JP5807945B2 - プロパンの精製方法および精製装置 - Google Patents
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Description
すなわち、分子篩の細孔の有効孔径を、細孔内にイソブタン、ノルマルブタンの分子を入り込ませる値に設定すると、プロパン分子も細孔内に入り込んでしまうため、分子篩のみで不純物をプロパンから分離させることはできない。一方、エタン、プロピレンはイソブタン、ノルマルブタンに比べて活性炭に吸着し難いことから、分子篩機能のない活性炭のみで不純物を吸着した場合、吸着剤にイソブタン、ノルマルブタンが優先して吸着されてエタン、プロピレンの吸着が阻まれるため、活性炭のみで不純物をプロパンから分離させることもできない。特にエタンはイソブタン、ノルマルブタンに比べて分子量が小さく活性炭への吸着力が弱いことから、活性炭のみでプロパンから分離させるのは困難である。
本発明方法は、エタン及びプロピレン、並びに、イソブタン及びノルマルブタンを不純物として含む低純度プロパンを高純度化するための精製方法において、吸着器に、エタン及びプロピレンをプロパンよりも優先して吸着する分子篩と、イソブタン及びノルマルブタンをプロパンよりも優先して吸着する活性炭を充填し、前記分子篩の細孔の有効孔径を0.4nmとし、次に、前記吸着器にガス状の前記低純度プロパンを導入することで、前記分子篩と前記活性炭により大気圧を超える圧力下で前記不純物を吸着し、次に、前記吸着器を通過したガスを高純度プロパンとして回収し、回収する前記高純度プロパンの純度が99.99vol%以上であることを特徴とする。
これにより、イソブタン、ノルマルブタンに比べて活性炭に吸着し難いエタン及びプロピレンを、分子篩によってプロパンから分離させる。また、イソブタン及びノルマルブタンはプロパンよりも分子量が大きくファンデルワールス力が大きいため活性炭への吸着力が強いことから、イソブタン及びノルマルブタンを活性炭によってプロパンから分離させる。これにより、吸着器を通過したガスを高純度プロパンとして回収できる。
本発明装置によれば本発明方法を実施できる。
この場合に本発明方法を実施するため、本発明装置は、前記ガス導入口を、前記低純度プロパンの供給源および大気圧領域の中の何れかに択一的に接続する第1接続切替機構と、前記ガス回収口を、前記回収容器および再生用ガスの供給源の中の何れかに択一的に接続する第2接続切替機構と、前記吸着器の内部圧力を調整する背圧調整器と、前記吸着器の内部温度を調整する温度調整器とを備えるのが好ましい。
第1吸着塔2aは直径28.4mm、高さ1000mmの円管状とし、その下端から980mmの位置まで分子篩αを充填した。分子篩αとして直径2.3mmの4A型粒状分子篩活性炭(日本エンバイロケミカルズ製、CMS−4A−B)を用いた。第2吸着塔2bは直径28.4mm、高さ1000mmの円管状とし、その下端から980mmの位置まで活性炭βを充填した。活性炭βとして粒度が10〜20メッシュのヤシ殻破砕炭(クラレケミカル製、クラレコールGG)を用いた。
初期吸着工程として、エタン0.1volppm未満、プロピレン0.1volppm未満、イソブタン0.1volppm未満、ノルマルブタン1volppm未満を含有する高純度プロパンを吸着器2に導入し、蓄圧工程前に大気圧とされた吸着器2内に充填されていた再生用ガスであるヘリウムを置換し、ガスクロマトグラフ熱伝導度型検出器(GC−TCD)により測定したヘリウム濃度を1vol%以下とし、背圧調整器9により両吸着塔2a、2b内の吸着圧力をゲージ圧で0.50MPaに設定した。
次に精製工程として、エタン6868volppm、プロピレン3961volppm、イソブタン2820volppm、ノルマルブタン2210volppmを含有するガス状の低純度プロパンを吸着器2に導入し、高純度プロパンを精製した。この際、圧力調整器5の設定圧をゲージ圧で0.53MPa、流量調整器4の設定流量を標準状態で570mL/min、両吸着塔2a、2b内の温度を室温、精製時間を250分とした。
図2は、精製工程においてガス回収口2dから回収された精製プロパンの純度(vol%)の経時変化と、その精製プロパンに含有される各不純物の濃度(volppm)の経時変化を示す。その精製プロパン純度と各不純物濃度はガスクロマトグラフ水素炎イオン化型検出器(GC−FID)により測定した。各不純物濃度の測定値が1volppmに達した時点を各不純物についての吸着剤の破過時点であるとした場合、精製開始から破過するまでの時間は、エタンが107分、イソブタンが91分、ノルマルブタンが225分であり、プロピレンは精製時間内に破過しなかった。
実施例1によれば、精製時間を91分とすれば、エタン0.1volppm、プロピレン0.1volppm未満、イソブタン0.2volppm、ノルマルブタン0.1volppm未満を含有する純度99.999vol%以上の高純度プロパンを精製できた。この場合の高純度プロパンの取得量は102g、収率は51.3%であった。
図3は、精製工程においてガス回収口2dから回収された精製プロパンの純度(vol%)の経時変化と、その精製プロパンに含有される各不純物の濃度(volppm)の経時変化を示す。その精製プロパン純度と各不純物濃度はガスクロマトグラフ水素炎イオン化型検出器(GC−FID)により測定した。各不純物濃度の測定値が1volppmに達した時点を各不純物についての吸着剤の破過時点であるとした場合、精製開始から破過するまでの時間は、エタンが119分、イソブタンが129分、ノルマルブタンが228分であり、プロピレンは精製時間内に破過しなかった。
実施例2によれば、精製時間を121分とすれば、エタン0.4volppm、プロピレン0.1volppm未満、イソブタン0.1volppm未満、ノルマルブタン0.1volppm未満を含有する純度99.999vol%以上の高純度プロパンを精製できた。この場合の高純度プロパンの取得量は135g、収率は52.6%であった。
Claims (4)
- エタン及びプロピレン、並びに、イソブタン及びノルマルブタンを不純物として含む低純度プロパンを高純度化するための精製方法において、
吸着器に、エタン及びプロピレンをプロパンよりも優先して吸着する分子篩と、イソブタン及びノルマルブタンをプロパンよりも優先して吸着する活性炭を充填し、
前記分子篩の細孔の有効孔径を0.4nmとし、
次に、前記吸着器にガス状の前記低純度プロパンを導入することで、前記分子篩と前記活性炭により大気圧を超える圧力下で前記不純物を吸着し、
次に、前記吸着器を通過したガスを高純度プロパンとして回収し、
回収する前記高純度プロパンの純度が99.99vol%以上であることを特徴とするプロパンの精製方法。 - 前記低純度プロパンを前記吸着器のガス導入口から導入すると共に前記高純度プロパンを前記吸着器のガス回収口から回収することで、大気圧を超える圧力下で前記不純物を吸着すると共に前記高純度プロパンを回収し、
前記高純度プロパンを回収した後に前記吸着器の内圧が大気圧になるように、前記吸着器の内部を前記ガス導入口を介して大気圧領域に通じさせることで、前記吸着器内に残存するガスを大気圧領域に排気し、
しかる後に、前記吸着器において内部温度を上昇させると共に前記ガス回収口から前記ガス導入口に向かい再生用ガスを流通させる請求項1に記載のプロパンの精製方法。 - エタン及びプロピレン、並びに、イソブタン及びノルマルブタンを不純物として含む低純度プロパンを高純度化するための精製装置において、
エタン及びプロピレンをプロパンよりも優先して吸着する分子篩と、イソブタン及びノルマルブタンをプロパンよりも優先して吸着する活性炭を充填した吸着器を備え、
前記分子篩の細孔の有効孔径は0.4nmとされ、
前記吸着器は、前記低純度プロパンの供給源に接続されるガス導入口と、高純度プロパンの回収容器に接続されるガス回収口を有し、
前記ガス導入口から前記吸着器に導入されたガス状の前記低純度プロパンに含まれる前記不純物が前記分子篩と前記活性炭によって大気圧を超える圧力下で吸着されることで、前記吸着器を通過したガスが高純度プロパンとして前記ガス回収口を介して前記回収容器に回収され、
回収する前記高純度プロパンの純度が99.99vol%以上であることを特徴とする請求項1に記載のプロパンの精製方法を実施するためのプロパンの精製装置。 - 前記ガス導入口を、前記低純度プロパンの供給源および大気圧領域の中の何れかに択一的に接続する第1接続切替機構と、
前記ガス回収口を、前記回収容器および再生用ガスの供給源の中の何れかに択一的に接続する第2接続切替機構と、
前記吸着器の内部圧力を調整する背圧調整器と、
前記吸着器の内部温度を調整する温度調整器とを備える請求項3に記載のプロパンの精製装置。
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