JPH04280806A - ヘリウム精製装置 - Google Patents
ヘリウム精製装置Info
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- JPH04280806A JPH04280806A JP3040040A JP4004091A JPH04280806A JP H04280806 A JPH04280806 A JP H04280806A JP 3040040 A JP3040040 A JP 3040040A JP 4004091 A JP4004091 A JP 4004091A JP H04280806 A JPH04280806 A JP H04280806A
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Links
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- 239000001307 helium Substances 0.000 title claims description 31
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- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 148
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Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、不純ヘリウムガスを回
収し、この回収ガスから高純度ヘリウムガスを精製する
ためのヘリウム精製装置に関するものである。
収し、この回収ガスから高純度ヘリウムガスを精製する
ためのヘリウム精製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】通常、液体ヘリウムの蒸発ガスは、回収
された後に液化機で液化され、再利用に供されるが、上
記液化機にヘリウムガスを導入するためには、この導入
ガスの純度を一定値以上の高レベルに保っておかなけれ
ばならない。
された後に液化機で液化され、再利用に供されるが、上
記液化機にヘリウムガスを導入するためには、この導入
ガスの純度を一定値以上の高レベルに保っておかなけれ
ばならない。
【０００３】従来、このような高純度のヘリウムガスを
得るためのヘリウム精製装置としては、低温吸着法によ
るもの、凝固法によるもの、分離膜法と圧力スイング吸
着（以下、ＰＳＡと称する。）法との組合せによるもの
等が知られている。このうち、低温吸着法によるものや
凝固法によるものでは、不純物の吸着や凝固に寒冷を要
するのに対し、分離膜法とＰＳＡ法の組合せによるもの
では常温操作で精製を行うことができるため、その開発
が活発に行われている（例えば特開平１−２６６８３１
号公報参照）。
得るためのヘリウム精製装置としては、低温吸着法によ
るもの、凝固法によるもの、分離膜法と圧力スイング吸
着（以下、ＰＳＡと称する。）法との組合せによるもの
等が知られている。このうち、低温吸着法によるものや
凝固法によるものでは、不純物の吸着や凝固に寒冷を要
するのに対し、分離膜法とＰＳＡ法の組合せによるもの
では常温操作で精製を行うことができるため、その開発
が活発に行われている（例えば特開平１−２６６８３１
号公報参照）。
【０００４】この種の装置の一例を図２に示す。図にお
いて、ヘリウム回収ライン１００を通じて回収されたヘ
リウム蒸発ガスは、内圧が一定（ほぼ大気圧）に保たれ
るガスバッグ１０２内に一旦集められ、このガスバッグ
１０２から回収圧縮機１０４を経て圧縮状態でガスボン
ベ１０６内に導入され、ここで貯留される。
いて、ヘリウム回収ライン１００を通じて回収されたヘ
リウム蒸発ガスは、内圧が一定（ほぼ大気圧）に保たれ
るガスバッグ１０２内に一旦集められ、このガスバッグ
１０２から回収圧縮機１０４を経て圧縮状態でガスボン
ベ１０６内に導入され、ここで貯留される。
【０００５】液化の際には、上記ガスボンベ１０６内の
不純ガスが常温精製装置１０８に導入され、精製圧縮機
１１０によってフロン冷凍機１１２及び分離膜装置１１
６に圧送される。フロン冷凍機１１２では、上記ガス中
の水分が除去され、この水分が除去されたガスがＰＳＡ
装置１１４に導入される。このＰＳＡ装置１１４では、
上記ガス中の不純成分（Ｎ２，Ｏ２など）が吸着、除去
され、これにより精製された高純度ヘリウムガスが、圧
縮機１１８等を備えたヘリウム液化装置１２０へ導入さ
れる。ここで、吸着された不純ガス中にはある程度の高
価なヘリウムガスが残存しているので、この不純ガスは
洗浄工程において精製圧縮機１１０の上流側に直接戻さ
れ、再び精製に供される。
不純ガスが常温精製装置１０８に導入され、精製圧縮機
１１０によってフロン冷凍機１１２及び分離膜装置１１
６に圧送される。フロン冷凍機１１２では、上記ガス中
の水分が除去され、この水分が除去されたガスがＰＳＡ
装置１１４に導入される。このＰＳＡ装置１１４では、
上記ガス中の不純成分（Ｎ２，Ｏ２など）が吸着、除去
され、これにより精製された高純度ヘリウムガスが、圧
縮機１１８等を備えたヘリウム液化装置１２０へ導入さ
れる。ここで、吸着された不純ガス中にはある程度の高
価なヘリウムガスが残存しているので、この不純ガスは
洗浄工程において精製圧縮機１１０の上流側に直接戻さ
れ、再び精製に供される。
【０００６】一方、分離膜装置１１６では、導入された
ガス中の不純成分（Ｎ２，Ｏ２など）が濃縮され、系外
へ排出されるとともに、残ったガス、すなわちある程度
の純度をもったヘリウム精製ガスが精製圧縮機１１０の
上流側に直接戻される。
ガス中の不純成分（Ｎ２，Ｏ２など）が濃縮され、系外
へ排出されるとともに、残ったガス、すなわちある程度
の純度をもったヘリウム精製ガスが精製圧縮機１１０の
上流側に直接戻される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記装置に設けられた
ＰＳＡ装置１１４では、精製工程及び洗浄工程を交互に
切り替える切替運転が行われるため、このＰＳＡ装置１
１４からは上記精製圧縮機１１０の上流側に間欠的に不
純ガスが返還され、これに起因してＰＳＡ装置１１４の
上流側に圧力変動が生じることになる。従って、返還さ
れるガスの量が多くなる運転状況下では、これに起因す
る圧力変動が精製圧縮機１１０の運転能力の限界を超え
、正常な精製が行えなくなってしまう不都合がある。
ＰＳＡ装置１１４では、精製工程及び洗浄工程を交互に
切り替える切替運転が行われるため、このＰＳＡ装置１
１４からは上記精製圧縮機１１０の上流側に間欠的に不
純ガスが返還され、これに起因してＰＳＡ装置１１４の
上流側に圧力変動が生じることになる。従って、返還さ
れるガスの量が多くなる運転状況下では、これに起因す
る圧力変動が精製圧縮機１１０の運転能力の限界を超え
、正常な精製が行えなくなってしまう不都合がある。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、簡単か
つ低コストの構造で、精製圧縮機上流側の圧力変動を防
ぐことができるヘリウム精製装置を提供することを目的
とする。
つ低コストの構造で、精製圧縮機上流側の圧力変動を防
ぐことができるヘリウム精製装置を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、内圧が一定に
保持され、不純ヘリウムガスが導入されるガスバッグと
、このガスバッグから導出されたガスを圧縮する精製圧
縮機と、この精製圧縮機で圧縮されたガス中の不純成分
を吸着して残りの高純度ヘリウムガスを排出する圧力ス
イング吸着装置と、上記精製圧縮機で圧縮されたガス中
の不純成分を濃縮してこれを排出する分離膜装置とを備
え、上記圧力スイング吸着装置で吸着された不純ガス及
び上記分離膜装置で精製されたガスが上記精製圧縮機の
上流側に返還されるヘリウム精製装置において、上記圧
力スイング吸着装置で吸着された不純ガスを上記ガスバ
ッグに返還する不純ガス返還ラインを備えたものである
。なお、分離膜装置で不純成分が除去された残りの精製
ガスについては、上記ガスバッグに戻すようにしてもよ
いし、直接精製圧縮機の上流側に戻すようにしてもよい
。
保持され、不純ヘリウムガスが導入されるガスバッグと
、このガスバッグから導出されたガスを圧縮する精製圧
縮機と、この精製圧縮機で圧縮されたガス中の不純成分
を吸着して残りの高純度ヘリウムガスを排出する圧力ス
イング吸着装置と、上記精製圧縮機で圧縮されたガス中
の不純成分を濃縮してこれを排出する分離膜装置とを備
え、上記圧力スイング吸着装置で吸着された不純ガス及
び上記分離膜装置で精製されたガスが上記精製圧縮機の
上流側に返還されるヘリウム精製装置において、上記圧
力スイング吸着装置で吸着された不純ガスを上記ガスバ
ッグに返還する不純ガス返還ラインを備えたものである
。なお、分離膜装置で不純成分が除去された残りの精製
ガスについては、上記ガスバッグに戻すようにしてもよ
いし、直接精製圧縮機の上流側に戻すようにしてもよい
。
【００１０】
【作用】上記装置によれば、ＰＳＡ装置からの戻りガス
は、内圧が一定に保たれたガス回収用のガスバッグ内に
導入されるので、精製圧縮機上流側の圧力は略一定に保
持される。
は、内圧が一定に保たれたガス回収用のガスバッグ内に
導入されるので、精製圧縮機上流側の圧力は略一定に保
持される。
【００１１】
【実施例】本発明の一実施例を図１に基づいて説明する
。
。
【００１２】図において、１０はガス回収ラインであり
、このガス回収ライン１０はガスバッグ１２に接続され
ている。このガスバッグ１２は、導入されるガスの量に
応じて容積が自由に変化するものであり、従ってその内
圧は常に略一定（大気圧）に保持されている。
、このガス回収ライン１０はガスバッグ１２に接続され
ている。このガスバッグ１２は、導入されるガスの量に
応じて容積が自由に変化するものであり、従ってその内
圧は常に略一定（大気圧）に保持されている。
【００１３】この装置は、ガス回収系と精製系とに大別
される。ガス回収系としては、上記ガスバッグ１２にガ
ス貯留ライン１４及びガス抜き出しライン１６を介して
ガスボンベ１７が接続されており、上記ガス貯留ライン
１４中には回収圧縮機１８が設けられている。
される。ガス回収系としては、上記ガスバッグ１２にガ
ス貯留ライン１４及びガス抜き出しライン１６を介して
ガスボンベ１７が接続されており、上記ガス貯留ライン
１４中には回収圧縮機１８が設けられている。
【００１４】精製系としては、上記ガスバッグ１２にガ
ス導出ライン２０を介して精製圧縮機２２の入口側が接
続されており、この精製圧縮機２２の出口側がガス導入
ライン２４を通じてフロン冷凍機２６に接続されている
。このフロン冷凍機２６は、ライン２８を介して、従来
公知の装置と同様のＰＳＡ装置３０に接続されている。 このＰＳＡ装置３０は、精製ガス導入ライン３９を介し
、圧縮機４２等を備えたヘリウム液化装置４０の適当な
ラインに接続されている。一方、上記精製圧縮機２２の
出口側はガス導入ライン３２を介して分離膜装置３４に
も接続されている。
ス導出ライン２０を介して精製圧縮機２２の入口側が接
続されており、この精製圧縮機２２の出口側がガス導入
ライン２４を通じてフロン冷凍機２６に接続されている
。このフロン冷凍機２６は、ライン２８を介して、従来
公知の装置と同様のＰＳＡ装置３０に接続されている。 このＰＳＡ装置３０は、精製ガス導入ライン３９を介し
、圧縮機４２等を備えたヘリウム液化装置４０の適当な
ラインに接続されている。一方、上記精製圧縮機２２の
出口側はガス導入ライン３２を介して分離膜装置３４に
も接続されている。
【００１５】さらに、この装置の特徴として、上記ＰＳ
Ａ装置３０が不純ガス返還ライン３６及び前記ガス抜き
出しライン１６を介して上記ガスバッグ１２に接続され
るとともに、上記分離膜装置３４も精製ガス返還ライン
３８を介して上記ガスバッグ１２に接続されている。
Ａ装置３０が不純ガス返還ライン３６及び前記ガス抜き
出しライン１６を介して上記ガスバッグ１２に接続され
るとともに、上記分離膜装置３４も精製ガス返還ライン
３８を介して上記ガスバッグ１２に接続されている。
【００１６】次に、この装置の作用について説明する。
【００１７】まず、上記ヘリウム液化装置４０において
液化運転が行われない状態では、ガス回収ライン１０を
通じて回収された不純ガスがガスバッグ１２内に導入さ
れ、さらにガス貯留ライン１４及び回収圧縮機１８を通
じてガスボンベ１７内に貯留される。
液化運転が行われない状態では、ガス回収ライン１０を
通じて回収された不純ガスがガスバッグ１２内に導入さ
れ、さらにガス貯留ライン１４及び回収圧縮機１８を通
じてガスボンベ１７内に貯留される。
【００１８】これに対し、上記液化運転が行われる状態
では、ガスボンベ１７から減圧されたガスがガス抜き出
しライン１６を通じてガスバッグ１２内に導入され、さ
らに、このガスバッグ１２内の不純ガスは精製圧縮機２
２で圧縮された後、ガス導入ライン２４，３２をそれぞ
れ介してフロン冷凍機２６及び分離膜装置３４の双方に
送られる。
では、ガスボンベ１７から減圧されたガスがガス抜き出
しライン１６を通じてガスバッグ１２内に導入され、さ
らに、このガスバッグ１２内の不純ガスは精製圧縮機２
２で圧縮された後、ガス導入ライン２４，３２をそれぞ
れ介してフロン冷凍機２６及び分離膜装置３４の双方に
送られる。
【００１９】フロン冷凍機２６に送られたガスは、その
中に含まれる水分がフロン冷凍機２６で凝固により除去
され、乾燥した状態でＰＳＡ装置３０に導入される。こ
のＰＳＡ装置３０では、混合ガス中の酸素、窒素をはじ
めとする不純成分が吸着、除去され、これにより精製さ
れた高純度ヘリウムガスは、精製ガス導入ライン３９を
通じてヘリウム液化装置４０に導入され、液化に供され
る。これに対し、吸着された不純成分は、ある程度ヘリ
ウムを含んだ状態で、洗浄工程において不純ガス返還ラ
イン及びガス抜き出しライン１６を介してガスバッグ１
２に返還され、再び精製に供される。
中に含まれる水分がフロン冷凍機２６で凝固により除去
され、乾燥した状態でＰＳＡ装置３０に導入される。こ
のＰＳＡ装置３０では、混合ガス中の酸素、窒素をはじ
めとする不純成分が吸着、除去され、これにより精製さ
れた高純度ヘリウムガスは、精製ガス導入ライン３９を
通じてヘリウム液化装置４０に導入され、液化に供され
る。これに対し、吸着された不純成分は、ある程度ヘリ
ウムを含んだ状態で、洗浄工程において不純ガス返還ラ
イン及びガス抜き出しライン１６を介してガスバッグ１
２に返還され、再び精製に供される。
【００２０】一方、分離膜装置３４に送られたガスは、
その中の不純成分のみが濃縮され、系外に排出される。 排出されなかったガス、すなわちある程度の純度をもつ
ヘリウム精製ガスは、精製ガス返還ライン３８を通じて
ガスバッグ１２内に返還され、再び精製に供される。
その中の不純成分のみが濃縮され、系外に排出される。 排出されなかったガス、すなわちある程度の純度をもつ
ヘリウム精製ガスは、精製ガス返還ライン３８を通じて
ガスバッグ１２内に返還され、再び精製に供される。
【００２１】以上のように、この装置では、ＰＳＡ装置
３０及び分離膜装置３４からの戻りガスをガスバッグ１
２内に戻すようにしているので、ＰＳＡ装置３０の切替
運転等に起因して戻りガスの圧力に大きな変動を生じる
場合でも、これをガスバッグ１２で吸収することにより
、精製圧縮機２２の上流側圧力を常に略一定値（大気圧
）に保持することができ、精製圧縮機２２の運転を良好
に維持することができる。すなわち、この装置では、ガ
ス回収用として既に設けられているガスバッグ１２を、
精製圧縮機２２上流側の圧力を均一化するための緩衝手
段として兼用しているので、簡単かつ低コストの構造で
精製圧縮機２２の安定した運転を確保することが可能で
ある。
３０及び分離膜装置３４からの戻りガスをガスバッグ１
２内に戻すようにしているので、ＰＳＡ装置３０の切替
運転等に起因して戻りガスの圧力に大きな変動を生じる
場合でも、これをガスバッグ１２で吸収することにより
、精製圧縮機２２の上流側圧力を常に略一定値（大気圧
）に保持することができ、精製圧縮機２２の運転を良好
に維持することができる。すなわち、この装置では、ガ
ス回収用として既に設けられているガスバッグ１２を、
精製圧縮機２２上流側の圧力を均一化するための緩衝手
段として兼用しているので、簡単かつ低コストの構造で
精製圧縮機２２の安定した運転を確保することが可能で
ある。
【００２２】例えば、上記ＰＳＡ装置３０の切替時間を
３分とすると、このうち、不純ガスが精製圧縮機２２の
上流側に戻される時間は１．５分となるため、何らの緩
衝手段をも設けない場合には精製圧縮機２２の上流側の
圧力変動は１５％にも達し、安定した運転は不可能であ
る。この圧力変動を上記ガスバッグ１２以外の緩衝手段
（例えばガスタンク）を新たに用いて１０％以下に抑制
しようとすると、理論上、例えば容積が１７０ｍ３以上
の巨大なガスタンクを使用せねばならず、大幅なコスト
アップは免れ得ない。ところが、本装置によれば、既設
のガスバッグ１２を利用することにより、コストアップ
をほとんど生じることなく、ヘリウムの精製を安定して
行うことができる。実際に、図１に示される運転条件下
で精製を実行したところ、純度９７．６％の回収ガスか
ら回収率９９．５％で純度９９．９９５％の精製ガスが
安定して得られることが判明した。
３分とすると、このうち、不純ガスが精製圧縮機２２の
上流側に戻される時間は１．５分となるため、何らの緩
衝手段をも設けない場合には精製圧縮機２２の上流側の
圧力変動は１５％にも達し、安定した運転は不可能であ
る。この圧力変動を上記ガスバッグ１２以外の緩衝手段
（例えばガスタンク）を新たに用いて１０％以下に抑制
しようとすると、理論上、例えば容積が１７０ｍ３以上
の巨大なガスタンクを使用せねばならず、大幅なコスト
アップは免れ得ない。ところが、本装置によれば、既設
のガスバッグ１２を利用することにより、コストアップ
をほとんど生じることなく、ヘリウムの精製を安定して
行うことができる。実際に、図１に示される運転条件下
で精製を実行したところ、純度９７．６％の回収ガスか
ら回収率９９．５％で純度９９．９９５％の精製ガスが
安定して得られることが判明した。
【００２３】なお、上記実施例では、分離膜装置３４で
精製されたガスも精製ガス返還ライン３８を通じてガス
バッグ１２に戻すようにしたものを示したが、この精製
ガスはガスバッグ１２を介さずに直接精製圧縮機２２の
上流側に戻すようにしてもよい。
精製されたガスも精製ガス返還ライン３８を通じてガス
バッグ１２に戻すようにしたものを示したが、この精製
ガスはガスバッグ１２を介さずに直接精製圧縮機２２の
上流側に戻すようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明は、圧力スイング吸
着装置で吸着された不純ガスを内圧が一定に保持された
ガスバッグに返還するガス返還ラインを備え、既設のガ
スバッグを精製圧縮機上流側での圧力緩衝手段として兼
用するようにしたものであるので、簡単かつ低コストの
構造で、上記精製圧縮機上流側の圧力を略一定に保つこ
とができ、これによりヘリウムの精製を安定して行うこ
とができる効果がある。
着装置で吸着された不純ガスを内圧が一定に保持された
ガスバッグに返還するガス返還ラインを備え、既設のガ
スバッグを精製圧縮機上流側での圧力緩衝手段として兼
用するようにしたものであるので、簡単かつ低コストの
構造で、上記精製圧縮機上流側の圧力を略一定に保つこ
とができ、これによりヘリウムの精製を安定して行うこ
とができる効果がある。
【図１】本発明の一実施例におけるヘリウム精製装置の
フローシートである。
フローシートである。
【図２】従来のヘリウム精製装置のフローシートである
。
。
１０ ガス回収ライン
１２ ガスバッグ
１６ ガス抜き出しライン（不純ガス返還ラインの一
部を構成） ２２ 精製圧縮機 ３０ ＰＳＡ装置（圧力スイング吸着装置）３４
分離膜装置 ３６ 不純ガス返還ライン ３８ 精製ガス返還ライン
部を構成） ２２ 精製圧縮機 ３０ ＰＳＡ装置（圧力スイング吸着装置）３４
分離膜装置 ３６ 不純ガス返還ライン ３８ 精製ガス返還ライン
Claims (1)
- 【請求項１】 内圧が一定に保持され、不純ヘリウム
ガスが導入されるガスバッグと、このガスバッグから導
出されたガスを圧縮する精製圧縮機と、この精製圧縮機
で圧縮されたガス中の不純成分を吸着して残りの高純度
ヘリウムガスを排出する圧力スイング吸着装置と、上記
精製圧縮機で圧縮されたガス中の不純成分を濃縮してこ
れを排出する分離膜装置とを備え、上記圧力スイング吸
着装置で吸着された不純ガス及び上記分離膜装置で精製
されたガスが上記精製圧縮機の上流側に返還されるヘリ
ウム精製装置において、上記圧力スイング吸着装置で吸
着された不純ガスを上記ガスバッグに返還する不純ガス
返還ラインを備えたことを特徴とするヘリウム精製装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040040A JPH04280806A (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | ヘリウム精製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040040A JPH04280806A (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | ヘリウム精製装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04280806A true JPH04280806A (ja) | 1992-10-06 |
Family
ID=12569801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3040040A Pending JPH04280806A (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | ヘリウム精製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04280806A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002097007A (ja) * | 2000-09-22 | 2002-04-02 | Nippon Sanso Corp | 希ガスの回収方法及び装置 |
| JP2013508259A (ja) * | 2009-10-26 | 2013-03-07 | コンセホ・スペリオル・デ・インベスティガシオネス・シエンティフィカス（Ｃｓｉｃ） | ヘリウム回収プラント |
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1991
- 1991-03-06 JP JP3040040A patent/JPH04280806A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002097007A (ja) * | 2000-09-22 | 2002-04-02 | Nippon Sanso Corp | 希ガスの回収方法及び装置 |
| JP2013508259A (ja) * | 2009-10-26 | 2013-03-07 | コンセホ・スペリオル・デ・インベスティガシオネス・シエンティフィカス（Ｃｓｉｃ） | ヘリウム回収プラント |
| EP2495517A4 (en) * | 2009-10-26 | 2016-06-01 | Consejo Superior Investigacion | HÉLIUM RECOVERY STATION |
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