KR870000267B1 - 펠릿형 제올라이트 흡착제에 대한 기체 분리 카이네틱스를 향상시키는 방법 - Google Patents

펠릿형 제올라이트 흡착제에 대한 기체 분리 카이네틱스를 향상시키는 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

펠릿형 제올라이트 흡착제에 대한 기체 분리 카이네틱스를 향상시키는 방법
본 발명은 흡착 방법에 의해 기체 혼합물의 성분을 분리하는 방법에 관한 것으로, 특히 펠릿형의 알루미노실리케이트 제올라이트를 사용하여 흡착 카이네틱스(adsorption kinetics)를 향상시키는 방법에 관한 것이다.
다수의 과학서적 및 특허 문헌에는 천연 또는 합성분자 시브 제올라이트의 흡착작용에 대해 명시하고 있다. 벌크 기체 혼합물의 성분을 분리하고 미량의 불순물이 함유되어 있는 기체를 정제하기 위해 알칼리금속양이온을 함유한 펠릿형의 제올라이트 결정체로 있는 분자시브를 일반적으로 사용하고 있는데, 상기 알칼리금속 양이온으로 특히 나트륨이온이 사용되며 나트륨의 일부분은 2가 또는 3가의 양이온으로 치환될 수있다.
분자 시브 제올라이트를 사용하여 선택적 흡착작용에 의해 기체 혼합물의 성분을 분리하는 여러 시스템이 종전의 여러 특허에 명시되어 있다. 이러한 시스템 중에서 고압하에서는 선택적 흡착작용(일반적으로질소성분이 흡착됨)이 일어나고 감압하에서는 탈착작용이 일어나는 단열작동에 의해 공기로부터 산소가 풍부한 생성물을 회수하는 시스템이 명시되어 있다. 즉, 이런 시스템은 미합중국 특허 제2,944,627호, 제3,564,816호, 제3,636,679호, 제3,738,087호, 제3,796,022호, 제3,923,477호 및 4,013,429호에 명시되어 있다.
기체분리 방법에 비록 천연 제올라이트가 사용될 수도 있지만, 이 공기 분리에는 주로 5A(부분적으로 칼슘으로 교환되어진 소듐 알루미노실리케이트) 또는 13×와 같은 합성 알루미노실리케이트가 사용된다(미합중국 특허 제3,164,454호, 3,280,536호 및 3,796,022호를 참조). 또한 공기 분리에 대해 명시된 다른 특허에 따르면 흡착제로 펠릿형의 소듐 모오데나이트를 사용한 것도 있다(미합중국 특허 제3,959,463호, 4,013,429호 및 4,264,340호를 참조).
탄화수소 전환 방법에서 촉매로 사용되기 위해 천연 및 합성알칼리금속 제올라이트의 알칼리금속 양이온의 일부분이 수소, 희귀 토금속 또는 기타 양이온으로 치환되어진 염기가 교환된 형태가 사용된다(미합중국특허 제2,882,244호 및 3,436,357호 참조). 또한, 수소형 제올라이트(hydrogen zeolite)을 제조하기 위해 암모늄 교환에 의해 알칼리금속의 양이온 대부분을 치환시킨 후 NH3를 제거하기 위해 하소하는 방법이 사용된다. 알칼리금속을 수소로 직접 치환하는 방법이 공지되어 있지만 바람직하지 못하다.
예컨데, 미합중국 특허 제3,l90,939호에 따르면 수소 모오데나이트가 파라핀의 이성질화의 촉매로서 사용된다. 즉 나트륨 이온을 수소이온으로 직접 치환시키거나 또는 나트륨이온을 암모늄이온으로 치환시킨후 하소시키는 방법에 의해 원래의 소듐 모오데나이트가 수소 모오데나이트로 전한된다. 이때 약 95%의 알칼리금속이 수소로 치환된다.
펠릿형의 합성 소듐 모오데나이트의 제조에 대해서 영국 특허 제979,398호에 명시되어 있으여, 수소 모오데나이트를 얻기 위해서 소듐 모오데나이트를 1N 이상의 진한 강 무기산용액에 침출(leach)시켰다.
탄화수소 전환 촉매로서 사용되기 위해 13X와 13Y와 같은 천연 및 합성 제올라이트에서 나트륨의 대부분이 수소로 교환되는 염기 교환방법에 대해 여러 특허에서 명시하고 있다. 그러나, 기체 분리 방법에 있어서, 선택적 흡착제로서의 수소 제올라이트 사용에 대해서는 주장하고 있지 않다. 상술된 것처럼 기체 분리방법에 사용되는 전형적인 흡착제는 펠릿형의 소듐 제올라이트(예 : 13X 또는 소듐 모오데나이트)이거나 또는 제올라이트 5A처럼 소듐의 일부분이 알칼리 토금속 양이온으로 치환되어진 형이다.
실제의 대규모적으로 공업에 이용하기 위해서는 보통 미세분말로 제조되어진 제올라이트 물질을 흡착용칼럼에 주입하기 적합한 형태로 만든 것이 필요하다. 일반적으로 상가 물질은 약 1/8인치의 지름과 약 1/8인치의 길이를 갖는 실린더형이나 1/16"∼1/8"의 지름을 갖는 구슬형으로 만들어진다. 즉, 분말형의 제올라이트물질에 결합제를 포함시키거나 배제시켜 물 또는 기타액체와 혼합시켜 페이스트를 만들어 이 페이스트를 원하는 지름을 갖는 틀을 통해 압력을 가해 압출시킨 후 원하는 길이의 펠릿형으로 자른다. 그리고 형성된 물질을 건조시키고 하소시켜 구조강도를 향상시킨다.
같은 공급자(supplier)에서의 서로 다른 부분(batch)의 상업적 소듐 제올라이트 펠릿뿐만 아니라 또 다른 공급자의 소듐 제올라이트 펠릿은 비록 흡착제에 대한 질소와 산소의 흡착성은 같다 할지라도 칼럼에서의 흡착동력학적 견지에서의 수행 특성은 서로 다르다. 이는 일단의 상업적 펠릿에 의해 나타나는 약한 카이네틱스(kinetics)가 펠릿작용에 어떤 변이를 주기 때문이라고 추측된다.
공급된 상업적 흡착제의 서로 다른 부분에서 특성이 서로 다른 이유를 밝히기 위해 여러 시도가 행하여졌다. 수행 능력이 적은 상업적 제올라이트 펠릿에 대한 주사 전자 현미경에 따르면 펠릿의 표면이 이의 내부보다 결정질이 훨씬 적은 물질로 구성되어 있다는 것을 알 수 있다. 또한 겉표면은 다소 불침투성의 성질을 가졌음을 알 수 있다. 이러한 관찰 및 기타 행하여진 관찰로 부터 상업적 제올라이트 펠릿에 대한 흡착성의 카이네틱스는 질량 전이에 대한 저항성을 지닌 표면의 존재에 따라 불리한 영향을 받는다는 것을 알게 되었다.
이러한 표면서의 질량전이에 대한 저항성 이외에 또한 제올라이트 펠릿에 있어서 미소 기공을 막는 불리한 작용 때문에 제올라이트 결정체에 흡착하는 분자의 접근 속도를 느리게 하기도 한다는 것을 알게 되었다. 주장된 이런 봉쇄작용은 펠릿에서 비반응된 알루미노 실리케이트의 존재에 의해서 유발될 수 있다. 그리고 이런 비반응된 물질은 사용시 흡착제를 재생하는 동안 발생한 용합이나 또는 펠릿구조를 형성하는 동안 열처리의 결과 때문에 유발될 수 있는 것으로 미소 기공 구조를 막는다. 따라서, 공기분리에 사용되는 제올라이트의 불리한 영향에 대한 연구로부터 펠릿형 소듐 제올라이트의 흡착 카이네틱스를 향상시키는 방법을 발견하게 되었다.
펠릿형의 소듐 모오데나이트 흡착제에 대한 ''인-하우스'(''in-house'') 표준 특성은 평형 기체 흡착을 기초로 해서 확립된 것이며. 수년 후 같은 상업적 원료로부터 얻어진 서로 다른 부분(batches)에서의 펠릿형 소듐 모오데나이트로부터 동력학적 흡착특성을 알게 되었다.
따라서, 압출된 알칼리금속 제올라이트 펠릿을 묽은 무기산 용액으로 세척함으로써 압출된 알칼리금속 제올라이트의 동력학적 흡착성은 크게 향상되는 반면 원래의 질소 및 산소의 흡착력은 변하지 않는다는 것을 알게 되었다.
실험실에서, 상술된 상업적 소듐 모오데나이트 물질보다 동력학적 흡착성이 더 낮은 물질들로 합성되어진 일단(batch)의 1/8인치 크기의 펠릿형 소듐 모오데나이트로 일차 실험을 행한다. "합성 H"라 명시되는 이 샘플을 염산 용액에 8시간 동안 처리시키는 데, 이때 경우에 따라 교반시키면서 서로 상이한 농도에서 여러번 처리하며, 다음 탈이온화된 물로 세척한다.
이 세척되고 여러번 처리된 물질의 샘플들에 대해 N2/O2의 흡착성에 대한 평형과 카이네틱스를 평가하기 위해 동력학적 실험장치에서 실험한다.
N2/O2의 흡착에 대한 카이네틱성은 ''LUB/Equilibrium Section Concept for Fixed Bed Adsorption'CEP Symposium Series, Vol. 63, 1967에 명시된 LUB(사용되지 않은 베드의 길이 ; length of unusedbed)의 개념에 의해 측정된다. LUB는 기체 혼합물의 조성을 변화시켜 가면서 다양한 실험을 할 때 이 치환 실험에 대한 기체의 유동 속도의 함수로서 측정되는데 처음에는 칼럼을 일정한 조성비를 갖는 N2/O2의 혼합물로 구성된 기체로 포화시키며, 다음에는 또 다른 조성비를 갖는 N2/O2로 구성된 칼럼에 기체 혼합물을 통과시켜 치환시키면서 실험이 진행된다. 특히, 하기와 같이 치환시키면서 실험(치환실험)을 진행시킨다.
(a) N2를 O2로 치환시킴
(b) 공기를 O2로 치환시킴
(c) 공기를 90%까지 O2로 치한시킴
(d) N2를 공기로 치환시킴
치환실험(a)로부터 상기에 명시된 방법을 참조로 해서 격변곡선(breakthrough curve)의 중점으로 부터 N2의 평형 흡착력이 결정된다.
특별한 언급이 없는 한 대부분의 동력학적 실힘과 하기 표 (1)에 명시된 실험은 10lbㆍmoles/hrㆍft2의 기체 유동속도(G)에서 행하여진다.
표 (1)의 N2, 상대 평형 흡착력과 다른 값들은 "인-하우스" 표군 모우데나이트에 관한 비교값들이다.
N2/O2기체 혼합물의 분리를 위한 흡착성은 LUB의 값이 작을수록, 그리고 N2의 상대 흡수력이 클수록 바람직하다.
[표 1]
Figure kpo00001
표 (1)로부터 1.0N의 산으로 ''합성 H"를 세척하면 흡착제에 대한 N2의 평형 흡착력을 손실시키며 LUB값의 향상은 없다는 것을 알 수 있다. 0.3N의 염산으로 세척하면 N2의 흡착력은 변화시키지 않으면서 공기→90% O2치환성 및 N2→공기 치환성은 향상된다.
0.1N 염산으로 세척하면 N2→O2및 공기→O2의 LUB값이 표준 모오데나이트의 LUB 값에 가까워지면서 향상되는데, 공기→90% O2및 N2→공기 치환에 대한 표준 모오데나이트의 LUB 값은 0.1N 염산으로 세척한 LUB 값보다 크다.
산의 세기, 세척 시간, 세척의수에 대한 처리의 최적조건을 결정하기 위해 또 다른 실험이 행하여진다. 동력학적 흡착 특성치를 측정하기 위해 사용된 실험장치는 4피이트(=∼l21.9cm)의 길이 만큼 흡착제로 충진된 외부 직경이 2인치(=∼5.08cm)인 얇은 벽의 칼럼으로 구성된다. 또한 이 장치는 재생을 위해 가열성분(heating element)으로 둘러싸여 있고 열적으로 절연되어 있다. 또한 칼럼은 3.75파운드(=∼1.7kg)의 흡착제로 충진되어 있다.
흡착제의 재생은 무수 질소기체(-90℃의 이슬점을 가짐)의 대기압력하에서 칼럼을 약 300℃로 가열함으로써 달성될 수 있다. 질소는 유량계의 흡착베드를 통해 산소 분석기와 이슬계로 흐른다. 재생시키는 동안 방출된 과량의 물은 배출구를 통해 배출된다. 이러한 재생작용은 배출기체의 이슬점이 -35℃ 이하의 온도에 도달할 때까지 계속되는데, 이 기간 동안 칼럼과 함유된 흡착제는 무수 배출 질소하에서 실온으로 냉각된다.
치환 실험은 실온 및 대기압력하에서 처음의 기체를 칼럼을 통해 아래로 흐르게 함으로써 흡착제 베드를 정제시키고 배출 기체는 무수 실험계를 통해 통과시킴으로써 진행된다. 칼럼으로 배출되는 미량의 배출 기체는 O2분석기로 흐르게 된다. 배출 기체의 온도와 농도가 유입기체의 온도 및 농도와 같을 때 처음의 기체에 의해 흡착 베드의 포화가 일어난다. 이 시점에서 처음 기체의 유입이 중지되고 두번째 기체가 실온 및 주위 압력하에서 처음 기체와 치환되기 위해 칼럼속으로 주입된다. O2의 농도와 배출 기체의 부피는 시간의 함수로서 결정된다. 배출 기체의 O2농도가 유입 기체의 농도와 같을 때 치환작동이 종결되는 것이고, 이 시스템은 다음의 정제 기체 처리를 위해 필요하다. 실험하는 기체 시스템은 하기와 같다 :
100% O2가 100% N2에 의해 치환됨.
100% O2가 21% O2/179% N2에 의해 치환됨.
90% O2/10% N2가 21% O2/79% N2에 의해 치환됨.
21% O2179% N2가 100% N에 의해 치환됨.
LUB 값은 하기 정의식에 의해 계산된다.
Figure kpo00002
상기 정의식에서 L은 실험에서 사용되는 흡착제의 충진 길이이고, to는 치환 실험이 진행되는 동안 처음포화 기체 조성물로 부터 배출 기체 조성물이 일탈되기 시작하는 시간이며, t*는 칼럼에서의 배출 기체 조성물이 산술 평균적으로 포화되었고 기체 조성물이 치환되었을 때의 시간이다.
평형 N2흡착력(n)은 하기 정의식에 의해 계산된다 :
Figure kpo00003
상기식에서 Q는 치환 실험(a)에서 N2유동 속도이고, t*는 대응하는 격변곡선의 중점에 도달하는 시간이고, V는 충진 칼럼에서 공극되는 기체의 양이며, W는 흡착제의 중량이다.
기초 실험으로 여러 산으로 세척한 후 실험 계획에 따라 실험이 진행된다. 즉, 대략 2.5ℓ의 염산 용액(노르말 농도로 표시)을 약 4파운드=∼1.81kg)의 흡착제에 천천히 적가한다. 이 때, 물의 흡수에 의해 극대의 열이 방출된다. 산과 흡착제의 혼합시 과열되는 것을 막기 위해 산을 뷰렛으로 부터 천천히 적가해야 하며(대략 1시간에 걸쳐 적가한다), 실온에서 경과 시간을 기록하면서 혼합하는 것이 바람직하다. 세척하는 동안 산의 pH는 증가한다(예를 들면, 합성 H 모오데나이트에 사용되는 산 용액의 pH는 세척 초기의 1.33으로 부터 8시간 경과 후 2.62 pH로 증가한다). 산으로 세척된 흡착제는 증류 및 탈이온화된 물로 4시간동안 씻어낸 후 증류 및 탈이온화된 물로 다시 씻어낸다.
물로 씻어 낸 후, 흡착제를 처음에는 약 100℃의 온도, 질소 증기하의 오븐에서 8시간 동안, 다음에는 약 260℃의 온도의 오븐에서 24시간 동안 건조시킨다. 질소대기하에서 냉각시킨후 샘플을 명시된 동력학적 흡착장치(DynamicSorptionApparatus)에 넣고 최종 배출 기체의 이슬점이 약 -35℃가 될 때까지 약 300℃의 온도에서 베드를 통해 질소 기체를 배출시켜 건조시킨다. 흡착제를 질소 기체 배출하에서 실온으로 냉각시킨 후 동력학적 실험을 행한다.
다음의 일련의 작동은 합성 H 소듐 모오데나이트 샘플상에서 세척 시간의 효과를 결정하기 위해 진행된 것이다. 샘플을 0.1N HCl로 세척 시간을 바꿔가면서 세척한다. 산으로 세척하는동안 LUB의 값을 측정하면 칼럼에 대한 동력학적 측면에서는 어떤 영향도 없으나, 300℃의 온도 대신 400℃의 온도에서 샘플을 8시간 세척하여 재생시키면 LUB의 값은 감소한다는 것을 알게 되었다. 또한, 이 물질에 대한 상대적 N2평형 흡착력은 산으로의 세척에 의해 크게 변하지 않았다. 이러한 결과가 하기 표 (2)에 명시되어 있다.
[표 2]
Figure kpo00004
다음의 또다른 일련의 작동은 산의 세척 횟수에 대한 효과를 측정하기 위한 것이다. 2번 산으로 세척하면 한 번 산으로 세척한 것보다 합성 H에 대한 LUB의 값은 감소, 즉 전체적인 효과가 향상된다는 것을 알게된다. 또한 세번 세척하면 약간의 더 좋은 향상이 있게 된다. 3번 산으로의 세척에 대한 모든 4개의 LUB의값은 표준 소듐 모오데나이트 샘플에 대한 LUB의 값보다 향상된 값을 나타낸다. N2의 흡착력은 이러한 반복된 산의 세척에 의해 크게 변하지 않았다. 이러한 결과가 표 (3)에 명시되어 있다.
또 다른 일련의 작동은 표준 1/8" 펠릿형 소듐 모오데나이트를 8시간 동안 0.1N 염산으로 세척한 것으로 동력학적 질소의 치환은 크게 향상되었으며, 처음의 단 한 번의 산 세척에 의해 LUB의 값은 21.0인치(G=10lbㆍmoles/hrㆍft2에서)에서 18.5인치로 변했으며, 두번째 산 세척에 의해서는 17.4인치로 변한 것을 알게 되었다.
[표 3]
Figure kpo00005
1/16인치의 펠릿형 소듐 모오데나이트 샘플(샘플 APD라칭함)은 N2→O2치환 실험에서는 2.2인치의 LUB를, N2→O 공기 치환 실험에서는 13.2인치의 LUB를 가지며 0.1NHCl로 반복 세척시켜 향상시킬 수 있다. 즉, N2→O2의 LUB 값은 첫번째 8시간 세척 후 원래의 2.2인치에서 0.9인치로, 두번째 16시간 동안 세척후는 0.7인치로, 세번째 24시간 세척 후는 0.6인치로 감소하며, 반면 N2-*공기의 LUB 값은 처리되지 않은 원래의 13.2인치에서 세번 세척하면 12.4인치로 감소된다.
표준 1/8-인치 펠릿형에 대한 산 세척에 의해 얻어진 향상된 LUB값이 하기 표(4)에 명시되어 있다.
[표 4]
Figure kpo00006
상기와 같은 산 세척 작업은 소듐 모오데나이트(제 2공급재), 13×, 5A 제올라이트(2종류)와 같은 여러종류의 상업용 펠릿 알루미노실리케이트 분자 시브 흡착제에 행해질 수 있다.
또다른 회사에서 공급된 소듐 모오데나이트 펠릿(1/8인치)를 0.1N 염산으로 반복 세척하면 N2의 분리를 매우 향상시켜 준다. 또한 13×제올라이트를 0.1N 염산으로 세척하면 N2의 분리가 잘 일어난다. 5A 제올라이트를 pH가 5인 산으로 세척하면 파괴가 일어난다. 또한 질소에 대한 흡착성이 있는 1/8인치 펠릿형의 표준 소듐 모오데나이트를 0.1N HC1로 처리하면 상기와 같은 향상이 있게 된다.
상기 샘플에 대한 실현 결과가 표 (5)에 명시되어 있다.
[표 5]
Figure kpo00007
Figure kpo00008
*(a) 0.1N HC1,8시간, 첫번째 세척
(b) 0.1N HC1,24시간, 두번째 세척
(c) 8시간, HC1(pH=5)에서 세척
(d) 0.1N HC1,8시간, 두번째 세척
상기 결과로 부터 (1) 0.1N의 HCl로 소듐 알루미노실리케이트 제올라이트의 상업용 펠릿을 세척하면 평형성질은 변화시키지 않으면서 흡착성의 카이네틱스를 향상시키며 ; (2) 고농도의 산(약 0.3N 이상)을 사용하면 제올라이트를 파괴하여 평형흡착력을 낮추며 ; (3) 4∼24시간까지 세척시간을 증가시키더라도 칼럼 동력학적 면에는 거의 영향을 주지 않으며 ; (4) 산 세척을 반복시키면 칼럼동력학적 면에서 점진적 향상은 있지만 세번째 세척의 향상 정도는 그리 크지 않다는 것을 알 수 있다.
펠릿형 소듐 모오데나이트를 사용하여 본 발명에 따라 처리하면 흡착성 카이네틱스에 대한 매우 뚜렷한 향상점은 얻을 수 있는 반면, 또한 펠릿형 소듐 알루미노실리케이트 흡착제를 다른 방법에 의해 처리하더라도 효과적이라는 것을 알 수 있다. 제올라이트 흡착제를 세척하는데 사용되는 무기산의 종류로는 HCl과 같은 농도를 갖는 HF, HNO3등을 들 수 있다. 알칼리 토금속 화합물과 불용성 침전물을 형성하는 산(예 : 황산, 인산)의 사용은 피해야 하며, 특히 상기 산과 반응하여 침전물을 형성하는 화합물 및/또는 알칼리 토금속 화합물이 흡착체에 함유되어 있을 때는 상기 산은 피하는 것이 바람직하다.
처리시 산의 농도는 흡착제 펠릿 1파운드당 산용액 0.5∼3ℓ, 특히 1ℓ일 때 바람직하다. 산의 처리를 단한번 한다면 처리 시간은 1시간 이상이어야 하며, 산의 계속 처리를 계속하는 경우에는 한 번 처리 시간은 상기보다 짧아도 된다.
펠릿형 소듐 알루미노실리케이트 제올라이트 흡착제를 묽은 산으로 처리하는 것이 질소를 함유한 기체로부터 질소를 흡착분리하는데 효과적이지만 본 발명은 산의 농도에 국한되지 않는다. 산으로 처리된 펠릿은 CO2/CH4/CO의 혼합기체로 부터 H2를, CH4로부터 CO2를, 공기로 부터 CO2를, N2로 부터 CH4를 분리 또는 정제하는 기체의 부분 분리 및 기타 건조처리에 유리하다.
펠릿형 흡착제에서 제올라이트 함량이 감소되는 것을 피하기 위해 산의 처리는 주위 온도나 또는 이 이하의 온도, 특히 60℃를 넘지 않는 온도에서 진행되는 것이 바람직하다.

Claims (11)

  1. 0.3N이 넘지 않는 무기산으로 펠릿형 소듐 알루미노샅리케이트 제올라이트를 처리하는 것을 특징으로 하는 기체 분리에 사용되는 펠릿형 소듐 알루미노실리케이트 제올라이트의 동력학적 흡착성을 향상시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산은 약 0.1N의 염산인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 산의 처리 방식은 계속적 처리방식인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 산의 사용량은 1파운드의 흡착제당 0.5∼3ℓ인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 펠릿형 제올라이트는 소듐 모오데나이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 펠릿형 제올라이트는 소듐 모오데나이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 펠릿형 제올라이트가 13×인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 혼합 기체 성분에 대한 선택적 압력 스윙 흡착 또는 선택적 열적 스윙흡착에 의해 기체를 분리하는 방법에 있어서, 0.3N이 넘지 않는 묽은 산 용액에 세척된 펠릿형 소듐 알루미노실리케이트 제올라이트 흡착제로 구성된 흡착 베드에 혼합기체를 통과시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제올라이트 흡착제는 소듐 모오데나이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 산 용액은 약 0.1N의 염산 용액인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제올라이트 흡착제는 흡착제 1파운드당 0.5∼3ℓ의 염산 용액으로 세척된 흡착제인 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4762537A (en) * 1985-11-07 1988-08-09 Aluminum Company Of America Adsorbent for HCl comprising alumina and acid-treated Y zeolite
ATE88916T1 (de) * 1988-02-11 1993-05-15 Air Liquide Gastrennung.
US5980611A (en) * 1997-09-25 1999-11-09 The Boc Group, Inc. Air purification process
US6395070B1 (en) * 1998-10-06 2002-05-28 Matheson Tri-Gas, Inc. Methods for removal of impurity metals from gases using low metal zeolites
US6379436B1 (en) * 2000-04-12 2002-04-30 Engelhard Corporation Macroporaus aluminosilicate desiccant, preparation from sodalite and use in enthalpy energy wheels
US6506236B2 (en) * 2001-03-28 2003-01-14 Air Products And Chemicals, Inc. Process for reducing the level of carbon dioxide in a gaseous mixture
WO2007069605A1 (ja) * 2005-12-14 2007-06-21 Taiyo Nippon Sanso Corporation 空気液化分離における原料空気の精製方法および精製装置
US8529662B2 (en) * 2007-05-18 2013-09-10 Exxonmobil Research And Engineering Company Removal of heavy hydrocarbons from gas mixtures containing heavy hydrocarbons and methane
US8529663B2 (en) * 2007-05-18 2013-09-10 Exxonmobil Research And Engineering Company Process for removing a target gas from a mixture of gases by swing adsorption
US8444750B2 (en) * 2007-05-18 2013-05-21 Exxonmobil Research And Engineering Company Removal of CO2, N2, or H2S from gas mixtures by swing adsorption with low mesoporosity adsorbent contactors
US8545602B2 (en) * 2007-05-18 2013-10-01 Exxonmobil Research And Engineering Company Removal of CO2, N2, and H2S from gas mixtures containing same
JP5346926B2 (ja) * 2007-05-18 2013-11-20 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー 圧縮熱を利用する、排煙からのco2の温度スイング吸着
WO2008143966A1 (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Exxonmobil Reserch And Engineering Company Process for removing a target gas from a mixture of gases by thermal swing adsorption
US7959720B2 (en) * 2007-05-18 2011-06-14 Exxonmobil Research And Engineering Company Low mesopore adsorbent contactors for use in swing adsorption processes
CN112744788B (zh) * 2020-12-16 2022-09-23 四川天采科技有限责任公司 一种氟硅酸法生产无水HF精制的FTrPSA深度脱水除杂的分离与净化方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1844476A (en) * 1927-07-26 1932-02-09 Universal Oil Prod Co Treatment of adsorbent earths
US2487824A (en) * 1946-12-12 1949-11-15 Houdry Process Corp Catalytic conversion of hydrocarbons
US2472489A (en) * 1947-10-18 1949-06-07 Standard Oil Dev Co Preparation of clay catalysts
US2671058A (en) * 1951-07-21 1954-03-02 Filtrol Corp Process for preparation of acid activated clay
US2882244A (en) * 1953-12-24 1959-04-14 Union Carbide Corp Molecular sieve adsorbents
US2944627A (en) * 1958-02-12 1960-07-12 Exxon Research Engineering Co Method and apparatus for fractionating gaseous mixtures by adsorption
BE593866A (ko) * 1959-09-25
US3202518A (en) * 1961-06-05 1965-08-24 Norton Co Method of making high surface area ceramics
NL287258A (ko) * 1962-01-08
US3436357A (en) * 1962-05-17 1969-04-01 Mobil Oil Corp Catalyst and conversion of organic compounds in the presence thereof
US3242641A (en) * 1962-10-24 1966-03-29 Monsanto Co Purification of polymerizable olefin hydrocarbons
US3280536A (en) * 1963-07-30 1966-10-25 Exxon Research Engineering Co Method for providing an oxygen-enriched environment
FR1553934A (ko) * 1967-12-05 1969-01-17
US3551353A (en) * 1968-10-04 1970-12-29 Mobil Oil Corp Dealuminzation of mordenite
US3564816A (en) * 1968-12-30 1971-02-23 Union Carbide Corp Selective adsorption process
US3597155A (en) * 1969-02-14 1971-08-03 Union Carbide Corp Crystalline mm and process for manufacture thereof
US3641095A (en) * 1969-10-29 1972-02-08 Norton Co Bonded low-alumina mordenite
US3636679A (en) * 1971-01-04 1972-01-25 Union Carbide Corp Selective adsorption gas separation process
US3738087A (en) * 1971-07-01 1973-06-12 Union Carbide Corp Selective adsorption gas separation process
BE792039A (fr) * 1971-11-30 1973-05-29 Air Liquide Procede et installation de fractionnement d'un melange gazeux par adsorption
JPS5817653B2 (ja) * 1972-09-28 1983-04-08 ジユ−ト − ヒエミ− ア−ゲ− 吸着剤の製造方法
GB1449864A (en) * 1973-10-24 1976-09-15 Boc International Ltd Adsorption system
US3957463A (en) * 1973-12-12 1976-05-18 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen enrichment process
AR207266A1 (es) * 1974-10-30 1976-09-22 Union Carbide Corp Procedimiento oscilante adiabatico de presion para la separacion de aire
US4013429A (en) * 1975-06-04 1977-03-22 Air Products And Chemicals, Inc. Fractionation of air by adsorption
JPS5289570A (en) * 1976-01-22 1977-07-27 Asahi Chem Ind Co Ltd Gaseous phase separation
US4147521A (en) * 1977-12-15 1979-04-03 Nalco Chemical Company Acid washed montmorillonite clays for improving electrostatic precipitation of dust particles
US4264340A (en) * 1979-02-28 1981-04-28 Air Products And Chemicals, Inc. Vacuum swing adsorption for air fractionation

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Publication number Publication date
ES8607748A1 (es) 1986-06-01
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EP0128998A2 (en) 1984-12-27
BR8400575A (pt) 1984-09-18
ZA84970B (en) 1985-10-30

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