JPH04235712A - 吸着塔の吸着剤再生方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸着操作により原料ガ
ス中の微量の不純物を吸着徐去し、被吸着成分を主成分
としたガスを連続的に製造する吸着分離技術において、
不純物の吸着で飽和した吸着剤を再生し、再度活性化す
る吸着剤の再生方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、例えば特開昭５８−１７
７７５号記載のように、空気分離装置の精留塔から導出
されるアルゴンを含む酸素に富んだガスを原料ガスとし
、該ガスを吸着塔に導入し、酸素を吸着徐去し、アルゴ
ンを製造する方法がある。本方法は、先ず原料ガスのう
ち不純物である窒素を第１の吸着塔で吸着徐去し、更に
、第２の吸着塔で酸素を吸着徐去し、被吸着成分のアル
ゴンを採取するものである。また、不純物で飽和になり
活性を失った吸着剤の再生のための再生ガスとしては、
いずれの吸着塔の吸着剤にも被吸着成分を主成分とした
ガスを使用し、第１の吸着塔の吸着剤では、製品の酸素
ガスを、第２の吸着塔の吸着剤では製品アルゴンガスを
使用して、吸着剤を活性化し、連続的にアルゴンを製造
しようとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、不純
物の吸着で飽和になり吸着の活性を失った吸着剤を再び
活性化させる吸着剤の再生方法において、再生操作のた
めの再生ガスの種類は吸着操作において被吸着成分であ
るガス、すなわち被吸着成分を主成分とした純度の高い
ガス、あるいは製品ガスであり，再生操作のための再生
ガスはすべて該ガスで行われる。再生ガスは吸着剤と接
触して流れる際に吸着剤から離脱した不純物と混合し、
純度の低いガスとなり系外へ廃ガスとして放出される。 このため、再生ガス量が原料ガス量の例えば２０％であ
れば製品として生産される被吸着成分を主成分とした高
純度のガス量は８０％となる。すなわち、吸着塔で不純
物を吸着徐去し高純度化したガスの２０％は廃ガスとし
て系外に放出することになり、高効率でのガス精製方法
という面で特策ではない。したがって、吸着システムに
おいて、高効率に高純度ガスを製造するためには、吸着
剤の再生操作に使用する再生ガス、すなわち、被吸着成
分を主成分としたガス、あるいは、高純度のガスの使用
量を少なくすることが不可欠である。

【０００４】本発明は、吸着剤の再生操作時に再生ガス
として使用する吸着塔で精製された被吸着成分を主成分
としたガス、あるいは高純度のガスの使用量を極力少な
くする吸着剤の再生方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、吸着剤の再生時に使用する再生ガスを、吸着塔で
精製された被吸着成分を主成分としたガス、あるいは高
純度のガスと該ガス以外のガスとを組合せて使用するこ
とにより達成される。

【０００６】本発明は、吸着剤の再生操作時において、
前記少なくとも２種類の成分のガスを使用し、先ず，吸
着剤の昇温時，あるいは吸着剤の温度が高い時期には吸
着塔における被吸着成分を主成分としたガス以外のガス
、あるいは高純度のガス以外の任意のガスを再生ガスと
して使用し、吸着剤に吸着されている不純物を該ガスと
共に系外に放出し，次いで，前記被吸着成分を主成分と
したガス、あるいは高純度のガスを再生ガスとして使用
し，吸着塔内の吸着剤の温度を低下させるとともに，吸
着剤の再生を行うことを特徴とする吸着塔の吸着剤再生
方法に関するものである。

【０００７】

【作用】一般に、吸着剤により吸着される成分が同一で
あれば、吸着剤の吸着温度が低温になる程、吸着剤の吸
着能力は著しく向上する。例えば、微量の低級炭化水素
等は、珪藻さ製品（吸着剤）を、液体酸素等で冷却する
ことにより、ほぼ完全に吸着除去が可能である。一方、
吸着剤が高温での吸着操作、例えば２００℃程度の吸着
温度では、吸着剤にはほとんどの吸着能力は無い。吸着
剤の再生は真空による再生もあるがほとんどが、この吸
着剤の温度特性を利用して行っているものである。

【０００８】本発明によれば吸着剤の再生操作時におい
て、吸着剤の昇温，あるいは吸着剤の温度が高温の場合
は、吸着塔における被吸着成分を主成分としたガス以外
のガス、あるいは高純度のガス以外のガス、すなわち、
吸着操作により吸着される吸着成分を含んでいてもよい
ガスを再生ガスとして使用し、更に、吸着剤の降温，あ
るいは吸着剤の温度が低温の場合は被吸着成分を主成分
としたガス、あるいは高純度ガス、すなわち、吸着操作
により吸着される吸着成分をほとんど含まないガスを再
生ガスとして使用する。前述したごとく、吸着剤の温度
が高い場合、吸着剤の吸着能力はほとんど無い。このこ
とより吸着剤の温度が高温の場合、前述のガスすなわち
、吸着操作において吸着される吸着成分を含んでいるガ
スを再生ガスとして使用しても、被吸着成分を主成分と
したガスあるいは高純度のガスを使用した場合に比べ、
吸着剤の再生にはほとんど影響は無い。このため、吸着
剤の再生操作において、再生ガスとして、前記２種類の
ガスを使い分けることにより、外部へ放出する被吸着成
分を主成分としたガス、あるいは高純度のガスの使用量
を極力少なくすることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。吸着剤による吸着成分を吸着し、吸着成分で飽和に
状態になった吸着剤を再び活性化する再生操作は、吸着
操作時の温度すなわち吸着温度より高い温度のガスを再
生ガスとして吸着塔に導入して吸着剤の温度を上昇させ
て吸着成分を再生ガスとともに系外に放出する方法と、
吸着操作時の圧力すなわち吸着圧力より低い圧力で吸着
塔に再生ガスを導入して被・吸着成分を再生ガスととも
に系外に放出する方法とがあるが、ここでは、前者の再
生方法を例にとり説明する。

【００１０】一般に吸着塔は少なくとも２塔以上で構成
される。図１において、１ａ、１ｂが吸着塔である。本
実施例では１ａの吸着塔が吸着操作を行い，１ｂの吸着
塔が再生操作を行う。少なくとも大気圧以上に加圧され
、吸着剤で吸着される吸着成分を含む原料ガスは導管１
００及びバルブ２０１を介し、導管１０１より吸着塔１
ａに導入される。吸着塔内には、例えば合成ゼオライト
等の吸着剤が充てんされている。原料ガス中の吸着成分
つまり不純物は、吸着剤と接触することにより吸着除去
され、吸着塔出口においては、被吸着成分を主成分とし
た高純度ガスとなる。高純度に精製されたガスは弁２０
２、導管１０３を介して、製品ガスとして系外へ導出さ
れる。

【００１１】一方、吸着塔１ａが吸着操作の間，吸着塔
１ｂ内の吸着剤の再生操作は次の様に行われる。吸着塔
１ｂ内の圧力は弁２１２を開にすることで、吸着操作時
の圧力より下げることができる。次に弁２１１及び弁２
１０を開にすることで、被吸着成分を主成分にしたガス
以外のガス、いわゆる高純度ガス（本実施例では製品ガ
ス）以外のガスを吸着塔１ｂ内に導入する。このガスは
例えば、原料ガスのー部、あるいは原料ガスを発生させ
るシステムからのガスあるいは、システム外からのガス
等が上げられる。例えば原料ガスのー部は導管１０７を
介し、ヒータ３００で昇温された後、弁２１０、弁２１
１を介し、導管１１２より吸着塔１ｂ内に導入される。 以上の操作により、吸着塔内の吸着剤の温度はヒータ３
００で設定された温度に再生ガスの吸着塔入口から出口
へ順次昇温され、導管１１３、弁２１２を介し、導管１
１４より系外へ導出される。この間に吸着剤に吸着され
ていた不純物は脱着され、再生ガスとともに系外へ放出
される。しかし、該ガスは高純度のガスではなく、多少
の不純物を含んでいるため、大部分の不純物は吸着剤よ
り脱着できるが完全には行われない。このため次の操作
を行う。先ず弁２１０を閉にし、原料ガスの供給を止め
、そのかわり弁２１３を開にして、製品ガス（高純度ガ
ス）の１部を吸着塔１ｂへ供給する。すなわち、製品ガ
スの１部は導管１１５を通り、例えば冷凍機４００等の
冷却手段で低温にされた後、弁２１３、弁２１１を介し
、導管１１２より吸着塔１ｂ内に導入される。該冷却手
段は冷凍機の他，液化ガス等も使用される。該ガスによ
り吸着塔内は，前記ガスとの置換が行われ，更に，吸着
剤は冷却され、吸着操作時の温度となる。吸着操作時の
温度は、−２００℃〜常温の範囲である。該ガスは導管
１１３、弁２１２を介し、導管１１４より系外へ放出さ
れる。また、吸着塔の冷却には、ガスのみの冷却手段で
なく、吸着塔自体を冷却する冷却手段５００を設置する
こともある。以上の操作を吸着塔１ａと吸着塔１ｂを切
替えることにより、連続して被吸着成分を主成分とした
高純度ガスを製造できる。　　本実施例による再生ガス
の吸着塔への切替え、つまり原料ガスのー部と製品ガス
のー部との切替え時期については、吸着除去される不純
物の成分、あるいは濃度の違いにより決定され，また，
吸着等の下部に温度計６００を設置することにより，よ
り効果的な切替え時期が決定される。

【００１２】次に、本発明の他の実施例を図２により説
明する。本実施例と図１の実施例との相違は、本実施例
が吸着塔内での流体が、液状であることである。以下、
図１の実施例と重複する部分の説明は省くことにする。 本実施例での流体は液化ガス（液体）を例にとり説明す
る。微量の不純物を含む液化ガスは導管１００を通り吸
着塔１ａに導入され、微量の不純物を吸着除去された後
、導管１０３を通って、高純度の液化ガスとして取出さ
れる。また、熱交換器８００によりガス化され、ガス状
として導管１０４から取出すことも可能である。熱交換
に必要な流体は、任意であり導管９００より熱交換器８
００に導入される。

【００１３】一方、吸着塔１ｂの再生は次の様に行われ
る。吸着塔１ｂ内の液化ガスは弁２１２を開とすること
で導管１１４より外部へ放出される。この時、液化ガス
が持っている寒冷は熱交換器８０１により回収され、ほ
ぼ常温で外部へ放出される。熱交換に必要な流体は、任
意であり導管００１より熱交換器８０１に導入される。 次に、被吸着成分を主成分としたガス、いわゆる高純度
ガス以外のガスを吸着塔１ｂへ導入する。このガスは例
えば、本装置を設置するシステムからのガス、あるいは
システム外からのガス等が上げられる。該ガスは導管１
０８、１０９を通り、ヒータ３００で昇温された後、導
管１１２を通り吸着塔１ｂ内へ流入し、弁２１２、導管
１１４を通り系外へ放出される。本操作により吸着剤に
吸着されていた不純物の大部分は該再生ガスとともに系
外へ放出される。次に、弁２１０を閉とし、弁２１３を
開とすることで、吸着塔１ａで高純度化した液化ガスの
一部を吸着塔１ｂ内へ流入できる。該液化ガスにより吸
着塔１ｂ内は、前記ガスと置換され、更に液化ガスによ
り吸着剤は冷却され、吸着操作時の温度となる。なお、
必要に応じて吸着塔自体を冷却する冷却手段５００を設
置することもある。なお、導管０００及び００１内の流
体は、本装置を設置するシステム、あるいはシステム外
からのガス、あるいは液体が使用され、熱交換の条件に
より制御される。

【００１４】本実施例によれば、吸着操作時の流体が液
体であるため、吸着塔をよりコンパクトに出来る効果を
得る。

【００１５】図３にＡ型ゼオライトにおける二酸化炭素
（ＣＯ２）の吸着特性を示す。本データはメーカのカタ
ログ値よりＣＯ２濃度の分圧３００ｍｍＨｇを算出した
ものである。縦軸に吸着剤１００ｇ当りのＣＯ２の吸着
量を示し、横軸に温度を示す。曲線は各温度におけるＣ
Ｏ２の吸着量を示している。温度が２５０℃以上では吸
着剤にはほとんど吸着能力は存在しないことが判る。ま
た、５０℃付近では吸着量は急激に増加している。ここ
で２００℃と２５℃の時の吸着量を見てみると、それぞ
れ１．５、１９（ｇＣＯ２／１００ｇ吸着剤）である。

【００１６】本説明ではＣＯ２を例に取上げて説明した
が、この傾向は別のガスでも同一であり、５０℃〜１０
０℃では吸着量は急激に増加し、逆に２５０℃〜３００
℃での吸着量はほとんど無い。このことより、本発明の
再生ガスの被吸着成分を主成分としたガス、あるいは高
純度ガス以外のガスの温度は常温から４００℃、好まし
くは５０℃〜３００℃であることが判る。

【００１７】図４にはＡ型ゼオライトへの酸素（Ｏ２）
の吸着等圧線を示す。横軸に温度、縦軸にケージ中の分
子数つまり吸着量を示す。本データは、「ゼオライト基
礎と応用」、原伸宜編に述べられている。本データから
判る様に温度が低温になれば吸着量は増大する。吸着操
作を常温以下で行う場合は、冷媒が必要となる。例えば
冷媒を液体窒素とすると、吸着剤の温度は−１９６℃と
なり、この時の吸着量は０℃の時の数十倍となる。又、
設計時の条件、例えば、吸着成分の相違により冷媒を使
用しない時、すなわち、常温以上で吸着操作を行う場合
、図３で述べた様に、温度が上昇すると吸着量は低減す
る。これらのことから、吸着操作を経済的に、かつ効率
良く行うための吸着温度は−２００℃〜常温であること
が判る。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、吸着剤の再生操作時に
、吸着塔に導入し、外部へ放出する被吸着成分を主成分
としたガス、すなわち、吸着塔で不純物を吸着除去した
高純度のガス、あるいは該吸着塔で精製した高純度のガ
ス以外の高純度のガスの使用量を極力少なくすることが
できるため、高収率の高純度ガスを製造できる効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す吸着装置のフローシー
ト図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す吸着装置のフローシ
ート図である。

【図３】Ａ型ゼオライトのＣＯ２吸着特性を示す特性図
である。

【図４】Ａ型ゼオライトのＯ２の吸着等圧線を示す特性
図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…吸着塔、３００…ヒータ、４００，５００
…冷却手段、１１０，１１５…再生ガス導管。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】例えば合成ゼオライト等の吸着剤を用い、
   原料ガス中に含まれる微量の不純物を吸着除去し、被吸
   着成分を主成分としたガスを製造する吸着塔の吸着剤再
   生方法において、前記原料ガス中の微量の不純物を吸着
   し、吸着能力の低下した吸着剤の活性を回復させるため
   の再生操作時に、被吸着成分を主成分としたガス，ある
   いは高純度のガスと、該ガス以外の任意のガスとを組合
   せて、前記吸着剤の再生ガスとして使用することを特徴
   とする吸着塔の吸着剤再生方法。
2. 【請求項２】前記吸着剤の再生ガスの被吸着成分を主成
   分としたガス、あるいは高純度のガス以外の任意のガス
   の温度が、常温から４００℃の範囲、好ましくは５０℃
   〜３００℃の範囲であることを特徴とする請求項１記載
   の吸着塔の吸着剤再生方法。
3. 【請求項３】前記吸着システムの吸着操作時の温度は−
   ２００℃〜常温であり，再生操作時の吸着塔内の圧力は
   吸着圧力より低い圧力で行われることを特徴とする請求
   項１、又は請求項２記載の吸着塔の吸着剤再生方法。
4. 【請求項４】前記吸着システムの再生操作時の再生ガス
   の吸着塔への流入は，先ず被吸着成分を主成分としたガ
   ス以外のガス，あるいは高純度のガス以外の任意のガス
   を流入し、次に被吸着成分を主成分としたガス，あるい
   は高純度のガスを流入し，吸着剤を冷却再生することを
   特徴とする請求項１、又は請求項２、又は請求項３記載
   の吸着塔の吸着剤再生方法。
5. 【請求項５】前記吸着システムの吸着操作時に吸着塔に
   液化ガスを導入して不純物を吸着除去し、高純度の液化
   ガス、あるいは高純度のガスを精製し、再生操作時に被
   吸着成分を主成分としたガス、あるいは高純度のガス以
   外の任意のガスを吸着塔へ導入し、次に被吸着成分を主
   成分としたガス、あるいは液体、あるいは高純度のガス
   、あるいは液体を流入し、吸着剤を冷却し、再生するこ
   とを特徴とする請求項２、又は請求項３記載の吸着塔の
   吸着剤再生方法。