JP7374925B2 - ガス分離装置及びガス分離方法 - Google Patents
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Description
第1実施形態では、圧力変動吸着法(PSA法)を利用して、第1ガスと第2ガスとを含む混合ガスから目的ガスとして第2ガスを分離精製する場合を説明する。第1ガスの例は、二酸化炭素(CO2)ガス及び一酸化炭素(CO)ガスを含み、第2ガスの例は、水素(H2)ガス及びヘリウム(He)ガスを含む。混合ガスは、第1ガス及び第2ガス以外のガスを含んでもよい。
吸着工程では、自動開閉弁V1、V2,V3を開状態及び自動開閉弁V4,V5を閉状態にする。自動開閉弁V2が開状態のため、第1吸着槽6及び第2吸着槽10は連通している。この状態で、第1ガス管4を介して混合ガスを、第1吸着槽6及び第2吸着槽10に流すことによって、第1吸着槽6及び第2吸着槽10内の圧力を上げ、第1ガスをゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に吸着させる。これにより。第2ガス管12から第2ガスが取り出される。取り出された目的ガスである第2ガスは、ガス貯留部20に貯留される。ガス貯留部20に貯留された第2ガスは、適宜、第5ガス管13を介して取り出されれば良い。ガス分離装置2が、調節弁V6を有する場合、吸着工程では、第1吸着槽6及び第2吸着槽10の圧力が上昇するように、調節弁V6を調節してもよい。
上記吸着工程後、自動開閉弁V4を開く一方、自動開閉弁V1,V3を閉じる。よって、第1脱着工程では、自動開閉弁V2,V4は開状態であり、自動開閉弁V1,V3,V5は閉状態である。自動開閉弁V1~V5を上記の状態に維持したまま、真空ポンプ22を作動させ、第1吸着槽6内の圧力を、ゲート型吸着材から第1ガスが脱着に適した圧力(図1の圧力P2以下)まで低下させる。自動開閉弁V2は開状態であるため、第1吸着槽6と第2吸着槽10は連通している。よって、第2吸着槽10内の圧力も低下する。これにより、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材から第1ガスが脱着する。脱着した第1ガスは、第3ガス管14を介して排出される。
上記第1脱着工程の後、自動開閉弁V5を開く一方、自動開閉弁V2,V4を閉じる。第2脱着工程では、自動開閉弁V5が開状態である一方、自動開閉弁V1~V4は閉状態である。自動開閉弁V1~V5を上記の状態に維持したまま、第1脱着工程に引き続き真空ポンプ22を作動させることによって、第2吸着槽10内の圧力をラングミュア型吸着材に吸着した第1ガスの脱着に適した圧力まで下げる。自動開閉弁V5は開状態であるため、ラングミュア型吸着材から脱着した第1ガスは、第4ガス管16を介して排出される。
上記第2脱着工程の後、自動開閉弁V3を開く。よって、第1洗浄工程では、自動開閉弁V3,V5が開状態であり、自動開閉弁V1,V2,V4が閉状態である。自動開閉弁V1~V5を上記の状態に維持したまま、第2脱着工程に引き続き真空ポンプ22を作動させる。これによって、ガス貯留部20内の第2ガスが第2吸着槽10に流れる。第2ガスは、第2吸着槽10内のラングミュア型吸着材に吸着しないので、非吸着ガスであるとともに、洗浄ガスとして機能する。このような第2ガス(非吸着ガス)の第2吸着槽10への流入により、ラングミュア型吸着材から第1ガスの脱着が促進される。ラングミュア型吸着材から脱着した第1ガスは、第2脱着工程の場合と同様に第4ガス管16を介して排出される。
上記第1洗浄工程の後、自動開閉弁V2,V4を開く一方、自動開閉弁V5を閉じる。よって、第2洗浄工程では、自動開閉弁V2,V3,V4が開状態であり、自動開閉弁V1,V5が閉状態である。自動開閉弁V2が開状態であるため、第1吸着槽6及び第2吸着槽10は連通している。よって、自動開閉弁V1~V5を上記の状態に維持したまま、第1洗浄工程に引き続き真空ポンプ22を作動させることによって、ガス貯留部20内の第2ガスが第2吸着槽10及び第1吸着槽6の順に流れる。第2ガスは、第1吸着槽6内のゲート型吸着材に吸着しないので、ゲート型吸着材に対して非吸着ガスであるとともに、洗浄ガスとして機能する。このような第2ガス(非吸着ガス)の第2吸着槽10及び第1吸着槽6への流入により、ラングミュア型吸着材及びゲート型吸着材から第1ガスの脱着が促進される。ラングミュア型吸着材及びゲート型吸着材から脱着した第1ガスは、第1脱着工程の場合と同様に第3ガス管14を介して排出される。
上記第2洗浄工程の後、自動開閉弁V4を閉じる。よって、昇圧工程では、自動開閉弁V2,V3が開状態であり、自動開閉弁V1,V4,V5が閉状態である。自動開閉弁V2,V3が開状態であるため、第2洗浄工程の場合と同様に、ガス貯留部20内の第2ガスが第2吸着槽10及び第1吸着槽6の順に流れる。自動開閉弁V1,V4,V5が閉状態であるため、第2吸着槽10及び第1吸着槽6への上記第2ガスの流入により第2吸着槽10及び第1吸着槽6内が昇圧する。
第1実施形態は、混合ガスが有する第1ガス及び第2ガスのうち第2ガスを目的ガスとして分離精製する実施形態である。しかしながら、第1ガスを目的ガスとして分離してもよい。第1ガスを目的ガスとして混合ガスから分離する第2実施形態を説明する。第2実施形態における第1ガス及び第2ガスの例は、第1実施形態と同様である。
Claims (7)
- 第1ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第1吸着槽と、
前記第1吸着槽に第1開閉弁を介して接続されており、前記第1ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第2吸着槽と、
前記第1吸着槽に接続されている第1ガス管であって、第2開閉弁が設けられており、前記第1ガスと異なる第2ガス及び前記第1ガスを含む混合ガスを流す前記第1ガス管と、
前記第2吸着槽に接続されている第2ガス管であって、第3開閉弁が設けられており、前記混合ガスが前記第1吸着槽及び前記第2吸着槽の順に通過して得られる通過ガスを取り出す第2ガス管と、
前記第1吸着槽に接続されている第3ガス管であって、第4開閉弁が設けられており、前記ゲート型吸着材から脱着した第1ガスを取り出す第3ガス管と、
前記第2吸着槽に接続されている第4ガス管であって、第5開閉弁が設けられており、前記ラングミュア型吸着材から脱着した第1ガスを取り出す第4ガス管と、
を備える、
ガス分離装置。 - 前記第3ガス管と前記第4ガス管とは圧力調節器に接続されている、
請求項1に記載のガス分離装置。 - 第1ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第1吸着槽と、前記第1吸着槽に開閉弁を介して接続されており、前記第1ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第2吸着槽とに、前記開閉弁を開状態にして、前記第1吸着槽及び前記第2吸着槽の順に、前記第1ガスと異なる第2ガス及び前記第1ガスを含む混合ガスを流して前記第1吸着槽及び前記第2吸着槽内の圧力を上げることによって、前記混合ガス内の前記第1ガスを前記ゲート型吸着材及び前記ラングミュア型吸着材に吸着させ、前記第2吸着槽に接続された第1取出し管から前記第2ガスを取り出す吸着工程と、
前記開閉弁を開状態にし、前記第1吸着槽内の圧力を、前記ゲート型吸着材の前記第1ガスが脱着する圧力まで低下させることによって、前記ゲート型吸着材及び前記ラングミュア型吸着材から前記第1ガスを脱着させるとともに、前記第1ガスを前記第1吸着槽に接続された第2取出し管から取り出す第1脱着工程と、
前記第1脱着工程の後、前記開閉弁を閉状態にし、前記第2吸着槽内の圧力を低下させることによって、前記ラングミュア型吸着材から前記第1ガスを脱着させ、脱着された前記第1ガスを前記第2吸着槽に接続された第3取出し管から取り出す第2脱着工程と、
を備える、
ガス分離方法。 - 前記第2脱着工程の後に、前記開閉弁を閉状態にし、前記ラングミュア型吸着材に実質的に吸着されない非吸着ガスを前記第2吸着槽に流しながら、前記ラングミュア型吸着材から脱着した前記第1ガスを、前記第3取出し管を介して取り出す第1洗浄工程と、
前記第1洗浄工程の後、前記開閉弁を開状態にし、前記ゲート型吸着材に実質的に吸着されない非吸着ガスを前記第2吸着槽から前記第1吸着槽に流しながら、前記ラングミュア型吸着材及び前記ゲート型吸着材から脱着した前記第1ガスを、前記第2取出し管を介して取り出す第2洗浄工程と、
を更に有する、
請求項3に記載のガス分離方法。 - 前記第1脱着工程及び前記第2脱着工程で取り出されたガスの一部を前記第1吸着槽及び前記第2吸着槽の少なくとも一方に返送する返送工程を更に備える、
請求項3に記載のガス分離方法。 - 前記吸着工程の前に、前記第1吸着槽及び前記第2吸着槽内を昇圧する昇圧工程を更に有する、
請求項3~5の何れか一項に記載のガス分離方法。 - 第1ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第1吸着部と、前記第1吸着部に直列に配置されており、前記第1ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第2吸着部とに、前記第1ガスと異なる第2ガス及び前記第1ガスを含む混合ガスを、前記第1吸着部及び前記第2吸着部の順に流すことによって、前記第1吸着部及び前記第2吸着部の圧力を上げて、前記ゲート型吸着材及び前記ラングミュア型吸着材に前記第1ガスを吸着させる吸着工程と、
前記第1吸着部及び前記第2吸着部内の圧力を下げて、前記ゲート型吸着材及び前記ラングミュア型吸着材に前記第1ガスを脱着させる脱着工程と、
を備える、
ガス分離方法。
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