JPH11292514A

JPH11292514A - 高濃度オゾンガスの製造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH11292514A
Application number: JP10091813A
Authority: JP
Inventors: Jun Izumi; 順泉; Akinori Yasutake; 昭典安武; Nariyuki Tomonaga; 成之朝長; Hiroyuki Tsutaya; 博之蔦谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-26
Anticipated expiration: 2018-04-03
Also published as: JP3697058B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水分の存在する系においてもオゾン吸着能が
優れた特定のオゾン吸着剤を圧力スウィング吸着装置に
適用し、オゾンを効率的に濃縮することができる高濃度
オゾンガスの製造方法及びその装置を提供しようとする
ものである。【解決手段】オゾン吸着剤を充填する吸着層を複数備
えた圧力スウィング吸着装置を用い、吸着工程の吸着層
に比較的高圧のオゾン含有ガスを導入してオゾンを吸着
し、脱着工程の吸着層を比較的低圧にして濃縮オゾンガ
スを回収する高濃度オゾンガスの製造方法において、前
記オゾン吸着剤として、高シリカペンタシルゼオライ
ト、脱アルミニュームフォージャサイト及びメソポーラ
スシリケートの群から選択される１種又は２種以上の吸
着剤を用いることを特徴とする高濃度オゾンガスの製造
方法及びその装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸着圧力と脱着圧
力におけるオゾン吸着量の差、即ちオゾン吸着能の大き
な特定の高シリカオゾン吸着剤を充填した複数の吸着層
を有する圧力スウィング吸着装置（ＰＳＡ装置）を用い
る高濃度オゾンガスの製造方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンは、無声放電装置や水電解装置を
用いて製造されるが、これらの装置で得られるオゾンガ
スは濃度が低いため、通常はオゾン吸着装置等で濃縮し
て用いられる。

【０００３】オゾン濃縮装置としては、液体酸素を用い
た酸素リサイクルオゾン発生装置が提案されている（特
開昭５３−６４６９０号公報）。この装置の概略図を図
８に示す。この装置では、酸素原料として液体酸素を用
いることを特徴としており、この液体酸素をオゾン発生
装置に導入してオゾンを発生させ、そのオゾン含有ガス
を熱交換器及び冷凍機で−６０℃程度まで冷却してか
ら、シリカゲルを充填したオゾン吸着塔に導入してオゾ
ンを吸着させ、該吸着塔から流出する酸素含有ガスを前
記熱交換器に導入して前記オゾン含有ガスを冷却した
後、オゾン発生装置の原料側に戻す。一方、オゾンを吸
着した吸着塔を脱着工程に移行し、乾燥器で乾燥した空
気を熱交換器で加熱した後、前記オゾン吸着塔に導入し
て加熱パージ脱着して濃縮オゾンガスを回収するととも
に、脱着された濃縮オゾンガスを前記熱交換器に導入し
て前記乾燥空気を加熱する。そして、オゾンを脱着して
再生された吸着塔を脱着工程から吸着工程に移行するも
のである。

【０００４】シリカゲルは、上記のようにオゾン吸着剤
として知られているが、オゾンに比べて水分の吸着能が
極めて大きいため、吸着剤と接触するガス（被処理ガ
ス、パージガス等）中に水分が存在すると、シリカゲル
に水分が優先的に吸着され、一旦吸着した水分を脱着す
ることが難く水分が蓄積されるため、所定のオゾン吸着
能を確保することが難しい。その結果、一定のガス処理
量を確保するために多量のシリカゲルを必要とし、吸着
装置も大型にせざるを得なかった。また、水分の吸着脱
着が繰り返されると、シリカゲルは粉化して吸着能を低
下するおそれもある。

【０００５】そこで、上記の装置では、酸素原料として
液体酸素を用い、かつ、パージガスを予め乾燥してから
吸着塔に導入することにより、シリカゲルを充填する吸
着塔に水分が混入することを防止し、液体酸素の低温を
活用してオゾン吸着量を増加させたものである。

【０００６】なお、オゾンの吸着量は一般に温度が低い
ほど大きいが、特殊な冷凍機を除いて−６０℃より低温
にすることは難しく、一般的に処理ガス量を多くするた
めには多量の吸着剤を用いる必要があり、装置は大型化
せざるを得ず、装置の製造コスト及びランニングコスト
を押し上げる要因となっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
上記の問題を解消し、水分の存在する系においてもオゾ
ン吸着能が優れた特定の高シリカオゾン吸着剤を用い、
この吸着剤を圧力スウィング吸着装置に適用してオゾン
を効率的に濃縮できる高濃度オゾンガスの製造方法及び
その装置を提供しようとするものである。また、特定の
オゾン発生装置と前記の圧力スウィング吸着装置を組み
合わせることにより、オゾン濃縮効率の一層優れた高濃
度オゾンガスの製造方法及びその装置を提供しようとす
るものである。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】本発明は、次の構成を
採用することにより、上記の課題の解決に成功した。 (1) オゾン吸着剤を充填する吸着層を複数備えた圧力ス
ウィング吸着装置を用い、吸着工程の吸着層に比較的高
圧のオゾン含有ガスを導入してオゾンを吸着し、脱着工
程の吸着層を比較的低圧にして濃縮オゾンガスを回収す
る高濃度オゾンガスの製造方法において、前記オゾン吸
着剤として、高シリカペンタシルゼオライト、脱アルミ
ニュームフォージャサイト及びメソポーラスシリケート
の群から選択された吸着剤を用いることを特徴とする高
濃度オゾンガスの製造方法。

【０００９】(2) 前記高シリカペンタシルゼオライトと
してＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比が７０以上、好ましくは１
００以上のもの、前記脱アルミニウムフォージャサイト
としてＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比が２０以上、好ましくは
５０以上のもの、及び、前記メソポーラスシリケートと
してＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比が２０以上、好ましくは５
０以上のものを用いることを特徴とする前記(1) 記載の
高濃度オゾンガスの製造方法。

【００１０】(3) 前記吸着工程の吸着層を−６０℃〜２
５℃の温度に保持することを特徴とする前記(1) 又は
(2) 記載の高濃度オゾンガスの製造方法。 (4) 前記吸着工程の吸着圧力を１．０５〜５ａｔｍの範
囲で選択し、前記脱着工程の脱着圧力を０．０４〜０．
３ａｔｍの範囲で選択することを特徴とする前記(1) 〜
(3) のいずれか１つに記載の高濃度オゾンガスの製造方
法。 (5) 前記圧力スウィング吸着装置の切替時間を１〜１０
分の範囲で選択することを特徴とする前記(1) 〜(4) の
いずれか１つに記載の高濃度オゾンガスの製造方法。

【００１１】(6) 前記吸着工程の吸着層から流出する高
圧の酸素濃縮ガスの一部を減圧弁で減圧して脱着工程の
吸着層に導入してパージすることを特徴とする前記(1)
〜(5) のいずれか１つに記載の高濃度オゾンガスの製造
方法。 (7) 前記パージ操作におけるパージ率を１〜２の範囲で
選択することを特徴とする前記(6) 記載の高濃度オゾン
ガスの製造方法。

【００１２】(8) 高圧仕様の水電解オゾン発生装置を用
いてオゾンを発生させ、前記圧力スウィング吸着装置の
吸着工程の吸着層に前記オゾン含有ガスを導入するとと
もに、前記吸着工程の吸着層から流出する高圧酸素濃縮
ガスの一部を前記水電解オゾン発生装置の水素極室に戻
して酸素減極を図ることを特徴とする前記(1) 〜(7)の
いずれか１つに記載の高濃度オゾンガスの製造方法。

【００１３】(9) 高圧仕様の無声放電オゾン発生装置を
用いてオゾンを発生させ、前記圧力スウィング吸着装置
の吸着工程の吸着層に前記オゾン含有ガスを導入すると
ともに、前記吸着工程の吸着層から流出する高圧酸素濃
縮ガスの一部を前記無声放電オゾン発生装置の原料側に
戻すことを特徴とする前記(1) 〜(7) のいずれか１つに
記載の高濃度オゾンガスの製造方法。

【００１４】(10)オゾン発生装置と、オゾン吸着剤を充
填した複数の吸着層を備えた圧力スウィング吸着装置と
からなる高濃度オゾンガスの製造装置において、前記オ
ゾン発生装置として高圧仕様の水電解オゾン発生装置を
用い、前記オゾン吸着剤として、高シリカペンタシルゼ
オライト、脱アルミニュームフォージャサイト及びメソ
ポーラスシリケートの群から選択された１種又は２種以
上の吸着剤を用い、前記オゾン発生装置を吸着工程の吸
着層に接続するオゾン含有ガス供給用導管にコンプレッ
サーと切替弁を設け、前記吸着層から流出する酸素濃縮
ガス循環用導管を切替弁を介して前記水電解オゾン発生
装置の水素極室に接続して酸素減極を可能とし、前記酸
素濃縮ガス循環用導管を分岐したパージガス供給用導管
を減圧弁及び切替弁を介して脱着工程にある吸着層に接
続し、かつ、オゾン回収用導管を切替弁を介して前記脱
着工程にある吸着層に接続して高濃度オゾンガスの回収
を可能にする、前記の全ての切替弁を切り替えて前記吸
着層を吸着工程と脱着工程に交互に設定する制御装置を
設けたことを特徴とする高濃度オゾンガスの製造装置。

【００１５】(11)オゾン発生装置と、オゾン吸着剤を充
填した複数の吸着層を備えた圧力スウィング吸着装置と
からなる高濃度オゾンガスの製造装置において、前記オ
ゾン発生装置として高圧仕様の無声放電オゾン発生装置
を用い、前記オゾン吸着剤として高シリカペンタシルゼ
オライト、脱アルミニュームフォージャサイト及びメソ
ポーラスシリケートの群から選択された１種又は２種以
上の吸着剤を用い、前記オゾン発生装置を吸着工程の吸
着層に接続するオゾン含有ガス供給用導管にコンプレッ
サーと切替弁を設け、前記吸着層から流出する比較的高
圧の酸素濃縮ガス循環用導管を切替弁を介して前記無声
放電オゾン発生装置の酸素原料導入用導管に接続し、前
記酸素濃縮ガス循環用導管を分岐したパージガス供給用
導管を減圧弁及び切替弁を介して脱着工程にある吸着層
に接続し、かつ、オゾン回収用導管を切替弁を介して前
記脱着工程にある吸着層に接続して高濃度オゾンガスの
回収を可能にする、前記の全ての切替弁を切り替えて前
記吸着層を吸着工程と脱着工程に交互に設定する制御装
置を設けたことを特徴とする高濃度オゾンガスの製造装
置。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、無声放電装置や水電解
装置等のオゾン発生装置でオゾン含有ガスを製造し、特
定の高シリカオゾン吸着剤を充填した複数の吸着層を用
い、吸着工程の吸着層に前記オゾン含有ガスを比較的高
圧で供給してオゾンを吸着し、他方、脱着工程の吸着層
を比較的低圧にしてオゾンを脱着し、必要に応じて脱着
工程でパージガスを供給し、前記吸着層を比較的高圧の
吸着工程と比較的低圧の脱着工程の間で短時間で交互に
切り換える圧力スウィング吸着方式を採用することによ
りオゾンを濃縮する高濃度オゾンガスの製造方法及びそ
の装置を提供することにある。

【００１７】本発明者等は、高シリカオゾン吸着剤、特
に高シリカペンタシルゼオライト、超安定Ｙ型ゼオライ
ト（ＵＳＹ）等の脱アルミニウムフォージャサイト、並
びに、ＭＣＭ−４１、ＦＳＭ−１６、テトラエトキシシ
ランをシリカ源とする低温酸性合成メソポーラスシリケ
ート、低分子ケイ酸をシリカ源とする低温酸性合成メソ
ポーラスシリケート等のメソポーラスシリケートが、水
分の存在する系においても優れたオゾン吸着能を有るこ
とを見出し、オゾン濃縮用圧力スウィング吸着装置にこ
れを適用することにより、高濃度オゾンガスを効率的に
製造することができ、その結果、高濃度オゾンガスの製
造装置の小型化を可能にし、かつ、装置の製造コスト及
びランニングコストの大幅な低減を可能にした。

【００１８】本発明では、オゾン発生装置として高圧仕
様の無声放電装置を用い、オゾン濃縮用圧力スウィング
吸着装置の吸着工程から流出する高圧酸素濃縮ガスを、
前記無声放電装置の原料側に戻して酸素原料として用い
ることにより、前記無声放電オゾン発生装置から流出す
るオゾン含有ガスを高圧で回収することができ、圧力ス
ウィング吸着装置への供給用のコンプレッサーの負担を
軽減することができる。なお、前記無声放電オゾン発生
装置に供給する酸素原料ガスとして、酸素濃縮用の圧力
スウィング吸着装置等で製造した高圧酸素濃縮ガスを用
いることは、装置全体の効率化及び高性能化に有効であ
る。

【００１９】また、オゾン発生装置として高圧仕様の水
電解装置を用い、オゾン濃縮用圧力スウィング吸着装置
の吸着工程から流出する酸素濃縮ガスの一部を前記水電
解装置の水素極室に戻して水素と反応させ、酸素減極作
用により水電解装置の印加電力を低減させることができ
るという利点がある。

【００２０】オゾン濃縮用圧力スウィング吸着装置の脱
着工程に移行した吸着塔は、例えば減圧ポンプなどを用
いて相対的に低い脱着圧力にしてオゾン濃縮ガスを回収
するが、吸着工程から流出する高圧酸素濃縮ガスの一部
を減圧弁を介して脱着工程の吸着層に導入してパージす
ることにより脱着を促進することも可能である。その
際、必要に応じて減圧弁の下流側に熱交換器や加熱器を
付設して前記酸素濃縮ガスをパージに適した温度まで加
熱してもよい。

【００２１】図１は、高圧仕様の水電解オゾン発生装置
１と２塔式のオゾン濃縮用圧力スウィング吸着装置を組
み合わせた高濃度オゾン製造装置の概念図である。吸着
塔６及び７には前記の高シリカペンタシルゼオライト、
脱アルミニュームフォージャサイト及びメソポーラスシ
リケートの群から選択された１種又は２種以上のオゾン
吸着剤が充填されている。前記水電解オゾン発生装置１
はＰｂＯ₂等のオゾン極室３と、Ｐｔ等の水素極室４で
イオン交換膜２を挟んだ構造になっており、直流電源５
を接続することにより電子を供給して、オゾン極室３で
オゾンを発生させ、水素極室４では水素が発生する。

【００２２】図１は、切替弁１０、１３、１７、２１を
開け、切替弁１１、１４、１６、２０を閉じることによ
り、吸着塔６を吸着工程に、吸着塔７を脱着工程に保持
した状態を示したものであり、切替弁の開閉を逆にする
ことにより前記工程を吸着から脱着へ、脱着から吸着に
切り替えることができる。オゾン発生装置１からのオゾ
ン含有ガスは、導管８に設けたコンプレッサー９で吸着
圧力まで加圧して吸着工程の吸着塔６に供給してオゾン
をオゾン吸着剤に吸着させ、吸着塔６から流出する酸素
濃縮ガスは導管１２で水電解オゾン発生装置１の水素極
室４に供給され、酸素減極作用によりオゾン発生装置の
消費電力を節減する。なお、高圧仕様の水電解オゾン発
生装置を用いると、圧力スウィング吸着装置へのオゾン
含有ガスの供給用のコンプレッサーの負荷を低減するこ
とができるので、装置全体の効率化及び高性能化を図る
ことができる。

【００２３】他方、オゾン回収系は脱着圧力に保持され
ており、導管１５の切替弁１７を開けることにより脱着
工程の吸着塔７から減圧脱着によりオゾンを回収する。
なお、吸着工程の吸着塔６から流出する高圧酸素濃縮ガ
スの一部は、導管１２から分岐されたパージガス供給用
導管１８に設けた減圧弁１９で脱着圧力まで減圧して、
脱着工程の吸着塔７に供給して逆洗パージすることによ
り脱着を促進することも可能である。パージガスを多量
に使用するとその分だけオゾン濃度が低下する。好まし
いパージ率は１〜２の範囲、より好ましいパージ率は
１．２〜１．５の範囲である。（図７参照）

【００２４】図２は、図１の高濃度オゾン製造装置にお
いて、高圧仕様の水電解オゾン発生装置の代わりに高圧
仕様の無声放電オゾン発生装置２２を採用した高濃度オ
ゾン製造装置の概念図であり、圧力スウィング吸着装置
の構造は図１の装置と同じため、装置の符号を一致させ
た。なお、図２には、無声放電オゾン発生装置２２の前
段に酸素濃縮用の圧力スウィング吸着装置２３を付設す
るように記載した。この酸素濃縮用の圧力スウィング吸
着装置２３は必須ではないが、装置全体の効率化及び高
性能化を図る上で有効である。

【００２５】オゾン濃縮用圧力スウィング吸着装置の吸
着サイクルは図１の場合と同じであるが、吸着工程の吸
着塔６から流出する高圧酸素濃縮ガスの一部は、必要に
応じて導管１２を介して無声放電オゾン発生装置２２の
酸素原料供給用導管に戻して酸素濃縮ガスの有効利用を
図ることができる。さらに、高圧仕様の無声放電オゾン
発生装置を用いると、圧力スウィング吸着装置へのオゾ
ン含有ガスの供給用のコンプレッサー９の負担を低減す
ることができるので、装置全体の効率化及び高性能化を
図る上で有効である。

【００２６】本発明で使用する高シリカペンタシルゼオ
ライトは、優れたオゾンの吸着能を有するものであり、
シリカ源としてケイ酸ナトリウムやヒュームドシリカを
使用し、有機テンプレートとしてテトラプロピルアンモ
ニウムブロミドを使用して１５０〜１８０℃で水熱合成
して得ることができる。本発明の高シリカペンタシルゼ
オライトはＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比が７０以上のものが
好ましく、１００以上のものがより好ましい。なお、高
シリカペンタシルゼオライト自体は公知であるが、上記
のオゾン吸着能を備えていることは本発明者等が初めて
見出したものである。

【００２７】本発明で使用する脱アルミニウムフォージ
ャサイトは、水分の存在する系においても優れたオゾン
の吸着能を有するものであり、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比
が５程度のＮａ−Ｙ型ゼオライトをアンモニア水で処理
することにより、ゼオライト骨格のＡｌの大半を除去し
て製造することができる。本発明の脱アルミニウムフォ
ージャサイトは、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比が２０以上の
ものが好ましく、５０以上のものがより好ましい。な
お、脱アルミニウムフォージャサイト自体は公知である
が、上記のオゾン吸着能を備えていることは本発明者等
が初めて見出したものである。

【００２８】本発明で使用するメソポーラスシリケート
は、１０〜１０００Åのメソ孔を有するシリカ系の多孔
質体であり、水分の存在する系においても優れたオゾン
の吸着能を有するものである。本発明のメソポーラスシ
リケートは種々の方法で製造できるが、ＳｉＯ₂／Ａｌ
₂Ｏ₃比が２０以上のものが好ましく、５０以上のもの
がより好ましい。なお、メソポーラスシリケート自体は
下記に述べるように公知であるが、上記のオゾン吸着能
を備えていることは本発明者等が初めて見出したもので
ある。

【００２９】例えば、ＭＣＭ−４１は、モービル社によ
り開発されたものであり、シリカ源として水ガラス、ケ
イ酸ナトリウム、有機テンプレートとしてカチオン系界
面活性剤（炭素数８以上）を用い、温度１４０℃、ｐＨ
１３．５で水熱合成して得られる比表面積１６００ｍ²
／ｇ程度、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比が１０００程度のメ
ソポーラスシリケートである。

【００３０】また、ＦＭＳ−１６は、黒田、稲田等によ
り開発された、カネマイトにカチオン界面活性剤をイン
ターカレーションして得られるＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比
が１０００程度のメソポーラスシリケートであり、ＭＣ
Ｍ−４１と類似した構造を有するものである。

【００３１】低温メソポーラスシリケートは、Ｓｔｕ
ｃｋｙ等により提唱された方法で得られるものであり、
シリカ源としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を、
有機テンプレートとしてカチオン系界面活性剤を用いて
室温でｐＨ１以下で合成するものである。また、低温メ
ソポーラスシリケートは、本発明者等が開発した方法
で得られるものであり、シリカ源として縮重合したシリ
カを含まないケイ酸を、有機テンプレートとしてカチオ
ン系界面活性剤を用いて室温でｐＨ１以下で合成するも
のである。これらの低温メソポーラスシリケートは製造
条件等により、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比が１０から成分
上は実質的にＳｉＯ₂のみのものまで得ることができ
る。

【００３２】

【実施例】（実施例１）図１の高濃度オゾンガス製造装
置の吸着塔に、本発明のオゾン吸着剤である高シリカペ
ンタシルゼオライト、脱アルミニウムフォージャサイト
及びメソポーラスシリケートと、従来のオゾン吸着剤で
あるシリカゲルを充填し、オゾン濃縮率を測定してオゾ
ン吸着能を比較した。ここではＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比
が１００の高シリカペンタシルゼオライト、ＳｉＯ₂／
Ａｌ₂Ｏ₃比が７０の脱アルミニウムフォージャサイ
ト、ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃比が１０００のメソポーラス
シリケート及び市販のシリカゲルを用い、吸着塔にそれ
ぞれ５ｋｇづつ充填した。

【００３３】そして、水電解オゾン発生装置では、１０
ｖｏｌ％のＯ₃と、８７ｖｏｌ％のＯ₂と、３ｖｏｌ％
のＨ₂Ｏからなるオゾンガス（オゾン濃度１０％）を発
生させ、コンプレッサーで１．１ａｔｍに加圧し、１５
ｍ³Ｎ／ｈのガス流量で吸着工程の吸着塔に供給してオ
ゾンを吸着させた。他方、脱着工程の吸着塔は減圧ポン
プで０．１ａｔｍに減圧し、パージは行わずにオゾンを
脱着回収した。吸着温度は−６０℃、−３０℃及び２５
℃の３つのケースに設定してオゾンの濃縮実験を行っ
た。なお、脱着工程では吸着塔の温度を特別に制御しな
かった。吸着工程と脱着工程の切替時間即ちサイクルタ
イムは３分に設定した。

【００３４】得られたオゾン濃縮ガスのオゾン濃度を測
定し、水電解オゾン発生装置で生成したガスのオゾン濃
度と比較してオゾン濃縮率を求め、吸着温度とオゾン濃
縮率を対比して図３に示した。この図から明らかなよう
に、シリカゲルに比べて脱アルミニウムフォージャサイ
ト及びメソポーラスシリケートが非常に大きなオゾン吸
着能を示すことが分かる。なお、シリカゲルの小さなオ
ゾン吸着能はオゾン含有ガス中の水分が影響しているも
のと思われる。また、汎用の冷却機の能力を考慮する
と、吸着温度は−６０℃以上に設定することが望まし
く、回収オゾンガスの利用を考慮すると吸着温度は室温
の２５℃以下に設定することが望ましい。

【００３５】（実施例２）オゾン吸着能がもっとも大き
なメソポーラスシリケートを用いて、サイクルタイムを
０．５分から３分まで変化させてオゾン含有ガスの処理
量（ｍ³Ｎ／ｈ／吸着剤１ｔｏｎ）を調べた。この実験
は実施例１と同じ図１の装置を用い、吸着温度は−６０
℃と２５℃の２つのケースに設定し、吸着圧力は１．０
５ａｔｍ、脱着圧力は０．０５ａｔｍに変更した以外は
実施例１と同様にオゾンの濃縮実験を行った。その結果
は図４のとおりであった。

【００３６】水電解オゾン発生装置からのオゾン含有ガ
スのオゾン濃度は１０ｖｏｌ％であったが、脱着工程で
回収したガスのオゾン濃度は５０ｖｏｌ％であり（オゾ
ン濃縮率５）、オゾンの回収率は９５％であった。この
図から明らかなように、吸着温度が低く、サイクルタイ
ムが短い方が処理量が多く、比較的少量の吸着剤で所定
の処理量を確保できるので、吸着塔を小型化することが
容易であるが、大きな冷却エネルギーを必要とする。他
方、吸着温度が室温に近くなるほど処理量は少なくなる
が、冷却エネルギーを必要としないという利点がある。
また、室温に近くなるとサイクルタイムの影響が小さく
なる。

【００３７】（実施例３）実施例２と同様にメソポーラ
スシリケートを用い、脱着圧力を０．０４ａｔｍから
０．３ａｔｍまで変化させてオゾン濃縮率を調べ、脱着
圧力の依存性を調べた。この実験でも実施例１と同じ図
１の装置を用い、吸着温度は−６０℃と２５℃の２つの
ケースに設定し、吸着圧力は１．０５ａｔｍに固定した
以外は実施例１と同様にオゾンの濃縮実験を行った。そ
の結果は図５のとおりであった。

【００３８】図５から明らかなように、脱着圧力が０．
３ａｔｍでは、オゾン濃縮率は吸着温度−６０℃と２５
℃でほとんど差がないが、脱着圧力が低くなるにしたが
ってオゾン濃縮率に差が生じ、０．０４ａｔｍでは前記
の吸着温度の違いによるオゾン濃縮率の差が５倍と４倍
の違いとなった。

【００３９】（実施例４）実施例３と同様にメソポーラ
スシリケートを用い、脱着圧力を０．１ａｔｍに固定
し、吸着圧力を１〜５ａｔｍの間で変化させてオゾン濃
縮率を調べ、吸着圧力の依存性を調べた。この実験でも
実施例１と同じ図１の装置を用い、吸着温度は−６０℃
と２５℃の２つのケースに設定した以外は実施例１と同
様にオゾンの濃縮実験を行った。その結果は図６のとお
りであった。

【００４０】図６から明らかなように、オゾン濃縮率は
吸着圧力が高くなるにつれてほぼ比例して上昇し、吸着
温度が−６０℃と２５℃の場合は前者の方が約０．５倍
だけ高いオゾン濃縮率を示した。この図から好ましい吸
着圧力は１．０５〜５ａｔｍの範囲とした。

【００４１】（実施例５）実施例３と同様にメソポーラ
スシリケートを用い、吸着圧力を１．０５ａｔｍ、脱着
圧力は０．０５ａｔｍに固定し、吸着温度は２５℃に設
定し、脱着工程の吸着塔の温度は特に制御せず、吸着工
程の吸着塔から流出する酸素濃縮ガスの一部を減圧弁を
介して脱着工程の吸着塔にパージガスとして導入し、該
減圧弁を調節してパージ率を０．９〜２の範囲で変化さ
せたときのオゾン濃縮率を調べ、パージ率の依存性を調
べた。その結果は図７のとおりであった。

【００４２】図７から明らかなように、前記パージガス
を導入する方がオゾン濃縮率を向上させることができる
が、パージガス量を増加させると回収ガスのオゾン濃度
が低下する。図からみて、オゾン濃縮率を２倍以上にす
るためにはパージ率を１〜２の範囲で調製することが好
ましい。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、水分の存在する系においてもオゾンを効率的に濃
縮することができ、その結果、高濃度オゾンガスの製造
装置の小型化を可能にし、かつ、装置の製造コスト及び
ランニングコストの大幅な低減を可能にした。また、高
圧仕様の無声放電オゾン発生装置や高圧仕様の水電解オ
ゾン発生装置との組み合わせにより、圧力スウィング吸
着装置との整合性を高めることができ、また、吸着工程
の濃縮酸素ガスを水電解オゾン発生装置の水素極に導入
することにより酸素減極作用を促し、印加電力の低減化
を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高濃度オゾン製造装置の概念図であ
り、水電解オゾン発生装置とオゾン濃縮用圧力スウィン
グ吸着装置を組み合わせたものである。

【図２】本発明のもう１つの高濃度オゾン製造装置の概
念図であり、無声放電オゾン発生装置とオゾン濃縮用圧
力スウィング吸着装置を組み合わせたものである。

【図３】メソポーラスシリケートと、脱アルミニウムフ
ォージャサイトと、シリカゲルを図１の装置の吸着塔に
充填してオゾン濃縮率を比較したグラフである。

【図４】メソポーラスシリケートを図１の装置の吸着塔
に充填し、サイクルタイムを変化させたときのオゾン含
有ガスの処理量を示したグラフである。

【図５】メソポーラスシリケートを図１の装置の吸着塔
に充填し、脱着圧力を変化させたときのオゾン濃縮率を
示したグラフである。

【図６】メソポーラスシリケートを図１の装置の吸着塔
に充填し、吸着圧力を変化させたときのオゾン濃縮率を
示したグラフである。

【図７】メソポーラスシリケートを図１の装置の吸着塔
に充填し、パージ率を変化させたときのオゾン濃縮率を
示したグラフである。

【図８】従来のオゾン濃縮装置の概念図である。

【符号の説明】

１水電解オゾン発生装置、２イオン交換膜、３
オゾン極室、４水素極室、５直流電源、６、
７吸着塔、８導管、９コンプレッサー、１
０、１１切替弁、１２導管、１３、１４切替
弁、１５導管、１６、１７切替弁、１８導
管、１９減圧弁、２０、２１切替弁、２２無
声放電オゾン発生装置、２３ＰＳＡ酸素濃縮装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蔦谷博之長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オゾン吸着剤を充填する吸着層を複数備
えた圧力スウィング吸着装置を用い、吸着工程の吸着層
に比較的高圧のオゾン含有ガスを導入してオゾンを吸着
し、脱着工程の吸着層を比較的低圧にして濃縮オゾンガ
スを回収する高濃度オゾンガスの製造方法において、前
記オゾン吸着剤として、高シリカペンタシルゼオライ
ト、脱アルミニュームフォージャサイト及びメソポーラ
スシリケートの群から選択された１種又は２種以上の吸
着剤を用いることを特徴とする高濃度オゾンガスの製造
方法。
【請求項２】前記吸着工程の吸着層を−６０℃〜２５
℃の温度に保持することを特徴とする請求項１記載の高
濃度オゾンガスの製造方法。
【請求項３】前記吸着工程の吸着圧力を１．０５〜５
ａｔｍの範囲で選択し、前記脱着工程の脱着圧力を０．
０４〜０．３ａｔｍの範囲で選択することを特徴とする
請求項１又は２記載の高濃度オゾンガスの製造方法。
【請求項４】前記圧力スウィング吸着装置の切替時間
を１〜１０分の範囲で選択することを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載の高濃度オゾンガスの製造
方法。
【請求項５】前記吸着工程の吸着層から流出する高圧
の酸素濃縮ガスの一部を減圧弁で減圧して脱着工程の吸
着層に導入してパージすることを特徴とする請求項１〜
４のいずれか１項に記載の高濃度オゾンガスの製造方
法。
【請求項６】前記パージ操作におけるパージ率を１〜
２の範囲で選択することを特徴とする請求項５記載の高
濃度オゾンガスの製造方法。
【請求項７】高圧仕様の水電解オゾン発生装置を用い
てオゾンを発生させ、前記圧力スウィング吸着装置の吸
着工程の吸着層に前記オゾン含有ガスを導入するととも
に、前記吸着工程の吸着層から流出する酸素濃縮ガスの
一部を前記水電解オゾン発生装置の水素極室に戻して酸
素減極を図ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
１項に記載の高濃度オゾンガスの製造方法。
【請求項８】高圧仕様の無声放電オゾン発生装置を用
いてオゾンを発生させ、前記圧力スウィング吸着装置の
吸着工程の吸着層に前記オゾン含有ガスを導入するとと
もに、前記吸着工程の吸着層から流出する高圧酸素濃縮
ガスの一部を前記無声放電オゾン発生装置の原料側に戻
すことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載
の高濃度オゾンガスの製造方法。
【請求項９】オゾン発生装置と、オゾン吸着剤を充填
した複数の吸着層を備えた圧力スウィング吸着装置とか
らなる高濃度オゾンガスの製造装置において、前記オゾ
ン発生装置として高圧仕様の水電解オゾン発生装置を用
い、前記オゾン吸着剤として、高シリカペンタシルゼオ
ライト、脱アルミニュームフォージャサイト及びメソポ
ーラスシリケートの群から選択された１種又は２種以上
の吸着剤を用い、前記オゾン発生装置を吸着工程の吸着
層に接続するオゾン含有ガス供給用導管にコンプレッサ
ーと切替弁を設け、前記吸着層から流出する酸素濃縮ガ
ス循環用導管を切替弁を介して前記水電解オゾン発生装
置の水素極室に接続して酸素減極を可能とし、前記酸素
濃縮ガス循環用導管を分岐したパージガス供給用導管を
減圧弁及び切替弁を介して脱着工程にある吸着層に接続
し、かつ、オゾン回収用導管を切替弁を介して前記脱着
工程にある吸着層に接続して高濃度オゾンガスの回収を
可能とし、前記の全ての切替弁を同時に切り替えて吸着
層を吸着工程と脱着工程の間で交互に使用可能としたこ
とを特徴とする高濃度オゾンガスの製造装置。
【請求項１０】オゾン発生装置と、オゾン吸着剤を充
填した複数の吸着層を備えた圧力スウィング吸着装置と
からなる高濃度オゾンガスの製造装置において、前記オ
ゾン発生装置として高圧仕様の無声放電オゾン発生装置
を用い、前記オゾン吸着剤として、高シリカペンタシル
ゼオライト、脱アルミニュームフォージャサイト及びメ
ソポーラスシリケートの群から選択された１種又は２種
以上の吸着剤を用い、前記オゾン発生装置を吸着工程の
吸着層に接続するオゾン含有ガス供給用導管にコンプレ
ッサーと切替弁を設け、前記吸着層から流出する比較的
高圧の酸素濃縮ガス循環用導管を切替弁を介して前記無
声放電オゾン発生装置の酸素原料導入用導管に接続し、
前記酸素濃縮ガス循環用導管を分岐したパージガス供給
用導管を減圧弁及び切替弁を介して脱着工程にある吸着
層に接続し、かつ、オゾン回収用導管を切替弁を介して
前記脱着工程にある吸着層に接続して高濃度オゾンガス
の回収を可能にする、全ての前記切替弁を同時に切り替
えて吸着層を吸着工程と脱着工程の間で交互に使用可能
にしたことを特徴とする高濃度オゾンガスの製造装置。