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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-10
(45)【発行日】2023-08-21
(54)【発明の名称】ガス精製装置
(51)【国際特許分類】
B01D 53/04 20060101AFI20230814BHJP
C01B 23/00 20060101ALI20230814BHJP
B01D 53/86 20060101ALI20230814BHJP
【ＦＩ】
B01D53/04 110
C01B23/00 F
B01D53/86 150
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021071537
(22)【出願日】2021-04-21
(65)【公開番号】P2022166371
(43)【公開日】2022-11-02
【審査請求日】2022-05-16
(73)【特許権者】
【識別番号】320011650
【氏名又は名称】大陽日酸株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127845
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 壽彦
(72)【発明者】
【氏名】大前 智雄
【審査官】小久保 勝伊
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－０９０１８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０２４４４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２４８９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－０３８６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０３９８１６９９（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０５１７５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７２５３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０３９６６４３３（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第０４９４２０１９（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第１９９９／０１９０４９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭５８－６７３１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｄ ５３／０４、５３／８６
Ｃ０１Ｂ ２３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被精製ガス中の不純物を酸化する触媒を収容した触媒筒及び前記不純物を除去する精製筒、又は被精製ガス中の不純物を除去するゲッター剤を収容したゲッター筒を用いて前記被精製ガスを精製するガス精製装置であって、前記触媒筒又は前記ゲッター筒を加熱すること、又は、前記触媒筒又は前記ゲッター筒に導入する被精製ガスを加熱すること、で前記触媒又は前記ゲッター剤を加熱する加熱装置と、
前記触媒筒又は前記ゲッター筒に導入する前記被精製ガスと、前記触媒筒又は前記ゲッター筒で処理された処理ガスとを熱交換し、前記被精製ガスを昇温すると共に前記処理ガスを冷却する熱交換器と、
前記触媒筒又は前記ゲッター筒と、前記加熱装置と、前記熱交換器を収容する真空断熱容器と、を備え、
前記触媒筒又は前記ゲッター筒を支持する脚を有し、該脚には前記真空断熱容器への伝熱による熱ロスを防止するための断熱材が設けられていることを特徴とするガス精製装置。
【請求項2】
被精製ガス中の不純物を酸化する触媒を収容した触媒筒及び前記不純物を除去する精製筒、又は被精製ガス中の不純物を除去するゲッター剤を収容したゲッター筒を用いて前記被精製ガスを精製するガス精製装置であって、
前記触媒筒又は前記ゲッター筒を加熱すること、又は、前記触媒筒又は前記ゲッター筒に導入する被精製ガスを加熱すること、で前記触媒又は前記ゲッター剤を加熱する加熱装置と、
前記触媒筒又は前記ゲッター筒に導入する前記被精製ガスと、前記触媒筒又は前記ゲッター筒で処理された処理ガスとを熱交換し、前記被精製ガスを昇温すると共に前記処理ガスを冷却する熱交換器と、
前記触媒筒又は前記ゲッター筒と、前記加熱装置と、前記熱交換器を収容する真空断熱容器と、を備え、
前記触媒筒又は前記ゲッター筒、及び前記熱交換器が、前記真空断熱容器の外部から前記触媒筒又は前記ゲッター筒に被精製ガスを導入する被精製ガス導入管、及び前記触媒筒又は前記ゲッター筒から前記真空断熱容器の外部に処理ガスを導出する処理ガス導出管によって懸垂支持されていることを特徴とするガス精製装置。
【請求項3】
前記真空断熱容器の内圧Ｐが1×10-2Pa≦Ｐ＜大気圧であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス精製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被精製ガス中の不純物を除去するゲッター式又は触媒式のガス精製装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ガス中に含まれている不純物を除去する手段として、ゲッター式や触媒式のものが知られている。
ゲッター式は、精製対象のガスがアルゴンやヘリウム等の場合に用いられ、特殊なゲッター剤を充填したゲッター筒に被精製ガスを導入することで、被精製ガス中に含まれる窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水素、水蒸気等の不純物を除去するものである。
ゲッター式のガス精製方法の一例として、特許文献１に開示される「希ガス精製方法」がある。
ゲッター式は、精製対象のガスがアルゴンやヘリウム等の場合に用いられ、特殊なゲッター剤を充填したゲッター筒に被精製ガスを導入することで、被精製ガス中に含まれる窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水素、水蒸気等の不純物を除去するものである。
ゲッター式のガス精製方法の一例として、特許文献１に開示される「希ガス精製方法」がある。
【0003】
一方、触媒式は、精製対象のガスが酸素や窒素等の場合に用いられ、特殊な触媒を充填した触媒筒に被精製ガスを導入することで、被精製ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、水素等の不純物を酸化し、さらに吸着材等が充填された精製筒に導入することで、酸化した不純物を除去するものである。
【0004】
上述したゲッター剤や触媒は、高温で活性化状態となり、各不純物との反応や被精製ガスと不純物との反応を促進される。そこで、ゲッター筒や触媒筒を加熱し、高温にした状態で被精製ガスを処理している。その際、ゲッター筒や触媒筒からの放熱によるヒートロスを低減するため、筒の周囲にグラスウールやセラミックウール等の保温材（断熱材）を設置することが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平４－１６００１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように、従来のゲッター式や触媒式のガス精製装置においては、常時高温に加熱したゲッター筒や触媒筒を用いてガスの精製を行っている。ヒートロス低減のためゲッター筒や触媒筒の外壁に保温材を設置しているものの、放熱量の低減には限りがあり、電力消費量も多大であった。
【0007】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、常時高温に加熱されるゲッター筒や触媒筒のヒートロスを低減し、運転時の電力消費量を低減するガス精製装置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】
【0008】
（１）本発明に係るガス精製装置は、被精製ガス中の不純物を酸化する触媒を収容した触媒筒及び前記不純物を除去する精製筒、又は被精製ガス中の不純物を除去するゲッター剤を収容したゲッター筒を用いて前記被精製ガスを精製するものであって、前記触媒筒又は前記ゲッター筒を加熱すること、又は、前記触媒筒又は前記ゲッター筒に導入する被精製ガスを加熱すること、で前記触媒又は前記ゲッター剤を加熱する加熱装置と、前記触媒筒又は前記ゲッター筒に導入する前記被精製ガスと、前記触媒筒又は前記ゲッター筒で処理された処理ガスとを熱交換し、前記被精製ガスを昇温すると共に前記処理ガスを冷却する熱交換器と、前記触媒筒又は前記ゲッター筒と、前記加熱装置と、前記熱交換器を収容する真空断熱容器と、を備えたことを特徴とするものである。
【0009】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記触媒筒又は前記ゲッター筒、及び前記熱交換器が、前記真空断熱容器の外部から前記触媒筒又は前記ゲッター筒に被精製ガスを導入する被精製ガス導入管、及び前記触媒筒又は前記ゲッター筒から前記真空断熱容器の外部に処理ガスを導出する処理ガス導出管によって懸垂支持されていることを特徴とするものである。
【0010】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記真空断熱容器の内圧Ｐが1×10-2Pa≦Ｐ＜大気圧であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明においては、触媒筒又はゲッター筒を加熱すること、又は、触媒筒又はゲッター筒に導入する被精製ガスを加熱すること、で触媒又はゲッター剤を加熱する加熱装置と、触媒筒又はゲッター筒に導入する被精製ガスと、触媒筒又はゲッター筒で処理された処理ガスとを熱交換し、被精製ガスを昇温すると共に処理ガスを冷却する熱交換器と、触媒筒又はゲッター筒と、加熱装置と、熱交換器を収容する真空断熱容器と、を備えたことにより、常時高温に加熱されるゲッター筒や触媒筒のヒートロスを低減し、運転時の電力消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
［実施の形態１］
本実施の形態に係るガス精製装置１は、被精製ガス中の不純物を除去するゲッター剤を収容したゲッター筒３を用いて被精製ガスを精製するものであって、図１に示すように、ゲッター筒３を加熱する加熱装置５と、ゲッター筒３に導入する被精製ガスとゲッター筒３で処理された処理ガスとを熱交換する熱交換器７と、ゲッター筒３、加熱装置５、熱交換器７を収容する真空断熱容器９とを備えている。
上述のように、本実施の形態のガス精製装置１はゲッター式のものであり、アルゴンやヘリウム等のガスの精製に適用することができる。
以下、各構成を詳細に説明する。
本実施の形態に係るガス精製装置１は、被精製ガス中の不純物を除去するゲッター剤を収容したゲッター筒３を用いて被精製ガスを精製するものであって、図１に示すように、ゲッター筒３を加熱する加熱装置５と、ゲッター筒３に導入する被精製ガスとゲッター筒３で処理された処理ガスとを熱交換する熱交換器７と、ゲッター筒３、加熱装置５、熱交換器７を収容する真空断熱容器９とを備えている。
上述のように、本実施の形態のガス精製装置１はゲッター式のものであり、アルゴンやヘリウム等のガスの精製に適用することができる。
以下、各構成を詳細に説明する。
【0014】
＜ゲッター筒＞
ゲッター筒３は、特殊なゲッター剤を充填した筒であり、アルゴンやヘリウム等の被精製ガス中の不純物を除去するものである。ゲッター筒３によって除去される不純物としては窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水素、水蒸気等が挙げられる。
ゲッター筒３は、特殊なゲッター剤を充填した筒であり、アルゴンやヘリウム等の被精製ガス中の不純物を除去するものである。ゲッター筒３によって除去される不純物としては窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水素、水蒸気等が挙げられる。
【0015】
前述のようにゲッター剤は高温のときに活性化するので、ゲッター筒３を常時加熱して（例えば400℃～600℃）、ゲッター剤を高温の状態に保持している。ガス精製装置１の運転時におけるゲッター筒及びゲッター剤の保持温度を「運転温度」という。加熱されたゲッター筒３に被精製ガスを導入することで、被精製ガスが昇温されるとともに、被精製ガス中の不純物がゲッター表面に不可逆的に反応して取り除かれる。被精製ガスから不純物が除去された高温の処理ガスは、ゲッター筒３から排出されて熱交換器に導入される。
【0016】
＜加熱装置＞
加熱装置５は、ゲッター筒３内のゲッター剤を加熱して適切な運転温度に維持するためのものであり、ゲッター筒３の外周部に設置された外巻きヒーター等が用いられる。
加熱装置５は、ゲッター筒３内のゲッター剤を加熱して適切な運転温度に維持するためのものであり、ゲッター筒３の外周部に設置された外巻きヒーター等が用いられる。
【0017】
なお、図１に示す加熱装置５は、ゲッター筒３を加熱することでゲッター剤を適切な温度に加熱するものであるが、本発明の加熱装置は、例えばゲッター筒３に導入する被精製ガスを加熱するカートリッジヒーターやフランジヒーターのように、ゲッター筒に導入する被精製ガスを加熱することでゲッター剤を加熱するものであってもよい。即ち、本発明の加熱装置はゲッター筒又は被精製ガスを加熱してゲッター剤を適切な温度に維持できるものであればよい。
【0018】
＜熱交換器＞
熱交換器７は、ゲッター筒３に導入する被精製ガスとゲッター筒３で処理された処理ガスとを熱交換するものである。熱交換器７に常温の被精製ガスと高温の処理ガスが導入されることで、被精製ガスが昇温されると共に処理ガスが冷却される。
熱交換器７は、ゲッター筒３に導入する被精製ガスとゲッター筒３で処理された処理ガスとを熱交換するものである。熱交換器７に常温の被精製ガスと高温の処理ガスが導入されることで、被精製ガスが昇温されると共に処理ガスが冷却される。
【0019】
ゲッター筒３に導入する被精製ガスを処理ガスとの熱交換によって予め昇温することにより、効率的にゲッター剤を高温に保持でき、加熱装置５の消費電力を抑えることができる。
また、処理ガスを冷却することで配管設備上の効果も得られるが、これについては下記真空断熱容器９の説明にて後述する。
また、処理ガスを冷却することで配管設備上の効果も得られるが、これについては下記真空断熱容器９の説明にて後述する。
【0020】
＜真空断熱容器＞
真空断熱容器９は、内部が真空状態の容器であり、真空状態下でゲッター筒３、加熱装置５、熱交換器７及び周辺機器配管を収容している。
真空断熱容器９には、真空断熱容器９の外部からゲッター筒３に被精製ガスを導入するための被精製ガス導入管１１、ゲッター筒３から真空断熱容器９の外部に処理ガスを導出するための処理ガス導出管１３、ゲッター筒３を支持する脚１５、メンテナンス用のホール１７、真空断熱容器９内を真空状態に維持するための真空ポンプ１９が設けられている。
真空断熱容器９は、内部が真空状態の容器であり、真空状態下でゲッター筒３、加熱装置５、熱交換器７及び周辺機器配管を収容している。
真空断熱容器９には、真空断熱容器９の外部からゲッター筒３に被精製ガスを導入するための被精製ガス導入管１１、ゲッター筒３から真空断熱容器９の外部に処理ガスを導出するための処理ガス導出管１３、ゲッター筒３を支持する脚１５、メンテナンス用のホール１７、真空断熱容器９内を真空状態に維持するための真空ポンプ１９が設けられている。
【0021】
≪被精製ガス導入管≫
被精製ガス導入管１１は、真空断熱容器９の外壁を貫通し、熱交換器７を介してゲッター筒３のガス導入側に接続されるものであり、被精製ガス導入管１１によって被精製ガスが真空断熱容器９に収容されたゲッター筒３に導入される。
被精製ガス導入管１１は、真空断熱容器９の外壁を貫通し、熱交換器７を介してゲッター筒３のガス導入側に接続されるものであり、被精製ガス導入管１１によって被精製ガスが真空断熱容器９に収容されたゲッター筒３に導入される。
【0022】
≪処理ガス導出管≫
処理ガス導出管１３は、ゲッター筒３のガス排出側に接続され、熱交換器７を介して真空断熱容器９の外壁を貫通するものであり、処理ガス導出管１３によって処理ガスが真空断熱容器９の外部に導出される。
処理ガス導出管１３は、ゲッター筒３のガス排出側に接続され、熱交換器７を介して真空断熱容器９の外壁を貫通するものであり、処理ガス導出管１３によって処理ガスが真空断熱容器９の外部に導出される。
【0023】
≪脚≫
脚１５は、ゲッター筒３の下部に設けられて、ゲッター筒３を支持するものである。脚１５を設けることにより伝熱によって真空断熱容器９の外部への熱ロスが生じる恐れがあるので、これを低減するため、脚１５には断熱材２１が設けられている。
脚１５は、ゲッター筒３の下部に設けられて、ゲッター筒３を支持するものである。脚１５を設けることにより伝熱によって真空断熱容器９の外部への熱ロスが生じる恐れがあるので、これを低減するため、脚１５には断熱材２１が設けられている。
【0024】
もっとも、ゲッター筒３が小型の場合には脚１５は必須ではなく、前述した被精製ガス導入管１１及び処理ガス導出管１３によって、ゲッター筒３を懸垂支持するようにしてもよい。このようにすることで、伝熱の原因となる脚１５を設置する必要がなくなるので、熱ロスを更に低減できて好ましい。この場合、被精製ガス導入管１１及び処理ガス導出管１３にＵ字管を用いるなどして、ガス精製装置１の運転～停止の温度変化による配管の熱応力を吸収する構造としても良い。
【0025】
上記は真空断熱容器９内部におけるゲッター筒３の支持方法に関して述べたものであるが、これは熱交換器７に関しても同様である。熱交換器７が小型の場合には被精製ガス導入管１１及び処理ガス導出管１３を用いて懸垂支持するようにしてもよいし、配管による懸垂支持が困難な場合には、断熱材２１が設けられた脚１５を用いて熱交換器７を支持するようにしてもよい。
【0026】
≪ホール≫
ホール１７は、開閉可能に設けられたものであり、加熱装置５のメンテナンスや、ゲッター筒３及びゲッター筒３内のゲッター剤等の交換を行うためのものである。
ホール１７は、開閉可能に設けられたものであり、加熱装置５のメンテナンスや、ゲッター筒３及びゲッター筒３内のゲッター剤等の交換を行うためのものである。
【0027】
≪真空ポンプ≫
真空ポンプ１９は、真空断熱容器９の外側に設けられ、真空断熱容器９の内部を真空状態（大気圧以下）に保持するものである。真空断熱容器９の内圧Ｐが低い（真空度が高い）ほど、断熱効果が期待できるので望ましい。もっとも、内圧Ｐを1×10-2Pa程度まで下げると、それ以上内圧Ｐを下げても（真空度を上げても）断熱効果は上がりにくいので、内圧Ｐは1×10-2Pa≦Ｐ＜大気圧とするのが好ましい。
真空ポンプ１９は、真空断熱容器９の外側に設けられ、真空断熱容器９の内部を真空状態（大気圧以下）に保持するものである。真空断熱容器９の内圧Ｐが低い（真空度が高い）ほど、断熱効果が期待できるので望ましい。もっとも、内圧Ｐを1×10-2Pa程度まで下げると、それ以上内圧Ｐを下げても（真空度を上げても）断熱効果は上がりにくいので、内圧Ｐは1×10-2Pa≦Ｐ＜大気圧とするのが好ましい。
【0028】
また、真空断熱容器９内を真空状態に維持するために、真空部に吸着剤を充填してもよい。これにより真空度がより向上する。尚、経年劣化に伴い真空度が低下すると、微少残留ガスの対流によって伝熱ロスが生じる場合がある。これを防止するため、真空断熱容器９内にパーライトを充填してもよい。
【0029】
上記のように構成された本実施の形態におけるガス精製装置１の動作について、図２を用いて説明する。
図２は、図１のガス精製装置１の具体例であって、ゲッター筒３を用いてアルゴン、ヘリウム等に含まれる不純物（炭化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水分等）を除去して精製するものである。真空断熱容器９の内外には運用に必要な各種計測器等が設けられているがここでは説明を省略する。また、図１と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図２は、図１のガス精製装置１の具体例であって、ゲッター筒３を用いてアルゴン、ヘリウム等に含まれる不純物（炭化水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水分等）を除去して精製するものである。真空断熱容器９の内外には運用に必要な各種計測器等が設けられているがここでは説明を省略する。また、図１と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【0030】
不純物を含むアルゴン、ヘリウム等の被精製ガス（Feed Gas）は、被精製ガス導入管１１により真空断熱容器９に収容された熱交換器７を通流し、ゲッター筒３に導入される。ゲッター筒３は加熱装置７によって約400℃から600℃に加熱されており、ゲッター筒３に収容されたゲッター剤は活性化状態となっている。
ゲッター筒３に導入された被精製ガスは昇温されると共に、被精製ガスに含まれる不純物が高温のゲッター剤の表面と不可逆的に反応し、被精製ガスから不純物が取り除かれる。
ゲッター筒３に導入された被精製ガスは昇温されると共に、被精製ガスに含まれる不純物が高温のゲッター剤の表面と不可逆的に反応し、被精製ガスから不純物が取り除かれる。
【0031】
不純物が取り除かれた高温の処理ガスは、処理ガス導出管１３によって熱交換器７に導入される。上述のように、熱交換器７には常温の被精製ガスが導入されているので、常温の被精製ガスと高温の処理ガスとで熱交換が行われ、被精製ガスが昇温されるとともに、処理ガスが冷却される。
【0032】
高温の処理ガスが熱交換器７に導入された後は、被精製ガスが予め昇温されてからゲッター筒３に導入されるので、ゲッター筒３における加熱効率が良くなる。
一方、冷却されて常温になった処理ガスは、処理ガス導出管１３によって真空断熱容器９の外部に導出されて、精製ガス（purified Gas）として回収される。
一方、冷却されて常温になった処理ガスは、処理ガス導出管１３によって真空断熱容器９の外部に導出されて、精製ガス（purified Gas）として回収される。
【0033】
上述した本実施の形態のガス精製装置１においては、真空状態下でゲッター筒３を収容しているので、従来用いられていた保温用の断熱材を設置することなく、ゲッター筒３の外壁からの放熱量(輻射、対流)を大幅に低減することができ、加熱装置５の電力消費量を低減できる。以下、この放熱量を低減する効果に関し、具体例をあげて説明する。
【0034】
表１は、図２に示したゲッター式のガス精製装置１と従来装置を用いてそれぞれ同条件でガス精製を行った場合に想定される放熱量（輻射、対流）の違いを示したものである。
【0035】
【表1】
【0036】
表１に示すように、被精製ガスであるアルゴン20Nm3/hに対し、筒径140mmのゲッター筒を用いて運転温度400℃でガス精製を行った場合、従来装置では、ゲッター筒の外壁から放熱により約550Wの熱損失が考えられるが、図２のガス精製装置１では、放熱による熱損失はほぼ無いと考えられる。これにより、加熱装置５の電気消費量を低減することができて経済的である。
【0037】
さらに、従来では、ゲッター筒３の外周に設置された加熱装置５のさらに外周に断熱材が設けられており、加熱装置５の定期メンテナンスの度に断熱材を取り外す必要があったが、上述のように本実施の形態においては断熱材の設置が不要であるので、メンテナンス時の作業性が向上する。
【0038】
また、ゲッター筒３と共に熱交換器７を真空断熱容器９内に収容しているので、高温の処理ガスを熱交換器７によって冷却してから真空断熱容器９の外部に導出することができる。したがって、真空断熱容器９を貫通する部分の被精製ガス導入管１１及び処理ガス導出管１３はどちらも常温であるので、真空断熱容器９の材料及び被精製ガス導入管１１、処理ガス導出管１３の貫通部分において、ゲッター筒３の運転温度（400℃～600℃）を考慮した設計が不要であり、通常の手段・構造(溶接接合、フランジ接合等)を適用できる。
【0039】
また、熱交換器７の一部や熱交換器７～ゲッター筒３間の配管は、ゲッター筒３と同様に高温となるものの、高温となる部分は真空断熱容器９内に収容されているので、保温工事、断熱工事、火傷防止措置等も不要である。
【0040】
［実施の形態２］
実施の形態１のガス精製装置１はゲッター筒３を用いてガスを精製するゲッター式のものであったが、本実施の形態では触媒筒と精製筒を用いてガスを精製する触媒式のものについて説明する。
実施の形態１のガス精製装置１はゲッター筒３を用いてガスを精製するゲッター式のものであったが、本実施の形態では触媒筒と精製筒を用いてガスを精製する触媒式のものについて説明する。
【0041】
本実施の形態に係るガス精製装置２３は、被精製ガス中の不純物を酸化する触媒を収容した触媒筒２５及び不純物を除去する精製筒２７を用いて被精製ガスを精製するものであって、図３に示すように、触媒筒２５を加熱する加熱装置５と、触媒筒２５に導入する被精製ガスと触媒筒２５で処理された処理ガスとを熱交換する熱交換器７と、触媒筒２５、加熱装置５、熱交換器７を収容する真空断熱容器９とを備えている。
上述のように、本実施の形態のガス精製装置２３は触媒式のものであり、酸素や窒素等のガスの精製に適用することができる。
図３において、図１、図２と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略し、触媒式の特徴部分についてのみ、以下詳細に説明する。
上述のように、本実施の形態のガス精製装置２３は触媒式のものであり、酸素や窒素等のガスの精製に適用することができる。
図３において、図１、図２と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略し、触媒式の特徴部分についてのみ、以下詳細に説明する。
【0042】
＜触媒筒＞
触媒筒２５は、特殊な触媒を充填した筒であり、酸素や窒素等の被精製ガス中の不純物を酸化するものである。触媒筒２５によって酸化される不純物としては炭化水素、一酸化炭素、水素等が挙げられる。
触媒筒２５は、特殊な触媒を充填した筒であり、酸素や窒素等の被精製ガス中の不純物を酸化するものである。触媒筒２５によって酸化される不純物としては炭化水素、一酸化炭素、水素等が挙げられる。
【0043】
また、前述のように触媒は高温のときに活性化するので、触媒筒２５を常時加熱して、触媒を高温の状態に保持している。ガス精製装置２３の運転時における触媒筒及び触媒の保持温度を「運転温度」という。触媒筒に収容される触媒の種類及び運転温度は、被精製ガスに含まれる不純物濃度、求められる精製レベル等により大きく異なる。例えば、被精製ガスが酸素ガスの場合、被精製ガス中に含まれる炭化水素の酸化に用いられる触媒の運転温度は200℃～350℃である場合が多い。
上記のように加熱された触媒筒２５に被精製ガスを導入することで、被精製ガスが昇温されるとともに、被精製ガス中の不純物が触媒によって酸化される。不純物が酸化された高温の処理ガスは、触媒筒２５から排出されて熱交換器７に導入される。
上記のように加熱された触媒筒２５に被精製ガスを導入することで、被精製ガスが昇温されるとともに、被精製ガス中の不純物が触媒によって酸化される。不純物が酸化された高温の処理ガスは、触媒筒２５から排出されて熱交換器７に導入される。
【0044】
本実施の形態の真空断熱容器９は、図１で説明した真空断熱容器９におけるゲッター筒３を触媒筒２５に代えたものであるので、図１のゲッター筒３を触媒筒２５に読み替えて、以下説明する。なお、実施の形態１における「処理ガス」は、ゲッター筒３によって被精製ガスから不純物が除去されたものであったが、本実施の形態における「処理ガス」は、触媒筒２５によって被精製ガス中の不純物が酸化されたものである。
【0045】
真空断熱容器９には、真空断熱容器９の外部から触媒筒２５に被精製ガスを導入するための被精製ガス導入管１１、触媒筒２５から真空断熱容器９の外部に処理ガスを導出するための処理ガス導出管１３、触媒筒２５を支持する脚１５、メンテナンス用のホール１７、真空断熱容器９内を真空状態に維持するための真空ポンプ１９が設けられている。上記の真空断熱容器９に関する各構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【0046】
また、本実施の形態においても実施の形態１と同様に、触媒筒２５を支持する脚１５は必須ではなく、触媒筒２５が小型の場合には、被精製ガス導入管１１及び処理ガス導出管１３によって、触媒筒２５を懸垂支持するようにしても良い。また、被精製ガス導入管１１及び処理ガス導出管１３にＵ字管を用いるなどして、ガス精製装置２３の運転～停止の温度変化による配管の熱応力を吸収する構造としても良い。
【0047】
さらに、実施の形態１と同様に、真空断熱容器９の内圧Ｐは1×10-2Pa≦Ｐ＜大気圧とするのが好ましい。
【0048】
＜精製筒＞
精製筒２７は、触媒筒２５によって処理された処理ガスに含まれる酸化した不純物を除去するものである。精製筒２７としては、例えば２塔切り替え式の吸着塔を用いることが出来る（図３参照）。
精製筒２７は、触媒筒２５によって処理された処理ガスに含まれる酸化した不純物を除去するものである。精製筒２７としては、例えば２塔切り替え式の吸着塔を用いることが出来る（図３参照）。
【0049】
上記のように構成された本実施の形態におけるガス精製装置２３の動作について、被精製ガスの具体例をあげて説明する。下記は、不純物として炭化水素を含む酸素ガスを被精製ガスとした場合の例である。
【0050】
被精製ガスである炭化水素を含有する常温の酸素ガス（Feed Gas）は、被精製ガス導入管１１により真空断熱容器９に収容された熱交換器７を通流し、触媒筒２５に導入される。触媒筒２５は加熱装置５によって約200℃から350℃に加熱されており、触媒筒２５に収容された触媒は活性化状態となっている。
触媒筒２５に導入された酸素ガスは昇温されると共に、酸素ガス中の不純物である炭化水素が触媒によって酸化され、CO2、H2Oとなる。
触媒筒２５に導入された酸素ガスは昇温されると共に、酸素ガス中の不純物である炭化水素が触媒によって酸化され、CO2、H2Oとなる。
【0051】
不純物としてCO2、H2Oを含む高温の酸素ガス（処理ガス）は、処理ガス導出管１３によって熱交換器７に導入される。上述のように、熱交換器７には常温の被精製ガス（炭化水素を含む酸素ガス）が導入されているので、常温の被精製ガスと高温の処理ガスとで熱交換が行われ、被精製ガスが昇温されるとともに、処理ガスが冷却される。
【0052】
上述のように、高温の処理ガスが熱交換器７に導入された後は、被精製ガスが予め昇温されてから触媒筒２５に導入されるので、触媒筒２５における加熱効率が良くなる。
一方、冷却されて常温になった処理ガス（CO2、H2Oを含む酸素ガス）は、処理ガス導出管１３によって真空断熱容器９の外部に導出されて、いずれかの精製筒２７に導入される。精製筒２７に導入された処理ガスは、CO2、H2Oが除去され、精製された酸素ガス（purified Gas）として回収される。
一方、冷却されて常温になった処理ガス（CO2、H2Oを含む酸素ガス）は、処理ガス導出管１３によって真空断熱容器９の外部に導出されて、いずれかの精製筒２７に導入される。精製筒２７に導入された処理ガスは、CO2、H2Oが除去され、精製された酸素ガス（purified Gas）として回収される。
【0053】
上述した本実施の形態のガス精製装置２３においても、実施の形態１で説明したゲッター式のガス精製装置１と同様に、従来用いられていた保温用の断熱材を設置することなく、触媒筒２５の外壁からの放熱量(輻射、対流)を大幅に低減することができ、加熱装置５の電力消費量を低減できる。以下、この放熱量を低減する効果に関し、具体例をあげて説明する。
【0054】
表２は、図３に示した触媒式のガス精製装置２３と従来装置を用いてそれぞれ同条件でガス精製を行った場合に想定される放熱量（輻射、対流）の違いを示したものである。
【0055】
【表2】
【0056】
表２に示すように、被精製ガスである酸素ガス50Nm3/hに対し、筒径160mmの触媒筒２５を用いて運転温度350℃でガス精製を行った場合、従来装置では、触媒筒の外壁からの放熱により約400Wの熱損失が考えられるが、図３のガス精製装置２３では、放熱による熱損失はほぼ無いと考えられる。これにより、加熱装置５の電気消費量を低減することができて経済的である。
また、上記放熱量を低減する効果以外にも、実施の形態１と同様の効果を奏する。
また、上記放熱量を低減する効果以外にも、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【0057】
１ ガス精製装置（実施の形態１）
３ ゲッター筒
５ 加熱装置
７ 熱交換器
９ 真空断熱容器
１１ 被精製ガス導入管
１３ 処理ガス導出管
１５ 脚
１７ ホール
１９ 真空ポンプ
２１ 断熱材
２３ ガス精製装置（実施の形態２）
２５ 触媒筒
２７ 精製筒
３ ゲッター筒
５ 加熱装置
７ 熱交換器
９ 真空断熱容器
１１ 被精製ガス導入管
１３ 処理ガス導出管
１５ 脚
１７ ホール
１９ 真空ポンプ
２１ 断熱材
２３ ガス精製装置（実施の形態２）
２５ 触媒筒
２７ 精製筒
【図1】
【図2】
【図3】
