JP2630350B2

JP2630350B2 - キセノンの製造方法

Info

Publication number: JP2630350B2
Application number: JP62207670A
Authority: JP
Inventors: 雅美志野; 英明高野; 実雄中田
Original assignee: KYODO SANSO KK
Current assignee: KYODO SANSO KK
Priority date: 1987-08-20
Filing date: 1987-08-20
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JPS6451311A

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、例えば、空気分離装置の主凝縮器の液体
酸素中から、簡単な設備にて高純度キセノンを極めて高
い収率で安価に製造するキセノンの製造方法に関する。

背景技術キセノンは、化学合成できないため、極微量しか含ま
れないが、空気より分離する方法しかなく、現在では、
大型の空気分離装置の上部精留塔主凝縮器の液体酸素中
からクリプトンと併産、分離されている。

従来、クリプトンの濃縮に伴つて液体酸素中の炭化水
素特にメタンが濃縮され爆発の危険が生じるため、防爆
を考慮した種々の方法が提案されている。

例えば、炭化水素類が爆発の危険性のない程度までク
リプトン，キセノンの濃度を抑制し、触媒で炭化水素類
を燃焼除去した後、精留でクリプトン、キセノンを濃縮
する方法（（株）フジ・テクノシステム技術資料1986−
２−１、430〜431頁）、アルゴン置換塔を設け、ここで
酸素とアルゴンを置換した後、クリプトン、キセノンを
精留で濃縮する方法（特公昭47−22937）、高圧窒素と
酸素を置換した後、クリプトン、キセノンを精留で濃縮
する方法（特開昭57−95583）等がある。

空気分離装置の上部精留塔主凝縮器から導出される液
体酸素中にはキセノンが数十ppm程度、他にクリプトン
及び炭化水素類が含まれており、クリプトンとキセノン
を併産する場合には、クリプトンの濃縮に伴いメタン等
の炭化水素類も濃縮される。

そのため、クリプトン、キセノンの濃縮を押え、触媒
で炭化水素類を燃焼除去したり、または酸素とアルゴン
もしくは窒素と置換しなければならなかつた。

また、炭化水素の爆発を防止する観点からクリプト
ン、キセノンの濃縮度が押えられるため、クリプトン、
キセノンを高純度化するには多段階の精留操作が必要で
あり、酸素とアルゴンの置換や酸素と高圧窒素の置換が
必要で、設備コストが高くなると共に、キセノン総収率
がせいぜい60％程度と低いという問題があった。

さらに、従来法にてキセノンを高純度化するには、寒
冷源及びその供給ラインや精留塔が必要であり、設備費
や製造コストが高くつく問題があった。

吸着分離法で目的とする成分を分離精製する一般的な
方法は、不純成分を吸着剤で吸着除去し、目的成分を得
る方法であり、収率・純度の向上を狙った多くの吸着工
程が提案されている。

一方、目的とする成分を吸着剤で吸着して分離する方
法も実施されているが、この場合、脱着回収した目的成
分の濃度は、原料中の目的成分の濃度（分圧）、吸着温
度、原料供給量の影響を受ける。特に原料ガス中の目的
成分の濃度が低い場合には、非常に多くの吸着工程を経
なければ高純度の目的成分を得ることができない。この
ため、複数の吸着塔を必要とし、設備及び製造コストが
高くつく問題があった。

発明の目的この発明は、全低圧空気分離装置から得られる液体酸
素中に数十ppm程度含まれるキセノンを、簡単な設備並
びに操作にて安価に高純度キセノンを高い収率で製造で
きるキセノンの製造方法を目的とし、さらに、１つの吸
着塔にて、通常、原料中のキセノン分圧、吸着温度、原
料供給量によって決る回収キセノン濃度より、高い濃度
のキセノンを製造することを目的としている。

発明の概要この発明は、全低圧空気分離装置から得られる液体酸
素中のキセノンを、キセノン含有原料ガスとして分離
し、キセノン含有原料ガスから吸着分離でキセノンを分
離精製する方法において、キセノンを吸着剤に被吸着ガ
スとして吸着させたのち、吸着剤を吸着操作時の温度よ
り昇温し、キセノンを含む被吸着ガスを脱着させて、吸
着塔デッドスペースの各成分ガスの濃度変化を起させ、
吸着剤に対する各成分の吸着量の差と昇温初期に脱着す
る酸素リッチなガスの系外への放出を利用して、新たな
吸着平衡に到達させることにより、吸着剤内のキセノン
比率を高め、高濃度はキセノンを高収率で回収すること
を特徴とするキセノンの製造方法である。

発明の構成一つの吸着塔にて、原料中のキセノン分圧、吸着温
度、原料供給量によって決まる回収キセノン濃度より高
い濃度のキセノンを製造するためには、通常の吸着方法
と同様、キセノンの吸着にすぐれた吸着剤が必要であ
る。

この発明において、シリカゲル、活性炭あるいは分子
ふるい効果のあるゼオライトを用いることが可能であ
り、シリカゲルが最適である。

この発明において、使用したシリカゲルのキセノンと
酸素の静的な吸着量を、第２図の平衡圧力と吸着量との
関係を示すグラフに表す。

第２図に示した吸着能力を有する吸着剤による、酸素
とキセノンの混合ガスにおける通常の吸着、すなわち、
キセノンが破過するまで混合ガスを流し、その後脱着回
収したところ、第４図（気相中のキセノン濃度と吸着相
中のキセノン濃度との関係を示すグラフ）と第５図（気
相中のキセノン濃度と吸着相中のキセノン濃度との関係
を示すグラフ）の結果を得た。

第４図（気相中のキセノン濃度と吸着相中のキセノン
濃度との関係を示すグラフ）には、吸着温度−150℃で
のデータであるが、酸素中のキセノン濃度が１％程度の
とき、回収キセノンは60％程度までしか高めることがで
きないことが分る。

この吸着条件は、キセノンの液化等を考慮すると、酸
素中のキセノン濃度１％程度のとき、最も高濃度で回収
できる条件である。

仮に、90％以上のキセノンを得ようとすると、第５図
に示す如き、−100℃での吸着操作を行なう必要があ
り、90％程度のキセノン濃度で回収が可能である。すな
わち、１回目の回収キセノン濃度が60％程度あるため、
90％程度のキセノン濃度で回収することが可能となる。

キセノン濃度を１％から90％に上昇させるためには、
通常法では少なくとも２回の吸着操作あるいは吸着塔を
２段に用いる必要がある。

そこで、発明者は、上述の問題を種々検討した結果、
吸着塔内のキセノンの挙動を推察することにより、原料
中のキセノン分圧、吸着温度、原料供給量によって決ま
る回収キセノン濃度より高い、濃度のキセノンを製造で
きることを知見したものである。

まず、第３図に示す如く、キセノン分圧7.6mmHg吸
着、酸素分圧752.4mmHg吸着のときの等圧吸着曲線よ
り、すなわち、分圧の比率より明らかなように、この時
のキセノン濃度は１％である。

−150℃で吸着させ、次に−100℃まで脱着させ、すべ
て回収できるとすると、脱着回収したガス組成はキセノ
ン61.5％程度となる。

すなわち、キセノン61.5％程度で脱着回収できるとす
ると、第５図より再吸着させると、キセノン90％程度で
回収できることになる。

よって、吸着温度−150℃から−100℃まで昇温させる
ことにより、吸着塔デッドスペースの各成分ガスの濃度
変化を惹起し、吸着剤に対する各成分の吸着量の差と昇
温初期に脱着する酸素リッチなガスの系外への放出を利
用して、再度、新たな吸着平衡に到達させることによ
り、90％以上のキセノン濃度の回収が可能となる。

詳述した如く、この発明は、脱着回収する際に、２回
の昇温操作で脱着回収することを特徴とし、第１回目の
昇温で成分ガスの濃度変化を惹起し、吸着剤に対する各
成分の吸着量の差と昇温初期に脱着する酸素リッチなガ
スの系外への放出を利用して、再度、新たな吸着平衡に
到達させることにより吸着剤中のキセノン濃度を上昇さ
せた後、第２回目の昇温で高濃度のキセノンを脱着回収
する。

この方法により、従来法では、少なくとも２回以上必
要とした吸着工程が１回でよく、設備コスト、ランニン
グコスト等が非常に安価となり、安いキセノンの提供が
可能となる。

この発明において、吸着塔の構成は、実施例の構成の
ほか、塔内に充填される吸着剤を所要温度に制御できか
つ粗キセノンと接触させ、また、真空または低圧吸引で
きる構成であればいずれの構成でもよく、キセノンを選
択的に吸着する吸着剤として、シリカゲル、活性炭、あ
るいは分子ふるい効果のあるゼオライト等を使用すると
よい。

また、この発明において、昇温開始直後に脱着する酸
素リッチなガスを吸着塔の頭部から系外へ放出する方法
は、使用する吸着塔の構成に応じて適宜選定する必要が
ある。

また、前記系外への放出ガス量は、吸着塔の吸着剤種
類や冷却温度、及び加温速度、導入原料ガス量等に応じ
て、例えば、所要冷却温度から一定温度、あるいは所要
加温時間までのガスを放出するなど適宜選定する必要が
ある。

発明の図面に基づく開示第１図はこの発明による製造方法に用いる装置の回路
構成図である。

ここでは、塔内に冷却，加温用の熱媒体ライン（２）
として巻管を配置し、吸着剤としてシリカゲルを充填し
た構成からなる吸着塔（１）を用いた例を示す。

吸着塔（１）の底部には、空気分離装置の主凝縮器の
液体酸素から製造した粗キセノン含有の原料タルク
（３）から例えば濃度が0.7〜1.4％程度の粗キセノンを
導入できるよう導入ライン（４）が設けられている。ま
た、頭部には塔内ガスを排出できるブローライン（５）
が設けてある。

さらに、吸着塔（１）底部には、製品の高純度キセノ
ンを吸引するためのコンプレッサー（６）を備え、高純
度キセノンタンク（７）へ接続した吸引ライン（８）が
接続されている。

上記構成からなる装置において、この発明によるキセ
ノンの製造方法を説明すると、まず、吸着塔（１）の熱
媒体ライン（２）に冷媒を通して、吸着剤をキセノンが
液化しない程度の温度に冷却する。

ついで吸着塔（１）内に、原料タンク（３）より粗キ
セノンを導入する。

次に、吸着塔（１）の熱媒体ライン（２）に熱媒を通
して、吸着剤を徐々に加温する。

このとき加温初期に発生したキセノンの希薄なO₂リッ
チな初期脱着ガスをブローライン（５）より、導入原料
ガスに応じた一定量を系外へ放出する。

前記のブローを完了した後、さらに例えば、常温まで
加温する。

所要の加温によりキセノンが脱着し始めると、コンプ
レッサー（６）を作動させて吸引ライン（８）よりキセ
ノンを回収すると、高純度キセノンが得られる。

発明の効果この発明の製造方法により、１つの吸着塔にて、通
常、原料中のキセノン分圧、吸着温度、原料供給量によ
って決る回収キセノン濃度より、はるかに高い濃度のキ
セノンを高収率で製造することが可能となり、また、空
気分離装置の主凝縮器の液体酸素から製造した粗キセノ
ンより、簡単な設備並びに操作にて安価に高純度キセノ
ンを高い収率で製造できる利点がある。

実施例実施例１１％キセノン、残部O₂からなる原料ガスを、−150℃
に冷却したシリカゲル充填の吸着塔に、20m³供給して吸
着を実施した。

つぎに、−150℃から20℃まで加温し、大気圧にて再
生し脱着ガスを全量回収した。

この時、−150℃〜−130℃まで１時間で加温した際の
発生ガスを吸着塔頭部から系外に放出し、この発明によ
る製造方法を実施した例と、比較のため、前記放出を実
施しない従来法の２種の方法を実施した。

回収結果を第１表に示す如く、回収されたキセノンの
濃度が著しく向上したこどが分る。

実施例２ 30ppmキセノン、残部O₂からなる原料ガスを、−170℃
に冷却したシリカゲル充填の吸着塔に、3000m³供給して
吸着を実施した。

つぎに、−170℃から90℃まで加温し、100Torrにて再
生し脱着ガスを全量回収した。

この時、−170℃〜25℃まで５時間で加温した際の発
生ガスを吸着塔頭部から系外に放出し、この発明による
製造方法を実施した例と、比較のため、前記放出を実施
しない従来法の２種の方法を実施した。

回収結果を第２表に示す如く、回収されたキセノンの
濃度が著しく向上したことが分る。

【図面の簡単な説明】第１図はこの発明による製造方法に用いる装置の回路構
成図である。第２図は平衡圧力と吸着量との関係を示す
グラフである。第３図は吸着温度と吸着量との関係を示
すグラフである。第４図と第５図は気相中のキセノン濃
度と吸着相中のキセノン濃度との関係を示すグラフであ
る。１……吸着塔、２……熱媒体ライン、３……原料タン
ク、４……導入ライン、５……ブローライン、６……コ
ンプレッサ、７……高純度キセノンタンク、８……吸引
ライン。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】全低圧空気分離装置から得られる液体酸素
中のキセノンを、キセノン含有原料ガスとして分離し、
キセノン含有原料ガスから吸着分離法でキセノンを分離
精製する方法において、キセノンを吸着剤に被吸着ガス
として吸着させたのち、吸着剤を吸着操作時の温度より
昇温し、キセノンを含む被吸着ガスを脱着させて、吸着
塔デッドスペースの各成分ガスの濃度変化を起させ、吸
着剤に対する各成分の吸着量の差と昇温初期に脱着する
酸素リッチなガスの系外への放出を利用して、新たな吸
着平衡に到達させることにより、吸着剤内のキセノン比
率を高め、高濃度はキセノンを高収率で回収することを
特徴とするキセノンの製造方法。