JPH0634895B2 - 圧力変動式吸着分離方法 - Google Patents

圧力変動式吸着分離方法

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JPH0634895B2
JPH0634895B2 JP63077570A JP7757088A JPH0634895B2 JP H0634895 B2 JPH0634895 B2 JP H0634895B2 JP 63077570 A JP63077570 A JP 63077570A JP 7757088 A JP7757088 A JP 7757088A JP H0634895 B2 JPH0634895 B2 JP H0634895B2
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隆 野島
守 白石
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Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧力変動式吸着分離方法(以下適宜PSA法
と称する)により混合ガスから特定ガス成分を分離回収
する方法、殊に、その際の再生工程の改良に関するもの
である。
従来の技術 PSA法は、その再生工程の実施方法の違いにより、真
空再生法と常圧再生法とに分けられる。
真空再生法とは、再生時に吸着塔を真空に保持し、吸着
剤から被吸着成分を脱離して再生する方法である。一方
常圧再生法とは、洗浄ガスを送って常圧において吸着剤
の再生を行う方法であり、洗浄ガスとしては製品ガスの
一部を用いる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、真空再生法も常圧再生法も、以下に述べ
るようにそれぞれ一長一短がある。
すなわち、真空再生法は、洗浄用ガスが不要であるため
製品回収率が高いという利点はあるものの、真空ポンプ
を用いるので設備コストが高くつく上、真空ポンプ運転
のための電力消費が大きいという不利がある。
これに対し常圧再生法は、真空ポンプを要しないので設
備コストおよび電力費の点で有利であるが、製品ガスを
用いて洗浄再生を行うので、製品ガスのロスが大きくな
って製品回収率が低下する上、製品流量が不安定になる
という問題点がある。そのため、製品回収率の確保およ
び製品流量の安定化を考慮すると、多くとも吸着剤の5
倍程度までしか洗浄ガスとして使用しえないという制約
があり、その結果、吸着剤の再生効率が低下することを
免かれない。
もし常圧再生法においても製品回収率を上げることがで
きれば、工業的に見て極めて有利である。
本発明は、常圧再生法を採用しながらも、吸着剤の洗浄
再生に使う製品ガス量を最小限に抑え、しかも吸着剤の
再生を確実に行うことのできる方法を提供することを目
的とするものである。
課題を解決するための手段 本発明は、「圧力変動式吸着分離方法により混合ガスか
ら特定ガス成分を分離回収するためにあたり、吸着剤の
再生を常圧再生法により行うこと、およびその際の再生
用の洗浄ガスとして、充填吸着剤に吸着されにくく、か
つ、吸着分離に使用する原料混合ガスに基く製品ガスや
レストガスなどの吸着分離系のガス以外のガスである系
外のガスを用いること、および、上記の系外のガスで常
圧下に洗浄を行った後、さらに製品ガスで常圧下に洗浄
を行って、吸着塔内に残存する先行の洗浄ガスをパージ
することを特徴とする圧力変動式吸着分離方法。」をそ
の要旨とするものである。
また本発明は、「圧力変動式吸着分離方法によりCOと
CO2 とを主成分とする混合ガスからCO2 を取り除い
てCOに富む製品ガスを分離回収するにあたり、吸着剤
の再生を常圧再生法により行うこと、およびその際の再
生用の洗浄ガスとして、充填吸着剤に吸着されにくく、
かつ、吸着分離に使用する原料混合ガスに基く製品ガス
やレストガスなどの吸着分離系のガス以外のガスである
系外のガスを用いることを特徴とする圧力変動式吸着分
離方法。」をその要旨とするものである。
以下、「吸着分離に使用する原料混合ガスに基く製品ガ
スやレストガスなどの吸着分離系のガス以外のガスであ
る系外のガス」を単に「系外のガス」と省略することに
する。
この場合、充填吸着剤に吸着されにくい系外のガスで常
圧下に洗浄を行った後、さらに製品ガスで常圧下に洗浄
を行って、吸着塔内に残存する先行の洗浄ガスをパージ
することが好ましい。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の方法は、種々の組成の混合ガスから特定ガス成
分を分離回収する目的に適用できる。
混合ガスとしては、たとえば、電気炉、転炉、高炉、発
生炉、コークス炉などから得られるガス、燃焼ガス、各
種反応ガスまたはそれに副生するガス、天然ガスなどが
あげられる。一旦他の方法により精製処理を行ったとき
の中間生成ガスにも適用できる。殊に、COとCO2 と
を主成分とする混合ガスからCO2 を取り除いてCOに
富む製品ガスを分離回収する目的に好適である。
吸着剤としては、炭素系吸着剤やゼオライト系吸着剤を
はじめ、ガスの種類に応じ種々の材料および細孔径を有
するものが選択できる。
PSAの実施にあたっては、複数の塔を用いて、各塔に
つき、昇圧工程→吸着工程→減圧工程(大気圧までの減
圧工程)→再生工程(洗浄工程)をサイクリックに行
う。たとえば、ある塔が吸着工程にある間は、他の一つ
の塔は再生工程にあるようにする。昇圧、減圧工程は他
塔との間の均圧工程を含む。塔の数は、2〜6塔式とす
ることが多い。
昇圧工程は、後述の再生工程終了後の塔を、必要に応じ
均圧を行った後、原料ガス、製品ガスまたは後述の減圧
工程で得られるレストガスを用いて、所定の圧力まで昇
圧する工程である。
吸着工程は、前工程で昇圧された塔に原料ガスを供給し
て主として特定成分(たとえばCO2 )を吸着させる工
程である。原料ガス中の他の成分はスルーさせる。吸着
操作は、特定成分(たとえばCO2 )が破過する直前ま
で、あるいは製品ガス規格によっては、破過後一定時間
までは吸着操作とする。
減圧工程は、吸着工程終了後の塔を、必要に応じ均圧を
行った後、大気圧にまで下げる工程である。この工程に
より、吸着剤に吸着されている特定成分(たとえばCO
2 )および他の吸着ガスの一部は脱着される。この際生
ずるレストガスは、先に述べた昇圧工程に用いることが
でき、また他の目的に使うか、あるいは廃棄する。
再生工程は、大気圧まで減圧した塔に充填されている吸
着剤を再生する工程である。
そして本発明においては、この吸着剤の再生を、充填吸
着剤に吸着されにくい系外のガスを用いて常圧で行う。
充填吸着剤に吸着されにくい系外のガスとしては、たと
えば、N2 またはH2 を主成分とするガスや空気など、
安価に入手できるガスや、工場内の他の系列において過
剰となるガスなどがあげられる。
製品ガスを用いた従来の常圧再生法にあっては、製品回
収率の確保および製品流量の安定化を考慮して多くとも
充填吸着剤の5倍程度しか洗浄ガスとして使用しえない
という制約があることについてはすでに述べたが、充填
吸着剤に吸着されにくいガスとして安価な系外からのガ
スを使用しているため、このような制約を受けない。
このように充填吸着剤に吸着されにくい系外のガスで洗
浄を行うと、製品回収率は顕著に向上するが、製品ガス
中に洗浄ガスが一部混入することになる。そこでこの混
入量を減ずるために、充填吸着剤に吸着されにくい系外
のガスによる洗浄後、さらに製品ガスで常圧下に洗浄を
行って、吸着塔内に残存する先行の洗浄ガスをパージす
ることが好ましい。
以上述べた再生工程を実施することにより、吸着剤に吸
着されている特定成分の洗浄が完了するので、塔を昇圧
すれば、再び原料ガス中の特定成分の吸着を行うことが
できる。
作 用 先にも述べたように、各塔につき、昇圧工程→吸着工程
→減圧工程→再生工程を実施し、再生工程終了後は再び
昇圧工程に戻り、以後の工程を繰り返す。以上の工程操
作を複数の塔を用いてサイクリックに行う。すなわち、
一つの塔である工程が実施されている間に、他の塔では
他の工程が行われるようにプログラムを組む。
再生工程においては、吸着剤に吸着されている被吸着ガ
ス(CO2 )は、洗浄ガス(N2 、H2 、空気など充填
吸着剤に吸着されにくいガス)によって追い出され、再
び原料ガス中の特定成分(CO2 )を吸着できるように
なる。この場合、充填吸着剤に吸着されにくい系外のガ
スによる洗浄後、さらに製品ガスで洗浄を行うと、系内
に残った先行の洗浄ガス(N2 やH2 や空気)を追い出
すことが可能となるので、該洗浄ガスの製品中への混入
量を最小限にすることができる。しかもその際、洗浄ガ
スとして用いた製品ガス中の成分(CO)の方が吸着剤
への吸着力が大きいので、ます先行の洗浄ガス(N2 や
H2 や空気)が系外に追い出され、製品ガス(CO)の
ロスはわずかとなる。
実施例 次に実施例をあげて本発明をさらに説明する。
実施例1 下記組成のガス、すなわち CO 85.0vol% CO2 15.0vol% を原料ガスとして用いて、次の条件によりPSAサイク
ルを実施した。
吸着塔 3塔式 吸着剤 ゼオライト系吸着剤 空間速度 200/hr 温度 常温 吸着圧力 6 kg/cm2G 再生圧力 常圧 洗浄ガス 常温のN2 (減圧完了後、常圧下に吹込み) 洗浄ガス量 吸着剤容積に対し 9.0倍 PSAパターン 吸着(原料ガス供給) 減圧(均圧) 減圧(大気圧まで) 洗浄(洗浄ガス使用) 昇圧(均圧) 昇圧(製品ガス使用) 上記PSAを実施したときの結果を第1表に示す。
実施例2 洗浄ガスとしてのN2 の使用量を吸着剤容積に対し 4.6
倍としたほかは実施例1の操作を繰り返した。結果を第
1表に併せて示す。
実施例3 洗浄工程を次の2段階に分けたほかは実施例1の操作を
繰り返した。
第1段階 洗浄ガス 常温のN2 洗浄ガス量 吸着剤容積に対し 6.8倍 第2段階 洗浄ガス 常温の製品ガス 洗浄ガス量 吸着剤容積に対し 2.2倍 結果を第1表に示す。
なお、このときのレストガス(洗浄ガスの供給により塔
内から駆逐されるガス)の組成の経時的変化を第1図に
示す。第2段階の洗浄に切り換え当初は、レストガス中
にCOは出ないことがわかる。
比較例1 洗浄ガスとしての製品ガスを用い、その使用量を吸着剤
容積に対し 4.8倍としたほかは実施例1の操作を繰り返
した。結果を第1表に併せて示す。
第1表から、洗浄を吸着剤容積の 4.8倍量の製品ガスを
用いて行った比較例1においては、CO回収率は81.3%
と低く、また吸着時間は14.0分であって吸着容量が小さ
いことがわかる。
これに対し、洗浄を吸着剤容積の 4.6倍量のN2 を用い
て行った実施例2においては、CO回収率は91.2%、吸
着時間は18.7分にまで上がり、さらに洗浄を吸着剤容積
の 9.0倍量のN2 を用いて行った実施例1においては、
CO回収率は92.4%、吸着時間は24.9分にまで上がり、
比較例1に比し製品回収率、吸着容量の点で顕著に有利
になることがわかる。
また、洗浄をまず吸着剤容積の 6.8倍量のN2 を用いて
行い、引き続き 2.2倍量の製品ガスで洗浄を行った実施
例3においては、CO回収率は91.8%、吸着時間は22.8
分であった。この結果を洗浄を 9.0倍量のN2 を用いて
行った実施例1と比較すると、実施例1においては製品
中に1.66vol%のN2 が混入したが、実施例3においては
製品中のN2 の混入量は0.24vol%に抑えられ、CO回収
率および吸着時間については、実施例3は実施例1に比
し低くなるものの、その低下の程度はわずかであること
がわかる。
なお、洗浄ガスとしてN2 に代えてH2 や空気を用いて
も、良好な結果が得られる。
発明の効果 本発明の方法においては、常圧再生法の長所(真空ポン
プの設備および運転のための費用を要しないという長
所)がそのまま残される上、再生に用いる製品ガスの消
費をなくしたり減じたりすることができるので、高い製
品回収率を維持することができる。従って、従来の常圧
再生法における製品回収率の上限を乗り越えることがで
き、工業面において多大の利益がもたらされる。また、
洗浄ガス量を多くすることができるので、吸着剤の再生
が良くなり、吸着剤の吸着容量を大きく増大させること
ができる。
なお、本発明においては、洗浄ガスとして充填吸着剤に
吸着されにくい系外のガスを用いているので、製品ガス
中に若干の洗浄ガスが混入するが、このことは製品ガス
の品質のほとんど影響を与えない上、洗浄を当初は充填
吸着剤に吸着されにくい系外のガスで、引き続き製品ガ
スで行うようにすれば、高い製品回収率および吸着容量
をほぼ維持しながら、製品ガス中に混入する先行使用の
洗浄ガスの量を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例3におけるレストガスの組成の経時的
変化を示したグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧力変動式吸着分離方法により混合ガスか
    ら特定ガス成分を分離回収するにあたり、吸着剤の再生
    を常圧再生法により行うこと、およびその際の再生用の
    洗浄ガスとして、充填吸着剤に吸着されにくく、かつ、
    吸着分離に使用する原料混合ガスに基く製品ガスやレス
    トガスなどの吸着分離系のガス以外のガスである系外の
    ガスを用いること、および、上記の系外のガスで常圧下
    に洗浄を行った後、さらに製品ガスで常圧下に洗浄を行
    って、吸着塔内に残存する先行の洗浄ガスをパージする
    ことを特徴とする圧力変動式吸着分離方法。
  2. 【請求項2】圧力変動式吸着方法によりCOとCO2 と
    を主成分とする混合ガスからCO2 を取り除いてCOに
    富む製品ガスを分離回収するにあたり、吸着剤の再生を
    常圧再生法により行うこと、およびその際の再生用の洗
    浄ガスとして、充填吸着剤に吸着されにくく、かつ、吸
    着分離に使用する原料混合ガスに基く製品ガスやレスト
    ガスなどの吸着分離系のガス以外のガスである系外のガ
    スを用いることを特徴とする圧力変動式吸着分離方法。
  3. 【請求項3】充填吸着剤に吸着されにくい系外のガスで
    常圧下に洗浄を行った後、さらにCOに富む製品ガスで
    常圧下に洗浄を行って、吸着塔内に残存する先行の洗浄
    ガスをパージすることを特徴とする請求項2記載の方
    法。
JP63077570A 1988-03-29 1988-03-29 圧力変動式吸着分離方法 Expired - Lifetime JPH0634895B2 (ja)

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