KR950006631B1 - 염소가스의 농축 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

염소가스의 농축 방법 및 장치
제1도 및 제2도는 본 발명의 방법을 실시하는 압력 스윙 흡착 장치의 일례의 계통도이다.
제3도는 제1표의 조건하에서 흡착조작 중의 가스 출구에 있는 흡착제의 선단에서 흡착제의 전충전 높이의 1/10과 1/3의 위치에 있어서의 흡착제의 온도 상승의 경시 변화이다. 세로축은 온도(℃)이고, 가로축은 흡착시간을 표시한다.
제4도는 온도상승과 나머지 가스중의 염소농도의 관계도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
제1도의 부호설명
0,1 : 원료가스를 받아드리는 배관 2 : 원료가스 압축기
3a,3b,3c,3d : 원료가스를 받아들이는 절환밸브
4a,4b,4c,4d : 염소가스 흡수탑 5a,5b,5c,5d : 처리가스배출 절환밸브
6a,6b,6c,6d : 처리가스를 받아들이는 절환밸브
7a,7b,7c,7d : 처리가스 배출 절환밸브 8a,8b,8c,8d : 제품가스 배출 절환밸브
9a,9b : 제품가스 배출 절환밸브
10a,10b,10c,10d : 가압가스를 받아들이는 절환밸브
11 : 압력 조정 기구 12 : 진공 펌프
13 : 제품탱크 14 : 제품가스 압축기
15 : 제품가스 배출 배관 16 : 버퍼탱크
17 : 처리가스 배출관 18 : 탈수탑
19 : 펌프 20 : 황산 공급관
21 : 황산 배출관
제2도의 부호설명
1,2 : 흡착탑 3 : 염소를 함유하는 가스의 압축기
4 : 흡착 압력 제어 장치 5 : 진공펌프
6,7,8,9,10,11 : 절환밸브 12,13 : 열전대
14 : 증폭기 15 : 계산제어기
16 : 출력부 17 : 전자밸브
본 발명은 압력 스윙 흡착법을 이용한 염소가스의 농축 정제 방법 및 장치에 관계되고, 특히 배출처리 폐가스중의 염소농도를 낮게 및 제품농축 염소가스의 순도를 높게 하도록 구성된 염소가스의 농축 정제 방법 및 장치에 관한다. 지금까지 알려져 있는 염소가스의 농축 방법은, 염소계의 용제에 염소가스를 흡수시키고, 다음에 염소가스를 증발시키는 방법, 가스를 가압, 냉각하여 액체 염소로서 분리하는 방법, 염소를 실리카겔에 흡착시키는 방법 등이 있다. 그러나 염소계의 용제를 사용하는 방법은 환경에 부여하는 영향등에 의하여 금후, 규제를 받는 방향에 있고, 바람직한 방법은 아니다.
한편, 가압, 냉각하여 액화하는 방법도 압축기 및 냉동기를 필요로 하며, 유리한 방법이라고 말하기 어렵다. 실리카겔에 흡착시키는 방법도 효율이 나쁘고 공업적으로 유리한 방법이 아니고 이용되지 못했다. 특히 저농도에서 고농도까지의 염소가스를 농축할 때에 배가스중에 염소가스를 배출하지 않고, 처리할 수 있는 공업적으로 유효한 방법 및 장치가 없었다.
이와 같이, 불순물을 함유하는 염소가스를 농축 정제하는 경우, 공업적으로 유효한 방법 및 장치는 없었다. 또, 염소가스를 함유하는 혼합가스중의 염소를 분리하는 경우에, 특히 염소농도가 비교적 낮고 수분을 함유한 가스에서 염소를 분리하고 농축할 때에 유효한 방법이 없었다.
본 발명은 불순물을 함유하지 않은 염소가스를 농축 정제할때에, 용매를 사용하지 않고, 또 염소의 액화도 필요로 하지 않고 고순도 염소를 얻고, 더욱이 배출처리 폐가스중의 염소를 거의 없게 할 수 있는 염소가스 농축 정제를 위한 공업적 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 염소를 함유하는 가스중에서 염소를 분리·농축하고 나머지 가스(처리 폐가스)중의 염소를 실질상 제로로 하는 압력 스윙 흡착법에 있어서, 특히 나머지 가스중의 염소 농도를 실질상 제로로 하는 조작 조건을 자동적으로 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일반으로 압력 스윙 흡착 시스템에서는, 흡착탑(복수)에의 흡착제 충전량, 흡착성능, 처리가스중 흡착 성분량, 가스량, 운전시간을 동시에 흡착사이클, 탈착 사이클을 계산하고, 운전조작 조건에 반영시키고 있다. 그러나 이 방법에서는 흡착제의 경시열화, 처리가스 조건(온도, 압력, 유량 등)의 변화에 대해서는 최적 조작 조건에서의 이탈이 생긴다. 특히 나머지 가스중에서 특정가스 농도를 실질상 제로로 하는 운전 조작은 곤란했다.
본 발명자들은 압력 스윙 흡착법에 의하여 염소를 함유하는 가스중에서 염소를 분리·농축하는 방법을 발명했지만, 이 방법에 의하여 조작 조건을 적절히 선택하면 염소를 함유하는 가스에서 염소를 분리·농축하고, 그 나머지 가스중의 염소농도를 실질상 제로로 할 수 있지만, 이 방법에 있어서도 흡착제의 경시열화, 처리조건(온도, 압력, 유량 등)의 변화에 대해서는 최적 조작 조건에서의 이탈이 생기고, 나머지 가스중에의 염소가스 농도를 실질상 제로로 하는 장기간의 운전조작은 매우 곤란했다.
또한, 본 발명은 염소농도가 비교적 낮고 수분을 함유한 가스에서 염소를 분리하고 농축할 때에 용매를 사용하지 않고 또 염소의 액화도 필요로 하지 않고 흡착제의 수명이 길고 또한 장치의 부식을 방지할 수 있는 공업적 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 염소가스를 흡착하는 흡착제가 충전된 흡착탑에 불순물을 함유하는 염소가스를 공급하고 염소가스를 흡착시키는 흡착조건과, 흡착제에 흡착된 염소가스를 탈착시키는 탈착조작을 교호로 반복하므로서 흡착탑에 공급하는 불순물을 함유하는 염소가스중의 불순물을 제거하고 고순도 염소가스를 얻는 염소가스 농축방법에 있어서, 상기 1단째의 흡착탑을 나온 처리가스를 다음에 2단째의 흡착탑으로 인도하므로서 배가스중의 염소를 거의 없애려고 하는 것이며, 다시 탈착조작 전에 제품 염소가스를 흡착탑에 환류시켜서 계내의 체류가스를 파지하므로서 제품 염소가스의 순도를 높이려고 하는 것이다. 1단째의 흡착탑과 2단째의 흡착탑을 직렬로 연결하므로서, 1단째의 흡착탑에서는 흡착제가 파괴될때까지 원료가스(피처리 가스)를 공급할 수 있고, 또 2단째의 흡착탑에서는 1단째의 흡착탑에서 젖은 염소가스를 완전히 흡착할 수 있다.
또 탈착조작 전에 제품 염소가스를 흡착탑으로 환류시키므로서 흡착탑중의 순도가 낮은 체류 원료 가스를 파지할 수 있다. 그 결과, 제품 염소가스의 순도는 높혀지고, 또한 배출처리 폐가스중의 염소를 거의 없앨 수 있다.
또 염소를 함유하는 가스로부터 염소를 분리·농축하는 압력 스윙 흡착법에 있어서, 나머지 가스중의 염소농도를 실질상 제조로 하는 운전조작 조건을 자동적으로 설정할 수 없는가의 점에 대해서 예의 검토하고, 흡착탑 출구 부근의 흡착제(충전층)의 온도변화(온도상승)을 연속적으로 측정하므로서 자동제어가 가능함을 알아내고 본 발명에 이르렀다.
즉 본 발명은 염소를 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 복수의 흡착탑을 사용하는 압력 스윙 흡착법을 사용하여 피처리 가스중의 염소를 흡착제거할 때에 흡착탑내의 처리 폐가스 출구 부근의 흡착제(충전제)의 온도변화를 연속적으로 측정하고, 그 흡착제 온도의 미분치가 소정치가 된 때에, 그 흡착탑에의 피처리가스의 도입을 중지하고, 그 흡착탑의 재생 조작을 개시하는 것을 특징으로 하는 압력 스윙 흡착의 방법 및 장치이다.
본 발명의 방법에서 사용하는 염소를 함유하는 가스에는 염소이외의 가스로서는, 산소, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 아르곤, 메탄 등의 존재가 고려되지만 압력 스윙 흡착법으로 이들의 가스에서 염소를 분리하는 데에는 이들의 가스와 흡착제와의 흡착 친화력에 염소의 경우보다 충분한 차가 있고 또한, 염소의 흡착열이 다른 가스에 비해서 충분히 큰 것을 선택할 필요가 있다. 그래서 본 발명에 사용하는 염소의 흡착제로서는 제올라이트, 비제올라이트계 다공질 산성 산화물, 활성탄 또는 분자체 카아본을 사용할 수 있다.
본 발명의 방법에서 사용하는 염소를 함유하는 가스의 염소농도는 특히 제한은 없지만 통상 5용량%~98용량%이다.
본 발명의 흡착제의 온도변화를 측정하는 데에는, 흡착조작중의 처리폐가스 출구에 있는 흡착제의 선단에서 흡착제의 전충전 높이의 1/2이내의 위치에 있어서 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
일반적으로 압력 스윙 흡착법에 있어서 특정가스의 흡착 분리를 하는 경우, 흡착열이 발생하고 흡착제의 온도상승이 생기는 것이 알려져 있다.
본 발명자들이 염소를 함유하는 가스를 흡착제로서 제올라이트, 비제올라이트계 다공질 산성 산화물, 활성탄 또는 분자체 카아본을 사용하고, 흡착제의 온도변화를 측정한 결과, 염소의 흡착열은 다른 가스성분의 흡착열에 비해서 충분히 큰 것을 확인했다. 또, 흡착제의 급격한 온도변화가 생기고 있는 흡착제(충전제)의 부위는 대략 염소가스의 흡착의 진행이 되고 있는 부위인 것도 확인했다.
염소를 함유하는 가스의 흡착열에 의한 흡착제의 온도변화는 원료가스(피처리가스)중의 염소농도에 의존하고, 흡착에 의한 온도변화는 염소농도가 높을수록 커진다. 따라서, 원료가스중의 염소농도에 있어서의 흡착열에 의한 흡착제의 온도변화의 미분치와 온도변화의 검지부위를 특정하고, 나머지 가스속에의 염소 누출을 없애는 것이 가능해졌다.
제4도에는 염소농도 15용량%의 원료가스를 사용한 흡착열의 온도변화와 나머지 가스중의 염소농도의 관계를 나타냈다. 제4도에서도 명백한 바와 같이 염소농도 15용량%의 원료가스를 사용하여, 온도변화를 측정하는 부위를 특정하고, 나머지 가스중에의 염소의 누출을 방지하는 데에는 흡착열에 의한 온도변화의 미분치가 1.5℃/분(소정치)가 된 시점에서 가스도입 밸브를 절환하는 조작을 하면 된다.
이 사실로부터 흡착탑상부의 흡착제의 온도변화를 연속적으로 측정하고, 염소의 흡착열을 검지한 순간에 즉시 온도변화의 미분치가 소정치가 된 순간에 흡착조작에서 자동적으로 자동밸브를 절환하므로서 나머지 가스중에의 염소누출을 완전히 없앨 수 있다. 즉, 흡착탑 상부의 흡착제중에 설치한 열전대 기타의 수단으로 온도변화를 측정하면, 용이하게 염소의 흡착을 검지할 수 있고, 그 검지방법은 염소가스를 함유하는 가스의 입구온도 등에 좌우되지 않도록 온도의 미분 변화에 의하여 검지하고, 그 결과에 따라 적절한 변환수단에 의하여 흡착조작의 종료를 결정하는 동시에 그것을 전기 출력으로 변환하여 흡착탑의 공정을 변환하는 자동밸브의 개폐를 행할 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 저렴한 온도 측정 수단에 의하여 흡착탑 상부의 흡착제의 온도변화를 연속적으로 측정하고, 그 온도상승의 미분치가 소정치가 된 때에 흡착조작을 자동적으로 절환하므로서, 나머지 가스중의 염소농도를 제로로 할 수 있게 하고 나머지 가스중의 염소농도가 실질상 제로가 되기 때문에 해를 제거하는 조치가 간략화될 수 있고, 공업적으로 유효하다.
또한, 본 발명은 상기의 압력 스윙 흡착법에 의한 염소가스의 농축 정제장치에 있어서, 상기 흡착탑의 앞에 염소가스를 함유하는 혼합가스중의 수분을 제거하기 위하여 탈수장치를 구비하는 것이다.
염소가스를 함유하는 혼합가스중의 수분을 제거하기 위하여 탈수장치를 구비하므로서 흡착제의 수명을 길게 하고, 또 장치의 부식을 방지할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에게만 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
본 발명의 염소가스 정제장치의 일례를 제1도에 나타낸다.
관(1)은 원료가스 도입관이며, 염소순도가 비교적 낮은 가스가 도입되어 압축기(2)에 의하여 소정의 압력까지 승압되고 절환밸브(3a)를 거쳐서 4기의 흡착탑(4a, 4b, 4c, 4d)내의 제1탑(4a)에 도입된다.
4기의 흡착탑(4a, 4b, 4c, 4d)에는 염소를 우선적으로 흡착하는 흡착제, 예를들면 합성 또는 천연 제올라이트, 비제올라이트계 다공질 산성 산화물 및 활성탄 및 분자체 카아본이 충전되어 있고, 가압상태로 도입된 원료가스중의 염소가 우선적으로 흡착된다. 소정량 원료가스가 도입된 후, 절환밸브((1a, 1b)의 절환에 의하여 압축기(14)에서 압력이 높혀진 제품염소 가스가 도입되고 흡착탑(4a)내의 원료가스가 파지된다.
흡착탑(4a)의 출구를 나온 염소농도가 낮았던 가스는 절환밸브(5a, 6b)를 거쳐서 제2탑(4b)으로 도입된다. 제2탑(4b)에서 나머지의 염소가 흡수된 처리가스는 절환밸브(7b)를 거쳐서 배출된다. 이때, 제3의 흡착탑(4c)에서는 제2의 탑(4b)에서 토출된 가스의 일부가 유량조절기구(11) 절환밸브(10c)를 거쳐서 도입되고, 이 탑의 압력을 높히는 층압 공정이 실시된다.
또 제4의 흡착탑(4d)에서는 절환밸브(8d)를 거쳐서 상압 탈착, 또한 절환밸브(9b)를 거쳐서 진공펌프(12)와 탑내가 접속되고, 농출된 염소가스를 회수하는 동시에 탑내의 흡착제가 재생되는 재생공정이 실시되어 있다. 그리고 소정량의 염소를 흡착하고 제품가스로 파지된 흡착탑(4a)은 절환밸브(3a)의 절환에 의하여 가스의 도입이 정지되는 동시에, 절환밸브(8b)의 절환에 의하여 탑내가 감압되고 다시 진공펌프(12)로 배기되어 감압상태가 되고, 흡착제에 흡착된 염소가 탈착되어 흡착제가 재생된다. 이 재생공정에서 순도가 높은 염소가스를 제품으로서 버퍼 탱크(13)에 저장되고 압축기(14)로 승압되어 제품도출관(15)에서 얻을 수 있다.
이때, 제2의 흡착탑(4b)에서는 원료가스가 절환밸브(3b)를 거쳐서 도입되고, 원료가스속의 염소가 우선적으로 흡착된다. 흡착탑(4b)의 출구로부터 염소농도가 낮은 가스가 얻어지고 절환밸브(5b, 6c)를 거쳐서 배출되어 제3의 흡착탑(4c)에 도입되어 나머지의 염소가 흡착되어 절환밸브(7d)를 거쳐서 배출된다. 원료가스의 흡착이 끝난 후 절환밸브(1a, 1b)의 절환에 의하여 압축기(14)에서 압력이 높혀진 제품 염소가스가 도입되어 흡착탑(4b)내의 원료가스가 파지된다. 파지된 가스는 절환밸브(5b, 6c)를 거쳐서 배출되어 제3의 흡착탑(4c)로 도입되고, 염소가 흡착되고, 절환밸브(7c)를 거쳐서 배출된다.
또, 제4의 흡착탑(4d)에서는, 제3의 탑(4c)에서 토출된 가스의 일부가 유량조절기구(11), 절환밸브(10d)를 거쳐서 도입되고, 이 탑의 압력이 높혀지는 충압공정이 실시된다.
그후, 제3의 흡착탑(4d)에서는 원료가스가 절환밸브(3c)를 거쳐서 도입되고, 원료가스중의 염소가 우선적으로 흡착된다. 흡착탑(4c)의 출구에서는 염소농도가 낮은 가스가 얻어지고, 절환밸브(5c, 6d)를 거쳐서 제4의 흡착탑(4d)에 도입된다. 이것과 동시에 제1의 흡착탑(4a)에서는 제4의 흡착탑(4d)에서 토출된 가스의 일부가 유량조절기구(11), 절환밸브(7a)를 거쳐서 도입되고, 이 탑의 압력이 높혀지는 충압공정이 실시된다.
제2의 흡착탑(4b)에서는 절환밸브(3d)의 절환에 의하여 원료가스 및 파지가스의 도입이 정지되는 동시에 절환밸브(8b)의 절환에 의하여 탑내가 감압되고, 또한 절환밸브(9b)의 절환 및 진공펌프(12)로 배기되어 감압상태가 되고, 흡착제에 흡착된 염소가 탈착되어 흡착제가 재생된다.
이하, 동일하게 이 일련의 조작을 4기의 흡착탑(4a, 4b, 4c, 4d)에 대하여 교호로 반복하므로서, 불순물을 함유하는 염소가스에서 고순도 염소를 연속적으로 제조할 수 있다.
[실시예 2]
본 발명을 실시하기 위한 장치의 일례를 도면에 따라 설명하면 이하와 같다.
제2도에 있어서, (1), (2)는 내부에 흡착제를 충전한 흡착탑, (3)은 염소를 함유하는 가스의 압축기, (4)는 흡착 압력 제어 장치, (5)는 탈착 재생용 진공 펌프, (6)~(11)은 절환밸브이다.
지금 흡착탑(1)에 있어서 흡착 공정이 행하여지고, 흡착탑(2)에서는 탈착 재생 공정이 실시되고 있다고 하면 절환밸브(7), (8), (10)가 열리고 동일하게 (6), (9), (11)이 닫힌 상태에 있고, 염소를 함유하는 가스의 압축기(3)로부터의 염소를 함유하는 가스는 절환밸브(8)를 지나서 흡착탑의 하부로부터 공급되고, 주로 염소를 흡착되어 나머지 가스가 되고, 탑상부에서 탑밖으로 배출되고, 절환밸브(10)를 지나서 계외로 배출된다.
한편, 흡착탑(2)에 있어서는 주로 염소가 흡착된 흡착성분을 진공펌프를 사용하여 흡착제로부터 탈착시키고, 흡착탑 하부로부터 배기되어 절환밸브(7)를 통해서 진공펌프(5)에 의하여 계외로 배출된다. 이 배출가스는 염소가 농축된 가스이고, 다른 공정 등에서 처리된다.
종래의 장치에서는 절환밸브는 설계 사양에 맞추어 타이머 등으로 절환되어 있었지만, 염소를 함유하는 가스의 염소농도, 온도, 압력 등의 변화가 생긴 경우에 나머지 가스속의 염소 농도를 장기간을 통해서 실질상 재로로 하는 바와 같은 운전은 곤란했다. 그래서 본 발명은 흡착탑내의 흡착제의 온도를 연속적으로 측정하고, 임의의 온도의 미분변화를 검지하고, 이에 따라 임의의 흡착시간을 선정할 수 있도록 하고, 탈착공정으로 절환하도록 한다.
본 발명을 실시하는데에 상기 장치의 흡착탑(1), (2)의 상부에 열전대(12), (13)를 설치하고, 흡착제의 온도변화를 연속적으로 검지하고, 출력된 전기신호는 (14)의 증폭기로 입력되고, 증폭된 전기 신호는 (15)의 계산 제어기로 입력되어 온도의 미분변화를 계산한다. 온도의 미분변화가 (15)의 계산기에 사전에 설정된 임의의 온도의 미분변화 이상이 된 경우, 그 전기 신호를 (16)의 출력부로 입력하고 (16)의 출력부는 (17)의 전자밸브의 개폐를 지령하고, (6)~(11)의 절환밸브의 개폐를 실시하도록 하는 것이다.
즉, 본 발명의 주요점은 염소를 함유하는 가스의 처리가스 조건(조성, 유량, 압력, 온도) 등이 변화해도 나머지 가스중의 염소농도를 항상 실질상 제로로 만들도록 압력 스윙 흡착법에 있어서의 흡착공정의 시간 설정을 감시시키는데에 있다.
즉, 흡착탑을 염소를 함유하는 가스가 통과하여 주로 염소가 흡착제에 흡착되면 흡착열에 의하여 흡착제의 온도상승이 나타나고, 탑내부에서는 염소의 흡착대의 진행에 대해서 대략 동등하게 승온 대역이 이동하니까 이 승온대역을 탑의 출구 부근에서 연속적으로 검지하면 염소의 파과(破過)시간의 정확한 예측에 사용 가능하므로, 이에 의하여 탑의 절환시간의 설정을 감시할 수 있다. 그러나, 다만 온도를 검출하는 것만으로는 염소를 함유하는 가스의 입구 온도와의 관계에서 불충분하기 때문에 온도의 미분변화를 항상 체크하므로서 흡착 공정의 시간 설정의 감시를 실시하므로서 정확하게 판단할 수 있다.
이 발명은 염소가스가 흡착제에 흡착되는 경우의 흡착열이 다른 가스성분이 흡착되는 경우의 흡착열 보다도 훨씬 큰 경우에 유효하고, 그 특징을 갖는 흡착제는 제올라이트, 비제올라이트계 다공질 산성 산화물, 활성탄 또는 분자체 카아본 등이다.
이 발명에 의한 운전법에 의하여 염소를 함유하는 가스로부터 염소를 농축·회수하는 압력 스윙 흡착법에 있어서는 나머지 가스중의 염소농도를 항상 실질상 제로로 하는 운전이 장기간에 걸쳐 실현되고 항상 나머지 가스중에 염소를 누출시키지 않도록 감시할 수 있기 때문에 신뢰성도 높고, 공업적으로 매우 유효한 수단이다.
[실시예 3]
실시예에 사용한 염소를 함유하는 가스로부터 염소를 분리·농축하는 압력 스윙 흡착장치(2) 탑식의 흡착탑은 직경 50mm, 높이 2000mm의 내압 강관제이고, 흡착제제로서 Y형 제올라이트(Zecohem사제)를 사용하고, 그 3kg을 충전했다. 실시예에서 사용한 염소를 함유하는 가스는 염소 15용량%, 산소 50용량%, 질소 15용량%, 이산화탄소 20용량%로 이루고, 제2도에 표시하는 압축기(3)를 사용하여 2Nm3/h의 유량으로 공급하고, 흡착압력은 (4)에 나타내는 압력 제어 장치에 의하여 1~7kg/cm2게이지 압력까지 임의로 설정가능하다. 탈착 압력은 진공펌프(5)의 최대능력인 100torr의 진공도에 3분간 달하는 것을 선정 사용했다.
상기의 압력 스윙 흡착장치를 사용하여 운전에 필요한 기초 데이터를 얻은 때에 염소의 흡착시에 얻어지는 흡착제의 온도 변화를 측정했다. 제3도에 흡착조작중의 가스출구에 있는 흡착제의 선단에서 흡착제의 전 충전 높이의 1/10과 1/3의 거리에 있어서의 흡착제의 온도변화의 경시변화를 나타낸다.
그 결과, 염소의 흡착이 개시되면 흡착제의 온도변화는 2℃/분의 승온속도이며 다른 가스성분의 통과(흡착)시의 온도변화 0.5℃/분과 비교하여 명백히 승온속도가 충분히 큰 것을 확인했다. 이 결과를 컴퓨터에 입력하고 흡착제의 온도변화가 1.5℃/분 이상이 된 순간에 흡착 공정을 중지하고 흡착탑이 절환하도록 프로그램했다.
제1표에 표시하는 바와 같이 운전조건으로 2주간의 연속운전을 실시했지만 나머지 가스중의 염소농도는 기간중 불검출이었다. 농축가스의 염소농도는 60용량%로 일정했다. 또한 농축가스 및 나머지 가스중의 염소농도는 가스크로마토그래피로 측정했다.
[표 1]
[실시예 4]
실시예 1과 같은 조건으로 염소를 함유하는 가스에서 염소를 분리·농축하는 압력 스윙 흡착법을 개시하고 실험도중에 처리가스의 흡착탑 입구온도 15℃에서 40℃로 변화시켰다. 처리가스의 흡착탑 입구온도를 상승시킨 경우, 흡착시간은 초기 설정의 5분간에서 4분 50초가 되었지만 나머지 가스중의 염소농도는 불검출이며 농축가스의 염소농도는 60용량%로 일정했다.
[실시예 5]
실시예 1과 같은 조건으로 염소를 함유하는 가스에서 염소를 분리·농축하는 압력 스윙 흡착법을 개시하고, 실험도중에서 흡착 압력을 6.0kg/㎠에서 2.0kg/cm2G 시킨 경우, 흡착시간은 초기설정의 5분간에서 4분 20초가 되었지만 역시 나머지 가스중의 염소농도는 불검출이었다. 또한 이 경우 정제 염소 가스의 농도는 60용량%이며, 실시예 1과 큰 차이는 없었다.
[실시예 6]
실시예 3과 같은 조건으로 염소를 함유하는 가스에서 염소를 분리·농축하는 압력 스윙 흡착법을 개시하고 실험도중에 염소를 함유하는 가스의 유량을 2Nm3/h에서 3Nm3/h로 변경한 경우, 흡착시간은 초기 설정의 5분간에서 4분 00초가 되었다. 이때, 나머지 가스중의 염소농도는 수 100ppm이 되었다. 이것은 처리가스의 선속도가 증가했기 때문에 흡착제의 온도변화의 미분치 1.5℃/분을 검출하고 있는 동안에 흡착탑 상부까지 염소가스가 진행했기 때문이라고 생각되었다. 온도 측정개소를 흡착조작중의 가스 출구에 있는 흡착제의 선단에서, 흡착제의 전충전 높이 1/5의 거리로 변경하고 동일한 실험을 실시한 바, 흡착시간은 초기 설정의 5분간에서 4분 30초가 되었지만, 나머지 가스중의 염소농도는 불검출이었다. 단, 정제 염소가스의 농도는 55용량%가 되었다.
[실시예 7]
이하, 본 발명의 한 실시예를 설명한다.
제1도에 본 발명의 염소가스 농축 장치의 일례를 나타낸다.
관(0)은 원료가스 도입관이며, 염소농도가 비교적 낮고 수분을 함유한 가스가 도입된다. 18은 탈수탑이고, 펌프(19)에 의하여 농황산이 순환되고 있다. 관(20)은 새로운 농황산의 공급구이며 관(21)은 비교적 농도가 엷어진 농황산의 배출구이다.
수분을 함유한 가스는, 18의 탈수값을 통과하여 수분이 제거된 후, 압축기(2)에 의하여 소정의 압력까지 승압되고, 절환밸브(3)를 거쳐서, 3기의 흡착탑(4a, 4b, 4c)내의 제1탑(4a)에 도입된다. 3기의 흡착탑(4a, 4b, 4c)에는 염소를 우선적으로 흡착하는 제올라이트, 활성탄등의 흡착제가 충전되어 있고, 가압 상태에서 도입된 원료가스중의 염소가 우선적으로 흡착된다.
흡착탑(4a)의 출구에서는 거의 염소를 함유하지 않는 가스가 얻어지고 절환밸브(7a)를 거쳐서 배출된다. 이때 제2의 흡착탑(4b)에서는 제1의 탑(4a)에서 토출된 가스의 일부가 압력조절기구(11), 절환밸브(10b)를 거쳐서 도입되고, 이 탑의 압력이 높혀지는 충압공정이 실시된다.
또 제3의 흡착탑(4c)에서는, 절환밸브(8c, 9b)를 거쳐서 진공펌프(12)와 탑내가 접속되고, 농축된 염소가스를 회수하는 동시에 탑내의 흡착제가 재생되는 공정이 실시되어 있다.
그리고 소정량의 염소를 흡착한 흡착탑(4a)은 절환밸브(3a)의 절환에 의하여 원료가스의 도입이 정지되는 동시에 절환밸브(18a)의 절환에 의하여 탑내가 진공펌프(12)로 환기되어 감압상태가 되고, 흡착제에 흡착된 염소가 탈착되어 흡착제가 재생된다. 이 재생공정에서 농도가 높은 염소가스를 제품으로 하여 진공펌프(12)의 토출구에서 얻어질 수 있다.
이때 제2의 흡착탑(4b)에서는 원료가스가 절환밸브(3b)를 거쳐서 도입되고, 원료가스중의 염소가 우선적으로 흡착된다. 흡착탑(4b)의 출구에서는 거의 염소를 함유하지 않는 가스가 얻어지고, 절환밸브(7b)를 거쳐서 배출된다.
또 제3의 흡착탑(4c)에서는 제2의 탑(4b)에서 토출된 가스의 일부가 압력조절기구(11), 절환밸브(10c)를 거쳐서 도입되고, 이 탑의 압력이 높혀지는 충전공정이 실시된다.
그후 제3의 흡착탑(4c)에서는 원료가스가 절환밸브(3c)를 거쳐서 도입되고, 원료가스중의 염소가 우선적으로 흡착된다. 흡착탑(4c)의 출구에서는 거의 염소를 함유하지 않는 가스가 얻어지고 절환밸브(7c)를 거쳐서 배출된다. 이와 동시에 제1의 흡착탑(4a)에서는, 제3의 탑(4c)에서 토출된 가스의 일부가 압력조절기구(11), 절환밸브(10a)를 거쳐서 도입되고, 이 탑의 압력이 높혀지는 압력 공정이 실시된다.
제2의 흡착탑(4b)에서는 절환밸브(3b)의 절환에 의하여 원료가스의 도입이 정지되는 동시에 절환밸브(8b)의 절환에 의하며, 탑내가 진공펌프(12)로 배기되어 감압상태가 되고 흡착제에 흡착된 염소가 탈착되고, 흡착제가 재생된다.
이하 동일하게 이 일련의 조작을 3기의 흡착탑(4a, 4b, 4c)에 관하여 교호로 반복하므로서, 염소를 함유하는 원료가스에서 염소를 연속적으로 분리 농축할 수 있는 시스템이 구축되어 있다.
이때, 이 장치를 구성하는 기기의 재질로서는 높은 가격의 내식재료를 필요로 하지 않고 비교적 저렴한 재료로 좋다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 압력 스윙 흡착법에 의하여 불순물을 함유한 염소를 배가스중에 거의 누출시키는 적이 없이 정제하여 고순도의 제품을 얻을 수 있다.
또 본 발명은, 흡착탑내의 가스출구 부근의 흡착제의 온도변화를 연속적으로 측정하고 그 흡착제 온도의 미분치가 소정치가 된때에 그 흡착제에의 가스의 도입을 중지하고 그 흡착탑의 재생작업을 개시하므로서, 처리가스의 조건이 변동하여도 항상 나머지 가스중의 염소농도를 실질상으로 제로로 하는 조작을 가능케 하는 것이고, 공업적으로 극히 유효한 제어수단이다. 또한, 본 발명은 염소를 함유하고, 또한 수분을 함유한 가스로부터 염소를 분리하고 농축하는 장치를 비교적 저렴하게 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 흡착탑을 복수사용하므로서 배가스중의 염소를 거의 없이할 수 있고, 탈착조작전에 제품 염소가스를 흡착탑에 환류시키므로서 제품 염소가스의 순도를 높힐 수 있고, 흡착탑에 센서를 설치하므로서 자동제어가 가능해지고, 또한 흡착탑 앞에 염소가스를 함유하는 혼합 가스중의 수분을 제거하는 탈수장치를 구비하므로서 흡착제의 수명을 길게 하고, 장치의 부식을 방지할 수 있다.

Claims (18)

  1. 염소가스를 흡착하는 흡착제가 충전된 복수의 흡착탑에 불순물을 함유하는 염소가스를 공급하고 염소가스를 흡착시키는 흡착조작과, 이 흡착제에 흡착된 염소가스를 탈착시키는 탈착조작을 교호로 반복하므로서 흡착탑에 공급되는 불순물을 함유하는 염소가스를 고순도로 농축 정제하는 압력 스윙 흡착식 염소가스 농축 정제법에 있어서, 흡착조작중의 흡착탑에서 배출되는 처리 폐가스를 다음에 흡착조작을 실시하는 흡착탑으로 도입하므로서 흡착조작을 2단 이상으로 실시하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제법.
  2. 제1항에 있어서, 흡착조작을 2단 이상으로 실시하고 또한 탈착조작의 개시전에 농축이 끝난 고순도 염소가스를 흡착조작이 종료된 흡착탑으로 환류시키고, 계내의 이 불순물을 함유하는 염소가스를 치환하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제법.
  3. 제1항에 있어서, 염소가스중에 함유되는 불순물이 산소가스인 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제법.
  4. 제1항에 있어서, 흡착조작중의 흡착탑의 흡착제 충전층의 흡착 상태를 염소가스의 존재를 감지하는 센서에 의하여 검출하고 흡착조작의 종료를 감지하므로서 이 흡착탑에의 불순물을 함유하는 염소가스의 공급을 정지하고, 이 흡착탑을 흡착조작으로부터 탈착조작으로 이행시키는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제법.
  5. 제4항에 있어서, 염소가스의 존재를 감지하는 센서가 온도계인 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제법.
  6. 제5항에 있어서, 흡착조작중의 흡착탑의 온도상승의 검출을 흡착제 충전층의 처리 폐가스 배출구에서 전층전 높이의 1/2이내의 위치에 있어서 실시하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제법.
  7. 제1항에 있어서, 염소가스를 흡착하는 흡착제가 제올라이트, 비제올라이트계 다공질 산성 산화물, 활성탄 또는 분자체 카아본중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제법.
  8. 제7항에 있어서, 염소가스를 흡착하는 흡착제가 Y형 제올라이트인 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제법.
  9. 염소가스를 흡착하는 흡착제가 충전된 복수의 흡착탑에 불순물을 함유하는 염소가스를 공급하고 염소가스를 흡착하는 흡착조작과 이 흡착제에 흡착된 염소가스를 탈착시키는 탈착조작을 교호로 반복하므로서, 흡착탑에 공급되는 불순물을 함유하는 염소가스를 고순도로 농축 정제하는 압력 스윙 흡착식 염소가스 농축 정제장치에 있어서, 흡착조작중의 흡착탑에서 배출되는 처리 폐가스를 다음에 흡착조작을 실시하는 흡착탑으로 도입하여 흡착조작을 2단 이상으로 실시하므로서, 처리 폐가스중의 염소가스 농도를 실질적으로 0으로 할 수 있는 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
  10. 제9항에 있어서, 흡착조작을 2단 이상으로 실시하고, 다시 탈착조작의 개시전에 농축완료의 고순도 염소가스를 흡착조작이 종료된 흡착탑으로 환류시켜서, 계내의 이 불순물을 함유하는 염소가스를 치환하는 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
  11. 제9항에 있어서, 하기의 (a)~(f)의 각 요소 (a) 피처리 가스 도입구 및 처리 폐가스 배출구를 구비하고 또한 염소가스를 흡착하는 흡착제가 충전된 복수의 흡착탑, (b) 각 흡착탑의 피처리 가스 도입구를 연결하는 관로, 각 흡착탑의 처리 폐가스 배출구를 연결하는 관로, 각 흡착탑에서 농축 염소가스를 탈착시켜서 꺼내기 위하여 설치된 각 흡착탑의 피처리 가스 도입구를 연결하는 관로, 한 흡착탑의 처리 폐가스 배출구와 다른 흡착탑의 피처리 가스 도입구를 연결하는 관로, 농축 염소가스를 흡착탑으로 환류시키기 위하여 설치된 각 흡착탑의 피처리 가스 도입구와 제품가스 탱크 또는 농축 정제 염소 가스 압축기의 배기구를 연결하는 관로, (c) 상기 각 관로중 특정한 관로를 수시로 특정의 가스가 유통될 수 있도록 유로설정을 하기 위한 절환밸브, (d) 염소가스 탈착 흡착을 위하여 계내를 감압하기 위한 진공펌프, (e) 농축 정제 염소가스의 압력을 균일화 하기 위한 제품 탱크 및 (f) 농축 정제 염소가스를 승압하기 위한 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
  12. 제9항에 있어서, 흡착탑에 충전된 흡착제의 충전층의 상부에 염소가스의 존재를 감지하는 센서를 각각 설치하고, 흡착조작중의 이 충전층의 흡착조작의 상부의 종료를 검출하고 이 흡착탑에의 불순물을 함유하는 염소가스 도입을 정지하여 이 흡착탑을 흡착조작으로부터 탈착조작으로 이행시키도록 작동하는 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
  13. 제12항에 있어서, 염소가스의 존재를 감지하는 센서가, 온도계인 염소가스의 농축 정제 장치.
  14. 제12항에 있어서, 하기의 (a)~(f)의 각 요소 (a) 피처리 가스 도입구 및 처리 폐가스 배출구를 구비하고, 또한 염소가스를 흡착하는 흡착제가 충전된 충전층의 상부에 온도계가 각각 설치된 복수의 흡착탑, (b) 각 흡착탑의 피처리 가스 도입구를 연결하는 관로, 각 흡착탑의 처리 폐가스 배출구를 연결하는 관로, 각 흡착탑에서 농축 염소가스를 탈착시켜서 꺼내기 위하여 설치된 각 흡착탑의 피처리 가스 도입구를 연결하는 관로, 한 흡착탑의 처리 폐가스 배출구와 다른 흡착탑의 피처리 가스 도입구를 연결하는 관로, 농축 염소가스를 흡착탑으로 환류시키기 위하여 설치된 각 흡착탑의 피처리 가스 도입구와 제품가스 탱크 또는 농축 정제 염소 가스 압축기의 배기구를 연결하는 관로, (c) 상기 각 관로내의 특정한 관로를 수시로 특정의 가스가 유통될 수 있도록 유로설정을 하기 위한 절환밸브, (d) 염소가스 탈착 흡착을 위하여 계내를 감압하기 위한 진공펌프, (e) 흡작조작중의 흡착탑의 흡착제 충전층의 온도상승을 검출하는 계측장치 및 (f) 상기 온도상승이 소정치의 범위를 초과하면 피처리가스의 도입을 정지하려고 간막이 밸브를 작동시키는 조절기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
  15. 제12항에 있어서, 흡착조작중의 흡착탑의 온도상승을 검출하는 온도 검출단 각각의 설치 위치가 흡착제 충전층의 처리 폐가스 배출구에서 전충전 높이의 1/2이내의 위치인 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
  16. 제12 또는 14항에 있어서, 온도상승의 소정치가 1분간에 1.5℃인 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
  17. 제9항에 있어서, 불순물을 함유하는 염소가스중의 수분을 제거하기 위하여, 흡착탑의 앞에 탈수장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
  18. 제17항에 있어서, 탈수장치가 농황산을 순환시켜 피처리 가스와 접촉시켜서 수분을 흡수시키는 탈수탑인 것을 특징으로 하는 염소가스의 농축 정제 장치.
KR1019920009212A 1991-05-28 1992-05-28 염소가스의 농축 방법 및 장치 KR950006631B1 (ko)

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