JPH0321207B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ガス混合物の第１成分を第２成分に
優先して吸着する吸着床へ該ガス混合物を通すこ
とによつてガス混合物を分離するための方法に関
し、特に、高吸着性ガス成分が供給ガスより豊富
なガスを利用して、床の供給端から低吸着性成分
を押しのけ、次いで、床の少なくとも２つの異な
る部位から同時にガスを取出すことによつて床を
減圧する圧力変動式吸着法（PSA）によつてガ
スを分離することに関する。
優先して吸着する吸着床へ該ガス混合物を通すこ
とによつてガス混合物を分離するための方法に関
し、特に、高吸着性ガス成分が供給ガスより豊富
なガスを利用して、床の供給端から低吸着性成分
を押しのけ、次いで、床の少なくとも２つの異な
る部位から同時にガスを取出すことによつて床を
減圧する圧力変動式吸着法（PSA）によつてガ
スを分離することに関する。
従来の技術及びその問題点
PSA法の適用は、実質的に非吸着性ガスから
少量の吸着性ガスを除去するために実施されたの
が最初であつた。このような工程の例としては、
空気からの水の除去（ヒートレス乾燥とも称され
る）や、水素から少量の不純物を除去する工程な
どがある。後に、この技法の適用は、30〜90モル
％の水素と、一酸化炭素又は二酸化炭素等の吸着
し易い成分を包含した流れから純粋水素を回収す
る工程のよう大量分離や、窒素をモリキユラーシ
ーブに選択的に吸着させることによつて空気から
酸素を回収する工程などへ広げられていつた。
少量の吸着性ガスを除去するために実施されたの
が最初であつた。このような工程の例としては、
空気からの水の除去（ヒートレス乾燥とも称され
る）や、水素から少量の不純物を除去する工程な
どがある。後に、この技法の適用は、30〜90モル
％の水素と、一酸化炭素又は二酸化炭素等の吸着
し易い成分を包含した流れから純粋水素を回収す
る工程のよう大量分離や、窒素をモリキユラーシ
ーブに選択的に吸着させることによつて空気から
酸素を回収する工程などへ広げられていつた。
少なくとも４つの床を有する多床システムを用
いてPSA法を実施する方法が米国特許第3430418
号に開示されている。周知のように、このPSA
法は、各床において下記の工程を含む処理シーケ
ンスから成るサイクルで実施される。
いてPSA法を実施する方法が米国特許第3430418
号に開示されている。周知のように、このPSA
法は、各床において下記の工程を含む処理シーケ
ンスから成るサイクルで実施される。
(1)高圧で吸着を実施し、床の生成物排出端から
生成物を排出する工程、(2)床の生成物排出端から
空隙ガスを放出しながら床を併流減圧により中間
圧に減圧する工程、(3)床を向流減圧により低吸着
圧に減圧する工程、(4)パージ工程、及び(5)床を再
加圧する工程。
生成物を排出する工程、(2)床の生成物排出端から
空隙ガスを放出しながら床を併流減圧により中間
圧に減圧する工程、(3)床を向流減圧により低吸着
圧に減圧する工程、(4)パージ工程、及び(5)床を再
加圧する工程。
併流減圧工程中放出される空隙ガスは、一般
に、床の圧力平衡化のために用いられ、低吸着圧
下の床へパージガスを送るのに用いられる。
に、床の圧力平衡化のために用いられ、低吸着圧
下の床へパージガスを送るのに用いられる。
米国特許第3738087号にも、３つの床を用いて
ガス分離を行なう同様なシステムが開示されてい
る。処理すべき供給ガスの時間当り流量が一定で
あるとした場合、各床が上記工程(1)を実施する時
間が早ければ早いほど、床の大きさを小さくする
ことができる。従つて、２つの工程を同時に行な
うことができれば、床の数を減らすか、あるい
は、サイクルの時間を早めることができ、それに
よつてコスト減を達成することができる。
ガス分離を行なう同様なシステムが開示されてい
る。処理すべき供給ガスの時間当り流量が一定で
あるとした場合、各床が上記工程(1)を実施する時
間が早ければ早いほど、床の大きさを小さくする
ことができる。従つて、２つの工程を同時に行な
うことができれば、床の数を減らすか、あるい
は、サイクルの時間を早めることができ、それに
よつてコスト減を達成することができる。
米国特許第4589888号は、特定の処理工程を組
合わせて同時に進行させることによつてサイクル
時間の短縮を達成できることを開示している。例
えば、高い吸着圧力から併流により吸着床を減圧
したときに放出されるガスを利用して、吸着床の
圧力平衡化とパージとを同時に行なうこと、ある
いは、併流減圧を中間圧力で実施し、それの同時
併行的に、その減圧中の床の反対側の端部で向流
減圧を実施することが教示されている。
合わせて同時に進行させることによつてサイクル
時間の短縮を達成できることを開示している。例
えば、高い吸着圧力から併流により吸着床を減圧
したときに放出されるガスを利用して、吸着床の
圧力平衡化とパージとを同時に行なうこと、ある
いは、併流減圧を中間圧力で実施し、それの同時
併行的に、その減圧中の床の反対側の端部で向流
減圧を実施することが教示されている。
米国特許第4512780号は中間生成物を回収する
PSA法を開示している。この方法では、多床吸
着システムの各床間の圧力平衡化操作と連係して
押しのけ工程を用いることによつて３つの生成物
が回収される。しかし、この方法は２つの生成物
を回収するのに使用した場合はコスト的に効率が
よくない。
PSA法を開示している。この方法では、多床吸
着システムの各床間の圧力平衡化操作と連係して
押しのけ工程を用いることによつて３つの生成物
が回収される。しかし、この方法は２つの生成物
を回収するのに使用した場合はコスト的に効率が
よくない。
PSA法は、幾つかの目標成分（最終的に得よ
うとする成分）のうちの１つだけを高純度で回収
するガス分離に最初に使用された。例えば、上記
米国特許第3430418号及び4589888号のPSA法を
用いた場合、80モルの水素と20モルの一酸化炭素
を包含した100モルのガスから60モルの99.999％
純粋水素を分離することができるが、純粋の一酸
化炭素を回収することができず、20モルの一酸化
炭素と20モルの水素がそれぞれ50％の純度で混ざ
つたまま残される。これらの２つの特許の方法で
は、いずれも、完全な分離を行なうことができな
い。高純度で回収されるのは、吸着性の低い（吸
着されにくい）軽質成分だけである。
うとする成分）のうちの１つだけを高純度で回収
するガス分離に最初に使用された。例えば、上記
米国特許第3430418号及び4589888号のPSA法を
用いた場合、80モルの水素と20モルの一酸化炭素
を包含した100モルのガスから60モルの99.999％
純粋水素を分離することができるが、純粋の一酸
化炭素を回収することができず、20モルの一酸化
炭素と20モルの水素がそれぞれ50％の純度で混ざ
つたまま残される。これらの２つの特許の方法で
は、いずれも、完全な分離を行なうことができな
い。高純度で回収されるのは、吸着性の低い（吸
着されにくい）軽質成分だけである。
高吸着性の重質成分を純粋な形で回収するに
は、追加の工程、即ち、床を減圧する前に床から
軽質成分を押しのけるために床をある種の重質成
分ですすぐ工程が必要とされる。このすすぎ工程
は、幾つかの先行特許に記載されている。これら
の方法の問題点は、下記のとおりである。
は、追加の工程、即ち、床を減圧する前に床から
軽質成分を押しのけるために床をある種の重質成
分ですすぐ工程が必要とされる。このすすぎ工程
は、幾つかの先行特許に記載されている。これら
の方法の問題点は、下記のとおりである。
(a) すすぎが完了して軽質成分が完全に床から押
しのけられれば、純粋な重質成分が得られる
が、重質成分の吸着前線が軽質成分内にまで突
き進むので、軽質成分を純粋な形で回収するこ
とができない。
しのけられれば、純粋な重質成分が得られる
が、重質成分の吸着前線が軽質成分内にまで突
き進むので、軽質成分を純粋な形で回収するこ
とができない。
(b) 軽質成分の押しのけが不完全であると、第２
図に示されるような重質成分の濃度分布とな
り、床の供給端で重質の目標成分を回収するた
めに床を併流によつて減圧すると、まだ床内に
残つている軽質成分が急速に供給端に到達し、
重質成分の純度が低下する。従つて、従来の方
法では単一のPSA装置で両方の目標成分を高
純度で回収するのは実用上効率的ではない。
図に示されるような重質成分の濃度分布とな
り、床の供給端で重質の目標成分を回収するた
めに床を併流によつて減圧すると、まだ床内に
残つている軽質成分が急速に供給端に到達し、
重質成分の純度が低下する。従つて、従来の方
法では単一のPSA装置で両方の目標成分を高
純度で回収するのは実用上効率的ではない。
２つの成分の完全な分離は、例えば、各々数基
の吸着床を備えた２つの別個のPSAユニツトに
よつて達成することができる。例えば、水素と一
酸化炭素（CO）を包含した供給ガスから、第１
ユニツトが、純粋の水素と、70％の一酸化炭素を
含有した一酸化炭素豊富ガスとを回収する。この
ガス混合物を圧縮し、純粋の一酸化炭素と水素豊
富ガスを回収する第2PSAユニツトに通す。この
水素豊富ガスを第1PSAユニツトへ供給ガスとし
て添加し、サイクルを繰返すことができる。この
ように、２つの独立したPSAユニツトの組合わ
せは、非常に高い融通性をもつて優れた分離を行
なうことができる。例えば、この組合わせシステ
ムでは２成分ガス混合物から、水素等の吸着性軽
質成分の99.8％を99.999％の純度で回収し、一酸
化炭素等の高吸着性成分の実質的に100％を99.5
％以上の純度で回収することができる。
の吸着床を備えた２つの別個のPSAユニツトに
よつて達成することができる。例えば、水素と一
酸化炭素（CO）を包含した供給ガスから、第１
ユニツトが、純粋の水素と、70％の一酸化炭素を
含有した一酸化炭素豊富ガスとを回収する。この
ガス混合物を圧縮し、純粋の一酸化炭素と水素豊
富ガスを回収する第2PSAユニツトに通す。この
水素豊富ガスを第1PSAユニツトへ供給ガスとし
て添加し、サイクルを繰返すことができる。この
ように、２つの独立したPSAユニツトの組合わ
せは、非常に高い融通性をもつて優れた分離を行
なうことができる。例えば、この組合わせシステ
ムでは２成分ガス混合物から、水素等の吸着性軽
質成分の99.8％を99.999％の純度で回収し、一酸
化炭素等の高吸着性成分の実質的に100％を99.5
％以上の純度で回収することができる。
低吸着性成分と高吸着性成分の両方を回収する
のに適するPSA法は、イギリス特許第1536995号
に記載されている。この方法は、同特許の第２図
に示されるように直列に配置した２つの床を基本
としている。供給ガスは、高吸着性成分を保持す
る下方の吸着床へ導入される。この供給工程に続
いて、共パージ工程が行なわれる。共パージ工程
では、下方の床内で低吸着性即ち軽質成分が再循
環された重質成分によつて押しのけられ、共パー
ジ工程の終了時には床には重質成分だけが包含さ
れる。この時点で上方の床と下方の床との間の連
絡が自動弁によつて遮断され、下方の床から向流
減圧により重質生成物が回収される。その間、上
方の床も減圧され、パージされて重質成分の全部
を除去する。上方床と下方床の工程順序（シーケ
ンス）は、連動されており、それぞれ独立したサ
イクルで作動することはできない。従つて、この
システムの融通性は低く、しかも複雑性が増大す
る。このシステムの問題点は、直列に組合わせた
２つの床をセツトで必要とすること、供給ガスの
組成などの処理条件が変更しても、２つの床の容
積比率を変更することができず、融通性が低いこ
と、２つの床の頂部内に比較的多量の空隙ガスが
包含されるので減圧損失が大きく、圧縮機の所要
動力が大きいこと、圧力降下が大きいことであ
る。
のに適するPSA法は、イギリス特許第1536995号
に記載されている。この方法は、同特許の第２図
に示されるように直列に配置した２つの床を基本
としている。供給ガスは、高吸着性成分を保持す
る下方の吸着床へ導入される。この供給工程に続
いて、共パージ工程が行なわれる。共パージ工程
では、下方の床内で低吸着性即ち軽質成分が再循
環された重質成分によつて押しのけられ、共パー
ジ工程の終了時には床には重質成分だけが包含さ
れる。この時点で上方の床と下方の床との間の連
絡が自動弁によつて遮断され、下方の床から向流
減圧により重質生成物が回収される。その間、上
方の床も減圧され、パージされて重質成分の全部
を除去する。上方床と下方床の工程順序（シーケ
ンス）は、連動されており、それぞれ独立したサ
イクルで作動することはできない。従つて、この
システムの融通性は低く、しかも複雑性が増大す
る。このシステムの問題点は、直列に組合わせた
２つの床をセツトで必要とすること、供給ガスの
組成などの処理条件が変更しても、２つの床の容
積比率を変更することができず、融通性が低いこ
と、２つの床の頂部内に比較的多量の空隙ガスが
包含されるので減圧損失が大きく、圧縮機の所要
動力が大きいこと、圧力降下が大きいことであ
る。
発明の目的
従つて、当該技術分野にはPSA法のための初
期設備投資を少なくすること、及びPSA装置の
効率を高める強い要望がある。本発明は、簡単
で、経済的で、融通性の高い方法により高品質の
ガス分離を達成することによつてこの要望を充足
することを企図したものである。このように簡単
で安価な方法は、低い圧縮力所要量でのガス分離
を可能にすることによつて達成される。この低い
圧縮所要量は、押しのけ用ガスの所要量が少なく
てすむことによつて達成される。高純度の生成物
を供給する押しのけサイクルは知られているが、
本発明は高純度の生成物を低いエネルギー消費に
よつて供給するのである。
期設備投資を少なくすること、及びPSA装置の
効率を高める強い要望がある。本発明は、簡単
で、経済的で、融通性の高い方法により高品質の
ガス分離を達成することによつてこの要望を充足
することを企図したものである。このように簡単
で安価な方法は、低い圧縮力所要量でのガス分離
を可能にすることによつて達成される。この低い
圧縮所要量は、押しのけ用ガスの所要量が少なく
てすむことによつて達成される。高純度の生成物
を供給する押しのけサイクルは知られているが、
本発明は高純度の生成物を低いエネルギー消費に
よつて供給するのである。
問題点を解決するための手段
本発明は、上記目的を達成するために、混合供
給ガス流を少なくとも２つの生成物ガス流に分離
するための固定床型圧力変動式（PSA）吸着方
法を提供する。
給ガス流を少なくとも２つの生成物ガス流に分離
するための固定床型圧力変動式（PSA）吸着方
法を提供する。
基本的にいえば、本発明の方法は、
ガスを固定吸着床により高吸着性の（比較的吸
着され易い）第１成分と低吸着性の（比較的吸着
されにくい）第２成分とに分離するためのガス分
離方法であつて、 (a) 供給ガス混合物を吸着圧で吸着床へ通流して
供給ガス混合物から高吸着性成分を選択的に吸
着床に吸着させる吸着工程と、 (b) 高濃度の高吸着性成分を有するガスで前記供
給ガス混合物を押しのけて、低吸着性成分を前
記床の一部分から押しのける押しのけ工程と
と、 (c) 前記床の少なくとも２つの異なる部位から同
時にガスを抽出することによつて床を減圧する
減圧工程と、 (d) 前記床を再加圧する再加圧工程と、 から成る。
着され易い）第１成分と低吸着性の（比較的吸着
されにくい）第２成分とに分離するためのガス分
離方法であつて、 (a) 供給ガス混合物を吸着圧で吸着床へ通流して
供給ガス混合物から高吸着性成分を選択的に吸
着床に吸着させる吸着工程と、 (b) 高濃度の高吸着性成分を有するガスで前記供
給ガス混合物を押しのけて、低吸着性成分を前
記床の一部分から押しのける押しのけ工程と
と、 (c) 前記床の少なくとも２つの異なる部位から同
時にガスを抽出することによつて床を減圧する
減圧工程と、 (d) 前記床を再加圧する再加圧工程と、 から成る。
本発明の好ましい実施例では、併流減圧工程及
びパージ工程を含む。併流減圧工程は、上記押し
のけ工程の前に実施してもよく、後に実施しても
よい。
びパージ工程を含む。併流減圧工程は、上記押し
のけ工程の前に実施してもよく、後に実施しても
よい。
実施例
本発明は、２成分の分離を単一の吸着床で達成
する圧力変動式吸着法によるガス分離又は精製方
法を提供する。この方法の工程は、少なくとも２
つの成分を有するガス混合物を吸着床に吸着させ
る工程を含む。吸着床は、入力端即ち供給端と、
出力端即ち生成物排出端を有する。２成分のうち
一方の成分は他方の成分より吸着性が高い、即ち
吸着され易い。
する圧力変動式吸着法によるガス分離又は精製方
法を提供する。この方法の工程は、少なくとも２
つの成分を有するガス混合物を吸着床に吸着させ
る工程を含む。吸着床は、入力端即ち供給端と、
出力端即ち生成物排出端を有する。２成分のうち
一方の成分は他方の成分より吸着性が高い、即ち
吸着され易い。
吸着は、物質移動前面（吸着前面）が床内の理
想的な部位に位置するまで進行される。物質移動
前面とは、帯荷（既にガスを吸着した）吸着剤
と、未帯荷吸着剤との間の界面のことである。比
較的吸着性の高い（吸着され易い）成分（便宜
上、「高吸着性成分」とも称する）の代表は、二
酸化炭素、メタン又は一酸化炭素である。吸着性
の低い（吸着され難い）成分（便宜上、「低吸着
性成分」とも称する）の代表は、窒素又は水素で
ある。吸着過程は、物質移動前面が吸着床のほぼ
半ばに達するまで進行させることが望ましい。吸
着工程が床を十分に帯荷させるまで（床に十分に
吸着させるまで）進行すると、ガス混合物は、吸
着性の高い成分の濃度の高いガスによつて押しの
けられ、即ち置き換えられる。即ち、この吸着工
程は、床の供給端にある吸着性の低い成分を床の
生成物排出端へ押しのける作用をする。この押し
のけ作用は、吸着性の低い成分を床から実質的に
除去するので、高純度収率を得る上で極めて重要
である。更に、この押しのけ作用は、床の帯荷部
分には実質的に吸着性の高い成分だけが帯荷さ
れ、床の未帯荷部分には吸着性の低い成分が包含
されるようにする働きをする。
想的な部位に位置するまで進行される。物質移動
前面とは、帯荷（既にガスを吸着した）吸着剤
と、未帯荷吸着剤との間の界面のことである。比
較的吸着性の高い（吸着され易い）成分（便宜
上、「高吸着性成分」とも称する）の代表は、二
酸化炭素、メタン又は一酸化炭素である。吸着性
の低い（吸着され難い）成分（便宜上、「低吸着
性成分」とも称する）の代表は、窒素又は水素で
ある。吸着過程は、物質移動前面が吸着床のほぼ
半ばに達するまで進行させることが望ましい。吸
着工程が床を十分に帯荷させるまで（床に十分に
吸着させるまで）進行すると、ガス混合物は、吸
着性の高い成分の濃度の高いガスによつて押しの
けられ、即ち置き換えられる。即ち、この吸着工
程は、床の供給端にある吸着性の低い成分を床の
生成物排出端へ押しのける作用をする。この押し
のけ作用は、吸着性の低い成分を床から実質的に
除去するので、高純度収率を得る上で極めて重要
である。更に、この押しのけ作用は、床の帯荷部
分には実質的に吸着性の高い成分だけが帯荷さ
れ、床の未帯荷部分には吸着性の低い成分が包含
されるようにする働きをする。
それに続く併流減圧（ガス取出し）工程におい
て吸着前面が床の軽質生成物排出端（「軽質分排
出端」とも称する）に向けて更に前進し、比較的
軽質の成分が床から排出される。第３図は、ヘリ
ウム軽質分とメタン重質分との２成分ガス混合物
のための吸着床内のガス組成の分布を示す。第３
図のグラフの曲線Ａ，Ｂ及びＣは、それぞれ、吸
工程終了時、押しのけ工程終了時及び併流減圧工
程終了時の床内のガス組成の分布を表わす。各工
程Ａ，Ｂ，Ｃにおいてメタン前線は軽質分排出端
に向けて前進し、比較的多量のヘリウムが床から
押しのけられて軽質分排出端で回収される。第３
図は、併流減圧工程の前に押しのけ工程が行なわ
れる場合を示す。
て吸着前面が床の軽質生成物排出端（「軽質分排
出端」とも称する）に向けて更に前進し、比較的
軽質の成分が床から排出される。第３図は、ヘリ
ウム軽質分とメタン重質分との２成分ガス混合物
のための吸着床内のガス組成の分布を示す。第３
図のグラフの曲線Ａ，Ｂ及びＣは、それぞれ、吸
工程終了時、押しのけ工程終了時及び併流減圧工
程終了時の床内のガス組成の分布を表わす。各工
程Ａ，Ｂ，Ｃにおいてメタン前線は軽質分排出端
に向けて前進し、比較的多量のヘリウムが床から
押しのけられて軽質分排出端で回収される。第３
図は、併流減圧工程の前に押しのけ工程が行なわ
れる場合を示す。
第４図では、曲線Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ、吸
着工程終了時、併流減圧工程終了時及び押しのけ
工程終了時の床内のメタン（CH4）濃度をモル％
で表わす。併流減圧工程において排出された流出
ガスは、通常、他の床を再加圧するのに用いられ
る。併流減圧工程の実施は、押しのけガスの必要
量を少なくするので、供給ガスの吸着圧力が高い
場合に特に有利である。供給ガスの圧力が中庸な
いし低い圧力である場合は、別途に併流減圧工程
を行なわなくともかなり効率的なサイクルが可能
である。供給ガスと押しのけガスの相対的な量、
併流減圧工程の最終圧力及び床のサイズは、目標
重質成分の前線が床内に保たれ、軽質分排出端に
実質的に純粋の軽質分が包含されるように選択す
る。
着工程終了時、併流減圧工程終了時及び押しのけ
工程終了時の床内のメタン（CH4）濃度をモル％
で表わす。併流減圧工程において排出された流出
ガスは、通常、他の床を再加圧するのに用いられ
る。併流減圧工程の実施は、押しのけガスの必要
量を少なくするので、供給ガスの吸着圧力が高い
場合に特に有利である。供給ガスの圧力が中庸な
いし低い圧力である場合は、別途に併流減圧工程
を行なわなくともかなり効率的なサイクルが可能
である。供給ガスと押しのけガスの相対的な量、
併流減圧工程の最終圧力及び床のサイズは、目標
重質成分の前線が床内に保たれ、軽質分排出端に
実質的に純粋の軽質分が包含されるように選択す
る。
第３，４図を参照して説明すると、工程の順序
（シーケンス）は、第３図では吸着→押しのけ→
減圧の順であり、第４図では吸着→減圧→押しの
けの順である。
（シーケンス）は、第３図では吸着→押しのけ→
減圧の順であり、第４図では吸着→減圧→押しの
けの順である。
第３及び４図の場合を考察すると、等量の供給
ガスと押しのけガスが床へ通される。又、初期供
給圧と最終圧は同じにされる。第３図のシーケン
スの利点は、最高圧力でより多くの軽質分が得ら
れること、及び、最終濃度分布の傾斜が、第４図
の場合より僅かに急傾斜であることである。一
方、第４図のシーケンスの利点は、押しのけガス
の所要圧力が比較的低くてよいことである。又、
時間を節約するために、工程ＢとＣを同時に実施
することも可能である。いずれにしても、工程Ｃ
が終了した時点では、床の供給端には実質的に純
粋の高吸着性成分が包含され、床の生成物排出端
には低吸着性の軽質成分が包含される。
ガスと押しのけガスが床へ通される。又、初期供
給圧と最終圧は同じにされる。第３図のシーケン
スの利点は、最高圧力でより多くの軽質分が得ら
れること、及び、最終濃度分布の傾斜が、第４図
の場合より僅かに急傾斜であることである。一
方、第４図のシーケンスの利点は、押しのけガス
の所要圧力が比較的低くてよいことである。又、
時間を節約するために、工程ＢとＣを同時に実施
することも可能である。いずれにしても、工程Ｃ
が終了した時点では、床の供給端には実質的に純
粋の高吸着性成分が包含され、床の生成物排出端
には低吸着性の軽質成分が包含される。
本発明によれば、次ぎに、床の少なくとも２つ
の異なる部位から同時にガスを取出すことによつ
て床を減圧する。即ち、高吸着性成分を床の側部
取出し部位から、又は、床の供給端から、又は、
それらの両方の部位から回収する。床の軽質分排
出端からは実質的に純粋の低吸着性成分を回収す
る。このような２部位又は３部位減圧（ガスの取
出し又は回収）は、固定部位を通して行なうこと
ができるが、手動調節自在の弁又は制御弁を用い
ることができる。例えば、軽質分排出端に固定弁
を配置し、他方の取出し部位に往復圧縮機を設け
ることができる。弁の開度を適正に調節すること
によつ床内の物質移動前線即ち吸着前線の近くに
ゼロ流れ平面を設定することができる。例えば供
給ガスの組成のような処理条件が変わつた場合、
弁の開度又は圧縮機の吸入速度を調節することに
よつてゼロ流れ平面の位置を容易に変更すること
ができる。ここでいう「２部位減圧」即ち「両端
減圧」（DED）は、第５Ａ図に示されるように併
流及び向流を同時に用いて床を減圧することに限
定されるものではない。側部取出し部位を設けれ
ば、床全体を併流によつて減圧する場合にもゼロ
流れ平面を設定することができる。そのような例
は第５Ｂ図に示されている。第５Ｂ図の例では、
床の、側部取出し部位より上方の部分は軽質分排
出端の方に向けて減圧され（ガスが取出され）床
の、側部取出し部位より下方の部分は側部取出し
部位の方に向けて減圧される。床の上方部分も、
下方部分も、併流態様で減圧され、純粋な重質成
分は側部取出し部位で得られる。第５Ｂ図の減圧
方式では、若干のガスが「ゼロ流れ平面」を通つ
て軽質分排出端に向かつて流れることがあり、従
つて、この場合正確にはゼロ流れ平面は「僅少流
れ平面」となる。このような現象は、流量調節が
不適当であるために生じることがあるが、より安
定した制御を確保するために、あるいは処理条件
に僅かな変動があつた場合に目標軽質成分が側部
取出し部位へ漏出することがないようにするため
に、意図的に「僅少流れ平面」を設定することも
できる。
の異なる部位から同時にガスを取出すことによつ
て床を減圧する。即ち、高吸着性成分を床の側部
取出し部位から、又は、床の供給端から、又は、
それらの両方の部位から回収する。床の軽質分排
出端からは実質的に純粋の低吸着性成分を回収す
る。このような２部位又は３部位減圧（ガスの取
出し又は回収）は、固定部位を通して行なうこと
ができるが、手動調節自在の弁又は制御弁を用い
ることができる。例えば、軽質分排出端に固定弁
を配置し、他方の取出し部位に往復圧縮機を設け
ることができる。弁の開度を適正に調節すること
によつ床内の物質移動前線即ち吸着前線の近くに
ゼロ流れ平面を設定することができる。例えば供
給ガスの組成のような処理条件が変わつた場合、
弁の開度又は圧縮機の吸入速度を調節することに
よつてゼロ流れ平面の位置を容易に変更すること
ができる。ここでいう「２部位減圧」即ち「両端
減圧」（DED）は、第５Ａ図に示されるように併
流及び向流を同時に用いて床を減圧することに限
定されるものではない。側部取出し部位を設けれ
ば、床全体を併流によつて減圧する場合にもゼロ
流れ平面を設定することができる。そのような例
は第５Ｂ図に示されている。第５Ｂ図の例では、
床の、側部取出し部位より上方の部分は軽質分排
出端の方に向けて減圧され（ガスが取出され）床
の、側部取出し部位より下方の部分は側部取出し
部位の方に向けて減圧される。床の上方部分も、
下方部分も、併流態様で減圧され、純粋な重質成
分は側部取出し部位で得られる。第５Ｂ図の減圧
方式では、若干のガスが「ゼロ流れ平面」を通つ
て軽質分排出端に向かつて流れることがあり、従
つて、この場合正確にはゼロ流れ平面は「僅少流
れ平面」となる。このような現象は、流量調節が
不適当であるために生じることがあるが、より安
定した制御を確保するために、あるいは処理条件
に僅かな変動があつた場合に目標軽質成分が側部
取出し部位へ漏出することがないようにするため
に、意図的に「僅少流れ平面」を設定することも
できる。
ここでいう「併流減圧」とは、吸着床からガス
を吸着方向に抽出して減圧することをいう。
を吸着方向に抽出して減圧することをいう。
第５Ｃ図に示されるように、床の３つの異なる
部位からガスを抽出することも可能である。その
場合、床内に２つのゼロ流れ平面を設定する。
部位からガスを抽出することも可能である。その
場合、床内に２つのゼロ流れ平面を設定する。
ここで留意すべきことは、DED（両端減圧）法
を用いる場合、前以て床をすすがないでは、即ち
床の供給端から軽質分を押しのけないでは、
DEDだけで２つの目標成分の良好な分離を達成
することができないことである。押しのけ工程と
DED工程の組合わせによつて始めて所望の結果
が得られるのである。なかんずく、この点が、目
標成分の完全な分離を達成することができない米
国特許4589888号で代表される従来技術と比較し
て明確に異なる点である。
を用いる場合、前以て床をすすがないでは、即ち
床の供給端から軽質分を押しのけないでは、
DEDだけで２つの目標成分の良好な分離を達成
することができないことである。押しのけ工程と
DED工程の組合わせによつて始めて所望の結果
が得られるのである。なかんずく、この点が、目
標成分の完全な分離を達成することができない米
国特許4589888号で代表される従来技術と比較し
て明確に異なる点である。
両端減圧工程が終了したならば、床をその生成
物排出端から純粋水素及びパージ用流出ガスでパ
ージすることができる。あるいは、単に、「純粋
流出ガス」を燃料ガスとして用いてもよく、ある
いは圧縮して供給ガスに加えてもよい。あるいは
又、パージ工程無しに床を再加圧することもでき
る。
物排出端から純粋水素及びパージ用流出ガスでパ
ージすることができる。あるいは、単に、「純粋
流出ガス」を燃料ガスとして用いてもよく、ある
いは圧縮して供給ガスに加えてもよい。あるいは
又、パージ工程無しに床を再加圧することもでき
る。
再端減圧工程で回収された高吸着性ガスの一部
分は、再圧縮して押しのけ工程に使用するのが好
都合である。
分は、再圧縮して押しのけ工程に使用するのが好
都合である。
サイクルは、吸着床を再加圧することで完了す
る。本発明の方法を実施することができるように
従来の圧力変動式吸着装置を簡単に改変すること
ができる。例えば、本発明の実施には、並列多吸
着床装置を用いることができる。当業者ならば、
過度の実験を行なう必要無しに、最適のガス分離
を達成するための物質移動前線の最適位置を決定
することができる。
る。本発明の方法を実施することができるように
従来の圧力変動式吸着装置を簡単に改変すること
ができる。例えば、本発明の実施には、並列多吸
着床装置を用いることができる。当業者ならば、
過度の実験を行なう必要無しに、最適のガス分離
を達成するための物質移動前線の最適位置を決定
することができる。
第１図を参照して説明すると、単一のPSA（圧
力変動式吸着）装置１が示されている。この実施
例では、並列装置の４つの吸着床から成るシステ
ムが示されているが、高効率サイクルにおいては
５ないし12の吸着床を用いることができる。
力変動式吸着）装置１が示されている。この実施
例では、並列装置の４つの吸着床から成るシステ
ムが示されているが、高効率サイクルにおいては
５ないし12の吸着床を用いることができる。
高吸着性の第１成分と低吸着性の第２成分から
成る供給ガスを、第２図の濃度分布が設定される
までマニホールド管２及び個々の供給端導管３，
４，５，６を通して吸着床７，８，９，１０の供
給端へ圧入する。次いで、この供給ガスを、導管
２０を通して下流から導入するガスによつて押し
のける。好ましくは、導管２０内のガスは、圧縮
機２１によつて吸着圧にまで圧縮してから導管２
３を通し個々の押しのけ導管２４，２５，２６，
２７を経て各吸着床へ押しのけ用ガスとして循環
することが好ましい。更に、この圧縮されたガス
は導管２２を介して他の吸着システムへ循環させ
ることもできる。「重質」ガス生成物は、導管２
０，２２又は２３から最終生成物として系外へ抽
出することができる。
成る供給ガスを、第２図の濃度分布が設定される
までマニホールド管２及び個々の供給端導管３，
４，５，６を通して吸着床７，８，９，１０の供
給端へ圧入する。次いで、この供給ガスを、導管
２０を通して下流から導入するガスによつて押し
のける。好ましくは、導管２０内のガスは、圧縮
機２１によつて吸着圧にまで圧縮してから導管２
３を通し個々の押しのけ導管２４，２５，２６，
２７を経て各吸着床へ押しのけ用ガスとして循環
することが好ましい。更に、この圧縮されたガス
は導管２２を介して他の吸着システムへ循環させ
ることもできる。「重質」ガス生成物は、導管２
０，２２又は２３から最終生成物として系外へ抽
出することができる。
導管２３内の下流ガスは、高吸着性成分の濃度
が高く、従つて、この下流ガスが吸着床７，８，
９，１０の供給端へ流入すると、床の供給端に残
つている供給ガス中の低吸着性成分を床の生成物
排出端にむけて移動させる（押しのける）。下流
ガスによる供給ガスのこの押しのけは、床の「す
すぎ」又は「共パージ」とみなすことができ、実
質的に純粋な「重質」生成物を得るのに必要であ
る。
が高く、従つて、この下流ガスが吸着床７，８，
９，１０の供給端へ流入すると、床の供給端に残
つている供給ガス中の低吸着性成分を床の生成物
排出端にむけて移動させる（押しのける）。下流
ガスによる供給ガスのこの押しのけは、床の「す
すぎ」又は「共パージ」とみなすことができ、実
質的に純粋な「重質」生成物を得るのに必要であ
る。
以下に本発明を具体的に実施した例を述べる。
例 １
Ａ 70モル％のH2、５モル％のCO、１モル％の
CH4、及び24モル％のCO2を含む８Kgモルの供
給ガスを、高さ６ｍの活性炭層と高さ２ｍの13
〆モリキユラーシーブから成る高さ８ｍ直径１
ｍの吸着床へ通す。供給ガスの温度は35゜、圧
力は2.2MPa（メガパスカル）である。
CH4、及び24モル％のCO2を含む８Kgモルの供
給ガスを、高さ６ｍの活性炭層と高さ２ｍの13
〆モリキユラーシーブから成る高さ８ｍ直径１
ｍの吸着床へ通す。供給ガスの温度は35゜、圧
力は2.2MPa（メガパスカル）である。
Ｂ 上記吸着工程Ａの終了後、98.5モル％の
CO2、0.5モル％のCO、0.6％のCH4、及び0.4％
のH2を含む1.6Kgの押しのけガスを2.2MPaの
圧力で床の供給端へ通す。吸着工程Ａ及び押し
のけ工程Ｂのいずれにおいても、99.999％の純
度の水素が軽質生成物排出端即ち床の頂端から
流出する。
CO2、0.5モル％のCO、0.6％のCH4、及び0.4％
のH2を含む1.6Kgの押しのけガスを2.2MPaの
圧力で床の供給端へ通す。吸着工程Ａ及び押し
のけ工程Ｂのいずれにおいても、99.999％の純
度の水素が軽質生成物排出端即ち床の頂端から
流出する。
Ｃ 次いで、吸着床を併流により２段階で
2.2MPaから0.8MPaへ減圧し（ガスを取出し）、
床の頂端で得られた純度99.996％の水素を利用
して他の吸着床を再加圧する。この工程の終了
時では、床はその約６ｍの高さのところまで実
質的に水素を包含していない。
2.2MPaから0.8MPaへ減圧し（ガスを取出し）、
床の頂端で得られた純度99.996％の水素を利用
して他の吸着床を再加圧する。この工程の終了
時では、床はその約６ｍの高さのところまで実
質的に水素を包含していない。
Ｄ 次いで、純度98.5％の二酸化炭素を床の供給
端から、純度99.992％の水素を床の頂端から同
時に抽出することによつて床を0.12MPa、即ち
1.2Barにまで減圧する。この水素流を利用し
て他の床をパージし、一方、床の供給端で得ら
れた３Kgモルの二酸化炭素のうち1.6Kgモルの
二酸化炭素2.2MPaにまで圧縮して他の床の工
程Ｂに使用し、残りの1.4Kgモルの二酸化炭素
は純度98.5％の二酸化炭素生成物として利用す
ることができる。
端から、純度99.992％の水素を床の頂端から同
時に抽出することによつて床を0.12MPa、即ち
1.2Barにまで減圧する。この水素流を利用し
て他の床をパージし、一方、床の供給端で得ら
れた３Kgモルの二酸化炭素のうち1.6Kgモルの
二酸化炭素2.2MPaにまで圧縮して他の床の工
程Ｂに使用し、残りの1.4Kgモルの二酸化炭素
は純度98.5％の二酸化炭素生成物として利用す
ることができる。
Ｅ 次いで、床を他の床の工程Ｄで得られた水素
により0.12MPaの圧力でパージする。供給端側
から流出するパージ流出ガスは、0.52Kgモルの
二酸化炭素、0.08Kgモルのメタン、0.4Kgの一
酸化炭素及び0.4Kgモルの水素を包含している。
このパージ流出ガスは、燃料ガス又はその他の
目的に利用することができる。
により0.12MPaの圧力でパージする。供給端側
から流出するパージ流出ガスは、0.52Kgモルの
二酸化炭素、0.08Kgモルのメタン、0.4Kgの一
酸化炭素及び0.4Kgモルの水素を包含している。
このパージ流出ガスは、燃料ガス又はその他の
目的に利用することができる。
Ｆ 次いで、床を水素によつて２段階で再加圧す
る。即ち、まず、工程Ｃで得られた水素を用い
て1.5MPaに再加圧し、次ぎに工程Ａ及びＢで
得られた水素の一部により約2.2MPaに再加圧
する。
る。即ち、まず、工程Ｃで得られた水素を用い
て1.5MPaに再加圧し、次ぎに工程Ａ及びＢで
得られた水素の一部により約2.2MPaに再加圧
する。
この例では、８Kgモルの供給ガスが、5.2Kgモ
ルの99.999％純粋水素と、1.4Kgモルの98.5％純粋
二酸化炭素と、1.4Kgモルの燃料ガスとに分離さ
れた。８つの単一吸着床を用いた１サイクルでは
320Kgモル／時の供給流量で処理することができ
る。工程Ｂ及びＤを両方とも用いなければ、上述
の分離は、複数個の単一床を用いた単一PSA装
置では達成できない。
ルの99.999％純粋水素と、1.4Kgモルの98.5％純粋
二酸化炭素と、1.4Kgモルの燃料ガスとに分離さ
れた。８つの単一吸着床を用いた１サイクルでは
320Kgモル／時の供給流量で処理することができ
る。工程Ｂ及びＤを両方とも用いなければ、上述
の分離は、複数個の単一床を用いた単一PSA装
置では達成できない。
例 ２
Ａ 66モル％のH2、30％のCO、3.7モル％の
CO2、及び0.3モル％のH2Oを含む供給ガスを
2MPaの圧力で活性炭層から成る吸着床へ通
す。床の軽質生成物排出端では吸着流出ガスと
して99.998％純粋水素が得られる。
CO2、及び0.3モル％のH2Oを含む供給ガスを
2MPaの圧力で活性炭層から成る吸着床へ通
す。床の軽質生成物排出端では吸着流出ガスと
して99.998％純粋水素が得られる。
Ｂ 次いで床を併流により0.8MPaにまで減圧す
る。
る。
Ｃ 28モル％のCO2、0.8モル％のH2O70.5モル％
のCO、及び0.7％のH2を含む押しのけガスを床
の供給端へ通す。工程Ｂ及びＣで得られた水素
を利用して他の床を再加圧する。この吸着工程
の終了時には、床の供給端と、供給端から床の
約70％の高さのところに位置する側部取出し部
位との間の床部分からは実質的にすべての水素
が押しのけられている。しかし、床の残り30％
内には、まだ、水素が、即ちCO−H2前線が存
在し、床の残り８％には99.99％純粋の水素が
包含されている。それと共に、CO2前線が、床
の高さの約18％のところ、即ち供給端に近いと
ころに存在する。
のCO、及び0.7％のH2を含む押しのけガスを床
の供給端へ通す。工程Ｂ及びＣで得られた水素
を利用して他の床を再加圧する。この吸着工程
の終了時には、床の供給端と、供給端から床の
約70％の高さのところに位置する側部取出し部
位との間の床部分からは実質的にすべての水素
が押しのけられている。しかし、床の残り30％
内には、まだ、水素が、即ちCO−H2前線が存
在し、床の残り８％には99.99％純粋の水素が
包含されている。それと共に、CO2前線が、床
の高さの約18％のところ、即ち供給端に近いと
ころに存在する。
Ｄ 次いで、吸着床を下記の３つの異なる部位で
同時にガスを取出すことによつて0.8MPaから
0.1MPaへ減圧する。
同時にガスを取出すことによつて0.8MPaから
0.1MPaへ減圧する。
(1) 99.99％純粋水素を床の軽質生成物排出端
から取出し、他の床をパージするのに使用す
る。
から取出し、他の床をパージするのに使用す
る。
(2) 99％純粋CO2を側部取出し部位から抽出
し、二酸化炭素生成物として利用する。
し、二酸化炭素生成物として利用する。
(3) 28％の二酸化炭素及び70.5％の一酸化炭素
を含むガスを供給端から取出し、他の床のす
すぎ、即ち水素押しのけのために利用する。
を含むガスを供給端から取出し、他の床のす
すぎ、即ち水素押しのけのために利用する。
工程Ｄ中、床内には２つのゼロ流れ平面が設
定される。即ち、１つは、供給端から床の高さ
約20％のところに設定され、他の１つは、供給
端から床の高さ約70％のところに設定される。
床の高さ０％のところから20％のところまでの
間の床部分は、向流によつて減圧され、床の高
さ20％のところから70％のところまでの間の床
部分は、側部取出し部位への併流によつて減圧
され、残りの床部分は、軽質生成物排出端に向
かつて減圧される。（第５図Ｃ参照） Ｅ 次いで、工程Ｄから得られた純度99.99％の
水素によつて床をパージする。パージ流出ガス
は、25モル％の二酸化酸素、１モル％の水、38
モル％の一酸化炭素、、及び36モル％の水素を
を包含している。このパージ流出ガスは、燃料
ガス又はその他の目的に利用することができ
る。
定される。即ち、１つは、供給端から床の高さ
約20％のところに設定され、他の１つは、供給
端から床の高さ約70％のところに設定される。
床の高さ０％のところから20％のところまでの
間の床部分は、向流によつて減圧され、床の高
さ20％のところから70％のところまでの間の床
部分は、側部取出し部位への併流によつて減圧
され、残りの床部分は、軽質生成物排出端に向
かつて減圧される。（第５図Ｃ参照） Ｅ 次いで、工程Ｄから得られた純度99.99％の
水素によつて床をパージする。パージ流出ガス
は、25モル％の二酸化酸素、１モル％の水、38
モル％の一酸化炭素、、及び36モル％の水素を
を包含している。このパージ流出ガスは、燃料
ガス又はその他の目的に利用することができ
る。
Ｆ 次いで、床を水素によつて2MPaに再加圧す
る。
る。
この例では、供給ガスが、下記の３つの流れ
に分離された。
に分離された。
(1) 全水素のうち92％が99.998％純粋水素とし
て回収された。…第１の流れ (2) 全一酸化炭素中81％が99％純粋一酸化炭素
として回収された。…第２の流れ (3) 第３の流れは、残りの水素及び一酸化炭素
と、二酸化炭素および水のはほぼ全部であ
る。
て回収された。…第１の流れ (2) 全一酸化炭素中81％が99％純粋一酸化炭素
として回収された。…第２の流れ (3) 第３の流れは、残りの水素及び一酸化炭素
と、二酸化炭素および水のはほぼ全部であ
る。
これと同様の分離は、例２の工程Ｄを下記の２
つの工程に分割しても得られるであろう。
つの工程に分割しても得られるであろう。
(D1) 床の軽質生成物排出端から水素を、そして
床の側部取出し部位から一酸化炭素を同時に抽
出して併流により0.8MPaから0.26MPaにまで
減圧する工程と、 (D2) 床の頂端から水素を、そして床の供給端か
ら28％の二酸化炭素及び70.5％の一酸化炭素を
含むガスを同時に抽出して床を0.26MPaから
0.1MPaにまで減圧する工程。
床の側部取出し部位から一酸化炭素を同時に抽
出して併流により0.8MPaから0.26MPaにまで
減圧する工程と、 (D2) 床の頂端から水素を、そして床の供給端か
ら28％の二酸化炭素及び70.5％の一酸化炭素を
含むガスを同時に抽出して床を0.26MPaから
0.1MPaにまで減圧する工程。
このように工程Ｄを工程D1とD2に分割するに
は、１つの追加の吸着床を必要とする場合がある
が、得られた一酸化炭素ガスを圧縮するための圧
縮機及び押しのけガスを圧縮するための圧縮機の
設計が簡単になりそれらの圧縮機をより円滑に作
動させることができる。
は、１つの追加の吸着床を必要とする場合がある
が、得られた一酸化炭素ガスを圧縮するための圧
縮機及び押しのけガスを圧縮するための圧縮機の
設計が簡単になりそれらの圧縮機をより円滑に作
動させることができる。
例２の方法によるガス分離は、下記の９つの単
一吸着床から成る単一PSA装置によつて実施す
ることができる。
一吸着床から成る単一PSA装置によつて実施す
ることができる。
床番号 工 程
１ 吸着
２ 吸着
３ 併流減圧、
床間の圧力平衡化１、２
４ 押しのけ
５ 両端減圧１
６ 両端減圧２
７ パージ
８ 圧力平衡化−再加圧２
９ 圧力平衡化１及び最終再加圧
下記のように６つの単一吸着床から成るPSA
装置を用いれば、多少能率は低下するが、安い装
置費で同じガス分離を行なうことができる。
装置を用いれば、多少能率は低下するが、安い装
置費で同じガス分離を行なうことができる。
床番号 工 程
１ 吸着
２ 押しのけと同時に併流減圧
圧力平衡化１、２
３ ３部位減圧
４ パージ
５ 圧力平衡化−再加圧２
６ 圧力平衡化１及び最終再加圧
通常ならば、単一床式システムでは物質移動前
線が困難な問題を惹起することがある。例えば、
第２図を参照して説明すると、物質移動前線３４
が吸着床３７から押しのけられ（変位され）、第
２図に曲線として示されているように右方へ移動
すると、吸着性の低い生成物が不純になる。なぜ
なら、吸着床が被吸着物（吸着された物質）で飽
和状態に成り、その結果、被吸着物の、比較的純
粋な流出生成物への漏入が生じるからである。不
純化は、向流減圧が開始されたとき物質移動前線
が床の内部に残されている場合にも生じる。第２
図の例では物質の流れ方向は矢印３８と３９で示
されている。吸着床３７の生成物排出端に存在す
る低吸着性物質３６が、吸着床の供給端を通つて
流出する際高吸着性物質３５と混ざる。
線が困難な問題を惹起することがある。例えば、
第２図を参照して説明すると、物質移動前線３４
が吸着床３７から押しのけられ（変位され）、第
２図に曲線として示されているように右方へ移動
すると、吸着性の低い生成物が不純になる。なぜ
なら、吸着床が被吸着物（吸着された物質）で飽
和状態に成り、その結果、被吸着物の、比較的純
粋な流出生成物への漏入が生じるからである。不
純化は、向流減圧が開始されたとき物質移動前線
が床の内部に残されている場合にも生じる。第２
図の例では物質の流れ方向は矢印３８と３９で示
されている。吸着床３７の生成物排出端に存在す
る低吸着性物質３６が、吸着床の供給端を通つて
流出する際高吸着性物質３５と混ざる。
不純化現象は、床３７の供給端と生成物排出端
の両方を同時に減圧すれば、回避される。このよ
うな操作を「両端減圧」（DED）と称する。その
場合、比較的吸着性の高い被吸着物質３５は矢印
３９の方向に流れ、比較的吸着性の低い被吸着物
質３６は矢印３８の方向に流れる。かくして、実
質的に純粋な高吸着性物質が床の供給端から得ら
れ、実質的に純粋な低吸着性物質が床の生成物排
出端から得られる。
の両方を同時に減圧すれば、回避される。このよ
うな操作を「両端減圧」（DED）と称する。その
場合、比較的吸着性の高い被吸着物質３５は矢印
３９の方向に流れ、比較的吸着性の低い被吸着物
質３６は矢印３８の方向に流れる。かくして、実
質的に純粋な高吸着性物質が床の供給端から得ら
れ、実質的に純粋な低吸着性物質が床の生成物排
出端から得られる。
第２図は、両端減圧の開始時における床内濃度
分布の一例である。両端減圧が始まると、ゼロ流
れ平面４０が設定される。ゼロ流れ平面４０の左
側床内の物質は、向流方向即ち矢印３９の方向に
流れる。一方、ゼロ流れ平面４０の右側床内の物
質は、併流方向即ち矢印３８の方向に流れる。ゼ
ロ流れ平面４０の両側で流量が徐々に増大し、床
の両端において最大限に達する。
分布の一例である。両端減圧が始まると、ゼロ流
れ平面４０が設定される。ゼロ流れ平面４０の左
側床内の物質は、向流方向即ち矢印３９の方向に
流れる。一方、ゼロ流れ平面４０の右側床内の物
質は、併流方向即ち矢印３８の方向に流れる。ゼ
ロ流れ平面４０の両側で流量が徐々に増大し、床
の両端において最大限に達する。
床の両端における相対流量がゼロ流れ平面の位
置を決定するので、床の両端の流量制御は重要で
ある。両端減圧工程中は床の供給端からの流出物
の方が床の生成物排出端からの流出物より量が多
いので流量は床の両端で異なる。
置を決定するので、床の両端の流量制御は重要で
ある。両端減圧工程中は床の供給端からの流出物
の方が床の生成物排出端からの流出物より量が多
いので流量は床の両端で異なる。
床のこのような偏り減圧（ガスの抽出）の理由
は２つある。第１の理由は、床のうち高吸着性成
分で帯荷される部分の方が大きいことである。第
２の理由は、低吸着物質より高吸着性物質の方が
同じ圧力で床に捕捉されている量が多いことであ
る。従つて、圧力が床の両端から同時に低下され
ていくにつれて床から解放されていく物質の量
は、低吸着物質より高吸着性物質の方が多い。
は２つある。第１の理由は、床のうち高吸着性成
分で帯荷される部分の方が大きいことである。第
２の理由は、低吸着物質より高吸着性物質の方が
同じ圧力で床に捕捉されている量が多いことであ
る。従つて、圧力が床の両端から同時に低下され
ていくにつれて床から解放されていく物質の量
は、低吸着物質より高吸着性物質の方が多い。
床の両端における相対流量の制御は簡単に行な
うことができる。例えば、第１図において、導管
１５又は２０によつて構成されるマニホールド
に、あるいは、ここの導管１１，１２，１３，１
４又は１６，１７，１８，１９に限界流量を有す
る定位置弁を配設することができる。あるいは、
定位置弁の代わりに容積型圧縮機を用いることも
できる。両端減圧工程は、吸着床が所定の脱着圧
レベルにまで減圧されれば完了する。
うことができる。例えば、第１図において、導管
１５又は２０によつて構成されるマニホールド
に、あるいは、ここの導管１１，１２，１３，１
４又は１６，１７，１８，１９に限界流量を有す
る定位置弁を配設することができる。あるいは、
定位置弁の代わりに容積型圧縮機を用いることも
できる。両端減圧工程は、吸着床が所定の脱着圧
レベルにまで減圧されれば完了する。
両端減圧工程が完了したならば、吸着床をパー
ジすることが好ましい。パージは、一般に、吸着
性の低いガスを用いて向流によつて行なう。パー
ジ流出ガス（パージを実施することによつて床か
ら流出したガス）は、燃料として使用しても浴、
あるいは、圧縮して供給ガスへ加えてもよい。か
くして、吸着床は、次ぎの吸着サイクルの準備態
勢が整い、改めてパージ工程を行なう必要無しに
再加圧することができる。
ジすることが好ましい。パージは、一般に、吸着
性の低いガスを用いて向流によつて行なう。パー
ジ流出ガス（パージを実施することによつて床か
ら流出したガス）は、燃料として使用しても浴、
あるいは、圧縮して供給ガスへ加えてもよい。か
くして、吸着床は、次ぎの吸着サイクルの準備態
勢が整い、改めてパージ工程を行なう必要無しに
再加圧することができる。
サイクル操作においては、各サイクルにおいて
物質移動前線３４（従つて濃度分布曲線）（第２
図）を正確に同じ位置に位置させるために供給ガ
ス及び共パージガスの流量及びサイクル時間を制
御することが困難である場合が多い。供給ガス兼
及びパージガスの流量又は吸着時間を増大させる
と、物質移動前線３４は徐々に併流により吸着床
の生成物排出端の方へ移動する。反対に、供給ガ
ス兼及びパージガスの流量又は吸着時間を減少さ
せると、物質移動前線３４は徐々に向流により吸
着床の供給端の方へ移動する。
物質移動前線３４（従つて濃度分布曲線）（第２
図）を正確に同じ位置に位置させるために供給ガ
ス及び共パージガスの流量及びサイクル時間を制
御することが困難である場合が多い。供給ガス兼
及びパージガスの流量又は吸着時間を増大させる
と、物質移動前線３４は徐々に併流により吸着床
の生成物排出端の方へ移動する。反対に、供給ガ
ス兼及びパージガスの流量又は吸着時間を減少さ
せると、物質移動前線３４は徐々に向流により吸
着床の供給端の方へ移動する。
本発明によれば、吸着床内の物質移動前線３４
の位置の実質的に安定した制御を確保するために
は、前端減圧工程を行なう前に、多少の物質移動
前線の位置決め操作と併流減圧工程を行ない、物
質移動前線を併流により床の生成物排出端の方へ
寄せておくことが好ましいことが認められた。物
質移動前線を床の生成物排出端の方へ寄せ過ぎた
場合は、若干のガスを床の側部取出し部位から抽
出すればよい。そのような側部取出し部位には例
えば市販のブリーダ弁を用いることができる。
の位置の実質的に安定した制御を確保するために
は、前端減圧工程を行なう前に、多少の物質移動
前線の位置決め操作と併流減圧工程を行ない、物
質移動前線を併流により床の生成物排出端の方へ
寄せておくことが好ましいことが認められた。物
質移動前線を床の生成物排出端の方へ寄せ過ぎた
場合は、若干のガスを床の側部取出し部位から抽
出すればよい。そのような側部取出し部位には例
えば市販のブリーダ弁を用いることができる。
吸着床は、ゼオライトモリキユラーシーブ、活
性炭、シリカゲル、活性アルミナ、及びそれらの
混合物又は組合わせから成る群から選択された部
材を含む材料とすることができる。本発明の方法
の実施には実際上任意の選択吸着性材料を用いる
ことができることは当業者には明らかであろう。
性炭、シリカゲル、活性アルミナ、及びそれらの
混合物又は組合わせから成る群から選択された部
材を含む材料とすることができる。本発明の方法
の実施には実際上任意の選択吸着性材料を用いる
ことができることは当業者には明らかであろう。
本発明によつて分離することができるガス混合
物は、通常、比較的高い吸着性の成分と比較的低
い吸着性の成分を含む少なくとも２つの成分を有
するものである。分離可能なガス成分を「重質」
成分と、「軽質」成分の２つの成分として考える
のが有益なことが多い。ガス成分のそのような特
性は、使用される吸着材の種類によつて異なる場
合がある。
物は、通常、比較的高い吸着性の成分と比較的低
い吸着性の成分を含む少なくとも２つの成分を有
するものである。分離可能なガス成分を「重質」
成分と、「軽質」成分の２つの成分として考える
のが有益なことが多い。ガス成分のそのような特
性は、使用される吸着材の種類によつて異なる場
合がある。
本発明は、２成分ガス混合物にも、それより複
雑なガス混合物にも適用することができる。例え
ば、空気は、本発明の方法によれば多サイクル処
理によつていろいろな亜成分に分離することがで
きる。即ち、純粋な亜成分が分離されるまで多サ
イクルは実施することができる。第１サイクルで
は、複雑ガス混合物を吸着床に装入し、次いで、
その混合物の最も吸着性の高い成分から成る押し
のけ用ガスを用いて床を「共パージ」して吸着性
の低い成分を上流へ移動させる。次ぎに、両端減
圧を行なえば、吸着性の高い成分が床の供給端か
ら分離抽出され、吸着性の低い成分は床の生成物
排出炭から分離抽出される。この第１サイクルで
得られた２つの生成物を更に細かく分離するため
に第２、第３のサイクルを行なうことができる。
雑なガス混合物にも適用することができる。例え
ば、空気は、本発明の方法によれば多サイクル処
理によつていろいろな亜成分に分離することがで
きる。即ち、純粋な亜成分が分離されるまで多サ
イクルは実施することができる。第１サイクルで
は、複雑ガス混合物を吸着床に装入し、次いで、
その混合物の最も吸着性の高い成分から成る押し
のけ用ガスを用いて床を「共パージ」して吸着性
の低い成分を上流へ移動させる。次ぎに、両端減
圧を行なえば、吸着性の高い成分が床の供給端か
ら分離抽出され、吸着性の低い成分は床の生成物
排出炭から分離抽出される。この第１サイクルで
得られた２つの生成物を更に細かく分離するため
に第２、第３のサイクルを行なうことができる。
第１図は、本発明を実施するための装置の該略
図、第２図は、第１図の吸着床の１つにおける作
動状態を表わすグラフ、第３図及び４図は、工程
(A)、(B)及び(C)の終了時における吸着床内の状態を
表わすグラフ、第５図は、本発明の方法を実施す
るための多床式システムの概略図である。 １：PSA装置、３，４，５，６：供給端導管、
７，８，９，１０：吸着床、２１：圧縮手段、２
４，２５，２６，２７：押しのけ導管。
図、第２図は、第１図の吸着床の１つにおける作
動状態を表わすグラフ、第３図及び４図は、工程
(A)、(B)及び(C)の終了時における吸着床内の状態を
表わすグラフ、第５図は、本発明の方法を実施す
るための多床式システムの概略図である。 １：PSA装置、３，４，５，６：供給端導管、
７，８，９，１０：吸着床、２１：圧縮手段、２
４，２５，２６，２７：押しのけ導管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガスを固定吸着床により高吸着性成分と、低
吸着性成分とに分離するためのガス分離方法であ
つて、 (a) 供給ガス混合物を吸着圧で吸着床へ通流して
供給ガス混合物から高吸着性成分を選択的に吸
着床に吸着させる吸着工程と、 (b) 高濃度の高吸着性成分を有するガスで前記供
給ガス混合物を押しのけて、低吸着性成分を前
記床の一部分から押しのける押しのけ工程と、 (c) 前記床の少くとも２つの異なる部位から同時
にガスを抽出して、床の生成物排出端から実質
的に純粋の低吸着性成分を回収し、床の該異な
る部位のうちの少くとも１つの部位から高吸着
性成分を回収することによつて床を減圧する減
圧工程と、 (d) 前記床を再加圧する再加圧工程と、 から成る方法。 ２ 前記減圧工程は、前記吸着床の供給端と生成
物排出端とから同時にガスを抽出することから成
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
方法。 ３ 前記減圧工程は、前記吸着床の側部取出し部
位と生成物排出端とから同時にガスを抽出するこ
とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の方法。 ４ 前記減圧工程は、前記吸着床の供給端と生成
物排出端と側部取出し部位とから同時にガスを抽
出することから成ることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の方法。 ５ 前記再加圧工程の前に前記吸着床を前記低吸
着性成分によつてパージするパージ工程を含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
法。 ６ 前記パージ工程は、前記減圧工程において吸
着床の生成物排出端から得られたパージガスで行
うことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
方法。 ７ 前記吸着工程と押しのけ工程とは実質的に同
じ圧力で行うことを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の方法。 ８ 床の少くとも２つの異なる部位から同時にガ
スを抽出することによつて床を減圧する前記減圧
工程の前に床を併流方向に減圧する併流減圧工程
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の方法。 ９ 前記併流減圧工程は、床の生成物排出端から
得られたガスにより他の吸着床を再加圧すること
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第８項に
記載の方法。 １０ 前記併流減圧工程は、床の少くとも２つの
異なる部位から同時にガスを抽出することによつ
て床を減圧する前記減圧工程におけるガス分離効
率を最大限にするように床内に物質移動前線を位
置づけるのに十分に低い圧力に床内圧を減少させ
るまで継続することを特徴とする特許請求の範囲
第８項に記載の方法。 １１ 前記押しのけ工程は、床の供給端から前記
高吸着性成分を該床へ通流させる操作を含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の方
法。 １２ 床の供給端から回収される前記高吸着性成
分は、一酸化炭素、二酸化炭素又はメタンを含
み、床の生成物排出端から回収される前記低吸着
性成分は、水素又は窒素を含むものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の方
法。 １３ 前記吸着床は、ゼオライトモリキユラーシ
ーブ、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、及び
それらの混合物又は組合せから成る群から選択さ
れた部材を含む材料であることを特徴とする特許
請求の範囲第１１項に記載の方法。 １４ 前記吸着床の数は少くとも４つであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
法。 １５ 前記吸着床の数は５つであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １６ 前記吸着床の数は６つであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １７ 高吸着性成分を選択的に吸着する前記吸着
工程は、どの時点においても少くとも１つの吸着
床において行われていることを特徴とする特許請
求の範囲第１６項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/940,612 US4723966A (en) | 1986-12-11 | 1986-12-11 | Gas separation by pressure swing adsorption |
| US940612 | 1986-12-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63240915A JPS63240915A (ja) | 1988-10-06 |
| JPH0321207B2 true JPH0321207B2 (ja) | 1991-03-22 |
Family
ID=25475148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62312388A Granted JPS63240915A (ja) | 1986-12-11 | 1987-12-11 | ガス分離方法 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4723966A (ja) |
| EP (1) | EP0271356B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63240915A (ja) |
| KR (1) | KR920002081B1 (ja) |
| CN (1) | CN1008065B (ja) |
| AT (1) | ATE78419T1 (ja) |
| BR (1) | BR8706710A (ja) |
| CA (1) | CA1314494C (ja) |
| DE (1) | DE3780590T2 (ja) |
| ES (1) | ES2033885T3 (ja) |
| IN (1) | IN171647B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH02129014A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-17 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 一酸化炭素ガス製造法 |
| US5013337A (en) * | 1988-12-06 | 1991-05-07 | Uop | Process for separating a mixture of molecular species using crystalline microporous metal sulfide compositions |
| US5126120A (en) * | 1990-10-02 | 1992-06-30 | Uop | Crystalline microporous zinc phosphate compositions |
| US5203888A (en) * | 1990-11-23 | 1993-04-20 | Uop | Pressure swing adsorption process with multiple desorption steps |
| US5128025A (en) * | 1991-03-18 | 1992-07-07 | Uop | Hydrocarbon conversion processes using a novel crystalline microporous metal oxysulfide composition |
| US5122357A (en) * | 1991-03-18 | 1992-06-16 | Uop | Crystalline microporous metal oxysulfide compositions |
| US5302362A (en) * | 1992-04-10 | 1994-04-12 | Uop | Crystalline microporous metallo-zinc phosphate compositions |
| US5449450A (en) * | 1992-04-10 | 1995-09-12 | Uop | Hydrocarbon conversion process using a crystalline microporous metallo-zinc phosphate composition |
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| US5411578A (en) * | 1994-05-10 | 1995-05-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Vacuum swing adsorption process with mixed repressurization and provide product depressurization |
| US6048384A (en) * | 1997-12-09 | 2000-04-11 | Smolarek; James | PSA process and system using simultaneous top and bottom evacuation of absorbent bed |
| US5997612A (en) * | 1998-07-24 | 1999-12-07 | The Boc Group, Inc. | Pressure swing adsorption process and apparatus |
| US6245127B1 (en) | 1999-05-27 | 2001-06-12 | Praxair Technology, Inc. | Pressure swing adsorption process and apparatus |
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| WO2005032693A2 (en) * | 2003-08-29 | 2005-04-14 | Velocys Inc. | Process for separating nitrogen from methane using microchannel process technology |
| US8241400B2 (en) * | 2009-07-15 | 2012-08-14 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process for the production of carbon dioxide utilizing a co-purge pressure swing adsorption unit |
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| US8715617B2 (en) | 2012-03-15 | 2014-05-06 | Air Products And Chemicals, Inc. | Hydrogen production process with low CO2 emissions |
| US8778051B2 (en) | 2012-03-15 | 2014-07-15 | Air Products And Chemicals, Inc. | Pressure swing adsorption process |
| FR3011480B1 (fr) * | 2013-10-04 | 2017-01-27 | Air Liquide | Procede d'adsorption a modulation de pression avec elution supplementaire |
| US9808755B2 (en) | 2015-07-24 | 2017-11-07 | Air Products And Chemicals, Inc. | Sour pressure swing adsorption process |
| CN107456845B (zh) * | 2017-08-25 | 2023-04-04 | 西南化工研究设计院有限公司 | 一种变压吸附装置及其控制方法 |
| KR101987804B1 (ko) * | 2017-11-17 | 2019-06-12 | 한국에너지기술연구원 | 압력순환흡착방법 및 압력순환흡착장치 |
| US11613866B1 (en) | 2019-06-14 | 2023-03-28 | Nusfc, Llc | Retainer for closure device |
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| US2978407A (en) * | 1958-05-28 | 1961-04-04 | Exxon Research Engineering Co | Molecular sieve separation process |
| FR1306111A (fr) * | 1960-09-16 | 1962-10-13 | Union Carbide Corp | Procédé de séparation par adsorption |
| NL297067A (ja) * | 1962-09-04 | 1900-01-01 | ||
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| FR2044058A5 (ja) * | 1969-05-07 | 1971-02-19 | Air Liquide | |
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-
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