(57)【要約】【課題】一酸化炭素ガスの収率の向上と塩化水素の発生の抑制とが両立された、一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含む原料ガスからの一酸化炭素ガスの分離装置および分離方法を提供すること。【解決手段】原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得る第１分離装置と、少なくとも第１精製ガスを含む第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着する第２分離装置と、一酸化炭素ガスを含むリサイクルガスを第２分離装置から導出するリサイクルガス導出配管と、加圧されたリサイクルガスを得るための加圧手段と、加圧されたリサイクルガスを第１精製ガスに合流させて第１混合ガスを得るためのリサイクルガス導入配管と、第２分離装置に吸着された一酸化炭素ガスを導出するための一酸化炭素ガス導出配管と、を備える一酸化炭素ガスの分離装置が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含む原料ガスから一酸化炭素ガスを分離する一酸化炭素ガスの分離装置であって、
前記原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得るための第１分離装置と、
少なくとも前記第１精製ガスを含むガスである第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着する第２分離装置と、
一酸化炭素ガスを含むガスであるリサイクルガスを前記第２分離装置から導出するリサイクルガス導出配管と、
前記リサイクルガス導出配管を介して導出された前記リサイクルガスを加圧し、加圧された前記リサイクルガスを得るための加圧手段と、
加圧された前記リサイクルガスを前記第２分離装置の上流に導入し、加圧された前記リサイクルガスを前記第１精製ガスに合流させて前記第１混合ガスを得るためのリサイクルガス導入配管と、
前記第２分離装置に吸着された一酸化炭素ガスを導出するための一酸化炭素ガス導出配管と、を備える一酸化炭素ガスの分離装置。
【請求項２】
前記第１分離装置および前記第２分離装置は、圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）を備える、請求項１に記載の一酸化炭素ガスの分離装置。
【請求項３】
前記第１分離装置は、炭酸ガスおよび水分を吸着除去するための吸着剤としてゼオライト、活性アルミナ、および活性炭からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１または請求項２に記載の一酸化炭素ガスの分離装置。
【請求項４】
前記第２分離装置は、一酸化炭素ガスを吸着するための吸着剤として塩化銅を担持したゼオライト、塩化銅を担持した活性アルミナ、および塩化銅を担持した活性炭らなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の一酸化炭素ガスの分離装置。
【請求項５】
前記原料ガスが、高炉から導出される排ガスである、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の一酸化炭素ガスの分離装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の一酸化炭素ガスの分離装置を用いた一酸化炭素ガスの分離方法であって、
前記原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得る第１分離工程と、
少なくとも前記第１精製ガスを含むガスである第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素を吸着する第２分離工程と、
一酸化炭素ガスを含むガスであるリサイクルガスを前記第２分離装置から導出するリサイクルガス導出工程と、
前記リサイクルガス導出工程にて導出された前記リサイクルガスを加圧し、加圧された前記リサイクルガスを得るための加圧工程と、
加圧された前記リサイクルガスを前記第２分離装置の上流に導入し、加圧された前記リサイクルガスを前記第１精製ガスに合流させて前記第１混合ガスを得るリサイクルガス導入工程と、
前記第２分離装置に吸着された一酸化炭素ガスを導出する一酸化炭素ガス導出工程と、を備える一酸化炭素ガスの分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一酸化炭素ガスの分離装置および一酸化炭素ガスの分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、浸炭処理等の金属表面処理の雰囲気ガスや、ポリウレタン・ポリカーボネート等の製造原料として、一酸化炭素ガスが用いられている。
【０００３】
特開２０１３−１７０１０２号公報（特許文献１）は、一酸化炭素ガスと少なくとも水素ガス、二酸化炭素ガス（炭酸ガス）、および炭化水素ガスからなる不純物とを成分とする原料ガスから、一酸化炭素を分離して回収する方法を開示している。特許文献１は、一酸化炭素の分離のために、モルデナイト型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、活性炭、Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト等の吸着剤を用いることを開示している。
【０００４】
特開２００９−２２６２５７号公報（特許文献２）は、二酸化炭素ガス（炭酸ガス）、窒素ガス、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含む高炉ガスから、一酸化炭素ガスを分離して回収する方法を開示している。特許文献２は、一酸化炭素ガスの分離のために、活性炭や塩化銅を添着した活性炭を用いることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７０１０２号公報
【特許文献２】特開２００９−２２６２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高炉から導出される排ガス（以下、単に「高炉ガス」とも記載される）は、一般的に少なくとも一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含む傾向にある。そのため、係る高炉ガスから一酸化炭素ガスを高回収率で分離することが望まれている。しかしながら、一酸化炭素ガスと窒素ガスはその分子的性質が類似している。したがって、高炉ガスから高純度の一酸化炭素ガスを高回収率で分離することは困難であることが知られている。
【０００７】
特許文献１に開示される方法では、窒素ガスと一酸化炭素ガスとの分離が困難であると考えられる。特許文献２に開示される方法は、一酸化炭素ガスを吸着するために塩化銅を添着した活性炭を用いている。ここで、高炉ガスは上述の通り水分を含有する傾向にある。塩化銅と水分が接触した場合、塩化銅を添着した活性炭の一酸化炭素吸着能が低下する懸念がある。加えて、塩化銅と水分とが反応し、塩化水素が発生する可能性がある。塩化水素により、装置が腐食する懸念がある。
【０００８】
本開示の目的は、一酸化炭素ガスの回収率の向上と塩化水素の発生の抑制とが両立された、一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含む原料ガスからの一酸化炭素ガスの分離装置および分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、以下に示す一酸化炭素ガスの分離装置および一酸化炭素ガスの分離方法を提供する。
【００１０】
［１］  少なくとも一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含む原料ガスから一酸化炭素ガスを分離する一酸化炭素ガスの分離装置であって、前記原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得るための第１分離装置と、少なくとも前記第１精製ガスを含むガスである第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着する第２分離装置と、一酸化炭素ガスを含むガスであるリサイクルガスを前記第２分離装置から導出するリサイクルガス導出配管と、前記リサイクルガス導出配管を介して導出された前記リサイクルガスを加圧し、加圧された前記リサイクルガスを得るための加圧手段と、加圧された前記リサイクルガスを前記第２分離装置の上流に導入し、加圧された前記リサイクルガスを前記第１精製ガスに合流させて前記第１混合ガスを得るためのリサイクルガス導入配管と、前記第２分離装置に吸着された一酸化炭素ガスを導出するための一酸化炭素ガス導出配管と、を備える一酸化炭素ガスの分離装置。
【００１１】
［２］  前記第１分離装置および前記第２分離装置は、圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）を備える、［１］に記載の一酸化炭素ガスの分離装置。
【００１２】
［３］  前記第１分離装置は、炭酸ガスおよび水分を吸着除去するための吸着剤としてゼオライト、活性アルミナ、および活性炭からなる群から選択される少なくとも１つを含む、［１］または［２］に記載の一酸化炭素ガスの分離装置。
【００１３】
［４］  前記第２分離装置は、一酸化炭素ガスを吸着するための吸着剤として塩化銅を担持したゼオライト、塩化銅を担持した活性アルミナ、および塩化銅を担持した活性炭からなる群から選択される少なくとも１つを含む、［１］〜［３］のいずれかに記載の一酸化炭素ガスの分離装置。
【００１４】
［５］  前記原料ガスが、高炉から導出される排ガスである、［１］〜［４］のいずれかに記載の一酸化炭素ガスの分離装置。
【００１５】
［６］  ［１］〜［５］のいずれかに記載の一酸化炭素ガスの分離装置を用いた一酸化炭素ガスの分離方法であって、前記原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得る第１分離工程と、少なくとも前記第１精製ガスを含むガスである第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素を吸着する第２分離工程と、一酸化炭素ガスを含むガスであるリサイクルガスを前記第２分離装置から導出するリサイクルガス導出工程と、前記リサイクルガス導出工程にて導出された前記リサイクルガスを加圧し、加圧された前記リサイクルガスを得るための加圧工程と、加圧された前記リサイクルガスを前記第２分離装置の上流に導入し、加圧された前記リサイクルガスを前記第１精製ガスに合流させて前記第１混合ガスを得るリサイクルガス導入工程と、前記第２分離装置に吸着された一酸化炭素ガスを導出する一酸化炭素ガス導出工程と、を備える一酸化炭素ガスの分離方法。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば、一酸化炭素ガスの回収率の向上と塩化水素の発生の抑制とが両立された、一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含む原料ガスからの一酸化炭素ガスの分離装置および分離方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、一酸化炭素ガスを分離するための装置構成の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施の形態を示しながら本開示について詳細に説明する。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１９】
＜一酸化炭素ガスの分離装置＞
図１は、本開示に係る一酸化炭素ガスを分離するための装置構成の一例を示す概略図である。一酸化炭素ガスの分離装置１００は、第１分離装置５０と、第２分離装置７０と、リサイクルガス導出配管６１と、加圧手段６０と、リサイクルガス導入配管６２と、一酸化炭素ガス導出配管６４とを含む。
【００２０】
《原料ガス》
本明細書において「原料ガス」とは、少なくとも一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含むガスを示す。図１を参照して、原料ガスは原料ガス導入配管４０を介して第１分離装置５０へと導入される。原料ガスは、少なくとも一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含むガスであれば特に限定されない。原料ガスは、一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含む限り、たとえば水素ガス等の他のガスを含んでもよい。たとえば、高炉ガスを原料ガスとして用いてもよい。原料ガスは、図示しない加圧手段により加圧されてもよい。
【００２１】
《第１分離装置》
第１分離装置５０は、原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得るための装置である。すなわち、本開示に係る一酸化炭素ガスの分離装置１００は、原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得るための第１分離装置５０を含んでいる。第１分離装置５０は、原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去できる限り特に制限されない。第１分離装置５０は、たとえば圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）であってもよい。以降は、第１分離装置５０がＰＳＡである場合についての説明を行う。
【００２２】
図１においては、第１分離装置５０は４つの吸着塔を含むＰＳＡ（ＰＳＡ５０ａ，ＰＳＡ５０ｂ，ＰＳＡ５０ｃ，ＰＳＡ５０ｄ）により構成されている。第１分離装置５０は、原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去するための吸着剤を含んでいる。第１分離装置５０（すなわち、ＰＳＡ）に用いられる吸着剤は、たとえばゼオライト、活性アルミナ、活性炭、シリカゲル等であってもよい。１種の吸着剤が単独で第１分離装置５０（すなわち、ＰＳＡ）に充填されてもよい。複数の吸着剤が組み合わされて第１分離装置５０（すなわち、ＰＳＡ）に充填されてもよい。なお、図１には、第１分離装置５０として４つの吸着塔が並列に配置されているが、吸着塔の数は必ずしも４つである必要は無い。
【００２３】
ＰＳＡは、典型的には（１）吸着工程、（２）大気排気工程、（３）回収工程、および（４）復圧工程を順次繰り返す。たとえば、ＰＳＡ５０ａを吸着工程とし、ＰＳＡ５０ｂを大気排気工程とし、ＰＳＡ５０ｃを回収工程とし、ＰＳＡ５０ｄを復圧工程とし、それぞれのＰＳＡにおいて上記（１）〜（４）の工程を順次繰り返してもよい。以下に、上記（１）〜（４）の工程、およびその他の工程を説明する。
【００２４】
（１）吸着工程
吸着工程とは、吸着剤が充填されたＰＳＡ５０ａに原料ガスを導入し、原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得る工程である。すなわち第１分離装置５０における吸着工程は、第１分離工程に該当する。第１精製ガスは、第１精製ガス導出配管４２を介してＰＳＡ５０ａから導出される。吸着工程は、たとえば０．２ＭＰａＧ以上０．９ＭＰａＧ以下で行ってもよい。所定量の炭酸ガスおよび水分がＰＳＡ５０ａに導入されるまでを、吸着工程としてもよい。
【００２５】
（２）大気排気工程
大気排気工程は、上記吸着工程を経た状態であるＰＳＡ５０ｂからガスを排出することにより、ＰＳＡ５０ｂの圧力を略大気圧まで減圧する工程である。たとえばＰＳＡ５０ｂの圧力が略大気圧となるまでを大気排気工程としてもよい。
【００２６】
（３）回収工程
回収工程は、上記大気排気工程を経た状態であるＰＳＡ５０ｃをたとえば第１真空ポンプ４１により負圧まで減圧し、吸着剤に吸着させた炭酸ガスおよび水分等を脱着することによりオフガスとして回収する工程である。回収工程は、たとえば−０．１ＭＰａＧ以上−０．０１ＰａＧ以下で行われてもよい。回収されたオフガスは、たとえばフレアスタックに導入されてもよい。ＰＳＡ５０ｃから導出されるオフガスの流量（Ｎｍ３／ｈ）が所定の値になるまでを回収工程としてもよい。
【００２７】
（４）復圧工程
復圧工程は、上記回収工程を経た状態であるＰＳＡ５０ｄに有圧のガスを導入し、次に行われる工程である吸着工程を行うための圧力まで復圧させる工程である。有圧のガスとしては、たとえば吸着工程ＰＳＡ５０ａから導出された第１精製ガスの一部を用いてもよい。たとえばＰＳＡ５０ｄの圧力が吸着工程における運転圧力に達するまでを復圧工程としてもよい。
【００２８】
《第２分離装置》
第２分離装置７０は、少なくとも上述の第１精製ガスを含むガスである第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着する装置である。すなわち、本開示に係る一酸化炭素ガスの分離装置１００は、少なくとも第１精製ガスを含むガスである第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着する第２分離装置７０を含んでいる。第２分離装置７０は第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着できる限り特に制限されない。第２分離装置７０は、たとえば圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）であってもよい。以降は、第２分離装置７０がＰＳＡである場合についての説明を行う。
【００２９】
図１においては、第２分離装置７０は４つの吸着塔を含むＰＳＡ（ＰＳＡ７０ａ，ＰＳＡ７０ｂ，ＰＳＡ７０ｃ，ＰＳＡ７０ｄ）により構成されている。第２分離装置７０は、第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着するための吸着剤を含んでいる。第２分離装置７０（すなわち、ＰＳＡ）に用いられる吸着剤は、塩化銅を担持したゼオライト、塩化銅を担持した活性アルミナ、および塩化銅を担持した活性炭からなる群から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。第２分離装置７０（すなわち、ＰＳＡ）の吸着剤として上記の吸着剤を用いることにより、第１混合ガスに含まれる窒素ガスと一酸化ガスとの分離が効率的に行われるものと期待される。上記の吸着剤と、ゼオライト、活性アルミナ、活性炭、およびシリカゲル等とが組み合わされたものが第２分離装置７０（すなわち、ＰＳＡ）の吸着剤として用いられてもよい。なお、図１には、第２分離装置７０として４つの吸着塔が並列に配置されているが、吸着塔の数は必ずしも４つである必要は無い。
【００３０】
上述の通り、ＰＳＡは、典型的には（１）吸着工程、（２）大気排気工程、（３）回収工程、および（４）復圧工程を順次繰り返す。たとえば、ＰＳＡ７０ａを吸着工程とし、ＰＳＡ７０ｂを大気排気工程とし、ＰＳＡ７０ｃを回収工程とし、ＰＳＡ７０ｄを復圧工程とし、それぞれのＰＳＡにおいて上記（１）〜（４）の工程を順次繰り返してもよい。以下に、上記（１）〜（４）の工程、およびその他の工程を説明する。
【００３１】
（１）吸着工程
吸着工程とは、吸着剤が充填されたＰＳＡ７０ａに第１精製ガスを含むガスである第１混合ガスを導入し、第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着する工程である。すなわち、第２分離装置７０における吸着工程は、第２分離工程に該当する。吸着工程は、たとえば０．１８ＭＰａＧ以上０．８８ＭＰａＧ以下で行ってもよい。所定量の一酸化炭素ガスがＰＳＡ７０ａに導入されるまでを、吸着工程としてもよい。少なくとも一酸化炭素ガスが吸着された第１混合ガスは、オフガス導出配管６３を介して分離装置１００の系外にオフガスとして排出される。
【００３２】
（２）大気排気工程
大気排気工程は、上記吸着工程を経た状態であるＰＳＡ７０ｂからガスを排出することにより、ＰＳＡ７０ｂの圧力を略大気圧まで減圧する工程である。たとえばＰＳＡ７０ｂの圧力が略大気圧となるまでを大気排気工程としてもよい。なお、ＰＳＡ７０ｂから排出されるガスは一酸化炭素ガスを含むガスであり、好ましくは一酸化炭素を主体とするガスである。なお、「一酸化炭素ガスを主体とするガス」とは、ガスに占める一酸化炭素ガスの割合が５０ｍｏｌ％以上であるガスを示す。そのため、係るガスを回収し、再度第２分離装置７０に導入することにより、一酸化炭素ガスの回収率が向上するものと期待される。
【００３３】
（３）回収工程
回収工程は、上記大気排気工程を経た状態であるＰＳＡ７０ｃをたとえば第２真空ポンプ６５により負圧まで減圧し、吸着剤に吸着させた一酸化炭素ガスを脱着させ、一酸化炭素ガスを一酸化炭素ガス導出配管６４を介して回収する工程である。すなわち、第２分離装置７０における回収工程は、一酸化炭素ガス導出工程に該当する。回収工程は、たとえば−０．１ＭＰａＧ以上−０．０１ＰａＧ以下で行われてもよい。回収された一酸化炭素ガスは、たとえば図示しない加圧手段により加圧された後、図示しない一酸化炭素ガスホルダーに貯蔵されてもよい。たとえば、ＰＳＡ７０ｃからの一酸化炭素ガスの流量（Ｎｍ３／ｈ）が所定の値になるまでを回収工程としてもよい。
【００３４】
（４）復圧工程
復圧工程は、上記回収工程を経た状態であるＰＳＡ７０ｄに有圧のガスを導入し、次に行われる工程である吸着工程を行うための圧力まで復圧させる工程である。有圧のガスとしては、たとえば吸着工程ＰＳＡ７０ａから導出されたオフガスの一部を用いてもよいし、図示しない一酸化炭素ガスホルダーに貯蔵されている有圧の一酸化炭素ガスを用いてもよい。たとえばＰＳＡ７０ｄの圧力が吸着工程における運転圧力に達するまでを復圧工程としてもよい。
【００３５】
（５）その他の工程（パージ工程）
本工程は、必要に応じて大気排気工程と回収工程との間に行われる工程である。本工程は、上記大気排気工程の後、ＰＳＡ７０ｂ内に一酸化炭素ガスを一酸化炭素ガスパージ配管６６を介して導入することにより、ＰＳＡ７０ｂ内の一酸化炭素ガス濃度を上昇させる工程である。本工程により、回収工程の前にＰＳＡ７０ｂ内の一酸化炭素ガス濃度を向上させることができる。これにより、ＰＳＡ７０ｂが回収工程に移行した際、高純度の一酸化炭素ガスがＰＳＡ７０ｂより回収されるものと考えられる。
【００３６】
《リサイクルガス導出配管》
上述の第２分離装置７０の大気排気工程においてＰＳＡ７０ｂから排出されるガスは、一酸化炭素ガスを含むガスであり、好ましくは一酸化炭素を主体とするガスである。本開示に係る一酸化炭素ガスの分離装置１００は、係るガスをリサイクルガスとしてＰＳＡ７０ｂから導出し、再利用するためのリサイクルガス導出配管６１を含む。すなわち本開示に係る一酸化炭素ガスの分離装置１００は、一酸化炭素ガスを含むガスであるリサイクルガスを第２分離装置７０から導出するリサイクルガス導出配管６１を含む。ＰＳＡ５０ｂ（すなわち、第２分離装置５０）から排出される一酸化炭素ガスを含むガスをリサイクルガスとして再利用することにより、一酸化炭素ガスの回収率が向上するものと期待される。
【００３７】
《加圧手段》
上述のリサイクルガス導出工程においてＰＳＡ７０ｂから導出されるリサイクルガスは、第２分離装置７０に導入される第１混合ガスと比して低圧である。そのため、リサイクルガスを再度第２分離装置７０に導入するため、リサイクルガス導出工程にて導出されたリサイクルガスを加圧し、加圧されたリサイクルガスを得るための加圧手段６０を備える。すなわち本開示に係る一酸化炭素ガスの分離装置１００は、リサイクルガス導出配管６１を介して導出されたリサイクルガスを加圧し、加圧されたリサイクルガスを得るための加圧手段６０を含む。
【００３８】
《リサイクルガス導入配管》
加圧手段６０により加圧されたリサイクルガスは、第２分離装置７０の上流にリサイクルガス導入配管６２を介して導入される。第２分離装置７０の上流に導入されたリサイクルガスは、第１分離装置５０から第１精製ガス導出配管４２を介して導出された第１精製ガスと合流し、第１混合ガスとなる。すなわち本開示に係る一酸化炭素ガスの分離装置１００は、加圧されたリサイクルガスを第２分離装置７０の上流に導入し、加圧されたリサイクルガスを第１精製ガスに合流させて第１混合ガスを得るためのリサイクルガス導入配管６２を含む。
【００３９】
《一酸化炭素ガス導出配管》
上述の第２分離装置７０の回収工程において、ＰＳＡ７０ｃから排出される一酸化炭素ガスは、一酸化炭素ガス導出配管６４を介して排出される。すなわち本開示に係る一酸化炭素ガスの分離装置１００は、第２分離装置７０に吸着された一酸化炭素ガスを導出するための一酸化炭素ガス導出配管６４を含む。
【００４０】
＜一酸化炭素ガスの分離方法＞
本開示に係る一酸化炭素ガスの分離方法は、以下の工程を含む。
（１）原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得る第１分離工程。
（２）第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着する第２分離工程。
（３）リサイクルガスを第２分離装置から導出するリサイクルガス導出工程。
（４）リサイクルガス導出工程にて導出されたリサイクルガスを加圧し、加圧されたリサイクルガスを得る加圧工程。
（５）加圧されたリサイクルガスを第２分離装置の上流に導入し、加圧されたリサイクルガスを第１精製ガスに合流させて第１混合ガスを得るリサイクルガス導入工程。
（６）第２分離装置に吸着された一酸化炭素ガスを導出する一酸化炭素ガス導出工程。
以下、図１を参照して、一酸化炭素ガスの分離方法の各工程について詳細に説明する。
【００４１】
《（１）第１分離工程》
本工程は、原料ガス中の少なくとも炭酸ガスおよび水分を吸着除去し、第１精製ガスを得る工程である。上述の通り、第１分離工程を行うための第１分離装置５０は、４つの吸着塔を含むＰＳＡから構成され得る。第１分離装置５０が４つの吸着塔を含むＰＳＡから構成される場合における各吸着塔の挙動、および吸着塔に含まれ得る吸着剤は、前述の通りである。
【００４２】
《（２）第２分離工程》
本工程は、少なくとも第１精製ガスを含むガスである第１混合ガス中の少なくとも一酸化炭素ガスを吸着する工程である。上述の通り、第２分離工程を行うための第２分離装置７０は、４つの吸着塔を含むＰＳＡから構成され得る。第２分離装置７０が４つの吸着塔を含むＰＳＡから構成される場合における各吸着塔の挙動、および吸着塔に含まれ得る吸着剤は、前述の通りである。
【００４３】
《（３）リサイクルガス導出工程》
本工程は、一酸化炭素ガスを含むガスであるリサイクルガスを第２分離装置７０からリサイクルガス導出配管６１を介して導出する工程である。本工程におけるリサイクルガスは、ＰＳＡの大気排気工程およびパージ工程において排出されるガスである。ＰＳＡがパージ工程を含む場合、ＰＳＡのパージに用いられた一酸化炭素ガスもリサイクルガスとして用いられる。ＰＳＡの大気排気工程において排出されるガスは、上述の通り一酸化炭素ガスを含むガスであり、好ましくは一酸化炭素を主体とするガスである。そのため、係るガスを回収し、再度第２分離装置７０に導入することにより、一酸化炭素ガスの回収率が向上するものと期待される。
【００４４】
《（４）加圧工程》
本工程は、リサイクルガス導出工程にて導出されたリサイクルガスを加圧手段６０にて加圧し、加圧されたリサイクルガスを得る工程である。上述のリサイクルガス導出工程において第２分離装置７０から導出されるリサイクルガスは、第２分離装置７０に導入される第１混合ガスと比して低圧である。そのため、リサイクルガスを再度第２分離装置７０に導入するため、リサイクルガス導出工程にて導出されたリサイクルガスを加圧し、加圧されたリサイクルガスとする必要がある。
【００４５】
《（５）リサイクルガス導入工程》
本工程は、加圧されたリサイクルガスを第２分離装置７０の上流に導入し、加圧されたリサイクルガスを第１精製ガスに合流させて第１混合ガスを得る工程である。図１に示す例においては、加圧されたリサイクルガスおよび第１精製ガスは第２分離装置７０の上流に配置された混合ガスホルダー８０に導入される。混合ガスホルダー８０内において、加圧されたリサイクルガスと第１精製ガスとが混合され、第１混合ガスが形成される。なお、図１には混合ガスホルダー８０が設けられる例が示されているが、混合ガスホルダー８０は必ずしも設けられる必要は無い。
【００４６】
《（６）一酸化炭素ガス導出工程》
本工程は、第２分離装置７０から一酸化炭素ガスを導出する工程である。本工程は、たとえば回収工程にあるＰＳＡから一酸化炭素ガス導出配管６４を介して一酸化炭素ガスを導出することにより行うことができる。以上のように、本開示に係る一酸化炭素ガスの分離方法は、少なくとも一酸化炭素ガス、炭酸ガス、窒素ガス、および水分を含む原料ガスから一酸化炭素ガスを分離することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例が説明される。ただし以下の例は、本開示の発明の範囲を限定するものではない。
【００４８】
＜一酸化炭素ガスの分離＞
《実施例１》
図１に記載の構成を有する装置が準備された。高炉から導出される排ガスである原料ガスが準備された。上述の一酸化炭素ガスの分離方法に従い、原料ガスより一酸化炭素ガスが分離された。図１における、ポイントＡ〜ポイントＣにおける組成等は、以下の表１に示されている。なお、第１分離装置５０に用いられた吸着剤は、ゼオライトおよび活性アルミナであり、第２分離装置７０に用いられた吸着剤は、塩化銅を担持した活性炭である。また、各ポイントにおける成分の分析はガスクロマトグラフィーにより行われた。
【００４９】
【表１】
2020050574.tif 000003
【００５０】
《比較例１》
加圧手段６０を設置しなかったこと、および加圧手段６０にリサイクルガスを導入しなかったことを除いては、実施例１と同様に一酸化炭素ガスが分離された。図１における、ポイントＡ〜ポイントＣにおける組成等は、以下の表２に示されている。
【００５１】
【表２】
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【００５２】
＜結果＞
表１に示されるように、実施例１に係る一酸化炭素ガスの分離装置１００を用いることにより、純度９９．１Ｖｏｌ％の一酸化炭素ガスを２．７３ＮＬ／ｍｉｎの流量で得ることができた。また、第２分離装置７０に導入される第１混合ガスにおける水分の量は、０．００１Ｖｏｌ％（１０ｐｐｍ）であった。そのため、塩化銅と水分とが反応し、塩化水素が発生する可能性が抑制されていた。すなわち、一酸化炭素ガスの回収率の向上と塩化水素の発生の抑制とが両立された、原料ガスからの一酸化炭素ガスの分離装置および分離方法が提供されることが示された。
【００５３】
実施例１においては、第１混合ガスに含まれる一酸化炭素ガスの約８８．５％が製品として回収された。換言すれば、実施例１における第２分離装置７０における一酸化炭素ガスの回収率は約８８．５％であった。対して、比較例１においては、第１混合ガスに含まれる一酸化炭素ガスの約８０．３％が製品として回収された。換言すれば、比較例１における第２分離装置７０における一酸化炭素ガスの回収率は約８０．３％であった。実施例１においては、一酸化炭素ガスを含むリサイクルガスを第２分離装置７０から導出し、再度第２分離装置７０に導入しているため、一酸化炭素ガスの回収率が比較例と比して向上したものと考えられる。
【００５４】
今回開示された実施例および実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００５５】
４０  原料ガス導入配管、４１  第１真空ポンプ、４２  第１精製ガス導出配管、５０  第１分離装置、６０  加圧手段、６１  リサイクルガス導出配管、６２  リサイクルガス導入配管、６３  オフガス導出配管、６４  一酸化炭素ガス導出配管、６５  第２真空ポンプ、６６  一酸化炭素ガスパージ配管、７０  第２分離装置、８０  混合ガスホルダー、１００  一酸化炭素ガスの分離装置。
【図１】
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