JP2004351322A - Production method for high purity gas by pressure change adsorption apparatus - Google Patents
Production method for high purity gas by pressure change adsorption apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004351322A JP2004351322A JP2003152115A JP2003152115A JP2004351322A JP 2004351322 A JP2004351322 A JP 2004351322A JP 2003152115 A JP2003152115 A JP 2003152115A JP 2003152115 A JP2003152115 A JP 2003152115A JP 2004351322 A JP2004351322 A JP 2004351322A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- purity
- adsorption
- pressure
- adsorption tower
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定成分ガスを含有する原料ガスから圧力変動吸着装置を用いて高純度の特定成分ガスを分離回収する高純度ガスの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の高純度ガス製造方法としては、深冷分離方法、膜分離方法及び圧力変動吸着方法(Pressure Swing Adsorption:以下PSA法という。)などが知られている。
【0003】
前記深冷分離方法は、原料ガスを断熱膨張で冷却して液化し、窒素や酸素などの沸点の違いを利用して分離し、高純度酸素と高純度窒素などの特定成分ガスを製造する装置であり、大容量の高純度ガスを製造するのに適しているが、電力などの動力費が嵩むことや設備の設置面積が大きくなるなどの問題がある。
【0004】
また、膜分離方法は、特定成分ガスを選択的に透過する高分子有機膜を用いて分離し、高純度な特定成分ガスを製造する装置であり、小容量の高純度ガスを製造するのに適しているが、工業的な大容量装置では、高価な膜分離モジュールが多量に必要となるため、設備費が嵩む問題がある。
【0005】
また、PSA法は、小容量から大容量の酸素や窒素などの高純度ガスを製造することができ、また、設備費や動力費が低廉で、運転操作も容易であることから近年多く使用されている。
【0006】
前記PSA法に用いられる圧力変動吸着装置(以下PSA装置という。)において、大容量の特定成分ガスを製造する場合には、主に4塔以上の吸着塔からなるPSA装置が用いられるが、比較的小容量の特定成分ガスを製造する場合には、一塔、二塔又は三塔の吸着塔からなるPSA装置も用いられている。前記PSA装置においては、少なくとも、加圧して吸着剤に特定成分ガスを選択的に吸着させる工程と減圧して吸着された特定成分ガスを脱着する工程を複数の吸着塔間でサイクリックに繰り返えすことにより、連続的に特定成分ガスの高純度な製品ガスを製造する装置である。
【0007】
また、従来、製鉄所や石油化学工場などで副生するガス、石油及び天然ガスを改質して得られる改質ガス又は部分酸化ガスなどには一酸化炭素が多く含有されており、これらのガスを原料ガスとし、PSA法により高純度一酸化炭素を製造する方法が開示されている。(例えば、特許文献1、特許文献2参照)
【0008】
また、主に酸素を選択的に吸着する分子篩活性炭吸着剤を充填した吸着塔に、空気などの酸素含有ガスを供給し、吸着剤に酸素を選択的に吸着させ、吸着しにくい窒素を吸着塔から排出して高純度窒素として回収し、吸着剤に吸着した酸素を、減圧工程などの再生工程により脱着させて吸着剤を再生すると共に高純度酸素を回収する装置も知られている(例えば、特許文献3参照。)。
【0009】
【特許文献1】
特公平3−65207号公報
【特許文献2】
特開平11−137942号公報
【特許文献3】
特開2001−269532号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前記特公平3−65207号公報に開示された一酸化炭素の分離回収方法では、一酸化炭素吸着塔のパージに、製造された高純度一酸化炭素が用いられており、また、特開2001−269532号公報に開示された空気を分離して酸素及び窒素を製造する方法では、窒素吸着塔のパージに、製造された高純度窒素が用いられている。前記方法ではいずれも特定成分ガス吸着塔のパージガスとして製品である高純度な特定成分ガスのみを用いるため、製品ガスの回収率が低くなる問題がある。
【0011】
また、特開平11−137942号公報に開示された一酸化炭素の分離回収方法では、一酸化炭素吸着塔のパージを、パージ後ガスによるパージを行った後に製造された高純度一酸化炭素によるパージを行う2段パージ法により、製品の回収率を向上させようとした方法であり、高純度の一酸化炭素の回収率が高くできるため有効な方法であるが、近年は、更に高純度の一酸化炭素を高回収率で製造できる方法が求められており、前記2段パージ法では、パージ後ガス中の一酸化炭素濃度を高く保つ必要があるため、製品の高純度一酸化炭素の使用量が必要以上に多くなる問題がある。
【0012】
本発明は、前記従来の各種方法における問題点に鑑み、製品ガスである一酸化炭素などの特定成分ガスを高純度に維持しながら、製品ガスの回収率の向上を図ることができる圧力変動吸着装置による高純度ガスの製造方法を提供することを目的として成されたものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の要旨は、請求項1に記載した発明においては、原料ガス中の特定成分ガスを選択的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔を用いて、少なくとも加圧吸着工程及び減圧脱着工程を繰り返し、特定成分ガスの製品高純度ガスを製造する圧力変動吸着装置において、減圧脱着工程の前段にパージ工程を設け、パージ工程におけるパージガスとして、パージ後ガス及び製品高純度ガスを用い、パージ工程を、初期にはパージ後ガス供給量>製品高純度ガス供給量で運転し、連続的にその比率を変化させて最終的に製品高純度ガスのみを供給して運転することを特徴とする圧力変動吸着装置による高純度ガスの製造方法である。
【0014】
前記請求項1の構成で運転することにより、パージ工程における製品ガスである高純度ガス供給量を削減することができ、一酸化炭素などの特定成分ガスを高純度に維持しながら、製品回収率の向上を図ることができる。
【0015】
また、請求項2記載の発明においては、原料ガス中の特定成分ガスを選択的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔を用いて、少なくとも加圧吸着工程及び減圧脱着工程を繰り返し、特定成分ガスの高純度ガスを製造する圧力変動吸着装置において、減圧脱着工程の前段にパージ工程を設け、パージ工程におけるパージガスとして、パージ後ガス及び製品高純度ガスを用い、パージ工程を、パージ後ガス:製品高純度ガスの供給量比を100:0から0:100の比率まで連続的に変化させて運転することを特徴とする圧力変動吸着装置による高純度ガスの製造方法である。
【0016】
前記請求項2の構成で運転することにより、パージ工程における製品ガスである高純度ガス供給量を削減することができ、一酸化炭素などの特定成分ガスを高純度に維持しながら、製品回収率の向上を図ることができる。
【0017】
また、請求項3記載の発明においては、請求項1又は請求項2に記載の圧力変動吸着装置による高純度ガスの製造方法における、パージ後ガス供給量及び製品高純度ガス供給量の比率調整を、吸着塔から導出されたパージ後ガス中の特定成分ガス濃度により行う圧力変動吸着装置による高純度ガスの製造方法である。
【0018】
前記請求項3の構成で運転することにより、パージ工程における製品ガス供給量を削減することができ、また、それぞれのガスを最適な供給量で供給することができるため、より一酸化炭素などの特定成分ガスを高純度に維持しながら、製品回収率の向上を図ることができる。
【0019】
請求項4記載の発明においては、請求項1、請求項2又は請求項3に記載の圧力変動吸着装置による高純度ガスの製造方法における特定成分ガスが、一酸化炭素である圧力変動吸着装置による高純度ガスの製造方法である。
【0020】
前記請求項4の構成では、請求項1、請求項2又は請求項3に記載の高純度ガスの製造方法を高純度一酸化炭素の製造に適用することにより、より発明の効果を発揮することができる。
【0021】
尚、前記の特定成分ガスとしての一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤としては、活性炭やゼオライト、架橋ポリスチレン樹脂などの多孔質担体にハロゲン化第一銅や第二銅、及びその他の銅イオン又はハロゲン化アルミニウムなどを担持した吸着剤などを用いることができるが、活性炭にハロゲン化第一銅を担持した吸着剤を用いるのが好ましい。また、酸素を選択的に吸着する吸着剤としては、分子篩活性炭が主に用いられ、更に、窒素を選択的に吸着する吸着剤としては、ゼオライト系吸着剤などが主に用いられている。
【0022】
また、本発明の方法で用いられる吸着塔の設置塔数は、特に限定されないが、2塔以上の吸着塔であれば自動制御によりサイクリックに運転することが可能となるため好ましく、少なくとも3塔以上の吸着塔を設置するのが、自動制御が容易となるためより好ましい。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施の形態の系統図、図2は本発明の一実施の形態の4塔式CO−PSA装置の吸着塔における工程説明図、図3はパージ後ガス中の一酸化炭素濃度の時間推移を示すグラフである。
【0024】
図1に記載した実施の形態は、高純度一酸化炭素(以下製品ガスという)を製造するPSA装置であり、吸着塔を4塔設置しているが、適宜塔数を配置した装置であっても可能であり、本発明はこれには限定されないことは勿論である。1はA吸着塔、2はB吸着塔、3はC吸着塔、4はD吸着塔であり、夫々原料ガス中の特定成分ガスである一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤が充填されている。
【0025】
なお、一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤としては、活性炭やゼオライト、架橋ポリスチレン樹脂などの多孔質担体にハロゲン化第一銅や第二銅、及びその他の銅イオン又はハロゲン化アルミニウムなどを担持した吸着剤などを用いることができるが、活性炭にハロゲン化第一銅を担持した吸着剤を用いるのが好ましい。
【0026】
5は製造された製品ガスを貯留する製品ガスホルダ、6はパージ後ガスをパージガスとして循環するために貯留するパージ後ガスホルダ、7は初期脱着工程で排出される低圧の一酸化炭素を貯留する低圧ガス回収ホルダであり、8は低圧ガス回収ホルダに貯留された低圧の一酸化炭素を原料ガスに循環するために、低圧ガスの圧力を高圧化する圧縮機である。
【0027】
また、9は各吸着塔を減圧して吸着剤から一酸化炭素を脱着させ、製品ガスとして回収し、製品ガスホルダ5に供給する真空ポンプであり、また、10はパージガスで各吸着塔をパージした後のパージ後ガスを吸引してパージ後ガスホルダ6に供給するブロワである。
【0028】
前記のA吸着塔1、B吸着塔2、C吸着塔3及びD吸着塔4の各吸着塔は、同じ一連の工程を自動制御手段でサイクリックに順次繰り返して運転されるので、以下にはA吸着塔1を中心として図2の工程説明図に基づいて説明する。
【0029】
原料ガス吸着工程(吸着I工程):STEP11,12,13
原料ガスをA吸着塔1に供給し、該A吸着塔1の出口において、吸着剤が破過し、一酸化炭素が流出する寸前まで一酸化炭素を吸着させる工程である。
【0030】
前記においてA吸着塔1の出口において、吸着剤が破過し、一酸化炭素が流出する寸前まで一酸化炭素を吸着させる理由は、製品ガスの回収工程において、純度をできるだけ高くするために必要な工程であり、前記の状態以前に吸着工程を終了させた場合には、共存する一酸化炭素以外のガス成分の吸着残留量が多くなり、回収工程で脱着して製品一酸化炭素中に混合し、製品ガスの純度を低下させる原因となる。
【0031】
また、前記吸着I工程においては、A吸着塔1内を加圧状態として運転することで、一酸化炭素の平衡吸着量を増加させることができ、従って、吸着剤の有効吸着量を増加させ、必要吸着剤量を削減することができる。尚、前記工程での吸着圧力は、0.098〜0.98MPa、好ましくは0.49〜0.88MPaである。0.098MPa以下では一酸化炭素の平衡吸着量の増加が少なすぎ、0.98MPa以上では、圧力が高すぎて設備費や動力費などが嵩む問題を生じる。
【0032】
均圧工程:STEP21
前記吸着工程終了後のA吸着塔1と、後記の脱着工程終了後の吸着塔、例えばB吸着塔2とを連通して圧力をほぼ均等化する工程であり、A吸着塔1内の圧力を低下させると共に、脱着工程終了後のB吸着塔2内の圧力を上昇させて、夫々の後段工程における圧力の回収を容易にすることのできる工程である。
【0033】
尚、吸着工程のA吸着塔1内圧力は前記の通り、0.098〜0.98MPaであり、脱着工程のB吸着塔2内圧力は真空に減圧されるため、100〜20torrである。それらを連結させることにより、両方の吸着塔内圧力を約0.098〜0.39MPaにほぼ均等化することができる。また本工程では、A吸着塔及びB吸着塔の両吸着塔の圧力を完全に均等圧とすることは、必ずしも必要不可欠ではなく、例えば、脱着の終了した吸着塔を大気圧程度まで上昇した時点で均圧工程を終了し、次の減圧工程に移ってもよい。
【0034】
減圧工程:STEP22
前記均圧工程で圧力がほぼ均等化した後のA吸着塔を減圧する工程であり、主にA吸着塔1内の圧力を後記のパージ工程:STEP23に適した圧力に調節する工程である。尚、A吸着塔1が減圧する時に発生するガスに含有される一酸化炭素は、低圧ガス回収ホルダ7に供給され、一旦貯留されたのち、原料ガスへ循環される。また、前記工程での吸着塔内圧力は、約0.019〜0.196MPaまで減圧される。
【0035】
パージ工程:STEP23
前記減圧工程で減圧した後、吸着工程で原料ガスから一酸化炭素を吸着したA吸着塔1側にパージ後ガスホルダ6に貯留されているパージ後ガス及び製品ガスをパージガスとして導入し、吸着塔の空隙部や装置の配管内に存在する炭酸ガスなどの一酸化炭素以外のガス成分をパージし、回収工程で回収させる一酸化炭素の純度を高めるための工程であり、本工程では、初期にはパージ後ガス供給量>製品ガス供給量で運転し、連続的にその比率を変化させてパージ後ガス供給量<製品ガス供給量として運転し、更に、最終的に製品高純度ガスのみを供給して運転するが、好ましくは、パージ後ガス:製品ガスの供給量比を100:0から0:100の比率まで連続的に変化させて運転する。なお、前記パージ工程におけるA吸着塔1から排出されたパージ後ガスは、パージ後ガスホルダ6に供給して貯留され、過剰なパージ後ガスは、低圧ガス回収ホルダ7を経て、原料ガスと共に吸着工程に循環供給され、含有される一酸化炭素が回収される。
【0036】
脱着工程(一酸化炭素分離回収工程):STEP31,32,33
脱着工程は、A吸着塔1内を減圧し、吸着剤に吸着された一酸化炭素を減圧により脱着して製品ガスとして回収する工程であり、真空ポンプ9でA吸着塔1内を真空状態として一酸化炭素の分圧を下げて脱着する工程である。尚、A吸着塔1内の圧力は真空に減圧されるため、100〜20torrであり、好ましくは50torr以下である。
【0037】
前記一酸化炭素分離回収工程で回収された高純度一酸化炭素は、製品ガスホルダ5に貯留され、製品の高純度一酸化炭素として化学原料用などに供給されるが、一部は前記のパージ工程に循環される。
【0038】
均圧工程:STEP41
前記脱着工程終了後のA吸着塔1と、吸着工程終了後の吸着塔、例えばB吸着塔2とを連通して圧力をほぼ均等化する工程であり、A吸着塔1内の圧力を上昇させると共に、吸着工程終了後のB吸着塔2内の圧力を低下させて、夫々の後段工程における圧力の回収を容易にすることのできる工程である。
【0039】
昇圧工程:STEP42、43
前記均圧化されたA吸着塔1と、吸着工程から排出される他の吸着塔、例えばD吸着塔4からの出口ガスで昇圧する工程であり、A吸着塔1内の圧力を上昇させて、後段の原料ガス吸着工程に備えるための工程である。従って、A吸着塔1内圧力は、1〜10kg/cm2 Gに昇圧される。
【0040】
前記の一連の工程を全吸着塔について同様なサイクルで一定の時間差をもって繰り返すことにより、連続的に効率良く運転でき、高純度の一酸化炭素を高効率で回収することができる。なお、吸着塔の各工程の切替えは、多くの装置で通常用いられている図示しない自動制御手段により、各吸着塔に接続されている配管ラインに具備された開閉弁を開閉制御することにより行われる。
【0041】
【実施例】
以下、本発明のパージ工程を、初期にはパージ後ガス供給量>製品高純度ガス供給量で運転し、連続的にその比率を変化させて最終的に製品高純度ガスのみを供給して運転した実施例1と、特公平3−65207号に記載された従来のパージ工程を、製品高純度ガスのみを供給して運転する方法(比較例1)及び特開平11−137942号に記載された従来のパージ工程を、パージ後ガスのみを供給して運転し、製品高純度ガスのみを供給して運転する2段パージ方法(比較例2)で行ったときの製品ガス使用量及び製品ガス回収量の比較を示す。
【0042】
また、使用した原料ガスは、天然ガスを改質して得られたガスであり、その組成は、水素:35%、一酸化炭素:35%、メタン:0.8%、炭酸ガス:29.2%である。また、使用した吸着剤は、活性炭に塩化第一銅を担持した粒径0.5〜2.4mmのものである。更に、運転条件は、原料ガス量:4Nm3 /H、吸着圧力:6kg/cm2 G、脱着圧力:30torr、原料ガス温度:50℃で行った。その結果を表1及び図3に示す。
なお、表1は製品ガス使用量及び製品ガス回収量を示し、図3のグラフはパージ後ガス中の一酸化炭素濃度の時間推移を示す。
【0043】
【表1】
【0044】
前記の結果から、99vol%以上の高純度ガスを製造するにあたり、実施例1においては、従来の方法と比較して、製品ガス使用量が少なく、製品ガス回収量が多くなり、従って、効率的な高純度ガスの製造を行うことができることが明確になった。
【0045】
【発明の効果】
本発明は、PSA装置におけるパージ工程での製品ガスである高純度特定成分ガス供給量を削減することができ、一酸化炭素などの特定成分ガスを高純度に維持しながら、製品ガスの回収率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の系統図
【図2】本発明の一実施の形態の4塔式CO−PSA装置の吸着塔における工程説明図
【図3】パージ後ガス中の一酸化炭素濃度の時間推移を示すグラフ
【符号の説明】
1:A吸着塔
2:B吸着塔
3:C吸着塔
4:D吸着塔
5:製品ガスホルダ
6:パージ後ガスホルダ
7:低圧ガス回収ホルダ
8:圧縮機
9:真空ポンプ
10:ブロワ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a high-purity gas for separating and recovering a high-purity specific component gas from a source gas containing the specific component gas by using a pressure fluctuation adsorption device.
[0002]
[Prior art]
As conventional high-purity gas production methods, a cryogenic separation method, a membrane separation method, a pressure swing adsorption method (Pressure Swing Adsorption: hereinafter, referred to as a PSA method) and the like are known.
[0003]
The cryogenic separation method is an apparatus for producing a specific component gas such as high-purity oxygen and high-purity nitrogen by cooling and liquefying the raw material gas by adiabatic expansion, separating the raw material gas using a difference in boiling points such as nitrogen and oxygen, and so on. Although it is suitable for producing a large-capacity high-purity gas, there are problems such as an increase in power costs such as electric power and an increase in the installation area of the equipment.
[0004]
Further, the membrane separation method is an apparatus for producing a high-purity specific component gas by separating using a polymer organic membrane that selectively permeates a specific component gas. Although suitable, an industrial large-capacity apparatus requires a large amount of expensive membrane separation modules, and thus has a problem of increasing equipment costs.
[0005]
The PSA method can be used to produce high-purity gas such as oxygen or nitrogen from a small volume to a large volume. In addition, the cost of equipment and power is low, and the operation is easy. ing.
[0006]
When a large-volume specific component gas is produced in a pressure fluctuation adsorption apparatus (hereinafter referred to as a PSA apparatus) used in the PSA method, a PSA apparatus mainly composed of four or more adsorption towers is used. In the case of producing a very small volume of a specific component gas, a PSA apparatus comprising one, two or three adsorption towers is also used. In the PSA apparatus, at least a step of selectively adsorbing the specific component gas to the adsorbent by applying pressure and a step of desorbing the adsorbed specific component gas by reducing the pressure are cyclically repeated between the plurality of adsorption towers. Thus, the apparatus continuously produces high-purity product gas of a specific component gas.
[0007]
In addition, conventionally, gas produced as a by-product at steelworks and petrochemical plants, and reformed gas or partially oxidized gas obtained by reforming petroleum and natural gas contain a large amount of carbon monoxide. A method for producing high-purity carbon monoxide by a PSA method using a gas as a source gas is disclosed. (See, for example, Patent Documents 1 and 2)
[0008]
In addition, an oxygen-containing gas such as air is supplied to an adsorption tower filled with a molecular sieve activated carbon adsorbent that mainly adsorbs oxygen selectively, and oxygen is selectively adsorbed by the adsorbent, and nitrogen that is difficult to adsorb is adsorbed by the adsorption tower. There is also known an apparatus that recovers high-purity oxygen by recovering the high-purity oxygen by recovering the high-purity nitrogen by recovering the oxygen adsorbed by the adsorbent through a regeneration step such as a decompression step. See Patent Document 3.).
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 3-65207 [Patent Document 2]
JP-A-11-137942 [Patent Document 3]
JP 2001-269532 A
[Problems to be solved by the invention]
In the method for separating and recovering carbon monoxide disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-65207, manufactured high-purity carbon monoxide is used for purging a carbon monoxide adsorption tower. In the method disclosed in Japanese Patent No. 269532 for producing oxygen and nitrogen by separating air, the produced high-purity nitrogen is used for purging a nitrogen adsorption tower. In any of the above methods, only the high-purity specific component gas, which is a product, is used as the purge gas for the specific component gas adsorption tower, so that there is a problem that the recovery rate of the product gas is reduced.
[0011]
In the method for separating and recovering carbon monoxide disclosed in JP-A-11-137942, the carbon monoxide adsorption tower is purged by purging with a high-purity carbon monoxide produced after purging with a gas after purging. This is an effective method because the recovery rate of high-purity carbon monoxide can be increased by a two-stage purging method that performs high-purity carbon monoxide. There is a demand for a method capable of producing carbon oxide at a high recovery rate. In the two-stage purging method, it is necessary to maintain a high concentration of carbon monoxide in the gas after purging. There is a problem that is increased more than necessary.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the various conventional methods, and has a pressure fluctuation adsorption capable of improving the recovery rate of a product gas while maintaining a high purity of a specific component gas such as carbon monoxide as a product gas. The purpose of the present invention is to provide a method for producing a high-purity gas using an apparatus.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention for achieving the above object is that, in the invention described in claim 1, at least the addition of an adsorbent column filled with an adsorbent for selectively adsorbing a specific component gas in a source gas is performed. In a pressure fluctuation adsorption apparatus that repeats the pressure adsorption step and the vacuum desorption step to produce a product high-purity gas of a specific component gas, a purge step is provided before the vacuum desorption step, and the purged gas and the product Using a purity gas, the purge process is initially operated with the gas supply after purge> supply of product high-purity gas, continuously changing the ratio, and finally supplying only product high-purity gas. A method for producing a high-purity gas using a pressure fluctuation adsorption apparatus.
[0014]
By operating with the configuration of claim 1, the supply amount of the high-purity gas, which is the product gas in the purge step, can be reduced, and the specific component gas such as carbon monoxide is maintained at a high purity while the product recovery rate is maintained. Can be improved.
[0015]
In the invention according to claim 2, at least the pressure adsorption step and the vacuum desorption step are repeated using an adsorption tower filled with an adsorbent for selectively adsorbing the specific component gas in the raw material gas, and the specific component gas is removed. In a pressure fluctuation adsorption apparatus for producing a high-purity gas of a gas, a purge step is provided at a stage preceding the decompression / desorption step, and a purge gas and a product high-purity gas are used as purge gases in the purge step. This is a method for producing a high-purity gas using a pressure fluctuation adsorption apparatus, which is operated by continuously changing the supply ratio of the product high-purity gas from 100: 0 to 0: 100.
[0016]
By operating with the configuration of claim 2, it is possible to reduce the supply amount of the high-purity gas, which is the product gas in the purge step, and to maintain the high purity of the specific component gas such as carbon monoxide while maintaining the product recovery rate. Can be improved.
[0017]
In the third aspect of the present invention, in the method for producing a high-purity gas by the pressure fluctuation adsorption apparatus according to the first or second aspect, the ratio between the supply amount of the purged gas and the supply amount of the product high-purity gas is adjusted. And a method for producing a high-purity gas by a pressure-fluctuation adsorption device based on the concentration of a specific component gas in a gas after purging derived from an adsorption tower.
[0018]
By operating with the configuration of claim 3, the supply amount of the product gas in the purge step can be reduced, and each gas can be supplied at the optimum supply amount, so that the amount of the carbon monoxide or the like can be increased. The product recovery rate can be improved while maintaining the specific component gas at a high purity.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for producing a high-purity gas by the pressure fluctuation adsorption apparatus according to the first, second, or third aspect, the specific component gas is carbon monoxide. This is a method for producing high-purity gas.
[0020]
In the configuration of the fourth aspect, the effect of the invention can be further exerted by applying the method for producing a high-purity gas according to the first, second, or third aspect to the production of high-purity carbon monoxide. Can be.
[0021]
As the adsorbent for selectively adsorbing carbon monoxide as the specific component gas, activated carbon, zeolite, a porous carrier such as a cross-linked polystyrene resin, a cuprous halide, cupric halide, and other copper Although an adsorbent carrying ions or aluminum halide can be used, it is preferable to use an adsorbent carrying activated cuprous halide on activated carbon. In addition, molecular sieve activated carbon is mainly used as an adsorbent for selectively adsorbing oxygen, and a zeolite-based adsorbent or the like is mainly used as an adsorbent for selectively adsorbing nitrogen.
[0022]
In addition, the number of adsorption towers used in the method of the present invention is not particularly limited. However, if the number of adsorption towers is two or more, it is preferable to be able to cyclically operate by automatic control. It is more preferable to install the above adsorption tower because automatic control becomes easy.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a process in an adsorption tower of a four-column CO-PSA apparatus of an embodiment of the present invention, and FIG. It is a graph which shows a time transition of carbon concentration.
[0024]
The embodiment shown in FIG. 1 is a PSA apparatus for producing high-purity carbon monoxide (hereinafter referred to as a product gas), in which four adsorption towers are installed, but the number of towers is appropriately arranged. It is of course possible, and the present invention is of course not limited to this. 1 is an A adsorption tower, 2 is a B adsorption tower, 3 is a C adsorption tower, and 4 is a D adsorption tower, each of which is filled with an adsorbent for selectively adsorbing carbon monoxide as a specific component gas in the raw material gas. ing.
[0025]
In addition, as an adsorbent for selectively adsorbing carbon monoxide, activated carbon, zeolite, a porous carrier such as a crosslinked polystyrene resin, cuprous halide or cupric halide, and other copper ions or aluminum halide. A supported adsorbent or the like can be used, but it is preferable to use an adsorbent in which activated cuprous halide is supported on activated carbon.
[0026]
5 is a product gas holder for storing the manufactured product gas, 6 is a gas holder after purging for circulating the gas after purging as a purge gas, 7 is a low pressure gas for storing low pressure carbon monoxide discharged in the initial desorption step. A
[0027]
Reference numeral 9 denotes a vacuum pump which decompresses each adsorption tower to desorb carbon monoxide from the adsorbent, collects the product gas, and supplies the product gas to the
[0028]
Each of the above-mentioned A adsorption tower 1, B adsorption tower 2, C adsorption tower 3, and D adsorption tower 4 is cyclically and repeatedly operated by the automatic control means in the same series of steps. A description will be given based on the process explanatory diagram of FIG.
[0029]
Source gas adsorption step (adsorption I step):
In this step, the raw material gas is supplied to the A adsorption tower 1, and the carbon monoxide is adsorbed at the outlet of the A adsorption tower 1 until the adsorbent breaks through and the carbon monoxide flows out.
[0030]
In the above, the reason why the adsorbent breaks through at the outlet of the A adsorption tower 1 and carbon monoxide is adsorbed to just before the carbon monoxide flows out is necessary in the product gas recovery step to increase the purity as much as possible. If the adsorption step is terminated before the above-mentioned state, the residual amount of adsorption of gas components other than the coexisting carbon monoxide increases, and is desorbed and mixed in the product carbon monoxide in the recovery step. , Causing a reduction in the purity of the product gas.
[0031]
Further, in the adsorption I step, by operating the A adsorption tower 1 in a pressurized state, the equilibrium adsorption amount of carbon monoxide can be increased, and therefore, the effective adsorption amount of the adsorbent is increased, The required amount of adsorbent can be reduced. Incidentally, the adsorption pressure in the above step is 0.098 to 0.98 MPa, preferably 0.49 to 0.88 MPa. If the pressure is 0.098 MPa or less, the increase in the equilibrium adsorption amount of carbon monoxide is too small. If the pressure is 0.98 MPa or more, the pressure is too high, and the facility cost and the power cost increase.
[0032]
Equalizing process: STEP21
This is a step in which the A adsorption tower 1 after the completion of the adsorption step and the adsorption tower after the desorption step described later, for example, the B adsorption tower 2, are communicated to substantially equalize the pressure. In this step, the pressure in the B adsorption tower 2 after the completion of the desorption step is increased and the pressure can be easily recovered in each subsequent step.
[0033]
As described above, the pressure in the A adsorption tower 1 in the adsorption step is 0.098 to 0.98 MPa, and the pressure in the B adsorption tower 2 in the desorption step is 100 to 20 torr because the pressure is reduced to vacuum. By connecting them, the pressure in both adsorption towers can be almost equalized to about 0.098 to 0.39 MPa. In this step, it is not always essential that the pressures of both the A adsorption tower and the B adsorption tower be completely equalized, for example, when the adsorption tower after desorption is raised to about atmospheric pressure. The pressure equalizing step may be terminated at the step S <b> 1 to shift to the next pressure reducing step.
[0034]
Decompression step: STEP22
This is a step of reducing the pressure of the A adsorption tower after the pressure is substantially equalized in the pressure equalization step, and is a step of adjusting the pressure in the A adsorption tower 1 to a pressure suitable for a purging step: STEP23 described later. The carbon monoxide contained in the gas generated when the pressure of the A adsorption tower 1 is reduced is supplied to the low-pressure gas recovery holder 7, temporarily stored, and then circulated to the source gas. Further, the pressure in the adsorption tower in the above step is reduced to about 0.019 to 0.196 MPa.
[0035]
Purge step: STEP23
After the pressure is reduced in the pressure reducing step, the purged gas and the product gas stored in the gas holder 6 are introduced as purge gas into the A adsorption tower 1 on which carbon monoxide is adsorbed from the raw material gas in the adsorption step, and the gas is introduced into the adsorption tower. This is a process for purifying gas components other than carbon monoxide such as carbon dioxide present in the voids and the piping of the device and increasing the purity of carbon monoxide to be recovered in the recovery process. The operation is performed with the gas supply amount after the purge> the product gas supply amount, continuously changing the ratio to operate as the gas supply amount after the purge <the product gas supply amount, and finally, supplying only the product high-purity gas. Preferably, the operation is performed while the supply ratio of the purged gas: product gas is continuously changed from 100: 0 to 0: 100. The purged gas discharged from the A adsorption tower 1 in the purging step is supplied to and stored in the post-purging gas holder 6, and the excessive post-purging gas passes through the low-pressure gas recovery holder 7 together with the raw material gas. And the contained carbon monoxide is recovered.
[0036]
Desorption step (carbon monoxide separation and recovery step): STEP31, 32, 33
The desorption step is a step of depressurizing the inside of the A adsorption tower 1 and desorbing the carbon monoxide adsorbed by the adsorbent by decompression and recovering it as a product gas. This is a step of reducing the partial pressure of carbon monoxide for desorption. In addition, since the pressure in the A adsorption tower 1 is reduced to a vacuum, it is 100 to 20 torr, preferably 50 torr or less.
[0037]
The high-purity carbon monoxide recovered in the carbon monoxide separation and recovery step is stored in the
[0038]
Equalizing process: STEP41
This is a step in which the A adsorption tower 1 after the desorption step and the adsorption tower after the adsorption step, for example, the B adsorption tower 2, are communicated to make the pressure substantially uniform, and the pressure in the A adsorption tower 1 is increased. At the same time, the pressure in the B adsorption tower 2 after the end of the adsorption step is reduced to facilitate the recovery of the pressure in each subsequent step.
[0039]
Step-up step: STEP42, 43
This is a step of increasing the pressure in the A adsorption tower 1 that has been equalized and another adsorption tower discharged from the adsorption step, for example, an outlet gas from the D adsorption tower 4. This is a step for preparing for the subsequent source gas adsorption step. Therefore, the pressure in the A adsorption tower 1 is increased to 1 to 10 kg / cm2G.
[0040]
By repeating the above-described series of steps in a similar cycle with a constant time difference for all the adsorption towers, the operation can be continuously and efficiently performed, and high-purity carbon monoxide can be recovered with high efficiency. The switching of each step of the adsorption tower is performed by controlling the opening and closing of an on-off valve provided in a piping line connected to each adsorption tower by automatic control means (not shown) generally used in many apparatuses. Is
[0041]
【Example】
Hereinafter, the purging step of the present invention is operated by initially operating the gas supply amount after purging> the product high-purity gas supply amount, continuously changing the ratio, and finally supplying only the product high-purity gas. Example 1 and the method of operating the conventional purging process described in Japanese Patent Publication No. 3-65207 by supplying only high-purity gas (Comparative Example 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-137942. Product gas usage and product gas recovery when the conventional purge process is operated by supplying only gas after purging and operating by supplying only high-purity product gas and performing a two-stage purge method (Comparative Example 2). 3 shows a comparison of the amounts.
[0042]
The used raw material gas is a gas obtained by reforming natural gas, and its composition is hydrogen: 35%, carbon monoxide: 35%, methane: 0.8%, carbon dioxide: 29. 2%. The adsorbent used was activated carbon loaded with cuprous chloride having a particle size of 0.5 to 2.4 mm. The operating conditions were as follows: raw material gas amount: 4 Nm3 / H, adsorption pressure: 6 kg / cm2 G, desorption pressure: 30 torr, and raw gas temperature: 50 ° C. The results are shown in Table 1 and FIG.
Table 1 shows the amount of product gas used and the amount of product gas recovered, and the graph of FIG. 3 shows the time course of the concentration of carbon monoxide in the gas after purging.
[0043]
[Table 1]
[0044]
From the above results, in producing a high-purity gas of 99 vol% or more, in Example 1, the amount of product gas used is small and the amount of product gas recovered is large compared to the conventional method, and therefore, the efficiency is high. It became clear that high-purity gas could be produced.
[0045]
【The invention's effect】
The present invention can reduce the supply amount of a high purity specific component gas, which is a product gas, in a purging process in a PSA apparatus, and maintain a high purity of a specific component gas such as carbon monoxide while maintaining the product gas recovery rate. Improvement can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view of a process in an adsorption tower of a four-column CO-PSA apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. Graph showing the time course of carbon oxide concentration [Explanation of symbols]
1: A adsorption tower 2: B adsorption tower 3: C adsorption tower 4: D adsorption tower 5: Product gas holder 6: Purged gas holder 7: Low pressure gas recovery holder 8: Compressor 9: Vacuum pump 10: Blower
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003152115A JP4004435B2 (en) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | Production method of high purity gas by pressure fluctuation adsorption device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003152115A JP4004435B2 (en) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | Production method of high purity gas by pressure fluctuation adsorption device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004351322A true JP2004351322A (en) | 2004-12-16 |
| JP4004435B2 JP4004435B2 (en) | 2007-11-07 |
Family
ID=34047409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003152115A Expired - Lifetime JP4004435B2 (en) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | Production method of high purity gas by pressure fluctuation adsorption device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4004435B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020050574A (en) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | エア・ウォーター株式会社 | Apparatus and method for separating carbon monoxide gas |
| CN115369013A (en) * | 2022-08-26 | 2022-11-22 | 宁夏首朗吉元新能源科技有限公司 | Synthetic gas biological fermentation system |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102033456B1 (en) * | 2017-12-14 | 2019-11-18 | 한국에너지기술연구원 | Carbon monoxide separation process and its system |
-
2003
- 2003-05-29 JP JP2003152115A patent/JP4004435B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020050574A (en) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | エア・ウォーター株式会社 | Apparatus and method for separating carbon monoxide gas |
| JP7191619B2 (en) | 2018-09-28 | 2022-12-19 | エア・ウォーター株式会社 | Carbon monoxide gas separation device and carbon monoxide gas separation method |
| CN115369013A (en) * | 2022-08-26 | 2022-11-22 | 宁夏首朗吉元新能源科技有限公司 | Synthetic gas biological fermentation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4004435B2 (en) | 2007-11-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101547857B (en) | Xenon retrieval system and retrieval device | |
| US7862645B2 (en) | Removal of gaseous contaminants from argon | |
| CN101516472B (en) | Carbon dioxide recovery method | |
| JP4898194B2 (en) | Pressure fluctuation adsorption gas separation method and separation apparatus | |
| US9944575B2 (en) | Methane gas concentration method | |
| EP2085355A1 (en) | Method and apparatus for separating hydrogen gas | |
| JPWO2008056579A1 (en) | Method and apparatus for separating hydrogen gas | |
| JPH11239711A (en) | Psa method using simultaneous evacuation of top and bottom of adsorbent bed | |
| CN102602899B (en) | Helium purification method and device | |
| JP4031238B2 (en) | Helium purification equipment | |
| CN110198775A (en) | Gas separation and recovery method and equipment | |
| KR100856912B1 (en) | Refined Nitrogen Feeder | |
| JP2017226562A (en) | Hydrogen gas manufacturing method and hydrogen gas manufacturing device | |
| JPH0268111A (en) | Improved pressure swing adsorbing method | |
| JP2018090480A (en) | Method for producing nitrogen and oxygen | |
| TWI626214B (en) | Purification method and purification system for carbonic acid gas | |
| AU2021377152B2 (en) | A process and plant for producing ultrahigh-purity hydrogen from low-grade hydrogen gas | |
| JP4004435B2 (en) | Production method of high purity gas by pressure fluctuation adsorption device | |
| JP6640660B2 (en) | Hydrogen gas production method and hydrogen gas production device | |
| JP4817560B2 (en) | Carbon dioxide recovery method from carbon dioxide dry cleaning equipment | |
| JP6695375B2 (en) | Purified gas manufacturing apparatus and purified gas manufacturing method | |
| JP2003019415A (en) | Method for separating gaseous mixture | |
| JP2587334B2 (en) | Method of separating CO gas not containing CH4 | |
| JP2002079031A (en) | Pressure swing adsorbing apparatus for manufacturing highly concentrated oxygen | |
| JP2529928B2 (en) | Method for separating and recovering carbon monoxide gas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051214 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070712 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070807 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070821 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4004435 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100831 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100831 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110831 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110831 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120831 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130831 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |