(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一仕様の２つの吸着塔（Ａ、Ｂ）と１つ（加圧・真空引併用型）ないし２つ（加圧用と真空引用）のポンプを備えたシステム（ＰＳＡ装置）を使用して圧力振動吸着法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ、ＰＳＡ）により気体を分離する気体分離方法であって、
前記各塔には原料気体混合物中の不用気体成分を選択的に吸着し目的とする有用成分を遊離する吸着剤がカラム状に充填されており、
その１つの塔（Ａ）について
（１）原料ガスの加圧工程
（２）製品取出工程
（３）パージ供与工程
（４）減圧工程
（５）パージ工程
そして再び（１）の工程へ戻し、前記（３）の工程と前記（５）の工程とが同時期に進行するよう１／２サイクル時間（秒）をずらして２塔交互に前記５つの工程を循環操作して、前記ＰＳＡ装置に系外から送入した原料ガスを「製品ガス」と「廃棄ガス」とに分離して系外に取り出す際、
前記「廃棄ガス」は、前記（４）の工程における「減圧（廃棄）ガス」と前記（５）の工程における「パージ（廃棄）ガス」の総和であり、
前記「廃棄ガス」全体を減圧初期ガス（Ｒ−１）、パージ終期ガス（Ｒ−２）、その他（脱着ガスなど）に分割し、有用成分を多く含む前記Ｒ−１、Ｒ−２中の有用成分を回収するリサイクル回収工程を前記工程に割り込ませ、前記リサイクル回収工程期間中にリサイクルガスと原料ガスとの混合を回避するため、原料ガスの送入を停止し、２塔を直結する配管上のポンプを介して、１つの塔の入口端部から他塔の入口端部へリサイクル回収することを特徴とする気体分離方法。
【請求項２】
前記循環操作における各塔内の圧力変化が過渡的で、圧力定常域がなく、１サイクル時間が３０秒以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
原料ガスの加圧工程（１）とリサイクル回収工程はそれぞれ独立した工程で、２つの工程を同時に実施しないか、あるいは時間をずらして実施することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
原料ガスとリサイクルガスの混合とポンプ上・下流域の圧力変動の平滑化を目的として通常設置されるリザーバーを廃止し、ガスの混合を回避し、装置をコンパクト化したことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
２つのリサイクル回収操作（Ｒ−１、Ｒ−２）はＲ−２、Ｒ−１の順に行う継続操作で２つのリサイクル回収操作の間に他の操作を介在させないか、あるいは時間間隔を開けないことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
２つのリサイクル回収操作（Ｒ−１、Ｒ−２）の各操作時間は１サイクル時間の２０％以内とすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体分離方法に関するものであり、さらに詳しくは２つ以上の気体混合物から所望の気体を分離するために圧力振動（変動、揺動、スイング）吸着法（Pressure Swing Adsorption 、ＰＳＡ法）を用いる気体分離方法であって、例えば、空気を原料として酸素を効率よく製造することができ、また、取扱いが簡便で安全な自動ガス分離装置を提供できるような気体分離方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、空気分離製品である酸素は、医療用、民生用、実験用、軽工業用等、室内やビル内の限られたスペースでバッチ的にあるいは連続的に少量づつ使う用途があり、これらのニーズに対しては、現在の処、ボンベや液体容器（液体酸素）による供給手段しかなく、取扱が不便な上、安全管理上の問題がある。
【０００３】
近時、各種民生機器、生産設備等のコンパクト化、高度化、多様化に伴い、これらの機器や設備に付設または内蔵して本体機器とともに随時または連続的に一体的に自動制御して使用できるような小型ガス分離機から大型ガス分離機まで種々の態様のガス分離装置に対する要求が高まっている。
中乃至大容量の酸素の需要に対しては、構成簡単で設置スペースが少なくてすみ、自動運転が可能で安全であることは勿論、従来技術に比較して装置が安くつくれ、またランニングコストの安い新しい型の酸素製造装置がとくに期待されている。
【０００４】
従来、２つ以上の気体混合物から所望の気体を分離するための圧力振動吸着法（ＰＳＡ法）を用いる気体分離方法は多数提案されている（例えば、本発明者による特開平３−５２６１５号公報に記載の技術など）。以下にこの従来技術を説明する。
【０００５】
図１は、従来の方法および本発明の方法を実施するために使用されるガス分離装置の基本システムＡを示す図である。
図２は、従来の方法および本発明の方法を実施するために使用される基本システムＡの変形態様例を示す図である。
図４（Ａ）、（Ｂ）は、従来技術を実施するための弁シーケンス図である。
【０００６】
図１において、（Ａ）および（Ｂ）は不用気体成分を選択的に吸着する吸着剤がカラム状に充填された吸着塔であり、空気より酸素を製造する場合は、水分の乾燥剤としてのシリカゲル、活性アルミナなどの吸着剤が吸着塔の入口端部側に充填され、そして、窒素選択吸着剤としてＭＳ−５Ａ、ＭＳ−１３Ｘ等がその上に層状に充填されている。１１はポンプ、１〜１０は自動弁、１４、１５はニードル弁を示す。
【０００７】
図１に示す標準構成システムを用いて、空気より酸素を製造する場合を例にとり分離操作を次に説明する（なお、弁シーケンスは図４（Ａ）、（Ｂ）に示す）。
吸着塔（Ａ）に着目すると、次の６工程から成る。
(1) 原料ガスの加圧工程
(2) 製品取出工程
(3) パージ供与工程
(4) 一時保持工程
(5) 減圧工程
(6) パージ工程
【０００８】
(1) 原料ガスの加圧工程
原料空気は矢印で示した方向から自動弁１０、ポンプ１１、自動弁１［吸着塔（Ａ）の入口弁］を介して吸着塔（Ａ）の入口端部へ加圧送入される。
このとき吸着塔（Ａ）廻りの他の自動弁（２、３、４）は閉止状態にある。
加圧空気は先ず、吸着塔（Ａ）の入口端部の水分の吸着剤（活性アルミナ）に接し、空気中の水分が吸着除去される。
次いで、窒素選択吸着剤（ＭＳ−５Ａ）にて空気中の窒素が吸着され、吸着層に吸着気体帯域が形成される。
カラム内の気相部の組成は吸着塔（Ａ）の出口端部に向かって次第に窒素が少なくなり酸素リッチになる。
【０００９】
(2) 製品取出工程
吸着塔（Ａ）内の圧力が所定の操作圧力（最高圧）に達すると自動弁１が閉止される。
吸着塔（Ａ）の加圧中または加圧停止後すぐ自動弁２が開放され製品酸素が採取され、矢印で示した方向に送られ、図示しないリザーバーに貯えられる。
吸着塔（Ａ）の加圧停止と同時に自動弁８、９が開放され、自動弁１０が閉止され、ポンプ１１は吸着塔（Ａ）の加圧から吸着塔（Ｂ）の減圧・真空引に操作が切換わり、排気は自動弁９を経て矢印で示した方向に排気される。
【００１０】
(3) パージ供与工程
自動弁３（自動弁７）はパージ供与弁である。
(2) 製品取出工程に引続き、自動弁３が一定の短時間開放され、吸着塔（Ａ）の出口端部より製品酸素の一部が矢印方向に吸着塔（Ｂ）の出口端部へ供給され該塔内を向流方向に流れパージが行われる。
吸着塔（Ｂ）のパージ量は自動弁３の開放時間及びニードル弁（１４）の開度を調整して行う。
多くの場合、ニードル弁（１４）は不要で、ニードル弁（１４）がない時は、自動弁３の断続的開閉操作によりパージ流量の調節が可能である（図４（Ｂ）中にａ1 ，ａ2 で示す）。
パージ供与工程に続き、すぐ吸着塔（Ｂ）の製品酸素による加圧が行われる。これは自動弁３を開放したまま、一定の短時間自動弁８を閉止することにより行われる（図４（Ａ）、（Ｂ）中にｂで示す）。
【００１１】
(4) 一時保持工程
(3) パージ供与工程とそれに引続く製品酸素加圧の一連の自動弁３の操作後、吸着塔（Ａ）廻りの弁（１、２、３、４）はすべて一定時間閉止され、吸着塔（Ａ）内の圧力は一定に保持された状態にある（この間、吸着塔（Ｂ）の「(1) 原料加圧工程」が行われる）。
【００１２】
(5) 減圧工程
吸着塔（Ａ）の自動弁４と自動弁９が開放され（自動弁１０は閉止）、吸着塔（Ａ）がポンプ１１により向流方向に減圧−真空引され、排気は自動弁９を経て矢印で示した方向に排気される。
【００１３】
(6) パージ工程
吸着塔（Ａ）の減圧終期に吸着塔（Ｂ）のパージ用自動弁７が開放され、加圧過程にある吸着塔（Ｂ）の出口端部から製品酸素の一部が矢印方向に吸着塔（Ａ）の出口端部より吸着塔（Ａ）内へ供給される。
吸着塔（Ａ）内へ供給された製品酸素は真空引状態にある吸着塔（Ａ）内を向流方向に流れ、吸着剤カラムに残留する窒素（Ｎ2 ）の脱着を促進し、脱着窒素とともに自動弁４→ポンプ１１→自動弁９を経て脱着ガス（Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 ）とともに大気中へ放出（パージ）される。
【００１４】
かくして吸着塔（Ａ）は再び使用可能な状態に復帰した（１サイクル終了）。  吸着塔（Ａ）が上記(1) 〜(6) の６工程を一巡する間に吸着塔（Ｂ）でも丁度１／２周期遅れて同様の(1) 〜(6) の６工程が行われる。
【００１５】
吸着塔（Ａ）または吸着塔（Ｂ）のいづれかの塔がいつも加圧状態（製品送出可能な状態）にあり、かくして採取された製品酸素は図示しないリザーバーを経て消費端へ送られる。
【００１６】
上記の従来技術においては、(4) の「一時保持工程」中、吸着塔（Ａ）内には（とくに上端部には）未だ相当量の有価ガス（酸素に富む成分）が残留する。これが(5) の「減圧工程」で自動弁４→ポンプ１１→自動弁９を経て大気へ放出されるので製品損失（収率が低下する）となる問題がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような小型から大型迄の多様なニーズにこたえるため簡単な構成で、製作容易であり、製置コストとユテイリテイコストが低く、総合ランニングコストにおいて従来技術より格段に向上した酸素製造装置が求められている。このためには下記式（１）で表される吸着剤生産性を高めること、および、下記式（２）で表される製品収率を高くすることが必要である。
吸着剤生産性＝製品ガス（リットル）／ｋｇ−吸着剤（Ｈ）  （１）
0003646237.tif 000002
すなわち、本発明の目的は、２つ以上の気体混合物から所望の気体を分離するために圧力振動吸着法（ＰＳＡ法）を用いる気体分離方法であって、構成が簡単で小型化が可能なシステムと改善された操作方法により、生産性（吸着剤生産性）と製品収率の双方を向上させることができ、例えば空気を原料として高純度の酸素を安定して効率よく製造することができ、また、取扱いが簡便で安全な自動ガス分離装置を提供できるような気体分離方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は、本発明の前段階として、実験装置として図１に示すシステムを用い、図５に示す弁シーケンスを用い下記の方法により１つの実験（分取テスト）を行った。その実験結果を図６に示す。
【００１９】
分取（分割採取）テスト方法とその結果
すなわち図１に示す装置を図５に示す弁シーケンスで運転し、前記従来技術による(1) 〜(6) の６工程プロセスで空気より酸素を製造する試験を行った。
このとき自動弁８（あるいは自動弁４）、ポンプ１１を経てこの製置から大気へ放出するガスの組成変化を測定した。
実験条件：
１サイクル＝１６秒
原料加圧時間（図５の(1) ）＝２．５秒
減圧・パージ時間（図５の(5) ＋(6) ）＝５．５秒
【００２０】
実験結果を示す図６の横軸は１サイクルにおける排出用自動弁８（あるいは自動弁４）からの流出ガス量（積算値、単位ｃｃ）であり、縦軸は流出ガス中の酸素濃度を示す。Ｐはパージ弁（自動弁３あるいは自動弁７）の開放点を示す。
図６において、Ｏで自動弁８（あるいは自動弁４）を開放し、酸素濃度２１％の線が曲線Ａと交わる点に垂直に引いた線が横軸に交わる点をＢとした時、Ｏ−Ｂは減圧工程の最初の排出ガス部分（Ｒ−１）であるとし、同様に酸素濃度２１％の線が曲線Ａと交わる点に垂直に引いた線が横軸に交わる点をＣとし、Ｄで自動弁８（あるいは自動弁４）を閉止し、Ｃ−Ｄは減圧工程の最終の排出ガス部分（Ｒ−２）であるとすると、Ｏ−Ｂ、及びＣ−Ｄ間の排出ガス中の酸素（有価成分）濃度が高いことが判る。
【００２１】
そこでこの有価成分Ｒ−１及び／またはＲ−２を再び塔内へ回収することを考え、すなわち吸着塔（Ａ）および吸着塔（Ｂ）から流出する有価成分を自動弁４（あるいは自動弁８）−ポンプ１１−自動弁５（あるいは自動弁１）を介して吸着塔（Ｂ）［あるいは吸着塔（Ａ）］へ回収を行った。
ただし、パージを行わないときは図６の点線（Ｅ）のごとくなり、不用ガス（Ｎ2 ）の脱着は停止する。
【００２２】
以上の実験の結果、真空から大気圧以上に到る圧力変動において、その圧力変動幅を大気圧近傍にして、急激な圧力変化を減少したこと、および１つの吸着塔の減圧再生時に廃棄されるガス中の有効成分（製品ガスに富んだガス）を他塔にリサイクルすることにより、従来技術に比し、製品収率が向上して製品酸素の収得量が大幅に増大するとともに吸着剤生産性も向上することを見いだし本発明を成すに到った。
【００２３】
すなわち、本発明の請求項１の発明は、同一仕様の２つの吸着塔（Ａ、Ｂ）と１つ（加圧・真空引併用型）ないし２つ（加圧用と真空引用）のポンプを備えたシステム（ＰＳＡ装置）を使用して圧力振動吸着法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ、ＰＳＡ）により気体を分離する気体分離方法であって、
前記各塔には原料気体混合物中の不用気体成分を選択的に吸着し目的とする有用成分を遊離する吸着剤がカラム状に充填されており、
その１つの塔（Ａ）について
（１）原料ガスの加圧工程
（２）製品取出工程
（３）パージ供与工程
（４）減圧工程
（５）パージ工程
そして再び（１）の工程へ戻し、前記（３）の工程と前記（５）の工程とが同時期に進行するよう１／２サイクル時間（秒）をずらして２塔交互に前記５つの工程を循環操作して、前記ＰＳＡ装置に系外から送入した原料ガスを「製品ガス」と「廃棄ガス」とに分離して系外に取り出す際、
前記「廃棄ガス」は、前記（４）の工程における「減圧（廃棄）ガス」と前記（５）の工程における「パージ（廃棄）ガス」の総和であり、
前記「廃棄ガス」全体を減圧初期ガス（Ｒ−１）、パージ終期ガス（Ｒ−２）、その他（脱着ガスなど）に分割し、有用成分を多く含む前記Ｒ−１、Ｒ−２中の有用成分を回収するリサイクル回収工程を前記工程に割り込ませ、前記リサイクル回収工程期間中にリサイクルガスと原料ガスとの混合を回避するため、原料ガスの送入を停止し、２塔を直結する配管上のポンプを介して、１つの塔の入口端部から他塔の入口端部へリサイクル回収することを特徴とする気体分離方法である。
【００２４】
上記（４）−（５）減圧工程により大気へ放出されるガス中の有用成分濃度は時間的経過をたどって変動する。この中の減圧初期ガス（Ｒ−１）とパージ終期ガス（Ｒ−２）は有用成分濃度が高いので、この廃棄ガス全体をＲ−１、Ｒ−２、その他（脱着ガスなど）に分割し、この中のＲ−１及び／またはＲ−２をポンプを介して１つの吸着塔から他の吸着塔へ、または、システム内にリサイクル回収することにより有用成分損失を少なくすることができる。
なお、Ｒ−１、Ｒ−２の有用成分濃度は、原料ガス中の目的成分以上の濃度であるなどと厳密に規定するものではなく、Ｒ−１、Ｒ−２のガスは一般に有効成分に富んだ分割ガスを示すものである。例えば原料ガスが空気の場合、酸素を分離して酸素濃度が約２１％以下になったガス中にもまだ未利用の酸素を相当含んでおり、これらは廃棄すればすべてロスになってしまうので、本発明においてはこれらもＲ−１、Ｒ−２として幅広く回収を計る場合を包含する。
【００２５】
本発明の請求項２の発明は、請求項１記載の気体分離方法において、前記循環操作における各塔内の圧力変化が過渡的で、圧力定常域がなく、１サイクル時間が３０秒以下であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項３の発明は、請求項１記載の気体分離方法において、原料ガスの加圧工程（１）とリサイクル回収工程はそれぞれ独立した工程で、２つの工程を同時に実施しないか、あるいは時間をずらして実施することを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項４の発明は、請求項１記載の気体分離方法において、原料ガスとリサイクルガスの混合とポンプ上・下流域の圧力変動の平滑化を目的として通常設置されるリザーバーを廃止し、ガスの混合を回避し、装置をコンパクト化したことを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項５の発明は、請求項１記載の気体分離方法において、２つのリサイクル回収操作（Ｒ−１、Ｒ−２）はＲ−２、Ｒ−１の順に行う継続操作で２つのリサイクル回収操作の間に他の操作を介在させないか、あるいは時間間隔を開けないことを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項６の発明は、請求項１記載の気体分離方法において、２つのリサイクル回収操作（Ｒ−１、Ｒ−２）の各操作時間は１サイクル時間の２０％以内とすることを特徴とする。
【００３０】
【作用】
１）作動圧力範囲を１５０トル〜＋２．０ｋｇＧ／ｃｍ2 の大気近傍で、かつ、もっともポンプ性能が発揮できる領域に設定しているのでエネルギー的に有利となる。
２）１つのボンプを“加圧”と“真空引”に使用することにより、または２つのポンプの中の１つは“加圧用”他の１つは“真空引用”に使用することにより、加圧と減圧の交代操作を促進し、サイクル時間を短縮し、吸着剤生産性を高めている。
３）上記ポンプを加圧、真空引のみならず本発明独自のリサイクル操作にも使用しており、減圧時大気中へ放出されるガス中の有価成分（酸素製造時は酸素）を回収することにより製品収率を向上できる。
４）すなわち、
ａ）吸着剤生産性の向上により装置の一層の小型が可能になった（装置価格低減）。
ｂ）製品収率向上により電力原単位（ＫＷＨ／ｍ3 製品ガス）が低減した。
ｃ）ａ）ｂ）により総合原価が安くなった。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の方法を図１〜図３、図７〜図９を用いて以下に詳細に説明する。
図１に、既に従来技術の欄で述べたが、同一仕様の２つの塔と１つのポンプで構成される本発明の実施に適したガス分離装置のシステム（基本システムＡ）を示す。
図２に、図１（１ポンプ）に示した基本システムＡの変形態様例を示す。
図３に、同一仕様の２つの塔と２つのポンプで構成される本発明の実施に適したガス分離装置の他のシステム（基本システムＢ）を示す。
図７〜図９に弁シーケンス（弁開放時間〜時間関係）を示す。
図７は、図１（１ポンプ）に示した基本システムＡの弁シーケンスを示す図面である。
図８は、図２（１ポンプ）に示した基本システムＡの変形態様例の弁シーケンスを示す図面である。
図９は、図３（２ポンプ）に示した基本システムＢの弁シーケンスを示す図面である。
【００３２】
（実施例１）
図１に示す基本システムＡと図７に示す弁シーケンスを用いて空気より酸素を分離する本発明方法の１実施の形態を詳細に説明する。
図１に示す基本システムＡにおける吸着塔（Ａ）および吸着塔（Ｂ）による分離操作は次の(1) 〜(10)の１０の工程で行われる。
時間（秒）
(1) 原料ガス加圧工程    （１．５）
(2) リサイクル加圧工程  （１．０）  吸着塔（Ｂ）から吸着塔（Ａ）へ
(3) 製品取出工程        （２．０）
(4) パージ供与工程      （１．５）
(5) 有価ガス回収工程    （０．５）  吸着塔（Ａ）から吸着塔（Ｂ）へ
(6) 一時停止工程        （１．５）
(7) リサイクル減圧工程  （１．０）  吸着塔（Ａ）から吸着塔（Ｂ）へ
(8) 減圧工程            （２．０）
(9) パージ工程          （１．５）
(10)有価ガス回収工程    （０．５）  吸着塔（Ｂ）から吸着塔（Ａ）へ
以下工程順に説明する。
【００３３】
吸着塔（Ａ）について、
(1) 原料ガス加圧工程  １．５秒
原料空気は矢印で示した方向から原料供給用の自動弁１０、ポンプ１１、自動弁１を経て、吸着塔（Ａ）の入口端部へ加圧送入される［このとき吸着塔（Ａ）付属の自動弁２、３、４は閉止されている］。
加圧空気は先ず、吸着塔（Ａ）の入口端部の水分の吸着剤（活性アルミナ等）に接し、空気中の水分が吸着除去される。
次いで、上層の窒素選択吸着剤（ＭＳ−５Ａ）にて空気中の窒素が吸着され、吸着層に窒素吸着帯域が形成される。
加圧送入の続行とともに上記窒素吸着帯域は吸着塔（Ａ）の出口端部へ向かって進行する。
吸着カラム内気相部の組成は入口端部の空気組成（酸素＝２１％）から出口端部に向かって次第に窒素が少なくなり酸素リッチになる。
【００３４】
(2) リサイクル加圧工程  １．０秒
原料供給用の自動弁１を開放したまま自動弁１０を閉止し、自動弁８を開放して吸着塔（Ｂ）内残留有価ガスを吸着塔（Ｂ）−自動弁８−ポンプ１１−自動弁１を経て、吸着塔（Ａ）内へリサイクル加圧送入する。
吸着塔（Ｂ）の圧力は降下し、吸着塔（Ａ）の圧力は上昇し、操作の最高圧に達する。上記(1) 、(2) の継続する操作が終了したら自動弁１を閉止し、自動弁９を開放する。
吸着塔（Ａ）の加圧は終了する［吸着塔（Ｂ）がポンプ１１で減圧される］。
【００３５】
(3) 製品取出工程  ２．０秒
吸着塔（Ａ）の加圧中または加圧停止後すぐ自動弁２が開放され製品酸素が採取される。
製品酸素は製品リザーバー（図示せず）を経て、または直接、消費端へ送られる。
【００３６】
(4) パージ供与工程  １．５秒
自動弁３、自動弁７はパージ供与用の弁である。
(3) の工程に引続き自動弁３が一定の短時間開放され、吸着塔（Ａ）の出口端部より製品酸素の一部が、吸着塔（Ｂ）の出口端部へ供給され、該塔内を向流方向に流れパージが行われる。
吸着塔（Ｂ）へのパージ量は自動弁３の開放時間およびニードル弁１４の開度を調整して行う。
【００３７】
(5) 有価ガス回収工程  ０．５秒
(4) のパージ供与操作に引続きすぐ、吸着塔（Ａ）出口端部の残留酸素を吸着塔（Ｂ）出口端部方向へ、２塔間の差圧により移送し有価ガスの回収を行う。
これは自動弁３を開放したまま、一定の短時間、自動弁８を閉止することにより行われる。
【００３８】
(6) 一時停止工程  １．５秒
(4) パージ供与工程と(5) 有価ガス回収工程の継続する一連の操作終了後（自動弁３は閉止）、吸着塔（Ａ）廻りの自動弁（１、２、３、４）が一定時間閉止され、吸着塔（Ａ）内の圧力は一定に保持された状態にある。
［吸着Ａ塔が(6) の操作にあるときポンプ１１は作動中で吸着塔（Ｂ）の原料ガス加圧工程(1) が行われている。自動弁１０および自動弁５は開放中である。］
【００３９】
(7) リサイクル減圧工程  １．０秒
(6) の操作が終了すると自動弁１０を閉止、自動弁４、自動弁５が開放（自動弁９は閉止中）、吸着塔（Ａ）内残留有価ガスが自動弁４−ポンプ１１→自動弁５を経て、吸着塔（Ｂ）内入口端部から加圧送入される。
【００４０】
(8) 減圧工程  ２．０秒
(7) の工程に続き、自動弁９を開放（自動弁４はリサイクル減圧工程−減圧工程の２つの操作を通じて開放したまま）し、吸着塔（Ａ）の減圧操作が行われる。
吸着塔（Ａ）は自動弁４−ポンプ１１→自動弁９を経て減圧−真空引される。
【００４１】
(9) パージ工程  １．５秒
吸着塔（Ａ）の減圧終期に、吸着塔（Ｂ）のパージ用自動弁７が開放され、加圧過程にある吸着塔（Ｂ）の出口端部から製品酸素の一部が減圧過程にある吸着塔（Ａ）の出口端部から吸着塔（Ａ）に供給される。吸着塔（Ａ）内に供給された製品酸素は吸着塔（Ａ）内を向流方向に流れ、吸着剤カラムに残留する窒素の脱着を促進し、自動弁４→ポンプ１１→自動弁９を経て脱着窒素とともに大気中へ放出（パージ）される。
【００４２】
(10)有価ガス回収工程  ０．５秒
(9) の操作に引き続き、すぐ吸着塔（Ｂ）出口端部の残留酸素を吸着塔（Ａ）出口端部方向へ、２塔間の差圧により移送し、有価ガスの回収を行う。
これは自動弁７を開放したまま、一定の短時間、自動弁４を閉止することにより行われる。かくして(1) 〜(10)の１サイクル工程を順次経て吸着塔（Ａ）は再び使用可能な状態に復帰した。
【００４３】
吸着塔（Ａ）において上記(1) 〜(10)の１０の工程を一巡する間に吸着塔（Ｂ）でも丁度１／２周期おくれて同様の１０工程が行われる。
吸着塔（Ａ）または吸着塔（Ｂ）のいづれかの塔はいつも加圧状態（製品送出可能な状態）にあり、１／２サイクル毎に製品酸素の採取が行われる。
採取された酸素は通常、リザーバー（図示せず）を経て圧力一定に保持され消費端へ送られる。
【００４４】
以上説明した１サイクル操作における“各弁の開放時間〜時間”関係（弁シーケンス）を図７に示す。
図７において縦軸は図１に示した自動弁の弁番号を示し、横軸は時間（秒）を示す。斜線部が各自動弁の開放状態を示す。なお図７中の(1) 〜(10)は上記説明における工程記号を示す。
【００４５】
（実施例２）
図３に示す２つのポンプと２塔［吸着塔（Ａ）および吸着塔（Ｂ）］を使った基本システムＢと、図９に示す標準的弁シーケンスを用いて空気より酸素を分離する本発明方法の他の実施の形態を詳細に説明する。
基本システムＢにおける吸着塔（Ａ）および吸着塔（Ｂ）による分離操作は次の(1) 〜(9) の９の工程で順次行われる。
【００４６】
時間（秒）
(1) 原料ガス加圧工程          （３．５）
(2) 製品取出（又は送出）工程  （１．０）
(3) パージ供与工程            （０．５）
(4) 有価ガス回収工程          （０．５）  吸着塔（Ａ）から吸着塔（Ｂ）へ
(5) リサイクル減圧工程        （１．５）  吸着塔（Ａ）から吸着塔（Ｂ）へ
(6) 減圧工程                  （３．０）
(7) パージ工程                （０．５）
(8) 有価ガス回収工程          （０．５）  吸着塔（Ｂ）から吸着塔（Ａ）へ(9) リサイクル加圧工程        （１．５）  吸着塔（Ｂ）から吸着塔（Ａ）へ  以下、工程順に説明する（図９参照）。
【００４７】
吸着塔（Ａ）について、
(1) 原料ガス加圧工程  ３．５秒
原料空気はポンプ１１ａ、自動弁１を経て吸着塔（Ａ）の入口端部へ加圧下で送入される。吸着塔（Ａ）の圧力は上昇する。
【００４８】
(2) 製品取出（又は送出）工程  １．０秒
吸着塔（Ａ）内の圧力が所定圧力に達したら自動弁２を開放し、製品酸素が吸着塔（Ａ）の末端部から取出される。
【００４９】
(3) パージ供与工程  ０．５秒
製品送出用の自動弁２の閉止に引続き、パージ用の自動弁３が短時間開放され、吸着塔（Ａ）の出口端部から製品酸素の一部が真空引状態にある吸着塔（Ｂ）の出口端部から該塔内へ向流方向に流れ、吸着塔（Ｂ）のパージが行われる。
【００５０】
(4) 有価ガス回収工程  ０．５秒
上記操作に続き、自動弁３を開放したままで自動弁８を短時間閉止すると（その後自動弁４が開放される）、吸着塔（Ａ）の出口端部の有価ガスが吸着塔（Ｂ）の出口端部から該塔内へ向流方向に流れ回収される。
この短時間操作の間、自動弁１８、自動弁１９は開放しておく。
【００５１】
(5) リサイクル減圧工程  １．５秒
上記(4) の操作と平行して、自動弁４と自動弁１７が開放され、吸着塔（Ａ）内に残留する有価ガスが吸着塔（Ａ）の入口端部から自動弁４−ポンプ１１ｂ−自動弁１７を経て吸着塔（Ｂ）の入口端部へ加圧送入される。自動弁１７を閉止、自動弁１８を開放することにより本操作は終了する。
【００５２】
(6) 減圧工程  ３．０秒
自動弁１８を開放することにより本操作を始まる。
吸着塔（Ａ）の吸着剤中の不用ガスは自動弁４−ポンプ１１ｂ−自動弁１８を経て大気中へ放出される。
【００５３】
(7) パージ工程  ０．５秒
吸着塔（Ａ）が真空引終期にあるとき、吸着塔（Ｂ）のパージ用の自動弁７が一定短時間開放され、吸着塔（Ｂ）の出口端部から製品酸素の一部が吸着塔（Ａ）の出口端部から該塔内へ向流方向に流れ吸着されている窒素ガスの脱着を促進する。
【００５４】
(8) 有価ガス回収工程  ０．５秒
自動弁４を閉止し、自動弁１９を開け、吸着塔（Ｂ）のパージ用の自動弁７を経て吸着塔（Ｂ）内有価ガスが吸着塔（Ａ）内へ該塔に対し向流方向に流入し回収される。
【００５５】
(9) リサイクル加圧工程  １．５秒
自動弁８と自動弁１６が開放され吸着塔（Ｂ）内の残留ガスが自動弁８→ポンプ１１ｂ→自動弁１を経て、吸着塔（Ａ）の入口端部から流入する。
吸着塔（Ａ）は加圧され、吸着塔（Ｂ）は減圧される。
【００５６】
以上、吸着塔（Ａ）について、(1) 〜(9) の工程が行われている間に吸着塔（Ｂ）についても同じ(1) 〜(9) の工程が行われる。
【００５７】
以上説明した１サイクル操作における“各弁の開放時間〜時間”の関係（弁シーケンス）を図９に示す。斜線部は各自動弁の開放時間を示す。なお、図９中の(1) 〜(9) は上記説明における工程番号を示す。
実施例２（２つのポンプ）では、図９に示すごとく、１／２サイクル毎にポンプ１１ａ（加圧用）で１．５秒、ポンプ１１ｂ（真空引、リサイクル兼用）で０．５秒の空転時間が生じ、エネルギー的に好ましくない。
リサイクル操作のとき、ポンプ１１ｂとともにポンプ１１ａを同時に作動さすと、過渡的短時間内に圧縮比がポンプ１１ａで１〜３、ポンプ１１ｂで１〜１０などと変動しガス供給に必要な仕事が両者で大きく異なる。２種のポンプ仕様が同じならポンプ１１ａのガス供給力が遥かに優り、ポンプ１１ｂによるリサイクル操作が妨害される。
従って、後者の供給力を増し、両者の能力を同等にする必要がある。
上記２種のポンプの大気圧近傍におけるガス圧縮容量（リットル／分、またはｍ3 ／分）をそれぞれ加圧用ポンプがＰｃｏｍ、真空引兼リサイクル用ポンプがＰｖａｃとしたとき、概略、Ｐｖａｃ＝ｋＰｃｏｍ（ｋ≒１〜５）の関係となる。
一般に、分離操作の総合効率を最大にするべく、弁シークエンスと２種のポンプの圧縮容量が調和するよう設計が行われ、同時にポンプの空転を回避している。
【００５８】
次に、本発明方法の変形態様（システム構成の変形例とその作動ソフト）を図２、図８、図１０〜図１１を用いて以下に説明する。種々の変形が考えられるが本発明の基本的考え方に沿うものはすべて本発明の範囲に属する。
図１０は、図１の基本システムＡを用いてＲ−１とＲ−２の回収操作を実施するための標準的弁シーケンス図である。
図１１は、図３の基本システムＢを用いてＲ−１とＲ−２の回収操作を実施するめたの標準的弁シーケンス図である。
なお、各弁シーケンス図上の(1) 〜(10)の記号は各実施例の説明における工程番号と一致する。すなわち、１−ポンプシステムでは(1) 〜(10)、２−ポンプシステムでは(1) 〜(9) の番号を符した。
【００５９】
１）図２（システム構成）−図８（弁シーケンス）の組合せ
図２は図１の基本システムＡ（２つの塔、１つのポンプ）に公知の均圧弁２ケ（自動弁１２、自動弁１３）を付加した例を示す。
【００６０】
２）図１（システム構成）−図１０（弁シーケンス）あるいは図３（システム構成）−図１１（弁シーケンス）の組合せ
この組み合わせは減圧初期の有価ガス（Ｒ−１）とパージ終期の有価ガス（Ｒ−２）を回収する例を示す。
【００６１】
３）構成とその弁シーケンスは前記説明以外にもいくつもの小さな変形例が考えられるが、基本的分離の考え方が本発明に拠る限り、本発明の範囲に包含されるものである。
【００６２】
４）本発明は、３塔構成以上のＰＳＡシステムの任意の２つの塔に対しても実施できる。またポンプ数は３ケ以上でも実施できる。しかし、３塔構成等、塔数が増すに従って、ポンプの空転を回避しやすくなり、かつ製品収率が向上するが、装置構成が複雑化し、装置コストの上昇という不利益を伴う場合もあるので、本発明においては、通常２塔構成を標準的なシステム構成とする場合が多いが、各種のニーズに対応してシステム構成を設計することが好ましい。
【００６３】
（実施例３）
図１に示す装置を用い、実施例１で実施した本発明の気体分離方法により空気から酸素を製造した。
ガス分離装置構成：
吸着塔：直径５．３ｃｍ、長さ２３ｃｍのステンレス製の筒
吸着剤：ＭＳ−５Ａ
充填量：吸着塔（Ａ）へ２４７ｇ、吸着塔（Ｂ）へ２５１ｇ
（吸着塔（Ａ）および吸着塔（Ｂ）の入口端部へ活性アルミナを層
高の１５％迄充填した）
弁はすべて電磁弁
ポンプはダイヤフラム式圧縮・真空引併用型使用
実施した弁シーケンスを表１に示す。
【００６４】
【表１】
0003646237.tif 000003
【００６５】
その結果、純度９０％の酸素が１．４６（リットル／分）で安定して得られた。次に述べる比較例１に比較して生産量（収率）が５割上昇した。
【００６６】
（比較例１）
実施例３と同一の実験装置を用い、従来技術による気体分離試験を行い、空気から酸素ガスを製造した。
実施した弁シーケンスを表２に示す。
【００６７】
【表２】
0003646237.tif 000004
【００６８】
その結果、純度９０．４％の酸素が０．９７（リットル／分）で得られた。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の気体分離方法により空気より高純度の酸素を製造するなど、２以上の気体成分からなる気体混合物から有用成分を簡単なシステムで連続的に安定して製造することができる。本発明の気体分離方法は高い吸着剤生産性であるから装置全体が小型、コンパクト化できる。従って、携帯型、机上型、室内設置、ビル内の限られた面積での設置が可能になる。また大容量機の場合は設置面積が小さくとれ、広い敷地を必要としない。
本発明の気体分離方法を用いたシステムは構成が簡単だから装置価格を安くできる。また高い製品収率と相俟って安い原価で酸素などの有用成分を供給することができる。
本発明の気体分離方法は作動圧力が低く、１つの弁シーケンスで全装置の分離操作が自動制御される。よって運転操作はボタンによるｏｎ−ｏｆｆのみであり運転保安が簡便かつ取扱い安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の方法及び本発明の方法を実施するために使用される装置の基本システム（基本システムＡ）を示す説明図である。
【図２】  基本システムＡの変形態様を示す説明図である。
【図３】  本発明の方法を実施するために利用される装置の基本システム（基本システムＢ）を示す説明図である。
【図４】  （Ａ）、（Ｂ）は基本システムＡを用いて従来の方法を実施するための１サイクルにおける自動弁の作動状態（弁シーケンス）を示す説明図である。
【図５】  図１に示す基本システムＡを用い本発明に係る実験を行った時の弁シーケンスを示す説明図である。
【図６】  図１に示す基本システムＡおよび図５に示す弁シーケンスを用いて行った実験結果を示す（ガス積算量−酸素濃度）関係曲線である。
【図７】  図１に示す基本システムＡを用いて本発明を実施するための標準的弁シーケンスを示す説明図である。
【図８】  図２に示す基本システムＡの変形態様を用いて本発明を実施するための標準的弁シーケンスを示す説明図である。
【図９】  図３に示す基本システムＢを用いて本発明を実施するための標準的弁シーケンスを示す説明図である。
【図１０】  図１に示す基本システムＡを用いてＲ−１とＲ−２の回収操作を実施するための標準的弁シーケンスを示す説明図である。
【図１１】  図３に示す基本システムＢを用いてＲ−１とＲ−２の回収操作を実施するめたの標準的弁シーケンスを示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ  吸着塔
１〜１０、１２、１３、１６〜１９  自動弁
１１、１１ａ、１１ｂ  ポンプ
１４、１５  ニードル弁
Ｒ−１  減圧初期有価ガス
Ｒ−２  パージ終期有価ガス
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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