JPS6238219A - 気体精製方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は気体精製方法に関し、特に被精製ガス中の不純
物を選択的に吸着する複数の吸着塔を交互１＝　′）Ｉ
ｎ丁玉小［１３美丁理シ併笛丁の亜庄Ｔ碍Ｌ１■えるこ
とにより、精製ガスを連続的に得るプレッシャースイン
グ法による気体精製方法に関するものである。

［従来の技術］ プレッシャースイング法は混合ガス中の不純物を加圧状
態で吸着剤に吸着せしめ、低圧状態で吸着された不純物
を脱着せしめて吸着剤を再生するガス精製法として公知
である。しかしながら、この方法は脱着工程において、
減圧によって吸着塔内の精製ガスが廃棄され、かつ、脱
着された不純物の排出洗浄に精製ガスの一部を減圧して
パージガスとして用いるため、最終的に得られる製品ガ
スの回収率が低いという欠点があった。

この回収率の低下を抑制するため、従来種々の改良が提
案されており、例えば特公昭４５−２００８２号公報に
は、脱着工程の初期に吸着塔内の加圧ガスを脱着工程に
ある他の吸着塔の再加圧およびパージガスとして利用す
ることにより精製ガスの消費を抑制し、その回収率を向
上せしめる方法が提案されている。

特開昭５８−１１３７４１０号公報では洗浄廃ガス中の
不純物含有量によって、廃ガスを放出するがまたは原料
ガス系統に戻すバルブ切替を行って製品回収率を向上せ
しめる方法が、また、特開昭５９−４４１４号公報には
脱着工程の一部に真空引きを行う方法が開示されている
。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、これらの方法は精製ガスの回収率を若干
向上せしめるとしても、多数の吸着塔を必要としたり、
特別な機器類や複雑な操作を必要とし、その結果書られ
る製品回収率は８０％に達しない。

本発明の目的は、吸着剤の再生のための脱着工程におい
て、減圧工程で廃棄される精製ガスおよび脱着された不
純物を排出するために使用される精製ガスの量を抑制し
て、製品ガスの回収率を高めることにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、脱着工程で排出される不純物濃度の高い排ガ
スを被精製ガスの供給ラインに戻すことによって上記の
目的を達成したものである。

即ち本発明は、被精製ガス中の不純物を選択的に吸着す
る複数の吸着塔を交互に加圧下の吸着工程と低圧下の再
生工程に切変えることにより、精製ガスを連続的に得る
プレッシャースイング吸着法による気体精製方法におい
て、再生工程にある吸着塔の排ガスの一部を精製工程に
ある吸着塔の被精製ガス供給ラインに戻すことを特徴と
する気体精製方法である。

以下、本発明の方法を電解水素を高純度水素に精製する
一実施例によって説明する。

第１図は２塔式のプレッシャースイング吸着法（以下、
ＰＳＡ法と略称する）による気体精製装置（ＰＳＡ装置
）を示す。

原料の′電解水素中の不純物は窒素および酸素であり１
例えば窒素が２００ＰｐＨ，酸素が５０ｐｐｍ程度含ま
れているが、酸素は脱酸素装置により容易にｌｐｐｍ以
下に除去することができるので、ＰＳＡ装置に導入され
る原料ガスは、水素９９．９８容量２、窒素２００ＰＰ
国の組成である。

原料ガスは管１１からガスホルダー２０に導入され、圧
縮機２１により約５ｋｇ／ｃｍ２に加圧されて吸着塔Ａ
に導入される。吸着塔ＡおよびＢには窒素を吸着するモ
レキュラーシーブが充填されており。

吸着塔Ａは吸着精製工程にあり、一方、吸着塔Ｂは脱着
再生工程にある。加圧状態で吸着塔Ａに導入された原料
ガスは、吸着塔Ａのモレキュラーシーブによって窒素が
吸着除去されて、出口弁２ａ、流量調節弁７を経て、製
品水素として取出される。

この間、他方の吸着塔Ｂは吸着剤の再生工程にある。即
ち、吸着ノロとしての吸着工程が終了したのち、大口弁
１ｂおよび出口弁２ｂが閉じられ、排出弁３ｂが開かれ
て吸着塔Ｂははζ大気圧まで減圧される。この減圧によ
り、吸着塔Ｂ内のモレキュラーシーブに吸着されていた
窒素は減圧脱着され、吸着塔Ｂ内の残留水素ガスととも
に、減圧弁Ｓおよび管１４を経て原料ガスライン１１に
戻される０次いで、パージ弁４ｂが開かれ、製品水素の
一珠力＜１１＠午弁Ｂ　弁４ｈを経て叫簀坏すに４人き
れ、モレキュラーシーブの洗浄脱着が行なわれる。この
洗浄脱着の排ガスは、排出弁３ｂより弁８、管１４を経
て、同様に原料ガスライン１１に戻される。洗浄脱着を
終了した吸着塔Ｂは、排出弁３ｂを閉じ、減圧弁６およ
び弁４ｂを経て導入される製品ガスにより再加圧されて
次の吸着工程に備える。吸着塔ａの吸着工程が終了した
ら、原料ガス導入弁１ａを閉じ、ｌｂを開けて、吸着塔
Ｂが吸着工程に入り、吸着塔Ａは脱着工程に移行し、以
後同様に順次に工程を切替えることにより製品水素が連
続的に得られる。

上記のように脱着工程の排ガスが戻されて窒素濃度の上
昇した原料ガスは、同様に加圧吸着によって精製される
が、工程の繰返しにより減圧脱着および洗浄脱着の排ガ
スの窒素濃度は次第に高くなり、それに従って加圧吸着
される原料ガスの窒素濃度も上昇する。このとき、高濃
度の排ガスの全部または一部を弁ＩＯを開けてパージす
ることにより原料ガスの窒素濃度を一部レベル以下に保
つことができる。

排ガスのパージは、ＰＳＡ装置に導入される原料ガス（
再循環排ガスとの混合ガス）の不純物濃度を一定の水準
以下に保つことができる限り間欠的でも連続的でもよい
。通常は脱着工程において減圧脱着の後の洗浄脱着時の
排ガスがパージされる。この場合、洗浄脱着の排ガスを
全量パージしてもよいし、一部だけパージすることもで
きる。

Ｐ’ＳＡ装置に用いる吸着塔の基数を増加し、各吸着塔
の工程を調整することにより、排ガスのパージおよび再
循環を実質的に定常化することができ。

その結果、　ＰＳＡ装置に供給される原料ガスの濃度も
はり一定化される。

［作用および効果］ 本発明の気体精製法において、ＰＳＡ装置の排ガスを原
料供給ラインに戻すことにより原料ガスの不純物濃度を
高めることは、原料ガス中の不純物の分圧を上げること
であり、このことは従来のＰＳＡ法で吸着圧力を上昇さ
せることと同等の効果を有する。その結果、吸着時の加
圧が４〜５ｋｇ／ｃ■２でも従来のＰＳＡ法で１０ｋｇ
／ｃ■２以上の加圧に相当し、圧縮機の消費電力を低減
させることができる。

また、排ガスの再循環は原料ガス中の不純物濃度を高め
、ＰＳＡ装置の排ガスの不純物濃度を高めることとなり
、パージにより廃棄される製品ガスの量を抑え、製品ガ
スの回収率を高める。

第１表は本発明の方法による電解水素の精製を従来法と
比較したもので、回収率の向上および圧縮機動力の低減
効果を示す。

第　　１　　表 装置＝　３塔弐ＰＳＡ装置 原料：電解水素 製品量：　　Ｈ２１００ＯＮＩＩ３／ｂｒ本発明の方法
による製品ガスの回収率は、パージされる排ガスの不純
物の濃縮度によって定まる。即ち、上記の電解水素の精
製において、窒素濃度２００ｐｐｍの原料ガスを処理し
て、パージされる排ガス中の窒素濃度が１容量２である
場合、濃縮度は５０倍であり、排ガスとしてパージされ
る水素は原料水素の１１５０にすぎず、理論的には８８
ｚ、の水素が製品ガスとして回収される。

本発明の方法による気体精製は、吸着除去される不純物
ガスの吸着剤に対する吸着平衡が直線平衡系またはそれ
に近い系である場合に特に有効である。そのような被吸
着質としては、窒素、Ｃ０１ＯＨ，等は活性炭、モレキ
ュラーシーブのいずれに対しても直線平衡系に近い、ま
た、ＣＯ□、Ｈ２Ｏ等の曲線平衡系の被吸着質でもその
濃度が充分低い場合には適用可能である。

［実施例］ 実施例１ 第２図は電解水素から高純度水素を精製するガ窒素２０
０容量ｐｐｍおよび酸素５０容量ｐｐｍを含有する電解
水素を、圧縮機により４．５ｋｇ／ｃｍ２Ｇに昇圧し、
脱酸素装置（ＤＥＯＸＯ）を通して酸素を水として除去
した後、　ＰＳＡ装置に送られる。　　ＰＳＡ装置は第
１図と同様のモレキュラーシーブの充填された吸着塔が
３基併設され、バルブ切替により順次、吸着、減圧脱着
、洗浄脱着および昇圧の各工程が行なわれる。各吸着塔
においては、減圧脱着時の排ガスは原料ガスラインに戻
され、洗浄脱着時の排ガスはパージガスとして排出され
た。

ＰＳＡ装置の各吸着塔Ａ、　ＢおよびＣの操作のタイム
スケジュールは第２表のとおりである。

第２表 なお、原料ガスラインに戻された排ガスは、サー・ブタ
ン／７　（Ｗｌ云せず）で百耳ガスとｎ＾〜れるので、
定常状態ではＰＳＡ装置に導入される原料ガスの窒素濃
度ははＣ一定となる。ｔ５２図に示す各ラインの定常状
態における物質収支は、製品ガスの１１００Ｎ　Ｎ／ｈ
ｒについて第３表のとおりであった。

第３表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２塔式気体精製装置の配管図を示し、
第２図は実施例１の物質収支のためのフローダイアグラ
ムを示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被精製ガス中の不純物を選択的に吸着する複数の
   吸着塔を交互に加圧下の吸着工程と低圧下の再生工程に
   切変えることにより、精製ガスを連続的に得るプレッシ
   ャースイング吸着法による気体精製方法において、再生
   工程にある吸着塔の排ガスの一部を精製工程にある吸着
   塔の被精製ガス供給ラインに戻すことを特徴とする気体
   精製方法。
2. （２）再生工程のうち少なくとも減圧工程の排ガスを被
   精製ガスの供給ラインに戻す、特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。