JPH05305214A

JPH05305214A - 酸素ガスの分離法

Info

Publication number: JPH05305214A
Application number: JP4135781A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takahashi; 勉高橋; Chiaki Marumo; 千郷丸茂; Eiji Hayata; 英司早田
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-19
Anticipated expiration: 2012-11-26
Also published as: JP2681894B2

Abstract

(57)【要約】【目的】空気中の酸素ガスを９５％以上の高純度で、
簡便かつ安価に分離するとを目的とする。【構成】分子ふるい炭素を充填した３塔以上に加圧空
気を供給し、各吸着塔で順次、加圧，減圧を繰り返し、
吸着成分である酸素ガスを回収する圧力スイング吸着法
において、吸着工程，洗浄工程，減圧均圧工程，酸素ガ
ス回収工程，加圧均圧工程，酸素ガス還流工程並びに洗
浄排出ガス吸着工程を順次連続的に繰り返し、酸素ガス
を継続して取出すことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は分子ふるい炭素の選択的
吸着特性を利用して、空気中の酸素ガスを分離する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、空気中の酸素ガスを分離する技術
として圧力スイング吸着法（以下ＰＳＡ法と略す）が開
発され実用化が進展しつつある。このＰＳＡ法によるガ
スの分離法は、吸着剤の選択的吸着特性を利用してガス
を分離するものであり、深冷分離法に比較して装置が小
型となり操作が簡便で、オンサイトで連続無人運転が可
能である等の特長がある。従来、ＰＳＡ法で空気中の酸
素ガスを分離する場合は、吸着剤としてゼオライトを使
用し、加圧下で窒素ガスを吸着除去して、非吸着成分の
酸素ガスを製品ガスとして分離する方法が採用されてき
たが、ゼオライトは親水性材料で、水の吸着力が強く水
を吸着すると著しく性能が劣化するため、ＰＳＡ操作に
先立って予め、原料ガス中の水分を十分除去しておかな
ければならず、設備が煩雑になり、メンテナンス上も細
かい留意が必要である等の欠点を有している。

【０００３】また通常酸素製造に用いられる５Ａ型や１
３Ｘ型ゼオライトでは、窒素が吸着成分となり、酸素と
アルゴンとが非吸着成分となるので、酸素とアルゴンの
分離が原理的に不可能である。そのため、空気中の酸素
を濃縮する酸素発生装置においては原料空気中に含まれ
る約０．９３％のアルゴンが酸素と共に濃縮され、酸素
濃度を最高でも約９５％までしか高めることができず、
その用途が限定されているのが現状である。このため、
高濃度の酸素ガスを得る場合には、新たにアルゴン除去
のための装置が必要となり酸素ガス精製コストも高くな
る。一方、分子ふるい炭素は、非極性の疎水性材料であ
り、水分による極端な性能劣化がないこと及び酸素が吸
着成分となり、窒素とアルゴンが非吸着成分となるた
め、酸素，窒素，アルゴンを含む原料空気より酸素のみ
を高純度で取出すことが原理的に可能となることなどの
点で、酸素濃縮に適した材料であると考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上記の観
点より鋭意研究の結果、新しい酸素ガスの分離法として
本発明を完成させたものである。本発明の目的は、空気
中の酸素ガスを９５％以上の高純度で、簡便かつ安価に
分離する方法を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、分
子ふるい炭素を充填した３塔以上の吸着塔に加圧空気を
供給し、各吸着塔で順次、加圧，減圧を繰り返し、吸着
成分である酸素ガスを回収する圧力スイング吸着法にお
いて、１）吸着塔に原料空気を供給して昇圧し、更に加圧状態
に保ちつつ原料空気の供給を継続し、酸素ガスを吸着す
る吸着工程２）吸着工程終了後の吸着塔に製品酸素ガスの一部を導
入して洗浄する洗浄工程３）洗浄工程終了後の吸着塔を回収工程の終了した他の
吸着塔と連結し、洗浄工程終了後の吸着塔から、連結し
た吸着塔にガスを移動させる減圧均圧工程４）減圧均圧工程終了後の吸着塔を減圧し、吸着してい
る酸素ガスを回収する回収工程５）回収工程終了後の吸着塔を洗浄工程の終了した他の
吸着塔と連結し、回収工程終了後の吸着塔に、連結した
吸着塔からガスを移動させる加圧均圧工程６）加圧均圧工程終了後の吸着塔に製品酸素ガスの一部
を導入して昇圧する還流工程７）還流２程終了後の吸着塔に洗浄工程にある吸着塔か
ら排出されるガスを導入し吸着する洗浄ガス吸着工程の７工程より成る一連の操作を各吸着塔で順次連続的に
繰り返し、酸素ガスを継続して取出すことを特徴とする
酸素ガスの分離法により達成される。

【０００６】本発明に用いる分子ふるい炭素は、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。そして、これらの製造法は、例えば特
公昭４９−３７０３６号公報，特公昭５２−１８６７号
公報，特公昭５２−４７７５８号公報，特開昭５９−４
５９１４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。本発明の
酸素ガスの分離法に適用される分子ふるい炭素は、公知
の分子ふるい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号公報に記載
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ふるい炭素を
充填剤として用いた場合、一層好ましい結果が得られ
る。この特願昭６３−５７１７５号公報に記載の炭素
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、該粒子間の通路に連通する多数の細孔を有し、
そして（Ｄ）少なくとも８５重量％の炭素含有率を有す
ることを特長とする分子ふるい炭素である。

【０００７】これらの分子ふるい炭素は、（イ）熱硬化性フェノール樹脂微粉末（ロ）フェノール樹脂，メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂
溶液及び、（ハ）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高分子バインダーから構成されかつ該熱硬化性フェノール樹脂微粉末
（イ）１００重量部当たり、該熱硬化性樹脂の溶液
（ロ）５〜５０重量部（固形分として）及び高分子バイ
ンダー（ハ）１〜３０重量部を含む均一混合物を準備
し、この均一混合物を粒状物に成形し、そして該粒状物
を非酸化性雰囲気下、５００〜１１００℃の範囲の温度
で加熱処理して炭化した粒状物を生成せしめることによ
り製造される。

【０００８】また、この分子ふるい炭素は、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。この分子ふるい炭素は、上記
（Ａ），（Ｂ）の特長と相俟って、上記多数の炭素粒子
の夫々が、上記粒子間の通路に連通する多数の細孔を有
する。この多数の細孔の存在が分子ふるい炭素の選択吸
着性の発現に大きく寄与している。多数の炭素粒子の中
の該細孔は約１０Å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ふるい炭素の重量１ｇ当り好ま
しくは０．１〜０．７ｃｃであり、より好ましくは０．
１５〜０．５ｃｃであり、さらに好ましくは０．２〜
０．４ｃｃである。該分子ふるい炭素は、組成上の特長
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、該分子ふるい炭素は、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容積％で
ある。また、嵩密度が好ましくは０．７〜１．２ｇ／ｃ
ｃであり、より好ましくは０．８〜１．１ｇ／ｃｃであ
る。

【０００９】該分子ふるい炭素は、上記の如く、平均直
径１０Å以下の細孔を有するが好ましくはこの細孔は平
均直径３〜５Åの範囲に最も多く分布している。また、
この分子ふるい炭素は、これより大きい細孔、例えば平
均直径１５〜２００Åの細孔を、通常０．２ｃｃ／ｇ以
下、好ましくは０．１５ｃｃ／ｇ以下、より好ましくは
０．１ｃｃ／ｇ以下の細孔容積でしか有さない点でも特
長的と言える。この分子ふるい炭素の比表面積は、Ｎ₂
吸着によるＢ．Ｅ．Ｔ．法により測定した値として、通
常５〜６００ｍ²／ｇ、好ましくは１０〜４００ｍ²／
ｇ、最も好ましくは２０〜３５０ｍ²／ｇ程度である。
この分子ふるい炭素は、例えば直径０．５〜５ｍｍ、長
さ１〜１０ｍｍ程度の円柱状あるいは直径０．５〜１０
ｍｍ程度の球状の形態で提供される。本発明の吸着工程
とは、分子ふるい炭素を充填した吸着塔の一端から原料
加圧空気を供給して昇圧し、更に吸着塔の他端より非吸
着ガスを排出しながら吸着塔内を一定の加圧状態に保ち
つつ、原料の供給を継続し、酸素ガスを吸着する工程で
ある。

【００１０】この吸着工程における吸着塔内の圧力は通
常０．１〜９．９ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇである。吸着剤の
吸着容量は、吸着圧力が高い程大きくなるが、一方、吸
着圧力が高い程動力原単位も上昇するため、通常上記範
囲で操作するとよい。この圧力範囲は、好ましくは０．
５〜７．０ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ、最も好ましくは１．０
〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇである。吸着工程を継続す
ると分子ふるい炭素への酸素ガスの吸着量が次第に増加
し、吸着塔の他端の出口より排出される非吸着ガス中の
酸素濃度が次第に増加する。吸着工程の所要時間は、吸
着剤の吸着容量，吸着塔圧力，所望の製品ガスの純度等
を考慮して設定されるが、通常３０〜２１０秒、好まし
くは４５〜１８０秒、最も好ましくは６０〜１２０秒で
ある。

【００１１】本発明の洗浄工程とは、吸着工程終了後の
吸着塔の一端から製品酸素ガスの一部を供給し、他端か
ら排出させる工程である。この工程では、吸着塔内に滞
留している酸素濃度の低い混合ガスを塔内より排出し、
また吸着塔内の酸素分圧を高めて、分子ふるい炭素にわ
ずかに吸着している窒素ガスを脱着，排出させて回収工
程での製品酸素ガスの濃度を向上させることができる。
洗浄ガスの供給圧力は、通常大気圧以上、製品ガス取出
圧力以下であり、好ましくは０．５〜７．０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²・Ｇさらに好ましくは、０．５〜５．０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²・Ｇである。また、洗浄ガスの供給量は、その増加
に伴ない製品ガス濃度も上昇するが、あまり多量になる
と製品ガス収率の低下をきたすので、通常製品ガス量の
１５〜１５０ｖｏｌ％、好ましくは３０〜１２０ｖｏｌ
％、最も好ましくは４０〜１００ｖｏｌ％である。

【００１２】本発明の減圧均圧工程とは、洗浄工程終了
後の吸着塔を回収工程終了後の吸着塔と連結し、両吸着
塔間の圧力差を利用して、洗浄工程の終了した吸着塔か
ら回収工程の終了した減圧下の吸着塔へ酸素リッチガス
を移動させ、有効利用するものである。この工程におけ
るガスの移動は、必ずしも両吸着塔間の圧力差が均等に
なるまで行なう必要はなく、この工程直前の圧力差を１
とすると、通常工程終了後の圧力差が０．７〜０の範囲
であり、好ましくは０．５〜０．１、最も好ましくは
０．４〜０．２の範囲である。また、加圧均圧工程と
は、上記減圧均圧工程の説明で記した、酸素リッチガス
の移動により、もう一方の吸着塔が加圧される工程であ
り、加圧均圧工程と減圧均圧工程は、２つの吸着塔間で
同時進行する。

【００１３】本発明の回収工程とは、減圧均圧工程終了
後の吸着塔を真空ポンプで減圧し、分子ふるい炭素に吸
着している酸素ガスを脱着させ、サージタンクに回収す
る工程である。この工程における吸着塔内の減圧度は通
常２００ｔｏｒｒ以下、好ましくは１００ｔｏｒｒ以
下、最も好ましくは５０ｔｏｒｒ以下である。また回収
工程の所要時間は、通常６０〜４２０秒、好ましくは９
０〜３６０秒、最も好ましくは１２０〜２４０秒であ
る。本発明の還流工程とは、加圧均圧終了後の吸着塔の
一端から製品酸素ガスの一部を供給して昇圧させる工程
である。この工程では、製品酸素ガスが再び吸着ガスと
して供給されるため、製品ガス中の酸素濃度を一層高め
ることができる。還流工程における昇圧は、通常０．１
ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ以上サージタンク内圧以下である。

【００１４】本発明の洗浄排出ガス吸着工程とは、還流
工程終了後、吸着塔の一端から、洗浄工程にある吸着塔
から排出されるガスを導入し吸着させる工程である。洗
浄工程では、製品酸素ガスを使用して洗浄を行なうの
で、ここで排出されるガスの酸素濃度は、原料空気より
も高くなっている。そこで、この排出ガスを還流工程終
了後の吸着塔へ導入し、分子ふるい炭素へ吸着させるこ
とにより、洗浄工程で排出される酸素ガスを回収でき、
また、空気を供給した場合よりも、酸素ガスの吸着量が
大きくなるため、高濃度の製品酸素ガスを得ることがで
きる。この洗浄排出ガス吸着工程の所要時間は通常吸着
工程の所要時間に対して、３０〜２００％、好ましくは
６０〜１５０％、最も好ましくは９０〜１３０％であ
る。本発明においては、上記分子ふるい炭素を充填した
３塔以上の吸着塔より成るＰＳＡ装置により、１）吸着
工程２）洗浄工程３）減圧均圧工程４）回収工程
５）加圧均圧工程６）還流工程７）洗浄排出ガス
吸着工程の一連の工程を繰り返し連続的に実施すること
により、酸素ガスの分離を効率的に実施することができ
る。

【００１５】また、本発明においては、各工程の時間，
原料空気供給量，製品取出量，洗浄ガス供給量を適宜設
定することにより、製品酸素濃度を２０％台〜９０％台
まで任意に選定することができる。特に本発明において
は、その操作条件の選定により、酸素濃度９８〜９９．
９％程度の高純度の酸素を得ることも可能である。

【００１６】以下、図１に示す３塔式ＰＳＡ装置を使用
した場合について具体的に説明する。但し、本発明で使
用するＰＳＡ装置は３塔以上の吸着塔より構成される装
置であればいずれでもよく、３塔式の場合のみに限定さ
れるものではない。また、洗浄排出ガスの供給方法とし
ては上記の方法以外に、原料空気と混合してから供給す
ることも可能である。即ち、洗浄排出ガス吸着工程と吸
着工程を区分しないで１つの工程として行うことができ
る。

【００１７】図１において、吸着塔１，２，３にはそれ
ぞれ分子ふるい炭素が充填されている。まず、電磁弁１
１，１２を開状態とし、空機圧縮機５により加圧された
原料空気がエアードライヤー７，流入路パイプ１ａを通
り、吸着塔１に供給される。そして、所定の加圧状態に
保ちつつ、原料空気の供給を継続し、空気中の酸素ガス
を吸着させる吸着工程を行う。この間、主に窒素ガスよ
り成るガスが排出路パイプ１ｂを通り排出される。この
吸着工程における原料空気の供給圧力は、通常０．１〜
９．９ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇである。吸着塔１が吸着工程
にあるとき、吸着塔２では、洗浄工程が行なわれてい
る。つまり、電磁弁２２，２４を開状態とし、製品酸素
ガス流入路２ｄを通り、吸着塔２へ製品酸素ガスが導入
される。また同時に吸着塔３では、回収工程が行なわれ
ている。つまり、電磁弁３３を開状態とし、製品酸素ガ
ス回収路３ｃを通し、真空ポンプ６で、分子ふるい炭素
に吸着された酸素ガスを回収し、サージタンク４に導入
する。吸着塔１，２，３では、同一のサイクル操作を１
／３サイクルだけ時間差をとって操作するので以下吸着
塔１の場合の操作について主に説明する。

【００１８】分子ふるい炭素への酸素ガス吸着が飽和す
る直前に吸着塔１の吸着工程を終了し、次に電磁弁１１
を閉じ、１４を開状態にして、製品酸素ガス流入路１ｄ
を通し、吸着塔１へ製品酸素ガスを導入し、さらに排出
路パイプ１ｂを経て排出する洗浄工程を行なう。この洗
浄工程は、吸着塔内に残留する窒素リッチガスを吸着塔
外へ排出し、吸着塔内の酸素ガスの分圧を高め、窒素ガ
スの分圧を低くすることにより、分子ふるい炭素にわず
かに吸着している窒素を脱着，排出させるため、回収す
る製品酸素ガスの純度を上昇させることができる。更
に、洗浄工程に先立って電磁弁１３，４１を開状態にし
て、吸着塔内に残留する窒素リッチガスを排出する工程
（排出工程）を入れてもよい。吸着塔１が洗浄工程中
は、吸着塔２は回収工程，吸着塔３は吸着工程にある。
洗浄工程終了後、電磁弁１７と２７を開状態にして、吸
着塔１と回収工程の終了した吸着塔２を連結し、両吸着
塔間の圧力差を利用して、吸着塔１から吸着塔２へガス
の移動を行なう減圧均圧工程を行なう。この工程によ
り、吸着塔１内に存在する酸素リッチガスが吸着塔２へ
導入され吸着塔２内の分子ふるい炭素への吸着ガスとし
て有効利用される。

【００１９】減圧均圧終了後、電磁弁１７，２７を閉
じ、１３を開状態にして、製品酸素ガス回収路１ｃを通
し、真空ポンプ６で分子ふるい炭素に吸着されている酸
素ガスを回収し、サージタンク４に貯留する回収工程を
行なう。吸着塔１が回収工程中は、吸着塔２は洗浄排ガ
ス吸着工程，吸着塔３は洗浄工程にある。回収工程終了
後、電磁弁１３を閉じ、１７，３７を開状態にして、吸
着塔１と洗浄工程の終了した吸着塔３とを連結し、両吸
着塔間の圧力差を利用して吸着塔３から吸着塔１へガス
の移動を行うが加圧均圧工程を行う。この工程により、
吸着塔３内に存在する酸素リッチガスが吸着塔１へ導入
され、分子ふるい炭素への吸着ガスとして有効利用され
る。加圧均圧工程終了後、電磁弁１７，３７を閉じ、１
４を開状態として、製品酸素ガス導入路１ｄを通し、吸
着塔１に製品酸素ガスを導入し、昇圧する還流工程を行
う。この工程により製品酸素ガスが再び吸着ガスとして
供給されるため、微量存在する窒素ガスが除かれ、製品
ガスの酸素濃度を一層高める効果がある。

【００２０】還流工程終了後、電磁弁１４を閉じ、２
４，２６，１５，１２を開状態として、洗浄工程にある
吸着塔２の洗浄排出ガスを洗浄排出ガス導入路パイプ２
ｅを通し、吸着塔１へ導入する洗浄排出ガス吸着工程を
行う。この工程により洗浄工程で排出されるガス中に含
まれる酸素ガスを回収することが可能であり、また、空
気を供給した場合と比較して、酸素ガスの吸着量が大き
くなるため、高濃度の製品酸素ガスを得ることが可能と
なる。また、洗浄排出ガスを原料空気と混合して、吸着
塔１へ導入する場合は、電磁弁１１，２４，２６，１
５，１２を開状態にして運転する。洗浄排出ガス吸着工
程終了後、再び吸着工程に移り、１サイクルが完了す
る。そして、吸着塔１，２，３の間で１／３サイクルず
つ工程をずらしてＰＳＡ装置を運転することにより、連
続して酸素ガスを取り出すことができる。本発明におい
ては、上記の如く１）吸着工程２）洗浄工程３）減
圧均圧工程４）回収工程５）加圧均圧工程６）還
流工程７）洗浄排出ガス吸着工程の７つの工程より成
る一連の操作を各吸着塔で順次連続的に繰り返すことに
より、空気から酸素ガスを分離することができる。ま
た、本発明においては、上記７工程以外の工程を付け加
えることは何ら制限するものではない。

【００２１】

【発明の効果】本発明の酸素ガス分離法は、空気に比較
してやや酸素ガス濃度を高めた酸素富化空気の製造か
ら、酸素濃度９５％以上の高純度酸素の製造まで広範囲
の濃度の酸素ガス製造装置として用いることができるた
め、その応用範囲は多岐にわたる。例えば、本発明の装
置で製造した酸素富化空気は、各種燃焼設備の酸素富化
燃焼用ガスとして用いることができ、酸素濃度３０〜４
５％程度の製品ガスは、各種バイオリアクター用の酸素
富化空気として利用できる。また酸素濃度９０〜９５％
程度の製品酸素ガスは、排水処理での曝気用，医療用，
その他各種用途に対し、安価な酸素供給源として利用で
きる。更にまた９８％以上の高純度酸素は、特に溶接，
溶断用等高温を必要とする分野で利用することができ
る。本発明で得られる酸素ガスは上記の用途以外にも、
各種の用途に対し、酸素ボンベの代替用として用いるこ
とができる。以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説
明する。

【００２２】実施例１４００ l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
９０％のフェノール水溶液（２０℃）を１２ｋｇ添加し
た。添加後３０〜４０秒間攪拌し、反応容器内の内容物
が急激に白濁すると同時に攪拌を中止し静置した。静置
をつづけると内温が徐々に上昇し、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、この温度で攪拌しながら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。

【００２３】つぎに上記方法により作製した球状フェノ
ール樹脂１０ｋｇ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（住友化
学（株）製，スミテックスレジンＭ−３，固形分濃度８
０％）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２
０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ーで１０分間混合
した。その後球状フェノール樹脂を加えて更に１０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（株）製，ペレッタダブル，ＥＸＤＦ−１００型）
で押出し、平均粒子径が３ｍｍφ×６ｍｍＬ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８００ｍｍφ×２０００ｍｍＬのロータリーキ
ルンに入れ、窒素雰囲気下６０℃／ｈｒで昇温し、７８
０℃で１時間保持し、その後炉冷し、平均粒子径２．４
ｍｍφ×４ｍｍＬのペレット状の分子ふるい炭素を得
た。

【００２４】この分子ふるい炭素の特性を評価するた
め、図２に示す吸着特性測定装置により窒素ガス及び酸
素ガスの吸着量を測定した。同図において、試料室４
（２００ml）に３ｇの試料を入れ、バルブ１１，８を閉
じ、バルブ２，３を開けて３０分間脱気した後、バルブ
２，３を閉じ、バルブ１１を開け、調整室５（２００m
l）内に酸素ガスまたは窒素ガスを送り込み、設定圧
（６．００ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ）になったところでバル
ブ１１を閉じ、バルブ３を開け所定時間における内部圧
力の変化を測定して、酸素及び窒素の吸着量を求めた。
測定の結果、この分子ふるい炭素１ｇ当たりの吸着量
は、吸着開始１分後で酸素が２０．２ｍｇ／ｇ（吸着圧
２．５３６ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ）窒素が２．５ｍｇ／ｇ
（吸着圧２．６２９ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ）、平衡吸着量
は、酸素が２５．２ｍｇ／ｇ（吸着圧２．５０９ｋｇｆ
／ｃｍ²・Ｇ）窒素が２０．４ｍｇ／ｇ（吸着圧２．５
１９ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ）であった。

【００２５】この分子ふるい炭素を図１に示す３塔式Ｐ
ＳＡ装置の吸着塔（内径５３．５ｍｍφ×８００ｍｍ
Ｌ）に充填し、表１に示す運転サイクル及び操作時間で
運転した。この時、吸着工程での吸着塔内圧力は３ｋｇ
ｆ／ｃｍ²・Ｇ、回収工程の減圧度は５０ｔｏｒｒと
し、原料空気供給量は５Nl/min、洗浄ガス流量は０．２
Nl/min、塔内圧力１．０ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇとサージタ
ンク内圧力を１．０ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇとした。この結
果得られた製品酸素ガスの取出量，濃度，収率を表２に
示す。ここで、製品酸素ガスの収率Ｙ（％）は、次式に
従い求めた。

【００２６】

【表２】

【００２７】本実施例により酸素濃度８０．９〜９９．
９％の製品ガスが収率３８．６〜４７．７％で得られ、
特に実験３，４，５，６においては酸素濃度９５％以上
の高濃度の製品ガスが高収率で得られた。

【００２８】実施例２実施例１で使用した分子ふるい炭素を図１に示す３塔式
ＰＳＡ装置の吸着塔に充填し、ＰＳＡ装置の操作条件を
洗浄ガス流量は表３に示す条件で、その他の条件は実施
例１の実験番号４と同一として実験を行なった。

【００２９】

【表３】

【００３０】本実施例により洗浄ガス流量を多くする
と、製品酸素ガス濃度が高くなり、洗浄ガス流量が、製
品酸素ガス取出量に対して、４０％〜１３０％におい
て、９９％以上の高濃度となった。一方実験番号９で
は、洗浄ガス流量が少ないため、製品ガス濃度が低く、
実験番号１５では、洗浄ガス流量が多いため、製品取出
量が減少し、収率が低くなった。

【００３１】実施例３実施例１で使用した分子ふるい炭素を図１に示す３塔式
ＰＳＡ装置の吸着塔に充填し、回収工程における減圧度
を表３の如く設定し、その他の条件は、実施例１の実験
番号４と同一にして実験を行なった。この結果得られた
製品酸素ガスの取出量，濃度，収率をあわせて表４に示
す。

【００３２】

【表４】

【００３３】本実施例により、回収工程における塔内圧
力が低くなる程、製品酸素ガス濃度が高くなり、収率も
向上した。特に１００ｔｏｒｒ以下の場合に９５％以上
の酸素濃度の製品ガスが収率４５％以上で得られた。

【００３４】実施例４実施例１で使用した分子ふるい炭素を図１に示す３塔式
ＰＳＡ装置の吸着塔に充填し、洗浄排出ガス吸着工程時
間を表５の如く設定し、その他の条件は実施例１の実験
番号４と同一にして実験を行なった。この結果得られた
製品酸素ガスの取出量，濃度，収率を合わせて表５に示
す。

【００３５】

【表５】

【００３６】本実施例により洗浄排出ガス吸着工程時間
が吸着工程時間に対して６０％以上において酸素濃度９
０％以上の製品ガスが得られた。一方実験番号２１で
は、工程時間が短かいため洗浄排出ガスの供給量が少な
く濃度が上がらない。逆に実験番号２７，２８では、洗
浄排出ガス吸着工程時間が長く、洗浄工程の時間も長く
なるため、洗浄ガスの供給量も増加し、製品ガス取出量
が減少する。その結果、製品ガス収率が低下し、良くな
い。

【００３７】実施例５実施例１で使用した分子ふるい炭素を図１に示す３塔式
ＰＳＡ装置の吸着塔に充填し、表６に示す運転サイクル
及び時間で運転した。この時、吸着工程での吸着塔内圧
力は３ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ、回収工程の減圧度は５０ｔ
ｏｒｒ、原料空気供給量は５Nl/min、製品ガス取出量
０．５Nl/min、洗浄ガス流量は０．２Nl/min、塔内圧力
３ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ、サージタンク内圧を３ｋｇｆ／
ｃｍ²・Ｇとした。

【００３８】この結果、実験番号２９では、酸素ガス濃
度９８．８％の製品ガスが収率４７．６％で、実験番号
３０では、酸素ガス濃度９９．７％の製品ガスが収率４
７．６％で得られた。本実施例により、吸着工程におい
て、原料空気と洗浄排出ガスを予め混合後、吸着塔へ供
給しても洗浄排出ガス吸着工程と吸着工程を区分して実
行した場合と同様の結果が得られることが分かる。

【図面の簡単な説明】図１は本発明で使用した３塔式ＰＳＡ試験装置の説明図
であり、同図において、１，２，３…吸着塔４…製品ガスタンク５…空気圧縮機６…真空ポンプ７…エアードライヤー１１〜１７，２１〜２７，３１〜３７，４１…電磁弁１ａ…原料空気流入路パイプ１ｂ…排出路パイプ１ｃ，２ｃ，３ｃ…製品ガス回収路パイプ１ｄ，２ｄ，３ｄ…製品ガス流入路パイプ１ｅ，２ｅ…洗浄ガス排出路パイプ１ｆ，２ｆ，３ｆ…均圧路パイプである。図２は本発明で使用した分子ふるい炭素の吸着
特性測定装置の概略図であり、同図において、１…真空ポンプ２，３，８，１１，１２，１３…バルブ４…試料室５…調整室６，７…圧力センサー９…記録計１０…圧力計１４，１５…ガスレギュレーターである。

【表１】

【表６】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分子ふるい炭素を充填した３塔以上の吸
着塔に加圧空気を供給し、各吸着塔で順次、加圧，減圧
を繰り返し、吸着成分である酸素ガスを回収する圧力ス
イング吸着法において、１）吸着塔に原料空気を供給して昇圧し、更に加圧状態
に保ちつつ原料空気の供給を継続し、酸素ガスを吸着す
る吸着工程２）吸着工程終了後の吸着塔に製品酸素ガスの一部を導
入して洗浄する洗浄工程３）洗浄工程終了後の吸着塔を回収工程の終了した他の
吸着塔と連結し、洗浄工程終了後の吸着塔から、連結し
た吸着塔にガスを移動させる減圧均圧工程４）減圧均圧工程終了後の吸着塔を減圧し、吸着してい
る酸素ガスを回収する回収工程５）回収工程終了後の吸着塔を洗浄工程の終了した他の
吸着塔と連結し、回収工程終了後の吸着塔に、連結した
吸着塔からガスを移動させる加圧均圧工程６）加圧均圧工程終了後の吸着塔に製品酸素ガスの一部
を導入して昇圧する還流工程７）還流２程終了後の吸着塔に洗浄工程にある吸着塔か
ら排出されるガスを導入し吸着する洗浄排出ガス吸着工
程の７工程より成る一連の操作を各吸着塔で順次連続的に
繰り返し、酸素ガスを継続して取出すことを特徴とする
酸素ガスの分離法。