JPS63104629A - 空気分離法およびその装置 - Google Patents

空気分離法およびその装置

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JPS63104629A JP61248146A JP24814686A JPS63104629A JP S63104629 A JPS63104629 A JP S63104629A JP 61248146 A JP61248146 A JP 61248146A JP 24814686 A JP24814686 A JP 24814686A JP S63104629 A JPS63104629 A JP S63104629A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸着剤の酸素吸着作用を利用することにより
空気中の窒素と酸素とを分離する空気分離装置およびそ
の装置に関するものである。
〔従来の技術〕
最近、半導体技術の技術革新に伴って半導体装置製造の
際の雰囲気ガスとして窒素ガスの使用が大幅に延びてお
り、そのような窒素ガスを製造する装置として、これま
での深冷液化分離装置に代えて吸着剤の酸素吸着作用を
利用して窒素と酸素とを分離する装置が開発されている
。この装置は、分子ふるい効果を有する吸着剤、例えば
モレキュラーシービングカーボン（Ｍ　Ｓ　Ｃ、Ｂｅｒ
ｇｂａｕ　Ｆｏｒｓｈｕｎｇ社製）を吸着塔に詰め、原
料空気を加圧下でこの吸着塔に送入して酸素分を選択的
に吸着させて窒素に富んだガスを製造するという圧力ス
イング吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏ
ｒｐｔｉｏｎ　Ｐ　Ｓ　Ａ）法を応用したものである。
これにより窒素ガスが得られ、また上記吸着剤に吸着さ
れているガスを脱離させることにより酸素に冨んだガス
を製造することができる。上記ＰＳＡ法を利用した装置
は比較的小形で操作が簡便であり、無人連続運転が可能
であることから深冷液化分離装置に代えて使用されてき
ている。特に、上記ＰＳＡ法では５０〜１００　ＯＮｎ
？／Ｈ程度の規模の装置では、深冷液化分離装置に比較
して動力原単位が低く製品ガスが安価になるためこの点
で有利となる。しかし、約５ＯＮｒｒｒ／Ｈ以下の小規
模の装置においては動力原単位が非常に大きくなり、経
済性が著しく劣るといわれている。上記小形ＰＳＡ装置
の動力原単位の向上には吸着剤のガス分離特性を向上さ
せて吸着塔を小形化し、それに付随する空気圧縮機や真
空ポンプ等の付帯設備を小形化して所要動力を小さくす
る必要がある。吸着塔のサイズは吸着剤の特性により太
き（左右されるため、吸着容量およびＶｊＬ脱着速度の
大きい吸着剤を使用することにより吸着帯を短くするこ
とができれば、吸着塔を小さくすることとが可能となり
上記のように動力原単位の向上を実現させることが可能
となる。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、吸着
剤の吸脱着速度を向上させて原料空気の分離効率を高め
製品ガスのコストの低減を目的とする。
〔問題点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、原料空気を吸着
剤内蔵の吸着塔に送入して吸着剤の酸素吸着作用を利用
することにより空気中の窒素骨と酸素分とを分離する空
気分離法において、吸着剤として、三次元網目状の炭素
骨格をもちその三次元網目で連続気孔が形成されていて
全体形状が柱状もしくは筒状になっており、かつ上記炭
素骨格の表面に酸素吸着用の微細孔が形成されているも
のを用い、上記連続気孔が一方向に流れる原料空気の流
通路となるように上記吸着剤の外周面もしくは端面をシ
ールした状態で使用することを特徴とする空気分離法を
第１の要旨とし、上記特殊構造の吸着剤を吸着塔に内蔵
させた空気分離装置を第２の要旨とする。
本発明者らは、従来のＰＳＡ装置に用いられているモレ
キュラーシービングカーボン（ＭＳＣ）の吸着特性を調
べるため上記ＭＳＣ（通常直径２〜４龍、長さ３〜５龍
の小円柱状）の吸脱着のメカニズムを走査型電子顕微鏡
写真を撮影しながら研究した。すなわち、上記のような
小チツプ状の粒状ＭＳＣでは、上記ＭＳＣの表面側に原
料空気を流入するための比較的大きな気孔（マクロ孔）
１０１が、第５図に模式的に示すように形成されており
、そのマクロ孔１０１の壁面に、分子ふるい作用を有す
るミクロ孔１０２が分布形成されて２元細孔構造となっ
ており、原料空気は上記マクロ孔１０１の開口１０１ａ
からマク口孔１０１内に入り、ここで酸素を選択的に吸
着され、ついで反転して上記マク口孔１０１内を逆に流
れてマクロ孔１０１その開口１０１ａから外部に流出す
るようになっている。このような原料空気の流れによっ
て空気の分離が行われる。そして、上記のような粒状Ｍ
ＳＣを吸着塔内に充填した場合においては、小チツプ状
のＭＳＣとＭＳＣとの間の空隙を原料空気が通って個々
のＭＳＣにおける上記マク口孔１０１内に入って酸素の
選択吸着を受け、再びマク口孔１０１内から外部に流出
し、さらにつぎのマク口孔１０１内に入って酸素の選択
吸着・　　を受け、このような動作を繰り返しＭＳＣ粒
子とＭＳＣ粒子との間を通って吸着塔の外部に導出され
るようになっている。すなわち、上記従来の粒状ＭＳＣ
においては、原料空気の分離に要する流通路が比較的長
くなり、これが吸脱着速度を遅くする主原因となってい
た。上記粒状ＭＳＣの倍率１００倍の走査型電子顕微鏡
写真図を第６図に示す。図ｄおいて、比較的大きな礼状
部分がマクロ孔の開口部である。
そこで、本発明者らは、このようなＭＳＣの欠点を改善
するため、従来のように吸着塔の内部にチップ状のＭＳ
Ｃを多数充填するのではなく、吸着塔、吸着室等の直径
と略同程度の直径を有し吸着塔等の長さと略同程度の長
さを有する特殊な吸着剤をつくり、この吸着剤の一端の
端面から他端の端面に向かう連続気孔（マクロ孔）をつ
くってそこを空気の流通路にし、この流通路の壁面にミ
クロ孔を設けてそこで酸素の選択吸着作用を行わせるよ
うにしたところ、原料空気の流通路が短（なり、それに
よって吸脱着速度が著しく向上するようになることを見
いだし本発明に到達した。
本発明に用いる特殊な吸着剤は、従来の粒状ＭＳＣとは
形状を全く異にしており、一般に、直径が５〜１００ｃ
ｍ、長さが１０〜１００ｃｍ程度であり、それを１個も
しくは複数個組み合わせて吸着塔内に収容し、その吸着
剤の内部の連続気孔を原料空気の流通路にし、その連続
気孔（マクロ孔）の壁面に酸素吸着用の微細孔（ミクロ
孔）を形成したものである。このものは、本発明者が本
発明に先立って開発し特許出願（特願昭５９−１２４１
２０、特願昭６Ｏ−１９８１００）したちのである。こ
の吸着剤は、三次元網目状の炭素骨格をもちその三次元
の網目で連続気孔が形成されていて全体形状が柱状もし
くは筒状になっており、炭素骨格の表面に酸素吸着用の
微細孔が形成されているものである。上記柱状の具体的
形状は、円柱状、角柱状１円錐台状等その用途に応じて
適宜に選択される。筒状も同様、円筒状、角筒状、中空
円錐台状等その用途に応じて適宜に選択される。
この場合、連続気孔の孔径が１〜５００μｍ。
見掛密度が０．１〜０．８ｇ／ａａ、気孔率が５０〜９
５％のものが好ましい、最も好ましいのは連続気孔の平
均気孔径が１０〜３００μｍ、見掛密度０゜３〜０．６
５ｇ／ｃ１１．気孔率が６０〜８２％である。
このものを使用した場合に最も優れた効果が得られるよ
うになる。
上記のような吸着剤は、分子ふるい炭素であって、ポリ
ビニルアルコール系樹脂が１０〜７０重量％（以下「％
」と略す）、フェノール樹脂が３０〜９０％からなる合
成樹脂複合体を非酸化性雰囲気下において５０〜７００
℃の温度領域で炭化することによって得ることができる
。または他の方法としては、上記炭化後さらに酸化性雰
囲気下において５００〜７００℃の温度領域で炭化物の
１５％以内の重ｉｔ減少となる範囲内で賦活することに
よっても得ることができる。
上記ポリビニルアルコール系樹脂とは、ポリビニルアル
コールおよびポリビニルアルコールのアセタール化反応
によって得られるポリビニルホルマール、ポリビニルベ
ンザール等のポリビニルアセクール樹脂のことをいう。
また、フェノール樹脂とは溶液状あるいは粉末状のレゾ
ール樹脂、ノボラック樹脂等のことをいう。
上記のような原料を用いて本発明に用いる吸着剤を製造
することは、つぎのようにして行うことができる。例え
ば、ポリビニルアルコールと液状フェノール樹脂、もし
くはポリビニルアルコールと液状フェノール樹脂と粉末
状フェノール樹脂とを均一に混合し、さらに澱粉、ＶＢ
粉変成体、澱粉誘導体あるいは食塩等の水溶性金属塩等
の気孔形成材を添加し、そのまま反応硬化させるか、あ
るいは架橋剤を加えて反応硬化させることにより合成樹
脂複合体をつくり、ついで、上記気孔形成材を水洗い等
で除去して除去跡を連通孔にし、これを窒素等の非酸化
性雰囲気下において５００〜７００℃の温度領域で炭化
するということにより行うことができる。この場合、上
記合成樹脂複合体は、気孔形成材の溶出処理によって、
その内部に連通孔が形成されており、その状態で上記の
ような炭化処理が行われることによって吸着剤化される
。すなわち、上記炭化処理によってポリビニル系アルコ
ール樹脂が熱分解しほぼ完全にガス化して揮散する結果
、上記連通孔を基礎に、三次元網目状の炭素骨格が形成
され、炭素骨格の表面に酸素吸着用の微細孔が形成され
るようになる。この場合、合成樹脂複合体の製造に際し
て、型枠等に入れて行うことにより、吸着剤を柱状もし
くは筒状に容易に形成することができる。このようにし
て得られた吸着剤は、ミクロ孔の直径が１０Å以下の領
域に細孔径分布の極大値を有し、ミクロ孔直径１５〜２
００人の範囲のミクロ孔容積が０．１ｃｒＡ／ｇ以下に
なっている。上記ミクロ孔の細孔容積および細孔半径の
測定は、ケルビン（Ｋ　Ｅ　Ｌ　ＶＩＮ）式を用いて解
析することによって行うことができる。また、上記のよ
うに合成樹脂複合体を非酸化性雰囲気下で炭化したのち
、引き続いて水蒸気雰囲気等の酸化性雰囲気下で５０〜
７００℃の温度領域で炭化物の１５％以内の重量減少と
なる範囲になるよう賦活して吸着剤を得ることができる
。これにより、最高直径１０Å以下のミクロ孔を著しく
増加させることができるようになる。
また、本発明の吸着剤は、先に述べた上記合成樹脂複合
体に代えて、ポリビニルアルコール系樹脂が１０〜５０
％、メラミン樹脂が１０〜４０％。
フェノール樹脂が３０〜７０％からなる合成樹脂複合体
を用い、先に述べた方法と同様、炭化処理等することに
よっても得ることができる。このようにして得られた吸
着剤も上記と同様の優れた酸素、窒素の分離特性を備え
ている。
一般に、ＭＳＣにおいて、分子ふるい効果は、ミクロ孔
の直径が吸着分子の分子径に極めて近い数人の領域とす
ることによって優れるようになる。
したがって、酸素に対する選択的吸着特性を向上させる
ためには、酸素分子の分子径に近似する程度のミクロ孔
直径を有するようにすることが好ましい。先に述べた方
法で得られる吸着剤では、細孔直径１０Å以下の領域に
細孔径分布の極大値を有し、細孔直径１５〜２００人の
範囲のミクロ孔容積が０．１ｃｉ／ｇ以下であるため、
酸素吸着に優れた特性を発揮するようになる。したがっ
て、空気中の酸素、窒素の分離を好適に行うことができ
るようになる。
本発明は、上記のような特殊構造の吸着剤をそのまま使
用するのではなく、上記吸着剤の三次元の網目で形成さ
れる連続気孔を原料空気の流通路とするために、吸着剤
の外周面もしくは端面をシールして使用することを最大
の特徴とするものである。
これにより、原料空気が上記連続気孔を通じて流通する
ようになり、その流通の過程において流通路の壁面に設
けられているミクロ孔に酸素が選択吸着され窒素と分離
されるようになる。したがって、吸脱着による流路が短
くなり、その過程で吸脱着が行われるようになるため、
吸脱着速度の著しい向上効果が得られ、原料空気の分離
効率の著しい向上が実現されるようになる。
上記のような吸着剤を上記のようにしてＰＳＡ法のよう
な空気分離装置に応用する場合には、吸着塔を極めて小
形化することができ、装置全体の小形化が実現できるよ
うになって、動力原単位の低減効果を実現し、製品ガス
の収率の大幅向上効果が得られるようになる。そして、
上記吸着剤の吸着容量は吸着圧力と脱着圧力との差に大
きく依存しているため、圧力差を太き（するほど分離能
を大きくしうるのであるが、所要動力も大きくなる。し
たがって、経済性を考慮して適度な圧力差に設定するこ
とが好適である。通常、吸着圧力が４〜９　ｋｇ／ａａ
程度と高い場合には、真空ポンプを用いることなく常圧
再生しても高い分離性能を得ることができる。しかし、
吸着圧力が２〜５ｋｇ／ｄ程度の比較的低い圧力の場合
には、真空ポンプによる減圧再生を行うことが好ましい
。なお、上記のような空気分離装置に、吸着剤をシール
した状態で収容するに際しては、柱状もしくは筒状に形
成された吸着剤の外周面を熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂
もしくは熱収縮フィルム等で密着被覆して外周面からガ
スがリークするのを防止し、空気の流通路が、吸着剤の
一端面から他端面にかけて形成されるようにすることが
行われる。このとき吸着剤の両端面の外周と吸着塔の内
壁との間にパツキン等を充填して、上記空間からガスの
リークを防止することが行われる。また、吸着塔の内壁
面等に吸着剤の外周面を密着させ、それによって吸着剤
の外周面をシールすることも行われる。このように本発
明において、シールした状態で使用する、ないしは収容
するとは、吸着剤自体を熱可塑性樹脂等でシールする場
合のみでなく、それを収容する吸着塔の内壁面等でシー
ルする態様も含むのである。また、筒状の吸着剤におい
ては塔の内側と外側の間の部分を空気の流通路にするた
め、吸着剤の両端面を上記と同様の方法でシールするこ
とが行われる。
上記のような吸着剤を収容した吸着塔をＰＳＡ装置に組
み込む場合において、上記ＰＳＡ装置の空気分離工程は
、一般に、吸着−均圧（減圧）−排気−均圧（加圧）−
昇圧の５工程に設定される。
上記均圧工程は、原料空気の流れ方向と同一方向にガス
を流す並流均圧、または逆の方向にガスを流す向流均圧
のいずれかを採用することが行われるが、並流均圧の方
が高純度ガスを得られ易いことが本発明の過程で明らか
になっている。なお、上記ＰＳＡ装置においては、均圧
工程を除去し吸着−排気−昇圧の３工程、あるいは吸着
−減圧−バージー昇圧の４工程を採用することもできる
。
小形ＰＳＡ装置において、動力原単位を向上させるには
、２塔式の装置が有利なことが多いが、重塔式のＰＳＡ
装置により吸脱着サイクルを早くするいわゆるラピッド
ＰＳＡ装置も本発明を適用しうる。
つぎに、実施例について説明する。
〔実施例１〕 重合度１７００．けん化度９９％のポリビニルアルコー
ル（ＰＶＡ）７ｋｇを水に分散させて加熱溶解後、馬鈴
薯澱粉２．５　ｋｇを加えて攪拌しながら加熱溶解した
。これを室温まで冷却後、３７％ホルマリン９　ｋｇお
よび５０％硫酸２　ｋｇを加え、さらに適量の水を加え
て混合液の総量が１００βになるように調整した。
この混合液を４００Ｘ２００角の型枠に注型し、６０℃
の温水中で３日間架橋反応を行ってから水洗いし、網目
状構造を有するポリビニルホルマール多孔体を得た。つ
ぎに、このポリビニルホルマール多孔体を１７０鶴φＸ
４００１１Ｌの円柱に成形後、濃度調整を行った水溶性
レゾール樹脂（昭和ユニオン合成■製、ＢＲＬ−２８５
４）に浸漬し、８０℃で２４時間乾燥してフェノール樹
脂量７０％の合成樹脂複合多孔体を得た。
この合成樹脂多孔体を電気炉に入れ、窒素雰囲気中にお
いて２００℃まで１００℃／ｈｒ、その後３０℃／ｈｒ
で昇温させ、６６０℃で炭化しマクロ孔の平均気孔径が
２００μｍ、見掛密度０．５２ｇ’／ｅｎｄ、気孔率６
８％２寸法１００鶴φ×２５０鶴りの円柱状吸着剤を製
造した。この吸着剤の断面の倍率１００倍の走査型電子
顕微鏡写真図を第１図に示す。図において、空洞部分が
マクロ孔である。このようにして得られた円柱状吸着剤
を、吸着塔内にそれぞれ４本ずつ縦に連結して充填した
（各吸着塔内の吸着剤充填容積は１００　龍φ×１００
０＋＋ｎＬ）。この場合、上記吸着剤は、吸着塔の内壁
面によってシールされた状態になっている。
つぎに、このようにして得られた吸着塔を２本用い、第
２図に示すようなＰＳＡ装置を構成した。
図において、１は空気圧縮機、２はエアードライヤーで
ある。３．３ａは内部に吸着剤がシール状態で収容され
ている吸着塔であり、それぞれその入口が第１の開閉弁
４，４ａを備えた流入路パイプ５．５ａによって上記エ
アードライヤー２の出口と連通状態になっている。６は
真空ポンプであり、弁７．７ａを備えた吸引路パイプ８
によって上記吸着塔３，３ａの入口と連結されている。
９゜９ａは上記吸着塔３，３ａの出口からそれぞれ延び
る取出路パイプであって、第２の開閉弁１０゜１０３を
備えており、メインパイプ１１に連結されている。１２
は弁１３．１３３を備えた均圧用パイプであり、上記吸
着塔３，３ａの出口に連通状態になっている。上記メイ
ンパイプ１１はリザーバータンク１４に連結されており
、ニードル弁１５を備えた製品ガス取り出しパイプ１６
から製品を取り出すようになっている。
この装置において、原料空気中の酸素、窒素の分離は、
つぎのようにして行われる。すなわち、原料空気を空気
圧縮機１で圧縮してエアードライヤー２で乾燥させ、そ
の状態で一方の吸着塔３の入口から流入路パイプ５を経
由させて内部に送入する。このとき、他方の吸着塔３ａ
の流入路パイプ５ａの弁４ａは閉状態になっている。そ
して、上記一方の吸着塔３に入った圧縮空気は、内蔵さ
れている吸着剤の、三次元の綱目で形成された連続気孔
を流通路として上昇し、その過程で酸素分子を吸着除去
され、吸着塔３の出口では高濃度窒素ガスとなる。この
高濃度窒素ガスは取出路パイプ９からメインパイプ１１
を経由し、リザーバータンク１４内に一旦貯蔵され、そ
こから製品ガス取出パイプ１６を経由して取り出される
。このとき、他方の吸着塔３ａの取出路パイプ９ａの弁
１０ａおよび均圧用パイプ１２の弁１３．１３ａは、い
ずれも閉じた状態・になっている。一方の吸着塔３が上
記のような吸着動作を行っている間、他方の吸着塔３ａ
では排気により内蔵吸着剤の再生が行われている。すな
わち、他方の吸着塔３ａの出口側は、上記弁１０　ａ、
　　１３．　１３　ａで閉じられた状態になっており、
吸引路パイプ８の弁７を閉じ弁７ａを開いた状態で真空
ポンプ６を駆動させることにより、吸着塔３ａ内が向流
で減圧されて排気され吸着剤の再生がなされる。吸着工
程終了後の吸着塔３と再生工程終了後の吸着塔３ａはパ
イプ１７．弁１３．弁７ａにより連通され均圧化される
。すなわち、吸着塔３の出口側の弁１３および吸着塔３
ａの出口側の弁７ａだけが開状態でその他の弁は全て閉
状態となり、高圧側の吸着塔３内のガスが吸着塔３の出
口より出て吸着塔３ａの入口より吸着塔３ａに入り均圧
化が行われる。
その後、弁１３，７ａが閉じ、弁４ａが開いて吸着塔３
ａが昇圧、吸着工程に入る。一方、吸着塔３では、弁４
．１０が閉じ、弁７が開いて再生工程に移る。なお、上
記の弁はいずれもｔ磁弁であって、上記のような一連の
弁操作は弁の開閉制御装置（図示せず）の制御によって
行われる。この場合、吸着圧力はゲージ圧で４　ｋｇ／
ｄとし、吸着剤の再生のための真空排気は真空ポンプで
１００ｔｏｒｒ以下まで減圧して行われる。なお、上記
吸着剤は比表面積６４０ｒｒｒ／ｇであり、４５０ｃｃ
の容器中に試料１３ｇを入れ、初期圧力２．５　ｋｇ／
ｃｄ　（ゲージ圧）で０□およびＮ２の吸着量を試験的
に測定したとき、１分後の吸着量がＯｘ；２４．１ｓ＋
ｇ／ｇ、Ｎ！　　：　３．４＋ｓｇ／ｇであった。
上記のような一連の操作によって生じる上記吸着塔３．
３ａ内の圧力状態等を第１表に示すと同時に、その製品
ガスの取り出し量と純度の関係を第２表に示した。
（以下余白） なお、第２表において、比較例１の値は、実施例１と同
じ２本の吸着塔に粒径約１龍φＸ　３　ｍ　ｌ。
のＭＳＣを１００ｆｉφＸ１００Ｏ婁璽りになるよう充
填し、これを用い実施例１と同様にして空気の分離装置
を行ったときの値である。この場合、ＭＳＣの充填密度
は０．６１ｇ／−であった、なお、上記粒状ＭＳＣの比
面積は５６０ｎｆ／ｇで、実施例１と同様にして測定し
たＯ２およびＮ２の１分後の吸着量は、Ｏｔが２２．１
　Ｉｍｇ／　ｇ　、　Ｎｚが３．８ｔａｇ／　ｇであっ
た。
〔実施例２〕 重合度１７００、けん化度９９％のポリビニルアルコー
ル５　ｋｇを水に分散し、加熱溶解後、馬鈴薯澱粉３ｋ
ｇを加えて糊化した。これを室温に冷却後、３７％ホル
マリン７ｋｇおよび５０％硫酸２．５ｋｇを加え、均一
に混合したのち適量の水で：ＩｆＬＩｍ整し、総液量を
１００ｊ！とした。
この混合液を４２０φ×２８φＸ９００ｆｉＬの型枠内
に注型し、６０℃の温水中で２４時間架橋反応を行って
から水洗いし、網状構造を有するポリビニルホルマール
（Ｐ　Ｖ　Ｆ）多孔体を得た。こ（７）ＰＶＦ多孔体を
４００φＸ２８＄Ｘ３５０ｍＬに成形したのち、固形分
濃度４０％のメラミン樹脂（住友化学工業■製、スミテ
ックスレジンＭ−３）に浸漬し、遠心分離してから９０
℃で２４時間硬化させ、さらに固形分濃度４０％の水溶
性レゾール樹脂（昭和高分子■製、ＢＲＬ−２８５４）
に浸漬後、９０℃で２４時間硬化させ円筒状に成形して
ポリビニルホルマール２０％、メラミン樹脂層０％。フ
ェノール樹脂４０％よりなる合成樹脂複合多孔体を得た
。
この合成樹脂複合多孔体を電気炉に入れ、窒素雰囲気中
で６０℃／ｈｒで昇温し６７０℃で炭化し吸着剤を得た
。これを外径２５０ｍｍφ、内２０＊ｍφ、高さ６０ｍ
（平均気孔径１００μｍ、見掛密度０．５６ｇ／ａａ、
気孔率６５％）の円筒状吸着剤に成形した。そして、こ
れを外周面と内周面との間の部分が原料空気の流通路と
なるよう、第３図に示すように、上端面および下端面を
それぞれ孔あき遮蔽板２０でシールし、図示のように３
、吸着塔内に充填した。この装置のそれ以外の部分は、
第１図と同じであり動作も実質的に同じであるから説明
を省略する。第３図では吸着塔３ａで吸着動作が行われ
、吸着塔３で脱着動作が行われている。
この装置において、原料空気の流通および真空排気は、
図示の矢印のように、円筒状吸着剤の内周面と外周面と
の間の部分によって行われる。この場合、吸着時の圧力
は５ｋｇ／ｃｄ、Ｍ正時の圧力が約１００　ｔｏｒｒに
なるよう真空吸入される。この装置における、吸着塔３
．３ａ内の圧力状態等を第３表に示すとともに、その製
品窒素ガスの取り出し量と純度との関係を第４表に示し
た。
（以下余白） 紘　　　　　　４ 〔実施例３〕 実施例２と同様にして、重合度１７００．けん化度８８
％のポリビニルアルコール４　ｋｇを熱水で溶解後、小
麦粉澱粉３　ｋｇを加えて糊化した。この溶解液に固形
分濃度６０％の水溶性レゾール樹脂（昭和高分子■製、
ＢＲＬ−２８５４）２０ｋｇを加えて充分に攪拌したの
ち、さらに３７％のホルマリン７　ｋｇおよび３０％の
蓚酸３　ｋｇを加えて均一に混合し、適量の水で液量調
整し、総液量を１００１ｔとした。この混合液を３２０
φ×２８φ×１０００ｍｍＬの型枠内に注型し、実施例
１と同様に反応させて、ＰＶＡ／フェノール系合成樹脂
複合多孔体を得た。この合成樹脂複合多孔体を３００φ
×２８φＸ　７５　（ｌｎＬの円筒に成形後、実施例１
と同様にしてメラミン樹脂を施与し、ポリビニルアルコ
ール系樹脂２０％、メラミン樹脂２０％。
フェノール樹脂６０％よりなる合成樹脂複合多孔体を得
た。
この合成樹脂複合多孔体を電気炉に入れ、窒素雰囲気下
において５０℃／ｈｒの昇温速度で所定の温度まで昇温
させ、水蒸気雰囲気下で所定時間賦活し、外径２００鰭
φ、内径２０ｍφ、高さ５゜０１ｎＬの円筒状の吸着剤
をつくった。この吸着剤は平均気孔径３００／７６１．
見掛密度０．６０　ｇ　／ｃｔｌ。
気孔率６２％であった。これを内径２２０ｍφ。
有効高さ１０００ＷＬの吸着塔内にそれぞれ２本ずつ縦
に連結して充填し、連結部を密着すると同時に、第４図
に示すように、連結体の上下の端面を熱可塑性樹脂板２
１でシールし、図示のように、吸着塔３．３ａ内に装填
した。なお、２２は弁２３を備えたパージ用パイプで、
リザーバータンク１４と吸着塔３，３ａの出口とを連通
状態にしている。２４は放出パイプである。それ以外の
部分は第１図と実質的に同じである。
この装置は、酸素富化空気製造用のものであって、吸着
塔３で酸素の吸着がなされ窒素骨に富んだ空気を、吸着
塔３の出口から放出バイブ２４で矢印のように放出する
と同時に、他方の吸着塔３ａの吸着剤に吸着されている
酸素の脱離に、リザーバータンク１４内に収容されてい
る酸素富化空気をパージ用バイブ２２から送り込んでパ
ージする。そして、これと同時に、真空ポンプ６で吸着
塔３ａの入口から吸引して酸素を取り出し、リザーバー
タンク１４に収容するようになっている。
なお、上記吸着剤の比面積は６２５ｒｒｒ／ｇであり、
実施例１と同様の方法で測定した０、およびＮ２の吸着
量は、それぞれ０□　；　２３．８ｍｇ／ｇ、　Ｎｔ　
　：３、２　ｍｇ／　ｇであった。
上記の装置を用いて酸素、富化空気の製造を行った場合
の各吸着塔内の圧力状態等を第５表に示すと同時に、製
品空気の取り出し量と純度の関係を第６表に示した。
（以下余白） 〔実施例４〕 実施例１と同様にしてマクロ径の平均気孔径が３００μ
糟、見掛密度０．５８ｇ／ｃｄ、気孔率６４％の吸着剤
を製造し、実施例１と同様の装置に組み込んだ、この場
合、吸着時の圧力は１ｋｔ１０ｉとし、吸着剤の再生に
は真空ポンプを用いず常圧再生をした。
このようにして得られた窒素ガスの純度は、窒素ガス取
り出し量が１０１！　／＋ｗｌｎ　テ０．０９　％Ｏ！
を含んでおり、２０１　／ｗｉｎ　’？’　０．９％の
不純酸素を含んでいた。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明は吸着剤として三次元網目状の炭
素骨格をもち、その三次元の網目で連続気孔が形成され
ており、炭素骨格の表面に酸素吸着用の微細孔が形成さ
れている柱状、筒状のものを用い、上記連続気孔が一方
向に流れる原料空気の流通路となるように上記吸着剤の
外周面もしくは端面をシールした状態で使用するため、
原料空気が上記流通路を通って吸着剤の一端側から他端
側に流れる過程において、酸素の選択吸着が行われる。
したがって、従来例に比べて、酸素吸脱着のための流路
が著しく短（なって酸素の吸脱着速度が大幅に早（なり
吸着帯を極めて短くしうるようになる。したがって、上
記吸着剤を用いて空気分離装置を構成する場合に、吸着
塔をかなり小形化することができると同時に、吸着剤の
使用量を低減でき、装置全体を小形化することができる
。
その結果、コンプレッサ容量や真空ポンプの容量が小さ
くなり動力原単位を低減して製品ガスの価格の低減を実
現させることができるようになる。
上記のような装置を用い、原料空気を分離する場合にお
いて、窒素ガスとしては、−ａに、純度が９９〜９９．
９９％（窒素＋アルゴンの濃度）のもの、酸素付加空気
としては、−ｍに酸素２５〜４０％程度を含むものを製
造することができる。
す倍率１００倍の走査型電子顕微鏡写真図、第２図は本
発明の一実施例の構成図、第３図は他の実施例の構成図
、第４図はさらに他の実施例の構成図、第５図は粒状Ｍ
ＳＣのマクロ孔の模式図、第６図は粒状ＭＳＣの粒子構
造を示す倍率１００倍の走査型電子顕微鏡写真図である
。
１・・・空気圧縮機　２・・・エアードライヤー　３゜
３ａ・・・吸着塔　４．４ａ・・・第１の開閉弁　５，
５ａ・・・流入路パイプ　６・・・真空ポンプ　８・・
・吸引路パイプ　９，９ａ−・・取出路パイプ　１１・
・・メインパイプ　１４・・・リザーバータンク　１６
・・・製品ガス取出パイプ 第６図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）原料空気を吸着剤内蔵の吸着塔に送入して吸着剤
    の酸素吸着作用を利用することにより空気中の窒素分と
    酸素分とを分離する空気分離法において、吸着剤として
    、三次元網目状の炭素骨格をもちその三次元網目で連続
    気孔が形成されていて全体形状が柱状もしくは筒状にな
    つており、かつ上記炭素骨格の表面に酸素吸着用の微細
    孔が形成されているものを用い、上記連続気孔が、一方
    向に流れる原料空気の流通路となるように上記吸着剤の
    外周面もしくは端面をシールした状態で使用することを
    特徴とする空気分離法。
  2. （２）吸着剤が、連続気孔の孔径が１〜５００μｍ、見
    掛密度が０．１〜０．８ｇ／ｃｍ＾３、気孔率が５０〜
    ９５％のものである特許請求の範囲第１項記載の空気分
    離法。
  3. （３）吸着剤が、ポリビニルアルコール系樹脂が１０〜
    ７０重量％、フェノール樹脂が３０〜９０重量％よりな
    る合成樹脂複合体を非酸化性雰囲気下、５００〜７００
    ℃の温度領域で炭化するか、または、炭化後さらに酸化
    性雰囲気下、５００〜７００℃の温度領域で炭化物の１
    ５重量％以内の重量減少となる範囲で賦活することによ
    り製造されたものである特許請求の範囲第１項または第
    ２項記載の空気分離法。
  4. （４）吸着剤が、ポリビニルアルコール系樹脂が１０〜
    ５０重量％、メラミン樹脂が１０〜４０重量％、フェノ
    ール樹脂が３０〜７０重量％よりなる合成樹脂複合体を
    非酸化性雰囲気下５００〜７００℃の温度領域で炭化す
    るか、または炭化後さらに酸化性雰囲気下、５００〜７
    ００℃の温度領域で炭化物の１５重量％以内の重量減少
    となる範囲で賦活して得られたものである特許請求の範
    囲第１項または第２項記載の空気分離法。
  5. （５）外部より取り入れた空気を圧縮する空気圧縮機と
    、三次元網目状の炭素骨格をもちその三次元の網目で連
    続気孔が形成されていて全体形状が柱状もしくは筒状に
    なつており上記炭素骨格の表面に酸素吸着用の微細孔が
    形成されている吸着剤と、上記吸着剤の連続気孔が一方
    向に流れる流通路になるように上記吸着剤の外周面もし
    くは端面をシールした状態で収容する複数の吸着塔と、
    上記空気圧縮機と上記複数の吸着塔の入口とをそれぞれ
    連通させる複数の流入路パイプと、上記複数の流入路パ
    イプにそれぞれ設けられた複数の第１の開閉弁と、上記
    吸着塔の再生手段と、上記再生手段と上記複数の吸着塔
    とを連通させる複数の再生路と、上記複数の再生路にそ
    れぞれ設けられた複数の第２の開閉弁と、上記複数個の
    吸着塔のうちの任意の吸着塔が吸着作動し残つた吸着塔
    が再生または休止するよう上記第１および第２の開閉弁
    の開閉制御する開閉弁制御手段と、上記複数の吸着塔の
    出口または入口からそれぞれ延びる製品ガス取出路を備
    えたことを特徴とする空気分離装置。
  6. （６）吸着剤が、連続気孔の孔径が１〜５００μｍ、見
    掛密度が０．１〜０．８ｇ／ｃｍ＾３、気孔率が５０〜
    ９５％のものである特許請求の範囲第５項記載の空気分
    離装置。
  7. （７）吸着剤が、ポリビニルアルコール系樹脂が１０〜
    ７０重量％、フェノール樹脂が３０〜９０重量％よりな
    る合成樹脂複合体を非酸化性雰囲気下、５００〜７００
    ℃の温度領域で炭化するか、または、炭化後さらに酸化
    性雰囲気下、５００〜７００℃の温度領域で炭化物の１
    ５重量％以内の重量減少となる範囲で賦活することによ
    り製造されたものである特許請求の範囲第５項または第
    ６項記載の空気分離装置。
  8. （８）吸着剤が、ポリビニルアルコール系樹脂が１０〜
    ５０重量％、メラミン樹脂が１０〜４０重量％、フェノ
    ール樹脂が８０〜７０重量％よりなる合成樹脂複合体を
    非酸化性雰囲気下５００〜７００℃の温度領域で炭化す
    るか、または炭化後さらに酸化性雰囲気下、５００〜７
    ００℃の温度領域で炭化物の１５重量％以内の重量減少
    となる範囲で賦活して得られたものである特許請求の範
    囲第５項または第６項記載の空気分離装置。
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