JPH02275707A - プレッシャースイング法によるアルゴンの回収方法 - 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、プレッシャースイング法によるアルゴンの回
収方法に関し、特に、製鉄所の連続鋳造（ＣＣ）炉、真
空脱ガス（ＲＨ）炉、転炉におけるボトムバブリング（
ＢＢ）、アルゴン−酸素吹錬（ＡＯＤ）炉等に用いられ
るアルゴンをその排ガス中から高効率で回収する方法に
関する。

〔従来の技術〕

従来から、アルゴンは、上記製鉄所の各種の炉やその他
の不活性ガスを必要とする各種装置等に多く用いられて
いる。これらの装置から排出されるアルゴンには各種の
不純物、例えば水素、窒素酸素、−酸化炭素、二酸化炭
素等の各種ガスが含まれているため、排ガス中のアルゴ
ンを再使用するにあたっては、上記各種の不純物を除去
してアルゴンを回収する必要がある。

そのため、第３図に示すように、上述の各種の炉５１等
から排出される排ガスをフィルター５２を介してブロワ
−５３で吸引し、該排ガス中の水素や一酸化炭素を燃焼
させるために酸素を補給する工程５４、触媒に接触させ
て水素等を燃焼させる工程５５及びアルゴン以外の不純
物成分を吸着により除去する工程５６を順次行い、排ガ
ス中のアルゴンを回収することが行われているが、アル
ボンの回収率やその純度、効率、コスト等、改善すべき
各種問題を有している。

また、特開昭６０−２”１９３０９号公報には、不純物
成分を吸着除去する吸着剤としてゼオライトモレキュラ
ンーブ又はゼオライトモレキュラシーブ及びカーボンモ
レキュラシーブを充填した少なくとも３基（塔）の吸着
塔からなる吸着装置を使用し、大気圧下の吸着と減圧下
の再生によるプレッシャースイング法により、−酸化炭
素、二酸化炭素、窒素を吸着させることが記載されてい
る。

上記公報記載の方法によれば、アルゴン、−酸化炭素、
二酸化炭素、窒素を含む排ガスから高ｌ農度でアルゴン
を回収できるとされており、排ガス中に酸素を含む場合
には、あらかじめ水素あるいは一酸化炭素との反応を行
う触媒を充填した脱酸装置で水あるいは二酸化炭素に変
換し、これらをシリカゲル、アルミナゲルあるいはガス
クーラーで除去している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、」−２特開昭６０−２３９３０９号公報
のごとく、吸着剤としてゼオライトモレキュラシーブ又
はセオライトモレキュラシーブ及びカーボンモレキュラ
シーブを用いただけでは十分な効果を得ることはできな
かった。即ち、上記公報記載の方法では、酸素をあらか
じめ除去してから成行工程を実施しており、酸素をその
まま吸着することについては触れていない。また、通常
の吸着操作で吸着困難な水素については、全く触れてお
らず、逆に上記酸素を水に変換して除去するために水素
を添加する工程を設けている。

これらのことから、上記公報記載の方法は、酸素及び水
素を含まない特殊な条件の排ガスを対象としたものであ
り、このままでは、本発明の主たる対象となる製鉄所の
前記ＣＣ炉、ＲＨ炉、ＢＢ。

ＡＯＤ炉等から排出される排ガスからのアルゴンの回収
には適用することが困難である。

そこで、本発明は、酸素も含めた各種組成のｕ＋４ガス
から高効率で、かつ高純度のアルゴンを回収することの
できるアルゴンのプレッシャースイング法による回収方
法を提供することを目的とじている。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記した［１的を達成するために、本発明は、アルゴン
を含有するガス組成物から、該ガス組成物中のアルゴン
以外の不純物成分を吸着除去してアルゴンを回収する方
法において、前記不純物成分の吸着を、主として水分を
吸着する乾燥剤、主として二酸化炭素を吸着するＸ系合
成セオライト。

主として酸素を吸着するカーボンモレキュラーシブス、
及び主として窒素を吸着する５Ａ系ゼオライトを積層充
填した吸着塔を用いて行うことを特徴とするプレッシャ
ースイング法によるアルゴンの回収方法を提供するもの
である。

〔作　用〕

プレッシャースイング法によりアルゴンを回収するにあ
たり、吸着塔に充填する吸着剤を上述のごとく組合せる
ことにより、酸素を含む各不純物成分を効率よく吸着除
去することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図及び第２図に示す一実施例に基づ
いてさらに詳細に説明する。

本発明の対象となるアルゴンを含有する排ガスの前処理
工程は、前述の従来の工程と略同様に構成されるもので
、アルゴンを使用する前述の各種炉等から排出される排
ガスを、フィルター１を介してブロワ−２で吸引し、濃
度調整工程３、燃焼工程４及び吸着工程５を順次行い、
排ガス中のアルゴンを回収するものである。

上記濃度調整工程３は、上記排ガス（原料排ガス）中に
含まれる水素を吸着除去の容易な水に変換するもので、
原料排ガス中の可燃ガスである水素や一酸化炭素、及び
酸素のそれぞれの量を算出し、水素及び−酸化炭素を燃
焼させるのに必要な酸素量を算出し、排ガス中の酸素量
と比較して、これが不足する場合に所定量の酸素又は空
気を排ガスに導入するものであり、次の燃焼に程４は、
排ガスを触媒に接触させて水素や一酸化炭素を燃焼させ
、酸化して水や二酸化炭素とするものである。

このような前処理を施された原料排ガスは、吸着工程５
の前段に配置されたガスホルダー６に導入される。この
ガスホルダー６は、吸着工程５に導入する排ガスの流量
等を調整するもので、バルーンあるいは水封式ホルダー
を用いることができ、その内圧は、数十乃至数百ｍｍＡ
ｑに保たれている。

この内圧を高くすると吸着工程５の真空ポンプ７の負担
が増し、消費動力が増加するのでできるだけ低くしてお
くことが望ましい。

原料排ガス中の不純物成分、即ち窒素、酸素。

水、二酸化炭素等を吸着除去する吸着工程５は、３基の
吸着塔１０を備えた圧力変動（プレッシャースイング）
式吸着装置（ＰＳＡ）からなるものであって、第１．第
２．第３吸着塔１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、隅間する各
切換え弁群１１，１２の切換え開閉及び真空ポンプ７の
作動により、吸着、再生等の各段階が順次繰返されて行
われる。

■吸着塔下部の導入部１３ａ、１３ｂ、１３ｃから原料
排ガスを導入し、窒素、酸素、水。

二酸化炭素等を吸着除去して精製したアルゴンを上部の
導出部１４ａ、１４ｂ、１４ｃから吐出する吸着段階。

■吸着段階終了後の吸着塔と、後述の再生段階を終了し
た他の吸着塔とを上下の導入部１３同士、導出部１４同
士で連通させて、吸着段階で吸着したガスを他の吸着塔
と圧力平衡になる中間圧力まで放出する一次再生段階。

■導入部１３に接続した真空ポンプ７により吸着塔内を
排気する真空再生段階。

■他の吸着塔で精製されたアルゴンを、ライン１５より
分岐したパージライン１６．パージ流量制御機構１７を
介して吸着塔の導出部１４から逆方向に導入するととも
に、導入部１３から真空ポンプ７で排気するパージ再生
段階。

■前述の吸着段階を終えた他の吸着塔と上下で連通して
中間圧力まで圧力復帰する一次充圧段階。

■他の吸着塔で精製されたアルゴンをライン１５より分
岐したライン１８．充圧流量制御機構１９を介して導出
部１４から導入して吸着圧力まで圧力復帰させる二次充
圧段階。

の各段階を各塔交互に順次繰返して吸着を実施する。即
ち、第１塔１０ａが吸着段階にある時には、第２塔１０
ｂは一次充圧一二次充圧の段階にあり、第３塔１．　Ｏ
ｃは一次再生一真空再生→バージ再生の段階にある。ま
た第２塔１０ｂが吸着段階に移ると、第１塔１０ａは一
次再生一真空再生一バジ再生の段階に移り、第３塔１０
ｃは一次充圧→二次充圧の段階に移る。

この一連の操作を３基の吸着塔についてまとめると第１
表の通りとなる。

第　　１　　表 そして、第２図に示すように、上記吸着塔１０内に充填
する吸着剤Ｑは、吸着塔１０の導入部１３側から、主と
して水分を吸着するアルミナゲルやシリカゲル等の乾燥
剤Ｑ１．主として二酸化炭素を吸着するＸ系合成ゼオラ
イトＱ２．主として酸素を吸着するカーボンモレキュラ
ーシーブスＱ３、及び主として窒素と一酸化炭素を吸着
する５Ａ系ゼオライトＱ４を層状に積層している。

これらの吸着剤Ｑは、上記の順に導入部１３側から配列
すると、まず乾燥剤Ｑ１で水分と一部の二酸化炭素、Ｘ
系合成ゼオライトＱ２で二酸化炭素と水の残部、一部の
窒素、燃焼せずに残った僅かな一酸化炭素等を除去でき
、カーボンモレキュラーシーブスＱ３において酸素及び
残部の二酸化炭素を有効に吸着除去させることができ、
さらに最終の５Ａ系ゼオライトＱ４において窒素及び−
酸化炭素を主として除去し、さらに残りの二酸化炭素を
吸着除去する。従って、ひとつの吸着塔１０を通過させ
るだけで、原料排ガス中の不純物成分を吸着除去するこ
とが可能となる。また、カーボンモレキュラーシーブス
Ｑ３を、酸素の吸着だけに供することができるので、僅
かな量でよくなり、高価なカーボンモレギュラーシーブ
スの使用量を低減して吸着剤コストの低減を図れる。

尚、上記吸着剤の使用量及びその割合は、排ガス発生源
からの排ガス組成に従って最適な状態に決めることがで
きる。

また、上記吸着工程５は、他の吸着方法、例えば２塔式
のＰＳＡ等を用いたり、加圧状態で吸着を実施すること
もできるが、上記のごとく３塔式として真空ポンプ７に
よる真空再生に加え、精製後のアルゴンを吸着塔の導出
部１４がら逆方向に導入して吸着剤を再生するパージ再
生を行うことにより、吸着剤の再生をより確実に行う１
ことができ、吸着効率を向上させることができる。さら
に吸着操作を大気圧乃至減圧下で行うことにより、吸着
塔に導入する排ガスを加圧するための圧縮機を省略でき
、その動力費も削減できるのでコストダウンを図れる。

そして、回収された高純度のアルゴンは、製品がスブロ
ワ−８により適当な圧力で需要先に送られる。一方、吸
着塔１０の再生により生じる脱着ガスは、真空ポンプ７
により吸引されて水分離器２０に導入される。水分離器
２ｏで水を分離し７た脱着ガスは、一部が消音器２１か
ら大気中に排出され、他方が戻し弁２２．戻し管２３か
らなるガス戻し回路２４により戻しガスとしてガスホル
ダー６に戻される。

上記戻しガスは、脱着ガスの一部を再び吸着工程５に導
入して、脱着ガス中のアルゴンを回収するためのもので
、所望する製品ガス純度等により適宜設定されるもので
ある。これにより、通常６０％程度の回収率を示すＰＳ
Ａの回収率を約８０％程度にまで向上させることができ
る。

例えば、回収ガスを１００として回収ガス中のアルゴン
濃度を４０％、そして製品ガス純度をアルゴン９９，９
％、全系のアルゴン回収率を８０％と設定した場合には
、得られる製品ガスｍ３２゜排出される脱着ガス量６８
となり、脱着ガス中のアルゴン濃度は１１．８％となる
。しかしながら、ＰＳＡにおけるアルゴンの回収率は、
通常６０％程度であるから、このままでは、得られる製
品ガス量が２４　（１００Ｘ４０％×６０％）となり、
所望の回収率を達成することはできない。

一方、ＰＳＡにおけるアルゴンの回収率は、入口ガス中
のアルゴン濃度が４０％でも２０％でも大きな差はなく
、むしろ低濃度の２０％の方が回収率としては、良い値
を示す。ここでは、画濃度でのＰＳＡにおける回収率を
同じ６０％とし、上記製品ガス量、即ち回収ガス１００
に対して製品ガス３２をｉすようとする場合には、入口
ガス中のアルゴン量を５３．３　（３２／６０％）にす
る必要かある。即ち、回収ガス中のアルゴンｆｆ１４０
に対して１３．３のアルゴンを供給する必要がある。

また、脱着ガス中のアルゴン濃度は、上記のごと＜１１
．．８％であるから、上記１３．３に相当するアルゴン
を回収ガスに供給するためには、１１２．８　（１３，
３／１１．８％）の脱着ガスを戻しガスとして回収ガス
に合流させる必要がある。

このように、］、］、２．８の脱着ガスを回収ガスに戻
すと、ＰＳＡの入口ガスは、合計２１２．８゜アルゴン
ｆｆ１５３．３、アルゴン濃度２５％となる。

この入口ガスでＰＳＡを行うと、製品ガス量は、ＰＳＡ
の回収率か６０％であるから、３２　（５３３Ｘ６０％
）となり、回収ガスに対して８０％の回収率を達成でき
る。また脱着ガスは、総量が１８０．８　（２１２，８
−３２）、アルゴンが２１．３　（５３，３−３２）、
アルゴン濃度が１１，８％（２１，３／１．８０．８）
となる。従って、回収ガス１００に対して脱着ガス１１
２．８を戻しガスとして戻し、循環させることにより、
全系のアルゴンの回収率を８０％に向上させることがで
きる。

このようにして回収された高純度のアルゴンは、製品ガ
スブロワ−８により適当な圧力で需要先に送られる。

尚、上記戻しガス量の調節は、排気弁２５と戻し弁２２
の開度の調節や開閉時間の調整で行うことができる。ま
た、脱着ガスの一部を戻すことにより吸着塔の容量を増
加させる必要があるが、アルゴンの回収率の向上効果が
設備コストの増大を大きく上回るので問題とはならない
。

さらに、上記戻しガスを吸着塔人口に戻すこともできる
か、ＰＳＡから排出される脱着ガスは、前述のごとく真
空ポンプの特性から、その圧力や流量に変動があるとと
もに、吸着塔の再生段階の状態により脱着ガスの組成も
異なるので、上記のごとく戻しガスをガスホルダーに戻
すことにより、ＰＳＡに導入するガスを安定した状態と
することができ、吸着前線の混乱を発生させずに効率の
良い吸着除去を行うことが可能となる。

ここで、吸着剤として、アルミナゲル１０％。

１３Ｘ合成ゼオライト５％、カーボンモレキュラーシー
ブス１０％、５Ａゼオライト７５％の割合で充填した吸
着塔を用いてアルゴンの回収を行った結果を第２表に示
す。

第２表 尚、本発明の方法は、他の構成の回収装置や、ヘリウム
等の吸着能の低い他のガスの分離用にも適用することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、アルゴンを含有するガ
ス組成物の吸着処理を、主として水分を゛吸着する乾燥
剤、主として二酸化炭素を吸着するＸ系合成ゼオライト
、主として酸素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ
ス、及び主として窒素を吸着する５Ａ系ゼオライトを組
合せて行うから、各不純物成分を効率よく吸着除去する
ことができ、アルゴンの回収効率を向上できる。

従って、製鉄所等におけるアルゴンの回収効率を向上さ
せることができ、アルゴンにかかるコストを低減させ、
製鉄全体のコストダウンにまで寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルゴン回収工程を示す系統図、第２図は吸着
塔内の吸着剤の充填状態を示す説明図、第３図は一般的
なアルゴン回収工程のブロック図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アルゴンを含有するガス組成物から、該ガス組成物
   中のアルゴン以外の不純物成分を吸着除去してアルゴン
   を回収する方法において、前記不純物成分の吸着を、主
   として水分を吸着する乾燥剤、主として二酸化炭素を吸
   着するＸ系合成ゼオライト、主として酸素を吸着するカ
   ーボンモレキュラーシーブス、及び主として窒素を吸着
   する５Ａ系ゼオライトを積層充填した吸着塔を用いて行
   うことを特徴とするプレッシャースイング法によるアル
   ゴンの回収方法。