JPH0422419A - アンモニアの吸着除去方法 - 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、各種工業プロセス等から発生するガス中より
アンモニアを効率良く除去するための方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、アンモニアを含む原料ガスからアンモニアを除去
する場合には、主として、合成ゼオライト等の吸着剤が
用いられている。このような吸着剤がアンモニアを強く
かつ多量に吸着するのは周知のところであり、この吸着
によって原料ガス中からアンモニアを容易に除去するこ
とができる。

ところが、上記原料ガス中に水分が存在すると、この水
分はアンモニアよりも優先して吸着剤に吸着されるため
に、吸着剤に一旦アンモニアが吸着されてもこのアンモ
ニアが上記水分によってほぼ完全に置換、脱着されてし
まい、実質的なアンモニアの吸着容量は極めて僅かなも
のになってしまう。

そこで、このような湿りガス中のアンモニアを除去する
手段として、特公平１−５６８１７号公報には、吸着剤
であるゼオライトを塩酸または塩化アンモニウム水溶液
を用いて水素化し、その後に、アンモニアを含む湿りガ
スを接触させる方法が開示されている。この方法によれ
ば、合成ゼオライトの水素化によってアンモニアの吸着
量を大幅に増加させることができ、湿りガス中のアンモ
ニアも効果的に除去できることが確認されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記方法は、以下に記すような問題点を有している。

）４４ゼオライトを水素化する工程が必要となり、市販
吸着剤をそのまま使用する場合に比べてコスト高になる
欠点がある。特に、塩化アンモニウム水溶液を用いる場
合には、置換後に吸着剤を４００℃まで加熱してアンモ
ニアガスを追出さなければならず、作業はより面倒とな
る。

）上記方法では、吸着剤として天然または合成ゼオライ
トが用いられているが、合成ゼオライトは一般に耐酸性
が弱いことが知られており、これを直接塩酸等で酸処理
すれば結晶が崩壊することになる。また、塩化アンモニ
ウムで処理する場合にはさらに加熱処理されることにな
り、このような処理を受けた合成ゼオライトが、何度も
繰返される吸脱着操作中の圧力変動や温度変動に強度的
に耐え得るかどうかは疑問である。また天然ゼオライト
は、元来有する吸着空間容積が上記合成ゼオライトより
も小さいという欠点を有している。

）アンモニア吸着後の再生工程は、なるべく温度を上げ
ずに行うことが経済上望ましい。ここで、単純に物理吸
着させたアンモニアを脱着させる場合には、廃スチーム
を利用して得られる　１５０℃程度で実用上問題のない
レベルまで脱着が可能であるが、上記方法では、吸着剤
に対して化学吸着したアンモニアを分解、脱着させるた
めに高温脱着（公報記載では４００℃）を行わなければ
ならず、運転コストの面でも不利である。

本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構成で湿りガ
ス中のアンモニアを効率良く除去することができる方法
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、アンモニアを含む原料ガスを吸着剤に接触さ
せ、この吸着剤にアンモニアを選択的に吸着させること
によりその除去を行うアンモニアの吸着除去方法におい
て、予め原料ガスに二酸化炭素を添加し、その後にこの
原料ガスを吸着剤に接触させるものである。

〔作　用〕

上記方法によれば、アンモニアを二酸化炭素と共存させ
て吸着を行うことにより、アンモニアを単独で吸着させ
る場合と比べ、その吸着量は大幅に増加する。これは、
両分子の共存によって吸着剤内でカルバミン酸アンモニ
ウムＮＨ２ＣＯＯＮＨ４が生成され、もしくは水の共存
下で炭酸アンモニウム（ＮＨ４）２　ＣＯ３が生成され
て極性が強くなり、高密度吸着が実現されることに起因
するものと推察される。

また、脱着については、上記生成物を分解するだけの熱
を加えるだけで足りる。

〔実施例〕

図は、本発明方法を実施するための装置の一例を示した
ものである。

この装置は、２つの吸着塔１１．１２を備え、各吸着塔
１１．１２には、加熱用の電気ヒータ１５．１６が各々
装備されている。

各吸着塔１１．１２は、二酸化炭素およびアンモニアを
選択的に吸着する吸着剤（例えば５Ａ型合成ゼオライト
）を内部に備え、両吸着塔１１１２の下流側には、生成
ガスの一部を環流するための再生ガス通路１８が配設さ
れている。

また、各通路の適所には、通路切換用として閃格の電磁
弁が配設されている。

次に、この装置において行われるアンモニアの吸着除去
方法を説明する。なお、この装置は、アンモニアおよび
二酸化炭素の吸着を吸着塔１１゜１２において交互に行
うことにより、精製ガスを連続的に得るようにしたもの
であるが、以下の説明では、便宜上、片側の吸着塔１１
で行われる工程についてのみ話を進める。

まず、アンモニアを含む原料ガスに二酸化炭素を添加し
、この混合ガスを吸着塔１１内に送り込んで吸着剤に接
触させる。これにより、原料ガス中のアンモニアが二酸
化炭素とともに選択的に吸着剤に吸着され、原料ガスか
ら除去される。このときのアンモニアの吸着量は、後に
詳細に記すように、二酸化炭素が存在しない場合に比べ
て大幅に増加する。

なお、上記二酸化炭素の添加量は、後に詳細に説明する
ように、吸着すべきアンモニアとのモル比が１・２とな
るように設定することが望ましい。

このようにして吸着操作を進めていくが、吸着塔１１内
で破過が始まる前の時点で吸着操作を打ち切り、原料ガ
スの供給を止める。次いで、電気ヒータ１５で吸着塔１
１を１５０℃〜２５０℃に加熱しながら、再生ガス通路
１８を通じて精製ガスの一部を環流させることにより、
主吸着塔１１内で吸着された二酸化炭素およびアンモニ
アを脱着させる。この脱着ガスは、廃棄してもよいし、
回収して再利用してもよい。

以上説明した方法によれば、次に示す実験結果から明ら
かなように、原料ガスに予め二酸化炭素を添加するだけ
の作業でアンモニアの吸着性能を大幅に向上させること
ができる。

第２図は、上記方法により得られる効果を確証するため
に行われた実験工程を示したものである。

各工程における運転条件は次の通りである。

吸着温度：室温（２６℃） 吸着圧カニ５！Ｉ１１ 再生温度＝２５０℃（大気圧の乾燥Ｎ２流通の下で吸着
塔内温度を２５０℃に １時間保持後、冷却、吸着） 吸着剤　　５Ａ型合成ゼオライト 吸着ガス（いずれも乾燥ガス） ガスＩ　：　Ｎ　Ｎ３　７００　ｐｐｍ／　Ｎ２バラン
スガスガスｎ　：　　（ＣＯ２３５０ｆ１ｍ＋ＮＨ３７
００ｐｐｍ）／Ｎ２バランスガス 各工程について具体的に説明すると、まず、吸着塔１１
を加熱することによってその内部の吸着剤を再生しく工
程Ｐ１）、次いでアンモニアと窒素のバランスガスであ
るガスＩを主吸着塔１１内に送り込む。これにより、吸
着剤にアンモニアが吸着される（工程Ｐ２）。その後、
再び再生を行い（工程Ｐ３）、今度は二酸化炭素および
アンモニアと窒素とのバランスガスであるガス■を吸着
塔１１内に送り込んで吸着を行う（工程Ｐ４）。

さらに、再生後（工程Ｐ５）、再び上記ガスＨの吸着を
行い（工程Ｐ６）、再生する（工程Ｐ７）。

以上の一連の操作を行うことにより、各工程において次
の第１表に示されるような吸着量を得ることができた。

第１表 なお、吸着塔出口のアンモニア濃度および二酸化炭素濃
度はともに検出不可能な値（＜　　０．０５ｐｐｍ）ま
で低下していた。ここで、二酸化炭素濃度の測定にはガ
スクロマトグラフィーを、アンモニア濃度の測定には吸
光光度法を各々用いており、吸着量は、上記出口濃度の
変化曲線、すなわち破過曲線を積分して求めている。

この実験結果は乾燥ガスについてのものであるが、上記
ガスＩ、■をその露点が５〜６℃となるまで加湿し、前
記第２図と同様の工程を行った結果、次の第２表に示す
ような吸着量を得ることができた。

第２表 以上の実験結果から、次のような考察を行うことができ
る。

）アンモニアの吸着性能の向上 第１表に示されるように、乾燥ガス中のアンモニアのみ
を単独で吸着させる工程Ｐ２では、その吸着量が７０ｗ
ｔ％であるのに対し、二酸化炭素との共存下で吸着させ
る工程ｐ、、ｐ６では、吸着量が各々　９７ｗｔ％、　
　９．９ｗ１％となっており、二酸化炭素を共存させる
ことによってアンモニアの吸着量が約４０％増加してい
るのが分かる。

さらに、第２表に示されるように、湿りガス中のアンモ
ニアのみを単独で吸着させようとする工程Ｐ２では、水
分の置換脱着効果によってアンモニアがほとんど吸着さ
れないのに対し、二酸化炭素と共存させた場合には約３
ｖ＋％の吸着量を得ることができる。この数値は、水分
が存在しない場合の一般法による吸着量の４０％（第１
表工程Ｐ２参照）に達している。

従って、本方法によれば、特に吸着剤に手を加えな（で
も、二酸化炭素を加えるだけで湿りガス中からアンモニ
アを十分に除去することが可能である。

１１）二酸化炭素とアンモニアの吸着量の関係原料ガス
が乾燥ガスの場合、湿りガスの場合のいずれにおいても
、工程ｐ４．ｐ６において、アンモニアの吸着量と二酸
化炭素の吸着量との比はモル比にして約２１となってい
る。これは、両分子が共存することにより、吸着剤内で
カルバミン酸アンモニウムＮ　Ｈ２ＣＯＯＮ　Ｈ４を生
成するか、あるいは水との共存下で炭酸アンモニウム（
ＮＨ４）２ＣＯ３を生成していることを暗示するもので
ある。このような生成物は、極性が強いために強固に吸
着し易く、これによって吸着量の大幅な増加が得られる
ものと推察できる。

従って、二酸化炭素の添加量は、この二酸化炭素とアン
モニアとの比がモル比にして１：２となるように設定す
ることにより、過不足のないアンモニアの吸着が実現さ
れる。すなわち、この比に対してアンモニアの量が少な
いと二酸化炭素が余剰し、逆に二酸化炭素の量が少ない
とアンモニアが十分に吸着されず、早期に破過が生じる
ことになる。換言すれば、上記モル比に対応する量以上
の量の二酸化炭素を添加すれば、二酸化炭素は余るが、
アンモニアの吸着性能の向上は　１００％果される。

また、脱着についても、上記生成物を分解するだけの熱
を加えれば足り、従来のように高温まで加熱することな
く、　１５０〜２５０℃の加熱で十分に脱着が可能であ
る。

吸着量増加のメカニズムについては、次のように考察す
ることができる。

一般に、アンモニアを含む湿りガスを吸着剤に吸着させ
る場合、吸着剤層内では、吸着塔入口側から順に次の領
域が形成される。

領域工：水分吸着領域 領域■：水分が吸着して、アンモニアを置換脱着する領
域 領域■：アンモニア吸着領域 ここで、二酸化炭素を添加しない場合には、領域Ｉ、■
においてアンモニアがほぼ完全に水に置換されるが、二
酸化炭素を添加した場合には、領域Ｉ、Ｉｆに残留する
アンモニアの量が相当量まで確保されるとともに、領域
■における吸着量も大幅に増加し、このため吸着剤層全
体でのアンモニア吸着容量が大幅に増加することとなる
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、アンモニアを含む原料ガスに予
め二酸化炭素を添加しておき、その後に上記原料ガスを
吸着剤に接触させるようにしたものであるので、アンモ
ニアのみを単独で吸着させる場合に比べ、吸着性能を大
幅に向上させることができる。従って、湿りガス中のア
ンモニアも、特に吸着剤に手を加えず簡単な操作で十分
に除去することができ、これによって製品の低コスト化
を図ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の一例を示す
全体構成図、第２図は同装置において行われた実験工程
を示す流れ図である。 １１．１２・・・吸着塔。 特許出願人　　　　　株式会社　神戸製鋼折代　理　人
　　　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　　　弁理
士　　長１）　正量　　　　　　　弁理士　　伊藤　孝
夫第 図 原料ガス 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アンモニアを含む原料ガスを吸着剤に接触させ、こ
   の吸着剤にアンモニアを選択的に吸着させることにより
   その除去を行うアンモニアの吸着除去方法において、予
   め原料ガスに二酸化炭素を添加し、その後にこの原料ガ
   スを吸着剤に接触させることを特徴とするアンモニアの
   吸着除去方法。