JP7502962B2 - ガス精製装置及びガス精製方法 - Google Patents
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Description
バルブV1、V2を開、バルブV3、V4を閉として、圧縮機P1で原料ガスを圧縮し、圧縮された原料ガスを、原料ガス導入経路L1、吸着筒接続経路L2、精製ガス導出経路L3の順に流しながら、バルブV1、強吸着成分用吸着筒A1、弱吸着成分用吸着筒A2、バルブV2、背圧調整弁V5を通過させる。この時、原料ガスが流れる区間は背圧調整弁V5の働きにより、大気圧より高い圧力まで上昇する。経路を進む途中で、原料ガス中の強吸着成分である水と二酸化炭素は強吸着成分用吸着筒A1で吸着除去される。その際にガスの流通によって当該ガスの温度が上昇するが、吸着筒接続経路L2を通る間の放熱により当該ガスは冷却される。その後、弱吸着成分用吸着筒A2において弱吸着成分である窒素と酸素が吸着除去される。これらの過程を経て、原料ガス中の不純物を吸着除去し、精製されたガスを取り出す。この吸着工程は例えば1~24時間、好適には2~12時間継続される。
吸着工程の終了後、バルブV1、V2、V4を閉、バルブV3を開にして、排ガス経路L4内にガスを流通させることで、系内(バルブV1~V4で区切られる部分)の脱圧を行う。脱圧工程は系内が大気圧になるまで継続される。この脱圧工程において、強吸着成分用吸着剤と弱吸着成分用吸着剤にそれぞれ吸着した不純物の一部が脱離される。この脱圧工程は例えば1時間以内、好適には5~30分実施する。
脱圧工程の終了後、バルブV1、V2、V3を閉、バルブV4を開にし、強吸着成分用吸着筒A1のヒーターH1と真空ポンプP2を動作させて、真空排気経路L5を通じて、強吸着成分用吸着剤と弱吸着成分用吸着剤にそれぞれ吸着した不純物を脱離させる。ヒーターは100~600℃、好適には150~400℃に加熱する。この再生工程は不純物が脱離するのに十分な時間継続される。この再生工程は例えば1~24時間、好適には2~12時間継続される。
再生工程の終了後、バルブV1~V4を閉にし、強吸着成分用吸着筒A1のヒーターH1を停止させて強吸着成分用吸着筒A1を冷却する。この冷却工程は例えば1~24時間、好適には2~12時間継続される。冷却は自然放冷で行うことができるが、ヒーターを取り外す、冷却ファン等で風を当てる、吸着筒内に冷却ガスを流す等の方法により冷却を促進してもよい。冷却工程終了後は、次の吸着工程に備えて、待機状態となる。
比較例1として、図2に示されるような均圧回収用タンクを備える1筒式PSAの構成からなるガス精製装置を使用してガス精製を行った。弱吸着成分用と強吸着成分用の吸着剤を一つの吸着筒に積層して充填しているものである。(特許文献1の図1に示される装置と同様の装置である。)詳細は表3のとおりである。
比較例2として、比較例1と同様に図2に示される構成のガス精製装置を使用して、以下の表4に示す条件でガス精製を行った。
比較例3として、図3に示される構成のガス精製装置を使用してガス精製を行った。(図2の構成から均圧回収用タンクがない構成の装置である。)詳細は表5のとおりである。
比較例5として、図4に示される構成のガス精製装置を使用してガス精製を行った。(図3の構成から、吸着筒の側面にヒーターを巻き付けた構成の装置である。)詳細は表7のとおりである。
比較例6として、図5に示される構成のガス精製装置を使用してガス精製を行った。(図4の構成から、吸着筒の出口側配管に接続した精製ヘリウム供給ラインを有する構成の装置である。)詳細は表8のとおりである。
比較例7として、図6に示される構成のガス精製装置を使用してガス精製を行った。(図2~5の構成に用いられる吸着筒を3筒直列に接続した装置である。)詳細は表9のとおりである。
弱吸着成分は中真空領域まで吸引できる真空ポンプによる減圧だけで容易に脱離可能であるが、強吸着成分は減圧のみでは脱離しにくい。吸着筒を直接加熱しながら真空吸引する手法では、再生用のガスは不要だが、当該手法は径の細い吸着筒にしか採用できない。
また、強吸着成分は吸着剤の重量当たりの吸着量が多く、少量での吸着除去が可能である一方で、弱吸着成分は吸着剤の重量当たりの吸着量が少ないために、必要になる吸着剤の量が多い。そのため、強吸着成分用の吸着剤と弱吸着成分用の吸着剤を同じ吸着筒に充填すると、全体として筒の径が太くなってしまい、吸着筒の直接加熱を採用できない。
しかしながら、本発明のように、強吸着成分用吸着筒A1を分離して、弱吸着成分用吸着筒A2よりも小径のものとすることで、吸着筒の直接加熱を採用することが可能となり、再生用のガスが不要となる。
弱吸着成分は真空ポンプ等による減圧だけで容易に脱離できるため、吸着筒の径を太くしても問題はない。そこで、弱吸着成分用吸着筒を強吸着成分用吸着筒よりも大径のものとすることで、物質移動帯を短くして有効吸着量を増加させることが可能となる。
吸着筒接続経路L2は単に接続配管でつなぐだけの構造であり、当該配管にバルブ等は不要である。また、当該構造を採用するがゆえに、強吸着成分用吸着筒A1と弱吸着成分用吸着筒A2の2筒の真空吸引を同時に行えるため、真空ポンプは1機のみで良い。
強吸着成分を大量に吸着させても、再生工程において強吸着成分用吸着筒A1の直接加熱と真空吸引とをあわせて行うことで当該強吸着成分を脱離させることができる。一方、弱吸着成分は真空吸引のみで脱離させることができるため、弱吸着成分用吸着筒A2については吸着時間に合わせて筒を大きくしても問題なく、吸着時間を長くすることも可能である。その際に、回収タンクや補助吸着筒を設ける必要はない。その上で、再生工程の時間を長くして頻度を減らすことにより、回収ガスの十分なロス抑制効果が得られる。
脱圧工程により吸着筒内を排気(ブローダウン)してから、再生工程において当該吸着筒の直接加熱と真空吸引を行うため、再生時に高温のガスが微量しか流れない。また、配管が放熱機構として働き、当該配管を通過することでガスの温度が下がる。よって、真空排気経路L5に設けられるバルブV4や真空ポンプP2といった配管機器に耐熱仕様は不要である。
強吸着成分が吸着することにより生じる吸着熱は、吸着筒接続経路L2を通じて放散されるので、弱吸着成分用吸着筒A2の加熱による弱吸着成分の吸着量低下を防止できる。
上述のように、強吸着成分用吸着筒A1は直接加熱しながら真空吸引をすることにより再生可能であり、弱吸着成分用吸着筒A2の筒を大きく設計することも可能なことから、吸着時間を長くすることが可能である。吸着時間を長くすることによって、配管や死容積部分の違いによる回収ガスのロスへの影響が微小である。
上述のように、吸着時間を長くすることによって、瞬時的なガス流量の変動による影響が小さい。
Claims (7)
- 不純物として水、二酸化炭素、窒素、酸素を含む希ガスである原料ガスから当該不純物を吸着除去するガス精製装置であって、
前記不純物のうち水、二酸化炭素を吸着除去するための強吸着成分用吸着筒と、
前記不純物のうち窒素、酸素を吸着除去するための弱吸着成分用吸着筒と、
前記強吸着成分用吸着筒を加熱するための加熱手段と、
前記原料ガスを前記強吸着成分用吸着筒の入口側に導入する原料ガス導入経路と、
前記強吸着成分用吸着筒の出口側と前記弱吸着成分用吸着筒の入口側を接続する吸着筒接続経路と、
前記弱吸着成分用吸着筒の出口側から精製ガスを導出する精製ガス導出経路と、
前記強吸着成分用吸着筒の入口側に接続される排ガス経路と、
前記強吸着成分用吸着筒の入口側に接続され、前記強吸着成分用吸着筒と前記弱吸着成分用吸着筒とを同時に真空吸引する真空ポンプを有する真空排気経路と、
を備え、
前記弱吸着成分用吸着筒より前記強吸着成分用吸着筒の方が小径であり、
前記加熱手段は、前記強吸着成分用吸着筒の周囲に巻かれるヒーターであり、
前記強吸着成分用吸着筒の筒径が50A以下である
ことを特徴とするガス精製装置。 - 前記強吸着成分用吸着筒の筒径が25A以下であり、前記弱吸着成分用吸着筒の筒径が100A以上であることを特徴とする請求項1に記載のガス精製装置。
- 前記吸着筒接続経路は、単一の配管からなり、バルブが設けられていないことを特徴とする請求項1又は2に記載のガス精製装置。
- 前記精製ガス導出経路に設けられた背圧調整弁を更に備えていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のガス精製装置。
- 強吸着成分用吸着筒と弱吸着成分用吸着筒に充填される吸着剤が同じであることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のガス精製装置。
- 強吸着成分用吸着筒と弱吸着成分用吸着筒に充填される吸着剤が異なることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のガス精製装置。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載のガス精製装置を用いるガス精製方法であって、
前記原料ガスを前記原料ガス導入経路から導入し、強吸着成分用吸着筒及び弱吸着成分用吸着筒で前記不純物を吸着除去し、前記精製ガス導出経路から精製ガスを取り出す吸着工程と、
前記吸着工程後のガス流路内の圧力を、前記排ガス経路を開放することにより大気圧に戻す脱圧工程と、
前記脱圧工程後の前記強吸着成分用吸着筒を前記加熱手段によって加熱するとともに、前記真空ポンプを用いて前記強吸着成分用吸着筒及び前記弱吸着成分用吸着筒を同時に減圧し、それぞれの内部に充填されている吸着剤から吸着除去された前記不純物を脱離させる再生工程と、
前記再生工程の終了後、前記強吸着成分用吸着筒を冷却する冷却工程とを含む、
ガス精製方法。
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JP2001353416A (ja) | 2000-06-13 | 2001-12-25 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | 特定成分ガスの濃縮方法およびその濃縮装置 |
JP2002137909A (ja) | 2000-10-30 | 2002-05-14 | Air Water Inc | ヘリウムガスの精製方法 |
WO2003045536A1 (fr) | 2001-11-27 | 2003-06-05 | Nippon Sanso Corporation | Procede et dispositif de separation de gaz |
JP2012025729A (ja) | 2010-06-21 | 2012-02-09 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | プロパンの精製方法および精製装置 |
JP2013517944A (ja) | 2010-02-01 | 2013-05-20 | ガス リカバリー アンド リサイクル リミテッド | 不活性ガスの回収システム及び回収方法 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001353416A (ja) | 2000-06-13 | 2001-12-25 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | 特定成分ガスの濃縮方法およびその濃縮装置 |
JP2002137909A (ja) | 2000-10-30 | 2002-05-14 | Air Water Inc | ヘリウムガスの精製方法 |
WO2003045536A1 (fr) | 2001-11-27 | 2003-06-05 | Nippon Sanso Corporation | Procede et dispositif de separation de gaz |
JP2013517944A (ja) | 2010-02-01 | 2013-05-20 | ガス リカバリー アンド リサイクル リミテッド | 不活性ガスの回収システム及び回収方法 |
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