JP2000225311A - Carbon monoxide separation method by adsorption - Google Patents

Carbon monoxide separation method by adsorption

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JP2000225311A
JP2000225311A JP11331092A JP33109299A JP2000225311A JP 2000225311 A JP2000225311 A JP 2000225311A JP 11331092 A JP11331092 A JP 11331092A JP 33109299 A JP33109299 A JP 33109299A JP 2000225311 A JP2000225311 A JP 2000225311A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon monoxide gas separation method using an innovative adsorbent provided with further excellent carbon monoxide gas adsorbing capability. SOLUTION: In a method for removing carbon monoxide from a gas mixture consisting of at least two types of gases including carbon monoxide by bringing the gas mixture into contact with a zeolite, the zeolite to be used is a faujasite type zeolite having practically 1.0 of Si/Al atomic ratio of the skeletal structure and the cations after ion exchange of the zeolite are two or more metals in combination selected from alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, and rare earth metals. The adsorption capacity difference (b-a) of the zeolite between (a) the carbon monoxide adsorption capacity at 760 mmHg pressure and 25 deg.C and (b) the carbon monoxide adsorption capacity at 38 mmHg pressure is 17.0 Nml/g or higher and Langmuir constant of the adsorption isotherm at 25 deg.C of the zeolite is 3.3×10-2 mmHg-1 or lower. Carbon monoxide is adsorbed and separated from a gas flow by using such a zeolite.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本願発明は、ガス流から一酸
化炭素を吸着除去する方法に関する。更に詳しくは、ナ
フサ等の水蒸気改質ガス、コークス炉オフガス、転炉オ
フガス等から発生するH2含有ガスから、一酸化炭素を
吸着分離或は吸着除去する方法に関する。
The present invention relates to a method for adsorbing and removing carbon monoxide from a gas stream. More specifically, the present invention relates to a method for adsorbing and separating carbon monoxide from a H 2 -containing gas generated from a steam reforming gas such as naphtha, a coke oven off-gas, a converter off-gas, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一酸化炭素は、燃焼排ガス中等に含まれ
有害であることから除去することも必要であるが、ナフ
サ等の水蒸気改質ガス、コークス炉オフガス、転炉オフ
ガス等がら生成するH2含有ガス中に含まれ、H2の回収
利用の場合に除去、あるいは、吸着分離し再利用するこ
とが必要である。
2. Description of the Related Art Carbon monoxide is harmful because it is contained in flue gas and the like, and it is necessary to remove it. contained in 2-containing gas, removal in the case of recovery and reuse of the H 2, or, it is necessary to reuse adsorption separation.

【0003】一酸化炭素の分離方法として、深冷分離
法、銅触媒等でCO2へ酸化して熱炭酸カリウム溶液等
に吸収させる吸収法もあるが、現在では吸着剤を用いた
吸着法が主流である。吸着剤としては、活性炭、ゼオラ
イトが使用される。
[0003] As a method for separating carbon monoxide, there are a cryogenic separation method and an absorption method in which CO 2 is oxidized to CO 2 with a copper catalyst and the like is absorbed in a hot potassium carbonate solution or the like. Mainstream. Activated carbon and zeolite are used as the adsorbent.

【0004】H2含有ガスからのH2の精製は圧力スイン
グ法(PSA法)により主に行われる。一段のH2−P
SAで一酸化炭素、CO2、H2O等を除去し、H2を精
製する方法も行われるが、H2の精製度向上等の為に
は、予め活性炭等によりCO2、H2Oを除去した後、ゼ
オライトにより一酸化炭素、窒素及びH2を分離するこ
とも行われる。
[0004] Purification of H 2 from H 2 -containing gas is mainly performed by the pressure swing method (PSA method). One stage of the H 2 -P
A method of purifying H 2 by removing carbon monoxide, CO 2 , H 2 O, etc. by SA is also performed. However, in order to improve the purification degree of H 2 , CO 2 , H 2 O, etc. are previously activated with activated carbon or the like. After the removal of carbon monoxide, separation of carbon monoxide, nitrogen and H 2 by zeolite is also performed.

【0005】これまでに使用されてきたゼオライト吸着
剤は、A型ゼオライト、或は、Si/Al原子比1.2
5以上のフォージャサイト型ゼオライトである。しか
し、H2−PSA法においても、装置のコンパクト化ま
た電力原単位の低減から、より一酸化炭素吸着性能の高
い吸着剤が求められている。
[0005] The zeolite adsorbents used so far are A-type zeolites or Si / Al atomic ratios of 1.2.
5 or more faujasite-type zeolites. However, also in the H 2 -PSA method, an adsorbent having higher carbon monoxide adsorption performance has been demanded in order to make the apparatus compact and reduce the power consumption.

【0006】特開平10−212103号公報には、リ
チウムイオン交換したX型ゼオライトを使用することに
より、H2−PSAの性能を高める方法が提案されてい
るが、更なる性能向上が求められている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-212103 proposes a method for improving the performance of H 2 -PSA by using lithium ion exchanged X-type zeolite, but further improvement in performance is required. I have.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本願発明の目的は、一
酸化炭素吸着性能の更に優れる新規な吸着剤を用いた一
酸化炭素吸着分離方法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for adsorbing and separating carbon monoxide using a novel adsorbent which is more excellent in carbon monoxide adsorption performance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
について鋭意検討した結果、少なくとも一酸化炭素を含
む2種以上の成分からなる混合ガスをゼオライトに接触
させて一酸化炭素を混合ガスより除去する方法におい
て、ゼオライト骨格のSi/Al原子比が実質的に1.
0であるフォージャサイト型ゼオライトであって、当該
ゼオライトのイオン交換後の陽イオンがアルカリ金属、
アルカリ土類金属、遷移金属および希土類から選ばれる
2種以上の組み合わせであって、25℃における760
mmHgの一酸化炭素吸着容量(a)と38mmHgの
一酸化炭素吸着容量(b)の吸着容量差(b−a)が1
7.0Nml/g以上であって、25℃での吸着等温線
のラングミュア定数が3.3×10-2mmHg-1以下の
特性を有するゼオライトを用いることにより飛躍的に一
酸化炭素の分離性能が向上できることを見出し、本願発
明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of diligent studies on the above-mentioned problems, the present inventors have made a mixed gas comprising at least two kinds of components containing at least carbon monoxide into contact with zeolite to convert carbon monoxide into a mixed gas. In the method of removing more, the Si / Al atomic ratio of the zeolite skeleton is substantially 1.
0 is a faujasite type zeolite, wherein the cation after ion exchange of the zeolite is an alkali metal,
A combination of at least two selected from alkaline earth metals, transition metals and rare earths,
The adsorption capacity difference (ba) between the carbon monoxide adsorption capacity (a) of 38 mmHg and the carbon monoxide adsorption capacity (b) of 38 mmHg is 1
By using a zeolite having a characteristic of not less than 7.0 Nml / g and a Langmuir constant of an adsorption isotherm at 25 ° C. of 3.3 × 10 −2 mmHg −1 or less, the separation performance of carbon monoxide is dramatically improved. Was found to be able to be improved, and the present invention was completed.

【0009】以下、本願発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0010】本願発明で使用される吸着剤は、骨格のS
i/Al原子比が実質的に1.0であるフォージャサイ
ト型ゼオライトであることが必須である。ここでゼオラ
イトの骨格Si/Al原子比は1.0以上であって、
1.0未満にはならないことが知られている。フォージ
ャサイト型ゼオライトの骨格Si/Al原子比が1.2
より小さくなると、一酸化炭素吸着容量が増加するが、
これはフォージャサイト型ゼオライト中の一酸化炭素吸
着能力の強い陽イオン交換サイトが増加するためと推定
される。
The adsorbent used in the present invention has a skeleton of S
It is essential that the faujasite-type zeolite have an i / Al atomic ratio of substantially 1.0. Here, the skeleton Si / Al atomic ratio of the zeolite is 1.0 or more,
It is known that it does not fall below 1.0. Faujasite-type zeolite having a skeleton Si / Al atomic ratio of 1.2
When smaller, the carbon monoxide adsorption capacity increases,
This is presumed to be due to an increase in the number of cation exchange sites having strong carbon monoxide adsorption ability in the faujasite-type zeolite.

【0011】一方、フォージャサイト型ゼオライト以外
の、例えば、Si/Al原子比が1.0の代表的なゼオ
ライトであるA型ゼオライトではフォージャサイト型ゼ
オライトに比べゼオライト細孔の容積および細孔径が小
さいため、十分な一酸化炭素の吸着容量や、動的特性が
得られず、本願発明には適さない。
On the other hand, in the case of A-type zeolite which is a typical zeolite having an Si / Al atomic ratio of 1.0 other than the faujasite-type zeolite, the zeolite pore volume and pore size are larger than those of the faujasite-type zeolite. Is small, so that sufficient carbon monoxide adsorption capacity and dynamic characteristics cannot be obtained, which is not suitable for the present invention.

【0012】また圧力をスイングさせるPSA法で分離
を行うため、吸着と脱着の操作圧力範囲での吸着容量が
多い吸着剤が好ましい。例えば、原料ガス中の一酸化炭
素濃度が5%であり、吸着圧力20atm、脱着圧力1
atmの場合、それぞれでの一酸化炭素分圧は1atm
(760mmHg)および38mmHgとなり、この圧
力範囲での吸着容量差が大きい方が好ましく、25℃で
17.0Nml/g以上あることが必要である。吸脱着
の圧力範囲で吸着容量を多くするためには、吸着等温線
の形状は直線平衡型であることが好ましい。さらに吸着
等温線が直線平衡型に近づくにつれて、ゼオライトと一
酸化炭素の相互作用は弱くなるので、脱着も容易に行う
ことができる。一方、吸着等温線が直角平衡型(低圧部
分での吸着容量が多い)の場合、操作圧力範囲での吸着
容量が小さくなるとともに、ゼオライトと一酸化炭素の
相互作用も強くなり脱着に要するエネルギーが大きくな
りすぎる。一酸化炭素の吸着等温線の形状(一酸化炭素
とゼオライトの相互作用の強さ)はラングミュア定数に
より決まり、このパラメータは吸着等温線をラングミュ
ア式で近似した時により求めることができ、このラング
ミュア定数は、具体的には3.3×10-2mmHg-1
下である。一般的にゼオライトへの一酸化炭素の吸着等
温線はラングミュア式で近似できることが知られてい
る。
Since the separation is carried out by the PSA method in which the pressure is swung, an adsorbent having a large adsorption capacity in the operation pressure range for adsorption and desorption is preferable. For example, the concentration of carbon monoxide in the source gas is 5%, the adsorption pressure is 20 atm, and the desorption pressure is 1
In the case of atm, the carbon monoxide partial pressure in each case is 1 atm
(760 mmHg) and 38 mmHg, and it is preferable that the difference in adsorption capacity in this pressure range is large, and it is necessary that the difference be 17.0 Nml / g or more at 25 ° C. In order to increase the adsorption capacity in the adsorption / desorption pressure range, the shape of the adsorption isotherm is preferably a linear equilibrium type. Further, as the adsorption isotherm approaches the linear equilibrium type, the interaction between zeolite and carbon monoxide becomes weaker, so that desorption can be performed easily. On the other hand, when the adsorption isotherm is of the quadrature equilibrium type (the adsorption capacity is large in the low pressure area), the adsorption capacity in the operating pressure range is small, the interaction between zeolite and carbon monoxide is strong, and the energy required for desorption is high. Too big. The shape of the adsorption isotherm of carbon monoxide (the strength of the interaction between carbon monoxide and zeolite) is determined by the Langmuir constant. This parameter can be obtained by approximating the adsorption isotherm by the Langmuir equation. Is specifically 3.3 × 10 −2 mmHg −1 or less. It is generally known that the adsorption isotherm of carbon monoxide on zeolite can be approximated by the Langmuir equation.

【0013】またPSA法でH2精製を行う場合、一酸
化炭素が主な不純物であるが、その他の不純物として窒
素も存在する。精製H2は石油化学分野などの触媒反応
用として用いられることが多く、精製H2中に残存する
微量の一酸化炭素は触媒毒となるため、窒素よりも一酸
化炭素の除去が必要となる。このためには一酸化炭素を
選択的に吸着するゼオライトが好ましく、具体的には一
酸化炭素と窒素の吸着容量比が1.6以上であればよ
い。
When H 2 purification is performed by the PSA method, carbon monoxide is the main impurity, but nitrogen is also present as another impurity. Purified H 2 is often used for catalytic reactions in the petrochemical field, etc., and a trace amount of carbon monoxide remaining in purified H 2 becomes a catalyst poison, so it is necessary to remove carbon monoxide rather than nitrogen. . For this purpose, a zeolite that selectively adsorbs carbon monoxide is preferable, and more specifically, it is only necessary that the adsorption capacity ratio between carbon monoxide and nitrogen is 1.6 or more.

【0014】本願発明で使用されるフォージャサイト型
ゼオライトの交換陽イオンは、アルカリ金属イオン、ア
ルカリ土類金属イオン、遷移金属のイオン、或いは希土
類元素のイオンであることが好ましい。一酸化炭素吸着
容量を高くする、あるいは吸着選択性を高めるために
は、Liイオン、Naイオン、Kイオン、Caイオン、
Srイオン、Baイオンが好ましい。交換陽イオンはこ
れらのイオンから選ばれた2種以上のイオンが共存する
ことが望ましい。交換陽イオンにLiが含まれる場合、
Li、Na、Kイオンの組み合わせが好適であり、Li
イオン交換率は80%以上であることが好ましく、さら
に好ましくは90%以上である。交換陽イオンの大部分
がNaである場合、Na、Kイオンの組み合わせが好適
であり、Naイオン交換率は80%以上が好ましく、さ
らに好ましくは90%以上である。交換陽イオンにCa
が含まれる場合、Ca、Na、Kイオンの組み合わせが
好適であり、Caイオン交換率は50%以上が好まし
い。またLi、Ca、NaあるいはLi、Na、K、C
aの組み合わせも用いることができ、この場合はLi交
換率が80%以上、さらに好ましくは90%以上であ
る。
The exchange cation of the faujasite-type zeolite used in the present invention is preferably an alkali metal ion, an alkaline earth metal ion, a transition metal ion, or a rare earth element ion. To increase the carbon monoxide adsorption capacity or the adsorption selectivity, Li ion, Na ion, K ion, Ca ion,
Sr ions and Ba ions are preferred. It is preferable that two or more kinds of ions selected from these ions coexist as the exchange cation. When the exchange cation contains Li,
A combination of Li, Na and K ions is preferred, and Li
The ion exchange rate is preferably at least 80%, more preferably at least 90%. When most of the exchanged cations are Na, a combination of Na and K ions is suitable, and the Na ion exchange rate is preferably 80% or more, more preferably 90% or more. Ca for exchange cation
Is preferable, a combination of Ca, Na, and K ions is preferable, and the Ca ion exchange rate is preferably 50% or more. Li, Ca, Na or Li, Na, K, C
The combination of a can also be used, and in this case, the Li exchange rate is 80% or more, more preferably 90% or more.

【0015】更に、ゼオライトのイオン交換可能な陽イ
オンがナトリウム及びカリウムの組み合わせであって、
ナトリウムのイオン交換率が80%以上とすると、既述
の吸着容量差(b−a)はリチウムのイオン交換ゼオラ
イト程ではないが、一酸化炭素と窒素の吸着容量比が上
記値より大きくなり、2.5以上となり、一酸化炭素と
窒素を分離する必要があるとき好ましい。
Further, the ion-exchangeable cation of the zeolite is a combination of sodium and potassium,
Assuming that the ion exchange rate of sodium is 80% or more, the above-mentioned adsorption capacity difference (ba) is not as large as that of the lithium ion-exchanged zeolite, but the adsorption capacity ratio of carbon monoxide and nitrogen becomes larger than the above value. 2.5 or more, which is preferable when it is necessary to separate carbon monoxide and nitrogen.

【0016】本願発明で使用されるフォージャサイト型
ゼオライトは、粉末で使用することもできるが、取り扱
いの容易さなどから通常ペレット、ビーズ形状等の成形
体で使用される場合が多い。
The faujasite-type zeolite used in the present invention can be used in the form of a powder. However, it is often used in the form of pellets, beads or the like because of easy handling.

【0017】成形体を用いる場合は、ゼオライトの粉末
に粘土やシリカゾル等の無機系あるいは有機系のバイン
ダーを加えて、押出し成形、撹拌造粒、転動造粒等によ
り成形される。用いるハ゛インタ゛ーの量は通常、ゼオライト
の全量に対して5〜30重量%程度添加されるが,より
高性能な吸着剤とするにはバインダーの添加量は少ない
ほど良い。また成形体のバインダーをフォージャサイト
型ゼオライトに変化させた、バインダーレス成形体であ
ってもよい。
When a compact is used, an inorganic or organic binder such as clay or silica sol is added to the zeolite powder, and the mixture is extruded, stirred and granulated by rolling. The amount of binder used is usually about 5 to 30% by weight based on the total amount of zeolite, but the smaller the amount of binder added, the better the adsorbent for higher performance. Further, a binderless molded article in which the binder of the molded article is changed to faujasite type zeolite may be used.

【0018】成形体の内部にはゼオライト結晶粒子間あ
るいはゼオライト結晶とバインダー粒子の間に、0.0
5〜1μm程度のマクロ細孔が形成されるが、成形体内
部の拡散抵抗を小さくするために、マクロ細孔の平均細
孔直径は0.1μm以上で、細孔容積は0.2cc/g
以上あることが好ましい。
In the interior of the compact, between the zeolite crystal particles or between the zeolite crystals and the binder particles,
Although macropores of about 5 to 1 μm are formed, the average pore diameter of the macropores is 0.1 μm or more and the pore volume is 0.2 cc / g in order to reduce the diffusion resistance inside the molded body.
It is preferable that there is the above.

【0019】成形体の大きさは、より高性能な吸着剤と
するには、小さいほど良いが、成形体の強度の低下、充
填した時の圧力損失の増大を引き起こす場合があるた
め、通常0.5mm以上3mm以下の範囲であり、0.
5mm以上2mm以下の範囲がより好ましい。
The size of the molded product is preferably as small as possible to obtain a higher-performance adsorbent. However, since the size of the molded product may be reduced and the pressure loss at the time of filling may be increased, it is usually 0. 0.5 mm or more and 3 mm or less;
A range of 5 mm or more and 2 mm or less is more preferable.

【0020】イオン交換の方法は、通常の方法で実施さ
れ、たとえば、Liイオンを含む水溶液にナトリウムや
カリウムなどのアルカリ金属イオンやカルシウムなどの
アルカリ土類金属イオンや、鉄などの遷移金属イオン、
ランタンなどの希土類イオンを共存させてイオン交換し
ても目的の吸着剤を得ることは可能であるし、それぞれ
のイオンを個別の溶液としてイオン交換することも可能
である。イオン交換に使用する塩類としては、塩化物を
はじめ硝酸塩、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩などのある程
度の水溶性を示す塩類が選択される。水溶液の濃度も特
に限定されず、通常0.1モル/リットル〜7モル/リ
ットルの濃度で行われるが、溶解度の低い塩を用いる場
合にはこの限りでは無い。また、イオン交換時の温度
は、凝固点以上の温度から、沸騰点以下の温度で実施さ
れるが、イオン交換反応が吸熱反応である場合にはでき
るだけ高い温度でイオン交換することが効率的であると
想像される。また、イオン交換はゼオライト粉末をイオ
ン交換に供してもよいし、成形体に成形した後に行うこ
ともできる。またイオン交換方法としてはカラム流通
法、バッチ法でもいずれでも実施可能であり特に限定さ
れない。
The ion exchange method is carried out by a usual method. For example, an alkali metal ion such as sodium or potassium, an alkaline earth metal ion such as calcium, a transition metal ion such as iron,
The target adsorbent can be obtained by ion exchange in the presence of a rare earth ion such as lanthanum, or each ion can be ion-exchanged as a separate solution. As the salts used for ion exchange, salts showing a certain degree of water solubility, such as chlorides, nitrates, hydroxides, carbonates, and sulfates are selected. The concentration of the aqueous solution is not particularly limited, and is usually performed at a concentration of 0.1 mol / liter to 7 mol / liter. However, when a salt having low solubility is used, this is not limited. In addition, the temperature at the time of ion exchange is from a temperature above the freezing point to a temperature below the boiling point, but if the ion exchange reaction is an endothermic reaction, it is efficient to perform the ion exchange at the highest possible temperature. It is imagined. Further, the ion exchange may be performed by subjecting the zeolite powder to ion exchange, or may be performed after the zeolite powder is formed into a molded body. The ion exchange method can be carried out by any of a column flow method and a batch method, and is not particularly limited.

【0021】イオン交換を目的通りに実施した後は、通
常の方法で水、温水、または弱アルカリの水や温水で洗
浄された後、乾燥される。乾燥は比較的低い温度で行う
ことが好ましく、たとえば120℃以下の温度で行われ
る。表面に付着した水分が十分乾燥されたら、粉末の場
合は上記成形体に成形し、成形体で行った場合は、活性
化される。
After the ion exchange has been carried out as intended, it is washed with water, warm water or weakly alkaline water or warm water by a usual method, and then dried. Drying is preferably performed at a relatively low temperature, for example, at a temperature of 120 ° C. or less. When the moisture adhering to the surface is sufficiently dried, the powder is molded into the above-mentioned molded body, and when the molding is performed, the powder is activated.

【0022】活性化は一酸化炭素の吸着剤として使用す
るために必須であり、ゼオライトの吸着サイトに吸着し
た水分子を加熱により脱着させ、一酸化炭素吸着に対し
て活性な状態とすることが目的である。活性化は350
〜600℃の範囲で実施され、とくに脱着した水蒸気に
より自己破壊を起こさないように十分に水蒸気を追い出
すことのできる条件で実施することが必要である。たと
えば真空下で加熱して活性化を行なう方法、除湿した空
気を送り込みながら加熱して活性化を行なう方法、或い
は除湿した空気を上記活性化温度の範囲に加熱してゼオ
ライトを加熱して活性化する方法が好ましく用いられ
る。
Activation is indispensable for use as an adsorbent for carbon monoxide. Water molecules adsorbed on the zeolite adsorption site are desorbed by heating to be in a state active for carbon monoxide adsorption. Is the purpose. Activation is 350
It is required to be carried out in a temperature range of up to 600 ° C., in particular, under conditions capable of sufficiently expelling water vapor so as not to cause self-destruction by desorbed water vapor. For example, a method of activating by heating under vacuum, a method of activating by heating while sending dehumidified air, or a method of heating zeolite by heating dehumidified air to the above-mentioned activation temperature range to activate the zeolite Is preferably used.

【0023】本願発明の方法に用いられるゼオライト
は、上記説明した処理によって製造されたものであり、
少なくとも一酸化炭素を含む2種以上の成分からなる混
合ガスをゼオライトに接触させて一酸化炭素を混合ガス
より除去する方法において、ゼオライトが骨格のSi/
Al原子比が実質的に1.0であるフォージャサイト型
ゼオライトであって、当該ゼオライトのイオン交換後の
陽イオンがアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属
および希土類から選ばれる2種以上の組み合わせであっ
て、25℃における760mmHgの一酸化炭素吸着容
量(a)と38mmHgの一酸化炭素吸着容量(b)の
吸着容量差(b−a)が17.0Nml/g以上であっ
て、25℃での吸着等温線のラングミュア定数が3.3
×10-2mmHg-1以下の特性を有するゼオライトであ
れば、本発明の目的に好適に使用できる。
The zeolite used in the method of the present invention is produced by the above-described process,
In a method of removing a carbon monoxide from a mixed gas by contacting a mixed gas comprising at least two components containing at least carbon monoxide with a zeolite, the zeolite has a Si /
A faujasite-type zeolite having an Al atomic ratio of substantially 1.0, wherein the cation after ion exchange of the zeolite is at least two kinds selected from alkali metals, alkaline earth metals, transition metals and rare earths. A combination of carbon monoxide adsorption capacity (a) of 760 mmHg at 25 ° C. and carbon monoxide adsorption capacity (b) of 38 mmHg at 25 ° C. (ba) of 17.0 Nml / g or more; The Langmuir constant of the adsorption isotherm at ℃ is 3.3
Any zeolite having a characteristic of × 10 −2 mmHg −1 or less can be suitably used for the purpose of the present invention.

【0024】本願発明の対象となる少なくとも一酸化炭
素を含有する混合ガスとしては、一酸化炭素が含まれて
いれば特に限定はないが、一酸化炭素よりもゼオライト
に対する吸着力の弱い、すなわち、極性の低いガスが含
まれている場合により高い効果を発揮できる。このよう
な少なくとも一酸化炭素を含有する混合ガスとしては一
酸化炭素以外のガスの成分として、水素、炭化水素、窒
素、酸素、アルゴンなどをあげることができる。
The mixed gas containing at least carbon monoxide, which is the object of the present invention, is not particularly limited as long as it contains carbon monoxide, but has a weaker adsorbing power on zeolite than carbon monoxide, that is, A higher effect can be exhibited when a gas having a low polarity is contained. Examples of the mixed gas containing at least carbon monoxide include hydrogen, hydrocarbon, nitrogen, oxygen, argon, and the like as components of the gas other than carbon monoxide.

【0025】また、混合ガスに、水やアンモニア、二酸
化炭素などの極性の強いガスが共存していてもこれらの
ガスの含有量に応じて用いるゼオライト吸着剤の量を増
減することで、極性の強い順に吸着剤に吸着させて、除
去することができ、或いは前処理としてこれらのガスを
従来の吸着剤などで予め除去することも可能である。
Further, even if a strongly polar gas such as water, ammonia or carbon dioxide coexists in the mixed gas, the amount of the zeolite adsorbent used is increased or decreased in accordance with the content of these gases, whereby the polarity is increased. It is possible to remove by adsorbing to the adsorbent in the order of strength, or to preliminarily remove these gases with a conventional adsorbent or the like as a pretreatment.

【0026】一酸化炭素を含む2種類以上の成分からな
る混合ガスのガス流から一酸化炭酸を吸着除去する方
法、条件は特に限定されないが、通常、PSA法が用い
られる。PSA法では、本発明で使用する吸着剤を塔に
充填し、適切な条件で原料となる混合ガスを流通し一酸
化炭素を吸着する。次いで、適切な条件で脱着される。
脱着の条件については特に限定されないが、たとえば、
圧力を吸着圧力よりも減圧すると同時に、精製したガス
や場合によっては他の一酸化炭素を含まないガスなどを
パージする、あるいは前記のガスを加熱してパージする
ことで一酸化炭素を除去し、吸着剤を再生する。一段の
PSA装置で原料となるガス中の一酸化炭素、炭化水素等
を同時に除去することも可能であるが、活性他炭等の吸
着剤を充填したPSA装置で予めアンモニア、水分、二
酸化炭素を除去した後、本発明の方法で一酸化炭素を除
去することもできる。
The method and conditions for adsorbing and removing carbon monoxide from a gas stream of a mixed gas comprising two or more components containing carbon monoxide are not particularly limited, but a PSA method is usually used. In the PSA method, the adsorbent used in the present invention is packed in a tower, and a mixed gas as a raw material is flowed under appropriate conditions to adsorb carbon monoxide. Then, it is desorbed under appropriate conditions.
The conditions for desorption are not particularly limited. For example,
At the same time as reducing the pressure from the adsorption pressure, purging a purified gas or a gas containing no other carbon monoxide or the like, or removing the carbon monoxide by heating and purging the gas, Regenerate the sorbent. One step
Although it is possible to simultaneously remove carbon monoxide, hydrocarbons, and the like in the raw material gas with a PSA device, ammonia, moisture, and carbon dioxide were previously removed with a PSA device filled with an adsorbent such as activated carbon. Thereafter, carbon monoxide can be removed by the method of the present invention.

【0027】以下、実施例により本願発明をさらに詳し
く説明するが、これらの実施例により、本願発明は何等
限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0028】[0028]

【実施例】実施例の中のイオン交換率、吸着容量は以下
の方法で測定した。
EXAMPLES The ion exchange rates and adsorption capacities in the examples were measured by the following methods.

【0029】<イオン交換率>試料を弗化水素酸と硝酸
の1:1混合溶液で溶解した後、所定の濃度になるよう
に蒸留水を用いて希釈した。その後、パーキンエルマー
社製ICP測定装置(Optima 3000)によ
り、各金属イオンの濃度を同定し、イオンの当量比、例
えば、Liイオンの場合、Li/(Li+Na+K)と
して算出した。
<Ion exchange rate> A sample was dissolved in a 1: 1 mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then diluted with distilled water to a predetermined concentration. Thereafter, the concentration of each metal ion was identified using an ICP measuring device (Optima 3000) manufactured by PerkinElmer, and the equivalent ratio of the ions, for example, in the case of Li ions, was calculated as Li / (Li + Na + K).

【0030】<吸着容量>日本ベル社製、BELSOR
P 28SAにより25℃の温度における一酸化炭素の
吸着容量を0〜約800mmHgの範囲で測定を行い、
38mmHg及び760mmHgの一酸化炭素吸着容量
をそれぞれ算出し、それらの値からその圧力範囲での一
酸化炭素吸着容量を求めた。吸着容量は吸着剤1gあた
りに吸着する一酸化炭素の体積を0℃、1気圧の標準状
態に換算して表示した。
<Adsorption Capacity> BELSOR, manufactured by Bell Japan
P 28SA measures the adsorption capacity of carbon monoxide at a temperature of 25 ° C. in the range of 0 to about 800 mmHg,
The carbon monoxide adsorption capacities of 38 mmHg and 760 mmHg were calculated respectively, and the carbon monoxide adsorption capacities in the pressure range were determined from these values. The adsorption capacity is represented by converting the volume of carbon monoxide adsorbed per 1 g of the adsorbent into a standard state at 0 ° C. and 1 atm.

【0031】<一酸化炭素/窒素の吸着容量比>前記の
方法により一酸化炭素及び窒素の吸着容量の測定をそれ
ぞれ行ない、次の式により吸着容量比を算出した。
<Adsorption Capacity Ratio of Carbon Monoxide / Nitrogen> The adsorption capacities of carbon monoxide and nitrogen were measured by the above method, and the adsorption capacity ratio was calculated by the following equation.

【0032】吸着容量比=(760mmHgの一酸化炭
素吸着容量)/(760mmHgの窒素吸着容量) 実施例1 骨格のSi/Al比が1.0であるシリカ比の低いX型
ゼオライトを特公平5−25527号広報に開示される
方法によって合成した。合成の方法は、Al(OH)3
の208gをNaの50%水溶液267g中に溶解して
溶液−1とした。次に、水1000g中に85%KOH
ペレット287gを溶解し、溶液−1を添加し、4℃に
冷却した。更に珪酸ナトリウム(Na2O:9.6%、
SiO2:30.9%)453.25gを1131.7
gで希釈して、先の冷却溶液を加えた。得られたゲルを
36℃で3日間熟成し、次に70℃に昇温して16時間
結晶化を行った。スラリーを濾過、洗浄し、ゼオライト
結晶を得た。得られたゼオライト粉末に関してX線回折
で確認されたピークは全てフォージャサイト型ゼオライ
トに起因するものであり、そのほかのゼオライトによる
ピークは見出せなかった。また、ICP分析による化学
組成はSi/Al比が1.0であった。
Adsorption capacity ratio = (760 mmHg carbon monoxide adsorption capacity) / (760 mmHg nitrogen adsorption capacity) Example 1 An X-type zeolite with a low silica ratio and a skeleton having an Si / Al ratio of 1.0 was prepared as follows. The compound was synthesized according to the method disclosed in the public information publication No. 25527. The synthesis method is Al (OH) 3
Was dissolved in 267 g of a 50% aqueous solution of Na to obtain solution-1. Next, 85% KOH in 1000 g of water
287 g of the pellet was dissolved, Solution-1 was added, and the mixture was cooled to 4 ° C. Further, sodium silicate (Na 2 O: 9.6%,
(SiO 2 : 30.9%) 453.25 g to 1131.7
g and diluted with the previous cooling solution. The obtained gel was aged at 36 ° C. for 3 days, and then heated to 70 ° C. for crystallization for 16 hours. The slurry was filtered and washed to obtain zeolite crystals. All peaks confirmed by X-ray diffraction for the obtained zeolite powder were due to faujasite-type zeolite, and no other zeolite peak was found. The chemical composition determined by ICP analysis was such that the Si / Al ratio was 1.0.

【0033】乾燥重量基準でゼオライト100に対して
約20となるような比率でバインダー成分を添加して、
平均粒径が直径1.6mmの大きさの球状になるように
成形し、得られたゼオライト成形体を650℃の乾燥熱
風により加熱して、バインダーを焼結させた。
The binder component is added at a ratio of about 20 to 100 of zeolite on a dry weight basis,
The resulting zeolite molded body was shaped into a spherical shape having an average particle diameter of 1.6 mm in diameter, and the obtained zeolite molded body was heated with dry hot air at 650 ° C. to sinter the binder.

【0034】得られたゼオライト成形体をカラムに充填
し、60℃の温度で1NのLiCl水溶液を流通してイ
オン交換を行ない、イオン交換可能な陽イオンの95%
をリチウムイオンにイオン交換した。残りのイオンは、
ナトリウムイオンが3%と、カリウムイオンが2%であ
った。
The obtained zeolite compact was packed in a column, and ion-exchanged by flowing a 1N aqueous solution of LiCl at a temperature of 60 ° C. to obtain 95% of ion-exchangeable cations.
Was ion-exchanged to lithium ion. The remaining ions are
Sodium ions were 3% and potassium ions were 2%.

【0035】イオン交換された成形体を400℃の乾燥
熱風により加熱して、水分を脱着させて活性化した。活
性化終了後のゼオライト成形体は、空気を遮断した金属
容器中で保存し冷却の後、吸着容量測定装置において再
度真空下、350℃で2時間活性化して吸着容量の測定
を行った。試験の結果を表1に示した。
The ion-exchanged compact was heated with 400 ° C. dry hot air to desorb water and activate. After the activation was completed, the molded zeolite was stored in a metal container in which air was shut off, cooled, and then activated again at 350 ° C. for 2 hours under vacuum in an adsorption capacity measuring device to measure the adsorption capacity. Table 1 shows the results of the test.

【0036】実施例2 リチウムのイオン交換率を86%としたこと以外は実施
例1と同様の操作を行なった。残りのイオンはナトリウ
ムイオンが11%、カリウムイオンが3%であった。試
験の結果を表1に示した。
Example 2 The same operation as in Example 1 was performed except that the ion exchange rate of lithium was 86%. The remaining ions were 11% sodium ions and 3% potassium ions. Table 1 shows the results of the test.

【0037】実施例3 イオン交換に用いる溶液を1規定NaCl水溶液とした
こと以外は実施例1と同様の操作を行なった。イオン交
換可能な陽イオンの98%をナトリウムイオンで交換
し、残りのイオンはカリウムイオンが2%であった。試
験の結果を表1に示した。
Example 3 The same operation as in Example 1 was performed except that the solution used for ion exchange was a 1N aqueous NaCl solution. 98% of the ion-exchangeable cations were exchanged for sodium ions, and the remaining ions were potassium ions for 2%. Table 1 shows the results of the test.

【0038】実施例4 イオン交換に用いる溶液を1mol/リットルの塩化カ
ルシウム水溶液としたこと以外は、実施例1と同様の操
作を行なった。イオン交換可能な陽イオンの80%をカ
ルシウムイオンでイオン交換し、残りのイオンはナトリ
ウムイオンが17%と、カリウムイオンが3%であっ
た。試験の結果を表1に示した。
Example 4 The same operation as in Example 1 was performed except that the solution used for ion exchange was a 1 mol / L calcium chloride aqueous solution. 80% of the ion-exchangeable cations were ion-exchanged with calcium ions, and the remaining ions were 17% sodium ions and 3% potassium ions. Table 1 shows the results of the test.

【0039】実施例5 カルシウム交換率を92%としたこと以外は実施例4と
同様の操作を行なった。残りのイオンはナトリウムイオ
ンが6%と、カリウムイオンが2%であった。試験の結
果を表1に示した。
Example 5 The same operation as in Example 4 was performed except that the calcium exchange rate was 92%. The remaining ions were 6% sodium ions and 2% potassium ions. Table 1 shows the results of the test.

【0040】比較例1 市販のCaX(骨格のSi/Al比は1.25)ゼオライ
ト成形体(バインダーレスペレット)(東ソー株式会社
製)をICPで化学分析したところ、イオン交換可能な
陽イオンのうち94%がカルシウムイオンであり、残り
のイオンはナトリウムイオンが6%であった。このゼオ
ライト成形体を実施例1と同様の方法で試験を行なっ
た。結果を表1に示した。
Comparative Example 1 A commercially available zeolite compact (binderless pellet) (manufactured by Tosoh Corporation) of CaX (the Si / Al ratio of the skeleton is 1.25) was chemically analyzed by ICP to find that the ion exchangeable cation was Of these, 94% were calcium ions, and the remaining ions were 6% sodium ions. This zeolite compact was tested in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも一酸化炭素を含む2種以上の成
分からなる混合ガスをゼオライトに接触させて一酸化炭
素を混合ガスより除去する方法において、ゼオライト骨
格のSi/Al原子比が実質的に1.0であるフォージ
ャサイト型ゼオライトであって、当該ゼオライトのイオ
ン交換後の陽イオンがアルカリ金属、アルカリ土類金
属、遷移金属および希土類金属から選ばれる2種以上の
組み合わせであって、25℃における760mmHgの
一酸化炭素吸着容量(a)と38mmHgの一酸化炭素
吸着容量(b)の吸着容量差(b−a)が17.0Nm
l/g以上であって、25℃での吸着等温線のラングミ
ュア定数が3.3×10-2mmHg-1以下の特性を有す
るゼオライトを用いて、ガス流から一酸化炭素を吸着分
離する方法。
1. A method for removing carbon monoxide from a mixed gas by contacting a mixed gas comprising at least two types of components containing at least carbon monoxide with zeolite, wherein the Si / Al atomic ratio of the zeolite skeleton is substantially reduced. 1.0, wherein the cation after ion exchange of the zeolite is a combination of two or more kinds selected from alkali metals, alkaline earth metals, transition metals and rare earth metals; The adsorption capacity difference (ba) between the carbon monoxide adsorption capacity (a) at 760 mmHg and the carbon monoxide adsorption capacity (b) at 38 mmHg at 1 ° C. is 17.0 Nm.
A method for adsorbing and separating carbon monoxide from a gas stream using a zeolite having a characteristic of not more than 1 / g and having a Langmuir constant of an adsorption isotherm at 25 ° C. of 3.3 × 10 −2 mmHg −1 or less. .
【請求項2】請求項1に記載の一酸化炭素の吸着分離方
法において、一酸化炭素と窒素の吸着容量比が1.6以
上であるゼオライトを用いて、ガス流から一酸化炭素を
吸着分離する方法。
2. The method for adsorbing and separating carbon monoxide according to claim 1, wherein zeolite having an adsorbing capacity ratio of carbon monoxide to nitrogen of 1.6 or more is used to adsorb and separate carbon monoxide from a gas stream. how to.
【請求項3】請求項1及び2に記載の一酸化炭素の吸着
分離方法において、ゼオライトのイオン交換可能な陽イ
オンがリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、
ストロンチウム、バリウムの組み合わせであるゼオライ
トを用いて、ガス流から一酸化炭素を吸着分離する方
法。
3. The method for adsorbing and separating carbon monoxide according to claim 1, wherein the ion-exchangeable cation of zeolite is lithium, sodium, potassium, calcium,
A method for adsorbing and separating carbon monoxide from a gas stream using zeolite, which is a combination of strontium and barium.
【請求項4】請求項1〜3に記載の一酸化炭素の吸着分
離方法において、ゼオライトのイオン交換可能な陽イオ
ンがリチウム、カリウム及びナトリウムの組み合わせで
あって、リチウムのイオン交換率が80%以上であるゼ
オライトを用いて、ガス流から一酸化炭素を吸着分離す
る方法。
4. The method for adsorbing and separating carbon monoxide according to claim 1, wherein the ion-exchangeable cation of the zeolite is a combination of lithium, potassium and sodium, and the ion exchange rate of lithium is 80%. A method for adsorbing and separating carbon monoxide from a gas stream using the above zeolite.
【請求項5】請求項1〜3に記載の一酸化炭素の吸着分
離方法において、ゼオライトのイオン交換可能な陽イオ
ンがナトリウム及びカリウムの組み合わせであって、ナ
トリウムのイオン交換率が80%以上であり、一酸化炭
素と窒素の吸着容量比が2.5以上であるゼオライトを
用いて、ガス流から一酸化炭素を吸着分離する方法。
5. The method for adsorbing and separating carbon monoxide according to claim 1, wherein the ion-exchangeable cation of zeolite is a combination of sodium and potassium, and the ion exchange rate of sodium is 80% or more. A method of adsorbing and separating carbon monoxide from a gas stream using a zeolite having an adsorption capacity ratio of carbon monoxide to nitrogen of 2.5 or more.
【請求項6】請求項1〜3に記載の一酸化炭素の吸着分
離方法において、ゼオライトのイオン交換可能な陽イオ
ンがカルシウム、カリウム及びナトリウムの組み合わせ
であって、特にカルシウムのイオン交換率が50%以上
でああるゼオライトを用いて、ガス流から一酸化炭素を
吸着分離する方法。
6. The method for adsorbing and separating carbon monoxide according to any one of claims 1 to 3, wherein the ion-exchangeable cation of the zeolite is a combination of calcium, potassium and sodium, and particularly, the ion exchange rate of calcium is 50%. % Zeolite is used to adsorb and separate carbon monoxide from a gas stream.
【請求項7】請求項1〜6に記載の一酸化炭素の吸着分
離法において、マクロ細孔の平均細孔直径が0.1μm
以上であり、細孔容積が0.2cc/g以上であるゼオ
ライト成形体を用いて、ガス流から一酸化炭素を吸着分
離する方法。
7. The method for adsorbing and separating carbon monoxide according to claim 1, wherein the macropores have an average pore diameter of 0.1 μm.
A method for adsorbing and separating carbon monoxide from a gas stream using a zeolite compact having a pore volume of 0.2 cc / g or more.
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JP2003246606A (en) * 2001-11-14 2003-09-02 Ceca Sa Syngas purifying method

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