JPH0580242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はヘリウムや水素で代表される軟質ガス
の精製回収装置に関し、詳細には上記軟質ガスを
高純度・高回収率で得られ、しかも装置自体が簡
単で且つ運転制御が容易な軟質ガス精製装置に関
するものである。

［従来の技術］ １種類の軟質ガス成分を混合ガス中から精製分
離する方法としては、低温吸着法、凝固法、分離
膜法及び圧力スイング吸着法などが実用化されて
おり、このうち分離膜法及び圧力スイング吸着法
は常温で操作できることから他の方法に比べて汎
用性が高いという長所を持つている。ところが上
記分離膜法及び圧力スイング吸着法の単独実施で
は高純度、高回収率の両面を満足させることがで
きない為、低温吸着法や凝固法に補助的な役割と
して利用されたり、或は両者を組み合わせて利用
させることが多い。特に分離膜法と圧力スイング
吸着法の組合わせはどちらも常温操作の可能な方
法であるという共通点を有する上、お互いの長所
と短所を補い合うものであり、もつとも理想的な
組合せと考えられている。第２図及び第３図は本
発明者らが先に提案した上記組合せ例に係るHe
精製装置（特開昭61−127609号）の概略説明図で
ある。第２図は気体分離膜精製装置３と圧力スイ
ング吸着装置５を直列接続したものであり、原料
ガス供給管２から供給される加圧ガスを前処理吸
着塔１０ａ，１０ｂのいずれかへ通してH₂及び
CO₂成分を除去した後、導入管２１を介して気体
分離膜精製装置３へ導入する。該精製装置３に加
圧導入された原料ガスのうち分離膜１１に対して
透過性を示す軟質ガス（He）は分離配管２２か
ら次段の圧縮機８ｂへ送られ、分離膜１１に対し
て不透過性を示す不純成分（O₂やN₂等）は排出
管７から系外へ放出される。

前記圧縮機８ｂにおいて加圧された気体分離膜
精製装置３の処理済みガス（以下単に半製品ガス
ともいう）は圧力スイング吸着装置５のいずれか
の吸着塔１２ａ又は１２ｂへ送られ、該半製品ガ
ス中の不純成分を活性炭等の吸着剤に吸着させ、
該吸着塔１２ａ又は１２ｂを通過した製品ガスを
回収用管２３を介して製品タンク１３内に回収す
る。なお吸着塔１２ａ又は１２ｂの不純成分吸着
能力が飽和に達したときには製品タンク１３から
製品ガスをバージ用ガスとしてパージ用配管２４
から吸着塔１２ａ又は１２ｂへ送送し、不純成分
を含むパージガス（以下単に循環用ガスともい
う）はパージガス循環用管２５を介して原料ガス
供給管２へ戻されて再利用される。

第３図に示す装置は第２図に示した気体分離膜
精製装置３と圧力スイング吸着装置５の配置順序
を入れ換えたものであり、ここでは気体分離膜精
製装置３を循環用ガス回収用として利用してい
る。従つて軟質ガスの製品純度という点ではやゝ
劣るが分離膜１１に対する負荷は少し軽減され
る。そしてこれらの装置を利用したヘリウムや水
素の精製装置では回収目的成分を高純度且つ高回
収率で得ることに成功している。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記した第２，３図に示される装置では気体分
離膜精製装置３出側の半製品ガス及び圧力スイン
グ吸着装置５のパージガス出側の循環用ガスはい
ずれも低圧であり、次に直列して設けられる圧力
スイング吸着装置５又は気体分離膜精製装置３へ
これらのガスを供給する場合には、各装置手前に
別の圧縮機を設けて調圧又は加圧してやらなけれ
ばならない。また上記循環用ガスは圧力スイング
吸着装置５から間欠的に排出されることになるの
で、パージガス循環用管２５にはガス圧均圧化の
ための緩衝装置を別に配設しておかなければなら
ない。

従つて上記の様な装置を連続して運転するため
には、装置全体の運転状況に合わせて圧縮機の入
側及び出側のガス圧を数多くの制御機器を使つて
コントロールしなければならず、複雑な制御系を
設ける必要が生じると共に、煩雑な圧力制御操作
が要求されることになる。

そこで本発明者らは気体分離膜精製装置及び圧
力スイング吸着装置を併用して軟質ガスの精製を
行なうという前提の下で、運転操作及び制御が容
易で且つ設備の簡単な精製装置を提供することを
目的に、種々研究を重ねた結果、本発明装置を完
成させるに至つた。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成し得た本発明精製装置は、原料
ガス圧縮機の出側を分岐して気体分離膜精製装置
入側及び圧力スイング吸着装置入側に夫々連結す
ると共に、気体分離膜装置の透過ガス出側及び圧
力スイング吸着装置のパージガス排出側を前記圧
縮機入側の原料ガス導入部に合流せしめる様に構
成する点に要旨を有するものである。

［作用］ 本発明では気体分離膜精製装置及び圧力スイン
グ吸着装置の手前に設ける圧縮機を共用すること
とし、即ち圧縮機を１つだけとし、圧縮機で加圧
される原料ガスを上記両装置に各々分岐して送給
する様に構成する。従つて上記両装置への原料ガ
スの供給比率を適正に保ちさえすれば、構造の単
純な設備によつて気体分離膜精製装置及び圧力ス
イング吸着装置への原料ガス供給が同時に行な
え、しかも定常運転操作時の圧力制御も容易に実
行することができる。

気体分離膜精製装置において分離膜を透過した
軟質ガスは、分離配管を介して前記圧縮機入側へ
循環させて原料ガス中の軟質ガス濃度及びガス量
を高めておく。尚該装置において分離膜を透過し
ない重質ガス成分は従来通り系外へ排出する。従
つて圧力スイング吸着装置に供給される原料ガス
中の軟質ガス成分は予め高められることになるの
で、該装置によつて精製回収される軟質ガスは高
濃度を達成することができる。尚吸着塔のパージ
に使用されるパージガスは該圧力スイング吸着装
置から前記圧縮機入側へ循環用管を介して戻す様
に構成し、回収目的成分が無駄に放出されるのを
防止する。上記構成により、回収目的である軽質
ガスは高純度且つ高回収率で得ることができる。

［実施例］ 第１図は本発明の代表的な実施例を示す概略説
明図であり、Heと空気の混合ガスからHeを回収
精製する例に基づいて以下説明する。原料ガス供
給管２には圧縮機８が接続され、原料ガスを圧縮
する。圧縮された加圧がすは加圧配管２６を介し
て分岐管２７ａ，２７ｂに分配される。一方の分
岐管２７ａは気体分離膜精製装置３の入側に接続
され、該装置３の分離膜１１を通過するHe成分
は分離配管２２を介して原料ガス供給管２へ導か
れ、分離膜１１を通過しない不純物成分は排出管
７から系外へ放出される。

他方分岐管２７ｂにはH₂O及びCO₂を除去する
前処理吸着塔１０ａ，１０ｂが接続され、該吸着
塔１０ａ，１０ｂにおいて吸着されたH₂O及び
CO₂成分は適時吸引ブロワ９によつて脱着放出さ
れる。前記前処理吸着塔１０ａ，１０ｂによつて
H₂O及びCO₂成分の除去された原料ガスは導入管
２１から圧力スンイング吸着装置５へ導かれ、該
加圧原料ガスは吸着塔１２ａ，１２ｂのいずれか
に導入され、原料ガス中の不純成分を吸着剤に吸
着させ、回収目的成分であるHeを回収用管２３
から製品タンク１３内へ回収する。尚吸着塔１２
ａ，１２ｂに吸着された不純成分は製品タンク１
３内の回収Heを使用して脱着され、パージガス
はパージ用配管２４、吸着塔１２ａ又は１２ｂ及
びパージガス循環用管２５を介して圧縮機８入側
の原料供給管２へ戻される。上記する吸着塔のパ
ージ工程は間欠的に行なわれるので、原料ガス供
給管２内を流通するガス量に変動を生じることに
なるが、一定量で供給される原料ガス及び気体分
離膜精製装置３から循環される半製品ガスが定常
的に原料ガス供給管２へ多量に供給されるので、
圧縮機８入側における循環用ガス（パージ済みガ
ス）によるガス量の変動は小さなものとなり、圧
縮機８の圧縮性能に大きな影響を及ぼすことはな
い。

加圧配管２６から分岐管２７ａ，２７ｂへの原
料ガスの供給比率は、分岐管２７ａ側で10〜40
％、分岐管２７ｂ側で90〜60％程度とするのが好
ましく、該供給比率の調整手段は圧力調整、流量
調整及び濃度調整等の自動制御機構を採用する。
例えば分離膜精製装置３側には濃度調整機構、圧
力スイング吸着装置５側には流量調整機構、更に
圧縮機側には圧力調整機構を設けて各分岐管２７
ａ，２７ｂへのガス分配調節を行なう。

実施例 １ 第１図に示す精製装置に、He：80容量％、空
気：20容量％（H₂O及びCO₂は前処理吸着等にお
いて処理済み）の原料ガスを導入管２１から供給
し、これを圧縮機８で20Kg／cm²Ｇまで昇圧した
後、気体分離膜精製装置３側へ20％、圧力スイン
グ吸着装置５側へ80％ずつ分配した。尚気体分離
膜にはポリエステルを使用し、吸着塔１２ａ，１
２ｂの吸着剤には活性炭を使用し、圧力スイング
吸着装置における切替周期は１サイクル５分とし
た。この結果、回収用管２３における平均He純
度は99.9995％に到達し、またHe回収率は98％を
得た。

実施例 ２ 実施例と同様の条件で、導入管２１における原
料ガスの組成を、He：93容量％、空気：７容量
％のものに変えて実験を行なつたところ、回収用
管２３における平均He純度は99.9997％となり、
He回収率は99.3％を得た。上記した例ではHe精
製について説明したが、本発明装置はその他の軟
質ガスの精製においても上記例と同様に適用する
ことができる。

［発明の効果］ 本発明装置を利用することによつて常温での操
作のみによつて高純度、高回収率の軟質ガス精製
が行なえ、しかも装置は簡単な設備で済み、運転
制御も容易に行なうことができる様になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の代表的な実施例を示す概
略説明図、第２，３図は従来の精製装置の例を示
す概略説明図である。 １……前処理部、２……原料ガス供給管、３…
…気体分離膜精製装置、４……製品ガス取出し
管、５……圧力スイング吸着装置、７……排出
管、８，８ａ〜８ｄ……圧縮機、９……吸引ブロ
ワ、１０ａ，１０ｂ……前処理吸着塔、１１……
分離膜、１２ａ，１２ｂ……吸着塔、１３……製
品タンク、１４〜２０……三方弁、２１……導入
管、２２……分離配管、２３……回収用管、２４
……パージ用配管、２５……パージガス循環用
管、２６……加圧配管、２７ａ，２７ｂ……分岐
管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気体分離膜精製装置及び圧力スイング吸着装
   置によつて構成される軟質ガス精製装置であつ
   て、原料ガス圧縮機の出側を分岐して気体分離膜
   精製装置入側及び圧力スイング吸着装置入側に
   夫々連結すると共に、気体分離膜装置の通過ガス
   出側及び圧力スイング吸着装置のパージガス排出
   側を前記圧縮機入側の原料ガス導入部に合流せし
   める様に構成されたことを特徴とする軟質ガス精
   製装置。