JPH03238018A - 窒素ガスの分離方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分子ふるい炭素の選択的吸着特性を利用して、
窒素を含む混合ガスより高濃度の窒素ガスを分離する方
法に関する。

〔従来技術〕

金属の熱処理、半導体の製造、化学プラントの防爆シー
ルなどに広く利用されている工業用窒素ガスは、従来上
として深冷分離装置により製造され、パイピング、タン
クローリ−ボンベ等によりユーザーへ供給されてきた。

近年になり、新しい窒素ガスの製造法として、例えば特
公昭６４−１７５８５号公報に開示された分子ふるいコ
ークスを充填剤とした吸着塔に原料ガスを加圧下で送入
し、酸素を選択的に吸着させ窒素ガスを分離する方法の
如きいわゆる圧力スイング吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓ
ｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　；　Ｐ　Ｓ　Ａ　）
式窒素ガスの製造法が開発されてきている。

このＰＳＡ式窒素ガスの分離法は、深冷分離法に比較し
て装置が、小型となり操作が簡便で無人連続運転が可能
などの利点が注目され、現在もなお種々の装置改良が提
案されている。

このＰＥＡ式窒素ガスの分離法においては、装置構成、
吸着剤、操作サイクル等種々の条件により、発生窒素ガ
スの純度や発生量、所要動力等がきまってくるため、こ
れまでにも種々の提案がなされてきている。しかしなが
ら窒素ガス純度、発生量、エネルギー原単位について、
あるいは装置のより一層のコンパクト化に関し克服すべ
き課題が多々残されているのが現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らは、この様な現状に鑑み鋭意研究の結果本発
明を完成させたものであり、その目的とするところは、
高純度窒素ガスを低いエネルギー原単位で多量に発生す
ることができる窒素ガスの分離方法を提供するにある。

〔目的を達成するための手段〕

上述の目的は、少なくとも２塔以上の吸着塔に窒素を含
む混合ガスを供給し、高圧吸着工程と、低圧再生工程と
を各吸着塔で交互に繰り返し、窒素ガスを分離するＦＳ
Ａ法において、 囚　分子ふるい炭素として （ａ）　　粒径０．８〜１２０μｍの多数の球状炭素粒
子が三次元的に不規則に重なり且つ合体された構造を有
し、 Ｑ：１）該多数の炭素粒子の間には三次元的に不規則に
走る連続通路が存在し く０）該炭素粒子の夫々は、該粒子の間の通路に連通ず
る多数の細孔を有し、そして （ｄ）　　少なくとも８５重量％以上の炭素含有率を有
し、かつ、 （ｅ）　　２．６　ｋｇｆ／ｃｍＬＧの加圧下で単成分
吸着を行なった際の酸素と窒素の１分後の吸着量の容量
比が３．５〜２０である分子ふるい炭素を用い、 （６）吸着塔１塔当りの有効容積が製品ガス取出量（Ｎ
ｌ／ｍｉｎ　）のＯ，，５〜１０倍であり、かつ、製品
貯留槽有効容積が吸着塔１塔当りの有効容積の１〜４倍
であり、 ０　吸脱着操作サイクルとして吸着、均圧、再生の各工
程を含み、かつ、均圧工程と吸着工程の間に強制的に、
あるいは吸着工程初期に自動的に製品貯留槽より吸着塔
に窒素富化ガスが還流する工程を含み、 （６）吸着工程が６０〜２＋００秒間であることを特徴
とする窒素ガスの分離方法により達成される。

本発明の窒素ガスの分離に用いる上述の如き構造と特性
を有する分子ふるい炭素の製造法は特開昭６４−６１３
０６号公報に詳述されているが、その要点は以下の如く
である。

即ち、（ａ）　　粒径１〜１５０μｍの球状熱硬化性フ
ェノール樹脂粉末、を１００重量部当り、（ｂ）　　フ
ェノール樹ｌ旨またはメラミン樹脂よりなる熱硬化性樹
脂の溶液、５〜５０重量部（固形分として） （ｃ）ポリビニルアルコールおよび水溶性又は水膨潤性
セルロース誘導体から選ばれる高分子バインダー　１〜
３０重量部である 均一混合物を準備し、この均一混合物を粒状物に成形し
、そして、この粒状物を非酸化性雰囲気下、５００〜１
１００°Ｃの範囲の温度で、加熱処理して炭化し、粒状
分子ふるい炭素とする方法である。

また、この分子ふるい炭素は、好ましくは、多数の球状
炭素粒子が粒径２〜８０μｍを有し、好ましくは多数の
炭素粒子の間の連続通路の平均直径は０．１〜２０μｍ
である。

この分子ふるい炭素は、上記（４）、　（Ｂ）の特徴と
相俟って、上記多数の炭素粒子の夫々が、上記粒子間の
通路に連通ずる多数の細孔を有する。この多数の細孔の
存在が分子ふるい炭素の選択吸着性の発現に大きく寄与
している。

多数の炭素粒子の中の該細孔は好ましくは約１０Ａ以下
の平均直径を有する。

また、該細孔の占める容積は分子ふるい炭素の重量１ｇ
当り好ましくは０，１〜ｏ、ｙｃｏであり、より好まし
くは０６１５〜０．５ｃｏであり、さらに好ましくは０
．２〜０．４ｃｃである。

該分子ふるい炭素は、組成上の特徴として、少なくとも
８６重量％の炭素含有率を有し、好ましくは少なくとも
９０重量％の炭素含有率を有する。

また、該分子ふるい炭素は、気孔率が好ましくは２５〜
５０容積％であり、より好ましくは３０〜４５容積％で
ある。

また、嵩密度が好ましくは０．７〜１．２１　／　ｏ　
。

であり、より好ましくは０．８〜１．１ｇ／ｃａである
。

該分子ふるい炭素は、上記の如く、好ましくは、平均直
径１０Ａ以下の細孔を有するが好ましくはこの細孔は平
均直径３〜５Ａの範囲に最も多く分布している。

この分子ふるい炭素の比表面積は、Ｎ２吸着によるＢ、
　Ｅ、　Ｔ、法により測定した値として、通常１〜６０
０ｍ’／ｆ／、好ましくは１０〜４００ｍ”／ｆ！、最
も好ましくは２０〜３５０　ｍ”／ｙ程度である。

該分子ふるい炭素は、利えば直径０．５〜５ｍｍ長さ１
〜１０ｍｍ程度の円柱状、あるいは直径０．５〜１０ｍ
ｍ程度の球状の形態で提供され、その充填密度は通常０
．５〜０．７６　ｆ　／　ａｍｌｌであり、好ましくは
０．６０〜０．７０ｙ／ａｍ’である。

上記製法に従い２．５　ｋｐｆ／ａｍ２・Ｇの加圧下で
単成分吸着を行なった際の酸素と窒素の１分後の吸着量
の容量比が３゜５〜２０であるように製造された分子ふ
るい炭素は窒素を含む混合ガスより、窒素ガスを分離す
るＰＳＡ法において極めて有効に働き、高純度の窒素ガ
スを極めて効率よく分離することが可能であり、特にＰ
ＳＡ装置の構成と操作条件を以下の如く設定し、本ＭＳ
Ｃと組合せることによりその効果が極めて顕著であるこ
とを見出した。即ち、少なくとも２塔以上の吸着塔を有
するＰＳＡ装置において、 （１）吸着塔１塔当りの有効容積が製品ガス取出量（Ｎ
ｌ／ｍ１ｎ）の０．３〜１０倍であり、かつ製品貯留槽
有効容積が吸着塔１塔当りの有効容積の１〜４倍であり
、 （２）吸脱着操作サイクルとして、吸着、均圧、再生の
各工程を含みかつ、均圧工程と吸着工程の間に強制的に
あるいは吸着工程初期に自動的に製品貯留槽より吸着塔
に窒素富化ガスが還流する工程を含み （３）吸着工程が６０〜３００秒であるＰＳＡ装置の構
成と操作条件である。

本発明におけるＭｈｏの特性は、後述の測定法により測
定した２、　５　ｋｇｆ／ａｍ”・Ｇの加圧下での単成
分吸着において、酸素と窒素の１分後の吸着量の容量比
が３．５〜２０である。この吸着容量比は、好ましくは
４．５〜２０であり、最も好ましくは９〜２０である。

また、このＭＢＣは、同一の測定法における１分後の酸
素吸着容量が通常ＭＳ０１ｆ当り６　Ｘ　１０””〜９
　Ｘ　１０−’モルであり、好ましくは７　Ｘ　１０−
’〜９　Ｘ　１０−’モル、最も好ましくは７．５　Ｘ
　１０　〜９×１０　モルである。

本発明のＰ８Ａ装置は、主として、ＭＳＯを充填した２
塔以上の吸着塔、コンプレッサーなどの原料混合ガス供
給装置、製品窒素ガスを貯留するための製品貯留槽、及
びこれらの構成要素を連結する配管及びガスの流れを制
御するための自動弁とその制御系、流量調整計及びガス
濃度分析計などから構成されている。

本発明の極めて効率的な窒素ガスの分離法においては、
上記装置構成において吸着塔１塔当りの有効容積は、製
品ガス取出量（Ｎｌ／ｍ１ｎ　）の０６３〜１０倍であ
り、好ましくは０．５〜７倍、最も好ましくは０．７〜
４倍である。また、製品貯留槽有効容積は吸着塔１塔当
りの有効容積のＩ　Ｎ４倍であり、好ましくは１．２〜
３倍、最も好ましくは１．４〜２倍である。製品取出量
に対し、吸着塔容積が小さい場合には、吸着塔容量当り
の生産性が向上し、製品単位量当りの動力消費量、即ち
動力原単位も少なくて済むが、製品の窒素純度が低下す
る。

本発明において得られる製品窒素ガスの純度は、吸着工
程、再生工程の塔内圧力等により変動するが、本発明の
吸着塔容積と製品ガス取出流量（Ｎｌ／　ｍｉｎ　）の
比率の範囲内では、通常窒素純度（Ｎｔ十Ａｒ）　９１
１．９９　ＦＪ　９〜９１４　ｖｏ１％の範囲の製品ガ
スを得ることが可能である。従って本発明の比率の範囲
内で高純度の窒素ガスを得たい場合には、吸着塔容積を
大きく、また比較的純度の低い窒素ガスで良い場合には
吸着塔容積を小さくすればよい。また、製品貯留槽容積
が小さ過ぎる場合には、Ｐ８ム操作サイクルの均圧工程
と吸着工程の間に強制的にあるいは吸着工程初期に自動
的に製品貯留槽より吸着塔に還流する窒素富化ガスの還
流量が少なくなり過ぎ、効率良く、高純度の製品窒素ガ
スを得ることが困難となり、また、製品窒素ガスの供給
圧力が低下し、好ましくない。−万、製品貯留槽容積が
大き過ぎる場合には、装置起動時に製品貯留槽の窒素濃
度が所定の定常値に到達するのに時間がかかり過ぎ待ち
時間が長くなる。

本発明の上述の如き構成のＰＳＡ装置による実際の窒素
ガスの分離操作の実施態様の一例を第１図に基づいて説
明すると以下の通りである。

第１図において、（１）は空気圧縮機、（２）はエアド
ライヤ、（３）、（５ａ）・・・は吸着塔、（４）、　
（４ａ）、（７）、　（７ａ）。

（１０）、（ｌｅａ）、（１＄）、（Ｈａ）・・・は弁
、（５）、　（５ａ　）　。

（８）、　（１３）、　（１３ａ）、　（１１）、　（
１２）、　（１６）・・・はパイプ、（１４）はリザー
バータンク、（１５）はバルブである。

同図において、空気圧縮機（１）により供給された原料
空気は、必要ならば除湿機（２）で除湿した後、自動弁
（４）または（４ａ）を通して吸着塔（３）または（３
ａ）に供給される。例えば、吸着塔（３）が吸着工程の
場合には、この吸着塔に原料空気が供給され、吸着塔（
３ａ）は再生工程となる。吸着工程にある吸着塔の塔内
圧力は通常３〜９　ｋｐｆ／ａｍ”・Ｇ、好ましくは４
〜８．５　ｋｐｆ／ａｍ２−０１最も好ましくは５〜８
　ｋｇｆ／ａｍ２．０である。また、吸着塔の再生は、
通常大気開放または真空ポンプによる減圧再生により実
施されるので、再生工程にある吸着塔の内圧は、大気圧
または１００　ｔｏｒｒ以下程度にまで低下する。第１
図には、大気圧再生の場合を例示しである。また、第１
図は、配管（１８）、自動弁（１９）により製品貯留槽
より窒素富化ガスを強制的に還流する工程が含まれる場
合の例示であるが、この配管（１８）、自動弁（１９）
がなく、吸着塔と製品貯留槽の圧力バランスの結果とし
て、配管（１１）、　（９）、　（９ａ）、自動弁（１
０）、　（１０ａ）を通じて還流が自動的に起こる場合
も本発明の範囲に含まれる。

また再生工程には、製品貯留槽内の窒素富化ガスを逆流
して吸着塔内を洗浄するいわゆるパージ法を採用しても
よい。

次に吸着工程の終了した吸着塔（３）と再生工程の終了
した吸着塔（３ａ）は、吸着塔製品ガス取出側または、
吸着塔原料ガス送入側あるいは、吸着塔製品ガス取出側
と原料ガス送入側とで連結し、吸着工程の終了した吸着
塔内に存在する混合ガスの一定量を再生工程の終了した
吸着塔に移動させる所謂均圧工程に移る。通常吸着塔製
品ガス取出側を連結した場合を塔頂均圧、吸着塔製品ガ
ス取出側どうし及び製品ガス送入側どうしを連結した場
合を上下均圧、吸着塔製品ガス取出側と製品ガス送入側
とを連結した場合をクロス均圧と呼んでいるが、これら
の均圧方法あるいは、その他の均圧方法も含め均圧工程
を実施することが本発明の範囲内である。

均圧工程の終了後、製品貯留槽より窒素富化ガスを配管
（１８）および自動弁（１９）により強制的に吸着塔（
３ａ）に還流させてもよいが、この工程は、省略するこ
とも可能である。強制的な還流工程が行なわれない場合
、あるいは、強制的な還流量が吸着塔と製品貯留槽の完
全な圧力バランスに到達するに至らない程度に少ない場
合には、次の吸着塔（３ａ）の吸着工程初期に、吸着塔
（３ａ）内の圧力が製品貯留槽内（１４）の内圧より低
いことにより自動的に還流がおこる。この自動的な還流
は、吸着塔への原料空気の送入及び製品貯留槽からの窒
素富化ガスの還流により吸着塔の内圧が上昇し、製品貯
留槽と圧力がバランスすることにより自動的に停止し、
吸着塔より製品貯留槽への窒素富化ガスの取出しに移行
していく。

この吸着塔（３ａ）の吸着工程の間、吸着塔（３）は再
生工程にある。そして吸着工程の終了した吸着塔（３ａ
）と再生工程の終了した吸着塔（５）は連結され、均圧
工程に移る。この様にして、吸着−均圧−（還流−）再
生−均圧の工程が順次繰り返される。

上記の本発明ＰＳＡサイクルに於て吸着工程の時間は６
０〜３００秒であり、好ましくは９０〜２４０秒、最も
好ましくは１３０〜２１０秒である。また、その他の工
程については、その長さを特に限定するものではないが
、通常均圧は０．１〜１０秒程度、還流も０１〜１０秒
程度であり、再生工程の長さは吸着工程との兼ね合いに
より自動的に決まってくる。

〔発明の効果〕

本発明の窒素ガスの分離方法は、優れた窒素、酸素の分
離能を賦与した独自の微細孔構を有する分子ふるい炭素
と特定のＰＳＡ装置構成及び特定のＰＳＡ操作法を組合
せることにより、製品窒素ガスの純度が高く、発生量が
大きく、かつ、動力源単位の小さい窒素ガスの分離方法
を提供するものである。

即ち、本発明の窒素ガス分離方法に於ては、多数の球状
炭素粒子が三次元的に不規則に重なり且合体された構造
を有し、該多数の炭素粒子の間には三次元的に不規則に
走る連続通路が存在し、該炭素粒子の夫々には、該粒子
の間の通路に連通ずる多数の細孔を有する独特の微細構
造を持つ、通常ペレット状の優れた窒素、酸素分離能を
賦与した分子ふるい炭素を用い、その分子ふるい炭素を
充填剤とした特定の装置構成、特定の操作法に於てはじ
めて到達しうる顕著な効果を有する、窒素ガスの分離方
法である。

本発明に於ては、例えば、製品窒素ガス純度（窒素十ア
ルゴンの容量％）は９９〜９Ｅ１．９９９９１５− ％程度の高純度とすることが可能であり、その吸着塔容
積当りの製品発生量（（ＮＪ’／ｍｉｎ　）　／　ｌ　
）も純度により異なるが、０．１〜３．３倍と大きい範
囲まで取ることが可能である。また、本発明の窒素ガス
分離を実施するのに要する所要動力は、装置条件や操作
条件、製品純度等により異なるが従来技術に比較し一段
と低減されており、その利点は極めて大なるものがある
。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお
本発明に用いた測定法をまとめて示すと次の通りである
。

（１）細孔容積、細孔径分布の測定： 本発明の分子ふるい炭素の細孔容積及び細孔径分布は、
細孔直径６０Ｘ〜５ｏｏμｍの範囲の細孔については、
ポロシメーターによる水銀圧入法（島津製作所製、ボア
サイザー９５１０）により測定した。

また、細孔直径６０Ｘ以下の細孔については、窒素ガス
の吸着等混線により、下記のいわゆるケルビン式により
求めた。

１６− Ｐ　：吸着ガスが細孔に吸着するときの飽和蒸気圧、 Ｐｏ　：常態での吸着ガスの飽和蒸気圧、γ　：表面張
力、 Ｖ　：液体窒素の１分子体積、 Ｒ：ガス定数、 Ｔ　：絶対温度、 γに：細孔のケルビン半径、 細孔のケルビン半径に対する補正は、ｃｒａｎｓｔｏｎ
−Ｉｎｋｌｅｙ法によりおこなった。

（２）酸素及び窒素の１分後の吸着量及び平衡吸着量の
測定： 本発明に用いる分子ふるい炭素の酸素・窒素の吸着容量
を第２図に示す吸着特性測定装置により測定した。

第２図において、（１）は真空ポンプ、（２）、　（３
）、　（８）。

（１１）ｔ　（１２）、　（１３）・・・はバルブ、（
４）は試料室、（５）は調整室、（８）、　（７）は圧
力センサー、（９）は記録計、（１０）は圧力計、（１
４）、　（１６）はガスレギュレーター　（１６）は窒
素ボンベ、（１７）は酸素ボンベである。

同図において、試料室（４）（２２６，９ｍｌ　）に約
３ｇの試料を入れ、バルブ（１１）、（８）を閉じ、バ
ルブ（２）、　（３）を開けて３０分間脱気した後パル
プ（２）。

（３）を閉じ、バルブ（１１）を開けて調整室（５）　
（２３１，７ｍ１）内に酸素ガスまたは窒素ガスを送り
込み、設定圧になったところでバルブ（１１）を閉じ、
バルブ（５）を開は所定時間における内部圧力の変化を
測定して、酸素および窒素の各々の吸着量の経時変化を
測定し、吸着開始１分後の酸素吸着量（Ｑｌ）窒素吸着
量（Ｑ２）を求めた。また上記経時変化が一定値に安定
するまで測定を継続し、酸素平衡吸着量（Ｑ８）及び窒
素平衡吸着量（Ｑ４）も測定した。

測定は測定開始１分後の吸着塔−内圧あるいは平衡吸着
量測定時の内圧が２．５　ｋｔ！ｆ／ａｍ”・Ｇより大
または小となる点、数点が測定できる様初期設定圧を変
えて測定し、それより２．５　ｋｇｆ／ａｍ”・Ｇにお
ける酸素及び窒素の１分後の吸着量及び平衡吸着量を求
めた。

実施例１ ４００１の反応容器に、塩酸１８％およびホルムアルデ
ヒド９％からなる混合水溶液３００１Ｂを入れ、温度を
２０’Ｏとした。つぎに、この反応容器に、濃度８８％
（２％は水）のフェノールと水とを用いて調製した濃度
９０％のフェノール水溶液（２０°Ｃ）を１２ｋｐ添加
した。添加後３０〜４０秒間撹拌し、反応容器内の内容
物が急激に白濁すると同時に撹拌を中止し静置した。静
置をつづけると内温が徐々に上昇し、内容物は次第に淡
いピンクに変色し、白濁してから３０分後にはいずれも
スラリー状あるいは樹脂状物の生成がみられた。上記工
程の後、引き続いて内容物を７６〜７６℃まで３０分間
で昇温し、この温度で撹拌しながら４０分間保持した。

つぎに、この内容物を水洗した後、濃度０．１％のアン
モニア水溶液中で、５０℃において６時間中和処理し、
ついで水洗濾過し８０℃において６時間乾燥した。その
結果、平均粒子径２８μｍの粒子形状が球状のフェノー
ル樹脂粉末が得られた。

つぎに上記方法により製造した球状フェノール樹脂１０
ｋｇを計量し、更に該球状フェノール樹脂粉末１００重
量部に対し、水溶性メラミンＳ脂（住友化学（株）製、
スミテックスレジンＭ−３゜固形分濃度８０％）を固形
分の量で２０重量部、重合度１７００けん化度８８％の
ポリビニルアルコール４重量部、馬鈴薯澱粉２０重量部
およびエチレングリコール４重量部を計量した。

上記原料のうちポリビニルアルコールをｉ水で２０Ｍ量
％の水溶液となるように溶解し、このビニルアルコール
水溶液に水溶性メラミン樹脂、馬鈴薯澱粉およびエチレ
ングリコールを加えニーグーで１０分間混合した。その
後球状フェノール樹脂を加えて更に１０分間混合した。

この混合組成物を２軸押出造粒機（不二パウダル（株）
製、ヘレッタダプル、ＥＸＤＦ−１００型）で押出し、
平均粒子径が３ｍｍφＸ８ｍｍＬの粒状体を造粒した。

該粒状体を８０℃で２４時間熱処理し、分子ふるい炭素
前駆体組成物を得た。該前駆体組成物は前記作業のくり
返しにより約２００ｋｐ作製した。

この前駆体組成物を３バツチに分け、それぞれ有効寸法
８００　ｍｍφＸ２Ｇ００ｍｍＬのロータリーキルンに
入れ、窒素雰囲気下６０°Ｏ／Ｈで昇温し、８００°Ｃ
で１時間保持し、その後、炉冷し、平均粒子径２．４ｍ
ｍφＸ４ｍｍＬのペレット状分子ふるい炭素を合計で１
００　ｋｙ製造した。

この分子ふるい炭素は、 （ａ）　　平均粒径綿２０μｍ程度の多数の球状炭素粒
子が三次元的に不規則に重なり且つ合体された構造を有
し、 Φ〉　該多数の炭素粒子の間には、平均孔径線２μｍの
三次元的に不規則に走る連続通路が存在し、（ｃ）該炭
素粒子の夫々は、該粒子の間の通路に連通ずる多数の細
孔を有し、そして （ｄ）　　炭素含有率は、９６％であった。

更に （ｅ）　　２．６　ｋｇｆ／ａｍ２・Ｇの加圧下で酸素
吸着を行なった際の１分後の酸素吸着量（Ｑｌ）は７．
６０　Ｘ１０　　ｍｏｌ／ｆ、窒素吸着量（Ｑ２）は１
．０４　Ｘｌ　０　　ｍｏｌ／７で１分後の酸素・窒素
の吸着容量比は７．２１であった。

また、該分子ふるい炭素の２．５　ｋｙｆ／ａｍ”・Ｇ
での酸素の平衡吸着量（ＱＢ）は８．１３　Ｘ　１０　
　ｍｏｌ／ｆであった。また、該分子ふるい炭素のペレ
ット状粒子の嵩密度は１．０２９７０ｍ”　％充填密度
は０．６５５１／ａｍａであった。

次に第１図に示す２塔の吸着塔と製品貯留槽及び原料空
気圧縮機、除湿機及びそれらを連続する配管及び自動弁
よりなる窒素ガス分離装置により空気を原料として窒素
ガスの濃縮分離実験を行なった。本実施例では第１図に
於て、吸着塔内径は２００　ｍｍφｘｉ、０００ｍｍＬ
（内容積ＶＡ＝３１、４１　）、製品貯留槽は内径２５
０　ｍｍφＸ１．１５０ｍｍＬ（内容積ＶＲ＝５８．４
１：ＶＲ／ＶＡ＝１．７９８）、コンプレッサ一定格は
２．２　ｋＷとした。このガス分離装置を用い第１表に
示す操作サイクル及び操作時間で運転し製品ガス取出量
と製品窒素ガス純度の関係について検討した結果を第２
表に示す。尚、本実施例に於ては、吸着塔の最高到達圧
力を７　ｋｐｆ／ａｍ’・Ｇとし、再生は大気上表から
吸着塔１塔当りの有効容積が製品ガス取出量（Ｎｎ／ｍ
ｉｎ　）の０．３以下の場合には製品窒素ガスの純度が
低くなり多くの工業的用途に対して適用不可能となり、
また１０以上の場合には製品取出量が装置サイズに比較
して小さくなり過ぎ、動力原単位も増大することがわか
る。

実施例２ 実施例１と同様の第１図に示した装置構成のガス分離装
置で実施例１と同一の分子ふるい炭素を用い製品貯留槽
と吸着塔の有効容積の比率をかえて空気を原料とする窒
素ガス濃縮分離実験を行なった。コンプレッサ一定格は
２．２ｋＷとし、吸着塔は内径２００　ｍｍφ）＜１，
０００ｍｍＬ（内容積ＶＡ＝３１．４１）とした。また
、ＰＳＡ操作条件は実施例１の場合と同一とした。その
結果を第３表に示す。

−２７− 上表より製品貯留槽容積の吸着塔容°積に対する比率が
小さ過ぎる場合には製品窒素ガスの純度が低下し、また
、製品貯留槽内容積が大き過ぎる場合には、装置起動時
の濃度安定に要する時間が長くなることがわかる。

実施例３ 実施例１と同様の分子ふるい炭素の製造法により、焼成
時の最高到達温度をかえることにより２、５　ｋｇｆ／
ａｍ２・Ｇでの酸素と窒素の１分後の吸着量比が異なる
第４表に示す５種類の分子ふるい炭素を製造した。

２８− 第４表に示す吸着特性を有する分子ふるい炭素を実施例
１と同一の装置を用い空気を原料とする窒素ガスの濃縮
分離実験を行った。操作サイクルとしては第５表に示す
工程を採用した。自動弁の作動条件としては還流時間は
設定しなかったが、本操作サイクルに於ては、吸着工程
初期に吸着圧力の高い製品貯留槽より昇圧の完了してい
ない吸着塔に製品窒素ガスが自動的に還流する。この還
流は吸着塔圧力と製品貯留槽圧力がバランスするまで継
続し、その後は、吸着塔より製品貯留槽へ製品窒素ガス
が流入することになる。

吸着圧力　６　ｋｇｆ／ａｍ２−Ｇ 上記操作サイクルにより窒素ガス濃縮実験を行なった結
果を第６表に示す。本実験での窒素ガス取出量は２５１
／ｍｉｎとした。

第６表 結果を第７表に示す。

第７表 上表から試料Ｎ０９２〜４では比較的良好な結果が得ら
れたことがわかる。

実施例４ 実施例３の試料４を用い、実施例５と同様の装置及び条
件で窒素ガス濃縮実験を行なった。

但し、本実施例に於ては、下記の点で実施例３と設定条
件を変更した。即ち、再生は真空ポンプを用い約９０　
ｔｏｒｒまで減圧した。また、吸着時間は３０〜３６０
秒の間で変化させた。均圧時間は実施例３と同様に１秒
であり、製品取出流量も実施例３と同様に２５４？／ｚ
ｉｎである。本実験の

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の一例に用いる装置の説明図
である。同図において、（１）・・・空気圧縮機、（２
）・・・エアドライヤ、（３）、（３ａ）・・・吸着塔
、（４）、（４ａ）。 （７）、　（７ａ）、　（１０）、　（１０ａ）、　（
１３）、　（１３ａ）・・・弁、（５）。 （５ａ）、　（８）、＜９）、　（９ａ）、　（１１）
、　（１２）、　（１６）−・・パイプ、（１４）・・
・リザーバータンク、（１５）・・・バルブである。 第２図は分子ふるい炭素の分子ふるい特性を評価するた
めの吸着特性測定装置の説明図である。 ３１− 同図において、（１〉・・・真空ポンプ、（２）、　（
３）、　（８）、（１１）。 （１２）、　（１３）・・・バルブ、（４）・・・試料
室、（５）・・・調整室、（６）、　（７）・・・圧力
センサー、（９）・・・記録計、（１０）・・・圧力計
、（１４）、（１５）・・・ガスレギュレーター、（１
６）・・・窒素ボンベ、（１７）・・・酸素ボンベであ
る。 ３２−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２塔以上の吸着塔に窒素を含む混合ガ
   スを供給し、高圧吸着工程と、低圧再生工程とを各吸着
   塔で交互に繰り返し、窒素ガスを分離する圧力スイング
   吸着（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏ
   ｎ；ＰＳＡ）法において、（Ａ）分子ふるい炭素として （ａ）粒径０．８〜１２０μｍの多数の球状炭素粒子が
   三次元的に不規則に重なり且つ 合体された構造を有し、 （ｂ）該多数の炭素粒子の間には三次元的に不規則に走
   る連続通路が存在し、 （ｃ）該炭素粒子の夫々は、該粒子の間の通路に連通す
   る多数の細孔を有し、そして （ｄ）少なくとも８５重量％の炭素含有率を有し、かつ
   、 （ｅ）２．５ｋｇｆ／ｃｍ＾２・Ｇの加圧下で単成分吸
   着を行なった際の酸素と窒素の１分後の吸着量の容量比
   が３．５〜２０である分子ふるい炭素を用い、 （Ｂ）吸着塔１塔当りの有効容積が製品ガス取出量（Ｎ
   ｌ／ｍｉｎ）の０．３〜１０倍であり、かつ、製品貯留
   槽有効容積が吸着塔１塔当りの有効容積の１〜４倍であ
   り （Ｃ）吸脱着操作サイクルとして、吸着、均圧、再生の
   各工程を含み、かつ、均圧工程と吸着工程の間に強制的
   に、あるいは吸着工程初期に自動的に製品貯留槽より吸
   着塔に窒素富化ガスが還流する工程を含み、 （Ｄ）吸着工程が６０〜３００秒である ことを特徴とする窒素ガスの分離方法。