JPH05237329A - ガス分離方法とその装置 - Google Patents

ガス分離方法とその装置

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JPH05237329A
JPH05237329A JP4246033A JP24603392A JPH05237329A JP H05237329 A JPH05237329 A JP H05237329A JP 4246033 A JP4246033 A JP 4246033A JP 24603392 A JP24603392 A JP 24603392A JP H05237329 A JPH05237329 A JP H05237329A
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adsorption
adsorbent
carbon dioxide
desorption
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Toru Takatsuka
透 高塚
Ryuichiro Kajiyama
隆一郎 梶山
Yoshimi Okada
佳巳 岡田
Seiya Hirohama
誠也 廣濱
Tetsuo Shibagaki
鉄夫 柴垣
Toshio Kushida
利夫 串田
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Hokuriku Electric Power Co
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
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Chiyoda Corp
Hokuriku Electric Power Co
Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大量のガスを処理することができ、かつ連続
的に操作ができ、吸着と脱着における圧力差あるいはさ
らに温度差による吸着量の変動を最大限に利用できるガ
ス分離方法とその装置を提供する。 【構成】 ２以上の成分からなるガスを、吸着剤粒子が
流動循環している系の吸着系に導入して、常圧あるいは
加圧下において分離対象の成分を吸着剤粒子に吸着さ
せ、吸着後の吸着剤粒子を脱着系に輸送させ、吸着系よ
りも圧力が低い、又は圧力が低く、かつ温度が高い脱着
系において、吸着剤粒子からそれに吸着されている成分
を脱着させることを特徴とするガス分離方法、及び吸着
剤粒子がそれぞれ流動上昇する間に吸着あるいは脱着が
行われる吸着部と脱着部とが組合され、脱着部の圧力が
吸着部の圧力より低く、場合により常圧より減圧下で行
われる、吸着系と脱着系とを吸着剤粒子が流動循環する
形式のガス分離装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２以上の成分からなる
ガスから、特定成分を吸着法により分離するガス分離方
法とその装置に関し、特に吸着剤粒子を吸着系と脱着系
とを流動循環するガス分離方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から知られているガス分離方法に
は、イ．化学吸収法、ロ．深冷分離法、ハ．吸着法等が
ある。これらの方法は、広く使用されているが、それぞ
れ長所と短所があり、その方法が適している分野におい
て採用されている。イ．の化学吸収法は、硫化水素、炭
酸ガスの除去に使用されており、排煙脱硫にも試用され
ているが、吸収剤として有機化合物を用いる場合には、
廃液処理、吸収剤の分解により生じた有害物の処理等の
問題点があり、また酸性ガスを対象として吸収剤として
熱アルカリ水溶液を用いる場合には熱エネルギーの消費
が大きいという欠点がある。ロ．の深冷分離法は、空気
の分離や天然ガス等炭化水素ガスの分離に用いられてい
るが、大型の冷凍設備を必要とし、コストも高く、この
方法以外では分離が困難であるようなものにしか使用さ
れていない。また、ハの吸着法は簡便で、装置の規模も
小型から比較的大型まで幅があるので広く使用されてお
り、その装置形式も固定層や流動層のものが知られてい
る。
【０００３】この吸着法においては、吸着剤への気体吸
着量は、高圧・低温になるほど大きく、低圧・高温にな
るほど小さくなるので、吸着工程と脱着工程ではこの原
理を利用して吸着剤の吸着・脱着を行っている。固定層
形式のものはこの圧力・温度変動手段を取りうるが、従
来の流動循環する流動層形式のものは、脱着部と吸着部
との間の粒子移送をスムーズに行うという点から、粒子
循環のドライビングフォースとして多少の圧力差をつけ
ることはあるが、吸着・脱着に圧力差を利用することは
ほとんどされず、吸着・脱着に温度差のみを利用してい
るのが現状である。また、固定層の場合、層高が高くな
ると圧力損失が増大するので、処理能力を大きくするの
には層の面積を大きくしなければならず、それは装置を
大型化することになり、その容量にも限界がある。また
切換バルブの大型化にも限界がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】最近、化学工業などに
おける一つのプラントにおける化学製品の生産量増大に
伴い、ガス分離の処理量の規模が大きくなってきたの
で、それに対応できる吸着法を開発する必要がある。ま
た、最近炭酸ガスによる地球温暖化防止の一手段とし
て、化石燃料燃焼ガス中の炭酸ガスの分離固定が検討さ
れており、その炭酸ガスの分離に固定層型吸着装置を用
いることが提案されているが、炭酸ガス分離において
は、火力発電所排ガスを含めて莫大なガス量の処理と、
極めて大型の装置による連続操作が要求される。前記し
たように層高に制約があり、かつ切換バルブの大型化に
も限界があるので、固定層型のものではこのような大量
のガスを処理することは困難である。
【０００５】本発明は、ガス分離において大量のガスを
処理することができ、かつ連続的に操作をすることがで
きる、吸着法によるガス分離方法とその装置を提供する
ことを目的とするものである。本発明は、吸着剤粒子の
流動循環にさいし、吸着と脱着における圧力差とさらに
は温度差によるガス吸着量の変動を最大限に利用しうる
ようにして、大量のガスを処理することができるガス分
離方法をその装置を提供することを目的とするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のガス分離方法
は、２以上の成分からなるガスを、吸着剤粒子が流動循
環している系の吸着系に導入して、常圧ないし加圧下に
おいて分離対象の成分を吸着剤粒子に吸着させ、吸着済
の吸着剤粒子を脱着系に輸送させ、吸着系よりも圧力が
低い、又は圧力が低くかつ温度が高い脱着系において、
吸着剤粒子からそれに吸着されている成分を脱着させる
ことを特徴とするガス分離方法であって、これによって
前記の目的を達成することができた。
【０００７】本発明を詳しく説明するに当って、本発明
の概念を図１に示す。吸着剤粒子が流動循環している系
において、２以上の成分からなる気体を吸着部に導入し
て分離回収の対象となる成分を優先的に吸着剤に吸着せ
しめ、吸着部より圧力が低い、また圧力が低くかつ高温
である脱着部にて脱着させるものである。吸着剤は低圧
部から高圧部へ輸送され、再び利用される。
【０００８】分離される成分の純度を向上させるには、
吸着部から脱着部への粒子移送路にリサイクルガスを導
入することが有効である。温度／圧力と吸着量の関係に
ついて、一例を図２、図３及び図４に示す。図２は、Ｂ
ＰＬ活性炭の窒素、酸素吸着を表わすグラフを示し、図
３はコロンビア活性炭の２５℃における低級炭化水素の
吸着を表わすグラフを示し、図４はＭＳ１３Ｘタイプ・
ゼオライトのゼオライト−ＣＯ2 系吸着等温線を表わす
グラフを示す。これらの図に示すように、低温であるほ
ど、また圧力が高いほど吸着量は増加する。
【０００９】２成分系での吸着特性の一例を図５に示
す。図５はゼオライトによるエチレン−アセチレン系吸
着Ｘ−Ｙ線図を示す。また、分離係数による吸着特性の
違いについて図６に示す、図６はＸ−Ｙ線図における分
離係数の影響を表わしたグラフを示すものである。この
ように、分離対象成分の他の成分に対する分離係数が大
きくなるほど分離対象成分が優先的に吸着剤に吸着され
る。（なお、図２、図３、図５は、昭和６１年１月１５
日、工業技術発行、川井利長編「圧力スイング吸着技術
集成」参照。図４は、１９９１年９月１日発行、川井利
長編「炭酸ガス回収技術」参照。） 分離係数が小さいと、製品純度を向上させるためのガス
リサイクル比が大きくなるので、分離対象成分の他の成
分に対する分離係数の値は３以上であることが望まし
い。
【００１０】これらの特性を積極的に利用して、本発明
は、燃焼排ガス中の炭酸ガスの分離、天然ガスの精製や
低級炭化水素の分離、空気分離、有害ガス除去や溶剤回
収などなど多岐の分野のガス分離に供することができ
る。吸着剤としては、活性炭やゼオライト等の現在一般
的に使用されている吸着剤、あるいは対象となるガスに
ついて上記の分離係数範囲を満たすものを用いることが
できる。
【００１１】吸着部および脱着部の温度、圧力条件およ
び粒子循環量は、それぞれトレードオフの関係にあり、
製品ガスの回収率および純度、さらにエネルギーコスト
を考慮して設定することになる。説明を単純にするため
に単一成分ガスの吸着を例に取ると、例えば、図４に示
した例において、温度１００℃にて吸着部を７６０ｍｍ
Ｈｇ（ａｂ．以下同様、ただし圧力差の場合を除く）、
脱着部を２００ｍｍＨｇとした場合と、吸着部を５０℃
／７６０ｍｍＨｇ、脱着部を１００℃／７００ｍｍＨｇ
とした場合、および温度１００℃にて吸着部を７６０ｍ
ｍＨｇ、脱着部を４５０ｍｍＨｇかつ粒子循環量を前２
ケースの２倍にした場合とではほぼ同じ回収率を得るこ
とができる。
【００１２】低圧である脱着部から高圧である吸着部へ
の粒子移送は、脱着部から吸着部へと下降する粒子移送
管路において、管内の粒子層により得られる静圧力差
が、脱着部と吸着部の圧力差よりも大きくなるように管
路長を設定することで可能となる。吸着部と脱着部の圧
力差が非常に大きい場合、装置の高さは非現実的なもの
になる。また圧力差が小さ過ぎる場合にはこの圧力差は
粒子移送による圧力損失の補填だけに使われ、吸着量の
向上に寄与されない。従って、吸着部と脱着部の圧力差
は２００ｍｍＨｇ以上２ａｔｍ以下であることが望まし
い。
【００１３】処理ガス量を増加させる際には、基本的に
各管路の管径を大きくすることにより粒子循環量を増加
させることで対処できる。本発明のガス分離方法を実施
するためのガス分離装置は、２以上の成分からなるガス
から分離対象の成分を分離する装置であって、ガス吸着
系とガス脱着系とからなり、ガス吸着系は、２以上の成
分からなるガスを導入する。吸着剤粒子が流動している
吸着部と、吸着部に接続した、ガスと吸着剤粒子が流入
し分離するサイクロンと、サイクロンから吸着剤粒子を
脱着部へ送る輸送管と、サイクロンに設けた吸着処理後
のガスの排出管とを有し、脱着系は、圧力が吸着部の圧
力より低く維持された、吸着剤粒子が流動している脱着
部と、脱着部に接続したガスと吸着剤粒子が流入するサ
イクロンと、サイクロンから脱着済吸着剤粒子を吸着部
へ送る輸送管と、サイクロンに設けた分離ガスの排出管
とを有することを特徴とするガス分離装置である。
【００１４】本発明のガス分離装置の１型式を図７に示
す。図７の装置は、吸着部及び脱着部ともに管状で、そ
の中を吸着剤粒子が流動しながら上昇して行く形式のも
のである。すなわち、加圧された原料ガス１が吸着部ラ
イザー２の下端から送入され、吸着部スタンドパイプ７
から供給される吸着剤粒子を流動させながら前記ライザ
ー２中を上昇し、その間に吸着剤粒子による吸着が行な
われ、ガスと吸着剤粒子はサイクロン３に入って分離さ
れ、分離された副生ガス４はサイクロン３から排出さ
れ、吸着済吸着剤粒子はサイクロン３の下端からパージ
部スタンドパイプ５に入り、脱着部ライザー６の下端に
供給される。脱着部ライザー６の上端のサイクロン７の
ガス排出管から吸引、あるいは減圧させることにより、
脱着部ライザー６内の圧力を吸着部ライザー２内の圧力
より十分低くする。それにより、そこで吸着剤粒子から
ガスが脱着され、それが前記ライザー６内を上方に流れ
て吸着剤粒子を流動させる。それだけでは吸着剤粒子を
流動させ、上昇させるに足りないときには、製品ガス９
の一部を分岐し、前記ライザー６の下端から供給しても
よい。また製品ガスの一部はさらに分岐してパージ部ス
タンドパイプ５へパージ用リサイクルガス１０として供
給してもよい。
【００１５】脱着部ライザー６を上昇したガスと吸着剤
粒子はサイクロン７に入って分離され、分離されたガス
は製品ガス９として取り出され、脱着された吸着剤粒子
はサイクロン７の下端から吸着部スタンドパイプ８に入
って吸着部ライザー２へ戻され、循環使用される。この
装置では、吸着部ライザー２よりも脱着部ライザー６の
方が圧力が低いが、吸着部スタンドパイプ８内にある吸
着剤粒子の重量により発生する圧力あるいは抵抗などに
より吸着部ライザー２内のガスが前記スタンドパイプ８
などを通って逆に流れることはない。脱着部ライザー６
内の圧力を吸着部ライザー２内の圧力より低くするに当
って、その圧力を常圧以下の減圧とすると、その圧力差
を大きくすることができ、なお一層効果がある。その減
圧下においても、脱着部での流動化には問題がない。
【００１６】実施する装置の別の型式を図８に示す。こ
の装置では、吸着部が吸着部ライザー１２と吸着塔１３
とからなり、脱着部が脱着ライザー１７と脱着塔１８と
からなるもので、吸着塔１３及び脱着塔１８はそれぞれ
流動層を形成させることも可能であるもので、それぞれ
内部にサイクロン１４，１９を有し、そこで分離された
吸着剤粒子は各塔の下部に落下し、そこから各スタンド
パイプ１６，２１に入るように構成されている。その外
の各ガス、吸着剤粒子の流れは図７の装置とほとんど同
じである。
【００１７】本発明は、図２ないし図５に示したような
吸着の場合、すなわち酸素・窒素の分離、低級炭化水素
の分離、燃焼排ガスからの炭酸ガスの分離など、各種の
２成分以上のガスからのガスの分離に用いられるが，そ
の中でも炭酸ガス含有ガスからの炭酸ガスの分離に好適
に用いられる。次に、本発明による炭酸ガスを分離する
ための分離装置を図９に基づいて説明する。
【００１８】この炭酸ガス分離装置は、炭酸ガス吸着系
Ａと炭酸ガス脱着系Ｂとからなり、これら炭酸ガス吸着
系Ａと炭酸ガス脱着系Ｂは、それぞれがサイクロンと該
サイクロンに至たる吸着部又は脱着部となる管路と該サ
イクロンから導かれた管路とから構成される。すなわ
ち、炭酸ガス吸着系Ａはサイクロン３１とこのサイクロ
ン３１への吸着部ライザー３２、吸着部スタンドパイプ
３３とから構成され、一方、炭酸ガス脱着系Ｂは、サイ
クロン３４とこのサイクロン３４への脱着部ライザー３
５およびパージ部スタンドパイプ３６とから構成され
る。
【００１９】そして、炭酸ガス吸着系Ａと炭酸ガス脱着
系Ｂは、炭酸ガス吸着系Ａのサイクロン３１に炭酸ガス
脱着系Ｂのサイクロン３４に連通するパージ部スタンド
パイプ３６及び脱着部ライザー３５を接続すると共に、
脱着部Ｂのサイクロン３４に吸着系Ａのサイクロン３１
に連通する吸着部スタンドパイプ３３及び吸着部ライザ
ー３２を接続することにより、吸着部スタンドパイプ３
３−吸着部ライザー３２−サイクロン３１−パージ部ス
タンドパイプ３６−脱着部ライザー３５−サイクロン３
４、そして再び吸着部スタンドパイプ３３に至る粒子状
ゼオライト系吸着剤の流動循環回路を形成する。
【００２０】なお、図９では吸着部スタンドパイプ３３
と吸着部ライザー３２の間に弁３７、また脱着パージ部
スタンドパイプ３６と脱着部ライザー３５の間に弁３８
が設けられている。なお、呼び名を簡単にするため「吸
着部スタンドパイプ３３」を単に「パイプ３３」とい
う。ライザーなどについても、同様に「ライザー３２」
などという。
【００２１】また、乾燥炭酸ガス含有ガス供給管路３９
は、管路４０および管路４３を吸着系ライザー３２およ
びパイプ３３に接続する。更にサイクロン３１に非吸着
ガス放出管路４１が設けられ、サイクロン３４には脱着
された分離炭酸ガス採取管路４２が設けられる。次に、
かかる本発明の炭酸ガス分離装置の操作法について説明
する。
【００２２】炭酸ガス含有ガスが後記実施例に示すよう
に燃焼排ガスである場合は、通常、５〜１５％の水分を
含有し、この水分は後述する炭酸ガス分離装置における
ゼオライトに極めて強く吸着され、ゼオライトの炭酸ガ
ス吸着能を低下させる。従って、水分の多い炭酸ガス含
有ガスを処理する場合には、炭酸ガス吸着量低下を補う
ために、破砕損耗量を上廻る量のゼオライトの抜出補填
が必要になる場合がある。それ故、この例においては炭
酸ガス含有ガスを予め乾燥し、更に乾燥炭酸ガス含有ガ
スを温度５０℃以下、1 〜２ａｔｍとしたものを本発明
の炭酸ガス分離装置に供給する。
【００２３】炭酸ガス含有ガスの乾燥装置としては通常
使用されているものを使用することができ、たとえば後
述するような加圧冷却装置と、更に高乾燥させるための
脱水剤または水分離膜使用の脱水装置との併用を挙げる
ことができる。乾燥した乾燥炭酸ガス含有ガスは供給管
路３９及び管路４０を経て炭酸ガス吸着系のサイクロン
３１に至たるライザー３２に、および管路４３を経てパ
イプ３３に供給する。上記のとおり、パイプ３３−ライ
ザー３２−サイクロン３１−パイプ３６−ライザー３５
−サイクロン３４、そして再びパイプ３３に至る回路内
には、粒子状ゼオライト系吸着剤の流動循環回路が形成
されており、供給された乾燥原料ガス中の炭酸ガスは吸
着系のパイプ３３およびライザー３２で粒子状ゼオライ
ト系吸着剤に吸着され、パイプ３６にて、リサイクルガ
スで炭酸ガス以外の成分をパージした後に、ライザー３
５において脱着され、サイクロン３４で炭酸ガスが回収
され、回収炭酸ガスは管路４２、ポンプ４４により回収
される。ポンプ４４は主として真空ポンプを用い、脱着
系Ｂを減圧可能にする。
【００２４】炭酸ガス分離後のオフガス、主として窒素
ガスは、サイクロン３１から管路４１により系外に排出
される。なおパイプ３３及びライザー３２には、それぞ
れ流動吸着剤およびガスの冷却用熱交換器４５、４６が
設置され、パイプ３６およびライザー３５には、それぞ
れ流動吸着剤およびガスの加熱用熱交換器４７，４８が
設けられる。
【００２５】ここで、炭酸ガスの吸着が行われる炭酸ガ
ス吸着系Ａでは、熱交換器４６より下部のパイプ３３お
よびライザー３２内の吸着剤温度は５０℃以下に保持さ
れると共に、ライザー３２内の圧力は１〜２ａｔｍに保
持される。一方、脱着系Ｂでは、熱交換器４７より下部
のパイプ３６および管路ライザー３５内の吸着剤の温度
は１００〜３５０℃、好ましくは１００〜２５０℃に保
持されると共に、サイクロン３４内の圧力は２０〜７６
０ｍｍＨｇに設定される。
【００２６】そして減圧系であるサイクロン３４から加
圧系であるサイクロン３１へ粒子状ゼオライト系吸着剤
が流動循環するので、パイプ３３には吸着剤の高密度層
（４５０〜８００ｋｇ／ｍ3 ）を、更にライザー３２に
は希薄層（５０〜２００ｋｇ／ｍ3 ）を形成し、そのヘ
ッド差圧で圧力バランスを保持する。従って、圧力バラ
ンスを保持するために、パイプ３３の下部、上部のレベ
ル差をほぼ１０〜３０ｍとすることによって、サイクロ
ン３４からサイクロン３１への吸着剤の循環が可能とな
る。
【００２７】また、管路４３からパイプ３３下部に供給
される乾燥原料ガスは、吸着剤の流動化ガスとして機能
する。流動化ガス中の炭酸ガスは吸着剤に吸着される
が、一部の窒素は炭酸ガスを回収するサイクロン３４に
リークするので、回収炭酸ガスの純度を向上させるため
には流動化ガスの量は可能な限り少なくするのが好まし
い。
【００２８】また、回収炭酸ガスの純度を上げるために
は、流動化ガスとして供給される原料ガス中の炭酸ガス
がパイプ３３で吸着剤に吸着されない条件、すなわちサ
イクロン３４からパイプ３３へ循環する吸着剤の温度を
上げるか、あるいは圧力を下げるなどの操作で流動化ガ
ス量を低減させる必要がある。または、同様の条件で流
動化ガスに回収炭酸ガスを用いる（管路４９）などの操
作が考えられる。いずれも炭酸ガス分離の所要エネルギ
ーが増大することを意味するが、炭酸ガスの純度と所要
エネルギーとはトレードオフ関係にあるので、目的に応
じた条件を設定する必要がある。
【００２９】なお、管路３９における炭酸ガス含有ガス
（原料ガス）の乾燥度が大きい場合でも、流動循環中の
吸着剤の吸水度は微少であるが、長期間使用で吸水度が
増加する、また原料ガス乾燥度の不十分の場合、急速に
吸水度が増加する、等の対策としては、脱着系の保持温
度を２００℃以上、保持圧力を５０ｍｍＨｇ以下にすれ
ば炭酸ガス脱着と同時に脱水が行なわれ、吸着剤抜出し
補填を行なわずに吸着剤の吸水度を極微にすることがで
きる。原料ガス露点を高くする場合は、原料ガスが分離
装置へ導入される前の脱水のための乾燥装置および必要
エネルギーは小さくなるが、分離装置の脱水エネルギー
が大きくなるので、実際には乾燥装置に入る前の原料ガ
スの含水量を含めた全装置の経済性を勘案して分離装置
入口原料ガスの露点を決めることになる。
【００３０】サイクロン３１でオフガスと分離された吸
着剤には、炭酸ガスと共に窒素ガスも吸着されているの
で、パイプ３６の下部から、回収炭酸ガスの一部をコン
プレッサー５０および管路５１により供給し、吸着窒素
ガスを炭酸ガスに置換する。すなわち、パイプ３６の下
部では吸着剤に吸着されているガスはほとんど炭酸ガス
のみとなる。
【００３１】そして、パイプ３６の下部では還流炭酸ガ
スが、上部では置換された窒素ガスが流動化ガスの役割
を果たすので、管路全域で良好な流動状態を得ることが
できる。一方、脱着系Ｂでは、熱交換器４７および４８
で加熱され、ライザー３５を上昇していく間に系が減圧
されるので、サイクロン３４で吸着されていた炭酸ガス
はほとんど脱着され、上記のようにポンプ４４で回収さ
れる。なお、パイプ３６とライザー３５との間には弁３
８が設けられている。そして、ライザー３５の下部で炭
酸ガスの脱着が開始され、ライザー３５の上部に行くに
つれて脱着量が大きくなるので、管路５２からリフト用
のガスを導入する必要はほとんど無い。脱着により吸着
力を回復した微粒子状吸着剤は、吸着系Ａのパイプ３３
を経て吸着系Ａに供給される。
【００３２】図１０は本発明における炭酸ガス含有ガス
を脱水乾燥させるための炭酸ガス含有ガス脱水装置の一
例である。この脱水装置は、炭酸ガス含水ガスの加圧冷
却装置６１と炭酸ガス含有ガスを更に脱水するための脱
水剤または水分離膜使用の脱水塔６２とからなり、まず
原料ガス（炭酸ガス含有ガス）をコンプレッサー６３で
圧縮し、冷却器６４で冷却後に脱水器６５で冷却水分離
を行なう。脱水された水は管路６６から排出する。この
加圧、冷却操作で原料ガス中の水分の４／５〜９／１０
を除去する。次いで脱水剤を充填した脱水塔６２で残存
する水分を脱水し、炭酸ガス含有ガスを乾燥する。脱水
剤を充填した脱水塔６２のかわりに水分離膜を使用して
も良い。乾燥した炭酸ガス含有ガスは管路６７から取り
出される。この乾燥ガスは、通常２〜１０ａｔｍの圧力
を有しているので、脱圧して前記炭酸ガス分離装置に供
給するが、このときエクスパンダー６８を用いて脱圧す
ると、動力回収が可能になると共に、ガス温度が最低−
６０℃程度にまで冷却されるので炭酸ガス分離装置の炭
酸ガスの吸着分離に有効である。この乾燥ガスを管路３
９および４０（図９）を経て前記炭酸ガス分離装置の炭
酸ガス吸着系Ａのサイクロン３１に至るライザー３２
に、および管路４３を経てパイプ３３に供給する（図
９）。
【００３３】なお、炭酸ガス含有ガス脱水装置は、図１
０に示す装置に限定されるものではなく、炭酸ガス含有
ガスを必要露点、温度５０℃以下、１〜２ａｔｍで炭酸
ガス含有ガスを炭酸ガス分離装置に供給可能であれば、
いかなる脱水装置であっても良い。本発明において使用
されるゼオライト系吸着剤粒子は、従来から使用されて
いた各種ゼオライト系吸着剤、たとえばＸ型、Ｙ型、Ａ
型、または特開昭６４−２４０１４号記載の石炭灰型等
のいづれを用いても良いが、循環流動した状態で使用す
るため、球状で平均粒径３０〜１５０μｍに成型したも
のを用いる。また吸脱着の効率を高めるために吸着剤中
のゼオライト含有量が２０重量％以上、好ましくは５０
重量％以上のものを使用する。更に吸着剤の長寿命化を
はかるために、噴流法（化学工業社、１９８７年発行の
化学工学協会編「流動床反応装置」第３２頁記載の方
法）によって測定した損耗率が５重量％／１５時間以
下、好ましくは２重量％／１５時間以下のものを使用す
る。
【００３４】かかる吸着剤の性状の一例を下記表１に示
す。
【００３５】
【表１】
【００３６】炭酸ガス吸着系Ａにおいては、原料ガス中
の９／１０以上の炭酸ガスが吸着剤に吸着されるので管
路４１から排出されるガスの性状は、下記表２に示すよ
うに、ほとんど窒素ガスである。以下、本発明の炭酸ガ
ス分離方法の実施例を図９により述べる。
【００３７】
【実施例】露点が−１０℃以下になるまで乾燥した炭酸
ガス含有ガス（ガス成分流Ｇ１）を温度５０℃、圧力
２．０ａｔｍ（ａｂｓ．）で管路３９から管路４０を経
てライザー３２に供給した（ガス成分流Ｇ２）。前記ラ
イザー３２は高さが１６ｍで、管内径が１６ｍｍの管で
形成され、そこのガス流量は２ｍ3 ／ｈｒである。ま
た、乾燥炭酸ガス含有ガスの一部を流動化ガスとして管
路４３によりパイプ３３の下部に供給した（ガス成分流
Ｇ３）。
【００３８】供給原料ガスはサイクロン３１に至る間に
おいてライザー３２の管内を流動する吸着剤により吸着
される（ガス成分流Ｇ４）。吸着されなかった窒素ガス
はサイクロン３１から排出される（ガス成分流Ｇ５）。
炭酸ガスを吸着した吸着剤（ガス成分流Ｇ６）は、脱着
系Ｂのパイプ３６の熱交換器４７により加熱され、管路
５１により供給される還流炭酸ガス（ガス成分流Ｇ１
１）にて窒素ガスをパージした後にライザー３５の下部
へ送られ、さらに還流炭酸ガスの一部が必要により管路
５２から供給され（ガス成分流Ｇ７）、混合された後に
（ガス成分流Ｇ８）、炭酸ガス脱着が行われながらサイ
クロン３４において炭酸ガス（ガス成分流Ｇ１０）が回
収された後に、吸着力を回復した吸着剤はパイプ３３を
経て再び吸着系Ａに循環される（ガス成分流Ｇ９）。脱
着部ライザー３５の高さは２１ｍで、その管の内径は４
０ｍｍである。
【００３９】回収炭酸ガス（ガス成分流Ｇ１２）の一部
は、還流炭酸ガス（ガス成分流Ｇ１１）としてパイプ３
６の下部およびライザー３５の下部にそれぞれ管路５
１、５２を経て供給される。上記各ガス成分流の性状を
表２に示す。なお、ガス成分流の性状には、気体のガス
の他に吸着剤に吸着されたガス成分も含めている。この
場合、管路５２から還流炭酸ガスを供給しなかったの
で、ガス成分流Ｇ７の組成は０．０となっている。
【００４０】また使用した粒子ゼオライト系吸着剤の組
成を下記表３に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
【発明の効果】本発明の方法及び装置によれば、下記の
効果を奏することができる。 （１）吸着剤粒子を流動循環する系で吸着・脱着を行う
ため、ガスの処理能力が大きく、大量のガスを処理する
ことができ、かつ連続的に行うことができる。特に吸着
剤粒子が流動循環する系の径を変えることにより大量の
ガスの処理に対応することができる。 （２）吸着剤の流動循環にさいして、吸着と脱着におけ
る圧力差による吸着量の変動を最大限に利用することが
でき、かつ必要により温度差によるガス吸着量の変動を
も利用することにより処理能力を大きくすることができ
る。特に、脱着系を常圧よりも減圧にした場合には、一
層その圧力差による吸着量の変動を最大限に利用するこ
とができ、高能率化する。 （３）系内の粒子層による圧力損失が小さいので、バッ
チ式のＰＳＡプロセスに較べて所要動力が小さい。 （４）プロセスの主要部が管などで構成することができ
るため、流体の加熱、冷却、熱交換が効率的に行なえる
ので、温度操作による吸脱着操作が効果的に行なえる。 （５）処理ガス量の増減に対しては、使用する管径の増
減で対応が可能でありスケールアップが極めて容易であ
る。従って、排ガス中の炭酸ガス分離に用いる場合、小
規模ボイラーの排ガスからセメント工場の生成ガス、さ
らに火力発電排ガスのような大容量ガスの処理が可能で
あり、極めて環境対策に適したプロセスである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念を表わした図を示す。
【図２】ＢＰＬ活性炭の窒素、酸素吸着を表わすグラフ
を示す。
【図３】コロンビア活性炭の２５℃における低級炭化水
素の吸着を表わすグラフを示す。
【図４】ゼオライト−ＣＯ2 系吸着等温線を表わすグラ
フを示す。
【図５】エチレン−アセチレン系吸着ｘ−ｙ線図を示
す。
【図６】Ｘ−Ｙ線図における分離係数の影響を表わした
グラフを示す。
【図７】本発明の１型式であるガス分離装置の概要図で
ある。
【図８】本発明の別の型式であるガス分離装置の概要図
を示す。
【図９】本発明の炭酸ガス分離装置の概要図を示す。
【図１０】炭酸ガス含有ガス脱水装置の一例の概要図を
示す。
【符号の説明】
１ 原料ガス ２ 吸着部ライザー ３ サイクロン ４ 副生ガス ５ パージ部スタンドパイプ ６ 脱着部ライザー ７ サイクロン ８ 吸着部スタンドパイプ ９ 製品ガス １０ パージ用リサイクルガス １１ 原料ガス １２ 吸着部ライザー １３ 吸着塔 １４ サイクロン １５ 副生ガス １６ パージ部スタンドパイプ １７ 脱着部ライザー １８ 脱着塔 １９ サイクロン ２０ 製品ガス ２１ 吸着部スタンドパイプ ２２ パージ部リサイクルガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶山 隆一郎 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 岡田 佳巳 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 廣濱 誠也 神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番 １号 千代田化工建設株式会社内 (72)発明者 柴垣 鉄夫 富山県富山市久方町２−54 北陸電力株式 会社技術研究所内 (72)発明者 串田 利夫 富山県富山市久方町２−54 北陸電力株式 会社技術研究所内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２以上の成分からなるガスを、吸着剤粒
    子が流動循環している系の吸着系に導入して、常圧ない
    し加圧下において分離対象の成分を吸着剤粒子に吸着さ
    せ、吸着後の吸着剤粒子を脱着系に輸送させ、吸着系よ
    りも圧力が低い、又は圧力が低くかつ温度が高い脱着系
    において、吸着剤粒子からそれに吸着されている成分を
    脱着させることを特徴とするガス分離方法。
  2. 【請求項２】 前記脱着系における圧力が減圧下である
    ことを特徴とする請求項１記載のガス分離方法。
  3. 【請求項３】 吸着系の最高圧力と脱着系の最低圧力と
    の差が２００ｍｍＨｇ以上２ａｔｍ以下であることを特
    徴とする請求項１又は請求項２記載のガス分離方法。
  4. 【請求項４】 吸着系から脱着系へ吸着剤粒子を輸送す
    る経路の途中に脱着した成分ガスの一部を導入すること
    を特徴とする請求項１記載のガス分離方法。
  5. 【請求項５】 吸着される分離対象の成分の他の成分に
    対する分離係数が３以上である吸着剤を使用することを
    特徴とする請求項１又は請求項２記載のガス分離方法。
  6. 【請求項６】 炭酸ガス含有ガスを吸着剤粒子が流動循
    環している系に導入して１〜２ａｔｍ（ａｂ．）で炭酸
    ガスを吸着剤に吸着させ、非吸着ガスを分離した後に該
    吸着済吸着剤粒子から２０〜７６０ｍｍＨｇ（ａｂ．）
    で炭酸ガスを脱着させることを特徴とする炭酸ガス分離
    方法。
  7. 【請求項７】 前記吸着剤がゼオライト系吸着剤であ
    り、炭酸ガスの吸着剤への吸着が５０℃以下、１〜２ａ
    ｔｍ（ａｂ．）で行われ、吸着済吸着剤からの炭酸ガス
    の脱着が１００〜３５０℃で行われることを特徴とする
    請求項６記載の炭酸ガス分離方法。
  8. 【請求項８】 ２以上の成分からなるガスから分離対象
    の成分を分離する装置であって、ガス吸着系とガス脱着
    系とからなり、ガス吸着系は、該２以上の成分からなる
    ガスを導入する、吸着剤粒子が流動している吸着部と、
    吸着部に接続した、ガスと吸着剤粒子が流入し分離する
    サイクロンと、サイクロンから吸着剤粒子を脱着部へ送
    る輸送管と、サイクロンに設けた吸着処理後のガスの排
    出管とを有し、脱着系は、圧力が吸着部の圧力より低く
    維持された、吸着剤粒子が流動している脱着部と、脱着
    部に接続したガスと吸着剤粒子が流入するサイクロン
    と、サイクロンから脱着済吸着剤粒子を吸着部へ送る輸
    送管と、サイクロンに設けた分離ガスの排出管とを有す
    ることを特徴とするガス分離装置。
  9. 【請求項９】 前記２以上の成分からなるガスが炭酸ガ
    ス含有ガスであり、前記分離対象成分が炭酸ガスであ
    り、前記吸着剤粒子がゼオライト系吸着剤粒子であるこ
    とを特徴とする請求項８記載のガス分離装置。
  10. 【請求項１０】 前記脱着系のサイクロンから前記吸着
    部への吸着剤粒子輸送管の上下レベル差が１０〜３０ｍ
    であり、前記吸着部が、ゼオライト系吸着剤粒子の４５
    ０〜８００Ｋｇ／ｍ3 の高密度層と、５０〜２００Ｋｇ
    ／ｍ3 の低密度層を有する請求項９記載のガス分離装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記ゼオライト系吸着剤粒子のゼオラ
    イト含有量が２０重量％以上、損耗率が５重量％／１５
    時間以下である請求項９又は請求項１０記載のガス分離
    装置。
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