KR20190071335A - 일산화탄소 분리방법 및 일산화탄소 분리시스템 - Google Patents

일산화탄소 분리방법 및 일산화탄소 분리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 일산화탄소 분리방법 및 일산화탄소 분리시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로, 흡착단계; 회수단계; 린스단계; 향류감압단계; 진공탈착/생산단계; 및 축압단계;를 포함하는, 일산화탄소 분리방법 및 일산화탄소 분리시스템에 관한 것이다.

Description

일산화탄소 분리방법 및 일산화탄소 분리시스템{CARBON MONOXIDE SEPARATION PROCESS AND ITS SYSTEM}
본 발명은, 일산화탄소 분리방법 및 일산화탄소 분리시스템에 관한 것이다.
일산화탄소(CO)는, C1 Chemistry의 출발물질인 합성가스(H2/CO)의 원료일 뿐만 아니라, 아세트산, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 포름산, 아크릴산, 포스겐, Fisher-Tropsch 반응, 다양한 의약품 등의 제조 원료로 적용되고 있다.
일산화탄소(CO) 분리는, 대용량 분리를 위해 심냉 분리법(Cryogenic process)이 이용되고, 중소규모 분리를 위해서는 액상흡수법(COPURE process)과 흡착분리법 (CO-VPSA process)이 활용되고 있다. 일산화탄소 흡착분리용으로 상용화되고 있는 일산화탄소 선택성 흡착제는 알루미나, 제올라이트, 활성탄을 기질로 하여 전이금속을 부착시킨 재료로서 저압 영역에서 큰 흡착량을 나타내므로 50 ℃ 이상에서 VPSA(Vacuum pressure swing adsorption) 공정에 적용되고 있으나, 기존의 상용흡착제는 단위 흡착제당 일산화탄소 흡착량이 적고, 일산화탄소 선택도가 낮아 일산화탄소 제품 순도와 생산성이 낮기 때문에, 새로운 흡착제의 개발이 요구된다.
일산화탄소 생산원이 다양화됨에 따라 향후 중규모 CO 농축 및 정제기술 증가가 예상되므로, 일산화탄소 흡착분리공정에서 구성 단계(step)의 연계성을 높이고, 이때 각 단계에서 배출되는 가스를 효율적으로 활용함으로써 일산화탄소 제품의 순도뿐만 아니라 회수율을 극대화하고, 단위 흡착제 당 생산성을 높일 수 있는 CO-VPSA 공정 개발이 요구된다.
본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡착탑에서 일산화탄소의 순도 및 회수율을 향상시키고, 일산화탄소 분리공정에서 공정 효율을 향상시킴으로써 분리에너지를 줄일 수 있는, 일산화탄소 분리방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 의한 일산화탄소 분리방법을 이용하는 일산화탄소 분리시스템에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 양상은,
일산화탄소 함유 피드(Feed)를 일산화탄소 선택성 흡착제가 충전된 흡착탑으로 도입하여 일산화탄소를 흡착시키는 흡착단계; 흡착탑으로 린스단계에서 배출되는 일산화탄소 혼합물을 도입하여 상기 혼합물 중의 일산화탄소를 회수하는 회수단계; 상기 회수단계 또는 상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑으로 린스가스(Rinse gas)를 도입하여 일산화탄소에 일부 흡착되어 있던 불순물 가스들을 세정하면서 흡착탑 내의 일산화탄소 순도를 높이는 린스단계; 상기 린스단계가 종료된 흡착탑의 내부를 일정 압력까지 낮추어 일산화탄소를 생산하는 향류감압단계; 상기 향류감압단계가 종료된 상기 흡착탑의 압력을 대기압 또는 대기압 이하로 낮추어 흡착제에 흡착된 일산화탄소를 진공 탈착하고 배출하여 고순도 일산화탄소 제품을 생산하는 진공탈착/생산단계; 및 상기 진공탈착/생산단계가 종료된 상기 흡착탑으로 폐가스 저장 탱크에 있는 폐가스를 축압가스로 도입하여 상기 회수단계 또는 상기 흡착단계의 압력까지 높여주는 축압단계;를 포함하고, 상기 향류감압단계 및 상기 진공탈착/생산단계에서 배출된 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분은, 제품 저장 탱크에 보관되고,상기 회수단계 및 상기 흡착단계에서 배출되는 폐가스 중 적어도 일부분은, 폐가스 저장 탱크에 보관되는 것인, 일산화탄소 분리방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 린스단계는, 상기 제품 저장 탱크에 저장된 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분을 흡착탑에 도입하여 세정하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 진공탈착/생산단계는, 진공펌프를 이용하여 흡착된 일산화탄소를 진공 탈착 및 배출하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착단계는, 대기압 내지 30 kgf/cm2.abs의 흡착압력에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 진공탈착/생산단계는, 0.01 kgf/cm2.abs 내지 대기압의 탈착 압력에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 함유 피드는, 10 % 이상의 일산화탄소를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리방법에서 각 단계의 흡착탑은, 0 ℃ 내지 100 ℃의 온도로 유지되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 회수단계는, 상기 흡착단계 이후 또는 이전의 흡착탑에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 일산화탄소 고선택성 흡착제이며, 상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 보헤마이트(Boehmite), 산화알루미나(Alumina), 실리카(Silica), 활성탄(Activated Carbon) 및 제올라이트(Zeolite)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 지지체; 및 니켈, 코발트, 구리 및 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속의 화합물;을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 탄소계 첨가제;를 더 포함하고, 상기 탄소계 첨가제는, 탄화된 글루코스(Glucose) 계열 유기물, 탄화된 셀룰로스(Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 메틸 셀룰로스(Methyl Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 에틸 셀룰로스(Ethyl Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 메틸 에틸 셀룰로스(Methyl Ethyl Cellulose), 탄화된 메틸 프로필 셀룰로스(Methyl Propyl Cellulose), 탄화된 에틸 프로필 셀룰로스(Ethyl Propyl Cellulose) 및 탄화된 프로필 셀룰로스(Propyl Cellulose) 계열 유기물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착단계 이전에, 상기 일산화탄소 함유 피드의 불순물을 제거하는 전처리 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전처리 단계는, 이산화탄소 제거용 흡착제, 황화수소 제거용 흡착제, 수분 제거용 흡착제 및 경질 탄화수소 제거용 흡착제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 흡착제를 이용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전처리 단계는, 상기 폐가스 스트림 중 적어도 일부를 세정가스로 도입하여 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양상은,
일산화탄소를 선택적으로 흡착하는 흡착제가 충전된, 복수 개의 흡착탑; 상기 복수 개의 흡착탑의 양단에 형성된 일산화탄소 함유 피드 공급부 및 린스가스 공급부; 일산화탄소 제품 스트림 배출부, 폐가스 배출부, 및 린스가스 배출부; 상기 일산화탄소 제품 스트림 배출부에서 배출되는 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분을 저장하는 제품 저장 탱크; 및 상기 폐가스 배출부에서 배출되는 폐가스 중 적어도 일부분을 저장하는 폐가스 저장 탱크;를 포함하는, 일산화탄소 분리시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리시스템은, 흡착탑에서 일산화탄소 제품 스트림의 진공탈착 및 배출을 유도하는 진공펌프;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리시스템은, 상기 제품 저장 탱크의 압력을 유지하고, 일정한 압력으로 제품을 배출 위한 압축기;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리시스템은, 일산화탄소 함유 피드를 전처리하는 단일 또는 복수개의 흡착탑;을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 함유 피드를 전처리하는 단일 또는 복수개의 흡착탑은, 단일 또는 서로 상이한 복수개의 흡착제로 충전된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 린스가스 공급부는, 상기 제품 저장 탱크에 보관된 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분을 흡착탑에 공급하고, 상기 폐가스 저장 탱크는, 상기 저장된 폐가스 중 적어도 일부분을 흡착탑에 축압 가스로 공급하는 것일 수 있다.
본 발명은, 일산화탄소 흡착분리공정을 적용하여 고순도의 일산화탄소의 회수율 및 공정 효율이 향상된 일산화탄소 분리방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 일산화탄소를 포함하는 가스 혼합물을 연속적으로 흡착탑에 공급하여, 연속적으로 일산화탄소 제품을 생산할 수 있는 일산화탄소 분리방법 및 이를 이용한 일산화탄소 분리시스템을 제공할 수 있다.
도 1a 내지 1f는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 일산화탄소 분리방법의 공정을 예시적으로 나탄낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 일산화탄소 분리시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은, 일산화탄소 분리방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리방법은, 일산화탄소 고선택성 흡착제를 적용하여, 상기 흡착제에 강하게 흡착되는 고순도 일산화탄소 성분을 제품으로 획득할 수 있는, 일산화탄소의 흡착식 분리 공정에 관련된 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리방법은, 흡착단계(Adsorption step), 회수단계(Recovery step), 린스단계(Rinse step), 향류감압단계(Countercurrent blowdown step), 진공탈착/생산단계(Vacuum desorption step), 축압단계(Repressurization step 또는 Backfill step)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1을 참조하여 설명하여, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 일산화탄소 분리방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착단계는, 일산화탄소 함유 피드(Feed)를 일산화탄소 선택성 흡착제가 충전된 흡착탑으로 도입하여 일산화탄소를 흡착시키는 단계이다. 즉, 도 1a를 참조하면, 일산화탄소 고선택성 흡착제를 적용하여 피드 내의 일산화탄소를 흡착제에 강하게 흡착시키고, 흡착되지 않고 배출되는 가스인 폐가스 스트림은 배출되고, 상기 폐가스 스트림 중 적어도 일부분은 폐가스 저장 탱크에 임시적으로 저장될 수 있다.
예를 들어, 상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 일산화탄소 고선택성 흡착제이며, 상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 보헤마이트(Boehmite), 산화알루미나(alumina), 실리카(Silica), 활성탄(Activated Carbon) 및 제올라이트(Zeolite)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 지지체; 및 니켈, 코발트, 구리 및 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 화합물;을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 일산화탄소 고선택성 흡착제에 대해 10 wt% 내지 50 wt%의 상기 금속 화합물이 상기 지지체 상에 분산된 것일 수 있다. 바람직하게는 구리 화합물이 분산된 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 구리는 제일 구리(Cu(I)) 화합물이며, 보다 구체적으로, 염화제일구리, 불화제일구리, 요오드화제일구리, 브롬화제일구리, 질산화제일구리, 초산제일구리, 티오시안산제일구리, 티오벤조산구리, 티오부틸구리, 벤조산제일구리, 황산제일구리 및 티오황산제일구리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 탄소계 첨가제, 금속계 산화방지제 또는 이 둘;을 더 포함하고, 보다 구체적으로, 탄화된 글루코스(Glucose) 계열 유기물, 탄화된 셀룰로스(Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 메틸 셀룰로스(Methyl Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 에틸 셀룰로스(Ethyl Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 메틸 에틸 셀룰로스(Methyl Ethyl Cellulose), 탄화된 메틸 프로필 셀룰로스(Methyl Propyl Cellulose), 탄화된 에틸 프로필 셀룰로스(Ethyl Propyl Cellulose) 및 탄화된 프로필 셀룰로스(Propyl Cellulose) 계열 유기물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속계 산화방지제는, FeSO4, SnCl2, Na2S2O3, Na2S2O6 및 FeCl2으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 탄소계 첨가제 및 금속계 산화방지제는, 각각, 상기 일산화탄소 고선택성 흡착제에 대해 1 wt% 내지 30 wt%인 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 일산화탄소 함유 피드는, 10 % 이상; 10 % 내지 99 %; 또는 10 % 내지 50 %의 일산화탄소를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 일산화탄소 함유 피드는, 스팀리포밍가스, POX/ATR 가스, 제철소 COG/BFG/LDG 가스, 석탄/바이오매스/MSW가스화반응 가스, 메탄올 퍼지가스, 석유화학공정 부생가스, 탄화수소 가스 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 흡착단계는, 대기압 내지 30 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 15 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 10 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 5 kgf/cm2.abs의 흡착압력에서 실시될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 회수단계는, 린스단계에서 배출되는 폐가스에서 일산화탄소를 회수하는 단계이다. 즉, 도 1b를 참조하면, 린스단계가 진행된 다른 흡착탑에서 배출된 폐가스 스트림, 예를 들어, 일산화탄소 혼합물을 회수단계 진행하기 위한 흡착탑으로 도입하고, 상기 일산화탄소 혼합물 중 일산화탄소를 상기 흡착탑 내에 충전된 흡착제에 흡착시켜 일산화탄소를 회수하는 단계이다. 상기 회수단계는, 린스단계 이후에 배출되는 폐가스 스트림 중에 일산화탄소 성분을 회수하고 이를 고순도 일산화탄소 제품으로 생성할 수 있으므로, 일산화탄소 회수율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 회수단계에서 배출되는 폐가스 스트림 중 적어도 일부분은 폐가스 저장 탱크에 임시적으로 보관될 수 있다.
예를 들어, 상기 회수단계는, 대기압 내지 30 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 15 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 10 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 5 kgf/cm2.abs의 흡착압력에서 실시될 수 있다.
예를 들어, 상기 회수단계는, 상기 흡착단계 이후 또는 이전의 흡착탑에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 린스단계는, 흡착탑으로 린스가스를 도입하여 일산화탄소에 일부 흡착되어 있던 불순물 가스들을 세정하면서 흡착탑 내의 일산화탄소 순도를 높이는 단계이다. 즉, 도 1c를 참조하면, 회수단계 또는 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 린스가스를 도입하여 흡착제에 일부 흡착되어 있던 불순물 가스와 흡착제 사이에 잔존하고 있는 불순물 가스들을 세정한 이후 폐가스를 배출하고, 상기 폐가스 중 적어도 일부분은 회수단계를 위한 흡착탑으로 도입하여 회수단계를 진행할 수 있다. 상기 폐가스는, 상기 폐가스는 상당한 양의 일산화탄소 성분을 포함할 수 있다. 상기 일산화탄소는 린스단계에서 흡착탑 내부 잔류, 흡착제에 흡착된 일산화탄소, 일산화탄소 제품(예를 들어, 제품 저장 탱크에 임시 보관된 것, 이하, 다음에 구체적으로 설명한다.) 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 린스단계는, 일산화탄소 제품을 도입하여 세정할 수 있다. 상기 일산화탄소 제품은, 각 공정에 의해 배출된 일산화탄소 제품 스트림을 임시적으로 보관하는 제품 임시 저장 탱크에서 공급된 것이다.
예를 들어, 상기 제품 저장 탱크는, 압축기에 의해 일정한 압력으로 흡착탑에 도입되고, 상기 린스단계에서 흡착탑 내의 가스 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
예를 들어, 상기 린스단계는, 대기압 내지 30 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 15 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 10 kgf/cm2.abs; 대기압 내지 5 kgf/cm2.abs의 압력에서 실시될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 향류감압단계는, 린스단계가 종료된 흡착탑의 내부를 일정 압력까지 낮추어 향류감압하는 단계이다. 즉, 도 1d를 참조하면, 흡착탑 내의 압력을 낮추어 흡착제에 흡착된 일산화탄소 중 적어도 일부분의 탈착 및 배출 유도하거나 또는 탈착시켜 일산화탄소 제품을 배출하고, 상기 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분은 제품 저장 탱크에 임시적으로 보관될 수 있다.
예를 들어, 상기 향류감압단계는, 1.01 kgf/cm2.abs 내지 상기의 흡착단계 압력에서 수행될 수 있다
본 발명의 일 예로, 상기 진공탈착/생산단계는, 흡착제에 흡착된 일산화탄소를 진공탈착하여 제품을 생산하는 단계이다. 즉, 도 1e를 살펴보면, 상기 향류감압단계가 종료된 상기 흡착탑의 압력을 대기압 또는 대기압 이하로 낮추어 흡착제에 흡착된 일산화탄소를 진공 탈착하고 배출하여 고순도 일산화탄소 제품을 생산할 수 있다.
예를 들어, 상기 진공탈착/생산단계에서 배출된 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분은, 제품 저장 탱크에 보관될 수 있다.
예를 들어, 상기 진공탈착/생산단계는, 0.01 kgf/cm2.abs 내지 대기압; 또는 0.1 kgf/cm2.abs 내지 대기압의 탈착 압력에서 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 진공탈착/생산단계는, 진공펌프를 이용하여 흡착된 일산화탄소를 진공 탈착 및 배출시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 축압단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 축압단계는, 축압가스로 흡착탑에 도입함으로써 다음 사이클에서 수행되는 회수단계 또는 흡착단계의 압력에 비슷하거나 동일하게 맞추어 원활하게 공정이 이루어지도록 한다. 즉, 도 1f를 참조하면, 폐가스 저장 탱크에 저장된 폐가스 중 적어도 일부분을 축압가스로 흡착탑에 도입하여 축압할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 일산화탄소 분리방법에서 각 단계의 흡착탑, 폐가스 저장 탱크 및 제품 저장 탱크는, 0 ℃ 내지 100 ℃; 10 ℃ 내지 90 ℃; 또는 50 ℃ 내지 80 ℃ 온도로 유지되어 각 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 일산화탄소 분리방법은, 4개 이상의 흡착탑을 적용하고, 상기 흡착탑 각각은, 동시에 동일하거나 또는 상이한 단계가 진행될 수 있다. 예를 들어, 하나의 흡착탑은, 흡착단계, 린스단계, 향류감압단계, 진공탈착단계, 축압 단계 및 회수단계의 순서로 진행될 수 있고, 상기 회수단계는 다른 탑의 린스단계에서 배출되는 일산화탄소 혼합물을 도입함으로써 상기 혼합물에서 일산화탄소를 흡착시켜 회수한다.
예를 들어, 상기 4개 이상의 흡착탑은, 단일 또는 서로 상이한 복수개의 흡착제로 충전되고, 단일 또는 다중의 흡착제층으로 충전될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착단계 이전에, 상기 일산화탄소 함유 피드의 불순물을 제거하는 전처리 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전처리 단계는, 일산화탄소 함유 피드 내에서 이산화탄소(CO2), 황화수소, 수분, 탄화 수소, C3 이하 탄화수소(예로 들어, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로필렌, 메틸아세틸렌(MA), 프로파디엔(PD)] 등과 같은 불순물을 흡착방식 또는 흡수식으로 제거하여 흡착단계를 수행하는 흡착탑에 피드를 공급할 수 있다. 이는, 전처리 단계에서 불순물을 제거하여 일산화탄소 제품의 순도를 높이고, 일산화탄소 분리 공정에서 흡착탑의 부하를 낮추어 안정적인 운전을 가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 상기 전처리 단계는, 단일 또는 복수개의 흡착탑을 이용하고, 상기 흡착탑은, 단일 또는 서로 상이한 복수개의 흡착제로 충전되고, 단일 또는 다중의 흡착제층으로 충전될 수 있다.
예를 들어, 상기 전처리 단계 이후에, 상기 단일 또는 복수개의 흡착탑은, 상기 폐가스 스트림 중 적어도 일부분을 세정가스로 적용하여 흡착제를 재생하는 전처리에 활용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리방법은, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면, 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 적용되는 일산화탄소 분리 및 최종 제품 생산을 위한 단계를 더 추가할 수 있으며, 본 명세서에는 구체적으로 언급하지 않는다.
본 발명은, 본 발명에 의한 일산화탄소 분리방법을 이용하는 일산화탄소 분리시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리시스템은, 본 발명에 의한 일산화탄소 분리방법을 이용하여 고순도 일산화탄소의 생산성 및 회수율을 향상시키고, 일산화탄소를 포함하는 혼합가스를 연속적으로 공급하고, 분리된 일산화탄소를 연속적으로 생산할 수 있도록 폐가스 저장 용기 및 제품 저장 용기를 설치하고, 진공펌프 및 압축기를 추가하여 높은 순도 및 적절한 제품 압력으로 연속적으로 일산화탄소 제품을 생산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리시스템은, 분리 공정을 위한 주분리 공정부 및 임시 저장부를 포함하고, 전처리 공정부를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 일산화탄소 분리시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 2에서 상기 주분리 공정부는, 일산화탄소를 선택적으로 흡착하는 흡착제가 충전된 복수 개의 흡착탑; 상기 복수 개의 흡착탑의 양단에 형성된 일산화탄소 함유 피드 (Feed) 공급부 및 린스가스(Rinse gas) 공급부; 일산화탄소 제품 스트림 배출부, 폐가스 스트림 배출부, 및 린스가스 배출부;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 일산화탄소 함유 피드 (Feed) 공급부는, 일산화탄소 함유 피드를 상기 흡착탑으로 공급할 수 있다.
예를 들어, 상기 린스가스 공급부는, 제품 저장 탱크에 보관된 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분을 흡착탑에 공급할 수 있다.
예를 들어, 상기 일산화탄소 제품 스트림 배출부는, 흡착탑에서 제품 저장 탱크로 일산화탄소 제품 스트림을 배출하고, 단일 또는 복수개의 진공펌프가 장착되어 일산화탄소 제품의 탈착 및 배출을 원활하게 진행할 수 있다.
예를 들어, 상기 폐가스 스트림 배출부는, 각 공정 이후에 폐가스 스트림을 폐가스 저장 탱크로 배출할 수 있다. 상기 린스가스 배출부는, 린스단계 이후에 폐가스를 회수단계를 진행하는 흡착탑으로 배출할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 임시 저장부는, 일산화탄소 제품 스트림 배출부에서 배출되는 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분을 저장하는 제품 저장 탱크; 및 폐가스 배출부에서 배출되는 폐가스 중 적어도 일부분을 저장하는 폐가스 저장 탱크;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제품 저장 탱크는, 고압 가스 유입으로 인한 진공펌프의 파손을 방지하기 위해서 버퍼용기(도면에 도시하지 않음)와 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제품 저장 탱크는, 린스단계에서 제품을 도입하기 위한 린스가스 공급부와 연결되고, 상기 제품 저장 탱크의 압력을 유지하고, 일정한 압력으로 제품을 배출, 예를 들어, 상기 린스단계에서 흡착탑에 제품을 일정한 압력으로 흡착탑에 도입하기 위해서 단일 또는 복수개의 압축기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 일산화탄소 분리시스템은, 일산화탄소 함유 가스의 전처리를 위한 전처리 공정부를 포함할 수 있다. 상기 전처리 공정부는, 단일 또는 복수개의 흡착탑을 포함하고, 각 흡착탑은, 피드 공급부, 전처리된 피드를 분리 공정부의 흡착탑으로 도입하기 위한 피드 배출부 및 불순물 배출부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전처리 공정부는, 주분리 공정부의 폐가스 스트림 중 적어도 일부분을 세정가스로 도입하기 위한 세정가스 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일산화탄소 분리시스템은, 압력, 온도, 유량 등을 조절하여 공정의 원활한 운전과 해석을 위해서 본 발명의 기술 분야에서 적용되는 장비를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유량조절기, 유량계, 온도 감지기, 온도 조절기, 밸브, 압력조절기 등이 장착될 수 있으며, 본 명세서에는 구체적으로 언급하지 않는다.
또한, 도 2는, 상기 일산화탄소 분리시스템의 분리 공정의 진행을 위해 최소 단위의 배출관 및 공급관을 제시한 것일 뿐, 각 흡착탑은, 본 발명의 일산화탄소 분리방법의 각 공정을 모두 진행할 수 있고, 이를 위해 필요한 배출관 및 공급관을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.
실시예 1
각 흡착탑에 일산화탄소 선택적으로 흡착하는 Cu(I) 형태의 흡착제가 충전된 4개의 흡착탑, 일산화탄소 제품을 임시로 저장할 수 있는 제품용 임시저장용기와 일산화탄소 성분이 희박하게 들어있는 폐가스를 임시로 저장할 수 있는 폐가스용 임시저장용기, 그리고 하나의 진공펌프와 하나의 압축기로 이루어진 흡착분리장치에서, 원료를 연속적으로 공급하면서 CO제품을 계속 분리생산할 수 있도록 회수 단계(180초), 흡착 단계(180초), 린스 단계(180초), 향류감압 단계(10초), 제품 진공탈착/생산 단계(155초) 그리고 축압 단계(15초)를 순차적으로 수행할 수 있도록 한 사이클 공정이 수행되도록 한 후, 전기가열자켓으로 흡착탑의 온도를 60 ℃로 유지하면서, 원료 유속은 2.35 SLPM (이때 원료 조성은 CO 65.00%, CO2 20.01%, CH4 5.01%, N2 9.98%), 린스 유속은 0.73 SLPM (이때 사용하는 가스 조성은 CO 99.22%, CO2 0.75%, CH4 0.03%, N2 0.0002%), 흡착 압력은 2.5 kgf/cm2.abs, 탈착 압력은 0.13 kgf/cm2.abs의 조건으로 운전하여, CO 제품순도를 99.22%로 얻을 때 CO 성분의 회수율은 90.90% 이었고, 한 사이클이 진행되는 동안 흡착제 1 cm3는 11.66 cm3의 CO를 분리하여 생산하였다.
실시예 2
각 흡착탑에 일산화탄소 선택적으로 흡착하는 Cu(I) 형태의 흡착제가 충전된 4개의 흡착탑, 일산화탄소 제품을 임시로 저장할 수 있는 제품용 임시저장용기와 일산화탄소 성분이 희박하게 들어있는 폐가스를 임시로 저장할 수 있는 폐가스용 임시저장용기, 그리고 하나의 진공펌프와 하나의 압축기로 이루어진 흡착분리장치에서, 원료를 연속적으로 공급하면서 CO제품을 계속 분리생산할 수 있도록 회수 단계(180초), 흡착 단계(180초), 린스 단계(180초), 향류감압 단계(10초), 제품 진공탈착/생산 단계(155초) 그리고 축압 단계(15초)를 순차적으로 수행할 수 있도록 한 사이클 공정이 수행되도록 한 후, 전기가열자켓으로 흡착탑의 온도를 40 ℃로 유지하면서, 원료 유속은 2.30 SLPM (이때 원료 조성은 CO 65.01%, CO2 19.90%, CH4 5.01%, N2 10.08%), 린스 유속은 0.73 SLPM (이때 사용하는 가스 조성은 CO 99.09%, CO2 0.88%, CH4 0.03%, N2 0.001%), 흡착 압력은 2.5 kgf/cm2.abs, 탈착 압력은 0.13 kgf/cm2.abs의 조건으로 운전하여, CO 제품순도를 99.09%로 얻을 때 CO 성분의 회수율은 81.31% 이었고, 한 사이클이 진행되는 동안 흡착제 1 cm3는 10.20 cm3의 CO를 분리하여 생산하였다.
실시예 3
각 흡착탑에 일산화탄소 선택적으로 흡착하는 Cu(I) 형태의 흡착제가 충전된 4개의 흡착탑, 일산화탄소 제품을 임시로 저장할 수 있는 제품용 임시저장용기와 일산화탄소 성분이 희박하게 들어있는 폐가스를 임시로 저장할 수 있는 폐가스용 임시저장용기, 그리고 하나의 진공펌프와 하나의 압축기로 이루어진 흡착분리장치에서, 원료를 연속적으로 공급하면서 CO제품을 계속 분리생산할 수 있도록 회수 단계(180초), 흡착 단계(180초), 린스 단계(180초), 향류감압 단계(10초), 제품 진공탈착/생산 단계(155초) 그리고 축압 단계(15초)를 순차적으로 수행할 수 있도록 한 사이클 공정이 수행되도록 한 후, 전기가열자켓으로 흡착탑의 온도를 60 ℃로 유지하면서, 원료 유속은 2.34 SLPM (이때 원료 조성은 CO 65.00%, CO2 20.01%, CH4 5.01%, N2 9.98%), 린스 유속은 0.73 SLPM (이때 사용하는 가스 조성은 CO 99.01%, CO2 0.96%, CH4 0.03%, N2 0.005%), 흡착 압력은 2.5 kgf/cm2.abs, 탈착 압력은 0.12 kgf/cm2.abs의 조건으로 운전하여, CO 제품순도를 99.01%로 얻을 때 CO 성분의 회수율은 91.82% 이었고, 한 사이클이 진행되는 동안 흡착제 1 cm3는 11.71 cm3의 CO를 분리하여 생산하였다.
실시예 4
각 흡착탑에 일산화탄소 선택적으로 흡착하는 Cu(I) 형태의 흡착제가 충전된 4개의 흡착탑, 일산화탄소 제품을 임시로 저장할 수 있는 제품용 임시저장용기와 일산화탄소 성분이 희박하게 들어있는 폐가스를 임시로 저장할 수 있는 폐가스용 임시저장용기, 그리고 하나의 진공펌프와 하나의 압축기로 이루어진 흡착분리장치에서, 원료를 연속적으로 공급하면서 CO제품을 계속 분리생산할 수 있도록 회수 단계(180초), 흡착 단계(180초), 린스 단계(180초), 향류감압 단계(10초), 제품 진공탈착/생산 단계(155초) 그리고 축압 단계(15초)를 순차적으로 수행할 수 있도록 한 사이클 공정이 수행되도록 한 후, 전기가열자켓으로 흡착탑의 온도를 70 ℃로 유지하면서, 원료 유속은 2.29 SLPM (이때 원료 조성은 CO 65.00%, CO2 20.01%, CH4 5.01%, N2 9.98%), 린스 유속은 0.78 SLPM (이때 사용하는 가스 조성은 CO 99.52%, CO2 0.45%, CH4 0.03%, N2 미검출), 흡착 압력은 2.5 kgf/cm2.abs, 탈착 압력은 0.13 kgf/cm2.abs의 조건으로 운전하여, CO 제품순도를 99.52%로 얻을 때 CO 성분의 회수율은 90.32% 이었고, 한 사이클이 진행되는 동안 흡착제 1 cm3는 11.30 cm3의 CO를 분리하여 생산하였다.
실시예 5
각 흡착탑에 산화탄소 선택적으로 흡착하는 Cu(I) 형태의 흡착제가 충전된 4개의 흡착탑, 일산화탄소 제품을 임시로 저장할 수 있는 제품용 임시저장용기와 일산화탄소 성분이 희박하게 들어있는 폐가스를 임시로 저장할 수 있는 폐가스용 임시저장용기, 그리고 하나의 진공펌프와 하나의 압축기로 이루어진 흡착분리장치에서, 원료를 연속적으로 공급하면서 CO제품을 계속 분리생산할 수 있도록 회수 단계(180초), 흡착 단계(180초), 린스 단계(180초), 향류감압 단계(10초), 제품 진공탈착/생산 단계(155초) 그리고 축압 단계(15초)를 순차적으로 수행할 수 있도록 한 사이클 공정이 수행되도록 한 후, 전기가열자켓으로 흡착탑의 온도를 60 ℃로 유지하면서, 원료 유속은 2.75 SLPM (이때 원료 조성은 CO 64.96%, CO2 20.04%, CH4 5.00%, N2 10.00%), 린스 유속은 0.89 SLPM (이때 사용하는 가스 조성은 CO 99.33%, CO2 0.63%, CH4 0.03%, N2 0.01%), 흡착 압력은 3.5 kgf/cm2.abs, 탈착 압력은 0.13 kgf/cm2.abs의 조건으로 운전하여, CO 제품순도를 99.33%로 얻을 때 CO 성분의 회수율은 86.02% 이었고, 한 사이클이 진행되는 동안 흡착제 1 cm3는 12.93 cm3의 CO를 분리하여 생산하였다.

Claims (19)

  1. 일산화탄소 함유 피드(Feed)를 일산화탄소 선택성 흡착제가 충전된 흡착탑으로 도입하여 일산화탄소를 흡착시키는 흡착단계;
    흡착탑으로 린스단계에서 배출되는 일산화탄소 혼합물을 도입하여 상기 혼합물 중의 일산화탄소를 회수하는 회수단계;
    상기 회수단계 또는 상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑으로 린스가스(Rinse gas)를 도입하여 일산화탄소에 일부 흡착되어 있던 불순물 가스들을 세정하면서 흡착탑 내의 일산화탄소 순도를 높이는 린스단계;
    상기 린스단계가 종료된 흡착탑의 내부를 일정 압력까지 낮추어 일산화탄소를 생산하는 향류감압단계;
    상기 향류감압단계가 종료된 상기 흡착탑의 압력을 대기압 또는 대기압 이하로 낮추어 흡착제에 흡착된 일산화탄소를 진공 탈착하고 배출하여 고순도 일산화탄소 제품을 생산하는 진공탈착/생산단계; 및
    상기 진공탈착/생산단계가 종료된 상기 흡착탑으로 폐가스 저장 탱크에 있는 폐가스를 축압가스로 도입하여 상기 회수단계 또는 상기 흡착단계의 압력까지 높여주는 축압단계;
    를 포함하고,
    상기 향류감압단계 및 상기 진공탈착/생산단계에서 배출된 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분은, 제품 저장 탱크에 보관되고,
    상기 회수단계 및 상기 흡착단계에서 배출되는 폐가스 중 적어도 일부분은, 폐가스 저장 탱크에 보관되는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 린스단계는, 상기 제품 저장 탱크에 저장된 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분을 흡착탑에 도입하여 세정하는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공탈착/생산단계는, 진공펌프를 이용하여 흡착된 일산화탄소를 진공 탈착 및 배출하는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡착단계는, 대기압 내지 30 kgf/cm2.abs의 흡착압력에서 수행되는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진공탈착/생산단계는, 0.01 kgf/cm2.abs 내지 대기압의 탈착 압력에서 수행되는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 일산화탄소 함유 피드는, 10 % 이상의 일산화탄소를 포함하는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 일산화탄소 분리방법에서 각 단계의 흡착탑은, 0 ℃ 내지 100 ℃의 온도로 유지되는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회수단계는, 상기 흡착단계 이후 또는 이전의 흡착탑에서 수행되는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 일산화탄소 고선택성 흡착제이며,
    상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 보헤마이트(Boehmite), 산화알루미나(Alumina), 실리카(Silica), 활성탄(Activated Carbon) 및 제올라이트(Zeolite)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 지지체; 및 니켈, 코발트, 구리 및 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속의 화합물;을 포함하는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 일산화탄소 선택성 흡착제는, 탄소계 첨가제;를 더 포함하고,
    상기 탄소계 첨가제는, 탄화된 글루코스(Glucose) 계열 유기물, 탄화된 셀룰로스(Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 메틸 셀룰로스(Methyl Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 에틸 셀룰로스(Ethyl Cellulose) 계열 유기물, 탄화된 메틸 에틸 셀룰로스(Methyl Ethyl Cellulose), 탄화된 메틸 프로필 셀룰로스(Methyl Propyl Cellulose), 탄화된 에틸 프로필 셀룰로스(Ethyl Propyl Cellulose) 및 탄화된 프로필 셀룰로스(Propyl Cellulose) 계열 유기물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 흡착단계 이전에, 상기 일산화탄소 함유 피드의 불순물을 제거하는 전처리 단계;를 더 포함하는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전처리 단계는, 이산화탄소 제거용 흡착제, 황화수소 제거용 흡착제, 수분 제거용 흡착제 및 경질 탄화수소 제거용 흡착제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 흡착제를 이용하는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전처리 단계는, 상기 폐가스 스트림 중 적어도 일부를 세정가스로 도입하여 수행되는 것인,
    일산화탄소 분리방법.
  14. 일산화탄소를 선택적으로 흡착하는 흡착제가 충전된, 복수 개의 흡착탑;
    상기 복수 개의 흡착탑의 양단에 형성된 일산화탄소 함유 피드 공급부 및 린스가스 공급부;
    일산화탄소 제품 스트림 배출부, 폐가스 배출부, 및 린스가스 배출부;
    상기 일산화탄소 제품 스트림 배출부에서 배출되는 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분을 저장하는 제품 저장 탱크; 및
    상기 폐가스 배출부에서 배출되는 폐가스 중 적어도 일부분을 저장하는 폐가스 저장 탱크;
    를 포함하는,
    일산화탄소 분리시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 일산화탄소 분리시스템은, 흡착탑에서 일산화탄소 제품 스트림의 진공탈착 및 배출을 유도하는 진공펌프;를 더 포함하는 것인,
    일산화탄소 분리시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 일산화탄소 분리시스템은, 상기 제품 저장 탱크의 압력을 유지하고, 일정한 압력으로 제품을 배출 위한 압축기;를 더 포함하는 것인,
    일산화탄소 분리시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 일산화탄소 분리시스템은, 일산화탄소 함유 피드를 전처리하는 단일 또는 복수개의 흡착탑;을 더 포함하는 것인,
    일산화탄소 분리시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 일산화탄소 함유 피드를 전처리하는 단일 또는 복수개의 흡착탑은, 단일 또는 서로 상이한 복수개의 흡착제로 충전된 것인, 일산화탄소 분리시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 린스가스 공급부는, 상기 제품 저장 탱크에 보관된 일산화탄소 제품 스트림 중 적어도 일부분을 흡착탑에 공급하고,
    상기 폐가스 저장 탱크는, 상기 저장된 폐가스 중 적어도 일부분을 흡착탑에 축압 가스로 공급하는 것인,
    일산화탄소 분리시스템.


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