JPS60241931A - 圧力変動式吸着分離用の吸着剤 - Google Patents

圧力変動式吸着分離用の吸着剤

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JPS60241931A
JPS60241931A JP59098096A JP9809684A JPS60241931A JP S60241931 A JPS60241931 A JP S60241931A JP 59098096 A JP59098096 A JP 59098096A JP 9809684 A JP9809684 A JP 9809684A JP S60241931 A JPS60241931 A JP S60241931A
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JP
Japan
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adsorption
adsorbent
activated carbon
gas
pore diameter
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JP59098096A
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Yasuo Nishizawa
西沢 康雄
Masami Takeuchi
正己 武内
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Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
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Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04Purification or separation of nitrogen
    • C01B21/0405Purification or separation processes
    • C01B21/0433Physical processing only
    • C01B21/045Physical processing only by adsorption in solids
    • C01B21/0455Physical processing only by adsorption in solids characterised by the adsorbent
    • C01B21/0461Carbon based materials

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】 産業上の利用分野 本発明は、圧力変動式吸着分離法(以下PSA法という
)により吸着分離除去するに際して吸着塔に充填する吸
着剤、さらに詳しくは、−酸化炭素(CO)または/お
よび窒素(Nλ)を主成分とする原料ガス中に共存する
炭酸ガス(COυ)、炭化水素等の高濃度不純物をPS
A法により吸着分離除去するに際して用いる吸着剤に関
するものである。
従来の技術 COを主成分とするガスの代表的なものとして、製鉄所
の転炉から得られる転炉ガス、電気炉から得られる電気
炉ガス、コークスをガス化して得られる発生炉ガスなど
があり、これらのガスは通常そのほとんどが燃料として
使用されている。
ところで、これらのガスは多量に発生し、しかもこれら
のガス中にはCOがたとえば70%以上も含まれている
ので、もしCO中に高濃度に含まれているCOL等の不
純物を簡単、経済的に除去できるならば、純度の高いC
Oが得られ、化学工業上非常に有益である。
そこで、COを主成分とするガス中に含まれているCO
2,等の不純物を除去する方法として、深冷分離法、銅
アンモニア法、コンーブ法などが提案されているが、こ
れらの方法は設備費がかさむ上、電力、へ気等の熱エネ
ルギーに要する費用が大きいという問題があった。
発明が解決しようとする問題点 本発明は、COまたは/およびN2.を主成分とする原
料ガス中に共存するCO2,、炭化水素等の高濃度不純
物を分離、除去する方法として、」二足のような問題点
を有する深冷分離法、銅アンモニア法、コソーブ法に代
え、PSA法の採用につき検討を加えたものである。
PSA法とは、混合ガスから特定ガスを選択分離する方
法の一つであり、高い圧力で被吸着物を吸着剤に吸着さ
せ、ついで吸着系の圧力を下げることによって、吸着剤
に吸着した被吸着物を脱着し、愛着物および非吸着物を
それぞれ分離する方法である。このPSA法にあっては
、吸着剤を充填した吸着塔を通常複数個設け、それぞれ
の吸着系において、A圧−吸着→洗浄の一連の操作を繰
り返すことにより、装置全体としては連続的に分離操作
を行うことができるようにしである。
そして、PSA法において吸着等に充填する吸着剤にめ
られる性能としては、共存成分に対する着目成分の選択
的吸着、加圧時と減圧時の吸着量の差が大きいこと、被
吸着物の脱離が容易であることなどがあげられ、特に被
吸着物の脱離の容易さは、製品ガスの収率、純度に大き
く影響し、PSA法では重要な要素となる。
ところで、従来PSA法においては、一般に、活性炭、
ゼオライト、活性アルミナ、シリカゲル等が使用されて
いた。しかしながら本発明溝らの研究によれば、これら
の従来使われている通常グレードの吸着剤を、COまた
は/およびNλを主成分とする原料ガス中に共存するC
OL、)&化水素等の高濃度不純物の吸着分離除去に適
用した場合、これらの不純物を完全には除去できず、そ
のため後処理として加熱再生による吸着除去設備を別に
設けなければならなかった。
本発明は、COまたは/およびN、を主成分とする原料
ガス中に共存するC02.、炭化水素等の高濃度不純物
をPSA法により吸着分離除去するに際して吸着塔に充
填する吸着剤として、これらの高濃度不純物を数ppm
程度にまで除去しうる吸着剤を見出すべくなされたもの
である。
問題点を解決するための手段 本発明者らは、」−記特定の目的の吸着剤、すなわち、
COまたは/およびN、を主成分とする原料ガス中に共
存するCO2,、炭化水素等の高濃度不純物をPSA法
により吸着分離除去するに際して吸着塔に充填する吸着
剤につき、鋭意探索を続けた結果、15〜30人の最頻
度細孔径を有する活性炭がこの目的に最適であることを
見出し、本発明を完成するに至った。
ここで、最頻度細孔径とは、クランストン−インクリ−
(Cranston−Inkley )の方法を用いて
、NZガス吸着法からめたものである。
本発明においては、活性炭の原料として、やし殻、石油
系または石炭系ピッチなどを用いる。
活性炭の中では、その最頻度細孔径が15〜30人の範
囲内にあるもののみすぐれた効果を奏し、活性炭を用い
てもその最頻度細孔径がこの範囲内にないものは、上記
高濃度不純物の吸着分離除去効果が不足する。
活性炭以外の従来用いられている吸着剤、たとえば、ゼ
オライト、活性アルミナ、シリカゲル等は、その最頻度
細孔径が」二足範囲内にあるか否かにかかわらず、本発
明はどのすぐれた効果は奏しえない。
なお、COまたは/およびNルを主成分とする原料ガス
中に共存するCO,、炭化水素等の高濃度不純物をPS
A法により吸着分離除去するという特定の目的ではない
が、先にも述べたように、従来、PSA法における吸着
剤として活性炭を用いること自体は知られてはいる。し
かしながら、その最頻度細孔径を指標に活性炭を選択す
ることについては知られておらず、また本発明者らの測
定によっても、従来他のPSA法に使われている活性炭
の最頻度細孔径は、たとえば12λとがるとの知見はな
かった。
活性炭の最頻度細孔径の調整は、賦活温度、滞留時間、
賦活ガス(Coλガス、スチームなど)の種類と量など
を適宜選ぶことによりなされ、また、原料の種類や、賦
活炉の形式(ロータリーキルンで行うか、竪型のシャフ
ト炉で行うかなど)あるいは大きさに応じて個々の条件
を選ぶ。
次に、本発明の特徴的な利点を、具体例をあげながら詳
細に説明する。なお、不純物のうちCO2が分離除去で
きれば、炭化水素の分離除去はより容易にできるので、
以下の具体例においては、不純物としてCO2,を含ま
せた場合を示した。
目 )の 択び「−2 本発明の15〜30λの最頻度細孔径を有する活性炭を
吸着剤として用いることによる特徴的な第1の利点は、
共存成分であるCOまたは/およびN2に対する着目成
分であるCO2、炭化水素等の選択的吸着の特性がすぐ
れている点にある。
最頻度細孔径が25Aの本発明のやし殻活性炭(1)、
同じく最頻度細孔径が17Aの本発明の石油系ピッチ活
性炭(2)、最頻度細孔径が34人の比較例としてのや
し殻活性炭(3)、最頻度細孔径が4OAの比較例とし
てのやし殻活性炭(4)、最頻度細孔径が12人の比較
例としての石炭系活性炭(5)をそれぞれ充填した吸着
塔に、9Kg/cm”GにA圧した原料ガス(CO=7
1vol %、Nz=12vol %、Co2= 1 
7vo1%)を室温で75N−i/hrの割合で導入し
て出口側のガス組成を分析し、破過カーブをめた。
結果を第1図に示す。なお、図中の数字は上記吸着剤に
付した数字と対応する。
(第1図参照) 第1図から明らかなように、最頻度細孔径が本発明で規
定する範囲(15〜30人)にあるやし殻活性炭(1)
および石油系ピッチ活性炭(2)が、他の吸着剤(3)
、(4)、(5)に比し着目成分であるCO2の選択的
吸着能が特にすぐれていることがわかる。
互層」Lll 本発明の15〜30人の最頻度細孔径を有する活性炭を
吸着剤として用いることによる特徴的な第2の利点は、
その有効吸着ψ、すなわち、加圧時と減圧時の吸着昂の
差が大きい点にある。
最頻度細孔径が25人の未発1!1のやし殻活性炭(1
)、同じく最頻度細孔径が17/Aの本発明の石油系ピ
ー2チ活性炭(2)、最頻度細孔径が34^の比較例と
してのやし殻活性炭(3)、最頻度細孔径が40″Aの
比較例としてのやし殻活性炭(4)、最頻度細孔径が1
2Aの比較例としての石炭系活性炭(5)、最頻度細孔
径がIOAの比較例としてのゼオライ) (6)、最頻
度細孔径が5人の比較例としてのカーボンモレギュラー
シーブ(7)をそれぞれ150cc充填した吸着塔に、
9 Kg/ cm’ Gに昇圧した原料ガス(co=7
1マ01%、Nλ=12マ01%、CO2,= 1 7
マロ1%)を室温で758−M/hrの量を通して、出
口側からCOλガスが破過してくるまで吸着させた。原
料ガスを停止1.し、入口側から吸着塔内のガスを大気
圧まで減圧し、この時に脱離してきたCO2,ガス量を
めた。
結果を第1表に示す。
第1表 0 本 有効吸着量の単位は、cc/cc−吸着剤。
wS1表に示したデータからも明らかなように、最頻度
細孔径が本発明で規定する範囲(15〜30人)にある
やし殻活性炭(1)および石油系ピッチ活性炭(2)が
、他の吸着剤(3) 、(4)、(5)、(6)、(7
)に比しcoλの有効吸着量が大きく、吸着剤としてす
ぐれていることがわかる。
前記の2つの試験により、本発明の吸着剤を使用して実
際の運転で操作する場合、単位ガス社当りの吸着剤の量
が少なくて済み、あるいは、吸着時間を長くとることが
でき、製品ガスの回収率を高めることにつながることが
立証される。
111隻立盈1上 本発明の吸着剤を用いることによる特徴的な第3の利点
は、被吸着物の脱離の容易さにある。
第1表に用いたのと同様の吸着剤をそれぞれ充填した吸
着塔に、9 Kg/ cri’ Gに4圧した原料ガス
(CO=71vo1%、N2.=12vol %。
CO2,= 17vo1%)を室温で75N−41/h
rの割合で6分間通した後、原料ガスを停市し、入11
側から吸着塔内のガスを大気圧まで減圧したときの吸着
剤中に残存するcoλガスU−をめた。
結果を第2表に示す。
第2表 第2表に示したデータからも明らかなように、最頻度細
孔径が本発明で規定する範囲(15〜30人)にあるや
し殻活性炭(1)および石油系ピッチ活性炭(2)が、
他の吸着剤(3) 、 (4)、(5)、(6)、(7
)に比し残存CO,ガス量が少なく、つまり、被吸着物
の脱離が容易であることを示しており、吸着剤としてす
ぐれていることがわかる。
前記の試験により1本発明の吸着剤を使用して実際の運
転で操作する場合、洗浄ガス量が少なくて済み、被吸着
物が吸着剤にほとんど残らず、製3 2 品ガスの回収率を高め、しかも製品ガス中には不純物は
微量にしか含まれず、純度の高い製品ガスが得られるこ
とが立証される。
発明の効果 本発明の吸着剤を使用することにより、上記に詳述した
ように、着目成分の選択的吸着特性、有効吸着量、被吸
着物の脱離性の点ですぐれた効果が奏される。
実 施 例 次に実施例をあげて、本発明の吸着剤をさらに説明する
実施例1 第2図に示した装置において、吸着塔A、 Bに最頻度
細孔径が17人の石油系ピッチ活性炭を150cc充填
した。このテストに用いたガスは。
C0=71vo1%、CO2,= 16vo1%、N2
.=13マo1%の組成のものである。なお、図中、A
、Bは吸着塔、aは原料ガス導入配管、bは製品ガス抜
出し配管、Cは洗浄用ガス配管、dはパージ管、(11
)〜(19)はパルプである。
4 分離操作は次のように行った。すなわち、塔底のバルブ
(11)から9 Kg/ c+i2Gに昇圧した前記の
ガスを75Nlj/hrの割合でAIに3〜5分間流通
を行った後、導入および流出を停止トし、バルブ(19
)を開け、A塔とB塔とを均圧させた後、バルブ(18
)を閉め、A塔の下部のバルブ(13)を開け、大気圧
となるまで脱気した。ついでA塔下部のバルブ(13)
を開けたまま、塔上部のバルブ(15)から製品ガスを
0.1〜0.3文導入し、塔内をパージさせた。
一方、Biの」二部のバルブ(18)を開け、製品ガス
でB塔内圧を」二部させた。ついで、B塔下部のバルブ
(12)を開け、原料ガスを導入し、製品ガスを流出さ
せた。
この操作をA塔、Bi交互に行った。定常状態になるま
で前記操作を繰り返した後、00回収率と製品ガス組成
をめた。その結果を第3表に示す。
実施例2 実施例1と同じ条件で、C0=76マo1%、5 CO,L=20vo1%、Nz=4vo1%の組成ガス
を用いて実験を行った。そのときの製品COガス組成、
00回収率の結果を第3表に合わせて示す。
比較例1 最頻度細孔径がloAの合成ゼオライトを用いて実施例
1と同じ条件で実験を行った。そのときの製品COガス
組成、00回収率の結果を第3表に合わせて示す。
第3表 6 以トの実施例からも、本発明の吸着剤を用いれば、PS
A法により介入高濃度不純物を極めて効率よく数pp−
以下まで除去することができ、純度の高いCOガスを取
得しうることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の吸着剤および比較例の吸着剤を用い
て吸着操作を行ったときの破過カーブを示したものであ
る。第2図は、実施例および比較例において用いた装置
図である。 (1)〜(5)・・・吸着剤種類、 A、B・・・吸着塔、 a・・・原料ガス導入配管、 b・・・製品ガス抜出し配管、 7 C・・・洗n1用ガス配管、 d・・・パージ管。 (II)〜(19)・・・バルブ 特許出願人 関西熱化学株式会社 8

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、−一酸化炭素または/および窒素を主成分とする原
    料ガス中に共存する炭酸ガス、炭化水素等の高濃度不純
    物を圧力変動式吸着分離法により吸着分離除去するに際
    して吸着塔に充填する吸着剤であって、該吸着剤が、1
    5〜30Xの最頻度細孔径を有する活性炭であることを
    特徴とする圧力変動式吸着分離用の吸着剤。
JP59098096A 1984-05-16 1984-05-16 圧力変動式吸着分離用の吸着剤 Granted JPS60241931A (ja)

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