JPH08291967A - 空気分離方法およびそれに用いる装置 - Google Patents

空気分離方法およびそれに用いる装置

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JPH08291967A
JPH08291967A JP7095566A JP9556695A JPH08291967A JP H08291967 A JPH08291967 A JP H08291967A JP 7095566 A JP7095566 A JP 7095566A JP 9556695 A JP9556695 A JP 9556695A JP H08291967 A JPH08291967 A JP H08291967A
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air
catalyst
adsorption
compressed air
tower
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Akira Yoshino
明 吉野
Atsushi Miyamoto
篤 宮本
Hisanao Jo
久尚 城
Junya Suenaga
純也 末長
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Daido Hoxan Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】触媒塔に内蔵される触媒が早期に性能劣化する
ことがなく、しかも長期にわたってメンテナンスが不要
で、安価な空気分離方法を提供する。 【構成】外部より取り入れた空気を圧縮して圧縮空気と
し、この圧縮空気を第２吸着塔５に導入して空気中の炭
酸ガスと水を吸着除去し、上記第２吸着塔５を経た空気
を深冷液化分離し窒素と酸素に分ける空気分離方法であ
って、上記圧縮空気を第２吸着塔５に導入するに先立っ
て、空気圧縮の際の圧縮熱によって昇温した圧縮空気を
冷却し降温させたのち第１吸着塔４に導入して圧縮空気
中の水分を吸着除去し、ついで、上記第１吸着塔４を経
由した空気を触媒塔９に通して空気中の一酸化炭素およ
び水素を酸化するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、触媒の早期の性能劣化
を防止することのできる空気分離方法およびそれに用い
る装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、高純度の窒素ガス，酸素ガ
ス，アルゴンガス等は、空気分離装置を用い、窒素，酸
素，アルゴン等の沸点の差を利用してこれらを分離する
ことにより製造されている。すなわち、上記高純度窒素
ガス等は、空気を原料とし、この原料空気を空気圧縮機
で圧縮し、ついでこの圧縮によって昇温した圧縮空気を
冷却器で冷却して降温し、つぎにこの降温した圧縮空気
を吸着塔に入れて圧縮空気中の炭酸ガスおよび水分を除
去してから、熱交換器を通して冷媒と熱交換させて冷却
し、そののち精留塔で上記沸点の差を利用し深冷液化分
離するという工程を経て製造されている。ところが、こ
のような空気分離装置では、窒素の沸点と一酸化炭素の
沸点との間にあまり差がなく、気化状態での比重量も殆
ど同じであるため、原料空気中の一酸化炭素の分離除去
が難しく、製品ガス中に一酸化炭素が不純物として残存
するという不都合がある。また、原料空気中に微量存在
する水素についても、その沸点が窒素の沸点より低いた
め、水素が液化除去されずに製品ガス中に混在してしま
うという問題もある。半導体工業の技術内容がますます
高度化している現状では、このような極微量の不純物も
問題となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、上記の一酸化
炭素，水素を完全除去するため、本発明者らは、図８に
示すように、空気圧縮機１０１と吸着塔１０７間に、パ
ラジウム系触媒を内蔵した触媒塔１０４を設け、この触
媒塔１０４内のパラジウム系触媒で圧縮空気中の一酸化
炭素および水素を除去するようにした空気分離装置を提
案した。図において、１０２は熱交換器であり、空気圧
縮機１０１から取り入れた圧縮空気と触媒塔１０４を経
た空気を通して両者を熱交換させることにより、空気圧
縮機１０１の圧縮によって昇温した圧縮空気をさらに昇
温させるとともに、触媒塔１０４を経た空気を降温させ
る作用をする。１０３は熱交換器１０２で昇温させた圧
縮空気を所定温度（触媒塔１０４での酸化反応に適した
温度であり、２００℃以上の高温）にまで昇温させるヒ
ーターであり、１０５はドレン分離器である。１０６は
熱交換器１０２で降温させた空気を所定温度（吸着塔１
０７での吸着除去に適した温度）にまで降温させるフロ
ン冷却器である。
【０００４】上記空気分離装置において、空気圧縮機１
０１により空気を圧縮し、この空気圧縮機１０１で圧縮
され昇温された空気を熱交換器１０２およびヒーター１
０３で所定温度に昇温して触媒塔１０４に送り、ついで
この触媒塔１０４内のパラジウム系触媒と圧縮空気中の
一酸化炭素および水素を酸化反応させる。これにより圧
縮空気中の一酸化炭素および水素を炭酸ガスおよび水分
に変える。つぎに触媒塔１０４を経た空気を熱交換器１
０２およびフロン冷却器１０６で所定温度に降温し、そ
ののち吸着塔１０７に送り込み、吸着塔１０７内の吸着
剤（活性アルミナ，ゼオライト等）で炭酸ガスおよび水
分を吸着除去するようにしている。このようにして得ら
れた精製空気を低温精留塔（図示せず）へ供給し、窒
素，酸素，アルゴン等に分離する。
【０００５】しかしながら、上記空気分離装置では、触
媒塔１０４内のパラジウム系触媒が１年を経過せずに性
能低下してしまう場合がある。この場合には、高価な触
媒を早期に交換しなければならず、触媒の早期交換等メ
ンテナンスを頻繁に行わなければならないという問題
や、トータルコストが高価になるという問題がある。ま
た、触媒塔１０４内の下部に微粉末が早期に溜まる等の
不具合も発生しており、この場合にも、上記微粉末の早
期清掃等メンテナンスを頻繁に行わなければならないと
いう問題がある。
【０００６】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、触媒が早期に性能劣化することがなく、しかも
長期にわたってメンテナンスが不要で、安価な空気分離
方法およびそれに用いる装置の提供をその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、外部より取り入れた空気を圧縮して圧縮
空気とし、この圧縮空気を除去手段に導入して空気中の
炭酸ガスと水とを除去し、上記除去手段を経た空気を深
冷液化分離し窒素と酸素とに分ける空気分離方法であっ
て、上記圧縮空気を除去手段に導入するに先立って、空
気圧縮の際の圧縮熱によって昇温した圧縮空気を冷却手
段により冷却し降温させたのち吸着手段に導入して圧縮
空気中の水分を吸着除去し、ついで、上記吸着手段を経
由した空気を触媒に接触させ空気中の一酸化炭素および
水素を酸化する空気分離方法を第１の要旨とし、外部よ
り取り入れた空気を圧縮する空気圧縮手段と、上記空気
圧縮手段を経由した圧縮空気中の炭酸ガスと水を除去す
る除去手段と、この除去手段を経た空気を窒素と酸素と
に液化分離する深冷液化分離手段を備えた空気分離装置
であって、上記空気圧縮手段と除去手段との間に、空気
圧縮手段による圧縮熱によって昇温した圧縮空気を冷却
する冷却手段と、この冷却手段により冷却されて降温し
た空気中の水分を吸着除去する吸着手段と、この吸着手
段で吸着除去された空気を加熱する加熱手段と、この加
熱手段により加熱されて昇温した空気中の一酸化炭素お
よび水素を酸化する触媒手段を設けた空気分離装置を第
２の要旨とする。
【０００８】
【作用】すなわち、本発明者らは、触媒塔内のパラジウ
ム系触媒が１年を経過せずに性能低下してしまう原因、
および触媒塔内の下部に微粉末が溜まる原因について一
連の研究を重ねた。その研究の過程で、上記パラジウム
系触媒のように、アルミナの外周面にパラジウム粒子を
担持したものでは、アルミナの外周面の隙間や溝に水分
が入り込むと、アルミナが膨張しパラジウム粒子がアル
ミナの外周面から剥離，脱落し、これにより活性面積が
小さくなり早期に性能低下を招くこと、および上記脱落
したパラジウム粒子が微粉末となって触媒塔の下部に溜
まる等することを突き止めた。また、これに加えて、圧
縮空気中に多くの水分が含まれていると、触媒塔での水
素および一酸化炭素の酸化反応を容易にするため圧縮空
気を２００℃以上の高温にして触媒塔に送り込む必要が
生じ、このような高温に曝されることで触媒が劣化しや
すくなって早期に性能低下を招くことも突き止めた。そ
して、さらに研究を重ねた結果、外部より取り入れた圧
縮空気を除去手段に導入するに先立って、空気圧縮の際
の圧縮熱によって昇温した圧縮空気を冷却手段により冷
却し降温させたのち吸着手段に導入して圧縮空気中の水
分を吸着除去し、ついで、上記吸着手段を経由した空気
を触媒に接触させ空気中の一酸化炭素および水素を酸化
すると、圧縮空気を触媒に接触させる前に吸着手段で圧
縮空気中から水分を殆ど除去することができる。このた
め、触媒を早期に劣化させることがなく、しかも、圧縮
空気中から水分が除去されているため圧縮空気をそれぼ
ど高温にする必要もないことから、上記触媒の優れた性
能を長期にわたって維持できることを見出し本発明に到
達した。
【０００９】つぎに、本発明を実施例にもとづいて詳し
く説明する。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示している。図に
おいて、１は外部より取り入れた原料空気（２５℃程
度）を圧縮して圧縮空気とする渦巻式（もしくはスクリ
ュー式，レシプロ式）の空気圧縮機であり、圧縮空気は
圧縮熱によって１００℃に昇温される。２はプレートフ
ィン式（もしくはシェルアンドチューブ式）の第１熱交
換器である。この第１熱交換器２には、その内部に、空
気圧縮機１から取り入れた圧縮空気が通る通路２ａと、
吸着剤再生用の排ガス（後述する精留塔で発生する排ガ
スであり、１０℃程度）が通る通路２ｂが形成されてお
り、各通路２ａ，２ｂを通る圧縮空気と排ガスとの熱交
換により、圧縮空気を７０℃程度に降温させるとともに
排ガスを９０℃程度に昇温させる作用をする。３は第１
クーラーであり、第１熱交換器２で降温された圧縮空気
をさらに冷却して４０℃程度（吸着塔４〜６での吸着除
去に適した温度）にまで降温させるとともに、圧縮空気
中の水分除去を行う。４，５，６は同一構造の吸着塔で
あり、それぞれの内部には、圧縮空気中の水分および炭
酸ガスを吸着除去するための吸着剤が収容されている。
この吸着剤としては、吸着塔４〜６の下部にアルミナゲ
ル１２が配設され、その上側にモレキュラーシーブ（合
成ゼオライト）１３が配設されている。このような各吸
着塔４〜６は、触媒塔９導入前の吸着工程，触媒塔９導
出後の吸着工程および吸着剤１２，１３の再生工程に用
いられる。７はアルミニウム製の第２熱交換器であり、
上記吸着塔４〜６を経た圧縮空気が通る通路７ａと、触
媒塔９を経た空気が通る通路７ｂが形成されており、各
通路７ａ，７ｂを通る空気同士の熱交換により吸着塔４
〜６を経た圧縮空気を５５℃程度にまで昇温させるとと
もに、触媒塔９を経た空気を５０℃程度に降温させる作
用をする。８は第１ヒーターであり、上記第２熱交換器
７で昇温された圧縮空気を加熱してさらに６０℃程度
（触媒塔９での酸化反応に適した温度）にまで昇温させ
る。９は触媒塔であり、空気中の一酸化炭素および水素
を酸化して炭酸ガスと水を生成するための触媒が内蔵さ
れている。この触媒としては、白金系もしくはパラジウ
ム系の触媒が用いられる。１０は第２クーラーであり、
上記第２熱交換器７で降温された空気を冷却してさらに
２０℃以下にまで降温させる。１１は第２ヒーターであ
り、第１熱交換器２で昇温された排ガスを加熱してさら
に２００℃程度にまで昇温させる。
【００１１】上記両クーラー３，１０と各吸着塔４〜６
は、つぎのような配管類で連結されている。すなわち、
第１クーラー３の出口管３ａと第２クーラー１０の出口
管１０ａとは２つの開閉弁１５ａ，１５ｂが取付けられ
た第１連結管１５で連結されているとともに、両開閉弁
１５ａ，１５ｂ間に位置する第１連結管１５の部分から
第１吸着塔４の空気導入口に連結する第１導入管１８お
よび開閉弁１９ａ付き第１大気逃がし管１９が分岐して
いる。また、上記各出口管３ａ，１０ａから延設，分岐
された各分岐管３ｂ，１０ｂは、２つの開閉弁１６ａ，
１６ｂが取付けられた第２連結管１６、および２つの開
閉弁１７ａ，１７ｂが取付けられた第３連結管１７で連
結されている。これら両連結管１６，１７からも、上記
第１連結管１５と同様に、両開閉弁１６ａ，１６ｂ、１
７ａ，１７ｂ間に位置する部分から、第２吸着塔５の空
気導入口に連結する第２導入管２０，開閉弁２１ａ付き
第２大気逃がし管２１および第３吸着塔６の空気導入口
に連結する第３導入管２２，開閉弁２３ａ付き第３大気
逃がし管２３がそれぞれ分岐している。一方、上記各吸
着塔４〜６と第２熱交換器７と精製空気取出管３０は、
つぎのような配管類で連結されている。すなわち、第２
熱交換器７の入口管７ｃは第１吸着塔４の空気導出口か
ら延びる第１導出管４ａに開閉弁２４ａ付き第４連結管
２４で連結され、第２吸着塔５の空気導出口から延びる
第２導出管５ａに開閉弁２６ａ付き第５連結管２６で連
結され、第３吸着塔６の空気導出口から延びる第３導出
管６ａに開閉弁２８ａ付き第６連結管２８で連結されて
いる。また、精製空気取出管３０の始端部３０ａは第１
導出管４ａの終端部４ｂに開閉弁２５ａ付き第１取出管
２５で連結され、精製空気取出管３０の始端部３０ａか
ら延設，分岐された分岐管３０ｂは第２導出管５ａの終
端部５ｂに開閉弁２７ａ付き第２取出管２７で連結さ
れ、第３導出管６ａの終端部６ｂに開閉弁２９ａ付き第
３取出管２９で連結されている。
【００１２】また、精留塔から供給される排ガスの通路
である排ガス供給管（図では、その終端部３１ａの近傍
部しか示されていない）３１と、第２ヒーター１１と各
吸着塔４〜６は、つぎのような配管類で連結されてい
る。すなわち、排ガス供給管３１の終端部３１ａは、第
１熱交換器２の通路２ｂに連結する開閉弁３２ａ付き第
１供給管３２，第１熱交換器２の通路２ｂ，この第１熱
交換器２の通路２ｂから延び第２ヒーター１１の排ガス
入口に連結する第２供給管３３を介して第２ヒーター１
１に連結されている。また、第２ヒーター１１の排ガス
出口から延びる第３供給管３４の終端部３４ａは、第１
導出管４ａの終端部４ｂに開閉弁３５ａ付き第４供給管
３５で連結され、第２導出管５ａの終端部５ｂに開閉弁
３６ａ付き第５供給管３６で連結され、第３導出管６ａ
の終端部６ｂに開閉弁３７ａ付き第６供給管３７で連結
されている。また、上記第３供給管３４から開閉弁３８
ａ付き連結管３８が分岐し、上記排ガス供給管３１の終
端部３１ａに連結されている。
【００１３】上記装置において、第１吸着塔４を触媒塔
９導入前の吸着工程で用い、第２吸着塔５を触媒塔９導
出後の吸着工程で用い、第３吸着塔６を再生工程で用い
る場合の作用を説明する。この場合には、図２に示すよ
うに、開閉弁１５ａ，１６ｂ，２３ａ，２４ａ，２７
ａ，３２ａ，３７ａを開弁し（開弁状態にあることを、
矢印で示す）、開閉弁１５ｂ，１６ａ，１７ａ，１７
ｂ，１９ａ，２１ａ，２５ａ，２６ａ，２８ａ，２９
ａ，３５ａ，３６ａ，３８ａを閉弁する（閉弁状態にあ
ることを、バルブを黒く塗りつぶすことで示す）。ま
ず、空気圧縮機１で外部から原料空気を取り入れて圧縮
空気とする。ついで、この圧縮された高温圧縮空気を第
１熱交換器２で排ガスと熱交換して降温したのち、第１
クーラー３で冷却して４０℃程度に降温する。つぎに、
この降温させた圧縮空気を第１連結管１５および第１導
入管１８を通して第１吸着塔４に供給する。この第１吸
着塔４では、吸着剤１２，１３により、圧縮空気中の水
分がｐｐｍオーダーまで吸着除去される。つぎに、第１
吸着塔４を経た空気を第１導出管４ａ，第４連結管２４
および入口管７ｃを通して第２熱交換器７に供給し、こ
の第２熱交換器７で触媒塔９を経た空気と熱交換して昇
温したのち、第１ヒーター８で６０℃程度に昇温して触
媒塔９に供給する。この触媒塔９では、触媒により、空
気中の一酸化炭素が酸化されて炭酸ガスが生成され、水
素が酸化されて水が生成される。つぎに、触媒塔９を経
た空気を第２熱交換器７に供給し、この第２熱交換器７
で第１吸着塔４を経た圧縮空気と熱交換して降温したの
ち、第２クーラー１０で１０℃程度に降温し、出口管１
０ａ，分岐管１０ｂ，第２連結管１６および第２導入管
２０を介して第２吸着塔５に供給する。この第２吸着塔
５では、吸着剤１２，１３により、圧縮空気中の水分お
よび炭酸ガスが吸着除去される。この第２吸着塔５を経
た空気を第２導出管５ａ，第２取出管２７，分岐管３０
ｂを通して精製空気取出管３０に送る。この精製空気取
出管３０に送られた精製空気は低温精留塔（図示せず）
へ供給され、窒素（Ｎ2 ），酸素（Ｏ2 ），アルゴン
（Ａｒ）等に分離される。一方、精留塔から送られる排
ガスを、排ガス供給管３１および第１供給管３２を通し
て第１熱交換器２に供給し、この第１熱交換器２で空気
圧縮機１から取り入れた圧縮空気と熱交換して昇温す
る。つぎに、この第１熱交換器２で昇温した排ガスを、
第２供給管３３を通して第２ヒーター１１に供給し、こ
の第２ヒーター１１で２００℃に昇温したのち、第３供
給管３４，第６供給管３７および第３導出管６ａを通し
て第３吸着塔６に供給する。この第３吸着塔６では、吸
着剤１２，１３が高温の排ガスにさらされて再生され
る。そののち、第３吸着塔６を経た排ガスを第３導入管
２２および第３大気逃がし管２３を通して大気に放出す
る。また、再生後に、開閉弁３８ａを開弁し、開閉弁３
２ａを閉弁して、排ガスを加熱することなく第３吸着塔
６に供給する。これにより、第３吸着塔６では、吸着剤
１２，１３が排ガスで冷却され、つぎの吸着工程に備え
る。
【００１４】上記各吸着塔４〜６は、各開閉弁の開閉操
作により自動切替えすることができる。その切替えパタ
ーンを、下記の表１に示す。下記の表１において、第２
吸着塔５を触媒塔９導入前の吸着工程で用い、第３吸着
塔６を触媒塔９導出後の吸着工程で用い、第１吸着塔４
を再生工程で用いる場合には、開閉弁１６ａ，１７ｂ，
１９ａ，２６ａ，２９ａ，，３２ａ，３５ａを開弁し、
開閉弁１５ａ，１５ｂ，１６ｂ，１７ａ，２１ａ，２３
ａ，２４ａ，２５ａ，２７ａ，２８ａ，３６ａ，３７
ａ，３８ａを閉弁する。また、第３吸着塔６を触媒塔９
導入前の吸着工程で用い、第１吸着塔４を触媒塔９導出
後の吸着工程で用い、第２吸着塔５を再生工程で用いる
場合には、開閉弁１５ｂ，１７ａ，２１ａ，２５ａ，２
８ａ，３２ａ，３６ａを開弁し、開閉弁１５ａ，１６
ａ，１６ｂ，１７ｂ，１９ａ，２３ａ，２４ａ，２６
ａ，２７ａ，２９ａ，３５ａ，３７ａ，３８ａを閉弁す
る。このようにすると、触媒塔９導入前の吸着工程で用
いることで吸着量が限界に達した吸着塔４〜６を再生工
程にまわし、触媒塔９導出後の吸着工程で用いることで
吸着量に余裕のある吸着塔４〜６を触媒塔９導入前の吸
着工程にまわすことができる。そして、再生された吸着
塔４〜６は触媒塔９導出後の吸着工程にまわされる。し
たがって、３個の吸着塔４〜６で効率の良い吸着除去お
よび再生が行える。
【００１５】
【表１】
【００１６】このように、上記の装置では、触媒塔９内
に供給する前に圧縮空気中の水分を吸着塔４〜６で完全
に吸着除去するようにしているため、触媒塔９内の触媒
の表面に水分が入り込んでこれを膨張させることが殆ど
なくなる。このため、触媒の表面に形成されたパラジウ
ム系粒子等が剥離，脱落すること等がなくなる。しか
も、上記したように、圧縮空気中の水分が殆ど吸着除去
されているため、触媒塔９に供給する際に圧縮空気の温
度を低く設定することができる。したがって、触媒の早
期性能低下を招いたり、触媒塔９の下部に微粉末が早期
に溜まったりすることがなくなり、長期にわたってメン
テナンスが不要になり、かつトータルコストが安価にな
る。さらに、上記したように、触媒塔９導入前の吸着工
程で用いた（吸着量が限界に達した）吸着塔４〜６を再
生工程にまわし、触媒塔９導出後の吸着工程で用いた
（吸着量に余裕のある）吸着塔４〜６を触媒塔９導入前
の吸着工程にまわし、再生工程で再生された吸着塔４〜
６を触媒塔９導出後の吸着工程にまわすことで、吸着量
に余裕のある吸着塔４〜６を有効利用することができ、
３個の吸着塔４〜６で効率の良い吸着除去および再生が
行える。また、この実施例と同様のものとして、同一容
器内に下部吸着部と触媒作用部と上部吸着部をステンレ
ス製スクリーンを介して上下３段に積重することで、圧
縮空気を触媒作用部に通す前に吸着部を通すようにする
ことが考えられる。このものでは、上記容器を２個並設
し、一方を吸着工程で使用している間に他方を再生する
ことが行われる。しかしながら、このものでは、各部を
ステンレス製スクリーンで分離しなければならず、充填
方法が複雑になるという問題がある。しかも、再生用の
排ガスに酸素が３５〜４０％以上も含まれている場合に
は、この排ガスで再生中に触媒を加熱すると、酸化によ
り触媒の劣化が進むという問題もある。また、再生中吸
着部だけでなく触媒作用部も加熱することになり、再生
時間の延長および再生動力の増加につながるという問題
もある。さらに、吸着部が４個必要で触媒作用部が２個
必要になり、高価になるという問題もある。これに対
し、この実施例では、吸着塔４〜６と触媒塔９とは別々
であり、吸着塔４〜６への吸着剤１２，１３の充填が容
易である。しかも、再生工程では、吸着塔４〜６だけに
排ガスを通して再生することができ、この再生時に触媒
塔９内の触媒を劣化させることがない。しかも、吸着塔
４〜６が３個で済むうえ、触媒塔９が１個で済み、安価
でありながらも上記のような優れた効果を奏する。
【００１７】図３は本発明の他の実施例を示している。
この実施例では、触媒塔９へ供給される空気は常時加温
されていなければならないのに対し、再生用の排ガスは
一時的な加温でよいこと、および触媒塔９に送り込む圧
縮空気をそれほど高温にする必要がないことを考慮し、
触媒塔９へ供給される空気を第１熱交換器４１だけで熱
交換して昇温させるようにしたものであり、上記実施例
中の第１ヒーター８が省略されている。図において、４
１はプレートフィン式（もしくはシェルアンドチューブ
式）の第１熱交換器である。この第１熱交換器４１に
は、その内部に、空気圧縮機１から取り入れた圧縮空気
が通る通路４１ａと、各吸着塔４〜６を経た空気が通る
通路４１ｂが形成されており、各通路４１ａ，４１ｂを
通る空気同士の熱交換により、空気圧縮機１を経た空気
を８５℃程度に降温させるとともに、各吸着塔４〜６を
経た空気を６０℃程度に昇温させる作用をする。４２は
第２熱交換器であり、上記触媒塔９を経た空気が通る通
路４２ａと、排ガス供給路３１から供給された排ガスが
通る通路４２ｂが形成されており、各通路４２ａ，４２
ｂを通る空気と排ガスとの熱交換により触媒塔９を経た
空気を２５℃程度にまで降温させるとともに、排ガスを
５０℃程度にまで昇温させる作用をする。４３はヒータ
ーであり、第２熱交換器４２で昇温された排ガスを加熱
してさらに２００℃程度にまで昇温させる。図におい
て、４１ｃは第１熱交換器４１の入口管であり、図１に
おける入口管７ｃと同様のものである。それ以外は上記
実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付して
いる。
【００１８】上記装置において、第１吸着塔４を触媒塔
９導入前の吸着工程で用い、第２吸着塔５を触媒塔９導
出後の吸着工程で用い、第３吸着塔６を再生工程で用い
る場合の作用を説明する。この場合には、上記実施例と
同様に、各開閉弁を開弁し、閉弁する。まず、空気圧縮
機１で外部から原料空気を取り入れて圧縮空気とする。
ついで、この圧縮された高温圧縮空気を第１熱交換器４
１で第１吸着塔４を経た空気と熱交換して降温したの
ち、第１クーラー３で冷却して４０℃程度に降温する。
つぎに、この降温された圧縮空気を第１連結管１５およ
び第１導入管１８を通して第１吸着塔４に供給する。こ
の第１吸着塔４では、圧縮空気中の水分がｐｐｍオーダ
ーまで吸着除去される。つぎに、第１吸着塔４を経た空
気を第１導出管４ａ，第４連結管２４および入口管４１
ｃを通して第１熱交換器４１に供給し、この第１熱交換
器４１で空気圧縮機１より取り入れられた空気と熱交換
して６０℃程度に昇温したのち、触媒塔９に供給する。
この触媒塔９では、空気中の一酸化炭素および水素が酸
化されて炭酸ガスおよび水が生成される。つぎに、触媒
塔９を経た空気を第２熱交換器４２に供給し、この第２
熱交換器４２で排ガスと熱交換して降温したのち、第２
クーラー１０で１０℃程度に降温し、出口管１０ａ，分
岐管１０ｂ，第２連結管１６および第２導入管２０を介
して第２吸着塔５に供給する。この第２吸着塔５では、
圧縮空気中の水分および炭酸ガスが吸着除去される。こ
の第２吸着塔５を経た空気を第２導出管５ａ，第２取出
管２７，分岐管３０ｂを通して精製空気取出管３０に送
る。一方、精留塔から送られる排ガスを、排ガス供給管
３１および第１供給管３２を通して第２熱交換器４２に
供給し、この第２熱交換器４２で触媒塔９を経た空気と
熱交換して昇温する。つぎに、この第２熱交換器４２で
昇温された排ガスを、第２供給管３３を通してヒーター
４３に供給し、このヒーター４３で２００℃に昇温した
のち、第３供給管３４，第６供給管３７および第３導出
管６ａを通して第３吸着塔６に供給する。この第３吸着
塔６では、吸着剤１２，１３が再生される。そののち、
第３吸着塔６を経た排ガスを第３導入管２２および第３
大気逃がし管２３を通して大気に放出する。
【００１９】この実施例でも、各吸着塔４〜６は、上記
実施例と同様に、各開閉弁の開閉操作により、自動切替
えすることができる。その切替えパターンは、上記実施
例と同様である。このものでは、上記実施例と同様の効
果を奏するうえ、上記したように、図１における第１ヒ
ーター８を省略できるという利点がある。
【００２０】図４は上記各実施例により精製された精製
空気（圧縮空気）を窒素，酸素に分離する装置を示す構
成図である。図において、５１は主熱交換器であり、こ
の主熱交換器５１に精製空気が精製空気取出管３０（図
１参照）から送り込まれ熱交換作用により超低温に冷却
される。３０ｃは精製空気取出管３０から分岐した分岐
管であり、精製空気取出管３０を通る圧縮空気の一部を
主熱交換器５１に通したのち膨張タービン５２に送り込
む。５３ａは膨張タービン５２により得られた冷気を冷
媒として主熱交換器５１に送り込む第１冷媒供給管であ
り、５３ｂは主熱交換器５１の冷媒としての作用を終え
た冷気を低圧精留塔６４に送り込む第２冷媒供給管であ
る。５４は棚段式の高圧精留塔であり、主熱交換器５１
により超低温に冷却された圧縮空気をさらに冷却し、そ
の一部を液化し液体空気５５として底部に溜めるととも
に、上部に窒素のみを気体状態で溜めるようになってい
る。５８は主コンデンサであり、内部に凝縮器５９が配
設されている。この凝縮器５９に、高圧精留塔５４の上
部に溜る窒素ガスの一部が第１還流管５６を介して送り
込まれて液化され、第２還流管５７を経て、高圧精留塔
５４の上部に設けられた液体窒素溜め５４ａに送り込ま
れる。この送り込まれた液体窒素は、液体窒素溜め５４
ａから溢れて高圧精留塔５４内を下方に流下し、高圧精
留塔５４の底部から上昇する圧縮空気と向流的に接触し
冷却してその一部を液化するようになっている。すなわ
ち、この過程で圧縮空気中の高沸点成分（酸素分）が液
化されて高圧精留塔５４の底部に溜り、低沸点成分の窒
素ガスが高圧精留塔５４の上部に溜る。また、主コンデ
ンサ５８は減圧状態となっており、ここに高圧精留塔５
４の底部に貯留された液体空気（Ｎ2 ：６０〜６５％ ,
Ｏ2 ：３３〜３８％）５５が膨脹弁（図示せず）付き接
続管６０を経て噴霧状に送り込まれ、膨脹弁で液体空気
中の窒素分を気化させて主コンデンサ５８の内部温度を
超低温に保持している。そして、主コンデンサ５８に噴
霧状に送り込まれた液体空気の一部は気化液体空気（Ｎ
2 ：６０〜６５％ ,Ｏ2 ：３３〜３８％）となって上部
に溜まり、他部は酸素リッチな超低温液体（Ｎ2 ：３０
〜３５％ ,Ｏ2 ：６３〜６８％）６１となって主コンデ
ンサ５８の底部に溜るようになっている。この酸素リッ
チな超低温液体６１の冷熱により凝縮器５９内に送り込
まれた窒素ガスが液化し、前記のように第２還流管５７
を通って高圧精留塔５４に送り込まれる。また、凝縮器
５９内を通る窒素ガスで加熱されて主コンデンサ５８の
底部の酸素リッチな超低温液体６１は気化され、気化液
体空気となって上部に溜まる。
【００２１】６４は棚段式の低圧精留塔であり、高圧精
留塔５４と同一レベルに設けられている。この低圧精留
塔６４は、その中段の部分が連結管６２によって主コン
デンサ５８の底部と接続しており、主コンデンサ５８の
底部に溜った酸素リッチな超低温液体（液体空気）６１
が連結管６２を介して送り込まれる。この送り込まれた
液体空気は低圧精留塔６４内を流下したのち低圧精留塔
６４の底部に溜まり、低圧精留塔６４の底部に内蔵され
た凝縮器６６を冷却する。この凝縮器６６は、主コンデ
ンサ５８の頂部から導入管６３を介して送り込まれた気
化液体空気の一部を液化したのち導出管６８に送り込
み、過冷却器６７を通して過冷却状態にしたのち低圧精
留塔６４に噴霧状に送り込む作用をする。過冷却器６７
を通って低圧精留塔６４に噴霧状に送り込まれた液体空
気も、低圧精留塔６４内を流下したのち低圧精留塔６４
の底部に溜まり、低圧精留塔６４の底部に内蔵された凝
縮器６６を冷却する。そして、低圧精留塔６４の底部に
溜まった液体空気６５は、凝縮器６６を通る気化液体空
気で焚き上げられる。７０は主コンデンサ５８の凝縮器
５９で液化された液体窒素（この液体窒素の一部は、前
記したように、高圧精留塔５４の液体窒素溜め５４ａに
送り込まれる）を過冷却器６７の冷媒として送る第１液
体窒素供給管であり、７１は冷媒としての作用を終えた
液体窒素を低圧精留塔６４の液体窒素溜め６４ａに送る
第２液体窒素供給管である。７２は低圧精留塔６４の上
部に溜った窒素ガスを製品窒素ガスとして取り出す窒素
ガス取出管で、超低温の窒素ガスを過冷却器６７に案内
し、この過冷却器６７により熱交換作用で降温させたの
ち主熱交換器５１内に案内し、そこに送り込まれる圧縮
空気と熱交換させて常温にし、製品窒素ガス取出管７３
に送り込む作用をする。７４は酸素ガス取出管で、低圧
精留塔６４の底部の滞留液体酸素６５から気化した酸素
ガスを取り出し、主熱交換器５１内に案内し、そこに送
り込まれる圧縮空気と熱交換させて常温にし、製品酸素
ガス取出管７５に送り込む作用をする。７６は低圧精留
塔６４内に溜った窒素分（純度はそれ程高くない）等を
排ガスとして取り出す排ガス取出管で、低圧精留塔６４
から取り出した排ガスを主熱交換器５１内に案内し、そ
こに送り込まれる圧縮空気と熱交換させて常温にし、排
ガス放出管７７に送り込むとともに、その一部を排ガス
供給管３１（図１参照）に送り込む作用をする。
【００２２】この装置は、つぎのようにして製品窒素ガ
スおよび酸素ガスを製造する。すなわち、上記精製空気
取出管３０から送られた精製空気を主熱交換器５１内に
送り込んで超低温に冷却し、高圧精留塔５４の下部内に
投入する。ついで、この投入圧縮空気を、主コンデンサ
５８から高圧精留塔５４内に送り込まれ液体窒素溜め５
４ａから溢流する液体窒素と向流的に接触させて冷却
し、その一部を液化して高圧精留塔５４の底部に溜め
る。この過程において、窒素と酸素の沸点の差（酸素の
沸点−１８３℃，窒素の沸点−１９６℃）により、圧縮
空気中の高沸点成分である酸素が液化し、窒素が気体の
まま残る。そして、高圧精留塔５４の底部には酸素分が
多い液体空気５５が溜る。つぎに、この酸素リッチな液
体空気５５を膨脹弁で断熱膨脹させたのち主コンデンサ
５８に送り込み、液化して主コンデンサ５８の底部に液
体空気６１として溜めて主コンデンサ５８内蔵の凝縮器
５９を冷却する。一方、高圧精留塔５４の上部に溜まっ
た窒素ガスを、主コンデンサ５８内蔵の凝縮器５９に送
り込み、液体空気６１により冷却して液化し高圧精留塔
５４の液体窒素溜め５４ａ内に還流する。と同時に、凝
縮器５９で液化した液体窒素を第１液体窒素供給管７０
に通して過冷却器６７に供給し、この過冷却器６７で過
冷却状態にしたのち、低圧精留塔６４内の液体窒素溜め
６４ａ内に送り込む。また、主コンデンサ５８の底部に
溜まった液体空気６１を連結管６２で低圧精留塔６４に
送り込んで底部に溜める。この低圧精留塔６４の底部に
溜まった液体空気６５は、主コンデンサ５８の頂部から
導入管６３を介して低圧精留塔６４内蔵の凝縮器６６に
送り込まれた気化液体空気で焚き上げられる。一方、凝
縮器６６内を通る気化液体空気の一部を熱交換作用で液
化したのち導出管６８に通して過冷却器６７に供給し、
この過冷却器６７で過冷却状態にしたのち低圧精留塔６
４に送り込む。低圧精留塔６４内では、高圧精留塔５４
内と同様に、低圧精留塔６４の気化液体空気を液体窒素
溜め６４ａから溢流する液体窒素と向流的に接触させて
冷却し、その一部を液化して低圧精留塔６４の底部に溜
める。この過程において、窒素と酸素の沸点の差によ
り、圧縮空気中の高沸点成分である酸素が液化し、窒素
が気体のまま残る。そして、低圧精留塔６４の底部には
酸素分が多い液体空気６５が溜り、上部には窒素ガスが
溜まる。このようにして、低圧精留塔６４の上部に溜ま
った窒素ガスは、そのまま製品として窒素ガス取出管７
２から取り出され、主熱交換器５１で熱交換されたの
ち、常温製品ガスとして系外に送出される。低圧精留塔
６４の底部の液体空気６５は、そのまま製品として取り
出されるのではなく、その気化物（酸素ガス）として酸
素ガス取出管７４から取り出され、主熱交換器５１で熱
交換されたのち、常温製品ガスとして系外に送出され
る。このようにして、高純度の窒素ガスと酸素ガスが得
られる。
【００２３】この装置では、高圧精留塔５４と低圧精留
塔６４が同一レベルに設置されているため、装置全体の
高さが低くなる。したがって、装置全体を小形化するこ
とができるとともに、製作コストの低減化を実現するこ
とができる。このため、装置をユーザーの敷地内に設置
してガス販売すること（オンサイト供給）が簡単に行え
るという利点もある。
【００２４】図５は精製空気を窒素，酸素に分離する装
置の他の例を示している。この例では、製品窒素ガスの
一部を、低圧精留塔６４の底部に溜まる液体空気６５を
焚き上げる加熱源として用いている。すなわち、製品窒
素ガス取出管７３に昇圧器８０を設け、この昇圧器８０
より製品窒素ガス取出口（図示せず）側の部分から分岐
管８１を分岐し、この分岐管８１を主熱交換器５１を通
したのち低圧精留塔６４内蔵の凝縮器６６に接続してい
る。そして、この凝縮器６６を通る製品窒素ガスで低圧
精留塔６４の底部の液体空気６５を焚き上げるととも
に、この製品窒素ガスを凝縮器６６内で液化し、導入管
６８を通して過冷却器６７に供給し、この過冷却器６７
で過冷却状態にしたのち低圧精留塔６４に導入してい
る。一方、主コンデンサ５８の頂部から取り出される気
化液体空気（Ｎ2 ：６０〜６５％ ,Ｏ 2 ：３５〜４０
％）を導入管８２を通して過冷却器６７に供給し、この
過冷却器６７で過冷却状態にしたのち低圧精留塔６４に
導入している。それ以外の部分は図４に示す装置と同様
であり、同様の部分には同じ符号を付している。このも
のでも、図４に示す装置と同様の効果を奏するうえ、製
品窒素ガスを再び低圧精留塔６４に戻しているため、図
４に示す装置より高純度の窒素ガスを得ることができる
という利点がある。
【００２５】図６は精製空気を窒素，酸素に分離する装
置のさらに他の例を示している。この例では、両精留塔
５４，６４の上部にそれぞれ主コンデンサ５８，８５を
設けている。そして、高圧精留塔５４の主コンデンサ５
８の底部に溜まった余剰の液化空気６１（Ｎ2 ：６０〜
７０％ ,Ｏ2 ：３０〜４０％）を低圧精留塔６４の第２
主コンデンサ８５に導入しこれの寒冷用として利用して
いる。また、低圧精留塔６４の頂部から取り出した窒素
ガスを第２主コンデンサ８５で液化して液体窒素とし、
これを還流液として低圧精留塔６４に戻すようにしてい
る。すなわち、８５は第２主コンデンサであり、内部に
凝縮器８６が配設されている。この凝縮器８６に、低圧
精留塔６４の上部に溜る窒素ガスの一部が第３還流管８
７を介して送り込まれて液化され、第４還流管８８を経
て、低圧精留塔６４の上部に設けられた液体窒素溜め６
４ａに送り込まれる。この送り込まれた液体窒素は、液
体窒素溜め６４ａから溢れて低圧精留塔６４内を下方に
流下し、低圧精留塔６４の底部から上昇する圧縮空気と
向流的に接触し冷却してその一部を液化するようになっ
ている。すなわち、この過程で圧縮空気中の高沸点成分
（酸素分）が液化されて低圧精留塔６４の底部に溜り、
低沸点成分の窒素ガスが低圧精留塔６４の上部に溜る。
また、第２主コンデンサ８５は減圧状態となっており、
ここに主コンデンサ５８の底部に貯留された液体空気６
１が膨脹弁（図示せず）付き接続管９０を経て噴霧状に
送り込まれ、膨脹弁で液体空気中の窒素分を気化させて
第２主コンデンサ８５の内部温度を超低温に保持してい
る。そして、第２主コンデンサ８５に噴霧状に送り込ま
れた液体空気の一部は気化液体空気（Ｎ2 ：６０〜６５
％ ,Ｏ2 ：３３〜３８％）となって上部に溜まり、他部
は酸素リッチな超低温液体（Ｎ2 ：３３〜３８％ ,
Ｏ2 ：６０〜６５％）８９となって第２主コンデンサ８
５の底部に溜るようになっている。この酸素リッチな超
低温液体８９の冷熱により凝縮器８６内に送り込まれた
窒素ガスが液化し、前記のように第４還流管８８を通っ
て低圧精留塔６４に送り込まれ、低圧精留塔６４の底部
に溜まる。９１ａは第２主コンデンサ８５の上部に溜ま
った気化液体空気を取り出したのち過冷却器６７に供給
してここで降温させる第１排ガス取出管であり、９１ｂ
は過冷却器６７で降温した気化液体空気を主熱交換器５
１内に案内し、そこに送り込まれる圧縮空気と熱交換さ
せて常温にしたのち排ガス放出管９４に送り込む第２排
ガス取出管である。９２は高圧精留塔５４の第１還流管
５６から延びる第１窒素ガス取出管であり、低圧精留塔
６４の第３還流管８７から延びる第２窒素ガス取出管９
３と合流する。この合流窒素ガス取出管９５（図４の窒
素ガス取出管７２に相当する）は第１窒素ガス取出管９
２および第２窒素ガス取出管９３から取り出された窒素
ガスを過冷却器６７に供給し、この過冷却器６７により
熱交換作用で昇温させたのち主熱交換器５１内に案内す
る。それ以外の部分は図４に示す装置と同様であり、同
様の部分には同じ符号を付している。
【００２６】この装置は、低圧精留塔６４においても、
つぎのようにして製品窒素ガスおよび酸素ガスを製造す
る。すなわち、高圧精留塔５４の主コンデンサ５８の底
部から液体窒素６１を膨脹弁で断熱膨脹させたのち第２
主コンデンサ８５に送り込み、液化して第２主コンデン
サ８５の底部に液体空気８９として溜めて第２主コンデ
ンサ８５内蔵の凝縮器８６を冷却する。一方、低圧精留
塔６４の上部に溜まった窒素ガスを、第２主コンデンサ
８５内蔵の凝縮器８６に送り込み、液体空気８９により
冷却して液化し低圧精留塔６４内の液体窒素溜め６４ａ
内に還流する。そして、低圧精留塔６４内で気化液体空
気を液体窒素溜め６４ａから溢流する液体窒素と向流的
に接触させて冷却し、その一部を液化して低圧精留塔６
４の底部に溜める。この過程において、窒素と酸素の沸
点の差により、圧縮空気中の高沸点成分である酸素が液
化し、窒素が気体のまま残る。そして、低圧精留塔６４
の底部には酸素分が多い液体空気６５が溜る。そして、
高圧精留塔５４の上部に溜まった窒素ガスおよび低圧精
留塔６４の上部に溜まった窒素ガスを第１窒素ガス取出
管９２および第２窒素ガス取出管９３を介して取り出
し、そのまま製品として製品窒素ガス取出管７３に送
る。また、低圧精留塔６４の底部の液体空気６５は、そ
のまま製品として取り出されるのではなく、その気化物
（酸素ガス）として製品酸素ガス取出管７５から取り出
される。このようにして、高純度の窒素ガスと酸素ガス
が得られる。
【００２７】この装置でも、図４に示す装置と同様の効
果を奏するうえ、各精留塔５４，６４にそれぞれ主コン
ザンサー５８，８５を設けているため、図４に示す装置
より純度の高い窒素ガスを製造することができる。
【００２８】図７は精製空気を窒素，酸素に分離する装
置のさらに他の例を示している。この例では、図４〜図
６の各例におけに膨張タービン５２の代わりに、寒冷源
として液体窒素を用い、これを直接に高圧精留塔５４に
導入している。それ以外の部分は図４に示す装置と同様
であり、同様の部分には同じ符号を付している。このも
のでも、図４に示す装置と同様の効果を奏する。しか
も、図４〜図６の各例のように膨張タービン５２を使用
する場合には、この膨張タービン５２が回転速度が極め
て大であって負荷変動（製品窒素の取出量）に対する追
従運転が困難であり、負荷変動時に製品の純度がばらつ
くという難点を有している。しかも、この膨張タービン
５２が高速回転するため機械構造上高精度が要求され、
かつ高価であり、機構が複雑なため特別に養成した要員
が必要であるという難点をも有している。これに対し、
この例のように液体窒素を用いると、供給量のきめ細か
い調節が可能であり、負荷変動に対するきめ細かな追従
が可能であることから、純度が安定して極めて純度の高
い窒素ガス等を製造しうるようになるという利点があ
る。しかも、装置として回転部がなくなるため、故障が
全く生じないという利点がある。
【００２９】なお、図４〜図６では、膨張タービン５２
により得られた冷気を冷媒として低圧精留塔６４に供給
しているが、これに限定するものではなく、高圧精留塔
５４に供給するようにしてもよい。また、図７では、液
体窒素を冷媒として高圧精留塔５４に供給しているが、
これに限定するものではなく、低圧精留塔６４に供給す
るようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、本発明の空気分離方法に
よれば、従来の方法では、触媒塔に供給される圧縮空気
中に水分が多量に含まれていたため、触媒反応には２０
０℃以上の高温が必要であったのに対し、本発明では、
圧縮空気を触媒に接触させる前にその圧縮空気中の水分
の吸着除去がなされているため、６０℃という低い温度
でも反応を進めることができる。また、高温に加熱する
ことによる触媒の劣化も上記反応温度の低下により、従
来の方法と比べて大幅に抑えることが可能である。した
がって、触媒の優れた性能を長期にわたって維持するこ
とができ、また、メンテナンスも長期間不要になる。そ
のうえ、従来の方法のように、２００℃以上の高温で用
いる必要がある場合には、熱交換器の材質としてステン
レス等の高価なものを用いなければならないのに対し、
本発明では、上記反応温度の低下によりアルミニウムの
ような安価なものを用いることが可能となる。また、本
発明の装置によれば、本発明の方法を簡単に、かつ効率
的に実現することができる。また、本発明において、除
去手段を兼用しうる吸着手段が３個設けられ、これらの
吸着手段を再生する再生手段が設けられ、第１段階で
は、第１吸着手段で圧縮空気中の炭酸ガスと水分を吸着
除去し、第２吸着手段で触媒に接触させた空気中の炭酸
ガスと水とを吸着除去し、第３吸着手段を再生手段で再
生し、第２段階では、第２吸着手段で圧縮空気中の炭酸
ガスと水分を吸着除去し、第３吸着手段で触媒に接触さ
せた空気中の炭酸ガスと水とを吸着除去し、第１吸着手
段を再生手段で再生し、第３段階では、第３吸着手段で
圧縮空気中の炭酸ガスと水分を吸着除去し、第１吸着手
段で触媒に接触させた空気中の炭酸ガスと水とを吸着除
去し、第２吸着手段を再生手段で再生し、そののち、上
記の順で第１〜第３の各段階を繰り返すようにしてい
る。このようにすると、圧縮空気中の炭酸ガスと水分を
除去した吸着手段よりも、触媒に接触させた空気中の炭
酸ガスと水を吸着除去した吸着手段の方が吸着量が少な
いことを利用して、効率のよい吸着除去および再生が行
える。すなわち、圧縮空気中の炭酸ガスと水分を除去し
て吸着量が限界に達した吸着手段を再生工程にまわし、
触媒に接触させた空気中の炭酸ガスと水を吸着除去して
吸着量に余裕のある吸着手段を、圧縮空気中の炭酸ガス
と水分を除去する工程にまわし、再生された吸着手段を
上記炭酸ガスと水を吸着除去する工程にまわすことがで
きる。しかも、各吸着塔と触媒塔とは別々であり、吸着
塔への吸着剤の充填が容易に行えるという利点がある。
さらに、再生工程では、吸着塔だけを再生することがで
き、この再生時に触媒塔内の触媒を劣化させることがな
い。さらに、吸着塔が３個で済むうえ、触媒塔が１個で
済み、安価でありながらも、上記のような優れた効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】上記実施例の作用を示す構成図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】精製空気を窒素ガス，酸素ガス等に分離する装
置を示す構成図である。
【図５】上記分離する装置の他の例を示す構成図であ
る。
【図６】上記分離する装置のさらに他の例を示す構成図
である。
【図７】上記分離する装置のさらに他の例を示す構成図
である。
【図８】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 空気圧縮機 ２ 第１熱交換器 ３ 第１クーラー ４〜６ 吸着塔 ７ 第２熱交換器 ８ 第１ヒーター ９ 触媒塔 １０ 第２クーラー １１ 第２ヒーター
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年５月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、上記の一酸化
炭素，水素を完全除去するため、本発明者らは、図８に
示すように、空気圧縮機１０１と吸着塔１０７間に、パ
ラジウム系触媒を内蔵した触媒塔１０４を設け、この触
媒塔１０４内のパラジウム系触媒で圧縮空気中の一酸化
炭素および水素を除去するようにした空気分離装置を提
案した。図において、１０２は熱交換器であり、空気圧
縮機１０１から取り入れた圧縮空気と触媒塔１０４を経
た空気を通して両者を熱交換させることにより、空気圧
縮機１０１の圧縮によって昇温した圧縮空気をさらに昇
温させるとともに、触媒塔１０４を経た空気を降温させ
る作用をする。１０３は熱交換器１０２で昇温させた圧
縮空気を所定温度（触媒塔１０４での酸化反応に適した
温度であり、２００℃以上の高温）にまで昇温させるヒ
ーターであり、１０６はドレン分離器である。１０５は
熱交換器１０２で降温させた空気を所定温度（吸着塔１
０７での吸着除去に適した温度）にまで降温させるフロ
ン冷却器である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】上記空気分離装置において、空気圧縮機１
０１により空気を圧縮し、この空気圧縮機１０１で圧縮
され昇温された空気を熱交換器１０２およびヒーター１
０３で所定温度に昇温して触媒塔１０４に送り、ついで
この触媒塔１０４内のパラジウム系触媒と圧縮空気中の
一酸化炭素および水素を酸化反応させる。これにより圧
縮空気中の一酸化炭素および水素を炭酸ガスおよび水分
に変える。つぎに触媒塔１０４を経た空気を熱交換器１
０２およびフロン冷却器１０５で所定温度に降温し、そ
ののち吸着塔１０７に送り込み、吸着塔１０７内の吸着
剤（活性アルミナ，ゼオライト等）で炭酸ガスおよび水
分を吸着除去するようにしている。このようにして得ら
れた精製空気を低温精留塔（図示せず）へ供給し、窒
素，酸素，アルゴン等に分離する。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外部より取り入れた空気を圧縮して圧縮
    空気とし、この圧縮空気を除去手段に導入して空気中の
    炭酸ガスと水とを除去し、上記除去手段を経た空気を深
    冷液化分離し窒素と酸素とに分ける空気分離方法であっ
    て、上記圧縮空気を除去手段に導入するに先立って、空
    気圧縮の際の圧縮熱によって昇温した圧縮空気を冷却手
    段により冷却し降温させたのち吸着手段に導入して圧縮
    空気中の水分を吸着除去し、ついで、上記吸着手段を経
    由した空気を触媒に接触させ空気中の一酸化炭素および
    水素を酸化することを特徴とする空気分離方法。
  2. 【請求項２】 触媒が、パラジウム触媒である請求項１
    記載の空気分離方法。
  3. 【請求項３】 吸着手段が、活性アルミナおよびモレキ
    ュラーシーブの少なくともモレキュラーシーブである請
    求項１記載の空気分離方法。
  4. 【請求項４】 除去手段を兼用しうる吸着手段が３個設
    けられ、これらの吸着手段を再生する再生手段が設けら
    れ、第１段階では、第１吸着手段で圧縮空気中の炭酸ガ
    スと水分を吸着除去し、第２吸着手段で触媒に接触させ
    た空気中の炭酸ガスと水とを吸着除去し、第３吸着手段
    を再生手段で再生し、第２段階では、第２吸着手段で圧
    縮空気中の炭酸ガスと水分を吸着除去し、第３吸着手段
    で触媒に接触させた空気中の炭酸ガスと水とを吸着除去
    し、第１吸着手段を再生手段で再生し、第３段階では、
    第３吸着手段で圧縮空気中の炭酸ガスと水分を吸着除去
    し、第１吸着手段で触媒に接触させた空気中の炭酸ガス
    と水とを吸着除去し、第２吸着手段を再生手段で再生す
    ることを行い、上記の順で第１〜第３の各段階を繰り返
    すようにした請求項１記載の空気分離方法。
  5. 【請求項５】 外部より取り入れた空気を圧縮する空気
    圧縮手段と、上記空気圧縮手段を経由した圧縮空気中の
    炭酸ガスと水を除去する除去手段と、この除去手段を経
    た空気を窒素と酸素とに液化分離する深冷液化分離手段
    を備えた空気分離装置であって、上記空気圧縮手段と除
    去手段との間に、空気圧縮手段による圧縮熱によって昇
    温した圧縮空気を冷却する冷却手段と、この冷却手段に
    より冷却されて降温した空気中の水分を吸着除去する吸
    着手段と、この吸着手段で吸着除去された空気を加熱す
    る加熱手段と、この加熱手段により加熱されて昇温した
    空気中の一酸化炭素および水素を酸化する触媒手段を設
    けたことを特徴とする空気分離装置。
  6. 【請求項６】 触媒が、パラジウム触媒である請求項５
    記載の空気分離装置。
  7. 【請求項７】 吸着手段が、活性アルミナおよびモレキ
    ュラーシーブの少なくともモレキュラーシーブである請
    求項５記載の空気分離装置。
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