JPS6012117A - ガス流の乾燥方法 - Google Patents

ガス流の乾燥方法

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JPS6012117A
JPS6012117A JP59120081A JP12008184A JPS6012117A JP S6012117 A JPS6012117 A JP S6012117A JP 59120081 A JP59120081 A JP 59120081A JP 12008184 A JP12008184 A JP 12008184A JP S6012117 A JPS6012117 A JP S6012117A
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gas stream
purge
main
drying
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JP59120081A
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アラン・フイリツプ・コ−エン
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    • C07C7/13Purification; Separation; Use of additives by adsorption, i.e. purification or separation of hydrocarbons with the aid of solids, e.g. with ion-exchangers by molecular-sieve technique
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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    • B01D53/261Drying gases or vapours by adsorption
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    • C01B3/50Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
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    • C01B2203/0495Composition of the impurity the impurity being water

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、一般には、気体供給原料の水蒸気含有量を減
少させる方法に関し、さらに詳細には、ゼオライドモレ
キュラシーブの固定床を用いる含有水の選択吸着による
炭化水素供給原料の気相脱水に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
種々の物理的及び(又は)化学的処理に最終的にかけら
れる極めて多数の気体原料は、著量の水蒸気を含んで生
成され或いは天然に見出される。
これらは天然ガス(メタン)及びプ四パンを包含界、こ
れらは成る場合には輸送され若しくは貯蔵される前に液
化される。さらに、冷凍剤として使用するため固化され
る二酸化炭素、独々の接触炭化水素変換反応に使用され
る水素、液化しかつ分別してたとえばオレフィンのよう
な個々の生成物を回収するための熱分解炭′化水素、及
び重合又はオリゴマー化のための供給原料としてのエチ
レンを包含する。これら気体供給原料を精製する一般的
手段は、より小さい分子寸法若しくはより大きい極性を
有する物質をゼオライトモレ午ニラシープ吸着剤に選択
的に吸着させることにより水蒸気“(及びたとえばlt
、siびCO,のような他の汚染物)を除去することで
ある。一般に、ゼオライト吸着剤よりなる1つ若しくは
それ以上の固定床が使用され、各床は周期的に(a)@
着、(b)熱パージ再生及び(c)冷却の工程が行なわ
れる0 水はゼオライトモレキュラシーブ、特に結晶骨格のS 
i Ch / A loomモル比が約20以下である
ようなものに対し極めて強い艇和性を有するので、これ
は脱着するのが極めて困難である。時間及び経費の実用
的観点は、極めてしばしば、@着水で充填された床の再
生には供給・原料の精製の際に水を最初に吸着した温度
よりもずっと高く床温度を上昇することを必要とする。
吸着剤粒子□は大して動床的な伝熱体でないため、床の
加熱は殆ん□ど常に再生工程で床中に導入されるパージ
ガスを加熱して行なわれ、これによりパージガス・を二
重の機能として作用させる。すな]フち、@着剤を加熱
して吸着物質に対する親和性を低下させ、かつ脱着水分
子を結晶内部壁間並びに床の空諒部からツクージする二
重の作用を果たす。さらに、再生□が完結した後、床は
次の吸着−bJ 製工程で床に供給される追加供給原料
から水を吸着するのに適した湿度まで冷却せねばならな
い。ここでも、冷却パーツガスに頼って床からの過剰熱
を加熱工程の逆に移動させる0 すなわち、上記型の大抵の分離においては、相当なパー
ジガスと熱エネルギとの必要性がある。さらに、パージ
脱着及び冷却操作に使用されるパージガス流の水分含量
と精製された生産物の水分含量との間には直接的な相関
関係がある。これは、吸着剤に対する吸着水と吸着剤上
方のパージガス相における水との間に確立された近似的
平衡に基づいている。吸着゛床全体に対する水蒸気の充
填レベル□は、生成気体流゛の水含著量を決定する。何
故なら、床中を移動する槓成′物流−と吸着−精製工程
の際の・吸着材料凄の間に゛も平衡が確立されるからで
ある。
したがって−一般的に□は生成物の所望の乾燥度は、極
めて低い水含有■を有するパージガス流の使用を必要き
する。目的とする精製操作の個所で得られる乾燥および
量の観点から、適しているこの私のガス流゛は極めて稀
れである。したがって、吸・着−精製工・程において、
パージガスの保持と、熱エネルギの回収とに多くの注意
が払われることは鴬ろくに当もない。特槽供□給原料の
特殊面と、精製され・た生成物に対す□雇用途とを考慮
して、工程装置と流動方式との多くの巧妙な組合せが案
出されている0しばしば、たとえば天然ガスのような精
製された生産ガスの1部を「J化の目的で使用すること
ができ、かつ再生床からの極めて不純な流舘物を関連工
程に対し熱を供給するための燃料ガスとして或いはその
近傍における別の関係ない工程に燃料ガスとして使用す
ることができる。しかしながら、多くの場合、供給原料
の主成分は極めて貴凹であるため相当程度にパージガス
として浪デナすることができず、また生成物に対し必要
とされる純度が高過ぎるため吸着床の充分な再生が出島
となる。
代案は主ms工程系に補助乾燥系を一体化させることで
あり、充分見で得られるが水分含りの高過ぎるパージガ
スを予備乾燥した後に主工程系で使用することができる
。この目的には、補助的な工法式モレキュラシープ吸着
系を使用することが提案され、生成される乾燥パージガ
スは主工程で主工程は俵数の吸鳥尿配用い゛C連続的に
操作される。これは所以の結果を達成するという間融に
関する限り満足しうる解決策であるが、投資及び運転経
費の面から極めて不利である。
〔発明の目的〕
したがって本発明の目的は、工法式補助パージガス乾燥
系の使用に伴なう投資及び運転経費を低減させ、かつパ
ージガスhaび未再生用の熱エネルギを減少しうるカス
流の乾燥方法を提供することである。
〔発明の要点〕
今回、少なくとも2つの主(トリータ)モレキュラシー
プ吸着床を使用するガス流の乾燥方法において、工法式
補助パージガス乾燥系の使用に伴なう投資額及び運転経
費を相当に低減させうるだけでなく、パージガスの量及
び成る場合□kd床を再生するのに必要とされる熱jネ
ルギを相当−減少させうる方法が見出された。この新規
な方法においては、1個のみの補助モレキュラシーレ゛
床を系中に組込んで、パージガス流が再生工程の際に主
吸着床を循環する際にこのパージガス流を精製する目的
で使用する。補助床自身は、主吸着床の冷却の開始時に
この主吸着床に蓄積された熱三ネルギを使用して完=に
又一部分的に再生される。
冷却の際の主吸着床から生ずる乾燥熱流出物又はその1
部をこの補助床に通して、関連するパージガスに2つの
機能を行なわせる。一般的意味において、本発明は次の
ように規定することができる。
すなわち、本発明は、少なくとも1 ppm (容量)
の水蒸気を含有する供給原料のガス流をゼオレイトモレ
キュ2レープよりなる第1主固定吸羞床に通して水蒸気
を選択的に吸着すると共に水□含有量の減少し九流出ガ
ス流を回収し、供給原料ガス流を再生iレキュラシープ
吸滑剤を含有する第2主向走吸i床段周劾的に移動させ
て供給原料の吸着乾燥を継iすると共に、第1主g&着
床を加熱された非吸着性パージガス流を用いてパージ脱
着させ、からその後に冷却してそとへ供給原料ガス流を
移動させ、その追加部分子乾燥するための準備をする供
給原料ガス流の乾燥方法において、加熱された非吸着性
パージガス流を第1主吸着床中にそこを貫通す□る供給
原料ガス流の流れ方向に対し向流方向に周期的に通し、
かつ前記吸着床からの流出物を次の順次の処理:すなわ
ち (a) 流出物の温度を少なくとも75℃に低下させ、
 ′□ (b) 冷却した気相を活性化ゼオライトモレキュラシ
ーブを薔有する補助固定床に通して、そこに存在テるは
は全部の水蒸気を吸着させ、<0 前記補助固定床から
の流出ガス流を第1主固定吸着床の再生に対し望ましい
温度まそ加熱し、かつ加熱されたガス流を第1主固定床
に通してサイクルを完結する 順次の処理にかけ、前記周期的パージ脱着を所望程度の
未再生が得られるまで継続し、かつその後第1主固定吸
着床を冷却すると同時に、非吸着性冷ガス流を第1主固
定床中にそこを通過する加熱パージガスの周期的流れ方
向に対し向流方向に通し、かつそこからの加熱流出物の
少なくとも1部又は全部を補助−室床に通すことにより
補助固定床を少なくとも部分的に好ましくは全体的に再
生し、前記非吸着性パージガス流 における供給原料ガス流の吸着乾燥をその後に再開する
ための所望温匹まで第1固定床を冷却するのに充分な量
であることを特徴とする供給原料ガス流の乾燥方法であ
る。冷却主吸着床から回収しうる熱エネルギが補助床を
完全に再生するには不充分であるような場合、非吸着性
パージガス流の少なくとも1部を補助床に通す前に加熱
器に通して追加熱エネルギを供給することができる。
本発明により処理される気相供給原料は組成に関し大し
て臨界的でなく任意の化合物又は化合物の混合物を包含
し、これら社いわゆる永久ガスでおるか又鉱吸着−分版
工程に適する温度及び圧力条件の下で気相であり、相互
間で又は設定条件下に使用されるゼオライト吸着物質に
対し反応せず、1〜1s o o ppm (容量)の
水蒸気を含有し、かつモレキュラシープゼオライトに対
し水よりも強度に吸着されないもめである。好ましく祉
、供給原料は主として炭化水素であり、これは水蒸気の
他に少割合のたとえはCo 、 CO,、H,8,メル
カプタンなど少量の不純物を含イ1することができ、こ
れら不純物は一般に石油精製又は石炭、アルコール及び
合成ガスから液体及び気体炭化水素への変換の際に生ず
る供給原料に一般的に見られる。本方法紘1種若しくは
それ以上のこれら不純物を水不純物と一緒に除去するた
めに容易に適用することができ、或いは所望に応じ水を
除去することもできる。特に好適な供給原料は、たとえ
はエチレン及びプロピレンのようなオレフィン物質であ
る。
使用するモレキュラシーブ吸着剤は任意の結晶竺孔質固
体とすることができ、四面体酸化金わLl特にPO! 
、Al0t及び19i0冨四面体の開放骨格ffg造を
有し、水分子を通過させるのに足る大きさの直径を有す
る均一気孔と設定条件下で少なくとも4重量%の量の水
を選択的に吸着する能力とを有する。これらのモレキュ
ラシーブ杜、主、としてA10!及びStO,四面体で
構成、された周知のゼオライトモレキニラシープ、呼び
、瞥極く最近見出されたPO,及びAIO,四面体で結
晶骨格が構成されているアルミノホス7エートモレキ二
ラシーブを包含する。結晶構造におい?PO!、AIO
!、15しくは8i01 四面体の代りに他のVE向体
酸化物が存在する他のモレキュラシープ拐料、も適当に
使用される。
ゼオライトモレキニラシープのうち、特にA型ゼオライ
ト及びX型ゼオライトが使用される。何故なら、水を吸
着する能力が大き、くかつ比較的低価格であるからであ
る。適するアルミノホス7エートモレキ二ラシーブは、
1982年1月12日付けで発行された米国特fF第4
,510,440号公報に開示されており、これを参考
のためここに引用する。
吸着床並びにその他の吸着系における温度及び圧力条件
位、一般的に供給原料の性質を考慮して、他の吸着−精
製法に適することが判ったものである。供給原料を主吸
着器に通して水及び必要に応じ他の不純物を淫択的に吸
着除去するV&着プサイクル間、水の充填度を最大にす
るため供給原料の温度は一般に約65℃以下に保たれる
。さらに、好ましくは吸着器内の圧力は少なくとも1気
圧であり、供給原料の水分圧が低い場合には1気圧より
高くして@着剤上方の水蒸気圧を増大させかつ得られる
水充填を増大させるのが有利である。1気圧より高い圧
力の増大程度及び温度条件は、相互に供給原料を考慮し
て当業界で周知されたように最適効率をもって気相操作
を維持するように制限される。
主吸着床を再生する際、パージガスは、平衡水分合b1
を低下させかつ床からの水(及びその他の不純吸着物質
)の脱着及びパージを容易化するため、吸着材の温度よ
りも相当篩い温度ま、で加熱される。一般に、パージガ
ス温度が高い程、必要とされるパージガスの量は少なく
なるが、たとえに吸着剤の熱水阻害及び床内温度と法外
温度との間の差に基づく高い熱エネルギ損失のような因
子が当業者により考慮される。熱パージ再生の全期間に
わたりパージガスを加熱する必要はない。何故なら、再
生の除法の人口端部における再生吸着材の熱は、加熱さ
れてない到来パージガスによって一様に運搬されうるか
らである。しかしながら、再生工程の終りにおける主眼
着床は、有利には次の冷却パージの際に流出パージガス
が補助18M床を再生しうるように充分伏の熱エネルギ
を含有する。この結果を達成するための因子は、主眼オ
j床及び補助床の相対的寸法並びに補助床の水含イ1斂
を包含する。適する工程条件を設定するため、任意所定
の工程系に関し、日常の計算が容易に行なわれる。
使用する非吸着性パージガスは他の吸着−分離法に一般
的に使用される任意のものとすることができ、水素、W
飢ヘリウム、アルゴンなどの不活性気体及びメタンを包
含する。「非吸着性パージガス」という用語は、相対的
意味で使用され、モレキュラシープに対し成る程度の親
和性を有するが水によって或いは水と共に除去すること
が望ましい供給原料のその他任意の不純物によって吸着
剤から容易に排出され、かつ生成ガス流の望ましくない
成分でないような物質を包含すると理解される。
以下、本発明の方法を添付図面を参照して説明する。
実際の場合、両法すなわち第1図におりる床10及び1
2は全系に組込まれ、適当な弁配置及び配管により、処
理される供給原料及び床を再生しかつ冷却するのに使用
するパージガス流を、適切な方法かつ適当な時間にわた
り床中に操作が連続的となるように通すことができる。
実際の装置の栴造の詳細は当業者に周知され、これを図
面に示せば本発明の真の性質を不明瞭にするであろう。
L、たがって、第1図の流れ図は配管、弁などの本発明
の説明に必須であるもののみを示す。
第1図を参照して、主吸眉床10及び12はそれぞれ7
000ポンドのNaX 、9モレキユラシーブゼオライ
トのペレットを含有し、かつ補助床46は600ボンド
のK A型モレキュラシーブゼオライトのペレットを含
有する。エチレンと2ppmの二段化炭素と20 pp
m (容量L)の水蒸気とよりなる供給原料を、経路1
4を介して75”Ff)温度にて73′Fの温度の床1
0へ供給する。供給原料の水成分は床の入口端部に亨択
的に吸着されて水吸着前線を形成し、この前線は到来す
る供給原料からの水の吸着が増加する(つれて床中を下
方へ前進する。エチレンは床を通過して経路16を介し
、精製された生成物として回収される。床10における
吸着サイクルの開始時において、同じ形式のg&着サイ
クルが床12において丁度完了し、その結果水吸着前線
が床12の出口端部の方向に′S動し、かつ前線より上
方の吸着剤粒子は充填吸着水を含有する。したがって、
床12の再生は、供給原料を処理するために床10を使
用している期間にわたって行なわれる。床12の再生は
窒素パージガス流を用いて行なわれ、このパージガス流
は経路18を介して系中に流入し、かつ炉2oにて52
5?の温度まで加熱された後、経路22及び弁24を介
して床12中へ流入する。好ましくは、窒素パージガス
流は0゜1 ppm (容量)以下の水を含有するが、
1ppm(容量)程度の水蒸気を含有することができる
。パージガス流が1 ppm (容量)より多い水を含
有する場合、これれ経路7oを介して系中へ導入し、コ
ンプレッサ38と経路4゜と弁42と経路44と補助床
46と経路52と弁54と経路56とを通過する。床1
2がらの流出黄素流は脱着水蒸気を含有し、経路26と
弁28と経路30とを介してatffj器32に流入し
、ここで温度は約120″Fまで低下して水蒸気の1部
を凝縮させ、これを、ノックアウト又は分離器34によ
って系から除去する。残余の水含有パージガス流はその
全体として経路36とコンプレッサ38と経路40と弁
42と経路44とを介して補助床46へ移送するか、睨
い組tその1部を弁4Bと経路50とを介して系から排
気する仁とができる。
捕助II&着床46を通過することにより、叡素パージ
ガス流の水分含量杖約o、 lppm (各社)までモ
レキュラシープへの水吸着により減少する。次いで、床
46からの乾燥パージガスは経路52と弁54と経路5
6とを介して経路18、炉20及び経路22へ向けられ
、主吸名床12に復帰されてサイクルを完結する。必要
に応じ、補充電シ13パージガスを経路18又は経路7
0を介してその水分含量に応じて系に加える。床12の
周期的パージ脱着を、水充填量が所望程度まで、たとえ
は吸着剤の脱水重量に対し約4.@b%に減少するまで
反復する。その後、床12を通るパージガス流の流れ方
向を逆転させて、床をj25?まで冷却する。
これ紘、経路40を介してコンプレッサ38から流出す
る窒素パージガスが経路58、弁60、経路30、弁2
8及び経路26を介して変向するように弁42を閉鎖し
て行なわれるb床12における熱吸着剤を流過する際パ
ージガスは加熱されてこのガス流が弁24と経路23と
を流過する際に床から熱エネルギを運搬し、次いで経路
62と弁64と経路52とを介して補助床46中へ流入
する。加熱されたパージガス流が床46を加熱すると、
吸着水が脱着されて流出物の1部として経路44と弁4
2と経路66と弁31とを介し床から流出する。弁31
を使用してガス流を経路68を介し系から流出させ、或
いは冷却器32及びノックアウト34を通し、ここで初
期に充分多い社で為れdその水分含量の1部を系から除
去する。ノックアウト54からの気相は経路36を通過
し、かつ弁48と経路50とを介して部分的に排気され
、或いは全体流がコンプレッサ38、経路40、経路5
8、弁60、経路30、弁28、経路26を通過して主
吸着床12の頂部に復帰する。必要に応じ補充乾燥窒素
ガスを床12の冷却及び床46の熱パージ再生の際に経
路70を介して系中へ導入する。周期的冷却の際に床1
2に流入する窒素ガス流の含有水分は床12の頂部にて
冷吸着剤に付着される一方、水除去されたパージガス流
は床を通過し続け、その結果残余の吸着、剤を冷却する
。この過程で床12は冷却され、かつ床46゜は再生か
つ冷却される。その後、床10中に流入した供給原料流
を床12の頂部に移動゛させて吸着−精製サイクルを開
始させ(かつ床10を床12につき説明したと同様に再
生かつ冷却する。
−1乳胚災邑工 本発明の上記構成によれd1少なくとも2つの主モレキ
ュラシープ吸着床を使用するガス流の乾燥方法において
、投資額及び運転経費を著しく低減させうると共にパー
ジガスの爪及び未再生に要する熱エネルギを相当に減少
させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1因紘補助乾燥床の再生を成る程度の吸着水を主乾燥
床の入口端部まで排出することにより部分的に行なう具
体例及び補助乾燥床の再生をip& !水を主乾燥床ま
で排出せずに行なう具体例の本発明方法による2つの具
体例を示す流れ図である。 10.12・・・床 20・・・炉 24・・・弁 32・・・凝縮器 38・・・コンプレッサ 46・・・床 ご 代理人の氏名 倉 丙 基 毫1.;

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 少なくとも1 ppm (容量)の水蒸気を含
    有する供給原料のガス流をゼオライトモレキュラシーブ
    よりなる第1主固定吸着床、に通して水蒸気を選択的に
    吸着すると共に、水含有量の減少した流出ガス流を回収
    し、供給原料ガス流を再生モレキュラシープ吸着剤を含
    有する第、、2主固定吸着床へ周期的に移動させて供給
    原料のe着乾燥を継続すると共に、第1主吸着床を加熱
    された非吸着性パージガス流を用いてパージ脱着させ、
    かつその後に冷却してそこへ供給原料ガス流、を移動さ
    せてその追加部分を乾燥するための準備をする供給原料
    ガス流の乾燥方法において1.加熱された非吸着性パー
    ジガス流を第1主!J&S床中にそこを貫通する供給原
    料ガス流の流れ方向に゛対し向流方向に周期的に通し、
    かつ前記吸着床からの流出物を次の順次の処理:すなわ
    ち (a) 流出物の温度を少なくとも75℃に低下させ、 ・ (b) 冷却した気相を活性化ゼオライトモレキュ
    ラシープ・を含有する補助固定床に通して、そこに存在
    するほは全部の水蒸気を吸着させ、(e) 前記補助固
    定床からの流出ガス流を第1主固定吸着床の再生に対し
    鼠ましい温度まで加熱し、かつ加熱されたガス・流を第
    1主固定床に通してサイ′クルを完結する、 順次の、処理にかけ、前記周期的パージ脱着を所望程度
    の未再生が得られるまで継続し、かつその後第1主同定
    吸着床を冷却すると同時に、非l&層性冷ガス流を第1
    主固定床中にそこを通過する加熱パージ、ガスの周期的
    流れの方向に対し向流方向に通しかつそこからの加熱流
    出物の少なくとも1部を補助同定床に通すことにより補
    助固定床を少なくとも部分的に再生し、前記冷非@着性
    パージガスの量は第1主固定床における供給原料ガス流
    の吸着乾燥をその後に再開するための所望温度まで第1
    主固定床を冷却するのに充分な量であり、力1つ補助固
    定床を少なくと′l″[V′分自−再生する0(う充分
    であることを特徴とする供給原料ガス流の乾燥方法0
  2. (2)供給原料がエチレンと二酸化炭素と水蒸気とから
    なり、この水蒸気が約1〜1s o o ppm (容
    量)の1で存在する特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)非吸着性パージガスが窒素である特許請求の範囲
    第2項記載の方法。
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