TWI354575B

TWI354575B - Pressure swing adsorption method and device theref

Info

Publication number: TWI354575B
Application number: TW095106232A
Authority: TW
Inventors: Tatsushi Urakami
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2011-12-21
Also published as: JP4898194B2; KR101296160B1; KR20080077107A; EP1949951A4; US20090107331A1; TW200718464A; US7824472B2; WO2007055035A1; JP2007130611A; EP1949951A1

Description

1354575 、九、發明說明： , 【發明所屬之技術領域】本發明係關於由含有氪、氙等高附加價值氣體之混合氣體’以高濃度、S目收率回收高附加價值氣體的方法以 -及裝置，例如用以回收電漿濺射裝置、電漿氧化裝置、電漿氮化裝置、電漿CVD裝置、反應離子蝕刻裝置等半導體製造裝置、顯不裝置（液晶顯示器等）之製造設備所排出之排氣中的高附加價值氣體的壓力變動吸附法以及裝置。鲁【先前技術】在製造半導體積體電路、液晶面板、太陽電池面板、磁碟等半導體製品的步驟中，係藉由在稀有氣體環境中利用高頻放電所產生的電漿進行各種處理。在上述處理中，以往係使用氬，但最近幾年為了進行更高度處理，而使及氙漸受矚目。但是’基於在大氣令的存在比以及分離步驟的複雜 _〖生，氪及氙係屬極為高價位的氣體，在作為環境氣體使用後，再放出至外部，會有產生成本顯著增加的問題。為了以較為經濟的方式實施使用上述高價氣體的步驟，以99% 以上的回收率回收使用後的稀有氣體，並加以循環利用即成極為重要的事。此外，為了再利用回收的稀有氣體，其濃度至少必須達到99.9%以上。自半導體製品、顯示裝置等之製造設備排出的排氣，主要是由環境氣體以及在該製造設備進行真空排氣時所導入的冲淨氣體（pUrge gas)所形成。此外，除上述氣體外， 5 317919 1354575 、還包含：根據半導體之製造方法而添加的氣體，例如，形、成氧化膜時的氧,氣、形成氮化膜時的氮以及氫或是氨、進行電漿CVD時的金屬氫化物系氣體、進行反應離子钱刻 .時的齒化碳氫系氣體、氦、以及氮等。此外，電聚處理所 -產生之反應副生成物’係包含水分、二氧化碳、氫、Ν〇χ、碳化氫等。一般而言，由混合氣體回收目的成分的方法中係以壓力變動吸附（PSA)法為人熟知。利用壓力變動吸附法的典鲁型性裝置，有氧氣PSA裝置、氮氣PSA裝置。上述典型 PSA裝置，係去除易吸附成分，而將難吸附成分作為製品予以回收。在氧氣PSA裝置中，係使用彿石作為吸附劑时去除為易吸附成分之氮氣，而回收為難吸附成分之氧氣。在氮氣PSA裝置中，係使用CMS(碳分子篩，⑶比仙 m〇lecular sieves)等作為吸附劑，去除為易吸附成分之氧氣，而回收為難吸附成分之氮氣。鲁上述典型PSA裝置，雖可使目的成分（難吸附成分）變為高濃度，但在解吸步驟中，殘留在吸附劑空隙、或作為共吸附成分殘留在吸附劑的難吸附成分，會與易吸附成分同時排出’因此無法以高回收率回收目的成分（難吸附成分）。為了以高濃度、高回收率回收目的成分，不僅需要濃縮目的成分，也必須儘量減少排氣中所包含的目的成分。亦即’若為由二成分形成之混合氣體時，則需要能夠以高遭度、高回收率回收各成分的氣體分離法。由混合氣體中採取複數之成分的方法，例如使用並流 317919 6 1354575 、沖淨軋體的pSA法，係揭示於Werner等之美國專利第、4,599,094號說明書中。在上述Werner等之PSA法中，係將原料氣體中的易 .吸附成分與難吸附成分同時作為製品予以回收，例如原料 .氣體為空氣時，可將易吸附成分之氮氣與難吸附成分之氧氣雙方作為製品予以回收。亦即，先利用高壓對吸附筒下部供給空氣，吸附為易吸附成分的氮氣，並由吸附筒上部導出為難吸附成分的氧氣。空氣的供給會在 •到達吸附筒上部前停止’接著由吸附筒下部供== 氣作為並流沖淨氣體。並流沖淨氣體的供給會持續到高濃度氮氣之吸附帶到達空氣的吸附帶前後為止。在此期間，會由吸附筒上部持續進行導出氧氣。藉由此並流沖淨氣體的供給’吸附筒内係由於為易吸附成分的氮氣而形成吸附飽和。由吸附筒上部導出的氧氣的一部分係作 /回收，剩下的氣體則作為逆流沖、淨氣體使用。接^於進 _打逆流減壓的同時，將氧氣導入吸附筒内作為逆流沖淨氣體並使其解吸，而將吸附於吸附劑之氮氣回收至氮氣儲存槽回收至氮氣製品槽的氮氣的一部分係作為製品予以回收，剩下的氣體則作為並流沖淨氣體使用。此外，在上述錢專利中’係揭示可以99.8%以上的滚度回收製品氮氣’而以90至93.6%的濃度回收氧氣。、此外，作為前述Werner等之美國專利第4,599,〇94號說明書所揭示之PSA法的改良方法，在等之美國° 專利第4,810,265號說明書、《—等之美國專利第 317919 7 1354575 良過步驟中之均壓方法與 M27,830號說明書中，揭示有改操作條件等的PSA法。在上述方法中，雖可提高為易吸附成分之氮氣濃度、 :收率，但為難吸附成分之氧氣卻無法如易吸附成分之氮氣一般以高濃度進行回收。基於上述問題，關於由混合氣體，以高濃度分別回收易吸附成分與難吸附成分之複數成分的方法，在Leavm 等之美國專利第5，G85,674號說明書或Zh(mg等之美國專利第6,500,235號說明書中係提出❹DuplexpsA的psA 法。該Duplex PSA法的特徵在於，對吸附筒中間供給原料氣體，並在吸附筒上部進行典型的psA法（濃縮難吸附成分的PSA法）’另外在吸附筒下部進行wils〇n之美國專利第4,359,328號說明書中的逆PSA法（濃縮易吸附成分的 PSA 法）。根據上述DuplexPSA法，係對經由高壓之吸附筒上部所獲得的難吸附成分進行減壓再導入低壓的吸附筒，而對經由低壓之吸附筒下部所獲得的易吸附成分進行加壓再導入高壓的吸附筒。亦即，使氣體在高壓與低壓之吸附筒之間循環。藉此，可在吸附筒上部濃縮難吸附成分，而在吸附筒下部濃縮易吸附成分。此外原料氟體係被導入吸附筒的中間部，製品氣體係回收吸附筒上部的部分回流氣體作為難吸附成分的製品，並回收吸附筒下部的部分回流氣體作為易吸附成分的製 8 317919 1354575 . 品。利用該Duplex PSA法，可均以高濃度、高回收率回收易吸附成分與難吸附成分。 % 但是，原料氣體中含有氫、氦時，由於氫、氦係幾乎 •不被吸附劑吸附之最強的難吸附成分，因此利用Duplex -PSA法時，會發生在易吸附成分之製品中混入有氫、氦的問題。此外，除了上述PSA法之外，關於以高濃度、高回收率回收目的成分的方法，尚有揭示於川井等之日本專利特 # 開2002-126435號公報中、組合了平衡分離型PSA法與速度分離型PSA法的PSA法。該PSA法係可藉由組合2個典型之PSA法（濃縮難吸附成分），回收2種成分作為製品。例如以氪與氮之混合氣體作為原料氣體時，係藉由以氪作為易吸附成分、以氮作為難吸附成分之平衡分離型PSA，回收為難吸附成分的氮。此外，藉由以氪作為難吸附成分、以氮作為易吸附成 $分之速度分離型PSA，回收為難吸附成分的氪。如此藉由使用特性相異的吸附劑，交替（cross)易吸附成分與難吸附成分，即可以高濃度同’時採取氮、氪。接著，各PSA裝置的排氣.，係全部回收至緩衝槽，與原料氣體混合再供給至各PSA裝置，因此，根據川井等的方法，可以氪濃度99.9%至99.99%、氮濃度97至99.9%回收氪與氮的混合氣體。但是，當原料氣體中含有為難吸附成分之氫、氦時，由於係使用回收難吸附成分之PS A法來回收氪，因此無法 9 317919 1^54575 %防止氫、氦混入氪侧。 ’[專利文獻1]美國專利第4,599,094號說明書 [專利文獻2]美國專利第4,81〇,265號說明書 [專利文獻3]美國專利第6,527,83〇號說明書 [專利文獻4]美國專利第5,〇85,674號說明書 [專利文獻5]美國專利第6,5〇〇,235號說明書 [專利文獻6]美國專利第4,359,328號說明書 [專利文獻7]日本特開2〇〇2_126435號公報 ❿【發明内容】 (發明所欲解決之課題）為了從排氣中回收、並再利用目的成分，必須將含在回收之混合氣體中的微量雜質、反應副生成物、沖淨氣體等不需要的成分去除。但是，如前所述，由於含在排氣中的不要成分為複數的情形較多，因此要以高濃度、高回收率回收高附加價值成分並不容易。 _ 但是’平衡分離型的吸附劑，容易由排氣中所含有的氦、氳、氧、氮、氬等中吸附氪、氙。此外，在不含氫、乱等分子彳至較小的成分時，由於氣、氣的分子徑大於氧、氮、氬等，故可選擇藉由使用細孔徑為〇.4nm左右之吸附劑、例如，Na-A型沸石、CMS等，對於氪、氙具有難吸附性、而對氮、氧、氬具有易吸附性的速度分離型的吸附劑。因此，最簡便的方法可採用：將氪、氙等目的成分濃縮成易吸附成分’而將其他成分匯集成難吸附成分以進行 10 317919 1354575 • 排氣的氣體分離方法，或是將目的成分濃縮成難吸附成 , 分’其他成分匯集成易吸附成分以進行排氣的氣體分離方法。此外’為了以高濃度、高回收率回收目的成分，需要：當目的成分為易吸附成分時，將包含在難吸附成分中的易 •吸附成分設成微量；而當目的成分為難吸附成分時，則將包含在易吸附成分中的難吸附成分設成微量的氣體分離法’亦即’可同時將易吸附成分與難吸附成分濃縮成高濃度的氣體分離法。 _ 但是’根據上述Werner等之美國專利第4,599,094號說明書所提出之PS A法，雖然可使易吸附成分形成較高濃度，但是對於難吸附成分的濃縮仍不夠充分。另外，根據 Duplex PSA方法，雖然在濃縮難吸附成分上很容易，但是若要將易吸附成分濃縮到99.9%以上則有困難。因此，在先則技術中，並未存在以高濃度且高回收率回收易吸附成分或難吸附成分的氣體分離方法，亦即並無符合本發明之 g目的的氣體分離方法。本發明係鑑於上述問題而研創者，其目的在提供一種新式PSA步驟，在以農度、高回收率回收包含在半導體製造裝置等之排氣中的氣、a等高附加價值氣體時，可同時將氙等易吸附成分與氮等難吸附成分濃縮成高濃度。 (解決課題之手段）為解決上述課題，本發明係提供一種第一似法，為用至夕3有2種主要成分的混合氣體作為原料氣體，使用對前述原料氣體之至少β主要成分具有易吸附 317919 •任，而對前述原料氣體之其他至少】種主要成分具有難吸、附性的吸附劑，使用具備有.充填有前述吸附劑的下部筒及上部筒、儲存導入至刖述下部筒的原料氣體的原料氣體儲存槽、儲 -存對前述吸附割具有易吸附性之主要成分的易吸附成分儲存槽、以及對來自前述原料氣體儲存槽或易吸附成分儲存槽的氣體進行加壓並導入前述下部筒之壓縮機的分離裝置，以回收對前述吸附劑具有易吸附性之易吸附成分，以 ►及對前述吸附劑具有難吸附性之難吸附成分者的pSA 法，具有： (a) 利用前述壓縮機加壓原料氣體儲存槽的氣體並導入至下部筒，將前述原料氣體中的前述易吸附成分吸附在前述吸附劑，並將來自下部筒之經減少前述易吸附成分的氣體導入至上部筒，再利用上部筒的吸附劑吸附包含在前述氣體中的易吸附成分，以回收由上部筒流出之前述難吸 >附成分的步驟； (b) 利用前述壓縮機加壓易吸附成分儲存槽的氣體並導入至前述下部筒’將共吸附在下部筒之吸附劑的難吸附成分與殘留在前述吸附劑空隙的難吸附成分導出上部筒，而使包含在由下部筒所流入之氣體中的易吸附成分吸附在上部筒的吸附劑，以回收由上部筒流出之難吸附成分的步 (c)使下部筒減壓，並使充填於下部筒之吸附劑所吸附的易吸附成分解吸，而將經解吸的易吸附成分回收到易吸 12 317919 1354575 . 附成分儲存槽的步騾；、（d)使上部筒減壓，並使充填於上部筒之吸附劑所吸附的氣體解吸，而將經解吸的氣體導入下部筒，並將由下部 .筒所流出之氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟； (e)將上述步驟（a)以及（b)所回收之難吸附成分作為逆流沖淨氣體而導入至上部筒，置換解吸上部筒之吸附劑所吸附的易吸附成分，並將上部筒所流出的氣體導入至下部筒，以藉由導入至下部筒的氣體使下部筒之吸附劑所吸附籲的易吸附成分置換解吸，並將由下部筒所流出的氣體回收至原料氣體儲存槽之步驟，而根據事先設定之順序，依序反覆進行上述步驟（&)至 (e) ’藉此同時以咼濃度、高回收率回收前述原料氣體中的易吸附成分及難吸附成分。前述步驟（b)，最好使用至少2個以上的下部筒與2個以上的上部筒，並包含下列步驟（丨）， • 步驟⑴：使完成步驟（b)的上部筒，與完成步驟（e)的其他上部筒之間連通，而將完成步驟（]3)之上部筒的氣體，導入至完成步驟（e)之其他上部筒，並將完成步驟（1?)之下部筒的氣體，導入至完成步驟（1))之上部筒，同時將易吸附成分儲存槽的氣體導入至上述下部筒的步驟，且，前述步驟（e)最好使用至少2個以上的下部筒與2個以上的上部筒，並包含下列步驟⑴，步驟(j):使完成步驟（e)的上部筒與完成步驟（b)的其他上部筒之間連通，而將完成步驟卬）之上部筒的氣體，導入 317919 13 1354575 …成步驟⑷之其他上部筒，並將完成步驟⑷之上部筒的、氣體’導入至完成步驟（e)之下部筒的步驟。前述步驟⑻最好使用至少2個以上的下部筒與上部 •筒，並包含下列步驟（g)， .步驟(g):使完成步驟⑷的上部筒，與完成步驟⑷的其他上部筒之間連通，而將完成步驟⑷之上部筒的氣體，導入至完成#驟⑷之其他上部《，並將完成步驟⑷之下部筒的氣體，導入至完成步驟⑻之上部筒，同時將易吸附成 •分儲存槽内的氣體導入至前述下部筒的步驟，且，前述步驟⑷最好使用至少2個以上的下部筒與上部筒’並包含下列步驟⑴，步驟⑴：使完成步驟⑷的上部筒與完成步驟(b)的宜他上部筒之間連通，而將完成步驟（b)之上部筒的氣體，導入 ^完成步驟⑷之其他上部筒，並將完成步驟⑷之上部筒的軋體，導入至完成步騾（e)之下部筒的步驟。 • 此外本發明，為解決上述課題係提供第二PSA法，為使用至/ 3有2種主要成分的混合氣體作為原料氣體，並使用對前述原料氣體之至少！種主要成分具有易吸附性，而對前述原料氣體之其他至少一種主要成分具有難吸附性的吸附劑，使用至少具備有：充填有前述吸附劑的下部筒及上部 :;儲存導入至前述下部筒之原料氣體的原料氣體儲存二儲存來自前述下部筒之易吸附成分的易吸附成分低壓堵存槽；對來自前述原料氣體儲存槽或易韻成分低壓儲 317919 14 1354575 ，存槽的氣體進行加壓並送至前述下部筒之壓縮機；儲存來 .自前述下部筒之易吸附成分的易吸附成分高壓儲存槽；以及儲存來自前述上部筒之難吸附成分之難吸附成分儲存槽 .的分離裝置，而回收對前述吸附劑具有易吸附性之易吸附 .成分’與對前述吸附劑具有難吸附性之難吸附成分的ps A 法，具備有： (a’）利用上述壓縮機加壓來自原料氣體儲存槽的氣體並導入至下部筒’將前述氣體中的前述易吸附成分吸附在 •前述吸附劑，並將來自下部筒之已減少前述易吸附成分的氣體導入至上部筒’再使包含於前述氣體中的易吸附成分吸附在上部筒的吸附劑，而將由上部筒所流出之前述難吸附成分回收至前述難吸附成分儲存槽的步驟； (b’ + i’）加壓來自易吸附成分低壓儲存槽的氣體並導入至前述下部筒’再將共吸附在下部筒之吸附劑的難吸附成分與殘留在前述吸附劑空隙的難吸附成分導出至上部鲁筒’使包含在從下部筒所流入之氣體中的易吸附成分吸附在上部筒的吸附劑，而使難吸附成分由上部筒流出，再使流出之難吸附成分導出至完成後述步驟（e，）之上部筒，以藉此使完成步驟（b’ + i’）的下部筒及上部筒減壓的步驟； (c’）使下部筒減壓，並使吸附在下部筒的易吸附成分解吸’而將解吸後的易吸附成分回收到易吸附成分高壓儲存槽，接著再使易吸附成分解吸，並將其回收至易吸附成分低壓儲存槽的步驟； (d’）使上部筒減壓，並使吸附在上部筒之吸附劑的氣 15 317919 1354575 -體解吸’而將解吸後的氣體導入至下部筒，再使由下部筒 ,所流出之氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟； (e’）將上述步驟（a)中所回收之難吸附成分作為逆流沖淨氣體而導入至上部筒，置換解吸吸附於上部筒之上述吸 •附劑的易吸附成分，並將由上部筒所流出的氣體導入至下部筒，以藉由導入至下部筒的氣體，使下部筒之前述吸附劑所吸附的易吸附成分置換解吸，而將由下部筒所流出的氣體回收至原料氣體儲存槽之步驟；以及 . (j )將上述步驟（b’ + i’）中所導出之難吸附成分導入至上部筒，藉此進行步驟（e’）後之上部筒與下部筒之加壓的步驟。藉由根據事先設定之順序，依序反覆進行上述步驟 (a )、（b + 1’）、（c’）、、（e’）及们，以同時回收前述原料氣體中的易吸附成分以及難吸附成分。在上述第二PSA法中，最好將前述（b，+ i，）或(j，）的步 _驟時間設成循環時間的1 〇至50%。在上述第一以及第二PSA法中吸附劑最好是根據平衡吸附量差而分離為易吸附成分與難吸附成分的吸附劑。根據上述平衡吸附量差而分離為易吸附成分與難吸附成分的吸附劑，最好是由活性碳、Na_x型沸石、Ca-X型沸石Ca-A型沸石及Li_x型沸石群組中所選擇之其令一種。此外，上述吸附劑的易吸附成分最好是氪或氙，而難吸附成刀最好是包含氧、t、及氨之其中一種的氣體。 317919 16 1354575 . 此外，上述吸附劑最好是根據吸附速度差而分離為易 • 吸附成分與難吸附成分的吸附劑。根據吸附速度差而分離為易吸附成分與難吸附成分的 •吸附劑的細孔徑，最好是〇.4nm左右。此外’上述吸附劑的難吸附成分最好是氪或氙，而易吸附成分最好是包含氧、氮、及氬之其中一種的氣體。此外，在本發明中，為解決上述課題，係提供一種第一 PSA裝置’使用至少含有2種主要成分的混合氣體作為 _原料氣體，並使用對前述原料氣體之至少i種主要成分耳有易吸附性’而對前述原料氣體之其他至少1種主要成分具有難吸附性的吸附劑，至少具備有：充填有前述吸附劑之下部筒及上部筒；儲存導入至前述下部筒之原料氣體的原料氣體儲存槽；儲存來自前述下部筒之易吸附成分的易吸附成分儲存槽；對來自前述原料氣體儲存槽或易吸附成分低壓儲存槽的氣體 φ進行加壓並送至前述下部筒的壓縮機；儲存來自前述上部筒之難吸附成分的難吸附成分儲存槽；以及控制部，且使原料氣體中的易吸附成分與難吸附成分分離，以進行回收。在上述第PSA裝置中，原料氣體儲存槽或易吸附成分儲存槽，最好具有由外部補充易吸附成分的機構。在上述第一 PSA裝置中，上述原料氣體儲存槽或難吸附成分儲存槽，最好具有由外部補充難吸附成分的機構。一此外’在本發明中，為解決上述課題，乃提供一種第 - PSA裝置’該PSA褒置係使用至少含有2種主要成分 317919 17 1354575 广氣體’並使用對前述原料氣體之至少少βίίΓ 附性’而對前述原科氣體之其他至種主要成分具有難吸附性的吸附劑，儲^少具備有：充填有前述吸附劑之下部筒及上部筒；存部筒之原料氣體的原料氣體儲存槽；儲述下。Ρ同之易吸附成分的易吸附成分低壓儲存 =對來自前述原料氣體儲存槽^吸附成分低壓儲存槽、、乳體=行加壓並送至前述下部筒的I缩機；儲存來自前述^部筒之易吸附成分的S吸附成分高壓儲存槽；儲存來自刖述上部筒之難吸附成分的難吸附成分儲存槽；以及控制部’且原料氣體中的易吸附成分與難吸附成分分離，以進行回收者， …其中，前述控制部，係藉由事先設定之順序而控制下述步驟（a’）、（b’ + i’）、（e’）、（d，）、（e’）以及(j，)之各步驟，、（a )利用上述壓縮機加壓來自原料氣體儲存槽的氣體 ^導入至下部筒，將前述氣體中的前述易吸附成分吸附在前述吸附劑，並將來自下部筒之經減少前述易吸附成分的氣體導入至上部筒，再使包含於前述氣體中的易吸附成分吸附在上部筒的吸附劑，而將由上部筒所流出之前述難吸附成分回收至前述難吸附成分儲存槽的步驟； (b’ + i’）加壓來自易吸附成分低壓儲存槽的氣體並導入至削述下部筒’再將共吸附在下部筒之吸附劑的難吸附成分與殘留在前述吸附劑空隙的難吸附成分導出至上部筒’使包含在從下部筒所流入之氣體中的易吸附成分吸附 18 317919 1354575 .在上部筒的吸附劑，而使難吸附成分由上部筒流出，再使 • /7IL出之難吸附成为導出至完成後述步驟（e，）之上部筒，以藉此使完成步驟（b’ + i’）的下部筒及上部筒減壓的步驟； (c )使下部筒減壓，並使下部筒所吸附的易吸附成分 •解吸，而將解吸後的易吸附成分回收到易吸附成分高壓儲存槽之後，接著再使易吸附成分解吸，並將其回收至易吸附成分低壓儲存槽的步驟； (d，）使上部筒減壓，並使吸附在上部筒之吸附劑的氣 •體解吸，而將解吸後的氣體導入下部筒，再使由下部筒所机出之氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟； (e，）將在上述步驟（a，）中所回收之難吸附成分作為逆流沖淨氣體’導入至上部筒，置換解吸上部筒之前述吸附劑所吸附的易吸附成分，並將由上部筒所流出的氣體導入至下部筒，以藉由導入至下部筒的氣體使下部筒之前述吸附劑所吸附的易吸附成分置換解吸，而將由下部筒所流出 _的氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟； (Γ)藉由將在上述步驟（b，+ i，）中所導出之難吸附成分 t入至上部筒，以進行步驟(e，)後之上部筒與下部筒的加妲祕在上述第卩及第一 PSA裝置中’前述吸附劑最好是平衡吸附量差而分離為易吸附成分與難吸附成分的吸附劑。上述吸附劑最好是由活性碳、Na_x型沸石、Ca_x型，石、Ca-A S彿石、Li_x型沸石所選擇之其中一種吸附 337919 19 1354575 劑。八盘2ΓΓ劑最好是根據吸附速度差而分離為易吸附成刀與難吸附成分的吸附劑。，在上述第：PSA裝置中，前述控制部最好將前述（b， + 1)或(j)的步驟時間控制在循環時間之1〇至5〇% 。 (發明效果） ° ° 产根據本發明之PSA法以及裝置，可由半導體製造裝置等所排出之混合氣體，以高濃度、高回收率有效回收昂貴 1目的成分。因此可再利用在半導體製造裝置等所使用的環境氣體，而得以大幅降低成本。此外，亦可降低裝置的初期成本。 t 此外，特別在第二PSA法中，由於係由易吸附成分高壓儲存槽導出作為製品氣體的易吸附成分，因此即使不使用追加的壓縮機，亦可藉由適當設定易吸附成分高壓儲存槽的容量，維持供應對象所要求的製品氣體壓力。 $ 【實施方式】本發明之PSA法係利用吸附劑之選擇性的氣體分離方法。吸附劑之被吸附氣體的選擇性，係受平衡吸附量或是吸附速度之差異的影響。作為平衡分離型吸附劑（具有因平衡吸附量之差異而導致之選擇性的吸附劑）的活性碳，係吸附氮之10倍以上的氙（298K、l〇〇kPa)。此外，在速度分離型吸附劑（具有因吸附速度之差異而導致之選擇性的吸附劑）的碳分子篩（CMS)中，氧與氮的吸附速度比在15左右0 20 317919 1354575 • 在本發明之PSA法中，對吸附劑具有易吸附性的易吸 .附成分，係指活性碳中的氙、CMS中的氧，而對吸附劑具有難吸附性的難吸附成分，係指活性碳中的t c細中的 .氮。此外，易吸附成分以及難吸附成分會隨著所使用之吸附劑而不同，當吸附劑不同時會有使易吸附成分變為難吸附成分，難吸附成分變為易吸附成分之情形。例如，使用活性碳、Na-X型滞石、Ca_x型滞石、Ca_A型滞石、以及 L卜X型沸石等之平衡分離型作為吸附劑時，易吸附成分有··氣、氪等，而難吸附成分有··氮、氫、氛、氯、氧等。此外卩Na_A型 >弗石、CMS等速度分離型吸附劑作為吸 :劑時，易吸附成分有：氮、氧及氬等，而難吸附成分有：氪、氙等。另參照圖式，說明本發明之第一 pSA法。第】圖顯示可實施本發明之fPSA法之第—pSA裝置的概略構成圖。該PSA裝置係具備：儲存包含目的成分，以及至少！分的藏合氣體作為原料氣體的原料氣體儲存槽 1，儲存易賴成分之r附成分儲存槽2; 分之難吸附成分儲存槽3;1 缩原料氣體儲存槽丨或易= 附成分儲存槽2的氣體之壓縮機4 ; &縮易吸附成分儲存槽2之氣體的廢縮機5;以及下部筒_及u 10U及11U的4個吸附筒。工°丨同符號L1係將原料氣體導入原料氣體儲存槽i之路卜符號L2係將原料氣體儲存槽1的氣體導出至I職4 317919 21 1354575 - 之路徑。 k 符號L3係將易吸附成分儲存槽2的氣體導出至壓縮機4之路徑。符號L4係將來自壓縮機4之氣體導入下部筒1〇B之路杈’L5係將來自壓縮機4之氣體導入下部筒11B之路徑。符號L6係將來自上部筒10U以及11XJ之氣體導入難吸附成分儲存槽3，或將難吸附成分儲存槽3的氣體導出至上部筒10U以及liu之路徑。付號L7係將來自難吸附成分儲存槽3的難吸附成分提供至裝置系外之路徑。符號L8係將來自難吸附成分儲存槽3之難吸附成分作為逆流沖淨氣體導入上部筒10U以及ιιυ之路徑。符號L9係將來自下部筒1〇b的氣體，另符號L10係將來自11B的氣體送回原料氣體儲存槽1或易吸附成分儲存槽2之路徑。 | 符號L11係將來自下部筒1〇B以及11B的氣體，送回原料氣體儲存槽1之路徑。符號L12係將下部筒10B以及11B的氣體，送回易吸附成分儲存槽2之路經。符號L13係將來自易吸附成分儲存槽2的易吸附成分提供至裝置系外之路徑。符號L14係在上部筒1 〇u與11U之間進行均壓之均壓線。此外，在下部筒1〇B、11B以及上部筒10U、11U中 317919 22 1354575 充填有：對原料氣體中的目的成分具有易吸附性或難吸附性’對於目的成分以外的成分具有難吸附性或易吸附性之吸附劑。接著，使用上述第一 PSA裝置，說明本發明之第一 PSA法之實施形態的一例。在此實施例之psa法中，係例示主要成分為氙，以及含其他主要成分之氮的情形。此外，充填於下部筒10B以及11B、上部筒1〇u以及11U之吸附劑，係顯示使用平衡分離型吸附劑之活性碳的情形。活性碳係作為平衡吸附量，具妓的吸附量多（易吸附性），氮的吸附量少（難吸附性）的性質。 —第2圖，係顯示f-PSA法之半循環步驟圖，如以下所示’係由〈吸附步驟 > —〈沖潘丰淨步驟〉的2個步驟構成。中㈣的開閉狀態係以表1所示方式進行操作。

吸附步驟清洗步驟 VI 〇 X V2 X 〇 V3 〇〇 V4 X X V5 〇〇 V7 —〇〇~~ V8 X X V9 X 1 — — X 〇......開放狀態 x……閉止狀態 (a)〈吸附步驟〉 317919 23 1354575 - 以壓縮機4壓縮來自原料氣體儲存槽丨的混合氣體， • 再經由路徑L2以及L4 ’提供至下部筒1〇b。同時，將儲存於難吸附成分儲存槽3的氮氣，經由路徑L6導入至上 •部筒10U(亦可關閉閥V7，僅藉由供給來自原料氣體儲存 • 槽1的混合氣體進行加壓）。由於下部筒10B與上部筒1 〇u之間，係藉由開放間 V5使其流通，因此下部筒1 〇B與上部筒〗〇u，係上升至大致相同的壓力。此外，原料氣體儲存槽丨的混合氣體係 _經由路徑L1導入的原料氣體；以及利用後述之上部筒減壓步驟、沖淨再生步驟而由下部筒10B或11B排出的氣體的混合氣體。 k供至下部筒10B的混合氣體’係隨著進入下部筒 10B上部，氙會優先性地被吸附，而氮會在氣相中被濃縮。經濃縮的氮係由下部筒10B導入上部筒1 〇u，在上部筒 ίου中’含於氮中的微量的氙會再次被吸附。上部筒ι〇υ 鲁的壓力高出難吸附成分儲存槽3的壓力後，在上部筒ι〇υ 中再度經過濃縮的氮，會經由路徑L6，導出至難吸附成分儲存槽3。難吸附成分儲存槽3的氮之依照原料氣體中所包含之氮的流量的流量’係由路徑L7排出於襄置系外，剩餘的氣體則作為沖淨再生步驟之逆流沖淨氣體來使用。 (b)〈沖淨步驟〉

_藉由關閉閥VI ’開放閥V2，使導入至下部筒ιοΒ的氣體變更為易吸附成分儲存槽2的氙。藉由將來自易吸附成分儲存槽2的氙導入至下部筒10B，共吸附於下部筒10B 317919 24 ^54575 二：劑：氮與存在於吸附劑空隙間的氮會被押 =，使下部筒·内因吸附氣而吸附餘 :=_將氮導出至難吸附成分儲如。難;

排的氮，與⑷〈吸附步驟〉相同，部分會被 =置系外，而剩餘的氣體則作為逆流沖淨氣體使用。弟3圖係顯示上述PSA法之料半循環步驟的圖如步：所不’係由⑷〈下部筒嶋驟〉—⑷〈上部筒減塵 * ―⑷〈沖淨再生步驟〉的3個步驟構成。此外，在期^筒咖與上部筒卿進行第2圖所示之先前2步驟的驟。曰’下部筒11B與上部筒1117則進行第3圖所示之3步此外’該第3圖之各步驟中的閥的開閉狀態，係以表所示之態樣進行操作。【表2】 "^部筒減壓上部筒減壓 \r 1 7Γ 沖淨再生 X 〇〇 VT7~— X 〇〇一 \r 〇 X X -- X X X V13 〇〇〇 > X X X X X 〇〇……開放狀態 X ......閉止狀態 (e)〈下部筒減壓步驟〉關閉閥V6、V10 ’開放閥vil、V13。藉此方式，在 25 317919 .前述⑷至⑻之步驟間吸附於下部筒UB的氣會因下部、筒nB與易吸附成分儲存槽2之間的差麼，而經由路徑 u〇、L12’回收至易吸附成分儲存槽2。回收至易吸附成分儲存槽2的氣之依照包含於原料氣體中的氣的流量，係 .利用愿縮機5進行加壓，再經由路徑L3採用為製品。剩餘的氤則作為並流沖淨氣體，使用在（b)〈沖淨步驟〉。盆間，上部筒nu係因閥V6、…的關閉而呈休止狀態。/、 (d) 〈上部筒減壓步驟〉鲁襲閥VU ’開放閥V6、V10。如此一來，由於在⑷ 〈下部筒減壓步驟〉中呈休止狀態的上部筒nu與進行過減壓的下部筒11B之間會產生壓力差，故上部筒uu内的氣體會流入下部筒11B。被導入至下部筒11B的氣體，係在沖淨下部筒11B内的同時’經由路徑Li〇、lii，回收至原料氣體儲存槽1。被回收至原料氣體儲存槽i的氣體，與經由路徑L1而導入的原料氣體會再次混合，而在（a)〈吸魯附步驟〉時再次提供至下部筒。 (e) 〈沖淨再生步驟〉開放閥V15。儲存於難吸附成分儲存槽3的氮，係作為逆流沖淨氣體’經由路徑L8，被導入至上部筒1 ιυ。導入至上部筒11U的氮，係隨著進入吸附筒下部，而置換解吸所吸附的氙。經解吸之包含較多氙的氣體，係經由下部筒11B、路徑L10以及L11，回收至原料氣體儲存槽1。被回收至原料氣體儲存槽1的氣體，與〈上部筒減壓步驟〉相同’係與經由路徑L1而導入之原料氣體混合，而 26 317919 1354575 於（a)〈吸附步驟〉時再次提供至下部筒。在此’使用在逆流沖淨氣體的氮，亦可不經由難吸附成分儲存槽3，而直接將在（a)〈吸附步驟〉，或〈沖淨，驟〉中由上部筒10U導出的氮，導入至正在進行（e)〈沖淨再生步驟〉的上部筒。藉由下部筒10B、上部筒10U以及下部筒 .,----…八•口 r问“以-丄α卜 :U依序反覆進行以上說明的5個步驟，可連續進行氮的濃縮與氙的濃縮。、在利用下请10Β與上部冑1 ου進行（a)〈吸附步驟〉至⑻〈沖淨步驟〉的步驟的期間，在下部筒⑽與上部筒 11U中’係進行（C)〈下部筒減墨步驟〉至⑷〈上部筒減壓步驟〉至(e)〈沖淨再生步驟〉的步驟。在利用下部冑10B與上部冑而進行⑷步驟〈下部筒厂i步驟〉至⑷〈上部筒減壓步驟〉至⑷〈沖淨再生步驟〉的步驟的期間，IA g 〈吸附牛赖、上部筒llu中，係進行⑷ 附父驟〉至⑻〈沖淨步驟〉的步驟。、匕外&路徑L1之導入原料氣體，由路徑L7之排出曰曰以^由路# L13之導出氣’係、不依照步驟連續地進行。備：^用PSA法之半導體製品，或顯示裝置的製造設料氣體irr頻繁地發生無f使用4的狀況，亦即形成原之=自該製造設備的排氣不會流入的情況。在上述、》A 用本PSA裝置’藉由將由路徑L7導出之氮，以及由路徑L13道>«=· 示），即可錐^ ί 至原料氣體儲存槽Κ未圖 /供給製^氣體的狀態並使其形成供給停 317919 27 1354575 • ϊ狀態。，”此外，如以下說明，藉由在清洗步驟之後進行均壓減壓步驟，而在沖淨再生步驟之後進行均壓加壓步驟，即可 •達到加壓動力省力化。 • (i)以及（g)〈均壓減壓步驟〉關閉閥V7，開放閥V9。上部筒10U的氣體係利用上邛筒ίου與ιιυ的壓力差，經由路徑L14而導入至上部筒 uu。藉此，由於降低上部筒1〇u的壓力（均壓減壓操作卜 •因此下部筒10B内的氣體係被導出至上部筒1〇u。藉由該操作，微量殘留於下部筒10B之吸附筒上部的氮，係藉由因減壓而解吸的氙而被沖動，並導入至上部筒1〇u。該期間，持續進行來自易吸附成分儲存槽2之氙的供給。 C0〈均壓加壓步驟〉 ^關閉閥V13以及V15，開放閥V9。藉此，可將上部筒10U内的氣體導入至上部筒nu。導入至上部筒uu的 •氣體具有較高的氮濃度，因此可將上部筒11U内的氙壓入上部筒下部以及下部筒11B(均壓加壓操作第4圖係顯示在（a)〈吸附步驟〉至（b)〈清洗步驟〉中，加入⑴〈加壓減壓步驟〉之PSA法的半循環步驟。第5圖係顯示在（c)〈下部筒減壓步驟〉至（句〈上部筒減塵步驟〉至⑷〈沖淨再生步驟〉巾，加人⑴〈均壓加壓步驟 >.之另一半循環步驟。义此外，在下部筒10B與上部筒10U進行第4圖所示之先前的3步驟的期間，係在下部筒1ΪΒ與上部筒uu中進 317919 28 4于g ^ 圖所不之4步驟。此外，第4圖或第5圖之各步驟吸附步驟清洗步驟均壓減壓 —— \ r -- 〇 X X X 〇〇 ------- \fli 〇〇〇 ^_ \7c X X X V5 〇 δ 〇〇〇 y v^~ _^_ ------ ——^_ X X X 〇〇......開放狀態 X……閉止狀態的閥的開閉狀態，係依照表3或表4所示態樣進行操 L表3】、【表4] 1--— — try- 下部筒減壓上部筒減壓沖淨再生 i 句壓jju V6 X 〇〇〇 V10 X 〇〇 ___* χ Vll 〇 X X y V12 X X X χ V13 「〇〇 δ~ V14 X X —x 一 χ V15 X X 〇~~ — χ ......開放狀態 ……閉止狀態藉由在下部筒10B以及上部筒10U、下部筒nB以及上部筒11U中依序反覆進行以上說明的7個步驟，π連續地進行氮的濃縮以及氙的濃縮。 317919 29 1^^4575 亦即，在利用下部筒〗〇B與上部筒1 〇u，進行（a)〈吸附步驟〉至（b)〈清洗步驟〉至⑻〈均壓減壓步驟〉的期間，二J用下。p筒11B與上部筒uu，進行⑷〈下部筒減壓步驟〉至（d)〈上部筒減壓步驟〉至（e)〈沖淨再生步驟〉至〈均壓加壓步驟〉。 /此外，另一方面，在利用下部筒1〇B與上部筒l〇u，進仃（c)〈下部筒減壓步驟〉至（d)〈上部筒減壓步驟〉至（e) 〈中淨步驟〉至⑴〈均壓加壓步驟〉的期間，亦可利用下邠筒11B與上部筒uu，進行⑷〈吸附步驟〉至⑷〈均壓減壓步驟〉至（b)〈清洗步驟〉。此外，以上的7個步驟中，可省略（b)〈清洗步驟〉，而設成6個步驟。本發明之第一 PSA法以及裝置，可回收供給至前述製造設備之氙等，而進行循環利用。此外，氙經常會由本PSA 裝置與前述製造設備所形成之循環週期，連同作為排氣排出至系統外的氮一同排出而減少。因此，為長期進行穩定的運轉，必須補充對應與氮同時排出的氙的量。因此，在本PSA裝置中，係藉由自高濃度氙儲存瓶等的外部，將氙補充至原料氣體儲存槽丨或易吸附成分儲存槽2(未圖示）’而使氙的循環週期能保持穩定地運轉。本發明之第一 PSA裝置的運轉，例如係利用在加壓下吸附易吸附成分，而在常壓下解吸易吸附成分之常壓再生 PSA法來進行運轉。但是，在常壓下進行易吸附成分之吸附，並利用真空泵等在大氣壓力以下解吸易吸附成分的真 317919 30 1^^4575 ‘空壓力變動吸附法（VPSA法），亦可適用本氣體分離方法。 , 此外，本發明之目的在提供一種可連續以高濃度、言回收率回收目的成分的PSA法及其裝置。以下，進一步: 細說明本氣體分離法對該目的之有效性。：去除易吸附成分而將難吸附成分作為製品予以回收的八的PSA法、去除難吸附成分而將易吸附成分作為口予以回收之逆PSA法、組合上述psA法之Duplex psA = 等，不淪是何種方法，均是在加壓下進行吸附易吸附成分、 •解吸難吸附成分的步驟（以下，將吸附易吸附成分的步驟稱為「吸附步驟」）’而在減壓下進行吸附難吸附成分、解吸易吸附成分的步驟（以下，將解吸易吸附成分的步驟稱為「再生步驟」）。在加壓下進行吸附步驟，吸附筒内的氣體流速相較於再生步驟會相對地變慢。另在減壓下進行再生步驟，吸附筒内的氣體流速相較於吸附步驟會相對地變快。由於該氣 φ體流速的不同，使得在各步驟中形成於吸附筒内之吸附帶的長度產生變化。在氣體流速較慢的吸附步驟中，吸附帶的長度變得較短，而在氣體流速較快的再生步驟中，吸附 π的長度變得較長。基於該理由，在同時取得易吸附成分與難吸附成分雙方之Duplex PSA法中，雖較容易取得高濃度的難吸附成分，卻不易取得高濃度的易吸附成分。因此’為了使用Duplex PSA法，以取得與難吸附成刀大致相同之兩漠度的易吸附成分，必須在吸附步驟與再生步驟中縮小氣體流速的差，亦即，除了儘可能地縮小吸 317919 31 1354575 * 附步驟與再生步驟之間的壓力差之外別無他法。但是，該，手段會導致吸附筒尺寸加大，故較不經濟，因此只能作到使易吸附成分的濃縮低於難吸附成分的濃縮。亦即，無法取得相同高濃度之易吸附成分與難吸附成分。此外，含有 • 氫、氦時，由於氫、氦不會被吸附劑所吸附，且較其他成分快速移動於吸附劑充填層，因此不易回收不含為難吸附成分之氫、氦的易吸附成分。並流沖淨製程係一種將在再生步驟中解吸之易吸附成 _分儲存於易吸附成分儲存槽，藉由儲存於易吸附成分儲存槽之易吸附成分清洗完成吸附步驟的吸附筒，而使易吸附成分變為向濃度之方法。在並流沖淨製程中，為了採取濃度極高的易吸附成分，在將易吸附成分回收至易吸附成分儲存槽前，必須使吸附筒内的難吸附成分流出吸附筒外部’亦即必須使吸附帶全部流出吸附筒外部。但是，使吸附帶流出吸附筒外部的操作，會導致難吸籲附成分的濃度降低，或是，將同時包含多量難吸附成分、易吸附成分之混合氣體予以排氣，總之無論如何均無法避免降低易吸附成分的回收率。反之，提高易吸附成分之回收率，可藉由不使吸附帶流出吸附筒外部之方式來容易實現，但是，此時，無法避免易吸附成分之氣體濃度降低。因此，即使在並流沖淨製程中，亦難以同時回收高濃度之易吸附成分與難吸附成分。在本發明之第一 PSA法中，首先在〈吸附步驟〉中，利用壓縮機4加壓原料氣體儲存槽丨的氣體，再供給至下 317919 32 1354575 部筒。藉由在加壓下進行’含於供應氣體中的易吸附成分係被吸附在下部筒的吸附劑。亦即，導人至原料氣體槽1之原料氣體中的易吸附成分，與回送至〈上部筒減壓步驟〉、〈沖淨再生步驟〉間的易吸附成分係吸附在下部筒的吸附劑。〈,吸附步驟〉係進行到以原料氣體儲存槽丨之氣體濃度所形成之第1吸附帶，由下部筒移動至上部筒為止(參照 ^圖之「顯示完成吸附步驟時之吸附劑充填層的氣濃= 分布模式圖」）。接著，進行將壓縮機4所供給之氣體，切換成儲存易吸附成分之易吸附成分儲存槽2内的氣體，而將易吸附成分供給至下部筒的〈清洗步驟〉。藉由供、，，α易吸附成分，共吸附於下部筒之吸附劑的難吸附成分與存在於吸附劑空隙的難吸附成分，係被推出至下部筒上冑以及上部筒。〈清洗步驟〉係將供給易吸附成分而形成的第2吸附帶，持續至到達下部筒的上部為止(參照 =7圖之「顯示完成清洗步驟時之吸附劑充填層的氙濃度分布模式圖」）。藉由該〈清洗步驟〉，即可使下部筒的大部分充滿易吸附成分。接著，進行將上部筒的氣體供給至已進行過再生步驟之另一方的上部筒的〈均壓減壓步驟卜藉由該操作，使吸附於吸附劑的氣體解吸’經過解吸的氣體，由下部筒被導 )至上部筒，再由上部筒導入至另一方的上部筒。藉由上 =方式所形成之上昇流，殘留於下部筒之上部之難吸附成刀係藉由已解吸之易吸附成分而移動至上部筒，亦即，下 317919 33 j354575 •部筒内幾乎完全充滿易吸附成分而呈飽和狀態（參照第8 ，圖之「顯示完成均壓減壓步驟時之吸附劑充填層的氙濃度分布模4圖」）。該〈均愿減壓步驟〉巾，藉由急速的上^ 流使第/1吸附帶與第2吸附帶合流而形成的第3吸附帶的刖部，係持續至到達上部筒上部為止（參照第8圖之「顯示完成均壓減壓步驟時之吸附劑充填層的氙濃度分布模式圖」）。藉由以上一連串的操作，可使下部筒内因幾乎完全充 •滿易吸附成分而呈吸附飽和狀態。吸附於下部筒内的易吸附成分，係在〈下部筒減壓步驟〉中，利用減壓而回收至易吸附成分儲存槽2。回收至易吸附成分儲存槽2的氣體，可採取其中一部分作為製品氣體或排氣氣體，剩餘的氣體則在〈清洗步驟〉中作為並流沖淨氣體來使用。在易吸附成分回收至易吸附成分儲存槽時，因下部筒内幾乎完全被易吸附成分充滿，而且由於不進行難吸附成分之沖淨操 _作，故得以極南的濃度將易吸附成分回收至易吸附成分儲存槽。在上述〈吸附步驟〉、〈清洗步驟〉、〈均壓減壓步驟〉的步驟中，流出至上部筒10U(或iiu)之易吸附成分，係由充填於上部筒10U(或liu)的吸附劑所吸附。此外，吸附於上部筒10U(或11U)之易吸附成分，係在〈上部筒減壓步驟〉以及〈沖淨再生步驟〉中，全部被回收至原料氣體儲存槽1。與自易吸附成分儲存槽2所採取之易吸附成分大約等量的易吸附成分，係藉由導入原料氣體，補充至 317919 34 1354575 1料氣體儲存槽丨，並與難吸附成分一吸附步驟〉的下部筒10B(或11B)» 起再度供給至進行難吸附成分係在〈吸附步驟〉以及〈清洗步驟〉中，

附^部筒I〇U(或11U)回收至難吸附成分儲存槽3。在〈吸少〉以及〈清洗步驟〉中，第！吸附帶前部因在到達 nm(或nu)之上部前結束，故回收至難吸附成分 -子槽3的難吸附成分中，幾乎不包含易吸附成分。回收 3吸附成分儲存槽3的難吸附成分’ 一部分係作為排氣或製品氣體而排出於裝置系統外，而剩餘的氣體則在〈沖，再生步驟〉t作為逆流沖淨氣體來使用。作為逆流沖淨氣體而導入至吸附筒的難吸附成分，係全部回收至原料氣體儲存槽1。與自難吸附成分儲存槽3所採取之難吸附成分大約等量的難吸附成分，係藉由導入原料氣體而利用導入至原料氣體儲存槽1予以補充，並與易吸附成分一起再度供給至進行〈吸附步驟〉的下部筒1〇B(或11B)。如以上說明可知，於本發明之第一 PSA法中，可同時取得高濃度的易吸附成分與難吸附成分。此外，排出至裝置系統外的易吸附成分’係僅為隨著難吸附成分流出的微 $易吸附成分’而流出至裝置糸統外的難吸附成分，係僅為隨著易吸附成分流出的難吸附成分。因此，可以極高的回收率同時回收易吸附成分以及難吸附成分。此外，在上述本具體例中’係顯示使用易吸附成分之氙與難吸附成分之氮的混合氣體作為原料氣體之例子，但亦可適用在難吸附成分為複數的情況。例如，除氙以及氮 35 317919 1354575 .之外，於原料氣體中包含有氧或氬時，可將氙回收至易吸 •附成分儲存槽2,而將不含氙之氮、氧氣及氬的混合氣體回收至難吸附成分儲存槽3。此係因活性碳對氧以及氬具有與氮大致相同的吸附 •量，故氧與氬係與氮進行相同的濃縮所致。此外，除氙及氮之外，於包含有氫及氦時，由於氫及氦不會被活性碳吸附，因此相較於氧及氬更容易分離。亦即，可將氙回收至

易吸附成分儲存槽2，而將為難吸附成分之氮、氫及氦的參混合氣體回收至難吸附成分儲存槽3。 X 此外’在上述本具體例中，係顯示以高濃度、高回收率回收作為易吸附成分之目的成分的氣的例子，但本發明之申請專利範圍並不侷限於此。由於本發明之第-PSA&，可同時以高濃度、高回收率取得易吸附成分與難吸附成分，因此，亦可將目的成分設定為難吸附成分，應去除之成分設定為易吸附成分，而 •以高濃度、高回收率回收目的成分之難吸附成分。例：’使用Na—A型沸石作為吸附劑時，Na—A型沸石，對乳、氣等具有難吸附性，而對氮、氧、氯等具有易吸附性。因此’在使用Na—A型彿石作為吸賴時，難吸附成分儲存槽3中可回收為目的成分之氣及氣，易吸附成分儲存槽2中可回收為排氣之氮、氧及氨。接著，根據圖式說明本發明之第二PSA法。第9圖係顯示可實施本發明之第二PSA法之第PSA 裝置的概略構成圖。 317919 36 1354575 - 該PSA裝置係具備：儲存至少包含對某吸附劑具有易 *吸附性之易吸附成分與對該吸附劑具有難吸附性之難吸附成分的原料氣體的原料氣體儲存槽1;儲存易吸附成分之易吸附成分低壓儲存槽22 ;儲存難吸附成分之難吸附成分儲存槽3，壓縮原料氣體儲存槽i或易吸附成分低壓儲存槽22之氣體的屋縮機4 ;儲存易吸附成分之易吸附成分高壓儲存槽25，充填有上述吸附劑之下部筒1〇B及、上部筒10U及11U的4個吸附筒；以及控制部2〇。 • 此外，在第9圖中，符號L21係將原料氣體導入至原料氣體儲存槽丨之路徑。符號L22係將原料氣體儲存槽i之氣體導出至壓縮機 4之路徑。符號L23係將易吸附成分低壓儲存槽22之氣體導出至壓縮機4之路徑。 • 符號24及25係將來自壓縮機4之氣體導入至下部筒 10B及11B之路徑。符號L26係將來自上部筒1〇u及nu的氣體導入至難吸附成分儲存槽3之路徑。符號L27係將來自難吸附成分儲存槽3之難吸附成分供給至裝置系統外之路徑。、符號L28係將來自難吸附成分儲存槽3之難吸附成分乍為逆仇冲淨氣體而導入至上部筒卿及仙之路徑。付號L29及L210係將來自下部筒⑽及UB的氣體， 317919 37 1354575 回送至原料氣體儲存槽1或易吸附成分低壓儲存槽22之路徑。符號L211係將來自下部筒1〇B及11B的氣體回送至原料氣體儲存槽1之路徑。符號L212係將來自下部筒1〇B及nB的氣體回送至易吸附成分低壓儲存槽22之路徑。符號L213係提供來自易吸附成分高壓儲存槽5之易吸附成分作為製品氣體之路徑。符號L214係在上部筒1〇u與uu之間進行均壓之均壓線。此外，在下部筒10B及ι1Β、上部筒1〇u及im係充填有：對原料氣體中之目的成分具有易吸附性或難吸附性，對目的成分以外的成分具有難吸附性或易吸附性之上述吸附劑。此外，控制部20係内建有依照預定之時間順序，實施 •以下說明之各步驟的序列器的構件，該控制部係以序列方式控制第9圖所示之各閥的開閉，壓縮機4的作動、停止等。接著’使用上述PSA裝置，說明本實施例之psA法的實施形態的—例。在此實施形態之PSA法中，係例示包 3有為主要成刀之氤，以及其他主要成分之氮時的情形。此外’充填於下部筒腦及11B、上部筒_及仙之吸附劑’係顯示使用為平衡分離型吸附劑之活性碳時的情形。活性碳係作為平衡錢量，具錢的吸附量較多（易 317919 38 Ϊ354575 吸附性）’而氮的吸附量較少（難吸附性）的性質。第10圖係顯示該PSA法之半循環的步驟者，如以下所不，係由（a’）-(b，）’亦即由〈吸附步驟〉—〈均壓減壓步驟〉的2個步驟構成。各步驟中之閥的開閉狀態係以表 5所示方式進行操作。【表5】

(a’）〈吸附步驟〉原料氣體儲存槽經由路徑L22,以壓縮機4壓縮來 317919 39 1354575 .1之混合氣體，接著再經由路徑L24,提供至下部M 1〇B。 •下部筒與上部筒1〇u之間，係藉由開放闊Μ使其流通，因此下部筒l〇B與上部筒 ’係大致相同的上升壓力。此外，原料氣體儲存槽丨的混合氣體係為：由路徑匕21 •所導入之原料氣體；以及在後述之上部筒減壓步驟及沖淨再生步驟中由下部筒10B# 11B排出之氣體的混合氣體。供給至下部筒10B的混合氣體，係隨著進入下部筒 10B之上部’而優先吸附&，並在氣相中濃縮氮。經濃縮的氮，會由下部筒10B導入至上部筒1〇u，在上部筒ι〇υ 中，包含於氮氣中的微量氙係再次被吸附。上部筒的壓力高過難吸附成分儲存槽3的壓力後，在上部筒ι〇υ中再次經濃縮的氮，係經由路徑L26而導出至難吸附成分儲存槽3。難吸附成分儲存槽3的氮係依照包含於原料氣體中之氮的流量之流量，由路徑L27排出至裝置系統外，剩餘的氣體則作為沖淨再生步驟中之逆流沖淨氣體來使用。 • (b’ + Γ)〈清洗及均壓減壓步驟〉

藉由關閉閥V21，開放閥V22，將導入至下部筒1〇B 之氣體變更為易吸附成分低壓儲存槽22的氙。藉由將來自易吸附成分低壓儲存槽22的氙導入至下部筒〗〇B，將共吸附於下部茼10B之吸附劑充填層的氮，與存在於吸附劑空隙的氮推出至上部筒l〇U，使下部筒1〇B内因氙而呈吸附飽和狀態。其間，藉甴經均壓線L214由上部筒1 〇u，將氮導出至另一方的上部筒11ϋ，以進行下部筒10B及上部筒1〇u 317919 40 1354575 之咸差-使凡成沖淨再生步驟之下部筒ία與上形成均屋。此時，使用冷旦〇P缚11 u 部筒_流出之均虔氣體的流量：:，清洗f及均壓㈣步驟的時間點完成㈣。（+〇第η圖係顯示該PSA法之另一半週期二斤:，係以（c，Hd，）—（e，）—(j，），亦即，〈上部4減壓步驟〉—〈沖淨再〈均壓加壓步驟〉的4個步驟構成。

▲此外，下部筒刚與上部筒1〇u在進行第1〇圖所示之則一2個步驟時，在下部筒UB與上部筒11U中進行第u ::不之4步驟。此外，該第n圖之各步驟中的閥的開閉狀I ’係如第5圖所示地進行操作。 (c’l)〈下部筒減壓步驟1〉關閉閥V24及V26,開放閥V217。藉此，在前述步，（a’）至（b，+ i)之間吸附在下料UB㈣，係藉由下部筒11B與易吸附成分高壓儲存槽25之間的差壓進行解吸，再經由路徑L25以及閥V217 ,回收至易吸附成分高壓儲存槽25。藉由該操作，易吸附成分高壓儲存槽25係升壓到與下部筒11B相同的壓力。回收至易吸附成分高壓儲存槽25之氙，係依照包含於原料氣體中之氙的流量，經由路徑L213取用為製品。藉由該製品氣體的供給’雖會降低易吸附成分高壓儲存槽Μ 的壓力’但藉由選擇可維持作為製品氣體之必要壓力的易吸附成分高壓儲存槽25的容量，即使不特別追加壓縮機， 41 317919 1^54575 -亦可常時維持客戶所要求之製品壓力。 • (c 2)〈下部筒減壓步驟2〉接著’關閉閥V210以及V217，開放閥V211以及 V213。藉此，吸附於下部筒UB之殘餘的氙係被回收至 •易吸附成分低壓儲存槽22。回收至易吸附成分低壓儲存槽22之氙係在（b，+ i，) 〈清洗及均壓減壓步驟〉中作為並流沖淨氣體使用。其間，上部筒in;係因閥V26、V28以及V29的關閉而呈休止狀 •態。 (d )〈上部筒減壓步驟〉關閉閥V21卜開放閥V26以及V210。如此一來，在 (c’）之〈下部筒減壓步驟〉中休止的上部筒lltj與進行過減壓之下部筒11B之間會產生壓力差，因此上部筒uu内的氣體會流入下部筒11B。被導入至下部筒UB的氣體，係在沖淨下部筒11B内的同時，經由路徑L21 〇、L211， _回收至原料氣體儲存槽1。回收至原料氣體儲存槽j的氣體，將再次與由路徑L21所導入之原料氣體混合，並於進行（a’）〈吸附步驟〉時再次提供至下部筒。 (e’）〈沖淨再生步驟〉開放閥V215。儲存於難吸附成分儲存槽3的氮，係作為逆流沖淨氣體，經由路徑L28，而導入至上部筒Uu。導入至上部筒11U之氮，係隨著進入上部筒下部，而置換解吸所吸附的氙。經解吸之包含較多氙的氣體，係經由下部筒11B、路徑L210、L211，而回收至原料氣體儲存槽】。 317919 42 1354575 • 回收至原料儲存槽1之氣體，與（d，）〈上部筒減壓步 •驟〉相同，係與由路徑L21所導入之原料氣體混合，而在進行（a’）〈吸附步驟〉時再次提供至下部筒。在此，使用於逆流沖淨氣體的氮，係在（a，）〈吸附步驟〉中，亦可不經由難吸附成分儲存槽3，而直接將由上部向10U所導出之氮，導入至正在進行（e，）〈沖淨再生步驟〉的上部筒β (Γ)〈均壓加壓步驟〉 _ 關閉閥V213、V215，開放閥V29。藉此，上部筒ίου 内的氣體，係被導入至上部筒11Ue由於被導入至上部筒 11U的氣體的氮的濃度較高，故可將上部筒uu内的氙壓入上部筒下部及下部筒11B(均壓加壓操作）。藉由在下部筒10B與上部筒ίου、及下部筒11B與上部筒11U中依序反覆進行上述6個步驟，可連續進行氮的濃縮與氙的濃縮。此外，在下部筒10B與上部筒i〇U中， •進行（a’）〈吸附步驟〉至（b，+ i，）〈清洗及均壓減壓步驟〉的步驟的期間，係在下部筒11B與上部筒uu中，進行（c，）〈下部筒減壓步驟〉至（d，）〈上部筒減壓步驟〉至0，）〈沖淨再生步驟〉至（j’）〈均壓加壓步驟〉的步驟。此外’另一方面’在下部筒10B與上部筒1〇u中，進行（c )〈下部筒減壓步驟〉至（d，）〈上部筒減壓步驟〉至0，）〈沖淨再生步騾〉至〈均壓加壓步驟〉的步驟的期間，在下邛筒11B與上部筒uu，進行（a，）〈吸附步驟〉至（b， +厂）〈清洗及均壓減壓步驟〉的步驟。 317919 43 1354575 此外，來自路徑L21之原料氣體的導入，由路徑L27 之氮的排出，以及由路徑L213之氙的導出，可不依照步驟而連續進行。表6係顯示上述各步驟之步驟時間所佔比例的一例，在該例中，係顯示將1循環時間設定為300秒時之各步驟所佔步驟時間（秒）。【表6】步驟時間(秒）下部筒10B、上部筒10U 下部筒11B、上部筒11U 0至10 (a’)吸附步驟 (C’)下部筒減壓步驟⑴ 10 至 65 1 (c’)下部筒減壓步驟(2) 65 至 130 >' (d’)上部筒減壓步驟 130 至 200 (e’)沖淨再生步驟 200 至 300 (b’ + i’)清洗及均壓減壓步驟 G’)均壓加壓步驟 300 至 310 (c’)下部筒減壓步驟(1) (a’)吸附步驟 310 至 365 (c’)下部筒減壓步驟(2) 365 至 430 (d’)上部筒減壓步驟 > · 430 至 500 (e’)沖淨再生步驟 \ 500 至 600 (Π均壓加壓步驟 (b’ + i’)清洗及均壓減壓步驟此外，在該PSA法中，為維持易吸附成分的高純度並提昇回收率，均壓減壓步驟的時間在1循環時間中所佔的比例相當重要。一方之下部筒10B及上部筒10U處於均壓減壓步驟時，另一方的下部筒11B及上部筒11U係處於均壓減壓步驟，換言之亦即均壓加壓步驟的時間佔1循環時間的比例相當重要。此外，根據後述實施例的結果可清楚得知，藉由均壓時間佔1循環時間的10%至50%，可得以維持高純度並達成高回收率。如先前所述，本發明之目的在提供一種可連續以高濃 44 317919 1354575 •度、高回收率回收目的成分之PSA法。以下，進一步詳細 •說明對該目的之第二PSA法的有效性。在本發明之第一 PSA法中，係先在〈吸附步驟〉中， .利用壓縮機4加壓原料儲存槽丨的氣體，並提供至下部筒。 .藉由在加壓下進行，包含於供給氣體中的易吸附成分係被下部筒的吸附劑吸附。亦即，被導入至原料氣體儲存槽ι 之原料氣體中的易吸附成分、及回送至〈上部筒減壓步驟〉、〈沖淨再生步驟〉之間的易吸附成分，係被下部筒的 ’ 吸附劑吸附。如第Π圖所示，〈吸附步驟〉係進行至以原料氣體儲子槽1之氣體濃度形成之第i吸附帶由下部筒移動至上邱 =為止。此外，第12圖中的縱軸，係顯示吸附筒内之氣相 =易吸附成分的漠度（體積），此時，原料氣體儲存槽工之氣體中的氣濃度約60%。

接著，將由壓縮機4所供給之氣體，置換成儲存易吸 =成分之易吸附成分低壓儲存槽22内的氣體，並在對下邻 f供給易吸附成分的同時，進行〈均壓減壓步驟〉而將i —的氣體供給至進行過再生步驟之另—方的上部筒。、藉由供給易吸附成分，共吸附於下部筒之吸附劑的難 ^成分與殘留，吸附劑空隙的難吸附成分係被推出至上 : 在均壓配官中設置流量調整閥或節流板等，藉 =職體的流量，使下部筒、上部筒慢慢減壓，_: 成再生步驟之下部筒、上部筒形成㈣。如第所广該〈均Μ減Μ步驟〉係持續進行至以易吸附成分之供給所 317919 45 丄354575 •形成的第2吸附帶完全通過下部筒為止。藉由該〈均壓減 ’壓步驟〉’可使易吸附成分完全充滿於下部筒。此時，難吸附成分的製品氣體，在吸附步驟中係由上部筒的上部回收至難吸附成分儲存槽3。為回收高濃度之難吸附成分的製品氣體，最好進行操作使上部筒上部常時維f在不存在易吸附成分的狀態，亦即使得在吸附步驟、均壓減壓步驟令形成於吸附塔内的第丨、第2吸附帶未達到上部筒上部。另方面易及附成分的製品氣體，係藉由均壓減壓步驟進行充滿易吸附成分之下部筒的減壓來進行回收。因此，為回收南濃度之易吸附成分的製品氣體，最好下部筒内呈現完全充滿易吸附成分的狀態，亦即呈現在吸附步 :、均壓減壓步驟中形成於吸附筒内的第i、帛2吸附帶完全移動至上部筒的狀態。、—亦即，為提高難吸附成分的濃度，最好延遲吸附帶的鲁^亍並進行操作使第！、第2吸附帶不到達上部筒的上邛二另外為了提高易吸附成分的濃度，最好加速吸附帶的進行並進行操作使吸附帶由下部筒完全移動至上部筒。 :此要同時提高易吸附成分與難吸附成分的濃度有其困難0 壓牛針對該，題，在本發明之第二pSA法中，係在均壓減 ^驟:’藉由在進行易吸附成分儲存槽之氣體供給的同而使，體由上部筒朝完成再生步驟之其他上部筒流出，使上部筒、下部筒緩緩減壓。由於可藉由在減壓下進行 317919 46 Ϊ354575 .易吸附成分的供給，而加速在下部筒内進行之第2吸附帶 .的進行速度，因此可輕易地使下部筒内因易吸附成分而吸附餘和。此外，上部筒上部之氣體的流出，係藉由闕、節流板專控制流量’故下部筒、上部筒内+會形成激烈的上昇流。因此，由於形成於吸附筒内的第〗、第2吸附帶不會受到、&吊干擾’故得以同時取得高濃度之難吸附成分與易吸附成分。 # 此外，濃縮於下部筒之易吸附成分，在結束均壓減壓步驟時會進行下部筒之減壓以進行回收。將下部筒内之易吸附成分全部回收至易吸附成分低壓儲存槽22時，為了供給易吸附成分作為製品氣體，雖必須另外設置壓縮機等加，=段，但在本具體例之PSA法中，係藉由設置易吸附成分高壓儲存槽25,並追加使完成均壓減壓步驟時之下部筒與易吸附成分高壓儲存槽25均壓的步驟，而可省略壓縮機鲁等另行配設的加塵裝置。該方法係在原料氣體中所包含之易吸附成分較少的情況下特別有效，由於作為製品氣體供給之易吸附成分較少，故只要追加小型的易吸附成分高壓儲存槽25即可維持製品壓力。、在本具體例中，係例示在下部筒減壓步驟中，回收至易吸附成分高壓儲存槽25的例子，但亦可在均壓減麼步驟時將易吸附成分回收至易吸附成分高壓儲存槽2 5。具體而言，藉由利用壓縮機4加壓易吸附成分低壓儲存槽22的氣 317919 47 1354575 •體，並在供給至下部筒的期間開放閥216、或閥217，即可，將經由壓縮機4加壓之易吸附成分回收至易吸附成分高壓儲存槽25。如以上說明可知，在本具體例之PSA法中，可同時取 .得高濃度之易吸附成分與難吸附成分。此外，也可不需要另行設置用以將易吸附成分供給至裝置系統外的加壓裝置。因此，不僅可同時以極高的回收率回收易吸附成分與難吸附成分，同時亦可降低裝置的初期成本。、 _ 此外，在吸附劑中使用CMS等速度分離型吸附劑時，係將氮等回收至易吸附成分高壓儲存槽25中，而將氙等回收至難吸附成分儲存槽3中。此外，在原料氣體中含有C〇2、H2〇、CK4等時，最好先利用其他PSA裝置等進行前處理以去除該等氣體，或者因上述氣體會混入製品氣中而被導出，因此最好利用後處理加以去除。在利用後處理時，可在去除設備中使用小 •型裝置。 (實施例1) p實施例1係藉由第1圖所示之第—PSA裝置將包含亂與氮之混合氣體作為原料氣體’來進行分離氣的實驗。

使用在内徑為108.3mm、充填高度為5〇〇mm之圓筒狀容器中充填2.0kg之活性碳的容器作為下部筒⑽、uB ί亡部筒卿、UU。壓縮機4以及壓縮機5係分別使用谷量為40L/min、20L/min(流量「L/min」為吖，工氣壓換异值’以下皆同）的壓縮機。裝置係在循環時間刪秒下進 317919 48 1354575 行運轉，各步驟的時間係以表7所示時間序列進行。導入至原料氣體儲存槽1之原料氣體的流量為 2L/min，氣體濃度中，氙為50容量％，氮為50容量％。此外，由易吸附成分儲存槽2採取之氣流量為1 L/min，而由難吸附成分儲存槽3採取之氮流量則為1 L/min。【表7】步驟時間(秒）下部筒10B、上部筒10U 下部筒11B、上部筒11U 0 至 10s (a)吸附步驟 (C)下部筒減壓步驟 10 至 50s 1 1 50 至 100s (d)上部筒減壓步驟 100 至 180s (e)沖淨再生步驟 180 至 240s (b)清洗步驟 1 240 至 250s (i)均壓減壓 (j)均壓加壓 250 至 260s (C)下部筒減壓步驟 (a)吸附步驟 260 至 300s 300 至 350s (d)上部筒減壓步驟 '' 350 至 430s (e)沖淨再生步驟 1 430 至 490s (b)清洗步驟 490 至 500s (D均壓加壓 (i)均壓減壓在上記運轉條件下，進行約24小時之連續運轉後，由路徑L7導出之氮濃度，由路徑L13導出之氙濃度係穩定在大致一定的狀態，亦即確認大致呈現循環定常狀態。此時，氮中的氙濃度，氙中的氮濃度，均約3 OOppm。此乃表示：氮及氙的各個濃度均為99.97%，此外回收率同樣地亦為 99.97%。根據以上結果，可確認為難吸附成分之氮，為易吸附成分之亂兩者均可以兩濃度、向回收率採取。 (實施例2) 49 317919 實施例2係與實施例1相同使用第i圖所示之PSA裝二：將包含氙、氮、氧、氬及氫之混合氣體作為原料氣體，來進行分離氙的實驗。導入至原料氣體儲存槽丨之原料氣體的流量為 ^lL/min，氣體濃度中，氙為23 8容量％，氮為8容量 /〇，氬為23.8容量％，氫為4 8容量％，以及剩餘為氧。此外，由易吸附成分儲存槽2回收之氙流量為 L/min由難吸附成分儲存槽3回收之混合氣體流量為 1 · 6L/min。運轉係將各步驟時間與實施例丨相同設成前記表7所示=時間序列’在進行約24小時之連續運轉後，包含於由路拴L7導出之混合氣體中的氙濃度為約，包含於由路輕L13導出之氣中的氮濃度、氧氣濃度及氬濃度均為約50〇ppm。此外，並未由氙中檢測出氫。因此，回收到的氙的濃度約99.98%，回收率為99.7%。根據以上實驗結果可以確認，即使在存有複數種難吸附成刀的J#况下’亦可以向濃度、高回收率回收目的成分的氣。 (實施例3) 實施例3係利用第.9圖所示之PSA裝置，將包含氙與. 氮的混合氣體作為原料氣體，來進行分離氙的實驗。使用在内程為83.1mm、充填高度為5〇〇mm之圓筒狀容器中充填有1.5kg之活性碳的容器作為下部筒1〇B、UB 及上部筒1〇U、UU。壓縮機4係使用容量為25ΐ^η(流 317919 50 1354575 里L/min」為0C，1氣壓換算值，以下皆同）的壓縮機，易吸附成分高㈣存槽25係使用容量為2 5L的儲存槽。裝置係以循環時間_秒進行運轉各步驟的時間係 6所示之時間序列進行。導入至原料氣體儲存槽〗之原料氣體的流量 3L/mm，氣體濃度中，氙為10容量％，氮為90容量％。此外，由易吸附成分高壓儲存槽25採取之氣的流量為

0.3L/min’由難吸附成分高壓儲存槽3絲之氮的流 2.7L/min。在上述運轉條件下，經進行約24小時的連續運轉後， m路控L27導出之氮濃度，自路徑L213導出之氣漢度’係大致呈-定濃度，亦即確認係大致達到猶環定常狀 &此時，氮中的氙濃度為110PPm，氙中的氮濃产為 i〇〇〇PPm。該數值顯示在製品氙的濃度為99 9%時，=的回收率為99.9%。 ώ • 此外，易吸附成分高壓儲存槽25的壓力係維持在 SSOkPaGc’D下部筒減壓步驟（1)開始時）至435砂&⑹，”下部筒減壓步驟（1)結束時）的範圍。根據以上結果，可確認藉由本PSA法可回收回收率極咼的氙。此外，可確認為易吸附成分之製品的壓力亦維持在38〇kPa以上。 (實施例4) 實施例4係使用與實施例3相同之設備探討均壓減壓步驟時間與均壓加壓步驟時間的影響。循環時間在所有條 317919 51 件下設定為600秒，進行將均屢時間設成參外’均壓時間較短時，由於來自㈣附成分低壓儲存样= ^並流沖淨氣體會變得過少（下部㈣部無法因易⑽成二而飽：:，因此在吸附步驟途中停止來自原料氣體儲存槽 …·。’以適度地切換成使用易吸附成分低壓儲存槽^ 之軋體的並流沖淨氣體。 ^气之純度4 99.8%時的氣回收率的實驗結果係顯表8。由表中可清楚得知以短時間進行均麼時間時，广的回收率會大幅下降’為以高回收率回收山气必須延長均 y間，亦㈣均壓時間設定们循環相之ig至5〇% 卞分重要。

【表8】 (產業上之可利用性） :發明之PSA法及裝置係可由供給至半導體製品或言：：置：裝置設備，並在使用後排出的混合氣體中，以為掂i: 4厂回收率有效回收氙等高附加價值的氣體，而作 *今：：用之方法而有效活用。此外’藉由本PSA裝置，期I::導體製品或顯示裝置之製造設備所形成之循環週、、’"’可大幅降低在半導體製造裝置等所使用之高價 317919 52 1354575 的環境氣體的成本。【圖式簡單說明】 PSA法的pSA裝置的第1圖係用以實施本發明第一概略構成圖® 第2 第3 圖係顯示本發明第一圖係顯示本發明第— PSA法之半循環的步驟圖。 PS A法之另一半循環的步驟第4圖係顯示本發明第—psA法之半循環的步。 ♦第5圖係顯示本發明第―拟法之另—半循環的步驟圖。第6圖係顯*在本發明第—psA法中，完成吸附時之吸附劑充填層的氙濃度分布的模式圖。第7圖係顯不在本發明第一 ρ ς; a、土 tb — 贯月弟PSA法中，完成沖洗步驟時之吸附劑充填層的氙濃度分布的模式圖。第8圖係顯示在本發明第一 PSA法中，完成均壓減壓籲步驟時之吸附劑充填層的氙濃度分布的模式圖。第9圖係用以實施本發明第二PSA法之壓力變動吸附式氣體分離裝置的概略構成圖。第10圖係顯示本發明第二PSA法之一方之半循環的步驟圖。第11圖御I*本發明第二PSA法之另_半循環的步驟圖。第12圖係顯示在本發明第二PSA法中，完成吸附步驟時之吸附劑充填層的氙濃度分布的模式圖。 317919 53 lU4y/5 厂半：Γ圖係顯示在本發明第二psa法中，完成均壓減壓步驟時之謂劑域層”濃度分布的模式圖。【主要元件符號說明】 1原料氣體儲存# 2易吸附成分儲存槽 3 難吸附成分儲存槽4、5壓縮機 10B 20 25 11B下部筒 10U、11U上部筒 ^ ^ ^ 22 易吸附成分低壓儲存槽易吸附成分高壓儲存槽 — 54 317919

Claims

1354575 十、申請專利範圍： 2種主要成分的 1. 一種壓力變動吸附法，係使用至少含有混合氣體作為原料氣體，使用對前述原料氣體之至少j種主要成分具有易吸附性，而對前述原料氣體之其他至少〗種難吸附性的吸附劑，八有

使用具備：充填有前述吸附劑的下部筒及上部筒、儲存導人至前述下”的原料_的料氣體儲存槽、儲存對前述吸附劑具有易吸附性之主要成分的易吸附成分儲存槽、以及對來自前述原料氣體儲存槽或易吸附成分儲存槽的氣體進行加壓並導入至前述下部筒之壓縮機的分離裝置，以回收對前述吸附劑具有易吸附性之易吸附成分，以及對前述吸附劑具有難吸附性之難吸附成分者，該壓力變動吸附法係具有：、（a)利用前述壓縮機加壓原料氣體儲存槽的氣體並導入f下部筒，將前述原料氣體中的前述易吸附成分吸附在前述吸附劑，並將來自下部筒之經減少前述易吸附成分的氣體導人至上部筒.，再湘上部筒的吸附劑吸附包^在前述氣體中的易吸附成分’以回收由上部筒流出之前述難吸附成分的步驟； (b)利用前述壓縮機加壓易吸附成分儲存槽的氣體並導入至前述下部筒，將共吸附在下部筒之吸附劑的難吸附成分與殘留在前述吸附劑空隙的難吸附成分導出至上部筒，而使包含在由下部筒所流入之氣體中的易吸 317919 55 1354575 附成分吸附在上部筒的吸附劑，以回收由上部筒流出之難吸附成分的步驟； (C)使下部筒減壓，並使充填於下部筒之吸附劑所吸附的易吸附成分解吸，而將經解吸的易吸附成分回收到易吸附成分儲存槽的步驟；

(d) 使上部筒減壓’並使充填於上部筒之吸附劑所吸附的氣體解吸，而將經解吸的氣體導入下部筒，並將由下部筒所流出之氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟； (e) 將上述步驟（a)以及（b)所回收之難吸附成分作為逆流沖淨氣體而導入至上部筒，置換解吸上部筒之吸附劑所吸附的易吸附成分，並將由上部筒所流出的氣體導入至下部筒，以藉由導入至下部筒的氣體使下部筒之吸附劑所吸附的易吸附成分置換解吸，並將由下部筒所流出的氣體回收至原料氣體儲存槽之步驟，而根據事先設定之順序，依序反覆進行上述步驟⑷

至0) ’藉此同時以高濃度、高回收率回收前述原料氣體中的易吸附成分及難吸附成分。 2.如申請專利範圍第！項之愿力變動吸附法，其中，前述步驟（b)係使用至少2個以上的下部/筒與2個以上的上部筒，並包含下列步驟⑴，的二步驟(b)的上部筒’與完成步勒⑷ 體，導入/ 而將完成步驟⑻之上部筒的氣骚卜入至完成步騾（e)之苴之下部筒的裔辦，道元成步驟⑻ ；' V入至完成步驟（b)之上部筒，同時將 317919 56 1354575 易吸附成分儲存槽的氣體導入至上述下部筒的步驟，且，前述步驟（e)係使用至少2個以上的下部筒與2個以上的上部筒，並包含下列步驟⑴，步驟⑴.使完成步驟（e)的上部筒與完成步驟（…的其他上部筒之間連通，而將完成步驟⑻之上部筒的氣體’導人至完成步驟⑷之其他上部筒，絲完成步驟⑷ 1之上㈣的就體’導人至完成步驟⑷之下部冑的步驟。 •如申請專利範圍第1項之麼力變動吸附法，其中，前述步驟（b)係使用至少2個以上的下部筒與上部苘，並包含下列步驟（g)，步驟（g):使完成步驟（a)的上部筒， :其他上間連通，而將完成步之下部筒:氣 p „ 成步驟（a)之上部筒，同時將易吸附成分儲存槽内的氣體導驟，且，守八至刖述下部筒的步前述步驟（e)係使用至少2個以筒，並包含下列步驟⑴，、。上部其他=之:=步驟⑷的上部筒與完成步驟⑼的之上部筒的氣體=ί:步上:筒，並將完成步驟⑷ 一種m力壤毹双凡成步驟（e)之下部筒的步驟。種厂土力父動吸附法，係使用至少含有2種主要成分的 317919 57 4. 混合氣體作為原料氣體，並使用對前述原料氣體之至少〗種主要成分具有易吸附性，而對前述原料氣體之其他至少一種主要成分具有難吸附性的吸附劑，使用至少具備：充填有前述吸附劑的下部筒及上部筒；错存導U前打部狀原料氣體的原料氣體儲存槽；儲存來自前述下部筒之易吸附成分的易吸附成分低壓儲存槽；對來自前述原料氣體儲存槽或易吸附成分低壓儲存槽的氣體進行加壓並送至前述下部筒之壓縮機;儲存來自前述下部筒之易吸附成分的易吸附成分高壓儲存槽；以及儲存來自前述上部筒之難韻成分之難吸附成分儲存槽的分離裝置，而回收對前述吸附劑具有易吸附性之易吸附成分，與對前述吸附劑具有難吸附性之難吸附成分者，該壓力變動吸附法係具備： (a’）利用上述壓縮機加壓來自原料氣體儲存槽的氣體並：入至下部筒，將前述氣體中的前述易吸附成分吸附在前述吸附劑，並將來自下部筒之已減少前述易吸附成分的氣體導人至上部筒’再使包含於前述氣體中的易吸:成分吸附在上部筒的吸附劑，而將由上部筒所流出之前述難吸附成分回收至前述難吸附成分儲存槽的步驟； (b:i’)加壓來自易吸附成分低壓儲存槽的氣體並導入至别述下部筒’再將共吸附在y部筒之吸附劑的難吸附成分與歹歲留在前述吸附冑空隙的難錢成分導出 317919 58 1354575 至上部筒，使包含在從下部筒所流入之氣體中的易吸附成分吸附在上部筒的吸附劑，而使難吸附成分由上部筒流出，再使流出之難吸附成分導出至完成後述步驟（e，) 之上部筒，以藉此使完成步驟（b，+ i，）的下部筒及上部筒減壓的步驟； (c’）使下部筒減壓，並使吸附在下部筒的易吸附成分解吸，而將解吸後的易吸附成分回收到易吸附成分高壓儲存槽’接著再使易吸附成分解吸，並將其回收至易吸附成分低壓儲存槽的步驟； (d’）使上部筒減壓，並使吸附在上部筒之吸附劑的氣體解吸’而將解吸後的氣體導入至下部筒，再使由下部筒所流出之氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟； (e’）將上述步驟（a)中所回收之難吸附成分作為逆流沖淨氣體而導入至上部筒，置換解吸吸附於上部筒之上述吸附劑的易吸附成分，並將由上部筒所流出的氣體導入至下部筒’以藉由導入至下部筒的氣體，使下部筒之前述吸附劑所吸附的易吸附成分置換解吸，而將由下部筒所流出的氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟；以及 (Γ)將上述步驟（b’ + i’）中所導出之難吸附成分導入至上部筒，藉此進行步驟（6，）後之上部筒與下部筒的加壓的步驟，而藉由根據事先設定之順序，依序反覆進行上述步驟 (a’）、（b’ + i’）、（〇、（d，）、（e，）及(j，），以同時回收前述原料氣體中的易吸附成分以及難吸附成分。 317919 59 1354575 -5.如申請專利範圍第4項之壓力變動吸附法，其中，係將 ' 前述（b’+广）或（厂）的步驟時間設成循環時間的10至 50%。 6. 如申請專利範圍第1或4項之壓力變動吸附法，其中， ' 吸附劑係根據平衡吸附量差而分離為易吸附成分與難吸附成分的吸附劑。 7. 如申請專利範圍第6項之壓力變動吸附法，其中，根據上述平衡吸附罝差而分離為易吸附成分與難吸附成分藝的吸附劑，係由活性碳、Na_XS沸石、Ca_x型沸石、 Ca-A型沸石及Li-X型沸石群組中所選擇之其中一種。 8. 如申請專利範圍第6項之壓力變動吸附法，其中，前述吸附劑的易吸附成分係氙或氪，而難吸附成分係包含氧、氮、及氬之其中一種的氣體。 9. 如申請專利範圍第1或4項之壓力變動吸附法，其中，上述吸附劑係根據吸附速度差而分離為易吸附成分與 p 難吸附成分的吸附劑。 ' 10. 如申請專利範圍第9項之壓力變動吸附法，其中，根據前述吸附速度差而分離為易吸附成分與難吸附成分的吸附劑的細孔徑’係在0 4nm左右。 11. 如申請專利範圍第9項之遷力變動吸附法，1卜前述吸附劑的難吸附成分係氣或氮，而易吸附成分則包含氧、氮、及氬之其t一種的氣體。 12. 一種壓力變動吸附裝置，係使用至少含有2種主要成分的混合氣體作為原料氣體，並使用對前述原料氣體之至 317919 60 1354575 - 夕1種主要成分具有易吸附性，而對前述原料氣體之其 . 他至少1種主要成分具有難吸附性的吸附劑，至少具備.充填有前述吸附劑之下部筒及上部筒；儲存導入至前述下部筒之原料氣體的原料氣體儲存 . 槽；儲存來自前述下部筒之易吸附成分的易吸附成分儲存槽；對來自前述原料氣體儲存槽或易吸附成分低壓儲存槽的氣體進行加壓並送至前述下部筒的壓縮機；儲存來自前述上部筒之難吸附成分的難吸附成分儲存槽；以 •及控制部，且使原料氣體中的易吸附成分與難吸附成分分離’以進行回收。 13.如申請專利範圍第12項之壓力變動吸附裝置，其中，上述原料氣體儲存槽或易吸附成分儲存槽，係具有由外部補充易吸附成分的機構。 14·如申請專利範圍第12項之壓力變動吸附裝置，其中， • 上述原料氣體儲存槽或難吸附成分儲存槽，係具有由外部補充難吸附成分的機構。 15.—種壓力變動吸附裝置，係使用至少含有2種主要成分的混合氣體作為原料氣體，並使用對前述原料氣體之至少1種主要成分具有易吸附性’而對前述原料氣體之其他至少1種主要成分具有難吸附性的吸附劑，至少具備：充填有前述吸附劑之下部筒及上部筒；儲存導入至前述下部筒之原料氣體的原料氣體儲存槽；儲存來自前述下部筒之易吸附成分的易吸附成分低 61 317919 ，館存槽，·對來自前述原科氣體儲存槽屋儲存槽的廣體推— 附成刀低機.二： M並送至前述下部筒的壓缩機，儲存來自前述下邱锊 ^ m 壓儲存槽· ，儲存來自，：J吸附成分的易吸附成分高成分儲存U及^部，部筒之難吸附成分的難吸附分° ’且使原料氣體中的易吸附成刀八難吸附成分分離，以進行回收者，料前述控制部係藉由事先設U順序而控制下〜a、(b +1 )、(c,)、(d’)、(e，)及ϋ，)之各步驟， (Ο利用上㈣縮機加壓來自原料氣體儲存槽的氣、：入至下部茼，將前述氣體，的前述易吸附成分吸附在前述吸_，並將來自下部筒之經減少前述易吸附成刀的氣體導人至上部筒，再使包含於前述氣體中的易吸=成分吸附在上部筒的吸附劑，而將由上部筒所流出之前述難吸附成分回收至前述難吸附成分儲存槽的步 m ： (b’ + i’）加壓來自易吸附成分低壓儲存槽的氣體並導入至刖述下部筒，再將共吸附在下部筒之吸附劑的難吸附成分與殘留在前述吸附劑空隙的難吸附成分導出至上部筒’使包含在從下部筒所流入之氣體中的易吸附成分吸附在上部筒的吸附劑，而使難吸附成分由上部筒流出’再使流出之難吸附成分導出至完成後述步驟（e，) 之上部筒’以藉此使完成步驟（b’ + i，）的下部筒及上部筒減壓的步驟； (c )使下部筒減壓，並使下部筒所吸附的易吸附成 62 317919 ^54575 分解吸，而將解吸後的易吸附成分回收到易吸附成分高壓儲存槽之後，接著再使易吸附成分解吸，並將其回收至易吸附成分低壓儲存槽的步驟； (d )使上部请減壓，並使吸附在上部筒之吸附劑的氣體解吸，而將解吸後的氣體導入下部筒，再使由下部筒所流出之氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟； 0’）將在上述步驟（a，）中所回收之難吸附成分作為 ^ 逆流沖淨氣體，導入至上部筒，置換解吸上部筒之前述吸附劑所吸附的易吸附成分，並將由上部筒所流出的氣體導入至下部筒，以藉由導入至下部筒的氣體使下部筒之前述吸附劑所吸附的易吸附成分置換解吸，而將由下部筒所流出的氣體回收至原料氣體儲存槽的步驟； (Γ)藉由將在上述步驟（b，+ i’）中所導出之難吸附成分導入至上部筒，進行步驟（e，）後之上部筒與下部筒的加壓的步驟。魯16.如申請專利範圍第12或15項之壓力變動吸附裝置，其中’前述吸附劑係根據平衡吸附量差而分離為易吸附成分與難吸附成分的吸附劑。 17. 如申請專利範圍第16項之壓力變動吸附裝置，其中，前述吸附劑係由活性碳、Na_X型沸石、Ca_x型沸石、 Ca-A型沸石、以及Li-X型沸石中所選擇之其中一種吸附劑。 18. 如申請專利範圍第12或15項之壓力變動吸附裝置，其中，上述吸附劑係根據吸附速度差而分離為易吸附成分 317919 63 1354575 _ 與難吸附成分的吸附劑。 .19.如申請專利範圍第15項之壓力變動吸附裝置，其中，前述控制部係將前述（b’ + i’）或（j’）的步驟時間控制成循環時間的10至50%。

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