제올라이트 5A,10X,13X 흡착탑에서 공기의 흡착/탈착 동특성에 관한 연구 Study on the adsorption and desorption characteristics of air on zeolite 5A, 10X and 13X adsorption beds원문보기
공기분리 PSA 공정의 설계와 최적의 흡착제를 선정하기 위해 Zeolite 5A, 10X, 13X로 충전된 흡착탑에서 공기의 흡착 및 탈착 실험을 수행하였다. 각각의 흡착제에 대한 공기의 흡착능을 알아보기 위해 산소로 채워진 탑에 N_2/O_2 혼합기체(79:21 vol.%)를 흘려보내어 파과실험을 행하였고, 재생 효율을 알아보기 위해 질소로 탑을 채운 후 산소를 흘려보내는 탈착실험을 행하였다. 파과 실험을 통하여 알 수 있는 파과시간, tailing effect, 파과곡선의 기울기 등을 통하여 각 흡착제의 상대적인 흡착능과 탑의 효율적 이용 정도 등을 알아볼 수 있었고, 탈착 실험을 통하여 각 흡착탑에 대하여 실제 PSA 공정의 purge step 재생 효율을 알아볼 수 있었다.
실험의 결과로서, 흡착압력이 높을수록, 공급유량이 적을수록 파과시간과 탈착시간이 증가되는 경향을 보였으며, ...
공기분리 PSA 공정의 설계와 최적의 흡착제를 선정하기 위해 Zeolite 5A, 10X, 13X로 충전된 흡착탑에서 공기의 흡착 및 탈착 실험을 수행하였다. 각각의 흡착제에 대한 공기의 흡착능을 알아보기 위해 산소로 채워진 탑에 N_2/O_2 혼합기체(79:21 vol.%)를 흘려보내어 파과실험을 행하였고, 재생 효율을 알아보기 위해 질소로 탑을 채운 후 산소를 흘려보내는 탈착실험을 행하였다. 파과 실험을 통하여 알 수 있는 파과시간, tailing effect, 파과곡선의 기울기 등을 통하여 각 흡착제의 상대적인 흡착능과 탑의 효율적 이용 정도 등을 알아볼 수 있었고, 탈착 실험을 통하여 각 흡착탑에 대하여 실제 PSA 공정의 purge step 재생 효율을 알아볼 수 있었다.
실험의 결과로서, 흡착압력이 높을수록, 공급유량이 적을수록 파과시간과 탈착시간이 증가되는 경향을 보였으며, 에너지 효율을 고려하여 가장 효율적인 흡착압력, 공급유량을 찾아내는 것이 공정을 설계하는데 있어서 중요한 요소로 작용하였다.
Zeolite 5A의 경우에 파과시간이 제일 길었으나, 파과곡선의 기울기가 steep하지 않고 흡착시 높은 온도의 증가로 인하여 긴 tail을 보였고, 탈착시 온도감소 폭이 가장 컸고 pore size가 작으므로 탈착에 어려움을 가지고 있었다. 즉, 흡착능은 뛰어나나 탈착능이 떨어지고 곡선의 기울기가 steep하지 않으므로 흡착탑을 효율적으로 이용하지 못한다는 단점을 지니고 있었다. Zeolite 10X의 경우 파과시간이 두 흡착제에 비하여 상대적으로 짧았으나 적은 흡착열의 발생으로 인해 tailing이 거의 없었고 곡선이 매우 steep하며 낮은 온도 감소 폭과 큰 pore size로 인해 탈착능이 가장 우수하였다. Zeolite 13X의 경우 파과시간은 zeolite 5A와 비슷하였으나 tailing이 매우 심하고 곡선의 기울기가 steep하지 않다는 단점을 가지고 있었다. 탈착시 온도 감소 폭은 5A와 비슷하였으나 큰 pore size 로 인해 탈착능은 5A와 10X의 중간정도의 성능을 보였다.
파과 실험시의 탑 내의 농도파 전면의 형태를 볼 때, 5A와 13X의 경우에 농 도파 전면의 이동속도는 10X에 비해 상대적으로 느렸고, 시간이 지남에 따라 긴 tail과 함께 곡선의 기울기가 점진적으로 완만해 지는 경향을 보였다.
탈착 실험시의 탑 내의 농도파 전면의 형태를 볼 때, 탈착 초기에는 10X의 농도파전면의 이동속도가 가장 느렸으나 탈착이 진행됨에 따라 10X의 농도파 전면이5A와 13X보다 더 빠르게 이동하였다.
위의 결과를 통해 볼 때, zeolite 10X의 공기분리 적용이 매우 긍정적인 것으로 나타났으나 zeolite 10X는 공기중의 수분과 chemisorption 하여 흡착능을 떨어뜨리는 단점을 가지고 있으므로 실제 공정에서는 수분제거를 위한 전처리 탑의 설치를 고려하여야 한다.
공기분리 PSA 공정의 설계와 최적의 흡착제를 선정하기 위해 Zeolite 5A, 10X, 13X로 충전된 흡착탑에서 공기의 흡착 및 탈착 실험을 수행하였다. 각각의 흡착제에 대한 공기의 흡착능을 알아보기 위해 산소로 채워진 탑에 N_2/O_2 혼합기체(79:21 vol.%)를 흘려보내어 파과실험을 행하였고, 재생 효율을 알아보기 위해 질소로 탑을 채운 후 산소를 흘려보내는 탈착실험을 행하였다. 파과 실험을 통하여 알 수 있는 파과시간, tailing effect, 파과곡선의 기울기 등을 통하여 각 흡착제의 상대적인 흡착능과 탑의 효율적 이용 정도 등을 알아볼 수 있었고, 탈착 실험을 통하여 각 흡착탑에 대하여 실제 PSA 공정의 purge step 재생 효율을 알아볼 수 있었다.
실험의 결과로서, 흡착압력이 높을수록, 공급유량이 적을수록 파과시간과 탈착시간이 증가되는 경향을 보였으며, 에너지 효율을 고려하여 가장 효율적인 흡착압력, 공급유량을 찾아내는 것이 공정을 설계하는데 있어서 중요한 요소로 작용하였다.
Zeolite 5A의 경우에 파과시간이 제일 길었으나, 파과곡선의 기울기가 steep하지 않고 흡착시 높은 온도의 증가로 인하여 긴 tail을 보였고, 탈착시 온도감소 폭이 가장 컸고 pore size가 작으므로 탈착에 어려움을 가지고 있었다. 즉, 흡착능은 뛰어나나 탈착능이 떨어지고 곡선의 기울기가 steep하지 않으므로 흡착탑을 효율적으로 이용하지 못한다는 단점을 지니고 있었다. Zeolite 10X의 경우 파과시간이 두 흡착제에 비하여 상대적으로 짧았으나 적은 흡착열의 발생으로 인해 tailing이 거의 없었고 곡선이 매우 steep하며 낮은 온도 감소 폭과 큰 pore size로 인해 탈착능이 가장 우수하였다. Zeolite 13X의 경우 파과시간은 zeolite 5A와 비슷하였으나 tailing이 매우 심하고 곡선의 기울기가 steep하지 않다는 단점을 가지고 있었다. 탈착시 온도 감소 폭은 5A와 비슷하였으나 큰 pore size 로 인해 탈착능은 5A와 10X의 중간정도의 성능을 보였다.
파과 실험시의 탑 내의 농도파 전면의 형태를 볼 때, 5A와 13X의 경우에 농 도파 전면의 이동속도는 10X에 비해 상대적으로 느렸고, 시간이 지남에 따라 긴 tail과 함께 곡선의 기울기가 점진적으로 완만해 지는 경향을 보였다.
탈착 실험시의 탑 내의 농도파 전면의 형태를 볼 때, 탈착 초기에는 10X의 농도파전면의 이동속도가 가장 느렸으나 탈착이 진행됨에 따라 10X의 농도파 전면이5A와 13X보다 더 빠르게 이동하였다.
위의 결과를 통해 볼 때, zeolite 10X의 공기분리 적용이 매우 긍정적인 것으로 나타났으나 zeolite 10X는 공기중의 수분과 chemisorption 하여 흡착능을 떨어뜨리는 단점을 가지고 있으므로 실제 공정에서는 수분제거를 위한 전처리 탑의 설치를 고려하여야 한다.
Adsorption and desorption experiments were performed on zeolite 5A, 10X and 13X beds to study the adsorption characteristics of air separation PSA process and to select an optimum adsorbent. In all cases, the breakthrough and the desorption curves showed a long tail due to the temperature variance i...
Adsorption and desorption experiments were performed on zeolite 5A, 10X and 13X beds to study the adsorption characteristics of air separation PSA process and to select an optimum adsorbent. In all cases, the breakthrough and the desorption curves showed a long tail due to the temperature variance in the bed. Therefore, the energy balance was considered in the simulation of adsorption dynamics. Effects of pressure and feed flow rate on the breakthrough and desorption curves were also investigated. The higher the operating pressure or the smaller the feed flow rate, the more breakthrough time it took. Desorption pressure and feed flow rate had similar effects just as breakthrough did.
However, the higher the operating pressure and the smaller the flow rate, the flatter desorption curvature was.
The breakthrough time was longer in zeolite 5A and 13X beds than in 10X bed. However, temperature increased very highly in 5A and 13X beds because of their higher heat of adsorption. That caused the tailng of the breakthrough curves. However, the breakthrough curves were very steep and the temperature increased less in 10X bed than that in 5A and 13X beds.
In desorption experiments, the desorption of nitrogen in 13X bed was easier than in 5A bed despite of similar temperature decrease. This results imply that zeolite 13X with a large pore size is more favourable in desorption than in zeolite 5A. The desorption of nitrogen was the easiest in the zeolite 10X bed because of its low heat of desorption.
As a result of experiments, zeolite 10X was thought as an optimum adsorbent because its adsorption and desorption efficiency were more excellent in comparison with that of other two adsorbents. However, Chemisorption with water in air take place on the zeolite 10X. Therefore, in real PSA process, pretreatment for water removal must be considered.
In all cases, numerical simulations were performed to estimate concentration and temperature profiles in bed. Predicted values agreed with the experimental data.
Adsorption and desorption experiments were performed on zeolite 5A, 10X and 13X beds to study the adsorption characteristics of air separation PSA process and to select an optimum adsorbent. In all cases, the breakthrough and the desorption curves showed a long tail due to the temperature variance in the bed. Therefore, the energy balance was considered in the simulation of adsorption dynamics. Effects of pressure and feed flow rate on the breakthrough and desorption curves were also investigated. The higher the operating pressure or the smaller the feed flow rate, the more breakthrough time it took. Desorption pressure and feed flow rate had similar effects just as breakthrough did.
However, the higher the operating pressure and the smaller the flow rate, the flatter desorption curvature was.
The breakthrough time was longer in zeolite 5A and 13X beds than in 10X bed. However, temperature increased very highly in 5A and 13X beds because of their higher heat of adsorption. That caused the tailng of the breakthrough curves. However, the breakthrough curves were very steep and the temperature increased less in 10X bed than that in 5A and 13X beds.
In desorption experiments, the desorption of nitrogen in 13X bed was easier than in 5A bed despite of similar temperature decrease. This results imply that zeolite 13X with a large pore size is more favourable in desorption than in zeolite 5A. The desorption of nitrogen was the easiest in the zeolite 10X bed because of its low heat of desorption.
As a result of experiments, zeolite 10X was thought as an optimum adsorbent because its adsorption and desorption efficiency were more excellent in comparison with that of other two adsorbents. However, Chemisorption with water in air take place on the zeolite 10X. Therefore, in real PSA process, pretreatment for water removal must be considered.
In all cases, numerical simulations were performed to estimate concentration and temperature profiles in bed. Predicted values agreed with the experimental data.
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