JPS63107720A - 空気中の水分および炭酸ガスの分離除去方法 - Google Patents

空気中の水分および炭酸ガスの分離除去方法

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JPS63107720A
JPS63107720A JP61254347A JP25434786A JPS63107720A JP S63107720 A JPS63107720 A JP S63107720A JP 61254347 A JP61254347 A JP 61254347A JP 25434786 A JP25434786 A JP 25434786A JP S63107720 A JPS63107720 A JP S63107720A
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JP
Japan
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air
column
carbon dioxide
water content
pressure
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Application number
JP61254347A
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English (en)
Inventor
Koichi Ohashi
大橋 弘一
Terusato Nakano
中野 照郷
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TAIYO N P S KK
Original Assignee
TAIYO N P S KK
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

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〕 この発明は空気、特に空気分離装置用原料空気に不純物
として含まれる水分および炭酸ガスの分離除去方法に関
するものである。
〔従来の技術〕
高純度の窒素、酸素、アルゴンなどはあらゆる産業分野
で重宝されていて、これら製造設備の殆んどは深冷分離
方式に基づくものである。この深冷分離方式は低温蒸留
による分離であるから、原料空気に水分または炭酸ガス
が含まれていると、これらが冷却中に凍結し、熱交換器
のチューブなどを閉塞して重大事故を誘発するので、原
料空気を事前に精製しておくことが大切である。
従来このような原料空気から水分および炭酸ガスを分離
除去する方法として、冷時吸着させた不純成分を熱時脱
着させることによって分離を行なう方法すなわちサーマ
ルスイング法と、高圧下で選択的に吸着させた不純成分
を低圧下で脱着させて分離を行なう方法すなわちプレッ
シャースイング(PSA: Presser  Swi
ng Adsorption )法とを例示することが
できる。ここで前者のサーフルスイング法は、吸着剤と
その容器(充填塔)とを吸着時には低温に保ち、脱着時
には加熱して昇温させる方法であるから所要熱量が大き
いのみならず熱伝導の非常に劣る吸着剤を加熱したり冷
却したりする操作のために長時間を要し、電力等のエネ
ルギーの消費量がきわめて大きく、装置も大型化するな
どの欠点を有している。一方後者のPSA法は前者のよ
うに吸着と脱着とに温度差を与える方法ではないので、
経済性が高くまた精製度も良い。しかし現在の深冷分離
による酸素、窒素の製造工程には、鈴木謙一部・北用浩
共著「圧力スイングサイクルシステム」(株)講談社、
昭和58年5月1日発行、第87頁本文第3〜7行目に
記載されているとおり、空気中の水分と二酸化炭素とは
合成ゼオライトによって極限(湿度露点温度−70℃、
二酸化炭素0.5〜1.0 ppm )にまで吸着され
、数時間(6〜8時間)の吸着工程の後に加熱によって
吸着剤が再生されるシステムが完成されていて、深冷分
離による酸素窒素の製造工程にはすべてこのシステムが
設置されているとされている。
また、前記刊行物第88〜92頁の第5.1 r再生ガ
ス量と精製度の関係」の項につぎのような記載がある。
すなわち、PSA法においてシリカゲルを用いて20 
ppmの精製度を得ようとするならば、60襲近くの再
生ガスが必要であること、合成ゼオライトによる炭酸ガ
ス(300ppm )の除去実験例(表5.1)におい
ては再生ガス消費率が9〜35.8襲、出口の炭酸ガス
最小濃度5〜10 ppmであったこと、およびゼオラ
イト系吸着剤を用いて300ppmの空気中炭酸ガスの
除去をPSA法で行なったところ再生ガス量30%のと
きに出口の炭酸ガス濃度は50〜1100ppが限界と
なり、炭酸ガスを10 ppm以下に減少させるには4
0〜50%の再生ガスが必要であったという記載であっ
て、これら記載から明らかなようにPSA法において残
留炭酸ガス濃度を極限(10ppm以下または5 pp
mさらには特に2 ppm以下)にすることは吸着能の
大きいシリカゲルでも、またゼオライト系吸着剤であっ
ても容易ではないのである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このように従来の技術においては空気中の水分および炭
酸ガスを極限とされるZ ppmもしくはそれ以下にす
ることは容易でないという問題点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の問題点を解決するために、この発明は少なくとも
2基が併設され活性アルミナを充填層とする塔の一端か
ら原料空気を送入し、原料空気中の水分および炭酸ガス
を常温高圧下において活性アルミナに吸着させる吸着工
程と、この塔の他の一端から排出する精製空気中に吸着
除去されない水分および炭酸ガスが混在し始める直前に
原料空気の塔内への送入を停止して塔内圧を大気圧にま
で降下し、その後精製空気の一部もしくは深冷分離装置
の副生ガス(オフ・ガス)によって吸着シている水分お
よび炭酸ガスを脱着させ活性アルミナを活性化させる脱
着再生工程とを併設されている他の塔と交互に繰り返し
行なって空気中の水分および炭酸ガスを分離除去する手
段を採用するものである。以下その詳細を述べる。
まず、この発明に詔いて充填塔を少なくとも2基併設す
る理由は、一つの塔で吸着操作中に別の塔で脱着再生操
作を円滑に実施するためであり、従来から吸着剤によっ
て不純物を分離精製する際に広く利用されている方式の
ものと特に変るものではない。
つぎに、この発明における活性アルミナは水分を始めと
する各種物質の吸着剤または各種反応用の触媒として従
来から既に広く利用され数多くのものが市販されている
。そして吸着剤として市販される活性アルミナの性状は
、たとえば社団法人化学工学協会編「改訂凹版化学工学
便覧」丸善株式会社、昭和60年12月2・θ日第5刷
発行、第851〜852頁、または「工業大事典4」平
凡社、1960 (昭和35)年3月3′θ日発行、第
16頁などから明らかなように、充填密度490〜92
0g/l、比表面積150〜350 m”/ g 、平
均孔径40〜120久であり、吸着水分の脱離再生温度
170〜320℃であり、比表面積550〜700m/
g1平均孔径10〜40λ、再生温度150〜180℃
のシリカゲルまたは平均孔径が3〜10久とさらに小さ
い合成ゼオライトなどの吸着剤に比べて比表面積は小さ
く平均孔径は大きく、吸着能は劣りしかも再生温度は高
いことから現状では吸着剤としての王座はシリカゲル系
またはゼオライト系のものに奪われた形になっている。
しかし、この発明においては、このような−見吸着能が
劣ると考えられている活性アルミナを吸着剤、しかも特
にPSA法の充填剤として使用するものであり、従来市
販されている通常の活性アルミナであってもこの発明に
何ら支障を来たすものではない。
さらにこの発明において吸着工程における原料空気圧と
、脱着再生工程における気圧とは圧力差が大きいほど分
離効率に有利であり、圧力を特に限定するものではない
が、装置の建設費、維持管理費さらには保全の難易等を
勘案すれば通常の場合吸着工程を5〜10 kg/cm
” (ゲージ圧)とじ脱着再生工程を常圧とするのが実
用的かつ経済的で好ましい。
また、充填塔内における空気もしくはオフガス等の流れ
方向は吸着工程と脱着再生工程とでは逆であることが望
ましい。なぜならば吸着工程における原料空気中の不純
物は吸着層の原料空気送入口に近い方から逐次吸着され
、吸着層における不純物の濃度勾配は送入口側が高く排
出口側が低くなるのであるから脱着再生工程においては
不純物を含まない空気もしくはオフガスを吸着層の不純
物の濃度勾配の低い側から高い側へ、すなわち吸着工程
における空気の流れ方向きは逆方向に流さない限り、濃
度勾配の高い部分の吸着不純物によって吸着層が汚染さ
れその脱着再生のために不要な時間を費さねばならな(
なるからである。
〔作用〕
活性アルミナは、前記したとおり、シリカゲルまたはゼ
オライトなどと比較して吸着能は劣るが、平均孔径が大
きく脱着速度を高めるうえで効果的であり、吸着工程お
よび脱着再生工程を総括して評価すれば、活性アルミナ
はシリカゲルまたはゼオライトなどよりも好ましい作用
効果を発揮することになるものと判断される。
〔実施例〕
図に示すような2基の塔AおよびBからなる分離除去装
置を用いた。すなわち原料空気は入口1からピストン弁
PV−1、塔Aおよび逆止弁CV−1を順次通過し、不
純物が除去された精製空気は出口2から系外に排出され
る。このように塔A内において原料空気の精製処理が行
なわれる間に、塔Aから出た精製空気の一部がニードル
弁N■、逆止弁CV−4.塔B、ピストン弁PV−4お
よびサイレンサー3を順次通過して塔B内の吸着不純物
を排出させるための再生処理が行なわれ、一定時間経過
すれば入口1・から送入されていた原料空気は切替えら
れてピストン弁PV−2を経て塔B内で精製処理を受は
逆止弁CV−2を通過して出口2カニら系外に、そして
その精製処理を受けた空気の一部はニードル弁NV 、
逆止弁CV−3、塔A、ピストン弁PV−3、サイレン
サー3を順次経て、塔Aの再生処理が行なわれる。この
ような精製(吸着)処理と再生(脱着)処理とは装置の
規模の大小によって多少の相違はあっても通常2〜10
分(多くは5分程度)の間隔で同時に切り替えられ、そ
の切り替えは操作盤4によって自動もしくは手動で行な
われる仕組みになっている。
そこでつぎの諸条件のもとにこのような仕組みの装置を
運転した。
■ 塔(AおよびB) 内径6.79cm、断面積36.21cm2、層高60
cm 。
■ 吸着剤(活性アルミナ) 球状(粒径2〜4mm)、見掛比重1.43、真比重3
.10 、比表面積270m27g、細孔容積0.38
m1/g、化学組成(Al2O393,7%、Fc40
30.03%、5i020.03%、NazOO,25
%、強熱減量6.0%)、充填容積2.173リツトル
、重量1.63kg。
■ 原料空気 圧カフ kg/cm2(ゲージ圧)、温度10℃、含有
炭酸ガス320 ppm、水分飽和、■ 流量(1サイ
クル当りのN−リットル)入口流量800、減圧排気1
7.3、パージ排気71.5、出口流量711.2、塔
内線速度1.96 m7分、空間速度14737時 ■ 切り替え時間 吸着15分、再生15分(内訳:減圧2分、掃気パージ
8分、昇圧5分) 以上の条件下で得られた装置出口の空気中に含まれる炭
酸ガスは0.2 ppm未満であり、また水分は1気圧
下−70℃の露点であった。
〔効果〕
前述したように、空気中に含まれる水分壜よび炭酸ガス
を同時に分離する方法として通常サーマルスイング法が
利用され、プレッシャースイング法(PSA法)特に常
温下において昇圧および降圧の操作のみで吸着と脱着再
生とを行なう方法は吸着剤の特性からいってほぼ不可能
とされていたが、この発明はシリカゲルまたはゼオライ
トなどよりも吸着能が劣るとされている活性アルミナを
用いたPSA法によって、従来サーマルスイング法でさ
えも到達し得なかった炭酸ガス濃度2 ppm以下とい
う純度にまで空気を精製することを可能にするもめであ
るから、省エネルギー的立場からも好ましく、この発明
の意義はきわめて大きいと言うことができる。
【図面の簡単な説明】
図は分離除去装置の一例を示すための系統図である。 1・・・入口、2・・・出口、3・・・サイレンサー、
4・・・操作盤、A、B・・・塔、CV−1,2,3,
4・・・逆止弁、FIA・・・電装型流量計、NV・・
・ニードル弁、PV−1,2,3,4・・・ピストン弁
、実線・・・パイプライン、破線・・・計空用配管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも2基が併設され活性アルミナを充填層とする
    塔の一端から原料空気を送入し、原料空気中の水分およ
    び炭酸ガスを常温高圧下において活性アルミナに吸着さ
    せる吸着工程と、この塔の他の一端から排出する精製空
    気中に吸着除去されない水分および炭酸ガスが混在し始
    める直前に原料空気の塔内への送入を停止して塔内圧を
    大気圧にまで降下し、その後精製空気の一部もしくは深
    冷分離装置の副生ガス(オフ・ガス)によつて吸着して
    いる水分および炭酸ガスを脱着させ活性アルミナを活性
    化させる脱着再生工程とを併設されている他の塔と交互
    に繰り返し行なうことを特徴とする空気中の水分および
    炭酸ガスの分離除去方法。
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