JP2001062238A - 空気浄化方法及び装置 - Google Patents

空気浄化方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 浄化対象空気からCO２及び／又は水分だけで
なく、一酸化二窒素、エチレン及び／又はプロパン等の
微量ガス成分も高い除去率で確実に除去することがで
き、エネルギー消費面でも好適に操業することができる
加熱再生吸着法による空気浄化方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 吸着サイクルでは浄化対象空気を第１温
度T１で第１の吸着材を収容した第１吸着帯と第２の吸
着材を収容した第２吸着帯とに順次通流する。再生サイ
クルでは再生ガスを第１温度より高温の第２温度T２で
第１吸着帯に導入する。第１吸着帯内では水蒸気及び／
又は二酸化炭素がほぼ完全に除去される。第２吸着帯は
窒素を強く結合する金属イオンを含有した吸着材を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水分、二酸化炭
素、一酸化二窒素、エチレン及び／又はプロパン等の不
純物を加熱再生吸着法（TSA：温度スイング吸着法）に
よって除去する空気浄化方法及び装置、更には深冷空気
分離設備におけるその使用とそれに適合した深冷空気分
離設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の空気浄化方法は、一般には深冷
空気分離用原料空気の浄化に利用されており、その場
合、大気から取り入れられた原料空気は圧縮されてから
浄化設備に供給されている。浄化設備で浄化された清浄
空気は、冷却後に少なくとも一部が深冷空気分離設備の
精留塔に導入される。
【０００３】従来、浄化設備で採用されている加熱再生
吸着法では、吸着サイクル中の温度Ｔ１よりも高い温度
Ｔ２で再生ガスを吸着材に通流することにより、吸着サ
イクル中に吸着材に捕集された不純物を再び離脱させて
いる。この温度差Ｔ２−Ｔ１は少なくとも30Kであり、
例えば30〜250K、好ましくは80〜180Kの範囲内である。
この再生吸着サイクルは少なくとも一対の切替可能な容
器内で行われ、例えばドイツ公開特許第2064137号公報
に述べられているように、各容器は交互にラインに接続
され（吸着サイクル）、或いは切り離される（再生サイ
クル）。一般的な吸着温度は5〜35℃、好ましくは7〜20
℃である。
【０００４】空気分離設備の精留塔低温部分の上流で空
気を予め浄化するために、交互に80〜250℃で加熱再生
される対構成の吸着器（分子篩ステーション）を用いる
ことは従前より良く知られた技術である（例えばドイツ
公開特許第2064137号公報）。この場合、主に水分及びC
O２と、更に液体酸素(LOX)中で高い潜在的な危険性をは
らむアセチレン(C２H２)とが分離される。1970年以前は
未だ分子篩は吸着器として工業的規模では利用されてお
らず、それに代って同様の効果を得る手段として複数の
シリカゲル吸着器を周囲温度（水分の除去）、或いは19
0K（CO２除去）から液体酸素中の炭化水素を分離するた
めの90K（LOX吸着材）に至る種々の温度で運転してい
た。ところで、過去30年間で世界的に化石燃料の燃焼が
強まったことから深冷空気分離設備の操業上の安全面で
危惧すべき上記以外の微量ガス成分も大気中に多く蓄積
されてきており、これら微量ガス成分もやはり深冷分離
の前または深冷分離中の適当な段階で効率的に除去しな
ければならない状況になりつつあるこれら微量ガス成分
とは、NｘOｙ化合物、特にN２O（0.3〜0.5Vppm）、及び
エチレンやプロパン等の不飽和炭化水素（0.02〜0.1Vpp
m）であり、一部には飽和炭化水素も含まれる。これら
微量ガス成分が効率的に除去されないと、LOX循環路
内、特に酸素蒸発部位の凝縮器内で閉塞と凝塊を生じる
ことがあり、ここに重大な潜在的危険性をはらんでい
る。
【０００５】アルゲル（活性アルミナ）及び／又は１３
Ｘ分子篩（ゼオライト）からなる充填層を用いた通常の
TSAプロセスは、充填層寿命内で経済上の理由からCO２
の除去に向けられており、典型的な切替時間は2〜8hr、
好ましくは約5hrである。比容量が著しく小さいガス成
分を除去する場合は不可避的に短い切替時間とするが、
その場合は一層多くの再生ガスが必要となり（熱もそれ
相応に一層短い時間内で吸着器内に伝えられなければな
らない）、また容器内及び配管内の圧損が高くなるので
一層多くの再生エネルギーが必要となる。一般に使用さ
れている種類の13X分子篩（NaX）の場合、分子篩ステー
ションの比容量（装入量と気相濃度との比）は作動条件
が6〜10barで5〜20℃のときにN２Oとプロパンがそれぞ
れ35％、エチレンが60％（それぞれCO２に対する比容量
で比較）である。従って、CO２減少率が１：10６の通常
の操作条件の場合、吸着保持率はN２OとC３H８が60〜80
％、C２H４が70〜90％であるにすぎない。確実な操業に
必要な95％を超える吸着保持率は運転時間を半分にした
ときに初めて達成されるが、その場合、実際には該当す
ることが希ではあるが仮にプロセス内の再生ガス流量を
増加できるとしても、操業コストは約30％増となること
を覚悟する必要がある。
【０００６】このような微量ガス成分の問題に対する公
知の解決策は、例えばヨーロッパ公開特許第862938号公
報及びドイツ公開特許第3702190号で知られているよう
に、再生ガス加熱器を用いることなく圧力スイング(PS
A)のみによって再生可能な短時間吸着器を用いる方式で
ある。この方式の特徴は、比装入量をCO２では係数５だ
け、また充分に結合されたCO２よりも温度低下に鈍感な
反応性の微量成分では係数２だけ低減することにある。
典型的な運転時間は2〜25分で変動的である。個々の成
分に対する容量低下の違いから、CO２、N２O/C３H８、
及びC２H４はそれぞれほぼ等しく良好に吸着保持される
こととなり、それぞれ99％の保持率が達成可能である。
しかしながらこの方式は、低温度域で水分を離脱させる
ことからTSA法に比べて2.5倍の再生ガスを必要とし、一
層頻繁な切替を要するので切替損失が数倍となり、圧縮
機も10％高い出力のものを必要とする。またこの方式で
は、再生プロセスに対する製品空気の利用がなされない
ので、例えば空気分離設備から余剰窒素を提供すること
のできるO２精留設備に関してだけ問題となる。しかしP
SA法の別の重大な欠点は、低温再生時における装入空気
の残留量によってTSA法に比べてCO２減少率が本質的に
劣ることにある。即ちCO２減少率は１：10６から１：10
３前後の値に低下し、製品空気はCO２含有濃度0.1〜1Vp
pm程度の低純度のものしか得られない。これは、例えば
空気処理量300,000Nm３/hrの大型空気分離設備の場合、
プロセスの低温部分では１日当り10kgのCO２量で運転さ
れることを意味する。その場合、コールドボックスに至
る主熱交換器内の閉塞を回避するために除霜操作を一層
頻繁に行う必要がある。これに対してTSAシステムで
は、ガス流に問題なく随伴可能な量として１日当り0.01
kgのCO２が流れるだけである。
【０００７】上述の微量ガス成分の問題に対する別の解
決策は、LOXからN２Oを濾別するために付加的にシリカ
ゲルによるLOX吸着器を追加することである。しかしな
がらこの場合は、設計コストの他に再生時の大きな温度
変化によって特にLOXの損失が発生し、しかも高価な材
料であるキセノンの一部がやはり再生ガス中に失われる
欠点が避けられない。更に、LOX及びN２Oの処理に適合
する殆どの吸着材は炭化水素に対して僅かな容量を示す
だけである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、浄化対象の空気からCO２及び／又は水分だけでな
く、例えば浄化後の清浄空気を深冷空気分離設備などの
原料空気として利用する場合にプロセスの安全上で重要
な除去対象となる一酸化二窒素、エチレン及び／又はプ
ロパン等の微量ガス成分も高い除去率で確実に除去する
ことができ、その際にエネルギー消費の面でも格別好適
に操業することができる加熱再生吸着法による空気浄化
方法及び装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば請求項１に記載の空気浄化方法によって解決され
る。すなわち、本発明の空気浄化方法は、水分、二酸化
炭素、酸化窒素、エチレン及び／又はプロパン等の不純
物を対象に加熱再生吸着法によって空気を浄化するに際
し、吸着サイクルにおいて浄化対象の空気を第１の温度
Ｔ１に維持して第１の吸着材を収容した第１吸着帯と第
２の吸着材を収容した第２吸着帯とに順次通流し、再生
サイクルにおいて再生ガスを第１の温度よりも高い第２
の温度Ｔ２で第１吸着帯に導入し、第１吸着帯内で前記
空気から水蒸気及び／又は二酸化炭素をほぼ完全に除去
すると共に、前記第２吸着帯には窒素を強く結合する金
属イオンを含有した吸着材を用いることを特徴とするも
のである。本発明の特に有利な変形形態は請求項２〜５
に記載された通りである。尚、本明細書において「ほぼ
完全に除去」という言葉は、浄化対象空気中の除去対象
ガス成分の少なくとも80％、好ましくは少なくとも90
％、最も好ましくは少なくとも95％或いは少なくとも99
％を吸着材に吸着保持させて除去することを意味する。
【００１０】本発明によれば、不純物除去のための互い
に異なる分離機能が少なくとも２つの吸着帯に分けて課
されており、各吸着帯は各々の不純物分離の課題に合わ
せた特異な吸着材をそれぞれ装備し、このような複数の
吸着帯に浄化対象の空気が順に貫流される。第１及び第
２吸着帯は、上下二段配置の２つのベッドによって実現
することができる。これに代えて、第２吸着帯は第１吸
着帯を収容した容器に管路を介して結合された別の容器
内に配置することもできる。これらいずれの実施形態に
おいても、第２吸着帯は第１吸着帯と一緒に加熱再生を
行うことが可能である。別の実施形態として、第１と第
２の吸着帯の再生操作を互いに独立して行うこともで
き、その場合、例えば第２吸着帯の再生温度を第１吸着
帯の再生温度とは別の温度としてもよく、或いはこれら
吸着帯に対して温度スイングに代わって圧力スイングを
利用した脱離操作を適用することも可能である（PSA−
圧力スイング吸着）。
【００１１】第１吸着帯には、例えばアルゲル、シリカ
ゲル、及び／又は13X等の無置換型ゼオライト等の従来
公知の吸着材を装填することができる。第１吸着帯はそ
れ自体を２層に構成することもでき、この場合、第２吸
着帯と合わせて全体が３層構造となる。第１吸着帯が第
１吸着層と第２吸着層の２層構造からなる場合、例えば
浄化対象空気は先ず初めに水蒸気を除去するアルゲル又
はシリカゲルからなる第１吸着層に通し、次に二酸化炭
素を特に強力に吸着するゼオライト（例えばCaX）から
なる第２吸着層に通し、しかる後、第２吸着帯へと導く
ことが好ましい。
【００１２】第２吸着帯には、窒素を強力に結合する吸
着材が使用される。ここで「窒素を強力に結合する」と
言う意味は、水分及び／又は二酸化炭素を除去して空気
を浄化するのに通常使用される慣用の吸着材よりも、ガ
ス流からの吸着によって元素窒素を比較的大きな度合で
除去する材料の特性を指す。強窒素反応性金属イオン、
即ち窒化物形成金属イオンを吸着材に添加すると、窒素
装入許容量は未添加材料に比べて例えば係数２、少なく
とも1.5、好ましくは係数2.5だけ高くなる。
【００１３】例えば、種々の吸着材の０℃におけるN２
に対する典型的な比吸着容量は以下の通りである（単位
は Nl/kg bar）。 アルゲル／シリカゲル ： 0.5〜2 活性炭 ： 9 NaX型ゼオライト13X分子篩： 11 CaA型5A分子篩 ： 20 CaX型分子篩 ： 28
【００１４】本発明で言う窒素を強く結合する吸着材と
は、比吸着容量が０℃において少なくとも約18 Nl/kg b
arの値を示す材料である。ここで、吸着温度は容量に影
響するので、吸着温度を明示することは材料を比較する
ための基準量として重要である。この種の材料は、例え
ば吸着による窒素・酸素分離の面からはそれ自体公知の
ものである。
【００１５】本発明による空気浄化方法は、空気から主
要成分、すなわち特に窒素を（も）製造する空気分離設
備の上流で好適に利用され得るものであるが、その製品
として望まれている窒素成分をまさに特に効率的に吸着
保持する吸着材を浄化段で使用することは一見したとこ
ろあまり有意義ではないように思えるかも知れない。し
かしながら、長い運転時間の結果としての窒素の損失量
は、窒素を強く結合する吸着材の場合でも依然として0.
2〜0.5％の範囲内であり、これは約20％の典型的な再生
ガス損失量に比べて無視し得るほどに小さいことを考慮
すれば取るに足らないことである。
【００１６】本発明において、上述のように窒素を強く
結合する吸着材は、一酸化二窒素、エチレン及びプロパ
ンも特に効率的に吸着することが確認されている。その
理由は直接的には明白ではなく、というのも、一酸化二
窒素等の窒素化合物の分子特性は元素窒素の分子特性と
の類似性を条件付きで有するにすぎず、エチレンやプロ
パン中には窒素原子がまったく存在していないからであ
る。考えられる説明としては、分子中の化学的多重結合
が吸着材中の極性金属核に対する反応性を本質的に高め
るという共通的な特性に行き着くかも知れないが、本発
明はこのような理論に結び付けられてはいないものと推
察される。
【００１７】即ち、本発明においては、第２吸着帯が微
量ガス成分に特異的に整合された吸着材を装備してい
る。特にCaX、Ca置換NaX材料がこれに適している。これ
らの吸着材は、例えば13X分子篩吸着材に比べてN２Oに
対する比吸着容量が５倍高く、炭化水素に対する容量は
２倍も高い。
【００１８】ここで、これらの吸着材はある種の欠点を
有していることは従来から知られており、例えばCO２に
対する吸着容量は13X分子篩吸着材に比べて80％前後の
値の低容量である。別の深刻な欠点として、理論速度が
１オーダー劣っていることが挙げられ、局部吸着フロン
トが極めて広がっていることから利用可能な運転時間は
13X分子篩吸着材に比べて60％前後に層とする短さであ
る。また13X分子篩と同じ使用法の場合、CO２減少率は
1：10３前後の低い値であり、PSA法（前述参照）の場合
と同じ比率が達成できるにすぎない。しかも、置換形吸
着材はかなり高価で製造に一層コストがかかり、液体水
分に対する安定性も低い。つまり、これらの吸着材は深
冷空気分離設備の上流で大気から取り込んだ原料空気を
浄化するための吸着材としてはむしろ不適であると考え
られていたのである。
【００１９】本発明においては、個々の除去対象ガス成
分に対しそれぞれ極めて特異的な性質を有する複数種の
吸着材を使用するものであり、単一の汎用吸着材のみを
使用することはない。このような複数種の吸着材は、吸
着反応域内の部位に応じて当該成分の濃度が高くなるよ
うな箇所にそれぞれ最適な種類の吸着材が存在するよう
に、吸着器内に最適な配置で積層しておくことができ
る。例えば、H２O、C５ ＋、SOｘ、NO、NO２、N２O３、
高位窒素酸化物及び酸性成分を除去する活性アルミナ
（アルゲル）を第１層として空気流入口側に設けること
ができる。それに代えて、シリカゲルまたは13X分子篩
吸着材も検討に値する。更にCO２とC２H２、C ３H６とC
４＋、そしてC２H４及びC３H８の大部分を除去する従来
の分子篩も第２層として適している。これら第１層及び
第２層は、第１吸着帯の内部の２つの部分吸着帯を形成
する。最後に、N２OとC２H４及びC３H８の残りを除去す
る第２吸着帯が第３層として続く。この第２吸着帯の吸
着材は主にCaA（5A型）及び／又はCaX等のCa置換Na型ゼ
オライトであるが、Li、Ti及び／又はBo添着型ゼオライ
ト及び／又はゲルの使用も可能である。以上のような積
層構造の他に、有効性は僅かに劣るが、上側２つの分子
篩の領域で上記両方の材料からなる混合充填層又は両方
の種類の混晶（複合体）からなる吸着材を利用すること
もできる。
【００２０】本発明においては、非特異的な汎用吸着材
を念頭に置いてCO２分離に最適な13X分子篩充填層の利
用を放棄するものではなく、例えば従来から定評のある
TSA動作形の分子篩ステーションでも、それに前記微量
ガス成分に極めて特異的な吸着特性を示す吸着層、例え
ばCa、Li、Ti及び／又はBoを純粋に添着又は混合添着し
たＡ又はＸ材料やシリカライトからなるゼオライト層を
単に付け加えるだけで、この分子篩ステーションを付加
的にN２O、C２H４及びC３H８を吸着保持する吸着器とし
て使用することが可能である。この場合、例えばCa-Na
置換比率はCaXとCaA吸着材で20〜100％Ca、好ましくは7
0％Caであり、Li、Ti及びBoでの置換添着は50〜100％の
範囲内、好ましくは90％である。この場合、Ca置換型ゼ
オライト及び／又はCa添着シリカライトからなる層は第
２吸着帯を形成し、従来の分子篩ステーションは本発明
で言う第１吸着帯を形成する。
【００２１】N２O及び炭化水素活性層を採用すると、空
気分離設備の低温部の上流で定評あるTSA技術で前述の
微量ガス成分を効率的に除去することができ、それによ
り空気分離設備全体の信頼性を著しく高めることができ
る。N２O、C２H４及びC３H８用の補助層に限定すれば、
ごく安価な5A型吸着材などのCO２容量のあまり高くない
吸着材でも使用できる。また高価な添着Ｘ型ゼオライト
を使用する場合でも、充填層の僅かな部分だけを係る高
価な吸着材で構成すればよいので、固有の構成によるコ
ストの上昇は甘受され得る程度で済む。更に、CO２の吸
着に最適な13X吸着材層を残しておくことにより、CO２
濃度の減少により達成される損害発生の防止効果が確実
に保証される。このように僅かな補助層を被着すること
によって既存の設備でも簡単且つ経済的に本発明による
機能を追加装備することができ、吸着器の大部分に実証
済みの標準的な吸着材を利用可能であることは本発明の
特に優れた利点である。
【００２２】本発明において、上述のような種々の吸着
材は、上下配置の積層構造（横型吸着器）として、或い
はまた径方向に空気を貫流させる同軸環状積層充填層
（ラジアル形吸着器）として種々の形式の吸着器を構成
することができる。本発明で利用するのに適した吸着層
の配置は、例えばリンデ科学技術報告(LINDE-Berichtea
us Technik und Wissenschaft)71/1994、8〜12頁に収録
された本発明者による論文「空気分離設備内の吸着乾燥
装置の構造」並びにドイツ特許公開第3243656号公報、
ヨーロッパ特許公告第102783号公報、ドイツ特許公開第
19600549号公報、ドイツ特許登録第19735389号公報など
に記載されている。また、N２O、C２H４、C３H８用の第
２吸着帯は、それを別の容器内に収容した場合は加熱器
なしに再生可能である。
【００２３】本発明は更に、上記空気浄化方法を実施す
るための装置も提供し、また係る方法及び装置の深冷空
気分離設備における使用も提供する。
【００２４】すなわち、本発明に従って水分、二酸化炭
素、酸化窒素、エチレン及び／又はプロパン等の不純物
を対象に加熱再生吸着法によって空気を浄化する装置
は、水蒸気及び／又は二酸化炭素を優先的に結合する第
１の吸着材を収容した第１吸着帯と、窒素を強く結合す
る金属イオンを含有する第２の吸着材を収容した第２吸
着帯と、再生ガス管路によって第２吸着帯及び／又は第
１吸着帯に接続された加熱装置とを備えたことを特徴と
する。
【００２５】本発明による空気浄化方法及び空気浄化装
置を深冷空気分離設備において使用するには、第２吸着
帯からの浄化された清浄空気の少なくとも一部を冷却し
て原料空気として精留塔に供給する。
【００２６】この場合、空気分離設備は、少なくとも１
つの精留塔と、本発明による空気浄化装置の第２吸着帯
から熱交換器を介して前記精留塔へ通じる原料空気管路
とを備えていればよい。
【００２７】本発明の上述及びそれ以外の特徴と利点を
理解するために、本発明の好適な実施の形態を実施例及
び添付図面と共に説明すれば以下の通りである。
【００２８】
【発明の実施の形態】先ず初めに、比較例としての従来
技術による空気浄化方法の一例と、本発明による空気浄
化方法の第１実施例及び第２実施例を説明する。尚、こ
れら３つの例では以下の通りに互いに異なる吸着材充填
層構造の吸着器を使用して実施している。
【００２９】例（１）従来技術による比較例：活性アル
ミナ（アルゲル）及びNaX型ゼオライト（13X分子篩）か
らなる円筒形積層充填層を上下に配置して軸方向に空気
を貫流させる分子篩ステーション。
【００３０】例（２）本発明の第１実施例：例（１）に
よる13X分子篩の上側充填領域をCaA型ゼオライト（5A分
子篩吸着材）に取り替えた分子篩ステーション。
【００３１】例（３）本発明の第２実施例：例（１）に
よる13X分子篩の上側充填領域をCaX型ゼオライト（86％
カルシウム置換形13X分子篩）に取り替えた分子篩ステ
ーション。
【００３２】いずれの例の吸着器にも共通する実施条件
は以下の通りである。
【００３３】 装入空気： 流量 21,500 Nm３/hr、圧力 6.0 bar(a)、 温度T１ 12.5℃、 分子篩ステーション切替時間 7.0 hr
【００３４】 再生ガス： 流量 4,400 Nm３/hr、加熱温度T２ 185℃、 冷却温度 17℃、圧力 1 Bar(a)、 加熱／冷却時間：2.2hr／4.2hr、 圧力スイング時間 0.6 hr
【００３５】 微量ガス成分含有量：H２O 2450 Vppm CO２ 370 Vppm N２O 0.35 Vppm C３H８ 0.08 Vppm SOｘ 0.07 Vppm NOｘ 0.05 Vppm C２H４ 0.04 Vppm C２H２ 0.02 Vppm C３H６ 0.02 Vppm C４＋ 0.02 Vppm
【００３６】 非分離微量ガス成分：Ne 18 Vppm CH４ 2 Vppm H２ 0.6 Vppm CO 0.3 Vppm Kr 0.3 Vppm C２H６ 0.1 Vppm Xe 0.08 Vppm （これらの成分は、いずれの例においても10％未満が保持されるが、空気分離設 備の操業安全上の危険因子ではない。尚、希ガスの保持は望ましくない。）
【００３７】 吸着材充填層： 例（１） 2,000 kg（＝200 mm）アルゲル 7,000 kg（＝900 mm）13X分子篩 例（２） 2,000 kg（＝200 mm）アルゲル 5,300 kg（＝680 mm）13X分子篩 1,900 lg（＝220 mm）5A分子篩 例（３） 2,000 kg（＝200 mm）アルゲル 5,200 kg（＝680 mm）13X分子篩 1,800 kg（＝220 mm）CaX分子篩
【００３８】容器直径（いずれも）4,000 mm
【００３９】 各例による吸着率： 例（１） H２O >99.99999 ％ CO２ 99.9997 ％ C２H２、C３H６、C４＋、NOｘ（N２Oなし）、SOｘ、各99.9 ％ N２O 70 ％ C３H８ 73 ％ C２H４ 82 ％ 例（２） H２O >99.99999 ％ CO２ 99.995 ％ C２H２、C３H６、C４＋、NOｘ（N２Oなし）、SOｘ、各99.9 ％ N２O 92 ％ C３H８ 88 ％ C２H４ 93 ％ 例（３） H２O >99.99999 ％ CO２ 99.999 ％ C２H２、C３H６、C４＋、NOｘ（N２Oなし）、SOｘ、各99.9 ％ N２O 98 ％ C３H８ 94 ％ C２H４ 97 ％
【００４０】例（１）、例（２）、そして例（３）にお
いて、出口空気における危険成分の平均含有量は以下の
表１に示す通りの結果となった。
【００４１】
【表１】
【００４２】図１は本発明の第２実施例（３）の装置構
成を略示する系統図である。図１において、大気から取
り入れられた空気は管路１から濾過器２を介して主空気
圧縮機３によって吸引される。圧縮機３からの圧縮空気
５は、冷却器４で再冷却され後、水分分離器６に流入
し、この水分分離器からは液体水分７が取出される。液
体水分を除去された空気８は、２つの容器１１０、１１
１からなる空気浄化装置１００に送られる。空気浄化装
置１００は、弁１０１〜１０８の切換操作によって容器
１１０と１１１のいずれか一方が空気８で負荷される
（吸着サイクル）間に、他方の容器が内部の吸着材を再
生する（再生サイクル）ことができるように二つの容器
を交互に運転するようになっている。
【００４３】浄化された空気９は主熱交換器１０に供給
され、そこで図示しない深冷空気分離設備からの低温の
還流と間接熱交換により精留温度にまで冷却され、最終
的に管路１１を介して少なくとも一部が深冷空気分離設
備の精留塔に供給される。
【００４４】吸着材の再生ガスには深冷空気分離設備か
らの残留ガス１２が利用され、このガス１２は主熱交換
器１０内でほぼ周囲温度に加温されてから、更に加熱器
１３内で再生サイクルのための加熱温度T２に加熱され
る。このようにして高温となった再生ガスは管路１４を
介して再生サイクルの加熱段階（高温パージ）にある方
の容器１１０または１１１に流入する。再生サイクルで
生じる残留ガスは空気浄化装置１００の下部から管路１
５を介して大気中に放出される。
【００４５】例えば或る時点では容器１１０が吸着サイ
クルにあり、このとき弁１０１と１０５は開いており、
弁１０２と１０６は閉じている。
【００４６】その際、容器１１１は再生サイクルにあ
る。次いで以下のような様々な段階が順次実行される。
即ち、減圧段階（弁１０４のみ開）、高温パージ段階
（付加的に弁１０８が開、加熱器１３が作動）、低温パ
ージ段階（加熱器オフ）、昇圧段階（弁１０３のみ開）
である。
【００４７】その後、容器が切替えられると、容器１１
１が吸着サイクル、容器１１０が再生サイクルになり、
以下同様に交互の動作が繰り返される。
【００４８】図１において空気浄化装置１００の部分に
添え書きした符号ａ、ｂ、ｃは、以下の通りの両方の容
器内の３つの吸着材充填層を表している。 ａ：アルゲル ｂ：13X分子篩 ｃ：CaX分子篩
【００４９】この実施例において、層ａと層ｂは本発明
で言う第１吸着帯を形成し、層ｃは第２吸着帯を形成し
ている。変形例として、第１吸着帯（ａ＋ｂ）は単層に
構成し、例えばアルゲル又は13X分子篩で構成してもよ
い。
【００５０】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
浄化対象の空気からCO２及び／又は水分だけでなく、例
えば浄化後の清浄空気を深冷空気分離設備などの原料空
気として利用する場合にプロセスの安全上で重要な除去
対象となる一酸化二窒素、エチレン及び／又はプロパン
等の微量ガス成分も高い除去率で確実に除去することが
でき、その際にエネルギー消費の面でも格別好適に操業
することができる。
【００５１】特に本発明において吸着材としてN２O及び
炭化水素活性層を採用すると、空気分離設備の低温部の
上流で定評あるTSA技術によって微量ガス成分を効率的
に除去することができ、それにより空気分離設備全体の
信頼性を著しく高めることができる。また、N２O、C２H
４及びC３H８用の補助層に限定すれば、ごく安価な5A型
吸着材などのCO２容量のあまり高くない吸着材でも使用
でき、また高価な添着Ｘ型ゼオライトを使用する場合で
も、充填層の僅かな部分だけを係る高価な吸着材で構成
すればよいので、固有の構成によるコストの上昇は許容
範囲内で済む。更に、CO２の吸着に最適な13X吸着材層
を残しておくことにより、CO２濃度の減少により達成さ
れる損害発生の防止効果が確実に保証される。このよう
に僅かな補助層を被着することによって既存の設備でも
簡単且つ経済的に本発明による機能を追加装備すること
ができ、吸着器の大部分に実証済みの標準的な吸着材を
利用可能であることは本発明の特に優れた利点である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による空気浄化装置の構成を
略示する系統図である。
【符号の説明】 １：装入空気 ３：主圧縮機 ４：冷却器 ６：水分分離器 １０：主熱交換器 １００：空気浄化装置 １０１〜１０８：弁 １１０：容器 １１１：容器

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水分、二酸化炭素、酸化窒素、エチレン
    及び／又はプロパン等の不純物を対象に加熱再生吸着法
    によって空気を浄化する方法であって、吸着サイクルに
    おいて浄化対象の空気を第１の温度Ｔ１に維持して第１
    の吸着材を収容した第１吸着帯と第２の吸着材を収容し
    た第２吸着帯とに順次通流し、再生サイクルにおいて再
    生ガスを第１の温度よりも高い第２の温度Ｔ２で第１吸
    着帯に導入し、第１吸着帯内で前記空気から水蒸気及び
    ／又は二酸化炭素をほぼ完全に除去すると共に、前記第
    ２吸着帯には窒素を強く結合する金属イオンを含有した
    吸着材を用いることを特徴とする空気浄化方法。
  2. 【請求項２】 第２吸着帯に窒素を強く結合する金属イ
    オンとしてカルシウムイオン、リチウムイオン、チタン
    イオン及び／又は硼素イオンを含む吸着材を用いること
    を特徴とする請求項１に記載の空気浄化方法。
  3. 【請求項３】 第２吸着帯に担体材料としてゼオライト
    及び／又はシリカライトを含む吸着材を用いることを特
    徴とする請求項１又は２に記載の空気浄化方法。
  4. 【請求項４】 浄化対象の空気を第１吸着帯内で異なる
    吸着材を収容した第１と第２の２つの部分帯域に順次通
    流し、第１の部分帯域にはアルゲル及び／又はシリカゲ
    ルを含む吸着材を用い、第２の部分帯域にはゼオライト
    を担体材料に含む吸着材を用いることを特徴とする請求
    項１〜３のいずれか１項に記載の空気浄化方法。
  5. 【請求項５】 第２吸着帯に、無置換型ゼオライトと、
    窒素を強く結合する金属イオンを添加した担体材料とか
    らなる混合物及び／又は混晶の吸着材を用いることを特
    徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気浄化
    方法。
  6. 【請求項６】 水分、二酸化炭素、酸化窒素、エチレン
    及び／又はプロパン等の不純物を対象に加熱再生吸着法
    によって空気を浄化する装置であって、水蒸気及び／又
    は二酸化炭素を優先的に結合する第１の吸着材を収容し
    た第１吸着帯と、窒素を強く結合する金属イオンを含有
    する第２の吸着材を収容した第２吸着帯と、再生ガス管
    路によって第２吸着帯及び／又は第１吸着帯に接続され
    た加熱装置とを備えたことを特徴とする空気浄化装置。
  7. 【請求項７】 第２吸着帯からの浄化された清浄空気の
    少なくとも一部を冷却して原料空気として精留塔に供給
    することを特徴とする深冷空気分離設備における請求項
    １〜５のいずれか１項に記載の空気浄化方法及び／又は
    請求項６に記載の空気浄化装置の使用。
  8. 【請求項８】 少なくとも１つの精留塔と、請求項６に
    記載の空気浄化装置の第２吸着帯から熱置換器を介して
    前記精留塔へ通じる原料空気管路とを備えたことを特徴
    とする深冷空気分離設備。
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