JPH01155945A - Co分離回収用吸着剤の製造法 - Google Patents

Co分離回収用吸着剤の製造法

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JPH01155945A
JPH01155945A JP62315054A JP31505487A JPH01155945A JP H01155945 A JPH01155945 A JP H01155945A JP 62315054 A JP62315054 A JP 62315054A JP 31505487 A JP31505487 A JP 31505487A JP H01155945 A JPH01155945 A JP H01155945A
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alumina
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solvent
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Toshiaki Tsuji
辻 利明
Akira Shiraki
白木 明
Hiroaki Shimono
浩昭 下野
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Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/40Carbon monoxide

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 本発明は、圧力変動式吸着分離法(以下PSA法という
)または/および温度変動式吸着分離法(以下TSA法
という)によりCOを含む混合ガスからCOを分離回収
する目的に用いる固体吸着剤を製造する方法に関するも
のである。
従来の技術 COを主成分とするガスの代表的なものとして、製鉄所
の転炉から得られる転炉ガス、高炉から得られる高炉ガ
ス、電気炉から得られる電気炉ガス、コークスをガス化
して得られる発生炉ガスなどがある。これらのガスは通
常そのほとんどが燃料として使用されているが、これら
のガスの中にはCOがたとえば70マal1前後あるい
はそれ以上も含まれているものもあるので、これらのガ
ス中に含まれるCOを高純度で分離回収することができ
れば、ギ酸、酢酸等の合成原料、有機化合物の量元用な
どとして用いることができ、化学工業上非常に有益であ
る。
従来、COを主成分とするガスからCOを分離回収する
方法として、深冷分離法、銅アンモニア法、コンーブ(
COS ORB)法などが知られているが、これらの方
法は設備費がかさむ上、電力、蒸気等の熱エネルギーに
要する費用が大きいという問題があり、大容量のcoの
分離回収には適していても、中容量または小容量のco
の分離回収には必ずしも適していなかった。さらに、こ
れらの方法により分離して得られるcoには02 、C
O2など有機合成反応上障害となるガス成酋が混在して
くるため、そのままでは有機合成用には適用できないと
いう欠点があった。
ところで、中容量または小容量の原料ガスから特定ガス
を選択分離する方法としてPSA法およびTSA法が知
られている。
PSA法とは、混合ガスから特定ガスを選択分離する方
法の一つであって、高い圧力で被吸着物を吸着剤に吸着
させ、ついで吸着系の圧力を下げることによって吸着剤
に吸着した被吸着物を脱離し、吸着物および非吸着物を
分離する方法であって、工業的には吸着剤を充填した塔
を複数個設け、それぞれの吸着塔において、昇圧→吸着
→洗浄→脱気の一連の操作を繰り返すことにより、装置
全体としては連続的に分離回収を行うことができるよう
にしたものである。
また、TSA法も上記PSA法と同様に混合ガスから特
定ガスを選択分離する方法の一つであって、低温で被吸
着物を吸着剤に吸着させ、ついで吸着系の温度を上げる
ことによって吸着剤に吸着した被吸着物を脱離し、吸着
物および非吸着物を分離する方法である。
従来、このPSA法によりcoを含む混合ガスからCO
を分離回収する方法として、モルデナイト系ゼオライト
を吸着剤として用いる方法が提案されている。(特開昭
!d−22825号公報、特開昭59−49818号公
報参照) また、PSA法またはTSA法によりcoを含む混合ガ
スからCOを分離回収する方法として、ハロゲン化鋼(
1)、酸化銅(1)、銅(II)塩、酸化銅(II)な
どの銅化合物を活性炭に担持させたものを吸着剤として
用いる方法が提案されている。(特開昭58−15E1
517号公報、特開昭59−89414号公報、特開昭
59−105841号公報、特開昭59−138134
号公報参照) 同様に、PSA法またはTSA法によりcoを含む混合
ガスからCOを分離回収するために用いるCO吸収分離
剤の製造法として、ハロゲン化銅(I)およびハロゲン
化アルミニウム(m)の有機溶媒溶液をアルミナ、シリ
カ、シリカ/アルミナな゛どの多孔性無機酸化物に接触
させ、ついで遊離有機溶媒を除去する方法が提案されて
いる。
(特開昭80−90038号公報、特開昭130−90
037号公報参照) また1本出願人は、PSA法またはTSA法によりCO
を含む混合ガスからCOを分離回収する方法として、シ
リカまたは/およびアルミナか、らなる担体に、銅CI
)化合物、銅(II)化合物またはその還元物を担持さ
せてなるCO分離回収用吸着剤を用いる方法について、
すでに特許出願を行っている。(特開昭81−2428
38号公報参照)発明が解決しようとする問題点 PSA法またはTSA法を実施するにあたり吸着塔に充
填する吸着剤に求められる性能としては、■共存成分に
対する着目成分の選択的吸着があること、■加圧または
低温時と減圧または高温時の着目成分の吸着量の差が大
きいこと、■吸着した着目成分の脱離が容易であること
、■着目成分以外は吸着されにくく、そして脱離しにく
いこと、■吸着剤の寿命が長いこと、などがあげられる
、これらの性能は、製品ガスの純度および収率に大きな
影響を与えるため、PSA法またはTSA法では重要な
要素となる。
しかるに、吸着剤の物理的な吸着脱離現象を利用する上
記モルデナイト系ゼオライトを吸着剤として用いる方法
にあっては、CO吸着量が比較的小さいため圧力スイン
グの切替え頻度を多くしなければならず、操作の点でも
弁類の寿命の点でも不利となること、吸着操作に先立ち
CO2を予め除去しておかなければならないこと、N2
の共吸着を免かれないため、製品純度が低くなること、
また吸着したN2を除くために製品COガスを用いて塔
内洗浄を行うときの洗浄量が多く、製品COの回収率が
低くなることなどの問題がある。
一方、吸着剤の化学的な吸着脱離現象を利用する上記銅
化合物を活性炭に担持させた吸着剤を用いる方法にあっ
ては、CO,N2 、CO2などを含む混合ガスからC
Oを分離しようとする場合、COと同時にCO2なども
共吸着する傾向があるため高純度のCOを分離回収しが
たいこと、また吸着剤のCO吸着量が必ずしも大きくは
ないことなどの問題点があり、工業的規模において採用
しうるまでには至っていない。
また、ハロゲン化銅(I)およびハロゲン化アルミニウ
ム(III)を多孔性無機酸化物に担持させた吸着剤を
用いる方法は、主としてCuA1X4(Xはハロゲン)
のCO選択吸収性を利用するものであるが、COに対す
る吸着力が強すぎるため吸着したCOが脱気時脱離しに
くく、特にPSA法には適していないこと、吸着剤製造
時の操作を乾燥した不活性ガス雰囲気中で行う必要があ
ること、−度活性が低下した吸着剤においては再び活性
を回復させることが困難であることなどの点で工業的に
はなお改良を図る必要がある。
これに対し、本出願人の出願にかかる特開昭61−24
2838号公報の発明、すなわち、シリカまたは/およ
びアルミナからなる担体に銅(I)化合物、銅(II)
化合物またはその還元物を担持させてなるCO分離回収
用吸着剤を用いる方法は、極めて高い純度のCOを分離
回収できるという利点はあるが、工業的見地からはさら
に改良を加える余地がある。
すなわち、シリカまたは/およびアルミナ担体に担持さ
せる化合物として銅(I)化合物を選択する場合は、工
業的には塩化銅CI)を塩酸(濃塩酸)に溶解した溶液
をこの担体に担持、乾燥する方法が採用されるが、濃塩
酸の使用は作業者にとって危険である上、溶液の調製、
担持および乾燥を不活性ガス中で行うことが必要となる
ため製造工程が複雑化するという不利がある。また塩酸
を溶媒として用いると、担体自体の圧壊強度が低下する
ようになり、塔に充填したときの耐久性が劣るようにな
る。そのほか、担体内での分散が銅(II)化合物使用
の場合に比して劣るという問題点もある。
一方、シリカまたは/およびアルミナ担体に担持させる
化合物として銅(II)化合物を選択する場合は、工業
的には塩化銅(II)を用いるのが通常であるが、塩化
銅(II )を単独で用いた場合、COの吸脱着能力を
上げるための加熱処理温度を高目に設定することが必要
となること、加熱処理温度を上げたり、加熱処理後さら
にCo、H2などの還元性雰囲気中で加熱処理しても、
CO吸脱着能力が必ずしも充分ではないという問題点が
ある。
本発明は、このような状況に鑑み、COを含む混合ガス
から高純度のCOを効率良く分離回収できるCO吸脱着
性能のすぐれた吸着剤を見出すべく鋭意研究を重ねた結
果到達したものである。
問題点を解決するための手段 本発明のCO分離回収用吸着剤の製造法は、アルミナま
たはシリカ/アルミナよりなる担体に、銅(II)塩お
よび還元剤を溶媒に溶解または分散した溶液または分散
液を接触させた後、溶媒を除去することを特徴とするも
のである。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明においては、担体として、■アルミナ、または■
シリカ/アルミナを用いる。
アルミナは、たとえば可溶性のアルミニウム塩の水溶液
から水酸化アルミニウムを沈澱させてろ過し、これを強
熱することにより取得される。シリカは、たとえばケイ
酸ナトリウム水溶液を塩酸などの酸で中和して沈澱を析
出させ、ついで水洗、乾燥し、さらに必要に応じて減圧
加熱により活性化し、粉粒状とすることにより取得され
る。
シリカとアルミナを併用するときは、シリカとアルミナ
との単なる機械的混合物のほか、シリカゲルとアルミナ
ゲルとを湿った状態で練り合せる方法、シリカゲルにア
ルミニウム塩を浸漬する方法、シリカとアルミナとを水
溶液から同時に、ゲル化させる方法、シリカゲル上にア
ルミナゲルを沈着させる方法などが採用される。
これらのアルミナまたはシリカ/アルミナは、いずれも
市販されており1本発明においては塔に充填したときの
圧損等を考慮して、粒径がたとえば1〜7■程度の粒状
のものを選択し、これを必要に応じて乾燥してから使用
する。
アルミナまたはシリカ/アルミナよりなる担体には、銅
(II)塩および還元剤を溶媒に溶解または分散した溶
液または分散液を接触させ、ついで溶媒を除去して吸着
剤を製造する。
ここで銅(II )塩としては、塩化銅(II)、フッ
化銅(II)、臭化銅(II)等のハロゲン化銅(II
)が用いられ、特に塩化銅(II)が最も実用的である
還元剤としては、低原子価状態にある金属の塩または酸
化階程の低い有機化合物が用いられる。
低原子価状態にある金属の塩としては、鉄(II)、ス
ズ(■)、チタン(m)またはクロム(II )の塩な
どがあげられ、酸化階程の低い有機化合物としては、ア
ルデヒド類、糖類、ギ酸、シュウ酸などがあげられる。
溶媒としては、たとえば、水、ホルマリン、ギ酸、アル
コール類などが用いられるが、工業的には特に水が好適
である。
アルミナまたはシリカ/アルミナ担体に対する銅(II
)塩の担持量には特に限定はないものの、通常は0.5
〜lO鳳−鵬o1/g 、好ましくは1〜5m−mat
/gの範囲から選択する。銅(H)塩の相持量が余りに
少ないとCO吸着能力が不足し、一方その担持量が余り
に多いとかえって分離効率が低下する。
次にアルミナまたはシリカ/アルミナ担体に対する還元
剤の相持量は、基本的には銅(II)イオンを銅(I)
イオンに変換させる量が必要であり、通常は担持させる
銅(II)塩と同モル量程度を用いるが、還元させたい
銅(II )塩の量に応じて適時担持量を変えてもよい
、なお、還元剤として用いる糖類、たとえばグラニユー
糖などは、1分子当り1〜5倍の還元能力があるため、
必ずしも同モル量担持させる必要はなく、好ましくは0
.01〜0.30g/g−担体の範囲から選択する。
溶液または分散液の接触は、含浸、スプレーなどにより
なされる。この際、銅(II)塩および還元剤の溶液ま
たは分散液を担体に含浸またはスプレーなどの手段によ
り単に接触させるだけでなく、真空脱気した担体に溶液
または分散液を接触させたり、担体に溶液または分散液
を接触させた後、減圧条件下に脱気することもできる。
アルミナまたはシリカ/アルミナからなる担体に銅(I
I)塩および還元剤の溶液または分散液を接触させた後
は、空気雰囲気下またはN2.Arなどの不活性ガス雰
囲気下に適当な手段により溶媒を除去する。溶媒の除去
は、単なる加熱乾燥のほか、減圧乾燥によってもなされ
る。
上述の乾燥により充分なCO吸着能を示す吸着剤力、く
得られるが、乾燥後さらにN2.Ar、Heなどの不活
性ガスまたはCo、H2などの還元性ガス雰囲気下に加
熱処理を行えば5さらにすぐれたCO吸着能を示す吸着
剤が得られる。加熱処理温度は、不活性ガスまたは還元
性ガスのいずれを使用する場合も、100〜500℃、
好ましくは150〜350℃の範囲から選択するのが適
当である。
上記のようにして得られた吸着剤は、吸着塔に充填され
、PSA法またはTSA法により、COを含む混合ガス
からのCOの分離回収が遂行される。
PSA法によりCOの分離回収を行う場合は、吸着工程
における吸着圧力は大気圧以上、たとえばθ〜6 Kg
/ cm”Gとすることが望ましく、真空脱気工程にお
ける真空度は大気圧以下、たとえば200〜1OTor
rとすることが望ましい。
TSA法によりCOの分離回収を行う場合は、吸着工程
における吸着温度はたとえばθ〜40℃程度、脱気工程
における脱気温度はたとえば60〜180℃程度とする
ことが望ましい。
また、PSA法とTSA法と牽併用し、吸着を大気圧以
上で低温条件下に行い、脱気を大気圧以下で高温条件下
に行うこともできる。
なお、TSA法はエネルギー消費の点でPSA法に比し
ては不利であるため、工業的にはPSA法を採用するか
、PSA−TSA併用法を採用することが望ましい。
適用できるCOを含む混合ガスとしては、たとえば、製
鉄所の転炉から発生する転炉ガスが用いられる。転炉ガ
スは、通常、主成分としてのCOのほか、02 、CH
4その他の炭化水素、水および少量のH2S、NH3等
を含んでいる。転炉ガス以外に、高炉ガス、電気炉ガス
、発生炉ガスなども原料ガスとして用いることができる
この場合、CO分離回収工程に先立ち、上記吸着剤を被
毒し、あるいはその寿命を縮めるおそれのある成分、す
なわちイオウ化合物、NH3等の不純物の吸着除去工程
、水分除去工程および02除去工程を設けることが望ま
しい、ただし、CO2除去工程やN2除去工程は設ける
には及ばない。
作   用 アルミナまたはシリカ/アルミナからなる担体に担持さ
れた銅(II)塩は、同時に担持された還元剤によって
効率良く還元され、銅(I)塩と銅(II)塩との混合
物、あるいは1価と■価の中間の原子価を持つものにな
るものと推定される。
また加熱処理を行うときは、該加熱処理により還元され
ていない銅(II)塩がさらに還元され、COの吸脱着
に有効な化合物になるものと思われる。
本発明の方法により得られた固体吸着剤によるCO吸脱
着現象は、主として担体に担持された銅(II)塩が同
時に担持された還元剤によって効率良く還元された銅化
合物とCOとの可逆的な化学反応(錯体形成反応と解離
反応)に基くものであり(N2、CO2との化学反応は
起こらない)、副次的にアルミナまたはシリカ/アルミ
ナ担体の細孔表面上へのN2やCO2の物理的な吸着お
よびそこからの脱離に基くものであると考えられる。
実施例 次に、実施例をあげて本発明をさらに説明する。
実施例1 200ccの三角フラスコ中で塩化銅(II) 13.
5gおよびグラニュー糖5.0gを25ccの水に溶解
させることにより、塩化銅(II)およびグラニユー糖
混合溶液を調製した。
この溶液中に、予め110℃で約4時間乾燥した平均粒
径3■のアルミナ(住友化学工業株式会社製NKH3−
24) 30.2gを加え、10分間空気中で攪拌した
後、マントルヒーターで220℃に加熱しつつN2気流
中で溶媒を留去し、ついで室温まで冷却してCO分離回
収用吸着剤を得た。
上記で得た吸着剤を吸着塔(15■φX 30Gmml
)に充填し、この吸着塔に、CO: 71.2マロ1%
、N2  : 12.3 vo1%、CO2: 16.
5 vo1%よりなる組成の1気圧の混合ガスを供給し
て25℃でCOを吸着させた。このときのCO吸着量は
21.7cc/ccであった・ 吸着操作後CO100ccで塔内を洗浄し、ついで真空
ポンプを用いて圧力35↑orrで5分間脱気を行い、
吸着されているガスを放出させた。−このときのCO放
出量はs、sac/ccであり、回収ガス組成Go  
 :  99.8  voH CO2:   0.2  vo1% N2    :   trace であった。
再び上記と同じ条件で吸着させると、放出したCO量と
同じ量のCOが吸着された。
さらに同操作を繰り返しても、COの吸脱着量は変らな
かった。
実施例2 担体として住友化学工業株式会社製アルミナNKHD−
24を用いたほかは実施例1と同様にして吸着剤を調製
し、COの脱吸着量を測定した。
結果は次の通りであった。
CO吸着量:  21.2 cc/ccCO放出量: 
 10.2 cc/cc実施例3 担体として不二見研磨材工業株式会社製アルミナAH−
9ll 32.4gを用いたほかは実施例1と同様の操
作を行った。
結果は次の通りであった。
CO吸着量:  11.1 cc/ccCO放出量: 
 8.3 cc/cc 実施例4 担体として水澤化学工業株式会社製シリカ/アルミナN
eobead−SA 39.0gを用いたほかは実施例
1と同様の操作を行った。
結果は次の通りであった。
CO吸着量:  15.2 cc/ccCO放出量: 
 8.8 cc/cc 実施例5 グラニユー糖に代えて塩化スズ(II)  3.0gを
還元剤として用いたほかは実施例1と同様の操作を行っ
た・ 結果は次の通りであった。
CO吸着量:  8.1 cc/cc CO放出量:  2.El cc/cc実施例6 グラニユー糖に代えて塩化鉄(II)20.0gを還元
剤として用いたほかは実施例1と同様の操作を行った。
結果は次の通りであった。
CO吸着量:  14.Occ/cc CO放出量:  4.8 cc/cc 実施例7 還元剤として用いたグラニユー糖および溶媒として用い
た水に代えて、ホルマリン(ホルムアルデヒドの37%
水溶液) 25ccを用いたほかは実施例1と同様の操
作を行った。
結果は次の通りであった。
CO吸着量:  4.5 cc/cc CO放出量:  2.2 cc/cc 実施例8 水に代えてエタノール50ccを溶媒として用いたほか
は実施例1と同様の操作を行った。
結果は次の通りであった。
CO吸着量:  1B、2 cc/ccCo放出量: 
 8.9 cc/cc 実施例9 実施例1における吸着剤の調製方法において、N2気流
中220℃の加熱工程前に空気中110℃で5時間の予
備乾燥工程を加えたほかは実施例1と同様の操作を行っ
た。
その結果、CO吸着量およびCO放出量共、実施例1と
同じ結果が得られた。
実施例10 実施例9における予備乾燥工程の条件を空気中室温で4
8時間とした以外は実施例9と同様の操作を行った。
結果は次の通りであった。
CO吸着量:  20.1 cc/ccCO放出量: 
 8.5 cc/cc 比較例1 塩化銅(II) 13.5gを25ccの水に溶解した
塩化銅(II)溶液に実施例1で用いたアルミナ担体3
0.2gを加えたほかは実施例1と同様の操作を行った
・ この吸着剤は実質上COを吸着しなかった。
比較例2 塩化銅(II) 13.5gをエタノール25ccに溶
解した塩化銅(II)溶液に実施例1で用いたアルミナ
担体3G、2gを加えたほかは実施例1と同様の操作を
行った。− 結果は次の通りであり、実施例8に比し劣っていた。
CO吸着量:  10.Occ/cc CO放出量:  4.2 cc/cc 実施例11 本発明の方法により得られた吸着剤の粒子強度を見るた
めに、実施例1で得られた粒子(粒子Aとする)のうち
20個を取り出し、水屋式圧壊強度測定装置を用いて、
吸着剤粒子の圧壊強度を測定した。
比較のため、実施例1で用いたアルミナ担体(NKH3
−24) (粒子Bとする)、およびそのアルミナ担体
に塩酸を用いて塩化銅(I)を担持して得られたCO分
離回収用吸着剤(粒子Cとする)についてもそれぞれ同
様の測定゛を行った。
結果を次の表に示す。
上記結果から、本発明の方法により得られた吸着剤の圧
壊強度は、吸着剤の調製に用いた担体そのものおよび塩
化銅(I)−塩酸系で調製した吸着剤よりも硬く、また
COの吸脱着能力もすぐれていることがわかる。
発明の効果 本発明の方法は、アルミナまたはシリカ/アルミナ担体
に銅(I)化合物を塩酸を用いて担持する方法に比し、
次の点で有利である。
■ 塩酸(濃塩酸)を用いる必要がないので、取扱いが
容易である。
■ 塩酸(濃塩酸)を用いる必要がないので、担体の圧
壊強度を低下させるおそれがなく、吸着剤を塔に充填し
たときの耐久性が良好である。
■ 空気中で相持でき、しかも乾燥を不活性ガス中で行
うことは必須ではなく空気中で行うことができるので、
生産性が良い。
■ 担体の細孔内部にまで効率的に相持されるので、N
2やCO2等が副次的に物理吸着される担体内の微細孔
が少なくなる。その結果、混合ガス中のCO以外のガス
の吸着が少なくなり、極めて純度の高い製品COを分離
回収できる。
また本発明の方法は、アルミナまたはシリカ/アルミナ
担体に銅(II)化合物のみを担持する方法に比し、低
い加熱処理温度で銅(II)塩が効率的に還元されるた
め、つまり、銅(II)塩が担体の細孔内部にまで効率
的に担持された状態で確実に還元されるため、COの吸
脱着が最も効率的になされる。
よって、本発明は、転炉ガスその他COを含むガスから
高純度のCOを工業的規模で分離回収するための吸着剤
の製造法として、化学工業上有用である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、アルミナまたはシリカ/アルミナよりなる担体に、
    銅(II)塩および還元剤を溶媒に溶解または分散した溶
    液または分散液を接触させた後、溶媒を除去することを
    特徴とするCO分離回収用吸着剤の製造法。 2、溶媒除去後、さらに不活性ガスまたは還元性ガス雰
    囲気下に加熱処理することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の製造法。 3、還元剤が、低原子価状態にある金属の塩または酸化
    階程の低い有機化合物である特許請求の範囲第1項記載
    の製造法。 4、銅(II)塩が塩化銅(II)である特許請求の範囲第
    1項記載の製造法。
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