KR20190054742A - Adsorber system for adsorption process and method of separating mixture gas using its adsorption process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템 및 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adsorption tower system for an adsorption process and a gas separation method using an adsorption process.
일반적으로, 흡착 분리 공정에서 제품 스트림(product gas stream)과 불순물가스 스트림(impurities gas stream)을 형성하기 위한 밸브는, 흡착탑의 최상단부 또는 최하단부에 위치하고 있다. 예를 들어, 흡착제에 대해 약흡착 성분이 제품인 경우에, 예를 들어, 거의 흡착하지 않는 수소 성분 이외의 불순물(예를 들어, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 경질 탄화수소 성분 등)을 흡착한 후 불순물을 제거함으로써, 흡착하지 않는 수소 성분을 목적 생성물로 만드는 H2-VPSA 공정에 의한 수소 정제 방법에서, 한 사이클을 구성하는 단계들 중에서 추가감압단계(countercurrent blowdown step)를 진행하기 위해서는 최하단부로 가스를 배출하여 기 흡착된 성분들을 제거하거나 탈착을 유도하고 있다. 이때, 흡착탑에서의 압력강하(pressure drop)는 최대 탑 전체 길이에 의해 영향을 받게되므로, 흡착탑 상부에서는 기 흡착된 불순물이 충분히 탈착되지 않기 때문에 수소 제품의 순도, 회수율 그리고 생산성 등과 같은 공정성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다.Generally, a valve for forming a product gas stream and an impurities gas stream in the adsorption separation process is located at the uppermost or lowermost end of the adsorption column. For example, in the case where the adsorbent is a weakly adsorbed component for the adsorbent, for example, impurities (for example, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, light hydrocarbon component, etc.) other than the hydrogen component In the hydrogen purification process by the H 2 -VPSA process, which makes the non-adsorbed hydrogen component into the desired product, in order to proceed the countercurrent blowdown step among the steps constituting one cycle, the gas is discharged to the lowermost end To remove the adsorbed components or to induce desorption. Since the pressure drop at the adsorption tower is influenced by the maximum length of the top tower, the adsorbed impurities are not sufficiently desorbed at the top of the adsorption tower, and therefore the process performance such as purity, recovery rate, It can be a factor to make.
다른 예로, 흡착제에 대한 강흡착 성분이 제품인 경우에, 예를 들어, 강흡착 성분인 일산화탄소를 흡착한 후 목적 생성물로 만드는 CO-VPSA 공정에서, 한 사이클을 구성하는 단계들 중에서 제품탈착단계(product desorption/acquisition step, exhaust step)를 수행할 때, 흡착탑에서의 압력강하는 최대 탑 전체 길이에 영향을 받으므로, 흡착탑 상부에서는 기 흡착된 목적생성물이 충분히 탈착되지 않아서 단위 흡착제 중량당 일산화탄소의 회수율 및 생산성 등과 같은 공정성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다. In another example, in a CO-VPSA process in which a strong adsorption component for an adsorbent is a product, for example, a CO-VPSA process in which CO is adsorbed as a strong adsorption component and then the product is adsorbed, product desorption the desorption / acquisition step and the exhaust step are performed, the pressure drop at the adsorption tower is influenced by the total length of the maximum tower, so that the adsorbed target product is not sufficiently desorbed at the top of the adsorption tower, It may be a factor that deteriorates process performance such as productivity.
본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡착탑의 공정 성능을 개선시키고, 흡착제의 재생효율을 향상시킬 수 있는, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an adsorption tower system for an adsorption process, which can improve the process performance of the adsorption tower and improve the regeneration efficiency of the adsorbent, in order to solve the above problems.
본 발명은, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템에 의한 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a mixed gas separation method using an adsorption process by an adsorption tower system according to the present invention.
본 발명의 하나의 양상은, According to one aspect of the present invention,
특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진되고, 공급관으로 연결된 복수 개의 흡착탑; 을 포함하고, 상기 복수 개의 흡착탑의 양단에 형성된 원료(feed), 세정가스(purge gas) 및 린스가스(rinse gas) 공급부; 및 목적생성물, 세정가스 및 린스가스 배출부; 및 상기 복수 개의 흡착탑의 중간부에 형성된 탈착촉진부; 를 포함하고, 상기 린스가스(rinse gas) 공급부 및 상기 세정가스 및 린스가스 배출부는, 선택적으로 린스 가스 및 세정 가스 중 적어도 하나 이상을 공급 및 배출하는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템에 관한 것이다. A plurality of adsorption columns filled with an adsorbent having a property of selectively adsorbing a specific component and connected to a supply pipe; A purge gas and a rinse gas supply unit formed at both ends of the plurality of adsorption towers ; And a target product, a cleaning gas and a rinse gas discharge unit; And a desorption promoter formed at a middle portion of the plurality of adsorption towers; Wherein the rinse gas supply part and the rinse gas discharge part selectively supply and discharge at least one of a rinsing gas and a rinsing gas to an adsorption tower system for an adsorption process .
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탈착촉진부는, 추가감압단계 시 밸브를 개방할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the desorption promoting unit may open the valve during the further decompression step.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탈착촉진부는, 목적 생성물의 탈착 공정 시 밸브를 개방하여 목적 생성물 스트림을 배출하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the desorption promoting unit may be a valve for opening a desired product stream during a desorption process of a target product.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착탑의 높이는, 50 cm 내지 150 m 일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the height of the adsorption tower may be 50 cm to 150 m.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탈착촉진부는, 상기 흡착탑의 높이의 40 % 내지 60 % 영역에 위치될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the desorption promoting unit may be located in an area of 40% to 60% of the height of the adsorption column.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탈착촉진부는, 흡착탑 내에 형성되는 압력강하를 낮춤으로써 유체흐름저항을 줄일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the desorption promoting section can reduce the fluid flow resistance by lowering the pressure drop formed in the adsorption tower.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착탑 시스템은, PSA(pressure swing adsorption), VPSA(vacuum pressure swing adsorption) 또는 VSA(vacuum swing adsorption) 공정을 위한 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the adsorption tower system may be for PSA (pressure swing adsorption), VPSA (vacuum pressure swing adsorption) or VSA (vacuum swing adsorption) processes.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착탑 시스템은, 수소분리정제용 VPSA (H2-VPSA), 질소분리용 VPSA (N2-VPSA), 산소분리용 VPSA (O2-VPSA) 또는 일산화탄소 분리용 VPSA (CO-VPSA) 공정을 위한 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the adsorption tower system is provided with a VPSA (H 2 -VPSA) for hydrogen separation purification, VPSA (N 2 -VPSA) for nitrogen separation, VPSA (O 2 -VPSA) VPSA (CO-VPSA) process.
본 발명의 다른 양상은, According to another aspect of the present invention,
특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 배출하고, 목적 생성물 외의 물질 중 적어도 일부분은 상기 흡착제에 의해 흡착되는 흡착단계; 상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑의 내부를 병류방향으로 대기압 이상의 일정 압력까지 낮추는 병류감압단계; 및 상기 병류감압단계가 종료된 흡착탑 내부의 압력을 병류감압단계의 압력보다 더 낮추어 흡착된 성분을 탈착 및 제거하는 추가감압단계; 를 포함하고, 상기 추가감압단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 추가감압밸브를 개방하여 압력을 낮추는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것이다.An adsorption step of introducing a raw material into an adsorption tower filled with an adsorbent having a property of selectively adsorbing a specific component to discharge a desired product and adsorbing at least a part of the substances other than the desired product by the adsorbent; A cocurrent depressurization step of lowering the interior of the adsorption column in which the adsorption step is completed to a constant pressure of at least an atmospheric pressure in a cocurrent direction; And an additional depressurization step of desorbing and removing the adsorbed component by lowering the pressure inside the adsorption tower in which the cocurrent depressurization step is completed to a pressure lower than the pressure in the cocurrent depressurization step; Wherein the additional depressurization step is to open the additional depressurization valve located in the middle of the adsorption column to lower the pressure.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 목적 생성물은, 수소 또는 산소 가스이고, 상기 흡착제는, 수소 또는 산소 가스에 대한 낮은 흡착성을 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the target product is hydrogen or oxygen gas, and the adsorbent may be one having low adsorptivity to hydrogen or oxygen gas.
본 발명의 다른 양상은, According to another aspect of the present invention,
특정 성분을 선택적으로 흡착하는 특성을 가지는 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 상기 흡착제에 흡착시키는 흡착단계; 상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑으로 린스가스를 도입하여 흡착탑 내부에서 목적생성물의 순도를 높이는 린스단계; 및 상기 린스단계가 종료된 흡착탑의 압력을 낮추어 목적 생성물을 배출하는 제품생산단계;를 포함하고, 상기 제품생산단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 감압밸브를 개방하여 압력을 낮추는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것이다. An adsorption step of adsorbing a desired product on the adsorbent by introducing a raw material into an adsorption tower filled with an adsorbent having a property of selectively adsorbing a specific component; A rinsing step of introducing a rinsing gas into the adsorption tower in which the adsorption step is completed to increase the purity of the desired product in the adsorption tower; And a product producing step of lowering the pressure of the adsorption tower in which the rinsing step has been completed to discharge the desired product, wherein the product producing step comprises: opening the pressure reducing valve located in the middle of the adsorption tower to lower the pressure, To a mixed gas separation method using the same.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 목적 생성물은, 일산화탄소 또는 질소 가스이고, 상기 흡착제는, 일산화탄소 또는 질소 가스에 대한 높은 흡착성을 갖는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the target product is carbon monoxide or nitrogen gas, and the adsorbent may be one having high adsorptivity to carbon monoxide or nitrogen gas.
본 발명은, 흡착탑의 중간부에 가스 배출을 위한 배관 및 밸브를 위치시켜 흡착탑 내부의 가스를 배출하고, 탑 상부에 흡착된 성분의 탈착량을 증가시키면 물질전달대(MTZ, mass transfer zone)의 개선을 유도할 수 있고, 그 결과로 인하여 흡착제의 운전용량(working capacity)을 높임으로써 공정성능(제품의 회수율, 순도, 그리고 생산성)을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a method for removing a gas in an adsorption column by placing a pipe and a valve for discharging gas in an intermediate portion of the adsorption column and increasing the amount of adsorbed components on the top of the column, (Recovery, purity, and productivity) of the adsorbent can be improved by increasing the working capacity of the adsorbent.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 흡착탑 시스템의 흡착탑의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템의 탈착촉진부의 적용 단계를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템의 탈착촉진부의 적용에 따른 물질전달대 개형의 변화를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탈착촉진부의 위치에 따른 흡착탑 내에서의 압력강하(pressure drop)를 예시적으로 나타낸 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exemplary illustration of the structure of an adsorption tower of an adsorption tower system, according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates an application step of a desorption promoting unit of an adsorption tower system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view illustrating a change in mass transfer mode of the adsorption tower according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates an exemplary pressure drop in an adsorption column according to an embodiment of the present invention, depending on the position of the desorption promotion section according to the present invention.
이하 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, terms used in this specification are terms used to appropriately express the preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, the intention of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.
본 발명은, 흡착 공정을 위한 흡착 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착 시스템은, 특정 성분을 분리하기 위하여 흡착과 탈착 과정을 반복하는 흡착분리공정 시스템에서 흡착 공정을 위한 것으로, 흡착탑 내에서 목적 생성물의 스트림 및/또는 불순물가스 스트림의 흐름 저항을 감소시키고, 물질전달대를 개선함으로써 회수율과 생산성 등과 같은 공정성능을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to an adsorption system for an adsorption process, wherein the adsorption system is adapted for adsorption processes in an adsorption separation process system that repeats the adsorption and desorption processes to separate the specific components , It is possible to improve the process performance such as the recovery rate and the productivity by reducing the flow resistance of the stream of the objective product and / or the impurity gas stream in the adsorption column and improving the mass transfer zone.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 흡착탑 시스템은, 흡착제가 충진되고, 예를 들어, 특정 성분(들)에 대하여 선택적으로 흡착하는 선택성 흡착제가 충진되고, 공급관으로 연결된 복수 개의 흡착탑; 을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the adsorption tower system comprises a plurality of adsorption towers filled with adsorbent, for example, a selective adsorbent adsorbing selectively to a specific component (s), and connected to a supply line; . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 복수 개의 흡착탑은, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 흡착탑 시스템 중 적어도 하나 이상의 흡착탑의 구성을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1의 (a) 및 (b)에서 상기 흡착탑은, 양단에 형성된 단일 또는 복수개의 공급부 및 배출부; 및 탈착촉진부; 를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the plurality of adsorption towers will be described with reference to Fig. 1 (a) and 1 (b) illustrate the structure of at least one adsorption column in an adsorption tower system according to an embodiment of the present invention. A supply portion and a discharge portion; And a desorption promoter; . ≪ / RTI >
본 발명의 일 예로, 상기 흡착제는, 목적 생성물 및 목적 생성물의 분리 공정에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 흡착제는, 목적 생성물을 선택적으로 분리하기 위해 목적 생성물에 대해 강한 흡착성을 갖거나 또는 목성 생성물에 대해 흡착성이 없거나 또는 매우 약한 흡착성을 갖는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the adsorbent can be appropriately selected depending on the separation process of the desired product and the desired product. For example, the adsorbent may have a strong adsorptivity to the desired product to selectively isolate the desired product, or a poor adsorptive property to the mucoid product or a very weak adsorptivity.
본 발명의 일 예로, 상기 공급부는, 원료(feed), 세정가스(purge gas) 및/또는 린스가스(rinse gas)를 공급하며, 배관 및 밸브로 구성되고, 상기 흡착탑의 하단부 및/또는 상단부에 단일 또는 복수 개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 (a) 및 (b)에서 상기 공급부는, 하단부에 원료 공급부 및 상단부에 세정가스 공급부를 포함하고, 하단부에 린스가스 공급부를 포함할 수 있다. 상기 공급부는, 상기 복수 개의 흡착탑과 연결되어 각 흡착탑에서 진행되는 공정에 따라 원료, 세정가스 및/또는 린스가스를 공급할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the supply unit supplies a feed gas, a purge gas, and / or a rinse gas, and is composed of a pipe and a valve, and the lower end and / They may be formed singly or plurally. For example, in (a) and (b) of FIG. 1, the supply unit may include a raw material supply unit at a lower end and a rinse gas supply unit at an upper end, and a rinse gas supply unit at a lower end. The supply unit may supply the raw material, the cleaning gas, and / or the rinse gas according to a process that is connected to the plurality of adsorption towers and proceeds from the adsorption towers.
본 발명의 일 예로, 상기 배출부는, 상기 복수 개의 흡착탑과 연결되어 각 흡착탑에서 진행되는 공정에 따라 배출된 스트림, 예를 들어, 목적 생성물 스트림 및/또는 불순물가스 스트림을 배출하는 것으로, 각 공정에 따라 목적 생성물, 세정가스 및/또는 린스가스를 배출할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the discharging portion discharges a discharged stream, for example, a desired product stream and / or an impurity gas stream, connected to the plurality of adsorption towers according to a process performed in each adsorption tower, The target product, the cleaning gas and / or the rinse gas can be discharged.
예를 들어, 상기 배출부는, 배관 및 밸브로 구성되고, 상기 흡착탑의 하단부 및/또는 상단부에 단일 또는 복수 개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 (a) 및 (b)에서 상기 배출부는, 하단부에 세정가스 배출부 및 상단부에 목적 생성물 배출부 및 린스가스 배출부를 포함할 수 있다. For example, the discharging unit may include a pipe and a valve, and may be formed at the lower end and / or the upper end of the adsorption tower. For example, in (a) and (b) of FIG. 1, the discharge portion may include a cleaning gas discharge portion at a lower end portion and a desired product discharge portion and a rinse gas discharge portion at an upper end portion.
예를 들어, 목적 생성물이 충진된 흡착제에 대해 흡착하지 않거나 또는 약하게 흡착하는 특성을 지니고 있다면, 흡착탑 내에서 불순물 등이 흡착되고, 목적 생성물의 스트림은 상기 목적 생성물 배출부로 통해 배출될 수 있다. 또한, 목적 생성물이 충진된 흡착제에 대해 강하게 흡착하는 특성을 지니고 있다면, 흡착탑 내에서 목적 생성물이 흡착되고 불순물 등을 포함하는 불순물가스 스트림은 상기 불순물가스 배출부로 배출되고, 목적 생성물은 린스가스가 공급되는 흡착탑의 최하부의 린스가스 공급부로 배출될 수 있다.For example, if the desired product has no adsorption or weak adsorption properties on the packed adsorbent, impurities or the like may be adsorbed in the adsorption tower and a stream of the desired product may be discharged through the desired product discharge. In addition, if the target product has a strong adsorption property to the adsorbent filled with the target product, the target product is adsorbed in the adsorption tower, and the impurity gas stream containing impurities or the like is discharged to the impurity gas discharge portion, To the rinse gas supply unit at the lowermost part of the adsorption tower.
본 발명의 일 예로, 상기 린스가스(rinse gas) 공급부 및 상기 세정가스 및 린스가스 배출부는, 선택적으로 린스 가스 및 세정 가스 중 적어도 하나 이상을 공급 및 배출할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the rinse gas supply unit and the rinse gas discharge unit may selectively supply and discharge at least one of rinsing gas and cleaning gas.
본 발명의 일 예로, 상기 탈착촉진부는, 상기 흡착탑의 중간부에 형성되고, 배관 및 밸브로 구성되고, 단일 또는 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 탈착촉진부는, 흡착탑의 중간부에 형성되어 압력강하(pressure drop, ΔP)를 줄임으로써, 흡착탑의 길이에 따른 영향이 적고, 흡착탑 전체에 걸쳐 균일한 압력강하를 제공하고, 압력강하를 줄임으로써 유체의 흐름저항을 감소시켜 제품의 생산성을 개선시킬 수 있다. 또한, 흡착탑의 상부의 탈착량을 향상시켜 물질 전달대(MTZ, mass transfer zone)의 형태 변화에 의한 개선을 유도하여 결과적으로 목적 생성물의 회수율과 순도를 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the desorption promoting unit is formed in the middle part of the adsorption column, and is composed of a pipe and a valve, and may be formed as a single unit or a plurality of units. The desorption promoter is formed at the middle portion of the adsorption tower to reduce the pressure drop (? P), thereby reducing the influence of the length of the adsorption tower, providing a uniform pressure drop across the adsorption tower, and reducing the pressure drop The flow resistance of the fluid can be reduced and the productivity of the product can be improved. Further, the desorption amount of the upper part of the adsorption column is improved, and improvement by the morphological change of the mass transfer zone (MTZ) is induced, thereby improving the recovery and purity of the desired product.
본 발명의 일 예로, 상기 탈착촉진부는, 추가감압단계 시 밸브를 개방하여 압력을 낮춤으로써 흡착탑 내의 공극(voidage)에 존재하는 불순물가스와 흡착제에서 탈착되는 불순물가스를 배출하거나 또는 목적 생성물의 탈착단계 시 밸브를 개방하여 목적 생성물을 배출할 수 있다.In the present invention, the desorption promoting unit may be configured to discharge the impurity gas existing in the voidage in the adsorption tower and the impurity gas desorbed from the adsorbent by opening the valve to lower the pressure during the further depressurization step, The desired product can be discharged by opening the valve.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템의 탈착촉진부의 적용 단계를 예시적으로 나타낸 것으로, 목적 생성물이 흡착제에 대해 약흡착성을 갖는 것이라면, 추가감압단계(additional depressurization step)에서 상기 탈착촉진부의 밸브를 개방하여 압력을 낮춤으로써, 흡착탑의 전체, 예를 들어, 흡착탑의 상부 영역에서 흡착된 성분의 제거 및/또는 탈착 효율을 높여 흡착제의 재생 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 목적 생성물이 흡착제에 대해 강한 흡착성을 갖는 것이라면, 제품생산단계(countercurrent product acquisition 또는 exhaust step)에서 상기 탈착촉진부의 밸브를 개방하여 압력강하를 유도하여, 흡착탑의 전체, 예를 들어, 흡착탑의 상부 영역에서 흡착된 목적 생성물의 탈착 및 배출 공정을 개선시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.For example, referring to FIG. 2, FIG. 2 illustrates an application step of a desorption promoting unit of an adsorption tower system according to an embodiment of the present invention, The removal and / or desorption efficiency of the adsorbed component in the entire region of the adsorption column, for example, the upper region of the adsorption column, can be improved by lowering the pressure by opening the valve of the desorption promoting section in the additional depressurization step It is possible to improve the regeneration efficiency of the adsorbent. Also, if the desired product has a strong adsorptivity with respect to the adsorbent, the valve of the desorption promoter may be opened in a countercurrent product acquisition or exhaust step to induce a pressure drop so that the entire adsorption tower, for example, The desorption and discharge process of the adsorbed target product in the upper region can be improved and the productivity can be improved.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템의 탈착촉진부의 적용에 따른 물질전달대의 변화에 의한 개선을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 3의 (a)에서 목적 생성물이 흡착제에 대해 약흡착성을 갖는 것이라면, 병류감압단계 이후 추가감압단계에서 탈착촉진부의 밸브의 개방 시 흡착된 성분의 탈착에 유리하도록 물질전달대의 개형 변화가 유도되고, 목적 생성물이 흡착제에 대한 강한 흡착성을 갖는 것이라면, 린스단계 이후 제품생산단계에서 물질전달대의 개선이 유도될 수 있다. 이는, 압력강하를 위해 흡착탑의 하단부에 밸브가 형성된 기존의 흡착탑(도 3의 (b))에 비하여 물질전달대를 개선시킬 수 있다. For example, referring to FIG. 3, FIG. 3 illustrates an exemplary improvement of a mass transfer zone according to an embodiment of the present invention by applying a desorption promoting unit of an adsorption tower system according to an embodiment of the present invention, 3 (a), if the target product has a weak adsorptive property with respect to the adsorbent, an open-type change of the mass transfer zone is induced so as to facilitate desorption of adsorbed components when the valve of the desorption promoting unit is opened in the additional depressurization step after the cocurrent depressurization step , If the desired product has strong adsorption to the adsorbent, improvement of the mass transfer zone may be induced in the product production stage after the rinsing step. This can improve the mass transfer zone as compared to the conventional adsorption column (Fig. 3 (b)) where the valve is formed at the lower end of the adsorption column for pressure drop.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착탑의 높이는, 50 cm 내지 150 m 일 수 있고, 본 발명은, 흡착탑의 중간 영역에 탈착촉진부를 형성하므로, 상단 및 하단 간의 압력 강하의 차이를 줄임으로써, 결과적으로 공정성능을 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the height of the adsorption tower may be 50 cm to 150 m, and since the desorption promoting section is formed in the middle region of the adsorption tower, the difference in pressure drop between the upper and lower ends is reduced, Performance can be improved.
본 발명의 일 예로, 상기 탈착촉진부는, 상기 흡착탑의 높이의 40 % 내지 60 % 영역에 위치될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the desorption promoting unit may be located in an area of 40% to 60% of the height of the adsorption column.
본 발명의 일 예로, 상기 탈착촉진부는, 탈착촉진부와 상단 및 탈착촉진부와 하단 간에 동일한 압력강하를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 설명하면, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 탈착촉진부의 위치에 따른 압력강하를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 4의 (a)는, 하기의 식 1과 같이 흡착탑의 상단(PH,1)과 탈착촉진부(PM,1) 사이의 압력 강하 (PH,1 - PM,1) 및 하단(PL,1)과 탈착촉진부(PM,1) 사이의 압력 강하 (PL,1 - PM,1)를 생성하고, 이러한 압력 강하가 동일한 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the desorption promoting unit may provide the same pressure drop between the desorption promoting unit, the upper end, the desorption promoting unit, and the lower end. For example, referring to FIG. 4, FIG. 4 illustrates a pressure drop according to a position of a desorption promoting unit according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4 (a) (P H, 1 - P M, 1 ) and the lower end (P L, 1 ) between the upper end (P H, 1 ) of the adsorption tower and the desorption promoting section (P M , 1 ) and promote desorption unit (P M, 1) the pressure drop between - generate (P L, P 1 M, 1), and it is this pressure drop be the same.
[식 1][Formula 1]
ΔP1 = PH,1 - PM,1 = PL,1 - PM,1 P 1 = P H, 1 - P M, 1 = P L, 1 - P M, 1
(PH,1 = PL,1 또는 PH,1 ≠ PL,1)(P H, 1 = P L, 1 or P H, 1 ≠ P L, 1 )
반면에, 도 4의 (b)와 같이 압력강하를 위한 밸브가 하단에 형성된 경우에, 하기의 식 2와 같은 압력강하가 발생하므로, 흡착탑의 높이에 영향을 받고, 본 발명에 의한 압력강하(ΔP1)는, 기존의 흡착탑의 압력강하(ΔP2)에 비하여 상대적으로 낮은 값을 가질 수 있다. On the other hand, when the valve for the pressure drop is formed at the lower end as shown in FIG. 4 (b), the pressure drop as shown in the following
[식 2][Formula 2]
ΔP2 = PH,2 - PL,2 P 2 = P H, 2 - P L, 2
본 발명의 일 예로, 상기 흡착탑 시스템은, PSA(pressure swing adsorption), VPSA(vacuum pressure swing adsorption) 또는 VSA(vacuum swing adsorption) 공정을 위한 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the adsorption tower system may be for PSA (pressure swing adsorption), VPSA (vacuum pressure swing adsorption) or VSA (vacuum swing adsorption) processes.
예를 들어, 상기 흡착탑 시스템은, 수소분리정제용 VPSA (H2-VPSA), 질소분리용 VPSA (N2-VPSA), 산소분리용 VPSA (O2-VPSA) 또는 일산화탄소 분리용 VPSA (CO-VPSA) 공정을 위한 것일 수 있다. For example, the adsorption tower system includes a VPSA (H 2 -VPSA) for hydrogen separation and purification, a VPSA (N 2 -VPSA) for nitrogen separation, a VPSA (O 2 -VPSA) for oxygen separation or a VPSA ) Process.
본 발명의 일 예로, 상기 복수 개의 흡착탑 시스템은, 각각, 동일하거나 또는 상이한 공정을 반복적으로 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plurality of adsorption tower systems may be repeatedly performed in the same or different processes, respectively.
본 발명은, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템을 포함하는 가스 분리 장치에 관한 것이다. 상기 분리 장치는, 목적 생성물이 약 흡착 성분인 경우와 강 흡착 성분인 경우에 따라 분리공정을 적절하게 구성할 수 있다.The present invention relates to a gas separation apparatus including an adsorption tower system according to the present invention. The separation apparatus can appropriately constitute the separation process depending on whether the target product is a weakly adsorbed component or a strong adsorbed component.
본 발명은, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 혼합 가스 분리 방법은, 압력강하를 낮추어 생산성을 향상시키고, 흡착제의 재생 효율 및 흡착공정의 성능을 개선시킬 수 있다. The present invention relates to a method for separating a mixed gas using an adsorption process. According to an embodiment of the present invention, the method for separating a mixed gas can reduce a pressure drop to improve a productivity and improve a regeneration efficiency of the adsorbent, Can be improved.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 혼합 가스 분리 방법은, 흡착단계; 병류감압단계; 및 추가감압단계;를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the mixed gas separation method includes: an adsorption step; Cocurrent depressurization step; And an additional depressurization step.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착단계는, 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 배출하고, 목적 생성물 외의 물질 중 적어도 일부분은 상기 흡착제에 의해 흡착되는 단계일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the adsorption step may include a step of introducing a raw material into an adsorption tower filled with an adsorbent to discharge a desired product, and adsorbing at least a portion of the substances other than the desired product by the adsorbent.
예를 들어, 상기 목적 생성물은, 수소 또는 산소 가스이고, 상기 흡착제는, 수소 또는 산소 가스에 대한 낮은 흡착성을 갖는 것일 수 있다.For example, the desired product may be hydrogen or oxygen gas, and the adsorbent may be one having low adsorptivity to hydrogen or oxygen gas.
예를 들어, 상기 흡착단계는, 1 atm 내지 50 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. For example, the adsorption step may be performed at a pressure of 1 atm to 50 atm and a temperature condition of -20 < 0 > C to 150 < 0 > C.
본 발명의 일 예로, 상기 병류감압단계는, 상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑의 내부를 병류방향으로 대기압 이상의 일정 압력까지 낮추는 단계일 수 있다. 상기 병류갑압단계는, 흡착단계의 압력이 대기압보다 높을 때에 추가감압단계 이전에 흡착탑 내에 잔존하는 목적 생성물을 배출하고, 기 흡착된 불순물 가스의 일부가 탈착되도록 하는 단계이다. In one embodiment of the present invention, the cocurrent depressurization step may be a step of lowering the interior of the adsorption column where the adsorption step is completed to a predetermined pressure of atmospheric pressure or more in the cocurrent direction. The cocurrent depressurization step is a step of discharging the target product remaining in the adsorption tower before the further depressurization step when the pressure of the adsorption step is higher than the atmospheric pressure, and allowing a part of the adsorbed impurity gas to be desorbed.
본 발명의 일 예로, 상기 추가감압단계는, 상기 병류감압단계가 종료된 흡착탑 내부의 압력을 낮춤으로써 흡착된 성분을 탈착 및 제거하는 단계이다. 상기 진공펌프에 연결되어 최종 압력이 진공 상태가 될 수도 있는 추가감압단계는 는, 본 발명에 의한 흡착탑 시스템을 적용하여, 흡착탑의 중간부에 위치한 감압밸브를 개방하여 압력을 낮춤으로써 흡착된 성분의 탈착 및 제거 효율을 향상시키고, 흡착제의 재생 효율을 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the additional depressurization step is a step of desorbing and removing the adsorbed component by lowering the pressure inside the adsorption column in which the cocurrent depressurization step is completed. The additional depressurization step, which may be connected to the vacuum pump to bring the final pressure to a vacuum state, may be performed by applying the adsorption tower system according to the present invention, by opening the pressure reducing valve located in the middle of the adsorption column to lower the pressure, The desorption and removal efficiency can be improved and the regeneration efficiency of the adsorbent can be improved.
예를 들어, 상기 추가감압단계는, 0.01 atm 내지 30 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. For example, the further depressurization step may be carried out at a pressure of 0.01 atm to 30 atm and a temperature condition of -20 < 0 > C to 150 < 0 > C.
본 발명의 일 예로, 세정단계(purge step)를 더 포함할 수 있으며, 상기 세정단계(purge step)는, 흡착제 재생하기 위해 세정가스(purge gas)를 도입하는 단계이다. 예를 들어, 세정가스는, 공정에 따라 적절하게 선택할 수 있고, H2-VPSA인 경우에 H2 가스 등을 적용할 수 있다.One example of the present invention may include a purge step, wherein the purge step is a step of introducing a purge gas to regenerate the adsorbent. For example, a cleaning gas, can be appropriately selected depending on the process, etc. can be used H 2 gas in the case of H 2 -VPSA.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 혼합 가스 분리 방법은, 흡착단계; 린스단계; 및 제품생산단계; 를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the mixed gas separation method includes: an adsorption step; Rinse step; And product production phase; . ≪ / RTI >
본 발명의 일 예로, 상기 흡착단계는, 흡착제가 충진된 흡착탑으로 원료를 도입하여 목적 생성물을 상기 흡착제에 흡착시키는 단계이다. According to an embodiment of the present invention, the adsorption step is a step of adsorbing a target product on the adsorbent by introducing a raw material into an adsorption tower filled with the adsorbent.
예를 들어, 상기 목적 생성물은, 일산화탄소 또는 질소 가스이고, 상기 흡착제는, 일산화탄소 또는 질소 가스에 대한 높은 흡착성을 갖는 것일 수 있다.For example, the target product may be carbon monoxide or nitrogen gas, and the adsorbent may have a high adsorptivity to carbon monoxide or nitrogen gas.
예를 들어, 상기 흡착단계는, 1 atm 내지 50 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. For example, the adsorption step may be performed at a pressure of 1 atm to 50 atm and a temperature condition of -20 < 0 > C to 150 < 0 > C.
예를 들어, 상기 린스단계는, 1 atm 내지 50 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 린스단계는, 공정에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 예를 들어, CO-VPSA인 경우에, CO 가스 등과 같은 린스가스를 도입할 수 있다. For example, the rinsing step may be performed at a pressure of 1 atm to 50 atm and a temperature condition of -20 < 0 > C to 150 < 0 > C. For example, the rinsing step can be appropriately selected according to the process. For example, in the case of CO-VPSA, rinsing gas such as CO gas can be introduced.
본 발명의 일 예로, 제품생산단계는, 상기 린스단계가 종료된 흡착탑의 압력을 대기압까지 낮추거나 또는 진공펌프에 연결하여 대기압 이하로 낮추어 목적 생성물을 탈착 및 배출하는 단계이다.In an embodiment of the present invention, the product production step is a step of lowering the pressure of the adsorption tower in which the rinsing step has been completed to atmospheric pressure or lowering the pressure of the adsorption tower to atmospheric pressure or less by connecting it to a vacuum pump, thereby desorbing and discharging the desired product.
예를 들어, 상기 제품생산단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 감압밸브를 개방하여 실시될 수 있다. 즉, 흡착탑 내의 압력을 낮춤으로써 목적 생성물(제품)을 배출시킬 수 있다. 유체의 흐름저항을 감소시켜, 결과적으로 흡착분리공정의 성능(회수율, 순도, 생산성)을 향상시킬 수 있다For example, the product production step may be performed by opening a pressure reducing valve located in the middle of the adsorption column. That is, the desired product (product) can be discharged by lowering the pressure in the adsorption tower. Thereby reducing the flow resistance of the fluid and consequently improving the performance (recovery, purity, productivity) of the adsorption separation process
예를 들어, 상기 제품생산단계는, 0.01 atm 내지 50 atm의 압력 및 -20 ℃ 내지 150 ℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다.For example, the product production step may be performed at a pressure of 0.01 atm to 50 atm and a temperature condition of -20 < 0 > C to 150 < 0 > C.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
Claims (11)
을 포함하고,
상기 복수 개의 흡착탑의 양단에 형성된 원료(feed), 세정가스(purge gas) 및 린스가스(rinse gas) 공급부; 및 목적생성물, 세정가스 및 린스가스 배출부; 및 상기 복수 개의 흡착탑의 중간부에 형성된 탈착촉진부; 를 포함하고,
상기 린스가스(rinse gas) 공급부 및 상기 세정가스 및 린스가스 배출부는,
선택적으로 린스 가스 및 세정 가스 중 적어도 하나 이상을 공급 및 배출하는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
A plurality of adsorption columns filled with an adsorbent having a property of selectively adsorbing a specific component and connected to a supply pipe;
/ RTI >
A feed purge gas and a rinse gas supply unit formed at both ends of the plurality of adsorption towers ; And a target product, a cleaning gas and a rinse gas discharge unit; And a desorption promoter formed at a middle portion of the plurality of adsorption towers; Lt; / RTI >
The rinse gas supply unit and the rinse gas discharge unit may include a rinse gas supply unit,
Wherein at least one of the rinse gas and the cleaning gas is selectively supplied and discharged.
상기 탈착촉진부는, 추가감압단계 시 밸브를 개방하는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the desorption promoter opens the valve during an additional depressurization step.
상기 탈착촉진부는, 목적 생성물의 탈착 단계 시 밸브를 개방하여 목적 생성물 스트림을 배출하는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the desorption promoting unit discharges a desired product stream by opening a valve during a desorption step of a desired product.
상기 탈착촉진부는, 상기 흡착탑의 높이의 40 % 내지 60 % 영역에 위치되는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the desorption promoter is located in an area of 40% to 60% of the height of the adsorption column.
상기 탈착촉진부는, 흡착탑 내에 형성되는 압력강하를 낮춤으로써 유체흐름저항을 줄이는 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the desorption promoter reduces the fluid flow resistance by lowering the pressure drop formed in the adsorption tower.
상기 흡착탑 시스템은, PSA(pressure swing adsorption), VPSA(vacuum pressure swing adsorption) 또는 VSA(vacuum swing adsorption) 공정을 위한 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the adsorption tower system is for PSA (pressure swing adsorption), VPSA (vacuum pressure swing adsorption) or VSA (vacuum swing adsorption) processes.
상기 흡착탑 시스템은, 수소분리정제용 VPSA (H2-VPSA), 질소분리용 VPSA (N2-VPSA), 산소분리용 VPSA (O2-VPSA) 또는 일산화탄소 분리용 VPSA (CO-VPSA) 공정을 위한 것인, 흡착 공정을 위한 흡착탑 시스템.
The method according to claim 1,
The adsorption tower system is used for VPSA (H 2 -VPSA) for hydrogen separation and purification, VPSA (N 2 -VPSA) for nitrogen decomposition, VPSA (O 2 -VPSA) for oxygen separation or VPSA (CO-VPSA) for carbon monoxide separation Gt; adsorption < / RTI >
상기 흡착단계가 종료된 상기 흡착탑의 내부를 병류방향으로 대기압 이상의 일정 압력까지 낮추는 병류감압단계; 및
상기 병류감압단계가 종료된 흡착탑 내부의 압력을 병류감압단계의 압력보다 더 낮추어 흡착된 성분을 탈착 및 제거하는 추가감압단계;
를 포함하고,
상기 추가감압단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 추가감압밸브를 개방하여 압력을 낮추는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법.
An adsorption step of introducing a raw material into an adsorption tower filled with an adsorbent having a property of selectively adsorbing a specific component to discharge a desired product and adsorbing at least a part of the substances other than the desired product by the adsorbent;
A cocurrent depressurization step of lowering the interior of the adsorption column in which the adsorption step is completed to a constant pressure of at least an atmospheric pressure in a cocurrent direction; And
An additional depressurization step of desorbing and removing adsorbed components by lowering the pressure inside the adsorption column in which the cocurrent depressurization step is completed to a pressure lower than the pressure in the cocurrent depressurization step;
Lt; / RTI >
Wherein the additional depressurization step opens the additional depressurization valve located in the middle of the adsorption column to lower the pressure.
상기 목적 생성물은, 수소 또는 산소 가스이고,
상기 흡착제는, 수소 또는 산소 가스에 대한 낮은 흡착성을 갖는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법.
9. The method of claim 8,
The target product is hydrogen or oxygen gas,
Wherein the adsorbent has low adsorptivity to hydrogen or oxygen gas.
상기 흡착단계가 종료된 린스가스를 도입하여 흡착탑 내부에서 목적생성물의 순도를 높이는 린스단계; 및
상기 린스단계가 종료된 흡착탑의 압력을 낮추어 목적 생성물을 배출하는 제품생산단계;
를 포함하고,
상기 제품생산단계는, 흡착탑의 중간부에 위치한 감압밸브를 개방하여 압력을 낮추는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법.
An adsorption step of adsorbing a desired product on the adsorbent by introducing a raw material into an adsorption tower filled with an adsorbent having a property of selectively adsorbing a specific component;
A rinsing step of introducing the rinse gas after the adsorption step to increase the purity of the desired product in the adsorption tower; And
A product production step of lowering the pressure of the adsorption tower in which the rinsing step has been completed to discharge the desired product;
Lt; / RTI >
Wherein the product producing step is performed by opening a pressure reducing valve located at an intermediate portion of the adsorption column to lower the pressure.
상기 목적 생성물은, 일산화탄소 또는 질소 가스이고,
상기 흡착제는, 일산화탄소 또는 질소 가스에 대한 높은 흡착성을 갖는 것인, 흡착 공정을 이용한 혼합 가스 분리 방법. 11. The method of claim 10,
The target product is carbon monoxide or nitrogen gas,
Wherein the adsorbent has a high adsorptivity to carbon monoxide or nitrogen gas.
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