JPH1076128A - ガスの精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気や不活性ガス中に含まれる微量の一酸化
炭素を簡単な操作で確実に除去することができるガスの
精製方法を提供する。 【解決手段】 実質的に一酸化炭素と水分のみを吸着す
る能力を備えた処理剤を充填した吸着槽Ａ，Ｂに一酸化
炭素を含む被処理ガスを導入して該ガス中の一酸化炭素
を吸着除去する吸着精製工程と、前記処理剤に吸着され
た一酸化炭素を脱着させる再生工程とを順次繰返して行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスの精製方法に
関し、詳しくは、空気あるいは窒素ガス，アルゴンガ
ス，ヘリウムガス等の不活性ガス中に微量に含まれる一
酸化炭素を吸着除去して一酸化炭素を含まないガスを得
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】空気液
化分離装置においては、原料空気中に含まれる水分，二
酸化炭素等の不純物を、活性アルミナ、ゼオライト等の
吸着剤に吸着させて除去している。しかし、大気中に含
まれる１〜５ｐｐｍ程度の一酸化炭素は、水分，二酸化
炭素除去用の吸着剤では吸着除去することができず、ま
た，一酸化炭素の沸点が窒素の沸点に近いことから、精
留によって一酸化炭素と窒素とを分離することも、大量
の場合は困難であり、結果的に、一酸化炭素は、製品窒
素中に不純物として混入し、高純度の窒素ガスの生産が
難しいという不都合があった。

【０００３】このため、空気圧縮機によって加圧された
原料空気を、一酸化炭素酸化触媒と接触させて、空気中
の酸素との反応により一酸化炭素を二酸化炭素に転化し
た後、この二酸化炭素を、触媒の後段に設けられている
水／二酸化炭素除去用の吸着器に充填された吸着剤によ
って吸着除去することが行われている。

【０００４】しかし、このような系統で触媒を使用した
場合、大気が特に浄化手段を経ることなく触媒に接触す
るため、大気中に含まれる硫黄酸化物等の触媒毒により
触媒が劣化し、触媒を頻繁に交換しなければならないと
いう問題があった。このような問題に対し、触媒の活性
を維持する手段として、触媒を加熱下で使用することが
行われている。触媒を加熱して使うことは、触媒の活性
を高める上で有効であるため、触媒寿命を延長できる
が、多量の空気を加熱するための電力が必要であるし、
たとえ熱回収を行って必要とする熱量の削減を図って
も、この場合は大型の熱交換器が必要となる。

【０００５】また、触媒毒の影響を小さくするために
は、空気中に含まれる水／二酸化炭素を吸着除去する吸
着器を通過した後に、前記一酸化炭素を酸化するための
触媒を充填した触媒槽を設けることが考えられる。この
ようにすれば、吸着器での浄化作用により、原料空気中
の多くの触媒毒性分を除去することが可能であり、触媒
寿命の点では改善される。

【０００６】しかし、この場合は、触媒槽の後に更に一
酸化炭素の酸化によって生じた二酸化炭素を吸着除去す
るための吸着槽を新たに設けなくてはならず、設備費と
して多くの費用を要するという問題があった。

【０００７】一方、不活性ガス中の一酸化炭素を除去す
る方法としては、金属酸化物を充填した反応器に一酸化
炭素を含む不活性ガスを通し、一酸化炭素を酸化して二
酸化炭素とした後、二酸化炭素吸着剤によりこれを除去
する方法、あるいは、一酸化炭素を含む不活性ガスに酸
素ガスを加えてから貴金属触媒等を充填した反応器に通
し、一酸化炭素を酸化して二酸化炭素とした後、二酸化
炭素吸着剤を用いてそれを除去する方法等が知られてい
る。

【０００８】前者の方法では、一酸化炭素の酸化によっ
て生成する二酸化炭素を、吸着等の方法によって除去し
なければならず、また、反応器に充填された酸化金属
は、一酸化炭素との反応によって還元されるため、この
還元された金属を再び酸化するための工程を設けなけれ
ばならない。一方、後者の方法では、不活性ガス中に酸
素を添加するため、一酸化炭素は除去し易い二酸化炭素
に変換されるが、不純物としては、反応によって生成し
た二酸化炭素と、添加された酸素の二つの成分になって
しまう。

【０００９】このように、深冷空気分離法等、工業的に
広く用いられている方法によって生産される不活性ガス
は、深冷分離法で分離した後に一酸化炭素を除去するの
は、非常に複雑な工程を行わなければならないため、先
に述べたように、深冷分離装置の原料である空気の段階
で、その中に含まれる一酸化炭素を除去しているのが現
状である。

【００１０】そこで本発明は、空気や不活性ガス中に含
まれる微量の一酸化炭素を簡単な操作で確実に除去する
ことができるガスの精製方法を提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のガスの精製方法は、実質的に一酸化炭素と
水分のみを吸着する能力を備えた処理剤を充填した吸着
槽に一酸化炭素を含む被処理ガスを導入して該ガス中の
一酸化炭素を吸着除去する吸着精製工程と、前記処理剤
に吸着された一酸化炭素を脱着させる再生工程とを順次
繰返して行うことを特徴としている。

【００１２】また、本発明は、前記処理剤が、塩化銅及
びテトラメチルエチレンジアミンをアセトニトリルに溶
解した溶液でシリカゲルを処理して得られたものである
ことを特徴としている。

【００１３】さらに、前記一酸化炭素を含む被処理ガス
が空気であって、該空気から水分を除去した後に、前記
処理剤を充填した吸着槽に導入すること、あるいは、同
一の吸着槽内において、水分除去用吸着層の次に前記処
理剤を充填した処理剤充填層を配置し、水分除去用吸着
層で水分を除去した後に前記処理剤充填層に導入するこ
と、あるいは、前記一酸化炭素を含む被処理ガスが、乾
燥した窒素等の不活性ガスであることを特徴とし、さら
に、前記吸着槽を複数基使用し、前記吸着精製工程と再
生工程とを各吸着槽において交互に行うことを特徴とし
ている。

【００１４】本発明で用いる処理剤としては、シリカゲ
ルに塩化銅を担持させたものを好適に用いることができ
る。シリカゲルに塩化銅を担持させる方法は、アセトニ
トリルを溶媒とした塩化銅及びテトラメチルエチレンジ
アミンの溶液にシリカゲルを浸漬処理した後、溶媒を蒸
発させることによって行うことができる。なお、溶媒と
しては、アセトニトリルの他、ピリジン等も用いること
ができる。

【００１５】上記シリカゲルをベースとした処理剤は、
窒素等の不活性ガスの吸着量が極めて少ないため、空
気，窒素あるいは他の不活性ガスからの一酸化炭素の吸
着除去に極めて好適である。

【００１６】すなわち，１３Ｘ型等のゼオライトのよう
な吸着剤でも一酸化炭素の吸着能力は有しているが、窒
素の吸着能力も高いため、このような吸着剤でガスの処
理を行うと、窒素の損失が避けられない。また、主成分
である窒素に対して、不純物である一酸化炭素は微量で
あるため、窒素の吸着力の強い吸着剤では、一酸化炭素
の吸着量への窒素吸着の影響が出て、一酸化炭素の吸着
量が減少するという問題もある。

【００１７】これに対して、上述のシリカゲルベースの
処理剤は、水分は吸着するが、一酸化炭素以外のその他
のガスに対する吸着能力が極めて小さいため、一酸化炭
素の吸着量に対する他のガスの影響が小さい。

【００１８】このような処理剤を用いて一酸化炭素を除
去する方法は、前記処理剤を充填した吸着槽を清浄なガ
スでパージすることによって、処理剤に吸着している一
酸化炭素を脱着させる処理剤の再生工程と、一酸化炭素
を含んだ原料ガスを吸着槽に通して一酸化炭素を吸着除
去する吸着工程とからなるもので、加圧状態にあるガス
を処理するときには、上記各工程に充圧工程及び減圧工
程がそれぞれ追加される。

【００１９】処理剤の再生は、加熱された清浄なガスに
よるパージ（いわゆるＴＳＡ法、温度スイング吸着法）
及び／又は加圧状態から減圧された状態に戻しての清浄
なガスによるパージ（いわゆるＰＳＡ法、圧力スイング
吸着法）などにより行われる。このような工程は、連続
的に精製ガスを得るために、複数の吸着槽を用いるのが
好適である。

【００２０】深冷空気分離装置から得られた微量の一酸
化炭素を含む窒素から前記処理剤を用いた方法で一酸化
炭素を除去するためには、窒素の供給系統に前記処理剤
を充填した吸着槽を設け、一酸化炭素の吸着工程と処理
剤の再生工程とを行えばよい。また空気から一酸化炭素
を除去するためには、空気から水分が除去された後の系
統に前記処理剤を充填した吸着槽を設け、一酸化炭素の
吸着工程と処理剤の再生工程とを行えばよい。

【００２１】ここで述べた空気から水分が除去された後
の系統とは、例えば、深冷空気分離装置の前処理吸着
器、すなわち、原料空気から水分及び二酸化炭素を除去
するための吸着器において水分が除去された段階以降の
系統を指す。

【００２２】したがって、前処理吸着器において水分除
去のために活性アルミナやシリカゲル等の水分吸着剤
と、ゼオライト等の二酸化炭素吸着剤を積層として用い
ている場合には、水分吸着剤層以降のいかなる場所に前
記処理剤を充填した層を設けてもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を説明
する。図１は、本発明のガスの精製方法を実施するため
の装置構成の一例を示すものである。この装置には、前
記処理剤を充填した一対の吸着槽Ａ，Ｂと、被処理ガス
導入側の元弁１及び調節弁２と、精製ガス導出側の精製
ガス貯留槽３と、吸着槽再生時に用いられる排気管４
と、パージ工程時に精製ガスの一部を供給するためのパ
ージ弁５，調節弁６，流量計７及び加熱器８を有するパ
ージガス導入管９とが設けられるとともに、各吸着槽
Ａ，Ｂには、入口弁１０ａ，１０ｂ、出口弁１１ａ，１
１ｂ、再生出口弁１２ａ，１２ｂ、パージガス導入弁１
３ａ，１３ｂがそれぞれ設けられている。

【００２４】まず、一方の吸着槽Ａが吸着精製工程、他
方の吸着槽が再生工程（加熱再生、冷却）の場合、所定
圧力に加圧された被処理ガスは、元弁１及び調節弁２を
介して吸着槽Ａに付設した入口弁１０ａから吸着槽Ａに
導入され、槽内に充填された処理剤により含有する一酸
化炭素が吸着除去され、精製されたガスが出口弁１１ａ
を経て精製ガス貯留槽３に貯留され、所定量が供給弁３
ａから導出される。

【００２５】この間に、他方の吸着槽Ｂでは再生工程が
行われる。この再生工程は、精製ガス貯留槽３内の精製
ガスの一部をパージガスとしてパージガス導入管９に抜
出し、パージ弁５、調節弁６、流量計７を介して加熱器
８に導入し、この加熱器８でパージガスを所定の温度に
加熱した後、パージガス導入弁１３ｂを通して吸着槽Ｂ
内を逆流させ、処理剤を加熱することによって処理剤に
吸着している一酸化炭素を脱着させる。この加熱再生を
所定時間行った後、加熱器８によるパージガスの加熱を
止め、パージガスにより処理剤の冷却を行う。

【００２６】吸着槽Ａにおいては吸着工程、吸着槽Ｂに
おいては加熱再生及び冷却からなる再生工程を所定時間
行い、両吸着槽におけるそれぞれの工程が終了すると、
各弁が設定された順序で開閉し、今度は吸着槽Ｂが吸着
工程に入り、吸着槽Ａが加熱再生工程に入る。

【００２７】なお、ここでは、加熱再生の例を記述した
が、再生をＰＳＡ法で行う場合は、加熱操作は省略され
る。また、当然のことながら、ＰＳＡ法においては、吸
着工程が加圧下で行われ、再生工程は減圧下で行われる
（ここで加圧あるいは減圧の表現は、吸着／再生それぞ
れの工程相互の相対的なものである。）。

【００２８】

【実施例】アセトニトリル溶媒として、塩化銅及びテト
ラメチルエチレンジアミンを溶解した溶液にシリカゲル
を浸漬した後、溶媒を蒸発させて得た処理剤（一酸化炭
素吸着剤）１００ｇを、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ
のカラムに充填した。このカラムに、乾燥窒素ガスを１
２０℃に加熱して流し、処理剤の再生を行った後、ガス
の流入弁を閉じて常温まで放冷した。

【００２９】実施例１ 前記カラムに、一酸化炭素１０ｐｐｍを含む窒素ガスを
大気圧下で毎分１０リットルの割合で流したところ、一
酸化炭素の破過時間は８時間であった。

【００３０】実施例２ 前記カラムを２本用意し、前記図１に示した系統の装置
で一酸化炭素を含む水分除去後の空気の精製を行った。
一方のカラムは、１２０℃の精製空気を送っての処理剤
の再生及びその後の放冷を８時間で行い、他方のカラム
では、一酸化炭素を含む乾燥空気を同様に毎分１０リッ
トルの割合で流して、該空気からの一酸化炭素除去（精
製）工程を８時間行った。これらの工程を２本のカラム
を切換えながら連続的に実施したところ、精製工程のカ
ラムから得られる空気には一酸化炭素を検知しなかっ
た。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスの精
製方法によれば、被処理ガス中に含まれる一酸化炭素を
吸着工程のみで除去することができ、処理剤の再生もＴ
ＳＡ法又はＰＳＡ法で行えるため、操作性、設備費とも
に優れた装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のガスの精製方法を実施するための装
置構成の一例を示す系統図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ…吸着槽、１…元弁、２…調節弁、３…精製ガス
貯留槽、３ａ…供給弁、４…排気管、５…パージ弁、６
…調節弁、７…流量計、８…加熱器、９…パージガス導
入管、１０ａ，１０ｂ…入口弁、１１ａ，１１ｂ…出口
弁、１２ａ，１２ｂ…再生出口弁、１３ａ，１３ｂ…パ
ージガス導入弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に一酸化炭素と水分のみを吸着す
   る能力を備えた処理剤を充填した吸着槽に一酸化炭素を
   含む被処理ガスを導入して該ガス中の一酸化炭素を吸着
   除去する吸着精製工程と、前記処理剤に吸着された一酸
   化炭素を脱着させる再生工程とを順次繰返して行うこと
   を特徴とするガスの精製方法。
2. 【請求項２】 前記処理剤は、塩化銅及びテトラメチル
   エチレンジアミンをアセトニトリルに溶解した溶液でシ
   リカゲルを処理して得られたものであることを特徴とす
   る請求項１記載のガスの精製方法。
3. 【請求項３】 前記一酸化炭素を含む被処理ガスが空気
   であって、該空気から水分を除去した後に、前記処理剤
   の充填層に導入することを特徴とする請求項１記載のガ
   スの精製方法。
4. 【請求項４】 前記一酸化炭素を含む被処理ガスが、乾
   燥した窒素等の不活性ガスであることを特徴とする請求
   項１記載のガスの精製方法。
5. 【請求項５】 前記吸着槽を複数基使用し、前記吸着精
   製工程と再生工程とを各吸着槽において交互に行うこと
   を特徴とする請求項１記載のガスの精製方法。