JP2008308379A - ガス中の酸素除去装置及び高純度窒素ガスの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】大気11を圧縮するコンプレッサー12と、大気11中の塵を除去するフィルター13と、圧縮空気中の窒素成分と酸素成分とを分離させる中空糸が束ねられた中空糸膜14と、中空糸膜14から分離されて窒素成分中に含まれる微量酸素を除去し、高純度の窒素ガスを製造する脱酸素装置18とを具備してなる高純度窒素ガスの製造装置であって、前記脱酸素装置18に充填される脱酸素剤が、酸素欠陥を有する酸化セリウム系脱酸素剤を用いる。
【選択図】 図1
Description
PSA方式は、Pressure Swing Adsorption、の略称を意味していて、圧縮空気を活性炭の一種である吸着材に通し、高圧力下で特定のガスを吸着し、低圧力下で特定のガスを吐き出す、という吸着材の特性を利用して、圧縮空気から酸素等を吸着することで窒素を分離する方式である。
膜分離方式は、圧縮空気を中空糸状の高分子膜である中空糸膜内に送り込み、圧縮空気に含まれている各ガス成分の膜への透過量の差を利用して窒素を分離する方式である。
また、深冷分離方式は、ガスを圧縮、冷却して液化させ沸点の差を利用して蒸留法によって分離する方式である。
このように、水分が添加されているため水蒸気が存在し、窒素ガスの高純度化の妨げになる、という問題がある。
また、窒素ガスに限らず、窒素ガス以外のガスに含まれる酸素ガスを除去する簡易なガス中の酸素除去装置の出現も切望されている。
図1は本実施の形態にかかる高純度窒素ガスの製造装置の概略図である。
図1に示すように、高純度窒素ガスの製造装置10は、大気11を圧縮するコンプレッサー12と、大気11中の塵を除去するフィルター13と、圧縮空気中の窒素成分と酸素成分とを分離させる中空糸が束ねられた中空糸膜14と、中空糸膜14から分離されて窒素成分中に含まれる微量酸素を除去し、高純度の窒素ガスを製造する脱酸素装置18とを具備してなる高純度窒素ガスの製造装置であって、前記脱酸素装置18に充填される脱酸素剤が、酸素欠陥を有する酸化セリウム系脱酸素剤を用いるようにしている。
本実施の形態では、脱酸素装置18に脱酸素剤カートリッジ19を着脱自在に装填可能としてなり、前記脱酸素剤カートリッジ19内に、酸素欠陥を有する酸化セリウム系脱酸素剤を充填してなるものである。
尚、コンプレッサー12とフィルター13の間には、圧縮空気を乾燥させるドライヤー等の乾燥手段を配設するようにしてもよい。
また、前記プレフィルターやミクロミストフィルターを併用する場合には、前記プレフィルターでは、圧縮空気内に存在する3μ以上の大きい異物を除去する機能とし、一方のミクロミストフィルターは、圧縮空気内に存在する0.01μ以上の小さい異物を除去する機能を発揮するものとするのが望ましい。また、ミクロミストフィルターの下流に圧縮空気内の臭いを除去する能力のある活性炭フィルターを配設するようにしてもよい。
但し、フィルターの能力に関しては、記載された能力に限定される訳ではない。
この場合、脱酸素装置18には、酸素欠陥を有する酸化セリウム系脱酸素剤が充填されている。
従って、第1開閉弁16を開放し第2開閉弁17を閉鎖すると、中空糸膜14より送り出された窒素ガスは、窒素ガス第一分岐管L1より窒素ガスとしてそのまま使用可能となっている。尚、この場合の窒素ガスは、純度が95〜99.9%位のものである。
ここで、添加される元素としては、例えばマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、ランタン(La)、ニオブ(Nb)、プラセオジム(Pr)又はイットリウム(Y)のいずれか一種又はこれらの混合物を挙げることができ、前記酸化セリウムに固溶させることで酸化セリウム系脱酸素剤を得るようにしてもよい。
なお、前記の元素の総添加量としては、1〜20mol%とするのが好ましい。これは、1mol%未満ではその添加効果の発現量が小さいからである。
CeO2+xH2→CeO2-x+xH2O ・・・(1)
CeO2-x+(X/2)O2→CeO2 ・・・(2)
ここで、xは0以上、0.5未満である。
CeO2-x+(X/2)O2→CeO2 ・・・(3)
ここで、xは0.5以上である。
しかしながら、炭酸セリウムを直接還元処理した酸化セリウム(以下「直接還元酸化セリウム」ともいう)は、酸素欠陥が長周期的に配列した超格子構造をとり安定構造となり、且つそこから更に酸素欠陥が生成するので、通常の酸化セリウム型よりも酸素吸収量が多くなり、計算量の34mL/g以上の酸素吸収量を示すこととなる。それに伴い、酸化セリウムの価数は異常原子価の状態となるので、一部2価以下になっている。
また、前記二酸化炭素で被覆することによりカートリッジの形態以外の形態でも脱酸素装置内に組み込むようにしてもよい。
11 大気
12 コンプレッサー
13 フィルター
14 中空糸膜
15 分岐部
18 脱酸素装置
19 脱酸素剤カートリッジ
Claims (13)
- ガス中に含まれる酸素ガスを除去する脱酸素装置を有するガス中の酸素除去装置であって、
前記脱酸素装置に充填される脱酸素剤が、酸素欠陥を有する酸化セリウム系脱酸素剤であることを特徴とするガス中の酸素除去装置。 - 請求項1において、
前記酸素欠陥を有する酸化セリウム系脱酸素剤が、炭酸セリウムを前駆体とし、これを還元してなると共に、蛍石類似構造の超格子構造を有してなることを特徴とするガス中の酸素除去装置。 - 請求項2において、
前記酸化セリウムが、CeO2-xの酸素欠陥構造を有すると共に、xが0.5以上であることを特徴とするガス中の酸素除去装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、ランタン(La)、ニオブ(Nb)、プラセオジム(Pr)又はイットリウム(Y)のいずれか一種又はこれらの混合物を、前記酸化セリウム系脱酸素剤に固溶させてなることを特徴とするガス中の酸素除去装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
前記酸化セリウム系脱酸素剤が着脱自在のカートリッジに充填されてなることを特徴とするガス中の酸素除去装置。 - 請求項5のガス中の酸素除去装置に用いる酸化セリウム系脱酸素剤が充填されてなることを特徴とするガス中の酸素除去装置用カートリッジ。
- 窒素ガス中に含まれる酸素ガスを除去して高純度の窒素ガスを製造する脱酸素装置を有する高純度窒素ガスの製造装置であって、
前記脱酸素装置に充填される脱酸素剤が、酸素欠陥を有する酸化セリウム系脱酸素剤であることを特徴とする高純度窒素ガスの製造装置。 - 請求項7において、
前記酸素欠陥を有する酸化セリウム系脱酸素剤が、炭酸セリウムを前駆体とし、これを還元してなると共に、蛍石類似構造の超格子構造を有してなることを特徴とする高純度窒素ガスの製造装置。 - 請求項8において、
前記酸化セリウムが、CeO2-xの酸素欠陥構造を有すると共に、xが0.5以上であることを特徴とする高純度窒素ガスの製造装置。 - 請求項7乃至9のいずれか一つにおいて、
マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、ランタン(La)、ニオブ(Nb)、プラセオジム(Pr)又はイットリウム(Y)のいずれか一種又はこれらの混合物を、前記酸化セリウム系脱酸素剤に固溶させてなることを特徴とする高純度窒素ガスの製造装置。 - 請求項7乃至10のいずれか一つにおいて、
前記酸化セリウム系脱酸素剤が着脱自在のカートリッジに充填されてなることを特徴とする高純度窒素ガスの製造装置。 - 請求項7乃至11のいずれか一つにおいて、
大気を圧縮するコンプレッサーと、
大気中の塵を除去するフィルターと、
圧縮空気中の窒素成分と酸素成分とを分離させる中空糸が束ねられた中空糸膜と、
中空糸膜から分離されて窒素成分中に含まれる微量酸素を除去し、高純度の窒素ガスを製造する脱酸素装置とを具備してなることを特徴とする高純度窒素ガスの製造装置。 - 請求項11又は12の高純度窒素ガスの製造装置に用いる酸化セリウム系脱酸素剤が充填されてなることを特徴とする高純度窒素ガスの製造装置用カートリッジ。
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