JP2006061831A5

JP2006061831A5 -

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Publication number: JP2006061831A5
Application number: JP2004247396A
Authority: JP
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-08-26

Description

上記課題を解決するため、
請求項１に係わる発明は、吸着剤および
この吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分と、前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスを用い、
前記吸着剤を充填した下部筒、上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記易吸着成分を貯留する易吸着成分貯留槽を備えた分離装置を使用し、前記原料ガスから前記易吸着成分と前記難吸着成分とを回収する圧力変動吸着式ガス分離方法であって、
（ａ）原料ガス貯留槽のガスを加圧して下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを上部筒に導入し、前記ガス中に含まれる易吸着成分を上部筒の吸着剤を用いて吸着して、上部筒から流出してくる前記難吸着成分を回収する工程と、
（ｂ）易吸着成分貯留槽のガスを加圧して前記下部筒に導入して、下部筒の吸着剤に共吸着された難吸着成分と前記吸着剤の空隙に残存する難吸着成分を上部筒に導出し、下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を上部筒の吸着剤に吸着して、上部筒から流出してくる難吸着成分を回収する工程と、
（ｃ）下部筒を減圧して、下部筒の吸着剤に吸着した易吸着成分を脱着させ、脱着してきた易吸着成分を易吸着成分貯留槽に回収する工程と、
（ｄ）上部筒を減圧して、上部筒の吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを下部筒に導入し、下部筒から流出してきたガスを原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｅ）上記工程（ａ）、（ｂ）において回収した難吸着成分を向流パージガスとして上部筒に導入し、上部筒の吸着剤に吸着した易吸着成分を置換脱着し、上部筒から流出してくるガスを下部筒に導入し、下部筒に導入したガスによって下部筒の吸着剤に吸着した易吸着成分を置換脱着し、下部筒から流出してくるガスを原料ガス貯留槽に回収する工程を有し、
（ｆ）上記工程（ａ）−（ｅ）をあらかじめ定められたシーケンスに基づいて、順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の易吸着成分および難吸着成分を同時に回収することを特徴とする圧力変動吸着式ガス分離方法としたものである。

請求項１０に係わる発明は、吸着剤および
この吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分と、前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスを用い、
前記吸着剤を充填した下部筒、上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記易吸着成分を貯留する易吸着成分貯留槽と、前記原料ガス貯留槽および前記易吸着成分貯留槽のガスを圧縮する圧縮機と、前記下部筒から排出されるガスを前記易吸着成分貯留槽に返送する機構と、前記下部筒から排出されるガスを原料ガス貯留槽に返送する機構を備え、原料ガス中の易吸着成分と難吸着成分を分離し、回収することを特徴とする圧力変動吸着式ガス分離装置としたものである。

本発明の圧力変動吸着式ガス分離方法を図面を参照して説明する。図１は、本発明の圧力変動吸着式ガス分離方法を実施するための圧力変動吸着式ガス分離装置を示す概略構成図である。
この圧力変動吸着式ガス分離装置は、ある吸着剤に対して易吸着性を示す易吸着成分と、この吸着剤に対して難吸着性を示す難吸着成分を少なくとも含む原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽１と、易吸着成分を貯留する易吸着成分貯留槽２と、難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽３と、原料ガス貯留槽１あるいは易吸着成分貯留槽２のガスを圧縮する圧縮機４と、易吸着成分貯留槽２のガスを圧縮する圧縮機５と、下部筒１０Ｂ、１１Ｂ、上部筒１０Ｕ、１１Ｕの４つの吸着筒を備えている。

次に、上記圧力変動吸着式ガス分離装置を用いて、本発明の圧力変動吸着式ガス分離方法の実施形態の一例を説明する。この実施形態の圧力変動吸着式ガス分離方法では、原料ガスとして、主要成分であるキセノンと、その他の主要成分として窒素が含まれている混合ガスを用いた例について説明する。
また、下部筒１０Ｂ、１１Ｂ、及び上部筒１０Ｕ、１１Ｕに充填される吸着剤としては、平衡分離型吸着剤である活性炭を使用する場合を示す。活性炭は、平衡吸着量としてキセノンの吸着量が多く（易吸着性）、窒素の吸着量が少ない（難吸着性）という性質を持つ。したがって、この例ではキセノンが易吸着成分となり、窒素が難吸着成分となる。

本発明の圧力変動吸着式ガス分離装置は、前記製造設備に供給したキセノン等を回収し、循環利用することができる。そして、本圧力変動吸着式ガス分離装置と前記製造設備で形成される循環サイクルから、排ガスとして系外に排出される窒素にキセノンが同伴されることで、キセノンが徐々に減少することになる。従って、長期安定運転を行うためには、窒素に同伴されるキセノンに応じた量を補充する必要がある。そのため、本圧力変動吸着式ガス分離装置では、高濃度キセノン充填ボンベなどの外部から、原料ガス貯留槽１あるいは易吸着成分貯留槽２にキセノンを補充すること（図示せず）によって、キセノンの循環サイクルを常に安定化して運転させることができる。また、原料ガス貯留槽１に、難吸着成分としての窒素を補充することもできる。

並流パージプロセスは、再生工程で脱着してくる易吸着成分を易吸着成分貯留槽に貯留し、吸着工程が終了した吸着筒を易吸着成分貯留槽に貯留した易吸着成分でリンスすることで易吸着成分を高濃度にする方法である。並流パージプロセスにおいて、易吸着成分を極めて高濃度で採取するためには、易吸着成分を易吸着成分の易吸着成分貯留槽に回収する前に、吸着筒内の難吸着成分を吸着筒外部へ流出させる、すなわち吸着帯を全て吸着筒外部へ流出させる必要がある。
しかし、吸着帯を吸着筒外部へ流出させる操作は、難吸着成分の濃度を低下させる、あるいは難吸着成分、易吸着成分を共に多く含んだ混合ガスを排気することに繋がり、いずれにしても易吸着成分の回収率の低下が避けられない。
他方、逆に易吸着成分の回収率を高くすることは、吸着帯を吸着筒外部へ流出させないことで容易に実現できるが、この場合、易吸着成分のガス濃度低下が避けられない。従って、並流パージプロセスでも、易吸着成分と難吸着成分を同時に高濃度で回収することは難しかった。

又、上記実施例では、平衡分離型吸着剤である活性炭を用い、目的成分であるキセノンを易吸着成分として高濃度、高回収率で回収する例を示したが、本発明の特許請求の範囲はこれに限定されるものではない。
本発明の圧力変動吸着式ガス分離方法は、易吸着成分と同時に難吸着成分も高濃度、高回収率で採取することができるため、目的成分を難吸着成分、除去すべき成分を易吸着成分とし、目的成分である難吸着成分を高濃度、高回収率で回収することもできる。
例えば、細孔径が０．４ｎｍ程度の速度分離型吸着剤であるＮａ−Ａ型ゼオライト、ＣＭＳなどを用いた場合、この吸着剤は、クリプトン、キセノンに対して難吸着性を有し、窒素、酸素、アルゴンに対しては易吸着性を示す。この場合、難吸着成分貯留槽３には目的成分であるクリプトン、キセノン、易吸着成分貯留槽２には排ガスである窒素、酸素、アルゴンを回収することができる。

Claims

吸着剤および
この吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分と、前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスを用い、
前記吸着剤を充填した下部筒、上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記易吸着成分を貯留する易吸着成分貯留槽を備えた分離装置を使用し、前記原料ガスから前記易吸着成分と前記難吸着成分とを回収する圧力変動吸着式ガス分離方法であって、
（ａ）原料ガス貯留槽のガスを加圧して下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを上部筒に導入し、前記ガス中に含まれる易吸着成分を上部筒の吸着剤を用いて吸着して、上部筒から流出してくる前記難吸着成分を回収する工程と、
（ｂ）易吸着成分貯留槽のガスを加圧して前記下部筒に導入して、下部筒の吸着剤に共吸着された難吸着成分と前記吸着剤の空隙に残存する難吸着成分を上部筒に導出し、下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を上部筒の吸着剤に吸着して、上部筒から流出してくる難吸着成分を回収する工程と、
（ｃ）下部筒を減圧して、下部筒の吸着剤に吸着した易吸着成分を脱着させ、脱着してきた易吸着成分を易吸着成分貯留槽に回収する工程と、
（ｄ）上部筒を減圧して、上部筒の吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを下部筒に導入し、下部筒から流出してきたガスを原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｅ）上記工程（ａ）、（ｂ）において回収した難吸着成分を向流パージガスとして上部筒に導入し、上部筒の吸着剤に吸着した易吸着成分を置換脱着し、上部筒から流出してくるガスを下部筒に導入し、下部筒に導入したガスによって下部筒の吸着剤に吸着した易吸着成分を置換脱着し、下部筒から流出してくるガスを原料ガス貯留槽に回収する工程を有し、
（ｆ）上記工程（ａ）−（ｅ）をあらかじめ定められたシーケンスに基づいて、順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の易吸着成分および難吸着成分を同時に回収することを特徴とする圧力変動吸着式ガス分離方法。
吸着剤および
この吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分と、前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスを用い、
前記吸着剤を充填した下部筒、上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記易吸着成分を貯留する易吸着成分貯留槽と、前記原料ガス貯留槽および前記易吸着成分貯留槽のガスを圧縮する圧縮機と、前記下部筒から排出されるガスを前記易吸着成分貯留槽に返送する機構と、前記下部筒から排出されるガスを原料ガス貯留槽に返送する機構を備え、原料ガス中の易吸着成分と難吸着成分を分離し、回収することを特徴とする圧力変動吸着式ガス分離装置。