JPWO2018055971A1 - Hydrogen or helium purification method and hydrogen or helium purification apparatus - Google Patents
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Abstract
不純物として揮発性芳香族化合物を含み、且つ主成分として水素またはヘリウムを含む原料ガスから、吸着剤が充填された吸着塔(10A〜10C)を用いて行うPSA法により、水素またはヘリウムを精製する方法は、吸着塔(10A〜10C)の各々について、吸着工程、減圧工程、脱着工程、および洗浄工程を含むサイクルを繰り返し行う。各吸着塔(10A〜10C)は、吸着塔における原料ガスの流れ方向において上流側から下流側に向けて順に第1領域、第2領域および第3領域に区分されている。第1領域には、吸着剤の充填容量全体に対し、充填比率が15〜75vol%のシリカゲル系の第1吸着剤131が充填されている。第2領域には、充填比率が15〜75vol%のゼオライト系の第2吸着剤132が充填されている。第3領域には、充填比率が5〜30vol%の活性炭系の第3吸着剤133が充填されている。Purification of hydrogen or helium from a raw material gas containing volatile aromatic compounds as impurities and hydrogen or helium as the main component by a PSA method using an adsorption tower (10A to 10C) packed with an adsorbent The method repeatedly performs a cycle including an adsorption step, a pressure reduction step, a desorption step, and a washing step for each of the adsorption columns (10A to 10C). Each adsorption column (10A to 10C) is divided into a first region, a second region, and a third region in order from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the source gas in the adsorption column. The first region is filled with a silica gel-based first adsorbent 131 having a filling ratio of 15 to 75 vol% with respect to the entire adsorbent filling volume. The second region is filled with a zeolitic second adsorbent 132 having a filling ratio of 15 to 75 vol%. The third region is filled with an activated carbon-based third adsorbent 133 having a filling ratio of 5 to 30 vol%.
Description
本発明は、圧力変動吸着法を利用して水素またはヘリウムを精製するための方法および装置に関する。 The present invention relates to methods and apparatus for purifying hydrogen or helium using pressure swing adsorption.
公害防止の観点から、廃棄ガスとして放出されるガス中の揮発性芳香族化合物の濃度は低濃度になるよう規制されている。例えば、トルエンを不純物として含むガスの場合、ある地域では地上到達点濃度が0.7volppm以下に定められている。そのような規制に対応するための廃棄ガスの処理方法としては、吸収法、冷却法、吸着法、燃焼法などがある(例えば特許文献1参照)。また、それらの処理によって精製した後のガスを回収して再利用する場合もある。また、廃棄ガスの処理設備については、省スペースで且つ、導入費用および稼動費用の安価な方法が求められている。 From the viewpoint of pollution prevention, the concentration of volatile aromatic compounds in the gas released as waste gas is regulated to a low concentration. For example, in the case of a gas containing toluene as an impurity, the concentration at the ground reaching point is set to 0.7 vol ppm or less in a certain area. As a waste gas treatment method for meeting such regulations, there are an absorption method, a cooling method, an adsorption method, a combustion method and the like (see, for example, Patent Document 1). In addition, there are also cases where the gas purified by these treatments is recovered and reused. Further, with regard to waste gas treatment facilities, a space-saving and inexpensive method of installation cost and operation cost is required.
一方、水素やヘリウムを工業用ガスとして利用する場合、用途によっては、高純度のガスを得るために、精製工程を追加する必要がある。例えば、燃料電池車用の水素の場合、ISO14687−2(FCV用水素燃料規格,2012,GradeD)によれば水素以外の成分の許容濃度として、総炭化水素であれば2volppm以下(メタン換算)にする必要がある。この場合においても、省スペースで且つ、安価な方法が求められている。吸収法による炭化水素の除去では、拡散ガス中の炭化水素濃度を1vol%以下にすることは困難であり、未だに実現されていない。冷却法においても、蒸気圧分の不純物が気相側に残留するため、揮発性芳香族化合物の場合は数ppmオーダーまで精製することは困難である。燃焼法においては、酸素などを混合する必要があり、燃焼後に水や二酸化炭素などが生じることから、高純度のガスを得るのには適していない。 On the other hand, when using hydrogen or helium as an industrial gas, depending on the application, it is necessary to add a purification step to obtain a high purity gas. For example, in the case of hydrogen for fuel cell vehicles, according to ISO 14687-2 (hydrogen fuel standard for FCV, 2012, Grade D), the permissible concentration of components other than hydrogen is 2 volppm or less (in terms of methane) in the case of total hydrocarbons. There is a need to. Also in this case, a space-saving and inexpensive method is required. In the removal of hydrocarbons by the absorption method, it is difficult to reduce the concentration of hydrocarbons in the diffusion gas to 1 vol% or less, and it has not been realized yet. Even in the cooling method, since impurities corresponding to the vapor pressure remain on the gas phase side, it is difficult to purify them to several ppm order in the case of volatile aromatic compounds. In the combustion method, it is necessary to mix oxygen and the like, and water and carbon dioxide and the like are generated after the combustion, so it is not suitable for obtaining a high purity gas.
以上のような理由から、高純度の水素やヘリウムを得る方法としては、吸着法が主に用いられている。例えば、ガスに含まれる揮発性芳香族化合物を除去するため、合成ゼオライトや疎水性シリカゲルを使用する圧力変動吸着法が採用される。しかしながら、この方法でも脱着に真空装置を用いることや、シリカリッチのゼオライトやシリカゲルの中でも疎水性のものを使用することから、コスト面で課題があった(例えば特許文献1参照)。 For the above reasons, adsorption is mainly used as a method for obtaining high purity hydrogen and helium. For example, in order to remove volatile aromatic compounds contained in gas, pressure swing adsorption method using synthetic zeolite or hydrophobic silica gel is employed. However, this method also has problems in cost because it uses a vacuum device for desorption and uses a hydrophobic one among silica-rich zeolite and silica gel (see, for example, Patent Document 1).
また、揮発性芳香族化合物を含む廃棄ガスを圧力変動吸着法を用いて処理し、炭化水素濃度を低減する方法もある。圧力変動吸着法で吸着剤の再生が可能であれば、加熱や冷却は不要となる。しかしながらこの方法においては、脱着時に真空装置が必要であり、さらに吸着剤をあらかじめプレコートすることも必要であり、コスト面や操作の煩雑さの面で課題があった(例えば特許文献2,3参照)。 There is also a method of treating waste gas containing volatile aromatic compounds using a pressure swing adsorption method to reduce the hydrocarbon concentration. If regeneration of the adsorbent is possible by the pressure fluctuation adsorption method, heating and cooling become unnecessary. However, in this method, a vacuum device is required at the time of desorption, and it is also necessary to pre-coat the adsorbent beforehand, and there are problems in terms of cost and complexity of operation (for example, see Patent Documents 2 and 3) ).
不純物として、揮発性芳香族化合物を含むガスを精製する場合、吸着剤として活性炭を使用する方法が、従来から採用されてきた。活性炭の細孔内に入り込んだ揮発性芳香族化合物は、容易には脱着されない。このため、脱着に加熱手段を用いる方法が採用されており、温度変動吸着法やスチームの使用により脱着を促している。加熱手段を用いる場合、加熱や冷却に伴う付帯設備を要し、伝熱に時間がかかるなど操作性の面でも課題が多い。 In the case of purifying a gas containing a volatile aromatic compound as an impurity, a method using activated carbon as an adsorbent has conventionally been adopted. Volatile aromatic compounds that enter into the pores of activated carbon are not easily desorbed. For this reason, the method of using a heating means for desorption is adopted, and desorption is promoted by the use of a temperature fluctuation adsorption method or steam. When using a heating means, incidental facilities accompanying heating and cooling are required, and there are many problems in terms of operability such as heat transfer takes time.
また、真空再生法を用いた方法では、真空再生のためのコストがかかる。また、パージガス(精製された高純度の製品ガス)を用いた方法では、パージガスを使用する分、コストアップに繋がる。さらに、加熱による再生についても、同じく加熱に必要なエネルギー分コストアップに繋がる。 In addition, in the method using the vacuum regeneration method, the cost for vacuum regeneration is high. Moreover, in the method using a purge gas (refined product gas of high purity), the cost increases due to the use of the purge gas. Furthermore, with regard to regeneration by heating, it leads to an increase in the cost of energy required for heating as well.
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、圧力変動吸着法を利用して、不純物として揮発性芳香族化合物を含む原料ガスから、コストを削減しつつ、高純度な水素またはヘリウムを得るのに適した方法および装置を提供することを課題としている。 The present invention has been conceived under such circumstances, and it is possible to reduce the cost of a raw material gas containing volatile aromatic compounds as an impurity while using high pressure purity by utilizing a pressure fluctuation adsorption method. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus suitable for obtaining hydrogen or helium.
本発明の第1の側面によれば、吸着剤が充填された3塔以上の吸着塔を用いて行う圧力変動吸着法のサイクルを各吸着塔について繰り返すことにより、不純物として揮発性芳香族化合物を含み、且つ主成分として水素またはヘリウムを含む原料ガスから水素またはヘリウムを精製するための方法が提供される。前記サイクルは、吸着剤が充填された3塔以上の吸着塔を用いて行う圧力変動吸着法により、上記吸着塔が所定の高圧である状態にて、上記吸着塔に上記原料ガスを導入して当該原料ガス中の上記揮発性芳香族化合物を上記吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から水素またはヘリウムの濃度が高い製品ガスを排出する吸着工程と、上記吸着工程を終えた上記吸着塔から塔内に残留するガスを排出して塔内の圧力を低下させる減圧工程と、上記減圧工程を終えた上記吸着塔における上記吸着剤から上記揮発性芳香族化合物を脱着させ、塔内ガスを排出する脱着工程と、上記減圧工程にある他の吸着塔から排出されたガスを上記脱着工程を終えた上記吸着塔に導入して塔内に残留するガスを排出する洗浄工程と、を含む。上記各吸着塔は、上記吸着塔における上記原料ガスの流れ方向において上流側から下流側に向けて順に第1領域、第2領域および第3領域に区分されている。上記第1領域には、充填比率が15〜75vol%の範囲であるシリカゲル系の第1吸着剤が充填されている。上記第2領域には、充填比率が15〜75vol%の範囲であるゼオライト系の第2吸着剤が充填されている。上記第3領域には、充填比率が5〜30vol%の範囲である活性炭系の第3吸着剤が充填されている。 According to the first aspect of the present invention, a volatile aromatic compound is used as an impurity by repeating, for each adsorption column, a cycle of pressure fluctuation adsorption method using three or more adsorption columns filled with an adsorbent. A method is provided for purifying hydrogen or helium from a source gas that contains and contains hydrogen or helium as the main component. The cycle is performed by a pressure fluctuation adsorption method performed by using three or more adsorption towers filled with an adsorbent, and the raw material gas is introduced into the adsorption tower with the adsorption tower at a predetermined high pressure. An adsorption step of adsorbing the volatile aromatic compound in the raw material gas to the adsorbent and discharging a product gas having a high concentration of hydrogen or helium from the adsorption tower; and the adsorption tower after the adsorption step. The volatile aromatic compound is desorbed from the adsorbent in the adsorption tower after the depressurization step of discharging the gas remaining inside to lower the pressure in the tower and the pressure reduction step, and discharging the gas in the tower And a washing step of introducing the gas discharged from the other adsorption tower in the depressurization step into the adsorption tower after the desorption step to discharge the gas remaining in the tower. Each adsorption column is divided into a first region, a second region, and a third region in order from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the raw material gas in the adsorption column. The first region is filled with a silica gel-based first adsorbent having a filling ratio in the range of 15 to 75 vol%. The second region is filled with a zeolitic second adsorbent having a filling ratio in the range of 15 to 75 vol%. The third region is filled with an activated carbon-based third adsorbent having a filling ratio of 5 to 30 vol%.
好ましくは、上記第1吸着剤は、親水性シリカゲルよりなる。 Preferably, the first adsorbent comprises hydrophilic silica gel.
本発明の第2の側面によれば、不純物として揮発性芳香族化合物を含み、且つ主成分として水素またはヘリウムを含む原料ガスから水素またはヘリウムを精製するための装置が提供される。当該装置は、各々が第1ガス通過口および第2ガス通過口を有し、当該第1および第2ガス通過口の間において吸着剤が充填された3塔以上の吸着塔と、製品ガスを貯留するための貯留タンクと、上記吸着塔の上記第1ガス通過口から排出されるガスを気相成分と液相成分とに分離する気液分離手段と、原料ガス供給源に接続された主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第1ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第1ラインと、上記気液分離手段が設けられた主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第1ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第2ラインと、上記貯留タンクが設けられた主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第2ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第3ラインと、上記第3ラインにおける上記主幹路に接続された主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第2ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第4ラインと、上記第4ラインにおける上記主幹路に接続された主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第2ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第5ラインと、を備えている。上記各吸着塔は、上記吸着塔における上記第1ガス通過口から上記第2ガス通過口に向けて順に第1領域、第2領域および第3領域に区分されている。上記第1領域には、充填比率が15〜75vol%の範囲であるシリカゲル系の第1吸着剤が充填されている。上記第2領域には、充填比率が15〜75vol%の範囲であるゼオライト系の第2吸着剤が充填されている。上記第3領域には、充填比率が5〜30vol%の範囲である活性炭系の第3吸着剤が充填されている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for purifying hydrogen or helium from a source gas comprising volatile aromatic compounds as impurities and comprising hydrogen or helium as a main component. The apparatus has three or more adsorption towers, each having a first gas passage port and a second gas passage port, and being filled with an adsorbent between the first and second gas passage ports, and a product gas A storage tank for storing, a gas-liquid separation means for separating a gas discharged from the first gas passage port of the adsorption tower into a gas phase component and a liquid phase component, a main stem connected to a source gas supply source A first line having a passage and a plurality of branch passages provided for each of the adsorption towers and connected to the first gas passage port side of the adsorption towers and provided with on-off valves in each, A main trunk path provided with liquid separation means, and a plurality of branch paths provided for each of the adsorption towers and connected to the first gas passage port side of the adsorption towers and provided with on-off valves in each, And a main trunk path provided with the storage tank, and A third line having a plurality of branch paths provided for each adsorption tower and connected to the second gas passage port side of the adsorption tower and provided with on-off valves in each, and the main trunk in the third line A main trunk passage connected to the passage, and a plurality of branch passages provided for each of the adsorption towers and connected to the second gas passage port side of the adsorption towers and provided with on-off valves in each of the plurality of branch passages; 4 lines, a main trunk path connected to the main trunk path in the fourth line, and each of the adsorption towers, connected to the second gas passage port side of the adsorption tower, and provided with an on-off valve in each And a fifth line having a plurality of branched paths. Each adsorption tower is divided into a first region, a second region, and a third region in order from the first gas passage port to the second gas passage port in the adsorption tower. The first region is filled with a silica gel-based first adsorbent having a filling ratio in the range of 15 to 75 vol%. The second region is filled with a zeolitic second adsorbent having a filling ratio in the range of 15 to 75 vol%. The third region is filled with an activated carbon-based third adsorbent having a filling ratio of 5 to 30 vol%.
好ましくは、上記第1吸着剤は、親水性シリカゲルよりなる。 Preferably, the first adsorbent comprises hydrophilic silica gel.
本発明者らは、圧力変動吸着法により不純物として揮発性芳香族化合物を含む原料ガスから水素またはヘリウムを分離する方法について鋭意検討したところ、揮発性芳香族化合物を吸着する吸着剤であるシリカゲルの後段に、揮発性芳香族化合物を吸着させない吸着剤であるゼオライトおよび活性炭を充填し、吸着工程終了後において、当該ゼオライトおよび活性炭の層にある比較的清浄なガスを用いて、脱着工程終了後の吸着塔を洗浄することで、脱着時に真空装置や加熱装置を用いることなく、精製後の高純度の製品ガスを得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors of the present invention conducted intensive studies on a method of separating hydrogen or helium from a raw material gas containing volatile aromatic compounds as impurities by pressure fluctuation adsorption method. As a result, silica gel, which is an adsorbent that adsorbs volatile aromatic compounds, was examined. Zeolite and activated carbon, which are adsorbents that do not adsorb volatile aromatic compounds, are filled in the latter stage, and after completion of the adsorption step, using relatively clean gas in the layer of the zeolite and activated carbon, after completion of the desorption step By washing the adsorption column, it has been found that a product gas of high purity after purification can be obtained without using a vacuum device or heating device at the time of desorption, and the present invention has been completed.
本発明によれば、水素またはヘリウムに不純物として含まれる揮発性芳香族化合物の含有率を、1volppm以下まで安価に、且つ省スペースな装置で精製することができる。 According to the present invention, the content of volatile aromatic compounds contained as impurities in hydrogen or helium can be purified inexpensively to 1 vol ppm or less and in a space-saving apparatus.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る水素またはヘリウムの精製方法を実施するために使用することができる精製装置Xの概略構成を示している。精製装置Xは、3塔の吸着塔10A,10B,10Cと、原料ガス供給源21と、製品貯留タンク22と、オフガスタンク23と、冷却器24と、気液分離器25と、ライン31〜35と、を備えている。精製装置Xは、水素またはヘリウムを含む原料ガス(粗水素または粗ヘリウム)から圧力変動吸着法(PSA法)を利用して水素またはヘリウムを濃縮分離することが可能なように構成されている。原料ガスの例としては、有機ハイドライドを由来として生成された水素を主成分とし、不純物として例えば揮発性芳香族化合物(例えばトルエン、ベンゼン、メチルシクロヘキサン等)を含むガスをあげることができる。以下の説明は、原料ガスの主成分が水素である場合について行うが、本発明はこれに限定されず、原料ガスの主成分がヘリウムである場合にも適用可能である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a purification apparatus X that can be used to carry out the method of purifying hydrogen or helium according to the present invention. The purification apparatus X includes
吸着塔10A,10B,10Cの各々は、両端にガス通過口11,12を有し、ガス通過口11,12の間において、吸着剤が充填されている。具体的には、吸着塔10A,10B,10Cの各々の内部には、例えば多孔板(図示略)によって区画された複数(3つ)の領域が形成されており、これら領域にそれぞれ異なる吸着剤が充填される。本実施形態においては、各吸着塔10A,10B,10Cにおける原料ガスの流れ方向において、上流側(ガス通過口11)から下流側(ガス通過口12)に向けて第1吸着剤131、第2吸着剤132、および第3吸着剤133が順に積層されている。
Each of the
第1吸着剤131としては、揮発性芳香族化合物を優先的に吸着する性質を有する吸着剤が用いられる。そのような吸着剤としては、例えばシリカゲル系の吸着剤(親水性シリカゲル、疎水性シリカゲル等)が挙げられ、中でも親水性シリカゲル、とりわけシリカゲルB型が好ましい。第2および第3吸着剤132,133については、揮発性芳香族化合物の吸着能が相対的に低い吸着剤が用いられる。第2吸着剤132としては、ゼオライト系の吸着剤(A型ゼオライト、CaA型ゼオライト、Y型ゼオライト等)が挙げられ、中でもCaA型ゼオライトが好ましい。第3吸着剤133としては、例えば椰子殻系や石炭系など活性炭系のものが挙げられる。これらの吸着剤は、一般的に市販され、容易に入手できるものであり、前処理も必要としない。なお、シリカゲル(またはシリカ)は表面に水酸基を有するため元来親水性であり、高温加熱またはアルキルシリル化剤との反応などの疎水化処理を行うことにより疎水性となる。従来はこの疎水化処理がコストアップの原因となっていた。
As the first adsorbent 131, an adsorbent having a property of preferentially adsorbing volatile aromatic compounds is used. Examples of such an adsorbent include silica gel-based adsorbents (hydrophilic silica gel, hydrophobic silica gel and the like). Among them, hydrophilic silica gel, particularly silica gel type B is preferable. As the second and
また、第1ないし第3吸着剤131,132,133は、吸着剤の充填容量全体に対して所定の充填比率(体積割合)となるように調整されている。具体的には、第1吸着剤131の充填比率が15〜75vol%、好ましくは15〜65vol%の範囲とされ、第2吸着剤132の充填比率が15〜75vol%、好ましくは25〜75vol%の範囲とされ、第3吸着剤133の充填比率が5〜30vol%、好ましくは5〜20vol%の範囲とされている。第1ないし第3吸着剤131,132,133のそれぞれの充填比率の合計は100vol%である。
In addition, the first to
原料ガス供給源21は、吸着塔10A,10B,10C内に供給する原料ガスを貯留するための圧力容器である。原料ガスに含まれる揮発性芳香族化合物の濃度は特に限定されないが、水素またはヘリウムの圧力と揮発性芳香族化合物の濃度によっては、配管内で揮発性芳香族化合物が液化するおそれがある。したがって、原料ガス供給源21から吸着塔10A,10B,10Cに至るまでの配管(後述するライン31の主幹路31’)は加温したり、および/または、吸着塔10A,10B,10C手前の主幹路31’にミストトラップ等を設置したりすることが好ましい。原料ガス供給源21から供給される原料ガスの圧力は特に限定しないが、高圧であるほど好ましく、必要に応じて主幹路31’に圧縮機(図示略)を設置する。また、原料ガス供給源21から供給される水素またはヘリウムに、不純物として水が含まれる場合には、ライン31の主幹路31’に水分除去装置(図示略)を設置することが好ましい。PSA法による操作温度は特に限定されず、例えば10〜40℃程度とされる。ただし、上述のように揮発性芳香族化合物が液化しない程度の温度(常温程度以上)であることが好ましい。
The raw material
製品貯留タンク22は、吸着塔10A,10B,10Cのガス通過口12から排出されるガス(後述の製品ガス)を貯留するための圧力容器である。
The
オフガスタンク23は、吸着塔10A,10B,10Cのガス通過口11から排出されるオフガスを貯留するための圧力容器である。
The off
冷却器24は、オフガスを冷却する。気液分離器25は、冷却器24を経たオフガスを所定の圧力下で凝縮して気相成分と液相成分とに分離する。「気液分離手段」なる用語には、上記冷却器24および上記気液分離器25が含まれる。
The cooler 24 cools the off gas. The gas-
ライン31は、原料ガス供給源21が接続される主幹路31’、および吸着塔10A,10B,10Cの各ガス通過口11側に各々が接続された分枝路31A,31B,31Cを有する。分枝路31A,31B,31Cには、開状態と閉状態との間で自動的に切替可能な弁(以下、このような機能を有する弁を「自動弁」と称す)31a,31b,31cが設けられている。
The
ライン32は、冷却器24および気液分離器25が設けられた主幹路32’、および、吸着塔10A,10B,10Cの各ガス通過口11側に各々が接続された分枝路32A,32B,32Cを有する。また、主幹路32’には、冷却器24よりも上流側にオフガスタンク23が設けられている。主幹路32’におけるオフガスタンク23と冷却器24との間には、圧力調節弁321が設けられている。分枝路32A,32B,32Cには、自動弁32a,32b,32cが設けられている。
The
ライン33は、製品貯留タンク22が設けられた主幹路33’、および、吸着塔10A,10B,10Cの各ガス通過口12側に各々が接続された分枝路33A,33B,33Cを有する。分枝路33A,33B,33Cには、自動弁33a,33b,33cが設けられている。主幹路33’における製品貯留タンク22の下流側には、圧力調節弁331が設けられている。
The
ライン34は、ライン33(主幹路33’)を通流する製品ガスの一部を吸着塔10A,10B,10Cに供給するためのものであり、ライン33の主幹路33’に接続された主幹路34’、および、吸着塔10A,10B,10Cの各ガス通過口12側に各々が接続された分枝路34A,34B,34Cを有する。主幹路34’には、自動弁341および流量調整弁342が設けられている。分枝路34A,34B,34Cには、自動弁34a,34b,34cが設けられている。
The
ライン35は、吸着塔10A,10B,10Cのいずれか2つを互いに接続するためのものであり、ライン34の主幹路34’に接続された主幹路35’、および、吸着塔10A,10B,10Cの各ガス通過口12側に各々が接続された分枝路35A,35B,35Cを有する。主幹路35’には、自動弁351および流量調整弁352が設けられている。分枝路35A,35B,35Cには、自動弁35a,35b,35cが設けられている。
The
以上のような構成を有する精製装置Xを使用して、本発明の実施形態に係る水素の精製方法を実施することができる。精製装置Xの稼働時において、自動弁31a〜31c,32a〜32c,33a〜33c,34a〜34c,35a〜35c,341,351、および流量調整弁342,352を適宜切り替えることにより、装置内において所望のガスの流れ状態を実現し、以下のステップ1〜9からなる1サイクルを繰り返すことができる。本方法の1サイクルにおいては、吸着塔10A,10B,10Cの各々にて、吸着工程、減圧工程、均圧減圧、脱着工程、洗浄工程、均圧昇圧、および昇圧工程が行われる。図2a〜2iは、ステップ1〜9における精製装置Xでのガスの流れ状態を模式的に表したものである。なお、図2a〜2iにおいては、以下の略号を使用している。
AS:吸着工程
DP:減圧工程
DS:脱着工程
RN:洗浄工程
PR:昇圧工程
Eq−DP:均圧減圧工程
Eq−PR:均圧昇圧工程
The purification method of hydrogen according to the embodiment of the present invention can be implemented using the purification apparatus X having the above configuration. During operation of the purification apparatus X, the
AS: adsorption step DP: depressurization step DS: desorption step RN: washing step PR: pressurization step Eq-DP: pressure equalization decompression step Eq-PR: pressure equalization pressurization step
ステップ1では、自動弁31a,33a,32b,34b,35c,351および流量調整弁352が開かれ、図2aに示すようなガスの流れ状態が達成される。
In step 1, the
吸着塔10Aにおいては、原料ガスがライン31を介してガス通過口11から導入されて、吸着工程が行われる。吸着工程にある吸着塔10A内は所定の高圧状態に維持されており、原料ガス中の主に揮発性芳香族化合物が吸着塔10A内の吸着剤に吸着される。そして、吸着塔10Aのガス通過口12側から水素が濃縮されたガス(製品ガス)が排出される。当該製品ガスは、分枝路33Aおよび主幹路33’を介して製品貯留タンク22に送出される。なお、製品貯留タンク22内の製品ガスは、圧力調節弁331を介して適宜、系外に取り出されれて、所望の用途に利用される。
In the
ここで、吸着塔10Aに導入される原料ガスにおける揮発性芳香族化合物の濃度について、特に制限はないが、例えば100volppm〜1vol%程度とされる。吸着工程にある吸着塔10Aの内部の最高圧力(吸着圧力)は、例えば0.1〜1.0MPaG(Gはゲージ圧であることを表し、以下も同じである)であり、好ましくは0.5〜0.8MPaGである。
Here, the concentration of the volatile aromatic compound in the raw material gas introduced into the
また、ステップ1では、吸着塔10B,10Cそれぞれのガス通過口12がライン34,35を介して連通している。吸着塔10Bについては先に脱着工程を行っており、吸着塔10Cについては先に吸着工程を行っていたから(図2iに示されるステップ9参照)、ステップ1の開始時には、吸着塔10Cが吸着塔10Bよりも塔内の圧力が高い状態にある。そして、ステップ1の開始後において、吸着塔10Cでは減圧工程が行われ、吸着塔10Cの塔内に残留している不純物濃度の低いガス(残留濃縮水素ガス)がガス通過口12から排出し、塔内圧力が低下する。ステップ1の開始時と終了時における吸着塔10Cの塔内圧力の差は、例えば300kPa程度である。一方、吸着塔10Bでは洗浄工程が行われ、吸着塔10Cから排出された残留濃縮水素ガスが、ライン35、流量調整弁352およびライン34を介して洗浄ガスとしてガス通過口12から導入され、且つ塔内に残留するガスを排出する。ここで吸着塔10Bから排出されるガスは、揮発性芳香族化合物の濃度の高いガスであり、当該ガスはオフガスとしてライン32を介してオフガスタンク23へ送られる。ステップ1の終了時において、吸着塔10Cの塔内圧力が吸着塔10Bの塔内圧力よりも高い。ステップ1の操作時間は、例えば75秒程度とされる。
In step 1, the
ステップ2では、自動弁31a,33a,34b,35c,351および流量調整弁352が開かれ、図2bに示すようなガスの流れ状態が達成される。
In step 2, the
ステップ2では、吸着塔10Aにおいて引き続き吸着工程が行われる。また、ステップ2においても、吸着塔10B,10Cそれぞれのガス通過口12,12がライン34,35を介して連通している。一方、吸着塔10Bについては自動弁32bが閉じている。そして、ステップ2の開始時において、吸着塔10Cの塔内の方が吸着塔10Bの塔内よりも依然として高圧となっている。そのため、吸着塔10Cでは均圧減圧が行われ、吸着塔10Bでは均圧昇圧が行われる。より具体的には、吸着塔10Cの塔内ガスがライン35,34を介して吸着塔10Bに導入され、吸着塔10Cの塔内が減圧されるとともに、吸着塔10Bの塔内が昇圧される。この結果、吸着塔10B,10Cにおいては、内部圧力が実質的に等しくなる。ステップ2の操作時間は、例えば15秒程度とされる。
In step 2, an adsorption step is subsequently performed in the
ステップ3では、自動弁31a,33a,34b,32c,341および流量調整弁342が開かれ、図2cに示すようなガスの流れ状態が達成される。
In step 3, the
ステップ3では、吸着塔10Aにおいて引き続き吸着工程が行われる。さらに、ステップ3では、吸着塔10B,10Cの連通を遮断する一方、吸着塔10Aのガス通過口12から排出された製品ガスの一部をライン34および流量調整弁342を介して吸着塔10Bに導入させ、吸着塔10Bの昇圧工程が行われる。
In step 3, an adsorption step is subsequently performed in the
また、ステップ3では、吸着塔10Cについては、自動弁32cが開かれることでライン32を介してオフガスタンク23と連通している。これにより、吸着塔10Cでは脱着工程が行われ、吸着塔10Cの塔内が減圧されて吸着剤から不純物(主に揮発性芳香族化合物)が脱着され、塔内のガス(揮発性芳香族化合物の濃度が高いガス)がガス通過口11を通じてオフガスとして塔外へ排出される。脱着工程にある吸着塔10Cの内部の最低圧力(脱着圧力)は、例えば0〜50kPaGであり、好ましくは0〜20kPaGである。吸着塔10Cから排出されたオフガスは、ライン32を介してオフガスタンク23へ送られる。オフガスタンク23内のガスは、圧力調節弁321を介して適宜、冷却器24に送られ、さらに気液分離器25を通過することで揮発性芳香族化合物は液化され、液相として回収することができる。ステップ3での操作時間は、例えば135秒程度とされる。上記のステップ1〜3は、ステップ1〜9により構成されるサイクルの1/3に相当し、これらステップ1〜3の工程時間は、合計225秒程度である。
In step 3, the
以降のステップ4〜6では、図2d〜2fに示したように、ステップ1〜3において吸着塔10Aについて行った操作を吸着塔10Bについて行い、ステップ1〜3において吸着塔10Bについて行った操作を吸着塔10Cについて行い、ステップ1〜3において吸着塔10Cについて行った操作を吸着塔10Aについて行う。
In the subsequent steps 4 to 6, as shown in FIGS. 2 d to 2 f, the operations performed on the
ステップ4では、自動弁31b,33b,32c,34c,35a,351および流量調整弁352が開かれ、図2dに示すようなガスの流れ状態が達成される。ステップ5では、自動弁31b,33b,34c,35a,351および流量調整弁352が開かれ、図2eに示すようなガスの流れ状態が達成される。ステップ6では、自動弁31b,33b,34c,32a,341および流量調整弁342が開かれ、図2fに示すようなガスの流れ状態が達成される。詳細な説明は省略するが、ステップ4,5,6では、吸着塔10Aは、ステップ1,2,3における吸着塔10Cと同じ操作を順次遂行し、吸着塔10Bは、ステップ1,2,3における吸着塔10Aと同じ操作を順次遂行し、吸着塔10Cは、ステップ1,2,3における吸着塔10Bと同じ操作を順次遂行する。
In step 4, the
以降のステップ7〜9では、図2g〜2iに示したように、ステップ1〜3において吸着塔10Aについて行った操作を吸着塔10Cについて行い、ステップ1〜3において吸着塔10Bについて行った操作を吸着塔10Aについて行い、ステップ1〜3において吸着塔10Cについて行った操作を吸着塔10Bについて行う。
In Steps 7 to 9 below, as shown in FIGS. 2g to 2i, the operations performed on
ステップ7では、自動弁31c,33c,32a,34a,35b,351および流量調整弁352が開かれ、図2gに示すようなガスの流れ状態が達成される。ステップ8では、自動弁31c,33c,34a,35b,351および流量調整弁352が開かれ、図2hに示すようなガスの流れ状態が達成される。ステップ9では、自動弁31c,33c,34a,32b,341および流量調整弁342が開かれ、図2iに示すようなガスの流れ状態が達成される。詳細な説明は省略するが、ステップ7,8,9では、吸着塔10Aは、ステップ1,2,3における吸着塔10Bと同じ操作を順次遂行し、吸着塔10Bは、ステップ1,2,3における吸着塔10Cと同じ操作を順次遂行し、吸着塔10Cは、ステップ1,2,3における吸着塔10Aと同じ操作を順次遂行する。
In step 7, the
そして、以上のステップ1〜9からなるサイクルが吸着塔10A,10B,10Cの各々において繰り返し行われることにより、吸着塔10A,10B,10Cのいずれかに原料ガスが連続的に導入され、且つ、濃縮水素ガス(製品ガス)が連続的に取得される。 Then, the cycle consisting of the above steps 1 to 9 is repeatedly performed in each of the adsorption towers 10A, 10B, 10C, whereby the source gas is continuously introduced into any of the adsorption towers 10A, 10B, 10C, and Concentrated hydrogen gas (product gas) is continuously obtained.
本実施形態の水素の精製方法において、吸着塔10A,10B,10Cの各々において実施されるPSA法による1サイクルについて、吸着工程の後、塔内の残留ガスを脱着工程後の他の吸着塔に導入して、洗浄工程を行う。吸着工程終了後の吸着塔内のガスは不純物濃度の低いガス(残留濃縮水素ガス)であり、当該ガスを用いて脱着工程後の吸着塔を効率よく洗浄することができる。また、製品ガスを洗浄のために用いないので、水素の回収率低下を抑制することができる。 In the hydrogen purification method of the present embodiment, for one cycle by the PSA method implemented in each of the adsorption towers 10A, 10B and 10C, after the adsorption step, the residual gas in the tower is transferred to another adsorption tower after the desorption step. Introduce and perform the cleaning process. The gas in the adsorption tower after completion of the adsorption step is a gas with low impurity concentration (residual concentrated hydrogen gas), and the adsorption tower after the desorption step can be efficiently cleaned using the gas. In addition, since the product gas is not used for cleaning, it is possible to suppress a decrease in the recovery rate of hydrogen.
各吸着塔10A,10B,10Cに充填される吸着剤については、原料ガスの流れ方向において最も上流側に、第1吸着剤131としてのシリカゲル系吸着剤が充填されている。シリカゲル系吸着剤は、0.1〜1.0MPaG(=100〜1000kPaG)の高圧での不純物(揮発性芳香族化合物)の吸着能に優れ、大気圧以上である0〜50kPaGでの最低圧力(脱着工程)でも揮発性芳香族化合物が脱着し再生可能である。この第1吸着剤131が吸着剤充填容量全体の15〜75vol%使用されている。この結果、揮発性芳香族化合物を効率よく吸着除去することができ、また真空設備が不要であるので、コスト削減を図ることができる。また、第1吸着剤131として親水性シリカゲルを用いれば、前処理を行うことなく揮発性芳香族化合物を適切に吸着除去することができ、コスト削減に資する。
The adsorbent filled in each of the adsorption towers 10A, 10B and 10C is packed with a silica gel based adsorbent as the
なお、第1吸着剤131の充填比率が15vol%未満であると、揮発性芳香族化合物が十分に除去できなくおそれがある。その一方、第1吸着剤131の充填比率が75vol%を超えると、第2吸着剤132および第3吸着剤133において残留する洗浄ガスの割合が低下し、洗浄ガス量が減少して洗浄工程における洗浄が不十分となるおそれがある。
In addition, there exists a possibility that a volatile aromatic compound can not fully be removed as the filling ratio of the
第1吸着剤131の後段(下流側)に積層された、第2吸着剤132(ゼオライト系吸着剤)および第3吸着剤133(活性炭系吸着剤)においては、揮発性芳香族化合物を吸着させない。即ち、吸着工程は第1吸着剤131が揮発性芳香族化合物で飽和する前に終了しており、第2吸着剤132および第3吸着剤133は、揮発性芳香族化合物を実質的に吸着しない。その一方、第2吸着剤132および第3吸着剤133は、第1吸着剤131と比べると、より多くの水素を吸着する。これにより、吸着工程終了して減圧工程にある吸着塔から排出されて、脱着工程終了して洗浄工程にある他の吸着塔の洗浄に使用される洗浄ガスは、減圧工程開始時に塔内に残留する濃縮水素ガス(主にガス通過口12から近い、第2吸着剤132および第3吸着剤133の充填領域にあるガス)の他に、第2吸着剤132および第3吸着剤133から脱着する水素が加わる。その結果、水素含有量が高められた洗浄ガスを用いて脱着工程終了後の吸着塔を効果的に洗浄することができる。
In the second adsorbent 132 (zeolite adsorbent) and the third adsorbent 133 (activated carbon adsorbent) stacked downstream (downstream side) of the
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本発明に係る水素またはヘリウムの精製方法を実施する装置におけるガス流路をなすライン(配管)の構成については、上記実施形態とは異なる構成を採用してもよい。吸着塔の数については上記実施形態で示した3塔式だけに限定されるものではなく、4塔以上の場合でも同様の効果が期待できる。 As mentioned above, although specific embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible within the range which does not deviate from the thought of invention. For example, as to the configuration of the line (piping) forming the gas flow path in the apparatus for carrying out the method for purifying hydrogen or helium according to the present invention, a configuration different from the above embodiment may be adopted. The number of adsorption towers is not limited to the three-column type shown in the above embodiment, and the same effect can be expected in the case of four or more towers.
また、上記実施形態では、水素を精製する場合について説明したが、本発明に係る精製方法で用いる吸着剤(第1吸着剤、第2吸着剤、および第3吸着剤)に対するヘリウムの吸着能が水素と略同じである。したがって、主成分であるヘリウムと不純物としての揮発性芳香族化合物とを含む原料ガスからヘリウムを濃縮精製する場合においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where hydrogen was refine | purified, the adsorption capacity of the helium with respect to the adsorbent (1st adsorption agent, 2nd adsorption agent, and 3rd adsorption agent) used by the purification method which concerns on this invention It is almost the same as hydrogen. Therefore, also in the case of concentrating and purifying helium from the source gas containing helium as the main component and the volatile aromatic compound as the impurity, the same function and effect as the above embodiment can be obtained.
次に、本発明の有用性を実施例および比較例により説明する。 Next, the utility of the present invention will be described by examples and comparative examples.
〔実施例1〕
本実施例では、図1に示した精製装置Xを用いて、図2を参照して説明した各ステップからなる圧力変動吸着法(PSA法)を利用した精製方法により、以下に示す条件下で、原料ガスから製品ガスとしての濃縮水素ガスを取得した。Example 1
In this example, the purification apparatus X shown in FIG. 1 is used, and the purification method using the pressure fluctuation adsorption method (PSA method) comprising the steps described with reference to FIG. The concentrated hydrogen gas as a product gas was obtained from the source gas.
吸着塔10A,10B,10Cとしては、内径が35mmの円筒状のものを用い、吸着剤充填容量が約1L(リットル)とされた。各吸着塔10A,10B,10Cには、ガス通過口11からガス通過口12に向けて、第1吸着剤131としてのシリカゲルB型(富士シリシア化学社製フジシリカゲルB型)、第2吸着剤132としてのCaA型ゼオライト(ユニオン昭和社製5AHP)、および第3吸着剤133としての活性炭(キャタラー社製PGAR)を、積層充填した。これら吸着剤の充填比率(体積割合)は、第1吸着剤131が30vol%、第2吸着剤132が60vol%、第3吸着剤133が10vol%とした。原料ガスについては、不純物としてのトルエンを8500volppm含有する粗水素ガスが用いられ、当該原料ガスを5.2NL/minの流量で供給した。PSA法による操作条件は、吸着塔等の温度が40℃、吸着圧力が0.8MPaG、脱着圧力が20kPaG、洗浄圧力差が300kPa、サイクルタイム(ステップ1〜9より構成される1サイクルの時間)が675秒とした。また、得られた濃縮水素ガス(製品ガス)における不純物濃度を水素炎イオン検出器(FID)で測定したところ、製品ガス中のトルエン濃度は定量下限以下(0.1volppm以下)であり、水素ガス回収率は75%であった。本実施例の結果を表1に示した。
As the adsorption towers 10A, 10B, and 10C, cylindrical ones having an inner diameter of 35 mm were used, and the adsorbent filling capacity was about 1 L (liter). In each of the adsorption towers 10A, 10B and 10C, silica gel type B (Fuji silica gel B type manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd.) as the
〔実施例2〕
吸着剤の充填比率を、第1吸着剤131が40vol%、第2吸着剤132が50vol%、第3吸着剤133が10vol%とした以外は、実施例1と同様にして、原料ガスから水素の精製を行った。また、得られた濃縮水素ガス(製品ガス)における不純物濃度を水素炎イオン検出器(FID)で測定したところ、製品ガス中のトルエン濃度は定量下限以下(0.1volppm以下)であり、水素ガス回収率は70%であった。本実施例の結果を表1に示した。Example 2
In the same manner as in Example 1, except that the packing ratio of the adsorbent was 40 vol% of the
〔実施例3〕
吸着剤の充填比率を、第1吸着剤131が20vol%、第2吸着剤132が70vol%、第3吸着剤133が10vol%とした以外は、実施例1と同様にして、原料ガスから水素の精製を行った。また、得られた濃縮水素ガス(製品ガス)における不純物濃度を水素炎イオン検出器(FID)で測定したところ、製品ガス中のトルエン濃度は定量下限以下(0.1volppm以下)であり、水素ガス回収率は80%であった。本実施例の結果を表1に示した。[Example 3]
In the same manner as in Example 1, except that the packing ratio of the adsorbent was 20 vol% of the
〔実施例4〕
吸着剤の充填比率を、第1吸着剤131が70vol%、第2吸着剤132が20vol%、第3吸着剤133が10vol%とした以外は、実施例1と同様にして、原料ガスから水素の精製を行った。また、得られた濃縮水素ガス(製品ガス)における不純物濃度を水素炎イオン検出器(FID)で測定したところ、製品ガス中のトルエン濃度は0.67volppmであり、水素ガス回収率は92%であった。本実施例の結果を表1に示した。Example 4
In the same manner as in Example 1, except that the packing ratio of the adsorbent was 70 vol% for the
〔実施例5〕
吸着剤の充填比率を、第1吸着剤131が30vol%、第2吸着剤132が40vol%、第3吸着剤133が30vol%とした以外は、実施例1と同様にして、原料ガスから水素の精製を行った。また、得られた濃縮水素ガス(製品ガス)における不純物濃度を水素炎イオン検出器(FID)で測定したところ、製品ガス中のトルエン濃度は0.43volppmであり、水素ガス回収率は85%であった。本実施例の結果を表1に示した。[Example 5]
In the same manner as in Example 1, except that the packing ratio of the adsorbent was 30 vol% of the
〔比較例1〕
吸着剤の充填比率を、第1吸着剤131が80vol%、第2吸着剤132が10vol%、第3吸着剤133が10vol%とした以外は、実施例1と同様にして、原料ガスから水素の精製を行った。また、得られた濃縮水素ガス(製品ガス)における不純物濃度を水素炎イオン検出器(FID)で測定したところ、製品ガス中のトルエン濃度は2000volppmであり、水素ガス回収率は90%であった。本比較例の結果を表1に示した。Comparative Example 1
In the same manner as in Example 1, except that the packing ratio of the adsorbent was 80 vol% for the
〔比較例2〕
吸着剤の充填比率を、第1吸着剤131が10vol%、第2吸着剤132が80vol%、第3吸着剤133が10vol%とした以外は、実施例1と同様にして、原料ガスから水素の精製を行った。また、得られた濃縮水素ガス(製品ガス)における不純物濃度を水素炎イオン検出器(FID)で測定したところ、製品ガス中のトルエン濃度は3000volppmであり、水素ガス回収率は75%であった。本比較例の結果を表1に示した。Comparative Example 2
In the same manner as in Example 1 except that the packing ratio of the adsorbents was 10 vol% for the
〔比較例3〕
吸着剤の充填比率を、第1吸着剤131が30vol%、第2吸着剤132が30vol%、第3吸着剤133が40vol%とした以外は、実施例1と同様にして、原料ガスから水素の精製を行った。その結果を表1に示した。また、得られた濃縮水素ガス(製品ガス)における不純物濃度を水素炎イオン検出器(FID)で測定したところ、製品ガス中のトルエン濃度は2volppmであり、水素ガス回収率は75%であった。本比較例の結果を表1に示した。Comparative Example 3
In the same manner as in Example 1, except that the packing ratio of the adsorbent was 30 vol% for the
表1から明らかなように、上記各実施例によれば、水素ガスを高純度に精製できることが確認される。 As apparent from Table 1, according to each of the above examples, it is confirmed that hydrogen gas can be purified with high purity.
X 精製装置
10A,10B,10C 吸着塔
11 ガス通過口(第1ガス通過口)
12 ガス通過口(第2ガス通過口)
131 第1吸着剤
132 第2吸着剤
133 第3吸着剤
21 原料ガス供給源
22 製品貯留タンク
23 オフガスタンク
24 冷却器(気液分離手段)
25 気液分離器(気液分離手段)
31 ライン(第1ライン)
32 ライン(第2ライン)
33 ライン(第3ライン)
34 ライン(第4ライン)
35 ライン(第5ライン)
31’,32’,33’,34’,35' 主幹路
31A〜31C,32A〜32C,33A〜33C,34A〜34C,35A〜35C
分枝路
31a〜31c,32a〜32c,33a〜33c,34a〜34c,35a〜35c,341,351 自動弁
321,331 圧力調節弁
342,352 流量調整弁
12 gas passage (second gas passage)
131
25 Gas-liquid separator (gas-liquid separation means)
31 lines (1st line)
32 lines (second line)
33 lines (third line)
34 lines (4th line)
35 lines (5th line)
31 ', 32', 33 ', 34', 35 '
Claims (11)
上記吸着塔が所定の高圧である状態にて、上記吸着塔に上記原料ガスを導入して当該原料ガス中の上記揮発性芳香族化合物を上記吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から水素またはヘリウムの濃度が高い製品ガスを排出する吸着工程と、
上記吸着工程を終えた上記吸着塔から塔内に残留するガスを排出して塔内の圧力を低下させる減圧工程と、
上記減圧工程を終えた上記吸着塔における上記吸着剤から上記揮発性芳香族化合物を脱着させ、塔内ガスを排出する脱着工程と、
上記減圧工程にある他の吸着塔から排出されたガスを上記脱着工程を終えた上記吸着塔に導入して塔内に残留するガスを排出する洗浄工程と、を含んでおり、
上記各吸着塔は、上記吸着塔における上記原料ガスの流れ方向において上流側から下流側に向けて順に第1領域、第2領域および第3領域に区分されており、上記第1領域には、上記吸着剤の充填容量全体に対し、充填比率が15〜75vol%の範囲であるシリカゲル系の第1吸着剤が充填されており、上記第2領域には、充填比率が15〜75vol%の範囲であるゼオライト系の第2吸着剤が充填されており、上記第3領域には、充填比率が5〜30vol%の範囲である活性炭系の第3吸着剤が充填されている、水素またはヘリウムの精製方法。By repeating a cycle of pressure fluctuation adsorption method performed using three or more adsorption towers packed with an adsorbent for each adsorption tower, it contains a volatile aromatic compound as an impurity and also contains hydrogen or helium as a main component A method for purifying hydrogen or helium from a source gas, said cycle comprising
With the adsorption tower at a predetermined high pressure, the raw material gas is introduced into the adsorption tower, the volatile aromatic compound in the raw material gas is adsorbed by the adsorbent, and hydrogen or helium is removed from the adsorption tower. Adsorption process to discharge product gas with high concentration of
The pressure reduction step of discharging the gas remaining in the tower from the adsorption tower after the adsorption step and reducing the pressure in the tower;
A desorption step of desorbing the volatile aromatic compound from the adsorbent in the adsorption tower after the decompression step, and discharging gas in the tower;
And a cleaning step of introducing the gas discharged from the other adsorption tower in the depressurization step into the adsorption tower after the desorption step to discharge the gas remaining in the tower.
Each adsorption column is divided into a first region, a second region, and a third region in order from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the raw material gas in the adsorption column, and the first region is The first silica gel-based adsorbent is packed with a packing ratio in the range of 15 to 75 vol% with respect to the whole packing volume of the adsorbent, and the packing ratio is in the range of 15 to 75 vol% in the second region. A second adsorbent of the zeolite system, and the third region is filled with a third adsorbent of the activated carbon system having a filling ratio in the range of 5 to 30 vol%; Purification method.
各々が第1ガス通過口および第2ガス通過口を有し、当該第1および第2ガス通過口の間において吸着剤が充填された3塔以上の吸着塔と、
製品ガスを貯留するための貯留タンクと、
上記吸着塔の上記第1ガス通過口から排出されるガスを気相成分と液相成分とに分離する気液分離手段と、
原料ガス供給源に接続された主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第1ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第1ラインと、
上記気液分離手段が設けられた主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第1ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第2ラインと、
上記貯留タンクが設けられた主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第2ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第3ラインと、
上記第3ラインにおける上記主幹路に接続された主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第2ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第4ラインと、
上記第4ラインにおける上記主幹路に接続された主幹路、および、上記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の上記第2ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が各々に設けられた複数の分枝路、を有する第5ラインと、を備え、
上記各吸着塔は、上記吸着塔における上記第1ガス通過口から上記第2ガス通過口に向けて順に第1領域、第2領域および第3領域に区分されており、上記第1領域には、上記吸着剤の充填容量全体に対し、充填比率が15〜75vol%の範囲であるシリカゲル系の第1吸着剤が充填されており、上記第2領域には、充填比率が15〜75vol%の範囲であるゼオライト系の第2吸着剤が充填されており、上記第3領域には、充填比率が5〜30vol%の範囲である活性炭系の第3吸着剤が充填されている、水素またはヘリウムの精製装置。An apparatus for purifying hydrogen or helium from a source gas comprising volatile aromatic compounds as impurities and containing hydrogen or helium as a main component,
Three or more adsorption towers, each having a first gas passage port and a second gas passage port, and wherein the adsorbent is filled between the first and second gas passage ports;
A storage tank for storing product gas,
A gas-liquid separation means for separating the gas discharged from the first gas passage port of the adsorption column into a gas phase component and a liquid phase component;
A main trunk path connected to a raw material gas supply source, and a plurality of branch paths provided for each of the adsorption towers and connected to the first gas passage port side of the adsorption towers and provided with on-off valves in each, A first line having
A main trunk path provided with the gas-liquid separation means, and a plurality of branch paths provided for each of the adsorption towers and connected to the first gas passage port side of the adsorption towers and provided with on-off valves in each , And a second line,
A main trunk path provided with the storage tank, and a plurality of branch paths provided for each of the adsorption towers and connected to the second gas passage port side of the adsorption towers and provided with on-off valves in each, With the third line,
A plurality of main trunk paths connected to the main trunk path in the third line, and a plurality of the adsorption towers provided for each of the adsorption towers and connected to the second gas passage side of the adsorption towers and provided with on-off valves in each A fourth line having a branch path,
A plurality of main trunk paths connected to the main trunk path in the fourth line, and a plurality of the adsorption towers provided for each of the adsorption towers and connected to the second gas passage port side of the adsorption towers and provided with on-off valves in each And a fifth line having a branch path,
Each adsorption column is divided into a first region, a second region, and a third region in order from the first gas passage port to the second gas passage port in the adsorption column, and the first region is A first silica gel-based adsorbent is packed with a filling ratio in the range of 15 to 75 vol% with respect to the whole packing volume of the adsorbent, and the second area has a filling ratio of 15 to 75 vol%. Hydrogen or helium filled with a zeolite-based second adsorbent and the third region is filled with a third activated carbon-based adsorbent having a filling ratio in the range of 5 to 30 vol%; Purification equipment.
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