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열에너지 회수를 위한 압력 스윙 흡착 공정과 기기

전문가 제언: ○ 압력 스윙 흡착 공정은 고체 흡착제가 가진 서로 다른 물질에 대한 흡착 능력의 차이를 이용하여 혼합물에서 물질을 분리하는 기술이다. 이론적으로 액체에도 적용 가능하나 주로 기체 혼합물을 그 대상으로 한다. 본문에서는 물이 함유된 알코올에서 물을 분리하여 무수 알코올을 얻는 공정을 예로 들어 이 기술을 설명하였다. 상압, 상온에서 액체인 알코올을 PSA에 적용하기 위하여 본 발명은 이를 증발시키는 열교환기 시스템을 가지고 있다.

○ 고체 흡착제 위에 기체의 흡착은 압력에 비례하여 증가한다. 따라서 혼합물 중 불순물을 흡착제에 다량 흡착시켜 제품의 순도를 높이려면 높은 압력에서 가동함이 유리하다. 그러나 흡착제가 불순물로 포화되어 더 이상 흡착 능력을 상실하면 이 불순물을 제거하고 흡착제를 재생해야 한다. 이때는 압력을 급격히 떨어뜨려(흔히 진공 상태로) 흡착된 불순물을 탈착시킨다. 따라서 PSA 공정은 태생적으로 이 압력 스윙에 따른 주기적 진동 현상과 그에 따른 gush 현상을 피할 수 없다.

○ 따라서 복수의 흡착제 층을 설치하고 주기적으로 번갈아 가압(흡착)과 감압(탈착 및 흡착제 재생) 과정을 거침으로써 공정의 연속성을 확보해야 한다.

○ 본 발명은 흡착이 완결된 후의 유선(여기서는 무수 알코올)을 냉각 응축시킬 때 방출하는 열에너지로 물 함유 원료 알코올을 증발시키는 배열을 발명의 청구 분야로 하고 있다. 그 밖에 PSA 운전에서 문제가 되는 앞에 말한 gush 현상과 액체 원료 알코올이 증발하지 않은 채 흡착제 층으로 투입되는 위험을 방지하기 위한 네 가지 열교환기 시스템을 제시하고 있다.

○ PSA 시스템은 처음 수소에서 불순물 제거에 사용되었다. 그러나 상업화되자 무수 알코올 생산, 불순물 함량이 낮은 질소 생산 및 그 밖의 여러 물질의 정화에 사용되었다. 의료용 같이 소규모 산소가 필요한 경우 적절한 흡착제를 사용하면 공기 분리도 가능하여 극저온 공기 분리 장치 같은 대규모 투자 시설을 대체하고 있다.

저자: SIEMENS LTDA., DEDINI SA INDUSTRIAL DE BASE
자료유형: 특허정보