JPS59227701A - 水素ガスの選択的濃縮および分離精製法 - Google Patents
水素ガスの選択的濃縮および分離精製法Info
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- JPS59227701A JPS59227701A JP58103418A JP10341883A JPS59227701A JP S59227701 A JPS59227701 A JP S59227701A JP 58103418 A JP58103418 A JP 58103418A JP 10341883 A JP10341883 A JP 10341883A JP S59227701 A JPS59227701 A JP S59227701A
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
本発明は吸着法を利用する水素ガスの選択的濃縮および
分離精製法に関するものである。さらに詳しくは本発明
は水素ガスを含む混合気体を所謂圧力サイクル方式(以
下PSAと呼称する)で処理することにより、高純度水
素を得る経済的な方法を提供するものである。
分離精製法に関するものである。さらに詳しくは本発明
は水素ガスを含む混合気体を所謂圧力サイクル方式(以
下PSAと呼称する)で処理することにより、高純度水
素を得る経済的な方法を提供するものである。
(ロ)従来技術
水素を含む気体源は多くの工業的分野で広汎に存在して
おり、これを原料ガスとして水素を濃縮したり、また分
離〜精製することはエネルギー回収の工業的見地より見
ても意義深いものである。
おり、これを原料ガスとして水素を濃縮したり、また分
離〜精製することはエネルギー回収の工業的見地より見
ても意義深いものである。
さて水素源となる原料ガスは廃ガスをはじめとして多く
存在するが、それの組成は複雑である。水素原料ガス中
には種々の炭化水素系のCI4.C2Ht、 、 C
3He 、 C2H4、C2+12等の気体や、また
Co、 Co 2 、SO2、N2 、 NH3,
t■20等の無機系の気体が含まれる場合がかなり多く
存在している。水素源として有用な原料ガス源の組成は
、はなはな複雑であり、これを用いて吸着法により水素
ガスの精製や濃縮を経済的に実施するためには、有効な
吸着剤の選定とこれを用いての効率の高い水素の精製や
濃縮のプロセスの確立が技術的にも重要である。
存在するが、それの組成は複雑である。水素原料ガス中
には種々の炭化水素系のCI4.C2Ht、 、 C
3He 、 C2H4、C2+12等の気体や、また
Co、 Co 2 、SO2、N2 、 NH3,
t■20等の無機系の気体が含まれる場合がかなり多く
存在している。水素源として有用な原料ガス源の組成は
、はなはな複雑であり、これを用いて吸着法により水素
ガスの精製や濃縮を経済的に実施するためには、有効な
吸着剤の選定とこれを用いての効率の高い水素の精製や
濃縮のプロセスの確立が技術的にも重要である。
(ハ)目的
本発明は高純度の水素ガスを効率よく得ることができる
水素ガスの選択的濃縮および分離精製法を提供すること
を主たる目的としている。
水素ガスの選択的濃縮および分離精製法を提供すること
を主たる目的としている。
(ニ)構成
本発明にかがる水素ガスの選択的濃縮または分離精製法
は、 水素を含む混合ガス中の水素を吸着法により選択的に濃
縮または分離、精製するに際して、該混合ガスの少なく
とも一成分に対して選択吸着性を有する、主としてゼオ
ライト(Z)−−活性U (A)の複合体の焼成物がら
なり、それのZ/Aの重量比が0.25〜8.0の範囲
内にある活性化された吸着物質を充填した吸着床を加圧
下に保持した状態で該混合ガスを通ずることにより、不
純成分を選択的に吸着除去して水素ガスを濃縮〜精製し
て製品ガスとして取り出す第1の吸着工程、第1工程終
了後の加圧下の状態の吸着床と水素濃縮系を構成してい
る製品水素ガスによる加圧工程を終了した吸着床とを連
結して床間圧力の平均化を実施して、前者より並流方向
に放出される水素富化部を後者に並流方向に回収して同
法の加圧用に使用する平均化工程、所謂均圧の第2工程
、第2工程終了後の吸着床を向流方向に減圧して大気圧
付近に保持して床内の残留ガスを放出する第3の減圧工
程、 さらに床内を向流方向に低真空に排気して少なくとも2
00トール(torr)以下に保持する第4の排気工程
、 同工程を終了した吸着床に対して少なくとも2゜Oトー
ル(torr)以下の排気と&す品水素ガスによる洗浄
(パージ)の併用工程を向流方向に実施する第5の工程
、 同工程を終了した床に対して製品水素ガスによる向流方
向の加圧を実施する第6の製品水素ガス加圧工程、 同工程終了後の床と前述の吸着工程終了後の加圧下の吸
着床とを連結して床間圧力の平均化を実施して後者の床
より亜流方向に放出される水素ガス冨化部を前者の床の
加圧用ガスとして並流方向に使用する所謂第7の床間圧
力の平均化工程、並びに第7エ程終了後の吸着床に対し
て水素を含む原料ガスを並流方向に導入して所定の吸着
圧まで加圧する第8の原料ガスの加圧工程の8工程より
なるサイクルを実施することを特徴としている。
は、 水素を含む混合ガス中の水素を吸着法により選択的に濃
縮または分離、精製するに際して、該混合ガスの少なく
とも一成分に対して選択吸着性を有する、主としてゼオ
ライト(Z)−−活性U (A)の複合体の焼成物がら
なり、それのZ/Aの重量比が0.25〜8.0の範囲
内にある活性化された吸着物質を充填した吸着床を加圧
下に保持した状態で該混合ガスを通ずることにより、不
純成分を選択的に吸着除去して水素ガスを濃縮〜精製し
て製品ガスとして取り出す第1の吸着工程、第1工程終
了後の加圧下の状態の吸着床と水素濃縮系を構成してい
る製品水素ガスによる加圧工程を終了した吸着床とを連
結して床間圧力の平均化を実施して、前者より並流方向
に放出される水素富化部を後者に並流方向に回収して同
法の加圧用に使用する平均化工程、所謂均圧の第2工程
、第2工程終了後の吸着床を向流方向に減圧して大気圧
付近に保持して床内の残留ガスを放出する第3の減圧工
程、 さらに床内を向流方向に低真空に排気して少なくとも2
00トール(torr)以下に保持する第4の排気工程
、 同工程を終了した吸着床に対して少なくとも2゜Oトー
ル(torr)以下の排気と&す品水素ガスによる洗浄
(パージ)の併用工程を向流方向に実施する第5の工程
、 同工程を終了した床に対して製品水素ガスによる向流方
向の加圧を実施する第6の製品水素ガス加圧工程、 同工程終了後の床と前述の吸着工程終了後の加圧下の吸
着床とを連結して床間圧力の平均化を実施して後者の床
より亜流方向に放出される水素ガス冨化部を前者の床の
加圧用ガスとして並流方向に使用する所謂第7の床間圧
力の平均化工程、並びに第7エ程終了後の吸着床に対し
て水素を含む原料ガスを並流方向に導入して所定の吸着
圧まで加圧する第8の原料ガスの加圧工程の8工程より
なるサイクルを実施することを特徴としている。
具体的にこの方法を実施する場合は水素の濃縮系を構成
しているゼオライト(Z)−活性炭(A)の複合体(Z
/A=0.25〜8.0)よりなる各床に対して本発明
のサイクルを構成する各工程を好ましい条件下で順次実
施すればよい。
しているゼオライト(Z)−活性炭(A)の複合体(Z
/A=0.25〜8.0)よりなる各床に対して本発明
のサイクルを構成する各工程を好ましい条件下で順次実
施すればよい。
本発明のサイクル構成は下記の如く要約される。
「吸着工程−均圧放出工程(並流方向)−減圧工程(向
流方向)−排気工程(向流方向)−排気・パージ工程(
向流方向)−製品水素ガス加圧工程(向流方向)−均圧
加圧工程(並流方向)−原料水素ガス加圧工程(並流方
向)」 但し、上記のサイクル構成をしている各工程の括弧内に
示した気体の床内の流れの方向は原料水素ガスの吸着工
程における床内の流れの方向を基準にしている。さらに
均圧は既述の如く床間圧力の平均化の操作であって、均
圧放出は均圧操作実施時のガスの放出を、さらに均圧加
圧は均圧操作時に放出されるガスによる加圧を表してい
る。
流方向)−排気工程(向流方向)−排気・パージ工程(
向流方向)−製品水素ガス加圧工程(向流方向)−均圧
加圧工程(並流方向)−原料水素ガス加圧工程(並流方
向)」 但し、上記のサイクル構成をしている各工程の括弧内に
示した気体の床内の流れの方向は原料水素ガスの吸着工
程における床内の流れの方向を基準にしている。さらに
均圧は既述の如く床間圧力の平均化の操作であって、均
圧放出は均圧操作実施時のガスの放出を、さらに均圧加
圧は均圧操作時に放出されるガスによる加圧を表してい
る。
(ホ)実施例
本発明の方法に従って連続的に効率よく少なくとも99
.4%以上に水素をえる目的に対しては既述の8工程よ
りなるサイクルを水素濃縮系を構成している各吸着床に
好ましい条件下で実施すればよい。第1吸着工程は再生
済みの吸着床を所定の吸着圧に保持して、原料水素ガス
中の不純成分を選択的に吸着除去して少なくとも99.
4%以上、通常の場合99.9%以上の製品水素ガスを
濃縮・精製して水素濃縮系外に製品ガスとして取り出す
工程である。本吸着工程の吸着圧は少なくとも3 kg
/ cJ・G以上に保持することが好ましい。吸着圧
をより大きくすることにより、粗水素ガスの処理容量は
増大し単位時間当たりの製品水素量も多くなる利点があ
るが、反面PSAの高圧運転はそれの低圧運転に比較し
て動力消費を増大する傾向になる。
.4%以上に水素をえる目的に対しては既述の8工程よ
りなるサイクルを水素濃縮系を構成している各吸着床に
好ましい条件下で実施すればよい。第1吸着工程は再生
済みの吸着床を所定の吸着圧に保持して、原料水素ガス
中の不純成分を選択的に吸着除去して少なくとも99.
4%以上、通常の場合99.9%以上の製品水素ガスを
濃縮・精製して水素濃縮系外に製品ガスとして取り出す
工程である。本吸着工程の吸着圧は少なくとも3 kg
/ cJ・G以上に保持することが好ましい。吸着圧
をより大きくすることにより、粗水素ガスの処理容量は
増大し単位時間当たりの製品水素量も多くなる利点があ
るが、反面PSAの高圧運転はそれの低圧運転に比較し
て動力消費を増大する傾向になる。
粗水素ガス源として加圧状態のガスの使用が可能であれ
ば、この点は問題にならない。
ば、この点は問題にならない。
さて、前述の吸着工程において、加圧下で水素混合ガス
を処理して一定純度の水素ガスを製品水素ガスとして取
り出した後の吸着床内には、原料ガスより水素純度に冨
んだ部分の残留ガスがかなりの量存在しているので、こ
の水素富化部を池床へ回収して収率を上昇させる必要が
ある。このために上記の吸着工程を終了した床と水素濃
縮系を構成している床であって、既に製品水素ガスによ
る加圧工程を終えた床とを互いに連結して、前者の床よ
り並流方向に放出される気体成分を後者の床の加圧用ガ
スとして並流方向に回収する操作が実施される。例えば
水素を約50%含有する粗水素ガスを原料として本発明
のサイクル構成で吸着圧を4. kg / ca・G付
近に保持して、正常状態で運転して製品水素ガスとして
99.9%以上の水素を収率80%で取り出しているP
SA系では、前述の均圧工程(第2工程)終了時の平衡
圧は通常1.6〜2.0kg/c艷・G付近に存在する
。
を処理して一定純度の水素ガスを製品水素ガスとして取
り出した後の吸着床内には、原料ガスより水素純度に冨
んだ部分の残留ガスがかなりの量存在しているので、こ
の水素富化部を池床へ回収して収率を上昇させる必要が
ある。このために上記の吸着工程を終了した床と水素濃
縮系を構成している床であって、既に製品水素ガスによ
る加圧工程を終えた床とを互いに連結して、前者の床よ
り並流方向に放出される気体成分を後者の床の加圧用ガ
スとして並流方向に回収する操作が実施される。例えば
水素を約50%含有する粗水素ガスを原料として本発明
のサイクル構成で吸着圧を4. kg / ca・G付
近に保持して、正常状態で運転して製品水素ガスとして
99.9%以上の水素を収率80%で取り出しているP
SA系では、前述の均圧工程(第2工程)終了時の平衡
圧は通常1.6〜2.0kg/c艷・G付近に存在する
。
次に、上記の均圧放出の処理を終えた床は、それの再生
のための第3の向流方向の減圧工程に入る。本工程は排
気工程へ入る前の予備的段階であり、この工程では単に
弁を開放することにより床内圧力より機械的に減圧して
大気圧付近に床内を保つ単純な操作を機械的に実施して
いる。この工程で放出される気体成分は水素濃縮系に回
収されることなしに系外へ放出される。引続き真空ポン
プを用いて床内を向流方向に排気する第4の排気工程を
実施する。この場合は床の予備的な再生を実施するので
床内の真空度は必ずしも高真空を必要とせず、動力の経
済性を考慮して本方式では少なくとも200 torr
以下であればよくミ最も好ましい範囲は150 tor
r以下である。上記の工程を終了後床内は向流方向の排
気とパージを併用した再生法、所謂排気・パージの第5
工程が行われる。
のための第3の向流方向の減圧工程に入る。本工程は排
気工程へ入る前の予備的段階であり、この工程では単に
弁を開放することにより床内圧力より機械的に減圧して
大気圧付近に床内を保つ単純な操作を機械的に実施して
いる。この工程で放出される気体成分は水素濃縮系に回
収されることなしに系外へ放出される。引続き真空ポン
プを用いて床内を向流方向に排気する第4の排気工程を
実施する。この場合は床の予備的な再生を実施するので
床内の真空度は必ずしも高真空を必要とせず、動力の経
済性を考慮して本方式では少なくとも200 torr
以下であればよくミ最も好ましい範囲は150 tor
r以下である。上記の工程を終了後床内は向流方向の排
気とパージを併用した再生法、所謂排気・パージの第5
工程が行われる。
この場合、パージに使用される水素ガス量は床の排気の
程度により当然異なってくる。例えば本発明の方式で製
品水素ガスの純度を99.9%とし、水素収率を少なく
とも75%以上に保つためには上記の工程の排気を10
0 torr付近で実施した場合、これと併用するパー
ジの水素量は製品水素ガス量の30%以下の使用が好ま
しく、7〜25%の範囲の使用は最も望ましいパージ量
である。第5の排気・パージ工程を上述の如〈実施する
ことにより床の再生は終了する。
程度により当然異なってくる。例えば本発明の方式で製
品水素ガスの純度を99.9%とし、水素収率を少なく
とも75%以上に保つためには上記の工程の排気を10
0 torr付近で実施した場合、これと併用するパー
ジの水素量は製品水素ガス量の30%以下の使用が好ま
しく、7〜25%の範囲の使用は最も望ましいパージ量
である。第5の排気・パージ工程を上述の如〈実施する
ことにより床の再生は終了する。
次に、第6の製品水素ガス加圧工程では製品水素ガスの
一部を用いて、これを向流方向に床内に導入して加圧が
行われる。かかる操作を実施することにより床内に残留
している若干の不純成分はより床の入り口付近に移動し
て、これの吸着帯を形成するので不純成分の不規則的な
拡散を防止する効果がある。引続き前述の均圧放出の第
2工程で床内より並流方向に放出される水素富化部の気
体を利用して、床を並流方向に加圧する第7の均圧加圧
工程が実施され床はさらに加圧状態になる。
一部を用いて、これを向流方向に床内に導入して加圧が
行われる。かかる操作を実施することにより床内に残留
している若干の不純成分はより床の入り口付近に移動し
て、これの吸着帯を形成するので不純成分の不規則的な
拡散を防止する効果がある。引続き前述の均圧放出の第
2工程で床内より並流方向に放出される水素富化部の気
体を利用して、床を並流方向に加圧する第7の均圧加圧
工程が実施され床はさらに加圧状態になる。
上記の第7エ程を終了した床に対しては第8の原料水素
ガス加圧工程を実施する。即ち、原料水素ガスを並流方
向に導入して床内は最終的に所定の吸着圧に保持される
ようになっている。
ガス加圧工程を実施する。即ち、原料水素ガスを並流方
向に導入して床内は最終的に所定の吸着圧に保持される
ようになっている。
上述の第7及び第8の工程では製品水素ガスで加圧状態
に保持されている床に対して水素純度の高い順序でガス
による並流方向の加圧が行われるので不純成分の吸着帯
の乱れは極力防止されるようになっている。
に保持されている床に対して水素純度の高い順序でガス
による並流方向の加圧が行われるので不純成分の吸着帯
の乱れは極力防止されるようになっている。
第1図は、ゼオライト−活性炭の複合体を水素の精製〜
濃縮剤として使用し、これを用いて8工程からなる本発
明のPSA方式で水素の精製〜濃縮を完全自動方式で具
体的に実施する一例として4分切り替えの5塔構成の水
素濃縮系の配置図を示している。また、関連の工程を第
1表に示した。
濃縮剤として使用し、これを用いて8工程からなる本発
明のPSA方式で水素の精製〜濃縮を完全自動方式で具
体的に実施する一例として4分切り替えの5塔構成の水
素濃縮系の配置図を示している。また、関連の工程を第
1表に示した。
吸着塔46について以下に工程の説明を行うと、時間0
〜240秒の間バルブ1とバルブ2が開き原料ガス配管
53を通して粗水素ガスが加圧状態で吸着塔46に導入
され、製品水素ガス配管55を通して製品ガスが取り出
される。
〜240秒の間バルブ1とバルブ2が開き原料ガス配管
53を通して粗水素ガスが加圧状態で吸着塔46に導入
され、製品水素ガス配管55を通して製品ガスが取り出
される。
時間240〜270秒の間、バルブ3が開き吸着塔46
と水素加圧が終了した吸着塔48が均圧され、水素富化
ガスが吸着塔48に回収される。
と水素加圧が終了した吸着塔48が均圧され、水素富化
ガスが吸着塔48に回収される。
時間270〜330秒の間、バルブ4が開き吸着塔46
は向流方向に大気圧まで減圧される。
は向流方向に大気圧まで減圧される。
時間330〜570秒の間バルブ5が開き吸着塔46は
向流方向に所定圧まで真空ポンプ51を用いて排気され
る。
向流方向に所定圧まで真空ポンプ51を用いて排気され
る。
時間570〜810秒の間、バルブ6とバルブ7が開き
、吸着塔46は真空ポンプ52を用いて所定圧を保持し
たままで、水素製品ガスの一部で向流方向に洗浄される
。
、吸着塔46は真空ポンプ52を用いて所定圧を保持し
たままで、水素製品ガスの一部で向流方向に洗浄される
。
時間810〜960秒の間、バルブ8が開き吸着塔46
は製品水素ガスの一部を用いて所定圧まで加圧される。
は製品水素ガスの一部を用いて所定圧まで加圧される。
時間960〜990秒の間、バルブ30が開き、吸着塔
46は吸着が終了した塔49と均圧化され、水素富化ガ
スを回収する。
46は吸着が終了した塔49と均圧化され、水素富化ガ
スを回収する。
時間990〜1200秒の間、バルブ9が開き、吸着塔
46は吸着圧まで原料ガスで加圧される。
46は吸着圧まで原料ガスで加圧される。
以上の8工程を第1表に示す。タイムシーケンスで5塔
工程をずらしながら並行して行っている。
工程をずらしながら並行して行っている。
次に、本発明の具体的実施例を説明するが、本発明はそ
の要旨を越えぬ限り本実施例に限定されるものではない
。
の要旨を越えぬ限り本実施例に限定されるものではない
。
まず、本発明の水素ガスの精製・濃縮に使用した吸着剤
の製造方法について説明する。
の製造方法について説明する。
A−型合成ゼオライドの微粉末(1,08Na20
・八1203 ・2.02Si02 ・xH2O)乾
燥品をそれの無水物として5 kg採取し、これに活性
炭粉末(藤沢薬品:B−CW;平均粒子径100 pm
) 5 kgを加えてVミキサーで混合した。次に得
られた混合物に対して無機系の結合剤としてベントナイ
ト微粉末を20%(2kg)と有機系の結合剤としてメ
チルセルロースを2%[7,000〜10,000cp
s (2%水溶液:20℃)]とを加えて水の存在下
に湿式混和を3時間30分行った。
・八1203 ・2.02Si02 ・xH2O)乾
燥品をそれの無水物として5 kg採取し、これに活性
炭粉末(藤沢薬品:B−CW;平均粒子径100 pm
) 5 kgを加えてVミキサーで混合した。次に得
られた混合物に対して無機系の結合剤としてベントナイ
ト微粉末を20%(2kg)と有機系の結合剤としてメ
チルセルロースを2%[7,000〜10,000cp
s (2%水溶液:20℃)]とを加えて水の存在下
に湿式混和を3時間30分行った。
湿式混和時の含水率は44.3%であった。かがる方法
で得られた混和物を成型機により1/8〃ペレツトに成
型後、それの乾燥を100〜1]0”Cで行った。引続
きフラッシャ−を用いて乾燥ペレットの長さの調整を行
って一定の長さの分布に入るようにしてから、最終的に
チン素雰囲気中で470〜475℃に3時間30分焼成
されて本発明の水素濃縮に関する実施例に使用される1
/8”ペレットの焼成体が得られた。
で得られた混和物を成型機により1/8〃ペレツトに成
型後、それの乾燥を100〜1]0”Cで行った。引続
きフラッシャ−を用いて乾燥ペレットの長さの調整を行
って一定の長さの分布に入るようにしてから、最終的に
チン素雰囲気中で470〜475℃に3時間30分焼成
されて本発明の水素濃縮に関する実施例に使用される1
/8”ペレットの焼成体が得られた。
これによりえられた水素精製〜濃縮用の1/8“ペレッ
ト(焼成済み)のゼオライト(Z)と活性炭(八)の重
量比は、Z /A−0,96であり、それの平均硬度は
7.l3kg/ベレットであった。
ト(焼成済み)のゼオライト(Z)と活性炭(八)の重
量比は、Z /A−0,96であり、それの平均硬度は
7.l3kg/ベレットであった。
しかして、本実施例では主としてゼオライト(Z)と活
性炭(八)の複合体より構成される水素の精製・濃縮剤
(上述の製造例より得られた1/8 “ペレット吸着剤
Z /A −0,96)を使用して既述した本発明の8
工程よりなるPSA方式による水素の精製・濃縮が実施
された。
性炭(八)の複合体より構成される水素の精製・濃縮剤
(上述の製造例より得られた1/8 “ペレット吸着剤
Z /A −0,96)を使用して既述した本発明の8
工程よりなるPSA方式による水素の精製・濃縮が実施
された。
第2図は本試験に使用した2塔構成の手動式の水素濃縮
試験装置の配置図である。
試験装置の配置図である。
1の吸着塔(内径42.6龍;長さ2,000龍)に対
しては上述の製造例より得られた水素精製剤l/8 “
ペレットが各基当たり1.47kg充填された。
しては上述の製造例より得られた水素精製剤l/8 “
ペレットが各基当たり1.47kg充填された。
吸着塔の下部より過熱チッ素ガス(150°C)が導入
されて塔の上部よりの放出ガスの露点が一65°Cに達
するまで塔内は活性化された。
されて塔の上部よりの放出ガスの露点が一65°Cに達
するまで塔内は活性化された。
本実施例に使用された原料水素ガス(Hz=54.5%
;CH4=19.3%i C2H6=19.2%1c
3H1]−5,8%; C4If to =1.2%
)は配管71を経て2塔構成の吸着塔61へ導入される
。62は製品水素ガス用流量計であり、63は減圧用の
流量計、64は湿式流量計、65は水素分析計、66は
真空ポンプ、67は連成計、さらに68は精密圧力計で
ある。
;CH4=19.3%i C2H6=19.2%1c
3H1]−5,8%; C4If to =1.2%
)は配管71を経て2塔構成の吸着塔61へ導入される
。62は製品水素ガス用流量計であり、63は減圧用の
流量計、64は湿式流量計、65は水素分析計、66は
真空ポンプ、67は連成計、さらに68は精密圧力計で
ある。
本発明の水素ガス濃縮のプロセスで必要とする加圧用の
水素は69の水素ボンベに貯蔵されており、これは70
のチャージタイクを経て2塔構成の吸着塔へ導入される
ようになっている。72は真空ポンプよりの排ガスの放
出配管である。本実施例では前述の「吸着工程−均圧放
出工程(並流方向)−減圧工程(向流方向)−排気工程
(向流方向)−排気・パージ工程(向流方向)−製品水
素ガス加圧工程(向流方向)−均圧加圧工程(並流方向
)−原料水素ガス加圧工程(並流方向)」の8工程より
なるサイクルが順次実施された。
水素は69の水素ボンベに貯蔵されており、これは70
のチャージタイクを経て2塔構成の吸着塔へ導入される
ようになっている。72は真空ポンプよりの排ガスの放
出配管である。本実施例では前述の「吸着工程−均圧放
出工程(並流方向)−減圧工程(向流方向)−排気工程
(向流方向)−排気・パージ工程(向流方向)−製品水
素ガス加圧工程(向流方向)−均圧加圧工程(並流方向
)−原料水素ガス加圧工程(並流方向)」の8工程より
なるサイクルが順次実施された。
実施例の細部を第2表に示す。
実施例1〜3は吸着塔の圧力を4 kg/ cA・Gに
保持し、且つ、排気工程ならびに排気・パージ工程の塔
内の真空度を何れも100 torrに保持した場合で
ある。この場合、均圧工程終了時の塔内の圧力は約1.
8 kg/cf・Gであった。また、水素ガスの加圧工
程の水素使用量は何れの例でも2.IN<!であった。
保持し、且つ、排気工程ならびに排気・パージ工程の塔
内の真空度を何れも100 torrに保持した場合で
ある。この場合、均圧工程終了時の塔内の圧力は約1.
8 kg/cf・Gであった。また、水素ガスの加圧工
程の水素使用量は何れの例でも2.IN<!であった。
上記8工程の一サイクル終了時の製品水素ガスの収率は
、実施例1では78.1%、実施例2では82.2%、
また実施例3では85.0%に達している。何れの実施
例でも表記した如く、水素ガス純度は99.8%に達し
ている。なお、本発明で使用した水素精製剤1 kg当
たりの製品水素ガス量は大であり、23〜25隊を示し
た。
、実施例1では78.1%、実施例2では82.2%、
また実施例3では85.0%に達している。何れの実施
例でも表記した如く、水素ガス純度は99.8%に達し
ている。なお、本発明で使用した水素精製剤1 kg当
たりの製品水素ガス量は大であり、23〜25隊を示し
た。
かかる結果は上記の精製剤とPSAを絹み合わせた本発
明の水素精製〜濃縮法が高能率を発揮することを表して
いるに外ならない。
明の水素精製〜濃縮法が高能率を発揮することを表して
いるに外ならない。
次に実施例4〜5は吸着圧を4kg/cJ−Gに保持し
、且つ排気工程ならびに排気・、パージ工程の塔内の真
空度を何れも200 torrに設定した場合である。
、且つ排気工程ならびに排気・、パージ工程の塔内の真
空度を何れも200 torrに設定した場合である。
関連の細部データは第2表に記載されている。上記の2
例の実施例では製品水素ガスの収率は74〜79%であ
り、また得られた水素ガス純度は何れも99.5%に達
している。
例の実施例では製品水素ガスの収率は74〜79%であ
り、また得られた水素ガス純度は何れも99.5%に達
している。
尚、上述の実施例では、水素ガスの選択的濃縮または分
離・精製に際しては主としてゼオライト(Z)−活性炭
(A)の複合体の焼成物がらなり、それのZ/A重量比
が0.25〜8.0の範囲内にある活性化された吸着物
質を充填した吸着床が使用されるとして説明したが、こ
の床の代わりに処理対象とする水素原料ガスの種類と組
成によっては、下記の床構成で合ってもよい。
離・精製に際しては主としてゼオライト(Z)−活性炭
(A)の複合体の焼成物がらなり、それのZ/A重量比
が0.25〜8.0の範囲内にある活性化された吸着物
質を充填した吸着床が使用されるとして説明したが、こ
の床の代わりに処理対象とする水素原料ガスの種類と組
成によっては、下記の床構成で合ってもよい。
即ち、上述のゼオライト−活性炭の複合体よりなる床を
主な床とし、これにシリカゲルまたはアルミナゲル、或
いはシリカゲル及びアルミナゲルを充填した床を側床と
して併用して本発明の方法を実施して99.9%以上の
水素ガスを得ることも可能である。この場合、主床構成
に使用するゼオライト−活性炭の複合吸着剤に対して側
床構成に使用する前記シリカゲル、アルミナゲル等の吸
着剤の使用量は30%以下が吸着床の効率を上げるため
にも適当である。
主な床とし、これにシリカゲルまたはアルミナゲル、或
いはシリカゲル及びアルミナゲルを充填した床を側床と
して併用して本発明の方法を実施して99.9%以上の
水素ガスを得ることも可能である。この場合、主床構成
に使用するゼオライト−活性炭の複合吸着剤に対して側
床構成に使用する前記シリカゲル、アルミナゲル等の吸
着剤の使用量は30%以下が吸着床の効率を上げるため
にも適当である。
(へ)効果
この発明にかかる水素ガスの選択的濃縮及び分離法によ
れば次のような効果を得ることができる。
れば次のような効果を得ることができる。
ta>粗水素混合ガス(Hz#50%)を処理して少な
くとも99.5%以上の水素を得ることは極めて容易で
あり、また、水素収率を上げることができる。
くとも99.5%以上の水素を得ることは極めて容易で
あり、また、水素収率を上げることができる。
(b)使用するゼオライト−活性炭複合体よりなる吸着
剤単位重量あたりの精製水素ガスの収量を極めて高くす
ることができる(例えば、水素収量は19〜24Nil
l/kg吸着剤に達している)。
剤単位重量あたりの精製水素ガスの収量を極めて高くす
ることができる(例えば、水素収量は19〜24Nil
l/kg吸着剤に達している)。
(C1本発明ではゼオライト−活性炭の複合体を充填し
た吸着床をしようしているので、ゼオライトのみで構成
される吸着塔や、活性炭とゼオライトの2層で構成され
る吸着塔に比較して、塔内の熱伝導度が著しく改善され
、また、塔内の温度分布もより均一になる。それ故、本
発明で提案したPSAに基づく水素:a紬糸では極めて
安定した運転が完全自動で行える利点がある。
た吸着床をしようしているので、ゼオライトのみで構成
される吸着塔や、活性炭とゼオライトの2層で構成され
る吸着塔に比較して、塔内の熱伝導度が著しく改善され
、また、塔内の温度分布もより均一になる。それ故、本
発明で提案したPSAに基づく水素:a紬糸では極めて
安定した運転が完全自動で行える利点がある。
(d)本発明で使用する水素精製用吸着剤を構成する素
材の活性炭(A)の真密度は通常1.9〜2,2g /
c+J (見掛密度: 0.8〜1.0g/cJ)程度
であり、一方、天然または合成ゼオライl−(Z)の真
密度は通常2.0〜2.3g/cJ (見掛密度: 0
.8〜1.3g/cJ)程度であるので、両者の混合物
を用いて結合剤存在下に湿式混和を実施した後、成型、
乾燥、焼成することにより活性炭とゼオライトが均一に
分散した状態の好ましい複合体組成物が得られる。
材の活性炭(A)の真密度は通常1.9〜2,2g /
c+J (見掛密度: 0.8〜1.0g/cJ)程度
であり、一方、天然または合成ゼオライl−(Z)の真
密度は通常2.0〜2.3g/cJ (見掛密度: 0
.8〜1.3g/cJ)程度であるので、両者の混合物
を用いて結合剤存在下に湿式混和を実施した後、成型、
乾燥、焼成することにより活性炭とゼオライトが均一に
分散した状態の好ましい複合体組成物が得られる。
それ故、本発明の水素濃縮系で使用するゼオライト−活
性炭複合吸着剤の見掛は密度、機械的強度は大である。
性炭複合吸着剤の見掛は密度、機械的強度は大である。
またその発火点は、ゼオライトの含有に応じて上昇する
ので活性炭のみで吸着剤を構成した場合等と比較して使
用上の安全性が優れている。
ので活性炭のみで吸着剤を構成した場合等と比較して使
用上の安全性が優れている。
fe)複合吸着剤を構成している活性炭−ゼオライドの
分散は均一に行われるで、この吸着剤より構成される吸
着床の熱伝導性は良好である。そのため、本発明によれ
ば、効率の高いPSA運転が可能である。
分散は均一に行われるで、この吸着剤より構成される吸
着床の熱伝導性は良好である。そのため、本発明によれ
ば、効率の高いPSA運転が可能である。
(f1本発明で使用する活性体−ゼオライド複合体より
構成される吸着床のガスの吸着、脱着は迅速に行われる
。また、それの再生は容易である。7疋って、本発明の
8工程よりなるサイクルの所要時間も短縮できるという
利点がある。換言すれば、本発明にかかる方法によれば
、水素の精製・濃縮効率も当然大きくするとかできる。
構成される吸着床のガスの吸着、脱着は迅速に行われる
。また、それの再生は容易である。7疋って、本発明の
8工程よりなるサイクルの所要時間も短縮できるという
利点がある。換言すれば、本発明にかかる方法によれば
、水素の精製・濃縮効率も当然大きくするとかできる。
(g1本発明は活性炭−ゼオライド複合体よりなる吸着
床を用いるから、ゼオライトのみの床やゼオライトと活
性炭の2層構成床に比較しで、ガスの吸着〜脱着はより
迅速に且つ床全体を通じて均一に行えて床の効率を高く
なる利点がある。
床を用いるから、ゼオライトのみの床やゼオライトと活
性炭の2層構成床に比較しで、ガスの吸着〜脱着はより
迅速に且つ床全体を通じて均一に行えて床の効率を高く
なる利点がある。
従って、本発明に使用する吸着剤は前述のゼオライトの
みの床やゼオライトと活性炭の2M構成床に比較して、
水素を含有する混合気体より水素を分離、精製、または
濃縮する際に必要とするMTZ(マストランスファーシ
ン)の長さをより短縮する方向に作用する効果がある。
みの床やゼオライトと活性炭の2M構成床に比較して、
水素を含有する混合気体より水素を分離、精製、または
濃縮する際に必要とするMTZ(マストランスファーシ
ン)の長さをより短縮する方向に作用する効果がある。
それ故、実際に水素混合ガスを精製、濃縮する際に前述
のゼオライトのみの床や、ゼオライトと活性炭との2N
構成の床で必要とする床の高さに比較して、本発明で使
用する前述の構成をとる吸着床ではそれをより、軽減で
きる利点がある。これはPSA方式で例えば、気体を処
理して精製する際の排気工程等で見られる床の抵抗をよ
り小さくすることが可能であり、電力消費を軽減する利
点がある。従って、この吸着床より水素濃縮系を構成さ
せて8工程よりなるPSA号イクイクルり返す本発明に
よれば、電力消費の少ない経済的な水素濃縮が可能であ
る。
のゼオライトのみの床や、ゼオライトと活性炭との2N
構成の床で必要とする床の高さに比較して、本発明で使
用する前述の構成をとる吸着床ではそれをより、軽減で
きる利点がある。これはPSA方式で例えば、気体を処
理して精製する際の排気工程等で見られる床の抵抗をよ
り小さくすることが可能であり、電力消費を軽減する利
点がある。従って、この吸着床より水素濃縮系を構成さ
せて8工程よりなるPSA号イクイクルり返す本発明に
よれば、電力消費の少ない経済的な水素濃縮が可能であ
る。
第1図は本発明の8工程からなるPSAで水素の精製・
濃縮を具体的に完全自動方式で実施する際の一例として
5塔構成の水素濃縮系の配置図、第2図は本発明の8工
程からなるPSAで水素の精製・濃縮を手動で具体的に
実施する際の2塔構成の装置の配置図を示している。 1〜45・・・弁、46〜50は吸着塔、51・・・真
空ポンプ、52・・・排気・パージ用−の真空ポンプ、
53〜57・・・配管、61・・・吸着塔、62・・・
製品ガス用の流量計、63・・・減圧用の流量計、64
・・・湿式流量計、65・・・水素分析計、66・・・
真空ポンプ、67・・・連成計、68・・・精密圧力計
、69・・・水素加圧用の水素ボンベ、70・・・水素
チャージタンク、71.72・・・配管。 特許出願人 日本電子材料株式会社 同 萩原善次 代理人 弁理士 大 西 孝 治
濃縮を具体的に完全自動方式で実施する際の一例として
5塔構成の水素濃縮系の配置図、第2図は本発明の8工
程からなるPSAで水素の精製・濃縮を手動で具体的に
実施する際の2塔構成の装置の配置図を示している。 1〜45・・・弁、46〜50は吸着塔、51・・・真
空ポンプ、52・・・排気・パージ用−の真空ポンプ、
53〜57・・・配管、61・・・吸着塔、62・・・
製品ガス用の流量計、63・・・減圧用の流量計、64
・・・湿式流量計、65・・・水素分析計、66・・・
真空ポンプ、67・・・連成計、68・・・精密圧力計
、69・・・水素加圧用の水素ボンベ、70・・・水素
チャージタンク、71.72・・・配管。 特許出願人 日本電子材料株式会社 同 萩原善次 代理人 弁理士 大 西 孝 治
Claims (2)
- (1)水素を含む混合ガス中の水素を吸着法により選択
的に濃縮または分離精製するに際して、該混合ガスの少
なくとも一成分に対して選択吸着性を有する主としてゼ
オライト(Z)−活性炭(A)の複合体の焼成物からな
り、それのZ/A重量比が0.25〜8.0の範囲内に
ある活性化された吸着物質を充填した吸着床を加圧下に
保持した状態で該混合ガスを通ずることにより不純成分
を選択的に吸着除去して水素ガスを濃縮〜精製して製品
ガスとして取り出す第1の吸着工程、第1工程終了後の
加圧下の状態の吸着床と水素濃縮系を構成している製品
水素ガスによる加圧工程を終了した吸着床とを連結して
床間圧力の平均化を実施して、前者より並流方向に放出
される水素富化部を後者に並流方向に回収して、同法の
加圧用に使用する平均化工程、いわゆる均圧の第2工程
、 第2工程終了後の吸着床を向流方向に減圧して、大気圧
付近に保持して床内の残留ガスを放出する第3の減圧工
程、 さらに床内を向流方向に低真空に排気して少なくとも2
00トール(torr)以下に保持する第4の排気工程
、 第4の排気工程を終了した吸着床に対して少なくとも2
00トール(torr)以下の排気と製品水素ガスによ
る洗浄(パージ)の併用工程を向流方向に実施する第5
の工程、 第5の工程を終了した床に対して製品水素ガスによる向
流方向の加圧を実施する第6の製品水素ガス加圧工程、 第6エ程終了後の床と前述の吸着工程終了後の加圧下の
吸着床とを連結して床間圧力の平均化を実施して後者の
床より並流方向に放出される水素ガス冨化部を前者の床
の加圧用ガスとして並流方向に使用するいわゆる第7の
床間圧力の平均化工程、 ならびに第7エ程終了後の吸着床に対して水素を含む原
料ガスを並流方向に導入して所定の吸着圧まで加圧する
第8の原料ガスの加圧工程の8工程よりなるサイクルを
実施することを特徴とする水素ガスの選択的濃縮および
分離精製法。 - (2)前記第1の吸着工程の吸着圧を少なくとも3kg
/cIII−G以上に保持し、第4の排気工程を少な(
とも150トール(torr)以下に床内を保持するま
で実施し、さらに第5工程の排気・洗浄(パージ)の併
用工程を少なくとも150トール(torr)以下の真
空度に床内が保持されるようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の水素ガスの選択的濃縮および
分離精製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58103418A JPS59227701A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 水素ガスの選択的濃縮および分離精製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58103418A JPS59227701A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 水素ガスの選択的濃縮および分離精製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59227701A true JPS59227701A (ja) | 1984-12-21 |
| JPS6214481B2 JPS6214481B2 (ja) | 1987-04-02 |
Family
ID=14353494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58103418A Granted JPS59227701A (ja) | 1983-06-09 | 1983-06-09 | 水素ガスの選択的濃縮および分離精製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59227701A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62500572A (ja) * | 1983-05-13 | 1987-03-12 | ユニオン カ−バイド コ−ポレ−シヨン | 高熱容量を有する活性炭吸着剤ペレットの製造方法及び高熱容量を有するペレット化活性炭吸着剤 |
| CN1105598C (zh) * | 1996-12-27 | 2003-04-16 | 韩国化学研究所 | 多功能粒状复合分子筛组合物的制备方法 |
| JP2005289731A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Osaka Gas Co Ltd | 水素製造方法とその装置 |
| WO2005112669A3 (en) * | 2004-04-29 | 2006-06-15 | Brown & Williamson Holdings | Removal of nitrogen containing compounds from tobacco |
| JP2010143778A (ja) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Kobe Steel Ltd | 高純度水素製造装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104241262B (zh) | 2013-06-14 | 2020-11-06 | 惠州科锐半导体照明有限公司 | 发光装置以及显示装置 |
-
1983
- 1983-06-09 JP JP58103418A patent/JPS59227701A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62500572A (ja) * | 1983-05-13 | 1987-03-12 | ユニオン カ−バイド コ−ポレ−シヨン | 高熱容量を有する活性炭吸着剤ペレットの製造方法及び高熱容量を有するペレット化活性炭吸着剤 |
| CN1105598C (zh) * | 1996-12-27 | 2003-04-16 | 韩国化学研究所 | 多功能粒状复合分子筛组合物的制备方法 |
| JP2005289731A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Osaka Gas Co Ltd | 水素製造方法とその装置 |
| WO2005112669A3 (en) * | 2004-04-29 | 2006-06-15 | Brown & Williamson Holdings | Removal of nitrogen containing compounds from tobacco |
| JP2010143778A (ja) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Kobe Steel Ltd | 高純度水素製造装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6214481B2 (ja) | 1987-04-02 |
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