[發明專利]氫氣或氦氣的精制方法、以及氫氣或氦氣的精制裝置

在審

• 申請號: 201780058840.5
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN109789368A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 中谷光利;田中沙織;土屋貴裕
• 申請（專利權）人: 住友精化株式會社
• 主分類號: B01D53/053
• 分類號: B01D53/053;C01B3/56;C01B23/00
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;程采

利用使用填充有吸附劑的吸附塔(10A～10C)進行的PSA法，從含有烴氣體或揮發性烴中的至少一者作為雜質且含有氫氣或氦氣作為主要成分的原料氣體中精制氫氣或氦氣的方法，重復進行包括吸附工序、減壓工序、脫附工序和清洗工序的循環。各吸附塔在吸附塔內的原料氣體的流動方向上從上游側向下游側依次劃分為第一區域、第二區域和第三區域。在第一區域填充有相對于吸附劑的全部填充容量的填充比率為15～65vol％的范圍的硅膠系的第一吸附劑(131)。在第二區域填充有填充比率為10～50vol％的范圍的活性炭系的第二吸附劑(132)。在第三區域填充有填充比率為25～75vol％的范圍的沸石系的第三吸附劑(133)。

技術領域

本發明涉及用于利用變壓吸附法來精制氫氣或氦氣的方法和裝置。

背景技術

從防止污染的觀點考慮，作為廢棄氣體被放出的氣體中的揮發性烴和硫化氫的濃度被限制為低濃度。例如在某些地區，對于含有甲苯作為雜質的氣體的情況，地面極限濃度規定為0.7volppm以下；對于含有硫化氫作為雜質的氣體的情況，地面極限濃度規定為0.1volppm以下。作為用于應對這樣的限制的廢棄氣體的處理方法，關于烴的除去，有吸收法、冷卻法、吸附法、燃燒法等(例如參照專利文獻1)；關于硫化氫的除去，已知干式脫硫、濕式脫硫和生物脫硫(例如參照專利文獻5、6、7)。另外，有時也將通過這些處理精制后的氣體回收再利用。另外，對于廢棄氣體的處理設備，需求節省空間且購入費用和運轉費用低廉的方法。

另一方面，在使用氫氣或氦氣作為工業用氣體時，根據用途，為了得到高純度的氣體，需要追加精制工序。例如，對于燃料電池車用的氫氣的情況，根據ISO14687－2(FCV用氫燃料標準，2012，GradeD)，作為氫氣以外的成分的容許濃度，總烴必須在2volppm以下(換算成甲烷)，總硫成分必須在0.004volppm以下(換算成硫化氫)。在這種情況下，也需求節省空間且廉價的方法。

關于烴的除去，在吸收法中，使擴散氣體中的烴濃度達到1vol％以下非常困難，目前尚未實現。在冷卻法中，由于在氣相側殘留有蒸氣壓量的雜質，所以對于揮發性烴的情況，難以精制至數ppm數量級。在燃燒法中，需要混合氧氣，由于因烴的燃燒而新生成水和二氧化碳等，因此不適于得到高純度的氣體。

關于硫化氫的除去，作為干式脫硫，例如專利文獻5所公開的那樣，通過將鐵或氧化鐵的粉體、或者對其進行造粒而成的粒料填充在脫硫槽中，使氣體在其間流通而進行。然而，在氧化鐵被硫化氫穿破時，在除去氧化鐵后，必須在干式脫硫塔內填充新的氧化鐵，裝置以及保養和管理所需的費用過大。作為濕式脫硫，如專利文獻6所公開的那樣，提出了設置脫硫槽，在其中散布堿水溶液，從而形成堿性硫酸鹽而回收的方案。在該方法中，需要堿水溶液，存在回收的堿性硫酸鹽處理時的pH調節和再利用的問題。作為生物脫硫，如專利文獻7所公開的那樣，有使用硫氧化細菌的方法。在該使用硫氧化細菌的方法中，硫分形成硫酸而包含在處理水中。因此，存在裝置的防腐以及保養和管理所需的費用過大等的課題。另外，關于干式脫硫、濕式脫硫和生物脫硫等方法，在含有甲苯等揮發性烴作為雜質時，也存在除去性能因甲苯而下降的問題。

由于以上那樣的理由，作為得到高純度的氫氣或氦氣的方法，主要利用吸附法。例如，為了除去氣體中所含的烴和硫化氫，采用使用合成沸石或疏水性硅膠的變壓吸附法。然而，在該方法中，脫附使用真空裝置，或者在富硅的沸石和硅膠中也使用疏水性的物質，因此存在成本方面的課題(例如參照專利文獻1、4)。

另外，也有利用變壓吸附法對含有烴的廢棄氣體進行處理而降低烴濃度的方法。在變壓吸附法中，如果吸附劑能夠再生，則不需要加熱或冷卻。然而，在該方法中，脫附時需要真空裝置，還需要預先對吸附劑進行預涂，存在成本方面和操作的復雜性方面的課題(例如參照專利文獻2、3)。