JPS58187776A - アルゴンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアルゴン、＠嵩、ｗ１素よりなる原料ガスか
ら低温吸着法によってアルゴンを分離、製造する方法に
関する。

一般にアルゴンの製造は、空気深冷分離Ｗ＆嵐の上ａｎ
留塔からアルゴン含量の憂い酸素を抜き出し、これを粗
アルゴン塔に導き、粗アルゴン塔で初留して粗アルゴン
とし、この粗アルゴン中の酸素を脱酸したのち高純アル
ゴン塔で！′ｌｌ１ｉｌｉｌシ、高純アルゴンを得る方
法によって行われている。しかしながら、この方法で鉱
、空気深冷分＃ｌ装置の精Ｉ＃Ｉｉ塔から抜自出す原料
ガス中の音素濃度が３％以上となると、粗アルゴン塔で
の椙貿が困離になるため、窒素１ｍ［を當に規定濃度以
内に保つ会費があり、これが上部精留塔の運転条件を機
々に制約し、＾Ｋ（１）ｋＩ＆運転技術を必要としてい
る。また、多くの設備を会費とし、設備コストの点で不
利であり、さらに加熱、冷却を繰り返■ため、エネルギ
ー的にも不経済である。

仁のため、鍛近上述のような稽画法によらない低温ａ漕
法によるアルゴンの分ｍ刀法が提案されている。（％公
開５５−１６０８８号公報参照）この方法社、窒素濃度
をＯ，１％以下としたアルゴン、酸素の混合カスを−１
８６〜−１５３℃の低温でかつＬう〜３０％の圧力下で
ム型ゼオライトに流通させて＃本を吸着除去し、アルゴ
ンを分離したのち、圧力を大気圧ｔ″ＣＩ′ＣＩ′低下
らに０．０１−１謔Ｈｇまで減圧することによって、ム
型ゼオライトからｍ木を脱着して、ム型ゼオライトを再
生■るものである。しかし、この低温吸着法蝶、吸着工
程時、５〜ｌ　Ｏ’／　３〜５分の昇−過程で行ってい
るため、ｉｌ！度胸節が面倒であること、酸素の脱着を
ｔ♀減圧下で行っているたりに真空執籠が心壁となり、
設備費および動力費が嵩むこと、窒素を予かじｔｌｏｏ
、１％以下に除去する必要があり、原料ガスｏｓｎが限
定されることなどの欠点がある。

こＯ発明は上記事情に秦みてなされたもので、低温吸着
法において、運転操作が簡単で、真空装置が不要であり
、原料ガスの種類が限定されず、低コストでアルゴンを
製造することのできるアルゴンの製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。

以下、図面を参照してこの発明を詳しく説８ＡＴる。

１８１図は、この発明のアルゴンの製造方法に用いられ
る製造装置の一例を示すものである。アルゴン、酸素、
ｗ１素よりなる原料ガスは、温度０〜−１００℃、圧力
３〜５％Ｇで管ｌから弁２ｍを経て切替使用される２基
の吸着筒３ｍ、３ｂからなる＠１０りｃｓの一部の吸着
筒３ａに導入される。

吸着筒３ｍ、３ｂには、いずれもム型ゼオライトが吸着
剤として充填されており、その温度はＱ〜−１００℃に
保持されている。吸着ＳＳａで原料ガス中の酸素、ｉｉ
ｔ索は、ム型ゼオライトに吸着され除去されて、アルゴ
ンがｆＰ４　’　、管５を献で、製品アルゴンとして導
出される。ａ滑部３１のム製ゼオライトが酸素、ｍｌＡ
を吸着して飽和寸前となると、原料ガスＷ′ｉ管１から
弁２ｂを経て吸ｙｉＩ簡３ｂＫ導入され、１ｂＪｔｅｅ
にして製品アルゴンが弁４ｙ　管５に導出される。吸着
操作がａ′Ｎ筒３ｂに切り替えられると、ａｍ−ｓＢ＆
は再生操作に入り弁６ａが開かれ、弁５＆が閉じられて
、吸着筒３１内の圧力は、大気圧まで低下し、吸着ｔｋ
　３　ａ内のＡ型ゼオライトに吸着された酸素、′ｗ１
素社説着脱着１゜ついで、管・５かも製品アルゴンの一
部が管７、減圧弁８、弁９＆を経て、大気圧で吸着筒３
ａに導入される。このアルゴンは、ム型ゼオライトに吸
着している残余のＩｌｌ！素、ｒｉＩｉ累を洗＃４説層
し、ム型ゼオライトを再生する。脱着した＃ｌ！紫、窒
素を含むアルゴンは弁６＆、管１Ｇを経て、排出される
。かくして、吸着ｗＪ３ｍは再生され、次０６着ニーに
備えることになる。以下、吸着筒３１．３ｂを交互に切
り替えて、成層、再生を繰り返すことによって連続的Ｋ
ｗ品アルゴンが祷られることになる。７：ｅお、この表
造装置Ａ全庫は、断熱１！１１で嶺われ、寒冷のロスが
生じないようＫなっている。

つぎに、第２図のグラフ、を利用して、このアルゴンの
製造方法の原理を貌明する。第２図のクラブは、ム蛍ゼ
オライトのＯ〜−ｚｏｏ”ｃの温度範囲におけるアルゴ
ン、窃素、酸素の吸殖軸注をと二カフ００ｓａＨｇの時
のデータで示したもので、たて軸はム型ゼオライ）ＣＡ
１空洞当りの吸着分子数をネし、よこ軸Ｆｉ温度である
。このグラフから明らかなように、温度が０〜−１００
℃Ｏｔｉ！囲では、アルゴンのｇ＆着量はｉｌ累、酸素
の成層諷に比べて着るしく低い。特に、−５０°Ｃ付近
ではこの吸瘤量の差が最大となっている。したがって、
０〜−１００℃、好ましく　Ｆｉｙ５０℃前後でアルゴ
ン、窒素、酸素の混合ガスをム製ゼオライトが充填され
た吸着＄１３＠ａ−３ｂに通じてやれＨ，に初に窒素が
ついで酸素が吸温され、アルゴンははとんど吸着されず
そのまま吸着筒３ｍ、３ｂから導出されることＫなり、
アルゴン、窒素、＃Ｒ素の混合涼料ガスからアルゴンを
分離することがで禽る。

そして、このようなアルゴンの“製造方法によれば、吸
着１ｉ１Ｅをさほど厳密に管理しなくてもよく、装置の
運転が餐暑となる。ｔた、真空減圧による酸素、１１嵩
の脱着を行っていないので、真空ポツプなどの真空装置
が不要であり、設ｗｉ費、動力費が安くて済む。さらに
、＠ｙＩｊ温度をＯ〜−１００℃とム型ゼオライトが窒
素、酸素の両者を同時によく吸着する温度鳩を選択した
ので、従来の低−吸着法のように予め窒素を除去してお
く必要がなく、ｖｊ１素含有童の多いガスも原料ガスと
して甫ｐｚることがで自、多様な原料ガスに刈応するこ
と１がで亀る。

第り図はこの発明のアルゴンＯ貌造方法の他の机に用い
られる製造装置を示すもので、第１図に承したものと同
一構成部分に＃よ同−狩号を付して、その説明は省−す
る。

図示しない空気深冷分１に装置０上部鞘貿塔の中間歇か
ら！ｆｊ、龜出された、例えばアルゴンラ〜１５％、窒
素１〜３％、ｅ！に嵩ＩＡ都の組成Ｏ原料カスは、圧力
α３〜αラシ謳度−１８０°Ｃで、曾１２から熱交換器
１３に送られ、ここで′ＩｉＴ温近くまで加温された゛
のち圧縮機１４に送られる。ここで原料カス社、３〜う
製に加圧さ息て熱交換器１３に送られ、上記低温の原料
カスと熱交換して冷却され、Ｏ〜−１００″Ｃとされた
のち、管１から第１図に示したと同−Ｃ）振造装置ムに
送られ、アルゴンか製造される。この場合、阪茄装亀３
へ入る原料ガスの温１をＯ〜−７０℃の範囲と′１−る
場合には、熱交換＠１３での交換熱量がｆ１致しないの
で、この場合は、第４−に示したように、熱交換ｔｉ１
３と圧縮機１４と０間に昇温器１５を設けるか、あるい
Ｆｉ第５図に示したようにｍ料ガス供給管１２の途中に
昇温器１５を設ける必要がある。また、原料ガスの温良
を一１００″Ｃとする一合には、交換熱量が合致するの
で、９ｊｓ３図に示した；場造装しＬの１１で運転で亀
る。

このｆｌｌのアルゴンｉ製造方法では、空気深冷分離装
置の上部精留塔からのアルゴン含有酸素を原料ガスとし
、この原料ガスの有する冷熱を有効に利用しているので
、エネルギーのロスが少ない。

また、従来の精留法に比べて原料カス中の窒素含有量を
厳密に管理Ｔ−る必碩がなく、精留塔の運転が容易とな
る。さらに精留塔とまったく分離して運転で自るので、
ｎ留塔の運転条件によるアルゴンの祝事変化などの悪影
響がないとともにアルゴン採取による精留塔への悪影曽
もない。

第６図は、この）を明のアルゴンの製造方法の第５の例
に用いられるに造装濾を示すもので、第１図に示したも
のと１ｌｙｊ−楢坑部分に曇ま同−杓号を付してその説
明を省略Ｉる。この例の製造方法は原料ガスが常温で９
−、約される場合に用いられる方法である。原料ガスは
、圧力５〜５製、常温で管１６から熱交ｉ＠器１７に送
られ、ここで熱交換されて０〜−１００°Ｃに冷却され
たうえ、管１から＄１図に示したと同一の製造装置Ａに
込られ、管５から製品アルボ／がＯ〜−１００℃の状Ｉ
で導出される。ＣＶ製Ｍ＋アルゴンは熱交換器１７に送
られ、原料ガスと熱交換して常温とされたのち、智１８
から導出される′。一方、吸着筒３ａ、３ｂからの脱着
ｔ１１嵩、Ｍ素およびアルゴンを含む排ガスは、−管ｌ
ＯからＯ〜−７０℃で熱交換器１７に導入され、仁Ｃで
原料ガスと熱交換して常ｉ！に加熱されたのち、管１９
から放出される。なお、侵入熱、熱父温港ロス等により
寒冷量が不足する場合に祉、外部より蜂冷を補う必要が
ある。この寒冷の葡給祉、フレオン冷凍機、アンモニア
冷凍機からの冷媒あるいは液化ａＳ、敵化ｉ１ｇ、液化
空気などの空気分離執直などから発生する冷媒を、例え
ば熱交換器１７に導入したり、Ｑ＆着両筒３ａ３ｂの内
ｇｔたは外部に設けた冷却コイルなどの冷却座に導入し
たりする方法で行われる。

なお、以上０実施例ではいずれも二基の吸着筒３ｍ、３
ｂを切管使用するもので説明したが、これに＠定されず
三基以上のＩｊ！ｋＮＩ簡あるいは一基の吸着筒を用い
てもこの発明のアルゴンの製造方法を実施できる。

以上＠明したように、この発明のアルゴンの製造方法に
よれば、ｋ米の低温吸着法に比べて吸漬温縦をさほど厳
密に管理する必要がなく、遅釦操作が容易となる。また
、吸着剤の再生を製品アルゴンの洗滌パージによってい
るので、真空装置が不要となり、設備費、動力費が低減
される。さらに、ふ料ガス中の窒素含有量に籍に制約を
受けることがないので、多種多様の原料ガスに対応で自
る。また、原料ガスに、空気深冷分離１に＊ｔＤ上部精
貿精留り抜禽出した酸素ガスを使用する場合には、精留
塔とは全く分離して運転されるので、互いに悪影畳な与
えることもなく、精留塔の運転も容易となるなどの利点
を有Ｔるものである。

【図面の簡単な説明】

ｌｌ１ｌｉｌ！３は、この発明のアルゴンの製造方法の
一例に用いられる製造装置の概略構地図、第２図はム製
ゼオライトの＠着物性を示Ｔグラフ、１１Ｎ３Ｆないし
第６（２）は、いずれも、この発明の他の例に用いられ
る製造装置の値略榊虞図である。 ｌ・・・・°管、２．４．６．９・・・・・弁、３・・
・・・叡着懺１．３＆、３　ｂ−・・−吸着筒、５．７
．１０　・−−−−管、８・−・°減圧弁。 ｔＩ！Ｉ皺人日本款素株式会社 一一一１度　（°Ｃ） 第４ｆｙＶ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ム製ゼオライトに０〜−ＬＯＧ”Ｃでアルゴ
   ン、酸素、窒素を主胞分とする原料ガスを加圧下に過じ
   、ム型ゼオライトに酸素、窒素を吸着させて製品アルゴ
   ンを得るとともに、酸素、窒素を吸着して飽和したム飄
   ゼオライトに製品アルゴンの一部を常圧下Ｏ〜−’１０
   ０℃で通じて再生することを％黴とするアルゴンの製造
   方法。
2. （２）　　特許請求の範−第１項記載０アルゴンの製造
   方法において、原料ガスに空気深冷分離装置０上藝精ｌ
   ｉｔ＠から抜自出されたアルゴン含有ガスを用い、仁の
   ガスを熱交換器に導入して常温としたのち、加圧しさら
   に上記熱交換１１に導入し、０〜−照℃に冷却して＾型
   ゼオライトに通ずることを％轍とする製造方法。
3. （３）　　特許請求の範！８第１項記載のアルゴンの麹
   造方法において、常温の原料ガスを製品アルゴンおよび
   不純排ガスと熱交換させるとと％に系外から供給された
   寒冷によってＯ〜−１００℃に冷却してム皺ゼオライト
   に通ずることを轡黴とする製造方法。