(57)【要約】【課題】簡便な構成により、再生ガスの総量の削減が可能な気体精製装置を提供する。【解決手段】吸着塔３Ａ，３Ｂと、吸着塔３Ａ，３Ｂを加熱する加熱装置７と、を備え、吸着塔３Ａ，３Ｂの内側に、除去対象物のうち少なくとも１種を吸着する吸着剤が充填された吸着剤層５，６が積層されており、吸着剤の再生に必要とされる熱エネルギーが最も大きな吸着剤が充填された吸着剤層５に対応する、吸着塔３Ａ，３Ｂの外周面にのみ加熱装置７を設けるとともに、加熱対象となる吸着剤層５に対応する外周面のうち、少なくとも一部に加熱装置７を設けない領域を設ける、気体精製装置１を選択する。【選択図】図１
2020058989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度スイング吸着法により、１以上の除去対象物を含む原料ガスから前記除去対象物が除去された精製ガスを得る気体精製装置であって、
塔底部に設けられた第１給排気口と塔頂部に設けられた第２給排気口とを有する、１以上の吸着塔と、
前記吸着塔の外周面を覆うとともに前記吸着塔を加熱する加熱装置と、を備え、
前記吸着塔の内側に、前記除去対象物のうち少なくとも１種を吸着する吸着剤が充填された吸着剤層が、前記第１給排気口と前記第２給排気口とを結ぶ方向に、１以上積層されており、
前記吸着剤の再生に必要とされる熱エネルギーが最も大きな前記吸着剤が充填された吸着剤層に対応する、前記吸着塔の外周面にのみ前記加熱装置を設けるとともに、
加熱対象となる前記吸着剤層に対応する前記外周面のうち、少なくとも一部に前記加熱装置を設けない領域を設ける、気体精製装置。
【請求項２】
前記加熱装置を設けない領域が、前記第１給排気口と前記第２給排気口とを結ぶ方向において、前記吸着剤の再生時に前記吸着剤層の二次側となる側に設けられる、請求項１に記載の気体精製装置。
【請求項３】
前記加熱装置を設けない領域が、前記外周面の周方向全体にわたって設けられる、請求項１又は２に記載の気体精製装置。
【請求項４】
加熱対象となる前記吸着剤層に対応する、前記吸着塔の外周面のうち、前記第１給排気口と前記第２給排気口とを結ぶ方向において１５〜５０％を覆うように前記加熱装置を設ける、請求項３に記載の気体精製装置。
【請求項５】
前記吸着塔の内側に、前記吸着剤層が２以上積層されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気体精製装置。
【請求項６】
前記吸着剤の再生に必要とされる熱エネルギーが最も大きな前記吸着剤層が、水を吸着する吸着剤が充填された吸着剤層である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の気体精製装置。
【請求項７】
前記気体精製装置が、空気分離の前処理装置である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気体精製装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の気体精製装置を用いる気体精製方法であって、
吸着塔内の吸着剤を再生する際に、
精製ガスの一部を加熱した後、前記吸着塔内に導入し、前記吸着塔内の前記吸着剤を加熱して前記吸着剤から除去対象物を脱離させる加熱工程と、
前記精製ガスの一部を加熱せずに前記吸着塔内に導入し、前記加熱工程で加熱された前記吸着剤を冷却する冷却工程と、を行うとともに、
前記加熱工程において加熱装置を運転する、気体精製方法。
【請求項９】
前記加熱工程の開始から所要の時間のみ、前記加熱装置を運転する、請求項８に記載の気体精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体精製装置及び気体精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気分離に用いる原料空気の前処理では、不純物である水分や二酸化炭素、あるいは亜酸化窒素や炭化水素等を除去する。このような不純物を除去する前処理装置として、一般的に、温度変動（スイング）吸着（ＴＳＡ：Thermal Swing Adsorption）法による気体精製装置、すなわちＴＳＡ装置が用いられる。特に、原料空気の前処理として用いるＴＳＡ装置では、吸着塔に２以上の吸着剤を充填し、それぞれの吸着剤からなる層（以下、単に吸着剤層ともいう）が吸着塔内における原料空気の流れ方向に対して垂直となるように積層された状態とする。具体的には、吸着塔の原料空気が供給される側から順に、水分除去用の吸着剤、次いで二酸化炭素除去用の吸着剤を充填し、場合によってはさらに亜酸化窒素除去用の吸着剤を充填して、それぞれの吸着剤層を積層する。このような吸着塔を備えたＴＳＡ装置により、原料空気中に含まれる上述した不純物が除去された精製ガス（精製空気）が得られる。
【０００３】
ＴＳＡ装置は、一般的に２以上の吸着塔を有しており、一方の吸着塔において不純物を吸着剤に吸着させる間、他方の吸着塔において吸着剤の再生を行う。吸着剤の再生は、先ず、原料空気が供給される側と反対側から吸着塔内に加熱した精製ガス（以下、単に「加熱ガス」ともいう）を供給して、吸着塔内に充填された吸着剤（吸着剤層）から吸着質をそれぞれ脱離させる（以下、単に「加熱工程」ともいう）。次いで、吸着塔内に加熱しない精製ガス（以下、単に「冷却ガス」ともいう）を供給して吸着塔内の吸着剤（吸着剤層）を冷却する（以下、単に「冷却工程」ともいう）。
【０００４】
このように、吸着塔内の吸着剤を再生する際、吸着剤の加熱および冷却には精製ガスの一部（１０〜３５体積％程度）を使用するため、精製ガスの収率が低下する。したがって、ＴＳＡ装置では、吸着剤の再生に使用する加熱ガス及び冷却ガス（以下、単に「再生ガス」ともいう）の総量の削減が求められている。
【０００５】
ところで、空気分離に用いる前処理装置としてＴＳＡ装置を用いる場合、吸着塔内の吸着剤の再生に必要とされるエネルギーの内訳は、５０％が吸着している水分の脱離、２％が吸着している二酸化炭素や亜酸化窒素の脱離、４８％が吸着剤の温度上昇であることが知られている（特許文献１を参照）。
【０００６】
再生ガスの総量を削減する最も簡単な方法として、吸着塔内に供給する加熱ガスの高温化が挙げられる。しかしながら、加熱ガスの温度を上げるためには、ガス供給経路に設ける弁やシール材等に耐熱性が要求されるため、装置全体のコストアップにつながる。
【０００７】
ところで、空気分離の前処理装置の場合、加熱ガスは吸着塔内で二酸化炭素除去用の吸着剤層（あるいは亜酸化窒素除去用の吸着剤層）側から水分除去用の吸着剤層側に流れる。加熱ガスの温度を上げると吸着剤層全体の温度を上昇させることになるが、二酸化炭素除去用の吸着剤層及び亜酸化窒素除去用の吸着剤層に吸着している二酸化炭素や亜酸化窒素は１００℃未満で脱離できるため、これらの吸着剤層を１００℃以上に加熱する必要はない（特許文献１を参照）。
【０００８】
特許文献２には、このような余分なエネルギーを削減する方法として、二酸化炭素除去用の吸着剤層と水分除去用の吸着剤層との間から吸着塔内に加熱ガスを導入する方法が開示されている。特許文献２に開示された方法によれば、二酸化炭素除去用の吸着剤層の加熱に使われる余分なエネルギーはなくなるが、吸着塔の側面から加熱ガスを導入するためのバルブの追加等、吸着塔の構造を変更する必要がある。
【０００９】
また、加熱ガスの高温化以外の方法により、吸着剤の再生に必要な熱を補う方法が検討されている。たとえば、マイクロ波エネルギーによる熱供給、吸着塔の充填層内への電気ヒーターの設置、吸着塔への直接通電、吸着塔側胴に設けた流路に加熱および冷却流体を流す方法が挙げられる（特許文献３等を参照）。しかしながら、いずれの方法も付帯装置が必要であるか、吸着塔の構造が複雑化してしまうという課題がある。
【００１０】
一方、特許文献４には、吸着塔の外周面にヒーターを設け、このヒーターによって吸着塔を直接加熱する方法が開示されている。特許文献４に開示された方法によれば、単純な構成により加熱工程における加熱ガスの使用量を削減できる。しかしながら、冷却工程に関して何ら考慮されておらず、そのまま実施すると吸着塔内の吸着剤の冷却が阻害されて冷却ガスの使用量が増大するため、結果、再生ガスの総量が増大してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２３２５７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１０１９０号公報
【特許文献３】特開２００３−１７５３１１号公報
【特許文献４】昭６１−１２０６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡便な構成及び操作により、再生ガスの総量の削減が可能な気体精製装置及び気体精製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
［１］  温度スイング吸着法により、１以上の除去対象物を含む原料ガスから前記除去対象物が除去された精製ガスを得る気体精製装置であって、
塔底部に設けられた第１給排気口と塔頂部に設けられた第２給排気口とを有する、１以上の吸着塔と、
前記吸着塔の外周面を覆うとともに前記吸着塔を加熱する加熱装置と、を備え、
前記吸着塔の内側に、前記除去対象物のうち少なくとも１種を吸着する吸着剤が充填された吸着剤層が、前記第１給排気口と前記第２給排気口とを結ぶ方向に、１以上積層されており、
前記吸着剤の再生に必要とされる熱エネルギーが最も大きな前記吸着剤が充填された吸着剤層に対応する、前記吸着塔の外周面にのみ前記加熱装置を設けるとともに、
加熱対象となる前記吸着剤層に対応する前記外周面のうち、少なくとも一部に前記加熱装置を設けない領域を設ける、気体精製装置。
［２］  前記加熱装置を設けない領域が、前記第１給排気口と前記第２給排気口とを結ぶ方向において、前記吸着剤の再生時に前記吸着剤層の二次側となる側に設けられる、［１］に記載の気体精製装置。
［３］  前記加熱装置を設けない領域が、前記外周面の周方向全体にわたって設けられる、［１］又は［２］に記載の気体精製装置。
［４］  加熱対象となる前記吸着剤層に対応する、前記吸着塔の外周面のうち、前記第１給排気口と前記第２給排気口とを結ぶ方向において１５〜５０％を覆うように前記加熱装置を設ける、［３］に記載の気体精製装置。
［５］  前記吸着塔の内側に、前記吸着剤層が２以上積層されている、［１］乃至［４］のいずれか一項に記載の気体精製装置。
［６］  前記吸着剤の再生に必要とされる熱エネルギーが最も大きな前記吸着剤層が、水を吸着する吸着剤が充填された吸着剤層である、［１］乃至［５］のいずれか一項に記載の気体精製装置。
［７］  前記気体精製装置が、空気分離の前処理装置である、［１］乃至［６］のいずれか一項に記載の気体精製装置。
［８］  ［１］〜［７］のいずれか一項に記載の気体精製装置を用いる気体精製方法であって、
吸着塔内の吸着剤を再生する際に、
精製ガスの一部を加熱した後、前記吸着塔内に導入し、前記吸着塔内の前記吸着剤を加熱して前記吸着剤から除去対象物を脱離させる加熱工程と、
前記精製ガスの一部を加熱せずに前記吸着塔内に導入し、前記加熱工程で加熱された前記吸着剤を冷却する冷却工程と、を行うとともに、
前記加熱工程において加熱装置を運転する、気体精製方法。
［９］  前記加熱工程の開始から所要の時間のみ、前記加熱装置を運転する、［８］に記載の気体精製方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の気体精製装置及び気体精製方法は、簡便な構成及び操作により、再生ガスの総量を削減できる。
また、本発明の気体精製装置及び気体精製方法は、空気分離の前処理装置及び前処理方法として、特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した一実施形態である気体精製装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書における下記の用語の意味は以下の通りである。
「精製ガス」とは、吸着塔内に充填された１以上の吸着剤によって原料ガスから除去対象物が除去された気体を意味する。
「吸着剤層」とは、吸着塔内に充填された吸着剤からなる層を意味する。
吸着剤の「再生」とは、除去対象物が吸着された吸着剤を再び除去対象物が吸着され得る状態に戻すことを意味する。
吸着剤の「再生工程」とは、吸着塔内に充填された吸着剤を加熱し、吸着された吸着質（除去対象物）を脱離させる工程（加熱工程）と、吸着塔内の吸着剤を冷却する工程（冷却工程）との総称を意味する。
「加熱ガス」とは、加熱工程において吸着塔内に供給される気体、すなわち、加熱された精製ガスを意味する。
「冷却ガス」とは、冷却工程において吸着塔内に供給される気体、すなわち、加熱しない精製ガスを意味する。
「再生ガス」とは、吸着塔内の吸着剤を再生するために吸着塔内に供給される気体、すなわち、加熱ガス及び冷却ガスを意味する。
「排ガス」とは、吸着剤の再生に使用された再生ガスであって、吸着塔から排出される気体を意味する。
【００１７】
以下、本発明を適用した一実施形態の気体精製装置の構成について、これを用いた気体精製方法と併せて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
【００１８】
＜気体精製装置＞
先ず、本発明を適用した一実施形態である気体精製装置の構成について説明する。
図１は、本発明を適用した一実施形態である気体精製装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の気体精製装置１は、圧縮機２、２つの吸着塔３Ａ，３Ｂ、加熱器４、加熱ヒーター（加熱装置）７、供給ラインＬ１、脱圧ラインＬ２、排ガスラインＬ３、回収ラインＬ４、充圧ラインＬ５、再生（冷却）ガスラインＬ６及び加熱ラインＬ７を備えて概略構成されている。
【００１９】
本実施形態の気体精製装置１は、温度スイング吸着（以下、単に「ＴＳＡ」と記す）法により、除去対象物を含む原料ガスから除去対象物を除去して精製ガスを得るためのガス精製装置である。気体精製装置１では、２つの吸着塔３Ａ，３Ｂのうち、一方が吸着工程を行っている間に、他方が再生工程を行うことにより、連続して精製ガスが得られる。
【００２０】
原料ガスは、特に限定されない。原料ガスとしては、例えば、水分（水）、窒素、亜酸化窒素及び二酸化炭素からなる群より選ばれる少なくとも一種を除去対象物として含む空気；二酸化炭素、水分、窒素及び空気からなる群より選ばれる少なくとも一種を除去対象物として含むメタンガス；水分、二酸化炭素、窒素及び空気からなる群より選ばれる少なくとも一種を除去対象物として含む水素などが挙げられる。本実施形態の気体精製装置１では、除去対象物として水分を含む原料ガスを用いた場合に、優れた効果が発揮される。
【００２１】
圧縮機２は、原料ガスを圧縮（加圧）し、供給ラインＬ１を介して吸着塔３Ａ，３Ｂに供給する装置である。圧縮機２は、原料ガスを圧縮できる形態であれば特に限定されない。圧縮機２としては、スクロール式圧縮機等、市販の加圧ポンプを用いることができる。
【００２２】
吸着塔３Ａ，３Ｂは、中空円筒状の部材であり、基本的に同じ構成である。吸着塔３Ａ，３Ｂの塔底部には、第１給排気口３ａが設けられており、下部側配管８ａ，８ｂがそれぞれ接続されている。吸着塔３Ａ，３Ｂの塔頂部には、第１給排気口３ｂが設けられており、上部側配管９ａ，９ｂがそれぞれ接続されている。
【００２３】
本実施形態の気体精製装置１において、吸着塔３Ａ，３Ｂのうち、吸着工程における吸着塔では、原料ガスが第１給排気口３ａから吸着塔内に導入されて、精製ガスが第２給排気口３ｂから吸着塔外に排出される。すなわち、吸着工程では、第１給排気口３ａがガス導入口となり、第２給排気口３ｂがガス排出口となる。また、吸着塔３Ａ，３Ｂのうち、再生工程における吸着塔では、再生ガスが第２給排気口３ｂから吸着塔内に導入されて、排ガスが第１給排気口３ａから吸着塔外に排出される。すなわち、再生工程では、第２給排気口３ｂがガス導入口となり、第１給排気口３ａがガス排出口となる。
【００２４】
吸着塔３Ａ，３Ｂの材質は、特に限定されない。吸着塔３Ａ，３Ｂの材質としては、耐圧や加工性の観点から、炭素鋼やステンレス等を用いることが好ましく、これらの中でもステンレスを用いることがより好ましい。なお、吸着塔３Ａ，３Ｂは、上述したように同様の形態であるため、以下の説明は吸着塔３Ａについてのみ行う。
【００２５】
吸着塔３Ａ，３Ｂの塔高さ（軸方向の高さ）は、特に限定されるものではなく、原料ガスの処理量や精製ガスの必要量等に応じて適宜選択することができる。吸着塔３Ａ，３Ｂの塔高さとしては、１０００〜６０００ｍｍの範囲とすることができ、２０００〜４０００ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２６】
吸着塔３Ａの内側には、第１吸着剤（吸着剤）が充填された第１吸着剤層（吸着剤層）５と第２吸着剤（吸着剤）が充填された第２吸着剤層（吸着剤層）６とが、積層されて設けられている。具体的には、第１吸着剤層５と第２吸着剤層６との積層方向が、第１給排気口３ａと第２給排気口３ｂとを結ぶ方向となるように設けられている。換言すると、第１及び第２吸着剤層５，６のそれぞれの厚さ方向と、第１給排気口３ａと第２給排気口３ｂとを結ぶ方向とが同じ方向となるように、第１吸着剤層５と第２吸着剤層６とが積層されている。
【００２７】
第１及び第２吸着剤層５，６の厚さ（充填高さ）は、特に限定されるものではなく、吸着塔３Ａ内の雰囲気中における除去対象物の濃度、前記雰囲気の温度に応じて適宜選択することができる。これにより、吸着塔３Ａは、原料ガス中に含まれる除去対象物を第１及び第２吸着剤層５，６によって確実に吸着除去することができる。
【００２８】
具体的に、一層当たりの厚さ（例えば、第１吸着剤層５の厚さＨ５）としては、１００〜２０００ｍｍの範囲とすることができ、３００〜８００ｍｍの範囲とすることが好ましい。
また、吸着剤層の総充填高さ（すなわち、第１吸着剤層５及び第２吸着剤層６の総厚）Ｈとしては、２００〜４０００ｍｍの範囲とすることができ、６００〜１６００ｍｍの範囲とすることが好ましい。
さらに、吸着塔３Ａ，３Ｂの塔高さに対する吸着剤層の総充填高さＨの比率としては、５〜７０％の範囲とすることができ、２０〜５０％の範囲とすることが好ましい。
【００２９】
第１及び第２吸着剤の材質は、特に限定されるものではなく、原料ガス中に含まれる除去対象物に応じて適宜選択することができる。第１及び第２吸着剤の材質としては、空気中の水分を除去する場合には活性アルミナを、メタンガス中の二酸化炭素を除去する場合にはＮａＸゼオライトを、水素中の窒素を除去する場合にはＬｉＸゼオライトをそれぞれ選択することができる。
【００３０】
第１及び第２吸着剤の組み合わせは、特に限定されるものではなく、原料ガス中に含まれる除去対象物の種類に応じて適宜選択することができる。
【００３１】
特に、本実施形態の気体精製装置１を空気分離の前処理装置として用いる場合、原料空気中の不純物として水分及び二酸化炭素を除去する必要がある。したがって、吸着剤の材質としては、活性アルミナとＮａＸゼオライトを選択することが好ましい。また、上述したように本実施形態の気体精製装置１では、吸着工程において第１給排気口３ａがガス導入口となり、第２給排気口３ｂがガス排出口となる。したがって、吸着塔３Ａ内において、第１給排気口３ａ側に設けられた第１吸着剤層５を構成する第１吸着剤として活性アルミナを用い、第２給排気口３ｂ側に設けられた第２吸着剤層６を構成する第２吸着剤としてＮａＸゼオライトを用いることがより好ましい。
【００３２】
加熱ヒーター７は、吸着塔３Ａ，３Ｂを加熱するために、吸着塔３Ａ，３Ｂの外周面の一部を覆うようにして、それぞれ設けられている。後述するように、再生工程のうち、加熱工程の一部において加熱ヒーター７を運転する間、吸着塔３Ａ，３Ｂの外周面を構成する壁面を介して、内側に充填された吸着剤を加熱することができる。なお、加熱ヒーター７は、吸着塔３Ａ，３Ｂにそれぞれ同様の形態で設けられているため、以下の説明は吸着塔３Ａ側についてのみ行う。
【００３３】
加熱ヒーター７は、吸着塔３Ａの外周面のうち、吸着剤の再生に必要とされる熱エネルギーが最も大きな吸着剤が充填された吸着剤層に対応する部分のみに設ける。例えば、吸着塔３Ａ内に水分除去のための第１吸着剤層５と二酸化炭素除去のための第２吸着剤層６とが積層されている構成では、水を吸着する第１吸着剤が充填された第１吸着剤層５が加熱対象となる吸着剤層に該当する。したがって、図１に示すように、加熱ヒーター７は、吸着塔３Ａの外周面のうち、第１吸着剤層５に対応する部分にのみ設けるとともに、第２吸着剤層６に対応する部分には設けない。
【００３４】
ところで、吸着塔３Ａを直接加熱する加熱ヒーター７は、それ自体が熱容量を持つため、加熱ヒーター７を設けた部分において吸着塔３Ａを保温してしまう。このため、吸着剤の再生にほとんどエネルギーを必要としない第２吸着剤が充填された第２吸着剤層６に対応する、吸着塔３Ａの外周面に加熱ヒーター７を設置すると、再生工程における冷却工程の際、むしろ吸着塔３Ａ内の吸着剤の冷却を阻害する要因となる。したがって、加熱ヒーター７は、吸着塔３Ａの外周面のうち、第１吸着剤層５に対応する部分にのみ設置する。
【００３５】
なお、本実施形態の気体精製装置１では、吸着塔３Ａの外周面のうち、加熱対象となる吸着剤層に対応する部分にのみ加熱ヒーター７を設置するとともに、加熱対象となる吸着剤層に対応する吸着塔３Ａの外周面のうち、少なくとも一部に加熱ヒーター７を設けない領域を設ける。
【００３６】
これにより、吸着塔３Ａが再生工程の際、加熱工程では加熱ヒーター７によって吸着塔３Ａを直接加熱して充填された吸着剤（特に、第１吸着剤）の加熱に必要な熱量を供給するとともに、冷却工程では吸着塔３Ａ内に充填された吸着剤の冷却を阻害しない。したがって、吸着塔３Ａの再生工程において、加熱工程での加熱ガスの使用量を削減でき、かつ、冷却工程での冷却ガスの使用量をも削減できる。結果、再生ガスの総量を削減できる。
【００３７】
加熱ヒーター７を設けない領域の位置は、特に限定されないが、加熱ヒーター７による熱エネルギーを排出させずに有効利用する観点から、吸着塔３Ａの第１給排気口３ａと第２給排気口３ｂとを結ぶ方向において、吸着剤の再生時に加熱対象となる吸着剤層の二次側となる側に設けることが好ましい。
【００３８】
ここで、吸着塔３Ａの第１給排気口３ａと第２給排気口３ｂとを結ぶ方向とは、吸着塔３Ａ内における気体の流れ方向である。本実施形態では、吸着剤の再生時には、第２給排気口３ｂがガス導入口となり、第１給排気口３ａがガス排出口となるため、加熱対象となる吸着剤層の二次側となる側とは、第１給排気口３ａ側となる。具体的には、図１に示すように、加熱対象となる第１吸着剤層５の第１給排気口３ａ側に、加熱ヒーター７を設けない領域を設けることが好ましい。
【００３９】
ところで、吸着塔３Ａが再生工程の際、吸着塔３Ａ内に導入される再生ガスは、吸着塔３Ａの上部から下部、すなわち加熱対象となる第１吸着剤層５の上側から下側へ向かって流れる。このため、例えば、加熱ヒーター７によって第１吸着剤層５の下側を加熱したとしても、余剰熱はガス流れによって吸着塔３Ａ外へ排出されてしまうため、吸着剤の再生に有効利用されない。これは、第１吸着剤層５に対応する吸着塔３Ａの外周面の全域を加熱ヒーター７によって覆うとしても同様である。これに対して、本実施形態のように、加熱ヒーター７によって第１吸着剤層５の上側を加熱すれば、発生した余剰熱はガス流れにより熱伝達で移動するため、第１吸着剤層５の下側の第１吸着剤の再生に有効利用される。
【００４０】
なお、加熱ヒーター７を設けない領域は、冷却工程における吸着剤の冷却効率の観点から、吸着塔３Ａの外周面の周方向全体にわたって設けることが好ましい。
【００４１】
また、吸着塔３Ａの外周面のうち、第１吸着剤層５に対応する部分の全体に対する、加熱ヒーター７を設ける領域の割合（被覆率ともいう）は、特に限定されるものではなく、吸着剤（特に、第１吸着剤）の加熱に必要な熱量と、吸着剤の冷却効率とを考慮して適宜選択することができる。ここで、加熱ヒーター７を設ける領域の割合（被覆率）は、図１に示すように、第１給排気口３ａと第２給排気口３ｂとを結ぶ方向（吸着塔３Ａの軸方向）における、吸着塔３Ａの外周面のうち、第１吸着剤層５に対応する部分全体の高さ（すなわち、第１吸着剤層５の厚さ）Ｈ５に対する、加熱ヒーター７を設ける領域の高さｈの割合から求める。
【００４２】
加熱ヒーター７を設ける領域の割合（被覆率）としては、１５〜５０％とすることが好ましく、２５〜４５％とすることがより好ましい。上記好ましい範囲とすることで、加熱ヒーター７による加熱によって生じた余剰熱の有効利用が可能であるとともに、吸着塔３Ａの軸方向における加熱ヒーター７の電力密度が高くなりすぎることがなく、加熱ヒーター７の寿命が著しく短くなることがない。
【００４３】
加熱ヒーター７の種類は、吸着塔３Ａの外周面の一部を覆うとともに、吸着塔３Ａを加熱することができれば、特に限定されない。このような加熱ヒーター７としては、バンドヒーター、シリコンラバーヒーター、マントルヒーター等を用いることができ、これらの中でも、バンドヒーターを用いることが好ましい。また、加熱ヒーター７として、２つ以上のヒーターを同時に使用してもよいし、上述した群のうち、いずれか２つ以上を併用してもよい。
【００４４】
供給ラインＬ１は、除去対象物を含んだ原料ガスを吸着塔３Ａ，３Ｂに供給するために設けられたガス流通経路である。供給ラインＬ１は、第１の端部が圧縮機２と接続されており、第２の端部が第１の供給分岐ラインＬａ１と第２の供給分岐ラインＬｂ１とに分岐されている。
【００４５】
第１及び第２の供給分岐ラインＬａ１，Ｌｂ１は、下部側配管８ａ，８ｂとそれぞれ接続されている。第１及び第２の供給分岐ラインＬａ１，Ｌｂ１には、バルブＶａ１，Ｖｂ１がそれぞれ設けられている。
【００４６】
回収ラインＬ４は、吸着塔３Ａ，３Ｂから精製ガスを回収するために設けられたガス流通である。回収ラインＬ４は、第１の端部が第１の回収分岐ラインＬａ４と第２の回収分岐ラインＬｂ４とに分岐されており、第２の端部が図示略の貯蔵容器と接続されている。第１及び第２の回収分岐ラインＬａ４，Ｌｂ４は、上部側配管９ａ，９ｂとそれぞれ接続されている。第１及び第２の回収分岐ラインＬａ４，Ｌｂ４には、バルブＶａ４，Ｖｂ４がそれぞれ設けられている。
【００４７】
脱圧ラインＬ２は、吸着塔３Ａ，３Ｂ内の圧力を下げて、脱圧と呼ばれる工程を行うために設けられたガス流通経路である。脱圧工程では、吸着塔３Ａ，３Ｂ内の吸着剤に除去対象物が吸着された後に、吸着塔３Ａ，３Ｂ内の圧力を低くすることで吸着剤の表面から除去対象物をそれぞれ脱離させる。
【００４８】
脱圧ラインＬ２は、第１の端部が第１の脱圧分岐ラインＬａ２と第２の脱圧分岐ラインＬｂ２とに分岐されており、第２の端部が開口端とされている。第１及び第２の脱圧分岐ラインＬａ２，Ｌｂ２は、下部側配管８ａ，８ｂとそれぞれ接続されている。第１及び第２の脱圧分岐ラインＬａ２，Ｌｂ２には、バルブＶａ２，Ｖｂ２がそれぞれ設けられている。
【００４９】
再生ガスラインＬ６は、再生の対象となる吸着塔に精製ガスの一部を再生ガスとして供給するために設けられたガス流通経路である。再生ガスラインＬ６は、第１の端部が第１の再生ガス分岐ラインＬａ６と第２の再生ガス分岐ラインＬｂ６とに分岐点ｒで分岐されており、第２の端部が回収ラインＬ４と接続されている。第１及び第２の再生ガス分岐ラインＬａ６，Ｌｂ６は、上部側配管９ａ，９ｂとそれぞれ接続されている。第１及び第２の再生ガス分岐ラインＬａ６，Ｌｂ６には、バルブＶａ６，Ｖｂ６がそれぞれ設けられている。また、再生ガスラインＬ６には、接続点ｐと接続点ｑとの間にバルブＶ７が設けられている。
【００５０】
加熱ラインＬ７は、再生ガスを加熱するために設けられたガス流通経路である。加熱ラインＬ７は、第１の端部が接続点ｐで再生ガスラインＬ６と接続され、第２の端部が接続点ｑで再生ガスラインＬ６と接続されている。加熱ラインＬ７には、接続点ｐと接続点ｑとの間に加熱器４とバルブＶ８とが設けられている。
【００５１】
加熱器４は、加熱ラインＬ７を流れる精製ガスを所要の温度まで加熱できるものであれば、特に限定されない。加熱器４としては、フランジヒーターやプラグヒーター等を用いることができ、これらの中でも、フランジヒーターを用いることが好ましい。
【００５２】
排ガスラインＬ３は、吸着塔３Ａ，３Ｂから排出された排ガスを搬送するために設けられたガス流通経路である。排ガスラインＬ３は、第１の端部が第１の排ガス分岐ラインＬａ３と第２の排ガス分岐ラインＬｂ３とに分岐されており、第２の端部が開口端とされている。第１及び第２の排ガス分岐ラインＬａ３，Ｌｂ３は、下部側配管８ａ，８ｂとそれぞれ接続されている。第１及び第２の排ガス分岐ラインＬａ３，Ｌｂ３には、バルブＶａ３，Ｖｂ３がそれぞれ設けられている。
【００５３】
充圧ラインＬ５は、吸着塔３Ａ，３Ｂ内の圧力を上げて、充圧と呼ばれる工程を行うために設けられたガス流通経路である。充圧工程では、吸着塔３Ａ，３Ｂ内の吸着剤から除去対象物が脱離した後に、吸着塔３Ａ，３Ｂ内の圧力を原料ガスの精製に適した水準まで高くする。
【００５４】
充圧ラインＬ５は、第１の端部が第１の充圧分岐ラインＬａ５と第２の充圧分岐ラインＬｂ５とに分岐されており、第２の端部が回収ラインＬ４と接続されている。第１及び第２の充圧分岐ラインＬａ５，Ｌｂ５は、上部側配管９ａ，９ｂとそれぞれ接続されている。第１及び第２の充圧分岐ラインＬａ５，Ｌｂ５には、バルブＶａ５，Ｖｂ５がそれぞれ設けられている。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の気体精製装置１は、吸着塔３Ａ，３Ｂの内側に、水分除去のための第１吸着剤が充填された第１吸着剤層５と二酸化炭素除去のための第２吸着剤が充填された第２吸着剤層６とが、吸着塔３Ａ，３Ｂの軸方向にそれぞれ積層されており、水を吸着する第１吸着剤が充填された第１吸着剤層５に対応する、吸着塔３Ａ，３Ｂの外周面にのみ加熱ヒーター７をそれぞれ設けるとともに、加熱対象となる第１吸着剤層５に対応する吸着塔３Ａ，３ｂの外周面のうち、少なくとも一部に加熱ヒーター７を設けない領域を設ける構成となっている。これにより、吸着塔３Ａ，３Ｂの再生工程において、加熱工程では加熱ヒーター７によって吸着塔３Ａ，３Ｂを直接加熱して充填された吸着剤（特に、第１吸着剤）の加熱に必要な熱量を供給するとともに、冷却工程では吸着塔３Ａ，３Ｂ内に充填された吸着剤の冷却を阻害しない。したがって、吸着塔３Ａ，３Ｂの再生工程において、加熱工程での加熱ガスの使用量を削減でき、かつ、冷却工程での冷却ガスの使用量をも削減できる。結果、本実施形態の気体精製装置１によれば、簡便な構成によって、再生ガスの総量を削減できる。
【００５６】
また、本実施形態の気体精製装置１によれば、加熱対象となる第１吸着剤層５の第１給排気口３ａ側（吸着塔３Ａ，３Ｂ内のガス流れの下流側）に加熱ヒーター７を設けない領域を設けるため、ガス流れの上流側となる第１吸着剤層５の上側を加熱ヒーター７によって加熱することで、発生した余剰熱を第１吸着剤層５の下側の第１吸着剤の再生に有効利用できる。
【００５７】
また、本実施形態の気体精製装置１によれば、加熱ヒーター７を設ける領域の割合（被覆率）が１５〜５０％であるため、加熱ヒーター７による加熱によって生じた余剰熱の有効利用が可能であるとともに、加熱ヒーター７の寿命を延ばすことができる。
【００５８】
また、本実施形態の気体精製装置１によれば、空気分離の前処理装置として用い、原料ガスから水分を除去する際に再生ガスの総量を削減しながら、精製空気を連続供給する場合に、特に有用である。
【００５９】
＜気体精製方法＞
次に、上述した気体精製装置１を用いた、本実施形態の気体精製方法の一例について、説明する。本実施形態の気体精製方法では、除去対象物として水分及び二酸化炭素を含む原料空気から、これらを除去した精製空気を得る場合を一例として、以下に説明を行う。
【００６０】
なお、以下の説明では気体精製装置１において、吸着塔３Ａ内の吸着剤の再生が完了し、吸着塔３Ｂで原料空気の精製が完了した状態に気体精製方法を適用し、吸着塔３Ａで気体の精製（除去対象物の吸着）を行いながら、吸着塔３Ｂ内の吸着剤の再生を行う場合を一例として説明する。
【００６１】
（吸着塔３Ａ：精製工程，吸着塔３Ｂ：脱圧工程）
まず、図１に示す全てのバルブを閉じる。その後、バルブＶａ１、バルブＶａ４、バルブＶｂ２を開く。この状態で圧縮機２から圧縮した原料空気を吸着塔３Ａに供給し、吸着塔３Ａ内の第１吸着剤層５に水分を、第２吸着剤６に二酸化炭素をそれぞれ吸着させて第１の回収分岐ラインＬａ４と回収ラインＬ４とを経由して乾燥した精製空気を回収する。
【００６２】
吸着塔３Ｂでは、バルブＶｂ２を開くと吸着塔３Ｂ内の圧力が大気圧付近まで低下する。これにより、吸着塔３Ｂ内の第１及び第２吸着剤に吸着されていた水分及び二酸化炭素の一部を吸着塔３Ｂ内の気体とともに第２の脱圧分岐ラインＬｂ２と脱圧ラインＬ２とを経由して排出する。なお、この工程は、加熱ヒーター７は動作させない。
【００６３】
精製工程において、原料ガスの吸着塔３Ａへの供給量は特に限定されないが、例えば１０００〜５００００Ｎｍ３／ｈとすることができる。また、バルブＶａ１、バルブＶａ４、バルブＶｂ２を開いた状態に維持する時間は、特に限定されないが、例えば２〜２０分とすることができる。
【００６４】
（吸着塔３Ａ：精製工程，吸着塔３Ｂ：加熱工程１）
次に、バルブＶａ１、バルブＶａ４を開いたまま、バルブＶｂ２を閉じる。その後、バルブＶｂ３、バルブＶｂ６、バルブＶ８を開く。この状態で原料空気を吸着塔３Ａに供給し、精製空気を回収しながら、精製空気の一部を再生ガスとして再生ガスラインＬ６を経由させて加熱ラインＬ７に導入する。また、加熱ヒーター７の運転を開始する。加熱ラインＬ７内の乾燥空気は加熱器４で加熱され、第２の再生ガス分岐ラインＬｂ６等を経由し、加熱ガスとして吸着塔３Ｂに供給される。また、加熱ヒーター７によって吸着塔３Ｂの外周面のうち、第１吸着剤層５に対応する部分の上側のみが加熱される。
【００６５】
これにより吸着塔３Ｂ内の温度が高くなり、第２吸着剤に吸着されている二酸化炭素、第１吸着剤に吸着されている水分がそれぞれ脱離し、水分濃度及び二酸化炭素濃度が高い空気が排ガスとして吸着塔３Ｂから排出される。なお、加熱ヒーター７で発生させた熱は、第１吸着剤層５の上側部分の水分脱離に消費される。排ガスは第２の排ガス分岐ラインＬｂ３と排ガスラインＬ３とを経由して、系外に排出される。
【００６６】
ここで、バルブＶａ１、バルブＶａ４、バルブＶｂ３、バルブＶｂ６、バルブＶ８を開いた状態に維持する時間は、特に限定されないが、例えば３０〜１８０分とすることができる。
【００６７】
なお、加熱ヒーター７の運転は、加熱工程の間のみ行う。
加熱ヒーター７による加熱時間は、特に限定されないが、後段の冷却工程において吸着塔３Ｂ内の冷却を阻害しないように、必要最小限の加熱時間とすることが好ましい。
【００６８】
ところで、吸着塔３Ｂ内に導入される再生ガス（加熱ガス及び冷却ガス）の流速が一定であれば、熱伝達により熱が移動する速度は一定である。また、第１吸着剤層５の上端側に対応する部分に設置した加熱ヒーター７から第１吸着剤層５の下端までの長さは、第２吸着剤層６の上端から第１吸着剤層５の下端までの長さに比べて短いため、加熱した再生ガス（加熱ガス）によって与えられる熱が第１吸着剤層５の下端まで移動する時間よりも短くて良い。
【００６９】
したがって、加熱ヒーター７の運転は、加熱工程の開始から所要の時間のみ行うことが好ましい。
また、加熱ヒーター７による加熱時間（運転時間）としては、「加熱ヒーター７の運転時間＝加熱ガス供給時間（再生ガスの加熱時間）×（加熱ヒーター７の垂直方向長さｈ／全吸着剤層の総高さＨ）」とすることが、より好ましい。
【００７０】
加熱器４による精製空気の加熱温度は、特に限定されないが、例えば１２０〜１７０℃とすることができる。
【００７１】
また、加熱ヒーター７による加熱温度は、特に限定されないが、後段の冷却工程において吸着塔３Ｂ内の冷却を阻害しない、必要最小限の加熱温度とすることが好ましい。加熱ヒーター７による加熱温度は、加熱対象となる吸着剤の再生に必要とされる熱エネルギーに応じて、適宜選択することができる。例えば、水分を吸着する第１吸着剤を加熱する場合、加熱ヒーター７による加熱温度は、９０〜１１０℃とすることが好ましく、１００℃とすることがより好ましい。
【００７２】
（吸着塔３Ａ：精製工程，吸着塔３Ｂ：加熱工程２）
次に、加熱ヒーター７の運転を停止する。この際、バルブＶａ１、バルブＶａ４、バルブＶｂ３、バルブＶｂ６、バルブＶ８を開いた状態で原料空気を吸着塔３Ａに供給し、精製空気を回収しながら、精製空気の一部を再生ガスとして再生ガスラインＬ６を経由させて加熱ラインＬ７に導入する。加熱ラインＬ７内の乾燥空気は加熱器４で加熱され、第２の再生ガス分岐ラインＬｂ６等を経由し、吸着塔３Ｂに供給される。
【００７３】
引き続き、吸着塔３Ｂ内の温度は高くなり、第２吸着剤に吸着されている二酸化炭素、第１吸着剤に吸着されている水分がそれぞれ脱離し、水分濃度及び二酸化炭素濃度が高い空気が排ガスとして吸着塔３Ｂから排出される。なお、加熱ヒーター７は停止しているが、再生ガスによって下方に送られた余剰熱は、第１充填剤層５の下側部分の水分脱離に消費される。排ガスは第２の排ガス分岐ラインＬｂ３と排ガスラインＬ３とを経由して、系外に排出される。
【００７４】
（吸着塔３Ａ：精製工程，吸着塔３Ｂ：冷却工程）
次に、バルブＶａ１、バルブＶａ４、バルブＶｂ３、バルブＶｂ６を開いたまま、バルブＶ８を閉じ、バルブＶ７を開く。この状態で原料空気を吸着塔３Ａに供給し、乾燥した精製空気を回収しながら、精製空気の一部を再生ガス（冷却ガス）として再生ガスラインＬ６に導入する。
【００７５】
再生ガスラインＬ６内の精製空気は、バルブＶ７を経由し、吸着塔３Ｂに冷却ガスとして供給される。この精製空気によって吸着塔３Ｂ内が冷却され、吸着塔３Ｂ内の温度が低くなる。なお、加熱ヒーター７で発生させた熱は、第１充填剤層５の水分脱離に消費されているため、吸着塔３Ｂ内の冷却を阻害しない。
【００７６】
ここで、バルブＶａ１、バルブＶａ４、バルブＶｂ３、バルブＶｂ６、バルブＶ７を開いた状態に維持する時間は、特に限定されないが、例えば６０〜２４０分とすることができる。
【００７７】
（吸着塔３Ａ：精製工程，吸着塔３Ｂ：充圧工程）
次に、バルブＶａ１、バルブＶａ４を開いたまま、バルブＶｂ３、バルブＶｂ６、バルブＶ７を閉じ、バルブＶｂ５を開く。この状態で原料ガスを吸着塔３Ａに供給し、乾燥した精製空気を回収しながら、精製空気の一部を充圧ガスとして充圧ラインＬ５に導入する。
【００７８】
充圧ラインＬ５内の精製空気は、第２の充圧分岐ラインＬｂ５等を経由し、吸着塔３Ｂに供給される。これにより、吸着塔３Ｂ内の圧力が、原料空気の精製に適した水準まで上昇する。
【００７９】
ここで、充圧工程後の吸着塔３Ｂの圧力は、特に限定されないが、例えば３００〜１０００ｋＰａＧとすることができる。また、バルブＶａ１、バルブＶａ４、バルブＶｂ５を開いた状態に維持する時間は、特に限定されないが、例えば１０〜６０分とすることができる。
【００８０】
以上順番に説明した吸着塔３Ｂにおける、脱圧工程、加熱工程１、加熱工程２、冷却工程、充圧工程を経て、吸着塔３Ｂ内の吸着剤の再生が完了する。次いで、本実施形態の気体精製方法では、バルブＶａ１、バルブＶａ４を閉じ、バルブＶｂ１、バルブＶｂ４を開くことで、吸着塔３Ｂで原料ガスの精製（精製工程）を行い、吸着塔３Ａで吸着剤の再生（再生工程）を行ってもよい。このようにして、吸着塔３Ａと吸着塔３Ｂとの間で精製工程と再生工程とを繰り返し行うことで、原料空気を連続的に精製できる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態の気体精製方法では、上述した気体精製装置１を用いるため、吸着塔（吸着剤）の再生工程において、加熱工程の開始から所要の時間のみ、加熱ヒーター７を運転するという簡便な操作により、再生ガスの総量を削減できる。
【００８２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。また、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が加えられてよい。
【００８３】
例えば、上述した実施形態の気体精製装置１では、吸着塔３Ａ，３Ｂ内にそれぞれ吸着剤層が２層積層された構成を一例として説明したが、これに限定されるものではない。吸着塔内の吸着剤層としては、単層（１層）であってもよいし、３層以上が積層された構成であってもよい。
【００８４】
また、上述した実施形態の気体精製装置１では、加熱ヒーター７は、吸着塔３Ａ，３Ｂに固定されている構成を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、加熱ヒーター７は、吸着塔３Ａ，３Ｂの外周面に対して移動可能に設けられていても良いし、脱着可能であってもよい。すなわち、吸着塔３Ａの外周面において、加熱ヒーター７が被覆する位置や面積を適宜変更可能な構成としてもよい。
【００８５】
また、上述した実施形態の気体精製装置１では、吸着塔を２つ備える形態であったが、これに限定されず、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。
【００８６】
以下、本発明の効果を試験例及び比較例を用いて具体的に説明する。なお、本発明は、以下の試験例及び比較例によって何ら限定されるものではない。
【００８７】
＜試験例１＞
図１に示すように、吸着塔３Ａ，３Ｂ内に空気中の水分を除去する第１吸着剤が充填された第１吸着剤層５と、空気中の二酸化炭素を除去する第２吸着剤が充填された第２吸着剤層６とが積層されており、これらの吸着塔３Ａ，３Ｂの外周面のうち、第１吸着剤層５の上端側に対応する部分にのみ巻き付けられた加熱ヒーター７をそれぞれ有し、原料空気中の水分と二酸化炭素を吸着除去する２塔式のＴＳＡ装置１を用いた。
【００８８】
（運転条件）
・吸着塔３Ａ，３Ｂ              ：φ１ｍ×高さ１ｍ
・第１吸着剤                    ：活性アルミナ（３００ｍｍ）
・第２吸着剤                    ：ゼオライト  （３００ｍｍ）
・加熱ヒーター                  ：第１吸着剤層５の上半分に対応する部分（高さ１５
０〜３００ｍｍ位置）に巻きつけ
（垂直方向の長さ：１５０ｍｍ）
・加熱ヒーターの交換周期        ：５年
・圧縮空気量                    ：２０００Ｎｍ３／ｈ
・圧縮空気圧力                  ：４００ｋＰａ（ｇ）
・再生ガスの総量                ：２６０Ｎｍ３／ｈ
・再生ガスの加熱温度            ：１５０℃
・加熱ヒーターの加熱温度        ：１００℃
・サイクルタイム                ：２４０ｍｉｎ
・吸着                        ：２４０ｍｉｎ
・再生                        ：２４０ｍｉｎ
・脱圧                        １０ｍｉｎ
・加熱                      １００ｍｉｎ
（吸着塔ヒーター加熱          ２５ｍｉｎ）※
・冷却                      １０５ｍｉｎ
・充圧                        ２５ｍｉｎ
※運転時間＝再生ガスの加熱時間×（加熱ヒーター垂直方向長さｈ／全吸着剤層の総高さＨ）
＝１００×（１５０／６００）
＝２５ｍｉｎ
【００８９】
（運転手順）
以下の手順にて、ＴＳＡ装置１の運転を行った。
（１）Ａ塔：吸着、Ｂ塔：脱圧、加熱ヒーター：停止（１０ｍｉｎ）
Ｖａ１，Ｖａ４，Ｖｂ２を開き、圧縮機２から供給した原料圧縮空気２０００Ｎｍ３／ｈをＶａ１からＡ塔（吸着塔３Ａ）に導入し、第１層（第１吸着剤層５）に水分を第２層（第２吸着剤層６）にＣＯ２を吸着させてＶａ４から精製空気を取り出した。同時にＢ塔はＶｂ２から脱圧し大気圧付近まで減圧した。この工程では、加熱ヒーター７は動作させなかった。
【００９０】
（２）Ａ塔：吸着、Ｂ塔：ガス加熱、吸着塔ヒーター：加熱（２５ｍｉｎ）
Ｖａ１，Ｖａ４，Ｖｂ３，Ｖｂ６，Ｖ８を開き、圧縮機２から供給した原料圧縮空気２０００Ｎｍ３／ｈをＶａ１からＡ塔に導入し、水分とＣＯ２を吸着させて、Ｖａ４から精製空気を取り出した。同時に、Ｂ塔の第１層に吸着している水分と第２層に吸着しているＣＯ２を脱離させるため、１５０℃に加熱した精製空気２６０Ｎｍ３／ｈをＶ８，Ｖｂ６からＢ塔に流すとともに、加熱ヒーター７で１００℃に加熱した。
【００９１】
（３）Ａ塔：吸着、Ｂ塔：ガス加熱、吸着塔ヒーター：停止（７５ｍｉｎ）
Ｖａ１，Ｖａ４，Ｖｂ３，Ｖｂ６，Ｖ８を開き、圧縮機２から供給した原料圧縮空気２０００Ｎｍ３／ｈをＶａ１からＡ塔に導入し、水分とＣＯ２を吸着させて、Ｖａ４から精製空気を取り出した。同時に、Ｂ塔の第１層に吸着している水分と第２層に吸着しているＣＯ２を脱離させるため、１５０℃に加熱した精製空気２６０Ｎｍ３／ｈをＶ８，Ｖｂ６からＢ塔に流した。加熱ヒーター７は停止した。
【００９２】
（４）Ａ塔：吸着、Ｂ塔：ガス冷却、吸着塔ヒーター：停止（７５ｍｉｎ）
Ｖａ１，Ｖａ４，Ｖｂ３，Ｖｂ６，Ｖ７を開き、圧縮機２から供給した原料圧縮空気２０００Ｎｍ３／ｈをＶａ１からＡ塔に導入し、水分とＣＯ２を吸着させて、Ｖａ４から精製空気を取り出した。同時に、精製空気２６０Ｎｍ３／ｈを再生ガスとし、Ｖ７，Ｖｂ６からＢ塔に流して吸着剤を冷却した後、Ｖｂ３から排出した。
【００９３】
（５）Ａ塔：吸着、Ｂ塔：充圧、吸着塔ヒーター：停止（２５ｍｉｎ）
Ｖａ１，Ｖａ４，Ｖｂ５を開き、圧縮機２から供給した原料圧縮空気２０００Ｎｍ３／ｈをＶａ１からＡ塔に導入し、水分をとＣＯ２を吸着させてＶａ４から精製空気を取り出した。同時に、精製空気の一部をＶｂ５から導入してＢ塔を４００ｋＰａ（ｇ）まで充圧した。この工程では、加熱ヒーター７は動作させなかった。
【００９４】
以後、Ａ塔とＢ塔を入れ替えて運転を続けた。
試験例１に示した運転条件によって、運転することにより、深冷分離プロセスへ供給するための水分およびＣＯ２を除去した精製空気を連続的に得ることができた。
また、試験例１では、加熱ヒーター７を使用しないでＴＳＡ装置１を運転した場合（後述する比較例１）と比較して、再生ガスの総量を２６％削減できた。
【００９５】
＜試験例２＞
加熱ヒーター７を設ける領域の割合（被覆率）を１０％にした以外は、試験例１と同様の運転条件とし、試験例１と同様の手順にて、ＴＳＡ装置１の運転を行った。
【００９６】
（運転条件）
・吸着塔３Ａ，３Ｂ              ：φ１ｍ×高さ１ｍ
・第１吸着剤                    ：活性アルミナ（３００ｍｍ）
・第２吸着剤                    ：ゼオライト  （３００ｍｍ）
・加熱ヒーター                  ：第１吸着剤層５の上端から１０％に対応する部分
（高さ２７０〜３００ｍｍ位置）に巻きつけ
（垂直方向の長さ：３０ｍｍ）
・加熱ヒーターの交換周期        ：０．５年
・圧縮空気量                    ：２０００Ｎｍ３／ｈ
・圧縮空気圧力                  ：４００ｋＰａ（ｇ）
・再生ガスの総量                ：２６０Ｎｍ３／ｈ
・再生ガスの加熱温度            ：１５０℃
・加熱ヒーターの加熱温度        ：１００℃
・サイクルタイム                ：２４０ｍｉｎ
・吸着                        ：２４０ｍｉｎ
・再生                        ：２４０ｍｉｎ
・脱圧                        １０ｍｉｎ
・加熱                      １００ｍｉｎ
（吸着塔ヒーター加熱          ２５ｍｉｎ）
・冷却                      １０５ｍｉｎ
・充圧                        ２５ｍｉｎ
【００９７】
試験例２では、試験例１と同程度の再生ガスの削減効果が得られた。
しかしながら、加熱ヒーター７の電力密度が高くなったため、寿命が０．５年と著しく短くなり、加熱ヒーター７の交換頻度が高くなった。
【００９８】
＜試験例３＞
加熱ヒーター７を加熱工程の間中作動させた以外は、試験例１と同様の運転条件とし、試験例１と同様の手順にて、ＴＳＡ装置１の運転を行った。
【００９９】
（運転条件）
・吸着塔３Ａ，３Ｂ              ：φ１ｍ×高さ１ｍ
・第１吸着剤                    ：活性アルミナ（３００ｍｍ）
・第２吸着剤                    ：ゼオライト  （３００ｍｍ）
・加熱ヒーター                  ：第１吸着剤層５の上半分に対応する部分（高さ１５
０〜３００ｍｍ位置）に巻きつけ
（垂直方向の長さ：１５０ｍｍ）
・加熱ヒーターの交換周期        ：５年
・圧縮空気量                    ：２０００Ｎｍ３／ｈ
・圧縮空気圧力                  ：４００ｋＰａ（ｇ）
・再生ガスの総量                ：３２０Ｎｍ３／ｈ
・再生ガスの加熱温度            ：１５０℃
・加熱ヒーターの加熱温度        ：１００℃
・サイクルタイム                ：２４０ｍｉｎ
・吸着                        ：２４０ｍｉｎ
・再生                        ：２４０ｍｉｎ
・脱圧                        １０ｍｉｎ
・加熱                      １００ｍｉｎ
（吸着塔ヒーター加熱        １００ｍｉｎ）
・冷却                      １０５ｍｉｎ
・充圧                        ２５ｍｉｎ
【０１００】
試験例３では、加熱ヒーター７を使用しないでＴＳＡ装置１を運転した場合（後述する比較例１）と比較して、再生ガスの総量を９％削減できた。
試験例３では、試験例１と同様に、再生ガスの削減効果が得られた。しかしながら、加熱工程の間中、加熱ヒーター７を作動させたため、冷却工程において吸着塔内の吸着剤の冷却を阻害する効果も同時に現れたため、試験例１ほどの再生ガスの削減効果は得られなかった。
【０１０１】
＜比較例１＞
加熱ヒーター７を使用しない以外は、試験例１と同様の運転条件とし、試験例１と同様の手順にて、ＴＳＡ装置１の運転を行った。
【０１０２】
（運転条件）
・吸着塔３Ａ，３Ｂ              ：φ１ｍ×高さ１ｍ
・第１吸着剤                    ：活性アルミナ（３００ｍｍ）
・第２吸着剤                    ：ゼオライト  （３００ｍｍ）
・加熱ヒーター                  ：なし 
・圧縮空気量                    ：２０００Ｎｍ３／ｈ
・圧縮空気圧力                  ：４００ｋＰａ（ｇ）
・再生ガスの総量                ：３５０Ｎｍ３／ｈ
・再生ガスの加熱温度            ：１５０℃
・加熱ヒーターの加熱温度        ：−℃
・サイクルタイム                ：２４０ｍｉｎ
・吸着                        ：２４０ｍｉｎ
・再生                        ：２４０ｍｉｎ
・脱圧                        １０ｍｉｎ
・加熱                      １００ｍｉｎ
（吸着塔ヒーター加熱            ０ｍｉｎ）
・冷却                      １０５ｍｉｎ
・充圧                        ２５ｍｉｎ
【０１０３】
比較例１では、加熱ヒーター７を使用しないでＴＳＡ装置１を運転したため、試験例１のような再生ガスの削減効果が得られなかった。
【０１０４】
＜比較例２＞
加熱ヒーター７を吸着塔の側面全体に設けた以外は、試験例１と同様の運転条件とし、試験例１と同様の手順にて、ＴＳＡ装置１の運転を行った。
【０１０５】
（運転条件）
・吸着塔３Ａ，３Ｂ              ：φ１ｍ×高さ１ｍ
・第１吸着剤                    ：活性アルミナ（３００ｍｍ）
・第２吸着剤                    ：ゼオライト  （３００ｍｍ）
・加熱ヒーター                  ：吸着塔の側面全体
（垂直方向の長さ：６００ｍｍ）
・加熱ヒーターの交換周期        ：５年
・圧縮空気量                    ：２０００Ｎｍ３／ｈ
・圧縮空気圧力                  ：４００ｋＰａ（ｇ）
・再生ガスの総量                ：３７０Ｎｍ３／ｈ
・再生ガスの加熱温度            ：１５０℃
・加熱ヒーターの加熱温度        ：１００℃
・サイクルタイム                ：２４０ｍｉｎ
・吸着                        ：２４０ｍｉｎ
・再生                        ：２４０ｍｉｎ
・脱圧                        １０ｍｉｎ
・加熱                      １００ｍｉｎ
（吸着塔ヒーター加熱          ２５ｍｉｎ）
・冷却                      １０５ｍｉｎ
・充圧                        ２５ｍｉｎ
【０１０６】
比較例２では、比較例１と比較して、再生ガスの総量が５％増加した。
比較例２では、加熱ヒーター７によって吸着塔の側面全体を覆ったことにより、冷却工程において吸着塔内の吸着剤の冷却が阻害された。
【０１０７】
＜比較例３＞
加熱ヒーター７を設ける領域の割合（被覆率）を１００％にした以外は、試験例１と同様の運転条件とし、試験例１と同様の手順にて、ＴＳＡ装置１の運転を行った。
【０１０８】
（運転条件）
・吸着塔３Ａ，３Ｂ              ：φ１ｍ×高さ１ｍ
・第１吸着剤                    ：活性アルミナ（３００ｍｍ）
・第２吸着剤                    ：ゼオライト  （３００ｍｍ）
・加熱ヒーター                  ：第１吸着剤層５の全体に対応する部分
（垂直方向の長さ：３００ｍｍ）
・加熱ヒーターの交換周期        ：５年
・圧縮空気量                    ：２０００Ｎｍ３／ｈ
・圧縮空気圧力                  ：４００ｋＰａ（ｇ）
・再生ガスの総量                ：２８０Ｎｍ３／ｈ
・再生ガスの加熱温度            ：１５０℃
・加熱ヒーターの加熱温度        ：１００℃
・サイクルタイム                ：２４０ｍｉｎ
・吸着                        ：２４０ｍｉｎ
・再生                        ：２４０ｍｉｎ
・脱圧                        １０ｍｉｎ
・加熱                      １００ｍｉｎ
（吸着塔ヒーター加熱          ２５ｍｉｎ）
・冷却                      １０５ｍｉｎ
・充圧                        ２５ｍｉｎ
【０１０９】
比較例３では、第１吸着剤層５の全体に対応する吸着塔の側面部分を覆ったことにより、冷却工程において吸着塔内の吸着剤の冷却が阻害された。
【符号の説明】
【０１１０】
１…気体精製装置、２…圧縮機、３Ａ，３Ｂ…吸着塔、４…加熱器、５…第１吸着剤層（吸着剤層）、６…第２吸着剤層（吸着剤層）、７…加熱ヒーター（加熱装置）、Ｌ１…供給ライン、Ｌ２…脱圧ライン、Ｌ３…排ガスライン、Ｌ４…回収ライン、Ｌ５…充圧ライン、Ｌ６…再生ガスライン、Ｌ７…加熱ライン、Ｖａ１〜Ｖａ６，Ｖｂ１〜Ｖｂ６，Ｖ７，Ｖ８…バルブ
【図１】
2020058989.tif 000003