JPH0239292B2 - - Google Patents

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JPH0239292B2
JPH0239292B2 JP56209498A JP20949881A JPH0239292B2 JP H0239292 B2 JPH0239292 B2 JP H0239292B2 JP 56209498 A JP56209498 A JP 56209498A JP 20949881 A JP20949881 A JP 20949881A JP H0239292 B2 JPH0239292 B2 JP H0239292B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、二成分混合ガスの一方の成分が90〜
99容量％或いはそれ以上の割合のガス流を大量に
得る方法に関する。特に、本発明は、カーボンモ
レキユラーシーブ（分子篩）を使用する圧力交替
式吸着装置（Pressure swing adsorption
system）によつて濃縮ガス流を製造する吸着方
法に関する。更に詳しくは、本発明は窒素、水素
もしくはメタンのようなガスの安価な大量供給源
を提供し、極低温の或いは他の圧力交替式の吸着
装置のいずれよりも運転に必要なエネルギーが少
なく、且つしかも匹適する品質のガスを供給する
方法に関する。
ここで使用する二成分混合ガスという用語は、
空気や異る分子サイズの二成分から主としてなる
他の混合ガスを指称する。濃縮ガスという用語
は、混合ガスが吸着材を通過した後の、比較的吸
着されない方の成分からなる混合ガスを指称す
る。
混合ガスは圧力交替式吸着により、高圧の混合
ガスを、混合ガスの１又は２以上の成分を吸着混
合内において選択的に吸着する吸着材床を通過さ
せて分別又は分離し得る。この選択性は吸着材中
の孔寸法の分布及び孔の全容積により支配され
る。即ち、孔寸法より小さいか又はそれと等しい
動的直径（Kineticdiameter）を有するガス分子
は、吸着材上に捕捉あるいは吸着され、一方大き
い直径のガス分子は吸着材床を通過する。吸着材
は、事実ガス分子の大きさによつてガスを篩分け
する。
ガス吸着材床を通つて移動するにつれ、孔はガ
ス分子で満たされる。カラムクロマトグラフイ装
置における固体吸着材を移動する液体の吸着前端
（adsorption front）と同様に床内を移動する吸
着前端が想定できる。ある程度時間が経過する
と、ガス分子の保持に利用できる孔の数は不十分
になる。この時点は破過点（breakthrough
point）、即ち、吸着が停止し、床から流出するガ
スが吸着材へ流入するガスと組成上本質的に同じ
になる点として知られる。この破過点に至つた後
では、床は再生しなければならない。
混合ガスに選択的に成分を吸着する処理を施し
た後、吸着材床を通る混合ガスの流れをさえぎ
り、真空により又は精製した製品ガスの一部から
なる浄化ガスを、一般に原料ガスを流す方向と反
対方向に低圧で通すことにより、吸着剤から吸着
成分を一掃して再使用のために再生する。
圧力交替式吸着法には通常少なくとも二つの吸
着材床が備つていて、一方の床が再生されている
間、他方は製品ガスを作り出す吸着状態にあるよ
うになつている。これらの床を循環して使用する
ことにより、製品ガスは不断に得られる。
珪質の吸着材又はカーボン含有吸着材を使用
し、吸着及び脱着の間温度或いは圧力を変化させ
る吸着方法を利用した酸素濃縮空気の回収法が周
知である。ある種のケイ酸塩例えばゼオライト
は、酸素との混合ガスから窒素を良好に吸着する
のに有効で、ゼオライトを充填したカラムに空気
を通過させると初めに流出してくるガスは事実酸
素含量が高い。しかし、ゼオライトの再生にはエ
ネルギー及び装置で点でかなり費用が必要であ
る。
一つの良く知られた方法は、空気から濃縮窒素
を製造するのにカーボンモレキユラーシーブ（分
子篩）を使用するものである。これらのシーブ
は、酸素の動的直径に匹適する寸法の孔構造を有
する。圧力交替式吸着装置に使用すると、これら
のモレキユラーシーブは混合ガスから酸素を選択
的に吸着し、他の成分を通過させる。
四床の圧力交替式吸着ユニツト装置を使用し
て、二酸化炭素、水及び軽質脂肪族炭化水素類と
の混合から水素を分離するのに成功している。
圧力交替式吸着による他の二成分混合ガスの分
別も周知である。例えば、水素との混合ガスから
ゼオライト13Xを用いて一酸化炭素を、また燃料
ガス混合物との混合ガスから木炭、アルミナ又は
シリカを用いて二酸化炭素を分別することが知ら
れている。
アルゴンと酸素、又はヘリウムとメタンの二成
分混合ガスが、圧力交替式吸着方法を用いる、部
分的に酸化したカーボンからなる吸着材でこれま
でに分離されている。
現在のカーボンモレキユラーシーブ技術に存在
する典型的な問題は、製品ガスの収率が低いこ
と、大量のモレキユラーシーブが必要であるこ
と、及び再生法のエネルギー効率が低いことであ
る。
本発明の目的は、吸着剤としてモレキユラーシ
ーブ型カーボンを含有する二カラムの圧力交替式
吸着装置のための新規な再加圧法を提供すること
である。この方法は、吸着材再生におけるエネル
ギー消費についての従来技術の問題を解消するほ
か、濃縮ガスの良好な収率をもたらす。即ち、次
の一連の工程からなる濃縮ガス流を製造するため
の吸着方法を提供するものである。二成分混合ガ
スを3.0〜80バール（3.0×105〜8.0×105N／m2）
の範囲の圧力（以下吸着圧と称する）でひとつの
吸着カラムを通して濃縮ガスを作り出し；破過の
前に、該カラムから残留ガスを第２の吸着カラム
の入口端の中へ通し、これにより吸着圧の40〜90
％の範囲の圧力で第２のカラムを部分的に加圧
し、更に濃縮ガスを第２のカラムの出口端を介し
て導入することにより、第２のカラムを吸着圧ま
で加圧し、一方同時に第１のカラムを大気圧まで
開口し；二成分混合ガスを第２の吸着カラムを通
して濃縮ガスを作り出し、その間70〜100トール
の範囲の真空を第１のカラムの入口端に適用して
第１のカラムを再生し；そして非吸着ガスが望ま
しくない品質レベルに達した時にこのサイクルを
繰り返す。
本発明の新規再加圧技術の使用法は、添付図面
を参照することにより良く理解できる。添付図面
には、本発明に従つて二成分混合ガスを分別する
ための、二カラム圧力交替式吸着単位装置が示さ
れている。本発明を好ましい実施態様に関連して
記載し説明するが、本発明の概念を離れることな
く修正又は変更を行うことができることを理解す
べきである。例えば、空気（窒素と酸素）、メタ
ンと二酸化炭素又は水素と一酸化炭素をはじめと
し、しかしこれらに限らず、いずれの二成分混合
ガスにも本発明は十分に使用できる。
図面を詳しく説明すると、二本の耐圧カラムＡ
とＢが示されていて、その各々には空気から窒素
を分別するのに適するカーボンモレキユラーシー
ブの吸着床が充填されている 耐圧カラムＡ及びＢを連結する一連の弁は図面
に示した番号により、そしてこの好ましい配置に
おいて遂行される機能により特定できる。
(a) 弁０及び１６……主空気流弁 (b) 弁１及び８……それぞれ、カラムＡ及びＢへ
の空気入口弁 (c) 弁３及び１０……再生弁−カラムＡ及びＢ用
真空ポンプ (d) 弁２及び９……浄化弁−カラムＡ及びＢのカ
ラム圧を抜く (e) 弁７及び１４……製品ガス流の弁−カラムＡ
及びＢから (f) 弁５，１２及び１７……戻し弁−再生後に製
品品質のガスをカラムＡ及びＢの出口端に導入
する ｇ 弁４，６，１１，１３及び１５……一方のカ
ラムの出口と他方のカラムの入口との間の漏出
ガスの連通 容器Ａ及びＢは垂直な状態で示されているが運
転方式上不利がなければ、水平或いは垂直のいず
れにも設置し得る。周囲大気が乾燥され、圧縮さ
れて、弁０又は弁１６のいずれかを介して装置内
へ導入される。圧縮ガスが弁０を介して供給され
る時、その質量流量は、カーボン床の圧と等しい
圧に質量流量制御器により制御される。一方、空
気が弁１６を介して供給される時は、その質量流
量は調整されないので、この弁の出口での圧力は
カラムの出口での圧力と本質的に同じである。
周囲空気は、吸着前に凝縮器に通すことにより
修正し、過剰の水分を除去し、好ましくは40％未
満の関係湿度とし得る。同様に、フイルターある
いはスクラバーを用い、二酸化炭素、二酸化硫
黄、または窒素の酸化物のような他のガスを除去
し得る。これらの工程は、流出ガス流の純度を向
上し、規格が100％純粋の窒素を求めており、そ
のような予備除去が必要のときに採用し得る。し
かし、これらは付加的なもので、本発明の完全な
操作に不可欠なものではない。
供給空気は、カラムＡ又はＢのいずれかへ吸着
圧で弁０、及び弁１もしくは８の何れかを介して
導入され選択的に酸素を分別し、供給空気はカー
ボンシーブ床を通して上に押上げられる。製品窒
素ガスが弁７または１４の夫々の何れかを介して
カラムＡまたはＢから放出される。瞬間的な製品
窒素ガス流速は質量流量計で測定され、そして製
品酸素含量が製品溜の上流において分析される。
製品窒素ガス流が製品溜から放出されて、その圧
力を一定に保つ。
１つのカーボン床が製品窒素ガスを発生してい
るときには、他のベツドは弁３又は１０を介して
与えられる真空によつて再生されている。このよ
うに、カラムＡが開いている弁０，１及び７を介
して窒素を作り出している間、カラムＢは開いた
弁１０を介して70〜100トールの範囲の真空によ
つて再生されている。
製品窒素ガスの分析により、酸素含量が望まし
くない濃度例えば５％を越える濃度に達したこと
が示された時に、弁０及び７、又は弁０及び１４
を閉じて弁１６を開ける。供給空気はそのときは
まだカラムＡ又はカラムＢの中へそれぞれ弁１又
は８を介してなお導入されている。カラムからの
流出ガスは、弁６，１５及び１１、又は弁１３，
１５及び４を通つてカラムＢ又はカラムＡの入口
端へ流れる。この流出ガスは、カラムを吸着圧の
40〜90％、好ましくは60〜80％の圧範囲に部分的
に加圧するのに使用される。この工程の後、カラ
ムは、製品窒素ガスをカラムＢについては弁１７
及び１２を介して、又カラムＡについては弁１７
及び５を介して導入することにより、吸着圧まで
更に加圧される。この間、第１のカラムは、弁２
又は９を通しての開口されることにより大気圧に
戻される。ここで、加圧されたカラムは弁０及び
弁８又は弁１を介して供給空気を受け入れ、製品
ガスが弁１４又は７を介して放出される。一方の
吸着床が窒素ガスを製造している間、他方の吸着
床は弁３又は弁１０を介して適用される70〜100
トールの範囲の真空によつて再生されている。次
いで、第２のカラムからの製品ガスの酸素含量が
再び望ましくない濃度に達した時に、このサイク
ルが繰り返される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の新規方法を実施する装置の
概略的フローシートを表わす図面である。図にお
いて、 Ａ，Ｂ：カラム、０〜１６：弁を夫々あらわ
す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 二成分混合ガスを3.0〜8.0バールの範囲
    の吸着圧で、カーボンモレキユラーシーブの第
    １の吸着床を通して濃縮ガスを作り； (b) 破過の前に、前記第１の吸着床の出口端から
    流出するガス混合物を、カーボンモレキユラー
    シーブの第２の吸着床の入口端の中へ導いて、
    前記第２の吸着床を前記吸着圧の約40〜90％の
    範囲の圧力に部分的に加圧し； (c) 濃縮ガスを前記第２の吸着床の出口端の中へ
    導入することにより、前記第２の吸着床を前記
    吸着圧まで更に加圧し、一方並行して前記第１
    の吸着床をその入口端を通して開口して大気圧
    とし； (d) 前記二成分混合ガスを前記第２の吸着床を通
    して濃縮ガスを作り出し、その間前記第１の吸
    着床の入口端に70〜100トールの範囲で真空を
    適用することによつて前記第１の吸着床を再生
    し； (e) 破過の前に上記工程を逐次繰り返す、 以上の一連の工程からなることを特徴とする、
    濃縮ガス製造のための吸着方法。 ２ 二成分混合ガスが空気で、濃縮ガスが窒素で
    ある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 流出ガスが、第２の吸着床を吸着圧の約70％
    に部分的に加圧するように導入される特許請求の
    範囲第１項又は第２項記載の方法。
JP56209498A 1980-12-29 1981-12-25 Novel re-pressurizing device for pressure exchange type adsorber Granted JPS57132526A (en)

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JP (1) JPS57132526A (ja)
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CA (1) CA1176994A (ja)
DE (1) DE3163539D1 (ja)
DK (1) DK578281A (ja)
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GR (1) GR77316B (ja)
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