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JP3279585B2 - 精製された空気の製造法 - Google Patents

精製された空気の製造法

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JP3279585B2
JP3279585B2 JP07555191A JP7555191A JP3279585B2 JP 3279585 B2 JP3279585 B2 JP 3279585B2 JP 07555191 A JP07555191 A JP 07555191A JP 7555191 A JP7555191 A JP 7555191A JP 3279585 B2 JP3279585 B2 JP 3279585B2
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air
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carbon dioxide
water vapor
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ラヴィ・ジャイン
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BOC Group Inc
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は，一般的に言えば低温にて高純度
の空気を製造する方法に関する。さらに詳細には，本発
明は，空気から二酸化炭素，一酸化炭素，水素，及び水
蒸気を除去する連続法に関する。
【０００２】集積回路の製造に対しては，線密度を高め
たチップにおける欠陥を防止するために，不純物の存在
量がｐｐｍレベルより相当少ない窒素のような高純度ガ
スが必要とされる。高度に精製された窒素ガスを製造す
るには，通常は低温蒸留が使用される。
【０００３】高純度窒素を製造するためには，低温蒸留
のための供給ガスから不純物を除去しなければならな
い。空気が供給ガスとして使用される場合，プラントの
低温セクションにおける凍結を防止するために，Ｈ2Ｏ
やＣＯ2のような不純物を除去しなければならず，また
一方，窒素生成物中への不純物混入を防ぐために，Ｈ2
やＣＯ等の他の不純物も除去しなければならない。
【０００４】窒素製造プロセスにおける空気からこれら
の不純物を除去するために，二段工程法が使用されてい
る。第一段の工程においては，圧縮された供給ガスが１
５０〜２５０℃の温度に加熱され，次いでＣＯをＣＯ2
に，そしてＨ2をＨ2Ｏに酸化するための触媒と接触され
る。酸化工程に対しては，通常は白金をベースとした貴
金属が使用される。第二段の工程においては，温度スウ
ィング吸着プロセス〔Ｋ．Ｂ．ウィルソン，Ａ．Ｒ．ス
ミス及びＡ．テオバルド（Ｔｈｅｏｂａｌｄ）による
「ＩＯＭＡ ＢＲＯＡＤＣＡＳＴＥＲ，Ｊａｎ−Ｆｅｂ
１９８４，ｐｐ１５−２０」を参照〕又は圧力スウィ
ング吸着プロセス〔Ｍ．トモヌラ（Ｔｏｍｏｎｕｒａ）
及びＳ．ノギタ（Ｎｏｇｉｔａ）による「化学工学論文
誌，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．５，１９８７，ｐｐ５４８−
５５３」を参照〕によって，圧縮ガス流れからＣＯ2や
Ｈ2Ｏ等の酸化生成物が除去される。
【０００５】これらのプロセスは，有効ではあるけれど
も，運転コストが高いために，高純度ガス（特に窒素ガ
ス）を工業的スケールで製造するのには不利である。運
転コストが高いのは，高価な貴金属触媒が多量に使用さ
れているからである。さらに，触媒処理工程と不純物を
除くための吸着工程に対して別々の容器を使用しなけれ
ばならない。さらに，触媒容器中に進むガスを加熱する
ためと該触媒容器からの流出ガスを冷却するために，熱
交換器が必要とされる。こうしたことは，装置面及びエ
ネルギー上からさらにコストアップをきたすこととな
る。
【０００６】当業界では，不活性ガス流れからｐｐｍレ
ベルの不純物を除去するための低温プロセスも知られて
いる。ウェルトマー（Ｗｅｌｔｍｅｒ）らによる米国特
許第４，５７９，７２３号明細書は，窒素又はアルゴン
を含んだ不活性ガス流れを，クロムと白金の混合物をγ
−アルミナに担持させた形で含有した触媒層に通し，次
いでγ−アルミナに担持させた数種の金属の混合物で構
成されたもう一つの触媒層に通すことを開示している。
これらの触媒層により，一酸化炭素を二酸化炭素に，水
素を水蒸気に効果的に変化させ，そしてこれらの不純物
を吸着させて，トータルで１．０ｐｐｍ未満の不純物を
含有した生成物流れが得られる。
【０００７】タムハンカー（Ｔａｍｈａｎｋａｒ）らに
よる米国特許第４，７１３，２２４号明細書は，微量の
ＣＯ，ＣＯ2，Ｏ2，Ｈ2，及びＨ2Ｏを含有したガスを精
製するための一段工程法を開示しており，この場合，該
ガス流れが大きな表面積を有するニッケルで構成された
粒状物質に通される。
【０００８】周囲温度にて一酸化炭素を二酸化炭素に変
化させるプロセスも開示されている〔例えば，タムラら
による米国特許第３，６７２，８２４号明細書，及びフ
レベル（Ｆｒｅｖｅｌ）らによる米国特許第３，７５
８，６６６号明細書〕。
【０００９】しかしながら，これらプロセスのいずれ
も，相当量の不純物を含有した空気の供給流れを効率的
且つ安価な方法で処理して高度に精製された空気とし，
次いでこの空気を引き続き処理して高純度ガス（例えば
窒素）を得る，という統合低温システムを提供してはい
ない。
【００１０】従って本発明の目的は，相当量の不純物を
含有した空気の供給流れから，高度に精製された空気を
得るための方法を提供することにある。
【００１１】本発明の他の目的は，低温蒸留によって高
純度窒素を得るのに適した空気の流れを精製するための
方法を提供することにある。
【００１２】本発明は，一酸化炭素，二酸化炭素，水
素，及び水蒸気等の不純物を含有した空気の供給流れか
ら実質的に純粋な空気を製造するための方法に関するも
のであり，そしてさらにはこうした不純物を相当量含ん
だ空気の供給流れを処理することに関するものである。
本発明の方法は，水蒸気が存在する場合は水蒸気を空気
の供給流れから除去すること；及びこの供給流れを酸化
触媒と接触させて，存在している一酸化炭素を二酸化炭
素に，そして存在している水素を水蒸気に変化させるこ
と；を含む。酸化工程において得られた水蒸気と二酸化
炭素，及び存在している他の二酸化炭素と水蒸気が，引
き続き該供給流れから除去される。こうして得られた空
気はこれらの不純物を実質的に含まず，通常は約１ｐｐ
ｍ以下の二酸化炭素とトータルで約１ｐｐｍを越えない
他の不純物を含んでいる。
【００１３】供給される空気は，好ましくは第１の吸着
セクション，触媒作用セクション，及び第２の吸着セク
ションを含む単一の容器内に収容された状態で，単一の
処理ゾーンにて処理されるのが好ましい。第１の吸着セ
クションには，水分除去用吸着剤（例えば，活性アルミ
ナ，シリカゲル，ゼオライト，及びこれらの組合せ物）
の１つ以上の層が含まれている。触媒作用セクションに
は，一酸化炭素を二酸化炭素に変えるための，そして水
素を水蒸気に変えるための比較的安価な触媒が含まれて
いる。前者のための触媒は酸化マンガンと酸化銅との混
合物であるのが好ましく，また後者のための触媒は担持
された形のパラジウムであるのが好ましい。供給される
空気中における水素の量が，そのまま存在しても精製さ
れた空気の意図した用途に対して有害ではないような量
であれば，水素を水蒸気に変えるための触媒は使用しな
くてもよい。こうしたことは，精製された空気が，医薬
を製造・保管する上で不活性な環境を保持するのに使用
される場合に起こりうる。一方，超高密度のコンピュー
タ・チップの作製において使用される高純度窒素ガスを
製造する際には，空気中に存在するごく微量の水素でも
除去する必要がある。本発明によれば，このような量の
水素は，担持された形のパラジウム又は他の適切な酸化
触媒を触媒作用セクションにて使用して，水素を水蒸気
に変えることによって除去することができる。
【００１４】本発明の方法は，連続方式で行うことがで
きる。堆積して吸着された不純物を取り除くことによっ
て，２つの吸着セクションと１つの触媒作用セクション
を含んだ処理ゾーンを定期的に再生しなければならな
い。精製したガスを造りだす少なくとも１つの処理ゾー
ンと共に複数の処理ゾーンが使用され，このとき同時に
少なくとも１つの他の処理ゾーンが再生作用を受ける。
【００１５】本発明によれば，処理ゾーンは，温度スウ
ィングモードにて，供給温度付近のパージガス（ｐｕｒ
ｇｅ ｇａｓ）又はより高温のパージガスによって再生
することができる。こうして得られた空気は，約１ｐｐ
ｍ以下の二酸化炭素とトータルで約１ｐｐｍ以下の他の
不純物を含有する。すなわち本発明の方法は，空気を精
製して，低温蒸留によって高純度窒素ガスを製造するの
に好適な空気を得るものである。
【００１６】以下に説明する図面（同じ参照番号は同じ
部分を示す）は，本発明の実施態様を例証しているもの
であり，これによって本特許出願の一部を形成している
特許請求の範囲に包含されている本発明の範囲が限定さ
れるものではない。
【００１７】本発明の方法は，４種の不純物（すなわ
ち，一酸化炭素，二酸化炭素，水素，及び水蒸気）に関
して高度に精製された空気を与える。言うまでもないこ
とであるが，本明細書にて使用している“不純物”と
は，これらのガスを示しており，供給される空気中に存
在することのある，そして不純物としてみなすことので
きる他のガス（例えば微量の炭化水素類）は含めて考え
ないものとする。
【００１８】さらに，本明細書で言う供給空気は，一酸
化炭素と水素の少なくとも一方の不純物を含有する，と
いうことに留意しておかなければならない。二酸化炭素
と水蒸気は，最初の空気の供給流れ中に存在していても
よいし，あるいは本発明のプロセスの酸化工程時に生成
してもよい。
【００１９】図面を参照すると，図１には精製空気を製
造するための連続プロセスが示されており，本プロセス
では，供給空気の温度に近い温度において，再生作用を
受ける処理ゾーンがあるガスでパージされる。
【００２０】大気中の空気が，ライン２を介して圧縮機
４に進み，そこで空気が約６１８〜１１３５ｋＰａ（約
７５〜１５０ｐｓｉｇ）に圧縮される。次いで，圧縮さ
れた空気の流れがライン６を介して熱交換器８に送ら
れ，そこで冷却されてからライン１０を介して水分離器
１２に導入されて液状水が除去される。水分離器１２か
らの流出物の温度は約５〜５０℃，好ましくは約２０〜
４５℃である。
【００２１】空気が，ライン１４を通り弁１６とライン
２０を介して単一容器３０内の処理ゾーン２９に送られ
る。この単一容器３０は，下部吸着セクション３４，触
媒作用セクション３８，及び上部吸着セクション４２を
含んでいる。
【００２２】下部吸着セクション３４は，圧縮された空
気の流れ中に存在する二酸化炭素の一部や水蒸気を除去
する水除去用吸着剤（例えば，活性アルミナ，シリカゲ
ル，ゼオライト，及びこれらの組合せ物等）の少なくと
も１つの層を含んでいる。触媒作用セクション３８に存
在している酸化触媒の失活を防ぎ，且つ供給空気の低温
処理を可能にするために，圧縮空気中に残存している水
蒸気の殆どを下部吸着セクション３４において除去しな
ければならない。吸着セクション３４は，活性アルミナ
又はシリカゲルの主層とゼオライト（例えば，ＵＯＰ，
Ｉｎｃ．製造のゼオライト１３Ｘ又はゼオライト５Ａ）
の層を含むのが好ましい。
【００２３】次いで，空気の流れが処理容器３０内の触
媒作用セクション３８に入る。処理容器３０の３つのセ
クションの物理的な分離は，当業界に公知の手段によっ
て果たされる。例えば，吸着セクション３４と触媒作用
セクション３８はステンレス鋼製スクリーンによって分
離することができ，このステンレス鋼製スクリーンはさ
らに，触媒作用セクションと上部吸着セクション４２と
を分離するのに使用することもできる。
【００２４】触媒作用セクション３８は，一酸化炭素を
二酸化炭素に酸化するための，そして水素を水蒸気に転
化するための触媒を含んでいる。一酸化炭素を除くのに
使用される触媒は，酸化ニッケル，及び酸化マンガンと
酸化銅との混合物のような金属酸化物が好ましい。水素
を水蒸気に酸化するのに使用される触媒は，担持された
パラジウム，及び当業界に公知の他の貴金属触媒が好ま
しい。空気の流れは，水素酸化触媒に接触する前に一酸
化炭素酸化触媒に接触するのが好ましい。
【００２５】このようにして処理された空気が，二酸化
炭素と水蒸気を除去するための上部吸着セクション４２
に入る。上部吸着セクション４２において使用すること
のできる吸着剤としては，好ましくは，ゼオライト，活
性アルミナ，シリカゲル，及びこれらの組合せ物等があ
る。
【００２６】このようにして処理された精製空気は，約
１．０ｐｐｍ以下の二酸化炭素とトータルで約１ｐｐｍ
以下の他の不純物を含有しており，処理容器３０から取
り出され，ライン４６と弁５８を通ってライン６２に進
み，そこで貯蔵容器に送られるか又はさらなる処理（例
えば低温蒸留）に付される。
【００２７】処理ゾーン２９が空気を精製しているのと
同時に，処理ゾーン３１は，堆積した不純物が除去され
て再生作用を受けている。処理容器３２は，実質的には
処理容器３０と同じであり，対応する下部吸着セクショ
ン３６，触媒作用セクション４０，及び上部吸着セクシ
ョン４４を含んでいる。３つのセクション３６，４０，
及び４４の構造，ならびにその中に収容されている物質
は，それぞれセクション３４，３８，及び４２に関して
説明したものと同じである。
【００２８】空気をある時間精製すると，下部吸着セク
ション３６と上部吸着セクション４４は二酸化炭素と水
で汚染されるようになり，触媒作用セクション４０には
少量の一酸化炭素と水素が堆積する。これらの不純物
は，触媒に対して悪影響を及ぼすことのない，且つ容器
３２から除去すべき不純物を含有していないガスで容器
３２をパージすることによって除去される。適切なパー
ジガスは，高純度窒素，高純度酸素，又はこれらの混合
物である。
【００２９】パージガスを導入する前に，容器３２を排
気して，容器３２内の圧力を大気圧に近づける。このこ
とは，弁２６を開き，これによってライン２２と出口ラ
イン２８を介して通気させることによって行われる。さ
らに図１について説明すると，別個の供給源（図示せ
ず）から供給されるパージガスが，ライン６２からのサ
イドストリーム（ｓｉｄｅ ｓｔｒｅａｍ）として，又
は約１０７〜１３５ｋＰａ（約１〜５ｐｓｉｇ）の圧力
にて低温蒸留塔からの廃棄ガスとして，ライン７０を介
して任意のブロアー６８に供給され，そこで必要に応じ
て圧力が高められる。このパージガスは，ライン６６を
介してライン５４に進み，そして弁５２を介してライン
４８に流れていく。
【００３０】本パージガスは，ライン２２を介して容器
３２を出て，弁２６を通って流れていき，そしてライン
２８を介して排気される。この運転時においては，ライ
ン２０に接続された弁２４は閉じられている。パージを
行った後，精製された空気を使用して容器３２内の圧力
を徐々に高めるのが好ましい〔“生成物による裏込め
（ｐｒｏｄｕｃｔ ｂａｃｋｆｉｌｌ）”と呼ぶ〕。こ
の再加圧は，精製空気の少量部分を，ライン４６から弁
５６及びライン４８を介して容器３２に送ることによっ
て行うことができる。
【００３１】いったんパージと再加圧が完了すれば，容
器３２は再び精製サイクルを始める用意ができている。
これは，弁１６を閉じ，そして弁１８を開いて，空気の
流れがライン１４からライン２２に流れていき，容器３
２の下部吸着セクション３６に入るようにすることによ
って行われる。容器３２から得られる精製空気は，ライ
ン４８と弁６０を通って出口ライン６２に進む。これと
同時に，供給流れの容器３０への流入は，弁１６を閉じ
ることによって停止され，そして先ず容器３０を排気
し，次いでパージガスをライン６６，ライン５４，及び
弁５０を介してライン４６に導入することによって再生
が開始される。
【００３２】圧力スウィングモードの運転におけるサイ
クルを完了するのに要する時間は，通常約６〜４０分で
ある。図１に記載した二容器プロセスのためのサイクル
を表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】本発明のプロセスは，パージガスを供給流
れの温度よりかなり高い温度に加熱することによっても
行うことができる。この温度スウィングモードの運転に
おいては，一般には供給空気の温度が，圧力スウィング
の態様において使用される供給空気の温度より低い温度
（好ましくは約５〜２０℃）に冷却される。
【００３５】図２を参照すると，圧縮機４において空気
の供給流れの圧力を約６１８〜１１３５ｋＰａ（約７５
〜１５０ｐｓｉｇ）の圧力に高めることによって，温度
スウィングモードの運転が開始される。圧縮された空気
の流れが，ライン６を介して熱交換器８に送られ，次い
でライン１０を介して分離器１２に送られる。水分離器
１２を出た圧縮空気は，約５〜２０℃の温度であるのが
好ましい。処理セクション２９の運転は，図１の実施態
様に関して説明したものと同じである。
【００３６】図２に示されている温度スウィングモード
の運転においては，圧力スウィングモードの運転に関し
て説明した生成物による裏込めとは異なり，通常は供給
空気の一部を使用して容器３０と３２が徐々に加圧され
る。容器３０を再加圧するには弁１６が開かれ，一方，
容器３２の再加圧に対しては弁１８が使用される。容器
３０を再加圧した後，供給空気の精製が行われ，高度に
精製された空気がライン６２を介して下流でのプロセシ
ング（例えば低温蒸留システム）のために送られる。容
器３０における精製中，容器３２は先ず弁２６とライン
２８を介して排気され，次いで，任意のブロアー６８を
通りライン６６を介してヒーター６４に送られてくる不
純物を含まないパージガスを使用して再生される。
【００３７】ライン７０を介して本システム中に入って
くるパージガスの温度は，一般には供給空気の温度に近
い。従って，パージガスは，ヒーター６４において好ま
しくは約８０〜２５０℃の温度に加熱される。加熱され
た再生ガスは，ライン５４，開いている弁５２，及びラ
イン４８を通って容器３２に進み，次いで開いている弁
２６を通ってライン２８に進み，これによってそれまで
に吸着されていた不純物が除去される。
【００３８】パージガスによって容器３２に供給される
熱は，容器３２内に含まれた不純物を脱着させるに足る
ものでなければならない。従って，充分な熱が容器３２
に導入された後，ヒーター６４のスイッチを切るのが好
ましい。ある与えられた容器に対して必要とされる熱量
は，ある決まった手順で求めることができる。脱着され
た不純物を除去するために，また次の精製工程へかかれ
るよう容器３２を冷却し始めるために，ヒーター６４の
スイッチを切った後も，パージガスを流し続ける。容器
３２が充分に冷却された後，容器３２は，開いている弁
１８とライン２２を通ってくる供給空気の一部を使用し
て徐々に再加圧される。この時間中，容器３０は供給空
気の精製を継続して行っている。容器３２の再加圧後，
容器３２に関して説明した如く，容器３０は，排気を行
う工程，パージガスで加熱する工程，及びパージガスで
冷却する工程を施される。このとき同時に，容器３２は
供給空気の精製を行っている。本発明のプロセスは，こ
のような態様で連続的に行うことができる。
【００３９】図２に示した温度スウィングプロセスに対
する全サイクル時間は約８〜２４時間であり，圧力スウ
ィングモードの運転に対するサイクル時間よりはるかに
長い。温度スウィングモードにおいて運転される二床プ
ロセスに対する全サイクルを表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】図１に関して説明したように，パージガス
は本システムによって除去されるべき不純物を含んでは
ならず（すなわち，一酸化炭素，二酸化炭素，水素，及
び水蒸気を実質的に含まない），また容器の３つのセク
ションの各構成成分に悪影響を与えてはならない。ライ
ン６２を出た精製空気が，さらなる処理を施すために低
温蒸留システムに送られる場合，低温蒸留システムを出
た廃棄ガスはパージガスとして有利に使用することがで
きる。
【００４２】精製された空気を低温蒸留システムに移送
するためのシステムを図３に示す。ライン６２を出た精
製空気の流れは，ガス状物の戻り流れ７８と８６及びパ
ージガス流れ８０と向流の形で，熱交換器７６において
冷却される。加温されたガス状物流れ７２と７４は，生
成物として取り出され，ユーザーの装置や貯蔵設備に送
られる。加温されたパージガス流れ７０を使用して，前
述したように精製容器が再生される。熱交換器７６を出
た低温の空気の流れ８２は，ターボエキスパンダー８４
においてさらに冷却されて流れ８８を生成し，この流れ
８８が蒸留塔９０において低温蒸留されてガス状物流れ
８６と７８及び廃棄物流れ８０を生成し，この廃棄物流
れ８０がパージガスとして使用される。従来の低温蒸留
システムに対する種々の変形は，当技術者には明らかで
あろう。
【００４３】実施例１ 図１に示した圧力スウィングモードを適用して単一容器
プロセスを実施した。第１の触媒層は，１２．２６ｋｇ
（２７ポンド）の市販活性アルミナからなる第１の層，
０．７７ｋｇ（１．７ポンド）の６×１４メッシュのホ
プカライト（Ｈｏｐｃａｌｉｔｅ）（酸化マンガンと酸
化銅との混合物，ペンシルバニア州ピッツバーグのＭＳ
Ａにより製造）からなる第２の層，及び５．２７ｋｇ
（１１．６ポンド）の活性アルミナからなる最終層を含
む。２５℃の温度，１０７０ｋＰａ（１４０ｐｓｉｇ）
の圧力，及び０．６５ｍ3／分（２３．０標準ｆｔ3／
分）の流量を有し，約３５０ｐｐｍのＣＯ2を含有した
水蒸気で飽和された供給空気を，表１に示したサイクル
シーケンスを適用して容器に通した。調節された流量の
一酸化炭素を供給空気中にブレンドして，供給空気流れ
に５．５ｐｐｍの一酸化炭素含量をもたせるようにし
た。平均流量（サイクル全体に対して平均した流量）が
１６．６ｍ3／分（９．７標準ｆｔ3／秒）の不純物を含
まない窒素を使用して，供給温度（２５℃）にて容器を
再生した。
【００４４】容器を出た空気は，０．１ｐｐｍ未満のＨ
2Ｏ及び１ｐｐｍ未満の二酸化炭素を含み，一酸化炭素
は含有していなかった。供給空気中の一酸化炭素をホプ
カライト層によって二酸化炭素に変化させ，二酸化炭素
と他の酸化生成物をもう一つの活性アルミナ層によって
除去した。
【００４５】実施例２ 実施例１の場合と類似の単一容器に，１２．２６ｋｇ
（２７ポンド）の市販活性アルミナからなる第１の層，
０．７７ｋｇ（１．７ポンド）の６×１４メッシュのホ
プカライトからなる第２の層，０．５重量％のアルミナ
担持パラジウム（エンゲルハルト・コーポレーションに
より製造）を含有した０．６８ｋｇ（１．５ポンド）の
触媒からなるその第３の層，及び４．５４ｋｇ（１０ポ
ンド）の活性アルミナからなる最終層を装入した。本プ
ロセスは，実施例１に記載のＨ2Ｏ量とＣＯ2量の他に，
さらに５．５ｐｐｍのＣＯと２．０ｐｐｍの水素を含有
した供給空気を使用して，実施例１の場合と同じ条件下
にて行った。容器を出た空気は，Ｈ2とＣＯを含有せ
ず，０．１ｐｐｍ未満のＨ2Ｏと１ｐｐｍ未満の二酸化
炭素を含有していた。
【００４６】実施例３〜６ 図２に示したスキームに従って本発明のプロセスを実施
し，このときパージガスを供給空気の温度より高い温度
に加熱した。
【００４７】容器３０の下部吸着セクション３４に，
２．５９ｋｇ（５．７ポンド）のゼオライト１３Ｘの層
をその上に有する５．２３ｋｇ（１１．５ポンド）の活
性アルミナの層を装入した。触媒作用セクション３８
に，表４に示した量の０．３２ｍｍ（１／８”）カルラ
イト（Ｃａｒｕｌｉｔｅ）２００ペレット〔酸化マンガ
ンと酸化銅との混合物，イリノイ州オタワのカルス・ケ
ミカル・カンパニー（Ｃａｒｕｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｃｏｍｐａｎｙ）により製造〕を装入した。上部吸着セ
クション４２には，２．４５ｋｇ（５．４ポンド）のゼ
オライト１３Ｘを装入した。
【００４８】約３５０ｐｐｍの二酸化炭素と種々異なる
量の一酸化炭素を含有していて６５０ｋＰａ（８０ｐｓ
ｉｇ）に加圧した水蒸気で飽和された空気流れを，０．
８２ｍ3／分（２８．８ｆｔ3／分）の割合で容器３０に
送り込んだ。これと同時に，０．１４ｍ3／分（５．１
標準ｆｔ3／分）の割合でパージガスの再生流れを使用
して，容器３２から不純物を除去した。供給温度が４．
４℃のときには，１２１℃の再生ガス温度を用いた。１
２．５℃というより高い供給温度の場合には，１４８．
９℃の再生ガス温度を使用した。
【００４９】精製サイクルと再生サイクルの各工程を行
うのに必要な時間を表３に示す。
【００５０】
【表３】
【００５１】表３からわかるように，精製工程と再生工
程を含む単一のサイクルを完了させるのに必要な時間
は，温度スウィング吸着モードの運転時には１２．０時
間である。すなわち，圧力スウィング吸着モードの運転
時における単一サイクルを完了させるのに必要な時間よ
り約２０倍長い。
【００５２】表４は，実施例３〜６のそれぞれにおい
て，一酸化炭素の二酸化炭素への転化率が極めて高いこ
とを示している。
【００５３】
【表４】
【００５４】いずれの実施例においても，下部吸着セク
ションを出た空気は０．１ｐｐｍ未満の水蒸気を含有
し，上部吸着セクションから回収された空気は１ｐｐｍ
未満の二酸化炭素を含有していた。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力スウィングモードの運転を使用して高度精
製空気を製造するための連続プロセスを示した，本発明
の１つの実施態様の概略図である。
【図２】温度スウィングモードの運転を使用した場合の
第１図に類似の連続プロセスを示した，本発明の他の実
施態様の概略図である。
【図３】低温蒸留システムにおいて高度精製空気をさら
に処理することを示した，第２図に対応する本発明の実
施態様の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｊ 23/86 Ｃ０１Ｂ 21/04 Ｒ Ｃ０１Ｂ 21/04 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ａ (72)発明者 ラヴィ・ジャイン アメリカ合衆国ニュージャージー州 08854，ピスカタウェイ，カンタベリ ー・コート 48 (56)参考文献 特開 昭61−268336（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−225568（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−5081（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭50−3545（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、およ
    び水素からなる不純物を実質的に取り除いた空気を製造
    する方法であって、下記の工程： （ａ） 前記不純物を含有した圧縮された空気の供給流
    れから水蒸気を除去する工程； （ｂ） 酸素の存在下において、工程（ａ）からの空気
    の流れを１種以上の酸化触媒と接触させ、これによって
    一酸化炭素を二酸化炭素に、そして水素を水蒸気に変化
    させる工程；および （ｃ） 工程（ｂ）において得られた空気から水蒸気と
    二酸化炭素を除去して、前記の実質的に不純物を取り除
    いた空気を得る工程； を含み、 このとき、工程（ａ）〜（ｃ）が複数の処理ゾーンにお
    いて行われ、前記処理ゾーンの少なくとも一つが前記空
    気の供給流れから前記不純物を除去するのに使用され、
    そして前記処理ゾーンの少なくとも一つがその中に含ま
    れている前記不純物を除去するために同時にパージさ
    れ、処理ゾーンをパージする前記工程が、前記処理ゾー
    ンにおける圧力を低下させる工程と、前記不純物を実質
    的に含まない適切なパージガスを前記処理ゾーンに通す
    工程とを含む、方法。
  2. 【請求項２】 工程（ａ）が、前記空気の供給流れを水
    蒸気除去用吸着剤と接触させる工程を含む、請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記水蒸気除去用吸着剤が、活性アルミ
    ナ、シリカゲル、ゼオライト、およびこれらの組合せ物
    からなる群から選ばれる、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 工程（ｂ）における前記酸化触媒が酸化
    マンガンと酸化銅との混合物である、請求項１に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 水素を水蒸気に変えるための前記酸化触
    媒が担持されたパラジウムである、請求項１に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記の実質的に不純物を取り除いた空気
    が、１.０ｐｐｍ以下の二酸化炭素およびトータルで１.
    ０ｐｐｍ以下の他の前記不純物を含有する、請求項１に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 工程（ａ）の前に、前記空気の供給流れ
    が６１８〜１１３５ｋＰａ（７５〜１５０ｐｓｉｇ）の
    圧力に圧縮される、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 処理ゾーンをパージする前記工程が、前
    記処理ゾーンにおける圧力を低下させる工程と、空気の
    供給流れの圧力より低い圧力および周囲温度において前
    記不純物を実質的に含まない適切なパージガスを前記処
    理ゾーンに通す工程とを含む、請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 処理ゾーンをパージする前記工程が、前
    記処理ゾーンにおける圧力を低下させる工程と、８０〜
    ２５０℃の範囲の温度において前記不純物を実質的に含
    まない適切なパージガスを前記処理ゾーンに通す工程と
    を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 追加量のパージガスを前記処理ゾーン
    に通して前記処理ゾーンの温度を低下させる工程をさら
    に含む、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 水蒸気、一酸化炭素、および二酸化炭
    素からなる不純物を実質的に取り除いた空気を製造する
    方法であって、下記の工程： （ａ） 前記不純物を含有した圧縮された空気の供給流
    れから水蒸気を除去する工程； （ｂ） 酸素の存在下において、工程（ａ）からの空気
    の流れを１種以上の酸化触媒と接触させ、これによって
    一酸化炭素を二酸化炭素に変化させる工程；および （ｃ） 工程（ｂ）において得られた空気から二酸化炭
    素と残存水蒸気を除去して、前記の実質的に不純物を取
    り除いた空気を得る工程； を含み、 このとき、工程（ａ）〜（ｃ）が複数の処理ゾーンにお
    いて行われ、前記処理ゾーンの少なくとも一つが前記空
    気の供給流れから前記不純物を除去するのに使用され、
    そして前記処理ゾーンの少なくとも一つがその中に含ま
    れている前記不純物を除去するために同時にパージさ
    れ、処理ゾーンをパージする前記工程が、前記処理ゾー
    ンにおける圧力を低下させる工程と、前記不純物を実質
    的に含まない適切なパージガスを前記処理ゾーンに通す
    工程とを含む、方法。
  12. 【請求項１２】 工程（ａ）が、前記空気の供給流れを
    水蒸気除去用吸着剤と接触させる工程を含む、請求項１
    １に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記水蒸気除去用吸着剤が、活性アル
    ミナ、シリカゲル、ゼオライト、およびこれらの組合せ
    物からなる群から選ばれる、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 工程（ｂ）における前記酸化触媒が酸
    化マンガンと酸化銅との混合物である、請求項１１に記
    載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記の実質的に不純物を取り除いた空
    気が、１.０ｐｐｍ以下の二酸化炭素およびトータルで
    １.０ｐｐｍ以下の他の前記不純物を含有する、請求項
    １１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 工程（ａ）の前に、前記空気の供給流
    れが６１８〜１１３５ｋＰａ（７５〜１５０ｐｓｉｇ）
    の圧力に圧縮される、請求項１１に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 処理ゾーンをパージする前記工程が、
    前記処理ゾーンにおける圧力を低下させる工程と、空気
    の供給流れの圧力より低い圧力および周囲温度において
    前記不純物を実質的に含まない適切なパージガスを前記
    処理ゾーンに通す工程とを含む、請求項１１に記載の方
    法。
  18. 【請求項１８】 処理ゾーンをパージする前記工程が、
    前記処理ゾーンにおける圧力を低下させる工程と、８０
    〜２５０℃の範囲の温度において前記不純物を実質的に
    含まない適切なパージガスを前記処理ゾーンに通す工程
    とを含む、請求項１１に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 追加量のパージガスを前記処理ゾーン
    に通して前記処理ゾーンの温度を低下させる工程をさら
    に含む、請求項１８に記載の方法。
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