JPH01203019A - 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、−Ｒ化炭素（ＣＯ
）を含む混合ガスからＣＯを分離回収する圧力スイング
吸着方法に藺するものである。

（従来技術） 従来、ＣＯを含む混合ガスからＣＯを分離回収する圧力
スイング吸答方法としては、昇圧工程、吸着工程、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ＣＯ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３図に示す工程説
明図と、第４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。

昇圧工程は３つの段階に分れ、まず昇圧力１ＩＩＱ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
３２ａ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Ｃ０Ｋ９／ｃｄＧ＞までシフ
圧されるとともに、吸着ＪＩＢはほぼ大気圧まで減圧さ
れる。この吸着塔Ｂ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８の洗浄排ガスが循環管路
３を通して吸着塔Ａ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が開かれて排ガス排
出管路２を通して放出される。

昇圧第３期では、上記弁２１ａと弁３１ｂとが閉じられ
るとともに、弁３１ｄが聞かれることにより、吸着工程
の後半にある吸着塔りの吸着排ガスが循環管路３を通し
て吸着塔Ａに供給され、所定の吸着圧力（第３図では２
Ｋｙ／１ｙｉＧ）まで昇圧される。なお、この吸着圧力
は１〜５　Ｋ９　／　ａＡ　Ｇ程度の節回で選択すれば
よい。

つぎに吸着工程では、弁１１ａと弁２１ａとが間かれる
とともに、弁３２ａを閉じられて原料ガス圧縮機１０に
よってＣｏ、ＣＯ２、Ｎ２およびＨ２などからなるａ合
ガスが原料ガスとして吸着塔Ａに供給される。吸着塔Ａ
では、例えばゼオライトや活性アルミナなどの担体に銅
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ｃ。

（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＋２　　（Ｍ吸着成分）が吸着排ガス
として弁２１ａ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ＣＯＳ度が原料ガス中のＣＯ濃度と等しくなる直前に
弁２１ａを閉じるとともに、弁３１ａと弁３２Ｇとを開
き、これにより上記吸着排ガスを吸着塔Ｃの昇圧第３期
における昇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は循環管路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Ｂは昇圧用１Ｗ
Ｊ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Ｇ。

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、このパージ排ガスは循環管路３を通して吸着
塔Ｂに導がれて吸着塔Ｂの昇圧第２期に用いられる。

洗浄工程が終了した吸着塔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’７１；ａ＠ガス回収管路５の弁５１ａ
を開き、真空ポンプ５ｏを引続いて作動させることによ
って吸着塔Ａは脱着工程に入る。この脱着工程によって
吸着塔Ａ内に吸着されたＣＯ酸成分減圧ｌ１１２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。

上記吸着塔へでの脱着工程は、吸着塔８の吸着工程、吸
着塔Ｃの減圧、洗浄および休止工程、吸着塔りの昇圧工
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
−ｉ　Ｋｇ／　ｃｉ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、吸着塔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、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
工程が終了してからｌ１ｌａ工程に入るまで待機しなけ
ればならず、この間は休止工程となり無駄が生じている
。

また吸着剤としてゼオライトや活性アルミナなどの担体
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
はこの吸着剤に強く吸着される。このため脱着工程にお
いて減圧しても上記ＣＯの脱着は律速でその減圧の初期
はほとんど脱着されない。これに対してＣＯ２、Ｎ２　
、＋２などの不純物はその平衡圧力に比例して容易に脱
着されるために、脱着工程初期に回収される製品ガスの
ｃｏｉ度が比較的低くなり、この結果製造される製品ガ
ス全体のＣ０Ｉｉ！ｉ度には限界があるという問題があ
る。

（発明の目的） この発明は、このような従来の問題を解決するためにな
されたものであり、ＣＯ線純度向上させることができ、
しかも無駄な工程を省くことができ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、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、銅化合物が添着された吸
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り一酸化炭素を
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、上記脱着工程を予備脱着工程と本
脱着工程とに分け、この予備脱着工程は大気圧より低く
、かつ本脱着工程の圧力より大きい圧力で減圧ＰＡ肴し
、この予備脱着工程の後に本脱着工程を１サイクルの１
／４の時間行い、本脱着工程での脱着ガスを製品ガスと
して回収するものである。

上記構成によれば、予備脱着工程において比較的脱着さ
れやすい不純物成分を外部に排出した後、本脱着工程で
脱着される脱着ガスを製品ガスとして回収することによ
り、この製品ガスは上記不純物が除去される分だけＣＯ
線純度向上する。

また上記予備脱着工程は比較的小さい減圧力に設定され
ているのでＣＯはほとんど脱着されず、この゛ため回収
率も従来方法とほぼ同じ程度に保つことができる。

さらに従来の休止工程の間に予備脱着工程を行うことに
より、無駄な工程を省くことができる。

（実施例） 第２図にはこの発明の方法を実施するための装置が示さ
れている。この装置は第４図に示す従来の方法を実施す
るための装置に予備脱着管路７を新たに設けたちのであ
る。この予備脱着管路７の一端は吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
の下端と弁７１ａ。

７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを介して接続され、上記管路７
の途中には予備脱着用の小型真空ポンプ７０が設けられ
、この小型真空ポンプ７０の下流側で排ガス排出管路２
と合流されている。上記小型真空ポンプ７０は吸着塔Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄ内をほぼ−０，１Ｋｇ／ｃ５ＩＧ程度まで
減圧することができるようにその能力が設定され、これ
によって本脱着工程の前に、吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ，ｒ）の
吸着剤に吸着された吸着成分を比較的小さい減圧力で予
［Ｑ着することができるようにしている。

また吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄには、ゼオライトや活性アル
ミナなどの担体に銅化合物を添着した吸着剤が充填され
ている。

第１図にはこの発明の実施例の各工程と各吸着塔内の圧
力とが経時的に示されている。第１図において、この方
法は昇圧工程と、吸着工程と、減圧工程と、洗浄工程と
、ｐＡ着工程とから基本構成され、上記昇圧工程は昇圧
第１期から昇圧第３１１１１までに分けられ、また１８
２着工程は予備脱着工程と本脱着工程とに分けられる。

上記各工程を第１図および第２図に基いて吸着塔Ａを中
心に説明する。昇圧第１期から昇任第３期、吸着工程、
減圧工程および洗浄工程は、第３図に示す従来の工程と
同じに行われ、洗浄工程の終了段階の吸着塔Ａはほぼ大
気圧（ＯＫ９　／　ｃｄ　Ｇ　）にある。

洗浄工程において開かれていた弁４１ａ、３１ａ、３２
ｂ、２１ｂが閉じられ、弁７１ａが開かれるとともに、
小型真空ポンプ７０が作動されて予備脱着工程に入る。

この予備脱着工程においては、吸着塔Ａ内がほぼ−０，
１幻／ｄＧに減圧され、これによって吸着剤に吸着され
ていたＣＯ２、Ｎ２　、）１２などの不純物成分を多量
に含むＣＯガスが予備脱着管路７を通して放出される。

この予備脱着工程は吸着塔りの本脱着工程が終了するま
での間のほぼ１分３０秒間続けられ、上記吸着塔りの基
１１Ａ着工程終了と同時にこの吸着塔Ａが本脱着工程に
切換ねる。なお、上記予備脱着工程はＯＫ９　／　ｃｉ
　Ｇ未満、−０，５Ｋｇ／ｄＧ以上の範囲の減圧力で行
えばよい。この吸着塔Δの予備脱着工程の間、伯の吸着
塔Ｂでは昇圧第３期、吸着塔Ｃでは吸着工程後半が行な
われている。

本ＷＡ着工程では、上記予備脱着管路７の弁７１ａが閏
じられ、脱着ガス回収管路５における吸着塔り側の弁５
１ｄが閉じられるとともに、吸着塔Ａ側の弁５１ａが開
かれることにより、吸着塔Δ内が最終的にはほぼ一１Ｋ
ｇ／ｃＩｌｉＧまで減圧される。

これによって吸着剤に吸着されていたＣｏ成分が脱着さ
れ、このＣｏ成分が脱着ガス回収管路５を通して製品ガ
ス貯留槽６に回収される。この本脱着工程はほぼ３分間
続けられ、この間、他の吸着塔Ｂでは吸着工程、吸着塔
Ｃでは減圧工程と洗浄工程と予備脱着工程、吸着塔りで
は昇圧第１！Ｉから昇圧第３期までがそれぞれ行われて
いる。

この本脱着工程の終了によって１サイクル（１２分間）
が終了し、この後、吸着塔Ａは再び昇圧工程に戻り、以
下同様の工程が繰返される。なお、上記説明は吸着塔Ａ
を中心にして行ったが、他の吸着塔Ｂ、Ｃ，Ｄにおいて
も同様な弁の開閉操作によって各工程が順次繰返される
。

このような方法によれば、従来の方法における脱着工程
初期の脱着回収ガスに比較的多量に含まれるＣＯ２など
の不純物成分が、上記実施例では予備脱着工程にＪ３い
て大気に排出され、製品ガス貯留槽６に回収されること
はないので、この分だけ製品ガスのｃｏ純度が向上する
。

さらに上記予備脱着工程は従来の方法における休止工程
の間に行われるように設定しているので、本脱着工程の
１Ｉ５２着時間を従来の方法と同じたけ行うことができ
る。この結果、本脱着工程は４つの吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ，
Ｄで１サイクルの１／４に相当する３分間ずつ行われる
ことになり、一つの吸着塔の１サイクル１２分間で真空
ポンプ５０は連続運転され、本脱着工程も常にいずれか
の吸着塔で行われることになる。

（具体例１） 吸着剤として活性アルミナ担体に銅化合物を担持させた
吸着剤を用い、この吸着剤を吸着塔に１塔当たり８０Ｑ
充填し、ＣＯが７０％、ＣＯ２が１５％、Ｎ２が１５％
の組成を有する原料ガスからＣｏ成分を分離回収する場
合について、第４図に示す装置を用いて第３図に示す従
来の方法による場合と、第２図に示す装置を用いて第１
図に示す実施例の方法による場合とで比較試験を行った
。

この結果、従来の方法では、運転開始Ｗ１８０分間で製
品ガスのＣ０１ｉＩ！度は９９．５０％で一定となり、
回収率は８０％を維持し、１サイクル１２分間当たりの
ＣＯの回収量は１．２８Ｎｍであった。

一方、上記従来の方法による場合と同じ洗浄用ガス吊に
して運転を行うことにより、運転開始後８０分間で製品
ガスのＣＯ純度は９９．８０％で一定となり、回収率は
８０％を維持し、１サイクル１２分間当たりのＣＯの回
収量は１．２８Ｎ′ＩＬであった。

（具体例２） 洗浄用ガス量を上記具体例１における洗浄用ガス間のほ
ぼ５０％に設定して上記従来の方法によって運転すると
、運転１ｆｎ始後８０分間で製品ガスのｃｏ１４度は９
９．０％で一定になり、回収率は８７％を維持し、１サ
イクル１２分間当たりのＧＯの回収間は１．７６Ｎｍで
あった。

一方、上記従来の方法による場合と同じＣＯ純度（９９
，０％）の製品ガスを得るように上記実施例の方法にＪ
：って運転すると、必要な洗浄用ガス但は上記従来の方
法による場合より少なくて寸み、また１サイクル１２分
間当たりのＣＯ回収諺は１．９８Ｎｆとなり、回収率は
９０％を維持した。

（発明の効果） この発明の圧力スイング吸着方法によれば、予備脱着工
程において比較的ｎｉ着しやすい不純物成分が外部に排
出されるために、本１ｌ１２着工程で脱着される製品ガ
スは上記不純物が除去される分だ（」Ｃ０１ｉＩ！度が
向上する。また上記予備脱着工程は比較的小さい減圧力
に設定されているのでＣＯはほとんど脱着されず、この
ため回収率も従来方法とほぼ同じ程度に保つことができ
る。

しＩＣがって洗浄用ガス間を従来方法と同じにして運転
づることにより、回収率および回収量をはぼ同程度に保
ちつつ、製品ガスのＣＯ線純度向上さけることができる
。

また製品ガスのＣＯＭＡ度を従来方法で得られるＣＯ線
純度同じに設定して運転することにより、洗浄用ガスが
従来方法より少なくてすむので、回収率を向上させるこ
とかできるとともに、ＣＯの回収楢の増加を図ることが
できる。

さらに従来方法における休止工程のかわりに予備脱着工
程を行うことにより、無駄な工程を省くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の工程説明図、第２図は第１
図の方法を実施するための装置の説明図、第３図は従来
の方法の工程説明図、第４図は第３図に示す従来の方法
を実施するための装置を示す説明図である。 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・・・洗浄用ガス貯留槽、７・・・予備
脱着管路、１０・・・原料ガスブロア、５０．７０・・
・真空ポンプ。

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、銅化合物が添着された吸着剤を充
   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り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、上記脱着工程を予備脱着工程と本脱着工程
   とに分け、この予備脱着工程は大気圧より低く、かつ本
   脱着工程の圧力より大きい圧力で減圧脱着し、この予備
   脱着工程の後に本脱着工程を１サイクルの１／４の時間
   行い、本脱着工程での脱着ガスを製品ガスとして回収す
   ることを特徴とする圧力スイング吸着方法。