JPH06234504A

JPH06234504A - 酸素ガスの分離法

Info

Publication number: JPH06234504A
Application number: JP5045803A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takahashi; 勉高橋; Eiji Hayata; 英司早田; Tatsuo Kinoshita; 龍生木下; Chiaki Marumo; 千郷丸茂
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【構成】分子ふるい炭素を充填した２塔の吸着塔に加
圧空気を供給し、各吸着で順次、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ッチング吸
着法において、吸着成分を回収して酸素ガスを分離精製
することを特徴とする。【効果】本発明によれば、空気中の酸素ガスを高濃度
で簡便かつ安価に分離することができる。

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
可能であるなどの特徴がある。

【０００３】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、
あらかじ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
留意が必要であるなどの欠点を有している。

【０００４】また、通常酸素製造に用いられる５Ａ型や
１３Ｘ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、あらたにアルゴ
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。

【０００５】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、酸素のみを高濃度で取り出すことが可能になること
などの点で、酸素濃縮に適した材料であると考えられ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記観
点より、鋭意研究の結果、新しい酸素ガスの分離方法と
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高濃度で簡便かつ安価に分離するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的及び利
点は、分子ふるい炭素を充填した２塔の吸着塔に加圧空
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内を減圧し、吸着している
酸素ガスを回収する回収工程４）回収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５）還流工程終了後の吸着塔に洗浄工程にある他方の吸
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５工程からな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り出すことを
特徴とする酸度ガスの分離法により達成される。

【０００８】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などより製造す
ることができる。そして、これらの製造法としては、例
えば、特公昭４９−３７０３６号公報，特公昭５２−１
８６７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号公報などに開示されてい
る。

【０００９】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より適宜選択す
れば良いが、特に特開平１−６１３０６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、特開平１−６１３０６号公報に記載の分子ふるい
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、かつ合体された構
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
子のおのおのは、該粒子の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徴とする分子ふるい炭素であ
り、

【００１０】その製造法は、（イ）熱硬化性フェノール樹脂微粉末（ロ）熱硬化性樹脂の溶液ここで、熱硬化性樹脂はフェノール樹脂または、メラミ
ン樹脂である。及び（ハ）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、及び水溶性また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、

【００１１】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）および高分子バ
インダー（ハ）１〜３０重量部である均一混合物を準備
し、この均一混合物を粒状物に成形し、そして、この粒
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することを特
徴とするものである。

【００１２】さて、分子ふるい炭素，活性炭等の炭素系
吸着剤は、多孔質材料であり、種々の大きさの細孔を有
している。吸着剤の細孔は通常その大きさにより直径２
０Å以下をミクロ孔、直径２０〜５００Åをメソ孔、直
径５００Å以上をマクロ孔と呼ぶ。分子ふるい炭素の選
択的吸着特性は特に、ミクロ孔の細孔直径および細孔容
積と密接な関係にある。このミクロ孔の細孔直径及び細
孔容積は、後述の測定法の項で記載のモレキュラープロ
ーブ法により決定できる。

【００１３】本発明に用いる分子ふるい炭素の細孔容積
（後述のモレキュラープローブ法で酸素ガス吸着により
測定）は、好ましくは、分子ふるい炭素１ｇ当たり、
０．０８〜０．７ｃｃであり、より好ましくは、０．０
８〜０．４ｃｃ、もっとも好ましくは、０．１〜０．３
ｃｃである。また、この分子ふるい炭素の細孔は、細孔
直径、３〜５Åの範囲が最も多いことが好ましく、５Å
以上の細孔直径を有するミクロ孔の細孔容積の割合は、
好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下、も
っとも好ましくは１０％以下である。

【００１４】また、この分子ふるい炭素は、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。
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、更に好ましく
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
度の円柱状の形態あるいは直径０．５〜５ｍｍ程度の球
状の形態で提供される。

【００１５】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。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
高いほど大きくなるが、一方、吸着圧が高いほど、装置
の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０．５〜７．０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²・Ｇ、最も好ましくは、１．０〜５．０ｋ
ｇｆ／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，吸着塔内圧力，所望の製品ガスの純度などを考
慮して設定されるが、通常３０〜２４０秒、好ましくは
６０〜２１０秒、最も好ましくは９０〜１８０秒であ
る。

【００１６】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
り出し圧力以下であり、好ましくは０．５〜７．０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²・Ｇ、更に好ましくは０．５〜５．０ｋｇｆ
／ｃｍ²・Ｇである。また、洗浄ガスの供給量は、その
増加にともない製品ガス濃度も上昇するが、余り多量に
なると製品ガス収率の低下を来すので、通常製品ガス取
出量の１０〜１５０ｖｏｌ％、好ましくは３０〜１２０
ｖｏｌ％、更に好ましくは、４０〜１００ｖｏｌ％であ
る。

【００１７】本発明の回収工程とは、洗浄工程終了後の
吸着塔内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、更に好ましくは５０ｔｏｒｒ以下である。また、回
収工程の所要時間は、通常３０〜２４０秒、好ましくは
６０〜２１０秒、更に好ましくは９０〜１８０秒であ
る。

【００１８】本発明の還流工程とは、回収工程終了後、
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０．１ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ以上、サージタンク内圧以
下である。

【００１９】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、洗浄工程にあるもうひ
とつの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
を行うので、ここで排出させるガスの酸素濃度は原料空
気より高くなっている。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２５〜１５０％、好ましく
は４０〜１２５％、最も好ましくは６０〜１００％であ
る。

【００２０】本発明においては、上記分子ふるい炭素を
充填した２塔の吸着塔よりなるＰＳＡ装置において、
１）吸着工程２）洗浄工程３）回収工程４）還流
工程５）洗浄排出ガス吸着工程の一連の工程を連続的
に繰り返し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。また本発明においては、各
工程時間の適切な組み合わせや、原料空気供給量，製品
取出量，洗浄ガス供給量の設定により、製品酸素濃度を
２０％台〜９０％台まで任意に選ぶことができる。

【００２１】以下、図１に示す２塔式ＰＳＡ装置を使用
した場合について具体的に説明する。図１において、吸
着塔１，２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１１，１２を開状態とし、空気圧縮
機４により加圧された空気を、流入路パイプ１ａを通し
て、吸着塔１に供給する。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
なるガスが排出路パイプ１ｂを通り排出される。

【００２２】吸着塔１が吸着工程にある時、吸着塔２
は、回収工程更に引き続き還流工程にある。すなわち、
電磁弁２３を開状態とし、製品酸素ガス回収路２ｃを通
し、真空ポンプ６を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３に導入する。更に引き続
き、電磁弁２３を閉じ、２４を開け、製品酸素ガス導入
路２ｄより、製品酸素ガスの一部を導入し、吸着塔を加
圧する。吸着塔１，２では、同一のサイクル操作を１／
２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。

【００２３】分子ふるい炭素への酸素ガスの吸着が飽和
する直前に吸着塔１の吸着工程を終了し、電磁弁１１を
閉じ、１４，１６，２５，２２を開状態とし、製品酸素
ガス導入路１ｄを通し、吸着塔１へ製品酸素ガスを導入
し洗浄工程を行なう。この時排出されるガスは、更に、
洗浄排出ガス導入路１ｅを経て、吸着塔２へ供給され、
吸着塔２の洗浄排出ガス吸着工程に使用される。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
品酸素ガスの濃度を上昇させることができる。なお、洗
浄工程に先立って、電磁弁１３，３１を開け、吸着塔内
に残留する窒素リッチガスを排出する排出工程を入れて
もよい。

【００２４】吸着塔１が洗浄工程にある時、吸着塔２は
洗浄排出ガス吸着工程にある。洗浄工程終了後、電磁弁
１４，１６，２５，２２を閉じ、１３を開け、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３に
貯留する回収工程を行う。吸着塔１が回収工程にある
時、吸着塔２は吸着工程にある。回収工程終了後、電磁
弁１３を閉じ、１４を開け、製品酸素ガス導入路１ｄを
通し、製品酸素ガスの一部を導入し、吸着塔内を加圧す
る還流工程を行う。吸着塔１が還流工程にある時吸着塔
２は吸着工程にある。

【００２５】還流工程終了後、電磁弁１４を閉じ、２
４，２６，１５，１２を開け、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２ｅ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、高濃度の製品酸素ガス
を得ることが可能となる。また、洗浄排出ガスの供給法
としては、上記方法以外に、あらかじめ原料空気と混合
してから供給する方法も可能である。すなわち、電磁弁
１１，２４，２６，１５，１２を開け、原料空気と共に
吸着塔へ供給するものであり、洗浄排出ガス吸着工程と
吸着工程とを同時に行うことになる。

【００２６】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の間で１／２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、上記のごとく、１）吸着
工程２）洗浄工程３）回収工程４）還流工程
５）洗浄排出ガス吸着工程の５つの工程よりなる一連
の操作を各吸着塔で順次連続的に繰り返すことにより、
空気中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５工程以外の工程をつけ加えるこ
とはなんら制限するものではない。

【００２７】

【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％以上の高濃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、廃水処理での曝気用，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％以上の高濃度酸素は、特
に、溶接，溶断用など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
ても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。

【００２８】なお、本発明で使用した分子ふるい炭素の
ミクロ孔の細孔直径および容積の測定は、全自動ガス吸
着測定装置（ＢＥＬＬＳＯＲＰ２８）（日本ベル（株）
製）を用いて、モレキュラープローブ法により行なっ
た。測定法は、２９８Ｋにおける酸素（分子径２．８
Å），エタン（分子径４．０Å），イソブタン（分子径
５．０Å）の０〜７６０ｍｍＨｇにおける吸着等温線の
測定結果を式（１），（２）のＤｕｂｉｎｉｎ−Ａｓｔ
ａｋｈｏｖ式により整理して、吸着の特性エネルギー
Ｅ，ミクロ孔容積Ｗ_oを決定し、細孔径分布ヒストグラ
ムを作成した。Ｗ／Ｗ_o＝ｅｘｐ｛−（Ａ／Ｅ）ⁿ｝（１）Ａ＝Ｒ・Ｔ・ｌｎ（Ｐ_o／Ｐ）（２）ここで、Ｗ：平衡圧Ｐにおける吸着量Ｗ_o：極限吸着量（ミクロ孔容積）Ａ：吸着ポテンシャルＥ：吸着特性エネルギーＲ：気体定数Ｔ：測定温度Ｐ_o：飽和蒸気圧Ｐ：平衡圧ｎ：酸素吸着の場合ｎ＝２、エタン，イソブタン吸着の
場合ｎ＝３

【００２９】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。次に、この反応容器に、濃度９８％（２
％は水）のフェノールと水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。静置を続け
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見られた。上記工程後、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。次に、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。

【００３０】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、さら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
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て更に１０分間混合し
た。

【００３１】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、
７８０℃で１時間保持し、その後炉冷し、平均粒子径
２．４ｍｍφ×４ｍｍＬのペレット状の分子ふるい炭素
を得た。

【００３２】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、酸素ガスおよ
び窒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、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、所定圧
（６．００ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ）になったところで、バ
ルブ１１を閉じ、３を開け、所定時間における内部圧力
の変化を測定して、酸素ガスおよび窒素ガスの吸着量を
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、２４℃において吸着開始１分後で酸素が２
０．９ｍｇ／ｇ（吸着圧２．５３２ｋｇｆ／ｃｍ²・
Ｇ）、窒素が１．５ｍｇ／ｇ（吸着圧２．６３５ｋｇｆ
／ｃｍ²・Ｇ）、平衡吸着量は、酸素が２３．４ｍｇ／
ｇ（吸着圧２．５１９ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ）、窒素が２
０．９ｍｇ／ｇ（吸着圧２．５１６ｋｇｆ／ｃｍ²・
Ｇ）であった。この分子ふるい炭素を図１に示す２塔式
ＰＳＡ装置の吸着塔（内径５３．５ｍｍφ×８００Ｌ）
に充填し、表１に示す運転サイクルおよび操作時間で運
転した。

【００３３】

【表１】

【００３４】この時、吸着工程での吸着塔内圧力は、３
ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ、回収工程における減圧度は５０ｔ
ｏｒｒ、製品ガス取出量は０．３Ｎｌ／ｍｉｎ、原料空
気供給量は５Ｎｌ／ｍｉｎとし、洗浄ガス流量は０．２
Ｎｌ／ｍｉｎ、塔内圧力１．０ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ、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。

【００３５】

【表２】

【００３６】本実施例により酸素濃度６４．２〜９８．
４％の製品ガスが収率１８．４〜２８．２％で得られ、
特に実験４，５，６では酸素濃度９０％以上の高濃度の
製品ガスが高収率で得られた。

【００３７】実施例２実施例１と同様にして準備した分子ふるい炭素を図１に
示す２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，製品取出量は表３に示す条件
で、その他の条件は実施例１の実験番号５と同一として
実験を行った。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３に示す。

【００３８】

【表３】

【００３９】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ガ
ス取出量に対して６６％以上において製品ガス濃度が９
８％の高濃度となった。一方、実験番号１０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１
５では、洗浄ガス流量が多すぎるため収率が低くなる。

【００４０】実施例３実施例１と同様にして準備した分子ふるい炭素を図１に
示す２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４の如く設定し、その他の条件は実施例
１の実験番号５と同一として実験を行った。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
４に示す。

【００４１】

【表４】

【００４２】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。後に１００ｔｏｒｒ以下の場合に９５％以上の
濃度の製品酸素ガスが収率２７％以上で得られた。

【００４３】実施例４実施例１と同様にして準備した分子ふるい炭素を図１に
示す２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５と同一として実験を行った。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。

【００４４】

【表５】

【００４５】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２５％以上において酸素濃度
８０％以上の製品ガスが得られた。一方、実験番号２１
では工程時間が短いため、洗排出ガスの供給量が少なく
製品酸素濃度が上がらない。逆に実験番号２８では、工
程時間が長く、洗浄工程の時間も長くなるため、洗浄ガ
スの供給量が増加し、洗浄ガス取出量が減少する。その
結果、製品酸素収率が低下する。

【００４６】実施例５実施例１と同様にして準備した分子ふるい炭素を図１に
示す２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，回収工程におけ
る減圧度は５０ｔｏｒｒ，原料空気供給量は５Ｎｌ／ｍ
ｉｎ，製品ガス取出量０．３Ｎｌ／ｍｉｎとし、洗浄ガ
ス流量は０．２Ｎｌ／ｍｉｎ，塔内圧力１．０ｋｇｆ／
ｃｍ²・Ｇ，サージタンク内圧１．０ｋｇｆ／ｃｍ²・
Ｇとした。

【００４７】

【表６】

【００４８】この結果、酸素濃度９９．１％の製品ガス
が収率２８．４％で得られ、洗浄工程に先立って排出工
程を導入することにより、製品ガス濃度が上昇すること
が分かる。

【００４９】実施例６実施例１と同様にして、表７に示す酸素，窒素吸着特性
の異なる分子ふるい炭素を準備し、この分子ふるい炭素
を図１に示す２塔式ＰＳＡ装置の吸着塔に充填し、ＰＳ
Ａ装置の操作条件を実施例１の実験番号５と同一として
実験を行った。この結果得られた、製品酸素ガスの濃度
および収率を合わせて表７に示す。

【００５０】

【表７】

【００５１】本実施例により実験番号３１では、９８．
４％と高濃度の製品酸素ガスが得られた。一方、実験番
号３０では、窒素の吸着速度が小さいため、逆に実験３
２，３３では、窒素の吸着速度が大きすぎるため製品酸
素濃度が低くなった。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明で使用した２塔式ＰＳＡ試験装置の概略
図であり、同図において、１，２・・・・・吸着塔３・・・・・サージタンク４・・・・・空気圧縮機５・・・・・エアードライヤー６・・・・・真空ポンプ１１〜１６，２１〜２６，３１・・・・・電磁弁１ａ，２ａ・・・・・原料空気流入路パイプ１ｂ，２ｂ・・・・・排出路パイプ１ｃ，２ｃ・・・・・製品ガス回収路パイプ１ｄ，２ｄ・・・・・製品ガス流入路パイプ１ｅ，２ｅ・・・・・洗浄ガス排出路パイプである。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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分子ふるい炭素を充填した２塔の吸着塔
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内を減圧し、吸着している
酸素ガスを回収する回収工程４）回収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５）還流工程終了後の吸着塔に洗浄工程にある他方の吸
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５工程からな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り出すことを
特徴とする酸度ガスの分離法