(57)【要約】【課題】低コストで製品ガスを高純度かつ高収率で得ることができ、吸着剤を変更せずに複数種類の気体を製品ガスとして製造できる気体精製装置の提供。【解決手段】第２の吸着塔２ａ，２ｂと接続され、第１の気体が流れる第１の導出ラインＬ３と、第２の吸着塔２ａ，２ｂと接続され、第２の気体が流れる第２の導出ラインＬ４と、第１の吸着塔１ａ，１ｂと接続され、第１の吸着塔１ａ，１ｂ内の第１の吸着剤を再生する再生ガスが流れる再生ラインＬ５と、第２の導出ラインＬ４に設けられ、第２の吸着塔２ａ，２ｂ内の第２の吸着剤から第２の気体を脱離させるポンプＰとを備え、再生ラインＬ５が、第１の導出ラインＬ３及び第２の導出ラインＬ４のそれぞれと接続される、気体精製装置１０。【選択図】図１
2019141759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の気体と第２の気体とを含む原料ガスから、圧力変動吸着方式で製品ガスを精製する気体精製装置であって、
前記第１の気体及び前記第２の気体以外の気体を吸着する第１の吸着剤を有する第１の吸着塔と、
前記第２の気体を吸着する第２の吸着剤を有する第２の吸着塔と、
前記第１の吸着塔の二次側と前記第２の吸着塔の一次側とを接続し、前記第１の気体及び前記第２の気体が流れる接続ラインと、
前記第２の吸着塔の二次側と接続され、前記第１の気体が流れる第１の導出ラインと、
前記第２の吸着塔の一次側と接続され、前記第２の気体が流れる第２の導出ラインと、
前記第１の吸着塔の二次側と接続され、前記第１の吸着剤を再生する再生ガスが流れる再生ラインと、
前記第２の導出ラインに設けられ、前記第２の吸着剤から前記第２の気体を脱離させる吸引手段と、
を備え、
前記再生ラインが、前記第１の導出ライン及び前記第２の導出ラインのそれぞれと接続される、気体精製装置。
【請求項２】
前記第１の導出ラインから分岐した第１の回収ラインと、
前記第２の導出ラインから分岐した第２の回収ラインと、
をさらに備え、
前記第１の導出ライン、前記第２の導出ライン、前記第１の回収ライン及び前記第２の回収ラインのそれぞれに開閉弁が設けられ、
前記開閉弁の開閉状態の切替により、前記第１の気体と前記第２の気体との間で製品ガスを切り替える、請求項１に記載の気体精製装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の気体精製装置を用いる圧力変動吸着方式の気体精製方法であって、
前記第１の吸着剤に前記第１の気体及び前記第２の気体以外の気体を吸着させ、前記第１の吸着塔から前記第２の吸着塔に前記第１の気体及び前記第２の気体を供給し、前記第２の吸着剤に前記第２の気体を吸着させた後、
前記第２の吸着剤から前記第２の気体を脱離させ、前記第２の吸着剤から脱離した前記第２の気体を前記第２の導出ラインから製品ガスとして回収するとともに、
前記第１の気体を前記第１の導出ラインから前記再生ラインに導入する、気体精製方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の気体精製装置を用いる圧力変動吸着方式の気体精製方法であって、
前記第１の吸着剤に前記第１の気体及び前記第２の気体以外の気体を吸着させ、前記第１の吸着塔から前記第２の吸着塔に前記第１の気体及び前記第２の気体を供給し、前記第２の吸着剤に前記第２の気体を吸着させた後、
前記第１の導出ラインから前記第１の気体を製品ガスとして回収するとともに、
前記第２の吸着剤から前記第２の気体を脱離させ、前記第２の吸着剤から脱離した前記第２の気体を前記第２の導出ラインから前記再生ラインに導入する、気体精製方法。
【請求項５】
プロパンとプロペンとを含む原料ガスから、圧力変動吸着方式でプロペンを製造する装置であって、
プロパン及びプロペン以外の気体を吸着する第１の吸着剤を有する第１の吸着塔と、
プロペンを吸着する第２の吸着剤を有する第２の吸着塔と、
前記第１の吸着塔の二次側と前記第２の吸着塔の一次側とを接続し、プロパン及びプロペンが流れる接続ラインと、
前記第２の吸着塔の二次側と接続され、プロパンが流れる第１の導出ラインと、
前記第２の吸着塔の一次側と接続され、プロペンが流れる第２の導出ラインと、
前記第１の吸着塔の二次側と接続され、前記第１の吸着剤を再生する再生ガスが流れる再生ラインと、
前記第２の導出ラインに設けられ、前記第２の吸着剤からプロペンを脱離させる吸引手段と、
を備え、
前記再生ラインが、前記第１の導出ライン及び前記第２の導出ラインのそれぞれと接続され、
前記第１の導出ラインから前記再生ラインにプロパンを導入し、前記第２の導出ラインからプロペンを回収する、プロペンの製造装置。
【請求項６】
プロパンとプロペンとを含む原料ガスから、圧力変動吸着方式でプロパンを製造する装置であって、
プロパン及びプロペン以外の気体を吸着する第１の吸着剤を有する第１の吸着塔と、
プロペンを吸着する第２の吸着剤を有する第２の吸着塔と、
前記第１の吸着塔の二次側と前記第２の吸着塔の一次側とを接続し、プロパン及びプロペンが流れる接続ラインと、
前記第２の吸着塔の二次側と接続され、プロパンが流れる第１の導出ラインと、
前記第２の吸着塔の一次側と接続され、プロペンが流れる第２の導出ラインと、
前記第１の吸着塔の二次側と接続され、前記第１の吸着剤を再生する再生ガスが流れる再生ラインと、
前記第２の導出ラインに設けられ、前記第２の吸着剤からプロペンを脱離させる吸引手段と、
を備え、
前記再生ラインが、前記第１の導出ライン及び前記第２の導出ラインのそれぞれと接続され、
前記第２の導出ラインから前記再生ラインにプロペンを導入し、前記第１の導出ラインからプロパンを回収する、プロパンの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体精製装置、気体精製方法、プロペンの製造装置及びプロパンの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
混合気体に含まれる成分を精製する技術として蒸留等が用いられている。ところが、プロパン及びプロペンのように化学的性質が似ている複数の化合物を含む混合気体の成分を精製する場合、蒸留を用いると装置規模が大きくなり、設備コストが高くなるというデメリットがある。
【０００３】
工業ガスの製造において、除去対象物を含む原料ガスを精製して製品ガスを得る装置として、圧力変動吸着方式の装置、いわゆるＰＳＡ装置が知られている（特許文献１及び非特許文献１等）。ＰＳＡ装置としては、ＰＳＡ方式で原料ガスから対象物を分離して得られるガスに対して、さらに複数回にわたってＰＳＡ方式による分離を行う装置も知られている（特許文献２等）。
ＰＳＡ装置は、除去対象物を吸着する吸着剤を使用するため、化学的性質が似ている複数の化合物を含む混合気体でも比較的規模の小さい装置で目的のガスを分離できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９９２０６号公報
【特許文献２】特開昭６０−９７０２２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】鈴木謙一郎著．圧力スイングサイクルシステム．１９８３，講談社．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来のＰＳＡ装置では、原料ガスから除去対象物の７０％以上を除去し、かつ、９０％以上の回収率で化学的性質が似ている複数の化合物のそれぞれを製品ガスとして製造することが困難であった。
例えば、特許文献１に記載の装置では、吸着塔内の吸着剤を再生する際に、製品ガスの一部を再生ガスとして使用しているため、製品ガスの回収率が低下し、製品ガスの回収量が減少する。
【０００７】
非特許文献１には、真空ポンプを利用して吸着剤を再生する装置が記載されている。非特許文献１に記載の装置において、製品ガスの一部を再生ガスとして使用せずに、真空ポンプを利用して吸着剤を再生すれば、製品ガスの回収量が減少しにくくなる。ところが、非特許文献１に記載の装置のように真空ポンプを利用すると、装置の設備費、消費電力及び設備維持費用が増大し、製造コストが高くなる。
【０００８】
一方でＰＳＡ装置を用いる製品ガスの製造においては、吸着塔内の吸着剤に吸着された成分を製品ガスとして回収することが求められる場合もある。ところが、特許文献２に記載の装置において、吸着剤に吸着された成分を製品ガスとして高収率で回収するには、吸着塔内の吸着剤の種類を変更する必要があり、吸着剤の変更等のＰＳＡ装置の改造の費用が生じ、コスト面で不利である。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、低コストで製品ガスを高純度かつ高収率で得ることができ、吸着剤を変更せずに複数種類の気体を製品ガスとして製造できる気体精製装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
［１］  第１の気体と第２の気体とを含む原料ガスから、圧力変動吸着方式で製品ガスを精製する気体精製装置であって、前記第１の気体及び前記第２の気体以外の気体を吸着する第１の吸着剤を有する第１の吸着塔と、前記第２の気体を吸着する第２の吸着剤を有する第２の吸着塔と、前記第１の吸着塔の二次側と前記第２の吸着塔の一次側とを接続し、前記第１の気体及び前記第２の気体が流れる接続ラインと、前記第２の吸着塔の二次側と接続され、前記第１の気体が流れる第１の導出ラインと、前記第２の吸着塔の一次側と接続され、前記第２の気体が流れる第２の導出ラインと、前記第１の吸着塔の二次側と接続され、前記第１の吸着剤を再生する再生ガスが流れる再生ラインと、前記第２の導出ラインに設けられ、前記第２の吸着剤から前記第２の気体を脱離させる吸引手段と、を備え、前記再生ラインが、前記第１の導出ライン及び前記第２の導出ラインのそれぞれと接続される、気体精製装置。
［２］  前記第１の導出ラインから分岐した第１の回収ラインと、前記第２の導出ラインから分岐した第２の回収ラインと、をさらに備え、前記第１の導出ライン、前記第２の導出ライン、前記第１の回収ライン及び前記第２の回収ラインのそれぞれに開閉弁が設けられ、前記開閉弁の開閉状態の切替により、前記第１の気体と前記第２の気体との間で製品ガスを切り替える、［１］の気体精製装置。
［３］  ［１］又は［２］の気体精製装置を用いる圧力変動吸着方式の気体精製方法であって、前記第１の吸着剤に前記第１の気体及び前記第２の気体以外の気体を吸着させ、前記第１の吸着塔から前記第２の吸着塔に前記第１の気体及び前記第２の気体を供給し、前記第２の吸着剤に前記第２の気体を吸着させた後、前記第２の吸着剤から前記第２の気体を脱離させ、前記第２の吸着剤から脱離した前記第２の気体を前記第２の導出ラインから製品ガスとして回収するとともに、前記第１の気体を前記第１の導出ラインから前記再生ラインに導入する、気体精製方法。
［４］  ［１］又は［２］の気体精製装置を用いる圧力変動吸着方式の気体精製方法であって、前記第１の吸着剤に前記第１の気体及び前記第２の気体以外の気体を吸着させ、前記第１の吸着塔から前記第２の吸着塔に前記第１の気体及び前記第２の気体を供給し、前記第２の吸着剤に前記第２の気体を吸着させた後、前記第１の導出ラインから前記第１の気体を製品ガスとして回収するとともに、前記第２の吸着剤から前記第２の気体を脱離させ、前記第２の吸着剤から脱離した前記第２の気体を前記第２の導出ラインから前記再生ラインに導入する、気体精製方法。
［５］  プロパンとプロペンとを含む原料ガスから、圧力変動吸着方式でプロペンを製造する装置であって、プロパン及びプロペン以外の気体を吸着する第１の吸着剤を有する第１の吸着塔と、プロペンを吸着する第２の吸着剤を有する第２の吸着塔と、前記第１の吸着塔の二次側と前記第２の吸着塔の一次側とを接続し、プロパン及びプロペンが流れる接続ラインと、前記第２の吸着塔の二次側と接続され、プロパンが流れる第１の導出ラインと、前記第２の吸着塔の一次側と接続され、プロペンが流れる第２の導出ラインと、前記第１の吸着塔の二次側と接続され、前記第１の吸着剤を再生する再生ガスが流れる再生ラインと、前記第２の導出ラインに設けられ、前記第２の吸着剤からプロペンを脱離させる吸引手段と、を備え、前記再生ラインが、前記第１の導出ライン及び前記第２の導出ラインのそれぞれと接続され、前記第１の導出ラインから前記再生ラインにプロパンを導入し、前記第２の導出ラインからプロペンを回収する、プロペンの製造装置。
［６］  プロパンとプロペンとを含む原料ガスから、圧力変動吸着方式でプロパンを製造する装置であって、プロパン及びプロペン以外の気体を吸着する第１の吸着剤を有する第１の吸着塔と、プロペンを吸着する第２の吸着剤を有する第２の吸着塔と、前記第１の吸着塔の二次側と前記第２の吸着塔の一次側とを接続し、プロパン及びプロペンが流れる接続ラインと、前記第２の吸着塔の二次側と接続され、プロパンが流れる第１の導出ラインと、前記第２の吸着塔の一次側と接続され、プロペンが流れる第２の導出ラインと、前記第１の吸着塔の二次側と接続され、前記第１の吸着剤を再生する再生ガスが流れる再生ラインと、前記第２の導出ラインに設けられ、前記第２の吸着剤からプロペンを脱離させる吸引手段と、を備え、前記再生ラインが、前記第１の導出ライン及び前記第２の導出ラインのそれぞれと接続され、前記第２の導出ラインから前記再生ラインにプロペンを導入し、前記第１の導出ラインからプロパンを回収する、プロパンの製造装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低コストで製品ガスを高純度かつ高収率で得ることができ、吸着剤を変更せずに複数種類の気体を製品ガスとして製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した一実施形態である第１の実施形態に係る気体精製装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明を適用した一実施形態である第２の実施形態に係る気体精製方法を示す説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書における下記の用語の意味は以下の通りである。
「ＰＳＡ」は、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎの略である。本明細書では圧力変動吸着方式を「ＰＳＡ方式」と記し、ＰＳＡ方式で気体を精製する装置を「ＰＳＡ装置」と記す。
吸着剤の「再生」とは、除去対象物が吸着された吸着剤を再び除去対象物が吸着され得る状態に戻すことを意味する。
「再生ガス」とは、再生の対象となる吸着剤を有する吸着塔に吸着剤を再生するために供給される気体を意味する。
「再生排ガス」とは、再生の対象となる吸着剤を有する吸着塔から排出される気体であり、吸着剤の再生に使用された気体を意味する。
【００１４】
以下、本発明を適用した一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
【００１５】
＜気体精製装置＞
本実施形態の気体精製装置は、第１の気体と第２の気体と除去対象物とを含む原料ガスから、製品ガスを精製する装置である。
第１の気体、第２の気体及び除去対象物は特に限定されない。第１の気体、第２の気体の具体例としては、エタン、エチレン、プロパン、プロペン、ブタン、ブテン等の炭化水素が例示される。除去対象物としては、窒素、酸素、アルゴン、水蒸気、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素等が例示される。
第１の気体と第２の気体の組合せとしては、前記の具体例から、少なくとも２種以上を選択できる。これらのなかでも、エタン及びエチレンの組合せ、プロパン及びプロペンの組合せ、ブタン及びブテンの組合せ等のように、化学的性質又は物理的性質が似ている化合物同士の組合せを選択しても、本発明の効果を得ることができる。
以下の実施形態においては、原料ガスがプロパン（第１の気体）及びプロペン（第２の気体）を含み、除去対象物として二酸化炭素を含む場合を一形態例として説明する。
【００１６】
本実施形態の気体精製装置は、ＰＳＡ装置である。そのため、以下の実施形態においては、一般的なＰＳＡ装置が備える脱圧ライン及び均圧ライン並びにこれらの各ラインに設けられる開閉弁等の構成（即ち、本発明の特徴との関連性が低い構成）に関する説明を省略し、図示を省略する。気体精製装置は一般的なＰＳＡ装置が備えるようなこれらの構成を備えてもよく、備えなくてもよい。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る気体精製装置１０の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、気体精製装置１０は、第１のＰＳＡユニット１と第２のＰＳＡユニット２と第１のタンク３と第２のタンク４と第３のタンク５と原料ラインＬ１と接続ラインＬ２と第１の導出ラインＬ３と第２の導出ラインＬ４と再生ラインＬ５と第１の回収ラインＬ６と第２の回収ラインＬ７と再生排ガスラインＬ８とを備える。
以下に気体精製装置１０の各構成要素に関して詳しく説明を行う。
【００１８】
第１のＰＳＡユニット１は、原料ガスから除去対象物を分離する。第１のＰＳＡユニット１は、第１の吸着塔１ａと第１の吸着塔１ｂとを有する。第１の吸着塔１ａ，１ｂは基本的に同じ構成であり、中空円筒状である。第１の吸着塔１ａ，１ｂは内部に第１の吸着剤を有する。本実施形態においては、第１の吸着剤は除去対象物（本形態例では二酸化炭素である。以下、二酸化炭素と記す。）を吸着できる形態であれば特に限定されない。第１の吸着剤としては、分子篩炭、アミン担持アルミナ等を含む吸着剤が好ましい。
【００１９】
原料ラインＬ１は、第１の吸着塔１ａ，１ｂに原料ガスを供給するためのラインである。原料ラインＬ１は、第１の吸着塔１ａ，１ｂの一次側（上流側）と接続される。
接続ラインＬ２は、第１の気体（本形態例ではプロパン（Ｃ３Ｈ８）である。以下、プロパンと記す。）と第２の気体（本形態例ではプロペン（Ｃ３Ｈ６）である。以下、プロペンと記す。）とを含む気体を第１のＰＳＡユニット１から第２のＰＳＡユニット２に導出するためのラインである。接続ラインＬ２は、第１の吸着塔１ａ，１ｂの二次側（下流側）と第２の吸着塔２ａ，２ｂの一次側（上流側）とを接続する。具体的には、接続ラインＬ２は、分岐した第１の端部が第１の吸着塔１ａ，１ｂの二次側のそれぞれと接続され、分岐した第２の端部が第２の吸着塔２ａ，２ｂの一次側のそれぞれと接続される。
接続ラインＬ２には第１のタンク３が設けられている。第１のタンク３は、第１のＰＳＡユニット１から導出される気体を貯めるためのタンクである。これにより、プロパンとプロペンとを含む気体を第１のＰＳＡユニット１から第２のＰＳＡユニット２に安定して供給することができ、プロパンとプロペンとを含む気体の流量の変動を低減できる。
【００２０】
第２のＰＳＡユニット２は、プロパンとプロペンとを分離する。第２のＰＳＡユニット２は第２の吸着塔２ａと第２の吸着塔２ｂとを有する。第２の吸着塔２ａ，２ｂは基本的に同じ構成であり、中空円筒状である。第２の吸着塔２ａ，２ｂは内部に第２の吸着剤を有する。本実施形態においては、第２の吸着剤はプロペンを吸着できる形態であれば特に限定されない。第２の吸着剤としては、ゼオライト、銀イオン担持活性炭等を含む吸着剤が好ましい。
【００２１】
第１の導出ラインＬ３は、第２のＰＳＡユニット２の二次側から導出されるプロパンが流れるラインである。第１の導出ラインＬ３は、分岐した第１の端部が第２の吸着塔２ａ，２ｂの二次側のそれぞれと接続され、第２の端部が再生ラインＬ５と接続される。
第１の導出ラインＬ３には、第２のタンク４と開閉弁Ｖ１とが一次側からこの順に設けられている。
【００２２】
第１の回収ラインＬ６は、第１の導出ラインＬ３から分岐したラインである。具体的に、第１の回収ラインＬ６は、第２のタンク４と開閉弁Ｖ１との間の第１の導出ラインＬ３から分岐している。第１の回収ラインＬ６には開閉弁Ｖ２が設けられている。第１の回収ラインＬ６は、プロパンを製品ガスとして回収するためのラインである。
【００２３】
第２のタンク４は、第２のＰＳＡユニット２から導出されるプロパンを貯めるためのタンクである。これにより、第２のＰＳＡユニット２で分離されたプロパンの一部を第２のタンク４から第１の導出ラインＬ３及び再生ラインＬ５を経由させ、第１のＰＳＡユニット１に安定して供給することができる。その結果、第１の吸着剤の再生ガスとして使用されるプロパンの流量の変動を低減できる。
【００２４】
第２の導出ラインＬ４は、第２のＰＳＡユニット２の一次側から導出されるプロペンが流れるラインである。第２の導出ラインＬ４は、分岐した第１の端部が第２の吸着塔２ａ，２ｂの一次側のそれぞれと接続され、第２の端部が再生ラインＬ５と接続される。
第２の導出ラインＬ４には、ポンプＰと第３のタンク５と開閉弁Ｖ３とが一次側からこの順に設けられている。
【００２５】
第２の回収ラインＬ７は、第２の導出ラインＬ４から分岐したラインである。具体的に、第２の回収ラインＬ７は、第３のタンク５と開閉弁Ｖ３との間の第２の導出ラインＬ４から分岐している。第２の回収ラインＬ７には開閉弁Ｖ４が設けられている。第２の回収ラインＬ７は、プロペンを製品ガスとして回収するためのラインである。
【００２６】
ポンプＰは第２の吸着剤にプロペンが吸着されている状態において、第２の吸着剤からプロペンを脱離させる吸引手段の一例である。これにより、第２のＰＳＡユニット２によって分離されたプロパンの一部を第２の吸着剤の再生ガスとして第２の吸着塔２ａ，２ｂ内に供給せずに、第２の吸着剤からプロペンを脱離させることができる。
【００２７】
第３のタンク５は、第２のＰＳＡユニット２から導出されるプロペンを貯めるためのタンクである。これにより、第２のＰＳＡユニット２で分離されたプロペンの一部を第３のタンク５から第２の導出ラインＬ４及び再生ラインＬ５を経由させ、第１のＰＳＡユニット１に安定して供給することができる。その結果、第１の吸着剤の再生ガスとして使用されるプロペンの流量の変動を低減できる。
【００２８】
再生ラインＬ５は、第１の吸着剤を再生する再生ガスを第１の吸着塔１ａ，１ｂに供給するためのラインである。
再生ラインＬ５は、第１の端部が第１の導出ラインＬ３及び第２の導出ラインＬ４のそれぞれの第２の端部と接続され、分岐した第２の端部が第１の吸着塔１ａ，１ｂの二次側のそれぞれと接続される。これにより、プロパン又はプロペンのいずれか一方を第１の吸着剤を再生する再生ガスとして、第１の吸着塔１ａ，１ｂに供給できる。
【００２９】
再生排ガスラインＬ８は、第１のＰＳＡユニット１から再生排ガスを排出するためのラインである。再生排ガスラインＬ８は、第１の吸着塔１ａ，１ｂの一次側と接続される。ただし、図１においては簡略化のため、再生排ガスラインＬ８と第１の吸着塔１ａとの接続を省略している。
【００３０】
（作用効果）
以上説明した本実施形態の気体精製装置にあっては、第１の吸着剤が第１の気体及び第２の気体以外の気体を吸着するため、製品ガスの純度が高くなる。
また、気体精製装置にあっては、再生ラインが第１の導出ライン及び第２の導出ラインのそれぞれと接続されるため、第１の気体及び第２の気体のうち、製品ガスとして回収する気体を再生ガスとして使用せずに、製品ガスとして回収しない気体を第１の吸着塔に再生ガスとして供給できる。その結果、再生排ガスラインに真空ポンプを設けなくても、第１の吸着剤を再生でき、装置の設備費が低く抑えられるとともに、製品ガスとして回収する気体の回収量及び回収率が高くなる。
また、気体精製装置にあっては、第１の導出ラインと第２の導出ラインとを備えるため、第２の吸着塔から製品ガスとして導出する気体を選択でき、吸着剤の変更等の装置の改造をせずに製品ガスとして回収する気体を容易に変更できる。
【００３１】
特に、気体精製装置によれば、本実施形態例のように、プロパン及びプロペン等の化学的性質が似ている複数種類の化合物のガスと二酸化炭素等の除去対象物とを含む原料ガスから、プロパン及びプロペンのそれぞれを９０％以上の回収率で製品ガスとして回収できるとともに、原料ガス中の除去対象物の７０％以上を分離できる。
気体精製装置１０は、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開閉状態の切替により、プロパンとプロペンとの間で製品ガスとして回収する気体を切り替えるため、プロパンの製造装置又はプロペンの製造装置として使用可能である。
【００３２】
＜気体精製方法＞
以下、上述した気体精製装置１０を用いる本実施形態の気体精製方法について説明する。本実施形態の気体精製方法は、ＰＳＡ方式の気体精製方法である。そのため、以下の実施形態においては、一般的な（即ち、本発明の特徴との関連性が低い）ＰＳＡ方式の気体精製方法で行われる脱圧及び均圧等の操作に関する説明を省略する。
【００３３】
以下に示す実施形態では、原料ガスを第１の吸着塔１ｂに供給し、第１の吸着塔１ｂ内の第１の吸着剤にプロパン及びプロペン以外の気体を吸着させ、第１の吸着塔１ｂから第２の吸着塔２ｂにプロパン及びプロペンを供給し、第２の吸着塔２ｂ内の第２の吸着剤にプロペンを吸着させた後を一例として、説明する。
即ち、以下の実施形態では、第１の吸着塔１ｂ内の第１の吸着剤に二酸化炭素が吸着されており、第２のタンク４にプロパンが貯められ、第２の吸着塔２ｂ内の第２の吸着剤にプロペンが吸着されている状態から、気体精製方法の説明を開始する。
【００３４】
［第１の実施形態］
以下、プロペンを製品ガスとして回収する場合を一例として、図１を参照しながら第１の実施形態を説明する。即ち、以下に示す第１の実施形態においては、気体精製装置１０がプロペンの製造装置である。図１中、太線で示すラインは、プロパンが流れているラインを意味する。
【００３５】
図１に示すように、開閉弁Ｖ１及び開閉弁Ｖ４を開いた状態とし、開閉弁Ｖ２及び開閉弁Ｖ３を閉じた状態とする。この状態で原料ガスを第１の吸着塔１ａに供給し、第１の吸着塔１ａ内の第１の吸着剤に二酸化炭素を吸着させる。これにより、原料ガスから二酸化炭素が除去される。
次いで、プロパンとプロペンとを含む気体が第１のＰＳＡユニット１から第２のＰＳＡユニット２に導出され、プロパン及びプロペンが第２の吸着塔２ａに供給される。すると、第２の吸着塔２ａ内の第２の吸着剤にはプロペンが吸着され、プロパンが第１の導出ラインＬ３に導出される。これにより、プロパンとプロペンとが分離される。
【００３６】
第１の実施形態では、第２の吸着塔２ｂ内の第２の吸着剤からプロペンを脱離させ、第２の吸着塔２ｂ内の第２の吸着剤から脱離したプロペンを第２の導出ラインＬ４から製品ガスとして回収するとともに、プロパンを第１の導出ラインＬ３から再生ラインＬ５に導入する。これにより、第２の吸着塔２ｂ内の第２の吸着剤から脱離したプロペンは、第２の導出ラインＬ４と第２の回収ラインＬ７とをこの順に経由し、製品ガスとして回収される。
また、第２のＰＳＡユニット２で分離されたプロパンを第１の導出ラインＬ３から再生ラインＬ５に導入することで、第１の吸着塔１ｂ内の第１の吸着剤を再生する再生ガスとしてプロパンを使用できる。これにより、第１の吸着塔１ｂ内の第１の吸着剤から二酸化炭素が脱離し、再生排ガスラインＬ８にはプロパンと二酸化炭素を含む気体が流れる。
【００３７】
第２の吸着剤からプロペンを脱離させる際には、プロパンを第２の吸着塔を介して第２の導出ラインＬ４に導入しないことが好ましい。これにより、製品ガスであるプロペンにプロパンが混入しにくくなり、プロペンの純度をさらに高めることができる。プロパンを第２の吸着塔２ｂに供給せずに第２の吸着剤からプロペンを脱離させる方法としては、ポンプＰを使用し、第２の導出ラインＬ４を介して第２の吸着塔２ｂ内を吸引する方法が例示される。
【００３８】
（作用効果）
以上説明した第１の実施形態の気体精製方法では、プロペンが製品ガスとして回収され、プロパンは製品ガスとしての回収対象ではない。そのため、プロパン（即ち、第１の気体）を第１の吸着剤の再生に使用することで、プロペン（即ち、第２の気体）を第１の吸着剤の再生に使用する必要がなくなるため、プロペンの回収量及び回収率が高くなる。
また、気体精製方法では、第１の吸着塔で二酸化炭素を充分に除去できるため、プロペンの純度が高くなる。
また、製品ガスとして回収しないプロパンを第１の吸着剤の再生に使用することで、第１の吸着剤の再生に真空ポンプを必要としないため、消費電力及び設備維持費用が低く抑えられる。
【００３９】
［第２の実施形態］
以下、プロパンを製品ガスとして回収する場合を一例として、図２を参照しながら第２の実施形態を説明する。即ち、以下に示す第２の実施形態においては、気体精製装置１０がプロパンの製造装置である。図２中、太線で示すラインは、プロペンが流れているラインを意味する。
第２の実施形態の説明において、第１の実施形態で説明した構成と同一の構成については、同一の語及び同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００４０】
図２に示すように、開閉弁Ｖ２及び開閉弁Ｖ３を開いた状態とし、開閉弁Ｖ１及び開閉弁Ｖ４を閉じた状態とする。この状態で、原料ガスを第１の吸着塔１ａに供給し、第１の吸着塔１ａで原料ガスから二酸化炭素を除去し、第２の吸着塔２ａでプロパンとプロペンとを分離する。
【００４１】
第２の実施形態では、第１の導出ラインＬ３からプロパンを製品ガスとして回収するとともに、第２の吸着塔２ｂ内の第２の吸着剤からプロペンを脱離させ、第２の吸着塔２ｂ内の第２の吸着剤から脱離したプロペンを第２の導出ラインＬ４から再生ラインＬ５に導入する。これにより、第２のＰＳＡユニット２で分離されたプロパンが、第１の導出ラインＬ３と第１の回収ラインＬ６とをこの順に経由し、製品ガスとして回収される。
また、プロペンを第２の導出ラインＬ４から再生ラインＬ５に導入することで、第１の吸着塔１ｂ内の第１の吸着剤を再生する再生ガスとしてプロペンを使用できる。これにより、第１の吸着塔１ｂ内の第１の吸着剤から二酸化炭素が脱離し、再生排ガスラインＬ８にはプロペンと二酸化炭素を含む気体が流れる。
【００４２】
第２の吸着剤からプロペンを脱離させる際には、プロパンを第２の吸着塔２ｂに供給しないことが好ましい。これにより、第２のＰＳＡユニット２で分離されたプロパンの全量をそのまま回収でき、製品ガスであるプロパンの回収量及び回収率をさらに高めることができる。プロパンを第２の吸着塔２ｂに供給せずに第２の吸着剤からプロペンを脱離させる方法としては、ポンプＰを使用し、第２の導出ラインＬ４を介して第２の吸着塔２ｂ内を吸引する方法が例示される。
【００４３】
（作用効果）
以上説明した第２の実施形態の気体精製方法では、プロパンが製品ガスとして回収され、プロペンは製品ガスとしての回収対象ではない。そのため、プロペン（即ち、第２の気体）を第１の吸着剤の再生に使用することで、プロパン（即ち、第１の気体）を第１の吸着剤の再生に使用する必要がなくなるため、プロパンの回収量及び回収率が高くなる。
また、第２の実施形態の気体精製方法では、第１の実施形態と同様に、第１の吸着塔で二酸化炭素を充分に除去でき、第１の吸着剤の再生に真空ポンプを必要としないため、プロパンの純度が高くなり、消費電力及び設備維持費用が低く抑えられる。
【００４４】
このように気体精製装置１０によれば、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開閉状態の切替という簡単な操作で、プロパンとプロペンとの間で製品ガスとして回収する気体を切り替えることができる。
【００４５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。また、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が加えられてよい。
例えば上述の実施形態においては、第１の吸着剤は二酸化炭素を吸着できる形態を、第２の吸着剤はプロペンを吸着できる形態を一例として説明したが、第１の吸着剤及び第２の吸着剤の種類及び形態は、原料ガス中の除去対象物及び第２の気体に応じて適宜選択できる。
【００４６】
＜実施例＞
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
【００４７】
（実施例１）
実施例１では気体精製装置１０を用いて、原料ガスからＰＳＡ方式でプロペンを精製し、プロペンを製品ガスとして回収した。実施例１で使用した原料ガスは、プロパンを５０％、プロペンを２５％、二酸化炭素を２５％含んでいた。原料ガスを第１のＰＳＡユニット１に供給し、第２のＰＳＡユニット２でプロパンとプロペンとを分離した。第１の吸着剤の再生には第２のＰＳＡユニット２で分離したプロパンを使用した。
【００４８】
（比較例１）
比較例１では、第１の吸着剤の再生の際に再生ガスを使用せず、第１の吸着塔内の圧力を大気圧に低下させた以外は、実施例１と同様にしてプロペンを製品ガスとして回収した。
【００４９】
（比較例２）
比較例２では、第１の吸着剤の再生に使用したガスを第１のタンク３内の気体に変更した以外は、実施例１と同様にしてプロペンを製品ガスとして回収した。
【００５０】
（参考例１）
参考例１では、気体精製装置１０が備える再生排ガスラインＬ８に真空ポンプを設け、真空ポンプが設けられた気体精製装置を用いて、プロペンを製品ガスとして回収した。参考例１では、第１の吸着剤の再生の際に再生ガスを使用せず、前記真空ポンプを使用した。
【００５１】
実施例１、比較例１，２、参考例１で得られたプロペンの組成を分析し、プロペンの回収率、二酸化炭素の除去率及びプロパンの除去率を算出した。結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2019141759.tif 000003
【００５３】
実施例１では、真空ポンプを用いた例である参考例１と同程度のプロペンの回収率、二酸化炭素の除去率及びプロパンの除去率を達成できた。すなわち、実施例１では真空ポンプを使う場合に比べて安価な方法で、真空ポンプを用いる場合と同程度の純度かつ回収率でプロペンを製造できた。
比較例１では、第１の吸着剤の再生の際に、第１の吸着剤の再生の際に再生ガスを使用せず、第１の吸着塔内の圧力を大気圧に低下させたため、第１の吸着剤の再生が不十分であり、二酸化炭素の除去率が低下し、結果としてプロペンの回収率が低下した。
比較例２では、第１の吸着剤の再生に第１のタンク３内の気体を使用したため、プロペンの回収率が低下した。
【符号の説明】
【００５４】
１…第１のＰＳＡユニット，２…第２のＰＳＡユニット、１ａ，１ｂ…第１の吸着塔、２ａ，２ｂ…第２の吸着塔、３…第１のタンク、４…第２のタンク、５…第３のタンク、１０…気体精製装置、Ｌ１…原料ライン、Ｌ２…接続ライン、Ｌ３…第１の導出ライン、Ｌ４…第２の導出ライン、Ｌ５…再生ライン、Ｌ６…第１の回収ライン、Ｌ７…第２の回収ライン、Ｌ８…再生排ガスライン、Ｐ…ポンプ、Ｖ１〜Ｖ４…開閉弁
【図１】
2019141759.tif 000004
【図２】
2019141759.tif 000005