JPH04250815A - ヘリウム精製方法 - Google Patents
ヘリウム精製方法Info
- Publication number
- JPH04250815A JPH04250815A JP3212308A JP21230891A JPH04250815A JP H04250815 A JPH04250815 A JP H04250815A JP 3212308 A JP3212308 A JP 3212308A JP 21230891 A JP21230891 A JP 21230891A JP H04250815 A JPH04250815 A JP H04250815A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nickel
- hydrogen
- helium
- based catalyst
- catalyst layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000001307 helium Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract 27
- 238000000746 purification Methods 0.000 title description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 100
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 90
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 77
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 72
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 71
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 31
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims 4
- -1 steam Chemical compound 0.000 claims 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- MCWJHOCHKYKWMK-UHFFFAOYSA-N helium Chemical compound [He].[He] MCWJHOCHKYKWMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 76
- 239000000047 product Substances 0.000 description 27
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 5
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 5
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 4
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 4
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 3
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052680 mordenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003445 palladium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011403 purification operation Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/584—Recycling of catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (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】本発明はヘリウムの精製に関する。さらに
詳細には本発明は，触媒作用による水素不純物の完全な
除去；ならびに圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によるメタ
ンの完全な除去及び窒素の部分的もしくは完全な除去；
を行うことによるヘリウム精製方法に関する。
詳細には本発明は，触媒作用による水素不純物の完全な
除去；ならびに圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によるメタ
ンの完全な除去及び窒素の部分的もしくは完全な除去；
を行うことによるヘリウム精製方法に関する。
【０００２】技術革新の進展と共にヘリウムの需要が高
まるにつれ，ヘリウムを製造するためのより原価効率の
良い手段が益々重要となってきている。また水素も含め
た種々の不純物を含有した供給物を取り扱うための効率
的な方法が求められている。水素は，低温蒸留やＰＳＡ
などの従来のヘリウム精製法ではヘリウムから除去する
のが困難な成分である。なぜなら，水素とヘリウムの物
理的特性が極めて類似しているからである。
まるにつれ，ヘリウムを製造するためのより原価効率の
良い手段が益々重要となってきている。また水素も含め
た種々の不純物を含有した供給物を取り扱うための効率
的な方法が求められている。水素は，低温蒸留やＰＳＡ
などの従来のヘリウム精製法ではヘリウムから除去する
のが困難な成分である。なぜなら，水素とヘリウムの物
理的特性が極めて類似しているからである。
【０００３】ヘリウムの精製に対する従来技術の多くは
，低温プロセスとＰＳＡプロセスとの併用によるヘリウ
ムの回収に関するものである。例えば米国特許第４，７
０１，２００号は，ヘリウム，メタン，及び窒素を含有
したプロセス流れをメタンを含んだ主要成分と窒素を含
んだ主要成分に低温分離することにより，ヘリウム含量
の多い流れ（通常は８５〜９２％ヘリウム）が副生物と
して回収される，というプロセスを開示している。ヘリ
ウム含量の多い流れが低温セクションから取り出され，
周囲温度に加温され，ＰＳＡユニット中で精製される。 同様に，米国特許第４，６５９，３５１号においては，
低温にてフラッシュ分離器を使用することにより，約５
０％のヘリウムを含有した未精製ヘリウム流れが濃縮さ
れる。濃縮されたヘリウムが周囲温度に加温され，次い
でＰＳＡによりさらに精製される。これらのプロセスは
高純度のヘリウム（Ｎ２ や他の不純物が１０ｐｐｍ未
満）を生成するけれども，こうした低温プロセシングに
は特殊な装置，材料，及び断熱処理が必要とされるので
非常にコストがかかる。さらに，これらの特許文献には
，ヘリウムから水素不純物を除去することの有効性につ
いては説明されていない（ヘリウムからの水素不純物の
除去は，低温プロセシング及び／又はＰＳＡプロセシン
グでは困難であることが知られている）。
，低温プロセスとＰＳＡプロセスとの併用によるヘリウ
ムの回収に関するものである。例えば米国特許第４，７
０１，２００号は，ヘリウム，メタン，及び窒素を含有
したプロセス流れをメタンを含んだ主要成分と窒素を含
んだ主要成分に低温分離することにより，ヘリウム含量
の多い流れ（通常は８５〜９２％ヘリウム）が副生物と
して回収される，というプロセスを開示している。ヘリ
ウム含量の多い流れが低温セクションから取り出され，
周囲温度に加温され，ＰＳＡユニット中で精製される。 同様に，米国特許第４，６５９，３５１号においては，
低温にてフラッシュ分離器を使用することにより，約５
０％のヘリウムを含有した未精製ヘリウム流れが濃縮さ
れる。濃縮されたヘリウムが周囲温度に加温され，次い
でＰＳＡによりさらに精製される。これらのプロセスは
高純度のヘリウム（Ｎ２ や他の不純物が１０ｐｐｍ未
満）を生成するけれども，こうした低温プロセシングに
は特殊な装置，材料，及び断熱処理が必要とされるので
非常にコストがかかる。さらに，これらの特許文献には
，ヘリウムから水素不純物を除去することの有効性につ
いては説明されていない（ヘリウムからの水素不純物の
除去は，低温プロセシング及び／又はＰＳＡプロセシン
グでは困難であることが知られている）。
【０００４】窒素，メタン，及びヘリウムを含有した流
れから低温プロセシングを組み込まないＰＳＡによるヘ
リウム精製が知られている。ドイツ特許ＤＥ３，７１６
，８９９号は，二工程からなる炭素モレキュラーシーブ
のＰＳＡ集成装置を開示しており，５％ヘリウムの供給
流れが，第１工程後に７９．５％に，そして第２工程後
に９９．９％に濃縮される。微量の高級炭化水素類（Ｃ
２ ＋ ）を除去するための予備精製工程も開示されて
いるが，その水素除去に対する有効性については説明さ
れていない。該プロセスの実際上の欠点は，所望の純度
と回収率を達成するのに高い操作圧力（約３００ｐｓｉ
ａ）と５０ミリバール（＜１．０ＰＳＩ）という高い減
圧レベルが必要とされることにある。ヘリウム生成物の
一部がパージガスとして使用されるので，第２工程のＰ
ＳＡは低いヘリウム回収率にて操作される。さらに，ヘ
リウムの損失を少なくしようとして，第２工程からの排
気ガスを高い吸着圧力に再圧縮すると，エネルギーが余
計にかかることになって不利である。最後に，プロセス
流れの連続性を保持するために緩衝容器が必要とされる
。なぜなら，２つのＰＳＡ工程は大きく異なるサイクル
時間で操作されるからである。
れから低温プロセシングを組み込まないＰＳＡによるヘ
リウム精製が知られている。ドイツ特許ＤＥ３，７１６
，８９９号は，二工程からなる炭素モレキュラーシーブ
のＰＳＡ集成装置を開示しており，５％ヘリウムの供給
流れが，第１工程後に７９．５％に，そして第２工程後
に９９．９％に濃縮される。微量の高級炭化水素類（Ｃ
２ ＋ ）を除去するための予備精製工程も開示されて
いるが，その水素除去に対する有効性については説明さ
れていない。該プロセスの実際上の欠点は，所望の純度
と回収率を達成するのに高い操作圧力（約３００ｐｓｉ
ａ）と５０ミリバール（＜１．０ＰＳＩ）という高い減
圧レベルが必要とされることにある。ヘリウム生成物の
一部がパージガスとして使用されるので，第２工程のＰ
ＳＡは低いヘリウム回収率にて操作される。さらに，ヘ
リウムの損失を少なくしようとして，第２工程からの排
気ガスを高い吸着圧力に再圧縮すると，エネルギーが余
計にかかることになって不利である。最後に，プロセス
流れの連続性を保持するために緩衝容器が必要とされる
。なぜなら，２つのＰＳＡ工程は大きく異なるサイクル
時間で操作されるからである。
【０００５】本発明の目的は，メタン，窒素，及び水素
等の不純物を含有した流れからヘリウムを精製する方法
を提供することにある。
等の不純物を含有した流れからヘリウムを精製する方法
を提供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は，メタン，窒素，及び
水素等の不純物を含有した流れから，圧力スイング吸着
（ＰＳＡ）と触媒作用によってヘリウムを精製する方法
を提供することにある。
水素等の不純物を含有した流れから，圧力スイング吸着
（ＰＳＡ）と触媒作用によってヘリウムを精製する方法
を提供することにある。
【０００７】本発明のさらに他の目的は，メタン，窒素
，及び水素等の不純物を含有した流れから，高価な低温
装置を使用せずに実質的に周囲温度にてヘリウムを精製
する方法を提供することにある。
，及び水素等の不純物を含有した流れから，高価な低温
装置を使用せずに実質的に周囲温度にてヘリウムを精製
する方法を提供することにある。
【０００８】本発明のさらに他の目的は，メタン，窒素
，及び水素等の不純物を含有した流れから，エネルギー
の消費量を少なくするために適度な圧力にてヘリウムを
精製する方法を提供することにある。
，及び水素等の不純物を含有した流れから，エネルギー
の消費量を少なくするために適度な圧力にてヘリウムを
精製する方法を提供することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は，ニッケルベー
スの触媒を使用して水素不純物を除去すること，制御さ
れた量の酸素を使用して触媒層を再生して水素を除去す
る触媒の能力を実質的に増大させること，及び従来の熱
による再生工程をなくすことにある。
スの触媒を使用して水素不純物を除去すること，制御さ
れた量の酸素を使用して触媒層を再生して水素を除去す
る触媒の能力を実質的に増大させること，及び従来の熱
による再生工程をなくすことにある。
【００１０】本発明によれば，微量の水素を含有した供
給原料から，２工程非低温プロセスにてヘリウムを分離
する方法が提供される。本発明によれば，圧力スイング
吸着（ＰＳＡ）によって供給原料からヘリウムが分離さ
れ，そして触媒層において水素不純物が除去される（好
ましくはニッケルベースの触媒を使用することによって
除去される）。触媒作用による水素除去工程は，一般に
はＰＳＡ工程の後に行われるが，供給原料が相当量の窒
素，５％未満のメタン，及び１０００ｐｐｍ未満のＣＯ
２ を含有している場合は，触媒作用除去工程をＰＳＡ
に先行させてもよい。水素の圧力スイング吸着（ＰＳＡ
）と水素の触媒作用除去のそれぞれの工程については当
業者によく知られているけれども，本発明におけるこれ
ら工程の組み合わせや特異な改良形によれば，９５％を
越えるヘリウム回収率及び必要に応じて９９．９９％を
越えるヘリウム純度が容易に得られる。さらに，ヘリウ
ムの精製は，周囲温度及び２５〜１５０ｐｓｉａの範囲
の適度な圧力にて行われる。これらの条件は望ましい条
件であり，前記の圧力レベルは従来技術において開示さ
れている圧力レベルよりかなり低い。
給原料から，２工程非低温プロセスにてヘリウムを分離
する方法が提供される。本発明によれば，圧力スイング
吸着（ＰＳＡ）によって供給原料からヘリウムが分離さ
れ，そして触媒層において水素不純物が除去される（好
ましくはニッケルベースの触媒を使用することによって
除去される）。触媒作用による水素除去工程は，一般に
はＰＳＡ工程の後に行われるが，供給原料が相当量の窒
素，５％未満のメタン，及び１０００ｐｐｍ未満のＣＯ
２ を含有している場合は，触媒作用除去工程をＰＳＡ
に先行させてもよい。水素の圧力スイング吸着（ＰＳＡ
）と水素の触媒作用除去のそれぞれの工程については当
業者によく知られているけれども，本発明におけるこれ
ら工程の組み合わせや特異な改良形によれば，９５％を
越えるヘリウム回収率及び必要に応じて９９．９９％を
越えるヘリウム純度が容易に得られる。さらに，ヘリウ
ムの精製は，周囲温度及び２５〜１５０ｐｓｉａの範囲
の適度な圧力にて行われる。これらの条件は望ましい条
件であり，前記の圧力レベルは従来技術において開示さ
れている圧力レベルよりかなり低い。
【００１１】本発明の実施に際しては，６〜４０％のヘ
リウム，公称１０００ｐｐｍ未満の水素，その他メタン
，窒素，アルゴン，高級炭化水素類，二酸化炭素，及び
水蒸気を含有した供給原料が二次的生成物再循環流れ（
ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔ ｒｅｃｙｃ
ｌｅ ｓｔｒｅａｍ）と合わされ，約７５ｐｓｉａに
圧縮される。好ましい実施態様においては，プロセス流
れがＰＳＡユニットに入り，そこで水素以外の全ての不
純物が除去される。層ボイド中に存在するヘリウムの殆
どを回収できる能力を与えつつヘリウム生成物の窒素汚
染を防止するために，二次的生成物再循環流れがＰＳＡ
ユニットの中間位置から抜き取られる（これを行わない
場合には，層の再生時にヘリウムが失われる）。次いで
ＰＳＡユニットからの流出物が触媒層に入り，そこで水
素が除去される。
リウム，公称１０００ｐｐｍ未満の水素，その他メタン
，窒素，アルゴン，高級炭化水素類，二酸化炭素，及び
水蒸気を含有した供給原料が二次的生成物再循環流れ（
ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔ ｒｅｃｙｃ
ｌｅ ｓｔｒｅａｍ）と合わされ，約７５ｐｓｉａに
圧縮される。好ましい実施態様においては，プロセス流
れがＰＳＡユニットに入り，そこで水素以外の全ての不
純物が除去される。層ボイド中に存在するヘリウムの殆
どを回収できる能力を与えつつヘリウム生成物の窒素汚
染を防止するために，二次的生成物再循環流れがＰＳＡ
ユニットの中間位置から抜き取られる（これを行わない
場合には，層の再生時にヘリウムが失われる）。次いで
ＰＳＡユニットからの流出物が触媒層に入り，そこで水
素が除去される。
【００１２】触媒作用による水素除去は，いくつかある
公知の方法の１つによって行うことができる。例えばあ
る１つの方法においては，水素を含有したヘリウム流れ
が，制御された量の酸素を加えた後にパラジウム触媒（
Ｐｄ／Ａｌ２ Ｏ３ ）層の上に通される。酸素が水素
と化合して水が形成される。形成された水は，引き続き
乾燥工程によって除去される。ヘリウム流れ中の水素の
濃度が変わる場合，加えるべき酸素の量を制御すること
は困難である。別の方法においては，水素を含有したヘ
リウム流れが約４００°Ｆの温度に加熱され，高温に保
持された酸化銅触媒上に通される。水素が触媒と反応し
て水が形成される。この場合も，形成された水は，引き
続き乾燥工程においてヘリウム流れから除去しなければ
ならない。さらに，このケースでは，乾燥工程の前にガ
スを冷却するのに熱交換器が必要となる。ヘリウム流れ
から水素を除去するためのさらに別の方法（これは好ま
しい方法である）は，ニッケルベースの触媒を使用する
方法である。ヘリウムの精製において，通常のパラジウ
ム触媒や酸化銅触媒を使用する場合に比べて，ニッケル
ベースの触媒を使用することの利点としては，（１）酸
素の非存在下において，ニッケル触媒が化学吸着（これ
とは別に単に吸着又は触媒反応と呼ばれることもある）
によって水素を除去し，これによりプロセス時に制御さ
れた量の酸素を加える必要がなくなる；（２）ニッケル
触媒への水素の化学吸着は周囲温度にて行われる；（３
）水素の化学吸着時にニッケル触媒に対して水が形成さ
れることはなく，従って乾燥工程は必要とされない；（
４）ヘリウム流れ中に存在するＣＯ２ や水も，ニッケ
ル触媒により同時に除去される；及び（５）以下に説明
する新規な再生手順を使用することにより，ニッケル触
媒の能力を大幅に高めることができる；などの利点があ
る。
公知の方法の１つによって行うことができる。例えばあ
る１つの方法においては，水素を含有したヘリウム流れ
が，制御された量の酸素を加えた後にパラジウム触媒（
Ｐｄ／Ａｌ２ Ｏ３ ）層の上に通される。酸素が水素
と化合して水が形成される。形成された水は，引き続き
乾燥工程によって除去される。ヘリウム流れ中の水素の
濃度が変わる場合，加えるべき酸素の量を制御すること
は困難である。別の方法においては，水素を含有したヘ
リウム流れが約４００°Ｆの温度に加熱され，高温に保
持された酸化銅触媒上に通される。水素が触媒と反応し
て水が形成される。この場合も，形成された水は，引き
続き乾燥工程においてヘリウム流れから除去しなければ
ならない。さらに，このケースでは，乾燥工程の前にガ
スを冷却するのに熱交換器が必要となる。ヘリウム流れ
から水素を除去するためのさらに別の方法（これは好ま
しい方法である）は，ニッケルベースの触媒を使用する
方法である。ヘリウムの精製において，通常のパラジウ
ム触媒や酸化銅触媒を使用する場合に比べて，ニッケル
ベースの触媒を使用することの利点としては，（１）酸
素の非存在下において，ニッケル触媒が化学吸着（これ
とは別に単に吸着又は触媒反応と呼ばれることもある）
によって水素を除去し，これによりプロセス時に制御さ
れた量の酸素を加える必要がなくなる；（２）ニッケル
触媒への水素の化学吸着は周囲温度にて行われる；（３
）水素の化学吸着時にニッケル触媒に対して水が形成さ
れることはなく，従って乾燥工程は必要とされない；（
４）ヘリウム流れ中に存在するＣＯ２ や水も，ニッケ
ル触媒により同時に除去される；及び（５）以下に説明
する新規な再生手順を使用することにより，ニッケル触
媒の能力を大幅に高めることができる；などの利点があ
る。
【００１３】ニッケルベース触媒を再生する従来の方法
は，向流の高温パージを使用する方法である。しかしな
がら，ニッケルは水素に対する親和性が高いので，高温
パージの後でも相当量の水素が触媒上に残存する。従っ
て本発明によれば，触媒層の再生は，制御された量の酸
素（好ましくは約１０００ｖｐｍ）を含有した窒素不活
性ガス流れを通すことによって行うのが好ましい。この
再生方法は，水素除去に対する触媒の能力を大幅に高め
，また触媒から水素を脱着させるのに従来使用されてい
るような熱による再生工程は不要となる。しかしながら
，上記工程の完了後，水素と酸素との反応により形成さ
れた水分を除去するために，触媒層が不活性ガス流れに
よって短時間だけ約２００℃に加熱される。
は，向流の高温パージを使用する方法である。しかしな
がら，ニッケルは水素に対する親和性が高いので，高温
パージの後でも相当量の水素が触媒上に残存する。従っ
て本発明によれば，触媒層の再生は，制御された量の酸
素（好ましくは約１０００ｖｐｍ）を含有した窒素不活
性ガス流れを通すことによって行うのが好ましい。この
再生方法は，水素除去に対する触媒の能力を大幅に高め
，また触媒から水素を脱着させるのに従来使用されてい
るような熱による再生工程は不要となる。しかしながら
，上記工程の完了後，水素と酸素との反応により形成さ
れた水分を除去するために，触媒層が不活性ガス流れに
よって短時間だけ約２００℃に加熱される。
【００１４】別の実施態様においては，触媒作用工程が
ＰＳＡ工程に先行する。前述したように，こうした変更
は，供給原料が相当量の窒素，５％未満のメタン，及び
１０００ｐｐｍ未満の二酸化炭素を含有している場合に
は好ましい。本集成体の利点は，ＰＳＡユニットからの
流出物の殆どが水素を含まない窒素であるという点にあ
り，この窒素を使用することにより，触媒層を再生する
のに必要を外部からの窒素を不要にするか又は少なくて
済むようにすることができる。
ＰＳＡ工程に先行する。前述したように，こうした変更
は，供給原料が相当量の窒素，５％未満のメタン，及び
１０００ｐｐｍ未満の二酸化炭素を含有している場合に
は好ましい。本集成体の利点は，ＰＳＡユニットからの
流出物の殆どが水素を含まない窒素であるという点にあ
り，この窒素を使用することにより，触媒層を再生する
のに必要を外部からの窒素を不要にするか又は少なくて
済むようにすることができる。
【００１５】本発明のプロセスのスキームを図１に示す
。周囲条件における供給流れ１を圧縮機１００にて約７
５ｐｓｉａに圧縮する。供給流れが高レベルのヘリウム
と微量の水素を含有しているという点で，供給流れの組
成は一般的にみられるものではない。従来技術では，こ
のような濃度に関連したプロセスについては開示してい
ない。供給物の濃度は，ヘリウムが６〜４０％（通常は
２５％）；窒素が１０〜５０％（通常は２０％）；メタ
ンが２５〜６０％（通常は５０％）；水が１〜３％（通
常は３％）；アルゴンが０〜０．６％（通常は０．５％
）；高級炭化水素類（Ｃ２ ＋ ）が０〜１０００ｐｐ
ｍ（通常は１００ｐｐｍ）；二酸化炭素が０〜１０００
ｐｐｍ（通常は１００ｐｐｍ）；及び水素が０〜１００
０ｐｐｍ（通常は１００ｐｐｍ）；である。触媒層のボ
イドスペース中のガス及び吸着剤に緩く結合したガスに
よるヘリウム損失を最小限に抑えるために使用され，且
つヘリウム生成物に対する窒素の汚染を抑制するために
使用される二次的ヘリウム再循環流れ１１が，圧縮工程
の前に供給流れ１と合流される。圧縮機出口３がアフタ
ークーラー２００によって冷却され，凝縮水４が除去さ
れる。
。周囲条件における供給流れ１を圧縮機１００にて約７
５ｐｓｉａに圧縮する。供給流れが高レベルのヘリウム
と微量の水素を含有しているという点で，供給流れの組
成は一般的にみられるものではない。従来技術では，こ
のような濃度に関連したプロセスについては開示してい
ない。供給物の濃度は，ヘリウムが６〜４０％（通常は
２５％）；窒素が１０〜５０％（通常は２０％）；メタ
ンが２５〜６０％（通常は５０％）；水が１〜３％（通
常は３％）；アルゴンが０〜０．６％（通常は０．５％
）；高級炭化水素類（Ｃ２ ＋ ）が０〜１０００ｐｐ
ｍ（通常は１００ｐｐｍ）；二酸化炭素が０〜１０００
ｐｐｍ（通常は１００ｐｐｍ）；及び水素が０〜１００
０ｐｐｍ（通常は１００ｐｐｍ）；である。触媒層のボ
イドスペース中のガス及び吸着剤に緩く結合したガスに
よるヘリウム損失を最小限に抑えるために使用され，且
つヘリウム生成物に対する窒素の汚染を抑制するために
使用される二次的ヘリウム再循環流れ１１が，圧縮工程
の前に供給流れ１と合流される。圧縮機出口３がアフタ
ークーラー２００によって冷却され，凝縮水４が除去さ
れる。
【００１６】プロセス流れ５がＰＳＡ精製ユニット３０
０に入り，そこでゼオライトモレキュラーシーブが，二
酸化炭素，メタン，及び窒素を選択的に吸着する。こう
した用途に対しては市販のタイプ５Ａモレキュラーシー
ブが適切であるが，１０Ｘ，１３Ｘ，又はモルデナイト
等のゼオライトも使用することができる。ヘリウムと水
素は吸着されず，触媒層を通過する。吸着された成分は
，減圧再生時に廃棄ガス１０として放出される。
０に入り，そこでゼオライトモレキュラーシーブが，二
酸化炭素，メタン，及び窒素を選択的に吸着する。こう
した用途に対しては市販のタイプ５Ａモレキュラーシー
ブが適切であるが，１０Ｘ，１３Ｘ，又はモルデナイト
等のゼオライトも使用することができる。ヘリウムと水
素は吸着されず，触媒層を通過する。吸着された成分は
，減圧再生時に廃棄ガス１０として放出される。
【００１７】ゼオライトモレキュラーシーブに代わる吸
着剤として活性炭を使用することができる。炭素モレキ
ュラーシーブ（メタンを選択的に除去する）をゼオライ
ト又は活性炭と組み合わせることもできる。さらに，供
給物中の水分含量が多い場合には，水を除去するために
少量のアルミナ層がＰＳＡ層の供給端部に配置される。 供給物中に相当量の高級炭化水素類（Ｃ２ ＋ ）が存
在する場合には，ＰＳＡ層の供給端部にシリカゲル吸着
剤の層が配置される。
着剤として活性炭を使用することができる。炭素モレキ
ュラーシーブ（メタンを選択的に除去する）をゼオライ
ト又は活性炭と組み合わせることもできる。さらに，供
給物中の水分含量が多い場合には，水を除去するために
少量のアルミナ層がＰＳＡ層の供給端部に配置される。 供給物中に相当量の高級炭化水素類（Ｃ２ ＋ ）が存
在する場合には，ＰＳＡ層の供給端部にシリカゲル吸着
剤の層が配置される。
【００１８】図２は好ましい二次的生成物再循環シーケ
ンスの集成体を示しており，表１は種々のシーケンス工
程のバルブ位置を示している。
ンスの集成体を示しており，表１は種々のシーケンス工
程のバルブ位置を示している。
【００１９】表１
【００２０】
【００２１】表１のシーケンスのポイントは，ヘリウム
の損失を最小限に抑えると同時に，ヘリウム生成物に対
する窒素汚染をも最小限に抑えることにある。ある触媒
層に対して圧力の均等化を施した後，該触媒層の中間位
置から圧力を抜いて，ヘリウム，窒素，及び少量のメタ
ンを含んだ流出物流れを供給原料に再循環する。この中
間位置は，図２において，各層の２つの個別のセクショ
ンの間で抜き取られる流れとして示されている。例えば
，層３６０は２つのセクション３６１と３６２に分けら
れている。これらの個別セクションは別々の容器とする
必要はなく，ポートを層の適切なレベルに設けた形の同
一容器中の異なる層であってもよい。二次的生成物回収
工程の終わりに適切な圧力を選択すると，ごく少量のヘ
リウムだけが層中に存在するようになり，従って層が減
圧下で再生されるときにヘリウムの損失が最小限に抑え
られる。
の損失を最小限に抑えると同時に，ヘリウム生成物に対
する窒素汚染をも最小限に抑えることにある。ある触媒
層に対して圧力の均等化を施した後，該触媒層の中間位
置から圧力を抜いて，ヘリウム，窒素，及び少量のメタ
ンを含んだ流出物流れを供給原料に再循環する。この中
間位置は，図２において，各層の２つの個別のセクショ
ンの間で抜き取られる流れとして示されている。例えば
，層３６０は２つのセクション３６１と３６２に分けら
れている。これらの個別セクションは別々の容器とする
必要はなく，ポートを層の適切なレベルに設けた形の同
一容器中の異なる層であってもよい。二次的生成物回収
工程の終わりに適切な圧力を選択すると，ごく少量のヘ
リウムだけが層中に存在するようになり，従って層が減
圧下で再生されるときにヘリウムの損失が最小限に抑え
られる。
【００２２】ＰＳＡ再生と二次的生成物再循環の機構に
ついて以下に説明する。層３６０は１つの完全なサイク
ルの標準として選択される。残りの層３７０，３８０，
及び３９０に対するシーケンスは全く同じである。
ついて以下に説明する。層３６０は１つの完全なサイク
ルの標準として選択される。残りの層３７０，３８０，
及び３９０に対するシーケンスは全く同じである。
【００２３】工程１の進行中，供給ガスがバルブ３０１
を介して層３６０に入る。不純物が吸着され，ヘリウム
生成物が，微量の水素と共にバルブ３０５を介して層３
６０を出る。層３６０に対する圧力は，圧力調整弁３５
０によって制御される。層３６０の圧力がバルブ３５０
の設定ポイント圧力より高くなると，ヘリウム生成物が
放出される。圧縮機の供給物排出圧力が圧力調整弁１０
４の設定圧力を越えた場合は，圧縮機排出物の一部が，
二次的生成物緩衝タンクを介して圧縮機の吸引部に再循
環される。
を介して層３６０に入る。不純物が吸着され，ヘリウム
生成物が，微量の水素と共にバルブ３０５を介して層３
６０を出る。層３６０に対する圧力は，圧力調整弁３５
０によって制御される。層３６０の圧力がバルブ３５０
の設定ポイント圧力より高くなると，ヘリウム生成物が
放出される。圧縮機の供給物排出圧力が圧力調整弁１０
４の設定圧力を越えた場合は，圧縮機排出物の一部が，
二次的生成物緩衝タンクを介して圧縮機の吸引部に再循
環される。
【００２４】窒素が層３６０の端部に達するとシーケン
スの工程２が完了し，バルブ３０１と３０５が閉じる。 工程３の進行中，バルブ３０９と３１３が開かれ，ガス
がそれぞれバルブ３１１と３１５を介して層３８０に入
る。工程３は圧力均等化工程であり，このとき層３６０
の圧力が中間圧力に下げられ，層３８０が部分的に加圧
される。工程３の終わりにおいて，バルブ３０９と３１
３が閉じられ，バルブ３２５が開かれて二次的生成物の
再循環が開始される。圧力調整弁３３０が設定圧力に達
するまで，層３６０が二次的生成物緩衝タンク３４０に
向かって減圧される。
スの工程２が完了し，バルブ３０１と３０５が閉じる。 工程３の進行中，バルブ３０９と３１３が開かれ，ガス
がそれぞれバルブ３１１と３１５を介して層３８０に入
る。工程３は圧力均等化工程であり，このとき層３６０
の圧力が中間圧力に下げられ，層３８０が部分的に加圧
される。工程３の終わりにおいて，バルブ３０９と３１
３が閉じられ，バルブ３２５が開かれて二次的生成物の
再循環が開始される。圧力調整弁３３０が設定圧力に達
するまで，層３６０が二次的生成物緩衝タンク３４０に
向かって減圧される。
【００２５】工程４では，二次的生成物が供給ガス圧縮
機１００の吸引部に向けて放出される。工程５の進行中
，バルブ３１７が開かれ，層３６０が真空ポンプ５００
によって脱気される。本工程中に放出されたガスはメタ
ンと窒素を含んだ不純物を含有し，このメタンと窒素は
層によって吸着除去される。このガスは，任意の緩衝タ
ンク中の廃棄ガスマニホルドに堆積することがある。 圧力調整弁５２０により，廃棄ガスを除去する圧力が制
御される。
機１００の吸引部に向けて放出される。工程５の進行中
，バルブ３１７が開かれ，層３６０が真空ポンプ５００
によって脱気される。本工程中に放出されたガスはメタ
ンと窒素を含んだ不純物を含有し，このメタンと窒素は
層によって吸着除去される。このガスは，任意の緩衝タ
ンク中の廃棄ガスマニホルドに堆積することがある。 圧力調整弁５２０により，廃棄ガスを除去する圧力が制
御される。
【００２６】工程６の進行中，層３６０の減圧再生が続
けられる。工程７の進行中，層３６０を部分的に再加圧
するために，層３６０が層３８０と共に圧力均等化工程
を受ける。工程８により，層３６０は所望の吸着圧力付
近の圧力に確実に再加圧される。この再加圧工程は，ヘ
リウム生成物の一部を，再加圧用流量制御器３５５とバ
ルブ３２１を介して層３６０に送ることにより行われる
。工程８が完了すると，層３６０は所望の吸着圧力又は
その近傍圧力となり，いつでも操作のサイクルを繰り返
せるようになっている。
けられる。工程７の進行中，層３６０を部分的に再加圧
するために，層３６０が層３８０と共に圧力均等化工程
を受ける。工程８により，層３６０は所望の吸着圧力付
近の圧力に確実に再加圧される。この再加圧工程は，ヘ
リウム生成物の一部を，再加圧用流量制御器３５５とバ
ルブ３２１を介して層３６０に送ることにより行われる
。工程８が完了すると，層３６０は所望の吸着圧力又は
その近傍圧力となり，いつでも操作のサイクルを繰り返
せるようになっている。
【００２７】ＰＳＡ再生は，１〜５ｐｓｉａ（通常は２
ｐｓｉａ）の減圧で行われる。高いヘリウム回収率を得
るには，生成物のパージより減圧再生が好ましい。ヘリ
ウムの損失が最小限に抑えられるからである。本発明の
好ましい実施態様においては，系中に少量の酸素が漏出
しても問題とはならない。なぜなら，酸素は触媒作用工
程にて除去されるからである。前述したように，二次的
生成物回収流れ１１（新たな供給物１と共に再循環され
る）がＰＳＡ層の中間位置から取り出されてＰＳＡ層ボ
イド中のヘリウムの大部分が回収され，この結果ヘリウ
ムの回収率が増大する。さらに，生成物中の高い窒素含
量が一次的ヘリウム生成物を汚染しないよう，二次的生
成物が層の中間位置から取り出される。
ｐｓｉａ）の減圧で行われる。高いヘリウム回収率を得
るには，生成物のパージより減圧再生が好ましい。ヘリ
ウムの損失が最小限に抑えられるからである。本発明の
好ましい実施態様においては，系中に少量の酸素が漏出
しても問題とはならない。なぜなら，酸素は触媒作用工
程にて除去されるからである。前述したように，二次的
生成物回収流れ１１（新たな供給物１と共に再循環され
る）がＰＳＡ層の中間位置から取り出されてＰＳＡ層ボ
イド中のヘリウムの大部分が回収され，この結果ヘリウ
ムの回収率が増大する。さらに，生成物中の高い窒素含
量が一次的ヘリウム生成物を汚染しないよう，二次的生
成物が層の中間位置から取り出される。
【００２８】図１を参照すると，ヘリウム含量の多い流
れ８がＰＳＡユニット３００を出て，１ｐｐｍ未満の二
酸化炭素とメタン，及び窒素の完全除去もしくは部分的
除去のいずれが必要とされるのかに応じて所望の量の窒
素を含有した触媒作用ユニット４００に入る。本発明の
触媒作用による水素除去は，不活性ガスの精製に関する
従来技術に基づいている（米国特許第４，７１３，２２
４号に詳細に開示されている）。しかしながら，該特許
はヘリウムを不活性ガスとして含めていない。該特許の
開示内容によれば，化学吸着によって水素不純物を保持
させるのに，ニッケルベースの触媒〔好ましくはハーシ
ョー（Ｈａｒｓｈａｗ）触媒Ｎｉ−０１０４〕が使用さ
れる。化学吸着は，触媒を加熱する必要も冷却する必要
もなく，周囲温度にて行われる。ヘリウム流出生成物９
は，１ｐｐｍ以下の水素（通常は０．１ｐｐｍ未満）を
含有している。ニッケルベース触媒はさらに，二酸化炭
素や水等の不純物（存在する場合）も除去する。
れ８がＰＳＡユニット３００を出て，１ｐｐｍ未満の二
酸化炭素とメタン，及び窒素の完全除去もしくは部分的
除去のいずれが必要とされるのかに応じて所望の量の窒
素を含有した触媒作用ユニット４００に入る。本発明の
触媒作用による水素除去は，不活性ガスの精製に関する
従来技術に基づいている（米国特許第４，７１３，２２
４号に詳細に開示されている）。しかしながら，該特許
はヘリウムを不活性ガスとして含めていない。該特許の
開示内容によれば，化学吸着によって水素不純物を保持
させるのに，ニッケルベースの触媒〔好ましくはハーシ
ョー（Ｈａｒｓｈａｗ）触媒Ｎｉ−０１０４〕が使用さ
れる。化学吸着は，触媒を加熱する必要も冷却する必要
もなく，周囲温度にて行われる。ヘリウム流出生成物９
は，１ｐｐｍ以下の水素（通常は０．１ｐｐｍ未満）を
含有している。ニッケルベース触媒はさらに，二酸化炭
素や水等の不純物（存在する場合）も除去する。
【００２９】ニッケルベース触媒層４００の再生は，再
生用ガス６を使用済み触媒上に通し，そして脱着水素を
含有した再生用ガスを流れ７として取り出すことによっ
て行われる。触媒層の再生に対しては２つのスキームが
存在する。従来法は熱による再生方法であって，この場
合，不活性ガス流れが約２００℃に加熱され，通常のプ
ロセスガス流れに向流の形で導入される。この高温パー
ジが所定長さの時間だけ続けられた後，触媒層が周囲温
度に冷却される。
生用ガス６を使用済み触媒上に通し，そして脱着水素を
含有した再生用ガスを流れ７として取り出すことによっ
て行われる。触媒層の再生に対しては２つのスキームが
存在する。従来法は熱による再生方法であって，この場
合，不活性ガス流れが約２００℃に加熱され，通常のプ
ロセスガス流れに向流の形で導入される。この高温パー
ジが所定長さの時間だけ続けられた後，触媒層が周囲温
度に冷却される。
【００３０】ニッケルベース触媒の好ましい再生方法は
，水素除去に対する触媒の能力を実質的に増大させる新
規な手順に基づくものである。ニッケル触媒は水素に対
して非常に高い親和性を有しており，従来の熱による再
生は，残留している水素の実質的な量を除去するのには
不充分である。制御された量の酸素を触媒層に導入する
ことにより，水素との反応が起こって水が形成される。
，水素除去に対する触媒の能力を実質的に増大させる新
規な手順に基づくものである。ニッケル触媒は水素に対
して非常に高い親和性を有しており，従来の熱による再
生は，残留している水素の実質的な量を除去するのには
不充分である。制御された量の酸素を触媒層に導入する
ことにより，水素との反応が起こって水が形成される。
【００３１】再生シーケンスの工程は，図３（２つの触
媒層４３０と４４０を組み込んだ触媒作用システムの概
略構成図）を参照することによってよく理解することが
できる。触媒層が２つ組み込まれているのが好ましい。 なぜなら，ヘリウム流れの連続的精製に対してそれぞれ
の層を循環操作できるからである。以下の説明では，層
４４０はヘリウム精製モードに関して説明し，層４３０
はその再生モードに関して説明する。
媒層４３０と４４０を組み込んだ触媒作用システムの概
略構成図）を参照することによってよく理解することが
できる。触媒層が２つ組み込まれているのが好ましい。 なぜなら，ヘリウム流れの連続的精製に対してそれぞれ
の層を循環操作できるからである。以下の説明では，層
４４０はヘリウム精製モードに関して説明し，層４３０
はその再生モードに関して説明する。
【００３２】図３によれば，微量の水素を含有したヘリ
ウムが流れ８を介して触媒システムに入り，そしてバル
ブ４１９を介して層４４０に入る。精製されたヘリウム
生成物がバルブ４２１を介して層４４０を出て，ヘリウ
ム生成物ライン９に入る。バルブ４１８と４２０は閉じ
たままにしておいて，再生されつつある層４３０にヘリ
ウムが入らないようにする。同様に，バルブ４１４と４
１６を閉じたままにしておいて，再生用ガス混合物が層
４４０に入らないようにする。
ウムが流れ８を介して触媒システムに入り，そしてバル
ブ４１９を介して層４４０に入る。精製されたヘリウム
生成物がバルブ４２１を介して層４４０を出て，ヘリウ
ム生成物ライン９に入る。バルブ４１８と４２０は閉じ
たままにしておいて，再生されつつある層４３０にヘリ
ウムが入らないようにする。同様に，バルブ４１４と４
１６を閉じたままにしておいて，再生用ガス混合物が層
４４０に入らないようにする。
【００３３】再生用ガス混合物６は，不活性ガス（好ま
しくは窒素），及びライン４１０を介して不活性ガス中
に導入される制御された量の酸素を含有する。不活性ガ
ス中に混合される酸素の量は，再生用ガス混合物が約５
０００ｖｐｍ以下（好ましくは約１０００ｖｐｍ）の酸
素を含有するよう，バルブ４１２によって正確に制御さ
れる。再生用ガス混合物はバルブ４１３を介して層４３
０に入り，そしてバルブ４１５を介して層４３０を出る
。
しくは窒素），及びライン４１０を介して不活性ガス中
に導入される制御された量の酸素を含有する。不活性ガ
ス中に混合される酸素の量は，再生用ガス混合物が約５
０００ｖｐｍ以下（好ましくは約１０００ｖｐｍ）の酸
素を含有するよう，バルブ４１２によって正確に制御さ
れる。再生用ガス混合物はバルブ４１３を介して層４３
０に入り，そしてバルブ４１５を介して層４３０を出る
。
【００３４】所定時間経過したらバルブ４１１を閉じる
ことによって酸素の供給を停止し，不活性ガス流れ（好
ましくは窒素）により層を約２００℃に加熱する。この
加熱された不活性ガス流れが，再生用ガス混合物として
，同じ通路を介して触媒ユニットに入ってそして出てゆ
くが，このときいくらかの水分を搬送する。この不活性
ガス流れは，水分を追い出すために所定時間保持される
。触媒を室温にまで冷却した後，高純度ヘリウム生成物
の一部を使用して，層中の不活性ガスを除去する（但し
，不活性ガスがヘリウムでない場合）。本発明に対する
別のプロセススキーム（触媒ユニット４００がＰＳＡユ
ニット３００に先行する）が図４に示されている。この
スキームでは，５％未満のメタン，１０００ｐｐｍ未満
の二酸化炭素，及び相当量の窒素を含有した供給流れを
使用するのが好ましい。ＰＳＡからの廃棄ガス１０は，
本集成体においては本質的に水素を含まない窒素である
ので，触媒ユニットに対する再生用ガス６として使用す
ることができ，従って全てではないとしても外部窒素供
給量が少なくて済むようになる。本集成体においては，
ＰＳＡユニット３００から出る流れ８は，水素を含まな
いヘリウム生成物である。
ことによって酸素の供給を停止し，不活性ガス流れ（好
ましくは窒素）により層を約２００℃に加熱する。この
加熱された不活性ガス流れが，再生用ガス混合物として
，同じ通路を介して触媒ユニットに入ってそして出てゆ
くが，このときいくらかの水分を搬送する。この不活性
ガス流れは，水分を追い出すために所定時間保持される
。触媒を室温にまで冷却した後，高純度ヘリウム生成物
の一部を使用して，層中の不活性ガスを除去する（但し
，不活性ガスがヘリウムでない場合）。本発明に対する
別のプロセススキーム（触媒ユニット４００がＰＳＡユ
ニット３００に先行する）が図４に示されている。この
スキームでは，５％未満のメタン，１０００ｐｐｍ未満
の二酸化炭素，及び相当量の窒素を含有した供給流れを
使用するのが好ましい。ＰＳＡからの廃棄ガス１０は，
本集成体においては本質的に水素を含まない窒素である
ので，触媒ユニットに対する再生用ガス６として使用す
ることができ，従って全てではないとしても外部窒素供
給量が少なくて済むようになる。本集成体においては，
ＰＳＡユニット３００から出る流れ８は，水素を含まな
いヘリウム生成物である。
【００３５】ＰＳＡ分離やＰＳＡサイクルのバリエーシ
ョンに関しては多くの改良形が可能であり，これらはい
ずれも本発明の範囲に含まれるとみなすべきである。従
って，部分的なメタン除去や部分的な窒素除去を低温精
製と組み合わせて使用することや，供給原料を窒素含量
の多い生成物フラクションもしくはメタン含量の多い生
成物フラクションに分離し，引き続き精製操作を行うと
いうＰＳＡサイクルの改良形も本発明の範囲内である。
ョンに関しては多くの改良形が可能であり，これらはい
ずれも本発明の範囲に含まれるとみなすべきである。従
って，部分的なメタン除去や部分的な窒素除去を低温精
製と組み合わせて使用することや，供給原料を窒素含量
の多い生成物フラクションもしくはメタン含量の多い生
成物フラクションに分離し，引き続き精製操作を行うと
いうＰＳＡサイクルの改良形も本発明の範囲内である。
【００３６】特定の実施態様に関して本発明を詳細に説
明してきたが，当業者にとっては，本発明の精神と範囲
を逸脱することなく本発明に対する種々の変形が可能で
あることは言うまでもない。
明してきたが，当業者にとっては，本発明の精神と範囲
を逸脱することなく本発明に対する種々の変形が可能で
あることは言うまでもない。
【図１】本発明の好ましい実施態様の概略構成図である
。
。
【図２】本発明の圧力スイング吸着セクションを示した
概略図である。
概略図である。
【図３】本発明の触媒ユニットセクションの概略構成図
である。
である。
【図４】本発明の別の実施態様の概略構成図である。
Claims (35)
- 【請求項１】 微量の水素と共にヘリウムを適度なレ
ベルで含有した供給原料からヘリウムを取り出す方法で
あって，（ａ） 圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によっ
て前記供給原料から前記ヘリウムを分離する工程；及び
（ｂ） 触媒層において前記水素不純物を分離する工
程；を含む前記方法。 - 【請求項２】 前記ＰＳＡ工程が前記触媒作用工程に
先行する，請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記供給原料が，相当量の窒素，５％
未満のメタン，及び１０００ｐｐｍ未満の二酸化炭素を
含有し，そして前記触媒作用工程が前記ＰＳＡ工程に先
行する，請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記供給原料が，ヘリウム，窒素，メ
タン，水蒸気，アルゴン，高級炭化水素類，及び水素の
混合物を含む，請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記供給原料中の前記適度なレベルの
ヘリウムが６〜４０％ヘリウムの範囲である，請求項１
記載の方法。 - 【請求項６】 前記微量の水素が１０００ｐｐｍ未満
である，請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記ＰＳＡサイクルが，２５〜１５０
ｐｓｉａの吸着圧力と実質的に周囲温度にて，前記供給
原料をＰＳＡユニットに通すことを含む，請求項１記載
の方法。 - 【請求項８】 前記触媒作用工程がニッケルベースの
触媒を使用して行われる，請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記ＰＳＡサイクルが，ヘリウムの損
失を最小限に抑え且つヘリウム生成物の純度を保持する
ために二次的生成物回収流れを使用する，請求項１記載
の方法。 - 【請求項１０】 精製されたヘリウム生成物が１ｖｐ
ｍ未満の水素を含有する，請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 前記供給原料が，ヘリウム，窒素，
メタン，水蒸気，アルゴン，高級炭化水素類，及び水素
の混合物を含む，請求項２記載の方法。 - 【請求項１２】 前記供給原料中の前記適度なレベル
のヘリウムが６〜４０％ヘリウムの範囲である，請求項
２記載の方法。 - 【請求項１３】 前記微量の水素が１０００ｐｐｍ未
満である，請求項２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記ＰＳＡサイクルが，２５〜１５
０ｐｓｉａの吸着圧力と実質的に周囲温度にて，前記供
給原料をＰＳＡユニットに通すことを含む，請求項２記
載の方法。 - 【請求項１５】 前記触媒作用工程がニッケルベース
の触媒を使用して行われる，請求項２記載の方法。 - 【請求項１６】 前記ＰＳＡサイクルが，ヘリウムの
損失を最小限に抑え且つヘリウム生成物の純度を保持す
るために二次的生成物回収流れを使用する，請求項２記
載の方法。 - 【請求項１７】 精製されたヘリウム生成物が１ｖｐ
ｍ未満の水素を含有する，請求項２記載の方法。 - 【請求項１８】 前記供給原料が，ヘリウム，窒素，
メタン，水蒸気，アルゴン，高級炭化水素類，及び水素
の混合物を含む，請求項３記載の方法。 - 【請求項１９】 前記供給原料中の前記適度なレベル
のヘリウムが６〜４０％ヘリウムの範囲である，請求項
３記載の方法。 - 【請求項２０】 前記微量の水素が１０００ｐｐｍ未
満である，請求項３記載の方法。 - 【請求項２１】 前記触媒作用工程がニッケルベース
の触媒を使用して行われる，請求項３記載の方法。 - 【請求項２２】 前記ＰＳＡサイクルが，ヘリウムの
損失を最小限に抑え且つヘリウム生成物の純度を保持す
るために二次的生成物回収流れを使用する，請求項３記
載の方法。 - 【請求項２３】 精製されたヘリウム生成物が１ｖｐ
ｍ未満の水素を含有する，請求項３記載の方法。 - 【請求項２４】 吸着された水素を含有するニッケル
ベースの触媒層を再生する方法であって，（ａ） 実
質的に周囲条件にて，不活性ガスと制御された量の酸化
剤との再生用混合物を，使用されたニッケルベースの触
媒層上に通す工程； （ｂ） 前記ニッケルベースの触媒層から化学吸着さ
れた水素を取り除くのに必要な時間だけ，前記再生用ガ
ス混合物を通し続ける工程； （ｃ） 水素と酸化剤との反応によって形成された水
分を取り除くのに必要な時間だけ，加熱された不活性ガ
ス流れを約２００℃にて通す工程；及び （ｄ） 前記ニッケルベースの触媒層の温度を周囲温
度に戻すに足る時間だけ，前記ニッケルベースの触媒層
を不活性ガスで冷却する工程；を含む前記方法。 - 【請求項２５】 前記不活性ガスが，アルゴン，窒素
，又はヘリウムの１種以上であり，そして前記酸化剤が
酸素である，請求項２４記載の方法。 - 【請求項２６】 前記制御された量の酸素が約５００
０ｖｐｍ酸素以下である，請求項２４記載の方法。 - 【請求項２７】 前記触媒層がニッケルベースの触媒
を使用しており，前記ニッケルベースの触媒層を定期的
に再生する工程をさらに含む，請求項１記載の方法。 - 【請求項２８】 前記触媒層がニッケルベースの触媒
を使用しており，前記ニッケルベースの触媒層を定期的
に再生する工程をさらに含む，請求項２記載の方法。 - 【請求項２９】 前記触媒層がニッケルベースの触媒
を使用しており，前記ニッケルベースの触媒層を定期的
に再生する工程をさらに含む，請求項３記載の方法。 - 【請求項３０】 前記ニッケルベースの触媒層が，（
ａ） 実質的に周囲条件にて，不活性ガスと制御され
た量の酸化剤との再生用混合物を，使用されたニッケル
ベースの触媒層上に通し； （ｂ） 前記ニッケルベースの触媒層から化学吸着さ
れた水素を取り除くのに必要な時間だけ，前記再生用ガ
ス混合物を通し続け； （ｃ） 水素と酸化剤との反応によって形成された水
分を取り除くのに必要な時間だけ，加熱された不活性ガ
ス流れを約２００℃にて通し；そして （ｄ） 前記ニッケルベースの触媒層の温度を周囲温
度に戻すに足る時間だけ，前記ニッケルベースの触媒層
を不活性ガスで冷却する；ことによって定期的に再生さ
れる，請求項２７記載の方法。 - 【請求項３１】 前記ニッケルベースの触媒層が，（
ａ） 実質的に周囲条件にて，不活性ガスと制御され
た量の酸化剤との再生用混合物を，使用されたニッケル
ベースの触媒層上に通し； （ｂ） 前記ニッケルベースの触媒層から化学吸着さ
れた水素を取り除くのに必要な時間だけ，前記再生用ガ
ス混合物を通し続け； （ｃ） 水素と酸化剤との反応によって形成された水
分を取り除くのに必要な時間だけ，加熱された不活性ガ
ス流れを約２００℃にて通し；そして （ｄ） 前記ニッケルベースの触媒層の温度を周囲温
度に戻すに足る時間だけ，前記ニッケルベースの触媒層
を不活性ガスで冷却する；ことによって定期的に再生さ
れる，請求項２８記載の方法。 - 【請求項３２】 前記ニッケルベースの触媒層が，（
ａ） 実質的に周囲条件にて，不活性ガスと制御され
た量の酸化剤との再生用混合物を，使用されたニッケル
ベースの触媒層上に通し； （ｂ） 前記ニッケルベースの触媒層から化学吸着さ
れた水素を取り除くのに必要な時間だけ，前記再生用ガ
ス混合物を通し続け； （ｃ） 水素と酸化剤との反応によって形成された水
分を取り除くのに必要な時間だけ，加熱された不活性ガ
ス流れを約２００℃にて通し；そして （ｄ） 前記ニッケルベースの触媒層の温度を周囲温
度に戻すに足る時間だけ，前記ニッケルベースの触媒層
を不活性ガスで冷却する；ことによって定期的に再生さ
れる，請求項２９記載の方法。 - 【請求項３３】 微量の水素を不純物として含んだ供
給原料中に含有されているヘリウムを精製する方法であ
って，このとき前記水素の分離法が，前記供給原料をニ
ッケルベースの触媒層上に通し，これによって前記水素
を前記触媒に化学吸着させることを含む前記方法。 - 【請求項３４】 前記ニッケルベースの触媒層が実質
的に周囲温度で操作される，請求項３３記載の方法。 - 【請求項３５】 前記ニッケルベースの触媒層が，（
ａ） 実質的に周囲条件にて，不活性ガスと制御され
た量の酸化剤との再生用混合物を，使用されたニッケル
ベースの触媒層上に通し； （ｂ） 前記ニッケルベースの触媒層から化学吸着さ
れた水素を取り除くのに必要な時間だけ，前記再生用ガ
ス混合物を通し続け； （ｃ） 水素と酸化剤との反応によって形成された水
分を取り除くのに必要な時間だけ，加熱された不活性ガ
ス流れを約２００℃にて通し；そして （ｄ） 前記ニッケルベースの触媒層の温度を周囲温
度に戻すに足る時間だけ，前記ニッケルベースの触媒層
を不活性ガスで冷却する；ことによって定期的に再生さ
れる，請求項３３記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US572741 | 1984-01-23 | ||
| US57274190A | 1990-08-23 | 1990-08-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04250815A true JPH04250815A (ja) | 1992-09-07 |
Family
ID=24289163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3212308A Pending JPH04250815A (ja) | 1990-08-23 | 1991-08-23 | ヘリウム精製方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04250815A (ja) |
| KR (1) | KR940004626B1 (ja) |
| CA (1) | CA2048263A1 (ja) |
| DE (1) | DE4125538C2 (ja) |
| PL (1) | PL168674B1 (ja) |
| ZA (1) | ZA915939B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012031049A (ja) * | 2010-07-07 | 2012-02-16 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | ヘリウムガスの精製方法および精製装置 |
| JP2013500925A (ja) * | 2009-08-06 | 2013-01-10 | ティッセンクルップ・ウーデ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 硫酸製造方法およびシステム |
| JP2020523548A (ja) * | 2017-06-08 | 2020-08-06 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | ガス状流からのヘリウム回収 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19927773A1 (de) * | 1999-06-17 | 2000-12-21 | Otten Ernst Wilhelm | Rückgewinnung von ·3·He |
| DE10007440A1 (de) * | 2000-02-18 | 2001-08-23 | Linde Ag | Verfahren zum Abtrennen einer Helium-reichen Fraktion aus einem wenigstens Methan, Stickstoff und Helium enthaltenden Strom |
| JP3934885B2 (ja) | 2000-09-27 | 2007-06-20 | 昭和電工株式会社 | 余剰麻酔ガスの処理装置 |
| CN108394878B (zh) * | 2018-04-09 | 2019-03-05 | 西安保埃罗环保科技有限公司 | 一种含氢的氦尾气提纯氦气工艺 |
| CN111603932A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-01 | 布劳恩惰性气体系统有限公司 | 一种自供再生气的净化系统及控制方法 |
| CN114797998B (zh) * | 2022-04-13 | 2023-12-29 | 成都达奇科技股份有限公司 | 一种催化法烟气脱硫装置催化剂洗涤再生方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4713224A (en) * | 1986-03-31 | 1987-12-15 | The Boc Group, Inc. | One-step process for purifying an inert gas |
| DE3716899C1 (de) * | 1987-05-20 | 1988-08-04 | Bergwerksverband Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Heliumgewinnung |
| DE3716898A1 (de) * | 1987-05-20 | 1988-12-15 | Bergwerksverband Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur heliumanreicherung |
-
1991
- 1991-07-29 ZA ZA915939A patent/ZA915939B/xx unknown
- 1991-08-01 CA CA002048263A patent/CA2048263A1/en not_active Abandoned
- 1991-08-01 DE DE4125538A patent/DE4125538C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-21 PL PL91291486A patent/PL168674B1/pl unknown
- 1991-08-22 KR KR1019910014509A patent/KR940004626B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-23 JP JP3212308A patent/JPH04250815A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013500925A (ja) * | 2009-08-06 | 2013-01-10 | ティッセンクルップ・ウーデ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 硫酸製造方法およびシステム |
| JP2012031049A (ja) * | 2010-07-07 | 2012-02-16 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | ヘリウムガスの精製方法および精製装置 |
| JP2020523548A (ja) * | 2017-06-08 | 2020-08-06 | サウジ アラビアン オイル カンパニー | ガス状流からのヘリウム回収 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4125538C2 (de) | 1998-03-19 |
| CA2048263A1 (en) | 1992-02-24 |
| ZA915939B (en) | 1992-06-24 |
| KR920004276A (ko) | 1992-03-27 |
| DE4125538A1 (de) | 1992-02-27 |
| PL168674B1 (pl) | 1996-03-29 |
| KR940004626B1 (ko) | 1994-05-27 |
| PL291486A1 (en) | 1992-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0042159B1 (en) | Air fractionation by pressure swing adsorption | |
| US4784672A (en) | Regeneration of adsorbents | |
| EP0489555B1 (en) | Hydrogen and carbon monoxide production by pressure swing adsorption purification | |
| US4770676A (en) | Recovery of methane from land fill gas | |
| EP0128580B1 (en) | Process for drying gas streams | |
| US5026406A (en) | Adsorptive process for producing two gas streams from a gas mixture | |
| EP0307843B1 (en) | Production of hydrogen and carbon monoxide | |
| KR100524425B1 (ko) | 압력 스윙 흡착 방법 및 장치 | |
| US8746009B2 (en) | Production of hydrogen from a reforming gas and simultaneous capture of CO2 co-product | |
| EP1762294A2 (en) | Gas purification | |
| JPS6026571B2 (ja) | 気体混合物中の成分気体の割合を増大させる方法および装置 | |
| JPH11179137A (ja) | ガスから水蒸気と二酸化炭素を除去する方法 | |
| JPH01172204A (ja) | 混合ガスから炭酸ガスを吸着分離回収する方法 | |
| JPH0639230A (ja) | アルゴン−酸素−炭素除去プロセス廃ガスからのアルゴンを回収する方法 | |
| JPS63278520A (ja) | 改良された吸着精製方法 | |
| EP0398339B1 (en) | Adsorptive process for producing two gas streams from a gas mixture | |
| GB2142331A (en) | A process for producing methanol | |
| JPH04250815A (ja) | ヘリウム精製方法 | |
| US4834956A (en) | Process for the production of high purity argon | |
| JP7319830B2 (ja) | 窒素製造方法及び装置 | |
| EP0245796A1 (en) | Recovery of methane from landfill gas | |
| JPS621766B2 (ja) | ||
| JPS607919A (ja) | 吸着法を使用して一酸化炭素を含む混合ガス中の二酸化炭素を分離除去する方法 | |
| US20050252374A1 (en) | Adsorbent bed and process for removal of propane from feed streams | |
| JPH0351648B2 (ja) |