JPH02699A - 都市ガス製造プロセスに於けるガス中の炭酸ガス及び水分を除去する方法 - 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） 本発明は都市ガス製造プロセスに於ける発生ガスの精製
、特に発生ガスから不燃成分である炭酸ガス、導管等の
腐食等に有害な水分を除去する方法に関する。

（発明の背景及び従来の技術） 代替天然ガス（ＳＮＧ　）等の高カロリー都市ガスを製
造する場合、その製造手段として一般的にガス発生装置
で、Ｈ２、Ｃ１（４，ＣＯ，ＣＯ２゜Ｎ２　、Ｈ２０等
の混合ガスを発生させ、この混合ガス中のＣＯ２、Ｈ２
０を分離除去し、増熱を行って所定の熱ｈｉ及び燃焼性
に調整している。

このＣＯ２，Ｈ２０分離除去は従来、炭酸カリ等の吸収
液に吸収さけ、除去する湿式の脱炭酸装置と、ガスを冷
却し、凝縮水を分離する脱水装置の２つのプロセスで行
っている。この場合、起動及び負荷変動を行うのに複雑
な操作を必要とするばかりでなくプロセスが安定する迄
長時間を要し、操作性、経済性が悪く、その解決が望ま
れていた。

ＣＯ２、Ｈ２０の分１Ｆ５製のみであれば、ブレフシ１
フースイング法により行えば、脱炭酸と脱水の別々の装
置が１つになり装置及び運転操作も簡単になる。しかし
、従来の方法では都市ガス製造プロセスに組込む場合、
前流にガス発生装置、後流に熱量調整装置があり、連続
的な流れに対応しなければならず、プレッシャースイン
グ法の難点である流ｈ（、圧力、熱漬の変動がプロセス
に追従出来ない。又、多聞の可燃成分を含ｌυだ排出ガ
ス（レス１−ガス）が発生し、その処理が困難であるだ
けでなく都市ガスの有効成分の損失になる等の問題があ
り、実用装置として採用されなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明が解決しようとする問題点は、プレッシャースイ
ング法で発生する排出ガス（レストガス）中の都市ガス
有効成分（可燃性ガス）を可能な限り回収し、分Ｉ１１
損失を減少させると共に流量、圧力、熱ｈ１の変動が１
１４後のプロセスに影青しない様にすることである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために本発明が講する技術的手段
は、都市ガス製造プロセスに於ける発生ガス中の炭酸ガ
ス及び水分を４塔以上の吸着塔をサイクル使用するプレ
ッシャースイング法により吸着させて精製し、脱着ガス
の一部を均一化装置を有する有水式ガスホルダーで定圧
・定熱量にした後萌工程で吸着に使用した吸着塔を通し
て再吸着させ発生ガスにリサイクルする一方、精製ガス
の一部を定流訂制御弁を介して吸着塔の昇圧用加任ガス
及び配管等の置換用すずぎガスに使用して、連続的にガ
スを精製するものである。

そして、吸着剤としては平均細孔径約３人のカーボンモ
レキュラーシーブを用いるものである。

またプレッシャースイング法の減圧工程ではその量所期
において吸着塔の上下両方向より減圧してその減圧ガス
を１次加工ガスとして加圧工程サイクルにある吸着塔の
上下両方向より供給するものである。

また、リサイクルする脱着ガスは加圧工程サイクルにあ
る吸着ｊ？Ｓに１次加圧ガスとして供給されるものを除
く　５００ｒｏｒｒ迄の減圧ガスとする。

また、リリイクルガスはリサイクル工程末期に至るまで
は吸着温度まで冷ｆＪｌ　ｌ、て吸着塔に供給し、上記
■稈末期に脱着温度に調整するものである。

尚、この発明において発生ガスとは原料のナフ号、ＬＰ
Ｇ、メタノールを水蒸気と反応させて１すられる処のＣ
Ｈ４、Ｈ２を可燃主成分とし、ＣＯ２を含む混合湿性ガ
スを云う。

（発明の概要） 以下の説明において都市ガス製造ブ［］レスにおける発
生ガス（以下、処理筒発生ガスと云う）は、例えばメタ
ノールを原料として都市ガスを製造する製造プロセスに
Ｊ３いて発生するＣＨ４，ト−１ｚを可燃主成分とし、
ＣＯ２を含む混合湿性ガスで、ガス発生装置より連続定
圧、定量で送られて来る。

上記処理筒発生ガスの圧力は、ガス発生装置の反応圧力
により決まり、以下の説明においては９ｋｇ／ゴＧとし
て説明する。

上記処理筒発生ガスをプレッシャースイング装置（以下
ＰＳＡ装置と云う）の吸着塔に導入し、吸着塔に充填し
た吸着剤にＣＯ２及びＨ２Ｏを吸着させ、処理後の精製
ガスとして取り出す。

吸着剤には平均細孔径約３人のカーボンモレキュラーシ
ーブを用いる。

断る吸着剤を用いることにより、本発明方法においては
水分除去のための前処理工程が不要となり、水分除去処
理装置を設（プる必要がないので、装置の小型化及びコ
ストの低減が可能になる。

本発明において、上記ＰＳΔ装置は、４個の吸着塔（Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄ＞と吸引ポンプ・右水式ガスホルダー・コ
ンプレッサーにより、吸着・再吸着・減圧・加圧の４サ
イクル１０工程を繰り返す４塔式で、第２図のフローシ
ート及び第４図の工程ブロック図で示すようにＡ塔が吸
着工程の時、Ｂ塔は再吸着工程、Ｄ塔は均圧・自圧減圧
・吸引減圧・吸引刊出工程、Ｄ塔は１次加圧（均圧）・
２次加圧工程を行い、表１に示すガスの流れで５つのス
テップで動作させる。

即ら、／１５から取り出される処理後の精製ガスの一部
を連続的にＤ塔の２次加圧ガスとリサイクル回路のすす
ぎガスに圧力と流山が変動しない様に連続的に使用づる
。

Ｃ’７）の均圧工程の初期には塔上部に前リイクルて゛
の再吸着によりリサイクルガスからＣＯ２を除去した純
度の高い可燃成分があり、そのため、Ｃ１１とＤ塔とは
塔の上部と上部及び下部と下部を接続して、Ｄ塔の減圧
を塔の上下部より行い、その減圧ガスをＤ塔の１次加圧
ガスとして該塔の上下部Δミリ流入さける。

上記、ガスの両方向からの移動は、Ｄ塔から塔上部の純
度の高い可燃成分及び塔下部の処理前リサイクルガスの
可燃成分を共にＤ塔に排出移動して残さないので、脱着
時の脱着成分純度を高める効果がある。またＤ塔の塔上
部に純度の高い可燃成分及び３置下部に処理前りＩナイ
クルガスを送入するので、Ｄ塔は次す−イクルの精製（
吸着）体制に近いガス成分分布となり、処理後精製ガス
の成分純度を高くする効果がある。

従って精製ガス純度及び排出ガスの純度が高められる。

次にＤ塔の自圧減圧ガスを均一化８置を有する有水式ガ
スホルダーに送入し、Ｄ塔が有水式ガスホルダーとほぼ
均圧になったら脱着ガス吸引ポンプに切替えて５００Ｔ
ｏｒｒ程度迄吸引し、同じく有水式ガスホルダーに送入
する。

以上の様に可燃成分が残っている自圧減圧ガス及び吸引
減圧ガス、すなわちリサイクルガスを均一化装置を有す
る有水式ガスホルダーに溜めるのは、送入時期で変動し
ている脱着ガスの熱ｍをほぼ均一にすると共に次に説明
するリサイクルガスコンプレッサーの吸引圧力と吐出圧
力を一定にする効果がある。

圧力及び熱量がほぼ均一なリサイクルガスは、リサイク
ルガスコンプレッサーに依り、吸着能力の残っているＢ
塔に通し、再び残った炭酸ガスを再吸着させ、分離した
後、処理面発生ガスに戻す。

又、このリサイクル回路を使ってリサイクル工程末期に
処理後のガスを有水式ガスホルダー及びリサイクルＡｉ
：管に送入置換１６１すぎ工程を組入れ、次］ノイクル
に於ける精製ガス中の可燃性ガスの潤度を高くしている
。この方法は、ＰＳＡ装置前流に影響を与えず、可燃成
分を回収して排出ガス中の可燃成分を極力少なくし、後
流精製ガスの熱量変動と圧力変動を微少にする効果があ
る。

（発明の詳細な説明） 以下、第１図、第２図のフローシートに基づいて本発明
を更に詳細に説明する。

本発明の方法は第１図に示す装置により実施される。

即ち、４個の吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ及び有水式ガスホル
ダー１２、ＩＩＱ着ガス吸引ポンプ１３、リサイクルガ
スコンブレツナ−１４及びその他数種の必要装置が配管
を介して相互に連絡しており、配管の必要箇所に設【ノ
た弁、１Ａ〜ＩＤ、　２Ａ〜２Ｄ、　３Ａ〜３０゜４Ａ
〜４Ｄ、５＾〜５Ｄ、６＾〜６Ｄ、　　７．　８．　９
．１０．１１の開閉により、ガスの流れを切換え制御し
、４個の吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに前述の５ステツプ、４
サイクル１０工程を連続的に繰り返えし行わせる。

上記吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの操作展開は表２の通りであ
り、そのためには弁の開閉を表３に示すように開閉する
。

（人３） 各ステップのブを開閉 ○印　間 Ｘ　ｒｌ　　閉 次に吸着塔、△塔が精製工程期間中のステップ内容につ
いて第２図・第４図により説明する。

Δ塔が精製工程のとき、第２図・第４図に示ずＪ、うに
Ｂ塔は再吸着（リサイクル）工程、Ｃ塔は均圧・自圧減
圧・吸引減圧・吸引排出工程からなる減圧工程、ＤＪｈ
は１次加圧（均圧）・２次加圧工程からなる加圧工程を
夫々用どる。

ステップ１では弁１Ａ、２八、　３Ｂ、　４Ａ、　５Ｃ
，５０，６Ｃ９６Ｄが閉弁し、Ａ塔に導入される処理性
発生ガス■は吸着剤にＣＯ２、Ｈｚ　Ｏを吸着させて、
精製ガス■となり、精製ガス冷却器１５．精製ガスサー
ジタンク１６を経由して、都市ガス製造ブ０セスのブタ
ン添加による増熱工程へと流れる。有水式ガスホルダー
１２に溜められたりナイクルガス■がリサイクルガスコ
ンプレッサー１４により、リサイクルガス冷部器１７．
リサイクルガス水分離器１８を経てＢ塔に導入され、再
吸着された侵、処理性発生ガス■にリサイクルされ続け
る。

上記吸着、リサイクルはステップ１からステップ５を通
じて継続して行われる。

このリサイクルガス■は昇任に依り温度が上昇するため
、リサイクルガス冷却器１１で吸着温度迄冷却するがリ
サイクル工程末期にはＢ塔の次サイクルでの脱着に備え
リサイクルガス冷却器１１をバイパスさせるか又は冷却
水を減少させて脱着温度に調節する。従って吸着温度を
低く脱着温度を高くすることが出来るので吸着及び脱着
の条件が非常に有利になる。

一方、Ｃ塔は脱着を行うが、前工程ではリサイクルに使
用されていたため９ｋａ／ｃｄＧの圧力を有しており、
ステップ１では前リイクルにおいて脱着に使用され圧力
の残っていないＤ塔の上下部にＣ塔の上下部より１次加
圧ガス■を両方向より送り込みＤ塔とＣ塔を均圧にする
。このことによりＣ塔及びＤ塔の圧力はほぼ４．５ｋｃ
ｌ／ａ＋ｆＧとなる。

このＤ塔上部に送り込まれる１次加圧ガスには純度の高
い可燃成分が移動している。

また処理後精製ガス■は、その一部を、次サイクルの吸
着に備えてＤ塔の圧力を昇圧するために２次加圧ガス■
としてＤ塔に供給される。

この際、圧力と流６１が変動しない様に精製ガス■から
の取出口配管には定流量制御弁２０を設け、精製ガス■
の圧力が変動しないよう定流量で供給する。

次にステップ２では、弁６Ｄを閉弁し、代わって弁８を
聞くことによりＣ塔を右水式ガスホルダー１２のホルダ
ー圧（約２００ｍ１Ｈ２０）迄自圧減圧さ往−その自圧
減圧ガス■が、脱着ガス冷Ｗ器１９を経て右本式ガスホ
ルダー１２に送り込まれる。

ステップ３では、弁８を閉弁し、代わって弁９゜１０を
聞くと共に脱着ガス吸引ポンプ１３を作動させて、Ｃ塔
を約５００Ｔｏｒｒ迄吸引減圧し、その吸引減圧ガス■
を右水式ガスホルダー１２に送る。

またステップ４では、弁１０を閉弁し、代わって弁１１
を聞くと共に脱着ガス吸引ポンプ１３で５０Ｔｏｒｒま
で減圧することにより、５００Ｔｏｒｒ以下５０Ｔｏｒ
ｒ迄に脱着したＣＯ２、Ｈ２０を排出ガス■として排出
する。この脱着ガス吸引ポンプ１３による吸着剤の再生
は、ポンプ１３の排気特性から真空度が高くなるにつれ
て、排気づるガス闇が減少する。又、減圧ガス中の成分
も真空度が進むにつれてＣＯ２が増大し、ＣＨ４／Ｃ０
，２の割合が小さくなる。

更にステップ５では、弁５Ｄを閉弁して代わりに弁７を
開き、定流量制御弁２０を介して取り込む精製ガス■の
一部分をすづぎガス０として有水式ガスホルダー及びリ
サイクル配管に送入する。

このリサイクル回路を精製ガスに置換することは次サイ
クルに於ける処理後精製ガスの可燃性ガス濃度を高くす
る効果がある。又ステップ５においてＤ塔は放置状態に
ある。

各ステップにおける吸着塔内の圧力変化を第３図に示す
。これから分かるように、ブ【コレスの本流ラインに接
続されている吸着塔、即ち吸着をしている吸着塔がサイ
クル切換時には前後の吸＠塔と圧力がほぼ同じになる（
９ｋｇ／ｃ＋＋ｆＧ）ので切換時の圧力ショックは皆無
となる。

また、斯る一連の工程における各部ガスの組成。

流量２発熱量を実論例で調べた結果は表４の通りであっ
た。

（表４） ｆ′ｌＩＸガス ％ ％ ｋ　ｃａｆ／Ｎ耀 上記表４から自明の如く、本発明方法によれば、ブレフ
シ１！−スイング法による排出ガス中の都市ガス有効成
分は極めて高い割合で回収され、排出ガス中には可燃成
分はほとんど含まれない。また、す１ノイクルガスは専
用の吸着塔で再吸着処理を行なっているが、リサイクル
ガスはＣＯ２分圧が高く、ＣＨ４の分圧が低いので、吸
着剤はＣＯ２の吸着能力がアップし、ＣＨ４の吸着能力
は低下づる。この現象は吸着剤に３人のカーボンモレキ
ュラーシーブを使用したため効果的に作用している。

従って、再吸着が可能でリサイクルガス伍も極めて少な
くなっている。

（効　果） 本発明は上記の構成であるから以下の利点を有する。

（１）　　脱着ガスを、リサイクルし、そのリサイクル
ガス工程中で再吸着させるので、プレッシャースイング
法で発生する排出ガス中の都市ガス有効成分の回収を効
率よく行うことができ、分離損失を極めて小さくするこ
とができる。

従って精製ガスのカロリーアップ率が高くなるのは勿論
、排出ガスは可燃成分の含有が極めて少なく、そのまま
大気中に放出しても同等問題がないので、排ガス処理の
ための費用も低減される。

またり→ノイクルガスは専用の吸着塔を通し再吸着させ
ているので、前述した理由によりリサイクル量が少なく
て済み、この設備容量及び費用も少なくなる。

（２リサイクルガスは一旦有水式ガスホルダーに溜め、
更に吸着塔を通した後に！２！Ｘ理前発生ガスにリサイ
クルし、また加圧用及びすすぎ用に精製ガスから一部取
出すガスは定流迅制御弁を介して精製ガスの圧力が変動
しないように取出すので、従来プレッシャースイング法
が連続プロ廿スにおいて問題とされる圧力、流量及び熱
量の変動を無くすることができ、ＰＳＡ装置の前流、後
流、即らガス発生装置、熱量調整装置への影響をほとん
ど無くすことができ、製品ガスの熱ｈ１変動を来たづ゛
恐れがない。

（３）均圧工程では減圧側と加圧側吸着塔の上部と上部
及び下部と下部を接続してガスを両方向より移動させて
いる。このことにより減圧側吸着塔【よ塔上部のｌｌｌ
１！度の高い可燃成分及び塔下部の処理前リサイクルガ
スの可燃成分が共に加圧側吸着塔に排出移動し残らない
ので、脱着時の脱着成分純ｊ良が高くなる。又、加圧側
吸着塔は塔上部に純度の高い可燃成分及び塔下部に処理
前リサイクルガス成分が送入されるので、次サイクルの
精製（吸着）体制と同様のガス成分分布になり結果的に
処理後精製ガスの成分純度を高くしている。従って精製
ガス純度及び排出ガスの純度を高めることができる。

（４）加圧工程サイクルにある吸着塔への１次加圧ガス
として供給するものを除く　５００Ｔｏｒｒ迄の減圧ガ
ス、すなわちリサイクルガスは処理部発生ガスよりＣＯ
２分圧が高く、ＣＨ４の分圧が低いこのガスを処理する
吸着剤は処理部発生ガスを処理するときよりもＣ○２吸
着能力が向上し、Ｃトｈ吸着能力が低下する。従って、
前サイクルで吸着を行なった吸着剤でのＣＯ２の再吸着
が可能であり、吸着剤にＣＯ２をより多く吸着さ往るこ
とが出来ると共にＣＯ２の脱着が有利になる。

（５）　　リサイクルガスは昇圧により温度が上昇する
ため吸着温度迄冷ｒＪ］　ｌ、てリサイクルするが工程
末期には肌着温度に調整するので、吸＠温度を低く脱着
温度を高くすることができ吸着及び脱着の条件が非常に
有利になる。

（６）吸着剤として平均細孔径約３人のカーボンモレキ
ュラーシーブを用いたので、水分除去のための前処理が
不要である。従って、装置が小型になり、設備費用も少
なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明都市ガス製造プロセスに於けるガス中の
炭酸ガス及び水分を除去する方法を実施するための装置
の概略構成を示すフローシート、第２図は本発明方法の
原理を説明するフローシート、第３図は本発明方法の各
工程、各ステップにおける吸着塔内圧力変化を示すグラ
フ、第４図は工程ブロック図で（）内はＡ塔粘製（吸着
）工程の場合を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）都市ガス製造プロセスに於ける発生ガス中の炭酸ガ
   ス及び水分を４塔以上の吸着塔をサイクル使用するプレ
   ッシャースイング法により吸着させて精製し、脱着ガス
   の一部を有水式ガスホルダーで圧力及び熱量を均一にし
   た後吸着塔を通して再吸着させ発生ガスにリサイクルす
   る一方、精製ガスの一部を定流量制御弁を介して、次サ
   イクルで吸着工程を行なう吸着塔の昇圧用加圧ガス及び
   配管等の置換用すすぎガスに使用して、連続的にガスを
   精製することを特徴とする都市ガス製造プロセスに於け
   るガス中の炭酸ガス及び水分を除去する方法。 ２）吸着剤として平均細孔径約３Åのカーボンモレキュ
   ラーシーブを使用する請求項１）記載の方法。 ３）プレッシャースイング法における減圧工程がその最
   初期において吸着塔の上下両方向より減圧を行い、その
   減圧ガスを加圧工程サイクルにある吸着塔に１次加圧ガ
   スとして上下両方向より供給することを特徴とする請求
   項１）記載の方法。 ４）リサイクルする脱着ガスは加圧工程サイクルにある
   吸着塔への１次加圧ガスとして供給されるものを除く５
   ００Ｔｏｒｒ迄の減圧ガスであることを特徴とする請求
   項１）記載の方法。 ５）リサイクルする脱着ガスはリサイクル工程末期迄は
   吸着温度に冷却し、上記工程末期に脱着温度に調整する
   ことを特徴とする請求項１）記載の方法。 ６）処理前ガスが、原料のナフサ、ＬＰＧ、メタノール
   を水蒸気と反応させて得られる発生ガスで、ＣＨ＿４、
   Ｈ＿２を可燃主成分とし、ＣＯ＿２を含む混合湿性ガス
   であることを特徴とする請求項１）記載の方法。