JPH04367504A - 塩素ガスの濃縮方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力スイング吸着法を利
用する塩素の濃縮方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】塩素は非常に重要な工業中間原料で多く
の化学産業で使用されており、各所に塩素の分離のため
の設備が存在する。従来、塩素を含むガスより塩素を分
離する方法としては、ガスを加圧・冷却して液体塩素と
しガスより分離する方法や、塩素系有機溶剤に塩素を吸
収させた溶剤をストリッピングすることにより塩素を分
離する方法が知られている。

【０００３】しかし前者の方法は、高圧ガスを取り扱う
ので高価で保守管理の面倒なガス圧縮機や冷凍設備など
が必要となり、特に塩素濃度の比較的低いガスより塩素
を分離する場合には非常な高圧または極低温による操作
となり設備費が増大する。

【０００４】また後者の方法は、通常溶剤として四塩化
炭素を使用するが、昨今のフロンガスによる環境問題に
より四塩化炭素の使用が禁止される方向にあり将来でも
有効な方法とは言えなくなった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】塩素を含有するガスよ
り塩素を分離する方法の一つに圧力スイング吸着法があ
る。この分離法の脱着工程では吸着剤に吸着した塩素を
脱着させる際、高真空度減圧下で脱着を行う必要がある
。しかし、工業規模においてこの高真空度を達成するに
は、技術的、経済的に問題が残る。本発明は圧力スイン
グ吸着法の脱着工程をパージと減圧を同時に行うことに
より、工業規模で達成できる真空度で塩素を効率的に脱
着する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】塩素ガスを分離する方法
として用いられる手段に圧力スイング吸着法がある。こ
の方法の脱着工程では吸着剤に吸着した塩素を脱着させ
る際、高真空度減圧で脱着を行う必要がある。しかし、
工業規模においてこの高真空度を達成するのは、技術的
、経済的に問題が残る。そこで本発明者らは、工業的に
望ましい減圧度で塩素を効率的に脱着することができな
いかという点について鋭意検討し、工業的な減圧度で塩
素を脱着することが可能であることを見出し本発明に至
った。

【０００７】本発明の方法が適用される塩素を含有する
ガスには塩素以外のガスとしては、酸素・窒素・二酸化
炭素・一酸化炭素・水素・アルゴン・メタンなどの炭化
水素等が存在してよいが、圧力スイング吸着法でこれら
を含むガスから塩素を分離するには、これらのガスと吸
着剤との吸着親和力が塩素に対する場合より充分に差が
あるものを選択する必要がある。そこで本発明に使用す
る塩素の吸着剤としては、合成および天然ゼオライト、
非ゼオライト系多孔質酸性酸化物や活性炭および分子ふ
るいカーボンのような炭素質吸着剤が選択される。

【０００８】たとえばゼオライトとしては、Ａ型、Ｘ型
、Ｙ型、Ｌ型、ＺＳＭ型、天然モルデナイトなどが挙げ
られるが、好ましくは、Ｘ型、Ｙ型、Ｌ型、ＺＳＭ型で
あり、特に好ましくは高ケイ素含有のゼオライトである
。

【０００９】非ゼオライト系多孔質酸性酸化物としては
、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、チタニア、マグ
ネシア等が挙げられる。活性炭としては、果実殻系・木
材系・石炭系・石油系などが吸着剤として使用できが、
この中でも分子ふるいカーボン、ヤシ殻活性炭が好まし
い。これらの吸着剤に対しては塩素は前記の各ガスに比
較しより強い親和力を有しているので、これらの吸着剤
を充填した吸着塔に塩素を含有するガスを導入すると塩
素が他のガスより優先的に吸着されるので、吸着塔のガ
ス出口側では塩素濃度の低いガスが、時にはほとんど検
出されない程度までのガスが得られる。

【００１０】吸着剤に吸着される塩素を含有するガスの
塩素濃度には特に制限はない。塩素濃度が低い場合には
、脱着による再生操作までの吸着時間は長く取ることが
できる。なお、この吸着操作の操作圧力は後の塩素の脱
着操作より高い圧力にする。

【００１１】操作温度は充填するゼオライトの種類・導
入ガスに含まれる塩素以外のガスの種類や経済的な問題
で決定される。たとえばＹ型ゼオライトを吸着剤として
使用し、同伴ガスに二酸化炭素が混合されている場合に
は、常温付近でも充分な塩素吸着を行なうことができる
。一方、充填物の劣化防止や設備の材質劣化を防止する
ために原料ガス中の水分は低い方が良く、１０００ｐｐ
ｍ以下が望ましい。

【００１２】吸着塔への塩素の吸着が進み、飽和状態に
近づいたところで原料としての塩素を含有するガスの吸
着塔への供給を停止する。続いて吸着塔の操作圧力を降
下させ、吸着している塩素およびその他のガスを脱着さ
せる。この時の脱着操作では真空ポンプ等による減圧脱
着とパージ脱着が同時に行われる。この減圧パ−ジ脱着
再生により、工業的に望ましい減圧度で吸着剤に強く吸
着される塩素を効率的に脱着することができる。また、
この脱着で必要なパージガス量は吸着剤に吸着している
塩素に比べわずかであり、塩素濃度への影響は小さい。 ここでのパージガスには吸着塔出側の処理済ガスを使用
しているが、経済的、設備的に有効であれば外部からパ
ージガスを用いてもよい。また、操作温度は任意である
が、基本的には吸着時の温度と同じにする方が経済的で
ある。もちろん経済的に有効であればいわゆるサーマル
スイング方式をとることも可能である。

【００１３】この脱着操作により導入ガスにおけるより
も塩素濃度の高いガスを得ることができるとともに塩素
を吸着した吸着剤は脱塩素されるので再生することがで
き、再び次の吸着操作を繰り返し行うことができる。次
に、工業規模におけるより具体的な形での実施の状態に
ついて説明する。図１はその形態を示す。

【００１４】図１では塩素を含有する原料ガスは、管１
よりガス圧縮機２に送られ、ここで吸着圧力まで昇圧さ
れた後、切換弁３を経て、３基の吸着塔４ａ、４ｂ、４
ｃの内の第１の吸着塔４ａに送り込まれる。３基の吸着
塔４ａ、４ｂ、４ｃには各々前出の塩素を優先的に吸着
する吸着剤が充填されており、加圧状態で導入された原
料ガス中の塩素が優先的に吸着され、吸着塔４ａの出口
には塩素の含有率の低いガス、時にはほとんど検出でき
ない程度に低い塩素濃度のガス（以下処理済ガスとする
）が得られる。この脱塩素ガスは切換弁５、弁６を経て
ブロア７に送られ排出される。（吸着工程）。

【００１５】この時、第２の吸着塔４ｂでは、第１の吸
着塔４ａから吐出した処理済ガスの一部が流量調節機構
８、切換弁９を経て第２の吸着塔４ｂ内に導入され、こ
の塔内に圧力が処理済ガスによって高められる充圧工程
が実施されており、また第３の吸着塔４ｃではこの塔内
と真空ポンプ１０が切換弁１１，１２ａを経て接続され
、同時に吸着塔４ａから吐出した処理済ガスの一部が流
量調節機構８、切換弁１６を経て吸着塔４ｃ内に導入さ
れ、この塔内の吸着剤が減圧パ−ジ状態で再生処理され
る再生工程が実施されている。

【００１６】そして所定量の塩素を吸着して飽和寸前と
なった吸着塔４ａは、切換弁３の切り換えによって原料
ガスの導入が停止されると共に、切換弁１３の切り換え
によって塔内が真空ポンプ１０とが切換弁１２ａを経て
接続され、同時に吸着工程にある吸着塔４ｂから吐出し
た処理済ガスの一部が流量調節機構８、切換弁１９を経
て吸着塔４ａ内に導入され、この塔内が減圧パージ状態
になり、吸着剤に吸着された塩素が脱着され吸着剤が再
生される（再生工程）。この再生工程で製品としての塩
素濃度の高いガスを真空ポンプ１０の吐出口から得るこ
とができ、この塩素を高濃度に含有したガスは下流の消
費工程に送られる。

【００１７】この時第２の吸着塔４ｂでは、原料ガスが
切換弁１４を経て導入され、この塔の出口から処理済ガ
スが吐出し、切換弁１５、弁６を経てブロア７に送られ
排出される。また第３の吸着塔４ｃでは第２の吸着塔４
ｂから吐出される処理済ガスの一部が流量調節機構８、
切換弁１６を経て導入され、この塔内の圧力が処理済ガ
スによって高められる充圧工程が実施されている。その
後第３の吸着塔４ｃでは切換弁１７を経て原料ガスが導
入され、処理済ガスが切換弁１８、弁６を経てブロア７
に送られ排出される。これと同時に第１の吸着塔４ａで
は、第３の吸着塔４ｃから吐出される処理済ガスの一部
が流量調節機構８、切換弁１９を経て導入され、この塔
内の圧力が処理済ガスによって高められる充圧工程が実
施されている。この時第２の吸着塔４ｂでは、切換弁１
４の切り換えにより原料ガスの導入が停止されると共に
、切換弁２０の切り換えによって塔内が真空ポンプ１０
とが切換弁１２ａを経て接続され、同時に吸着工程にあ
る吸着塔４ｃから吐出した処理済ガスの一部が流量調節
機構８、切換弁９を経て吸着塔４ｂ内に導入され、この
塔内が減圧パージ状態になり、吸着剤に吸着された塩素
が脱着され、吸着剤が再生される。

【００１８】以下同様に、この一連操作を３基の吸着塔
４ａ、４ｂ、４ｃについて交互に操り返すことによって
塩素を含有する原料ガスより塩素を分離し、原料ガス中
の塩素濃度以上の塩素濃度のガスを連続的に得ることが
できる。

【００１９】

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。 実施例１ 合成Ｙ型ゼオライト（ＺＥＯＣＨＥＭ製）を夫々４０ｇ
を充填したステンレス製の吸着塔３塔中の第１吸着塔に
２５〜３０℃にて塩素（１５％）・二酸化炭素（１５％
）・ヘリウム（７０％）の組成のガスを５ａｔｍの圧力
に調節して２００ｍｌ／ｍｉｎで１２分間通気した。 この間第１吸着塔から流出する処理済ガスをガスクロマ
トグラフ分析を行いガス組成を分析したところ塩素ガス
は１００〜３００ｐｐｍ検出された。通気完了後、原料
ガスの供給を停止し再生工程に移る。再生は真空ポンプ
で第１吸着塔１００ｍｍＨｇ　　ａｂｓ．の圧力におき
、同時に吸着工程にある第２吸着塔出側から得られる処
理済ガスの一部（５ｍｌ／ｍｉｎ）を用いて第１吸着塔
へ吸着時と逆方向のガス流れでパージを５分間行い、塩
素ガスを脱着させた。脱着したガスを分析したところ塩
素濃度７７％であり、この時吸着塔内の吸着ガス回収率
は９９％であった。この脱着後の吸着カラムに再び初め
と同様の組成のガスを同条件で通気したところ、やはり
１２分間は流出するガスの塩素濃度は１００〜３００ｐ
ｐｍであった。

【００２０】実施例２ 合成Ｙ型ゼオライト（ＺＥＯＣＨＥＭ製）を夫々４０ｇ
を充填したステンレス製の吸着塔３塔中の第１吸着塔に
２５〜３０℃にて塩素（１５％）・二酸化炭素（１５％
）・ヘリウム（７０％）の組成のガスを５ａｔｍの圧力
に調節して２００ｍｌ／ｍｉｎで１２分間通気した。 この間第１吸着塔から流出する処理済ガスをガスクロマ
トグラフ分析を行いガス組成を分析したところ塩素ガス
は１００〜３００ｐｐｍ検出された。

【００２１】通気完了後、原料ガスの供給を停止し再生
工程に移る。再生は真空ポンプで第１吸着塔を２００ｍ
ｍＨｇ　　ａｂｓ．の圧力におき、同時に吸着工程にあ
る第２吸着塔出側から得られる処理済ガスの一部（５ｍ
ｌ／ｍｉｎ）を用いて第１吸着塔へ吸着時と逆方向のガ
ス流れでパ−ジを５分間行い、塩素ガスを脱着させた。 脱着したガスを分析したところ塩素濃度６７％であり、
この吸着塔内の吸着ガス回収率は８０％であった。この
脱着後の吸着カラムに再び初めと同様の組成のガスを同
条件で通気したところ、やはり１２分間は流出するガス
の塩素濃度は１００〜３００ｐｐｍであった。

【００２２】実施例３ 合成１３Ｘ型ゼオライト（富士デビソン製）を夫々４０
ｇを充填したステンレス製の吸着塔３塔中の第１吸着塔
に６０℃にて、塩素（１５％）・二酸化炭素（１５％）
・ヘリウム（７０％）の組成のガスを５ａｔｍの圧力に
調節して２００ｍｌ／ｍｉｎで６分間通気した。この間
第１吸着塔から流出する処理済ガスをガスクロマトグラ
フ分析を行いガス組成を分析したところ、塩素ガスは２
００〜５００ｐｐｍ検出された。

【００２３】通気完了後、原料ガスの供給を停止し再生
工程に移る。再生は真空ポンプで第１吸着塔を１００ｍ
ｍＨｇ　　ａｂｓ．の圧力におき、同時に吸着工程にあ
る第２吸着塔出側から得られる処理済ガスに一部（５ｍ
ｌ／ｍｉｎ）を用いて、第１吸着塔へ吸着時と逆方向の
ガス流れでパージを５分間行い、塩素ガスを脱着させた
。 脱着したガスを分析したところ塩素濃度７１％であり、
この時吸着塔内の吸着ガス回収率は９９％であった。こ
の脱着後の吸着カラムに再び初めと同様の組成のガスを
同条件で通気したところ、やはり６分間は流出するガス
の塩素濃度は２００〜５００ｐｐｍであった。

【００２４】実施例４ ガス吸着用活性炭ＰＣＢ（東洋カルゴン製）を夫々３０
ｇ充填したステンレス製の吸着塔３塔中の第１吸着塔に
６０℃にて塩素（１５％）・二酸化炭素（１５％）・ヘ
リウム（７０％）の組成のガスを５ａｔｍの圧力に調節
して２００ｍｌ／ｍｉｎで６分間通気した。この間第１
吸着塔から流出する処理済ガスをガスクロマトグラフ分
析を行いガス組成の分析したところ塩素ガスは３００〜
８００ｐｐｍ検出された。通気完了後原料ガスの供給を
停止し再生工程に移る。再生は真空ポンプで第１吸着塔
を１００ｍｍＨｇ　　ａｂｓ．の圧力におき、同時に吸
着工程にある第２吸着塔出側から得られる処理済ガスの
一部（５ｍｌ／ｍｉｎ）を用いて第１吸着塔へ吸着時と
逆方向のガス流れでパ−ジを５分間行い、塩素ガスを脱
着させた。脱着したガスを分析したところ塩素濃度７１
％であり、この時吸着塔内の吸着ガス回収率は９９％で
あった。この脱着後の吸着カラムに再び初めと同様の組
成のガスを同条件で通気したところ、やはり６分間は流
出するガスの塩素濃度は３００〜８００ｐｐｍであった
。

【００２５】実施例５ 分子ふるいカーボンＭＳＣ（武田薬品製）を夫々３０ｇ
を充填したステンレス製の吸着塔３塔中の第１吸着塔に
６０℃にて塩素（１５％）・二酸化炭素（１５％）・ヘ
リウム（７０％）の組成のガスを５ａｔｍの圧力に調節
して、２００ｍｌ／ｍｉｎで６分間通気した。この間第
１吸着塔から流出する処理済ガスをガスクロマトグラフ
分析を行いガス組成を分析したところ、塩素ガスは２０
０〜５００ｐｐｍ検出された。

【００２６】通気完了後、原料ガスの供給を停止し再生
工程に移る。再生は真空ポンプで第１吸着塔を１００ｍ
ｍＨｇ　　ａｂｓ．の圧力におき、同時に吸着工程にあ
る第２吸着塔出側から得られる処理済ガスの一部（５ｍ
ｌ／ｍｉｎ）を用いて第１吸着塔へ吸着時と逆方向のガ
ス流れでパージを５分間行い、塩素ガスを脱着させた。 脱着したガスを分析したところ塩素濃度７９％であり、
この時吸着塔内の吸着ガス回収率は９９％であった。こ
の脱着後の吸着塔に再び初めと同様の組成のガスを同条
件で通気したところ、やはり６分間は流出するガスの塩
素濃度は２００〜５００ｐｐｍであった。

【００２７】比較例１ 合成Ｙ型ゼオライト（ＺＥＯＣＨＥＭ製）を夫々４０ｇ
を充填したステンレス製の吸着塔３塔中の第１吸着塔に
２５〜３０℃にて塩素（１５％）・二酸化炭素（１５％
）・ヘリウム（７０％）の組成のガスを５ａｔｍの圧力
に調節して２００ｍｌ／ｍｉｎで１２分間通気した。 この間第１吸着塔から流出する処理済ガスをガスクロマ
トグラフ分析を行いガス組成を分析したところ、塩素ガ
スは１００〜３００ｐｐｍ検出された。

【００２８】通気完了後、原料ガスの供給を停止し、真
空ポンプで第１吸着塔を１００ｍｍＨｇ　　ａｂｓ・の
圧力に５分間おき、塩素ガスを脱着させた。吸着したガ
スを分析したところ塩素濃度６２％であり、この時吸着
塔内の吸着ガス回収率は６２％であった。この脱着後の
吸着塔に再び初めと同様の組成のガスを同条件で通気し
たところ、やはり１２分間は流出するガスの塩素濃度は
１００〜３００ｐｐｍであった。

【００２９】

【発明の効果】本発明は圧力スインガ吸着法を使用し、
特に減圧パージにより吸着剤に強く吸着する塩素を効率
よく脱着し塩素を含有するガスより塩素を容易に分離・
濃縮する方法を提供するもので、その工業的価値は非常
に大きい。本発明は塩素を利用する設備において付属設
備として実施される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を特に連続的に行うために複数の吸着塔
を用いる設備の模式図である。

【符号の説明】

１．　　原料ガス供給管 ２．　　圧縮機 ４ａ．４ｂ．４ｃ．　　吸着塔 ６．　　弁 ７．　　ブロア ８．　　流量調節機構 １０．　　真空ポンプ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　塩素を吸着しうる吸着剤を充填した吸
   着塔に、塩素を含有するガスを導入して塩素を吸着させ
   、その後ガスの導入を停止し、吸着工程が終了した吸着
   塔にパージガスを導入しつつ同時にガス導入時よりも低
   い圧力下で脱着を行ない導入ガスの塩素濃度より高い塩
   素濃度のガスを得るとともに吸着剤を再生することを特
   徴とする塩素の濃縮方法。
2. 【請求項２】　　塩素を吸着しうる吸着剤がゼオライト
   である請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　塩素を吸着しうる吸着剤が非ゼオライ
   ト系多孔質酸性酸化物である請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】　　塩素を吸着しうる吸着剤が活性炭であ
   る請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】　　活性炭が分子ふるいカーボンである請
   求項４記載の方法。