JPH0157611B2

JPH0157611B2 -

Info

Publication number: JPH0157611B2
Application number: JP57097474A
Authority: JP
Inventors: Kunoopuraufu Kaaru; Giisuraa Kurausu; Rihitaa Etsukeharuto; Kerubetsuhyaa Uerunaa
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1981-06-06
Filing date: 1982-06-07
Publication date: 1989-12-06
Also published as: DE3261834D1; US4404004A; BR8203290A; EP0066869A3; ZA823930B; AU551348B2; EP0066868B1; AU8462682A; ZA823928B; EP0066868A1; JPS5840126A; JPS5840125A; JPS6238014B2; EP0066869A2; BR8203287A; AU8462582A; DE3122701A1; US4406674A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は圧力変換による混合ガスの分離方法に
関し、特にプレフイルターと分離フイルターとか
ら成る２段吸着反応器を用いた混合ガスの分離方
法に関する。

少なくとも３種類の成分からなる混合ガスを圧
力変換法によつて分離する場合において、プレフ
イルターと分離フイルターとから成る２段吸着反
応器を使用することは一般に行われている。この
場合、プレフイルターでは例えば高級炭化水素、
芳香族炭化水素、ナフテン等の特に強く吸着され
る不純ガス成分が吸着除去され、分離フイルター
では残りの不純ガス成分が吸着除去され、いずれ
のフイルターでも全く又は殆ど吸着されない例え
ばH₂やHe等が生成ガスとして得られることにな
る。例えば西ドイツ公開特許第2729538号公報に
開示されているかかる混合ガスの分離方法は、プ
レフイルターを利用することから、分離フイルタ
ーの寿命を極めて長くできるという利点はあるも
のの、プレフイルター自体の洗浄に生成ガスの多
くの部分、例えば15％以上にものぼる部分を使用
しなければならず、従つて回収できる生成ガスの
収率が制限されるという欠点がある。特に、プレ
フイルターにて比較的強く吸着されている不純ガ
ス成分を洗浄によつて脱着させなければならない
場合には、この問題が顕著となる。また、生成ガ
スの収率を高めるべく洗浄に使用する量を減少さ
せる場合には、プレフイルター自体の寿命が問題
となつてくる。

一方、特開昭55−67315号公報にも圧力変換に
よる混合ガスの分離方法が開示されている。この
方法では、プレフイルター（第１床）及び分離フ
イルター（第２床）を用いた２段吸着が行われ、
第１床及び第２床のいずれにも吸着されないガス
成分（例えば水素）を第１の生成物として回収す
ると共に、第２床で吸着されるガス成分（例えば
メタン）を第２の生成物として回収するものであ
り、第１の生成物が99.5％以上で回収され、第２
の成分が99.9％以上で回収されることから、その
主眼は寧ろ第２の生成物を高純度且つ高収率で回
収することにある。従つて、第２の生成物の純度
及び収率を高めるために、第２床からの第２の生
成物をコンプレツサーを用いて他の第２床に導入
する高圧リンス工程や、第２床から真空ポンプを
用いて取り出す真空減圧工程等を採用し、コンプ
レツサーや真空ポンプの使用によるコスト高を伴
うばかりでなく、第２の生成物の純度及び収率を
高める犠牲として第１の生成物の純度及び収率を
低下させざるを得ないという欠点がある。また、
この方法では、異なる第１床間で均圧化を行う工
程を含んでおり、従つて一方の第１床から脱着し
た不純ガス成分が他方の第１床で再吸着されるた
め、当該不純ガス成分が本質的に脱着させにくい
高級炭化水素、芳香族炭化水素、ナフテン等であ
る場合には、各第１床においてかかる不純ガス成
分の蓄積に至り、第１床の早期活性低下を招来す
るという欠点もある。

本発明の目的は、３種類以上の成分を含む混合
ガスを２段吸着反応器を用いて分離する方法にお
いて、単一のガス成分のみを高純度且つ高収率で
回収し、而もプレフイルターの寿命を長くするこ
とにある。

この目的を達成するために、本発明は、プレフ
イルター及び分離フイルターから成る特定の２段
吸着反応器に混合ガスを加圧下順流で供給するこ
とにより、一部の不純ガス成分をプレフイルター
で吸着すると共に、残りの不純ガス成分を分離フ
イルターで吸着して生成ガスを取り出す吸着工程
と、不純ガス成分が両フイルターを透過する前に
吸着工程を終了させた後、両フイルターの圧力を
実質的に残留ガス圧まで低下させる圧力レリーフ
工程と、生成ガスを両フイルターに向流で通過さ
せてこれら両フイルターで吸着された不純ガス成
分を脱着させる段階を含む洗浄工程と、両フイル
ター内の圧力を再度充填圧に戻す増圧工程と、を
含む混合ガスの分離方法であつて、 (a) 前記特定の２段吸着反応器の圧力レリーフ工
程において、先ず両フイルター間を遮断した状
態で、プレフイルターを向流でレリーフして、
その際のレリーフガスを残留ガスとして放出す
ると共に、分離フイルターに第１回目のレリー
フを行わせて、その際のレリーフガスを洗浄工
程又は増圧工程にある他の２段吸着反応器にお
ける予備洗浄ガス又は予備増圧ガスとして使用
し、 (b) 更に前記特定の２段吸着反応器の圧力レリー
フ工程において、分離フイルターの第１回目の
レリーフ終了後、両フイルター間を再び連通さ
せることにより、分離フイルターに第２回目の
レリーフを向流で行わせて、その際のレリーフ
ガスを向流でプレフイルターを通過させた上で
残留ガスとして放出し、 (c) 前記特定の２段吸着反応器の洗浄工程又は増
圧工程において、圧力レリーフ工程にある他の
２段吸着反応器における分離フイルターからの
第１回目のレリーフガスを前記特定の２段吸着
反応器に向流で導入して予備洗浄又は予備増圧
を行う、ことを特徴とする圧力変換による混合ガスの分離
方法を提供する。

以上の構成の混合ガスの分離方法では、圧力レ
リーフ工程において、先ずプレフイルターと分離
フイルターとを遮断し、プレフイルターでは向流
でレリーフを行い、その際のレリーフガスを残留
ガスとして放出する。従つて、減圧効果によりプ
レフイルターから脱着した不純ガス成分が他の２
段吸着反応器のプレフイルターで再吸着されるこ
とはなく、かかる不純ガス成分（特に、高級炭化
水素、ナフテン、芳香族炭化水素等）の系内蓄積
の可能性が低下する。又、プレフイルターのレリ
ーフを向流で行うことから、プレフイルター内に
おける不純ガス成分の吸着最前線（吸着工程にお
いて、プレフイルターはその入口側から徐々に出
口側へと不純ガス成分で負荷されてゆき、その負
荷されている最も深い位置のことを吸着最前線と
呼ぶ）がレリーフの結果後退するため、順流でレ
リーフを行う場合のような吸着最前線の前進（後
の洗浄での脱着に支障をきたす）という問題もな
い。

一方、両フイルターの遮断状態において、分離
フイルターは第１回目のレリーフが行われ、その
際のレリーフガスが洗浄工程又は増圧工程にある
他の２段吸着反応器において予備洗浄ガス又は予
備増圧ガスとして利用される。分離フイルターか
らのレリーフガスは、そもそもプレフイルターで
は吸着されないガス成分のみを含んでいる。従つ
て、このレリーフガスはプレフイルターに対して
は生成ガスと同様の洗浄効果を有する。また、プ
レフイルターで吸着される不純ガス成分と異な
り、分離フイルターで吸着される不純ガス成分は
比較的脱着が容易な物質であり、これを吸着系内
にとどめておいても、すなわち他の２段吸着反応
器における分離フイルターで再吸着させても、殆
ど問題とならない。従つて、分離フイルターから
のレリーフガスは、他の２段吸着反応器における
両フイルターに対して有効な増圧ガスでもある。
本発明は、分離フイルターからのレリーフガスの
かかる特性に鑑みて、これを他の２段吸着反応器
のための予備洗浄ガス又は予備増圧ガスとして有
効利用することにより、後に行われる本洗浄又は
増圧に要する生成ガスの量を低減して、生成ガス
の収率を高めたのである。

尚、分離フイルターからの第１回目のレリーフ
ガスの取り出し流れ方向はそれほど重要でなく、
これは次の理由による。すなわち、分離フイルタ
ーと対応するプレフイルターとは遮断されている
ため、仮に分離フイルターからレリーフガスを順
流で取り出しても対応するプレフイルターには何
等の影響も与えない（回避すべきなのは、脱着困
難な不純ガス成分の吸着最前線の前進を伴うプレ
フイルターの順流レリーフであり、実際には、プ
レフイルターでは向流レリーフが行われている）。
また、分離フイルターの順流レリーフにより、分
離フイルター内で吸着最前線が前進するが、もと
もと分離フイルターで吸着される不純ガス成分は
脱着容易なので、殆ど問題とはならない。従つ
て、分離フイルターとプレフイルターとが遮断さ
れている限り、分離フイルターは向流でも順流で
もレリーフすることが可能である。

更に、分離フイルターの第２回目のレリーフ
は、両フイルターを連通させて向流にて行われ
る。前述した如く、分離フイルターからのレリー
フガスは、プレフイルターに対しては洗浄ガスと
しての作用を有する。この際、プレフイルターは
先の向流レリーフによつて既に圧力が低下してお
り、分離フイルターからのレリーフガスによるプ
レフイルターの洗浄（予備的洗浄）は、同一圧力
にある分離フイルターとプレフイルターとを連通
させて向流レリーフする場合よりも、一層効果的
となる。また、プレフイルターにて予備洗浄に供
された分離フイルターからのレリーフガスは全て
残留ガスとして放出される。従つて、一旦プレフ
イルターを離れた脱着困難な不純ガス成分は、二
度と吸着系内で再吸着されることはなく、系内蓄
積の問題も生じない。

圧力レリーフ工程に続く洗浄工程又はその後の
増圧工程では、圧力レリーフ工程にある他の２段
吸着反応器における分離フイルターからの第１回
目のレリーフガスを利用して、向流（他の２段吸
着反応器におけるレリーフガス取り出し時の流れ
方向は順流でも向流でもよいが、その利用先の２
段吸着反応器では向流で導入される）による予備
洗浄又は予備増圧が行われる。この予備洗浄又は
予備増圧は、分離フイルターの第２回目のレリー
フに際してのプレフイルターに対する予備洗浄と
あいまつて、生成ガスの使用量を減少させること
になる。

以上の構成による効果は既に明らかである。す
なわち、唯一の目的物である生成ガス、例えば水
素が、高純度且つ高収率で得られ、而もプレフイ
ルターの寿命が飛躍的に延びるものである。

本発明の追加の特徴は、特許請求の範囲第２項
ないし第６項に記載してあり、これらは以下の実
施例の説明からより具体的に理解できる。

以下、添付図面に基づき、先ず本発明に係る方
法を実施するための装置構成を説明した上で、そ
の装置構成に則して本発明の方法を説明すること
にする。

第１図に示す構成例は、４組の２段吸着反応器
と１個の補助プレフイルターを備えたものであ
る。すなわち、各々の２段吸着反応器は、１個の
プレフイルターVRと１個の分離フイルターTR
とからなり、以下の説明では必要に応じて、それ
ぞれの２段吸着反応器におけるプレフイルターを
VR１〜VR４という符合を付して区別し、分離
フイルターをTR１〜TR４の符合を付して区別
することにする。第５のプレフイルターVR５は
他の４個のプレフイルターのうち１個が再生され
ているとき又は取り替えねばならないときに代替
的に使用するためのものである。

混合ガスたる生ガスは、バルブ１，２を介して
各２段吸着反応器に導入される。バルブ３は各２
段吸着反応器におけるプレフイルターと分離フイ
ルターとを断続するために設けられている。バル
ブ４〜７は、特定の２段吸着反応器と生成ガス取
出用主管８又は他の２段吸着反応器との接続を断
続するためのものである。すなわち、これらバル
ブ４〜７を適宜選択して開閉することにより、特
定の２段吸着反応器から生成ガスを順流にて主管
８に取り出したり、或いは特定の２段吸着反応器
からのレリーフガスを順流で取り出して他の２段
吸着反応器に向流で導入し、予備洗浄又は予備圧
力増加に利用することができる。

一方、バルブ９，１０を適宜操作することによ
り、特定の２段吸着反応器における分離フイルタ
ーからのレリーフガスを向流で取り出し、他の２
段吸着反応器におけるプレフイルターに向流で流
して予備洗浄を行うことができる。尚、この予備
洗浄は、後述する如く、上記特定の２段吸着反応
器及び上記他の２段吸着反応器におけるプレフイ
ルターと分離フイルターとの間をバルブ３により
遮断された状態で行われる。

バルブ１１，１２は、各２段吸着反応器からの
レリーフガスの排出又は残留ガスの排出を行うた
めのものである。

尚、図中PIは圧力計、FIはガス流量計、QRは
ガス濃度計をそれぞれ示す。また、図中コツクを
備えたバルブは制御バルブとして使用されるもの
であり、一方、他のバルブは単に開閉機能を有す
るのみである。

実施例１この実施例は第１図に示されている装置によつ
て行つた。説明の便宜上、図中最も左側の２段吸
着反応器のサイクルに焦点をあてることにする
が、他の２段吸着反応器についても同様サイクル
が行われる。１サイクルは、生ガスをバルブ１，
２を介して２段吸着反応器のプレフイルターVR
１及び分離フイルターTR１に供給することで開
始される。このサイクル開始時においては、前回
のサイクルの洗浄工程及び増圧工程により、プレ
フイルター及び分離フイルターともに洗浄済みで
あるとともに、既に生成ガスによつて満たされて
おり、その圧力は生成ガス圧に等しい。供給され
た生ガスの不純ガス成分の一部は、プレフイルタ
ーVR１にて吸着除去され、残りの不純ガス成分
は開状態にあるバルブ３を介して流れ、分離フイ
ルターTR１にて吸着除去される。両フイルター
で吸着を受けなかつたガス成分は、バルブ７を介
し生成ガスとして主管８に導いた。以上の吸着工
程は、プレフイルター及び分離フイルターからそ
れぞれの対応する不純ガス成分が未だ透過しない
うちに終了させる。

次の圧力レリーフ工程では、最初にバルブ２，
３，７が閉じられる。この状態では、プレフイル
ターVR１と分離フイルターTR１とが遮断され
ている。プレフイルターVR１で吸着された不純
ガス成分は当該プレフイルター内に残存する他の
ガス成分とともに残留ガス配管中へレリーフ（放
出）される。分離フイルターTR１における圧力
レリーフは２段階で行う。すなわち、第１回目の
レリーフ（部分的レリーフ）では、部分的レリー
フガス（主に生成ガス及び分離フイルターTR１
で吸着された不純ガス成分からなる）が、吸着時
の流れ方向に対して向流でバルブ１０から取り出
され、洗浄段階にある他の２段吸着反応器におけ
るバルブ９を介してそのプレフイルターVR２を
向流で予備洗浄した後、残留ガス配管中に放出さ
れる（この際、洗浄段階にある２段吸着反応器の
バルブ３は一時的に閉鎖されており、またプレフ
イルターVR２の圧力は既に残留ガス圧になつて
いる）。この結果、分離フイルターTR１内の圧
力は、生成ガス圧と残留ガス圧の中間の圧力まで
減圧される。分離フイルターTR１の第１回目の
レリーフ段階は予め設定した時間内に終了させ
る。続く第２回目のレリーフ段階では、バルブ３
を再び開き、分離フイルターTR１及びプレフイ
ルターVR１を共に向流で残留ガス圧までレリー
フさせ、その際のレリーフガスを残留ガス配管に
放出した。而して、プレフイルターVR１内の吸
着剤に吸着されている残りの不純ガス成分は、分
離フイルターTR１から脱着する別の不純ガス成
分による洗浄効果並びに残留ガス圧への減圧効果
により脱着される。

以上の圧力レリーフ工程の終了後、分離フイル
ターTR１は一時的にプレフイルターVR１から
遮断される。この間にプレフイルターVR１は、
圧力レリーフ工程にある他の２段吸着反応器の分
離フイルターTR４から向流で流入する第１回目
の圧力レリーフガスで予備洗浄される。次いで、
バルブ３，６が開放され、逆流する生成ガスによ
り両フイルターTR１，VR１が順次向流にて本
洗浄にかけられ、洗浄後の生成ガスは残留ガス配
管に放出される。

以上の洗浄工程（予備洗浄含む）の後、両フイ
ルターTR１，VR１の増圧工程が行われる。す
なわち、バルブ１１，１２の双方を閉鎖して、プ
レフイルターVR１を残留ガス配管から遮断した
状態で、生成ガスを両フイルターに向流で導入す
るのである。従つて、本実施例での増圧工程は１
段階で行われることになる。

以上で特定の２段吸着反応器についての１サイ
クルが完了し、このサイクルが繰り返される。他
の２段吸着反応器についても同様のサイクルが行
われるが、上述のサイクルを可能とするために
は、相互に位相をずらせることは容易に理解でき
るであろう。

以上の圧力変換操作により、H₂60体積％、
CO₂1.3体積％、N₂7.0体積％、CO6.0体積％及び
CH₄25.7体積％からなる生ガスから、生成ガスた
る水素を17バールの圧力で回収した。CO及びN₂
の大部分は分離フイルターTRで吸着され、CH₄
及びCO₂の大部分はプレフイルターVRで吸着さ
れた。投入量10m³／ｈ（標準状態）の生ガスに対
し、次の如き２段吸着反応器を用意した。

分離フイルターTR：各々体積0.009m³の吸着剤を
充填プレフイルターVR：各々体積0.0125m³の吸着剤
を充填全てのフイルターには比表面積が1100m²／ｇ
（ブルノイアー・エメツト・テラーの定義による）
の炭素分子ふるい（carbon molecular sieve）
を装填した。

この装置を作動させたとろこ、投入生ガス量10
m³／ｈ（標準状態）について純度99.9％の水素
5.12m³／ｈ（標準状態）が生成ガスとして得られ
た。この場合、残留ガスの組成は、CO₂2.67体積
％、N₂14.34体積％、H₂18.03体積％、CO12.30体
積％及びCH₄52.66体積％であつた。また、この
残留ガス量は4.88m³／ｈ（標準状態）で、その圧
力は約１バールであつた。

実施例２本実施例においても、吸着工程は実施例１と同
様にして行う。

各２段吸着反応器における圧力レリーフ工程で
は、バルブ３を閉鎖して分離フイルターTRをプ
レフイルターVRから分離し、分離フイルターを
２段階でレリーフする。すなわち、第１回目のレ
リーフ（部分的レリーフ）では、分離フイルター
TRからのレリーフガスを例えばバルブ５を介し
て順流で取り出し、増圧工程にある他の２段吸着
反応器において予備的増圧に利用すべく、当該他
の２段吸着反応器に対応するバルブ５を介して向
流で導入し、均圧化を行う。この結果、圧力レリ
ーフ工程にある分離フイルターの圧力は生成ガス
圧と残留ガス圧との中間圧まで減少し、反対に増
圧工程にある前記他の２段吸着反応器内の圧力は
残留ガス圧から増加する。この第１回目のレリー
フが終了した後、レリーフ後の分離フイルター
TRの両端を閉じ、短時間アイドル状態におい
た。一方、分離フイルターTRの第１回目のレリ
ーフ段階及びその直後のアイドル時間と同時に、
対応するプレフイルターVRでは先ず向流レリー
フが行われ、この結果脱着した不純ガス成分が残
留ガス配管に放出される。引き続いて、このプレ
フイルターVRでは、向流で導入される外部ガス
によつて予備洗浄が行われる。このために、外部
ガス導入用の配管が設けられているが、第１図で
はこの配管を示していない。予備洗浄用の外部ガ
スとしては、プレフイルターVRの吸着剤で吸着
される生ガス中の不純ガス成分よりも吸着され難
いものであればいかなるものを用いてもよく、例
えば安価に利用しえるなら分離フイルターTRで
吸着される不純ガス成分からなるものを用いるこ
とができる。尚、プレフイルターの外部ガスによ
る予備洗浄を開始する際には、当該プレフイルタ
ー内は残留ガス圧まで既に減圧されているもので
ある。この外部ガスによる予備洗浄が終了した
後、対応する両フイルターTR，VRをバルブ３
を開いて再び連通させ、分離フイルターTR内の
圧力も同じく残留ガス圧まで下げる。この分離フ
イルターTRの第２回目のレリーフの際のレリー
フガスは、既にプレフイルターVRが残留ガス圧
まで低下していることから、このプレフイルター
内を向流で通過し、これを更に洗浄した上で、残
留ガス配管に放出される。

続く洗浄工程（本実施例では、外部ガスによる
プレフイルターの予備洗浄は圧力レリーフ工程の
一部として行われるので、本洗浄のみこの工程に
含まれる）では、対応する両フイルターTR，
VRを連通させたままで（バルブ３は開状態）、
生成ガスを分離フイルターTR側から向流で通過
させて両フイルターを洗浄し、洗浄後のガスを残
留ガス配管に放出させる。

最後の増圧工程は２段階で行う。即ち、第１回
目の増圧段階は、上述した如く、圧力レリーフ工
程にある他の２段吸着反応器における分離フイル
ターから順流で放出されるレリーフガスを、増圧
工程にある分離フイルターTR側から向流で導入
し、圧力平衡を達成させることで行う。尚、この
際、増圧工程にある２段吸着反応器のバルブ３は
開状態であり、バルブ２，１１，１２は閉状態に
ある。第２回目の増圧段階は、生成ガスを向流で
導入することにより行われ、この点は実施例１と
異ならない。

以上で特定の２段吸着反応器における１サイク
ルが完了するが、他の２段吸着反応器においても
同様のサイクルが位相をずらして行われることは
言うまでもない。

以上の圧力変換操作により、実施例１と同じ組
成の生ガスから生成ガスたる水素を17バールの圧
力で回収した。CO、N₂、CH₄及びCO₂の吸着は
実施例１と同様に行つた。投入量10m³／ｈ（標準
状態）の生ガスに対し、次の如き２段吸着反応器
を用意した。

分離フイルターTR：各々体積0.011m³の吸着剤を
充填プレフイルターVR：各々体積0.014m³の吸着剤を
充填吸着剤は実施例１と同じとした。

上記方法で作動させたところ、投入生ガス量10
m³／ｈ（標準状態）について純度99.9％の水素
5.14m³／ｈ（標準状態）が生成ガスとして得られ
た。洗浄用の外部ガスとしては純度99.0％以上の
窒素1.20m³／ｈを要した。残留ガスの組成は、
CO₂2.15体積％、N₂31.35体積％、H₂14.19体積
％、CO9.90体積％及びCH₄42.41体積％であつた。
また、この残留ガス量は6.06m³／ｈ（標準状態）
であつた。

実施例３本実施例においても、吸着工程は実施例１及び
２と同様にして行う。

各２段吸着反応器における圧力レリーフ工程で
は、分離フイルターTRを２段階でレリーフし、
プレフイルターVRを１段階でレリーフする。す
なわち、分離フイルターTRの第１回目のレリー
フ（部分的レリーフ）では、バルブ３を閉じて分
離フイルターを対応するプレフイルターVRから
遮断し、分離フイルターからのレリーフガスを例
えばバルブ５を介して順流で取り出し、増圧工程
にある他の２段吸着反応器において予備的増圧に
利用すべく、当該他の２段吸着反応器に対応する
バルブ５を介して向流で導入し、均圧化を行う
（実施例２と同じ）。一方、分離フイルターTRの
第１回目のレリーフが行われている間、対応する
プレフイルターVRでは残留ガス圧まで向流レリ
ーフが行われ、この結果脱着した不純ガス成分が
残留ガス配管に放出された。分離フイルターTR
の第２回目のレリーフでは、対応する両フイルタ
ーTR，VRをバルブ３を開いて再び連通させ、
分離フイルターTRからのレリーフガスでプレフ
イルターVRを洗浄した上で、残留ガス配管に放
出する。

続く洗浄工程及び増圧工程は実施例２と同様に
行われる。従つて、本実施例が実施例２と相違す
るのは、プレフイルターVRの外部ガスによる予
備洗浄及び分離フイルターTRのアイドル状態が
ないことである。

以上の圧力変換操作により、実施例１と同じ組
成の生ガスから生成ガスたる水素を17バールの圧
力で回収した。他の実施条件は実施例２と同じで
ある。

上記方法で作動させたところ、投入生ガス量10
m³／ｈ（標準状態）について純度99.9体積％の水
素5.09m³／ｈ（標準状態）が生成ガスとして得ら
れた。残留ガスの組成は、CO₂2.65体積％、
N₂14.26体積％、H₂18.53体積％、CO12.22体積％
及びCH₄52.34体積％であつた。また、この残留
ガス量は4.91m³／ｈ（標準状態）であつた。

実施例１〜３に対する比較例 H₂60体積％、CO₂1.3体積％、N₂7.0体積％、
CO6.0体積％及びCH₄25.7体積％からなる生ガス
から、４並列の切換可能な２段吸着反応器よりな
る圧力変換吸着装置を用いて生成ガスたる水素を
17バールの圧力で回収した。この吸着装置の操作
方法は、クノープラウフ（K.Knoblauch）及び
ライヘエルガー（J.Reichenberger）著「ガス分
離における圧力変換法」（1978年エツセンの
Vulkan Ve−rlag社刊、Haus der Technik、
Vortragsveroffentlichungen、Vol.404）に従つ
て、吸着、圧力レリーフ、洗浄及び増圧の４工程
からなるサイクル操作とした。即ち、順流で吸着
を行つた後、両フイルターVR，TRを連通状態
として向流レリーフし、向流の生成ガスによる増
圧工程が開始される前に、向流の生成ガスで500
秒間洗浄した。残留ガス圧は１バールであつた。
使用した吸着剤は炭素分子ふるいであり、その装
填量は投入量10m³／ｈ（標準状態）の生ガスに対
して0.025m³であり、比表面積は約1100m²／ｇ
（ブルノイア・エメツト・テラーの定義による）
であつた。

この装置を作動させたところ、投入生ガス量10
m³／ｈ（標準状態）について純度99.9％の水素
4.98m³／ｈ（標準状態）が生成ガスとして得られ
た。残留ガスの組成は、CO₂2.59体積％、
N₂13.94体積％、H₂20.32体積％、CO11.95体積％
及びCH₄51.2体積％であつた。また、この残留ガ
ス量は5.02m³／ｈ（標準状態）であつた。

実施例４以上の実施例１〜３では、生ガスとして水素、
二酸化炭素、窒素、一酸化炭素及びメタンからな
る比較的簡単な組成の混合ガスを使用しており、
この混合ガスは所謂模擬的なものである。本実施
例では、より実際的な混合ガスを使用した。その
組成は以下のとおりである。

H₂57.3％、CH₄25.8％、N₂7.4％、C₃H₆0.04％、
CO4.5％、CO₂1.7％、O₂1.6％、C₄H₈0.03％、
C₂H₄1.2％、C₂H₆0.3％、C₄H₁₀0.08％、また、本実施例では各２段吸着器におけるプレ
フイルターVRの高さは340mmで直径は180mmと
し、分離フイルターTRの高さは2510mmで直径は
180mmとした。分離フイルターには660ｇ／１の炭
素分子ふるいを充填し、プレフイルターには400
ｇ／１の活性炭を充填した。生ガス（混合ガス）
の供給圧は16バールで、残留ガス圧は約１バール
とした。また、温度は雰囲気温度とした。

本実施例における操作手順は実施例２と実質的
に同じであり、１サイクルに20分間を要し、その
時間的配分は次のとおりであつた。

(1) 吸着工程（実施例２に同じ）：300秒 (2) 圧力レリーフ工程（実施例２に同じ）：分離フイルターの順流レリーフ 254秒（分離フイルターから遮断されたプレフイル
ターでは向流レリーフ及び外部ガスによる予
備洗浄が行われる）向流レリーフ 46秒（分離フイルターとプレフイルターとを連通
させて行う） (3) 洗浄工程（実施例２に同じ）：300秒 (4) 増圧工程（実施例２と若干異なる）：向流による一次（予備）加圧 208秒（他の２段吸着反応器における分離フイルタ
ーからのレリーフガスを利用）向流による二次加圧 69秒（生成ガスを利用）順流による三次加圧 23秒（生ガスを利用）以上から分かるように、本実施例の操作工程は
実質的に実施例２と同様であるが、生ガスを利用
して順流で三次加圧を行う点のみが実施例２と異
なる。従つて、本実施例では、生成ガスを利用し
た向流による二次加圧では、最終圧（16バール）
までの増圧は行われず、混合ガス（生ガス）を利
用して最終圧とすることにより、生成ガスの浪費
をできるだけ抑制するものである。

以上の操作手順により、上記混合ガスより生成
ガスとしての水素が16m³／ｈ（標準状態）の流量
で得られた。この水素ガスの純度は99.9体積％以
上であり、その収率は混合ガス中の水素に対して
85％に相当するものであつた。また、プレフイル
ターは5000時間もの長期にわたつてサイクルを繰
り返しても活性を維持することができた。

実施例４に対する比較例実施例４の利点を明らかにするために、上記実
施例４と装置構成、温度条件、圧力条件及び使用
混合ガスを同一として比較試験を行つた。但し、
操作手順は従来技術に従うことにした。すなわ
ち、各２段吸着反応器におけるプレフイルターと
分離フイルターとの遮断及び再接続は行わずに、
常時両フイルターを連通させた状態で、１サイク
ルにおける全ての工程を行つた。より具体的に
は、実施例２と同様の吸着工程の後に、第１回目
の圧力レリーフを各２段吸着反応器の両フイルタ
ーについて順流で行い（その際のレリーフガスは
増圧工程にある他の２段吸着反応器において向流
による一次加圧に利用する）、第２回目の圧力レ
リーフを両フイルターについて向流で行い（その
際のレリーフガスは残留ガス配管に放出する）、
次の洗浄工程は生成ガスを用いて両フイルターに
つき向流で行い、続く増圧工程では、最初に圧力
レリーフ工程にある他の２段吸着反応器からの第
１回目のレリーフガスを用いて両フイルターにつ
き向流で一次加圧を行つた上で、混合ガス（生ガ
ス）を順流で両フイルターに導入して二次加圧を
行うのである。以上の工程の時間的配分は以下の
とおりである。

(1) 吸着工程：300秒 (2) 圧力レリーフ：順流（第１回目の）レリーフ 116秒向流（第２回目の）レリーフ 184秒 (3) 洗浄工程：300秒 (4) 増圧工程：向流による一次加圧 116秒順流による二次加圧 184秒１サイクルは約20分を要し、実施例２と同様
に、生成ガスとして純度99.9体積％の標準状態水
素ガス16m³／ｈが得られた。但し、水素ガスの収
率は投入した混合ガス中の水素の82％にとどま
り、且つプレフイルターの寿命は2300時間に低下
した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するのに使用する
吸着装置の構成を示す流体回路図である。１〜７，９〜１２……バルブ、８……生成ガス
取出用主管、VR１〜VR５……プレフイルター、
TR１〜TR４……分離フイルター、PI……圧力
計、FI……流量計、QR……濃度計。

Claims

【特許請求の範囲】１プレフイルター及び分離フイルターから成る
特定の２段吸着反応器に混合ガスを加圧下順流で
供給することにより、一部の不純ガス成分をプレ
フイルターで吸着すると共に、残りの不純ガス成
分を分離フイルターで吸着して生成ガスを取り出
す吸着工程と、不純ガス成分が両フイルターを透
過する前に吸着工程を終了させた後、両フイルタ
ーの圧力を実質的に残留ガス圧まで低下させる圧
力レリーフ工程と、生成ガスを両フイルターに向
流で通過させてこれら両フイルターで吸着された
不純ガス成分を脱着させる段階を含む洗浄工程
と、両フイルター内の圧力を再度充填圧に戻す増
圧工程と、を含む混合ガスの分離方法であつて、 (a) 前記特定の２段吸着反応器の圧力レリーフ工
程において、先ず両フイルター間を遮断した状
態で、プレフイルターを向流でレリーフして、
その際のレリーフガスを残留ガスとして放出す
ると共に、分離フイルターに第１回目のレリー
フを行わせて、その際のレリーフガスを洗浄工
程又は増圧工程にある他の２段吸着反応器にお
ける予備洗浄ガス又は予備増圧ガスとして使用
し、 (b) 更に前記特定の２段吸着反応器の圧力レリー
フ工程において、分離フイルターの第１回目の
レリーフ終了後、両フイルター間を再び連通さ
せることにより、分離フイルターに第２回目の
レリーフを向流で行わせて、その際のレリーフ
ガスを向流でプレフイルターを通過させた上で
残留ガスとして放出し、 (c) 前記特定の２段吸着反応器の洗浄工程又は増
圧工程において、圧力レリーフ工程にある他の
２段吸着反応器における分離フイルターからの
第１回目のレリーフガスを前記特定の２段吸着
反応器に向流で導入して予備洗浄又は予備増圧
を行う、ことを特徴とする圧力変換による混合ガスの分離
方法。２前記特定の２段吸着反応器の圧力レリーフ工
程において（特許請求の範囲第１項(a)）、分離フ
イルターからの第１回目のレリーフガスを両フイ
ルターの間から向流で取り出し、洗浄工程にある
他の２段吸着反応器にて分離フイルターから一旦
遮断されたプレフイルターに向流で通過させて予
備洗浄を行わせることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の方法。３前記特定の２段吸着反応器の圧力レリーフ工
程において（特許請求の範囲第１項(a)）、分離フ
イルターからの第１回目のレリーフガスを順流で
取り出し、増圧工程にある他の２段吸着反応器に
おける両フイルターに向流で導入して予備増圧を
行わせることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の方法。４前記特定の２段吸着反応器の圧力レリーフ工
程において（特許請求の範囲第１項(a)）、プレフ
イルターの向流によるレリーフの後で且つ分離フ
イルターの第２回目のレリーフ（特許請求の範囲
第１項(b)）の前に、両フイルターの間を遮断した
状態で、プレフイルターを外部ガスによつて向流
にて予備的に洗浄することを特徴とする特許請求
の範囲第１項又は第３項に記載の方法。５前記特定の２段吸着反応器における両フイル
ターの増圧工程が、生成ガスを向流で両フイルタ
ーに導入する段階を含むことを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の
方法。６少なくとも４個の２段吸着反応器を公知の配
管及びバルブによつて接続することにより各工程
を連携せしめたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項ないし第５項のいずれかに記載の方法。