JPH0631353B2 - 高カロリ−ガスの製造法 - Google Patents

高カロリ−ガスの製造法

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JPH0631353B2
JPH0631353B2 JP61069465A JP6946586A JPH0631353B2 JP H0631353 B2 JPH0631353 B2 JP H0631353B2 JP 61069465 A JP61069465 A JP 61069465A JP 6946586 A JP6946586 A JP 6946586A JP H0631353 B2 JPH0631353 B2 JP H0631353B2
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    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ＣＯ２、Ｎ２等の非燃焼成分と、Ｈ２、Ｃ
Ｏ、炭化水素等の燃焼成分とよりなる原料ガスから、主
として非燃焼成分およびＣＯを分離除去して、ＣＯを含
まない高カロリーの製品ガスを得る方法に関するもので
ある。
従来の技術 ＣＯ２、Ｎ２等の非燃焼成分と、Ｈ２、ＣＯ、炭化水素
等の燃焼成分とよりなる原料ガスから、主として非燃焼
成分および有毒なＣＯを分離除去して、ＣＯを含まない
高カロリーの製品ガスを得るには、原料ガスからＣ
Ｏ２、Ｎ２等の非燃焼成分および有毒なＣＯを効率良く
分離除去することが必要である。
従来、ＣＯ２、Ｎ２またはＣＯを含むガスからこれらの
成分を除去する方法としては、次のような方法が実用化
されている。
ｉ）ＣＯ２の除去 熱炭酸アルカリ性、熱炭酸アルカリとモノエタノールア
ミンの二段処理法、ＰＳＡ法 ii）Ｎ２の除去 ＰＳＡ法、深冷分離法 iii）ＣＯの除去 深冷分離法、銅アンモニア法、コソーブ（ＣＯＳＯＲ
Ｂ）法、ＣＯのメタネーション化 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような各ガス単独の分離技術は、
ＰＳＡ法を除いては概ね設備費が大である上、電力、蒸
気等の熱エネルギー消費が大きく、しかもこれらの技術
の組合せは一層複雑な設備を要するため、大容量のガス
の処理には適していても中・小容量のガスの処理には有
利とは言えない。
また、中・小容量のガスの処理に適しているＰＳＡ法に
ついては、各ガス単独の除去は可能であるものの、ＣＯ
２、Ｎ２などの非燃焼成分および有毒なＣＯを含む原料
ガスからこれらの成分を加温状態で効率良く同時に除去
する方法は見当らない。
上述の状況に鑑み、本発明者らは、ＣＯ２、Ｎ２等の非
燃焼成分と、Ｈ２、ＣＯ、炭化水素等の燃焼成分とより
なる原料ガスをクリノプチロライト系吸着剤を充填した
吸着塔を通過させることにより、主として非燃焼成分お
よびＣＯを分離除去して、ＣＯを含まない高カロリーの
製品ガスを得る方法を見出し、すでに特願昭６０−９９
２６０号として特許出願している。本発明はこの先にし
た特許出願にかかる発明に改良を加えることにより、さ
らに工業的に有利な方法を提供しようとするものであ
る。
問題点を解決するための手段 本発明の高カロリーガスの製造法は、ＣＯ２、Ｎ２等の
非燃焼成分と、Ｈ２、ＣＯ、炭化水素等の燃焼成分とよ
りなる原料ガス（ａ）を、５０〜２００℃の加温条件下
に、多孔質担体に銅化合物を担持させた吸着剤からなる
ＣＯ選択分離用吸着剤とクリノプチロライト系吸着剤と
を充填した吸着塔を通過させることにより、主として非
燃焼成分およびＣＯを分離除去して、ＣＯを含まない高
カロリーの製品ガス（ｂ）となすことを特徴とするもの
である。
本発明によれば、クリノプチロライト系吸着剤を単独で
使用した場合に比較して、大量の原料ガスの処理が可能
になる。たとえば吸着剤を２４０cc用いた場合、処理可
能な原料ガスが８００cc/minから１６００cc/minに増大
する。
以下本発明を詳細に説明する。
原料ガス 本発明に適用できる原料ガス（ａ）としては、ＣＯ２、
Ｎ２等の非燃焼成分と、Ｈ２、ＣＯ、炭化水素等の燃焼
成分とよりなるＣＯを含む低カロリーガスを言い、たと
えば、コークス炉から発生するコークス炉ガス、メタン
化反応ガス等があげられる。ただし、Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ
２、Ｎ２の全ての成分を含んでいなくてもよい。
なお、原料ガス（ａ）がＨ２Ｏを含む場合は、これを許
容限度以下にまで除去しておく必要がある。Ｈ２Ｏの存
在は、上記ＣＯ選択分離用吸着剤とクリノプチロライト
系吸着剤とを充填した吸着塔において、ＣＯ、ＣＯ２の
ような極性を持った成分の吸着を妨害するからである。
吸着剤 本発明においては、吸着塔に多孔質担体に銅化合物を担
持させた吸着剤からなるＣＯ選択分離用吸着剤とクリノ
プチロライト系吸着剤とを充填する。この場合吸着塔へ
の吸着剤の充填は、上層にクリノプチロライト系吸着
剤、下層に上記ＣＯ選択分離用吸着剤を形成するように
するのが通常である。
吸着塔に充填する上記ＣＯ選択分離用吸着剤とクリノプ
チロライト系吸着剤の割合は、容量比で５：５〜１：
９、特に５：５〜２：８の範囲から選択することが望ま
しく、この割合に設定することにより最も効率的な吸着
操作がなされる。
（ＣＯ選択分離用吸着剤） ＣＯ選択分離用吸着剤としては、多孔質担体に銅化合物
を担持させた吸着剤が用いられる。
多孔質担体としては、活性炭、グラファイト、ポリ
スチレン、シリカまたは／およびアルミナ、シリカ
または／およびアルミナを核とし、その表面に活性を有
する有機質材料炭化物層を形成させた複合担体、チタ
ニア、マグネシア、などがいずれも用いられる。
これらの中では、吸着効果や寿命の点で、のシリカ
または／およびアルミナ系担体が好ましく、なかんづく
の複合担体が好ましいので、以下の複合担体につい
てさらに記述する。
の複合担体は、シリカまたは／およびアルミナに有機
質材料を吸着させた後、たとえば、Ｎ２、アルゴン、ヘ
リウムなどの不活性ガス雰囲気下に３００〜８００℃の
温度で３０分ないし４時間加熱処理するか、あるいは、
水蒸気やＣＯ２を含むＮ２、アルゴン、ヘリウムなどの
不活性ガス中で５００〜１０００℃で３０分ないし２時
間加熱処理することにより製造される。
有機材料としては、炭化可能で溶媒溶解性を有するもの
であれば多種のものが用いられ、たとえば、水溶性有機
質材料（ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、
ポリアクリル酸塩、ポリビニルメチルエーテル、ポリエ
チレンオキサイド、カルボキシビニルポリマー、ビニル
アルコール系ポリマー、デンプン類、メチルセルロー
ス、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、
ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセル
ロース、アルギン酸塩、ゼラチン、カゼイン、デキスト
リン、デキストラン、キサンテンガム、グアーガム、カ
ラギーナン、マンナン、トラガントガム、アラビアガ
ム、水溶性アクリル共重合体、水溶性ポリエステル、フ
ェノール樹脂初期反応物、木材・パルプ・製紙工場にお
ける廃液含有物または中間生成物、ショ糖・デンプン工
場における廃液含有物または中間あるいは最終生成物、
接着剤・繊維・染色工場における廃液含有物など）、有
機溶剤可溶性有機質材料（ポリアミド、ポリスチレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、
ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリオレフィ
ン、アクリル系樹脂、アセチルセルロース、石油または
石炭誘導体（たとえば、多環式芳香族化合物、複素環式
化合物中分子量の比較的大きいもの））などが例示され
る。特に水溶性有機質材料が好ましく、これらの中から
入手の容易性が経済上の観点も加味して適当なものが選
択される。なお、上記で例示したもののうちポリマー
は、重合度の低いものやオリゴマーを含むものとする。
シリカまたは／およびアルミナの表面に形成させる炭化
物層の量的割合は、前者１００重量部に対し後者を0.1
〜３０重量部、特に0.5〜１０重量部とすることが望ま
しいが、必ずしもこの範囲に限られるものではない。
次に多孔質担体に担持させる銅化合物としては、塩化銅
（Ｉ）をはじめとするハロゲン化銅（Ｉ）、酸化銅
（Ｉ）、その他の銅（Ｉ）化合物、塩化銅（II）をはじ
めとするハロゲン化銅（II）、酸化銅（II）、その他の
銅（II）化合物があげられる。銅（II）化合物を担体に
担持させた場合は、これを還元した還元物も用いられ
る。ハロゲン化銅（Ｉ）を用いたときは、これと共にハ
ロゲン化アルミニウムを併用することもできる。
多孔性担体への銅化合物の担持量は、通常は0.5〜１０m
‐mol/g、好ましくは１〜６m‐mol/gの範囲から選択す
ることが多い。
（クリノプチロライト系吸着剤） クリノプチロライト系吸着剤としては、天然に産出する
クリノプチロライトを原料とするもの、すなわち、市販
の天然産出クリノプチロライトをそのままあるいはイオ
ン交換等化学的処理加工後必要に応じ破砕したもの、あ
るいは粉砕して適当な結合剤を加えて成型、焼結したも
の、あるいは単に上記クリノプチロライトを熱処理した
ものなどが用いられ、また、合成法によって得られたク
リノプチロライトを原料とするものも用いられる。
通常のゼオライト吸着剤は、低カロリーガスをＣＯを含
まない高カロリーガスとすることができず、本発明の目
的には適当でない。
操作 上記ＣＯ選択分離用吸着剤とクリノプチロライト系吸着
剤とを充填した吸着塔の温度は、５０〜２００℃の範囲
の温度に設定される。５０℃未満では製品ガス（ｂ）中
に有毒なＣＯが混入するようになり、２００℃を越える
ときは、サイクル時間が短かくなる上、熱エネルギーの
点からも不利となる。特に好ましい温度範囲は、５０〜
１００℃である。
本発明の方法は、さらに詳しくは、次の工程操作により
行われる。
（１） 原料ガス（ａ）および／または後述の排出ガス
（ｃ）を前記吸着塔に導入するに先立ち、同塔より導出
される製品ガス（ｂ）、原料ガス（ａ）および排出ガス
（ｃ）の少なくとも１種のガスにより同塔を昇圧する工
程、 （２） 原料ガス（ａ）および／または排出ガス（ｃ）
を加温下にある吸着塔に導入することにより原料ガス
（ａ）および／または排出ガス（ｃ）中に含まれるＣ
Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２成分を吸着させると共に、これらの成
分が除去された製品ガス（ｂ）を同塔から導出させる工
程、 （３） 吸着塔において吸着されたＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２
成分を減圧操作により脱離させて排出ガス（ｃ）として
除去する工程、 第１図は、上記工程の流れを示したフローシートであ
る。
以下、上記の各工程を詳述する。
工程（１） 工程（１）は、原料ガス（ａ）および／または後述の排
出ガス（ｃ）を前記吸着塔に導入するに先立ち、同塔よ
り導出される製品ガス（ｂ）、原料ガス（ａ）および排
出ガス（ｃ）の少なくとも１種のガスにより同塔を昇圧
する工程からなる。
このように昇圧することは、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２の吸
着、およびそれらの成分を炭化水素成分から効果的に分
離するために必要である。
この昇圧工程（１）における圧力は、１〜５０kg/cm2G
の範囲から選択することができるが、ガス圧縮のための
エネルギーコストの上昇等の問題を考慮すると、５〜１
０kg/cm2Gに設定することが好ましい。
工程（２） 工程（２）は、原料ガス（ａ）および／または排出ガス
（ｃ）を加温下にある吸着塔に導入することにより原料
ガス（ａ）および／または排出ガス（ｃ）中に含まれる
ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２成分を吸着させると共に、これらの
成分が除去された製品ガス（ｂ）を同塔から導出させる
工程からなる。この工程は、次の手順で実施する。
前工程（１）により昇圧された加温状態の吸着塔に原料
ガス（ａ）および／または排出ガス（ｃ）を導入してＣ
Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２成分を上記ＣＯ選択分離用吸着剤とク
リノプチロライト系吸着剤とからなる吸着剤に吸着させ
ると同時に、炭化水素成分を濃縮する。
そして、たとえば塔から導出される製品ガス（ｂ）中の
最も沸点の高い炭化水素成分が原料ガス（ａ）中の濃度
以上になった時点で、原料ガス（ａ）および／または排
出ガス（ｃ）の導入を止める。また、たとえば製品ガス
（ｂ）中のＣＯ濃度がある値以上になった時点で、原料
ガス（ａ）および／または排出ガス（ｃ）の導入を止め
る。
なお、塔より導出されたＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２成分が除去
された製品ガス（ｂ）は、その一部を前述の工程（１）
における塔の昇圧に用いることができる。
工程（３） 工程（３）は、吸着塔において吸着されたＣＯ、Ｃ
Ｏ２、Ｎ２成分を減圧操作により脱離させて排出ガス
（ｃ）として除去する工程からなる。
この場合、塔の圧力を所定圧から大気圧まで減圧し、さ
らに真空減圧する。その際、排出ガス（ｃ）の一部をリ
サイクルガスとして利用し、前述の工程（１）における
塔の昇圧に用いたり、前述の工程（２）における加温下
にある吸着塔に導入することができる。
この工程（３）における真空度は、０〜７６０torrの範
囲からＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２の吸着量、脱離量、あるいは
脱離速度に見合うように適宜設定する。
上述のように、工程（２）において塔から導出されるガ
スが製品ガス（ｂ）となり、そのまま燃料として、ある
いは代替天然ガス製造に用いる添加剤として利用され
る。
また、工程（３）において塔から減圧操作により脱離さ
れるＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２濃縮ガスが排出ガス（ｃ）とな
り、化学原料等に利用される。
作 用 本発明においては、多孔質担体に銅化合物を担持させた
吸着剤からなるＣＯ選択分離用吸着剤とクリノプチロラ
イト系吸着剤とを充填した吸着塔における加温下の圧力
スイング操作により原料ガス（ａ）からＣＯ、ＣＯ２、
Ｎ２成分と製品ガス（ｂ）とが分離される。
実施例 次に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１ 固形分47.5重量％の亜硫酸パルプ廃液を水で１０倍量希
釈した液８０ccに、平均粒径２mmの市販の活性アルミナ
８０ccを投入し、常温で３０分間浸漬処理した後、ろ別
し、温度１１０℃で４時間乾燥した。乾燥後、加熱炉を
用いてＮ２ガス雰囲気下５℃/minで昇温し、ついで５５
０℃で１時間加熱処理して炭化を行った。これにより、
アルミナ担体を核としてその表面に有機質材料炭化物層
が形成した複合担体が得られた。アルミナ担体１００重
量部に対する炭化物層の量的割合は2.3重量部であっ
た。
約６０℃にあたためた塩酸４８ccに塩化銅（Ｉ）１８ｇ
を溶解した。この溶液中に、１００℃に加熱した上記複
合担体８０ccを加え、引き続きマトルヒーターで２００
℃に加熱しつつ、Ｎ２気流中で溶媒を留去した後、室温
まで冷却し、ＣＯ選択分離用吸着剤を得た。
上記で得たＣＯ選択分離用吸着剤と市販のクリノプチロ
ライト系吸着剤とを容量比で３：７の割合で、上層にク
リノプチロライト系吸着剤、下層にＣＯ選択分離用吸着
剤を形成するように充填した吸着塔に、第１表の原料ガ
スの欄に示した組成を有する原料ガス（ａ）を導入し、
下記の操作条件にてＰＳＡサイクルを繰り返した。
操作条件 １）通ガス量 １６００cc/min ２）充填量 ２４０cc（２１mmφ×７００mmH） ３）圧力 ７kg/cm2G ４）塔内温度 ８０℃ ５）ＰＳＡサイクル ・昇圧 ６０torr→２kg/cm2G（７kg/cm2Gから４
kg/cm2Gまでに減圧する際に脱離する排出ガス（ｃ）を
使用） ２kg/cm2G→７kg/cm2G（製品ガス（ｂ）使用） ・吸着 ６min ５min：原料ガス（ａ）の吸着時間 １min：４kg/cm2Gから２００torrまでに減圧する際に脱
離する排出ガス（ｃ）の吸着時間 ・大気圧減圧 ７kg/cm2G→０kg/cm2G ・真空減圧 ０kg/cm2G→６０torr（２００torr→６
０torrに減圧する際に脱離する排出ガス（ｃ）はパージ
ガスとして除去する） サイクル実施３０回目のときの吸着塔から導出される製
品ガス（ｂ）の組成を第１表の製品ガスの欄に示す。
比較例１ 比較のため、塔内温度を２０℃としかつ吸着時間を１０
分としたほかは実施例１と全く同一の条件でＰＳＡサイ
クルを３回繰り返したときの結果を第１表に併せて示
す。
比較例２ 比較のため、上記と同一の原料ガス（ａ）を市販のゼオ
ライト吸着剤ＭＳ−５Ａを吸着剤として充填した塔に導
入し、実施例１と全く同一の条件でＰＳＡサイクルを５
回繰り返したときの結果を第１表に併せて示す。
比較例３ 比較のため、上記と同一の原料ガス（ａ）を市販のクリ
ノプチロライト系吸着剤のみを吸着剤として充填した塔
に導入し、実施例１と全く同一の条件でＰＳＡサイクル
を１０回繰り返したときの結果を第１表に併せて示す。
第１表からわかるように、実施例１においてはサイクル
３０回目においても有毒なＣＯは１００％除去され、ま
たＣＯ２も大部分除去された。その結果製品ガス（ｂ）
にはＣＯが含まれないばかりか、ガスカロリーも大幅に
増大した。
一方、塔内温度を２０℃としてときは、わずか３回目で
有毒なＣＯが製品ガス（ｂ）中に含まれるようになっ
た。
また、吸着剤として市販のゼオライト吸着剤ＭＳ−５Ａ
を用いた比較例２においては、ＣＯは１００％除去され
るが、製品ガス（ｂ）として回収すべきＣＨ４、Ｃ２Ｈ
６がかなり吸着され、その結果、製品ガス（ｂ）のカロ
リーは原料ガス（ａ）のカロリーよりもかえって低くな
っている。
また、吸着剤としてクリノプチロライト系吸着剤のみを
用いた比較例３においては、ＰＳＡを１０回実施した結
果やはり有毒なＣＯが製品ガス（ｂ）中に含まれている
ことがわかった。
発明の効果 本発明においては、各工程操作が円滑かつ効率良くなし
得、また目的とする高カロリーの製品ガスが収率良く回
収される。
また本発明によれば、クリノプチロライト系吸着剤を単
独で使用した場合に比較して、大量の原料ガスの処理が
可能になる。
よって、本発明の方法を実施することにより、Ｈ２、Ｃ
Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２等を含む炭化水素ガスから、従来より
一層簡略化された工程で有毒なＣＯを含まない高カロリ
ーガスが安価に製造されるので、その工業的意義は大き
い。
また、高カロリーの製品ガスの製造に際し、吸着塔から
分離されるＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２濃縮ガスは、化学原料等
に利用することができるので、この点でも有利である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の工程の流れを示したフローシートで
ある。 （１），（２），（３）……工程、（ａ）……原料ガ
ス、（ｂ）……製品ガス、（ｃ）……排出ガス

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＣＯ２、Ｎ２等の非燃焼成分と、Ｈ２、Ｃ
    Ｏ、炭化水素等の燃焼成分とよりなる原料ガス（ａ）
    を、５０〜２００℃の加温条件下に、多孔質担体に銅化
    合物を担持させた吸着剤からなるＣＯ選択分離用吸着剤
    とクリノプチロライト系吸着剤とを充填した吸着塔を通
    過させることにより、主として非燃焼成分およびＣＯを
    分離除去して、ＣＯを含まない高カロリーの製品ガス
    （ｂ）となすことを特徴とする高カロリーガスの製造
    法。
  2. 【請求項２】吸着操作が、５０〜２００℃の加温条件下
    における非平衡圧操作によるものである特許請求の範囲
    第１項記載の製造法。
  3. 【請求項３】多孔質担体が、シリカまたは／およびアル
    ミナ系担体である特許請求の範囲第１項記載の製造法。
  4. 【請求項４】クリノプチロライト系吸着剤が、天然に産
    出するクリノプチロライトを原料とするもの、または合
    成法によって得られるクリノプチロライトを原料とする
    ものである特許請求の範囲第１項記載の製造法。
  5. 【請求項５】ＣＯ２、Ｎ２の非燃焼成分と、Ｈ２、Ｃ
    Ｏ、炭化水素等の燃焼成分とよりなる原料ガス（ａ）
    を、５０〜２００℃の加温条件下に、多孔質担体に銅化
    合物を担持させた吸着剤からなるＣＯ選択分離用吸着剤
    とクリノプチロライト系吸着剤とを充填した吸着塔を通
    過させることにより、主として非燃焼成分およびＣＯを
    分離除去して、ＣＯを含まない高カロリーの製品ガス
    （ｂ）となすにあたり、 （１） 原料ガス（ａ）および／または後述の排出ガス
    （ｃ）を前記吸着塔に導入するに先立ち、同塔より導出
    される製品ガス（ｂ）、原料ガス（ａ）および排出ガス
    （ｃ）の少なくとも１種のガスにより同塔を昇圧する工
    程、 （２） 原料ガス（ａ）および／または排出ガス（ｃ）
    を加温下にある吸着塔に導入することにより原料ガス
    （ａ）および／または排出ガス（ｃ）中に含まれるＣ
    Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２成分を吸着させると共に、これらの成
    分が除去された製品ガス（ｂ）を同塔から導出させる工
    程、 （３） 吸着塔において吸着されたＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２
    成分を減圧操作により脱離させて排出ガス（ｃ）として
    除去する工程、 を遂行することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の製造法。
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