JPH04171019A - 混合ガス中の水分除去方法 - 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、水分を含む原料混合ガスから圧力振動式ガス
吸着分離法（以下ＰＳＡ法と称する）により、炭酸ガス
を回収する際の、原料混合ガス中の水分を除去する方法
に関する。さらに詳しくは、水分を含む高炉熱風炉排ガ
ス、燃焼排ガス等より炭酸ガスを回収するに際し、冷却
除湿および吸着除湿の２段の方法により水分を除去し、
ＰＳＡ法において用いられる吸着剤への水分の蓄積を防
止する方法に関する。

（従来の技術） ＰＳＡ法による炭酸ガスの分離回収において用いられる
吸着剤としては、カーボンモレキュラーシーブ、ゼオラ
イトモレキュラーシーブ、活性炭等が知られている。し
かし、一般に、吸着剤に水分が蓄積すると、炭酸ガスの
吸着量の低下、分離能力の劣化のみならず、吸着剤の粉
化等種々の問題が生じ、炭酸ガスを収率よく高純度で回
収することが困難となる。そのため、従来から原料混合
ガス中の水分を除去するため多くの提案がなされてきた
。

例えば、特開昭６２−１３６２２２号においては、燃焼
排ガス中の水分を露点換算で２０℃以下にするためにガ
ス冷却器または冷凍式ドライヤー等を除湿装置に用いる
方法が提案されている。

また、特開平１−１７２２０４号においては、ゼオライ
ト系吸着剤の下部、すなわち、原料混合ガス入口側に脱
水剤としてアルミナゲルを充填し、原料燃焼ガス中の水
分をこの脱水剤で除去した後、上部のゼオライト系吸着
剤で炭酸ガス分離を行い、水分のゼオライト系吸着剤へ
の蓄積を防止する方法が提案されている。

一方、他の水分除去方法として、特開平ｌ−１０８１０
６号では、原料混合ガスをＰＳＡ装置に入れる前に前処
理として、合成ゼオライトを吸着剤に用いたＰＳＡ法に
て原料混合ガス中の水分を除去する方法が提案されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 前記した種々の吸着剤、とりわけ、ゼオライトモレキュ
ラーシーブは特に水分吸着性が高く、また−旦吸着した
水分は脱着しにくいため、吸着剤に水分の蓄積が起こり
易い。そのため、ゼオライトモレキュラーシーブを使用
する場合には、水分の蓄積の防止により留意する必要が
ある。この問題を解決するため、前記特開平１−１０８
１０６号には、本体炭酸ガスＰＳ’Ａ装置以外に前処理
として、水分除去用ＰＳＡを設ける方法が開示されてい
る。しかし、この方法は設備費が高く、運転操作も繁雑
となり、またランニングコストも高くなることは避けら
れない。

また、特開平１−１７２２０４号記載の方法は脱水剤と
して、アルミナゲルを用いる方法であるが、脱水剤を多
量に用いる必要があり、また、吸湿したアルミナゲルの
再生は脱着ガス（炭酸ガス）で行われるため、結局、原
料混合ガス中の水分が炭酸ガスに伴われることになる。

そのため、炭酸カスおよび水分に相当する気体を減圧に
する必要があるため、脱着用の真空ポンプは相当能力の
大きいものか必要となる。また、真空ポンプ以降の炭酸
ガス回収ラインでは多量のドレインが発生することにな
り、腐食防止のための耐食材料が必要となる。また、当
然ながら炭酸ガス自体の乾燥も必要となり、後処理工程
に再び脱湿設備が必要となる等の問題点を有する。

従って、ゼオライトモレキュラーシーブを吸着剤に用い
てＰＳＡ法により炭酸ガスを分離する方法、例えば、高
炉熱風炉排ガス、燃焼排ガス等水分を含む混合ガスから
炭酸ガスを回収する場合に、前記問題点を排除した、す
ぐれた混合ガス中の水分除去方法が望まれている。また
、このような排ガスを原料とし、排ガス中の炭酸ガスを
高純度炭酸ガスとして回収する方法は近年地球の温暖化
防止の見地からも注目されている技術である。

（課題を解決するための手段） このような状況に鑑みて、本発明者らは、ＰＳＡ法にお
いて原料として用いられる混合ガス中の水分の除去方法
について鋭意検討した結果、回転式連続再生除湿装置を
用いることに想到した。

すなわち、本発明は、 原料混合ガス中の炭酸ガスを圧力振動式ガス吸着分離装
置により回収するプロセスにおいて、原料混合ガスを冷
却し、ついで、回転式連続再生除湿装置を通過させて原
料混合ガス中の水分を除去し、該除湿装置の再生用ガス
として圧力振動式ガス吸着分離における吸着工程時に排
出される非吸着ガスを加熱して用いることを特徴とする
混合ガス中の水分除去方法 を提供するものである。

回転式連続再生除湿装置は公知（化学装置、１９８９年
８月号、Ｐ５４〜Ｐ５９）で、脱水剤として塩化リチウ
ム、シリカゲル等を主成分とするハニカム構造等の通気
性の結合体からなるローターを有するものであり、該ロ
ーターは、処理（除湿）ゾーンと再生ゾーンに区分され
たケーシングの中を回転する。処理すべき水分を含んだ
原料混合ガスは、ローターのハニカムを通過する間にハ
ニカムに結合したノリカゲル等により水分を吸着除去さ
れ、乾燥状態となって出口より排出される。

一方、吸湿したハニカムはローターの回転によって再生
ゾーンへと移動し、ここにおいて流入される加熱ガスで
ハニカム中に吸着した水分を蒸発、脱着させ、乾燥状態
に再生され、再び処理ゾーンへと回転移動する。

かくして、本発明の方法は、高炉熱風炉排ガス、燃焼排
ガス等の炭酸ガスを５〜８０ｖ／ｖ％含む原料混合ガス
を用いるＰＳＡ法に適用でき、本発明の方法においては
、前記除湿装置の再生用加熱ガスとしてＰＳＡ装置より
排出される非吸着ガスを加熱して用いる。吸着剤充填層
を通過したガスは当然のことながら乾燥しており、ガス
中の水分は露点が−５０〜−７０℃と非常に少なく、こ
れを加熱すれば、はぼ絶乾状態のガスが得られる。これ
を再生用加熱ガスとして用いれば、従来のように単に加
熱されたガスを用いるのに比べて格段の再生効果を生じ
る。前記非吸着ガスの加熱方法は特に限定されるもので
はないが、例えば、高炉熱風炉排ガス、燃焼排ガス等を
原料混合ガスとして用いる場合は、これら排ガスと非吸
着ガスを熱交換して加熱する方法か、エネルギーの節約
面、あるいは装置的な見地から極めて有利である。

さらに、本発明の方法においては、ＰＳＡ操作で脱着し
た吸着ガス（炭酸ガス）を原料混合ガス導入方向と逆方
向に吸引し、原料混合ガス入口側部の吸着剤の乾燥に用
いる。すなわち、前記回転式連続再生除湿装置を用いて
原料混合ガス中の水分を除去しても、微量の水分は残存
し、この水分は原料混合ガス人口側部の吸着剤に徐々に
蓄積する。

特に、吸着剤としてゼオライトモレキュラーシーブを用
い、原料混合ガスから炭酸ガスを回収する場合、水分は
炭酸ガス以上に強く吸着する性質があるので、吸着工程
が終了した時点で原料混合ガス入口側に水分吸着の多い
部分が生成する。従って、この場合、吸着した炭酸ガス
を真空ポンプで脱着する際に原料混合ガス導入方向と逆
方向に吸引し、乾燥した炭酸ガスで吸着剤を洗浄し、乾
燥する。かくすることによって吸着工程で原料混合ガス
入口側部の吸着剤に微量吸着した水分は脱着工程で洗浄
、除去され、また、脱着ガス中の水分も無視できる程度
であるので、さらに脱湿する必要もなく、そのまま製品
ガスとすることができる。

つぎに、本発明の実施態様を高炉熱風炉排ガスから炭酸
ガスを回収する場合を例にして、添付の第１図により説
明する。

高炉熱風炉排ガスは排ガス人口ｌより、排ガス−非吸着
ガス熱交換器２および水洗塔３を経由して排ガス導入ブ
ロワ−４によって、ＰＳＡ装置５に導入される。熱交換
器２によって加熱された非吸着ガスは回転式連続再生除
湿装置６の再生ゾーンに導かれ該除湿装置６のローター
に吸着された水分の除去に使用される。

一方、排ガスは水洗塔３にて排ガス中に少々含まれるダ
ストの除去および冷却を行う。排ガス導入ブロワ−４を
出た後のガスは湿潤状態にあるため、常温冷却水による
冷却器７、ついで、チラー水による冷却器８によって冷
却除湿を行った後、回転式連続再生除湿装置６の除湿ゾ
ーンに導かれる。冷却除湿後の排ガスの温度は０〜１５
℃が好適である。０°Ｃより低いと排ガス中の水分が氷
結して好ましくなく、１５℃を超える温度では、除湿装
置６での水分負荷が増加し、再生温度を高くしなければ
ならず、高温となった排ガスを、ゼオライトモレキュラ
ーシーブを充填したＰＳＡ装置５に導入すれば分離に悪
影響を与えるためである。

従って、前記温度範囲に設定することにより回転式連続
再生除湿装置６を出た排ガスは、ＰＳＡ装置５において
ＰＳＡ操作に適した温度である２０〜５０℃となり、効
率よく、炭酸ガスを分離、回収することができる。

６において吸着除湿後、排ガス中の水分は露点−４５〜
−５０℃相当に低減され、このように水分除去されたガ
スを原料混合ガス人口弁９を通してＰＳＡ装置５に導入
し、吸着工程を行う。吸着工程時に排出される非吸着ガ
スの一部を再生ブロワ−１０により前記熱交換器２に送
り、加熱する。

加熱は高炉熱風炉排ガスによって行われるため、非吸着
ガスの温度は、熱交換器出口で１２５〜１４０℃となり
、除湿装置６の再生に十分である。

加熱に使用されなかった非吸着ガスは非吸着ガス出口Ｉ
４より排気される。

ついで、真空ポンプ１１により吸着した炭酸ガスの脱着
を行うと同時に吸着剤の再生を行う。炭酸ガスの脱着は
前記のように、原料混合ガス導入方向と逆方向に炭酸ガ
ス出口弁Ｉ２を通して真空ポンプ１１により吸引する。

かくして得られた炭酸ガスは炭酸ガスタンク１３に貯え
られる。この例はＰ’Ｓ　Ａ装置における吸着槽がＩ槽
の場合であるが、複数の吸着槽を用いても、同様な操作
により、排ガス中の水分を除去できる。

また、本発明は吸着剤としてゼオライト系吸着剤ばかり
でなく活性炭系吸着剤の場合にも十分応用可能である。

（実施例） 実施例１ 第１図において３槽の吸着槽を備えたＰＳＡ装置を用い
、原料混合ガス中の水分の除去を行った。

原料混合ガスとしては高炉熱風炉排カス（温度２００〜
２５０℃、組成炭酸ガス２３％、窒素７０％、酸素２％
、水分５％）を用い、これを２２０００Ｎｙ３／時間で
熱交換器を経由して水洗塔に供給し、原料混合ガスの冷
却を行うとともに少量歯まれるダストを除去した。

水洗塔を出た該ガスは、５０〜６０℃となっていた。こ
のガスを冷却水（常温）、ついて、チラー水（５〜ｌＯ
℃）により冷却除湿してガス温度を約ｌＯ℃とし、ハニ
カム状の活性シリカゲルの結合体からなるローターを有
する回転式連続再生除湿装置（西部技研（株）製５ＳＣ
Ｒ除湿機）により吸着除湿し、水分を露点−４５〜−５
０℃相当まで除去した。回転式連続再生除湿装置におい
て再生用ガスとしてはＰＳＡ非吸着ガスのうち７００Ｏ
Ｎ１１３／時間を前記温度の高炉熱風炉排ガスと熱交換
し、１２５〜１４０℃に加熱して用いた。その結果、回
転式連続再生除湿装置出口の水分除去後のガス温度は３
５〜４０℃で、このガスをゼオライトを充填した内径２
．８ｍφ長さ１０ｍの３槽式ＰＳＡ吸着槽に供給した。

このとき、脱着工程においては、真空ポンプ（到達圧３
０〜６０　ｔｏｒｒ）により吸着工程でのガス導入方向
と逆方向に吸引し、製品ガスを得た。製品炭酸ガスは、
流量２９０ＯＮ　ｍ　３７時間、純度９９％で水分は露
点換算−３０〜〜４０℃の乾燥状態で得られた。収率は
５６．７％であった。

（発明の効果） 本発明によれば、吸着剤への水分の蓄積は認められず、
高価な吸着剤の水分吸湿による能力低下は認められない
。そのため、つぎのような効果が達成される。

ｌ）製品ガスは乾燥状態で得られるので、従来の設備の
ように製品ガスの脱湿装置が不要となり、プラント建設
費、ランニングコストが著しく節約される。

２）製品ガスラインに水分ドレインの発生がなく、配管
や槽に耐食材料を使う必要がなくなり、プラント建設費
を低減できる。

３）製品ガスライン中に水分の混入が極めて少ないため
、ＰＳＡ装置に設置されている真空ポンプの能力を小さ
くすることが可能である。この真空ポンプ用動力は炭酸
ガス回収の大部分を占めるものであり、これにより全体
として炭酸ガスの回収用電力の大幅な減少が達成される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の１実施例を示すフローンートであ
る。 図面中の主な符号は次のものを意味する。 ｌ：排ガス入口 ２：熱交換器 ３：水洗塔 ５：ＰＳＡ装置 ６：回転式連続再生除湿装置 ９：原料ガス人口弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）原料混合ガス中の炭酸ガスを圧力振動式ガス吸着
   分離装置により回収するプロセスにおいて、原料混合ガ
   スを冷却し、ついで、回転式連続再生除湿装置を通過さ
   せて原料混合ガス中の水分を除去し、該除湿装置の再生
   用ガスとして圧力振動式ガス吸着分離における吸着工程
   時に排出される非吸着ガスを加熱して用いることを特徴
   とする混合ガス中の水分除去方法。 （２）混合ガスが、炭酸ガスを５〜８０ｖ／ｖ％含むも
   のである請求項（１）記載の方法。 （３）非吸着ガスの加熱を原料混合ガスとの熱交換によ
   り行う請求項（１）記載の方法。（４）混合ガス中の水
   分を冷却して除去した後の原料混合ガスの温度が０〜１
   ５℃である請求項（１）記載の方法。 （５）圧力振動式ガス吸着分離における脱着工程におい
   て脱着した炭酸ガスを原料混合ガス導入方向と逆方向に
   吸引し、原料混合ガス入口側部の吸着剤中の水分を除去
   することを特徴とする請求項（１）記載の方法。