(57)【要約】酸素・窒素併行分離方法は、ＰＳＡガス分離装置１でのＰＳＡガス分離工程、および膜式ガス分離器２での膜式ガス分離工程を含む。ＰＳＡガス分離工程では、窒素を優先的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔を用いて行う圧力変動吸着式ガス分離法により、空気などの酸素・窒素含有ガスから、酸素富化ガスを取り出すとともに、窒素を主に含み且つ酸素も含む脱着ガスを取り出す。膜式ガス分離工程では、ガス分離膜２Ａにより、ＰＳＡガス分離装置１からの脱着ガスを、ガス分離膜２Ａを透過するガスと透過しないガス（窒素富化ガス）とに分離するとともに、脱着ガスの一部を、ガス分離膜２Ａを透過することなくガス分離膜２Ａの透過側に導入する。（図１）【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素および窒素を含む混合ガスから酸素ガスおよび窒素ガスを併行分離するための方法であって、
窒素を優先的に吸着するための吸着剤が充填された吸着塔を用いて行う圧力変動吸着式ガス分離法により、前記吸着塔内が相対的に高圧である状態において、前記吸着塔に前記混合ガスを導入して当該混合ガス中の窒素を前記吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から酸素富化ガスを導出し、且つ、前記吸着塔内が相対的に低圧である状態において、前記吸着剤から前記窒素を脱着させ、前記吸着塔内に残存する酸素と当該窒素とを含む脱着ガスを当該吸着塔から導出するための、圧力変動吸着式ガス分離工程と、
前記吸着塔から導出される前記脱着ガスを圧縮するための圧縮工程と、
酸素を優先的に透過させるためのガス分離膜により、前記圧縮工程を経た前記脱着ガスを、前記ガス分離膜を透過する透過ガスおよび透過しない非透過窒素富化ガスに分離するための、膜式ガス分離工程と、を含み、
前記膜式ガス分離工程では、前記脱着ガスの一部を、前記ガス分離膜を透過することなく前記ガス分離膜の透過側に導入する、酸素・窒素併行分離方法。
【請求項２】
前記膜式ガス分離工程では、前記ガス分離膜の透過側を大気圧未満の圧力に減圧する、請求項１に記載の併行分離方法。
【請求項３】
前記圧力変動吸着式ガス分離工程における前記吸着塔から前記脱着ガスを導出するときの当該吸着塔内の減圧と、前記膜式ガス分離工程における前記透過側の前記減圧とは、単一の減圧手段により実現される、請求項２に記載の併行分離方法。
【請求項４】
前記圧力変動吸着式ガス分離工程における前記吸着塔から前記脱着ガスを導出するときの当該吸着塔内の減圧と、前記膜式ガス分離工程における前記透過側の前記減圧とは、別の減圧手段により実現される、請求項２に記載の併行分離方法。
【請求項５】
前記膜式ガス分離工程にて前記ガス分離膜を透過することなく前記ガス分離膜の透過側に導入される前記脱着ガスが前記圧縮工程を経由するように構成されている、請求項１から３のいずれか一つに記載の併行分離方法。
【請求項６】
酸素および窒素を含む混合ガスから酸素ガスおよび窒素ガスを併行分離するためのシステムであって、
窒素を優先的に吸着するための吸着剤が充填された吸着塔を用いて行う圧力変動吸着式ガス分離法により、前記吸着塔内が相対的に高圧である状態において、前記吸着塔に前記混合ガスを導入して当該混合ガス中の窒素を前記吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から酸素富化ガスを導出し、且つ、前記吸着塔内が相対的に低圧である状態において、前記吸着剤から前記窒素を脱着させ、前記吸着塔内に残存する酸素と当該窒素とを含む脱着ガスを当該吸着塔から導出するための、圧力変動吸着式ガス分離装置と、
酸素を優先的に透過させるためのガス分離膜を有し、前記脱着ガスを、前記ガス分離膜を透過する透過ガスおよび透過しない非透過窒素富化ガスに分離して導出するための、膜式ガス分離器と、
前記脱着ガスが前記膜式ガス分離器に供給される前に当該脱着ガスを圧縮するための圧縮手段と、
前記脱着ガスの一部を迂回させて前記ガス分離膜を透過することなく前記ガス分離膜の透過側に導入するための迂回手段と、を備える、酸素ガスおよび窒素ガスの併行分離システム。
【請求項７】
前記膜式ガス分離器における前記ガス分離膜の透過側を大気圧未満の圧力に減圧するための減圧手段を更に備える、請求項６に記載の併行分離システム。
【請求項８】
前記減圧手段は、前記圧力変動吸着式ガス分離装置の前記吸着塔から前記脱着ガスを導出するときに当該吸着塔内を減圧するための手段としても併せて機能する、請求項６に記載の併行分離システム。
【請求項９】
前記迂回手段により前記ガス分離膜の透過側に導入される前記脱着ガスは、前記圧縮手段により圧縮されている、請求項６に記載の併行分離システム。
【請求項１０】
前記迂回手段は、前記ガス分離膜の透過側に導入される前記脱着ガスの流量を制御するための流量制御弁を備えている、請求項６に記載の併行分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素および窒素を含む混合ガス（例えば空気）から酸素ガスおよび窒素ガスを併行して分離するための方法およびシステムに関する。
背景技術【０００２】
空気から分離して得られる酸素ガスおよび窒素ガスは、多様な用途に利用されている。酸素ガスは、例えば、ゴミ溶融炉や、灰溶融炉、ガラス溶融炉の高温化、製鋼用電気炉の燃焼効率向上、化学プラントでの酸化反応、廃水処理装置における酸素曝気などに利用されている。一方、窒素ガスは、例えば、ゴミ溶融炉や化学プラントにおけるガスシールやパージング、熱処理炉の雰囲気ガス調整、食品の包装用ガスシールなどに、利用されている。【０００３】
空気から酸素ガスや窒素ガスを分離するのに実用的な手法の一つとして、圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）が知られている。ＰＳＡ法によるガス分離では、所定成分を優先的に吸着するための吸着剤が充填された吸着塔を具備するＰＳＡガス分離装置が用いられ、吸着塔において、少なくとも吸着工程および脱着工程が実行される。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易吸着成分を高圧条件下で吸着剤に吸着させ、難吸着成分からなるガスを吸着塔から導出する。脱着工程では、塔内圧力を降下させて易吸着成分を吸着剤から脱着させ、当該易吸着成分を主に含むガスを吸着塔から導出する。例えば、酸素よりも窒素を優先的に吸着することのできる吸着剤を使用し且つ混合ガスとして空気を吸着塔に導入する場合、酸素は、吸着工程にて難吸着成分として塔外に導出され、窒素は、易吸着成分として、吸着工程にて吸着剤に吸着され且つ脱着工程にて塔外に導出される。【０００４】
ＰＳＡ法においては、脱着工程にて減圧脱着されて塔外に導出される易吸着成分ガスよりも、吸着工程にて吸着塔を通過する難吸着成分ガスの方が、ガス濃度やガス量について安定している。そのため、ＰＳＡ法では、取得目的のガスを易吸着成分ガスとするよりも難吸着成分ガスとする方が、当該目的ガスを効率よく取得しやすい。したがって、ＰＳＡ法により空気から酸素を分離取得する際には、一般に、使用されるＰＳＡガス分離装置の吸着塔に窒素吸着性の吸着剤が充填され、吸着工程にて当該吸着塔から導出される酸素富化ガスが製品ガスとして回収される。また、ＰＳＡ法により空気から窒素を分離取得する際には、一般に、酸素吸着性の吸着剤が吸着塔に充填され、吸着工程にて当該吸着塔から導出される窒素富化ガスが製品ガスとして回収される。【０００５】
しかしながら、空気中の酸素を分離取得して利用するとともに空気中の窒素を分離取得して利用する必要が生ずる場合があり、この場合には、空気中に含まれる酸素および窒素を単一のシステムにより併行して分離取得することが可能な技術が望まれる。【０００６】
図５は、空気中の酸素および窒素を併行して分離するための従来システムの一例である酸素・窒素併行分離システムＸ５を表す。酸素・窒素併行分離システムＸ５は、ＰＳＡガス分離装置５１と、膜式ガス分離器５２と、貯蔵タンク５３と、圧縮機５４，５５と、真空ポンプ５６とを備え、これらは、配管を介して連結されている。配管における所定の箇所には複数の自動弁（図示略）が設けられており、システム稼動時には、各自動弁の開閉状態が適宜選択されることにより、システム内のガスの流れ状態が切り替えられる。ＰＳＡガス分離装置５１は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔（図示略）を備える。また、膜式ガス分離器５２は、酸素を優先的に透過させるためのガス分離膜５２ａを有する。このような酸素・窒素併行分離システムは、例えば下記の特許文献１に記載されている。【０００７】
【特許文献１】特開平５−２５３４３８号公報
【０００８】
酸素・窒素併行分離システムＸ５の稼動時には、ＰＳＡガス分離装置５１の吸着塔において、吸着工程および脱着工程を含む１サイクルが繰り返され、空気から酸素富化ガスが分離取得される。吸着工程では、圧縮機５４が作動してＰＳＡガス分離装置５１の吸着塔に空気が供給され、塔内が所定の圧力にまで上昇した状態において、当該空気中の易吸着成分（主に窒素）を吸着剤に吸着させ、当該吸着塔ないしＰＳＡガス分離装置５１から酸素富化ガスが導出される。得られた酸素富化ガスは、例えば、所定の用途に連続的に使用される。脱着工程では、真空ポンプ５６の作動により塔内が所定の圧力にまで降下された状態において、当該吸着塔内の吸着剤から易吸着成分が脱着され、塔内に残存する酸素とともに当該易吸着成分は脱着ガスとしてＰＳＡガス分離装置５１外に排出される。脱着ガス中の酸素濃度は、脱着工程初期においては比較的に高く、時間の経過とともに次第に低下する傾向にある。【０００９】
ＰＳＡガス分離装置５１からの脱着ガスの酸素濃度は酸素モニタにより常時検知され、脱着工程初期の比較的に酸素濃度の高い脱着ガスは、矢印Ｇ’で示すように、システム外に廃棄される。そして、脱着ガスの酸素濃度が所定の値にまで低下した時点で、当該廃棄は停止され、貯蔵タンク５３への脱着ガスの回収に切り替えられる。このような脱着ガスの廃棄およびその後の回収は、ＰＳＡガス分離装置５１から脱着ガスが排出されるごとに実行される。【００１０】
貯蔵タンク５３に回収された脱着ガスは、圧縮機５５の作動により所定の圧力で膜式ガス分離器５２に供給され、膜式ガス分離器５２のガス分離膜５２ａを透過する透過ガスと透過しない非透過ガスとに分離される。脱着ガス中の酸素はガス分離膜５２ａを優先的に透過し、これにより、酸素濃度が低下して窒素純度が高められた窒素富化ガスが非透過ガスとして膜式ガス分離器５２から排出される。得られた非透過ガスは、例えば、所定の用途に連続的に使用される。このようにして、酸素・窒素併行分離システムＸ５によると、空気から酸素富化ガスおよび窒素富化ガスが分離取得される。【００１１】
酸素・窒素併行分離システムＸ５においては、仮に、ＰＳＡガス分離装置５１からの脱着ガスの全てが、貯蔵タンク５３に一旦回収されずに連続的に圧縮機５５を経て膜式ガス分離器５２に供給され続けると、膜式ガス分離器５２から非透過ガスとして排出される窒素富化ガスの量は、経時的に比較的大きく変動してしまう。膜式ガス分離器５２に供給される脱着ガスの酸素分圧（モル酸素濃度に比例）が比較的大きく変動し、これにより、ガス分離膜５２ａにおける酸素透過のドライビングフォースが比較的大きく変動するからである。当該ドライビングフォースの変動は、ガス分離膜５２ａに対する酸素の透過量ないし酸素の非透過量の変動を来し、従って、膜式ガス分離器５２から排出される非透過ガス（窒素富化ガス）の量の変動を来す。そのため、ＰＳＡガス分離装置５１からの脱着ガスを貯蔵タンク５３に一旦溜めずに連続的に膜式ガス分離器５２に供給し続けると、非透過ガスとして取得される窒素富化ガスの供給量が不安定になり、不活性ガスとして適切に利用できない場合が生ずる。【００１２】
これに対し、ＰＳＡガス分離装置５１からの脱着ガスの廃棄および回収を所定のタイミングで切り替える場合には、所定の酸素濃度領域（即ち窒素濃度領域）の脱着ガスが貯蔵タンク５３に一旦回収され、略一定の酸素濃度の脱着ガスが貯蔵タンク５３から膜式ガス分離器５２に供給される。この結果、膜式ガス分離器５２に供給される脱着ガスの酸素分圧の変動が小さいため、ガス分離膜５２ａに対する酸素の透過量の変動は少なく、膜式ガス分離器５２からは、略一定の流量で非透過ガス（窒素富化ガス）が排出されることとなる。【００１３】
しかしながら、ＰＳＡガス分離装置５１から膜式ガス分離器５２への脱着ガスの流れを分断する切替え用ライン構成および貯蔵タンク５３は、窒素富化ガスの分離取得操作を不連続化してシステムの複雑化を招来するので、好ましくない。加えて、このような切替え用ラインおよび貯蔵タンク５３は、システムの大型化を招来するので好ましくない。
発明の開示【００１４】
本発明の目的は、ＰＳＡガス分離装置により酸素・窒素混合ガスから高純度酸素ガスを分離取得するとともに、当該ＰＳＡガス分離装置から連続的に供給される脱着ガスから高純度窒素ガスを連続的に効率よく分離取得することのできる酸素・窒素併行分離方法を提供することにある。【００１５】
本発明の他の目的は、ＰＳＡガス分離装置により酸素・窒素混合ガスから高純度酸素ガスを分離取得するとともに、当該ＰＳＡガス分離装置から連続的に供給される脱着ガスから高純度窒素ガスを連続的に効率よく分離取得することのできる酸素・窒素併行分離システムを提供することにある。【００１６】
本発明の第１の側面によると、酸素および窒素を含む混合ガスから酸素ガスおよび窒素ガスを併行分離するための方法が提供される。この併行分離方法は、圧力変動吸着式ガス分離工程、圧縮工程、および膜式ガス分離工程を含む。圧力変動吸着式ガス分離工程では、窒素を優先的に吸着するための吸着剤が充填された吸着塔を用いて行う圧力変動吸着式ガス分離法により、吸着塔内が相対的に高圧である状態において、吸着塔に混合ガスを導入して当該混合ガス中の窒素を吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から酸素富化ガスを導出し、且つ、吸着塔内が相対的に低圧である状態において、吸着剤から窒素を脱着させ、吸着塔内に残存する酸素と当該窒素とを含む脱着ガスを当該吸着塔から導出する。圧縮工程では、吸着塔から導出される脱着ガスを圧縮する。膜式ガス分離工程では、酸素を優先的に透過させるためのガス分離膜により、圧縮工程を経た脱着ガスを、ガス分離膜を透過する透過ガスおよび透過しない非透過窒素富化ガスに分離する。膜式ガス分離工程ではまた、脱着ガスの一部を、ガス分離膜を透過することなくガス分離膜の透過側に導入する。【００１７】
本併行分離方法においては、圧力変動吸着式ガス分離工程における吸着塔から排出される脱着ガスの一部を、ガス分離膜を透過することなくガス分離膜の透過側に導入することにより、吸着塔から排出されて圧縮工程を経た後に膜式ガス分離工程に付される脱着ガスの酸素分圧（モル酸素濃度に比例）と、当該脱着ガスとはガス分離膜により隔てられている透過側に存するガスの酸素分圧とについて、充分な差を設けることができる。即ち、膜式ガス分離工程におけるガス分離膜の透過側では、ガス分離膜を透過した相対的に酸素濃度の高い透過ガスと、ガス分離膜を透過しない相対的に酸素濃度の低い脱着ガスとが合流することにより、当該合流したガスの酸素濃度は、透過ガスの酸素濃度よりも低減する。一方、ガス分離膜の透過側に存するガスは、非圧縮状態であるので、その圧力が略一定（例えば、大気圧と同等）である。従って、ガス分離膜の透過側に存する合流ガスの酸素分圧は、ガス分離膜を透過した透過ガスの酸素分圧に比べて小さく、これにより、ガス分離膜の膜式ガス分離工程に付される圧縮状態の脱着ガスと、ガス分離膜の透過側に存する非圧縮状態のガスの酸素分圧とについて充分な差を設けることができるのである。この酸素分圧の充分な差により、脱着ガスの酸素分圧（モル酸素濃度）が変動する場合であっても、ガス分離膜における酸素透過のための充分なドライビングフォースを確保して、ガス分離膜に対する酸素の充分な透過量を達成できる。ガス分離膜における酸素透過量が多いほど、当該膜における窒素透過量は少なく、膜式ガス分離工程における非透過窒素富化ガスの発生量は多い。【００１８】
したがって、本発明の併行分離方法によると、ＰＳＡガス分離装置により酸素・窒素混合ガスから高純度酸素ガスを分離取得するとともに、ＰＳＡガス分離装置から連続的に供給される脱着ガスから高純度窒素ガスを連続的に効率よく分離取得することが可能なのである。また、上記併行分離方法では、ＰＳＡガス分離装置からの脱着ガスを一旦貯留するためのタンク等を用いる必要もない。【００１９】
上記膜式ガス分離工程において、ガス分離膜の透過側に導入される脱着ガスは、ＰＳＡガス分離装置の吸着塔から酸素富化ガスが導出された後に塔内に残存する酸素を含むガスであるが、その酸素濃度は、空気の酸素濃度よりも低い。したがって、この脱着ガスをガス分離膜の透過側に導入することにより、空気をガス分離膜の透過側に導入する場合に比べてガス分離膜の透過側の酸素分圧を効率よく低下させることができる。このように、本発明の併行分離方法は、ＰＳＡガス分離装置からの脱着ガスの有効利用を図ることができる。【００２０】
上記圧縮工程では、脱着ガスを０.６ＭＰａ以上の圧力に圧縮するのが好ましい。このような構成は、吸着塔からの脱着ガスの酸素分圧と、当該脱着ガスとはガス分離膜により隔てられている透過ガスの酸素分圧とについて、充分な差を設けるうえで有利である。【００２１】
好ましくは、前記ガス分離膜の透過側を大気圧未満の圧力に減圧する。このような構成は、吸着塔からの脱着ガスの酸素分圧と、当該脱着ガスとはガス分離膜により隔てられている透過側に存するガスの酸素分圧とについて、充分な差を設けるうえで有利である。【００２２】
圧力変動吸着式ガス分離工程における吸着塔から脱着ガスを導出するときの当該吸着塔内の減圧と、膜式ガス分離工程におけるガス分離膜の透過側の減圧とは、単一の減圧手段により実現してもよいし、別々の減圧手段を利用してもよい。【００２３】
好ましくは、膜式ガス分離工程にてガス分離膜を透過することなくガス分離膜の透過側に導入される脱着ガスが圧縮工程を経由するように構成されている。このような構成により、ガス分離膜の透過側への脱着ガスの供給を適切に行うことができる。【００２４】
本発明の第２の側面によると、酸素および窒素を含む混合ガスから酸素ガスおよび窒素ガスを併行分離するためのシステムが提供される。この併行分離システムは、圧力変動吸着式ガス分離装置、膜式ガス分離器、圧縮手段、および迂回手段を備える。圧力変動吸着式ガス分離装置は、窒素を優先的に吸着するための吸着剤が充填された吸着塔を有し、当該吸着塔を用いて行う圧力変動吸着式ガス分離法により、吸着塔内が相対的に高圧である状態において、吸着塔に混合ガスを導入して当該混合ガス中の窒素を吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から酸素富化ガスを導出し、且つ、吸着塔内が相対的に低圧である状態において、吸着剤から窒素を脱着させ、吸着塔内に残存する酸素と当該窒素とを含む脱着ガスを当該吸着塔から導出するためのものである。膜式ガス分離器は、酸素を優先的に透過させるためのガス分離膜を有し、脱着ガスを、ガス分離膜を透過する透過ガスおよび透過しない非透過窒素富化ガスに分離して導出するためのものである。圧縮手段は、脱着ガスが膜式ガス分離器に供給される前に当該脱着ガスを圧縮するためのものである。迂回手段は、脱着ガスの一部を迂回させてガス分離膜を透過することなくガス分離膜の透過側に導入するためのものである。上記併行分離システムによると、本発明の第１の側面の方法を適切に行うことができ、当該第１の側面と同様の効果が奏される。【００２５】
好ましくは、本併行分離システムは、膜式ガス分離器におけるガス分離膜の透過側を大気圧未満の圧力に減圧するための減圧手段を更に備える。【００２６】
好ましくは、減圧手段は、圧力変動吸着式ガス分離装置の吸着塔から脱着ガスを導出するときに当該吸着塔内を減圧するための手段としても併せて機能する。このような構成は、併行分離システムをコンパクトに構築するうえで好適である。【００２７】
好ましくは、迂回手段によりガス分離膜の透過側に導入される脱着ガスは、圧縮手段により圧縮されている。このような構成によると、ガス分離膜の透過側への脱着ガスの供給を適切に行うことができる。【００２８】
本発明のその他の目的、特徴および利点は、以下に添付図面に基づき説明する実施形態から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る酸素・窒素併行分離システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る酸素・窒素併行分離システムを示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る酸素・窒素併行分離システムを示す概略構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る酸素・窒素併行分離システムを示す概略構成図である。
【図５】従来の酸素・窒素併行分離システムを示す概略構成図である。。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る酸素・窒素併行分離システムＸ１を表す。酸素・窒素併行分離システムＸ１は、圧力変動吸着式（ＰＳＡ）ガス分離装置１と、膜式ガス分離器２と、原料ガス供給装置３と、ポンプ４と、サイレンサ５と、圧縮機６と、気液分離器７と、酸素濃度制御装置８と、これら要素を連結する配管とを備える。システムＸ１は、酸素・窒素含有原料ガス（例えば、空気）から酸素富化ガスおよび窒素富化ガスを併行して分離するものであり、圧力変動吸着式ガス分離工程、圧縮工程、および膜式ガス分離工程を実施するように構成されている。【００３１】
ＰＳＡガス分離装置１は、主に窒素を優先的に吸着するための吸着剤が充填された少なくとも一つの吸着塔（図示略：以下においては、複数の吸着塔が設けられるものとして説明を進める）を備え、当該吸着塔を用いて行う圧力変動吸着式ガス分離法により酸素・窒素含有原料ガス（本実施形態では空気）から酸素富化ガスを取り出すことのできるものである。吸着塔に充填される吸着剤としては、Ｌｉ−Ｘ型ゼオライトモレキュラーシーブ、Ｃａ−Ｘ型ゼオライトモレキュラーシーブ、およびＣａ−Ａ型ゼオライトモレキュラーシーブなどを採用することができる。各吸着塔には、一種類の吸着剤を充填してもよいし、複数種類の吸着剤を充填してもよい。【００３２】
ＰＳＡガス分離装置１にて実行される圧力変動吸着式ガス分離法では、各吸着塔について、吸着工程、脱着工程、および再生工程を含む１サイクルが繰り返される。吸着工程は、塔内が所定の高圧状態にある吸着塔に空気を導入して当該原料ガス中の窒素およびその他の成分（二酸化炭素，湿分など）を吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から酸素富化ガスを導出するための工程である。脱着工程は、吸着塔内を減圧して吸着剤から窒素を脱着させ、当該窒素を塔外に排出するための工程である。再生工程は、再度の吸着工程に吸着塔を備えさせるべく、例えば洗浄ガスを塔内に通流させることにより、窒素に対する吸着剤の吸着性能を回復させるための工程である。このようなＰＳＡガス分離装置１としては、公知のＰＳＡ酸素分離装置を用いることができる。【００３３】
膜式ガス分離器２は、導入口２ａ，２ｂおよび導出口２ｃ，２ｄを有し、酸素を優先的に透過させるガス分離膜２Ａを備える。膜式ガス分離器２の内部には所定のガス流路（具体的には図示せず）が設けられている。導入口２ａと導出口２ｃとはガス流路の一部を介して連通し、導入口２ｂと導出口２ｄとはガス流路の別の部分を介して連通している。また、導入口２ａおよび導出口２ｃは導入口２ｂおよび導出口２ｄに対してガス分離膜２Ａを挟んで隔てられる。ガス分離膜２Ａは、例えば、ポリイミドやポリスルホンなどよりなる多孔質樹脂膜である。そのような多孔質樹脂膜としては、ユーピレックスＰＴ（宇部興産（株）製）を用いることができる。ただし、ガス分離膜２Ａは、これに限定されない。ガス分離膜２Ａを構成する材料としては、高分子材料、またはセラミック材料のいずれを用いてもよい。ガス分離膜２Ａは、多孔質あるいは非多孔質のいずれでもよく、また、均質膜あるいは非対称膜のいずれでもよい。ガス分離膜２Ａの構造としては、平膜や中空糸膜などいずれでもよい。【００３４】
原料ガス供給装置３は、酸素・窒素含有原料ガスである空気をＰＳＡガス分離装置１の吸着塔に供給するためのものであり、例えば空気ブロアである。ポンプ４は、ＰＳＡガス分離装置１の吸着塔内を吸引減圧するためのものであり、例えば真空ポンプである。【００３５】
サイレンサ５は、ポンプ４からのガスの一部を圧縮機６に導きつつ、ポンプ４からのガスの残部をシステム外に排出する。サイレンサ５は、ポンプ４からのガスを圧縮機６に導くためのガス流路と、ポンプ４からのガスを消音しつつシステム外に排出するためのガス流路とを有する。【００３６】
圧縮機６は、サイレンサ５を経たガスを圧縮して気液分離器７に供給する。圧縮機６の吸入側には、膜式ガス分離器２の導入口２ｂにつながる配管Ｌ１が連結されている。配管Ｌ１は、サイレンサ５からのガスの一部を、膜式ガス分離器２のガス分離膜２Ａを透過することなく迂回させて導入口２ｂに導く。配管Ｌ１には、配管Ｌ１内を通流するガスの量を調整するための流量調整弁１０が設けられている。【００３７】
気液分離器７は、排出口７ａを有しており、圧縮機６から送出されるガスに含まれる水分を当該ガスから分離する。排出口７ａは、気液分離器７内に回収された水分を気液分離器７外に排出する。【００３８】
酸素濃度制御装置８は、膜式ガス分離器２の導出口２ｃにつながる配管Ｌ２に設けられた酸素センサ８ａおよび自動弁８ｂからなる。酸素濃度制御装置８は、配管Ｌ２内を通流するガスの酸素濃度に応じて、当該ガスの通流量（即ち、膜式ガス分離器２のガス分離膜２Ａを透過しないガスの量）を調節することにより、当該ガスの酸素濃度を所望の値に調整する。酸素センサ８ａは、配管Ｌ２内を通流するガスの酸素濃度を常時検知する。酸素濃度制御装置８は、酸素センサ８ａの検知結果に応じて自動弁８ｂの開口度を調節する。【００３９】
以上の構成を有する酸素・窒素併行分離システムＸ１の稼動時には、原料ガス供給装置３の作動により、原料ガス供給装置３からＰＳＡガス分離装置１へと空気が供給される。【００４０】
ＰＳＡガス分離装置１においては、空気は圧力変動吸着式ガス分離工程に付される。具体的には、ＰＳＡガス分離装置１では、圧力変動吸着式ガス分離法により、各吸着塔ごとに、吸着工程、脱着工程、および再生工程を含む１サイクルが繰り返される。【００４１】
吸着工程では、内部が所定の高圧状態にある吸着塔に、空気が導入される。当該吸着塔では、空気に含まれる窒素およびその他の成分（二酸化炭素，湿分など）が吸着剤により吸着除去され、高純度酸素ガス（酸素富化ガス）が塔外へ導出される。この高純度酸素ガスは、所定の配管を介して酸素・窒素併行分離システムＸ１外に取り出される。【００４２】
脱着工程では、ポンプ４の作動により、吸着塔が減圧されて吸着剤から窒素およびその他の成分が脱着され、塔内に残存する酸素と当該脱着成分とを含む脱着ガスが塔外ないしＰＳＡガス分離装置１外に排出される。脱着工程にある吸着塔から排出される脱着ガスの酸素濃度（酸素の体積割合）は、脱着工程の開始時からの時間の経過とともに変化する。その一例を挙げると、脱着工程開始時には、塔内に残存する酸素が比較的に多く含まれ、当該ガスの酸素濃度は約１６％である。その後、吸着塔の減圧が進むにつれて、吸着剤から脱着される窒素ガスの量が増加し、脱着ガスの酸素濃度は約５％まで低下する。この場合、脱着工程にて塔外へ排出される脱着ガスの酸素濃度は、平均的には約１０〜１１％である。【００４３】
再生工程では、例えば洗浄ガスが塔内に通流されることにより、主に窒素に対する吸着剤の吸着性能が回復される。再生工程を終えた吸着塔では上述の吸着が再び行われる。【００４４】
ＰＳＡガス分離装置１においては、以上のような圧力変動吸着式ガス分離工程が行われることにより、高純度酸素ガスが取り出されるとともに、脱着ガスが取り出されるのである。高純度酸素ガスは、例えば、所定の用途に連続的に使用されるか、或は、所定のタンクに貯留される。一方、脱着工程にある吸着塔からＰＳＡガス分離装置１外に排出された脱着ガスは、所定の配管およびポンプ４を通ってサイレンサ５へと送られる。そして、脱着ガスの一部は、サイレンサ５を通過して圧縮機６に至る。脱着ガスの残部は、サイレンサ５にてシステム外に排出される。【００４５】
サイレンサ５を通過した脱着ガスは、圧縮機６にて圧縮され（圧縮工程）、気液分離器７を経て、膜式ガス分離器２に供給される。好ましくは、脱着ガスは圧縮機６により０.６ＭＰａ以上の圧力まで圧縮される。また、気液分離器７では、脱着ガスから水分が分離される。分離された水分は、排出口７ａを介して気液分離器７から外部に排出される。【００４６】
膜式ガス分離器２においては、脱着ガスは膜式ガス分離工程に付される。具体的には、導入口２ａから膜式ガス分離器２内に導入される脱着ガスＧ１は、膜式ガス分離器２内に配設されているガス分離膜２Ａにより、ガス分離膜２Ａを透過する透過ガスＧ２と、透過しない非透過ガスＧ３とに、分離される。透過ガスＧ２は、ガス分離膜２Ａの透過特性に基づいて酸素濃度が高められた酸素富化ガスであり、非透過ガスＧ３は、ガス分離膜２Ａの透過特性に基づいて窒素濃度が高められた高純度窒素ガス（窒素富化ガス）である。【００４７】
一方、膜式ガス分離工程では、サイレンサ５を通過した脱着ガスの一部は、配管Ｌ１および導入口２ｂを介して膜式ガス分離器２の透過側（ガス分離膜２Ａから導出口２ｄまでのガス流路）に導入される。即ち、当該脱着ガスの一部（以下、「酸素分圧低減用ガスＧ４」という。）は、ガス分離膜２Ａを透過することなく迂回してガス分離膜２Ａの透過側に供給される。ここで、ガス分離膜２Ａの透過側への酸素分圧低減用ガスＧ４の供給量は、流量調整弁１０により調整される。【００４８】
ガス分離膜２Ａの透過側においては、ガス分離膜２Ａを透過した相対的に酸素濃度の高い透過ガスＧ２と、ガス分離膜２Ａを透過することなく迂回した相対的に酸素濃度の低い酸素分圧低減用ガスＧ４とが合流する（以下、当該合流したガスを「合流ガスＧ５」という。）。合流ガスＧ５は、導出口２ｄから膜式ガス分離器２外に導出され、この後、システム外の大気中に排出される。【００４９】
また、膜式ガス分離工程では、酸素濃度制御装置８の作動により、直接的には非透過ガス量が調節されて、非透過ガスＧ３の酸素濃度が一定に維持される。酸素濃度制御装置８の酸素センサ８ａは、導出口２ｃから膜式ガス分離器２外に導出されて配管Ｌ２内を通る非透過ガスＧ３について酸素濃度を常時検知する。検知濃度が所定の閾値を上回る場合には、自動弁８ｂの開口度が小さくされ、配管Ｌ２内を通る非透過ガスＧ３の流量（すなわち、膜式ガス分離器２での膜式ガス分離工程にて生ずる非透過ガスＧ３の単位時間あたりの発生量）は、低減される。一方、検知濃度が所定の閾値を下回る場合には、自動弁８ｂの開口度が大きくされ、配管Ｌ２内を通る非透過ガスＧ３の流量は、増加される。膜式ガス分離工程での非透過ガスＧ３の窒素純度（酸素濃度が低いほど高い）は、当該非透過ガスＧ３の発生量に依存して変化し得るので、このような非透過ガスＧ３の流量調節により当該非透過ガスＧ３の酸素濃度を制御することができるのである。【００５０】
膜式ガス分離器２においては、以上のような膜式ガス分離工程が行われることにより、酸素濃度制御が施されつつ高純度窒素ガスが取り出されるのである。この高純度窒素ガスは、例えば、所望の用途に連続的に使用されるか、或は、所定のタンクに貯留される。【００５１】
酸素・窒素併行分離システムＸ１によると、以上のようにして、空気から高純度酸素ガスおよび高純度窒素ガスを併行して分離することができる。【００５２】
酸素・窒素併行分離システムＸ１を用いる酸素・窒素併行分離方法においては、圧力変動吸着式ガス分離工程が行われるＰＳＡガス分離装置１の吸着塔から排出された脱着ガスの一部（酸素分圧低減用ガスＧ４）を、ガス分離膜２Ａを透過することなくガス分離膜２Ａの透過側に導入できるようになっている。このため、吸着塔から排出されて圧縮工程を経た後に膜式ガス分離器２での膜式ガス分離工程に付される脱着ガスＧ１の酸素分圧（モル酸素濃度に比例）と、当該脱着ガスＧ１とはガス分離膜２Ａにより隔てられている透過側に存するガス（合流ガスＧ５）の酸素分圧とについて、充分な差を設けることができる。即ち、膜式ガス分離工程におけるガス分離膜２Ａの透過側では、ガス分離膜２Ａを透過した相対的に酸素濃度の高い透過ガスＧ２と、ガス分離膜２Ａを透過しない相対的に酸素濃度の低い酸素分圧低減用ガスＧ４とが合流するため、合流ガスＧ５の酸素濃度は、透過ガスＧ２の酸素濃度よりも低減する。一方、ガス分離膜の透過側に存するガスは、非圧縮状態であるので、その圧力が略一定（大気圧）である。従って、ガス分離膜の透過側に存する合流ガスＧ５の酸素分圧は、ガス分離膜２Ａを透過した透過ガスＧ２の酸素分圧に比べて小さく、ガス分離膜２Ａの膜式ガス分離工程に付される圧縮状態の脱着ガスＧ１の酸素分圧と、ガス分離膜の透過側に存する非圧縮状態の合流ガスＧ５の酸素分圧との間に充分な差を設けることができるのである。この結果、脱着ガスＧ１の酸素分圧（モル酸素濃度）が変動する場合であっても、透過ガスＧ２に合流させる酸素分圧低減用ガスＧ４の量を調整することにより、ガス分離膜２Ａにおける酸素透過のための充分なドライビングフォースを確保して、ガス分離膜２Ａに対する酸素の充分な透過量を得ることができる。ガス分離膜２Ａにおける酸素透過量が多いほど、ガス分離膜２Ａにおける窒素透過量は少ない傾向にあり、膜式ガス分離器２での膜式ガス分離工程における非透過ガス（高純度窒素ガス）Ｇ３の発生量は多くなる。【００５３】
このように、本発明に係る酸素・窒素併行分離システムＸ１による酸素・窒素併行分離方法によると、多量の非透過窒素富化ガスを安定した流量で供給することができる。したがって、上記併行分離方法によると、ＰＳＡガス分離装置１により空気から高純度酸素ガスを分離取得するとともに、ＰＳＡガス分離装置１から連続的に供給される脱着ガスから高純度窒素ガスを連続的に効率よく分離取得することが、可能なのである。そのため、上記併行分離方法によると、ＰＳＡガス分離装置１からの脱着ガスを一旦貯留するためのタンク等を用いる必要はない。【００５４】
また、ガス分離膜２Ａの透過側に導入される酸素分圧低減用ガスＧ４の酸素濃度（約５〜１６％、平均的には約１０〜１１％）は空気の酸素濃度（約２１％）よりも低い。したがって、酸素分圧低減用ガスＧ４をガス分離膜２Ａの透過側に導入することにより、空気をガス分離膜２Ａの透過側に導入する場合に比べてガス分離膜２Ａの透過側の酸素分圧を効率よく低下させることができる。このように、上記併行分離方法によると、従来とは異なり、ＰＳＡガス分離装置１からの脱着ガスが、膜式ガス分離工程の効率向上（即ち、高純度窒素ガスの発生量の増加）のために有効に利用されることとなる。加えて、上記併行分離方法によると、圧縮手段として、より容量の小さい圧縮機６を用いることが可能となり、ひいては酸素・窒素併行分離システムＸ１のコンパクト化にも寄与する。【００５５】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る酸素・窒素併行分離システムＸ２を表す。酸素・窒素併行分離システムＸ２は、膜式ガス分離器２の導出口２ｄとポンプ４の吸引側とをつなぐ配管Ｌ３を備える点において、酸素・窒素併行分離システムＸ１と異なる。【００５６】
酸素・窒素併行分離システムＸ２の稼動時には、ＰＳＡガス分離装置１において、図１の第１の実施形態と同様に、高純度酸素ガスおよび脱着ガスが取り出される。また、膜式ガス分離器２において、ガス分離膜２Ａの透過側を減圧する点以外は図１の第１の実施形態と同様に、膜式ガス分離工程により高純度窒素ガスが取り出される。第２の実施形態における膜式ガス分離工程では、ポンプ４の作動により、吸着工程にある吸着塔内が吸引減圧されるのと同時に、ガス分離膜２Ａの透過側は大気圧未満の圧力に減圧される。ポンプ４の作動による当該透過側の減圧圧力は、例えば０．０３〜０．０９ＭＰａである。このように、酸素・窒素併行分離システムＸ２によると、吸着塔内の減圧およびガス分離膜２Ａの透過側の減圧は、単一のポンプ４により行われる。また、ガス分離膜２Ａの透過側が減圧されると、配管Ｌ１を介したガス分離膜２Ａの透過側への酸素分圧低減用ガスＧ４の供給は、安定して行われる。【００５７】
さらに、図２に示す酸素・窒素併行分離システムＸ２を用いる酸素・窒素併行分離方法によると、酸素分圧低減用ガスＧ４をガス分離膜２Ａの透過側に導入するばかりでなく、ガス分離膜２Ａの透過側を大気圧未満の圧力に減圧することにより、吸着塔からの脱着ガスＧ１の酸素分圧と、ガス分離膜２Ａの透過側に存するガス（合流ガスＧ５）の酸素分圧との間に、減圧しない場合より大きな差を設けることができる。これにより、ガス分離膜２Ａにおける酸素透過のためのドライビングフォースを増大させ、膜式ガス分離工程にて生ずる非透過ガス（高純度窒素ガス）Ｇ３の量を増加させることにも資する。【００５８】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る酸素・窒素併行分離システムＸ３を表す。酸素・窒素併行分離システムＸ３は、配管Ｌ１に代えて配管Ｌ１’を備える点、および圧力制御弁１１を更に備える点において、図２に示した酸素・窒素併行分離システムＸ２と異なる。【００５９】
酸素・窒素併行分離システムＸ３において、配管Ｌ１’は、圧縮機６の吐出側と膜式ガス分離器２の導入口２ｂとをつなぐように構成されている。配管Ｌ１’は、脱着工程にあるＰＳＡガス分離装置１の吸着塔から排出される脱着ガスの一部（酸素分圧低減用ガスＧ４）を、ガス分離膜２Ａを透過することなく迂回させてガス分離膜２Ａの透過側に導入するためのものである。また、配管Ｌ１’には、流量調整弁１０が設けられている。圧力制御弁１１は、圧縮機６と膜式ガス分離器２との間に設けられており、膜式ガス分離器２に導入される脱着ガスＧ１の圧力を調節するためのものである。【００６０】
酸素・窒素併行分離システムＸ３の稼動時には、ＰＳＡガス分離装置１において、図１の第１の実施形態と同様に、高純度酸素ガスおよび脱着ガスが取り出される。また、膜式ガス分離器２において、ガス分離膜２Ａの透過側を減圧する点、および酸素分圧低減用ガスＧ４の迂回経路が異なる点以外は図１の第１の実施形態と同様に、膜式ガス分離工程により高純度窒素ガスが取り出される。第３の実施形態における膜式ガス分離工程では、ポンプ４の作動により、吸着工程にある吸着塔内が吸引減圧されるのと同時に、ガス分離膜２Ａの透過側は大気圧未満の圧力に減圧される。吸着塔内の減圧およびガス分離膜２Ａの透過側の減圧は、図２に示す第２の実施形態と同様に、単一のポンプ４により行われる。一方、圧縮機６を経た圧縮状態の脱着ガスの一部が、配管Ｌ１’を介して酸素分圧低減用ガスＧ４としてガス分離膜２Ａの透過側へ供給される。これにより、酸素分圧低減用ガスＧ４の供給は、連続的に安定して行われる。【００６１】
したがって、酸素・窒素併行分離システムＸ３を用いる酸素・窒素併行分離方法によると、酸素分圧低減用ガスＧ４をガス分離膜２Ａの透過側に導入するとともに、ガス分離膜２Ａの透過側を大気圧未満の圧力に減圧することにより、吸着塔からの脱着ガスＧ１の酸素分圧と、当該脱着ガスＧ１とはガス分離膜２Ａにより隔てられている透過側に存するガス（合流ガスＧ５）の酸素分圧とについて、大きな差を設けることができる。これにより、ガス分離膜２Ａにおける酸素透過のためのドライビングフォースを増大させ、膜式ガス分離工程にて生ずる非透過ガス（高純度窒素ガス）Ｇ３の量を増加させることができる。【００６２】
図２および３に示す酸素・窒素併行分離システムＸ２，Ｘ３では、ガス分離膜２Ａの透過側の減圧がＰＳＡガス分離装置１の吸着塔内を減圧するためのポンプ４により行われる構成とされているが、ガス分離膜２Ａの透過側の減圧手法としては、この構成に限定されるものではなく、他の構成を採用することができる。例えば、次に説明するように、ガス分離膜２Ａの透過側を減圧するための専用のポンプを別に設けてもよい。【００６３】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る酸素・窒素併行分離システムＸ４を表す。酸素・窒素併行分離システムＸ４は、ガス分離膜２Ａの透過側を減圧するための専用のポンプ１２を備える点において、図１に示した酸素・窒素併行分離システムＸ１と異なる。ポンプ１２は、例えば真空ポンプであり、膜式ガス分離器２の導出口２ｄと所定の配管を介して繋がっている。第４の実施形態の膜式ガス分離工程では、ポンプ１２の作動により、ガス分離膜２Ａの透過側は大気圧未満の圧力に減圧される。ガス分離膜２Ａの透過側の合流ガスＧ５は、導出口２ｄから膜式ガス分離器２外に導出され、その後、ポンプ１２を通ってシステム外に排出される。酸素・窒素併行分離システムＸ４を用いた酸素・窒素併行分離方法によると、図２に示す酸素・窒素併行分離システムＸ２と略同様に、酸素分圧低減用ガスＧ４をガス分離膜２Ａの透過側に導入するとともに、ガス分離膜２Ａの透過側を大気圧未満の圧力に減圧することにより、吸着塔からの脱着ガスＧ１の酸素分圧と、ガス分離膜２Ａの透過側に存するガス（合流ガスＧ５）の酸素分圧との間に大きな差を設けることができる。【００６４】
以下に本発明の実施例について比較例とともに説明する。
【実施例１】
【００６５】
実施例１においては、図３に示す酸素・窒素併行分離システムＸ３を使用し、空気から酸素ガス（酸素富化ガス）および窒素ガス（窒素富化ガス）を併行分離した。酸素・窒素併行分離システムＸ３の具体的構成は以下に述べるとおりである。【００６６】
〔酸素・窒素併行分離システム〕
本実施例の酸素・窒素併行分離システムでは、ＰＳＡガス分離装置１として２塔式のＰＳＡ酸素分離装置を用いた。本装置の各吸着塔は、直径８００ｍｍ、全長２０３８ｍｍの円筒形状を有し、各吸着塔には、Ｌｉ−Ｘ型ゼオライトモレキュラーシーブを充填高さにして１０２５ｍｍ充填した。膜式ガス分離器２としては、内径５０ｍｍ、長さ６１０ｍｍの円筒状容器とされ、当該容器内には、ガス分離膜２Ａとして芳香族ポリイミドからなる非対称構造の中空糸膜モジュールを装備した窒素分離膜装置（商品名：ＵＢＥ  Ｎ2セパレータ、型式：ＮＭ−Ｂ０５Ａ、宇部興産製）を使用した。膜式ガス分離器２の導入口２ａ，２ｂは、導入口２ａを介して導入される脱着ガスＧ１と導入口２ｂを介して導入される酸素分圧低減用ガスＧ４の通流方向がガス分離膜を挟んで対向するように、膜式ガス分離器２の一端および他端に配設された。配管Ｌ３には、図示しない切換弁が設けられた。この切換弁は、ポンプ４の吸引側と膜式ガス分離器２の透過側とを連通させて当該透過側が大気圧未満に減圧される状態（以下、減圧状態という。）と、ポンプ４の吸引側と膜式ガス分離器２の透過側とを連通させずに当該透過側が当該切換弁を介してシステム外に通じる状態（以下、非減圧状態という。）とに、適宜切換えることができるように構成された。【００６７】
〔酸素ガス・窒素ガスの併行分離〕
本実施例の併行分離方法における圧力変動吸着式ガス分離工程では、酸素・窒素含有原料ガスとしての空気（温度：２５℃、大気圧：０．１０１ＭＰａ）を、４８５Ｎｍ3/hourの供給量でＰＳＡガス分離装置１の吸着塔に導入した。吸着工程における吸着塔内のガスの圧力は、０．１４１ＭＰａであり、脱着工程における吸着塔内の脱着ガスの圧力は、０．０３０ＭＰａであった。吸着工程にてＰＳＡガス分離装置１外に導出された酸素富化ガスは、酸素濃度が９０％、ガス量が６２Ｎｍ3/hourであった。脱着工程にてＰＳＡガス分離装置１外に排出された脱着ガスは、圧縮機６にて圧縮された後に、圧力制御弁１１により０．８ＭＰａに圧力調整された。当該脱着ガスの酸素濃度は、約５〜１６％、平均的には約１０〜１１％であった。この圧縮状態の脱着ガスは、膜式ガス分離器２の導入口２ａに導入された。膜式ガス分離器２では、導入口２ａを通過した脱着ガスＧ１がガス分離膜２Ａを透過する透過ガスＧ２と、ガス分離膜２Ａを透過しない非透過ガスＧ３（即ち、中空糸の内部を通過した窒素富化ガス）とに分離された。非透過ガスＧ３は、酸素濃度制御装置８により、その酸素濃度が１％、２％、３％となるように適宜調整された。一方、前記圧縮状態の脱着ガスの一部（酸素分圧低減用ガスＧ４）は、配管Ｌ１’、および膜式ガス分離器２の導入口２ｂを介してガス分離膜２Ａの透過側に供給された。酸素分圧低減用ガスＧ４のガス分離膜２Ａの透過側への供給量は、流量調整弁１０により、当該透過側での合流ガスＧ５の酸素濃度が１４．４％となるように調整された。配管Ｌ３に設けられた切換弁は、当該透過側が減圧状態となるように切換えられており、ガス分離膜２Ａの透過側は大気圧未満に減圧された。【００６８】
以下の表１は、非透過ガスＧ３の酸素濃度が１％、２％、３％となるように調整した場合のそれぞれの非透過ガスＧ３の発生量、ガス分離膜２Ａの透過側と非透過側との酸素分圧の差、および、当該透過側での合流ガスＧ５の酸素濃度を示す。【００６９】
【表１】
2007023761.tif 000002
【実施例２】
【００７０】
実施例２では、実施例１と同様に酸素・窒素併行分離システムＸ３を使用し、空気から酸素ガスおよび窒素ガスを併行分離した。原料ガス供給態様およびシステム稼動条件は、実施例１と同一であったが、システム内でのガスの通流状態については、実施例１と異なっていた。具体的には、配管Ｌ３に設けられた切換弁は、ガス分離膜２Ａの透過側が非減圧状態となるように切換えられた。即ち、当該透過側は、切換弁を介してシステム外に通じており、その圧力が大気圧と同等であった。この結果、実施例２は、図１に示す酸素・窒素併行分離システムＸ１を用いて行ったのと実質的に同じことになる。【００７１】
以下の表２は、非透過ガスＧ３の酸素濃度が１％、２％、３％となるように調整した場合のそれぞれの非透過ガスＧ３の発生量、ガス分離膜２Ａの透過側と非透過側との酸素分圧の差、および、当該透過側での合流ガスＧ５の酸素濃度を示す。【００７２】
【表２】
2007023761.tif 000003
【比較例１】
【００７３】
比較例１では、実施例１と同様に酸素・窒素併行分離システムＸ３を使用し、空気から酸素ガスおよび窒素ガスを併行分離した。原料ガス供給態様およびシステム稼動条件は、実施例１と同一であったが、システム内でのガスの通流状態については、実施例１と異なっていた。具体的には、配管Ｌ３に設けられた切換弁は、ガス分離膜２Ａの透過側が非減圧状態となるように切換えられた。即ち、当該透過側は、切換弁を介してシステム外に通じており、その圧力が大気圧と同等であった。また、膜式ガス分離器２の導入口２ｂは閉止され、配管Ｌ１’を介してのガス分離膜２Ａの透過側への酸素分圧低減用ガスＧ４の供給は行われなかった。
【００７４】
以下の表３は、非透過ガスＧ３の酸素濃度が１％、２％、３％となるように調整した場合のそれぞれの非透過ガスＧ３の発生量、ガス分離膜２Ａの透過側と非透過側との酸素分圧の差、および、当該透過側での透過ガスＧ２の酸素濃度を示す。
【００７５】
【表３】
2007023761.tif 000004
【００７６】
実施例１においては、ガス分離膜２Ａの透過側に酸素分圧低減用ガスＧ４を導入するとともに当該透過側を大気圧未満に減圧することにより、比較例１に比べて、ガス分離膜２Ａの透過側と非透過側の酸素分圧の差は１．３６〜１．５５倍となり、非透過ガスＧ３の発生量は１．７５〜２．４０倍まで増加した。
【００７７】
実施例２においては、ガス分離膜２Ａの透過側の圧力は大気圧のままで、ガス分離膜２Ａの透過側に酸素分圧低減用ガスＧ４を導入することにより、比較例１に比べて、ガス分離膜２Ａの透過側と非透過側との酸素分圧の差は１．０１〜１．１９倍となり、非透過ガスＧ３の発生量は１．０５〜１．６６倍まで増加した。
【図１】
2007023761.tif 000005
【図２】
2007023761.tif 000006
【図３】
2007023761.tif 000007
【図４】
2007023761.tif 000008
【図５】
2007023761.tif 000009
【国際調査報告】
2007023761.tif 000010
2007023761.tif 000011