JPH07744A - 圧力変動吸着分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 消費動力が小さく、目的成分を高効率で回収
することができる圧力変動吸着分離方法を提供する。 【構成】 吸着工程と、製品ガスパージ工程と、脱着工
程と、昇圧工程とからなる圧力変動吸着分離方法におい
て、吸着工程と製品ガスパージ工程との間に吸着塔３〜
６を原料ガス導入方向と同一方向に減圧して易吸着成分
の吸着フロントを吸着塔出口に移動する、順方向減圧工
程を設け、昇圧工程における昇圧ガスとして吸着後ガス
よりも易吸着成分濃度が小さいガスを用いる。 【効果】 消費動力が大幅に低減し、全体として目的成
分の回収率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力変動吸着分離方法
に係り、特に消費動力が小さく、目的成分の回収率が向
上する圧力変動吸着分離方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力変動吸着分離方法（ＰＳＡ法）は、
混合ガス中の易吸着成分を分離回収したり、逆に難吸着
成分の分離回収等に利用されている。図８は、このよう
な圧力変動吸着分離方法を利用したＣＯ分離精製装置の
説明図である。この装置は、原料タンク４１と、製品ガ
スタンク４２と、吸着後ガスタンク４３と、同一容量を
有する４基の吸着塔４４〜４７と、ガスの供給および排
出用のブロワ４８、真空ポンプ４９と、前記吸着塔に設
けられた切り換えバルブ群５０〜７３とから主として構
成されている。

【０００３】このような構成において、昇圧工程、吸着
工程、製品ガスパージ工程および脱着工程は次のように
行われる。すなわち、(1)脱着工程が終了した塔４４の
バルブ５１を開きタンク４３から吸着後ガスを導入して
昇圧する。(2)昇圧工程が終了した塔４５のバルブ５９
とバルブ５８を開き、タンク４１から原料ガスを導入
し、易吸着成分であるＣＯを吸着させる。このとき吸着
後ガスはタンク４３に貯留される。次いで、(3)吸着工
程が終了した塔４６のバルブ６６とバルブ６２を開き、
タンク４２からブロワ４８により製品ガスを導入して吸
着剤に吸着している不純ガスをパージする。パージ後の
ガスはタンク４１に戻して再利用される。次いで、(4)
製品ガスパージ工程が終了した塔４７のバルブ７３を開
き、真空ポンプ４９によって易吸着成分であるＣＯが吸
引、脱着され、製品ＣＯとして製品ガスタンク４２に回
収される。

【０００４】これらの手順を表１に示す。

【０００５】

【表１】 しかしながら、このような圧力変動吸着分離方法は、原
料ガス中の易吸着成分（ＣＯ）濃度が低い場合には、多
量のパージガスが必要となり、動力消費量が多いという
問題があり、また脱着工程において真空ポンプを使用し
ない場合、すなわち高圧から大気圧までの圧力変動を利
用する場合にはＣＯの回収率が低下するという欠点があ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解決し、消費動力が小さく、脱着工
程で真空ポンプを使用しない場合であっても、目的成分
を高効率で回収することができる圧力変動吸着分離方法
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、吸着剤を充填した吸着塔に原料ガスを導入し
て易吸着成分を吸着する吸着工程と、該吸着工程後の吸
着塔に前記原料ガスの導入方向と同一方向から製品ガス
を導入して不純ガスをパージする製品ガスパージ工程
と、該製品ガスパージ工程後の吸着塔を前記原料ガス導
入方向と逆方向に減圧して易吸着成分を回収する脱着工
程と、該脱着工程後の吸着塔に前記原料ガス導入方向と
は逆方向から吸着後ガスを導入して昇圧する昇圧工程と
からなる圧力変動吸着分離方法において、前記吸着工程
後で製品ガスパージ工程前の吸着塔を前記原料ガス導入
方向と同一方向に減圧して易吸着成分の吸着フロントを
吸着塔出口側に移動させるとともに、前記昇圧工程時の
昇圧ガスとして前記吸着後ガスよりも易吸着成分濃度が
低いガスを用いることを特徴とする。

【０００８】

【作用】吸着工程、製品ガスパージ工程、脱着工程およ
び昇圧工程からなる圧力変動吸着分離方法の前記吸着工
程後で、製品ガスパージ工程前の吸着塔を前記原料ガス
の供給方向と同一方向（以下、順方向ともいう）に減圧
することにより、主として吸着剤に吸着され難い難吸着
成分が流出して易吸着成分の吸着フロントが吸着塔の出
口付近に到達する。従って、吸着塔内の易吸着成分濃度
が相対的に上昇し、その後のパージ工程における必要パ
ージガス量が少なくなるので、消費動力が著しく低下す
る。

【０００９】また、昇圧工程における昇圧ガスとして吸
着工程で流出する吸着後ガスよりも易吸着成分濃度が小
さい、高濃度または高純度の難吸着成分ガスを用いるこ
とにより、脱着工程後に吸着塔内に残存する易吸着成分
の吸着塔出口側濃度が低くなる。従って、その後、原料
ガスを導入して易吸着成分を吸着させる際（吸着工程）
に排出される吸着後ガス中の易吸着成分濃度がきわめて
低くなるので、全体として易吸着成分の回収率が向上す
る。

【００１０】なお、脱着工程終了後の吸着塔内には比較
的多くの易吸着成分が残存しており、吸着後ガスのよう
に易吸着成分が比較的多く含まれているガスで昇圧する
と、吸着塔出口、すなわち吸着工程のガス流出口付近に
おける易吸着成分濃度が高くなり、次の吸着工程におけ
る流出ガス中の易吸着成分濃度が高くなるので回収率が
低下することになる。

【００１１】図２〜図４は、本発明の原理を示す説明図
であり、図２は、吸着工程後、製品ガスパージ工程前の
順方向への減圧工程における吸着塔内の易吸着成分の濃
縮効果を前記順方向への減圧圧力を変えて示したもので
ある。横軸は原料ガス中の易吸着成分、例えばＣＯ濃度
を、縦軸は順方向減圧工程後の吸着塔内のＣＯ濃度をそ
れぞれ示す。図３は、順方向減圧工程後、すなわち製品
ガスパージ工程前の吸着塔内のＣＯ濃度と、製品ガスパ
ージ工程における脱着工程回収ガス量に対する所要パー
ジガス量の比との関係を示すものである。図２および図
３において、吸着工程における圧力Ｐａに対する順方向
減圧工程における圧力Ｐｕの比が小さくなるほど、すな
わち順方向減圧圧力が低くなるほど塔内のＣＯ濃度が高
くなり、塔内ＣＯ濃度が高いほど所要パージガス量が少
なくて済むことが分かる。

【００１２】また図４は、昇圧工程で使用される昇圧ガ
ス中の易吸着成分、例えばＣＯ濃度に対する昇圧工程後
の吸着塔内気相ＣＯ濃度との関係を示す図である。図に
おいて、昇圧ガス中のＣＯ濃度が低いほど吸着塔出口側
のＣＯ濃度は低くなり、その後の吸着工程で吸着後ガス
に同伴されるＣＯの損失量が低減されることが分かる。

【００１３】本発明において、吸着工程後、製品ガスパ
ージ工程前の吸着塔を順方向に減圧する、順方向減圧工
程において易吸着成分の吸着フロントを前記吸着塔出口
まで到達させるために、前記吸着工程における原料ガス
供給量をあらかじめ調節しておくことが好ましい。本発
明において、吸着後ガスとは吸着工程で吸着塔内に導入
された原料ガスのうち吸着剤に吸着されることなく吸着
塔を流出するガスをいう。

【００１４】本発明において、昇圧工程で用いる吸着後
ガスよりも易吸着成分濃度が小さいガスとして、例えば
高濃度の水素ガスをはじめとする高濃度または高純度難
吸着成分ガスが使用されるが、このような昇圧ガス中の
易吸着成分濃度は１０ｖｏｌ％以下、好ましくは２ｖｏ
ｌ％以下、より好ましくは全く含まれていないことであ
る。また、このような昇圧ガスは系外から導入してもよ
い。本発明は、製品ガス脱着工程において真空ポンプを
使用しない、高圧から大気圧までの圧力変動を利用する
場合に特に有効である。

【００１５】

【実施例】次に本発明を実施例により、さらに詳細に説
明する。図１は、本発明の一実施例を示す圧力変動吸着
分離方法の装置系統図である。この装置は、パージオフ
ガスタンク１と、製品ガスタンク２と、同一容量を有す
る４基の吸着塔３、４、５および６と、ガスの供給およ
び排出に使用されるコンプレッサ７および８と、前記吸
着塔に設けられた切り換えバルブ群１３〜３８とから主
として構成されている。９は吸着塔に原料ガスＡを導入
する原料ガス導入管、１０は製品ガスＢを抜き出す製品
ガス抜出管、１１は、昇圧ガスＣを導入する昇圧ガス導
入管、および１２は排出ガスＤを抜き出す排出ガス管で
ある。

【００１６】このような構成において、昇圧工程、吸着
工程、順方向減圧工程、製品ガスパージ工程および脱着
工程は次のように行われる。 (1)脱着工程が終了した吸着塔３のバルブ１４を開き、
昇圧ガス導入管１１から易吸着成分を含まない昇圧ガス
として、例えば水素ガスを導入して吸着塔を昇圧する。 (2)昇圧工程が終了した吸着塔４のバルブ２３とバルブ
２２を開き、原料ガス導入管９から原料ガスＡを導入し
て易吸着成分、例えばＣＯを吸着させる。このとき吸着
後ガスは、排出ガス管１２から抜き出されて図示省略し
た排出ガスタンクに貯留される。 (3)吸着工程が終了した塔５のバルブ２６を開き、易吸
着成分、例えばＣＯの吸着フロントが吸着塔の出口まで
達するように減圧する。このとき吸着塔から流出する、
主として難吸着成分を含むガスは排出ガスタンクに導か
れる。 (4)順方向減圧工程が終了した後、吸着塔５のバルブ３
０を開いて製品ガスタンク２から製品ガスＢを導入して
吸着塔内の不純ガス（難吸着成分）をパージする。この
ときパージ後のガスは、易吸着成分を比較的多く含むの
でパージオフガスタンク１に導入され、再利用される。 (5)製品ガスパージ工程が終了した吸着塔６のバルブ３
８を開きコンプレッサ７により、吸着された易吸着成
分、例えばＣＯを吸引、脱着して製品タンク２に回収す
る。

【００１７】これらの操作手順をまとめて表２に示す。

【００１８】

【表２】

【００１９】本実施例において、各吸着塔は、昇圧工
程、吸着工程、順方向減圧工程、製品ガスパージ工程お
よび脱着工程を順次繰り返して易吸着成分の分離回収を
行う。昇圧工程、吸着工程および脱着工程はそれぞれ同
一時間、すなわち表２における２工程分行われるが、順
方向減圧工程と製品ガスパージ工程はそれぞれ１工程分
行われる。

【００２０】表２において、吸着塔３で昇圧工程が行わ
れている工程１および工程２の間に、吸着塔４では順方
向減圧工程に引き続いて製品ガスパージ工程が行われ、
吸着塔５では脱着工程が行われ、吸着塔６では吸着工程
がそれぞれ行われる。次いで、工程３および工程４のと
きは、吸着塔３で吸着工程、吸着塔４で脱着工程、吸着
塔５で昇圧工程、吸着塔６で順方向減圧工程および製品
ガスパージ工程がそれぞれ行われ、以下表２に示したサ
イクルに従って各工程が進み、例えば易吸着成分として
ＣＯが分離、回収される。

【００２１】本実施例において、昇圧工程の一部と順方
向減圧工程の一部で圧力均等化（均圧）操作を行うこと
もできる。次に本発明を具体的実施例によってさらに詳
細に説明する。 実施例１ 図１に示すＰＳＡ装置において、吸着剤として合成ゼオ
ライトを用い、吸着塔の充填層容量：７６０ｍｌ／塔、
吸着圧力：９ａｔｍ、順方向減圧圧力：４．５ａｔｍ、
減圧脱着圧力：１．３ａｔｍ、周囲温度：２５℃、脱着
工程の時間を１８０ｓｅｃとしてＣＯとＨ₂ とが１対１
に混合された２成分混合ガスからＣＯを分離した。運転
操作は前記表２に従って行った。そのフローシートと、
供給ガス、排出ガスおよび製品ガスのガス流量ならびに
使用濃度の測定結果を図５に示した。なお、ガス流量は
１工程（１８０ｓｅｃ）間に流れるガス量を吸着塔空塔
容積を１として換算して示したものである（以下、図６
および図７において同様）。

【００２２】実施例２ 実施例１における順方向減圧工程時に発生する主として
難吸着成分を含むガスを昇圧ガスとして（均圧工程で）
利用した以外は実施例１と同様にして同様の吸着分離実
験を行った。そのフローシートと、供給ガス、排出ガス
および製品ガスのガス流量ならびに使用濃度の測定結果
を図６に示した。

【００２３】比較例１ 吸着工程、製品ガスパージ工程、脱着工程および昇圧工
程からなる従来の圧力変動吸着分離方法で真空ポンプを
使用することなく大気圧以上で脱着工程を行った場合、
すなわち、吸着工程と製品ガスパージ工程との間で、順
方向に減圧することなく、しかも昇圧工程における昇圧
ガスとして吸着後ガスをそのまま用い、吸着圧力：９ａ
ｔｍ、脱着圧力：１．３ａｔｍとした以外は前記実施例
１と同様にして同様のＣＯ分離回収実験を行った。その
フローシートと、供給ガス、排出ガスおよび製品ガスの
ガス流量ならびに使用濃度の測定結果を図７に示した。

【００２４】図５、６および７から、吸着工程後、製品
ガスパージ工程前に順方向減圧工程を行った実施例１お
よび実施例２におけるＣＯ回収率は比較例１に比べて著
しく高くなった。また実施例１および実施例２は、昇圧
ガスとして吸着後ガスよりも易吸着成分濃度が小さいガ
スを用いたことにより、製品ガスパージ工程で使用する
製品ガス量が比較例１に比べて少量で済んだので、消費
動力が著しく低減した。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、吸着工程後、製品ガス
パージ工程前の吸着塔を順方向に減圧する、順方向減圧
工程を行うことにより、吸着塔内の難吸着成分が排出さ
れて易吸着成分の吸着フロントが塔出口まで移動し、相
対的に易吸着成分濃度が高くなるので原料ガス中の易吸
着成分濃度を高くした場合と同様の効果が得られ、製品
ガスパージ工程における必要パージガス量が減少し、消
費動力量を大幅に低減することができる。

【００２６】また、本発明によれば、昇圧ガスとして易
吸着成分濃度の低いガスを用いることにより、その後の
吸着工程で排出される吸着後ガス中の易吸着成分濃度が
極めて低くなり、全体として回収率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置系統図。

【図２】、

【図３】、

【図４】本発明の原理を示す説明図

【図５】、

【図６】本発明の実施例を示す説明図。

【図７】、

【図８】従来技術を示す説明図。

【符号の説明】

１…パージオフガスタンク、２…製品ガスタンク、３〜
６…吸着塔、７〜８…コンプレッサ、９…原料ガス導入
管、１０…製品ガス抜出管、１１…昇圧ガス導入管、１
２…排出ガス管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井汲 真之佑 千葉県市原市八幡海岸通１番地 三井造船 株式会社千葉事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着剤を充填した吸着塔に原料ガスを導
   入して易吸着成分を吸着する吸着工程と、該吸着工程後
   の吸着塔に前記原料ガスの導入方向と同一方向から製品
   ガスを導入して不純ガスをパージする製品ガスパージ工
   程と、該製品ガスパージ工程後の吸着塔を前記原料ガス
   導入方向と逆方向に減圧して易吸着成分を回収する脱着
   工程と、該脱着工程後の吸着塔に前記原料ガス導入方向
   とは逆方向から吸着後ガスを導入して昇圧する昇圧工程
   とからなる圧力変動吸着分離方法において、前記吸着工
   程後で製品ガスパージ工程前の吸着塔を前記原料ガス導
   入方向と同一方向に減圧して易吸着成分の吸着フロント
   を吸着塔出口側に移動させるとともに、前記昇圧工程時
   の昇圧ガスとして前記吸着後ガスよりも易吸着成分濃度
   が低いガスを用いることを特徴とする圧力変動吸着分離
   方法。