KR920002080B1 - 개량 압력 진동 흡착 공정 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의명칭]

개량 압력 진동 흡착 공정 및 장치

[발명의 상세한 설명]

[발명의 배경]

[발명의 분야]

본 발명은 압력진동 흡착계에서 가스의 정제에 관한 것이다. 더상세하게, 본 발명은 개량된 조작이 달성되게 해주는 공정사이클 및 공정계에 있어서의 개량에 관한 것이다

[종래기술의 설명]

압력진동 흡착(PSA)공정은 최소한 하나의 분리정제될 수 있는 성분과 최소한 하나의 선택적으로 흡착될 수 있는 성분을 함유하는 공급가스 혼합물중의 최소한 한 성분을 분리정제하는데 있어 상업적으로 바람직한 기술을 마련해 준다. 높은 흡착압력을 갖는 흡착층에서 흡착이 일어나고, 흡착을 수행한 층의 압력이 더낮은 탈착압력으로 감소됨으로써 선택적으로 흡착될 수 있는 성분은 방출된다. 최소한 4개의 층을 갖는 다층계에서 PSA공정을 수행하는 방법이 Wagner의 미국특허 제 3,430,418호에 수록되어 있다. 전반적으로 알려져 있으며 상기 특허 문헌에 수록된 바에 따르면 PSA공정은(1)고압흡착과 함께 층의 배출단부를 통한 제품유출물의 배출,(2)중간압력으로의 병류감압과 함께 층의 배출단부를 통해 공간 가스의 배출,(3)더욱 낮은 탈착압력으로 역류감압 : (4)정확 그리고 (5)재가압으로 구성되는 공정순서가 개개의 층에서 일어나는 사이클에 입각해서 통상 수행된다. 병류감압 단계중에 배출된 공극공간 가스는 압력 균형화를 위해 통상 이용되며 그것의 더낮은 탈착압력을 갖는 층에 정화가스로서 제공된다.

4개 또는 그 이상의 흡착층을 갖는 흡착계를 기준으로 앞에 제시한 PSA공정의 변형으로,통상적인 세층계가 공기의 분리와 회수 및 다른 것의 이와 같은 분리에 사용하기 위해서 발명되었다. 이러한 흡착계는 McCombs의 미국특허 제3,738,087호에 수록된 증가하는 압력의 흡착단계에 기초를 두었다. 그것의 한 구체형에 있어서, 재가압을 필요로 하는 한 흡착층에 공기가 도입되면 질소는 선택적으로 흡착되고 산소는 층의 압력을 더 높은 흡착압력으로 증가시킬수 있을 정도의 속도로 층의 배출단부로 부터 배출된다. 이와 같이 증가하는 압력의 흡착단계가 포함되는 PSA사이클은 (1)증가하는 압력의 흡착단계, (2)층의 배출단부를 통한 공급공간가스의 방출에 따른 중간압력으로의 병류감압, (3) 더낮은 흡착압력으로의 역류감압, (4) 정화단계 및 (5) 감압단계로 구성된다. 이러한 구체형에 있어서, 병류감압단계중에 방출된 공극공간가스는 압력균형화를 위해 이용되며 다른층에 정화가스로 제공된다. 이와 같은 사이클은 와그너 사이클에서 이용된바와 같은 일정한 압력의 흡착계를 필요로 하지 않는다. 주어진 사이클 시간 한도 내에서 층 재생시간, 즉 역류감압 및 정화단계 시간을 더 길게함으로써 비교적 짧은 전체사이클 조작시간을 위해 설계된 계료부터 더높은 생산성과 회수율 및/또는 순도를 얻을 수 있다

각 층이 상업적인 13X, 8×12비이드 형태의 분자체를 갖는 세층계를 공기분리 조작에 사용하면 48%의 산소회수율이 얻어지며 하루, 일톤(TPD)의 산소를 생산하는데 4,000파운드의 13X분자체가 필요하다. 이와 같은 회수율은 공급유체로부터 제거되어 산소제품으로 나온 공급공기산소의 % 또는 부피분율로 정의된다. 생산성은 1TPD의 산소를 발생시키는데 필요한 분자체의 파운드로서 정의된다. 상기와 같은 회수율 및 생산성 값은 세층 PSA계의 전체 사이클 시간을 180초로 하여 얻어진 수치이며, 공급공기는 40psig의 최대압력에서 도입되고 제품은 20psig에서 배출된다.

이와 같은 표준의 세층계가 여러가지의 상업적인 용도를 위해서 바람직하지만, 제품회수율 및 생산성을 개선할 필요가 있다. 그렇지만, 이와 같은 목적을 달성하는데 있어 어려움들과 부닥쳐 왔다. 그것은 앞서 말한 세층 조작과 비교해서 상당히 감소된 BSF(생산성증가)를 가져오기 위해서 전체사이클시간을 180초 이내로 감소시켜야 하는 것이다. 그렇지만 개별적인 단계의 시간, 즉 정화 및 압력 균형화 단계 시간의 감소는 가스속도와 층 유동화 한계에 의해 제한을 받거나 또는 적용할 수 있는 사이클수행 기준에 의해 제한을 받는다. 이와 같은 제한은 다지 개별적인 사이클단계 시간의 감소만으로는 실제적인 사이클시간의 감소가 달성되지 못하게 한다. 다른 한편으로, 표준의 네층계와 관련하여, 네층계에 적용할 수 있는 표준사이클 기법에 의하여 한열의 층 용량 한도를 증가시키기 위하여 제 5의 층을 부가하면 필연적으로 전체사이클 시간과 BSF값이 증가될 것이다. 이와 같이 BSF값이 증가하면 PSA계에 이용된 용기의 수적 증가에 따른 생산용 량의 어떠한 증가를 떨어뜨릴것이다. 그밖에, PSA-산소흡착층의 크기가 제한됨으로써 단일 열 PSA의 최대 용량이 제한되어 BSF를 감소시키기 위한 수단의 개발이 단일열 PSA의 최대용량 한도를 증가시키기 위해 필요하게 될 것이다. 그러므로 BSF의 감소와 단일열 PSA용량을 달성할 수 있는 개량된 PSA법을 개발할 필요성이 이 분야에 남아있다. 바람직하게 이와 같은 개선은 제품순도 및 회수율을 떨어뜨림이 없이 충분한 시간동안 개개의 사이클 시간을 끝낼수 있으면서 전체사이클 시간을 감소시킬수 있는것이다.

그러므로, 본 발명의 목적은 개량된 PSA공정 및 계를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 공기로부터 산소의 향상된 분리와 회수를 위한 PSA공정 및 계를 제공하는 것이다.

여전히 본 발명의 목적은 제품순도 및 회수율을 떨어뜨림이 없이 충분한 시간동안 각각의 개별적인 사이클 단계를 끝마칠수 있으면서 전체 사이클시간을 최소화할 수 있는 PSA공정 및 계를 제공하는 것이다.

이들 및 다른 목적들을 염두에 두고, 본발명은 다음에 상세히 기술될 것이며, 그 새로운 특징들은 특허청구범위에 제시되어 있다

[발명의 요약]

바람직하게 본 발명의 PSA공정 및 계는 전체 사이클 시간을 감소시키고, 제품회수율을 높이고, BSF감소를 달성할 수 있는 신규의 연속 사이클단계를 이용한다. 바람직하게 정화가스준비 단계에 필요한 시간은 정화단계시간보다 짧으며, 전체 역류감압 및 정화시간은 본 발명의 실시에서 허용할 수 있는 단축된 총 사이클시간으로 충분한 흡착층 재생을 달성할 수 있게 한다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명의 목적은 전체 사이클중의 병류감압 및 역류감압 부분에 관한 동시 사이클단계를 와그너 특허를 참고하여 상기 기재된 바와 같은 PSA공정 및 계를 통해 구체화시킴으로 달성된다. 이와 같은 동시 단계를 이용하므로써 전체 사이클시간이 감소되고 BSF감소, 즉 증가된 흡착제 생산성이 얻어진다. 향상된 층 용량이 제품순도 또는 회수율을 떨어뜨림이 없이 최소화된 전체 사이클시간으로 본 발명의 실시에서 달성될 수 있다. 본발명은 상기 기개된 표준의 상업적인 세층 PSA공정 및 계와 비교하여 제품회수율에서 상당한 개선을 가져오는 것으로 밝혀졌다.

바람직한 구체형에 있어서, 공급가스가 높은 압력수준으로 유지된 흡착층에 도입되어 더쉽게 흡착될 수 있는 성분은 선택적으로 흡착되고 흡착되기 어려운 성분은 층의 배출 단부를 통해 제품으로 배출되는 상기기재된, 와그너 사이클에서와 같이, 본 발명도 일정한 츱착 압력단계의 사용에 기초를 두고 있음을 알아야 한다. 본 발명에 따라 변형된 이와 같은 일정 흡착압력 사이클은 더욱 낮은 BSF요건을 달성시켜주며, 그결과 주어진 제품순도 및 용량에 관하여 더욱 높은 단독열 PSA용량 및 더욱낮은 흡착제 사용량이 달성된다. 따라서, 다음과같은 본 발명의 설명은 상기 인용된 바와 같은 와그너 전체공정 사이클의 바람직한 변형을 나타냄을 알게될 것이다.

유용하게 본 발명은 최소한 네개의 흡착층을 갖는 다층 PSA계에서 이용될 수 있으며, 4개의 흡착층을 갖는 흡착계는 일부의 적용을 위해서는 아주 바람직하다. 또한 어떤 경우에는 다섯개, 여섯개 또는 일곱개의 흡착층계가 바람직할 수도 있다. 본 발명은 8개 또는 그 이상의 흡착층을 갖는 계에서도 실시될 수 있지만, 단일계에 이와 같이 많은 수의 흡착층을 이용하기 보다는 4개씩의 층을 갖는 두개의 계로 나누어서 이용하는 것이 대개 바람직하다. 이와 같은 다층계에 있어서 공급가스는 공정 사이클중의 어떠하 특정 단계에서 하나이상의 층에 도입됨을 알게 될 것이다. 따라서, 이와 같은 다층계의 조작에 있어 공급가스는 어떠한 주어진 시간에서 최소한 두개의 층에 도입된다. 통상적인 실시에서와 같이, PSA공정은 증가된 압력을 갖는 한 층으로부터 방출된 병류감압가스가 더낮은 압력을 갖는 또다른 흡착층을 부분적으로 재가압하기 위해 사용되고 또 더낮은 탈착압력에 있는 층을 정화하기 위해 사용되는 두개, 세개 또는 그이상의 압력 균형화단계를 이용한다. 그래서, 본 발명은, 예를들어 전체 PSA 공정 사이클 동안에, 중복되는 순서로서, 어떠한 주어진 시간에서 두개의 층이 흡착을 수행하는 다섯개 또는 그 이상의 층을 포함하는 것들과 같은 공정사이클 순서의 변형에 사용될 수 있다. 이 분야에 통상의 지식을 가진 당업자는 바람직한 PSA 사이클에서 본 발명의 바람직한 잇점이 얻어질 수 있도록 몇몇의 다른 PSA공정 및 계들이 사용될 수 있음을 알게될 것이다.

본 발명의 실시는 본 발명의 네층 구체형에 관한 다음 (표Ⅰ)에 의해 설명될 수 있다.

[표 1]

각각의 층에 관한 이 표에 있어서, A 잘 흡착될 수 없는 성분이 층의 배출단부를 통해 제품 유출물로 배출되는 배출단계와 함께 높은 압력을 갖는 흡착단계를 나타내고 : PP는 공극공간가스가 더낮은 탈착압력을 갖는 또다른 층으로 공급되어 정화가스로서 사용되기 위해 층의 배출종단을 통해 방출되며, 높은 압력에서 중간수준의 압력으로 층이 감압되는 병류감압단계를 나타내고 : P는 또다른 층으로부터 방출된 공극공간가스가 정화단계에 있는 이 층에 직접 도입되는 정화단계를 나타내는데 이 정화단계는 병류감압단계 기간보다 더 길며 : R은 높은 흡착압력으로 재가압되는 재가압단계를 나태내며 : E1/PP는 본 발명의 새로운단계, 다시 말해서 높은 흡착압력에서 중간압력으로 병류감압되는 동안에 방출된 공극공간가스가 중간압력으로 부분적으로 재가압되는 다른 한층과 더낮은 탈착압력을 가지며 정화를 요하는 제2의 또 다른 층에 일제히 도입되는 병류감압단계를 나타내며 : E2/BD는 중상압력에서 중하압력으로 더욱더 감압되는 병류감압이 수행되는 층의 배출 종단을 통해 부가적인 공극공간가스가 방출되며, 이러한 공극공간가스가 중하압력으로 두층간의 압력균형화를 위해 또다른 층으로 도입되며, 그와동시에 층의 공급단부를 통해 가스가 배출됨에 의해 층이 일제히 역류감압되는 다른 새로운 단계를 나타낸다.

이와 같은 E2-BD단계의 역류, 또는 BD부분은 층의 낮은 탈착압력으로 감압된 압력균형화의 완료후에 계속된다.(표Ⅰ)에서 설명된 구체형의 공정에 있어서, 네층계는 주어진 시간에서 한 사이클에 한 흡착단계만을 이용함을 알수 있다. 두개의 압력균형화단계, 즉 E1/PP와 E2/BD및 이들의 부분 E2와 E1이 이용되기 때문에, 전체사이클을 (412)E1/PP-E2/BD로 (표Ⅰ)의 머리부분에 나타내었는데, 4는 층의 수를 나타내고, 1은 어떠한 주어진 시간에서 흡착이 진행되고 있는 층의 수를 나타내고, 2는 직접압력균형화단계의 수를 나타내고, E1/PP-E2/BD는 상기 기재된 두개의 동시 공정형태가 여기에 기재된 이점을 얻기위해서 PSA공정 사이클에 이용되는 본 발명의 신규성을 뜻한다.

(표Ⅰ)에서 설명된 공정 사이클에 있어서, 예를들어 층1에서, E1/PP단계는 병류감압에 의해 수행되어 층의 배출단부을 통해 방출된 공극공간가스는 중상압력을 갖는 압력균형화를 요하는 층 3과 초기정화를 요하는 층 4로 일제히 도입된다. 층1로부터 나온 공극공간가스가 정화가스로서 층 4에 도입되면서 층1이 중간압력수준으로 더욱더 감압되는 지속적인 병류감압에 이어서 E2/BD단계가 수행되어 부가적인 공극공간가스가 층 1의 배출단부를 통해 방출됨으로 층1은 중하압력으로 감압되며, 부가적인 공극공간가스는 중하압력에 있는 압력균형화를 요하는 층4에 도입된다. 층1은 공극단부를 통한 가스의 부출로인해 일제히 역류감압된다. 이단계의 BD부분은 중하압력으로 재가압되는 층 4와 감압되는 층1사이에 압력균형화를 이루었을때만 E2부분의 종료후에 계속된다. E2단계는 압력균형화에 의해서 중상압력에서 중하압력으로 E2/BD단계시 병류감압된 층으로부터 공극공간가스의 도입에의해 탈착압력에서 중하압력으로 층이 부분적으로 재가압되는 단계를 나타냄을 알수 있다. 이러한 단계를 거친 층은 탈착압력에서 중하압력으로 부분적으로 재가압된다. 유사하게 E1은 압력균형화에 의해 높은 흡착압력에서 중상압력으로 E1/PP단계시에 병류감압된 층으로부터 공극공간가스를 전달받아서 중상압력으로 더부분적으로 재가압되는 단계를 나나태는데 이러한 단계에 있는 층은 낮은 압력에서 중상압력으로 재가압된다.

(표Ⅰ)의 공정사이클에 의해 나타내어진 대로 본 발명이 실제 상업적인 공기분리조작에 이용될때, 40psig의 높은 흡착압력, 160초의 전체사이클 시간으로 조작되는 각각의 층이 효과적으로 이용될수 있다. 상업적인 13X, 8×12비이드 형태의 분자체 흡착제의 BSF는 90%의 순도를 갖는 산소제품 TPD당 3,0001b의 13X 분자체를 갖는다. 산소제품의 회수율은 53%이다. 비교로서, 40psig흡착압력, 상업적인 5A, 8×12비이드, 및 90%산소 순도조건이 주어져있을때, 네층 와그너 사이클계는 240초의 전체사이클 시간과 산소제품 TPD당 6,0001b의 5A를 필요로 한다.

본 발명의 또하나의 바람직한 구체형에 있어서, 다섯개의 흡착층이 이용되는데 여기서 두개의 흡착층이 주어진 시간에서 항상 흡착을 수행한다. 앞서 설명된 구체형에서와 같이, 두개의 압력균형화 단계가 본 발며의 E1/PP및 E2/BD 단계와 함께 이용된다. 그래서, 사이클은 다음(표Ⅱ)의 머리부분에(522) E1/PP-E2/BD 사이클로 나타내었다.

[표 2]

(표Ⅱ)의 사이클에 있어서, AE1/PP,PP,E2/BD,P,E2,E1 및 R은 모두 (표Ⅰ)의 구체형과 관련하여 나타내어진 의미를 갖는다. 40psig의 높은 흡착압력을 이용하고 8×12비이드 형태의 13X분자체흡착제를 사용하는 공기분리에 의해 90%순도를 갖는 산소회수를 위한 (522)E1/PP-E2/BD사이클의 실시에 있어서, 200초의 전체 사이클시간이 산소제품의 TPD당 약 3,800파운드의 13X의 BSF와 함께 이용된다. 제품산소의 회수율은 54%이다. 비교로서 40psig의 흡착압력, 8×12비이드형태의 상업적인 13X분자제흡착제, 90%의 순도를 갖는 산소제품 및 상기 기재된 바와 같이 세층 사이클조건이 주어지면 180초의 전체사이클시간과 산소제품의 TPD당 4,000파운드이 13X분자체 BSF가 사용된다. 산소제품의 회수율은 겨우 49%에 불과하다.

이분야에 통상의 지식을 가진 당업자는 다수의 변화와 변형이 동봉한 청구범위에 제시된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 분원에 기재된 바와 같은 PSA공정 및 계의 설명을 통해서 만들어질수 있음을 알수 있다. 또한 PSA장치는 올바른 순서로서 한 공정단계에서 다음 공정단계로 흡착층의 필요한 스위칭(switching)을 달성하기 위한 몇개의 도관, 밸브 및 다른 조절수단을 필수적으로 가짐을 알수 있다. 본 발명은 이 분야에 잘알려진 통상적인 도관 및 조절수단을 사용하므로서 쉽게 이용될수 있다. 본발명을 위하여, PSA장치는 중상압력으로부터 병류감압시에 층의 배출단부를 통해 방출된 공극공간가스를 다른층에 일제히 도입하기 위한 도관수단을 포함할 것이다. 이러한 공극공간가스는 중상압력으로 압력균형화를 요하는 하나의 층과 정화를 요하는 또다른 층에 도입된다.

상업적으로 이용될 수 있는 조절수단이 병류감압상태의 층으로부터 공극공간가스의 도입을 중간압력 수준에 도달할때까지 계속 유지시키기 위해 이용될수 있으며, 중상압력에서 압력균형화를 이룬 층으로 공극공간가스의 도입이 종료되면 방출가스는 정화를 위해 제공된다. 또한 도관수단이 중상압력에서 중하압력으로 더욱더 감압되는 층의 배출종단을 통해 방출된 부가적인 공극공간가스를 중하압력에서의 압력균형화를 이루기 위해서 또다른 하나의 층으로 도입하고 층의 공급단부로부터 가스를 일제히 배출시키기 위해 제공된다. 또 한 조절수단이 중하압력에서 압력균형화의 종결시에 낮은 탈착압력으로 감압된 층의 공급단부로부터 가스배출이 계속될때, 즉 E2/BD단계의 계속된 BD부분에서, 중하압력으로 압력균형화가 이루어지는 동안에 가스가 도입되어진 층으로부터 가스가 나가는 것을 막기위해 제공될수 있다.

이와 같은 조절수단으로 직역식 체크밸브를 이용하는 것이 바람직하며, 이와 같은 체크밸브는 중하압력에서 낮은 탈착압력으로 더욱더 감압되어지는 층내로 중하압력의 가스가 역으로 흘러들어가는 것을 막는데 적합하다. 이 분야에 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명에 따른 PSA공정 및 장치의 변화 또는 변형이 적절한 여건, 부가적인 압력균형화단계의 가산 또는 중복되는 공정순서로서 어떠한 주어진 시간에서 흡착을 수행하는 부가적인 흡착단계의 마련을 포함할수 있음을 알수 있다.

본 발명은 일정한 높은 흡착압력수준에서 뒤이은 흡착이 없이 증가하는 압력의 흡착단계를 이용하는 표준세층계와 비교로 일정 압력의 흡착단계를 기준으로 상기에 설명되었지만, 본 발명은 압력균형화에 의한 층의 부분적인 재가압, 즉 상기 표들의 E2와E1 단계에 이어서, 재가압단계, 즉 (표Ⅰ)과 (표Ⅱ)의 단계 R에 증가하는 압력의 흡착단계를 넣어서 실시될수 있음을 알아야 한다. 그러므로, 이와 같은 구체형에 있어서, 높은 흡착압력으로의 재가압이 수행되어 제품유출물이 층의 배출단부로부터 일제히 배출된다. 이같은 상황에서, 증가된 양의 제품가스는 층의 재생을 위해 이용할수있는 시간을 손해보지않고 어떠한 주어진 사이클시간에서 회수될 수 있으며, 또는 일정압력의 흡착단계가 층 재생시간을 늘리기위해 짧아질수 있어서 제품순도 및/또는 회수율을 높일수 있음을 알 수 있다. 또한 증가하는 압력의 흡착단계가 일정압력 흡착단계 또는 본 발명의 E1/PP단계를 사용치 않으면서 세층 PSA계에서 본 발명의 E2/BD단계와 함께 용이하게 이용될수 있음을 알아야 한다. 또한 이같은 공정 변형이 세층 이상의 층을 갖는 PSA계에서도 이용될 수 있다.따라서, E1(높은흡착압력으로부터의감압), PP, E2/BD, P, E2(부분적인 재가압) 및 높은 흡착압력으로 증가하는 압력의 흡착으로 구성되는 공정순서가 이같은 변형의 실시에 이용될수 있다.

본원에 발표되고 또 청구된 압력진동 흡착공정 및 장치는 공급가스 혼합물중의 최소한 한 성분을 선택적으로 흡착하여 원하는 제품유출가스를 분리하고 정제하는데 용이하게 이용될수 있다. 특히 본 발명은 잘 흡착되는 성분인 질소로부터 잘 흡착되지 않는 성분인 산소를 분리하고 회수하는데 유용하지만, 이분야에 통상의 지식을 가진 당업자는 공급가스혼합물로부터 수소의 회수나 공급공기로부터 제품 유출물로 질소의 회수를 포함하는 다수의 다른 분리가 PSA계에서 이용된 특정 흡착제의 수행성과 공급가스혼합물중에서 한성분을 선택적으로 흡착하기 위한 그것의 능력에 의존하여 실행될수 있음을 알수 있다. 적당한 츱착물질로는 제올라이트 분자체, 활성탄, 실리카겔, 활성 알루미나 등이 있다. 일반적으로 제올라이트 부자체 흡착제가 공기로부터 산소의 분리와 회수를 위해 바람직하며, 13X흡착제 또는 5A분자체는 본원에 발표되고 청구된 바와 같이 개선된 종래기술 접근의 상업적인 실시에서 쉽게 이용될수 있는 표준 물질이다.

여러가지 조작 조건이 수행하려는 특정의 분리, 원하는 제품순도, 이용된 흡착제 물질등에 의존하여 본 발명의 실시에서 이용될수 있음을 알수 있다. 그렇지만, 특히 공기로부터 산소의 분리와 회수에 관련하여, 약 40내지 약 60psig, 바람직하게는 약 45 내지 약 55psig의 높은 흡착압력이 바람직하다고 발견되었다. 통상적으로 탈착은 약 대기압에서 수행되지만, 어떤 경우에는 높거나 또는 낮은 탈착압력도 이용될수 있다. 본발명은 전체사이클 시간을 원하는 만큼 최소화시킬 수 있으며, 약 140초 내지 약 180초의 사이클 시간이 몇몇의 구체형, 특히 네층계에서 이용될 수 있지만 어느 정도 긴 시간이 (표Ⅱ)에 설명된 것과 같은 구체형에 필요할수 있는데 이 표에 나타난 다섯층계는 시간이 두층 흡착을 이용하고 (표Ⅰ)에 나타난 네층계와 비교하여 회수율의 증가를 얻을수 있다. 일반적으로, 본 발명의 공기분리에 있어 산소제품회수율은 약 50% 내지 약 60%, 대표적으로는 약 53% 내지 약 55%의 범위에서 쉽게 얻어질 수 있다.

그러므로 본 발명은 공기로부터 산소의 분리 및 회수와 같은 몇몇의 가스분리조작에 적용된 바와 같이, PSA기술에 있어서의 원하는 개선을 충족시키기 위한 것임을 알수있다. 본 발명의 동시 사이클단계는 증가된 흡착제 생산성을 달성할수있으며 통상적인 세층계와 비교하여 평균잡아 약 5내지 6%의 재품회수율 개선이 얻어질수 있다. 본발명의 공정사이클은 층의 실제 정화를 위해 제공된 시간보다 더짧은 정화준비 단계를 용이하게 이용하며, 이렇게 함으로써 전체 사이클 시간이 제품유출물순도를 떨어뜨리지 않고도 최소화된다. 본 발명은 이미 개발된 이용가능한 종래의 PSA기술을 이용하는 것 보다 더 효과적이고 효율적인 방식으로 실제적이고 상업적인 가스분리조작에 PSA기술의 이용가치를 높여준다.

Claims (36)

1. 순환에 기초하여 각 층이 (1)높은 압력수준에서의 흡착과 합께 층의 배출단부를 통한 잘흡착될 수 없는 성분의 배출, (2)층의 배출단부를 통한 공극공간 가스의 방출 및 압력 균형화를 요하는 층과 정화를 요하는 다른 층에 공극공간가스를 도입하는 병류감압단계, (3)층의 공급단부를 통한 잘흡착될수 있는 성분의 방출과 함께 낮은 탈착 압력으로 역류감압, (4)낮은 탈착 압력에서의 정화, (5)압력균형화를 위해 다른 층들로부터 받은 공극공간가스에 의한 부분적인 재가압, 그리고 높은 흡착 압력으로의 재가압으로 구성되는 공정순서를 수행하며 공급가스 혼합물로부터 하나의 쉽게 흡착될 수 있는 성분을 선택적으로 흡착할 수 있는 최소한 네개의 층을 갖는 흡착계에서 공급가스 혼합물중의 잘 흡착될 수 없는 성분의 회수를 위한 압력 진동 흡착공정에 있어서,(a)높은 흡착압력에서 중상 압력수준으로 병류감압되는 과정중에 방출된 공극공간가스를 중상 압력수준을 갖는 부분적인 재가압을 요하는 다른 하나의 층과 낮은 탈착압력을 갖는 정화를 요하는 또 다른 제2의 층에 일제히 도입하고 : (b)감압되고 있는 층으로부터 방출된 공극공간가스를 제2의 다른층에 정화 가스로서 계속도입하여 중상 압력수준에 있는 층을 중간압력으로 더욱더 감압하고 : (c)중간압력수준에서 중하압력수준으로 더욱더 병류감압될때 층의 배출단부로부터 방출된 부가적인 공극공간가스를 중하압력을 갖고 있으며 압력균형화를 요하는 또다른 층에 도입하면서, 층의 공급단부를 통해 가스를 배출시켜 층을 일제히 역류감압하며 낮은 탈착 압력으로 내려간 압력 균형화의 종료후에 역류감압을 계속하여 제품의 순도를 떨어뜨림이 없이 최소화된 전체 사이클 시간에서 향상된 흡착제 생산성, 총용량 및 제품회수율을 얻는 개선.
2. 제1항에서, 흡착계가 네개의 흡착층을 가짐을 특정으로 하는 공정.
3. 제1항에서, 흡착계가 다섯개 내지 일곱개의 흡착층을 가짐을 특징으로 하는 공정.
4. 제1항에서, 공급가스 혼합물은 공기를 포함하고, 잘흡착될수 없는 성분은 산소를 포함하고, 잘흡착될수 있는 성분은 질소를 포함함을 특징으로 하는 공정.
5. 제4항에서, 흡착계가 네개의 흡착층을 가짐을 특징으로 하는 공정.
6. 제 5항에서, 높은 흡착 압력이 약 40 내지 60psig임을 특징으로 하는 공정.
7. 제6항에서, 높은 흡착 압력이 약 45 내지 약 55psig임을 특징으로 하는 공정.
8. 제7항에서, 전체 사이클 시간이 약 140초 내지 약 180초임을 특징으로 하는 공정.
9. 제5항에서, 산소제품회수율이 약 50% 내지 약 60%임을 특징으로 하는 공정.
10. 제8항에서, 산소제품회수율이 약 53% 내지 약 55%임을 특징을 하는 공정
11. 제4항에서, 흡착계가 다섯개 내지 일곱개의 흡착층을 가짐을 특징으로 하는 공정.
12. 제11항에서, 높은 흡착압력이 약 40 내지 약 60psig임을 특징으로 하는 공정.
13. 제12항에서, 높은 흡착압력이 약 45 내지 약 55psig임을 특징으로 하는 공정.
14. 제13항에서, 두개의 흡착층이 어떠한 주어진 시간에서 중복되는 순서로 흡착단계에 있으며 산소제품 회수율이 약 50% 내지 약 60%임을 특징으로 하는 공정.
15. 제14항에서, 산소제품회수율이 약 53% 내지 약 55%임을 특징으로 하는 공정.
16. 제1항에서, 정화가스 제공단계(6)의 시간은 정화단계(4)의 시간보다 짧음을 특징으로 하는 공정.
17. 제11항에서, 공급가스혼합물은 공기를 포함하고, 잘흡착될수 없는 성분은 산소를 포함하고, 잘 흡착될 수 있는 성분은 질소를 포함함을 특징으로 하는 공정.
18. 제17항에서, 흡착계는 네개의 흡착층을 포함하고, 높은 흡착압력은 약 40 내지 약 60psig이고, 제품회수율은 약 50% 내지 약 60%이고, 전체 사이클 시간은 약 140초 내지 약 180초임을 특징으로 하는 공정.
19. 제17항에서, 흡착계는 다섯개 내지 일곱개의 흡착층을 포함하고, 이중에서 두개의 층이 사이클 동안에 주어진 시간에서 중복되는 순서로 흡착단계에 있으며 산소제품회수율은 약 50% 내지 약 60%임을 특징으로 하는 공정.
20. 제1항에서, 높은 흡착압력으로의 재가압이 수행되어 제품유출물이 층의 배출단부를 통해 일제히 배출됨을 특징으로 하는 공정.
21. 제20항에서, 흡착계가 네개의 흡착층을 포함함을 특징으로 하는 공정.
22. 제20항에서, 흡착계가 다섯개 내지 일곱개의 흡착층을 포함함을 특징으로 하는 공정.
23. 제20항에서, 공급가스혼합물은 공기를 포함하고, 잘흡착될 수 없는 성분은 산소를 포함하고, 잘흡착될 수 있는 성분은 질소를 포함함을 특징으로 하는 공정.
24. 제23항에서, 흡착계가 네개의 층을 가짐을 특징으로 하는 공정.
25. 제23항에서, 흡착계가 다섯개 내지 일곱개의 층을 가짐을 특징으로 하는 공정.
26. 제23항에서, 낮은 흡착 압력이 약 40psig내지 약 60psig임을 특징을 하는 공정.
27. 순환에 기초하여 각 층이 (1)높은 압력수준에서의 흡착과 함께 층의 배출 단부를 통한 잘흡착될 수 없는 성분의 배출, (2)층의 배출단부를 통한 공극공간가스의 방출 및 압력 균형화를 요하는 층과 정화를 요하는 다른층에 공극공간가스를 도입하는 병류감압단계, (3)층의 공급단부를 통한 잘흡착될 수 없는 성분의 방출과 함께 낮은 탈착 압력으로 역류감압, (4)낮은 탈착 압력에서의 정화, (5)압력균형화를 위해 다른 층들로부터 받은 공극공간가스에 의한 부분적인 재가압, 그리고 (6)높은 흡착압력으로의 재가압으로 구성되는 공정순서를 수행하며 공급가스 혼합물로부터 하나의 잘흡착될 수 있는 성분을 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착계로서, 공급가스혼합물로부터 잘 흡착될 수 없는 성분의 분리와 회수를 위한 압력진동 흡착계에 있어서, (a)높은 합착 압력에서 중상 압력수준으로 병류감압되는 과정중에 층의 배출단부를 통해 방출된 공극공간가스를 중상압력수준을 갖는 부분적인 재가압을 요하는 다른 하나의 층과 정화를 요하는 또다른 제2의 층에 일제히 도입하기 위한 도관 수단 ; (b)병류감압되는 층으로부터 방출된 공극공간가스를 중간압력수준에 도달할 때까지 계속 도입하여 중상압력으로 압력 균형화를 이룬 층을 가스의 도입이 끝나면 다시 정화를 요하는 층으로 가스를 도입하기 위한 조절수단 ; (c)중간압력에서 중하 압력으로 더욱더 감압될때, 층의 배출단부로부터 방출된 부가적인 공극공간가스를 압력 균형화를 요하며 중하합력을 갖는 또하나의 층으로 도입하고 층의 공급단부를 통해 가스를 일제히 배출하기 위한 도관수단 ; 그리고 (d)중하압력에서 압력 균형화의 종료시에 낮은 탈착 압력으로 내려간 층의 공급 단부로부터 가스의 배출이 계속될때 중하 압력에서 압력 균형화가 이루어지는 동안에 가스의 도입을 완료한 층으로부터 가스가 빠져나가는 것을 막기위한 조절수단이 포함되어 제품순도를 떨어뜨림이 없이 최소화된 전체 공정사이클 시간을 이용하여 향상된 흡착제 생산성, 총요량 및 제품회수율을 얻는 개선.
28. 제27항에서, 네개의 층을 포함하고 있음을 특징으로 하는 흡착계.
29. 제27항에서, 다섯개 내지 일곱개의 층을 포함하고 있음을 특징으로 하는 흡착계.
30. 제27항에서, 조절수단(d)는 중하압력에서 낮은 탈착압력으로 더욱더 감압되는 층내로 가스가 거꾸로 흘러들어가는 것을 방지하는데 적합한 직렬식 체크밸브를 포함함을 특징으로 하는 흡착계.
31. 높은 흡착 압력으로 층이 재가압되는 동안에 제품 유출물을 층의 배출 단부를 통해 배출시키는 조절수단이 포함되는 제27항에 따른 흡착계.
32. 순환에 기초하여 각층이 (1)흡착과 층의 배출 단부를 통한 제품 유출물로 잘 흡착될 수 없는 성분의 배출, (2)층의 배출단부를 통한 공극공간가스의 방출과 압력균형화를 요하는 층과 정화를 요하는 층으로 공극공간가스의 도입과 함께 병류감압 ; (3)층의 공급 단부를 통한 잘흡착될수 있는 성분의 방출과 함께 낮은 탈착압력으로 역류감압 ; (4) 낮은 탈착 압력에서의 정화 ; (5)압력균형화를 위해 다른 층으로부터 받은 공극공간가스에 의한 부분적인 재가압 ; 그리고(6)높은 흡착 압력으로의 재가압으로 구성되는 공정순서를 진행하며 공급가스 혼합물중의 잘흡착될수 있는 성분을 선택적으로 흡착할 수 있는 최소한 세개의 층을 갖는 흡착계에서 공급가스 혼합물중의 잘흡착될수 없는 성분을 분리하고 회수하기 위한 압력진동흡착공정에 있어서, (a)높은 흡착 압력에서 중상 압력으로 병류감압되는 동안에 층으로부터 방출된 공극공간가스를 다른 하나의 층에 도입하여 그 층을 중상 압력으로 부분적으로 가압하고 ; (b)중상압력에서 낮은 수준의 압력으로 층이 더욱더 병류감압되는 동안에 층으로부터 방출된 부가적인 공극공간가스를 정화를 요하는 또다른 층에 도입하고 ; (c)중간압력 수준에서 중하 압력 수준으로 층이 여전히 더욱더 병류감압되는 동안 층으로부터 방출된 부가적인 공극공간가스를 중하압력을 가지며 압력 균형화를 요하는 다른 하나의 층에 도입하면서 감압된 층의 공급단부를 통해 가스를 배출시켜 층을 일제히 역류감압하고 ; (d)층이 감압되면, 처음에는 낮은 압력이었다가 중하 압력에 도달하는 다른 층으로 공극공간가스의 도입을 멈추고 ; (e)단계 (c)가 완료된 후 낮은 탈착압력으로 내려간 감압되고 있는 층을 더 계속해서 역류감압하고 ; (f)부분적으로 재가압된 층을 높은 흡착압력으로 재가압하기 위해 그 층의 공급단부에 공급가스 혼합물을 도입하면서 층의 배출종단을 통해 잘흡착될 수 없는 성분을 제품유출물로 배출시키고 ; 그리고 (g)중상압력수준으로 병류감압을 시작하기 전에 일정한 높은 흡착 압력에서 잘흡착될 수 없는 성분의 배출과 잘흡착될수 있는 성분의 흡착을 요하는 층에 공급가스를 도입하지 않고 부가적인 양의 공급가스로서 상기 단계(a)-(f)를 반복수행하는 것이 포함되는 개선.
33. 제32항에서, 흡착계가 네개의 흡착층을 포함함을 특징으로 하는 공정.
34. 제32항에서, 흡착계가 다섯개 내지 일곱개의 층을 포함함을 특징으로 하는 공정.
35. 제32항에서, 공급가스 혼합물은 공기를 포함하고, 잘흡착될 수 없는 성분은 산소를 포함하고 잘흡착될 수 있는 성분은 질소를 포함함을 특징으로 하는 공정.
36. 제35항에서, 높은 흡착압력을 약 40 내지 약 60psig임을 특징으로하는 공정.