JP7487165B2 - 圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置 - Google Patents
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Description
本発明は、圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置に関する。
半導体集積回路、液晶パネル等の半導体製品を製造する工程では、希ガス雰囲気中で高周波放電によりプラズマを発生させ、該プラズマによって半導体製品もしくは表示装置の各種処理を行う装置が広く用いられている。このような処理において使用される希ガスとして、従来はアルゴンが用いられてきたが、近年はより高度な処理を行うためにクリプトンやキセノンが注目されている。ランプ分野においても電球の封入ガスに、従来はアルゴンが用いられてきたが、近年は消費電力低減や輝度向上のために、クリプトンやキセノンを使用した高付加価値品が製造されてきている。また、ガラス分野においても複層ガラスの封入ガスに、従来はアルゴンが用いられてきたが、断熱性能の向上のために、クリプトンを使用した高付加価値品が製造されてきている。しかし、クリプトンやキセノンは、原料となる空気中の存在比及び分離工程の複雑さから極めて希少で高価なガスであり、その使用によって需給バランスが崩れ、コストが著しく増大する問題があった。このようなガスを使用することを経済的に成り立たせるためには、使用済みの希ガスを回収し、再利用することが極めて重要となる。なお、希ガスを再利用するためには、少なくとも９０％以上の濃度が求められる。
キセノンやクリプトンを分離する装置としては、キセノン又はクリプトンと、不純物である他成分を含む原料ガスを、キセノンやクリプトンに対して易吸着性で、不純物である他成分に対して難吸着性の吸着剤を充填した吸着筒に流し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着剤に吸着させ、難吸着成分である不純物をキセノンやクリプトンと分離するとともに、吸着剤に吸着したキセノン又はクリプトンを吸着剤より脱離させて高濃度で回収する方法がある。
キセノンやクリプトンを分離する装置としては、キセノン又はクリプトンと、不純物である他成分を含む原料ガスを、キセノンやクリプトンに対して易吸着性で、不純物である他成分に対して難吸着性の吸着剤を充填した吸着筒に流し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着剤に吸着させ、難吸着成分である不純物をキセノンやクリプトンと分離するとともに、吸着剤に吸着したキセノン又はクリプトンを吸着剤より脱離させて高濃度で回収する方法がある。
特許文献１には、直列に接続した２本の吸着筒（上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ））に原料ガス貯留槽１の原料ガスを加圧して流し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着し、難吸着成分である不純物を難吸着成分貯留槽３に回収する工程ａと、易吸着成分低圧貯留槽２に充填されたキセノン又はクリプトンを加圧して下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入し、これの空隙に残る難吸着成分である不純物を上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導出し、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）において易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着し、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）より難吸着成分である不純物を回収する工程ｂと、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）を減圧し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着剤より脱離させて易吸着成分高圧貯留槽５に回収した後、さらに易吸着成分を脱着させ、これを易吸着成分低圧貯留槽２に回収する工程ｃと、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）を減圧し、吸着剤に吸着した成分を脱離させて下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入し、さらに下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）より流出したガスを原料ガス貯留槽１に回収する工程ｄと、先に回収した難吸着成分である不純物を上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入し、易吸着成分であるキセノン又はクリプトンを吸着剤より脱離させて下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入し、さらに下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）より流出したガスを原料ガス貯留槽１に回収する工程ｅを、シーケンスに従って順次行う圧力変動吸着式ガス分離装置１０１（図１０）及びこの分離装置を用いる圧力変動吸着式ガス分離方法が開示されている。
しかし、特許文献１に開示された圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置には、下部筒の吸着剤に吸着した易吸着成分を易吸着成分高圧貯留槽５に回収するため、易吸着成分高圧貯留槽に回収できる易吸着成分の圧力が回収前の下部筒圧力より低く、回収した易吸着成分をより高い圧力で供給するには昇圧ポンプの使用が不可欠であるという問題がある。
本発明は、昇圧ポンプを使用することなく、回収した易吸着成分を回収前の下部筒圧力よりも高い圧力で供給することができる圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置を提供することを課題とする。
［１］ 吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、を備える圧力変動吸着式ガス分離装置を使用し、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離方法であって、
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程と、
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程と、
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程と、
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｄ）を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収し、
前記工程（ｂ）の後に前記工程（ｃ）を行う、圧力変動吸着式ガス分離方法。
［２］ さらに、
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収する、［１］に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［３］ 前記工程（ｃ）は前記易吸着成分高圧貯留槽が所定の圧力に到達したら終了する、［１］又は［２］に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［４］ 前記圧縮機を通気するガス中の前記易吸着成分の濃度が前記工程（ｃ）の開始前において予め定められた濃度に達していなければ、前記工程（ｃ）をスキップし、前記工程（ｂ）完了後に前記工程（ｄ）を行う、［１］～［３］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［５］ 前記易吸着成分低圧貯留槽は吸着剤が充填された容器である、［１］～［４］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［６］ 吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、制御部と、を備え、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離装置であって、
前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｄ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御し、
前記工程（ｂ）の後に前記工程（ｃ）を行う、圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。
［７］ 前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御する、［６］に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程。
［８］ 前記圧縮機と前記下部筒が接続する流路に、一端が前記易吸着成分高圧貯留槽に接続する流路と接続する分岐バルブを有し、
前記分岐バルブに切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ及び三方分流型ダイアフラムバルブから選択されるいずれか１つを使用する、［６］又は［７］に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
［９］ 前記圧縮機の吸気側流路及び吐出側流路のいずれか一方の流路に、前記流路を流れるガス中の前記易吸着成分の濃度を測定する易吸着成分濃度計を有し、
前記制御部が前記易吸着成分濃度計の値に基づいて前記工程（ｃ）を実施しないように制御する、［６］～［８］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
［１０］ 前記易吸着成分低圧貯留槽は吸着剤が充填された容器である、［６］～［９］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、を備える圧力変動吸着式ガス分離装置を使用し、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離方法であって、
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程と、
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程と、
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程と、
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｄ）を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収し、
前記工程（ｂ）の後に前記工程（ｃ）を行う、圧力変動吸着式ガス分離方法。
［２］ さらに、
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収する、［１］に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［３］ 前記工程（ｃ）は前記易吸着成分高圧貯留槽が所定の圧力に到達したら終了する、［１］又は［２］に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［４］ 前記圧縮機を通気するガス中の前記易吸着成分の濃度が前記工程（ｃ）の開始前において予め定められた濃度に達していなければ、前記工程（ｃ）をスキップし、前記工程（ｂ）完了後に前記工程（ｄ）を行う、［１］～［３］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［５］ 前記易吸着成分低圧貯留槽は吸着剤が充填された容器である、［１］～［４］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
［６］ 吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、制御部と、を備え、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離装置であって、
前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｄ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御し、
前記工程（ｂ）の後に前記工程（ｃ）を行う、圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。
［７］ 前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御する、［６］に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程。
［８］ 前記圧縮機と前記下部筒が接続する流路に、一端が前記易吸着成分高圧貯留槽に接続する流路と接続する分岐バルブを有し、
前記分岐バルブに切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ及び三方分流型ダイアフラムバルブから選択されるいずれか１つを使用する、［６］又は［７］に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
［９］ 前記圧縮機の吸気側流路及び吐出側流路のいずれか一方の流路に、前記流路を流れるガス中の前記易吸着成分の濃度を測定する易吸着成分濃度計を有し、
前記制御部が前記易吸着成分濃度計の値に基づいて前記工程（ｃ）を実施しないように制御する、［６］～［８］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
［１０］ 前記易吸着成分低圧貯留槽は吸着剤が充填された容器である、［６］～［９］のいずれかに記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
本発明によれば、昇圧ポンプを使用することなく、回収した易吸着成分を回収前の下部筒圧力よりも高い圧力で供給することができる圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置を提供することができる。
以下では、本発明の圧力変動吸着式ガス分離装置及び圧力変動吸着式ガス分離方法を、図面を適宜参照しながらより具体的に説明する。
図１は、本実施形態の圧力変動吸着式ガス分離装置を示す概略構成図である。
図１に概略構成を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００は、吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離装置である。
図１に概略構成を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００は、吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離装置である。
本実施形態の圧力変動吸着式ガス分離装置１００は、前記吸着剤を充填した下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）及び上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽１と、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）からの前記易吸着成分を吸着する易吸着成分低圧貯留槽２と、易吸着成分低圧貯留槽２の前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽５と、原料ガス貯留槽１又は易吸着成分低圧貯留槽２からのガスを加圧して下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）又は易吸着成分高圧貯留槽５に送る圧縮機４と、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽３と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を少なくとも含む原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽１と、前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽２と、前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽３と、制御部２０と、を備えている。
圧力変動吸着式ガス分離装置は、吸着剤の被吸着ガスの選択性を利用した圧力変動吸着式ガス分離方法を実施するための装置である。
吸着剤の被吸着ガスの選択性には、平衡吸着量の相違によるものと、吸着速度の相違によるものとがある。
平衡吸着量の相違による選択性を有する吸着剤（平衡分離型吸着剤）の一例である活性炭では、キセノンを窒素やアルゴンよりも１０倍以上多く吸着する（２９８Ｋ、１００ｋＰａ（ａｂｓ））。
吸着速度の相違による選択性を有する吸着剤（速度分離型吸着剤）の一例であるモレキュラーシーブスカーボン（ＭＳＣ）では、酸素と窒素の吸着速度比は１５前後である。
吸着剤の被吸着ガスの選択性には、平衡吸着量の相違によるものと、吸着速度の相違によるものとがある。
平衡吸着量の相違による選択性を有する吸着剤（平衡分離型吸着剤）の一例である活性炭では、キセノンを窒素やアルゴンよりも１０倍以上多く吸着する（２９８Ｋ、１００ｋＰａ（ａｂｓ））。
吸着速度の相違による選択性を有する吸着剤（速度分離型吸着剤）の一例であるモレキュラーシーブスカーボン（ＭＳＣ）では、酸素と窒素の吸着速度比は１５前後である。
活性炭の場合、易吸着成分は、例えば、キセノンであり、難吸着成分は、例えば、窒素及びアルゴンである。
ＭＳＣの場合、易吸着成分は、例えば、酸素であり、難吸着成分は、例えば、窒素である。
ＭＳＣの場合、易吸着成分は、例えば、酸素であり、難吸着成分は、例えば、窒素である。
易吸着成分及び難吸着成分は、使用する吸着剤に応じて異なり、吸着剤が異なると易吸着成分が難吸着成分となり、難吸着成分が易吸着成分となることがある。例えば、吸着剤として活性炭、Ｎａ－Ｘ型ゼオライト、Ｃａ－Ｘ型ゼオライト、Ｃａ－Ａ型ゼオライト、Ｌｉ－Ｘ型ゼオライト等の平衡分離型吸着剤の場合には、易吸着成分としては、キセノン、クリプトン等が挙げられ、難吸着成分としては、窒素、酸素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられる。また、Ｎａ－Ａ型ゼオライト、ＭＳＣ等の速度分離型吸着剤の場合には、易吸着成分としては、窒素、酸素、アルゴン等が挙げられ、難吸着成分としてはクリプトン、キセノン等が挙げられる。
図１に示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００において、経路Ｌ１～Ｌ１８は以下のとおりである。
経路Ｌ１は、原料ガスを原料ガス貯留槽１に導入する経路である。
経路Ｌ２は、原料ガス貯留槽１のガスを圧縮機４へ導出する経路である。
経路Ｌ３は、易吸着成分低圧貯留槽２のガスを圧縮機４へ導出する経路である。
経路Ｌ４、経路Ｌ５は、それぞれ、圧縮機４からのガスを下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂに導入する経路である。
経路Ｌ６は、上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕからのガスを難吸着成分貯留槽３に導入する経路である。
経路Ｌ７は、難吸着成分貯留槽３からの難吸着成分を装置系外に供給する経路である。
経路Ｌ８は、難吸着成分貯留槽３からの難吸着成分を向流パージガスとして上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕに導入する経路である。
経路Ｌ９、経路Ｌ１０は、それぞれ、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、原料ガス貯留槽１又は易吸着成分低圧貯留槽２に返送する経路である。
経路Ｌ１１は、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、原料ガス貯留槽１に返送する流路である。
経路Ｌ１２は、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、易吸着成分低圧貯留槽２に返送する流路である。
経路Ｌ１３は、易吸着成分高圧貯留槽５からの易吸着成分を製品ガスとして供給する経路である。
経路Ｌ１４は、上部筒１０Ｕと上部筒１１Ｕとの間で均圧を行う均圧ラインである。
経路Ｌ１５は、圧縮機４で圧縮した易吸着成分低圧貯留槽２のガスを易吸着成分高圧貯留槽５に供給する流路である。
経路Ｌ１６は、原料ガス貯留槽１、易吸着成分低圧貯留槽２からのガスを、圧縮機４に導入する経路である。
経路Ｌ１７、経路Ｌ１８は、それぞれ、圧縮機４で圧縮したガスを下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂに供給する流路である。
経路Ｌ１は、原料ガスを原料ガス貯留槽１に導入する経路である。
経路Ｌ２は、原料ガス貯留槽１のガスを圧縮機４へ導出する経路である。
経路Ｌ３は、易吸着成分低圧貯留槽２のガスを圧縮機４へ導出する経路である。
経路Ｌ４、経路Ｌ５は、それぞれ、圧縮機４からのガスを下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂに導入する経路である。
経路Ｌ６は、上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕからのガスを難吸着成分貯留槽３に導入する経路である。
経路Ｌ７は、難吸着成分貯留槽３からの難吸着成分を装置系外に供給する経路である。
経路Ｌ８は、難吸着成分貯留槽３からの難吸着成分を向流パージガスとして上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕに導入する経路である。
経路Ｌ９、経路Ｌ１０は、それぞれ、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、原料ガス貯留槽１又は易吸着成分低圧貯留槽２に返送する経路である。
経路Ｌ１１は、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、原料ガス貯留槽１に返送する流路である。
経路Ｌ１２は、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂからのガスを、易吸着成分低圧貯留槽２に返送する流路である。
経路Ｌ１３は、易吸着成分高圧貯留槽５からの易吸着成分を製品ガスとして供給する経路である。
経路Ｌ１４は、上部筒１０Ｕと上部筒１１Ｕとの間で均圧を行う均圧ラインである。
経路Ｌ１５は、圧縮機４で圧縮した易吸着成分低圧貯留槽２のガスを易吸着成分高圧貯留槽５に供給する流路である。
経路Ｌ１６は、原料ガス貯留槽１、易吸着成分低圧貯留槽２からのガスを、圧縮機４に導入する経路である。
経路Ｌ１７、経路Ｌ１８は、それぞれ、圧縮機４で圧縮したガスを下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂに供給する流路である。
下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂ、上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕには、原料ガス中の目的成分に対して易吸着性又は難吸着性を有し、目的成分以外の成分に対して難吸着性又は易吸着性を有する上述の吸着剤が充填されている。
易吸着成分低圧貯留槽２は、ガスバッグ（風船のように貯留量に応じて膨張・収縮するタンク）が好ましい。また、易吸着成分低圧貯留槽２として吸着剤が充填された容器を使用することが好ましい。易吸着成分低圧貯留槽２として吸着剤が充填された容器を使用すると、容器からガスを抜き出す（圧力が低下する）に従って、吸着剤に吸着しやすい成分（易吸着成分）の濃度が向上する。これは、難吸着成分は吸着剤の空隙に存在するのみだが、易吸着成分は吸着剤の空隙の他に吸着剤に吸着した分も存在するため、圧力が低下するほど易吸着成分の脱着が進み、難吸着成分に対して易吸着成分の比率（濃度）が増加するためである。その結果、後述する（２）回収工程で易吸着成分低圧貯留槽２から易吸着成分を排出した後の易吸着成分の濃度がより向上したガスを易吸着成分高圧貯留槽５に回収できるので、さらに高純度の易吸着成分を得ることができる。前記吸着剤としては例えば活性炭を用いることができる。
制御部２０は、以下に説明する（１）吸着工程～（８）回収工程を、予め定められたシーケンスによって実行するシーケンサーを内蔵する。制御部２０は、バルブＶ１～Ｖ１５、Ｖ１８の開閉、圧縮機４の作動及び停止等をシーケンシャルに制御する。
本実施形態の圧力変動吸着式ガス分離装置１００は、圧縮機４と下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）とが接続する流路に、一端が易吸着成分高圧貯留槽５に接続する流路と接続する分岐バルブＶ１８を有することが好ましい。
前記分岐バルブＶ１８としては、例えば、切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ及び三方分流型ダイアフラムバルブから選択されるいずれか１つを使用することが好ましい。
ガスの流路のデッドボリュームに残留する難吸着成分は、回収される易吸着成分を汚染するため、デッドボリュームをより少なくすることが望ましい。そのため、分岐バルブＶ１８として、デッドボリュームが少ない、切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ、三方分流型ダイアフラムバルブ等を使用することが好ましい。
前記分岐バルブＶ１８としては、例えば、切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ及び三方分流型ダイアフラムバルブから選択されるいずれか１つを使用することが好ましい。
ガスの流路のデッドボリュームに残留する難吸着成分は、回収される易吸着成分を汚染するため、デッドボリュームをより少なくすることが望ましい。そのため、分岐バルブＶ１８として、デッドボリュームが少ない、切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ、三方分流型ダイアフラムバルブ等を使用することが好ましい。
次に、図１に示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００を用いて、原料ガス中の易吸着成分と難吸着成分とを分離し、易吸着成分及び難吸着成分のそれぞれを回収する、圧力変動吸着式ガス分離方法の一例を説明する。この例では、原料ガスとしてキセノンと窒素の混合ガスを用い、キセノン（易吸着成分）と窒素（難吸着成分）を分離・回収する圧力変動吸着式ガス分離方法について説明する。また、この例では、下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂ、上部筒１０Ｕ、上部筒１１Ｕに充填される吸着剤として、平衡分離型吸着剤である活性炭を用いる。活性炭は、平衡吸着量としてキセノンの吸着量が多く（易吸着性）、窒素の吸着量が少ない（難吸着性）という性質を持つ。
表１は、圧力変動吸着式ガス分離装置１００を用いた場合のバルブの開閉状態を示す表である。以下の説明は半サイクルの工程に関する内容である。
下部筒１０Ｂ、上部筒１０Ｕは、（１）吸着工程、（２）均圧減圧工程、（３）回収工程、（４）下部筒減圧工程、（５）上部筒減圧工程、（６）パージ再生工程、（７）均圧加圧工程、（８）回収工程が実施される。
下部筒１０Ｂ、上部筒１０Ｕが上述した（１）吸着工程～（８）回収工程の各工程を行っている間、下部筒１１Ｂ、上部筒１１Ｕは、（４）下部筒減圧工程、（５）上部筒減圧工程、（６）パージ再生工程、（７）均圧加圧工程、（８）回収工程、（１）吸着工程、（２）均圧減圧工程、（３）回収工程が実施される。
下部筒１０Ｂ、上部筒１０Ｕは、（１）吸着工程、（２）均圧減圧工程、（３）回収工程、（４）下部筒減圧工程、（５）上部筒減圧工程、（６）パージ再生工程、（７）均圧加圧工程、（８）回収工程が実施される。
下部筒１０Ｂ、上部筒１０Ｕが上述した（１）吸着工程～（８）回収工程の各工程を行っている間、下部筒１１Ｂ、上部筒１１Ｕは、（４）下部筒減圧工程、（５）上部筒減圧工程、（６）パージ再生工程、（７）均圧加圧工程、（８）回収工程、（１）吸着工程、（２）均圧減圧工程、（３）回収工程が実施される。
（１）吸着工程：図２
原料ガス貯留槽１からの混合ガスを圧縮機４で圧縮し、経路Ｌ２、Ｌ１６、経路Ｌ１８（Ｌ１７）、経路Ｌ４（Ｌ５）を介して下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給する。下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）と上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）との間は、バルブＶ５（Ｖ６）を開放することで流通されているため、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）と上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）との間は、ほぼ同様に圧力上昇する。
原料ガス貯留槽１の混合ガスは、経路Ｌ１から導入された原料ガスと後述する上部筒減圧工程、パージ再生工程で下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂから排出されたガスとの混合ガスである。
下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給された混合ガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）上部に進むにつれて、キセノンが優先的に吸着され、気相中に窒素が濃縮される（気相中のキセノン濃度が低下する）。濃縮された窒素は、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）から上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入され、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）において、窒素中に含まれる微量のキセノンがさらに吸着される。
上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）の圧力が難吸着成分貯留槽３の圧力より高くなった後、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）においてさらに濃縮された窒素は、経路Ｌ６を介して、難吸着成分貯留槽３へ導出される。難吸着成分貯留槽３の窒素は、原料ガス中に含まれる窒素の流量に応じた流量が、経路Ｌ７から装置系外に排出され、残りのガスはパージ再生工程における向流パージガスとして利用される。
原料ガス貯留槽１からの混合ガスを圧縮機４で圧縮し、経路Ｌ２、Ｌ１６、経路Ｌ１８（Ｌ１７）、経路Ｌ４（Ｌ５）を介して下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給する。下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）と上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）との間は、バルブＶ５（Ｖ６）を開放することで流通されているため、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）と上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）との間は、ほぼ同様に圧力上昇する。
原料ガス貯留槽１の混合ガスは、経路Ｌ１から導入された原料ガスと後述する上部筒減圧工程、パージ再生工程で下部筒１０Ｂ、下部筒１１Ｂから排出されたガスとの混合ガスである。
下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給された混合ガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）上部に進むにつれて、キセノンが優先的に吸着され、気相中に窒素が濃縮される（気相中のキセノン濃度が低下する）。濃縮された窒素は、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）から上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入され、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）において、窒素中に含まれる微量のキセノンがさらに吸着される。
上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）の圧力が難吸着成分貯留槽３の圧力より高くなった後、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）においてさらに濃縮された窒素は、経路Ｌ６を介して、難吸着成分貯留槽３へ導出される。難吸着成分貯留槽３の窒素は、原料ガス中に含まれる窒素の流量に応じた流量が、経路Ｌ７から装置系外に排出され、残りのガスはパージ再生工程における向流パージガスとして利用される。
（２）均圧減圧工程：図３
バルブＶ１を閉止、バルブＶ２を開放することで、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入するガスを易吸着成分低圧貯留槽２のキセノンに変更する。易吸着成分低圧貯留槽２からのキセノンを下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入することによって、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）の吸着剤充填層に共吸着された窒素と、吸着剤空隙に存在する窒素を上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）へ押し出し、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）内をキセノンで吸着飽和とする。
この間、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から経路Ｌ１４（均圧ライン）を介して、もう一方の上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）に窒素を導出することで下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）を減圧し、パージ再生工程を終了した下部筒１１Ｂ（１０Ｂ）、上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）を均圧する。この時、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から流出させる均圧ガスの流量は、均圧減圧工程が終了時点で均圧が完了するように流量調整バルブ、オリフィスなどを用いて調整する。
バルブＶ１を閉止、バルブＶ２を開放することで、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入するガスを易吸着成分低圧貯留槽２のキセノンに変更する。易吸着成分低圧貯留槽２からのキセノンを下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入することによって、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）の吸着剤充填層に共吸着された窒素と、吸着剤空隙に存在する窒素を上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）へ押し出し、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）内をキセノンで吸着飽和とする。
この間、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から経路Ｌ１４（均圧ライン）を介して、もう一方の上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）に窒素を導出することで下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）を減圧し、パージ再生工程を終了した下部筒１１Ｂ（１０Ｂ）、上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）を均圧する。この時、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から流出させる均圧ガスの流量は、均圧減圧工程が終了時点で均圧が完了するように流量調整バルブ、オリフィスなどを用いて調整する。
圧縮機４の流入側流路及び／又は吐出側流路に易吸着成分の濃度を測定するための易吸着成分濃度計を設置してもよい。特許文献１（特開２００７－１３０６１１号公報）に記載された圧力変動吸着式ガス分離装置では、下部筒から回収するガス中の易吸着成分の濃度を測定する手段が無いため、ガスを易吸着成分高圧貯留槽に回収しなければ易吸着成分の濃度を測定できなかった。不純物である難吸着成分が易吸着成分高圧貯留槽に混入すると、易吸着成分高圧貯留槽から難吸着成分を追い出す必要があるが、易吸着成分高圧貯留槽から難吸着成分を追い出して易吸着成分の純度を高くするには多くの時間が必要であり、その間は回収した易吸着成分を製品ガスとして供給できないという問題点がある。また、易吸着成分高圧貯留槽の容積を小さくすると１サイクルタイムで入替できるガス割合が高くなるので入れ替えに要する時間を短縮できるが、易吸着成分高圧貯留槽の圧力が大きく低下して、易吸着成分の供給圧力が低下するという問題点がある。
このような問題点に対して、圧縮機４の流入側流路及び／又は吐出側流路に易吸着成分濃度計６を配置して易吸着成分の濃度を測定し、基準値以上であれば易吸着成分高圧貯留槽５に回収し、基準値未満であれば回収しないように制御することで、易吸着成分高圧貯留槽５への難吸着成分の混入を防止することができる。
（３）回収工程を実施しなくても、易吸着成分高圧貯留槽５に貯留された易吸着成分を経路Ｌ１３を通じて製品ガスとして供給先の装置に供給すればよく、供給先の装置のプロセスを急に止める必要はない。また、次のサイクルで易吸着成分濃度計６によって測定される易吸着成分の濃度が基準を満たしていれば、（３）回収工程を実施して、易吸着成分高圧貯留槽５に易吸着成分を回収する。この場合、（３）回収工程は、易吸着成分高圧貯留槽５が所定の圧力に到達したら終了することにしていれば、前のサイクルで回収しなかった易吸着成分を後のサイクルで回収したこととなる。
易吸着成分濃度計６としては、例えば、超音波式濃度計又は特許第３６５５５６９号公報に記載された装置を使用することが好ましい。
このような問題点に対して、圧縮機４の流入側流路及び／又は吐出側流路に易吸着成分濃度計６を配置して易吸着成分の濃度を測定し、基準値以上であれば易吸着成分高圧貯留槽５に回収し、基準値未満であれば回収しないように制御することで、易吸着成分高圧貯留槽５への難吸着成分の混入を防止することができる。
（３）回収工程を実施しなくても、易吸着成分高圧貯留槽５に貯留された易吸着成分を経路Ｌ１３を通じて製品ガスとして供給先の装置に供給すればよく、供給先の装置のプロセスを急に止める必要はない。また、次のサイクルで易吸着成分濃度計６によって測定される易吸着成分の濃度が基準を満たしていれば、（３）回収工程を実施して、易吸着成分高圧貯留槽５に易吸着成分を回収する。この場合、（３）回収工程は、易吸着成分高圧貯留槽５が所定の圧力に到達したら終了することにしていれば、前のサイクルで回収しなかった易吸着成分を後のサイクルで回収したこととなる。
易吸着成分濃度計６としては、例えば、超音波式濃度計又は特許第３６５５５６９号公報に記載された装置を使用することが好ましい。
（３）回収工程：図４
バルブＶ３（Ｖ４）を閉止、バルブＶ１８を開放することで、圧縮機４で圧縮する易吸着成分低圧貯留槽２のキセノンを、易吸着成分高圧貯留槽５に送付する。なお、バルブＶ３を閉止することで、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）及び上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）にガスの流れがなくなり休止状態となる。（３）回収工程の時間は予め定められた時間で完了してもよいが、易吸着成分高圧貯留槽５の圧力が予め定められた値に達した時点で完了としてもよい。易吸着成分高圧貯留槽５が予め定められた圧力に到達した時点で完了とすることで、易吸着成分高圧貯留槽５の回収ガス量が都度増減しないようにできる。
バルブＶ３（Ｖ４）を閉止、バルブＶ１８を開放することで、圧縮機４で圧縮する易吸着成分低圧貯留槽２のキセノンを、易吸着成分高圧貯留槽５に送付する。なお、バルブＶ３を閉止することで、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）及び上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）にガスの流れがなくなり休止状態となる。（３）回収工程の時間は予め定められた時間で完了してもよいが、易吸着成分高圧貯留槽５の圧力が予め定められた値に達した時点で完了としてもよい。易吸着成分高圧貯留槽５が予め定められた圧力に到達した時点で完了とすることで、易吸着成分高圧貯留槽５の回収ガス量が都度増減しないようにできる。
圧縮機４は下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）及び上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）の吸着圧力まで昇圧する能力を有するため、易吸着成分高圧貯留槽５に回収する易吸着成分の圧力は、特許文献１（特開２００７－１３０６１１号公報）に記載された圧力変動吸着式ガス分離方法と比べてより高い圧力が得られるようになる。なお、（２）均圧減圧工程において、易吸着成分低圧貯留槽２～圧縮機４～下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）までの流路は、易吸着成分低圧貯留槽２の易吸着成分で充分に洗浄されている。そのため、（３）回収工程において、難吸着成分による汚染が無い、高純度の易吸着成分を易吸着成分高圧貯留槽５に送ることが可能である。
（２）均圧減圧工程中にバルブＶ１８を開放することで、（３）回収工程を（２）均圧減圧工程と同時に行ってもよい（図９）。（３）回収工程を（２）均圧減圧工程中に行うことで、運転時間をより短縮することができる。
（４）下部筒減圧工程：図５
バルブＶ３（Ｖ４）、バルブＶ５（Ｖ６）を閉止し、バルブＶ１１、バルブＶ１２（Ｖ１３）を開放する。これにより、（１）吸着工程～（２）均圧減圧工程間に下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に吸着されたキセノンは、易吸着成分低圧貯留槽２の差圧によって脱着し、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１２を介して、易吸着成分低圧貯留槽２に回収される。易吸着成分低圧貯留槽２に回収されたキセノンは並流パージガスとして上述した均圧減圧工程で使用される。この間、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）は、バルブＶ５（Ｖ６）、バルブＶ７（Ｖ８）、バルブＶ９が閉止されていることにより休止状態となる。
バルブＶ３（Ｖ４）、バルブＶ５（Ｖ６）を閉止し、バルブＶ１１、バルブＶ１２（Ｖ１３）を開放する。これにより、（１）吸着工程～（２）均圧減圧工程間に下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に吸着されたキセノンは、易吸着成分低圧貯留槽２の差圧によって脱着し、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１２を介して、易吸着成分低圧貯留槽２に回収される。易吸着成分低圧貯留槽２に回収されたキセノンは並流パージガスとして上述した均圧減圧工程で使用される。この間、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）は、バルブＶ５（Ｖ６）、バルブＶ７（Ｖ８）、バルブＶ９が閉止されていることにより休止状態となる。
なお、（３）回収工程の開始前において圧縮機４を通気するガス中の易吸着成分の濃度が予め定められた濃度に達していない場合、（３）回収工程をスキップし、（２）均圧減圧工程の完了後に（４）下部筒減圧工程を行うようにしてもよい。
（５）上部筒減圧工程：図６
バルブＶ１１を閉止し、バルブＶ５（Ｖ６）、バルブＶ１０を開放する。すると、（４）下部筒減圧工程において休止していた上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）と減圧を行った下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）の間に圧力差が生じることから、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）内のガスは下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に流入する。下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入されたガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）をパージしながら、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１１を介して原料ガス貯留槽１に回収される。原料ガス貯留槽１に回収されたガスは、経路Ｌ１から導入される原料ガスと再混合されて、（１）吸着工程時に再び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給される。
バルブＶ１１を閉止し、バルブＶ５（Ｖ６）、バルブＶ１０を開放する。すると、（４）下部筒減圧工程において休止していた上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）と減圧を行った下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）の間に圧力差が生じることから、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）内のガスは下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に流入する。下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に導入されたガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）をパージしながら、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１１を介して原料ガス貯留槽１に回収される。原料ガス貯留槽１に回収されたガスは、経路Ｌ１から導入される原料ガスと再混合されて、（１）吸着工程時に再び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給される。
（６）パージ再生工程：図７
バルブＶ１４（Ｖ１５）を開放する。難吸着成分貯留槽３に貯留した窒素は、向流パージガスとして、経路Ｌ８を介して、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入される。上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入された窒素は、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）下部に進むにつれて、吸着していたキセノンを置換脱着させる。脱着された比較的キセノンを多く含んだガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１１を介して原料ガス貯留槽１に回収される。
原料ガス貯留槽１に回収されたガスは、（５）上部筒減圧工程と同様に、経路Ｌ１から導入される原料ガスと混合されて、（１）吸着工程時に再び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給される。
ここで、向流パージガスに使用される窒素は、（１）吸着工程において上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から導出された窒素を、難吸着成分貯留槽３を介さず、直接（５）パージ再生工程を行っている上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）に導入してもよい。
バルブＶ１４（Ｖ１５）を開放する。難吸着成分貯留槽３に貯留した窒素は、向流パージガスとして、経路Ｌ８を介して、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入される。上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入された窒素は、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）下部に進むにつれて、吸着していたキセノンを置換脱着させる。脱着された比較的キセノンを多く含んだガスは、下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）、経路Ｌ９（Ｌ１０）、経路Ｌ１１を介して原料ガス貯留槽１に回収される。
原料ガス貯留槽１に回収されたガスは、（５）上部筒減圧工程と同様に、経路Ｌ１から導入される原料ガスと混合されて、（１）吸着工程時に再び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）に供給される。
ここで、向流パージガスに使用される窒素は、（１）吸着工程において上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）から導出された窒素を、難吸着成分貯留槽３を介さず、直接（５）パージ再生工程を行っている上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）に導入してもよい。
（７）均圧加圧工程：図８
バルブＶ１２（Ｖ１３）、バルブＶ１４（Ｖ１５）を閉止し、バルブＶ９を開放する。これによって、上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）内のガスは、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入される（均圧加圧操作）。上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入されるガスは窒素濃度が高いため、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）内のキセノンを上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）下部及び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）へ押し下げることができる。
バルブＶ１２（Ｖ１３）、バルブＶ１４（Ｖ１５）を閉止し、バルブＶ９を開放する。これによって、上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）内のガスは、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入される（均圧加圧操作）。上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）に導入されるガスは窒素濃度が高いため、上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）内のキセノンを上部筒１０Ｕ（１１Ｕ）下部及び下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）へ押し下げることができる。
（８）回収工程：図４
バルブＶ９を閉止することで、下部筒１１Ｂ（１０Ｂ）及び上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）にガスの流れがなくなり休止状態となる。なお、ここでバルブＶ６（Ｖ５）は開放状態となっているが、閉止してもよい。
バルブＶ９を閉止することで、下部筒１１Ｂ（１０Ｂ）及び上部筒１１Ｕ（１０Ｕ）にガスの流れがなくなり休止状態となる。なお、ここでバルブＶ６（Ｖ５）は開放状態となっているが、閉止してもよい。
以上、説明した８つの工程を下部筒１０Ｂと上部筒１０Ｕ、下部筒１１Ｂと上部筒１１Ｕで順次繰り返し行うことで、窒素の濃縮と、キセノンの濃縮を連続的に行うことができる。また、下部筒１０Ｂと上部筒１０Ｕで（１）吸着工程～（３）回収工程の工程を行っている間、下部筒１１Ｂと上部筒１１Ｕでは（４）下部筒減圧工程～（８）回収工程の工程が行われる。
また、一方で下部筒１０Ｂと上部筒１０Ｕで（４）下部筒減圧工程～（８）回収工程の工程を行っている間、下部筒１１Ｂと上部筒１１Ｕでは（１）吸着工程～（３）回収工程の工程が行われる。
また、経路Ｌ１からの原料ガスの導入、経路Ｌ７からの窒素の排出、経路Ｌ１３からのキセノンの導出は、工程によらず連続的に行われる。
また、一方で下部筒１０Ｂと上部筒１０Ｕで（４）下部筒減圧工程～（８）回収工程の工程を行っている間、下部筒１１Ｂと上部筒１１Ｕでは（１）吸着工程～（３）回収工程の工程が行われる。
また、経路Ｌ１からの原料ガスの導入、経路Ｌ７からの窒素の排出、経路Ｌ１３からのキセノンの導出は、工程によらず連続的に行われる。
表２は、上述した各工程における工程時間の占める割合の一例を示すもので、この例では１サイクルタイムを３００秒とした場合の各工程が占める工程時間（秒）を示している。
以上説明したように、本実施形態の圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置においては、新たな昇圧ポンプを使用することなく、回収した易吸着成分を回収前の下部筒１０Ｂ（１１Ｂ）圧力よりも高い圧力で供給することができる。
なお、吸着剤としてＣＭＳ等の速度分離型吸着剤を使用した場合には、易吸着成分高圧貯留槽５には窒素等が、難吸着成分貯留槽３にはキセノン等が回収されることになる。また、原料ガス中に、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＦ４等が含まれている場合には、予め別のＰＳＡ装置などによってこれらを前処理して除去するか、又はこれらガスは、製品キセノンに混じって導出されるので、後処理によって除去することが好ましい。後処理によるものでは、除去設備に小型の装置を用いることができる。
以下では実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明は後述する実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変形が可能である。
［実施例１］
＜実験方法＞
図１に概略を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００を使用して、次の運転条件にて２４時間の連続運転を行った。
なお、ガス体積は０℃、１気圧下の条件とする。
（１）原料ガス
キセノンと窒素の混合ガス ３．０Ｌ／ｍｉｎ
原料ガスの内訳：キセノン（易吸着成分；１０体積％） ０．３Ｌ／ｍｉｎ
窒素（難吸着成分；９０体積％） ２．７Ｌ／ｍｉｎ
（２）下部筒（１０Ｂ，１１Ｂ）及び上部筒（１０Ｕ，１１Ｕ）
ステンレス鋼管８０Ａ（外径８９．１ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ、内径８３．１ｍｍ）
充填剤充填高さ ５００ｍｍ（吸着剤として活性炭１．５ｋｇ充填）
（３）圧縮機４
ダイアフラム式圧縮機 ２５Ｌ／ｍｉｎ（吐出圧力 ８００ｋＰａ（ａｂｓ））
（４）易吸着成分高圧貯留槽
容積 ２．５Ｌ
（５）バルブの開閉状態
圧力変動吸着式ガス分離装置１００のバルブの開閉状態を、上記した表１に示すとおりとした。
＜実験方法＞
図１に概略を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１００を使用して、次の運転条件にて２４時間の連続運転を行った。
なお、ガス体積は０℃、１気圧下の条件とする。
（１）原料ガス
キセノンと窒素の混合ガス ３．０Ｌ／ｍｉｎ
原料ガスの内訳：キセノン（易吸着成分；１０体積％） ０．３Ｌ／ｍｉｎ
窒素（難吸着成分；９０体積％） ２．７Ｌ／ｍｉｎ
（２）下部筒（１０Ｂ，１１Ｂ）及び上部筒（１０Ｕ，１１Ｕ）
ステンレス鋼管８０Ａ（外径８９．１ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ、内径８３．１ｍｍ）
充填剤充填高さ ５００ｍｍ（吸着剤として活性炭１．５ｋｇ充填）
（３）圧縮機４
ダイアフラム式圧縮機 ２５Ｌ／ｍｉｎ（吐出圧力 ８００ｋＰａ（ａｂｓ））
（４）易吸着成分高圧貯留槽
容積 ２．５Ｌ
（５）バルブの開閉状態
圧力変動吸着式ガス分離装置１００のバルブの開閉状態を、上記した表１に示すとおりとした。
（６）サイクルタイム時間設定
１サイクルタイムを３００秒として各工程の工程時間を、上記した表２に示すとおりとした。
１サイクルタイムを３００秒として各工程の工程時間を、上記した表２に示すとおりとした。
＜実験結果＞
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。この時の結果は次のとおりであった。
・キセノン中の窒素濃度 １０００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９％
・窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
・易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ７００～７５０ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、易吸着成分高圧貯留槽５の圧力は７００～７５０ｋＰａ（ａｂｓ）であり、製品キセノンの供給圧力を７００ｋＰａ（ａｂｓ）以上で維持することが確認できた。また、製品キセノン純度９９．９％、キセノン回収率９９．９％と高く、いずれも優れていた。
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。この時の結果は次のとおりであった。
・キセノン中の窒素濃度 １０００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９％
・窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
・易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ７００～７５０ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、易吸着成分高圧貯留槽５の圧力は７００～７５０ｋＰａ（ａｂｓ）であり、製品キセノンの供給圧力を７００ｋＰａ（ａｂｓ）以上で維持することが確認できた。また、製品キセノン純度９９．９％、キセノン回収率９９．９％と高く、いずれも優れていた。
［比較例１］
＜実験方法＞
特許文献１（特開２００７－１３０６１１号公報）の実施例１と同様にして分離実験を行った。すなわち、図１０に概要を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１０１を使用して、０℃、１気圧下、次の運転条件にて２４時間の連続運転を行った。
（１）原料ガス
キセノンと窒素の混合ガス ３．０Ｌ／ｍｉｎ
原料ガスの内訳：キセノン（易吸着成分；１０体積％） ０．３Ｌ／ｍｉｎ
窒素（難吸着成分；９０体積％） ２．７Ｌ／ｍｉｎ
（２）下部筒（１０Ｂ，１１Ｂ）及び上部筒（１０Ｕ，１１Ｕ）
ステンレス鋼管８０Ａ（外径８９．１ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ、内径８３．１ｍｍ）
充填剤充填高さ ５００ｍｍ（吸着剤として活性炭１．５ｋｇ充填）
（３）圧縮機４
ダイアフラム式圧縮機 ２５Ｌ／ｍｉｎ（吐出圧力 ８００ｋＰａ（ａｂｓ））
（４）易吸着成分高圧貯留槽
容積 ２．５Ｌ
（５）バルブの開閉状態
以下の表３に圧力変動吸着式ガス分離装置１０１のバルブの開閉状態を示す。
＜実験方法＞
特許文献１（特開２００７－１３０６１１号公報）の実施例１と同様にして分離実験を行った。すなわち、図１０に概要を示す圧力変動吸着式ガス分離装置１０１を使用して、０℃、１気圧下、次の運転条件にて２４時間の連続運転を行った。
（１）原料ガス
キセノンと窒素の混合ガス ３．０Ｌ／ｍｉｎ
原料ガスの内訳：キセノン（易吸着成分；１０体積％） ０．３Ｌ／ｍｉｎ
窒素（難吸着成分；９０体積％） ２．７Ｌ／ｍｉｎ
（２）下部筒（１０Ｂ，１１Ｂ）及び上部筒（１０Ｕ，１１Ｕ）
ステンレス鋼管８０Ａ（外径８９．１ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ、内径８３．１ｍｍ）
充填剤充填高さ ５００ｍｍ（吸着剤として活性炭１．５ｋｇ充填）
（３）圧縮機４
ダイアフラム式圧縮機 ２５Ｌ／ｍｉｎ（吐出圧力 ８００ｋＰａ（ａｂｓ））
（４）易吸着成分高圧貯留槽
容積 ２．５Ｌ
（５）バルブの開閉状態
以下の表３に圧力変動吸着式ガス分離装置１０１のバルブの開閉状態を示す。
（６）サイクルタイム時間設定
１サイクルタイムを３００秒として各工程の工程時間を以下の表４に示すとおりとした。
１サイクルタイムを３００秒として各工程の工程時間を以下の表４に示すとおりとした。
＜実験結果＞
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。この時の結果は次のとおりであった。
キセノン中の窒素濃度 １０００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９％
窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ３８０～４３５ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、高回収率でキセノン回収できることが確認できた。しかし、製品キセノンの供給圧力は最大３５０ｋＰａ（ａｂｓ）程度と低かった。
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。この時の結果は次のとおりであった。
キセノン中の窒素濃度 １０００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９％
窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ３８０～４３５ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、高回収率でキセノン回収できることが確認できた。しかし、製品キセノンの供給圧力は最大３５０ｋＰａ（ａｂｓ）程度と低かった。
［実施例２］
＜実験方法＞
バルブＶ１８をダイアフラム式二方弁（メタルダイアフラムバルブ ＦＰＲ－ＮＤ－７１－９．５２、フジキン社製）からダイアフラム式三方分流弁（メタルダイアフラムバルブ ＦＰＲ－ＮＤＴＢ－７１－９．５２、フジキン社製）に変更して、実施例１と同じ条件で運転した。
＜実験方法＞
バルブＶ１８をダイアフラム式二方弁（メタルダイアフラムバルブ ＦＰＲ－ＮＤ－７１－９．５２、フジキン社製）からダイアフラム式三方分流弁（メタルダイアフラムバルブ ＦＰＲ－ＮＤＴＢ－７１－９．５２、フジキン社製）に変更して、実施例１と同じ条件で運転した。
＜実験結果＞
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。
・キセノン中の窒素濃度 ８００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９２％
・窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ７００～７５５ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、極めて高回収率でキセノン回収できることが確認できた。さらに、製品キセノンの供給圧力も７００ｋＰａ（ａｂｓ）以上で維持することが確認できた。
バルブＶ１８としてダイアフラム式三方分流弁を使用したことにより、易吸着成分高圧貯留槽に混入する難吸着成分が減少し、製品キセノンをより高純度にすることができた。
経路Ｌ７から導出された窒素濃度、経路Ｌ１３から導出されたキセノン濃度がほぼ一定に落ち着き、ほぼ循環定常状態に達した。
・キセノン中の窒素濃度 ８００ｐｐｍ・・・製品キセノン純度 ９９．９２％
・窒素中のキセノン濃度 １１０ｐｐｍ・・・キセノン回収率 ９９．９％
易吸着成分高圧貯留槽５の圧力 ７００～７５５ｋＰａ（ａｂｓ）
以上のとおり、極めて高回収率でキセノン回収できることが確認できた。さらに、製品キセノンの供給圧力も７００ｋＰａ（ａｂｓ）以上で維持することが確認できた。
バルブＶ１８としてダイアフラム式三方分流弁を使用したことにより、易吸着成分高圧貯留槽に混入する難吸着成分が減少し、製品キセノンをより高純度にすることができた。
本発明の圧力変動吸着式ガス分離方法及び圧力変動吸着式ガス分離装置は、半導体製品又は表示装置の製造設備に供給し、使用した後に排出される混合ガスから、キセノン等の高付加価値ガスを回収し、循環利用するための方法として有効活用することができる。そして、本発明の圧力変動吸着式ガス分離装置と、半導体製品又は表示装置の製造設備で形成される循環サイクルとの結合によって、半導体製造装置などで使用される高価な雰囲気ガスのコストを大幅に低減することができる。
１…原料ガス貯留槽、２…易吸着成分低圧貯留槽、３…難吸着成分貯留槽、４…圧縮機、５…易吸着成分高圧貯留槽、６…易吸着成分濃度計、１０Ｂ，１１Ｂ…下部筒、１０Ｕ，１１Ｕ…上部筒、２０…制御部、１００，１０１…圧力変動吸着式ガス分離装置、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９，Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５，Ｖ１６，Ｖ１７，Ｖ１８…バルブ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６，Ｌ１７，Ｌ１８…経路
Claims (10)
- 吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、を備える圧力変動吸着式ガス分離装置を使用し、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離方法であって、
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程と、
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程と、
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程と、
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｄ）を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収し、
前記工程（ｂ）の後に前記工程（ｃ）を行う、圧力変動吸着式ガス分離方法。 - さらに、
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程と、
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程と、
を有し、
前記工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスに基づいて順次繰り返し行うことによって前記原料ガス中の前記易吸着成分及び前記難吸着成分を同時に回収する、請求項１に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。 - 前記工程（ｃ）は前記易吸着成分高圧貯留槽が所定の圧力に到達したら終了する、請求項１又は２に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
- 前記圧縮機を通気するガス中の前記易吸着成分の濃度が前記工程（ｃ）の開始前において予め定められた濃度に達していなければ、前記工程（ｃ）をスキップし、前記工程（ｂ）完了後に前記工程（ｄ）を行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
- 前記易吸着成分低圧貯留槽は吸着剤が充填された容器である、請求項１～４のいずれか１項に記載の圧力変動吸着式ガス分離方法。
- 吸着剤と、前記吸着剤に対して易吸着性である易吸着成分及び前記吸着剤に対して難吸着性である難吸着成分を含む原料ガスと、を用い、
前記吸着剤を充填した下部筒及び上部筒と、少なくとも前記原料ガスを貯留する原料ガス貯留槽と、前記下部筒からの前記易吸着成分を貯留する易吸着成分低圧貯留槽と、前記易吸着成分を高圧にて貯留する易吸着成分高圧貯留槽と、前記原料ガス貯留槽又は前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に送る圧縮機と、前記上部筒からの前記難吸着成分を貯留する難吸着成分貯留槽と、制御部と、を備え、前記原料ガス中の前記易吸着成分と前記難吸着成分とを分離し、前記易吸着成分及び前記難吸着成分のそれぞれを回収する圧力変動吸着式ガス分離装置であって、
前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｄ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御し、
前記工程（ｂ）の後に前記工程（ｃ）を行う、圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。 - 前記制御部は、以下の工程（ａ）～工程（ｇ）の各工程を予め定められたシーケンスによって制御する、請求項６に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
（ａ）前記原料ガス貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記ガス中の前記易吸着成分を前記吸着剤に吸着し、前記下部筒からの前記易吸着成分が減少したガスを前記上部筒に導入し、前記易吸着成分が減少したガス中に含まれる前記易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着して、前記上部筒から流出してくる前記難吸着成分を前記難吸着成分貯留槽に回収する工程。
（ｂ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記下部筒に導入して、前記下部筒の前記吸着剤に共吸着された前記難吸着成分及び前記吸着剤の空隙に存在する前記難吸着成分を前記上部筒に導出し、前記下部筒から流入してきたガス中に含まれる易吸着成分を前記上部筒の前記吸着剤に吸着させて、前記上部筒から前記難吸着成分を導出させる工程。
（ｃ）前記易吸着成分低圧貯留槽からのガスを加圧して前記易吸着成分高圧貯留槽に回収する工程。
（ｄ）前記下部筒を減圧して、前記下部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を脱着させ、脱着してきた前記易吸着成分を前記易吸着成分低圧貯留槽に回収する工程。
（ｅ）前記上部筒を減圧して、前記上部筒の前記吸着剤に吸着したガスを脱着させ、脱着してきたガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してきたガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｆ）前記工程（ａ）において回収した前記難吸着成分を向流パージガスとして前記上部筒に導入し、前記上部筒の前記吸着剤に吸着した前記易吸着成分を置換脱着し、前記上部筒から流出してくるガスを前記下部筒に導入し、前記下部筒から流出してくるガスを前記原料ガス貯留槽に回収する工程。
（ｇ）前記工程（ｂ）において導出した前記難吸着成分を導入することで前記下部筒及び前記上部筒を加圧する工程。 - 前記圧縮機と前記下部筒が接続する流路に、一端が前記易吸着成分高圧貯留槽に接続する流路と接続する分岐バルブを有し、
前記分岐バルブに切替用三方ボールバルブ、ロータリーバルブ、三方分流型ベローズバルブ及び三方分流型ダイアフラムバルブから選択されるいずれか１つを使用する、請求項６又は７に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。 - 前記圧縮機の吸気側流路及び吐出側流路のいずれか一方の流路に、前記流路を流れるガス中の前記易吸着成分の濃度を測定する易吸着成分濃度計を有し、
前記制御部が前記易吸着成分濃度計の値に基づいて前記工程（ｃ）を実施しないように制御する、請求項６～８のいずれか１項に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。 - 前記易吸着成分低圧貯留槽は吸着剤が充填された容器である、請求項６～９のいずれか１項に記載の圧力変動吸着式ガス分離装置。
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