JPS6346367A - 一酸化炭素分離精製装置 - 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〕 この発明は、プロパン、ブタン等を酸化させて製造され
た一酸化炭素液化用ガスや製鉄所の副生ガス等から一酸
化炭素を分離する一酸化炭素分離精製装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

一酸化炭素（ＣＯ）は反応性に冨んでいるため、合成化
学の原料として使用されており、特に近年では、Ｃ，化
学の中でも最も重要な炭素源と考えられている。上記Ｃ
Ｏは、製鉄所をはじめ工場の副生ガス中に多量に含まれ
ているものであり、従来は、せいぜい燃料として熱エネ
ルギーが回収されているにすぎない。しかし、近年のｃ
ｏに対する需要の高まりから上記工場副生ガスからＣＯ
を分離回収する装置が開発されている。また、最近では
、上記のようなＣＯの重要性に鑑み、プロパン、ブタン
等を酸化してつくられたＣＯ原料ガスからＣＯを分離回
収する装置も提案されている。これらの装置には主とし
て、ゼオライト等の吸着剤を使用し、この吸着剤によっ
てＣＯを濃縮して回収する装置と、ＣＯを選択的に吸収
するコソ−プ（ＣＯ３ＯＲＢ）液を使用する装置の２種
類の装置が用いられている。しかしながら、上記吸着剤
を使用する吸着分離装置（ＰＳＡ法に基づ（）は、装置
自体に多数の弁を必要とすると同時に、吸着剤を弁操作
によって切り換え、再生使用する必要があり、装置全体
が複雑になるうえ、煩雑な弁操作を必要とするという難
点がある。また、原料ガスからのＣＯの回収率が低いた
め、廃ガスを再度原料ガスに混合してＣＯの分離回収を
図らなければならず、ランニングコストが高くなり製品
ＣＯが高くなるという欠点も有している。そのうえ、純
度が９９．５％程度の製品ＣＯＬか得られず高純度品が
得られないという難点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

コソーブ法を実施する装置は、上記ＰＳＡ装置のような
多数の弁を要しないという利点を備えており、例えば、
転炉ガス等の製鉄所副生ガスを対象としてＣＯの分離回
収を実現する。上記転炉ガスの組成は、Ｃｏ　；　６８
〜７２ｖｏ１％、Ｃｏｔ　　；１３〜１７ｖｏ１％、　
Ｎｚ　　；　１１〜１６ｖｏ１％１　Ｈ！；０．８〜１
．３ｖｏ１％、Ｏｚ　　；　０．１　ｖｏ１％以下であ
り、それ以外に、アンモニア、硫化水素、二酸化硫黄等
の微量成分と、ダストならびに７％程度の水分を含んで
いる。このようなガスを対象とするコソーブ装置の一例
を第３図に示す。図において、４０は転炉ガスからなる
原料ガス、４１は圧縮機で、上記原料ガスを圧縮し昇圧
させる。この圧縮機４１において、ダストは圧縮機４１
の油に捕集され、この油を冷却するための油循環系に設
置されているフィルタによって除去される。４２はブラ
イン冷却器で、昇圧された原料ガスを予備脱湿する。４
３は活性炭を充填した吸着筒で原料ガス中の硫黄、アン
モニアを吸着除去する。４４は合成ゼオライトを充填し
た２個１組の吸着筒で、水分および炭酸ガス等を吸着除
去する。この２個１組の吸着筒４４は交互に切り換え使
用される。

４５は吸収塔で、上記不純物除去および脱湿された原料
ガスを、塔上部から流・下するコソーブ液と向流接触さ
せて原料ガス中のＣＯをコソーブ液に選択的に吸収させ
るようになっている。上記コソーブ液はトルエンにＣｕ
ＡｌＩＣ１４を溶解したもので、つぎのような反応によ
り、低温下でＣＯを選択的に吸収し、高温下においてＣ
Ｏを放散する。

４７は熱交換器で、上記吸収塔４５内でＣＯを選択吸収
し塔４５の底部から送出されたコソーブ液を、放散塔４
６の底部から送出される液と熱交換させて加熱する。上
記放散塔４６は、塔頂から上記ＣＯ吸収コソーブ液を流
下させ、リボイラ４９の加熱により発生したトルエン藩
気と接触させ、ＣＯ吸収コソーブ液中のＣＯを放散させ
る。ここで、ＣＯを放散したコソーブ液は、放散塔４６
の底部から熱交換器４７および水冷却塔４８を経て冷却
され再生されて吸収塔４５の塔頂へ戻される。吸収塔４
５の上部からは廃ガスが送出され、ブライン冷却器４２
゛で一１０℃まで冷却されてトルエンを回収され、高炉
ガス等の配管系へ送出される。そして、上記放散塔４６
の上部からは製品Ｃｏ（ガス）が取り出される。この場
合、コソーブ液中には少量のＣＯｚ　、Ｎｚ　、Ｈｚ　
、Ｏｚが溶解されるため、上記放散塔４６から得られる
製品ＣＯには、これらが混入されている。５０は水冷却
塔であり、上記製品ＣＯを冷却しトルエンを回収する。

５１はコンプレッサーで、上記製品ＣＯを昇圧させる。

５２はブライン冷却器で、上記製品ＣＯを一１０℃まで
冷却してトルエンを回収する。５３は製品ＣＯの貯槽で
あり、適宜に製品ＣＯを送出する。

しかしながら、上記の装置では、必然的に微量の不純分
が製品ＣＯ中に混入するため、超高純度の一酸化炭素の
回収は実質的に不可能であり９９゜５％程度のものしか
得られない。また、この装置も製品ＣＯの回収率が低い
という欠点を有している。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、超
高純度の一酸化炭素を高回収率で回収しうる一酸化炭素
分離精製装置の提供をその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の一酸化炭素分離
精製装置は、一酸化炭素を含む原料ガスを圧縮する圧縮
手段と、上記原料ガス中の炭酸ガスと水分とを除去する
除去手段と、上記原料ガスを冷却するための熱交換手段
と、上記熱交換手段を経た原料ガスを上記凝縮器内蔵冷
却器の凝縮器内に導く原料ガス供給路と、沸点の差によ
り原料ガス中の一酸化炭素を液化して内部に溜め不純ガ
スを分離して排出する精留塔と、装置外から液体窒素の
供給を受けこれを貯蔵する液体窒素貯蔵手段と、この液
体窒素貯蔵手段内の液体窒素を一酸化炭素液化の寒冷源
として上記精留塔に導（導入路と、上記精留塔内の貯溜
液化一酸化炭素をそのままもしくは気体状態で製品一酸
化炭素として取り出す取出路を備えるという構成をとる
。

すなわち、この装置は、深冷液化分離法であり、圧縮手
段、除去手段、熱交換手段を経た原料ガスを、熱交換手
段に導入して超低温に冷却し、これを精留塔に導き、そ
の内部においてさらに液体窒素貯蔵手段から供給される
液体窒素の冷熱で冷却して、原料ガス中のＣＯを液化す
るとともに、不純ガスを気体のまま除去し、これを精留
塔から排出すると同時に、液化ＣＯをそのままもしくは
気化して取り出すようにするため、超高純度の一酸化炭
素を回収することが可能になる。すなわち、この装置は
、上記コソーブ装置のようなコソーブ液の加熱、冷却に
よるＣＯの吸収、放散を利用したり、ＰＳＡ装置のよう
な吸着剤による吸収を利用するものではないため、コソ
ーブ液中にｃ。

２、ＮＺ等の微量不純ガスが溶解したり、吸着剤の吸着
不良に起因する不純ガスの混入等を生じず、したがって
、それら不純溶解骨に起因する製品一酸化炭素の純度阻
害現象を生じない。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実方廿例の構成図である。

図において、１は原料ガス圧縮機、２はドレン分離器、
３はフロン冷却器、４は２個１組の吸着筒である。上記
吸着筒４は内部に合成ゼオライトもしくは活性炭または
両者の混合物が充填されていて、原料ガス圧縮ｍｌによ
り圧縮された原料ガス中のＨｚＯおよびＣＯ□等を吸着
除去する。５はＨｚ　Ｏ，Ｃｏ□等が吸着除去された原
料ガスを送る原料ガス供給パイプである。６は熱交換器
であり、吸着筒４によりＮ２０．ＣＯ□等が吸着除去さ
れた圧縮原料ガスが送り込まれる。１１は精留塔であり
、凝縮器２８内藏の分縮器部１２と中圧の塔部１３とか
らなり、中圧の塔部１３内には多゛　数の精留棚１４が
配設されている。この塔部１３に、上記熱交換器６から
延びる低温原料ガス送入バイブ２９が開口しており、超
低温に冷却された原料ガスを送入するようになっている
。この塔部１３内において、原料ガス中におけるｃｏの
一部が液化されて下方に流下し、Ｈｚ、Ｎｚ等の不純ガ
スとＣＯの残部が混合気体状態で塔部１３の上方に上昇
する。１５は上記塔部１３の上部と分縮器部１２内の凝
縮器２８とを接続する第１の還流液パイプであり、上記
塔部１３の上方に上昇した混合ガスを凝縮器２８内に送
入するようになっている。１５ａは遮蔽板であり、上記
混合気体を第１の還流液パイプ１５に導く流路を形成し
、この流路を流れる混合ガスの移動により塔頂に溜る不
純ガス（Ｎ２　、　Ｎｚ　）を混合ガスに随伴させ不純
ガスの塔頂滞留を防止する。上記凝縮器２８内において
は、沸点の差によりｃｏカ９夜化され、Ｎ２、Ｎ２等が
気体状態で凝縮器２８がら上方に延びる廃ガスバイブ３
ｏを経て除去されるようになっている。１６は上記凝縮
器２８の下部から塔部１３の上部内に延びる第２の還流
液パイプであり、上記凝縮器２８の底部に溜る液化ＣＯ
を塔部Ｉ３、内の受は皿１７内に還流液として流下させ
るようになっている。この受は皿１７内に流下した液化
ＣＯは溢流して塔部１３内を下方に流れ、低温原料ガス
送入パイプ２９がら塔部１３内に送入された原料ガスと
向流的に接触し、その蒸発熱により、原料ガス中のＣｏ
ガスを液化するようになっている。８は炭化水素系液化
ガス排出パイプで、精留塔塔部１３の底部に溜まった液
化ＣＯ９の上層に、比重差により層状に浮＜ＣＨ，等の
炭化水素液化ガス９ａを系外に排出するようになってい
る。１８は装置外から液体窒素の供給を受け、これを貯
蔵する液体窒素貯槽であり、内部の液体窒素を導入路バ
イブ３２を経由させて精留塔１１の分縮器部１２内に送
入し、分縮器部１２内における凝縮器２８の寒冷源とす
る。３６ａは送入液体窒素である。３１は精留塔１１の
分縮器部１２内において寒冷としての作用を終え気化し
た液化窒素を送出する送出バイブであって、Ｎ２ガス取
出バイブ３２ａと連通しており、気化した液化窒素を、
熱交換器６を経由させて熱交換させたのち、Ｎ２ガス取
出パイプ３２ａから外部に送出し使用に供するようにな
っている。１９は上記精留塔１１の塔部１３における底
部に溜まった液化ＣＯ９を製品ＣＯとして取り出す取出
バイブである。３６は製品ＣＯの貯蔵タンクであり、こ
のタンク３６から製品ＣＯが適宜取り出される。上記取
出パイプ１９には、調節弁２０が設けられている。２１
は液面調節計であり、上記精留塔塔部１３における底部
の貯溜液化ＣＯ９の液面が一部レベルを保つよう、その
液面に応じて調節弁２０を制御するようになっている。

また、上記導入路バイブ３２に設けられた調節弁３４も
、上記精留塔１１の分縮器部１２内の液体窒素の液面が
一部レベルを保つよう、液面調節計２２で制御されるよ
うになっている。なお、上記熱交換器６精留塔１１は、
図示の一点鎖線で示すように、真空断熱容器内に収容さ
れている。

コノ装置は、例えば、Ｃｏ　；　６９．９３ｖｏｌ％。

Ｈｚ　　；　３０ｖｏｌ％、　　ＣＨａ　　ｉ　Ｏ，０
３ｖｏｌ％、　　ＣＯ２；　０．０３ｖｏｌ　％＋　　
Ｎ２　　；　０．０１ｖｏｌ％の組成の、ＣＯ原料ガス
（プロパン、ブタンの酸化により製造）を対象としてつ
ぎのようにして製品ＣＯを製造する。すなわち、原料ガ
ス圧縮機１により原料ガスを圧縮し、ドレン分離器２に
より、圧縮された原料ガス中の水分を除去してフロン冷
却器３によりさらに冷却し、その状態で吸着筒４に送り
込み原料ガス中のＮ２０およびＣＯ□を吸着除去する。

ついで、Ｎ２０．Ｃｏ□が吸着除去された原料ガスを、
精留塔１１からの窒素ガスおよび廃ガスによって冷却さ
れている熱交換器６に送り込んで超低温に冷却する。そ
して、超低温に冷却された原料ガスを、精留塔１１の塔
部１３内に送入し、受は皿１７からの溢流液化ＣＯと向
流的に接触させて、原料ガス中のＣＯを液化し塔部１３
の底部に液化ＣＯ９として溜める。この時、原料ガス中
のＮ２．ＮＺガス等は、塔部１３を上方によ昇する。ま
た、原料ガス中のＣＯの一部も液化されずに、気体のま
ま上記Ｈｚ　、Ｎｚガス等に随伴して上昇する。上記上
昇Ｈ２，Ｎ２．Ｃｏの混合ガスは、第１の還流液バイブ
１５から精留塔１１の凝縮器２８に送入され、ここで、
ＣＯガスのみが沸点の差によって液化され、還流液とし
て第２のｆｆｉ？ｘｉ液パイプ１６を介して精留塔１１
における塔部１３の受は皿１７内に戻る。他方、Ｉ（、
、Ｎ２ガスは凝縮器２８の上部から廃ガスパイプ３０に
よって取り出され、熱交換器６内で原料ガスと熱交換し
大気中に放出される。そして、精留塔１１における塔部
１３の底部に溜まった液化Ｃ○９は、製品液化ＣＯ取出
パイプ１９から液化製品として取り出され、貯蔵タンク
３６内に一旦貯蔵されたのち適宜使用に供される。なお
、上記液化つ０９の上層のＣＨ，等の炭化水素系液化ガ
スは排出バイブ８から系外に排出される。

このように、この装置は、上記吸着筒４で不純分が除去
された原料ガスを精留塔１１で深冷液化分離して液化Ｃ
Ｏを製造するため、得られる液化Ｃ○製品の純度が超高
純度となる。しかも、製品液化ＣＯの需要量の変動が生
じても、上記精留塔１１の分縮器部１２における液面計
２２の制御作用によって、液体窒素貯槽１８から、精留
塔１１の分縮器部１２に供給される液体窒素の供給■が
自動的に制御される。したがって、需要量の変動に自動
的に、かつ迅速に対応できるのであり、しかも、このと
きに純度ばらつきを生じない。特に、この装置は、精留
塔１１における分縮器部１２の凝縮器２８内に、精留塔
１１内の原ポ４ガスの一部を常時室内して；環化するた
め、凝縮器２８内へ液化ＣＯが所定最溜まったのちは、
それ以降生成する液化ＣＯが還流液として常時精留塔１
１の塔部１３内に戻るようになる。したがって、凝縮器
２８からの還流液の流下供給の断続に起因する製品純度
のばらつき（還流液の流下の中断により精留棚では還流
液がなくなりガスの吹き抜は現象を招いて製品純度が下
がり、流下の再開時には純度が回復する）を生じず、常
時安定した純度の製品液化ＣＯを供給することができる
。

第２図はこの発明の他の実施例を示している。

この装置は、熱交換器６を経た原料ガスを、精留塔塔部
１３の底部貯溜液化ＣＯ９中を通る低温液化ガス送入パ
イプ延長部２５ａ内に案内して液化ＣＯ９を加熱し気化
させ、その気化ＣＯを製品ＣＯガスとして取出パイプ３
７から取り出すとともに、凝縮器２８で生成した液化Ｃ
Ｏを、液化ＣＯ溜め３８内に案内し、パイプ３９から製
品液化ＣＯとして取り出しうるようになっている。なお
、２２ａは液面計で、液化ｃｏ溜め３８の液面によって
パルプ３９ａを制御し、液面を一定に保つようになって
いる。それ以外の部分は第１図の装置と実質的に同じで
あるから説明を省略する。

この装置は、液体ＣＯと気体ＣＯの双方を製品ＣＯとし
て供給しうるという効果を奏する。

なお、以上の実施例は液体取りおよび液体、気体の双方
取りを示しているが、塔部１３内のＣＯガスのみを製品
ガスとして取り出すという気体取りもできるのである。

〔発明の効果〕

この発明の一酸化炭素分離精製装置は、以上のように構
成されているため、超高純度の一酸化炭素を効率よく製
造することができる。しかも、この装置は、精留塔等の
寒冷源として装置外から液体窒素貯蔵手段に供給された
液体窒素を使用するため、膨張タービン等の回転機器を
必要とせず、したがって、回転機器の運転、保全等の煩
雑な手間が不要となるうえ、装置全体の小形化をも実現
することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成図、第２図は他の実
施例の構成図、第３図は従来例の措成ズである。 １・・・原料ガス圧縮機　４・・・吸着筒　６・・・熱
交換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一酸化炭素を含む原料ガスを圧縮する圧縮手段と
   、上記原料ガス中の炭酸ガスと水分とを除去する除去手
   段と、上記原料ガスを冷却するための熱交換手段と、上
   記熱交換手段を経た原料ガスを精留塔内に導く原料ガス
   供給路と、沸点の差により原料ガス中の一酸化炭素を液
   化して内部に溜め不純ガスを分離して排出する精留塔と
   、装置外から液体窒素の供給を受けこれを貯蔵する液体
   窒素貯蔵手段と、この液体窒素貯蔵手段内の液体窒素を
   一酸化炭素液化の寒冷源として上記精留塔に導く導入路
   と、上記精留塔内の貯溜液化一酸化炭素をそのままもし
   くは気体状態で製品一酸化炭素として取り出す取出路を
   備えていることを特徴とする一酸化炭素分離精製装置。