JP3515901B2 - 空気分離装置における前処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原料空気中の不純
物（ＣＯ・Ｈ₂ 等）を除去するために用いられる空気分
離装置における前処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、空気分離装置において、原料
空気中の不純物（ＣＯ・Ｈ₂ 等）を除去する前処理装置
として、触媒を使用した酸化反応タイプが用いられてい
る。その理由は、深冷分離方法では、ＣＯとＮ₂ の沸点
が極めて近いこと、また、Ｈ₂はＮ₂ より沸点が低いこ
とから、ＣＯ・Ｈ₂ とＮ₂ との分離が困難であるからで
ある。したがって、前処理段階で、触媒によりＣＯ・Ｈ
₂ とＯ₂ とを反応させてそれぞれＣＯ₂ ・Ｈ₂ Ｏに変化
させてから、吸着塔によりＣＯ₂ ・Ｈ₂ Ｏを吸着除去す
る方法が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、圧縮機による圧
縮熱を有効利用するために、圧縮機の吐出側に前処理装
置を接続している。この場合に、夏場の水分の多い時期
やＳＯ_X の多く含まれる環境下で運転すると、水分およ
びＳＯ_X は触媒毒であるため、触媒は被毒し活性が低下
する。そして、活性が低下すると、酸化反応率が低下
し、ｐｐｂオーダーでのＣＯ・Ｈ₂ の除去が困難とな
る。また、水分の被毒は一次的なものであり、水分の少
ない冬場になれば、活性をある程度取り戻すものの、Ｓ
Ｏ_X は永久的に被毒し、再活性化は難しい。

【０００４】そこで、このような状況を打開するため
に、触媒の反応温度を高め、より活性の高い条件で運転
を行うことや、ＳＯ_X を反応除去する充填物を前処理段
階に設置すること等の対策が行われているが、大きな効
果が得られていない。また、最近のガスに要望される不
純物含有量は、低下の一途をたどっており、超高純度化
が強く要求されている（ｐｐｂレベル）。しかしなが
ら、現在の装置では、このような要求を長期間満足させ
ることができていないのが実情である。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、原料空気中の水分，ＳＯ_Xが少ない環境で、触
媒による酸化反応が効率良く行える空気分離装置におけ
る前処理装置の提供をその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の空気分離装置における前処理装置は、外部
より取り入れた原料空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮
機による圧縮熱によって昇温した原料空気を水と熱交換
させて冷却する第１の熱交換器と、この第１の熱交換器
による冷却によって発生した凝縮水を分離する凝縮水分
離器と、この凝縮水分離器を経た原料空気中の水分をさ
らに吸着して除湿するとともに酸化イオウを吸着する第
１の吸着塔と、原料空気中の一酸化炭素および水素を酸
化する触媒塔と、上記第１の吸着塔を経た原料空気と触
媒塔を経た原料空気とを熱交換させて上記第１の吸着塔
を経た原料空気を昇温させるとともに上記触媒塔を経た
原料空気を降温させる第２の熱交換器と、この第２の熱
交換器を経た原料空気を加熱するヒーターと、このヒー
ターにより加熱された原料空気を上記触媒塔に導入して
原料空気中の一酸化炭素および水素を酸化させる導入路
と、上記触媒塔から取り出されたのち第２の熱交換器を
経由した原料空気中の炭酸ガスと水とを吸着して除去す
る第２の吸着塔と、この第２の吸着塔を経た原料空気を
空気分離装置の精留塔に導入する導入路とを設けたとい
う構成をとる。

【０００７】すなわち、本発明の空気分離装置における
前処理装置は、圧縮機と精留塔の間に、第１の熱交換器
と凝縮水分離器と第１の吸着塔と第２の熱交換器とヒー
ターと触媒塔と第２の吸着塔とを備えている。そして、
第１の熱交換器により、圧縮機による圧縮熱によって昇
温した原料空気を水（例えば、３２℃以下の冷却水）と
熱交換させて冷却し、ついで凝縮水分離器により、第１
の熱交換器による冷却によって発生した凝縮水を分離
し、つぎに第１の吸着塔により、凝縮水分離器を経た原
料空気中の水分をさらに吸着して除湿するとともに酸化
イオウを吸着し、つぎに第２の熱交換器により、第１の
吸着塔を経た原料空気を触媒塔を経た原料空気と熱交換
させて昇温させ、つぎにヒーターにより、第２の熱交換
器により昇温された原料空気をさらに（第２の熱交換器
の温端温度差分）加熱し、つぎに触媒塔により、ヒータ
ーを経た原料空気中の一酸化炭素および水素を酸化し、
つぎに第２の熱交換器により、触媒塔を経た原料空気を
第１の吸着塔を経た原料空気と熱交換させて降温させ、
つぎに第２の吸着塔により、第２の熱交換器により降温
された原料空気中の炭酸ガスと水とを吸着して除去した
のち、精製ガスとして精留塔に導入するようにしてい
る。

【０００８】このように、本発明では、凝縮水分離器に
より凝縮水を分離するときに、原料空気中の水分、およ
び凝縮水に溶け込んだ原料空気中の大半のＳＯ_X を除去
することができ、また、第１の吸着塔によりさらに水分
およびＳＯ_X を除去することができる。したがって、触
媒塔に原料空気を導入する前に、原料空気中の水分・Ｓ
Ｏ_X をほとんど除去することができる。その結果、反応
環境がドライになり、つぎの効果が得られる。すなわ
ち、触媒の反応率が高くなり、このため、ガスの精製度
が良くなり、高純度のガスが得られる。しかも、触媒毒
の水分がないため、ガスの精製度が良くなり、高純度の
ガスが得られるとともに、触媒が高寿命になる。しか
も、触媒が水分により膨脹しないため、触媒が粉化しに
くくなり、高寿命になる。また、反応環境に触媒毒であ
るＳＯ_X がなく、つぎの効果が得られる。すなわち、触
媒の反応率が高くなり、このため、ガスの精製度が良く
なり、高純度のガスが得られるとともに、触媒が高寿命
になる。また、上記の効果から、従来の使用を満足させ
る装置を設計した場合に、触媒の反応温度を低下させる
ことができ、つぎの効果が得られる。すなわち、触媒本
体（貴金属等）が酸化しにくくなるため、触媒の寿命が
長くなる。しかも、触媒本体の加熱温度が低くなるた
め、触媒が粉化しにくくなり、長寿命になる。しかも、
第２の熱交換器の熱交換量が少なくなるため、第２の熱
交換器を小さくすることができ、低コストになる。しか
も、触媒の充填量を少なくすることができるため、触媒
量を減らすことができ、低コストになる。しかも、触媒
量を減らすことができるため、触媒塔が小さくなり、低
コストになる。さらに、第２の熱交換器の熱交換量が少
ないこと、触媒の充填量が少ないこと、および、触媒量
が減少することから、放熱が少なくなり、ヒーターを小
さくすることができて低コストになるうえ、消費電力が
減って省エネになる。このように、本発明によれば、高
純度化，低コスト化，省エネ化を実現することができ
る。

【０００９】また、本発明では、反応温度が２５０℃以
上である場合に、ＣＨ₄ が酸化反応し、ＣＨ₄ の除去が
可能となる。従来の方式では、２５０℃以上であって
も、ＣＨ₄ が酸化反応せず、最低でも３５０℃程度は必
要であった。これは、反応環境に水が存在したため、反
応率が低下していたことが原因であった。また、従来の
ＴＳＡ方式の吸着塔では、ＣＨ₄ を吸着除去することが
できないため、後段のコールドボックスにて処理してい
た。本発明でも、後段の処理設備を外すことはできない
が、安全性は数段向上する。

【００１０】また、本発明において、触媒塔に用いる触
媒がパラジウム等の貴金属触媒および銅系触媒である場
合には、原料空気中の一酸化炭素および水素を効果的に
酸化させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図
面にもとづいて詳しく説明する。

【００１２】図１は本発明の前処理装置の一実施の形態
を示すフローシートである。この実施の形態では、Ａは
原空圧縮機であり、図２に示すように、外部より取り入
れた原料空気を清浄化するフィルター１と、第１圧縮機
２と、第１圧縮機２を経た原料空気を冷却水（３２℃以
下）により４０℃以下に冷却するインタークーラー３
と、第２圧縮機４と、第２圧縮機４を経た原料空気と再
生ガス（精留塔〔図示せず〕等の分離器で発生した排ガ
ス）とを熱交換させて原料空気を降温させるとともに再
生ガスを昇温（３０→１１０℃）させる排熱回収器５
と、排熱回収器５を経た原料空気を冷却水（３２℃以
下）により４０℃以下に冷却するアフタークーラー６と
を備えている。図において、８は再生ガスを排熱回収器
５に供給するパイプであり、９は排熱回収器５を経た再
生ガスを後述する第２吸着ユニットＥの第２再生ヒータ
ー２７に供給するパイプである。

【００１３】Ｂは原空冷却器ユニットであり、図２に示
すように、アフタークーラー６を経た原料空気を冷却水
（３２℃以下）により３４℃以下に冷却する第１原空冷
却器（第１の熱交換器）１０と、第１原空冷却器１０に
よる冷却によって発生した凝縮水（この凝縮水には、圧
縮機２，４による圧縮によって、大気中のＳＯ_X の大半
が溶け込んでいる）を分離するミストセパレーター１１
と、後述する空気処理設備Ｄの原空熱交換器２０（第２
の熱交換器）で降温した原料空気を冷却水（３２℃以
下）により３４℃以下に冷却する第２原空冷却器１２と
を備えている。図において、７は原空圧縮機Ａのインタ
ークーラー３，アフタークーラー６および原空冷却器ユ
ニットＢの第１原空冷却器１０，第２原空冷却器１２に
冷却水（３２℃以下）を供給するパイプであり、１３は
ミストセパレーター１１を経た原料空気を後述する第１
吸着ユニットＣの第１吸着塔１５もしくは第２吸着塔１
６に供給するパイプであり、２３は原空熱交換器２０を
経た原料空気を第２原空冷却器１２に供給するパイプで
あり、２４は第２原空冷却器１２を経た原料空気を後述
する第２吸着ユニットＥの第１吸着塔２５もしくは第２
吸着塔２６に供給するパイプである。

【００１４】Ｃは第１吸着ユニットであり、図３に示す
ように、ＴＳＡ吸着方式による２塔交互切替式の第１吸
着塔１５，第２吸着塔１６と、第１再生ヒーター１７と
を備えている。上記両吸着塔１５，１６には、水分の吸
着容量が大きい活性アルミナ等の吸着剤が充填されてお
り、精製工程では、ミストセパレーター１１を経た原料
空気中の水分を露点−２０℃以下まで、ＣＯ₂ を３００
ｐｐｍ程度に吸着除去する。また、ミストセパレーター
１１による凝縮水分離時に一部残っていたＳＯ _X も水分
とともに吸着されるか、もしくは活性アルミナ等と反応
して除去される。一方、第１再生ヒーター１７では、第
２吸着ユニットＥの第１吸着塔２５もしくは第２吸着塔
２６を経た再生ガスを１７０℃程度に加熱する。図にお
いて、１８は第１吸着ユニットＣの第１吸着塔１５もし
くは第２吸着塔１６を経た原料空気を原空熱交換器２０
に供給するパイプであり、１９は再生ガスを外部に放出
する放出弁１９ａ付きパイプであり、２８は第２吸着ユ
ニットＥの第１吸着塔２５もしくは第２吸着塔２６を経
た再生ガスを第１再生ヒーター１７に供給するパイプで
ある。このパイプ２８は、後述するバイパスパイプ３
０，バイパス弁３０ａによりバイパスされた再生ガスを
第１吸着ユニットＣの第１吸着塔１５もしくは第２吸着
塔１６に供給する作用もする。

【００１５】Ｄは空気処理設備であり、図４に示すよう
に、第１吸着ユニットＣの第１吸着塔１５もしくは第２
吸着塔１６を経た原料空気（入口ガス）と後述する触媒
塔２２（空気処理塔）を経た原料空気（出口ガス）とを
熱交換させて入口ガスを加温させるとともに出口ガスを
降温させる原空熱交換器２０と、原空熱交換器２０によ
り加温された原料ガス（上記入口ガス）を後述する触媒
塔２２での酸化反応温度まで再加温させる（この再加温
は、原空熱交換器２０の温端ロスおよび外部放熱分を補
うために行う）原空ヒーター２１と、原空ヒーター２１
により再加温された原料空気中のＣＯおよびＨ₂ を酸化
反応しそれぞれＣＯ₂ およびＨ₂ Ｏに変化させる触媒塔
２２（パラジウム触媒を使用している）とを備えてい
る。この触媒塔２２での一般的な酸化反応温度は、水素
除去目的の場合に１６０〜２８０℃であり、ＣＯ除去目
的の場合に９０〜１６０℃である。この実施の形態で
は、導入する原料空気中に触媒毒が殆ど無く、反応の活
性の高い乾燥状態であるため、触媒塔２２での酸化反応
温度を一般的な反応温度に対して５０〜１００℃程度に
低く設定することができる。このような触媒塔２２は、
性能，寿命ともに現在の装置を上回る。また、触媒の充
填量についても、現在の量を２０〜５０％程度減少させ
ることができる。

【００１６】Ｅは第２吸着ユニットであり、図３に示す
ように、ＴＳＡ吸着方式による２塔交互切替式の第１吸
着塔２５，第２吸着塔２６と、第２再生ヒーター２７と
を備えている。上記両吸着塔２５，２６には、ＣＯ₂ の
吸着容量が大きい合成ゼオライト等の吸着剤が充填され
ており、精製工程では、第２原空冷却器１２を経た原料
空気中の水分を露点−７０℃以下まで、ＣＯ₂ を１ｐｐ
ｍ以下まで吸着除去する。また、従来のＴＳＡ吸着方式
により吸着除去していたアセチレン等の炭化水素も同様
に吸着除去する。一方、第２再生ヒーター２７では、排
熱回収器５を経由した再生ガスを２１０℃程度に加熱す
る。図において、２９は冷却工程において再生ガスを第
２吸着ユニットＥの第１吸着塔２５もしくは第２吸着塔
２６に直接供給する切換弁２９ａ付きパイプであり、３
０は再生ガスをバイパスしてパイプ２８に供給するバイ
パス弁３０ａ付きバイパスパイプであり、３１は原料空
気（精製ガス）を精留塔等の分離器に送るパイプであ
る。

【００１７】上記構成において、つぎのようにして、精
製および再生を行う。すなわち、精製工程では、原空圧
縮機Ａの圧縮機２，４により圧縮した原料空気をアフタ
ークーラー６により４０℃以下に冷却する。ついで、ア
フタークーラー６により冷却した原料空気を原空冷却器
ユニットＢの第１原空冷却器１０の冷却水により３４℃
以下に冷却し、この冷却により発生した凝縮水をミスト
セパレーター１１により原料空気から分離する。このと
き、原料空気中のＳＯ_X も、その大半が凝縮水に溶け込
んでいるため、原料空気から分離される。つぎに、ミス
トセパレーター１１を経由した原料空気を第１吸着ユニ
ットＣの精製工程の第１吸着塔１５もしくは第２吸着塔
１６（以下、精製塔という）に供給し、ここで原料空気
中の水分を露点−２０℃以下まで、ＣＯ₂ を３００ｐｐ
ｍ程度に吸着除去する。このとき、ミストセパレーター
１１による凝縮水分離時に一部残っていたＳＯ_X も、水
分とともに吸着されるか、もしくは、活性アルミナ等と
反応し、除去される。また、水分吸着により吸着熱が発
生し、５〜３０℃程度原料空気が温度上昇する。

【００１８】つぎに、精製塔１５（１６）を経た原料空
気を空気処理設備Ｄの原空熱交換器２０に供給し、触媒
塔２２を経た原料空気と熱交換して加温したのち、原空
ヒーター２１により酸化反応温度まで再加温し触媒塔２
２に供給する。この触媒塔２２では、原料空気中のＣＯ
およびＨ₂ を酸化反応し、それぞれＣＯ₂ およびＨ₂Ｏ
に変化させる。つぎに、触媒塔２２を経た原料空気を再
度原空熱交換器２０に供給し、精製塔１５（１６）を経
た原料空気と熱交換して降温したのち、第２原空冷却器
１２の冷却水により３４℃以下に冷却する。そののち、
第２原空冷却器１２を経た原料空気（水分：露点−２０
℃以下，ＣＯ₂ ：３５０〜４００ｐｐｍ，温度３４℃以
下）を第２吸着ユニットＥの精製工程の第１吸着塔２５
もしくは第２吸着塔２６（以下、精製塔という）に供給
し、ここで水分：露点−７０℃以下，ＣＯ₂ ：１ｐｐｍ
以下まで精製する。このとき、アセチレン等の炭化水素
も同様に吸着除去する。なお、原料空気を第２原空冷却
器１２により冷却することなく、第２吸着ユニットＥの
精製塔２５（２６）に供給する場合には、吸着温度が高
く、吸着剤のＣＯ₂ を吸着する吸着容量が半減する。そ
して、第２吸着ユニットＥの精製塔２５（２６）を経た
原料空気（精製ガス）をパイプ３１により精留塔に送
る。

【００１９】一方、再生工程では、再生ガスを原空圧縮
機Ａの排熱回収器５に供給し、ここで圧縮機４の圧縮熱
を回収して加熱する（３０→１００℃）。ついで、排熱
回収器５を経た再生ガスを第２再生ヒーター２７により
２１０℃程度に加熱したのち、第２吸着ユニットＥの再
生工程の第２吸着塔２６もしくは第１吸着塔２５（以
下、再生塔という）に供給し加熱する。この実施の形態
では、再生ガスを効率よく利用するために、第２吸着ユ
ニットＥでの精製工程，再生工程（加熱工程＋冷却工
程）を第１吸着ユニットＣでの精製工程，再生工程（加
熱工程＋冷却工程）より１時間早める（図５参照）。

【００２０】第２吸着ユニットＥの再生塔２６（２５）
が加熱工程の初期１時間は、第１吸着ユニットＣが切替
中であるため、パイプ２８中の再生塔２６（２５）使用
済み再生ガスをパイプ１９，放出弁１９ａにより放出す
る。すなわち、再生ガスとして、分離器で発生した排ガ
スを使用しているため、再生ガス量を変動させることは
分離器の圧力等の制御に外乱を与えることになる。これ
を防止するために、この実施の形態では、再生ガスが必
要でない場合に（切替時に）、同一量を外部に放出して
いる。

【００２１】第２吸着ユニットＥの再生塔２６（２５）
の加熱工程の１時間経過後、第１吸着ユニットＣの第２
吸着塔１６もしくは第１吸着塔１５は加熱工程に入る。
この加熱工程では、再生塔２６（２５）を加熱した再生
ガスは第１再生ヒーター１７により１７０℃程度に再加
熱されたのち、上記加熱工程の第２吸着塔１６もしくは
第１吸着塔１５（以下、再生塔という）を加熱する。な
お、第２吸着ユニットＥの再生塔２６（２５）が加熱工
程に入ったとき、この再生塔２６（２５）の加温のため
に再生ガスは熱量を消費し、再生塔２６（２５）の塔出
口では常温の状態となっているが、加熱工程の約１時間
経過後には、次第に再生塔２６（２５）の塔本体が加温
され、上記再生塔２６（２５）の塔出口での再生ガスの
温度も上昇を始める。第１吸着ユニットＣの再生塔１６
（１５）の加熱工程は、上記再生塔２６（２５）の塔出
口での再生ガスが温度上昇を始めた時間にスタートす
る。

【００２２】つぎに、第２吸着ユニットＥの再生塔２６
（２５）の加熱工程終了後、冷却工程に入る。この冷却
工程は、パイプ２９，切換弁２９ａにより、再生ガスを
直接再生塔２６（２５）に導入して行う。第２吸着ユニ
ットＥの再生塔２６（２５）が冷却工程に入ったとき、
この再生塔２６（２５）の冷却のために再生ガスは高温
の状態となっている。そして、この高温の状態で再生ガ
スが第１吸着ユニットＣの再生塔１６（１５）に供給さ
れる。それ以降も第２吸着ユニットＥの再生塔２６（２
５）が常温になるまでは、第１吸着ユニットＣの再生塔
１６（１５）が加熱工程であるために、第２吸着ユニッ
トＥの再生塔２６（２５）において加熱に使用された熱
はほとんど第１吸着ユニットＣの再生塔１６（１５）の
加熱に再利用される。このように、両吸着ユニットＣ，
Ｅの切替時間を１時間遅らせることにより、再生熱の回
収を効率的に行うことができる。また、両吸着ユニット
Ｃ，Ｅの切替を同時に行わないことにより、精製ガスラ
インの圧力変動を低減することができる。

【００２３】第２吸着ユニットＥの再生塔２６（２５）
の冷却工程終了１時間前に、第１吸着ユニットＣの再生
塔１６（１５）は冷却工程を開始する。その時点では、
再生塔２６（２５）使用済み再生ガスの温度はほぼ常温
となっているため、第１吸着ユニットＣの再生塔１６
（１５）の冷却に支障はない。なお、第１再生ヒーター
１７は作動停止の状態になっている。そして、第２吸着
ユニットＥは冷却工程終了後に、切替工程に入る。その
とき、第１吸着ユニットＣの再生塔１６（１５）は冷却
工程を続けているために、バイパスパイプ３０，バイパ
ス弁３０ａ，パイプ２８により再生ガスを直接第１吸着
ユニットＣの再生塔１６（１５）に送る。以上のような
プロセスにより、非常に効率良く、前処理装置を運転す
ることができる。また、切替工程には、昇圧・並列・脱
圧工程があり、精製は連続的に行われる。

【００２４】このように、上記実施の形態では、触媒塔
２２に原料空気を導入する前に、触媒塔２２の触媒に対
し、触媒毒となる水分・ＳＯ_X をほとんど除去すること
ができる。このため、触媒塔２２に充填する触媒量を低
減することができる。また、触媒塔２２での反応状態が
ドライの状態であるため、触媒が粉化しにくい。また、
触媒塔２２での高反応率を長時間維持することができ、
精製ガスの高純度化が図れる。また、触媒塔２２での外
部放熱量を低減することができ、エネルギーを節約する
ことができる。しかも、原空熱交換器２０の熱交換量が
減り、設備が小さくなり、設備コストが下がる。さら
に、上記実施の形態では、原料空気の冷却手段として、
冷凍機を用いる必要がない。さらに、第１吸着ユニット
Ｃを水分精製用（粗精製）とし、第２吸着ユニットＥを
水分精製用（精密精製）とＣＯ₂ 精製用としているた
め、第１吸着ユニットＣの両吸着塔１５，１６およびは
第２吸着ユニットＥの両吸着塔２５，２６の吸着剤の充
填量を低減することができる。しかも、第１および第２
の吸着ユニットＣ，Ｅに分離したことにより、第２吸着
ユニットＥで再生に使用した再生ガスを第１ユニットＣ
の再生に使用することができる。さらに、両吸着ユニッ
トＣ，Ｅの工程を１時間ずらすことにより、第２吸着ユ
ニットＥの再生に利用した熱を第１吸着ユニットＣの再
生にほとんど回収することができ、省エネルギーを実現
することができる。

【００２５】なお、上記実施の形態と同様の設備を、ア
ルゴンガス・ヘリウムガス等の使用済みガスの回収精製
装置において、混入したＨ₂ やＣＯの除去装置として、
設計することができる。

【００２６】また、上記実施の形態では、再生工程にお
いて、再生ガスとして、分離器で発生した排ガスを用い
ているが、第２吸着ユニットＥの両吸着塔２５，２６の
塔出口の精製ガスを用いてもよい。また、上記実施の形
態では、再生ガスを排熱回収器５に導入しているが、こ
の排熱回収工程は省エネルギーのための工程であり、必
要不可欠なものではない。また、上記実施の形態では、
切替時間を１時間に設定しているが、１時間に限定する
ものではない。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明の空気分離装置に
おける前処理装置によれば、凝縮水分離器により凝縮水
を分離するときに、原料空気中の水分、および凝縮水に
溶け込んだ原料空気中の大半のＳＯ_X を除去することが
でき、また、第１の吸着塔によりさらに水分およびＳＯ
_X を除去することができる。したがって、触媒塔に原料
空気を導入する前に、原料空気中の水分・ＳＯ_X をほと
んど除去することができる。その結果、反応環境がドラ
イになり、つぎの効果が得られる。すなわち、触媒の反
応率が高くなり、このため、ガスの精製度が良くなり、
高純度のガスが得られる。しかも、触媒毒の水分がない
ため、ガスの精製度が良くなり、高純度のガスが得られ
るとともに、触媒が高寿命になる。しかも、触媒が水分
により膨脹しないため、触媒が粉化しにくくなり、高寿
命になる。また、反応環境に触媒毒であるＳＯ_X がな
く、つぎの効果が得られる。すなわち、触媒の反応率が
高くなり、このため、ガスの精製度が良くなり、高純度
のガスが得られるとともに、触媒が高寿命になる。ま
た、上記の効果から、従来の使用を満足させる装置を設
計した場合に、触媒の反応温度を低下させることがで
き、つぎの効果が得られる。すなわち、触媒本体（貴金
属等）が酸化しにくくなるため、触媒の寿命が長くな
る。しかも、触媒本体の加熱温度が低くなるため、触媒
が粉化しにくくなり、長寿命になる。しかも、第２の熱
交換器の熱交換量が少なくなるため、第２の熱交換器を
小さくすることができ、低コストになる。しかも、触媒
の充填量を少なくすることができるため、触媒量を減ら
すことができ、低コストになる。しかも、触媒量を減ら
すことができるため、触媒塔が小さくなり、低コストに
なる。さらに、第２の熱交換器の熱交換量が少ないこ
と、触媒の充填量が少ないこと、および、触媒量が減少
することから、放熱が少なくなり、ヒーターを小さくす
ることができて低コストになるうえ、消費電力が減って
省エネになる。このように、本発明によれば、高純度
化，低コスト化，省エネ化を実現することができる。

【００２８】また、本発明では、反応温度が２５０℃以
上である場合に、ＣＨ₄ が酸化反応し、ＣＨ₄ の除去が
可能となる。従来の方式では、２５０℃以上であって
も、ＣＨ₄ が酸化反応せず、最低でも３５０℃程度は必
要であった。これは、反応環境に水が存在したため、反
応率が低下していたことが原因であった。また、従来の
ＴＳＡ方式の吸着塔では、ＣＨ₄ を吸着除去することが
できないため、後段のコールドボックスにて処理してい
た。本発明でも、後段の処理設備を外すことはできない
が、安全性は数段向上する。

【００２９】また、本発明において、触媒塔に用いる触
媒がパラジウムである場合には、原料空気中の一酸化炭
素および水素を効果的に酸化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前処理装置のフローシートを示す図で
ある。

【図２】上記フローシートの要部を示す図である。

【図３】上記フローシートの要部を示す図である。

【図４】上記フローシートの要部を示す図である。

【図５】精製工程および再生工程の説明図である。

【符号の説明】

２，４ 圧縮機 １０ 第１原空冷却器 １１ ミストセパレーター １５ 第１吸着塔 １６ 第２吸着塔 ２０ 原空熱交換器 ２１ 原空ヒーター ２２ 触媒塔 ２５ 第１吸着塔 ２６ 第２吸着塔 Ｃ 第１吸着ユニット Ｅ 第２吸着ユニット

フロントページの続き (72)発明者 高橋 俊一 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同 ほくさん株式会社 堺工場内 (56)参考文献 特開 平８−291967（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−33166（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−177115（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部より取り入れた原料空気を圧縮する
   圧縮機と、この圧縮機による圧縮熱によって昇温した原
   料空気を水と熱交換させて冷却する第１の熱交換器と、
   この第１の熱交換器による冷却によって発生した凝縮水
   を分離する凝縮水分離器と、この凝縮水分離器を経た原
   料空気中の水分をさらに吸着して除湿するとともに酸化
   イオウを吸着する第１の吸着塔と、原料空気中の一酸化
   炭素および水素を酸化する触媒塔と、上記第１の吸着塔
   を経た原料空気と触媒塔を経た原料空気とを熱交換させ
   て上記第１の吸着塔を経た原料空気を昇温させるととも
   に上記触媒塔を経た原料空気を降温させる第２の熱交換
   器と、この第２の熱交換器を経た原料空気を加熱するヒ
   ーターと、このヒーターにより加熱された原料空気を上
   記触媒塔に導入して原料空気中の一酸化炭素および水素
   を酸化させる導入路と、上記触媒塔から取り出されたの
   ち第２の熱交換器を経由した原料空気中の炭酸ガスと水
   とを吸着して除去する第２の吸着塔と、この第２の吸着
   塔を経た原料空気を空気分離装置の精留塔に導入する導
   入路とを設けたことを特徴とする空気分離装置における
   前処理装置。
2. 【請求項２】 触媒塔に用いる触媒がパラジウム等の貴
   金属触媒および銅系触媒である請求項１記載の空気分離
   装置における前処理装置。