JPS59152210A - アルゴンの回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルゴン回収方法に係シ、特にアルゴン−酸素
吹錬（Ａｒｇｏｎ　Ｑｘｙｇｅｎ　１）ｅｃａｒｂｕｒ
ｉｚａｔｉｏｎ略称ＡＯＤ）炉などからの排ガスに含ま
れるアルゴンのみを分離Ｎ製して回収する方法に関する
。

ＡＯＤ炉におけるアルゴン・酸素吹錬法は、高価なりロ
ムを酸化させることなしに脱炭することができ、良好な
品質の製品を得られるので、高クロム鋼の新しい溶鋼法
として注目を浴び、製錬に採用されている。

このＡＯＤ炉排炉排ガス−ルゴンは、６０〜８０チと高
濃度で含まれしかも高価なことから、該排ガスから分離
回収され再使用される方向に在る。そのようなアルゴン
回収方法として、例えば特公昭５２−２８７５０には、
排ガス中の一酸化炭素を酸化し、生成した二酸化炭素を
深冷法によって固化し分離することによって、アルゴン
を回収する方法が提案され、特公昭５０−８９９９には
、ＡＯＤ炉排炉排ガス−酸化炭素を銅・アンモニア錯体
を用いて、また、二酸化炭素をアルカリを用いてそれぞ
れ除くことによって、アルゴンを回収する方法が開示さ
れている。前者の方法は、−１００Ｃ程度までの深冷処
理を必要とするので、装置構造の点に難を有する。一方
、後者は、吸収と放散の操作を要するため、ユーティリ
ティに難点を生じる。

本発明は、従来法における上記のような事情を考慮し、
効率良く経済的かつ工業的に実施できるアルゴンの回収
方法を提供することを目的にしている。それは、排ガス
組成物に含まれる水素を、共存する酸素を消費しつ＼吸
着されやすい水分に変えて、−酸化炭素等とともに、圧
力差を利用した吸・脱着法に付し該ガス組成物から分離
することによシ、アルゴンを濃縮し回収する構想からな
る。

すなわち、本発明の特徴は、アルゴン・酸素吹錬炉から
排出され、アルゴンを主成分とし一酸化炭素、水素およ
び酸素等を含有してなるガス組成物からアルゴンを回収
する方法において、ガス組成物を触媒に接触させること
によってそれに含まれた水素を選択的に燃焼させる接触
燃焼工程、および、該工程を独たガス組成物からアルゴ
ンを除く成分を加圧下において吸着剤に吸着させること
によってアルゴンを濃縮し採集する吸着工程を含むこと
である。

詳しくは、前記した水素の燃焼処理は、ガス組成物の空
間速度１５，０ＯＯｈ−’　以下、燃焼温度（触媒層温
度）１００γ２５０ｃの条件を保持しっ＼実施される。

本発明におけるＡＯＤ炉排出ガス組成物がらのアルゴン
回収の流れは、第１図に示される。

ＡＯＤ炉１にはその底部に接続された配管２１と２２か
らそれぞれアルゴンと酸素とが吹込まれる。そして、該
炉１から排出されるガス組成物は、管２３によって除塵
器２に導かれ、こ＼でダストを除かれ、さらに冷却器３
において冷されたのち、プロワ４によって排ガスタンク
５に貯えられる。

次いで、該タンク５から送シ出された排ガスは、接触燃
焼器６および吸着塔９等からなるアルゴン回収装置１０
において、アルゴン以外の他の含有成分を実質的に除去
され、精製されたアルゴンとして配管３５．２１を経て
再びＡＯＤ炉１に供給される。

第２図には、前記アルゴン回収装置の構成系統が例示さ
れる。第２図において、管２７にょシ、第１図の排ガス
タンク５からとシ出された排ガス組成物が接触燃焼器６
に導かれる。こ＼では、触媒の作用によってガス組成物
中の水素が選択的に燃焼される。その反応には該組成物
に含有される酸素のほか、必要に応じ管２９から補給さ
れる酸素が使用される。

接触燃現処理をうけた排ガス組成物は、圧縮機７によっ
て加圧され、それによって生じた熱を冷却器８により除
去される。それから、該ガス組成物は管３２　、　ｌｉ
、整弁５１，５５ｔたは５９を通ってそれぞれ吸着塔９
　ａＩ　９　ｂｓ　’＆たは９ｃに圧入される。これら
の吸着塔における加圧吸着処理によって不純分を吸着除
去され濃縮されたアルゴンは、電磁弁５３，５７、また
は６１から管３３を経て製品ガスタンク１１に貯えられ
、管３５を介して随時とり出される。

水素を燃焼する触媒としては白金・アルミナ。

パラジウム・アルミナなどがあるが、白金は、水素と一
酸化炭素の共存系に対しては、−酸化炭素によシ強く被
毒し顕著な活性低下を来すので好ましくない。一方、パ
ラジウムは、白金に比較し一酸化炭素による活性低下が
少ないので、水素・−酸化炭素共存系に対する触媒とし
て、適当である。

これらの知見に基づき本発明においては、接触燃焼器に
パラジウム・アルミナ触媒が使用される。

該触媒によって、−酸化炭素の共存下においても水素を
微少残留濃度にまで低減できる。実際上は水素含量に対
し酸素を化学当量よシや＼過剰になるよう補給すること
によって、水素を実質的に除くことが可能かつ有利であ
る。なお、触媒担体はアルミナに限定されず、他の公知
の担体も用いられる。

また、前記吸着塔には、アルゴンに比較して水分、−酸
化炭素、二酸化炭素や水分を、選択的に吸着しやすい吸
着剤が充填され、例えばゼオライト５Ａなどが使用でき
る。なお、以下の実施例ではゼオライ）５Ａが用いられ
た。吸着圧力は、吸着剤の性能に依存するが、ゲージ圧
数気圧程度でよい。

次に、吸着操作すなわち圧力差吸脱着法によるサイクル
は、第２図に示される３基一連の吸着塔の例において、
第１表のような６エ程からなシ、各基は均圧、加圧、吸
着、脱着およびパージの５段階を踏む。

均圧段階　パージによシ吸着剤が再生された常圧下の吸
着塔内に、吸着段階にある他塔で濃縮された一部のアル
ゴンが導入され、両塔内の圧力が平均化される。これに
よって、次の加圧、吸着段階に入るガス組成は、もとの
排ガス組成物よりもアルゴンに富むことになシ、回収さ
れるアルゴンの濃縮度と収率の向上を図ることができる
。

加圧段階　燃焼処理ずみの排ガス組成物が、均圧化され
た塔内に所望の吸着操作圧力に達するまで圧入される。

吸着段階　排ガス組成物中の一酸化炭素、二酸化炭素、
窒素および水分が吸着され、それによって濃縮されて未
吸着で残るアルゴンが、塔頂から抜き出され回収される
。

脱着段階　塔内圧力が大気圧まで降下されるとともに、
前段階で吸着された一酸化炭素、二酸化炭素、窒素およ
び水分が放出される。塔内が大気圧以下に減圧されて操
業されることは、有効である。

パージ段階　大気圧下にある塔内へ塔頂から、吸（９） 着段階にある他塔の濃縮アルゴンの一部が導入され、吸
着剤を洗浄し再生させたのち、塔底からパージされる。

次に、第２図に示される吸着塔の運転操作の手順を、第
１表に従って具体的に述べる。

第１工程では、吸着塔ｇａ、ｇｂ、および９Ｃはそれぞ
れ吸着、均圧、そして脱着段階に入る。

その際、電磁弁５３，５４．５８、および６０は開放、
電磁弁５１．５２，５５．５６，５７，５９゜６１．６
２，６３、および６４は閉じられる。この弁操作によっ
て、吸着塔９ａ内にある排ガス組成物から一酸化炭素、
二酸化炭素、窒素および水分が吸着剤に吸着され、残っ
たアルゴンは電磁弁５３、管３６を通シ製品ガスタンク
１１に入る。

一方、吸着塔９ｂは均圧段階にあシ、吸着塔（１０） ９ａから電磁弁５４．管３４．を整弁５８を経て導入さ
れる一部の濃縮アルゴンによって、大気圧状態から昇圧
される。さらに、脱着段階にある吸着塔９Ｃにおいては
、前段階で吸着された排ガスの成分が電磁弁６０および
ガス排出管３６を介して排出され、それに伴い塔内圧は
降下している。

第２工程においては、吸着塔９ａｉｉ引続き吸着段階に
あり、吸着塔ｇｂ、ｇｃはそれぞれ加圧。

パージ段階に入る。その際、電磁弁５３，５４゜５５．
６０および６２は開かれ、同５１，５２゜５６．５７，
５８，５９、および６１は閉じられる。この弁操作によ
って、前工根で均圧された吸着塔９ｂには、排ガス組成
物が圧縮機７．冷却器８、ガス送入管３２および電磁弁
５５を経て供給され加圧される。さらに、パージ段階に
入った吸着塔９Ｃには、吸着塔９ａからｔ整弁５４．管
３４および電磁弁６２を通って濃縮アルゴンが導入され
、ｖ、着剤の再生を行う。再生処理後のパージガスは、
電磁弁６０．管３６を経て糸外に排出される。

（１１） 第３工程においては、吸着塔９ａ、ｇｂ、および９Ｃは
、それぞれ脱着、吸着、および均圧段階に入る。この賜
金には、電磁弁５２，５７．５８および６２が開かれ、
同５１．５３，５４，５５゜５６．５９．６０および６
１は閉じられる。この弁操作によって、吸着塔９ａから
は、前段階で吸着された排ガス組成物の成分が電磁弁５
２およびガス排出管３６を経て排出され、同時に塔内圧
は大気圧まで次第に低下する。ｔ＆着塔９ｂは吸着段階
にあって、該塔からは濃縮されたアルゴンが電磁弁５７
．管３３を通って製品ガスタンク１１に回収される。ま
た、吸着塔９Ｃは均圧段階に入り、吸着塔９ｂから濃縮
アルゴンの一部が電磁弁５８と６２を経て導入される。

同様にして、第４工程においては、吸着塔９ａ。

９ｂ、および９Ｃｉｉそれぞれパージ、吸着、加圧段階
として操作される。その際には、電磁弁のうち５２．５
４，５７．５８および５９が開かれ、５１．５３，５５
．５６．６０および６１が閉じられる。

（１２） 第５工程においては、吸着塔９ａと９ｂはそれぞれ均圧
、脱着段階として、吸着塔９Ｃは吸着段階として操作さ
れる。その際に電磁弁５４，５６゜６１および６２は開
かれ、５１，５２，５３，５５゜５７．５８．５９およ
び６０は閉じられる。

また、第６エ程においては、吸着塔ｇａ、ｇｂ。

および９Ｃはそれぞれ加圧、パージ、および吸着段階と
して操作される。このとき、電磁弁のうち５１．５６，
５８．６１および６２が開かれ、同５２．５３，５４，
５５，５７．５９および６０が閉じられる。

前述の祝明において、均圧段階およびパージ段階にある
吸着塔に導入される濃縮アルゴンは、吸着段階にある吸
着塔から供給されたが、また、製品ガスタンクから電磁
弁６４を通じて供給することもできる。

さらに、第５図に示されるように、管３６に真空ポンプ
１２を接続し、吸着されたガス成分を減圧下に脱着させ
ることができる。この方法によれば、吸着剤が効率よく
再生されるので、前述のバ（１３） 一ジ段階は省略されてよく、従ってアルゴンの回収率が
向上する。

本発明においては、吸着塔の数はなんら限定されず、第
４図と第５図とは実施形態の例を示しているにすぎない
。

さて、ＡＯＤ炉から排出されるガスは、主成分アルゴン
をはじめ、−酸化炭素、二酸化炭素、窒素、酸素、水素
および水などを含む組成物である。

第１表に記された組成範囲のガス組成物について、パラ
ジウム・アルミナ触媒が充填された燃焼器における触媒
層温度（燃焼温度）とガスの空間速度とを第２表の範囲
に設定して実測した結果、排ガス組成物の空間速度と、
水素の燃焼終了温度Ｇおよび一酸化炭素の燃焼開始温度
Ｔ：ｏとの関係として、第３図が得られた。また、空間
速度１５，０００ｈ１において、水素および一酸化炭素
の未反応で残存する分率Ｃ／Ｃ，の燃焼温度への依存性
は、第４図のようであった。こ＼で、Ｃ０は排ガス組成
物に含まれていたそれぞれのガスの初濃度、Ｃは燃焼処
理後のそれぞれのガス濃度である。

（１４） 第　　　２　　　表 これらの図面から、次のことが知られる。

空間速度１５，０００ｈ−’以上において水素を完全に
燃焼させるには触媒層の温度２５０Ｃ以上に高める必要
がある。その場合には、水素の燃焼が完了する以前に一
酸化炭素の燃焼も起るので、燃焼に伴う発熱量が大きく
触媒層温度の上昇を招くうえに、該処理後、次の吸着工
程に入る前に該ガス組成物から大量の熱エネルギーを除
かねばならない。一方、ガスの空間速度１５．ｏｏ□ｈ
−１以下においては、触媒層温度が１００Ｃ以下になる
と水素の燃焼が十分に行なわれない。

従って、水素を選択的に燃焼させるためには、空間速度
ｉｓ、ｏｏｏｈ−’以下、燃焼（触媒層）温度（１５） １００〜２５０Ｃの条件が保持されることが好ましい。

上記のような榮件ならびに第１表に準じた操作法に従っ
て、ＡＯＤ炉からの排ガス組成物を処理した。そのとき
のガス組成および装置条件は第３表のとおりである。

第　　　３　　　表 実測した結果、接触燃焼器の出口から採取されたガス組
成物に含まれた水素は濃度０．０１　％以下、（１６） 酸素は＃度０．１チ以下であった。また、該ガス組成物
を吸着処理することによって、アルゴン７５１９度９５
〜９９．５チ、収率５０〜６５チで回収された。

さらに、脱着段階において吸着塔内を５０〜１５０　ｍ
ｌ−１ｇまで減圧にして操業し、パージ段階を省略して
実施した結果、濃度９５〜９９．５　％のアルゴンが収
率５０〜７５チで回収された。

前述のように、アルゴン−酸素吹錬炉からの排出ガス組
成物に、本発明の接触燃焼処理および圧力差吸着処理の
２段処理を適用することによって水素を含まない高濃度
アルゴンを好収率で回収することができる。なお、−酸
化炭素も濃縮されるので、回収して燃料、化学原料とし
て利用する途が開かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルゴン−酸素吹錬炉に本発明を適用した場合
の流れ図、第２図は接触燃焼工程と圧力差吸脱着工程の
説明用系統図であシ、第３図は接触燃焼工程のガス空間
速度と水素燃焼点および−（１７） 酸化燃焼開始点との関係を示し、第４図は空間速度１５
，０００　ｈ−１における水素および一酸化炭素の燃焼
の触媒層温度への依存性を示す。また、第５図は、脱着
を減圧下で行う場合の圧力差吸脱着工程の系統図の例で
ある。 １・・・アルゴン−酸素吹錬炉、２・・・除塵器、３・
・・冷却器、４・・・ブロワ、５・・・タンク、６・・
・接触燃焼装置、７・・・圧縮機、８・・・冷却器、９
・・・吸着塔、１１・・・製品ガスタンク、１２・・・
真空ポンプ、５１〜（１８） 第　ｌ　　凹 第　２　Ｖ 第　４　口 第　５　口 ／１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルゴン−酸素吹錬炉から排出されたアルゴンを主
   成分とし一酸化炭素、水素および酸素等を含有してなる
   排ガス組成物からアルゴンを回収する方法において、排
   ガス組成物を触媒に接触させることによってそれに含有
   された水素を選択的に燃焼させる接触燃焼工程、および
   該工程を経たガス組成物からアルゴンを除く成分を加圧
   下において吸着剤に吸着させることによってアルゴンを
   濃縮し採集する吸着工程を含むことを特徴とするアルゴ
   ンの回収方法。 ２、触媒としてパラジウムを用いる特許請求の範囲第１
   項記載のアルゴンの回収方法。 ３、排ガス組成物の空間速度１５，０００ｈ−１以下、
   触媒層温度１００〜２５０Ｃの条件において、水素を選
   択的に燃焼させる特許請求の範囲第１項記載のアルゴン
   の回収方法。 ４、合成ゼオライト系吸着剤が充填された複数筒の吸着
   塔を用い、かつ、 前記吸着工程が、吸着塔に排ガス組成物を圧入する（加
   圧）段階、アルゴンを除く該ガス組成物の成分を加圧下
   に吸着させることによってアルゴンを濃縮し取出す（吸
   着）段階、吸着塔内を大気圧まで減圧することによって
   前記被吸着成分を脱着する（脱着）段階、脱着後の吸着
   剤を前記濃縮されたアルゴンの一部を用いて洗い再生す
   る（パージ）段階、および、吸着剤が再生された塔と吸
   着を終えた塔とを連通させることによって両塔内圧力を
   均等にする（均圧）段階から成る特許請求の範囲第１項
   記載のアルゴンの回収方法。 ５、脱着段階において、吸着塔内を大気圧以下にまで減
   圧することによって被吸着成分を脱着するとともに吸着
   剤を再生し、前記パージ段階を省略した特許請求の範囲
   第４項記載のアルゴンの回収方法。 ６、　アルゴン−酸素吹錬炉から排出され、アルゴンを
   主成分とし一酸化炭素、水素および酸素等を含有してな
   る排ガス組成物からアルゴンを回収す経たガス組成物を
   吸着塔に圧入する圧縮機、およびガス組成物中のアルゴ
   ンを除く成分を吸着する吸着剤を充填された複数筒の吸
   着塔を少なくともそなえ、かつ、該吸着塔にガス組成物
   の送入、濃縮されたアルゴンの取出し、脱着ガスの排出
   、および濃縮アルゴンの塔間相互での転送のための配管
   が設備されたことを特徴とするアルゴンの回収装置。