JPS6367637B2 - - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、酸素不含クリプトン−キセノン濃縮
物の製造法に関し、特に、供給原料中のクリプト
ン及びキセノンの実質上全部が濃縮物中に回収さ
れるような改良法に関する。 発明の背景 クリプトン及びキセノンは、多くの用途におい
てその需要がふえつゝある。クリプトンは、長寿
命ランプ及び自動車用ランプを含めて高品質照明
器具において広く使用されている。キセノンは、
特殊Ｘ線装置を含めて医療用途に使用されてい
る。これらのガスの両方とも、多くの実験室及び
研究用途において一般に用いられている。 クリプトン及びキセノンの主な源は大気であ
る。大気中の空気は、約1.1ppmのクリプトン及
び約0.08ppmのキセノンを含有する。一般には、
クリプトン及びキセノンは、空気を分離して酸素
及び窒素にする総合空気分離プロセスに関連して
空気から回収される。 クリプトン及びキセノン回収法の核心は、クリ
プトン及びキセノンが大部分の大気ガスよりも低
い蒸気圧を有することにある。これによつて、気
液向流蒸留法において、それらの濃度を回収が経
済的に価値あるようになる点まで増大させるのが
可能になる。クリプトン及びキセノンは、窒素成
分よりもむしろ酸素成分中に濃縮する。と云うの
は、酸素は窒素よりも低い蒸気圧を有するからで
ある、不幸にして、これらの方法は、大気中の炭
化水素（これも、主な大気ガスよりも低い蒸気圧
によつて特徴づけられる）を不可避的に濃縮し、
かくして爆発の危険性の増加が生じる。 この問題を解決するための最近の試みはラクレ
イヤー氏の米国特許第4401448号に開示されてお
り、こゝではクリプトン−キセノン濃縮物中の酸
素成分は不燃性窒素によつて置換され、かくして
危険な状態が著しく減少している。上記の特許に
開示される方法は希土類濃縮物における酸素を窒
素で成功下に置換しているけれども、それは、元
の酸素含有濃縮物中のクリプトン及びキセノンの
全部を回収せず、かくして希土類ガスのいくらか
の損失が生じるか又は、別法として、廃流れを更
に処理してクリプトン及びキセノンを回収するた
めにそれを空気分離プラントに戻すことが必要に
なる。この別法は、２つの理由のために望ましく
ない。第一に、既に濃縮されているクリプトン及
びキセノンを空気分離プラントにおいて流体と再
混合しそして再び精留しなければならず、このこ
とは費用の増加をもたらす。第二に、クリプトン
−キセノン濃縮プロセスは、総合空気分離プラン
トに必然的に密接にされ且つそれと関連して操作
されなければならない。このことは、融通性の損
失そして場合によつては高いコストを招く。 従つて、本発明の目的は、酸素不含媒体中にお
いてクリプトン−キセノン濃縮物を製造するため
の改良法を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、プロセスに入るク
リプトン及びキセノンの実質上全部が濃縮物中に
回収されるような、酸素不含媒体中においてクリ
プトン−キセノン濃縮物を製造するための改良法
を提供することである。 本発明の更に他の目的は、低温空気分離プラン
トに経済的に依存せずに操作することができるよ
うな、酸素不含媒体中においてクリプトン−キセ
ノン濃縮物を製造するための改良法を提供するこ
とである。 発明の概要 上記の目的及び当業者には本明細書の通読時に
明らかになる他の目的は、 実質上酸素を含まない媒体中において濃縮され
たクリプトン及びキセノンを製造するためにクリ
プトン、キセノン及び酸素を含む供給原料液を処
理し、これによつて供給原料液中のクリプトン及
びキセノンの実質上全部を該媒体中に濃縮させる
に当つて、 (1) 酸素、クリプトン及びキセノンを含む供給原
料液を交換塔に該塔の中間点において導入して
該塔を通して下流させ、 (2) 低濃度の酸素及び希土類ガスを有する蒸気を
前記交換塔に前記中間点よりも下方の点におい
て導入して上流する交換蒸気を形成し、 (3) 実質上希土類ガスを含まない液体を前記塔に
前記中間点よりも上方の点において導体して下
流する還流液を形成し、 (4) 前記の下流する液体に対向して前記の上流す
る蒸気を通して、該下流液体から酸素を該上流
蒸気にそして該上流蒸気から非酸素媒体を該下
流液体に交換し、 (5) 前記の下流する還流液に対向して前記の酸素
含有する上流蒸気を通し、これによつて工程(4)
間に上流蒸気に入つた可能性があるクリプトン
及びキセノンを下流液に移行させ、 (6) 前記交換塔から希土類ガスを実質上含まない
酸素含有蒸気を抜き出し、 (7) 前記の下流液を再沸帯域に送つて再沸液を形
成し、 (8) 前記再沸帯域において再沸液を部分気化させ
て蒸気及び低濃度の酸素を有する液状クリプト
ン−キセノン濃縮物を形成し、 (9) 工程(8)で形成された蒸気を前記交換塔に通し
て上流交換蒸気の一部分を形成し、そして (10) 実質上酸素を含まないクリプトン−キセノン
濃縮物を回収する、 ことからなる実質上酸素を含まない媒体中で濃縮
されたクリプトン及びキセノンの製造法、 である本発明によつて達成される。 本明細書において用いる用語「酸素不含」は、
せいぜい２％そして好ましくはせいぜい１％の酸
素濃度を有することを意味する。 本明細書において用いる用語「低濃度」は、せ
いぜい２％の濃度を意味する。 本明細書における用語「間接的熱交換」は、２
つの流体流れを互いに物理的に接触又は混合させ
ずに熱交換関係にすることを意味する。 本明細書における用語「平衡段階」は、気−液
接触段階を出る蒸気及び液体が物質移動平衡状態
にあるような気−液接触段階を意味する。液相及
び気相に対してトレー又はプレート長ち個別的な
接触段階を使用する分離塔について言えば、平衡
段階は理論トレー又はプレートに相当する。パツ
キング即ち液相及び気相の連続接触を使用する分
離塔について言えば、平衡段階は、１つの理論プ
レートに等しい塔パツキングのその高さに相当す
る。実際の接触段階即ちトレー、プレート又はパ
ツキングは、その物質移動効率に依存して平衡段
階に相当する。 本明細書で用いる用語「塔」は、蒸留又は分別
塔、即ち、例えば塔内に配置された一連の垂直方
向に離置したトレー若しくはプレート上で又は別
法として塔に充填されたパツキング部材上で気相
及び液相を接触させることによるが如くして気相
及び液相を向流接触させて流体混合物の分離を行
なうような接触塔又は帯域を意味する。分別塔の
詳細な説明については、アール、エイチ・ペリー
及びシー・エイチ・チルトン氏によつて編集され
た“ザ・ケミカル・エンジニヤーズ・ハンドブツ
ク（the Chemical Engineer′s Handbook）、第
５版”（米国ニユーヨーク所在のマクグロー・ヒ
ル・ブツク・カンパニー）、“デスチレーシヨン
（Distillation）”、ビー・デイー・スミス氏外、第
13−３頁、連続蒸留法（第13−３頁）を参照され
たい。 発明細書で用いる用語「二重塔」は、低圧塔の
下方端と熱交換関係にある上方端を有する高圧塔
を意味する。二重塔の詳細な説明については、ル
ヒマン氏の“ザ・セパレーシヨン・オブ・ガセズ
（The Separation of Gases）”（オツクスホー
ド・ユニバーシテイ・プレス、1949）、第章、
“工業的空気分離”及びバロン氏の“クリオゲニ
ツク・システムズ（Cryogenic Systems）”（マク
グロー・ヒル・インコーポレーテツド、1966）、
第230頁“空気分離系”に見い出される。 本明細書における用語「希土類ガス」は、クリ
プトン又はキセノンを意味する。 本明細書における用語「再沸帯域」は、流入す
る液体を間接的に加熱しこれによつて部分気化さ
せてガス及び残留液を生成するような熱交換帯域
を意味する。これによつて、残留液は、注入する
液体中に存在する揮発性の低い成分中に富化され
る。 本明細書における用語「交換塔」は、クリプト
ン−キセノン濃縮物中の酸素が非酸素媒体で置換
されるような塔を意味する。 本明細書における用語「還流比」は、塔におけ
る下降液及び上昇蒸気の数字上の比率を意味す
る。 第１図を参照しながら、本発明の方法を詳細に
説明する こゝで第１図を説明すると、酸素、クリプトン
及びキセノンを含む供給原料液１８は、塔１０に
その中間点において導入されそして塔を経て下方
に流れる。供給原料液１８は、いかなる有効濃度
のクリプトンを有してもよく、そして一般には少
なくとも100ppmのクリプトン濃度及び少なくと
も7ppmのキセノン濃度を有する。また、塔１０
には、上記中間点よりも下方の点において、低濃
度の希土類ガス及び酸素を有する蒸気３５が導入
される。蒸気３５は、塔１０において上流する交
換蒸気として用いられる。第１図は、二重塔空気
分離プラントの低圧塔からの又は窒素パイプライ
ン若しくは窒素貯蔵設備からの如き低圧窒素が蒸
気３５のいくらかの源として用いられるところの
好ましい具体例を例示する。この好ましい具体例
では、低圧窒素ガス１７は圧縮器１５によつて圧
縮され、そして圧縮された流れ２１は、流れ２２
としてそれが圧縮された圧力においてその飽和温
度に近くなるように熱交換器１６による間接的熱
交換によつて冷却される。流れ２２は、２つの流
れ３２及び３３に分割される。流れ３２は、弁３
３によつて膨張され、そして流れ３４としてリボ
イラー（再沸器）１４からの蒸気と合流され、か
くして塔１０において上流する交換蒸気として使
用されるべき蒸気３５を形成する。流れ２３はリ
ボイラー１４内の凝縮器１３に送られ、こゝでそ
れは部分的に気化する再沸液に当つて凝縮され
る。凝縮された窒素流れ２４は、凝縮器１３から
出されて流れ２０としてプロセスから抜き出さ
れ、そして液体窒素を必要とするすべての用途に
おいて使用するのに適している。 上記の中間点よりも上方において、塔１０を通
して下流させるための還流液２７が該塔に導入さ
れる。この還流液２７は、希土類ガスを実質上含
まず、そして好ましくは酸素を実質上含まない。
好ましくは、還流液２７中の最高クリプトン濃度
は3ppmであり、そして最高キセノン濃度は
0.2ppmである。還流液２７のための１つの源は
液体空気である。上記の如く、第１図は、凝縮窒
素流れ２４から還流液２７を得た好ましい具体例
を例示する。この好ましい具体例では、流れ２４
の小部分２５（流れ２４の10〜50％を占める）
は、弁２６によつて膨張されそして下流する還流
液２７として塔１０の頂部に導入される。 第１図から分かるように、1.1〜5.3Kg／cm2（15
〜75psi）の範囲内好ましくは1.1〜2.1Kg／cm2（15
〜30psi）の範囲内の圧力で操作される塔１０は、
２つの帯域１１及び１２から構成される。第１図
には２つの別々の部材を有するとして図示されて
いるけれども、当業者には、実際には塔１０は供
給側流を持つ単一塔であることが理解されよう。
第１図は、本発明の方法を更に明確に説明するた
めのものである。 下流する還流液２７は、上部帯域１１を通り、
次いで流れ２８として供給原料液１８と合流して
下流液２９を形成する。この下流液２９は、上流
する交換蒸気に対向して下部帯域１２を通つて下
方に流れる。帯域１２内におけるこの向流液体−
気体流れの間に、下流する液体からの酸素は、上
流する交換蒸気及び非酸素媒体に入る。これは、
好ましい具体例では窒素であり、そして上流する
交換蒸気から下流する液体中に入る。 こゝで酸素を含有する上流蒸気３６は上部帯域
１１を通つて上流し、こゝでそれは下流する還流
液２７と向流する。この工程は、下部帯域１２で
起つた物質交換の間に上流蒸気中に入つたかもし
れないクリプトン及びキセノンを、塔１０に導入
された下流還流液（希土類ガスを実質上含まな
い）中に移動させることを目的とする。この態様
で、供給原料１８と共に塔１０に導入されたクリ
プトン及びキセノンがあるとしても、ごく僅かだ
けしか所望のクリプトン−キセノン濃縮物の一部
分としての他のプロセスから抜け出されない。 帯域１１及び１２で行われる交換プロセスは、
互いに接触状態にある気相及び液相が系の熱収支
を維持しながら物質移動平衡に向けて推進させる
という通常の傾向に依存する。塔の下部帯域１２
の頂部において流入する液体は主として酸素から
なりそして塔の下部帯域１２の底部において流入
する蒸気は非酸素（典型的には窒素）であるの
で、塔における交換作用は、酸素を上昇蒸気中に
移しそして落下液を非酸素成分中に増加させるこ
とである。この物質移動交換の程度は、斯界に周
知の如く、流入する液体及び蒸気の相対量、供給
原料流れの純度並びに塔内にある相接触段階の数
に依存する。 流入する上流蒸気又はストリツピングガスは酸
素を実質上含まないか又は酸素が少ないので、そ
の結果酸素の大部分は、上昇蒸気に移行されそし
てオーバーヘツド蒸気と共に流出する。同様に、
希土類ガスも同じような移行が生じ、その結果と
して、帯域１２を出る蒸気は、かなりのクリプト
ン−キセノン含量を有するけれども、酸素よりも
程度が低い。と云うのは、クリプトン及びキセノ
ンの蒸気圧は酸素のそれよりもかなり低いからで
ある。それにもかゝわらず、その蒸気の希土類含
量は、有意な損失を表わす。従つて、低い希土類
含量で還流する他の塔帯域１１の付設は、塔帯域
１１のオーバーヘツド蒸気と共に失われる可能性
がある希土類ガスを再捕捉する働きをする。 希土類ガスを実質上含まない酸素含有上流蒸気
は、塔１０から流れ３７として抜き出される。第
１図の好ましい具体例では、流れ３７は、上記の
圧縮された窒素流れ２１の冷却を生ぜしめるため
に熱交換器１６によつて温められる。この工程
は、いくらかの冷凍能を再捕捉してプロセスに戻
すことによつて効率を高める。温められた流れ３
８は、熱交換器１６から出されそしてプロセスか
ら出される。 帯域１２を通過した下流液（これは、ごく僅か
な酸素しか含有しない）は、再沸帯域１４に送ら
れて再沸液４０を形成する。こゝで、再沸液４０
は、部分気化されて蒸気及びクリプトン−キセノ
ン濃縮物を形成する。この工程は、クリプトン及
びキセノンを更に濃縮させるのを目的とする。こ
の蒸気３１は、塔１０を上方に通されて上記交換
蒸気の一部分を構成する。 第１図の好ましい具体例では、再沸液４０は凝
縮する飽和窒素２３との熱交換によつて部分気化
され、そして生じる蒸気３１は窒素流れ３４と合
流されて蒸気流れ３５を形成し、この蒸気流れ３
５は上流交換蒸気を形成するために塔に導入され
る。 塔の帯域１１及び１２に関連して説明したよう
に、再沸帯域１４は、明確にするために塔１０と
は別個に図示されているけれども、実際には帯域
１１及び１２と共に単一塔装置内にあつてよい。 クリプトン−キセノン液状濃縮物は再沸帯域１
４から回収されるが、これは、供給原料１８と共
にプロセスに導入されたクリプトン及びキセノン
の実質上全部を含有し且つ実質上酸素を含まない
ように酸素をほとんど含有しない。流れ１９中の
最高酸素濃度は、僅か約２％好ましくは僅か約１
％である。生成物流れ１９中のクリプトン及びキ
セノンの絶対濃度は供給原料中のこれらのガスの
濃度に依存するけれども、流れ１９中のクリプト
ンの濃度はそれが供給原料中にある濃度の少なく
とも約20倍であり、そしてキセノンの濃度はその
少なくとも約20倍である。 第には、第１図の具体例に従つて実施した本
発明の方法のコンピユーターシミユレーシヨンの
結果が表にされている。このデータは、単に例示
のためであつて、本発明を限定するものではな
い。略語“CFH”及び“PSIA”は、それぞれ、
周囲温度（21℃；70〓）及び大気圧（1.0Kg／
cm2；14.7psia）で測定した“ft3／hr”及び“lb／
in2絶対圧”を意味する。流れの番号は第１図の
ものに相当し、そして％はモル％又はppm容量で
ある。
物の製造法に関し、特に、供給原料中のクリプト
ン及びキセノンの実質上全部が濃縮物中に回収さ
れるような改良法に関する。 発明の背景 クリプトン及びキセノンは、多くの用途におい
てその需要がふえつゝある。クリプトンは、長寿
命ランプ及び自動車用ランプを含めて高品質照明
器具において広く使用されている。キセノンは、
特殊Ｘ線装置を含めて医療用途に使用されてい
る。これらのガスの両方とも、多くの実験室及び
研究用途において一般に用いられている。 クリプトン及びキセノンの主な源は大気であ
る。大気中の空気は、約1.1ppmのクリプトン及
び約0.08ppmのキセノンを含有する。一般には、
クリプトン及びキセノンは、空気を分離して酸素
及び窒素にする総合空気分離プロセスに関連して
空気から回収される。 クリプトン及びキセノン回収法の核心は、クリ
プトン及びキセノンが大部分の大気ガスよりも低
い蒸気圧を有することにある。これによつて、気
液向流蒸留法において、それらの濃度を回収が経
済的に価値あるようになる点まで増大させるのが
可能になる。クリプトン及びキセノンは、窒素成
分よりもむしろ酸素成分中に濃縮する。と云うの
は、酸素は窒素よりも低い蒸気圧を有するからで
ある、不幸にして、これらの方法は、大気中の炭
化水素（これも、主な大気ガスよりも低い蒸気圧
によつて特徴づけられる）を不可避的に濃縮し、
かくして爆発の危険性の増加が生じる。 この問題を解決するための最近の試みはラクレ
イヤー氏の米国特許第4401448号に開示されてお
り、こゝではクリプトン−キセノン濃縮物中の酸
素成分は不燃性窒素によつて置換され、かくして
危険な状態が著しく減少している。上記の特許に
開示される方法は希土類濃縮物における酸素を窒
素で成功下に置換しているけれども、それは、元
の酸素含有濃縮物中のクリプトン及びキセノンの
全部を回収せず、かくして希土類ガスのいくらか
の損失が生じるか又は、別法として、廃流れを更
に処理してクリプトン及びキセノンを回収するた
めにそれを空気分離プラントに戻すことが必要に
なる。この別法は、２つの理由のために望ましく
ない。第一に、既に濃縮されているクリプトン及
びキセノンを空気分離プラントにおいて流体と再
混合しそして再び精留しなければならず、このこ
とは費用の増加をもたらす。第二に、クリプトン
−キセノン濃縮プロセスは、総合空気分離プラン
トに必然的に密接にされ且つそれと関連して操作
されなければならない。このことは、融通性の損
失そして場合によつては高いコストを招く。 従つて、本発明の目的は、酸素不含媒体中にお
いてクリプトン−キセノン濃縮物を製造するため
の改良法を提供することである。 本発明のもう１つの目的は、プロセスに入るク
リプトン及びキセノンの実質上全部が濃縮物中に
回収されるような、酸素不含媒体中においてクリ
プトン−キセノン濃縮物を製造するための改良法
を提供することである。 本発明の更に他の目的は、低温空気分離プラン
トに経済的に依存せずに操作することができるよ
うな、酸素不含媒体中においてクリプトン−キセ
ノン濃縮物を製造するための改良法を提供するこ
とである。 発明の概要 上記の目的及び当業者には本明細書の通読時に
明らかになる他の目的は、 実質上酸素を含まない媒体中において濃縮され
たクリプトン及びキセノンを製造するためにクリ
プトン、キセノン及び酸素を含む供給原料液を処
理し、これによつて供給原料液中のクリプトン及
びキセノンの実質上全部を該媒体中に濃縮させる
に当つて、 (1) 酸素、クリプトン及びキセノンを含む供給原
料液を交換塔に該塔の中間点において導入して
該塔を通して下流させ、 (2) 低濃度の酸素及び希土類ガスを有する蒸気を
前記交換塔に前記中間点よりも下方の点におい
て導入して上流する交換蒸気を形成し、 (3) 実質上希土類ガスを含まない液体を前記塔に
前記中間点よりも上方の点において導体して下
流する還流液を形成し、 (4) 前記の下流する液体に対向して前記の上流す
る蒸気を通して、該下流液体から酸素を該上流
蒸気にそして該上流蒸気から非酸素媒体を該下
流液体に交換し、 (5) 前記の下流する還流液に対向して前記の酸素
含有する上流蒸気を通し、これによつて工程(4)
間に上流蒸気に入つた可能性があるクリプトン
及びキセノンを下流液に移行させ、 (6) 前記交換塔から希土類ガスを実質上含まない
酸素含有蒸気を抜き出し、 (7) 前記の下流液を再沸帯域に送つて再沸液を形
成し、 (8) 前記再沸帯域において再沸液を部分気化させ
て蒸気及び低濃度の酸素を有する液状クリプト
ン−キセノン濃縮物を形成し、 (9) 工程(8)で形成された蒸気を前記交換塔に通し
て上流交換蒸気の一部分を形成し、そして (10) 実質上酸素を含まないクリプトン−キセノン
濃縮物を回収する、 ことからなる実質上酸素を含まない媒体中で濃縮
されたクリプトン及びキセノンの製造法、 である本発明によつて達成される。 本明細書において用いる用語「酸素不含」は、
せいぜい２％そして好ましくはせいぜい１％の酸
素濃度を有することを意味する。 本明細書において用いる用語「低濃度」は、せ
いぜい２％の濃度を意味する。 本明細書における用語「間接的熱交換」は、２
つの流体流れを互いに物理的に接触又は混合させ
ずに熱交換関係にすることを意味する。 本明細書における用語「平衡段階」は、気−液
接触段階を出る蒸気及び液体が物質移動平衡状態
にあるような気−液接触段階を意味する。液相及
び気相に対してトレー又はプレート長ち個別的な
接触段階を使用する分離塔について言えば、平衡
段階は理論トレー又はプレートに相当する。パツ
キング即ち液相及び気相の連続接触を使用する分
離塔について言えば、平衡段階は、１つの理論プ
レートに等しい塔パツキングのその高さに相当す
る。実際の接触段階即ちトレー、プレート又はパ
ツキングは、その物質移動効率に依存して平衡段
階に相当する。 本明細書で用いる用語「塔」は、蒸留又は分別
塔、即ち、例えば塔内に配置された一連の垂直方
向に離置したトレー若しくはプレート上で又は別
法として塔に充填されたパツキング部材上で気相
及び液相を接触させることによるが如くして気相
及び液相を向流接触させて流体混合物の分離を行
なうような接触塔又は帯域を意味する。分別塔の
詳細な説明については、アール、エイチ・ペリー
及びシー・エイチ・チルトン氏によつて編集され
た“ザ・ケミカル・エンジニヤーズ・ハンドブツ
ク（the Chemical Engineer′s Handbook）、第
５版”（米国ニユーヨーク所在のマクグロー・ヒ
ル・ブツク・カンパニー）、“デスチレーシヨン
（Distillation）”、ビー・デイー・スミス氏外、第
13−３頁、連続蒸留法（第13−３頁）を参照され
たい。 発明細書で用いる用語「二重塔」は、低圧塔の
下方端と熱交換関係にある上方端を有する高圧塔
を意味する。二重塔の詳細な説明については、ル
ヒマン氏の“ザ・セパレーシヨン・オブ・ガセズ
（The Separation of Gases）”（オツクスホー
ド・ユニバーシテイ・プレス、1949）、第章、
“工業的空気分離”及びバロン氏の“クリオゲニ
ツク・システムズ（Cryogenic Systems）”（マク
グロー・ヒル・インコーポレーテツド、1966）、
第230頁“空気分離系”に見い出される。 本明細書における用語「希土類ガス」は、クリ
プトン又はキセノンを意味する。 本明細書における用語「再沸帯域」は、流入す
る液体を間接的に加熱しこれによつて部分気化さ
せてガス及び残留液を生成するような熱交換帯域
を意味する。これによつて、残留液は、注入する
液体中に存在する揮発性の低い成分中に富化され
る。 本明細書における用語「交換塔」は、クリプト
ン−キセノン濃縮物中の酸素が非酸素媒体で置換
されるような塔を意味する。 本明細書における用語「還流比」は、塔におけ
る下降液及び上昇蒸気の数字上の比率を意味す
る。 第１図を参照しながら、本発明の方法を詳細に
説明する こゝで第１図を説明すると、酸素、クリプトン
及びキセノンを含む供給原料液１８は、塔１０に
その中間点において導入されそして塔を経て下方
に流れる。供給原料液１８は、いかなる有効濃度
のクリプトンを有してもよく、そして一般には少
なくとも100ppmのクリプトン濃度及び少なくと
も7ppmのキセノン濃度を有する。また、塔１０
には、上記中間点よりも下方の点において、低濃
度の希土類ガス及び酸素を有する蒸気３５が導入
される。蒸気３５は、塔１０において上流する交
換蒸気として用いられる。第１図は、二重塔空気
分離プラントの低圧塔からの又は窒素パイプライ
ン若しくは窒素貯蔵設備からの如き低圧窒素が蒸
気３５のいくらかの源として用いられるところの
好ましい具体例を例示する。この好ましい具体例
では、低圧窒素ガス１７は圧縮器１５によつて圧
縮され、そして圧縮された流れ２１は、流れ２２
としてそれが圧縮された圧力においてその飽和温
度に近くなるように熱交換器１６による間接的熱
交換によつて冷却される。流れ２２は、２つの流
れ３２及び３３に分割される。流れ３２は、弁３
３によつて膨張され、そして流れ３４としてリボ
イラー（再沸器）１４からの蒸気と合流され、か
くして塔１０において上流する交換蒸気として使
用されるべき蒸気３５を形成する。流れ２３はリ
ボイラー１４内の凝縮器１３に送られ、こゝでそ
れは部分的に気化する再沸液に当つて凝縮され
る。凝縮された窒素流れ２４は、凝縮器１３から
出されて流れ２０としてプロセスから抜き出さ
れ、そして液体窒素を必要とするすべての用途に
おいて使用するのに適している。 上記の中間点よりも上方において、塔１０を通
して下流させるための還流液２７が該塔に導入さ
れる。この還流液２７は、希土類ガスを実質上含
まず、そして好ましくは酸素を実質上含まない。
好ましくは、還流液２７中の最高クリプトン濃度
は3ppmであり、そして最高キセノン濃度は
0.2ppmである。還流液２７のための１つの源は
液体空気である。上記の如く、第１図は、凝縮窒
素流れ２４から還流液２７を得た好ましい具体例
を例示する。この好ましい具体例では、流れ２４
の小部分２５（流れ２４の10〜50％を占める）
は、弁２６によつて膨張されそして下流する還流
液２７として塔１０の頂部に導入される。 第１図から分かるように、1.1〜5.3Kg／cm2（15
〜75psi）の範囲内好ましくは1.1〜2.1Kg／cm2（15
〜30psi）の範囲内の圧力で操作される塔１０は、
２つの帯域１１及び１２から構成される。第１図
には２つの別々の部材を有するとして図示されて
いるけれども、当業者には、実際には塔１０は供
給側流を持つ単一塔であることが理解されよう。
第１図は、本発明の方法を更に明確に説明するた
めのものである。 下流する還流液２７は、上部帯域１１を通り、
次いで流れ２８として供給原料液１８と合流して
下流液２９を形成する。この下流液２９は、上流
する交換蒸気に対向して下部帯域１２を通つて下
方に流れる。帯域１２内におけるこの向流液体−
気体流れの間に、下流する液体からの酸素は、上
流する交換蒸気及び非酸素媒体に入る。これは、
好ましい具体例では窒素であり、そして上流する
交換蒸気から下流する液体中に入る。 こゝで酸素を含有する上流蒸気３６は上部帯域
１１を通つて上流し、こゝでそれは下流する還流
液２７と向流する。この工程は、下部帯域１２で
起つた物質交換の間に上流蒸気中に入つたかもし
れないクリプトン及びキセノンを、塔１０に導入
された下流還流液（希土類ガスを実質上含まな
い）中に移動させることを目的とする。この態様
で、供給原料１８と共に塔１０に導入されたクリ
プトン及びキセノンがあるとしても、ごく僅かだ
けしか所望のクリプトン−キセノン濃縮物の一部
分としての他のプロセスから抜け出されない。 帯域１１及び１２で行われる交換プロセスは、
互いに接触状態にある気相及び液相が系の熱収支
を維持しながら物質移動平衡に向けて推進させる
という通常の傾向に依存する。塔の下部帯域１２
の頂部において流入する液体は主として酸素から
なりそして塔の下部帯域１２の底部において流入
する蒸気は非酸素（典型的には窒素）であるの
で、塔における交換作用は、酸素を上昇蒸気中に
移しそして落下液を非酸素成分中に増加させるこ
とである。この物質移動交換の程度は、斯界に周
知の如く、流入する液体及び蒸気の相対量、供給
原料流れの純度並びに塔内にある相接触段階の数
に依存する。 流入する上流蒸気又はストリツピングガスは酸
素を実質上含まないか又は酸素が少ないので、そ
の結果酸素の大部分は、上昇蒸気に移行されそし
てオーバーヘツド蒸気と共に流出する。同様に、
希土類ガスも同じような移行が生じ、その結果と
して、帯域１２を出る蒸気は、かなりのクリプト
ン−キセノン含量を有するけれども、酸素よりも
程度が低い。と云うのは、クリプトン及びキセノ
ンの蒸気圧は酸素のそれよりもかなり低いからで
ある。それにもかゝわらず、その蒸気の希土類含
量は、有意な損失を表わす。従つて、低い希土類
含量で還流する他の塔帯域１１の付設は、塔帯域
１１のオーバーヘツド蒸気と共に失われる可能性
がある希土類ガスを再捕捉する働きをする。 希土類ガスを実質上含まない酸素含有上流蒸気
は、塔１０から流れ３７として抜き出される。第
１図の好ましい具体例では、流れ３７は、上記の
圧縮された窒素流れ２１の冷却を生ぜしめるため
に熱交換器１６によつて温められる。この工程
は、いくらかの冷凍能を再捕捉してプロセスに戻
すことによつて効率を高める。温められた流れ３
８は、熱交換器１６から出されそしてプロセスか
ら出される。 帯域１２を通過した下流液（これは、ごく僅か
な酸素しか含有しない）は、再沸帯域１４に送ら
れて再沸液４０を形成する。こゝで、再沸液４０
は、部分気化されて蒸気及びクリプトン−キセノ
ン濃縮物を形成する。この工程は、クリプトン及
びキセノンを更に濃縮させるのを目的とする。こ
の蒸気３１は、塔１０を上方に通されて上記交換
蒸気の一部分を構成する。 第１図の好ましい具体例では、再沸液４０は凝
縮する飽和窒素２３との熱交換によつて部分気化
され、そして生じる蒸気３１は窒素流れ３４と合
流されて蒸気流れ３５を形成し、この蒸気流れ３
５は上流交換蒸気を形成するために塔に導入され
る。 塔の帯域１１及び１２に関連して説明したよう
に、再沸帯域１４は、明確にするために塔１０と
は別個に図示されているけれども、実際には帯域
１１及び１２と共に単一塔装置内にあつてよい。 クリプトン−キセノン液状濃縮物は再沸帯域１
４から回収されるが、これは、供給原料１８と共
にプロセスに導入されたクリプトン及びキセノン
の実質上全部を含有し且つ実質上酸素を含まない
ように酸素をほとんど含有しない。流れ１９中の
最高酸素濃度は、僅か約２％好ましくは僅か約１
％である。生成物流れ１９中のクリプトン及びキ
セノンの絶対濃度は供給原料中のこれらのガスの
濃度に依存するけれども、流れ１９中のクリプト
ンの濃度はそれが供給原料中にある濃度の少なく
とも約20倍であり、そしてキセノンの濃度はその
少なくとも約20倍である。 第には、第１図の具体例に従つて実施した本
発明の方法のコンピユーターシミユレーシヨンの
結果が表にされている。このデータは、単に例示
のためであつて、本発明を限定するものではな
い。略語“CFH”及び“PSIA”は、それぞれ、
周囲温度（21℃；70〓）及び大気圧（1.0Kg／
cm2；14.7psia）で測定した“ft3／hr”及び“lb／
in2絶対圧”を意味する。流れの番号は第１図の
ものに相当し、そして％はモル％又はppm容量で
ある。
【表】
ここに本発明の方法を使用することによつて、
酸素、クリプトン及びキセノンを含有する液体流
れ（例えば、二重空気分離プラントから得ること
ができるもの）を処理してクリプトン及びキセノ
ンを経済的な回収のために更に濃縮し且つ酸素を
実質上含まないクリプトン−キセノン濃縮物を回
収し、しかも供給原料液中の希土類ガスの実質上
全部を希土類ガス濃縮物の一部分として回収する
ことができる。かくして、本発明の方法は、総合
空気分離プラントとは別個に経済的に操作するこ
とができ、しかもかゝるプラントに希土類ガス含
有流入流れを装入することを必要としない。 本発明の方法を特に好ましい具体例に関して詳
細に説明したけれども、本発明の範囲内に他の具
体例が包含されることを理解されたい。
酸素、クリプトン及びキセノンを含有する液体流
れ（例えば、二重空気分離プラントから得ること
ができるもの）を処理してクリプトン及びキセノ
ンを経済的な回収のために更に濃縮し且つ酸素を
実質上含まないクリプトン−キセノン濃縮物を回
収し、しかも供給原料液中の希土類ガスの実質上
全部を希土類ガス濃縮物の一部分として回収する
ことができる。かくして、本発明の方法は、総合
空気分離プラントとは別個に経済的に操作するこ
とができ、しかもかゝるプラントに希土類ガス含
有流入流れを装入することを必要としない。 本発明の方法を特に好ましい具体例に関して詳
細に説明したけれども、本発明の範囲内に他の具
体例が包含されることを理解されたい。
第１図は、上流交換蒸気として且つリボイラー
を運転するために同じ希土類ガス不含蒸気が用い
られそしてリボイラーの凝縮から得られる液体の
一部分が還流液として用いられるところの本発明
の方法の１つの好ましい具体例の概略フローシー
トである。主要部を表わす参照数字は次の通りで
ある。 １０：交換塔、１１：上部帯域、１２：下部帯
域、１４：リボイラー、１６：熱交換器。
を運転するために同じ希土類ガス不含蒸気が用い
られそしてリボイラーの凝縮から得られる液体の
一部分が還流液として用いられるところの本発明
の方法の１つの好ましい具体例の概略フローシー
トである。主要部を表わす参照数字は次の通りで
ある。 １０：交換塔、１１：上部帯域、１２：下部帯
域、１４：リボイラー、１６：熱交換器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 実質上酸素を含まない媒体中において濃縮さ
れたクリプトン及びキセノンを製造するためにク
リプトン、キセノン及び酸素を含む供給原料液を
処理し、これによつて供給原料液中のクリプトン
及びキセノンの実質上全部を該媒体中に濃縮させ
るに当つて、 (1) 酸素、クリプトン及びキセノンを含む供給原
料液を交換塔に該塔の中間点において導入して
該塔を通して下流させ、 (2) 低濃度の酸素及び希土類ガスを有する蒸気を
前記交換塔に前記中間点よりも下方の点におい
て導入して上流する交換蒸気を形成し、 (3) 実質上希土類ガスを含まない液体を前記塔に
前記中間点よりも上方の点において導入して下
流する還流液を形成し、 (4) 前記の下流する液体に対向して前記の上流す
る蒸気を通して、該下流液体から酸素を該上流
上記にそして該上流蒸気から非酸素媒体を該下
流液体に交換し、 (5) 前記の下流する還流液に対向して前記の酸素
含有する上流蒸気を通し、これによつて工程(4)
間に上流蒸気に入つた可能性があるクリプトン
及びキセノンを下流液に移行させ、 (6) 前記交換塔から希土類ガスを実質上含まない
酸素含有蒸気を抜き出し、 (7) 前記の下流液を再沸帯域に送つて再沸液を形
成し、 (8) 前記再沸帯域において再沸液を部分気化させ
て蒸気及び低濃度の酸素を有する液状クリプト
ン−キセノン濃縮物を形成し、 (9) 工程(8)で形成された蒸気を前記交換塔に通し
て上流交換蒸気の一部分を形成し、そして (10) 実質上酸素を含まないクリプトン−キセノン
濃縮物を回収する、 ことからなる実質上酸素を含まない媒体中で濃縮
されたクリプトン及びキセノンの製造法。 ２ 工程(2)において低濃度の酸素及び希土類ガス
を有する蒸気が窒素である特許請求の範囲第１項
記載の方法。 ３ 工程(3)において実質上希土類ガスを含まない
液体が窒素である特許請求の範囲第１項記載の方
法。 ４ 再沸液が、凝縮して液体窒素を生成するガス
状窒素との熱交換によつて部分気化される特許請
求の範囲第１項記載の方法。 ５ 工程(3)の実質上希土類ガスを含まない液体と
して、液体窒素の一部分が用いられる特許請求の
範囲第４項記載の方法。 ６ 窒素が低温空気分離プラントから取られる特
許請求の範囲第２項記載の方法。 ７ 窒素が二重塔冷却空気分離プラントの低圧塔
から取られる特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８ 低温冷却空気分離プラントからのガス状窒素
が圧縮されそして冷却され、第一の部分が低濃度
の酸素及び希土類ガスを有する工程(2)の蒸気とし
て用いられ、そして第二の部分が再沸液を部分気
化させるために凝縮される特許請求の範囲第１項
記載の方法。 ９ 凝縮された第二の部分の一部分が、工程(3)の
実質上希土類ガスを含まない液体として用いられ
る特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０ 工程(6)において交換塔から抜き出された酸
素含有蒸気が、凝縮されたガス状窒素を冷却する
ために温められる特許請求の範囲第８項記載の方
法。 １１ 供給原料液が少なくとも100ppmのクリプ
トンを含有する特許請求の範囲第１項記載の方
法。 １２ 供給原料液が少なくとも7ppmのキセノン
を含有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 １３ 液状クリプトン−キセノン濃縮物中のクリ
プトンの濃度が供給原料液中のクリプトンの濃度
の少なくとも20倍である特許請求の範囲第１項記
載の方法。 １４ 液状クリプトン−キセノン濃縮物中のキセ
ノンの濃度が供給原料液中のキセノンの濃度の少
なくとも20倍である特許請求の範囲第１項記載の
方法。 １５ 交換塔が1.1〜5.3Kg／cm2（15〜75psia）の
範囲内の圧力で操作される特許請求の範囲第１項
記載の方法。 １６ 実質上酸素を含まないクリプトン−キセノ
ン濃縮物中の酸素濃度が２％を越えない特許請求
の範囲第１項記載の方法。 １７ 下流する環流液を形成する実質上希土類ガ
スを含まない液体が塔にその頂部において導入さ
れる特許請求の範囲第１項記載の方法。 １８ 下流する還流液を形成する実質上希土類ガ
スを含まない液体が液体空気である特許請求の範
囲第１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/641,220 US4647299A (en) | 1984-08-16 | 1984-08-16 | Process to produce an oxygen-free krypton-xenon concentrate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6298184A JPS6298184A (ja) | 1987-05-07 |
| JPS6367637B2 true JPS6367637B2 (ja) | 1988-12-27 |
Family
ID=24571457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60235506A Granted JPS6298184A (ja) | 1984-08-16 | 1985-10-23 | 酸素不含クリプトン−キセノン濃縮物の製造法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4647299A (ja) |
| EP (1) | EP0222026B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6298184A (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2794048B2 (ja) * | 1990-10-13 | 1998-09-03 | 共同酸素株式会社 | キセノン濃度調整方法 |
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