JPS6397213A

JPS6397213A - 圧力変動吸着分離方法

Info

Publication number: JPS6397213A
Application number: JP61245004A
Authority: JP
Inventors: Shinnosuke Ikumi; 井汲　真之佑; Koichi Mikami; 公一三上
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1988-04-27
Also published as: JPH0478324B2

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、圧力変動後着分Ｍｌｔ　（Ｐ　ｒ　ｅ　ｓ　
ｓ　ｕ　ｒｅ　　Ｓｗｉｎｇ　　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
）方法、すなわち吸着工程、パージ工程、脱着工程およ
び昇圧工程を吸着剤を充填した複数の塔を用いて交互に
行なわせる吸着分離方法に関し、特に易吸着性物質（ガ
ス）の分離回収に関するものである。

（従来の技術）圧力変動吸着分離方法（ＰＳＡ法）は、混合ガス中の易
吸着成分を分離回収したり、逆に難吸着性物質の分離回
収に用いられ、前者としては例えば空気中の窒素を分離
する方法、転炉および高炉排ガス中の一酸化炭素ガスを
分離する方法、および後者としてはＨ２や０２の分離回
収があげられる。このうち、前者の易吸着成分の分離回
収方法は原理的には、（１）原料ガスによる昇圧工程、
（２）原料ガスによる吸着工程、（３）製品ガスによる
不純物パージ工程および（４）減圧下に製品ガスを回収
する脱着工程からなりたっているが、製品ガス収率が悪
いという欠点がある。ここで製品ガス収率とは、製品ガ
ス収率＝（製品ガス量×製品ガス中の目的成分濃度）／
（原料ガス処理量×原料ガス中の目的成分濃度）で定義
される。

すなわち、従来のＰＳＡ法の昇圧工程においては原料ガ
スによる昇圧方法を採用しているが、この方法によれば
、吸着工程を終えて排出すべきガス中の目的成分濃度が
高く、目的成分の回収率が低いという欠点がある。例え
ば、ＣＯを８０％含む転炉ガスからＣＯを吸着分離回収
する場合、その回収率はたかだか７０％程度にすぎない
。ここで原料ガス中のＣＯ濃度が低下すればそれだけ回
収率が低下する。従って原料ガスによる昇圧法を採用す
る限りにおいては回収率に限界があるともいえる。

第５図は、吸着剤として合成ゼオライトを用い、０、Ｉ
ａｔｍで脱着工程を終えた塔に、８０％ｃｏ。

２０％Ｎ２の原料ガスを定流量で流し込み、昇圧した後
、同原料ガスからＣＯを吸着させる際の原料ガスによる
昇圧工程および吸着工程の吸着層におけるＣＯ吸着量お
よび気相中のＣＯ濃度の変化を示したものである。この
図から明らかなように、従来技術においては、原料ガス
で昇圧するために塔全体に渡ってＣＯの吸着が進み、吸
着層のｃ。

濃度分布は入口から出口にかけてゆるやかな減少カーブ
となり、そのため次の吸着工程の出口ガス（排出ガス）
のＣｏａ度はかなり高い値となり、またＣＯバージ工程
でも同様になり、このためＣＯの損失が大きいという欠
点となる。

また第６図は、１００％近いｃｏガスを製品とする時の
原料ガスのＣＯ濃度と製品収率との関係を示したもので
あるが、排出ガス中の平均ＣＯ濃度が増大するにつれて
製品収率が大幅に低下することが分かる。また第７図は
、製品ガスによる不純物パージ工程と脱着工程を同一操
作条件とした場合の製品収率と必要原料ガス量との関係
を示すものである。製品収率が低下すると必要な原料ガ
ス量が増大し、これは入口ガスＣＯａ度が高くなると大
きくなることが分かる。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、吸着工程または吸着工程および不純物
パージ工程等から排出されるガス中の目的成分（吸着成
分）ａ度を低下させ、結果として製品収率を向上させる
圧力変動吸着分離装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、従来のＰＳＡシステムにおいて、原料ガ
スによって行われていた昇圧工程を吸着後ガスを用いた
昇圧工程に変えることによって製品収率が大幅に向上す
ることを見いだし、本発明に到達したものである。

本発明は、吸着工程、パージ工程、脱着工程および昇圧
工程を同一容量を有する複数の吸着剤を充填した塔を用
いて交互に行なわせ、混合ガス中の易吸着性物質を分離
回収する圧力変動吸着分離方法において、前記吸着工程
より生成する吸着後ガスを貯留塔に貯留し、昇圧工程に
おいて前記吸着後ガスを吸着工程の供給ガス流れと逆方
向から導入、昇圧させることを特徴とする。

すなわち、本発明は、混合ガス中の易吸着成分を分離回
収する前述のＰＳＡ方法において、吸着後ガスによる昇
圧工程、（２）原料ガスによる吸着工程、（３）製品ガ
スによる不純物パージ工程、減圧下に製品ガスを回収す
る脱着工程の４工程から基本的になり、吸着剤を充填し
た２基以上の塔間の流れを変化させ、すべての塔におい
て上記操作を繰り返すように構成したものである。

本発明における吸着対象ガス（易吸着性ガス）は、−酸
化炭素（Ｃｏ）のみならず、二酸化炭素、窒素、酸素、
メタン、その他の炭化水素ガス等があげられる。原料ガ
ス中の吸着対象ガスの濃度は特に限定されないが、一般
に２０〜９Ｑｖｏ＃％が好ましい。また塔に充填する吸
着剤は、ゼオライト、活性炭等があげられるが、これら
に限定されるものではない。

本発明における吸着塔の操作条件はおおむね温度５０℃
以下、操作圧力は吸着工程で常圧〜３０ｋｇ　／　ｃＪ
、製品ガスパージ工程で常圧〜３０ｋｇ／ｃＪ、脱着工
程で最終圧が３０　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ〜常圧であり、昇圧
工程で圧力の回復を行なう。本発明の脱着工程における
減圧度は３０〜５００Ｔｏ　ｒ　ｒが好ましく、特に６
０〜３００Ｔｏｒｒが好ましい。なお、従来技術の原料
ガスで昇圧する方法においては少しでも回収率を向上さ
せるために脱着工程で例えば３０ＴＯｒｒまで真空を高
める必要があるが、本発明によれば例えば６０〜３００
Ｔｏ　ｒ　ｒ程度でも充分満足できる回収率が得られる
。

吸着後ガスを昇圧工程のために吸着塔へ導入する手段と
しては、圧力差を利用したり、送風機、圧縮機等の公知
の手段を用いることができる。

本発明において、貯留塔に貯留された吸着後ガスを昇圧
工程に使用し、かつ吸着後ガスを吸着工程のガス流れ方
向と逆方向から導入する理由を第４図を用いて説明する
。００８０％、Ｎ２２０％の原料ガスから高純度ｃｏを
回収するＰＳＡにおいて、後述の実施例１と同じ条件で
ＰＳＡを操作すると、定常状態では１８．０％ＣＯの吸
着後ガスが得られる。このガスで昇圧し、８０％Ｃ○の
原料ガスで吸着工程を行なわせた結果が第４図である。

すなわち、低濃度のガスで昇圧すると昇圧工程終了時に
吸着層ＣＯ濃度分布が小さく、脱着終了時とあまりかわ
らない。そのため次の吸着工程でＣＯとＮ２の分離がよ
くなり、第５図と比べ十分発達した破過曲線の移動がみ
られ、排出ガスのＣＯ濃度も十分な量で低い。また昇圧
終了時の吸着層ＣＯ濃度分布をみると、入口側より他端
（閉じた側）のＣＯ濃度が高い。このため逆方向から吸
着させる方が有利なことが明らかである。吸着後ガスを
貯留塔に貯留する場合は、吸着後ガスの流量の大小によ
りその一工程間に流れる量の一部または全量を貯留する
ことができる。

（実施例）本発明は、２基以上の吸、着塔を有するＰＳＡ装置に適
用することができるが、典型的な実施例として４基式の
ＰＳＡ装置で本発明を実施する場合を第１図に基づいて
説明する。この装置は、原料タンク１と、製品ガスタン
ク２と、吸着後ガスタンク３と、同一容量を有する４基
の吸着塔４．５．６．７と、ガスの供給および排出用の
ブロワ−８、真空ポンプ９と、前記吸着塔に設けられた
切り換え用バルブ群１０〜３３とからなる。このような
構成において、昇圧工程、吸着工程、不純物パージ工程
および製品ガスの回収脱着工程は次のように行なわれる
。

（１）減圧工程が終了した塔４にバルブ１１を開きタン
ク３から吸着後ガスを導き昇圧工程する。

（２）昇圧工程が終了した塔５にバルブ１９とバルブ１
８を開き、タンク１から原料ガスを導き、目的成分を吸
着させる。この時吸着後ガスはタンク３に貯留される。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　）（３）吸着工
程が終了した塔６に、バルブ２６と　　　　′バルブ２
２を開き、タンク２からブロワ−８により製品ガスを導
入し、吸着している不純ガス（難　　　　−吸着性ガス
成分）をパージする。パージ後ガスは　　　　′タンク
１に戻して再利用される。

（４）製品ガスパージ工程が終了塔７に、バルブ　　　
　′３３を開き、真空ポンプ９により吸着された目的　
　　　］成分を吸引、脱着させ、製品タンク２に導入す
る。　　　ｊこれらの操作手順をまとめれば第１表のよ
うに　　　　ｊなる。

第１表ンス第１表の工程１に示すように前述の（１）〜（４）を同
時に、かつ同一時間内に行ない、引続き欠のステップで
ある工程２に進み、さらに工程３松よび工程４に進み、
順次これらの工程を繰り返し行なうものである。さらに
具体的実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例１第１図に示す吸着装置において、吸着剤として合成ゼオ
ライト（５Ａ相当）を用い、吸着塔の充頃層容積７３４
ｍＡ／塔、吸着圧力１ｋｇ／ｃｊ、減圧工程の最終圧力
約０．１ｋｇ／ｃｎ、吸着温度３５℃、脱着温度約１５
℃、１工程の時間２００ｓｅｃとして、ＣＯとＮ２の混
合ガス（ｃｏｓｏ％）からＣＯを分離する実験を行なっ
た。運転操作は次の＠２表のように行なった。またその
フローシートおよび供給ガス、排出ガスおよび製品ガス
のガス定量および使用濃度を測定した結果を第２図に示
した。なお、第２図におけるガス流量は１工程（２００
ｓｅｃ）間に流れるガス量を吸着塔空塔容隋を１とじて
示したものである。

第２表比較例１昇圧工程で使用する昇圧用ガスとして、吸着後ガスの代
わりに原料ガス（ＣＯ８０％、Ｎ２２０％）を用い、第
３表に示す操作手順に従って原料ガスからＣＯ分離を行
なった。第３図にこの操作のフローシートおよび原料ガ
ス、排出ガスおよび製品ガスの各流量およびＣＯ濃度を
測定した結果を示す。

以下余白第３表実施例２ＣＯ５０％、Ｎ２５０％の原料ガスを用いる他は実施例
１と同様に操作した。この時の原料ガス供給側のガス流
量は７．７８、ＣＯ濃度０．５００、排出ガスのガス流
量４，５８、ＣＯ濃度０．１６１、および製品ガスのガ
ス流量３．２０、Ｃ○濃度０．９９５であった。

比較例２昇圧工程で使用するガスとしてＣＯ５０％、Ｎ２５０％
の原料ガスを用い、第４表に示す手順で昇圧、吸着、Ｃ
Ｏパージおよび脱着の各工程を行なった。供給原料ガス
のガス流量は１０．８１、ＣｏＩ２濃度は０．５００、排出ガスのガス流量は７．５３、ｃ
ｏ濃度は０．２８４、製品ガスのガス濃度は３．２９お
よびＣＯ濃度は０．９９８であった。

以上の実施例および比較例の結果をまとめて第５表に示
した。

第４表第５表第５表の結果から、本願発明の実施例１および２の製品
収率は、それぞれ比較例１および２よりも向上している
ことが示される。

上記実施例において各工程の切り換え時間は２００秒と
したが、これは任意の時間に設定してもよいことは勿論
である。

（発明の効果）本発明によれば、昇圧用のガスを吸着後ガスとしたこと
により、昇圧工程およびパージ工程における排出ガス中
の目的成分を低減し、製品収率を著しく向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す圧力変動吸着分離装
置の系統図、第２図は、本発明の実施例におけるフロー
シートおよびガス流量とＣＯ濃度の結果を示す図、第３
図は、比較例におけるフローシートおよびその結果を説
明する図、第４図は、本発明のＰＳＡ装置における吸着
後ガスによる昇圧工程とその後の吸着工程における吸着
層とＣＯ吸着量および気相ＣＯ濃度との関係を示す図、
第５図は、従来技術のＰＳＡ装置における原料ガスによ
る昇圧工程とその後の吸着工程における吸着層に対する
ＣＯ吸着量および気相ＣＯ濃度との関係を示す図、第６
図は、ＰＳＡ法によるＣＯ吸着装置における原料中のＣ
Ｏ濃度と製品収率との関係を示す図、第７図は、同じ（
製品収率と原料ガス量との関係を示す図である。１・・・原料ガスタンク、２・・・製品ガスタンク、３
・・・吸着後ガスタンク、４．５．６．７・・・吸着塔
、８・・・ブロワ−１９・・・真空ポンプ、１０〜３３
・・・バルブ。代理人　弁理士　川　北　武　長１Ｎ開昭６３−９７２１３（７） ■冨蚕吐汁那／薯１１幅ＯＤ史 ”　　　　−−”　　　　　　ｃｎ。Ｃ鵠　　　　　○ −１−１−０口ヨト榊ピロ ○　　　　　　Ｌ′？０ベ一　　　　　　　　〇薯傳裔旧幻傳／■扇３６０つ記 −〇

Claims

【特許請求の範囲】

（１）吸着工程、パージ工程、脱着工程および昇圧工程
を同一容量を有する複数の吸着剤を充填した塔を用いて
交互に行なわせ、混合ガス中の易吸着性物質を分離回収
する圧力変動吸着分離方法において、前記吸着工程より
生成する吸着後ガスを貯留塔に貯留し、昇圧工程におい
て前記吸着後ガスを吸着工程の供給ガス流れと逆方向か
ら導入、昇圧させることを特徴とする圧力変動吸着分離
方法。