제로의 불필요 가스의 흡착량이 많고, 그곳에 존재하는 가스의 불필요 가스 농도도 높다. 즉, 흡착탑(1'∼3')에서는, 각각의 제품 가스 출구(1b'∼3b')에 가까울수록 불필요 가스의 흡착량 및 농도가 낮아진다.
그 때문에, 가령 스텝 1에서는, 제 3흡착탑(3')으로부터 도출되는 잔류 가스(G3')의 불필요 가스 농도는, 제품 가스 출구(3b')로부터 배출되므로, 경시적(經時的)으로 높아진다. 이와 같은 가스(G3')가 제 2흡착탑(2')의 제품 가스 출구(2b')로부터 도입되므로, 제 2흡착탑(2')의 제품 가스 출구(2b')부근의 불필요 가스 농도는 경시적으로 높아진다. 제 2흡착탑(2')은, 스텝 2에서, 제 1흡착탑(1')으로부터 제품 가스 출구(2b')를 개재하여 제품 가스(G2')가 도입되어 승압된 후, 스텝 3에서, 혼합 가스 입구(2a')를 개재하여 혼합 가스(G1')가 도입되어 흡착 공정이 행해진다.
따라서, 제 2흡착탑(2')에서는, 스텝 2에서 제품 가스 출구(2b') 부근의 불필요 가스 농도가 높은 가스는, 제 2흡착탑(2')의 보다 내부로 밀어 넣어져 흡착제에 흡착된다. 그 결과, 스텝 3에서의 제 2흡착탑(2')의 흡착 용량, 즉 흡착 공정시에 흡착 가능한 불필요 가스의 양은 저하되어 버린다.
따라서, 본 발명은, 혼합 가스로부터 목적 가스를 효율 좋게 분리함으로써, 고순도의 제품 가스를 높은 수율로 얻을 수 있는 목적 가스의 분리방법, 및 이것에 사용되는 분리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 압력 스윙 흡착법(PSA법)에 의해, 혼합 가스로부터 목적 가스, 가령 수소 가스를 분리하는 방법, 및 이것에 사용되는 분리장치에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명에 관계되는 목적 가스의 분리방법을 실현하기 위한 PSA분리장치의 개략도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 PSA분리장치가 구비한 제 1 및 제 2흡착 유니트에 포함된 각 서브 유니트의 각 스텝에서의 상태, 및 각 스텝에서의 각 밸브의 개폐 상태를 나타낸다.
도 3A∼3D는, 본 발명에 관계되는 목적 가스의 분리방법에서의 스텝 1∼4에대응하는 가스의 흐름도이다.
도 4A∼4D는, 도 3D에 나타낸 스텝 4 다음의 스텝 5∼8에 대응하는 가스의 흐름도이다.
도 5는, 종래의 PSA법에 의한 수소 가스의 분리방법을 실현하기 위한 PSA분리장치의 개략도이다.
도 6A∼6C는, 도 5에 나타낸 PSA분리장치를 사용한 종래의 PSA법에서의 스텝 1∼3에 대응하는 가스의 흐름도이다.
도 7A∼7C는, 도 6C에 나타낸 스텝 3 다음의 스텝 4∼6에 대응하는 가스의 흐름도이다.
도 8은, 도 5에 나타낸 종래의 PSA분리장치가 구비한 각 흡착탑의 각 스텝에서의 상태를 나타낸다.
본 발명의 제 1측면에 의하면, 흡착제가 충전된 복수의 흡착 유니트를 사용해서 혼합 가스로부터 목적 가스를 분리하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법에서는, 선택된 1개의 흡착 유니트에 혼합 가스를 도입하고, 해당 혼합 가스에 포함된 불필요 가스를 흡착제에 흡착시켜, 목적 가스가 부화된 제품 가스를 흡착 유니트로부터 도출하는 흡착 공정과, 흡착제로부터 불필요 가스를 탈착시키는 탈착 공정과, 세정 가스를 사용해서 흡착 유니트에 잔류하는 잔류 가스를 흡착 유니트로부터 배출하는 세정 공정과, 흡착 유니트의 내부의 압력을 상승시키는 승압 공정을 포함하는 1사이클이, 각 흡착 유니트에서 반복해서 행해진다. 각 흡착 유니트는, 제품 가스가 도출되는 제품 가스 출구를 갖고 제 1흡착제가 충전된 제 1서브 유니트, 혼합 가스가 도입되는 혼합 가스 입구를 갖고 제 1서브 유니트에 접속하면서 제 2흡착제가 충전된 제 2서브 유니트, 및 제 1서브 유니트와 제 2서브 유니트가 연통되는 상태와 연통되지 않는 상태를 절환하기 위한 절환 수단을 구비한다. 탈착 공정은, 제 1서브 유니트 및 제 2서브 유니트를 비(非)연통 상태로 함과 동시에, 제 2서브 유니트의 혼합 가스 입구를 개방함으로써 행해진다. 세정 공정은, 제 1서브 유니트및 제 2서브 유니트를 연통 상태로 함으로써 제 1서브 유니트에 잔류하는 제 1잔류 가스를 세정 가스로서 제 2서브 유니트로 도입함과 동시에, 해당 제 2서브 유니트에 잔류하는 제 2잔류 가스를 혼합 가스 입구를 개재하여 배출하는 제 2서브 유니트 세정 공정을 포함한다.
바람직하게는, 세정 공정은, 이 세정 공정을 행하고 있는 제 1흡착 유니트에서의 제 1서브 유니트 및 제 2서브 유니트를 연통 상태로 하고, 흡착 공정을 행하고 있는 제 2흡착 유니트의 제 1서브 유니트로부터 도출되는 제품 가스를 세정 가스로서 제 1흡착 유니트의 제 1서브 유니트로 도입함과 동시에, 제 1흡착 유니트에서의 제 1서브 유니트 및 제 2서브 유니트에 잔류하는 제 3잔류 가스를, 제 1흡착 유니트에서의 제 2서브 유니트의 혼합 가스 입구를 개재하여 배출하는 연속 서브 유니트 세정 공정을 더 포함하고 있다.
바람직하게는, 연속 서브 유니트 세정 공정에서는, 제 1흡착 유니트에서의 제 1서브 유니트 내부의 최저 압력은, 대기압 이상이고 50kPa(게이지압) 이하이다.
바람직하게는, 흡착 공정에서는, 흡착 유니트의 내부의 최고 압력은, 100kPa(게이지압) 이상이다.
바람직하게는, 제 1서브 유니트에서의 제 1흡착제의 충전 용적은, 흡착 유니트에서의 제 1흡착제 및 제 2흡착제의 합계 충전 용적의 20∼80％이다.
바람직하게는, 혼합 가스는, 목적 가스로서 수소 가스를 포함하고 있다.
바람직하게는, 혼합 가스는, 불필요 가스로서 탄산 가스를 포함하고 있다.
본 발명의 제 2측면에 의하면, 흡착제가 충전된 복수의 흡착 유니트를 구비하고 혼합 가스로부터 목적 가스를 분리하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는, 선택된 1개의 흡착 유니트로 혼합 가스를 도입하고, 해당 혼합 가스에 포함된 불필요 가스를 흡착제에 흡착시키고, 목적 가스가 부화된 제품 가스를 흡착 유니트로부터 도출하는 흡착 공정과, 흡착제로부터 불필요 가스를 탈착시키는 탈착 공정과, 세정 가스를 사용해서 흡착 유니트에 잔류하는 잔류 가스를 흡착 유니트로부터 배출하는 세정 공정과, 흡착 유니트의 내부의 압력을 상승시키는 승압 공정을 포함하는 1사이클을 각 흡착 유니트에서 반복해서 행하도록 구성되어 있다. 각 흡착 유니트는, 제품 가스가 도출되는 제품 가스 출구를 갖고 제 1흡착제가 충전된 제 1서브 유니트, 혼합 가스가 도입되는 혼합 가스 입구를 갖고 제 1서브 유니트에 접속하면서 제 2흡착제가 충전된 제 2서브 유니트, 및 제 1서브 유니트와 제 2서브 유니트가 연통되는 상태와 연통되지 않는 상태를 절환하기 위한 절환 수단을 갖는다. 제 1흡착제 및 제 2흡착제는, 동일 불필요 가스를 흡착 가능한 동일 종류의 흡착제이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관계되는 목적 가스의 분리방법을 실현하기 위한 PSA분리장치(X)의 개략도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, PSA분리장치(X)는 제 1흡착 유니트(1) 및 제 2흡착 유니트를 갖고 있다. 제 1흡착 유니트(1)는 제 1서브 유니트(1a)와, 제 2서브 유니트(1b)와, 이것들을 연결하는 배관(1c)을 갖고 있다. 제 1서브 유니트(1a) 및 제 2서브 유니트(1b)에는, 각각 제 1흡착 유니트(1)의 제품 가스 출구(1d) 및 혼합 가스 입구(1e)가 설치되어 있다. 배관(1c)에는, 제 1서브 유니트(1a)와 제 2서브 유니트(1b)가 연통되는 상태 및 연통하지 않는 상태를 선택 가능하게 하는 선택 수단으로서의, 밸브(8f)가 설치되어 있다. 마찬가지로 제 2흡착 유니트(2)는 제 1서브 유니트(2a)와, 제 2서브 유니트(2b)와, 이것들을 연결하는 배관(2c)을 갖고 있다. 제 1서브 유니트(2a) 및 제 2서브 유니트(2b)에는, 각각 제 2흡착 유니트(2)의 제품 가스 출구(2d) 및 혼합 가스 입구(2e)가 설치되어 있다. 배관(2c)에는, 제 1서브 유니트(2a)와 제 2서브 유니트(2b)가 연통되는 상태 및 연통하지 않는 상태를 선택 가능하게 하는 선택 수단으로서의 밸브(8g)가 설치되어 있다.
각 서브 유니트(1a, 1b, 2a, 2b)에는, 동일 종류의 흡착제가 충전되어 있다. 각 제 1서브 유니트(1a, 2a)의 흡착제의 충전 용적은, 대응하는 흡착 유니트(1, 2)에서의 흡착제의 총충전 용적의 가령 20∼80％로 된다.
실제로 사용되는 흡착제는, 혼합 가스의 조성, 보다 구체적으로는 제거해야 할 불필요 가스의 종류에 근거하여 결정된다. 가령, 일산화탄소 가스나 질소 가스를 흡착하기 위해서는 제오라이트 몰레큘러 시브(Zeolite, Molecular Sieve)(Ca5A형)가, 탄산 가스나 메탄 가스를 흡착하기 위해서는 카본 몰레큘러 시브가, 수분을 흡착하기 위해서는 알루미나가 사용된다. 이들 흡착제는, 단독으로 사용해도 되고, 복수종을 병용해도 된다.
본 명세서에 있어서, 동일 종류의 흡착제란, 반드시 조성이 같은 종류라는 의미가 아니라, 흡착 대상 또는 비흡착 대상의 가스 성분이 동일 종류의 흡착제라는 의미이다. 가령, 일산화탄소나 질소의 흡착제로서의, Ca치환형의 제오라이트 및 Na치환형의 제오라이트는, 본 명세서 중에서는 동일 종류의 흡착제이다. 한편, 질소 흡착용의 제오라이트계의 흡착제와, 탄산 가스 흡착용의 카본계의 흡착제란, 본 명세서 중에서는 동일 종류의 흡착제가 아니다. 또, 가령 한쪽의 서브 유니트에 제오라이트계의 흡착제가 충전되어, 다른 쪽의 서브 유니트에 카본계의 흡착제와 제오라이트계의 2종류의 흡착제가 충전되고 있는 경우와 같이, 동일 흡착 유니트에 포함된 2개의 서브 유니트에 공통된 흡착제가 포함되어 있는 경우에도, 본 명세서 중에서 말하는 동일 종류의 흡착제가 포함되어 있다는 표현에 포함된다.
각 흡착 유니트(1, 2)는, 혼합 가스 공급용의 배관(4a)을 개재하여 혼합 가스 공급부(5)에, 제품 가스 회수용의 배관(4b)을 개재하여 제품 가스 회수부(6)에, 탈착 가스 회수용의 배관(4c)을 개재하여 탈착 가스 회수부(7)에, 연결되어 있다. 제 1흡착 유니트(1) 및 제 2흡착 유니트(2)는, 각 제 1서브 유니트(1a, 2a)에 설치된 제품 가스 출구(1d, 2d)를 연락하는 승압용의 배관(4d)을 개재하여 서로 연결되어 있다. 배관(4a∼4d)에는, 밸브(8a∼8e, 8h∼8k)가 설치되어 있다.
PSA분리장치(X)의 가동시에는, 배관(4a∼4d)에 설치된 밸브(8a∼8e, 8h∼8k), 및, 배관(1c, 2c)에 설치된 밸브(8f, 8g)의 개폐 상태가, 개개로 적절히 절환된다. 이것에 의해, PSA분리장치(X)에서의 가스의 흐름 상태, 및 각 흡착 유니트(1, 2)내의 압력이 조정된다. 각 흡착 유니트(1, 2)에서는, 밸브(8a∼8k)의 절환 상태에 따라 흡착 공정, 탈착 공정, 세정 공정, 승압 공정의 일련의 공정이 행해진다. 흡착 공정은, 흡착제에 대한 불필요 가스의 흡착을 목적으로 해서 고압하에서행해진다. 탈착 공정은, 흡착제로부터의 불필요 가스의 탈착을 목적으로 해서 저압하에서 행해진다. 세정 공정에서는, 유니트내에 잔류하는 탈착 가스 등이 퍼징(purging)에 의해 배출된다. 승압 공정에서는, 흡착 공정으로의 준비를 위해서 유니트내의 압력이 상승된다. 흡착 공정이 행해지고 있는 흡착 유니트(1, 2)내의 최고 압력은, 가령 100kPa(게이지압) 이상, 보다 바람직하게는 400∼1000kPa(게이지압)이다. 탈착 공정이 행해지고 있는 흡착 유니트(1, 2)내의 최저 압력은, 가령 대기압 정도이다. 세정 공정이 행해지고 있는 흡착 유니트(1, 2)의 최저 압력은, 가령 대기압 이상 50kPa(게이지압) 이하이다.
본 실시예에서는, 이상과 같이 구성된 PSA분리장치(X)를 사용하여, 혼합 가스로부터 불필요 가스가 제거되고, 그 결과, 혼합 가스로부터의 목적 가스의 분리가 달성된다. 목적 가스로서는, 전형적으로 수소 가스를 들 수 있지만, 그 밖에 질소 가스나 산소 가스 등을 들 수 있다.
각 흡착 유니트(1, 2) 또는 각 서브 유니트(1a, 1b, 2a, 2b)에서는, 도 2에 나타낸 바와 같은 타이밍(스텝)으로 각 공정이 행해진다. 도 2에 나타낸 스텝(1∼8)을 1사이클로 하여, 이와 같은 사이클이 반복해서 행해진다. 도 2에는, 각 스텝에서의 각 밸브(8a∼8k)의 개폐 상태도 나타나 있다. 도 3A∼3D 및 도 4A∼4D는, 스텝 1∼8에 대응하는 가스의 흐름도이다.
스텝 1에서는, 각 밸브(8a∼8k)의 개폐 상태가 도 2에 나타낸 바와 같이 선택되어, 도 3A에 나타낸 바와 같은 가스의 흐름 상태가 실현된다. 제 1흡착 유니트(1)에서는 흡착 공정이 행해지고, 제 2흡착 유니트(2)에서는 탈착 공정이 행해진다.
보다 구체적으로는, 도 1 및 도 3A에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착 유니트(1)에서는, 제 1서브 유니트(1a)와 제 2서브 유니트(1b)는 연통 상태로 되어 있다. 제 1서브 유니트(1a)는 제품 가스 회수부(6)와 연통되어 있다. 제 2서브 유니트(1b)는, 혼합 가스 공급부(5)와 연통되고, 혼합 가스 공급부(5)로부터의 혼합 가스(G1)가 혼합 가스 공급용 배관(4a)을 개재하여 공급된다. 혼합 가스(G1)는, 제 2서브 유니트(1b)에서 불필요 가스의 일부가 제거되고, 배관(1c)을 개재하여 제 1서브 유니트(1a)에 공급된다. 제 1서브 유니트(1a)에서는, 혼합 가스(G1)에 포함된 불필요 가스가 추가로 제거되고, 제품 가스(G2)가 배출된다. 제품 가스(G2)는, 배관(4b)을 개재하여 제품 가스 회수부(6)로 회수된다.
제 2흡착 유니트(2)에서는, 제 1서브 유니트(2a)와 제 2서브 유니트(2b)는 비연통 상태로 되어 있다. 제 1서브 유니트(2a)는, 폐쇄 상태로 되어 있으며, 어떠한 가스의 출입은 없다. 제 1서브 유니트(2a)에서는 먼저 흡착 공정이 행해지고 있었기 때문에, 제 1서브 유니트(2a)의 내부는 고압으로 유지되어 있다. 제 2서브 유니트(2b)는, 탈착 가스 회수부(7)와 연통되어 있다. 제 2서브 유니트(2)에서는 먼저 흡착 공정이 행해지고 그 내부가 고압이었으므로, 탈착 가스 회수부(7)와 연통 상태로 됨으로써, 제 2서브 유니트(2b)의 내부는 감압된다. 이 감압에 의해, 흡착제에 흡착되어 있던 불필요 가스가 흡착제로부터 탈착된다. 탈착 가스의 일부는, 배출 가스(G3)로서 배관(4c)을 개재하여 탈착 가스 회수부(7)로 회수된다.
제 2서브 유니트(2b)는, 제 2흡착 유니트(2)에서 다른 스텝으로 혼합가스(G1)가 도입되는 측으로 배치되어 있으므로, 제 2흡착 유니트(2)에서는, 불필요 가스의 대부분이 제 2서브 유니트(2b)의 흡착제에 흡착되어 있다. 그 때문에, 제 2서브 유니트(2b)에서 불필요 가스의 탈착이 행해지면, 제 2흡착 유니트(2)의 전체로서는 불필요 가스의 대부분의 탈착이 행해지게 된다. 따라서, 본 공정에서는 적극적으로 제 1서브 유니트(2a)의 탈착을 행할 필요는 없다. 제 1서브 유니트(2a)에서의 불필요 가스의 탈착은, 사실상 나중에 행해지는 세정(퍼징) 공정에서 행해지게 된다.
스텝 2에서는, 각 밸브(8a∼8k)의 개폐 상태는 도 2에 나타낸 바와 같이 선택되어, 도 3B에 나타낸 바와 같은 가스의 흐름 상태가 실현된다. 제 1흡착 유니트(1)에서는 흡착 공정이 행해지고, 제 2흡착 유니트(2)에서는 세정(퍼징) 공정이 행해진다.
보다 구체적으로는, 도 1 및 도 3B에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착 유니트(1)에서는, 스텝 1의 경우와 동일하게 해서 흡착 공정이 행해진다. 제 2흡착 유니트(2)에서는, 제 1서브 유니트(2a)와 제 2서브 유니트(2b)는 연통 상태로 되어 있다. 제 2서브 유니트(2b)는 탈착 가스 회수부(7)와 연통되어 있다. 제 1서브 유니트(2a)는 먼저 행해진 흡착 공정에서의 고압 상태로 유지되고 있고, 제 2서브 유니트(2b)는 탈착 공정이 종료되어 저압 상태에 있기 때문에, 제 1서브 유니트(2a)의 내부에 잔류하는 가스는, 제 2서브 유니트(2b)에 공급된다. 이에 따라서, 제 1서브 유니트(2a)는 감압되고, 제 1서브 유니트(2a)의 흡착제로부터 불필요 가스가 탈착된다. 이 불필요 가스도 제 2서브 유니트(2b)에 공급된다. 제 2서브유니트(2b)로부터는, 그 내부의 잔류 가스가 배출된다. 이 배출 가스(G3)는, 배관(4c)을 개재하여 탈착 가스 회수부(7)로 회수된다.
제 1서브 유니트(2a)에 잔류하고 있던 가스는, 먼저 행해진 흡착 공정에서, 제 2서브 유니트(2b)에서 불필요 가스의 대부분이 제거된 것이다. 그 때문에, 본 공정에서 제 1서브 유니트(2a)의 흡착제로부터 탈착된 불필요 가스가 이 잔류 가스에 혼재했다 해도, 이 잔류 가스는, 불필요 가스 농도가 낮은 제품 가스에 가까운 조성을 갖는다. 따라서, 제 1서브 유니트(2a)의 잔류 가스가, 탈착 공정이 종료된 제 2서브 유니트(2b)를 통과해도, 일단 불필요 가스가 탈착된 제 2서브 유니트(2b)의 흡착제에 대해서, 불필요 가스가 다시 다량으로 흡착되는 일없이, 제 2서브 유니트(2b)내에 잔존하는 탈착 가스가 외부로 배출된다. 이와 같이 해서, 제 2서브 유니트(2b)의 세정은 적절히 행해진다.
또, 제 1서브 유니트(2a)의 제품 가스 출구(2d)로부터 먼 부위에 있는 잔류 가스로부터 가까운 부위에 있는 잔류 가스가, 순차로 제 2서브 유니트(2b)로 공급되므로, 제 2서브 유니트(2b)로 도입되는 잔류 가스는, 불필요 가스 농도가 경시적으로 작아진다. 그 결과, 제 2서브 유니트(2b)의 내부의 불필요 가스 농도(분압)는 경시적으로 작아지고, 제 2서브 유니트(2b)의 흡착제로부터의 불필요 가스의 탈착이 촉진된다. 이것에 의해, 제 2서브 유니트(2b)에서의 흡착제의 재생 효율이 높아지는 등과 같은 이점이 얻어진다.
스텝 3에서는, 각 밸브(8a∼8k)의 개폐 상태는 도 2에 나타낸 바와 같이 선택되고, 도 3C에 나타낸 바와 같은 가스의 흐름 상태가 실현된다. 제 1흡착유니트(1)에서는 흡착 공정, 제 2흡착 유니트(2)에서는 세정(퍼징) 공정이 행해진다.
보다 구체적으로는, 도 1 및 도 3C에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착 유니트(1)에서는, 제 1서브 유니트(1a)와 제 2서브 유니트(1b)는 연통 상태로 되어 있다. 제 1서브 유니트(1a)는 제품 가스 회수부(6)와 연통되고, 제 2서브 유니트(1b)는 혼합 가스 공급부(5)와 연통되어 있다. 제 2서브 유니트(1b) 및 제 1서브 유니트(1a)에 의해 불필요 가스가 제거된 제품 가스(G2)가 제 1서브 유니트(1a)로부터 도출되는 점에서는 스텝 1 및 스텝 2와 동일하다. 단, 스텝 3에서는, 제 1서브 유니트(1a)는, 제 2흡착 유니트(2)의 제 1서브 유니트(2a)와도 연통되고, 제품 가스(G2)를 제 1서브 유니트(2b)에 공급 가능하게 되어 있다.
제 2흡착 유니트(2)에서는, 제 1서브 유니트(2a)와 제 2서브 유니트(2b)는 연통 상태로 되어 있다. 제 1서브 유니트(2a)는 제 1흡착 유니트(1)의 제 1서브 유니트(1a)와 연통되고, 제 2서브 유니트(2b)는 탈착 가스 회수부(7)와 연통되어 있다. 제 1흡착 유니트(1)의 제 1서브 유니트(1a)는 흡착 공정을 한창 행하고 있는 중이므로 고압임과 동시에, 제 2흡착 유니트(2)의 제 1서브 유니트(2a)는 먼저 잔류 가스를 방출하고 저압하에 있으므로, 제 2흡착 유니트(2)의 제 1서브 유니트(2a)에는 제 1흡착 유니트(1)의 제 1서브 유니트(1a)로부터의 제품 가스(G2)가 도입된다. 이 제품 가스(G2)는, 또한 배관(2c)을 개재하여 제 2서브 유니트(2b)로 도입된다.
제 2흡착 유니트(2)의 제 1서브 유니트(2a)는, 먼저 사실상의 탈착 공정을행하고 있으므로, 내부에는 탈착 가스가 잔존하고 있을 우려가 있지만, 그와 같은 경우에도, 본 스텝에서의 제품 가스(G2)의 도입에 의해, 탈착 가스가 제 1서브 유니트(2a)로부터 배출되어, 제 2서브 유니트(2b)로 도입된다. 제 2서브 유니트(2b)로 도입된 가스는, 제 2서브 유니트(2b)로부터 배출되고, 배출 가스(G3)로서 배관(4c)을 개재하여 탈착 가스 회수부(7)로 회수된다. 이 때, 스텝 2에서의 세정 공정에 의해서도 또한 제 2서브 유니트(2b)내에 탈착 가스가 잔존하고 있었다 해도, 그 탈착 가스도 제 2서브 유니트(2b)로부터 배출된다.
이와 같이 해서, 제 2흡착 유니트(2)의 제 1 및 제 2서브 유니트(2a, 2b)의 내부의 세정이 행해진다. 세정에 사용되는 세정 가스는 불필요 가스 농도가 낮은 제품 가스(G2)이므로, 이 세정(퍼징) 공정에서는 각 서브 유니트(2a, 2b)에서 불필요 가스가 재흡착되어 버리는 것을 염려할 필요는 없다.
또, 스텝 3의 세정 공정 전에는, 스텝 2에서도 제 1서브 유니트(2a)로부터의 잔류 가스에 의해 제 2서브 유니트(2b)의 세정이 행해지고 있으므로, 스텝 3의 세정 공정에서 필요로 하는 세정 가스(제품 가스(G2))의 양은 적어도 된다. 그 결과, 각 서브 유니트(2a, 2b)의 세정시에 각 서브 유니트(2a, 2b)로부터 배출되는 제품 가스의 양을 저감하고, 또는 제품 가스를 배출하는 일없이, 세정 공정을 행할 수 있다. 또한, 스텝 2에서 제 1서브 유니트(2a)의 잔류 가스나 압력을 유효하게 이용함으로써, 전체로서의 세정 효율을 높일 수 있고, 그 결과, 흡착제의 재생을 보다 확실하게 행할 수 있게 된다.
스텝 4에서는, 각 밸브(8a∼8k)의 개폐 상태는 도 2에 나타낸 바와 같이 선택되고, 도 3D에 나타낸 바와 같은 가스 흐름 상태가 실현된다. 제 1흡착 유니트(1)에서는 흡착 공정이 행해지고, 제 2흡착 유니트(2)에서는 승압 공정이 행해진다.
보다 구체적으로는, 도 1 및 도 3D에 나타낸 바와 같이, 제 1흡착 유니트(1)에서는, 스텝 3의 경우와 동일하게 해서, 각 서브 유니트(1a, 1b)에서의 불필요 가스의 흡착과, 제 2흡착 유니트(2)의 제 1서브 유니트(2a)로의 제품 가스(G2)의 공급이 행해진다.
제 2흡착 유니트(2)에서, 제 1서브 유니트(2a)와 제 2서브 유니트(2b)는 연통 상태로 되어 있다. 제 1서브 유니트(2a)는, 제 1흡착 유니트(1)의 제 1서브 유니트(1a)와 연통되어 있다. 제 2서브 유니트(2b)는, 혼합 가스 공급부(5)와도 탈착 가스 회수부(7)와도 연통되어 있지 않다. 각 서브 유니트(2a, 2b)는, 탈착 공정 및 세정(퍼징) 공정이 종료되어 저압하에 있으며, 제 2서브 유니트(2b)가 제 1서브 유니트(2a)와만 연통되어 있기 때문에, 제 1흡착 유니트(1)로부터 제품 가스(G2)가 도입됨으로써, 제 1 및 제 2서브 유니트(2a, 2b)의 내부 압력이 상승한다.
스텝 5∼스텝 8에서, 각 밸브(8a∼8k)의 개폐 상태는 도 2에 나타낸 바와 같이 선택되고, 도 4A∼4D에 나타낸 바와 같은 가스의 흐름 상태가 실현된다. 제 1흡착 유니트(1)에서는, 스텝 1∼스텝 4에서 제 2흡착 유니트(2)에서 행해지고 있던 것과 동일한 공정이 행해짐과 동시에, 제 2흡착 유니트(2)에서는, 스텝 1∼스텝 4에서 제 1흡착 유니트(1)에서 행해지고 있던 것과 동일한 공정이 행해진다.
보다 구체적으로는, 제 1흡착 유니트(1)에 대해서 스텝(5)에서는, 도 4A에나타낸 바와 같이 제 2서브 유니트(1b)에서의 불필요 가스의 탈착이 행해진다. 스텝 6에서는, 도 4B에 나타낸 바와 같이 제 1서브 유니트(1a)의 잔류 가스에 의한 제 2서브 유니트(1b)의 세정(퍼징)이 행해진다. 스텝 7에서는, 도 4C에 나타낸 바와 같이 제품 가스(G2)에 의한 제 1 및 제 2서브 유니트(1a, 1b)의 세정(퍼징)이 행해진다. 스텝 8에서는, 도 4D에 나타낸 바와 같이 제품 가스(G2)에 의한 제 1 및 제 2서브 유니트(1a, 1b)의 승압이 행해진다.
스텝 4에서 승압 공정이 종료되어 있는 제 2흡착 유니트(2)에 대해서, 스텝 5∼스텝 8에서는, 도 4A∼도 4D에 나타낸 바와 같이 흡착 공정이 행해진다. 스텝 7 및 스텝 8에서, 제품 가스(G2)의 일부는 제 1흡착 유니트(1)의 제 1서브 유니트(1a)에 공급된다.
이상과 같은 일련의 스텝 1∼스텝 8이 반복해서 행해짐으로써, 제 1흡착 유니트(1) 및 제 2흡착 유니트(2)에서, 혼합 가스로부터의 목적 가스의 분리가 연속적으로 행해져서, 목적 가스가 부화된 제품 가스가 얻어진다.
본 발명에 있어서는, 제 1흡착 유니트(1)에서 착안하면, 흡착 공정(스텝 1∼4)에서 제 2서브 유니트(1b)의 혼합 가스 입구(1e)로부터 혼합 가스(G1)가 도입되고, 제 1서브 유니트(1a)의 제품 가스 출구(1d)로부터 가스(G2)가 도출된다. 이 때문에, 흡착 공정이 종료된 제 1흡착 유니트(1)에서는, 제품 가스 출구(1d)에 가까운 부위(제 1서브 유니트(1a))일수록 불필요 가스의 농도가 낮다. 한편, 혼합 가스 입구(1e)에 가까운 부위(제 2서브 유니트(1b))의 흡착제일수록 흡착된 불필요 가스의 양이 많아져 있다. 그리고, 탈착 공정(스텝 5)에서 제 2서브 유니트(1b)만을 개방하면, 제2서브 유니트(1b)내의 압력이 저하되어 흡착제로부터 불필요 가스가 탈착되고, 이 가스가 제 2서브 유니트(1b)의 외부로 배출된다. 따라서, 탈착 공정(스텝 5)에서는, 제 1흡착 유니트(1) 전체로서 보면, 불필요 가스의 흡착량이 많은 부분만이 감압되므로, 제 1흡착 유니트(1) 전체의 흡착을 한번에 행하는 경우에 비하면, 효율 좋게 탈착이 행해지게 된다.
세정 공정(스텝 6)에서는, 목적 가스의 농도가 높은 제 1서브 유니트(1a)와, 흡착제로부터 탈착된 탈착 가스의 일부가 내부에 체류한 제 2서브 유니트(1b)가 연통 상태로 된다. 제 2서브 유니트(1b)는, 먼저 탈착 공정(스텝 5)을 종료하고 저압이 되어 있는 데에 반해서, 제 1서브 유니트(1a)는, 흡착 공정(스텝 1∼4)이 종료되고 고압인 채로 있다. 그 때문에, 제 1서브 유니트(1a)와 제 2서브 유니트(1b)를 연통 상태로 하면, 이들의 압력차에 기인해서 제 1서브 유니트(1a)의 내부에 있는 가스가 제 2서브 유니트(1b)로 도입되고, 제 2서브 유니트(1b)에 체류하는 탈착 가스가 제 2서브 유니트(1b)의 외부로 배출된다. 그리고, 제 2서브 유니트(1b)의 외부로 탈착 가스를 배출하고, 목적 가스의 농도가 높은 가스를 제 2서브 유니트(1b)내로 도입하면, 제 2서브 유니트(1b)내의 불필요 가스의 농도(분압)가 작아진다. 특히, 제 1서브 유니트(1a)로부터는 제품 가스 출구(1d)에서 먼쪽으로부터 가까운쪽의 잔류 가스가, 순차로 제 2서브 유니트(1b)에 공급되므로, 제 2서브 유니트(1b)에 공급되는 세정 가스는, 경시적으로 불필요 가스의 농도가 낮아져서, 제 2서브 유니트(1b)내의 불필요 가스의 분압을 작게 유지할 수 있다. 그 결과, 제 2서브 유니트(1b)내에서의 흡착제로부터의 불필요 가스의 탈착이 촉진되어, 제 2서브 유니트(1b)에서의 흡착제의 재생 효율이 높아지는 등과 같은 이점이 얻어진다.
또한, 제 1서브 유니트(1a)로부터의 세정 가스에 의해 제 2서브 유니트(1b)의 세정을 행하면, 해당 세정후에서의 제 2서브 유니트(1b)의 불필요 가스의 농도 분포는, 세정전의 제 1서브 유니트(1a)의 불필요 가스의 농도 분포, 즉 제품 가스 출구(1d) 부근의 농도 분포로 치환된 상태로 되어 있다. 그 결과, 이 세정 공정 종료 후의 제 2서브 유니트(1b)의 내부는, 전체적으로 불필요 가스 농도가 낮아져 있으며, 만일 제 1서브유닛(1a)으로부터의 세정가스의 공급만으로 세정공정을 종료하고, 이어서 승압, 흡착 공정을 행했다 해도, 제품 가스에 혼입되는 불필요 가스의 양은 적어진다. 이 경우에는, 세정전(흡착 공정 종료 후)에 제 1서브 유니트(1a)에 존재하는 목적 가스가 제 1흡착 유니트(1)로부터 배출되는 양이 감소하기 때문에, 목적 가스의 수율을 높일 수 있는 등과 같은 이점도 누릴 수 있다.
이상으로 설명한 이점은, 제 1흡착 유니트(1)와 마찬가지로, 제 2흡착 유니트(2)에서도 누릴 수 있다.
또, 본 발명에서는, 흡착 공정 종료 후의 제 1흡착 유니트에서는, 계속해서 제 2서브 유니트(1b)의 탈착(탈착 공정) 및 제 1서브 유니트(1a)로부터 제 2서브 유니트(1b)로의 가스의 공급(세정 공정)이 행해진다. 그 때문에, 흡착 공정이 종료된 제 2흡착 유니트(2)의 가스를, 탈착 공정이 종료된 제 1흡착 유니트(1)에 공급하고, 제 1흡착 유니트(1)를 세정하는 것은 적어도 제 2서브 유니트(1b)의 정화의 관점에서는 필수가 아니다. 그 결과, PSA법에 의해 연속적으로 제품 가스를 얻을 수 있도록 장치를 구성하는 경우, 흡착 유니트의 수는 최저 2개로도 좋으며, 장치구성이 간략화 된다. 종래의 방법에서는, 도 5에 나타낸 장치(Y)와 같이, 1개의 흡착 유니트로 세정 공정을 행하면서 목적 가스의 분리를 연속적으로 행하기 위해서는, 감압되는 흡착 유니트, 세정되는 흡착 유니트, 가스 분리의 연속성을 확보하기 위해서 흡착 공정을 행해 제품 가스를 도출하는 흡착 유니트의 합계 3개의 유니트가 필요하게 된다. 이에 반해, 본 발명과 같이, 흡착 유니트 간의 가스 이동에 의한 세정을 필수로 하지 않고, 단일의 흡착 유니트내의 가스 이동에 의한 세정을 행하면, 흡착 공정을 행하는 흡착 유니트와 흡착제의 재생을 행하는 흡착 유니트의 합계 2개의 흡착 유니트로써, 가스 분리의 연속성은 확보된다. 이와 같이, 본 발명에 관계되는 분리방법을 적용하면, 흡착 유니트의 수를 적게 할 수 있음과 동시에, 세정용의 배관을 불필요하게 하여, 밸브의 총수를 줄일 수 있다. 그 결과, 장치 구성이 간략화 되고 장치의 제어도 용이해진다.
본 발명은, 혼합 가스로부터 각종의 목적 가스, 가령 수소 가스, 질소 가스, 또는 산소 가스를 얻는 경우에 적용할 수 있다. 특히, 목적 가스로서 수소 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하는 경우, 또는 불순물로서 탄산 가스를 포함하는 혼합 가스로부터 목적 가스를 분리하는 경우에 적절히 채용할 수 있다. 가령, 조성이 수소 가스 60∼90용적％, 탄산 가스(이산화탄소 가스) 10∼40용적％, 일산화탄소 가스 0∼5용적％, 메탄 가스 0∼5용적％, 수증기 0∼5용적％의 혼합 가스로부터 수소 가스를 분리하는 경우에 적절히 채용할 수 있다.
탄산 가스는, 다양한 흡착제에 대해서 흡착하기 쉽고, 일단 흡착되면 탈착되기 어렵다. 그 때문에, 세정 공정에서 탄산 가스를 적절히 제거하지 않으면, 탄산가스 이외의 불필요 가스(가령 메탄)가 흡착제에 흡착되는 비율이 작아져서, 수소 가스의 수율이 저하되어 버린다. 따라서, 본 발명은 탄산 가스를 불필요 가스로서 포함하는 혼합 가스로부터의 수소 가스의 분리에 적절히 채용할 수 있다. 또, 수소 가스는, 가령 메탄올이나 천연 가스를 열분해(수증기 개질)함으로써 얻어지기 때문에, 목적 가스로서 수소 가스를 분리하는 경우에는, 불필요 가스로서 탄산 가스를 함유하는 일이 많다. 이러한 관점에서도 본 발명은 탄산 가스를 포함하는 혼합 가스로부터 수소 가스를 분리하는 경우에 적절히 채용할 수 있다.
본 실시예에서는, 흡착 유니트는 2개이고, 각 흡착 유니트를 구성하는 서브 유니트는 2개이지만, 본 발명은, 흡착 유니트 3개 이상인 경우에도, 각 흡착 유니트를 구성하는 서브 유니트가 3개 이상인 경우에도 적용 가능하다. 또, 배출 가스(G3)의 독성이 낮은 경우에는, PSA분리장치(X)에 대해서 탈착 가스 회수부(7)가 되는 것을 별도로 설치하는 일없이, 배출 가스(G3)를 대기중으로 방출해도 된다.
<실시예>
다음에, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 설명한다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같은 2개의 흡착 유니트(1, 2)로 이루어지며, 각 흡착 유니트(1(2))가 2개의 서브 유니트(1a, 1b(2a, 2b))를 갖는 PSA분리장치(X)를 사용했다. 이 PSA분리장치(X)에 의해, 이하에서 설명하는 조건하에서 도 2에 나타낸 스텝 1∼8로 이루어지는 1사이클을 반복해서 행하여 혼합 가스로부터의 수소 가스의 분리를 시험했다.
각 흡착 유니트(1(2))에 대해서는, 제 1서브 유니트(1a(2a))에 흡착제로서의 제오라이트 몰레큘러 시브(Ca5A형)(상품명「5A8X12HP」:유니온 쇼와(주) 제) 0.9리터를, 제 2서브 유니트(1b(2b))에 흡착제로서의 제오라이트 몰레큘러 시브(Ca5A형)0.44리터 및 카본 몰레큘러 시브(상품명 「H2- D55/2」: 카보테크(주) 제) 1.66리터를 충전했다. 혼합 가스로서는, 조성이 수소 가스 77.77용적％, 탄산 가스(이산화탄소 가스) 19.62용적％, 일산화탄소 가스 1용적％, 질소 가스 0.0008용적％, 메탄 가스 1.61용적％인 것을 사용했다. 혼합 가스의 공급량은, 851리터/hr(표준 상태 환산)로 했다. 흡착 공정에서의 흡착 유니트내의 최고 압력은 850kPa(게이지압)로 하고, 탈착 공정에서의 흡착 유니트내의 최저 압력은 최저 6kPa(게이지압)로 했다.
그 결과, 얻어지는 제품 가스의 유량은 503리터/hr(표준 상태 환산)이었다. 제품 가스의 수소 가스 순도는 99.999％이었다. 수소 가스의 수율(혼합 가스 중의 수소 가스량에 대해서 회수되는 수소 가스의 비율)은 76％이었다.
[비교예 1]
본 비교예에서는, 도 4에 나타낸 바와 같은 3개의 흡착탑(1'∼3')으로 이루어지며, 각 흡착탑(1'∼3')이 복수의 서브 유니트로 분리되어 있지 않은 PSA분리장치(Y)를 사용했다. 이 PSA분리장치(Y)에 의해, 이하에서 설명하는 조건하에서 도 8에 나타낸 스텝으로 이루어지는 사이클을 반복해서 행하여 혼합 가스로부터의 수소가스의 분리를 시도했다.
각 흡착탑(1'∼3')내에는, 흡착제로서의 제오라이트 몰레큘러 시브 1.34리터 및 카본 몰레큘러 시브 1.66리터(합계 3.0리터)를 충전했다. 혼합 가스의 공급량은, 실시예 1과 동일하게 했다. 흡착 공정에서의 흡착탑(1'∼3')내의 최고 압력은 850kPa(게이지압), 탈착 공정에서의 흡착탑(1'∼3')내의 최저 압력은 6kPa(게이지압), 감압 공정에서의 각 흡착탑(1'∼3')내의 최종 압력은 350kPa(게이지압)로 했다.
그 결과, 얻어지는 제품 가스의 유량은 503리터/hr(표준 상태 환산)이었다. 제품 가스의 수소 가스 순도는 99.999％이었다. 수소 가스의 수율은 76％이었다.
실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 얻어지는 수소 가스의 순도나 수율이 동일하다. 그러나, 실시예 1에서는 2개의 흡착 유니트(1, 2)의 흡착제의 합계량이 6리터((0.9+2.1)×2)이다. 이에 반해, 비교예 1에서는 3개의 흡착탑(1'∼3')의 흡착제의 합계량이 9리터(3×3)이다. 결국, 실시예 1에서 적용된 분리방법에서는, 적은 흡착제의 사용량으로 종래와 동일한 결과가 얻어지고 있다.

Claims (8)

  1. 흡착제가 충전된 복수의 흡착 유니트를 사용해서 혼합 가스로부터 목적 가스를 분리하기 위한 방법으로서,
    선택된 1개의 흡착 유니트에 상기 혼합 가스를 도입하고, 해당 혼합 가스에 포함된 불필요 가스를 상기 흡착제로 흡착시켜, 상기 목적 가스가 부화된 제품 가스를 상기 흡착 유니트로부터 도출하는 흡착 공정과,
    상기 흡착제로부터 상기 불필요 가스를 탈착시키는 탈착 공정과,
    세정 가스를 사용해서 상기 흡착 유니트에 잔류하는 잔류 가스를 상기 흡착 유니트로부터 배출하는 세정 공정과,
    상기 흡착 유니트의 내부의 압력을 상승시키는 승압 공정을 포함하는 1사이클을 각 흡착 유니트에서 반복해서 행하고,
    상기 각 흡착 유니트는, 상기 제품 가스가 도출되는 제품 가스 출구를 갖고 제 1흡착제가 충전된 제 1서브 유니트, 상기 혼합 가스가 도입되는 혼합 가스 입구를 갖고 상기 제 1서브 유니트에 접속하면서 제 2흡착제가 충전된 제 2서브 유니트, 및 상기 제 1서브 유니트와 상기 제 2서브 유니트가 연통되는 상태와 연통되지 않는 상태를 절환하기 위한 절환 수단을 구비하고,
    상기 탈착 공정은, 상기 제 1서브 유니트 및 상기 제 2서브 유니트를 비연통 상태로 함과 동시에, 상기 제 2서브 유니트의 상기 혼합 가스 입구를 개방함으로써 행해지고,
    상기 세정 공정은, 상기 제 1서브 유니트 및 상기 제 2서브 유니트를 연통 상태로 함으로써 상기 제 1서브 유니트에 잔류하는 제 1잔류 가스를 상기 세정 가스로서 상기 제 2서브 유니트로 도입함과 동시에, 해당 제 2서브 유니트에 잔류하는 제 2잔류 가스를 상기 혼합 가스 입구를 개재하여 배출하는 제 2서브 유니트 세정 공정을 포함하는 목적 가스의 분리방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 세정 공정은, 해당 세정 공정을 행하고 있는 제 1흡착 유니트에서의 제 1서브 유니트 및 제 2서브 유니트를 연통 상태로 하고, 상기 흡착 공정을 행하고 있는 제 2흡착 유니트의 제 1서브 유니트로부터 도출되는 상기 제품 가스를 상기 세정 가스로서 상기 제 1흡착 유니트의 상기 제 1서브 유니트로 도입함과 동시에, 상기 제 1흡착 유니트에서의 상기 제 1서브 유니트 및 상기 제 2서브 유니트에 잔류하는 제 3잔류 가스를, 상기 제 1흡착 유니트에서의 상기 제 2서브 유니트의 상기 혼합 가스 입구를 개재하여 배출하는 연속 서브 유니트 세정 공정을 더 포함하고 있는 목적 가스의 분리방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 연속 서브 유니트 세정 공정에서는, 상기 제 1흡착 유니트에서의 상기 제 1서브 유니트 내부의 최저 압력은, 대기압 이상이고 50kPa(게이지압)이하인 목적 가스의 분리방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 흡착 공정에서는, 상기 흡착 유니트의 내부의 최고 압력은 100kPa(게이지압) 이상인 목적 가스의 분리방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1서브 유니트에서의 상기 제 1흡착제의 충전 용적은, 상기 흡착 유니트에서의 상기 제 1흡착제 및 상기 제 2흡착제의 합계 충전 용적의 20∼80인 목적 가스의 분리방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 혼합 가스는, 상기 목적 가스로서 수소 가스를 포함하고 있는 목적 가스의 분리방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 혼합 가스는 상기 불필요 가스로서 탄산 가스를 포함하고 있는 목적 가스의 분리방법.
  8. 흡착제가 충전된 복수의 흡착 유니트를 구비하고 혼합 가스로부터 목적 가스를 분리하기 위한 장치로서,
    선택된 1개의 흡착 유니트에 상기 혼합 가스를 도입하고, 해당 혼합 가스에 포함된 불필요 가스를 상기 흡착제에 흡착시켜, 상기 목적 가스가 부화된 제품 가스를 상기 흡착 유니트로부터 도출하는 흡착 공정과,
    상기 흡착제로부터 상기 불필요 가스를 탈착시키는 탈착 공정과,
    세정 가스를 사용해서 상기 흡착 유니트에 잔류하는 잔류 가스를 상기 흡착 유니트로부터 배출하는 세정 공정과,
    상기 흡착 유니트의 내부의 압력을 상승시키는 승압 공정을 포함하는 1사이클을 각 흡착 유니트에서 반복해서 행하도록 구성되어 있으며,
    상기 각 흡착 유니트는, 상기 제품 가스가 도출되는 제품 가스 출구를 갖고 제 1흡착제가 충전된 제 1서브 유니트, 상기 혼합 가스가 도입되는 혼합 가스 입구를 갖고 상기 제 1서브 유니트에 접속하면서 제 2흡착제가 충전된 제 2서브 유니트, 및 상기 제 1서브 유니트와 상기 제 2서브 유니트가 연통되는 상태와 연통되지 않는 상태를 절환하기 위한 절환 수단을 구비하고,
    상기 제 1흡착제 및 상기 제 2흡착제는, 동일 불필요 가스를 흡착 가능한 동일 종류의 흡착제인 목적 가스의 분리장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160137622A (ko) * 2014-03-28 2016-11-30 스미토모 세이카 가부시키가이샤 목적 가스의 정제 방법 및 정제 장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE523278C2 (sv) * 2001-10-11 2004-04-06 Ifoe Ceramics Ab Förfarande och anordning för framställning av syre eller syreberikad luft
CN100336577C (zh) * 2003-02-25 2007-09-12 住友精化株式会社 废气供给方法及目标气体精制系统
JP4898194B2 (ja) * 2005-11-14 2012-03-14 大陽日酸株式会社 圧力変動吸着式ガス分離方法及び分離装置
US8241400B2 (en) * 2009-07-15 2012-08-14 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for the production of carbon dioxide utilizing a co-purge pressure swing adsorption unit
US20120024150A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 David Moniot Biogas Conditioning System and Method
JP5675505B2 (ja) * 2011-06-07 2015-02-25 住友精化株式会社 目的ガス分離方法、および目的ガス分離装置
TWI625297B (zh) * 2014-03-28 2018-06-01 住友精化股份有限公司 氦氣之純化方法及純化系統

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL136381C (ko) * 1962-02-26
FR2070387A5 (ko) * 1969-12-03 1971-09-10 Air Liquide
US4042349A (en) * 1972-10-18 1977-08-16 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method of fractionation of a gaseous mixture by adsorption
US4171206A (en) * 1978-08-21 1979-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Separation of multicomponent gas mixtures
US4375363A (en) * 1978-12-05 1983-03-01 Union Carbide Corporation Selective adsorption process for production of ammonia synthesis gas mixtures
JPS55149621A (en) * 1979-05-09 1980-11-21 Kyozo Kaneko System for separating oxygen from air
US4249915A (en) * 1979-05-30 1981-02-10 Air Products And Chemicals, Inc. Removal of water and carbon dioxide from air
DE3122701A1 (de) * 1981-06-06 1982-12-23 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur trennung von gasgemischen mittels druckwechseltechnik
US4376639A (en) * 1981-12-10 1983-03-15 Calgon Corporation Novel repressurization of pressure swing adsorption system
US4472177A (en) * 1982-09-09 1984-09-18 Air Products And Chemicals, Inc. Control system and method for air fractionation by vacuum swing adsorption
US4539019A (en) * 1983-09-29 1985-09-03 Air Products & Chemicals, Inc. Control system for air fractionation by selective adsorption
DE3543468A1 (de) * 1985-12-09 1987-06-11 Linde Ag Druckwechseladsorptionsverfahren
US4715867A (en) * 1986-04-04 1987-12-29 Calgon Carbon Corporation Auxiliary bed pressure swing adsorption molecular sieve
US4761165A (en) * 1987-09-01 1988-08-02 Union Carbide Corporation Pressure swing adsorption control method and apparatus
GB8726804D0 (en) * 1987-11-16 1987-12-23 Boc Group Plc Separation of gas mixtures including hydrogen
JPH0295409A (ja) * 1988-09-30 1990-04-06 Yutaka Noguchi 窒素ガス分離方法
US5395427A (en) * 1994-01-12 1995-03-07 Air Products And Chemicals, Inc. Two stage pressure swing adsorption process which utilizes an oxygen selective adsorbent to produce high purity oxygen from a feed air stream
US5403385A (en) * 1994-02-08 1995-04-04 Alberta Research Council Serial flow pressure swing adsorption process for gas separation
JPH10272332A (ja) * 1997-03-31 1998-10-13 Nippon Sanso Kk ガス分離装置及びその運転方法
US5914455A (en) * 1997-09-30 1999-06-22 The Boc Group, Inc. Air purification process
US6475265B1 (en) * 1998-10-22 2002-11-05 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption method for production of an oxygen-enriched gas
FR2799987B1 (fr) * 1999-10-25 2002-04-26 Air Liquide Procede d'epuration d'un gaz par adsorption de deux impuretes et dispositif correspondant
US6500235B2 (en) * 2000-12-29 2002-12-31 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process for high recovery of high purity gas

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160137622A (ko) * 2014-03-28 2016-11-30 스미토모 세이카 가부시키가이샤 목적 가스의 정제 방법 및 정제 장치

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