JPS6410443B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は圧力変動式吸着分離法（PSA法）に
よつて、少なくとも一酸化炭素、二酸化炭素、及
び窒素を含む原料ガス、例えば転炉又は高炉の排
ガスから高純度の一酸化炭素を安定して得る方法
に関する。製鉄所において精練容器から発生する
排ガスは比較的多量のCOガスを含有している。
その組成は転炉排ガス、高炉排ガスについては、
以下に示す範囲内にある。

【表】 もし、これらの排ガスから高純度のCOガスを
安価に回収できれば、合成化学原料、精練容器内
溶融金属中への吸込みガスとしての用途が拓け
る。合成化学原料としてのCOガスを考える際に
は、合成反応が高温・高圧条件下に行なわれるの
が通例であることから、反応容器を損なわさせる
酸化性ガスの除去が必須であり、CO₂濃度を出来
る限り低下させる必要がある。また反応効率を上
げるためには通常反応に関与しないN₂も出来る
だけ除去するのが望ましい。一方、溶融金属の精
練の効率化を目的とする精練容器内へのガス吸込
み操作は広く用いられているが、溶融金属中の不
純ガス成分（窒素、水素など）の濃度上昇を嫌う
観点から高価なArガスが使用されるのが通例で
ある。製鉄所内で発生する転炉ガス、高炉ガスか
ら高純度COガスを安価に回収できれば、これを
Arに代替して吸込みガスとして使用することは
ほぼ可能である。この際、高純度COガス中の
N₂、H₂濃度は溶鉄の窒素濃度、水素濃度上昇を
防止するために低いのが望ましく、またCO₂濃度
も精練容器内張り耐火物として汎用されている炭
素系耐火物の酸化損傷防止、或いは溶鉄中の酸素
濃度上昇防止の観点から低いのが望ましい。 従来、上記排ガスを原料に高純度COガスを回
収するプロセスとしては、深冷分離法によりN₂、
H₂、CO₂を分離する方法、或いは、銅液法、
Cosorb用といつた、COを選択的に溶液に吸収さ
せた上で回収する方法が考えられてきた。しかし
ながら、前者においては低温と高圧を必要とし、
後者においては高温と高圧を必要とし、両者共に
設備が複雑かつ高価になる欠点がある。また深冷
分離法では、N₂とCOの沸点が接近しているた
め、N₂とCO₂の分離を完全に行なうことも困難
である。 先に本出願人は、少なくともCO、CO₂、N₂を
含む原料ガス中からCOガスを安価な設備費と操
業費のもとに濃縮、分離する方法として圧力変動
式吸着分離法（PSA法）に関する発明を出願し
た。即ち、先願発明（特願昭58−110616号参照）
においては少なくともCO、CO₂、N₂を含む混合
ガス中からPSA法によりCOを回収するに際して
第１段階の吸着操作によりCO₂を吸着除去し、第
２段階の吸着操作によりN₂を除去することによ
り、高純度COガスを製品ガスとして回収する方
法を示したのであるが、この方法に基くシステム
を最適な条件のもとに操業する方法についての解
明は不十分なものであつた。即ち、本システムの
原料ガスとなる例えば転炉排ガスはその組成を
刻々と変化させているものであり、高純度COガ
スを回収する際に転炉ガスから除去すべき、N₂、
CO₂といつた不純ガス成分の量は変動している。
この前提下で回収する高純度COガスの純度を一
定レベル以上に保ちつつ、最も経済的に本システ
ムを操業する方法は全く未解明であつた。この点
について本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、本
システムの最適な操業方法を解明するに至つたも
のである。本発明は二段階吸着操作により、少な
くとも一酸化炭素、二酸化炭素及び窒素を含有す
る原料ガス中の一酸化炭素を濃縮分離する方法に
おいて (a) その第１段階の吸着操作は原料ガス中の二酸
化炭素に対して、選択吸着性を有する吸着物質
を収納した２つ以上の吸着塔を使用し、その方
法は各吸着塔で少なくとも吸着工程及びパージ
操作を含む脱着工程を繰り返す圧力変動式吸着
分離によつてその原料ガスから二酸化炭素を除
去することからなり、そして、 (b) 第２段階の吸着操作は、第１段階の吸着工程
から排出される二酸化炭素の除去されたガス
（以後第１段階製品ガスという）中の一酸化炭
素に対して選択性を有する吸着物質を充填した
２つ以上の吸着塔を使用し、その方法は、 () 第１段階製品ガスによる吸着塔の吸着工
程 () その吸着塔のパージ () 製品ガスの脱着回収 から成る少なくとも３工程を繰り返すことから
なり、第２段階処理の吸着工程から排出される
廃棄ガスを第１段階処理における吸着塔再生の
パージ工程に使用し、そして、 (c) 原料ガス中の少なくとも二酸化炭素と窒素ガ
ス濃度を計測して、或いは、製品ガス中の少な
くとも二酸化炭素と窒素ガス濃度を計測して、
その結果に基づいて、次の三つの方法 () 第１段階処理のパージ工程で使用する減
圧排気機器の排気能力の制御 () 第２段階処理、吸着工程の廃棄ガス量の
制御 () 第２段階処理、パージ工程に使用するパ
ージガス量の制御 のうち、少なくとも一つの操作を行なうことによ
り、一酸化炭素の濃縮分離を行なうことを特徴と
した方法に関する。 以下に本発明の細部を説明する。 本発明は第１段階における、少なくとも一酸化
炭素、二酸化炭素、窒素を含む原料ガスから、圧
力変動式吸着分離法により二酸化炭素を除去する
工程は通常のPSA法、すなわち吸着、減圧、製
品ガスによるパージおよび製品ガスによる加圧の
繰返しにより実施しても良く、又少なくとも吸着
工程及びパージ操作を含む脱着工程を含む他の方
法であつても良い。該原料ガスから二酸化炭素を
除去する好ましい方法は次の通りである。 二酸化炭素に対して選択性を有する吸着物質を
充填した２つ以上の吸着塔を使用し、その方法は () 第１段階製品ガスにより吸着塔を加圧する
加圧工程、好ましくは0.2〜3.0Kg/cm²Gまで加圧
する () 原料ガスを吸着塔に流して主として二酸化
炭素を吸着させ、二酸化炭素の除去された第１
段階製品ガスを回収する吸着工程 () 次いで、吸着塔を大気圧附近まで減圧する
減圧工程 () 次いで、吸着塔を減圧排気機器により排気
する排気工程（好ましくは、破棄は300Torr〜
30Torrまで行なわれる）、そして、 () 第２段階吸着()工程からの廃棄ガスを排
気工程の終つた吸着塔に導入しつつ減圧排気機
器による排気を行なうパージ工程から成り、定
期的に吸着塔間のガスの流れを変えて上記操作
を繰返すことからなる方法である。 本発明の第１段階処理の目的は二酸化炭素の吸
着除去であるが、二酸化炭素の吸着剤に対する吸
着能が大きいので、二酸化炭素を吸着除去した製
品ガスを回収する吸着工程に困難は少ない。しか
し、逆に吸着塔を減圧させ、次いで排気する工程
で吸着剤に吸着している二酸化炭素を脱着させ、
吸着塔外に排出させる工程をスムーズに行なう際
に困難が伴う。即ち、吸着剤から脱着した二酸化
炭素が再吸着して容易には吸着塔外に排出されぬ
事態が生じやすい。脱着した二酸化炭素の吸着塔
外への排出を助けるために搬送ガスとしてパージ
ガスの導入を行なう方法は、通常のPSA法でも
採用されているものであるが、本発明の方法にお
いては、パージガスの導入を減圧排気条件下に行
ないパージガス容積を大としたところに特徴を有
すると共に、通常のPSA法では製品ガスをパー
ジガスとして使用し、その結果として、製品ガス
回収率の低下を余儀なくされていたものを、本発
明では、二段階吸着法の特徴を生かして、後述す
る第２段階処理の吸着工程から排出される不用の
廃棄ガスをパージガスに利用する合理性も併せ持
つている。この特徴を有するパージ工程の採用に
より、吸着剤からの二酸化炭素の脱着をスムーズ
に行なうことが可能となり、その結果として次の
吸着工程における二酸化炭素の吸着除去が支障な
く行なえるようになつた。このパージ工程の操業
方法と、二酸化炭素の吸着除去効率との関係を詳
細に検討したところ、第１図に示す関係が求めら
れ、これが、二酸化炭素の吸着除去をスムーズに
行なうための操業指針たり得ることを本発明者ら
は確認したわけである。第１図は吸着塔内に充填
されている吸着剤単位重量当りに１サイクルの吸
着工程で吸着し得る二酸化炭素の量が、パージ工
程のパージガス容積と共に増大している関係を示
す。即ち、パージガス容積の増大と共に、二酸化
炭素の吸着剤からの脱着効率が上昇し、従つて次
の吸着工程における二酸化炭素の吸着が可能とな
る吸着サイトが増す関係を発見したものである。
従つて、原料ガス流量、原料ガス中の二酸化炭素
ガス濃度の計測値から求まる吸着させるべき二酸
化炭素に対応するパージガス容積を図１により定
めれば安定した二酸化炭素吸着除去が可能とな
る。パージガス容積の制御は第２段階処理から廃
棄されるガスの導入量制御によつて行なつても良
いが、減圧排気機器に排気能力の制御によつても
良い。即ち、排気能力を上げればガス容積を上昇
させることが可能である。減圧排気機器に要する
動力の削減は本システムの操業に要求される重要
なポイントであり、図１の関係を基にこの動力を
必要最小限に制御する方法は極めて重要な技術と
いえる。 本発明の第２段階の吸着操作は、第１段階の吸
着工程から排出された第１段階製品ガス中の一酸
化炭素に対して選択性を有する吸着物質、例えば
天然ゼオライト、改質ゼオライト又は合成ゼオラ
イト等を充填した２つ以上の吸着塔を使用し、そ
の好ましい方法は () 第１段階製品ガスにより吸着塔を加圧する
加圧工程 () さらに第１段階製品ガスを吸着塔に流し
て、吸着塔出口におけるガス中の易吸着成分
（一酸化炭素）の濃度が、吸着塔入口における
ガス中の易吸着成分の濃度に達するまで、或い
は達した後適当な量又は時間の間、第１段階製
品ガスと流し続けるか、もしくは両者の濃度が
等しくなる点の少し前まで第１段階製品ガスを
流して、吸着剤に易吸着成分を吸着させる吸着
（）工程。この工程で吸着塔から排出されるガ
スは、前記第１段階()のパージ工程のパージ
ガスとして使用される。 () 吸着()工程終了後、その吸着塔を吸着圧
力と大気圧との間の任意圧力まで減圧する工
程、 () 減圧工程終了後、その吸着塔と排気脱着が
終つた吸着塔を連結し、前者の吸着塔から後者
の吸着塔に前者のガスを導入し、前者の吸着塔
の圧力を大気圧又は大気圧近くまで降下させる
減圧放圧工程。この際、両者の吸着塔の圧力を
ほぼ均圧させても良い。また、前者の吸着塔の
圧力を降下させる際に放出されるガスを系外に
放出してしまい、後者の吸着塔に導入しない方
法を取つても良い。 () 次いで、減圧した吸着塔に製品ガスを導入
して難吸着成分をパージするパージ工程。本工
程で吸着塔から排出されるガスを後記する吸着
（）工程を終つた吸着塔に導入する工程は任意
である。 () パージ工程を終つた吸着塔を大気圧以下に
排気して、吸着剤に吸着されている易吸着成分
を脱着させ、製品ガスとして回収する回収工
程。 () 製品ガス回収が終つた吸着塔と吸着()工
程を終つた吸着塔を連結し、後者の吸着塔から
の減圧放圧ガスを前者の吸着塔に導入し、吸着
剤に易吸着成分を吸着させる吸着()工程。 () 次いで、吸着()工程を終つた吸着塔と減
圧放圧工程の終つた吸着塔を連結し、後者の吸
着塔のパージ工程から排出されるガスを前者の
吸着塔に導入し、吸着剤に易吸着成分を吸着さ
せる吸着()工程、 から成り、定期的に吸着塔間のガスの流れを変え
て、上記の操作を繰返すことを特徴とした方法で
ある。尚、工程()、()はそれぞれ工程()、
（）の方法に従つて定まるものであり、その実施
は任意となる。 本発明の第２段階工程()は吸着塔に第１段階
製品ガスを導入する吸着塔の加圧工程である。本
段階で回収すべきガスは易吸着成分であるので高
い吸着圧は必要でなく、３Kg/cm²G程度の吸着圧
で十分であり、それより低い吸着圧であつても良
い。 工程()は吸着()工程であり、第１段階製品
ガス中の易吸着成分を吸着剤に吸着させる工程で
ある。吸着塔出口におけるガス中の易吸着成分の
濃度が吸着塔入口におけるガス中のそれに等しく
なつた点というのは、吸着剤の破過の終了を意味
する。回収すべき成分が易吸着成分であり、所定
の吸着剤量のもとで十分に多くの製品ガス量を回
収したり、純度の良い製品ガスを回収するために
は、破過終了或いは破過終了後においてもなおか
つ吸着剤に残存する吸着サイトに易吸着成分を吸
着させることが必要であり、破過終了後も一定量
の第１段階製品ガスを流すか、又は一定時間の間
第１段階製品ガスを流すことを要する。或いは、
破過終了に達する少し前まで吸着を行なうにとど
めても製品ガス純度の点から問題の少ない場合も
ある。 この吸着()工程を吸着剤の破過の前後のどの
水準迄継続するには製品ガスの純度を定める上で
重要であるので、この点の検討を詳細に行なつ
た。本発明の第１段階製品ガス中の易吸着成分は
一酸化炭素であり、難吸着成分は窒素である。破
過終了以前においては難吸着成分である窒素も吸
着剤に共吸着しており、このまま脱着させ製品ガ
スとして回収した場合には製品純度の低下は避け
難い。但し、難吸着成分の共吸着の度合は、第１
段階製品ガスの組成に依存するものであり、難吸
着成分の少ないガスを吸着()工程に導入する場
合に於いては、破過終了前に吸着()工程を終つ
ても良いことになる。吸着()工程を破過終了後
も過大に継続することは易吸着成分を多量に廃棄
することになり、望ましいことではない。従つ
て、製品ガス純度を一定に維持しつつ、かつ、易
吸着成分の廃棄量を最少限にとどめる吸着()工
程の制御が望まれる。検討すると吸着()工程を
破過終了以前あるいは破過終了後のどの水準で終
らせるかを決定する指針が望まれるわけである。 この点の検討結果が図２に示すものである。図
２は、第２段階処理の前後でガス中の難吸着成分
濃度の比率が、吸着()工程で１サイクル当り単
位吸着剤重量当りの廃棄ガス量によつて変化をす
る関係を示す。第１段階製品ガス中の難吸着成分
濃度が増した場合には廃棄ガス量を増加させるこ
とにより製品ガス中の難吸着成分濃度の絶対値を
一定に維持するのが可能となる。従つて第１段階
製品ガス中の難吸着成分濃度を計測しつつ、一定
の製品ガス純度を維持するのは必要最低限の吸着
（）工程廃棄ガス量を図２より求めて、易吸着成
分の回収を最大にもつて行く操業が可能といえる
わけであり、これも重要な技術である。 工程()は、吸着工程終了後、吸着圧と大気圧
との間の任意の圧力ほぼ大気圧まで好ましくは並
流方向に減圧して吸着塔の出口附近に残留してい
る難吸着成分を廃棄する。この工程は必ずしも行
なわなくても良い。 工程()は吸着()工程が終つた吸着塔内の圧
力を減少させ、吸着剤と吸着剤の空隙に存在する
難吸着成分に富んだガスを該吸着塔外に放出する
ために行なうものである。この操作は該吸着塔圧
力を大気圧まで減少させるか、または大気圧以上
の適当な圧力で中止するか、もしくは大気圧以下
で製品ガス回収を終つ他の吸着塔に均圧させるま
で低下させても良い。尚、製品ガス回収の終つた
吸着塔への減圧ガスの導入は任意である。 工程()は減圧した吸着塔に製品ガスを導入し
て、吸着剤間の空隙になお残存している難吸着成
分をパージする。この場合の製品ガスの導入圧は
吸着圧より低く、大気圧より高い方が望ましい。
この工程に使用するパージガスの量はこの工程に
引き続く製品ガス回収工程で回収される製品ガス
純度に大きな変化を与えるので、適切に制御しな
ければならない。即ち、パージガス量が過少であ
れば吸着剤間空隙にある難吸着成分の吸着塔外へ
の放出が不十分であり、引き続いて回収される製
品ガス中に難吸着成分が共在することになり、製
品ガス純度の向上は望めない。但し、製品ガスを
余りに多量にパージガスとして還流させてしまう
と、製品ガス純度の向上はあるものの、製品とし
て使用し得る製品ガス量が低下してしまう不利益
が伴う。従つて、パージガス量を場合に応じて最
適に制御し、製品ガス純度と製品ガス量の確保を
はかる方法の確立が望まれる。この点について詳
細な検討を行なつたところ、図３に示す関係が得
られた。 即ち、難吸着成分の第２段階処理における除去
率はパージ工程に使用するパージガス量と共に向
上する関係である。従つて、第２段階処理に供さ
れる第１段階製品ガス中の難吸着成分濃度が低い
場合には、難吸着成分除去率の低いパージ操作、
即ちパージガス量を低下させても、一定の製品ガ
ス純度を確保確保でることが、図３の関係からい
える。従つて、第２段階処理に供する原料ガスで
ある第１段階製品ガス中の難吸着成分濃度を実測
するか、或いは原料ガス中のその濃度と、第１段
階処理の二酸化炭素除去の効率から予測される第
１段階製品ガス中難吸着成分濃度の推定値に基
き、所要の製品ガス純度を参照して、難吸着成分
除去率を決定し、それに必要なパージガス量を決
定し、制御する方法を採用することにより、製品
ガス純度の確保と、製品ガス回収量の最大値の確
保を同時に達成できることになる。 尚、本パージ工程において、吸着塔から排出さ
れるガスは、製品ガスに吸着剤間空隙の難吸着成
分に富むガスが加わつたものであり、十分に易吸
着成分に富む組成のガスであり、製品ガス回収、
あるいは減圧ガスの回収である吸着()工程を終
つた他の吸着塔に導入して、易吸着成分の吸着回
収をはかるのが望ましいが、系外に廃棄してもか
まわない。 工程()はパージ工程が終つた吸着塔を減圧排
気装置を用いて、300Torr以下、好ましくは300
〜30Torrまで減圧し、吸着剤に吸着されていた
成分を脱着させ製品ガスとして回収する。 工程()は製品ガス回収が終つた吸着塔と吸着
（）工程を終つた吸着塔を連結し、後者の吸着塔
からの減圧方圧ガスを前者の吸着塔に導入し、吸
着剤に易吸着成分を吸着させる吸着()工程。 工程()は、吸着()工程を終つた吸着塔と減
圧放圧工程の終つた吸着塔とを連結し、後者の吸
着塔のパージ工程から排出されるガスを前者の吸
着塔に導入し、吸着剤に易吸着成分を吸着させる
吸着()工程である。この工程()は任意である。 以下、本発明の代表的な具体例である転炉排ガ
ス中の二酸化炭素をまず除去し、次いで、窒素、
水素を除去して一酸化炭素を分離回収する方法に
基いて本発明を詳しく説明するが、本発明の方法
はこれらの具体例に限定されるものではない。 第４図は、吸着サイクルにより連続的に転炉排
ガスから一酸化炭素を分離回収するシステムのフ
ローシートであり、第５図は第４図のシステムの
制御系の概念を示すフローシートである。第５図
で、G.Hはそれぞれ第１段階、第２段階処理装置
を代表する。 まず、第４図に基いて、吸着操作を説明する。
吸着塔Ａ，Ｂには二酸化炭素を選択的に吸着する
吸着剤が収納されている。吸着塔Ａはパージ工程
を終りバルブ１〜６は閉の状態にありかつ、吸着
塔圧力は300Torr以下、好ましくは30Torr迄減
圧されている。一方吸着塔Ｂは吸着工程を終り、
減圧工程に採るべく、バルブ４〜１２が全て閉の
状態からバルブ９のみ開の状態に移る。この状態
を基準に吸着塔Ａに着目して、吸着のサイクルを
例示すると次のようになる。まず、吸着塔Ａに第
１段階製品ガスを導入するためにバルブ６を開
く。吸着塔Ａの圧力が、0.01〜3.0Kg/cm²G、好ま
しくは、0.2Kg〜1.0Kg/cm²Gの吸着圧力に達した
ら、バルブ６を閉じ、バルブ１，２を開にして前
記吸着圧力を維持するように原料ガスを吸着塔Ａ
に流す。一定時間、一定原料ガス量の吸着工程終
了後バルブ１，２は閉じ、次いでバルブ３を開い
て、吸着塔の塔内圧力を大気圧附近まで減圧方圧
させる。吸着塔Ａの圧力が大気圧附近に達すると
バルブ３を閉じ、次いでバルブ４を開にして、真
空ポンプ４０を用いて、減圧排気を行ない、吸着
剤に吸着している二酸化炭素を脱着させる。この
際の排気圧力が300Torr以下、好ましくは
30Torrになる迄排気を行ない、次いでバルブ５
を開いて、第２段階処理装置からの廃棄ガスを減
圧下に導入するパージ工程を行なう。パージ工程
が終了するとバルブ４，５は閉となる。次の工程
は最初にもどり、バルブ６を開くことになる。 上記操作を吸着塔Ａ，Ｂのそれぞれにおいて順
次繰返すことによつて連続的に吸着剤に二酸化炭
素を吸着させ除去しようとするものである。第１
段階処理において、吸着塔Ａ，Ｂの塔上から流出
する二酸化炭素が除去された第１段階製品ガスは
第２段階処理装置に導入され、ここで水素、窒素
が除去され、高濃度に濃縮された一酸化炭素ガス
として回収される。吸着塔Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆには易
吸着成分（一酸化炭素）を選択的に吸着する吸着
剤が収納されている。吸着塔ＣとＤに着目して、
吸着工程を説明する。吸着塔Ｃが吸着()工程、
吸着塔Ｄが製品ガス回収工程に有る状況を基準に
とる。このとき、バルブ１８，１７が閉となり第
１段階製品ガスが吸着塔Ｃに流れており、一方、
バルブ２７は開となつて吸着塔Ｄの吸着剤に吸着
している易吸着成分の脱着・製品ガスとしての回
収が行なわれている。吸着塔Ｃの吸着圧力は、第
１段階製品ガスの圧力によりおのずから定まる
が、0.01〜3.0Kg/cm²G、好ましくは0.2〜1.0Kg/cm²
Ｇが適当である。一方吸着塔Ｄの製品ガス回収工
程は吸着塔圧力300Torr以下、好ましくは
30Torrまで維持するのが望ましい。 一定時間、或いは一定ガス量を吸着塔Ｃに流
し、一酸化炭素を吸着剤に吸着させる吸着()工
程終了後、バルブ１８，１７を閉じ、同時にバル
ブ２７を閉じて吸着塔Ｄの製品ガス回収工程を終
る。次いで、吸着塔ＣとＤの連結パイプにあるバ
ルブ１９を開き、吸着塔Ｃの塔内圧力を大気圧附
近まで減圧する。このとき放出されたガスは、吸
着塔Ｄに導入され、易吸着成分を吸着剤に吸着さ
せる（吸着()工程）。吸着塔Ｃの塔内圧力が大
気圧附近になるとバルブ２０を開いて製品ガスタ
ンク４２より製品ガスを吸着塔Ｃに導入し、吸着
剤間の空隙に存在する難吸着成分ガスを追い出す
パージ工程を行なう。この際吸着塔Ｃの塔上から
流出するガスはバルブ１９を介して吸着塔Ｄに導
入され、易吸着成分が吸着剤に吸着される（吸着
（）工程）。パージ工程が終了すると、バルブ１
９，２０は閉じられ、バルブ２１及びバルブ２２
を開とする。この操作により吸着塔Ｃは減圧排気
機器４１を用いて減圧下の製品ガス回収工程に移
り、一方吸着塔Ｄは吸着()工程、吸着()工程
に引き続く、第１段階製品ガスによる加圧工程に
入る。加圧工程により吸着塔Ｄの塔内圧力が吸着
圧力に達したならば、バルブ２３を開き、吸着塔
Ｄは吸着()工程に移る。以上の操作が、吸着塔
ＣとＤが役割りを変えてはいるが基準の状況に帰
る迄の工程である。この操作を順次繰り返すこと
によつて連続的に吸着剤に易吸着成分である一酸
化炭素ガスを吸着させて、分離精製することが出
来る。尚、吸着塔Ｅ，ＦもＣ，Ｄと同様の工程を
繰り返すものである。 次に、第５図に基き、本システムの最適な操業
方法を示す。原料ガス中の二酸化炭素、窒素濃度
は分析計４５、第１段階製品ガス中のそれは分析
計４６、製品ガス中のそれは分析計４７によりそ
れぞれ連続的に測定されている。分析計はガスク
ロマトグラフイー、赤外線吸収計などを使用出来
る。これらの分析信号は流量計（図示せず）信号
と共に計算機４４に伝送される。第１段階処理に
おける二酸化炭素除去を最も効率的に行なう為の
制御は次のように行なう。分析計４５の二酸化炭
素濃度信号と原料ガス流量信号に基き、吸着させ
るべき、二酸化炭素量を計算機４４で演算し、第
１図の関係より所要のパージガス容積を求める。
次いで、パージに供しうる第２段階廃棄ガス量を
流量信号に基いて定め、所要のパージガス容積と
するに必要な、減圧排気機器４０の排気能力を算
出する。減圧排気機器４０が、例えば電圧、周波
数可変電動機によるものであれば、所要の排気能
力に見合う計算機信号の伝送制御は極めて容易で
あり、また減圧排気機器を複数個直列ないしは量
列に設置しておいて、必要に応じて個々の機器の
駆動、停止を支持するシステムでも良い。これら
の操作により、原料ガス中の二酸化炭素濃度が高
くなつた際でも排気能力を上げることにより二酸
化炭素除去を確実に行なうことを可能とし、逆に
原料ガス中の二酸化炭素濃度が低下した際には排
気能力を低下を計ることによりシステムの操業動
力コストの削減を達成するのが可能となる。 次に第２段階処理における難吸着成分、特に窒
素の一酸化炭素からの分離を効率的に行なう方法
を説明する。分析計４６により第１段階製品ガス
中窒素濃度（分析計４５による原料ガス中窒素濃
度を基に、計算機４４で推算した濃度でも良い）
と、所定の製品ガス純度から定まる難吸着成分除
去率を計算し、図２、あるいは図３の関係から、
所要の吸着()工程廃棄ガス量あるいはパージ工
程に使用する製品ガス量を決定する操作を計算機
４４で行なう。これに基き、吸着()工程の廃棄
ガス量を調整する流量調節弁１４の開度制御、あ
るいは、パージガス量を調整する流量調節弁４３
の開度制御を行なうものである。以上の操作の一
つ、あるいは二つを同時に行なうことにより、原
料ガス中の窒素濃度が高い場合でも流量制御弁１
４、あるいは／及び４３の開度を上げることによ
り窒素除去率を向上させることで製品ガス純度を
一定に保ち得、また逆に原料ガス中の窒素濃度が
低い場合には、廃棄ガス量の低減、パージガス量
の低減のアクシヨンにより当システムの製品ガス
回収率及び回収量を向上を達成できることにな
る。 以上の説明では原料ガス濃度信号に基く、フイ
ードフオワード制御の例を示したが、分析計４７
の製品ガス濃度信号に基き、図１〜図３の関係よ
りフイードバツク制御するシステムも同様に有効
である。 尚、第１段階、第２段階処理の吸着塔に使用す
る吸着剤としては活性炭、活性アルミナ、合成ま
たは天然（改質したものも含む）ゼオライトなど
が適合する。 実施例 本発明の効果を説明するために、実施例を説明
する。第６図は、第４図、第５図のフローシート
に示した機能を有するシステムにより転炉排ガス
を原料に、製品ガス回収を行なつた際の原料ガス
及び製品ガス中のN₂、CO₂濃度を連続測定した
結果である。実施例（）は、第５図に示す動的
な制御系を使用せず、最初の原料ガス組成に対し
て適当な第１段階減圧排気機器能力の設定、及び
第２段階処理の吸着工程廃棄ガス量、パージ工程
パージガス量設定を行なつたまま連続操業した結
果である。所要の99％CO純度の製品ガス回収は
ほぼ達成されているものの、原料ガス組成によつ
ては純度が悪化し、98％CO程度になつている場
合もある。 一方、実施例（）は、原料ガス組成に応じ
て、第５図の制御ループに従う制御を行なつた結
果であり、安定して99％COの製品ガスの回収が
行なわれている。

【図面の簡単な説明】

第１図はパージガス容積とCO₂吸着量との関係
を示すグラフである；第２図及び第３図は吸着
（）工程廃棄ガス量と難吸着成分除去率との関係
を示すグラフである；第４図は本発明を実施する
好ましい装置のフローシートである；第５図は本
発明の操業システムのフローシートである；そし
て第６図は本発明を実施した際のN₂、CO₂連続
測定した結果を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二段階吸着操作により、少なくとも一酸化炭
   素、二酸化炭素及び窒素を含有する原料ガス中の
   一酸化炭素を濃縮分離する方法において (a) その第１段階の吸着操作は原料ガス中の二酸
   化炭素に対して、選択吸着法を有する吸着物質
   を収納した２つ以上の吸着塔を使用し、その方
   法は各吸着塔で少なくとも吸着工程及びパージ
   操作を含む脱着工程を繰り返す圧力変動式吸着
   分離によつてその原料ガスから二酸化炭素を除
   去することからなり、そして、 (b) 第２段階の吸着操作は、第１段階の吸着工程
   から排出される二酸化炭素の除去されたガス
   （以後第１段階製品ガスという）中の一酸化炭
   素に対して選択性を有する吸着物質を充填した
   ２つ以上の吸着塔を使用し、その方法は、 () 第１段階製品ガスによる吸着塔の吸着工
   程 () その吸着塔のパージ () 製品ガスの脱着回収 から成る少なくとも３工程を繰り返すことから
   なり、第２段階処理の吸着工程から排出される
   廃棄ガスを第１段階処理における吸着塔再生の
   パージ工程に使用し、そして、 (c) 原料ガス中の少なくとも二酸化炭素と窒素ガ
   ス濃度を計測して、或いは、製品ガス中の少な
   くとも二酸化炭素と窒素ガス濃度を計測して、
   その結果に基いて、次の三つの方法 () 第１段階処理のパージ工程で使用する減
   圧排気機器の排気能力の制御 () 第２段階の処理の吸着工程の廃棄ガス量
   の制御 () 第２段階処理のパージ工程に使用するパ
   ージガス量の制御 のうち、少なくとも１つの操作を行なうことによ
   り、一酸化炭素の濃縮分離を行なうことを特徴と
   した方法。