圧力スイング吸着法によるガス分離装置
【課題】装置を大型化しても容積に対する吸着剤充填率を高くすることができ、且つシンプルな構造で安価に得ることができる圧力スイング吸着法によるガス分離装置を提供する。
【解決手段】間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域Ａを有し、該複数のガス吸着領域Ａに対して、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを、（ｉ）隣接するガス吸着領域Ａ間の領域が、両ガス吸着領域Ａに接するガス流入領域Ｂ又はガス流出領域Ｃを構成すること、（ii）各ガス吸着領域Ａに接して、ガス吸着領域の並列方向における一方の側にガス流入領域Ｂが存在し、他方の側にガス流出領域Ｃが存在すること、という２条件を満足するように設ける。ガス吸着領域Ａの数に対してガス流入領域Ｂ及び／又はガス流出領域Ｃの数を少なくできるので、ガス吸着領域Ａの体積比率を高めることができる。
【解決手段】間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域Ａを有し、該複数のガス吸着領域Ａに対して、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを、（ｉ）隣接するガス吸着領域Ａ間の領域が、両ガス吸着領域Ａに接するガス流入領域Ｂ又はガス流出領域Ｃを構成すること、（ii）各ガス吸着領域Ａに接して、ガス吸着領域の並列方向における一方の側にガス流入領域Ｂが存在し、他方の側にガス流出領域Ｃが存在すること、という２条件を満足するように設ける。ガス吸着領域Ａの数に対してガス流入領域Ｂ及び／又はガス流出領域Ｃの数を少なくできるので、ガス吸着領域Ａの体積比率を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力スイング吸着法によって混合ガスから特定のガス成分を吸着・分離するためのガス分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
混合ガスの分離方法として、古くから圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法＝Pressure Swing Adsorption法）が用いられてきた。この方法は、混合ガス中の１つ以上のガス成分に対して吸着力の高い吸着剤に混合ガスを接触させ、当該ガス成分を吸着剤に吸着させるとともに、他のガス成分を濃縮し、次いで、吸着させたガス成分を槽内圧力を低下させることにより吸着剤から脱離させ、分離するものである。
この圧力スイング吸着法は、混合ガスの分離方法として種々の分野で利用されているが、通常は、混合ガスから特定のガス成分を分離することにより、高純度のガスを製造する方法として利用されることが多い。圧力スイング吸着法により混合ガスから吸着・分離（製造）される高純度ガスとしては、例えば、水素、酸素、炭酸ガス、一酸化炭素などがある。
【０００３】
圧力スイング吸着法を用い、空気を原料として吸着剤に窒素を吸着させ、高純度の酸素を製造する方法が行われている。この場合、従来では、吸着剤としてカルシウムでイオン交換されたＸ型ゼオライトが用いられてきたが、近年では、窒素に対する吸着性能の高いリチウムでイオン交換されたＸ型ゼオライトが用いられるようになってきた。また、５０〜８０vol％程度の水素を含む混合ガス、例えば、石油化学産業における炭化水素やアルコール類、エーテル類の分解ガス或いは改質ガス、製鉄業におけるコークス炉ガスなどから水素を製造するのに、吸着剤にＡ型ゼオライトを用いた圧力スイング吸着法が行われている。
このような圧力スイング吸着法による酸素や水素の製造では、吸着剤に不要ガス成分を吸着させ、高濃度〜高純度の必要ガス成分を製造している。
【０００４】
一方、ボイラー排ガスや燃焼排ガスを原料として、圧力スイング吸着法により化学原料やドライアイス用の炭酸ガスが製造されている。この製造には、活性炭系の吸着剤やＹ型ゼオライト系の吸着剤が用いられている。また、製鉄業の転炉ガスを原料として、圧力スイング吸着法により化学原料用の一酸化炭素が製造されている。この製造には、ゼオライト系の吸着剤や銅（Ｉ）／アルミナ系の吸着剤が用いられている。
このような圧力スイング吸着法による炭酸ガスや一酸化炭素の製造では、吸着剤に必要なガス成分を吸着させ、これを脱離させることにより、高純度の必要ガス成分を製造している。
【０００５】
上述のように、ガスの種類や吸着剤の特性に応じて、種々の圧力スイング吸着法によるガス分離システムが開発され、稼動しているが、その最重要部分であるガス分離装置（圧力スイング吸着装置）に関しては、大きな構造上の違いはない。
従来のガス分離装置の構造は、円筒型と枕型に大別される。このうち円筒型の塔構造をしたガス分離装置は、図１１（イ）に示すように原料ガス（混合ガス）を下方より導入し、ガス吸着部に充填された吸着剤にガス成分を吸着させる構造となっている。これを大型化していくと、ガス吸着部の層高が大きくなり、ガスを通過させる際の圧力損失が大きくなる。このため圧力損失が問題となる低圧の大型装置は、図１１（ロ）に示すような枕型形状が採用されている。この枕型の装置は、枕の長さを長くすることによって大型化に対応できるため、ガス吸着部の層高を低く抑えることができ、圧力損失も低いままで運転することが可能である。しかし、枕型の場合、圧力損失を低く抑える必要上、容積に対する吸着剤充填率（体積比率）を大きくすることができず、このため装置が大型になる割合に較べ、そのガス処理量はあまり大きくならない欠点がある。
【０００６】
従来、このような問題を解消するために種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、円筒型のガス分離装置において、吸着剤を円環状に充填することが提案されている。この装置は、吸着剤の充填構造を円環状にすることによってガス分散板面積を大きく取り、圧力損失を抑えているだけでなく、ガスの吸着によってガス体積が減少するのに従い、ガス進行方向に対して断面積を小さくすることによって、ガス線速度の低下を抑制するという、原理的には秀逸な技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１６４４１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の装置を実機化する場合、円環を形成する仕切りを分散板で構成する構造であるため、以下のような問題がある。すなわち、一般に吸着剤は粒径２〜３ｍｍ程度の粒状であるため、分散板は１ｍｍ程度のガス通孔（開口）を多数形成した構造とする必要があるが、この装置の場合、補強により分散板の強度を保ちながら、円環の精度を確保するのは非常に難しい。さらに、２つの円環状分散板の中心を、大型のガス分離装置の高さ方向の全高さにおいて揃えることも、相当に困難であると考えられる。また、これらを実現できたとしても、非常に高価な装置となってしまう。
【０００９】
以上のように従来技術では、（i）大型化しても容積に対する吸着剤充填率（体積比率）を高くすることができること、（ii）シンプルな構造で安価であること、という要求を同時に満足できるガス分離装置は得られていない。
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、装置を大型化しても容積に対する吸着剤充填率を高くすることができ、且つシンプルな構造で安価に得ることができる圧力スイング吸着法によるガス分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］原料となる混合ガスをガス吸着領域（Ａ）に充填された吸着剤と接触させ、混合ガス中の１つ以上のガス成分を吸着・分離する圧力スイング吸着法によるガス分離装置において、
間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域（Ａ）を有し、該複数のガス吸着領域（Ａ）に対して、ガス流入領域（Ｂ）とガス流出領域（Ｃ）を下記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するように設けることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
（ｉ）隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流入領域（Ｂ）又はガス流出領域（Ｃ）を構成する。
（ii）各ガス吸着領域（Ａ）に接して、ガス吸着領域の並列方向における一方の側にガス流入領域（Ｂ）が存在し、他方の側にガス流出領域（Ｃ）が存在する。
【００１１】
［2］上記［1］のガス分離装置において、ガス吸着領域（Ａ）とこれに接するガス流入領域（Ｂ）との間、ガス吸着領域（Ａ）とこれに接するガス流出領域（Ｃ）との間は、それぞれガスが通気可能な仕切壁で仕切られ、前記ガス流入領域（Ｂ）と前記ガス流出領域（Ｃ）は、前記ガス吸着領域（Ａ）との間で仕切壁を通じてガスを出入りさせる空間部であることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
［3］上記［1］又は［2］のガス分離装置において、吸着槽（１）を備え、該吸着槽（１）の内部はガスが通気可能な仕切壁（２）により２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られ、各領域が、ガス吸着領域（Ａ）、ガス流入領域（Ｂ）及びガス流出領域（Ｃ）のうちのいずれかを構成することを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【００１２】
［4］上記［3］のガス分離装置において、隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、仕切壁（２）を介して両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流入領域（Ｂ）を構成することを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
［5］上記［3］のガス分離装置において、隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、仕切壁（２）を介して両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流出領域（Ｃ）を構成することを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
［6］上記［3］〜［5］のいずれかのガス分離装置において、吸着槽（１）の内部が仕切壁（２）により水平方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
［7］上記［3］〜［5］のいずれかのガス分離装置において、吸着槽（１）の内部が仕切壁（２）により高さ方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧力スイング吸着法によるガス分離装置は、間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域Ａを有し、且つこれら複数のガス吸着領域Ａに対して、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを所定の条件で設けることにより、ガス吸着領域Ａの数に対してガス流入領域Ｂ及び／又はガス流出領域Ｃの数を少なくでき、ガス吸着領域Ａの体積比率を高めることができる。このため装置を大型化しても容積に対する吸着剤充填率を高くすることができ、装置のコンパクト化と効率向上を図ることができる。加えて、シンプルな構造で安価に得ることができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のガス分離装置の一実施形態を模式的に示す斜視説明図
【図２】図１のガス分離装置の水平断面図
【図３】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す斜視説明図
【図４】図３のガス分離装置の水平断面図
【図５】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す斜視説明図
【図６】図５のガス分離装置の縦断面図
【図７】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す斜視説明図
【図８】図７のガス分離装置の縦断面図
【図９】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す説明図
【図１０】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す説明図
【図１１】従来のガス分離装置を模式的に示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の装置は、原料となる混合ガスをガス吸着領域Ａに充填された吸着剤と接触させ、混合ガス中の１つ以上のガス成分を吸着・分離する圧力スイング吸着法によるガス分離装置であって、間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域Ａを有し、これら複数のガス吸着領域Ａに対して、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを下記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するように設けるものである。
（ｉ）隣接するガス吸着領域Ａ間の領域が、両ガス吸着領域Ａに接するガス流入領域Ｂ又はガス流出領域Ｃを構成する。
（ii）各ガス吸着領域Ａに接して、ガス吸着領域の並列方向における一方の側にガス流入領域Ｂが存在し、他方の側にガス流出領域Ｃが存在する。
【００１６】
ここで、ガス吸着領域Ａとこれに接するガス流入領域Ｂ間、ガス吸着領域Ａとこれに接するガス流出領域Ｃ間は、それぞれガスが通気可能な仕切壁（通常、金網などのように全面にガス通気用の小孔が形成された仕切壁）で仕切られる。ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃは、ガス吸着領域Ａとの間で仕切壁を通じてガスを出入りさせる空間部である。
また、ガス分離装置が吸着槽１を備える場合には、この吸着槽１の内部が、ガスが通気可能な仕切壁２により２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られ、各領域が、ガス吸着領域Ａ、ガス流入領域Ｂ及びガス流出領域Ｃのうちのいずれかを構成するような実施形態とすることができる。この場合、隣接するガス吸着領域Ａ間の領域は、仕切壁２を介して両ガス吸着領域Ａに接するガス流入領域Ｂ又はガス流出領域Ｃを構成する。また、吸着槽１の内部を仕切壁２で仕切る形態は任意であるが、通常、吸着槽１の内部が仕切壁２により水平方向又は高さ方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られる。
【００１７】
図１及び図２は、本発明のガス分離装置の一実施形態を模式的に示すもので、図１は斜視説明図、図２は水平断面図である。
本実施形態では、縦円筒型の吸着槽１（装置本体）の内部が径方向（水平方向）で複数の領域（５つの領域）に仕切られることで、２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流入領域Ｂ（ガス流入部）を構成し、また、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2の外側に接する領域が、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2（ガス流出部）を構成している。したがって、この構造は、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
各領域を仕切るために吸着槽１の筒軸方向に沿って設けられる仕切壁２（分散板）は、ガス吸着領域Ａ1、Ａ2内に粒状の吸着剤を保持しつつ、ガスを通過させることができる小孔を全面に有する多孔板（例えば、金網など）で構成される。
【００１８】
前記ガス流入領域Ｂには、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2には、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。前記ガス供給管３による混合ガスの供給位置は任意であり、ガス流入領域Ｂの側面（吸着槽１の側部）の１箇所以上、ガス流入領域Ｂの端部（吸着槽１の上面、下面）の１箇所以上、のいずれか若しくは両方から供給することができる。また、前記ガス流入領域Ｂには、混合ガスを全域にわたって均一に供給できるような分散ノズルを設けてもよい。
【００１９】
このようなガス分離装置では、混合ガスがガス供給管３を通じてガス流入領域Ｂに導入され、このガス流入領域Ｂに導入された混合ガスは、仕切壁２（分散板）を通じてガス吸着領域Ａ1，Ａ2に流入し、ここで吸着剤の特性に応じて混合ガス中の特定のガス成分が吸着され、ガス相に非吸着成分が濃縮される。濃縮されたガスは、仕切壁２（分散板）を通じてガス流出領域Ｃ1，Ｃ2に流出した後、ガス排出管４を通じて排出される。従来装置と同様、吸着剤に吸着されたガスは、後の再生工程において槽内圧力を低減することにより吸着剤から脱離させ、吸着剤が再生される。
なお、上記のような吸着工程と再生工程における槽内圧力は、再生工程の方が吸着工程より低く設定されればよい。したがって、例えば、吸着工程を大気圧とし、再生工程を真空状態としてもよいし、吸着工程を加圧状態とし、再生工程を大気圧としてもよい。また、吸着工程を加圧状態とし、再生工程を真空としてもよい。
【００２０】
図３及び図４は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示すもので、図３は斜視説明図、図４は水平断面図である。本実施形態は、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを、図１及び図２の実施形態とは逆の位置関係に設けたものである。
本実施形態でも、縦円筒型の吸着槽１（装置本体）の内部が径方向（水平方向）で複数の領域（５つの領域）に仕切られることで、２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流出領域Ｃ（ガス流出部）を構成し、また、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2の外側に接する領域が、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2（ガス流入部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２１】
前記ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2には、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃには、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
その他の構成（仕切壁２、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態と同様である。
【００２２】
図５及び図６は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示すもので、図５は斜視説明図、図６は縦断面図である。
本実施形態では、縦円筒型の吸着槽１（装置本体）の内部が高さ方向で複数の領域（７つの領域）に仕切られることで、３つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2，Ａ3が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら３つのガス吸着領域Ａ1〜Ａ3のうち、ガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流入領域Ｂ1（ガス流入部）を構成し、ガス吸着領域Ａ2，Ａ3間の領域が、両ガス吸着領域Ａ2，Ａ3に接するガス流出領域Ｃ1（ガス流出部）を構成している。また、下端のガス吸着領域Ａ1の外側に接する領域が、ガス流出領域Ｃ2（ガス流出部）を構成し、上端のガス吸着領域Ａ3の外側に接する領域が、ガス流入領域Ｂ2（ガス流入部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２３】
前記ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2には、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2には、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
各領域を仕切るために吸着槽１の径方向に沿って設けられる仕切壁２（分散板）は、ガス吸着領域Ａ1〜Ａ3内に粒状の吸着剤を保持しつつ、ガスを通過させることができる小孔を全面に有する多孔板（例えば、金網など）で構成される。
その他の構成（ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態と同様である。
【００２４】
図７及び図８は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示すもので、図７は斜視説明図、図８は縦断面図である。本実施形態は、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを、図５及び図６の実施形態とは逆の位置関係に設けたものである。
本実施形態でも、縦円筒型の吸着槽１（装置本体）の内部が高さ方向で複数の領域（７つの領域）に仕切られることで、３つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2，Ａ3が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら３つのガス吸着領域Ａ1〜Ａ3のうち、ガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流出領域Ｃ1（ガス流出部）を構成し、ガス吸着領域Ａ2，Ａ3間の領域が、両ガス吸着領域Ａ2，Ａ3に接するガス流入領域Ｂ1（ガス流入部）を構成している。また、下端のガス吸着領域Ａ1の外側に接する領域が、ガス流入領域Ｂ2（ガス流入部）を構成し、上端のガス吸着領域Ａ3の外側に接する領域が、ガス流出領域Ｃ2（ガス流出部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２５】
前記ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2には、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2には、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
その他の構成（仕切壁２、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態、図５及び図６の実施形態と同様である。
【００２６】
図９は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す説明図（縦断面図）であり、枕型（扁平型）の装置に適用した場合を示している。
本実施形態では、枕型（扁平型）の吸着槽１（装置本体）の内部が高さ方向で複数の領域（５つの領域）に仕切られることで、２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流入領域Ｂ（ガス流入部）を構成し、また、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2の外側（下端及び上端）に接する領域が、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2（ガス流出部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２７】
前記ガス流入領域Ｂには、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2には、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
各領域を仕切るために吸着槽１の径方向に沿って設けられる仕切壁２（分散板）は、ガス吸着領域Ａ1、Ａ2内に粒状の吸着剤を保持しつつ、ガスを通過させることができる小孔を全面に有する多孔板（例えば、金網など）で構成される。
その他の構成（ガス流入領域Ｂ、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態と同様である。
【００２８】
図１０は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す説明図（縦断面図）である。本実施形態は、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを、図９の実施形態とは逆の位置関係に設けたものである。
本実施形態でも、枕型（扁平型）の吸着槽１（装置本体）の内部が高さ方向で複数の領域（５つの領域）に仕切られることで、２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流出領域Ｃ（ガス流出部）を構成し、また、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2の外側（下端及び上端）に接する領域が、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2（ガス流入部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２９】
前記ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2には、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃには、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
その他の構成（仕切壁２、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態、図９の実施形態と同様である。
【００３０】
以上述べた実施形態からも判るように、本発明のガス分離装置では、間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域Ａを有し、且つこれら複数のガス吸着領域Ａに対して、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するように設けることにより、ガス吸着領域Ａの数に対してガス流入領域Ｂ及び／又はガス流出領域Ｃの数を少なくすることができ、これにより、圧力損失を維持あるいは低減しつつ、吸着槽１の容積に対するガス吸着領域Ａの体積比率を高めることができる。
本発明の装置は、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するものであれば、複数のガス吸着領域Ａの数は任意であり、４つ以上のガス吸着領域Ａを有するものでもよい。また、吸着槽１の大きさや形状も任意である。
【００３１】
本発明の装置は、ガス吸着領域Ａに充填される吸着剤の種類を問わない。吸着するガスの種類により、ゼオライト系、活性炭系、アルミナ系など任意の吸着剤を用いることができる。また、本発明の装置が適用される混合ガスの種類や吸着・分離するガス成分の種類も任意である。
また、本発明の装置は、冷却しながら吸着し、再生時に加温する方式の圧力・温度スイング吸着法にも適用することができる。この場合、ガス吸着領域Ａに加熱・冷却のための熱交換チューブを挿入するなどの構成を採用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１ 吸着槽
２ 仕切壁
３ ガス供給管
４ ガス排出管
Ａ1，Ａ2，Ａ3 ガス吸着領域
Ｂ，Ｂ1，Ｂ2 ガス流入領域
Ｃ，Ｃ1，Ｃ2 ガス流出領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力スイング吸着法によって混合ガスから特定のガス成分を吸着・分離するためのガス分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
混合ガスの分離方法として、古くから圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法＝Pressure Swing Adsorption法）が用いられてきた。この方法は、混合ガス中の１つ以上のガス成分に対して吸着力の高い吸着剤に混合ガスを接触させ、当該ガス成分を吸着剤に吸着させるとともに、他のガス成分を濃縮し、次いで、吸着させたガス成分を槽内圧力を低下させることにより吸着剤から脱離させ、分離するものである。
この圧力スイング吸着法は、混合ガスの分離方法として種々の分野で利用されているが、通常は、混合ガスから特定のガス成分を分離することにより、高純度のガスを製造する方法として利用されることが多い。圧力スイング吸着法により混合ガスから吸着・分離（製造）される高純度ガスとしては、例えば、水素、酸素、炭酸ガス、一酸化炭素などがある。
【０００３】
圧力スイング吸着法を用い、空気を原料として吸着剤に窒素を吸着させ、高純度の酸素を製造する方法が行われている。この場合、従来では、吸着剤としてカルシウムでイオン交換されたＸ型ゼオライトが用いられてきたが、近年では、窒素に対する吸着性能の高いリチウムでイオン交換されたＸ型ゼオライトが用いられるようになってきた。また、５０〜８０vol％程度の水素を含む混合ガス、例えば、石油化学産業における炭化水素やアルコール類、エーテル類の分解ガス或いは改質ガス、製鉄業におけるコークス炉ガスなどから水素を製造するのに、吸着剤にＡ型ゼオライトを用いた圧力スイング吸着法が行われている。
このような圧力スイング吸着法による酸素や水素の製造では、吸着剤に不要ガス成分を吸着させ、高濃度〜高純度の必要ガス成分を製造している。
【０００４】
一方、ボイラー排ガスや燃焼排ガスを原料として、圧力スイング吸着法により化学原料やドライアイス用の炭酸ガスが製造されている。この製造には、活性炭系の吸着剤やＹ型ゼオライト系の吸着剤が用いられている。また、製鉄業の転炉ガスを原料として、圧力スイング吸着法により化学原料用の一酸化炭素が製造されている。この製造には、ゼオライト系の吸着剤や銅（Ｉ）／アルミナ系の吸着剤が用いられている。
このような圧力スイング吸着法による炭酸ガスや一酸化炭素の製造では、吸着剤に必要なガス成分を吸着させ、これを脱離させることにより、高純度の必要ガス成分を製造している。
【０００５】
上述のように、ガスの種類や吸着剤の特性に応じて、種々の圧力スイング吸着法によるガス分離システムが開発され、稼動しているが、その最重要部分であるガス分離装置（圧力スイング吸着装置）に関しては、大きな構造上の違いはない。
従来のガス分離装置の構造は、円筒型と枕型に大別される。このうち円筒型の塔構造をしたガス分離装置は、図１１（イ）に示すように原料ガス（混合ガス）を下方より導入し、ガス吸着部に充填された吸着剤にガス成分を吸着させる構造となっている。これを大型化していくと、ガス吸着部の層高が大きくなり、ガスを通過させる際の圧力損失が大きくなる。このため圧力損失が問題となる低圧の大型装置は、図１１（ロ）に示すような枕型形状が採用されている。この枕型の装置は、枕の長さを長くすることによって大型化に対応できるため、ガス吸着部の層高を低く抑えることができ、圧力損失も低いままで運転することが可能である。しかし、枕型の場合、圧力損失を低く抑える必要上、容積に対する吸着剤充填率（体積比率）を大きくすることができず、このため装置が大型になる割合に較べ、そのガス処理量はあまり大きくならない欠点がある。
【０００６】
従来、このような問題を解消するために種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、円筒型のガス分離装置において、吸着剤を円環状に充填することが提案されている。この装置は、吸着剤の充填構造を円環状にすることによってガス分散板面積を大きく取り、圧力損失を抑えているだけでなく、ガスの吸着によってガス体積が減少するのに従い、ガス進行方向に対して断面積を小さくすることによって、ガス線速度の低下を抑制するという、原理的には秀逸な技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１６４４１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の装置を実機化する場合、円環を形成する仕切りを分散板で構成する構造であるため、以下のような問題がある。すなわち、一般に吸着剤は粒径２〜３ｍｍ程度の粒状であるため、分散板は１ｍｍ程度のガス通孔（開口）を多数形成した構造とする必要があるが、この装置の場合、補強により分散板の強度を保ちながら、円環の精度を確保するのは非常に難しい。さらに、２つの円環状分散板の中心を、大型のガス分離装置の高さ方向の全高さにおいて揃えることも、相当に困難であると考えられる。また、これらを実現できたとしても、非常に高価な装置となってしまう。
【０００９】
以上のように従来技術では、（i）大型化しても容積に対する吸着剤充填率（体積比率）を高くすることができること、（ii）シンプルな構造で安価であること、という要求を同時に満足できるガス分離装置は得られていない。
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、装置を大型化しても容積に対する吸着剤充填率を高くすることができ、且つシンプルな構造で安価に得ることができる圧力スイング吸着法によるガス分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］原料となる混合ガスをガス吸着領域（Ａ）に充填された吸着剤と接触させ、混合ガス中の１つ以上のガス成分を吸着・分離する圧力スイング吸着法によるガス分離装置において、
間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域（Ａ）を有し、該複数のガス吸着領域（Ａ）に対して、ガス流入領域（Ｂ）とガス流出領域（Ｃ）を下記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するように設けることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
（ｉ）隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流入領域（Ｂ）又はガス流出領域（Ｃ）を構成する。
（ii）各ガス吸着領域（Ａ）に接して、ガス吸着領域の並列方向における一方の側にガス流入領域（Ｂ）が存在し、他方の側にガス流出領域（Ｃ）が存在する。
【００１１】
［2］上記［1］のガス分離装置において、ガス吸着領域（Ａ）とこれに接するガス流入領域（Ｂ）との間、ガス吸着領域（Ａ）とこれに接するガス流出領域（Ｃ）との間は、それぞれガスが通気可能な仕切壁で仕切られ、前記ガス流入領域（Ｂ）と前記ガス流出領域（Ｃ）は、前記ガス吸着領域（Ａ）との間で仕切壁を通じてガスを出入りさせる空間部であることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
［3］上記［1］又は［2］のガス分離装置において、吸着槽（１）を備え、該吸着槽（１）の内部はガスが通気可能な仕切壁（２）により２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られ、各領域が、ガス吸着領域（Ａ）、ガス流入領域（Ｂ）及びガス流出領域（Ｃ）のうちのいずれかを構成することを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【００１２】
［4］上記［3］のガス分離装置において、隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、仕切壁（２）を介して両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流入領域（Ｂ）を構成することを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
［5］上記［3］のガス分離装置において、隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、仕切壁（２）を介して両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流出領域（Ｃ）を構成することを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
［6］上記［3］〜［5］のいずれかのガス分離装置において、吸着槽（１）の内部が仕切壁（２）により水平方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
［7］上記［3］〜［5］のいずれかのガス分離装置において、吸着槽（１）の内部が仕切壁（２）により高さ方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧力スイング吸着法によるガス分離装置は、間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域Ａを有し、且つこれら複数のガス吸着領域Ａに対して、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを所定の条件で設けることにより、ガス吸着領域Ａの数に対してガス流入領域Ｂ及び／又はガス流出領域Ｃの数を少なくでき、ガス吸着領域Ａの体積比率を高めることができる。このため装置を大型化しても容積に対する吸着剤充填率を高くすることができ、装置のコンパクト化と効率向上を図ることができる。加えて、シンプルな構造で安価に得ることができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のガス分離装置の一実施形態を模式的に示す斜視説明図
【図２】図１のガス分離装置の水平断面図
【図３】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す斜視説明図
【図４】図３のガス分離装置の水平断面図
【図５】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す斜視説明図
【図６】図５のガス分離装置の縦断面図
【図７】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す斜視説明図
【図８】図７のガス分離装置の縦断面図
【図９】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す説明図
【図１０】本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す説明図
【図１１】従来のガス分離装置を模式的に示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の装置は、原料となる混合ガスをガス吸着領域Ａに充填された吸着剤と接触させ、混合ガス中の１つ以上のガス成分を吸着・分離する圧力スイング吸着法によるガス分離装置であって、間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域Ａを有し、これら複数のガス吸着領域Ａに対して、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを下記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するように設けるものである。
（ｉ）隣接するガス吸着領域Ａ間の領域が、両ガス吸着領域Ａに接するガス流入領域Ｂ又はガス流出領域Ｃを構成する。
（ii）各ガス吸着領域Ａに接して、ガス吸着領域の並列方向における一方の側にガス流入領域Ｂが存在し、他方の側にガス流出領域Ｃが存在する。
【００１６】
ここで、ガス吸着領域Ａとこれに接するガス流入領域Ｂ間、ガス吸着領域Ａとこれに接するガス流出領域Ｃ間は、それぞれガスが通気可能な仕切壁（通常、金網などのように全面にガス通気用の小孔が形成された仕切壁）で仕切られる。ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃは、ガス吸着領域Ａとの間で仕切壁を通じてガスを出入りさせる空間部である。
また、ガス分離装置が吸着槽１を備える場合には、この吸着槽１の内部が、ガスが通気可能な仕切壁２により２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られ、各領域が、ガス吸着領域Ａ、ガス流入領域Ｂ及びガス流出領域Ｃのうちのいずれかを構成するような実施形態とすることができる。この場合、隣接するガス吸着領域Ａ間の領域は、仕切壁２を介して両ガス吸着領域Ａに接するガス流入領域Ｂ又はガス流出領域Ｃを構成する。また、吸着槽１の内部を仕切壁２で仕切る形態は任意であるが、通常、吸着槽１の内部が仕切壁２により水平方向又は高さ方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られる。
【００１７】
図１及び図２は、本発明のガス分離装置の一実施形態を模式的に示すもので、図１は斜視説明図、図２は水平断面図である。
本実施形態では、縦円筒型の吸着槽１（装置本体）の内部が径方向（水平方向）で複数の領域（５つの領域）に仕切られることで、２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流入領域Ｂ（ガス流入部）を構成し、また、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2の外側に接する領域が、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2（ガス流出部）を構成している。したがって、この構造は、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
各領域を仕切るために吸着槽１の筒軸方向に沿って設けられる仕切壁２（分散板）は、ガス吸着領域Ａ1、Ａ2内に粒状の吸着剤を保持しつつ、ガスを通過させることができる小孔を全面に有する多孔板（例えば、金網など）で構成される。
【００１８】
前記ガス流入領域Ｂには、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2には、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。前記ガス供給管３による混合ガスの供給位置は任意であり、ガス流入領域Ｂの側面（吸着槽１の側部）の１箇所以上、ガス流入領域Ｂの端部（吸着槽１の上面、下面）の１箇所以上、のいずれか若しくは両方から供給することができる。また、前記ガス流入領域Ｂには、混合ガスを全域にわたって均一に供給できるような分散ノズルを設けてもよい。
【００１９】
このようなガス分離装置では、混合ガスがガス供給管３を通じてガス流入領域Ｂに導入され、このガス流入領域Ｂに導入された混合ガスは、仕切壁２（分散板）を通じてガス吸着領域Ａ1，Ａ2に流入し、ここで吸着剤の特性に応じて混合ガス中の特定のガス成分が吸着され、ガス相に非吸着成分が濃縮される。濃縮されたガスは、仕切壁２（分散板）を通じてガス流出領域Ｃ1，Ｃ2に流出した後、ガス排出管４を通じて排出される。従来装置と同様、吸着剤に吸着されたガスは、後の再生工程において槽内圧力を低減することにより吸着剤から脱離させ、吸着剤が再生される。
なお、上記のような吸着工程と再生工程における槽内圧力は、再生工程の方が吸着工程より低く設定されればよい。したがって、例えば、吸着工程を大気圧とし、再生工程を真空状態としてもよいし、吸着工程を加圧状態とし、再生工程を大気圧としてもよい。また、吸着工程を加圧状態とし、再生工程を真空としてもよい。
【００２０】
図３及び図４は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示すもので、図３は斜視説明図、図４は水平断面図である。本実施形態は、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを、図１及び図２の実施形態とは逆の位置関係に設けたものである。
本実施形態でも、縦円筒型の吸着槽１（装置本体）の内部が径方向（水平方向）で複数の領域（５つの領域）に仕切られることで、２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流出領域Ｃ（ガス流出部）を構成し、また、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2の外側に接する領域が、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2（ガス流入部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２１】
前記ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2には、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃには、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
その他の構成（仕切壁２、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態と同様である。
【００２２】
図５及び図６は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示すもので、図５は斜視説明図、図６は縦断面図である。
本実施形態では、縦円筒型の吸着槽１（装置本体）の内部が高さ方向で複数の領域（７つの領域）に仕切られることで、３つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2，Ａ3が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら３つのガス吸着領域Ａ1〜Ａ3のうち、ガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流入領域Ｂ1（ガス流入部）を構成し、ガス吸着領域Ａ2，Ａ3間の領域が、両ガス吸着領域Ａ2，Ａ3に接するガス流出領域Ｃ1（ガス流出部）を構成している。また、下端のガス吸着領域Ａ1の外側に接する領域が、ガス流出領域Ｃ2（ガス流出部）を構成し、上端のガス吸着領域Ａ3の外側に接する領域が、ガス流入領域Ｂ2（ガス流入部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２３】
前記ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2には、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2には、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
各領域を仕切るために吸着槽１の径方向に沿って設けられる仕切壁２（分散板）は、ガス吸着領域Ａ1〜Ａ3内に粒状の吸着剤を保持しつつ、ガスを通過させることができる小孔を全面に有する多孔板（例えば、金網など）で構成される。
その他の構成（ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態と同様である。
【００２４】
図７及び図８は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示すもので、図７は斜視説明図、図８は縦断面図である。本実施形態は、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを、図５及び図６の実施形態とは逆の位置関係に設けたものである。
本実施形態でも、縦円筒型の吸着槽１（装置本体）の内部が高さ方向で複数の領域（７つの領域）に仕切られることで、３つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2，Ａ3が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら３つのガス吸着領域Ａ1〜Ａ3のうち、ガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流出領域Ｃ1（ガス流出部）を構成し、ガス吸着領域Ａ2，Ａ3間の領域が、両ガス吸着領域Ａ2，Ａ3に接するガス流入領域Ｂ1（ガス流入部）を構成している。また、下端のガス吸着領域Ａ1の外側に接する領域が、ガス流入領域Ｂ2（ガス流入部）を構成し、上端のガス吸着領域Ａ3の外側に接する領域が、ガス流出領域Ｃ2（ガス流出部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２５】
前記ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2には、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2には、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
その他の構成（仕切壁２、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態、図５及び図６の実施形態と同様である。
【００２６】
図９は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す説明図（縦断面図）であり、枕型（扁平型）の装置に適用した場合を示している。
本実施形態では、枕型（扁平型）の吸着槽１（装置本体）の内部が高さ方向で複数の領域（５つの領域）に仕切られることで、２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流入領域Ｂ（ガス流入部）を構成し、また、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2の外側（下端及び上端）に接する領域が、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2（ガス流出部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２７】
前記ガス流入領域Ｂには、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃ1，Ｃ2には、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
各領域を仕切るために吸着槽１の径方向に沿って設けられる仕切壁２（分散板）は、ガス吸着領域Ａ1、Ａ2内に粒状の吸着剤を保持しつつ、ガスを通過させることができる小孔を全面に有する多孔板（例えば、金網など）で構成される。
その他の構成（ガス流入領域Ｂ、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態と同様である。
【００２８】
図１０は、本発明のガス分離装置の他の実施形態を模式的に示す説明図（縦断面図）である。本実施形態は、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを、図９の実施形態とは逆の位置関係に設けたものである。
本実施形態でも、枕型（扁平型）の吸着槽１（装置本体）の内部が高さ方向で複数の領域（５つの領域）に仕切られることで、２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2が間隔をおいて並列的に設けられている。そして、これら２つのガス吸着領域Ａ1，Ａ2間の領域が、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2に接するガス流出領域Ｃ（ガス流出部）を構成し、また、両ガス吸着領域Ａ1，Ａ2の外側（下端及び上端）に接する領域が、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2（ガス流入部）を構成している。したがって、この構造も、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足する。
【００２９】
前記ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2には、混合ガスを供給するためのガス供給管３が、また、ガス流出領域Ｃには、濃縮したガス（混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス）を排出するためのガス排出管４が、それぞれ接続されている。
その他の構成（仕切壁２、ガス流入領域Ｂ1，Ｂ2、ガス供給管３の構成など）や装置の機能、使用形態などについては、さきに述べた図１及び図２の実施形態、図９の実施形態と同様である。
【００３０】
以上述べた実施形態からも判るように、本発明のガス分離装置では、間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域Ａを有し、且つこれら複数のガス吸着領域Ａに対して、ガス流入領域Ｂとガス流出領域Ｃを上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するように設けることにより、ガス吸着領域Ａの数に対してガス流入領域Ｂ及び／又はガス流出領域Ｃの数を少なくすることができ、これにより、圧力損失を維持あるいは低減しつつ、吸着槽１の容積に対するガス吸着領域Ａの体積比率を高めることができる。
本発明の装置は、上記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するものであれば、複数のガス吸着領域Ａの数は任意であり、４つ以上のガス吸着領域Ａを有するものでもよい。また、吸着槽１の大きさや形状も任意である。
【００３１】
本発明の装置は、ガス吸着領域Ａに充填される吸着剤の種類を問わない。吸着するガスの種類により、ゼオライト系、活性炭系、アルミナ系など任意の吸着剤を用いることができる。また、本発明の装置が適用される混合ガスの種類や吸着・分離するガス成分の種類も任意である。
また、本発明の装置は、冷却しながら吸着し、再生時に加温する方式の圧力・温度スイング吸着法にも適用することができる。この場合、ガス吸着領域Ａに加熱・冷却のための熱交換チューブを挿入するなどの構成を採用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１ 吸着槽
２ 仕切壁
３ ガス供給管
４ ガス排出管
Ａ1，Ａ2，Ａ3 ガス吸着領域
Ｂ，Ｂ1，Ｂ2 ガス流入領域
Ｃ，Ｃ1，Ｃ2 ガス流出領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料となる混合ガスをガス吸着領域（Ａ）に充填された吸着剤と接触させ、混合ガス中の１つ以上のガス成分を吸着・分離する圧力スイング吸着法によるガス分離装置において、
間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域（Ａ）を有し、該複数のガス吸着領域（Ａ）に対して、ガス流入領域（Ｂ）とガス流出領域（Ｃ）を下記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するように設けることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
（ｉ）隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流入領域（Ｂ）又はガス流出領域（Ｃ）を構成する。
（ii）各ガス吸着領域（Ａ）に接して、ガス吸着領域の並列方向における一方の側にガス流入領域（Ｂ）が存在し、他方の側にガス流出領域（Ｃ）が存在する。
【請求項２】
ガス吸着領域（Ａ）とこれに接するガス流入領域（Ｂ）との間、ガス吸着領域（Ａ）とこれに接するガス流出領域（Ｃ）との間は、それぞれガスが通気可能な仕切壁で仕切られ、前記ガス流入領域（Ｂ）と前記ガス流出領域（Ｃ）は、前記ガス吸着領域（Ａ）との間で仕切壁を通じてガスを出入りさせる空間部であることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項３】
吸着槽（１）を備え、該吸着槽（１）の内部はガスが通気可能な仕切壁（２）により２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られ、各領域が、ガス吸着領域（Ａ）、ガス流入領域（Ｂ）及びガス流出領域（Ｃ）のうちのいずれかを構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項４】
隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、仕切壁（２）を介して両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流入領域（Ｂ）を構成することを特徴とする請求項３に記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項５】
隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、仕切壁（２）を介して両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流出領域（Ｃ）を構成することを特徴とする請求項３に記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項６】
吸着槽（１）の内部が仕切壁（２）により水平方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項７】
吸着槽（１）の内部が仕切壁（２）により高さ方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項１】
原料となる混合ガスをガス吸着領域（Ａ）に充填された吸着剤と接触させ、混合ガス中の１つ以上のガス成分を吸着・分離する圧力スイング吸着法によるガス分離装置において、
間隔をおいて並列的に設けられる複数のガス吸着領域（Ａ）を有し、該複数のガス吸着領域（Ａ）に対して、ガス流入領域（Ｂ）とガス流出領域（Ｃ）を下記（ｉ）及び（ii）の条件を満足するように設けることを特徴とする圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
（ｉ）隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流入領域（Ｂ）又はガス流出領域（Ｃ）を構成する。
（ii）各ガス吸着領域（Ａ）に接して、ガス吸着領域の並列方向における一方の側にガス流入領域（Ｂ）が存在し、他方の側にガス流出領域（Ｃ）が存在する。
【請求項２】
ガス吸着領域（Ａ）とこれに接するガス流入領域（Ｂ）との間、ガス吸着領域（Ａ）とこれに接するガス流出領域（Ｃ）との間は、それぞれガスが通気可能な仕切壁で仕切られ、前記ガス流入領域（Ｂ）と前記ガス流出領域（Ｃ）は、前記ガス吸着領域（Ａ）との間で仕切壁を通じてガスを出入りさせる空間部であることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項３】
吸着槽（１）を備え、該吸着槽（１）の内部はガスが通気可能な仕切壁（２）により２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られ、各領域が、ガス吸着領域（Ａ）、ガス流入領域（Ｂ）及びガス流出領域（Ｃ）のうちのいずれかを構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項４】
隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、仕切壁（２）を介して両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流入領域（Ｂ）を構成することを特徴とする請求項３に記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項５】
隣接するガス吸着領域（Ａ）間の領域が、仕切壁（２）を介して両ガス吸着領域（Ａ）に接するガス流出領域（Ｃ）を構成することを特徴とする請求項３に記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項６】
吸着槽（１）の内部が仕切壁（２）により水平方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【請求項７】
吸着槽（１）の内部が仕切壁（２）により高さ方向で２ｎ＋１（但し、ｎは２以上の自然数）の数の領域に仕切られることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の圧力スイング吸着法によるガス分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１９４３９９（Ｐ２０１１−１９４３９９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０９９０（Ｐ２０１１−４０９９０）
【出願日】平成２３年２月２６日（２０１１．２．２６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（０００１９５６６１）住友精化株式会社 (352)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２６日（２０１１．２．２６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（０００１９５６６１）住友精化株式会社 (352)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]