JP2623487B2

JP2623487B2 - 窒素ガスの分離方法

Info

Publication number: JP2623487B2
Application number: JP2030229A
Authority: JP
Inventors: 千郷丸茂; 英司早田; 孝雅真田; 旦浦上; 秀作横須賀
Original assignee: 鐘紡株式会社
Priority date: 1990-02-10
Filing date: 1990-02-10
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPH03238018A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は分子ふるい炭素の選択的吸着特性を利用し
て、窒素を含む混合ガスより高濃度の窒素ガスを分離す
る方法に関する。

〔従来技術〕

金属の熱処理，半導体の製造，化学プラントの防爆シ
ートなどに広く利用されている工業用窒素ガスは、従来
主として深冷分離装置により製造され、パイピング，タ
ンクローリー，ボンベ等によりユーザーへ供給されてき
た。

近年になり、新しい窒素ガスの製造法として、例えば
特公昭54−17595号公報に開示された分子ふるいコーク
スを充填剤とした吸着塔に原料ガスを加圧下で送入し、
酸素を選択的に吸着させ窒素ガスを分離する方法の如き
いわゆる圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorptio
n;PSA）式窒素ガスの製造法が開発されてきている。

このPSA式窒素ガスの分離法は、深冷分離法に比較し
て装置が、小型となり操作が簡便で無人連続運転が可能
などの利点が注目され、現在もなお種々の装置改良が提
案されている。

このPSA式窒素ガスの分離法においては、装置構成、
吸着剤、操作サイクル等種々の条件により、発生窒素ガ
スの純度や発生量、所要動力等がきまってくるため、こ
れまでにも種々の提案がなされてきている。しかしなが
ら窒素ガス純度、発生量、エネルギー原単位について、
あるいは装置のより一層のコンパクト化に関し克服すべ
き課題が多々残されているのが現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らは、この様な現状に鑑み鋭意研究の結果本
発明を完成させたものであり、その目的とするところ
は、高純度窒素ガスを低いエネルギー原単位で多量に発
生することができる窒素ガスの分離方法を提供するにあ
る。

〔目的を達成するための手段〕

上述の目的は、少なくとも２塔以上の吸着塔に窒素を
含む混合ガスを供給し、高圧吸着工程と、低圧再生工程
とを各吸着塔で交互に繰り返し、窒素ガスを分離するPS
A法において、（Ａ）分子ふるい炭素として（ａ）粒径0.8〜120μｍの多数の球状炭素粒子が三次
元的に不規則に重なり且つ合体された構造を有し、（ｂ）該多数の炭素粒子の間には三次元的に不規則に
走る連続通路が存在し（ｃ）該炭素粒子の夫々は、該粒子の間の通路に連通
する多数の細孔を有し、そして（ｄ）少なくとも85重量％の炭素含有率を有し、か
つ、（ｅ） 2.5kgf/cm²・Ｇの加圧下で単成分吸着を行なっ
た際の酸素と窒素の１分後の吸着量の容量比が3.5〜20
である分子ふるい炭素を用い、（Ｂ）吸着塔１塔当りの有効容積が製品ガス取出量
（Ｎ/min）の0.3〜10倍であり、かつ、製品貯留槽有
効容積が吸着塔１塔当りの有効容積の１〜４倍であり、（Ｃ）吸脱着操作サイクルとして吸着、均圧、再生の
各工程を含み、再生の工程では大気圧再生を行い、か
つ、均圧工程と吸着工程の間に強制的に、あるいは吸着
工程初期に自動的に製品貯留槽より吸着塔に窒素富化ガ
スが還流する工程を含み、（Ｄ）吸着工程が60〜300秒間であることを特徴とする窒素ガスの分離方法により達成され
る。

本発明の窒素ガスの分離に用いる上述の如き構造と特
性を有する分子ふるい炭素の製造法は特開昭64−61306
号公報に詳述されているが、その要点は以下の如くであ
る。

即ち、（ａ）粒径１〜150μｍの球状熱硬化性フェ
ノール樹脂粉末、を100重量部当り、（ｂ）フェノール樹脂またはメラミン樹脂よりなる熱
硬化性樹脂の溶液、５〜50重量部（固形分として）（ｃ）ポリビニルアルコールおよび水溶性又は水膨潤
性セルロース誘導体から選ばれる高分子バインダー１
〜30重量部である均一混合物を準備し、この均一混合物を粒状物に成形
し、そして、この粒状物を非酸化性雰囲気下、500〜110
0℃の範囲の温度で、加熱処理して炭化し、粒状分子ふ
るい炭素とする方法である。

また、この分子ふるい炭素は、好ましくは、多数の球
状炭素粒子が粒径２〜80μｍを有し、好ましくは多数の
炭素粒子の間の連続通路の平均直径は0.1〜20μｍであ
る。

この分子ふるい炭素は、上記（Ａ），（Ｂ）の特徴と
相俟って、上記多数の炭素粒子の夫々が、上記粒子間の
通路に連通する多数の細孔を有する。この多数の細孔の
存在が分子ふるい炭素の選択吸着性の発現に大きく寄与
している。

多数の炭素粒子の中の該細孔は好ましくは約10Å以下
の平均直径を有する。

また、該細好の占める容積は分子ふるい炭素の重量1g
当り好ましくは0.1〜0.7ccであり、より好ましくは0.15
〜0.5ccであり、さらに好ましくは0.2〜0.4ccである。

該分子ふるい炭素は、組成上の特徴として、少なくと
も85重量％の炭素含有率を有し、好ましくは少なくとも
90重量％の炭素含有率を有する。

また、該分子ふるい炭素は、気孔率が好ましくは25〜
50容積％であり、より好ましくは30〜45容積％である。

また、嵩密度が好ましくは0.7〜1.2g/ccであり、より
好ましくは0.8〜1.1g/ccである。

該分子ふるい炭素は、上記の如く、好ましくは、平均
直径10Å以下の細孔を有するが好ましくはこの細孔は平
均直径３〜５Åの範囲に最も多く分布している。

この分子ふるい炭素の比表面積は、N₂吸着によるB.E.
T.法により測定した値として、通常１〜600m²/g、好ま
しくは10〜400m²/g、最も好ましくは20〜350m²/g程度で
ある。

該分子ふるい炭素は、例えば直径0.5〜5mm長さ１〜10
mm程度の円柱状、あるいは直径0.5〜10mm程度の球状の
形態で提供され、その充填密度は通常0.5〜0.75g/cm³で
あり、好ましくは0.60〜0.70g/cm³である。

上記製法に従い2.5kgf/cm²・Ｇの加圧下で単成分吸着
を行なった際の酸素と窒素の１分後の吸着量の容量比が
3.5〜20であるように製造された分子ふるい炭素は窒素
を含む混合ガスより、窒素ガスを分離するPSA法におい
て極めて有効に働き、高純度の窒素ガスを極めて効率よ
く分離することが可能であり、特にPSA装置の構成と操
作条件を以下の如く設定し、本MSCと組合せることによ
りその効果が極めて顕著であることを見出した。即ち、
少なくとも２塔以上の吸着塔を有するPSA装置におい
て、（１）吸着塔１塔当りの有効容積が製品ガス取出量
（Ｎ/min）の0.3〜10倍であり、かつ製品貯留槽有効
容積が吸着塔１塔当りの有効容積の１〜４倍であり、（２）吸脱着操作サイクルとして、吸着、均圧、再生
の各工程を含み、再生の工程では大気圧再生を行い、か
つ、均圧工程と吸着工程の間に強制的にあるいは吸着工
程初期に自動的に製品貯留槽より吸着塔に窒素富化ガス
が還流する工程を含み（３）吸着工程が60〜300秒である PSA装置の構成と操作条件である。

本発明におけるMSCの特性は、後述の測定法により測
定した2.5kgf/cm²・Ｇの加圧下での単成分吸着におい
て、酸素と窒素の１分後の吸着量の容量比が3.5〜20で
ある。この吸着容量比は、好ましくは4.5〜20であり、
最も好ましくは９〜20である。また、このMSCは、同一
の測定法における１分後の酸素吸着容量が通常MSC1g当
り６×10^-4〜９×10^-4モルであり、好ましくは７×10^-4
〜９×10^-4モル、最も好ましくは7.5×10^-4〜９×10^-4
モルである。

本発明のPSA装置は、主として、MSCを充填した２塔以
上の吸着塔、コンプレッサーなどの原料混合ガス供給装
置、製品窒素ガスを貯留するための製品貯留槽、及びこ
れらの構成要素を連結する配管及びガスの流れを制御す
るための自動弁とその制御系、流量調整計及びガス濃度
分析計などから構成されている。

本発明の極めて効率的な窒素ガスの分離法において
は、上記装置構成において吸着塔１塔当りの有効容積
は、製品ガス取出量（Ｎ/min）の0.3〜10倍であり好
ましくは0.5〜７倍、最も好ましくは0.7〜４倍である。
また、製品貯留槽有効容積は吸着塔１塔当りの有効容積
の１〜４倍であり、好ましくは1.2〜３倍、最も好まし
くは1.4〜２倍である。製品取出量に対し、吸着塔容積
が小さい場合には、吸着塔容量当りの生産性が向上し、
製品単位量当りの動力消費量，即ち動力原単位も少なく
て済むが、製品の窒素純度が低下する。本発明において
得られる製品窒素ガスの純度は、吸着工程、再生工程の
塔内圧力等により変動するが、本発明の吸着塔容積と製
品ガス取出流量（Ｎ/min）の比率の範囲内では、通常
窒素純度（N₂＋Ar）99.9999〜99vol％の範囲の製品ガス
を得ることが可能である。従って本発明の比率の範囲内
で高純度の窒素ガスを得たい場合には、吸着塔容積を大
きく、また比較的純度の低い窒素ガスで良い場合には吸
着塔容積を小さくすればよい。また、製品貯留槽容積が
小さ過ぎる場合には、PSA操作サイクルの均圧工程と吸
着工程の間に強制的にあるいは吸着工程初期に自動的に
製品貯留槽より吸着塔に還流する窒素富化ガスの還流量
が少なくなり過ぎ、効率良く、高純度の製品窒素ガスを
得ることが困難となり、また、製品窒素ガスの供給圧力
が低下し、好ましくない。一方、製品貯留槽容積が大き
過ぎる場合には、装置起動時に製品貯留槽の窒素濃度が
所定の定常値に到達するのに時間がかかり過ぎ待ち時間
が長くなる。

本発明の上述の如き構成のPSA装置による実際の窒素
ガスの分離操作の実施態様の一例を第１図に基づいて説
明すると以下の通りである。

第１図において、（１）は空気圧縮機、（２）はエア
ドライヤ、（３），（3a）…は吸着塔、（４），（4
a），（７），（7a），（10），（10a），（13），（13
a）…は弁、（５），（5a），（18），（９），（9
a），（11），（12），（16）…はパイプ、（14）はリ
ザーバータンク、（15）はバルブである。

同図において、空気圧縮機（１）により供給された原
料空気は、必要ならば除湿機（２）で除湿した後、自動
弁（４）または（4a）を通して吸着塔（３）または（3
a）に供給される。例えば、吸着塔（３）が吸着工程の
場合には、この吸着塔に原料空気が供給され、吸着塔
（3a）は再生工程となる。吸着工程にある吸着塔の塔内
圧力は通常３〜9kgf/cm²・Ｇ、好ましくは４〜8.5kgf/c
m²・Ｇ、最も好ましくは５〜8kgf/cm²・Ｇである。ま
た、吸着塔の再生は、通常大気開放（以下大気圧再生と
記す）により実施されるので、再生工程にある吸着塔の
内圧は、大気圧にまで低下する。また、第１図は、配管
（18）、自動弁（19）により製品貯留槽より窒素富化ガ
スを強制的に還流する工程が含まれる場合の例示である
が、この配管（18）、自動弁（19）がなく、吸着塔と製
品貯留槽の圧力バランスの結果として、配管（11），
（９），（9a）、自動弁（10），（10a）を通じて還流
が自動的に起こる場合も本発明の範囲に含まれる。

また再生工程には、製品貯留槽内の窒素富化ガスを逆
流して吸着塔内を洗浄するいわゆるパージ法を採用して
もよい。

次に吸着工程の終了した吸着塔（３）と再生工程の終
了した吸着塔（3a）は、吸着塔製品ガス取出側または、
吸着塔原料ガス送入側あるいは、吸着塔製品ガス取出側
と原料ガス送入側とで連結し、吸着工程の終了した吸着
塔内に存在する混合ガスの一定量を再生工程の終了した
吸着塔に移動させる所謂均圧工程に移る。通常吸着塔製
品ガス取出側を連結した場合を塔頂均圧、吸着塔製品ガ
ス取出側どうし及び製品ガス送入側どうしを連結した場
合を上下均圧、吸着塔製品ガス取出側と製品ガス送入側
とを連結した場合をクロス均圧と呼んでいるが、これら
の均圧方法あるいは、その他の均圧方法も含め均圧工程
を実施することが本発明の範囲内である。

均圧工程の終了後、製品貯留槽より窒素富化ガスを配
管（18）および自動弁（19）により強制的に吸着塔（3
a）に還流させてもよいが、この工程は、省略すること
も可能である。強制的な還流工程が行なわれない場合、
あるいは、強制的な還流量が吸着塔と製品貯留槽の完全
な圧力バランスに到達するに至らない程度に少ない場合
には、次の吸着塔（3a）の吸着工程初期に、吸着塔（3
a）内の圧力が製品貯留槽内（14）の内圧より低いこと
により自動的に還流がおこる。この自動的な還流は、吸
着塔への原料空気の送入及び製品貯留槽からの窒素富化
ガスの還流により吸着塔の内圧が上昇し、製品貯留槽と
圧力がバランスすることにより自動的に停止し、吸着塔
より製品貯留槽への窒素富化ガスの取出しに移行してい
く。

この吸着塔（3a）の吸着工程の間、吸着塔（３）は再
生工程にある。そして吸着工程の終了した吸着塔（3a）
と再生工程の終了した吸着塔（３）は連結され、均圧工
程に移る。この様にして、吸着−均圧−（還流−）再生
−均圧の工程が順次繰り返される。

上記の本発明PSAサイクルに於て吸着工程の時間は60
〜300秒であり、好ましくは90〜240秒、最も好ましくは
130〜210秒である。また、その他の工程については、そ
の長さを特に限定するものではないが、通常均圧は0.1
〜10秒程度、還流も0.1〜10秒程度であり、再生工程の
長さは吸着工程との兼ね合いにより自動的に決まってく
る。

〔発明の効果〕本発明の窒素ガスの分離方法は、優れた窒素、酸素の
分離能を賦与した独自の微細孔構を有する分子ふるい炭
素と特定のPSA装置構成及び特定のPSA操作法を組合せる
ことにより、製品窒素ガスの純度が高く、発生量が大き
く、かつ、動力源単位の小さい窒素ガスの分離方法を提
供するものである。

即ち、本発明の窒素ガス分離方法に於ては、多数の球
状炭素粒子が三次元的に不規則に重なり且合体された構
造を有し、該多数の炭素粒子の間には三次元的に不規則
に走る連続通路が存在し、該炭素粒子の夫々には、該粒
子の間の通路に連通する多数の細孔を有する独特の微細
構造を持つ、通常ペレット状の優れた窒素、酸素分離能
を賦与した分子ふるい炭素を用い、その分子ふるい炭素
を充填剤とした特定の装置構成、特定の操作法に於ては
じめて到達しうる顕著な効果を有する、窒素ガスの分離
方法である。

本発明に於ては、例えば、製品窒素ガス純度（窒素＋
アルゴンの容量％）は99〜99.9999％程度の高純度とす
ることが可能であり、その吸着塔容積当りの製品発生量
〔（Ｎ/min）／〕も純度により異なるが、0.1〜3.3
倍と大きい範囲まで取ることが可能である。また、本発
明の窒素ガス分離を実施するのに要する所要動力は、装
置条件や操作条件、製品純度等により異なるが従来技術
に比較し一段と低減されており、その利点は極めて大な
るものがある。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。な
お本発明に用いた測定法をまとめて示すと次の通りであ
る。

（１）細孔容積，細孔径分布の測定：本発明の分子ふるい炭素の細孔容積及び細孔径分布
は、細孔直径60Å〜500μｍの範囲の細孔については、
ポロシメーターによる水銀圧入法（島津製作所製，ポア
サイザー9310）により測定した。

また、細孔直径60Å以下の細孔については、窒素ガス
の吸着等温線により、下記のいわゆるケルビン式により
求めた。

P:吸着ガスが細孔に吸着するときの飽和蒸気圧、 P₀:常態での吸着ガスの飽和蒸気圧、 γ：表面張力、 V:液体窒素の１分子体積、 R:ガス定数、 T:絶対温度、 γ_K:細孔のケルビン半径、細孔のケルビン半径に対する補正は、Cranston−Inkl
ey法によりおこなった。

（２）酸素及び窒素の１分後の吸着量及び平衡吸着量
の測定：本発明に用いる分子ふるい炭素の酸素・窒素の吸着容
量を第２図に示す吸着特性測定装置により測定した。

第２図において、（１）は真空ポンプ、（２），
（３），（８），（11），（12），（13）…はバルブ、
（４）は試料室、（５）は調整室、（６），（７）は圧
力センサー、（９）は記録計、（10）は圧力計、（1
4），（15）はガスレギュレーター、（16）は窒素ボン
ベ、（17）は酸素ボンベである。

同図において、試料室（４）（226.9ml）に約3gの試
料を入れ、バルブ（11），（８）を閉じ、バルブ
（２），（３）を開けて30分間脱気した後バルブ
（２），（３）を閉じ、バルブ（11）を開けて調整室
（５）（231.7ml）内に酸素ガスまたは窒素ガスを送り
込み、設定圧になったところでバルブ（11）を閉じ、バ
ルブ（３）を開け所定時間における内部圧力の変化を測
定して、酸素および窒素の各々の吸着量の経時変化を測
定し、吸着開始１分後の酸素吸着量（Q₁）窒素吸着量
（Q₂）を求めた。また上記経時変化が一定値に安定する
まで測定を継続し、酸素平衡吸着量（Q₃）及び窒素平衡
吸着量（Q₄）も測定した。

測定は測定開始１分後の吸着塔内圧あるいは平衡吸着
量測定時の内圧が2.5kgf/cm²・Ｇより大または小となる
点、数点が測定できる様初期設定圧を変えて測定し、そ
れより2.5kgf/cm²・Ｇにおける酸素及び窒素の１分後の
吸着量及び平衡吸着量を求めた。

実施例１ 400の反応容器に、塩酸18％およびホルムアルデヒ
ド９％からなる混合水溶液300kgを入れ、温度を20℃と
した。つぎに、この反応容器に、濃度98％（２％は水）
のフェノールと水とを用いて調製した濃度90％のフェノ
ール水溶液（20℃）を12kg添加した。添加後30〜40秒間
攪拌し、反応容器内の内容物が急激に白濁すると同時に
攪拌を中止し静置した。静置をつづけると内温が徐々に
上昇し、内容物は次第に淡いピンクに変色し、白濁して
から30分後にはいずれもスラリー状あるいは樹脂状物の
生成がみられた。上記工程の後、引き続いて内容物を75
〜76℃まで30分間で昇温し、この温度で攪拌しながら40
分間保持した。つぎに、この内容物を水洗した後、濃度
0.1％のアンモニア水溶液中で、50℃において６時間中
和処理し、ついで水洗濾過し80℃において６時間乾燥し
た。その結果、平均粒子径28μｍの粒子形状が球状のフ
ェノール樹脂粉末が得られた。

つぎに上記方法により製造した球状フェノール樹脂10
kgを計量し、更に該球状フェノール樹脂粉末100重量部
に対し、水溶性メラミン樹脂（住友化学（株）製，スミ
テックスレジンＭ−3,固形分濃度80％）を固形分の量で
20重量部、重合度1700けん化度88％のポリビニルアルコ
ール４重量部、馬鈴薯澱粉20重量部およびエチレングリ
コール４重量部を計量した。

上記原料のうちポリビニルアルコールを温水で20重量
％の水溶液となるように溶解し、このビニルアルコール
水溶液に水溶性メラミン樹脂、馬鈴薯澱粉およびエチレ
ングリコールを加えニーダーで10分間混合した。その後
球状フェノール樹脂を加えて更に10分間混合した。

この混合組成物を２軸押出造粒機（不二パウダル
（株）製，ペレッタダブル,EXDF−100型）で押出し、平
均粒子径が3mmφ×6mmLの粒状体を造粒した。該粒状体
を80℃で24時間熱処理し、分子ふるい炭素前駆体組成物
を得た。該前駆体組成物は前記作業のくり返しにより約
200kg作製した。

この前駆体組成物を３バッチに分け、それぞれ有効寸
法800mmφ×2000mmLのロータリーキルンに入れ、窒素雰
囲気下60℃/Hで昇温し、800℃で１時間保持し、その
後、炉冷し、平均粒子径2.4mmφ×4mmLのペレット状分
子ふるい炭素を合計で100kg製造した。

この分子ふるい炭素は、（ａ）平均粒径約20μｍ程度の多数の球状炭素粒子が
三次元的に不規則に重なり且つ合体された構造を有し、（ｂ）該多数の炭素粒子の間には、平均孔径約２μｍ
の三次元的に不規則に走る連続通路が存在し、（ｃ）該炭素粒子の夫々は、該粒子の間の通路に連通
する多数の細孔を有し、そして（ｄ）炭素含有率は、96％であった。

更に（ｅ） 2.5kgf/cm²・Ｇの加圧下で酸素吸着を行なった
際の１分後の酸素吸着量（Q₁）は7.50×10^-4mol/g、窒
素吸着量（Q₂）は1.04×10^-4mol/gで１分後の酸素・窒
素の吸着容量比は7.21であった。

また、該分子ふるい炭素の2.5kgf/cm²・Ｇでの酸素の
平衡吸着量（Q₃）は8.9×10^-4mol/gであった。また、該
分子ふるい炭素のペレット状粒子の嵩密度は1.02g/c
m³、充填密度は0.653g/cm³であった。

次に第１図に示す２塔の吸着塔と製品貯留槽及び原料
空気圧縮機、除湿機及びそれらを連続する配管及び自動
弁よりなる窒素ガス分離装置により空気を原料として窒
素ガスの濃縮分離実験を行なった。本実施例では第１図
に於て、吸着塔内径は200mmφ×1,000mmL（内容積V_A＝3
1.4）、製品貯留槽は内径250mmφ×1,150mmL（内容積
V_R＝56.4:V_R/V_A＝1.796）、コンプレッサー定格は2.2
kWとした。このガス分離装置を用い第１表に示す操作サ
イクル及び操作時間で運転し製品ガス取出量と製品窒素
ガス純度の関係について検討した結果を第２表に示す。
尚、本実施例に於ては、吸着塔の最高到達圧力を7kgf/c
m²・Ｇとし、再生は大気圧再生とした。

上表から吸着塔１塔当りの有効容積が製品ガス取出量
（Ｎ/min）の0.3以下の場合には製品窒素ガスの純度
が低くなり多くの工業的用途に対して適用不可能とな
り、また10以上の場合には製品取出量が装置サイズに比
較して小さくなり過ぎ、動力原単位も増大することがわ
かる。

実施例２実施例１と同様の第１図に示した装置構成のガス分離
装置で実施例１と同一の分子ふるい炭素を用い製品貯留
槽と吸着塔の有効容積の比率をかえて空気を原料とする
窒素ガス濃縮分離実験を行なった。コンプレッサー定格
は2.2kWとし、吸着塔は内径200mmφ×1,000mmL（内容積
V_A＝31.4）とした。また、PSA操作条件は実施例１の
場合と同一とした。その結果を第３表に示す。

上表より製品貯留槽容積の吸着塔容積に対する比率が
小さ過ぎる場合には製品窒素ガスの純度が低下し、ま
た、製品貯留槽内容積が大き過ぎる場合には、装置起動
時の濃度安定に要する時間が長くなることがわかる。

実施例３実施例１と同様の分子ふるい炭素の製造法により、焼
成時の最高到達温度をかえることにより2.5kgf/cm²・Ｇ
での酸素と窒素の１分後の吸着量比が異なる第４表に示
す５種類の分子ふるい炭素を製造した。

第４表に示す吸着特性を有する分子ふるい炭素を実施
例１と同一の装置を用い空気を原料とする窒素ガスの濃
縮分離実験を行った。操作サイクルとしては第５表に示
す工程を採用した。自動弁の作動条件としては還流時間
は設定しなかったが、本操作サイクルに於ては、吸着工
程初期に吸着圧力の高い製品貯留槽より昇圧の完了して
いない吸着塔に製品窒素ガスが自動的に還流する。この
還流は吸着塔圧力と製品貯留槽圧力がバランスするまで
継続し、その後は、吸着塔より製品貯留槽へ製品窒素ガ
スが流入することになる。

上記操作サイクルにより窒素ガス濃縮実験を行なった
結果を第６表に示す。本実験での窒素ガス取出量は25
/minとした。

上表から試料No.2〜４では比較的良好な結果が得られ
たことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の一例に用いる装置の説明図
である。同図において、（１）……空気圧縮機、（２）
……エアドライヤ、（３），（3a）……吸着塔、
（４），（4a），（７），（7a），（10），（10a），
（13），（13a）……弁、（５），（5a），（18），
（９），（9a），（11），（12），（16）……パイプ、
（14）……リザーバータンク、（15）……バルブであ
る。第２図は分子ふるい炭素の分子ふるい特性を評価するた
めの吸着特性測定装置の説明図である。同図において、
（１）……真空ポンプ、（２），（３），（８），（1
1），（12），（13）……バルブ、（４）……試料室、
（５）……調整室、（６），（７）……圧力センサー、
（９）……記録計、（10）……圧力計、（14），（15）
……ガスレギュレーター、（16）……窒素ボンベ、（1
7）……酸素ボンベである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き審査官森健一 (56)参考文献特開昭63−104629（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−218230（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−61306（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２塔以上の吸着塔に窒素を含む
混合ガスを供給し、高圧吸着工程と、低圧再生工程とを
各吸着塔で交互に繰り返し、窒素ガスを分離する圧力ス
イング吸着（Pressure Swing Adsorption;PSA）法にお
いて、（Ａ）分子ふるい炭素として（ａ）粒径0.8〜120μｍの多数の球状炭素粒子が三次元
的に不規則に重なり且つ合体された構造を有し、（ｂ）該多数の炭素粒子の間には三次元的に不規則に走
る連続通路が存在し、（ｃ）該炭素粒子の夫々は、該粒子の間の通路に連通す
る多数の細孔を有し、そして（ｄ）少なくとも85重量％の炭素含有率を有し、かつ、（ｅ）2.5kgf/cm²・Ｇの加圧下で単成分吸着を行なった
際の酸素と窒素の１分後の吸着量の容量比が3.5〜20で
ある分子ふるい炭素を用い、（Ｂ）吸着塔１塔当りの有効容積が製品ガス取出量
（Nl/min）の0.3〜10倍であり、かつ、製品貯留槽有効
容積が吸着塔１塔当りの有効容積の１〜４倍であり、（Ｃ）吸脱着操作サイクルとして、吸着、均圧、再生
の各工程を含み、再生の工程では大気圧再生を行い、か
つ、均圧工程と吸着工程の間に強制的に、あるいは吸着
工程初期に自動的に製品貯留槽より吸着塔に窒素富化ガ
スが還流する工程を含み、（Ｄ）吸着工程が60〜300秒であることを特徴とする
窒素ガスの分離方法。