CN109069980A - 变压吸附式气体分离方法及气体分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种气体分离方法及气体分离装置，其可兼顾除去对象气体成分的除去性能和回收对象气体成分的回收率。将原料气体g0供给至吸附单元10的一侧的吸附槽11导出透过气体g1。将另一侧的吸附槽12的压力设置为比吸附时的压力更低而导出脱吸气体g2。配合吸附单元10的运转周期，或根据所述原料气体g0的状态，将透过气体g1或脱吸气体g2中的、应该优先除去的优先除去对象气体成分在所述除去对象气体成分中的浓度或者分压比所述原料气体g0低的气体作为返回吸附单元10的返回气体。

Description

变压吸附式气体分离方法及气体分离装置
技术领域
本发明涉及一种气体分离方法和气体分离装置，其从原料气体中纯化回收对象气体成分并将除去对象气体成分除去，特别涉及变压吸附式(PSA；pressure swingadsorption)气体分离方法及气体分离装置。
背景技术
作为纯化或除去原料气体中的特定成分的方法，已知有变压吸附法。
作为通过变压吸附法从原料气体得到产品气体的方法，大致有以下两种。
(1)通过将原料气体加压供给至吸附槽，吸附原料气体中的除去对象气体成分，透过回收对象气体成分而得到产品气体。然后，通过对吸附槽进行减压，使所述吸附的除去对象气体成分脱吸并废弃。在该情况下，透过气体是干净气体，脱吸气体是污浊气体。
(2)通过将原料气体加压供给至吸附槽，吸附原料气体中的回收对象气体成分，透过除去对象气体成分并废弃，然后，通过对吸附槽进行减压，脱吸所述吸附的回收对象气体成分得到产品气体。在该情况下，脱吸气体是干净气体，透过气体是污浊气体。
这里，干净气体是回收对象气体成分的浓度或者分压比原料气体高、且除去对象气体成分的浓度或分压比原料气体低的气体。
污浊气体是，回收对象气体成分中浓度或分压比原料气体低、除去对象气体成分的浓度或分压比原料气体高的气体。
安装有多个吸附槽，并在某个吸附槽进行吸附的期间，在其他吸附槽中进行脱吸(参见专利文献1)。
专利文献2公开了通过对天然气等原料气体进行改性来生产合成气体和氢气的工序。氢气生产线上设有变压吸附装置。变压吸附装置从导入的气体中纯化氢气，同时排出含有二氧化碳的剩余气体。剩余气体返回原料气体中。
没有说明剩余气体的返回周期或时机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-182927号公报
专利文献2：日本特开2014-80328号公报
发明内容
发明所解决的问题
变压吸附装置存在运转周期，产品气体中的各气体成分浓度周期性变化。例如，使用所述方法(1)时，存在透过气体中的除去对象气体浓度相对高的期间。为确保除去性能，可以考虑缩短所述多个吸附槽的吸附、脱吸的切换时间。但若缩短切换时间，脱吸气体甚至是废弃气体中会混入大量回收对象气体成分，回收率(产品气体中的回收对象气体成分量/原料气体中的回收对象气体成分量)下降。
另外，原料气体的组成也可能周期性(规则性)或随机变化。因此，例如在原料气体中除去对象成分的分压相对高的情况下，主要除去对象成分被吸附单元所吸附，但在原料气体中除去对象成分的分压相对低的情况下，会发生回收对象成分被吸附单元吸附的情况。于是，回收对象气体成分的回收率下降。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种气体分离方法及气体分离装置，其可兼顾除去对象气体成分的除去性能和回收对象气体成分的回收率。
解决问题的技术方案
为解决所述技术问题，本发明的方法是采用变压吸附的气体分离方法，其包括：
吸附工序：向吸附单元供给包含除去对象气体成分以及回收对象气体成分的原料气体并导出透过气体，
脱吸工序：将所述吸附单元的压力设置为比所述吸附工序的压力更低而导出脱吸气体，以及
返回工序：配合所述吸附单元的运转周期，或根据所述原料气体或透过气体或脱吸气体的状态，将所述透过气体或所述脱吸气体中的、应该优先除去的优先除去对象气体成分在所述除去对象气体成分中的浓度或者分压比所述原料气体低的那种气体作为返回所述吸附单元的返回气体。
吸附工序中的吸附单元选择性地吸附原料气体中的被吸附气体成分。脱吸工序中的吸附单元将所述吸附的被吸附气体成分脱吸。例如，所述被吸附气体成分为除去对象时，可以将所述透过气体作为产品气体(所述方法(1))。所述被吸附气体成分是回收对象时，可以将所述脱吸气体作为产品气体(所述方法(2))。
如上所述，这种变压吸附方法存在运转周期，成为产品气体的透过气体或脱吸气体中的各气体成分的浓度会发生变动。配合其运转周期，例如，在所述透过气体或脱吸气体中的优先除去对象气体成分浓度相对高的期间，进行返回工序。是否实施返回工序不限于配合运转周期，也可以根据所述原料气体、透过气体或脱吸气体的状态进行判断。
由此，能够防止产品气体中的优先除去对象气体成分浓度变高，确保除去性能。另外，无需过度地缩短吸附和脱吸的切换时间，并且能够避免切换带来的回收对象气体成分的排出频率的增加，从而可以防止回收对象气体成分的回收率降低。因此，可以同时兼顾除去性能和回收率。此外，通过使用优先除去对象气体成分或分压低的气体作为返回气体，可以提高产品气体的生成效率。
本发明的装置是采用变压吸附的气体分离装置，其具备：
吸附单元，其从原料气体中选择性地吸附除去对象气体成分或回收对象气体成分并导出透过气体，
脱吸单元，将所述吸附单元的压力设置为比所述供给时低，将含有所述吸附后的对象气体成分的脱吸气体从所述吸附单元中导出，以及
返回单元，配合所述吸附单元的运转周期，或者根据所述原料气体或透过气体或脱吸气体的状态，将所述透过气体或所述脱吸气体中的、应该优先除去的优先除去对象气体成分在所述除去对象气体成分中的浓度或者分压比所述原料气体低的那种气体作为返回所述吸附单元的返回气体。
由此，可确保优先除去对象气体成分的除去性能，并且防止回收对象气体的回收率的降低，进一步提高产品气体的生成效率。
作为所述优先除去对象气体成分，可列举BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)或氰基等氮化合物、或COS等硫化合物。
作为所述优先除去对象气体成分以外的非优先除去对象成分，可列举CO2。
作为所述回收对象气体成分，可列举CO、H2。
所述气体分离方法中，优选的是：持续进行第一规定时间的输送工序，所述输送工序中，不返回能够成为所述返回气体的气体，而是将其作为输送气体，然后持续进行第二规定时间的所述返回工序。
在所述气体分离装置中，优选的是：具备：
选择单元，其选择输送模式和返回模式中的任一种，
所述输送模式中，不返回能够成为所述返回气体的气体，而是将其作为输送气体；所述返回模式中，将能够成为所述返回气体的气体作为所述返回气体，
所述选择单元在所述输送模式经过第一规定时间时，切换为所述返回模式，在所述返回模式经过第二规定时间时，切换为所述输送模式。
由此，可以对模式的切换时机进行时间管理。变压吸附法得到的产品气体中的各气体成分的浓度变化是大致周期性或大致规则性，因此能够通过时间管理进行模式切换。
所述气体分离方法中，优选的是：测量所述透过气体或脱吸气体或原料气体中之一的测量对象气体成分的浓度或分压、或者测量与其相关的指标，并基于测量结果选择是否实施所述返回工序。
所述气体分离装置中，优选的是：进一步具备测量单元，测量所述透过气体或脱吸气体或原料气体之一的测量对象气体成分的浓度或分压、或者测量与其相关的指标，
基于所述测量结果选择是否实施所述返回。
由此，能够配合所述1的气体成分的实际浓度变化或分压变化进行模式切换。所述1的气体成分优选为除去对象气体成分，但也可以是回收对象气体成分。
作为浓度或分压、或者与其相关的指标，可列举红外线的吸收量等。
优选的是：所述测量对象气体成分为所述除去对象气体成分中与所述优先除去对象气体成分相比，所述吸附单元产生的吸附性更低的低吸附性除去对象气体成分。
由此，可以在从吸附工序中的吸附单元导出的气体中低吸附性除去对象气体浓度上升、而优先除去对象气体成分浓度还未上升的时机，进行返回工序。由此，产品气体中的优先除去对象气体成分浓度切实地降低。这里，低吸附性除去对象气体成分可列举CO2，优先除去对象气体成分可列举苯等BTEX。
所述测量气体成分可以是所述优先除去对象气体成分。
所述气体分离方法中，优选如下：将所述能够成为返回气体的气体通入能够花费从所述测量开始到所述选择为止的处理时间所对应的延迟时间而穿过的延迟通路，
在所述返回工序中，将来自所述延迟通路的气体作为所述返回气体。
所述气体分离装置中，优选的是：进一步具备延迟单元，所述延迟单元含有将所述能够成为返回气体的气体通入能够花费从所述测量开始到所述选择为止的处理时间所对应的延迟时间而穿过的延迟通路，
在所述返回单元中，将来自所述延迟单元的气体作为所述返回气体。
由此，可以弥补从测量到实施返回为止的时间滞后，可以防止或抑制除去对象成分气体对产品气体的污染等。
所述气体分离方法中，优选如下：相对先进入所述延迟通路的气体部分先于相对后进入的气体部分被排出。
所述气体分离装置中，优选如下：所述延迟单元使相对先进入所述延迟通路的气体部分先于相对后进入的气体部分被排出。
由此，可以可靠地防止或抑制所述除去对象气体成分的污染等。
所述气体分离方法中，优选如下：包含积存工序，将所述返回气体积存于返回气体积存单元。
所述气体分离装置中，优选如下：所述返回单元包含积存所述返回气体的气体积存单元。
由此，可以将返回气体的各气体成分的浓度变动以及气体流量平均化。另外，不仅在返回模式时，而且在输送模式时，也可以将返回气体返回至原料气体。
所述气体分离方法中，优选如下：包括在所述返回工序之前对所述能够成为返回气体的气体进行成分转换的成分转换工序。
所述气体分离装置中，优选如下：具备成分转换单元，在执行所述返回工序之前，对所述能够成为返回气体的气体进行成分转换。
由此，可以提高或降低返回气体中的特定气体成分的浓度。
需要说明的是，本说明书中的成分转换不限于对象气体成分浓度在例如％级别发生变化，也可以是在ppm级别发生变化。
优选所述成分转换后的气体的CO2浓度或分压比转换前高。
所述气体分离方法中，优选如下：所述成分转换工序包括通过微生物发酵对所述透过气体进行成分转换的微生物发酵工序。
所述气体分离装置中，优选如下：所述成分转换单元包括能够通过所述透过气体使微生物发酵的培养槽。
由此，能够在所述成分转换时生产乙醇等有价值的物质。而且，来自培养槽的废气可以用作返回气体。通常，该类型的废气富含CO2。来自培养槽中的废气可以直接使用，也可以除去杂质后使用。
某些种类的微生物产生H2S等硫化物。另外，由于培养通常在液体中进行，所以来自培养槽的气体含有水分。这些硫化物和水分会带来使催化剂和吸附剂等劣化的不良影响，因此优选通过脱硫剂、吸附剂等各种除去手段除去。
优选所述成分转换后的气体的CO2浓度或分压比转换前高。
所述气体分离方法中，所述成分转换工序可包括催化反应工序，其使所述透过气体进行催化反应进行成分转换。
所述气体分离装置中，所述成分转换单元可包括催化反应器，其使所述透过气体进行催化反应进行成分转换。
所述成分转换单元也可含有活性炭。
所述成分转换单元也可含有脱硫剂。
所述成分转换单元也可含有脱氧剂。
所述能够成为返回气体的气体，通常是所述“干净气体”。
一方面，即使是“污浊气体”，通过所述成分转换，也能够成为优先除去对象气体成分的浓度或分压比原料气体低的气体，从而能够成为所述返回气体。
所述气体分离方法中，优选如下：包括吹扫工序，配合所述吸附单元的运转周期，将所述返回气体作为吹扫气体供给到(返回到)所述吸附单元，并从所述吸附单元中排出气体。
所述气体分离装置中，优选如下：具备吹扫单元，配合所述吸附单元的运转周期，将所述返回气体作为吹扫气体供给至(返回至)所述吸附单元，并从所述吸附单元中排出气体。
由此，可进一步提高回收对象气体成分的回收率。
所述气体分离方法中，优选如下：所述吹扫气体是通过对所述透过气体或脱吸气体进行成分转换而得到的气体。
所述气体分离装置中，优选如下：所述吹扫单元含有通过对所述透过气体或脱吸气体进行成分转换而生产所述吹扫气体的成分转换单元。
由此，可以对透过气体或脱吸气体进行成分转换后作为吹扫气体使用。即使脱吸气体含有所述优先除去对象成分，也可以通过活性碳等除去优先除去对象成分即进行成分转换处理，由此能够降低吹扫气体中所述优先除去对象成分的浓度或分压。
所述吹扫气体也可以是：对所述脱吸气体或所述透过气体中所述优先除去对象气体成分的浓度或分压比原料气体高的气体(污浊气体)进行成分转换，从而将所述优先除去对象气体成分的浓度或分压调整为低于所述原料气体而得到的气体。
所述吹扫气体也可以是：使所述优先除去对象气体成分的浓度或分压比所述原料气体高的气体(污浊气体)与活性炭相接触，从而将所述优先除去对象气体成分的浓度或分压调整为低于所述原料气体而得到的气体。
由此，即使是脱吸气体或透过气体中的“污浊气体”，也能恢复干净状态，作为吹扫气体使用。由于该吹扫气体变为干净状态，因此可以防止回收对象气体成分的回收率和产品气体的生成效率受损。
所述吹扫单元的成分转换单元优选例如：含有能够通过所述透过气体进行发酵的微生物的培养槽。由此，可以将来自培养槽的废气作为吹扫气体使用。
所述吹扫单元的成分转换单元可含有使所述透过气体发生催化反应从而进行成分转换的催化反应器。
所述吹扫气体优选经过脱硫和脱水中的至少一个处理工序之后的所述透过气体或脱吸气体。
优选将所述吸附单元中的所述吹扫气体的流动方向设为与所述吸附工序中的气流方向相同。
也可以将所述吸附单元中的所述吹扫气体的流动方向设为与所述吸附工序中的气体流动方向相反。
所述吹扫气体也可以从所述吸附单元的中间部分导入所述吸附单元。在吹扫过程的前期，将吸附单元整体用吹扫气体进行吹扫，在吹扫工序的后期，可以将所述吹扫气体从吸附单元的中间部分导入所述吸附单元，在吸附单元的所述中间部到吸附工序时的端口为止的部分进行吹扫。
除此之外，作为吹扫气体，可以使用从空气制氧装置排出的废气(氮气为主要成分)、进一步提高了氮纯度的气体、各种废气通过燃烧除害而得到的二氧化碳气体、氮气为主要成分的气体等。
当将吸附剂用于脱硫和脱水时，优选通过氮气或所述输送气体等适当地再生所述吸附剂。
优选根据所述排出后的气体中所述优先除去对象成分的浓度或分压，选择是否将所述排出后的气体作为所述返回气体。
所述排出气体中的所述优先除去对象成分的浓度或分压相对低时，也可以不返回所述排出气体而是作为输送气体。由此，能够提高产品气体的生成效率。
更加优选如下：测量所述排出后的气体中的所述优先除去对象成分的浓度或分压、或者测量与其相关指标，并基于测量结果，选择是否使用所述排出后的气体作为返回气体，并且，
将经过所述测量的所述排出后的气体通入能够花费从所述测量开始到所述选择为止的处理时间所对应的延迟时间而穿过的延迟通路，将来自所述延迟通路的气体作为所述能够成为返回气体的气体。
由此，可以弥补测量到实施返回为止的时间滞后，进一步降低产品气体中除去对象气体的浓度或分压。
也可以无条件地将所述排出后的气体作为返回气体。
发明效果
根据本发明，可以防止变压吸附法的除去性能的降低，也可以防止回收率的降低，还能进一步提高产品气体的生成效率。
附图说明
图1是显示含有本发明第一实施方式的气体分离装置的混合气体生产/利用系统的大致结构的回路图。
图2是显示第一吸附·脱吸工序的输送模式下的所述气体分离装置的回路图。
图3是显示第一吸附·脱吸工序的返回模式下的所述气体分离装置的回路图。
图4是显示第二吸附·脱吸工序的输送模式下的所述气体分离装置的回路图。
图5是显示第二吸附·脱吸工序的返回模式下的所述气体分离装置的回路图。
图6是显示所述气体分离装置的透过气体中的各气体成分的浓度变化的实测数据的图表。
图7是表示本发明的第二实施方式的气体分离装置在相当于第一实施方式的图2的状态下(第一吸附·脱吸处理的输送模式)的回路图。
图8是表示本发明的第三实施方式的气体分离装置在相当于第一实施方式的图2的状态下(第一吸附·脱吸处理的输送模式)的回路图。
图9是表示本发明的第四实施方式的气体分离装置在相当于第一实施方式的图2的状态下(第一吸附·脱吸工序中的输送模式)的回路图。
图10是表示所述第四实施方式的气体分离装置中的延迟单元的一例的立体图。
图11(a)是沿着图10的XIa-XIa线的所述延迟单元的截面图。图11(b)是沿着图10的XIb-XIb线的所述延迟单元的截面图。
图12是模拟所述第四实施方式中，产品气体中苯浓度相对原料气体苯浓度的变化的曲线图。
图13是模拟图12中缓冲罐的流入气体量的曲线图。
图14是表示本发明的第五实施方式的气体分离装置在输送模式下的第一吸附·脱吸工序中的回路图。
图15是表示本发明的第五实施方式的气体分离装置在返回模式下的第一吸附·脱吸工序中的回路图。
图16是表示本发明的第六实施方式的气体分离装置在相当于第一实施方式的图3的状态下(第一吸附·脱吸处理的返回模式)的回路图。
图17是表示本发明的第七实施方式的气体分离装置在输送模式下的、第一吸附槽的第一吹扫工序和第二吸附槽的第二脱吸工序的阶段的回路图。
图18是表示所述第七实施方式的气体分离装置的透过气体中的各气体成分的浓度变化的曲线图。
图19是表示本发明的第八实施方式的气体分离装置在输送模式下的、第一吸附槽的第一吹扫工序的后期和第二吸附槽的第二脱吸工序的阶段的回路图。
图20是表示本发明的第九实施方式的气体分离装置在输送模式下的、第一吸附槽的第一吹扫工序和第二吸附槽的第二脱吸工序的阶段的回路图。
图21是表示吸附槽中吹扫气体的流动方向的变形实施方案的回路图。
具体实施方式
以下，依照附图说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
图1～6显示本发明的第一实施方式。如图1所示，混合气体生产·利用系统S包括气体分离装置1、原料气体供给单元2和气体利用部3。原料气体供给单元2由废弃物处理设施构成。作为废弃物，可列举：城市垃圾、轮胎、生物质、木片、塑料垃圾等。废物处理设施中安装有熔炉(废物焚化炉)。在熔炉中，废物通过高浓度氧气燃烧并分解到低分子水平。最后，生成含有CO和H2等的合成气(合成气)。
该合成气成为向气体分离装置1供给的原料气体g0。除CO和H2之外，原料气体g0还包括N2、CO2、BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)等。例如，原料气体g0中的CO2浓度g0为例如％级别，而C6H6(苯)的浓度为例如数千～数ppm级别。
原料气体g0成分中的CO以及H2是应该予以回收的回收对象气体成分。
原料气体g0成分中的CO2以及C6H6等BTEX是应该予以除去的除去对象气体成分。
除去对象气体成分中，应该优选除去的优先除去对象气体成分是BTEX。C6H6等BTEX给后述的微生物培养带来不良影响。
气体分离装置1被置于原料气体供给单元2和气体利用部3之间。在气体分离装置1中，将原料气体g0分离为富含回收对象气体成分的产品气体g3(输送气体)和富含除去对象气体成分的脱吸气体g2。产品气体g3是含有CO和H2作为主要成分的混合气体。产品气体g3被供给至气体利用部3，用于各种用途。
例如，气体利用部3是培养槽。在培养槽中，通过微生物发酵生产有价值的物质如乙醇等。
脱吸气体g2被输送至未图示的废气处理部。
图2～图5按照运转模式显示气体分离装置1。
需要说明的是，气体分离装置1的下列元件2p、11、12、22、23、31之间通过多个管道连接。各管道设置有阀门。通过由控制器(未图示)对阀门进行控制来打开和关闭各管道，从而气体分离装置1选择性地执行多个运转模式(图2～图5)。在该图中，为简单起见，示意性地图示了各运转模式下主要开通的管道作为气体通路2a、3a、3b、21、41。另外，虽然基本省略关闭的通路的图示，但一部分关闭的通路适当地使用中空线表示。
在下文中，除非另有说明，对处于图2的运转模式的气体分离装置1进行说明。
如图2所示，气体分离装置1具备吸附单元10。吸附单元10包括第一吸附槽11和第二吸附槽12。吸附剂13置于各吸附槽11、12中。作为吸附剂13的材料，可列举沸石等。吸附剂13在相对高压下能够选择性吸附原料气体g0成分中的除去对象气体成分(C6H6、CO2等)。在相对低压下，脱吸所述吸附的成分(CO2、C6H6等)。
即，沸石等吸附剂13吸附除去对象气体成分(CO2、C6H6等)比吸附回收对象气体成分(CO、H2等)更容易。除去对象气体成分中，特别容易吸附C6H6等BTEX。与BTEX相比，CO2是吸附剂13产生的吸附性较低的低吸附性除去对象气体成分。吸附剂13容易吸附的顺序是BTEX、CO2、CO。
就吸附剂13的压力条件而言，不限于压力在吸附时高于大气压，脱吸时低于大气压，也可以吸附时高于大气压，脱吸时为大气压，也可以是吸附时为大气压，脱吸时低于大气压。
如图1所示，原料气体通路2a从原料气体供给单元2延伸到气体分离装置1。如图2所示，在原料气体通路2a设置有供气单元2p。供气单元2p由鼓风机和压缩机构成。
虽然未图示，但也可以在原料气体通路2a中依次设置H2S吸附剂、H2O吸附剂、CO2或BTEX等吸附剂。
原料气体通路2a的下游端连接至第一吸附槽11的第一端口11a。产品气体缓冲罐3c依次通过透过气体通路3b、3d、切换器31和输送通路3e连接到第一吸附槽11的第二端口11b。在缓冲罐3c中积存所述产品气体g3。
如图1和图2所示，产品气体通路3a从缓冲罐3c延伸到气体利用部3。
需要说明的是，如图4所示，根据气体分离装置1的运转模式的不同，原料气体通路2a的下游端连接到第二吸附槽12的第一端口12a，透过气体通路3b的上游端连接到第二吸附槽12的第二端口12b。虽然省略了详细的图示，从构成原料气体通路2a中的共用通路部分2a'的共用管道分支出分支管道并延伸到各吸附槽11、12的第一端口11a、12a。供气单元2p设置在共用通路部分2a'中。另外，来自第一吸附槽11的透过气体通路3b(图2、图3)用管道和来自第二吸附槽12的透过气体通路3b(图4，图5)用管道汇合，并且连接到共用透过气体通路3d用管道。
如图2所示，切换器31(选择单元)置于共用透过气体通路3d与输送通路3e之间。切换器31例如由三通阀构成。切换器31由所述控制器(未图示)控制。通过切换器31选择以下输送模式(输送工序)和返回模式(返回工序)中的任一者。
如图2所示，吸附槽12的第二端口12b连接有载气供给单元22。载气供给单元22包括载气源22a和载气供给通路22b。载气gc是例如氮(N2)。脱吸气体通路21从吸附槽12第一端口12a延伸。脱吸气体通路21设有吸气单元23。吸气单元23由鼓风机、真空泵等构成。载气供给单元22和吸气单元23构成“脱吸单元”。可以省略载气供给单元22和吸气单元23中的任一者。吸气单元23下游的脱吸气体通路21延伸到所述废气处理部(未图示)。
需要说明的是，如图4所示，根据气体分离装置1的运转模式不同，载气供给单元22连接到第一吸附槽11的第二端口11b，脱吸气体通路21的上游端连接到第一吸附槽的第一端口11a。
如图2所示，气体分离装置1还具备返回单元40。返回单元40包括返回通路41和返回气体缓冲箱42(返回气体积存单元)。返回通路41的上游端连接到切换器31。如图2～5所示，返回通路41和输送通路3e中的任一者能够通过切换器31选择性连接共用透过气体通路3d。
如图2所示，返回通路41的下游端与原料气体通路2a汇合。优选返回通路41连接到原料气体通路2a中的共用通路部分2a'，更优选连接到供气单元2p上游侧的通路部分2a”。
在返回通路41的中间部设置有缓冲罐42。在缓冲罐42中积存返回气体g4。缓冲罐42中的返回气体g4具有与产品气体g3相同的气体成分，并且除去对象成分气体的浓度高于产品气体g3。
缓冲罐42的下游的返回通路41上设置有止回阀44。
以气体分离装置1的操作为中心，说明混合气体生产·利用系统S的操作。
将来自原料气体供给单元2的原料气体g0供给至气体分离装置1。
如图2～图5所示，在气体分离装置1中，在各吸附槽11、12中交替重复执行吸附工序和脱吸工序。且当第一吸附槽11进行吸附工序时，第二吸附槽12进行脱吸工序(图2～图3)，并且当第二吸附槽12进行吸附工序时，第一吸附槽11进行脱吸工序(图4～图5)。
以下，如图6所示，将第一吸附槽11为吸附侧，第二吸附槽12为脱吸侧(图2～图3)的情况称为“第一吸附·脱吸工序”，将第二吸附槽12为吸附侧且第一吸附槽11为脱吸侧(图4～图5)的情况称为“第二吸附·脱吸附工序”。
<第一吸附·脱吸工序(图2～图3)>
在第一吸附·脱吸工序中，如上所述，原料气体通路2a与第一吸附槽11的第一端口11a连接，透过气体通路3b与第一吸附槽11的第二端口11b连接。另外，载气供给单元22与第二吸附槽12的第二端口12b连接，脱吸气体通路21与第二吸附槽12的第一端口12a连接。
<吸附工序>
原料气体g0从原料气体通路2a供给至吸附侧的第一吸附槽11。原料气体g0通过第一吸附槽11的过程中，原料气体g0中除去对象气体成分被第一吸附槽11内的吸附剂13吸附。由此，原料气体g0成为回收对象气体成分比例高的透过气体g1。
透过气体g1从第一吸附槽11导出至透过气体通路3b。
如图6所示，配合吸附槽11、12的吸附·脱吸的交替实施，透过气体g1中的各气体成分的浓度周期性且规律地变化。
<脱吸工序>
进行吸附工序的同时，将载气gc从载气供给单元22导入脱吸侧的第二吸附槽12。并且，通过吸气单元23，使第二吸附槽12的内部的压力比所述吸附工序的压力更低。由此，除去对象成分气体从第二吸附槽12的吸附剂13脱吸，第二吸附槽12的吸附能力得以再生。脱吸后的除去对象气体成分被负载于载气gc上而生成脱吸气体g2。脱吸气体g2从第二吸附槽12导出至脱吸气体通路21并被输送至废气处理部(未图示)。
<第二吸附·脱吸工序(图4～图5)>
如图6所示，在第一吸附·脱吸工序在实施至规定时间t1后，切换为第二吸附·脱吸工序。
如图4～图5所示，在第二吸附·脱吸工序中，原料气体通路2a连接到第二吸附槽12的第一端口12a。并且透过气体通路3b连接到第二吸附槽12的第二端口12b。载气供给单元22连接到第一吸附槽11的第二端口11b。脱吸气体通路21连接到第一吸附槽11的第一端口11a。
另外，返回通路41与原料气体通路2a汇合，进而经由原料气体通路2a连接至第二吸附槽12的第一端口12a。通过将返回通路41连接到原料气体通路2a中的共用通路部分2a'，每次切换吸附·脱吸工序时，没有必要选择将返回通路41连接至前往原料气体通路2a中吸附槽11、12中哪一个的分支管道。
由此，在第二吸附槽12中进行吸附工序，原料气体g0被加压供给至第二吸附槽12，透过气体g1从第二吸附槽12被排出到透气通路3b。另外，通过在第一吸附槽11中进行脱吸工序，脱吸气体g2从第一吸附槽11排出至脱吸气体通路21，并且第一吸附槽11的吸附能力再生。
如图6所示，在第二吸附·脱吸工序实施至规定时间t2后，切换为第一吸附·脱吸工序。第一、第二吸附·脱吸工序的连续实施时间t1，t2相等(t1＝t2)。连续实施时间t1，t2为例如一分钟左右。第一吸附·脱吸工序的时间t1和第二吸附·脱吸工序的时间t2的合计(t1+t2)是吸附单元10的运转周期的一个周期。
需要说明的是，图6的曲线图是通过共用透过气体通路3d中设置气体浓度传感器(参见图7)实际测量所得。第一、二吸附·脱吸工序的切换时机和图6所述气体浓度变化的行为之间有时间滞后现象，即透过气体g1从第一吸附槽11(或第二吸附槽12)到达所述气体浓度计所需要的时间。
另外，如图6所示，在气体分离装置1中，交替地选择并实施输送模式(图2、图5)和返回模式(图3、图4)。通过切换器31进行模式的切换。
输送模式包括第一吸附·脱吸工序中的输送模式FM1和第二吸附·脱吸过程中的输送模式FM2。
返回模式包括从第一吸附·脱吸工序的后期延伸至第二吸附·脱吸工序的初期的返回模式RM1和从第二吸附·脱吸工序的后期延伸到第一吸附·脱吸工序的初期的返回模式RM2。
输送模式FM1、FM2的持续时间tFM(第一规定时间)为例如tFM＝几十秒到几十分钟左右。
返回模式RM1、RM2的持续时间tRM(第二规定时间)为例如输送模式FM1、FM2的持续时间tFM的几分之一。
一个输送模式和一个返回模式的总持续时间(tFM+tRM)等于第一、第二吸附·脱吸工序的各持续时间t1、t2(tFM+tRM＝t1＝t2)。
<输送模式FM1>
如图6所示，第一吸附·脱吸工序中的输送模式FM1在除第一吸附·脱吸工序的初期以及后期以外的期间进行。如图2所示，在输送模式FM1中，经由切换器31连通共用透过气体通路3d与输送通路3e，且共用透过气体通路3d与返回通路41被阻断。
<产品气体积存工序>
如图6所示，此时来自第一吸附槽11的透过气体g1中的CO2、C6H6等除去对象成分气体的浓度变得足够低。该透过气体g1从透过气体通路3b、3d经由切换器31被输送至输送通路3e。透过气体g1作为产品气体g3暂时积存在缓冲罐3c中。通过缓冲罐3c，能够使产品气体g3的各成分的浓度变动和气体流量平均化。
<产品气体供给工序>
缓冲罐3c中的产品气体g3随时通过产品气体通路3a供给至气体利用部3(图1)。
<第一吸附·脱吸工序中切换到返回模式RM1(选择工序)>
如图6所示，在第一吸附·脱吸工序中，当输送模式FM1的持续时间达到第一规定时间tFM时，切换到返回模式RM1。切换时机优选第一吸附·脱吸工序中期以后直至后期，更加优选CO2等除去对象气体成分的浓度开始变化之时。
<返回模式RM1>
如图3所示，在返回模式RM1中，通过切换器31，共用透气通路3d与返回通路41连通，并且共用透气通路3d和供给通路3e被阻断。另外，如图6所示，在返回模式RM1中，来自第一吸附槽11的透过气体g1中的CO2、C6H6等除去对象成分气体的浓度比供给模式FM1中的浓度高。该透过气体g1从透过气体通路3b、3d经由切换器31，作为返回气体g4被送回至返回通路41。
<返回气体积存工序>
返回气体g4暂时积存在缓冲罐42中。在缓冲罐42中，返回气体g4中的各气体成分的浓度变动和气体流量被平均化。如上所述，返回气体g4中除去对象气体成分的浓度高于产品气体g3中的除去对象气体成分的浓度。
<返回工序>
该返回气体g4经由缓冲罐42下游的返回气体通路41汇合到原料气体通路2a。由此，返回气体g4与新的原料气体g0一起返回到第一吸附槽11，并且供给至吸附工序。
通过将返回通路41连接到原料气体通路2a中的供气单元2p的上游侧的通路部分2a”，通过供气单元2p，能够将返回气体g4从气体通路41导入原料气体通路2a。换言之，供气单元2p也兼作返回气体g4的输送单元。因此。不需要在返回气体通路41中设置返回气体g4专用的供气单元。
需要说明的是，返回工序优选在气体分离装置1的运转期间连续进行。即，不仅在返回模式(图3、图4)中，而且在输送模式(图2、图5)中，将返回气体g4汇合至原料气体通路2a。通过在返回气体积存工序中将返回气体g4积存于缓冲罐42中，能够确保输送模式下返回气体g4的流量。
<返回模式下的产品气体供给工序>
此外，在返回模式中，也实施向气体利用部3供给产品气体的工序。如上所述，通过输送模式时在缓冲罐3c中积存产品气体g3，即使在返回模式下也可以将缓冲罐3c的产品气体g3供给至气体利用部3(图1)。进而，在气体分离装置1的运转期间，产品气体g3可以持续而稳定地供给至气体利用部3。
<返回模式RM1中向吸附·脱吸工序的切换>
如图6所示，在实施返回模式RM1期间，从第一吸附·脱吸工序(图3)切换到第二吸附·脱吸过程(图4)。切换的时机优选返回模式RM1的中期附近，更优选为所述浓度传感器测量所得除去对象气体成分的浓度达到峰值时附近。
换而言之，即使在从第一吸附·脱吸工序切换到第二吸附·脱吸工序之后，切换器31仍维持图3的状态，并且继续实施返回模式一段时间。如图4所示，通过切换器31，连通共用透过气体通路3d和返回通路41，并且共用透过气体通路3d和输送通路3e被阻断。由此，来自第二吸附槽12的透过气体g1作为返回气体g4被输送至返回通路41，贮存在缓冲罐42(返回气体积存工序)的同时，汇合至原料气体通路2a，然后被返回至第二吸附槽12(返回工序)。其结果是，能够防止残留在第二吸附槽12以及与其连接的管道内的除去对象气体成分混入产品气体g3。
<第二吸附·脱吸工序中切换到输送模式FM2(选择工序)>
如图6所示，当返回模式RM1的持续时间达到规定时间tRM时，切换到输送模式FM2(图5)。切换时机优选设定为使CO2等除去对象气体成分的浓度变化接近下降时。
<输送模式FM2>
由此，从第二次吸附·脱吸工序的初期之后直至后期为止，实施输送模式FM2。即，如图5所示，通过切换器31，连通共用透过气体通路3d和输送通路3e，且共用透过气体通路3d和返回通路41被阻断。
如图6所示，此时，来自第二吸附槽12的透过气体g1中除去对象成分气体的浓度变得足够低。该透过气体g1通过切换器31和输送通路3e作为产品气体g3被存储在缓冲罐3c中(产品气体积存工序)。而且，缓冲罐3c内的产品气体g3从产品气体通路3a供给至气体利用部3(图1)(产品气体供给工序)。
<第二吸附·脱吸工序中切换到返回模式RM2(选择工序)>
如图6所示，在第二吸附·脱吸工序中，当输送模式FM2的持续时间达到规定时间tFM时，通过切换器31将模式切换到返回模式RM2。即，使气体分离装置1成为图4所示的回路状态。此时，来自第二吸附槽12的透过气体g1中除去对象成分气体的浓度相对变高。该透过气体g1作为返回气体g4被输送至返回通路41，被积存在缓冲罐42中(返回气体积存工序)，并汇合至原料气体通路2a(返回工序)。
<返回模式RM2中的吸附·脱吸工序的切换>
此外，在实施返回模式RM2期间，从第二吸附·脱吸工序(图4)切换到第一吸附·脱吸工序(图3)。换而言之，如图3所示，即使从第二吸附·脱吸附工序切换到第一吸附·脱吸工序后，切换器31仍维持图4的状态，并且返回模式RM2会持续运转一段时间。由此，能够防止残留在第一吸附槽11和与其连接的管道内的成分气体与产品气体g3混合。
<第一吸附·脱吸工序中向输送模式FM1的切换(选择工序)>
如图6所示，当返回模式RM2的持续时间达到规定时间tRM时，模式切换到输送模式FM1(图2)。
重复上述操作。
由于透过气体g1中的各气体成分的浓度变化是周期性且规律性的(图6)，所以能够通过时间管理进行模式切换。
根据气体分离装置1，配合透过气体g1的气体成分浓度的周期性变化(运转周期)，在除去对象气体成分的浓度低的期间，通过选择输送模式，可以将透过气体g1作为产品气体g3供使用，在除去对象气体成分的浓度比较高的期间，通过选择返回模式，可以不将透过气体g1作为产品气体g3而作为返回气体g4。因此，可以降低产品气体g3的除去对象气体成分的浓度，可以确保对于除去对象气体成分的除去性能。另外，不需要过度地缩短吸附·脱吸的切换时间，并且能够抑制切换带来的回收对象气体成分的排出频率，从而可以防止回收对象气体成分的回收率下降。因此，可以实现兼顾去除性能和回收率。此外，通过将返回气体g4返回至原料气体g0，可以减少原料气体g0的所需流量。
接下来，说明本发明的其他实施方式。在以下的实施方式中，在附图中用相同符号标记与上文说明的结构相同的结构，并省略其说明。
[第二实施方式]
图7显示本发明第二实施方式的气体分离装置1B。在气体分离装置1B中，在共用透过气体通路3d中设置有浓度传感器35(浓度测量单元)。浓度传感器35测量透过气体g1中的除去对象气体成分中的一种测定对象气体成分的浓度。测定对象气体成分优选为CO2。即，测定对象气体成分优选为除去对象气体成分中，吸附单元10产生的吸附性比优先除去对象气体成分(C6H6等BTEX)低的低吸附性除去对象气体成分。
根据第二实施方式，基于浓度传感器35测量的浓度，选择输送模式和返回模式。若测量浓度小于阈值，选择输送模式。若测量的浓度在阈值以上，选择返回模式。由此，可以配合透过气体g1的实际浓度变化进行模式切换。因此，透过气体g1的除去对象气体成分为低浓度时，可以将其透过气体g1可靠地作为产品气体g3，除去对象气体成分的浓度相对高时，可以将透过气体成分g1可靠地作为返回气体g4。
如图6所示，吸附工序的吸附槽11、12导出的透过气体g1中的CO2浓度比C6H6浓度上升得更快，因此通过以CO2作为测定对象气体成分，在C6H6浓度还未上升前的时机实施返回模式。因此，可以可靠地降低产品气体g3中的C6H6浓度。
例如，所述模式切换的阈值优选设定为CO2的峰值高度的例如5％～10％左右(优选7％左右)的大小。
需要说明的是，也可以将C6H6等其他除去对象气体成分作为测定对象气体。传感器35也可以测量分压而非浓度。
[第三实施方式]
图8显示本发明的第三实施方式。在第三实施方式的气体分离装置1C中，返回单元40包括蒸汽重整器46(成分转换单元)。蒸汽重整器46置于返回通路41中。在图7中，蒸汽重整器46设置在缓冲罐42的下游侧的返回通路41中，也可以设置在与缓冲罐42相比更靠近切换器31那一侧的返回通路41中。
蒸汽重整器46通过催化化学反应将返回气体g4成分转换为富含回收对象气体成分的气体。
具体而言，在蒸汽重整器46中进行以下反应。
CO+H2O→CO2+H2 (1)
由此，可以提高返回气体g4的H2浓度。该富含H2的返回气体g4汇合至原料气体g0。
本实施方式在纯化CO和H2时特别是纯化H2时有效，能够进一步降低原料气体g0的所需流量。
此外，通过进行式(1)的逆反应CO+H2O←CO2+H2，可以得到富含CO的气体。
[第四实施方式]
图9～图12显示本发明的第四实施方式。第四实施方式是第二实施方式(图7)的变形例。如图9所示，第四实施方式的气体分离装置1D中，在透过气体通路3d设置有浓度测量单元35D和延迟单元50。
浓度测量单元35D包括采样部35a和成分分析部35b。采样部35a置于透气气体通路3d中。成分分析部35b连接到采样部35a。成分分析部35b由质谱仪、气相色谱仪等构成。
成分分析部35b的检测信号线连接到控制器37。省略详细的图示，但控制器37包括CPU以及切换器驱动电路等。控制器37的控制信号线连接到切换器31。
控制器37和切换器31构成“选择单元”。
在采样部35a采取一部分透过气体g1。配合吸附槽11、12的运转周期，例如间隔1分钟进行采样。
在成分分析部35b中，分析采样得到的气体g1的成分。具体而言，测定气体g1中的除去对象气体成分例如C6H6的浓度。也可以测量CO2浓度。
测量结果被输入到控制器37。基于测量结果，控制器37对由三通阀等构成的切换器31进行切换操作。由此，选择输送模式(参见图9和图5)和返回模式(参见图3、图4)中任一者。
从采样部35a中的采样(测量开始)到切换器31的操作(选择实施)为止的处理时间tS例如为tS＝1分钟左右。
延迟单元50设置在采样部35a和切换器31之间的透过气体通路3d中。延迟单元50包括延迟通路51。延迟通路51以及延迟单元50被配置为使得气体能够在某一延迟时间tD内穿过。根据从所述测量开始到选择实施的处理时间tS来设置延迟时间tD。
例如，延迟时间tD是处理时间tS的1/2以上且两倍以下(tD＝0.5tS～2tS)。优选如下，延迟时间tD充分接近处理时间tS(例如，tD＝0.8tS～1.2tS)或为处理时间tS程度的大小(tD≈tS)。
此处，延迟时间tD被设定为tD＝1分钟左右。
而且，延迟单元50优选延迟通路51中几乎不混合气体，延迟单元的构成使相对先进入所述延迟通路51的气体部分先于相对后进入的气体部分被排出。
作为具体例子，如图10所示，延迟单元50具有圆筒形状。延迟单元50的内部通过分区54划分为例如4级(多级)的延迟室52。
如图11所示，延迟通路部分53形成于各段延迟室52中。延迟通路部分53具有多重同心圆形状，并且形成为多层的圆形通路部分53a经由折回通路部分53b连成一笔写成形式。
如图10所示，各段的分区54的规定位置(外周部或中央部)形成有连通路54c。上下相邻的延迟通路部分53、53之间经由连通路54c连接。进一步地，多段(4段)的延迟通路部分53的连成一列从而构成延迟通路51。
如图10所示，来自采样部35a的透过气体通路3d1连接到最上游侧的一段(图10中的最下段)的延迟通路部分53的入口51c。下游侧的透过气体通路3d2从最下游侧的段(图10中的最上段)的延迟通路部分53的出口51e延伸到切换器31。
现在，来自第一吸附槽11的透过气体g1的除去对象成分(例如C6H6)的浓度上升并超过阈值。该透过气体g1在约一分钟的时间(tD)通过延迟通路51。其间，浓度测量单元35D测量透过气体g1的浓度，并通过控制器37进行判断，由此在超过所述阈值约1分钟(tS)后，控制器37令切换器31实施切换操作(选择实施)。
由此，超过阈值之前的透过气体g1可以被输送至缓冲罐3c，且超过阈值的透过气体g1可以从返回通路41返回至原料气体通路2a。相反，可以防止在所述处理时间tS内超过阈值的透过气体g1被输送至缓冲罐3c。
结果，可以防止或抑制除去对象成分(C6H6等)对产品气体g3的污染，并且可以弥补浓度测量单元35D和控制器37的操作时差。
图12表示来自原料气体供给单元2的原料气体g0的C6H6浓度(数直线刻度)周期性变动时，对缓冲罐3c的出口处的产品气体通路3a中的产品气体g3的C6H6浓度变化(对数刻度)进行模拟的曲线图。
该图中，“没有对策”指不具备返回工序，是指持续以透过气体g1为产品气体g3的情况。
该图中，“仅模式选择”是第一实施方式(图2～图5)中采用不具备延迟单元50的气体分离装置1进行运转的情况。
在图12中，“有延迟”是本实施方式(图9)中采用具有延迟单元50的气体分离装置1D进行运转的情况。
确认了：模式选择的情况(图2～图5)下，产品气体g3中的C6H6浓度比没有对策的情况更低，并且通过延迟单元50使透过气体g1发生延迟，C6H6浓度进一步降低。
图13是对图12中的<仅模式选择>或<有延迟>中流入缓冲罐3c的气体量变化进行模拟的图。可以确认，即使通过返回模式将透过气体g1返回至原料气体通路2a时，也能够确保不返回情况下的大致75％的气体量。
而且，在第四实施方式中，延迟单元50也可以通过连接多段腔室而形成。即使在各腔室内气体稍微混合，但作为延迟单元50整体而言，相对先进入所述延迟通路的气体部分也会先于相对后进入的气体部分被排出。
延迟单元50也可以由长管构成。优选通过形成线圈状或蛇行来使管道紧凑化。
在第四实施方式中，在返回工序中，可以使延迟单元50中的气体逆流以使气体从入口51c流出并返回到吸附单元10。换而言之，可以先返回相对较晚进入延迟单元50的气体部分。
本发明中的模式切换时机不限定于配合吸附单元10的运转周期，也可以配合原料气体供给单元2的运转周期等。
另外，不限于将透过气体g1作为返回气体g4返回，也可以将脱吸气体g2等作为返回气体返回。
[第五实施方式]
图14和图15显示本发明的第五实施方式。
在包含废弃物处理设备的原料气体供给单元2中，由于要燃烧的废弃物的供给间隔等，原料气体g0的各气体成分的浓度会发生变动。与吸附单元10的运转周期相比，变动时间范围足够长，例如1小时左右。即，原料气体g0中的CO2浓度等以例如1小时左右的时间范围变化。
另一方面，吸附槽11、12内的吸附剂13对CO2(除去对象气体成分)具有高吸附性，但对CO(回收对象气体成分)也多少具有吸附性。如果原料气体g0中的CO2浓度过度降低，则吸附剂13会吸附CO，从而CO回收率降低。
因此，在第五实施方式的气体分离装置1E中，根据原料气体g0中的CO2浓度(或CO2分压)，切换输送模式和返回模式。如图14所示，在原料气体通路2a中设有浓度传感器35E(测定单元)。浓度传感器35E测量原料气体通路2a中的CO2浓度。
另外，在第五实施方式中设定输送模式或返回模式的对象不是透过气体g1而是脱吸气体g2。在输送模式下，将脱吸气体g2设定为供给气体g2a(图14)，在返回模式下将脱吸气体g2设定返回气体g2b(图15)。
如图14所示，在脱吸气体通路21的吸引泵23的下游侧，设置用于模式切换的切换器24(选择单元)。切换器24包括三通阀等，并且选择性地将脱吸气体通路21连接到脱吸气体排出通路21b和返回通路26中任一者。排气处理部25设置在脱吸气体排出通路21b。返回通路26连接至原料气体通路2a。
如图14所示，平常状态即原料气体g0的CO2浓度在正常范围内时，气体分离装置1E处于输送模式。输送模式中的切换器24连通脱吸气体通路21和脱吸气体通路21b，并关闭返回通路26。由此，将来自脱吸气体通路21的脱吸气体g2作为输送气体g2a输送至废气处理部25。在废气处理部25中，通过燃烧脱吸气体g2除去有害气体。将除去有害气体后的气体排放到系统外。
另外，在第五实施方式中，交替实施与第一实施方式相同的第一吸附·脱吸工序(图14、图15)和第二吸附·脱吸工序(未图示)。如图14所示，在第一吸附·脱吸工序中，将原料气体g0供给至第一吸附槽11，在第一吸附槽11中吸附BTEX、CO2等除去对象气体成分。并且，向第二吸附槽12供给N2等载气gc，在第二吸附槽12进行脱吸。
虽然未图示，但在第二吸附·脱吸工序中，向第二吸附槽12供给原料气体g0，在第二吸附槽12中吸附BTEX、CO2等除去对象气体成分。并且，载气gc被供给至第一吸附槽11，在第一吸附槽11进行脱吸。
以下说明，除非另有说明，否则按照吸附单元10正在实施第一以及第二吸附·脱吸工序中的第一吸附·脱吸工序来说明(以下的第六实施方式等也相同)。
如图14所示，在输送模式中，载气供给通路22b连接到处于脱吸工序的第二吸附槽12的第二端口12b，并且脱吸气体通路21连接至第一端口12a。
气体分离装置1E通过浓度传感器35E监视原料气体g0中的CO2浓度。当浓度传感器35E的测量浓度低于阈值时，切换到返回模式(图15)。在返回模式中，继续交替实施第一吸附·脱吸工序和第二吸附·脱吸工序，将脱吸气体g2作为返回气体g2b返回到吸附工序。
具体而言，如图15所示，返回模式中的切换器24连通脱吸气体通路21与返回通路26，关闭脱吸气体排出通路21b。由此，将脱吸工序中来自第二吸附槽12的富含CO2的脱吸气体g2作为返回气体g2b经由返回通路26与原料气体通路2a中的原料气体g0混合，并返回至第一吸附槽11。由此，可以使第一吸附槽11中的CO2浓度上升。并且，通过使CO2吸附于第一吸附槽11的吸附剂13上，可以防止原料气体g0中的CO吸附于吸附剂13。或者，当CO被吸附于第一吸附槽11的吸附剂13中时，可以将CO置换为CO2。
作为结果，可以提高CO(回收对象气体成分)的回收率。
通常情况下，脱吸工序中第二吸附槽12中BTEX浓度在第二端口12b侧比在第一端口12a侧低。因此，如图15所示，优选如下：将载气供给通路22b连接至处于返回模式的脱吸工序中的第二吸附槽12的第一端口12a，将脱吸气体通路21连接至第二端口12ba。由此，能够将返回气体g2b从第二端口12b导出，防止或抑制BTEX向第一吸附槽11移动。即，即使是脱吸气体g2，只要是在BTEX等优先除去对象气体成分的浓度或分压比原料气体g0低的状态下，也可以作为返回气体g2b使用。
在气体分离装置1E中，省略第一实施方式的返回单元40(参见图2)。
需要说明的是，也可以在气体分离装置1E中，增加返回单元40，配合吸附单元10的运转周期同时进行返回气体g4(图2)的返回工序。
此外，也可以不连接载气供给通路22b与第二吸附槽12，而通过脱吸气体通路21的负压抽吸进行脱吸。
[第六实施方式]
图16显示本发明的第六实施方式。与第五实施方式(图14、图15)相同，第六实施方式是应对原料气体状态在吸附单元10长时间偏离运转周期下发生变化的实施方式。气体分离装置1F根据例如原料气体g0中的CO2浓度来选择是否实施返回工序。并且，在气体分离装置1F中，通过对产品气体g3，即透过气体g1进行成分转换，从而将成分转化后的透过气体作为返回气体g5b。返回气体g5b是几乎不含例如BTEX等优先除去气体成分，并且已适当除去水分和H2S等清洁的富含CO2的气体。
具体而言，培养槽62经由追加预处理部61与气体分离装置1F的产品气体通路3a(输送气体通路)连接。
追加预处理部分61通过变温吸附(TSA)、催化剂、活性碳等除去产品气体g3(透过气体)中的杂质。作为所述杂质，可列举吸附单元10不能除净的以C6H6为首的BTEX、氧气(O2)和乙炔(C2H2)等。氧气和乙炔在产品气体g3中与H2发生催化反应，转化为对后期培养无害的成分，如水蒸气和乙烯等。然后，将产品气体g3(透过气体)供给至培养槽62。
在培养槽62中，例如，在液体培养基中培养厌氧微生物。该微生物摄入产品气体g3(透过气体)中的CO和H2以发酵生成有价值的乙醇(C2H6O)。另外，也会发酵生产乙酸、丁二醇、异戊二烯等。作为该微生物，例如可以使用日本特开2014-050406号公报、国际公开2011/087380号公报、美国专利
US2013/0065282等公开的厌氧性细菌。
含有所述发酵产物的液体培养基被输送至纯化部63，并且在纯化部63中纯化乙醇。
如下述式(1)～(2)所示，在培养槽62中发酵生成乙醇时，为维持质量平衡和能量平衡，产生CO2。
6CO+3H2O→C2H6O+4CO2 (1)
6H2+2CO2→C2H6O+3H2O (2)
换而言之，每消耗6摩尔的CO和H2时，产生2摩尔的乙醇，并产生4-2＝2摩尔的CO2。
因此，来自培养槽62的废气g5富含CO2。换而言之，在培养槽62中对透过气体g1进行成分转化并变得富含CO2。培养槽62构成成分转换单元。
废气通路64从培养槽62延伸出来。废气通路64经由三通阀等方向控制阀64V分支为排气通路65和返回通路66。在返回通路66中，从方向控制阀64V侧依次设置废气处理部67、缓冲罐68(返回气体积存单元)以及压力·流量调节开闭阀69。
废气处理部67进行废气g5的脱硫、脱水等处理。可以进行脱硫脱水两种处理，也可以仅进行脱硫或脱水任一者的处理。可以根据废气g5的组成状态选择并实施必要的处理。
脱硫脱水处理后的废气g5贮存在缓冲罐68中而被均质化。
压力·流量调节开关阀69具有压力调节或流量调节功能以及开关功能。通常，压力·流量调节开关阀69上游侧的返回通路66以及废气通路64的压力是大气压力的1.05～几倍，高于原料气体g0的压力(大气压+α)。
返回通路66的下游端连接至原料气体通路2a。
返回单元由返回通路66、缓冲罐68和压力·流量调节开关阀69构成。
需要说明的是，回流通路66可以设置回流泵(省略图示)。返回单元可以进一步包括所述回流泵。
气体分离装置1F的通常状态下的吸附单元10的操作与第一实施方式相同，交替进行第一吸附·脱吸工序和第二吸附·脱吸工序。通常情况下，压力·流量调节开关阀69被关闭。
交替实施所述第一和第二吸附·脱吸工序的同时，气体分离装置1E通过浓度传感器35E监测原料气体g0中的CO2浓度。通常，当浓度传感器35E的测量浓度低于阈值时，关闭压力·流量调节开关阀69，并实施废气g5的返回工序。由此，缓冲罐68的废气g5，即成分转换后的富含CO2的透过气体作为返回气体g5b流向原料气体通路2a的汇合部。并且，通过压力·流量调节开闭阀69调节返回气体g5b的流量，不会超过需要地返回气体。
返回气体g5b与原料气体通路2a中的原料气体g0汇合，并返回至吸附工序的第一吸附槽11。因此，能够提高第一吸附槽11内的CO2浓度，并且通过将返回气体g5b的CO2吸附于第一吸附槽11的吸附剂13上，防止原料气体g0中的CO被吸附至吸附剂13。或者，当CO吸附于第一吸附槽11的吸附剂13时，可以用CO2置换CO。
作为结果，可以提高CO(回收对象气体成分)的回收率。由于返回气体g5b几乎不含BTEX等优先除去对象气体成分，所以能够减小返回单元40的返回流量，提高产品气体g3的生产效率。此外，通过适当除去H2S或H2O的废气g5作为返回气体g5b使用，可以防止吸附单元10的吸附能力受损。
下面的表1～表3是假定关于原料气体g0等的组成的三种模式，模拟气体分离装置1F的各位置处的气体组成的结果。
表1中的<正常模式>是原料气体g0具有正常组成的情况。
表2中的<比较模式>是原料气体g0的CO2浓度降低时不实施返回工序的情况。
表3中的<实施模式>是原料气体g0的CO2浓度降低时实施返回工序的情况。
在实施模式(表3)中脱吸气体g2中的CO(4摩尔)的量小于比较模式(表2)中脱吸气体g2中的CO量(9摩尔)。由此证实，通过实施第六实施方式的返回工序，可以减少排放到系统外部的CO，相应地增加CO的回收率，并且增加乙醇的生成量。
表1
正常模式 单位：mol
气体等 g0 g4 g3 g5 g5b g2 纯化部63
CO 30 30 27 3 1 3
H<sub>2</sub> 30 30 30 9 12 0
CO<sub>2</sub> 31 31 4 16 16 27
N<sub>2</sub> 10 10 10 19 9 0
BETX 1.E-03 0.0 0 1.E-01 0.E+00 0.0
C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O 7.6
表2
比较模式 单位：mol
气体等 g0 g4 g3 g5 g5b g2 纯化部63
CO 30 30 21 2 1 9
H<sub>2</sub> 40 40 40 12 12 0
CO<sub>2</sub> 22 22 1 16 16 21
N<sub>2</sub> 10 10 10 13 9 0
BETX 0 0.0 0 1.E-01 0.E+00 0.0
C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O 7.8
表3
实施模式 单位：mol
气体等 g0 g4 g3 g5 g5b g2 纯化部63
CO 30 31 28 3 1 4
H<sub>2</sub> 40 47 47 14 12 0
CO<sub>2</sub> 22 30 4 16 16 26
N<sub>2</sub> 10 21 15 21 9 0
BETX 0 0.1 0 1.E-01 0.E+00 0.0
C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>O 9.7
需要说明的是，在第六实施方式(图16)中，可以省略切换器31和返回单元40。也可以省略配合吸附单元10的运转周期的返回气体g4的返回模式。也可以通过浓度传感器35E监测C6H6(或其他BTEX)等的浓度来代替CO2。
[第七实施方式]
图17～图18显示本发明的第七实施方式。
如图17所示，第七实施方式的气体分离装置1G包括切换器31和返回单元40。
在透气通路3d中设有浓度传感器38G(浓度测量单元)。在第七实施方式中，与第二实施方式(图7)同样地，根据浓度传感器38G的测量结果选择输送模式或返回模式。通常为输送模式，通过切换器31，透气通路3d及输送通路3e被打开，且返回通路41被关闭。
培养槽62经由追加预处理部61连接到产品气体通路3a。在培养槽62中生成有价值的物质如乙醇(C2H6O)等，在纯化部63中对乙醇进行纯化。来自培养槽62的废气g5(成分转换后的透过气体g1)富含CO2。废气通路64从培养槽62延伸。废气通路64经由方向控制阀64V分支到排气通路65和返回通路66中。返回通路66设置有废气处理部67、缓冲罐68和压力·流量调节开关阀69。返回通路66延伸到吸附单元10。
吹扫单元60由追加预处理部61和从培养槽62(成分转换单元)起直至返回通路66的下游端的管道构成。
如图18所示，气体分离装置1G的基本操作与前述实施方式大致相同，进行第一吸附槽11中的第一吸附工序和第二吸附槽12中的第二脱吸工序的期间、以及进行第二吸附槽12内的第二吸附工序和第一吸附槽11内的第一脱吸工序的期间交替重复。
第七实施方式的气体分离装置1G的操作与前述实施方式的主要不同之处在于，在各吸附槽11、12中从吸附工序切换到脱吸工序时实施吹扫工序。即，在第一吸附槽11中，从第一吸附工序向第一脱吸工序转移时实施第一吹扫工序。在第二吸附槽12中，在从第二吸附工序向第二脱吸工序转移时，实施第二吹扫工序。
更具体而言，如图17所示，在第一吹扫工序中，打开阀69，将来自缓冲罐68的富含CO2的废气g5作为吹扫气体g5p(返回气体)从返回通路66导入至第一吸附槽11。优选地，吹扫气体g5p从第一端口11a导入第一吸附槽11。
原料气体g0的供给停止。因此，只有富含CO2的吹扫气体g5p被导入到第一端口11a中。CO2是除去对象气体成分之一，但是与应该除去直至达到ppm级别的C6H6等的BTEX(优先除去对象气体成分)相比，除去优先度低，可作为吹扫气体g5p的主要成分使用。
如图18所示，从第一吸附工序到第一吹扫工序的切换时机优选设定为来自第一吸附槽11的透过气体g1中的CO2浓度上升且C6H6浓度尚未上升的阶段。
随着导入吹扫气体g5p，第一吸附槽11中的气体被排出至第二端口11b变成透过气体g1。该透过气体g1几乎不含C6H6等的BTEX(优先除去对象气体成分)，可作为产品气体g3使用。
由于吹扫气体g5p富含CO2，因此可以防止CO吸附至第一吸附槽11的吸附剂13上。当CO吸附于第一吸附槽11的吸附剂13中时，可以将其置换为CO2。通过置换而释放的CO从第二端口11b被排出，成为透过气体g1的成分，进而成为产品气体g3的成分。由此，可以提高回收率。
优选如下：一次吹扫工序中吹扫气体g5p的总供给量被设定为略大于吸附槽11中的空隙体积。由此，能够可靠地吹扫吸附槽11的整个区域，提高回收率，并且能够防止富含CO2的吹扫气体g5p直接作为产品气体g3被输送至培养槽62。
在气体分离装置1G中，通过浓度传感器38G测量透过气体g1的C6H6浓度。当C6H6浓度超过阈值时，切换到返回模式(未图示)。即，通过切换器31，透过气体通路3d和输送通路3e被关闭，并且透过气体通路3d与返回通路41连通。由此，能够防止超过阈值的C6H6的BTEX(优先除去对象气体成分)被输送到培养槽62。特别是，防止吹扫工序中，BTEX被输送至培养槽62。
如图18所示，在第一吸附槽11中，在第一吹扫工序后，关闭阀69，并且转移至第一脱吸工序。尽管未图示，但在第一吸附槽11的第一脱吸工序中，将载气gc供给至第一吸附槽11并且进行脱吸。通过所述第一吹扫工序，在第一吸附槽11内几乎不存在CO，因此能够消除从第一吸附槽11排放到系统外的CO。
与第一脱吸工序的开始相同步地，实施第二吸附槽12中的第二吸附工序。然后，在第二吸附工序结束时，实施第二吹扫工序。在第二吹扫工序中，来自缓冲罐68的富含CO2的废气g5作为吹扫气体g5p导入第二吸附槽12中。优选从第一端口12a导入第二吸附槽12中。
通过该吹扫气体g5p，可以吹扫第二吸附槽12中的气体。当CO被吸附到第二吸附槽12的吸附剂13时，可以被CO2置换以释放CO。
此后，第二吸附槽12中的第二吹扫工序终止，切换至第二脱吸工序。
由于所述第二吹扫工序，在第二吸附槽12内几乎不存在CO2，因此在后续的第二脱吸工序中几乎可以消除从第二吸附槽12释放到系统外部的CO。
结果，在气体分离器1G运转的整个期间，排出到系统外的CO几乎为零。因此，可以充分提高CO(回收对象成分)的回收率。理论上，可以使CO回收率达到100％。
需要说明的是，在图18中，第一吸附槽11中从第一吹扫工序到第一脱吸附工序的切换、以及在第二吸附槽12中从第二脱吸工序到第二吸附工序的切换是同时进行的，但也不限于同时进行，切换时机也可以是先后。第二吸附槽12内从第二吹扫工序向第二脱吸工序的切换与第一吸附槽11内从第一脱吸工序向第一吸附工序的切换的关系与上述相同，不限于同时，切换时机可以是先后。
[第八实施方式]
图19显示本发明的第八实施方式。第八实施方式涉及第七实施方式的变形例(图17和图18)。
在第八实施例的气体分离装置1H中，在吸附单元10的各吸附槽11、12的中间部分设置端口11c、12c。并且吹扫单元60的返回通路66可以连接到端口11c、12c。返回通路66经由方向控制阀66分支为下端返回通路66a和中间返回通路66c。
对第一吸附槽11进行第一吹扫工序的前期(未图示该状态)中，下端返回通路66a与第一吸附槽11的下端口11a连接。中间返回通路66c关闭。由此，富含CO2的吹扫气体g5p从下端口11a导入第一吸附槽11中。通过吹扫气体g5p，主要能够吹扫第一吸附槽11内的下侧部的气体。当CO被第一吸附槽12下侧部的吸附剂13吸附时，可以置换为CO2，以释放CO。释放的CO通过吹扫被转移到第一吸附槽11内的上侧部。
如图19所示，在第一吹扫工序的后期，中间返回通路66c连接至第一吸附槽11的中间端口11c。下端返回通路66a关闭。由此，富含CO2的吹扫气体g 5p从中间端口11c被导入至第一吸附槽11内，并在第一吸附槽11内向上端口11b流动。通过该吹扫气体g5p，可以吹扫第一吸附槽11内上侧部的气体。因此，可以防止吸附于第一吸附槽11中的下侧部的BTEX由于被吹扫而与透过气体g1混合。另外，第一吸附槽12内的上侧部的吸附剂13与下侧部相比，BTEX的吸附量小。因此，可以进一步防止透过气体g1中混入BTEX。结果，在第一吹扫工序期间，可以可靠地执行输送模式。
同样，在第二吸附槽11的第二吹扫工序中，前期，将下端返回通路66a连接至下端口12a，后期，将中间返回通路66c连接至中间端口12c。
[第九实施方式]
图20显示本发明的第九实施方式。第九实施方式是将第四实施方式(图9～图12)的延迟单元50与第七实施方式(图17和18)进行组合而成的变形例。在气体分离器1K中，在透过通路3d中设置有浓度测量单元35D，延迟单元50和切换器31。通过浓度测定单元35D，测定透过气体g1中的C6H6(优先除去对象成分)的浓度。基于测量结果，控制器37对切换器31进行切换操作。
花费相当于从测量至切换操作为止的处理时间ts的延迟时间tD，使透过气体g1流过延迟单元50的延迟通路51。
由此，吹扫工序等时，可以可靠地对BTEX浓度在阈值以下的透过气体g1执行输送模式，并且对超过阈值的透过气体g1可靠地执行返回模式。作为结果，能够充分防止C6H6等优先除去对象气体成分与产品气体g3混合。
第七实施方式～第九实施方式的吹扫工序中的吸附槽11、12中的吹扫气体g5p的流动方向与吸附工序中的气体流动相同，但如图21所示，也可以与吸附工序中气体流向相反。
本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变形。
例如，吸附单元10可以具有三个以上吸附槽11、12。吸附单元10可以仅具有一个吸附槽。吸
附单元10可以选择性地吸附回收对象原料气体g0中的气体成分并透过除去对象气体成分(所述方法(2))。脱吸气体g2也可以作为产品气体g3或返回气体g4。切换器31可以从以下两者选择任一者：将脱吸气体g2作为产品气体g3的输送模式以及将脱吸气体g2作为返回气体g4的返回模式。被作为返回气体g4的脱吸气体g2也可以被积存于缓冲罐42。
本发明也适用于将脱吸气体g2中的CO2、C6H6等作为产品气体的系统。例如，在脱吸气体g2中，除所述目标气体成分(CO2、C6H6)以外，还含其他除去对象成分例如O2的情况下，脱吸气体g2中的O2浓度低时，选择将脱吸气体g2作为产品气体(输送气体)的输送模式，当脱吸气体g2中的O2浓度相对高时，也可以选择将该脱吸气体g2用作返回气体的返回模式。
返回通路41可以不经过原料气体通路2a而直接连接到吸附单元10。返回气体g4可以直接导入至吸附单元10中，也可以在吸附单元10中使原料气体g0和返回气体g4汇合。
可以省略缓冲罐42。可以将返回气体g4不经过缓冲罐42而直接与原料气体g0汇合。
由浓度传感器35测量对象气体成分不限于除去对象气体成分，也可以是回收对象气体成分。
通过监视原料气体g0，可以根据原料气体g0中的特定成分例如CO2的浓度来选择模式或是否实施返回工序。
通过监测透过气体g1，可以根据透过气体g1中BTEX和CO2等特定成分的浓度来选择模式或是否实施返回工序。
通过监测透过气体g2，可以根据脱吸气体g2中BTEX和CO2等特定成分的浓度来选择模式或是否实施返回工序。
根据成分转化之前的透过气体或脱吸气体的状态，可以选择模式或是否实施返回工序，并且根据透过气体或脱吸气体在成分转化后的状态可以选择模式或是否实施返回工序。
成分转换单元不限于培养槽62，也可以使用催化反应器、活性炭等。在所述催化反应器中，通过使所述透过气体发生催化反应来合成有机物。作为催化反应器中催化剂，可列举：金属催化剂如铑、锰、锂、镁等。
工业实用性
本发明可应用于例如净化工业废物焚烧产生的合成气的系统。
g0…原料气体
g1…透过气体
g2…脱吸气体
g2b…返回气体
g3…产品气体(输送气体)
g4…返回气体
g5…废气
g5b…返回气体
g5p…吹扫气体(返回气体)
gc…载气
tFM…第一规定时间
tRM…第二规定时间
FM1，FM2…输送模式
RM1，RM2…返回模式
1…气体分离装置
1B，1C，1E，1F，1G，1H，1K…气体分离装置
2…原料气体供给单元
2a…原料气体通路
3a…产品气体通路
3b，3d…透过气体通路
3e…输送通路
3c…缓冲罐
10…吸附单元
11…第一吸附槽
12…第二吸附槽
21…脱吸气体通路
22…载气供给源(脱吸单元)
23…吸气单元(脱吸单元)
24…切换器(选择单元)
26…返回通路
31…切换器(选择单元)
35…浓度传感器(浓度测量单元)
35D…浓度测量单元
35a…取样部
35b…成分分析部
37…控制器(选择单元)
40…返回单元
41…返回通路
42…缓冲罐(返回气体积存单元)
46…蒸汽重整器(成分转换单元)
50…延迟单元
51…延时通路
60…吹扫单元
62…培养槽(成分转换单元)
64…废气通路
66…返回通路(返回单元)
68…缓冲罐(返回气体积存单元)
69…开关阀(返回单元、选择单元)

Claims (35)

1.一种气体分离方法，其为采用变压吸附的气体分离方法，其包括：
吸附工序：向吸附单元供给包含除去对象气体成分以及回收对象气体成分的原料气体并导出透过气体，
脱吸工序：将所述吸附单元的压力设置为比所述吸附工序的压力更低而导出脱吸气体，以及
返回工序：配合所述吸附单元的运转周期，或根据所述原料气体或透过气体或脱吸气体的状态，将所述透过气体或所述脱吸气体中的、应该优先除去的优先除去对象气体成分在所述除去对象气体成分中的浓度或者分压比所述原料气体低的那种气体作为返回所述吸附单元的返回气体。
2.如权利要求1所述的气体分离方法，其中，所述优先除去对象气体成分包含苯、甲苯、乙苯或二甲苯；或氮化合物；或硫化合物。
3.如权利要求1或2所述的气体分离方法，其中，
持续进行第一规定时间的输送工序，所述输送工序中，不返回能够成为所述返回气体的气体，而是将其作为输送气体，然后，持续进行第二规定时间的所述返回工序。
4.如权利要求1或2所述的气体分离方法，其中，测量所述透过气体或脱吸气体或原料气体中之一的测量对象气体成分的浓度或分压、或者测量与其相关的指标，并基于测量结果选择是否实施所述返回工序。
5.根据权利要求4所述的气体分离方法，其中，所述测量对象气体成分是所述除去对象气体成分中与所述优先除去对象气体成分相比，所述吸附单元产生的吸附性更低的低吸附性除去对象气体成分。
6.如权利要求4或5所述的气体分离方法，其中，将能够成为所述返回气体的气体通入能够花费从所述测量开始到所述选择为止的处理时间所对应的延迟时间而穿过的延迟通路，
在所述返回工序中，将来自所述延迟通路的气体作为所述返回气体。
7.如权利要求6所述的气体分离方法，其中，相对先进入所述延迟通路的气体部分先于相对后进入的气体部分被排出。
8.如权利要求1～7中任一项所述的气体分离方法，其包含积存工序，将所述返回气体积存于返回气体积存单元。
9.如权利要求1～8中任一项所述的气体分离方法，其还包括：在所述返回工序之前，对能够成为所述返回气体的气体进行成分转换的成分转换工序。
10.如权利要求9所述的气体分离方法，其中，所述成分转换工序包括通过微生物发酵对所述透过气体进行成分转换的微生物发酵工序。
11.如权利要求9所述的气体分离装置，其中，所述成分转换工序包括对所述透过气体进行催化反应而进行成分转换的催化反应工序。
12.如权利要求9～11中任一项所述的气体分离方法，其中，所述成分转换后的气体的CO2浓度或分压比转换前高。
13.如权利要求1～12中任一项所述的气体分离方法，其包括吹扫工序：配合所述吸附单元的运转周期，将所述返回气体作为吹扫气体供给到所述吸附单元，并从所述吸附单元中排出气体。
14.如权利要求13所述的气体分离方法，其中，所述吹扫气体是通过对所述透过气体或脱吸气体进行成分转换而得到的气体。
15.如权利要求13所述的气体分离方法，其中，所述吹扫气体是：对所述脱吸气体或所述透过气体中所述优先除去对象气体成分的浓度或分压比原料气体高的气体进行成分转换，从而将所述优先除去对象气体成分的浓度或分压调整为低于所述原料气体而得到的气体。
16.如权利要求15所述的气体分离方法，其中，所述吹扫气体是：使所述优先除去对象气体成分的浓度或分压高于所述原料气体的气体与活性炭接触，从而将所述优先除去对象气体成分的浓度或分压调整为低于所述原料气体而得到的气体。
17.如权利要求13或14所述的气体分离方法，其中，所述吹扫气体是经过脱硫和脱水中的至少一个处理工序之后的所述透过气体或脱吸气体。
18.如权利要求13～17中任一项所述的气体分离方法，其中，将所述吸附单元中的所述吹扫气体的流动方向设为与所述吸附工序中的气流方向相同。
19.如权利要求13～17中任一项所述的气体分离方法，其中，将所述吸附单元中的所述吹扫气体的流动方向设为与所述吸附工序中的气体流动方向相反。
20.如权利要求13～19中任一项所述的气体分离方法，其中，所述吹扫气体从所述吸附单元的中间部分导入所述吸附单元。
21.如权利要求13～20中任一项所述的气体分离方法，其中，根据所述排出后的气体中所述优先除去对象成分的浓度或分压，选择是否将所述排出后的气体作为所述返回气体。
22.如权利要求21所述的气体分离方法，其中，测量所述排出后的气体中的所述优先除去对象成分的浓度或分压、或者测量与其相关指标，并基于测量结果，选择是否使用所述排出后的气体作为返回气体，并且，
将经过所述测量的所述排出后的气体通入能够花费从所述测量开始到所述选择为止的处理时间所对应的延迟时间而穿过的延迟通路，将来自所述延迟通路的气体作为能够成为所述返回气体的气体。
23.一种气体分离装置，
其为采用变压吸附的气体分离装置，其具备：
吸附单元，其从原料气体中选择性地吸附除去对象气体成分或回收对象气体成分并导出透过气体，
脱吸单元，将所述吸附单元的压力设置为比所述供给时低，将含有所述吸附后的对象气体成分的脱吸气体从所述吸附单元中导出，以及
返回单元，配合所述吸附单元的运转周期，或者根据所述原料气体或透过气体或脱吸气体的状态，将所述透过气体或所述脱吸气体中的、应该优先除去的优先除去对象气体成分在所述除去对象气体成分中的浓度或者分压比所述原料气体低的那种气体作为返回所述吸附单元的返回气体。
24.如权利要求23所述的气体分离装置，其中，所述优先除去对象气体成分包含苯、甲苯、乙苯或二甲苯或氮化合物或硫化合物。
25.如权利要求23或24所述的气体分离装置，其具备：
选择单元：其选择输送模式和返回模式中的任一种，
所述输送模式中，不返回能够成为所述返回气体的气体，而是将其作为输送气体；所述返回模式中，将所述能够成为所述返回气体的气体作为所述返回气体，
所述选择单元在所述输送模式经过第一规定时间时，切换为所述返回模式，在所述返回模式经过第二规定时间时，切换为所述输送模式。
26.如权利要求23或24所述的气体分离装置，其还具备：
测量单元：其测量所述透过气体或脱吸气体或原料气体之一的测量对象气体成分的浓度或分压、或者测量与其相关的指标，
基于所述测量结果选择是否实施所述返回。
27.如权利要求26所述的气体分离装置，其中，所述测量对象气体成分是：所述除去对象气体成分中与所述优先除去对象气体成分相比，所述吸附单元产生的吸附性低的低吸附性除去对象气体成分。
28.如权利要求26或27所述的气体分离装置，其具备：
延迟单元：其包含能够成为所述返回气体的气体花费从所述测量开始到所述选择为止的处理时间所对应的延迟时间能够穿过的延迟通路，
所述返回单元将来自所述延迟单元的气体作为所述返回气体。
29.如权利要求28所述的气体分离装置，其中，
所述延迟单元使相对先进入所述延迟通路的气体部分先于相对后进入的气体部分被排出。
30.如权利要求24～29中任一项所述的气体分离装置，其中，所述返回单元包含积存所述返回气体的返回气体积存装置。
31.如权利要求24～30中任一项所述的气体分离装置，其具备：
成分转换单元：其在实施所述返回之前，对能够成为所述返回气体的气体进行成分转换。
32.如权利要求31所述的气体分离装置，其中，
所述成分转换单元含有能够通过所述透过气体进行发酵的微生物的培养槽。
33.如权利要求31所述的气体分离装置，其中，
所述成分转换单元含有使所述透过气体发生催化反应从而进行成分转换的催化反应器。
34.如权利要求31～33中任一项所述的气体分离装置，其中，所述成分转换后的气体的CO2浓度或分压比转换前高。
35.如权利要求24～34中任一项所述的气体分离装置，其具备：
吹扫单元：配合所述吸附单元的运转周期，将所述返回气体作为吹扫气体供给到所述吸附单元，并从所述吸附单元中排出气体。
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