KR930010571B1 - 메탄을 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치 - Google Patents

메탄을 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

메탄을 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치
제1도는 본 발명의 메탄을 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치의 전체구조를 표시하는 모식도.
제2도는 본 발명장치의 작동원리를 설명하는 플로우 시이트.
제3도는 본 발명장치에 의하여 프레셔 스윙법을 실시했을 때의 각 공정, 각 스텝에 있어서의 흡착탑내 압력변화를 표시하는 그래프.
제4도는 공정블록도로서 ()안은 A 탑흡착(정제)공정의 경우를 표시하는 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A, B, C, D : 흡착탑 a : 처리전 원료가스 도입관로
b : 정제가스관로 c : 균압용 상부관로
d: 균압용 하부관로 e : 2차 가압가스관로
f : 회수가스관로 g : 탈착가스관로
h : 치환가스관로 i : 리사이클가스관로
12 : 유수식가스 호울더 13-a, 13-b : 탈착가스 흡인 펌프
14-a, 14-b : 회수가스 콤프레서 15 : 균질화장치
17 : 회수가스 온도조절장치 21, 22 : 정류량 조절밸브
본 발명은 메탄을 다량 함유한 혼합가스, 예컨대 도시가스 제조공정에 있어서의 발생가스로부터 불연성분인 탄산가스 및 수분을 프레셔 스윙법에 의하여 제거하는 장치에 관한 것이다.
종래에, 가스속에 함유되는 탄산가스 및 수분의 분리, 정제를 프레셔 스윙법에 의하여 실시하는 장치는, 예컨대 일본 특개소 58-159830호 공보등에 의하여 알려져 있다.
그런데 이들 종래의 장치에서는, 예컨대 도시가스 제조공정에 조입하는 경우등과 같이, 전류(前流)에 가스 발생장치, 후류(後流) 열량조정장치가 있고, 연속적인 흐름에 대응하지 않으면 안되게 되는 경우, 프레셔 스윙법의 난점인 유량, 압력, 열량의 변동을 프로세스로 추종할 수 없다.
또, 제품가스순도를 올리는데 세정 및 퍼어지를 실시하기 위하여, 다량의 가연성분을 함유한 배출가스(레스트 가스)가 발생하고, 그 처리가 곤란할 뿐만 아니라 도시가스의 유효성분(가연성분)의 손실로 되는 등의 문제가 있으며, 실용장치로서 채용하는 것은 곤란하였다.
본 발명은 종래기술이 보유하는 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 종래의 프레셔 스윙법을 사용하는 데도 불구하고 프레셔 스윙법으로 발생하는 배출가스(레스트 가스)를 없애고, 도시가스 유효성분(가연성 가스)을 가능한 한 회수하고, 가연성분의 회수율을 향상시켜서 분리손실을 감소시킨다.
또, 유량, 압력, 성분의 변동을 없앤 전후의 프로세스에 영향을 주지 않는 연속류 프로세스인 메탄을 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 메탄을 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치에 있어서는, 메탄을 다량 함유한 혼합가스속의 탄산가스 및 수분을 4탑의 흡착탑을 사이클 사용하여, 흡착·재흡착 및 치환·균압과 자압감압 및 흡인감압인 일련의 감압 및 흡인 탈착.
1차 가압 및 2차 가압으로 유지된 각 공정을 차례로 실시하는 프레셔 스윙법에 의하여 흡착제거하는 장치로서, 탈착공정을 실시하는 탑에서 탈착가스 흡입펌프를 개재한 탈착가스관로에서 분기하여 유수식가스 호울더 및 회수가스 콤프레서 및 회수가스 온도조절장치를 보유하는 회수가스 관로를, 앞 공정에서 흡착을 실시하여 당공정에서 과흡착을 실시하는 탑에 연결하여, 그 탑과 리사이클 가스관로 및 처리전 원료가스 도입관로와, 흡착을 실시하는 탑에 배관으로 접속한 장치를 설치하고, 탈착가스 속으로 함유되는 가열성분을 회수하고, 정제가스속의 탄산가스 및 수분의 제거율과 가연성분의 회수율을 높인다.
또, 마찬가지 목적을 가지로 탈착공정을 실시하는 탑과 가압공정을 실시하는 탑의 하부상호를 연결하는 균압용 하부관로를 설치함과 아울러 상기한 양쪽 탑의 상부상호를 연결하는 균압용 상부관로를 설치한다.
더우기, 정제가스관로와 회수가스관로를 연결하여, 과흡착공정말기에 정제가스의 일부를 회수가스관로에 송입치환하는 치환가스관로를 설치한다.
더우기, 회수가스는 성분, 압력을 일정하게하여 유량, 압력, 열량의 변동이 전후의 프로세스에 영향을 주지 않으므로, 회수가스관로에 가스의 성분 및 압력의 균일화를 실시하는 장치를 구비하는 유수식가스 호울더를 개설한다.
더우기, 정제가스의 유량, 압력을 변동시키지 않도록, 정제가스의 일부를 가압공정을 실시하는 탑으로 보내주는 2차 가압가스관로를 설치하고, 그 2차 가압가스관로에 정류량 밸브를 설치한다.
또 마찬가지 목적을 가지고, 치환기스관로에 정류량 조절밸브를 설치한다.
또 회수가스관로의 회수가스 콤프레서와 과흡착공정을 실시하는 탑사이에, 회수가스 온도조절 장치를 개설한다.
이상과 같이 구성된 메탄을 다량 함유한 혼합가스이 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치는 탈착공정을 실시하는 탑에서 탈착초기에 유출하는 탄산가스와 가연성분가스를 함유하는 혼합가스(이하 회수가스라고 함)를 일단, 유수식가스 호울더에 회수하고, 회수가스를 정류, 정압, 균질화로 하고 온도를 상승시켜 앞의 사이클로 흡착공정을 끝낸 탑(그 공정은 과흡착공정)으로 보내주고, 탄산가스를 과흡착시켜, 회수가스속의 가연성분을 분리회수하여 처리전 원료가스에 리사이클한다.
또 균압공저에서는 탑 상부에 남아있는 순도가 높은 가연성분 및 탑 하부의 회수가스의 가연성분을 함께 가압공정을 실시하는 탑으로 유출량을 조절하여 이동할 수 있게한다.
또, 과흡착공정의 말기에 회수가스관로를 정제가스로 치환하여 다음 사이클에 구비하는 것을 가능하게 한다.
또한, 상기한 회수가스는, 탈착시기에서 변동하고 있는 탈착가스의 성분 및 압력을 유수식가스 호울더 및 유수식가스 호울더에 구비한 균질화 장치로 균일하게 함과 아울러 회수가스 콤프레서의 흡입압력과 토출압력을 일정하게하고, 더우기 탄산가스 및 메탄등이 흡착하고 있는 성분의 탈착조건을 유리하게 하기 위하여 과흡착공정을 실시하고 있는 탑으로 송입하는 회수가스의 온도를 회수가스온도 조절장치로 조절한다.
또, 본 장치의 후류의 압력, 유량을 변동시키지 않고 정제가스의 일부를 흡착탑의 승압용 가압가스 및 배관등의 치환용 치환가스로 사용한다.
이하에, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
본 발명의 장치는, 메탄을 다량 함유한 혼합가스 예컨대 도시가스 제조 프로세스에 있어서 가스발생장치로부터 연속 정압, 정량으로 보내오는, CH4, H2를 가연 주성분으로 하고, CO2와 수분을 함유하는 처리전 원료가스를 흡착탑으로 도입하고, 흡착탑에 충전된 흡착제에 CO2및 수분을 흡착시켜, 가연성분을 처리후의 정제가스로서 취출하는 것으로서, 도면에 표시하듯이 주로 4개의 흡착탑(A), (B), (C), (D), 탈착가스 흡입펌프(13-a)(13-b), 회수가스 콤프레서 (14-a)(14-b)로 이루어져 있다.
각 흡착탑(A)(B)(C)(D)에는 흡착제로서, 평균세공경 약 3Å의 카아본 모레클러 시이브를 충진하고 있다.
상기한 4개의 흡착탑(A)(B)(C)(D)는, 각각 하부를 이들 흡착탑(A)(B)(C)(D)에 처리전 원료가스를 보내주는 처리전 원료가스 도입관로(a)에, 상부를 이들 흡착탑(A)(B)(C)(D)으로부터 CO2와 수분이 적은 정제가스를 취출하는 정제가스관로(b)에 연결하여 병렬로 배치된다.
처리전 원료가스 도입관로(a)는 가스발생장치에서 연장되는 것으로서, 각 흡착탑(A)(B)(C)(D)와의 연결을 개폐하는 절체(切替)밸브(1A)(1B)(1C)(1D)를 구비하고 있다.
전기한 정제가스관로(b)는 정제가스 서어지탱크(16)를 개제하여 열량조절장치에 연장되어 있고, 각 흡착탑(A)(B)(C)(D)와의 연결을 개폐하는 절체밸브(2A)(2B )(2C)(2D)를 구비하고 있다.
상기한 처리전 원료가스 도입관로(a)는 각 절체밸브(1A)(1B)(1C)(1D)의 하류에 있어서 탈착가스관로(g)를 분기함과 아울러 그 분기부와 상기한 절체밸브(1A) (1B)(1C)(1D) 사이에 있어서 후술한 회수가스관로(f)를 접속한다.
탈착가스관로(g)는 후술하는 탈착공정을 실시하는 탑에서 탈착가스를 취출하기 위한 것으로서, 병렬로 설치된 탈착가스 흡인펌프(13-a)(13-b)(1대는 예비)를 구비하고 있고, 그 흡인펌프(13-a)(13-b)의 상류, 하류에 있어서 각각 절체밸브(8), (10)를 구비하는 가연성분 가스 회수용의 회수가스관로(f)를 분기하고 있다.
또, 이 탈착가스관로(g)는 탈착공정을 실시하는 탑에서 후술하는 가압공정을 실시하는 탑에 1차 가압가스로서 탈착가스를 보내주는 균압용 하부관로(d)의 일부를 겸하는 것이다.
그리고, 상기한 탈착가스관로(g)에는 처리전 원료가스 도입관로(a)의 절체밸브(1A)(1B)(1C)(1D)에서 하류쪽을 개재하는 각 흡착탑(A)(B)(C)(D)과의 연결을 개폐하는 절체밸브(6A-1)(6A-2), (6B-1)(6B-2), (6C-1)(6C-2), (6D-1)(6D-2)가 각각 병렬로 설치된다.
상기한 병렬된 각 1쌍의 절체밸브(6A-1)(6A-2), (6B-1)(6B-2), (6C-1)(6C-2), (6D-1)(6D-2)는 각각 한쪽 (6A-1)(6B-2)(6C-1)(6C-2)의 유량저항이 다른쪽(6A-1)(6B-1)(6C-1)(6D-1)의 그것 보다 작게 되어 있다.
또 탈착가스관로(g)에서는 탈착가스 흡인펌프(13-a)(13-b)를 재개하지 않고 도중에서 절체밸브(8)를 보유하는 회수가스관로(f)와 탈착가스 흡인펌프(13-a)(13-b)를 개제하여 절체밸브(10)를 보유하는 회수가스관로(f)가 분기하고 있다.
또한, 탈착가스관로(f)의 탈착가스 흡인펌프(13-a)(13-b)의 직전에 설치된 병렬하는 2개의 밸브(9-1)(9-2)의 하나는 조절밸브(9-1) 또 하나는 절체밸브(9-2)이며, 탈착가스 흡인펌프(13-a)(13-b)의 흡인압력 조절장치(20)를 구성하는 것으로서, 한쪽의 절체밸브(9-1)의 유량저항이 다른쪽의 조절밸브(9-1)의 그것보다 작게 되어있고, 탈착가스 흡인펌프(13-a)(13-b)의 흡인쪽 허용압력을 초과하지 않도록 조절밸브(9-1)는 밸브개도 0%에서 100%까지 개폐하여 유량, 압력을 시간적 임의로 조절할 수 있다.
회수가스관로(f)는 중도부에 유수식가스 호울더(12)가 개설됨과 아울러 그 하류에는 병렬로 설치된 2개의 회수가스 콤프레서(14-a)(14-b)(1대는 예비), 회수가스 온도조절장치(17), 회수가스 서어지탱크(18)가 차례로 설치된다.
회수가스 온도조절장치(17)는 회수가스관로(f)에 설치된 열교환기(17-a)와 그 열교환기(17-a)를 바이패스하는 바이패스관(17-b) 및, 열교환기(17-a)쪽과 바이패스관(17-b)쪽으로 유량분배를 조절하는 유량 조절밸브(17-c)등으로 구성되어 있다.
또 회수가스관로(f)에는 처리전 원료가스 도입관료(a)의 절체밸브(1A)(1B)(1C)(1D)로부터 하류쪽을 개제하는 각 흡착탑(A)(B)(C)(D)와의 연결을 개폐하는 절체밸브(3A)(3B)(3C)(3D)가 설치된다.
한편, 상기한 정제가스 서어지 탱크(16)로부터는 2차 가압가스관로(e)를 인출하여, 그 2차 가압가스관로(e)에서 절체밸브(7)를 구비하는 치환가스관로(h)를 분기시키고, 이 치환가스관로(h)를 탈착가스 흡인펌프(13-a)(13-b)를 경유하는 것과, 경유하지 않는 것 쌍방의 회수가스관로(f)의 접속부와 유수식가스 호울더(12) 사이에 있어서 회수가스관로(f)에 연결한다.
그리고, 2차 가압가스관로(e)와 치환가스관로(h)에는 각각 정류량 조절밸브 (21)(22)를 설치한다.
또, 정재가스관로(b)의 절체밸브(2A)(2B)(2C)(2D)로부터 상류쪽으로는, 상기한 2차 가압가스관로(e)에 연결하여 그 2차 가압가스관로(e)를 이용하는 균압용 상부관로(c)를 분기하고, 이 균압용 상부관로(c)에는, 정제가스관로(b)의 절체밸브 (2A)(2B)(2C)(2D)에서 하류쪽을 개재하는 각 흡착탑(A)(B)(C)(D)과의 연결을 개폐하는 바꾸는 밸브(5A)(5B)(5C)(5D)를 설치한다.
더우기 상기한 균압용 상부관로(C)에서는 처리전 원료가스 도입관로(a)의 각 절체밸브(1A)(1B)(1C)(1D)에서 하류쪽으로 각각 연락하는 리사이클 가스관료(i)를 분기시키고, 그 리사이클가스관로(i)에는 처리전 원료가스 도입관료(a)의 각 절체밸브(1A)(2B)(3C)(4D) 하류쪽의 연락을 개폐하는 절체밸브(4A)(4B)(4C)(4D)를 설치한다.
그리하여, 이러한 본 발명장치는, 전술했던 각 관로에 설치된 절체밸브(1A-1D), (2A-2D), (3A-3D), (4A-4D), (5A-5D), (6A-1-6D-2), (7), (8), (9-1), (9-2), (10), (11)를 표 1와 같이 개폐시켜서 가스의 흐름을 절체하여 제어시켜, 4개의 흡착탑(A)(B)(C)(D)(이하, A탑(A), B탑(B), C탑(C), D탑(D)라고함)을 표 2와 같이 조작전개시켜, 흡착, 과흡착, 탈착(감압), 가압의 4사이클, 10공정을 표 3에 표시하는 가스의 흐름에서 5개의 스탭으로 동작시킨다.
여기서, 상기한 각 관로의 구성을 표 4에 표시한다.
[표 1]
각 스텝의 밸브 개폐
Figure kpo00001
[표 2]
Figure kpo00002
[표 3]
A탑이 흡착(정제) 공정긴간 중의 스탭 내용
Figure kpo00003
[표 4]
Figure kpo00004
다음에 흡작탑, A탑이 흡작공정기간중의 스텝 내용에 대하여 제1도, 제2도, 제4도에 의하여 설명한다.
A탑이 흡착공정할때, 제2도 및 제4도에 표시하듯이 B탑은 과흡착(재흡착)공정, 탑은 균압.자압감압.흡인감압.흡인탈착공정에서 이루어지는 탈착(감압)공정.D탑은 1차기압(균압) 및 2차가압공정에서 이루어지는 가압공정을 각각 취급한다.
스텝 1에서는 절체밸브(1A), (2A), (3A), (4A), (5C), (5D), (6C-1), (6-2), (6D-1), (6D-2), (11)가 열리게 되고, 처리전 원료가스 도입관로(a)를 개재하여 A탑(A)으로 도입되는 처리전 원료값 ①는 흡착제에 CO2, 수분을 흡착시켜서, 정제가스 ②로 되고, 정제가스관로(b)에 의하여 정제가스 서어지탱크(16)를 경유하여, 열량조정장치로 흐른다.
상기한 처리전원료가스이 압력은, 아래의 설명예에 있어서는 9kg/㎠G로서 설명한다.
이 스텝 1에서는 C탑(C)은 탈착을 실시하지만, 앞공정에서는 과흡착으로 사용되었으므로 9kg/㎠G의 압력을 보유하고 있으며, 스텝 1에서는 앞사이클에 있어서 탈착에 사용되며 압력이 남아 있지 않는 D탑(D)의 상하부에 C탑(C)의 상하부에서 균압용 상부 및 하부관로(c)(d)를 개재하여 1차가압가스 ④를 양족방향에서 보내주는 D탑(D)과 C탑(C)을 균압으로 한다. 이런것에 의하여 C탑(C) 및 D탑(D)의 압력을 대략 3.0kg/㎠G로 된다.
C탑(D)의 균압공정에서는 C탑(C)상부에 앞 사이클에서의 과흡착에 의하여 회수가스로부터 CO2를 제거한 순도가 높은 가연성분이 있고, 탑 하부에는 처리전회수가스가 있다.
따라서, 이 D탑(D)상하부에 보내주게되는 1차 가압가스(균압에 의하여 보내주게 되는 가스)에는 이 C탑(C)의 상하부의 가연성분이 이동하고 있다.
또 정제가스 ②는, 그 일부를 다음 사이클의 흡착에 구비하여 D탑(D)의 압력을 승압하기 위하여 2차 가압가스관로(e)를 개재하여 2차가압가스 ⑤로서 D탑(D)에 공급된다. 이때 정제가스 ②의 압력을 변동시키지 않도록, 2차가압가스 ⑤는 2차 가압가스관로(e)에 설치된 정류량조절밸브(21)에 의하여 정류량으로 제어 하여 공급된다.
한편, 유수식가스호울더(12)에는, 앞사이클에서 회수된 회수가스가 있고 이 회수가스 ⑨가 회수가스 콤프레서(14-a), (14-b)에 의하여, 회수가스관로(f)를 흐르는 회수가스온도조절장치(17), 회수가스 서어지탱크(18)를 경우하여 B탑(B)으로 도입되며, 과흡착된 후, 처리전원료가스 ①로 리사이클되어 계속한다. 유수식가스호울더(12)는, 수조(12-a)에 가스조(12-b)를 내감하고 있고, 가스용적에 의하여 가스조(12-b)가 상하하는 구조, 형태를 보유하는 것이지만, 특히 가스의 균질화장치 (15)를 장비하고 있다.
즉, 유수식 가스호울더(12)는, 그 상류쪽의 회수가스관로(f)에 연속하여 수조(12-a) 중심부에 기립하는 가스입관(15-a)의 상단에, 그 가스 입관(15-a)에 연통되고, 또한 수조(12-a)와 동심형상으로 되도록 가스확산링(15-b)을 설치하여, 그 상면부에는 내외양쪽주변에 따라서 다수의 가스방출구멍을 균등하게, 또한 소요의 방출각도를 가지고 개천함과 아울러 유수식가스호울더(12)의 하류의 회수가스관로(f)에 연락하는 가스출관(15-c)의 입구를 상기한 가스확산링(15-b)의 중심부근처에 개구시킨다.
이 회수가스 ⑨는 회수가스콤프레서(14-a)(14-b)에 의하여 승압되고, 운전조건에 따라서 회수가스온도 조절장치(17)로 가열 혹은 냉각 조작을 실시하여 과흡착공정의 흡착탑 입구온도를 탈착조건을 대단히 유리하게 하기 위하여 90℃ 이상으로 조절한다.
상기한, 흡착, 과흡착은 스텝 1에서 스텝 5를 통하여 계속해서 실시된다. 다음에 스텝 2에서는, 절체밸브(5C)(6D-1)(6D-2)를 닫고, 대신에 절체밸브(8)를 여는것에 의하여 절체밸브(8)를 보유하는 회수 가스관로(f)를 개재하여 C탑(C)을 유수식가스호울더(12)의 호울더압(약 200mmH2O)까지 자압감압시켜, 그 자압감압가스 ⑥가, 유수식 가스 호울더(12)에 보내게 된다.
스텝(3)에서는, 절체밸브(8),(11)를 딛고, 대신에 절체밸브(9-1), (9-2), (10)를 열고 탈착가스흡인펌프(13-a),(13-b)에 의하여, C탑을 약 500Torr까지 흡인감압되고, 그 흡인 감압가스 ⑦를 탈착가스 관로(g), 회수가스관로(f)를 개재하여 유수식가스 호울더(12)로 보낸다.
이때 절체밸브(9-2)를 열게함과 아울러 조절밸브(9-1)도 동시에 동작되고, 탈착가스흡인펌프의 탈착가스흡인펌프(13-a), (13-b)의 흡인쪽 허용압력을 초과하지 않도록 서서히연다. 또 스텝(4)에서는, 절체밸브(10)를 닫고, 대신에 절체밸브 (11)를 열게 함과 아울러 탈착가스흡인 펌프(13)로 50Torr까지 감압함에 의하여, 500Torr 이하 50Torr까지 탈착된 CO2수분을 탈착가스 관로(g)를 개재하여 흡인탈착 가스 ⑧로서 취출한다. 이 탈착가스 흡인펌프(13-a)(13-b)에 의한 흡착제에 재생은, 펌프(13-a)(13-b)의 배기특성에서 진공도가 높게 됨에 따라서, 배기하는 가스량이 감소된다.
또, 탈착가스속의 성분도 진공도가 진척됨에 따라 CO2농도가 증대되고 CH4/CO2의 비율이 작게된다. 더우기 스텝 5에서는, 절체밸브(7)를 열고, 치환가스 관로(h)를 개재하여 정제가스 ②의 일부분을 치환가스 ⑩로서 수확된 유수식 가스 호울더(12) 및 회수가스관로(f)에 송입하여 회수가스 관로(f)를 정제가스 ②로 치환한다.
이 회수가스 관로(f)를 정제가스로 치환하는 것은 다음 사이클에 있어서의 정제가스의 가연성 가스농도를 높게하는 효과가 있다. 또 스텝(5)에 있어서 D탑(D)은 유지상태에 있다. 각 스텝에 있어서의 흡착탑내의 압력변화를 제3도에 표시한다. 이것으로 알수있듯이, 프로세스의 분류라인에 접속되어 있는 흡착탑, 즉 흡착하고 있는 흡착탑이 사이클 전환시에는 전후의 흡착탑과 압력이 대략 동일하게 되므로(9kg/㎠G)전환시의 압력 변동은 없게 된다.
또, 이러한 일련의 공정에 있어서의 각부 가스의 조성, 유량, 발열량을 실시예에서 조사한 결과는 표 5와 동일하였다. 표 5에서 자명하듯이 본 발명방법에 의하면, 프레셔스윙법에 의한 도시가스 유효성분은 극히 높은 비율로 회수되고, 흡인탈착 가스(탄산 가스)속에는 가연성분은 거의 함유되지 않는다. 또, 회수가스는 과흡착을 실시하는 탑에서 과흡착처리를 실시하고 있지만, 회수가스는 CO2분압이 높고, CH4의 분압이 낮으므로, 흡착제는 CO2가 상승하는 상태에서 흡착되고, CH4의 흡착력이 저하되므로, 과흡착을 실시하고 있는 탑 출구에서 유출되며 높은 순도의 CH4로 되어 처리전 원료가스로 합류한다.
이 현상은 흡착제에 3Å의 가아본 모레클러 시이브를 사용하는 것으로 더한층 효과적으로 작용하고 있다.
더우기, 수분에 대해서도 표 6에 표시한 바와같이 충분히 탈수되어 있다.
[표 5]
가스조성분석치와 운전유량
Figure kpo00005
운전조건 : 흡착온도 30℃ 회수가스온도 90℃
흡착압력 9kg/㎠G 처리전원료가스유량 502N㎥/hr
[표 6]
가스의 수분량 측정치
Figure kpo00006
운전조건 : 흡착온도 30℃ 회수가스온도 90℃
흡착압력 9kg/㎠G 처리전원료가스유량 502N㎥/hr
본 발명은 상기한 구성이므로 아래의 이점을 보유한다.
(1) 탈착공정을 실시하는 탑에서 탈착가스 흡인펌프를 개재한 탈착가스 관로에서 분기하여 유수식 가스호울더를 개설하는 회수가스관로를 설치하였으므로, 탈착조작으로 CH4, CO2혼합가스를 탈착 속도의 차에 의하여 흡인탈착공정의 개시까지에 CH4성분을 취출하여 회수하며, 흡인탈착공정기간의 고순도 CO2와 분리 및 분할 할수 있고, 종래의 프레셔스윙법으로 발생하는 배출가스(레스트가스)가 없어지고 가연성분의 회수를 효율높게 실시함에 의하여, 분리손실을 극히 작게할수 있다.
(2) 게다가, 회수가스온도조절장치를 설치하여 회수가스는 과흡착공정에서 회수가스의 온도를 올려서 흡착제에 공(共) 흡착되어 있는 CO2의 탈착을 촉진하고, 탈착가스속의 가연성분 농도를 내리게 할수 있음과 아울러 CO2의 탈착을 유리하게 하여 흡착제의 재생을 충분하게 실시하도록 하면, 정제가스속의 가연성분순도를 높게할 수 있다.
(3) 탈착공정을 실시하는 탑과 가압공정을 실시하는 탑의 하부 상호를 연락하는 균압용하부관로와 함께 상기한 양쪽탑의 상부상호를 연락하는 균압용상부관로를 설치하였으므로, 탈착(감압)공정을 실시하는 탑의 감압을 탑의 상하 양쪽에서 실시하고, 그 균압가스를 가압공정을 실시하는 탑의 1차가압가스로서 그 탑의 상하부에서 유입시킬수 있고, 이것에 의하여 탈착공정으로 탑에서 탑상부의 순도가 높은 가연성분 및 탑하부의 회수가스의 가연성분을 함께 가압공정의 탑으로 배출이동하기 위하여 탈착시의 탈착성분(CO2)순도를 높이는 효과가 있다.
또, 과흡착공정종료시의 탑내성분분포에 따라서, 가압공정의 탑상부와 탑하부에 유출량을 조절하고, 흡착공정시의 고순도 가연성분가스를 얻는데 유리한 성분이동을 실시할 수 있으므로, 정제가스의 가연성분순도를 높게하는 효과가 있다. 따라서 정제가스중의 가연성분순도 및 흡인흡착가스중의 CO2순도를 높일수 있다.
(4) 흡착제로서 카아본계, 제올레라이트계, 실리카겔계 등을 사용할 수 있지만, 본실장치에는 카아본계, 특히 평균세공지름 약 3Å의 카아본 모레클러시이브를 사용하였다. 처리전 원료가스속에 수분이 있으면 카아본계 이외의 흡착제에서는 흡착제 온도를 약 100℃ 이상으로 올려서 흡착 및 흡착능력을 높일 필요가 있지만, 카아본계의 흡착제에서는, 상온에 있어서, CO2와 수분의 흡·탈착을 할수 있으므로, 흡착제의 가열장치와 열원이 불필요하게 된다.
또, 평균세공 지름이 약 3Å의 카아본 모레큘러시이브를 사용하면 선택적으로 CO2를 흡착하고, 가연 주성분인 CH4의 흡착이 대단히 적으므로, 정제가스속의 CO2농도가 낮게되고, 탈착가스속의 CH4농도도 낮게 되므로, 고순도의 가연성분 정제가스와 고순도 CO2가스를 얻을수 있다. 게다가 회수가스량이 적게되고, 장치전체를 소형화할수 있다.
(5) 상기한(1)(2)(3)(4)가 서로 작용하여, 종래의 프레셔스윙법으로 발생하는 배출가스(레스트가스)가 없어지고, 가연성분의 효율적 회수가 한층 더 촉진되며, 게다가 고순도가연성 정제가스와 고순도 CO2가스를 동시에 얻을 수 있다. 또, 장치전체를 소형화 할수 있고, 장치건설비와 런닝코스트를 절감할수 있다.
(6) 회수가스관통에, 가스의 성분 및 압력의 균질화를 실시하는 장치를 구비하는 유수식가스호울더를 개설하였으므로, 회수하는 탈착가스의 송입시기에서 변동하고 있는 탄산가스와 가연성분을 함유하는 혼합가스의 성분을 대략 균일하게 함과 아울러 과흡착공정의 탑으로 회수가스를 보내주는 회수가스 콤프레서의 흡인 압력이 일정압력으로 되고 회수가스의 유량변동 및 성분변동을 적게하는 효과가 있다.
따라서 종래의 프레셔스윙법이 연속프로세스에 있어서 문제로 되는 압력, 유량 및 성분의 변동을 적게하고, 전류와 후류. 예컨대 가스 발생 장치와 열량조정장치에 영향을 주는 일이 없다.
(7) 2차 가압가스관로 및 치환가스관로에 정류량조절밸브를 설치하고, 정제가스의 일부를 흡착탑의 승압용가압가스로서 일정한 유량으로 흐르게하기 위하여 본 장치의 전류, 후류의 압력, 유량을 변동시키지 않는다.
(8) 상기한 (6)(7)이 서로 작용하여, 종래의 프레셔스윙법이 연속프로세서에 있어서 문제로 되는 압력, 유량 및 성분의 변동을 없게 할수 있고, PSA 장치의 전류, 후류, 즉 가스발생장치, 열량조정장치에 영향을 거의 없게 할수 있고, 제품가스의 열량변동을 초래할 우려가 없다.

Claims (7)

  1. 4탑(A), (B), (C), (D)의 흡착탑을 사이클을 사용하여, 흡착.과흡착 및 치환 균압과 자압감압 및 흡인감압의 일련의 감압 및 흡인탈착. 1차가압 및 2차가압으로 유지된 각 공정을 차례로 실시하는 프레셔스윙법으로 메탄올 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 흡착제거하는 장치에 있어서, 탈착공정을 실시하는 탑에서 탈착가스 흡인펌프(13-a), (13-b)를 개재한 탈착가스관로(g)에서 분기하여 유수식 가스호울더(12) 및 회수가스 콤프레서(14-a), (14-b) 및 회수가스 온도 조절장치 (17)를 보유하는 회수가스관로(f)를, 앞공정에서 흡착을 실시하여 당공정에서 과흡착을 실시하는 탑에 연결하고, 그 탑과 리사이클 가스관로(i)와 처리전원료 가스도입관로(a) 및, 흡착을 실시하는 탑에 배관으로 접속한 장치를 설치하고, 탈착가스속에 함유되는 가연성분을 회수하는 것을 특징으로 하는 메탄올 다량함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치.
  2. 제1항에 있어서 탈착공정을 실시하는 탑과 가압공정을 실시하는 탑의 하부 상호를 연결하는 균압용 하부관로(d)를 설치함과 아울러 상기한 양쪽탑의 상부상호를 연결하는 균압용 상부관로(c)를 설치하는 것을 특징으로 하는 메탄올 다량함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흡착공정을 실시하는 탑의 상부에서 정제가스 서어지 탱크에 접속된 정제 가스관로(b)와, 그 정제가스 서어지탱크로부터, 가압공정을 실시하는 탑의 상부에 정제가스의 일부를 보내주는 2차가압가스관로(e)를 설치하고, 그 2차가압가스관로(e)에 정류량조절밸브(21), (22)를 설치하여, 일정량으로 조절하여 2차가압을 실시하는 것을 특징으로 하는 메탄올 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 회수가스관로(f)에, 가스의 성분 및 압력의 균일화를 실시하는 장치를 구비하는 유수식 가스호울더(12)를 개설하는 것을 특징으로 하는 메탄올 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 정제가스 서어지탱크로부터 유수식 가스 호울더 (12)에, 정제가스의 일부를 보내주는 치환가스관로(h)를 설치하고, 그 치환가스관로(h)에 정류량조절밸브(21), (22)를 설치하여, 2차가압공정을 끝낸 후,정제 가스의 일부를 2차가압 가스유량과 동일한 일정유량으로 회수가스관로(f)를 정제가스로 치환하는 것을 특징으로 하는 메탄올 다량함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 회수가스관로(f)에 회수가스 온도조절장치(17)를 개설하는 것을 특징으로하는 메탄올 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 흡착제로서 평균 세공지름의 약 3Å의 카아본 모레클러시이브를 사용한 것을 특징으로하는 메탄올 다량 함유한 혼합가스의 탄산가스 및 수분을 제거하는 장치.
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