JP2002177726A - 水素ガスの分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＳＡ法を採用して混合ガスから水素ガスを
分離する場合に、水素ガスの収率を十分に改善できるよ
うにする。 【解決手段】 吸着剤が充填された２つ以上の分離槽を
用いるとともに、吸着工程、減圧工程、脱着工程、洗浄
工程、および昇圧工程を含むサイクルを各分離槽におい
て繰り返し行う水素ガスの分離方法において、洗浄ガス
として少なくとも製品ガスを用い、洗浄工程を、洗浄対
象となる分離槽内に導入した洗浄ガスの少なくとも一部
が槽外に導出されるまで行うようにした。好ましくは、
洗浄工程において槽内に導入される洗浄ガスの量を、常
温・大気圧に換算して、当該分離槽内における吸着剤の
容積の１．５〜７．５倍とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力変動吸着法
（ＰＳＡ法）を用いて、混合ガス中より水素ガスを分離
する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＰＳＡ法により比較的簡便かつ安
価に水素ガスを得ることが可能となったため、ＰＳＡ法
による水素ガスの分離が普及しつつある。ＰＳＡ法によ
る水素ガスの分離は、吸着剤を充填した分離槽を２〜４
個設け、各分離槽において、吸着工程、減圧工程、脱着
工程、および昇圧工程を含むサイクルを繰り返すことに
より行われる。

【０００３】吸着工程は、分離槽内の圧力を大きくする
ことにより、槽内に導入された混合ガスから吸着剤によ
って不要ガスを吸着するとともに、不要ガスが除去され
た製品ガス（水素ガス）を槽外に導出する工程である。
減圧工程は、後に行われる脱着工程のために槽内の圧力
を低下させておく工程である。脱着工程は、分離槽内の
圧力を小さくして、吸着剤に吸着した不要ガスを脱着
し、これを槽外に排出する工程である。昇圧工程は、後
に行われる吸着工程ために槽内の圧力を上昇させる工程
である。

【０００４】脱着工程においては、槽内の圧力がたとえ
ば大気圧程度とされ、分離槽における入口端（混合ガス
を導入する側）から吸着剤から脱着した不要ガスが排出
される。このとき、脱着ガスの排出を十分に行わなけれ
ば、たとえば吸着剤から一旦脱着した不要ガスが、後に
行われる昇圧工程において再び吸着剤に吸着されてしま
い、新たに供給される混合ガスから十分に不要ガスを除
去できずに水素ガスの収率が低下してしまうといった不
具合が生じる。

【０００５】このような不具合を解消すべく、吸着工程
を行っている他の分離槽から導出される製品ガスを、脱
着工程が終了した分離槽に導入し、分離槽内に滞留する
ガスを製品ガスに置き換えることにより、吸着剤から脱
着した不要ガスを槽外に排出する洗浄工程をさらに設け
ることが考えられている。

【０００６】洗浄工程を採用する場合、洗浄対象となる
分離槽に導入した製品ガスが当該分離槽の外に排出され
てしまったならば、これを製品ガスとして回収するのが
困難であるとの観点から、当該分離槽に導入する製品ガ
スの量は、分離槽内に充填された吸着剤の容積よりも少
なくされ、製品ガスが槽外に排出されないような条件下
で槽内の洗浄を行っていた。

【０００７】しかしながら、従来の洗浄工程を採用した
としても、水素ガスの収率の改善は十分であるといえ
ず、ＰＳＡ法には未だ改善の余地があった。

【０００８】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであって、ＰＳＡ法を採用して混合ガスから水素ガス
を分離する場合に、水素ガスの収率を十分に改善できる
ようにすることをその課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決すべ
く、本発明者が鋭意検討した結果、洗浄対象となる分離
槽内の吸着剤の容積よりも大きな量のガスを洗浄対象と
なる分離槽に導入した場合には、水素ガスの収率が改善
されることを見出し、本発明をするに至った。

【００１０】すなわち、本発明により提供される水素ガ
スの分離方法は、吸着剤が充填された少なくとも２つの
分離槽を用いるとともに、上記各分離槽において、槽内
に混合ガスを供給して上記吸着剤により不要ガスを吸着
して水素ガスの純度が高い製品ガスを槽外に導出する吸
着工程と、槽内の圧力を低下させる減圧工程と、上記吸
着剤から上記不要ガスを脱着させ、当該不要ガスを槽外
に導出する脱着工程と、この脱着工程が終了した分離槽
内に他の分離槽から導出される洗浄ガスを導入する洗浄
工程と、槽内の圧力を上昇させる昇圧工程と、を含むサ
イクルを繰り返し行う水素ガスの分離方法であって、上
記洗浄ガスは、製品ガスを含んでおり、かつ、上記洗浄
工程は、洗浄対象となる分離槽内に導入した洗浄ガスの
少なくとも一部が槽外に導出されるまで行われることを
特徴としている。

【００１１】このような分離方法によれば、洗浄工程に
おいて比較的に多量の洗浄ガスが脱着工程が終了した洗
浄対象となる分離槽に導入される結果、洗浄工程が槽内
に導入した洗浄ガスの一部が槽外に導出されるまで行わ
れるため、当該分離槽内からは吸着剤から脱着した不要
ガスをより確実に導出することができるようになる。こ
のため、吸着剤の再生効率が高められ、水素ガスの収率
（混合ガス中の水素ガスの量に対する実際に回収できる
水素ガスの量の比率）が高くなる。

【００１２】このような効果をより確実に享受するため
には、洗浄工程において槽内に導入されるガスの量は、
常温・大気圧に換算して、当該分離槽における吸着剤の
容積の１．５〜７．５倍の範囲とされ、さらに好ましく
は３〜５倍の範囲とされる。

【００１３】好ましい実施の形態においては、洗浄工程
は、たとえば吸着工程が終了した別の分離槽内に残存し
ている槽内ガスを導入する第１の洗浄工程と、吸着工程
が行われている別の分離槽から排出された製品ガスを導
入する第２の洗浄工程と、を含んでいる。

【００１４】第１の洗浄工程においては、たとえば減圧
工程が終了した分離槽から予め回収しておいた回収ガス
が、洗浄対象となる分離槽に導入され、第２の洗浄工程
においては、たとえば吸着工程が行われている分離槽か
ら、洗浄対象となる分離槽に、直接的に製品ガスが導入
される。

【００１５】このような分離方法では、洗浄ガスが、減
圧工程終了後の槽内ガス（回収ガス）と製品ガスとによ
り構成されるため、洗浄ガス全体における水素ガスの濃
度が小さくなる。そのため、洗浄工程において洗浄ガス
の一部が分離槽から排出されるとしても、その中の水素
ガスの量が小さくなり、水素ガスの収率が大きく確保す
ることができるようになる。また、第２の洗浄工程によ
り製品ガスを導入すれば、第１の洗浄工程において導入
された回収ガスが製品ガスよりも先に排出されることと
なるため、この点からも排出される水素ガスの量を低減
できる。

【００１６】ここで、吸着工程での槽内の最高圧力は、
たとえば４００〜１０００ｋＰａ（ゲージ圧）とされ、
脱着工程での最低圧力は、たとえば大気圧とされる。

【００１７】本発明は、種々の混合ガスから水素ガスを
分離する場合に適用できる。とくに、不要ガスとして炭
酸ガスを含む混合ガスから水素ガスを分離する場合に好
適に採用できる。たとえば、組成が水素ガス６０〜９０
容積％、炭酸ガス（二酸化炭素ガス）１０〜４０容積
％、一酸化炭素ガス０〜５容積％、メタンガス０〜５容
積％、水蒸気０〜５容積％からなる混合ガスから水素ガ
スを分離する場合に好適に採用できる。

【００１８】炭酸ガスは、吸着力が強いため、様々な吸
着剤に対して吸着しやすいく、また一旦脱着されても容
易に再吸着するため、洗浄工程において炭酸ガスを適切
に除去しなければ、炭酸ガス以外の不要ガス（たとえば
メタン）が吸着剤に吸着される割合が小さくなって、水
素ガスの収率が低下してしまう。このため、本発明は炭
酸ガスを不要ガスとして含む混合ガスからの水素ガスの
分離に好適に採用することができる。また、水素ガス
は、たとえばメタノールや天然ガスを熱分解（水蒸気改
質）することにより得られるため、製品ガスとして水素
ガスを分離する場合には、不要ガスとして炭酸ガスを含
有することが多いため、本発明は炭酸ガスを含む混合ガ
スから水素ガスを分離する場合に好適に採用できる。

【００１９】ここで、吸着剤としては、たとえばゼオラ
イトモレキュラーシーブ（Ｃａ５Ａ型）、カーボンモレ
キュラーシーブ、アルミナなどが挙げられ、これらは単
独で使用しても、複数種を併用してもよく、除去すべき
不要ガスの種類により適宜選択すればよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照して具体的に説明する。

【００２１】図１は本発明の第１の実施の形態に係る水
素ガスの分離方法を説明するためのＰＳＡ分離装置Ｘ１
の概略図である。

【００２２】図１に示したように、ＰＳＡ分離装置Ｘ１
は、吸着剤が内部に充填された第１から第３の分離槽１
〜３を有している。ここで、吸着剤としては、炭酸ガス
やメタンガスなどの不要ガスを吸着除去する場合には、
ゼオライトモレキュラーシーブ（Ｃａ５Ａ型）、カーボ
ンモレキュラーシーブ、アルミナなどが挙げられ、これ
らは単独で使用しても複数種を併用してもよい。実際に
使用される吸着剤は、混合ガスの組成、つまり除去すべ
き不要ガスの種類により個々具体的に決定される。

【００２３】各分離槽１〜３は、ガス供給用配管４ａを
介して混合ガス供給部５に、製品回収用配管４ｂを介し
て製品回収部６に、脱着ガス回収用配管４ｃを介して脱
着ガス回収部７にそれぞれ繋げられている。各分離槽１
〜３どうしは、均圧用配管４ｄを介して相互に繋げられ
ている。

【００２４】各配管４ａ〜４ｄには、複数の弁８ａ〜８
ｎが設けられており、各弁８ａ〜８ｎの開閉状態を適宜
切り替えることにより、各分離槽１〜３内での流体の流
れ方向や圧力が調整される。各分離槽１〜３において
は、弁８ａ〜８ｎの切り替え状態に応じて、吸着剤への
不要ガスの吸着を高圧下で行う吸着工程、脱着工程への
準備として分離槽内の圧力を低下させる減圧工程、吸着
剤からの不要ガスの脱着を低圧下で行う脱着工程、槽内
に滞留する脱着ガスを排出する洗浄工程、および吸着工
程への準備として分離槽内の圧力を上昇させる昇圧工程
のそれぞれが繰り返し行われる。なお、吸着工程を行っ
ている分離槽内の最高圧力は、たとえば４００〜１００
０ｋＰａとされ、脱着工程を行っている分離槽内の最低
圧力は、たとえば大気圧程度とされる。

【００２５】本発明の第１の実施の形態においては、以
上のように構成されたＰＳＡ分離装置Ｘ１を用いて、混
合ガスから水素ガスが分離される。各分離槽１〜３では
図２に示すようなタイミング（ステップ）で各工程が行
われ、ステップＮＯ．１〜９を１サイクルとして、この
ようなサイクルが繰り返し行われる。なお、図２には、
各ステップにおける各弁８ａ〜８ｎの開閉状態を同時に
示し、図３（ａ）〜（ｉ）には、各ステップに対応する
ガスの流れ図を示した。

【００２６】ステップＮＯ．１では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ａ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は吸着剤への不要ガスの吸着、第２の分離槽２では槽内
の昇圧、第３の分離槽３では槽内の洗浄が行われてい
る。

【００２７】より具体的には、図１および図３（ａ）に
良く表れているように、第１の分離槽１には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において吸着剤により不要ガスが除去
された製品ガスが槽外に排出される。この製品ガスは、
一部が製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部
６に回収され、残りが製品パージガスとして均圧用配管
４ｄを介して第２および第３の分離槽２，３に供給され
る。

【００２８】第２の分離槽２は、次に吸着工程を行うべ
く槽内の圧力を高めておく必要があり、第１の分離槽１
から製品ガスの一部が供給されることにより第２の分離
槽２槽内の昇圧が行われる。一方、第３の分離槽３に製
品ガスの一部が供給されることにより、槽内に滞留する
脱着ガスおよび過剰に導入された製品ガスがパージガス
として槽外に放出されるとともに、槽内が製品ガスに置
き換えられることにより槽内の洗浄が行われる。

【００２９】このとき、第３の分離槽３の槽内に導入さ
れる製品パージガスの量は、たとえば常温・大気圧に換
算して、第３の分離槽３に充填された吸着剤の容積の
１．５〜７．５倍の範囲とされる。

【００３０】ステップＮＯ．２では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ｂ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の減圧、第２の分離槽２では吸着剤への不要ガス
の吸着、第３の分離槽３では槽内の昇圧が行われてい
る。

【００３１】より具体的には、図１および図３（ｂ）に
良く表れているように、第２の分離槽２には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６
に回収される。一方、吸着工程が終了して高圧下にある
第１の分離槽１からの槽内ガスは、均圧用配管４ｄを介
して脱着工程が終了して低圧下にある第３の分離槽３に
供給され、第１の分離槽１の減圧と同時に、第３の分離
槽３の昇圧が行われる。

【００３２】ステップＮＯ．３では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ｃ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は吸着剤からの不要ガスの脱着、第２の分離槽２では吸
着剤への不要ガスの吸着、第３の分離槽３では槽内の昇
圧が行われている。

【００３３】より具体的には、図１および図３（ｃ）に
良く表れているように、第２の分離槽２には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが分離された製品ガ
スが槽外に排出される。この製品ガスの一部は、製品ガ
ス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収さ
れ、残りは、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介
して第３の分離槽３に供給される。

【００３４】製品パージガスは高圧である一方、第３の
分離槽３は先に脱着・洗浄工程を終えて低圧下にあるた
め、製品パージガスを第３の分離槽３に供給すれば、第
３の分離槽３の槽内を昇圧することができる。このと
き、第１の分離槽１には、外部から何らのガスも供給さ
れないが、第１の分離槽１からは、脱着ガス回収用配管
４ｃを介して脱着ガスが脱着ガス回収部７に回収され
る。

【００３５】ステップＮＯ．４では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ｄ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の洗浄、第２の分離槽２では吸着剤への不要ガス
の吸着、第３の分離槽３では槽内の昇圧が行われてい
る。

【００３６】より具体的には、図１および図３（ｄ）に
良く表れているように、第２の分離槽２には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが槽外に排出される。この製品ガスは、一部が製品ガ
ス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収さ
れ、残りが製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介し
て第１および第３の分離槽１，３に供給される。

【００３７】第１の分離槽１に製品ガスの一部が供給さ
れることにより、槽内に滞留する脱着ガスおよび過剰に
導入された製品ガスがパージガスとして槽外に放出され
るとともに、槽内が製品ガスに置き換えられることによ
り槽内の洗浄が行われる。一方、第３の分離槽３は、次
に吸着工程を行うべく槽内の圧力を高めておく必要があ
り、第２の分離槽２から製品ガスの一部が供給されるこ
とにより第３の分離槽３の槽内の昇圧が行われる。

【００３８】このとき、第１の分離槽１の槽内に導入さ
れるパージガスの量は、たとえば常温・大気圧に換算し
て、第１の分離槽１に充填された吸着剤の容積の１．５
〜７．５倍の範囲とされる。

【００３９】ステップＮＯ．５では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ｅ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の昇圧、第２の分離槽２では槽内の減圧、第３の
分離槽３では吸着剤への不要ガスの吸着が行われてい
る。

【００４０】より具体的には、図１および図３（ｅ）に
良く表れているように、第３の分離槽３には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６
に回収される。一方、吸着工程が終了して高圧下にある
第２の分離槽２からの槽内ガスは、均圧用配管４ｄを介
して脱着・洗浄工程が終了して低圧下にある第１の分離
槽１に供給され、第２の分離槽２の減圧と同時に、第１
の分離槽１の昇圧が行われる。

【００４１】ステップＮＯ．６では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ｆ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の昇圧、第２の分離槽２では吸着剤からの不要ガ
スの脱着、第３の分離槽３では吸着剤への不要ガスの吸
着が行われている。

【００４２】より具体的には、図１および図３（ｆ）に
良く表れているように、第３の分離槽３には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが槽外に排出される。この製品ガスの一部は、製品ガ
ス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収さ
れ、残りは、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介
して第１の分離槽１に供給される。

【００４３】製品パージガスは高圧である一方、第１の
分離槽１は先に脱着・洗浄工程を終えて低圧下にあるた
め、製品パージガスを第１の分離槽１に供給すれば、第
１の分離槽１の槽内を昇圧することができる。このと
き、第２の分離槽２には、外部から何らのガスも供給さ
れないが、第２の分離槽２からは、脱着ガス回収用配管
４ｃを介して脱着ガスが脱着ガス回収部７に回収され
る。

【００４４】ステップＮＯ．７では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ｇ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の昇圧、第２の分離槽２では槽内の洗浄、第３の
分離槽３では吸着剤への不要ガスの吸着が行われてい
る。

【００４５】より具体的には、図１および図３（ｇ）に
良く表れているように、第３の分離槽３には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去されて製品ガ
スが排出される。この製品ガスは、一部が製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
が製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第１お
よび第２の分離槽１，２に供給される。

【００４６】第１の分離槽１は、次に吸着工程を行うべ
く槽内の圧力を高めておく必要があり、第３の分離槽３
から製品ガスの一部が供給されることにより第１の分離
槽１の槽内の昇圧が行われる。一方、第２の分離槽２に
製品ガスの一部を供給することにより、槽内に滞留する
脱着ガスおよび過剰に供給された製品ガスがパージガス
として槽外に放出されるとともに、槽内が製品ガスに置
き換えられることにより槽内の洗浄が行われる。

【００４７】このとき、第２の分離槽２の槽内に導入さ
れるパージガスの量は、たとえば常温・大気圧に換算し
て、第２の分離槽２に充填された吸着剤の容積の１．５
〜７．５倍とされる。

【００４８】ステップＮＯ．８では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ｈ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は吸着剤への不要ガスの吸着、第２の分離槽２では槽内
の昇圧、第３の分離槽３では槽内の減圧が行われてい
る。

【００４９】より具体的には、図１および図３（ｈ）に
良く表れているように、第１の分離槽１には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６
に回収される。一方、吸着工程が終了して高圧下にある
第３の分離槽３からの槽内ガスは、均圧用配管４ｄを介
して脱着・洗浄工程が終了して低圧下にある第２の分離
槽２に供給され、第３の分離槽３の減圧と同時に、第２
の分離槽２の昇圧が行われる。

【００５０】ステップＮＯ．９では、図２に示したよう
に各弁８ａ〜８ｎの開閉状態が選択され、図３（ｉ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は吸着剤への不要ガスの吸着、第２の分離槽２では槽内
の昇圧、第３の分離槽３では吸着剤からの不要ガスの脱
着が行われている。

【００５１】より具体的には、図１および図３（ｉ）に
良く表れているように、第１の分離槽１には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが槽外に排出される。この製品ガスの一部は、製品ガ
ス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収さ
れ、残りは、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介
して第２の分離槽２に供給される。

【００５２】製品パージガスは高圧である一方、第２の
分離槽２は先に脱着・洗浄工程を終えて低圧下にあるた
め、製品パージを第２の分離槽２に供給すれば、第２の
分離槽２の槽内を昇圧することができる。このとき、第
３の分離槽３には、外部から何らのガスも供給されない
が、第３の分離槽３からは、脱着ガス回収用配管４ｃを
介して脱着ガスが脱着ガス回収部７に回収される。

【００５３】このような水素ガスの分離方法では、洗浄
工程において、洗浄ガスの少なくとも一部が槽外に導出
される程度にまで、比較的に多量の洗浄ガスが脱着工程
が終了した洗浄対象の分離槽に導入される。そのため、
当該分離槽内からは吸着剤から脱着した不要ガスをより
確実に導出することができるようになる。その結果、吸
着剤の再生効率が高められ、水素ガスの収率（混合ガス
中の水素ガスの量に対する実際に回収できる水素ガスの
量の比率）が高くなる。

【００５４】次に、本発明の第２の実施の形態に係る水
素ガスの分離方法を図４ないし図６を参照して説明す
る。図４は本実施の形態に係る水素ガスの分離方法を実
現するためのＰＳＡ分離装置Ｘ２の概略図、図５は各分
離槽での各工程のタイミング（ステップ）および各ステ
ップにおける各弁の開閉状態を示す図、図６は各ステッ
プに対応するガスの流れ図である。

【００５５】ＰＳＡ分離装置Ｘ２の基本的な構成は、本
発明の第１の実施の形態において説明したＰＳＡ分離装
置Ｘ１（図１参照）と同様であるが、本実施形態のＰＳ
Ａ分離装置Ｘ２では、各分離槽１〜３は、槽内ガス回収
部９に対して槽内ガス回収用配管４ｅを介して繋げられ
ている点で異なっている。

【００５６】槽内ガス回収用配管４ｅには、弁８ｏ〜８
ｑが設けられており、この弁８ｏ〜８ｑと他の弁８ａ〜
８ｎの開閉状態を適宜選択することにより、各分離槽１
〜３と槽内ガス回収部９との間でガスのやりとりが可能
とされている。槽内ガス回収部９に回収されたガスは、
脱着工程が終了した分離槽１〜３の洗浄に使用される。

【００５７】本発明の第２の実施の形態に係る分離方法
は、第１の実施の形態の場合と同様に、各弁８ａ〜８ｑ
の開閉状態を適宜切り替えることにより、各分離槽１〜
３内での流体の流れ方向や圧力を調整し、吸着工程、減
圧工程、槽内ガスの回収工程、洗浄工程、昇圧工程、お
よび脱着工程のそれぞれが個別に選択されるように構成
されている。そして、本実施の形態では、洗浄工程は、
槽内ガス回収部９に保持した回収ガスを脱着工程が終了
した分離槽１〜３に導入する第１の洗浄工程と、吸着工
程を行っている分離槽１〜３から第１の洗浄工程が終了
した分離槽１〜３に製品ガスを導入する第２の洗浄工程
（第１の実施の形態の洗浄工程に相当）との２つの工程
からなる。

【００５８】各分離槽１〜３では、図５に示すようなタ
イミング（ステップ）で各工程が行われ、ステップＮ
Ｏ．１〜１５を１サイクルとして、このようなサイクル
を繰り返し行うことにより混合ガス中から水素ガスが分
離される。

【００５９】ステップＮＯ．１では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ａ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は吸着剤への不要ガスの吸着、第２の分離槽２では槽内
の昇圧、第３の分離槽３では槽内の洗浄（第２の洗浄工
程）が行われている。

【００６０】より具体的には、図４および図６（ａ）に
良く表れているように、第１の分離槽１には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去されて製品ガ
スが排出される。この製品ガスは、一部が製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
が製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第２お
よび第３の分離槽２，３に供給される。

【００６１】第２の分離槽２は、次に吸着工程を行うべ
く槽内の圧力を高めておく必要があり、第１の分離槽１
から製品ガスの一部が供給されることにより第２の分離
槽２の槽内の昇圧が行われる。一方、第３の分離槽３に
製品ガスの一部が供給されることにより、槽内に残留す
るガスおよび過剰に供給された製品ガスが槽外に放出さ
れるとともに、槽内が製品ガスに置き換えられることに
より槽内の洗浄が行われる。

【００６２】このとき、第３の分離槽３の槽内に導入さ
れるパージガスの量は、たとえば常温・大気圧に換算し
て、第３の分離槽３に充填された吸着剤の容積の０．１
〜７．４倍の範囲とされる。

【００６３】ステップＮＯ．２では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｂ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の減圧、第２の分離槽２では不要ガスの吸着、第
３の分離槽３では槽内の昇圧が行われている。

【００６４】より具体的には、図４および図６（ｂ）に
良く表れているように、第２の分離槽２には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６
に回収される。一方、吸着工程が終了して高圧下にある
第１の分離槽１からの槽内ガスは、均圧用配管４ｄを介
して脱着・洗浄工程が終了して低圧下にある第３の分離
槽３に供給され、第１の分離槽１の減圧と同時に、第３
の分離槽３の昇圧が行われる。

【００６５】ステップＮＯ．３では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｃ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内のガスの回収、第２の分離槽２では不要ガスの吸
着、第３の分離槽３では槽内の昇圧が行われている。

【００６６】より具体的には、図４および図６（ｃ）に
良く表れているように、第２の分離槽２には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが排出される。この製品ガスは、一部が製品ガスとし
て製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に
回収され、残りが製品パージガスとして第３の分離層３
に供給される。つまり、本ステップでは、第２の分離槽
２からの製品パージガスが第３の分離槽３の昇圧に利用
されている。製品パージガスは高圧である一方、第３の
分離槽３は先に脱着・洗浄工程を終えて低圧下にあるた
め、製品パージガスを第３の分離槽３に供給すれば、第
３の分離槽３内を昇圧することができる。一方、第１の
分離槽１からは、槽内ガス回収用配管４ｅを介して、槽
内ガス回収部９に槽内ガスが回収され、保持される。

【００６７】ステップＮＯ．４では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｄ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は吸着剤からの不要ガスの脱着、第２の分離槽２では吸
着剤への不要ガスの吸着、第３の分離槽３では槽内の昇
圧が行われている。

【００６８】より具体的には、図４および図６（ｄ）に
良く表れているように、第２の分離槽２には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが槽外に排出される。この製品ガスの一部は、製品ガ
ス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収さ
れ、残りは、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介
して第３の分離槽３に供給される。

【００６９】このとき、第１の分離槽１には、外部から
何らのガスも供給されないが、第１の分離槽１からは、
脱着ガス回収用配管４ｃを介して脱着ガスが脱着ガス回
収部７に回収される。

【００７０】ステップＮＯ．５では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｅ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の洗浄（第１の洗浄工程）、第２の分離槽２では
吸着剤への不要ガスの吸着、第３の分離槽３では槽内の
昇圧が行われている。

【００７１】より具体的には、図４および図６（ｅ）に
良く表れているように、第２の分離槽２には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが排出される。この製品ガスの一部は、製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
は、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第３
の分離槽３に供給される。つまり、製品ガスの一部が第
３の分離槽３での槽内の昇圧に使用されている。

【００７２】このとき、第１の分離槽１には、槽内ガス
回収部９に保持された回収ガスが導入され、槽内に滞留
する脱着ガスの少なくとも一部が排出されるとともに、
槽内の少なくとも一部が回収ガスにより置き換えられ
る。なお、第１の分離槽１に導入される回収ガスの量
は、たとえば常温・大気圧に換算して、第１の分離槽１
に充填された吸着剤の容積の０．１〜７．４倍の範囲と
される。

【００７３】ステップＮＯ．６では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｆ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の洗浄（第２の洗浄工程）、第２の分離槽２では
吸着剤への不要ガスの吸着、第３の分離槽３では槽内の
昇圧が行われている。

【００７４】より具体的には、図４および図６（ｆ）に
良く表れているように、第２の分離槽２には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去されて製品ガ
スが排出される。この製品ガスは、一部が製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
が製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第１お
よび第３の分離槽１，３に供給される。

【００７５】第１の分離槽１に製品ガスの一部が供給さ
れることにより、槽内に残留するガスおよび過剰に供給
された製品ガスがパージガスとして槽外に放出されると
ともに、槽内が製品ガスに置き換えられることにより槽
内の洗浄が行われる。一方、第３の分離槽３は、次に吸
着工程を行うべく槽内の圧力を高めておく必要があり、
第２の分離槽２から製品ガスの一部が供給されることに
より第３の分離槽３では槽内の昇圧が行われる。

【００７６】このとき、第１の分離槽１の槽内に導入さ
れる製品パージガスの量は、たとえば常温・大気圧に換
算して、第１の分離槽１に充填された吸着剤の容積の
０．１〜７．４倍の範囲とされ、第１の洗浄工程と第２
の洗浄工程において第１の分離槽１に導入される合計ガ
ス量は、たとえば吸着剤の容積の１．５〜７．５倍の範
囲とされる。

【００７７】ステップＮＯ．７では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｇ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の昇圧、第２の分離槽２では槽内の減圧、第３の
分離槽３では吸着剤への不要ガスの吸着が行われてい
る。

【００７８】より具体的には、図４および図６（ｇ）に
良く表れているように、第３の分離槽３には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６
に回収される。一方、吸着工程が終了して高圧下にある
第２の分離槽２からの槽内ガスは、均圧用配管４ｄを介
して脱着・洗浄工程が終了して低圧下にある第１の分離
槽１に供給され、第２の分離槽２の減圧と同時に、第１
の分離槽１の昇圧が行われる。

【００７９】ステップＮＯ．８では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｈ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の昇圧、第２の分離槽２では槽内ガスの回収、第
３の分離槽３では吸着剤への不要ガスの吸着が行われて
いる。

【００８０】より具体的には、図４および図６（ｈ）に
良く表れているように、第３の分離槽３には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが排出される。この製品ガスは、一部が製品ガスとし
て製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に
回収され、残りが製品パージガスとして第１の分離層１
に供給される。つまり、本ステップでは、第３の分離槽
３からの製品パージガスが第１の分離槽１の昇圧に利用
されている。製品パージガスは高圧である一方、第１の
分離槽１は先に脱着・洗浄工程を終えて低圧下にあるた
め、製品パージガスを第１の分離槽１に供給すれば、第
１の分離槽１の槽内を昇圧することができる。一方、第
２の分離槽２からは、槽内ガス回収用配管４ｅを介し
て、槽内ガス回収部９に槽内ガスが回収され、保持され
る。

【００８１】ステップＮＯ．９では、図５に示したよう
に各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｉ）に
示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１で
は槽内の昇圧、第２の分離槽２では吸着剤からの不要ガ
スの脱着、第３の分離槽３では吸着剤への不要ガスの吸
着が行われている。

【００８２】より具体的には、図４および図６（ｉ）に
良く表れているように、第３の分離槽３には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが分離された製品ガ
スが排出される。この製品ガスの一部は、製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
は、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第１
の分離槽１に供給される。

【００８３】このとき、第２の分離槽２には、外部から
何らのガスも供給されないが、第２の分離槽２からは、
脱着ガスが脱着ガス回収用配管４ｃを介して脱着ガス回
収部７に回収される。

【００８４】ステップＮＯ．１０では、図５に示したよ
うに各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｊ）
に示したような流れ状態とされている。第１の分離槽１
では槽内の昇圧、第２の分離槽２では槽内の洗浄（第１
の洗浄工程）、第３の分離槽３では吸着剤への不要ガス
の吸着が行われている。

【００８５】より具体的には、図４および図６（ｊ）に
良く表れているように、第３の分離槽３には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが排出される。この製品ガスの一部は、製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
は、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第１
の分離槽１に供給される。つまり、製品ガスの一部が第
１の分離槽１での槽内の昇圧に使用されている。

【００８６】このとき、第２の分離槽２には、槽内ガス
回収部９に保持された回収ガスが導入され、槽内に滞留
する脱着ガスの少なくとも一部が排出されるとともに、
槽内の少なくとも一部が回収ガスにより置き換えられ
る。なお、第２の分離槽２に導入される回収ガスの量
は、たとえば常温・大気圧に換算して第２の分離槽２に
充填された吸着剤の容積の０．１〜７．４倍の範囲とさ
れる。

【００８７】ステップＮＯ．１１では、図５に示したよ
うに各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｋ）
に示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１
では槽内の昇圧、第２の分離槽２では槽内の洗浄（第２
の洗浄工程）、第３の分離槽３では吸着剤への不要ガス
の吸着が行われている。

【００８８】より具体的には、図４および図６（ｋ）に
良く表れているように、第３の分離槽３には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが排出される。この製品ガスは、一部が製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
が製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第１お
よび第２の分離槽１，２に供給される。

【００８９】第１の分離槽１は、次に吸着工程を行うべ
く槽内の圧力を高めておく必要があり、第３の分離槽３
から製品ガスの一部が供給されることにより第１の分離
槽１の槽内が昇圧される。一方、第２の分離槽２に製品
ガスの一部が供給されることにより、槽内に残留するガ
スおよび過剰に供給された製品ガスがパージガスとして
槽外に放出されるとともに、槽内が製品ガスに置き換え
られることにより槽内の洗浄が行われる。

【００９０】このとき、第２の分離槽２の槽内に導入さ
れる製品パージガスの量は、たとえば常温・大気圧に換
算して、第２の分離槽２に充填された吸着剤の容積の
０．１〜７．４倍の範囲とされ、第１の洗浄工程と第２
の洗浄工程において第２の分離槽２に導入される合計ガ
ス量は、たとえば吸着剤の容積の１．５〜７．５倍の範
囲とされる。

【００９１】ステップＮＯ．１２では、図５に示したよ
うに各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｌ）
に示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１
では吸着剤への不要ガスの吸着、第２の分離槽２では槽
内の昇圧、第３の分離槽３では槽内の減圧が行われてい
る。

【００９２】より具体的には、図４および図６（ｌ）に
良く表れているように、第１の分離槽１には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６
に回収される。一方、吸着工程が終了して高圧下にある
第３の分離槽３からの槽内ガスは、均圧用配管４ｄを介
して脱着・洗浄工程が終了して低圧下にある第２の分離
槽２に供給され、第３の分離槽３の減圧と同時に、第２
の分離槽２の昇圧が行われる。

【００９３】ステップＮＯ．１３では、図５に示したよ
うに各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｍ）
に示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１
では吸着剤への不要ガスの吸着、第２の分離槽２では槽
内の昇圧、第３の分離槽３では槽内ガスの回収が行われ
ている。

【００９４】より具体的には、図４および図６（ｍ）に
良く表れているように、第１の分離槽１には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが排出される。この製品ガスは、一部が製品ガスとし
て製品ガス回収用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に
回収され、残りが製品パージガスとして第２の分離層２
に供給される。つまり、本ステップでは、第１の分離槽
１からの製品パージガスが第２の分離槽２の昇圧に利用
されている。製品パージガスは高圧である一方、第２の
分離槽２は先に脱着・洗浄工程を終えて低圧下にあるた
め、製品パージガスを第２の分離槽２に供給すれば、第
２の分離槽２の槽内を昇圧することができる。一方、第
３の分離槽３からは、槽内ガス回収用配管４ｅを介し
て、槽内ガス回収部９に槽内ガスが回収され、保持され
る。

【００９５】ステップＮＯ．１４では、図５に示したよ
うに各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｎ）
に示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１
では吸着剤への不要ガスの吸着、第２の分離槽２では槽
内の昇圧、第３の分離槽３では吸着剤からの不要ガスの
脱着が行われている。

【００９６】より具体的には、図４および図６（ｎ）に
良く表れているように、第１の分離槽１には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが分離された製品ガ
スが排出される。この製品ガスの一部は、製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
は、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第２
の分離槽２に供給される。

【００９７】このとき、第３の分離槽３には、外部から
何らのガスも供給されないが、第３の分離槽３からは、
脱着ガスが脱着ガス回収用配管４ｃを介して脱着ガス回
収部７に回収される。

【００９８】ステップＮＯ．１５では、図５に示したよ
うに各弁８ａ〜８ｑの開閉状態が選択され、図６（ｏ）
に示したような流れ状態とされており、第１の分離槽１
では吸着剤への不要ガスの吸着、第２の分離槽２では槽
内の昇圧、第３の分離槽３では槽内の洗浄（第１の洗浄
工程）が行われている。

【００９９】より具体的には、図４および図６（ｏ）に
良く表れているように、第１の分離槽１には混合ガス供
給部５からの混合ガスが混合ガス供給用配管４ａを介し
て供給され、槽内において不要ガスが除去された製品ガ
スが排出される。この製品ガスの一部は、製品ガス回収
用配管４ｂを介して製品ガス回収部６に回収され、残り
は、製品パージガスとして均圧用配管４ｄを介して第２
の分離槽２に供給される。つまり、製品ガスの一部が第
２の分離槽２での槽内の昇圧に使用されている。

【０１００】第３の分離槽３には、槽内ガス回収部９に
保持された回収ガスが導入され、槽内に滞留する脱着ガ
スの少なくとも一部が排出されるとともに、槽内の少な
くとも一部が回収ガスにより置き換えられる。なお、第
３の分離槽３に導入される回収ガスの量は、たとえば常
温・大気圧に換算して、第３の分離槽３に充填された吸
着剤の容積の０．１〜７．４倍の範囲とされる。

【０１０１】このような水素ガスの分離方法では、脱着
工程が終了した洗浄対象の分離槽に、比較的に多量のガ
スが導入されるため、第１の実施の形態に係る方法と同
様に、水素ガスの収率が高くなるといった利点を享受す
ることができる。

【０１０２】第２の実施の形態においてはさらに、洗浄
工程が、回収ガスを導入する第１の洗浄工程と、製品ガ
スを導入する第２の工程とからなるため、次の利点をも
享受できる。すなわち、洗浄工程において分離槽に導入
されるガス総量が第１の実施の形態に係る方法と同量と
すれば、第１の洗浄工程で導入される回収ガスが均圧
（減圧）工程終了後の槽内ガスであるから、水素ガスの
濃度が低くなっており、結果として洗浄により分離槽か
ら導出される水素ガスの量が低減され、水素ガスの収率
がさらに高くなる。

【０１０３】以上に説明した本発明の第１および第２の
実施の形態においては、分離槽が３つの場合について説
明したが、本発明は分離槽が２槽の場合、あるいは４槽
以上の場合にも適用可能である。

【０１０４】各ＰＳＡ分離装置Ｘ１，Ｘ２においては、
脱着ガスの毒性が低い場合には、脱着ガス回収部７なる
ものを別途設けるまでもなく、脱着ガスを大気中に放出
するように構成してもよい。

【０１０５】各分離槽を製品ガスパージガスにより昇圧
する場合には、他の分離槽からの製品パージガスの供給
に加えて、図３（ａ），（ｃ）（ｄ），（ｆ），（ｇ）
（ｉ）に破線の矢印で示したように弁８ｂ，８ｄ，８ｆ
（図１および図２参照）を開放し、混合ガスを昇圧対象
となる分離槽に供給することにより行ってもよい。

【０１０６】次に、実施例と比較例により本発明を説明
する。

【０１０７】〔実施例１〕本実施例では、図１に示した
ような３つの分離槽１〜３からなるＰＳＡ分離装置Ｘ１
により、以下に説明する条件下で、図２に示したステッ
プからなるサイクルを繰り返し行って混合ガスからの水
素ガスの分離を試みた（第１の実施の形態に係る分離方
法）。その結果を表１に示した。

【０１０８】各分離槽１〜３内には、吸着剤としてのゼ
オライトモレキュラーシーブ（Ｃａ５Ａ型）およびカー
ボンモレキュラーシーブを１：１．３の割合で合計２．
９３５リットル充填した。混合ガスとしては、組成が、
水素ガス７７．７７容積％、炭酸ガス（二酸化炭素ガ
ス）１９．６２容積％、一酸化炭素ガス１容積％、窒素
ガス０．０００８容積％、メタンガス１．６１容積％で
あるものを用いた。吸着工程における分離槽内の最高圧
力は８５０ｋＰａ（ゲージ圧）、脱着工程における分離
槽内の最低圧力は６ｋＰａ（ゲージ圧）とした。洗浄工
程における洗浄対象となる分離槽へのパージガスの導入
量は、常温・大気圧に換算して、吸着剤の容積の１．５
倍である４．４０３リットルとした。

【０１０９】〔実施例２〕本実施例においては、洗浄工
程におけるパージガスの導入量を、常温・大気圧に換算
して、吸着剤の容積の３倍である８．８０５リットルと
した以外は実施例１と同様にして水素ガスの分離を試み
た。その結果を表１に示した。

【０１１０】〔実施例３〕本実施例においては、洗浄工
程におけるパージガスの導入量を、常温・大気圧に換算
して、吸着剤の容積の４．３倍である１２．６２１リッ
トルとした以外は実施例１と同様にして水素ガスの分離
を試みた。その結果を表１に示した。

【０１１１】〔実施例４〕本実施例においては、洗浄工
程におけるパージガスの導入量を、常温・大気圧に換算
して、吸着剤の容積の５倍である１４．６７５リットル
とした以外は実施例１と同様にして水素ガスの分離を試
みた。その結果を表１に示した。

【０１１２】〔実施例５〕本実施例においては、洗浄工
程におけるパージガスの導入量を、常温・大気圧に換算
して、吸着剤の容積の７．５倍である２２．０１３リッ
トルとした以外は実施例１と同様にして水素ガスの分離
を試みた。その結果を表１に示した。

【０１１３】〔比較例１〕本比較例においては、洗浄工
程におけるパージガスの導入量を、常温・大気圧に換算
して、吸着剤の容積の０．７倍である２．０５５リット
ルとした以外は実施例１と同様にして水素ガスの分離を
試みた。その結果を表１に示した。

【０１１４】

【表１】

【０１１５】表１から明らかなように、本発明の第１の
実施の形態に係る方法では、洗浄工程において、洗浄対
象となる分離槽に導入されるパージガスの量を、分離槽
における吸着剤の容積よりも大きくすれば（１．５倍〜
７．５倍）、混合ガスからの水素ガスの収率が高くなっ
ている。とくに、パージガスの導入量を、吸着剤の容積
の３〜５倍とすればさらに良好な結果が得られた。

【０１１６】〔実施例６〕本実施例では、図４に示した
ような３つの分離槽１〜３からなるＰＳＡ分離装置Ｘ２
により、以下に説明する条件下で、図５に示したステッ
プからなるサイクルを繰り返し行って混合ガスから水素
ガスの分離を試みた（第２の実施の形態に係る分離方
法）。その結果を表２に示した。

【０１１７】各分離槽１〜３内には、吸着剤としてのゼ
オライトモレキュラーシーブ（Ｃａ５Ａ型）およびカー
ボンモレキュラーシーブを１：１．３の割合で合計を
２．９３５リットル充填した。混合ガスとしては、組成
が、水素ガス７７．７７容積％、炭酸ガス（二酸化炭素
ガス）１９．６２容積％、一酸化炭素ガス１容積％、窒
素ガス０．０００８容積％、メタンガス１．６１容積％
であるものを用いた。吸着工程における分離槽内の最高
圧力は８５０ｋＰａ（ゲージ圧）、脱着工程における分
離槽内の最低圧力は６ｋＰａ（ゲージ圧）とした。洗浄
工程における洗浄対象となる分離槽へのパージガスの導
入量は、常温・大気圧に換算して、吸着剤の容積の１．
５倍である４．４０３リットルとした。分離槽に導入し
た洗浄ガス量のうち、第１の洗浄工程での回収ガスの導
入量は、常温・大気圧に換算して、１．３３８リットル
であり、第２の洗浄工程での製品パージの導入量は、常
温・大気圧に換算して、３．０６５リットルである。

【０１１８】〔実施例７〕本実施例においては、洗浄工
程におけるパージガスの導入量を、常温・大気圧に換算
して、吸着剤の容積の３倍である８．８０５リットル
（第１の洗浄工程での回収ガスの導入量は、常温・大気
圧に換算して、１．３３８リットル、第２の洗浄工程で
の製品パージ導入量は、常温・大気圧に換算して、７．
４６７リットル）とした以外は実施例６と同様にして水
素ガスの分離を試みた。その結果を表２に示した。

【０１１９】〔実施例８〕本実施例においては、洗浄工
程において導入されるパージガスの量を、常温・大気圧
に換算して、吸着剤の容積の４．３倍である１２．６２
１リットル（第１の洗浄工程での回収ガスの導入量は、
常温・大気圧に換算して、１．３３８リットル、第２の
洗浄工程での製品パージの導入量は、常温・大気圧に換
算して、１１．２８３リットル）とした以外は実施例６
と同様にして水素ガスの分離を試みた。その結果を表２
に示した。

【０１２０】〔実施例９〕本実施例においては、洗浄工
程において導入されるパージガスの量を、常温・大気圧
に換算して、吸着剤の容積の５倍である１４．６７５リ
ットル（第１の洗浄工程での回収ガスの導入量は、常温
・大気圧に換算して、１．３３８リットル、第２の洗浄
工程での製品パージ導入量は、常温・大気圧に換算し
て、１３．３３７リットル）とした以外は実施例６と同
様にして水素ガスの分離を試みた。その結果を表２に示
した。

【０１２１】〔実施例１０〕本実施例においては、洗浄
ガスの導入量を、吸着剤の容積の７．５倍である２２．
０１３リットル（第１の洗浄工程での回収ガスの導入量
は１．３３８リットル、第２の洗浄工程での製品パージ
導入量は２０．６７５リットル）とした以外は実施例６
と同様にして水素ガスの分離を試みた。その結果を表２
に示した。

【０１２２】〔比較例２〕本比較例においては、洗浄ガ
スの導入量を、吸着剤の容積の０．７倍である２．０５
５リットル（第１の洗浄工程での回収ガス導入量は０．
２９４リットル、第２の洗浄工程での製品パージ導入量
は１．７６１リットル）とした以外は実施例６と同様に
して水素ガスの分離を試みた。その結果を表２に示し
た。

【０１２３】

【表２】

【０１２４】表２から明らかなように、本発明の第２の
実施の形態に係る方法においても、洗浄工程において、
洗浄対象となる分離槽に導入されるパージガスの量を、
分離槽における吸着剤の容積よりも大きくすれば（１．
５〜７．５倍）、混合ガスからの水素ガスの収率が高く
なっている。とくに、パージガスの導入量を吸着剤の容
積の３〜５倍とすればさらに良好な結果が得られた。

【０１２５】

【発明の効果】本発明では、ＰＳＡ法を採用して混合ガ
スから水素ガスを分離する場合に、洗浄工程において分
離槽に導入されるパージガスの量を当該分離槽内の吸着
剤の容積よりも大きくすることにより、水素ガスの収率
を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水素ガスの分
離方法を実現するためのＰＳＡ分離装置の概略図であ
る。

【図２】各分離槽での各工程のタイミング（ステップ）
および各ステップにおける各弁の開閉状態を示す図であ
る。

【図３】各ステップに対応するガスの流れ図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る水素ガスの分
離方法を実現するためのＰＳＡ分離装置の概略図であ
る。

【図５】各分離槽での各工程のタイミング（ステップ）
および各ステップにおける各弁の開閉状態を示す図であ
る。

【図６】各ステップに対応するガスの流れ図である。

【符号の説明】

Ｘ１，Ｘ２ ＰＳＡ分離装置 １ 第１の分離槽 ２ 第２の分離槽 ３ 第３の分離槽 ４ａ 混合ガス供給用配管 ４ｂ 製品ガス回収用配管 ４ｃ 脱着ガス回収用配管 ４ｄ 均圧用配管 ４ｅ 槽内ガス回収用配管 ５ 混合ガス供給部 ６ 製品ガス回収部 ７ 脱着ガス回収部 ８ａ〜８ｑ 弁 ９ 槽内ガス回収部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹野 廣昭 兵庫県加古郡播磨町宮西346番地の１ 住 友精化株式会社ガス・エンジニアリング事 業部内 Ｆターム(参考） 4D012 CA07 CB16 CD07 CE03 CF02 CF03 CG01 CJ02 CJ03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着剤が充填された少なくとも２つの分
   離槽を用いるとともに、上記各分離槽において、槽内に
   混合ガスを供給して上記吸着剤により不要ガスを吸着し
   て水素ガスの純度が高い製品ガスを槽外に導出する吸着
   工程と、槽内の圧力を低下させる減圧工程と、上記吸着
   剤から上記不要ガスを脱着させ、当該不要ガスを槽外に
   導出する脱着工程と、この脱着工程が終了した分離槽内
   に他の分離槽から導出される洗浄ガスを導入する洗浄工
   程と、槽内の圧力を上昇させる昇圧工程と、を含むサイ
   クルを繰り返し行う水素ガスの分離方法であって、 上記洗浄ガスは、製品ガスを含んでおり、かつ、 上記洗浄工程は、洗浄対象となる分離槽内に導入した洗
   浄ガスの少なくとも一部が槽外に導出されるまで行われ
   ることを特徴とする、水素ガスの分離方法。
2. 【請求項２】 上記洗浄工程において槽内に導入される
   ガスの量は、常温・大気圧に換算して、当該分離槽内に
   おける吸着剤の容積の１．５〜７．５倍である、請求項
   １に記載の水素ガスの分離方法。
3. 【請求項３】 上記洗浄工程は、上記吸着工程が終了し
   た別の分離槽内に残存している槽内ガスを導入する第１
   の洗浄工程と、上記吸着工程が行われている別の分離槽
   から排出された製品ガスを導入する第２の洗浄工程と、
   を含んでいる、請求項１または２に記載の水素ガスの分
   離方法。
4. 【請求項４】 上記第１の洗浄工程においては、上記減
   圧工程が終了した分離槽から予め回収しておいた回収ガ
   スが、洗浄対象となる分離槽に導入され、 上記第２の洗浄工程においては、上記吸着工程が行われ
   ている分離槽から、洗浄対象となる分離槽に、直接的に
   製品ガスが導入される、請求項３に記載の水素ガスの分
   離方法。
5. 【請求項５】 上記吸着工程での槽内の最高圧力は、４
   ００〜１０００ｋＰａ（ゲージ圧）であり、上記脱着工
   程での最低圧力は大気圧である、請求項１ないし４のい
   ずれか１つに記載の水素ガスの分離方法。
6. 【請求項６】 上記混合ガスは、不要ガスとして炭酸ガ
   スを含むものである、請求項１ないし５のいずれか１つ
   に記載の水素ガスの分離方法。