JP2023112327A - ガス分離回収装置、ガス分離回収方法、及びガス分離回収システム - Google Patents
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
【課題】複数成分を含む対象ガスから、所要の成分を分離して回収する際、回収率の向上、及び副生成物の除去率の向上が可能なガス分離回収装置を提供する。
【解決手段】少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収装置であって、圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから第3成分を分離する第1吸着塔5A,5Bを有する第1ガス分離装置2と、前記第1ガス分離装置2の二次側に位置し、圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから前記第2成分を分離する第2吸着塔9A,9Bを有する第2ガス分離装置3と、前記第1ガス分離装置2と前記第2ガス分離装置3との間に位置し、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔とを連通するガス経路4と、を備えるガス分離回収装置1を選択する。
【選択図】図1
【解決手段】少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収装置であって、圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから第3成分を分離する第1吸着塔5A,5Bを有する第1ガス分離装置2と、前記第1ガス分離装置2の二次側に位置し、圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから前記第2成分を分離する第2吸着塔9A,9Bを有する第2ガス分離装置3と、前記第1ガス分離装置2と前記第2ガス分離装置3との間に位置し、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔とを連通するガス経路4と、を備えるガス分離回収装置1を選択する。
【選択図】図1
Description
本発明は、ガス分離回収装置、ガス分離回収方法、及びガス分離回収システムに関する。
石油化学プラントの一つであるオキソアルコールプロセス(以降、「オキソプロセス」又は、単に「プロセス」と呼ぶ場合もある)では、原料のプロピレンから中間製品としてブチルアルデヒドを製造している。プロセスから排出されるガス(以下、単に「排ガス」と呼ぶ場合もある)には、未反応の原料成分であるプロピレンや、製品成分であるブチルアルデヒドなどの有用成分が残留している場合がある。これらの有用成分を回収して再利用することで、プロセスの高効率化が可能となる。
プロセスの排ガスには、有用成分の他に、主に副反応生成物であるプロパンや、イナート成分である二酸化炭素などの副生成物が含まれている。排ガス中から有用成分を分離回収して再利用するためには、副生成物を低減する必要がある。また、プロセスの高効率化のためには、有用成分の回収率を高めるとともに、副生成物の除去率を高めることが必要となる。
ところで、混合ガスから任意成分を分離して回収する方法として、PSA(Pressure Swing Adsorption)法やTSA(Thermal Swing Adsorption)法が知られている。また、PSAとTSAとを組み合わせたガス分離回収方法は、無機ガスや炭化水素の分離精製に用いられている。
特許文献1には、TSA及びPSAを組み合わせて、多成分を含むガスから任意成分を回収する方法が開示されている。
特許文献1には、TSA及びPSAを組み合わせて、多成分を含むガスから任意成分を回収する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、所要の成分を分離して回収することが可能であるが、副生成物の除去率、及び有用成分の回収率がより高い分離技術の確立が望まれているのが実情である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、複数成分を含む対象ガスから、所要の成分を分離して回収する際、回収率の向上、及び副生成物の除去率の向上が可能なガス分離回収装置、ガス分離回収方法、及びガス分離回収システムを提供することを課題とする。
上記の課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。
[1] 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収装置であって、
圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから第3成分を分離する第1吸着塔を有する、第1ガス分離装置と、
前記第1ガス分離装置の二次側に位置し、圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから前記第2成分と前記第1成分とを分離する第2吸着塔を有する、第2ガス分離装置と、
前記第1ガス分離装置と前記第2ガス分離装置との間に位置し、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔とを連通するガス経路と、を備えるガス分離回収装置。
[2] 前記ガス経路が、吸着後かつ再生前の前記第1吸着塔と、再生後かつ吸着前の前記第2吸着塔と、を連通して均圧に用いる、[1]に記載のガス分離回収装置。
[3] 前記第1ガス分離装置の一次側に位置し、温度変動吸着方式により、前記対象ガスから前記第1~第3成分以外の第4成分を除去する、第3ガス分離装置をさらに備える、[1]又は[2]に記載のガス分離回収装置。
[4] 前記対象ガスが、ブチルアルデヒド、二酸化炭素、プロパン、及びプロピレンからなる群から選択される1種、又は2種以上を含む、[3]に記載のガス分離回収装置。
[5] 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収方法であって、
圧力変動吸着方式の第1ガス分離装置により、前記対象ガスから第3成分を分離し、
圧力変動吸着方式の第2ガス分離装置により、前記対象ガスから第2成分と第1成分とを分離するとともに、
前記第1ガス分離装置が有する第1吸着塔と、前記第2ガス分離装置が有する第2吸着塔とを連通して、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔との間で均圧する、ガス分離回収方法。
[6] 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収するガス分離回収方法であって、
圧力変動吸着方式の第1ガス分離装置が有する第1吸着塔により、前記対象ガスから第3成分を分離する第1分離工程と、
前記第1吸着塔から前記第3成分を脱離する第1再生工程と、
圧力変動吸着方式の第2ガス分離装置が有する第2吸着塔により、前記対象ガスから第2成分を分離する第2分離工程と、
前記第2吸着塔から前記第2成分を脱離する第2再生工程と、
前記第1分離工程後かつ前記第1再生工程前の前記第1吸着塔と、前記第2再生工程後かつ前記第2分離工程前の前記第2吸着塔とを連通し、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔との間で均圧する均圧工程と、を含む、ガス分離回収方法。
[7] 前記第1吸着塔が、前記第1分離工程、前記均圧工程及び前記第1再生工程を含む第1サイクルを繰り返し、
前記第2吸着塔が、前記均圧工程、前記第2分離工程及び前記第2再生工程を含む第2サイクルを繰り返すとともに、
前記第1吸着塔及び前記第2吸着塔が前記均圧工程を同時に行うように、前記第1サイクルと前記第2サイクルとを同期させる、[6]に記載のガス分離回収方法。
[8] 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収システムであって、
前記対象ガスを排ガスとして排出する製造設備と、
[1]乃至4のいずれか一項に記載のガス分離回収装置と、
前記ガス分離回収装置により回収された所要の1成分を前記製造設備へ返送する返送経路と、を備える、ガス分離回収システム。
[9] ガス成分を燃料として燃焼する燃焼設備と、
前記ガス分離回収装置により分離された他のガス成分を前記燃焼設備へ供給する燃料供給経路と、をさらに備える、[8]に記載のガス分離回収システム。
[10] 前記製造設備が、オキソアルコールプロセスを行う設備である、[8]又は[9]に記載のガス分離回収システム。
[1] 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収装置であって、
圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから第3成分を分離する第1吸着塔を有する、第1ガス分離装置と、
前記第1ガス分離装置の二次側に位置し、圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから前記第2成分と前記第1成分とを分離する第2吸着塔を有する、第2ガス分離装置と、
前記第1ガス分離装置と前記第2ガス分離装置との間に位置し、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔とを連通するガス経路と、を備えるガス分離回収装置。
[2] 前記ガス経路が、吸着後かつ再生前の前記第1吸着塔と、再生後かつ吸着前の前記第2吸着塔と、を連通して均圧に用いる、[1]に記載のガス分離回収装置。
[3] 前記第1ガス分離装置の一次側に位置し、温度変動吸着方式により、前記対象ガスから前記第1~第3成分以外の第4成分を除去する、第3ガス分離装置をさらに備える、[1]又は[2]に記載のガス分離回収装置。
[4] 前記対象ガスが、ブチルアルデヒド、二酸化炭素、プロパン、及びプロピレンからなる群から選択される1種、又は2種以上を含む、[3]に記載のガス分離回収装置。
[5] 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収方法であって、
圧力変動吸着方式の第1ガス分離装置により、前記対象ガスから第3成分を分離し、
圧力変動吸着方式の第2ガス分離装置により、前記対象ガスから第2成分と第1成分とを分離するとともに、
前記第1ガス分離装置が有する第1吸着塔と、前記第2ガス分離装置が有する第2吸着塔とを連通して、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔との間で均圧する、ガス分離回収方法。
[6] 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収するガス分離回収方法であって、
圧力変動吸着方式の第1ガス分離装置が有する第1吸着塔により、前記対象ガスから第3成分を分離する第1分離工程と、
前記第1吸着塔から前記第3成分を脱離する第1再生工程と、
圧力変動吸着方式の第2ガス分離装置が有する第2吸着塔により、前記対象ガスから第2成分を分離する第2分離工程と、
前記第2吸着塔から前記第2成分を脱離する第2再生工程と、
前記第1分離工程後かつ前記第1再生工程前の前記第1吸着塔と、前記第2再生工程後かつ前記第2分離工程前の前記第2吸着塔とを連通し、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔との間で均圧する均圧工程と、を含む、ガス分離回収方法。
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前記第1吸着塔及び前記第2吸着塔が前記均圧工程を同時に行うように、前記第1サイクルと前記第2サイクルとを同期させる、[6]に記載のガス分離回収方法。
[8] 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収システムであって、
前記対象ガスを排ガスとして排出する製造設備と、
[1]乃至4のいずれか一項に記載のガス分離回収装置と、
前記ガス分離回収装置により回収された所要の1成分を前記製造設備へ返送する返送経路と、を備える、ガス分離回収システム。
[9] ガス成分を燃料として燃焼する燃焼設備と、
前記ガス分離回収装置により分離された他のガス成分を前記燃焼設備へ供給する燃料供給経路と、をさらに備える、[8]に記載のガス分離回収システム。
[10] 前記製造設備が、オキソアルコールプロセスを行う設備である、[8]又は[9]に記載のガス分離回収システム。
本発明のガス分離回収装置、ガス分離回収方法、及びガス分離回収システムは、複数成分を含む対象ガスから、所要の成分を分離して回収する際、回収率の向上、及び副生成物の除去率の向上が可能である。
以下、本発明を適用したガス分離回収装置、ガス分離回収方法、及びガス分離回収システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
<第1実施形態>
(ガス分離回収装置)
先ず、本発明の第1実施形態として、例えば図1に示すガス分離回収装置1について説明する。なお、図1は、ガス分離回収装置1の構成、及びこれを用いたガス分離回収方法を説明するための系統図である。
(ガス分離回収装置)
先ず、本発明の第1実施形態として、例えば図1に示すガス分離回収装置1について説明する。なお、図1は、ガス分離回収装置1の構成、及びこれを用いたガス分離回収方法を説明するための系統図である。
本実施形態のガス分離回収装置1は、少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収するものである。具体的に、このガス分離回収装置1は、第1成分、第2成分及び第3成分を含む対象ガス(原料ガス)から第3成分の除去を圧力変動吸着方式(PSA)によって行う第1ガス分離装置2と、第3成分が除去された原料ガスからの第1成分と第2成分との分離回収を圧力変動吸着方式(PSA)によって行う第2ガス分離装置3と、第1ガス分離装置2と第2ガス分離装置3との間に位置する均圧用ガス経路(ガス経路)4と、を備えている。
第1ガス分離装置2は、第3成分を吸着及び脱離する吸着剤S1が内部に設けられた一対(2つ)の第1吸着塔5A,5Bを備えている。一対の第1吸着塔5A,5Bは、基本的に同じ構成であり、中空円筒状に形成されて、その上下両端に上部側配管5a及び下部側配管5bが接続された構成を有している。
吸着剤S1は、第1吸着塔5A,5Bの内部にそれぞれ充填されている。なお、本実施形態の第1吸着塔5A,5Bには、例えばステンレス(SUS304)などの金属が用いられているが、原料ガスG1や後述する再生ガスG2と反応せず、高温及び高圧に耐え得ることができる材質のものであればよく、これに必ずしも限定されるものではない。
吸着剤S1は、圧力差により第3成分を吸着及び脱離できる物質であれば、特に限定されない。
例えば、原料ガス(対象ガス)が二酸化炭素(CO2)、プロパン及びプロピレンを含み、第3成分が二酸化炭素である場合、ゼオライト、活性アルミナ、活性炭を用いることができ、常温で優れた分離性能を有する分子篩活性炭を用いることが好ましい。
例えば、原料ガス(対象ガス)が二酸化炭素(CO2)、プロパン及びプロピレンを含み、第3成分が二酸化炭素である場合、ゼオライト、活性アルミナ、活性炭を用いることができ、常温で優れた分離性能を有する分子篩活性炭を用いることが好ましい。
第1ガス分離装置2は、原料ガスG1を第1吸着塔5A,5Bに導入する原料ガス導入部6と、吸着剤S1を再生する再生ガスG2を第1吸着塔5A,5Bに導入する再生ガス導入部7とを備えている。
原料ガス導入部6は、一方の第1吸着塔5Aの下部側配管5bから分岐された一方の原料ガス導入配管6aを通して一方の第1吸着塔5Aに原料ガスG1を導入する。
一方、処理ガス導出部16は、一方の第1吸着塔5Aの上部側配管5aから分岐された一方の原料ガス導出配管6bを通して一方の第1吸着塔5Aから第3成分が除去された原料ガス(以下、処理ガスという。)G3を導出する。
一方、処理ガス導出部16は、一方の第1吸着塔5Aの上部側配管5aから分岐された一方の原料ガス導出配管6bを通して一方の第1吸着塔5Aから第3成分が除去された原料ガス(以下、処理ガスという。)G3を導出する。
同様に、原料ガス導入部6は、他方の第1吸着塔5Bの下部側配管5bから分岐された他方の原料ガス導入配管6cを通して他方の第1吸着塔5Bに原料ガスG1を導入する。
一方、処理ガス導出部16は、他方の第1吸着塔5Bの上部側配管5aから分岐された他方の原料ガス導出配管6dを通して他方の第1吸着塔5Bから処理ガスG3を導出する。
一方、処理ガス導出部16は、他方の第1吸着塔5Bの上部側配管5aから分岐された他方の原料ガス導出配管6dを通して他方の第1吸着塔5Bから処理ガスG3を導出する。
さらに、一方の原料ガス導入配管6aと他方の原料ガス導入配管6cとは、互いの入側で連結されて共通の原料ガス導入配管6eを構成している。
これに対して、一方の原料ガス導出配管6bと他方の原料ガス導出配管6dとは、互いの出側で連結されて共通の処理ガス導出配管6fを構成している。
これに対して、一方の原料ガス導出配管6bと他方の原料ガス導出配管6dとは、互いの出側で連結されて共通の処理ガス導出配管6fを構成している。
また、原料ガス導入部6は、一方の原料ガス導入配管6aを開閉する開閉弁V1Aと、他方の原料ガス導入配管6cを開閉する開閉弁V1Bとを有している。
さらに、処理ガス導出部16は、一方の処理ガス導出配管6bを開閉する開閉弁V5Aと、他方の処理ガス導出配管6dを開閉する開閉弁V5Bとを有している。
さらに、処理ガス導出部16は、一方の処理ガス導出配管6bを開閉する開閉弁V5Aと、他方の処理ガス導出配管6dを開閉する開閉弁V5Bとを有している。
再生ガス導入部7は、一方の第1吸着塔5Aの上部側配管5aから分岐された一方の再生ガス導入配管7aを通して一方の第1吸着塔5Aに再生ガスG2を導入する。一方、再生ガス導入部7は、一方の第1吸着塔5Aの下部側配管5bから分岐された一方の排ガス導出配管7bを通して一方の第1吸着塔5Aから脱離された第3成分を含む再生ガス(以下、単に再生ガスという。)G4を導出する。
同様に、再生ガス導入部7は、他方の第1吸着塔5Bの上部側配管5aから分岐された他方の再生ガス導入配管7cを通して他方の第1吸着塔5Bに再生ガスG2を導入する。一方、再生ガス導入部7は、他方の第1吸着塔5Bの下部側配管5bから分岐された他方の排ガス導出配管7dを通して他方の第1吸着塔5Bから再生ガスG4を導出する。
さらに、一方の再生ガス導入配管7aと他方の再生ガス導入配管7cとは、互いの入側で連結されて共通の再生ガス導入配管7eを構成している。これに対して、一方の排ガス導出配管7bと他方の排ガス導出配管7dとは、互いの出側で連結されて共通の排ガス導出配管7fを構成している。
また、再生ガス導入部7は、一方の再生ガス導入配管7aを開閉する開閉弁V4Aと、一方の排ガス導出配管7bを開閉する開閉弁V2Aと、他方の再生ガス導入配管7cを開閉する開閉弁V4Bと、他方の排ガス導出配管7dを開閉する二酸化炭素除去側開閉弁V2Bとを有している。
なお、本実施形態では、上述した各原料ガス導入配管6a,6c,6e、各処理ガス導出配管6b,6d,6f、各再生ガス導入配管7a,7c,7e、各排ガス導出配管7b,7d,7fとして、例えばステンレス(SUS304)などの金属が用いられているが、原料ガスG1や再生ガスG2と反応せず、高温及び高圧に耐え得ることができる材質のものであればよく、これに必ずしも限定されるものではない。
また、本実施形態では、開閉弁V1A、V1B、V2A、V2B、V4A、V4B、V5A、V5Bは特に限定されるものではない。原料ガスG1や再生ガスG2と反応せず、高温及び高圧に耐え得ることができるものであればよく、例えば、ダイヤフラム弁やボール弁、バタフライ弁などの様々な方式の開閉弁を用いることが可能である。
流量制御弁8は、第1吸着塔へ過剰な流量が流れることによる原料ガス圧力の低下防止と吸着性能の低下防止を目的として、原料ガス導入配管6eに設けられている。
第2ガス分離装置3は、第2成分を吸着及び脱離する吸着剤S2が内部に設けられた一対(2つ)の第2吸着塔9A,9Bを備えている。一対の第2吸着塔9A,9Bは、基本的に同じ構成であり、中空円筒状に形成されて、その上下両端に上部側配管9a及び下部側配管9bが接続された構成を有している。
吸着剤S2は、第2吸着塔9A,9Bの内部にそれぞれ充填されている。なお、本実施形態の第2吸着塔9A,9Bには、例えばステンレス(SUS304)などの金属が用いられているが、処理ガスG3や後述する均圧ガスG7と反応せず、高温及び高圧に耐え得ることができる材質のものであればよく、これに必ずしも限定されるものではない。
吸着剤S2は、圧力差により第2成分を吸着及び脱離できる物質であれば、特に限定されない。
例えば、処理ガスがプロパン及びプロピレンを含み、第2成分がプロピレンである場合、分子篩活性炭、活性炭を用いることができ、常温で優れた分離性能を有する分子篩活性炭を用いることが好ましい。
例えば、処理ガスがプロパン及びプロピレンを含み、第2成分がプロピレンである場合、分子篩活性炭、活性炭を用いることができ、常温で優れた分離性能を有する分子篩活性炭を用いることが好ましい。
第2ガス分離装置3は、処理ガスG3を第2吸着塔9A,9Bに導入する処理ガス導入部10を備えている。
処理ガス導入部10は、一方の第2吸着塔9Aの下部側配管9bから分岐された一方の処理ガス導入配管10aを通して一方の第2吸着塔9Aに処理ガスG3を導入する。一方、処理ガス導入部10は、一方の第2吸着塔9Aの上部側配管9aから分岐された一方の第1成分導出配管10bを通して一方の第2吸着塔9Aから分離回収された第1成分ガスG5を導出する。一方、処理ガス導入部10は、一方の第2吸着塔9Aの下部側配管9bから分岐された一方の第2成分導出配管10cを通して一方の第2吸着塔9Aから分離回収された第2成分ガスG6を導出する。
同様に、処理ガス導入部10は、他方の第2吸着塔9Bの下部側配管9bから分岐された他方の処理ガス導入配管10dを通して他方の第2吸着塔9Bに処理ガスG3を導入する。一方、処理ガス導入部10は、他方の第2吸着塔9Bの上部側配管9aから分岐された他方の第1成分導出配管10eを通して他方の第2吸着塔9Bから分離回収された第1成分ガスG5を導出する。一方、処理ガス導入部10は、他方の第2吸着塔9Bの下部側配管9bから分岐された他方の第2成分導出配管10fを通して他方の第2吸着塔9Bから分離回収された第2成分ガスG6を導出する。
さらに、一方の処理ガス導入配管10aと他方の処理ガス導入配管10dとは、互いの入側で連結されて共通の処理ガス導入配管10gを構成している。また、処理ガス導入配管10gは、上記第1ガス分離装置2側の処理ガス導出配管6fと連結されている。
これに対して、一方の第1成分導出配管10bと他方の第1成分導出配管10eとは、互いの出側で連結されて共通の第1成分導出配管10hを構成している。また、一方の第2成分導出配管10cと他方の第2成分導出配管10fとは、互いの出側で連結されて共通の第2成分導出配管10iを構成している。
処理ガス導入部10は、第1成分導出配管10hに位置する圧力制御弁11を有する。圧力制御弁11は、第2の吸着塔内の非吸着ガスの吸着塔外への導出を目的として、設けられている。
また、処理ガス導入部10は、一方の処理ガス導入配管10aを開閉する開閉弁V6Aと、一方の第1成分導出配管10bを開閉する開閉弁V9Aと、一方の第2成分導出配管10cを開閉する開閉弁V7Aと、他方の処理ガス導入配管10dを開閉する開閉弁V6Bと、他方の第1成分導出配管10eを開閉する開閉弁V9Bと、他方の第2成分導出配管10fを開閉する第6の開閉弁V7Bとを有している。
上述した再生ガスG2として、処理ガスG3から分離回収された第1成分ガスG5の一部を第1吸着塔5A,5Bに導入するため、再生ガス導入部7は、上記再生ガス導入配管7eから分岐された再生ガス導入配管7g,7h、及び再生ガス導出弁V10A、V10Bを有している。
再生ガス導入配管7gは、第2吸着塔9Aの上部側配管9aと接続されており、上部側配管9aから導出される第1成分ガスG5の一部を再生ガスG2として、再生ガス導入配管7eに導入する。
一方、再生ガス導入配管7hは、第2吸着塔9Bの上部側配管9aと接続されており、上部側配管9aから導出される第1成分ガスG5の一部を再生ガスG2として、再生ガス導入配管7eに導入する。
また、上記再生ガス導入配管7eには、圧力制御弁12が位置する。圧力制御弁12は、第2の吸着塔の吸着圧力の保持を目的として設けられている。
なお、本実施形態の各処理ガス導入配管10a,10d,10g、各第1成分排出配管10b,10e,10h、各第2成分排出配管10c,10f,10i、各再生ガス導入配管7g,7hには、上述した各原料ガス導入配管6a,6c,6e、各処理ガス導出配管6b,6d,6f、各再生ガス導入配管7a,7c,7e、各排ガス導出配管7b,7d,7fと基本的に同じものを用いることができる。また、本実施形態の開閉弁V6A、V6B、V7A、V7B、V9A、V9B、V10A、V10Bには、上述した開閉弁V1A、V1B、V2A、V2B、V4A、V4B、V5A、V5Bと基本的に同じものを用いることができる。
減圧ポンプ13は、第2成分導出配管10iに設けられて、第2吸着塔9A,9B内を減圧(真空引き)する。減圧ポンプ13は、第2吸着塔9A,9B内を減圧できるものであれば、特に限定されるものではなく、様々な方式の減圧ポンプを用いることが可能である。減圧ポンプ13としては、例えば、ダイヤフラム式真空ポンプ、ルーツ式真空ポンプ、スクリュー式真空ポンプ、スクロール式真空ポンプを用いることができる。
均圧用ガス経路4は、第1ガス分離装置2と第2ガス分離装置3との間に位置する。均圧用ガス経路4は、第1ガス分離装置2側で均圧ガス導出配管4a,4bと合流する。また、均圧用ガス経路4は、第2ガス分離装置3側で均圧ガス導入配管4c、4dに分岐する。
均圧ガス導出配管4aは、第1吸着塔5Aの上部側配管5aと接続されており、上部側配管5aから導出される、第3成分が除去された原料ガス(以下、均圧ガスという。)G7を均圧用ガス経路4に導入する。
また、均圧ガス導出配管4bは、第1吸着塔5Bの上部側配管5aと接続されており、上部側配管5aから導出される均圧ガスG7を均圧用ガス経路4に導入する。
また、均圧ガス導出配管4bは、第1吸着塔5Bの上部側配管5aと接続されており、上部側配管5aから導出される均圧ガスG7を均圧用ガス経路4に導入する。
均圧ガス導入配管4cは、第2吸着塔9Aの下部側配管9bと接続されており、均圧用ガス経路4から導出される均圧ガスG7を第2吸着塔9Aに導入する。
また、均圧ガス導入配管4dは、第2吸着塔9Bの下部側配管9bと接続されており、均圧用ガス経路4から導出される均圧ガスG7を第2吸着塔9Bに導入する。
また、均圧ガス導入配管4dは、第2吸着塔9Bの下部側配管9bと接続されており、均圧用ガス経路4から導出される均圧ガスG7を第2吸着塔9Bに導入する。
また、均圧用ガス経路4は、一方の均圧ガス導出配管4aを開閉する開閉弁V3Aと、一方の均圧ガス導出配管4bを開閉する開閉弁V3Bと、一方の均圧ガス導入配管4cを開閉する開閉弁V8Aと、他方の均圧ガス導入配管4dを開閉する開閉弁V8Bとを有している。
均圧用ガス経路4は、一対の第1吸着塔5A,5Bのうち、吸着後かつ再生前の第1吸着塔と、一対の第2吸着塔9A,9Bのうち、再生後かつ吸着前の第2吸着塔とを連通する。均圧用ガス経路4を備えることにより、一対の第1吸着塔5A,5Bのうち、いずれか一方の第1吸着塔(例えば第1吸着塔5A)から導出される処理ガスG3を、一対の第2吸着塔9A,9Bのうち、いずれか一方の第2吸着塔(例えば第2吸着塔9A)に供給している間であっても、一対の第1吸着塔5A,5Bのうち、吸着後かつ再生前の第1吸着塔(例えば第1吸着塔5B)から導出される均圧ガスG7を、一対の第2吸着塔9A,9Bのうち、再生後かつ吸着前の第2吸着塔(例えば第2吸着塔9B)に導入できる。すなわち、一対の第1吸着塔5A,5Bのうち、吸着後かつ再生前の第1吸着塔と、一対の第2吸着塔9A,9Bのうち、再生後かつ吸着前の第2吸着塔との間で、均圧することができる。
なお、本実施形態の均圧用ガス経路4を構成する各均圧用ガス導出配管4a,4b、各均圧用ガス導入配管4c、4dには、上述した各原料ガス導入配管6a,6c,6e、各処理ガス導出配管6b,6d,6f、各再生ガス導入配管7a,7c,7e、各排ガス導出配管7b,7d,7fと基本的に同じものを用いることができる。また、本実施形態の開閉弁V3A、V3B、V8A、V8Bには、上述した開閉弁V1A、V1B、V2A、V2B、V4A、V4B、V5A、V5Bと基本的に同じものを用いることができる。
(ガス分離回収方法)
次に、上記ガス分離回収装置1を用いたガス分離回収方法について図1~図3を参照して説明する。
本実施形態のガス分離回収方法は、少なくとも3成分(第1~第3成分)を含む対象ガス(原料ガス)から、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収方法であって、圧力変動吸着(PSA)方式の第1ガス分離装置2により、原料ガスから第3成分を分離し、圧力変動吸着(PSA)方式の第2ガス分離装置3により、原料から第2成分と第1成分とを分離するとともに、第1ガス分離装置2が有する一対の第1吸着塔5A,5Bのいずれか一方と、第2ガス分離装置3が有する一対の第2吸着塔9A,9Bのいずれか一方とを均圧用ガス経路4により連通し、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧するものである。
次に、上記ガス分離回収装置1を用いたガス分離回収方法について図1~図3を参照して説明する。
本実施形態のガス分離回収方法は、少なくとも3成分(第1~第3成分)を含む対象ガス(原料ガス)から、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収方法であって、圧力変動吸着(PSA)方式の第1ガス分離装置2により、原料ガスから第3成分を分離し、圧力変動吸着(PSA)方式の第2ガス分離装置3により、原料から第2成分と第1成分とを分離するとともに、第1ガス分離装置2が有する一対の第1吸着塔5A,5Bのいずれか一方と、第2ガス分離装置3が有する一対の第2吸着塔9A,9Bのいずれか一方とを均圧用ガス経路4により連通し、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧するものである。
具体的には、本実施形態のガス分離回収方法は、圧力変動吸着(PSA)方式の第1ガス分離装置2が有する一対の第1吸着塔5A,5Bのうち、いずれか一方の第1吸着塔により、原料ガスから第3成分を分離する第1分離工程と、第1吸着塔から第3成分を脱離する第1再生工程と、圧力変動吸着(PSA)方式の第2ガス分離装置3が有する一対の第2吸着塔9A,9Bのうち、いずれか一方の第2吸着塔により、前記対象ガスから第2成分を分離する第2分離工程と、第2吸着塔から第2成分を脱離する第2再生工程と、第1分離工程後かつ第1再生工程前の第1吸着塔と、第2再生工程後かつ第2分離工程前の第2吸着塔とを連通し、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧する均圧工程と、を含む。
本実施形態のガス分離回収方法では、先ず、第1ガス分離装置2において、図1に示すように、原料ガスG1となる第1~第3成分を含む対象ガスから第3成分を除去する。
具体的に、第1ガス分離装置2では、一方の第1吸着塔5Aが、原料ガスG1中に含まれる第3成分を吸着剤S1に吸着して除去する第1分離工程を行っている間、他方の第1吸着塔5Bが、吸着剤S1に吸着した第3成分を脱離することによって、吸着剤S1を再生する第1再生工程を行う。
すなわち、本実施形態のガス分離回収方法では、一方の第1吸着塔5Aの第1分離工程として、原料ガスG1を所定の圧力(本実施形態では、例えば、500~700kPaG程度)まで加圧した状態で、一方の第1吸着塔5Aに導入し、この原料ガスG1中に含まれる第3成分を吸着剤S1に吸着して除去する。
このとき、第1ガス分離装置2では、開閉弁V1A,V5Aを開放し、開閉弁V2A,V3A,V4Aを閉塞する。これにより、原料ガス導入配管6e及び一方の原料ガス導入配管6aを通して一方の第1吸着塔5Aの下部側配管5b側から原料ガスG1が加圧された状態で導入される。
一方の第1吸着塔5Aに導入された原料ガスG1は、一方の第1吸着塔5A内を通過する間に吸着剤S1によって、この原料ガスG1中に含まれる第3成分が吸着されて除去される。第3成分が除去された原料ガス(処理ガス)G3は、一方の第1吸着塔5Aの上部側配管5a側から一方の処理ガス導出配管6b及び処理ガス導出配管6fを通して導出される。
これに対して、本実施形態のガス分離回収方法では、他方の第1吸着塔5Bの第1再生工程として、後述する第2ガス分離装置3において処理ガスG3から分離回収された第1成分ガスG5の一部を再生ガスG2として、他方の第1吸着塔5Bに導入する。
このとき、第1ガス分離装置2では、第1再生工程として、開閉弁V2B,V4Bを開放し、開閉弁V1B,V3B,V5Bを閉塞する。これにより、再生ガス導入配管7e及び他方の再生ガス導入配管7cを通して他方の第1吸着塔5Bの上部側配管5a側から再生ガスG2が導入される。
他方の第1吸着塔5Bに導入された再生ガスG2は、他方の第1吸着塔5B内を通過する間に、この他方の第1吸着塔5B内に残留している第3成分を他方の第1吸着塔5Bの外側へと排出(パージ)する。第3成分を含む再生ガスG4は、他方の第1吸着塔5Bの下部側配管5b側から他方の排ガス導出配管7d及び排ガス導出配管7fを通して導出される。これより、吸着剤S1の第3成分を吸着する能力を回復させ、この吸着剤S1を再生することができる。
本実施形態のガス分離回収方法では、一方の第1吸着塔5Aにおいて、吸着剤S1の第3成分を吸着する能力が低下したときに、他方の第1吸着塔5Bが第1分離工程、一方の第1吸着塔5Aが第1再生工程を行うように切り替える。そして、他方の第1吸着塔5Bが第1分離工程を行っている間、一方の第1吸着塔5Aが第1再生工程を行う。
すなわち、本実施形態のガス分離回収方法では、他方の第1吸着塔5Bの第1分離工程として、原料ガスG1を所定の圧力(本実施形態では、例えば、500~700kPaG程度)まで加圧した状態で、他方の第1吸着塔5Bに導入し、この原料ガスG1中に含まれる第3成分を吸着剤S1に吸着して除去する。
このとき、第1ガス分離装置2では、開閉弁V1B,V5Bを開放し、開閉弁V2B,V3B,V4Bを閉塞する。これにより、原料ガス導入配管6e及び一方の原料ガス導入配管6cを通して他方の第1吸着塔5Bの下部側配管5b側から原料ガスG1が加圧された状態で導入される。
他方の第1吸着塔5Bに導入された原料ガスG1は、他方の第1吸着塔5B内を通過する間に吸着剤S1によって、この原料ガスG1中に含まれる第3成分が吸着されて除去される。第3成分が除去された原料ガス(処理ガス)G3は、他方の第1吸着塔5Bの上部側配管5a側から他方の処理ガス導出配管6d及び処理ガス導出配管6fを通して導出される。
これに対して、本実施形態のガス分離回収方法では、一方の第1吸着塔5Aの第1再生工程として、後述する第2ガス分離装置3において処理ガスG3から分離回収された第1成分ガスG5の一部を再生ガスG2として、一方の第1吸着塔5Aに導入する。
このとき、第1ガス分離装置2では、第1再生工程として、開閉弁V2A,V4Aを開放し、開閉弁V1A,V3A,V5Aを閉塞する。これにより、再生ガス導入配管7e及び他方の再生ガス導入配管7aを通して一方の第1吸着塔5Aの上部側配管5a側から再生ガスG2が導入される。
一方の第1吸着塔5Aに導入された再生ガスG2は、一方の第1吸着塔5A内を通過する間に、この一方の第1吸着塔5A内に残留している第3成分を一方の第1吸着塔5Aの外側へと排出(パージ)する。第3成分を含む再生ガスG4は、一方の第1吸着塔5Aの下部側配管5b側から他方の排ガス導出配管7b及び排ガス導出配管7fを通して導出される。これより、吸着剤S1の第3成分を吸着する能力を回復させ、この吸着剤S1を再生することができる。
以上のようにして、本実施形態のガス分離回収方法では、上述した一方の第1吸着塔5Aと他方の第1吸着塔5Bとの間で、第1分離工程と第1再生工程とを交互に切り替えることで、原料ガスG1中に含まれる第3成分を連続的に除去することが可能である。
次に、本実施形態のガス分離回収方法では、第2ガス分離装置3において、図1に示すように、第3成分が除去された原料ガス(処理ガス)G3から第2成分と第1成分とを分離して回収する。
具体的に、この第2ガス分離装置3では、一方の第2吸着塔9Aが、処理ガスG3中に含まれる第2成分を吸着剤S2に選択的に吸着することによって、一方の第2吸着塔9Aから導出される第1成分G5を回収する第1成分回収工程(第2分離工程)を行っている間、他方の第2吸着塔9Bが、吸着剤S2に吸着した第2成分を脱離することによって、他方の第2吸着塔9Bから導出される第2成分ガスG6を回収する第2成分回収工程(第2再生工程)を行う。
すなわち、本実施形態のガス分離回収方法では、一方の第2吸着塔9Aの第1成分回収工程(第2分離工程)として、所定の圧力(本実施形態では、例えば、475~675kPaG程度)の処理ガスG3を、一方の第2吸着塔9Aに導入し、この処理ガスG3中に含まれる第2成分を吸着剤S2に吸着して除去する。
このとき、第2ガス分離装置3では、開閉弁V6A,V9Aを開放し、開閉弁V7A,V8A,V10Aを閉塞する。これにより、処理ガス導入配管10g及び一方の処理ガス導入配管10aを通して一方の第2吸着塔9Aの下部側配管9b側から処理ガスG3が加圧された状態で導入され、一方の第2吸着塔9A内が所定の圧力(本実施形態では、例えば、475~675kPaG程度)に昇圧される。
一方の第2吸着塔9Aに導入された処理ガスG3は、一方の第2吸着塔9A内を通過する間に吸着剤S2によって、この処理ガスG3中に含まれる第2成分が吸着され、第1成分と分離される。処理ガスG3から分離された第1成分は、一方の第2吸着塔9Aの上部側配管9a側から一方の第1成分導出配管10b及び第1成分導出配管10hを通して導出され、高純度の第1成分ガスG5として回収される。
これに対して、本実施形態のガス分離回収方法では、他方の第2吸着塔9Bの第2成分回収工程(第2再生工程)として、減圧ポンプ13により他方の第2吸着塔9B内を所定の圧力(本実施形態では、例えば、-70~-90kPaG程度)まで減圧する。これにより、吸着剤S2に吸着した第2成分が脱離する。
このとき、第2ガス分離装置3では、開閉弁V7Bを開放し、開閉弁V6B,V8B,V9B,V10Bを閉塞する。これにより、吸着剤S2から脱離された第2成分は、他方の第2吸着塔9Bの下部側配管9b側から他方の第2成分導出配管10f及び第2成分導出配管10iを通して導出され、高純度の第2成分ガスG6として回収される。また、吸着剤S2を再生することができる。
本実施形態のガス分離回収方法では、一方の第2吸着塔9Aにおいて、吸着剤S2の第2成分を吸着する能力が低下したときに、他方の第2吸着塔9Bが第1成分回収工程(第2分離工程)、一方の第2吸着塔9Aが第2成分回収工程(第2再生工程)を行うように切り替える。そして、他方の第2吸着塔9Bが第1成分回収工程(第2分離工程)を行っている間、一方の第2吸着塔9Aが第2成分回収工程(第2再生工程)を行う。
すなわち、本実施形態のガス分離回収方法では、他方の第2吸着塔9Bの第1成分回収工程(第2分離工程)として、所定の圧力(本実施形態では、例えば、475~675kPaG程度)の処理ガスG3を、他方の第2吸着塔9Bに導入し、この処理ガスG3中に含まれる第2成分を吸着剤S2に吸着して除去する。
このとき、第2ガス分離装置3では、開閉弁V6B,V9Bを開放し、開閉弁V7B,V8B,V10Bを閉塞する。これにより、処理ガス導入配管10g及び他方の処理ガス導入配管10dを通して他方の第2吸着塔9Bの下部側配管9b側から処理ガスG3が加圧された状態で導入され、他方の第2吸着塔9B内が所定の圧力(本実施形態では、例えば、475~675kPaG程度)に昇圧される。
他方の第2吸着塔9Bに導入された処理ガスG3は、他方の第2吸着塔9B内を通過する間に吸着剤S2によって、この処理ガスG3中に含まれる第2成分が吸着され、第1成分と分離される。処理ガスG3から分離された第1成分は、他方の第2吸着塔9Bの上部側配管9a側から他方の第1成分導出配管10e及び第1成分導出配管10hを通して導出され、高純度の第1成分ガスG5として回収される。
これに対して、本実施形態のガス分離回収方法では、一方の第2吸着塔9Aの第2成分回収工程(第2再生工程)として、減圧ポンプ13により一方の第2吸着塔9A内を所定の圧力(本実施形態では、例えば、-70~-90kPaG程度)まで減圧する。これにより、吸着剤S2に吸着した第2成分が脱離する。
このとき、第2ガス分離装置3では、開閉弁V7Aを開放し、開閉弁V6A,V8A,V9A,V10Aを閉塞する。これにより、吸着剤S2から脱離された第2成分は、一方の第2吸着塔9Aの下部側配管9b側から一方の第2成分導出配管10c及び第2成分導出配管10iを通して導出され、高純度の第2成分ガスG6として回収される。また、吸着剤S2を再生することができる。
以上のようにして、本実施形態のガス分離回収方法では、上述した一方の第2吸着塔9Aと他方の第2吸着塔9Bとの間で、第1成分回収工程(第2分離工程)と第2成分回収工程(第2再生工程)とを交互に切り替えながら、処理ガスG3中に含まれる第2成分と第1成分とを連続的に分離して回収することが可能である。
また、本実施形態のガス分離回収方法では、上述した第1成分回収工程(第2分離工程)から第2成分回収工程(第2再生工程)へと切り替える際に、第1成分回収工程(第2分離工程)において回収された第1成分ガスG5の一部を再生ガスG2として第1吸着塔5A,5Bに導入するパージ工程を行ってもよい。
具体的に、上述した一方の第2吸着塔9Aにおいて、第1成分回収工程(第2分離工程)から第2成分回収工程(第2再生工程)へと切り替える際、他方の第1吸着塔5Bの再生工程として、一方の第2吸着塔9Aの第1成分回収工程(第2分離工程)において回収された第1成分ガスG5の一部を再生ガスG2として他方の第1吸着塔5Bに導入する。
このとき、第2ガス分離装置3では、開閉弁V6A,V10Aを開放し、開閉弁V7A,V8A,V9Aを閉塞する。また、他方の第2吸着塔9Bの第2成分回収工程(第2分離工程)において、第2成分ガスG6の回収を継続する。これにより、第1成分ガスG5の一部が再生ガスG2として他方の第1吸着塔5Bに導入される。
パージ工程の後、一方の第2吸着塔9Aは上述した第2成分回収工程(第2再生工程)に移行する。
また、他方の第2吸着塔9Bにおいて、第1成分回収工程(第2分離工程)から第2成分回収工程(第2再生工程)へと切り替える際も、上述した一方の第2吸着塔9Aのパージ工程と同じ操作で、パージ工程を行うことが可能である。
また、他方の第2吸着塔9Bにおいて、第1成分回収工程(第2分離工程)から第2成分回収工程(第2再生工程)へと切り替える際も、上述した一方の第2吸着塔9Aのパージ工程と同じ操作で、パージ工程を行うことが可能である。
また、本実施形態のガス分離回収方法では、上述した第1成分回収工程(第2分離工程)から第2成分回収工程(第2再生工程)へと切り替える際に、加圧された状態の第2吸着塔9A,9B内の圧力を開放することで、これら第2吸着塔9A,9B内の圧力を脱圧する脱圧工程を行うことが好ましい。
なお、本実施形態のガス分離回収方法では、第1分離工程後かつ第1再生工程前の第1吸着塔と、第2再生工程後かつ第2分離工程前の第2吸着塔とを連通し、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧する均圧工程を行う。
すなわち、上述したように第1ガス分離装置2では、一方の第1吸着塔5Aが第1分離工程を行い、他方の第1吸着塔5Bが第1再生工程を行う場合、一方の第1吸着塔5Aにおいて、吸着剤S1の第3成分を吸着する能力が低下したときに、他方の第1吸着塔5Bが第1分離工程、一方の第1吸着塔5Aが第1再生工程を行うように切り替える。
同様に、第2ガス分離装置では、一方の第2吸着塔9Aが第1成分回収工程(第2分離工程)を行い、他方の第2吸着塔9Bが第2成分回収工程(第2再生工程)を行う場合、一方の第2吸着塔9Aにおいて、吸着剤S2の第2成分を吸着する能力が低下したときに、他方の第2吸着塔9Bが第2分離工程、一方の第2吸着塔9Aが第2再生工程を行うように切り替える。
そして、本実施形態のガス分離回収方法では、第1分離工程が完了し、第1再生工程を開始する前の一方の第1吸着塔5Aと、第2再生工程が完了し、第2分離工程を開始する前の他方の第2吸着塔9Bと、を均圧用ガス経路4によって連通する。
同様に、第2ガス分離装置では、一方の第2吸着塔9Aが第1成分回収工程(第2分離工程)を行い、他方の第2吸着塔9Bが第2成分回収工程(第2再生工程)を行う場合、一方の第2吸着塔9Aにおいて、吸着剤S2の第2成分を吸着する能力が低下したときに、他方の第2吸着塔9Bが第2分離工程、一方の第2吸着塔9Aが第2再生工程を行うように切り替える。
そして、本実施形態のガス分離回収方法では、第1分離工程が完了し、第1再生工程を開始する前の一方の第1吸着塔5Aと、第2再生工程が完了し、第2分離工程を開始する前の他方の第2吸着塔9Bと、を均圧用ガス経路4によって連通する。
このとき、第1ガス分離装置2では、開閉弁V3Aを開放し、開閉弁V1A,V2A,V4A,V5Aを閉塞する。
一方、第2ガス分離装置3では、開閉弁V8Bを開放し、開閉弁V6B,V7B,V9B,V10Bを閉塞する。
これにより、一方の第1吸着塔5A内の圧力が脱圧され、第1吸着塔5Aから導出される第2成分及び第1成分を含むガスが均圧ガスG7として均圧用ガス経路4へ導出される。これと同時に、他方の第2吸着塔9B内に均圧ガスG7が導入されて、他方の第2吸着塔9B内の圧力が加圧される。
一方、第2ガス分離装置3では、開閉弁V8Bを開放し、開閉弁V6B,V7B,V9B,V10Bを閉塞する。
これにより、一方の第1吸着塔5A内の圧力が脱圧され、第1吸着塔5Aから導出される第2成分及び第1成分を含むガスが均圧ガスG7として均圧用ガス経路4へ導出される。これと同時に、他方の第2吸着塔9B内に均圧ガスG7が導入されて、他方の第2吸着塔9B内の圧力が加圧される。
このように、本実施形態のガス分離回収方法では、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧する均圧工程を行うことにより、第1吸着塔5A,5B内に残留する第1成分及び第2成分を第2吸着塔9A,9Bに回収できるため、第1成分あるいは第2成分の回収率を向上できる。
均圧工程の後、一方の第1吸着塔5Aは上述した第1再生工程に移行する。また、他方の第2吸着塔9Bは上述した第1成分回収工程(第2分離工程)に移行する。
また、本実施形態のガス分離回収方法では、第1分離工程が完了し、第1再生工程を開始する前の他方の第1吸着塔5Bと、第2再生工程が完了し、第2分離工程を開始する前の一方の第2吸着塔9Aとの間においても、上述した均圧工程と同じ操作で、均圧工程を行うことが可能である。
また、本実施形態のガス分離回収方法では、第1分離工程が完了し、第1再生工程を開始する前の他方の第1吸着塔5Bと、第2再生工程が完了し、第2分離工程を開始する前の一方の第2吸着塔9Aとの間においても、上述した均圧工程と同じ操作で、均圧工程を行うことが可能である。
また、本実施形態のガス分離回収方法では、第1吸着塔5A,5Bが、上述した第1分離工程、均圧工程及び第1再生工程を含むサイクル(第1サイクル)をそれぞれ繰り返し、第2吸着塔9A,9Bが、上述した均圧工程、第1成分回収工程(第2分離工程)及び第2成分回収工程(第2再生工程)を含むサイクル(第2サイクル)をそれぞれ繰り返すとともに、第1吸着塔及び第2吸着塔が上述した均圧工程を同時に行うように、第1サイクルと第2サイクルとを同期させることが好ましい。
ここで、図2は、本実施形態のガス分離回収装置1において第1ガス分離装置2を構成する第1吸着塔5A,5Bの運転状態と、各開閉弁の開閉状態と、を示す図である。図3は、本実施形態のガス分離回収装置1において第2ガス分離装置3を構成する第2吸着塔9A,9Bの運転状態と、各開閉弁の開閉状態と、を示す図である。
具体的に、このガス分離回収装置1を用いたガス分離回収方法では、図2及び図3に示すように、第1ガス分離装置2の第1吸着塔5A,5Bと、第2ガス分離装置3の第2吸着塔9A,9Bとの間で均圧工程を同時に行うように、第1吸着塔5A,5Bのサイクル(第1サイクル)と第2吸着塔9A,9Bのサイクル(第2サイクル)とを同期させることができる。これにより、ガス分離回収装置1の運転効率を低下させることなく、第1成分あるいは第2成分の回収率を向上できる。
以上説明したように、本実施形態のガス分離回収装置1及びガス分離回収方法では、第1分離工程後かつ第1再生工程前の第1吸着塔(5A,5B)と、第2再生工程後かつ第2分離工程前の第2吸着塔(9A,9B)とを連通し、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧する均圧工程を行うことで、複数成分を含む対象ガスから、所要の成分を分離して回収する際、回収率の向上が可能であるとともに、副生成物の除去率の向上が可能である。
<第2実施形態>
(ガス分離回収システム)
次に、本発明の第2実施形態として、例えば図4に示すガス分離回収システム50について説明する。なお、図4は、ガス分離回収装システム50の構成、及びこれを用いたガス分離回収方法を説明するための系統図である。
(ガス分離回収システム)
次に、本発明の第2実施形態として、例えば図4に示すガス分離回収システム50について説明する。なお、図4は、ガス分離回収装システム50の構成、及びこれを用いたガス分離回収方法を説明するための系統図である。
本実施形態のガス分離回収システム50は、少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収するものである。
ガス分離回収システム50は、対象ガスを排ガスとして排出する製造設備52と、ガス分離回収装置51と、ガス分離回収装置51により回収された所要のガス成分を製造設備52へ返送する返送経路53と、不要なガス成分を燃料として燃焼する燃焼設備54と、ガス分離回収装置51により分離された不要のガス成分を燃焼設備54へ供給する燃料供給経路55と、を備える。
ガス分離回収システム50は、対象ガスを排ガスとして排出する製造設備52と、ガス分離回収装置51と、ガス分離回収装置51により回収された所要のガス成分を製造設備52へ返送する返送経路53と、不要なガス成分を燃料として燃焼する燃焼設備54と、ガス分離回収装置51により分離された不要のガス成分を燃焼設備54へ供給する燃料供給経路55と、を備える。
製造設備52は、少なくとも3成分を含む対象ガスを排ガスとして排出する設備であれば、特に限定されない。本実施形態のガス分離回収システムでは、製造設備52がオキソアルコールプロセスを行う設備である場合を一例として、以下説明する。
製造設備52は、オキソアルコールプロセスプラントであり、プロピレンを原料として中間製品であるブチルアルデヒドを製造する。この製造設備52は、ブチルアルデヒド、二酸化炭素、プロパン、及びプロピレンからなる群から選択される1種、又は2種以上を含む対象ガスを排ガスとして、排ガス経路L1に導出する。
排ガス経路L1には、排ガスを圧縮する圧縮機56と、排ガスを冷却して排ガス中に含まれるブチルアルデヒドを液化させて回収する気液分離器57が配置されている。
気液分離器57では、排ガスを冷却した際に得られた液相を回収する。回収された液相は、アルデヒド回収タンク58に導出される。
また、アルデヒド回収タンク58では、気液分離器57から導出された液相を貯留し、気相部分を排ガス経路L1の、圧縮機56の一次側に導出し、アルデヒド回収経路L2を介して液相部分(ブチルアルデヒド)を製造設備52へ返送する。
気液分離器57では、排ガスを冷却した際に得られた液相を回収する。回収された液相は、アルデヒド回収タンク58に導出される。
また、アルデヒド回収タンク58では、気液分離器57から導出された液相を貯留し、気相部分を排ガス経路L1の、圧縮機56の一次側に導出し、アルデヒド回収経路L2を介して液相部分(ブチルアルデヒド)を製造設備52へ返送する。
(ガス分離回収装置)
本実施形態のガス分離回収装置51は、上述した第1実施形態のガス分離回収装置1とは、第3ガス分離装置14をさらに備える点で構成が異なっている。したがって、ガス分離回収装置51は、ガス分離回収装置1と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態のガス分離回収装置51は、上述した第1実施形態のガス分離回収装置1とは、第3ガス分離装置14をさらに備える点で構成が異なっている。したがって、ガス分離回収装置51は、ガス分離回収装置1と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第3ガス分離装置14は、第1ガス分離装置2の一次側に位置し、温度変動吸着(TSA)方式により、排ガス(対象ガス)から第1~第3成分以外の第4成分としてブチルアルデヒドを除去するものである。
第3ガス分離装置14は、ブチルアルデヒド(第4成分)を吸着及び脱離する吸着剤S3が内部に設けられた一対(2つ)の第3吸着塔15A,15Bを備えている。一対の第3吸着塔15A,15Bは、基本的に同じ構成であり、中空円筒状に形成されて、その上下両端に上部側配管及び下部側配管が接続された構成を有している。
吸着剤S3は、第3吸着塔15A,15Bの内部にそれぞれ充填されている。なお、本実施形態の第3吸着塔15A,15Bには、例えばステンレス(SUS304)などの金属が用いられているが、排ガスや上述した再生ガスG4と反応せず、高温及び高圧に耐え得ることができる材質のものであればよく、これに必ずしも限定されるものではない。
吸着剤S3は、温度差によりブチルアルデヒド(第4成分)を吸着及び脱離できる物質であれば、特に限定されない。
吸着剤S3としては、例えば、活性炭、シリカ、シリカアルミナを用いることができ、活性炭を用いることが好ましい。
吸着剤S3としては、例えば、活性炭、シリカ、シリカアルミナを用いることができ、活性炭を用いることが好ましい。
第3ガス分離装置14には、排ガスを第3吸着塔15A,15B内に導入する排ガス経路L1と、排ガスから第4成分が除去された原料ガスG1を導出する原料ガス導出経路L3と、第1ガス分離装置2から導出された再生ガスG4を再生ガスとして第3吸着塔15A,15B内に導入する再生ガス導入経路L4と、再生時に第3吸着塔15A,15B内からオフガスを導出するオフガス導出経路L5とが、接続されている。また、各経路L1,L3,L4,L5は分岐して、第3吸着塔15A,15Bの上部側配管及び下部側配管にそれぞれ接続されている。
なお、原料ガス導出経路L3は、第1ガス分離装置2側で原料ガス導入配管6eと連結されている。また、再生ガス導入経路L4は、第1ガス分離装置2側で排ガス導出配管7fと連結されている。
なお、原料ガス導出経路L3は、第1ガス分離装置2側で原料ガス導入配管6eと連結されている。また、再生ガス導入経路L4は、第1ガス分離装置2側で排ガス導出配管7fと連結されている。
再生ガス導入経路L4には、再生ガスを所要の温度まで冷却する熱交換器59が設けられている。
また、オフガス導出経路L5には、再生時に第3吸着塔15A,15B内から導出されるオフガスを冷却して気液分離する気液分離器60が設けられている。
気液分離器60の気液分離器60の液相部分には、ブチルアルデヒドを製造設備52へ返送するアルデヒド回収経路L2が連結されている。また、気液分離器60の気相部分には、第3成分である二酸化炭素を含むオフガスG8を導出する排気経路L6が接続されている。
排気経路L6には、圧力制御弁61が設けられている。また、排気経路L6は、燃焼設備54へ供給する燃料供給経路55と連結されている。
また、オフガス導出経路L5には、再生時に第3吸着塔15A,15B内から導出されるオフガスを冷却して気液分離する気液分離器60が設けられている。
気液分離器60の気液分離器60の液相部分には、ブチルアルデヒドを製造設備52へ返送するアルデヒド回収経路L2が連結されている。また、気液分離器60の気相部分には、第3成分である二酸化炭素を含むオフガスG8を導出する排気経路L6が接続されている。
排気経路L6には、圧力制御弁61が設けられている。また、排気経路L6は、燃焼設備54へ供給する燃料供給経路55と連結されている。
本実施形態のガス分離回収装置51は、第1成分導出経路L7を有する。第1成分導出経路L7は、第2分離装置3側で第1成分導出配管10hと連結されており、反対側で排気経路L6と合流して燃料供給経路55と連結されている。
(ガス分離回収システム)
返送経路53は、第2分離装置3側で第2成分導出配管10iと連結されている。また、返送経路53には、第2成分であるプロピレンを一時的に貯留するバッファタンク62と、プロピレンを昇圧する圧縮機63とが設けられている。
返送経路53は、第2分離装置3側で第2成分導出配管10iと連結されている。また、返送経路53には、第2成分であるプロピレンを一時的に貯留するバッファタンク62と、プロピレンを昇圧する圧縮機63とが設けられている。
燃焼設備54は、不要なガス成分を燃料として燃焼する設備である。これにより得られた熱源を各種熱交換器へ供給することで、ガス分離回収システム50のエネルギー効率を向上できる。
燃料供給経路55は、ガス分離回収装置51と燃焼設備54との間に位置する。また、燃料供給経路55には、圧縮機64が設けられている。燃料供給経路55は、ガス分離回収装置51から排出された各種ガスを回収し、昇圧した後、燃料ガスとして燃焼設備54へ供給する。
(ガス分離回収方法)
次に、上記ガス分離回収システム50を用いたガス分離回収方法について図4~図8を参照して説明する。
本実施形態のガス分離回収方法は、オキソアルコールプロセスプラントである製造設備52から排出される排ガスから、製品であるブチルアルデヒドと、原料であるプロピレンとを分離し、再度製造設備52へ製品及び原料として返送するものである。
次に、上記ガス分離回収システム50を用いたガス分離回収方法について図4~図8を参照して説明する。
本実施形態のガス分離回収方法は、オキソアルコールプロセスプラントである製造設備52から排出される排ガスから、製品であるブチルアルデヒドと、原料であるプロピレンとを分離し、再度製造設備52へ製品及び原料として返送するものである。
具体的には、本実施形態のガス分離回収方法は、4成分(第1~第4成分)を含む排ガスから、所要の2成分を分離して回収する、ガス分離回収方法であって、温度変動吸着(TSA)方式の第3ガス分離装置14により、排ガスからブチルアルデヒド(第4成分)を分離し、圧力変動吸着(PSA)方式の第1ガス分離装置2により、原料ガスから二酸化炭素(第3成分)を分離し、圧力変動吸着(PSA)方式の第2ガス分離装置3により、原料からプロピレン(第2成分)とプロパン(第1成分)とを分離するとともに、ブチルアルデヒド(第4成分)及びプロピレン(第2成分)を製造設備52へ返送する。
その際、ガス分離回収装置51において、上述した第1実施形態のガス分離回収装置1と同様に、第1ガス分離装置2が有する一対の第1吸着塔5A,5Bのいずれか一方と、第2ガス分離装置3が有する一対の第2吸着塔9A,9Bのいずれか一方とを均圧用ガス経路4により連通し、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧することで、プロピレン(第2成分)の回収率を向上させる。
その際、ガス分離回収装置51において、上述した第1実施形態のガス分離回収装置1と同様に、第1ガス分離装置2が有する一対の第1吸着塔5A,5Bのいずれか一方と、第2ガス分離装置3が有する一対の第2吸着塔9A,9Bのいずれか一方とを均圧用ガス経路4により連通し、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧することで、プロピレン(第2成分)の回収率を向上させる。
ここで、図5~図8は、本実施形態のガス分離回収システム50を用いたガス分離回収方法を説明するための系統図である。
(TSA:吸着-15B、脱離-15A)
(PSA:吸着-5B,9B、脱離-5A,9A)
図5に示すように、ある時刻において、本実施形態のガス分離回収装置51では、第3ガス分離装置14のうち、他方の第3吸着塔15Bが吸着工程(第3分離工程)を行っており、一方の第3吸着塔15Aが脱離工程(第3再生工程)を行っている。
これにより、他方の第3吸着塔15Bから導出された、ブチルアルデヒド(第4成分)が除去された原料ガスG1を第1ガス分離装置2へ導入できる。また、一方の第3吸着塔15Aからオフガス導出経路L5に導出されたオフガスを、気液分離器60によってブチルアルデヒド(第4成分)と、二酸化炭素(第3成分)を含むガスとに分離する。
ブチルアルデヒド(第4成分)はアルデヒド回収経路L2を介して製造設備52へ返送する。
二酸化炭素(第3成分)を含むガスオフガスG8は、排気経路L6及び燃料供給経路55を介して燃焼設備54に供給する。
(PSA:吸着-5B,9B、脱離-5A,9A)
図5に示すように、ある時刻において、本実施形態のガス分離回収装置51では、第3ガス分離装置14のうち、他方の第3吸着塔15Bが吸着工程(第3分離工程)を行っており、一方の第3吸着塔15Aが脱離工程(第3再生工程)を行っている。
これにより、他方の第3吸着塔15Bから導出された、ブチルアルデヒド(第4成分)が除去された原料ガスG1を第1ガス分離装置2へ導入できる。また、一方の第3吸着塔15Aからオフガス導出経路L5に導出されたオフガスを、気液分離器60によってブチルアルデヒド(第4成分)と、二酸化炭素(第3成分)を含むガスとに分離する。
ブチルアルデヒド(第4成分)はアルデヒド回収経路L2を介して製造設備52へ返送する。
二酸化炭素(第3成分)を含むガスオフガスG8は、排気経路L6及び燃料供給経路55を介して燃焼設備54に供給する。
また、第1ガス分離装置2では、他方の第1吸着塔5Bが吸着工程(第1分離工程)を行っており、一方の第1吸着塔5Aが脱離工程(第1再生工程)を行っている。
これにより、他方の第1吸着塔5Bから導出された、二酸化炭素(第3成分)が除去された処理ガスG3を、第2ガス分離装置3へ導入できる。また、一方の第1吸着塔5Aから再生ガス導入経路L4に導出された、二酸化炭素(第3成分)を含む再生ガスG4を、第3ガス分離装置14へ導入できる。
これにより、他方の第1吸着塔5Bから導出された、二酸化炭素(第3成分)が除去された処理ガスG3を、第2ガス分離装置3へ導入できる。また、一方の第1吸着塔5Aから再生ガス導入経路L4に導出された、二酸化炭素(第3成分)を含む再生ガスG4を、第3ガス分離装置14へ導入できる。
また、第2ガス分離装置3では、他方の第2吸着塔9Bが吸着工程(第2分離工程)を行っており、一方の第2吸着塔9Aが脱離工程(第2再生工程)を行っている。
これにより、他方の第2吸着塔9Bから導出されたプロパン(第1成分)を含むガスを、第1成分ガスG5として、第1成分導出経路L7及び燃料供給経路55を介して燃焼設備54に供給できる。また、他方の第2吸着塔9Bから導出されたプロパン(第1成分)を含むガスの一部を、再生ガスG2として第1ガス分離装置2へ導入できる。
また、一方の第2吸着塔9Aから第2成分導出配管10iに導出されたプロピレン(第2成分)を、返送経路53を介して製造設備52に供給できる。
これにより、他方の第2吸着塔9Bから導出されたプロパン(第1成分)を含むガスを、第1成分ガスG5として、第1成分導出経路L7及び燃料供給経路55を介して燃焼設備54に供給できる。また、他方の第2吸着塔9Bから導出されたプロパン(第1成分)を含むガスの一部を、再生ガスG2として第1ガス分離装置2へ導入できる。
また、一方の第2吸着塔9Aから第2成分導出配管10iに導出されたプロピレン(第2成分)を、返送経路53を介して製造設備52に供給できる。
(PSA:吸着-5A、脱圧-9B、均圧-5B,9A)
次に、図6は、図5に示す状態から、第1ガス分離装置2において一方の第1吸着塔5Aを脱離工程(第1再生工程)から吸着工程(第1分離工程)に切り替え、第2ガス分離装置3において他方の第2吸着塔9Bを吸着工程(第2分離工程)から脱圧工程に切り替え、第1ガス分離装置2における他方の第1吸着塔5Bと第2ガス分離装置3における一方の吸着塔9Aとの間で均圧工程を行う状態を示している。
次に、図6は、図5に示す状態から、第1ガス分離装置2において一方の第1吸着塔5Aを脱離工程(第1再生工程)から吸着工程(第1分離工程)に切り替え、第2ガス分離装置3において他方の第2吸着塔9Bを吸着工程(第2分離工程)から脱圧工程に切り替え、第1ガス分離装置2における他方の第1吸着塔5Bと第2ガス分離装置3における一方の吸着塔9Aとの間で均圧工程を行う状態を示している。
第1ガス分離装置2では、一方の第1吸着塔5Aが吸着工程(第1分離工程)を行っており、他方の第1吸着塔5Bが均圧工程を行っている。
これにより、吸着工程(第1分離工程)が開始された一方の第1吸着塔5Aでは、原料ガスG1が一方の第1吸着塔5A内に導入されて、第1吸着塔5A内の圧力が上昇し、吸着剤S1に二酸化炭素(第3成分)が吸着される。
また、均圧工程が開始された他方の第1吸着塔5Bでは、他方の第1吸着塔5B内の圧力が脱圧され、第1吸着塔5Bから導出されるプロピレン(第2成分)及びプロパン(第1成分)を含むガスが均圧ガスG7として均圧用ガス経路4へ導出される。
これにより、吸着工程(第1分離工程)が開始された一方の第1吸着塔5Aでは、原料ガスG1が一方の第1吸着塔5A内に導入されて、第1吸着塔5A内の圧力が上昇し、吸着剤S1に二酸化炭素(第3成分)が吸着される。
また、均圧工程が開始された他方の第1吸着塔5Bでは、他方の第1吸着塔5B内の圧力が脱圧され、第1吸着塔5Bから導出されるプロピレン(第2成分)及びプロパン(第1成分)を含むガスが均圧ガスG7として均圧用ガス経路4へ導出される。
また、第2ガス分離装置3では、他方の第2吸着塔9Bが脱圧工程を行っており、一方の第2吸着塔9Aが均圧工程を行っている。
これにより、脱圧工程が開始された他方の第2吸着塔9Bでは、加圧された状態の他方の第2吸着塔9B内の圧力を開放することで、他方の第2吸着塔9B内の圧力を脱圧する。この際、他方の第2吸着塔9B内に残留するプロパン(第1成分)が他方の第2吸着塔9B内から導出されるため、脱離工程(第2再生工程)で得られるプロピレン(第2成分)に含まれる不要成分(プロパン)の除去率を向上できる。
また、均圧工程が開始された一方の第2吸着塔9Aでは、他方の第1吸着塔5B内に残留するプロパン(第1成分)及びプロピレン(第2成分)を一方の第2吸着塔9A内に導入して回収できるため、プロピレン(第2成分)の回収率を向上できる。
これにより、脱圧工程が開始された他方の第2吸着塔9Bでは、加圧された状態の他方の第2吸着塔9B内の圧力を開放することで、他方の第2吸着塔9B内の圧力を脱圧する。この際、他方の第2吸着塔9B内に残留するプロパン(第1成分)が他方の第2吸着塔9B内から導出されるため、脱離工程(第2再生工程)で得られるプロピレン(第2成分)に含まれる不要成分(プロパン)の除去率を向上できる。
また、均圧工程が開始された一方の第2吸着塔9Aでは、他方の第1吸着塔5B内に残留するプロパン(第1成分)及びプロピレン(第2成分)を一方の第2吸着塔9A内に導入して回収できるため、プロピレン(第2成分)の回収率を向上できる。
(PSA:吸着-5A,9A、脱離-5B,9B)
次に、図7は、図6に示す状態から、第1ガス分離装置2において他方の第1吸着塔5Bを均圧工程から脱離工程(第1再生工程)に切り替え、第2ガス分離装置3において一方の第2吸着塔9Aを均圧工程から吸着工程(第2分離工程)に切り替え、他方の第2吸着塔9Bを脱圧工程から脱離工程(第2再生工程)に切り替えた状態を示している。
次に、図7は、図6に示す状態から、第1ガス分離装置2において他方の第1吸着塔5Bを均圧工程から脱離工程(第1再生工程)に切り替え、第2ガス分離装置3において一方の第2吸着塔9Aを均圧工程から吸着工程(第2分離工程)に切り替え、他方の第2吸着塔9Bを脱圧工程から脱離工程(第2再生工程)に切り替えた状態を示している。
第1ガス分離装置2では、一方の第1吸着塔5Aが吸着工程(第1分離工程)を行っており、他方の第1吸着塔5Bが脱離工程(第1再生工程)を行っている。
これにより、一方の第1吸着塔5Aから導出された、二酸化炭素(第3成分)が除去された処理ガスG3を、第2ガス分離装置3へ導入できる。また、他方の第1吸着塔5Bから再生ガス導入経路L4に導出された、二酸化炭素(第3成分)を含む再生ガスG4を、第3ガス分離装置14へ導入できる。
これにより、一方の第1吸着塔5Aから導出された、二酸化炭素(第3成分)が除去された処理ガスG3を、第2ガス分離装置3へ導入できる。また、他方の第1吸着塔5Bから再生ガス導入経路L4に導出された、二酸化炭素(第3成分)を含む再生ガスG4を、第3ガス分離装置14へ導入できる。
また、第2ガス分離装置3では、一方の第2吸着塔9Aが吸着工程(第2分離工程)を行っており、他方の第2吸着塔9Bが脱離工程(第2再生工程)を行っている。
これにより、一方の第2吸着塔9Aから導出されたプロパン(第1成分)を含むガスを、第1成分ガスG5として、第1成分導出経路L7及び燃料供給経路55を介して燃焼設備54に供給できる。また、一方の第2吸着塔9Aから導出されたプロパン(第1成分)を含むガスの一部を、再生ガスG2として第1ガス分離装置2へ導入できる。
また、他方の第2吸着塔9Bから第2成分導出配管10iに導出されたプロピレン(第2成分)を、返送経路53を介して製造設備52に供給できる。
これにより、一方の第2吸着塔9Aから導出されたプロパン(第1成分)を含むガスを、第1成分ガスG5として、第1成分導出経路L7及び燃料供給経路55を介して燃焼設備54に供給できる。また、一方の第2吸着塔9Aから導出されたプロパン(第1成分)を含むガスの一部を、再生ガスG2として第1ガス分離装置2へ導入できる。
また、他方の第2吸着塔9Bから第2成分導出配管10iに導出されたプロピレン(第2成分)を、返送経路53を介して製造設備52に供給できる。
(PSA:吸着-5B、脱圧-9A、均圧-5A,9B)
次に、図8は、図7に示す状態から、第1ガス分離装置2において他方の第1吸着塔5Bを脱離工程(第1再生工程)から吸着工程(第1分離工程)に切り替え、第2ガス分離装置3において一方の第2吸着塔9Aを吸着工程(第2分離工程)から脱圧工程に切り替え、第1ガス分離装置2における一方の第1吸着塔5Aと第2ガス分離装置3における他方の吸着塔9Bとの間で均圧工程を行う状態を示している。
次に、図8は、図7に示す状態から、第1ガス分離装置2において他方の第1吸着塔5Bを脱離工程(第1再生工程)から吸着工程(第1分離工程)に切り替え、第2ガス分離装置3において一方の第2吸着塔9Aを吸着工程(第2分離工程)から脱圧工程に切り替え、第1ガス分離装置2における一方の第1吸着塔5Aと第2ガス分離装置3における他方の吸着塔9Bとの間で均圧工程を行う状態を示している。
第1ガス分離装置2では、他方の第1吸着塔5Bが吸着工程(第1分離工程)を行っており、一方の第1吸着塔5Aが均圧工程を行っている。
これにより、吸着工程(第1分離工程)が開始された他方の第1吸着塔5Bでは、原料ガスG1が他方の第1吸着塔5B内に導入されて、第1吸着塔5B内の圧力が上昇し、吸着剤S1に二酸化炭素(第3成分)が吸着される。
また、均圧工程が開始された一方の第1吸着塔5Aでは、一方の第1吸着塔5A内の圧力が脱圧され、第1吸着塔5Aから導出されるプロピレン(第2成分)及びプロパン(第1成分)を含むガスが均圧ガスG7として均圧用ガス経路4へ導出される。
これにより、吸着工程(第1分離工程)が開始された他方の第1吸着塔5Bでは、原料ガスG1が他方の第1吸着塔5B内に導入されて、第1吸着塔5B内の圧力が上昇し、吸着剤S1に二酸化炭素(第3成分)が吸着される。
また、均圧工程が開始された一方の第1吸着塔5Aでは、一方の第1吸着塔5A内の圧力が脱圧され、第1吸着塔5Aから導出されるプロピレン(第2成分)及びプロパン(第1成分)を含むガスが均圧ガスG7として均圧用ガス経路4へ導出される。
また、第2ガス分離装置3では、一方の第2吸着塔9Aが脱圧工程を行っており、他方の第2吸着塔9Bが均圧工程を行っている。
これにより、脱圧工程が開始された一方の第2吸着塔9Aでは、加圧された状態の一方の第2吸着塔9A内の圧力を開放することで、一方の第2吸着塔9A内の圧力を脱圧する。この際、一方の第2吸着塔9A内に残留するプロパン(第1成分)が一方の第2吸着塔9A内から導出されるため、脱離工程(第2再生工程)で得られるプロピレン(第2成分)に含まれる不要成分(プロパン)の除去率を向上できる。
また、均圧工程が開始された他方の第2吸着塔9Bでは、一方の第1吸着塔5A内に残留するプロパン(第1成分)及びプロピレン(第2成分)を他方の第2吸着塔9B内に導入して回収できるため、プロピレン(第2成分)の回収率を向上できる。
これにより、脱圧工程が開始された一方の第2吸着塔9Aでは、加圧された状態の一方の第2吸着塔9A内の圧力を開放することで、一方の第2吸着塔9A内の圧力を脱圧する。この際、一方の第2吸着塔9A内に残留するプロパン(第1成分)が一方の第2吸着塔9A内から導出されるため、脱離工程(第2再生工程)で得られるプロピレン(第2成分)に含まれる不要成分(プロパン)の除去率を向上できる。
また、均圧工程が開始された他方の第2吸着塔9Bでは、一方の第1吸着塔5A内に残留するプロパン(第1成分)及びプロピレン(第2成分)を他方の第2吸着塔9B内に導入して回収できるため、プロピレン(第2成分)の回収率を向上できる。
以上説明したように、本実施形態のガス分離回収装置51及びガス分離回収方法では、上述した第1実施形態と同様に、第1分離工程後かつ第1再生工程前の第1吸着塔(5A,5B)と、第2再生工程後かつ第2分離工程前の第2吸着塔(9A,9B)とを連通し、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧する均圧工程を行うことで、複数成分を含む対象ガスから、所要の成分を分離して回収する際、回収率の向上が可能である。
第2実施形態のガス分離回収システム50では、製造設備52がオキソアルコールプラントであり、プロピレンを原料として中間製品であるブチルアルデヒドを製造する場合であっても、第1吸着塔と第2吸着塔との間で均圧する均圧工程を行うため、ブチルアルデヒド、二酸化炭素、プロパン、及びプロピレンを含む対象ガスから、製品であるブチルアルデヒド(第4成分)、及び原料であるプロピレン(第2成分)の回収率を向上できる。
また、第2実施形態のガス分離回収システム50、及びガス分離回収方法では、上述した第1成分回収工程(第2分離工程)から第2成分回収工程(第2再生工程)へと切り替える際に、加圧された状態の第2吸着塔9A,9B内の圧力を開放し、これら第2吸着塔9A,9B内の圧力を脱圧する脱圧工程を設けるため、第2成分回収工程(第2再生工程)で得られるプロピレン(第2成分)に含まれる不要成分(プロパン)の除去率を向上できる。
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
具体的に、上記ガス分離回収装置1,51では、一対(2つ)の第1吸着塔5A,5Bと、一対(2つ)の第2吸着塔9A,9Bを備えた構成となっているが、このような構成に必ずしも限定されるものではない。例えば、第2成分(プロピレン)の回収効率が下がるものの、1つの第1吸着塔と1つの第2吸着塔とを備えた構成とすることも可能である。
具体的に、上記ガス分離回収装置1,51では、一対(2つ)の第1吸着塔5A,5Bと、一対(2つ)の第2吸着塔9A,9Bを備えた構成となっているが、このような構成に必ずしも限定されるものではない。例えば、第2成分(プロピレン)の回収効率が下がるものの、1つの第1吸着塔と1つの第2吸着塔とを備えた構成とすることも可能である。
また、第2成分(プロピレン)の回収効率を上げるため、第1吸着塔あるいは第2吸着塔の数を3つ以上に増やすことも可能である。
この場合、複数の第1吸着塔の間で、吸着工程(第1分離工程)、均圧工程、脱離工程(第1再生工程)を順次切り替え、複数の第2吸着塔の間で、吸着工程(第2分離工程)、脱圧工程、脱離工程(第2再生工程)、均圧工程を順次切り替えることで、プロピレン(第2成分)の回収を連続的に効率良く行うことが可能である。
この場合、複数の第1吸着塔の間で、吸着工程(第1分離工程)、均圧工程、脱離工程(第1再生工程)を順次切り替え、複数の第2吸着塔の間で、吸着工程(第2分離工程)、脱圧工程、脱離工程(第2再生工程)、均圧工程を順次切り替えることで、プロピレン(第2成分)の回収を連続的に効率良く行うことが可能である。
また、上記ガス分離回収システム50では、上述した排ガスからのブチルアルデヒド(第4成分)の除去を温度スイング法(TSA)で行う第3ガス分離装置14を用いた場合を例示しているが、それ以外の方法によって排ガス中からブチルアルデヒド(第4成分)を除去する分離装置を用いることも可能である。例えば、ブチルアルデヒド(第4成分)を除去する方法としては、冷却液化法、液吸収法などを挙げることができる。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
(実施例1)
実施例1では、上記ガス分離回収システム50を用いて、オキソアルコールプロセスプラントである製造設備52から排出される排ガスから、ブチルアルデヒド及びプロピレンの分離、回収を行った。また、均圧工程は、第1ガス分離装置2の第1吸着塔と第2ガス分離装置3の第2吸着塔との間で行った。ガス分離回収システム50の運転条件は、以下のとおりである。
実施例1では、上記ガス分離回収システム50を用いて、オキソアルコールプロセスプラントである製造設備52から排出される排ガスから、ブチルアルデヒド及びプロピレンの分離、回収を行った。また、均圧工程は、第1ガス分離装置2の第1吸着塔と第2ガス分離装置3の第2吸着塔との間で行った。ガス分離回収システム50の運転条件は、以下のとおりである。
・排ガス:100%中、ブチルアルデヒド:5.7%、二酸化炭素:20.1%、プロピレン:18.9%、プロパン:42.5%、その他:16.7%
(第3ガス分離装置:TSA)
・吸着剤S3:大阪ガスケミカル社製、粒状白鷺活性炭
・吸着剤S3の加熱温度:175℃
・吸着工程(第3分離工程)の時間:8時間
・脱離工程(第3再生工程)の時間:8時間
(第1ガス分離装置:PSA)
・吸着剤S1:大阪ガスケミカル社製、モルシーボン
・第1吸着塔5A、5B内の圧力:吸着時500kPaG、脱離時101.3kPaA
・吸着工程(第1分離工程)の時間:180秒
・均圧工程の時間:5秒
・脱離工程(第1再生工程)の時間:175秒
(第2ガス分離装置:PSA)
・吸着剤S2:大阪ガスケミカル社製、モルシーボン
・第2吸着塔9A、9B内の圧力:吸着時475kPaG、脱離時10kPaA
・吸着工程(第2分離工程)の時間:175秒
・脱圧工程の時間:2秒
・脱離工程(第2再生工程)の時間:175秒
・均圧工程の時間:5秒
(第3ガス分離装置:TSA)
・吸着剤S3:大阪ガスケミカル社製、粒状白鷺活性炭
・吸着剤S3の加熱温度:175℃
・吸着工程(第3分離工程)の時間:8時間
・脱離工程(第3再生工程)の時間:8時間
(第1ガス分離装置:PSA)
・吸着剤S1:大阪ガスケミカル社製、モルシーボン
・第1吸着塔5A、5B内の圧力:吸着時500kPaG、脱離時101.3kPaA
・吸着工程(第1分離工程)の時間:180秒
・均圧工程の時間:5秒
・脱離工程(第1再生工程)の時間:175秒
(第2ガス分離装置:PSA)
・吸着剤S2:大阪ガスケミカル社製、モルシーボン
・第2吸着塔9A、9B内の圧力:吸着時475kPaG、脱離時10kPaA
・吸着工程(第2分離工程)の時間:175秒
・脱圧工程の時間:2秒
・脱離工程(第2再生工程)の時間:175秒
・均圧工程の時間:5秒
その結果、実施例1では、濃度95%のブチルアルデヒドと、濃度41%のプロピレンとが得られた。また、ブチルアルデヒドの回収率が85%、プロピレンの回収率が84%となった。
(比較例1)
比較例1では、上記ガス分離回収システム50において、均圧工程は、第1ガス分離装置2の第1吸着塔と第2ガス分離装置3の第2吸着塔との間で行わず、第1ガス分離装置2の第1吸着塔5A、5B間、及び第2ガス分離装置3の第2吸着塔9A,9B間で行った。その運転条件は、以下のとおりである。
比較例1では、上記ガス分離回収システム50において、均圧工程は、第1ガス分離装置2の第1吸着塔と第2ガス分離装置3の第2吸着塔との間で行わず、第1ガス分離装置2の第1吸着塔5A、5B間、及び第2ガス分離装置3の第2吸着塔9A,9B間で行った。その運転条件は、以下のとおりである。
・排ガス:100%中、ブチルアルデヒド:5.7%、二酸化炭素:20.1%、プロピレン:18.9%、プロパン:42.5%、その他:16.7%
(第3ガス分離装置:TSA)
・吸着剤S3:大阪ガスケミカル社製、粒状白鷺活性炭
・吸着剤S3の加熱温度:175℃
・吸着工程(第3分離工程)の時間:8時間
・脱離工程(第3再生工程)の時間:8時間
(第1ガス分離装置:PSA)
・吸着剤S1:大阪ガスケミカル社製、モルシーボン
・第1吸着塔5A、5B内の圧力:吸着時500kPaG、脱離時101.3kPaA
・吸着工程(第1分離工程)の時間:175秒
・均圧工程の時間:5秒
・脱離工程(第1再生工程)の時間:175秒
(第2ガス分離装置:PSA)
・吸着剤S2:大阪ガスケミカル社製、モルシーボン
・第2吸着塔9A、9B内の圧力:吸着時475kPaG、脱離時10kPaA
・吸着工程(第2分離工程)の時間:175秒
・脱圧工程の時間:2秒
・脱離工程(第2再生工程)の時間:173秒
・均圧工程の時間:5秒
(第3ガス分離装置:TSA)
・吸着剤S3:大阪ガスケミカル社製、粒状白鷺活性炭
・吸着剤S3の加熱温度:175℃
・吸着工程(第3分離工程)の時間:8時間
・脱離工程(第3再生工程)の時間:8時間
(第1ガス分離装置:PSA)
・吸着剤S1:大阪ガスケミカル社製、モルシーボン
・第1吸着塔5A、5B内の圧力:吸着時500kPaG、脱離時101.3kPaA
・吸着工程(第1分離工程)の時間:175秒
・均圧工程の時間:5秒
・脱離工程(第1再生工程)の時間:175秒
(第2ガス分離装置:PSA)
・吸着剤S2:大阪ガスケミカル社製、モルシーボン
・第2吸着塔9A、9B内の圧力:吸着時475kPaG、脱離時10kPaA
・吸着工程(第2分離工程)の時間:175秒
・脱圧工程の時間:2秒
・脱離工程(第2再生工程)の時間:173秒
・均圧工程の時間:5秒
その結果、比較例1では、濃度95%のブチルアルデヒドと、濃度37%のプロピレンとが得られた。また、ブチルアルデヒドの回収率が85%、プロピレンの回収率が71%となった。
以上のことから、第1ガス分離装置2の第1吸着塔と第2ガス分離装置3の第2吸着塔との間で均圧工程を行うことによって、4成分を含む排ガス中から高純度のプロピレンを効率良く回収できることが明らかとなった。
<検証試験1>
上述した実施例1及び比較例1において、第1ガス分離装置2の第1吸着塔と第2ガス分離装置3の第2吸着塔との間で均圧工程を行う場合のプロピレン回収率を比較した。結果を以下の表1に示す。
上述した実施例1及び比較例1において、第1ガス分離装置2の第1吸着塔と第2ガス分離装置3の第2吸着塔との間で均圧工程を行う場合のプロピレン回収率を比較した。結果を以下の表1に示す。
表1に示すように、第1ガス分離装置2の第1吸着塔と第2ガス分離装置3の第2吸着塔との間で均圧工程を行う場合では、従来のように第1ガス分離装置2の第1吸着塔5A、5B間、及び第2ガス分離装置3の第2吸着塔9A,9B間で行う場合と比較して、プロピレン回収率が13~18%向上することを確認した。
<検証試験2>
上述した実施例1において、第2ガス分離装置3の第2吸着塔9A,9Bの運転サイクルに脱圧工程を設ける影響について検証した。結果を以下の表2に示す。
上述した実施例1において、第2ガス分離装置3の第2吸着塔9A,9Bの運転サイクルに脱圧工程を設ける影響について検証した。結果を以下の表2に示す。
表2に示すように、第2ガス分離装置3の第2吸着塔9A,9Bの運転サイクルに脱圧工程を設けることにより、脱圧工程を設けない場合と比較して、プロピレン回収率の変動を伴うが不要成分(プロパン、二酸化炭素)の除去率が10~22.5%向上することを確認した。
1,51 ガス分離回収装置
2 第1ガス分離装置
3 第2ガス分離装置
4 均圧用ガス経路(ガス経路)
5A,5B 第1吸着塔
9A,9B 第2吸着塔
14 第3ガス分離装置
50 ガス分離回収システム
52 製造設備(オキソアルコールプラント)
53 返送経路
54 燃焼設備
55 燃料供給経路
2 第1ガス分離装置
3 第2ガス分離装置
4 均圧用ガス経路(ガス経路)
5A,5B 第1吸着塔
9A,9B 第2吸着塔
14 第3ガス分離装置
50 ガス分離回収システム
52 製造設備(オキソアルコールプラント)
53 返送経路
54 燃焼設備
55 燃料供給経路
Claims (10)
- 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収装置であって、
圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから第3成分を分離する第1吸着塔を有する、第1ガス分離装置と、
前記第1ガス分離装置の二次側に位置し、圧力変動吸着方式により、前記対象ガスから前記第2成分と前記第1成分とを分離する第2吸着塔を有する、第2ガス分離装置と、
前記第1ガス分離装置と前記第2ガス分離装置との間に位置し、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔とを連通するガス経路と、を備えるガス分離回収装置。 - 前記ガス経路が、吸着後かつ再生前の前記第1吸着塔と、再生後かつ吸着前の前記第2吸着塔と、を連通して均圧に用いる、請求項1に記載のガス分離回収装置。
- 前記第1ガス分離装置の一次側に位置し、温度変動吸着方式により、前記対象ガスから前記第1~第3成分以外の第4成分を除去する、第3ガス分離装置をさらに備える、請求項1又は2に記載のガス分離回収装置。
- 前記対象ガスが、ブチルアルデヒド、二酸化炭素、プロパン、及びプロピレンからなる群から選択される1種、又は2種以上を含む、請求項3に記載のガス分離回収装置。
- 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収方法であって、
圧力変動吸着方式の第1ガス分離装置により、前記対象ガスから第3成分を分離し、
圧力変動吸着方式の第2ガス分離装置により、前記対象ガスから第2成分と第1成分とを分離するとともに、
前記第1ガス分離装置が有する第1吸着塔と、前記第2ガス分離装置が有する第2吸着塔とを連通して、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔との間で均圧する、ガス分離回収方法。 - 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収するガス分離回収方法であって、
圧力変動吸着方式の第1ガス分離装置が有する第1吸着塔により、前記対象ガスから第3成分を分離する第1分離工程と、
前記第1吸着塔から前記第3成分を脱離する第1再生工程と、
圧力変動吸着方式の第2ガス分離装置が有する第2吸着塔により、前記対象ガスから第2成分を分離する第2分離工程と、
前記第2吸着塔から前記第2成分を脱離する第2再生工程と、
前記第1分離工程後かつ前記第1再生工程前の前記第1吸着塔と、前記第2再生工程後かつ前記第2分離工程前の前記第2吸着塔とを連通し、前記第1吸着塔と前記第2吸着塔との間で均圧する均圧工程と、を含む、ガス分離回収方法。 - 前記第1吸着塔が、前記第1分離工程、前記均圧工程及び前記第1再生工程を含む第1サイクルを繰り返し、
前記第2吸着塔が、前記均圧工程、前記第2分離工程及び前記第2再生工程を含む第2サイクルを繰り返すとともに、
前記第1吸着塔及び前記第2吸着塔が前記均圧工程を同時に行うように、前記第1サイクルと前記第2サイクルとを同期させる、請求項6に記載のガス分離回収方法。 - 少なくとも3成分を含む対象ガスから、所要の1成分を分離して回収する、ガス分離回収システムであって、
前記対象ガスを排ガスとして排出する製造設備と、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガス分離回収装置と、
前記ガス分離回収装置により回収された所要の1成分を前記製造設備へ返送する返送経路と、を備える、ガス分離回収システム。 - ガス成分を燃料として燃焼する燃焼設備と、
前記ガス分離回収装置により分離された他のガス成分を前記燃焼設備へ供給する燃料供給経路と、をさらに備える、請求項8に記載のガス分離回収システム。 - 前記製造設備が、オキソアルコールプロセスを行う設備である、請求項8又は9に記載のガス分離回収システム。
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