CN113015572B - 气体分离装置及气体分离方法 - Google Patents

气体分离装置及气体分离方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113015572B
CN113015572B CN201980074860.0A CN201980074860A CN113015572B CN 113015572 B CN113015572 B CN 113015572B CN 201980074860 A CN201980074860 A CN 201980074860A CN 113015572 B CN113015572 B CN 113015572B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
adsorption
adsorption tank
pressure
langmuir
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980074860.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113015572A (zh
Inventor
岸井充
山本智贵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd filed Critical Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Publication of CN113015572A publication Critical patent/CN113015572A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113015572B publication Critical patent/CN113015572B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0423—Beds in columns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0446—Means for feeding or distributing gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/108—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/11—Noble gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/502—Carbon monoxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40028—Depressurization
    • B01D2259/4003—Depressurization with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043—Purging
    • B01D2259/40045—Purging with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043—Purging
    • B01D2259/4005—Nature of purge gas
    • B01D2259/40052—Recycled product or process gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/414—Further details for adsorption processes and devices using different types of adsorbents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

一实施方式的气体分离装置(2)具备：第一吸附槽(6)，具有吸附第一气体的栅型吸附材料；第二吸附槽(10)，经由第一开闭阀(V1)与第一吸附槽连接，且具有吸附第一气体的朗缪尔型吸附材料；第一气体管，设置有第二开闭阀(V2)，使包括第一气体和第二气体的混合气体流向第一吸附槽；第二气体管，与第二吸附槽连接，设置有第三开闭阀(V3)，且将混合气体依次通过第一吸附槽及第二吸附槽而得到的通过气体取出；第三气体管，与第一吸附槽连接，设置有第四开闭阀(V4)，且将从栅型吸附材料解吸的第一气体取出；以及第四气体管，与第二吸附槽连接，设置有第五开闭阀(V5)，且将从朗缪尔型吸附材料解吸的第一气体取出。

Description

气体分离装置及气体分离方法
技术领域
本发明涉及一种气体分离装置及气体分离方法。
背景技术
以往，在利用变压吸附方式(PSA：Pressure Swing Adsorption)从混合气体中分离纯化目标气体的情况下，主要使用了朗缪尔型吸附材料(例如，沸石、活性炭等)(参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-191924号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
对于朗缪尔型吸附材料，基本上越扩大吸附/解吸的压力范围，其分离纯化的效率越提高。然而，如果扩大吸附/解吸的压力范围，则用于根据该压力范围进行压力调整的成本增加，因此分离纯化的运行成本增加。
因此，本发明的目的在于提供一种能够降低运行成本的气体分离装置及气体分离方法。
(二)技术方案
本发明一方面的气体分离装置具备：第一吸附槽，具有吸附第一气体的栅型(日语：ゲート型)吸附材料；第二吸附槽，经由第一开闭阀与上述第一吸附槽连接，且具有吸附上述第一气体的朗缪尔型吸附材料；第一气体管，与上述第一吸附槽连接，设置有第二开闭阀，且供包括上述第一气体及与上述第一气体不同的第二气体的混合气体流过；第二气体管，与上述第二吸附槽连接，设置有第三开闭阀，且将上述混合气体依次通过上述第一吸附槽及上述第二吸附槽而得到的通过气体取出；第三气体管，与上述第一吸附槽连接，设置有第四开闭阀，且将从上述栅型吸附材料解吸的第一气体取出；以及第四气体管，与上述第二吸附槽连接，设置有第五开闭阀，且将从上述朗缪尔型吸附材料解吸的第一气体取出。
上述气体分离装置具备具有栅型吸附材料的第一吸附槽。第一吸附槽上连接有第一气体管，因此混合气体经由第一气体管供给至第一吸附槽。在供给至第一吸附槽的混合气体中，第一气体被栅型吸附材料吸附，因此能够将混合气体分离成第一气体和第二气体。栅型吸附材料根据第一吸附槽内的第一气体的分压而不吸附第一气体。在这种情况下，第一气体通过第一吸附槽。第一吸附槽上连接有具有朗缪尔型吸附材料的第二吸附槽，因此通过第一吸附槽的第一气体能够被第二吸附槽内的朗缪尔型吸附材料吸附。其结果，能够从第二气体管取出从混合气体中分离出的第二气体。并且，如果解吸被栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料吸附的第一气体，则能够经由第三气体管及第四气体管回收第一气体。
在上述气体分离装置中，通过控制上述第一至第五开闭阀，而能够独立地控制第一吸附槽及第二吸附槽内的压力。因此，在从吸附有第一气体的栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料解吸第一气体的情况下，能够应用对应于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料的压力。在栅型吸附材料中，无需过于降低压力，因此能够缩小用于吸附/解吸的压力范围，从而能够降低压力调整所需的成本。因此，能够降低运行成本。
上述第三气体管和上述第四气体管可以与压力调节器连接。在这种情况下，为了从栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料解吸第一气体，易于调节第一吸附槽及第二吸附槽内的压力。
本发明另一方面的气体分离方法包括：吸附工序，使上述开闭阀成为打开状态，并使包括第一气体及与上述第一气体不同的第二气体的混合气体按第一吸附槽及第二吸附槽的顺序流过上述第一吸附槽和上述第二吸附槽来提高上述第一吸附槽及上述第二吸附槽内的压力，由此使上述混合气体内的上述第一气体吸附于上述栅型吸附材料及上述朗缪尔型吸附材料，并从与上述第二吸附槽连接的第一取出管取出上述第二气体，其中，上述第一吸附槽具有吸附上述第一气体的栅型吸附材料，上述第二吸附槽经由开闭阀与上述第一吸附槽连接，且具有吸附上述第一气体的朗缪尔型吸附材料；第一解吸工序，使上述开闭阀成为打开状态，并将上述第一吸附槽内的压力降低至上述栅型吸附材料的上述第一气体解吸的压力，由此使上述第一气体从上述栅型吸附材料及上述朗缪尔型吸附材料解吸，并且从与上述第一吸附槽连接的第二取出管取出上述第一气体；以及第二解吸工序，在上述第一解吸工序之后，使上述开闭阀成为关闭状态，并降低上述第二吸附槽内的压力，由此使上述第一气体从上述朗缪尔型吸附材料解吸，并将解吸的上述第一气体从与上述第二吸附槽连接的第三取出管取出。
在上述方法中，在吸附工序中，混合气体依次流过栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料。在混合气体中，第一气体被栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料吸附，因此从混合气体中分离第一气体及第二气体。在第一吸附槽内的第一气体的分压低于能够吸附第一气体的压力的情况下，第一气体不被栅型吸附材料吸附而通过第一吸附槽。这样，通过第一吸附槽的第一气体被朗缪尔型吸附材料吸附，因此能够更可靠地从混合气体中取出第二气体。并且，通过实施第一解吸工序及第二解吸工序，能够使栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料再生，并且能够取出第一气体。
在第二解吸工序中，关闭第一开闭阀，因此能够一边将第一吸附槽内的压力维持为对应于栅型吸附材料的压力，一边降低第二吸附槽内的压力。在栅型吸附材料中，无需为了解吸而过于降低压力，因此能够缩小压力调整范围。因此，能够降低压力调整所需的成本。因此，能够降低运行成本。
一实施方式的气体分离方法，可以还包括：第一清洗工序，在上述第二解吸工序之后，使上述开闭阀成为关闭状态，一边使实质上未被上述朗缪尔型吸附材料吸附的未吸附气体流向上述第二吸附槽，一边将从上述朗缪尔型吸附材料解吸的上述第一气体经由上述第二取出管取出；以及第二清洗工序，在上述第一清洗工序之后，使上述开闭阀成为打开状态，一边使实质上未被上述栅型吸附材料吸附的未吸附气体从上述第二吸附槽流向上述第一吸附槽，一边将从上述朗缪尔型吸附材料及上述栅型吸附材料解吸的上述第一气体经由上述第三取出管取出。
在这种情况下，能够促进从栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料解吸第一气体。通过在第一清洗工序中关闭第一开闭阀且在第二清洗工序中打开第二开闭阀，能够以对应于朗缪尔型吸附材料及栅型吸附材料的吸附/解吸性能的压力实施第一清洗工序及第二清洗工序。
一实施方式的气体分离方法，可以还包括：返送工序，将在上述第一解吸工序及上述第二解吸工序中取出的气体的一部分返送至上述第一吸附槽及上述第二吸附槽中的至少一方。在上述第一解吸工序及上述第二解吸工序中取出的气体中有时也会包括第一气体以外的成分。通过实施上述返送工序，能够使栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料重新吸附在上述第一解吸工序及上述第二解吸工序中取出的气体中的第一气体。这样，吸附的第一气体例如通过实施第一解吸工序及第二解吸工序来取出，因此能够提高第一气体的回收率。
一实施方式的气体分离方法，可以还包括：升压工序，在上述吸附工序之前，提高上述第一吸附槽及上述第二吸附槽内的压力。在该升压工序中，能够提高第一吸附槽及第二吸附槽内的压力，因此例如如果在升压工序之后实施吸附工序，则能够减少穿过第一吸附槽的第一气体。
本发明另一方面的气体分离方法的另一例包括：吸附工序，使包括与第一气体不同的第二气体及上述第一气体的混合气体按第一吸附部及第二吸附部的顺序流过上述第一吸附部和上述第二吸附部，由此来提高上述第一吸附部及上述第二吸附部的压力，并使上述第一气体吸附于上述栅型吸附材料及上述朗缪尔型吸附材料，其中，上述第一吸附部具有吸附上述第一气体的栅型吸附材料，上述第二吸附部与上述第一吸附部串联配置，且具有吸附上述第一气体的朗缪尔型吸附材料；以及解吸工序，降低上述第一吸附部及上述第二吸附部内的压力，使上述第一气体从上述栅型吸附材料及上述朗缪尔型吸附材料解吸。
在上述气体分离方法的另一例中，能够使用栅型吸附材料从混合气体中分离第一气体及第二气体。未被栅型吸附材料吸附的第一气体被朗缪尔型吸附材料吸附。因此，能够更可靠地从混合气体中分离第一气体及第二气体。栅型吸附材料能够为了其吸附/解吸性能而缩小用于吸附/解吸的压力范围。因此，能够降低压力调整所需的成本，因此能够降低运行成本。
(三)有益效果
根据本发明，能够提供一种能够降低运行成本的气体分离装置及气体分离方法。
附图说明
图1是说明栅型吸附材料的吸附/解吸特性的附图。
图2是说明朗缪尔型吸附材料的吸附/解吸特性的附图。
图3是第一实施方式的气体分离装置的示意图。
图4是第二实施方式的气体分离装置的示意图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。附图的尺寸比率并不一定与所说明的尺寸比率一致。
图1是用于说明栅型吸附材料的吸附/解吸性能的附图。图1的横轴表示压力，纵轴表示吸附对象物质向栅型吸附材料的吸附容量。图1的实线表示吸附特性，虚线表示解吸特性。栅型吸附材料是具有栅型吸附/解吸能力的吸附材料。如图1所示，栅型吸附材料是如下的吸附材料：其能够从特定的压力P1开始急剧地吸附吸附对象物质，并且从低于压力P1的特定的压力P2开始急剧地解吸吸附对象物质。栅型吸附材料的例子是具有栅型吸附/解吸能力的多孔性配位高分子(PCP)。PCP有时还称为金属有机结构体(MOF)。栅型吸附材料的例子包括ZIF-7、MIL-53。
图2是用于说明朗缪尔型吸附材料的吸附/解吸性能的附图。图2的横轴表示压力，纵轴表示吸附对象物质向朗缪尔型吸附材料的吸附容量。朗缪尔型吸附材料是如下吸附材料：其不具有如栅型吸附材料那样的急剧的吸附/解吸特性，如图2所示，根据压力变化而平滑地吸附/解吸吸附对象物质。朗缪尔型吸附材料的例子包括沸石、活性炭等。在特定的条件下，沸石有时也会发挥栅型吸附材料的功能。在图2中，为了方便说明，示出图1所示的压力P1及压力P2。
(第一实施方式)
在第一实施方式中，对利用变压吸附法(PSA法)从包括第一气体和第二气体的混合气体中分离纯化第二气体作为目标气体的情况进行说明。第一气体的例子包括二氧化碳(CO2)气体及一氧化碳(CO)气体，第二气体的例子包括氢(H2)气及氦(He)气。混合气体还可以包括第一气体及第二气体以外的气体。
在第一实施方式中使用的栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料只要使用上述例示的吸附材料中优先(换言之，更多地)吸附第一气体且实质上(换言之，几乎)不吸附第二气体的栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料即可。以下，为了简化说明，如果无特别说明，则省略上述“优先”及“实质上”。
利用图3对气体分离装置2的一例进行说明。
气体分离装置2具备第一气体管4、第一吸附槽6、连结管8、第二吸附槽10、第二气体管(第一取出管)12、第三气体管(第二取出管)14及第四气体管(第三取出管)16。
第一气体管4是为了将混合气体供给至第一吸附槽6而供混合气体流过的气体管。第一气体管4的一端与第一吸附槽6的气体通过口6a连接，另一端与混合气体供给源18连接。在由其他装置生成原料气体即混合气体的情况下，例如第一气体管4的另一端可以与上述其他装置连接。第一气体管4上设置有自动开闭阀(第二开闭阀)V1。
第一吸附槽6在其内部具有栅型吸附材料。栅型吸附材料例如填充在第一吸附槽6内。第一吸附槽6具有气体通过口6a和气体通过口6b。气体通过口6a与第一气体管4连接。气体通过口6b上连接有连结管8。
连结管8为连结第一吸附槽6和第二吸附槽10的气体管。连结管8的一端与气体通过口6b连接，另一端与第二吸附槽10的气体通过口10a连接。连结管8上设置有自动开闭阀(第一开闭阀)V2。因此，第一吸附槽6及第二吸附槽10经由自动开闭阀V2连接。
第二吸附槽10在其内部具有朗缪尔型吸附材料。朗缪尔型吸附材料例如填充在第二吸附槽10内。第二吸附槽10具有气体通过口10a和气体通过口10b。气体通过口10a与连结管8连接。气体通过口10b上连接有第二气体管12的一端。
第二气体管12是主要用于将从第一吸附槽6经由连结管8及气体通过口10a供给至第二吸附槽10并通过第二吸附槽10的通过气体取出的气体管。第二气体管12上设置有自动开闭阀(第三开闭阀)V3。
上述通过气体是通过从混合气体中去除第一气体而纯化的气体。具体而言，上述通过气体是第二气体(目标气体)。理想的是通过气体仅由第二气体构成，但实际设备中包括少量其他成分(例如，第一气体)。因此，通过气体是与原料气体即混合气体相比第二气体的比例有所增加的浓缩气体(或第二气体富集气体)。以下，为了方便说明，如果无特别说明，则将通过气体称为第二气体。第二气体管12的另一端与气体贮存部20连接。气体贮存部20是贮存目标气体即第二气体的槽或储气瓶。
气体贮存部20上设置有用于取出贮存于气体贮存部20中的第二气体的第五气体管13。第五气体管13上可以设置有用于调节第一吸附槽6及第二吸附槽10内的压力的调节阀V6。调节阀V6的例子包括背压阀、流量调节阀及开度调节阀。
第三气体管14是在对吸附于栅型吸附材料的第一气体进行解吸的情况下用于取出从栅型吸附材料解吸的第一气体的气体管。在第一实施方式中，第三气体管14具有主干道M和副干道14a。副干道14a的一端与第一吸附槽6连接。副干道14a的一端例如与气体通过口6a(第一吸附槽6中与第一气体管4的连接侧)连接。在图3所示的实施方式中，副干道14a的一端通过与第一气体管4中自动开闭阀V1与气体通过口6a之间的区域连接而与气体通过口6a连接。副干道14a上设置有自动开闭阀(第四开闭阀)V4。副干道14a的另一端与主干道M连接。主干道M上设置有真空泵(压力调节器)22。因此，在上述第三气体管14中，在第三气体管14中的第一气体的流动方向上，在自动开闭阀V4的下游侧设置有真空泵22。
第四气体管16是在解吸吸附于朗缪尔型吸附材料的第一气体的情况下用于取出从朗缪尔型吸附材料解吸的第一气体的气体管。在第一实施方式中，第四气体管16具有主干道M和副干道16a。副干道16a的一端与第二吸附槽10连接。副干道16a的一端例如与气体通过口10a(第二吸附槽10中与连结管8的连接侧)连接。在图3所示的实施方式中，副干道16a的一端通过与连结管8中自动开闭阀V2与气体通过口10a之间的区域连接而与气体通过口10a连接。副干道16a上设置有自动开闭阀(第五开闭阀)V5。副干道16a的另一端与主干道M连接。主干道M与第三气体管14共用。因此，在上述第四气体管16中，在第四气体管16中的第一气体的流动方向上，在自动开闭阀V5的下游侧设置有真空泵22。
第三气体管14及第四气体管16可以共用主干道M。在这种情况下，在第三气体管14及第四气体管16上分别设置真空泵即可。
上述自动开闭阀V1至V5、调节阀V6及真空泵22等例如由未图示的控制装置控制即可。
接着，对利用气体分离装置2的气体分离方法的一例进行说明。气体分离方法包括吸附工序、第一解吸工序及第二解吸工序。气体分离方法可以在第二解吸工序之后包括第一清洗工序、第二清洗工序及升压工序。在此，对包括第一清洗工序、第二清洗工序及升压工序时的气体纯化方法的各工序进行说明。
[吸附工序]
在吸附工序中，使自动开闭阀V1、V2、V3成为打开状态，且使自动开闭阀V4、V5成为关闭状态。由于自动开闭阀V2是打开状态，因此第一吸附槽6与第二吸附槽10连通。在该状态下，通过使混合气体经由第一气体管4流过第一吸附槽6及第二吸附槽10，而提高第一吸附槽6及第二吸附槽10内的压力，使第一气体吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料。由此，从第二气体管12取出第二气体。取出的目标气体即第二气体贮存于气体贮存部20。贮存于气体贮存部20的第二气体适当地经由第五气体管13取出即可。在气体分离装置2具有调节阀V6的情况下，可以在吸附工序中调节调节阀V6，使得第一吸附槽6及第二吸附槽10的压力上升。
[第一解吸工序]
在上述吸附工序之后，打开自动开闭阀V4，另一方面，关闭自动开闭阀V1、V3。因此，在第一解吸工序中，自动开闭阀V2、V4是打开状态，自动开闭阀V1、V3、V5是关闭状态。将自动开闭阀V1至V5维持上述状态，同时使真空泵22工作，从而将第一吸附槽6内的压力降低至适于从栅型吸附材料解吸第一气体的压力(图1的压力P2以下)。由于自动开闭阀V2是打开状态，因此第一吸附槽6与第二吸附槽10彼此连通。因此，第二吸附槽10内的压力也降低。由此，从栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料解吸第一气体。解吸的第一气体经由第三气体管14排出。
[第二解吸工序]
在上述第一解吸工序之后，打开自动开闭阀V5，另一方面，关闭自动开闭阀V2、V4。在第二解吸工序中，自动开闭阀V5是打开状态，另一方面，自动开闭阀V1至V4是关闭状态。将自动开闭阀V1至V5维持上述状态，同时接续第一解吸工序而使真空泵22工作，由此将第二吸附槽10内的压力降低至适于解吸吸附于朗缪尔型吸附材料的第一气体的压力。自动开闭阀V5是打开状态，因此从朗缪尔型吸附材料解吸的第一气体经由第四气体管16排出。
[第一清洗工序]
在上述第二解吸工序之后，打开自动开闭阀V3。因此，在第一清洗工序中，自动开闭阀V3、V5是打开状态，自动开闭阀V1、V2、V4是关闭状态。将自动开闭阀V1至V5维持上述状态，同时接续第二解吸工序而使真空泵22工作。由此，气体贮存部20内的第二气体向第二吸附槽10流动。第二气体不会吸附于第二吸附槽10内的朗缪尔型吸附材料，因此为未吸附气体，并且发挥清洗气体的功能。通过这种第二气体(未吸附气体)向第二吸附槽10的流入，促进第一气体从朗缪尔型吸附材料的解吸。与第二解吸工序的情况相同，从朗缪尔型吸附材料解吸的第一气体经由第四气体管16排出。
[第二清洗工序]
在上述第一清洗工序之后，打开自动开闭阀V2、V4，另一方面，关闭自动开闭阀V5。因此，在第二清洗工序中，自动开闭阀V2、V3、V4是打开状态，自动开闭阀V1、V5是关闭状态。由于自动开闭阀V2是打开状态，因此第一吸附槽6与第二吸附槽10彼此连通。因此，将自动开闭阀V1至V5维持上述状态，同时接续第一清洗工序而使真空泵22工作，由此气体贮存部20内的第二气体依次流过第二吸附槽10及第一吸附槽6。第二气体不会吸附于第一吸附槽6内的栅型吸附材料，因此对栅型吸附材料而言是未吸附气体，并且发挥清洗气体的功能。通过这种第二气体(未吸附气体)向第二吸附槽10及第一吸附槽6的流入，促进第一气体从朗缪尔型吸附材料及栅型吸附材料的解吸。与第一解吸工序的情况相同，从朗缪尔型吸附材料及栅型吸附材料解吸的第一气体经由第三气体管14排出。
[升压工序]
在上述第二清洗工序之后，关闭自动开闭阀V4。因此，在升压工序中，自动开闭阀V2、V3是打开状态，自动开闭阀V1、V4、V5是关闭状态。由于自动开闭阀V2、V3是打开状态，因此与第二清洗工序的情况相同，气体贮存部20内的第二气体依次流过第二吸附槽10及第一吸附槽6。由于自动开闭阀V1、V4、V5是关闭状态，因此通过上述第二气体流入第二吸附槽10及第一吸附槽6，而提高第二吸附槽10及第一吸附槽6内的压力。
通过实施上述吸附工序，从混合气体分离纯化第二气体。以吸附工序、第一解吸工序、第二解吸工序、第一清洗工序、第二清洗工序及升压工序的顺序实施上述吸附工序、第一解吸工序、第二解吸工序、第一清洗工序、第二清洗工序及升压工序，将此过程作为基本循环，并反复执行该基本循环，由此可在每个基本循环中从混合气体中分离纯化目标气体即第二气体。
在反复执行上述基本循环的情况下，在升压工序之后，实施下一个基本循环的吸附工序。因此，升压工序也是在吸附工序之前实施的工序。相反地，也可以反复执行以升压工序、吸附工序、第一解吸工序、第二解吸工序、第一清洗工序及第二清洗工序的顺序实施的基本循环。
在气体分离装置2中，在混合气体的流动方向上，从上流侧(第一吸附槽6的气体通过口6a侧)朝向下游侧(第二吸附槽10的气体通过口10b侧)以第一吸附槽6及第二吸附槽10的顺序配置有第一吸附槽6及第二吸附槽10。
因此，在上述吸附工序中，如果将混合气体供给至第一吸附槽6，则混合气体会依次流过第一吸附槽6及第二吸附槽10。因此，第一气体被第一吸附槽6内的栅型吸附材料吸附。未被栅型吸附材料吸附的第一气体被配置于第一吸附槽6的下游的第二吸附槽10内的朗缪尔型吸附材料吸附。
例如，栅型吸附材料在特定的压力P1(参考图1)下急剧地吸附第一气体，但在第一吸附槽6内的压力(具体而言，第一气体的分压)低于压力P1的情况下，几乎不吸附第一气体。因此，在吸附工序中，在第一吸附槽6内的压力(第一气体的分压)低于能够吸附第一气体的压力的情况下(例如，在吸附工序的初始阶段，尤其在未实施升压工序的情况下)，混合气体中的第一气体不会吸附于栅型吸附材料，而通过第一吸附槽6。在吸附工序中，如果第一吸附槽6内的压力(第一气体的分压)变高而成为压力P1以上，则第一气体吸附于第一吸附槽6的栅型吸附材料。然而，由于第一气体吸附于第一吸附槽6的栅型吸附材料，可能会导致第一吸附槽6内的第一气体的分压降低。在这种情况下，第一气体也通过第一吸附槽6。如此，即使第一气体穿过第一吸附槽6，如上所述，也能够由第二吸附槽10内的朗缪尔型吸附材料吸附第一气体。其结果，能够从混合气体获得高纯度的第二气体。
如上所述，在气体分离装置2及利用该气体分离装置2的气体分离方法中，使第一气体吸附于栅型吸附材料而从混合气体中分离第二气体，另一方面，由朗缪尔型吸附材料吸附未被栅型吸附材料吸附的第一气体。
栅型吸附材料在特定的压力P1(参考图1)下急剧地吸附第一气体，另一方面，在特定的压力P2(参考图1)下急剧地解吸第一气体。因此，只要在能够发挥吸附/解吸能力的压力范围内，则能够维持分离纯化效率，同时缩小吸附/解吸压力的范围。因此，能够降低压力调整所需的成本，因此在气体分离装置2及利用该气体分离装置2的气体分离方法中，能够降低运行成本。
在气体分离装置2的结构中，通过适当控制自动开闭阀V1至V5，能够实施上述第一解吸工序及第二解吸工序。因此，能够使栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料再生以反复利用。
而且，如图1所示，如果压力为P2以下，则栅型吸附材料解吸所吸附的第一气体。因此，在第一解吸工序中，第一吸附槽6内的压力减压至压力P2或比压力P2略低的程度即可。
第一吸附槽6及第二吸附槽10经由自动开闭阀V2连接，因此通过控制自动开闭阀V2，能够在将第一吸附槽6内的空间及第二吸附槽10内的空间连接的状态和将它们分离的状态之间进行切换。而且，第一吸附槽6上连接有第三气体管14，第二吸附槽10上连接有第四气体管16。因此，能够独立地控制第一吸附槽6及第二吸附槽10内的压力。因此，在第二解吸工序中，能够在第一吸附槽6中保持可维持栅型吸附材料的解吸能力的(栅关闭的)压力，同时进一步降低具有朗缪尔型吸附材料的第二吸附槽10的压力。如上所述，第一吸附槽6侧可以根据栅型吸附材料的吸附/解吸能力控制压力，因此能够降低运行成本。
在第二解吸工序中，为了从第二吸附槽10内的朗缪尔型吸附材料解吸更多的第一气体，从第一解吸工序进一步对第二吸附槽10减压。然而，具有朗缪尔型吸附材料的第二吸附槽10能够吸附未被第一吸附槽6吸附的第一气体即可。因此，例如，与不设置第一吸附槽6而仅由第二吸附槽10(即，仅由朗缪尔型吸附材料)从混合气体中去除第一气体的情况相比，能够减小第二吸附槽10的容量。换言之，能够减少朗缪尔型吸附材料的量。因此，与仅由第二吸附槽10从混合气体中去除第一气体的情况相比，能够减小降低第二吸附槽10内的压力所需的时间及真空泵22的功率。其结果，能够降低气体分离装置2及利用该气体分离装置2的气体分离方法的运行成本。
在气体分离方法包括第一清洗工序及第二清洗工序的实施方式中，通过第一清洗工序及第二清洗工序，能够从栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料中进一步解吸第一气体。因此，在进行一次吸附工序之后实施下一个吸附工序的情况下，能够使更多的第一气体吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料，因此在通过反复利用气体分离装置2(通过反复执行上述基本循环)从混合气体中分离纯化第二气体时，易于维持作为目标气体的第二气体的质量。而且，通过实施第一清洗工序及第二清洗工序，如上所述，能够在吸附工序中使更多的第一气体吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料，因此在吸附工序中获得的第二气体的量增加。其结果，从混合气体中回收第二气体的回收效率增加。
如上所述，在气体分离装置2中，能够独立地控制第一吸附槽6及第二吸附槽10内的压力。因此，能够以对应于朗缪尔型吸附材料的压力实施第一清洗工序，并且能够以对应于栅型吸附材料的压力实施第二清洗工序。其结果，能够有效地利用第一吸附槽6及第二吸附槽10内的气体。例如，通过实施第一清洗工序及第二清洗工序，能够减小升压工序中的升压量。其结果，能够增加第二气体的回收量。在未实施升压工序的情况下，当再次实施吸附工序时，由于能够将第一吸附槽6内的压力维持在一定压力以上，因此易于通过第一吸附槽6的栅型吸附材料吸附更多的第一气体。
在气体分离方法包括升压工序的实施方式中，在升压工序中，第一吸附槽6及第二吸附槽10内的压力上升。因此，在升压工序之后实施的吸附工序中，第一气体易于吸附于栅型吸附材料，能够减少第一气体穿过第二吸附槽10的量。在第二吸附槽10内的朗缪尔型吸附材料中，由于压力越高吸附容量越大，因此能够吸附更多的第一气体。其结果，能够获得高纯度的第二气体。
(第二实施方式)
第一实施方式是将混合气体所具有的第一气体及第二气体中的第二气体作为目标气体进行分离纯化的实施方式。然而，也可以将第一气体作为目标气体进行分离。对将第一气体作为目标气体而从混合气体进行分离的第二实施方式进行说明。第二实施方式中的第一气体及第二气体的例子与第一实施方式相同。
在第二实施方式中使用的栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料也可以使用具有与第一实施方式的情况相同的性质的吸附材料。第二实施方式的栅型吸附材料的例子可以与第一实施方式的情况相同。
如图4所示，第二实施方式的气体分离装置2A中，气体贮存部20与主干道M连接，这一点是与第一实施方式的气体分离装置2的主要不同点。由于上述不同点以外的气体分离装置2A的结构与气体分离装置2相同，因此省略上述不同点以外的气体分离装置2A的结构的说明。
气体贮存部20贮存经由第三气体管14及第四气体管16取出的第一气体作为目标气体。气体贮存部20连接于第三气体管14及第四气体管16中与第一吸附槽6及第二吸附槽10相反的一侧。与第一实施方式的情况相同，气体贮存部20上连接有第五气体管13。在第二实施方式中，第五气体管13是用于取出贮存于气体贮存部20的第一气体的气体管。第五气体管13上可以设置有用于调节第一气体的取出量的调节阀。
接着，对利用气体分离装置2A的气体分离方法进行说明。第二实施方式的气体分离方法包括吸附工序、第一解吸工序、第二解吸工序及升压工序。
在吸附工序中，由于从第二吸附槽10向第二气体管12流动的第二气体是杂质，因此排出上述第二气体，且将在第一解吸工序及第二解吸工序中从栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料解吸的第一气体作为目标气体而贮存于气体贮存部20，除以上两点以外，第二实施方式中的吸附工序、第一解吸工序、第二解吸工序及升压工序与第一实施方式中的对应的工序相同。例如，在吸附工序中，为了调节第一吸附槽6及第二吸附槽10内的压力，气体分离装置2A可以在第二气体管12中自动开闭阀V3的后段设置用于调节压力的调节阀V6。调节阀V6的例子与第一实施方式的情况相同。
在气体分离装置2A及利用该气体分离装置2A的气体分离方法中，通过在吸附工序之后实施上述第一解吸工序及第二解吸工序，能够回收从混合气体中分离出的第一气体。以吸附工序、第一解吸工序、第二解吸工序及升压工序的顺序实施上述吸附工序、第一解吸工序、第二解吸工序及升压工序，将此作为基本循环，并反复执行该基本循环，由此能够在每个基本循环中从混合气体中分离目标第一气体，并且进行回收。
升压工序也是在吸附工序之前实施的工序，且可以反复执行以升压工序、吸附工序、第一解吸工序及第二解吸工序的顺序实施这些工序的循环作为基本循环，这两点与第一实施方式的情况相同。
气体贮存部20内的气体是从混合气体中分离出的第一气体。理想的是从混合气体中将第一气体全部分离，但实际设备中有时也会少量混有一部分杂质。因此，气体贮存部20内的气体还是目标气体即第一气体的分压比从混合气体供给源18供给的混合气体高的(第一气体的比例更多的)浓缩气体(第一气体富集气体)。
为了从这种浓缩气体中进一步分离第一气体，气体分离装置2A可以具有将气体贮存部20内的气体返送至第一吸附槽6的第六气体管24。在图4所示的气体分离装置2A的实施方式中，第六气体管24与第一吸附槽6的气体通过口6a连接。例如，如图4所示，通过连接于第一气体管4中自动开闭阀V1与气体通过口6a之间或第三气体管14的副干道14a中自动开闭阀V4与气体通过口6a之间，第六气体管24能够与气体通过口6a连接。第六气体管24上设置有自动开闭阀V7。自动开闭阀V7可以通过控制自动开闭阀V1至V5等的未图示的控制装置来控制。
在气体分离装置2A具有上述第六气体管24的实施方式中，气体分离方法还包括将上述浓缩气体返送至第一吸附槽6的返送工序。
在气体分离方法中，返送工序在实施一次吸附工序、第一解吸工序及第二解吸工序之后实施即可。例如，在利用气体分离装置2A反复执行气体分离方法的上述多个工序(吸附工序、第一解吸工序、第二解吸工序及升压工序)作为一个基本循环的情况下，可以不在最初的基本循环中实施。而且，在第二次以后的基本循环中，例如优选在吸附工序与第一解吸工序之间实施。
在实施返送工序的情况下(例如，在吸附工序与第一解吸工序之间实施的情况下)，使自动开闭阀V2、V3、V7成为打开状态，并且使自动开闭阀V1、V4、V5成为关闭状态。由此，气体贮存部20内的浓缩气体从气体贮存部20经由第六气体管24而返送至第一吸附槽6及第二吸附槽10。因此，根据第一吸附槽6及第二吸附槽10内的压力，被返送的浓缩气体中的第一气体再吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料中的至少一方。这样再吸附的第一气体在第一解吸工序及第二解吸工序中取出。在返送工序以外的工序中，自动开闭阀V7是关闭状态即可。
返送工序中的自动开闭阀V1至V5及自动开闭阀V7的状态是能够使浓缩气体流向第一吸附槽6及第二吸附槽10而使第一气体吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料的状态即可。因此，返送工序中的自动开闭阀V1至V5及自动开闭阀V7的状态并不限定于上述例示的情况。在实施返送工序时，为了排出第二气体，优选自动开闭阀V3是打开状态。
在气体分离装置2A中，与气体分离装置2的情况相同，在上述吸附工序中，如果将混合气体供给至第一吸附槽6，则混合气体依次流过第一吸附槽6及第二吸附槽10。因此，与第一实施方式的情况相同，第一气体被第一吸附槽6内的栅型吸附材料吸附。未被栅型吸附材料吸附的第一气体被配置于第一吸附槽6的下游的第二吸附槽10内的朗缪尔型吸附材料吸附。因此，即使使用栅型吸附材料，也能够更可靠地从混合气体中分离第一气体。通过在第一解吸工序及第二解吸工序中从栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料解吸上述那样吸附的第一气体，能够回收第一气体。如上所述，即使使用栅型吸附材料，通过与朗缪尔型吸附材料进行组合，也能够更可靠地从混合气体中分离第一气体，因此能够提高从混合气体回收第一气体的效率。
在气体分离装置2A中，通过适当控制自动开闭阀V1至V5，也能够实施上述第一解吸工序及第二解吸工序。因此，能够使栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料再生以反复利用。
而且，在气体分离装置2A及利用该气体分离装置2A的气体分离方法中，出于与第一实施方式的情况相同的理由，也能够降低运行成本。在气体分离方法包括升压工序的情况下，如在第一实施方式中所说明的，在升压工序之后实施的吸附工序中，易于将第一气体吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料。其结果，能够提高从混合气体回收第一气体的回收效率。
在气体分离方法包括上述返送工序的实施方式中，能够从浓缩气体中进一步分离第一气体。而且，在返送工序中，能够一边使浓缩气体内的第一气体再吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料，一边排出第一吸附槽6及第二吸附槽10内的杂质(例如，第二气体)。其结果，能够提高回收的第一气体的纯度。特别地，在反复执行上述基本循环时，通过在第二次以后反复执行的基本循环中加入返送工序，浓缩气体的浓度随着每次反复而增加。其结果，通过反复执行基本循环，能够以更高纯度回收第一气体。
以上，对本发明的各种实施方式及实施例进行了说明。然而，本发明并不限定于例示的各种实施方式及实施例，旨在包括技术方案所示的范围以及等同于权利要求书的含义及范围内的全部变更。
例如，在第一实施方式中，为了实施第一清洗工序、第二清洗工序及升压工序，使用了气体贮存部20内的气体(第二气体)。然而，也可以在第一吸附槽6及第二吸附槽10中具有未吸附气体供给部(例如，未吸附气体供给源)，该未吸附气体供给部供给实质上不吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料的未吸附气体。未吸附气体供给部例如可以向第一吸附槽6及第二吸附槽10独立地供给未吸附气体。在向第一吸附槽6及第二吸附槽10独立地供给未吸附气体的情况下，供给至第一吸附槽6及第二吸附槽10的未吸附气体可以不同。所述“实质上不吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料”，是指包括上述未吸附气体可以略微吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料的情况之意。
在第一实施方式中，也可以不包括第一清洗工序、第二清洗工序及升压工序，在第二实施方式中，也可以不包括升压工序。
在所使用的栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料中，在足以解吸第一气体的压力为大气压以上的压力的情况下，可以将压力调节阀用作压力调整部来代替图3及图4所示的真空泵22。
第三气体管(第二取出管)14及第四气体管(第三取出管)16与第一吸附槽6及第二吸附槽10的连接关系并不限定于例示的关系。第一至第五开闭阀及其他阀并不限定于由控制装置等控制而自动开闭的开闭阀。
气体分离装置也可以具有多个第一吸附槽6及第二吸附槽10串联连接而成的吸附单元。在这种情况下，多个吸附单元并联连接。各吸附单元实施由第一及第二实施方式中说明的多个工序构成的循环即可。在利用具备多个吸附单元的气体分离装置的气体分离方法中，在多个吸附单元之间，优选错开由第一实施方式及第二实施方式中说明的多个工序构成的循环的实施时机。例如，在一个吸附单元实施吸附工序的期间，其他吸附单元实施第一解吸工序即可。由此，能够从混合气体中连续地取出目标气体。或者，即使在从混合气体间歇地取出目标气体的情况下，也能够缩短第一次取出目标气体至下一次取出目标气体之间的间隔。因此，能够高效地取出目标气体。
在使用具备多个吸附单元的气体分离装置进行气体分离时，当通过一个吸附单元结束吸附工序时，可以将具有该吸附单元的第一吸附槽6及第二吸附槽10中的至少一个吸附槽内的气体用作其他吸附单元的第一清洗工序及第二清洗工序中的未吸附气体。
本发明的气体分离方法的另一例可以包括：吸附工序，使包括第一气体和第二气体的混合气体按第一吸附部及第二吸附部的顺序流过第一吸附部和第二吸附部，由此提高第一吸附部及第二吸附部的压力，并使第一气体吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料，其中，该第一吸附部具有吸附第一气体的栅型吸附材料，该第二吸附部与第一吸附部串联配置，且具有吸附第一气体的朗缪尔型吸附材料；以及解吸工序，降低第一吸附部及第二吸附部内的压力，并从栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料解吸第一气体。在这种情况下，通过吸附工序，能够经由与第二吸附部连接的第二气体管取出第二气体。而且，通过解吸工序，例如能够从第一气体管取出第一气体。在这种情况下，由于使用栅型吸附材料，因此也能够降低运行成本。
上述气体分离方法的另一例例如可以通过气体分离装置适当实施，该气体分离装置具备：吸附槽，具有上述第一吸附部和与上述第一吸附部串联配置的上述第二吸附部；第一气体管，在上述吸附槽中连接于上述第一吸附部侧，且供包括上述第一气体及与上述第一气体不同的第二气体的混合气体流过；以及第二气体管，在上述吸附槽中连接于上述第二吸附部侧，且取出通过使上述混合气体依次通过上述第一吸附部及上述第二吸附部而得的通过气体。
在目前为止的说明中，对将混合气体所具有的第一气体及第二气体中的一个作为目标气体而从混合气体分离上述目标气体的情况进行了说明。然而，只要是分离混合气体所具有的第一气体及第二气体的情况，则可以应用本发明的气体分离装置及气体分离方法。因此，也可以将第一气体及第二气体分别用作产品气体。
上述各种实施方式及变形例可以在不脱离本发明的宗旨的范围内适当进行组合。
附图标记说明
2、2A-气体分离装置；4-第一气体管；6-第一吸附槽；10-第二吸附槽；12-第二气体管(第一取出管)；14-第三气体管(第二取出管)；16-第四气体管(第三取出管)；V1-自动开闭阀(第一开闭阀)；V2-自动开闭阀(第二开闭阀)；V3-自动开闭阀(第三开闭阀)；V4-自动开闭阀(第四开闭阀)；V5-自动开闭阀(第五开闭阀)。

Claims (7)

1.一种气体分离装置，其具备：
第一吸附槽，具有吸附第一气体的栅型吸附材料，所述栅型吸附材料从特定的压力P1开始急剧地吸附吸附对象物质，并且从低于所述压力P1的特定的压力P2开始急剧地解吸吸附对象物质；
第二吸附槽，经由第一开闭阀与所述第一吸附槽连接，且具有吸附所述第一气体的朗缪尔型吸附材料，所述朗缪尔型吸附材料根据压力变化而平滑地吸附/解吸吸附对象物质；
第一气体管，与所述第一吸附槽连接，设置有第二开闭阀，且供包括所述第一气体及与所述第一气体不同的第二气体的混合气体流过；
第二气体管，与所述第二吸附槽连接，设置有第三开闭阀，且将所述混合气体依次通过所述第一吸附槽及所述第二吸附槽而得到的通过气体取出；
第三气体管，与所述第一吸附槽连接，设置有第四开闭阀，且将从所述栅型吸附材料解吸的第一气体取出；以及
第四气体管，与所述第二吸附槽连接，设置有第五开闭阀，且将从所述朗缪尔型吸附材料解吸的第一气体取出，
所述栅型吸附材料为金属有机结构体，
所述朗缪尔型吸附材料为活性炭或沸石，
通过控制所述第一开闭阀至第五开闭阀，来独立地控制所述第一吸附槽及所述第二吸附槽内的压力。
2.根据权利要求1所述的气体分离装置，其特征在于，
所述第三气体管和所述第四气体管与压力调节器连接。
3.一种气体分离方法，其包括：
吸附工序，使开闭阀成为打开状态，并使包括第一气体及与所述第一气体不同的第二气体的混合气体按第一吸附槽及第二吸附槽的顺序流过所述第一吸附槽和所述第二吸附槽来提高所述第一吸附槽及所述第二吸附槽内的压力，由此使所述混合气体内的所述第一气体吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料，并从与所述第二吸附槽连接的第一取出管取出所述第二气体，其中，所述第一吸附槽具有吸附所述第一气体的所述栅型吸附材料，所述栅型吸附材料从特定的压力P1开始急剧地吸附吸附对象物质，并且从低于所述压力P1的特定的压力P2开始急剧地解吸吸附对象物质，所述第二吸附槽经由所述开闭阀与所述第一吸附槽连接，且具有吸附所述第一气体的所述朗缪尔型吸附材料，所述朗缪尔型吸附材料根据压力变化而平滑地吸附/解吸吸附对象物质，将所述第一吸附槽内的压力提高至所述压力P1以上；
第一解吸工序，使所述开闭阀成为打开状态，并将所述第一吸附槽内的压力降低至所述压力P2以下，由此使所述第一气体从所述栅型吸附材料及所述朗缪尔型吸附材料解吸，并且从与所述第一吸附槽连接的第二取出管取出所述第一气体；以及
第二解吸工序，在所述第一解吸工序之后，使所述开闭阀成为关闭状态，并降低所述第二吸附槽内的压力，由此使所述第一气体从所述朗缪尔型吸附材料解吸，并将解吸的所述第一气体从与所述第二吸附槽连接的第三取出管取出，
所述栅型吸附材料为金属有机结构体，
所述朗缪尔型吸附材料为活性炭或沸石。
4.根据权利要求3所述的气体分离方法，其特征在于，还包括：
第一清洗工序，在所述第二解吸工序之后，使所述开闭阀成为关闭状态，一边使实质上未被所述朗缪尔型吸附材料吸附的未吸附气体流向所述第二吸附槽，一边将从所述朗缪尔型吸附材料解吸的所述第一气体经由所述第三取出管取出；以及
第二清洗工序，在所述第一清洗工序之后，使所述开闭阀成为打开状态，一边使实质上未被所述栅型吸附材料吸附的未吸附气体从所述第二吸附槽流向所述第一吸附槽，一边将从所述朗缪尔型吸附材料及所述栅型吸附材料解吸的所述第一气体经由所述第二取出管取出。
5.根据权利要求3所述的气体分离方法，其特征在于，还包括：
返送工序，将在所述第一解吸工序及所述第二解吸工序中取出的气体的一部分返送至所述第一吸附槽及所述第二吸附槽中的至少一方。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的气体分离方法，其特征在于，还包括：
升压工序，在所述吸附工序之前，提高所述第一吸附槽及所述第二吸附槽内的压力。
7.一种气体分离方法，其包括：
吸附工序，使包括与第一气体不同的第二气体及所述第一气体的混合气体按第一吸附部及第二吸附部的顺序流过所述第一吸附部和所述第二吸附部，由此来提高所述第一吸附部及所述第二吸附部的压力，并使所述第一气体吸附于栅型吸附材料及朗缪尔型吸附材料，其中，所述第一吸附部具有吸附所述第一气体的所述栅型吸附材料，所述栅型吸附材料从特定的压力P1开始急剧地吸附吸附对象物质，并且从低于所述压力P1的特定的压力P2开始急剧地解吸吸附对象物质，所述第二吸附部与所述第一吸附部串联配置，且具有吸附所述第一气体的所述朗缪尔型吸附材料，所述朗缪尔型吸附材料根据压力变化而平滑地吸附/解吸吸附对象物质，将所述第一吸附部内的压力提高至所述压力P1以上；以及
解吸工序，降低所述第一吸附部及所述第二吸附部内的压力，将所述第一吸附部内的压力降低至所述压力P2以下，使所述第一气体从所述栅型吸附材料及所述朗缪尔型吸附材料解吸，
所述栅型吸附材料为金属有机结构体，
所述朗缪尔型吸附材料为活性炭或沸石。
CN201980074860.0A 2018-11-19 2019-08-27 气体分离装置及气体分离方法 Active CN113015572B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018216847 2018-11-19
JP2018-216847 2018-11-19
PCT/JP2019/033570 WO2020105242A1 (ja) 2018-11-19 2019-08-27 ガス分離装置及びガス分離方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113015572A CN113015572A (zh) 2021-06-22
CN113015572B true CN113015572B (zh) 2023-11-21

Family

ID=70773990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980074860.0A Active CN113015572B (zh) 2018-11-19 2019-08-27 气体分离装置及气体分离方法

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3885027A4 (zh)
JP (1) JP7374925B2 (zh)
KR (1) KR20210089681A (zh)
CN (1) CN113015572B (zh)
TW (1) TW202100224A (zh)
WO (1) WO2020105242A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7050371B1 (ja) 2021-04-28 2022-04-08 ＳｙｎｃＭＯＦ株式会社 ガス処理システム、ガス処理方法及び制御装置

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3720042A (en) * 1970-07-16 1973-03-13 Air Liquide Method of production of pure hydrogen and mixtures containing hydrogen in definite proportions
US4715867A (en) * 1986-04-04 1987-12-29 Calgon Carbon Corporation Auxiliary bed pressure swing adsorption molecular sieve
JP2007237047A (ja) * 2006-03-07 2007-09-20 Taiyo Nippon Sanso Corp 排ガス処理方法および処理装置
CN101229469A (zh) * 2007-10-30 2008-07-30 无锡市华峰气体分离设备有限公司 二次吸附变压吸附空气分离系统
CN101568369A (zh) * 2006-12-22 2009-10-28 Ifp公司 在压力下联合产生co2流的氢吸附提纯法
CN102076398A (zh) * 2008-07-03 2011-05-25 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 含尘湿气的处理方法
CN103079997A (zh) * 2010-06-25 2013-05-01 先进技术材料股份有限公司 氙气和其他高价值化合物的回收
JP2014512259A (ja) * 2011-03-01 2014-05-22 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー 制御された吸着フロントを用いたスイング吸着法
CN103933826A (zh) * 2014-04-21 2014-07-23 太仓塑料助剂厂有限公司 一种过氧化二异丙苯生产废气的处理方法
CN104624018A (zh) * 2015-02-04 2015-05-20 青岛黑猫炭黑科技有限责任公司 炭黑尾气中气体分离和综合利用的方法及实现方法的装置
JP2015206274A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法
CN108310909A (zh) * 2017-01-17 2018-07-24 四川天采科技有限责任公司 一种含co的精对苯二甲酸尾气变压吸附提取h2的方法
CN108751189A (zh) * 2018-07-14 2018-11-06 泉州师范学院 高比表面积的铝基mof多孔碳材料的制备与应用
JP2019048731A (ja) * 2017-09-08 2019-03-28 株式会社神戸製鋼所 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置
JP2020018995A (ja) * 2018-08-03 2020-02-06 日本製鉄株式会社 自己熱補償型柔軟性ｐｃｐを使用したガス分離装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002191924A (ja) 2000-12-26 2002-07-10 Sumitomo Seika Chem Co Ltd 炭酸ガスの除去方法および除去装置
JP2005233230A (ja) * 2004-02-17 2005-09-02 Nippon Steel Corp ガス貯蔵装置
FR2913969B1 (fr) * 2007-03-22 2010-02-19 Air Liquide Ecretement des pics d'impurete
JP2013063951A (ja) * 2011-08-26 2013-04-11 Sumitomo Chemical Co Ltd 不飽和炭化水素と飽和炭化水素との分離方法及び分離装置、並びに金属錯体
WO2015199227A1 (ja) * 2014-06-27 2015-12-30 大阪瓦斯株式会社 ガス濃縮方法
US9422496B2 (en) * 2014-11-25 2016-08-23 Uop Llc Oxygen and sulfur tolerant adsorbent system
JP6649040B2 (ja) * 2015-11-04 2020-02-19 日本製鉄株式会社 ガス分離装置
JP6790403B2 (ja) * 2016-03-25 2020-11-25 株式会社Ihi 二酸化炭素の回収方法及び回収装置

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3720042A (en) * 1970-07-16 1973-03-13 Air Liquide Method of production of pure hydrogen and mixtures containing hydrogen in definite proportions
US4715867A (en) * 1986-04-04 1987-12-29 Calgon Carbon Corporation Auxiliary bed pressure swing adsorption molecular sieve
JP2007237047A (ja) * 2006-03-07 2007-09-20 Taiyo Nippon Sanso Corp 排ガス処理方法および処理装置
CN101568369A (zh) * 2006-12-22 2009-10-28 Ifp公司 在压力下联合产生co2流的氢吸附提纯法
CN101229469A (zh) * 2007-10-30 2008-07-30 无锡市华峰气体分离设备有限公司 二次吸附变压吸附空气分离系统
CN102076398A (zh) * 2008-07-03 2011-05-25 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 含尘湿气的处理方法
CN103079997A (zh) * 2010-06-25 2013-05-01 先进技术材料股份有限公司 氙气和其他高价值化合物的回收
JP2014512259A (ja) * 2011-03-01 2014-05-22 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー 制御された吸着フロントを用いたスイング吸着法
JP2015206274A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法
CN103933826A (zh) * 2014-04-21 2014-07-23 太仓塑料助剂厂有限公司 一种过氧化二异丙苯生产废气的处理方法
CN104624018A (zh) * 2015-02-04 2015-05-20 青岛黑猫炭黑科技有限责任公司 炭黑尾气中气体分离和综合利用的方法及实现方法的装置
CN108310909A (zh) * 2017-01-17 2018-07-24 四川天采科技有限责任公司 一种含co的精对苯二甲酸尾气变压吸附提取h2的方法
JP2019048731A (ja) * 2017-09-08 2019-03-28 株式会社神戸製鋼所 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置
CN108751189A (zh) * 2018-07-14 2018-11-06 泉州师范学院 高比表面积的铝基mof多孔碳材料的制备与应用
JP2020018995A (ja) * 2018-08-03 2020-02-06 日本製鉄株式会社 自己熱補償型柔軟性ｐｃｐを使用したガス分離装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宁平.实验原料与装置.《合成氨弛放气变压吸附提浓技术》.冶金工业出版社,2009,(第1版),70. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020105242A1 (ja) 2020-05-28
TW202100224A (zh) 2021-01-01
CN113015572A (zh) 2021-06-22
JP7374925B2 (ja) 2023-11-07
KR20210089681A (ko) 2021-07-16
JPWO2020105242A1 (ja) 2021-09-30
EP3885027A4 (en) 2022-08-31
EP3885027A1 (en) 2021-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0008882B1 (en) Separation of multicomponent gas mixtures by pressure swing adsorption
AU2004216325B2 (en) Off-gas feed method and object gas purification system
EP1101522B1 (en) Pressure swing adsorption process
US6048384A (en) PSA process and system using simultaneous top and bottom evacuation of absorbent bed
JP2007130611A (ja) 圧力変動吸着式ガス分離方法及び分離装置
JP3921203B2 (ja) ガス分離方法および装置
US5993517A (en) Two stage pressure swing adsorption process
EP0513747A1 (en) Gas separation process
US11083990B2 (en) Gas separation and recovery method and facility
JP6611264B2 (ja) ガス精製方法及び装置
CN113015572B (zh) 气体分离装置及气体分离方法
RU2773664C1 (ru) Установка для разделения газов и способ разделения газов
TWI669270B (zh) Purification method and refining device for target gas
KR19980016382A (ko) 압력변동흡착식 고순도 이산화탄소 제조방법
US11471819B2 (en) Gas refining apparatus, gas refining method, propene manufacturing apparatus, and propane manufacturing apparatus
JP2002331218A (ja) ガス分離装置およびガス分離方法
JP6837375B2 (ja) 水素ガス精製装置、及び水素ガス精製装置の運転方法
JP2023169520A (ja) 二酸化炭素貯蔵装置、二酸化炭素回収システム、および二酸化炭素貯蔵装置の制御方法
JPH1157376A (ja) 圧力スイング吸着方式による混合ガス分離方法
JP2018051447A (ja) ガス分離装置の運転方法および、制御装置
JP2005118717A (ja) ガスの分離回収方法および圧力スイング吸着式ガス分離回収システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant