JPH02186244A - アミン系イオン交換樹脂の保有水分測定方法 - 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］ 本発明は水蒸気再生式炭酸ガス除去装置で使用されるア
ミン系イオン交換樹脂（以下、これを固体アミンと略称
する）の保有水分量測定方法に関する。

［従来の技術とその課題］ 空気中の炭酸ガスを吸着除去するに際しては、固体アミ
ンが吸着剤として広く使用されているが、固体アミンの
炭酸ガス吸着性能を高水準に維持するためには、固体ア
ミンの保有水分を適切な範囲に保つ必要がある。ちなみ
に、ロームアンドハース社（米国）１１の弱塩基性陰イ
オン交換樹脂（商品名：アンバーライトＩＲＡ−４５）
では。

その炭酸ガス吸着性能を維持するためには、１８〜３５
％の範囲の保有水分が必要であるとされている。固体ア
ミンの保有水分量が上、下限のいずれの側に外れても、
固体アミンの炭酸ガス吸着性能は低下する。この理由は
次のように説明することができる。

すなわち、保有水分が上限以上の場合は、固体アミン粒
子表面に水の層ができ、イオン交換サイトへの炭酸ガス
の到達が妨害され、結果として炭酸ガスの拡散速度が鈍
化するために、固体アミンの吸着性能が低下する。保有
水分が下限以下の場合は、固体アミンの炭酸ガス吸着反
応がイオン交換反応である関係で、交換基であるアミン
類が充分に水和されていないと、イオン交換反応が抑制
されるために、固体アミンの吸着性能が低下するのであ
る。

ところで、吸着塔に充填された固体アミンの保有水分は
、吸着工程と再生工程で次のように変化する。

（１）吸着工程に於ける保有水分の変化。

炭酸ガスを含んだ空気（以下原料ガスと記す）を吸着塔
に通すと、炭酸ガスは固体アミンに吸着され、固体アミ
ンの保有水分は原料ガスの流址、温度、湿度に応じて原
料ガス中に持ち出される。この現象は固体アミン層を通
過するガス中の水分と固体アミン粒子表面の水分との間
に、平衡関係が成立するまで続くので、固体アミンから
失われる保有水分の総量は、吸着時間又は平衡到達時間
（平衡に達するまでに要する時間）のいずれか短い方で
定まる。

（２）再生工程に於ける保有水分の変化、固体アミンの
再生には通常１００〜１２０℃の水蒸気が用いられるの
で、吸着塔に供給された水蒸気は固体アミン層内で凝縮
し、この時発生する潜熱によって炭酸ガスは固体アミン
から脱離して固体アミンは再生される。そして。

凝縮した水の一部は固体アミンに吸着されるが、その水
分の総量は、吸着工程での固体アミンの乾燥の度合、固
体アミン自体が保有可能な水量（飽和吸着水４１１）、
固体アミンの水分吸着速度及び再生時間等によって定ま
る。

吸着工程及び−再生工程に於ける固体アミンの保有水分
の変化は、上記した通りであるので、吸着工程に於ける
原料ガスによる持ち出し水分量と、再生工程に於ける固
体アミンの吸着水分量が等しく、シかも吸着塔に充填さ
れた固体アミンの保有水分が始めから適切な範囲にあれ
ば。

保有水分量の変動に起因する固体アミンの性能低下を心
配する必要がない、しかし、原料ガスの性状が変化する
と、固体アミンの保有水分量も変化する０例えば、原料
ガスの湿度が上昇すると、吸着工程での持ち出し水分量
が減少し。

再生工程では保有水分の加熱に要する水蒸気量が増加す
るため、固体アミンの保有水分量が徐々に増加し、遂に
は固体アミンの炭酸ガス吸着性能を低下させる。また、
原料ガスの湿度が低下した場合は、上記したのとは逆の
現象が起るために、保有水分の不足に起因して固体アミ
ンの炭酸ガス吸着性能が低下する。

従って、固体アミンの性能を高水準に維持するためには
、固体アミンの保有水分量を知得する必要がある。しか
しながら、現在のところ、固体アミンの保有水分量を測
定する方法はなく。

これまでは炭酸ガス除去対象雰囲気の炭酸ガス濃度が制
御範囲を越えたこと、すなわち、固体アミンの炭酸ガス
吸着性能が低下したことと、原料ガスの温湿度から、固
体アミンの保有水分量が適切な範囲にあるか否かをオペ
レーターが判断し、それによって原料ガスの温湿度をコ
ントロールして固体アミンの性能維持を図ってきた。し
かし、この方法では熟練したオペレーターを必要とする
ため、無人運転ができない不都合があった。

［発明の構成］ 本発明は以下に説明するような固体アミンの性質を利用
して、保有水分量を間接的に測定する方法を提供する。

固体アミンは吸湿性が高く、その種類によっては固体ア
ミンの乾燥重量に匹敵する水分又はそれ以上の水分を保
有するものもある。また、固体アミンは交換反応に関与
するイオンの種類によっても体積が変化するものもある
が、いずれにしても固体アミンは、吸湿によって体積が
増加しく膨潤）、乾燥すると体積が減少する（収縮）。

そして、一定量の固体アミンについて。

湿潤時の見掛は体積と、乾燥時の見掛は体積の比を、固
体アミンの膨潤度と定義すると、膨潤度に対する保有水
分の変化は、第１図に示すような相関関係にある。ここ
で見掛は体積とは。

固体アミン粒子の真体積に粒子間の空隙体積を加えた体
積を言う。

従って、吸着塔内に収めるべき固体アミンについて、予
め膨潤度と保有水分量との関係を求めておくことにより
、吸着塔に収めた固体アミン充填層の見掛は体積の変化
を検知し、その変化量から固体アミンの保有水分量を８
１弓定することができるのである。

本発明に於いて、固体アミン充填層の体積変化の検出は
、任意の手段で行うことができる。

例えば、吸着塔内で固体アミン充填層を支持する多孔性
下部支持板を吸着塔内壁に固定し、充填層上部には多孔
性支持板を滑動可能に設置して、この多孔性上部支持板
にダイアフラム圧力計を接続させることで、充填層の体
積変化量を検出することができる。また、滑動自在な多
孔性」二部支持板に垂直なロッドを取り付け、このロッ
ドが上下動する変位量から、充填層の体積変化量を検出
することもできる。

本発明の方法は固体アミン充填層の体積変化からその保
有水分量を間接的に測定するものであるが、この方法を
利用して吸着塔内の固体アミンの保有水分量を、炭酸ガ
スの吸着除去に最適な範囲に維持することができる。す
なわち、本発明の方法によれば、吸着塔に収めた固体ア
ミンの保有水分量を知ることができるので、その保有水
分量が当該固体アミンの炭酸ガス吸着能を高水準に維持
できる範囲（例えば、前記のアンバーライトＩＲＡ−４
５にあっては、その保有水分量は１８〜３５％の範囲）
から逸脱しているか否かを知ることができる。従って、
測定された保有水分量に応じて、より直接的には充填層
の体積変化に応じて、原料ガスの温湿度をコントロール
することにより、吸着工程にある固体アミンを炭酸ガス
の吸着除去に適した保有水分量に常に保持することがで
きる。

また、固体アミンを再生する場合５あるいは新しい固体
アミンを吸着塔に充填するのに先立って前処理する場合
には、その最終段階で固体アミンの保有水分量を上記し
た好適範囲におさめることが好ましいが、そのような場
合でも。

本発明の方法により、固体アミンの膨潤度を測定できる
ので、固体アミンの保有水分量と所望の範囲に調節する
ことができる。

［実　施　例］ 実施例１ 本発明の一実施例を第２図に示す１本例では固体アミン
８が上部多孔板２及び上部多孔板１の間に、サンドイッ
チされた状態で容器（吸着塔）内に充填されている。下
部多孔板１は容器に固定されているが、上部多孔板２は
固体アミンの膨潤−収縮に応じて上下動できるように設
置される。この上部多孔板２と容器の上Ｍ３の間には１
弾性係数が一定のバネ又はベローズ４等が配置され、上
蓋３にはバネ又はベローズからの荷重を計測できるダイ
アフラム５が取付けられ、さらにダイアフラム５が受け
る圧力を電気信号に変えるための変換器６が取付けられ
ている。

従って、容器内の固体アミンが膨潤又は収縮することに
応じて、ダイアフラム５が受ける圧力と、バネ又はベロ
ーズ４の弾性係数とから、コンピュータ７等を利用して
固体アミンの充填高さを計算する。この場合、容器の内
径が一定なので、前記した膨潤度は湿潤時の充填高さと
乾燥時の充填高さの比に置き換えることができるので、
第１図に示した関係から固体アミンの保有水分を算出す
ることができる。但し、固体アミンの膨潤は容器の半径
方向にも起るので。

容器の形状に応じた補正が必要である。

実施例２ 本発明の別の実施例を第３図に示す０本例は固体アミン
の膨潤度の検出機構を簡素化したもので、第２図と同一
符号は同一の構成要素を示す。

この例では上部多孔板２に取付けた細いロッド９が、容
器の上蓋３に設けた保護筒ＩＯ内を自由に滑動できる構
成にあり、固体アミン８の膨潤−収縮に応じてロッド９
は保護筒１０内を上ト動する。

従って、ロッド９の位置を測定することによって、固体
アミンの膨潤度を知ることができるので、固体アミンの
保有水分を算出することができる。この場合、保護筒１
０に透視孔を設けてロッド９の位置を目視測定できるこ
とはもちろんである。

実施例３ ２塔式炭酸ガス除去装置に、実施例１の保有水測定法を
応用した場合を第４図よって説明する。２塔式炭酸ガス
除去装置にあっては、１塔が吸着工程にある時、他の１
塔を再生工程にすることができるので、一定時間毎に２
塔間で吸着工程と再生工程を順次切り換えることにより
、炭酸ガス除去対象雰囲気に含まれる炭酸ガスを連続的
に除去することができる。

第４図に於いて、吸着塔１１が吸着工程、吸着塔１２が
再生工程にあるとすると、　ＪＭ料ガスは温湿度調節装
置１３を経て、吸着塔１１に導入されて炭酸ガスが除去
された後、吸着塔１１から処理ガスラインに排出される
。この場合、吸着塔内の固体アミンは原料ガスの温湿度
及び流量に応じた速度で乾燥又は吸湿する。

一方、再生工程にある吸着塔１２には、水蒸気発生装置
１４で得られた水蒸気が導入され、これによって固体ア
ミンは再生されるが、この際固体アミンは水蒸気を吸着
して膨潤する。

固体アミンの保有水分の測定は、上記した操作過程のい
ずれの段階でも行うことができるが、吸着工程の初期及
び再生工程の後期は、吸着塔内部が高温になっているた
め、温度の影響で誤差が生じやすい。従って、吸着工程
ではその工程の終了直前に、また再生工程ではその工程
開始直後に保有水分の測定を行うことが望ましい。

固体アミンの保有水分の測定は、次の通り行われる。す
なわち、バネ１５から荷重はダイアフラム１６を通して
変換器１７によって電気信号に変換され、制御用コンピ
ュータ１８に送られる。コンピュータ１８は、予めこれ
に格納されている計算式に基づいて、固体アミンの保有
水分量を求めると共に、これを保有水分設定値と比較し
。

その偏差に応じて次の吸着工程に於ける温湿度設定値を
計算する。従って１次の吸着工程が開始される時点で、
制御用コンピュータ１８から得られるところの、温湿度
設定値に関する信号を温湿度調節装置１３に送り、原料
ガスの温湿度を調節することによって、［体アミンの保
有水分量を一定の範囲に保つことができる。

［発明の効果］ 従来技術では固体アミンの吸着性能の低下原因が、保有
水分の増加によるものか、減少によるものかの判断が非
常に困難であった１本発明では固体アミンの膨潤度が保
有水分と密接な関係があることを利用して、従来技術で
は不可能であった保有水分のｉｌｌ’！定を可能にした
。従って。

本発明の方法により、上記した吸着性能の低下原因を把
握することでき、さらに炭酸ガス除去装置に本発明の方
法を応用すれば、固体アミンの炭酸ガス吸着性能を高水
準に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体アミンの膨潤度と保有水分との関係を示す
グラフである。第２図及び第３図はそれぞれ本発明の一
実施例を示す説明図、第４図は本発明の方法を２塔式炭
酸ガス除去装置に応用した場合のフローダイアグラムで
ある。 ｌ：下部多孔板、２：上部多孔板、３：上蓋、４：バネ
又はベロ−ズ、５：ダイアフラム、６：変換器、７：コ
ンピュータ、８：固体アミン、９：ロッド、１０：保護
筒、　１．１．１２：吸着塔、１３：温湿度ｆＯ！４節
装置、１４：水蒸気発生装置、１５：バネ、１６：ダイ
アフラム、】７：変換器、】８：制御用コンピュータ、
特許出願人　　　住友重機械工業株式会社Ｍ！潤度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、容器に収めたアミン系イオン交換樹脂充填層の見掛
   け体積の変化を検知し、その体積変化量によってアミン
   系イオン交換樹脂の保有水分量を測定する方法。