JPS6297622A - 圧力スイング吸着方法 - 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、易吸着性成分を有用成分として濃縮回収する
圧力スイング吸着方法に関し、詳細には圧力スイング吸
着方法における洗浄工程を合理的に行ない、洗浄ガスを
節約して製品ガス回収率を高め、かつ前記有用成分の有
効吸着容量を増大させて効率的な製品回収を行なう圧力
スイング吸着方法に関するものである。

［従来の技術］ １酸化炭素ガス（ＣＯ）や窒素ガス（Ｎ２）等を濃縮回
収する方法としては、工業的には深冷分離法が汎用され
ている。しかしこの分離法を実施しようとすれば設備的
に高価なものになってしまうので、設備が比較的簡単で
ある圧力スイング吸着法が利用される傾向にある。

第２図は圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ装置）の代表的
な例を示す配管説明図である。今、２塔式の吸着塔を使
って転炉ガスからＣＯを濃縮回収する方法を代表的に取
り上げ、吸着塔３ａの吸着・脱着パターンを中心にして
以下説明する。尚本例では吸着剤としてゼオライトを使
用する。前処理によってＣｏ、Ｎ２　、Ｎ２の３成分混
合ガスに調整された原料ガスは、圧縮機２によってライ
ン１内を矢印方向に取り込まれ、該圧縮機２で加圧され
た後バルブ１３を経由して（バルブ１４は閉）吸着塔３
ａへ供給される。Ｃｏ、Ｎ２　、Ｎ２のうち前記吸着剤
に対してもっとも高い吸着性を有するｃｏは、該吸着剤
にもっとも多く吸着され、他方吸着性の低いＮ２及びＮ
２はバルブ１９を通過して排ガス排気管７から排出され
る。上記吸着工程が続行され吸着塔３ａにおけるｃｏ吸
着能が低下してくると、該吸着塔３ａの出口におけるＣ
Ｏ濃度が上昇しはじめ、やがて人口側における濃度と同
じになる（吸着の破過点に達する）のでそれ以前に、吸
着塔３ａへの原料供給を停止して吸着工程を終了する。

該吸着塔３ａが吸着工程を行なっている間吸着塔３ｂで
は、それ以前の工程で吸着剤に吸着されているｃｏを塔
３ｂ内の減圧によって脱着する脱着工程が平行して行な
われている。吸着塔３ａの吸着工程終了と吸着塔３ｂの
脱着工程終了はほぼ同期する様に進められ、両工程終了
後は吸着塔３ａ、３ｂを連結管８ａによって直結し、吸
着塔３ａ内の高圧ガスを吸着塔３ｂへ移動させて均圧化
する。このとき吸着塔３ａ内に残存しているＮ２やＮ２
　　（塔３ａの空間内に非吸着状態で存在しているもの
及び吸着剤に吸着されているものを含む）は吸着塔３ｂ
内へ８勅させられるが、一部のＮ２及びＮ２成分は吸着
塔３ａ中の吸着剤粒子間隙や配管内等に残存する。その
ためこのままで吸着塔３ａの脱着工程を開始してＣＯ回
収を行なうとすると、回収製品（ＣＯ）の濃度が低下し
てしまう。そこでこれを回避すべく製品ＣＯガスを製品
貯留槽５から吸着塔洗浄管１０及びバルブ１１を介して
吸着塔３ａ内へ導入することが行なわれている。導入さ
れた洗浄ガス（製品Ｃｏ）は吸着塔３ａ内の残存不純成
分をパージして連結管８ａから吸着塔３ｂへ送り込み、
洗浄廃ガス中のＣＯは再び吸着塔３ｂの吸着剤に吸着さ
れ、その他のＮ２やＮ２成分はバルブ２０を通りガス廃
棄管７から排出される。

上記洗浄工程が終了すると吸着塔３ａは真空ポンプ４に
よって減圧され、吸着されているｃｏの脱着回収を行な
う。そして回収されたＣＯ製品ガスは製品ガス貯留槽５
へ集められ、前述の如くその一部が洗浄ガスとして各吸
着塔３ａ、３ｂの洗浄に使われる他は、製品回収用管６
から回収利用される。吸着塔３ａでの脱着工程終了後は
再び吸着工程が繰返され、吸着・脱着のサイクルが連続
して繰返されることになる。一方吸着塔３ｂでも同様に
吸着・脱着のサイクルが繰返されるが、その工程は吸着
塔３ａのサイクルを％サイクルずらしたものとなる。吸
着塔３ａ、３ｂのサイクル例を第１表に示す。

［発明が解決しようとする問題点］ 前項で記載した様に、吸着工程の終了した吸着塔では、
吸着剤の粒子間隙等に存在する不純成分を除去するため
に、製品ガスによる洗浄が行なわれている。洗浄工程の
出来、不出来は回収製品ガス濃度に大きな影響を与え、
洗浄が不十分である場合には製品ガス濃度の低下をきた
すといった不都合を生じる。従って洗浄ガスの供給に当
たっては洗浄のための必要最低量よりも余裕をみてやや
多めに供給しなければならず、しかも洗浄に必要な最低
量は吸着温度や原料ガスの成分変動によっても異なるた
め、これらの各場合を見越す必要上、かなり多めの洗浄
ガスを使用するのが一般的になっている。第１表に示す
（均圧＋洗浄）工程時間Ｔ２　　（Ｔ４も同じ）は、こ
れらの余裕を考慮して設定されており、洗浄工程は該工
程時間（Ｔ２又はＴ４）を基準にして間歇的に行なわれ
る。

また洗浄廃ガスをそのまま廃棄すると製品回収率が著し
く低下してしまうので、前記した様に洗浄廃ガスを他の
吸着塔にまわして再び吸着させるという手順で実施され
、製品ガスの廃棄を避ける様に構成されているが、洗浄
廃ガス量が余り多くなってしまうと他の吸着塔における
実質的な吸着量（原料ガス中からの吸着量）が減少して
しまう。即ち各吸着塔に供給される有用成分の総量は、
原料ガス中の有用成分、洗浄廃ガス中の有用成分及び洗
浄ガス中の有用成分の総和であり、該総量は吸着塔の有
効吸着量（吸着許容量から減圧脱着後の残存吸着量を差
し引いた正味の吸着量）を下回らない範囲で最少限に抑
えなければ、製品純度及び製品回収率を低下させてしま
う。従って洗浄ガス量が多くなり過ぎると有効吸着量を
上回って有用成分が吸着塔へ供給されてしまうことにな
るので、吸着塔から廃棄されるガス中に多くの有用成分
が含まれてしまい製品回収率が低下してしまうといった
不都合もある。

そこで本発明者は、製品純度を高水準に維持しつつ、洗
浄工程における製品ガスの過剰供給を抑制して製品回収
率を高める方法について種々工夫研究を積み重ねた結果
、本発明を完成するに至った。

［問題点を解決するための手段］ 吸着塔洗浄工程における゛洗浄ガスの過剰な供給を抑制
する本発明方法とは、塔内へ導入する洗浄ガス中の特定
成分濃度及び塔内を通過した洗浄廃ガス中の特定成分濃
度を比較し、両者の比又は差が許容される比又は差とな
ったときに洗浄ガスの供給を停止する方法である点を要
旨とするものである。

［作用］ 洗浄工程とは、回収された有用成分を吸着工程の完了し
た吸着塔へ洗浄ガスとして供給し、吸着剤粒子間隙等に
残存している不純成分を除去する工程である。

従って洗浄初期には洗浄ガスの組成と洗浄廃ガスの組成
は大巾に異なり、洗浄後期には上記両者の組成は近似し
たものになる。

この様な観点から、洗浄ガスの過供給を防止する方法と
し°Ｃ１洗浄廃ガス中の特定成分（製品ガス、不純ガス
等）の濃度を測定しておき、一定濃度に至ったときに洗
浄ガスの供給を停止するということも考えられるが、こ
の方法は製品ガス貯留槽内の製品ガス濃度が常に一定で
あり、又吸着濃度も一定である等、諸条件を一定にした
上ではじめて成立する方法であり、これらの条件が変動
している様な状況下、例えば運転初期は製品ガス貯留槽
５中の製品ガス濃度が低いので、前記特定成分として製
品ガスを選んだ場合には洗浄ガスの供給停止を判定する
ことすらできない。また洗浄に要する時間が長くなって
製品ガスの損失を招くといった問題もある。

それに比べて本発明の如く、洗浄ガス中の特定成分濃度
と洗浄廃ガス中の特定成分濃度を比較して両者の比又は
差を求め、これらが予め設定された許容値に達した時に
洗浄ガス供給を停止するという方法であれば、洗浄ガス
供給停止に至る時間は運転のいずれの時期においても正
確に制御することができ、洗浄ガスが無駄に供給される
といった不都合が防止できる。

［実施例］ 第１図に本願発明の実施に使用される圧力スイング吸着
装置を示す。東２図で示した装置と異なる点は、吸着塔
連結管８ａ、８ｂに分析装置２１を設けた点にある。Ｃ
ｏ、Ｎ２　、Ｎ２ガスから構成される転炉ガスを原料と
してＣＯを濃縮回収すめ場合を例示して以下説明する。

各吸着塔３ａ。

３ｂにおける吸着・脱着パターンは前記従来例の項で説
明したのとほぼ同一であるが、従来例では洗浄ガスの供
給を設定工程時間（洗浄の為の設定時間）の間ずっと継
続し続けなければならないのに対し、本発明では分析装
置２１及び吸着塔洗浄管１０に設けられた分析装置１０
ａの各測定結果を比較することによって洗浄ガスの供給
を停止させる時期を的確に判断する。この実施例では分
析装置２１，１０ａにＣＯ濃度分析計を設け、吸着塔内
に導入される前の洗浄ガス中のＣＯ濃度を分析装置１０
ａで測定し、吸着塔を通過した洗浄廃ガス中のＣＯ濃度
を吸着塔連結管８ａ、８ｂに設けた分析装置２１で測定
する。例えば２つの分析装置２１，１０ａで得たｃｏ；
１度が等しくなった時点は洗浄が最大成行なわれたこと
を意味するのでこの時点で直ちに制御装置３１を介して
弁１１又は１２の閉鎖を行ない、洗浄ガスの供給を停止
させる。上記例では洗浄ガス中のｃ　ｏ　？ＩＡ度と洗
浄廃ガス中のＣＯｆ１４度が等しくなったときに、洗浄
ガスの供給停止を行なう方法を示しているが、この実施
例に限定されずに両者の比又は差が設定された許容値に
達したときに洗浄ガスの供給を停止するという方法であ
っても構わない。また測定されるガス成分は有用成分で
あるＣＯでも良いし、或は不純成分であるＮ２やＮ２で
あっても構わない。さらに上記したＣＯの濃縮回収法に
限らず、空気中からＮ２を分離回収する場合等にも利用
することができ、ガス分離の適応対象については全く限
定されない。

第３図は分析装置２１の一例についてその詳細を示す説
明図である。吸着塔連結管８ａ、８ｂから自動開閉弁２
２．２３，２４．２５を介して分析計２９．圧縮機３０
．制御弁２６〜２８等が配設され、吸着塔連結管８ａ中
のガスをサンプリングするときには弁２２．２４を開放
し、連結管８ｂ中のガスをサンプリングするときには弁
２３．２５を開放する。分析計２９としては非分散式赤
外線分析計等の様にサンプリングガス量が少ない場合で
あっても応答性及び精度の高いものが好ましい。符号２
６は２次圧制御弁であり、また２７は流量制御弁を示し
、これらは分析計２９にサンプリングガスを定圧定量的
に送るために設けられ、さらに圧縮機３０は分析計２９
を通過したガスが連結管８ａ、８ｂの圧力より低下する
のを防止するために設けられる。尚圧縮機３０を稼動し
た場合に分析計２９内の圧力変動を防止する目的で１次
圧制御井２８を配設することもある。

洗浄工程が開始されると弁２２．２４又は弁２３．２５
のいずれかの組が開放され、連結管８ａ、８ｂのいずれ
かを流れる洗浄廃ガスをサンプリングして分析計２９に
て濃度を測定する。分析計２９は破線で示す線に沿って
制御装置（図示せず）に接続されており、分析計２９の
測定値が洗浄ガス分析装置１０ａでの測定値に対して許
容設定値に達したときに、洗浄目的ははｙ達成されたと
判断されて弁ｉｔ、１２のいずれかが閉鎖され、洗浄ガ
スの供給が停止される。尚このとき連結管８ａ、８ｂに
設けられた弁１５．１６のいずれかについても上記弁操
作に合わせて閉鎖される。

（実施例１） 第１図に示した圧力スイング吸着装置を使用してＣｏと
Ｎ２から構成される原料ガスからＣＯを゛濃縮回収する
実験を以下の条件によって行なった。

（ａ）原料ガス構成：ＣＯ８０％、Ｎ２２０％（ｂ）吸
着剤＝５Ａ型合成ゼオライト（２〜３ｍｍ球状品） （ｃ）吸着剤充填量：φ３．９ｃｍ　ｘ　２００ｃｍ、
　２塔式（ｄ）吸着及び脱着圧カニ　１．８ｋｇ／ｃｍ
２Ｇ、１５０Ｔｏｒｒ（ｅ）吸着温度：２５℃ （ｆ）工程設定時間：第１表における工程Ｔ１＝Ｔ２　
＝７３　＝７４　＝３分、 （ｇ）洗浄ガス流量：　６Ｎ　１１１分、（ｈ）分析計
２９は非分散式赤外線分析計を使用し、ガスクロマトグ
ラフで８２　Ｃｏ両酸成分測定して求めた。

（ｉ）洗浄ガスの供給は洗浄廃ガス及び洗浄廃ガスのＣ
Ｏ濃度が等しくなったときに停止した。

その結果運転開始から約１８０分後に製品ｃ。

濃度が９９．９％以上に達し、洗浄工程においては２分
２７秒〜２分３２秒の間で洗浄ガスの供給停止が行なわ
れた。このとき製品回収率は８１．７％となり、本発明
を採用しないで３分間ずっと洗浄ガスを供給したととの
回収率は７４，４％となり、本発明方法では約１０％回
収率が向上した。

（実施例２） 実施例１と同一条件で（ａ）の原料ガス構成を８０％か
ら９０％に高めて従来方法と本発明方法を比較した。

この結果吸着工程終了時に吸着塔内に残留するＮ２量は
実施例１よりは減少するはずであったが、従来方法では
洗浄ガス量の制御を行なわないので回収率は６９．７％
と低くなった。−力木発明方法では洗浄ガスの停止が２
分１２秒から２分１９秒の間で実行され、製品純度９９
．９％を保持しっつ、回収率は７６．３％となり、従来
方法より優れていることを実証した。

［発明の効果コ 本発明方法により、回収目的の有用成分の純度を低下さ
せることなく、有用成分の回収率を向上させることに成
功した。また有効吸着容量を増大することができるよう
になり原料ガスの効率的な　　　゛処理が可能となった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる圧力スイング吸着装置を示す説
明図、第２図は従来方法に使用される圧力スイング吸着
装置を示す説明図、第３図は第１図に示した分析装置２
１の詳細を示す説明図である。 １・・・原料ガス供給管　２・・・原料ガス圧縮機３ａ
、３ｂ・・・吸着塔 ４・・・製品ガス回収用ポンプ ５・・・製品ガス貯留槽　６・・・製品ガス供給管７・
・・廃ガス廃棄管　　８ａ、８ｂ・・・吸着塔連結管９
・・・製品ガス取り出し管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧力スイング吸着塔によって易吸着性成分を濃縮回収す
   るに際し、回収した易吸着性成分の一部を吸着工程の終
   了した吸着塔へ導入して塔内を洗浄するに当たり、塔内
   へ導入する洗浄ガス中の特定成分濃度及び塔内を通過し
   た洗浄廃ガス中の特定成分濃度を比較し、両者の比又は
   差が許容される比又は差となったときに洗浄ガスの供給
   を停止することを特徴とする圧力スイング吸着方法。