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JP2634015B2 - Pressure swing separator for ammonia separation and ammonia separation method - Google Patents

Pressure swing separator for ammonia separation and ammonia separation method

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Publication number
JP2634015B2
JP2634015B2 JP5036845A JP3684593A JP2634015B2 JP 2634015 B2 JP2634015 B2 JP 2634015B2 JP 5036845 A JP5036845 A JP 5036845A JP 3684593 A JP3684593 A JP 3684593A JP 2634015 B2 JP2634015 B2 JP 2634015B2
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JP
Japan
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ammonia
gas
adsorption
adsorbate
separation
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祐作 阪田
一郎 船田
徹 沼口
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TOYO ENJINIARINGU KK
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TOYO ENJINIARINGU KK
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01CAMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/12Separation of ammonia from gases and vapours

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧力スイング吸着法
(以下、PSA法と称す)によるアンモニアの分離装置
およびアンモニアの分離方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for separating ammonia by a pressure swing adsorption method (hereinafter referred to as PSA method).

【0002】[0002]

【従来の技術】アンモニアは非常に重要な工業中間原料
であって、大規模に生産され、多くの化学産業で使用さ
れており、各所にアンモニアの分離や濃縮のための設備
が存在する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Ammonia is a very important industrial intermediate material, is produced on a large scale, is used in many chemical industries, and there are facilities for separating and concentrating ammonia in various places.

【0003】また近年は、工業中間原料としてだけでは
なく、環境保護対策の観点から排煙脱硝用還元剤として
の需要も増えている。この場合、工業中間原料としての
アンモニアと違い、必ずしも高純度アンモニアは必要で
ない。しかしながら、原料では排煙脱硝用アンモニアも
上述の工業中間原料として製造された高純度アンモニア
が用いられている。
[0003] In recent years, not only as an industrial intermediate material, but also as a reducing agent for flue gas denitration from the viewpoint of environmental protection measures, the demand has been increasing. In this case, unlike ammonia as an industrial intermediate material, high-purity ammonia is not always necessary. However, high-purity ammonia produced as the above-mentioned industrial intermediate material is also used as the ammonia for flue gas denitration as a raw material.

【0004】従来、アンモニアを含むガスよりアンモニ
アを分離する方法としては、以下に示すように、ガスを
加圧・冷却して液体アンモニアとしてガスより分離する
冷却分離法や膜分離法および、水によるアンモニア吸着
後、蒸留により水とアンモニアとを分離する水吸着+蒸
留法等がある。
Conventionally, as a method for separating ammonia from a gas containing ammonia, as described below, a cooling separation method or a membrane separation method in which a gas is pressurized and cooled and separated from the gas as liquid ammonia, and a method using water After the ammonia adsorption, there is a water adsorption + distillation method for separating water and ammonia by distillation.

【0005】1.冷却分離法は、現在のアンモニア合成
プラントのアンモニア合成ループで通常用いられている
アンモニアの分離方法である。アンモニア合成反応器に
供給されるガスの組成は、鉄触媒の場合はH2/N2比が
反応量論比である3付近が反応速度的に最適である。一
方、近年低圧高活性触媒として開発されたルテニウム触
媒の場合は、水素の強い吸着によりH2/N2比が反応量
論比から外れた1付近が最適である。いずれの触媒を使
用するにしても、原料の窒素、水素がアンモニア合成触
媒反応器を通過しても100%は反応しないので、反応
器出口ガスは生成物のアンモニアと、未反応ガス(窒素
と水素)に分離した後、未反応ガスを再びアンモニア反
応器に供給する必要がある。アンモニア合成反応は可逆
反応であり、化学平衡が存在するため反応条件に対応し
て、ある濃度以上のアンモニアは生成しない。そこで、
合成ループでは、反応器出口流体から生成アンモニアを
分離除去して低濃度アンモニアを含む未反応原料を反応
器にリサイクルさせる。この時リサイクルされるガスは
反応器入口で各触媒に最適なガス組成を保っていなけれ
ばならない。そのためにはアンモニアの分離前後でH2
/N2比がほぼ同じであることが必要である。冷却分離
法は、分離前後のH2/N2比をほぼ同一に保つアンモニ
ア分離法である。アンモニア合成が150bar、644
゜K(371℃)で従来の鉄触媒を用いて行われた場
合、反応器出口ガス中のアンモニア濃度は通常13vol
%から18vol%位であり、冷却分離が例えば236゜
K(−37℃)で行われた場合、アンモニアの飽和蒸気
圧は約0.8barであるので、冷却により分圧が18.
7barから26.2barに相当するアンモニア、即ち、ガ
ス中のアンモニアの96%から97%が液化分離され
る。
[0005] 1. The cooling separation method is a method for separating ammonia which is usually used in an ammonia synthesis loop of a current ammonia synthesis plant. In the case of an iron catalyst, the composition of the gas supplied to the ammonia synthesis reactor is optimal in terms of the reaction rate when the H 2 / N 2 ratio is around the reaction stoichiometric ratio of 3. On the other hand, in the case of a ruthenium catalyst which has recently been developed as a low-pressure high-activity catalyst, it is optimal that the H 2 / N 2 ratio deviates from the stoichiometric ratio around 1 due to strong adsorption of hydrogen. Regardless of which catalyst is used, 100% of the raw material nitrogen and hydrogen do not react even when they pass through the ammonia synthesis catalyst reactor, so that the reactor outlet gas contains product ammonia and unreacted gas (nitrogen and nitrogen). After separation into hydrogen, it is necessary to supply the unreacted gas to the ammonia reactor again. The ammonia synthesis reaction is a reversible reaction, and the presence of a chemical equilibrium does not produce ammonia at a certain concentration or higher depending on the reaction conditions. Therefore,
In the synthesis loop, the produced ammonia is separated and removed from the reactor outlet fluid, and the unreacted raw material containing low-concentration ammonia is recycled to the reactor. The gas to be recycled at this time must maintain an optimum gas composition for each catalyst at the reactor inlet. For this purpose, H 2 before and after separation of ammonia
It is necessary that the / N 2 ratio be approximately the same. The cooling separation method is an ammonia separation method in which the H 2 / N 2 ratio before and after separation is kept almost the same. Ammonia synthesis at 150 bar, 644
When carried out using a conventional iron catalyst at ゜ K (371 ° C.), the ammonia concentration in the reactor outlet gas is usually 13 vol.
% To 18 vol%, and when the cooling separation is performed at, for example, 236 ° K (-37 ° C.), the saturated vapor pressure of ammonia is about 0.8 bar.
Ammonia corresponding to 7 bar to 26.2 bar, ie 96% to 97% of the ammonia in the gas, is liquefied and separated.

【0006】2.膜分離法は、米国特許第4,762,
535号に多孔質有機ポリマーに担持されたポリビニル
アンモニウム・チオシアネートフィルム膜を用いたアン
モニア、窒素、水素からのアンモニア分離技術として開
示されている。また、ナフィオン(商品名、デュポン
社)に担持されたパーフルオロスルフォニック膜による
同様の分離法がJ. Membrane Science, 68 p43-52 (199
2)に報告されている。
[0006] 2. The membrane separation method is disclosed in U.S. Pat.
No. 535 discloses a technique for separating ammonia from nitrogen, hydrogen and hydrogen using a polyvinylammonium thiocyanate film membrane supported on a porous organic polymer. A similar separation method using a perfluorosulfonic membrane supported on Nafion (trade name, DuPont) is described in J. Membrane Science, 68 p43-52 (199).
It is reported in 2).

【0007】3.水吸着+蒸留法は現在のアンモニア合
成プラントのアンモニア合成ループでアンモニアパージ
ガスからのアンモニア回収で通常用いられている方法で
ある。
[0007] 3. The water adsorption + distillation method is a method commonly used for recovering ammonia from ammonia purge gas in an ammonia synthesis loop of a current ammonia synthesis plant.

【0008】4.その他のアンモニア分離方法 (1) また、アンモニアを含む湿った空気からのアン
モニア回収を温度スイング吸着法(以下、TSA法と称
す)で行った報告が、X. C. Luらにより1992年のA
IChE Annual meeting(11月2〜
6日、フロリダ州、マイアミビーチに於いて)で発表さ
れた。この方法は、被処理ガスを常温でゼオライト等の
吸着剤に吸着させ、温度を383゜K(110℃)に上
げることによってアンモニアを脱離させる技術である。 (2) 一方、アンモニアパージガスからのアンモニア
と窒素、水素の分離について、圧力スイング分離+膜に
よる分離法が、米国特許第4,645,516号により
提案されている。この方法は、アンモニアパージガスか
らアンモニア合成に不活性物質であるアルゴン、メタン
を分離する際、アンモニアが膜の寿命を短くするので、
膜の上流でPSA法によりアンモニアを分離しておくと
いうシステム(組み合わせ)の特許である。しかし、該
特許中、圧力スイング分離法によるアンモニア分離につ
いては、実施例の記載もなく具体的な技術の開示は成さ
れていない。
[0008] 4. Other Ammonia Separation Methods (1) In addition, ammonia recovery from humid air containing ammonia by a temperature swing adsorption method (hereinafter referred to as TSA method) was reported by XC Lu et al.
IChE Annual meeting (November 2
6th, in Miami Beach, Florida). This method is a technique in which a gas to be treated is adsorbed to an adsorbent such as zeolite at normal temperature, and ammonia is desorbed by raising the temperature to 383 ° K (110 ° C). (2) On the other hand, for the separation of ammonia, nitrogen and hydrogen from an ammonia purge gas, a separation method using pressure swing separation and a membrane is proposed in US Pat. No. 4,645,516. In this method, when argon and methane, which are inert substances for ammonia synthesis, are separated from ammonia purge gas, ammonia shortens the life of the membrane.
It is a patent for a system (combination) that separates ammonia by the PSA method upstream of the membrane. However, in this patent, there is no description of an example of ammonia separation by the pressure swing separation method, and no specific technology is disclosed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記先行の技術には、
なお改善させるべき下記の課題を有している。
The above prior arts include:
It has the following problems to be improved.

【0010】(1)冷却分離法は、気相アンモニアを冷
却液化して分離する方法であるが、冷却時、冷却の必要
の無い非凝縮性ガスも冷却しなければならない。前述の
アンモニア合成に鉄触媒を用いた場合、アンモニア合成
触媒反応器出口のガス組成は、通常、窒素20%乃至2
5%、水素60%乃至68%、アンモニア13%乃至1
8%である。冷却により気相中の80%以上を占める窒
素、水素も冷却されるが、これらの窒素、水素は循環さ
れ合成反応に再び供給される。この時、再びアンモニ
ア合成反応に適する温度、例えば、低くとも423゜K
(150℃)以上に加熱されなければならない。冷却分
離法は、このように著しいエネルギー多消費型プロセス
である。
(1) The cooling separation method is a method in which gaseous ammonia is separated by cooling and liquefying it. At the time of cooling, noncondensable gas which does not need to be cooled must also be cooled. When an iron catalyst is used for the above-mentioned ammonia synthesis, the gas composition at the outlet of the ammonia synthesis catalyst reactor is usually 20% to 2% nitrogen.
5%, hydrogen 60% to 68%, ammonia 13% to 1
8%. Nitrogen 80% or more in the gas phase by cooling, but hydrogen is also cooled, these nitrogen, hydrogen is supplied again to the circulation synthesis reactor. At this time, a temperature suitable for the ammonia synthesis reaction again, for example, at least 423 ° K
(150 ° C.) or higher. Cold separation is such a significant energy consuming process.

【0011】(2)膜分離法をアンモニア合成プラント
のオフガスからのアンモニアの分離に適用すると、循環
されるべき窒素、水素は通過側であるので膜透過時に起
こる大きな圧力低下を補い、窒素、水素を再び合成系に
供給するためにはコンプレッサーによる再昇圧が必要
で、これも著しいエネルギー多消費型プロセスである。
(2) When the membrane separation method is applied to the separation of ammonia from off-gas of an ammonia synthesis plant, nitrogen and hydrogen to be circulated are on the passing side, so that a large pressure drop occurring at the time of membrane permeation is compensated, and nitrogen and hydrogen are removed. In order to supply the compound again to the synthesis system, re-pressurization by a compressor is necessary, which is also a remarkable energy-consuming process.

【0012】(3)水吸収法+蒸留法は、アンモニアと
溶媒の水に注目して考えれば、一度溶解(結合)させ再
び熱を加えて蒸留(分離)させるので、蒸留時にかなり
のエネルギーが消費される。また、水吸収塔からの窒
素、水素ガスは水蒸気を含んでいるが、これはアンモニ
ア合成触媒の触媒毒となるので、これらのガスは再び圧
力スイング分離法や冷却分離法による脱湿操作が必要と
なる。
(3) In the water absorption method and the distillation method, if attention is paid to ammonia and water as a solvent, since it is dissolved (bonded) once and heated again to be distilled (separated), considerable energy is required during distillation. Consumed. In addition, nitrogen and hydrogen gas from the water absorption tower contain water vapor, which becomes a poison for the ammonia synthesis catalyst, so these gases need to be dehumidified again by the pressure swing separation method or the cooling separation method. Becomes

【0013】(4)上記のTSA法に関する報告は水素
を含まない。更にTSA法は吸着物質の脱離を温度上昇
により行うため本質的にエネルギー多消費型プロセスで
ある。
(4) The above report on the TSA method does not include hydrogen. Further, the TSA method is an energy-intensive process because the desorption of the adsorbed substance is performed by increasing the temperature.

【0014】このほか、アンモニアと窒素、水素を含む
混合ガスから水素のみを圧力スイング分離法(水素回収
PSA法)で回収する技術は公知のものである。この水
素回収PSA法は元来排気されるアンモニアパージガス
から価値のある水素を回収するので、回収水素の純度の
みが問題とされ水素回収率は二次的な問題と考えられ低
かった。すなわち、回収水素純度が高ければ、水素回収
PSA装置から出るもう一方の廃ガス中の水素濃度がた
とえ高くても有用と考えられていた。しかし、そのよう
な技術は、アンモニアパージガスではなく、例えば、ア
ンモニア合成プロセスのアンモニア分離に適用する事は
出来なかった。
In addition, a technique for recovering only hydrogen from a mixed gas containing ammonia, nitrogen and hydrogen by a pressure swing separation method (hydrogen recovery PSA method) is known. Since this hydrogen recovery PSA method recovers valuable hydrogen from the ammonia purge gas originally exhausted, only the purity of the recovered hydrogen is a problem, and the hydrogen recovery rate is considered to be a secondary problem and is low. That is, it has been considered that if the purity of the recovered hydrogen is high, it is useful even if the hydrogen concentration in the other waste gas discharged from the hydrogen recovery PSA device is high. However, such techniques were not amenable to ammonia purge gas and could not be applied, for example, to ammonia separation in an ammonia synthesis process.

【0015】本発明は、アンモニアを含むガスをアンモ
ニアとアンモニア以外のガス(窒素+水素+その他のガ
ス)に分けるもので、少なくとも、従来大きなエネルギ
ーを消費していたアンモニア合成プロセスの反応器出口
ガスを合成アンモニアと未反応窒素、水素、その他のガ
スとに少ない消費エネルギーで高純度・高収率で分離す
る技術を提供するものである。さらに分離された未反応
窒素・水素の比を分離前と同一に保つように分離し、そ
のままアンモニア合成反応器に供給できる技術を提供す
るものである。同時にアンモニアパージガスのような小
量のアンモニアを含むガスよ排煙脱硝用に使用し得る
アンモニアを回収する技術を提供するものである。
The present invention divides a gas containing ammonia into ammonia and a gas other than ammonia (nitrogen + hydrogen + other gases). To provide high-purity, high-yield separation of synthetic ammonia into unreacted nitrogen, hydrogen, and other gases with low energy consumption. It is another object of the present invention to provide a technique in which the separated unreacted nitrogen / hydrogen is separated so as to maintain the same ratio as before the separation, and can be directly supplied to an ammonia synthesis reactor. At the same time there is provided a technique for recovering ammonia which can be used for Gasuyo Ri denitrification containing small amounts of ammonia such as ammonia purge gas.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】前述の課題は、本発明の
装置、即ち、細孔径が5オングストローム未満のゼオラ
イトまたは活性炭を充填した、吸着特性の異なる二つの
吸着装置間で各装置から分離されたガスをリサイクルす
るように構成されてなる圧力スイング分離装置を用いる
ことで解決することができ、少ない消費エネルギーでア
ンモニアを含む混合ガスをアンモニアとその他のガスへ
高効率の分離が可能である。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide an apparatus of the present invention, that is, two zeolite or activated carbon particles having a pore size of less than 5 angstroms and having different adsorption characteristics.
Recycle gas separated from each device between adsorption devices
This can be solved by using a pressure swing separator configured as described above , and highly efficient separation of a mixed gas containing ammonia into ammonia and other gases can be performed with low energy consumption.

【0017】即ち、本発明は、アンモニアを含む混合ガ
スからのアンモニア分離用の圧力スイング分離装置にお
いて、アンモニア(吸着質成分)以外の成分(非吸着質
成分)ガス中のアンモニア濃度が最小になるよう運転さ
れている細孔径が5オングストローム未満のゼオライト
または活性炭を充填した少なくとも一つの吸着装置と、
吸着質成分ガス中の非吸着質成分ガス濃度を最小にする
ように運転されている細孔径が5オングストローム未満
のゼオライトまたは活性炭を充填した少なくとも一つの
吸着装置との間で各装置から分離されたガスをリサイク
ルするよう構成されてなる前記分離装置である。また本
発明は、アンモニアを含む混合ガスから圧力スイング分
離装置を用いてアンモニアを分離する方法において、ア
ンモニア(吸着質成分)以外の成分(非吸着質成分)ガ
ス中のアンモニア濃度が最小になるよう運転されている
細孔径が5オングストローム未満のゼオライトまたは活
性炭を充填した少なくとも一つの吸着装置と、吸着質成
分ガス中の非吸着質成分ガス濃度を最小にするように運
転されている細孔径が5オングストローム未満のゼオラ
イトまたは活性炭を充填した少なくとも一つの吸着装置
との間で各装置から分離されたガスをリサイクルするこ
とを特徴とする前記方法である。
That is, the present invention provides a mixed gas containing ammonia.
Pressure swing separator for ammonia separation from wastewater
And components (non-adsorbate) other than ammonia (adsorbate component)
Component) Operate to minimize ammonia concentration in gas
Zeolite with pore size less than 5 Å
Or at least one adsorption device filled with activated carbon,
Minimize non-adsorbate component gas concentration in adsorbate component gas
Operated less than 5 angstroms
At least one filled with zeolite or activated carbon
Recycle gas separated from each device with the adsorption device
The separation device is configured to be separated. Also book
The invention is based on a pressure swing from a mixed gas containing ammonia.
In the method of separating ammonia using a separation device,
Components (non-adsorbate components) other than ammonia (adsorbate components)
Is operated to minimize the ammonia concentration in the gas
Zeolite or active material having a pore size of less than 5 Å
At least one adsorption device filled with carbonaceous
Operation to minimize the nonadsorbate component gas concentration in the
Zeola with inverted pore size less than 5 Å
At least one adsorption device filled with site or activated carbon
Recycle gas separated from each device between
The above method is characterized by the following.

【0018】本発明の方法が適用されるアンモニアを含
むガスにはアンモニア、窒素、水素以外にメタン、アル
ゴン、一酸化窒素、二酸化窒素、二窒化酸素、二窒化四
酸素、酸素、二酸化炭素等存在して良いが、これらのガ
スと吸着剤との吸着力及び拡散速度がアンモニアに対す
る場合より十分差がある吸着剤を選ばなければならな
い。本発明に供し得る吸着剤はアンモニアの分子サイズ
(以下「分子サイズ」とは、Lennard-JonesのKinetic D
iameterを指す;Breck, D. W. "Zeolite Molecular Sie
ves" P.636 Krieger Publishing (1984))と該残ガスの
分子サイズの違いによって、次のような細孔径と吸着力
の関係を満たす吸着剤が選ばれる。
The gas containing ammonia to which the method of the present invention is applied includes, in addition to ammonia, nitrogen and hydrogen, methane, argon, nitric oxide, nitrogen dioxide, oxygen dinitride, tetraoxygen dinitride, oxygen, carbon dioxide and the like. However, it is necessary to select an adsorbent whose adsorption power and diffusion rate between these gases and the adsorbent are sufficiently different from those for ammonia. The adsorbent that can be used in the present invention is a molecular size of ammonia (hereinafter, “molecular size” refers to Kinetic D of Lennard-Jones).
iameter; Breck, DW "Zeolite Molecular Sie
ves "P.636 Krieger Publishing (1984)) and the difference in molecular size of the residual gas, an adsorbent satisfying the following relationship between the pore diameter and the adsorbing power is selected.

【0019】(1)アンモニア以外の全ての残ガスの分
子サイズが、アンモニアの分子サイズ(2.6オングス
トローム)より大きい場合、吸着剤の細孔径がアンモニ
アの分子サイズと同じかあるいは大きくて、アンモニア
に対して吸着力を有する吸着剤。
(1) When the molecular size of all residual gases other than ammonia is larger than the molecular size of ammonia (2.6 angstroms), the pore size of the adsorbent is the same as or larger than the molecular size of ammonia. An adsorbent having an adsorption power for

【0020】(2)アンモニア以外の残ガスがアンモニ
アの分子サイズよ小さいガスおよび大きなガスを含む
場含、吸着剤の細孔径がアンモニアよ大きな分子サイ
ズより小さく、アンモニアの分子サイズと同じか大きく
て、アンモニアに対する吸着力がアンモニアより小さな
分子に対する吸着力より十分大きな吸着剤。吸着力が十
分大きい吸着剤とは、操作しようとする圧力でアンモニ
アとアンモニア以外のガスの吸着剤への吸着量を、吸着
等温線を得る通常の方法で測定し、吸着量の差が十分大
きい吸着剤である。
[0020] (2) Ba含residual gases other than ammonia containing small gas or large gas Ri by molecular size of ammonia, pore size of the adsorbent is smaller than the larger molecular size Ri by ammonia, or equal to the molecular size of ammonia An adsorbent that is large and has an adsorption power for ammonia that is sufficiently larger than the adsorption power for molecules smaller than ammonia. An adsorbent having a sufficiently large adsorption force means that the amount of adsorption of ammonia and a gas other than ammonia to the adsorbent at the pressure to be operated is measured by a normal method for obtaining an adsorption isotherm, and the difference between the adsorption amounts is sufficiently large. Adsorbent.

【0021】このように、吸着剤は、アンモニアとアン
モニア以外の残ガスとの分子サイズの違いと、拡散抵抗
の無い状態(細孔径がアンモニアを含めて全ての被処理
ガスより十分大きいとき)での吸着剤の各ガスへの吸着
力の差により、その細孔径が決められる。
As described above, the adsorbent has a difference in molecular size between ammonia and residual gas other than ammonia, and has no diffusion resistance (when the pore diameter is sufficiently larger than all the gases to be treated including ammonia). The pore diameter is determined by the difference in the adsorbing power of each adsorbent to each gas.

【0022】本発明は特にアンモニア合成ループからの
アンモニア混合ガスをアンモニアと未反応の窒素・水素
等との分離、あるいはアンモニア合成プラントオフガス
からアンモニアを分離する場含に有効に適用できる。細
孔径が5オングストローム未満の天然もしくは合成ゼオ
ライトあるいは活性炭をアンモニアに対する選択性を有
する吸着剤として使用すれば、アンモニアは吸着剤に吸
着され、他の残りのガスは吸着されないか、あるいは吸
着剤中の拡散速度が十分高いことを利用して上記ガスを
相互に分離することが可能となる。ゼオライトあるいは
活性炭に吸着されたアンモニアは減圧もしくは加熱する
ことによって脱離させることにより回収できる。
The present invention can be effectively applied particularly to the separation of the ammonia mixed gas from the ammonia synthesis loop into ammonia and unreacted nitrogen and hydrogen, or the separation of ammonia from the ammonia synthesis plant off-gas. If a natural or synthetic zeolite or activated carbon with a pore size of less than 5 angstroms is used as the adsorbent with selectivity for ammonia, the ammonia will be adsorbed by the adsorbent and the remaining gas will not be adsorbed, or The gas can be separated from each other by utilizing the sufficiently high diffusion rate. Ammonia adsorbed on zeolite or activated carbon can be recovered by desorption by reducing pressure or heating.

【0023】本発明には各種のゼオライトが使用可能で
あるがA型ゼオライトとペンタジル系シリカライトが好
ましい。さらにK−A型ゼオライトが特にアンモニアに
対する選択性が高く、本発明の目的に最適である。これ
ら吸着剤は、単独または組み合わせて用いても良い。被
処理ガスの組成によって最適なもの及び最適な量が選ば
れる。
Although various zeolites can be used in the present invention, A-type zeolites and pentazyl silicalites are preferred. Furthermore, the KA type zeolite has a particularly high selectivity for ammonia, and is most suitable for the purpose of the present invention. These adsorbents may be used alone or in combination. The optimum one and the optimum amount are selected according to the composition of the gas to be treated.

【0024】また、本発明の圧力スイング分離装置を複
数段組み合わせ、各圧力スイング分離装置により分離さ
れたガスをリサイクルしてアンモニアの分離効率を向上
させることができる。本発明の圧力スイング分離装置を
複数段並列もしくは直列に組み合わせ連続的にアンモニ
アおよびアンモニア以外のガスを分離することもでき
る。
Further, the pressure swing separators of the present invention can be combined in a plurality of stages, and the gas separated by each pressure swing separator can be recycled to improve the ammonia separation efficiency. The pressure swing separator of the present invention may be combined in plural stages in parallel or in series to continuously separate ammonia and gases other than ammonia.

【0025】本発明は上記のアンモニアをアンモニア合
成ループからのアンモニアと未反応の窒素・水素との分
離に適用する以外に、アンモニアと脂肪族アミン、ある
いはアンモニアと芳香族アミンとの混合物からアンモニ
アを分離する技術にも適用可能である。この場合使用す
るゼオライトはフォジャサイト系ゼオライトを使用する
ことにより混合ガスはアンモニアとアミンとに分離され
る。この場合、適用可能な脂肪族・芳香族アミンはトリ
メチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、
エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノー
ルアミン、ピリミジン、モルフォリン、アニリン、トル
イジン等が挙げられる。
The present invention, besides applying the above-mentioned ammonia to the separation of ammonia and unreacted nitrogen / hydrogen from the ammonia synthesis loop, can also produce ammonia from a mixture of ammonia and an aliphatic amine or a mixture of ammonia and an aromatic amine. It is also applicable to the separation technique. In this case, the mixed gas is separated into ammonia and amine by using faujasite-based zeolite. In this case, applicable aliphatic and aromatic amines are trimethylamine, triethylamine, tributylamine,
Examples thereof include ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, pyrimidine, morpholine, aniline, and toluidine.

【0026】以下本発明の1実施態様に基づいてさらに
詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on one embodiment.

【0027】図1は連続的に混合ガスNH3,H2
2,Ar,CH4・・・からNH3を選択的に吸着剤に
吸着させ濃縮・精製・分離回収する本発明の圧力スイン
グ分離装置(以下PSA装置という)のフロー図であ
る。
FIG. 1 shows a mixed gas NH 3 , H 2 ,
FIG. 1 is a flow chart of a pressure swing separation apparatus (hereinafter, referred to as PSA apparatus) of the present invention for selectively adsorbing NH 3 from N 2 , Ar, CH 4 .

【0028】混合ガス供給用のマニホールド10と非吸
着製品流出ガス用のマニホールド11の間に並列の流れ
となるように結合された4つの吸着塔A,B,C,Dが
ある。各吸着塔には細孔径5オングストローム未満の合
成及び天然ゼオライト、及び活性炭等から選ばれた吸着
剤が単独もしくは組み合わせて充填されている。吸着製
品流出用マニホールド25と吸着製品タンクEとの間に
流量調整弁7が設置され、非吸着製品流出用マニホール
ド26と非吸着製品タンクFとの間に流量調整弁8が設
置されている。自動弁1A、1B、1C、1Dは供給ガ
ス流をそれぞれ吸着塔A,B,C,Dに供給するための
弁である。自動弁2A,2B,2C,2Dは非吸着製品
ガスをそれぞれ上述の塔からマニホールド11に供給す
るための弁である。
There are four adsorption towers A, B, C, D connected in parallel flow between a manifold 10 for supplying the mixed gas and a manifold 11 for the non-adsorbed product effluent gas. Each adsorption tower is filled with an adsorbent selected from synthetic and natural zeolites having a pore diameter of less than 5 angstroms, activated carbon and the like, alone or in combination. A flow control valve 7 is provided between the adsorbed product outflow manifold 25 and the adsorbed product tank E, and a flow control valve 8 is provided between the non-adsorbed product outflow manifold 26 and the non-adsorbed product tank F. The automatic valves 1A, 1B, 1C, and 1D are valves for supplying a supply gas flow to the adsorption towers A, B, C, and D, respectively. The automatic valves 2A, 2B, 2C, 2D are valves for supplying the non-adsorbed product gas to the manifold 11 from the above-mentioned towers.

【0029】吸着塔内で吸着された成分は排気ポンプP
によ減圧にされ塔の入口端に設けられた排気マニホー
ルド12を通って吸着製品タンクEに導入される。吸着
塔A,吸着塔Bはその入口端で自動弁3A,3Bを経て
排気マニホールド12に接続されている。同じく吸着塔
C,Dも自動弁3C,3Dを経てそれらの入口端を排気
マニホールド12に接続されている。吸着製品タンクE
は自動弁4A、4Bを有する導管15によって吸着塔
A,Bの入口端に接続されていて、吸着製品ガスが吸着
塔に還流される。同じく吸着塔C,Dも自動弁4C,4
Dを経て導管15によりそれらの入口端を吸着製品タン
クEに接続されていて吸着製品ガスが還流される。非吸
着製品タンクFは自動弁5A、5Bを有する導管27に
よって吸着塔A,Bの入口端に接続され、非吸着製品ガ
スが吸着塔に還流される。同じく吸着塔C,Dも自動弁
5C,5Dを経て導管27によりそれらの入口端が非吸
着製品タンクFに接続され、非吸着製品ガスが還流され
る。
The components adsorbed in the adsorption tower are exhaust pump P
It is introduced into the adsorption product tank E by Ri through an exhaust manifold 12 provided at the inlet end of the vacuum in to tower. The adsorption towers A and B are connected at their inlet ends to the exhaust manifold 12 via automatic valves 3A and 3B. Similarly, the adsorption towers C and D have their inlet ends connected to the exhaust manifold 12 via automatic valves 3C and 3D. Adsorption product tank E
Is connected to the inlet ends of the adsorption towers A and B by a conduit 15 having automatic valves 4A and 4B, and the adsorption product gas is returned to the adsorption tower. Similarly, the adsorption towers C and D also have automatic valves 4C and 4
Via D, their inlet ends are connected by a conduit 15 to an adsorbent product tank E so that the adsorbed product gas is recirculated. The non-adsorbed product tank F is connected to the inlet ends of the adsorption towers A and B by a conduit 27 having automatic valves 5A and 5B, and the non-adsorbed product gas is returned to the adsorption tower. Similarly, the inlet ends of the adsorption towers C and D are connected to the non-adsorbed product tank F by the conduit 27 via the automatic valves 5C and 5D, and the non-adsorbed product gas is refluxed.

【0030】自動弁6Aは吸着塔A出口に設けた動弁
2Aと吸着塔A出口の間と吸着塔Bへのガス供給導管と
を結ぶ導管に設けてあり、吸着操作後の吸着塔Aの空隙
部にあるガスを再生の終わった吸着塔Bに還流し、吸着
塔A、吸着塔B間の圧力を均圧する事が出来る。同じ目
的で自動弁6B,6C,6Dがそれぞれ対応する吸着塔
間を結ぶ導管に設けてある。
The automatic valves 6A is is provided with a conduit connecting the gas supply conduit to the adsorption tower B and between the adsorption tower A outlet and the own valve train 2A provided in the adsorption tower A outlet, the adsorption tower A after adsorption operation The gas in the void is returned to the adsorption tower B after the regeneration, and the pressure between the adsorption tower A and the adsorption tower B can be equalized. For the same purpose, automatic valves 6B, 6C and 6D are provided in the conduits connecting the corresponding adsorption towers.

【0031】非吸着質PSA 非吸着製品の純度、収率を上げる事を目的にした場合
(以下、非吸着質PSAと呼ぶ)の作動工程を表1に基
づい説明する。
The operation steps for the purpose of increasing the purity and yield of the non -adsorbate PSA non-adsorbed product (hereinafter referred to as non-adsorbate PSA) will be described with reference to Table 1.

【0032】表1は1つの吸着塔が吸着工程から再生工
程を経て再び吸着工程に戻るまでを1サイクルとし、そ
の1サイクルを12ステップに分割してそれぞれのステ
ップに対応する各吸着塔の作動状態を示したものであ
る。各ステップ毎に示された所用時間はその1例を示し
たものある。吸着塔A,B,C,Dはそれぞれ定めら
れた時間差をもって同一の周期で上記のサイクルを繰り
返している。即ち、例えば吸着塔Cにおける吸着工程時
間、塔内均圧工程時間、塔間均圧工程時間、再生工程時
間、非吸着製品ガス還流工程は、それぞれ吸着塔Aにお
ける吸着工程時間(θ21)、塔内均圧工程時間(θ2
2)、塔間均圧工程時間(θ13、θ23)、再生工程
時間(θ11)、非吸着製品ガス還流工程(θ12)に
等しい。ステップ1の前工程のステップ12において
は、吸着塔Aは吸着工程(自動弁1A、2Aを開として
供給ガスマニホールドから混合ガスを流し、混合ガス中
のNH3を吸着している)にあり、吸着塔Bは再生工程
(自動弁3Bを開として排気ポンプPにより減圧として
吸着したNH3を放出している)にある。これらの工程
を終了してステップ1へ移行して吸着塔Aは自動弁1
A、2A、3A、4A、5A、6A、6Bをとして塔
内均圧工程(塔内の吸着質NH3の吸着速度が十分大き
くないので、吸着を十分行わせる為)にあり、吸着塔B
は自動弁2Bを閉、5Bを開として非吸着製品タンクか
ら導管27による非吸着製品ガスの還流工程(非吸着製
品ガス中に残存する微量のNH3を再生された吸着塔に
更に吸着させる)にある。
Table 1 shows that one cycle from the adsorption step to the return to the adsorption step through the regeneration step from the adsorption step is defined as one cycle, and that one cycle is divided into 12 steps to operate each adsorption tower corresponding to each step. It shows the state. Time required indicated in each step is an illustration of the example. The adsorption towers A, B, C, and D repeat the above cycle at the same period with a predetermined time difference. That is, for example, the adsorption step time in the adsorption tower C, the pressure equalization step time in the tower, the pressure equalization step between the columns, the regeneration step time, and the non-adsorbed product gas reflux step are respectively the adsorption step time (θ21) in the adsorption tower A, the tower Internal pressure equalization process time (θ2
2), equalizing the column pressure equalization step time (θ13, θ23), the regeneration step time (θ11), and the non-adsorbed product gas reflux step (θ12). In step 12 before step 1, the adsorption tower A is in the adsorption step (opening the automatic valves 1A and 2A to flow the mixed gas from the supply gas manifold to adsorb NH 3 in the mixed gas), The adsorption tower B is in a regeneration step (opening the automatic valve 3B and discharging the adsorbed NH 3 under reduced pressure by the exhaust pump P). After completing these steps, the process proceeds to step 1 where the adsorption tower A is operated by the automatic valve 1
A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, and 6B are closed and the pressure equalization step in the column is performed (in order to sufficiently perform the adsorption because the adsorption speed of the adsorbate NH 3 in the column is not sufficiently high), B
Closes the automatic valve 2B and opens 5B to recirculate the non-adsorbed product gas from the non-adsorbed product tank through the conduit 27 (a small amount of NH 3 remaining in the non-adsorbed product gas is further adsorbed by the regenerated adsorption tower). It is in.

【0033】ステップ2で吸着塔Aと吸着塔Bとの間の
自動弁6Aが開かれて吸着塔Aと吸着塔Bとは塔間均圧
工程に入り、両吸着塔間の圧力はバランスする。この塔
間均圧工程では吸着塔Bは(減圧)再生(ステップ9か
らステップ12)後、還流工程(ステップ1)を経てい
るので、吸着工程(ステップ9からステップ12)後、
塔内均圧工程(ステップ1)を経た吸着塔Aよ圧力は
低い。そのためガスは吸着塔Aから吸着塔Bへ流れる。
吸着塔Cはステップ12から引き続き再生工程にあっ
て、この状態はステップ3まで続けられ、吸着塔Dはス
テップ12から引き続きステップ3まで吸着工程にあ
る。
In step 2, the automatic valve 6A between the adsorption tower A and the adsorption tower B is opened, and the adsorption tower A and the adsorption tower B enter a step of equalizing the pressure between the two adsorption towers. . In this inter-column equalizing step, the adsorption tower B has undergone a (reduced pressure) regeneration (step 9 to step 12) and a reflux step (step 1).
Column, among others pressure equalization step adsorption column A by Ri pressure via (Step 1) is low. Therefore, the gas flows from the adsorption tower A to the adsorption tower B.
The adsorption tower C is in the regeneration step from step 12, and this state is continued until step 3, and the adsorption tower D is in the adsorption step from step 12 to step 3.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】吸着質PSA 一方、吸着製品の純度、収率を上げる事を目的にした場
合(以下、吸着質PSAと呼ぶ)の作動工程を表2に基
づき説明する。これは表1と同様、吸着工程から再生工
程を経て再び吸着工程に戻る1サイクルを12ステップ
に分割してそれぞれのステップに対応する各吸着塔の作
動状態を示したものである。各ステップ毎の所要時間は
その1例を示したものである。非吸着質PSAと同様、
例えば、吸着塔Cにおける吸着工程時間、吸着製品ガス
還流工程、塔間均圧工程時間、再生工程時間は、それぞ
れ吸着塔Aにおける吸着工程時間(θ21)、吸着製品
ガス還流工程(θ12,θ22)、塔間均圧工程時間
(θ13,θ23)、再生工程時間(θ11)に等し
い。
Adsorbate PSA On the other hand, the operation steps for the purpose of increasing the purity and yield of the adsorbed product (hereinafter referred to as adsorbate PSA) will be described with reference to Table 2. As in Table 1, one cycle of returning from the adsorption step to the adsorption step through the regeneration step is divided into 12 steps, and shows the operation state of each adsorption tower corresponding to each step. The time required for each step is an example. Like non-adsorbate PSA,
For example, the adsorption step time in the adsorption tower C, the adsorption product gas reflux step, the inter-column pressure equalization step time, and the regeneration step time are respectively the adsorption step time (θ21) in the adsorption tower A, the adsorption product gas reflux step (θ12, θ22). , The equalization step time between columns (θ13, θ23) and the regeneration step time (θ11).

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】吸着質PSAと非吸着質PSAの作動工程
の違いは、製品ガスの還流工程である。表1に示すよう
に、非吸着質PSAのステップ1では吸着塔Aが塔内均
圧工程を行っている時、吸着塔Bでは非吸着製品ガスの
還流を行っているが、吸着質PSAでは表2に示すよう
に、ステップ1で吸着製品ガスが吸着塔Aを通って更に
吸着塔Bに連続して還流される。すなわち、ステップ1
2で吸着塔Aは吸着工程にあり、吸着塔Bは再生工程に
ある。これらの工程を終了してステップ1へ移行して吸
着製品タンクEから導管15を通り自動弁4A、6Aを
開とし吸着製品ガスは吸着塔A、吸着塔Bの順で還流さ
れる還流工程(吸着塔Aの非吸着質に富む空隙部を吸着
製品ガスで置換し、同時にこの空隙部の非吸着質に富む
ガスを再生後の吸着塔Bに差し向け該ガス中の量の残
存NHを更に吸着塔Bで吸着させる)に移る。その他
の工程は非吸着質PSAでの説明と同じである。
The difference between the operation steps of the adsorbate PSA and the non-adsorbate PSA is a product gas reflux step. As shown in Table 1, in Step 1 of the non-adsorbate PSA, when the adsorption tower A is performing the pressure equalization step in the tower, the non-adsorbed product gas is refluxed in the adsorption tower B. As shown in Table 2, in Step 1, the adsorbed product gas is continuously refluxed to the adsorption tower B through the adsorption tower A. That is, step 1
At 2, the adsorption tower A is in the adsorption step, and the adsorption tower B is in the regeneration step. After these steps are completed, the process proceeds to step 1 and the automatic valves 4A and 6A are opened from the adsorbed product tank E through the conduit 15 to open the adsorbed product gas to the adsorber A and the adsorber B in a reflux step ( the gap portion rich in non adsorbate of the adsorption tower a was replaced with adsorbed product gas, fine amount of residual NH 3 in the gas directed gas rich in non adsorbate of the void portion in the adsorption tower B after regeneration simultaneously Is further adsorbed in the adsorption tower B). Other steps are the same as those described for the non-adsorbate PSA.

【0038】本発明では、吸着特性の異なる圧力スイン
グ分離装置を複数段組合せ、各圧力スイング分離装置に
より分離されたガスをリサイクルすることにより、一段
のPSA装置の場合よりも極めて高いアンモニアの分離
性能を達成することができる。
In the present invention, pressure swings having different adsorption characteristics are used.
Combination of multiple stages for each pressure swing separator
By recycling more separated gas,
Ammonia separation much higher than with existing PSA units
Performance can be achieved.

【0039】図2に、図1で述べたPSA装置を組み合
わせ、分離されたガスをリサイクルする例を示す。NH
3,H2,N2,Ar,CH4・・・からなる混合ガスを導
管51よ所要圧力で供給する。図中のPSA1は,表
1、表2で説明した各ステップの所用時間(以下、θと
呼ぶ)や吸着塔内ガス通過速度等を最適化してNH3
外の該ガス成分(以下非吸着質成分と呼ぶ)ガス中のN
3濃度が最小になるように運転されているPSA装
置、すなわち非吸着質PSA装置である。導管52から
は該混合ガスから分離されたNH3以外の該ガス成分が
分離回収される。PSA1は非吸着質成分ガス中のNH
3濃度が最小になるように運転されている為、NH3(以
下吸着質成分と呼ぶ)ガスが排出される導管53中に非
吸着質成分ガスが若干だが許容できない量含まれる。
FIG. 2 shows an example in which the PSA apparatus described in FIG. 1 is combined and the separated gas is recycled. NH
3, H 2, N 2, Ar, and supplies the mixed gas of CH 4 · · · in required pressure Ri good conduit 51. The PSA1 in the figure optimizes the required time (hereinafter referred to as θ) of each step described in Tables 1 and 2 and the gas passage speed in the adsorption tower, etc., and optimizes the gas components other than NH 3 (hereinafter referred to as non-adsorbate). N) in gas
A PSA device operated to minimize the H 3 concentration, ie, a non-adsorbate PSA device. The gas components other than NH 3 separated from the mixed gas are separated and recovered from the conduit 52. PSA1 is the NH in the non-adsorbate component gas.
(3) Since the operation is performed so as to minimize the concentration, a slight but unacceptable amount of non-adsorbate component gas is contained in the conduit 53 from which NH 3 (hereinafter referred to as adsorbate component) gas is discharged.

【0040】PSA2は、θや吸着塔内ガス通過速度等
を最適化して吸着質成分ガス中の非吸着質成分ガス濃度
を最小にするように運転されているPSA装置、すなわ
ち吸着質PSA装置である。PSA1からの吸着質成分
ガスを導管53によりPSA2に供給する。PSA1で
は吸着塔の再生を減圧ポンプで行うが、この時、図1の
調整弁7の調整で減圧ポンプ出口圧力は、PSA2への
供給圧力として最適な圧力まで昇圧できるので更なる昇
圧ポンプの追加は不要である。このことは以下の各PS
A装置でも成り立っている。PSA2で分離された吸着
質成分ガスが含んでいる非吸着質成分量が許容出来る場
合は導管55が濃縮・分離されたNH3ガスの分離回収
導管となる。この場合、図2のPSA3は不要である。
PSA2からの非吸着質成分ガスは導管54に差し向け
られるがPSA2は吸着質成分ガス中の非吸着質成分
ガス濃度を最小にするように運転されている為、導管5
4の非吸着質成分ガス中に吸着質成分が許容できない量
含まれる。この吸着質成分と非吸着質成分を分離するた
め、導管54のガスはPSA1にリサイクルされ、PS
A1で吸着質成分をほとんど含まない非吸着質成分が分
離され、分離されたNH3以外の該ガス成分として導管
52より回収される。
The PSA 2 is a PSA device that is operated so as to minimize the non-adsorbate component gas concentration in the adsorbate component gas by optimizing θ, the gas passing speed in the adsorption tower, etc., that is, an adsorbate PSA device. is there. The adsorbate component gas from PSA1 is supplied to PSA2 via conduit 53 . In PSA1, regeneration of the adsorption tower is performed by a decompression pump. At this time, the pressure of the decompression pump can be increased to an optimum pressure as a supply pressure to PSA2 by adjusting the adjustment valve 7 in FIG. Is unnecessary. This means that each PS
The A device also holds. When the amount of the non-adsorbate component contained in the adsorbate component gas separated by the PSA 2 is allowable, the conduit 55 is a separation / recovery conduit for the concentrated and separated NH 3 gas. In this case, the PSA 3 in FIG. 2 is unnecessary.
Non adsorbate component gas from PSA2 is directed to conduit 54 but, PSA2 is because it is operated so as to minimize non-adsorptive component gas concentration of adsorbate component in the gas conduit 5
The non-adsorbate component gas of No. 4 contains an unacceptable amount of adsorbate components. To separate the adsorbate and non-adsorbate components, the gas in conduit 54 is recycled to PSA 1 and
The non-adsorbate component containing almost no adsorbate component is separated in A1, and is recovered from the conduit 52 as the gas component other than the separated NH 3 .

【0041】PSA2で分離された吸着質成分ガスは若
干だが許容できない量の非吸着質成分ガスをんでいる
場合は、導管5によりこれをPSA3に供給する。P
SA3はPSA2と同じく吸着質PSAの装置である。
PSA3では、導管58から非吸着質成分をほとんど含
まない吸着質成分ガスが分離回収される。PSA3で
は、PSA2と同様に非吸着質成分ガス中に吸着質成分
が許容できない量含まれるがこれは導管56により導
管54と合流して導管57となり圧縮機を介してPS
A1にリサイクルされる。ここで必要となる昇圧は、表
10に示すように非常に僅かでよく、原理的に大きな圧
力損失を生じ大きな昇圧が必要である膜分離法の場合の
1/10以下である。
[0041] When the separated adsorbate component gas in PSA2 is Nde contains a non adsorbate component gas amount but is unacceptable slightly, and supplies it to PSA3 the conduit 5 5. P
SA3 is an adsorbate PSA device like PSA2.
In the PSA 3, an adsorbate component gas containing almost no non-adsorbate components is separated and recovered from the conduit 58. In PSA3, but are amounts adsorbate component unacceptable non adsorbate component in the gas in the same manner as PSA2, which is next to the conduit 57 merges with a conduit 54 by a conduit 56, through the compressor PS
It is recycled to A1. As shown in Table 10, the pressure increase required here may be very slight, and is 1/10 or less of the membrane separation method which requires a large pressure increase due to a large pressure loss in principle.

【0042】[0042]

【実施例】以下、実施例を示すが、本発明はこれに制限
されるものではない。
The present invention is not limited to the following examples.

【0043】実施例1まず、 非吸着質PSAの一例を示す。[0043] Example 1 First, an example of a non-adsorptive PSA.

【0044】細孔径が3オングストロームである合成ゼ
オライト(Bay1ith SG−232,1.6mm
球)を充填したステンレス製の吸着カラムによるPSA
ユニットの構成を図3に示す。同装置に導管61よ
料ガスとしてアンモニア、窒素、水素の混合ガスを流
し、導管63より非吸着製品ガス、導管62より吸着製
品ガスを得、それらのガス量、組成を測定した。組成は
ガスクロ分析によった。弁作動状態、運転条件と運転結
果をそれぞれ表3、表4,表5に示す。
Synthetic zeolite having a pore size of 3 Å (Bay 1 SG SG-232, 1.6 mm)
PSA with a stainless steel adsorption column packed with spheres)
FIG. 3 shows the configuration of the unit. Ammonia as raw <br/> material gas Ri good conduit 61 in the apparatus, nitrogen, flowing a mixed gas of hydrogen, nonadsorbed product gas from the conduit 63, to obtain an adsorption product gas from the conduit 62, the amount thereof gases, the composition It was measured. The composition was determined by gas chromatography. Tables 3, 4, and 5 show the valve operating state, operating conditions, and operating results, respectively.

【0045】原料混合ガス中のN2/H2比は約1だが、
この比が導管2、3でもほぼ保たれ、混合ガス中のほと
んどのアンモニアが導管2から得られ、導管3よりアン
モニアをほとんど含まないガスを得た。
The N 2 / H 2 ratio in the raw material mixed gas is about 1,
This ratio was substantially maintained in the conduits 2 and 3, and most of the ammonia in the mixed gas was obtained from the conduit 2, and a gas containing almost no ammonia was obtained from the conduit 3.

【0046】[0046]

【表3】 各弁は各繰作サイクル(θ)に対応して弁作動表のよう
に操作される。弁作動表で’○’の表示のある時、対応
する弁は開となる。表示の無い時は閉である。
[Table 3] Each valve is operated as shown in the valve operation table corresponding to each cycle (θ). When there is an indication of “○” in the valve operation table, the corresponding valve is opened. It is closed when there is no display.

【0047】[0047]

【表4】 [Table 4]

【0048】[0048]

【表5】 [Table 5]

【0049】次に、吸着質PSAの一例を示す。 Next, an example of the adsorbate PSA will be described.

【0050】前記と同じ充填剤、同じ装置で弁作動を表
6のように変え、運転条件を表7のように変え実施し
た。他は非吸着質PSAの場合と同様に行った。結果を
表8に示す。
With the same filler and the same equipment as described above , the valve operation was changed as shown in Table 6, and the operating conditions were changed as shown in Table 7, and the operation was carried out. Others were performed similarly to the case of non-adsorbate PSA . Table 8 shows the results.

【0051】原料混合ガス中のN2/H2比は約1だが、
この比が導管2、3でもほぼ保たれ、混合ガス中のほと
んどのアンモニアが導管2から得られ、導管3よりアン
モニアをほとんど含まないガスを得た。
The N 2 / H 2 ratio in the raw material mixed gas is about 1,
This ratio was substantially maintained in the conduits 2 and 3, and most of the ammonia in the mixed gas was obtained from the conduit 2, and a gas containing almost no ammonia was obtained from the conduit 3.

【0052】[0052]

【表6】 [Table 6]

【0053】[0053]

【表7】 [Table 7]

【0054】[0054]

【表8】 [Table 8]

【0055】合成ゼオライト(Baylith SG−
232,1.6mm球)を充填したステンレス製の吸着
カラムによるPSA装置を組み合わせた装置を図2に示
す。PSA1は表3のPSAユニット(1)弁作動表
に従って表1の運転条件で運転された。PSA2、PS
A3は表6のPSAユニット(2)の弁作動表に従っ
て、表9の運転条件で運転された。図2の導管51に原
料のアンモニア、窒素、水素の混合ガスを流し、導管5
2より非吸着製品ガスを得、導管58より吸着製品ガス
を得、それらのガス量、組成を測定した。組成はガスク
ロ分析によった。運転結果を表10に示す。
Synthetic zeolite (Baylith SG-
FIG. 2 shows an apparatus combined with a PSA apparatus using a stainless steel adsorption column filled with 232, 1.6 mm spheres). PSA1 was operated under the operating conditions in Table 1 according to the valve operation table of PSA unit (1) in Table 3. PSA2, PS
A3 was operated under the operating conditions in Table 9 according to the valve operation table of PSA unit (2) in Table 6. A mixed gas of ammonia, nitrogen, and hydrogen as a raw material is passed through a conduit 51 shown in FIG.
2 and a non-adsorbed product gas was obtained from the conduit 58, and an adsorbed product gas was obtained from the conduit 58, and their gas amounts and compositions were measured. The composition was determined by gas chromatography. Table 10 shows the operation results.

【0056】[0056]

【表9】 [Table 9]

【0057】[0057]

【表10】 3.6v%のアンモニアを含む混合ガスは、表10の様
に、97.0v%まで濃縮された。また、非吸着製品ガ
ス中のアンモニア濃度は0.2v%まで低減された。混
合ガスはアンモニアと、該残ガス(窒素+水素)にほぼ
完全に分離できた。
[Table 10] The mixed gas containing 3.6 v% ammonia was concentrated to 97.0 v% as shown in Table 10. Further, the ammonia concentration in the non-adsorbed product gas was reduced to 0.2 v%. The mixed gas was almost completely separated from ammonia and the residual gas (nitrogen + hydrogen).

【0058】比較例1 実施例1と同じ装置で充填剤を細孔径5オングストロー
ムの合成ゼオライト(Baylith KE−G25
2,1.6mm球)に変えた以外は同様に実施した。運
転条件を表11に、結果を表12に示す。原混合ガス
に含まれるN2/H2比は約1だが、この比が導管62、
63で大きくくずれた。混合ガスはN2/H2比を約1に
保ったままでのアンモニアの分離はできなかった導管
62のN2/H2比がかなり大きく、窒素が吸着工程でア
ンモニアと一緒に吸着剤にかなり吸着したことを示し、
本合成ゼオライトは本発明に適さないことが判る.
Comparative Example 1 A synthetic zeolite having a pore size of 5 angstroms (Baylith KE-G25) was used in the same apparatus as in Example 1.
Except for changing the 2,1.6mm sphere) was performed in a manner similar to. The operating conditions are shown in Table 11 and the results are shown in Table 12. N 2 / H 2 ratio contained in the raw material mixed gas is about 1 but the ratio is conduit 62,
At 63, it was greatly broken. Ammonia could not be separated from the mixed gas while maintaining the N 2 / H 2 ratio at about 1 . The N 2 / H 2 ratio in conduit 62 is fairly large, indicating that the nitrogen has been significantly adsorbed on the adsorbent along with the ammonia in the adsorption step;
It turns out that this synthetic zeolite is not suitable for the present invention.

【0059】[0059]

【表11】 [Table 11]

【0060】[0060]

【表12】 [Table 12]

【0061】本比較例に用いた吸着剤と実施例で用いた
吸着剤の化学組成は同じである。本吸着剤の窒素に対す
る吸着力は、アンモニアに対する吸着力よは小さい
が、水素に対する吸着力と比べると無視できないくらい
大きい。そこで、細孔径5オングストロームの吸着剤を
用いた本比較例では、アンモニア、水素、窒素全てのガ
スが細孔を通過して吸着サイト(座)まで達することが
でき、その吸着力の差によって分けられる。水素のみが
殆ど吸着されないので、水素のみの濃縮がなされ、分離
前後のH2/N2比が大きく変化する。これに対し、実施
例では、細孔径3オングストロームの吸着剤を用いたの
で、本吸着剤は元来窒素に対しても無視できないほどの
吸着力を持っているが、窒素が細孔を通過して吸着サイ
ト(座)まで達することができないので、窒素、水素と
も吸着されない。
The chemical compositions of the adsorbent used in this comparative example and the adsorbent used in the examples are the same. Adsorption force for the nitrogen of the adsorbent, is small Ri by the suction force to ammonia, a large amount that can not be ignored compared to the adsorption force with respect to hydrogen. Therefore, in this comparative example using an adsorbent having a pore size of 5 Å, all of ammonia, hydrogen, and nitrogen gases can pass through the pores and reach the adsorption site (locus), and are divided according to the difference in the adsorption power. Can be Since only hydrogen is hardly adsorbed, only hydrogen is concentrated, and the H 2 / N 2 ratio before and after the separation greatly changes. In contrast, in the example, the adsorbent having a pore size of 3 angstroms was used, and therefore, the present adsorbent originally has an adsorbing power that cannot be ignored even for nitrogen. And cannot reach the adsorption site (locus), so neither nitrogen nor hydrogen is adsorbed.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上説明したように、本発明はアンモニ
アのみを選択的に吸着する特定の細孔径を有するゼオラ
イト又は活性炭を吸着剤として有する、吸着特性の異な
る複数の圧力スイング装置を組み合わせて構成している
ためアンモニアの分離に対し以下の効果がある。 (1)アンモニア合成の合成ループからの混合ガスから
のアンモニアと窒素、水素の分離作に要するエネルギ
ーを著しく小さくできる。 (2)アンモニア合成のオフガスからのアンモニアと窒
素、水素の分離操作に要するエネルギーを著しく小さく
できる。 (3)上記の操作で分離される窒素・水素の比が分離前
の混合ガス中の窒素・水素の比と変わらないため、その
まま合成系に戻すことができる。 (4)アンモニアガスが極めて高純度な製品として容易
に得られる。 (5)脱硝用に使用可能なアンモニアが希薄アンモニア
混合ガスから分離できる。 (6)分離された窒素、水素の脱湿操作が不要である。
As described above, the present invention comprises a zeolite or activated carbon having a specific pore diameter for selectively adsorbing only ammonia as an adsorbent and having different adsorption characteristics.
Due to the configuration by combining a plurality of pressure swing device that provides the following advantages with respect to the separation of ammonia. (1) ammonia and nitrogen from a gas mixture from the synthesis loop of ammonia synthesis, the energy required for the separation operation of the hydrogen significantly be reduced. (2) The energy required for the operation of separating ammonia, nitrogen and hydrogen from the off-gas of ammonia synthesis can be significantly reduced. (3) Since the ratio of nitrogen / hydrogen separated by the above operation is not different from the ratio of nitrogen / hydrogen in the mixed gas before separation, it can be returned to the synthesis system as it is. (4) Ammonia gas can be easily obtained as an extremely high-purity product. (5) Ammonia that can be used for denitration can be separated from the diluted ammonia mixed gas. (6) The operation of dehumidifying the separated nitrogen and hydrogen is unnecessary.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を連続的に実施するためのフローであ
る。
FIG. 1 is a flowchart for continuously implementing the present invention.

【図2】本発明のPSA装置を組み合わせて使用する例
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example in which a PSA device of the present invention is used in combination.

【図3】本発明の実施例において用いたPSAユニット
の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a PSA unit used in an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A,B,C,D 吸着塔 E 吸着製品タンク F 非吸着製品タンク P 排気ポンプ 1A,1B,1C,1D 自動弁 2A,2B,2C,2D 自動弁 3A,3B,3C,3D 自動弁 4A,4B,4C,4D 自動弁 5A,5B,5C,5D 自動弁 6A,6B,6C,6D 自動弁 V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7,V8,V
9 自動弁 FN、RN、PN 流量調弁 7,8 流量調弁 10 混合ガス供給用マニホールド 11 非吸着製品流出ガス用マニホールド 12排気マニホールド 15,27 導管 25 吸着製品流出用マニホールド 26 非吸着製品流出用マニホールド 51,52,53,54,55,56,57,58 導
管 61,62,63 導管
A, B, C, D Adsorption tower E Adsorption product tank F Non-adsorption product tank P Exhaust pump 1A, 1B, 1C, 1D Automatic valve 2A, 2B, 2C, 2D Automatic valve 3A, 3B, 3C, 3D Automatic valve 4A, 4B, 4C, 4D automatic valve 5A, 5B, 5C, 5D automatic valve 6A, 6B, 6C, 6D automatic valve V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V
9 automatic valve FN, RN, PN flow adjustment valves 7 and 8 the flow adjustment valve 10 a mixed gas supply manifold 11 nonadsorbed product outlet gas manifold 12 exhaust manifold 15, 27 conduit 25 adsorption product outlet manifold 26 nonadsorbed product Outflow manifold 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 Conduit 61, 62, 63 Conduit

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アンモニアを含む混合ガスからのアンモ
ニア分離用の圧力スイング分離装置において、アンモニ
ア(吸着質成分)以外の成分(非吸着質成分)ガス中の
アンモニア濃度が最小になるよう運転されている細孔径
が5オングストローム未満のゼオライトまたは活性炭を
充填した少なくとも一つの吸着装置と、吸着質成分ガス
中の非吸着質成分ガス濃度を最小にするように運転され
ている細孔径が5オングストローム未満のゼオライトま
たは活性炭を充填した少なくとも一つの吸着装置との間
で各装置から分離されたガスをリサイクルするよう構成
されてなる前記分離装置。
1. Ammonia from a mixed gas containing ammonia
In a pressure swing separator for near separation, ammonia
A) In components (non-adsorbate components) other than (adsorbate components) gas
Pore size operated to minimize ammonia concentration
Uses less than 5 angstroms of zeolite or activated carbon
At least one filled adsorption device and adsorbate component gas
Is operated to minimize the concentration of non-adsorbate component gas in
Zeolite with pore size less than 5 Å
Or at least one adsorption device filled with activated carbon
Configured to recycle gas separated from each device
The separation device as described above.
【請求項2】 アンモニアを含む混合ガスから圧力スイ
ング分離装置を用いてアンモニアを分離する方法におい
て、アンモニア(吸着質成分)以外の成分(非吸着質成
分)ガス中のアンモニア濃度が最小になるよう運転され
ている細孔径が5オングストローム未満のゼオライトま
たは活性炭を充填した少なくとも一つの吸着装置と、吸
着質成分ガス中の非吸着質成分ガス濃度を最小にするよ
うに運転されている細孔径が5オングストローム未満の
ゼオライトまたは活性炭を充填した少なくとも一つの吸
着装置との間で各装置から分離されたガスをリサイクル
することを特徴とする前記方法。
2. A pressure switch from a mixed gas containing ammonia.
Method for separating ammonia using a separating device
Components other than ammonia (adsorbate component)
Min) Operate to minimize the ammonia concentration in the gas
Zeolite with pore size less than 5 Å
Or at least one adsorption device filled with activated carbon.
Minimize the concentration of non-adsorbate component gas in the component gas
The pore size is less than 5 angstroms
At least one filter filled with zeolite or activated carbon
Recycle gas separated from each device to and from the landing device
The method as described above.
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