KR20200018042A - Method of Removing Argon and Concentrating Nitrogen by Adsorbing and Separating Nitrogen from Gas Mixture of Argon and Nitrogen or Air - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an adsorption separation method for removing mixture gas of argon and nitrogen or argon from air, and concentrating nitrogen, which passes through three or more pressure swing adsorption devices filled with an adsorbent from nitrogen gas containing argon or air to adsorb nitrogen to the adsorbent, so that argon that is not absorbed is discharged to an upper part of an adsorption tower to remove and recover nitrogen, thereby having an effect of producing a high concentration of nitrogen with argon removed from mixture gas of argon and nitrogen or air.

Description

아르곤과 질소 혼합가스 또는 공기로부터 아르곤을 제거하고 질소를 농축하는 흡착분리방법{Method of Removing Argon and Concentrating Nitrogen by Adsorbing and Separating Nitrogen from Gas Mixture of Argon and Nitrogen or Air}Method of Removing Argon and Concentrating Nitrogen by Adsorbing and Separating Nitrogen from Gas Mixture of Argon and Nitrogen or Air}

본 발명은 아르곤과 질소 혼합가스 또는 공기로부터 아르곤을 제거하고 질소를 농축하는 흡착분리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아르곤이 포함된 질소가스나 공기로부터 흡착제가 충진된 3기 이상의 압력스윙흡착장치에 통과시켜 흡착제에 질소를 흡착시킨 후 흡착되지 않는 아르곤은 흡착탑으로부터 배출하여 제거하고 질소를 회수함으로써 아르곤과 질소 혼합가스 또는 공기로부터 아르곤을 제거하는 질소 농축 흡착분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adsorptive separation method of argon and nitrogen mixed gas or air to remove argon and condensing nitrogen, and more specifically, three or more pressure swing adsorption apparatuses filled with an adsorbent from nitrogen gas or air containing argon. Argon which is not adsorbed after adsorbing nitrogen to the adsorbent by passing through is discharged from the adsorption tower and removed and recovers the nitrogen, and the nitrogen concentration adsorption separation method for removing argon from argon and nitrogen gas mixture or air.

일반적으로 질소를 제조하는 압력스윙흡착법(Pressure Swing Adsorption, PSA)에서는 분자체 탄소(Carbon Molecular Sieve, CMS)를 이용하여 산소를 제거하고 질소를 생산하는 기술과 방법이 상용화되어 있다. 그러나 아르곤을 제거하는 기술에 관해서는 활발하게 연구가 진행되고 있지 않다.In general, pressure swing adsorption (PSA), which produces nitrogen, has commercialized techniques and methods for removing oxygen and producing nitrogen using molecular sieve carbon (Carbon Molecular Sieve, CMS). However, research on argon removal technology is not actively conducted.

현재 진행되고 있는 아르곤을 제거하는 기술로서, 일본공개특허 제2001-00269010호에 CMS를 이용한 질소의 제조방법 및 장치에 관하여 기술되어 있다. 이렇게 질소를 제조하면 산소는 제거가 되지만 아르곤은 제거되지 않고 제품 질소에 남아있게 된다. 또한 아르곤이 포함된 질소가스에서 질소를 제거하여 아르곤을 회수하는 기술과 방법이 개발되었는데, 일본공개특허 제2012-176848호에 X형-제올라이트를 사용하여 아르곤 가스를 정제 회수하는 방법이 기술되어 있다. 또한, 혼합가스에서 PSA를 이용하여 아르곤 가스를 제조하는 방법으로서, 일본공개특허 제2009-022311호에는 아르곤 정제방법 및 아르곤 정제장치가 개시되어 있으며, 한국특허 제1994-0007563호에는 암모니아퍼지가스에서 아르곤 및 수소를 고농도로 분리하는 흡착분리방법과 그 장치가 개시되어 있다. 상기 선행기술을 이용할 경우 질소를 제거하고 아르곤을 농축할 수는 있지만 아르곤이 제거된 질소를 제품으로 얻을 수 없다.As a technique for removing argon that is currently in progress, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-00269010 discloses a method and apparatus for producing nitrogen using CMS. When nitrogen is produced in this way, oxygen is removed but argon is not removed but remains in the product nitrogen. In addition, a technique and a method for recovering argon by removing nitrogen from argon-containing nitrogen gas have been developed. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2012-176848 discloses a method for purifying and recovering argon gas using X-zeolite. . In addition, as a method for producing argon gas using PSA in a mixed gas, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2009-022311 discloses an argon purifying method and an argon purifying apparatus, and Korean Patent No. 194-0007563 discloses ammonia purge gas. Disclosed are an adsorptive separation method and apparatus for separating argon and hydrogen at high concentrations. Using the prior art, it is possible to remove nitrogen and concentrate argon, but argon-free nitrogen cannot be obtained as a product.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하고 아르곤과 질소 혼합가스 또는 공기로부터 아르곤이 제거된 질소를 농축시키기 위하여 예의 노력한 결과, 아르곤이 포함된 질소가스나 공기로부터 흡착제가 충진된 3기 이상의 압력스윙흡착장치에 통과시켜 흡착제에 질소를 흡착시킨 후 흡착되지 않는 아르곤은 흡착탑으로부터 배출하여 제거하고 질소를 회수함으로써 아르곤과 질소 혼합가스 또는 공기로부터 아르곤이 제거된 질소를 고농도로 농축시킬 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made efforts to solve the above problems and to concentrate argon-removed nitrogen from argon-nitrogen mixed gas or air, and as a result, at least three pressure swing adsorptions filled with an adsorbent from argon-containing nitrogen gas or air After passing through the device to adsorb nitrogen to the adsorbent, argon that is not adsorbed is discharged from the adsorption tower and removed to recover nitrogen, which confirms that the argon-free nitrogen gas or argon-free nitrogen from air can be concentrated to a high concentration. The present invention has been completed.

본 발명의 목적은 아르곤과 질소 혼합가스 또는 공기로부터 아르곤을 제거하고 질소를 고농도로 농축시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus which can remove argon from an argon and nitrogen mixture gas or air and concentrate nitrogen to a high concentration.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 아르곤과 질소의 혼합가스 또는 공기를 질소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 도입하여 질소 선택성 흡착제에 상기 혼합가스 내 질소를 선택적으로 흡착시키고 상기 흡착탑으로부터 흡착되지 않는 아르곤과 산소를 배출하는 흡착단계; (b) 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 고순도(99.9~99.99%) 질소를 도입하여 질소와 함께 흡착탑에 머물고 있는 불순물을 세정하면서 흡착탑 내의 질소 순도를 높이는 린스단계; (c) 상기 린스단계가 종료된 흡착탑을 상압으로 감압시켜 흡착탑에 존재하는 질소를 배출하고, 진공으로 탈착하여 흡착제에 흡착된 질소도 배출시키는 탈착단계; 및 (d) 상기 탈착단계가 종료된 흡착탑에 상기 (b) 린스단계의 흡착탑에서 배출되는 가스를 도입하여 1차 축압시키고 상기 (a) 흡착단계의 흡착탑에서 질소를 흡착하고 배출되는 가스로 2차 축압시키는 축압단계를 포함하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention (a) by introducing a mixed gas or air of argon and nitrogen into the adsorption tower filled with nitrogen selective adsorbent to selectively adsorb nitrogen in the mixed gas to the nitrogen selective adsorbent and adsorption from the adsorption tower Adsorption step of discharging argon and oxygen which are not; (b) a rinsing step of introducing nitrogen of high purity (99.9 to 99.99%) into the adsorption tower where the adsorption step is completed to increase the purity of nitrogen in the adsorption tower while washing impurities remaining in the adsorption tower together with nitrogen; (c) a desorption step of depressurizing the adsorption tower after the rinsing step to atmospheric pressure to discharge nitrogen existing in the adsorption tower, and desorbing in vacuum to discharge nitrogen adsorbed on the adsorbent; And (d) introducing the gas discharged from the adsorption tower of the rinsing step into the adsorption tower where the desorption step is completed and firstly accumulating the gas, and adsorbing nitrogen from the adsorption tower of the adsorption step and discharging the secondary gas into the adsorption tower. It provides a method of removing argon and concentrated separation of nitrogen from the argon and nitrogen mixed gas comprising a pressure storage step to accumulate.

본 발명은 또한 (a) 아르곤과 질소의 혼합가스 또는 공기를 질소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 도입하여 질소 선택성 흡착제에 상기 혼합가스 내 질소를 선택적으로 흡착시키고 상기 흡착탑으로부터 흡착되지 않는 아르곤과 산소를 배출하는 흡착단계; (b) 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 흡착탑의 린스단계에서 배출되는 질소 함유가스를 도입하여 상기 질소 함유가스 내 질소를 회수하는 회수단계; (c) 상기 회수단계가 종료된 흡착탑으로 고순도(99.90~99.99%) 질소를 도입하여 질소와 함께 흡착탑에 머물고 있는 불순물을 세정하면서 흡착탑 내의 질소 순도를 높이는 린스단계; (d) 상기 린스단계가 종료된 흡착탑을 상압으로 감압시켜 흡착탑에 존재하는 질소를 배출하고, 진공으로 탈착하여 흡착제에 흡착된 질소도 배출시키는 탈착단계; 및 (e) 상기 탈착단계가 종료된 흡착탑에 상기 (b) 린스단계의 흡착탑에서 배출되는 가스를 도입하여 1차 축압시키고 상기 (a) 흡착단계의 흡착탑에서 질소를 흡착하고 배출되는 가스로 2차 축압시키는 축압단계를 포함하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법을 제공한다.The present invention also provides (a) introducing a mixed gas or air of argon and nitrogen into an adsorption tower filled with a nitrogen selective adsorbent to selectively adsorb nitrogen in the mixed gas to a nitrogen selective adsorbent and to prevent argon and oxygen not adsorbed from the adsorption tower. Adsorption step of discharge; (b) a recovery step of recovering nitrogen in the nitrogen-containing gas by introducing nitrogen-containing gas discharged from the rinsing step of the adsorption tower to the adsorption tower where the adsorption step is completed; (c) a rinsing step of introducing nitrogen of high purity (99.90 to 99.99%) into the adsorption tower where the recovery step is completed to increase the purity of nitrogen in the adsorption tower while washing impurities remaining in the adsorption tower together with nitrogen; (d) a desorption step of depressurizing the adsorption tower after the rinsing step to atmospheric pressure to discharge nitrogen present in the adsorption tower, and desorbing in vacuum to discharge nitrogen adsorbed on the adsorbent; And (e) firstly accumulating the gas discharged from the adsorption tower of the rinsing step into the adsorption tower where the desorption step is completed, and adsorbing nitrogen from the adsorption tower of the (a) adsorption step and discharging the secondary gas. It provides a method of removing argon and concentrated separation of nitrogen from the argon and nitrogen mixed gas comprising a pressure storage step to accumulate.

본 발명에 아르곤이 포함된 질소 가스나 공기로부터 아르곤이 제거된 질소를 제품으로 얻는 효과를 얻을 수 있다.In the present invention, it is possible to obtain the effect of obtaining argon-removed nitrogen gas containing argon-containing nitrogen as a product.

도 1은 질소-아르곤 가스에서 질소를 생산하기 위한 3bed 압력스윙흡착 공정도이다.
도 2는 질소-아르곤 가스에서 질소를 생산하기 위한 4bed 압력스윙흡착 공정도이다.
1 is a 3bed pressure swing adsorption process for producing nitrogen from nitrogen-argon gas.
2 is a 4bed pressure swing adsorption process for producing nitrogen from nitrogen-argon gas.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명은 아르곤과 질소의 혼합가스 또는 공기를 질소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑에서 질소를 선택적으로 흡착시켜 분리하고 흡착제를 이용한 압력스윙흡착법에 의하여 아르곤이 함유된 질소로부터 아르곤을 제거하여 질소를 고순도로 농축시킬 수 있는 것을 확인하였다.In the present invention, the mixed gas or air of argon and nitrogen is separated by selective adsorption of nitrogen in an adsorption tower filled with a nitrogen selective adsorbent, and argon is removed from nitrogen containing argon by a pressure swing adsorption method using an adsorbent to purify nitrogen with high purity. It was confirmed that it could be concentrated.

따라서, 본 발명은 일 관점에서 (a) 아르곤과 질소의 혼합가스 또는 공기를 질소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 도입하여 질소 선택성 흡착제에 상기 혼합가스 내 질소를 선택적으로 흡착시키고 상기 흡착탑으로부터 흡착되지 않는 아르곤과 산소를 배출하는 흡착단계; (b) 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 고순도(99.90~99.99%) 질소를 도입하여 질소와 함께 흡착탑에 머물고 있는 불순물을 세정하면서 흡착탑 내의 질소 순도를 높이는 린스단계; (c) 상기 린스단계가 종료된 흡착탑을 상압으로 감압시켜 흡착탑에 존재하는 질소를 배출하고, 진공으로 탈착하여 흡착제에 흡착된 질소도 배출시키는 탈착단계; 및 (d) 상기 탈착단계가 종료된 흡착탑에 상기 (b) 린스단계의 흡착탑에서 배출되는 가스를 도입하여 1차 축압시키고 상기 (a) 흡착단계의 흡착탑에서 질소를 흡착하고 배출되는 가스로 2차 축압시키는 축압단계를 포함하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention provides (a) introducing a mixed gas or air of argon and nitrogen into an adsorption tower filled with a nitrogen selective adsorbent to selectively adsorb nitrogen in the mixed gas to a nitrogen selective adsorbent and not adsorb from the adsorption tower. Adsorption step of discharging argon and oxygen; (b) a rinsing step of introducing nitrogen of high purity (99.90 to 99.99%) into the adsorption tower where the adsorption step is completed to increase nitrogen purity in the adsorption tower while washing impurities remaining in the adsorption tower together with nitrogen; (c) a desorption step of depressurizing the adsorption tower after the rinsing step to atmospheric pressure to discharge nitrogen existing in the adsorption tower, and desorbing in vacuum to discharge nitrogen adsorbed on the adsorbent; And (d) introducing the gas discharged from the adsorption tower of the rinsing step into the adsorption tower where the desorption step is completed and firstly accumulating the gas, and adsorbing nitrogen from the adsorption tower of the adsorption step and discharging the secondary gas into the adsorption tower. The present invention relates to a method for removing argon from a mixed gas of argon and nitrogen and a concentrated separation of nitrogen, including a step of accumulating pressure.

또한, 본 발명은 다른 관점에서 (a) 아르곤과 질소의 혼합가스 또는 공기를 질소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 도입하여 질소 선택성 흡착제에 상기 혼합가스 내 질소를 선택적으로 흡착시키고 상기 흡착탑으로부터 흡착되지 않는 아르곤과 산소를 배출하는 흡착단계; (b) 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 흡착탑의 린스단계에서 배출되는 질소 함유가스를 도입하여 상기 질소 함유가스 내 질소를 회수하는 회수단계; (c) 상기 회수단계가 종료된 흡착탑으로 고순도(99.90~99.99%) 질소를 도입하여 질소와 함께 흡착탑에 머물고 있는 불순물을 세정하면서 흡착탑 내의 질소 순도를 높이는 린스단계; (d) 상기 린스단계가 종료된 흡착탑을 상압으로 감압시켜 흡착탑에 존재하는 질소를 배출하고, 진공으로 탈착하여 흡착제에 흡착된 질소도 배출시키는 탈착단계; 및 (e) 상기 탈착단계가 종료된 흡착탑에 상기 (b) 린스단계의 흡착탑에서 배출되는 가스를 도입하여 1차 축압시키고 상기 (a) 흡착단계의 흡착탑에서 질소를 흡착하고 배출되는 가스로 2차 축압시키는 축압단계를 포함하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention (a) by introducing a mixed gas or air of argon and nitrogen into the adsorption tower filled with a nitrogen selective adsorbent to selectively adsorb nitrogen in the mixed gas to the nitrogen selective adsorbent and not adsorbed from the adsorption tower. Adsorption step of discharging argon and oxygen; (b) a recovery step of recovering nitrogen in the nitrogen-containing gas by introducing nitrogen-containing gas discharged from the rinsing step of the adsorption tower to the adsorption tower where the adsorption step is completed; (c) a rinsing step of introducing nitrogen of high purity (99.90 to 99.99%) into the adsorption tower where the recovery step is completed to increase the purity of nitrogen in the adsorption tower while washing impurities remaining in the adsorption tower together with nitrogen; (d) a desorption step of depressurizing the adsorption tower after the rinsing step to atmospheric pressure to discharge nitrogen existing in the adsorption tower, and desorbing in vacuum to discharge nitrogen adsorbed on the adsorbent; And (e) firstly accumulating the gas discharged from the adsorption tower of the rinsing step into the adsorption tower where the desorption step is completed, and adsorbing nitrogen from the adsorption tower of the (a) adsorption step and discharging the secondary gas. The present invention relates to a method for removing argon from a mixed gas of argon and nitrogen and a concentrated separation of nitrogen, including a step of accumulating pressure.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 질소나 공기 중에 포함되어 있는 아르곤을 압력스윙흡착법에 의하여 제거하여 고농도의 질소를 생산하는 장치와 방법이다. 먼저 공기 중에서 분자체 활성탄을 이용하여 압력 스윙 흡착법으로 산소를 선택적으로 흡착시켜 분리하여 아르곤이 함유된 질소를 1차적으로 생산한다. 이는 일반적으로 공기 중에서 질소를 생산하는 제조방법이다. 이렇게 생산된 질소는 아르곤이 1% 정도 함유하고 있기 때문에 아르곤 0.5% 미만의 제품질소를 필요로 하는 수요처의 제품질소 조건을 충족시키지 못한다. 따라서 필요로 하는 고순도의 질소를 생산하기 위하여 흡착제를 이용한 압력스윙흡착법으로 아르곤을 제거하여 고순도의 질소를 농축시킬 수 있다.The present invention is an apparatus and method for producing nitrogen at high concentration by removing argon contained in nitrogen or air by pressure swing adsorption. First, argon-containing nitrogen is primarily produced by selectively adsorbing oxygen by means of pressure swing adsorption using molecular sieve activated carbon in air. This is generally a process for producing nitrogen in the air. Nitrogen produced in this way contains about 1% of argon, so it does not meet the requirements of product nitrogen in the demand of less than 0.5% of argon. Therefore, in order to produce the required high purity nitrogen, argon may be removed by pressure swing adsorption using an adsorbent to concentrate the high purity nitrogen.

본 발명에서는 1% 정도의 아르곤이 포함된 질소가스나 공기로부터 흡착제가 충진된 압력스윙흡착 장치에 통과시켜 흡착제에 질소를 흡착시킨 후 흡착되지 않는 아르곤은 흡착탑으로부터 배출하여 제거한다. 흡착된 질소는 감압을 하거나 진공펌프를 사용하여 탈착시켜 고순도의 질소 제품으로 얻는다.In the present invention, by passing through the pressure swing adsorption apparatus filled with the adsorbent from nitrogen gas or air containing about 1% of argon, the adsorbent is adsorbed with nitrogen, and then the argon not adsorbed is removed from the adsorption tower. The adsorbed nitrogen is decompressed using a vacuum or vacuum pump to obtain a high purity nitrogen product.

본 발명은 아르곤을 제거하여 질소를 회수하기 위하여 흡착탑 3기를 이용하여 압력 스윙 흡착장치를 제작하고 운전하거나 회수율을 높이기 위하여 흡착탑 4기를 사용한 압력스윙흡착 장치를 제작하고 운전할 수 있다.The present invention can manufacture and operate a pressure swing adsorption apparatus using four adsorption towers to increase the recovery rate, or operate a pressure swing adsorption apparatus using three adsorption towers to remove argon and recover nitrogen.

이하 질소나 공기에서 아르곤을 제거하고 질소를 고농도로 농축하는 흡착분리 장치와 운전방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the adsorptive separation apparatus and operation method for removing argon from nitrogen or air and concentrating nitrogen at a high concentration will be described in detail.

본 발명의 흡착분리공정은 흡착탑 3기를 이용한 공정으로 흡착단계-질소린스단계-탈착단계-축압단계로 구성되거나, 흡착탑 4기를 이용한 공정으로 흡착단계-회수단계-질소린스단계-탈착단계-축압단계로 운전이 된다.Adsorption separation process of the present invention is a process using three adsorption tower consisting of adsorption step-nitrogen rinsing step-desorption step-compression step, or adsorption step-recovery step-nitrogen rinsing step-desorption step-compression step To drive.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 방법 및 장치를 상세하게 설명한다.1 and 2 will be described in detail the method and apparatus according to the present invention.

상호 병렬 배치되어 있으면서, 질소 선택성 흡착제가 각각 충진된 적어도 3개 또는 4개의 흡착탑의 흡착분리 공정에 의하여 질소-아르곤 혼합가스로부터 아르곤을 제거하고 질소를 생산하는 방법으로서, 상기 각각의 흡착탑은 3bed 공정일 때는 흡착단계, 린스단계, 탈착단계 및 축압단계로 진행되고 4bed 공정일 때는 흡착단계, 회수단계, 린스단계, 탈착단계 및 축압단계로 순차적으로 수행되면서 반복하여 운전된다.A method of removing argon from nitrogen-argon mixed gas and producing nitrogen by an adsorptive separation process of at least three or four adsorption towers filled with nitrogen selective adsorbents, respectively, arranged in parallel to each other, wherein each adsorption tower is a three-bed process. In the case of the adsorption step, the rinse step, the desorption step and the accumulator step is progressed, and in the case of the four-bed process is carried out repeatedly while being carried out sequentially to the adsorption step, recovery step, rinse step, desorption step and accumulator step.

이때 상기 각각의 흡착탑에서의 운전은, 3기(3bed) 운전 시에는At this time, the operation in each of the adsorption tower, when operating 3 bed

(a) 아르곤과 질소의 혼합가스 또는 공기를 질소선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 도입하여 상기 혼합가스 내 질소를 선택적으로 흡착하는 한편, 흡착되지 않는 아르곤은 흡착탑으로부터 배출되는 흡착단계;(a) an adsorption step in which a mixed gas or air of argon and nitrogen is introduced into an adsorption tower filled with a nitrogen selective adsorbent to selectively adsorb nitrogen in the mixed gas, while argon not adsorbed is discharged from the adsorption tower;

(b) 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 고순도 제품 질소를 도입하여 질소와 함께 흡착탑에 머물고 있는 불순물들을 세정하면서 흡착탑 내의 질소 순도를 높이는 린스단계;(b) a rinsing step of increasing the purity of nitrogen in the adsorption tower by introducing high-purity product nitrogen into the adsorption tower where the adsorption step is completed to clean impurities remaining in the adsorption tower together with nitrogen;

(c) 상기 린스단계가 종료된 흡착탑을 상압으로 감압시켜 흡착탑에 존재하는 고순도의 질소를 제품으로 얻고, 진공으로 탈착하여 흡착제에 흡착된 질소를 제품으로 얻는 탈착단계; 및(c) a desorption step of depressurizing the adsorption tower after the rinsing step to atmospheric pressure to obtain high purity nitrogen present in the adsorption tower as a product, and desorbing in vacuum to obtain nitrogen adsorbed to the adsorbent as a product; And

(d) 상기 탈착단계가 종료된 흡착탑에 린스단계의 흡착탑에서 배출되는 가스를 도입하여 1차 축압하는 단계, 흡착단계의 흡착탑에서 질소를 흡착하고 배출되는 가스로 2차 축압하는 축압단계를 포함하여 구성될 수 있으며, 도 1에 그 공정을 도시하였다.(d) introducing a gas discharged from the adsorption tower of the rinsing step into the adsorption tower where the desorption step is completed; It can be configured, the process is shown in FIG.

4기(4bed) 운전 시에는 상기 (a) 흡착단계 이후에, 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 다른 흡착탑의 린스단계에서 배출되는 질소-함유가스를 도입하여 상기 질소-함유가스 내 질소를 회수하는 회수단계를 추가로 포함할 수 있다. 즉, (a) 혼합가스를 흡착탑으로 도입하여 상기 혼합가스 내 질소를 선택적으로 흡착하는 한편, 흡착되지 않는 아르곤과 산소는 흡착탑으로부터 배출하는 흡착단계; (b) 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 다른 흡착탑의 질소린스단계에서 배출되는 질소함유가스를 도입하여, 상기 질소함유가스내 질소의 회수단계; (c) 상기 회수단계가 종료된 흡착탑으로 질소를 도입하여 질소와 함께 흡착탑 내부에 머물러 있는 불순물들을 세정하면서 흡착탑 내의 질소 순도를 높이는 린스단계; (d) 상기 린스단계가 종료된 흡착탑을 상압으로 감압시켜 흡착탑에 존재하는 고순도의 질소를 제품으로 얻고, 진공으로 탈착하여 흡착제에 흡착된 질소를 제품으로 얻는 탈착단계; 및 (e) 상기 탈착단계가 종료된 흡착탑에 린스단계의 흡착탑에서 배출되는 가스를 도입하여 흡착압력까지 압력을 올리는 축압단계;를 포함하여 구성될 수 있으며, 그 공정을 도 2에 도시하였다.In the 4-bed operation, after the adsorption step (a), the nitrogen-containing gas discharged from the rinse step of the other adsorption tower is introduced into the adsorption tower where the adsorption step is completed to recover nitrogen in the nitrogen-containing gas. The recovery step may further include. That is, (a) an adsorption step of introducing a mixed gas into the adsorption tower to selectively adsorb nitrogen in the mixed gas, while argon and oxygen not adsorbed are discharged from the adsorption tower; (b) recovering nitrogen in the nitrogen-containing gas by introducing nitrogen-containing gas discharged from the nitrogen rinsing step of the other adsorption tower to the adsorption tower where the adsorption step is completed; (c) a rinsing step of introducing nitrogen into the adsorption tower where the recovery step is completed to increase nitrogen purity in the adsorption tower while cleaning impurities remaining in the adsorption tower together with nitrogen; (d) a desorption step of depressurizing the adsorption tower after the rinsing step to atmospheric pressure to obtain high purity nitrogen present in the adsorption tower as a product, and desorbing in a vacuum to obtain nitrogen adsorbed to the adsorbent as a product; And (e) a pressure accumulating step of increasing the pressure up to the adsorption pressure by introducing a gas discharged from the adsorption tower of the rinsing step into the adsorption tower where the desorption step is completed, and the process is illustrated in FIG. 2.

본 발명에 있어서, 상기 흡착탑은 3개 이상의 흡착탑이 상호 병렬로 배치될 수 있다. 바람직하게는 3개 내지 4개의 흡착탑이 상호병렬로 배치될 수 있다. In the present invention, three or more adsorption towers may be arranged in parallel with each other. Preferably, three to four adsorption towers may be arranged in parallel with each other.

여기서, 상기 질소-아르곤 분리 방법은 상기 적어도 3bed 공정 시 적어도 3개의 흡착탑의 운전에 의하여 동일 시점에 흡착단계, 린스단계 및 탈착단계, 축압단계를 각각 수행하고, 4bed 공정 시 적어도 4개의 흡착탑의 운전에 의하여 동일 시점에 흡착단계, 회수단계, 린스단계, 탈착단계 및 축압단계를 각각 수행할 수 있다.Here, the nitrogen-argon separation method performs the adsorption step, the rinsing step and the desorption step, and the accumulating step at the same time by the operation of the at least three adsorption towers in the at least 3bed process, and the operation of the at least 4 adsorption towers in the 4bed process. By the same time, the adsorption step, recovery step, rinse step, desorption step and accumulating step can be performed respectively.

다시 말하면, 3개의 흡착탑에서 흡착단계, 질소 린스단계, 탈착단계, 축압단계가 동일한 시점에 서로 상이한 단계로 반복하여 수행하며, 4개의 흡착탑에서 흡착단계, 회수단계, 질소린스단계, 탈착단계, 축압단계가 동일한 시점에 서로 상이한 단계로 반복하여 수행할 수 있다.In other words, the adsorption step, the nitrogen rinse step, the desorption step, and the accumulating step in the three adsorption towers are repeatedly performed in different steps at the same time. The steps may be repeated in different steps at the same time.

본 발명에 있어서, 상기 탈착단계는 -1~10bar의 압력 및 -10~40℃의 온도 조건하에서 수행될 수 있다.In the present invention, the desorption step may be carried out under a pressure of -1 ~ 10bar and a temperature condition of -10 ~ 40 ℃.

흡착단계에서는 사용 가능한 높은 압력을 적용할 수 있다. 흡착압력은 대기압으로부터 30 bar까지 이용할 수가 있으며 린스단계에서는 가능하면 흡착압력으로 린스를 하는 것이 바람직하다. 축압은 다음 흡착단계의 운전이 차질이 없도록 흡착압력까지 축압한다. 이때 작동 온도는 별도로 조절을 할 필요는 없다.In the adsorption step, higher available pressures may be applied. Adsorption pressure can be used from atmospheric pressure up to 30 bar and it is preferable to rinse at the adsorption pressure if possible in the rinse step. Accumulation pressure accumulates to adsorption pressure so that operation of the next adsorption step may be prevented. The operating temperature does not need to be adjusted separately.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사용 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention, but the following examples are only for exemplifying the present invention, and it is apparent that various changes and modifications can be made within the scope and technical use of the present invention. Naturally, the modifications belong to the appended claims.

[실시예]EXAMPLE

실시예Example 1: 질소-아르곤 혼합가스의 흡착분리방법 1: Adsorption Separation Method of Nitrogen-Argon Mixture Gas

질소-아르곤 혼합가스를 흡착분리공정에 도입하여 고농도의 질소를 생산하는 공정을 표 1 및 표 2에 나타내었다.Table 1 and Table 2 show a process for producing a high concentration of nitrogen by introducing a nitrogen-argon mixed gas into the adsorptive separation process.

표 1은 3기의 흡착탑을 이용한 압력스윙흡착장치의 운전단계이며, 표 2는 4기의 흡착탑을 이용한 압력스윙흡착장치의 운전단계이다. 표 1, 표 2에 나타낸 바와 같이 3개, 4개의 흡착탑(V-1, V-2, V-3, V-4)에서 각각 흡착단계, 회수단계, 질소린스단계 및 탈착단계를 수행하여 운전될 수 있다.Table 1 shows the operation steps of the pressure swing adsorption system using three adsorption towers, and Table 2 shows the operation steps of the pressure swing adsorption systems using the four adsorption towers. As shown in Table 1 and Table 2, three, four adsorption towers (V-1, V-2, V-3, V-4) were operated by performing an adsorption step, a recovery step, a nitrogen rinsing step, and a desorption step, respectively. Can be.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
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도 1은 3개의 주 흡착탑(V-1,2,3)으로 구성된 3bed 압력스윙흡착장치를 도시하였다.Figure 1 shows a three-bed pressure swing adsorption device consisting of three main adsorption tower (V-1, 2, 3).

각 운전스텝에서 기체의 흐름을 조절하는 조절밸브가 22개 부착되며, 주 흡착탑에서 질소를 탈착 회수하는 진공펌프(21)와 제품의 압력을 높여주는 질소 압축기(24)로 구성된다.22 control valves are provided to control the flow of gas in each operation step, and are composed of a vacuum pump 21 for desorbing and recovering nitrogen from the main adsorption tower and a nitrogen compressor 24 for increasing the pressure of the product.

질소를 생산하는 장치의 운전은 다음의 운전 스텝을 거치게 된다. 밸브(1)를 통하여 흡착탑(V-1)으로 공급된 가스 중에 강 흡착성분인 질소는 흡착탑에 흡착되고 흡착되지 않은 기체는 밸브 6을 통하여 배출되어 아르곤 저장소(T-3)에 들어간다. 흡착이 끝난 흡착탑(V-2)은 밸브(9)를 통하여 세정가스가 유입되어 11을 통하여 배출되는 린스스텝에 들어간다. 린스스텝은 흡착탑 내의 벌크상에 존재하는 불순물을 씻어주면서 흡착된 불순물의 분압을 낮추어 흡착상에서 벌크상으로 탈착을 유도함으로써 질소의 정제효과를 증대시키는 기능을 하게 된다. 린스단계에서 보내주는 가스는 제품으로 생산된 제품저장탱크(T-1)에 저장된 고순도 질소 가스이다. 흡착단계(V-1)와 린스단계(V-2)가 동시에 이루어지는 동안에 다른 흡착탑(V-3)은 제품을 생산하기 위한 진공 탈착단계에 들어간다. 밸브(14)와 밸브(20)가 열리고, 진공 펌프(21)를 이용하여 진공압력까지 떨어뜨리며 제품을 생산한다. 생산된 제품질소는 질소 압축기(24)를 사용하여 세정압력(5bar)까지 압축하여 일부는 세정가스로 사용하고, 나머지는 질소 압축기로 필요한 압력으로 압축하여 제품 질소로 보낸다. 이처럼 각각의 역할을 하면서 하나의 사이클이 완료된다.Operation of the nitrogen-producing device goes through the following operating steps. In the gas supplied to the adsorption tower V-1 through the valve 1, nitrogen, which is a strong adsorption component, is adsorbed to the adsorption tower, and the gas which is not adsorbed is discharged through the valve 6 to enter the argon reservoir T-3. After the adsorption, the adsorption tower V-2 enters the rinse step through which the cleaning gas flows in through the valve 9 and is discharged through 11. The rinse step lowers the partial pressure of the adsorbed impurities while washing the impurities present in the bulk in the adsorption column, thereby inducing desorption from the adsorption phase to the bulk phase, thereby increasing the purification effect of nitrogen. The gas sent in the rinse stage is high purity nitrogen gas stored in the product storage tank (T-1) produced as a product. While the adsorption step (V-1) and the rinse step (V-2) are performed at the same time, the other adsorption tower (V-3) enters the vacuum desorption step for producing a product. The valve 14 and the valve 20 are opened, and the product is reduced to a vacuum pressure by using the vacuum pump 21. The produced product nitrogen is compressed to a cleaning pressure (5bar) using a nitrogen compressor 24, part of it is used as a cleaning gas, and the rest is compressed to the required pressure with a nitrogen compressor and sent to the product nitrogen. In this way, each role completes one cycle.

다음 스텝은 V-1의 흡착탑이 흡착이 이루어지고, 린스단계의 흡착탑(V-2)은 아직 남아있는 불순물들을 씻어주기 위해 린스과정을 계속 거치게 된다. 다만 린스단계에서 고순도의 질소가 버려지는 것을 회수하기 위하여 밸브(11)를 닫고 밸브(10)를 열고 진공탈착단계가 끝난 흡착탑(V-3)의 밸브(14, 20)를 닫아 가스를 보내어 고순도 질소가스를 회수하는 동시에 축압할 수 있게 한다.In the next step, the adsorption tower of V-1 is adsorbed, and the adsorption tower (V-2) of the rinsing step is continuously rinsed to wash away the remaining impurities. However, in order to recover the high purity nitrogen discarded in the rinsing step, the valve 11 is closed, the valve 10 is opened, and the valves 14 and 20 of the adsorption tower (V-3) where the vacuum desorption step is completed are sent to send gas. Nitrogen gas can be recovered and accumulated at the same time.

여전히 흡착탑(V-1)의 흡착단계가 이루어지고, 린스과정이 끝난 흡착탑(V-2)은 밸브(9, 10)이 닫히며 밸브(8, 22)가 열려 흡착탑(V-2) 내부에 있는 질소가스를 제품으로 얻기 위하여 상압으로 압력을 떨어뜨려 제품을 생산한다. 흡착제에 강하게 흡착되어 있는 질소가스를 얻기 위한 진공탈착은 상압탈착 다음 단계에서 이루어진다. 린스가스를 통하여 축압한 흡착탑(V-3)은 흡착압력까지 가압을 위하여 2차 축압이 이루어진다. 밸브(18)를 열어서 아르곤 저장소(T-3)에서 가스가 보내져 2차 축압을 한다.The adsorption step of the adsorption tower (V-1) is still performed, and the adsorption tower (V-2) where the rinse process is completed has the valves (9, 10) closed and the valves (8, 22) open to the interior of the adsorption tower (V-2). The product is produced by reducing the pressure to atmospheric pressure to obtain nitrogen gas. Vacuum desorption to obtain nitrogen gas strongly adsorbed to the adsorbent is carried out in the next step of atmospheric desorption. The adsorption tower (V-3) accumulated through the rinse gas is made secondary pressure to the pressure up to the adsorption pressure. The valve 18 is opened and gas is sent from the argon reservoir T-3 to secondary storage.

이와 같은 동작이 3개의 흡착탑에서 교대로 계속되며 한 주기를 형성하며 연속운전이 이루어진다. This operation continues alternately in three adsorption towers, forming a cycle, and continuous operation.

도 2는 회수율을 높이기 위한 4개의 주 흡착탑(V-1,2,3,4)으로 구성된 4bed 압력스윙흡착장치이다.Figure 2 is a four-bed pressure swing adsorption device consisting of four main adsorption tower (V-1, 2, 3, 4) to increase the recovery rate.

각 운전스텝에서 기체의 흐름을 조절하는 조절밸브가 28개 부착되며, 주 흡착탑에서 질소를 탈착 회수하는 진공펌프(27), 제품의 압력을 높여주는 질소 압축기(30)로 구성된다.28 control valves are provided to control the flow of gas in each operation step, and are composed of a vacuum pump 27 for desorbing and recovering nitrogen from the main adsorption tower, and a nitrogen compressor 30 for increasing the pressure of the product.

4ed 압력스윙흡착장치의 운전은 다음의 운전 스텝을 거치게 된다. 밸브 1을 통하여 흡착탑(V-1)으로 공급된 가스 중에 강 흡착성분인 질소는 흡착탑에 흡착되고 흡착되지 않는 기체는 밸브 6을 통하여 배출되어 아르곤 저장소(T-3)에 들어간다. 제품의 질소를 생산하기 위하여 린스 과정이 끝난 흡착탑(V-2)은 밸브(8, 22)를 열어 상압 탈착을 시작하여 흡착탑의 압력을 상압으로 감압 시킨다. 흡착이 끝난 흡착탑(V-4)은 흡착탑(V-3)(질소 린스단계)에서 배출되는 가스중의 질소를 흡착하기 위하여 회수단계를 수행하며, 밸브(23, 25)를 열어 흡착되지 않는 아르곤을 대기 중으로 배출시킨다. 흡착탑(V-3)은 밸브(15, 16)를 열어서 제품으로 얻어지는 고농도 질소가스를 세정가스로 사용하여 흡착탑 내의 소량 존재하는 아르곤 가스를 씻어내고 질소의 농도를 높이는 린스단계를 수행한다. 린스단계에서 보내주는 가스는 제품으로 생산된 제품 저장탱크(T-1)에 저장된 고순도 질소 가스이다.Operation of the 4ed pressure swing adsorption system is carried out through the following operation steps. In the gas supplied to the adsorption tower V-1 through the valve 1, nitrogen, which is a strong adsorption component, is adsorbed to the adsorption tower, and the gas which is not adsorbed is discharged through the valve 6 to enter the argon reservoir T-3. In order to produce the nitrogen of the product, the adsorption tower (V-2), which has been rinsed, opens the valves 8 and 22 to start desorption at atmospheric pressure to reduce the pressure of the adsorption tower to atmospheric pressure. After the adsorption, the adsorption tower (V-4) performs a recovery step to adsorb nitrogen in the gas discharged from the adsorption tower (V-3) (nitrogen rinse step), and argon that is not adsorbed by opening the valves 23 and 25. To the atmosphere. The adsorption tower (V-3) performs a rinse step of washing the small amount of argon gas present in the adsorption tower by increasing the concentration of nitrogen by using the high concentration nitrogen gas obtained as a product by opening the valves 15 and 16 as a cleaning gas. The gas sent in the rinse stage is high purity nitrogen gas stored in the product storage tank (T-1) produced as a product.

다음 스텝은 흡착단계(V-1)와 린스단계(V-3) 회수단계(V-4)가 동시에 이루어지는 동안에 다른 흡착탑(V-2)은 더 많은 제품을 생산하기 위한 진공 탈착단계에 들어간다. 밸브(8, 26)가 열리고, 진공 펌프(27)를 이용하여 진공압력까지 떨어뜨리며 제품을 생산한다. 생산된 제품질소는 질소 압축기(30)를 사용하여 세정압력(7bar)까지 압축하여 일부는 세정가스로 사용하고, 나머지는 질소 압축기로 필요한 압력으로 압축하여 제품 질소로 보낸다. 이처럼 각각의 역할을 하면서 한 개의 스텝이 완료된다.The next step is a vacuum desorption step to produce more products while the other adsorption tower V-2 is produced while the adsorption step V-1 and the rinse step V-3 recovery step V-4 are simultaneously performed. The valves 8 and 26 are opened, and the product is reduced to a vacuum pressure by using the vacuum pump 27. The produced product nitrogen is compressed to the cleaning pressure (7bar) by using a nitrogen compressor 30, part of it is used as a cleaning gas, the rest is compressed to the required pressure with a nitrogen compressor and sent to the product nitrogen. In this way, each step completes one step.

다음 스텝은 흡착탑(V-1)이 흡착이 이루어지고, 린스단계의 흡착탑(V-3)은 아직 남아있는 불순물들을 씻어주기 위해 린스 과정을 계속 거치게 된다. 다만 회수단계(V-4)의 흡착탑에서 배출되는 가스를 축압시키는 가스로 사용하기 위하여 진공탈착 단계가 끝난 흡착탑(V-2)의 밸브(11)를 열어 흡착 압력까지 축압시킨다.In the next step, the adsorption tower (V-1) is adsorbed, and the adsorption tower (V-3) of the rinsing step continues the rinsing process to wash away the remaining impurities. However, in order to use the gas discharged from the adsorption tower of the recovery step (V-4) as the gas to accumulate, the valve 11 of the adsorption tower (V-2) having the vacuum desorption step is opened to accumulate the adsorption pressure.

이와 같은 동작이 4개의 흡착탑에서 교대로 계속되며 한 주기를 형성하며 연속운전이 이루어진다.This operation continues alternately in the four adsorption towers, forming a cycle, and continuous operation.

상기와 같은 운전으로 아르곤이 0.1% 이하이며 질소 순도가 99.90% 내지 99.99%인 질소를 제품으로 얻는다.The above operation yields nitrogen with the product having an argon of 0.1% or less and a nitrogen purity of 99.90% to 99.99%.

원료가스가 건조공기인 경우에는 원료가스 중에 산소와 아르곤이 불순물로 포함되어 있으나 운전 방법은 상기에 설명된 것과 같은 방법으로 운전이 되어 제품질소 중에 산소와 아르곤이 제거된 질소를 얻게 되며 저장탱크 T3에는 아르곤, 산소 및 질소가 포함된 혼합가스가 들어있게 된다.If the source gas is dry air, oxygen and argon are included as impurities in the source gas, but the operation method is operated in the same manner as described above to obtain nitrogen from which oxygen and argon are removed from the product nitrogen. It contains a mixed gas containing argon, oxygen and nitrogen.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it will be apparent to those skilled in the art that the specific description is only a preferred embodiment, thereby not limiting the scope of the present invention. will be. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the claims and their equivalents.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 25, 26, 28: 밸브
21, 27: 진공 펌프
24, 30: 질소 압축기
29, 31: 유량계
V-1, V-2, V-3, V-4: 흡착탑
T-1, T-2: 아르곤이 제거된 제품 질소 저장탱크
T-3: 아르곤 또는 산소가 포함된 질소 저장탱크
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 25, 26, 28: valve
21, 27: vacuum pump
24, 30: nitrogen compressor
29, 31: flow meter
V-1, V-2, V-3, V-4: adsorption tower
T-1, T-2: Argon-free product nitrogen storage tank
T-3: nitrogen storage tank containing argon or oxygen

Claims (8)

다음 단계를 포함하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법:
(a) 아르곤과 질소의 혼합가스 또는 공기를 질소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 도입하여 질소 선택성 흡착제에 상기 혼합가스 내 질소를 선택적으로 흡착시키고 상기 흡착탑으로부터 흡착되지 않는 아르곤과 산소를 배출하는 흡착단계;
(b) 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 고순도 질소를 도입하여 질소와 함께 흡착탑에 머물고 있는 불순물을 세정하면서 흡착탑 내의 질소 순도를 높이는 린스단계;
(c) 상기 린스단계가 종료된 흡착탑을 상압으로 감압시켜 흡착탑에 존재하는 질소를 배출하고, 진공으로 탈착하여 흡착제에 흡착된 질소도 배출시키는 탈착단계; 및
(d) 상기 탈착단계가 종료된 흡착탑에 상기 (b) 린스단계의 흡착탑에서 배출되는 가스를 도입하여 1차 축압시키고 상기 (a) 흡착단계의 흡착탑에서 질소를 흡착하고 배출되는 가스로 2차 축압시키는 축압단계.
Removal of argon and nitrogen concentration separation from argon and nitrogen gas mixture comprising the following steps:
(a) an adsorption step of introducing a mixed gas or air of argon and nitrogen into an adsorption tower filled with a nitrogen selective adsorbent to selectively adsorb nitrogen in the mixed gas to a nitrogen selective adsorbent and to discharge argon and oxygen not adsorbed from the adsorption tower; ;
(b) a rinsing step of introducing nitrogen of high purity into the adsorption tower where the adsorption step is completed to increase the purity of nitrogen in the adsorption tower while washing impurities remaining in the adsorption tower together with nitrogen;
(c) a desorption step of depressurizing the adsorption tower after the rinsing step to atmospheric pressure to discharge nitrogen present in the adsorption tower, and desorbing in vacuum to discharge nitrogen adsorbed on the adsorbent; And
(d) introducing the gas discharged from the adsorption tower of the rinsing step into the adsorption tower where the desorption step is completed, and firstly accumulating the gas; Accumulating step.
다음 단계를 포함하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법:
(a) 아르곤과 질소의 혼합가스 또는 공기를 질소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 도입하여 질소 선택성 흡착제에 상기 혼합가스 내 질소를 선택적으로 흡착시키고 상기 흡착탑으로부터 흡착되지 않는 아르곤과 산소를 배출하는 흡착단계;
(b) 상기 흡착단계가 종료된 흡착탑으로 흡착탑의 린스단계에서 배출되는 질소 함유가스를 도입하여 상기 질소 함유가스 내 질소를 회수하는 회수단계;
(c) 상기 회수단계가 종료된 흡착탑으로 고순도 질소를 도입하여 질소와 함께 흡착탑에 머물고 있는 불순물을 세정하면서 흡착탑 내의 질소 순도를 높이는 린스단계;
(d) 상기 린스단계가 종료된 흡착탑을 상압으로 감압시켜 흡착탑에 존재하는 질소를 배출하고, 진공으로 탈착하여 흡착제에 흡착된 질소도 배출시키는 탈착단계; 및
(e) 상기 탈착단계가 종료된 흡착탑에 상기 (b) 린스단계의 흡착탑에서 배출되는 가스를 도입하여 1차 축압시키고 상기 (a) 흡착단계의 흡착탑에서 질소를 흡착하고 배출되는 가스로 2차 축압시키는 축압단계.
Removal of argon and nitrogen concentration separation from argon and nitrogen gas mixture comprising the following steps:
(a) an adsorption step of introducing a mixed gas or air of argon and nitrogen into an adsorption tower filled with a nitrogen selective adsorbent to selectively adsorb nitrogen in the mixed gas to a nitrogen selective adsorbent and to discharge argon and oxygen not adsorbed from the adsorption tower; ;
(b) a recovery step of recovering nitrogen in the nitrogen-containing gas by introducing a nitrogen-containing gas discharged from the rinsing step of the adsorption tower to the adsorption tower where the adsorption step is completed;
(c) a rinsing step of introducing nitrogen of high purity into the adsorption tower where the recovery step is completed to increase the purity of nitrogen in the adsorption tower while washing impurities remaining in the adsorption tower together with nitrogen;
(d) a desorption step of depressurizing the adsorption tower after the rinsing step to atmospheric pressure to discharge nitrogen existing in the adsorption tower, and desorbing in vacuum to discharge nitrogen adsorbed on the adsorbent; And
(e) introducing the gas discharged from the adsorption tower of the rinsing step into the adsorption tower where the desorption step is completed, and firstly accumulating the gas; Accumulating step.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 흡착탑은 3개 이상의 흡착탑이 상호 병렬로 배치된 것을 특징으로 하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법.
[3] The method of claim 1 or 2, wherein the adsorption tower has three or more adsorption towers arranged in parallel to each other.
제2항에 있어서, 상기 흡착탑은 4개의 흡착탑이 상호 병렬로 배치된 것을 특징으로 하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법.
The method of claim 2, wherein the adsorption tower has four adsorption towers arranged in parallel with each other to remove argon from the argon and nitrogen gas mixture and nitrogen separation method.
제1항에 있어서, 상기 흡착분리 방법은 각각의 흡착탑의 운전에 의하여 동일 시점에 흡착단계, 린스단계, 탈착단계 및 축압단계가 각각 수행되는 것을 특징으로 하는 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법.
The method of claim 1, wherein the adsorptive separation method removes argon from argon and nitrogen mixed gas, characterized in that the adsorption step, the rinse step, the desorption step and the accumulating step are performed at the same time by the operation of the respective adsorption towers. Nitrogen concentrated separation method.
제2항에 있어서, 상기 흡착분리 방법은 각각의 흡착탑의 운전에 의하여 동일 시점에 흡착단계, 회수단계, 린스단계, 탈착단계 및 축압단계가 각각 수행되는 것을 특징으로 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법.
The method of claim 2, wherein the adsorptive separation method is characterized in that the adsorption step, the recovery step, the rinse step, the desorption step and the accumulating step are performed at the same time by the operation of the respective adsorption towers. Removal and Concentration Separation of Nitrogen.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질소 선택성 흡착제는 활성탄, 알루미나, 제올라이트 및 MOF 흡착제로 구성된 군에서 1종 이상 선택되는 것을 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법.
The method of claim 1 or 2, wherein the nitrogen selective adsorbent is one or more selected from the group consisting of activated carbon, alumina, zeolite and MOF adsorbent.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탈착단계는 -1~10bar의 압력 및 -10~40℃의 온도 조건하에서 수행되는 것을 아르곤과 질소 혼합가스로부터 아르곤의 제거 및 질소의 농축분리방법.The method of claim 1 or 2, wherein the desorption step is performed under a pressure of −1 to 10 bar and a temperature of −10 to 40 ° C. to remove argon from an argon and nitrogen mixed gas and to concentrate nitrogen.
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