JPH02272288A - アルゴンの回収方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、アルゴン使用設備、例えばアルゴン酸素吹錬
炉やＲＨ真空脱ガス処理設備等におけるアルゴン含有排
ガスからアルゴンガスを回収する方法に関する。

（ロ）従来技術 最近、製鋼工程中の精錬過程でアルゴンガスを使用する
ことが盛んに行われている０例えば、アルゴン−酸素吹
疎性は、酸素と共にアルゴンを溶鋼中へ吹き込むことに
より、高価なりロムを酸化することなく脱炭を可能とし
たものであり、かつ良好な品質が得られるので、高クロ
ム鋼の新しい溶鋼法として注目を浴び精錬に採用されて
いる。

同じく、製鋼工程中の精錬過程で脱ガスを目的に行われ
る溶鋼脱ガス法は、ｔ９ｍを真空にさらすことにより溶
ｍ＋の不純物として有害な水素、窒素、酸素ガスを減少
させる処理を行う際、溶鋼中に環流ガスおよび羽口冷却
ガスとして不活性ガスを流しているが、特に低窒素鋼の
溶製時には不活性ガスとしてアルゴンが用いられる。

また、前記クロム含有鋼に限らず普通の精錬においても
、脱炭効率を向上させる目的で、アルゴンで溶鋼を撹拌
しながら酸素精錬する方法が採用されるようになってき
た。また、その使用量も増加する傾向にある。

このような用途に使用されるアルゴンガスは、工業的に
は空気深冷分離装置から得られるアルゴン含有ガスをア
ルゴン回収方法でさらに濃縮して製造している。アルゴ
ンガスは空気中に０．９３％程度しか含まれていないた
め、今後前記需要に見合う供給の不足も予想される。ま
た、非常に高価でもある。

そこで、このアルゴン使用量を低減するため、使用済み
含有排ガスからアルゴンを分離回収して再利用する方法
が試みられている。

例えば、特公昭５０−６９９９号公報は当該排ガスを外
気と遮断して捕集し、−酸化炭素の選択的吸収液（純ア
ンモニア溶液など）と接触させ、−酸化炭素を除去して
アルゴンを回収する方法を開示している。また、特公昭
５２−２８７５０号公報は外気と遮断して捕集した当該
排ガスに酸素を添加し、−酸化炭素を燃焼させ二酸化炭
素に変換させた後、二酸化炭素を一１００°Ｃ程度で液
化凝縮させて除去し、アルゴンを回収する方法を開示し
ている。

しかし、これらのプロセスは設備構成が複雑である上に
、運動コストの大きい吸収液の再生を含むので、経済的
にアルゴンを回収することが困難なために実用化されて
いない。

そこで、現在では圧力変動吸着法を用いたアルゴン回収
方法が主流となっている。圧力変動吸着法を用いた回収
方法では、排ガス中に窒素が存在する場合、この窒素を
完全に吸着除去することは不可能である。

回収アルゴンをアルゴン−酸素、吹錬炉で再利用する場
合、窒素濃度が高いと鋼中の窒素濃度が上がり、規格は
ずれとなるため、回収アルゴン中の窒素濃度は０．２ｘ
以下にする必要がある。

一方、圧力変動吸着法で窒素を除去する場合、アルゴン
濃縮ガス中の窒素濃度と、下記の式で表されるアルゴン
収率との間には、第２図に示す関係があり、アルゴン収
率（％）は回収アルゴン中の窒素濃度を小さくするほど
、低下するという欠点がある。

（ハ）発明が解決しようとした課題 本発明が解決しようとす名課題は、アルゴン令有排ガス
からアルゴンを分離回収するさいに、高収率で窒素濃度
の低いアルゴン回収方法を得ることにある。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明のアルゴンの回収方法は、アルゴンを使用する設
備から排出されるアルゴン含有排ガスからアルゴンを回
収する方法において、該排ガスを圧力変動吸着法により
吸着処理してアルゴン含有ガスとした後、該アルゴン濃
縮ガスを空気深冷分離法における粗アルゴン塔に導入し
てアルゴンを回収することからなる手段によって、上記
課題を解決している。

前記アルゴン含有排ガス中に水素を含んでいる場合に、
水素を除去した後に前記アルゴンＦａ１ｉ！ガスを空気
深冷分離法における粗アルゴン塔に導入してアルゴンを
回収することが好ましい。

前記空気深冷分離法における粗アルゴン塔トップブロー
・ガスを前記圧力変動吸着法により吸着処理してアルゴ
ンを再回収することが好ましい。

（ホ）実施例 次に、本発明の方法の実施例につい・て、第１図を参照
して、以下に説明する。図において、（１）はアルゴン
−酸素吹錬炉やＲＨ真空脱ガス設備等のアルゴン使用設
備である。該設備（１）より発生するアルゴン含有排ガ
スは、誘引送風機（２）により吸引され、除塵器（３）
に送入されてダストが除かれた後、排ガスホルダー（４
）に貯められる。その後、排ガスは圧縮機（５）によっ
て５〜１０気圧程度に加圧されて、圧力変動吸着法”（
以下ＰＳＡ法という。）による吸着装置（６）に供給さ
れる。

ＰＳＡ法による吸着装置（６）は、−酸化炭素、二酸化
炭素および窒素に対し選択的に吸着するゼオライト系（
、シリカ、アルミナ混合）の吸着剤が充填された吸着塔
（７ａ）〜（７ｃ）と、真空ポンプ（８）および一連の
自動切換弁（９）群により構成される。各吸着塔（７ａ
）〜（７ｃ）では自動切換弁（９）群の作動により、例
えば、均圧、加圧、吸着、脱着およびパージ等からなる
吸着処理サイクルが繰返されることにより、−酸化炭素
、二酸化炭素、および窒素が吸着除去されて＊ｍされた
アルゴンガスが取り出される。

ここで、前記排ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、およ
び窒素は、できるだけ吸着除去する方がより高純度なア
ルゴン濃縮ガスが得られるのであるが、窒素については
その除去の程度が大きいほど前述したアルゴン収率が低
下するという欠点がある。

第２図は、吸着装置（６）により吸着処理してアルゴン
濃縮ガスとした後の、アルゴン濃縮ガス中の窒素濃度（
％）と前記アルゴン収率（％）との関係を示したグラフ
である。アルゴン収率（％）は吸着除去される窒素が多
いほど〔アルゴン濃縮ガス中の窒素濃度が小さくなるほ
ど）アルゴン収率（％）は低くなる（悪くなる）ことが
わかる。

そこで、本発明においては、窒素をできるだけ多く残存
させるように前記吸着処理を行い、この残存窒素は後述
する空気深冷分離法における粗アルゴン塔に導入するこ
とによって前記吸着処理工程におけるアルゴン収率を向
上させるものである。

このようにして濃縮されたアルゴンガスは、排ガス中に
水素が存在する場合には、水素除去装置１２で排ガス中
の酸素と酸化反応させて水分とし、脱湿除去する。水素
除去装置としては、一般的にｐｂ触媒塔が用いられる。

この水素の除去されたアルゴン濃縮ガスは、後述する空
気深冷分離法における粗アルゴン塔１８に導入される。

次に、空気深冷分離法による空気分離装置について説明
する。

０＠は空気深冷分離法による空気分離装置を示し、この
空気深冷分離法における純アルゴンの製造は下記に示す
（Ａ）〜（１）の工程部分からなる。

（Ａ）　　空°気を吸入し、バグフィルタ−〇りにより
、空気中の粉塵等を除去する。

（Ｂ）　　原料空気を原料空気圧縮機１４により、５ｋ
ｇ／ｃｄに圧縮する。必要により原料空気を水洗塔（図
示せず）において水洗冷却する。

（Ｃ）　　熱交換器１５で原料空気と不純窒素、純窒素
、酸素を熱交換し、原料空気を低温としたことで、−酸
化炭素等を固体として分離する。

（Ｄ）　　圧縮した原料空気の一部を膨張タービン１６
により膨張させ、寒冷源とした。

（Ｅ）　　空気分離塔１７の下塔下部より原料空気を入
れ、沸点（液化点）の違いを利用して、空気中の酸素、
窒素、アルゴンに分離する。一方、原料空気に含まれる
炭化水素は炭化水素吸着器（図示せず）によって、液体
酸素中に含まれるアセチレンは、アセチレン吸着器（図
示せず）によって吸着される。

（Ｆ）　　製品窒素は、空気分離塔１７の上塔上部より
引き抜かれ、製品酸素は、上塔下部から引き抜かれる。

上塔中部からは、フィードガスとして、アルゴンの純度
が１２％程度で、窒素をほとんど含まないガスを引き抜
く。

（Ｇ）　　フィードガスを粗アルゴン塔１８で、前記空
気分離塔１７同様の原理で分離し、９６％程度の粗アル
ゴンを分離する。

以上、（Ａ）〜（Ｇ）の工程によって空気がら粗アルゴ
ンを連続的に取り出すことができる。この粗アルゴンは
アルゴン−酸素吹錬炉にて、晴錬ガスとして使用される
。

ところで、前述の圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）でアルゴ
ン含有排ガスを吸着処理して得られるアルゴン濃縮ガス
中の窒素濃度を０．２％以下まで除去すると、収率が低
下する。

そこで、本発明は、ｐｓＡ法での窒素除去を２％程度ま
でとし、残存窒素は、前記（Ｇ）の空気深冷分離法にお
ける粗アルゴン塔１８に導入して除去することによって
高収率でアルゴンを回収する。粗アルゴン１８では、前
記工程（Ｇ）に示したように、沸点（液化点）の違いを
利用して窒素が０．１χ、ｏ２が４χ程度まで除去され
、粗アルゴンが分離される。

ここで、粗アルゴン塔１８に導入されるＰＳＡ法による
アルゴン濃縮ガス中の窒素は２χ程度が適当であり、こ
れ以上になると粗アルゴン中の窒素濃度が上昇する。そ
こで、ＰＳＡ法による吸着処理は窒素が２χ程度となる
ように、例えば、アルゴン濃縮ガス流量を調節弁２３に
て調節して吸着処理を行い、しかる後に、粗アルゴン塔
１８に導入する。これにより、前記吸着処理工程におけ
るアルゴン収率を上げて、しかも窒素濃度の低いアルゴ
ンを採取することができる。

また、粗アルゴン塔１８では塔上部にｆａ縮した窒素を
吹き込んでいるが、このトップブロー・ガス１９を吸着
装置６に再回収することにより、さらにアルゴン収率は
向上する。

本発明のアルゴン回収法の具体的実施例を以下に説明す
る。

ＲＨ真空脱ガス設備により第１表に示す操業条件山肌ガ
ス処理し、その時排気された第２表に示すアルゴン含有
排ガスを排ガスホルダに貯えた後、ＰＳＡ法による吸着
装置にてアルゴン回収した。

その結果、第３表に示す組成のアルゴン濃縮ガス収率約
７５％で得られた。

第　　１　　表 次に、このアルゴン濃縮ガス１００Ｎｒｄ／Ｈを、Ｐｂ
触媒塔で水素除去後、脱湿して、粗アルゴン塔に導入し
た。その結果、Ｎ！　０．１χ、ｏｘ　４ｍの粗アルゴ
ンが安定して得られ、ＰＳＡ法でのアルゴン収率はｐｓ
＾で窒素０．１χまで吸着除去した場合の６７％にくら
べ、本発明方法では７５％まで向上した。

第４表の組成の粗アルゴン塔からのトップブロー・ガス
をＰＳＡ再回収することにより、さらに１％収率が向上
した。

（へ）効果 本発明の方法によれば、アルゴン含有排ガス中の窒素を
圧力変動吸着法による吸着処理工程と空気深冷法におけ
る粗アルゴン分離工程との２つの工程で分離除去するよ
うに構成したことにより、回収効率の高いしかも窒素濃
度の低いアルゴンを分離回収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例を示す概略説明図、第
２図は圧力変動吸着法におけるアルゴンＩ縮ガス中の窒
素濃度とアルゴン回収率との関係を示すグラフ。 １・・・アルゴン便用設備。 ３・・・除塵機 ５・・・圧縮機。 ７ａ〜７ｃ・−・吸着塔。 ９・・・自動切換弁。 １２・・・水素除去装置。 １４・・・原料空気圧縮機 １６−膨張タービン １８・・・粗アルゴン塔。 １９・・〜粗アルゴン塔トッププローガス２・−誘引送
風機 ４−・排ガスホルダ。 ６−・−吸着装置 ８−真空ポンプ １〇−空気分離装置 １３・・・フィルタ １５・・熱交換器。 １７・・・空気分離塔 特許出願人　住友金属工業株式会社 同　　共同酸素株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルゴンを使用する設備から排出されるアルゴン含
   有排ガスからアルゴンを回収する方法において、該排ガ
   スを圧力変動吸着法により吸着処理してアルゴン濃縮ガ
   スとした後、該アルゴン濃縮ガスを空気深冷分離法にお
   ける粗アルゴン塔に導入してアルゴンを回収することを
   特徴としたアルゴンの回収方法。 ２、前記アルゴン含有排ガス中に水素を含んでいる場合
   に、水素を除去した後に、前記アルゴン濃縮ガスを空気
   深冷分離法における粗アルゴン塔に導入してアルゴンを
   回収することを特徴とした請求項１記載のアルゴンの回
   収方法。 ３、前記空気深冷分離法における粗アルゴン塔トップブ
   ロー・ガスを前記圧力変動吸着法により吸着処理してア
   ルゴンを再回収することを特徴とした請求項１記載のア
   ルゴンの回収方法。