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Korean Chemical Engineering Research, Vol.43, No.2, 249-258, April, 2005
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수소/메탄 혼합 기체로부터 수소 분리를 위한 두 탑 PSA 실험과 전산 모사
Experiment and Simulation of 2-bed PSA for Hydrogen Separation from H2/CH4 Gas Mixture
남기문, 정병만, 강석현, 이창하1, 이병권, 최대기†
  • 한국과학기술연구원 청정기술연구센터, 136-791 서울시 성북구 하월곡동 39-1
  • 1연세대학교 화학공학과, 120-749 서울시 서대문구 신촌동 134
Gi-Moon Nam, Byung-Man Jeong, Seok-Hyun Kang, Chang-Ha Lee1, Byung-Kwon Lee, and Dae-Ki Choi†
  • Clean & Technology Research Center, Korea Institute of Science and Technology, 39-1, Hawolgok-dong, Sungbuk-gu, Seoul 136-791, Korea
  • 1Department of Chemical Engineering, Yonsei University, 134, Sinchon-dong, Seodaemun-gu, Seoul 120-749, Korea
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초록
활성탄을 흡착제로 하여 2탑 6단계의 PSA(압력 순환식 흡착) 공정을 통하여 수소/메탄(부피비로 60%/40%)의 이성분 혼합기체에서 수소를 분리하는 연구를 수행하였다. PSA 공정에서 순도 및 회수율에 영향을 미치는 흡착압력, 공급 가스 유량, P/F 비를 변수로 하여 실험과 전산모사를 수행하였다. 본 공정에서 정상 상태는 15 cycle 이후에 도달하는 것을 알 수 있었다. P/F 비와 압력이 증가하고 공급 유량이 감소할 때 수소의 순도가 증가하였고, 반면에 회수율이 감소하는 것을 알 수 있었다. PSA 공정 전산 모사와 실험을 토대로 순도와 회수율이 최대일 때 최적의 PSA 운전 조건을 정하였다. 최적의 운전 조건은 공급가스의 유량이 22 LPM이고, 흡착 압력이 11 atm이며, P/F 비는 0.10으로 나타 났고, 그 결과 수소의 회수율은 75% 이상 얻어졌으며, 순도는 99% 이상의 수소를 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 비 등온 비단열 상태를 고려하였으며, LDF(linear driving force) 모델과 LRC(loading ratio correlation) 등온식을 고려하여 실험과 예상치를 비교하였다.
A two-column six-step pressure swing adsorption(PSA) process was to study separation of hydrogen from hydrogen and methane(60vol%/40vol%) binary system onto activated carbon adsorbent. The effects of the feed gas pressure, the feed flowrate and the P/F(purge to feed) ratio on the process performance were evaluated. The cyclic steadystates of PSA process were reached to after 15 cycles. H2 purity increases according as the P/F ratio and pressure increase and the feed flow rate decreases; however, H2 recovery shows an opposite phenomena to the purity. PSA process simulation studied to find optimum operation condition. In the results, 22 LPM feed flowrate, 11 atm adsorption pressure and 0.10 P/F ratio might be optimal values to obtain more than 75% recovery and 99% purity hydrogen. In this study was non-isothermal and non-adiabatic model considering linear driving force(LDF) model and Langmuir-Freundlich adsorption isotherm considered to compare between prediction and experimental data.
Keywords:PSA;Hydrogen;Activated Carbon;Recovery;Purity
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