JP2012012635A - 高炉ガスの成分分離方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高炉ガスを、第1段の圧力スイング吸着装置に導入して二酸化炭素を吸着分離した後、該二酸化炭素分離済ガスを、第2段の圧力スイング吸着装置に導入して一酸化炭素を吸着分離するに当たり、前記第2段の圧力スイング吸着装置において、一酸化炭素を優先して吸着する主吸着剤、次に水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤の順に積層した吸着塔に、前記二酸化炭素分離済ガスを該吸着塔の主吸着剤側から導入して副吸着剤側から排出する際に、水素を含むガスを回収する。
【選択図】図2
Description
しかしながら、第1段目のPSA装置からの排出ガスにおける水素の濃度は高くても5モル%程度であり、この水素の回収率を上げると随伴する窒素量も増加する結果、回収ガスの体積当たりの熱量は低下してしまう。
(1)高炉ガスを連続する二段の圧力スイング吸着装置を使用して、該高炉ガスを第1段の圧力スイング吸着装置に導入して二酸化炭素を吸着分離した後、該二酸化炭素分離済ガスを、第2段の圧力スイング吸着装置に導入して一酸化炭素を吸着分離するに当たり、
前記第2段の圧力スイング吸着装置において、一酸化炭素を優先して吸着する主吸着剤、次に水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤の順に積層した吸着塔に、前記二酸化炭素分離済ガスを該吸着塔の主吸着剤側から導入して副吸着剤側から排出する際に、水素を含むガスを回収することを特徴とする高炉ガスの成分分離方法。
前記第2段の圧力スイング吸着装置は、一酸化炭素を優先して吸着する主吸着剤、次に水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤の順に積層した吸着塔を有し、前記副吸着剤の出側に、水素を含むガスを回収するための管を有することを特徴とする高炉ガスの成分分離装置。
まず、本発明方法の基本的な概念を、図1を参照して説明する。本発明では、高炉ガスを2段のPSA装置を用いて各種ガス成分に分離する。すなわち、高炉ガスC0を、第1段PSA装置1に導入し、この第1段PSA装置1では、二酸化炭素を優先的に吸着する吸着剤を利用して、高炉ガスC0より主に二酸化炭素からなるガスを吸着分離する。なお、吸着剤に吸着させたガスは、脱着処理にて吸着剤から分離し、第1段PSA装置1から導出する(C2)。
ここで、本発明における第一の形態として、第2段PSA装置2において、一酸化炭素を優先的に吸着する主吸着剤と水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤を、第1段PSA装置から排出されるガスの導入側から主吸着剤、副吸着剤の順で積層させる。ここに導入された二酸化炭素が減少したガスC1は、主吸着剤にて一酸化炭素が吸着された後に副吸着剤で窒素等が吸着されることにより、後述する図6に示すように、単に主吸着剤のみを充填した場合(副吸着剤:0.0)に比べ水素濃度が高くなるため、水素を高濃度かつ高回収率で分離できる。
一方、主吸着剤に吸着させた主に一酸化炭素からなるガスC5は、脱着処理にて主吸着剤から分離し、第2段PSA装置2から導出して可燃性ガスとして回収する。
以下に、本発明の特徴である第2段PSA装置2におけるPSA処理について、図面を参照して具体的に説明する。
なお、ここでは吸着塔が2本からなるPSA装置で説明するが、吸着塔は本発明例の主旨に沿った操作をする範囲内において1本でも3本以上でも構わない。
図2に示すように、図示例の第2段PSA装置2は、2本の吸着塔20Aおよび20Bを有し、各吸着塔での吸着と脱着とを吸着塔20Aおよび20B間で交互に行うことによって、連続運転を可能にしている。吸着塔20Aおよび20Bは、一酸化炭素を優先して吸着する主吸着剤21と水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤22とを、第1段PSA装置から導入する二酸化炭素分離済ガスC1の導入側に主吸着剤21、排出側に副吸着剤22を順に積層配置してなる。さらに、各吸着塔には、前記主吸着剤21側から二酸化炭素分離済ガスC1の導入管23がバルブVを介して接続される一方、前記副吸着剤22側に排出ガスの導出本管24および高濃度水素を含むガスを選択回収するための分岐管25が、それぞれバルブVを介して接続されている。さらにまた、各吸着塔の前記主吸着剤21側には、主吸着剤21にて吸着した主に一酸化炭素を脱着処理した際の一酸化炭素ガスの導出管26がバルブVを介して接続されている。この脱着処理には、真空ポンプPを用いる。
図5に示すように、真空ポンプによって吸着塔20A内部のガスが脱着された後に、第1段PSA装置1での処理を経た二酸化炭素分離済ガスC1を、導入管23を介して導入する。導入された二酸化炭素分離済ガスC1は、まず、主吸着剤21において一酸化炭素成分を優先吸着し、引き続き、副吸着剤22において水素以外の残部ガス成分、主に窒素を優先吸着した後、吸着塔20Aから導出される。
特に、水素の回収率を引き上げて、さらに水素と一酸化炭素を含む可燃性ガスとしての回収率を引き上げるためには、主吸着剤21および副吸着剤22の充填比率を前述したように規制することが肝要である。
第一の実施形態では、吸着塔で吸着したガス成分の脱着処理が吸着塔下方から導出管26を介して行われるため、副吸着剤22に吸着されたガスについても導出管26を介して行われる。吸着塔内部には主、副吸着剤が充填され吸着塔下方から吸引を行った際に圧損が生じることから、副吸着剤22の塔上方層では同下方層に比較して圧力低下代が小さく、副吸着剤22に吸着されたガスを、副吸着剤22から短時間で十分に解離することは難しい。
そこで、第二の形態では図10に示すように、各吸着塔20Aおよび20Bの前記副吸着剤22に、導出管27を接続して、吸着塔の上方から吸引を行うことによって、副吸着剤22に吸着されたガスを、副吸着剤22から短時間で十分に解離することができる。
図2に示した2塔式PSA装置を使用し、各吸着塔(内径40mmφ×高さ500mm)内には、一価の銅を活性炭に添加させた吸着剤(住友精化(株)製 セイカファインCOX(商標))を500g充填した。ここに、上記の高炉ガスから二酸化炭素を分離した後の原ガスを(模した混合ガスを)導入してガスを分離した。1サイクルの時間は、吸着工程100秒、脱着工程100秒とした。吸着工程における原ガス導入量は3.3NL/分とし、圧力110kPaに達した時点で塔上部のバルブを開放して吸着済ガスを排出した。その際、排出開始初期のガスを、水素が比較的多く含まれる初期排出ガスとして回収し、以降のガスは分岐管25のバルブを閉とし、同時に吸着排ガス側のバルブを開として残りのガスを排気した。また、脱着工程における最終圧力は10kPaとして吸着剤に吸着された一酸化炭素を主に含むガスを回収した。なお、試験は初期排出ガスの回収時間を変えたものを数条件実施した。
以上の回収結果について、導入したガスに含まれる水素量(モル)に対する初期排ガス中の水素量(モル)の割合を水素回収率として評価し、回収したガスの水素濃度と水素回収率との関係を求めた。また、初期排ガスと脱着工程で脱着する回収ガスを混合して、このガスに含まれる一酸化炭素と水素の合計量(モル)の、導入したガスに含まれる一酸化炭素および水素の合計量(モル)に対する割合を、可燃性成分回収率として評価した。なお、可燃性成分回収率は、混合後のガスの熱量1200kcal/Nm3とした場合の回収率とした。これら回収率の測定結果を、表1に示す。
上記した比較例と同じ、図2の2塔式PSA装置を使用し、主吸着剤に比較例と同じ吸着剤を充填し、その上に活性炭(日本エンバイロケミカルズ(株)製 粒状白鷺G2(商標))を充填した。充填した割合は、表1に示す体積割合とした。導入ガスの組成および導入量、1サイクルの時間、圧力、水素回収の条件は比較例と同様に行い、水素および一酸化炭素を回収した。水素回収率40%での水素濃度および可燃性成分回収率を、表1に示す。水素濃度および可燃性成分回収率は共に、主吸着剤のみの比較例の場合に比べて格段に上昇していた。
図10に示したPSA装置を使用し、発明例1と同じ吸着剤を同様に積層充填し、導入ガスの組成および導入量、1サイクルの時間、圧力、水素回収の条件は比較例と同様に行い、水素および一酸化炭素を回収した。水素回収率および可燃性成分回収率を、表2に示す。水素濃度および可燃性成分回収率は共に、発明例1の場合に比べて上昇しており、副吸着剤側からの脱着の効果が見られた。
Claims (6)
- 高炉ガスを連続する二段の圧力スイング吸着装置を使用して、該高炉ガスを第1段の圧力スイング吸着装置に導入して二酸化炭素を吸着分離した後、該二酸化炭素分離済ガスを、第2段の圧力スイング吸着装置に導入して一酸化炭素を吸着分離するに当たり、
前記第2段の圧力スイング吸着装置において、一酸化炭素を優先して吸着する主吸着剤、次に水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤の順に積層した吸着塔に、前記二酸化炭素分離済ガスを該吸着塔の主吸着剤側から導入して副吸着剤側から排出する際に、水素を含むガスを回収することを特徴とする高炉ガスの成分分離方法。 - 前記第2段の圧力スイング吸着装置の吸着塔において、一酸化炭素を優先して吸着する主吸着剤と水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤とを99:1〜60:40の体積比にて積層したことを特徴とする請求項1に記載の高炉ガスの成分分離方法。
- 前記第2段の圧力スイング吸着装置において、吸着剤に吸着したガス成分を脱着するに際し、該脱着されたガスの排出方向が前記主吸着剤から副吸着剤側であることを特徴とする請求項1に記載の高炉ガスの成分分離方法。
- 高炉ガスからガス成分を分離する、二段で連続する圧力スイング装置であって、二酸化炭素を吸着分離する第1段の圧力スイング吸着装置および、該二酸化炭素分離済ガスから一酸化炭素を吸着分離する第2段の圧力スイング吸着装置をそなえ、
前記第2段の圧力スイング吸着装置は、一酸化炭素を優先して吸着する主吸着剤、次に水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤の順に積層した吸着塔を有し、前記副吸着剤の出側に、水素を含むガスを回収するための管を有することを特徴とする高炉ガスの成分分離装置。 - 前記第2段の圧力スイング吸着装置の吸着塔は、一酸化炭素を優先して吸着する主吸着剤と水素以外の残部ガス成分を吸着する副吸着剤とを99:1〜60:40の体積比にて積層したことを特徴とする請求項4に記載の高炉ガスの成分分離装置。
- 前記吸着塔の前記副吸着剤側に、副吸着剤に対する脱着処理に供する減圧配管を接続することを特徴とする請求項4または5に記載の高炉ガスの成分分離装置。
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