JPH0832549B2 - ヘリウム濃縮法 - Google Patents
ヘリウム濃縮法Info
- Publication number
- JPH0832549B2 JPH0832549B2 JP63504696A JP50469688A JPH0832549B2 JP H0832549 B2 JPH0832549 B2 JP H0832549B2 JP 63504696 A JP63504696 A JP 63504696A JP 50469688 A JP50469688 A JP 50469688A JP H0832549 B2 JPH0832549 B2 JP H0832549B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- seconds
- helium
- adsorption
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
- B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/102—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/116—Molecular sieves other than zeolites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/25—Coated, impregnated or composite adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
- B01D2253/302—Dimensions
- B01D2253/308—Pore size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/18—Noble gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/10—Single element gases other than halogens
- B01D2257/102—Nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
- B01D2257/702—Hydrocarbons
- B01D2257/7022—Aliphatic hydrocarbons
- B01D2257/7025—Methane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40028—Depressurization
- B01D2259/4003—Depressurization with two sub-steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40035—Equalization
- B01D2259/40041—Equalization with more than three sub-steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
- B01D2259/40071—Nine
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/404—Further details for adsorption processes and devices using four beds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/20—Capture or disposal of greenhouse gases of methane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
- Y02P20/156—Methane [CH4]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明はヘリウム、窒素及びメタン並びに場合により
その他のガスを含有し、かつ窒素及びメタン並びに場合
によりその他のガスを吸着する炭素モレキユラーシーブ
に導入されるガス混合物から圧力変動吸着法によりヘリ
ウム濃縮を行なうための方法に関し、この際ガス混合物
を循環式に４つの並列接続した吸着装置に装入し、これ
らの吸着装置をそれぞれ順次圧力形成相、吸着相及び放
圧相とし、かつ圧力形成及び放圧を部分的に他の吸着装
置との圧力平衡により行なう。
その他のガスを含有し、かつ窒素及びメタン並びに場合
によりその他のガスを吸着する炭素モレキユラーシーブ
に導入されるガス混合物から圧力変動吸着法によりヘリ
ウム濃縮を行なうための方法に関し、この際ガス混合物
を循環式に４つの並列接続した吸着装置に装入し、これ
らの吸着装置をそれぞれ順次圧力形成相、吸着相及び放
圧相とし、かつ圧力形成及び放圧を部分的に他の吸着装
置との圧力平衡により行なう。
ヨーロツパ特許第0002695号明細書には、ヘリウム及
び主に窒素、アルゴン及び酸素並びにわずかな量の二酸
化炭素及びメタンを含有する出発ガス混合物からヘリウ
ムを精製するために使用され、かつ炭素モレキユラーシ
ーブの使用下に99.9容量％を越える純度のヘリウムが得
られるような圧力変動吸着法が記載されている。しかし
ながら、この際出発ガス混合物はすでにヘリウムを50〜
95容量％含有している。この方法ではヘリウム10％まで
を含有するガス混合物からヘリウムを濃縮することは実
施することができない、それというのもこの方法の実施
及び工程の組合わせはこのために好適でないためであ
る。
び主に窒素、アルゴン及び酸素並びにわずかな量の二酸
化炭素及びメタンを含有する出発ガス混合物からヘリウ
ムを精製するために使用され、かつ炭素モレキユラーシ
ーブの使用下に99.9容量％を越える純度のヘリウムが得
られるような圧力変動吸着法が記載されている。しかし
ながら、この際出発ガス混合物はすでにヘリウムを50〜
95容量％含有している。この方法ではヘリウム10％まで
を含有するガス混合物からヘリウムを濃縮することは実
施することができない、それというのもこの方法の実施
及び工程の組合わせはこのために好適でないためであ
る。
更に、米国特許第3636679号明細書には、ガス混合物
を循環式に４つの吸着装置に装入し、これらの吸着装置
をそれぞれ順次圧力形成相、吸着相及び放圧相とし、こ
の際圧力形成及び放圧を部分的に２つの異なる吸着装置
との圧力平衡により行い、かつ圧力形成相は３つの工程
を、及び放圧相は４つの工程を包含することができるヘ
リウム濃縮のための圧力変動吸着法を記載している。し
かしながら、この際完全な再生のために放圧工程と共に
生成ガスのために使用される付加的な洗浄工程が必要で
あり、こうして生成ガス収率は比較的低い（例により53
％）。更に、低い工程圧において（放圧工程の際に）生
成ガス獲得が行われ、こうして生成ガスは多くの使用目
的のためにより高い圧力水準に加圧されなければならな
いという欠点を有している。更に、生成ガスが生じる種
々の圧力は圧力平衡調節を必要とし、このことは生成ガ
ス流における量のゆれにふたたび導くことがある。
を循環式に４つの吸着装置に装入し、これらの吸着装置
をそれぞれ順次圧力形成相、吸着相及び放圧相とし、こ
の際圧力形成及び放圧を部分的に２つの異なる吸着装置
との圧力平衡により行い、かつ圧力形成相は３つの工程
を、及び放圧相は４つの工程を包含することができるヘ
リウム濃縮のための圧力変動吸着法を記載している。し
かしながら、この際完全な再生のために放圧工程と共に
生成ガスのために使用される付加的な洗浄工程が必要で
あり、こうして生成ガス収率は比較的低い（例により53
％）。更に、低い工程圧において（放圧工程の際に）生
成ガス獲得が行われ、こうして生成ガスは多くの使用目
的のためにより高い圧力水準に加圧されなければならな
いという欠点を有している。更に、生成ガスが生じる種
々の圧力は圧力平衡調節を必要とし、このことは生成ガ
ス流における量のゆれにふたたび導くことがある。
ヘリウムは種種の使用目的にとつて、例えば冷却のた
めの冷却装置において、溶接の際の保護ガスとして及び
化学産業において、空間技術において不活性ガスとし
て、潜水作業における呼吸ガスがの形で、クロマトグラ
フイーにおいて担体ガスとして、漏水発見において、バ
ルーンガスとして及びその他の目的にとつて、増増重要
になつている。これらの目的にとつて高純度を示すヘリ
ウムは必要である。この高純度を得るためには、低いヘ
リウム含量を示すガス混合物においては、まずガス混合
物をヘリウムに関して濃縮し、次いでこのヘリウム濃縮
ガス混合物からヘリウムを高い純度で獲得するために多
くの工程が必要である。
めの冷却装置において、溶接の際の保護ガスとして及び
化学産業において、空間技術において不活性ガスとし
て、潜水作業における呼吸ガスがの形で、クロマトグラ
フイーにおいて担体ガスとして、漏水発見において、バ
ルーンガスとして及びその他の目的にとつて、増増重要
になつている。これらの目的にとつて高純度を示すヘリ
ウムは必要である。この高純度を得るためには、低いヘ
リウム含量を示すガス混合物においては、まずガス混合
物をヘリウムに関して濃縮し、次いでこのヘリウム濃縮
ガス混合物からヘリウムを高い純度で獲得するために多
くの工程が必要である。
主に、ヘリウムはヘリウム含有天然ガスから濃縮さ
れ、かつ獲得される。ヘリウム含有天然ガスは主成とし
てメタン及び窒素並びに10容量％までのヘリウムを、わ
ずかな量の種種の高級炭化水素及び二酸化炭素と共に含
有する。
れ、かつ獲得される。ヘリウム含有天然ガスは主成とし
てメタン及び窒素並びに10容量％までのヘリウムを、わ
ずかな量の種種の高級炭化水素及び二酸化炭素と共に含
有する。
公知技術によれば、次のヘリウム濃縮法が行なわれる
（"Bureau of Mines,Preprint from Bulletin 675−ヘ
リウム−1985年版、United States of Interior"、第３
〜４頁参照）。
（"Bureau of Mines,Preprint from Bulletin 675−ヘ
リウム−1985年版、United States of Interior"、第３
〜４頁参照）。
ヘリウム含有天然ガスを冷却装置中で約−150℃に冷
却し、その際主に炭化水素を凝縮して除去する。このよ
うにして得られたガス混合物はわずかな量の他のガス、
50容量％を越えるヘリウム及び窒素を含有する。これら
の粗ヘリウムはいくつかの場合、圧力変動吸着装置が第
２の冷却装置と共に作用する組合わせ方法により、その
場で高純度ヘリウムに処理される。しかしながら、この
粗ヘリウムは中間生成物として市販され、この場合他の
場所で純ヘリウムに処理される。
却し、その際主に炭化水素を凝縮して除去する。このよ
うにして得られたガス混合物はわずかな量の他のガス、
50容量％を越えるヘリウム及び窒素を含有する。これら
の粗ヘリウムはいくつかの場合、圧力変動吸着装置が第
２の冷却装置と共に作用する組合わせ方法により、その
場で高純度ヘリウムに処理される。しかしながら、この
粗ヘリウムは中間生成物として市販され、この場合他の
場所で純ヘリウムに処理される。
本発明の課題は僅かなヘリウム含量の天然ガスから50
％より高いヘリウム含量の粗ヘリウムの濃縮を冷却装置
中での中間濃縮なしに圧力変動吸着のみにより高収率で
達成することである。
％より高いヘリウム含量の粗ヘリウムの濃縮を冷却装置
中での中間濃縮なしに圧力変動吸着のみにより高収率で
達成することである。
この課題は冒頭に挙げた種類の方法から出発し、 ａ） 圧力形成相が３工程を包含し： 1.最終真空圧（P1）から中程度圧力段階（P3）への圧力
形成工程； 2.中程度圧力段階（P3）から高度圧力段階（P4）への圧
力形成工程； 3.高度圧力段階（P4）から最高圧力段階（P5）−吸着圧
への圧力形成工程； ｂ） 放圧相が４工程を包含し： 1.最高圧力段階（P5）から高度圧力段階（P4）への放圧
工程； 2.高度圧力段階（P4）から中程度圧力段階（P3）への放
圧工程； 3.中程度圧力段階（P3）から大気圧（P2）への放圧工
程； 4.大気圧（P2）から最終真空圧（P1）への放圧工程； ｃ） 圧力平衡を２段階で行い、第１段階は第１放圧工
程（P5からP4）を行っている第１吸着装置の出口から、
第２圧力形成工程（P3からP4）を行っている第２吸着装
置の出口に実施し、かつ第２工程は第２放圧工程（P4か
らP3）を行っている第１吸着装置の出口から第１圧力形
成工程（P1からP3）を行っている第３吸着装置の入口に
実施し、かつ ｄ） 第３放圧工程と第４放圧工程とを向流で実施し、
その際ヘリウム含量の少ない廃ガスが生じ、かつ第３圧
力形成工程を生成ガスで実施することにより解決する。
形成工程； 2.中程度圧力段階（P3）から高度圧力段階（P4）への圧
力形成工程； 3.高度圧力段階（P4）から最高圧力段階（P5）−吸着圧
への圧力形成工程； ｂ） 放圧相が４工程を包含し： 1.最高圧力段階（P5）から高度圧力段階（P4）への放圧
工程； 2.高度圧力段階（P4）から中程度圧力段階（P3）への放
圧工程； 3.中程度圧力段階（P3）から大気圧（P2）への放圧工
程； 4.大気圧（P2）から最終真空圧（P1）への放圧工程； ｃ） 圧力平衡を２段階で行い、第１段階は第１放圧工
程（P5からP4）を行っている第１吸着装置の出口から、
第２圧力形成工程（P3からP4）を行っている第２吸着装
置の出口に実施し、かつ第２工程は第２放圧工程（P4か
らP3）を行っている第１吸着装置の出口から第１圧力形
成工程（P1からP3）を行っている第３吸着装置の入口に
実施し、かつ ｄ） 第３放圧工程と第４放圧工程とを向流で実施し、
その際ヘリウム含量の少ない廃ガスが生じ、かつ第３圧
力形成工程を生成ガスで実施することにより解決する。
本発明方法のための吸着剤としては平均吸着孔直径0.
1〜0.4nm、有利に0.3〜0.4nmの炭素モレキユラーシーブ
を使用する。それというのもこの炭素モレキユラーシー
ブはヘリウムから窒素及びメタンを著しく有効に分離す
ることができるので、意外にも１工程ですでに50％を越
える比較的高いヘリウム含量の粗ヘリウムが生じ、この
際、前記の教示を適用すると90％を越える予期しなかつ
た高いヘリウム収量が達せられる。このことは圧力変動
法を使用して提案した濃縮法を適用することにより約２
〜８％の比較的低いヘリウム含量の出発ガス混合物か
ら、付加的に冷却装置を必要とすることなしに、すなわ
ち低いエネルギー消費により成功する。
1〜0.4nm、有利に0.3〜0.4nmの炭素モレキユラーシーブ
を使用する。それというのもこの炭素モレキユラーシー
ブはヘリウムから窒素及びメタンを著しく有効に分離す
ることができるので、意外にも１工程ですでに50％を越
える比較的高いヘリウム含量の粗ヘリウムが生じ、この
際、前記の教示を適用すると90％を越える予期しなかつ
た高いヘリウム収量が達せられる。このことは圧力変動
法を使用して提案した濃縮法を適用することにより約２
〜８％の比較的低いヘリウム含量の出発ガス混合物か
ら、付加的に冷却装置を必要とすることなしに、すなわ
ち低いエネルギー消費により成功する。
高級炭化水素並びに場合により他の不純物を天然ガス
からあらかじめ分離除去するために活性炭で満たされた
前フィルターを吸着装置の前に接続するということが勧
められる。このようにして、不純物が炭素モレキユラー
シーブ中に達し、その吸着性及び再生性を損なうことを
回避する。
からあらかじめ分離除去するために活性炭で満たされた
前フィルターを吸着装置の前に接続するということが勧
められる。このようにして、不純物が炭素モレキユラー
シーブ中に達し、その吸着性及び再生性を損なうことを
回避する。
最高圧段階（P5）、吸着圧が１バールを越え、有利に
は10〜30バールであり、最終真空圧が500ミリバール、
有利に50ミリバールを下まわるのが有利である。
は10〜30バールであり、最終真空圧が500ミリバール、
有利に50ミリバールを下まわるのが有利である。
有利な実施形によれば個々の圧力段階は次の圧力値と
なる： P1＝50ミリバール P2＝１バール P3＝４バール P4＝11.7バール P5＝20バール 実験によれば、全循環時間は450〜3600秒、有利に720
秒であつてよい。
なる： P1＝50ミリバール P2＝１バール P3＝４バール P4＝11.7バール P5＝20バール 実験によれば、全循環時間は450〜3600秒、有利に720
秒であつてよい。
有利な実施法によれば、全循環時間720秒において放
圧相は次の時間の長さである。
圧相は次の時間の長さである。
1.P5からP4への放圧工程 55秒 静置時間 115秒 2.P4からP3への放圧工程 10秒 3.P3からP2への放圧工程 55秒 4.P2からP1への放圧工程 115秒 同様に有利な実施形によれば全循環時間720秒で圧力
形成相は次のような時間の長さを包含する： 1.P1からP3への圧力形成 10秒 2.P3からP4への圧力形成 55秒 3.P4からP5への圧力形成 125秒 全循環時間が720秒において生成ガス獲得のための時
間の長さは180秒間であるのが有利である。
形成相は次のような時間の長さを包含する： 1.P1からP3への圧力形成 10秒 2.P3からP4への圧力形成 55秒 3.P4からP5への圧力形成 125秒 全循環時間が720秒において生成ガス獲得のための時
間の長さは180秒間であるのが有利である。
本発明による方法はヘリウム量が10容量％又はそれ以
下、有利に２〜８容量％である装入ガスからヘリウムを
濃縮するために特に好適であり、その際得られた粗ヘリ
ウム中のヘリウム含量は95容量％までであつてよい。
下、有利に２〜８容量％である装入ガスからヘリウムを
濃縮するために特に好適であり、その際得られた粗ヘリ
ウム中のヘリウム含量は95容量％までであつてよい。
本発明による方法は、あらかじめ高級炭化水素及び痕
跡量不純物を、例えば自体公知の吸着前フイルターであ
らかじめ分離することにより、次の組成を有していてよ
い天然ガスからヘリウムを濃縮する際に有利である： N2 40〜80容量％ He ２〜10容量％ CH4 10〜40容量％ CO2 ＜0.1〜10容量％ その他の利点及び実施形は次の添付図面を用いた実施
例の記載により明らかになる。図面においては次のもの
を示す： 第１図:95容量％までヘリウムを濃縮するための４並
列吸着装置を有する１工程装置 第２図：第１図による装置の１吸着装置の圧力−時間
−ダイヤグラム 第３図：第１図による装置の４つの吸着装置に関する
相互配置した部分工程経過表を有する圧力−時間−ダイ
ヤグラム 第４図：第１図による装置の４つの吸着装置に関する
弁開閉プラン 第５図：第１図による装置におけるヘリウム収量のヘ
リウム純度への依存性に関するダイヤグラム； 第１図による装置は炭素モレキユラーシーブで満たさ
れた４つの並列に接続した吸着装置Ａ〜Ｄからなり、か
つ場合により活性炭で満たした前フイルターF1〜F4を備
えており、ここで必要の場合は装入ガス混合物中に存在
する高級炭化水素及び痕跡量の不純物を吸着装置Ａ〜Ｄ
中に入る前に除去することができる。それぞれの吸着装
置は循環式に、他の３つの吸着装置に対して時間をずら
せて、次の８部分工程を経過する： T1:吸着 T2:圧力平衡による放圧（Da 1） T3:圧力平衡による放圧（Da 2） T4:向流放圧（GEE） T5:排気（EV） T6:圧力平衡による圧力形成（DA1） T7:圧力平衡による圧力形成（DA2） T8:生成ガスでの圧力形成（DA3） 第１図を詳説する前に第２図及び第３図に示した圧力
−時間−パターンにつきT1〜T8の８部分工程の経過をま
ず明確にする。
跡量不純物を、例えば自体公知の吸着前フイルターであ
らかじめ分離することにより、次の組成を有していてよ
い天然ガスからヘリウムを濃縮する際に有利である： N2 40〜80容量％ He ２〜10容量％ CH4 10〜40容量％ CO2 ＜0.1〜10容量％ その他の利点及び実施形は次の添付図面を用いた実施
例の記載により明らかになる。図面においては次のもの
を示す： 第１図:95容量％までヘリウムを濃縮するための４並
列吸着装置を有する１工程装置 第２図：第１図による装置の１吸着装置の圧力−時間
−ダイヤグラム 第３図：第１図による装置の４つの吸着装置に関する
相互配置した部分工程経過表を有する圧力−時間−ダイ
ヤグラム 第４図：第１図による装置の４つの吸着装置に関する
弁開閉プラン 第５図：第１図による装置におけるヘリウム収量のヘ
リウム純度への依存性に関するダイヤグラム； 第１図による装置は炭素モレキユラーシーブで満たさ
れた４つの並列に接続した吸着装置Ａ〜Ｄからなり、か
つ場合により活性炭で満たした前フイルターF1〜F4を備
えており、ここで必要の場合は装入ガス混合物中に存在
する高級炭化水素及び痕跡量の不純物を吸着装置Ａ〜Ｄ
中に入る前に除去することができる。それぞれの吸着装
置は循環式に、他の３つの吸着装置に対して時間をずら
せて、次の８部分工程を経過する： T1:吸着 T2:圧力平衡による放圧（Da 1） T3:圧力平衡による放圧（Da 2） T4:向流放圧（GEE） T5:排気（EV） T6:圧力平衡による圧力形成（DA1） T7:圧力平衡による圧力形成（DA2） T8:生成ガスでの圧力形成（DA3） 第１図を詳説する前に第２図及び第３図に示した圧力
−時間−パターンにつきT1〜T8の８部分工程の経過をま
ず明確にする。
第２図は例として吸着圧20バール及び全循環時間720
秒に関する圧力−時間−パターンを示し、このパターン
は４つの吸着装置のそれぞれにおいて、他の吸着装置か
ら時間をずらして経過する。圧力軸にはP1〜P5の５つの
圧力値が示されており、例中ではこれらの圧力の間で圧
力形成及び放圧工程が行なわれる。
秒に関する圧力−時間−パターンを示し、このパターン
は４つの吸着装置のそれぞれにおいて、他の吸着装置か
ら時間をずらして経過する。圧力軸にはP1〜P5の５つの
圧力値が示されており、例中ではこれらの圧力の間で圧
力形成及び放圧工程が行なわれる。
第３図は４つの吸着装置Ａ〜Ｄ中の時間をずらした圧
力−時間−パターンを示す。例として吸着装置Ａに関す
る工程経過を次に記載する。他の３つの吸着装置B,C及
びＤに関しても相応する工程経過があてはまる。
力−時間−パターンを示す。例として吸着装置Ａに関す
る工程経過を次に記載する。他の３つの吸着装置B,C及
びＤに関しても相応する工程経過があてはまる。
吸着（部分工程T1）は一定に高めた圧力、例えば20バ
ールで行なわれる。吸着装置Ａにこの圧力で装入ガス混
合物を流し、この際窒素、メタン及び他のガス成分は炭
素モレキユラーシーブによつて吸着され、こうして吸着
されないヘリウムは吸着装置出口で強く濃縮されて流出
する。
ールで行なわれる。吸着装置Ａにこの圧力で装入ガス混
合物を流し、この際窒素、メタン及び他のガス成分は炭
素モレキユラーシーブによつて吸着され、こうして吸着
されないヘリウムは吸着装置出口で強く濃縮されて流出
する。
吸着の後、積載した吸着装置Ａを多くの放圧工程（部
分工程T2〜T5）により再生する。まず、第１の圧力平衡
Da1（部分工程T2）を行なうが、この際吸着圧にある吸
着装置Ａからのガスは順流で吸着圧P5からより低い圧力
P3にある吸着装置Ｃに放圧する。吸着装置Ａ（T2）から
吸着装置Ｃ（T7）へのガス放出を第３図の部分工程経過
表において矢印により示す。
分工程T2〜T5）により再生する。まず、第１の圧力平衡
Da1（部分工程T2）を行なうが、この際吸着圧にある吸
着装置Ａからのガスは順流で吸着圧P5からより低い圧力
P3にある吸着装置Ｃに放圧する。吸着装置Ａ（T2）から
吸着装置Ｃ（T7）へのガス放出を第３図の部分工程経過
表において矢印により示す。
第１の圧力平衡（Da1）の際に、吸着装置Ａの圧力は
放圧して圧力P4、例えば11.7バールになり、一方同時に
吸着装置Ｃ中の圧力は圧力P3から圧力P4に上昇する（圧
力形成DA2）。
放圧して圧力P4、例えば11.7バールになり、一方同時に
吸着装置Ｃ中の圧力は圧力P3から圧力P4に上昇する（圧
力形成DA2）。
短かい静置時間（Stand by）の後、吸着装置Ａ中では
第２の圧力平衡（Da2、部分工程T3）が行なわれ、この
際圧力P4であるガスは吸着装置Ａから（再たび順流で）
最終真空圧P1である吸着装置Ｄ中に放圧される。この
際、吸着装置Ａ中の圧力は圧力P4から圧力P3に低下し、
これは例えば４バールである。この両方の圧力平衡工程
において、ヘリウム濃縮ガス混合物が吸着装置Ａから吸
着装置Ｃに、もしくは吸着装置Ｄに流れる。
第２の圧力平衡（Da2、部分工程T3）が行なわれ、この
際圧力P4であるガスは吸着装置Ａから（再たび順流で）
最終真空圧P1である吸着装置Ｄ中に放圧される。この
際、吸着装置Ａ中の圧力は圧力P4から圧力P3に低下し、
これは例えば４バールである。この両方の圧力平衡工程
において、ヘリウム濃縮ガス混合物が吸着装置Ａから吸
着装置Ｃに、もしくは吸着装置Ｄに流れる。
両方の圧力平衡工程（Da1及びDa2）の後、吸着装置Ａ
は圧力P3から大気圧P2に（向流で）更に放圧される（GE
E、部分工程T4）。この際、ヘリウムの少ないガス混合
物が生じ、この中には向流法圧（GEE）の際に脱着した
成分、例えば窒素及びメタンが濃縮しており、これを廃
ガスとして除去する。
は圧力P3から大気圧P2に（向流で）更に放圧される（GE
E、部分工程T4）。この際、ヘリウムの少ないガス混合
物が生じ、この中には向流法圧（GEE）の際に脱着した
成分、例えば窒素及びメタンが濃縮しており、これを廃
ガスとして除去する。
引き続き、吸着装置Ａを真空ポンプ80を用いて真空最
終圧P1、例えば50ミリバールに排気する（EV、部分工程
T5）。この際、窒素及びメタン並びに前に部分工程T1で
吸着した他のガス成分の強化された脱着が行なわれる。
吸引したガスは著しくヘリウムが少なく、同様に廃ガス
として廃棄される。
終圧P1、例えば50ミリバールに排気する（EV、部分工程
T5）。この際、窒素及びメタン並びに前に部分工程T1で
吸着した他のガス成分の強化された脱着が行なわれる。
吸引したガスは著しくヘリウムが少なく、同様に廃ガス
として廃棄される。
排気の後、吸着装置Ａの再生は終了する。吸着装置Ａ
中では部分工程T6〜T8で順次圧力が吸着圧P5に高められ
る。
中では部分工程T6〜T8で順次圧力が吸着圧P5に高められ
る。
次に、圧力平衡（部分工程T6）を吸着装置Ａと吸着装
置Ｂとの間で行なうが、この吸着装置Ｂは前に部分工程
T2を経過して、吸着装置Ａの排気の最後に高度中間圧P4
である。圧力平衡の間ヘリウム濃縮ガス混合物は吸着装
置Ｂから吸着装置Ａに流れ、その際ガス混合物は有利に
吸着装置Ｂから順流で取り出され、吸着装置Ａ中に順流
で装入される（頭頂部−床部−圧力平衡）。この際、最
終真空圧P1の吸着装置Ａ（圧力形成DA1）中の圧力は中
間圧P3、例えば４バールに上昇し、一方同時に吸着装置
Ｂ中の圧力は中間圧P4から中間圧P3に下がる。
置Ｂとの間で行なうが、この吸着装置Ｂは前に部分工程
T2を経過して、吸着装置Ａの排気の最後に高度中間圧P4
である。圧力平衡の間ヘリウム濃縮ガス混合物は吸着装
置Ｂから吸着装置Ａに流れ、その際ガス混合物は有利に
吸着装置Ｂから順流で取り出され、吸着装置Ａ中に順流
で装入される（頭頂部−床部−圧力平衡）。この際、最
終真空圧P1の吸着装置Ａ（圧力形成DA1）中の圧力は中
間圧P3、例えば４バールに上昇し、一方同時に吸着装置
Ｂ中の圧力は中間圧P4から中間圧P3に下がる。
吸着装置Ｃとのもう１回の圧力平衡（部分工程T7）に
より、吸着装置Ａ中の圧力（圧力形成DA2）は更に上昇
する。吸着装置Ｃは部分工程T1、吸着を以前に経過し
て、吸着装置Ａとの圧力平衡の前の吸着圧P5である。圧
力平衡を例において、ヘリウム濃縮ガス混合物を吸着装
置Ｃから順流で取り出し、向流で吸着装置Ａ中に放圧す
る（頭頂部−頭頂部−圧力平衡）というように行なう。
この際、吸着装置Ａ中の中間圧P3は中間圧P4、例えば1
1.7バールに上昇し、一方同時に吸着装置Ｃ中で圧力は
吸着圧P5から中間圧P4に低下する。
より、吸着装置Ａ中の圧力（圧力形成DA2）は更に上昇
する。吸着装置Ｃは部分工程T1、吸着を以前に経過し
て、吸着装置Ａとの圧力平衡の前の吸着圧P5である。圧
力平衡を例において、ヘリウム濃縮ガス混合物を吸着装
置Ｃから順流で取り出し、向流で吸着装置Ａ中に放圧す
る（頭頂部−頭頂部−圧力平衡）というように行なう。
この際、吸着装置Ａ中の中間圧P3は中間圧P4、例えば1
1.7バールに上昇し、一方同時に吸着装置Ｃ中で圧力は
吸着圧P5から中間圧P4に低下する。
２回の圧力平衡の後、最後に吸着装置Ａ中の圧力を生
成ガスで高度中間圧P4から吸着圧P5、例えば20バールに
あげる（圧力形成DA3、部分工程T8）。その後、吸着装
置Ａ中で新たな吸着工程（部分工程T1）が開始する。
成ガスで高度中間圧P4から吸着圧P5、例えば20バールに
あげる（圧力形成DA3、部分工程T8）。その後、吸着装
置Ａ中で新たな吸着工程（部分工程T1）が開始する。
４つの吸着装置Ａ〜Ｄは、第１図が示すように、常に
４つの吸着装置の１つが吸着工程にあり、高い純度のヘ
リウムを生成ガスとして生成するように１連の弁を介し
て接続している。弁の接続を第４図に示した。第４図及
び第１図については吸着装置Ａに関して次に例示的に、
第１図に示した圧力変動装置におけるガス供給及びガス
放出を詳述する。吸着装置Ａ〜Ｄの前には前フイルター
F1〜F4が備えられており、これらは公知であり、その中
で強く吸着されるガス成分、例えば高級炭化水素をせん
孔ガス（Bohrlochgas）からあらかじめ分離することが
できる。その作業法は一般に、例に示したように、直列
接続で後接続した主要吸着装置Ａ〜Ｄの作業法と同じで
あるので、これ以上詳説する必要はない。
４つの吸着装置の１つが吸着工程にあり、高い純度のヘ
リウムを生成ガスとして生成するように１連の弁を介し
て接続している。弁の接続を第４図に示した。第４図及
び第１図については吸着装置Ａに関して次に例示的に、
第１図に示した圧力変動装置におけるガス供給及びガス
放出を詳述する。吸着装置Ａ〜Ｄの前には前フイルター
F1〜F4が備えられており、これらは公知であり、その中
で強く吸着されるガス成分、例えば高級炭化水素をせん
孔ガス（Bohrlochgas）からあらかじめ分離することが
できる。その作業法は一般に、例に示したように、直列
接続で後接続した主要吸着装置Ａ〜Ｄの作業法と同じで
あるので、これ以上詳説する必要はない。
吸着装置Ａは生成ガス（DA3、部分工程T8）での圧力
形成により吸着圧P5になる。引き続く吸着（部分工程T
1）の間、装入ガス混合物は導管１を介して、装置中で
の圧力損失に打ち勝つためにわずかに吸着圧を越える圧
力で、吸着装置Ａの流れ方向において前後に配置されて
いる開放された弁10及び13において吸着装置Ａを通過す
る。この際、炭素モレキユラーシーブで装入ガス混合物
のヘリウム以外のすべての成分、例えば窒素及びメタン
は吸着され、こうして吸着装置Ａの頭頂部でヘリウム濃
縮ガスが導管４を介して、ニードル弁71（調製弁）が設
けられた生成ガス導管91中に流出する。吸着は第４図の
弁開閉プランに相応して、時間工程Z1、Z2及びZ3に区分
けされる。時間工程Z1においては、導管５中に保持され
る弁50は閉じられていて、全生成ガスは導管４を介して
生成ガス導管91に流入する。時間工程Z2及びZ3において
は弁50は開放されており、こうして生成ガスの１部は後
接する絞り弁72を介し、かつ導管５及び吸着装置Ｂの前
に接続する開放している弁25を介して、吸着装置Ｂ中に
流れ込み、この吸着装置Ｂはこの生成ガスにより部分工
程８で中間圧P4から吸着圧P5に加圧される。３つの時間
工程Z1、Z2及びZ3の３つの時間は例えば全循環時間720
秒において、時間工程Z1は55秒、時間工程Z2は115秒及
び時間工程Z3は10秒であつた。
形成により吸着圧P5になる。引き続く吸着（部分工程T
1）の間、装入ガス混合物は導管１を介して、装置中で
の圧力損失に打ち勝つためにわずかに吸着圧を越える圧
力で、吸着装置Ａの流れ方向において前後に配置されて
いる開放された弁10及び13において吸着装置Ａを通過す
る。この際、炭素モレキユラーシーブで装入ガス混合物
のヘリウム以外のすべての成分、例えば窒素及びメタン
は吸着され、こうして吸着装置Ａの頭頂部でヘリウム濃
縮ガスが導管４を介して、ニードル弁71（調製弁）が設
けられた生成ガス導管91中に流出する。吸着は第４図の
弁開閉プランに相応して、時間工程Z1、Z2及びZ3に区分
けされる。時間工程Z1においては、導管５中に保持され
る弁50は閉じられていて、全生成ガスは導管４を介して
生成ガス導管91に流入する。時間工程Z2及びZ3において
は弁50は開放されており、こうして生成ガスの１部は後
接する絞り弁72を介し、かつ導管５及び吸着装置Ｂの前
に接続する開放している弁25を介して、吸着装置Ｂ中に
流れ込み、この吸着装置Ｂはこの生成ガスにより部分工
程８で中間圧P4から吸着圧P5に加圧される。３つの時間
工程Z1、Z2及びZ3の３つの時間は例えば全循環時間720
秒において、時間工程Z1は55秒、時間工程Z2は115秒及
び時間工程Z3は10秒であつた。
吸着の後、吸着装置Ａは部分工程T2（Da1）において
放圧して高度中間圧P4となり、この際、開放した弁15
（弁50は閉じている）において吸着装置Ａから流出する
ガスを頭頂部−頭頂部−圧力平衡において絞り弁73を介
して導管５中に、開放した弁35において吸着装置Ｃ中に
流れ込み、この際吸着装置Ｃは部分工程T7において中間
圧P3から中間圧P4に加圧される。第４図の弁開閉プラン
に相応して、この圧力平衡（Da1）のためには時間工程Z
1が必要であり、これは例えば全循環時間720秒において
55秒である。
放圧して高度中間圧P4となり、この際、開放した弁15
（弁50は閉じている）において吸着装置Ａから流出する
ガスを頭頂部−頭頂部−圧力平衡において絞り弁73を介
して導管５中に、開放した弁35において吸着装置Ｃ中に
流れ込み、この際吸着装置Ｃは部分工程T7において中間
圧P3から中間圧P4に加圧される。第４図の弁開閉プラン
に相応して、この圧力平衡（Da1）のためには時間工程Z
1が必要であり、これは例えば全循環時間720秒において
55秒である。
この第１の圧力平衡及び静置時間（Stand by、例えば
全循環時間720秒において115秒を有する）の後、吸着装
置Ａは部分工程T3（Da2）において、吸着装置Ｄとのも
う１回の圧力平衡を介して高度中間圧P4から低中間圧P3
に更に放圧する。このためには、開放した弁14及び42に
おいてガスは吸着装置Ａから環状導管３を介して（導管
92中の弁60は閉じている）、かつ絞り弁74を介して吸着
装置Ｄで放圧し、この際吸着装置Ｄは部分工程T6におい
て最終真空圧P1から中間圧P3に加圧される。こうして、
この圧力平衡は例においては、記載するように頭頂部−
床部−圧力平衡として実施される。第４図の弁開閉プラ
ンに相応して、圧力平衡Da2に関して時間工程Z3が必要
であり、これは例において全循環時間720秒で10秒であ
る。
全循環時間720秒において115秒を有する）の後、吸着装
置Ａは部分工程T3（Da2）において、吸着装置Ｄとのも
う１回の圧力平衡を介して高度中間圧P4から低中間圧P3
に更に放圧する。このためには、開放した弁14及び42に
おいてガスは吸着装置Ａから環状導管３を介して（導管
92中の弁60は閉じている）、かつ絞り弁74を介して吸着
装置Ｄで放圧し、この際吸着装置Ｄは部分工程T6におい
て最終真空圧P1から中間圧P3に加圧される。こうして、
この圧力平衡は例においては、記載するように頭頂部−
床部−圧力平衡として実施される。第４図の弁開閉プラ
ンに相応して、圧力平衡Da2に関して時間工程Z3が必要
であり、これは例において全循環時間720秒で10秒であ
る。
引き続き、吸着装置Ａを部分工程T4（GEE）において
開放した弁12及び60で、絞り弁75を介して向流で中間圧
P3から大気圧P2に更に放圧する。この際、流出したガス
は廃ガス管92中に供給される、全循環時間720秒におい
て、例中の向流放圧は55秒間である。
開放した弁12及び60で、絞り弁75を介して向流で中間圧
P3から大気圧P2に更に放圧する。この際、流出したガス
は廃ガス管92中に供給される、全循環時間720秒におい
て、例中の向流放圧は55秒間である。
向流放圧の後、吸着装置Ａを部分工程T5（EV）で開放
した弁11において真空ポンプ80を用いて大気圧P2から最
終真空圧P1に、例えば50ミリバールに排気する。この際
吸引したヘリウム含量の少ないガス混合物を廃ガス導管
93中に供給する。例での全循環時間720秒において、吸
引は115秒である。
した弁11において真空ポンプ80を用いて大気圧P2から最
終真空圧P1に、例えば50ミリバールに排気する。この際
吸引したヘリウム含量の少ないガス混合物を廃ガス導管
93中に供給する。例での全循環時間720秒において、吸
引は115秒である。
引き続き、排気した吸着装置Ａは部分工程T6（DA1）
において吸着装置Ｂとの圧力平衡において、有利に頭頂
部−床部−圧力平衡として実施され、最終真空圧P1から
中間圧P2に加圧される。この際、ヘリウム濃縮ガス混合
物は吸着装置Ｂの出口端部から開放した弁24及び12（弁
60は閉じている）で環状導管３及び絞り弁74を介して吸
着装置Ａの供給端部で放圧する。この際吸着装置Ｂは部
分工程T3である。この圧力平衡において、吸着装置Ｂ中
の圧力は中間圧P4から中間圧P3に下がる。全循環時間72
0秒において、例において圧力平衡DAは10秒である。
において吸着装置Ｂとの圧力平衡において、有利に頭頂
部−床部−圧力平衡として実施され、最終真空圧P1から
中間圧P2に加圧される。この際、ヘリウム濃縮ガス混合
物は吸着装置Ｂの出口端部から開放した弁24及び12（弁
60は閉じている）で環状導管３及び絞り弁74を介して吸
着装置Ａの供給端部で放圧する。この際吸着装置Ｂは部
分工程T3である。この圧力平衡において、吸着装置Ｂ中
の圧力は中間圧P4から中間圧P3に下がる。全循環時間72
0秒において、例において圧力平衡DAは10秒である。
中間圧P3に加圧された吸着装置Ａを引き続き部分工程
T7（DA2）で吸着装置Ｃとのもう１回の圧力平衡で更に
中間圧P4に加圧する。この圧力平衡は、ヘリウム濃縮ガ
ス混合物を吸着装置Ｃの出口端部から、開放した弁35及
び15において導管５中の絞り弁73を介して吸着装置Ａの
出口端部に放圧するというように頭頂部−頭頂部−圧力
平衡として有利に実施される。この際、吸着装置Ｃは部
分工程T2であり、この際吸着装置Ｃ中の圧力は吸着圧P5
から中間圧P4に下がる。圧力平衡DA2に関する時間は例
中全循環時間720秒において55秒である。
T7（DA2）で吸着装置Ｃとのもう１回の圧力平衡で更に
中間圧P4に加圧する。この圧力平衡は、ヘリウム濃縮ガ
ス混合物を吸着装置Ｃの出口端部から、開放した弁35及
び15において導管５中の絞り弁73を介して吸着装置Ａの
出口端部に放圧するというように頭頂部−頭頂部−圧力
平衡として有利に実施される。この際、吸着装置Ｃは部
分工程T2であり、この際吸着装置Ｃ中の圧力は吸着圧P5
から中間圧P4に下がる。圧力平衡DA2に関する時間は例
中全循環時間720秒において55秒である。
最後に吸着装置Ａを部分工程T8（DA3）において生成
ガスで中間圧P4から吸着圧P5に加圧する。このためには
生成ガスの１部は開放した弁50及び15において絞り弁72
を介して吸着装置Ａ中に導入される。圧力形成DAは第４
図の弁開閉プランにより両方の時間工程Z2及びZ3から構
成され、例における全循環時間720秒において115もしく
は10秒である。
ガスで中間圧P4から吸着圧P5に加圧する。このためには
生成ガスの１部は開放した弁50及び15において絞り弁72
を介して吸着装置Ａ中に導入される。圧力形成DAは第４
図の弁開閉プランにより両方の時間工程Z2及びZ3から構
成され、例における全循環時間720秒において115もしく
は10秒である。
生成ガスでの圧力形成DA3の後、吸着装置Ａ中では再
び吸着工程で開始する新しい圧力変動循環が開始する。
相応して圧力変動循環が吸着装置Ｂ、Ｃ及びＤで行なわ
れるが、第３図から判明するように時間はずれている。
び吸着工程で開始する新しい圧力変動循環が開始する。
相応して圧力変動循環が吸着装置Ｂ、Ｃ及びＤで行なわ
れるが、第３図から判明するように時間はずれている。
吸着剤の再生は前記のように排気工程で達せられる。
ヘリウム含有装入ガスから除去すべきガス成分、例えば
窒素及びメタンは公知技術水準により生成ガスで洗浄す
ることにより脱着することもできる。しかしながら、こ
の種の洗浄脱着は最高10容量％のヘリウム含有である天
然ガスからヘリウム濃縮を行なう場合にあまりにも高い
ヘリウムの収量損失に導びく、それというのも装入ガス
中の低いヘリウム含量のために、非常にわずかなヘリウ
ム粗ガス量が生成物として生成されるにすぎず、かつ同
時に多量のガスで脱着しなければならない、それという
のも吸着により除去すべき、かつ再び脱着すべきガス成
分が装入ガス混合物中で少なくとも90容量％を有してい
るためである。
ヘリウム含有装入ガスから除去すべきガス成分、例えば
窒素及びメタンは公知技術水準により生成ガスで洗浄す
ることにより脱着することもできる。しかしながら、こ
の種の洗浄脱着は最高10容量％のヘリウム含有である天
然ガスからヘリウム濃縮を行なう場合にあまりにも高い
ヘリウムの収量損失に導びく、それというのも装入ガス
中の低いヘリウム含量のために、非常にわずかなヘリウ
ム粗ガス量が生成物として生成されるにすぎず、かつ同
時に多量のガスで脱着しなければならない、それという
のも吸着により除去すべき、かつ再び脱着すべきガス成
分が装入ガス混合物中で少なくとも90容量％を有してい
るためである。
実施例 第１図による実験室圧力変動装置（ただし、前フイル
ターF1〜F4なし）中で、吸着圧20バール、真空最終圧50
ミリバール及び全循環時間720秒、相応して５循環/h
で、ヘリウム（約５容量％）、メタン（約29容量％）及
び窒素（約66容量％）を含有するガス混合物で分離実験
を行なう。４つの吸着装置Ａ〜Ｄは平均吸着孔直径0.35
nmの炭素モレキユラーシーブで充填されており、吸着装
置あたり充填容量2lであつた。実験においてはニードル
弁71の調節により、生成ガス量を変え、これにより生成
ガス中のヘリウム純度を変化させる。次に、表１〜４に
記載した実験結果は、本発明による方法で100容量％よ
り少ないヘリウム含量の装入ガスから得られる粗ヘリウ
ム（生成ガス）において75〜95容量％のヘリウム含量に
濃縮されうる、及びこの際粗ヘリウム（生成ガス）中の
ヘリウム含量により、それぞれ90〜99.9％のヘリウム収
率が達せられるということを示す。この実験結果を完全
な量収支の形で示す。
ターF1〜F4なし）中で、吸着圧20バール、真空最終圧50
ミリバール及び全循環時間720秒、相応して５循環/h
で、ヘリウム（約５容量％）、メタン（約29容量％）及
び窒素（約66容量％）を含有するガス混合物で分離実験
を行なう。４つの吸着装置Ａ〜Ｄは平均吸着孔直径0.35
nmの炭素モレキユラーシーブで充填されており、吸着装
置あたり充填容量2lであつた。実験においてはニードル
弁71の調節により、生成ガス量を変え、これにより生成
ガス中のヘリウム純度を変化させる。次に、表１〜４に
記載した実験結果は、本発明による方法で100容量％よ
り少ないヘリウム含量の装入ガスから得られる粗ヘリウ
ム（生成ガス）において75〜95容量％のヘリウム含量に
濃縮されうる、及びこの際粗ヘリウム（生成ガス）中の
ヘリウム含量により、それぞれ90〜99.9％のヘリウム収
率が達せられるということを示す。この実験結果を完全
な量収支の形で示す。
ヘリウム純度（得られた粗ヘリウムのヘリウム含量）
が上昇するにつれ、ヘリウム収量は低下し、かつヘリウ
ム純度が下がれば、ヘリウム収量は上昇する。ヘリウム
純度（得られた粗ヘリウムのヘリウム含量）とヘリウム
収量との間の関係を第５図に示す。
が上昇するにつれ、ヘリウム収量は低下し、かつヘリウ
ム純度が下がれば、ヘリウム収量は上昇する。ヘリウム
純度（得られた粗ヘリウムのヘリウム含量）とヘリウム
収量との間の関係を第５図に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギースラー，クラウス ドイツ連邦共和国 4650 ゲルゼンキルヒ エン シユルテシユトラーセ 41 (72)発明者 ブコフスキー，ハンス ドイツ連邦共和国 4300 エツセン フン ボルトシユトラーセ 43 (72)発明者 ダミコ，ジヨゼフ エス. アメリカ合衆国 メリーランド 21090 バルチモア オーク パーク コート 6422 (72)発明者 ラインホールト，ヘルベルト アメリカ合衆国 メリーランド 21041 アナポリス クレストヴユー ドライブ 1100 (56)参考文献 特開 昭59−54610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−67317（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−77613（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−96508（ＪＰ，Ａ) 米国特許3636679（ＵＳ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】ヘリウム、窒素及びメタン並びに場合によ
りその他のガスを含有し、かつ窒素及びメタン並びに場
合によりその他のガスを吸着する炭素モレキュラーシー
ブに導入されるガス混合物から圧力変動吸着法によりヘ
リウム濃縮を行う際にガス混合物を循環式に４つの並列
接続した吸着装置に装入し、これらの吸着装置をそれぞ
れ順次圧力形成相、吸着相及び放圧相とし、かつ圧力形
成及び放圧を部分的に他の吸着装置との圧力平衡により
行うヘリウム濃縮法において、 ａ） 圧力形成相が３工程を包含し： 1.最終真空圧（P1）から中程度圧力段階（P3）への圧力
形成工程； 2.中程度圧力段階（P3）から高度圧力段階（P4）への圧
力形成工程； 3.高度圧力段階（P4）から最高圧力段階（P5）−吸着圧
への圧力形成工程； ｂ） 放圧相が４工程を包含し： 1.最高圧力段階（P5）から高度圧力段階（P4）への放圧
工程； 2.高度圧力段階（P4）から中程度圧力段階（P3）への放
圧工程； 3.中程度圧力段階（P3）から大気圧（P2）への放圧工
程； 4.大気圧（P2）から最終真空圧（P1）への放圧工程； ｃ） 圧力平衡を２段階で行い、第１段階は第１放圧工
程（P5からP4）を行っている第１吸着装置の出口から、
第２圧力形成工程（P3からP4）を行っている第２吸着装
置の出口に実施し、かつ第２工程は第２放圧工程（P4か
らP3）を行っている第１吸着装置の出口から第１圧力形
成工程（P1からP3）を行っている第３吸着装置の入口に
実施し、かつ ｄ） 第３放圧工程と第４放圧工程とを向流で実施し、
その際ヘリウム含量の少ない廃ガスが生じ、かつ第３圧
力形成工程を生成ガスで実施することを特徴とするヘリ
ウム濃縮法。 - 【請求項２】活性炭で満たされており、かつ高級炭化水
素並びに場合によりその他の不純物をガス混合物から分
離する前フィルターが吸着装置に前接続している請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】最高圧力段階（P5）−吸着圧−が１バール
を越え、かつ最終真空圧が500ミリバールを下まわる請
求項１又は２記載の方法。 - 【請求項４】個々の圧力段階が次の圧力値： P1＝50ミリバール P2＝１バール P3＝４バール P4＝11.7バール P5＝20バール である請求項３記載の方法。
- 【請求項５】全循環時間が450〜3600秒であってよい請
求項１から４までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】全循環時間720秒における放圧相は次の時
間の長さ： 1.P5からP4への放圧工程 55秒 静置時間 115秒 2.P4からP3への放圧工程 10秒 3.P3からP2への放圧工程 55秒 4.P2からP1への放圧工程 115秒 である請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項７】全循環時間720秒で圧力形成相は次のよう
な時間の長さ： 1.P1からP3への圧力形成 10秒 2.P3からP4への圧力形成 55秒 3.P4からP5への圧力形成 125秒 を包含する請求項１から６までのいずれか１項記載の方
法。 - 【請求項８】全循環時間720秒において生成ガス獲得は1
80秒間の長さである請求項１から７までのいずれか１項
記載の方法。 - 【請求項９】装入ガス中のヘリウム含量が10容量％又は
それ以下である請求項１から８までのいずれか１項記載
の方法。 - 【請求項１０】ガス混合物としてヘリウム含有天然ガス
を使用する請求項１から９までのいずれか１項記載の方
法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873716898 DE3716898A1 (de) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | Verfahren und vorrichtung zur heliumanreicherung |
| DE3716898.3 | 1987-05-20 | ||
| PCT/EP1988/000441 WO1988009306A1 (en) | 1987-05-20 | 1988-05-19 | Process for helium enrichment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02503553A JPH02503553A (ja) | 1990-10-25 |
| JPH0832549B2 true JPH0832549B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=6327950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63504696A Expired - Lifetime JPH0832549B2 (ja) | 1987-05-20 | 1988-05-19 | ヘリウム濃縮法 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5089048A (ja) |
| EP (2) | EP0291975B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0832549B2 (ja) |
| AU (1) | AU604140B2 (ja) |
| DD (1) | DD270125A5 (ja) |
| DE (2) | DE3716898A1 (ja) |
| ES (1) | ES2023976B3 (ja) |
| PL (1) | PL160299B1 (ja) |
| RU (1) | RU1816229C (ja) |
| WO (1) | WO1988009306A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160137622A (ko) | 2014-03-28 | 2016-11-30 | 스미토모 세이카 가부시키가이샤 | 목적 가스의 정제 방법 및 정제 장치 |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3716899C1 (de) * | 1987-05-20 | 1988-08-04 | Bergwerksverband Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Heliumgewinnung |
| ZA915939B (en) * | 1990-08-23 | 1992-06-24 | Boc Group Inc | Process for helium purification |
| US5203888A (en) * | 1990-11-23 | 1993-04-20 | Uop | Pressure swing adsorption process with multiple desorption steps |
| US5255519A (en) * | 1992-08-14 | 1993-10-26 | Millennium Technologies, Inc. | Method and apparatus for increasing efficiency and productivity in a power generation cycle |
| US5536300A (en) * | 1994-10-21 | 1996-07-16 | Nitrotec Corporation | Natural gas enrichment process |
| US5632803A (en) * | 1994-10-21 | 1997-05-27 | Nitrotec Corporation | Enhanced helium recovery |
| US5792239A (en) * | 1994-10-21 | 1998-08-11 | Nitrotec Corporation | Separation of gases by pressure swing adsorption |
| US5542966A (en) * | 1994-10-21 | 1996-08-06 | Nitrotec Corporation | Helium recovery |
| US5707425A (en) * | 1994-10-21 | 1998-01-13 | Nitrotec Corporation | Helium recovery from higher helium content streams |
| US5906673A (en) * | 1997-05-15 | 1999-05-25 | Nitrotec Corporation | Pressure swing system with auxiliary adsorbent bed |
| DE19927773A1 (de) * | 1999-06-17 | 2000-12-21 | Otten Ernst Wilhelm | Rückgewinnung von ·3·He |
| DE10007440A1 (de) * | 2000-02-18 | 2001-08-23 | Linde Ag | Verfahren zum Abtrennen einer Helium-reichen Fraktion aus einem wenigstens Methan, Stickstoff und Helium enthaltenden Strom |
| US7294172B2 (en) * | 2001-07-31 | 2007-11-13 | Praxair Technology, Inc. | Helium recovery |
| US20040194513A1 (en) * | 2003-04-04 | 2004-10-07 | Giacobbe Frederick W | Fiber coolant system including improved gas seals |
| US20050217479A1 (en) * | 2004-04-02 | 2005-10-06 | Membrane Technology And Research, Inc. | Helium recovery from gas streams |
| DE102008007925A1 (de) * | 2008-02-07 | 2009-08-13 | Linde Aktiengesellschaft | Verfahren zur Helium-Gewinnung |
| US7780764B2 (en) * | 2008-06-27 | 2010-08-24 | Praxair Technology, Inc. | Methods and systems for helium recovery |
| JP5968252B2 (ja) | 2013-03-04 | 2016-08-10 | 大阪瓦斯株式会社 | メタンガス濃縮方法 |
| US9676628B2 (en) | 2015-02-10 | 2017-06-13 | Praxair Technology, Inc. | Integrated process and apparatus for recovery of helium rich streams |
| US9623370B2 (en) | 2015-02-10 | 2017-04-18 | Praxair Technology, Inc. | Integrated process and apparatus for recovery of helium rich streams |
| JP6384960B2 (ja) * | 2015-03-23 | 2018-09-05 | 住友精化株式会社 | ヘリウムガスの精製方法および精製システム |
| DE102017205598A1 (de) | 2017-04-03 | 2018-10-04 | Inficon Gmbh | Verfahren zur Gewinnung von Helium aus einem Helium und Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch |
| EP3687661A2 (en) * | 2017-09-27 | 2020-08-05 | Johnson Controls Technology Company | Emission canister system for a hvac&r system |
| US10843121B2 (en) | 2017-12-21 | 2020-11-24 | Air Products And Chemicals, Inc. | Separation process and apparatus for light noble gas |
| US10478770B2 (en) * | 2017-12-21 | 2019-11-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Separation process and apparatus for light noble gas |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3636679A (en) * | 1971-01-04 | 1972-01-25 | Union Carbide Corp | Selective adsorption gas separation process |
| EP0071553A1 (fr) * | 1981-07-28 | 1983-02-09 | COMPAGNIE MARITIME D'EXPERTISES S.A. Société Anonyme dite: | Procédé et installation d'épuration de l'hélium contenu dans un mélange de gaz |
| JPS5954610A (ja) * | 1982-04-21 | 1984-03-29 | ベルクヴエルクスフエアバント・ゲ−エムベ−ハ− | ガス混合物から原子半径の小さい希ガスを分離する方法 |
| JPS6096508A (ja) * | 1983-10-27 | 1985-05-30 | Zenji Hagiwara | 吸着法により酸素ガスを濃縮する方法 |
| JPS6177613A (ja) * | 1984-09-25 | 1986-04-21 | Kobe Steel Ltd | ヘリウムガスの精製方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3430418A (en) * | 1967-08-09 | 1969-03-04 | Union Carbide Corp | Selective adsorption process |
| US3564816A (en) * | 1968-12-30 | 1971-02-23 | Union Carbide Corp | Selective adsorption process |
| FR2135388B1 (ja) * | 1971-05-03 | 1973-05-11 | Air Liquide | |
| US3738087A (en) * | 1971-07-01 | 1973-06-12 | Union Carbide Corp | Selective adsorption gas separation process |
| GB1449864A (en) * | 1973-10-24 | 1976-09-15 | Boc International Ltd | Adsorption system |
| US4077779A (en) * | 1976-10-15 | 1978-03-07 | Air Products And Chemicals, Inc. | Hydrogen purification by selective adsorption |
| DE3132758A1 (de) * | 1981-08-19 | 1983-03-03 | Linde Ag, 6200 Wiesbaden | Absorptionsverfahren |
| JPS5992907A (ja) * | 1982-11-19 | 1984-05-29 | Seitetsu Kagaku Co Ltd | 高濃度アルゴンの製造方法 |
| DE3716899C1 (de) * | 1987-05-20 | 1988-08-04 | Bergwerksverband Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Heliumgewinnung |
| US4892565A (en) * | 1987-12-29 | 1990-01-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Adsorptive separation utilizing multiple adsorption beds |
| US4790858A (en) * | 1988-01-29 | 1988-12-13 | Air Products And Chemicals, Inc. | Fractionation of multicomponent gas mixtures by pressure swing adsorption |
| US4913709A (en) * | 1989-02-17 | 1990-04-03 | Ravi Kumar | Adsorption process for recovering two high purity gas products from multicomponent gas mixtures |
| US4914218A (en) * | 1989-02-17 | 1990-04-03 | Ravi Kumar | Adsorptive process for separating multicomponent gas mixtures |
-
1987
- 1987-05-20 DE DE19873716898 patent/DE3716898A1/de active Granted
-
1988
- 1988-05-19 US US07/445,716 patent/US5089048A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-05-19 ES ES88108030T patent/ES2023976B3/es not_active Expired - Lifetime
- 1988-05-19 WO PCT/EP1988/000441 patent/WO1988009306A1/de not_active Application Discontinuation
- 1988-05-19 DD DD88315903A patent/DD270125A5/de not_active IP Right Cessation
- 1988-05-19 EP EP88108030A patent/EP0291975B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-05-19 AU AU19307/88A patent/AU604140B2/en not_active Ceased
- 1988-05-19 DE DE8888108030T patent/DE3863391D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-05-19 JP JP63504696A patent/JPH0832549B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1988-05-19 EP EP88904951A patent/EP0358714A1/de active Pending
- 1988-05-20 PL PL1988272594A patent/PL160299B1/pl unknown
-
1989
- 1989-11-17 RU SU894742428A patent/RU1816229C/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3636679A (en) * | 1971-01-04 | 1972-01-25 | Union Carbide Corp | Selective adsorption gas separation process |
| EP0071553A1 (fr) * | 1981-07-28 | 1983-02-09 | COMPAGNIE MARITIME D'EXPERTISES S.A. Société Anonyme dite: | Procédé et installation d'épuration de l'hélium contenu dans un mélange de gaz |
| JPS5954610A (ja) * | 1982-04-21 | 1984-03-29 | ベルクヴエルクスフエアバント・ゲ−エムベ−ハ− | ガス混合物から原子半径の小さい希ガスを分離する方法 |
| JPS6096508A (ja) * | 1983-10-27 | 1985-05-30 | Zenji Hagiwara | 吸着法により酸素ガスを濃縮する方法 |
| JPS6177613A (ja) * | 1984-09-25 | 1986-04-21 | Kobe Steel Ltd | ヘリウムガスの精製方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160137622A (ko) | 2014-03-28 | 2016-11-30 | 스미토모 세이카 가부시키가이샤 | 목적 가스의 정제 방법 및 정제 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DD270125A5 (de) | 1989-07-19 |
| ES2023976B3 (es) | 1992-02-16 |
| DE3716898C2 (ja) | 1991-01-17 |
| RU1816229C (ru) | 1993-05-15 |
| AU1930788A (en) | 1988-12-21 |
| AU604140B2 (en) | 1990-12-06 |
| JPH02503553A (ja) | 1990-10-25 |
| DE3716898A1 (de) | 1988-12-15 |
| PL160299B1 (en) | 1993-02-26 |
| EP0291975A1 (de) | 1988-11-23 |
| EP0358714A1 (de) | 1990-03-21 |
| US5089048A (en) | 1992-02-18 |
| DE3863391D1 (de) | 1991-08-01 |
| WO1988009306A1 (en) | 1988-12-01 |
| PL272594A1 (en) | 1989-03-06 |
| EP0291975B1 (de) | 1991-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0832549B2 (ja) | ヘリウム濃縮法 | |
| US5051115A (en) | Pressure swing adsorption process | |
| US5176722A (en) | Pressure swing adsorption method for separating gaseous mixtures | |
| US5792239A (en) | Separation of gases by pressure swing adsorption | |
| AU646704B2 (en) | Hydrogen and carbon monoxide production by hydrocarbon steam reforming and pressure swing adsorption purification | |
| US6752851B2 (en) | Gas separating and purifying method and its apparatus | |
| CA1188231A (en) | Repressurization for pressure swing adsorption system | |
| EP0483670A1 (en) | Duplex adsorption process | |
| JPH04227812A (ja) | 空気からの高窒素ガス回収方法 | |
| US5429664A (en) | Pressure swing absorption with recycle of void space gas | |
| US4723966A (en) | Gas separation by pressure swing adsorption | |
| JPH0244569B2 (ja) | ||
| JPH0577604B2 (ja) | ||
| JPH0677663B2 (ja) | 統合圧力スイング吸着／膜分離方法 | |
| JPH0134645B2 (ja) | ||
| JPH0550327B2 (ja) | ||
| JPH0263520A (ja) | 空気から酸素を分離する方法 | |
| CA2226696A1 (en) | Vacuum/pressure swing adsorption (vpsa) method for production of an oxygen enriched gas | |
| JPH0463726B2 (ja) | ||
| JPH0268111A (ja) | 改良された圧力スイング吸着法 | |
| JP3169647B2 (ja) | プレッシャースイング式吸着方法および吸着装置 | |
| JPS60176901A (ja) | 吸着法を使用して少なくとも水素を含む混合ガス中の水素等を濃縮・精製する方法 | |
| JP2607632B2 (ja) | ガス混合物の分離 | |
| EP0529513A2 (en) | Pressure swing adsorption for hydrogen with high productivity | |
| JPH04227018A (ja) | 高純度不活性ガスの製造方法 |