JPH01176417A - 圧力変動式吸着分離法 - 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 本発明は、組成や流量が変動する原料ガスから吸着工程
−再生工程−昇圧工程を基本工程とする各工程の繰り返
しにより特定成分を分離する圧力変動式吸着分離法に関
するものである。

従来の技術 不純物を含む原料ガスから不純物成分と目的製品ガス成
分とを分離する方法の一つとして、圧力変動式吸着分離
法（ＰＳＡ法）が知られている。

この方法は、吸着工程−再生工程−昇圧工程を基本工程
とし、その繰り返しにより不純物を含む原料ガスから製
品ガス成分を分離するものである。

上述の圧力変動式吸着分離法は、吸着剤に目的とする製
品ガス成分を吸着させるか、あるいは不純物成分を吸着
させるかにより、次の２つの態様にわけられる。

■　吸着塔に充填した吸着剤に製品ガス成分を吸着させ
ると共に、不純物成分をスルーさせ、ついで再生工程に
おける減圧操作により製品ガス成分を回収する方式。

■　吸着塔に充填した吸着剤に不純物成分を吸着させる
と共に、製品ガス成分をスルーさせて回収する方式。

従来の圧力変動式吸着分離法においては、吸着工程を１
塔で行っているが、その際吸着操作は原料ガス中の被吸
着成分が破過する直前まで行うのが常である。

なお、特開昭５９−１４７６２０号公報や特開昭６１−
１４６３１７号公報には、吸着工程を２塔で行う方式が
示されており、いずれの場合も１塔目において被吸着成
分が破過する前に１塔目を２塔目と切り離し、２塔目に
原料ガスを導入するようにしている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の吸着工程を１塔で行う方式は、原
料ガスの組成や流量が一定している場合は問題を生じな
いが、原料ガスの組成や流量が変動する場合には種々の
問題に直面する。

すなわち、原料ガス中の被吸着成分が増加した場合は、
一定量の原料ガスを吸着塔に供給すると被吸着成分が当
該吸着塔を破過することがあるため、それに見合う吸着
剤の量を確保しない限りは通過ガス中に被吸着成分が混
入し、被吸着成分が製品ガスである場合は製品ガスがロ
スになって回収率が低下し、被吸着成分が不純物成分で
ある場合は製品ガスの純度が低下する。一方眼着剤の量
を多い目にすることは、塔設置コストおよび吸着剤コス
トの点で不利となる上、過剰の吸着剤部分に本来通過す
べき成分が吸着されるため、吸着剤に吸着されている成
分の回収時に被吸着成分中の他の成分の割合が増加する
ことになる。

また、原料ガス中の被吸着成分が減少した場合も、過剰
の吸着剤部分に本来通過すべき成分が吸着されるため、
吸着剤に吸着されている成分の回収時に被吸着成分中の
他の成分の割合が増加することになる。

同様に、上述の吸着工程を２塔で行う方式も、原料ガス
の組成や流量が一定している場合は問題を生じないが、
原料ガスの組成や流量が変動する場合には、１塔目にお
いて被吸着成分が破過する前に１塔目を２塔目と切り離
して２塔目に原料ガスを導入するタイミングが難しく、
原料ガス中の被吸着成分が増加した場合はｌ塔目におい
て破過を起こしたり、原料ガス中の被吸着成分が減少し
た場合は１塔目における過剰の吸着剤部分に本来通過す
べき成分が吸着されることになり、前記従来の吸着工程
を１塔で行う方式の場合と同様の問題点を生ずる。

このような問題点は、炉または反応器から連続的に発生
するガスをラインで処理する際には常に生ずる事柄であ
り、その根本的な解決が強く要望されている。

本発明は、圧力変動式吸着分離法において、組成や流量
が変動する原料ガスから特定成分を分離するときの上述
の問題点を解決すべくなされたものである。

問題点を解決するための手段 本発明の圧力変動式吸着分離法は、組成や流量が変動す
る原料ガスから吸着工程−再生工程−昇圧工程を基本工
程とする各工程の繰り返しにより特定成分を分離する圧
力変動式吸着分離法において、吸着工程を、予め昇圧し
た２塔の吸着塔を直列に結ぶことにより行い、１塔目の
吸着塔は原料ガス中の被吸着成分がその変動巾の下限で
あっても必ず破過し、２塔目の吸着塔は原料ガス中の被
吸着成分の変動巾の如何にかかわらず破過しないように
設定し、以下次の吸着工程は、前記２塔目の吸着塔をｌ
塔目の吸着塔とすると共に、他の予め昇圧した吸着塔を
２塔目の吸着塔として同様の操作を実施することを特徴
とするものである。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明の圧力変動式吸着分離法は、組成や流量が変動す
る原料ガスから吸着工程−再生工程−昇圧工程を基本工
程とする各工程の繰り返しにより特定成分を分離するも
のである。

この方法には従来の技術の項で述べたように次の２つの
態様があり、本発明はそのいずれの態様の場合にも適用
できるが、特に■の態様が重要である。

■　吸着塔に充填した吸着剤に製品ガス成分を吸着させ
ると共に、不純物成分をスルーさせ、ついで再生工程に
おける減圧操作により製品ガス成分を回収する方式。

■　吸着塔に充填した吸着剤に不純物成分を吸着させる
と共に、製品ガス成分をスルーさせて回収する方式。

吸着工程は、昇圧状態において、原料ガスから製品ガス
成分または不純物成分のいずれかを吸着剤に吸着させる
工程である。

吸着塔に充填される吸着剤としては、原料ガスの組成に
応じ、たとえば、活性炭、活性炭素繊維、天然ゼオライ
ト、合成ゼオライト、モレキュラーシービングカーボン
、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、カーボンコー
トを施したシリカまたは／およびアルミナなどの多孔質
物質をはじめ、多種の吸着剤が用いられる。

再生工程は、吸着工程において吸着剤に吸着された成分
を減圧下に回収（製品成分が吸着されているとき）また
は排出（不純物成分が吸着されているとき）すると共に
、塔内を洗浄する工程である。減圧とは、圧力を大気圧
まで下げる操作、およびさらに大気圧以下に下げる操作
の双方を含む。減圧に先立ち他の塔との均圧工程を設け
ることも多い。

昇圧工程は、吸着塔を製品ガスで昇圧する工程である。

製品ガスに代えあるいは製品ガスと共に、原料ガス、排
出ガス、洗浄ガス等で昇圧することもできる。

組成や流量が変動する原料ガスとしては、各種の炉また
は反応器から発生するガスや燃焼ガスがあげられ、たと
えば、コークス炉から発生するコークス炉ガスまたはそ
れに由来するガス、電気炉、転炉、高炉、発生炉から発
生するガス、メタン化反応ガス、あるいはこれらに副生
ずるガスなどなどが用いられる。特にコークス炉ガスま
たはそれに由来するガスが重要である。

そして本発明においては、吸着工程を、予め昇圧した２
塔の吸着塔を直列に結ぶことにより行う。この場合、１
塔目の吸着塔は原料ガス中の被吸着成分がその変動巾の
下限であっても必ず破過し、２塔目の吸着塔は原料ガス
中の被吸着成分の変動巾の如何にかかわらず破過しない
ように設定する。

上記吸着工程にある基以外の塔については、それぞれ並
行して再生工程、昇圧工程を実施することになる。

以下次の吸着工程は、前記２塔目の吸着塔を１塔目の吸
着塔とすると共に、他の予め昇圧した吸着塔を２塔目の
吸着塔として同様の操作を実施する。

作用および発明の効果 次に本発明の作用および効果を図面を参考にして説明す
る。

第１図は単位時間当りの被吸着成分負荷量と塔内吸着線
との関係を示した説明図であり、上段のブロック図は原
料ガス中の被吸着成分が変動巾の上限に達した場合、下
段のブロック図は原料ガス中の被吸着成分が変動巾の下
限である場合を示したものである。なお第１図において
は被吸着成分がＣＨ４である場合を示しである。

第１図中、新ｌ塔目は直前の旧２塔目の塔に相当する。

１は変動域（変動の上限−下限中）、Ｆｅｅｄは原料ガ
スの流れ、Ｔｈｒ、は通過ガスの流れである。

第１図中、斜線部分は吸着剤に被吸着成分が吸着された
状態を示す。

新１塔目の右下りの斜線の領域は、旧２塔目において吸
着した部分であり、新ｌ塔目および新２塔目の右上りの
斜線の領域は、新ｌ塔目と新２塔目を直列につないで原
料ガスを供給したときに新たに吸着した部分である。

新ｌ塔目においては、原料ガス中の被吸着成分がその変
動巾の下限であっても必ず破過させる。

また新２塔目の吸着塔は原料ガス中の被吸着成分の変動
巾の如何にかかわらず破過させない、っまリ、原料ガス
中の被吸着成分の変動巾を専ら新２塔目において吸収す
るのである。

以下説明の便宜のため、被吸着成分が製品ガス成分、通
過成分が不純物成分である場合を例にとると、新ｌ塔目
においては、原料ガス中の製品成分が破過した状態にあ
るので、新ｌ塔目の吸着剤は全て製品ガス成分の吸着に
優先的に使われ、本来通過すべき不純物成分が吸着され
るおそれが最小となる。その結果、新１塔目に吸着され
た製品成分は最も効率良くかつ高純度で回収されること
になる。そして、新１塔目で吸着されずに破過した製品
ガス成分も新２塔目では吸着され、この新２塔目が次の
段階では新しい１塔目（新新ｌ塔目）になるから、製品
ガス成分がロスになることはない。

このように本発明においては、組成や流量が変動する原
料ガスを対象としながらも、製品ガス成分をロスするこ
となく最も有効に吸着がなされ、しかもＰＳＡサイクル
の制御が簡便になされるのである。

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 吸着塔を４塔用い、そのうちの直列につないだ２塔が吸
着工程にあるときに、残りの２塔のうちｌ塔が再生工程
、他の１塔が昇圧工程にあるようにプログラムを組んで
、 吸着圧カニ　　６　ｋｇ／ｃｍ”Ｇ 再生圧カニ　　１１０ｔｏｒｒ 製品回収圧：　ｌ　ｋｇ／ｃ＋＋＋　Ｇ　〜１１０ｔｏ
ｒｒ空間速度：　　２００／ｈ 温度：　　　常温 の条件で圧力変動式吸着分離法を実施した。

この場合、吸着工程における直列につないだ２塔のうち
、１塔目においては原料ガス中のＣＨ４濃度の変動巾の
下限であっても必ず破過させるようにし、２塔目におい
ては変動巾の上限であっても破過させないように（原料
ガス中のＣＨ４濃度の変動巾を専ら２塔目において吸収
するように）切り換えタイミングをタイマーで設定した
。また上記２塔目は、次の段階では吸着工程の１塔目と
なるようにした。

原料ガスとしてはコークス炉より発生するコークス炉ガ
スを改質して得られた粗合成天然ガスを用い、吸着剤と
しては平均粒径的０．８〜２．４１の活性炭を用いた。

結果を第２図に示す。

比較例１ 吸着塔を３塔用い、そのうちの１塔が吸着工程にあると
きに、他の１塔が再生工程、残りの１塔が昇圧工程にあ
るようにプログラムを組んだほかは実施例１と同様の条
件で圧力変動式吸着分離法を実施した。

この場合、吸着工程にある塔は製品ガスが破過する直前
に切り換えるように切り換えタイミングをタイマーで設
定した。

結果を第３図に示す。

なお、第２図および第３図中の略号の意味は次の通りで
ある。

Ｔｉｍｅ：経過時間（ｈ） Ｆｅｅｄ　　Ｇａｓ　　ＣＨ４（ｖｏｌｔ）：原料カス
中（７）ＣＨ１ａ度（ｖｏ　１％）Ｔｈｒ、　Ｇａ、ｓ
　　ＣＨ４（ｖｏｌｔ）：通過ガス中のＣＨ４濃度（ｖ
ｏｌｔ） Ｄｅｐ、　Ｇａｓ　　ＣＨ４ｙｉｅｌｄ　（Ｆ）　：製
品ガスのＣＨ４回収率（Ｘ） Ｄｅｐ、　Ｇａｓ　　ＮＺ　（ｖｏｌｔ）　　：製品ガ
ス中のＮ２濃度（マｏ１％） 第２図に示したように、本発明（実施例１）によれば、
原料ガス中のＣＨ４濃度は上限値と下限値とでは４％程
度の振れがあるにもかかわらず、通過ガス中のＣＨ４濃
度、製品ガスのＣＨ４回収率および製品ガス中のＮ２濃
度はいずれも極めて安定していることがわかる。

これに対し従来の吸着工程を１塔で行う方式（比較例１
）によれば、第３図に示したように、原料ガス中のＣＨ
４濃度が変動すると、それに応じて通過ガス中のＣＨ４
濃度、製品ガスのＣ）（４回収率および製品ガ不中のＮ
２濃度がいずれも大きく振れることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１＠は、単位時間当りの被吸着成分負荷量と塔内吸着
線との関係を示した説明図であり、上段のブロック図は
原料ガス中の被吸着成分が変動巾の上限に達した場合、
下段のブロック図は原料ガス中の被吸着成分が変動巾の
下限である場合を示したものである。 第２図は、実施例１における実験結果を示したグラフで
ある。 第３図は、比較例１における実験結果を示したグラフで
ある。 第１図 新１塔目　　　　　　　　新２塔目 第２図 ７ｉｍｅ（ｈ） 第３図 Ｔｉｍｅ（ｈ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、組成や流量が変動する原料ガスから吸着工程−再生
   工程−昇圧工程を基本工程とする各工程の繰り返しによ
   り特定成分を分離する圧力変動式吸着分離法において、
   吸着工程を、予め昇圧した２塔の吸着塔を直列に結ぶこ
   とにより行い、１塔目の吸着塔は原料ガス中の被吸着成
   分がその変動巾の下限であっても必ず破過し、２塔目の
   吸着塔は原料ガス中の被吸着成分の変動巾の如何にかか
   わらず破過しないように設定し、以下次の吸着工程は、
   前記２塔目の吸着塔を１塔目の吸着塔とすると共に、他
   の予め昇圧した吸着塔を２塔目の吸着塔として同様の操
   作を実施することを特徴とする圧力変動式吸着分離法。 ２、吸着工程における被吸着成分が製品ガス成分である
   特許請求の範囲第１項記載の圧力変動式吸着分離法。 ３、吸着工程における被吸着成分が不純物成分である特
   許請求の範囲第１項記載の圧力変動式吸着分離法。