(57)【要約】  一実施形態に係るガス分離装置２は、第１ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第１吸着槽６と、第１吸着槽に第１開閉弁Ｖ１を介して接続されており、第１ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第２吸着槽１０と、第２開閉弁Ｖ２が設けられており、第１ガスと第２ガスを含む混合ガスを第１吸着槽に流す第１ガス管と、第２吸着槽に接続されており、第３開閉弁Ｖ３が設けられており、混合ガスが第１吸着槽及び第２吸着槽の順に通過して得られる通過ガスを取り出す第２ガス管と、第１吸着槽に接続されており、第４開閉弁Ｖ４が設けられており、ゲート型吸着材から脱着した第１ガスを取り出す第３ガス管と、第２吸着槽に接続されており、第５開閉弁Ｖ５が設けられており、ラングミュア型吸着材から脱着した第１ガスを取り出す第４ガス管と、を備える。
2020105242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第１吸着槽と、
前記第１吸着槽に第１開閉弁を介して接続されており、前記第１ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第２吸着槽と、
前記第１吸着槽に接続されている第１ガス管であって、第２開閉弁が設けられており、前記第１ガスと異なる第２ガス及び前記第１ガスを含む混合ガスを流す前記第１ガス管と、
前記第２吸着槽に接続されている第２ガス管であって、第３開閉弁が設けられており、前記混合ガスが前記第１吸着槽及び前記第２吸着槽の順に通過して得られる通過ガスを取り出す第２ガス管と、
前記第１吸着槽に接続されている第３ガス管であって、第４開閉弁が設けられており、前記ゲート型吸着材から脱着した第１ガスを取り出す第３ガス管と、
前記第２吸着槽に接続されている第４ガス管であって、第５開閉弁が設けられており、前記ラングミュア型吸着材から脱着した第１ガスを取り出す第４ガス管と、
を備える、
ガス分離装置。
【請求項２】
前記第３ガス管と前記第４ガス管とは圧力調節器に接続されている、
請求項１に記載のガス分離装置。
【請求項３】
第１ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第１吸着槽と、前記第１吸着槽に開閉弁を介して接続されており、前記第１ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第２吸着槽とに、前記開閉弁を開状態にして、前記第１吸着槽及び前記第２吸着槽の順に、前記第１ガスと異なる第２ガス及び前記第１ガスを含む混合ガスを流して前記第１吸着槽及び前記第２吸着槽内の圧力を上げることによって、前記混合ガス内の前記第１ガスを前記ゲート型吸着材及び前記ラングミュア型吸着材に吸着させ、前記第２吸着槽に接続された第１取出し管から前記第２ガスを取り出す吸着工程と、
前記開閉弁を開状態にし、前記第１吸着槽内の圧力を、前記ゲート型吸着材の前記第１ガスが脱着する圧力まで低下させることによって、前記ゲート型吸着材及び前記ラングミュア型吸着材から前記第１ガスを脱着させるとともに、前記第１ガスを前記第１吸着槽に接続された第２取出し管から取り出す第１脱着工程と、
前記第１脱着工程の後、前記開閉弁を閉状態にし、前記第２吸着槽内の圧力を低下させることによって、前記ラングミュア型吸着材から前記第１ガスを脱着させ、脱着された前記第１ガスを前記第２吸着槽に接続された第３取出し管から取り出す第２脱着工程と、
を備える、
ガス分離方法。
【請求項４】
前記第２脱着工程の後に、前記開閉弁を閉状態にし、前記ラングミュア型吸着材に実質的に吸着されない非吸着ガスを前記第２吸着槽に流しながら、前記ラングミュア型吸着材から脱着した前記第１ガスを、前記第２取出し管を介して取り出す第１洗浄工程と、
前記第１洗浄工程の後、前記開閉弁を開状態にし、前記ゲート型吸着材に実質的に吸着されない非吸着ガスを前記第２吸着槽から前記第１吸着槽に流しながら、前記ラングミュア型吸着材及び前記ゲート型吸着材から脱着した前記第１ガスを、前記第３取出し管を介して取り出す第２洗浄工程と、
を更に有する、
請求項３に記載のガス分離方法。
【請求項５】
前記第１脱着工程及び前記第２脱着工程で取り出されたガスの一部を前記第１吸着槽及び前記第２吸着槽の少なくとも一方に返送する返送工程を更に備える、
請求項３に記載のガス分離方法。
【請求項６】
前記吸着工程の前に、前記第１吸着槽及び前記第２吸着槽内を昇圧する昇圧工程を更に有する、
請求項３〜５の何れか一項に記載のガス分離方法。
【請求項７】
第１ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第１吸着部と、前記第１吸着部に直列に配置されており、前記第１ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第２吸着部とに、前記第１ガスと異なる第２ガス及び前記第１ガスを含む混合ガスを、前記第１吸着部及び前記第２吸着部の順に流すことによって、前記第１吸着部及び前記第２吸着部の圧力を上げて、前記ゲート型吸着材及び前記ラングミュア型吸着材に前記第１ガスを吸着させる吸着工程と、
前記第１吸着部及び前記第２吸着部内の圧力を下げて、前記ゲート型吸着材及び前記ラングミュア型吸着材に前記第１ガスを脱着させる脱着工程と、
を備える、
ガス分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離装置及びガス分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力変動吸着方式（ＰＳＡ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）を利用して混合ガスから目的ガスを分離精製する場合、主にラングミュア型吸着材（例えばゼオライト、活性炭等）が使用されていた（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ラングミュア型吸着材は基本的に吸脱着の圧力範囲を広くするほど分離精製の効率は向上する。しかしながら、吸脱着の圧力範囲を広くすると、その圧力範囲に応じて圧力調整のためのコストが増加するため分離精製のランニングコストが高くなる。【０００５】
そこで、本発明は、ランニングコストの低減が可能なガス分離装置及びガス分離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係るガス分離装置は、第１ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第１吸着槽と、上記第１吸着槽に第１開閉弁を介して接続されており、上記第１ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第２吸着槽と、上記第１吸着槽に接続されている第１ガス管であって、第２開閉弁が設けられており、上記第１ガスと異なる第２ガス及び上記第１ガスを含む混合ガスを流す上記第１ガス管と、上記第２吸着槽に接続されている第２ガス管であって、第３開閉弁が設けられており、上記混合ガスが上記第１吸着槽及び上記第２吸着槽の順に通過して得られる通過ガスを取り出す第２ガス管と、上記第１吸着槽に接続されている第３ガス管であって、第４開閉弁が設けられており、上記ゲート型吸着材から脱着した第１ガスを取り出す第３ガス管と、上記第２吸着槽に接続されている第４ガス管であって、第５開閉弁が設けられており、上記ラングミュア型吸着材から脱着した第１ガスを取り出す第４ガス管と、を備える。【０００７】
上記ガス分離装置は、ゲート型吸着材を有する第１吸着槽を備える。第１吸着槽には第１ガス管が接続されているので、第１ガス管を介して混合ガスが第１吸着槽に供給される。第１吸着槽に供給された混合ガスのうち第１ガスはゲート型吸着材で吸着されることから、混合ガスを第１ガスと第２ガスに分離可能である。ゲート型吸着材は、第１吸着槽内の第１ガスの分圧によっては、第１ガスを吸着しない。その場合、第１ガスは、第１吸着槽を通過する。第１吸着槽には、ラングミュア型吸着材を有する第２吸着槽が接続されていることから、第１吸着槽を通過した第１ガスは、第２吸着槽内のラングミュア型吸着材で吸着できる。その結果、混合ガスから分離された第２ガスを第２ガス管から取り出すことができる。また、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に吸着された第１ガスを脱着させれば、第３ガス管及び第４ガス管を介して第１ガスを回収できる。【０００８】
上記ガス分離装置では、上記第１〜第５開閉弁を制御することで、第１吸着槽及び第２吸着槽内の圧力を独立に制御可能である。そのため、第１ガスが吸着したゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材から第１ガスを脱着させる場合、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に応じた圧力を適用できる。ゲート型吸着材では、必要以上に圧力を低下させる必要はないことから、吸脱着のための圧力範囲を狭めることができるので、圧力調整に要するコストを低減可能である。そのため、ランニングコストの低減を実現できる。【０００９】
上記第３ガス管と上記第４ガス管とは圧力調節器に接続されていてもよい。この場合、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材から第１ガスを脱着させるために、第１吸着槽及び第２吸着槽内の圧力を調節し易い。【００１０】
本発明の他の側面に係るガス分離方法は、第１ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第１吸着槽と、上記第１吸着槽に開閉弁を介して接続されており、上記第１ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第２吸着槽とに、上記開閉弁を開状態にして、上記第１吸着槽及び上記第２吸着槽の順に、上記第１ガスと異なる第２ガス及び上記第１ガスを含む混合ガスを流して上記第１吸着槽及び上記第２吸着槽内の圧力を上げることによって、上記混合ガス内の上記第１ガスを上記ゲート型吸着材及び上記ラングミュア型吸着材に吸着させ、上記第２吸着槽に接続された第１取出し管から上記第２ガスを取り出す吸着工程と、上記開閉弁を開状態にし、上記第１吸着槽内の圧力を、上記ゲート型吸着材の上記第１ガスが脱着する圧力まで低下させることによって、上記ゲート型吸着材及び上記ラングミュア型吸着材から上記第１ガスを脱着させるとともに、上記第１ガスを上記第１吸着槽に接続された第２取出し管から取り出す第１脱着工程と、上記第１脱着工程の後、上記開閉弁を閉状態にし、上記第２吸着槽内の圧力を低下させることによって、上記ラングミュア型吸着材から上記第１ガスを脱着させ、脱着された上記第１ガスを上記第２吸着槽に接続された第３取出し管から取り出す第２脱着工程と、を備える。【００１１】
上記方法では、吸着工程において、混合ガスは、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材の順に流れる。混合ガスのうち、第１ガスは、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に吸着されるので、混合ガスから第１ガス及び第２ガスが分離される。第１吸着槽内の第１ガスの分圧が、第１ガスを吸着可能な圧力より低い場合、第１ガスは、ゲート型吸着材に吸着されずに、第１吸着槽を通過する。このように第１吸着槽を通過した第１ガスは、ラングミュア型吸着材で吸着されるので、混合ガスから第２ガスをより確実に取り出せる。また、第１脱着工程及び第２脱着工程を実施することで、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材を再生可能であるとともに、第１ガスを取り出せる。【００１２】
第２脱着工程では、第１開閉弁を閉じているので、第１吸着槽内の圧力は、ゲート型吸着材に応じた圧力を維持しながら、第２吸着槽内の圧力を下げることができる。ゲート型吸着材では、脱着のために必要以上に圧力を低下させる必要はないことから、圧力調整範囲を狭めることができる。よって、圧力調整に要するコストを低減可能である。そのため、ランニングコストの低減を実現できる。【００１３】
一実施形態に係るガス分離方法は、上記第２脱着工程の後に、上記開閉弁を閉状態にし、上記ラングミュア型吸着材に実質的に吸着されない非吸着ガスを上記第２吸着槽に流しながら、上記ラングミュア型吸着材から脱着した上記第１ガスを、上記第２取出し管を介して取り出す第１洗浄工程と、上記第１洗浄工程の後、上記開閉弁を開状態にし、上記ゲート型吸着材に実質的に吸着されない非吸着ガスを上記第２吸着槽から上記第１吸着槽に流しながら、上記ラングミュア型吸着材及び上記ゲート型吸着材から脱着した上記第１ガスを、上記第３取出し管を介して取り出す第２洗浄工程と、を更に有してもよい。【００１４】
この場合、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材から第１ガスの脱着を促進できる。第１洗浄工程では第１開閉弁を閉じており、第２洗浄工程では第２開閉弁を開くことによって、第１洗浄工程及び第２洗浄工程をラングミュア型吸着材及びゲート型吸着材の吸脱着性能に応じた圧力で実施可能である。【００１５】
一実施形態に係るガス分離方法は、上記第１脱着工程及び上記第２脱着工程で取り出されたガスの一部を上記第１吸着槽及び上記第２吸着槽の少なくとも一方に返送する返送工程を更に備えてもよい。上記第１脱着工程及び上記第２脱着工程で取り出されたガスには、第１ガス以外も成分も含まれている場合もある。上記返送工程を実施することで、上記第１脱着工程及び上記第２脱着工程で取り出されたガスのうち第１ガスを再度ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に吸着させることができる。このように吸着した第１ガスは、例えば第１脱着工程及び第２脱着工程を実施することで取り出せるので、第１ガスの回収率を向上できる。【００１６】
一実施形態に係るガス分離方法は、上記吸着工程の前に、上記第１吸着槽及び上記第２吸着槽内を昇圧する昇圧工程を更に有してもよい。この昇圧工程で、第１吸着槽及び第２吸着槽内の圧力を上げることができるので、例えば、昇圧工程の後に吸着工程を実施すると、第１吸着槽をすり抜ける第１ガスを低減可能である。【００１７】
本発明の他の側面に係るガス分離方法の他の例は、第１ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第１吸着部と、上記第１吸着部に直列に配置されており、上記第１ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第２吸着部とに、上記第１ガスと異なる第２ガス及び上記第１ガスを含む混合ガスを、上記第１吸着部及び上記第２吸着部の順に流すことによって、上記第１吸着部及び上記第２吸着部の圧力を上げて、上記ゲート型吸着材及び上記ラングミュア型吸着材に上記第１ガスを吸着させる吸着工程と、上記第１吸着部及び上記第２吸着部内の圧力を下げて、上記ゲート型吸着材及び上記ラングミュア型吸着材に上記第１ガスを脱着させる脱着工程と、を備える。【００１８】
上記ガス分離方法の他の例では、ゲート型吸着材を用いて混合ガスから第１ガス及び第２ガスを分離できる。ゲート型吸着材に吸着しなかった第１ガスは、ラングミュア型吸着材で吸着される。そのため、混合ガスから第１ガス及び第２ガスをより確実に分離できる。ゲート型吸着材は、その吸脱着性能のため、吸脱着のための圧力範囲を狭めることが可能である。よって、圧力調整に要するコストを低減できるため、ランニングコストの低減を実現可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ランニングコストの低減が可能なガス分離装置及びガス分離方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ゲート型吸着材の吸脱着特性を説明する図面である。
【図２】ラングミュア型吸着材の吸脱着特性を説明する図面である。
【図３】第１実施形態に係るガス分離装置の概略図である。
【図４】第２実施形態に係るガス分離装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
図１は、ゲート型吸着材の吸脱着性能を説明するための図面である。図１の横軸は圧力を示し、縦軸は、吸着対象物質のゲート型吸着材への吸着容量を示している。図１の実線は吸着特性を示しており、破線は脱着特性を示している。ゲート型吸着材は、ゲート型吸脱着能を持つ吸着材である。ゲート型吸着材は、図１に示したように、特定の圧力Ｐ１から吸着対象物質を急激に吸着させることが可能であるとともに、圧力Ｐ１より低い特定の圧力Ｐ２から吸着対象物質を急激に脱着させることが可能な吸着材である。ゲート型吸着材の例は、ゲート型吸脱着能を持つ多孔性配位高分子（ＰＣＰ）である。ＰＣＰは、金属有機構造体（ＭＯＦ）と称される場合もある。ゲート型吸着材の例は、ＺＩＦ−７、ＭＩＬ−５３を含む。
【００２３】
図２は、ラングミュア型吸着材の吸脱着性能を説明するための図面である。図２の横軸は圧力を示し、縦軸は、吸着対象物質のラングミュア型吸着材への吸着容量を示している。ラングミュア型吸着材は、ゲート型吸着材のように急激な吸脱着特性を有さず、図２に示したように、圧力変化に応じて滑らかに吸着対象物質の吸脱着が生じる吸着材である。ラングミュア型吸着材の例は、ゼオライト、活性炭などを含む。ゼオライトは、特定の条件下では、ゲート型吸着材として機能する場合もある。図２では、説明の都合上、図１に示した圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２を図示している。
【００２４】
（第１実施形態）
第１実施形態では、圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を利用して、第１ガスと第２ガスとを含む混合ガスから目的ガスとして第２ガスを分離精製する場合を説明する。第１ガスの例は、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス及び一酸化炭素（ＣＯ）ガスを含み、第２ガスの例は、水素（Ｈ２）ガス及びヘリウム（Ｈｅ）ガスを含む。混合ガスは、第１ガス及び第２ガス以外のガスを含んでもよい。
【００２５】
第１実施形態で使用するゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材には、上記例示した吸着材のうち、第１ガスを優先的に（換言すれば、より多く）吸着し、第２ガスを実質的に（換言すれば、ほとんど）吸着しないゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材を使用すればよい。以下、説明の簡略化のため、断らない限り上記「優先的に」及び「実質的に」を省略する。
【００２６】
図３を利用してガス分離装置２の一例を説明する。
【００２７】
ガス分離装置２は、第１ガス管４と、第１吸着槽６と、連結管８と、第２吸着槽１０と、第２ガス管（第１取出し管）１２と、第３ガス管（第２取出し管）１４と、第４ガス管（第３取出し管）１６とを備える。
【００２８】
第１ガス管４は、混合ガスを第１吸着槽６に供給するために混合ガスを流すガス管である。第１ガス管４の一端は、第１吸着槽６のガス通過口６ａに接続されており、他端は、混合ガス供給源１８に接続されている。原料ガスである混合ガスが他の装置で生成される場合には、例えば、第１ガス管４の他端は、上記他の装置に接続されていてもよい。第１ガス管４には、自動開閉弁（第１開閉弁）Ｖ１が設けられている。
【００２９】
第１吸着槽６は、その内部にゲート型吸着材を有する。ゲート型吸着材は、例えば、第１吸着槽６内に充填されている。第１吸着槽６は、ガス通過口６ａとガス通過口６ｂとを有する。ガス通過口６ａは、第１ガス管４に接続されている。ガス通過口６ｂには、連結管８が接続されている。
【００３０】
連結管８は、第１吸着槽６と第２吸着槽１０とを連結するガス管である。連結管８の一端は、ガス通過口６ｂに接続され、他端は、第２吸着槽１０のガス通過口１０ａに接続されている。連結管８には、自動開閉弁（第２開閉弁）Ｖ２が設けられている。よって、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０は自動開閉弁Ｖ２を介して接続されている。
【００３１】
第２吸着槽１０は、その内部にラングミュア型吸着材を有する。ラングミュア型吸着材は、例えば、第２吸着槽１０内に充填されている。第２吸着槽１０は、ガス通過口１０ａとガス通過口１０ｂとを有する。ガス通過口１０ａは、連結管８に接続されている。ガス通過口１０ｂには、第２ガス管１２の一端が接続されている。
【００３２】
第２ガス管１２は、主に、第１吸着槽６から連結管８及びガス通過口１０ｂを介して第２吸着槽１０に供給され、第２吸着槽１０を通過した通過ガスを取り出すためのガス管である。第２ガス管１２には、自動開閉弁（第３開閉弁）Ｖ３が設けられている。
【００３３】
上記通過ガスは、混合ガスから第１ガスが除去されることによって精製されたガスである。具体的には、上記通過ガスは、第２ガス（目的ガス）である。通過ガスは、第２ガスのみで構成されることが理想であるが、実機ではわずかに他の成分（例えば第１ガス）を含む。よって、通過ガスは、原料ガスである混合ガスの場合より、第２ガスの割合が増加した濃縮ガス（または第２ガス富化ガス）である。以下、説明の便宜のため、断らない限り、通過ガスを第２ガスと称す。第２ガス管１２の他端は、ガス貯留部２０に接続されている。ガス貯留部２０は、目的ガスである第２ガスを貯留する槽又はボンベである。
【００３４】
ガス貯留部２０には、ガス貯留部２０に貯留された第２ガスを取り出すための第５ガス管１３が設けられている。第５ガス管１３には、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内の圧力を調節するための調節弁Ｖ６が設けられてもよい。調節弁Ｖ６の例は、背圧弁、流量調節弁及び開度調節弁を含む。
【００３５】
第３ガス管１４は、ゲート型吸着材に吸着した第１ガスを脱着させた場合に、ゲート型吸着材から脱着した第１ガスを取り出すためのガス管である。第１実施形態において、第３ガス管１４は、主幹路Ｍと、副幹路１４ａとを有する。副幹路１４ａの一端は第１吸着槽６に接続されている。副幹路１４ａの一端は、例えば、ガス通過口６ａ（第１吸着槽６のうち第１ガス管４との接続側）に接続されている。図３に示した実施形態では、副幹路１４ａの一端は、第１ガス管４のうち自動開閉弁Ｖ１とガス通過口６ａとの間の領域に接続されることによって、ガス通過口６ａに接続されている。副幹路１４ａには、自動開閉弁（第４開閉弁）Ｖ４が設けられている。副幹路１４ａの他端は、主幹路Ｍに接続されている。主幹路Ｍには、真空ポンプ（圧力調節器）２２が設けられている。よって、上記第３ガス管１４において、第３ガス管１４における第１ガスの流れ方向において、自動開閉弁Ｖ４の下流側には、真空ポンプ２２が設けられている。
【００３６】
第４ガス管１６は、ラングミュア型吸着材に吸着した第１ガスを脱着させた場合に、ラングミュア型吸着材から脱着した第１ガスを取り出すためのガス管である。第１実施形態において、第４ガス管１６は、主幹路Ｍと、副幹路１６ａとを有する。副幹路１６ａの一端は第２吸着槽１０に接続されている。副幹路１６ａの一端は、例えば、ガス通過口１０ａ（第２吸着槽１０のうち連結管８との接続側）に接続される。図３に示した実施形態では、副幹路１６ａの一端は、連結管８のうち自動開閉弁Ｖ２とガス通過口１０ａとの間の領域に接続されることによって、ガス通過口１０ａに接続されている。副幹路１６ａには、自動開閉弁（第５開閉弁）Ｖ５が設けられている。副幹路１６ａの他端は、主幹路Ｍに接続されている。主幹路Ｍは、第３ガス管１４と共通である。よって、上記第４ガス管１６において、第４ガス管１６における第１ガスの流れ方向において、自動開閉弁Ｖ５の下流側には、真空ポンプ２２が設けられている。
【００３７】
第３ガス管１４及び第４ガス管１６は、主幹路Ｍを共有しなくてもよい。この場合、第３ガス管１４及び第４ガス管１６にそれぞれ真空ポンプが設けられればよい。
【００３８】
上記自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５、調節弁Ｖ６及び真空ポンプ２２などは、例えば図示しない制御装置で制御すればよい。
【００３９】
次に、ガス分離装置２を利用したガス分離方法の一例を説明する。ガス分離方法は、吸着工程と、第１脱着工程と、第２脱着工程とを備える。ガス分離方法は、第２脱着工程の後に、第１洗浄工程、第２洗浄工程及び昇圧工程を有してもよい。ここでは、第１洗浄工程、第２洗浄工程及び昇圧工程を有する場合のガス精製方法の各工程を説明する。
【００４０】
［吸着工程］
吸着工程では、自動開閉弁Ｖ１、Ｖ２，Ｖ３を開状態及び自動開閉弁Ｖ４，Ｖ５を閉状態にする。自動開閉弁Ｖ２が開状態のため、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０は連通している。この状態で、第１ガス管４を介して混合ガスを、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０に流すことによって、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内の圧力を上げ、第１ガスをゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に吸着させる。これにより。第２ガス管１２から第２ガスが取り出される。取り出された目的ガスである第２ガスは、ガス貯留部２０に貯留される。ガス貯留部２０に貯留された第２ガスは、適宜、第５ガス管１３を介して取り出されれば良い。ガス分離装置２が、調節弁Ｖ６を有する場合、吸着工程では、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０の圧力が上昇するように、調節弁Ｖ６を調節してもよい。
【００４１】
［第１脱着工程］
上記吸着工程後、自動開閉弁Ｖ４を開く一方、自動開閉弁Ｖ１，Ｖ３を閉じる。よって、第１脱着工程では、自動開閉弁Ｖ２，Ｖ４は開状態であり、自動開閉弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５は閉状態である。自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５を上記の状態に維持したまま、真空ポンプ２２を作動させ、第１吸着槽６内の圧力を、ゲート型吸着材から第１ガスが脱着に適した圧力（図１の圧力Ｐ２以下）まで低下させる。自動開閉弁Ｖ２は開状態であるため、第１吸着槽６と第２吸着槽１０は連通している。よって、第２吸着槽１０内の圧力も低下する。これにより、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材から第１ガスが脱着する。脱着した第１ガスは、第３ガス管１４を介して排出される。
【００４２】
［第２脱着工程］
上記第１脱着工程の後、自動開閉弁Ｖ５を開く一方、自動開閉弁Ｖ２，Ｖ４を閉じる。第２脱着工程では、自動開閉弁Ｖ５が開状態である一方、自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ４は閉状態である。自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５を上記の状態に維持したまま、第２脱着工程に引き続き真空ポンプ２２を作動させることによって、第２吸着槽１０内の圧力をラングミュア型吸着材に吸着した第１ガスの脱着に適した圧力まで下げる。自動開閉弁Ｖ５は開状態であるため、ラングミュア型吸着材から脱着した第１ガスは、第４ガス管１６を介して排出される。
【００４３】
［第１洗浄工程］
上記第２脱着工程の後、自動開閉弁Ｖ３を開く。よって、第１洗浄工程では、自動開閉弁Ｖ３，Ｖ５が開状態であり、自動開閉弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４が閉状態である。自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５を上記の状態に維持したまま、第２脱着工程に引き続き真空ポンプ２２を作動させる。これによって、ガス貯留部２０内の第２ガスが第２吸着槽１０に流れる。第２ガスは、第２吸着槽１０内のラングミュア型吸着材に吸着しないので、非吸着ガスであるとともに、洗浄ガスとして機能する。このような第２ガス（非吸着ガス）の第２吸着槽１０への流入により、ラングミュア型吸着材から第１ガスの脱着が促進される。ラングミュア型吸着材から脱着した第１ガスは、第２脱着工程の場合と同様に第４ガス管１６を介して排出される。
【００４４】
［第２洗浄工程］
上記第１洗浄工程の後、自動開閉弁Ｖ２，Ｖ４を開く一方、自動開閉弁Ｖ５を閉じる。よって、第２洗浄工程では、自動開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が開状態であり、自動開閉弁Ｖ１，Ｖ５が閉状態である。自動開閉弁Ｖ２が開状態であるため、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０は連通している。よって、自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５を上記の状態に維持したまま、第１洗浄工程に引き続き真空ポンプ２２を作動させることによって、ガス貯留部２０内の第２ガスが第２吸着槽１０及び第１吸着槽６の順に流れる。第２ガスは、第１吸着槽６内のゲート型吸着材に吸着しないので、ゲート型吸着材に対して非吸着ガスであるとともに、洗浄ガスとして機能する。このような第２ガス（非吸着ガス）の第２吸着槽１０及び第１吸着槽６への流入により、ラングミュア型吸着材及びゲート型吸着材から第１ガスの脱着が促進される。ラングミュア型吸着材及びゲート型吸着材から脱着した第１ガスは、第１脱着工程の場合と同様に第３ガス管１４を介して排出される。
【００４５】
［昇圧工程］
上記第２洗浄工程の後、自動開閉弁Ｖ４を閉じる。よって、昇圧工程では、自動開閉弁Ｖ２，Ｖ３が開状態であり、自動開閉弁Ｖ１，Ｖ４，Ｖ５が閉状態である。自動開閉弁Ｖ２，Ｖ３が開状態であるため、第２洗浄工程の場合と同様に、ガス貯留部２０内の第２ガスが第２吸着槽１０及び第１吸着槽６の順に流れる。自動開閉弁Ｖ１，Ｖ４，Ｖ５が閉状態であるため、第２吸着槽１０及び第１吸着槽６への上記第２ガスの流入により第２吸着槽１０及び第１吸着槽６内が昇圧する。
【００４６】
上記吸着工程を実施することにより、混合ガスから第２ガスが分離精製される。上記吸着工程、第１脱着工程、第２脱着工程、第１洗浄工程、第２洗浄工程及び昇圧工程を、吸着工程、第１脱着工程、第２脱着工程、第１洗浄工程、第２洗浄工程及び昇圧工程の順に実施することを基本サイクルとして、当該基本サイクルを繰り返すことにより、基本サイクル毎に混合ガスから目的ガスである第２ガスが分離精製される。
【００４７】
上記基本サイクルを繰り返す場合、昇圧工程の後に、次の基本サイクルの吸着工程が実施される。よって、昇圧工程は、吸着工程の前に実施される工程でもある。逆に、昇圧工程、吸着工程、第１脱着工程、第２脱着工程、第１洗浄工程及び第２洗浄工程の順に実施する基本サイクルを繰り返してもよい。
【００４８】
ガス分離装置２では、混合ガスの流れ方向において、上流側（第１吸着槽６のガス通過口６ａ側）から下流側（第２吸着槽１０のガス通過口１０ｂ側）に向けて、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０が、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０の順に配置されている。
【００４９】
そのため、上記吸着工程において、混合ガスを第１吸着槽６に供給すると、混合ガスは、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０の順に流れる。よって、第１ガスは、第１吸着槽６内のゲート型吸着材によって吸着される。ゲート型吸着材で吸着されなかった第１ガスは、第１吸着槽６の下流に配置された第２吸着槽１０内のラングミュア型吸着材で吸着される。
【００５０】
例えば、ゲート型吸着材は、特定の圧力Ｐ１（図１参照）で第１ガスを急激に吸着するが、第１吸着槽６内の圧力（具体的には、第１ガスの分圧）が圧力Ｐ１未満の場合、ほとんど第１ガスを吸着しない。よって、吸着工程で、第１吸着槽６内の圧力（第１ガスの分圧）が、第１ガスを吸着可能な圧力より低い場合（例えば吸着工程の初期段階、特に昇圧工程を実施していない場合）、混合ガス中の第１ガスは、ゲート型吸着材に吸着せずに、第１吸着槽６を通過する。吸着工程において、第１吸着槽６内の圧力（第１ガスの分圧）が高くなり圧力Ｐ１以上となると、第１吸着槽６のゲート型吸着材に第１ガスが吸着される。しかしながら、第１吸着槽６のゲート型吸着材に第１ガスが吸着することによって、第１吸着槽６内の第１ガスの分圧が低下する場合がある。この場合も第１ガスは第１吸着槽６を通過する。このように、第１吸着槽６を第１ガスがすり抜けても、前述したように、第２吸着槽１０内のラングミュア型吸着材で第１ガスを吸着できる。その結果、混合ガスから高純度の第２ガスを得られる。
【００５１】
上記のように、ガス分離装置２及びそれを利用したガス分離方法では、ゲート型吸着材に第１ガスを吸着させて混合ガスから第２ガスを分離する一方、ゲート型吸着材で吸着されなった第１ガスをラングミュア型吸着材で吸着する。
【００５２】
ゲート型吸着材は、特定の圧力Ｐ１（図１参照）で第１ガスを急激に吸着する一方、特定の圧力Ｐ２（図１参照）で、第１ガスを急激に脱着する。そのため吸脱着能力が発揮できる圧力範囲であれば、分離精製効率を維持したまま、吸脱着圧力の範囲を狭めることが可能である。よって、圧力調整のために要するコストを低減できるので、ガス分離装置２及びそれを用いたガス分離方法では、ランニングコストの低減を実現可能である。
【００５３】
ガス分離装置２の構成では、自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５を適宜制御することによって、上記第１脱着工程及び第２脱着工程を実施できる。そのため、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材を再生させて繰り返し利用することが可能である。
【００５４】
更に、ゲート型吸着材は、図１に示したように、圧力Ｐ２以下であれば吸着した第１ガスが脱着する。したがって、第１脱着工程において、第１吸着槽６内の圧力は、圧力Ｐ２又は圧力Ｐ２より僅かに低い程度まで減圧すればよい。
【００５５】
第１吸着槽６及び第２吸着槽１０は自動開閉弁Ｖ２を介して接続されているので、自動開閉弁Ｖ２の制御で、第１吸着槽６内の空間及び第２吸着槽１０内の空間を繋げた状態と分離した状態に切り替え可能である。さらに、第１吸着槽６には第３ガス管１４が接続されており、第２吸着槽１０には、第４ガス管１６が接続されている。よって、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内の圧力を独立して制御できる。そのため、第２脱着工程では、第１吸着槽６ではゲート型吸着材からは脱着能力を維持できる（ゲートが閉じる）圧力を保持しながら、ラングミュア型吸着材を有する第２吸着槽１０の圧力をさらに低下させることが可能となる。上記のように、第１吸着槽６側は、ゲート型吸着材の吸脱着能力に応じた圧力制御でよいことから、ランニングコストを低減可能である。
【００５６】
第２脱着工程では、第２吸着槽１０内のラングミュア型吸着材から第１ガスをより多く脱着させるために、第２吸着槽１０内を第１脱着工程から更に減圧する。しかしながら、ラングミュア型吸着材を有する第２吸着槽１０は、第１吸着槽６で吸着されなかった第１ガスを吸着できればよい。そのため、例えば、第１吸着槽６を設けずに、第２吸着槽１０のみ（すなわち、ラングミュア型吸着材のみ）で第１ガスを混合ガスから除去する場合に比べて、第２吸着槽１０の容量を小さくできる。換言すれば、ラングミュア型吸着材の量を低減できる。よって、第２吸着槽１０のみで第１ガスを混合ガスから除去する場合に比べて、第２吸着槽１０内の圧力を減圧するために要する時間及び真空ポンプ２２のパワーを低減できる。その結果、ガス分離装置２及びそれを用いたガス分離方法のランニングコストを低減可能である。
【００５７】
ガス分離方法が、第１洗浄工程及び第２洗浄工程を有する実施形態では、第１洗浄工程及び第２洗浄工程によって、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材から第１ガスを一層脱着可能である。そのため、一度吸着工程を行った後に次の吸着工程を実施する場合に、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に、多くの第１ガスを吸着できるので、ガス分離装置２を繰り返し利用して（上記基本サイクルを繰り返すことで）混合ガスから第２ガスを分離精製する際に、目的ガスとしての第２ガスの品質を維持し易い。更に、第１洗浄工程及び第２洗浄工程の実施によって、上記のように吸着工程でより多くの第１ガスをゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に吸着できることから、吸着工程で得られる第２ガスの量が増加する。その結果、混合ガスから第２ガスを回収する回収効率が増加する。
【００５８】
前述したように、ガス分離装置２では、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内の圧力を独立して制御できる。そのため、第１洗浄工程を、ラングミュア型吸着材に応じた圧力で実施できるとともに、第２洗浄工程を、ゲート型吸着材に応じた圧力で実施できる。その結果、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内のガスを有効に活用することができる。例えば、第１洗浄工程及び第２洗浄工程の実施によって昇圧工程での昇圧量を低減できる。その結果、第２ガスの回収量を増やすことが可能である。昇圧工程を実施しない場合には、再度吸着工程を実施する際に、第１吸着槽６内の圧力を一定圧以上に維持できているので、第１吸着槽６のゲート型吸着材で、多くの第１ガスを吸着し易い。
【００５９】
ガス分離方法が、昇圧工程を有する実施形態では、昇圧工程で、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内の圧力が上がる。そのため、昇圧工程の後に実施する吸着工程において、ゲート型吸着材に第１ガスが吸着しやすく、第２吸着槽１０への第１ガスのすり抜けを低減できる。第２吸着槽１０内のラングミュア型吸着材においても、圧力が高い方が、吸着容量は大きいため、より多くの第１ガスを吸着可能である。その結果、高純度の第２ガスを得ることができる。
【００６０】
（第２実施形態）
第１実施形態は、混合ガスが有する第１ガス及び第２ガスのうち第２ガスを目的ガスとして分離精製する実施形態である。しかしながら、第１ガスを目的ガスとして分離してもよい。第１ガスを目的ガスとして混合ガスから分離する第２実施形態を説明する。第２実施形態における第１ガス及び第２ガスの例は、第１実施形態と同様である。
【００６１】
第２実施形態で使用するゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材も第１実施形態の場合と同様の性質を有する吸着材が使用され得る。第２実施形態のゲート型吸着材の例は第１実施形態の場合と同様であり得る。
【００６２】
第２実施形態に係るガス分離装置２Ａは、図４に示したように、ガス貯留部２０が、主幹路Ｍに接続されている点で、第１実施形態に係るガス分離装置２と主に相違する。上記相違点以外のガス分離装置２Ａの構成は、ガス分離装置２と同様であるため、上記相違点以外のガス分離装置２Ａの構成の説明を省略する。
【００６３】
ガス貯留部２０は、第３ガス管１４及び第４ガス管１６を介して取り出される第１ガスを目的ガスとして貯留する。ガス貯留部２０は、第３ガス管１４及び第４ガス管１６において、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０と反対側に接続されている。ガス貯留部２０には、第１実施形態の場合と同様に、第５ガス管１３が接続されている。第２実施形態では、第５ガス管１３は、ガス貯留部２０に貯留された第１ガスを取り出すためのガス管である。第５ガス管１３には、第１ガスの取り出し量を調節するための調節弁が設けられてもよい。
【００６４】
次に、ガス分離装置２Ａを用いたガス分離方法を説明する。第２実施形態のガス分離方法は、吸着工程、第１脱着工程、第２脱着工程及び昇圧工程を有する。
【００６５】
吸着工程において、第２吸着槽１０から第２ガス管１２に流れてきた第２ガスは不純物であることから上記第２ガスを排気する点、並びに、第１脱着工程及び第２脱着工程でゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材から脱着した第１ガスを目的ガスとしてガス貯留部２０に貯留する点以外は、第２実施形態における吸着工程、第１脱着工程、第２脱着工程及び昇圧工程は、第１実施形態における対応する工程と同様である。例えば吸着工程において、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内の圧力を調節するために、ガス分離装置２Ａは、第２ガス管１２において自動開閉弁Ｖ３の後段に、圧力を調節するための調節弁Ｖ６が設けられていてもよい。調節弁Ｖ６の例は、第１実施形態の場合と同様である。
【００６６】
ガス分離装置２Ａ及びそれを利用したガス分離方法では、吸着工程の後に、上記第１脱着工程及び第２脱着工程を実施することにより、混合ガスから分離された第１ガスを回収できる。上記吸着工程、第１脱着工程、第２脱着工程及び昇圧工程を、吸着工程、第１脱着工程、第２脱着工程及び昇圧工程の順に実施することを基本サイクルとして、当該基本サイクルを繰り返すことにより、基本サイクル毎に混合ガスから目的第１ガスを分離するとともに、回収できる。
【００６７】
昇圧工程は、吸着工程の前に実施される工程でもある点、並びに、昇圧工程、吸着工程、第１脱着工程及び第２脱着工程の順にそれらの工程を実施するサイクルを基本サイクルとして繰り返してもよい点は、第１実施形態の場合と同様である。
【００６８】
ガス貯留部２０内のガスは、混合ガスから分離された第１ガスである。混合ガスから第１ガスを全て分離することが理想であるが、実機では一部不純物が僅かに混在することもある。よって、ガス貯留部２０内のガスは、混合ガス供給源１８から供給する混合ガスに比べて、目的ガスである第１ガスの分圧が高い（第１ガスの割合が多い）濃縮ガス（第１ガス富化ガス）でもある。
【００６９】
このような濃縮ガスから更に第１ガスを分離するために、ガス分離装置２Ａは、ガス貯留部２０内のガスを第１吸着槽６に返送する第６ガス管２４を有してもよい。図４に示したガス分離装置２Ａの実施形態では、第６ガス管２４は、第１吸着槽６のガス通過口６ａに接続されている。例えば、図４に示したように、第１ガス管４のうち自動開閉弁Ｖ１とガス通過口６ａとの間、又は、第３ガス管１４の副幹路１４ａのうち自動開閉弁Ｖ４とガス通過口６ａとの間に接続されることによって、第６ガス管２４はガス通過口６ａに接続され得る。第６ガス管２４には、自動開閉弁Ｖ７が設けられている。自動開閉弁Ｖ７は、自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５等を制御する図示しない制御装置によって制御され得る。
【００７０】
ガス分離装置２Ａが、上記第６ガス管２４を有する実施形態では、ガス分離方法は、上記濃縮ガスを第１吸着槽６に返送する返送工程を更に有する。
【００７１】
返送工程は、ガス分離方法において、吸着工程、第１脱着工程及び第２脱着工程が一度実施された後に実施されればよい。例えば、ガス分離装置２Ａを利用してガス分離方法の上記複数の工程（吸着工程と、第１脱着工程、第２脱着工程及び昇圧工程）を一つの基本サイクルとして繰り返す場合、最初の基本サイクルでは実施しなくてもよい。更に、２回目以降の基本サイクルでは、例えば、吸着工程と第１脱着工程との間で実施することが好ましい。
【００７２】
返送工程を実施する場合（例えば、吸着工程と第１脱着工程との間で実施する場合）には、自動開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ７を開状態とするとともに、自動開閉弁Ｖ１，Ｖ４，Ｖ５を閉状態とする。これにより、ガス貯留部２０から第６ガス管２４を介してガス貯留部２０内の濃縮ガスが、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０に返送される。そのため、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内の圧力に応じて、返送された濃縮ガスのうち、第１ガスが、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材の少なくとも一方に再吸着する。このように再吸着した第１ガスは、第１脱着工程及び第２脱着工程で取り出される。返送工程以外の工程では、自動開閉弁Ｖ７は閉状態であればよい。
【００７３】
返送工程における自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５及び自動開閉弁Ｖ７の状態は、濃縮ガスが第１吸着槽６及び第２吸着槽１０に流れ、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に第１ガスが吸着可能な状態であればよい。よって、返送工程における自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５及び自動開閉弁Ｖ７の状態は、上記例示した場合に限定されない。返送工程を実施する際には、第２ガスを排出するために、自動開閉弁Ｖ３は開状態であることが好ましい。
【００７４】
ガス分離装置２Ａでは、ガス分離装置２の場合と同様に、上記吸着工程において、混合ガスを第１吸着槽６に供給すると、混合ガスは、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０の順に流れる。そのため、第１実施形態の場合と同様に、第１ガスは、第１吸着槽６内のゲート型吸着材によって吸着される。ゲート型吸着材で吸着されなかった第１ガスは、第１吸着槽６の下流に配置された第２吸着槽１０内のラングミュア型吸着材で吸着される。したがって、ゲート型吸着材を用いていても、混合ガスから第１ガスをより確実に分離できる。このように吸着された第１ガスを第１脱着工程及び第２脱着工程で、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材から脱着することで、第１ガスを回収できる。上記のように、ゲート型吸着材を用いていても、ラングミュア型吸着材と組み合わせることで、混合ガスから第１ガスをより確実に分離できるため、混合ガスから第１ガスの回収効率を向上できる。
【００７５】
ガス分離装置２Ａでも、自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５を適宜制御することによって、上記第１脱着工程及び第２脱着工程を実施できる。そのため、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材を再生させて繰り返し利用することが可能である。
【００７６】
更に、ガス分離装置２Ａ及びそれを用いたガス分離方法においても、第１実施形態の場合と同様の理由により、ランニングコストを低減可能である。ガス分離方法が、昇圧工程を有する場合、第１実施形態で説明したように、昇圧工程の後に実施する吸着工程において、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に第１ガスを吸着し易い。その結果、混合ガスから第１ガスを回収する回収効率を向上可能である。
【００７７】
ガス分離方法が、上記返送工程を有する実施形態では、濃縮ガスから第１ガスを更に分離できる。更に、返送工程において、濃縮ガス内の第１ガスをゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に再吸着させながら、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０内の不純物（例えば第２ガス）を排出できる。その結果、回収する第１ガスの純度を向上できる。特に、上記基本サイクルを繰り返す際に、第２回目以降の繰り返しにおいて基本サイクルに返送工程を組み込むことによって、繰り返す毎に濃縮ガスの濃度が上がる。その結果、基本サイクルを繰り返すことによって、より一層高純度で第１ガスを回収できる。
【００７８】
以上、本発明の種々の実施形態及び実施例を説明した。しかしながら、本発明は、例示した種々の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示される範囲とともに、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７９】
例えば、第１実施形態では、第１洗浄工程、第２洗浄工程及び昇圧工程を実施するために、ガス貯留部２０内のガス（第２ガス）を使用した。しかしながら、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０に、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に実質的に吸着されない非吸着ガスを供給する非吸着ガス供給部（例えば非吸着ガス供給源）を有してもよい。非吸着ガス供給部は、例えば第１吸着槽６及び第２吸着槽１０に独立して非吸着ガスを供給してもよい。第１吸着槽６及び第２吸着槽１０に独立して非吸着ガスを供給する場合、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０に供給する非吸着ガスは異なっていてもよい。「ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に実質的に吸着されない」とは、上記非吸着ガスが僅かにゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に吸着される場合があり得ることを含む意味である。
【００８０】
第１実施形態においては、第１洗浄工程、第２洗浄工程及び昇圧工程を有しなくてもよく、第２実施形態においては、昇圧工程を有しなくてもよい。
【００８１】
使用するゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材において第１ガスを十分脱着させるための圧力が、大気圧以上である場合、図３及び図４に示した真空ポンプ２２の代わりに圧力調節弁を圧力調整部として使用してもよい。
【００８２】
第３ガス管（第２取出し管）１４及び第４ガス管（第３取出し管）１６の第１吸着槽６及び第２吸着槽１０への接続関係は、例示したものに限定されない。第１〜第５開閉弁及びその他の弁は、制御装置などで制御され自動的に開閉する開閉弁に限定されない。
【００８３】
ガス分離装置は、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０が直列に接続された吸着ユニットを複数有してもよい。この場合、複数の吸着ユニットは、並列接続される。各吸着ユニットは、第１及び第２実施形態で説明した複数の工程で構成されるサイクルを実施すればよい。複数の吸着ユニットを備えるガス分離装置を利用したガス分離方法では、複数の吸着ユニットの間で、第１実施形態及び第２実施形態で説明した複数の工程で構成されるサイクルの実施タイミングをずらすことが好ましい。例えば、一つの吸着ユニットが吸着工程を実施している間に、他の吸着ユニットが第１脱着工程を実施すればよい。これにより、連続的に混合ガスから目的ガスを取り出せる。或いは、間欠的に混合ガスから目的ガスを取り出す場合であっても、一度目的ガスを取り出し、次に目的ガスを取り出すまでの間隔を短くすることができる。したがって、効率的に目的ガスを取り出せる。
【００８４】
複数の吸着ユニットを備えるガス分離装置を用いてガス分離を行う際、一つの吸着ユニットで吸着工程が終了した際、その吸着ユニットが有する第１吸着槽６及び第２吸着槽１０の少なくとも一方の吸着槽内のガスを、他の吸着ユニットの第１洗浄工程及び第２洗浄工程における非吸着ガスとして使用してもよい。
【００８５】
本発明に係るガス分離方法の他の例は、第１ガスを吸着するゲート型吸着材を有する第１吸着部と、第１吸着部に直列に配置されており、第１ガスを吸着するラングミュア型吸着材を有する第２吸着部とに、第１ガスと第２ガスを含む混合ガスを、第１吸着部及び第２吸着部の順に流すことによって、第１吸着部及び第２吸着部の圧力を上げて、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に第１ガスを吸着させる吸着工程と、第１吸着部及び第２吸着部内の圧力を下げて、ゲート型吸着材及びラングミュア型吸着材に第１ガスを脱着させる脱着工程と、を備えてもよい。この場合、吸着工程によって、第２吸着部に接続された第２ガス管を介して第２ガスを取り出せる。更に、脱着工程によって、例えば、第１ガス管から第１ガスを取り出せる。この場合も、ゲート型吸着材を使用しているため、ランニングコストの低減を図ることが可能である。
【００８６】
上記ガス分離方法の他の例は、例えば、上記第１吸着部と、上記第１吸着部に対して直列に配置された上記第２吸着部とを有する吸着槽と、上記吸着槽において上記第１吸着部側に接続されており、上記第１ガスと異なる第２ガス及び上記第１ガスを含む混合ガスを流す第１ガス管と、上記吸着槽において上記第２吸着部側に接続されており、上記混合ガスが、上記第１吸着部及び上記第２吸着部を順に通過することによって、得られる通過ガスを取り出す第２ガス管とを備えるガス分離装置で好適に実施され得る。
【００８７】
これまでの説明では、混合ガスが有する第１ガス及び第２ガスのうちの一方を目的ガスとして、混合ガスから上記目的ガスを分離する場合を説明した。しかしながら、本発明に係るガス分離装置及びガス分離方法は、混合ガスが有する第１ガス及び第２ガスを分離する場合であれば適用可能である。よって、第１ガス及び第２ガスをそれぞれ製品ガスとして使用することも可能である。
【００８８】
上記種々の実施形態及び変形例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わされてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
２，２Ａ…ガス分離装置、４…第１ガス管、６…第１吸着槽、１０…第２吸着槽、１２…第２ガス管（第１取出し管）、１４…第３ガス管（第２取出し管）、１６…第４ガス管（第３取出し管）、Ｖ１…自動開閉弁（第１開閉弁）、Ｖ２…自動開閉弁（第２開閉弁）、Ｖ３…自動開閉弁（第３開閉弁）、Ｖ４…自動開閉弁（第４開閉弁）、Ｖ５…自動開閉弁（第５開閉弁）。
【図１】
2020105242.tif 000003
【図２】
2020105242.tif 000004
【図３】
2020105242.tif 000005
【図４】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年4月23日(2021.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
第１ガス管４は、混合ガスを第１吸着槽６に供給するために混合ガスを流すガス管である。第１ガス管４の一端は、第１吸着槽６のガス通過口６ａに接続されており、他端は、混合ガス供給源１８に接続されている。原料ガスである混合ガスが他の装置で生成される場合には、例えば、第１ガス管４の他端は、上記他の装置に接続されていてもよい。第１ガス管４には、自動開閉弁（第２開閉弁）Ｖ１が設けられている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
連結管８は、第１吸着槽６と第２吸着槽１０とを連結するガス管である。連結管８の一端は、ガス通過口６ｂに接続され、他端は、第２吸着槽１０のガス通過口１０ａに接続されている。連結管８には、自動開閉弁（第１開閉弁）Ｖ２が設けられている。よって、第１吸着槽６及び第２吸着槽１０は自動開閉弁Ｖ２を介して接続されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
第２ガス管１２は、主に、第１吸着槽６から連結管８及びガス通過口１０ａを介して第２吸着槽１０に供給され、第２吸着槽１０を通過した通過ガスを取り出すためのガス管である。第２ガス管１２には、自動開閉弁（第３開閉弁）Ｖ３が設けられている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
［第２脱着工程］
上記第１脱着工程の後、自動開閉弁Ｖ５を開く一方、自動開閉弁Ｖ２，Ｖ４を閉じる。第２脱着工程では、自動開閉弁Ｖ５が開状態である一方、自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ４は閉状態である。自動開閉弁Ｖ１〜Ｖ５を上記の状態に維持したまま、第１脱着工程に引き続き真空ポンプ２２を作動させることによって、第２吸着槽１０内の圧力をラングミュア型吸着材に吸着した第１ガスの脱着に適した圧力まで下げる。自動開閉弁Ｖ５は開状態であるため、ラングミュア型吸着材から脱着した第１ガスは、第４ガス管１６を介して排出される。
【国際調査報告】
2020105242.tif 000007
2020105242.tif 000008
2020105242.tif 000009
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