JPH03232515A - 窒素ガスの分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は分子篩炭素の選択的吸着特性を利用して、空気
中の窒素と酸素を分離する方法に関する。

（従来の技術） 窒素ガスは金属の熱処理、半導体の製造プロセス、化学
プラントの防爆シールなどに広く使用され工業用ガスと
して重要な役割を果しており、その使用量も年々増大し
ている。

従来、工業用窒素ガスの製造は主として深冷分離法によ
り行われ、深冷分離装置で製造した窒素ガスをパイピン
グ、タンクローリ−、ボンベ等により、ユーザーへ供給
してきた。

近年新しい窒素ガスの製造法として分子篩炭素（Ｍｏｌ
ｅｃｕｌａｒ　Ｓｉｅｖｉｎｇ　Ｃａｒｂｏｎ　；　Ｍ
　Ｓ　Ｃ）を充填した吸着塔に原料空気を加圧下で送入
し、酸素を選択的に吸着させ窒素ガスを分離する所謂圧
力スイング吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄ
ｓｏｒｐｔｉｏｎ　　；　Ｐ　Ｓ　Ａ　）式窒素ガスの
製造法が開発されてきている。

このＰＳＡ式窒素ガス分離法は、深冷分離法と比較して
、装置が小型となり、操作が簡便で無人連続運転が可能
である等のため、深冷分離法に代わる新しい窒素ガス供
給法として注目され、装置のより一層の小型化や発生窒
素ガスの純度向上。

動力原単位の向上を意図し、種々の改良が試みられてい
る。ＰＳＡ式窒素ガス分離法では製品ガスの純度や収率
の向上あるいは動力原単位改善のため２塔あるいは３塔
以上の吸着塔を用いた装置で種々の操作サイクルが試み
られてきた。

例えば特公昭３Ｂ−２５９６９号公報には吸着工程終了
後の吸着塔内に製品ガスの一部を逆流することにより、
吸着剤の再生を効果的に行ういわゆるパージ法が開示さ
れている。また特公昭３９−８２０４号公報には吸着工
程終了後の高圧の吸着塔と再生工程終了後の低圧の吸着
塔を連結して両吸着塔圧力の均等化を図る所謂均圧法が
取り入れられている。更に特公昭５４−１７５９５号公
報には空気を原料として窒素富化ガスを製造するにあた
り、吸着工程終了後の吸着塔と再生工程終了後の吸着塔
を塔頂及び塔底で連結し、上下同時均圧を行なう方法が
開示されている。また特公昭６２−１３０４７号公報に
は２塔の吸着塔で同時均圧を行った後、吸着工程に入っ
た１塔より流出する初期の酸素含有量の多いガスを３〜
ｌＯ秒間大気中に放出した後、製品ガスを得ることによ
り、製品窒素ガスの純度を向上させる工夫がなされてい
る。しかしながら上記の如き操作法の工夫にも拘わらず
発生窒素ガスの到達純度や製品窒素ガスの収率には未だ
改善の余地があり、動力原単位を一層低減させる必要が
ある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこの様な事情に鑑みなされたものであってその
目的とするところは、ＰＳＡ式窒素ガス分離装置の新規
な操作法を提供するにある。他の目的は製品窒素ガスの
純度と収率を向上しひいては動力原単位の低減が可能な
窒素ガスの分離方法を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的は、分子篩炭素を充填した少なくとも２塔以
上の複数の吸着塔に加圧空気を供給し、高圧吸着工程と
、低圧再生工程とを、それぞれの吸着塔で交互に繰り返
し、圧力スイング吸着法により窒素ガスを分離するに際
し、分子篩炭素として （イ）　吸着圧力２．５ｋｇ−ｆ／ｍ”　Ｇでの酸素及
び窒素の１分後の吸着量がそれぞれ２０〜２７ｍｇ／ｇ
及び１〜６ｍｇ／ｇであり、且つ（ロ）　酸素及び窒素
の平衡吸着量が２２〜３４ｍｇ／ｇである分子篩炭素を
使用し、 （ハ）　高圧吸着工程での吸着時間を１３０〜３００秒
とし、 に）　製品窒素の取出し流量（Ｎｌ　／　ｍ　ｉ　ｎ　
）を吸着塔容積（Ｊ）の０．１〜′３．０倍とすること
を特徴とする窒素ガスの分離方法により達°成される。

本発明の窒素ガス分離法に用いる装置は、主として分子
篩炭素を充填した２塔以上の吸着塔、コンプレッサーな
どの原料空気供給手段、製品窒素ガスを貯留するりザー
バータンク、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の分析針などから構成されている。

２塔の吸着塔を用いた場合について本発明の窒素ガスの
分離方法に用いる装置の実施態様の一例を第１図にぎ示
す。

同図において、（ｌ）は空気圧縮機、（２）はエアドラ
イヤー、（３）　、　（３ａ）・・・は吸着塔、（４）
　、　（４ａ）　、　（７）　。

（７ａ）　、　（ｌ０）　、　（ｌ０ａ）　、　（ｌ３
）　、　（ｌ３ａ）　＝−はバルブ、（５）。

（５ａ）　、　（８）　、　（９）　、　（９ａ）　、
　（ｌ１）　、　（ｌ２）　、　（ｌ６）・・・はパイ
プ、（ｌ４）はりザーバータンク、（ｌ５）はパルプで
ある。

吸着塔（３）の吸着工程では、加圧空気はパイプ（５）
、バルブ（４）を通り、吸着塔（３）に供給される。

吸着塔内の分子篩炭素によって酸素が吸着され、濃縮さ
れた窒素ガスはバルブ（ｌ０）　、パイプ（ｌ１）をｉ
ｌす、−旦リザーバータンク（ｌ４）に蓄えられた後、
パルプ（ｌ５）を通って製品として供給される。吸着塔
（３）の吸着は１３０〜３００秒関行なわれ、当該ＭＳ
Ｃが飽和する前にパルプ（４）　、　（ｌ０）は閉じら
れる。

尚この吸着工程では、通常、−酸化炭素、二酸化炭素、
水等の空気中の共存ガス成分も吸着除去されるがアルゴ
ンは窒素と同様難唆着成分として製品ガス中に混入して
いる。しかしながら、アルゴンは不活性ガスであり窒素
ガスの利用に当って何ら障害とはならない６本発明での
窒素ガス純度とは微量に含まれるアルゴンを除いた窒素
ガスの純度を意味する。吸着工程の終了した吸着塔（３
）は再生工程に移る前に通常均圧工程を行なうが、均圧
工程は　　　　　　　　　　　　、省略してもよい、均
圧方法には、塔頂均圧、クロス均圧。

上下同時均圧等の方法がある。

本発明の吸着塔（３）の再生工程は１３０〜３００秒間
行う、この再生工程はパルプ（７）を開いて加圧状態に
ある吸着塔（３）内に充満した窒素・酸素混合ガスを大
気中に放出し、吸着塔内圧を急速に大気圧近傍まで低下
させることにより行うか、あるいは、この再生工程はバ
ルブ（７）　、　（ｌ３）　。

（ｌ９）を開きりザーバータンク内の製品窒素ガスを吸
着塔に同波方向（製品取り出し方向と逆向き）に流す、
いわゆるパージ再生を行ってもよい。

ところで、窒素製造用空気分離ＰＳＡ装置においては、
吸着時間は１８０秒程度までが限界とされてきた。空気
分離ＰＳＡ装置においては、収率を向上させ、動力原単
位を低減させるためには装置の操作サイクルを長くし、
再生（排気）の頻度を少なくすることが望ましい、しか
し、一般に用いられている分子篩炭素では、操作サイク
ルを長くし、吸着時間を長くしようとすると、製品窒素
ガスの純度が低下するため、取出流量を十分に確保でき
ずに不適当であった。

本発明では、吸着圧力２．５ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇにおける
酸素及び窒素の１分後の吸着量がそれぞれ２０〜２７ｍ
ｇ／ｇ、１〜６ｍｇ／ｇであり、また酸素及び窒素の平
衡吸着量がそれぞれ２２〜３４　ｍ　ｇ　／　ｇである
特定の分子篩炭素を充填剤として選定したことにより、
吸着時間を１３０〜３００秒の範囲で著るしく収率を向
上せしめることを可能としたものである。そしてこの分
子＠炭素の吸着圧力２．５ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇにおける１
分後の酸素の吸着量が２０ｍｇ／ｇ未満、あるいは窒素
の吸着量がｌ　ｍ　ｇ　／　ｇ未満では、分子篩炭素の
吸着容量が不十分であり、また、酸素の吸着量が２７ｍ
ｇ／ｇを超えるか窒素の吸着量が６ｍｇ／ｇを超えると
酸素・窒素の選択性に乏しく不適当である。

またこの吸着剤を用いた場合、吸着時間が１３０秒未満
では再生（排気）の頻度が多いため収率の低下をきたし
、吸着時間が３００秒を超えると製品窒素ガスの純度が
低下するため好ましくない。

また本発明では製品窒素の取出流量（Ｎ１／ｍ１ｎ）を
吸着塔容積（ｌ）のＯ，１〜３．０倍とする必要がある
。これは取出流量が吸着塔容積の０．１倍未満では収率
が低すぎ、３．０倍を上廻ると製品窒素の純度低下をき
たして好ましくない。

一般にＰＳＡ装置においては還流工程、昇圧工程といっ
た操作が行われることも多い、還流工程とはりザーハー
タンクより高純度窒素ガスの一部を吸着塔内に戻すこと
であり、昇圧工程とは吸着塔に加圧空気は供給するが製
品窒素ガスは取り出さず吸着塔の加圧を目的とする工程
である。しか量が向上する。かがる空気分離用分子篩炭
素は石炭、ヤシ殻炭あるいは、種々の合成高分子材料等
より、製造することができる。これらは例えば特公昭４
９−３７０３６号公報、特公昭５２−１８６７号公報、
特公昭５２−４７７５８号公報。

特開昭５９−４５９１４号公報、特開昭６１−６１０８
号公報、特開昭６２−５９５１０号公報等に開示されて
いる方法により製造できる。

本発明の窒素ガス分離方法に適用される分子篩炭素は公
知の分子篩炭素から適宜選択して使用すればよいが、特
に本発明者らが特願昭６３−５７１７５号公報に開示し
たフェノール樹脂微粉末、熱硬化性樹脂溶液及び高分子
バインダーを主原料として製造した分子篩炭素を充填側
として用いた場合−層好ましい結果が得られる。

この特願昭６３−５７１７５号公報に記載の分子ｗＩＩ
Ｒ素は、 （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）該多数の炭素粒子の夫々は、該粒子の間の通路に
連通ずる多数の細孔を有し、そして（Ｄ）少なくとも８
５重量％の炭素含有率を有することを特徴とする分子篩
炭素 であり、その製造法は ｆ４１（Ａ）熱硬化性フェノール樹脂微粉末、ここで、
該熱硬化性フェノール樹脂微粉末は （ａ）粒径１〜１５０μｍのフェノール樹脂の球状−次
粒子またはそれとその二次凝集物からなり、 （ｂ）少なくとも全体の５０重量％は１００タイラーメ
ンシユ篩を通過し得る大きさであり、 （ｃ）ＫＢｒＢｒ法による赤外線吸収スペクトルにおい
て１６０（ｌｃｍ−’のピークの吸収強度をＤ＋ｂｏｏ
、　　９００〜１０１５　ｃ　ｍ−’（Ｄ範囲の最も大
きなピークの吸収強度を Ｄｇｏｅ−＋ｉ＋ｓ＋　　８９０　ｃ　ｍ−’のピーク
の吸収強度をり、、。で表わした場合に下記式〇、。。

−１□！／’［’ｌｋｌ＋。〜０．２〜９．０Ｄ虐ｖ＊
／Ｄ＋−・・−０・０９　′１．０を満足し、且つ （ｄ）還流下でのメタノールに対する溶解度が５０重量
％以下である。

によって特定される。

（Ｂ）熱硬化性樹脂の溶液、 ここで、該熱硬化性樹脂はフェノール樹脂又はメラミン
樹脂である。

および （Ｃ）高分子バインダー ここで、該高分子バインダーは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
。

から構成され且つ該熱硬化性フェノール樹脂微粉末（Ａ
）１００重量部当り、該熱硬化性樹脂の溶液（Ｂ）５〜
５０重量部（固形分として）および高分子バインダー（
Ｃ）１〜３０重量部である均一混合物を準備し、 （ロ）　この均一混合物を粒状物に成形し、そして （ハ）　この粒状物を、非酸化性雰囲気下、５００〜１
１００℃の範囲の温度で、加熱処理して炭化した粒状物
を生成することを特徴とするものである。

また、この分子篩炭素は、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。

この分子篩炭素は、上記（Ａ）、　（Ｂ）の特徴と物俟
って、上記多数の炭素粒子の夫々が、上記粒子間の通路
に連通ずる多数の細孔を有する。この多数の細孔の存在
が分子篩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１０Ａ以下
の平均直径を有する。

また、該細孔の占める容積は分子篩炭素の重量Ｉｇ当り
好ましくは０．１−０．７　ｃ　ｃであり、より好まし
くは０．１５〜０．５　ｃ　ｃであり、さらに好ましく
は０．２〜０．４　ｃ　ｃである。

該分子篩炭素は、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、該分子篩炭素は、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容量％である
。

また、嵩密度が好ましくは０．７〜１．２　ｇ　／　ｃ
　ｃであり、より好ましくは０．８〜１．１　ｇ　／　
ｃ　ｃである。

該分子篩炭素は、上記の如く、好ましくは、平均直径１
０Å以下の細孔を有するが好ましくはこの細孔は平均直
径３〜５人の範囲に最も多く分布している。また、本発
明の分子篩炭素は、これより大きい細孔、例えば平均直
径１５〜２００人の細孔を、通常０．２　ｃ　ｃ　／　
ｇ以下、好ましくは０．１５ＣＣ／ｇ以下、より好まし
くは０．１　ｃ　ｃ　／ｇｇ以下細孔容積でしか有さな
い点でも特徴的と言える。

この分子篩炭素の比表面積は、Ｎ！吸着によるＢ、Ｅ、
Ｔ、法により測定した値として、通常５〜６００ｍ”／
ｇ、好ましくは１０〜４００ｍ軍／ｇ、最も好ましくは
２０〜３５０ｆｎ”／ｇ程度である。

この分子篩炭素は、例えば直径０．５〜５ｍｍ長さｔ−
ｔｏｍｍ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る。

（発明の効果） 本発明の窒素ガスの分離方法はＰＳＡ式窒素ガス分離装
置におけろ新規な操作サイクルを提供するものである０
本発明の窒素ガスの分離方法に於いては、上記のごとき
分子篩炭素を充填した２塔以上の吸着塔及びリザーバー
タンク、コンプレッサー等を所定の配置で連結し、自動
弁を操作し、吸着時間を１３０〜３００秒の範囲で所定
の取出流量で装置を運転することにより収率が著しく改
善されるため動力原単位も大きく低減することができる
。ＰＳＡ式窒素ガス分離装置の操作サイクルにおいては
吸着剤として用いられる分子篩炭素の吸着容量と選択吸
着性を有効に活用し、収率をの分離方法を行Ｖえば、単
位時間当りの再生（排気）回数を低減することが可能と
なり収率を向上する事ができる。また自動弁等の耐久性
を考慮する上でも本発明は有効である。

以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、実施
例における測定方法について以下に示す。

＋１１　　細孔容積、細孔径分布の測定：本発明の分子
篩炭素の細孔容積及び細孔径分布は、細孔直径６０人〜
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、ボアサイザー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。

γ１　・　Ｒ−Ｔ Ｐ　：吸着ガスが細孔に吸着するときの飽和蒸気圧、 Ｐｏ：常態での吸着ガスの飽和蒸気圧、Ｔ　：表面張力
、 ■　：液体窒素の１分子体積、 Ｒ：ガス定数、 Ｔ　：絶対温度、 γ、：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
　−Ｉｎｋｌｅｙ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篩炭素の酸素・窒素の吸着容量は第
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、試料室（４ン（２２６，９ｍ　ｌ！　
）に約３ｇの試料を入れ、パルプ（ｌ１）、　（８）を
閉じ、パルプ（２）、（３）を開けて３０分間脱気した
後パルプ（２）。

（３）を閉じ、パルプ（ｌ１）を開けて調整室（５）（
２３１，７ｍ１）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パルプ（ｌ１）を閉じ、バ
ルブ（３）を開は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（Ｑ＋）、窒素吸着
量（Ｑハを求めた。また上記経時変化が一定値に安定す
るまで測定をｗ１続し、酸素平衡吸着量（Ｑ、）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／ｃｍ２Ｇ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２．５　ｋ　ｇ　ｆ　／ｃｍ２Ｇ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 ４００１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９
０％のフェノール水溶液（２０℃）を１２ｋｇ添加した
。添加後３０〜４０秒間撹拌し、反応容器内の内容物が
急激に白濁すると同時に撹拌を中止し静置した。静置を
つづけると内温か徐々に上昇し、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、この温度で撹拌しながら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
、目的とする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作製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（住人化学■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、このポリビニルアルコ
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−で
ｌＯ分間混合した。その後球状フェノール樹脂を加えて
更にｌＯ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■製、
ペレソタダプル、ＥＸＤＦ−１００型）で押出し、平均
粒子径が３ｍｍφＸ６ｍｍＬの粒状体を造粒した。該粒
状体を８０℃で２４時間熱処理した後、有効寸法８００
ｍｍφＸ２０００ｍｍＬのロータリーキルンに入れ、窒
素雰囲気下６０℃／　ｈ　ｒで昇温し、８００℃で１時
間保持し、その後炉冷し、平均粒子径２．４　ｍ　ｍφ
Ｘ４ｍｍＬのベレット状の分子篩炭素を得た。この分子
篩炭素のＱ、、ｑ、、Ｑ３及びＱ４はそれぞれ２４．０
　ｍ　ｇ／ｇ、３．２ｍｇ／ｇ、２８．３ｍｇ／ｇ、２
６．０ｍｇ／ｇであり充填密度は０．６５３ｇ／ｃｍ’
であった０次に第１図に示す内径３００ｍｍφ×８５０
ｍｍＬの２塔の吸着塔を備えたＰＳＡ装置の吸着塔に上
記分子篩炭素を充填し、第１表に示す操作サイクル及び
操作時間で運転したよ（以下゛蒼白） 以下に操作サイクルに従い各工程を説明すると吸着塔（
３）は最初の還流工程では第１図に示すバルブ（ｌ３）
　、　（ｌ９）が開かれており、リザーバータンク内の
製品窒素ガスの一部がパイプ（９）　、　（ｌ２）　、
　（ｌＢ）を遺り、吸着塔（３）に戻される。吸着塔（
３）　の還流工程が終了すると、バルブ（ｌ３）　、　
（ｌ９）　は閉じられ吸着塔（３）は吸着工程に移る。

吸着塔（３）の吸着工程ではバルブ（４）　、　（ｌ０
）が開かれており、原料空気は空気圧縮機（ｌ）により
加圧され、除湿機（２）を通って除湿された後吸着塔（
３）　に導入される。

吸着塔（３）　では酸素及びその他の少量の共存気゛体
が選択的に吸着され、窒素ガスはパイプ（９）、（ｌ１
）を通り、リザーバータンク（ｌ４）に送り込まれた後
パイプ（ｌ６）より製品ガスとして取り出される。この
吸着塔（３）の還流工程と吸着工程の間、吸着塔（３ａ
）では再生工程が行われる（バルブ（７ａ）開）、吸＠
塔（３）の吸着工程が終了するとバルブ（４）　、　（
ｌ０）が閉じられ（バルブ（７ａ）も閉）、吸着塔（３
）は均圧工程に移る。均圧工程ではバルブ（ｌ３）　、
　（ｌ３ａ）が開かれ、吸着塔（３）内の加圧ガスの一
部が吸着塔（３ａ）に移る。この時、吸着塔（３ａ）も
均圧工程となる。均圧工程が終了するとバルブ（ｌ３）
　、　（ｌ３ａ）が閉じられ、吸着塔（３）はバルブ（
７）が開き、再生工程に移る。吸着塔（３）内の加圧空
気はバルブ（７）より向流方向に排気が行われる。再生
工程が終了するとバルブ（７）は閉じられる。吸着塔（
３）が再生工程の間に吸着塔（３ａ）では還流工程（バ
ルブ（ｌ３ａ）　、　（ｌ９）開）と吸着工程（バルブ
（４ａ）　、　（ｌ０ａ）開）が行われる０次に吸着塔
（３）はバルブ（ｌ３）　、　（ｌ３ａ）が開くことに
より均圧工程となる。均圧工程では吸着塔（３ａ）から
加圧ガスの一部が吸着塔（３）　に流れ込む（吸着塔（
３ａ）も均圧工程）、均圧工程が終了するとバルブ（ｌ
３）　、　（ｌ３ａ）は閉じられ、吸着塔（３）は最初
の還流工程にもどり同一のサイクルを繰り返す、吸着圧
力は７ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇとし、製品ガスの取出流量を変
化させた時の収率と酸素濃度の関係を第３図に示す。上
記の範囲の操作条件において良好な純度の製品窒素ガス
が得られることがわかる。

ここで収率は下記式により算出した。

・・・・・・■ この収率が高ければ動力原単位を小さくする上で有利と
なる。

実施例２ 内径２５０ｍｍφＸ　１２００　ｍ　ｍ　Ｌの２塔の吸
着塔よりなる第１図と同様のＰＳＡ装置を作製し、実施
例１と同様に製造した分子篩炭素を充填した。

本実施例では平均粒子径２ｍｍφｘ４ｍｍＬのペレット
状の５種類の吸着特性の異なる分子篩炭素を用い吸着圧
力が６ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇの時の酸素濃度が０．１％とな
る時の収率によって分子篩炭素の比較を行なった。第２
表にその操作サイクルと操作時間を、第３表にその結果
を示す、下表から本発明の範囲の特性の分子篩炭素にお
いて良好な収率で製品窒素ガスが得られることがわかる
。

（以下念白） 実施例３ 内径６１．８ｍｍφＸ１０Ｘ１００Ｏの２本の吸着塔を
備えた第１図に示す実施例１と同様の構成のＰＳＡ装置
により、以下の実験を行なった。吸着塔に充填した分子
篩炭素は平均粒子径２．５　ｍ　ｍφの球状のものを用
い、充填密度０．６５０　ｇ　／ｃｍ３　Ｑ、、ｑ、、
Ｑ、及びＱ４はそれぞれ２６．３ｍｇ／ｇ、２．５ｍｇ
／ｇ、２９．８ｍｇ／ｇ。

２７、４　ｍ　ｇ　／　ｇとした。吸着圧力は７．５　
ｋ　ｇ　ｆ　／ｃｍ’Ｇとし、第４表に示す操作サイク
ル及び操作時間で運転した０本実施例では製品窒素の取
出流量を変化させた。その時の酸素濃度と収率の関係を
求め第５表に示す０本発明の範囲外の取出流量では、十
分な窒素純度あるいは満足な収率が得られないことがわ
かる。

（以下余ゝ白）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる装置の一例であり、同図におい
て、（ｌ）・・・空気圧縮機、（２）・・・エアドライ
ヤ、（３）　、　（３ａ）・・・吸着塔、（４）　、　
（４ａ）　、　（７）　、　（７ａ）　。 （ｌ０）　、　（ｌ０ａ）　、　（ｌ３）　、　（ｌ３
ａ）　・＝バルブ、（５）　、　（５ａ）　、　（８）
　。 （９）、（９ａ）、（ｌ１）、（ｌ２）、（ｌ６）−バ
イブ、（ｌ４）・・・リザーバータンク、（ｌ５）・・
・バルブである。 第２図は本発明において分子篩炭素の分子篩特性を評価
するための吸着特性測定装置であり、同図において、（
ｌ）・・・真空ポンプ、（２）　、　（３）　、　（８
）　。 （ｌ１）　、　（ｌ２）、　（ｌ３）・・・バルブ、（
４）・・・試料室、（５）・・・調整室、（６）　、　
（７）　・・・圧力センサー、（９）・・・記録針、（
ｌＯ）・・・圧力計、（ｌ４）　、　（ｌ５）　・・・
ガスレギュレーター（ｌ６）・・・窒素ボンベ、（ｌ７
）・・・酸素ボンベである。 第３図は実施例１における製品窒素ガスの純度と収率の
関係を示す線図であり、縦軸は製品窒素ガスの不純物で
ある酸素ガスの濃度、横軸には窒素の収率を表わす。 ２ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 分子篩炭素を充填した少なくとも２塔以上の複数の吸着
   塔に加圧空気を供給し、高圧吸着工程と、低圧再生工程
   とを、それぞれの吸着塔で交互に繰り返し、圧力スイン
   グ吸着法により窒素ガスを分離するに際し、 分子篩炭素として （イ）吸着圧力２．５ｋｇ・ｆ／ｍ＾２Ｇでの酸素及び
   窒素の１分後の吸着量がそれぞれ２０〜２７ｍｇ／ｇ及
   び１〜６ｍｇ／ｇであり、且つ （ロ）酸素及び窒素の平衡吸着量が２２〜３４ｍｇ／ｇ
   である分子篩炭素を使用し、 （ハ）高圧吸着工程での吸着時間を１３０〜３００秒と
   し、 （ニ）製品窒素の取出し流量（ｌ／ｍｉｎ）を吸着塔容
   積（ｌ）の０．１〜３．０倍とすることを特徴とする窒
   素ガスの分離方法。