KR20230106782A - PSA system for efficient separation of impurities from source gas including main gas and impurities, and operating method there of - Google Patents

PSA system for efficient separation of impurities from source gas including main gas and impurities, and operating method there of Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a PSA system for efficient separation of impurities from main gas and raw material gas including impurities and an operating method thereof, and more specifically, to a PSA system for efficient separation of impurities from main gas and raw material gas including impurities and an operating method thereof, wherein the system separates impurities contained in raw material gas, that is, exhaust gas is recycled into regenerated gas in a PSA process, and each PSA process is combined and operated.

Description

주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템, 및 이의 운전 방법{PSA system for efficient separation of impurities from source gas including main gas and impurities, and operating method there of}PSA system for efficient separation of impurities from source gas including main gas and impurities, and operating method there of}

본 발명은, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템, 및 이의 운전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원료 가스에 포함된 불순물을 분리하는 시스템, 즉 PSA 공정에서 배기가스 (Exhaust Gas)를 재생 가스 (Rinse Gas)로 재활용하고, 또한, 상기 각각의 PSA 공정을 병합 운전하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템, 및 이의 운전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a PSA system for efficiently separating impurities from a source gas including a main gas and impurities, and an operating method thereof, and more particularly, to a system for separating impurities contained in a source gas, that is, in a PSA process. A PSA system for efficient separation of impurities from a source gas containing a main gas and impurities, which recycles exhaust gas into regeneration gas and also operates the respective PSA processes together, and its It's about how to drive.

불순물을 포함하는 원료 가스로부터 주 가스를 분리하는 것은 산업 공정에서 중요하다. 통상적으로 주 가스를 포함하는 원료 가스 중의 불순물의 제거에는 흡착법을 이용한 공정을 이용한다.Separation of the main gas from the source gas containing impurities is important in industrial processes. In general, a process using an adsorption method is used to remove impurities in a raw material gas including a main gas.

원료 가스에서 불순물을 분리하는 산업적인 것은, 예컨대 수소의 정제에 관한 것이다. 특히 수소의 정제를 위해서 수소에 포함된 질소 및 암모니아를 분리하는 상업 규모의 공정이 존재한다.Industrial separation of impurities from raw gas is related to, for example, the purification of hydrogen. Commercial-scale processes exist to separate nitrogen and ammonia from hydrogen, especially for the purification of hydrogen.

이러한 상업 규모가 요구되는 이유는 수소에는 탄소(C) 원자가 들어 있지 않아 에너지로 활용할 경우 부산물로 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않을 뿐만 아니라, 유해가스를 방출하지 않는 친환경 연료이기 때문이다. The reason why such a commercial scale is required is that hydrogen does not contain carbon (C) atoms, so it does not emit carbon dioxide (CO 2 ) as a by-product when used as energy, and is an environmentally friendly fuel that does not emit harmful gases.

특히, 수소는 자연 상태에서 독립적으로 존재하는 것이 아니므로 천연자원에서 추출해야 한다는 특징이 있다. 수소의 생산은 물을 전기분해하는 것으로 쉽게 가능하지만, 경제성 등의 문제로 현재는 석유, 천연가스, 석탄 등과 같은 화석연료로부터 수소를 생산하는 방법이 주로 활용되고 있다. 다만, 이들 화석연료는 탄소(C)를 포함하고 있기에 친환경적이라 보기 어렵기에 최근 탄소(C)를 포함하지 않는 암모니아(NH3)가 수소 생산 연료로 새롭게 각광 받고 있다.In particular, since hydrogen does not exist independently in nature, it is characterized in that it must be extracted from natural resources. Hydrogen production is easily possible by electrolysis of water, but currently, a method of producing hydrogen from fossil fuels such as petroleum, natural gas, and coal is mainly used due to problems such as economic feasibility. However, since these fossil fuels contain carbon (C), it is difficult to view them as environmentally friendly. Recently, ammonia (NH 3 ), which does not contain carbon (C), has been newly spotlighted as a fuel for hydrogen production.

2NH3 -> 3H2 + N2 2NH 3 -> 3H 2 + N 2

암모니아를 기반으로 한 수소 생산은 위의 반응식과 같은 분해 반응 공정을 포함하고 있으며, 반응 공정을 거쳐 발생된 가스는 수소 외에도 부산물인 질소와 미반응된 암모니아를 포함하고 있다. Hydrogen production based on ammonia includes a decomposition reaction process as shown in the above reaction equation, and the gas generated through the reaction process includes nitrogen as a by-product and unreacted ammonia in addition to hydrogen.

한편, 암모니아는 부식성이 강하여 재질에 취약할 수 있으며 주요 사용처인 연료전지 내의 전해질막이나 촉매 층에 악영향을 미친다. 또한, 질소의 경우 대표적인 불활성 기체로 일반적으로 안정하다고 알려져 있으나 고순도의 수소에 함유된 질소는 고온에서 암모니아를 발생시킬 가능성이 있으며, 저온에서는 PEMFC의 스택에 흡착되어 악영향을 미칠 수 있다. On the other hand, ammonia is highly corrosive and can be vulnerable to materials, and adversely affects an electrolyte membrane or a catalyst layer in a fuel cell, which is a major use. In addition, nitrogen is generally known to be stable as a representative inert gas, but nitrogen contained in high-purity hydrogen may generate ammonia at high temperatures, and may adversely affect the PEMFC stack at low temperatures by being adsorbed.

더하여, 암모니아 분해를 통해 배출된 질소는 약 25 mol%로 다량 포함되어 있어 공정의 크기를 비효율적으로 키울 뿐만 아니라, 연료전지의 원료로써 사용되는 수소에 질소가 포함되면 자동차용 연료전지에서 활용되는 수소 재순환 시스템에 누적되는 등 스택 입구로 공급되는 수소의 농도가 낮아서 결국에는 스택의 성능 저하를 초래하게 되므로 반드시 제거해줘야 한다.In addition, nitrogen emitted through ammonia decomposition contains a large amount of about 25 mol%, which not only increases the size of the process inefficiently, but also increases the hydrogen used in fuel cells for vehicles when nitrogen is included in the hydrogen used as a raw material for fuel cells. Since the concentration of hydrogen supplied to the inlet of the stack is low, such as accumulated in the recirculation system, eventually deteriorating the performance of the stack, it must be removed.

이처럼 불순물의 제거는 고순도 수소 생산 시스템에서 중요한 부분을 차지하고 있다. As such, the removal of impurities is an important part of the high-purity hydrogen production system.

한편, 종래의 불순물 제거 방법으로 가장 효과적인 것으로 흡착법 등이 알려져 있다.On the other hand, the adsorption method is known as the most effective method for removing impurities in the prior art.

특히, 흡착법을 이용한 분리 공정은 비교적 낮은 온도에서 이루어지며, 흡착제는 특정 물질에 대해 선택성을 지니고 있어 높은 경쟁력을 지니고 있다. 한편, 상기 흡착법이 연속적인 공정이 되기 위해서는 흡착제를 효과적으로 재생해야만 하며, 흡착제의 재생을 위한 방법에는 온도를 올려 재생시키는 온도 변동 흡착법(Temperature Swing Adsorption, TSA)과 압력을 조절하여 재생시키는 압력 변동 흡착법(Pressure Swing Adsorption, PSA)이 있다. In particular, the separation process using the adsorption method is performed at a relatively low temperature, and the adsorbent has high competitiveness because it has selectivity for a specific material. On the other hand, in order for the adsorption method to be a continuous process, the adsorbent must be effectively regenerated. Methods for regenerating the adsorbent include a temperature swing adsorption (TSA) method that regenerates the adsorbent by raising the temperature and a pressure swing adsorption method that regenerates the adsorbent by adjusting the pressure. (Pressure Swing Adsorption, PSA).

상기 TSA 방법은 흡착제를 재생하기 위하여 일정 온도까지 승온시켜 흡착된 기체를 탈착시킨 후 상온으로 온도를 다시 낮추어 재흡착을 반복해야 하는 복잡한 단계를 포함한다. 그에 반해 PSA 방법은 압력에 따라 흡착량이 변하는 원리에 기반하여 불순물을 분리, 정제하는 방법으로 작동이 단순하고 처리 시간이 짧다. The TSA method includes a complicated step of repeating re-adsorption by raising the temperature to a certain temperature to desorb the adsorbed gas and then lowering the temperature back to room temperature to regenerate the adsorbent. On the other hand, the PSA method is a method of separating and purifying impurities based on the principle that the adsorption amount changes according to pressure, and the operation is simple and the processing time is short.

그러나 혼합물 가스에 포함된 불순물이 암모니아와 같이 흡착제와의 결합이 강한 경우에는 탈착이 어려워 정제된 주 가스, 즉 수소의 회수율이 낮아지는 단점이 있다. However, when an impurity included in the mixture gas has a strong bond with the adsorbent, such as ammonia, it is difficult to desorb and the recovery rate of the purified main gas, that is, hydrogen, is low.

이로 인해 종래기술에서는 TSA 방법을 적용하여 수소로부터 암모니아를 제거하고 있다. For this reason, in the prior art, ammonia is removed from hydrogen by applying the TSA method.

일반적으로 PSA는 흡착과 탈착을 포함하는 단계의 순환 운전을 기반으로 하며, 순환 시간을 짧게 할수록 주 가스, 예를 들어 수소의 순도는 높아지나 수소의 회수 효율은 떨어지는 특징이 있다. 이에 주 가스의 회수 효율을 높이기 위하여 진공 펌프를 활용 (VPSA) 하여, 탈착 단계의 압력을 낮추는 방법 등이 사용되고 있으나 추가적인 장치가 필요하다는 단점이 있다.In general, PSA is based on a cycle operation of steps including adsorption and desorption, and the shorter the cycle time, the higher the purity of the main gas, for example, hydrogen, but the recovery efficiency of hydrogen is low. In order to increase the recovery efficiency of the main gas, a method of lowering the pressure in the desorption step by using a vacuum pump (VPSA) has been used, but it has the disadvantage of requiring an additional device.

또한, PSA에 충진되는 흡착제는 각각의 불순물에 따른 성능 차이, 즉 암모니아를 제거할 때와 질소를 제거할 때의 성능 차이로 인하여 운전 과정의 차이가 발생하게 된다. In addition, the adsorbent filled in the PSA causes a difference in operation process due to a difference in performance according to each impurity, that is, a difference in performance when removing ammonia and when removing nitrogen.

따라서, 각각의 불순물을 제거할 수 있는 각각의 PSA를 연결하는 방법이 필요하게 된다. Therefore, a method of connecting each PSA capable of removing each impurity is required.

한편, 2개 이상의 PSA를 직렬로 연결하여 사용할 경우 각 PSA 회수 효율로 인하여 연결된 공정의 전체 회수 효율이 감소될 수 있으며, 상기 각 PSA에서의 순환 과정의 차이로 인하여 PSA의 성능이 감소할 수 있다. On the other hand, when two or more PSAs are connected in series and used, the overall recovery efficiency of the connected process may be reduced due to the recovery efficiency of each PSA, and the performance of the PSA may be reduced due to the difference in the circulation process in each PSA. .

따라서, 원료 가스 중의 주 가스, 예를 들어 수소의 순도 및 회수 효율의 향상을 위하여 불순물인 암모니아와 질소 등의 분리제거가 효율적으로 이루어질 수 있는 PSA를 안정적으로 운영할 수 있는 시스템, 및 이의 운영 방법의 개발이 필요하다.Therefore, in order to improve the purity and recovery efficiency of the main gas in the source gas, for example, hydrogen, a system capable of stably operating a PSA capable of efficiently separating and removing impurities such as ammonia and nitrogen, and an operating method thereof need to develop

KRKR 10-2315763 10-2315763 B1(2021.10.21.B1(2021.10.21. 공고)Announcement)

본 발명은, 불순물이 포함된 원료 가스에서 주 가스의 고순도 및 고효율의 분리 정제를 위하여 주 가스에 포함된 2종 이상의 불순물 분리에 이용하는 각각의 PSA 시스템을 병합하고, 또한, 상기 PSA 시스템에 재생 가스 (Rinse Gas)를 활용하여 주 가스로부터 불순물을 효율적으로 분리하는 것을 목적으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템, 및 이의 운전 방법을 제공하고자 하는 것이다. The present invention combines each PSA system used for separation of two or more types of impurities included in the main gas for high purity and high efficiency separation and purification of the main gas from the raw material gas containing impurities, and also, the PSA system is used for regeneration gas It is an object of the present invention to provide a PSA system for efficiently separating impurities from a source gas including a main gas and impurities, and an operation method thereof, for the purpose of efficiently separating impurities from a main gas by utilizing a rinse gas.

본 발명은, 상기와 같은 원료 가스 중에서 주 가스의 고순도 및 고효율의 분리 정제의 목적을 위하여, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템, 및 이의 운전 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention, for the purpose of high-purity and high-efficiency separation and purification of the main gas from the source gas as described above, to provide a PSA system for efficient separation of impurities from a source gas containing a main gas and impurities, and an operation method thereof is to do

상기 본 발명의 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템은, The PSA system for efficient separation of impurities from the source gas containing the main gas and impurities of the present invention,

원료 가스로부터 n개의 각각의 불순물을 제거하기 위한 n개의 PSA부, 즉 제1 PSA부 (100) 내지 제n PSA부 (200), 및 제어 탱크부 (300)를 포함한다(도 1 참조). It includes n PSA units for removing n respective impurities from the raw material gas, that is, the first PSA unit 100 to the n th PSA unit 200, and a control tank unit 300 (see FIG. 1).

상기 제어 탱크부는 1 내지 n-1개를 구비할 수 있다.The control tank unit may include 1 to n-1 units.

상기 PSA부는 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스 공급부; 불순물을 흡착하는 흡착제가 충진된 2개 이상의 흡착탑; 불순물이 제거된 정제 가스 배출부; 제거된 불순물을 포함하는 배기가스 배출부;로 구성되어 있으며, 필요에 따라 재생 가스 공급부; 및 탈착용 진공 펌프를 포함할 수 있다(도 2 참조). The PSA unit includes a source gas supply unit including a main gas and impurities; two or more adsorption towers filled with an adsorbent adsorbing impurities; Refined gas outlet from which impurities are removed; An exhaust gas discharge unit containing the removed impurities; and, if necessary, a regeneration gas supply unit; and a vacuum pump for detachment (see FIG. 2).

상기 제1 PSA부는 원료 가스로부터 첫 번째의 불순물을 제거하기 위한 PSA부이고, 상기 제n-1 PSA부는 n-1번째의 불순물을 제거하기 위한 PSA부이며, 상기 제n PSA부는 n번째의 불순물을 제거하여 최종으로 주 가스를 분리 정제하기 위한 PSA부이다.The first PSA unit is a PSA unit for removing a first impurity from the raw material gas, the n−1 th PSA unit is a PSA unit for removing an n−1 th impurity, and the n th PSA unit is an n th impurity. It is a PSA part for finally separating and purifying the main gas by removing the

상기 제1 PSA부는 모든 불순물을 포함하는 원료 가스 공급부; 제1 불순물을 흡착하는 흡착제가 충진된 2개 이상의 흡착탑; 제1 불순물이 제거된 정제 가스 배출부; 및 상기 제거된 제1 불순물을 포함하는 배기가스 배출부;를 구비하고, 제2 PSA부는 제1 불순물을 제외한 상기 원료 가스 공급부; 제2 불순물을 흡착하는 흡착제가 충진된 2개 이상의 흡착탑; 제2 불순물이 제거된 정제 가스 배출부; 및 제거된 제2 불순물을 포함하는 배기가스 배출부;를 구비하며, 제n PSA부는 제n-1 불순물을 제외한 상기 원료 가스 공급부; 제n 불순물을 흡착하는 흡착제가 충진된 2개 이상의 흡착탑; 제n 불순물이 제거된 정제 가스 배출부; 및 제거된 제n 불순물을 포함하는 배기가스 배출부;를 구비한다(도 2 참조). The first PSA unit includes a source gas supply unit containing all impurities; two or more adsorption towers filled with an adsorbent adsorbing the first impurity; a refined gas discharge unit from which the first impurities are removed; and an exhaust gas discharge unit including the removed first impurities, and a second PSA unit including the source gas supply unit excluding the first impurities; two or more adsorption towers filled with an adsorbent adsorbing the second impurity; a refined gas outlet from which the second impurities are removed; and an exhaust gas discharge unit including the removed second impurities, wherein the n-th PSA unit includes the source gas supply unit excluding the n−1-th impurities; two or more adsorption towers filled with an adsorbent adsorbing the nth impurity; a purified gas discharge unit from which nth impurities are removed; and an exhaust gas discharge unit including the removed n-th impurity (see FIG. 2).

상기 흡착탑은 2개 이상 구성되어 가압 단계, 흡착 단계, 감압 단계, 재생 단계를 순환하며 작동된다. 이 작동에서 필요에 따라 균등화 단계가 포함될 수 있다(도 3 참조).Two or more adsorption towers are configured to cycle through a pressurization step, an adsorption step, a decompression step, and a regeneration step. An equalization step may be included in this operation if desired (see Figure 3).

상기 가압 단계는, 흡착탑 내의 압력을 흡착 단계의 압력까지 높이기 위한 단계이다. 상기 가압 단계는 원료 가스를 사용하거나 정제 가스를 사용할 수 있다. The pressurizing step is a step for increasing the pressure in the adsorption tower to the pressure of the adsorption step. The pressurization step may use source gas or refined gas.

상기 흡착 단계는, 상기 가압 단계에 이어 일정한 흡착 압력으로 정제 가스를 흡착탑 상부로 배출하는 단계이다. 흡착탑의 내부에서는 강 흡착질인 불순물과 약 흡착질인 주 가스 사이의 농도 차이에 따라 물질 전달이 일어나며, 흡착탑의 하부에서부터 강 흡착질인 불순물이 먼저 흡착됨에 따라 흡착탑의 상부에서는 약 흡착질인 주 가스가 농축되어 배출되게 된다. 흡착탑에서의 가스 흐름은 흡착탑 하부에서 상부 방향으로 진행된다. The adsorption step is a step of discharging the purified gas to the top of the adsorption tower at a constant adsorption pressure following the pressurization step. Inside the adsorption tower, mass transfer occurs according to the difference in concentration between the impurity, which is a strong adsorbate, and the main gas, which is a weak adsorbate. will be ejected The gas flow in the adsorption tower proceeds from the bottom of the adsorption tower to the top.

상기 감압 단계는, 상기 흡착 단계 이후 흡착탑의 압력을 낮추어 흡착탑에 포화된 불순물을 탈착하는 단계이다. 흡착탑 하부의 밸브를 열어 흡착 압력인 고압에서 탈착 압력인 저압으로 압력을 낮추며, 이때 탈착 효율을 높이기 위하여 진공 펌프를 활용할 수 있다. 흡착탑에서의 가스 흐름은 흡착 단계와 반대 방향인 흡착탑 상부에서 하부 방향으로 진행된다.The decompression step is a step of desorbing impurities saturated in the adsorption tower by lowering the pressure of the adsorption tower after the adsorption step. The valve at the bottom of the adsorption tower is opened to lower the pressure from the high pressure, which is the adsorption pressure, to the low pressure, which is the desorption pressure. At this time, a vacuum pump can be used to increase the desorption efficiency. The gas flow in the adsorption tower proceeds from the top of the adsorption tower to the bottom, in the opposite direction to the adsorption step.

상기 재생 단계는, 상기 감압 단계 후, 흡착탑 내의 잔류하고 있는 불순물을 탈착하여 흡착탑의 완전한 재생을 이루기 위한 단계이다. 이러한 재생 단계에서는 재생 가스를 낮은 압력으로 흡착탑 상부로 주입하여 세정하며, 흡착탑 하부로 가스를 배출하여 흡착탑 내 불순물의 농도를 낮춘다. The regeneration step is a step for achieving complete regeneration of the adsorption tower by desorbing impurities remaining in the adsorption tower after the depressurization step. In this regeneration step, the regeneration gas is injected into the upper part of the adsorption tower at a low pressure for cleaning, and the gas is discharged to the lower part of the adsorption tower to lower the concentration of impurities in the adsorption tower.

상기 재생 가스는 정제 가스의 일부를 사용하거나, 또는 별도의 약 흡착질 가스를 공급하여 사용한다. 통상적으로 사용되는 재생 가스의 유량은 정제 가스의 순도 및 주 가스 회수율에 영향을 미치는 중요한 변수이다.The regeneration gas is used by using a part of the refining gas or by supplying a separate weak adsorbate gas. The flow rate of the commonly used regeneration gas is an important variable affecting the purity of the refined gas and the recovery rate of the main gas.

상기 균등화 단계는, 상기 감압 단계에서 손실되는 에너지 (압력)의 일부를 이용하여 에너지의 손실을 줄이는 단계이다. 즉, 상기 흡착 단계가 끝난 흡착탑을 상기 재생 단계가 끝난 다른 흡착탑과 연결하여, 상기 흡착 단계가 끝난 고압의 흡착탑은 병류 감압을, 상기 재생 단계가 끝난 흡착탑은 향류 가압을, 동시에 이루어지도록 하여 손실된 에너지의 일부를 다른 흡착탑의 가압에 사용함으로써 에너지 손실을 줄일 수 있다. 상기 균등화 단계가 포함될 경우, 상기 PSA부의 흡착탑은 가압 단계, 흡착 단계, 균등화 단계 (병류 감압), 감압 단계, 재생 단계, 균등화 단계 (향류 가압) 순으로 순환하며 작동될 수 있다. The equalization step is a step of reducing energy loss by using some of the energy (pressure) lost in the pressure reduction step. That is, the adsorption tower after the adsorption step is connected to another adsorption tower after the regeneration step, so that the high-pressure adsorption tower after the adsorption step is subjected to cocurrent pressure reduction and the adsorption tower after the regeneration step is subjected to countercurrent pressure simultaneously. Energy loss can be reduced by using some of the energy for pressurization of other adsorption towers. When the equalization step is included, the adsorption tower of the PSA unit may be circulated and operated in the order of pressurization step, adsorption step, equalization step (co-current pressure reduction), decompression step, regeneration step, and equalization step (countercurrent pressure).

상기 원료 가스 공급부는, 제1 PSA부의 경우는 모든 불순물을 포함하는 원료 가스를 공급하는 곳이고, 제2 PSA부는 제1 불순물을 제외한 원료 가스를 공급하는 곳이며, 제n PSA부는 제1 불순물부터 제 n-1 불순물까지 n-1개의 불순물을 제외한 원료 가스를 공급하는 곳이다.In the case of the source gas supply unit, the first PSA unit supplies source gas containing all impurities, the second PSA unit supplies source gas excluding the first impurity, and the n-th PSA unit supplies source gas containing all impurities from the first impurity to the nth PSA unit. This is a place to supply source gas excluding n-1 impurities up to the n-1th impurity.

상기 정제 가스 배출부는, 제1 PSA부의 경우는 제1 불순물을 제거한 정제 가스를 배출하는 곳이고, 배출된 정제 가스는 제2 PSA부의 원료 가스 공급부로 공급되는 원료 가스이다. 따라서 제n PSA부의 정제 가스 배출부에서는 n개의 불순물이 제거된 정제 가스를 배출하는 곳이고, 즉 모든 불순물이 제거된 주 가스가 배출되는 곳이다.The refined gas discharge unit, in the case of the first PSA unit, discharges the refined gas from which the first impurities are removed, and the discharged refined gas is source gas supplied to the source gas supply unit of the second PSA unit. Accordingly, the refined gas discharge unit of the nth PSA unit discharges refined gas from which n impurities are removed, that is, a main gas from which all impurities are removed is discharged.

상기 배기가스 배출부는, 제1 PSA부의 경우는 모든 불순물을 포함하는 원료 가스 중 제거된 제1 불순물을 주성분으로 하는 배기가스를 배출하는 곳이고, 제2 PSA부의 경우는 제1 불순물을 제거한 정제 가스 중 제거된 제2 불순물을 주성분으로 하는 배기가스를 배출하는 곳이다. 따라서, 제n PSA부의 배기가스 배출부에서는 n-1개의 불순물을 제거한 정제 가스 중 제거된 제n 불순물을 주성분으로 하는 배기가스를 배출하는 곳이고, 즉 n-1개의 불순물은 포함하지 않는다.In the case of the first PSA unit, the exhaust gas discharge unit discharges exhaust gas mainly composed of the removed first impurity out of raw material gas containing all impurities, and in the case of the second PSA unit, the refined gas from which the first impurities are removed. This is where the exhaust gas containing the removed second impurity as a main component is discharged. Therefore, the exhaust gas discharge unit of the n-th PSA unit discharges exhaust gas mainly composed of the n-th impurities removed from the purified gas from which n-1 impurities are removed, that is, it does not contain n-1 impurities.

또한, 제1 PSA부 내지 제n-1 PSA부는 재생 가스 공급부;를 포함할 수 있다. 상기 제1 PSA부 내지 제n-1 PSA부의 재생 가스 공급부는 각 PSA부의 상기 흡착탑의 재생을 위한 재생 가스의 공급을 위한 것이다(도 4 참조). In addition, the first PSA unit to the n−1 th PSA unit may include a regeneration gas supply unit. The regeneration gas supply unit of the first PSA unit to the n-1th PSA unit supplies a regeneration gas for regeneration of the adsorption tower of each PSA unit (see FIG. 4 ).

상기 재생 가스는 상기 제1 PSA부 내지 제n-1 PSA부에 대하여 각각 제2 PSA부 내지 제n PSA부에서 배출되는 배기가스 중 하나 이상을 사용할 수 있다(도 4 참조). As the regeneration gas, one or more of exhaust gases discharged from the second PSA unit to the n-th PSA unit may be used for the first PSA unit to the n−1 th PSA unit (see FIG. 4 ).

단, 각 PSA에서 제거하고자 하는 불순물이 포함된 가스는 재생 가스로 사용할 수 없다. 예를 들어, 제1 PSA부에 활용되는 재생 가스는 제2 PSA부 내지 제n PSA부의 어느 하나의 배기가스 중 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있지만, 제n PSA부는 제1 PSA부 내지 제n-1 PSA부의 배기가스를 재생 가스로 사용할 수 없다.However, gas containing impurities to be removed from each PSA cannot be used as a regeneration gas. For example, as the regeneration gas utilized in the first PSA unit, one or more of the exhaust gases of any one of the second PSA unit to the n-th PSA unit may be selected and used, but the n-th PSA unit may be used by selecting one or more exhaust gases from the first PSA unit to the n-th PSA unit. 1 Exhaust gas from the PSA section cannot be used as regeneration gas.

상기 PSA부들의 연결은 “정제 가스 (Refined Gas) 배출부 - 정제 가스 제어부 - 원료 가스 (Feed Gas) 공급부”의 형태로 직렬로 연결할 수 있으며, 강 흡착력 물질의 불순물부터 약 흡착력 물질의 불순물 순으로 순차적으로 제거한다. 예를 들어 불순물이 암모니아와 질소인 경우, 제1 PSA는 강 흡착질인 암모니아 불순물을 제거하며, 제2 PSA부는 암모니아 보다 약 흡착질인 질소 불순물을 제거한다(도 5 참조).The connection of the PSA units can be connected in series in the form of “refined gas discharge unit - refined gas control unit - feed gas supply unit”, in order from impurities of strong adsorption material to weak adsorption material. Remove sequentially. For example, when the impurities are ammonia and nitrogen, the first PSA removes the ammonia impurity, which is a strong adsorbate, and the second PSA unit removes the nitrogen impurity, which is a weaker adsorbate than ammonia (see FIG. 5).

상기 제어 탱크부 (300)는 각각의 PSA부 사이에 위치할 수 있으며, 각 PSA부를 연결할 때 발생되는 압력 변동 (Pressure Pulsation)을 완화하기 위한 것이다. The control tank unit 300 may be located between each PSA unit, and is for mitigating pressure pulsation generated when connecting each PSA unit.

상기 각 제어 탱크부 (300)는 정제 가스 제어부 (310), 및 재생 가스 제어부 (320)를 포함할 수 있다(도 6 참조). Each of the control tank units 300 may include a refinery gas control unit 310 and a regeneration gas control unit 320 (see FIG. 6 ).

상기 정제 가스 제어부 (310)는 1기 이상의 정제 가스 버퍼 탱크 (311); 정제 가스 제어 시스템 (312); 및 정제 가스 방출부 (313);를 포함한다. The refinery gas controller 310 includes one or more refinery gas buffer tanks 311; refinery gas control system 312; and a refinery gas discharge unit 313.

상기 정제 가스 버퍼 탱크 (311)에는 제n-1 PSA부 (100)의 정제 가스 배출부(102)와 제n PSA부 (200)의 원료 가스 공급부 (201)가 연결되어 있다(n는 2 이상의 정수이다). The refinery gas discharge unit 102 of the n−1th PSA unit 100 and the source gas supply unit 201 of the nth PSA unit 200 are connected to the refinery gas buffer tank 311 (n is 2 or more). is an integer).

즉, 정제 가스 제어부 (310)는 연결하고자 하는 PSA부가 n개일 경우, n-1개의 정제 가스 제어부 (310)가 필요하다(도 9 참조). 상기 정제 가스 버퍼 탱크 (311)에는 필요에 따라 1개 이상의 탱크를 포함할 수 있다. That is, when there are n PSA units to be connected to the refined gas controller 310, n−1 refined gas controllers 310 are required (see FIG. 9). The refinery gas buffer tank 311 may include one or more tanks as needed.

상기 정제 가스 방출부 (313)는 상기 정제 가스 버퍼 탱크 (311)의 상단에 연결되어 있고, 상기 정제 가스 방출부 (313)에는 정제 가스 제어 시스템 (312)이 설치되어 압력을 균일하게 해주는 작용, 즉, 상기 정제 가스 버퍼 탱크(311)로 주입되는 제n-1 PSA부 (100)의 정제 가스 배출부 (102)의 압력 변동폭을 줄여 안정적으로 제n PSA부 (200)의 원료가스 공급부 (201)로 전달해 주는 작용을 한다.The refinery gas discharge unit 313 is connected to the upper end of the refinery gas buffer tank 311, and the refinery gas control system 312 is installed in the refinery gas discharge unit 313 to equalize the pressure, That is, the raw material gas supply unit (201 ) acts as a transfer.

상기 재생 가스 제어부 (320)는, 1기 이상의 재생 가스 버퍼 탱크 (321); 재생 가스 제어 시스템 (322); 및 재생 가스 방출부(323);를 포함할 수 있다. The regeneration gas controller 320 includes one or more regeneration gas buffer tanks 321; regeneration gas control system 322; and a regeneration gas discharge unit 323.

상기 재생 가스 버퍼 탱크 (321)에는 제n-1 PSA부 (100)의 재생 가스 공급부(302)와 제n PSA부 (200)의 배기가스 배출부 (301)가 연결되어 있다 (n는 2 이상의 정수이다). 또한, 재생 가스 버퍼 탱크 (321)에는 필요에 따라 1개 이상의 탱크를 포함할 수 있다. The regeneration gas buffer tank 321 is connected to the regeneration gas supply unit 302 of the n−1 th PSA unit 100 and the exhaust gas discharge unit 301 of the n th PSA unit 200 (n is 2 or more). is an integer). In addition, one or more tanks may be included in the regeneration gas buffer tank 321 as needed.

상기 재생 가스 제어부 (320)는 연결하고자 하는 PSA부가 n개일 경우, 배기 가스를 사용하고자 하는 방법에 따라 1개 이상 n-1개 이하 설치할 수 있다(도 10 참조).When there are n PSA units to be connected, one or more and n−1 or less regeneration gas controllers 320 may be installed according to the method of using the exhaust gas (see FIG. 10 ).

상기 재생 가스 방출부 (323)는 상기 재생 가스 버퍼 탱크 (321)의 상단에 연결되어 있고, 상기 재생 가스 방출부 (323)에는 재생 가스 제어 시스템 (322)이 설치되어 압력을 균일하게 해주는 작용, 즉, 상기 재생 가스 버퍼 탱크 (321)로 주입되는 제n PSA부 (200)의 배기가스 배출부 (301)의 압력 변동폭을 줄여 안정적으로 제n-1 PSA부 (100)의 재생 가스 공급부 (302)로 전달해 주는 작용을 한다.The regeneration gas discharge unit 323 is connected to the upper end of the regeneration gas buffer tank 321, and the regeneration gas control system 322 is installed in the regeneration gas discharge unit 323 to equalize the pressure, That is, the regeneration gas supply unit 302 of the n-1th PSA unit 100 is stably reduced by reducing the pressure fluctuation range of the exhaust gas discharge unit 301 of the n-th PSA unit 200 injected into the regeneration gas buffer tank 321. ) acts as a transfer.

상기 정제 가스 제어시스템 (312) 및 재생 가스 제어시스템 (322)은 압력 트랜스미터와 컨트롤 밸브를 포함하고 있다. 상기 컨트롤 밸브는 설정된 압력에 따라 상기 압력 트랜스미터의 출력값을 읽어 작동하여, 상기 정제 가스 제어시스템 (312) 및 재생 가스 제어시스템 (322)이 설정된 압력으로 자동제어 된다.The refinery gas control system 312 and the regeneration gas control system 322 include a pressure transmitter and a control valve. The control valve operates by reading the output value of the pressure transmitter according to the set pressure, and the refining gas control system 312 and the regeneration gas control system 322 are automatically controlled to the set pressure.

본 발명에 따르면, 주 가스 및 2개 이상의 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 각 불순물을 흡착하는 PSA 시스템들을 연결하여 고순도로 정제하고자 할 경우, 후단 PSA의 배기가스를 전단 PSA의 재생 단계에서 재생 가스로 활용함으로써, 정제 가스의 손실을 줄여 주 가스의 회수 효율을 떨어뜨리지 않으면서, 별도의 재생 가스 공급 시스템을 추가하지 않아 경제적인 시스템 연결 방법을 제공한다. According to the present invention, when purifying with high purity by connecting PSA systems adsorbing each impurity from a main gas and a raw material gas containing two or more impurities, the exhaust gas of the downstream PSA is converted into regeneration gas in the regeneration step of the preceding PSA. By using it, it provides an economical system connection method without adding a separate regeneration gas supply system while reducing the loss of refined gas and not reducing the recovery efficiency of the main gas.

또한, PSA 시스템에서 배출되는 가스들을 제어 탱크부로 병합하여 연결함으로써 안정적으로 운전되는 고순도 정제 시스템을 제공한다.In addition, a high-purity purification system that operates stably is provided by merging and connecting gases discharged from the PSA system to the control tank unit.

예로서 본 발명의 고순도 정제 시스템을 암모니아 기반 수소 생산 시스템에 적용할 수 있으며, 암모니아 분해 반응으로부터 생성된 부산물 (암모니아, 질소 등)을 효율적으로 제거하여 고순도의 수소를 생산할 수 있는 시스템을 안정적으로 운전 방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.As an example, the high-purity purification system of the present invention can be applied to an ammonia-based hydrogen production system, and the system that can produce high-purity hydrogen by efficiently removing by-products (ammonia, nitrogen, etc.) generated from the ammonia decomposition reaction can be operated stably. There are advantages to providing a method.

도 1은 본 발명에 따른 PSA 시스템의 대표적 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 각 PSA부의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 PSA부에 구성된 흡착탑의 각 단계별 가스 흐름을 도시한 것이다.
도 4는 3개 이상의 불순물을 포함한 원료 가스인 경우, 본 발명에 따른 예시적인 PSA 시스템을 도시한 것이다.
도 5는 주 가스가 수소이고, 불순물이 암모니아와 질소인 경우, 본 발명에 따른 PSA 시스템을 도시한 것이다.
도 6은 도 1의 제어 탱크부의 자세한 구성을 도시한 것이다.
도 7a는 본 발명의 PSA 시스템의 운전 방법을 도시한 것이다.
도 7b는 본 발명의 PSA 시스템의 또 다른 운전 방법(균등화 단계 포함)을 도시한 것이다.
도 8은 실시예의 장치 구성을 도시한 것이다.
도 9는 PSA부가 n개일 경우, 정제 가스 제어부의 구성을 도시한 것이다.
도 10은 PSA부가 n개일 경우, 재생 가스 제어부의 구성을 도시한 것이다.
1 shows a representative configuration of a PSA system according to the present invention.
2 shows the configuration of each PSA unit of the present invention.
Figure 3 shows the gas flow at each stage of the adsorption tower configured in the PSA unit.
Figure 4 shows an exemplary PSA system according to the present invention in the case of a source gas containing three or more impurities.
5 shows a PSA system according to the present invention when the main gas is hydrogen and the impurities are ammonia and nitrogen.
FIG. 6 illustrates a detailed configuration of the control tank unit of FIG. 1 .
7A shows a method of operating the PSA system of the present invention.
Figure 7b shows another method of operation (including an equalization step) of the PSA system of the present invention.
Fig. 8 shows the device configuration of the embodiment.
9 illustrates the configuration of a refinery gas control unit when the number of PSA units is n.
10 illustrates the configuration of a regeneration gas control unit when there are n PSA units.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid understanding of the present invention. At this time, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of terms in order to explain his/her invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

본 발명은, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템, 및 이의 운전 방법을 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a PSA system for efficient separation of impurities from a main gas and source gas containing impurities, and an operating method thereof.

하기에서는 본 발명을 도면 및 구체적인 예시를 이용하여 설명하기로 한다.In the following, the present invention will be described using drawings and specific examples.

본 발명에서 제안하는 PSA 시스템의 구성은 도 1에 나타내고 있다. 상기 PSA 시스템은 제1 PSA부 (100); 제2 PSA 부 (200); 및 제어 탱크부 (300)을 포함하고 있다.The configuration of the PSA system proposed in the present invention is shown in FIG. The PSA system includes a first PSA unit 100; second PSA section 200; and a control tank unit 300.

주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스는 상기 제1 PSA부 (100)의 원료 가스 공급부 (101)로 주입되어 불순물 중 하나가 제거된 후 제1 PSA부 (100)의 정제 가스 배출부 (102)로 배출된다. 상기 배출된 가스는 제어 탱크부 (300)의 정제 가스 제어부 (310)를 거쳐 제2 PSA부 (200)의 원료 가스 공급부 (201)로 주입되어 불순물 중 다른 하나가 제거된 후 제2 PSA부 (200)의 정제 가스 배출부 (202)로 배출된다. The source gas including the main gas and impurities is injected into the source gas supply unit 101 of the first PSA unit 100 to remove one of the impurities, and then the refinery gas discharge unit 102 of the first PSA unit 100 is emitted with The discharged gas is injected into the raw material gas supply unit 201 of the second PSA unit 200 via the refined gas control unit 310 of the control tank unit 300, and after the other one of the impurities is removed, the second PSA unit ( 200) is discharged to the refined gas discharge unit 202.

상기 제2 PSA부 (200)에서 제거된 불순물이 주성분인 가스는 제2 PSA부 (200)의 배기가스 배출부 (301)로 배출된다. 상기 배출된 가스는 상기 제어 탱크부 (300)의 재생 가스 제어부 (320)를 거쳐 제1 PSA부 (100)의 재생 가스 공급부 (302)로 주입된다. 상기 주입된 가스는 제1 PSA부 (100)에서 제거된 불순물이 주성분인 가스와 함께 제1 PSA부 (100)의 배기가스 배출부 (103)로 배출된다.The gas mainly composed of impurities removed by the second PSA unit 200 is discharged to the exhaust gas discharge unit 301 of the second PSA unit 200 . The discharged gas is injected into the regeneration gas supply unit 302 of the first PSA unit 100 via the regeneration gas controller 320 of the control tank unit 300 . The injected gas is discharged to the exhaust gas discharge unit 103 of the first PSA unit 100 together with gas mainly composed of impurities removed by the first PSA unit 100 .

상기 각 PSA부의 구성은 도 2에 나타내고 있다. 상기 각 PSA부는 불순물을 흡착하는 흡착제가 충진된 2개 이상의 흡착탑;으로 구성되어 있으며, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스 공급부; 및 불순물이 제거된 정제 가스 배출부;가 상기 흡착탑 상부에 연결되어 있고, 제거된 불순물을 주성분으로 하는 배기가스 배출부;는 상기 흡착탑 하부에 연결되어 있다. 필요에 따라 상기 흡착탑 상부에 재생 가스 공급부; 및 상기 흡착탑 하부에 탈착용 진공 펌프를 포함할 수 있다.The configuration of each PSA section is shown in FIG. 2 . Each of the PSA units includes two or more adsorption towers filled with an adsorbent adsorbing impurities, and a source gas supply unit including a main gas and impurities; and a purified gas discharge unit from which impurities are removed is connected to the upper portion of the adsorption tower, and an exhaust gas discharge unit containing the removed impurities as a main component is connected to the lower portion of the adsorption tower. If necessary, a regeneration gas supply unit at the top of the adsorption tower; And it may include a vacuum pump for desorption at the bottom of the adsorption tower.

상기 흡착탑은 2개 이상 구성되어 가압 단계, 흡착 단계, 감압 단계, 재생 단계를 순환하며 작동된다. 이 작동에서 필요에 따라 균등화 단계가 포함될 수 있다(도 3 참조).Two or more adsorption towers are configured to cycle through a pressurization step, an adsorption step, a decompression step, and a regeneration step. An equalization step may be included in this operation if desired (see Figure 3).

상기 가압 단계는, 흡착탑 내의 압력을 흡착 단계의 압력까지 높이기 위한 단계로 일반적으로 그 시간이 짧을수록 성능이 향상된다. 또한, 상기 가압 단계는 원료 가스를 사용하는 원료 가스 가압 방식과 정제로 얻어진 정제 가스의 일부를 사용하여 가압하는 정제 가스 가압 방식이 있다. 일반적으로 정제 가스는 원료 가스보다 약 흡착질이므로 정제 가스 가압 방식의 경우, 정제 가스 순도를 증가시키지만, 가압 단계에서 사용된 정제 가스의 양만큼 주 가스의 회수율은 감소하게 된다.The pressurization step is a step for increasing the pressure in the adsorption tower to the pressure of the adsorption step, and generally, the shorter the time, the better the performance. In addition, the pressurization step includes a source gas pressurization method using a source gas and a refining gas pressurization method using a part of the refined gas obtained through refining. In general, since the refinery gas is weaker adsorbate than the source gas, the refinery gas pressurization method increases the purity of the refinery gas, but the recovery rate of the main gas decreases by the amount of the refinery gas used in the pressurization step.

상기 흡착 단계는, 상기 가압 단계에 이어 일정한 흡착 압력으로 정제 가스를 흡착탑 상부로 배출하는 단계이다. 흡착탑의 내부에서는 강 흡착질인 불순물과 약 흡착질인 주 가스 사이의 농도 차이에 따라 물질 전달이 일어나며, 흡착탑의 하부에서부터 강 흡착질인 불순물이 먼저 흡착됨에 따라 흡착탑의 상부에서는 약 흡착질인 주 가스가 농축되어 배출되게 된다. 흡착탑에서의 가스 흐름은 흡착탑 하부에서 상부 방향으로 진행된다. The adsorption step is a step of discharging the purified gas to the top of the adsorption tower at a constant adsorption pressure following the pressurization step. Inside the adsorption tower, mass transfer occurs according to the difference in concentration between the impurity, which is a strong adsorbate, and the main gas, which is a weak adsorbate. will be ejected The gas flow in the adsorption tower proceeds from the bottom of the adsorption tower to the top.

상기 감압 단계는, 상기 흡착 단계 이후 흡착탑의 압력을 낮추어 흡착탑에 포화된 불순물을 탈착하는 단계이다. 흡착탑 하부의 밸브를 열어 흡착 압력인 고압에서 탈착 압력인 저압으로 압력을 낮추며, 이때 탈착 효율을 높이기 위하여 진공 펌프를 활용할 수 있다. 흡착탑에서의 가스 흐름은 흡착 단계와 반대 방향인 흡착탑 상부에서 하부 방향으로 진행된다.The decompression step is a step of desorbing impurities saturated in the adsorption tower by lowering the pressure of the adsorption tower after the adsorption step. The valve at the bottom of the adsorption tower is opened to lower the pressure from the high pressure, which is the adsorption pressure, to the low pressure, which is the desorption pressure. At this time, a vacuum pump can be used to increase the desorption efficiency. The gas flow in the adsorption tower proceeds from the top of the adsorption tower to the bottom, in the opposite direction to the adsorption step.

상기 재생 단계는, 상기 감압 단계 후, 흡착탑 내의 잔류하고 있는 불순물을 탈착하여 흡착탑의 완전한 재생을 이루기 위한 단계이다. 이러한 재생 단계에서는 재생 가스를 낮은 압력으로 흡착탑 상부로 주입하여 세정하며, 흡착탑 하부로 가스를 배출하여 흡착탑 내 불순물의 농도를 낮춘다. 상기 재생 가스는 상기 정제 가스의 일부를 사용하거나 별도의 약 흡착질 가스를 공급하여 사용한다. 사용되는 재생 가스의 유량은 정제 가스의 순도 및 주 가스 회수율에 영향을 미치는 중요한 변수이다.The regeneration step is a step for achieving complete regeneration of the adsorption tower by desorbing impurities remaining in the adsorption tower after the depressurization step. In this regeneration step, the regeneration gas is injected into the upper part of the adsorption tower at a low pressure for cleaning, and the gas is discharged to the lower part of the adsorption tower to lower the concentration of impurities in the adsorption tower. The regeneration gas is used by using a part of the refining gas or by supplying a separate weak adsorbate gas. The flow rate of the regeneration gas used is an important variable that affects the purity of the refined gas and the recovery rate of the main gas.

상기 균등화 단계는, 상기 감압 단계에서 손실되는 에너지 (압력)의 일부를 이용하여 에너지의 손실을 줄일 수 있는 단계이다. 즉, 상기 흡착 단계가 끝난 흡착탑을 상기 재생 단계가 끝난 다른 흡착탑과 연결하여, 상기 흡착 단계가 끝난 고압의 흡착탑은 병류 감압을, 상기 재생 단계가 끝난 흡착탑은 향류 가압을, 동시에 이루어지도록 하여 손실된 에너지의 일부를 다른 흡착탑의 가압에 사용함으로서 에너지 손실을 줄일 수 있다. 상기 균등화 단계가 포함될 경우, 상기 PSA부의 흡착탑은 가압 단계, 흡착 단계, 균등화 단계 (병류 감압), 감압 단계, 재생 단계, 균등화 단계 (향류 가압) 순으로 순환하며 작동된다.The equalization step is a step in which energy loss can be reduced by using some of the energy (pressure) lost in the pressure reduction step. That is, the adsorption tower after the adsorption step is connected to another adsorption tower after the regeneration step, so that the high-pressure adsorption tower after the adsorption step is subjected to cocurrent pressure reduction and the adsorption tower after the regeneration step is subjected to countercurrent pressure simultaneously. Energy loss can be reduced by using some of the energy for pressurization of other adsorption towers. When the equalization step is included, the adsorption tower of the PSA unit is circulated and operated in the order of pressurization step, adsorption step, equalization step (co-current pressure reduction), decompression step, regeneration step, and equalization step (countercurrent pressure).

예를 들어, 상기 원료 가스에 포함된 불순물이 2개일 경우, 상기 제2 PSA부 (200)의 정제가스 배출부 (202)에서 배출된 정제 가스는 고순도의 주 가스가 된다. 상기 원료 가스에 포함된 불순물이 3개 이상일 경우, 상기 제2 PSA부 (200)의 정제 가스 배출부 (202)로부터 연결되는 제어 탱크부 및 PSA부가 추가로 필요하게 된다.For example, when the number of impurities included in the source gas is two, the refined gas discharged from the refined gas discharge unit 202 of the second PSA unit 200 becomes a high-purity main gas. When the number of impurities included in the raw material gas is three or more, a control tank unit and a PSA unit connected from the refined gas discharge unit 202 of the second PSA unit 200 are additionally required.

상기 원료 가스에 포함된 불순물이 3개 이상일 경우, 적용될 수 있는 본 발명의 PSA 시스템을 도 4에서 나타내고 있다. 4 shows a PSA system of the present invention that can be applied when the number of impurities included in the source gas is three or more.

도 4에서 보는 바와 같이. 각 PSA부의 연결은 “정제 가스 (Refined Gas) 배출부 - 정제 가스 제어부 - 원료 가스 (Feed Gas) 공급부”의 형태로 직렬 연결하며, 연결하고자 하는 PSA부가 n개일 경우, n-1개의 정제 가스 제어부 (310)가 포함 된다(n은 2 이상의 정수이다). As seen in Figure 4. The connection of each PSA part is serially connected in the form of “Refined Gas discharge part - Refined gas control part - Feed Gas supply part”, and if there are n PSA parts to be connected, n-1 refined gas control part (310) is included (n is an integer greater than or equal to 2).

또한, 각 PSA부에서 배출된 배기가스는 “배기가스 (Exhaust Gas) 배출부 - 재생 가스 제어부 - 재생 가스 (Rinse Gas) 공급부”의 형태로 연결하여 재생 가스로 사용할 수 있으며, 연결하고자 하는 PSA부가 n개일 경우, 배기가스를 사용하고자 하는 방법에 따라 1개 이상 n-1개 이하의 재생 가스 제어부 (320)가 포함된다(n은 2 이상의 정수이다). 단, 상기 재생 가스 공급부를 포함하는 PSA부에서 제거하고자 하는 불순물이 포함된 배기가스는 재생 가스로 사용할 수 없다. 즉 제1 PSA부의 재생 가스로 제2 PSA부 내지 제n PSA의 배기가스 중 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다(n은 3 이상의 정수이다). 그러나 제n PSA부의 재생 가스로 제n-1 PSA부 내지 제1 PSA부의 배기가스는 사용할 수 없다(n은 2 이상의 정수이다).In addition, the exhaust gas discharged from each PSA unit can be used as regeneration gas by connecting it in the form of “Exhaust Gas Discharge Unit - Regeneration Gas Control Unit - Rinse Gas Supply Unit”, and the PSA to be connected can be used as a regeneration gas. In the case of n, one or more regeneration gas controllers 320 are included according to the method to use the exhaust gas (n is an integer of 2 or more). However, exhaust gas containing impurities to be removed from the PSA unit including the regeneration gas supply unit cannot be used as the regeneration gas. That is, at least one of the exhaust gas of the second PSA unit to the nth PSA may be selected and used as the regeneration gas of the first PSA unit (n is an integer greater than or equal to 3). However, the exhaust gas of the n−1th PSA unit to the first PSA unit cannot be used as the regeneration gas of the nth PSA unit (n is an integer greater than or equal to 2).

또한, 상기 각 불순물을 제거하는 PSA부를 2개 이상 연결할 경우, 각 PSA부는 강 흡착질의 불순물부터 약 흡착질의 불순물 순으로 순차적으로 제거되도록 연결된다. 예를 들어 불순물이 암모니아와 질소인 경우, 제1 PSA는 강 흡착질인 암모니아 불순물을 제거하며, 제2 PSA부는 암모니아 보다 약 흡착질인 질소 불순물을 제거한다. 상기 예의 PSA 시스템은 도 5에 나타내고 있다.In addition, when two or more PSA units for removing the impurities are connected, each PSA unit is connected so that impurities in the strong adsorbate are sequentially removed in the order of impurities in the weak adsorbate. For example, when the impurities are ammonia and nitrogen, the first PSA removes the ammonia impurity, which is a strong adsorbate, and the second PSA unit removes the nitrogen impurity, which is a weaker adsorbate than ammonia. The example PSA system is shown in FIG. 5 .

이하에서는 구체적인 예시로 본 발명을 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described with specific examples.

즉, 원료 가스인 암모니아, 수소, 질소의 혼합 가스로부터 상기 불순물인 암모니아 및 질소를 분리하여 상기 주 가스인 수소를 고순도 및 고효율로 분리 정제하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템, 및 이의 운전 방법을 제공하고자 하는 것이다. That is, efficient removal of impurities from a raw material gas containing the main gas and impurities is performed by separating and refining the main gas hydrogen with high purity and high efficiency by separating ammonia and nitrogen as the impurities from a mixed gas of ammonia, hydrogen, and nitrogen as the source gas. It is intended to provide a PSA system for separation, and an operating method thereof.

상기 구체적인 예시로서의 원료 가스인 암모니아, 수소, 질소의 혼합물로부터 상기 불순물인 암모니아, 및 질소를 분리하여 수소를 정제하는 경우, 상기 PSA 시스템은 암모니아를 분리하는 제1 PSA (100); 질소를 분리하는 제2 PSA부 (200); 및 제어 탱크부 (300);를 포함할 수 있다. 제1 PSA부 (100)와 제2 PSA부 (200)가 직렬로 연결되어 있으며, 제1 PSA부 (100)와 제2 PSA부 (200)를 연결하기 위하여 제어 탱크부(300)가 설치되어 있다(도 1 및 5 참조). In the case of purifying hydrogen by separating ammonia and nitrogen as impurities from a mixture of ammonia, hydrogen, and nitrogen as source gases as the specific example, the PSA system includes a first PSA (100) for separating ammonia; a second PSA unit 200 separating nitrogen; and a control tank unit 300. The first PSA unit 100 and the second PSA unit 200 are connected in series, and the control tank unit 300 is installed to connect the first PSA unit 100 and the second PSA unit 200. Yes (see Figs. 1 and 5).

상기 제1 PSA부는 암모니아, 및 질소를 포함하는 원료 가스로부터 암모니아를 분리 제거하는 장치로서, 수소, 암모니아, 및 질소를 포함하는 원료 가스 공급부 (101); 암모니아가 제거된 정제 가스 배출부 (102); 제거된 암모니아를 주성분으로 하는 배기가스 배출부 (103) 및 재생 가스 공급부 (302);를 포함할 수 있다. The first PSA unit is a device for separating and removing ammonia from a source gas containing ammonia and nitrogen, including a source gas supply unit 101 containing hydrogen, ammonia, and nitrogen; A purified gas outlet 102 from which ammonia is removed; An exhaust gas discharge unit 103 and a regeneration gas supply unit 302 mainly composed of the removed ammonia.

또한, 제1 PSA부 (100)는 암모니아를 흡착하는 흡착제(‘흡착제 A’)가 충진된 2개 이상의 용기로 이루어져 있으며, 흡착제는 흡착 단계의 흡착 시간과 탈착 시간(가압, 감압, 및 재생 단계의 총합 시간)의 비율이 0.1 ~ 1.0 범위의 갖는 Activated Carbon계 또는 Zeolite계일 수 있다.In addition, the first PSA unit 100 consists of two or more containers filled with an adsorbent ('adsorbent A') for adsorbing ammonia, and the adsorbent is used for adsorption time and desorption time (pressurization, decompression, and regeneration steps) of the adsorption step. It may be an Activated Carbon-based or Zeolite-based having a ratio of 0.1 to 1.0.

상기 제2 PSA부 (200)는, 상기 제1 PSA부 (100)에서 암모니아가 제거된 질소를 포함하는 원료 가스로부터 질소를 분리 제거하는 장치로서, 질소 및 수소를 포함하는 원료 가스 공급부 (201); 질소가 제거된 정제 가스 배출부 (202); 및 제거된 질소를 주성분으로 하는 배기가스 배출부 (301);를 포함할 수 있다. 상기 질소가 제거된 정제 가스 배출부는 모든 불순물이 제거된 수소를 배출하는 곳이다. The second PSA unit 200 is a device for separating and removing nitrogen from the source gas containing nitrogen from which ammonia has been removed in the first PSA unit 100, and is a source gas supply unit 201 containing nitrogen and hydrogen. ; Refined gas outlet 202 from which nitrogen is removed; and an exhaust gas discharge unit 301 containing the removed nitrogen as a main component. The purified gas outlet from which nitrogen is removed is a place where hydrogen from which all impurities are removed is discharged.

상기 배기가스 배출부는 제2 PSA부에 흡착된 질소가 감압 및 재생 단계에서 수소를 포함하는 배기가스가 배출되는 곳이고, 상기 배기가스는 상기 제1 PSA부의 재생 가스 공급부의 재생 가스로 이용된다.The exhaust gas discharge part is a place where nitrogen adsorbed in the second PSA part is discharged with exhaust gas containing hydrogen in the depressurization and regeneration step, and the exhaust gas is used as regeneration gas in the regeneration gas supply part of the first PSA part.

또한, 제2 PSA부는 질소를 흡착하는 흡착제(‘흡착제 B’)가 충진된 2개 이상의 용기로 이루어져 있으며, 흡착제는 흡착 단계의 흡착 시간과 탈착 시간 (가압, 감압, 및 재생 단계의 총합시간)의 비율이 0.1~1.0 범위의 갖는 Activated Carbon계 또는 Zeolite계일 수 있다.In addition, the second PSA unit consists of two or more containers filled with an adsorbent ('adsorbent B') for adsorbing nitrogen, and the adsorbent is adsorption time and desorption time of the adsorption step (total time of pressurization, decompression, and regeneration steps) It may be an Activated Carbon-based or Zeolite-based having a ratio of 0.1 to 1.0.

상기 제어 탱크부 (300)는 상기 제1 PSA부 (100) 및 제2 PSA부 (200) 사이에 존재할 수 있으며, 정제 가스 제어부 (310), 및 재생 가스 제어부 (320)를 포함할 수 있다. The control tank unit 300 may exist between the first PSA unit 100 and the second PSA unit 200, and may include a refinery gas controller 310 and a regeneration gas controller 320.

상기 제어 탱크부 (300)의 자세한 구성은 도 6에서 도시하고 있으며, 상기 제어 탱크부 (300)의 정제 가스 제어부 (310)는 제1 PSA부 (100)에서 배출된 정제 가스의 압력을 균일하게 제어하여 제2 PSA부 (200)의 원료 가스로 공급하고, 재생 가스 제어부 (320)는 제2 PSA부 (200)에서 배출된 배기가스의 압력을 균일하게 제어하여 제1 PSA부 (100)의 재생 가스로 공급한다.The detailed configuration of the control tank part 300 is shown in FIG. 6, and the refined gas control part 310 of the control tank part 300 uniformly regulates the pressure of the refined gas discharged from the first PSA part 100. The regeneration gas control unit 320 uniformly controls the pressure of the exhaust gas discharged from the second PSA unit 200 to supply the source gas of the second PSA unit 200 to the first PSA unit 100. supplied with regeneration gas.

구체적으로 상기 정제 가스 제어부 (310)는 1기 이상의 정제 가스 버퍼 탱크 (311); 정제 가스 제어 시스템 (312); 및 정제 가스 방출부 (313)로 구성되어 있으며, 상기 정제 가스 버퍼 탱크 (311)에는 제1 PSA부 (100)의 정제 가스부 (102)와 제2 PSA부 (200)의 원료 가스부 (201)가 연결되어 있다. Specifically, the refinery gas controller 310 includes one or more refinery gas buffer tanks 311; refinery gas control system 312; and a refined gas discharge unit 313, in which the refined gas buffer tank 311 includes the refined gas unit 102 of the first PSA unit 100 and the source gas unit 201 of the second PSA unit 200. ) are connected.

정제 가스 버퍼 탱크 (311)의 상단에는 정제 가스 방출부 (313)가 연결되어 있고, 정제 가스 방출부 (313)에는 압력 트랜스미터와 컨트롤 밸브로 구성된 정제 가스 제어 시스템 (312)이 설치되어 있으며, 설정된 압력에 따라 압력 트랜스미터의 출력값을 받아 컨트롤 밸브를 자동으로 작동하여 제1 PSA부 (100)에서 배출된 정제 가스를 제2 PSA부 (200)의 원료 가스로써 활용하기 위하여 설정된 일정한 압력으로 유지될 수 있도록 제어한다. A refinery gas discharge unit 313 is connected to the upper end of the refinery gas buffer tank 311, and a refinery gas control system 312 consisting of a pressure transmitter and a control valve is installed in the refinery gas discharge unit 313. Depending on the pressure, the control valve can be automatically operated by receiving the output value of the pressure transmitter to maintain a constant pressure set in order to use the refined gas discharged from the first PSA unit 100 as a source gas for the second PSA unit 200. control so that

상기 재생 가스 제어부(320)는, 1기 이상의 재생 가스 버퍼 탱크 (321); 재생 가스 제어 시스템 (322); 및 재생 가스 방출부 (323)로 구성되어 있고, 상기 재생 가스 버퍼 탱크 (321)에는 제2 PSA부 (200)의 배기가스 배출부(301)와 제1 PSA부 (100)의 재생 가스 공급부 (302)가 연결되어 있다. The regeneration gas controller 320 includes one or more regeneration gas buffer tanks 321; regeneration gas control system 322; and a regeneration gas discharge unit 323, and the regeneration gas buffer tank 321 includes the exhaust gas discharge unit 301 of the second PSA unit 200 and the regeneration gas supply unit of the first PSA unit 100 ( 302) are connected.

상기 재생 가스 버퍼 탱크 (321)의 상단에는 재생 가스 방출부 (323)가 연결되어 있고, 재생 가스 방출부 (323)에는 압력 트랜스미터와 컨트롤 밸브로 구성된 재생 가스 제어 시스템 (322)이 설치되어 있으며, 설정된 압력에 따라 압력 트랜스미터의 출력값을 받아 컨트롤 밸브를 자동으로 작동하여 제2 PSA부 (200)에서 배출된 배기 가스를 제1 PSA부 (100)의 재생 가스로써 활용하기 위하여 설정된 일정한 압력으로 유지될 수 있도록 제어한다. A regeneration gas discharge unit 323 is connected to the upper end of the regeneration gas buffer tank 321, and a regeneration gas control system 322 consisting of a pressure transmitter and a control valve is installed in the regeneration gas discharge unit 323, In order to use the exhaust gas discharged from the 2nd PSA unit 200 as the regeneration gas of the 1st PSA unit 100 by automatically operating the control valve by receiving the output value of the pressure transmitter according to the set pressure, the set pressure is maintained. control so that

도 7a 및 도 7b에는 상기 도 5의 PSA 시스템의 운전 방법을 도시하고 있다. 7a and 7b show a method of operating the PSA system of FIG. 5 .

상기 각 제1 및 제2 PSA 부의 운전은 가압 단계, 흡착 단계, 감압 단계, 재생 단계 순으로 순환하여 운전되며, 이는 도 7a의 실선으로 나타내고 있다. The operation of each of the first and second PSA units is cyclically operated in the order of pressurization, adsorption, decompression, and regeneration, which is indicated by a solid line in FIG. 7A.

상기 제1 및 제2 PSA부의 운전은 필요에 따라 균등화 단계를 포함할 수 있으며, 상기 균등화 단계가 포함될 경우, 상기 제1 및 제2 PSA부의 운전은 가압 단계, 흡착 단계, 균등화 단계 (병류 감압), 감압 단계, 재생 단계, 균등화 단계 (향류 가압) 순으로 순환하여 운전되며, 이는 도 7b의 실선으로 나타내고 있다.The operation of the first and second PSA units may include an equalization step, if necessary, and when the equalization step is included, the operation of the first and second PSA units includes a pressurization step, an adsorption step, and an equalization step (co-current pressure reduction). , depressurization step, regeneration step, and equalization step (countercurrent pressurization) are cycled and operated in this order, which is indicated by a solid line in FIG. 7B.

본 발명의 PSA 시스템의 운전 방법은, 도 7a 및 도 7b의 점선과 같이 제1 PSA부 (100)의 정제 가스가 제1 PSA부 (100)의 흡착 단계에서 배출되어 정제 가스 제어부 (310)를 거쳐 제2 PSA부 (200)의 가압 단계에서 원료 가스로 주입된다. In the method of operating the PSA system of the present invention, the refined gas of the first PSA unit 100 is discharged in the adsorption step of the first PSA unit 100 as shown by the dotted lines in FIGS. and injected as source gas in the pressurization step of the second PSA unit 200.

또한, 제2 PSA부 (200)의 배기가스는 제2 PSA부 (200)의 감압 단계에서 배출되어 재생 가스 제어부 (320)를 거쳐 제1 PSA부 (100)의 재생 단계에서 재생 가스로 주입되어 사용된다. In addition, the exhaust gas of the second PSA unit 200 is discharged in the decompression step of the second PSA unit 200 and injected into the regeneration gas in the regeneration step of the first PSA unit 100 through the regeneration gas controller 320. used

구체적으로 도 5에 따른 본 발명의 PSA 시스템의 운전 방법은Specifically, the operation method of the PSA system of the present invention according to FIG. 5

제1 PSA부 (100)에서는,In the first PSA unit 100,

우선 상기 가압 단계에서 암모니아, 질소 및 수소를 포함한 고압의 원료 가스가 원료 가스부 (101)로 주입되어 흡착제 A가 충진되어 있는 용기를 가압한다. First, in the pressurization step, a high-pressure raw material gas including ammonia, nitrogen, and hydrogen is injected into the raw material gas part 101 to pressurize the container filled with the adsorbent A.

상기 흡착 단계에서는, 주입된 상기 원료 가스 중에서 암모니아가 상기 가압된 용기의 흡착제 A에 흡착되어, 암모니아가 제거된 가스를 정제 가스부 (102)를 통하여 배출한다. In the adsorption step, ammonia from the injected raw material gas is adsorbed to the adsorbent A of the pressurized container, and the ammonia-free gas is discharged through the refined gas unit 102.

상기 감압 단계에서는 상기 용기에 충진된 흡착제 A에 흡착된 암모니아가 탈착되어 잔여 가스와 함께 배기 가스부 (103)로 배출된다. 감압 단계에서는 탈착 효율을 높이기 위하여 진공 펌프를 활용할 수 있다In the decompression step, ammonia adsorbed in the adsorbent A filled in the container is desorbed and discharged to the exhaust gas unit 103 together with the remaining gas. In the decompression step, a vacuum pump can be used to increase the desorption efficiency.

상기 재생 단계에서는 상기 용기 상부로 재생 가스가 주입되어 탈착되지 못한 암모니아를 추가적으로 탈착 및 제거하여 배기 가스부 (103)으로 배출시킨다. In the regeneration step, regeneration gas is injected into the upper portion of the container to additionally desorb and remove ammonia that has not been desorbed, and discharged to the exhaust gas unit 103.

상기 제2 PSA부 (200)에서는, In the second PSA unit 200,

상기 가압 단계에서 상기 암모니아가 제거되어 제1 PSA부의 정제 가스부(102)로 배출된 질소와 수소를 포함한 고압의 가스가 원료 가스부 (201)로부터 흡착제 B가 충진된 용기로 주입되어 상기 용기를 가압한다.In the pressurization step, the ammonia is removed and the high-pressure gas containing nitrogen and hydrogen discharged to the refined gas part 102 of the first PSA part is injected from the raw material gas part 201 into the container filled with the adsorbent B, thereby cleaning the container. pressurize

상기 흡착 단계에서는 불순물인 질소가 상기 가압된 용기에 충진된 흡착제 B에 흡착하며, 상기와 같은 흡착으로 질소가 제거된 가스는 정제 가스부 (202)를 통하여 배출된다. In the adsorption step, nitrogen, which is an impurity, is adsorbed to the adsorbent B filled in the pressurized container, and the gas from which nitrogen is removed by the adsorption is discharged through the refining gas unit 202.

상기 감압 단계에서는 흡착제 B에 흡착된 질소는 탈착되어 상기 용기에 남아 있는 일부 수소를 포함하는 잔여 가스 함께 배기 가스부 (203)로 배출한다. 감압 단계에서는 탈착 효율을 높이기 위하여 진공 펌프를 활용할 수 있다.In the decompression step, the nitrogen adsorbed on the adsorbent B is desorbed and discharged to the exhaust gas unit 203 together with the remaining gas including some hydrogen remaining in the container. In the decompression step, a vacuum pump may be used to increase the desorption efficiency.

상기 재생 단계에서는 상기 용기 상부로 정제 가스 중 일부가 재생 가스로 주입되어 탈착되지 못한 질소를 추가적으로 탈착 및 제거하여 배기 가스부 (301)로 배출시킨다. In the regeneration step, a portion of the refined gas is injected as regeneration gas into the upper part of the container to additionally desorb and remove undesorbed nitrogen and discharge it to the exhaust gas unit 301.

상기와 같은 제1 및 제2 PSA를 포함하는 PSA 시스템의 운전 방법에 균등화 단계를 포함할 수 있으며, 상기 균등화 단계는 흡착 단계 후, 및 재생 단계 후에 각각 병류 감압 방법 및 향류 가압 방법을 이용하여 진행할 수 있다(도 7b 참조). An equalization step may be included in the operating method of the PSA system including the first and second PSA as described above, and the equalization step is performed after the adsorption step and the regeneration step using a cocurrent pressure reduction method and a countercurrent pressure method, respectively. It can be (see Fig. 7b).

또한, 상기와 같은 제1 PSA부 및 제2 PSA부의 운전 시, In addition, during operation of the first PSA unit and the second PSA unit as described above,

상기 제1 PSA부 (100)의 흡착 단계에서 정제 가스부 (102)로 배출된 가스는 제1 PSA부 (100)의 순환 운전으로 인하여 일정하지 않은 압력으로 배출되나, 제어 탱크부 (300)의 정제 가스부 (310)에 구성되어 있는 정제 가스 버퍼 탱크 (311)로 주입되어 정제 가스 제어시스템 (312)을 통하여 일정한 압력으로 제어된다. The gas discharged to the refined gas unit 102 in the adsorption step of the first PSA unit 100 is discharged at a non-constant pressure due to the circulation operation of the first PSA unit 100, but the control tank unit 300 It is injected into the refined gas buffer tank 311 configured in the refined gas unit 310 and is controlled at a constant pressure through the refined gas control system 312.

일정한 압력으로 제어된 가스는 제2 PSA부 (200)의 가압 단계에서 원료 가스부 (201)를 통하여 제2 PSA부 (200)로 주입된다.The gas controlled to a constant pressure is injected into the second PSA unit 200 through the source gas unit 201 in the pressurization step of the second PSA unit 200 .

그리고, 제2 PSA부 (200)의 감압 단계에서 배기 가스부 (301)로 배출된 가스는 제2 PSA부 (200)의 순환 운전으로 인하여 일정하지 않은 압력으로 배출되나, 제어 탱크부 (300)의 재생 가스부 (320)에 구성되어 있는 재생 가스 버퍼 탱크 (321)로 주입되어 재생 가스 제어시스템 (322)을 통하여 일정한 압력으로 제어된다. In addition, the gas discharged to the exhaust gas unit 301 in the decompression step of the second PSA unit 200 is discharged at an irregular pressure due to the circulation operation of the second PSA unit 200, but the control tank unit 300 The regeneration gas is injected into the regeneration gas buffer tank 321 configured in the regeneration gas unit 320 and controlled at a constant pressure through the regeneration gas control system 322.

상기 일정한 압력으로 제어된 제2 PSA부의 배기가스가 제1 PSA부 (100)의 재생 단계에서 재생 가스부 (302)를 통하여 제1 PSA부 (100)로 주입된다.The exhaust gas of the second PSA unit controlled to the constant pressure is injected into the first PSA unit 100 through the regeneration gas unit 302 in the regeneration stage of the first PSA unit 100 .

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해할 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. The present invention may be better understood by the following examples, which are for purposes of illustration of the present invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

또한, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형실시가 가능하다. In addition, the present invention is not limited to the following examples, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention claimed in the claims.

본 발명 및 종래기술의 ‘재생 가스 활용 방법에 따른 주 가스 (수소) 회수율(%)’의 산정을 위하여, 하기와 같이 도 8에서 도시된 장치를 실시예 및 비교예 실험을 하였다. In order to calculate the 'main gas (hydrogen) recovery rate (%) according to the regeneration gas utilization method' of the present invention and the prior art, the apparatus shown in FIG. 8 was tested in Examples and Comparative Examples as follows.

<재생 가스 활용 방법에 따른 주 가스 (수소) 회수율(%)><Main gas (hydrogen) recovery rate (%) according to regeneration gas utilization method>

비교예 1Comparative Example 1

암모니아를 흡착하는 흡착제가 충진되어 있는 흡착탑을 구비하여, 재생 가스 공급부와 정제 가스 배출부를 각각 밸브 A 및 밸브 B와 함께 흡착탑 상부에 연결하고, 원료 가스 공급부와 배기가스 배출부를 각각 밸브 C 및 밸브 D와 함께 흡착탑 하부에 연결한다(도 8 참조). An adsorption tower filled with an adsorbent for adsorbing ammonia is provided, a regeneration gas supply unit and a refinery gas discharge unit are connected to the top of the adsorption tower together with valves A and B, respectively, and the source gas supply unit and the exhaust gas discharge unit are connected to valves C and valves D, respectively. It is connected to the bottom of the adsorption tower together with (see FIG. 8).

암모니아를 포함하지 않은 가스를 밸브 A를 열어 주입하고 흡착탑을 가압한다(가압 단계). 이후 밸브 A를 닫고 흡착을 위한 고압을 유지하면서 주 가스인 수소와 암모니아 및 질소 불순물을 포함한 원료 가스를 밸브 C를 열어 주입하고 밸브 B를 열어 정제 가스를 배출한다(흡착 단계). 이때 원료 가스의 공급 속도는 17.15 LPM (수소/질소 97%(16.65 LPM), 암모니아 3%(0.5LPM))이고, 제1 PSA부로부터 배출되는 정제 가스는 16.11 LPM 이었으며, 상기 정제 가스에 포함된 암모니아의 농도는 0.1 ppm 이하이었다. A gas not containing ammonia is injected by opening valve A, and the adsorption tower is pressurized (pressurization step). Thereafter, valve A is closed, source gas including hydrogen, ammonia, and nitrogen impurities, which is the main gas, is injected while maintaining high pressure for adsorption by opening valve C, and valve B is opened to discharge purified gas (adsorption step). At this time, the feed rate of the source gas was 17.15 LPM (hydrogen/nitrogen 97% (16.65 LPM), ammonia 3% (0.5 LPM)), the refinery gas discharged from the first PSA unit was 16.11 LPM, and the The concentration of ammonia was less than 0.1 ppm.

이후 밸브 B와 밸브 C를 닫고, 밸브 D를 열어 흡착탑의 압력을 탈착이 원활하도록 낮추었다(감압 단계). Thereafter, valve B and valve C were closed, and valve D was opened to lower the pressure of the adsorption tower so that desorption was smooth (depressurization step).

이후 밸브 A를 열어 흡착 단계에서 배출되었던 정제 가스 중 16.11 LPM 중 일부를 흡착탑에 주입하였다(재생 단계). 이때 재생 가스로 사용된 정제 가스의 유량은 6.4 LPM이다. Thereafter, valve A was opened to inject some of 16.11 LPM of the purified gas discharged in the adsorption step into the adsorption tower (regeneration step). At this time, the flow rate of the refined gas used as the regeneration gas was 6.4 LPM.

상기 재생 후 밸브 D를 닫고 흡착을 위한 고압까지 다시 흡착탑을 가압하여 반복 진행하였다. After the regeneration, the valve D was closed, and the adsorption tower was pressurized again to a high pressure for adsorption to repeat the process.

상기 제1 PSA부의 정제 가스인 16.11 LPM 중 6.4 LPM을 제외한 9.71 LPM을 이용하여 제2 PSA부를 운영하였다. 상기 제2 PSA부의 회수율은 약 83%이다. The second PSA unit was operated using 9.71 LPM excluding 6.4 LPM of the 16.11 LPM, which is the refined gas of the first PSA unit. The recovery rate of the second PSA part is about 83%.

한편, 상기 주 가스 회수율[%]은 “제1 PSA부 회수율[%] × 제2 PSA부 회수율 [%]”이며, 상기 제1 PSA부 회수율[%]은 “제1 PSA부 정제 가스 유량 [LPM] ÷ 제1 PSA부 원료 가스 중 암모니아를 제외한 유량 [LPM]”이다. Meanwhile, the main gas recovery rate [%] is “first PSA unit recovery rate [%] × second PSA unit recovery rate [%]”, and the first PSA unit recovery rate [%] is “first PSA unit refined gas flow rate [%] LPM] ÷ flow rate [LPM] excluding ammonia in the raw material gas of the first PSA section”.

따라서 재생 가스로서 정제 가스 중의 일부를 사용한 비교예 1의 주 가스 회수율[%]은 약 48.4%이었다(9.71 LPM ÷ 16.65 LPM = 58.32%이고, 제2 PSA부의 회수율인 83%인 경우) Therefore, the main gas recovery [%] of Comparative Example 1 using a part of the refined gas as the regeneration gas was about 48.4% (9.71 LPM ÷ 16.65 LPM = 58.32%, when the recovery rate of the second PSA part was 83%)

비교예 2Comparative Example 2

비교예 2는 재생 단계에서 재생 가스로서 별도의 불활성 가스를 외부에서 공급한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하였다.Comparative Example 2 was performed in the same manner as Comparative Example 1 except that a separate inert gas was supplied from the outside as a regeneration gas in the regeneration step.

상기와 같이 재생 가스를 제1 PSA부의 정제 가스가 아닌 별도의 불활성 가스를 활용함으로써, 상기 제1 PSA부로부터 배출되는 정제 가스 16.11 LPM 전체를 이용하여 제2 PSA부를 운영하였다. 상기 제2 PSA부의 회수율은 약 83%이다. As described above, by using a separate inert gas instead of the refined gas of the first PSA unit as the regeneration gas, the second PSA unit was operated using the entire 16.11 LPM of the purified gas discharged from the first PSA unit. The recovery rate of the second PSA part is about 83%.

따라서 재생 가스로서 외부에서 공급되는 불활성 가스를 사용한 비교예 2의 주 가스 회수율[%]은 약 80.3%이었다(16.11 LPM ÷ 16.65 LPM = 96.76%이고, 제2 PSA부의 회수율인 83%인 경우) Therefore, the main gas recovery rate [%] of Comparative Example 2 using the inert gas supplied from the outside as the regeneration gas was about 80.3% (16.11 LPM ÷ 16.65 LPM = 96.76%, when the recovery rate of the second PSA unit is 83%)

실시예 1Example 1

실시예 1은 재생 단계에서 재생 가스로서 제2 PSA의 배기가스를 재생 가스로 활용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was carried out in the same manner as Comparative Example 1 except that the exhaust gas of the second PSA was used as the regeneration gas in the regeneration step.

상기와 같이 재생 가스를 제2 PSA의 배기가스를 재생 가스로 활용함으로써, 상기 제1 PSA부로부터 배출되는 정제 가스 16.11 LPM 유량 전체를 이용하여 제2 PSA부를 운영하였다. 상기 제2 PSA부의 회수율은 약 83%이다. As described above, by using the exhaust gas of the second PSA as the regeneration gas, the second PSA unit was operated using the entire 16.11 LPM flow rate of the refined gas discharged from the first PSA unit. The recovery rate of the second PSA part is about 83%.

따라서 재생 가스로서 외부에서 공급되는 불활성 가스를 사용한 비교예 2의 주 가스 회수율[%]은 약 80.3%이었다(16.11 LPM ÷ 16.65 LPM = 96.76%이고, 제2 PSA부의 회수율인 83%인 경우) Therefore, the main gas recovery rate [%] of Comparative Example 2 using the inert gas supplied from the outside as the regeneration gas was about 80.3% (16.11 LPM ÷ 16.65 LPM = 96.76%, when the recovery rate of the second PSA unit is 83%)

하기 표 1에는 상기 비교예 1, 2와 실시예 1에 의한 주 가스 (수소) 회수율(%)를 나타내었다. Table 1 below shows the main gas (hydrogen) recovery rate (%) according to Comparative Examples 1 and 2 and Example 1.

주 가스 (수소) 회수율 [%]Main gas (hydrogen) recovery rate [%] 비교예 1
(제1 PSA부의 정제 가스 중 일부를 재생 가스로 활용)
Comparative Example 1
(Some of the refined gas in the first PSA unit is used as regeneration gas)
48.4048.40
비교예 2
(별도의 불활성 가스를 재생 가스로 활용)
Comparative Example 2
(separate inert gas is used as regeneration gas)
80.3180.31
실시예 1
(제2 PSA부의 배기가스를 재생 가스로 활용)
Example 1
(The exhaust gas of the 2nd PSA unit is used as regeneration gas)
80.3180.31

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예 2에 의한 주 가스 (수소) 회수율은 80.31%로서 종래기술인 비교예 1의 주 가스 (수소) 회수율 48.4%에 비하여 수율이 거의 2배 증가한 것으로 나타내고 있다. As shown in Table 1, the main gas (hydrogen) recovery rate according to Example 2 of the present invention is 80.31%, which is almost twice as high as the main gas (hydrogen) recovery rate of 48.4% of Comparative Example 1, which is a prior art. .

한편, 본 발명의 실시예 1 및 비교예 2는 주 가스 (수소) 회수율은 80.31%로 차이가 없으나, 비교예 2는 재생 가스로 외부에서 별도의 불활성 가스를 공급하기 위하여는 별도의 장치가 필요하다. On the other hand, Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention have no difference in the recovery rate of the main gas (hydrogen) at 80.31%, but Comparative Example 2 requires a separate device to supply a separate inert gas as a regeneration gas from the outside. do.

따라서 본 발명의 실시예 1은 종래기술인 비교예 1에 비하여 수율이 향상되고, 또 다른 종래기술인 비교예 2에 비하여는 장치의 단순화로 공정의 경제성을 향상시키는 효과가 있다.Therefore, Example 1 of the present invention has an effect of improving the yield compared to Comparative Example 1, which is a prior art, and improving the economics of the process by simplifying the device compared to Comparative Example 2, which is another prior art.

이와 같은 실시예 및 비교예의 결과로부터, 본 발명의 PSA 시스템을 이용하는 경우, 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 효율적으로 주 가스를 분리하여 주 가스의 수득 효율을 향상시키는 효과가 있음을 알 수 있다. From the results of these Examples and Comparative Examples, it can be seen that the PSA system of the present invention has an effect of improving the efficiency of obtaining the main gas by efficiently separating the main gas from the raw material gas containing impurities.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다. The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Anyone with ordinary knowledge in the art to which the invention pertains without departing from the subject matter of the invention claimed in the claims is considered to be within the scope of the claims of the present invention to various extents that can be modified.

100 : 제1 PSA 부
200 : 제2 PSA 부
300 : 제어탱크부
101 : 제1 PSA 원료 가스 공급부
102 : 제1 PSA 정제 가스 배출부
103 : 제1 PSA 배기가스 배출부
201 : 제2 PSA 원료 가스 공급부
202 : 제2 PSA 정제 가스 배출부
301 : 제2 PSA 배기가스 배출부
302 : 제1 PSA 재생 가스 공급부
310 : 정제 가스 제어부
320 : 재생 가스 제어부
311 : 정제 가스 버퍼 탱크
312 : 정제 가스 제어 시스템
313 : 균일 압력 정제 가스 배출부
321 : 재생 가스 버퍼 탱크
322 : 재생 가스 제어 시스템
323 : 균일 압력 재생 가스 배출부
100: first PSA part
200: second PSA part
300: control tank unit
101: first PSA source gas supply unit
102: first PSA refined gas discharge unit
103: first PSA exhaust gas discharge unit
201: second PSA source gas supply unit
202: second PSA refinery gas discharge unit
301: second PSA exhaust gas discharge unit
302: first PSA regeneration gas supply unit
310: Refining gas control unit
320: regeneration gas controller
311: refinery gas buffer tank
312: refinery gas control system
313: uniform pressure purification gas discharge unit
321: regeneration gas buffer tank
322: regeneration gas control system
323: uniform pressure regeneration gas discharge unit

Claims (16)

n개의 불순물 및 주 가스를 포함하는 원료 가스로부터 n개의 각각의 불순물을 제거하기 위한 제1 PSA부 (100) 내지 제n PSA부 (200)를 포함하는 PSA 시스템에 있어서,
상기 제1 PSA부 (100) 내지 제n PSA부는 가압 단계, 흡착 단계, 감압 단계, 및 재생 단계의 공정을 포함하며,
상기 제1 PSA부 (100) 내지 제n-1 PSA부의 재생 단계에 제2 PSA부 내지 제n PSA부에서 배출되는 배기가스 중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템(상기 n은 2 이상의 정수이다).
In the PSA system including the first PSA section 100 to the n-th PSA section 200 for removing n respective impurities from a source gas containing n impurities and a main gas,
The first PSA unit 100 to the nth PSA unit include a pressurization step, an adsorption step, a decompression step, and a regeneration step,
Characterized in that at least one of the exhaust gases discharged from the second PSA unit to the n-th PSA unit is used in the regeneration step of the first PSA unit 100 to the n−1 th PSA unit, including a main gas and impurities A PSA system for efficient separation of impurities from source gas (where n is an integer greater than or equal to 2).
제1항에 있어서,
상기 제1 PSA부는 모든 불순물을 포함하는 원료 가스 공급부; 제1 불순물을 흡착하는 흡착제가 충진된 2개 이상의 흡착탑; 제1 불순물이 제거된 정제 가스 배출부; 및 상기 제거된 제1 불순물을 포함하는 배기가스 배출부;를 구비하며,
제n PSA부는 제n-1 불순물을 제외한 상기 원료 가스 공급부; 제n 불순물을 흡착하는 흡착제가 충진된 2개 이상의 흡착탑; 제n 불순물이 제거된 정제 가스 배출부; 및 제거된 제n 불순물을 포함하는 배기가스 배출부;를 구비하고,
상기 제1 PSA부에서는 가장 강한 흡착력 물질의 불순물이 제거되고, 제n PSA부에서는 가장 약한 흡착력 물질의 불순물이 제거되는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 1,
The first PSA unit includes a source gas supply unit containing all impurities; two or more adsorption towers filled with an adsorbent adsorbing the first impurity; a refined gas discharge unit from which the first impurities are removed; And an exhaust gas discharge unit containing the removed first impurities,
The n-th PSA unit includes the raw material gas supply unit excluding the n-1th impurity; two or more adsorption towers filled with an adsorbent adsorbing the nth impurity; a purified gas discharge unit from which nth impurities are removed; and an exhaust gas discharge unit including the removed n-th impurity.
Efficient separation of impurities from the main gas and source gas containing impurities, characterized in that impurities of the material with the strongest adsorption capacity are removed in the first PSA unit and impurities of the material with the weakest adsorption capacity are removed in the nth PSA unit. PSA system for
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 PSA 시스템은,
1 내지 n-1개의 제어 탱크부 (300)를 더 포함하며,
상기 제어 탱크부 (300)는 상기 제1 PSA부 (100) 내지 제n PSA부 (200) 중에서 선택되는 2개의 PSA부 사이에 위치하며,
상기 2개의 각 PSA부 사이에 위치하여 상기 2개의 PSA부에서 발생되는 압력 변동 (Pressure Pulsation)을 완화시키는 작용을 하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 1 or 2,
The PSA system,
Further comprising 1 to n-1 control tank parts 300,
The control tank unit 300 is located between two PSA units selected from the first PSA unit 100 to the nth PSA unit 200,
Efficient separation of impurities from the source gas containing the main gas and impurities, characterized in that it is located between the two PSA units and acts to relieve pressure pulsation generated in the two PSA units PSA system for
제3항에 있어서,
상기 제어 탱크부 (300)는 정제 가스 제어부 (310); 및 재생 가스 제어부 (320);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 3,
The control tank unit 300 includes a refinery gas control unit 310; And a regeneration gas controller 320; characterized in that it comprises a PSA system for efficient separation of impurities from the source gas containing the main gas and impurities
제4항에 있어서,
상기 정제 가스 제어부 (310)를 포함하는 제어 탱크부 (300)는, 상기 2개의 PSA부가 제n-1 PSA부 및 제n PSA부의 서로 연속되는 상기 2개의 PSA부의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 4,
The control tank unit 300 including the refined gas control unit 310 is characterized in that the two PSA units are located between the two PSA units that are continuous with each other, the n-1 th PSA unit and the n-th PSA unit , PSA system for efficient separation of impurities from source gas containing main gas and impurities
제4항에 있어서,
상기 재생 가스 제어부 (320)를 포함하는 제어 탱크부 (300)는, 상기 2개의 PSA부가 제1 PSA부 내지 제n PSA부 중 선택되는 2개의 PSA부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 4,
The control tank unit 300 including the regeneration gas control unit 320 is characterized in that the two PSA units are located between two PSA units selected from the first PSA unit to the nth PSA unit, the main gas and a PSA system for efficient separation of impurities from raw material gas containing impurities.
제4항에 있어서,
상기 정제 가스 제어부 (310)는, 1기 이상의 정제 가스 버퍼 탱크 (311); 정제 가스 제어 시스템 (312); 및 정제 가스 방출부 (313);를 포함하며,
상기 정제 가스 버퍼 탱크 (311)에는, 제n-1 PSA부 (100)의 정제 가스 배출부(102)와 제n PSA부 (200)의 원료 가스 공급부 (201)가 연결되고, 1개 이상의 탱크를 포함하고,
상기 정제 가스 방출부 (313)는 상기 정제 가스 버퍼 탱크 (311)의 상단에 연결되어 있으며,
상기 정제 가스 방출부 (313)에는 정제 가스 제어 시스템 (312)이 설치되어 상기 정제 가스 버퍼 탱크(311)로 주입되는 제n-1 PSA부 (100)의 정제 가스 배출부 (102)의 압력 변동폭을 줄여 안정적으로 제n PSA부 (200)의 원료가스 공급부 (201)로 전달해 주는 작용을 하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 4,
The refinery gas controller 310 includes one or more refinery gas buffer tanks 311; refinery gas control system 312; and a refined gas discharge unit 313;
To the refinery gas buffer tank 311, the refinery gas discharge unit 102 of the n−1th PSA unit 100 and the source gas supply unit 201 of the nth PSA unit 200 are connected, and one or more tanks are connected. including,
The refinery gas discharge unit 313 is connected to the top of the refinery gas buffer tank 311,
A refinery gas control system 312 is installed in the refinery gas discharge unit 313, and the pressure variation range of the refinery gas discharge unit 102 of the n−1 th PSA unit 100 injected into the refinery gas buffer tank 311 PSA system for efficient separation of impurities from the main gas and source gas containing impurities, characterized in that it acts to stably deliver to the source gas supply unit 201 of the n-th PSA unit 200 by reducing
제7항에 있어서
상기 정제 가스 제어 시스템 (312)에는 압력 트랜스미터와 컨트롤 밸브를 포함하며, 상기 컨트롤 밸브는 설정된 압력에 따라 상기 압력 트랜스미터의 출력값을 읽어 작동하고, 이에 따라 정제 가스 제어시스템 (312)이 설정된 압력으로 자동제어하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 7
The refinery gas control system 312 includes a pressure transmitter and a control valve, and the control valve operates by reading the output value of the pressure transmitter according to the set pressure, and accordingly, the refinery gas control system 312 automatically adjusts to the set pressure. PSA system for efficient separation of impurities from source gas containing main gas and impurities, characterized by controlling
제4항에 있어서,
상기 재생 가스 제어부 (320)는, 1기 이상의 재생 가스 버퍼 탱크 (321); 재생 가스 제어 시스템 (322); 및 재생 가스 방출부(323);를 포함하고,
상기 재생 가스 버퍼 탱크 (321)에는 제n-1 PSA부 (100)의 재생 가스 공급부(302)와 제n PSA부 (200)의 배기가스 배출부 (301)가 연결되며, 1개 이상의 탱크를 포함하고,
상기 재생 가스 방출부 (323)는 상기 재생 가스 버퍼 탱크 (321)의 상단에 연결되어 있고, 상기 재생 가스 방출부 (323)에는 재생 가스 제어 시스템 (322)이 설치되어 상기 재생 가스 버퍼 탱크 (321)로 주입되는 제n PSA부 (200)의 배기가스 배출부 (301)의 압력 변동폭을 줄여 안정적으로 제n-1 PSA부 (100)의 재생 가스 공급부 (302)로 전달해 주는 작용을 하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 4,
The regeneration gas controller 320 includes one or more regeneration gas buffer tanks 321; regeneration gas control system 322; and a regeneration gas discharge unit 323;
The regeneration gas buffer tank 321 is connected to the regeneration gas supply unit 302 of the n−1th PSA unit 100 and the exhaust gas discharge unit 301 of the nth PSA unit 200, and one or more tanks are connected. include,
The regeneration gas discharge unit 323 is connected to an upper end of the regeneration gas buffer tank 321, and a regeneration gas control system 322 is installed in the regeneration gas discharge unit 323 so that the regeneration gas buffer tank 321 ) to reduce the pressure fluctuation range of the exhaust gas discharge unit 301 of the n-th PSA unit 200 injected into the n-th PSA unit 200 and stably transfer it to the regeneration gas supply unit 302 of the n-1th PSA unit 100. PSA system for efficient separation of impurities from source gas containing main gas and impurities,
제9항에 있어서
상기 재생 가스 제어 시스템 (322)에는 압력 트랜스미터와 컨트롤 밸브를 포함하며, 상기 컨트롤 밸브는 설정된 압력에 따라 상기 압력 트랜스미터의 출력값을 읽어 작동하고, 이에 따라 재생 가스 제어 시스템 (322)이 설정된 압력으로 자동제어하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 9
The regeneration gas control system 322 includes a pressure transmitter and a control valve, and the control valve operates by reading the output value of the pressure transmitter according to the set pressure, and accordingly, the regeneration gas control system 322 automatically adjusts the set pressure. PSA system for efficient separation of impurities from source gas containing main gas and impurities, characterized by controlling
제1항에 있어서
상기 원료 가스는, 불순물로서 암모니아 및 질소 가스, 그리고 주 가스로서 수소 가스를 포함하는 원료 가스인 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 1
The source gas is a PSA system for efficient separation of impurities from a source gas containing a main gas and impurities, characterized in that the source gas includes ammonia and nitrogen gas as impurities and hydrogen gas as a main gas.
제2항에 있어서,
상기 원료 가스는, 불순물로서 암모니아 및 질소 가스, 그리고 주 가스로서 수소 가스를 포함하는 원료 가스이고, 제n PSA부는 n이 2인 제2 PSA부 인 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 2,
The source gas is a source gas containing ammonia and nitrogen gas as impurities and hydrogen gas as the main gas, and the nth PSA part is a second PSA part in which n is 2. PSA System for Efficient Separation of Impurities from Source Gases
제12항에 있어서,
제1 PSA부의 흡착제는 흡착 단계의 흡착 시간과 탈착 시간(가압, 감압, 및 재생 단계의 총합 시간)의 비율이 0.1 ~ 1.0 범위의 갖는 Activated Carbon계 또는 Zeolite계인 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 12,
The adsorbent of the first PSA part is an activated carbon or zeolite system having a ratio of adsorption time and desorption time (total time of pressurization, decompression, and regeneration step) in the range of 0.1 to 1.0 in the adsorption step, characterized in that, the main gas and impurities PSA system for efficient separation of impurities from source gas containing
제12항에 있어서,
제2 PSA부의 흡착제는 흡착 단계의 흡착 시간과 탈착 시간(가압, 감압, 및 재생 단계의 총합 시간)의 비율이 0.1 ~ 1.0 범위의 갖는 Activated Carbon계 또는 Zeolite계인 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템
According to claim 12,
The adsorbent of the second PSA unit is an activated carbon or zeolite system having a ratio of adsorption time and desorption time (total time of pressurization, decompression, and regeneration steps) in the range of 0.1 to 1.0 in the adsorption step, the main gas and impurities. PSA system for efficient separation of impurities from source gas containing
n개의 불순물 및 주 가스를 포함하는 원료 가스로부터 n개의 각각의 불순물을 제거하기 위한 제1 PSA부 (100) 내지 제n PSA부 (200)를 포함하는 PSA 시스템의 운영 방법에 있어서,
제n-1 PSA부 (100)의 정제 가스가 제n-1 PSA부 (100)의 흡착 단계에서 배출되어 정제 가스 제어부 (310)를 거쳐 제n PSA부 (200)의 가압 단계에서 원료 가스로 주입되고,
상기 제n PSA부 (200)의 배기가스는 제n PSA부 (200)의 감압 단계에서 배출되어 재생 가스 제어부 (320)를 거쳐 제n-1 PSA부 (100)의 재생 단계에서 재생 가스로 주입되어 사용되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템의 운영 방법(상기 n은 2 이상의 정수이다).
In the operating method of a PSA system including a first PSA unit 100 to an n-th PSA unit 200 for removing n impurities from source gas containing n impurities and a main gas,
Refined gas of the n-1th PSA unit 100 is discharged in the adsorption step of the n-1th PSA unit 100, passed through the refined gas control unit 310, and converted to source gas in the pressurization step of the n-th PSA unit 200. being injected,
The exhaust gas of the n-th PSA unit 200 is discharged in the depressurization step of the n-th PSA unit 200 and injected as regeneration gas in the regeneration step of the n−1-th PSA unit 100 through the regeneration gas controller 320. A method of operating a PSA system for efficient separation of impurities from a main gas and source gas containing impurities (where n is an integer of 2 or more), characterized in that it comprises the step of being used.
제15항에 있어서,
상기 원료 가스는, 불순물로서 암모니아 및 질소 가스, 그리고 주 가스로서 수소 가스를 포함하는 원료 가스이고, 제n-1 PSA부 및 제n PSA부는 각각 제1 PSA부 및 제2 PSA부 인 것(n이 2인 경우)을 특징으로 하는, 주 가스 및 불순물을 포함하는 원료 가스로부터 불순물의 효율적인 분리를 위한 PSA 시스템의 운영 방법
According to claim 15,
The raw material gas is a raw material gas containing ammonia and nitrogen gas as impurities and hydrogen gas as a main gas, and the n-1th PSA part and the nth PSA part are the first PSA part and the second PSA part, respectively (n is 2), a method of operating a PSA system for efficient separation of impurities from a source gas containing a main gas and impurities.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019141759A (en) * 2018-02-16 2019-08-29 大陽日酸株式会社 Gas refining apparatus, gas refining method, propene producing apparatus and propane producing apparatus
JP2020018988A (en) * 2018-08-03 2020-02-06 コフロック株式会社 Pressure swing adsorption device
KR102315763B1 (en) 2020-11-05 2021-10-21 (주)씨이에스 Production system of purified hydrogen gas by decomposing ammonia gas

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