JPH01155926A - 圧力スイング吸着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、４つの吸着塔を用いて一酸化炭素（Ｃｏ）
を含む混合ガスから高Ｉ！！度のＣＯを分離回収するこ
とができる圧力スイング吸着方法に関するものである。

（従来技術） 従来、ＣＯが含まれた混合ガスからＣＯを分離回収する
圧力スイング吸着方法としては、昇圧工程、吸着工程、
減圧工程、洗浄工程、休止工程および脱着工程を有する
サイクルを複数の吸着塔で互いにずらせて繰返すことに
より、一つの吸着塔の脱着工程が終了すれば他の吸着塔
の脱着工程が開始するようにして連続的にＧｏの脱着回
収が行われるようにしたものが知られている。

上記従来の圧力スイング吸着方法を第４図および第５図
に示す工程説明図と、第３図に示す４つの吸着塔Ａ、Ｂ
、Ｃ，Ｄを有する装置とに基いて一つの吸着塔Ａを中心
に、脱着工程が終了した状態から説明する。なお第５図
は吸着塔への各工程と上記装置におけるガスの流れとを
示し、装置については昇圧筒１ｍにのみに主要符号を付
し、他の工程には符号を省略している。

昇圧工程は３つの段階に分れ、まず打圧第１期では脱着
工程が終了して減圧状態にある吸着塔Ａと、吸着工程が
終了して加圧状態にある吸着塔Ｂとを弁３１ｂと弁３２
ａとを開くことにより接続し、吸着塔Ｂから減圧排ガス
を循環管路３を通して吸着塔Ａに導くことにより、この
吸着塔Ａはほぼ大気圧（ＯＫｇ／ａ＋ｌＧ）まで昇圧さ
れるとともに、吸着塔Ｂはほぼ大気圧まで減圧される。

この吸着塔８は、減圧工程後、洗浄用ガス供給管路４を
通して洗浄用ガスが供給されて洗浄工程に入る。

昇圧第２期では、上記吸着塔Ｂの洗浄排ガスが循環管路
３を通して吸着項八に供給されて洗浄排ガス中のＣＯが
回収され、残りの排ガスは弁２１ａが間かれて排ガス排
出管路２を通して放出される二 ４圧第３期では、上記弁２１ａと弁３１ｂとが閉じられ
るとともに、弁３１ｄが開かれることにより、吸着工程
の後半にある吸着塔りの吸竹排ガスが循環管路３を通し
て吸着項八に供給され、所定の吸着圧力（第４ｖＡでは
２　Ｋ９　／　ｄ　Ｇ　）まで昇圧される。なお、この
吸着圧力は１〜５　Ｋ’ｌ　／　ｔｙｉ　Ｇ程度の範囲
で選択すればよい。

つぎに吸着工程では、弁１１ａと弁２１ａとが開かれる
とともに、原料ガス圧縮機１０が作動され、これによっ
てＣ０１ＣＯ２、Ｎ２およびト：２などからなる混合ガ
スが原料ガスとして吸着塔Ａに供給される。吸着項八で
は、例えばゼオライトなどの担体に銅化合物を添着した
吸着剤に原料ガス中の最も吸着性の高いＧｏ（易吸着成
分）が加圧下で吸着され、吸着性の低いＮ２　、ＣＯ２
およびＨ２（ｆｉ吸着成分）が吸着排ガスとして弁２１
ａおよび排ガス排出管路２を通して大気中に放出される
。

そして、この吸着工程の後半において、上記吸着排ガス
の００１度が原料ガス中のＣ０１１度と等しくなる直前
に弁２１ａを閉じるとともに、弁３１ａと弁３２Ｃとを
開き、これにより上記吸着排ガスを吸着塔Ｃの野圧第３
期における背圧ガスとして用いる。

上記吸着工程が終了すると、吸着塔Ａは循ＥＭ管路３の
弁３１ａと弁３２ｂとを開くことによって減圧工程に入
る。これによって吸着圧力まで昇圧された吸着塔Ａ内の
原料ガスは減圧状態の吸着塔Ｂに移動し、吸着塔Ａはほ
ぼ大気圧まで減圧されるとともに、吸着塔８は昇圧第１
期が行われる。

この後、吸着塔Ａは洗浄工程に入る。この洗浄工程では
、洗浄用ガス供給管路４の弁４１ａと、循環管路３の弁
３１ａ、３２ｂと、排ガス排出管路２の弁２１ｂとが開
かれ、製品ガス貯留槽６のＣＯ成分ガスが吸着塔Ａに導
入される。このＣＯ成分ガスによって吸着塔Ａ内に残留
する難吸着成、分がパージされ、このパージ排ガスｔｉ
ｔ循環管路３を通して吸着塔Ｂに導かれて吸着塔Ｂの昇
圧第２期に用いられる。

洗浄工程が終了した吸＠塔Ａは上記弁４１ａおよび弁３
１ａが閉じられて大気圧の状態で吸着塔りの脱着工程が
終了するまで休止する。そして吸着塔りの脱着工程が終
了すると同時に脱着ガス回収管路５の弁５１ａを開き、
真空ポンプ５０を引続いて作動させることによって吸着
塔Ａ　ｔ、を脱着工程に入る。この脱着工程によって吸
ｍＪｉＡ内に吸着されたＣＯ酸成分減圧脱着され、この
ＣＯ成分ガスが製品ガス貯留槽６に回収される。

上記吸着塔Ａでの脱着工程は、吸着塔Ｂで吸着工程、吸
着塔Ｃで減圧、洗浄および休止工程、吸着塔りで昇圧工
程がそれぞれ行なわれている間引続いて行われる。

この脱着工程によって吸着塔Ａ内の圧力は最終的にほぼ
−ＩＫ＃／ｄまで減圧される。これによって１サイクル
が終了し、この後、吸＠塔Ａは昇圧工程に戻り、以下同
様の工程が繰返される。

上記従来の圧力スイング吸着方法においては、回収率を
向上させるために吸着工程、減圧工程、および洗浄工程
の排ガス中のＣＯを他の吸着塔で回収するとともに、真
空ポンプの動力を有効に利用するために常にいずれかの
吸着塔が脱着工程にあるように設定されている。このた
め洗浄工程が終了した吸着塔は次の脱着工程に入るまで
待機しなければならず、このｒｌに休止工程が必ず生じ
るという問題がある。

また吸着剤としてゼオライトなどの担体に銅化合物を添
着した化学吸着剤を用いているために、ゼオライトなど
の物理吸着剤を用いる場合に比べ、ＣＯは上記化学吸着
剤に強く吸着される。このためｊ脱着工程において上記
ｃｏは脱着されにくいという問題がある。

この問題を解決するために脱着回収用の真空ポンプの能
力を大きくして脱着時の圧力を低くすることが考えられ
る。ところが、吸着力が強い場合にはｌ１５２着圧力を
低くしてもｌ１１２着の反応が律速であるためにすぐに
は肌着されず徐々に脱着されるので、ｌ１５２着工程全
体０ＣＯの脱着量は余り増加しない。そればかりか脱着
圧力を低くすると、難吸着成分である不純物は容易に吸
着平衡に達するために、脱着圧力に応じて上記不純物の
脱着量も増加してＣＯ線純度低下するという問題が生じ
る。

またＩｌＲ着時の温度を上げて脱着し易くすることも考
えられるが、この場合脱着ｍ度を上げると吸着温度も相
対的に上がり、その結果、吸着容量が減少してしまう。

また１サイクルの時間を良くして、その分脱着工程の時
間を長くすることも考えられる。ところが、上記脱着反
応の特性のためにＣＯのｌ１５２着量は脱着時間に応じ
て増加しないために単位時間当たりのＣＯ脱＠量は減少
することになる。

このため吸着力の強い吸着剤を使用した圧力スイング吸
着方法において、吸着したＣＯを効率よく脱着回収し、
かつ時間を有効に利用してその回収層を増加することの
できる方法の開発が要望されている。

（発明の目的） この発明は、このような従来の課題を解決するためにな
されたものであり、ｃｏの脱着回収ｄを容易かつ確実に
増大させることができ、しがも純度を向上させうる圧力
スイング吸着方法を提供するものである。

（発明の構成） この発明は、衝圧工程と吸着工程と減圧工程と洗浄工程
と脱着工程とを有し、銅化合物をｇ着した吸着剤を充填
した４つの圧力スイング吸着塔を用いて、上記工程を互
いにずらせて繰返すことによって一酸化炭素を含む混合
ガスから一酸化炭素を分離回収する圧力スイング吸着方
法において、ある吸着塔のｌｌ１２着工程と他の吸着塔
の脱着工程とを互いにその一部を重複させて複数の吸着
塔の脱着工程が同時に行われるようにするものである。

上記構成によれば、ある吸着塔の脱着工程と他の吸着塔
の脱着工程とをｑいにその一部を重複させて行うことに
より、１サイクル当たりの時間を増加させることなく吸
着塔の単位脱着工程当たりの脱着継続時間と総運転時間
に占める総脱着時間とを増加させることができる。

また脱着がある程度性なわれた吸着塔と、脱着が始まる
吸着塔との２つが同時に脱着されるので、脱着当初、２
つの吸着塔の圧力が均圧し、脱着が始まった吸着塔は脱
着に有効な圧力値まで瞬間的に低下し、脱着工程の時間
のうちその吸着塔内が！１５２１に有効な圧力値に保た
れる時間が増加する。

これらによって脱着回収量を従来法より増加させること
ができる。また一つの真空ポンプで同時に複数の吸着塔
を減圧脱着させるので脱着工程の最終脱着圧力は、従来
の一つの吸着塔を減「脱着させる場合よりも高くなり、
このため不純物の脱＠量も従来法よりも少なくなる。

（実施例） 第１図および第２図に示す工程は、第４図および第５図
に示す従来のサイクルにおける休止工程を廃止し、その
時間を脱着工程に組入れることによって１サイクルに要
する時＠（１２分）を増加さｉることなく脱着工程の時
間を良くしている。

したがって、昇圧〜吸着〜減圧〜洗浄〜脱着工程で１サ
イクルが構成され、脱着工程は他の吸轟塔との関係によ
って３つの段階、すなわちＩＢＨＩ第１期、脱着第２期
および脱着第３期とに分かれる。

例えば吸着塔Ａについてみると脱着量１期にはこの吸着
塔Ａと、脱着量３］１１にある吸着塔りとの２つが真空
ポンプ５０によって減ｆｆ、　ＩＩＲ！される。

ついで１１着第２１１１では吸着塔Ａのみが真空ポンプ
５０によって減圧脱着され、脱着第３期ではこの吸着塔
Ａと１８２着第１ｆｌｌｌにある吸ｉｔ塔Ｃとの２つが
真空ポンプ５０によって減圧脱着されることになる。し
たがって４つの吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ，ＤにおけるＷＡ着工
程は、その始期と終期とが相互に重複しながら連続して
繰返されることになる。なお第２図は吸着塔への各工程
と第３図に示す装置におけるガスの流れとを示し、装置
については昇圧筒１１９１にのみに主要符号を付し、他
の工程には符号を省略している。

第１図、第２図および第３図において、吸着塔Ａ　Ｇ、
を昇圧筒１期から昇任第３期までの工程で第４図に示す
従来の工程と同様に２に９／ｄｔＧの吸着圧力まで昇圧
され、続いてその吸着圧力を維持しつつ吸着工程に入る
。この後、減圧工程で循環管路３の弁３１ａが間かれて
吸着塔Ａは大気圧まで減圧される。そして洗浄工程で製
品ガス貯留ＩＰＪ６からの製品ガスを洗浄用ガスとして
吸着項八に流し難吸着成分をパージするとともに、吸着
剤の空隙を高純度のＣＯ成分ガスで満たすようにする。

この洗浄工程までは第４図に示す従来の工程と同様に行
われ、上記洗浄工程の終了段階の吸着塔Ａはほぼ大気圧
にある。

弁４１ａ、３１ａ、３２ｂ、　２１ｂが閉じられること
によって洗浄工程は終了し、引続いて回収管路５の弁５
１ａが間かれることによって吸着塔Ａは脱着工程の脱着
第１期に入る。この脱着箱１期に入る直前には吸着塔り
が脱着第２期にあり、吸着塔りは真空ポンプ５０によっ
て弁５１ｄを通して単独で減圧脱着されている。したが
って吸着塔Ａが説看第１期に入ることによって吸着塔Ａ
と吸着塔りとの２つが真空ポンプ５０によって同時に減
圧脱着されることになり、吸着塔りは脱着第３期に入る
。吸着塔Ａが脱着箱１期、吸着塔りが脱着第３期にそれ
ぞれある間、吸着塔Ｂは昇圧筒３期、吸着塔Ｃは吸着工
程が行なわれている。

回収管路５の弁５１ｄが■じられて吸着塔りの脱着箱３
期が終了しても吸着塔Ａは引続いて減圧脱着が行われる
。これによって吸＠塔Ａは脱着第２期に入り、単独で減
圧されるので吸着塔Ａ内の圧力は上記脱着箱１期と比べ
て急速に下がりほぼ最終圧力近くまで減圧される。この
脱着箱２期の間、他の吸着塔Ｂは吸着工程、吸＠塔Ｃは
減圧工程および洗浄工程、吸着塔りは昇圧第２期がそれ
ぞれ行なわれている。

この後、洗浄工程を終えた上記吸着塔Ｃは回収管路５の
弁５１ｂが開かれることによって脱着工程の脱１１第１
期に入る。これによって吸着塔Ａは上記１１１２着第２
期から２つの吸着塔が同時に減圧脱着される脱着箱３１
１１１に入る。この説看第３期では、吸着項八が引続い
て真空ポンプ５０によって吸引されるが、同じ真空ポン
プ５０で同時に２つの吸着塔を吸引するとともに他の吸
着塔Ｃが大気圧からの吸引となるので、吸着塔Ａ内の圧
力と吸着塔Ｃ内の圧力とは、吸着塔Ａの１Ｂ２ｓ第２ｓ
終了時の圧力よりやや高い圧力で均圧する。これによっ
て吸着塔Ｃ内の圧力は徐々に減圧作動されるるのではな
く、ある程度以下の減圧状態まで瞬間的に減圧すること
ができる。この後、上記２つの吸着塔Ａ、Ｃはさらに減
圧されるが、脱着工程全体の最終圧力は、従来法のよう
に各吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの脱着工程を独立させて真空ポンプ５０によって減圧
させる場合よりも若干高くなる。

吸着塔８の吸着工程の終了とともに吸着塔Ａの脱着工程
も終了し、これによって吸着塔Ａでの１サイクルが終了
し、吸着塔Ａは再び昇圧工程に入って次のサイクルに入
る。

上記方法によれば、脱着工程における減圧状ｊぷを第４
図および第５図に示す従来法よりも長い時間継続させる
ことができるので、−回の脱着工程で従来よりも多くの
ＣＯを脱着回収することができる。しかも１サイクルに
要する時間は従来法と同じであるので総運転時間当たり
および単位時間当たりの１８２１回収量も従来法よりも
増加させることができる。また脱着工程における最終圧
力が従来法よりも高くなるので、その分だけ不純物の説
Ｗ伍も少なくなり、これによってｃｏ純度を向上させる
ことができる。

（具体例） 第３図に示す装置を用いてＣＯが７０％、ＣＯ２が１５
％、Ｎ２が１５％の組成の原料ガスからＣＯを分離回収
する場合について第１図および第２図に示す工程にした
がって試験した。１サイクル１２分間で繰返した結果、
運転開始後８０分で製品ガスのＣＯ純度は９９．８％で
一定となり、００回収率は５０％を維持し、１サイクル
当た（のＣＯの脱着ガス品は１．５１１であった。なお
喫着剤としては活性アルミナに銅化合物を添着さｔたも
のを使用した。

（比較例） 上記具体例と同じ装置と同じ組成の原料ガスとを用いて
第４図および第５図に示す従来方法にしたがって試験し
た。上記具体例と同じサイクルタイムで繰返した結果、
運転開始後８０分間で製品ガスのＣｏｄ！度は９９．５
％で一定となり、また回収率はほぼ同じであったが、Ｃ
Ｏの脱着ガス量は１．２ｄであった。

すなわち第１図および第２図に示す実施例に基いた具体
例では、従来法に基いた比較例と比べてＣＯの脱着ガス
壜を２５％増加さ＃ることができた。また脱着ｍが増加
するとともに、不純物の説１ｆｆｉが従来法と比べて減
少するためにｃｏｔＡ度は０．３％向上した。

（発明の効果） この発明の圧力スイング吸着方法によれば、あ）　　る
吸着塔の［ｌＲ着工程と他の吸着塔の脱着工程とをシ　
　互いにその一部を重複させて行うことにより、１け　
　サイクル当たりの時間を増加させることなく吸着塔の
単位ＩＢ２着工程当０りの脱着継続時間と総運転時間に
占める総説省時間とを増加させることができ、これによ
ってＣＯの１２着回収量を容易かつ確実に従来法より増
加させることができる。しがも一つの真空ポンプで同時
に複数の吸着塔を減圧脱着させるので脱着工程の最終脱
着圧力は従来法よりも＾くなり、このため不純物の脱着
嬶は従来法よりも少なくなるので純度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の各工程と吸着塔内の圧力と
を経時的に示す工程説明図、第２図は第１図の各工程と
ガスの流れとを示す工程説明図、第３図は第１図の各工
程と第４図の各工程とを実施する装置の概略構成図、第
４図は従来の方法の各工程と吸着塔内の圧力とを経時的
に示す工程説明図、第５図は第４図の各工程とガスの流
れとを示、す工程説明図である。 Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ・・・圧力スイング吸着塔、１・・・原
料ガス供給管路、２・・・排ガス排出管路、３・・・循
環管路、４・・・洗浄用ガス供給管路、５・・・脱着ガ
ス回収管路、６・・・製品ガス貯留ｌ！。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、昇圧工程と吸着工程と減圧工程と洗浄工程と脱着工
   程とを有し、銅化合物を添着した吸着剤を充填した４つ
   の圧力スイング吸着塔を用いて、上記工程を互いにずら
   せて繰返すことによつて一酸化炭素を含む混合ガスから
   一酸化炭素を分離回収する圧力スイング吸着方法におい
   て、ある吸着塔の脱着工程と他の吸着塔の脱着工程とを
   互いにその一部を重複させて複数の吸着塔の脱着工程が
   同時に行われるようにすることを特徴とする圧力スイン
   グ吸着方法。