JP2002306918A - ガス分離方法とその装置 - Google Patents

ガス分離方法とその装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス混合物より複数成分を同時に高純度で分
離採取し得る、装置設備が簡略で、操作が容易かつ安価
なＰＳＡ法によるガス分離方法と装置の提供。 【解決手段】 ２成分以上の主要ガス成分を含有する例
えば空気ＭAを原料ガス混合物Ｍとして圧縮機１で加圧
して、第１の主要ガス成分酸素に対して難吸着性で、第
２の主要ガス成分窒素に対して易吸着性である吸着剤を
充填した吸着筒２Ａに流通させて、第１の主要ガス成分
である酸素の富化ガスＭOを第１の製品ガスとして分離
採取する工程と、前記加圧後の原料ガス混合物Ｍの空気
ＭAを第１の主要ガス成分酸素に対して易吸着性で、第
２の主要ガス成分窒素に対して難吸着性である第２の吸
着剤を充填した吸着筒２Ｂに流通させて、第２の主要ガ
ス成分である窒素の富化ガスＭNを第２の製品ガスとし
て分離採取する工程とを、交互に運転して、前記ガス混
合物から第１の製品ガスと第２の製品ガスを併産する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の成分を含有
するガス混合物から、有用な成分ガスを分離回収するガ
ス分離方法とその装置に関するものである。特に、空気
中から酸素ガス及び窒素ガスを分離し、これらを製品ガ
スとして回収したり、又、希ガスと窒素とのガス混合物
から希ガスと窒素とそれぞれ分離し、回収するのに適し
たガス分離方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気を原料として、空気を構成している
酸素及び窒素の両成分を分離し、回収する方法として、
従来より深冷空気分離方法が広く採用されている。この
方法は原料空気を液化し、酸素と窒素との沸点の差違を
利用して精留分離するもので、そのための分離装置設備
に多大の投資を必要とすることから、比較的大量に消費
する設備に供給するための、大規模な量の生産に適して
いるとされている。
【０００３】又、上記空気成分の分離回収方法として、
吸着剤を使用して分離する圧力変動吸着（プレッシャー
・スイング・アドソープション、以下「ＰＳＡ」とい
う）法による分離方法が、近年広く採用されている。こ
の方法は、例えば空気を原料として酸素を製品として分
離回収しようとする場合、吸着剤としてゼオライトを使
用して、このゼオライトを充填した吸着筒に、空気を加
圧して流通せしめると、易吸着成分である窒素が前記ゼ
オライトの吸着剤に吸着固定され、一方難吸着成分であ
る酸素が吸着筒を通過して流出する（吸着工程）。次い
で、ゼオライト吸着剤を充填した吸着筒を前記吸着工程
よりも低い圧力に減圧するよう、吸着筒内を大気圧に向
けて解放すると、前記吸着工程ゼオライト吸着剤に吸着
固定された窒素が脱着されて、吸着筒より流出して回収
される（再生工程）。
【０００４】このようなＰＳＡ法によるガスの分離方法
では、相対的に高い圧力で吸着工程を行い、そして相対
的に低い圧力で再生工程を行い、これを短い時間で順次
切替操作して繰り返すので、吸着剤の単位質量当たりの
所望製品の回収採取量を高くすることが容易であり、そ
れ故、設備がコンパクトな装置になる利点がある。
【０００５】例えば、２筒の吸着筒を用いて、前記した
吸着工程、再生工程のＰＳＡ操作をそれぞれの筒で異な
る工程にして交互に行うと、同一の所望製品を連続的に
採取することができる。そして、多くの場合、吸着剤に
吸着固定されずに吸着筒を通過して流出する難吸着成分
を高純度の製品として採取している。これは、吸着筒か
ら導出される成分の純度によるところが大きく、易吸着
成分を所望する採取製品とする場合、吸着剤には易吸着
成分が吸着されると同時に難吸着成分が少々吸着される
とともに、吸着剤間の空隙にも難吸着成分が存在するの
で、吸着筒の減圧再生工程で吸着筒から脱着ガスととも
に難吸着ガスが導出される。したがって、製品とすべき
易吸着成分中にはかなりの量の難吸着成分を含むことと
なる。なお、この再生工程で脱着導出される易吸着成分
と難吸着成分との混合割合は、使用する吸着剤の特性に
依存するものである。
【０００６】このようなことより、上記易吸着成分を高
純度化して製品として採取する場合には、再生工程で吸
着工程に入る前に、製品とされた易吸着成分（前工程で
脱着導出して採取された）を用いて、吸着工程終了後の
状態にある吸着筒内をパージする工程を行うことが必要
となり、分離採取するための工程を複雑化するととも
に、前記パージのために圧縮機を追加することが必要と
なる等、設備の構成機器を増大せしめることとなってい
た。
【０００７】又、従来のＰＳＡ法によるガスの分離方法
や装置においては、所望する高純度の製品ガスを分離採
取するに当たっては、複数成分よりなるガス混合物中の
１成分のみを目標成分にすることが多かった。ＰＳＡ法
により、ガス混合物を構成している成分から複数成分を
高純度で製品として分離採取しようとする試みは、例え
ば特開昭５５−１４７１１９号公報に開示された技術が
提案されている。該公報に開示されている技術は、空気
を原料として、空気中に含まれているＨ2Ｏ及びＣＯ2を
選択的に吸着する吸着剤を充填した予備処理カラム、及
び酸素より窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した主
カラムとからなる吸着装置を使用したもので、酸素を富
化した酸素富化空気と高純度の窒素との２種の製品を分
離採取する方法に関するものである。
【０００８】上記した特開昭５５−１４７１１９号公報
に開示された、従来のＰＳＡ法による空気の分離方法に
ついて、図３の系統概略図を参照して説明する。この方
法に使用するＰＳＡ法空気分離装置５０では、Ｈ2Ｏ及
びＣＯ2を選択的に吸着する吸着剤を充填した予備処理
カラムＹ1、Ｙ2、及び窒素を選択的に吸着するゼオライ
トのごとき吸着剤を充填した主カラムＺ1、Ｚ2とが、そ
れぞれ予備処理カラムＹ1−主カラムＺ1、予備処理カラ
ムＹ2−主カラムＺ2と連結して２組の処理装置が、原料
空気の供給を交互に切替可能に行えるように連結されて
いる。そして、一方の１組に原料空気を供給して窒素成
分を吸着し酸素富化空気を採取している間（吸着工
程）、他方の１組は前工程の吸着工程で吸着剤に吸着さ
れた窒素成分を脱着して高純度窒素を導出して採取する
（再生工程）。
【０００９】即ち、例えば、予備処理カラムＹ1−主カ
ラムＺ1の組が吸着工程にあって、予備処理カラムＹ2−
主カラムＺ2の組が再生工程にある場合には、次のごと
き運転状態とされる。予備処理カラムＹ1−主カラムＺ1
での吸着工程では、原料空気ＭAが管路５１に導入さ
れ、弁Ｖ51を介してブロワー５２で所定圧力に加圧され
た状態で管路５３、弁Ｖ52、及び管路５４を介して予備
処理カラムＹ1に供給される。そして該予備処理カラム
Ｙ1でＨ2Ｏ及びＣＯ2が吸着除去され、次いで弁Ｖ53を
介して吸着剤ゼオライトが充填された主カラムＺ1に供
給される。そして主カラムＺ1を通過する際、空気Ｍ中
の窒素成分が吸着剤に吸着され、吸着されない酸素成分
が富化されて酸素富化空気となり、この酸素富化空気が
管路５５に導出されて、弁Ｖ54、管路５６を経て酸素富
化空気貯槽５７に採取貯蔵される。そして管路５８によ
って適宜使用先に供給される。
【００１０】一方、再生工程にある予備処理カラムＹ2
−主カラムＺ2は、まず弁Ｖ65を開状態にして、主カラ
ムＺ2に滞留する酸素成分を含む窒素ガスを管路６５よ
り導出し、弁Ｖ65、管路６９、及び管路６０を介して排
出ガス貯槽６１に貯蔵する。該排出ガスは予備処理カラ
ムＹ1、Ｙ2の再生洗浄用に使用される。その後、前記弁
Ｖ65を閉止し、弁Ｖ63、Ｖ66を開状態にするとともに、
真空ポンプ６２を駆動して、主カラムＺ2の吸着剤に吸
着されている窒素成分を脱着し、Ｖ63、予備処理カラム
Ｙ2、管路６４，弁Ｖ66、管路６３、管路６７を介して
真空ポンプ６２に吸引し、窒素貯槽６８に製品として高
純度窒素ガスを採取貯蔵する。そして、管路７０より適
宜使用先に供給される。
【００１１】このようにして、予備処理カラムＹ1−主
カラムＺ1の組と予備処理カラムＹ2−主カラムＺ2組と
は、吸着工程と再生工程とを適宜弁操作により工程を交
互に切り替えて運転される。然るに、上記した製品窒素
を、純度を維持して採取するため、再生工程後、吸着工
程に先駆けて、採取された窒素を窒素貯槽６８より管路
７１の弁V67、管路７２の循環ブロワー７３、管路７４
の弁Ｖ７５又は弁Ｖ７６を介して主カラムＺ1、又はＺ2
に導入し、洗浄工程を行って、主カラムＺ1又はＺ2内の
窒素成分濃度をより一層高めておいて、製品窒素の高純
度化を達成せしめていた。
【００１２】しかしながら、再生工程での窒素の脱着
は、吸着工程における原料空気の導入流に対して向流で
行われるため、再生工程で脱着して得られる高純度窒素
は予備処理カラムを通って導出されるので、予備処理カ
ラムで吸着されていたＨ2Ｏ、ＣＯ2が導出される高純度
窒素に同伴されてきて、高純度窒素の不純物として含ま
れることとなる。それ故、これらを除く必要が生じ、こ
れらを除くためには、追加のブロワー等の送気手段や、
乾燥器等の精製手段が必要となり、設備全体の構成が複
雑化するとともに、増大し、更には設備価格を高めるこ
ととなる。
【００１３】又、特開平１−２９７１１９号公報には、
前記した特開昭５５−１４７１１９号公報に開示されて
いる空気の分離方法と基本的な構成は類似しているが、
濃縮して得られた製品窒素によって主カラムを洗浄する
洗浄工程で排出される酸素を比較的高濃度に含有する排
出ガスを、特開昭５５−１４７１１９号公報の方法では
原料空気の系統に回収していたのを、特開平１−２９７
１１９号公報の方法では、製品として酸素富化空気の一
部として採取するようにした点に相異が認められる。し
かしながら、採取する製品窒素に不純物としてＨ2Ｏ、
ＣＯ2が含有してくるという、不都合な点や、全体構成
が複雑である点等においては、両者に共通している。
【００１４】更に又、特開昭５２−５２１８１号公報に
は、吸着特性の異なる２種類の吸着剤、モレキュラシー
ブカーボン（分子篩活性炭、以下「ＭＳＣ」という）と
ゼオライトを用いて、これらの吸着剤を充填した吸着床
を連鎖して連結せしめて構成し、これらの連鎖的に連結
した吸着床に原料を順次接触通過せしめて、９９％の高
純度酸素ガスを採取する方法が開示されている。この方
法は、ゼオライトを吸着剤として使用して空気から酸素
を採取する方法が、ゼオライトの吸着特性から採取され
る製品酸素中にアルゴンが含有されることとなって、吸
着分離後の酸素濃度の上限がせいぜい９５％程度であっ
て、９５％以上の濃度の酸素を得るため、原料のガス混
合物の組成に対応して、それぞれの組成に応じて異なる
吸着特性の吸着剤を用いて、吸着分離するようにして、
採取すべき酸素の濃度の高濃度化を図ったものである。
【００１５】しかし、この特開昭５２−５２１８１号公
報に開示されている吸着分離方法は、第１の吸着剤を充
填した吸着床から導出して得られるガス混合物が、原料
ガスに対して主要ガス成分の含有比率が高められた状態
にあって、連鎖されている次の第２の吸着床への供給原
料として使用されたり、あるいは連鎖連結されている吸
着床の最後の吸着床からの製品ガスとして使用されるこ
とを特徴としている。それ故、装置の構成として、一方
の吸着床からの脱着ガスを他方の吸着床又は自らの吸着
床に再循環する送気用のポンプユニットを設備する必要
となり、装置構成が複雑となるばかりか、設備費用も高
価となることは避けられない不都合があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ＰＳＡ法によるガス分離方法と装置にあっては、採取さ
れる高純度の製品は、原料であるガス混合物中の１成分
のみを対象として分離採取することが多く、複数の成分
を高純度で分離採取して製品とするのに適した優れた方
法や装置が無く、その出現が望まれていた。本発明は、
上記事情に鑑みてなされたもので、ガス混合物よりこれ
を構成している複数成分を同時に高純度の濃度にして分
離採取することを可能とし、かつ装置設備が簡略で装置
価格が安価であるとともに、操作が容易なＰＳＡ法によ
るガス分離方法と装置を提供することを本発明の課題と
するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、請求項１に係わる発明のガス分離方法は、少なく
とも２成分の主要ガス成分を含有するガス混合物を圧力
変動吸着方法により、前記主要成分を分離して採取する
ガス分離方法において、前記ガス混合物を加圧した後、
第１の主要ガス成分に対して難吸着性であって第２の主
要ガス成分に対して易吸着性である第１の吸着剤を用い
て第１の主要ガス成分を第１の製品ガスとして分離する
工程と、前記加圧後のガス混合物を前記第１の主要ガス
成分に対して易吸着性であって前記第２の主要ガス成分
に対して難吸着性である第２の吸着剤を用いて第２の主
要ガス成分を第２の製品ガスとして分離する工程とを、
交互に繰り返すことにより、前記ガス混合物から第１の
製品ガスおよび第２の製品ガスを併産することを特徴と
するものである。請求項２に係わる発明のガス分離方法
は、上記請求項１に係わる発明のガス分離方法におい
て、第１の製品ガスとして分離する工程と第２の製品ガ
スとして分離する工程とが、各製品ガス分離工程中で分
離する製品ガスを製品槽に蓄積する工程を備えてなると
ともに、各製品ガス分離工程の後に前記製品槽に蓄積し
た製品ガスを、該各製品ガスとして分離した吸着剤をパ
ージ洗浄する工程を行うことを特徴とするものである。
請求項３に係わる発明のガス分離方法は、上記請求項１
又は請求項２に係わる発明のガス分離方法おいて、前記
ガス混合物が空気であることを特徴とするものである。
請求項４に係わる発明のガス分離方法は、上記請求項１
又は請求項２に係わる発明のガス分離方法おいて、前記
ガス混合物の主要成分が、クリプトン及びゼノンの少な
くとも１成分を含有する窒素からなることを特徴とする
ものである。請求項５に係わる発明のガス分離方法は、
上記請求項１又は請求項２に係わる発明のガス分離方法
おいて、前記第１の吸着剤がゼオライトであり、前記第
２の吸着剤が分子篩活性炭であることを特徴とするもの
である。請求項６に係わる発明のガス分離方法は、上記
請求項１又は請求項２に係わる発明のガス分離方法おい
て、前記主要成分がクリプトン及びゼノンの少なくとも
１成分を含有する窒素からなり、前記第１の吸着剤が窒
素を選択的に吸着するＮａ−Ａ型ゼオライトであり、前
記第２の吸着剤がクリプトン及びゼノンを選択的に吸着
する活性炭であることを特徴とするものである。
【００１８】又、請求項７に係わる発明はガス分離装置
であって、少なくとも２つの主要ガス成分を含有するガ
ス混合物を圧力変動吸着装置により主要ガス成分に分離
するガス分離装置において、ガス混合物を加圧する手段
と、ガス混合物中の第１の主要ガス成分に対して難吸着
性であって第２の主要ガス成分に対して易吸着性である
第１の吸着剤を充填した第１の吸着筒と、前記第１の主
要ガス成分に対して易吸着性でって前記第２の主要ガス
成分に対して難吸着性である第２の吸着剤を充填した第
２の吸着筒と、前記第１の吸着筒と前記第２の吸着筒を
交互に切換えてガス混合物を流通せしめて、前記第１の
主要ガス成分と前記第２の主要ガス成分とをそれぞれ導
出するよう配された管路及び弁手段とを備えてなること
を特徴とするものである。請求項８に係わる発明のガス
分離装置は、上記請求項７に係わる発明のガス分離装置
において、前記第１の主要ガス成分と前記第２の主要ガ
ス成分とをそれぞれ導出するよう前記第１の吸着筒と前
記第２の吸着筒とに配されたそれぞれの管路に、第１の
吸着筒に付属して、分離して導出された第１の主要成分
を貯蔵する第１の製品槽と該第１の製品槽から前記第１
の吸着筒へ製品ガスを逆流させる管路を設けてなり、又
第２の吸着筒に付属して、分離して導出された第２の主
要成分を貯蔵する第２の製品槽と該第２の製品槽から前
記第２の吸着筒へ製品ガスを逆流させる管路とを設けて
なることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下本発明のガス分離方法及び装
置の実施の形態について図面を参照して説明する。 ＜第１の実施の形態＞図１は、本発明のＰＳＡ法による
ガス分離方法の第１の実施形態を説明する系統図であ
る。この第１の実施形態では、原料のガス混合物Ｍとし
て空気ＭAを用い、その主要ガス成分である酸素及び窒
素を製品ガスとして分離採取するものである。本実施形
態の装置は、原料ガス混合物Ｍとして空気ＭAを圧縮す
る圧縮機１、空気ＭAの主要ガス成分である酸素（Ｏ2）
及びび窒素（Ｎ2）に対し、それぞれ異なった吸着特性
を持つ吸着剤を充填した吸着筒２Ａ、２Ｂが設備されて
いる。即ち、吸着筒２Ａには窒素を選択的に吸着し、酸
素成分を吸着し難いゼオライトを充填し、吸着筒２Ｂに
は酸素を選択的に吸着し、窒素成分を吸着し難い分子篩
活性炭（ＭＳＣ 、「Molecular Sieves Carbon」の略 ）
を充填してなるものである。そしてこれらの原料ガスの
圧縮機１、吸着筒２Ａ、及び吸着筒２Ｂの構成機器は、
原料の空気ＭAを吸着筒２Ａ、２Ｂそれぞれに切替導入
し、流通せしめて、導出ガスを回収するよう管路と必要
な弁によって連結されている。
【００２０】原料の空気ＭAは圧縮機１で１００ｋＰａ
〜１０００ｋＰａの圧力（以降ゲージ圧力を示す。）、
好ましくは２００ｋＰａ〜８００ｋＰａの圧力まで圧縮
され、管路３、管路４を流通して、原料供給弁５ａより
吸着筒２Ａに導入する。吸着筒２Ａには前述のごとく窒
素を選択的に吸着するゼオライトが充填されているの
で、導入された原料空気ＭAから易吸着成分である窒素
（Ｎ2）を優先的に吸着し、難吸着性成分である酸素
（Ｏ2）が出口側に導出され、製品導出弁６ａを介して
管路７より酸素濃度８５〜９５％（以降％は容積％を示
す。）の酸素富化ガスＭOが製品として得られる。
【００２１】この間、吸着筒２Ａでは、吸着開始から時
間の経過とともに、充填されているゼオライトは窒素を
吸着した領域が吸着筒２Ａの出口に向かって順次前進す
る。そして、吸着筒２Ａの出口の管路７より導出される
酸素富化ガスＭOの中に含まれる窒素分が許容できる範
囲を超えた時、該吸着筒２Ａでの吸着工程を終了せしめ
る。即ち、原料供給弁５ａと製品導出弁６ａを閉とす
る。これとともに、吸着筒２Ｂに連結されている原料供
給弁５ｂと製品導出弁６ｂを開状態にする。
【００２２】このようにして原料供給弁５ｂと製品導出
弁６ｂ弁を開状態とした結果、原料の空気ＭAは吸着筒
２Ａへの導入に代わって、管路８、原料供給弁５ｂを介
して吸着筒２Ｂに導入される。吸着筒２Ｂには前記した
如く酸素を選択的に吸着する分子篩活性炭（ＭＳＣ）が
充填されていて、該吸着筒２Ｂに導入された原料の空気
ＭAは分子篩活性炭（ＭＳＣ）で易吸着成分である酸素
（Ｏ2）が選択的に吸着されて、難吸着性成分である窒
素（Ｎ2）が出口側に押し出され製品導出弁６ｂを介し
て管路９に流出して窒素濃度９９〜９９．９９％の窒素
富化ガスＭNが製品として得られる。
【００２３】この間、吸着筒２Ｂにおいて、吸着開始か
ら時間の経過とともに、充填されている分子篩活性炭
（ＭＳＣ）は酸素を吸着した領域が吸着筒２ｂの出口に
向かって順次前進する。そして、吸着筒２ｂの出口の管
路９より導出される窒素富化ガスＭN中に含まれる酸素
分が許容できる範囲を超えた時に、原料供給弁５ｂと製
品導出弁６ｂとを閉止して、吸着筒２Ｂの吸着工程を打
ち切る。そして同時に、これに代えて、吸着筒２Ａに連
接してある原料供給弁５ａ、製品導出弁６ａを開状態と
して、原料の空気ＭAを、先の吸着工程後の再生工程に
よって充填されているゼオライトを再生せしめておいた
吸着筒２Ａに、供給するように切り替えて、再度酸素富
化ガスＭOを製品として採取する。以下同様な弁の切替
操作を繰り返して行って、原料の空気ＭAを吸着筒２Ａ
と吸着筒２Ｂに切り替えて供給するようにして、一方の
吸着筒２Ａより酸素富化ガスＭOを製品として採取し、
他方の吸着筒２Ｂより窒素富化ガスＭNを製品として採
取する。
【００２４】上記した如く、一方の吸着筒２Ａ又は２Ｂ
が吸着工程にして運転している間、他方の吸着筒２Ｂ又
は２Ａは、それぞれの吸着筒に充填されている吸着剤が
前工程の吸着工程で易吸着成分によって飽和状態となっ
ているので、これを脱着せしめて排除して再生するため
の再生工程がなされる。この再生工程は次の如き態様で
行われる。例えば、前工程で吸着工程を終えた吸着筒２
Ａの再生工程とする場合、原料供給弁５ａ及び製品導出
弁６ａを閉とした後、吸着筒２Ａに配設した排気弁１０
ａを開として吸着筒２Ａ内を大気に開放して、吸着剤及
び筒内に保持されたガスを管路１１から大気に放出す
る。これにより、吸着筒２Ａ内の圧力が下がるととも
に、吸着剤（ゼオライト）に吸着されていた窒素分が脱
着して、再生するものである。再生後は前記排気弁１０
ａを閉止し次回の吸着工程の運転まで待機する。なお、
吸着筒２Ｂにおける再生工程も同様な態様で行うもので
ある。この場合、原料供給弁５ｂ及び製品導出弁６ｂを
閉とした後、吸着筒２Ｂに配設した排気弁１０ｂを開と
して吸着筒２Ｂ内を大気に開放して、吸着剤及び筒内に
保持されたガスを管路１２から大気に放出する。再生後
は前記排気弁１０ｂを閉止し次回の吸着工程の運転まで
待機する。
【００２５】ここで、両吸着筒２Ａ、２Ｂにおける吸着
工程／再生工程、即ち吸着筒２Ａの吸着工程時における
吸着筒２Ｂの再生工程時間、吸着筒２Ａの再生工程時に
おける吸着筒２Ｂの吸着工程時間の如き、吸着工程と再
生工程とのそれぞれ相互間の時間は、対応した関係であ
ることが望ましいが、どちらかの工程を長くすることも
可能である。その時、時間を長くする必要のない工程は
そのまま工程を継続するか、あるいはすべての弁を閉じ
て休止待機状態とすればよい。
【００２６】上記した実施の形態では、空気ＭAを原料
ガス混合物Ｍとし、酸素富化ガスＭOと窒素富化ガスＭN
をそれぞれ分離採取する例について説明したが、原料ガ
ス混合物Ｍとして、主要ガス成分をクリプトン及び窒素
とした場合には、異なる吸着特性を持つ吸着剤として、
ゼオライトと活性炭を使用することによっても、これら
を分離採取することができる。この場合、圧縮機１で圧
力１００ｋＰａ〜２０００ｋＰａまで、好ましくは２０
０ｋＰａ〜１０００ｋＰａまでに圧縮されたガス混合物
を、クリプトン濃度９９〜９９．９９９％のクリプトン
富化ガスと、窒素濃度９９〜９９．９９９％の窒素富化
ガスとに分離し、両者が製品として得られる。
【００２７】＜第２の実施の形態＞次に、第２の実施の
形態を図２に図示した系統図を参照して説明する。この
第２の実施の形態の特徴は、上記した図１に図示した第
１の実施の形態における、吸着筒２Ａ及び吸着筒２Ｂの
それぞれの製品を導出する管路７及び管路９に、製品貯
槽１３Ａ、１３Ｂを連設して設け、それぞれの吸着筒２
Ａ及び吸着筒２Ｂでの吸着工程で採取される各製品をそ
れぞれ、これら製品貯槽１３Ａ及び製品貯槽１３Ｂに貯
蔵するとともに、各吸着筒２Ａ、２Ｂの再生工程時にお
いて各吸着筒にパージガスとして流すようにしたもので
ある。以下にこれを説明する。
【００２８】図２において、図１と共通する機器につい
ては図１と同一符号を付して詳細な説明は省略する。上
記した第１の実施の形態での如き吸着筒２Ａの吸着工程
で、製品導出弁６ａ、管路７より導出した製品酸素富化
ガスＭOは、酸素富化ガス製品貯槽１３ａに導入されて
貯蔵され、貯蔵された製品は管路１４より適宜使用先に
供給される。そして吸着筒２Ａの吸着工程が終了する
と、吸着工程は吸着筒２Ｂに切替弁操作され該吸着筒２
Ｂに原料空気Ｍが導入され、吸着筒２Ａは再生工程に操
作運転される。
【００２９】この実施の形態の吸着筒２Ａの再生工程で
は、パージ弁１６ａ、排気弁１０ａを開にして、製品槽
１３Ａから管路１５、パージ弁１６ａを通して製品槽１
３Ａに貯蔵されている酸素富化ガスＭOを逆流させ吸着
筒２Ａ内に導入し、吸着剤ゼオライトに吸着している窒
素（Ｎ2）を脱着同伴して排気弁１０ａ、管路１１から
系外に放出する。このようにすることで吸着筒２Ａ内の
吸着剤（ゼオライト）に吸着されている成分（窒素）
が、吸着工程中に製品として採取された難吸着性成分
（酸素富化ガスＭO）でパージされ、易吸着性成分の脱
着が促進される。
【００３０】又、吸着筒２Ｂの再生工程でも同様な操作
によって製品である窒素富化ガスＭNによってパージし
て吸着筒２Ｂに充填されている吸着剤分子篩活性炭ＭＳ
Ｃを再生する。即ち、この場合、パージ弁１６ｂ、排気
弁１０ｂを開にして、製品槽１３Ｂから管路１８、パー
ジ弁１６ｂを通して、吸着工程時に分離採取して製品槽
１３Ｂに貯蔵されている窒素富化ガスＭNを逆流させ吸
着筒２Ｂ内に導入し、吸着剤分子篩活性炭ＭＳＣに吸着
している酸素（Ｏ2）を脱着同伴して排気弁１０ｂ、管
路１２から系外に放出する。このようにすることで吸着
筒２Ｂ内の吸着剤（分子篩活性炭ＭＳＣ）に吸着されて
いる成分（酸素）が、吸着工程中に製品として採取され
た難吸着性成分（窒素富化ガスＭN）でパージされ、易
吸着性成分の脱着が促進され、効率よく、かつ脱着効果
を向上せしめて再生することが出来る。
【００３１】上記第１の実施の形態及び第２の実施の形
態におけるガス分離装置の吸着筒２Ａ及び吸着筒２Ｂの
それぞれの出口側の管路７及び９に個別に均圧タンク
（図示せず）を配設しておいて、吸着工程終了後の再生
工程に先駆けて吸着筒内の製品に近い濃度のガスを均圧
タンクに導入して回収して貯蔵しておく。そして、再生
工程終了後に、より低圧状態にある当該吸着筒に、前記
均圧タンクに回収した製品に近い濃度のガスを、両者が
等圧になるよう均圧タンクより導入して戻すことによ
り、供給した原料ガスを無駄なく有効に使用することと
なり、製品の回収率を向上せしめることが出来る。
【００３２】なお、上記実施の形態では、主要成分が２
成分での分離例について説明したが、本発明はこれに限
定されるものでなく、他のガス成分が混在している多成
分系においても、各ガス成分に対応する吸着剤を用いた
吸着筒を設備付加することにより、前記各実施の形態と
同様に、多種の異種成分をそれぞれ同時に採取できる作
用効果を奏することは勿論である。
【００３３】
【実施例】＜実施例１＞図１に図示する装置を用いて、
一方の吸着筒２ＡにＮａ−Ｘ型ゼオライト、他方の吸着
筒２Ｂに分子篩活性炭ＭＳＣを充填して使用した。両吸
着筒ともそれぞれの吸着剤の原料空気流入端側に水分吸
着除去用として活性アルミナを充填して配した。圧縮機
１を用いて空気ＭAを７００ｋＰａに圧縮して、原料ガ
ス混合物Ｍとして吸着筒２Ａ及び吸着筒２Ｂにそれぞれ
供給した。そして、Ｎａ−Ｘ型ゼオライトを充填した吸
着筒２Ａからは酸素９３％の酸素富化ガスを、分子篩活
性炭ＭＳＣを充填した吸着筒２Ｂからは窒素９９％の窒
素富化ガスを得ることができた。
【００３４】なお、本実施例において、ゼオライトはＮ
ａ−Ｘ型に限られるものではなく、Ｎａ−Ｘ型ゼオライ
トのＮａイオンの一部又は全部を他のアルカリあるいは
アルカリ土類金属でイオン交換したゼオライト、Ｃａ−
Ａ型ゼオライト、モルデナイト等を使うこともできる。
【００３５】＜実施例２＞図１に図示する装置を用い
て、一方の吸着筒２ＡにＮａ−Ａ型ゼオライト、他方の
吸着筒２Ｂに活性炭を充填して用いた。圧縮機１を用い
て乾燥した窒素とクリプトンのガス混合物を原料ガス混
合物Ｍとして７００ｋＰａに圧縮した後、吸着筒２Ａ及
び吸着筒２Ｂのそれぞれに供給し、ゼオライトを充填し
た吸着筒２Ａからは純度９９．９９％のクリプトン富化
ガスを、活性炭を充填した吸着筒２Ｂからは純度９９．
５%の窒素富化ガスを得ることができた。
【００３６】次に、本実施例２において、原料ガス混合
物Ｍを窒素とゼノンのガス混合物に変更して圧縮機１に
より前記と同じ圧力に加圧して、前記した吸着剤を充填
した各吸着筒２Ａ及び吸着筒に２Ｂに供給したところ、
クリプトンと同様にゼオライトを充填した吸着筒２Ａか
ら、純度９９．９９％のゼノン富化ガスが導出され、活
性炭を充填した吸着筒２Ｂからは、純度９９．５％の窒
素富化ガスを得ることができた。本実施例２で分離採取
したクリプトンおよびゼノンは極めて希少なガスであ
り、該ガスを分離系の系外に排出することは経済的に適
当でない。そこで、図１に図示された排ガスの管路１
１、管路１２を圧縮機１の原料吸入管路に合流させて、
排ガスを循環させるように配管することによって、希少
で高価なクリプトン，ゼノンの分離に伴うロスを低減せ
しめる上で有効であった。
【００３７】
【発明の効果】本発明のガス分離方法及び装置は上記し
た如き形態で実施され、以下の如き効果を奏する。吸着
特性の相異なる吸着剤を充填した吸着筒を設備したガス
分離装置に、複数成分をよりなる原料ガス混合物導入し
て、それぞれの複数成分をそれぞれ分離採取するように
したので、極めて簡略化されたＰＳＡ装置構成で原料ガ
ス混合物から二つの成分をそれぞれ濃縮して製品として
取り出すことができる。しかも、それら製品ガスは吸着
工程で難吸着性成分として取り出されるため、原料ガス
混合物の吸着筒への導入圧力を保持した状態で得られる
ので、本発明のガス分離装置により製造したガス製品
は、使用先へ供給する際に、圧送するための圧縮機の設
置を必要としないので、設備費が節減できるとともに、
運転費をも節減できる。
【００３８】又、原料ガス混合物の圧縮機は、２つの吸
着筒に対して交互に原料ガスを供給するため、休止する
時間がないので有効に稼動させることができる。その上
更に、原料ガス混合物の圧縮機は、１筒式ＰＳＡで見ら
れるような圧縮操作と排気操作を交互に繰り返すような
過酷な運転をする必要が無く、定常駆動状態を継続して
運転されるので、機械の寿命を延ばすことができる。
【００３９】そして又、製品槽を各吸着筒の製品導出管
路に連結して付加して設けて、該製品槽に吸着工程で採
取して貯蔵した製品ガスを、各吸着筒の再生工程におけ
る吸着剤に吸着された易吸着成分の脱着のためのパージ
ガスに使用して、パージ工程を実施することにより、大
幅に収率の向上を図ることが出来る。又、各吸着筒に連
結して個別の均圧タンクを配設して設けることにより、
吸着筒の再生工程後の低圧状態にある吸着筒に、吸着工
程後の再生工程に当たって吸着筒よりの排出するガスを
均圧タンクに回収しておいた該排出ガスを、供給して均
圧化する均圧工程に利用することによって、導入した原
料ガス混合物を無駄に排出することなく、有効活用する
こととなって 回収率の向上を図ることが出来る等の効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＰＳＡ法によるガス分離装置の第１
の実施の形態を説明する系統図。
【図２】 本発明のＰＳＡ法によるガス分離装置の第２
の実施の形態を説明する系統図。
【図３】 従来のＰＳＡ法による空気分離方法の一例を
示す系統概略図。
【符号の説明】
１…圧縮機、 ２Ａ、２Ｂ…８吸着筒、３、４、７、
８、９、１１、１２、１４、１５、１７、１８…管路、
５ａ、５ｂ…原料供給弁、 ６ａ、６ｂ…製品導出弁、
１０ａ、１０ｂ…排気弁、 １３Ａ、１３Ｂ…製品槽、
１６ａ、１６ｂ…パージ弁、 Ｍ…原料ガス混合物、
ＭO…酸素富化ガス、ＭN…窒素富化ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飛弾野 龍也 東京都港区西新橋１丁目16番７号 日本酸 素株式会社内 Ｆターム(参考） 4D012 CA04 CA20 CB16 CD07 CG01 CG06 CJ02

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２成分の主要ガス成分を含有
    するガス混合物を圧力変動吸着方法により、前記主要成
    分を分離して採取するガス分離方法において、前記ガス
    混合物を加圧した後、第１の主要ガス成分に対して難吸
    着性であって第２の主要ガス成分に対して易吸着性であ
    る第１の吸着剤を用いて第１の主要ガス成分を第１の製
    品ガスとして分離する工程と、前記加圧後のガス混合物
    を前記第１の主要ガス成分に対して易吸着性であって前
    記第２の主要ガス成分に対して難吸着性である第２の吸
    着剤を用いて第２の主要ガス成分を第２の製品ガスとし
    て分離する工程とを、交互に繰り返すことにより、前記
    ガス混合物から第１の製品ガスおよび第２の製品ガスを
    併産することを特徴とするガス分離方法。
  2. 【請求項２】 第１の製品ガスとして分離する工程と第
    ２の製品ガスとして分離する工程とが、各製品ガス分離
    工程中で分離する製品ガスを製品槽に蓄積する工程を備
    えてなるとともに、各製品ガス分離工程の後に前記製品
    槽に蓄積した製品ガスを、該各製品ガスとして分離した
    吸着剤をパージ洗浄する工程を行うことを特徴とする請
    求項１記載のガス分離方法。
  3. 【請求項３】 前記ガス混合物が、空気であることを特
    徴とする請求項１又は請求項２記載のガス分離方法。
  4. 【請求項４】 前記ガス混合物の主要成分が、クリプト
    ン及びゼノンの少なくとも１成分を含有する窒素からな
    ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガス分
    離方法。
  5. 【請求項５】 前記第１の吸着剤がゼオライトであり、
    前記第２の吸着剤が分子篩活性炭であることを特徴とす
    る請求項１又は請求項２記載のガス分離方法。
  6. 【請求項６】 前記主要成分が、クリプトン及びゼノン
    の少なくとも１成分を含有する窒素からなり、前記第１
    の吸着剤が、窒素を選択的に吸着するＮａ−Ａ型ゼオラ
    イトであり、前記第２の吸着剤が、クリプトン及びゼノ
    ンを選択的に吸着する活性炭であることを特徴とする請
    求項１又は請求項２記載のガス分離方法。
  7. 【請求項７】 少なくとも２つの主要ガス成分を含有す
    るガス混合物を圧力変動吸着装置により主要ガス成分に
    分離するガス分離装置において、ガス混合物を加圧する
    手段と、ガス混合物中の第１の主要ガス成分に対して難
    吸着性であって第２の主要ガス成分に対して易吸着性で
    ある第１の吸着剤を充填した第１の吸着筒と、前記第１
    の主要ガス成分に対して易吸着性であって前記第２の主
    要ガス成分に対して難吸着性である第２の吸着剤を充填
    した第２の吸着筒と、前記第１の吸着筒と前記第２の吸
    着筒を交互に切換えてガス混合物を流通せしめて、前記
    第１の主要ガス成分と前記第２の主要ガス成分とをそれ
    ぞれ導出するよう配された管路及び弁手段とを備えてな
    ることを特徴とするガス分離装置。
  8. 【請求項８】 前記第１の主要ガス成分と前記第２の主
    要ガス成分とをそれぞれ導出するよう前記第１の吸着筒
    と前記第２の吸着筒とに配されたそれぞれの管路に、第
    １の吸着筒に付属して、分離して導出された第１の主要
    成分を貯蔵する第１の製品槽と該第１の製品槽から前記
    第１の吸着筒へ製品ガスを逆流させる管路を設けてな
    り、又第２の吸着筒に付属して、分離して導出された第
    ２の主要成分を貯蔵する第２の製品槽と該第２の製品槽
    から前記第２の吸着筒へ製品ガスを逆流させる管路とを
    設けてなることを特徴とする請求項７記載のガス分離装
    置。
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