JP2007182350A

JP2007182350A - 一酸化炭素の精製装置

Info

Publication number: JP2007182350A
Application number: JP2006001609A
Authority: JP
Inventors: Yasusada Miyano; 安定宮野; Noboru Takemasa; 登武政; Yukifumi Ochi; 幸史越智; Toshio Akiyama; 敏雄秋山
Original assignee: Japan Pionics Ltd; Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Japan Pionics Ltd; Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】圧力変動吸着式の一酸化炭素の精製装置において、切替え弁の複雑な切替えが必要な工程を含む精製であっても、構成が小さくかつ単純で操作も容易である精製装置を提供する。
【解決手段】並列に設置された複数の吸着筒と、これらの上流側及び下流側に１個ずつ設けられた多方弁を備えてなる一酸化炭素の精製装置であって、多方弁が、少なくとも片方が複数の気体流通孔を有する２個の固定ディスクと、これらに挟まれ回転することにより固定ディスクの気体流通孔に選択的に連通可能な気体流通路を有する回転ディスクからなる一酸化炭素の精製装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一酸化炭素の精製装置に関し、さらに詳しくは、複雑な工程を含む精製であっても、構成が小さくかつ単純で操作も容易である圧力変動吸着式の一酸化炭素の精製装置に関する。

従来から、一酸化炭素は、ポリカーボネート等の多くの化学品原料として用いられている。一酸化炭素は、重油、ＬＰＧ、コークス等の分解ガス、製鉄所転炉ガス等に多く含まれているが、一酸化炭素のほか、水素、窒素、二酸化炭素、酸素、水等も含まれている。例えば製鉄所転炉ガスに含まれている一酸化炭素は、通常は５０〜７５％程度である。そのため、これらの混合ガスから一酸化炭を効率よく精製するために、深冷分離法、ＣＯＳＯＲＢ法、ＰＳＡ（圧力変動吸着）法等が開発されてきた。

これらの中でもＰＳＡ法は、吸着剤に一酸化炭素を選択的に吸着させ、真空ポンプで吸着剤を減圧することにより、吸着剤から脱着してくる一酸化炭素を回収する精製方法であり、比較的に装置の構成が小さくかつ単純で操作も容易であるという長所がある。ＰＳＡ法を実施するための精製装置としては、例えば特開平７−８０２３３に開示されているように、工業的には一酸化炭素の吸着剤が充填された複数の吸着筒を用い、各吸着筒において、原料ガスの供給による一酸化炭素の吸着、吸着筒の洗浄、減圧ポンプによる一酸化炭素の脱着及び回収等の各工程が順次行なわれ、効率よく一酸化炭が精製できるように構成されている。

また、例えば、原料ガス中の特定成分（一酸化炭素）を吸着する吸着剤を充填した吸着筒を複数筒配置したＰＳＡ装置の操業方法において、それぞれの吸着筒の昇圧、吸着、洗浄、脱着の各工程を有する操業工程に、他の吸着筒の均圧工程と共通する均圧工程を付加する一酸化炭素の回収方法（特開平６−１７０１４４）が開発されている。この方法は、それぞれの吸着筒の昇圧、吸着、洗浄、脱着の各工程の前後に、他の吸着筒と連通させることにより、互いに加圧または減圧されたガス、加熱されたガス、一酸化炭素を含むガス等を適宜補充し合い、効率よく一酸化炭素を回収するものである。
特開平６−１７０１４４号公報特開平７−８０２３３号公報

しかしながら、前述の特開平６−１７０１４４の記載された回収装置は、一酸化炭素を効率よく精製することが可能な優れた精製装置であるが、同公報の図１に示されるように、多数の切替え弁が必要であり、装置の構成が複雑になるという不都合があった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、前述のような複雑な切替えが必要な工程を含む精製であっても、構成が小さくかつ単純で操作も容易である一酸化炭素の精製装置を提供することである。

本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討した結果、多数の切替え弁の替りに、複数の気体流通孔を有する２個の固定ディスクと、これらに挟まれ回転することにより固定ディスクの気体流通孔に選択的に連通可能な気体流通路を有する回転ディスクからなる多方弁を用いて、適宜ガス流路の切替えを行なうことにより、複雑な切替えが必要な工程を含む精製であっても、構成が小さくかつ単純で一酸化炭素の精製操作も容易にできること等を見出し、本発明の一酸化炭素の精製装置に到達した。

すなわち本発明は、並列に設置された複数の吸着筒と、これらの上流側及び下流側に１個ずつ設けられた多方弁を備えてなる一酸化炭素の精製装置であって、該多方弁が、少なくとも片方が複数の気体流通孔を有する２個の固定ディスクと、これらに挟まれ回転することにより該固定ディスクの気体流通孔に選択的に連通可能な気体流通路を有する回転ディスクからなることを特徴とする一酸化炭素の精製装置である。

本発明の一酸化炭素の精製装置は、複数の吸着筒の上流側及び下流側において、従来から使用されていた多数の切替え弁の替りに、複数の気体流通孔を有する２個の固定ディスクと、これらに挟まれ回転することにより固定ディスクの気体流通孔に選択的に連通可能な気体流通路を有する回転ディスクからなる多方弁を用いたものなので、精製装置の構成が小さくかつ単純で一酸化炭素の精製操作も容易に行なうことができる。

本発明の一酸化炭素の精製装置は、一酸化炭素のほか、水素、窒素、二酸化炭素、酸素、水等が含まれている混合ガスから高純度の一酸化炭素を回収または取出すための装置に適用される。
以下、本発明の一酸化炭素の精製装置を、図１〜図４に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。尚、図１は、本発明の一酸化炭素の精製装置の一例を示す斜視図、図２は、本発明における上流側多方弁の固定ディスク及び回転ディスクの構造の一例を示す構成図、図３は、本発明における下流側多方弁の固定ディスク及び回転ディスクの構造の一例を示す構成図、図４は、本発明の精製装置を用いて一酸化炭素を精製する際の各々の吸着筒における工程例である。

本発明の一酸化炭素の精製装置は、図１に示すように、並列に設置された複数の吸着筒１〜３と、これらの上流側及び下流側に１個ずつ設けられた多方弁４、５を備えてなる一酸化炭素の精製装置であって、多方弁４、５が、少なくとも片方の固定ディスクが複数の気体流通孔を有する２個の固定ディスク６、７と、これらに挟まれ回転することにより固定ディスク６、７の気体流通孔に選択的に連通可能な気体流通路を有する回転ディスク８からなる一酸化炭素の精製装置である。

また、本発明の一酸化炭素の精製装置は、通常は原料ガスの供給管９が上流側の多方弁に接続され、その他、洗浄用一酸化炭素の供給管１０、製品一酸化炭素の回収管（減圧ポンプ配管）１１、処理後ガスの排出管１２が上流側または下流側の多方弁に接続される。さらに、必要に応じて、上流側の多方弁と下流側の多方弁を連通する配管１３、原料ガスを回収するための配管１４を設けることもできる。

尚、図１に示す本発明の一酸化炭素の精製装置は、吸着筒が３筒であるが、これに限定されることなく、通常は２筒〜６筒の吸着筒が備えられる。しかし、２筒の吸着筒では一酸化炭素の精製効率が悪く、５〜６筒の吸着筒では回転ディスクの気体流通路が複雑になるので、３〜４筒の吸着筒が備えられることが好ましい。また、本発明においては、適宜吸着筒の上流側に脱硫筒、脱湿筒等の処理筒を設置することもできる。

以下、本発明の一酸化炭素の精製装置を、吸着筒が３筒であり、精製工程が９工程からなる場合について詳細に説明するが、吸着筒が２筒、４筒、５筒、または６筒である場合、あるいは９工程以外からなる場合についても同様である。
本発明における一酸化炭素の精製工程としては、例えば次のような工程が考えられる。
（１）昇圧１：脱着が終了し、６．５ｋＰａまで減圧された吸着筒を、減圧１工程にある筒の減圧排ガスを注入することにより圧力回復させる。
（２）逆昇圧：吸着１の吸着排ガスを筒内に注入し、筒内圧力をさらに上昇させる。
（３）昇圧２：吸着2工程にある筒の吸着筒の吸着排ガスを筒内に注入し、吸着開始の所定圧力まで筒内圧力を上昇させる。
（４）吸着１：原料ガスを筒内に注入し、原料ガス中のＣＯを吸着剤に吸着させる。ＣＯ濃度が低くなった原料ガスは、吸着排ガスとして系外に放出される。
（５）吸着２：所定の時間が経過した後、吸着筒が破過し製品排ガス中のＣＯ濃度が上昇するのを防止するため、吸着筒出口ガスを昇圧２工程にある筒に送る。
（６）減圧１：原料ガス注入を停止し、ＣＯ濃度の高い減圧ガスを昇圧1工程にある筒に導き筒内圧力を下げる。
（７）減圧２：さらに吸着筒内圧を大気圧付近まで減圧するため、減圧ガスをリサイクルガスとして、原料ガスとともに再び吸着工程にある他の筒に送る。
（８）洗浄：筒内に残存する微量の不純物を除去しＣＯ濃度を上げるため、製品ガスの一部を洗浄ガスとして筒内に注入する。筒より放出されるＣＯ濃度の高い洗浄排ガスはリサイクルガスとして、原料ガスとともに再び吸着工程にある筒に送られる。
（９）脱着：吸着筒を６．５ｋＰａまで減圧し、吸着剤に吸着したＣＯ及び筒内に充満したＣＯを、製品ＣＯとして回収する。
各々の吸着筒における工程図は、図４に示すようなものとなる。例えば、吸着筒１で（１）工程（昇圧１）が行なわれているとき、吸着筒２では（６）工程（減圧１）、吸着筒３では（４）工程（吸着１）が行なわれる。

前記のような９工程を、３筒の吸着筒について行なうための多方弁としては、例えば、図２に示すような上流側多方弁４の固定ディスク及び回転ディスク、図３に示すような下流側多方弁５の固定ディスク及び回転ディスクを挙げることができる。
尚、図２及び図３において、上段は各々固定ディスク及び回転ディスクの平面図、下段は各々前記平面図の各面における断面図を示すものである。

上流側多方弁４及び下流側多方弁５の固定ディスクは、各々２個の固定ディスクのうち、少なくとも片方が複数の気体流通孔を有するものである。例えば、上流側多方弁４の固定ディスク６は、原料ガスの供給管９と連通する気体流通孔と、洗浄用一酸化炭素の供給管１０と連通する気体流通孔を有し、上流側多方弁４の固定ディスク７及び下流側多方弁５の固定ディスク６は、３筒の吸着筒と連通する気体流通孔を有し、下流側多方弁５の固定ディスク７は、製品一酸化炭素の回収管（減圧ポンプ配管）１１と連通する気体流通孔、処理後ガスの排出管１２と連通する気体流通孔、原料ガスの回収管１４と連通する気体流通孔を有する。

また、上流側多方弁４及び下流側多方弁５の回転ディスクは、各々の固定ディスクの気体流通孔に選択的に連通可能な気体流通路を有する。尚、図２及び図３に示すような多方弁においては、固定ディスクの気体流通孔と回転ディスクの気体流通路が連通できるように、固定ディスクの回転ディスク側表面に適宜環状の溝が設けられている。また、図２及び図３の回転ディスクに示す（１）〜（９）は、前述の９工程に対応するものである。尚、図２及び図３に示す固定ディスク及び回転ディスクは、１回転することにより精製工程が１サイクル完了するが、例えば１／２回転あるいは１／３回転することにより精製工程が１サイクル完了するように設定することもできる。また、回転ディスクの回転方向は、右回りであっても、左回りであってもよい。

本発明の一酸化炭素の精製装置において、吸着筒に充填される吸着剤としては、一酸化炭素を選択的に吸着、脱着できれば特に制限されることはなく、例えば、活性炭、アルミナ等を用いることができるが、効率よく多量に一酸化炭素を吸着することができる点で、担体に塩化銅（II）及びカルボン酸銅（II）を担持させ、減圧下、不活性ガス雰囲気下、または還元性ガス雰囲気下で加熱処理して塩化銅（I）とした吸着剤が好ましい。

前記の吸着剤において使用されるカルボン酸銅（II）は、一般式（ＲＣＯＯ）_２Ｃｕ（Ｒ：水素またはアルキル基）で表される化合物であるが、これらの中では容易に入手できる点で、蟻酸銅（II）、酢酸銅（II）が好ましい。塩化銅（II）及びカルボン酸銅（II）を単に混合して使用することもできるが、塩化銅（II）及びカルボン酸銅（II）の混合物を、水、アルコール等の溶媒に溶かして、活性炭、セラミックス、合成ゼオライト、合成樹脂等の担体に担持させた状態で使用することもできる。尚、担体を用いる場合、これらの担体の中でも活性炭が好ましく、粒状、破砕状等のほか、活性炭素繊維等の形態にして用いることができる。
尚、例えば塩化銅（II）と蟻酸銅（II）の混合物を加熱処理する際には、主に次のような化学反応が起こると考えられる。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。

（吸着剤の調製）
市販の蟻酸銅（II）（純度９９．９％）及び塩化銅（II）（純度９９．９％）を、分子数の比が１：１となるように混合した。この混合物１２０ｇを８０ｍｌの水に溶解した溶液を、活性炭１００ｇに散布、含浸させた後、空気雰囲気下６０℃で４時間乾燥させて吸着剤の原料を調製した。また、並列に設置された３筒の吸着筒（内径４０ｍｍ、高さ２２０ｍｍ）と、これらの上流側及び下流側に１個ずつ設けられた図２及び図３に示すような多方弁を備えてなる図１に示すような一酸化炭素の精製装置を製作した。吸着剤の原料を３筒の吸着筒に、充填長が２００ｍｍになるように充填した後、窒素雰囲気下、１２０℃で３時間加熱処理して、一酸化炭素吸着剤として塩化銅（I）を調製した。

（一酸化炭素の精製試験）
前記のように製作した精製装置に、原料ガスの供給管、洗浄用一酸化炭素の供給管、製品一酸化炭素の回収管、処理後ガスの排出管等を接続した後、原料ガスの供給管から、各吸着筒に順次、一酸化炭素６８％、二酸化炭素１６％、水素２％、窒素１３％、酸素とアルゴン１％を含むガスを供給して、前述の９工程による一酸化炭素の精製を行なった。合計１０サイクルの一酸化炭素の精製試験の結果、製品一酸化炭素の回収管からは常に９９％以上の純度を有する一酸化炭素が得られることが確認できた。また、一酸化炭素の回収率は８５％であった。

本発明の一酸化炭素の精製装置の一例を示す斜視図本発明における上流側多方弁の固定ディスク及び回転ディスクの構造の一例を示す構成図本発明における下流側多方弁の固定ディスク及び回転ディスクの構造の一例を示す構成図本発明の精製装置を用いて一酸化炭素を精製する際の各々の吸着筒における工程例

符号の説明

１吸着筒
２吸着筒
３吸着筒
４上流側の多方弁
５下流側の多方弁
６固定ディスク
７固定ディスク
８回転ディスク
９原料ガスの供給管
１０洗浄用一酸化炭素の供給管
１１製品一酸化炭素の回収管
１２処理後ガスの排出管
１３上流側の多方弁と下流側の多方弁を連通する配管
１４原料ガスの回収管
１５回転ディスクを回転させるためのモーター

Claims

並列に設置された複数の吸着筒と、これらの上流側及び下流側に１個ずつ設けられた多方弁を備えてなる一酸化炭素の精製装置であって、該多方弁が、少なくとも片方が複数の気体流通孔を有する２個の固定ディスクと、これらに挟まれ回転することにより該固定ディスクの気体流通孔に選択的に連通可能な気体流通路を有する回転ディスクからなることを特徴とする一酸化炭素の精製装置。
原料ガスの供給管が上流側の多方弁に接続され、洗浄用一酸化炭素の供給管、製品一酸化炭素の回収管、処理後ガスの排出管が上流側または下流側の多方弁に接続された請求項１に記載の一酸化炭素の精製装置。
上流側及び下流側の各多方弁は、各回転ディスクが１回転することにより、各吸着筒において、少なくとも順次、一酸化炭素の吸着、洗浄、一酸化炭素の脱着が行なわれるような気体流通孔及び気体流通路が設定された請求項１に記載の一酸化炭素の精製装置。
上流側及び下流側の各多方弁は、各回転ディスクが１回転することにより、各吸着筒において、少なくとも順次、他の吸着筒との連通による昇圧、原料ガスの供給による一酸化炭素の吸着、他の吸着筒との連通による洗浄、減圧ポンプとの連通による一酸化炭素の脱着及び回収が行なわれるような気体流通孔及び気体流通路が設定された請求項１に記載の一酸化炭素の精製装置。
吸着筒が３筒または４筒であり、回転ディスクが独立した４個乃至９個の気体流通路を有する請求項１に記載の一酸化炭素の精製装置。
吸着筒に充填される吸着剤が、担体に塩化銅（II）及びカルボン酸銅（II）を担持させ、減圧下、不活性ガス雰囲気下、または還元性ガス雰囲気下で加熱処理してなる吸着剤である請求項１に記載の一酸化炭素の精製装置。