JPS6144702A - アルゴンの製造方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、アルゴンを含み酸素及び窒素を主成分とする
原料ガスから低温吸着法によってアルゴンを分離、＃！
造する方法に関する。

〔発明の背景〕

一般にアルゴンの製造は、空気深冷分離装置の上部精留
塔からアルゴン含量の多い酸素ガス（このとき既に窒素
ガスは大部分除去されている）を抜き出し、これを粗ア
ルゴン塔と高純度アルゴン塔とを備えた精製アルゴン塔
に導き、まず粗アルゴン塔で精留して粗アルゴンとし、
この粗アルゴン中の酸素を脱酸した後、高純度アルゴン
塔で精留して、高純度アルゴンを得る方法によって行な
われる。しかしながら、この方法では、空気深冷分離装
置の精留塔から抜き出す原料ガス中の窒素が３％以上に
なると、粗アルゴン塔での精留が困難になるため、窒素
濃度を常に規定濃度以内に保つ必要がアシ、これが上部
精留塔の運転条件を種種に制約し、高度の装置運転技術
を必要とするにかルでなく、多くの設備を必要とする点
で不利であシ、さらに加熱、冷却を繰シ返すため、エネ
ルギー的にも経済的でない〇 このため、上述のような精留法によらない低温吸着法に
よるアルゴンの分離方法が提案されている（特公昭５５
−１６０８８号）。この方法は、窒素濃度を０．１％以
下としたアルゴンおよび酸素の混合ガスを−１８６〜−
１３３℃の低温で且つ１．５〜３０　ｋｇ／ｒｙｎ２の
圧力下でＡ型ゼオライトに導いて酸素を吸着除去しアル
ゴンを分離した後、圧力を大気圧まで低下させ、さらに
真空ポンプで減圧することによって、Ａ型ゼオライトか
ら酸素を脱着してＡ型ゼオライトを再生するものである
。

しかし、この低温吸着法は、窒素を予め除去しておかね
ばカらないこと、及び、−１８６〜−１３３℃というか
なシの低温下で吸着させるので、寒冷発生コスト及び保
温コストが高いという問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、低温吸着法において、窒素の予めの除
去を要せず且つ低温の程度が比較的少い温度で高収率、
低コストにてアルゴンを製造することのできる方法を提
供することにある。

〔発明の概要〕

第２図は、Ａ型ゼオライトの０〜−２００℃の温度範囲
におけるアルゴン、窒素及び酸素の吸着特性を圧カフ６
０箇Ｈｇ　（ゲージ圧力）の場合について示したもので
、縦軸はＡ型ゼオライトの１空洞当シの吸着分子数、横
軸は温度である。このグラフから明らかなように、温度
がＯ〜−１００℃の範囲では、アルゴンの吸着量は窒素
、酸素の吸着量に比べて著しく低い。特に−７０℃付近
では、この吸着量の差が最大となっている。経済性を考
えれば、上記温度範囲のうち一４０℃〜−１００℃の範
囲が操作温度として適している。圧力を７６０ｍＨｇよ
シ高くしても、第２図の傾向は変らず、吸着量が増える
ことがわかっている。

よって、−４０℃〜−１００℃の温度範囲においてアル
ゴン、窒素及び酸素の混合ガスを吸着剤たるＡｆｆｉゼ
オライトの充填された吸着塔に加圧下で通ずることによ
シ、最初に窒素が、次いで酸素が吸着され、アルゴンは
ほとんど吸着されず、そのまま吸着塔から導出されるこ
とになシ、アルゴン、窒素及び酸素の混合原料ガスから
アルゴンを分離することができる。その後、吸着塔内の
圧力を大気圧又はそれよシ低い圧力に下げることによシ
、吸着剤に吸着されている窒素、酸素その他の吸着物が
脱着されて吸着剤を再生することができるＯ このようなアルゴンの製造方法によれば、吸着温度をさ
ほど厳密に管理しなくてもよく、シかも低温の度合の比
較的少い一４０℃〜−１００℃という温度範囲であるか
ら、装置の運転が容易となる。さらに、該吸着温度はＡ
型ゼオライトが窒素及び酸素の両者を同時に良く吸着す
る温度域を選択したものであるから、前記従来の低温吸
着法のように予め窒素を除去しておく必要がなく、窒素
含有量の多いガスも原料ガスとして用いることができ、
多様な原料ガスに対応することができる。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図によシ説明する。アルゴン、
酸素及び窒素から成る混合ガスが原料ガスとして管１か
ら圧縮機２に導入される。圧縮機２で１、θ〜５穆／ｃ
Ｉｎ鵞（ｒ−ジ圧、以下同じ）に加圧された原料ガスは
熱交換器３に送られ、ここで冷却されて−４０〜−１０
０℃の温度となって夫夫弁８，１２又は１６を経て吸着
塔４ａ　、４ｂ又は４Ｃに導入される。吸着塔４ｍ、４
ｂ及び４ｃには吸着剤としてＡｆｆｌゼオライトが充填
され、流入原料ガス温度と同じ−４０〜−１００℃の温
度に保持されている。吸着塔４１，４ｂ又は４ｃに流入
した原料ガスは、ここで窒素ついで酸素が吸着除去され
て、製品アルゴンが弁１０．管２２゜製品タンク７を経
て導管２５から取出される。

本実施例においては、圧力を加えて吸着を行い、その後
、圧力を下げて脱着を行う圧力差吸着法を連続的に繰シ
返し実行して製品アルゴンを得るようにする。以下この
圧力差吸着法の操作サイクルを、第１図に示した三基一
連の吸着塔４ｍ２４ｂｅ４＠の場合を例にとって、第１
表を参照して説明する。

第１表に示すようにサイクルは６操作を含む。

各吸着塔４ａ〜４ｃは、均圧、加圧、吸着、脱着及びパ
ージの５段階の操作を第１表の如き互にずれたタイミン
グ関係において受ける・各操作は次に説明するとおシで
ある。

帛１表 均圧段階： パージ段階によシ吸着剤が再生された常圧下の吸着塔内
に、吸着段階にある他塔で濃縮された一部のアルゴンを
導入して吸着塔内の圧力を平均イヒさせる。これによっ
て、次の加圧、吸着段階に入るガス組成は、もとの原料
ガスよシもアルゴンに富むことになシ、回収されるアル
ゴンの濃縮度と収率の向上が図れる。

加圧段階： 原料ガスを、均圧化された塔内に所定の吸着操作圧力（
１〜５　ｋｙ／ｃｍ”　）に達するまで圧入する。

脱着段階： 塔内圧力を大気圧又はそれよシ低い圧力まで降下させる
。これによシ、前段階で吸着された一酸化炭素、二酸化
炭素、窒素及び水分が放出される。

塔内を大気圧よシもむしろそれよシ低い圧力に減圧する
方が、より有効である。

パージ段階： 大気圧下にある塔内へ塔頂から、吸着段階にある他塔の
濃縮アルゴンの一部を導入して吸着剤を洗浄し再生させ
た後、塔底から・セージする。

次に、第１図に示した吸着塔の運転操作の手１式を、第
１表に従って具体的に説明する。

第１操作では、吸着塔４ｍ、４ｂ及び４Ｃはそれぞれ吸
着、均圧そして脱着の段階に入る。その後、電磁弁１０
．１１．１５及び１７を開放し、電磁弁８，９，１２，
１３，１４，１６．１８゜１９．２０は閉じる。この弁
操作に上って、吸着塔４ａ内におる原料ガスから酸素、
窒素及び水分が吸着剤に吸着され、残ったアルゴンは電
磁弁１０１配管２２を通シ製品ガスタンク７に入る。

一方、吸着塔４ｂは均圧段階にラシ、吸着塔４＆から電
磁弁１１．配管２３．電磁弁１５を経て吸着塔４ｂ内に
導入される。一方、濃縮アルゴンによって吸着塔４ｂ内
は大気圧状態から昇圧されて第２操作に入る。さらに、
脱着段階にある吸。

着塔４ｃにおいては、前段階で吸着された原料ガス中の
不純物成分Ｃｏ　、　ＣＯ２ｔ　Ｎ２なとが電磁弁１７
及びガス排出管２４を介して排出され、それに伴い塔内
圧は降下する。

第２操作においては、吸着塔４凰は引続き吸着段階にア
シ、吸着塔４　ｂ　＋　４　ｃはそれぞれ加圧。

ｚ４−ジ段階に入る。その際、電磁弁１０，１１゜１２
．１７及び１９を開き、一方、電磁弁８，９゜１３．１
４，１５．１６及び１８は閉じる・この弁操作によって
、前操作で均圧された吸着塔４ｂには、原料ガ　スが圧
縮機２．熱交換器３．、／／ス送入管２１及び電磁弁１
２を経て供給され加圧される・さらに、パージ段階に入
った吸着塔４Ｃには、吸着塔４ａから電磁弁１１．配管
２３及び電磁弁１９を通って濃縮アルゴンが導入され１
吸着剤の再生が行われる。

再生処理後の／母−ジガス（吸着剤の再生に使用された
ため不純物を含んだ一部の製品アルゴンガス）は、電磁
弁１７．配管２４を経て系外に排気される。

第３操作においては、吸着塔４ｍ、４ｂ及び４ｃはそれ
ぞれ脱着、吸着及び均圧段階に入る。

その際、電磁弁９，１４．１５及び１９は開かれ、一方
、電磁弁８，１０，１１，１２，１３．１６及び１７は
閉じられる。この弁操作によって、吸着塔４ａは前段階
で吸着された原料ガス中の不純物が電磁弁９及びガス排
出管２４を介して排出され、これに伴い塔内圧は降下す
る。

吸着塔４ｂは吸着段階に入シ、原料力　スから酸素及び
窒素が吸着剤に吸着され、残ったアルゴンは電磁弁１４
を介して配管２２を経て製品ガスタンク７に入る。一方
、吸着塔４Ｃは均圧段階にあシ、吸着塔４ｂ内のガスは
電磁弁１５．配管２３及び電磁弁１９を経て塔４Ｃに導
入される。

同様にして、第４操作においては、吸着塔４ａ。

４ｂ　、４ｃはそれぞれパージ、吸着、加圧段階として
操作される。その際には、電磁弁のうち、９゜１１．１
４．１５及び１６が開かれ、８，１０゜１２．１３．１
７及び１８が閉じられる。

第５操作においては、吸着塔４＆と４ｂはそれ。

それ均圧、脱着段階として、吸着塔４Ｃは吸着段階とし
て操作される。このとき、電磁弁のうち８゜１３．１５
．１８及び１９が開かれ、同９，１０゜１１．１２，１
４，１６及び１７が閉じられる。

以上の説明において、均圧段階及びノクージ段階にある
吸着塔に導入される濃縮アルゴンは、製品ガスタンクか
ら電磁弁２０を通じて供給することもできる。

さらに、上記実施例において、第３図に示すように配管
２４に真空ボンｆ５を配設して塔内を減圧することによ
シ、吸着された不純物ガス成分を脱着させることができ
る。このようにすれば吸着剤が効率良く再生されるので
、前述したｉ４−ジ段階を省略することができると共に
アルゴンの回収率をよシ向上させるのに有効である。

以上においては吸着塔を３基一連とした場合を例にとっ
て説明したが、本発明は、吸着塔の数に何ら限定を付す
るものではなく、第１及び第３図および以上の説明は実
施形態の一例を示しているにすぎない。

なお、製造装置全体は断熱壁６で覆い、寒冷のロスが生
じない様になっているのがよい。

〔発明の効果〕

本発明によるアルゴンの製造方法によれば、アルゴンを
含み酸素及び窒素を主成分とする原料ガスから高濃度の
アルゴンを高収率で製造できる。

さらに、原料ガス中の窒素含有量に特に制約を受けるこ
とがないので、予め窒素を除去しておく必要がなく、多
種多様の原料ガスに対応できる。また、−４０℃〜−１
００℃という低温としては比較的扱い易い、且つ寒冷発
生コストおよび保温コストの少い温度範囲で実施される
から運転上も経済上も有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアルゴンの製造方法の実施に用いら
れる製造装置の例を示す構成系統図、第２図は、Ａ型ゼ
オライトの吸着特性を示すグラフ、第３図は、本発明の
アルゴンの製造方法の実施に用いられる製造装置の他の
例を示す構成系統図である。 ｌ・・・原料ガス管、　　　２・・・圧縮機、３・・・
熱交換器、 ４ａ、４ｂ、４ｃ・・・吸着塔、 ５・・・真空ポンプ、　　６・・・断熱壁、７・・・製
品ガスタンク、 ８〜２０・・・電磁弁つ 第２図 逼ｉ　（’Ｚ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルゴンを含み酸素および窒素を主成分とする混合
   ガスを−４０℃〜−１００℃の範囲の温度に冷却してゼ
   オライトからなる吸着剤に導き、加圧下においてアルゴ
   ンを除く該混合ガスの成分を該吸着剤に吸着させること
   によって濃縮アルゴンを取出し、その後、該吸着剤から
   被吸着成分を大気圧以下の圧力において脱着することを
   特徴とするアルゴンの製造方法。 ２、上記の加圧は、１〜５ｋｇ／ｃｍ＾２（ゲージ圧）
   である特許請求の範囲第１項記載のアルゴンの製造方法
   。 ３、ゼオライト系吸着剤の充填された複数基の吸着塔の
   順次の塔に、アルゴンを含み酸素および窒素を主成分と
   し−４０℃〜−１００℃の範囲の温度に冷却された混合
   ガスを１〜５ｋｇ／ｃｍ＾２（ゲージ圧）の圧力で導入
   してアルゴンを除く該混合ガスの成分を該吸着剤に吸着
   させ濃縮アルゴンを取出す段階、吸着後の吸着塔内を大
   気圧以下に減圧することによって吸着剤から被吸着成分
   を脱着する段階、脱着後の吸着剤を濃縮アルゴンの一部
   を用いて洗浄・再生する段階、および吸着剤再生後の吸
   着塔と吸着後の吸着塔とを連通させることによって両塔
   内の圧力を均等にする段階からなることを特徴とするア
   ルゴンの製造方法。