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KR100340777B1 - 가스 정제 방법 - Google Patents

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KR100340777B1
KR100340777B1 KR1019990054160A KR19990054160A KR100340777B1 KR 100340777 B1 KR100340777 B1 KR 100340777B1 KR 1019990054160 A KR1019990054160 A KR 1019990054160A KR 19990054160 A KR19990054160 A KR 19990054160A KR 100340777 B1 KR100340777 B1 KR 100340777B1
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마쉬 윌리엄 에프
에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 산소 및 질소를 저온 분리시키기 전에 공기로부터 일산화탄소를 제거하는 방법에 관한 것이다. 이 방법에서는, 공기 원료를 압축시키고, 추가의 가열없이 그 압축열을 사용하여 알루미나 촉매 상의 Pd 및/또는 Pt 촉매 상에서 CO를 CO2로 촉매적 산화시킨 후, 원래 존재하는 물을 흡착시킨 다음, 수소를 흡착시키거나 수소를 물로 산화시키고, 흡착에 의해 물과 이산화탄소를 함께 제거한다.

Description

가스 정제 방법{PURIFICATION OF GASES}
본 발명은 고순도의 질소 가스를 생성시키기 위해 공기로부터 일산화탄소, 수소, 이산화탄소 및 물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
많은 화학 공정에서, CO와 H2는 이들의 화학적 반응성으로 인해 바람직하지 않은 화학종으로 취급되고 있다. 예를 들어, 전자 산업에서는 반도체 재료의 제조를 위해 고순도의 N2(5 ppbv미만의 CO 및 H2함유)를 필요로 한다. 실리콘 웨이퍼의 형성 과정 동안 N2중에 존재하는 불순물은 칩의 파손율을 상당히 상승시킨다. N2와 CO는 그 비점이 서로 유사하기 때문에, N2를 생성시키기 위한 공기의 저온 분리시, 저온 컬럼에 공급되는 공기 원료 중에 존재하는 CO는 실질적으로 질소 생성물에까지 존재하게 된다. 증류 공정에 특별한 제한이 없는 경우에는, N2생성물 중의 수소 농도가 공기 원료 중의 농도보다 약 22/1까지 높아진다. 따라서, 전자 산업 용도의 고순도 N2, 즉 CO와 H2를 함유하지 않은 N2를 생성시키는 경우에는, 1) 주위 공기를 증류 컬럼에 공급하기 전에 주위 공기로부터 CO와 H2를 제거하거나, 또는 2) N2생성물을 후처리하여야 한다. 전자 제품 고객들은 시스템의 신뢰도 향상을 위해 전처리와 후처리를 모두 요구하는 경우도 종종 있다
미량의 CO와 H2를 제거하는 현재의 기술은, CO를 CO2로 그리고 H2를 물로 촉매적 전환시킨 후 CO2및 물 불순물을 제거(또는 단지 수소를 흡착)시키는 과정을 포함한다.
공기를 저온 분리시켜 N2와 O2를 회수하는 종래 방법에서는, 공기 원료를 압축시킨 후 저온으로 냉각시킨 다음 2단계의 증류 컬럼으로 유입시킨다. 압축 과정 이전에 물과 CO2를 공기로부터 제거하지 않으면, 이들 성분들이 증류 과정 전에 가스를 냉각시키기 위해 사용되는 열 교환기를 차단하게 된다. 그러한 제거를 위한 주요 방법은 분자 체 상에서의 열 스윙 흡착법(TSA)이다. CO2및 물의 제거를 위한 TSA 시스템에서는, 대기 중의 공기를 약 100 psia로 압축시킨 후 물을 냉각시키고이렇게 응축된 물을 제거한다. 이후, 약 100℉(38℃)의 공기를 냉각된 에틸렌 글리콜을 사용하여 40℉(4.5℃)로 더 냉각시킬 수 있다. 이 단계에서는, 물을 응축시키고 이 응축물을 분리시키는 방식으로 다량의 물을 제거한다. 이후, 상기 가스를 분자체 베드 또는 혼합된 알루미나/분자체 베드 시스템에 통과시켜, 이곳에서 나머지 물과 CO2를 흡착을 통해 제거한다. 흡착 베드들은, 흡착 및 재생에 동일한 기간, 예를 들어 4 시간(24 시간 정도)을 소요하면서 열 스윙 방식으로 작동한다. 2개의 베드를 사용하면서 하나는 흡착을 위해 작동시키는 한편 나머지는 재생을 위해 작동시키는데, 이들 기능은 작동 사이클에서 주기적으로 역전된다. 재생 과정 동안, 냉각 박스로부터 배출되는 생성물 가스(N2) 또는 폐기 스트림의 일부는 송풍기에 의해 약간 압축되어 약 260℃로 가열된다. 가열된 가스는 상기 베드를 약 2 시간에 걸쳐 통과하여 재생되고, 이 재생 가스는 통상적으로 최종 2 시간동안 4.5℃로 냉각되고 베드 역시 이 온도로 냉각된다. 재생 과정은 흡착 단계의 방향과 반대 방향으로 수행한다.
대안적으로, 가압 스윙 흡착법(PSA)을 이용할 수도 있다. 이 방법의 경우, 사이클 시간은 보다 단축되나(공급 단계: 5∼30 분), 공급 온도, 압력 및 재생 가스는 동일하게 유지된다. PSA의 경우에는 재생 가스를 가열하지 않는다.
그러한 시스템은 CO2, 물 및 C3+탄화수소를 대기 중의 공기로부터 제거하는 데 효과적이다. 그러나, 종래의 분자체 베드는 CO 또는 H2를 제거하는 데에는 효과적이지 못하다. CO 비함유의 N2를 생성시키는 데 현재 이용되는 주요 종래 기술로는주위 공기 중에 존재하는 CO를 CO2로 산화시킨 후 분자체 시스템으로 공급하는 기술이 있다. 이러한 추가의 촉매 전환 시스템은 표준 N2시설의 자본 및 작동 비용을 부가시킨다. 대안적으로, 그러한 CO 제거 단계는 공기 분리 공정 후 얻어지는 질소에 적용시킬 수도 있다.
하나의 공지된 방법에서는 알루미나 상의 Ni 촉매를 사용하여 질소로부터 CO를 제거한다. 이 촉매 물질과 관련된 주요 단점은 가격이 비싸다는 점, 환원 가스로 활성화시킬 필요가 있다는 점, 및 활성화된 물질이 자연성(自燃性)을 갖는다는 점이다. 미량의 CO를 제거하는 데 양호한 흡착제는 덜 비싸고, 용이하게 재생 가능하며 자연성을 갖지 않는 것이 바람직하다.
O2의 존재 하에 CO를 CO2로, 그리고 H2를 H2O로 산화시키는 과정은 고온(500℃ 이상)에서 이루어진다. 이들 반응은 팔라듐 또는 플라티늄을 주성분으로 함유하는 귀금속의 존재 하에 보다 낮은 온도(약 150℃)에서 수행할 수 있다{앤더슨, 에이치 씨 및 그린, 더블유 제이의 문헌 [Ind. Eng. Chem., 53, 645, 1961] 참조}. 이 기술은 일반적으로 저온 공기 시설 상에서 CO2및 물을 제거하기 위한 전단부 흡착 시스템 이전에 수행하는 주위 공기에 대한 예비 처리 단계로서 이용된다. 이 제거 기술의 주요 단점으로는, 1) 공기를 촉매 베드로 유입시키기 전에 가열할 필요가 있다는 점, 2) 특수 열 교환기 및 특수 부스터 가열기를 필요로 하므로 넓은 구성 공간이 필요하다는 점, 및 3) 시스템의 압력 강하율 및 열 필요량의 증가로 인해 시스템의 필요 전력이 상승한다는 점을 들 수 있다.
불활성 가스로부터 미량의 불순물을 제거하기 위한 상온 공정도 당업계에 알려져 있다. 미국 특허 제4,579,723호에는, 감마 알루미나 상의 크롬과 플라티늄과의 혼합물을 함유하는 촉매 베드에 불활성 가스 스트림을 통과시킨 후 수 종의 금속 혼합물로 코팅된 감마 알루미나로 이루어진 제2 베드에 통과시키는 방법이 개시되어 있다. 이들 베드는 CO를 CO2로 그리고 H2를 물로 전환시킨 후 생성된 불순물을 흡착시켜 고순도의 생성물(1 ppm 미만)을 형성시킨다.
미국 특허 제4,713,224호에서는, CO, CO2, O2, H2및 H2O를 미량 함유하는 가스 스트림을 니켈 원소를 함유하고 표면적이 큰 물질 상에 통과시킴으로써 상기 가스를 정제시키는 1 단계 방법을 교시하고 있다. 산소가 존재하는 경우에는 CO가 CO2로 산화되고, 그렇지 않은 경우에는 CO가 흡착된다. 그러나, 니켈이 담지된 기재(일명, '실리카계 기재')의 성질에 대해서는 명세서에 명확히 기재되어 있지 않다.
상온에서 CO를 CO2로 산화시키는 방법은 미국 특허 제3,672,824호 및 제3,758,666호에 제시되어 있다.
미국 특허 제5,110,569호는, 1) 물 및 이산화탄소를 제거하는 단계, 2) CO를 CO2로, 그리고 H2를 H2O로 촉매적 산화시키는 단계, 및 3) 산화 생성물을 제거하는 단계를 포함하는 공급 스트림(특히, 공기)로부터 CO, CO2, H2O 및 임의의 H2를 제거하는 방법을 교시하고 있다. 이후, 생성된 가스 스트림을 저온 증류 방식으로 정제시킬 수도 있다.
미국 특허 제A 4944273호는, Ca, Co, Ni, Fe, Cu, Ag, Pt 또는 Ru 등의 금속으로 도핑된 제올라이트를 사용하여 CO를 선택적으로 흡착시킬 수 있다고 제안하고 있다. 이러한 특성에 근거하여, 상기 특허에서는, 예를 들어 자동차 배기 가스 시스템을 관측하는 센서에 유용한 CO 센서에 그러한 도핑 제올라이트를 사용하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 명세서에는 선택도에 대한 입증 내용이 전혀 제시되어 있지 않다. 또한, CO를 흡착하는 최고 성능은 제올라이트 ZSM 8의 Na 형태와 연관이 있는 것으로 입증되었고, ZSM 5의 Co 형태 또는 ZSM 8의 Ru 형태를 사용하여 시험한 경우에는 CO 흡착이 전혀 나타나지 않았다. 흡착도를 측정하는 유닛을 밝히지 않았기 때문에, 이들 흡착제가 가진 것으로 밝힌 성능(절대 용어로 표현하면 '흡착능')을 언급한다는 것은 불가능하다. 그러나, 미국 특허 제A 4944273호의 목적으로 볼때 중요한 것은, 제올라이트의 흡착능이 아니라 CO에 의한 처리시 제올라이트의 전기 특성이 변한다는 것이다.
미국 특허 제A 4019879호에는, CO를 선택적으로 흡착시키기 위해 Cu+이온을 함유하는 제올라이트를 사용하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, CO를 고농도로 함유하는 가스 스트림으로부터 CO를 시약으로 사용하기 위해 회수하고 있으면서도, 그러한 흡착제가 가스 스트림으로부터 수 ppm의 CO를 제거하는 데 효과적이라는 점은 지시하고 있지 않다.
미국 특허 제A 4019880호에는, 은 양이온을 함유하는 제올라이트 상에 CO를 흡착시키는 방법이 기재되어 있다. CO 농도는 10 ppm 이하 정도로 낮게 저하시킬 수 있다.
포스터 외 다수의 문헌 ['Spectroscopic investigations on sorption and oxidation of carbon monoxide in transition metal ion-exchanged zeolites A: Studies on cobalt, nickel and copper forms'Zeolites, 1987, Vol. 7, Nov 517-521]에서는, 그 표제인 제올라이트 상에서의 CO 흡착에 대해 설명하고 있다. 흡착능이 낮은 ppm 수준이라는 점에 대해서는 거론하고 있지 않다.
미국 특허 제5110569호에는, 저온 증류에 대한 예비 단계로서 공기 스트림으로부터 다량의 이산화탄소 및 물과 함께 미량의 일산화탄소 및 수소를 제거하는 방법이 교시되어 있다. 이 방법은, 물을 흡착하는 제1층(알루미나, 실리카겔, 제올라이트 또는 이들의 조합물이 적당함), 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키기 위한 촉매의 제2층(산화니켈, 또는 산화망간과 산화구리의 혼합물이 적당함), 및 이산화탄소 및 물을 흡착하는 제3층(제올라이트, 활성 알루미나 또는 실리카겔이 적당함)을 가진 3층 흡착 베드를 사용하여 TSA 또는 PSA에 의해 수행한다. 상기 제2층은 수소를 물로 전환시키는 촉매를 포함할 수 있으며, 이 촉매는 담지형 팔라듐일 수도 있다.
상기 특허에는, 어떠한 촉매도 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키고 생성된 이산화탄소를 흡착할 수 있다는 점을 개시하고 있지 않다. 또한, 담지형 팔라듐을 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시킬 수 있다는 내용도 개시하고 있지 않다. 마찬가지로, 수소를 산화시키는 데 사용되는 담지형 팔라듐이 생성된 물을 흡착시킬 수 있다는 내용도 개시하고 있지 않다.
또한, 처음부터 존재했던 이산화탄소는 일산화탄소의 산화 과정 이전에 흡착시켜야 한다는 점도 명백히 기재되어 있지 않다.
프랑스 특허 제2739304호에는, 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킨 후, 여기서 생성된 이산화탄소를 처음부터 존재했던 이산화탄소 및 물과 함께 통상의 흡착제를 사용하여 흡착시킨다. 이후, 수소를 알루미나 상에 담지된 팔라듐을 사용하여 흡착시킨다. 팔라듐 대신 사용할 수 있는 금속은 Os, Ir, Rh, Ru 및 Pt이다. 수소는 이들 조건 하에서 산화되지 않는 것으로 진술하고 있다. 이 특허에서는, 수소가 담지형 팔라듐 또는 다른 귀금속 상에서 산화될 수 있다고 진술한 미국 특허 제5110569호의 내용이 정확한 것인 지에 대해 의문을 제기하고 있다.
도 1은 저온 분리를 위해 공기를 정제하기 위한 공지된 정제 장치의 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시 형태에 대한 개요도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시 형태에 대한 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제3 실시 형태에 대한 개요도이다.
본 발명은, 가스 원료로부터 일산화탄소, 수소, 이산화탄소 및 물을 제거하는 방법으로서, 산소를 함유하는 가스 원료를 압축시켜 이 압축열을 통해 가스 원료를 가열하는 단계; 상기 압축열을 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는(그리고, 수소를 물로 부분 전환시키는) 촉매와 상기 가열된 가스 원료를 접촉시켜서 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 형성시키는 단계; 상기 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 고형 흡착제와 접촉시켜 이 스트림으로부터 적어도 물을 제거함으로써 일산화탄소 및 물이 고갈된 가스 스트림을 형성시키는 단계; 및 잔류 수소를 물로 산화시키는 촉매와 일산화탄소 및 물이 고갈된 가스 스트림을 접촉시키고, 물과 임의의 이산화탄소를 흡착시키는 흡착제와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
대안적으로, 본 발명은 가스 원료를 압축시키고 압축열에 의해 가스 원료를 가열하는 단계; 상기 압축열을 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 촉매와 상기 가열된 가스 원료를 접촉시켜서 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 형성시키는 단계; 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 고형 흡착제와 접촉시켜 이 스트림으로부터 전량 미만의 이산화탄소 및 물을 제거하여 일산화탄소 및 물이 고갈되고 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림을 형성시키는 단계; 및 일산화탄소 및 물이 고갈되고 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림을 수소용 흡착제 및 이산화탄소용 흡착제와 접촉시키는 단계를 포함하는, 상기 가스 원료로부터 일산화탄소, 수소, 이산화탄소 및 물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 가스 원료를 압축시키고 압축열에 의해 가스 원료를 가열하는 단계; 상기 압축열을 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 촉매와 상기 가열된 가스 원료를 촉매와 접촉시켜서 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 형성시키는 단계; 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 고형 흡착제의 물리적 혼합물과 접촉시켜 물, 수소용 흡착제 및 이산화탄소용 흡착제를 제거하는 단계를 포함하는, 가스 원료로부터 일산화탄소, 수소, 이산화탄소 및 물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
전술한 각 방법에서는, 압축 후, 그리고 일산화탄소를 이산화탄소로 촉매적 전환시키기 전에 가스 원료에 열을 전혀 또는 실질적으로 가하지 않는다. 따라서, 종래에 사용된 부스터 가열기 및 절탄기가 필요치 않다. 그 결과로서, 상기 방법은 압력 강하율이 보다 작고 열 필요량이 적으므로 에너지 효율이 보다 높다.
프랑스 특허 제A 2739304호의 교시 내용과는 달리, 본 발명에서는 일산화탄소를 제거하는 촉매 베드에서 부분적이되 유의적인 수준으로 수소를 제거한 후, 나머지 수소를 물로 산화시키고, 이렇게 제조된 물을 위해 흡착제를 제공하거나, 또는 이산화탄소를 여전히 함유하고 있는 가스 스트림으로부터 수소를 흡착 방식으로 제거한다.
일산화탄소를 촉매적 산화시키기 전에는 물이 완전히 제거되지 않는다. 미국 특허 제A 5110569호에 제안된 바와 같이, 촉매로서 홉칼라이트(Hopcalite)를 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 경우에는 건조 원료를 사용해야 한다. 물이 미량이라도 존재하는 경우에는 촉매가 불활성화될 수 있으므로 비효율적이 된다. 또한, 미국 특허 제A 5110569호에서 수소를 제거하는 데 사용한 층은 CO 산화층 바로 다음에 위치한다. 제2층에서 제조된 임의의 미전환 CO 및 CO2는 촉매 표면 상에서 경쟁적으로 흡착되기 때문에 수소의 전환에 유해한 영향을 미칠 수도 있다.
일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 상기 촉매는 Pt 및 Pd 침지형 알루미나로서, 이것은 유의량의 물을 함유하는 공기 스트림 중에서 의외적으로 수소의 일부를 물로 그리고 CO를 CO2로 산화시킨다.
일산화탄소를 산화시키기 위한 촉매는 이산화탄소를 제거하기 위한 고형 흡착제로부터 분리된 용기 내에 수용하는 것이 바람직하다.
일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키기 위한 촉매는 임의로 수소를 물로 부분 촉매적으로 산화시킨다.
이산화탄소 및 물을 흡착시키기 위한 흡착제로는 활성 알루미나, 침지형 알루미나 및 제올라이트가 바람직하다.
물을 흡착시키기 위한 고형 흡착제는 제올라이트, 알루미나, 침지형 알루미나 또는 실리카겔일 수도 있다.
수소를 물로 산화시키기 위한 촉매로는 알루미나 상의 Pd 또는 알루미나 상의 Pt가 적당하다.
수소를 물로 산화시키기 위한 촉매 및 물 흡착제는 임의로 이산화탄소용 흡착제와 함께 혼합할 수도 있다.
이 물질은 이산화탄소 및 물을 흡착시키는 데에도 사용될 수 있다.
상기 이산화탄소용 흡착제 및 물 흡착제는 적당하게는 PSA 또는 TSA 또는 이들의 임의의 변형법을 이용하여 주기적으로 재생시킬 수도 있다.
가스 원료는, 고순도의 질소를 생성시키는 저온 분리 공정 이전에 정제시키기 위한 공기일 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공기를 주요 공기 압축기(MAC)(12)의 주입구(10)로 공급하여 압축시킨 후 이 압축열을 사용하여 가열한 다음 라인(14)을 따라 부스터 가열기(16)로 공급하여 그 온도를 담지형 팔라듐/플라티늄 이금속 촉매를 수용하고 있는 컬럼(18)으로 공급하기에 적합한 수준으로 상승시키기 위한 것이다. 이때 상기 촉매는 공기 중의 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킨다. 다른 효과적인 촉매로는 철, 코발트, 니켈, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 이리듐이 있다. 이후, 상기 공기를 라인(20)을 통해 절탄 열 교환기(22)로 공급하고, 이곳에서 일산화탄소 고갈 가스 스트림으로부터 열을 제거하여 라인(14) 내의 가스 스트림으로 공급한다. 이후, 일산화탄소 고갈 가스 스트림을 라인(24)을 통해 냉각기(26)로 공급한 후, 이산화탄소 및 물의 TSA 또는 PSA 흡착을 위한 2개의 유사한 컬럼(28,30) 중 하나의 내부로 공급한다. 이후, 정제 상태의 공기를 배출구(32)를 통해 저온 공기 분리 공정으로 공급한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따라, 공기를 주요 공기 압축기(도시되지 않음)로부터 적당한 일산화탄소 산화 촉매를 수용하고 있는 컬럼(18)으로 직접 공급하는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 바와 유사한 방식으로 주요 공기 압축기로 공급한다. 촉매는 거의 모든 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 동시에 임의의 수소 일부를 물로 전환시킨다. 부스터 가열기 또는 절탄기가 구비되지 않은 관계로, 산화 반응은 주요 공기 압축기에 의해 발생된 압축열에 의해 이루어진다. 이 공정에 의해 제조된 일산화탄소 고갈된 가스 스트림은 이후 도 1에 도시된 바와 유사한 TSA 또는 PSA 흡착 시스템으로 공급된다. 도 2에 도시된 실시 형태에서, 각 컬럼(28,30)은 3층의 물질을 포함한다. 이들 층 중 제1층은 물을 흡착시키기 위한 활성 알루미나 흡착제 층(34)이다. 제2층은, 잔류 수소를 물로 전환시키는 산화 촉매[알루미나 상의 Pd 및/또는 Pt], 또는 흡착에 의해 수소를 제거하는 수소 흡착제 층 중 하나일 수 있는 수소 제거용 물질 층(36)이고, 제3층은 수소의 산화 반응에 의해 생성된 물 뿐 아니라 임의의 잔류 이산화탄소를 흡착시키기 위한 제올라이트 13X 흡착제 층(38)이다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 장치의 제2 형태는, 컬럼(28,30)이 2개의 물질 층만을 포함하고 있다는 점을 제외하고는 유사하다. 제1층은 도 2에 도시된 바와 같이 물을 제거하기 위한 활성 알루미나 층(34a)이다. 제2층(36a)은 제올라이트 13X 이산화탄소/물 흡착제와 수소 산화 촉매와의 혼합물로 구성됨으로써, 수소의 산화에 의해 생성된 물이 이 물이 생성된 층 내에서 흡착된다.
도 4에 도시된 변형예에서는, 합성된 흡착/촉매층(34b)이 각 컬럼(28,30) 내에 1개씩 존재한다. 이 물질은 이산화탄소 및 물의 흡착제와 수소 산화 촉매와의 혼합물을 포함한다. 물은 활성 알루미나, 분자체 제올라이트 또는 유사 물질 상에 흡착되어 서서히 이동하는 평형 흡착면을 형성시킨다. 수소는 이 면을 통과하여 촉매 상에서 산소와 반응한다. 잔류하는 물은 촉매 지지체 및 물 흡착 베드 상에 흡착되어, 상기 제1 흡착면보다 앞에 위치하면서 서서히 이동하는 또다른 물 평형 흡착면을 형성시킨다.
실시예
이하에서는 구체적 실시예를 통해 본 발명을 설명하고자 한다.
실시예 1
귀금속을 주성분으로 함유하는 시판용 산화 촉매[알루미나 상의 0.1 중량%의 Pd 및 0.2 중량%의 Pt]를 959 g의 총중량으로 반응기 내에 넣었다. 이후, 반응기에 약 5 ppm의 일산화탄소 및 5 ppm의 수소와 2% 물을 함유하는 공기를 공급하였다. 공기 공급 속도는 4 SCFM(0.1 m3/분)이었다. 반응기는 110 psig(758 kPa)의 압력 및 200℉(93℃)의 온도로 작동시켰다. 이들 작동 조건은 공기 분리 시설 내 주요 공기 압축기로부터 배출되는 압축 공기에 통상적인 조건이었다. 생성물 스트림 내의 일산화탄소 및 수소 농도는 가스 크로마토그래피에 의해 각각 0.01 ppm 미만 및 1.75ppm 미만으로 측정되었다.
이상에서는 몇개의 바람직한 실시 형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 영역은 후술하는 특허 청구 범위로부터 파악될 수 있다.
본 발명은 산소 및 질소를 저온 분리시키기 전에 공기로부터 일산화탄소를 제거하는 방법에 관한 것이다.

Claims (14)

  1. 가스 원료로부터 일산화탄소, 수소, 이산화탄소 및 물을 제거하는 방법으로서,
    가스 원료를 압축시켜 이 압축열에 의해 가스 원료를 가열하는 단계;
    상기 압축열을 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 촉매와 상기 가열된 가스 원료를 접촉시켜서 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림(gas stream)을 형성시키는 단계;
    일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 고형 흡착제와 접촉시켜 이 스트림으로부터 적어도 물을 제거함으로써 일산화탄소 및 물이 고갈된 가스 스트림을 형성시키는 단계; 및
    수소를 물로 산화시키는 촉매와 일산화탄소 및 물이 고갈된 가스 스트림을 접촉시키고, 물과 이산화탄소를 흡착시키는 흡착제와 접촉시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 상기 촉매는 철, 코발트, 니켈, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 이리듐, 플라티늄, 팔라듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되고, 이들은 모두 촉매 지지체 상에 담지된 형태인 것이 특징인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 일산화탄소를 산화시키는 촉매는 물을 제거하기 위한 고형 흡착제로부터 분리된 용기 내에 수용되는 것이 특징인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 촉매가 적어도 일부의 수소를 물로 촉매적 산화시키는 작용도 하는 것이 특징인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 이산화탄소 및 물을 흡착하는 흡착제가 활성 알루미나, 침지형(impregnated) 알루미나 또는 제올라이트인 것이 특징인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 물을 흡착하는 고형 흡착제가 제올라이트, 알루미나, 침지형 알루미나 또는 실리카겔인 것이 특징인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 수소를 물로 산화시키는 촉매가 플라티늄, 팔라듐 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되고, 이들은 모두 알루미나 상에 담지된 형태인 것이 특징인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 수소를 물로 산화시키는 촉매와 물 및 이산화탄소를 흡착하는 흡착제를 함께 혼합하는 것이 특징인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 고형 흡착제가 물 및 적어도 일부의 이산화탄소를 흡착하는 것이 특징인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 물을 제거하는 상기 고형 흡착제와 물 및 이산화탄소를 흡착하는 상기 흡착제를 주기적으로 재생시키는 것이 특징인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 재생 과정은 PSA 및 TSA로 이루어진 군 중에서 선택되는 것이 특징인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 가스 원료는, 고순도의 질소를 생성시키는 저온 공기 분리 공정 이전에 정제시키기 위한 공기인 것이 특징인 방법.
  13. 가스 원료로부터 일산화탄소, 수소, 이산화탄소 및 물을 제거하는 방법으로서,
    가스 원료를 압축시키고 이 압축열에 의해 상기 가스 원료를 가열하는 단계;
    상기 압축열을 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 촉매와 상기 가열된 가스 원료를 접촉시켜서 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 형성시키는 단계;
    일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 고형 흡착제와 접촉시켜 이 스트림으로부터 물과 상기 이산화탄소 전체 양보다 적은 양의 이산화탄소를 제거함으로써 일산화탄소 및 물이 고갈되고 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림을 형성시키는 단계; 및
    일산화탄소 및 물이 고갈되고 이산화탄소를 함유하는 가스 스트림을 수소용 흡착제 및 이산화탄소용 흡착제와 접촉시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 가스 원료로부터 일산화탄소, 수소, 이산화탄소 및 물을 제거하는 방법으로서,
    가스 원료를 압축시키고 이 압축열에 의해 상기 가스 원료를 가열하는 단계;
    상기 압축열을 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키는 촉매와 상기 가열된 가스 원료를 접촉시켜서 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 형성시키는 단계;
    물을 제거하기 위한 고형 흡착제, 수소용 흡착제 및 이산화탄소용 흡착제의 혼합물과 일산화탄소가 고갈된 가스 스트림을 접촉시키는 단계
    를 포함하는 방법.
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