(57)【要約】【課題】一酸化炭素と例えば水素などの不純物ガスとを含む混合ガスから高純度の一酸化炭素を得るのに適した方法と装置を提供する。【解決手段】本発明の方法は、一酸化炭素吸着剤が充填された吸着塔を用いて一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離する方法であって、例えば、吸着塔内が相対的に高圧である状態にて、当該吸着塔に混合ガスを導入して当該混合ガス中の一酸化炭素を吸着剤に吸着させ且つ当該吸着塔から非吸着ガスを導出する吸着工程と、吸着塔内を降圧して、吸着剤から一酸化炭素を脱着させ且つ当該吸着塔から脱着ガスを導出する脱着工程と、を含むサイクルを繰り返し行うものである。脱着工程は、当該脱着工程の開始から途中までにおいて吸着塔から第１脱着ガスを導出する第１脱着工程と、吸着塔から第２脱着ガスを導出する、第１脱着工程の後の第２脱着工程とを含み、第２脱着ガスが分離取得される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素吸着剤が充填された吸着塔を用いて、一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離する方法であって、前記吸着塔内が相対的に高圧である状態にて、当該吸着塔に前記混合ガスを導入して当該混合ガス中の一酸化炭素を前記吸着剤に吸着させ且つ当該吸着塔から非吸着ガスを導出する吸着工程と、前記吸着塔内を降圧して、前記吸着剤から一酸化炭素を脱着させ且つ当該吸着塔から脱着ガスを導出する脱着工程と、を含むサイクルを繰り返し行う一酸化炭素分離方法において、
前記脱着工程は、当該脱着工程の開始から途中までにおいて前記吸着塔から第１脱着ガスを導出する第１脱着工程と、前記吸着塔から第２脱着ガスを導出する、前記第１脱着工程の後の第２脱着工程とを含み、前記第２脱着ガスを分離取得する、一酸化炭素分離方法。
【請求項２】
一酸化炭素吸着剤が充填された複数の吸着塔を用いて、一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離する方法であって、吸着塔に前記混合ガスを導入して当該吸着塔内の圧力を上昇させる昇圧工程と、吸着塔に前記混合ガスを導入して当該混合ガス中の一酸化炭素を前記吸着剤に吸着させ且つ当該吸着塔から非吸着ガスを導出する吸着工程と、吸着塔に洗浄ガスを導入し且つ当該吸着塔から非吸着ガスを導出する洗浄工程と、吸着塔内を降圧して、前記吸着剤から一酸化炭素を脱着させ且つ当該吸着塔から脱着ガスを導出する脱着工程と、を含むサイクルを、前記吸着塔の各々において繰り返し行う一酸化炭素分離方法において、
前記脱着工程は、当該脱着工程の開始から途中までにおいて吸着塔から第１脱着ガスを導出する第１脱着工程と、当該吸着塔から第２脱着ガスを導出する、前記第１脱着工程の後の第２脱着工程とを含み、前記第２脱着ガスを分離取得する、一酸化炭素分離方法。
【請求項３】
前記昇圧工程は、前記第１脱着工程にある吸着塔から導出された第１脱着ガスを前記混合ガスとともに昇圧対象の吸着塔に導入する第１昇圧工程と、当該吸着塔に前記混合ガスを導入する、前記第１昇圧工程の後の第２昇圧工程とを含む、請求項２に記載の一酸化炭素分離方法。
【請求項４】
前記洗浄工程は、前記第１脱着工程にある吸着塔から導出された第１脱着ガスを前記洗浄ガスとして洗浄対象の吸着塔に導入する第１洗浄工程と、分離取得された前記第２脱着ガスを前記洗浄ガスとして洗浄対象の当該吸着塔に導入する、前記第１洗浄工程の後の第２洗浄工程とを含む、請求項２に記載の一酸化炭素分離方法。
【請求項５】
前記第２洗浄工程では、前記第２脱着工程にある吸着塔から導出された第２脱着ガスも前記洗浄ガスとして洗浄対象の吸着塔に導入する、請求項４に記載の一酸化炭素分離方法。
【請求項６】
前記第１脱着工程において吸着塔から導出される第１脱着ガスの総量は、当該吸着塔から導出される第１脱着ガスの流量に基づいて制御される、請求項１から５のいずれか一つに記載の一酸化炭素分離方法。
【請求項７】
前記第１脱着工程において吸着塔から導出される第１脱着ガスの総量は、当該第１脱着工程にある吸着塔の内部圧力に基づいて制御される、請求項１から５のいずれか一つに記載の一酸化炭素分離方法。
【請求項８】
前記第１脱着工程において吸着塔から導出される第１脱着ガスの総量は、当該第１脱着工程の開始からの時間に基づいて制御される、請求項１から５のいずれか一つに記載の一酸化炭素分離方法。
【請求項９】
一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離するための装置であって、
第１ガス通過口および第２ガス通過口を有し当該第１および第２ガス通過口の間において一酸化炭素吸着剤が充填された複数の吸着塔と、
ガス吸入口およびガス送出口を有するガス送出手段と、
前記吸着塔の内部を減圧するための減圧手段と、
一酸化炭素を貯留するための容器と、
混合ガス導入端を有し且つ前記ガス送出手段の前記ガス吸入口に接続された第１配管と、
前記ガス送出手段の前記ガス送出口に接続された主幹路、および、前記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の前記第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第２配管と、
ガス排出端を有する主幹路、および、前記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の前記第２ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第３配管と、
前記減圧手段に接続された主幹路、および、前記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の前記第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第４配管と、
前記減圧手段および前記容器の間を連結し且つ開閉弁が付設された第５配管と、
前記容器に接続された主幹路、および、前記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の前記第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第６配管と、
前記第５配管における前記開閉弁よりも前記減圧手段側の箇所および前記第１配管の間を連結し且つ開閉弁が付設された第７配管と、を備える一酸化炭素分離装置。
【請求項１０】
一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離するための装置であって、
第１ガス通過口および第２ガス通過口を有し当該第１および第２ガス通過口の間において一酸化炭素吸着剤が充填された複数の吸着塔と、
ガス吸入口およびガス送出口を有するガス送出手段と、
前記吸着塔の内部を減圧するための減圧手段と、
一酸化炭素を貯留するための容器と、
混合ガス導入端を有し且つ前記ガス送出手段の前記ガス吸入口に接続された第１配管と、
前記ガス送出手段の前記ガス送出口に接続された主幹路、および、前記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の前記第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第２配管と、
ガス排出端を有する主幹路、および、前記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の前記第２ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第３配管と、
前記減圧手段に接続された主幹路、および、前記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の前記第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第４配管と、
前記減圧手段および前記容器の間を連結し且つ開閉弁が付設された第５配管と、
前記容器に接続され且つ開閉弁が付設された主幹路、および、前記吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の前記第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第６配管と、
前記第５配管における前記開閉弁よりも前記減圧手段側の箇所、および、前記第６配管の前記主幹路における前記開閉弁よりも前記吸着塔側の箇所を連結し、且つ、開閉弁が付設された、第７配管と、を備える一酸化炭素分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力変動吸着法を利用して、一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一酸化炭素は、ポリカーボネートや自動車部品（インナーパネル等）用途のポリウレタン等の高機能樹脂材料の原料として、或は、酢酸やアルデヒド類などの化成品の原料として、化学工場で広く使用されている。一方、製鉄所や石油化学工場などで副生するガスや天然ガスなどの炭化水素、灯油、およびメタノールなどを改質して得られる改質ガスなどは、一酸化炭素を比較的多く含む混合ガスである。このような、改質ガスなどの一酸化炭素含有混合ガスからは、一酸化炭素を濃縮分離することができ、当該一酸化炭素は、前述のような化学品原料として、有効利用され得る。
【０００３】
改質ガスなどの一酸化炭素含有混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離するための方法として、圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を利用した手法が知られている。この手法では、一酸化炭素吸着性を有する吸着剤が充填された吸着塔が使用される。ＰＳＡ法を利用した従来の一酸化炭素分離方法においては、吸着塔にて、例えば吸着工程、洗浄工程、および脱着工程が実行される。吸着工程では、原料ガスとしての一酸化炭素含有混合ガスが吸着塔に導入されて当該原料ガス中の一酸化炭素が高圧条件下で吸着剤に吸着されつつ、当該吸着塔から非吸着ガスが導出される。洗浄工程では、吸着塔に対し、純度の高い一酸化炭素が洗浄ガスとして通流される。脱着工程では、吸着塔内が降圧されることによって一酸化炭素が吸着剤から脱着され、この一酸化炭素を主に含むガスが塔外へ導出される。この脱着工程にて吸着塔から導出されたガスが、純度の高められた一酸化炭素として取得される。ＰＳＡ法を利用した一酸化炭素分離方法については、例えば下記の特許文献１〜３に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−３７９６８号公報
【特許文献２】特開昭６１−３７９７０号公報
【特許文献３】特開平５−２３５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、原料ガスである改質ガス等における一酸化炭素含有率が低いほど、即ち、原料ガス中の不純物ガスの含有率が高いほど、上述のような従来の方法では、高純度の一酸化炭素を取得しにくい。上記の洗浄工程を経ても、吸着剤における微細かつ多数の空隙や、吸着塔へ至るガス導入ラインには、不可避的に微量の不純物ガスが残留するところ、原料ガス中の不純物ガスの含有率が高いほど当該残留不純物ガスの量が増大し、この不純物ガスは上記の脱着工程にて一酸化炭素とともに吸着塔外へ導出されるからである。
【０００６】
例えば、天然ガスなどの炭化水素は下記の化学反応式（１）で示されるように改質され、また、メタノールは下記の化学反応式（２）で示されるように改質されるところ、炭化水素由来の改質ガスおよびメタノール由来の改質ガスは、取得目的ガスである一酸化炭素よりも不純物ガスである水素を多く含む。上述のような従来の方法では、このような改質ガスから、水素含有率が充分に低減された高純度一酸化炭素を取得しにくい。上記の洗浄工程を経ても、吸着剤における微細かつ多数の空隙や、吸着塔へ至るガス導入ラインには、不可避的に一部の水素が残留するところ、原料ガス中の水素の含有率が高いほど当該残留水素の量が増大し、この水素は上記の脱着工程にて一酸化炭素とともに吸着塔外へ導出されるからである。
【０００７】
【化１】
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【０００８】
一酸化炭素を化学品原料として使用して高品質な化学品を取得するためには、不純物の少ない一酸化炭素を使用することが望まれる。特に、一酸化炭素とオレフィンとを共重合させて高機能樹脂材料を製造する場合、水素などの不純物が存在すると重合反応が阻害されやすいので、原料としての一酸化炭素としては、より高純度であることが望ましい。
【０００９】
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、一酸化炭素と例えば水素などの不純物ガスとを含む混合ガスから高純度の一酸化炭素を得るのに適した方法、および、そのような方法を実行するのに適した装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面によると、一酸化炭素吸着剤が充填された吸着塔を用いて、一酸化炭素と不純物ガス（例えば水素など）とを含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離する方法が提供される。この方法は、少なくとも吸着工程および脱着工程を含むサイクルを繰り返し行うものである。吸着工程では、吸着塔内が相対的に高圧である状態にて、当該吸着塔に混合ガスを導入して当該混合ガス中の一酸化炭素を吸着剤に吸着させ且つ当該吸着塔から非吸着ガスを導出する。脱着工程では、吸着塔内を降圧して、吸着剤から一酸化炭素を脱着させ且つ当該吸着塔から脱着ガスを導出する。脱着工程は、当該脱着工程の開始から途中までにおいて吸着塔から第１脱着ガスを導出する第１脱着工程と、吸着塔から第２脱着ガスを導出する、第１脱着工程の後の第２脱着工程とを含み、第２脱着ガスを分離取得する。
【００１１】
本方法における吸着工程と脱着工程の間に、吸着塔に対して洗浄ガスを通流する洗浄工程を行う場合であっても、吸着塔内の吸着剤における空隙や吸着塔へ至るガス導入ラインには不可避的に微量の不純物ガスが残留し、この不純物ガスは脱着工程にて一酸化炭素とともに吸着塔外へ導出される。しかしながら、脱着工程にて吸着塔から導出されるガス（脱着ガス）の不純物ガス含有率は、脱着工程の開始以降、漸次的に低下する。本方法においては、脱着ガスの不純物ガス含有率が充分に低下するまで、脱着ガス（第１脱着ガス）を分離取得しない第１脱着工程を行い、脱着ガスの不純物ガス含有率が充分に低下した以降に、脱着ガス（第２脱着ガス）を分離取得する第２脱着工程を行うことが可能である。したがって、本方法は、一酸化炭素と例えば水素などの不純物ガスとを含む混合ガスから高純度の一酸化炭素を得るのに適する。このような本方法によると、例えば、一酸化炭素濃度が２０〜５０vol％であるような、不純物ガス（例えば水素など）を比較的多く含む混合ガスからであっても、高純度の一酸化炭素を得ることができる。本方法により得られる高純度一酸化炭素は、例えば化学品原料として使用される場合、不純物ガス（例えば水素など）濃度が好ましくは１０００volppm以下であり、より好ましくは５００volppm以下であり、更に好ましくは３００volppm以下である。
【００１２】
本発明の第２の側面によると、一酸化炭素吸着剤が充填された複数の吸着塔を用いて、一酸化炭素と不純物ガス（例えば水素など）とを含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離する方法が提供される。この方法は、少なくとも昇圧工程と、吸着工程と、洗浄工程と、脱着工程とを含むサイクルを、各吸着塔において繰り返し行うものである。昇圧工程では、吸着塔に混合ガスを導入して当該吸着塔内の圧力を上昇させる。吸着工程では、吸着塔に混合ガスを導入して当該混合ガス中の一酸化炭素を吸着剤に吸着させ且つ当該吸着塔から非吸着ガスを導出する。洗浄工程では、吸着塔に洗浄ガスを導入し且つ当該吸着塔から非吸着ガスを導出する。脱着工程では、吸着塔内を降圧して、吸着剤から一酸化炭素を脱着させ且つ当該吸着塔から脱着ガスを導出する。脱着工程は、当該脱着工程の開始から途中までにおいて吸着塔から第１脱着ガスを導出する第１脱着工程と、当該吸着塔から第２脱着ガスを導出する、第１脱着工程の後の第２脱着工程とを含み、第２脱着ガスを分離取得する。
【００１３】
本方法においては、各吸着塔が洗浄工程を経ても当該吸着塔内の吸着剤における空隙や当該吸着塔へ至るガス導入ラインには不可避的に微量の不純物ガスが残留し、この不純物ガスは脱着工程にある吸着塔から一酸化炭素とともに導出されるが、脱着工程にて各吸着塔から導出されるガス（脱着ガス）の不純物ガス含有率は、脱着工程の開始以降、漸次的に低下する。本方法においては、脱着ガスの不純物ガス含有率が充分に低下するまで、脱着ガス（第１脱着ガス）を分離取得しない第１脱着工程を行い、脱着ガスの不純物ガス含有率が充分に低下した以降に、脱着ガス（第２脱着ガス）を分離取得する第２脱着工程を行うことが可能である。したがって、本方法は、一酸化炭素と例えば水素などの不純物ガスとを含む混合ガスから高純度の一酸化炭素を得るのに適する。このような本方法によると、例えば、一酸化炭素濃度が２０〜５０vol％であるような、不純物ガス（例えば水素など）を比較的多く含む混合ガスからであっても、高純度の一酸化炭素を得ることができる。本方法により得られる高純度一酸化炭素は、例えば化学品原料として使用される場合、不純物ガス（例えば水素など）濃度が好ましくは１０００volppm以下であり、より好ましくは５００volppm以下であり、更に好ましくは３００volppm以下である。
【００１４】
本発明の第２の側面における第１の好ましい実施の形態においては、昇圧工程は、第１脱着工程にある吸着塔から導出された第１脱着ガスを混合ガスとともに昇圧対象の吸着塔に導入する第１昇圧工程と、当該吸着塔に混合ガスを導入する、第１昇圧工程の後の第２昇圧工程とを含む。第１脱着ガスは、原料ガスたる混合ガスよりも一酸化炭素含有率が高い。そのため、本構成は、昇圧工程およびその後の吸着工程にある吸着塔内の一酸化炭素分圧を高めて吸着剤に対する一酸化炭素吸着量を高めやすい。昇圧工程およびその後の吸着工程にある吸着塔内の一酸化炭素分圧が高く、吸着剤に対して一酸化炭素を吸着させやすいことは、吸着塔に充填すべき吸着剤の量を低減するうえで好ましい。また、本構成は、第１脱着ガスを廃棄することなく高収量で高純度一酸化炭素を得るのに好適である。
【００１５】
本発明の第２の側面における第２の好ましい実施の形態においては、洗浄工程は、第１脱着工程にある吸着塔から導出された第１脱着ガスを洗浄ガスとして洗浄対象の吸着塔に導入する第１洗浄工程と、分離取得された第２脱着ガスを洗浄ガスとして洗浄対象の当該吸着塔に導入する、第１洗浄工程の後の第２洗浄工程とを含む。このような構成によると、洗浄ガスの全量を第２脱着ガスで賄う場合よりも、洗浄ガスとしての第２脱着ガスの使用量を低減することができる。したがって、分離取得された第２脱着ガスで洗浄ガスの全量を賄う場合よりも、本構成は、高純度一酸化炭素の収量を向上するうえで好ましい。また、第２の好ましい実施の形態における第２洗浄工程では、第２脱着工程にある吸着塔から導出された第２脱着ガスも洗浄ガスとして洗浄対象の吸着塔に導入してもよい。
【００１６】
本発明の第１および第２の側面において、好ましくは、第１脱着工程において吸着塔から導出される第１脱着ガスの総量は、当該吸着塔から導出される第１脱着ガスの流量に基づいて制御される。或は、第１脱着工程において吸着塔から導出される第１脱着ガスの総量は、当該第１脱着工程にある吸着塔の内部の降圧の程度に基づいて制御してもよい。或は、第１脱着工程において吸着塔から導出される第１脱着ガスの総量は、当該第１脱着工程の開始からの時間に基づいて制御してもよい。
【００１７】
本発明の第３の側面によると、一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離するための装置が提供される。この装置は、第１ガス通過口および第２ガス通過口を有し当該第１および第２ガス通過口の間において一酸化炭素吸着剤が充填された複数の吸着塔と、ガス吸入口およびガス送出口を有するガス送出手段と、吸着塔の内部を減圧するための減圧手段と、一酸化炭素を貯留するための容器と、混合ガス導入端を有し且つガス送出手段のガス吸入口に接続された第１配管と、ガス送出手段のガス送出口に接続された主幹路、および、吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第２配管と、ガス排出端を有する主幹路、および、吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の第２ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第３配管と、減圧手段に接続された主幹路、および、吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第４配管と、減圧手段および容器の間を連結し且つ開閉弁が付設された第５配管と、容器に接続された主幹路、および、吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第６配管と、第５配管における開閉弁よりも減圧手段側の箇所および第１配管の間を連結し且つ開閉弁が付設された第７配管とを備える。本装置によると、本発明の第１および第２の側面に係る一酸化炭素分離方法を、適切に実行することができる。
【００１８】
本発明の第４の側面によると、一酸化炭素を含む混合ガスから一酸化炭素を濃縮分離するための装置が提供される。この装置は、第１ガス通過口および第２ガス通過口を有し当該第１および第２ガス通過口の間において一酸化炭素吸着剤が充填された複数の吸着塔と、ガス吸入口およびガス送出口を有するガス送出手段と、吸着塔の内部を減圧するための減圧手段と、一酸化炭素を貯留するための容器と、混合ガス導入端を有し且つガス送出手段のガス吸入口に接続された第１配管と、ガス送出手段のガス送出口に接続された主幹路、および、吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第２配管と、ガス排出端を有する主幹路、および、吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の第２ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第３配管と、減圧手段に接続された主幹路、および、吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第４配管と、減圧手段および容器の間を連結し且つ開閉弁が付設された第５配管と、容器に接続され且つ開閉弁が付設された主幹路、および、吸着塔ごとに設けられて当該吸着塔の第１ガス通過口側に接続され且つ開閉弁が付設された複数の分枝路、を有する第６配管と、第５配管における開閉弁よりも減圧手段側の箇所、および、前記第６配管の前記主幹路における前記開閉弁よりも前記吸着塔側の箇所を連結し、且つ、開閉弁が付設された、第７配管とを備える。本装置によると、本発明の第１および第２の側面に係る一酸化炭素分離方法を、適切に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る一酸化炭素分離方法を実行することのできる一酸化炭素分離装置Ｘ１の概略構成を表す。一酸化炭素分離装置Ｘ１は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、圧縮機２１と、真空ポンプ２２と、バッファータンク２３と、配管３１〜３８とを備え、一酸化炭素を含む所定の原料ガスから圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を利用して一酸化炭素を濃縮分離することが可能なように構成されている。本実施形態では、原料ガスは、不純物ガスとして例えば水素を比較的多く含む。不純物ガスとして水素を比較的多く含むガスとは、例えば、天然ガスなどの炭化水素が上記の化学反応式（１）で示されるように改質された炭化水素由来の改質ガスや、メタノールが上記の化学反応式（２）で示されるように改質されたメタノール由来の改質ガスである。
【００２０】
吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々は、両端にガス通過口１１，１２を有し、ガス通過口１１，１２の間において、原料ガス中の一酸化炭素を選択的に吸着するための吸着剤が充填されている。そのような吸着剤としては、例えば、活性炭や活性アルミナ等よりなる担体の細孔内にＣｕＣｌおよびＣｕＣｌ2等の銅化合物が担持されたものを採用することができる。
【００２１】
圧縮機２１は、ガス吸入口２１ａおよびガス送出口２１ｂを有し、ガス吸入口２１ａから吸引した原料ガスをガス送出口２１ｂから吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに向けて供給ないし送り出すためのものである。真空ポンプ２２は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部を減圧するためのものである。バッファータンク２３は、分離取得される一酸化炭素を一時的に貯留するための容器である。
【００２２】
配管３１は、原料ガス導入端Ｅ１を有し、且つ、圧縮機２１のガス吸入口２１ａに接続されている。
【００２３】
配管３２は、圧縮機２１のガス送出口２１ｂに接続された主幹路３２’、および、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ガス通過口１１側に各々が接続された分枝路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを有する。分枝路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃには、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３２ａ，３２ｂ，３２ｃが付設されている。
【００２４】
配管３３は、ガス排出端Ｅ２を有する主幹路３３’、および、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ガス通過口１２側に各々が接続された分枝路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃを有する。分枝路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃには、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３３ａ，３３ｂ，３３ｃが付設されている。
【００２５】
配管３４は、真空ポンプ２２に接続された主幹路３４’、および、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ガス通過口１１側に各々が接続された分枝路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃを有する。分枝路３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃには、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３４ａ，３４ｂ，３４ｃが付設されている。
【００２６】
配管３５は、真空ポンプ２２およびバッファータンク２３の間を連結し、且つ、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３５ａが付設されている。
【００２７】
配管３６は、バッファータンク２３に接続された主幹路３６’、および、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ガス通過口１１側に各々が接続された分枝路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを有する。分枝路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃには、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３６ａ，３６ｂ，３６ｃが付設されている。
【００２８】
配管３７は、配管３１および配管３５の間を連結し、且つ、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３７ａが付設されている。配管３７は、配管３５における自動弁３５ａよりも真空ポンプ２２側の箇所に接続している。
【００２９】
配管３８は、バッファータンク２３に接続され、且つ、一酸化炭素取出し端Ｅ３を有する。
【００３０】
以上のような構成を有する一酸化炭素分離装置Ｘ１を使用して、本発明の第１の実施形態に係る一酸化炭素分離方法を実行することができる。具体的には、一酸化炭素分離装置Ｘ１の駆動時において、図２に示す態様で自動弁３２ａ〜３２ｃ，３３ａ〜３３ｃ，３４ａ〜３４ｃ，３５ａ，３６ａ〜３６ｃ，３７ａを切り替えることにより、装置内において所望のガスの流れ状態を実現し、以下のステップ１〜９からなる１サイクルを繰り返すことができる（図２では、各自動弁の開状態を○で表し且つ閉状態を×で表す。後出の図５，８においても同様である）。本方法の１サイクルにおいては、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々にて、第１昇圧工程、第２昇圧工程、吸着工程、洗浄工程、第１脱着工程、および第２脱着工程が行われる。図３は、ステップ１〜９における一酸化炭素分離装置Ｘ１でのガスの流れ状態を表す。
【００３１】
ステップ１では、図２に示すように各自動弁の開閉状態が選択され且つ圧縮機２１および真空ポンプ２２が作動することにより、図３（ａ）に示すようなガス流れ状態が達成されて、吸着塔１０Ａにて第１昇圧工程が、吸着塔１０Ｂにて第１脱着工程が行われる。吸着塔１０Ｃは待機状態とされる。
【００３２】
図１および図３（ａ）を併せて参照するとよく理解できるように、ステップ１では、原料ガスが、原料ガス導入端Ｅ１を有する配管３１、圧縮機２１、および配管３２を介して吸着塔１０Ａのガス通過口１１側に導入される。これとともに、ステップ１では、後述のステップ８〜９（洗浄工程）を経た吸着塔１０Ｂの内部が降圧されて、吸着塔１０Ｂ内の吸着剤から一酸化炭素が脱着され、吸着塔１０Ｂのガス通過口１１側から脱着ガス（第１脱着ガス）が導出される。この第１脱着ガスは、配管３４、真空ポンプ２２、および配管３５，３７を介して配管３１へと導かれ、原料ガスに混入される。このようなステップ１では、配管３１の原料ガス導入端Ｅ１から装置内に取り込まれた原料ガス、および、吸着塔１０Ｂからの第１脱着ガスの導入により、吸着塔１０Ａの内部の圧力が上昇する。
【００３３】
ステップ１を終了するタイミングは、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ｂから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて決定することができる。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ｂから導出される第１脱着ガスの総量は、吸着塔１０Ｂから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて制御されることとなる（所定条件において、第１脱着ガスの流量と、第１脱着工程の開始からの第１脱着ガスの積算量との関係を予め調べておき、同一条件の下、当該関係を利用して、第１脱着ガスの流量に基づいて第１脱着ガス積算量ないし第１脱着ガス総量を制御することが可能である）。この場合、第１脱着ガスの流量を計測するための手段（ガス流量計）を、例えば配管３７に付設する。また、吸着塔１０Ｂにおいて、第１脱着ガス総量と後述の第２脱着ガス総量とを合わせた脱着ガス総量に対する第１脱着ガス総量の割合は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは５〜５０vol％であり、より好ましくは１５〜３５vol％である。
【００３４】
ステップ１を終了するタイミングは、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ｂの内部圧力（ないし降圧の程度）に基づいて決定してもよい。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ｂから導出される第１脱着ガスの総量は、第１脱着工程にある吸着塔１０Ｂの内部圧力に基づいて制御されることとなる（所定条件において、第１脱着工程にある吸着塔にて変化する内部圧力と、第１脱着工程の開始からの第１脱着ガスの積算量との関係を予め調べておき、同一条件の下、当該関係を利用して、第１脱着ガスの内部圧力に基づいて第１脱着ガス積算量ないし第１脱着ガス総量を制御することが可能である）。この場合、吸着塔１０Ｂの内部の圧力を測定するためのゲージを吸着塔１０Ｂに付設する。第１脱着工程終了時点における吸着塔１０Ｂの内部圧力は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは−５０〜−９２ｋＰａ（ゲージ圧）であり、より好ましくは−７０〜−９０ｋＰａ（ゲージ圧）である。
【００３５】
ステップ１を終了するタイミングは、吸着塔１０Ｂにて行われている第１脱着工程の開始からの時間に基づいて決定してもよい。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ｂから導出される第１脱着ガスの総量は、吸着塔１０Ｂの第１脱着工程の開始からの時間に基づいて制御されることとなる（所定条件において、第１脱着工程の開始からの時間と、第１脱着工程の開始からの第１脱着ガスの積算量との関係を予め調べておき、同一条件の下、当該関係を利用して、第１脱着工程の開始からの時間に基づいて第１脱着ガス積算量ないし第１脱着ガス総量を制御することが可能である）。吸着塔１０Ｂでの第１脱着工程を終了する当該時間は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは１〜６０秒であり、より好ましくは５〜３０秒である。
【００３６】
ステップ２では、図２に示すように各自動弁の開閉状態が選択され且つ圧縮機２１および真空ポンプ２２が作動することにより、図３（ｂ）に示すようなガス流れ状態が達成されて、吸着塔１０Ａにて第２昇圧工程が、吸着塔１０Ｂにて第２脱着工程が、吸着塔１０Ｃにて洗浄工程が行われる。
【００３７】
図１および図３（ｂ）を併せて参照するとよく理解できるように、ステップ２では、ステップ１から引き続いて、配管３１の原料ガス導入端Ｅ１から装置内に取り込まれた原料ガスが吸着塔１０Ａのガス通過口１１側に導入される。これとともに、ステップ２では、ステップ１から引き続いて吸着塔１０Ｂの内部が降圧されて吸着塔１０Ｂ内の吸着剤から一酸化炭素が脱着され、吸着塔１０Ｂのガス通過口１１側から脱着ガス（第２脱着ガス）が導出される。この第２脱着ガスは、配管３４、真空ポンプ２２、および配管３５を介して、バッファータンク２３に導かれる（バッファータンク２３内の第２脱着ガスは、配管３８の一酸化炭素取出し端Ｅ３から装置外に適宜取り出すことができる）。これとともに、ステップ２では、後述のステップ９（吸着工程）を既に経ている吸着塔１０Ｃのガス通過口１１側に対し、バッファータンク２３内の第２脱着ガスが配管３６を介して洗浄ガスとして導入されつつ、吸着塔１０Ｃのガス通過口１２側から非吸着ガスが導出される。この非吸着ガスは、配管３３を介してガス排出端Ｅ２から装置外へ排出される。このようなステップ２では、配管３１の原料ガス導入端Ｅ１から装置内に取り込まれた原料ガスの導入により、吸着塔１０Ａの内部の圧力が上昇する。ステップ２の終了時点における吸着塔１０Ａの内部圧力は例えば０〜２００ｋＰａ（ゲージ圧）である。
【００３８】
ステップ３では、図２に示すように各自動弁の開閉状態が選択され且つ圧縮機２１および真空ポンプ２２が作動することにより、図３（ｃ）に示すようなガス流れ状態が達成されて、吸着塔１０Ａにて吸着工程が、吸着塔１０Ｂにてステップ２から引き続いて第２脱着工程が、吸着塔１０Ｃにてステップ２から引き続いて洗浄工程が行われる。
【００３９】
図１および図３（ｃ）を併せて参照するとよく理解できるように、ステップ３では、所定の高圧状態にある吸着塔１０Ａのガス通過口１１側に、ステップ２から引き続いて原料ガスが導入されて、当該原料ガス中の一酸化炭素を吸着塔１０Ａ内の吸着剤に吸着させ、且つ、吸着塔１０Ａから非吸着ガスを導出する。炭化水素由来の上述の改質ガスやメタノール由来の上述の改質ガスを原料ガスとして採用する場合、非吸着ガスには多量の水素が含まれる。この非吸着ガスは、配管３３を介してガス排出端Ｅ２から装置外へ排出される。ステップ３において吸着工程にある吸着塔１０Ａの内部の最高圧力は、例えば０〜２００ｋＰａ（ゲージ圧）である。また、ステップ２，３において第２脱着工程にある吸着塔１０Ｂの内部の最低圧力（到達圧力）は、例えば−９９〜−８７ｋＰａ（ゲージ圧）である。
【００４０】
ステップ４〜６では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ａにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｂにおいて、第１昇圧工程（ステップ４）、第２昇圧工程（ステップ５）、および吸着工程（ステップ６）が行われる。これとともに、ステップ４〜６では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ｂにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｃにおいて、第１脱着工程（ステップ４）および第２脱着工程（ステップ５，６）が行われる。これとともに、ステップ４〜６では、ステップ１〜３で、待機状態を経た後に吸着塔１０Ｃにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ａにおいて、待機状態（ステップ４）を経た後に、洗浄工程（ステップ５，６）が行われる。
【００４１】
ステップ４を終了するタイミングは、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ｃから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて決定することができる。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ｃから導出される第１脱着ガスの総量は、吸着塔１０Ｃから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて制御されることとなる。この場合、第１脱着ガスの流量を計測するための手段（ガス流量計）を、例えば配管３７に付設する。また、吸着塔１０Ｃにおいて、第１脱着ガス総量と後述の第２脱着ガス総量とを合わせた脱着ガス総量に対する第１脱着ガス総量の割合は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは５〜５０vol％であり、より好ましくは１５〜３５vol％である。
【００４２】
ステップ４を終了するタイミングは、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ｃの内部圧力（ないし降圧の程度）に基づいて決定してもよい。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ｃから導出される第１脱着ガスの総量は、第１脱着工程にある吸着塔１０Ｃの内部圧力に基づいて制御されることとなる。この場合、吸着塔１０Ｃの内部の圧力を測定するためのゲージを吸着塔１０Ｃに付設する。第１脱着工程終了時点における吸着塔１０Ｃの内部圧力は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは−５０〜−９２ｋＰａ（ゲージ圧）であり、より好ましくは−７０〜−９０ｋＰａ（ゲージ圧）である。
【００４３】
ステップ４を終了するタイミングは、吸着塔１０Ｃにて行われている第１脱着工程の開始からの時間に基づいて決定してもよい。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ｃから導出される第１脱着ガスの総量は、吸着塔１０Ｃの第１脱着工程の開始からの時間に基づいて制御されることとなる。吸着塔１０Ｃでの第１脱着工程を終了する当該時間は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは１〜６０秒であり、より好ましくは５〜３０秒である。
【００４４】
ステップ７〜９では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ａにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｃにおいて、第１昇圧工程（ステップ７）、第２昇圧工程（ステップ８）、および吸着工程（ステップ９）が行われる。これとともに、ステップ７〜９では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ｂにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ａにおいて、第１脱着工程（ステップ７）および第２脱着工程（ステップ８，９）が行われる。これとともに、ステップ７〜９では、ステップ１〜３で待機状態を経た後に吸着塔１０Ｃにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｂにおいて、待機状態（ステップ７）を経た後に、洗浄工程（ステップ８，９）が行われる。
【００４５】
ステップ７を終了するタイミングは、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ａから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて決定することができる。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ａから導出される第１脱着ガスの総量は、吸着塔１０Ａから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて制御されることとなる。この場合、第１脱着ガスの流量を計測するための手段（ガス流量計）を、例えば配管３７に付設する。また、吸着塔１０Ａにおいて、第１脱着ガス総量と後述の第２脱着ガス総量とを合わせた脱着ガス総量に対する第１脱着ガス総量の割合は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは５〜５０vol％であり、より好ましくは１５〜３５vol％である。
【００４６】
ステップ７を終了するタイミングは、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ａの内部圧力（ないし降圧の程度）に基づいて決定してもよい。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ａから導出される第１脱着ガスの総量は、第１脱着工程にある吸着塔１０Ａの内部圧力に基づいて制御されることとなる。この場合、吸着塔１０Ａの内部の圧力を測定するためのゲージを吸着塔１０Ａに付設する。第１脱着工程終了時点における吸着塔１０Ａの内部圧力は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは−５０〜−９２ｋＰａ（ゲージ圧）であり、より好ましくは−７０〜−９０ｋＰａ（ゲージ圧）である。
【００４７】
ステップ７を終了するタイミングは、吸着塔１０Ａにて行われている第１脱着工程の開始からの時間に基づいて決定してもよい。これによると、第１脱着工程にある吸着塔１０Ａから導出される第１脱着ガスの総量は、吸着塔１０Ａの第１脱着工程の開始からの時間に基づいて制御されることとなる。吸着塔１０Ａでの第１脱着工程を終了する当該時間は、第２脱着ガスの一酸化炭素純度を高める観点から、好ましくは１〜６０秒であり、より好ましくは５〜３０秒である。
【００４８】
本方法においては、吸着塔１０Ａがステップ５の洗浄工程で比較的高い程度に清浄化される場合や、分離取得される一酸化炭素の収量を純度よりも優先する場合には、吸着塔１０Ａについて、ステップ６にて洗浄工程を行わなくてもよい。吸着塔１０Ｂがステップ８の洗浄工程で比較的高い程度に清浄化される場合や、分離取得される一酸化炭素の収量を純度よりも優先する場合には、吸着塔１０Ｂについて、ステップ９にて洗浄工程を行わなくてもよい。吸着塔１０Ｃがステップ２の洗浄工程で比較的高い程度に清浄化される場合や、分離取得される一酸化炭素の収量を純度よりも優先する場合には、吸着塔１０Ｃについて、ステップ３にて洗浄工程を行わなくてもよい。
【００４９】
以上のような本方法は、高純度の一酸化炭素を取得するのに適する。本方法では、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々が洗浄工程を経ても、その後の第１脱着工程の開始時点では、当該吸着塔内の吸着剤における空隙や当該吸着塔へ至る配管３２には、不可避的に微量の不純物ガスが残留する。この不純物ガスは脱着工程にある吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから一酸化炭素とともに導出される。しかしながら、脱着工程にて吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから導出されるガス（脱着ガス）の不純物ガス含有率は、当該脱着工程の開始以降、漸次的に低下する。本方法においては、脱着ガスの不純物ガス含有率が充分に低下するまで、脱着ガス（第１脱着ガス）を分離取得しない第１脱着工程を行い、脱着ガスの不純物ガス含有率が充分に低下した以降に、脱着ガス（第２脱着ガス）を分離取得する第２脱着工程を行うことが可能である。したがって、本方法は、一酸化炭素と例えば水素などの不純物ガスとを含む混合ガスから高純度の一酸化炭素を得るのに適するのである。
【００５０】
また、本方法では、第１脱着工程にある吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから導出された第１脱着ガスは、昇圧対象の吸着塔に導入され、廃棄されない。そのため、本方法は、分離取得される高純度一酸化炭素について、高収量化を図りやすい。
【００５１】
したがって、本方法によると、例えば、一酸化炭素濃度が２０〜５０vol％であるような、不純物ガス（例えば水素など）を比較的多く含む混合ガスからであっても、不純物ガス（例えば水素など）濃度が１０００ｐｐｍ以下の高純度の一酸化炭素を高収量で得ることが可能である。
【００５２】
加えて、本方法における昇圧工程は、第１脱着工程にある吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから導出された第１脱着ガスを原料ガスとともに昇圧対象の吸着塔に導入する第１昇圧工程と、昇圧対象の当該吸着塔に原料ガスを導入する、第１昇圧工程の後の第２昇圧工程とを含む。第１脱着ガスは、原料ガスよりも一酸化炭素含有率が高い。そのため、本方法は、昇圧工程（第１昇圧工程，第２昇圧工程）およびその後の吸着工程にある吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ内の一酸化炭素分圧を高めて吸着剤に対する一酸化炭素吸着量を高めやすい。昇圧工程およびその後の吸着工程にある吸着塔内の一酸化炭素分圧が高く、吸着剤に対して一酸化炭素を吸着させやすいことは、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに充填すべき吸着剤の量を低減するうえで好ましい。
【００５３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る一酸化炭素分離方法を実行することのできる一酸化炭素分離装置Ｘ２の概略構成を表す。一酸化炭素分離装置Ｘ２は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、圧縮機２１と、真空ポンプ２２と、バッファータンク２３と、配管３１〜３５，３６”，３８，３９とを備え、一酸化炭素を含む所定の原料ガスから圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を利用して一酸化炭素を濃縮分離することが可能なように構成されている。一酸化炭素分離装置Ｘ２は、配管３６に代えて配管３６”を備える点、および、配管３７に代えて配管３９を備える点において、上述の一酸化炭素分離装置Ｘ１と異なる。また、本実施形態では、原料ガスは、不純物ガスとして例えば水素を比較的多く含む。不純物ガスとして水素を比較的多く含むガスとは、例えば、天然ガスなどの炭化水素が上記の化学反応式（１）で示されるように改質された炭化水素由来の改質ガスや、メタノールが上記の化学反応式（２）で示されるように改質されたメタノール由来の改質ガスである。
【００５４】
配管３６”は、バッファータンク２３に接続された主幹路３６’、および、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ガス通過口１１側に各々が接続された分枝路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを有する。分枝路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃには、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３６ａ，３６ｂ，３６ｃが付設されている。また、主幹路３６’には、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３６ｄが付設されている。すなわち、配管３６”は、主幹路３６’にて自動弁３６ｄが付設されている点において、上述の一酸化炭素分離装置Ｘ１における配管３６と異なる。
【００５５】
配管３９は、配管３５および配管３６”の間を連結し、且つ、開状態と閉状態との間を切り替わることが可能な自動弁３９ａが付設されている。配管３９は、配管３５における自動弁３５ａよりも真空ポンプ２２側の箇所に接続し、且つ、配管３６”の主幹路３６’における自動弁３６ｄよりも吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ側の箇所に接続している。
【００５６】
一酸化炭素分離装置Ｘ２における配管３６”，３９以外の構成は、一酸化炭素分離装置Ｘ１における配管３６，３７以外の構成と同様である。
【００５７】
以上のような構成を有する一酸化炭素分離装置Ｘ２を使用して、本発明の第２の実施形態に係る一酸化炭素分離方法を実行することができる。具体的には、一酸化炭素分離装置Ｘ２の駆動時において、図５に示す態様で自動弁３２ａ〜３２ｃ，３３ａ〜３３ｃ，３４ａ〜３４ｃ，３５ａ，３６ａ〜３６ｄ，３９ａを切り替えることにより、装置内において所望のガスの流れ状態を実現し、以下のステップ１〜９からなる１サイクルを繰り返すことができる。本方法の１サイクルにおいては、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々にて、昇圧工程、吸着工程、第１洗浄工程、第２洗浄工程、第１脱着工程、および第２脱着工程が行われる。図６は、ステップ１〜９における一酸化炭素分離装置Ｘ２でのガスの流れ状態を表す。
【００５８】
ステップ１では、図５に示すように各自動弁の開閉状態が選択され且つ圧縮機２１および真空ポンプ２２が作動することにより、図６（ａ）に示すようなガス流れ状態が達成されて、吸着塔１０Ａにて昇圧工程が、吸着塔１０Ｂにて第１脱着工程が、吸着塔１０Ｃにて第１洗浄工程が行われる。
【００５９】
図４および図６（ａ）を併せて参照するとよく理解できるように、ステップ１では、原料ガスが、原料ガス導入端Ｅ１を有する配管３１、圧縮機２１、および配管３２を介して吸着塔１０Ａのガス通過口１１側に導入される。これにより、吸着塔１０Ａの内部圧力は上昇する。これとともに、ステップ１では、後述のステップ７〜９（第１洗浄工程，第２洗浄工程）を経た吸着塔１０Ｂの内部が降圧されて、吸着塔１０Ｂ内の吸着剤から一酸化炭素が脱着され、吸着塔１０Ｂのガス通過口１１側から脱着ガス（第１脱着ガス）が導出される。この第１脱着ガスは、配管３４、真空ポンプ２２、および配管３５，３９，３６”を介して、後述のステップ９（吸着工程）を経た吸着塔１０Ｃのガス通過口１１側に導入される。これとともに、吸着塔１０Ｃのガス通過口１２側からは非吸着ガスが導出される。この非吸着ガスは、配管３３を介してガス排出端Ｅ２から装置外へ排出される。このようなステップ１では、第１脱着ガスによって吸着塔１０Ｃが清浄化される。
【００６０】
ステップ１を終了するタイミングは、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ｂから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて決定することができる。或は、ステップ１を終了するタイミングは、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ｂの内部圧力に基づいて決定してもよいし、吸着塔１０Ｂにて行われている第１脱着工程の開始からの時間に基づいて決定してもよい。
【００６１】
ステップ２では、図５に示すように各自動弁の開閉状態が選択され且つ圧縮機２１および真空ポンプ２２が作動することにより、図６（ｂ）に示すようなガス流れ状態が達成されて、吸着塔１０Ａにてステップ１に引き続いて昇圧工程が、吸着塔１０Ｂにて第２脱着工程が、吸着塔１０Ｃにて第２洗浄工程が行われる。
【００６２】
図４および図６（ｂ）を併せて参照するとよく理解できるように、ステップ２では、ステップ１から引き続いて、吸着塔１０Ａのガス通過口１１側に原料ガスが導入される。これにより、吸着塔１０Ａの内部圧力は上昇する（ステップ２の終了時点における吸着塔１０Ａの内部圧力は例えば０〜２００ｋＰａ（ゲージ圧）である）。これとともに、ステップ２では、ステップ１から引き続いて吸着塔１０Ｂの内部が降圧されて吸着塔１０Ｂ内の吸着剤から一酸化炭素が脱着され、吸着塔１０Ｂのガス通過口１１側から脱着ガス（第２脱着ガス）が導出される。この第２脱着ガスは、配管３４、真空ポンプ２２、および配管３５を介して、バッファータンク２３に導かれる（バッファータンク２３内の第２脱着ガスは、配管３８の一酸化炭素取出し端Ｅ３から装置外に適宜取り出すことができる）。これとともに、ステップ２では、吸着塔１０Ｃのガス通過口１１側に対し、バッファータンク２３内の第２脱着ガスが配管３６”を介して洗浄ガスとして導入されつつ、吸着塔１０Ｃのガス通過口１２側から非吸着ガスが導出される。この非吸着ガスは、配管３３を介してガス排出端Ｅ２から装置外へ排出される。このようなステップ２では、第２脱着ガスによって吸着塔１０Ｃが清浄化される。
【００６３】
ステップ３では、図５に示すように各自動弁の開閉状態が選択され且つ圧縮機２１および真空ポンプ２２が作動することにより、図６（ｃ）に示すようなガス流れ状態が達成されて、吸着塔１０Ａにて吸着工程が、吸着塔１０Ｂにてステップ２から引き続いて第２脱着工程が、吸着塔１０Ｃにてステップ２から引き続いて第２洗浄工程が行われる。
【００６４】
図４および図６（ｃ）を併せて参照するとよく理解できるように、ステップ３では、所定の高圧状態にある吸着塔１０Ａのガス通過口１１側に、ステップ２から引き続いて原料ガスが導入されて、当該原料ガス中の一酸化炭素を吸着塔１０Ａ内の吸着剤に吸着させ、且つ、吸着塔１０Ａから非吸着ガスを導出する。炭化水素由来の上述の改質ガスやメタノール由来の上述の改質ガスを原料ガスとして採用する場合、非吸着ガスには多量の水素が含まれる。この非吸着ガスは、配管３３を介してガス排出端Ｅ２から装置外へ排出される。ステップ３において吸着工程にある吸着塔１０Ａの内部の最高圧力は、例えば０〜２００ｋＰａ（ゲージ圧）である。また、ステップ２，３において第２脱着工程にある吸着塔１０Ｂの内部の最低圧力（到達圧力）は、例えば−９９〜−８７ｋＰａ（ゲージ圧）である。
【００６５】
ステップ４〜６では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ａにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｂにおいて、昇圧工程（ステップ４，５）および吸着工程（ステップ６）が行われる。これとともに、ステップ４〜６では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ｂにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｃにおいて、第１脱着工程（ステップ４）および第２脱着工程（ステップ５，６）が行われる。これとともに、ステップ４〜６では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ｃにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ａにおいて、第１洗浄工程（ステップ４）および第２洗浄工程（ステップ５，６）が行われる。
【００６６】
ステップ４を終了するタイミングは、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ｃから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて決定することができる。或は、ステップ４を終了するタイミングは、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ｃの内部圧力に基づいて決定してもよいし、吸着塔１０Ｃにて行われている第１脱着工程の開始からの時間に基づいて決定してもよい。
【００６７】
ステップ７〜９では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ａにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｃにおいて、昇圧工程（ステップ７，８）および吸着工程（ステップ９）が行われる。これとともに、ステップ７〜９では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ｂにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ａにおいて、第１脱着工程（ステップ７）および第２脱着工程（ステップ８，９）が行われる。これとともに、ステップ７〜９では、ステップ１〜３で吸着塔１０Ｃにおいて行われたのと同様に、吸着塔１０Ｂにおいて、第１洗浄工程（ステップ７）および第２洗浄工程（ステップ８，９）が行われる。
【００６８】
ステップ７を終了するタイミングは、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ａから導出される第１脱着ガスの流量に基づいて決定することができる。或は、ステップ７を終了するタイミングは、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、第１脱着工程が行われている吸着塔１０Ａの内部圧力に基づいて決定してもよいし、吸着塔１０Ａにて行われている第１脱着工程の開始からの時間に基づいて決定してもよい。
【００６９】
本方法においては、吸着塔１０Ａについて第２洗浄工程を行う際に、洗浄ガスとして、バッファータンク２３からの第２脱着ガスに加えて、吸着塔１０Ｃのガス通過口１１側から導出される第２脱着ガスの一部を使用してもよい。この場合、当該第２洗浄工程中、配管３９の自動弁３９ａは、配管３５の自動弁３５ａとともに、開状態とする。本方法においては、吸着塔１０Ｂについて第２洗浄工程を行う際に、洗浄ガスとして、バッファータンク２３からの第２脱着ガスに加えて、吸着塔１０Ａのガス通過口１１側から導出される第２脱着ガスを使用してもよい。この場合、当該第２洗浄工程中、配管３９の自動弁３９ａは、配管３５の自動弁３５ａとともに、開状態とする。本方法においては、吸着塔１０Ｃについて第２洗浄工程を行う際に、洗浄ガスとして、バッファータンク２３からの第２脱着ガスに加えて、吸着塔１０Ｂのガス通過口１１側から導出される第２脱着ガスを使用してもよい。この場合、当該第２洗浄工程中、配管３９の自動弁３９ａは、配管３５の自動弁３５ａとともに、開状態とする。
【００７０】
また、本方法においては、吸着塔１０Ａがステップ５の第２洗浄工程で比較的高い程度に清浄化される場合や、分離取得される一酸化炭素の収量を純度よりも優先する場合には、吸着塔１０Ａについて、ステップ６にて第２洗浄工程を行わなくてもよい。吸着塔１０Ｂがステップ８の第２洗浄工程で比較的高い程度に清浄化される場合や、分離取得される一酸化炭素の収量を純度よりも優先する場合には、吸着塔１０Ｂについて、ステップ９にて第２洗浄工程を行わなくてもよい。吸着塔１０Ｃがステップ２の第２洗浄工程で比較的高い程度に清浄化される場合や、分離取得される一酸化炭素の収量を純度よりも優先する場合には、吸着塔１０Ｃについて、ステップ３にて第２洗浄工程を行わなくてもよい。
【００７１】
以上のような本方法は、高純度の一酸化炭素を取得するのに適する。本方法では、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々が洗浄工程を経ても、その後の第１脱着工程の開始時点には、当該吸着塔内の吸着剤における空隙や当該吸着塔へ至る配管３２には、不可避的に微量の不純物ガスが残留する。この不純物ガスは脱着工程にある吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから一酸化炭素とともに導出される。しかしながら、脱着工程にて吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから導出されるガス（脱着ガス）の不純物ガス含有率は、当該脱着工程の開始から漸次的に低下する。本方法においては、脱着ガスの不純物ガス含有率が充分に低下するまで、脱着ガス（第１脱着ガス）を分離取得しない第１脱着工程を行い、脱着ガスの不純物ガス含有率が充分に低下した以降に、脱着ガス（第２脱着ガス）を分離取得する第２脱着工程を行うことが可能である。したがって、本方法は、一酸化炭素と例えば水素などの不純物ガスとを含む混合ガスから高純度の一酸化炭素を得るのに適するのである。
【００７２】
また、本方法における洗浄工程は、第１脱着工程にある吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから導出された第１脱着ガスを洗浄ガスとして洗浄対象の吸着塔に導入する第１洗浄工程と、分離取得された第２脱着ガスを洗浄ガスとして洗浄対象の当該吸着塔に導入する、第１洗浄工程の後の第２洗浄工程とを含む。このような構成によると、分離取得された第２脱着ガスで洗浄ガスの全量を賄う場合よりも、洗浄ガスとしての第２脱着ガスの使用量を低減することができる。したがって、洗浄ガスの全量を第２脱着ガスで賄う場合よりも、本構成は、高純度一酸化炭素の収量を向上するうえで好ましい。
【００７３】
したがって、本方法によると、例えば、一酸化炭素濃度が２０〜５０vol％であるような、不純物ガス（例えば水素など）を比較的多く含む混合ガスからであっても、不純物ガス（例えば水素など）濃度が１０００ｐｐｍ以下の高純度の一酸化炭素を高収量で得ることが可能である。
【００７４】
図７は、一酸化炭素分離装置Ｘ３の概略構成を表す。一酸化炭素分離装置Ｘ３は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、圧縮機２１と、真空ポンプ２２と、バッファータンク２３と、配管３１〜３５，３６”，３７〜３９とを備え、一酸化炭素を含む所定の原料ガスから圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を利用して一酸化炭素を濃縮分離することが可能なように構成されている。一酸化炭素分離装置Ｘ３は、配管３６に代えて配管３６”を備える点、および、配管３９を更に備える点において、上述の一酸化炭素分離装置Ｘ１と異なる。配管３６”，３９の構成は、一酸化炭素分離装置Ｘ２における配管３６”，３９に関して上述したのと同様である。
【００７５】
このような構成を有する一酸化炭素分離装置Ｘ３によると、図１から図３を参照して上述した第１の実施形態に係る一酸化炭素分離方法と、図４から図６を参照して上述した第２の実施形態に係る一酸化炭素分離方法とを、選択的に実行することができる。
【実施例】
【００７６】
〔実施例１〕
図１に示す概略構成を有する一酸化炭素分離装置Ｘ１を使用して、図２および図３に示す第１昇圧工程、第２昇圧工程、吸着工程、洗浄工程、第１脱着工程、および第２脱着工程からなる１サイクルを吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて繰り返すことにより、所定の原料ガスから一酸化炭素を濃縮分離した。本実施例の一酸化炭素分離方法は、上述の第１の実施形態に係る一酸化炭素分離方法に相当する。
【００７７】
本実施例において使用した一酸化炭素分離装置Ｘ１の吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々は円筒形状（内径７０ｍｍ，内寸高さ５００ｍｍ）を有する。各吸着塔内には、塩化銅（ＣｕＣｌ）を担持させた活性炭（塩化銅の担持量は２０wt％）２.０Ｌを充填した。使用した原料ガスは、メタノール由来の改質ガスに相当する組成（一酸化炭素３３.３vol％，水素６６.７vol％）を有する。この原料ガスを、一酸化炭素分離装置Ｘ１に対して１０００Ｌ／ｈ（標準状態換算）の流量で供給し続けた。本実施例では、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々において、第１昇圧工程は１０秒間、第２昇圧工程は１０秒間、吸着工程は１８０秒間、洗浄工程は１９０秒間、第１脱着工程は１０秒間、および第２脱着工程は１９０秒間行った。吸着工程における吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部の最高圧力は１０ｋＰａ（ゲージ圧）とし、脱着工程（第１脱着工程，第２脱着工程）における吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部の最低圧力（到達圧力）は−９５ｋＰａ（ゲージ圧）とした。各第１脱着工程における第１脱着ガスの総量は、当該第１脱着工程の開始からの時間に基づいて制御した。
【００７８】
このような条件で行った本実施例において濃縮分離されたガスについて、一酸化炭素純度は９９.９７vol％であり、不純物である水素の含有率は３００volppmであり、取得ガス量は２５０Ｌ／ｈ（標準状態換算）であった。本実施例の第１脱着工程における第１脱着ガスについて別途測定したところ、不純物である水素の含有率は６３００volppmであり、ガス量は１２００Ｌ／ｈ（標準状態換算）であった。また、本実施例では、各脱着工程における脱着ガス総量（第１脱着ガス総量＋第２脱着ガス総量）に占める第１脱着ガス総量の割合は２０％であり、第１脱着工程終了時における吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部圧力は−８７ｋＰａ（ゲージ圧）であった。
【００７９】
〔実施例２〕
図４に示す概略構成を有する一酸化炭素分離装置Ｘ２を使用して、図５および図６に示す昇圧工程、吸着工程、第１洗浄工程、第２洗浄工程、第１脱着工程、および第２脱着工程からなる１サイクルを吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて繰り返すことにより、所定の原料ガスから一酸化炭素を濃縮分離した。本実施例の一酸化炭素分離方法は、上述の第２の実施形態に係る一酸化炭素分離方法に相当する。
【００８０】
本実施例において使用した一酸化炭素分離装置Ｘ２の吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々は円筒形状（内径７０ｍｍ，内寸高さ５００ｍｍ）を有する。各吸着塔内には、塩化銅を担持させた活性炭２.０Ｌを充填した。使用した原料ガスは、メタノール由来の改質ガスに相当する組成（一酸化炭素３３.３vol％，水素６６.７vol％）を有する。この原料ガスを、一酸化炭素分離装置Ｘ２に対して１０００Ｌ／ｈ（標準状態換算）の流量で供給し続けた。本実施例では、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々において、昇圧工程は２０秒間、吸着工程は１６５秒間、第１洗浄工程は１５秒間、第２洗浄工程は１７０秒間、第１脱着工程は１５秒間、および第２脱着工程は１７０秒間行った。吸着工程における吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部の最高圧力は１０ｋＰａ（ゲージ圧）とし、脱着工程（第１脱着工程，第２脱着工程）における吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部の最低圧力（到達圧力）は−９５ｋＰａ（ゲージ圧）とした。各第１脱着工程における第１脱着ガスの総量は、当該第１脱着工程の開始からの時間に基づいて制御した。
【００８１】
このような条件で行った本実施例において濃縮分離されたガスについて、一酸化炭素純度は９９.９７vol％であり、不純物である水素の含有率は３００volppmであり、取得ガス量は２６０Ｌ／ｈ（標準状態換算）であった。また、本実施例の第１脱着工程における第１脱着ガスについて別途測定したところ、不純物である水素の含有率は６３００volppmであり、ガス量は７４０Ｌ／ｈ（標準状態換算）であった。本実施例では、各脱着工程における脱着ガス総量（第１脱着ガス総量＋第２脱着ガス総量）に占める第１脱着ガス総量の割合は２０％であり、第１脱着工程終了時における吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部圧力は−８７ｋＰａ（ゲージ圧）であった。
【００８２】
〔比較例〕
実施例１にて使用した一酸化炭素分離装置Ｘ１および原料ガスを使用して、図８および図９に示す昇圧工程、吸着工程、洗浄工程、および脱着工程からなる１サイクルを吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて繰り返すことにより、所定の原料ガスから一酸化炭素を濃縮分離した。本比較例は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々において２ステップにわたって第１および第２昇圧工程を行う代わりに単一操作の昇圧工程を行う点、および、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々において３ステップにわたって第１および第２脱着工程を行う代わりに単一操作の脱着工程を行う点において、上述の実施例１と異なる。
【００８３】
本比較例における昇圧工程では、２ステップにわたり、配管３１の原料ガス導入端Ｅ１から装置内に取り込まれた原料ガスを昇圧対象の吸着塔のガス通過口１１側に導入した。本比較例における吸着工程では、昇圧工程を経て所定の高圧状態にある吸着塔のガス通過口１１側に、昇圧工程から引き続いて原料ガスを導入して、当該原料ガス中の一酸化炭素を当該吸着塔内の吸着剤に吸着させ、且つ、当該吸着塔から非吸着ガスを導出した（この非吸着ガスは、配管３３を介してガス排出端Ｅ２から装置外へ排出される）。本比較例における洗浄工程では、洗浄対象の吸着塔のガス通過口１１側に対し、バッファータンク２３内の第２脱着ガスを配管３６を介して洗浄ガスとして導入しつつ、当該吸着塔のガス通過口１２側から非吸着ガスを導出した（この非吸着ガスは、配管３３を介してガス排出端Ｅ２から装置外へ排出される）。本比較例における脱着工程では、３ステップにわたり、吸着塔の内部を降圧して当該吸着塔内の吸着剤から一酸化炭素が脱着し、当該吸着塔のガス通過口１１側から脱着ガスが導出した。この脱着ガスは、配管３４、真空ポンプ２２、および配管３５を介してバッファータンク２３に導かれ、バッファータンク２３内の脱着ガスについては、配管３８の一酸化炭素取出し端Ｅ３から適宜取り出した。また、本比較例では配管３７は使用しなかった（即ち、自動弁３７ａは常に閉状態とした）。
【００８４】
本比較例では、原料ガスを、一酸化炭素分離装置Ｘ１に対して１０００Ｌ／ｈ（標準状態換算）の流量で供給し続けた。また、本比較例では、吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各々において、昇圧工程は２０秒間、吸着工程は１６５秒間、洗浄工程は１７０秒間、および脱着工程は１８５秒間行った。吸着工程における吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部の最高圧力は１０ｋＰａ（ゲージ圧）とし、脱着工程おける吸着塔１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの内部の最低圧力（到達圧力）は−９５ｋＰａ（ゲージ圧）とした。
【００８５】
このような条件で行った本比較例において濃縮分離されたガスについて、一酸化炭素純度は９９.８５vol％であり、不純物である水素の含有率は１５００volppmであり、取得ガス量は３００Ｌ／ｈ（標準状態換算）であった。
【００８６】
〔評価〕
実施例１，２の方法によって濃縮分離した一酸化炭素の純度は、上述のように９９.９７％である。これに対し、比較例の方法によって濃縮分離した一酸化炭素の純度は、上述のように９９.８５％である。これらの結果から、本発明に係る実施例１，２の方法は、比較例の方法よりも、一酸化炭素と比較的多くの不純物水素とを含む原料ガスから高純度の一酸化炭素を得るのに適することが判る。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る一酸化炭素分離方法を実行するのに使用することのできる圧力変動吸着式の一酸化炭素分離装置の概略構成を表す。
【図２】第１の実施形態に係る一酸化炭素分離方法の各ステップについて、各吸着塔で行われる工程、および、図１に示す一酸化炭素分離装置の各自動弁の開閉状態を示す表である。
【図３】第１の実施形態に係る一酸化炭素分離方法のステップ１〜９におけるガス流れ状態を表す。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る一酸化炭素分離方法を実行するのに使用することのできる圧力変動吸着式の一酸化炭素分離装置の概略構成を表す。
【図５】第２の実施形態に係る一酸化炭素分離方法の各ステップについて、各吸着塔で行われる工程、および、図４に示す一酸化炭素分離装置の各自動弁の開閉状態を示す表である。
【図６】第２の実施形態に係る一酸化炭素分離方法のステップ１〜９におけるガス流れ状態を表す。
【図７】本発明の第１および第２の実施形態に係る一酸化炭素分離方法を選択的に実行することが可能な圧力変動吸着式の一酸化炭素分離装置の概略構成を表す。
【図８】比較例に係る一酸化炭素分離方法の各ステップについて、各吸着塔で行われる工程、および、図１に示す一酸化炭素分離装置の各自動弁の開閉状態を示す表である。
【図９】比較例に係る一酸化炭素分離方法のステップ１〜９におけるガス流れ状態を表す。
【符号の説明】
【００８８】
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３      一酸化炭素分離装置
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ      吸着塔
１１，１２      ガス通過口
２１      圧縮機
２２      真空ポンプ
２３      バッファータンク
３１〜３９      配管
３２’，３３’，３４’，３６’      主幹路
３２Ａ〜３２Ｃ，３３Ａ〜３３Ｃ，３４Ａ〜３４Ｃ，３６Ａ〜３６Ｃ      分枝路
３２ａ〜３２ｃ，３３ａ〜３３ｃ，３４ａ〜３４ｃ，３６ａ〜３６ｄ      自動弁
３５ａ，３７ａ，３９ａ      自動弁
【図１】
2010069452.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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