KR0160783B1 - 메탄을 함유하지 않은 일산화탄소 가스의 분리방법 - Google Patents
메탄을 함유하지 않은 일산화탄소 가스의 분리방법Info
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Abstract
CO가스 회수율을 유지하면서, 실질적으로 CH4를 함유하지 않는 CO가스를 분리하는 방법을 제공함을 목적으로 하며, H2, CO, CH4, CO2및 H2O로 이루어지는 원료가스에서 4탑식 압력 스윙 흡착법에 의해서 CO가스를 분리하는 방법이고, 흡착탑에 원료가스를 공급하여 H2가스를 회수함과 동시에, CO, CH4, CO2및 H2O를 흡착시키는 흡착공정, 그 흡착공정과 동일방향으로 전기 흡착탑 내를 감압하여, H2가스를, 이어서 CO가스를 회수하고, 최후로 배출시키는 CH4가스를 함유하는 CO가스를 승압하여, 원료가스와 혼합해서 흡착탑에 공급하는 감압공정, 회수한 H2가스의 일부를 흡착공정과 역방향으로 공급해서 흡착탑에서 CO2, CH4및 CO가스를 탈착제거하는 퍼지 공정. 및 전기 회수, H2가스의 일부로 전기 흡착탑 내를 승압하는 승압공정을, 이의 순서로 상기 넷의 흡착탑에 순차로 되출이하여 행한다. CO가스 회수율의 저하를 방지하면서, CH4함유율이 20ppm 이하의 CO를 분리할 수가 있다.
Description
제1도는 본 발명의 실시예를 보이는 공정도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 원료가스 공급 파이프 라인 4 : 버퍼 탱크
4 : 컴프레서 11 : 버퍼 탱크
12 : 컴프레서
A, B, C, D : 흡착탑
본 발명은 CO(일산화탄소)가스의 분리방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 H2(수소), CO, CH4(메탄), CO2(탄산가스) 및 수분으로 이루어지는 원료가스로부터, 불순물로서의 CH4가스를 실질적으로 함유하지 않는, CO가스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
CO가스는 화학원료, 환원제, 연료로서 주목받고 있다. 그런데 종래, CO가스의 분리방법으로서는 심랭(深冷)분리법, 흡착액법, 압력스윙흡착(PSA)법 등이 실시되고 있다. 심랭법은, CO2와 수분을 미리 제거한 가스를 냉각하여, 비점차에 의해서 각각의 성분가스를 분리하는 방법이다.
그렇지만, CO 중에 혼입한 CH4를 제거하기 위해서는, 액체 프로판에 의해서 CH4를 흡수, 제거할 필요가 있어, CO의 CH4함유율을 60ppm 이하로 하기가 어려웠다.
한편, PSA법은, 미리 H2O, CO2를제거한 혼합가스에 대하여 흡착제로서 지얼라이트 따위, CO가 CH4보다도 흡착력이 강한 흡착제를 사용하여, 이의 흡착력의 차를 이용해서 CO를 회수하는 방법인데, 제품 CO 중에 함께 흡착한 미량의 CH4의 혼입을 회피하는 것이 어려웠다.
본 발명이 해결하고자 하는 문제점은, PSA법에 있어서 CO의 회수율을 종래와 같은 정도로 유지하면서, CH4함유율이 20ppm 이하의, 실질적으로 CH4가스를 함유하지 않는 CO가스를 분리하는데에 있다.
상기의 과제를 해결하는 본 발명의 CO가스 분리방법은 H2, CO, CH4, CO2및 H2O로 이루어지는 원료가스에서 4탑식 압력 스윙 흡착법에 의해 CO가스를 분리하는 방법이며, 흡착탑에 원료가스를 공급하여 하기 승압공정에 의해 공급한 H2가스를 회수함과 동시에 CO, CH4, CO2및 H2O를 흡착시키는 흡착공정, 그 흡착공정과 동일방향으로 전기 흡착탑 내를 감압하여, H2가스를, 이어서 CO가스를 회수하고, 최후에 배출시키는 CH4가스를 함유하는 CO가스를 승압하여, 원료가스와 혼합해서 흡착탑에 공급하는 감압공정, 회수한 H2가스를 흡착공정과 역방향으로 공급하여 흡착탑에서 CO2, CH4및 CO가스를 탈착제거하는 퍼지 공정, 및 전기 회수 H2가스로 전기 흡착탑 내를 승압하는 승압공정을, 이의 순서로 상기 넷의 흡착탑에 차례로 되출이하여 행함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 제1도를 토대로 하여 설명한다.
제1도는 4탑식의 PSA법을 나타내며, 본 발명에 있어서는 흡착탑 A, B, C 및 D에 있어서, 각각, 하기하는 흡착(吸着)공정 감압(減壓)공정, 퍼지 공정 및 승압(昇壓)공정을 이의 순서로, 또 각 흡착탑 간에 하기하는 것 처럼 일치하지 않게 움직여서 행한다. 또한, 탑 내에 충진되는 흡착제는 종래 PSA법에 사용되고 있는 활성탄계 흡착제가 사용된다.
흡착공정 : 파이프 라인 (1)로 흡착탑 A에 H2, CO, CH4, 및 H2O로 이루어지는 혼합가스를 공급하여, 탑 내의 흡착제에 CO, CH4, CO2및 H2O를 흡착시키고, H2를 파이프 라인 (2) 및 (3)을 거쳐 배출시켜, 버퍼 탱크 (4)에 회수한다.
감압공정 : 컴프레서 (5)를 작동하여, 흡착공정과 동일방향으로 흡착탑 내를 감압하고, 흡착탑 내의 흡착제에서 최초로 배출되는 잔존 H2를 파이프 라인 (2) 및 (6)을 거쳐 버퍼 탱크 (7)에 회수한다. 이어서 진공 펌프 (8)을 작동하여, 탈착되어 배출되는 CH4가스를 실질적으로 함유하지 않고, 소량의 H2만을 함유하는 CO가스를 파이프 라인 (9) 및 (10)을 거쳐 회수한다. 다만, 원료가스가 충분한 압을 가지고 있는 경우, 및 원료가스를 승압하여 사용하는 경우에는, 진공 펌프 (8)은 필요하지 않다. 최후에 배출되는 CO와 미량의 CH4와의 혼합가스를 파이프 라인 (9)를 거쳐 버퍼 탱크 (11)에 회수하고, 컴프레서 (12)에 의해 승압하여, 파이프 라인 (13)을 거쳐 원료가스 공급 파이프 라인 (1)에 순환해서, 원료가스와 혼합하여 재사용한다. 흡착탑 B, C 및 D의 감압공정의 조작도 상기와 같다.
퍼지 공정 : 상기 흡착공정 및 감압공정에서 회수된 H2가스의 일부를 흡착공정의 흐름과 반대방향으로 파이프 라인 (6)을 거쳐 공급하여, 흡착탑 내에 흡착돼 있는 CO2, CH4및 잔존 CO를 파이프 라인 (14), (15)를 거쳐 탈착, 제거하고, 이 CO2, CH4및 CO의 혼합가스는 연료가스로서 사용한다.
흡착탑 B, C 및 D의 탈착공정도 상기와 같다.
승압공정 : 상기 퍼지 공정 종료 후에, 소정의 밸브 조작에 의해서 흡착탑 A 내를 회수 H2가스의 일부에 의해서 승압한다. 흡착탑 B, C 및 D의 조작도 같다.
다음으로 흡착탑 A, B, C 및 D에 있어서의 흡착, 감압, 퍼지 및 승압 각 공정의 순서를 하기의 표 1에 보인다.
또한, 상기 감압공정에 있어서의 흡착탑 배출가스의 유로 절환(즉 H회수, CO회수, CO순환)에 관해서는, 원료가스 조성, 흡착압, 감압공정 최종압 등의 각 조건에 대하여 흡착탑 내 흡착상태의 시뮬레이션에 의해서, 바람직하기는 확인시험에 의해서 소정의 압력을 설정하여 둔다.
본 발명에 의하면, 흡착공정에서는 원료가스 공급단(端)부터 CO, CH, CO의 흡착대(帶)가 형성되고, 감압공정에서 압을 낮춤에 따라서 각 흡착대는 전진한다.
CO의 흡착대 전단이 출구단에 도달하기까지 H를 회수할 수가 있다. 이어서 CH의 흡착대 전단이 출구단에 도달하기까지는, CH를 일절 함유하지 않는 CO가스를 회수할 수가 있다. 다만 이 시점에서, CO 회수를 마치면 CO 회수율이 낮아져 불리하다.
따라서, 더 감압하여(소정 최종압까지) CH를 약간 함유하는 CO가스를 배출시켜, 그것을 흡착공정 원료가스에 가하여 다시 이용함으로써 회수율을 유지한다.
또한, CO흡착대에서는 CO의 흡착 이외에 약간의 CH, CO, H가, CH흡착대에서는 CH의 흡착 이외에 약간의 CO, H가, CO 흡착대에서는 CO의 흡착 이외에 약간의 H가, 함께 흡착되고 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 기술한다.
[실시예 1]
제1도에 보이는 공정에 따라서, 하기 조건에 의해 CO의 분리를 행하였다. 단, 제1도에 있어서, 버퍼 탱크(11), 컴프레서(12) 및 파이프 라인(13)이 없는(순환 없는) 장치를 이용하였다.
다만, 흡착탑은 4탑으로 흡착제는 각 탑 150L 충진돼 있다. 이하에 감압공정 압력을 가한 경우의 제품 CO가스 중의 CH4농도, CO 회수율을 보인다.
이 실시예에서는 감압공정의 CO 순환을 포함하지 않고 있으나, 상기 결과에서, 하기의 사실이 용이하게 추정된다.
즉, 감압공정에서는 5kg/cm2G → 0.3kg/cm2G에서 H2가 회수되고, 0.3kg/cm2G → 350 Torr에서 CH4가 전혀 없는 CO가 회수되고, 350 Torr → 100 Torr에서 순환 CO가스를 얻으면, 대개 CO 회수율 83%로 CH4, CO2를 실질적으로 함유하지 않는 CO가스를 얻을 수가 있다.
이상 기술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제품 CO가스 중에 CO2, CH4가 실질적으로 함유되지 않는, 즉 불순물로서는 H2만을 함유하게 되기 때문에, CO2, CH4에 의한 촉매반응에의 방해가 없고, 본 발명에 의해 분리된 가스를 사용하여 더 고농도의 CO를 얻는 경우, 사용할 수 있는 정제장치가 확대되고, 장치 부하도 작고(H2와의 분리로 좋기 때문이며, 예를 들어 막분리 등을 쓸수 있다), 순환방식에 의해 CO가스의 손실을 저감시켜, 회수율을 유지할 수가 있다.
Claims (1)
- H2, CO, CH4, CO2및 H2O로 이루어지는 원료가스에서 4탑식 압력 스윙 흡착법에 의해서 CO가스를 분리하는 방법이고, 흡착탑에 원료가스를 공급하여 H2가스를 회수함과 동시에, CO, CH4, CO2및 H2O를 흡착시키는 흡착공정, 그 흡착공정과 동일방향으로 전기 흡착탑 내를 감압하여, H2가스를, 이어서 CO가스를 회수하고, 최후로 배출시키는 CH4가스를 함유하는 CO가스를 승압하여, 원료가스와 혼합해서 흡착탑에 공급하는 감압공정, 회수한 H2가스의 일부를 흡착공정과 역방향으로 공급해서 흡착탑에서 CO2, CH4및 CO가스를 탈착제거하는 퍼지 공정, 및 전기 회수 H2가스의 일부로 흡착탑 내를 승압하는 승압공정을, 이의 순서로 넷의 흡착탑에 순차로 되풀이하여 행하는 것을 특징으로 하는, CH4를 함유하지 않는 CO가스의 분리방법.
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