JPS6214482B2 - - Google Patents
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- JPS6214482B2 JPS6214482B2 JP58123968A JP12396883A JPS6214482B2 JP S6214482 B2 JPS6214482 B2 JP S6214482B2 JP 58123968 A JP58123968 A JP 58123968A JP 12396883 A JP12396883 A JP 12396883A JP S6214482 B2 JPS6214482 B2 JP S6214482B2
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Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Description
(イ) 産業上の利用分野
この発明は、水素を含む原料ガス中の特定成分
に対して選択吸着性を有する吸着剤を充填した床
より構成される水素濃縮系を用いて原料ガスを処
理し、水素純度を高める水素ガスの選択的濃縮方
法に関する。 (ロ) 従来技術 水素を含む気体源は多くの工業的分野で広汎に
存在しており、これを原料ガスとして水素を濃縮
したり、また分離〜精製することはエネルギー回
収の工業的見地より見ても意義深いものである。
さて水素源となる原料ガスは廃ガスをはじめとし
て多く存在するが、それの組成は雑である。水素
原料ガス中には種々の炭化水素系のCH4，
C2H6，C3H8，C2H4，C2H2等の気体や、また
CO，CO2，SO2，N2，NH3，H2O等の無機系の気
体が含まれる場合がかなり多く存在している。水
素源として有用な原料ガス源の組成は、はなはな
複雑であり、これを用いて吸着法により水素ガス
の精製や濃縮を経済的に実施するためには、効率
の高い水素の精製や濃縮のプロセスの確立が技術
的にも重要である。 (ハ) 目的 この発明は高純度の水素ガスを効率よく得るこ
とができる水素ガスの選択的濃縮方法を提供する
ことを主たる目的としている。 (ニ) 構成 この発明に係る水素ガスの選択的濃縮方法は、
水素を含む原料ガス中の水素を吸着法により選択
的に濃縮または分離、精製するに際して、前記原
料ガスの少なくとも一成分に対して選択吸着性を
有する主としてゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)の複
合体の焼成物からなる活性化された吸着物質を充
填した複数の吸着床でもつて水素濃縮系を構成
し、 前記吸着床の内の一の吸着床Ａを加圧下に保持
した状態で、原料ガスを通ずることにより、不純
成分を選択的に吸着除去して水素ガスを濃縮〜精
製して製品ガスとして取り出す吸着工程、 吸着工程終了後の加圧下の状態の吸着床Ａと、
製品ガス加圧工程を終了した該水素濃縮系を構成
する他の吸着床Ｂとを連結して床間圧力の平均化
を実施し、前記吸着床Ａより放出される水素富化
ガスを吸着床Ｂに並流方向に回収して吸着床Ｂの
加圧用に使用する均圧放出工程、 均圧放出工程終了後の吸着床Ａを向流方向に減
圧して、大気圧付近に保持して床内の残留ガスを
放出する減圧工程、 減圧工程終了後の吸着床Ａを製品ガスを用いて
向流方向に洗浄するパージ工程、 パージ工程終了後の吸着床Ａを製品ガスによつ
て向流方向に加圧する製品ガス加圧工程、 製品ガス加圧工程終了後の吸着床Ａと、該水素
濃縮系を構成し、吸着工程終了後の加圧下の他の
吸着床Ｃ（Ａ以外の吸着床であつて、前記吸着床
Ｂを含む）とを連結して床間圧力を平均化し、前
記吸着床Ｃより放出される水素富化ガスを吸着床
Ａの加圧用ガスとして並流方向に使用する均圧加
圧工程、 均圧加圧工程終了後の吸着床Ａに原料ガスを並
流方向に導入して所定の吸着圧まで加圧する原料
ガス加圧工程、 よりなるサイクルを実施することを特徴として
いる。 (ホ) 実施例 第１図はこの発明を４塔構成の水素濃縮系を用
いて実施する場合のサイクル構成を示す説明図で
あつて、PSAのサイクルタイムを20分としてい
る。また、PSAサイクルを構成する各工程におけ
るガスの流れは吸着工程における原料ガスの流れ
の方向を基準にしており、上記と同方向のガスの
流れを並流、また反対方向の流れを向流と規定し
ている。 第２図は水素濃縮をゼオライト（Ｚ）―活性炭
(A)の複合吸着剤を充填した４塔構成の水素濃縮系
で実施する場合の配置図、また第１表はこれに関
連する工程表である。 以下、吸着塔３３について工程の説明を行う。 時間０〜300秒の間バルブ１とバルブ２が開
き、原料ガス配管３７を通して原料ガスが加圧状
態で吸着塔３３に導入される。この塔内で選択吸
着が行われて不純物成分が除去される結果、製品
ガスはガス配管３８を通して水素濃縮系外に取り
出されて回収される。かかる吸着工程における吸
着圧は３Kg／cm2・Ｇ以上に保持されるのが望まし
い。時間300〜360秒の間バルブ３が開き吸着塔３
３は予め製品ガスによる加圧が終了した吸着塔３
５に連結される。しかして、均圧化されて吸着塔
３３より並流方向に放出される水素富化ガスは吸
着塔３５に並流方向に回収される。 時間360〜420秒の間バルブ４が開き吸着塔３３
は向流方向に大気圧付近まで減圧される。 時間420〜720秒の間バルブ５とバルブ６が開
き、吸着塔３３は略大気圧下で製品ガスの一部で
洗浄されて再生される。 時間720〜900秒の間バルブ７が開き吸着塔３３
は製品ガスの一部で所定圧まで加圧される。 時間900〜960秒の間バルブ１９が開き吸着塔３
３は吸着工程の終了吸着塔３５と均圧され、後者
より並流方向に放出される水素富化ガスは並流方
向に回収される。 時間960〜1200秒の間バルブ８が開き吸着塔３
３は吸着圧まで原料ガスで並流方向に加圧され
る。
に対して選択吸着性を有する吸着剤を充填した床
より構成される水素濃縮系を用いて原料ガスを処
理し、水素純度を高める水素ガスの選択的濃縮方
法に関する。 (ロ) 従来技術 水素を含む気体源は多くの工業的分野で広汎に
存在しており、これを原料ガスとして水素を濃縮
したり、また分離〜精製することはエネルギー回
収の工業的見地より見ても意義深いものである。
さて水素源となる原料ガスは廃ガスをはじめとし
て多く存在するが、それの組成は雑である。水素
原料ガス中には種々の炭化水素系のCH4，
C2H6，C3H8，C2H4，C2H2等の気体や、また
CO，CO2，SO2，N2，NH3，H2O等の無機系の気
体が含まれる場合がかなり多く存在している。水
素源として有用な原料ガス源の組成は、はなはな
複雑であり、これを用いて吸着法により水素ガス
の精製や濃縮を経済的に実施するためには、効率
の高い水素の精製や濃縮のプロセスの確立が技術
的にも重要である。 (ハ) 目的 この発明は高純度の水素ガスを効率よく得るこ
とができる水素ガスの選択的濃縮方法を提供する
ことを主たる目的としている。 (ニ) 構成 この発明に係る水素ガスの選択的濃縮方法は、
水素を含む原料ガス中の水素を吸着法により選択
的に濃縮または分離、精製するに際して、前記原
料ガスの少なくとも一成分に対して選択吸着性を
有する主としてゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)の複
合体の焼成物からなる活性化された吸着物質を充
填した複数の吸着床でもつて水素濃縮系を構成
し、 前記吸着床の内の一の吸着床Ａを加圧下に保持
した状態で、原料ガスを通ずることにより、不純
成分を選択的に吸着除去して水素ガスを濃縮〜精
製して製品ガスとして取り出す吸着工程、 吸着工程終了後の加圧下の状態の吸着床Ａと、
製品ガス加圧工程を終了した該水素濃縮系を構成
する他の吸着床Ｂとを連結して床間圧力の平均化
を実施し、前記吸着床Ａより放出される水素富化
ガスを吸着床Ｂに並流方向に回収して吸着床Ｂの
加圧用に使用する均圧放出工程、 均圧放出工程終了後の吸着床Ａを向流方向に減
圧して、大気圧付近に保持して床内の残留ガスを
放出する減圧工程、 減圧工程終了後の吸着床Ａを製品ガスを用いて
向流方向に洗浄するパージ工程、 パージ工程終了後の吸着床Ａを製品ガスによつ
て向流方向に加圧する製品ガス加圧工程、 製品ガス加圧工程終了後の吸着床Ａと、該水素
濃縮系を構成し、吸着工程終了後の加圧下の他の
吸着床Ｃ（Ａ以外の吸着床であつて、前記吸着床
Ｂを含む）とを連結して床間圧力を平均化し、前
記吸着床Ｃより放出される水素富化ガスを吸着床
Ａの加圧用ガスとして並流方向に使用する均圧加
圧工程、 均圧加圧工程終了後の吸着床Ａに原料ガスを並
流方向に導入して所定の吸着圧まで加圧する原料
ガス加圧工程、 よりなるサイクルを実施することを特徴として
いる。 (ホ) 実施例 第１図はこの発明を４塔構成の水素濃縮系を用
いて実施する場合のサイクル構成を示す説明図で
あつて、PSAのサイクルタイムを20分としてい
る。また、PSAサイクルを構成する各工程におけ
るガスの流れは吸着工程における原料ガスの流れ
の方向を基準にしており、上記と同方向のガスの
流れを並流、また反対方向の流れを向流と規定し
ている。 第２図は水素濃縮をゼオライト（Ｚ）―活性炭
(A)の複合吸着剤を充填した４塔構成の水素濃縮系
で実施する場合の配置図、また第１表はこれに関
連する工程表である。 以下、吸着塔３３について工程の説明を行う。 時間０〜300秒の間バルブ１とバルブ２が開
き、原料ガス配管３７を通して原料ガスが加圧状
態で吸着塔３３に導入される。この塔内で選択吸
着が行われて不純物成分が除去される結果、製品
ガスはガス配管３８を通して水素濃縮系外に取り
出されて回収される。かかる吸着工程における吸
着圧は３Kg／cm2・Ｇ以上に保持されるのが望まし
い。時間300〜360秒の間バルブ３が開き吸着塔３
３は予め製品ガスによる加圧が終了した吸着塔３
５に連結される。しかして、均圧化されて吸着塔
３３より並流方向に放出される水素富化ガスは吸
着塔３５に並流方向に回収される。 時間360〜420秒の間バルブ４が開き吸着塔３３
は向流方向に大気圧付近まで減圧される。 時間420〜720秒の間バルブ５とバルブ６が開
き、吸着塔３３は略大気圧下で製品ガスの一部で
洗浄されて再生される。 時間720〜900秒の間バルブ７が開き吸着塔３３
は製品ガスの一部で所定圧まで加圧される。 時間900〜960秒の間バルブ１９が開き吸着塔３
３は吸着工程の終了吸着塔３５と均圧され、後者
より並流方向に放出される水素富化ガスは並流方
向に回収される。 時間960〜1200秒の間バルブ８が開き吸着塔３
３は吸着圧まで原料ガスで並流方向に加圧され
る。
【表】
【表】
次に、実施例で用いられたゼオライト（Ｚ）―
活性炭(A)複合吸着剤を製造例を説明する。 ＜製造例 １＞ Ａ―型合成ゼオライトの微粉末（1.08Na2O・
AI2O3・2.02SiO2・xH2O）乾燥品をそれの無水物
として５Kg採取し、これに活性炭粉末（藤沢薬
品：Ｂ―CW；平均粒子径100μｍ）５Kgを加え
てＶミキサーで混合した。次に得られた混合物に
対して無機系の結合剤としてベントナイト微粉末
を20％（２Kg）と有機系の結合剤としてメチルセ
ルロースを２％［7000〜10000cps（２％水溶
液：20℃）］とを加えて水の存在下に湿式混和を
３時間30分行つた。 湿式混和時の含水率は44.3％であつた。かかる
方法で得られた混和物を成型機により1/8″ペレツ
トに成型後、それの乾燥を100〜110℃で行つた。
引続きフラツシヤーを用いて乾燥ペレツトの長さ
の調整を行つて一定の長さの分布に入るようにし
てから、最終的にチツ素雰囲気中で470〜475℃に
３時間30分焼成されて本発明の水素濃縮に関する
実施例に使用される1/8″ペレツトの焼成体が得ら
れた。 これにより得られた水素精製〜濃縮用の1/8″ペ
レツト（焼成済み）のゼオライト（Ｚ）と活性炭
(A)の重量比は、Ｚ／Ａ＝0.96であり、それの平均
硬度は7.13Kg／ペレツトであつた。 ＜製造例 ２＞ この製造例は化学的処理をした天然のモルデナ
イトと活性炭粉末〔藤沢薬品(株)：Ｆ―Ｂ―CW〕
を素材としたゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)複合吸
着剤（1/8″ペレツト）の製造例に関する。 新東北化学工業株式会社製の20〜50メツシユの
粒度を有する天然のモルデナイト〔SiO2／AI2O3
≒10（モル比）；主成分（SiO2，AI2O3，
Na2O，K2O，CaO，MgO，FeO）；微量成分
（Pb，Cr，Mn，Ni，その他）〕をジヤケツト付カ
ーラムに充填した後、70℃に加温した蒸溜水を用
いて逆洗して微粒子を除去してからゼオライト粒
子の均一充填を行つた。ジヤケツトカーラムには
60〜65℃の温水を循環させた。上記のゼオライト
充填カーラムに2.1M NaCI溶液（60℃）の下降流
を用いて、３〜3.5cm／minの線速で流して塩化
ナトリウとゼオライトのイオン交換反応を行つ
た。上述の2.1M NaCIによる処理はゼオライト充
填床の占める容積の8.5倍量にカーラムよりの流
出液量が到達するまで行われた。次に充填床の水
洗を4.5cm／minで実施した。この場合の水洗は
床よりの流出液中に塩素イオンがなくなるまで実
施された。水洗を終了したゼオライトは100〜110
℃で乾燥された後、粉砕機を用いて微粉砕されて
150〜300メツシユの微粉末とした。微粉末の化学
式は0.92M２／ｎＯ・AI2O3・10.ISiO2・xH2Oで表さ れ、Ｍの大部分はナトリウムである。本微粉末は
典型的なモルデナイト構造を有することがＸ線回
折で確認された。 上記の処理済みの天然モルデナイト微粉末の乾
燥品をそれの無水物として５Kg採取し、これに活
性炭微粉末（藤沢薬品(株)：Ｆ―Ｂ―CW；平均粒
子径100μｍ）1.25Kgを加えてＶミキサで混合し
た。次に得られた混合物に対して無機系の結合剤
としてベントナイトの微粉末0.94Kg（15％）と、
有機系の結合剤としてメチルセルロース〔7000〜
10000cps（２％水溶液：20℃）〕を約１％添加し
て水の存在下に約４時間にわたつて湿式混和を実
施した。この混和時の含水率は48.6％であつた。
かかる方法で得られた混和物を成型機により1/
８″ペレツトに成型後、それの乾燥を100〜110℃
で行つた。引続きフラツシヤーを用いて乾燥ペレ
ツトの長さの調整を行つて一定の長さの分布に入
るようにしてから、最終的に窒素雰囲気で460〜
465℃に３時間30分焼成されてこの発明の水素濃
縮に関する試験に使用された1/8″ペレツトの焼成
体が得られた。この製造例で得られたゼオライト
（Ｚ）―活性炭(A)複合吸着剤（1/8″ペレツト）中
のゼオライト（Ｚ）と活性炭(A)の重量比Ｚ／Ａ＝
3.98であり、それの平均硬度は8.67Kg／ベレツト
であつた。 ＜ゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)の複合吸着剤の利
点＞ 上述した如き製造例によつて製造されたゼオラ
イト（Ｚ）―活性炭(A)の複合吸着剤は、従来の活
性炭のみによる吸着剤やゼオライトのみによる吸
着剤と比較して下記するような利点がある。 (a) 複合体組成物の成型体の見掛け密度や機械的
強度は極めて大であり、原料ガス中に含まれる
炭化水素や無機ガス等の不純成分に対する選択
吸着性が高い。 (b) 発火点が活性炭のみの吸着剤に比較して高い
ので、PSAの長期運転に際しての安全性が高め
られる。 (c) ゼオライトのみの吸着剤に比較して熱伝導度
が良好であるため、塔内の温度分布を均一にす
ることができる。その結果、床の吸着、脱着、
再生等の操作が容易になる。 次に、この発明に係る水素ガスの選択的濃縮方
法が他の方法に比較して優れた効果を発揮するこ
とを明らかにするために行つた試験結果を説明し
よう。 第３図は本試験に使用される２塔構成の手動式
の水素濃縮試験装置の配置図である。 ４１の吸着塔（内径42.6mm；長さ2000）に対し
ては製造例―１で試作されたゼオライト（Ｚ）―
活性炭(A)（1/8″ペレツト）が各塔あたり1.48Kg充
填された。次に吸着塔の下部より加熱窒素ガス
（150〜160℃）が導入されて塔の上部より放出ガ
スの露点が−65℃に達するまで吸着塔は活性化さ
れた。 本濃縮試験に使用された原料ガス（H2＝74
％、N2＝23％、CH4＝３％）は配管５１を経て２
塔構成の吸着塔４１へ導入される。４２は製品ガ
ス用の流量計であり、４３は減圧用の流量計、４
４は湿式流量計、４５は水素ガス分析計、４６は
放出ガス用配管、４７は連成計、４８は精密圧力
計である。この発明の水素濃縮のPSAプロセスで
必要とする加圧用の水素ガスは４９のボンベに貯
蔵されており、これは50のチヤージタンクを経て
２塔構成の吸着塔４１へ導入される。 この試験では、この発明に係る２種類の実施例
と他の３種類の比較例の試験を行つた。 実施例１及び２は前述したこの発明に係る７工
程よりなるPSA法に基づき水素濃縮を行うもので
あつて、特に、実施例１は吸着圧を10Kg／cm2・Ｇ
に、実施例２は吸着圧を15Kg／cm2・Ｇに保持して
水素濃縮を実施している。 一方、比較例１は「吸着―減圧（向流）―パー
ジ（向流）―水素加圧（向流）」の４工程よりな
るPSA法に基づき、比較例２及び３は〔吸着―均
圧放出（並流）―減圧（向流）―パージ（向流）
―水素加圧（向流）―均圧加圧（並流）―水素加
圧（向流）」の如き製品ガスによる加圧を２回実
施する工程を含む工程よりなるPSA法に基づいて
実施例１，２と同一の原料ガスを用いて水素濃縮
を行つた。 第２表に示した試験結果より明らかなように、
この発明に係る実施例１及び２の場合、得られた
製品ガスの純度は99.9％に達しており、また水素
ガスの収率も71％以上の好ましい値が得られた。
この試験に使用されたゼオライト（Ｚ）―活性炭
(A)複合吸着剤１Kg当たりの製品ガスの収量は実施
例１では30.5N、また、実施例１よりも高圧下
で吸着を行つた実施例２では36.0Nの好ましい
値が得られた。 一方、比較例１〜３は、実施例１及び２に比較
して、水素収率並びに水素収量の何れにおいても
低いことは明らかである。
活性炭(A)複合吸着剤を製造例を説明する。 ＜製造例 １＞ Ａ―型合成ゼオライトの微粉末（1.08Na2O・
AI2O3・2.02SiO2・xH2O）乾燥品をそれの無水物
として５Kg採取し、これに活性炭粉末（藤沢薬
品：Ｂ―CW；平均粒子径100μｍ）５Kgを加え
てＶミキサーで混合した。次に得られた混合物に
対して無機系の結合剤としてベントナイト微粉末
を20％（２Kg）と有機系の結合剤としてメチルセ
ルロースを２％［7000〜10000cps（２％水溶
液：20℃）］とを加えて水の存在下に湿式混和を
３時間30分行つた。 湿式混和時の含水率は44.3％であつた。かかる
方法で得られた混和物を成型機により1/8″ペレツ
トに成型後、それの乾燥を100〜110℃で行つた。
引続きフラツシヤーを用いて乾燥ペレツトの長さ
の調整を行つて一定の長さの分布に入るようにし
てから、最終的にチツ素雰囲気中で470〜475℃に
３時間30分焼成されて本発明の水素濃縮に関する
実施例に使用される1/8″ペレツトの焼成体が得ら
れた。 これにより得られた水素精製〜濃縮用の1/8″ペ
レツト（焼成済み）のゼオライト（Ｚ）と活性炭
(A)の重量比は、Ｚ／Ａ＝0.96であり、それの平均
硬度は7.13Kg／ペレツトであつた。 ＜製造例 ２＞ この製造例は化学的処理をした天然のモルデナ
イトと活性炭粉末〔藤沢薬品(株)：Ｆ―Ｂ―CW〕
を素材としたゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)複合吸
着剤（1/8″ペレツト）の製造例に関する。 新東北化学工業株式会社製の20〜50メツシユの
粒度を有する天然のモルデナイト〔SiO2／AI2O3
≒10（モル比）；主成分（SiO2，AI2O3，
Na2O，K2O，CaO，MgO，FeO）；微量成分
（Pb，Cr，Mn，Ni，その他）〕をジヤケツト付カ
ーラムに充填した後、70℃に加温した蒸溜水を用
いて逆洗して微粒子を除去してからゼオライト粒
子の均一充填を行つた。ジヤケツトカーラムには
60〜65℃の温水を循環させた。上記のゼオライト
充填カーラムに2.1M NaCI溶液（60℃）の下降流
を用いて、３〜3.5cm／minの線速で流して塩化
ナトリウとゼオライトのイオン交換反応を行つ
た。上述の2.1M NaCIによる処理はゼオライト充
填床の占める容積の8.5倍量にカーラムよりの流
出液量が到達するまで行われた。次に充填床の水
洗を4.5cm／minで実施した。この場合の水洗は
床よりの流出液中に塩素イオンがなくなるまで実
施された。水洗を終了したゼオライトは100〜110
℃で乾燥された後、粉砕機を用いて微粉砕されて
150〜300メツシユの微粉末とした。微粉末の化学
式は0.92M２／ｎＯ・AI2O3・10.ISiO2・xH2Oで表さ れ、Ｍの大部分はナトリウムである。本微粉末は
典型的なモルデナイト構造を有することがＸ線回
折で確認された。 上記の処理済みの天然モルデナイト微粉末の乾
燥品をそれの無水物として５Kg採取し、これに活
性炭微粉末（藤沢薬品(株)：Ｆ―Ｂ―CW；平均粒
子径100μｍ）1.25Kgを加えてＶミキサで混合し
た。次に得られた混合物に対して無機系の結合剤
としてベントナイトの微粉末0.94Kg（15％）と、
有機系の結合剤としてメチルセルロース〔7000〜
10000cps（２％水溶液：20℃）〕を約１％添加し
て水の存在下に約４時間にわたつて湿式混和を実
施した。この混和時の含水率は48.6％であつた。
かかる方法で得られた混和物を成型機により1/
８″ペレツトに成型後、それの乾燥を100〜110℃
で行つた。引続きフラツシヤーを用いて乾燥ペレ
ツトの長さの調整を行つて一定の長さの分布に入
るようにしてから、最終的に窒素雰囲気で460〜
465℃に３時間30分焼成されてこの発明の水素濃
縮に関する試験に使用された1/8″ペレツトの焼成
体が得られた。この製造例で得られたゼオライト
（Ｚ）―活性炭(A)複合吸着剤（1/8″ペレツト）中
のゼオライト（Ｚ）と活性炭(A)の重量比Ｚ／Ａ＝
3.98であり、それの平均硬度は8.67Kg／ベレツト
であつた。 ＜ゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)の複合吸着剤の利
点＞ 上述した如き製造例によつて製造されたゼオラ
イト（Ｚ）―活性炭(A)の複合吸着剤は、従来の活
性炭のみによる吸着剤やゼオライトのみによる吸
着剤と比較して下記するような利点がある。 (a) 複合体組成物の成型体の見掛け密度や機械的
強度は極めて大であり、原料ガス中に含まれる
炭化水素や無機ガス等の不純成分に対する選択
吸着性が高い。 (b) 発火点が活性炭のみの吸着剤に比較して高い
ので、PSAの長期運転に際しての安全性が高め
られる。 (c) ゼオライトのみの吸着剤に比較して熱伝導度
が良好であるため、塔内の温度分布を均一にす
ることができる。その結果、床の吸着、脱着、
再生等の操作が容易になる。 次に、この発明に係る水素ガスの選択的濃縮方
法が他の方法に比較して優れた効果を発揮するこ
とを明らかにするために行つた試験結果を説明し
よう。 第３図は本試験に使用される２塔構成の手動式
の水素濃縮試験装置の配置図である。 ４１の吸着塔（内径42.6mm；長さ2000）に対し
ては製造例―１で試作されたゼオライト（Ｚ）―
活性炭(A)（1/8″ペレツト）が各塔あたり1.48Kg充
填された。次に吸着塔の下部より加熱窒素ガス
（150〜160℃）が導入されて塔の上部より放出ガ
スの露点が−65℃に達するまで吸着塔は活性化さ
れた。 本濃縮試験に使用された原料ガス（H2＝74
％、N2＝23％、CH4＝３％）は配管５１を経て２
塔構成の吸着塔４１へ導入される。４２は製品ガ
ス用の流量計であり、４３は減圧用の流量計、４
４は湿式流量計、４５は水素ガス分析計、４６は
放出ガス用配管、４７は連成計、４８は精密圧力
計である。この発明の水素濃縮のPSAプロセスで
必要とする加圧用の水素ガスは４９のボンベに貯
蔵されており、これは50のチヤージタンクを経て
２塔構成の吸着塔４１へ導入される。 この試験では、この発明に係る２種類の実施例
と他の３種類の比較例の試験を行つた。 実施例１及び２は前述したこの発明に係る７工
程よりなるPSA法に基づき水素濃縮を行うもので
あつて、特に、実施例１は吸着圧を10Kg／cm2・Ｇ
に、実施例２は吸着圧を15Kg／cm2・Ｇに保持して
水素濃縮を実施している。 一方、比較例１は「吸着―減圧（向流）―パー
ジ（向流）―水素加圧（向流）」の４工程よりな
るPSA法に基づき、比較例２及び３は〔吸着―均
圧放出（並流）―減圧（向流）―パージ（向流）
―水素加圧（向流）―均圧加圧（並流）―水素加
圧（向流）」の如き製品ガスによる加圧を２回実
施する工程を含む工程よりなるPSA法に基づいて
実施例１，２と同一の原料ガスを用いて水素濃縮
を行つた。 第２表に示した試験結果より明らかなように、
この発明に係る実施例１及び２の場合、得られた
製品ガスの純度は99.9％に達しており、また水素
ガスの収率も71％以上の好ましい値が得られた。
この試験に使用されたゼオライト（Ｚ）―活性炭
(A)複合吸着剤１Kg当たりの製品ガスの収量は実施
例１では30.5N、また、実施例１よりも高圧下
で吸着を行つた実施例２では36.0Nの好ましい
値が得られた。 一方、比較例１〜３は、実施例１及び２に比較
して、水素収率並びに水素収量の何れにおいても
低いことは明らかである。
【表】
【表】
尚、上述の実施例において、吸着床はゼオライ
ト（Ｚ）―活性炭(A)の複合体の焼成物からなると
して説明したが、この発明はこれに限られるもの
でなく、原料ガスの種類と組成によつては下記の
如き床構成であつてもよい。即ち、上述のゼオラ
イト（Ｚ）―活性炭(A)の複合体よりなる床を主な
床として、これにシリカゲル及びアルミナゲルを
充填した床、或いはシリカゲル又はアルミナゲル
を充填した床を副床として併用するものであつて
もよい。かかる床構成によつても、純度99.9％以
上の水素ガスを得ることができる。 また、実施例の説明では、均圧工程において、
吸着工程終了後の加圧下の状態の吸着床と、製品
ガス加圧工程を終了した水素濃縮系を構成してい
る他の吸着床とを連結して床間圧力の平均化を実
施し、前者の吸着床より放出される水素富化ガス
は並流方向に放出されるものであるとしたが、前
記水素富化ガスの放出される方向はこれに限られ
ず向流方向であつてもよい。 即ち、上述した実施例の如き並流方向に水素富
化ガスを放出すると水素加圧を終了した床におい
て不純成分に基づく吸着帯の前端が不規則的な拡
散により、広い領域にわたつて乱される現象は極
力防止することが可能である。一方、吸着工程を
終了した床では床の下部より上部に行くにつれて
水素純度は上昇しているはずであるから、前記水
素富化ガスを向流方向に放出すると、水素純度の
低い方から高い方の順序に従つて一定の濃度勾配
を有する水素富化ガスが床より放出されるので結
果的には水素加圧を終了した床内の不純成分の吸
着帯を拡散させる原因となるとも考えられる。 しかしながら、実際には、この発明で主床の構
成に使用するゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)複合体
床では不純成分の吸着速度とそれの吸着量は極め
て大であるために、水素富化ガスを向流方向に放
出しても上記のような不利と考えられる現象はほ
とんどみられない。 従つて、ゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)複合体よ
りなる主床を用いる原料ガスの処理に際して、水
素ガスと選択吸着性の差異が余り大きくない不純
成分を含む場合は前述の均圧法が有利であるが、
前記差異がかなり大きい不純成分を含む場合に
は、後述の如く水素富化ガスを向流方向に排出し
ても差支えない。 (ヘ) 効果 上述したように、この発明はゼオライト（Ｚ）
―活性炭(A)の複合吸着剤に適したPSA方式を採る
から、従来のPSA法に比較して高純度の水素を効
率よく得ることができる。 また、この発明はパージ再生を含むPSA構成を
採るので真空ポンプが不要になる等、真空再生法
に基づくPSAに比較して動力消費が少なくなると
いう別異の効果も奏する。
ト（Ｚ）―活性炭(A)の複合体の焼成物からなると
して説明したが、この発明はこれに限られるもの
でなく、原料ガスの種類と組成によつては下記の
如き床構成であつてもよい。即ち、上述のゼオラ
イト（Ｚ）―活性炭(A)の複合体よりなる床を主な
床として、これにシリカゲル及びアルミナゲルを
充填した床、或いはシリカゲル又はアルミナゲル
を充填した床を副床として併用するものであつて
もよい。かかる床構成によつても、純度99.9％以
上の水素ガスを得ることができる。 また、実施例の説明では、均圧工程において、
吸着工程終了後の加圧下の状態の吸着床と、製品
ガス加圧工程を終了した水素濃縮系を構成してい
る他の吸着床とを連結して床間圧力の平均化を実
施し、前者の吸着床より放出される水素富化ガス
は並流方向に放出されるものであるとしたが、前
記水素富化ガスの放出される方向はこれに限られ
ず向流方向であつてもよい。 即ち、上述した実施例の如き並流方向に水素富
化ガスを放出すると水素加圧を終了した床におい
て不純成分に基づく吸着帯の前端が不規則的な拡
散により、広い領域にわたつて乱される現象は極
力防止することが可能である。一方、吸着工程を
終了した床では床の下部より上部に行くにつれて
水素純度は上昇しているはずであるから、前記水
素富化ガスを向流方向に放出すると、水素純度の
低い方から高い方の順序に従つて一定の濃度勾配
を有する水素富化ガスが床より放出されるので結
果的には水素加圧を終了した床内の不純成分の吸
着帯を拡散させる原因となるとも考えられる。 しかしながら、実際には、この発明で主床の構
成に使用するゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)複合体
床では不純成分の吸着速度とそれの吸着量は極め
て大であるために、水素富化ガスを向流方向に放
出しても上記のような不利と考えられる現象はほ
とんどみられない。 従つて、ゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)複合体よ
りなる主床を用いる原料ガスの処理に際して、水
素ガスと選択吸着性の差異が余り大きくない不純
成分を含む場合は前述の均圧法が有利であるが、
前記差異がかなり大きい不純成分を含む場合に
は、後述の如く水素富化ガスを向流方向に排出し
ても差支えない。 (ヘ) 効果 上述したように、この発明はゼオライト（Ｚ）
―活性炭(A)の複合吸着剤に適したPSA方式を採る
から、従来のPSA法に比較して高純度の水素を効
率よく得ることができる。 また、この発明はパージ再生を含むPSA構成を
採るので真空ポンプが不要になる等、真空再生法
に基づくPSAに比較して動力消費が少なくなると
いう別異の効果も奏する。
第１図はこの発明を４塔構成の水素濃縮系を用
いて実施する場合のサイクル構成を示す説明図、
第２図は水素濃縮をゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)
の複合吸着剤を充填した４塔構成の水素濃縮系で
実施する場合の配置図、第３図は本試験に使用さ
れる２塔構成の手動式の水素濃縮試験装置の配置
図である。 １〜３２…バルブ、３３〜３６…吸着塔、３７
〜４０…配管。
いて実施する場合のサイクル構成を示す説明図、
第２図は水素濃縮をゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)
の複合吸着剤を充填した４塔構成の水素濃縮系で
実施する場合の配置図、第３図は本試験に使用さ
れる２塔構成の手動式の水素濃縮試験装置の配置
図である。 １〜３２…バルブ、３３〜３６…吸着塔、３７
〜４０…配管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 水素を含む原料ガス中の水素を吸着法により
選択的に濃縮または分離、精製するに際して、前
記原料ガスの少なくとも一成分に対して選択吸着
性を有する主としてゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)
の複合体の焼成物からなる活性化された吸着物質
を充填した複数の吸着床でもつて水素濃縮系を構
成し、 前記吸着床の内の一の吸着床Ａを加圧下に保持
した状態で、原料ガスを通ずることにより、不純
成分を選択的に吸着除去して水素ガスを濃縮〜精
製して製品ガスとして取り出す吸着工程、 吸着工程終了後の加圧下の状態の吸着床Ａと、
製品ガス加圧工程を終了した該水素濃縮系を構成
する他の吸着床Ｂとを連結して床間圧力の平均化
を実施し、前記吸着床Ａより放出される水素富化
ガスを吸着床Ｂに並流方向に回収して吸着床Ｂの
加圧用に使用する均圧放出工程、 均圧放出工程終了後の吸着床Ａを向流方向に減
圧して、大気圧付近に保持して床内の残留ガスを
放出する減圧工程、 減圧工程終了後の吸着床Ａを製品ガスを用いて
向流方向に洗浄するパージ工程、 パージ工程終了後の吸着床Ａを製品ガスによつ
て向流方向に加圧する製品ガス加圧工程、 製品ガス加圧工程終了後の吸着床Ａと、該水素
濃縮系を構成し、吸着工程終了後の加圧下の他の
吸着床Ｃ（Ａ以外の吸着床であつて、前記吸着床
Ｂを含む）とを連結して床間圧力を平均化し、前
記吸着床Ｃより放出される水素富化ガスを吸着床
Ａの加圧用ガスとして並流方向に使用する均圧加
圧工程、 均圧加圧工程終了後の吸着床Ａに原料ガスを並
流方向に導入して所定の吸着圧まで加圧する原料
ガス加圧工程、 よりなるサイクルを実施することを特徴とする
水素ガスの選択的濃縮方法。 ２ 前記ゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)複合体の焼
成物は、そのＺ／Ａ重量比が0.25〜8.0の範囲内
にあるものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の水素ガスの選択的濃縮方法。 ３ 前記吸着床は、ゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)
の複合体の焼成物からなる活性化された吸着物質
を充填した床を主床とし、これにシリカゲル及び
アルミナゲルを充填した床を副床とするものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
水素ガスの選択的濃縮方法。 ４ 前記吸着床は、ゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)
の複合体の焼成物からなる活性化された吸着物質
を充填した床を主床とし、これにシリカゲルを充
填した床を副床とするものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の水素ガスの選択的
濃縮方法。 ５ 前記吸着床は、ゼオライト（Ｚ）―活性炭(A)
の複合体の焼成物からなる活性化された吸着物質
を充填した床を主床とし、これにアルミナゲルを
充填した床を副床とするものであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の水素ガスの選択
的濃縮方法。 ６ 吸着工程終了後の加圧下の状態の吸着床Ａ
と、製品ガス加圧工程を終了した該水素濃縮系を
構成する他の吸着床Ｂとを連結して床間圧力の平
均化を実施し、前記吸着床Ａより放出される水素
富化ガスは並流方向に放出されるものであること
を特徴とすする特許請求の範囲第１項記載の水素
ガスの選択的濃縮方法。 ７ 吸着工程終了後の加圧下の状態の吸着床Ａ
と、製品ガス加圧工程を終了した該水素濃縮系を
構成する他の吸着床Ｂとを連結して床間圧力の平
均化を実施し、前記吸着床Ａより放出される水素
富化ガスは向流方向に放出されるものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水素ガ
スの選択的濃縮方法。 ８ 前記第１の吸着工程の床内の吸着圧は３Kg／
cm2・Ｇ以上に保持されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の水素ガスの選択的濃縮
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58123968A JPS6016801A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | 水素ガスの選択的濃縮方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58123968A JPS6016801A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | 水素ガスの選択的濃縮方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6016801A JPS6016801A (ja) | 1985-01-28 |
| JPS6214482B2 true JPS6214482B2 (ja) | 1987-04-02 |
Family
ID=14873769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58123968A Granted JPS6016801A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | 水素ガスの選択的濃縮方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6016801A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7722702B2 (en) * | 2005-06-30 | 2010-05-25 | Praxair Technology, Inc. | Adsorbent and catalyst mixtures |
-
1983
- 1983-07-06 JP JP58123968A patent/JPS6016801A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6016801A (ja) | 1985-01-28 |
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