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公開番号2025051138
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2023160085
出願日2023-09-25
発明の名称精製ガスの製造装置および精製ガスの製造方法
出願人エア・ウォーター・メカトロニクス株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類C01B 21/04 20060101AFI20250328BHJP(無機化学)
要約【課題】酸素ガスの濃度を低減した高濃度の窒素ガスを含む精製ガスの製造装置および製造方法を提供すること。
【解決手段】圧力スイング吸着法により窒素ガスを含む精製ガスを製造するための装置であって、第1吸着剤を有し、窒素ガスおよび酸素ガスを含む原料ガスから前記原料ガスよりも窒素ガス含有量の高い中間ガスを得るための第1吸着塔と、第2吸着剤を有し、前記原料ガスおよび前記中間ガスからなる群から選択される少なくとも1種から、前記原料ガスおよび前記中間ガスよりも窒素ガス含有量の高い精製ガスを得るための一対の第2吸着塔と、前記原料ガスを前記一対の第2吸着塔に導入するための原料ガス導入路と、前記中間ガスを前記第1吸着塔から前記一対の第2吸着塔に導入するための中間ガス導入路と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
圧力スイング吸着法により窒素ガスを含む精製ガスを製造するための装置であって、
第１吸着剤を有し、窒素ガスおよび酸素ガスを含む原料ガスから前記原料ガスよりも窒素ガス含有量の高い中間ガスを得るための第１吸着塔と、
第２吸着剤を有し、前記原料ガスおよび前記中間ガスからなる群から選択される少なくとも１種から、前記原料ガスおよび前記中間ガスよりも窒素ガス含有量の高い精製ガスを得るための一対の第２吸着塔と、
前記原料ガスを前記一対の第２吸着塔に導入するための原料ガス導入路と、
前記中間ガスを前記第１吸着塔から前記一対の第２吸着塔に導入するための中間ガス導入路と、を備える、精製ガスの製造装置。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
前記第１吸着塔の容積は、前記一対の第２吸着塔の一方の容積よりも小さい、請求項１に記載の精製ガスの製造装置。
【請求項３】
前記第１吸着剤は、前記第２吸着剤よりも酸素ガスの吸着速度が大きい、請求項１に記載の精製ガスの製造装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の精製ガスの製造装置を用いた精製ガスの製造方法であって、
前記第１吸着塔に前記原料ガスを導入し、前記中間ガスを得る第１工程と、
前記一対の第２吸着塔の一方に少なくとも前記中間ガスを導入し、前記精製ガスを得る第２工程と、を含む、精製ガスの製造方法。
【請求項５】
前記第２工程は、前記一対の第２吸着塔の一方に前記中間ガスのみを導入する工程と、前記一対の第２吸着塔の一方に前記原料ガスのみを導入する工程と、を含む、請求項４に記載の精製ガスの製造方法。
【請求項６】
前記第１工程後の前記第１吸着剤を再生させる第１再生工程と、
前記第２工程後の前記第２吸着剤を再生させる第２再生工程と、をさらに含む、請求項４に記載の精製ガスの製造方法。
【請求項７】
前記第２再生工程後の排気ガスを前記第１再生工程後の前記第１吸着塔に導入することにより、前記第１吸着剤の再生を促進させる第１パージ再生工程をさらに含む、請求項６に記載の精製ガスの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、精製ガスの製造装置および精製ガスの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
窒素ガスは、半導体分野、化学分野、食品分野等多岐にわたって使用されている。窒素ガスは、例えば、原料となる空気から深冷分離法、膜分離法、吸着分離法等によって酸素ガスから分離されることによって得られる。しかし、深冷分離法による窒素ガスの分離は、大規模な機器が必要なため、初期の設備コストの観点から、窒素を大量に必要とするユーザーに限られる。また、膜分離法による窒素ガスの分離は、初期コストは比較的安価であるが、低純度の窒素ガスの精製に利用されており、高純度の窒素ガスの分離では駆動エネルギーが大きく、ランニングコストが問題となる。一方、吸着分離法による窒素ガスの分離は、大規模な機器は必要なく、駆動エネルギーや設備コストの観点からも比較的導入がし易い。
【０００３】
吸着分離法の中でも、圧力スイング吸着（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＰＳＡ）法を用いた装置が、高純度の窒素ガスを製造するために汎用されている。また、窒素ガスのユーザーは、その用途に応じた純度の窒素ガスや装置の駆動エネルギーを求めており、その要望に応えるため、ＰＳＡ装置の高性能化が行われている。
【０００４】
特許文献１（特開平１０－１９２６３６号公報）は、２塔の吸着塔を用いたＰＳＡ法による窒素ガスの分離において、２塔の吸着塔の中間部分で均圧となるようにガスを移動させることで窒素ガスの回収率を向上させる方法を開示している。特許文献２（特開２０１７－１６００７９号公報）は、吸着塔に加えて、製品ガスを一時的に回収する貯留槽を設け、吸着塔の再生の際に製品ガスの一部を吸着塔に送り込むことで、窒素ガスの発生量を増加させる方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平１０－１９２６３６号公報
特開２０１７－１６００７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および２に記載の方法では、窒素ガスに含まれる、分離しきれなかった酸素ガスの濃度の低減に改善の余地がある。また、電力費用の高騰や二酸化炭素の排出の削減（駆動エネルギーの低減）等の観点からも、コストパフォーマンスの高い装置の改良が求められている。
【０００７】
本開示の目的は、酸素ガスの濃度を低減した高濃度の窒素ガスを含む精製ガスの製造装置および製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔１〕圧力スイング吸着法により窒素ガスを含む精製ガスを製造するための装置であって、
第１吸着剤を有し、窒素ガスおよび酸素ガスを含む原料ガスから前記原料ガスよりも窒素ガス含有量の高い中間ガスを得るための第１吸着塔と、
第２吸着剤を有し、前記原料ガスおよび前記中間ガスからなる群から選択される少なくとも１種から、前記原料ガスおよび前記中間ガスよりも窒素ガス含有量の高い精製ガスを得るための一対の第２吸着塔と、
前記原料ガスを前記一対の第２吸着塔に導入するための原料ガス導入路と、
前記中間ガスを前記第１吸着塔から前記一対の第２吸着塔に導入するための中間ガス導入路と、を備える、精製ガスの製造装置。
【０００９】
〔２〕前記第１吸着塔の容積は、前記一対の第２吸着塔の一方の容積よりも小さい、〔１〕に記載の精製ガスの製造装置。
【００１０】
〔３〕前記第１吸着剤は、前記第２吸着剤よりも酸素ガスの吸着速度が大きい、〔１〕または〔２〕に記載の精製ガスの製造装置。
（【００１１】以降は省略されています）

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