JPS62298418A - ガスの分離回収方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 本発明は、内部に吸着剤を充填してある吸着塔を使用し
て、原料ガスから易吸着成分を分離して回収するように
したガス分離方法に関するものである。

内部に吸着剤を充填してある吸着塔内に、原料ガスを供
給して易吸着成分を吸着させ、その吸着工程で吸着され
た易吸着成分を減圧下で吸着塔外に脱着させて回収する
ようにしたガス分離方法の公知例として、例えば、特公
昭５４−３８２２号公報や特公昭５４−３８２３号公報
がある。

しかしながら、これらの公知例では、これらの公報中に
記載されているように、吸着剤による易吸着成分の吸着
性能が吸着剤への水分や炭酸ガス等の不純物の吸着によ
って著しく劣化するので、水分や炭酸ガスを予め充分除
去した原料ガスを吸着塔に供給するようにしている。

そして、原料ガスを吸着塔内に供給する以前の前処理と
して、その原料ガスから水分や炭酸ガスを予め充分に除
去するためには、前処理塔を設置しなければならず、設
置スペースや設備費の問題ばかシか、前処理に大きな手
間を要し、生産性が低いと言った問題点がめった。

そこで、本発明は、原料ガスから水分や炭酸ガス等の不
純物を予め除去することなく、その不純物を含んだ原料
ガスをそのまま吸着塔内に供給して吸着および脱着を繰
り返し行っても、吸着剤の易吸着成分に対する吸着性能
が劣化しないように′したガス分離方法を提供しようと
するものである。

第１の発明では、内部に主として沸石類からなる吸着剤
を充填してある吸着塔内に、はぼ大気圧下で水分等を含
む原料ガスをそのまま吸着塔の一端面、たとえば底部か
ら供給して易吸着成分を吸着させる（第２操作）。次い
で、脱着工程ガスの一部で吸着塔内をほぼ大気圧下で同
一方向に掃除して空隙中の難吸着成分を追出した後（第
３操作）、吸着された易吸着成分を２００１１ｍＨｇ以
下の減圧下まで吸引して吸着塔の底部から脱着して回収
する脱着工程（第１操作）からなシ、吸涜工程時および
掃除工程時に吸着塔内の塔底側に溜った水分等を、易吸
着成分に同伴させて吸着塔の底部から脱着させるように
したガスの分離回収方法である。

なお、上記第３操作のくりかえし順序は、第１操作、第
２操作、第３操作の順である。

本発明によれば、第２操作では、水分等を含む原料ガス
をそのまま吸着塔内に底部から供給し、第３操作では、
第１操作時で分離回収された易吸着成分の一部を同様に
底部から供給するので、吸着塔内の塔底側に水分等が溜
り、その上方から塔頂側にかけて易吸着成分が吸着され
る。そして、脱着工程（第１操作）時には塔頂側の易吸
着成分がまず脱着し、これが塔内全降下しつつ塔底側に
吸着されている水分等を同伴して脱着させる。その際、
第２操作と第３操作をほぼ大気圧下で行い、第１操作の
減圧吸引を２００１１ｆｌ以下にまで減圧して行うこと
が必要でアシ、このようにすると、吸着した水分等のほ
ぼ全量が、逐次平衡分圧に相当する分だけ脱着され、易
吸着成分に混入されて易吸着成分に同伴して吸着塔の底
部から排出される。

従って、水分等を含んだ原料ガスをそのまま吸着塔内に
供給して吸着、掃除および脱着を繰９返し行っても、本
発明によれば吸着工程時および掃除工程時に吸着塔内の
塔底側に溜った水分等が、脱着工程の度に吸着塔の底部
から脱着されるので、吸着剤への水分等の吸着蓄積が殆
んど進行しない。

このため、吸着剤の易吸着成分に対する吸着性能が劣化
せず、吸着剤を繰り返し再使用することができる。

なお、本発明における第２操作、第３操作時の「はぼ大
気圧下」とは、２．０気圧未満の常圧を指す。

以下に、本発明のガス分離方法の実施例を図面によって
説明する。

先ず、図面において、吸着塔１の内部には天然凝級岩、
ゼオライト、沸石等の沸石類からなる吸着剤２が充填さ
れている。そして、吸着塔１の底部１ａにはパルプ３を
有する出入口４が設けられ、頂部１ｂにはパルプ５を有
する出口６が設けられている。

次に、第１図は、まず、吸着工程を示したものでろって
、水分等を含む原料ガス（たとえば空気）がそのままほ
ぼ大気圧下で吸着塔１内に底部１ａから供給される。即
ち、パルプ３，５が開弁された状態で、水分等を含む原
料ガスがプロワにより出入口４から吸着塔１内に供給さ
れ、常圧または若干の加圧下（２，０気圧未満）で易吸
着成分（たとえばＮ２）が吸着剤２に吸着される。そし
て、吸着されなかった難吸着成分（たとえば０２）は出
口６から排出される。

そして、この吸着工程において、水分等は吸着塔１内の
塔底側に溜シ、易吸着成分はその上方から塔頂側にかけ
て吸着される。吸着工程が終ると、第１図において、原
料ガスの代９に、第２図で回収された水分等を含む易吸
着成分（Ｎ２）の一部をほぼ大気圧下で、１ａから１ｂ
Ｋかけて供給する掃除工程が行われ、その次に脱着工程
となる。

第２図は、脱着工程を示したものでロシ、吸着工程およ
び掃除工程で吸着された易吸着成分（Ｎ２）が減圧下で
吸着塔１の底部１ａから脱着されて回収される。即ち、
パルプ５が閉弁され、パルプ３が開弁された状態で、真
空ポンプにより吸着塔１内が減圧下となり、易吸着成分
（Ｎ２）が脱着され出入口４から排出され、回収される
。この脱着工程（第１操作）では、　減圧吸引を２００
１１ＩＩｆｌ以下にする必要が６Ｄ、これ以上では、吸
着剤はただちに劣化する。すなわち、水分、００２を含
んだ空気を原料ガスとして用いた実験によれば、この減
圧吸引の下限を２５０ｎＨＪｉｌにした場合は実験開始
後３日で吸着能力は約Ｖ３に劣化し、１５０絽Ｈｐの場
合は３０日運転でも１０％程度の劣化にとどまシ、１０
０＊ｍＨｐの場合は、２０ケ月の連続運転でも劣化は殆
どみられなかった。従って、本発明では、この減圧吸引
を２００１＋ｊｌＨ１９以下にすることが必要である。

以上、本発明の実施例につき述べたが、本発明の技術的
思想に基づいて他の各棟の有効な実施例が可能である。

例えば、本発明によれば、少量の０２を含んだ燃焼排ガ
スから０２を除去して、Ｎ２−Ｈ２Ｏ−Ｃｏ２（不活性
ガス、アニールガス、ＣＡ貯蔵用ガス等に用いられる）
を分離回収したり、水分、炭酸ガスを含んだＮ２−Ｃｏ
原料ガスからＣＯを分離回収するものでｂっても良い。

本発明は上述したように１水分、炭酸ガス等を不純物と
して含んだ原料ガスをそのまま吸着塔内に供給して吸着
および脱着を繰シ返し行っても、吸着剤への水分等の蓄
積が殆んど進行せず、吸着剤の易吸着成分に対する吸着
性能が劣化しないものでるる。

従って、前処理塔を使用して、原料ガスから水分等を予
め除去するための前処理を行う必要が一切ないので、前
処理塔を設置するための設置スペースや設備費の問題を
解消することができる。そして、水分等を含んだ原料ガ
スをそのまま吸着塔に供給できるから、前処理の大きな
手間を省くことができて、生産性を著しく向上させるこ
とができる。更に、吸着剤の吸着性能が劣化しないので
、吸着剤を繰夛返し使用することができて、経隣性が著
しく高い。

次に、第２の発明について説明する。

第１の発明によって得られた水分、炭酸ガス等の不純物
を含んだ比較的難吸着成分（たとえば０２）の含有量の
少ない易吸着成分（たとえばＮ２）ガスは、用途によっ
ては水分、炭酸ガス等の不純物を除去することが要求さ
れる。この場合、加圧下で冷却して水分をドレンとして
除去し、炭酸ガスはアルカリで除去するなどの方法があ
るが、いずれも操作がはん雑で経済的でない。一方、加
圧吸着によって精製する方法も考えられるが、水分、炭
酸ガス等で飽和した吸着剤を再生するときには、これら
の不純物を追出す必要がｓｂ、このための再生用ガスの
手当が出来ず、通常は成立しない。

ところが、第１の発明の排ガスを有効に利用することに
より、第２の発明が成立する。すなわち、第１の発明で
は第２操作時の難吸着成分ガスと第３操作時の掃除ずみ
のガスは排ガスとして放出廃棄されていたが、これらの
ガスは不純物をまったく含んでいないので、精製加圧吸
着後の吸着剤の再生用ガスとして最適でおることがわか
った。従つて、第２の発明では、第１の発明における吸
着塔を吸着分離塔と称し、この他に精製加圧吸着を行う
吸着塔を後処理塔と称して、２系列の吸着塔を用いて高
純度の易吸着成分ガスを回収するものでるる。なお、後
処理塔にも吸着分離塔と同じく沸石類が充填されている
。

まず、第１の発明で得られた比較的難吸着成分の含有量
が少なく且つ水分、炭酸ガス等の不純物を含んだ易吸着
成分ガスを大気圧以上、具体的には４気圧程度に加圧し
、これを後処理塔の一端面から導入すると、水分、炭酸
ガス等の不純物が吸着され、その他端面からは、精製さ
れた高純度の易吸着成分ガスが採取される。この精製加
圧吸着工程を第４操作と称する。この操作で後処理塔に
水分、炭酸ガス等が十分蓄積した後圧力を常圧下に開放
し、第１の発明における第２の操作（吸着工程）時およ
び第３操作（掃除工程）時に原料ガスおよび掃除ガスの
導入端と反対の端面から排出される比較的難吸着成分に
富んだ、しかしながら水分、炭酸ガス等を含まないガス
を第４操作時の加圧ガス導入端と反対の端面からほぼ大
気圧下で後処理塔内に導入し、残余の吸着した水分、炭
酸ガス等の不純物を追い出す。この後処理塔内を再生す
る工程を第５操作と称する。次いで、第４操作により得
られた高純度の易吸着成分ガスの一部で後処理塔内をほ
ぼ大気圧下で掃除して、塔内に残っている難吸着成分を
ほぼ完全に除去さ、せる。

この掃除工程を第６操作と称するが、この操作により損
失となる高純度の易吸着成分ガス量は非常にわずかです
む。この第６操作を終了した後処理塔は、第４操作に移
行し、上記の順に〈シかえし運転される。

次に第２の発明の実施例を、水分、Ｃ０２を含んだ室内
の空気を原料とした場合について説明する。

第３図のＡ部は、第１の発明と同様でメジ、Ｂ部は第２
の発明の主要部である。まず、Ａ部では、直径１００ｆ
ＪｌφＸ　１２５０ｍ高さの吸着分離塔内に沸石類とし
て５．８８に２の天然凝灰岩が充填され、これが２塔あ
り、吸着工程では原料空気が６４−ｅ／サイクルで流さ
れた。脱着工程（第１操作）時の真空ポンプ（ｖ、ｐ、
）の排気容量は６０ｅ／分でめシ、その減圧吸引は、常
圧から９２ｍＨｇまで行われた。吸着分離ｌサイクル中
の吸着工程、掃除工程の合計は約３分であり、第２操作
および第３操作で得られた比較的０２に富んだ水、Ｃ０
２の不純物を含まないガスは、２２Ｊ／サイクルであっ
た。

なお、真空ポンプで脱着回収した、水、Ｃ０２を含有す
るＮ２ガスは、常圧Ｎ２タンクに貯留されたが、これは
Ｎ２純度９９．０％、回収量は２４！／サイクルであっ
た。

次いで、Ｂ部では、常圧Ｎ２タンクからのＮ２ガスがコ
ンプレッサーで約４気圧に加圧され、直径’５０　ｍ＋
１１φＸ１８００ｍｊ＋高さの天然凝灰岩を２．８２＆
ｐ充填した後処理塔（２塔のうちのｌ塔）内に導入され
、精製加圧吸着された。ここでは水分とＣＯ２が吸着さ
れ、製品である高純度のＮ２ガスが高圧Ｎ２タンクに貯
留された。これが第４操作であυ、後処理ｌサイクル中
、６時間継続された。

次いで、精製加圧吸着工程は他の後処理塔に切かえられ
、最初の後処理塔は、第４操作時の加圧ガス導入端と同
一の端面が大気圧下に開放され、相当量の水、ＣＯ２は
この開放にともなって排出され、そのあと、第２操作お
よび第３操作で得られたガスを、第４操作時の加圧ガス
導入端と反対の端面から、はぼ大気圧下で後処理塔内に
導入し、残余の吸着されている水分、Ｃ０２を追い出す
ことＫよって、後処理塔内が再生された。これが第５操
作である。

次いで、再生された後処理塔内を、高圧Ｎ２タンクから
の水、Ｃ０２を含まない高純度のＮ２ガスで掃除して、
後処理塔内の０２をほぼ完全に除去させた。これが第６
操作であシ、このために消費した高純度Ｎ２ガス量は２
１２／後処理サイクルでｂった。この運転は、２０チ月
以上連続して行われたが、吸着剤の劣化はまったく見ら
れなかった。

吸着分離塔からの水、Ｃ０２のない０２リツチな排ガス
を後処理塔の再生に用いるので、製品の高純度Ｎ２ガス
の消費量は２１４／後処理サイクルとわずかですみ、一
方、後処理塔での精製加圧吸着操作は６時間／後処理サ
イクル、Ａ部からＢ部への水、ＣＯ２を含んだ９９．０
−程度のＮ２ガスの流量は２４ノ／３分であるから、後
処理量は２．８８０！／後処理サイクルとなシ、再生の
ための製品高純度Ｎ２ガスの消費率（すなわち損失率）
は０．７３チと非常にわずかですむことも本発明の大き
な特徴の１つである。

以上のように、第２の発明によれば、単なる加圧による
電力の消費のみで、ろとは第１の発明における無価値の
排ガスを有効に追い出しガスとして利用するだけで、水
分、炭酸ガス等の不純物を含まない高純度の易吸着成分
ガスを回収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は第１の発明の詳細な説明する図、第３
図は第２の発明の工程説明図である。 １・・・吸着塔、１ａ・・・吸着塔の底部、１ｂ・・・
吸着塔の頂部、２・・・吸着剤。 特許出願人　財団法人工業開発研究所 第３図 ＼明 手続補正書（自発）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に吸着剤として沸石類を充填してある吸着塔
   を使用し、水分、炭酸ガス等を不純物として含む易吸着
   成分と難吸着成分とからなる原料ガスを吸着塔内に供給
   して原料ガス中の易吸着成分を分離回収する方法におい
   て、吸着塔の一端面から排気して塔内を大気圧以下に減
   圧吸引し、主として易吸着成分を脱着する第１操作、上
   記吸着塔の同一端面から原料ガスを導入する第２操作、
   および第１操作で分離回収された易吸着成分の一部を上
   記同一端面から原料ガスと同一方向に導入して吸着塔内
   を掃除する第３操作の３操作を上記の順にくりかえし、
   且つ第２操作および第３操作をほぼ大気圧下で行い、第
   １操作の減圧吸引を２００ｍｍＨｇ以下まで行い、第２
   操作時および第３操作時に吸着塔内の同一端面側に主と
   して吸着されている水分、炭酸ガス等の不純物を第１操
   作時に脱着する易吸着成分に同伴させて脱着させること
   を特徴とする難吸着成分の含有量の比較的に少ない易吸
   着成分ガスの分離回収方法。
2. （２）内部に吸着剤として沸石類を充填してある吸着塔
   を使用し、水分、炭酸ガス等を不純物として含む原料ガ
   スを吸着塔内に供給して原料ガス中の易吸着成分を分離
   回収する方法において、吸着分離塔の一端面から排気し
   て塔内を大気圧以下に減圧吸引し、主として易吸着成分
   を脱着する第１操作、上記吸着塔の同一端面から原料ガ
   スを導入する第２操作、および第１操作で分離回収され
   た易吸着成分の一部を上記同一端面から原料ガスと同一
   方向に導入して吸着塔内を掃除する第３操作の３操作を
   、上記の順にくりかえし、第１操作の減圧吸引を２００
   ｍｍＨｇ以下まで行い、第２操作および第３操作をほぼ
   大気圧下で行い、第２操作時および第３操作時に吸着分
   離塔内の同一端面側に主として吸着されている水分、炭
   酸ガス等の不純物を、第１操作時に脱着する易吸着成分
   に同伴させて脱着させることにより製造された、比較的
   難吸着成分の含有量が少なく且つ水分、炭酸ガス等の不
   純物を含んだ易吸着成分ガスを、大気圧以上に加圧し、
   これを沸石類を充填した後処理塔の一端面から導入して
   精製加圧吸着させ、この後処理塔の他端面から水、炭酸
   ガス等の不純物を含有しない高純度の易吸着成分ガスを
   採取する第４操作、上記第２および第３操作時に原料ガ
   スおよび掃除ガスの導入端と反対の端面から排出される
   比較的難吸着成分に富んだ不純物を含まないガスを第４
   操作時の加圧ガス導入端と反対の端面からほぼ大気圧下
   で後処理塔に導入し、吸着した水分、炭酸ガス等の不純
   物を追い出して後処理塔内を再生する第５操作、次いで
   後処理塔内を第４操作により得られた水、炭酸ガス等の
   不純物を含まない易吸着成分ガスで掃除して後処理塔内
   の難吸着成分をほぼ完全に除去させる第６操作とを、第
   ４、第５、第６操作の順にくりかえし、吸着分離塔と後
   処理塔の２系列の吸着塔を用いて高純度の易吸着成分ガ
   スを回収することを特徴とするガスの分離回収方法。