KR20230072223A - 압력변동흡착을 이용한 암모니아로부터 수소의 제조방법 - Google Patents

압력변동흡착을 이용한 암모니아로부터 수소의 제조방법 Download PDF

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Abstract

압력변동흡착을 이용한 암모니아로부터 수소의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 수소 제조방법은, 촉매를 이용한 고온 반응 통하여 암모니아 가스로부터 수소와 질소를 생성하는 공정; 상기 고온 반응 공정을 통하여 공급되어 냉각된 저순도 수소와 질소, 그리고 미분해 암모니아를 함유한 가스 중 미분해 암모니아 가스를 선택적으로 흡착, 정제하는 공정; 및 상기 저순도 수소와 질소로 구성된 가스에서 고순도 수소를 분리, 정제하는 공정;을 포함하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법에 있어서, 상기 미분해 암모니아 가스를 CMS(Carbon Molecular Sieve) 흡착제를 이용하여 압력순환흡착방식(PSA)으로 탈착, 정제하는 것을 특징으로 한다.

Description

압력변동흡착을 이용한 암모니아로부터 수소의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING HYDROGEN GAS FROM AMMONIA BY USING PRESSURE SWING ADSORPTION}
본 발명은 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 흡착제 CMS(Carbon Molecular Sieve)를 이용하여 압력변동흡착 방식으로 미분해 암모니아를 제거할 수 있는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래의 암모니아 제거 공정은 하버보슈(Haber-Bosch)법의 성능향상을 위한 암모니아회수 공정과 대기 중 배출 방지를 위한 암모니아 제거 공정에 주로 사용되어 왔다.
암모니아를 이용한 수소 생산 공정은 암모니아가 고온의 조건에서 촉매에 의해 하기 반응식 1과 같이 질소와 수소로 분해되며 분해율에 따라 미분해된 암모니아가 분해가스(N2, H2)에 포함되어 있으며 이를 제거하는 공정을 통해 고순도의 수소를 생산하는 공정이다.
[반응식 1]
2NH3 → N2 + 3H2
이를 위하여, 종래 적용된 공정으로는 흡착제를 이용하여 암모니아를 흡착 제거한 후, 흡착이 완료된 흡착제의 온도를 올려서 탈착/재생하는 온도변동흡착 방식(TSA, Temperature Swing Adsorption)의 방식이 주로 이용되었다. 이 방식의 경우, 탈착시 흡착탑 내부의 온도를 균일하게 유지하고 이후 흡착 과정을 준비하기 위해 흡착탑 내부를 냉각해야 하는 등의 이슈가 발생하여 실제 공정으로 사용하기에는 해결해야 할 문제들이 다양하게 존재하였다.
이에 최근 압력변동방식(PSA, Pressure Swing Adsorption)의 암모니아 흡착/재생 공정이 제시되었고 낮은 농도 수준인 수천 ppm 수준에서 실험실 규모에서 가능성을 확인하는 정도의 연구들이 이루어지고 있다. 비록 낮은 농도의 암모니아를 제거하기 위한 실험실적인 연구들이 있었지만, 최근 청정 수소를 생산하기 위해 암모니아 분해 수소 생산 공정이 제안되고 있고 이 공정에서 발생할 수 있는 미분해 암모니아의 제거를 위해 PSA 방식의 암모니아 흡/탈착 공정의 흡착제 및 해당 공정을 제시한 사례는 없는 실정이다.
통상 수소생산을 위한 암모니아의 분해 반응은 상압 ~ 9bar_g에서 진행하게 되며, 후단의 수소 정제 공정의 효과적인 운영을 위해 압력이 가해진 상태에서 분해를 진행하려는 연구들이 많이 있으며 이러한 가압 조건에서 분해를 진행할 경우 분해 공정 후단에 위치하는 암모니아 제거 공정 및 수소를 정제하기 위한 공정을 PSA 방식으로 구현할 수 있어 공정 구성이 단순해지는 장점을 가지고 있다. 그러나 가압 상태에서 암모니아를 분해할 경우에는 암모니아의 분해율이 낮아짐에 따라 미분해 암모니아가 % 농도 수준으로도 잔류하게 되며, 이를 제거하지 않을 경우 수소 정제 설비의 부하가 높아지며 최종 생산되는 수소에 암모니아가 포함될 가능성이 높아 수소의 품질을 만족하지 못하게 하는 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
이를 위하여, 종래의 연구들은 암모니아를 제거하기 위해 다양한 흡착제를 사용하였으며, 그 일례로 제올라이트, 알루미나, 실리카겔, 활성탄을 주로 사용하거나(AIChE Journal, 2000, 46(8)), 흡착 성능을 높이기 위해 metal halide (MgCl2, CaCl2, SrCl2, MgBr2, CaBr2, SrBr2)등을 사용한 연구(ACS Sustainable Chem. Eng, 2018. 6(5))들이 있었다.
AIChE Journal에서는 다양한 흡착제에 대한 연구를 수행하였지만, 암모니아의 흡착 데이터(등온흡착곡선)만 활용이 가능하여 흡착된 암모니아의 제거(흡착제의 재생) 공정에 적용 가능한 지에 대한 추가 데이터가 없어 PSA로 적용 가능한지의 여부를 판단하기는 어렵다. 특히, 흡착제의 경우 흡착 곡선과 탈착 곡선의 양상이 다른 히스테리시스(hysteresis)도 관찰되기 때문에 등온 흡착곡선만으로 PSA의 적용 가능 여부를 판단하기 어렵다. 또한 ACS Sustainable Chem. Eng에서는 높은 온도(150℃)에서 운전되며 TSA(온도변동흡착) 공정 적용을 위해 적용되어 PSA 방식과는 다른 운전 방식을 적용하였다.
한편 최근에는 압력변동흡착(PSA) 적용을 위한 흡착제 및 흡착제 개선 관련된 연구들도 일부 있었지만 비교적 저농도의 암모니아 농도 영역(<1000ppm)에서만 제한적으로 적용하였고, 암모니아 분해 수소 생산 공정에서 생산될 수 있는 미분해 암모니아 농도 영역(% 농도 수준)에서의 PSA 방식을 이용한 미분해 암모니아 제거 공정의 적용은 이루어지지 않았다. 또한 암모니아 흡/탈착 사이클에 따른 working capacity로 활용할 수 있는 부분이 낮아 기존 연구들이 PSA를 목표로 연구였는지도 판단하기 어려운 실정이다.
한국 등록특허 KR10-2247199B1
본 발명은 수소 사회 구현을 위한 수소 생산 및 수소의 이송과 관련한 다양한 요구들이 발생하고 있음을 고려하여, 최근 각광받고 있는 수소의 이송 및 생산 수단으로의 암모니아에 주목하여 암모니아를 분해하여 수소를 생산하는 공정에서 미분해 암모니아를 제거하고자 하였다. 구체적으로, 본 발명은 촉매를 이용한 암모니아 분해 수소 추출 공정의 주요 공정인 암모니아의 분해, 미분해 암모니아의 제거 및 수소 분리/정제의 공정에서 PSA(압력변동흡착) 방식으로 상기 미분해 암모니아를 제거할 수 있는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 일 측면은,
촉매를 이용한 고온 반응 통하여 암모니아 가스로부터 수소와 질소를 생성하는 공정; 상기 고온 반응 공정을 통하여 공급되어 냉각된 저순도 수소와 질소, 그리고 미분해 암모니아를 함유한 가스 중 미분해 암모니아 가스를 선택적으로 흡착, 정제하는 공정; 및 상기 저순도 수소와 질소로 구성된 가스에서 고순도 수소를 분리, 정제하는 공정;을 포함하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법에 있어서,
상기 미분해 암모니아 가스를 CMS(Carbon Molecular Sieve) 흡착제를 이용하여 압력순환흡착방식(PSA)으로 탈착, 정제하는 것을 특징으로 하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 상기 흡착제로서 금속 염화물(metal halide)이 담지된 CMS를 이용할 수 있다.
상기 금속 염화물은 MgCl2, CaCl2, SrCl2, MgBr2, CaBr2 및 SrBr2 중 선택된 1종 이상을 이용할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, CMS(Carbon Molecular Sieve) 흡착제를 이용하여 압력순환흡착방식(PSA)으로 미분해 암모니아를 제거함으로써 암모니아의 흡착량을 향상시킴과 동시에, 탈착 성능도 함께 확보함에 따라 암모니아 분해 수소 생산을 위한 공정에서 발생하는 미분해 암모니아(0.5~11% 농도)를 제거함에 유용한 효과가 있다.
또한 종래의 TSA나 Scrubbing 방식에 비해 에너지 소모량이 적고 간단한 구성으로 암모니아 분해 수소 생산 공정에 적용할 수 있으며, 나아가, 암모니아부터 수소를 제조하는 공정에서, 미분해 암모니아 가스를 효과적으로 탈착 제거하여 암모니아 분해 수소 생산 공정의 열원으로 사용함으로써 전체적인 수소 생산 제조공정의 효율을 제고할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 암모니아로부터 수소를 생산하는 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에서 흡착제를 이용하여 미반응 암모니아 가스를 흡, 탈착 제거하도록 구성된 암모니아 흡/탈착 시험 장치에 대한 단면개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예서 흡착제로서 CMS를 이용하여 7bar 압력에서 5% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에서 흡착제로서 4wt% MgCl2 담지된 CMS를 이용하여 7bar 압력에서 2% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에서 흡착제로서 4wt% MgCl2 담지된 CMS를 이용하여 7bar 압력에서 5% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에서 흡착제로서 4wt% MgCl2 담지된 CMS를 이용하여 5bar 압력에서 2% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에서 흡착제로서 4wt% MgCl2 담지된 CMS를 이용하여 5bar 압력에서 5% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 촉매를 이용한 고온, 고압 반응을 통하여 암모니아로부터 수소를 추출하는 공정에서, 기존 TSA 방식의 미분해 암모니아 흡/탈착 공정을 PSA 방식으로 적용가능한 흡착제를 제시함을 특징으로 한다. 구체적으로, 본 발명은 상기 흡착제로서 CMS(Carbon Molecular Sieve)를 이용하여 PSA 방식으로 미분해 암모니아의 제거에 이용하였으며, 나아가, MgCl2와 같은 금속염화물이 담지된 CMS를 흡착제로 이용함으로써 PSA 방식으로 미분해 암모니아의 흡착 성능을 향상시킬 있는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법을 제공함을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법은, 촉매를 이용한 고온 반응을 통하여 암모니아 가스로부터 수소와 질소를 생성하는 공정; 상기 고온 반응 공정을 통하여 공급되어 냉각된 저순도 수소와 질소, 그리고 미분해 암모니아를 함유한 가스 중 미분해 암모니아 가스를 선택적으로 흡착, 정제하는 공정; 및 상기 저순도 수소와 질소로 구성된 가스에서 고순도 수소를 분리, 정제하는 공정;을 포함하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법에 있어서, 상기 미분해 암모니아 가스를 CMS(Carbon Molecular Sieve) 흡착제를 이용하여 압력순환흡착방식(PSA)으로 탈착, 정제하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 암모니아로부터 수소를 생산하는 제조공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 일반적으로 암모니아로부터 수소를 추출하는 방법은, 먼저, 촉매를 이용한 고온 반응 통하여 암모니아 가스로부터 수소와 질소를 생성하는 공정을 포함한다.
일반적으로, 암모니아는 고온반응을 통하여 질소와 수소로 분해되며, 분해 조건에 따라 미분해 암모니아의 농도가 달라지게 된다. 하기 표 1은 암모니아의 분해율에 따른 미분해 암모니아의 농도와, 암모니아 분해를 위한 압력 및 미분해 암모니아의 제거를 위한 온도를 나타내고 있다.
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 대표적으로 90% 수준으로 암모니아가 분해되었을 경우, 약 5.3%(53,000ppm) 수준의 암모니아가 잔류하고 있음을 알 수 있다. 이에 본 발명에서는 암모니아 분해 수소 추출 공정에서 사용할 수 있는 전환율 수준을 고려하여, 0.5~11.1%의 미분해 암모니아 잔류 조건, 40℃, 3~9bar_g 조건에서 압력변동흡착(PSA) 공정에 적용할 수 있는 흡착제 및 그 흡착제를 이용한 수소 제조방법을 제공하고자 한다.
전환율 (%) NH3 (%) N2 (%) H2 (%) 냉각후온도(℃) 압력
80 11.1 22.2 66.7 40 3~9 bar_g
90 5.3 23.7 71.1 40 3~9 bar_g
95 2.6 24.4 73.1 40 3~9 bar_g
99 0.5 24.9 74.6 40 3~9 bar_g
이어, 본 발명에서는 상기 고온 반응 공정을 통하여 공급되어 냉각된 저순도 수소와 질소, 그리고 미분해 암모니아를 함유한 가스 중 미분해 암모니아 가스를 선택적으로 흡착, 정제한다.
이때, 본 발명에서는 암모니아 분해 수소 생산 공정에서 발생한 미분해 암모니아를 제거하기 위한 기술로 흡착제 CMS(carbon molecular sieve)를 이용한 PSA(압력변동흡착) 방식으로 미분해 암모니아를 제거함을 특징으로 한다. 이러한 CMS를 암모니아 흡/탈착 흡착제로 사용함에 따라 종래 PSA 공정 대비 보다 높은 수준으로 미분해 암모니아의 흡/탈착 운전용량(working capacity)을 확보할 수 있다.
그리고 본 발명의 CMS를 이용하는 미분해 암모니아를 흡착제거를 위한 공정조건으로, 암모니아 분해율 80~99%, 미분해 암모니아 농도 0.5~11%, 3barg~9barg의 압력 및 20~50℃의 온도를 갖는 미분해 암모니아 가스를 이용함이 바람직하다.
또한 바람직하게는, 금속염화물(metal halide) 담지된 CMS를 흡착제로 이용하는 것이다. 이에 의해, 금속염화물이 담지하지 않은 CMS를 흡착제로 이용하는 경우 대비 보다 우수한 흡착 성능을 나타낼 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 금속염화물로서 MgCl2, CaCl2, SrCl2, MgBr2, CaBr2 및 SrBr2 중 선택된 1종 이상을 이용하는 것이다.
한편 흡착제로서 기존의 활성탄을 이용한 암모니아 흡착/제거 공정의 운전 용량은 온도, 압력 조건에 따라 흡착량이 달라지나, TSA 방식으로 적용할 경우에는 금속염화물(metal halide)로 전처리 하지 않은 경우 0.6 mmol/g, MgCl2로 처리하였을 경우에는 2.1 mmol/g 수준까지의 운전 용량(working capacity)을 가짐이 알려져 있다. 그러나 본 공정은 대용량의 가스 처리를 위해서는 가열 및 냉각에 필요한 시간 및 추가 에너지 사용에 따라 경제성이 낮아져 대용량의 처리가 어렵고, 추가 에너지 사용으로 인한 온실가스 발생이 증가하는 문제를 안고 있다. 또한 흡착제로서 기존 활성탄을 이용하여 PSA 방식으로 미분해 암모니의 흡/탈착 공정을 적용한 경우에도, 금속염화물 전처리하지 않은 활성탄에서는 0.77 mmol/g 수준, 그리고 MgCl2로 전처리한 경우에는 9bar_g 조건에서 1.57 mmol/g의 운전 용량을 가짐도 알려져 있다[암모니아의 재생 및 농축을 위한 금속 전구체에 따른 금속 첨착 활성탄의 흡착 및 탈착 특성에 관한 연구(Clean Technol. 26(2) 2020, 137-144)]
이와 같이, 흡착제로서 통상의 활성탄을 이용하는 경우, 후술하는 본 발명의 CMS 또는 금속염화물 담지된 CMS를 흡착제로 이용하는 경우 대비, 흡착능이 떨어짐을 알 수 있다.
이어, 본 발명에서는 상기 저순도 수소와 질소로 구성된 가스에서 고순도 수소를 분리, 정제함으로써 고순도의 수소를 생산할 수 있는 것이다. 이러한 고순도 수소를 정제하는 방법으로 다양한 방법이 제시되어 있으나, 본 발명은 특정한 공정 조건에 제한되지 않으며, 다양한 공정을 제한없이 이용할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예)
CMS(carbon molecular sieve)를 미분해 암모니아의 제거를 위한 공정에 사용하여 암모니아의 흡/탈착 테스트를 수행하였다. 그리고 비교를 위하여 MgCl2 담지된 CMS를 또한 미분해 암모니아 제거를 위한 흡/탈착 테스트를 수행하였다. 여기에서, MgCl2의 담지는 CMS 대비 4wt% 수준이 되도록 MgCl2를 넣은 증류수와 CMS를 혼합하여 MgCl2 용액에 CMS에 완전히 담지되도록 한 후 혼합하면서 건조시키고, 이어, 추가적으로 잔류 수분을 완전히 제거하기 위해 질소 분위기에서 200℃로 1시간 건조시킨 후 암모니아의 흡/탈착 실험에 사용하였다.
도 2는 본 발명의 일실시예에서 흡착제를 이용하여 미반응 암모니아 가스를 흡, 탈착 제거하도록 구성된 암모니아 흡/탈착 시험 장치에 대한 단면개략도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, back pressure regulator를 통해 흡착제가 들어 있는 반응기 안의 압력을 조절하여 목표 압력으로 지속적으로 암모니아의 흡착이 일어나도록 하였으며, 암모니아가 흡착된 가스 내의 암모니아 농도를 암모니아 분석기를 이용하여 지속적으로 분석하였다. 그리고 흡착이 완료된 경우에는 기존 gas line의 밸브를 잠그고, 하부의 N2 flushing line을 열어 압력을 낮춘 후 상부에 N2를 공급하여 탈착하는 과정을 거쳤다. 탈착이 완료된 경우, 다시 암모니아가 포함된 가스를 공급하여 흡착이 이루어지도록 실험 장비를 구성하여 PSA(압력변동흡착) 공정 적용시의 흡착제의 흡/탈착 성능을 평가하였다.
한편 이때 암모니아 분해 수소 생산 공정에 적용할 수 있는 온도, 압력, 암모니아의 농도에 따른 다양한 조건에서의 암모니아 흡/탈착 시험을 수행하였고 그 구체적인 조건이 하기 표 2에 나타나 있다. 본 실험에서, 흡착은 하기 표 2의 온도와 압력 조건에서 수행하였고, 탈착은 동일한 운전 조건 또는 흡착 온도보다 약간 높은 조건으로 압력은 상압조건에서 질소를 흘려주면서 흡착된 암모니아를 탈착시켰다. 이후, 암모니아가 완전히 탈착된 후에 다시 하기 표 2의 온도 압력 조건에서 암모니아를 흡/탈착시키는 과정을 3회 반복하였다. 그리고 이러한 다양한 조건에서의 암모니아 흡/탈착 시험의 결과를 또한 하기 표 2에 나타내었다.
또한 각 조건에서의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 도 3-7이 나타내었다.
도 3은 본 발명의 실시예서 흡착제로서 CMS를 이용하여 7bar 압력에서 5% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 흡착제로서 4wt% MgCl2 담지된 CMS를 이용하여 7bar 압력에서 2% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 흡착제로서 4wt% MgCl2 담지된 CMS를 이용하여 7bar 압력에서 5% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 흡착제로서 4wt% MgCl2 담지된 CMS를 이용하여 5bar 압력에서 2% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 흡착제로서 4wt% MgCl2 담지된 CMS를 이용하여 5bar 압력에서 5% 농도의 미분해 암모니아(NH3) 가스를 흡착하였을 때의 횟수(cycle)별 암모니아 흡착 파과곡선을 나타내는 그림이다.
흡착제 Virgin CMS 4 wt% MgCl2 담지 CMS
흡착압력 0.7 MPa 0.7 MPa 0.5 MPa
온도 40 oC
암모니아 농도 5% 2 % 5 % 2 % 5 %
Adsorption Capacity (mmol/g) 1.13 3.17 2.42 2.51 2.60
상기 표 2 및 도 3-7에 나타난 바와 같이, 흡착 실험시 흡착 칼럼을 통과한 가스 중의 암모니아 농도를 측정한 결과로 암모니아의 흡착이 잘 이루어질 경우에는 배출가스 중 암모니아가 거의 측정되지 않음을 알 수 있다.
통상 기존의 활성탄에 MgCl2를 담지한 경우, 7bar_g 조건에서는 1.4 mmol/g 수준으로 흡/탈착 운전용량을 나타내었으나, 본 발명의 흡착제인 CMS를 사용할 경우 MgCl2의 담지없이도 활성탄-MgCl2 흡착제와 유사한 흡착용량을 나타낼 수 있었다. 더욱이, CMS에 MgCl2를 담지할 경우에는 2배 정도 운전용량이 획기적으로 향상하는 것을 알 수 있는데, 이는 기존의 활성탄-MgCl2 흡착제에서 보인 가장 높은 수준의 운전용량보다도 높은 수준의 결과였다.
한편 흡착 곡선을 살펴보면, 첫번째 흡착 cycle에서 가장 높은 수준의 흡착량을 보이다가 2번째, 3번째에서는 흡착량이 다소 낮아짐을 볼 수 있다. 이는 흡착제에 흡착된 양 전체가 탈착되지 않고 계속 흡착제에 잔류하고 있다는 것을 의미한다.
이 경우 흡착된 암모니아를 완전히 제거하기 위해서는 TSA 방식을 적용하면 가능하나, 앞서 기술한 바와 같이 TSA로 적용시 발생할 수 있는 문제점으로 인해 PSA로 적용하는 것이 타당하다. 특히, PSA 방식으로 운영함에 따라 추가 에너지 소요량을 최소화하면서 암모니아 분해 수소 생산 공정에서 생산되는 가스 중 미분해 암모니아의 제거에 효과적으로 사용할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 촉매를 이용한 고온 반응 통하여 암모니아 가스로부터 수소와 질소를 생성하는 공정; 상기 고온 반응 공정을 통하여 공급되어 냉각된 저순도 수소와 질소, 그리고 미분해 암모니아를 함유한 가스 중 미분해 암모니아 가스를 선택적으로 흡착, 정제하는 공정; 및 상기 저순도 수소와 질소로 구성된 가스에서 고순도 수소를 분리, 정제하는 공정;을 포함하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 미분해 암모니아 가스를 CMS(Carbon Molecular Sieve) 흡착제를 이용하여 압력순환흡착방식(PSA)으로 탈착, 정제하는 것을 특징으로 하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 흡착제로서 금속 염화물(metal halide)이 담지된 CMS를 이용하는 것을 특징으로 하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 금속 염화물은 MgCl2, CaCl2, SrCl2, MgBr2, CaBr2 및 SrBr2 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 흡착제를, 암모니아 분해율 80~99%, 미분해 암모니아 농도 0.5~11%, 3barg~9barg의 압력 및 20~50℃의 온도를 갖는 미분해 암모니아에 적용하는 것을 특징으로 하는 암모니아로부터 수소를 제조하는 방법.

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