JP5031275B2 - Isotope gas separation method using pressure swing adsorption method - Google Patents

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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Description

本発明は、圧力スイング吸着法(以下、適宜“PSA法”と言う。)を利用する同位体ガスの分離方法に関し、より詳しくは、同位体選択性吸着材を充填した複数の吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用して複数種の同位体ガスを含有する原料ガスから特定の同位体原子を構成元素として持つガス分子を選択的に吸着分離して特定の同位体原子を含むガス分子の濃度を変化させることにより同位体ガスを分離濃縮する方法に関する。   The present invention relates to a method for separating an isotope gas using a pressure swing adsorption method (hereinafter referred to as “PSA method” where appropriate), and more specifically, using a plurality of adsorption towers packed with an isotope selective adsorbent. Gas molecules containing specific isotope atoms by selectively adsorbing and separating gas molecules having specific isotope atoms as constituent elements from source gases containing multiple types of isotope gases using pressure swing adsorption method The present invention relates to a method for separating and concentrating an isotope gas by changing the concentration of.

吸着材を用いて、メタンから同位体ガスである13CH4を分離する技術がある。この分離技術は、メタンの同位体ガスである12CH413CH4のうち12CH4を吸着材に選択的に吸着させることにより、吸着材を流過した13CH4の濃度を高める技術である。 There is a technique for separating 13 CH 4 that is an isotope gas from methane using an adsorbent. This separation technology is a technology that increases the concentration of 13 CH 4 that has passed through the adsorbent by selectively adsorbing 12 CH 4 of 12 CH 4 and 13 CH 4 , which are methane isotopes, to the adsorbent. It is.

例えば、特開2004−89767号公報(以下“767号公報”と言う。)においては、メタンガスに含まれる12CH413CH4のうち12CH4を選択的に吸着する吸着材として、Naの少なくとも一部をCaまたはZnで置換したNa−A型ゼオライトを650℃以上、800℃以下の温度で熱処理した材料、ペンタシルゼオライトまたはモルデナイトゼオライトが用いられる。 For example, (hereinafter referred to "767 JP".) JP 2004-89767 discloses in, as an adsorbent which selectively adsorbs the 12 CH 4 of 12 CH 4, 13 CH 4 contained in the methane gas, Na A material obtained by heat-treating Na-A-type zeolite, in which at least a part thereof is replaced with Ca or Zn at a temperature of 650 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, pentasil zeolite or mordenite zeolite is used.

767号公報では、それらの吸着材に対して相対的に高圧条件下で13CH412CH4を含むメタンと接触させることにより、主に12CH4を吸着させるとともに、13CH4を流過させて回収した後、12CH4を吸着した吸着材を相対的に低圧にすることによって12CH4を脱着させるPSA法による分離に適しているとされている。 The 767 discloses, by contacting them methane containing relatively under high pressure 13 CH 4 and 12 CH 4 with respect to the adsorbent, together with the adsorbing primarily 12 CH 4, flow of 13 CH 4 It is said that it is suitable for separation by the PSA method in which 12 CH 4 is desorbed by lowering the adsorbent adsorbing 12 CH 4 to a relatively low pressure after recovery.

図1は、767号公報に記載の同位体分離装置およびこの同位体分離装置による分離濃縮工程の概略を説明する図である。吸着塔31〜33には12CH4を選択的に吸着する吸着材が充填され、各吸着塔31〜33では、12CH4吸着→並流パージ→減圧→向流パージ→昇圧の操作サイクルが繰り返し行われる。以下、767号公報の0029〜0035段落の記載に従い、吸着塔31に着目してその分離濃縮工程を説明する。 FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of an isotope separation device described in Japanese Patent No. 767 and a separation and concentration process by the isotope separation device. The adsorption towers 31 to 33 are filled with an adsorbent that selectively adsorbs 12 CH 4 , and each of the adsorption towers 31 to 33 has an operation cycle of 12 CH 4 adsorption → cocurrent purge → decompression → countercurrent purge → pressure increase. Repeatedly. Hereinafter, according to the description in paragraphs 0029 to 0035 of No. 767, focusing on the adsorption tower 31, the separation and concentration process will be described.

まず、バルブ1を開き、ブロワ35によって、流路34から12CH4および13CH4を含有する原料ガスをコールドボックス30内の吸着塔31に供給する。原料ガス中に含まれる12CH4が吸着塔31内に充填された吸着材に選択的に吸着され、12CH4が吸着された後のガス、つまり13CH4富化ガスはバルブ4、流路38、ブロワ39を通して回収される。この時、吸着塔32、33のいずれか一方では、真空ポンプ37による吸引により12CH4の脱着が行われ、脱着された12CH4富化ガスはバッファタンク36に貯留される。 First, the valve 1 is opened, and the raw material gas containing 12 CH 4 and 13 CH 4 is supplied from the flow path 34 to the adsorption tower 31 in the cold box 30 by the blower 35. The 12 CH 4 contained in the raw material gas is selectively adsorbed by the adsorbent packed in the adsorption tower 31, and the gas after adsorbing 12 CH 4 , that is, 13 CH 4 enriched gas, It is collected through the passage 38 and the blower 39. At this time, 12 CH 4 is desorbed by suction by the vacuum pump 37 in one of the adsorption towers 32 and 33, and the desorbed 12 CH 4 enriched gas is stored in the buffer tank 36.

次に、バルブ1と4を閉じ、バルブ3と6を開き、バッファタンク36から流路45を通して12CH4富化ガスを吸着塔31に供給する。これにより、12CH4富化ガスの一部が吸着塔31内に残存する13CH4および吸着材に一部吸着された13CH4と置換され、吸着塔31内の13CH4濃度を減少させる。吸着塔31から排出されるガスは13CH4濃度が高くなっており、バルブ6、流路46を通して流路34に還流させ、吸着塔32、33のいずれか一方に供給される。 Next, the valves 1 and 4 are closed, the valves 3 and 6 are opened, and 12 CH 4 enriched gas is supplied from the buffer tank 36 through the flow path 45 to the adsorption tower 31. Thus, 12 CH 4 portion of the enriched gas is replaced with 13 CH 4, which is partially adsorbed to 13 CH 4 and adsorbent remaining in the adsorption tower 31, reducing the 13 CH 4 concentration in the adsorption tower 31 Let The gas discharged from the adsorption tower 31 has a high 13 CH 4 concentration, is refluxed to the flow path 34 through the valve 6 and the flow path 46, and is supplied to one of the adsorption towers 32 and 33.

ここで、バッファタンク36からの12CH4富化ガスの方向は、12CH413CH4を含有する原料ガスから12CH4を吸着する時の原料ガスと同じ方向、すなわち“並流パージ”である。なお、バッファタンク36中に12CH4富化ガスが未回収である1回目の操作サイクルにおいては、12CH4富化ガスを予めバッファタンク36内に供給しておくのが好ましいが、この工程は省略してもよいとされている。 Here, the direction of the 12 CH 4 enriched gas from the buffer tank 36 is the same direction as the raw material gas when adsorbing 12 CH 4 from the raw material gas containing 12 CH 4 and 13 CH 4 , that is, “cocurrent purge” ". In the first operation cycle in which the 12 CH 4 enriched gas is not recovered in the buffer tank 36, it is preferable to supply the 12 CH 4 enriched gas into the buffer tank 36 in advance. May be omitted.

次に、吸着塔31のバルブ2を開け、残りのバルブ1、3〜6を閉じる。そして、真空ポンプ37により吸着塔31内を12CH4吸着時より減圧、好ましくは1〜20kPaに減圧する。これにより、12CH4富化ガスを脱着させ、バルブ2、流路41を経てバッファタンク36に一時的に貯留する。バッファタンク36内の12CH4富化ガスは流路45を介して吸着塔31とは別の吸着塔32、33の並流パージに用いる。 Next, the valve 2 of the adsorption tower 31 is opened, and the remaining valves 1 and 3 to 6 are closed. Then, the inside of the adsorption tower 31 is depressurized by the vacuum pump 37 from the time of 12 CH 4 adsorption, preferably 1 to 20 kPa. As a result, the 12 CH 4 enriched gas is desorbed and temporarily stored in the buffer tank 36 via the valve 2 and the flow path 41. The 12 CH 4 enriched gas in the buffer tank 36 is used for the cocurrent purge of the adsorption towers 32 and 33 different from the adsorption tower 31 through the flow path 45.

さらに、バルブ5を開き、向流パージタンク43内のガスをブロワ44、流路42を通して吸着塔31に供給する。そして、この操作は、並流パージにより吸着塔31内の12CH4濃度を著しく高めているので、真空ポンプ37による単純な減圧だけでは12CH4の除去が不十分な可能性があることから、減圧による12CH4回収に続き、減圧条件下で原料ガスの方向とは逆方向から12CH4を含まない向流パージガスを供給すること、つまり“向流パージ”によって吸着塔31内の12CH4を完全に除去するためのものであると説明されている(767号公報の0034段落参照)。 Further, the valve 5 is opened, and the gas in the countercurrent purge tank 43 is supplied to the adsorption tower 31 through the blower 44 and the flow path 42. Since this operation remarkably increases the 12 CH 4 concentration in the adsorption tower 31 by cocurrent purge, it is possible that removal of 12 CH 4 may be insufficient only by simple pressure reduction by the vacuum pump 37. Following the 12 CH 4 recovery by vacuum, and the direction of the raw material gas under reduced pressure by supplying a countercurrent purge gas containing no 12 CH 4 from the opposite direction, 12 in the adsorption tower 31 by clogging "countercurrent purge" It is described that it is for completely removing CH 4 (see paragraph 0034 of No. 767).

このように、767号公報の同位体分離装置においては、吸着材に吸着した12CH4富化ガスを真空ポンプ37により吸着塔入口側から脱着させ、バッファタンク36に送って貯留し、バッファタンク36に貯留した12CH4富化ガスを吸着操作が終了した吸着塔入口側へ送る還流操作が可能な構成になっている。しかし、当該分離装置を使用した実施例2の運転条件として示された表3によれば、並流パージ率R2は0%となっており、脱着ガスは吸着操作が終了した吸着塔入口側へは還流されておらず、全く利用されていない。 As described above, in the isotope separation device of 767, the 12 CH 4 enriched gas adsorbed on the adsorbent is desorbed from the adsorption tower inlet side by the vacuum pump 37, sent to the buffer tank 36, and stored. The 12 CH 4 enriched gas stored in 36 can be refluxed to the adsorption tower inlet side where the adsorption operation is completed. However, according to Table 3 shown as the operating conditions of Example 2 using the separation apparatus, the cocurrent purge rate R2 is 0%, and the desorption gas flows to the adsorption tower inlet side where the adsorption operation is completed. Is not refluxed and not used at all.

吸着塔の吸着材に吸着したガスを真空ポンプで吸引して吸着塔入口側から脱着し、脱着ガスを吸着操作が終了した吸着塔の入口側へ送るという並流還流操作は、特許第3025653号公報(以下、653号公報と言う。)にも開示されている。653号公報では、アンモニアと窒素と水素の混合ガス、窒素と酸素と塩素の混合ガス、あるいは窒素と水素と一酸化炭素の混合ガスを原料ガスとし、各成分の分離濃縮操作を行っている。   A co-current reflux operation in which the gas adsorbed on the adsorbent in the adsorption tower is sucked with a vacuum pump and desorbed from the inlet side of the adsorption tower, and the desorbed gas is sent to the inlet side of the adsorption tower after the adsorption operation is completed is disclosed in Japanese Patent No. 3025653. It is also disclosed in a gazette (hereinafter referred to as “653” gazette). In Japanese Patent No. 653, each component is separated and concentrated using a mixed gas of ammonia, nitrogen, and hydrogen, a mixed gas of nitrogen, oxygen, and chlorine, or a mixed gas of nitrogen, hydrogen, and carbon monoxide as a source gas.

その操作としては、再生時の吸着塔入口からの脱着ガスを、他の吸着塔における吸着操作の終了後に当該他の吸着塔入口から流すことにより、各成分についてより高い分離濃縮の効果が得られるとされている。しかし、653号公報の技術が例えばメタン同位体の分離濃縮操作における並流還流操作に適用できるかどうかは不明であり、また、吸着材から脱着させたガス量に対してどの程度の割合のガス量を還流させると、より高い分離濃縮の効果が得られるかについても不明である。   As the operation, desorption gas from the adsorption tower inlet at the time of regeneration is flowed from the other adsorption tower inlet after completion of the adsorption operation in the other adsorption tower, so that the effect of higher separation and concentration can be obtained for each component. It is said that. However, it is unclear whether the technique of the 653 publication can be applied to, for example, a co-current reflux operation in the separation and concentration operation of methane isotopes, and what proportion of gas is relative to the amount of gas desorbed from the adsorbent. It is also unclear whether a higher separation and concentration effect can be obtained by refluxing the amount.

ところで、767号公報や653号公報のように、脱着ガスを吸着塔入口側から吸着塔へ送る並流還流によって行う分離濃縮操作に対して、脱着ガスを吸着塔出口側から吸着塔へ送る向流還流によって行う分離濃縮操作も存在する。前者の還流は並流還流操作と呼ばれ、後者の還流は向流還流操作と呼ばれる。   In the meantime, as in the 767 and 653 publications, in the separation and concentration operation performed by the cocurrent reflux for sending the desorption gas from the adsorption tower inlet side to the adsorption tower, the desorption gas is sent from the adsorption tower outlet side to the adsorption tower. There are also separation and concentration operations carried out by flow reflux. The former reflux is called a cocurrent reflux operation, and the latter reflux is called a countercurrent reflux operation.

向流還流操作については、同位体ガスの分離濃縮操作に関するものではないが、例えば特許第3232003号公報(以下“003号公報”と言う。)に記載されている。003号公報においては、空気を原料ガスとし、ゼオライトLi−X吸着材を用いて酸素の分離濃縮を行っている。具体的には、二つの吸着塔を用いて、一方の吸着塔のガスを塔入口側から真空ポンプで脱着させているときに、もう一方の吸着塔の吸着時に吸着塔出口から排出したガスを、脱着中の吸着塔の出口へ流している。そして、この操作を行うことにより、この操作を行わなかった場合と比べて、より高純度の酸素をより高い回収率で生産することが可能であるとされている。   The counter-current reflux operation is not related to the isotope gas separation and concentration operation, but is described in, for example, Japanese Patent No. 323003 (hereinafter referred to as “003”). In No. 003, air is used as a raw material gas, and oxygen is separated and concentrated using a zeolite Li-X adsorbent. Specifically, when two adsorption towers are used and the gas of one adsorption tower is desorbed from the tower entrance side by a vacuum pump, the gas discharged from the adsorption tower outlet during adsorption of the other adsorption tower is removed. It flows to the outlet of the adsorption tower that is being desorbed. And by performing this operation, it is said that higher purity oxygen can be produced at a higher recovery rate than when this operation is not performed.

特開2004−89767号公報JP 2004-89767 A 特許第3025653号公報Japanese Patent No. 3025653 特許第3232003号公報Japanese Patent No. 323003

ところで、PSA法を利用する同位体ガスの分離方法は、吸着材による分離であることから、装置構成、操作が簡単であり、実用上の面からも興味ある技術である。しかし、767号公報の技術では、分離濃縮操作によって得られた13CH4富化ガスはそのまま回収されるか、後段の装置へ送られている。このため、当該分離濃縮操作によって実現できる分離濃縮効果から、さらに高い分離濃縮効果を実現しようとするには、後段の装置を用意しなければならず、これでは全体の装置構成が大がかりになってしまう。 By the way, since the isotope gas separation method using the PSA method is separation using an adsorbent, the apparatus configuration and operation are simple, and this is an interesting technique from a practical viewpoint. However, in the technology of No. 767, the 13 CH 4 enriched gas obtained by the separation and concentration operation is recovered as it is or is sent to a subsequent apparatus. For this reason, in order to achieve a higher separation / concentration effect than the separation / concentration effect that can be achieved by the separation / concentration operation, a subsequent apparatus must be prepared, and this increases the overall apparatus configuration. End up.

また、653号公報の技術を同位体ガスの分離に適用するとしても、分離濃縮操作によって得られる製品ガスはそのまま系外に出されており、このため767号公報の技術の場合と同じく、さらに高い分離濃縮効果を実現しようとするには、これまた後段の装置を用意しなければならず、全体の装置構成が大がかりになってしまう。   Further, even if the technique of No. 653 is applied to the separation of isotope gas, the product gas obtained by the separation and concentration operation is taken out of the system as it is. Therefore, as in the case of the technique of No. 767, In order to achieve a high separation / concentration effect, it is necessary to prepare a subsequent apparatus, and the entire apparatus configuration becomes large.

さらに、003号公報の技術を同位体ガスの分離濃縮に適用するとしても、この技術において、分離濃縮操作によって得られる製品ガスを分離濃縮装置に還流はしているものの、その還流は吸着塔出口側への還流であり、原料ガス供給側への還流とは全く異なる操作である。   Further, even if the technology of 003 is applied to the separation and concentration of isotope gas, in this technology, the product gas obtained by the separation and concentration operation is refluxed to the separation and concentration device, but the reflux is performed at the outlet of the adsorption tower. This is a completely different operation from the reflux to the source gas supply side.

本発明者らは、PSA法を利用する同位体ガスの分離濃縮操作について各種実験を繰り返しているうちに、従来技術におけるそれらの問題点を解決できることを見い出した。すなわち、本発明は、PSA法を利用する同位体ガスの分離方法において、767号公報や653号公報の技術のように、さらに高い分離濃縮効果を実現するための大がかりな装置構成をとることなく、高い分離濃縮効果を実現できるPSA法を利用する同位体ガスの分離方法を提供することを目的とする。   The present inventors have found that these problems in the prior art can be solved while repeating various experiments on the isotope gas separation and concentration operation using the PSA method. That is, the present invention is an isotope gas separation method using the PSA method, without taking a large-scale apparatus configuration for realizing a higher separation and concentration effect as in the techniques of 767 and 653. Another object of the present invention is to provide a method for separating an isotope gas using the PSA method capable of realizing a high separation and concentration effect.

本発明(1)は、同位体選択性吸着材を充填した吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用して同位体ガスを分離濃縮する方法である。そして、
(a)複数種の同位体ガスを含有する原料ガスから、少なくとも一種の同位体ガスを吸着塔の同位体選択性吸着材に吸着させるとともに、他の同位体ガスを流過させて回収した後、
(b)回収した他の同位体ガスを原料ガス供給側に還流し、
(c)次いで、吸着塔を吸着時より低圧にして同位体選択性吸着材に吸着されていた同位体ガスを脱着させて再生し、
(d)そして(a)−(c)の操作を複数回繰り返すことを特徴とする。
The present invention (1) is a method for separating and concentrating isotope gas using a pressure swing adsorption method using an adsorption tower packed with an isotope selective adsorbent. And
(A) After at least one isotope gas is adsorbed on the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower from the source gas containing a plurality of kinds of isotope gases, and other isotope gases are passed through and recovered. ,
(B) recirculating other recovered isotope gas to the source gas supply side;
(C) Next, the adsorption tower is set to a pressure lower than that during adsorption, and the isotope gas adsorbed on the isotope selective adsorbent is desorbed and regenerated,
(D) The operations (a) to (c) are repeated a plurality of times.

本発明(1)において、前記複数種の同位体ガスを含有する原料ガスは、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン、炭酸ガスおよびアンモニアのうちの少なくとも一種を含むガスである。   In the present invention (1), the raw material gas containing a plurality of types of isotope gases is a gas containing at least one of methane, ethane, ethylene, propane, butane, carbon dioxide and ammonia.

本発明(2)は、同位体選択性吸着材を充填した吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用してメタンを含む原料ガスからメタンの同位体ガスを分離濃縮する方法である。そして、
(a)メタンから12CH4を吸着塔の同位選択性吸着材に吸着させるとともに、13CH4を流過させて13CH4富化ガスを回収した後、
(b)回収した13CH4富化ガスを原料ガス供給側に還流し、
(c)次いで、吸着塔を吸着時より低圧にして同位体選択性吸着材に吸着されていた12CH4を脱着させて再生し、
(d)そして(a)−(c)の操作を複数回繰り返すことを特徴とする。
The present invention (2) is a method for separating and concentrating an isotope gas of methane from a raw material gas containing methane using a pressure swing adsorption method using an adsorption tower packed with an isotope selective adsorbent. And
(A) After adsorbing 12 CH 4 from methane on the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower and allowing 13 CH 4 to flow through to recover 13 CH 4 enriched gas,
(B) refluxing the recovered 13 CH 4 enriched gas to the source gas supply side,
(C) Next, the adsorption tower is set to a lower pressure than during adsorption, and 12 CH 4 adsorbed on the isotope-selective adsorbent is desorbed and regenerated,
(D) The operations (a) to (c) are repeated a plurality of times.

本発明(2)は、本発明(1)において、前記複数種の同位体ガスを含有する原料ガスがメタンまたはメタンを含むガスである場合に相当している。   The present invention (2) corresponds to the case of the present invention (1) in which the source gas containing the plurality of types of isotope gases is methane or a gas containing methane.

本発明(1)−(2)において、前記(b)の構成、すなわち“回収した他の同位体ガスを原料ガス供給側に還流する”ことは重要な構成であり、これにより、分離係数をより改善することができる。本発明(1)−(2)における前記(b)の操作により、原料ガス供給側の当該同位体ガス濃度が増加し、より分離係数を改善することができる。また、前記(a)−(c)の操作、特に(b)の操作を少なくとも45回以上繰り返すことにより、分離係数を最大に改善することができる。   In the present invention (1)-(2), the configuration of the above (b), that is, “returning the recovered other isotope gas to the raw material gas supply side” is an important configuration. It can be improved further. By the operation (b) in the present invention (1)-(2), the concentration of the isotope gas on the source gas supply side is increased, and the separation factor can be further improved. Further, by repeating the operations (a) to (c), particularly the operation (b) at least 45 times, the separation factor can be improved to the maximum.

本発明(3)は、同位体選択性吸着材を充填した少なくとも一つ以上の吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用して同位体ガスを分離濃縮する方法である。そして、
(a)ある一つの吸着塔において、複数種の同位体ガスを含有する原料ガスから、少なくとも一種の同位体ガスを同位体選択性吸着材に吸着させるとともに、他の同位体ガスを流過させて回収した後、
(b)回収した他の同位体ガスを原料ガス供給側に還流し、
(c)当該吸着塔の同位体選択性吸着材を低圧にして再生する直前に、あらかじめ再生時に脱着させ、貯留していた同位体ガスを当該吸着塔入口から流入させることで、その吸着塔出口から排出したガスを原料ガス側へ戻す並流還流操作を行い、
(d)次いで、当該吸着塔の同位体選択性吸着材を低圧にして再生し、
(e)そして(a)−(d)の操作を複数回繰り返すことを特徴とする。
The present invention (3) is a method for separating and concentrating isotope gas using a pressure swing adsorption method using at least one adsorption tower packed with an isotope selective adsorbent. And
(A) In one adsorbing tower, at least one isotope gas is adsorbed on an isotope selective adsorbent from a source gas containing a plurality of isotope gases, and other isotope gases are allowed to flow through. After collecting
(B) recirculating other recovered isotope gas to the source gas supply side;
(C) Immediately before regenerating the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower at a low pressure, the isotope gas that has been desorbed in advance during regeneration and that has been stored is allowed to flow from the inlet of the adsorption tower. Perform the co-current reflux operation to return the gas discharged from the source gas side,
(D) Next, the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower is regenerated at a low pressure,
(E) The operations (a) to (d) are repeated a plurality of times.

本発明(3)の一態様として、同位体選択性吸着材を充填した吸着塔A、吸着塔Bの二つ吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用して同位体ガスを分離濃縮する場合には、以下(a)−(e)のように行われる。
(a)吸着塔Aにおいて、複数種の同位体ガスを含有する原料ガスから、少なくとも一種の同位体ガスを同位体選択性吸着材に吸着させるとともに、他の同位体ガスを流過させて回収した後、
(b)回収した他の同位体ガスを原料ガス供給側に還流し、
(c)吸着塔Aの同位体選択性吸着材を低圧にして再生する直前に、吸着塔Bの再生時に脱着させ、貯留していた同位体ガスを吸着塔Aの入口側から流入させることで、その吸着塔Aの出口側から排出したガスを原料ガス側へ戻す並流還流操作を行い、
(d)次いで、吸着塔Aの同位体選択性吸着材を低圧にして再生し、
(e)そして(a)−(d)の操作を複数回繰り返す。
As one aspect of the present invention (3), when two adsorption towers of an adsorption tower A and an adsorption tower B filled with an isotope-selective adsorbent are used, and isotope gas is separated and concentrated using a pressure swing adsorption method Is performed as follows (a)-(e).
(A) In the adsorption tower A, at least one isotope gas is adsorbed on the isotope-selective adsorbent from the source gas containing a plurality of isotope gases, and another isotope gas is passed through and recovered. After
(B) recirculating other recovered isotope gas to the source gas supply side;
(C) Immediately before regenerating the isotope-selective adsorbent in the adsorption tower A at a low pressure, it is desorbed during the regeneration of the adsorption tower B, and the stored isotope gas is introduced from the inlet side of the adsorption tower A. , Perform a co-current reflux operation to return the gas discharged from the outlet side of the adsorption tower A to the raw material gas side,
(D) Next, the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower A is regenerated at a low pressure,
(E) The operations (a) to (d) are repeated a plurality of times.

本発明(3)において、前記複数種の同位体ガスを含有する原料ガスは、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン、炭酸ガスおよびアンモニアのうちの少なくとも一種を含むガスである。   In the present invention (3), the source gas containing a plurality of types of isotope gases is a gas containing at least one of methane, ethane, ethylene, propane, butane, carbon dioxide and ammonia.

本発明(4)は、同位体選択性吸着材を充填した少なくとも一つ以上の吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用してメタンを含む原料ガスからメタンの同位体ガスを分離濃縮する方法である。そして、
(a)ある一つの吸着塔において、メタンから12CH4を同位体選択性吸着材に吸着させるとともに、13CH4を流過させて13CH4富化ガスを回収した後、
(b)回収した13CH4富化ガスを原料ガス供給側に還流し、
(c)当該吸着塔の同位体選択性吸着材を低圧にして再生する直前に、あらかじめ再生時に脱着させ、貯留していた12CH4を当該吸着塔入口から流入させることで、その吸着塔出口から排出したガスを原料ガス側へ戻す並流還流操作を行い、
(d)次いで、当該吸着塔の同位体選択性吸着材を低圧にして再生し、
(e)そして(a)−(d)の操作を複数回繰り返すことを特徴とする。
The present invention (4) is a method for separating and concentrating an isotope gas of methane from a source gas containing methane using a pressure swing adsorption method using at least one adsorption tower packed with an isotope selective adsorbent. It is. And
(A) After adsorbing 12 CH 4 from methane to an isotope-selective adsorbent in a certain adsorption tower and allowing 13 CH 4 to flow through and recovering 13 CH 4 enriched gas,
(B) refluxing the recovered 13 CH 4 enriched gas to the source gas supply side,
(C) Immediately before the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower is regenerated at a low pressure, 12 CH 4 previously desorbed and stored at the time of regeneration is introduced from the entrance of the adsorption tower, so that the exit of the adsorption tower Perform the co-current reflux operation to return the gas discharged from the source gas side,
(D) Next, the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower is regenerated at a low pressure,
(E) The operations (a) to (d) are repeated a plurality of times.

本発明(4)の一態様として、同位体選択性吸着材を充填した吸着塔A、吸着塔Bの二つ吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用してメタンを含む原料ガスからメタンの同位体ガスを分離濃縮する場合には、以下(a)−(e)のように行われる。
(a)吸着塔Aにおいて、メタンから12CH4を同位体選択性吸着材に吸着させるとともに、13CH4を流過させて13CH4富化ガスを回収した後、
(b)回収した13CH4富化ガスを原料ガス供給側に還流し、
(c)吸着塔Aの同位体選択性吸着材を低圧にして再生する直前に、吸着塔Bの再生時に脱着させ、貯留していた12CH4を吸着塔Aの入口側から流入させることで、その吸着塔Aの出口側から排出したガスを原料ガス側へ戻す並流還流操作を行い、
(d)次いで、吸着塔Aの同位体選択性吸着材を低圧にして再生し、
(e)そして(a)−(d)の操作を複数回繰り返す。
As one aspect of the present invention (4), two adsorption towers, an adsorption tower A and an adsorption tower B filled with an isotope-selective adsorbent, are used, and a methane-containing raw material gas is converted using a pressure swing adsorption method. In the case of isolating and concentrating isotope gas, it is performed as follows (a)-(e).
(A) In the adsorption tower A, 12 CH 4 is adsorbed from methane to the isotope selective adsorbent, and 13 CH 4 enriched gas is recovered by passing 13 CH 4 through,
(B) refluxing the recovered 13 CH 4 enriched gas to the source gas supply side,
(C) Immediately before regenerating the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower A at a low pressure, it is desorbed when the adsorption tower B is regenerated, and the stored 12 CH 4 is allowed to flow from the inlet side of the adsorption tower A. , Perform a co-current reflux operation to return the gas discharged from the outlet side of the adsorption tower A to the raw material gas side,
(D) Next, the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower A is regenerated at a low pressure,
(E) The operations (a) to (d) are repeated a plurality of times.

本発明(4)は、本発明(3)において、前記複数種の同位体ガスを含有する原料ガスがメタンまたはメタンを含むガスである場合に相当している。   The present invention (4) corresponds to the case of the present invention (3) in which the source gas containing the plurality of kinds of isotope gases is methane or a gas containing methane.

本発明(3)−(4)において、前記(b)の構成、すなわち“回収した他の同位体ガスを原料ガス供給側に還流する”ことは重要な構成であり、これにより、本発明(1)−(2)の場合と同じく、分離係数をより改善することができる。   In the present invention (3)-(4), the configuration of the above (b), that is, “returning the recovered other isotope gas to the raw material gas supply side” is an important configuration. As in the case of 1)-(2), the separation factor can be further improved.

また、本発明(3)−(4)において、前記(c)の構成、すなわち“当該吸着塔の同位体選択性吸着材を低圧にして再生する直前に、あらかじめ再生時に脱着させ、貯留していた同位体ガスを当該吸着塔入口から流入させることで、その吸着塔出口から排出したガスを原料ガス側へ戻す並流還流操作を行う”ことは重要な構成であり、これにより、分離係数をさらに改善することができる。   Further, in the present invention (3)-(4), the constitution of (c), that is, “desorbed and stored in advance at the time of regeneration immediately before the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower is regenerated at a low pressure. It is an important configuration to allow the isotope gas to flow from the inlet of the adsorption tower and to perform a cocurrent reflux operation to return the gas discharged from the outlet of the adsorption tower to the raw material gas side. Further improvements can be made.

本発明(3)−(4)における前記(b)および(c)の操作により、原料ガス供給側の当該同位体ガス濃度が増加し、より分離係数を改善することができる。また、前記(a)−(d)の操作、特に(b)および(c)の操作を少なくとも30回以上繰り返すことにより、分離係数を最大に改善することができる。   By the operations (b) and (c) in the present invention (3)-(4), the concentration of the isotope gas on the source gas supply side is increased, and the separation factor can be further improved. Further, by repeating the operations (a) to (d), particularly the operations (b) and (c) at least 30 times or more, the separation factor can be improved to the maximum.

本発明(1)−(2)によれば、同位体選択性吸着材による吸着時に流過させて回収した同位体富化ガスを原料ガス供給側へ還流し、この操作を複数回繰り返すことによって、高い分離濃縮効果を得ることができる。   According to the present invention (1)-(2), the isotope-enriched gas that has flowed and recovered during adsorption by the isotope-selective adsorbent is refluxed to the source gas supply side, and this operation is repeated a plurality of times. High separation and concentration effect can be obtained.

また、本発明(3)−(4)によれば、本発明(1)−(2)に加えて、吸着塔の同位体選択性吸着材を低圧にして再生する直前に、吸着塔の再生時に脱着させ、貯留していた同位体ガスを吸着塔入口から流入させることで、その吸着塔出口から排出したガスを原料ガス側へ戻す並流還流操作を行うことにより、さらに高い分離濃縮効果を得ることができる。   Also, according to the present invention (3)-(4), in addition to the present invention (1)-(2), the regeneration of the adsorption tower is performed immediately before the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower is regenerated at a low pressure. Sometimes the desorbed and stored isotope gas is allowed to flow from the inlet of the adsorption tower, so that the gas discharged from the outlet of the adsorption tower is returned to the raw material gas side. Obtainable.

本発明においては、同位体選択性吸着材として、ガスを構成する元素について複数の同位体原子を含むガス中から少なくとも一種の同位体原子を含むガスを選択的に吸着する吸着材を使用する。例えば、メタンの場合、これを構成する元素はCとHであるが、このうち元素Cには天然において13C、12Cの少なくとも2種の同位体原子があるから、メタンには13CH4なるメタンと.12CH4なるメタンの2種が含まれている。このため、同位体選択性吸着材としては、そのメタン中から12CH4または13CH4を選択的に吸着する吸着材を使用する。 In the present invention, as the isotope-selective adsorbent, an adsorbent that selectively adsorbs a gas containing at least one isotope atom from a gas containing a plurality of isotope atoms for the elements constituting the gas is used. For example, in the case of methane, the constituent elements thereof are C and H. Of these, element C naturally has at least two isotope atoms of 13 C and 12 C, and therefore methane contains 13 CH 4 And methane. Two types of methane, 12 CH 4, are included. For this reason, as an isotope selective adsorbent, an adsorbent that selectively adsorbs 12 CH 4 or 13 CH 4 from the methane is used.

原料ガスが、メタン、エタン、エチレン、プロパンおよびブタンのうちの少なくとも一種を含むガス、炭酸ガスまたはアンモニアである場合で、且つキャリアガスにヘリウムを用いる場合には、モルデナイト型ゼオライトが有効であり、そのうち、特にカチオンをイオン交換担持したモルデナイト型ゼオライトが有効である。   When the source gas is a gas containing at least one of methane, ethane, ethylene, propane and butane, carbon dioxide gas or ammonia, and helium is used as the carrier gas, mordenite zeolite is effective, Of these, mordenite-type zeolite that supports ions by ion exchange is particularly effective.

この吸着材は本発明者らにより先に開発されたものである(特願2005−38922号、出願日=平成17年2月16日)。この吸着材によれば、ガスの同位体分離を0℃以下の低温域だけでなく、特に0℃を超える室温で有効に行うことができる。カチオンを持つモルデナイト型ゼオライトには、カチオンとしてHイオンを持つもののほか、金属イオンを持つもの、アンモニウムイオンを持つものなど各種あるが、これらはモルデナイト型ゼオライトをイオン交換することにより得られる。   This adsorbent was previously developed by the present inventors (Japanese Patent Application No. 2005-38922, filing date = February 16, 2005). According to this adsorbent, gas isotope separation can be effectively performed not only in a low temperature range of 0 ° C. or lower, but particularly at a room temperature exceeding 0 ° C. There are various types of mordenite-type zeolite having cations, including those having H ions as cations, those having metal ions, and those having ammonium ions. These can be obtained by ion exchange of mordenite-type zeolite.

原料ガスが、メタン、エタン、エチレン、プロパンおよびブタンのうちの少なくとも一種を含むガス、炭酸ガスまたはアンモニアである場合には、活性炭、特に分子篩炭も有効である。この吸着材は本発明者らの一部が先に開発したものである(特願2005−214093号、出願日=平成17年7月25日)。この吸着材によれば、キャリアガスとして、ヘリウムではなく、窒素を用いることによりガスの同位体分離を有効に行うことができる。   When the raw material gas is a gas containing at least one of methane, ethane, ethylene, propane, and butane, carbon dioxide, or ammonia, activated carbon, particularly molecular sieve charcoal is also effective. This adsorbent was previously developed by some of the present inventors (Japanese Patent Application No. 2005-214093, filing date = July 25, 2005). According to this adsorbent, it is possible to effectively perform gas isotope separation by using nitrogen instead of helium as a carrier gas.

特願2005−38922号出願Application for Japanese Patent Application No. 2005-38922 特願2005−214093号出願Application for Japanese Patent Application No. 2005-214093

以下、実験例を基に本発明の態様を説明する。実験装置として図2に示す構成の装置を用いた。本実験装置は、同位体選択性吸着材を充填した吸着塔A、吸着塔Bの2塔を併置したものである。以下に述べる実験例は本発明の実施例にも相当している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on experimental examples. An apparatus having the configuration shown in FIG. 2 was used as an experimental apparatus. In this experimental apparatus, two towers of an adsorption tower A and an adsorption tower B filled with an isotope selective adsorbent are juxtaposed. The experimental examples described below also correspond to the examples of the present invention.

本実験装置では二つの吸着塔を使用したが、本発明の分離方法では一つの吸着塔のみでもよく、また三つ以上の吸着塔を用いても実施することが可能である。吸着塔の塔数が少ない方が、吸着材の量を少なくし、装置の設置スペースを小さくできるが、分離操作に時間がかかる。また、吸着塔の塔数を多くすれば、吸着材の量が多くなり、装置の設置スペースは大きくなるが、分離操作に必要な時間を短縮することができる。吸着塔の塔数は、吸着材の量、操作に必要な時間、装置の設置スペースなどの条件に応じて、適宜設定することができる。   In this experimental apparatus, two adsorption towers are used. However, in the separation method of the present invention, only one adsorption tower may be used, or three or more adsorption towers may be used. A smaller number of adsorption towers can reduce the amount of adsorbent and reduce the installation space of the apparatus, but the separation operation takes time. Further, if the number of adsorption towers is increased, the amount of adsorbent increases and the installation space for the apparatus increases, but the time required for the separation operation can be shortened. The number of adsorption towers can be appropriately set according to conditions such as the amount of adsorbent, the time required for operation, and the installation space of the apparatus.

同位体選択性吸着材として、それぞれ、Na−モルデナイト型ゼオライト、分子篩炭4A(日本エンバイロケミカルズ社製)を使用して同位体ガスであるメタンの分離を行った。Na−モルデナイト型ゼオライトおよび分子篩炭4Aは、12CH413CH4からなるメタンから12CH4を選択的に吸着する吸着材である。 As isotope selective adsorbents, Na-mordenite type zeolite and molecular sieve charcoal 4A (manufactured by Nippon Enviro Chemicals) were used to separate methane, which is an isotope gas. Na-mordenite type zeolite and molecular sieve charcoal 4A are adsorbents that selectively adsorb 12 CH 4 from methane composed of 12 CH 4 and 13 CH 4 .

図2において、キャリアガス供給源51から、キャリアガスをバルブV1、流量制御器MFC1を経てバッファタンクBT1に供給し、メタンガス供給源52からメタンガスをバルブV2、流量制御器MFC2を経てバッファタンクBT1に供給する。そして、キャリアガスとメタンの混合ガスをバッファタンクBT1から吸着塔Aまたは吸着塔Bへ導入する。   In FIG. 2, the carrier gas is supplied from the carrier gas supply source 51 to the buffer tank BT1 via the valve V1 and the flow rate controller MFC1, and the methane gas is supplied from the methane gas supply source 52 to the buffer tank BT1 via the valve V2 and the flow rate controller MFC2. Supply. Then, the mixed gas of the carrier gas and methane is introduced from the buffer tank BT1 to the adsorption tower A or the adsorption tower B.

吸着塔A、吸着塔Bとも、昇圧→吸着→捕集→並流還流→再生の各ステップ順に分離濃縮操作が行われる。一方の吸着塔が昇圧から還流までのステップを経る期間に、他方の吸着塔において再生ステップが行われる。吸着塔A入口の圧力は圧力計P1で計測し、吸着塔A出口の圧力は圧力計P2で計測し、吸着塔B入口の圧力は圧力計P3で計測し、吸着塔B出口の圧力は圧力計P4で計測した。   In both the adsorption tower A and the adsorption tower B, separation and concentration operations are performed in the order of the steps of pressure increase → adsorption → collection → cocurrent reflux → regeneration. The regeneration step is performed in the other adsorption tower during the period in which one adsorption tower undergoes the steps from the pressure increase to the reflux. The pressure at the inlet of the adsorption tower A is measured with the pressure gauge P1, the pressure at the outlet of the adsorption tower A is measured with the pressure gauge P2, the pressure at the inlet of the adsorption tower B is measured with the pressure gauge P3, and the pressure at the outlet of the adsorption tower B is the pressure. Measured with a total of P4.

〈昇圧→吸着→捕集→還流→再生の各ステップの概略〉
(1)昇圧ステップでは、再生時に圧力が大気圧より低くなった吸着塔へキャリアガスを流し、次のステップに備えて吸着塔内の圧力を上昇させる。
<Outline of each step of pressurization->adsorption->collection->reflux-> regeneration
(1) In the pressure increasing step, a carrier gas is flowed to the adsorption tower whose pressure has become lower than the atmospheric pressure during regeneration, and the pressure in the adsorption tower is increased in preparation for the next step.

(2)吸着ステップでは、原料メタンが吸着され、キャリアガスが、吸着塔Aの吸着ステップではバルブV10を通じて、吸着塔Bの吸着ステップではバルブV13を通じて、排気される。   (2) In the adsorption step, raw material methane is adsorbed, and the carrier gas is exhausted through the valve V10 in the adsorption step of the adsorption tower A and through the valve V13 in the adsorption step of the adsorption tower B.

(3)捕集ステップでは、吸着されたCH4が破過し、13CH4富化ガスとなったガスが、吸着塔AからバルブV11を通じて排出し、吸着塔BからバルブV14を通じて排出し、製品タンク55に貯留される。 (3) In the collection step, the adsorbed CH 4 breaks through and the gas that has become 13 CH 4 enriched gas is discharged from the adsorption tower A through the valve V11 and from the adsorption tower B through the valve V14. It is stored in the product tank 55.

(4)捕集ステップで捕集された13CH4富化ガスは、製品タンク55から原料ガス供給側のバッファタンクBT1へ還流される。捕集された13CH4富化ガスは、各ステップを通じて常に製品タンク55から原料ガス供給側のバッファタンクBT1へ流れている。 (4) The 13 CH 4 enriched gas collected in the collection step is refluxed from the product tank 55 to the buffer tank BT1 on the raw material gas supply side. The collected 13 CH 4 enriched gas always flows from the product tank 55 to the buffer tank BT1 on the raw material gas supply side through each step.

(5)還流ステップでは、再生時に吸着塔内から排気されたガスが、バッファタンクBT2から、吸着塔Aの還流ステップではバルブV5を通じて吸着塔A入口へ、吸着塔Bの還流ステップではバルブV8を通じて吸着塔B入口へ、それぞれ送られる。還流ステップにおいて、更にそのように、吸着塔入口からガスを流入することにより、吸着時に吸着塔出口付近に残留したガスが吸着塔出口から排出し、吸着塔Aの還流ステップではバルブV15を通じて、吸着塔Bの還流ステップではバルブV16を通じて、それぞれバッファタンクBT1へ送られる。   (5) In the reflux step, the gas exhausted from the inside of the adsorption tower at the time of regeneration is transferred from the buffer tank BT2 to the inlet of the adsorption tower A through the valve V5 in the reflux step of the adsorption tower A, and through the valve V8 in the reflux step of the adsorption tower B. Each is sent to the adsorption tower B inlet. Further, in the reflux step, by flowing the gas from the adsorption tower inlet, the gas remaining near the adsorption tower outlet at the time of adsorption is discharged from the adsorption tower outlet. In the reflux step of the adsorption tower A, the adsorption is performed through the valve V15. In the reflux step of the tower B, each is sent to the buffer tank BT1 through the valve V16.

(6)バッファタンクBT1へ送られたガスは、吸着ステップおよび捕集ステップにおいて、原料ガスと共に吸着塔入口へ供給するガスとして用いられる。   (6) The gas sent to the buffer tank BT1 is used as a gas to be supplied to the adsorption tower inlet together with the raw material gas in the adsorption step and the collection step.

(7)再生ステップでは、吸着塔内に残留した13CH4富化ガスを真空ポンプ53で脱着し、バッファタンクBT2へ排気する。 (7) In the regeneration step, 13 CH 4 enriched gas remaining in the adsorption tower is desorbed by the vacuum pump 53 and exhausted to the buffer tank BT2.

(8)バッファタンクBT2へ排気されたガスのうち、吸着塔へ還流されないガスは、ニードルバルブNV1を通じて系外へ排出される。本実験においては、任意の並流還流率となるように、ニードルバルブNV1の開度を調節した。   (8) Of the gas exhausted to the buffer tank BT2, the gas that is not refluxed to the adsorption tower is discharged out of the system through the needle valve NV1. In this experiment, the opening degree of the needle valve NV1 was adjusted so as to have an arbitrary co-current reflux rate.

実験条件は表1のとおりである。Na−モルデナイト型ゼオライトの場合はキャリアガスとしてヘリウム(He)を使用し、分子篩炭4Aの場合はキャリアガスとして窒素(N2)を使用した。原料ガスとして13CH412CH4比=1.1:98.9のメタンガスと13CH412CH4比=9:91のメタンガスとを使用した。 The experimental conditions are shown in Table 1. In the case of Na-mordenite type zeolite, helium (He) was used as the carrier gas, and in the case of molecular sieve charcoal 4A, nitrogen (N 2 ) was used as the carrier gas. As the raw material gas, methane gas having a 13 CH 4 : 12 CH 4 ratio = 1.1: 98.9 and methane gas having a 13 CH 4 : 12 CH 4 ratio = 9: 91 were used.

Figure 0005031275
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各ステップの時間(吸着時間を含む)、バルブ開閉状態等は表2のとおりである。以下、図2、表1〜2を基に吸着塔Aおよび吸着塔Bにおける各ステップについてさらに詳述する。   Table 2 shows the time of each step (including the adsorption time), the valve open / close state, and the like. Hereinafter, each step in the adsorption tower A and the adsorption tower B will be described in more detail based on FIG.

Figure 0005031275
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〈吸着塔Aの昇圧ステップ、吸着塔Bの再生ステップ〉
吸着塔Aの昇圧ステップ、吸着塔Bの再生ステップでは、バルブV1〜V16のうち、バルブV7、V9を開とし、その他のバルブは閉状態である。バルブV9が開であるので、キャリアガス供給源51からキャリアガスが圧力調整器54を経て吸着塔Aに供給され昇圧される。また、バルブV7を通して、吸着塔B内のガスを吸引して排気して再生され、排気ガスはバッファタンクBT2に貯留される。
<Pressurization step of adsorption tower A, regeneration step of adsorption tower B>
In the pressure increasing step of the adsorption tower A and the regeneration step of the adsorption tower B, among the valves V1 to V16, the valves V7 and V9 are opened, and the other valves are closed. Since the valve V9 is open, the carrier gas is supplied from the carrier gas supply source 51 to the adsorption tower A through the pressure regulator 54, and the pressure is increased. Further, the gas in the adsorption tower B is sucked and exhausted through the valve V7 to be regenerated, and the exhaust gas is stored in the buffer tank BT2.

〈吸着塔Aの吸着ステップ、吸着塔Bの再生ステップ〉
吸着塔Aの吸着ステップ、吸着塔Bの再生ステップでは、バルブV1〜V16のうち、V1〜V3、V7、V10を開とし、その他のバルブは閉状態である。この状態において、吸着塔Aには、キャリアガス供給源51からのキャリアガスとメタン供給源52からのメタンの混合ガスが供給され、昇圧ステップで導入したキャリアガスを押し出しながら、吸着材にメタンが吸着される。押出されたキャリアガスはバルブV10を通して排出される。
<Adsorption step of adsorption tower A, regeneration step of adsorption tower B>
In the adsorption step of the adsorption tower A and the regeneration step of the adsorption tower B, among the valves V1 to V16, V1 to V3, V7, and V10 are opened, and the other valves are closed. In this state, the adsorbing tower A is supplied with a mixed gas of the carrier gas from the carrier gas supply source 51 and the methane from the methane supply source 52, and pushes out the carrier gas introduced in the pressure increasing step, while methane is adsorbed on the adsorbent. Adsorbed. The extruded carrier gas is discharged through the valve V10.

この間、吸着塔Bは、引き続き再生ステップである。真空ポンプ53により、バルブV7を通して、吸着塔B内のガスを吸引してバッファタンクBT2へ排気、貯留した。   During this time, the adsorption tower B continues to be a regeneration step. The gas in the adsorption tower B was sucked through the valve V7 by the vacuum pump 53 and exhausted and stored in the buffer tank BT2.

〈吸着塔Aの捕集ステップ、吸着塔Bの再生ステップ〉
吸着塔Aの捕集ステップ、吸着塔Bの再生ステップでは、バルブV1〜V16のうち、V1〜V3、V7、V11を開とし、その他のバルブは閉状態である。この状態において、吸着塔Aには、引き続き、キャリアガス供給源51からのキャリアガスとメタン供給源52からのメタン(=原料ガス)の混合ガスが供給される。メタン中の12CH4分は吸着材に選択的に捕捉され、捕捉されない13CH4分が富化したメタン、すなわち13CH4富化メタンとなって吸着塔A出口から排出する。13CH4富化メタンはV11を通して製品タンク55に貯留する。
<Adsorption tower A collection step, adsorption tower B regeneration step>
In the collection step of the adsorption tower A and the regeneration step of the adsorption tower B, among the valves V1 to V16, V1 to V3, V7, and V11 are opened, and the other valves are closed. In this state, the adsorption tower A is continuously supplied with a mixed gas of carrier gas from the carrier gas supply source 51 and methane (= raw material gas) from the methane supply source 52. 12 CH 4 in methane is selectively trapped by the adsorbent, and 13 CH 4 which is not trapped is enriched in methane, that is, 13 CH 4 enriched methane, which is discharged from the adsorption tower A outlet. 13 CH 4 enriched methane is stored in product tank 55 through V11.

この間、吸着塔Bは、引き続き再生ステップである。真空ポンプ53により、バルブV7を通して、吸着塔B内のガスを吸引してバッファタンクBT2に貯留する。   During this time, the adsorption tower B continues to be a regeneration step. The vacuum pump 53 sucks the gas in the adsorption tower B through the valve V7 and stores it in the buffer tank BT2.

〈吸着塔Aの並流還流ステップ、吸着塔Bの再生ステップ〉
吸着塔Aの並流還流ステップ、吸着塔Bの再生ステップでは、バルブV1〜V16のうち、V5、V7、V15を開とし、その他のバルブは閉状態である。この状態において、吸着塔Aには、吸着塔Bの再生時に吸着塔Bから脱着、排気されて、バッファタンクBT2に貯留された12CH4富化ガスが、逆止弁CV2、バルブV5を通して供給される。吸着塔Aの入口側に供給されるので、吸着塔Aの吸着ステップ、捕集ステップ時に吸着塔A出口付近に残留したガスが吸着塔A出口側から排出し、バルブV15、逆止弁CV1を経てバッファタンクBT1に送出される。バッファタンクBT1に送られたガスは、吸着ステップ、捕集ステップにおいて、メタンガス供給源52からのメタン(=原料ガス)と混合して、吸着塔Bに供給するガスとして用いられる。
<Adsorption tower A co-current reflux step, adsorption tower B regeneration step>
In the co-current reflux step of the adsorption tower A and the regeneration step of the adsorption tower B, among the valves V1 to V16, V5, V7 and V15 are opened, and the other valves are closed. In this state, 12 CH 4 enriched gas desorbed and exhausted from the adsorption tower B during regeneration of the adsorption tower B and stored in the buffer tank BT2 is supplied to the adsorption tower A through the check valve CV2 and the valve V5. Is done. Since the gas is supplied to the inlet side of the adsorption tower A, the gas remaining in the vicinity of the outlet of the adsorption tower A at the adsorption step and the collection step of the adsorption tower A is discharged from the outlet side of the adsorption tower A, and the valve V15 and the check valve CV1 are opened. Then, it is sent to the buffer tank BT1. The gas sent to the buffer tank BT1 is mixed with methane (= source gas) from the methane gas supply source 52 and used as the gas supplied to the adsorption tower B in the adsorption step and the collection step.

この間、吸着塔Bは、引き続き再生ステップである。真空ポンプ53により、バルブV7を通して、吸着塔B内のガスを吸引してバッファタンクBT2に貯留する。   During this time, the adsorption tower B continues to be a regeneration step. The vacuum pump 53 sucks the gas in the adsorption tower B through the valve V7 and stores it in the buffer tank BT2.

〈吸着塔Aの再生ステップ、吸着塔Bの昇圧ステップ〉
吸着塔Aの再生ステップ、吸着塔Bの昇圧ステップでは、バルブV1〜V16のうち、V4、V12を開とし、その他のバルブは閉状態である。バルブV4を通して、吸着塔A内のガスを吸引して排気して再生され、排気ガスはバッファタンクBT2に貯留される。また、バルブV12が開であるので、キャリアガス供給源51からキャリアガスが圧力調整器54を経て吸着塔Bに供給され昇圧される。
<Adsorption tower A regeneration step, adsorption tower B pressure increase step>
In the regeneration step of the adsorption tower A and the pressure increase step of the adsorption tower B, among the valves V1 to V16, V4 and V12 are opened, and the other valves are closed. The gas in the adsorption tower A is sucked and exhausted through the valve V4 to be regenerated, and the exhaust gas is stored in the buffer tank BT2. Further, since the valve V12 is open, the carrier gas is supplied from the carrier gas supply source 51 to the adsorption tower B via the pressure regulator 54, and the pressure is increased.

〈吸着塔Aの再生ステップ、吸着塔Bの吸着ステップ〉
吸着塔Aの再生ステップ、吸着塔Bの吸着ステップでは、バルブV1〜V16のうち、V1〜V2、V4、V6、V13を開とし、その他のバルブは閉状態である。この状態にいて、吸着塔Aは、引き続き再生ステップである。真空ポンプ53により、バルブV4を通して、吸着塔A内のガスを吸引してバッファタンクBT2へ排気、貯留する。
<Adsorption step of adsorption tower A, adsorption step of adsorption tower B>
In the regeneration step of the adsorption tower A and the adsorption step of the adsorption tower B, among the valves V1 to V16, V1 to V2, V4, V6, and V13 are opened, and the other valves are closed. In this state, the adsorption tower A continues to be a regeneration step. The vacuum pump 53 sucks the gas in the adsorption tower A through the valve V4 and exhausts and stores it in the buffer tank BT2.

この間、吸着塔Bには、キャリアガス供給源51からのキャリアガスとメタン供給源52からのメタンの混合ガスが供給され、昇圧ステップで導入したキャリアガスを押し出しながら、吸着材にメタンが吸着される。押出されたキャリアガスはバルブV13を通して排出される。   During this time, a mixed gas of carrier gas from the carrier gas supply source 51 and methane from the methane supply source 52 is supplied to the adsorption tower B, and methane is adsorbed on the adsorbent while pushing out the carrier gas introduced in the pressure increasing step. The The extruded carrier gas is discharged through the valve V13.

〈吸着塔Aの再生ステップ、吸着塔Bの捕集ステップ〉
吸着塔Aの再生ステップ、吸着塔Bの捕集ステップでは、バルブV1〜V16のうち、V1〜V2、V4、V14を開とし、その他のバルブは閉状態である。この状態において、吸着塔Aは、引き続き再生ステップである。真空ポンプ53により、バルブV4を通して、吸着塔A内のガスを吸引してバッファタンクBT2に貯留する。
<Regeneration step of adsorption tower A, collection step of adsorption tower B>
In the regeneration step of the adsorption tower A and the collection step of the adsorption tower B, among the valves V1 to V16, V1 to V2, V4, and V14 are opened, and the other valves are closed. In this state, the adsorption tower A is still a regeneration step. The vacuum pump 53 sucks the gas in the adsorption tower A through the valve V4 and stores it in the buffer tank BT2.

この間、吸着塔Bには、引き続き、キャリアガス供給源51からのキャリアガスとメタン供給源52からのメタン(=原料ガス)の混合ガスが供給される。メタン中の12CH4分は吸着材に選択的に捕捉され、捕捉されない13CH4分が富化したメタン、すなわち13CH4富化メタンとなって吸着塔B出口から排出する。13CH4富化メタンはV14を通して製品タンク55に貯留する。 During this time, the mixed gas of carrier gas from the carrier gas supply source 51 and methane (= raw material gas) from the methane supply source 52 is continuously supplied to the adsorption tower B. 12 CH 4 in methane is selectively trapped by the adsorbent, and 13 CH 4 which is not trapped is enriched in methane, that is, 13 CH 4 enriched methane, and is discharged from the adsorption tower B outlet. 13 CH 4 enriched methane is stored in product tank 55 through V14.

〈吸着塔Aの再生ステップ、吸着塔Bの並流還流ステップ〉
吸着塔Aの再生ステップ、吸着塔Bの並流還流ステップでは、バルブV1〜V16のうち、V4、V8、V16を開とし、その他のバルブは閉状態である。この状態において、吸着塔Aは、引き続き再生ステップである。真空ポンプ53により、バルブV4を通して、吸着塔A内のガスを吸引してバッファタンクBT2に貯留する。
<Regeneration step of adsorption tower A, co-current reflux step of adsorption tower B>
In the regeneration step of the adsorption tower A and the cocurrent reflux step of the adsorption tower B, among the valves V1 to V16, V4, V8, and V16 are opened, and the other valves are closed. In this state, the adsorption tower A is still a regeneration step. The vacuum pump 53 sucks the gas in the adsorption tower A through the valve V4 and stores it in the buffer tank BT2.

この間、吸着塔Bには、吸着塔Aの再生時に吸着塔Aから排気されて、バッファタンクBT2に貯留された12CH4富化ガスが、逆止弁CV2、バルブ8を通して供給される。吸着塔Bの入口側に供給されるので、吸着塔Bの吸着ステップ、捕集ステップ時に吸着塔Bの出口付近に残留したガスが吸着塔Bの出口側から排出し、バルブV16、逆止弁CV1を経てバッファタンクBT1に送出される。バッファタンクBT1に送られたガスは、吸着ステップ、捕集ステップにおいて、メタンガス供給源52からのメタン(=原料ガス)と混合して、吸着塔Aに供給するガスとして用いられる。 During this time, 12 CH 4 enriched gas exhausted from the adsorption tower A during regeneration of the adsorption tower A and stored in the buffer tank BT2 is supplied to the adsorption tower B through the check valve CV2 and the valve 8. Since the gas is supplied to the inlet side of the adsorption tower B, the gas remaining near the outlet of the adsorption tower B during the adsorption step and the collection step of the adsorption tower B is discharged from the outlet side of the adsorption tower B, and the valve V16 and the check valve It is sent to the buffer tank BT1 via CV1. The gas sent to the buffer tank BT1 is mixed with methane (= raw material gas) from the methane gas supply source 52 and used as the gas supplied to the adsorption tower A in the adsorption step and the collection step.

本実験においては、(a)以上の一連の分離濃縮操作を一回のみ行い、吸着塔からから排出した13CH4富化ガスを原料ガス供給側へ還流しない場合の分離濃縮効果と、(b)以上の一連の分離濃縮操作を複数回繰り返して行い、吸着塔からから排出した13CH4富化ガスを原料ガス供給側へ還流した場合の分離濃縮効果とを比較した。その結果、従来の常識からは全く予想外の効果が得られることを見い出したものである。 In this experiment, (a) the above-described series of separation and concentration operations is performed only once, and the 13 CH 4 enriched gas discharged from the adsorption tower is not refluxed to the raw material gas supply side, and (b ) The above series of separation and concentration operations were repeated a plurality of times, and the effects of separation and concentration when 13 CH 4 enriched gas discharged from the adsorption tower was refluxed to the raw material gas supply side were compared. As a result, it has been found from the conventional common sense that an unexpected effect can be obtained.

〈実験結果〉
図3〜6は以上の実験の結果である。図3〜6において、横軸は分離濃縮操作の繰り返し回数(目盛は対数目盛にしてある)、縦軸は分離係数β’である。図3〜6において、最左端は一回のみの分離濃縮操作での分離係数β’である。
<Experimental result>
3 to 6 show the results of the above experiment. 3 to 6, the horizontal axis represents the number of repetitions of the separation and concentration operation (the scale is a logarithmic scale), and the vertical axis is the separation coefficient β ′. 3 to 6, the leftmost end is a separation coefficient β ′ in a single separation / concentration operation.

図3は、Na−モルデナイト型ゼオライト、キャリアガスとしてHeを用いた並流還流率0における分離係数β’の分離濃縮操作の繰り返し回数依存性である。図3のとおり、13CH413CH4=1.1:98.9の原料ガスの場合も13CH413CH4=9:91の原料ガスの場合にも、分離濃縮操作の繰り返し回数を増やすに伴い、分離係数β’が増大している。原料ガスが13CH413CH4=9:91のメタンの場合、1回のみの分離係数β’=1.027であるのに対して、繰り返し回数7回では分離係数β’=1.033となり、繰り返し回数10回では分離係数β’=1.052にまで増大している。また、原料ガスが13CH413CH4=1.1:98.9のメタンの場合、1回のみの分離係数β’=1.016であるのに対して、繰り返し回数10回では分離係数β’=1.056にまで増大し、その後僅かに小さくはなるが、ほぼ同じ値を示している。 FIG. 3 shows the number of repetitions of the separation / concentration operation of the separation coefficient β ′ at a cocurrent reflux rate of 0 using Na-mordenite zeolite and He as the carrier gas. As shown in FIG. 3, the separation and concentration operation is repeated both in the case of 13 CH 4 : 13 CH 4 = 1.1: 98.9 and in the case of 13 CH 4 : 13 CH 4 = 9: 91. As the number of times increases, the separation coefficient β ′ increases. When the source gas is methane of 13 CH 4 : 13 CH 4 = 9: 91, the separation coefficient β ′ = 1.007 only once, whereas the separation coefficient β ′ = 1. 033, and when the number of repetitions is 10, the separation coefficient β ′ increases to 1.052. Further, when the raw material gas is methane of 13 CH 4 : 13 CH 4 = 1.1: 98.9, the separation coefficient β ′ = 1.016 only once, whereas the separation is performed 10 times. The coefficient β ′ increases to 1.056, and after that, although it is slightly smaller, it shows almost the same value.

図4は、分子篩4A、キャリアガスとしてN2を用いた並流還流率0における分離係数β’の分離濃縮操作の繰り返し回数依存性である。図4のとおり、13CH413CH4=1.1:98.9の原料ガスの場合、分離濃縮操作の繰り返し回数を増やすに伴い、分離係数β’が増大している。例えば、1回のみの分離係数β’=1.019であるのに対して、繰り返し回数10回では分離係数β’=1.023となり、繰り返し回数80回では分離係数β’=1.046の値を示している。 FIG. 4 shows the number of repetitions of the separation / concentration operation of the separation coefficient β ′ at the cocurrent reflux rate 0 using N 2 as the molecular sieve 4A and the carrier gas. As shown in FIG. 4, in the case of a source gas of 13 CH 4 : 13 CH 4 = 1.1: 98.9, the separation coefficient β ′ increases as the number of repetitions of the separation and concentration operation increases. For example, while the separation coefficient β ′ = 1.018 only once, the separation coefficient β ′ = 1.023 when the number of repetitions is 10, and the separation coefficient β ′ = 1.046 when the number of repetitions is 80. The value is shown.

本発明(1)−(2)における、分離係数を最大にするための操作回数は、図3の結果からは10回以上、図4の結果からは45回以上である。従って、本発明(1)−(2)における前記(a)−(c)の操作、特に(b)および(c)の操作は少なくとも45回以上とするのが望ましい。   In the present invention (1)-(2), the number of operations for maximizing the separation coefficient is 10 times or more from the result of FIG. 3, and 45 times or more from the result of FIG. Therefore, the operations (a) to (c), particularly the operations (b) and (c) in the present invention (1)-(2) are preferably at least 45 times.

図5は、Na−モルデナイト型ゼオライト、キャリアガスとしてHeを用いた並流還流率0.25における分離係数β’の分離濃縮操作の繰り返し回数依存性である。図5のとおり、13CH413CH4=1.1:98.9の原料ガスの場合も、13CH413CH4=9:91の原料ガスの場合にも、分離濃縮操作の繰り返し回数を増やすに伴い、分離係数β’が増大している。原料ガスが13CH413CH4=9:91のメタンの場合、1回のみの分離係数β’=1.027であるのに対して、繰り返し回数7回では分離係数β’=1.036となり、繰り返し回数10回では分離係数β’=1.061にまで増大している。また、原料ガスが13CH413CH4=1.1:98.9のメタンの場合、1回のみの分離係数β’=1.016であるのに対して、繰り返し回数10回では分離係数β’=1.064にまで増大し、その後僅かに小さくはなるが、ほぼ同じ値を示している。 FIG. 5 shows the number of repetitions of the separation / concentration operation of the separation coefficient β ′ at a cocurrent reflux rate of 0.25 using Na-mordenite zeolite and He as the carrier gas. As shown in FIG. 5, the separation and concentration operation was performed for both 13 CH 4 : 13 CH 4 = 1.1: 98.9 source gas and 13 CH 4 : 13 CH 4 = 9: 91 source gas. As the number of repetitions increases, the separation coefficient β ′ increases. When the source gas is methane of 13 CH 4 : 13 CH 4 = 9: 91, the separation coefficient β ′ = 1.007 only once, whereas the separation coefficient β ′ = 1. 036, and when the number of repetitions is 10, the separation coefficient β ′ increases to 1.061. Further, when the raw material gas is methane of 13 CH 4 : 13 CH 4 = 1.1: 98.9, the separation coefficient β ′ = 1.016 only once, whereas the separation is performed 10 times. The coefficient β ′ increases to 1.064, and after that, although it is slightly smaller, it shows almost the same value.

図6は、分子篩4A、N2を用いた並流還流率0.1における分離係数β’の分離濃縮操作の繰り返し回数依存性である。図6のとおり、13CH413CH4=1.1:98.9の原料ガスの場合、分離濃縮操作の繰り返し回数を増やすに伴い、分離係数β’が増大している。例えば、1回のみの分離係数β’=1.019であるのに対して、繰り返し回数10回では分離係数β’=1.029となり、繰り返し回数30回では分離係数β’=1.03強にまで増大し、繰り返し回数100回でもほぼ同じ値を示している。 FIG. 6 shows the number of repetitions of the separation / concentration operation of the separation coefficient β ′ at a cocurrent reflux rate of 0.1 using the molecular sieves 4A and N 2 . As shown in FIG. 6, in the case of a source gas of 13 CH 4 : 13 CH 4 = 1.1: 98.9, the separation coefficient β ′ increases as the number of repetitions of the separation and concentration operation increases. For example, while the separation coefficient β ′ = 1.018 only once, the separation coefficient β ′ = 1.029 when the number of repetitions is 10, and the separation coefficient β ′ = 1.03 over when the number of repetitions is 30. Even when the number of repetitions is 100, it shows almost the same value.

本発明(3)−(4)において、分離係数を最大にするための操作回数は、図5の結果からは10回以上、図6の結果からは30回以上である。従って、本発明(3)−(4)における前記(a)−(d)の操作、特に(b)および(c)の操作は少なくとも30回以上とするのが望ましい。   In the present invention (3)-(4), the number of operations for maximizing the separation coefficient is 10 times or more from the result of FIG. 5 and 30 times or more from the result of FIG. Therefore, the operations (a) to (d), particularly the operations (b) and (c) in the present invention (3)-(4) are preferably at least 30 times or more.

以上、図3〜6から明らかなとおり、一連の分離濃縮操作を繰り返して行うことにより、分離係数β’を改善できることが明らかである。また、図3〜4の結果と図5〜6の結果を比較すると明らかなとおり、併せて並流還流を行うことにより分離係数β’をさらに改善することができる。   As is apparent from FIGS. 3 to 6, it is apparent that the separation coefficient β ′ can be improved by repeatedly performing a series of separation and concentration operations. Further, as is clear from the comparison of the results of FIGS. 3 to 4 and the results of FIGS. 5 to 6, the separation coefficient β ′ can be further improved by performing cocurrent reflux together.

先行技術:767号公報の同位体分離装置、分離濃縮工程を説明する図Prior Art: Illustration explaining the isotope separation apparatus and separation / concentration process of 767 本発明の実験に使用した装置を示す図The figure which shows the apparatus used for the experiment of this invention 本発明の実験結果を示す図The figure which shows the experimental result of this invention 本発明の実験結果を示す図The figure which shows the experimental result of this invention 本発明の実験結果を示す図The figure which shows the experimental result of this invention 本発明の実験結果を示す図The figure which shows the experimental result of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1〜18 開閉自在なバルブ
30 コールドボックス
31〜33 吸着塔
35、39、44 ブロワ
36 バッファタンク
37 真空ポンプ
34、38、41、42、45、46 流路
43 向流パージタンク
A 入口側流路
B 出口側流路
C 再生部
D 並流パージ部
51 キャリアガス供給源
52 メタンガス供給源
53 真空ポンプ
54 圧力調整器
55 製品タンク
56 質量分析計
BT1、BT2 バッファタンク
CV1、CV2 逆止弁
MFC1 キャリアガス流量制御器
MFC2 メタンガス流量制御器
P1 吸着塔A入口の圧力計
P2 吸着塔A出口の圧力計
P3 吸着塔B入口の圧力計
P4 吸着塔B出口の圧力計
V1〜V16 バルブ
NV1 ニードルバルブ
1-18 Openable and closable valves 30 Cold box 31-33 Adsorption tower 35, 39, 44 Blower 36 Buffer tank 37 Vacuum pump 34, 38, 41, 42, 45, 46 Channel 43 Counterflow purge tank A Inlet side channel B Outlet side channel C Regeneration unit D Cocurrent purge unit 51 Carrier gas supply source 52 Methane gas supply source 53 Vacuum pump 54 Pressure regulator 55 Product tank 56 Mass spectrometer BT1, BT2 Buffer tank CV1, CV2 Check valve MFC1 Carrier gas Flow controller MFC2 Methane gas flow controller P1 Adsorption tower A inlet pressure gauge P2 Adsorption tower A outlet pressure gauge P3 Adsorption tower B inlet pressure gauge P4 Adsorption tower B outlet pressure gauge V1 to V16 Valve NV1 Needle valve

Claims (4)

同位体選択性吸着材を充填した吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用してメタンを含む原料ガスからメタンの同位体ガスを分離濃縮する方法であって、
(a)メタンから12CH4を吸着塔の同位選択性吸着材に吸着させるとともに、13CH4を流過させて13CH4富化ガスを回収した後、
(b)回収した13CH4富化ガスを原料ガス供給側に還流し、
(c)次いで、吸着塔を吸着時より低圧にして同位体選択性吸着材に吸着されていた12CH4を脱着させて再生し、
(d)そして(a)−(c)の操作を少なくとも45回以上繰り返すことを特徴とするメタンの同位体ガスの分離方法。
A method for separating and concentrating isotope gas of methane from a source gas containing methane using a pressure swing adsorption method using an adsorption tower packed with an isotope-selective adsorbent,
(A) After adsorbing 12 CH 4 from methane on the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower and allowing 13 CH 4 to flow through to recover 13 CH 4 enriched gas,
(B) refluxing the recovered 13 CH 4 enriched gas to the source gas supply side,
(C) Next, the adsorption tower is set to a lower pressure than during adsorption, and 12 CH 4 adsorbed on the isotope-selective adsorbent is desorbed and regenerated,
(D) And the operation of (a)-(c) is repeated at least 45 times or more, The methane isotope gas separation method characterized by the above-mentioned.
前記同位体選択性吸着材が金属イオンをイオン交換担持した金属−モルデナイト型ゼオライトであることを特徴とする請求項1に記載の同位体ガスの分離方法。 The method of separating isotopes gases according to claim 1, which is a mordenite type zeolite bets - the isotope-selective adsorbents of metal ions supported by ion exchange metal. 同位体選択性吸着材を充填した少なくとも一つ以上の吸着塔を用い、圧力スイング吸着法を利用してメタンを含む原料ガスからメタンの同位体ガスを分離濃縮する方法であって、
(a)ある一つの吸着塔において、メタンから12CH4を同位体選択性吸着材に吸着させるとともに、13CH4を流過させて13CH4富化ガスを回収した後、
(b)回収した13CH4富化ガスを原料ガス供給側に還流し、
(c)当該吸着塔の同位体選択性吸着材を低圧にして再生する直前に、あらかじめ再生時に脱着させ、貯留していた12CH4を当該吸着塔入口から流入させることで、その吸着塔出口から排出したガスを原料ガス側へ戻す並流還流操作を行い、
(d)次いで、当該吸着塔の同位体選択性吸着材を低圧にして再生し、
(e)そして(a)−(d)の操作を少なくとも30回以上繰り返すことを特徴とするメタンの同位体ガスの分離方法。
A method of separating and concentrating an isotope gas of methane from a source gas containing methane using a pressure swing adsorption method using at least one adsorption tower packed with an isotope-selective adsorbent,
(A) After adsorbing 12 CH 4 from methane to an isotope-selective adsorbent in a certain adsorption tower and allowing 13 CH 4 to flow through and recovering 13 CH 4 enriched gas,
(B) refluxing the recovered 13 CH 4 enriched gas to the source gas supply side,
(C) Immediately before the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower is regenerated at a low pressure, 12 CH 4 previously desorbed and stored at the time of regeneration is introduced from the entrance of the adsorption tower, so that the exit of the adsorption tower Perform the co-current reflux operation to return the gas discharged from the source gas side,
(D) Next, the isotope-selective adsorbent of the adsorption tower is regenerated at a low pressure,
(E) And the operation of (a)-(d) is repeated at least 30 times or more, and the methane isotope gas separation method characterized by the above-mentioned.
前記同位体選択性吸着材が金属イオンをイオン交換担持した金属−モルデナイト型ゼオライトであることを特徴とする請求項3に記載の同位体ガスの分離方法。
The method of separating isotopes gases according to claim 3, characterized in that the mordenite zeolite bets - the isotope-selective adsorbents of metal ions supported by ion exchange metal.
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