JP2023097964A - Pressure fluctuation adsorption-type gas separation method and pressure fluctuation adsorption-type gas separation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置に関する。 The present invention relates to a pressure swing adsorption gas separation method and a pressure swing adsorption gas separation apparatus.
半導体集積回路、液晶パネル等の半導体製品を製造する工程では、希ガス雰囲気中で高周波放電によりプラズマを発生させ、該プラズマによって半導体製品もしくは表示装置の各種処理を行う装置が広く用いられている。このような処理において使用される希ガスとして、従来はアルゴンが用いられてきたが、近年はより高度な処理を行うためにクリプトンやキセノンが注目されている。ランプ分野においても電球の封入ガスに、従来はアルゴンが用いられてきたが、近年は消費電力低減や輝度向上のために、クリプトンやキセノンを使用した高付加価値品が製造されてきている。また、ガラス分野においても複層ガラスの封入ガスに、従来はアルゴンが用いられてきたが、断熱性能の向上のために、クリプトンを使用した高付加価値品が製造されてきている。しかし、クリプトンやキセノンは、原料となる空気中の存在比及び分離工程の複雑さから極めて希少で高価なガスであり、その使用によって需給バランスが崩れ、コストが著しく増大する問題があった。このようなガスを使用することを経済的に成り立たせるためには、使用済みの希ガスを回収し、再利用することが極めて重要となる。なお、希ガスを再利用するためには、少なくとも９０％以上の濃度が求められる。
キセノンやクリプトンを分離する装置としては、キセノン又はクリプトンと、不純物である他成分を含む原料ガスを、キセノンやクリプトンに対して易吸着性で、不純物である他成分に対して難吸着性の吸着剤を充填した吸着筒に流し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着剤に吸着させ、難吸着成分である不純物をキセノンやクリプトンと分離するとともに、吸着剤に吸着したキセノン又はクリプトンを吸着剤より脱離させて高濃度で回収する方法がある。
2. Description of the Related Art In the process of manufacturing semiconductor products such as semiconductor integrated circuits and liquid crystal panels, an apparatus is widely used in which plasma is generated by high-frequency discharge in a rare gas atmosphere and the plasma is used to perform various processes on semiconductor products or display devices. Conventionally, argon has been used as the rare gas used in such processing, but krypton and xenon have been attracting attention in recent years in order to perform more advanced processing. In the field of lamps, argon has traditionally been used as the filling gas for light bulbs, but in recent years, high value-added products using krypton or xenon have been manufactured to reduce power consumption and improve brightness. In the field of glass, argon has conventionally been used as a filling gas for double glazing, but high value-added products using krypton have been manufactured in order to improve heat insulation performance. However, krypton and xenon are extremely scarce and expensive gases due to their abundance in the air and the complexity of their separation processes, and their use has the problem of disrupting the supply-demand balance and significantly increasing costs. In order to make the use of such gases economically viable, it is extremely important to recover and reuse the used noble gases. In order to reuse the rare gas, a concentration of at least 90% is required.
As a device for separating xenon or krypton, a source gas containing xenon or krypton and other impurity components should be adsorbed with an adsorbent that easily adsorbs xenon or krypton but does not easily adsorb other impurity components. Xenon or krypton, which are easily adsorbed components, are adsorbed on the adsorbent, and impurities, which are poorly adsorbed components, are separated from xenon and krypton, and the xenon or krypton adsorbed on the adsorbent is removed by the adsorbent. There is a method of desorbing more and recovering at a high concentration.
特許文献１には、直列に接続した２本の吸着筒（上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ））に原料ガス貯留槽１の原料ガスを加圧して流し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着し、難吸着成分である不純物を難吸着成分貯留槽３に回収する工程ａと、易吸着成分低圧貯留槽２に充填されたキセノン又はクリプトンを加圧して下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入し、これの空隙に残る難吸着成分である不純物を上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導出し、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）において易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着し、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）より難吸着成分である不純物を回収する工程ｂと、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）を減圧し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着剤より脱離させて易吸着成分高圧貯留槽５に回収した後、さらに易吸着成分を脱着させ、これを易吸着成分低圧貯留槽２に回収する工程ｃと、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）を減圧し、吸着剤に吸着した成分を脱離させて下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入し、さらに下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）より流出したガスを原料ガス貯留槽１に回収する工程ｄと、先に回収した難吸着成分である不純物を上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着剤より脱離させて下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入し、さらに下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）より流出したガスを原料ガス貯留槽１に回収する工程ｅを、シーケンスに従って順次行う圧力変動吸着式ガス分離装置１０１（図１０）及びこの分離装置を用いる圧力変動吸着式ガス分離方法が開示されている。
In
しかし、特許文献１に開示された圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置には、下部筒の吸着剤に吸着した易吸着成分を易吸着成分高圧貯留槽５に回収するため、易吸着成分高圧貯留槽に回収できる易吸着成分の圧力が回収前の下部筒圧力より低く、回収した易吸着成分をより高い圧力で供給するには昇圧ポンプの使用が不可欠であるという問題がある。
However, in the pressure swing adsorption gas separation method and the pressure swing adsorption gas separation apparatus disclosed in
本発明は、昇圧ポンプを使用することなく、回収した易吸着成分を回収前の下部筒圧力よりも高い圧力で供給することができる圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置を提供することを課題とする。 The present invention provides a pressure swing adsorption gas separation method and a pressure swing adsorption gas separation apparatus capable of supplying recovered easily adsorbable components at a pressure higher than the lower cylinder pressure before recovery without using a booster pump. The task is to provide
［１］ 吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、を備える圧力変動吸着式ガス分離装置を使用し、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離方法であって、
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程と、
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程と、
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程と、
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｄ）を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収する、圧力変動吸着式ガス分離方法。
［２］ さらに、
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収する、［１］に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［３］ 前記工程（ｃ）は前記易吸着成分高圧貯留槽が所定の圧力に到達したら終了する、［１］又は［２］に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［４］ 前記圧縮機を通気するガス中の前記易吸着成分の濃度が前記工程（ｃ）の開始前において予め定められた濃度に達していなければ、前記工程（ｃ）をスキップし、前記工程（ｂ）完了後に前記工程（ｄ）を行う、［１］～［３］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［５］ 前記工程（ｃ）を前記工程（ｂ）中に同時に行う、［１］～［４］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［６］ 前記易吸着成分低圧貯留槽は吸着剤が充填された容器である、［１］～［５］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［７］ 吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、制御部と、を備え、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離装置であって、
前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｄ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御する、圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。
［８］ 前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御する、［７］に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程。
［９］ 前記圧縮機と前記下部筒が接続する流路に、一端が前記易吸着成分高圧貯留槽に接続する流路と接続する分岐バルブを有し、
前記分岐バルブに切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ及び三方分流型ダイアフラムバルブから選択されるいずれか１つを使用する、［７］又は［８］に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
［１０］ 前記圧縮機の吸気側流路及び吐出側流路のいずれか一方の流路に、前記流路を流れるガス中の前記易吸着成分の濃度を測定する易吸着成分濃度計を有し、
前記制御部が前記易吸着成分濃度計の値に基づいて前記工程（ｃ）を実施しないように制御する、［７］～［９］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
［１１］ 前記易吸着成分低圧貯留槽は吸着剤が充填された容器である、［７］～［１０］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
[1] using an adsorbent and a raw material gas containing an easily adsorbable component that is easily adsorbable to the adsorbent and a difficultly adsorbable component that is difficult to adsorb to the adsorbent,
a lower cylinder and an upper cylinder filled with the adsorbent; a raw material gas storage tank for storing at least the raw material gas; an easily adsorbable component low-pressure storage tank for storing the easily adsorbable component from the lower cylinder; a compressor for pressurizing the gas from the source gas storage tank or the easily adsorbable component low-pressure storage tank and sending the gas to the lower cylinder; A pressure swing adsorption type gas separation device comprising a storage tank for storing adsorbable components is used to separate the easily adsorbable components and the difficultly adsorbable components in the raw material gas, thereby separating the easily adsorbable components and the difficult adsorbable components. A pressure swing adsorption gas separation method for recovering each of the difficultly adsorbed components,
(a) The gas from the source gas storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, the easily adsorbable components in the gas are adsorbed by the adsorbent, and the easily adsorbable components from the lower cylinder are reduced. The gas is introduced into the upper cylinder, and the easily adsorbable components contained in the gas in which the easily adsorbable components are reduced are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the weakly adsorbable components flowing out from the upper cylinder are adsorbed. a step of recovering the component in the poorly adsorbable component storage tank;
(b) Gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, and exists in the gap between the adsorbent and the weakly adsorbable component co-adsorbed by the adsorbent in the lower cylinder. The difficult-to-adsorb components are led out to the upper cylinder, the easily-adsorbable components contained in the gas flowing from the lower cylinder are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the difficult-to-adsorb components are led out from the upper cylinder. and
(c) a step of pressurizing the gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank and recovering it in the easily adsorbable component high-pressure storage tank;
(d) decompressing the lower cylinder to desorb the easily adsorbable component adsorbed on the adsorbent in the lower cylinder, and recovering the desorbed easily adsorbable component in the easily adsorbable component low-pressure storage tank;
has
A pressure swing adsorption gas separation method, wherein the steps (a) to (d) are sequentially repeated based on a predetermined sequence to simultaneously recover the easily adsorbable component and the difficultly adsorbable component in the source gas. .
[2] Furthermore,
(e) reducing the pressure in the upper cylinder to desorb the gas adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, introducing the desorbed gas into the lower cylinder, and removing the gas flowing out of the lower cylinder from the raw material gas; collecting in a reservoir;
(f) introducing the weakly adsorbable component recovered in the step (a) into the upper cylinder as a countercurrent purge gas, and replacing and desorbing the easily adsorbable component adsorbed on the adsorbent in the upper cylinder; a step of introducing the outflowing gas into the lower cylinder and recovering the gas flowing out from the lower cylinder into the source gas storage tank;
(g) a step of pressurizing the lower cylinder and the upper cylinder by introducing the weakly adsorbable component derived in the step (b);
has
The easily adsorbable component and the difficultly adsorbable component in the raw material gas are simultaneously recovered by sequentially and repeatedly performing each of the steps (a) to (g) based on a predetermined sequence; The pressure swing adsorption gas separation method described.
[3] The pressure swing adsorption gas separation method according to [1] or [2], wherein step (c) is terminated when the easily adsorbable component high-pressure storage tank reaches a predetermined pressure.
[4] If the concentration of the easily adsorbable component in the gas passing through the compressor has not reached a predetermined concentration before the start of the step (c), the step (c) is skipped and the step (b) The pressure swing adsorption gas separation method according to any one of [1] to [3], wherein the step (d) is performed after completion.
[5] The pressure swing adsorption gas separation method according to any one of [1] to [4], wherein the step (c) is performed simultaneously with the step (b).
[6] The pressure swing adsorption gas separation method according to any one of [1] to [5], wherein the easily adsorbable component low-pressure storage tank is a container filled with an adsorbent.
[7] using an adsorbent and a raw material gas containing an easily adsorbable component that is easily adsorbable to the adsorbent and a difficultly adsorbable component that is difficult to adsorb to the adsorbent,
a lower cylinder and an upper cylinder filled with the adsorbent; a raw material gas storage tank for storing at least the raw material gas; an easily adsorbable component low-pressure storage tank for storing the easily adsorbable component from the lower cylinder; a compressor for pressurizing the gas from the source gas storage tank or the easily adsorbable component low-pressure storage tank and sending the gas to the lower cylinder; a difficultly adsorbable component storage tank for storing adsorbable components; A recovering pressure swing adsorption gas separation device comprising:
The pressure swing adsorption gas separation apparatus, wherein the control unit controls the following steps (a) to (d) according to a predetermined sequence.
(a) The gas from the source gas storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, the easily adsorbable components in the gas are adsorbed by the adsorbent, and the easily adsorbable components from the lower cylinder are reduced. The gas is introduced into the upper cylinder, and the easily adsorbable components contained in the gas in which the easily adsorbable components are reduced are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the weakly adsorbable components flowing out from the upper cylinder are adsorbed. a step of recovering the component in the poorly adsorbable component storage tank;
(b) Gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, and exists in the gap between the adsorbent and the weakly adsorbable component co-adsorbed by the adsorbent in the lower cylinder. The difficult-to-adsorb components are led out to the upper cylinder, the easily-adsorbable components contained in the gas flowing from the lower cylinder are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the difficult-to-adsorb components are led out from the upper cylinder. The process of making
(c) a step of pressurizing the gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank and recovering it in the easily adsorbable component high-pressure storage tank;
(d) decompressing the lower cylinder to desorb the easily adsorbable components adsorbed on the adsorbent in the lower cylinder, and recovering the desorbed easily adsorbable components in the easily adsorbable component low-pressure storage tank;
[8] The pressure swing adsorption gas separation apparatus according to [7], wherein the controller controls the following steps (a) to (g) according to a predetermined sequence.
(a) The gas from the source gas storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, the easily adsorbable components in the gas are adsorbed by the adsorbent, and the easily adsorbable components from the lower cylinder are reduced. The gas is introduced into the upper cylinder, and the easily adsorbable components contained in the gas in which the easily adsorbable components are reduced are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the weakly adsorbable components flowing out from the upper cylinder are adsorbed. a step of recovering the component in the poorly adsorbable component storage tank;
(b) Gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, and exists in the gap between the adsorbent and the weakly adsorbable component co-adsorbed by the adsorbent in the lower cylinder. The difficult-to-adsorb components are led out to the upper cylinder, the easily-adsorbable components contained in the gas flowing from the lower cylinder are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the difficult-to-adsorb components are led out from the upper cylinder. The process of making
(c) a step of pressurizing the gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank and recovering it in the easily adsorbable component high-pressure storage tank;
(d) decompressing the lower cylinder to desorb the easily adsorbable components adsorbed on the adsorbent in the lower cylinder, and recovering the desorbed easily adsorbable components in the easily adsorbable component low-pressure storage tank;
(e) reducing the pressure in the upper cylinder to desorb the gas adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, introducing the desorbed gas into the lower cylinder, and removing the gas flowing out of the lower cylinder from the raw material gas; The process of collecting in a storage tank.
(f) introducing the weakly adsorbable component recovered in the step (a) into the upper cylinder as a countercurrent purge gas, and replacing and desorbing the easily adsorbable component adsorbed on the adsorbent in the upper cylinder; a step of introducing the outflowing gas into the lower cylinder and recovering the gas flowing out from the lower cylinder into the source gas storage tank;
(g) a step of pressurizing the lower cylinder and the upper cylinder by introducing the weakly adsorbable component derived in the step (b);
[9] A branch valve having one end connected to a flow path connected to the easily adsorbable component high-pressure storage tank in the flow path connecting the compressor and the lower cylinder,
The pressure swing adsorption type according to [7] or [8], wherein any one selected from a three-way ball valve for switching, a rotary valve, a three-way split type bellows valve and a three-way split type diaphragm valve is used as the branch valve. gas separator.
[10] An easily adsorbable component concentration meter for measuring the concentration of the easily adsorbable component in the gas flowing through the flow path is provided in one of the intake side flow path and the discharge side flow path of the compressor. ,
The pressure swing adsorption gas separation apparatus according to any one of [7] to [9], wherein the control unit controls not to perform the step (c) based on the value of the easily adsorbable component concentration meter.
[11] The pressure swing adsorption gas separation apparatus according to any one of [7] to [10], wherein the easily adsorbable component low-pressure storage tank is a container filled with an adsorbent.
本発明によれば、昇圧ポンプを使用することなく、回収した易吸着成分を回収前の下部筒圧力よりも高い圧力で供給することができる圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置を提供することができる。 According to the present invention, the pressure swing adsorption gas separation method and the pressure swing adsorption gas separation can supply the recovered easily adsorbable components at a pressure higher than the lower cylinder pressure before recovery without using a booster pump. Equipment can be provided.
以下では、本発明の圧力変動吸着式ガス分離装置及び圧力変動吸着式ガス分離方法を、図面を適宜参照しながらより具体的に説明する。 Hereinafter, the pressure swing adsorption gas separation apparatus and the pressure swing adsorption gas separation method of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings as appropriate.
図１は、本実施形態の圧力変動吸着式ガス分離装置を示す概略構成図である。
図１に概略構成を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００は、吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離装置である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the pressure swing adsorption gas separation apparatus of this embodiment.
A pressure swing adsorption
本実施形態の圧力変動吸着式ガス分離装置１００は、前記吸着剤を充填した下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）及び上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽１と、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）からの前記易吸着成分を吸着する易吸着成分低圧貯留槽２と、易吸着成分低圧貯留槽２の前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽５と、原料ガス貯留槽１又は易吸着成分低圧貯留槽２からのガスを加圧して下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）又は易吸着成分高圧貯留槽５に送る圧縮機４と、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽３と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を少なくとも含む原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽１と、前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽２と、前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽３と、制御部２０と、を備えている。
The pressure swing adsorption
圧力変動吸着式ガス分離装置は、吸着剤の被吸着ガスの選択性を利用した圧力変動吸着式ガス分離方法を実施するための装置である。
吸着剤の被吸着ガスの選択性には、平衡吸着量の相違によるものと、吸着速度の相違によるものとがある。
平衡吸着量の相違による選択性を有する吸着剤（平衡分離型吸着剤）の一例である活性炭では、キセノンを窒素やアルゴンよりも１０倍以上多く吸着する（２９８Ｋ、１００ｋＰａ（ａｂｓ））。
吸着速度の相違による選択性を有する吸着剤（速度分離型吸着剤）の一例であるモレキュラーシーブスカーボン（ＭＳＣ）では、酸素と窒素の吸着速度比は１５前後である。
A pressure swing adsorption gas separation apparatus is a device for carrying out a pressure swing adsorption gas separation method that utilizes the selectivity of an adsorbent for a gas to be adsorbed.
The selectivity of the adsorbent gas to be adsorbed depends on the difference in equilibrium adsorption amount and the difference in adsorption speed.
Activated carbon, which is an example of an adsorbent (equilibrium separation type adsorbent) having selectivity due to a difference in equilibrium adsorption amount, adsorbs xenon at least 10 times more than nitrogen or argon (298 K, 100 kPa (abs)).
Molecular sieves carbon (MSC), which is an example of an adsorbent having selectivity due to a difference in adsorption speed (rate separation type adsorbent), has an adsorption speed ratio of about 15 between oxygen and nitrogen.
活性炭の場合、易吸着成分は、例えば、キセノンであり、難吸着成分は、例えば、窒素及びアルゴンである。
ＭＳＣの場合、易吸着成分は、例えば、酸素であり、難吸着成分は、例えば、窒素である。
In the case of activated carbon, the easily adsorbed component is, for example, xenon, and the poorly adsorbed component is, for example, nitrogen and argon.
In the case of MSC, the easily adsorbed component is, for example, oxygen, and the poorly adsorbed component is, for example, nitrogen.
易吸着成分及び難吸着成分は、使用する吸着剤に応じて異なり、吸着剤が異なると易吸着成分が難吸着成分となり、難吸着成分が易吸着成分となることがある。例えば、吸着剤として活性炭、Ｎａ－Ｘ型ゼオライト、Ｃａ－Ｘ型ゼオライト、Ｃａ－Ａ型ゼオライト、Ｌｉ－Ｘ型ゼオライト等の平衡分離型吸着剤の場合には、易吸着成分としては、キセノン、クリプトン等が挙げられ、難吸着成分としては、窒素、酸素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられる。また、Ｎａ－Ａ型ゼオライト、ＭＳＣ等の速度分離型吸着剤の場合には、易吸着成分としては、窒素、酸素、アルゴン等が挙げられ、難吸着成分としてはクリプトン、キセノン等が挙げられる。 The easily adsorbable component and the difficultly adsorbable component differ depending on the adsorbent used, and when different adsorbents are used, the easily adsorbable component may become the difficult adsorbable component, and the difficultly adsorbable component may become the easily adsorbable component. For example, in the case of equilibrium separation type adsorbents such as activated carbon, Na-X zeolite, Ca-X zeolite, Ca-A zeolite, and Li-X zeolite as adsorbents, xenon, Examples include krypton and the like, and weakly adsorbable components include nitrogen, oxygen, hydrogen, helium, neon, argon and the like. In the case of Na—A type zeolite, MSC, and other velocity separation type adsorbents, easily adsorbed components include nitrogen, oxygen, argon, and the like, and poorly adsorbed components include krypton, xenon, and the like.
図１に示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００において、経路Ｌ１～Ｌ１８は以下のとおりである。
経路Ｌ１は、原料ガスを原料ガス貯留槽１に導入する経路である。
経路Ｌ２は、原料ガス貯留槽１のガスを圧縮機４へ導出する経路である。
経路Ｌ３は、易吸着成分低圧貯留槽２のガスを圧縮機４へ導出する経路である。
経路Ｌ４、経路Ｌ５は、それぞれ、圧縮機４からのガスを下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂに導入する経路である。
経路Ｌ６は、上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕからのガスを難吸着成分貯留槽３に導入する経路である。
経路Ｌ７は、難吸着成分貯留槽３からの難吸着成分を装置系外に供給する経路である。
経路Ｌ８は、難吸着成分貯留槽３からの難吸着成分を向流パージガスとして上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕに導入する経路である。
経路Ｌ９、経路Ｌ１０は、それぞれ、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、原料ガス貯留槽１又は易吸着成分低圧貯留槽２に返送する経路である。
経路Ｌ１１は、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、原料ガス貯留槽１に返送する流路である。
経路Ｌ１２は、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、易吸着成分低圧貯留槽２に返送する流路である。
経路Ｌ１３は、易吸着成分高圧貯留槽５からの易吸着成分を製品ガスとして供給する経路である。
経路Ｌ１４は、上部筒１０Ｕと上部筒１１Ｕとの間で均圧を行う均圧ラインである。
経路Ｌ１５は、圧縮機４で圧縮した易吸着成分低圧貯留槽２のガスを易吸着成分高圧貯留槽５に供給する流路である。
経路Ｌ１６は、原料ガス貯留槽１、易吸着成分低圧貯留槽２からのガスを、圧縮機４に導入する経路である。
経路Ｌ１７、経路Ｌ１８は、それぞれ、圧縮機４で圧縮したガスを下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂに供給する流路である。
In the pressure swing adsorption
A route L1 is a route for introducing the raw material gas into the raw material
A route L2 is a route through which the gas in the source
A route L3 is a route for leading the gas in the easily adsorbable component low-
Routes L4 and L5 are routes for introducing gas from the
A route L6 is a route for introducing gas from the
A route L7 is a route for supplying the weakly adsorbable component from the poorly adsorbable
A route L8 is a route for introducing the weakly adsorbable component from the poorly adsorbable
Routes L9 and L10 are routes for returning the gas from the
The path L11 is a flow path for returning the gas from the
The path L12 is a flow path for returning the gas from the
The route L13 is a route for supplying the easily adsorbable component from the easily adsorbable component high-
The path L14 is a pressure equalization line that equalizes the pressure between the
A path L15 is a flow path for supplying the gas of the easily adsorbable component low-
A route L16 is a route for introducing the gas from the source
A path L17 and a path L18 are flow paths for supplying the gas compressed by the
下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂ、上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕには、原料ガス中の目的成分に対して易吸着性又は難吸着性を有し、目的成分以外の成分に対して難吸着性又は易吸着性を有する上述の吸着剤が充填されている。
The
易吸着成分低圧貯留槽２は、ガスバッグ（風船のように貯留量に応じて膨張・収縮するタンク）が好ましい。また、易吸着成分低圧貯留槽２として吸着剤が充填された容器を使用することが好ましい。易吸着成分低圧貯留槽２として吸着剤が充填された容器を使用すると、容器からガスを抜き出す（圧力が低下する）に従って、吸着剤に吸着しやすい成分（易吸着成分）の濃度が向上する。これは、難吸着成分は吸着剤の空隙に存在するのみだが、易吸着成分は吸着剤の空隙の他に吸着剤に吸着した分も存在するため、圧力が低下するほど易吸着成分の脱着が進み、難吸着成分に対して易吸着成分の比率（濃度）が増加するためである。その結果、後述する（２）回収工程で易吸着成分低圧貯留槽２から易吸着成分を排出した後の易吸着成分の濃度がより向上したガスを易吸着成分高圧貯留槽５に回収できるので、さらに高純度の易吸着成分を得ることができる。前記吸着剤としては例えば活性炭を用いることができる。
The easily adsorbable component low-
制御部２０は、以下に説明する（１）吸着工程～（８）回収工程を、予め定められたシーケンスによって実行するシーケンサーを内蔵する。制御部２０は、バルブＶ１～Ｖ１５、Ｖ１８の開閉、圧縮機４の作動及び停止等をシーケンシャルに制御する。
The
本実施形態の圧力変動吸着式ガス分離装置１００は、圧縮機４と下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）とが接続する流路に、一端が易吸着成分高圧貯留槽５に接続する流路と接続する分岐バルブＶ１８を有することが好ましい。
前記分岐バルブＶ１８としては、例えば、切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ及び三方分流型ダイアフラムバルブから選択されるいずれか１つを使用することが好ましい。
ガスの流路のデッドボリュームに残留する難吸着成分は、回収される易吸着成分を汚染するため、デッドボリュームをより少なくすることが望ましい。そのため、分岐バルブＶ１８として、デッドボリュームが少ない、切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ、三方分流型ダイアフラムバルブ等を使用することが好ましい。
The pressure swing adsorption
As the branch valve V18, it is preferable to use any one selected from, for example, a switching three-way ball valve, a rotary valve, a three-way split type bellows valve, and a three-way split type diaphragm valve.
The weakly adsorbed components remaining in the dead volume of the gas flow path contaminate the recovered easily adsorbed components, so it is desirable to reduce the dead volume as much as possible. Therefore, as the branch valve V18, it is preferable to use a three-way ball valve for switching, a rotary valve, a three-way branch type bellows valve, a three-way branch type diaphragm valve, or the like, which has a small dead volume.
次に、図１に示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００を用いて、原料ガス中の易吸着成分と難吸着成分とを分離し、易吸着成分及び難吸着成分のそれぞれを回収する、圧力変動吸着式ガス分離方法の一例を説明する。この例では、原料ガスとしてキセノンと窒素の混合ガスを用い、キセノン（易吸着成分）と窒素（難吸着成分）を分離・回収する圧力変動吸着式ガス分離方法について説明する。また、この例では、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂ、上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕに充填される吸着剤として、平衡分離型吸着剤である活性炭を用いる。活性炭は、平衡吸着量としてキセノンの吸着量が多く（易吸着性）、窒素の吸着量が少ない（難吸着性）という性質を持つ。
Next, using the pressure swing adsorption
表１は、圧力変動吸着式ガス分離装置１００を用いた場合のバルブの開閉状態を示す表である。以下の説明は半サイクルの工程に関する内容である。
下部筒１０Ｂ、上部筒１０Ｕは、（１）吸着工程、（２）均圧減圧工程、（３）回収工程、（４）下部筒減圧工程、（５）上部筒減圧工程、（６）パージ再生工程、（７）均圧加圧工程、（８）回収工程が実施される。
下部筒１０Ｂ、上部筒１０Ｕが上述した（１）吸着工程～（８）回収工程の各工程を行っている間、下部筒１１Ｂ、上部筒１１Ｕは、（４）下部筒減圧工程、（５）上部筒減圧工程、（６）パージ再生工程、（７）均圧加圧工程、（８）回収工程、（１）吸着工程、（２）均圧減圧工程、（３）回収工程が実施される。
Table 1 shows the opening and closing states of valves when the pressure swing adsorption
The
While the
（１）吸着工程：図２
原料ガス貯留槽１からの混合ガスを圧縮機４で圧縮し、経路Ｌ２、Ｌ１６、経路Ｌ１８（Ｌ１７）、経路Ｌ４（Ｌ５）を介して下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給する。下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）と上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）との間は、バルブＶ５（Ｖ６）を開放することで流通されているため、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）と上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）との間は、ほぼ同様に圧力上昇する。
原料ガス貯留槽１の混合ガスは、経路Ｌ１から導入された原料ガスと後述する上部筒減圧工程、パージ再生工程で下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂから排出されたガスとの混合ガスである。
下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給された混合ガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）上部に進むにつれて、キセノンが優先的に吸着され、気相中に窒素が濃縮される（気相中のキセノン濃度が低下する）。濃縮された窒素は、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）から上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入され、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）において、窒素中に含まれる微量のキセノンがさらに吸着される。
上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）の圧力が難吸着成分貯留槽３の圧力より高くなった後、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）においてさらに濃縮された窒素は、経路Ｌ６を介して、難吸着成分貯留槽３へ導出される。難吸着成分貯留槽３の窒素は、原料ガス中に含まれる窒素の流量に応じた流量が、経路Ｌ７から装置系外に排出され、残りのガスはパージ再生工程における向流パージガスとして利用される。
(1) Adsorption step: Fig. 2
The mixed gas from the raw material
The mixed gas in the raw material
In the mixed gas supplied to the
After the pressure in the
（２）均圧減圧工程：図３
バルブＶ１を閉止、バルブＶ２を開放することで、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入するガスを易吸着成分低圧貯留槽２のキセノンに変更する。易吸着成分低圧貯留槽２からのキセノンを下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入することによって、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）の吸着剤充填層に共吸着された窒素と、吸着剤空隙に存在する窒素を上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）へ押し出し、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）内をキセノンで吸着飽和とする。
この間、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から経路Ｌ１４（均圧ライン）を介して、もう一方の上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）に窒素を導出することで下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）を減圧し、パージ再生工程を終了した下部筒１１Ｂ（１０Ｂ）、上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）を均圧する。この時、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から流出させる均圧ガスの流量は、均圧減圧工程が終了時点で均圧が完了するように流量調整バルブ、オリフィスなどを用いて調整する。
(2) Equalizing depressurization process: Fig. 3
By closing the valve V1 and opening the valve V2, the gas to be introduced into the
During this time, nitrogen is led out from the
圧縮機４の流入側流路及び／又は吐出側流路に易吸着成分の濃度を測定するための易吸着成分濃度計を設置してもよい。特許文献１（特開２００７－１３０６１１号公報）に記載された圧力変動吸着式ガス分離装置では、下部筒から回収するガス中の易吸着成分の濃度を測定する手段が無いため、ガスを易吸着成分高圧貯留槽に回収しなければ易吸着成分の濃度を測定できなかった。不純物である難吸着成分が易吸着成分高圧貯留槽に混入すると、易吸着成分高圧貯留槽から難吸着成分を追い出す必要があるが、易吸着成分高圧貯留槽から難吸着成分を追い出して易吸着成分の純度を高くするには多くの時間が必要であり、その間は回収した易吸着成分を製品ガスとして供給できないという問題点がある。また、易吸着成分高圧貯留槽の容積を小さくすると１サイクルタイムで入替できるガス割合が高くなるので入れ替えに要する時間を短縮できるが、易吸着成分高圧貯留槽の圧力が大きく低下して、易吸着成分の供給圧力が低下するという問題点がある。
このような問題点に対して、圧縮機４の流入側流路及び／又は吐出側流路に易吸着成分濃度計６を配置して易吸着成分の濃度を測定し、基準値以上であれば易吸着成分高圧貯留槽５に回収し、基準値未満であれば回収しないように制御することで、易吸着成分高圧貯留槽５への難吸着成分の混入を防止することができる。
（３）回収工程を実施しなくても、易吸着成分高圧貯留槽５に貯留された易吸着成分を経路Ｌ１３を通じて製品ガスとして供給先の装置に供給すればよく、供給先の装置のプロセスを急に止める必要はない。また、次のサイクルで易吸着成分濃度計６によって測定される易吸着成分の濃度が基準を満たしていれば、（３）回収工程を実施して、易吸着成分高圧貯留槽５に易吸着成分を回収する。この場合、（３）回収工程は、易吸着成分高圧貯留槽５が所定の圧力に到達したら終了することにしていれば、前のサイクルで回収しなかった易吸着成分を後のサイクルで回収したこととなる。
易吸着成分濃度計６としては、例えば、超音波式濃度計又は特許第３６５５５６９号公報に記載された装置を使用することが好ましい。
An easily adsorbable component concentration meter for measuring the concentration of the easily adsorbable component may be installed in the inflow side channel and/or the discharge side channel of the
To solve this problem, the easily adsorbable
(3) Even if the recovery step is not performed, the easily adsorbable component stored in the easily adsorbable component high-
As the easily adsorbable
（３）回収工程：図４
バルブＶ３（Ｖ４）を閉止、バルブＶ１８を開放することで、圧縮機４で圧縮する易吸着成分低圧貯留槽２のキセノンを、易吸着成分高圧貯留槽５に送付する。なお、バルブＶ３を閉止することで、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）及び上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）にガスの流れがなくなり休止状態となる。（３）回収工程の時間は予め定められた時間で完了してもよいが、易吸着成分高圧貯留槽５の圧力が予め定められた値に達した時点で完了としてもよい。易吸着成分高圧貯留槽５が予め定められた圧力に到達した時点で完了とすることで、易吸着成分高圧貯留槽５の回収ガス量が都度増減しないようにできる。
(3) Recovery process: Fig. 4
By closing the valve V3 (V4) and opening the valve V18, the xenon in the easily adsorbable component low-
圧縮機４は下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）及び上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）の吸着圧力まで昇圧する能力を有するため、易吸着成分高圧貯留槽５に回収する易吸着成分の圧力は、特許文献１（特開２００７－１３０６１１号公報）に記載された圧力変動吸着式ガス分離方法と比べてより高い圧力が得られるようになる。なお、（２）均圧減圧工程において、易吸着成分低圧貯留槽２～圧縮機４～下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）までの流路は、易吸着成分低圧貯留槽２の易吸着成分で充分に洗浄されている。そのため、（３）回収工程において、難吸着成分による汚染が無い、高純度の易吸着成分を易吸着成分高圧貯留槽５に送ることが可能である。
Since the
（２）均圧減圧工程中にバルブＶ１８を開放することで、（３）回収工程を（２）均圧減圧工程と同時に行ってもよい（図９）。（３）回収工程を（２）均圧減圧工程中に行うことで、運転時間をより短縮することができる。 By opening the valve V18 during the (2) pressure equalizing and depressurizing step, the (3) recovery step may be performed simultaneously with the (2) pressure equalizing and depressurizing step (FIG. 9). By performing the (3) recovery step during the (2) pressure equalizing and depressurizing step, the operating time can be further shortened.
（４）下部筒減圧工程：図５
バルブＶ３（Ｖ４）、バルブＶ５（Ｖ６）を閉止し、バルブＶ１１、バルブＶ１２（Ｖ１３）を開放する。これにより、（１）吸着工程～（２）均圧減圧工程間に下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に吸着されたキセノンは、易吸着成分低圧貯留槽２の差圧によって脱着し、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１２を介して、易吸着成分低圧貯留槽２に回収される。易吸着成分低圧貯留槽２に回収されたキセノンは並流パージガスとして上述した均圧減圧工程で使用される。この間、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）は、バルブＶ５（Ｖ６）、バルブＶ７（Ｖ８）、バルブＶ９が閉止されていることにより休止状態となる。
(4) Lower cylinder decompression step: Fig. 5
Valve V3 (V4) and valve V5 (V6) are closed, and valve V11 and valve V12 (V13) are opened. As a result, the xenon adsorbed in the
なお、（３）回収工程の開始前において圧縮機４を通気するガス中の易吸着成分の濃度が予め定められた濃度に達していない場合、（３）回収工程をスキップし、（２）均圧減圧工程の完了後に（４）下部筒減圧工程を行うようにしてもよい。
Note that if (3) the concentration of the readily adsorbable component in the gas passing through the
（５）上部筒減圧工程：図６
バルブＶ１１を閉止し、バルブＶ５（Ｖ６）、バルブＶ１０を開放する。すると、（４）下部筒減圧工程において休止していた上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）と減圧を行った下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）の間に圧力差が生じることから、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）内のガスは下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に流入する。下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入されたガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）をパージしながら、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１１を介して原料ガス貯留槽１に回収される。原料ガス貯留槽１に回収されたガスは、経路Ｌ１から導入される原料ガスと再混合されて、（１）吸着工程時に再び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給される。
(5) Upper tube decompression step: Fig. 6
Close valve V11 and open valve V5 (V6) and valve V10. Then, in the (4) lower cylinder depressurization step, a pressure difference occurs between the resting
（６）パージ再生工程：図７
バルブＶ１４（Ｖ１５）を開放する。難吸着成分貯留槽３に貯留した窒素は、向流パージガスとして、経路Ｌ８を介して、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入される。上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入された窒素は、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）下部に進むにつれて、吸着していたキセノンを置換脱着させる。脱着された比較的キセノンを多く含んだガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１１を介して原料ガス貯留槽１に回収される。
原料ガス貯留槽１に回収されたガスは、（５）上部筒減圧工程と同様に、経路Ｌ１から導入される原料ガスと混合されて、（１）吸着工程時に再び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給される。
ここで、向流パージガスに使用される窒素は、（１）吸着工程において上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から導出された窒素を、難吸着成分貯留槽３を介さず、直接（５）パージ再生工程を行っている上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）に導入してもよい。
(6) Purge regeneration step: Fig. 7
Open the valve V14 (V15). Nitrogen stored in the poorly adsorbable
The gas recovered in the raw material
Here, the nitrogen used for the countercurrent purge gas is (1) the nitrogen derived from the
（７）均圧加圧工程：図８
バルブＶ１２（Ｖ１３）、バルブＶ１４（Ｖ１５）を閉止し、バルブＶ９を開放する。これによって、上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）内のガスは、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入される（均圧加圧操作）。上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入されるガスは窒素濃度が高いため、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）内のキセノンを上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）下部及び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）へ押し下げることができる。
(7) Equalizing pressurization process: Fig. 8
The valve V12 (V13) and the valve V14 (V15) are closed, and the valve V9 is opened. As a result, the gas in the
（８）回収工程：図４
バルブＶ９を閉止することで、下部筒１１Ｂ（１０Ｂ）及び上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）にガスの流れがなくなり休止状態となる。なお、ここでバルブＶ６（Ｖ５）は開放状態となっているが、閉止してもよい。
(8) Recovery process: Fig. 4
By closing the valve V9, there is no gas flow in the
以上、説明した８つの工程を下部筒１０Ｂと上部筒１０Ｕ、下部筒１１Ｂと上部筒１１Ｕで順次繰り返し行うことで、窒素の濃縮と、キセノンの濃縮を連続的に行うことができる。また、下部筒１０Ｂと上部筒１０Ｕで（１）吸着工程～（３）回収工程の工程を行っている間、下部筒１１Ｂと上部筒１１Ｕでは（４）下部筒減圧工程～（８）回収工程の工程が行われる。
また、一方で下部筒１０Ｂと上部筒１０Ｕで（４）下部筒減圧工程～（８）回収工程の工程を行っている間、下部筒１１Ｂと上部筒１１Ｕでは（１）吸着工程～（３）回収工程の工程が行われる。
また、経路Ｌ１からの原料ガスの導入、経路Ｌ７からの窒素の排出、経路Ｌ１３からのキセノンの導出は、工程によらず連続的に行われる。
By sequentially repeating the eight steps described above for the
On the other hand, while the
Also, the introduction of the raw material gas from the path L1, the discharge of nitrogen from the path L7, and the derivation of xenon from the path L13 are performed continuously regardless of the process.
表２は、上述した各工程における工程時間の占める割合の一例を示すもので、この例では１サイクルタイムを３００秒とした場合の各工程が占める工程時間（秒）を示している。 Table 2 shows an example of the proportion of the process time in each process described above. In this example, the process time (seconds) occupied by each process is shown when one cycle time is 300 seconds.
以上説明したように、本実施形態の圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置においては、新たな昇圧ポンプを使用することなく、回収した易吸着成分を回収前の下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）圧力よりも高い圧力で供給することができる。
As described above, in the pressure swing adsorption gas separation method and the pressure swing adsorption gas separation apparatus of the present embodiment, the recovered easily adsorbable components are removed from the
なお、吸着剤としてＣＭＳ等の速度分離型吸着剤を使用した場合には、易吸着成分高圧貯留槽５には窒素等が、難吸着成分貯留槽３にはキセノン等が回収されることになる。また、原料ガス中に、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＦ４等が含まれている場合には、予め別のＰＳＡ装置などによってこれらを前処理して除去するか、又はこれらガスは、製品キセノンに混じって導出されるので、後処理によって除去することが好ましい。後処理によるものでは、除去設備に小型の装置を用いることができる。
When a velocity separation type adsorbent such as CMS is used as the adsorbent, nitrogen or the like is recovered in the easily adsorbable component high-
以下では実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明は後述する実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変形が可能である。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples described later, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
［実施例１］
＜実験方法＞
図１に概略を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００を使用して、次の運転条件にて２４時間の連続運転を行った。
なお、ガス体積は０℃、１気圧下の条件とする。
（１）原料ガス
キセノンと窒素の混合ガス ３．０Ｌ／ｍｉｎ
原料ガスの内訳：キセノン（易吸着成分；１０体積％） ０．３Ｌ／ｍｉｎ
窒素（難吸着成分；９０体積％） ２．７Ｌ／ｍｉｎ
（２）下部筒（１０Ｂ，１１Ｂ）及び上部筒（１０Ｕ，１１Ｕ）
ステンレス鋼管８０Ａ（外径８９．１ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ、内径８３．１ｍｍ）
充填剤充填高さ ５００ｍｍ（吸着剤として活性炭１．５ｋｇ充填）
（３）圧縮機４
ダイアフラム式圧縮機 ２５Ｌ／ｍｉｎ（吐出圧力 ８００ｋＰａ（ａｂｓ））
（４）易吸着成分高圧貯留槽
容積 ２．５Ｌ
（５）バルブの開閉状態
圧力変動吸着式ガス分離装置１００のバルブの開閉状態を、上記した表１に示すとおりとした。
[Example 1]
<Experimental method>
Using the pressure swing adsorption
The gas volume is set at 0° C. and under 1 atm.
(1) Source gas Mixed gas of xenon and nitrogen 3.0 L/min
Breakdown of source gas: xenon (easily adsorbed component; 10% by volume) 0.3 L/min
Nitrogen (difficultly adsorbed component; 90% by volume) 2.7 L/min
(2) Lower cylinders (10B, 11B) and upper cylinders (10U, 11U)
Stainless steel pipe 80A (outer diameter 89.1 mm, thickness 3.0 mm, inner diameter 83.1 mm)
Filling height 500 mm (1.5 kg of activated carbon is filled as an adsorbent)
(3)
Diaphragm compressor 25L/min (discharge pressure 800kPa (abs))
(4) Highly adsorbable component high-pressure storage tank volume 2.5L
(5) Open/Closed State of Valve The open/closed state of the valve of the pressure swing adsorption
（６）サイクルタイム時間設定
１サイクルタイムを３００秒として各工程の工程時間を、上記した表２に示すとおりとした。
(6) Cycle time setting The process time for each process was set as shown in Table 2 above, with one cycle time being 300 seconds.
＜実験結果＞
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。この時の結果は次のとおりであった。
・キセノン中の窒素濃度 １０００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９％
・窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
・易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ７００～７５０ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、易吸着成分高圧貯留槽５の圧力は７００～７５０ｋＰａ（ａｂｓ）であり、製品キセノンの供給圧力を７００ｋＰａ（ａｂｓ）以上で維持することが確認できた。また、製品キセノン純度９９．９％、キセノン回収率９９．９％と高く、いずれも優れていた。
<Experimental results>
The nitrogen concentration derived from the path L7 and the xenon concentration derived from the path L13 stabilized at a substantially constant level, and almost reached a circulation steady state. The results at this time were as follows.
・Nitrogen concentration in xenon 1000ppm Product xenon purity 99.9%
・Xenon concentration in nitrogen 110ppm...Xenon recovery rate 99.9%
・Pressure of easily adsorbable component high-pressure storage tank 5: 700 to 750 kPa (abs)
As described above, the pressure of the readily adsorbable component high-
［比較例１］
＜実験方法＞
特許文献１（特開２００７－１３０６１１号公報）の実施例１と同様にして分離実験を行った。すなわち、図１０に概要を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１０１を使用して、０℃、１気圧下、次の運転条件にて２４時間の連続運転を行った。
（１）原料ガス
キセノンと窒素の混合ガス ３．０Ｌ／ｍｉｎ
原料ガスの内訳：キセノン（易吸着成分；１０体積％） ０．３Ｌ／ｍｉｎ
窒素（難吸着成分；９０体積％） ２．７Ｌ／ｍｉｎ
（２）下部筒（１０Ｂ，１１Ｂ）及び上部筒（１０Ｕ，１１Ｕ）
ステンレス鋼管８０Ａ（外径８９．１ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ、内径８３．１ｍｍ）
充填剤充填高さ ５００ｍｍ（吸着剤として活性炭１．５ｋｇ充填）
（３）圧縮機４
ダイアフラム式圧縮機 ２５Ｌ／ｍｉｎ（吐出圧力 ８００ｋＰａ（ａｂｓ））
（４）易吸着成分高圧貯留槽
容積 ２．５Ｌ
（５）バルブの開閉状態
以下の表３に圧力変動吸着式ガス分離装置１０１のバルブの開閉状態を示す。
[Comparative Example 1]
<Experimental method>
A separation experiment was conducted in the same manner as in Example 1 of Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-130611). That is, using the pressure swing adsorption
(1) Source gas Mixed gas of xenon and nitrogen 3.0 L/min
Breakdown of source gas: xenon (easily adsorbed component; 10% by volume) 0.3 L/min
Nitrogen (difficultly adsorbed component; 90% by volume) 2.7 L/min
(2) Lower cylinders (10B, 11B) and upper cylinders (10U, 11U)
Stainless steel pipe 80A (outer diameter 89.1 mm, thickness 3.0 mm, inner diameter 83.1 mm)
Filling height 500 mm (1.5 kg of activated carbon is filled as an adsorbent)
(3)
Diaphragm compressor 25L/min (discharge pressure 800kPa (abs))
(4) Highly adsorbable component high-pressure storage tank volume 2.5L
(5) Open/Closed State of Valves Table 3 below shows the opened/closed states of the valves of the pressure swing adsorption
（６）サイクルタイム時間設定
１サイクルタイムを３００秒として各工程の工程時間を以下の表４に示すとおりとした。
(6) Cycle time time setting The process time for each process was set as shown in Table 4 below, with one cycle time being 300 seconds.
＜実験結果＞
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。この時の結果は次のとおりであった。
キセノン中の窒素濃度 １０００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９％
窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ３８０～４３５ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、高回収率でキセノン回収できることが確認できた。しかし、製品キセノンの供給圧力は最大３５０ｋＰａ（ａｂｓ）程度と低かった。
<Experimental results>
The nitrogen concentration derived from the path L7 and the xenon concentration derived from the path L13 stabilized at a substantially constant level, and almost reached a circulation steady state. The results at this time were as follows.
Nitrogen concentration in xenon 1000 ppm Product xenon purity 99.9%
Xenon concentration in nitrogen 110ppm Xenon recovery rate 99.9%
Pressure of easily adsorbable component high
As described above, it was confirmed that xenon could be recovered at a high recovery rate. However, the supply pressure of product xenon was as low as about 350 kPa (abs) at maximum.
［実施例２］
＜実験方法＞
バルブＶ１８をダイアフラム式二方弁（メタルダイアフラムバルブ ＦＰＲ－ＮＤ－７１－９．５２、フジキン社製）からダイアフラム式三方分流弁（メタルダイアフラムバルブ ＦＰＲ－ＮＤＴＢ－７１－９．５２、フジキン社製）に変更して、実施例１と同じ条件で運転した。
[Example 2]
<Experimental method>
The valve V18 was changed from a diaphragm type two-way valve (metal diaphragm valve FPR-ND-71-9.52, manufactured by Fujikin) to a diaphragm type three-way diverting valve (metal diaphragm valve FPR-NDTB-71-9.52, manufactured by Fujikin). , and operated under the same conditions as in Example 1.
＜実験結果＞
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。
・キセノン中の窒素濃度 ８００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９２％
・窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ７００～７５５ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、極めて高回収率でキセノン回収できることが確認できた。さらに、製品キセノンの供給圧力も７００ｋＰａ（ａｂｓ）以上で維持することが確認できた。
バルブＶ１８としてダイアフラム式三方分流弁を使用したことにより、易吸着成分高圧貯留槽に混入する難吸着成分が減少し、製品キセノンをより高純度にすることができた。
<Experimental results>
The nitrogen concentration derived from the path L7 and the xenon concentration derived from the path L13 stabilized at a substantially constant level, and almost reached a circulation steady state.
・Nitrogen concentration in xenon 800ppm Product xenon purity 99.92%
・Xenon concentration in nitrogen 110ppm...Xenon recovery rate 99.9%
Pressure of easily adsorbable component high
As described above, it was confirmed that xenon could be recovered at an extremely high recovery rate. Furthermore, it was confirmed that the supply pressure of product xenon was maintained at 700 kPa (abs) or more.
By using a diaphragm type three-way diverting valve as the valve V18, it was possible to reduce the hardly adsorbable components mixed in the easily adsorbable component high-pressure storage tank, and to increase the purity of the product xenon.
本発明の圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置は、半導体製品又は表示装置の製造設備に供給し、使用した後に排出される混合ガスから、キセノン等の高付加価値ガスを回収し、循環利用するための方法として有効活用することができる。そして、本発明の圧力変動吸着式ガス分離装置と、半導体製品又は表示装置の製造設備で形成される循環サイクルとの結合によって、半導体製造装置などで使用される高価な雰囲気ガスのコストを大幅に低減することができる。 The pressure swing adsorption gas separation method and the pressure swing adsorption gas separation apparatus of the present invention are supplied to manufacturing equipment for semiconductor products or display devices, and a high value-added gas such as xenon is separated from the mixed gas discharged after use. It can be effectively used as a method for collecting and recycling. By combining the pressure swing adsorption gas separation apparatus of the present invention with the circulation cycle formed in the semiconductor product or display device manufacturing equipment, the cost of the expensive atmospheric gas used in the semiconductor manufacturing equipment can be greatly reduced. can be reduced.
１…原料ガス貯留槽、２…易吸着成分低圧貯留槽、３…難吸着成分貯留槽、４…圧縮機、５…易吸着成分高圧貯留槽、６…易吸着成分濃度計、１０Ｂ，１１Ｂ…下部筒、１０Ｕ，１１Ｕ…上部筒、２０…制御部、１００，１０１…圧力変動吸着式ガス分離装置、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９，Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５，Ｖ１６，Ｖ１７，Ｖ１８…バルブ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６，Ｌ１７，Ｌ１８…経路
REFERENCE SIGNS
Claims (11)
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、を備える圧力変動吸着式ガス分離装置を使用し、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離方法であって、
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程と、
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程と、
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程と、
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｄ）を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収する、圧力変動吸着式ガス分離方法。 using an adsorbent and a raw material gas containing an easily adsorbable component that is easily adsorbable to the adsorbent and a poorly adsorbable component that is difficult to adsorb to the adsorbent;
a lower cylinder and an upper cylinder filled with the adsorbent; a raw material gas storage tank for storing at least the raw material gas; an easily adsorbable component low-pressure storage tank for storing the easily adsorbable component from the lower cylinder; a compressor for pressurizing the gas from the source gas storage tank or the easily adsorbable component low-pressure storage tank and sending the gas to the lower cylinder; A pressure swing adsorption type gas separation device comprising a storage tank for storing adsorbable components is used to separate the easily adsorbable components and the difficultly adsorbable components in the raw material gas, thereby separating the easily adsorbable components and the difficult adsorbable components. A pressure swing adsorption gas separation method for recovering each of the difficultly adsorbed components,
(a) The gas from the source gas storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, the easily adsorbable components in the gas are adsorbed by the adsorbent, and the easily adsorbable components from the lower cylinder are reduced. The gas is introduced into the upper cylinder, and the easily adsorbable components contained in the gas in which the easily adsorbable components are reduced are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the weakly adsorbable components flowing out from the upper cylinder are adsorbed. a step of recovering the component in the poorly adsorbable component storage tank;
(b) Gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, and exists in the gap between the adsorbent and the weakly adsorbable component co-adsorbed by the adsorbent in the lower cylinder. The difficult-to-adsorb components are led out to the upper cylinder, the easily-adsorbable components contained in the gas flowing from the lower cylinder are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the difficult-to-adsorb components are led out from the upper cylinder. and
(c) a step of pressurizing the gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank and recovering it in the easily adsorbable component high-pressure storage tank;
(d) decompressing the lower cylinder to desorb the easily adsorbable component adsorbed on the adsorbent in the lower cylinder, and recovering the desorbed easily adsorbable component in the easily adsorbable component low-pressure storage tank;
has
A pressure swing adsorption gas separation method, wherein the steps (a) to (d) are sequentially repeated based on a predetermined sequence to simultaneously recover the easily adsorbable component and the difficultly adsorbable component in the source gas. .
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収する、請求項１に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。 moreover,
(e) reducing the pressure in the upper cylinder to desorb the gas adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, introducing the desorbed gas into the lower cylinder, and removing the gas flowing out of the lower cylinder from the raw material gas; collecting in a reservoir;
(f) introducing the weakly adsorbable component recovered in the step (a) into the upper cylinder as a countercurrent purge gas, and replacing and desorbing the easily adsorbable component adsorbed on the adsorbent in the upper cylinder; a step of introducing the outflowing gas into the lower cylinder and recovering the gas flowing out from the lower cylinder into the source gas storage tank;
(g) a step of pressurizing the lower cylinder and the upper cylinder by introducing the weakly adsorbable component derived in the step (b);
has
2. The method according to claim 1, wherein the steps (a) to (g) are sequentially and repeatedly performed based on a predetermined sequence to simultaneously recover the easily adsorbable component and the difficultly adsorbable component in the source gas. The pressure swing adsorption gas separation method described.
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、制御部と、を備え、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離装置であって、
前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｄ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御する、圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。 using an adsorbent and a raw material gas containing an easily adsorbable component that is easily adsorbable to the adsorbent and a poorly adsorbable component that is difficult to adsorb to the adsorbent;
a lower cylinder and an upper cylinder filled with the adsorbent; a raw material gas storage tank for storing at least the raw material gas; an easily adsorbable component low-pressure storage tank for storing the easily adsorbable component from the lower cylinder; a compressor for pressurizing the gas from the source gas storage tank or the easily adsorbable component low-pressure storage tank and sending the gas to the lower cylinder; a difficultly adsorbable component storage tank for storing adsorbable components; A recovering pressure swing adsorption gas separation device comprising:
The pressure swing adsorption gas separation apparatus, wherein the control unit controls the following steps (a) to (d) according to a predetermined sequence.
(a) The gas from the source gas storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, the easily adsorbable components in the gas are adsorbed by the adsorbent, and the easily adsorbable components from the lower cylinder are reduced. The gas is introduced into the upper cylinder, and the easily adsorbable components contained in the gas in which the easily adsorbable components are reduced are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the weakly adsorbable components flowing out from the upper cylinder are adsorbed. a step of recovering the component in the poorly adsorbable component storage tank;
(b) Gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, and exists in the gap between the adsorbent and the weakly adsorbable component co-adsorbed by the adsorbent in the lower cylinder. The difficult-to-adsorb components are led out to the upper cylinder, the easily-adsorbable components contained in the gas flowing from the lower cylinder are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the difficult-to-adsorb components are led out from the upper cylinder. The process of making
(c) a step of pressurizing the gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank and recovering it in the easily adsorbable component high-pressure storage tank;
(d) decompressing the lower cylinder to desorb the easily adsorbable components adsorbed on the adsorbent in the lower cylinder, and recovering the desorbed easily adsorbable components in the easily adsorbable component low-pressure storage tank;
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程。 8. The pressure swing adsorption gas separation apparatus according to claim 7, wherein the control unit controls each of the following steps (a) to (g) according to a predetermined sequence.
(a) The gas from the source gas storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, the easily adsorbable components in the gas are adsorbed by the adsorbent, and the easily adsorbable components from the lower cylinder are reduced. The gas is introduced into the upper cylinder, and the easily adsorbable components contained in the gas in which the easily adsorbable components are reduced are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the weakly adsorbable components flowing out from the upper cylinder are adsorbed. a step of recovering the component in the poorly adsorbable component storage tank;
(b) Gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank is pressurized and introduced into the lower cylinder, and exists in the gap between the adsorbent and the weakly adsorbable component co-adsorbed by the adsorbent in the lower cylinder. The difficult-to-adsorb components are led out to the upper cylinder, the easily-adsorbable components contained in the gas flowing from the lower cylinder are adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, and the difficult-to-adsorb components are led out from the upper cylinder. The process of making
(c) a step of pressurizing the gas from the easily adsorbable component low-pressure storage tank and recovering it in the easily adsorbable component high-pressure storage tank;
(d) decompressing the lower cylinder to desorb the easily adsorbable components adsorbed on the adsorbent in the lower cylinder, and recovering the desorbed easily adsorbable components in the easily adsorbable component low-pressure storage tank;
(e) reducing the pressure in the upper cylinder to desorb the gas adsorbed by the adsorbent in the upper cylinder, introducing the desorbed gas into the lower cylinder, and removing the gas flowing out of the lower cylinder from the raw material gas; The process of collecting in a storage tank.
(f) introducing the weakly adsorbable component recovered in the step (a) into the upper cylinder as a countercurrent purge gas, and replacing and desorbing the easily adsorbable component adsorbed on the adsorbent in the upper cylinder; a step of introducing the outflowing gas into the lower cylinder and recovering the gas flowing out from the lower cylinder into the source gas storage tank;
(g) a step of pressurizing the lower cylinder and the upper cylinder by introducing the weakly adsorbable component derived in the step (b);
前記分岐バルブに切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ及び三方分流型ダイアフラムバルブから選択されるいずれか１つを使用する、請求項７又は８に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。 a branch valve having one end connected to a flow path connected to the easily adsorbable component high-pressure storage tank in the flow path connecting the compressor and the lower cylinder;
9. The pressure swing adsorption gas separation according to claim 7 or 8, wherein the branch valve is one selected from a three-way ball valve for switching, a rotary valve, a three-way split type bellows valve and a three-way split type diaphragm valve. Device.
前記制御部が前記易吸着成分濃度計の値に基づいて前記工程（ｃ）を実施しないように制御する、請求項７～９のいずれか１項に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。 An easily adsorbable component concentration meter for measuring the concentration of the easily adsorbable component in the gas flowing through the flow channel is provided in either one of the intake side channel and the discharge side channel of the compressor,
10. The pressure swing adsorption gas separation apparatus according to any one of claims 7 to 9, wherein said control unit controls not to perform said step (c) based on the value of said easily adsorbable component concentration meter.
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