JP2017080669A - 空気精製装置および空気精製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気中の炭化水素および一酸化二窒素の除去能力に優れる空気精製装置を提供する。【解決手段】温度スイング吸着法により、空気中から炭化水素および一酸化二窒素を除去して当該空気を精製する装置であって、陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された２機の吸着塔２Ａ，２Ｂと、炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を吸着塔２Ａ，２Ｂの一端側に供給する原料ガス導入経路Ｌ１と、吸着塔２Ａ，２Ｂの他端側から精製された空気を取り出す製品ガス導出経路Ｌ２と、製品ガス導出経路Ｌ２から分岐され、精製された空気の一部を再生ガスとして吸着塔２Ａ，２Ｂの他端側に供給する再生ガス供給経路Ｌ３と、を備え、再生ガス供給経路Ｌ３に、再生ガスを加熱する加熱手段３が設けられていることを特徴とする空気精製装置１を選択する。【選択図】図１

Description

本発明は、空気精製装置および空気精製方法に関する。

窒素や酸素は、産業界で最も広くかつ大量に使用されているガスである。これらのガスは、一般的に、空気を原料として用い、これを液化分離することにより製造される。
ところで、液化分離によって空気から窒素や酸素を製造する際、−２００℃といった低温にまで空気を冷却する必要がある。このとき原料である空気に低温で固化する不純物成分が含まれていると、流体の流路が閉塞し、液化分離装置の運転が困難になる。そのため、空気を液化分離する際は、あらかじめ固化するおそれのある不純物成分を除去する必要がある。

固化するおそれのある不純物成分には、水、二酸化炭素が挙げられる。これらは、通常吸着剤を使用して除去される。例えば、水は活性アルミナを使用し、一方、二酸化炭素は合成ゼオライトを使用し、これらの吸着剤は積層して使用される。

ところで、水、二酸化炭素以外に考慮すべき不純物として、一酸化二窒素や炭化水素が挙げられる。一酸化二窒素は、空気中に約０．３ｐｐｍ含まれている。濃度は低いものの、水や二酸化炭素と同様、低温下で固化するおそれのある不純物であることから、近年除去すべき成分の一つとして考えられるようになってきた。

また、炭化水素についてはメタンの濃度が比較的高く、空気中に約１．６ｐｐｍ含まれている。その他の炭化水素（メタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アセチレン等）についても、空気中にｐｐｂオーダー程度含まれている。炭化水素は、液化分離によって製造した液体酸素中に溶けて濃縮され、装置内で燃焼爆発を起こす可能性があるため、液体酸素中の炭化水素濃度をコントロールする必要がある。例えば、液体酸素中の炭化水素であるメタンがある一定値を超えないように、保安用液体酸素として製造装置外へ排出することがある。しかしながら、上述のように、製造装置内のガス挙動の変化などから、上記保安用液体酸素以外の場所で局所的にメタンなどの炭化水素が濃縮する可能性は否定できない。したがって、あらかじめ原料空気中の炭化水素を、液化分離する前処理段階で吸着剤等により吸着除去することが望ましい。

以上、一酸化二窒素や炭化水素についても、原料空気中からあらかじめ吸着剤で吸着除去することが望ましく、原料空気中のこれらの不純物成分を効率的に除去することが必要となる。

ところで、空気中の炭化水素および一酸化二窒素について、吸着剤を用いて吸着除去する方法が開示されている。例えば、特許文献１には、吸着剤としてカルシウムでイオン交換されたＸまたはＬＳＸ型ゼオライトを用いて、空気中からエチレンを吸着除去する方法が開示されている。
また、例えば、特許文献２には、吸着剤としてカルシウムでイオン交換されたＸまたはＬＳＸ型ゼオライトを用いて、空気中から一酸化二窒素を吸着除去する方法が開示されている。

特開平１１−２５３７３６号公報 特開２０００−１４０５５０号公報

しかしながら、特許文献１、あるいは特許文献２に開示された方法では、空気中の炭化水素および一酸化二窒素の吸着能力が不十分であるため、多量の吸着剤が必要であった。そのため、吸着塔のサイズが大きくなり、空気中の炭化水素および一酸化二窒素の除去効率が低下するといった問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、空気中の炭化水素および一酸化二窒素の除去能力に優れる空気精製装置および空気精製方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
温度スイング吸着法により、空気中から炭化水素および一酸化二窒素を除去して空気を精製する装置であって、
陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された１以上の吸着塔と、
炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を前記吸着塔の一端側に供給する原料ガス導入経路と、
前記吸着塔の他端側から精製された空気を取り出す製品ガス導出経路と、
前記製品ガス導出経路から分岐され、精製された空気の一部を再生ガスとして前記吸着塔の他端側に供給する再生ガス供給経路と、を備え、
前記再生ガス供給経路に、前記再生ガスを加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする空気精製装置である。

また、請求項２に係る発明は、
前記吸着剤が、温度が２５℃、圧力が１Ｐａにおけるプロパンの平衡吸着量が３０ｍｍｏｌ／ｋｇ以上である、請求項１に記載の空気精製装置である。

また、請求項３に係る発明は、
前記加熱手段が、前記吸着塔に設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気精製装置である。

また、請求項４に係る発明は、
温度スイング吸着法により、空気中から炭化水素および一酸化二窒素を除去して空気を精製する方法であって、
陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された１以上の吸着塔の一端側から炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を供給し、前記吸着剤に炭化水素および一酸化二窒素を吸着させて除去した後、前記吸着塔の他端側から精製された空気を取り出す、空気の精製工程と、
精製された空気の一部を再生ガスとして前記吸着塔の他端側から供給し、前記吸着剤を１００〜３００℃に加熱して当該吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素を脱離させた後、前記吸着塔の一端側から炭化水素および一酸化二窒素を排出する再生工程と、を含むことを特徴とする空気精製方法である。

また、請求項５に係る発明は、
前記吸着剤が、温度が２５℃、圧力が１Ｐａにおけるプロパンの平衡吸着量が３０ｍｍｏｌ／ｋｇ以上である、請求項４に記載の空気精製方法である。

本発明の空気精製装置は、陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された１以上の吸着塔と、炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を吸着塔の一端側に供給する原料ガス導入経路と、吸着塔の他端側から精製された空気を取り出す製品ガス導出経路と、製品ガス導出経路から分岐され、精製された空気の一部を再生ガスとして吸着塔の他端側に供給する再生ガス供給経路と、を備え、再生ガス供給経路に、再生ガスを加熱する加熱手段が設けられている構成となっている。そのため、空気中の炭化水素および一酸化二窒素の除去能力に優れる。

また、本発明の空気精製方法は、陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された１以上の吸着塔の一端側から炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を供給し、吸着剤に炭化水素および一酸化二窒素を吸着させて除去した後、吸着塔の他端側から精製された空気を取り出す、空気の精製工程と、精製された空気の一部を再生ガスとして吸着塔の他端側から供給し、吸着剤を１００〜３００℃に加熱して当該吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素を脱離させた後、吸着塔の一端側から炭化水素および一酸化二窒素を排出する再生工程と、を含む構成となっている。そのため、空気中の炭化水素および一酸化二窒素の除去能力に優れる。

本発明を適用した一実施形態である空気精製装置の構成を示す系統図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である空気精製装置、およびこの装置を用いた空気精製方法について、これに用いられる吸着剤およびこの製造方法と併せて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜空気精製装置＞
先ず、本実施形態の空気精製装置１について説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態である空気精製装置１の構成を示す系統図である。図１に示すように、本実施形態の空気精製装置１は、２機の吸着塔２Ａ，２Ｂと、原料ガス導入経路Ｌ１と、製品ガス導出経路Ｌ２と、再生ガス供給経路Ｌ３と、加熱手段３と、排気経路Ｌ４と、を備えて概略構成されている。本実施形態の空気精製装置１は、温度スイング吸着（ＴＳＡ；Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法により、空気中の不純物を除去するための装置である。

吸着塔２Ａ，２Ｂは、耐熱性及び耐圧性を備えた筒状の吸着容器である。容器の形状については、特に限定されるものではない。

吸着塔２Ａ，２Ｂの内部には、空気中の炭化水素および一酸化二窒素を吸着するために吸着剤が充填されている。この吸着剤により、空気中の炭化水素および一酸化二窒素を除去することができる。また、この吸着剤は、炭化水素および一酸化二窒素を吸着することにより吸着能力が低下するが、加熱することにより炭化水素および一酸化二窒素を脱離させ、吸着能力を再生することができる。

吸着剤としては、空気中の炭化水素および一酸化二窒素を除去することができるものであれば、特に限定されない。具体的には、陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（以下、「Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト」と記載することがある）を用いることができる。この中でも、Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトは、空気中の炭化水素および一酸化二窒素の吸着能力に優れるため好ましい。

ここで、Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトについて説明すると、Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトの銀イオンへの交換率（以下、単に「交換率」と記載することがある）の下限値としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、４５％が好ましく、６５％がより好ましい。交換率が下限値以上であることにより、炭化水素及び一酸化二窒素の吸着効率を向上させることができる。

Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトは、炭化水素および一酸化二窒素を吸着することにより吸着能力が低下するが、加熱することにより炭化水素および一酸化二窒素を脱離させ、吸着能力を再生することができる。吸着剤を再生する際の加熱温度の上限値としては、３００℃が好ましい。加熱温度が上限値以下であることにより、吸着剤に吸着した炭化水素および一酸化二窒素を効率よく脱離することができ、再生後の吸着剤の活性が維持される。加熱温度が上限値以上の場合、ヒーターの電力が増加するため好ましくない。また、バルブ等の部材を劣化させる原因にもなる。

また、Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを再生する際の加熱温度の下限値としては、１００℃が好ましい。加熱温度が下限値以上であることにより、吸着剤に吸着した炭化水素および一酸化二窒素を効率よく脱離することができる。加熱温度が下限値以下の場合、吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素が脱離する速度が遅くなり、当該脱離が十分に行われない。したがって、再生後の吸着剤の吸着能力が著しく低下する。

Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトの吸着量としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、温度が２５℃、圧力が１Ｐａにおけるプロパンの平衡吸着量が３０ｍｍｏｌ／ｋｇ以上であるのが好ましく、５０ｍｍｏｌ／ｋｇ以上であるのがより好ましい。

なお、吸着量は、定容式のガス吸着量測定装置を用いて、温度を２５℃一定にして行っている。

また、上述したＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトは、ＺＳＭ５型ゼオライトのイオン交換するイオン交換工程を含む製造方法により製造される。

イオン交換工程は、いわゆるＺＳＭ５型ゼオライトに含まれる陽イオンを銀イオンに交換する工程である。本実施形態では、上記ＺＳＭ５型ゼオライトとして、プロトンを陽イオンとして含むＺＳＭ５型ゼオライト（以下、「Ｈ−ＺＳＭ５ゼオライト」と記載することがある）を用いた例について説明する。

具体的には、先ず、Ｈ−ＺＳＭ５ゼオライトを硝酸銀水溶液に浸漬した後、暗室、室温下で撹拌する。これにより、Ｈ−ＺＳＭ５ゼオライトのプロトンが銀イオンに交換される。

次に、これを吸引濾過することにより、陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）を回収する。プロトンから銀イオンへの交換率（以下、単に「交換率」と記載することがある）を増加させると、炭化水素および一酸化二窒素の吸着能力に優れる吸着剤を製造することができる。交換率を増加させる方法は各種あるが、上述の硝酸銀水溶液の濃度、浸漬時間、撹拌時間、浸漬させる水溶液の温度、イオン交換回数を任意に調整することにより、交換率を増加させることができる。
例えば、浸漬時間を長くすることにより、交換率を増加させることができる。

イオン交換工程に用いるＨ−ＺＳＭ５ゼオライトは、シリカと、アルミナと、を含み構成される。シリカとアルミナのモル比（以下、「シリカ／アルミナモル比」と記載することがある）の上限値としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、５０が好ましく、２０がより好ましい。シリカ／アルミナモル比が上限値以下であることにより、イオン交換サイトであるアルミナの量が増えるため、イオン交換量が増加する。

また、交換率の下限値としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、４５％が好ましく、６５％がより好ましい。交換率が下限値以上であることにより、炭化水素および一酸化二窒素の吸着効率を向上させることができる。なお、交換率はキレート滴定法などにより測定することができる。

ここで、キレート滴定法とは、金属イオンがキレート試薬と反応して、キレート化合物を生成する反応を利用した滴定法であり、Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトに含まれる銀イオンの量を測定することができる。キレート試薬としては、銀イオンの量を測定可能なものであれば特に限定されないが、具体的には、例えば、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ；Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｄｉａｍｉｎｅ Ｔｅｔｒａ Ａｃｉｄ）などが挙げられる。

以上の工程により、本実施形態の空気精製装置に用いることが可能なＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを製造することができ、空気中の炭化水素および一酸化二窒素を高効率で吸着することができる。

吸着塔２Ａおよび吸着塔２Ｂの一端側には、原料ガス導入経路Ｌ１から分岐した原料ガス導入経路Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂがそれぞれ接続されている。これにより、原料ガス導入経路Ｌ１を介して、精製前の空気（以下、「原料ガス」と記載することがある）を吸着塔２Ａ，２Ｂに供給することができる。

また、吸着塔２Ａおよび吸着塔２Ｂの他端側には、製品ガス導出経路Ｌ２から分岐した製品ガス導出経路Ｌ２ＡおよびＬ２Ｂがそれぞれ接続されている。これにより、吸着塔２Ａ，２Ｂにおいて炭化水素および一酸化二窒素を除去した原料ガス（以下、「製品ガス」と記載することがある）を、製品ガス導出経路Ｌ２を介して、吸着塔２Ａ，２Ｂから外部に供給することができる。

原料ガス導入経路Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂには、それぞれ開閉バルブＶ１Ａ，Ｖ１Ｂが設けられている。また、製品ガス導出経路Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂには、それぞれ開閉バルブＶ２Ａ，Ｖ２Ｂが設けられている。開閉バルブＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂの開閉状態を操作することにより、吸着塔２Ａおよび吸着塔２Ｂのうち、どちらか一方にのみ原料ガスを供給することができる。例えば、吸着塔２Ａにだけ原料ガスを供給する場合は、開閉バルブＶ１Ａ，Ｖ２Ａを開状態にし、開閉バルブＶ１Ｂ，Ｖ２Ｂを閉状態にする。

再生ガス供給経路Ｌ３は、一端が製品ガス導出経路Ｌ２と接続しており、他端が再生ガス供給経路Ｌ３Ａと再生ガス供給経路Ｌ３Ｂとに分岐している。再生ガス供給経路Ｌ３Ａは、製品ガス導出経路Ｌ２Ａ上であって、吸着塔２Ａの他端側と開閉バルブＶ２Ａの間で接続されている。また、再生ガス供給経路Ｌ３Ｂは、製品ガス導出経路Ｌ２Ｂ上であって、吸着塔２Ｂの他端側と開閉バルブＶ２Ｂの間で接続されている。

再生ガス供給経路Ｌ３には製品ガス導出経路Ｌ２から製品ガスの一部（以下、「再生ガス」と記載することがある）が供給されており、再生ガス供給経路Ｌ３を介して、再生ガスを吸着塔２Ａおよび吸着塔２Ｂに供給することができる。

再生ガス供給経路Ｌ３Ａおよび再生ガス供給経路Ｌ３Ｂには、それぞれ開閉バルブＶ３Ａおよび開閉バルブＶ３Ｂが設けられている。開閉バルブＶ３Ａ，Ｖ３Ｂの開閉状態を操作することにより、吸着塔２Ａおよび吸着塔２Ｂのうち、どちらか一方にのみ再生ガスを供給することができる。例えば、吸着塔２Ｂにだけ再生ガスを供給する場合は、開閉バルブＶ３Ｂを開状態にし、開閉バルブＶ３Ａを閉状態にする。

加熱手段３は、再生ガス供給経路Ｌ３上に設けられている。加熱手段３は、一次側から再生ガスが供給されており、供給された再生ガスを加熱し、加熱された再生ガスを二次側に供給する。したがって、再生ガス供給経路Ｌ３から吸着塔２Ａ，２Ｂに供給される再生ガスの温度は高い。

吸着塔２Ａまたは吸着塔２Ｂに加熱された再生ガスを供給することにより、吸着塔２Ａ，２Ｂ内の吸着剤が加熱され、吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素が脱離する。脱離した炭化水素および一酸化二窒素は再生ガスと混ざり、排気ガスとして系外に排出される。

原料ガス導入経路Ｌ１Ａ上であって、吸着塔２Ａの一端側と開閉バルブＶ１Ａの間には、排気経路Ｌ４Ａが接続されている。また、原料ガス導入経路Ｌ１Ｂ上であって、吸着塔２Ｂの一端側と開閉バルブＶ１Ｂの間には、排気経路Ｌ４Ｂが接続されている。

排気経路Ｌ４Ａおよび排気経路Ｌ４Ｂは途中で接続され、排気経路Ｌ４となる。排気経路Ｌ４により、吸着塔２Ａおよび吸着塔２Ｂで生成した排気ガスを外部に排気することができる。

排気経路Ｌ４Ａおよび排気経路Ｌ４Ｂには、それぞれ開閉バルブＶ４Ａおよび開閉バルブＶ４Ｂが設けられている。開閉バルブＶ４Ａ，Ｖ４Ｂの開閉状態を操作することにより、生成した排気ガスを外部に排気することができる。例えば、吸着塔２Ｂにおいて生成した排気ガスを外部に排気する場合は、開閉バルブＶ４Ｂを開状態にし、開閉バルブＶ４Ａを閉状態にする。

さらに、上述した開閉バルブＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４Ａ，Ｖ４Ｂの開閉状態を操作することにより、一方の吸着塔で空気中の炭化水素および一酸化二窒素の除去する処理（精製処理）を行うと同時に、他方の吸着塔から吸着剤に吸着した炭化水素および一酸化二窒素を排気経路Ｌ４へ供給する処理（再生処理）を行うことができる。例えば、吸着塔２Ａで精製処理を行い、吸着塔２Ｂで再生処理を行う場合は、開閉バルブＶ１Ａ，Ｖ２Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４Ｂを開状態にし、開閉バルブＶ１Ｂ，Ｖ２Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ４Ａを閉状態にする。

＜空気精製方法＞
次に、上述した空気精製装置１を用いた本実施形態の空気精製方法について説明する。本実施形態の空気精製方法は、吸着塔２Ａおよび吸着塔２Ｂを並列に接続し、一方の吸着塔において原料ガスを精製する精製処理を行い、他方の吸着塔において吸着剤を再生する再生処理を行う。上記精製処理と再生処理を吸着塔２Ａおよび吸着塔２Ｂの間で交互に切り替えることにより、全体として空気を連続精製することができる。
本実施形態では、吸着塔２Ａおいて精製処理を行い、吸着塔２Ｂで再生処理を行う方法を例として説明する。

（精製処理）
先ず、開閉バルブＶ１Ａ，Ｖ２Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４Ｂを開状態にし、開閉バルブＶ１Ｂ，Ｖ２Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ４Ａを閉状態にする。これにより、原料ガス導入経路Ｌ１から供給された原料ガスを、原料ガス導入経路Ｌ１Ａを介して吸着塔２Ａに供給する。その後、吸着塔２Ａ内の吸着剤により原料ガスから炭化水素および一酸化二窒素を除去し、製品ガスを生成する。除去した炭化水素および一酸化二窒素は吸着剤に吸着される。その後、精製した製品ガスを製品ガス導出経路Ｌ２Ａおよび製品ガス導出経路Ｌ２を介して外部へ供給する。

（再生処理）
一方、製品ガス導出経路Ｌ２から製品ガスを外部へ供給している間、再生ガス供給経路Ｌ３を介して製品ガスの一部（再生ガス）を加熱手段３に供給する。加熱手段３は、供給された再生ガスを加熱し、再生ガス供給経路Ｌ３および再生ガス供給経路Ｌ３Ｂを介して加熱した再生ガスを吸着塔２Ｂへ供給する。

次に、吸着塔２Ｂにおいて、加熱した再生ガスが吸着塔２Ｂ内の吸着剤を１００〜３００℃に加熱することにより、吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素を脱離させ、吸着剤の吸着能力を再生する。脱離した炭化水素および一酸化二窒素は再生ガスに混ざり、排気ガスとして排気経路Ｌ４Ｂおよび排気経路Ｌ４を介して外部に排気される。

以上の処理により、吸着塔２Ａにおいて精製処理を行い、吸着塔２Ｂにおいて再生処理を行うことができる。
次に、開閉バルブＶ１Ｂ，Ｖ２Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ４Ａを開状態にし、開閉バルブＶ１Ａ，Ｖ２Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４Ｂを閉状態にする。これにより、吸着塔２Ａにおいて再生処理を行い、吸着塔２Ｂにおいて精製処理を行うことができる。これを交互に切り替えることにより、全体として空気を連続精製することができる。

以上説明したように、本実施形態の空気精製装置１は、陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された２機の吸着塔２Ａ，２Ｂと、炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を吸着塔２Ａ，２Ｂの一端側に供給する原料ガス導入経路Ｌ１と、吸着塔２Ａ，２Ｂの他端側から精製された空気を取り出す製品ガス導出経路Ｌ２と、製品ガス導出経路Ｌ２から分岐され、精製された空気の一部を再生ガスとして吸着塔２Ａ，２Ｂの他端側に供給する再生ガス供給経路Ｌ３と、を備え、再生ガス供給経路Ｌ３に、再生ガスを加熱する加熱手段３が設けられている構成となっている。そのため、空気中の炭化水素および一酸化二窒素の除去能力に優れる。

また、本実施形態の空気精製方法は、陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された２機の吸着塔２Ａ，２Ｂの一端側から炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を供給し、吸着剤に炭化水素および一酸化二窒素を吸着させて除去した後、吸着塔２Ａ，２Ｂの他端側から精製された空気を取り出す、空気の精製工程と、精製された空気の一部を再生ガスとして吸着塔２Ａ，２Ｂの他端側から供給し、吸着剤を１００〜３００℃に加熱して当該吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素を脱離させた後、吸着塔２Ａ，２Ｂの一端側から炭化水素および一酸化二窒素を排出する再生工程と、を含む構成となっている。そのため、空気中の炭化水素および一酸化二窒素の除去能力に優れる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述した空気精製装置１は、加熱手段３により加熱した製品ガスを吸着塔２Ａもしくは吸着塔２Ｂに流通することにより、吸着塔２Ａもしくは吸着塔２Ｂに充填された吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素を脱離させる例について説明した。しかしながら、この実施形態に限られるものではなく、吸着塔２Ａ，２Ｂに設けた加熱手段により吸着塔２Ａ，２Ｂを加熱して吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素を脱離させてもよい。

＜実施例１＞
実施例１として、Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを製造し、プロパンの吸着量を評価した。
先ず、イオン交換工程として、シリカアルミナモル比が１１．９のＨ−ＺＳＭ５ゼオライトを、０．０２ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀水溶液に浸漬させ、暗室、室温下で２４時間攪拌した。その後、吸引濾過をしてＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを回収した。同様のイオン交換工程を繰り返し１回実施した後、１００℃で乾燥させてＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを調製した。

キレート滴定法により、調製したＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトの銀イオンの含有量を求めたところ、交換率は７５％であった。なお、キレート試薬としてエチレンジアミン四酢酸を用いた。以下同様にして銀イオンの含有量を測定した。

次に、調製したＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを真空下において加熱（再生）した。加熱温度は、順に、５０℃、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃とした。また、各温度における昇温速度は５０℃／ｈで行った。目的の温度まで昇温した後、２時間保持した。

次に、再生を目的とした上述の加熱処理を行ったＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトの２５℃におけるプロパンの吸着量を測定した。

表１に、平衡圧が１Ｐａのときのプロパンの吸着量を示す。再生温度が５０℃の場合は吸着量が３ｍｍｏｌ／ｋｇであるのに対し、再生温度が１００〜４００℃の場合は吸着量が３０ｍｍｏｌ／ｋｇ以上であり、再生温度が１００〜４００℃の場合は吸着能力が優れていた。

しかしながら、再生温度が４００℃の場合、３００℃と比較して吸着量は増加するものの、耐熱性を有するバルブ等の部材の使用など、経済性が悪くなる。そのため、Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトの再生温度は、１００〜３００℃が好ましいことを確認した。

＜実施例２＞
実施例２として、Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを吸着剤とする空気精製装置を用いて空気を精製し、製品ガス中のプロパン、エチレン、一酸化二窒素の残存量を評価した。
実施例１と同様にして、イオン交換率が７５％のＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを作製した。

次に、図１に示す空気精製装置を構築し、吸着塔２Ａ，２Ｂに充填する吸着剤として上記Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを用いた。圧力５５０ｋＰａ、流量１１．９６Ｌ／分の条件で表２に示すガス（大陽日酸株式会社製）を通気した。加熱手段３は２００℃に設定した。

常温の原料ガスを通気させ、一方の吸着塔によりプロパン、エチレン、一酸化二窒素を除去する精製工程と、この精製工程の一部のガスを脱離用ガス（再生ガス）として、この脱離用ガス（再生ガス）を加熱手段３で加熱した後、他方の吸着塔に通気させる再生工程とを行った。精製工程と再生工程とを交互に繰り返すＴＳＡ法によって、連続的に原料ガス中のプロパン、エチレン、一酸化二窒素を除去した。

プロパン、エチレン、一酸化二窒素を除去した後の原料ガス（製品ガス）に含まれるプロパン、エチレンの濃度を、ガス分析装置（トレースアナリティカル社製、ＲＧＡ５）を用いて測定し、一酸化二窒素の濃度をガス分析計（Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、Ｍｏｄｅｌ ４６Ｃ）を用いて測定した。結果を表３に示す。なお、比較例として、Ｈ−ＦＥＲゼオライト、ナトリウム−Ｘゼオライト（東ソー株式会社製、ゼオラムＦ９シリーズ）、カルシウム−Ｘゼオライト（東ソー株式会社製、ゼオラムＦ９シリーズ）を吸着剤として用いたこと以外は同様にして測定した結果を併せて示す。

以上の結果より、吸着剤としてＡｇ−ＺＳＭ５ゼオライトを用いた空気精製装置１は、プロパン、エチレン、一酸化二窒素の除去能力に優れることを確認することができた。

本発明の空気精製装置および空気精製方法を用いることで、空気に含まれる微量の炭化水素および一酸化二窒素を除去することができ、高純度の空気を製造することができる。

１…空気精製装置
２Ａ，２Ｂ…吸着塔
３…加熱手段
Ｌ１，Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ…原料ガス導入経路
Ｌ２，Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ…製品ガス導出経路
Ｌ３，Ｌ３Ａ，Ｌ３Ｂ…再生ガス供給経路
Ｌ４，Ｌ４Ａ，Ｌ４Ｂ…排気経路
Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４Ａ，Ｖ４Ｂ…開閉バルブ

Claims (5)

1. 温度スイング吸着法により、空気中から炭化水素および一酸化二窒素を除去して空気を精製する装置であって、
   陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された１以上の吸着塔と、
   炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を前記吸着塔の一端側に供給する原料ガス導入経路と、
   前記吸着塔の他端側から精製された空気を取り出す製品ガス導出経路と、
   前記製品ガス導出経路から分岐され、精製された空気の一部を再生ガスとして前記吸着塔の他端側に供給する再生ガス供給経路と、を備え、
   前記再生ガス供給経路に、前記再生ガスを加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする空気精製装置。
2. 前記吸着剤が、温度が２５℃、圧力が１Ｐａにおけるプロパンの平衡吸着量が３０ｍｍｏｌ／ｋｇ以上である、請求項１に記載の空気精製装置。
3. 前記加熱手段が、前記吸着塔に設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気精製装置。
4. 温度スイング吸着法により、空気中から炭化水素および一酸化二窒素を除去して空気を精製する方法であって、
   陽イオンとして銀イオンを含むＺＳＭ５型ゼオライト（Ａｇ−ＺＳＭ５ゼオライト）が吸着剤として充填された１以上の吸着塔の一端側から炭化水素および一酸化二窒素を含む空気を供給し、前記吸着剤に炭化水素および一酸化二窒素を吸着させて除去した後、前記吸着塔の他端側から精製された空気を取り出す、空気の精製工程と、
   精製された空気の一部を再生ガスとして前記吸着塔の他端側から供給し、前記吸着剤を１００〜３００℃に加熱して当該吸着剤から炭化水素および一酸化二窒素を脱離させた後、前記吸着塔の一端側から炭化水素および一酸化二窒素を排出する再生工程と、を含むことを特徴とする空気精製方法。
5. 前記吸着剤が、温度が２５℃、圧力が１Ｐａにおけるプロパンの平衡吸着量が３０ｍｍｏｌ／ｋｇ以上である、請求項４に記載の空気精製方法。

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