KR900007860B1 - 고순도 질소제조방법 및 장치 - Google Patents

고순도 질소제조방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR900007860B1
KR900007860B1 KR1019870006935A KR870006935A KR900007860B1 KR 900007860 B1 KR900007860 B1 KR 900007860B1 KR 1019870006935 A KR1019870006935 A KR 1019870006935A KR 870006935 A KR870006935 A KR 870006935A KR 900007860 B1 KR900007860 B1 KR 900007860B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
high purity
adsorption
adsorbent
purity nitrogen
Prior art date
Application number
KR1019870006935A
Other languages
English (en)
Other versions
KR880008829A (ko
Inventor
이찌로오 후나다
도시오 미다
Original Assignee
가부시끼가이샤 고오베 세이꼬오쇼
마끼 후유히꼬
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시끼가이샤 고오베 세이꼬오쇼, 마끼 후유히꼬 filed Critical 가부시끼가이샤 고오베 세이꼬오쇼
Publication of KR880008829A publication Critical patent/KR880008829A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR900007860B1 publication Critical patent/KR900007860B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/06—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0473—Rapid pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16—Alumino-silicates
    • B01J20/18—Synthetic zeolitic molecular sieves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04—Purification or separation of nitrogen
    • C01B21/0405—Purification or separation processes
    • C01B21/0433—Physical processing only
    • C01B21/045—Physical processing only by adsorption in solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04—Purification or separation of nitrogen
    • C01B21/0405—Purification or separation processes
    • C01B21/0433—Physical processing only
    • C01B21/045—Physical processing only by adsorption in solids
    • C01B21/0455—Physical processing only by adsorption in solids characterised by the adsorbent
    • C01B21/0466—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/302—Dimensions
    • B01D2253/308—Pore size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/302—Dimensions
    • B01D2253/31—Pore size distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/10—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/403—Further details for adsorption processes and devices using three beds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

고순도 질소제조방법 및 장치
제1도는 평균접촉시간과 제품 N2가스 순도와의 관계를 도시한 그래프.
제2도는 N2가스제조용 PSA 장치의 개략을 도시한 설명도.
제3도는 제2도 PSA 장치에 있어서의 흡착탑 1탑의 공정순서를 도시한 설명도.
제4도는 흡착제의 베이컨시 직경분포를 도시한 그래프.
제5도는 제품 N2가스의 가스량과 순도의 상관을 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압축기 2 : 제품 N2가스를 뽑아내는 관
3a :내지 3c : 흡착탑
4 : 배기가스배출관 5a: 내지
5c : 탈착가스회수관 6 : 진공펌프
8 : 세정가스용관 9 : 제품가스탱크
10a : 내지 10c : 바이패스관
20 : 전처리장치 21a, 21b : 전처리탑
22 : 조압탱크
본 발명은 압력스윙흡착(Pressure Swing Adsorption)법에 의해 N2가스를 탈착회수하는 방법 및 장치에 관한것이며, 상세하게는 탈착되어오는 제품가스중의 불순성분을 현저히 적게해서 고순도의 N2가스를 고효율로 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
N2를 주성분으로서 함유하고 O2를 불순성분으로서 함유하는 원료가스(주로공기)에서, PSA 장치를 이용해서 N2를 분리정제하는 방법에는, 대별해서 (1) O2를 흡착제에 흡착제거하고, N2를 통과가스로서 제품화하는 방법과, (2) N2를 일단 흡착시켜서 O2와 분리하고 이어서 N2를 탈착해서 제품화하는 방법의 두가지가 있다.
후자의 방법을 더욱 상술하면, 흡착탑내에 충전한 흡착제에 N2성분을 대기압정도 혹은 가압상태로 흡착시켜, 다음에 이 흡착탑을 진공펌프등을 사용해서 감압하고, 흡착되어 있던 N2를 제품가스로해서 고순도로 뽑아내는 방법이고, 이 방법을 실시하기 위한 장치의 일례를 도시한 제2도는, 전처리장치(20)를 구비한 3탑식 PSA 장치의 개략 설명도이다.
또 이하의 설명에 있어서는 N2및 O2를 함유하는 원료가스로서 공기를 사용하는 경우를 취하지만, 본 발명의 직용대상으로 되는 원료가스는 공기에 한정되는 것은 아니다.
압축기(1)에 의해 가압된 원료공기는 전처리탑(21a,21b)의 어느것인가에 공급되어서 H2O 및 CO2가 흡착제거되어, 조압탱크(22)에 보내진 후, 3탑의 흡착탑(3a 내지 3c)의 어느것인가에 공급된다. 각 흡착탑(3a내지 3c)에 있어서는 제3도에 도시한 공정순서에 따라서 또한 각 흡착탑(3a 내지 3c)마다에 시간차를 두고 N2의 분리정제가 행하여진다.
이하 흡착탑(3a)에 주목해서 상기 공정순서를 설명한다.
우선 흡착공정에서는 조압탱크(22)를 통과한 O2와 N2의 혼합가스가 자동개폐밸브(이하 단지 밸브라함)(V1)를 통해서 흡착탑(3a)내에 받아들여진다. 그리고 흡착탑(3a)내에 충전된 흡착제가 N2를 흡착하고, 이흡착탑(3a)을 통과한 배기가스는 밸브(V4) 및 배기가스배출관(4)을 통해서 전처리장치(20)로 환류시킨 후 장치밖으로 배출된다.
상기 흡착제로서는 천연제올라이트나 합성제올라이트가 사용되고 있다. 상기 흡착공정에 있어서는 N2의 흡착이 선행되지만, N2와 O2의 분자구조가 잘 닮아 있고, 또 각각의 분자의 크기도 큰차가 없어 O2의 일부가 베이컨시내에 물리적으로 포착되는것은 피할 수가 없다. 따라서 즉시 탈착공정에 들어가면 이 O2가 N2와 함께 탈착되어서 제품 N2의 순도를 저하시킨다.
그래서 탈착에 앞서서 세정을 행할 필요가 있으나, 경제성(제품회수율의 향상)을 고려해서 회수공정을 앞에두는것이 많기 때문에 다음에 회수공정에 대하여 설명한다.
이 회수공정에서는 다른 흡착탑(도면에서는 3c)에 있어서 상기 세정공정(상세한것에 대하여는 후술)이 종료된 N2가 풍부한 배기가스를 바이패스관(10c) 경유로 흡착탑(3a)내에 도입한다.
그렇게하면 흡착제에 전술한 바와같이 포착되어 있던 O2의 일부가 N2에의해 치환 제거되고, 상기 배기가스 배출관(4)에서 방출된다. 따라서 흡착제에 의해 N2가 추가적으로 흡착된다고 하는 의미에서 상기와 같이 회수공정이라고 기술하였으나, O2의 일부가 제거된다고 하는 관점에서 본다면 예비 세정공정이라고 위치를 정할 수도 있다.
세정공정에 들어가면, 제품가스 탱크(9)에서 세정가스용관(8)을 경유하여 고순도 N2가스를 흡착탑(3a)내에 도입하고, 흡착제중에 아직 잔존하는 O2를 N2에 의해 치환제거하고 흡착제중의 N2농도를 높인다.
흡착탑(3a)을 통과한 가스는 치환제거하여온 O2를 함유하고 있다고는 하나 원래는 N2순도가 높은것이기 때문에 N2농도가 높은 가스이고, 이대로 대기중으로 방출하는 것이 극히 비경제적이다. 그래서 바이패스관(10a)을 통해서 흡착탑(3b)으로 보내고, 이 배기가스중의 N2를 흡착시킨다고 하는 전술의 회수공정을 실시 하는 것이다.
이와같이 세정공정이 종료된 흡착탑(3a)은 탈착가스회수관(5a) 및 밸브(V7)를 통해서 진공펌프(6)에 접속하고, 탑내를 감압해서 흡착제에서 N2를 탈착시켜, 고순도의 N2를 제품가스탱크(9)내에 저류한다.
이상 기술한바와같이 각 흡착탑마다에 상기 공정을 반복함와 동시에, 각 흡착탑 사이에서는 1/탑수씩 각 공정의 사이클을 어긋나게 해서 모든공정을 실행하고, 전체로서보면 어느것인가의 탑에서 탈착공정이 행하여 지도록 스케주울이 짜여지기 때문에 고순도 N2는 연속적으로 생산하게 된다.
상기 종래방법으로는 다음에 제시한 바와같은 큰 문제점이 있다.
우선 첫째로 제품 N2의 순도가, 원료공기의 가압력이나 탈착압력, 그위에 공정시간등을 고안하였다 하여도, 99.9%정도로 하는것이 한도로 되어 있다는 것이고, 철강가공의 열처리 공정등으로 요구되는 99.9% 이상의 고순도로 달성되게 할 수 없었다. 그때문에 PSA 장치에 의해 제조되는 N2가스의 용도는 좁은 범위로 제약되어 있었다.
둘째로 상기 세정공정에 있어서의 O2가스의 치환제거 효율을 높이려고 하면 본 공정의 운전시간을 길게하지 않으면 안되지만, 모처럼 정제한 N2가 세정가스로서 다량으로 사용하게 됨으로 N2회수율이 저하됨과 동시에 단위시간당의 공정실행회수가 감소하게 되어, 장치의 운전효율을 저하시켜서 전력원 단위가 크게되어 비경제적이다. 즉 세정공정을 실시하고 있다고 하여도, N2회수율과의 균형으로 행하여지지 않으면 안된다고 하는 제한이 있고, N2순도의 대폭적인 향상에 기여하기에는 이르지 못하고 있는 것이다.
그래서 본 발명자들은 99.9% 이상의 고순도 N2가스를 효율좋게 제조할 수 있도록 PSA 법 및 장치를 제공하려고 여러가지 연구를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 상기 목적을 달성한 고순도 질소제조방법은 흡착제로서 합성제올라이트를 사용함과 동시에,
T=L/V
단 L는 상기 흡착제의 충전길이(단위 : m)
V는 상기 흡착탑의 흡착공정에 있어서의 평균 공탑속도(단위 : m/초)
로 표시되는 평균접촉시간(T)(단위 : 초)을 30초 이하로 하는점에 요지를 가지며, 또한 고순도 질소 제조장치로서 흡착탑에는 반구멍지름 7 내지 10Å로 조정된 합성제올라이트를 충전해서 이루어지는점을 요지로하는 것이다.
흡착탑내에 원료가스를 압입하는 경우의 가스도입속도는 펌프압의 맥동이나 탑내에 있어서의 도입가스압의 상승에 수반되는 저항등에 의해 항상 변동하고 있고, 원료가스와 합착제의 접촉조건을 엄밀하게 표현하는것은 곤란하다. 그래서 편의상 원료가스가 흡착제와 접촉하는 평균접촉시간(T)을 다음과 같이 가정하기로 하였다.
즉 흡착공정에 있어서의 흡착탑내의 압력은 공정초기와 말기에서는 큰 차이가 존재하기 때문에, 이 공정에 있어서의 탑내의 평균압력을 기초로해서 원료가스의 도입속도를 산정하고, 이것을 평균공탑속도(V)(m/초)로 한다. 이와같이하면 상기 평균접촉시간(T)(단위 : 초)은,
Figure kpo00002
로 표시할 수가 있으나, 이 평균접촉시간을 30초 이하로 함으로써, 제1도(그래프)에 도시한 바와같이 제품 N2가스순도를 99.9% 이상으로 유지할 수 있다는것을 알았다. 이와같은 단시간 접촉이면 N2나 O2는 흡착제의 표층부에 접촉하는 것뿐으로 되고, 흡착제의 베이컨시에 물리적으로 포착되는 O2가 구석부의 베이컨시에 도달하는 것이 억제된다.
따라서 회수 또는 세정공정에 있어서의 N2에 의한 치환이 신속 또한 확실하게 행하여지게 되고, 세정후의 잔존 O2량을 가급적으로 저감시킬 수가 있었다.
이와같이 제품 N2를 고순도화함과 동시에, O2와 N2의 치환이 단시간에 완료되고, 세정가스의 절약에 의한 회수총량의 향상 및 세정공정시간의 단축에 의한 고효율적인 조업이 행하여지도록 되었다. 또 N2순도를 더욱 향상하여 99.998 내지 99.999%를 달성하려고 하면 평균접촉시간(T)을 16초 이하로 하는것이 장려된다.
또 상기 평균공탑속도는 다단식 콤프레서나 유량조정벨브에 의해 조정 가능하고, 또 제2도와 같은 조압탱크에 의해서도 조정할 수 있다.
그런데 전술한 바와같이 N2분자와 O2분자의 크기는 거의 같고(전자가 약 3.6Å, 후자가 약 3.4Å), 흡착제로서 합성제올라이트를 채용했을때의 베이컨시 직경이 5Å이면, 상기 베이컨시에 포착된 O2분자는 베이컨시내에 비교적 강하게 안겨짐과 동시에, 치환을 위한 N2분자가 가까워져도, O2분자 외주와 베이컨시내면과의 간격이 좁기때문에 N2분자의 진입이 저해되어 치환의 진행은 불충분하게 된다.
그래서 베이컨시 직경을 7 내지 10Å로 조정한 합성제올라이트를 사용하여 본 바, 베이컨시가 크기 때문에 O2분자의 포착력도 약하고, 또 N2분자의 진입도 용이하게 되기 때문에, N2분자와의 치환이 비교적 손쉽게 행하여 지도록 되는것을 알았다. 즉 세정가스에 의한 O2의 치환제거가 신속 또한 확실하게 행하여지고, N2의 고순도화 및 세정공정의 효율화에 뛰어난 효과를 발휘한다. 따라서 제1도에 도시한 바와같이, 본 발명의 일실시예인 베이컨시 직경 8 내지 9Å의 합성제올라이트를 이용했을 경우는, 베이컨시 직경 5Å의 것을 사용하는 경우에 비해서 평균접촉시간을 길게하여도 보다 고순도의 N2가스를 얻는것이 가능하게 된다.
합성제올라이트는 베이컨시 직경 7 내지 10Å의 것을 95% 이상 함유한 모양의 분포를 나타내는것이 바람직하고 더욱 바람직한것은, 베이컨시 직경 8 내지 9Å의 것을 85% 이상 가지는것이다.
또 CO2는 분자의 크기가 약 4.4Å이고, 일단 베이컨시 직경내에 포착되면 O2이상으로 N2치환이 곤란하고, 또 베이컨시 직경 5Å의 합성제올라이트를 사용했을때는 통상 감압탈착(100 내지 150Torr)이라도 꺼내기가 곤란하기 때문에, 흡착제로서의 성능이 시간과 더불어 저하하여간다는 문제가 있다. 이점 베이컨시 직경 7 내지 10Å의 합성제올라이트를 사용하면 N2에 의한 치환이나 전술의 감압탈착에 의해 CO2를 제거하는 것이 용이하게 되고, 흡착제의 기능을 장기간에 걸쳐서 유지하는 것이 가능하게 된다.
실시예 1
제2도에 도시한 PSA 장치를 사용하여, 조압탱크(22)에서 흡착탑(3a 내지 3b)으로 원료가스(O2, N2혼합가스)를 공급하였다.
상기 정의에 관한 평균접촉시간을 변경하여 나가, 제품 N2가스순도 및 회수량으로의 영향을 조사하였다. 실험에 있어서는 흡착제 충전길이(L) 및 직경(D)의 비가 0.2 내지 20으로 되도록 여러가지의 흡착탑을 사용하여, 흡착제로서는 베이컨시 직경이 5Å 및 8 내지 9Å로 조정된 합성제올라이트를 채용하였다. 또 8 내지 9Å의 합성제올라이트의 베이컨시 직경분포를 천연제올라이트와 비교해서 제4도에 도시하였다. 또 탈착압력은 100Torr로 하고 각공정의 실행시간은 흡착공정 5 내지 15초 : 회수공정 45 내지 55초 : 세정공정 45 내지 55초 : 탈착공정 55 내지 65초로 하였다.
그결과 제1도에 도시한 바와같이 상기 평균접촉시간을 짧게하면 할수록, 고순도의 N2가스가 얻어지는 것을 알았다.
예컨데 베이컨시 직경 8 내지 9Å의 합성제올라이트를 사용하여, L/D가 3 내지 20인 흡착탑을 사용했을 경우는, 평균접촉시간이 20초일때 제품 N2가스순도가 약 99.9%로 되고, 평균접촉시간을 7초로 했을때99.999%를 달성하였다.
또 순도 99.999%를 달성했을때의 원료공기공급량은 150Nm3/h, 제품 N2가스회수량은 50Nm3/h 였다. 또 베이컨시 직경 8 내지 9Å의 합성제올라이트를 사용하여 L/D가 0.2 내지 2.5일때는, 핑균접촉시간을 30초 이하로 하면 제품 N2가스순도는 99.9% 이상이 확보되는 것을 알았다.
제2도에 도시한 PSA 장치에 있어서의 가스흐름은, 원료가스, 세정가스 및 치환후의 배기가스가 어느것도 흡착탑의 상방에서 하방으로 향해서 흐르도록 설정되어 있고, 흡착제의 충전층을 어지럽히는 일이 없고, 또한 흡착제에 포착된 O2를 N2와의 치환 후, 즉시 탑밖으로 방출되도록 즉 치환후 흡착탑중앙부측으로 이동되어서 재포착되는 적당치못함이 발생하지 않도록 배려하였다.
또 탈착시의 가스흐름방향도 흡착탑의 상방에서 하방으로 향하게 되므로, 압력변동에 의한 충격이 흡착제에 주어지는 일도 없다.
실시예 2
합성제올라이트의 베이컨시 직경에 의한 성능차를 비교하기 위해 다음의 실험을 행하였다.
직경 40mm, 길이 500mm의 흡착탑에 상기 합성제올라이트를 충전하고, 원료공기를 평균접촉시간 7초로 도입하고, 회수, 세정공정후 100Torr로 감압 탈착하였다.
흡착제로서는 제4도에 도시한 베이컨시 분포(8 내지 9Å에 피이크를 가짐)로 이루어지는 합성제올라이트와 종래의 5Å를 중심으로 한것을 사용하였다.
그결과 8 내지 9Å에 피이크를 가지는 것을 충전한 흡착탑에서는, 회수와 세정의 전소요시간 50초로 O2와 N2의 치환이 거의 완료되고, 순도 99.999%의 N2가스를 얻을수가 있었다.
이것에 대해 5Å의 것으로는 치환탈착속도가 늦고, 소정의 회수, 세정공정시간내(53초)에는 충분한 N2치환이 행하여지지 않고, N2가스순도는 99.94%정도에 머물렀다.
제5도는 8 내지 9Å의 베이컨시를 85% 이상 가지는 합성제올라이트를 충전한 흡착탑을 구비한 3탑식 PSA 장치에 원료공기를 60Nm3/h로 공급했을때의 제품 N2가스순도와 가스량의 상관을 도시한 그래프이다. 또 비교예로서 천연제올라이트 및 분자체탄소를 사용했을 때의 그래프를 병기하였으나, 합성제올라이트(8 내지 9Å)의 경우에는, N2가스량이 한계치(약 20Nm3/h)를 넘으면 급격하게 순도의 저하를 초래하는바, 거기까지는 99.998% 이상의 고순도를 유지할 수 있는 것을 알았다.
여기에 대해 천연제올라이트 또는 분자체 탄소를 사용했을 경우에는, N2가스량의 증가에 따라서 서서히 순도가 저하하고, 그위에 그의 순도는 99.98%가 한계이고, 이 순도를 유지하기 위해서는 N2가스량이 저감하고, 제품원단위가 크고 대단히 비경제적이라는 것이 명백하게 되었다.
본 발명은 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 흡착제에 포착된 O2의 대부분을 단시간내에 확실하게 N2로 치환하고, 제품 N2가스를 99.9% 이상의 고순도로 할 수가 있었다.
또 흡착시간 뿐만 아니라 회수, 세정시간도 단축되고 효율적인 조업을 할 수 있도록 되었다.

Claims (7)

  1. N2를 주성분으로 하고 O2를 함유하는 가스를 흡착탑내에 도입해서 N2를 흡착제에 흡착시켜, 이 흡착탑을 감압하므로써 고순도 N2를 탈착회수하는 압력 스윙 흡착방법에 있어서, 상기 흡착제로서 합성제올라이트를 사용함과 동시에, T=L/V 단, L는 상기 흡착제의 충전길이(단위 : m), V는 상기 흡착탑의 흡착공정에 있어서의 평균 공탑속도(단위 : m/초)로 표시되는 평균접촉시간(T)(단위 : 초)을 30초 이하로 하는 것을 특징으로 하는 고순도 질소 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 합성제올라이트로서 베이컨시 직경 7 내지 10Å의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 고순도 질소 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 합성제올라이트로서 베이컨시 직경 7 내지 10Å의 베이컨시를 가지는 것이 95% 이상을 차지하는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 고순도 질소 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느하나에 있어서, 흡착탑의 탈착공정에 앞서서,제조된 고순도 N2의 일부를 이 흡착탑에 세정가스로서 공급하고 이 흡착 탑내의 잔존 O2를 치환 제거하고, 치환후의 배기가스를 다른 흡착탑에 보내서 이 배기가스중의 N2를 흡착시키는 것을 특징으로 하는 고순도 질소 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느하나에 있어서, 원료가스, 세정가스 및 치환후의 배기가스의 흡착탑으로의 도입은, 흡착탑내의 가스흐름이 동일방향으로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 고순도 질소 제조방법.
  6. 흡착탑내 흡착제에 N2를 흡착시켜, 이 N2를 감압탈착에 의해 고순도로 분리회수하는 압력스윙흡착 장치이고, 상기 흡착탑에는 베이컨시 직경 7 내지 10Å으로 조정된 합성제올라이트를 충전해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고순도 질소 제조장치.
  7. 제6항에 있어서, 빈구멍지름 7 내지 10Å의 것이 95% 이상을 차지하는 합성제올라이트를 충전한 것을 특징으로 하는 고순도 질소제조장치.
KR1019870006935A 1987-01-19 1987-07-01 고순도 질소제조방법 및 장치 KR900007860B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62-11105 1987-01-19
JP62011105A JPS63182206A (ja) 1987-01-19 1987-01-19 高純度窒素製造方法及び装置
JP?62-11105 1987-01-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR880008829A KR880008829A (ko) 1988-09-13
KR900007860B1 true KR900007860B1 (ko) 1990-10-22

Family

ID=11768728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019870006935A KR900007860B1 (ko) 1987-01-19 1987-07-01 고순도 질소제조방법 및 장치

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0284448A1 (ko)
JP (1) JPS63182206A (ko)
KR (1) KR900007860B1 (ko)
BR (1) BR8703940A (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2647431B1 (fr) * 1989-05-24 1991-08-16 Air Liquide Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous haute pression
CA2037985A1 (en) * 1990-03-23 1991-09-24 Robert C. Gmelin Economical air separator
US5441558A (en) * 1994-08-09 1995-08-15 Air Products And Chemicals, Inc. High purity nitrogen PSA utilizing controlled internal flows
US5584194A (en) * 1995-10-31 1996-12-17 Gardner; Thomas W. Method and apparatus for producing liquid nitrogen
CN111232937A (zh) * 2020-03-03 2020-06-05 杭州誉顺科技有限公司 一种多塔循环变压吸附制氮的装置及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1437600A (en) * 1972-05-17 1976-05-26 Boc International Ltd Gas separation
JPS5829319B2 (ja) * 1974-09-12 1983-06-22 第一工業製薬株式会社 コレステロ−ルオブンリスルホウホウ
JPS52152893A (en) * 1976-06-15 1977-12-19 Toray Ind Inc Separation and recovery of nitrogen
US4194891A (en) * 1978-12-27 1980-03-25 Union Carbide Corporation Multiple bed rapid pressure swing adsorption for oxygen
JPS5681119A (en) * 1979-12-07 1981-07-02 Toray Ind Inc Separation of mixed gas
EP0196103A3 (en) * 1985-03-28 1988-07-13 Air Products And Chemicals, Inc. Maximum aluminum x-type zeolite adsorbents

Also Published As

Publication number Publication date
BR8703940A (pt) 1988-08-09
JPS63182206A (ja) 1988-07-27
EP0284448A1 (en) 1988-09-28
JPH0555171B2 (ko) 1993-08-16
KR880008829A (ko) 1988-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4781735A (en) Enrichment in oxygen gas
KR910009568B1 (ko) 농축 산소 가스의 회수 방법
US4661125A (en) Process for producing high concentration oxygen by a pressure-swing-adsorption method
FI81966B (fi) Foerbaettrat adsorptionsfoerfarande med trycksvaengning.
US4756723A (en) Preparation of high purity oxygen
US4775394A (en) Process for separation of high purity gas from mixed gas
US4359328A (en) Inverted pressure swing adsorption process
CN109126381B (zh) 一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法
EP0060199A2 (en) Two-feed pressure swing adsorption process for enhancing the recovery of hydrogen in a feed gas
EP0640376B1 (en) Method for recovering ethylene from ethylene oxide plant vent gas
CA1238868A (en) Method for obtaining high-purity carbon monoxide
EP0545559A2 (en) Separation of gas mixtures
KR900007860B1 (ko) 고순도 질소제조방법 및 장치
US5985003A (en) Oxygen production process by pressure swing adsorption separation
JPS6137970B2 (ko)
US5082474A (en) Pressurization psa systems for the production of high purity product gas
JP3287607B2 (ja) 酸素富化生成物流の製造方法
KR100849987B1 (ko) 유동층접촉분해 배가스로부터 에틸렌 농축 기술
JPH10101318A (ja) 圧力変動吸着式高純度二酸化炭素製造方法
JPH0525801B2 (ko)
KR0145787B1 (ko) 압력변동흡착식 산소제조방법
KR100228239B1 (ko) 제품질소 농도에 따른 압력변동흡착식 질소제조장치와 방법
JPS63103805A (ja) プレツシヤ−スイング吸着法による窒素製造方法
JPH0141085B2 (ko)
KR900006080B1 (ko) 산소를 함유하는 가스로부터 탄화수소를 분리하기 위한 안전한 흡착공정

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 19981009

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee