JPS587329B2 - ガスコンゴウブツ ノ ブンベツソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス発生炉等より発生したガスの混合物の分別
方法に関するものである。

従来、固定床吸着操作によるガスの精製において、吸着
剤の脱着再生を加熱によって行うサーマルスイング方法
では、低露点、低濃度炭酸ガスの発生ガスを得る場合、
吸着剤の使用量が非常に多くなり、また固定床の温度基
準によってガス精製後の純度が変化する等の欠点を有し
ていた。

これに対して圧力スイング方法では吸着剤の使用量が非
常に少くなる反面、複数の吸着塔の工程切換時に、均圧
操作によって、吸着工程終了近くの吸着塔の圧力が下が
り、吸着剤から減圧に略々比例して折角吸着された不純
物が遊離されガス精製の純度が変わり再生中の塔が前記
不純物により汚染される欠点を有していた。

第２図は従来の圧力スイングサイクルによる分別装置の
代表的な一例を示す系統図、第５図は吸着剤のＣＯ２吸
着等温曲線（２０℃）と圧力スイングサイクル説明図で
あり、吸着率は圧力に略々比例している。

第２図について説明すると、例えば炭酸ガス濃度３００
〜４００ｐｐｍ程度の空気を加圧し、弁１１、フィルタ
１２、切換弁１３を通り、吸着塔１に導入し、該吸着塔
１を経た精製空気は切換弁１４、フィルタ１５、弁１６
を通り負荷に供給される。

この時吸着塔１を経た一部の精製空気は切換弁２１，２
２を通り吸着塔２に導入され該吸着塔２から切換弁２３
、サイレンサー２４を通り排出され吸着塔２の吸着層の
再生が行われる。

かかる工程において他の切換弁３３，３４，４２４３及
び均圧弁５１は上記の流れを阻害しない状態に閉じられ
ている。

なお、均圧弁５１は上記吸着塔の工程切換時に同吸着塔
１，２を均圧し交互切換移行する際に作動させるもので
ある。

かかる状態は第５図に示す圧力スイングサイクルのＤの
過程を進行中の状態である。

つぎに一定加圧下で吸着塔１が吸着工程の終了直前に、
かつそれ以前に脱着再生が完了した吸着塔２側の切換弁
２３を閉じ、均圧弁５１を開け、吸着塔１から精製空気
を導入し、吸着塔１，２を一定加圧下まで均圧し交互切
換を行う。

しかしながら上記装置をガス発生装置に適用した場合、
発生炉ガスの露点が最大４０℃位で、炭酸ガスが１４％
位の高濃度であるため、上記均圧弁５１により、第５図
Ｄ過程及び一定加圧時の吸着工程完了直前Ａの状態にあ
る吸着塔１から再生が完了した吸着塔２へ精製されたガ
スを導入すると、吸着塔２の圧力は大気に近いため吸着
塔１の圧力が下がり、該圧力減少に対応した不純物が吸
着剤から分離し、純度の低下した精製ガスが吸着塔２へ
充填され、さらに弁１６を通り負荷へも同様の純度の低
下したガスが供給される。

例えば６〜７ｋｇ／ｃｍ２Ｇの圧力で吸着操作が行なわ
れている時は精製されたガス中の炭酸ガス０．０５Ｖｏ
ｌ％以下のものが、上記均圧操作によって最低４ｋｇ／
ｃｍ２Ｇに減少すると、精製されたガス中のＣＯ２は０
． １Ｖｏｌ％付近まで濃度が上昇する。

この純度の低下したガスにより再生工程中及び終了の吸
着塔が汚染され、第３図に示すごとくサイクル進行毎に
高濃度側に偏倚する。

かかる現象は圧力スイングサイクルの原理から避けられ
ないものであり、かくしてサイクル毎に吸着塔の破過時
間が短くなり、終いには吸着剤が破過点に達し吸着操作
ができなくなる等の欠点を有していた。

上記欠点は例えは特公昭４３−２８３号の発明「ガス状
成分を加熱することなく分別する方法」のごとく、吸着
周期中のベッド（吸着塔）及び負荷通路に設けたサージ
タンクから、つぎに吸着周期に入るベッドに生成ガス（
精製ガス）を逆流させ、該ベッドを予定高圧とする方法
においても同様である。

すなわち、前記発明のごとく、サージタンクのみからで
はなく、吸着周期中のベッドからつぎに吸着周期に入る
ベッドに生成ガスの逆流を許すことはまず、第１に前記
の均圧下切換と全く同様であり、第２に前記吸着周期に
入るベッドは前記逆流前はパージガス圧があるとはいえ
、ほぼ大気圧であるため、その分だけ生成ガス充填容積
が増大させられるものであり、必然的に吸着周期中のべ
ツド（実質的な圧力源）の圧力低下を避けられないもの
であり、致底圧力維持は困難である。

上記事実はつぎに吸着周期に入るベッドが予定高圧とな
ったのち、吸着周期中のベッドへの供給物（ガス混合物
一原料ガス）の供給を止め、つぎに吸着周期に入るベッ
ドに供給物を流入させるとすることからも明白である。

すなわち、前記発明における吸着周期中ベッド、サージ
タンク及びつぎに吸着周期に入るベッドの切換時におけ
る圧力関係を図示すれば、第６図のごとくであり、図中
実線Ｘが吸着周期中のベッド内圧、点線Ｙがサージタン
ク内圧、一点錯線Ｚがつぎに吸着周期に入るベッド内圧
であり、吸着周期中のベッドの減圧は避けられないもの
である。

なを図中ａ点はパージガス圧、ｂ点はそれぞれ吸着周期
に入るベッド（再生工程中のベッド）のパージガス出口
を閉じたときの圧力変化を示すものである。

本発明は上記のごとき欠点を除去する方法に関するもの
で、吸着工程終了に近い吸着塔を切換時に完全封じ込め
、つぎに再生工程終了の吸着塔、すなわち、つぎに吸着
工程に入る吸着塔の出口側とサージタンクを連通させて
精製ガスを導入し、つづいてガス混合物をその入口側か
ら供給することを特徴とし、適時に封じ込めた吸着塔の
入口側を開けて排気減圧を行うものであり、切換時に両
吸着塔を連通させることがないものである。

以下にその一実施例を図面について詳細に説明する。

第１図に示す一実施例にて本発明を説明すると、吸着塔
１，２からの負荷供給路、つまり弁１６を経た所にサー
ジクンク３を設ける一方、上記両塔の均圧を行うための
均圧弁は取除き均圧操作を不要とするものである。

しかして、図示省略のガス発生炉の発生ガスを昇圧装置
で加圧し、６〜７ｋｇ／ｃｍ２Ｇとし、弁１１、フィル
タ１２、切換弁１３を通り、吸着工程前の第５図Ｃの状
態で吸着塔１に導入し、該吸着塔１において第５図Ｄの
状態で加圧下吸着を行ない、つぎに切換弁１４、フィル
ター１５、弁１６を通じてサージタンク３に精製ガスを
導入し、該サージタンク３からさらに負荷に供給される
。

一方この時吸着塔２は大気圧に近い状態で第５図Ｂの過
程を進行中であり、すなわち脱着再生工程中であるが、
上記吸着塔１で精製されたガスの一部をパージガスとし
て脱着再生用に使用する。

即ち、切換弁１４を経た精製ガスの一部は切換弁２１，
２２を通り吸着塔２に導入され、同吸着塔２の脱着再生
用に使われ、切換弁２３、サイレンサー２４を経て排出
される。

かかる工程において他の切換弁３３，３４，４２，４３
は上記の流れを阻害しない状態に閉じられ、上記工程が
終了すると、該切換弁３３，３４，４２，４３は交互に
切換えられる。

本発明の特徴とする方法は、第５図の吸着工程終了状態
Ａののち、切換弁１３及び１４を閉じ、吸着工程中の吸
着塔、１のガス混合物の封じ込めを行い、つぎに切換弁
３４を開けてサージタンク３から精製された純度の良い
ガスを吸着塔２へ充填し、両者を連通させて吸着塔２ヘ
ガス混合物を導入して続く精製の準備をする。

つぎに切換弁１３，２３を閉じ切換弁３３を開き、ガス
混合物を吸着塔２へ導入し、第５図Ｄの状態で吸着工程
に移る。

その際、吸着塔２においてはサージタンク３から充填さ
れた精製ガスの圧力は４〜５ ｋｇ／ｃｍ２Ｇに低下す
るが、従来のごとく、吸着塔２からの精製ガスを補充し
ないため、吸着塔２内のガス純度は第４図に示すごとく
、保持され、一定加圧下の吸着層の理論的吸着特性まで
かぎりなく近づき精製ガスの純度をさらに上昇させるこ
とに特徴がある。

また吸着塔２が吸着工程にあり、第５図Ｄの状態のとき
吸着塔１では切換弁４３が開けられ、サイレンサー２４
から脱着再生の為の排気が行なわれ、第５図Ｃのごとく
大気圧まで減庄脱着し、続いて吸着工程中の吸着塔２で
精製されたガスの一部が切換弁２１，４２を通り吸着塔
１に導入され、同吸着塔１の再生用として使われ、切換
弁４３、サイレンサー２４を送り排出される。

以下同様にこのサイクルで交互に塔を切換えることによ
り連続処理が行なわれる。

すなわち、本発明における吸着工程終了に近い吸着塔の
内圧、サージタンク及びつぎに吸着工程に入る吸着塔の
切換時における圧力関係を第６図に対比させて線Ｘ，Ｙ
及びＺで示すと第７図示のごとくであり、吸着工程終了
に近い吸着塔の減圧線は封じ込めの解除を意味し、切換
時には他の内圧とは何ら関連性を有しないものである。

なを、図中ａ点はパージガス圧、ｂ点はそれぞれ吸着周
期に入る吸着塔のパージガス出口を閉じたときの圧力変
化を示すものである。

以上説明したように、本発明は吸着塔の加圧下吸着と脱
着再生の切換を行うにあたり、両吸着塔を均圧にするこ
となく、吸着塔の切換直後、たとえば１０分切換で最初
の２分程度の吸着操作は十分に吸着剤の吸着容量で補う
ことができ、とくにサージタンクと予め連通させるので
負荷側の供給を停止することなく連続的サイクルを支障
なく繰返すことができる。

しかして均圧充填時に吸着操作終了の吸着塔の圧力低下
による吸着剤からの遊離物を吸着工程に移る吸着塔及び
負荷回路に流さないため常に精製ガスの純度を保つこと
ができ、長期間安定して、低露点、低炭酸ガスの発生ガ
スを供給できるものである。

なお、第８図には吸着塔を３つとした場合の実施例が示
されている。

すなわち、第１図に示した系統図において、吸着塔４が
付加されている。

吸着塔４には負荷供給路側に切換弁５及び切換弁５０が
設けられ、ガス混合物の供給路側を分岐してそれぞれ切
換弁６及び７を設けてガス混合物の供給路及び排出側に
連通されている。

この実施例において本発明を説明すると、吸着塔１，２
，４には予め同一容量の吸着剤が充填される。

そして当初吸着塔１と吸着塔２に加圧下吸着を行うが、
吸着塔１のみで精製ガスを負荷に供給する。

すなわち、吸着塔２の切換弁３３を開とし、切換弁亭．
４を閉じておく。

また、吸着塔４は切換弁５０，７が開かれ吸着塔１で精
製されたガスで脱着再生工程中であり、切換弁５，６は
閉じられている。

ここで例えば吸着サイクルを１０分切換えとすると吸着
塔１の吸着工程が５分経過後に吸着塔２の切換弁３４を
開き精製ガスを発生させる。

この場合、当然のことながら、加圧されたガス混合物量
は吸着塔１及び２の精製（処理）能力に見合ったものが
供給される。

この時、吸着塔４は再生工程中であるが、ほぼ終了して
いるものであり、終了したら精製ガスの流れを停止する
ため切換弁５０を閉じ、さらに切換弁７も閉じる。

次に吸着塔１が吸着工程終了（１０分経過前）に近ずき
、切換弁１３及び１４を閉じ完全封じ込める。

さらに切換弁３３及び３４を閉じて吸着塔２も完全封じ
込める。

つぎに切換弁５を開き、吸着塔４に精製ガスを導入し、
吸着工程の準備に入る。

つぎに切換弁６を開きガス混合物が供給され、吸着操作
圧力が吸着塔２とほぼ同一となった時点で、切換弁３３
及び３４を開き、吸着塔２からも精製ガスを発生させる
。

また、吸着塔１は適時に切換弁４３を開けて封じ込めを
解除し、減圧排気を行い、さらに切換弁２１，４２を開
いて精製ガスの一部を導入して再生を行う。

この時、吸着塔１も吸着塔２が吸着工程終了に近ずく前
に再生工程を終了することが条件である。

上記のごとく、吸着塔が３つとした場合でも完全封じ込
めを行う本発明の方法においては圧力低下による不純ガ
スの遊離も生ぜず精製ガスの純度低下を招くことがない
ものである。

さらに、吸着塔を４つ（偶数）とする場合は第１図の実
施例を利用し、５つ（奇数）とする場合には第１図実施
例及び第８図実施例を組合せて行えばよいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すガス混合物の分別装置
の系統図、第２図は従来装置の系統図、第３図は従来装
置の精製ガス中の炭酸ガス濃度変化図、第４図は本発明
に係る装置による精製ガス中の炭酸ガスの濃度変化図、
第５図は吸着塔のＣＯ２吸着等温曲線の説明図、第６図
は従来発明における吸着周期中のベッド、サージタンク
及びつぎの吸着周期に入るベッドのそれぞれ内部圧変化
を示す線図、第７図は第６図と対比させた本発明におけ
る内部圧変化を示す線図、第８図は他の実施例を示すガ
ス混合物の分別装置の系統図である。 １，２，４・・・・・・吸着塔、３・・・・・・サージ
タンク、５，６，７，１３，１４，２１，２２，２３，
３３，３４，４２，４３・・・・・・切換弁、２４・・
・・・・サイレンサー、５１・・・・・・均圧弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ガス発生炉等により発生したガス混合物を大気圧以上
   に加圧し、切換路を通して吸着層を有する複数の吸着塔
   の一方に導入して精製するとともに、他方の吸着塔の圧
   力を下げて吸着層の再生を行う圧力スイングサイクルに
   よるガス混合物の分別方法において次の工程を備えるも
   の。 （イ）吸着工程終了に近い吸着塔のガス混合物入口側及
   び精製ガス出口側を切換弁等により閉じて完全封じ込め
   を行う工程、（ロ）負荷供給路に設けたサージタンクと
   再生工程終了の吸着塔の精製ガス出口側を連通させて、
   該吸着塔に精製ガスを導入し、吸着工程の準備に入る工
   程、（ハ）該吸着塔のガス混合物入口側からガス混合物
   を供給して吸着工程に入るとともに適時に吸着工程にあ
   った吸着塔のガス混合物入口側を開けて封じ込めを解除
   して排気減圧を行う工程、（ニ）さらに吸着工程に切換
   った吸着塔の精製ガス出口からの精製ガスの一部を再生
   工程に入った吸着塔の精製ガス出口側から導入する工程
   。