JPH07108368B2 - 混合ガス中の水分除去方法 - Google Patents

混合ガス中の水分除去方法

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JPH07108368B2
JPH07108368B2 JP2298655A JP29865590A JPH07108368B2 JP H07108368 B2 JPH07108368 B2 JP H07108368B2 JP 2298655 A JP2298655 A JP 2298655A JP 29865590 A JP29865590 A JP 29865590A JP H07108368 B2 JPH07108368 B2 JP H07108368B2
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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１−108106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、また一旦吸着した
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１−108106
号には、本体炭酸ガスPSA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、炭酸ガ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
ものが必要となる。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
合したシ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、ほ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が、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入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入口１より、排ガス−非吸着
ガス熱交換器２および水洗搭３を経由して排ガス導入ブ
ロワー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、排ガスは水洗搭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。排ガス導入ブロワー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℃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、PS
A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
原料混合ガス入口弁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
部を再生ブロワー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14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12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PSA装置における吸着槽が１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ガス（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22000Nm3/時間で熱交換器を経由して水洗搭に供
給し、原料混合ガスの冷却を行うとともに少量含まれる
ダストを除去した。
水洗搭を出た該ガスは、50〜60℃となっていた。このガ
スを冷却水（常温）、ついで、チラー水（５〜10℃）に
より冷却除湿してガス温度を約10℃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SSCR除湿機）に
より吸着除湿し、水分を露点−45〜−50℃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7000Nm3/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35〜40℃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30〜60torr）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29
00Nm3/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。
１）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シートであ
る。 図面中の主な符号は次のものを意味する。 1:排ガス入口 2:熱交換器 3:水洗搭 5:PSA装置 6:回転式連続再生除湿装置 9:原料ガス入口弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 53/62 Ｃ０１Ｂ 31/20 Ｂ (72)発明者 宇野 優 兵庫県加古郡播磨町宮西346番地の１ 住 友精化株式会社内 (72)発明者 関川 禮夫 東京都千代田区九段北４丁目１―３ アド ケムコ株式会社内 (72)発明者 荒井 文夫 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松崎 研二 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−9414（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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０〜15℃である請求項（１）記載
    の方法。
  5. 【請求項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。
JP2298655A 1990-11-02 1990-11-02 混合ガス中の水分除去方法 Expired - Lifetime JPH07108368B2 (ja)

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EP91310004A EP0484121B1 (en) 1990-11-02 1991-10-30 Process for removal of water from a CO2 containing raw material mixed gas and apparatus therefor
DE69116093T DE69116093T2 (de) 1990-11-02 1991-10-30 Verfahren zur Entfernung von Wasser aus einer CO2 enthaltenden Rohstoff-Gasmischung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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