KR20020062979A - 가스의 분리정제방법 및 그 장치 - Google Patents

가스의 분리정제방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 제조장치 등의 분위기가스로서 사용되는 크립톤이나 크세논 등의 고가의 가스를 PSA 프로세스에 의해서 효율적으로 회수할 수 있는 가스의 분리정제방법이다. 고가의 가스를 포함하는 혼합가스를 원료가스로 하여 상기 고가의 가스를 압력변동 흡착분리법에 의해 분리정제하는 방법에 있어서는, 상기 압력변동 흡착분리법으로서, 평형흡착량차에 따라서 가스성분을 분리하는 평형형 압력변동 흡착분리법과, 흡착속도차에 따라서 가스성분을 분리하는 속도형 압력변동 흡착분리법을 조합하는 것에 의해, 상기 고가의 가스를 분리정제한다.

Description

가스의 분리정제방법 및 그 장치{GAS SEPARATING AND PURIFYING METHOD AND ITS APPARATUS}
반도체집적회로, 액정패널, 태양 전지패널, 자기디스크 등의 반도체제품을 제조하는 공정에서는, 희가스분위기속에서 플라즈마를 발생시켜, 해당 플라즈마에 의해서 반도체제품의 각종 처리를 하는 장치, 예를 들면 스패터링장치, 플라즈마 CVD장치, 리액티브 이온에칭장치 등이 널리 사용하고 있다.
이러한 처리장치는, 처리의 대상이 되는 기판 등을 처리챔버 내에 송입할 때는 질소가스분위기로서 두고, 플라즈마처리를 하는 시점에서 희가스만, 혹은 희가스와 반응에 기여하는 가스를 흘려 고주파방전에 의해 플라즈마를 발생시켜 처리를 하고, 이어서 질소가스를 흘려 챔버내를 퍼지함과 동시에 기판을 추출한다는 것과 같은 방법으로 운전된다. 반응에 기여하는 가스로서, 예를 들면 플라즈마산화 등의 처리에서는 약간 양의 산소가 첨가된다.
이러한 처리에 있어서 사용되는 희가스로서, 종래는 주로 아르곤이 사용되고 있었지만, 근년은, 보다 고도인 용도로서 이온화포텐샬이 낮은 크립톤이나 크세논이 주목받아 왔다.
크립톤이나 크세논은, 공기중의 존재비 자체가 지극히 작은 것 및 분리공정이 복잡한 것부터 지극히 비싸고, 이러한 가스를 사용하는 프로세스에서는, 사용후의 가스를 회수하고 정제하여, 순환 사용하는 것을 전제로 하여 비로소 경제성을 가진다고 할 수 있다.
분리정제의 대상이 되는 희가스를 포함하는 혼합가스는, 주로 희가스와 질소로 이루어지고, 플라즈마산화에서는 이에 약간 양의 산소가 포함되게 된다. 또한, 플라즈마 CVD에서는 금속수소 화합물계 가스가, 리액티브 이온에칭에서는 할로겐화 탄소계가스가 추가된다. 또한, 미량의 불순물로서, 수분, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 탄화수소류 등이 포함될 수도 있다.
또한, 크세논은, 소정량의 산소(통상은 약 30%)와 혼합하여 마취가스로서 사용하는 용도도 주목받고 있다. 이 경우의 분리정제의 대상이 되는 혼합가스는, 환자로부터의 호기(呼氣)로서, 크세논 외, 산소, 질소, 이산화탄소, 수분 등을 포함하는 혼합가스이다. 이 경우, 크세논을 재이용하기 위해서는, 해당 혼합가스중의 질소나 이산화탄소 등을 제거해야 한다.
혼합가스로부터 특정성분을 압력변동 흡착분리(PSA)프로세스에 의해 회수, 정제하는 종래 기술에 관해서는, 예를 들면, 문헌「Pressure Swing Adsorption. 1994 VCH Publishers Inc., D. M. Ruihven, S. Farooq, K. S. Knaebel 공저]의 6장에 있어서 광범위하게 걸쳐서 해설되어 있다.
동 문헌의 6.5절에서는, 각종 혼합가스로부터 수소를 회수, 정제하는 4탑식 PSA 프로세스가 해설되어 있다. 이 수소 PSA 프로세스는, 수소가 혼합가스중의 다른 성분에 비교하여 현저하게 흡착하기 어렵다고 하는 성질을 이용하고 있다. 동 문헌의 테이블 6.2에는 4탑식 수소 PSA정제시스템의 시험조건과 성능데이터가 기재되어 있다. 이것에 의하면, 종래의 수소 PSA 프로세스에서는 99.9% 이상의 높은 제품(수소)농도를 얻고자 하면, 수소회수율은 80% 미만으로 되어 버린다는 것이 개시되어 있다.
또한, 동문헌의 6.6절에서는, 연소배기가스로부터 탄산가스를 회수, 정제하는 4탑식 PSA 프로세스가 해설되어 있다. 동 문헌의 테이블 6.4에는 연소배기가스로부터 탄산가스를 회수, 정제하는 PSA 프로세스의 성능데이터가 기재되어 있다. 이것에 의하면, 종래의 탄산가스 PSA 프로세스에서는, 비교적 저순도의 약 99%의 제품농도일 때이더라도, 탄산가스의 회수율은, 높은 경우이더라도 72% 정도이었다는 것이 개시되어 있다.
또한, 동 문헌의 6.7절에서는, 매립지에서 발생하는 가스로부터 메탄을 회수하는 PSA 프로세스가 해설되어 있다. 이것에 의하면, 종래의 메탄회수 PSA 프로세스에서는 90%이상의 회수율을 얻고자 하였을 때, 제품중의 메탄농도는 89%이었다는 것이 개시되어 있다.
한편, 일본국 특허공개 평성 6-182133호 공보는, 희가스의 고수율 회수정제방법 및 장치를 개시하고 있다. 본 발명은, 헬륨의 회수정제에 관한 발명이고, 종래 폐기되어 있던 PSA 프로세스로부터의 배기가스를 원료가스에 혼합하여 리사이클하면서 헬륨을 회수하기 때문에, 고수율을 얻을 수 있도록 하고 있다. 그러나, 본 발명에서는, 원료혼합가스의 회분처리가 되어 있기 때문에, 연속적인 원료혼합가스의 처리를 할 수 없었다.
또한, 일본국 특허공개 평성 10-273307호 공보에는,「챔버를 퍼지가스로 퍼지하여, 이것에 의해 희가스와 퍼지가스를 포함한 가스상 유출물을 생성시키는 것에 의해, 재사용을 위해 챔버로부터 회수한다. 퍼지가스는, 수소, 스팀, 암모니아, 이산화탄소, 일산화탄소, 산소 및 2∼6개의 탄소원자를 갖는 탄화수소로부터 선택하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 막분리, 응축, 흡착, 흡수, 결정화, 또는 이들의 조합에 의해서, 유출물로부터 희가스 흐름을 분리한다. 」가 개시되어 있다.
또한, 일본국 특허공개 평성 11-157814호 공보에는, 희가스 사용설비로부터 배출되는 희가스를 포함한 배기 가스의 회수계로의 흡수와 배출과의 전환조작에 관한 방법이 개시되어 있다. 그러나, 본 발명에서는, 회수한 후의 정제방법에 관해서는, 「흡착식 혹은 막분리방식 등을 사용할 수 있지만, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 니켈 등의 금속 혹은 합금을 사용한 게터식 정제장치가 바람직하다. 」 를 개시하고 있는 것에 불과하다.
일본국 특허공개 2000-171589호 공보에는, 방사성 희가스의 회수방법으로서, 천연제올라이트를 사용한 크립톤/크세논의 회수법이 개시되어 있다. 그러나, 본 발명에서는, 헬륨가스중의 희가스의 흡착량은 개시하고 있지만, 그 밖의 탈착, 회수, 재사용에 관한 개시는 없다.
일본국 특허공개 2000-26319호 공보는, 폴리올레핀 제조장치의 오프가스로부터 PSA 프로세스에 의해서 저급 탄화수소류를 회수하는 방법을 개시하고 있다. 본 발명에 있어서는, 높은 회수율을 얻기 위해서, 퍼지배기가스를 원료가스에 혼합하는 리사이클조작을 하고 있다. 그러나, 본 발명의 실시의 형태에 의하면, 저급탄화수소류 농도 99.9%일 때의 회수율은 약 90%이고, 10%가 회수되지 않고 있다.
이와 같이, 종래는, 혼합가스중의 특정성분을 PSA 프로세스에 의해서 고순도로, 95∼99% 이상의 고회수율로 연속적으로 회수하는 방법 및 장치는 없었다. 또한, 크립톤, 크세논에 관한 공표된 흡착데이터는 지극히 적다. 예를 들면, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 29, No.1, January 1969에는, 활성탄 및 제올라이트(5A)에 대한 크립톤의 25℃의 흡착데이터가 기재되어 있다. 이것에 의하면, 제올라이트(5A)에 비교하여 활성탄계 흡착제의 흡착량이 많은 것을 알 수 있다. 쉬운 흡착성분을 고순도의 제품으로서 회수하는 방법으로서는, 예를 들면 일본국 특허공개 평성 3-12212호 공보에 개시가 있고, 여기서는 흡착-세정-탈착의 3공정을 주요한 공정으로서 공기로부터 질소를 분리 회수하는 방법이 기재되어 있다.
상술한 크립톤에 관한 흡착데이터를 바탕으로 생각하면, 활성탄계 흡착제는, 불순물성분인 질소의 흡착량에 대하여 충분히 큰 크립톤 흡착량을 갖기 때문에, 일본국 특허공개 평성 3-12212호 공보의 방법은 적용가능하다고 생각된다. 그러나, 본 공보에 기재된 방법에서는, 제품의 고순도화에 다량의 세정가스를 사용하기 때문에, 제품이 높은 회수율은 바랄 수 없다.
즉, 종래의 방법에서는, 크립톤, 크세논과 같은 희가스를 취급하는 계에서 경제성을 충분히 높이는 것은 곤란하였다. 특히, 반도체 제조장치 등의 챔버 내를 질소가스에 의해서 퍼지하거나, 혹은 진공펌프에 의해서 흡인하는 것에 의해 회수한 혼합가스로서, 해당 혼합가스에 포함되는 희가스가 상술한 바와 같이 크립톤 혹은 크세논이고, 또한, 그 함유농도가 대강 25∼75% 인 혼합가스로부터 상기 희가스를 분리정제하고, 고가의 희가스를 회수하는 것에 있어서는, 종래 기술로서 받아들인 상기 선행기술로는 해결할 수 없어, 새로운 기술의 개발이 기다려지고 있었다.
이와 같이, 종래의 반도체 제조장치 등에 있어서는, 크립톤 혹은 크세논 등의 고가의 가스를 분위기가스로서 사용한 후, 외부에 방출하고 있었기 때문에, 분위기가스의 비용이 현저하게 비싸진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 해당 고가의 희가스를 반도체장치의 챔버로부터 회수하고, PSA 프로세스에 의해서 고순도, 또한, 95% 이상의 고회수율, 보다 기술적으로 고도인 99% 이상의 고회수율로 연속적으로 회수할 수 없었다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은, 반도체 제조장치 등의 분위기가스로서 사용되는 크립톤이나 크세논 등의 고가의 가스를 포함하는 혼합가스를 원료가스로서 PSA 프로세스에 의해 고가의 가스를 효율적으로 회수 정제할 수 있는 가스의 분리정제방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
[발명의 개시]
본 발명의 방법은, 고가의 가스를 포함하는 혼합가스를 원료가스로서 상기고가의 가스를 압력변동 흡착분리법에 의해 분리정제하는 방법으로서, 상기 압력변동 흡착분리법으로서, 평형흡착량차에 따라서 가스성분을 분리하는 평형형 압력변동 흡착분리법(Equilibrium PSA)과, 흡착속도차에 따라서 가스성분을 분리하는 속도형 압력변동 흡착분리법(Rate-dependent PSA)을 조합하는 것에 의해, 상기 고가의 가스를 분리정제하고 있다.
또, 본 발명방법은, 상기 원료가스를 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 배기가스로서 방출함과 동시에, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 제품가스로서 채취하고 있다. 특히, 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 평형형 압력변동 흡착분리법으로 순환시키고 재분리하고 있다.
또한, 상기 원료가스를 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 제품가스로서 채취함과 동시에, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 배기 가스로서 방출하고 있다. 특히, 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 속도형압력변동 흡착분리법으로 순환시키고 재분리하고 있다.
또한, 상기 원료가스를 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 배기가스로서 방출함과 동시에, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착부분을 상기평형형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 제품가스로서 채취하고 있다. 특히, 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 순환시키고 재분리하고 있다.
또, 상기 원료가스의 일부를 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 배기가스로서 방출함과 동시에, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 원료가스와 혼합하여, 상기 원료가스의 잔부를 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 제품가스로서 채취함과 동시에, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 원료가스와 혼합하고 있다. 특히, 상기 원료가스는, 승압하여 상기 평형형 압력변동 흡착분리법 및 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 각각 공급하여, 상기 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분 및 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분은, 승압 전의 원료가스와 혼합하고 있다.
본 발명의 장치는, 고가의 가스를 포함하는 혼합가스를 원료가스로서 상기 고가의 가스를 압력변동 흡착분리장치에 의해 분리정제하는 장치로서, 상기 압력변동 흡착분리장치로서, 평형흡착량차에 따라서 가스성분을 분리하는 평형형 압력변동 흡착분리장치와, 흡착속도차에 따라서 가스성분을 분리하는 속도형 압력변동 흡착분리장치를 구비하고 있다.
또, 본 발명의 가스의 분리정제장치는, 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치를 전단에, 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치를 후단에 직렬로 조합함과 동시에, 전단의 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치에는, 해당 평형형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 어려운 흡착성분을 배기가스로서 도출하는 경로와, 해당 평형형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 쉬운 흡착성분을 후단의 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에 도입하는 경로가 설치되고, 후단의 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에는, 해당 속도형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 어려운 흡착성분을 제품가스로서 도출하는 경로와, 해당 속도형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 쉬운 흡착성분을 전단의 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치의 원료가스 공급측에 순환시키는 경로가 설치되어 있다.
또한, 상기 원료가스를 분기시켜 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치와 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에 각각 공급하는 경로와, 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 쉬운 흡착성분을 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에 공급되는 원료공기에 혼합하는 경로와, 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 쉬운 흡착성분을 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치에 공급되는 원료공기에 혼합하는 경로를 구비하고 있다.
또한, 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치는, 흡착제로서 활성탄을 사용한다. 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치는, 흡착제로서 Na-A형 제올라이트 또는 카본모레큐러시브스를 사용한다. 상기 고가의 가스가 크립톤 및 크세논의 적어도 어느 일종이다.
본 발명에 의하면, 크립톤이나 크세논과 같은 고가의 가스를 분위기가스로서 사용하는 반도체 제조장치 등으로부터 배출되는 혼합가스중의 고가의 가스를, 고순도, 고회수율로 효율적으로 회수할 수가 있기 때문에, 반도체 제조장치 등에 있어서의 분위기가스의 비용을 현저히 저감할 수가 있다.
본 발명은, 가스의 분리정제방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 자세히는, 고가(高價)의 가스를 회수하여 정제하는 방법 및 장치로서, 특히, 반도체 제조장치 등에 분위기가스로서 사용되는 고가의 크립톤이나 크세논 등의 희가스를 회수하고 재이용하는데 최적인 가스의 분리정제방법 및 그 장치에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 가스분리정제장치의 제1 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 2는, 활성탄에 있어서의 크립톤, 크세논 및 질소의 흡착등온선도이다.
도 3은, 제올라이트(4A)에 있어서의 크립톤 및 질소의 흡착등온선도이다.
도 4는, 제올라이트(4A)에서의 크립톤 및 질소의 흡착속도를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 가스분리정제장치의 제2 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 6은, 본 발명의 가스분리정제장치의 제3 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 7은, 본 발명의 가스분리정제장치의 제4 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 8은, 본 발명의 가스분리정제장치의 제5 형태예를 나타내는 계통도이다.
도 9는, 본 발명의 가스분리정제장치의 제6 형태예를 나타내는 계통도이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
도 1은, 본 발명의 가스분리정제장치의 제1 형태예를 나타내는 계통도이다.
이 가스분리정제장치는, 고가의 가스로서의 크립톤이나 크세논을 회수하여 분리정제하기 위한 것으로서, 평형흡착량차에 따라서 가스성분을 분리하는 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)와, 흡착속도차에 따라서 가스성분을 분리하는 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)를 구비하고 있다.
상기 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)는, 크립톤이나 크세논을 쉬운 흡착성분으로 하고, 질소를 어려운 흡착성분으로 하는 흡착제, 예를 들면 활성탄을 충전한 복수의 흡착통(11a, 11b)과, 원료가스를 소정의 흡착압력에 압축하기 위한 압축기(12)와, 상기 흡착통(11a, 11b)을 흡착공정과 재생공정으로 바꾸기 위해서 소정위치에 설정된 복수의 밸브를 갖고 있다.
또한, 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)는, 크립톤이나 크세논을 어려운 흡착성분으로 하고, 질소를 쉬운 흡착으로 하는 흡착제, 예를 들면 Na-A형 제올라이트나 카본모레큐러시브스를 충전한 복수의 흡착통(21a, 21b)과, 도입가스를 공급하기 위한 압축기(22)와, 상기 흡착통(21a, 21b)을 흡착공정과 재생공정으로 전환하기 위해 소정위치에 각각 설치된 밸브를 갖고 있다.
여기서, 크립톤과 질소와의 혼합가스를 원료가스로 하여, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 흡착제로서 활성탄을, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)의 흡착제로서 Na-A형 제올라이트를, 각각 사용하는 것에 의해, 원료가스중의 크립톤과질소를 분리하여 크립톤을 정제하는 순서를 설명한다. 또, 양 장치에 있어서, 최초는 흡착통(11a, 21a)이 각각 흡착공정을 하고 있는 것으로 한다.
우선, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에 있어서, 원료가스 도입경로(31)로부터 도입되어 압축기(12)에서 소정압력에 승압된 원료가스는, 입구밸브(13a)를 통해 흡착통(11a)에 유입한다. 흡착통(11a, 11b)에 충전되어 있는 활성탄은, 도 2의 흡착등온선(온도 298K)에 나타내는 바와 같이, 크립톤(Kr)이나 크세논(Xe)에 비교해서 질소(N2)를 흡착하기 어렵기 때문에, 흡착통(11a)에 유입한 원료가스중의 쉬운 흡착성분인 크립톤이 우선적으로 활성탄에 흡착되고, 흡착되기 어려운 난(難)흡착성분인 질소가 흡착통(11a)의 출구끝단에서 출구밸브(14a)를 통해 1차 배기가스 방출경로(32)로 방출된다. 이 동안, 다른 쪽의 흡착통(11b)은 재생공정을 하고 있고, 흡착가스가 재생밸브(15b)로부터 방출되고, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)의 압축기(22)의 흡입측(1차측)경로(33)로 흐른다.
또, 흡착공정, 재생공정의 전환시에는, 통상의 PSA 프로세스와 마찬가지로, 균압밸브(16a, 16b)를 갖는 균압경로(17)를 사용한 균압조작이나, 재생공정시에 통출구 측에서 퍼지가스를 도입하는 퍼지재생조작을 할 수 있다.
흡착통(11a)내의 활성탄으로의 크립톤 흡착량이 한계에 달하고 통출구에서 크립톤이 유출하기 전에, 입구밸브(13a, 13b), 출구밸브(14a, 14b), 재생밸브(15a, 15b)가 전환 개폐되고 양 흡착통(11a, 11b)의 공정이 전환되어, 흡착통(11a)이 재생공정에, 흡착통(11b)이 흡착공정으로 된다.
재생공정에서는, 통내의 압력이 저하하는 것에 의해 활성탄에 흡착하고 있는 크립톤이 탈착하기 때문에, 재생공정에서 흡착통으로부터 경로(33)에 도출되는 가스는, 크립톤을 농축한 가스(1차 정제가스)가 된다. 이 1차정제가스는, 압축기 (22)에서 소정압력으로 승압한 후, 입구밸브(23a)를 통하여 흡착공정에 있는 흡착통(21a)으로 유입한다. 이 때, 경로(33)에는, 1차 정제가스의 농도나 유량을 균일화시키기 위한 버퍼탱크를 설치해 놓을 수 있다.
흡착통(21a, 21b)에 충전되어 있는 Na-A형 제올라이트, 소위 제올라이트(4A)는, 도 3의 흡착등온선에 나타내는 바와 같이, 흡착량은 크립톤(Kr)과 질소(N2)와는 같은 정도이지만, 도 4의 흡착속도 측정결과에 나타내는 바와 같이, 크립톤(Kr)이나 크세논(Xe)은 질소(N2)에 비교해서 흡착속도가 느리기(크세논은 흡착속도가 극단적으로 느리기 때문에 도 4에서는 난외(欄外)가 된다) 때문에, 흡착통(21a)에 유입한 1차 정제가스의 중의 흡착속도가 빠르고 흡착되기 쉬운 이(易)흡착성분인 질소가 제올라이트(4A)에 우선적으로 흡착되고, 흡착속도가 느리고 제올라이트(4A)에 흡착되기 어려운 난(難)흡착성분인 크립톤이 흡착통(21a)의 출구끝단으로부터 출구밸브(24a)를 통하여 2차 정제가스 도출경로(34)에 도출된다. 이 2차 정제가스 도출경로(34)에 도출된 가스는, 제품크립톤으로서 제품저장조(35)에 일시 저장 잔류된 후, 제품도출경로(36)를 통하여 사용 전에 공급된다. 도 4에 있어서의 세로눈금은, 어떤 온도에 있어서의 평형흡착량을 1로 하였을 때의 흡착가능잔량을 나타내고 있다.
흡착통(21a)이 흡착공정을 하고 있을 때, 흡착통(21b)은 재생공정을 하고 있다. 이 재생공정은, 재생밸브(25b)를 열어 흡착통(21b)내의 가스를 2차 배기가스 도출경로(37)로 방출하는 것에 의해 행할 수 있다. 여기서도, 흡착공정, 재생공정의 전환시에, 통상의 PSA 프로세스와 마찬가지로, 균압밸브(26a, 26b)를 갖는 균압경로(27)를 사용한 균압조작이나, 재생공정시에 통출구측에서 퍼지가스를 도입하는 퍼지재생조작을 할 수 있다.
흡착통(21a)내의 제올라이트(4A)로의 질소흡착량이 한계에 달하고 통출구로부터 질소가 유출하기 전에, 입구밸브(23a, 23b), 출구밸브(24a 24b), 재생밸브 (25a, 25b)가 전환 개폐되어 양 흡착통(21a, 21b)의 공정이 전환되어, 흡착통(21a)이 재생공정에, 흡착통(21b)이 흡착공정으로 된다.
재생공정에서는, 통내의 압력이 저하하는 것에 의해 제올라이트(4A)에서 탈착한 질소가 방출될 뿐만 아니라, 통내에 존재하는 1차 정제가스도 유출하기 때문에, 이 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)의 재생공정에서 배출되는 2차 배기가스에는, 상당량의 크립톤이 포함되어 있는 상태가 된다. 따라서, 2차 배기가스 도출경로(37)에 방출된 2차 배기가스를, 압축기(12)의 1차측에 순환시켜 원료가스와 혼합하여, 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에서 재분리를 하는 것에 의해, 2차 배기가스중의 크립톤을 1차 정제가스 중에 회수할 수가 있다.
또, 양 압력변동 흡착분리장치(10, 20)에 있어서, 흡착공정에서 흡착통으로부터 유출하는 어려운 흡착성분에 포함되는 쉬운 흡착성분의 농도는, 시간과 함께 증가하는 경향을 가지기 때문에, 결정된 흡착공정시간의 사이에 추출하는 어려운흡착성분의 양을 조정하는 것에 의해, 최종적으로 2차 정제가스 도출경로(34)로부터 채취하는 제품크립톤 중에 포함되는 불순물으로서의 질소량을 조정할 수 있기 때문에, 제품크립톤에 요구되는 순도와 경제성을 고려하면서 흡착공정시간이나 어려운 흡착성분 도출량을 결정하면 좋다.
도 5는, 본 발명의 가스분리정제장치의 제2 형태예를 나타내는 계통도이다. 또, 이하의 설명에 있어서, 상기 제1 형태예의 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
본 형태예에 나타내는 가스분리정제장치는, 상기 제1 형태예와 같은 평형형 염력변동 흡착분리장치(10)와 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)를 조합한 것으로서, 원료가스 도입경로(41)를, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)의 압축기(22)의 1차측 경로(33)에 설치한 예를 나타내고 있다. 즉, 속도형 압력변동 흡착분리장치 (20)를 전단에, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)를 후단에서 조합한 것이다.
원료가스 도입경로(41)로부터의 원료가스는, 압축기(22)에서 압축되어 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에 도입되어, 해당 장치(20)의 흡착통(21a, 21b)에 충전한 제올라이트(4A)에 의해서 어려운 흡착성분의 크립톤과 쉬운 흡착성분의 질소가 분리되고, 어려운 흡착성분의 크립톤이 정제가스 도출경로(34a)로부터 제품저장조(35)를 거쳐서 제품도출경로(36)에 의해 사용 전에 공급된다.
그리고, 이 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)로부터 1차 배기가스도출경로 (37a)에 도출된 1차 배기가스는, 압축기(12)에서 압축되어 평형형 압력변동 흡착분리장치(1O)에 도입되어, 해당 장치(1O)의 흡착통(11a, 11b)에 충전한 활성탄에 의해서 1차 배기가스중의 쉬운 흡착성분의 크립톤과 어려운 흡착성분의 질소가 분리되어, 어려운 흡착성분의 질소가 배기 가스방출경로(32a)로부터 배출된다.
한편, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 재생공정에서 재생밸브(15a, 15b )로부터 도출된 2차 정제가스는, 경로(37b)를 통하여 압축기(22)의 1차측 경로(33)로 흐르고, 상기 원료가스 도입경로(41)로부터 도입되는 원료가스와 혼합한 후, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에 도입되어 재분리된다.
도 6은, 본 발명의 가스분리정제장치의 제3 형태예를 나타내는 계통도로서, 상기 제1 형태예와 마찬가지로 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)와 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)를 조합함과 동시에, 원료가스 도입경로(51)를 2방향으로 분기하여, 한쪽의 경로(52)를 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 압축기(12)의 1차측에, 다른 쪽의 경로(53)를 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)의 압축기(22)의 1차측에, 각각 접속한 것이다.
즉, 원료가스의 일부는, 경로(52)로부터 2차 배기가스 도출경로(37)를 흐르는 2차 배기가스와 합류한 후, 압축기(12)에서 압축되어 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에 도입되어, 잔부의 원료가스는, 경로(53)를 통하여, 압축기(22)의 1차측 경로(33)를 흐르는 1차 정제가스, 즉 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 쉬운 흡착성분과 합류한 후, 압축기(22)에서 압축되어 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에 도입된다. 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)의 쉬운 흡착성분은, 2차 배기가스 도출경로(37)로부터 경로(52)의 원료가스에 혼합하여 순환한다.
도 7은, 본 발명의 가스분리정제장치의 제4 형태예를 나타내는 계통도로서,평형형 압력변동 흡착분리장치(10)와 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)를 조합하여, 양 흡착분리장치(10, 20)에 대하여 1대의 압축기(61)로부터 가스를 공급하도록 형성함과 동시에, 해당 압축기(61)의 1차측에 버퍼탱크(62)를 설치하고, 이 버퍼탱크(62)에, 원료가스 도입경로(63), 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 재생공정에서 도출되는 가스가 흐르는 경로(64), 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)의 재생공정에서 도출되는 가스가 흐르는 경로(65)를 각각 접속하여, 이들의 가스를 혼합한 상태에서 압축기(61)로부터 압력을 송출하도록 형성하고 있다.
즉, 원료가스 도입경로(63)로부터 버퍼탱크(62)에 유입한 원료가스는, 경로 (64, 65)로부터 유입하는 가스와 혼합하여 압축기(61)에 흡인되어, 경로(66)를 통하여 각 흡착분리장치(10, 20)의 흡착공정에 있는 흡착통에 도입된다. 또한, 각 흡착분리장치(10, 20)의 재생공정에 있는 흡착통으로부터 도출된 가스는, 상기 경로(64, 65)를 통하여 버퍼탱크(62)에 순환하여 재분리된다. 이와 같이 형성하는 것에 의해, 압축기의 설치대수를 삭감할 수가 있다.
도 8은, 본 발명의 가스분리정제장치의 제5 형태예를 나타내는 계통도로서, 상기 제1 형태예와는 반대로, 원료가스 공급측 전단에 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)를, 후단에 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)를 조합함과 동시에, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에 있어서의 쉬운 흡착성분을 제품으로서 채취하는 예를 나타내고 있다.
본 형태예에서는, 원료가스 도입경로(71)로부터 도입된 크립톤, 질소혼합가스로 이루어지는 원료가스는, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에서 제올라이트(4A)에 대하여 어려운 흡착성분인 크립톤이 흡착공정에서 출구밸브(24a, 24b)에서 1차 정제가스 경로(38)에 도출되고, 이 가스가 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에 도입되어 있다. 이 때, 흡착공정에서 도출되는 1차 정제가스는, 소정의 흡착압력으로 도출되기 때문에, 압축기에서 승압하지 않고 평형형 압력변동 흡착분리장치 (1O)에 도입하는 것이 가능하다.
평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에서는, 활성탄에 대하여 쉬운 흡착성분인 크립톤이 재생공정에서 흡착통으로부터 재생밸브(15a, 15b)를 통하여 2차 정제가스 도출경로(39)에 도출되고, 제품저장조(35)로부터 제품도출경로(36)를 통하여 사용 전에 공급한다.
또한, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 흡착공정에 있는 흡착통으로부터 도출되는 가스는, 출구밸브(14a, 14b)로부터 2차 배기가스 도출경로(37)에 도출되고, 압축기(22)의 1차측에 순환하여, 원료가스와 혼합하여 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에서 재분리된다. 그리고, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)의 재생공정의 흡착통으로부터 재생밸브(25a, 25b)를 통하여 도출되는 가스(질소)는, 1차 배기가스 방출경로(32)를 통하여 방출된다.
또, 2차 배기가스 도출경로(37)로부터 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에 순환하는 2차 배기가스는, 2차 배기가스 도출경로(37)에 설치한 압축기(도시하지 않음)에서 압축하고 나서 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에 도입하도록 하더라도 좋다. 또한, 제품도출경로(36)에는, 크립톤 압력송출용의 압축기를 필요에 따라서 설치할 수 있다.
상기 제2∼제5 형태예에 있어서도, 각 압력변동 흡착분리장치(10, 20)는, 상기 제1 형태예와 마찬가지로 하여 각 흡착통(11a, 11b, 21a, 21b)을 흡착공정과 재생공정으로 전환하여 크립톤과 질소를 연속적으로 분리하여, 원료가스중의 크립톤을 분리정제한다.
또, 상기 각 형태예에서는, 가장 간단한 원료가스조성으로서 크립톤과 질소와의 혼합가스를 예시하였지만, 크세논과 질소와의 혼합가스의 경우도 마찬가지로 하여 분리회수할 수가 있고, 크립톤과 크세논을 양쪽 다 포함하고 있더라도 좋다. 또한, 본 발명에서 분리정제 가능한 고가의 가스로서는, 순도가 높은 동위체를 포함하는 가스, 예를 들면,1H2, D2,3He,13CO, C18O2, C17O2,18O2,17O2, H2 18O2, H2 17O2, D2O,15N2,15N2O,15NO,15NO2, 등을 들 수 있다.
또한, 1차 배기가스로서 방출되는 가스, 즉 고가의 가스 이외의 가스로서, 산소, 수분, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 탄화수소류도, 상술한 질소와 마찬가지로 하여 고가의 가스로부터 분리할 수 있다. 또한, 원료가스의 도입위치는, 원료가스가 되는 혼합가스의 조성이나 유량 등의 조건에 따라서 적절하게 선택하면 좋다. 또한, 각 압력변동 흡착분리장치의 구성도 적절하게 선정할 수가 있어, 예를 들면 3통 이상의 다통식으로 하거나 할 수도 있다.
도 9는, 본 발명의 가스분리정제장치의 제6 형태예를 나타내는 계통도로서, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)와 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)를 조합한가스분리정제장치의 전단에, 전처리용 분리장치(80)를 설치한 예를 나타내는 계통도이다.
본 형태예는, 예를 들면, 마취가스로서 사용하는 크세논을 환자의 호기 중에서 분리정제하는 경우와 같이, 가스분리정제장치에 공급하는 혼합가스(원료가스)중에 비교적 다량의 수분이나 이산화탄소가 포함되고 있는 가스를 처리하는 데 적합하다.
전처리용 분리장치(80)는, 한 쌍의 흡착통(81a, 81b)과, 입구밸브(82a, 82b ), 출구밸브(83a, 83b), 재생가스 입구밸브(84a, 84b), 재생가스출구밸브(85a, 85b )를 갖는 것으로서, 흡착통(81a, 81b)내에는, 수분 및 이산화탄소를 제거하는 흡착제, 예를 들면 제올라이트나 카본모레큐러시브스 등이 충전되어 있고, 예를 들면 온도변동 흡착분리법에 의해, 원료가스중의 수분 및 이산화탄소를 분리하도록 형성되어 있다.
즉, 원료가스 도입경로(31)로부터의 원료가스는, 압축기(12)에서 압축된 후에 전처리용 분리장치(80)에 도입되어, 해당 전처리용 분리장치(80)에서 수분 및 이산화탄소가 제거되고 나서 가스분리정제장치의 평형형 압력변동 흡착분리장치 (10) 및 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에 순차 도입되어, 2차 정제가스 도출경로(34)에 도출된다. 이 2차 정제가스 도출경로(34)에 도출된 가스는, 제품크세논으로서 제품저장조(35)에 일시 저장 잔류된 후, 제품도출경로(36)로부터 사용 전에 공급된다.
이와 같이, 전처리용 분리장치(80)에서 수분이나 이산화탄소, 그 밖의 불순물성분을 미리 제거해 놓은 것에 의해, 각종 흡착제에 흡착하기 쉬운 수분 등이 가스분리정제장치의 계내에 축적하는 것을 방지할 수 있다. 또, 전처리용 분리장치 (80)를 설치하는 가스분리정제장치의 구성은 임의이고, 예를 들면, 상기 제1∼제5 형태예의 어느 쪽의 형식이더라도 좋다.
실시예 1
도 1에 나타내는 구성의 가스분리정제장치를 사용하여 희가스를 분리정제하는 실험을 하였다. 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)는, 안쪽지름 70 mm, 길이 1000 mm의 흡착통에 흡착제로서 활성탄을 1.7 kg 충전하여, 평형분리조작의 반사이클 시간은 420초, 흡착공정압력은 604 kPa, 재생공정압력은 102 kPa로 하였다. 또한, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)는, 안쪽지름 70 mm, 길이 1000 mm의 흡착통에 흡착제로서 제올라이트(4A)를 2.6 kg 충전하고, 평형분리조작의 반사이클시간은 300초, 흡착공정압력은 828 kPa, 재생공정압력은 102 kPa로 하였다.
이 가스분리정제장치에, 크립톤; 51.5%, 질소 48.5%의 혼합가스를 원료가스로 하여 유량 2 L/min (유량[L/min]은 0℃, 1기압 환산치, 이하 같음)로 도입하였다. 그 결과, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 1차 배기가스 방출경로(32)로부터 농도 97%의 질소가 1 L/min에서 방출되고, 2차 정제가스 도출경로(34)로부터는, 농도 99.9%의 크립톤을 1 L/min에서 채취할 수 있었다. 이 때, 2차 배기가스 도출경로(37)를 흐르는 2차 배기가스는, 크립톤 농도가 43%이고, 유량이 약 4 L/min 이었다.
실시예 2
도 5에 나타내는 구성의 가스분리정제장치를 사용하여 희가스를 분리정제하는 실험을 하였다. 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에는 흡착제로서 활성탄을 흡착통 1통당 2.0kg 충전하여, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에는 흡착제로서 제올라이트(4A)를 흡착통 1통당 5.0kg 충전하였다.
이 가스분리정제장치에, 크립톤 30%, 질소 70%의 혼합가스를 원료가스로 하여 2 L/min로 도입하였다. 그 결과, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 1차 배기가스 방출경로(32)로부터 농도 99.9%의 질소가 1.4 L/min로 방출되고, 2차 정제가스 도출경로(34)로부터는, 농도 99.9%의 크립톤을 0.6 L/min로 채취할 수 있었다. 이 때, 2차 배기가스 도출경로(37)를 흐르는 2차 배기가스는, 크립톤 농도가 37%이고, 유량이 약 9.4 L/min 이었다.
실시예 3
도 6에 나타내는 구성의 가스분리정제장치를 사용하여 희가스를 분리정제하는 실험을 하였다. 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에는 흡착제로서 활성탄을 흡착통 1통당 4.0 kg 충전하고, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에는 흡착제로서 제올라이트(4A)를 흡착통 1통당 4.0 kg 충전하였다.
이 가스분리정제장치에, 크립톤 70%, 질소 30%의 혼합가스를 원료가스로 하여 2 L/min로 도입하였다. 그 결과, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 1차 배기가스 방출경로(32)로부터 농도 99.9%의 질소가 0.6 L/min 로 방출되어, 2차 정제가스 도출경로(34)로부터는, 농도 99.99%의 크립톤을 1.4 L/min로 채취할 수 있었다. 이 때, 2차 배기가스 도출경로(37)를 흐르는 2차 배기가스는, 크립톤 농도가80%이고, 유량이 약 6 L/min 이었다.
실시예 4
도 7에 나타내는 구성의 가스분리정제장치를 사용하여 희가스를 분리정제하는 실험을 하였다. 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에는 흡착제로서 활성탄을 흡착통 1통당 3,0 kg 충전하고, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에는 흡착제로서 제올라이트(4A)를 흡착통 1통당 4.0 kg 충전하였다.
이 가스분리정제장치에, 크립톤 50%, 질소 50%의 혼합가스를 원료가스로 하여 2 L/min로 도입하였다. 그 결과, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 1차 배기가스 방출경로(32)로부터 농도 99.9%의 질소가 1.0 L/min로 방출되고, 2차 정제가스 도출경로(34)로부터는, 농도 99.99%의 크립톤을 1.0 L/min 로 채취할 수 있었다.
실시예 5
도 8에 나타내는 구성의 가스분리정제장치를 사용하여 희가스를 분리정제하는 실험을 하였다. 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)에는 흡착제로서 활성탄을 흡착통 1통당 3.0 kg 충전하고, 속도형 압력변동 흡착분리장치(20)에는 흡착제로서 제올라이트(4A)를 흡착통 1통당 4.0 kg 충전하였다.
이 가스분리정제장치에, 크립톤 50%, 질소 50%의 혼합가스를 원료가스로 하여 2 L/min로 도입하였다. 그 결과, 평형형 압력변동 흡착분리장치(10)의 1차 배기가스 방출경로(32)로부터 농도 99.9%의 질소가 1.0 L/min로 방출되고, 2차 정제가스 도출경로(34)로부터는, 농도 99.99%의 크립톤을 1.0 L/min 로 채취할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 고가의 가스를 포함하는 혼합가스를 원료가스로 하여 상기 고가의 가스를 압력변동 흡착분리법에 의해 분리정제하는 방법으로서, 상기 압력변동 흡착분리법으로서, 평형흡착량차에 따라서 가스성분을 분리하는 평형형 압력변동 흡착분리법과, 흡착속도차에 따라서 가스성분을 분리하는 속도형 압력변동 흡착분리법을 조합시킴으로써, 상기 고가의 가스를 분리정제하는 가스의 분리정제방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원료가스를 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하고, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 배기가스로서 방출함과 동시에, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 제품가스로서 채취하는 분리정제방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 순환시켜서 재분리하는 가스의 분리정제방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 원료가스를 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 제품가스로서 채취함과 동시에, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 배기가스로서 방출하는 가스의 분리정제방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 속도형 압력변동 흡착분리법으로 순환시켜서 재분리하는 가스의 분리정제방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 원료가스를 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 배기가스로서 방출함과 동시에, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 제품가스로서 채취하는 가스의 분리정제방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 상기 속도형 압력변동 흡착분리법으로 순환시켜서 재분리하는 가스의 분리정제방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 원료가스의 일부를 상기 평형형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 배기가스로서 방출함과 동시에, 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 원료가스와 혼합하여, 상기 원료가스의 잔부를 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 의해 쉬운 흡착성분과 어려운 흡착성분으로 분리하여, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 어려운 흡착성분을 제품가스로서 채취함과 동시에, 해당 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분을 상기 원료가스와 혼합하는 가스의 분리정제방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 원료가스는, 승압하여 상기 평형형 압력변동흡착분리법 및 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 각각 공급하여, 상기 해당 평형형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분 및 상기 속도형 압력변동 흡착분리법에 있어서의 상기 쉬운 흡착성분은, 승압 전의 원료가스와 혼합하는 가스의 분리정제방법.
  10. 고가의 가스를 포함하는 혼합가스를 원료가스로 하여 상기 고가의 가스를 압력변동 흡착분리장치에 의해 분리정제하는 장치로서, 상기 압력변동 흡착분리장치로서, 평형흡착량차에 따라서 가스성분을 분리하는 평형형 압력변동 흡착분리장치와, 흡착속도차에 따라서 가스성분을 분리하는 속도형 압력변동 흡착분리장치를 구비하고 있는 가스의 분리정제장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치를 전단에, 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치를 후단에서 직렬로 조합함과 동시에, 전단의 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치에는, 해당 평형형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 어려운 흡착성분을 배기가스로서 도출하는 경로와, 해당 평형형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 쉬운 흡착성분을 후단의 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에 도입하는 경로가 설치되고, 후단의 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에는, 해당 속도형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 어려운 흡착성분을 제품가스로서 도출하는 경로와, 해당 속도형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 쉬운 흡착성분을 전단의 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치의 원료가스 공급 측에 순환시키는 경로가 설치되어 있는 가스의 분리정제장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 원료가스를 분기시켜 상기 평형형 압력변동흡착분리장치와 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에 각각 공급하는 경로와, 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 쉬운 흡착성분을 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에 공급되는 원료공기에 혼합하는 경로와, 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치에 있어서의 쉬운 흡착성분을 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치에 공급되는 원료공기에 혼합하는 경로를 구비하고 있는 가스의 분리정제장치.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평형형 압력변동 흡착분리장치는, 흡착제로서 활성탄을 사용하는 가스의 분리정제장치.
  14. 제 10항 또는 제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 속도형 압력변동 흡착분리장치는, 흡착제로서 Na-A형 제올라이트 또는 카본모레큐러시브스를 사용하는 가스의 분리정제장치.
  15. 제 10항 또는 제 11 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고가의 가스가 크립톤 및 크세논의 적어도 어느 한가지인 가스의 분리정제장치.
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