KR950008626B1 - 흡착 응축식 용매 회수 시스템 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

흡착 응축식 용매 회수 시스템
제1도는 개스 혼합물로부터 한가지 이상의 기화된 휘발성 성분을 회수하기 위한 시스템의 한가지 실시태양의 도식도이며,
제2도는 수지 피막 건조 챔버로부터 기화된 용매를 회수하기 위한 시스템의 도식도이다.
본 발명은 개스상 혼합물로부터 기화된, 정상적으로는 액체인 화합물과 같은 고비등 개스상 화합물을 회수하는 방법에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 개스 혼합물로부터 용매를 응축시킴으로써 용매-불활성 운반 개스(carrier gas) 혼합물로부터 기화된 용매를 회수하는 방법에 관한 것이다.
많은 기술적이고 공업적인 공정들은 기화된, 정상적으로는 액체 상태인 화합물, 즉 상온 및 상압에서 액체인 화합물을 함유하는 생성물 또는 부산물 개스 스트림의 생성을 야기시킨다.
예를들어, 표면 또는 제품, 예를들면 자동차, 가정용구등에 사용되는 페인팅되거나 래커칠된 금속 부품상에 침착된 유기 용매-함유 수지 피막의 경화시에는, 통상 이러한 수지 피막을 오븐중에서 열처리(baking)함으로써 피복 혼합물내에 함유된 용매를 증발시키고 용매-부내 수지 피복물질을 경화시킨다.
건조공정 도중, 기화된 용매는 일반적으로 폭발성 또는 인화성 개스 혼합물의 형성 가능성을 억제하거나 최소화시키는 조건하에 기화된 용매에 대해 불활성인 운반 개스에 의해 건조 오븐으로부터 제거된다.
종종 상술한 개스 혼합물로부터 고비등 개스 성분을 회수할 필요가 있다. 예를들어 몇몇 경우에, 회수하는 것이 매우 바람직한 고비등 개스는 경제적으로 가치가 있을 수 있다.
다른 경우에는, 고비등 개스가 환경적으로 위험하거나 해로울 수 있으므로, 대기중으로 방출시킬 수 없다. 개스 혼합물로부터 고비등 개스 성분을 회수하기 위하여 다양한 방법들이 이용되어 왔다. 전형적인 방법은 응축법, 흡착법 및 막 분리법이다. 보통은 응축법이 그의 단순성 및 효율 때문에 바람직하다.
응축에 의한 분리방법을 고비등 개스가 적재된 개스상 스트림을 그의 노점(dew point) 바로 아래의 온도로 냉각시킴으로써 고비등 개스를 액체 상태로 응축시킴을 포함한다.
이어서, 액화 개스를 시스템으로부터 회수한다. 개스 스트림으로부터 고비등 개스를 응축시키는 방법이 미합중국 특허 제4,122,684호, 제4,188,793호, 제4,237,700호, 제4,444,016호 및 제4,545.134호에 개시되어 있다.
응축방법은 고비등 개스상 혼합물을 회수하는데 널리 이용된다. 이러한 화합물을 함유하는 개스 혼합물을 고비등 개스를 스트림으로부터 충분히 제거하는데 충분할 정도로 낮은 온도로 냉각시킴으로써 개스 혼합물이 냉각되는 응축기 표면상에서 고비등 개스 성분의 동결없이 린 개스(lean gas)스트림이 대기로 방출되는 개스에 대해 설정된 엄격한 환경기준을 만족시킬 수 있다. 그러나, 개스 스트림이 수증기 및/또는 이산화탄소와 같은 열교환기의 운전온도 또는 그 이상에서 동결되는 오염물질을 함유하는 경우에는, 실질적으로 동결된 오염물질이 응축기로부터 제거될때까지 응축기가 동결된 오염물로 인해 방해를 받게 되고 운전을 방해받기 때문에 단일 응축기를 사용하여 고비등 개스를 충분히 응축시키기가 어렵다. 와트슨(Watson) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,188,793호에는 도입 개스 혼합물을 열 교환기(여기서 불순물이 동결된다)를 통해 통과시킴으로써 상기 새스 혼합물로부터 물 및 이산화탄소와 같은 불순물을 제거(비닐 클로라이드도 또한 분리된다)하는 방법이 개시되어 있다.
역류식 열교환기를 교대 서비스시에 사용할 수 있으므로, 오염물질이 하나의 열교환기에서 동결되는 반면 또다른 열교환기에서 동결된 오염물질은 해동된다. 이 특허에는 또한 냉매로서 액화질소를 사용하여 응축시킴으로써 건조된 개스 스트림으로부터 비닐 클로라이드를 제거하는 방법도 개시되어 있다. 응축단계 도중에 기화되어 가온되는 질소를 연속적으로 사용하여 동결된 불순물을 해동시킨다.
또한, 흡착제를 통해 개스 스트림을 통과시켜 개스 스트림으로부터 수분과 기타 응축성 오염물질을 제거한 다음 개스 스트림을 용매 응축기내로 도입시키는 방법도 공지되어 있다. 흡착제는 통상 건조 질소 또는 공기와 같은 외부 공급원으로부터 얻은 가열된 개스를 흡착제에 통과시킴으로써 재생시킨다.
응축기로부터 나온 용매-제거된 개스상 유출물은 일반적으로는 불활성인 운반 개스로서 재사용하기 위해 개스 스트림의 공급원으로 재순환시킨다. 개스 스트림이 누출 또는 화학반응의 결과로서 시스템으로 유입되는 산소 또는 일산화탄소와 같은 비응축성 불순물을 함유하는 경우, 개스 스트림내에 원치않는 불순물이 증가될 가능성이 있다. 따라서, 응축기 유출물을 운반 개스로서 재사용하는 것이 항상 실용적인 것은 아니며, 새로운 불활성 운반개스가 사용되어야 한다. 이러한 사실은 회수 시스템의 운전 효율을 감소시킨다.
비응축성 개스상 불순물(이것의 증가는 처리 시스템내에서 용인될 수 없다)을 추가로 함유하는 개스 스트림으로부터 고비등 개스를 회수하기 위한 개선된 시스템에 대해 계속 탐구하고 있다. 특히, 더욱 효율적이고 효과적이며 더 낮은 운전단자로 운전시킬 수 있는 그러한 개선된 시스템을 개발하는 것이 바람직하다. 본 발명은 이러한 잇점을 갖는 개선된 시스템을 제공한다.
본 발명의 한가지 태양에 따라, 1차로 온도 가변식 흡착(TSA)에 의해 개스 스트림으로부터 쉽게 동결될 수 있는 불순물을 제거한 다음 하나 이상의 단계에서 쉽게 동결될 수 있는 오염물-제거된 개스 스트림을 냉각시켜 개스 스트림으로부터 거의 모든 응축성 증기를 응축시킴으로써, 응축성 증기(들), 불활성 운반 개스, 수증기 및 이산화탄소와 같은 한가지 이상의 숩게 동결되는 개스상 불순물, 및 한가지 이상의 비응축성 개스상 불순물을 포함하는 혼합물을 함유하는 개스 공급원료로부터 한가지 이상의 응축성 증기를 회수하는 개선된 공정이 제공된다. 실질적으로 불활성 운반 개스 및 한가지 이상의 비응축성 개스상 불순물로 이루어진, 응축기를 이탈하는 불활성 개스 스트림은 흡착대역으로부터의 쉽게 동결될 수 있는 흡착된 불순물을 퍼어징(purging)시키는데 사용된다. 퍼어즈 개스로서 시스템을 이탈하는 불순물-함유 불활성 개스를 실질적으로 순수한 불활성 개스로 대체시킴으로써 개스 공급원내의 압력이 거의 정압으로 유지된다. 액화된 응축성 증기는 전공정을 통하여 응축기로부터 회수된다.
본 발명의 바람직한 실시태양에 있어서, 2개 이상의 이상(out of phase) 흡착장치를 운전시킴으로써 본 발명의 시스템을 거의 연속식으로 운전시킨다. 또다른 실시태양에 있어서, 가열된 응축기 유출물을 퍼어즈 개스로서 사용하는 2개 이상의 교대로 운전되는 TSA유니트에 의해 동결가능한 불순물을 처리할 개스 스트림으로부터 제거한다. 또다른 실시태양에 있어서, 흡착 대역을 퍼어징시키는데 필요한 양을 초과하는 개스 상 응축기 유출물을 운반 개스로서 재사용하기 위해 증기 공급원으로 재순환시킨다. 본 발명의 또다른 실시 태양에서는, 증기에 대해 불활성이며, 보출 퍼어즈 개스로서 및 증기를 위한 불활성 운반 개스로서 계속 사용되는 액화 극저온 개스를 증발시킴으로써 응축시킬 개스를 직접 또는 간접적으로 냉각시킨다. 또다른 실시태양에 있어서, 증기 응축기로 유입되는 개스 스트림을 2 내지 25psig, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 15psig의 압력으로 압축시킨다.
본 발명의 특정 실시태양에 있어서, 운반 개스로서의 질소, 용매, 및 오염물질로서의 수분 및 산소를 함유하는 개스상의 용매-함유 수지 피막 건조 오븐 유출 스트림을 제올라이트 TSA 흡착층(여기에서 수분이 흡착된다)을 통과시킨 다음 증기 응축기(여기에서 거의 모든 용매가 상기 스트림으로부터 응축된다)를 통과시킨다. 흡착대역은 하나의 TSA유니트가 흡착양식으로 존재하는 반면 다른 하나의 TSA 유니트는 재생 양식으로 존재하도록 180°이상(out of phase) 작동되는 한쌍의 TSA 유니트를 포함한다. 증기 응축기로부터의 개스상 유출물은 가열되어 퍼어즈 개스로서 재생공정을 수행하는 흡착장치를 통과한다. 응축기는 차례로 증발 질소와의 영교환에 의해 냉각되는 중간 냉각제층에 의해 냉각된다. 충분히 증발된 질소가 건조오븐으로 전달되어 퍼어즈 개스로서 시스템으로부터 제거된 불활성 운반 개스를 대체한다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련한 하기 예시적 실시태양의 기술내용을 참고하면 더욱 명백히 이해될 것이다.
첨부 도면에서, 각종 도면 태양에서 장치의 동일한 부분을 나타내기 위하여 동일한 참고번호를 사용하였다. 단지 본 발명을 이해하는데 필요한 장치, 밸브 및 라인만이 첨부도면에 포함되어 있다.
본 발명의 방법은 기화된 휘발성 성분, 불활성 운반개스, 한가지 이상의 동결가능한 개스상 성분 및 한가지 이상의 비응축성 개스상 불순물을 함유하는 개스 혼합물로부터 특정의 기화된 휘발성 성분을 회수하는데 사용될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "휘발성 성분"은 개스상 혼합물내에 존재하고 본 발명의 방법에 의해 상기 혼합물로부터 제거되는 화합물들을 나타내기 위하여 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위에 사용한다. 휘발성 성분은 기화된 휘발성 성분을 분리시킬 성분의 비점보다 더 높은 비점을 갖는 특정의 화합물 또는 화학원소일 수 있다. 본 발명은 휘발성 액체, 즉, 상온 이상의 비점을 갖는 액체의 증기 및 약 -100℃ 이상의 비점을 갖는 그러한 쉽게 응축되는 증기를 회수하는데 특히 유용하다. 용어 "기화된 휘발성 성분"은 본원에서는 기체 상태의 회수된 성분을 기술하기 위하여 사용되며, "액화된 휘발성 성분"은 액체 상태의 상기 회수된 성분을 나타내기 위하여 사용된다.
본 발명의 방법에 의해 회수될 수 있는 유기 휘발성 성분에는 알칸, 사이클로알칸, 알켄, 방향족 화합물등과 같은 탄화수소류; 할로겐화 및 설폰화된 알칸 및 방향족 화합물과 같은 치환된 알칸 및 방향족 화합물등이 있다. 본 발명은 불활성 개스-블랭킷팅된(inert gas-blanketed) 저장 또는 반응 용기로부터 방출되거나 건조 오븐중의 용매-함유 수지 피막으로부터 방출되는 용매 증기를 화수하는데 특히 유용하다.
용어 "동결가능한 가스상 불순물"은 본 발명의 방법에 의해 회수되는 휘발성 성분(들)의 빙점 이상의 빙점을 갖는 개스 상태의 성분을 기술하기 위하여 사용된다. 가장 통상적인 동결 가능한 개스상 성분은 수증기 및 이상화탄소이다. 용어 "비응축성 개스상 불순물"은 때로 본원에서는 본 발명의 방법에 의해 회수되는 휘발성 성분의 비점보다 낮은 비점을 가지며 휘발성 성분과 화학적으로 반응하는 개스상 화합물을 기술하기 위하여 사용된다. 전형적인 비응축성 개스상 불순물은 산소 및 일산화탄소이다.
본 발명 방법의 바람직한 실시태양에 사용된 장치는, 소정 사이클에서 개스 스트림내에 함유된 수분 및 다른 동결 가능한 개스상 불순물(예 : 이산화탄소)이 하나의 흡착 유니트에서 흡착되는 반면, 흡착된 동결가능한 개스상 불순물이 다른 하나의 흡착 유니트에서 탈착되도록 이상(out of phase) 작동시키는데 적합한 복수개의 온도 가변식 흡착 유니트 ; 하나 이상의 휘발성 성분 응축기 ; 및 흡착 유니트를 퍼어징시키는데 사용되는 개스를 가열하기 위한 가열 유니트를 포함한다. 본 발명의 장치는 공정 개스 혼합물(process gas mixture), 즉 용매 회수시스템내에서 처리할 개스 스트림을 흡착 유니트중의 하나를 통과시키고, 이어서 압축기(시스템에 포함되어 있는 경우)를 통과시킨 다음, 휘발성 성분 응축기를 통과시키는 방식으로 운전시키다. 이어서, 응축기로부터의 개스상 유출물의 일부 또는 모두를 열교환기에 통과시킨 다음 퍼어즈 개스로서 또다른 흡착증을 통과시키는 한편, 나머지 응축기 유출물(존재하는 경우)은 공정 개스 스트림의 공급원으로 재순환시킨다.
본 발명의 독특한 특징은 정제된 공정 개스 스트림 그 자체의 일부 또는 모두를 사용하여 시스템의 흡착 유니트로부터의 동결된 불순물을 퍼어징시킨다는 것이다. 이러한 사실은 다음과 같은 2가지 잇점을 제공해 준다 : 퍼어징용으로 외부에서 제공된 개스를 건조시키고 가열시킬 필요가 없기 때문에 총괄 운전비용이 감소된다는 점 : 및 처리할 시스템내의 바람직하지 못한 비응축성 개스상 화합물의 증가가 억제된다는 점 이러한 공정은 산소-함유 퍼어즈 개스를 개스 공급원내의 압력을 실질적으로 일정하게 유지시키는 그러한 양의 새로운 실질적으로 순수한 불활성 개스로 대체시킴으로써 달성한다.
본 발명의 또다른 특징은 휘발성 성분 응축기로 유입되는 공정 개스 스트림을 초대기압으로 압축시킬 수 있다는 것이다. 공정 개스 스트림의 압축은 공정 개스가 소정의 온도에서 기화된 휘발성 성분(들)으로 포화되거나 과포화되어 스트림내의 기화된 휘발성 성분(들)의 응축을 촉진시킨다. 개스 스트림을 연속하여 냉각시킴으로써 노점을 강하시키는 경우, 기화된 휘발성 성분이 개스 스트림으로부터 응축한다. 공정 개스 스트림의 증가된 압력으로 인하여, 더 많은 양의 기화된 휘발성 성분을 개스의 냉각시에 스트림으로부터 제거할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 시스템의 응축기내에서 기화된 휘발성 성분을 냉각시키는데 사용되는 냉매는 휘발성 성분을 응축시키는데 필요한 냉각능을 제공할 수 있는 특정의 냉매일 수 있다. 제1도에 도시된 바와 같이 저비등 액화불활성 개스를 직접 사용하거나, 또는 제2도에 도시된 바와 같이 중간 냉동 시스템을 사용하여 냉각시킬 수 있다. 액화 개스를 사용하여 직접 냉각시키는 경우, 환경적으로 혼화가능하고 경우에 따라서는 사용후에 대기중으로 방출시킬 수 있는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 불활성 극저온 액체, 예를들면 액화 질소 및 액화 아르곤이 대기중으로 방출시키거나 시스템으로부터 방류된 후 다른 목적으로 사용할 수 있기 때문에 특히 바람직하다. 질소가 특히 바람직, 그 이유는 구입이 용이하며 값이 싸기 때문이다. 액화 개스를 냉매로서 직접 사용하는 경우, 일반적으로 그것은 열교환기를 통과하는 도중에 기화된다. 일반적으로, 기화된 냉매는 아직도 매우 차가우며; 따라서, 이 냉매 스트림을 다른 냉각 용도에 사용한 다음 상기 스트림을 보충 운반 개스(make-up carrier gas)로서 처리할 개스 공급원으로 순환시키는데 바람직할 수 있거나, 또는 상기 스트림을 사용하여 시스템의 흡착 유니트를 퍼어징시킨 다음 대구기중으로 방출시킬 수 있다.
도면을 참조하면, 제1도에는 상술한 공정 개스 스트림으로부터 기화된 휘발성 성분을 회수하기 위한 시스템이 도시되어 있다. 도시된 시스템에서, 개스 공급기(2)는 본 발명의 방법으로 처리할 공정 개스 스트림을 제공한다. 개스 공급기(2)는 불활성 개스-블랭킷 개스 저장 용기, 화학 공정 유니트 또는 용매-함유 수지 피막 건조 유니트, 또는 불활성 개스 및 휘발성 개스상 성분의 혼합물을 함유하거나 또는 생성시키는 특정의 기타 유니트 또는 시스템일 수 있다.
라인(3)은 개스 공급장치(2)를 특정의 적합한 송풍장치일 수 있는 송풍기(4)의 입구와 연결시킨다. 송풍기 방출라인(5)은 다기관(manifold)(6)에 연결되고, 이 다기관(6)은 차례로 각각 유입구 라인(10A) 및 (10B)를 거쳐 흡착 유니트(12A) 및 (12B)에 연결된다. 라인(10A) 및 (10B)를 통한 흐름은 각각 밸브(8A) 및 (8B)에 의해 제어된다.
흡착 유니트(12A) 및 (12B)는 온도 가변식 흡착 유니트이며, 물 및 이산화탄소와 같은 동결가능한 성분들을 흡착하는데 사용하기에 적합한 특정 흡착제로 충진되어 있다. 전형적인 흡착제는 알루미나, 실리카겔, 제올라이트와 같은 분자체, 즉 결정성 알루미노실리케니트이다. 수분의 흡착용으로 바람직한 흡착제는 결정성 알루미노실리케이트, 알루미나 및 실리카겔이다.
가장 바람직한 흡착제는 더블유.알.그레이스 캄파니(W. R. Grace Company)에서 시판하는 Davison 3A분자체와 같은 결정성 알루미노실리케이트이다. 흡착 유니트(12A) 및 (12B)의출구 단부는 각각 흡착장치 출구 라인(14A) 및 (14B)를 경유하여 다기관(18)에 연결된다. 상기 라인(14A) 및 (14B)를 통과하는 흐름은 각각 밸브(16A) 및 (16B)에 의해 제어된다. 라인(20)은 다기관(18)을 응축기(22)의 입구 헤더(24)와 연결시켜준다.
응축기(22)는 개스와 유체 냉매사이에 열교환을 제공하는 특정 장치일 수 있다. 바람직한 응축기는 핀붙이 관(finned tube) 또는 단일 또는 다중 통로 원통 다관식 구조(shell and tube construction)를 갖는 응축기이다. 응축기(22)는 예시 목적으로 저부에 공정 개스 입구와 액화 휘발성 성분 배수 라인, 및 상부에 공정 개스 출구를 가진 수직으로 배치된 단일 통로 원통 다관식 교환기로서 예시한다. 응축기(22)는 입구 헤더(inlet header)(24) 및 출구 헤더(26)과 함께 설치한다. 관(28)은 입구 헤더(24)와 출구 헤더(26) 사이에서 유체를 연통시킨다. 응축기(22)에서 휘발성 성분 회수부까지의 액화 휘발성 성분의 배수구는 라인(30)에 의해 제공되어 있다. 응축기(22)의 셀 측면은 액화된 불활성 개스 입구 라인(32) 및 출구 라인(34) 모두와 연통되어 있다. 다른쪽 단부상에서, 밸브(35)에 의해 제어되는 라인(34)이 개스 공급기(2)와 연결된다.
응축기(2)의 출구 헤더(26)는 퍼어즈 라인(36)에 연결되며, 상기 라인을 통한 흐름은 밸브(37)에 의해 제어된다.
라인(36)은 차례로 퍼어즈 개스 히터(38)의 입구 단부에 연결된다. 퍼어즈 개스 히터(38)는 라인(36)내의 퍼어즈 개스를 흡착 유니트(12A) 및 (12B)를 효과적으로 퍼어징시키는데 필요한 온도로 가열하는데 적합한 특정의 가열 장치일 수 있다. 적합한 가열장치로는 액체 열교환기 및 간접 연소식 히터 또는 전기 히터가 포함된다.
히터(38)의 출구 단부는 라인(40)에 연결되고, 라인(40)은 퍼어즈 개스 다기관(42)에 연결된다. 다기관(42)에서 흡착장치 입구 라인(10A) 및 (10B)로의 유체 흐름은 각각 밸브(43A) 및 (43B)에 의해 제어된다. 흡착 유니트(12A) 및 (12B)의 출구 단부상에서, 흡착장치 출구라인(14A) 및 (14B)와 다기관(44) 사이의 흐름은 각각 밸브(45A) 및 (45B)에 의해 제어된다. 마지막으로, 다기관(44)은 대기 또는 다른 개스 폐기수단에 대해 개방시킬 수 있는 배출구(46)와 연통된다.
불활성 개스 출구 라인(34)도 또한 라인(47)을 통하여 밸브(37)과 퍼어즈 개스 히터(38) 사이의 퍼어즈 개스 라인(36)과 연통된다. 라인(47)은 통한 흐름은 밸브(48)에 의해 제어된다.
유사하게, 라인(36)은 라인(47)을 통한 흐름은 밸브(48)에 의해 제어된다.
유사하게, 라인(36)은 라인(49)을 경유하여 밸브(35)와 개스공급기(2) 사이의 라인(34)와 연통된다. 라인(49)을 통한 흐름은 밸브(50)에 의해 제어된다. 라인(34)은 또한 불활성 개스 보급 라인(51)을 통하여 불활성 개스의 공급원과 연결된다.
제1도의 장치에서 실행되는 바와 같은 본 발명의 공정은 흡착 유니트(12A)가 흡착 양식, 즉 흡착 유니트(12A)가 개스 공급기(2)로부터 공정 개스를 수용하고, 흡착 유니트(12B)는 재생 양식, 즉 응축기(22)의 방출 단부로부터 라인(40)을 통해 흐르는 가열된 개스에 의해 정화되는 국면에 대해 첫번째로 기술할 것이다. 공정의 본 단계도중, 밸브(8A), (16A), (35), (37), (43B) 및 (45B)는 개방하고, 다른 모든 밸브는 폐쇄한다.
라인(4)을 거쳐 개스 공급기(2)를 이탈하는 공정 개스 스트림은 송풍기(4)에 의해 시스템을 통해 전진한다. 공정 개스는 라인(5), 다가관(6), 밸브(8A) 및 라인(10A)를 통과하여 흡착 유니트(12A)로 유입된다. 흡착 유니트(12A) 및 (12B)로 유입된 공정 개스 스트림의 온도는 통상 약 2 내지 70℃, 더욱 통상적으로는 5 내지 40℃ 범위이다. 흡착 유니트(12A)내에서 수분 및 이산화탄소(존재하는 경우)가 개스 스트림으로 부터 흡착된다. 이어서, 실질적으로 건조하고 이산화탄소-제거된 공정 개스 스트림은 라인(14A)을 통하여 흡착 유니트(12A)를 이탈하고, 밸브(16A), 다기관(18) 및 라인(20)을 통하여 흐르며, 입구 헤더(24)를 거쳐 응축기(22)로 유입된다. 이어서, 개스 스트림은 관(28)을 통하여 흐르며, 입구 헤더(24)를 거쳐 응축기(22)로 유입된다. 이어서, 개스 스트림은 관(28)을 통하여 상류로 흐르는데, 여기서 개스 스트림은 충분하게 냉각되어 스트림으로부터 거의 모든 응축성 증기가 응축된다. 냉각은 응축기(22)의 셀 측면에서 질소와 같은 액화된 불활성 개스의 증발에 의해 제공된다.
액화 휘발성 성분은 응축기(22)의 저부로 하강하며, 그로부터 배수라인(30)을 통하여 제거된다. 라인(36)을 거쳐 응축기(22)를 이탈하는 개스 스트림은 이제는 건조하며 휘발성 성분이 거의 없다. 다음으로 상기 스트림 또는 그의 일부는 히터(38)를 통과하는데, 여기에서 약 90℃ 이상의 온도, 예를들면 약 90 내지 260℃, 바람직하게는 약 120 내지 190℃ 범위의 온도로 가열된다. 가열된 퍼어즈 개스 스트림은 라인(40), 밸브(43B) 및 라인(10B)을 통과하여 흡착 유니트(12B)로 유입된다.
가열된 개스 스트림이 상기 유니트(12B)를 통과함에 따라, 상기 유니트의 흡착제에 의해 먼저 흡착된 수분 및 이산화탄소가 탈착된다. 이제는 수분 및 이산화탄소가 적재된 퍼어즈 개스가 라인(14B)을 거쳐 흡착 유니트(12B)를 빠져나와 밸브(45B) 및 디가관(44)를 통해 흘러 배기 라인(46)을 통해 시스템을 이탈한다.
라인(34)을 통해 응축기(22)의 셸 측면을 이탈한 불활성 개스는 밸브(35)를 통과하여 개스 공급기(2)로 유입되며, 여기에서 상기 불활성 개스는 라인(3)을 통해 상기 유니트로부터 제거된 비응축성 개스를 부분적이거나 완전히 대체하기 위한 보충물로서 공급된다. 시스템에 부가되는 보충 개스의 양은 라인(49)을 통하여 공급장치로 재순환되는 응축성 개스의 양에 좌우된다. 몇몇 경우에는, 개스 공급기(2)내의 불활성 스트림은 또다른 공급기, 예를들면 질소 생성장치로부터의 불활성 개스로 부분적이거나 완전히 보충하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 보충 개스는 독립적인 공급기로부터 라인(51)을 통하여 제공될 수 있다.
흡착 유니트(12A) 및 (12B)을 만족하게 탈착시키는데 필요한 퍼어즈 개스의 양은 시스템의 운전도중에 변할 수 있다. 적은 양의 퍼어즈 개스가 요구되는 동안에는 밸브(50)를 개방시킴으로써 과량의 퍼어즈 개스가 라인(49)을 경유하여 개스공급기(2)로 재순환시킬 수 있다. 고수준의 퍼어즈 개스가 요구되는 동안에는, 라인(36)을 통하여 제공된 퍼어즈 개스가 흡착장치(12A) 및 (12B)를 완전히 퍼어즈시키는데 부적당할 수 있는 경우에 밸브(48)를 개방시켜 추가의 불활성 개스를 라인(47)을 통해 퍼어즈 라인(36)내로 도입시킬 수 있다.
흡착 유니트(12A)내에 흡착된 수분 및 이상화탄소의 양이 예정된 값에 도달한 경우, 흡착 유니트(12A) 및 (12B)의 역활이 반전되어 유니트(12B)가 흡착 양식으로 되고 유니트(12A)가 탈착 양식으로 된다. 이러한 위상 사이클에서, 공정 개스 스트림은 흡착 유니트(12B)를 통과하며, 퍼어즈 개스는 흡착 유니트(12A)를 통과한다. 사이클의 이러한 단계도중, 밸브(8B), (16B), (35), (37), (43A) 및 (45A)는 개방되며, 다른 모든 밸브는 폐쇄된다. 흡착 유니트(12A) 및 (12B)의 역할이 역전된다는 것을 제외하고는, 제2위상 공정의 운전상태는 제1위상 공정의 운전상태와 동일하다.
제2도는 수지 피막 건조 유니트로부터 용매 증기를 회수하는데 적합한 기화된 휘발성 성분 회수 시스템을 예시한 것이다. 본 발명 고정을 제2도의 시스템내에서 수행하는 경우, 라인(3)으로 유입되는 공정 공급개스는 제2도에 참고 번호(2A)로 지적된 용매-함유 수지 피막 건조 유니트로부터의 개스상 유출물이다. 상기 유니트(2A)와 같은 수지 피막 건조장치로부터의 개스상 유출물은 통상 탄화수소 또는 산화된 유기화합물과 같은 용매, 및 질소 또는 아르곤과 같은 환경적으로 혼화가능한 불활성 운반 개스를 함유한다. 개스 상 유출물을 제2도의 시스템에서 처리하면 유출물로부터 거의 모든 용매가 회수된다. 회수된 용매는 라인(30)을 통하여 시스템밖으로 방출된다. 용매-부재 운반 개스의 일부 또는 모두를 사용하여 흡착 유니트(12A) 및 (12B)를 퍼어징시킨 다음 배기 라인(46)을 통하여 대기로 배기시킬 수 있으며, 그 나머지는 제1도의 공정의 조작에서 기술한 바와 같이 건조 유니트(2A)로 재순환시킬 수 있다.
제2도에 도시된 시스템이 제1도의 시스템과 유사하지만, 몇가지 변수를 가지고 있다. 제2도의 시스템은 라인(20)내에 위치된 개스 압축기(60)을 포함하고 있다. 압축기(60)는 흡착 유니트(12A) 및 (12B)를 이탈하는 가스의 압력을 소정의 수준까지 증가시켜준다. 압축기(60)는 개스를 적어도 25psing 이하의 압력으로 압축시킬 수 있는 특정의 수단, 예를들면 개스 압축기 또는 고압 송풍기일 수 있다. 압축기(60)를 이탈하는 압축된 공정 개스는 입구 헤더(24)를 통하여 응축기(22)로 유입되어 제1도의 시스템의 기술에서 설명한 방식으로 나머지 시스템을 통과한다.
제2도의 시스템에 의해 제공되는 제2변형방법은 중간 냉매 순환 시스템을 사용하여 응축기(22)내에서 용매 증기를 냉각시키는 방법이다. 중간 냉매는 라인(64) 및 (66)을 통해 중간 냉매 냉각 유니트(62)와 콘덴서(22)의 셸 측면을 통하여 순환된다. 이러한 순환은(도시되지 않은) 중간 냉매 순환 펌프를 사용하여 달성한다. 중간 냉매는 라인(32)를 통하여 냉각 유니트(62)로 유입되어 라인(34)를 경유하여 상기 유니트를 이탈하는 1차 냉매에 의해 냉각 유니트(62)내에서 냉각된다.
중간 냉매는 물보다 낮은 빙점을 갖는 냉각제이다. 중간 냉매는 바람직하게는 저분자량 유기 화합물, 예를들면 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 톨루엔, 크실렌 등과 같은 탄화수소 ; 또는 알콜, 에테르등으로부터 선택된 산소-함유 유기 화합물과 같은 저비등 액체 또는 개스이다. 제2도에 예시된 본 발명 방법에 사용되는 특정 중간 냉매는 중요하지 않으며, 본 발명의 일부를 형성하는 것이 아니다. 응축기(22)를 통하여 순환하는 중간 냉매는 응축기(22)내의 휘발성 성분보다 낮은 압력에서 휘발성 성분의 비점보다 낮은 온도에서 유지시키며, 바람직하게는 응측기(22)내에서 회수된 휘발성 성분의 양이 최대가 되도록 응축기(22)내에서 휘발성 성분의 동결을 야기시키지 않을 만큼 낮은 온도에서 유지시킨다. 응축기(22)내에서의 휘발성 성분의 동결을 피하기 위해서는, 바람직하게는 중간 냉매를 휘발성 성분의 빙점보다 높은 온도에서 유지시킨다.
중간 냉매를 냉각시키는데 사용되는 1차 냉매는 냉각되거나 액화된 불활성 개스일 수 있으며, 바람직하게는 액화 질소이다. 액화 불활성 개스가 1차 냉매로서 사용될때, 그것은 냉각 유니트(62)에서 기화되고, 유니트(62)로부터 라인(34)을 통하여 개스로서 방출된다. 응축기(62)를 이탈한 불활성 개스는 제1도의 시스템에 대해 설명한 방식으로 시스템의 나머지를 통과한다.
제2도에 도시된 제3의 시스템 변형은 건조 오븐(2A)이다. 건조 오븐(2A)는 건조 챔버(52) 및 입구 및 출구 커튼(curtain)(53) 및 (54)를 포함한다. 입구 및 출구 커튼은 건조 챔버로 유입되는 공기의 양을 최소화시키기 위하여 개스차단벽(barrier)으로서 제공된다. 상기 언급된 바와 같이, 건조챔버(52) 내에서 폭발성 개스 혼합물의 생성을 억제하는 것이 중요하다. 이것은 커튼(53) 및 (54)를 사용함으로써 달성된다.
제2도의 시스템에 있어서, 중간 냉매 냉각 유니트(62)를 나오는 불활성 개스는 라인(34) 및 밸브(35)를 통과한다. 이어서, 불활성 개스는 2개의 스트림으로 분할된다. 불활성 개스 스트림의 일부는 각각 라인(68A) 및 (68B)를 거쳐 커튼 영역(53) 및 (54)로 유입된다. 이들 개스 스트림은 건조 유니트(2A) 내로 유입되는 공기의 부피를 상당히 감소시키는 경향이 있다. 라인(34)로부터의 불활성 개스 스트림의 나머지는 밸브(35)를 통해 흘러 라인(70)을 거쳐 건조 챔버(52)에서 유입된다. 이 스트림은 건조 오븐(2A)내에서 기화되는 용매를 위한 운반 개스로서 제공한다. 유니트(62)를 나오는 개스의 부피가 퍼어징용, 블랭킷팅용 및 운반 개스로서 사용된 개스의 양을 초과하는 경우, 과량 개스는 라인(72)을 통해 대기로 배출시킬 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 1차 냉매는 냉각 유니트(62)내에서 증발하는 냉각된 불활성 개스 또는 액화된 불활성 개스일 수 있다. 다른 경우, 유니트(62)를 이탈하는 불활성개스는 라인(34)을 통하여 건조 오븐(2A)으로 운반되어 블랭킷 또는 운반 개스로서 제공된다. 제1도에서 수행하는 공정에서의 경우와 같이, 액화불활성 개스를 사용하는 경우, 기화된 1차 냉매는 아직도 매우 차가우며, 이 스트림을 사용하여 공정 개스 스트림을 냉각시킨 후에 건조 유니트(2A)로 전달하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 범주내에서, 통상의 장치를 이용하여 본 발명 시스템내의 공정의 사이클 및 개스의 흐름을 감시하고 자동조절함으로써 완전히 자동화하여 효율적인 방식으로 연속적으로 시행할 수 있음을 잘 알 것이다.
휘발성 성분을 이산화탄소의 응고점 이하의 온도에서 시스템으로부터 회수하는 경우에 시스템으로부터 단지 이산화탄소만을 제거할 필요가 있음도 알 수 있을 것이다. 예를들어, 휘발성 성분이 이산화탄소의 빙점보다 높은 빙점을 가진 경우에는 시스템으로부터 이상화탄소를 제거할 필요가 없다.
본 발명의 방법은 선행 공정 이상의 여러 잇점을 제공해 준다. 예를들면, 상기 언급된 바와 같이, 응축기로부터 나온 환경적으로 허용되고 실질적으로 건조상태의 휘발성 성분-부재 개스상 유출물을 사용하여 흡착 유니트(12A) 및 (12B)를 퍼어징 시키면 외부 개스 스트림을 건조시키거나 가열할 필요성 없이 시스템을 운전시킬 수 있으므로 본 발명의 시스템을 더욱 경제적으로 운전시킬 수 있다. 두번째로는, 응축기(22)를 이탈하는 개스 스트림이 불순물로서 산소를 함유하기 때문에, 이러한 스트림을 흡착 유니트(12A) 및 (12B)용 퍼어즈 개스로서 사용하고 시스템을 이탈하는 개스를 거의 동량의 새로운 불활성 보충 개스로 대체시킴으로써 시스템내의 산소 함량의 제어가 용이하다.
본 발명의 방법을 사용하여 수분으로 포화되거나 과포화되고, 상당량의 이산화탄소 및 산소를 함유하는 휘발성 성분-포화 스트림으로부터 휘발성 성분을 쉽게 회수할 수 있다.
지금까지 본 발명을 특히 바람직한 실시태양을 참고로 기술하였지만, 이들 실시태양을 변형시킬 수 있음을 알아야 한다.
예를들면, 응축기(22)는 직렬 및/또는 병렬로 정렬된 한벌의 2개 이상의 응축기로 대체시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템은 다른 장치, 예를들면 휘발성 성분 냉동 유니트와 결합시킬 수 있다. 본 발명의 범주는 단지 첨부된 특허청수범위의 범주로만 제한된다.

Claims (11)

  1. (a) 제1개스상 성분, 상기 제1개스상 성분의 비점보다 낮은 비점을 가진 적어도 하나의 불활성 개스상 성분, 상기 제1개스상 성분의 빙점보다 높은 빙점을 가진 적어도 하나의 제1개스상 불순물 및 상기 제1개스상 성분과 화학적으로 반응할 수 있는 적어도 하나의 비응축성 개스상 불순물을 함유하는 개스 스트림을, 상기 적어도 하나의 제1개스상 불순물을 우선적으로 흡착하는 흡착제를 함유하는 제1흡착 대역을 통해 유동시킴으로써 상기 적어도 하나의 제1개스상 불순물의 개스 스트림을 제거하는 단계; (b) 상기 제1흡착 대역으로부터 배출되는 상기 제1개스상 불순물-제거된 개스 스트림을, 상기 제1개스상 성분의 비점보다 낮은 온도에서 유지된 열전달 대역을 통해 유동시킴으로써 상기 개스 스트림으로부터 제1개스상 성분을 응축시켜 상기 적어도 하나의 제1개스상 불순물 및 상기 제1개스상 성분이 거의 제거된 개스상 유출물을 생성시키는 단계; (c) 상기 개스상 유출물의 적어도 일부를 약 90℃ 이상의 온도로 가열하는 단계; (d) 상기 가열된 개스상 유출물을, 상기 적어도 하나의 제1개스상 불순물을 우선적으로 흡착하여 상기 적어도 하나의 제1개스상 불순물을 흡착질(absorbate)로서 수용하는 흡착제를 함유하고 있는 제2흡착 대역을 통해 유동시킴으로서 상기 적어도 하나의 제1개스상 불순물을 상기 제2흡착 대역으로부터 퍼어징(purging)시키는 단계; (e) 상기 제1흡착 대역내에서 상기 적어도 하나의 제1개스상 불순물의 증가가 예정된 수준에 달했을때 상기 제1 및 제2흡착 대역의 역할을 반전시킴으로써 상기 적어도 하나의 제1개스 상 불순물이 상기 제2흡착 대역에서 흡착되고 상기 제1흡착 대역에서는 탈착되도록 하는 단계; 및 (f) 상기 단계(a) 내지 (e)를 순환 반복시킴으로써 상기 개스스트림으로부터 상기 제1개스상 성분을 연속적으로 회수하는 단계를 포함하여, 상기 개스 스트림으로부터 상기 제1개스상 성분을 회수하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1개스상 불순물이 수증기, 이산화 탄소 또는 이들의 혼합물을 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1개스상 성분이 유기 화합물인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유기 화합믈이 탄화수소, 산소-치환된 탄화수소, 염소화 탄화수소 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 비응축성 개스상 불순물이 산소인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 불활성 개스상 성분이 질소, 아르곤 또는 이들의 혼합물인 방법.
  7. 제1 또는 제2항에 있어서, 상기 제1개스상 불순물-제거된 개스 스트림을 적어도 약 2psig의 압력으로 압축시킨 다음 상기 열전달 대역을 통해 유동시키는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 개스 스트림을 약 2 내지 약 25psig의 압력으로 압축시키는 방법.
  9. 제1 또는 제2항에 있어서, 상기 열전달 대역으로부터 배출되는 개스상 유출물의 일부를 상기 개스 스트림 공급기로 재순환시키는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 공급기가 불활성 개스-블랭킷(blanketed) 반응용기 또는 용매-함유 수지 피막 건조 오븐인 방법.
  11. (a) 적어도 하나의 기화된 휘발성 성분, 질소, 수증기 및 산소를 함유하는 개스 스트림을 그의 공급기로부터 공급하는 단계; (b) 상기 개스 스트림을, 수증기를 우선적으로 흡착하는 흡착제를 함유하는 제1흡착 대역을 통해 유동시킴으로써 수증기의 개스 스트림을 제거하는 단계; (c) 상기 제1흡착대역으로부터 배출되는 상기 수증기-제거된 개스 스트림을, 상기 하나 이상의 휘발성 성분의 빙점과 비점사이 범위의 온도에서 유지된 열전달 대역을 통해 유동시킴으로써 상기 개스 스트림으로부터 상기 하나 이상의 휘발성 성분을 응축시켜 수증기 및 상기 적어도 하나의 휘발성 성분이 거의 제거된 개스상 유출물을 생성시키는 단계, (d) 상기 개스상 유출물의 적어도 일부를 약 90 내지 약 260℃ 범위의 온도로 가열하는 단계; (e) 상기 가열된 개스상 유출물을, 수증기를 우선적으로 흡착하여 흡착된 수증기를 수용하는 흡착제를 함유하고 있는 제2흡착 대역을 통해 유동시킴으로써 상기 흡착된 수증기를 상기 제2흡착 대역으로부터 퍼어징시키는 단계; (f) 실질적으로 순수한 질소를 상기 공급기내에 도입시키는 단계; (g) 상기 제1흡착 대역내에서 수증기의 증가가 예정된 수준에 달했을때 상기 제1 및 제2흡착 대역의 역할을 반전시킴으로써 수증기가 상기 제2흡착 대역에서 흡착되고 상기 제1흡착 대역에서는 탈탁되도록 하는 단계; 및 (h) 상기 단계(a) 내지 (g)를 순환 반복시킴으로써 상기 개스 스트림으로부터 상기 휘발성 성분을 연속적으로 회수하는 단계를 포함하여, 상기 개스 스트림으로부터 상기 하나 이상의 기화된 휘발성 성분을 회수하는 방법.
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