JPH0250041B2 - - Google Patents

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JPH0250041B2
JPH0250041B2 JP58070197A JP7019783A JPH0250041B2 JP H0250041 B2 JPH0250041 B2 JP H0250041B2 JP 58070197 A JP58070197 A JP 58070197A JP 7019783 A JP7019783 A JP 7019783A JP H0250041 B2 JPH0250041 B2 JP H0250041B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水素の精製に関係する。特には、本
発明は比較的高い割合の不純物を含有する高圧ガ
ス流れ中に存在する水素の精製に関係する。
先行技術の説明 圧力変化式吸着（pressure swing
adsorption：PSAと略称する）法は、PSAシス
テムにおける一つ以上の吸着床により選択的に吸
着される不純物を伴つた供給ガス混合物中に含ま
れる水素を分離しそして精製する為の非常に望ま
しい手段を提供する。このような吸着床において
吸着は増大された高い吸着圧力において実施さ
れ、その後選択吸着不純物はもつと低い脱着圧力
への圧力減少により吸着床から脱着される。吸着
床は、所望なら、不純物の追加的脱着と除去の為
前記低い圧力においてパージング（吹掃）処理を
受け、その後、追加量の供給ガス混合物からの不
純物の吸着の為高い吸着圧力への再加圧が行われ
る。吸着システムの各吸着床において周期的に上
記プロセス段階が順次して実施される。
PSA法は多床システムにおいて一般に使用さ
れている。米国特許第3430418号は、特定のPSA
プロセス順序段階を周期的に実施するよう配列さ
れた少くとも４つの吸着床を使用するPSAプロ
セス及びシステムを開示している。この順序段階
は、高圧での吸着と、床の生成物放出端即ち生成
端からの空隙ガスの放出を伴う、中間圧への並流
減圧と、低い脱着圧への向流減圧と、高い吸着圧
への再加圧とを含んでいる。ここで、空〓ガスと
は、吸着段階の終りにおいて吸着剤粒子間の空〓
に残存している未吸着ガスを云う。空〓ガスを吸
着床の生成物端から抜き出すことにより吸着床は
中間圧に減圧されるのである。そこでは、一つの
床からの放出空隙ガスを最初は低い脱着圧にある
別の床に直接通すことを教示している。それによ
り、２つの床における圧力は中間圧において均等
化される。追加的な空隙ガスが並流減圧を受けて
いる床の生成端から放出でき、その場合この空隙
ガスは、PSAシステムにおけるまた別の床にパ
ージ用ガスを提供するのに使用され、その後該床
はその低脱着圧力から再加圧される。各床がその
ような圧力均等化により中間圧力水準に再加圧さ
れた後、各床はその高い吸着圧力へと中間圧力か
ら追加加圧され、これは一般に少くとも部分的に
再加圧されている床の生成端に生成物流出流れを
向流的に付加することにより為される。
斯界で続いて開発されたものとして、米国特許
第3986849号は、少くとも７つの吸着床の使用を
開示し、この場合供給ガス混合物は少くとも２つ
の吸着床の供給端に導入される。床は、PSAプ
ロセス順序段階のすべてにおいて重なりあつた同
等の処理サイクル下にある。各床は、高い吸着圧
力への再加圧前に３つの圧力均等化段階を受け、
これら段階は圧力均等化に際して起る恐れのある
不純物濃度状態の逆転現象を実質上回避すること
により一層高い生成物純度を実現する特定の態様
で実施される。幾つかの状況下で生成物流出流れ
を使用して最終加圧前に第４圧力均等化段階を使
用することも斯界での考慮内にある。
これら特許の開示により代表されるような
PSAプロセスは、水素の精製にきわめて望まし
くそして実用的な工業プロセスである。PSAプ
ロセスは、例えば99.9％を越える純度の水素生成
物のような非常に高純度の生成物を生成すること
ができるという利点を持つ。PSA方法は広範囲
の利用可能な供給原料を取扱うのに使用できそし
て特定の水素含有供給ガス流れとの使用に制限さ
れない。吸着剤の不当な劣化を回避するのに望ま
しいとされる或いは必要とされるような従来型式
の不純物の除去以外にプロセスの一部として前処
理や後処理は何ら必要とされない。加えて、供給
ガス流れと生成物ガスとの間で圧力降下は実質上
存在せず、従つて生成物ガスは、PSAシステム
の下流での爾後利用の為利用できるし、また好ま
しい具体例において実施される一つ乃至もつと多
くの圧力均等化段階中実現される低脱着圧力水準
からの或いは中間圧力水準からの前記吸着圧力へ
の各床の再加圧の為利用することができる。
先行技術の問題点 このようにPSAプロセスは工業用途において
の使用に非常に望ましいが、例えば約600psig（42
Kg／cm2ゲージ）を越える非常に高い圧力下のガス
を取扱う状況がガスを供給する各種プラントの設
備の大規模化に伴い増大しており、こうした高い
吸着力におけるプロセスに適用するに際して或る
種の不都合な面が生じる。このような高い圧力に
おいては、プロセスを実施する為のPSA設備は
投下資本において比較的費用のかかるものとな
る。加えて、このような高い圧力水準においては
生成物ガスの回収率低下の恐れがあることが見出
された。つまり、所望の生成物ガスの多くはその
ような高い吸着圧力水準にある床内に残留したま
まとなる傾向があり、即ち、生成物ガスの多くが
空隙ガスとして残留し、これを並流減圧段階で完
全に取り出すには、吸着圧力が通常より高いだけ
に、一挙に減圧出来ず何段階もの減圧段階が必要
となるが、複数の床を使用してのPSAシステム
では全体的な運動サイクルの点から実際上減圧段
階は制限され、空隙ガスが床内に残したままとな
り、これら生成物残留ガスは向流減圧段階中不純
物と一緒に床から放出されてしまい生成物回収率
の低下を生じる。その結果、斯界では、約
600psig（42Kg／cm2ゲージ）を越える圧力における
PSAシステムの全体的性能を改善することが望
まれている。こうして改善が為されれば、高圧に
おいて入手される水素含有原料即ち各種プラント
からの排ガス、特に高濃度の不純物を有するその
ようなガスからの水素の分離と精製プラントにお
いて、PSAプロセス及びシステムを使用る全体
的な技術的及び経済的実施能力を向上せしめ、以
つて生成物回収率の増大と全体的な操業コストの
削減が計れる。
本発明の目的 従つて、本発明の目的は、高圧ガス流れの処理
用の改善されたPSA総合プロセス及びシステム
の提供にある。
本発明のまた別の目的は、高い圧力において入
手されそして高い不純物濃度を有する供給ガス流
れから水素生成物ガスの分離と回収を改善する
PSA方法及び装置の提供にある。
本発明のまた別の目的は、比較的多量の不純物
を含有する高圧水素含有ガス流れの精製と関連し
てPSA投下資本の減少を計ることである。
本発明の概要 本発明は、高圧供給ガス流れからの不純物の多
量の分離を実現するに適した選択的透明処理段階
及び装置を併用して、PSAプロセス及びシステ
ムの非常に望ましい特性を活用するものである。
選択透過工程を使用しての予備的な多量分離操作
からの排ガスをエネルギー回収の為またPSAプ
ロセスへの二次的供給ガスとして使用することに
より全体的コストが低減されそして生成物回収率
が改善される。
発明の具体的説明 本発明の目的は、高圧の比較的不純な供給ガス
流れにおいて多量の不純物を所望される生成物ガ
スから予備分離する為に選択的透過技術を使用す
ることにより達成され、最終分離及び精製は
PSAシステムにおいて達成される。選択透過装
置はPSAシステムと統合される。その結果、望
ましい生成物純度を何ら犠牲にすることなく生成
物回収率が改善され、同時に所望の生成物を生成
する全体的コストが低減される。
本発明は、約600psig（42Kg／cm2ゲージ）を越え
る高圧の供給ガスの流れの処理に好都合に使用で
きる。こうした高圧流れに対して、PSA方法及
び装置は、前述した通り、適用可能ではあつた
が、こうした高圧操業と関連する高いコスト及び
比較的低い操業能力による不利益を呈したもので
あつた。約90モル％までの水素含量を有する供給
ガス流れが、水素分離及び精製の為の本発明実施
において使用するに有益である。しかし、当業者
は、もつと低い水準の即ち10モル％以下の不純物
を含むガス流れでも使用可能であることを理解し
よう。但し、供給ガス流れの純度が従来からの
PSA方法が約600psig（42Kg／cm2ゲージ）以下の圧
力水準において通常的に使用される水準に近づく
につれ、本発明の全体的利益は減縮する。本発明
は、以下において、水素の分離及び精製について
特に説明するが、本発明に従う方法及び装置は、
供給ガス流れが高圧において得られそして所望の
生成物ガスに加えて比較的多量の不純物を含んで
いるような任意の他の分離及び精製用途に応用し
うる。
約90モル％まで乃至それ以上の水素含量を有し
そして約600psig（42Kg／cm2ゲージ）を越える供給
ガス圧力において入手される供給ガス流れは、本
発明の実施においては、水素富化ガス流れを選択
的に透過することの出来る気体透過膜を具備する
分離器に通される。ガス流の非透過流れ、即ち選
択膜を通過しなかつた水素をほとんど含まない不
純物流れは、実質上高い供給ガス圧において分離
器から取出される。この非透過ガスはもちろん供
給ガス流れ中に含まれていた不純物の実質部分を
含んでいる。水素富化流れ即ち気体透過膜を通過
したガスは膜を横切るに際して相当の圧力降下を
受ける。その結果、透過ガスは減少した圧力にお
いて分離器から取出される。工業的操作におい
て、透過ガスは、分離器への供給ガス圧に較べて
２〜５分の１の圧力減少を代表的に呈する。この
低下圧力水準においてそして不純物の大部分が分
離された状態で、分離器からの水素富化透過ガス
は、本発明の全体的なプロセス及び設備のPSA
部分への供給ガスとして好都合に使用されうる。
斯くして、透過ガスは、透過膜通過後分離器から
回収される比較的減少せる圧力において、該水素
富化透過ガスから不純物を選択的に吸着しうる吸
着床の供給端に供給ガスとして通入される。精製
水素生成物流れは床の先端から取出される。不純
物吸着フロント（床内で吸着を生じた部分の最前
線）が供給物吸着−生成物取出し段階中前述した
特許に開示されるように床内を生成端に向け前進
していくことが理解されよう。
こうして、水素富化透過ガスは、前記特許に開
示されるようなまた斯界で別様に確立されている
従来からのPSA処理技術に従つて作動するPSA
システムにおいて取扱われる。吸着段階の終りに
おいて、吸着剤粒間の空隙に存在する未吸着ガス
は、床の生成端から放出され、それにより床を減
圧すると同時に吸着フロントを床の生成端に近づ
く方に移動する。その後、床はもつと低い脱着圧
力まで向流的に減圧され、それにより床から不純
物を脱着しそしてこれら不純物を床供給端から放
出する。床は、所望なら、この低い脱着圧力にお
いてパージング処理して、そして後この低い脱着
圧力水準から透過性ガスを吸着段階中床に通す圧
力水準まで再加圧される。
実質上最初の高い供給ガス圧力水準において得
られる非透過ガスは、一般にエネルギー回収の為
絞られ、その後減圧された非透過ガス乃至その一
部は本発明に従えば、床の並流減圧の前に水素富
化ガスと同じ方向に水素富化透過ガスと同方向に
通される供給ガス（eo−feed gas、以下単に二
次供給ガスと云う）として吸着圧力にある吸着床
の供給端に通されうる。減圧された非透過ガスを
二次供給ガスとして吸着床に通す目的及び効果
は、吸着圧力が高いだけに多量に残存する未吸着
空隙ガスを並流減圧段階前に少しでも多く生成物
端から追い出し、そうしなければ並流減圧段階で
完全に取り出せず吸着床内に残留しそして向流減
圧時に吸着供給端から未回収のまま排出されてし
まう生成物水素を追加回収し、生成物回収率を高
めることである。ここで提供されるようにして処
理された水素含有高圧供給ガスは一般に約600〜
3000psig（42〜210Kg／cm2ゲージ）、より一般的に
は約1000〜2000psig（70〜140Kg／cm2ゲージ）の圧
力を有する。本発明の実際的用途は一般に、約40
〜90モル％水素、一般には約60〜90モル％水素を
含有する供給ガス流れの使用と関係する。
使用されるPSAシステムは一つ以上の吸着床
を備え、少くとも２つの吸着床が一般に使用され
る。透過ガスと非透過ガスとが、周期的ベースに
おいて、指定された減少圧力水準においての吸
着、非透気ガスによる二次供給、並流減圧、向流
減圧、パージング及び再加圧を含む処理工程順序
段階中適当な時点で各床に併用供給物として通さ
れる。当業者は、PSAシステムが一般に少くと
も３つ乃至４つの吸着床を含み、ある与えられた
用途の生産量及び水素純度要件に依存して特定の
具体例では約10乃至もつと多くに至る床を含むこ
とを理解しよう。従来からの実施法に従えば、シ
ステムの各床は供給端と生成端とを備えそして水
素含有ガスから不純物を選択的に吸着する吸着剤
粒を収納している。システム各床は、約100〜
1000psig（７〜70Kg／cm2ゲージ）の吸着圧力にお
いて供給ガス導入−吸着−水素生成物ガス放出、
非透過ガスによる二次供給、中間圧力水準への並
流減圧、もつと低い脱着圧力への向流減圧、パー
ジング及び前記吸着圧力への再加圧を周期的ベー
スにおいて順次して実施するようになつている。
システムは、ガス透過膜分離器からの適当な減少
圧力水準における水素富化透過ガスを各床の供給
ガスとして通す為の手段並びに各床からそして全
体システムから精製ずみの水素ガスを放出する為
の手段を含んでいる。
本発明の実施のための装置はもちろん、約
600psig（42Kg／cm2ゲージ）以上の分離器への供給
ガス圧において水素を選択的に透過しうる気体透
過膜を備える分離器を含んでいる。処理されるべ
き供給ガス流れを分離器の供給入口部分にその供
給ガス圧力において通す為の手段が設けられる。
分離器から水素富化透過ガスを減少させる圧力に
おいて取出す為の出口手段が設けられる。分離器
から非透過ガス部分流れを供給ガス圧力において
別途に取出す出口手段もまた設けられる。非透過
ガス中に内包されるエネルギーを回収する為に、
該ガスの圧力を分離器供給ガス圧からもつと低い
水準に減少する即ち絞る為の手段が設けられる。
絞られた減圧流れは二次供給ガスとして使用され
うる。
供給ガス流れ中に存在する不純物を多量に水素
から分離する為の分離器システムは市販入手しう
る。モンサイト社から市販されているプリズムセ
パレータが本発明の実施に使用するにきわめて有
益な、こうしたシステムの例である。このような
分離器は約600psig（42Kg／cm2ゲージ）を越える、
一般には約2000psig乃至もつと高い圧力までの分
離器供給ガス圧において水素を選択的に透過しう
る気体透過膜を備えている。水素含有供給ガスを
前記圧力において分離器の供給入口部分に通す為
の入口手段が設けられている。水素富化透過ガス
を減少せる圧力において分離器から取出す為の出
口手段が設けられている。ガス流の非透過部分即
ち膜を通過しなかつた部分を分離器から実質上供
給ガス圧力において別途に取出す為の別の出口手
段も設けられている。市販入手される具体装置に
おいて、透過膜は、一般にポリスルホネート材料
から成る中空繊維を分離器構造内に集合組立てて
成る。上記プリズムセパレータは供給ガス中の存
在する不純物から分離される水素の通過の為に供
しうる大きな膜面積を与える為このような中空繊
維を密な束に集合したものを含んでいる。分離器
の供給入口部分及び非透過ガス出口手段は中間繊
維の外側において分離器内部と流通下にあるのが
便宜である。透過ガス出口手段は中空繊維の内部
と流通状態にある。実際上の好適な具体例におい
て、非透過ガス出口手段及び透過ガス出口手段は
分離器の対向端になり、そして供給入口手段は透
過ガス出口手段の近くに位置づけられている。操
作において、加圧下の供給は分離器に入りそして
水素が中空繊維壁を選択的に透過する。水素富化
透過ガスは減少せる圧力において繊維孔の内部に
通りそして分離器の一端における出口手段まで送
られ、他方非透過ガスは代表的に分離器の反射端
にある出口手段へと通る。
本発明装置は、水素富化透過ガスを減少せる圧
溶下でPSAシステムの供給端即ち各床の供給ガ
ス送入端に処理工程順序段階の吸着部分中供給ガ
スとして通す為の導管手段を含んでいる。非透過
ガスを吸着圧力において各床の供給端に好ましく
は床の並流減圧段階の開始前に二次供給ガスとし
て通す為の導管手段もまた設けられる。適当な絞
り手段即ち圧力減少手段が全体的な操作を向上す
るよう非透過ガス好ましくは流れから有用エネル
ギーを回収する為一般に使用され、非透過ガス乃
至その一部の圧力はPSAシステムにおいて二次
供給ガスとして使用のため所望の水準に減少され
る。
本発明の精神内で本発明の様々の具体例に多く
の改変や修正策を組込むことができる。例えば、
PSAシステムは、与えられた用途における要望
に応じて少くとも１つの、代表的には少くとも２
つの吸着床を使用して運転され、従来からの実施
においては３〜12乃至もつと多くの吸着床が使用
されている。本発明の実施において使用される多
床システムにおいて、一つの床の生成物端から放
出される並流減圧ガスは、圧力均等化目的のため
システム中の他の一つ以上の床に通されうる。前
述した特許に教示されるように、各床がその高い
吸着圧力からその低い脱着圧力まで最終的に減圧
されるに際して２回乃至３回の圧力均等化段階が
一般に使用される。床から放出される並流減圧ガ
スはまた他の床へのパージングガスを提供するの
にも有益に使用されうる。一般的実施において、
並流減圧ガスは圧力均等化及びパージ目的両方に
使用される。
PSAシステムをシステムに対する処理工程サ
イクルのすべての段階において重なり合つた順序
で少くとも２つの吸着床に供給ガスを通すよう適
応せしめることも一般的なPSA実施態様であり
そして本発明目的にも好適である。全体システム
は段階をなす２つ以上の別々の分離器ユニツトを
使用しうることも理解されよう。各ユニツトはそ
こへ通されたガス流中の不純物を水素から大量分
離する為の気体透過膜を備えている。均等寸法の
PSA吸着床を使用するのが一般的であるが、特
定の水素乃至他のガス分離及び精製操作において
は得られない処理工程上の融通性を得ることが所
望されるなら、大容量床及び小容量床並びに様々
の寸法の予備分離器ユニツトを持つPSAシステ
ムを使用することも本発明の範囲内である。従来
からの実施におけるように、上記特許に開示され
るもののような適当なゼオライトモレキユラーシ
ーブ材或いは水素富化透過ガスから不純物を選択
的に吸着しうる他の吸着剤が本発明の実施におい
て使用されうる。同様に、水素を選択的に透過し
うる任意の適当な気体透過膜材料が予備分離器ユ
ニツトにおいて使用されうる。本発明方法及び装
置が適当なPSAシステムへの供給ガス混合物の
通過前にそのガス混合物の一成分を選択的に透過
しうる気体透過膜を利用することによつて、例え
ば空気精製のような、水素と関連する以外の
PSA分離及び精製操作に対して使用されうるこ
とを理解されたい。
実施例 本発明の実施例を述べる。約70％の水素をメタ
ン、窒素その他の不純物と共に含有する排ガスが
約1500〜1600psig（105〜112Kg／cm2ゲージ）の圧
力においてプリズムセパレータに通された。水素
富化透過ガスが約500psig（35Kg／cm2ゲージ）の減
少せる圧力において分離器から取出された。透過
ガスは約95モル％の富化水素濃度を有した。供給
ガス流れの非透過ガス部分は実質上供給ガス圧の
まま分離器から別途に取出された。水素富化透過
ガスは、その水素の追加精製の為その減少圧力に
おいてPSAシステムに通された。透過ガスは周
期的ベースにおいて運転されるPSAシステムの
各床に通され、各床は、供給ガス吸着−水素生成
物回収、非透過ガスによる二次供給、並流減圧
（各吸着床の生成物放出端から放出された空〓ガ
スは、システム中の、その時点で低い圧力下にあ
る別の床に通され、当該低圧力の床の圧力を並流
減圧した床の圧力まで増大するのに使用され
た。）、約10psig（0.7Kg／cm2）の低い脱着圧力への
向流減圧、パージング及び前記PSAシステムへ
透過ガスを通した吸着圧力水準への再加圧という
通常的な処理工程順序段階を受けた。非透過ガス
は吸着圧力水準まで絞られそして各床の供給端に
吸着段階の完了に際して床の並流減圧前に二次供
給物として各床の供給端に適正な処理工程順序で
通された。非透過ガスの一部は燃料として或いは
他の目的の為の使用に供するべく転流されうる。
99％を越える水素濃度を有する高純度水素生成物
が吸着圧力水準においてPSAシステムから回収
され、他方廃ガスは約10psig（0.7Kg／cm2）の低い
脱着圧力においてシステムから取出された。
本発明の効果 本発明の二次供給段階を含めることにより、吸
着圧力が高いだけに多量に残存する未吸着空〓ガ
スを並流減圧段階前に少しでも多く生成物端から
追い出し、追加回収することが出来る。二次供給
段階を含めないと、生成物ガスが並流減圧段階で
完全に取り出せず吸着床内に残留しそして向流減
圧時に吸着床供給端から未回収のまま排出されて
しまう。こうして、二次供給段階を含めることに
より、各床からの生成物回収率を高め、従つてシ
ステム全体の回収率を向上することが出来る。比
較として、もし供給ガスが吸着圧力において
PSAシステム単独で処理されたなら、PSAユニ
ツトにおける回収率は並流減圧後でさえも低下し
よう。何故なら、この時点で空隙ガスの実質量は
床内に残留しそして向流減圧及びパージ段階中床
の供給端からの放出による排出物として失われる
からである。本発明に従わない従来型式のPSA
システムにおいて、回収率を増大する為には多数
の圧力均等化段階が必要とされるが、これはシス
テム内に不必要に多数の吸着容器の組込を必要と
する。本発明の組合せ操作は、比較的高い生成物
回収を与えるのみならず、廃ガスの実質上の回収
的高い圧力において実現されることを可能ならし
めるので、廃ガスは燃料として有用である。他
方、もし供給ガスがプリズムセパレータユニツト
のみで処理されるなら、生成物純度及び回収率は
共に本発明の実施において得られる水準よりはる
かに低下する。
このように、透過膜分離器は比較的多量の不純
物を有する供給ガス流れの多量不純物予備分離に
使用され、他方PSAシステムは所望の高純度水
素生成物を生成する為の最終分離／精製用に使用
される。本発明の総合的な統合プロセスは、
PSAシステム及び透過膜分離システムを効果的
に併用活用して、各々の長所で各々の短所を補
い、非常に高い圧力において得られる高不純物含
有ガスの効果的処理を実現したものである。即
ち、従来からのPSAシステムは広く様々の原料
ガス即ち各種設備からの排ガスを取扱うことがで
きそしてシステムの吸着圧力において所望の生成
物を生成しうるが、約600psig（42Kg／cm2ゲージ）
を越える圧力においてのガス流れの処理と関連す
る比較的高い投下資本と比較的低い回収率が障害
となつていた。こうしたガス流の処理向けに本発
明組合法を利用することによりPSA法はきわめ
て望ましいものとなつたのである。他方、透過膜
分離システムは比較的設備費が安くてすみまた圧
力に対して敏感でなく、約600psig（42Kg／cm2ゲー
ジ）を越える圧力において充分において充分に作
動しうる。水素富化透過ガスはPSAシステム程
の高純度水素においては回収されずそして透過膜
を横切る際大きな圧力降下を受けるが、にもかか
わらず、きわめて好都合にも、透過ガスは不純物
の多量分離後PSAシステムへの供給ガスとして
PSAシステムに対して許容しうる圧力水準にお
いてまたPSAシステムにおいて一層効果的に精
製される望ましい純度において得られる。
600psig（42Kg／cm2ゲージ）を越える圧力で運転さ
れるPSAシステムにおいて生じる生成物回収率
の低下の懸念を回避することは、透過膜分離シス
テムとPSAシステムとの組合せから生ずる全体
的なコスト及び技術的利点に更に一層貢献する。
本発明の統合システムに通される高圧の粗原料
供給ガスは、透過膜材料を侵食する危険のある不
純物の除去以外には、何らの主たる前処理や後処
理の必要なく透過膜分離システムにおいて処理さ
れうる。透過膜分離は好ましくは、最大限の水素
回収が実現されるよう比較的中間的な条件の下で
不純物多量分離が達成されるよう運転される。こ
の目的のため、比較的低い圧力降下、但し約
1000psig（70Kg／cm2ゲージ）以下の圧力への圧力
降下と透過ガス中の低水素純度但し供給ガスに較
べれば水素に富化された純度の受入れた好ましく
は所望される。非透過ガスは、いずれにせよ、高
い圧力のまま分離器から取出されそしてPSAユ
ニツト向けの二次供給ガスとしてまた比較的高圧
の燃料乃至他の操作用供給ガスとしていずれにも
有用である。このガスをタービンのような適当な
装置に通して絞ることにより、所望される動力回
収が容易に実現される。本発明の実施に従つて生
成する減少圧力下の非透過ガスの一部のPSAシ
ステムでの使用により、PSAシステム各床にお
ける水素回収従つて全体的な水素回収率が、低不
純物高圧排ガス乃至他の水素含有原料の直接処理
により従来得られた水素回収率に較べて改善され
る。
以上説明した通り、本発明はPSA処理による
水素の分離及び精製を改善し、そして実際的な工
業操作において水素回収の為有効にそして経済的
に処理されうる利用可能な原料の範囲を有効に拡
大したのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧供給ガス流れ中に含まれる水素の分離及
    び精製の為の圧力変化式吸着方法であつて、 (a) 約600psig（42Kg／cm2ゲージ）を越える供給ガ
    ス圧力において約90モル％までの水素含量を有
    する供給ガス流れを、水素を選択的に透過しう
    る気体透過膜を備える分離器に通す段階と、 (b) 前記分離器から前記供給ガス流れのうちの不
    純物の実質部分を含有する非透過部分を実質上
    供給ガス圧において取出す段階と、 (c) 前記分離器から水素富化透過ガスを減少せる
    圧力において取出す段階と、 (d) 前記水素富化透過ガスから不純物を選択的に
    吸着しうる吸着床の供給端に該水素富化透過ガ
    スを減少した圧力における供給ガスとして通
    し、該吸着床を通して不純物吸着フロントを前
    進せしめつつ、非吸着精製水素生成物ガスを吸
    着床の生成物放出端から取出す段階と、 (e) 前記吸着床の生成物放出端から空隙ガスを放
    出し、それにより該床を減圧すると共に吸着フ
    ロントを前記生成物放出端の方に移動する段階
    と、 (f) 前記床をもつと低い脱着圧力にまで向流減圧
    して不純物を脱着しそして該床の供給端から放
    出する段階と、 (g) 前記吸着床を前記低い脱着圧力から透過ガス
    を該床に通す圧力水準まで再加圧する段階と、 (h) 前記非透過ガス乃至その一部を供給ガス圧力
    から減圧する段階と、 (i) 前記段階(e)の前に、前記段階(h)で減圧された
    非透過ガスを前記吸着床の供給端に二次供給ガ
    スとして通す段階と、 (j) 新たな高圧供給ガス流れに対して前記段階(a)
    〜(i)を覆返す段階と を包含し、それにより減少せる操業コストにおい
    て生成物回収率を向上したことを特徴とする前記
    水素分離及び精製用圧力変化式吸着方法。 ２ 供給ガス圧力が約600〜3000psig（42〜210
    Kg／cm2ゲージ）である特許請求の範囲第１項記載
    の方法。 ３ 供給ガス圧力が約1000〜2000psig（70〜140
    Kg／cm2ゲージ）である特許請求の範囲第２項記載
    の方法。 ４ 供給ガス流れの水素含量が約40〜90モル％で
    ある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 透過ガス及び非透過ガスが周期的ベースにお
    いて少くとも２つの吸着床に通され、該吸着床の
    各々が、減少圧力における吸着、減少圧力での非
    透過ガスによる二次供給、並流減圧、向流減圧、
    パージング及び再加圧を受ける特許請求の範囲第
    １項記載の方法。 ６ 約３〜12個の吸着床が使用される特許請求の
    範囲第５項記載の方法。 ７ 供給ガス圧力が約600〜3000psig（42〜210
    Kg／cm2ゲージ）である特許請求の範囲第４項記載
    の方法。 ８ 減少圧力が約1000psig（70Kg／cm2ゲージ）以
    下である特許請求の範囲第３項記載の方法。 ９ 高圧ガス流れ中に含まれる水素の分離及び精
    製の為の圧力変化式吸着装置であつて、 (a) 約600psig（42Kg／cm2ゲージ）を越える供給ガ
    ス圧力において水素を選択的に透過しうる気体
    透過膜を備える分離器と、 (b) 前記分離器の入口部分に前記供給ガス圧にあ
    る供給ガス流れを通す為の手段と、 (c) 前記分離器から水素富化透過ガスを減少せる
    圧力において取出す為の出口手段と、 (d) 前記分離器から非透過ガス部分を実質上供給
    ガス圧力において別途に取出す為の出口手段
    と、 (e) 供給端と放出端を有しそして水素含有ガス流
    れから不純物を選択的に吸着しうる少くとも１
    つの吸着床を具備する圧力変化式吸着装置であ
    つて、前記減少圧力においての供給ガス導入−
    吸着−水素生成ガス放出、非透過ガスによる二
    次供給、中間圧力水準への並流減圧、低い脱着
    圧力への向流減圧、パージング及び吸着圧力へ
    の再加圧を周期的ベースにおいて各床で実施し
    うる吸着装置と、 (f) 前記減少圧力における水素富化透過ガスを各
    吸着床の供給端に供給ガスとして通す為の手段
    と、 (g) 前記非透過ガスの圧力を前記分離器供給ガス
    圧力からもつと低い水準に減少する為の手段
    と、 (h) 前記非透過ガスを各吸着床の供給端に減少し
    た圧力において各床の並流減圧前に二次供給ガ
    スとして通す為の導管手段と を包含し、前記分離器からの処理ガス流れと圧力
    変化式吸着装置の統合が減少せる操業コストにお
    いて水素生成物回収率の向上化を可能ならしめた
    ことを特徴とする前記圧力変化式吸着装置。 １０ 透過膜が分離内に組立てられた中空繊維か
    ら成る特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１ 入口部分と非透過ガス出口手段が中空繊維
    の外側において分離器内と流通状態にありそして
    透過ガス出口手段が中空繊維の内部と流通状態に
    ある特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２ 非透過ガス出口手段と透過ガス出口手段が
    分離器の対向端にあり、供給ガス入口手段が透過
    ガス出口手段近くに位置づけられている特許請求
    の範囲第１１項記載の装置。 １３ 吸着装置が少くとも２つの吸着床を備えて
    いる特許請求の範囲第９項記載の装置。 １４ 吸着装置が３〜12個の吸着床を備えている
    特許請求の範囲第１３項記載の装置。 １５ 吸着装置がその処理工程サイクルのすべて
    の段階において少くとも２つの吸着床に供給ガス
    を通すべく適応する特許請求の範囲第１４項記載
    の装置。
JP58070197A 1982-04-23 1983-04-22 低純度ガス流からの水素回収の向上 Granted JPS58194708A (ja)

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US371285 1982-04-23

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