JPH04265104A - プレッシャースイング式吸着方法および吸着装置 - Google Patents
プレッシャースイング式吸着方法および吸着装置Info
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- JPH04265104A JPH04265104A JP3275405A JP27540591A JPH04265104A JP H04265104 A JPH04265104 A JP H04265104A JP 3275405 A JP3275405 A JP 3275405A JP 27540591 A JP27540591 A JP 27540591A JP H04265104 A JPH04265104 A JP H04265104A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】本発明はプレッシャースイング式吸着方法
（ＰＳＡ）技術を用いるガスの分離と精製とに関する。
（ＰＳＡ）技術を用いるガスの分離と精製とに関する。
【０００２】ＰＳＡプロセスは適当な吸着性物質の床を
用いてある一定ガス状成分を交互に吸着及び脱着するこ
とによって、通常行われる。吸着剤床を含む容器をガス
状供給混合物によって加圧すると、供給ガスのある一定
成分が床物質に吸着され、残りのガス混合物を生成物と
して抽出する場合に保留される。抽出された生成混合物
は供給混合物と床物質の性質とに依存して、１種以上の
特定ガスを多く含む。次に、通常は環境に排気した後パ
ージガスによってパージングすることによって床を再生
して、保留成分を脱着し、新たな吸着−脱着サイクルの
ための床を用意する。
ＰＳＡプロセスの収率はＰＳ
Ａ生成物中の特定ガス量対供給材料中の特定ガス量の比
として定義される。シーブ比生産量（ｓｉｅｖｅ ｓ
ｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）と呼ばれる
吸着性物質の生産性は、吸着性物質量によって除された
単位時間あたりのガス生産量である。
用いてある一定ガス状成分を交互に吸着及び脱着するこ
とによって、通常行われる。吸着剤床を含む容器をガス
状供給混合物によって加圧すると、供給ガスのある一定
成分が床物質に吸着され、残りのガス混合物を生成物と
して抽出する場合に保留される。抽出された生成混合物
は供給混合物と床物質の性質とに依存して、１種以上の
特定ガスを多く含む。次に、通常は環境に排気した後パ
ージガスによってパージングすることによって床を再生
して、保留成分を脱着し、新たな吸着−脱着サイクルの
ための床を用意する。
ＰＳＡプロセスの収率はＰＳ
Ａ生成物中の特定ガス量対供給材料中の特定ガス量の比
として定義される。シーブ比生産量（ｓｉｅｖｅ ｓ
ｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）と呼ばれる
吸着性物質の生産性は、吸着性物質量によって除された
単位時間あたりのガス生産量である。
【０００３】慣習的なＰＳＡプロセスでは、床は典型的
に生成物として予め抽出されたガスの一部によってパー
ジされる。従って、床中の不純物レベルは生成物自体の
不純物レベルより低く減少することはない。これは床が
再生される程度を限定する、従って吸着性物質の収率と
生産性とを限定することになる。
に生成物として予め抽出されたガスの一部によってパー
ジされる。従って、床中の不純物レベルは生成物自体の
不純物レベルより低く減少することはない。これは床が
再生される程度を限定する、従って吸着性物質の収率と
生産性とを限定することになる。
【０００４】ＢＯＣリミテッド（ＢＯＣ Ｌｉｍｉｔ
ｅｄ）の英国特許第１，５８６，９６１号はＰＳＡ生成
物を極低温分離して高純度酸素と窒素廃ガスとを形成す
る酸素ＰＳＡプロセスを開示する。ＰＳＡ生成物よりも
低い酸素濃度を有する窒素廃ガスを用いて、吸着床をパ
ージする。
ｅｄ）の英国特許第１，５８６，９６１号はＰＳＡ生成
物を極低温分離して高純度酸素と窒素廃ガスとを形成す
る酸素ＰＳＡプロセスを開示する。ＰＳＡ生成物よりも
低い酸素濃度を有する窒素廃ガスを用いて、吸着床をパ
ージする。
【０００５】本発明はより完全な再生、１種以上の特定
ガスの高い収率及び吸着性物質の高い生産性を可能にす
る改良されたプレッシャースイング式方法と装置に関す
る。より完全に脱着された床は次の吸着工程のために高
い吸着容量を有するという理由から改良が生ずる。
ガスの高い収率及び吸着性物質の高い生産性を可能にす
る改良されたプレッシャースイング式方法と装置に関す
る。より完全に脱着された床は次の吸着工程のために高
い吸着容量を有するという理由から改良が生ずる。
【０００６】本発明の１態様は、プレッシャースイング
式吸着方法生成ガスを特定ガス以外のガスの吸着剤を含
む容器の加圧、生産、パージング及び排気の工程によっ
て得るタイプの、特定ガスを得るためのプレッシャース
イング式吸着方法（ＰＳＡ）において、ＰＡＳ生成ガス
よりも高濃度の特定ガスを有するパージガスによって吸
着剤をパージする改良を施した方法である。
式吸着方法生成ガスを特定ガス以外のガスの吸着剤を含
む容器の加圧、生産、パージング及び排気の工程によっ
て得るタイプの、特定ガスを得るためのプレッシャース
イング式吸着方法（ＰＳＡ）において、ＰＡＳ生成ガス
よりも高濃度の特定ガスを有するパージガスによって吸
着剤をパージする改良を施した方法である。
【０００７】本発明の第２態様は、容器、容器内の吸着
剤、容器からのＰＳＡ生成ガスの抽出手段、及び吸着剤
のパージガスによるパージング手段を含む、特定ガスを
得るためのプレッシャースイング式装置において、ＰＡ
Ｓ生成ガスよりも高濃度の特定ガスを有するパージガス
の供給源を含める改良を施した装置である。
剤、容器からのＰＳＡ生成ガスの抽出手段、及び吸着剤
のパージガスによるパージング手段を含む、特定ガスを
得るためのプレッシャースイング式装置において、ＰＡ
Ｓ生成ガスよりも高濃度の特定ガスを有するパージガス
の供給源を含める改良を施した装置である。
【０００８】総合プロセスに依存して、高純度パージガ
スの種々な供給源を用いることができる。このガスは例
えば触媒分離又は極低温分離によって得られるような精
製ＰＳＡ生成ガスでありうる。又は、このガスは例えば
液化ガスの貯蔵タンクのような外部供給源から得ること
もできる。
スの種々な供給源を用いることができる。このガスは例
えば触媒分離又は極低温分離によって得られるような精
製ＰＳＡ生成ガスでありうる。又は、このガスは例えば
液化ガスの貯蔵タンクのような外部供給源から得ること
もできる。
【０００９】図１は本発明によるプレッシャースイング
式吸着によるガス混合物の分離を示す本発明の実施態様
である。
式吸着によるガス混合物の分離を示す本発明の実施態様
である。
【００１０】図２は慣習的ＰＳＡプロセスの再生終了時
の吸着剤容器内の濃度プロフィルと本発明によるＰＳＡ
プロセスの同プロフィルとを比較する。
の吸着剤容器内の濃度プロフィルと本発明によるＰＳＡ
プロセスの同プロフィルとを比較する。
【００１１】慣習的ＰＳＡプロセスは循環式に床内で吸
着と再生を交互に行うことによって通常操作される。二
床ＰＳＡ系では、各床が加圧、生産、均圧、排気、パー
ジング、及び均圧の工程を連続的に行う、１床が加圧と
生産とを行う間に他の床が排気され、パージされる。
着と再生を交互に行うことによって通常操作される。二
床ＰＳＡ系では、各床が加圧、生産、均圧、排気、パー
ジング、及び均圧の工程を連続的に行う、１床が加圧と
生産とを行う間に他の床が排気され、パージされる。
【００１２】図１に示した二床ＰＳＡ装置では、被分離
成分を含む供給ガスをライン２を介して圧縮機４に通す
。ライン６の圧縮ガスを冷却器／水分離器８に供給し、
そこで圧縮ガスの温度を下げ、冷却ガス中に含まれる液
体の水を除去する。ライン１０において冷却器／水分離
器８を出るガスは供給緩衝器（ｆｅｅｄ ｂｕｆｆｅ
ｒ）１２に入り、次に管マニホールド１４に送られる。 マニホールド１４のガスは開放弁１６と管マニホールド
２０とを介して吸着剤３６を含む容器３２又は開放弁１
８と管マニホールド２２とを介して吸着剤３８を含む容
器３４のいずれかに、２容器のいずれが生産の用意がで
きたかに依存して送られる。
成分を含む供給ガスをライン２を介して圧縮機４に通す
。ライン６の圧縮ガスを冷却器／水分離器８に供給し、
そこで圧縮ガスの温度を下げ、冷却ガス中に含まれる液
体の水を除去する。ライン１０において冷却器／水分離
器８を出るガスは供給緩衝器（ｆｅｅｄ ｂｕｆｆｅ
ｒ）１２に入り、次に管マニホールド１４に送られる。 マニホールド１４のガスは開放弁１６と管マニホールド
２０とを介して吸着剤３６を含む容器３２又は開放弁１
８と管マニホールド２２とを介して吸着剤３８を含む容
器３４のいずれかに、２容器のいずれが生産の用意がで
きたかに依存して送られる。
【００１３】容器３２を生産に用いる場合には、床の出
口側の弁４４、４８及び５２を閉じたままで床の入口側
の弁１６を開くことによってこの容器を最初に加圧する
。被分離ガス混合物はマニホールド２０を介して容器３
２に入る。生産工程のために、弁５２を開き、１種以上
の特定ガスを含み、好ましくない成分を本質的に含まな
い、分離されたガス混合物はマニホールド４０、開放弁
５２及びマニホールド５４を介して生成物受け器５８に
送られ、ガス混合物から分離される成分は容器３２内に
含まれる吸着剤３６に保留される。生成物受け器５８内
の生成物はライン６０から取り出され、さらに処理され
るために下流に送られるか又はそのまま用いられる。
口側の弁４４、４８及び５２を閉じたままで床の入口側
の弁１６を開くことによってこの容器を最初に加圧する
。被分離ガス混合物はマニホールド２０を介して容器３
２に入る。生産工程のために、弁５２を開き、１種以上
の特定ガスを含み、好ましくない成分を本質的に含まな
い、分離されたガス混合物はマニホールド４０、開放弁
５２及びマニホールド５４を介して生成物受け器５８に
送られ、ガス混合物から分離される成分は容器３２内に
含まれる吸着剤３６に保留される。生成物受け器５８内
の生成物はライン６０から取り出され、さらに処理され
るために下流に送られるか又はそのまま用いられる。
【００１４】容器３２を加圧及び生産に用いている間に
、容器３４を排気とパージングとによって再生する。 この目的のために、容器３４をマニホールド２２、開放
弁３０及びマニホールド２６を介して最初に排気し、そ
の圧力を大気圧近くまで減ずる。任意に、マニホールド
２６に結合した真空ポンプ（図示せず）によって容器３
４を排気することができる。排気後に、容器３４を低圧
パージガスによってパージし、典型的に生成物受け器５
８からマニホールド６０、開放弁６２及び管マニホール
ド６４を介して供給する。パージガスはマニホールド４
６と開放弁５０とを通って、マニホールド４２から容器
３４の頂部に入る。パージガスが容器３４を通過する間
に、吸着剤３８に予め吸着された好ましくない成分は脱
着される。これらの成分を含むパージガスはマニホール
ド２２と開放弁３０とを介してマニホールド２６に送ら
れる。排気工程の場合と同様に、この場合にもマニホー
ルド２６において真空ポンプを用いて、真空下でパージ
して、さらに再生することができる。
、容器３４を排気とパージングとによって再生する。 この目的のために、容器３４をマニホールド２２、開放
弁３０及びマニホールド２６を介して最初に排気し、そ
の圧力を大気圧近くまで減ずる。任意に、マニホールド
２６に結合した真空ポンプ（図示せず）によって容器３
４を排気することができる。排気後に、容器３４を低圧
パージガスによってパージし、典型的に生成物受け器５
８からマニホールド６０、開放弁６２及び管マニホール
ド６４を介して供給する。パージガスはマニホールド４
６と開放弁５０とを通って、マニホールド４２から容器
３４の頂部に入る。パージガスが容器３４を通過する間
に、吸着剤３８に予め吸着された好ましくない成分は脱
着される。これらの成分を含むパージガスはマニホール
ド２２と開放弁３０とを介してマニホールド２６に送ら
れる。排気工程の場合と同様に、この場合にもマニホー
ルド２６において真空ポンプを用いて、真空下でパージ
して、さらに再生することができる。
【００１５】容器３２の生産工程と容器３４のパージン
グ工程との終了時に、マニホールド４０と４２に結合す
る弁４４とマニホールド２０と２２に結合する弁２４と
を開くことによって、容器３２と３４との圧力を等しく
する。均圧工程の終了後に、容器３２は容器３４に対し
て既述したような排気工程とパージング工程とを受け、
容器３４は容器３２に対して既述したような加圧工程と
生産工程とを行う。容器３２をマニホールド２０、開放
弁２８及びマニホールド２６を介して排気する。容器３
２のパージングのために、典型的には生成物受け器５８
からのパージガスはマニホールド６０、開放弁６２、マ
ニホールド６４、マニホールド４６、開放弁４８及びマ
ニホールド４０を介して容器３２に供給され、マニホー
ルド２０、開放弁２８及びマニホールド２６を介して容
器３２から出る。容器３４の加圧のために、弁４４、５
０及び５６を閉じたままで弁１８を開く。容器３４を用
いる生産のために、分離ガス混合物は容器を出て、マニ
ホールド４２、開放弁５６及びマニホールド５４を介し
て生成物受け器５８に送られる。容器３４内の吸着剤３
８は容器３２内の吸着剤３６と同じである。
グ工程との終了時に、マニホールド４０と４２に結合す
る弁４４とマニホールド２０と２２に結合する弁２４と
を開くことによって、容器３２と３４との圧力を等しく
する。均圧工程の終了後に、容器３２は容器３４に対し
て既述したような排気工程とパージング工程とを受け、
容器３４は容器３２に対して既述したような加圧工程と
生産工程とを行う。容器３２をマニホールド２０、開放
弁２８及びマニホールド２６を介して排気する。容器３
２のパージングのために、典型的には生成物受け器５８
からのパージガスはマニホールド６０、開放弁６２、マ
ニホールド６４、マニホールド４６、開放弁４８及びマ
ニホールド４０を介して容器３２に供給され、マニホー
ルド２０、開放弁２８及びマニホールド２６を介して容
器３２から出る。容器３４の加圧のために、弁４４、５
０及び５６を閉じたままで弁１８を開く。容器３４を用
いる生産のために、分離ガス混合物は容器を出て、マニ
ホールド４２、開放弁５６及びマニホールド５４を介し
て生成物受け器５８に送られる。容器３４内の吸着剤３
８は容器３２内の吸着剤３６と同じである。
【００１６】容器３４の生産工程と容器３２のパージン
グ工程との終了後に、既述したように弁４４と２４とを
開くことによって容器３２と３４との圧力を等しくする
。この工程後に、容器３２の加圧と生産及び容器３４の
排気とパージングとによる再生によって開始する全サイ
クルを繰り返す。このようにして、このプロセスを連続
的に操作することができる。
グ工程との終了後に、既述したように弁４４と２４とを
開くことによって容器３２と３４との圧力を等しくする
。この工程後に、容器３２の加圧と生産及び容器３４の
排気とパージングとによる再生によって開始する全サイ
クルを繰り返す。このようにして、このプロセスを連続
的に操作することができる。
【００１７】これまでに述べた方法と装置は慣習的であ
る。本発明と先行技術との主要な差異はＰＳＡ生成物自
体よりも高濃度の特定ガスを含むパージガスの使用であ
る。総合プロセスに依存して、高純度パージガスの種々
な供給源を用いることができる。
る。本発明と先行技術との主要な差異はＰＳＡ生成物自
体よりも高濃度の特定ガスを含むパージガスの使用であ
る。総合プロセスに依存して、高純度パージガスの種々
な供給源を用いることができる。
【００１８】第一に、ガス精製装置７０を生成物受け器
５８から下流に設けることができる。精製装置は極低温
分離器又は触媒コンバータであり、マニホールド６０を
出る生成ガスをライン７４の高純度生成物とライン７２
の廃棄物とに転化させる。高純度生成物の一部を開放弁
６６を介してパージングマニホールド６４付き接点６８
に戻す。
５８から下流に設けることができる。精製装置は極低温
分離器又は触媒コンバータであり、マニホールド６０を
出る生成ガスをライン７４の高純度生成物とライン７２
の廃棄物とに転化させる。高純度生成物の一部を開放弁
６６を介してパージングマニホールド６４付き接点６８
に戻す。
【００１９】又は、高純度ガスの供給源７６を弁７８を
介して接点６８に接続することができる。供給源７６は
気化装置と、例えばＰＳＡプロセスの装置故障の場合に
間断ない供給を保証するためにしばしば備えられるよう
な、液化ガスの貯蔵タンクもしくは溜めとを含みうる。 このような貯蔵タンクからの通常のボイルオフ（ｂｏｉ
ｌ ｏｆｆ）を利用して、高純度パージガスの一部又
は全てを供給することができる。気化装置は必要に応じ
て追加のパージガスを供給することができる。
介して接点６８に接続することができる。供給源７６は
気化装置と、例えばＰＳＡプロセスの装置故障の場合に
間断ない供給を保証するためにしばしば備えられるよう
な、液化ガスの貯蔵タンクもしくは溜めとを含みうる。 このような貯蔵タンクからの通常のボイルオフ（ｂｏｉ
ｌ ｏｆｆ）を利用して、高純度パージガスの一部又
は全てを供給することができる。気化装置は必要に応じ
て追加のパージガスを供給することができる。
【００２０】本発明と先行技術プロセスとの間の差異は
完全なプロセスサイクルを比較することによってさらに
良く理解される。先行技術方法を用いた二床プロセスの
典型的な完全サイクルを下記表Ｉに記載する。
完全なプロセスサイクルを比較することによってさらに
良く理解される。先行技術方法を用いた二床プロセスの
典型的な完全サイクルを下記表Ｉに記載する。
【００２１】
表Ｉ 慣習的な二床ＰＳＡサイ
クル工程
弁開放
時間（秒）ａ．容器３２の加圧、容器３
４の １６、３０
１０ 大気への排気 ｂ．容器３２による生産、容器３４の １６
、３０、５２ １０ 大気への排気 ｃ．容器３２による生産、生成物受け器 １６、
３０、５０、 ９６ ５８からの容器３４
のパージ ５２、６２ｄ．容器３２
と３４との均圧 ２４、４
４ ４ｅ．容器３４の加圧
、容器３２の １８、２８
１０ 大気への排気 ｆ．容器３４による生産、容器３２の １８
、２８、５６ １０ 大気への排気 ｇ．容器３４による生産、生成物受け器 １８、
２８、４８、 ９６ ５８からの容器３２
のパージ ５６、６２ｈ．容器３２
と３４との均圧 ２４、４
４ ４
合計 ４．０分間
表１のプロセスでは、工程ｃとｄとに用いるパージガス
を弁６２を開いて生成物受け器５８から取り出し、マニ
ホールド６４にこのパージガスを送る。
クル工程
弁開放
時間（秒）ａ．容器３２の加圧、容器３
４の １６、３０
１０ 大気への排気 ｂ．容器３２による生産、容器３４の １６
、３０、５２ １０ 大気への排気 ｃ．容器３２による生産、生成物受け器 １６、
３０、５０、 ９６ ５８からの容器３４
のパージ ５２、６２ｄ．容器３２
と３４との均圧 ２４、４
４ ４ｅ．容器３４の加圧
、容器３２の １８、２８
１０ 大気への排気 ｆ．容器３４による生産、容器３２の １８
、２８、５６ １０ 大気への排気 ｇ．容器３４による生産、生成物受け器 １８、
２８、４８、 ９６ ５８からの容器３２
のパージ ５６、６２ｈ．容器３２
と３４との均圧 ２４、４
４ ４
合計 ４．０分間
表１のプロセスでは、工程ｃとｄとに用いるパージガス
を弁６２を開いて生成物受け器５８から取り出し、マニ
ホールド６４にこのパージガスを送る。
【００２２】本発明の主題である高純度パージを含む改
良プロセスの典型的なサイクルを下記表ＩＩに記載する
。
良プロセスの典型的なサイクルを下記表ＩＩに記載する
。
【００２３】
表ＩＩ 高純度パージガスを用
いる改良ＰＳＡサイクル工程
弁
開放 時間（秒）ａ． 容
器３２の加圧、容器３４の １６、
３０ １０ 大気への
排気 ｂ． 容器３２による生産、容器３４の １
６、３０、５２ １０ 大気への排
気 ｃ１．容器３２による生産、生成物受け器 １６
、３０、５０、 ７６ ５８からの容器
３４のパージ ５２、６２ｃ２．
容器３２による生産、供給源７６から １６、３０、
５０、 ２０ の高純度パージガスによ
る容器３４の ５２、７８ パージ ｄ． 容器３２と３４との均圧
２４、４４ ４ｅ．
容器３４の加圧、容器３２の １
８、２８ １０ 大気
への排気 ｆ． 容器３４による生産、容器３２の １
８、２８、５６ １０ 大気への排
気 ｇ１．容器３４による生産、生成物受け器 １８
、２８、４８、 ７６ ５８からの容器
３２のパージ ５６、６２ｇ２．
容器３４による生産、供給源７６から １８、２８、
４８、 ２０ の高純度パージガスによ
る容器３２の ５６、７８ パージ ｈ． 容器３２と３４との均圧
２４、４４ ４
合計
４．０分間 表ＩＩのサイクルでは、パ
ージ工程を２段階に分けた。 第１段階パージ（工程ｃ１又はｇ１）は表１の慣習的Ｐ
ＳＡプロセスと同じである。第２段階パージ（工程ｃ２
又はｇ２）は生成物受け器５８から直接得られるよりも
高純度のパージガスを用いる。供給源７６からの高純度
パージガスは開放弁７８を通って接点６８と管マニホー
ルド６４とに入る。この高純度パージング工程中に、生
成物受け器５８からのガス流が阻止されるように、弁６
２は閉じたままであることが好ましい。使用可能な高純
度パージガス量に依存して、工程ｃ２とｇ２は全パージ
工程の一部もしくは全てをなす。後者の場合には、工程
ｃ１とｇ１は省略される。
いる改良ＰＳＡサイクル工程
弁
開放 時間（秒）ａ． 容
器３２の加圧、容器３４の １６、
３０ １０ 大気への
排気 ｂ． 容器３２による生産、容器３４の １
６、３０、５２ １０ 大気への排
気 ｃ１．容器３２による生産、生成物受け器 １６
、３０、５０、 ７６ ５８からの容器
３４のパージ ５２、６２ｃ２．
容器３２による生産、供給源７６から １６、３０、
５０、 ２０ の高純度パージガスによ
る容器３４の ５２、７８ パージ ｄ． 容器３２と３４との均圧
２４、４４ ４ｅ．
容器３４の加圧、容器３２の １
８、２８ １０ 大気
への排気 ｆ． 容器３４による生産、容器３２の １
８、２８、５６ １０ 大気への排
気 ｇ１．容器３４による生産、生成物受け器 １８
、２８、４８、 ７６ ５８からの容器
３２のパージ ５６、６２ｇ２．
容器３４による生産、供給源７６から １８、２８、
４８、 ２０ の高純度パージガスによ
る容器３２の ５６、７８ パージ ｈ． 容器３２と３４との均圧
２４、４４ ４
合計
４．０分間 表ＩＩのサイクルでは、パ
ージ工程を２段階に分けた。 第１段階パージ（工程ｃ１又はｇ１）は表１の慣習的Ｐ
ＳＡプロセスと同じである。第２段階パージ（工程ｃ２
又はｇ２）は生成物受け器５８から直接得られるよりも
高純度のパージガスを用いる。供給源７６からの高純度
パージガスは開放弁７８を通って接点６８と管マニホー
ルド６４とに入る。この高純度パージング工程中に、生
成物受け器５８からのガス流が阻止されるように、弁６
２は閉じたままであることが好ましい。使用可能な高純
度パージガス量に依存して、工程ｃ２とｇ２は全パージ
工程の一部もしくは全てをなす。後者の場合には、工程
ｃ１とｇ１は省略される。
【００２４】本発明の改良の可能な説明は入口端部から
出口端部まで吸着装置に沿った吸着質濃度の予想変化の
考察から理解される。図２はパージング工程の終了時の
２種の典型的な吸着質濃度を説明する。曲線２Ａはパー
ジングにＰＳＡ生成物のみを用いる場合を説明する。吸
着質濃度は入口におけるＸｅから出口におけるＸｐまで
低下する。曲線２Ｂはパージガスの少なくとも一部がＰ
ＳＡ生成物よりも高純度を有する場合を説明する。ＰＳ
Ａ容器の出口端部はより完全に再生されるので、吸着質
濃度はＸｅから、Ｘｐよりも低いＸｏまで低下する。よ
り完全なパージングは、吸着質濃度がＸｐ未満である長
さ８０の領域を生じ、床が各吸着サイクルに対して高い
吸着容量を有するのでＰＳＡプロセス性能は改良される
。
出口端部まで吸着装置に沿った吸着質濃度の予想変化の
考察から理解される。図２はパージング工程の終了時の
２種の典型的な吸着質濃度を説明する。曲線２Ａはパー
ジングにＰＳＡ生成物のみを用いる場合を説明する。吸
着質濃度は入口におけるＸｅから出口におけるＸｐまで
低下する。曲線２Ｂはパージガスの少なくとも一部がＰ
ＳＡ生成物よりも高純度を有する場合を説明する。ＰＳ
Ａ容器の出口端部はより完全に再生されるので、吸着質
濃度はＸｅから、Ｘｐよりも低いＸｏまで低下する。よ
り完全なパージングは、吸着質濃度がＸｐ未満である長
さ８０の領域を生じ、床が各吸着サイクルに対して高い
吸着容量を有するのでＰＳＡプロセス性能は改良される
。
【００２５】ＰＳＡプロセスに用いる操作条件と吸着剤
とは被分離ガス混合物と望ましい最終生成物とに依存す
る。
とは被分離ガス混合物と望ましい最終生成物とに依存す
る。
【００２６】酸素富化生成物（９０〜９５％酸素）を製
造する空気分離のためには、供給材料は典型的に１１０
〜２７６ｋＰａ（１６〜４０ｐｓｉａ）の圧力であり、
排気工程とパージ工程とは２８ｋＰａ（４ｐｓｉａ）〜
大気圧の圧力において実施される。商業的に入手可能な
Ａ型もしくはＸ型のゼオライトが吸着剤として用いられ
る。窒素富化生成物（９５〜９９．９９％窒素）を製造
する空気分離のためには、供給材料は典型的に２７６〜
１０３４ｋＰａ（４０〜１５０ｐｓｉａ）の圧力であり
、排気工程とパージ工程とは２８ｋＰａ（４ｐｓｉａ）
〜大気圧の圧力において実施される。ドイツのベルグベ
ルクスフェルバンド社（Ｂｅｒｇｗｅｒｋｓｖｅｒｂａ
ｎｄ ＧｍｂＨ）、日本のクラレ化学及び米国のカル
ゴン コーポレーション（Ｃａｌｇｏｎ Ｃｏｒｐ
ｏｒａｔｉｏｎ）によって製造される炭素モレキュラー
シーブが窒素富化のための吸着剤として典型的に用いら
れる。多くの場合に、被分離ガス混合物は分離前に乾燥
を必要とし、このために例えばシリカゲル又は活性アル
ミナのような吸着剤を同じ容器内もしくは別の容器内で
用いることができる。
造する空気分離のためには、供給材料は典型的に１１０
〜２７６ｋＰａ（１６〜４０ｐｓｉａ）の圧力であり、
排気工程とパージ工程とは２８ｋＰａ（４ｐｓｉａ）〜
大気圧の圧力において実施される。商業的に入手可能な
Ａ型もしくはＸ型のゼオライトが吸着剤として用いられ
る。窒素富化生成物（９５〜９９．９９％窒素）を製造
する空気分離のためには、供給材料は典型的に２７６〜
１０３４ｋＰａ（４０〜１５０ｐｓｉａ）の圧力であり
、排気工程とパージ工程とは２８ｋＰａ（４ｐｓｉａ）
〜大気圧の圧力において実施される。ドイツのベルグベ
ルクスフェルバンド社（Ｂｅｒｇｗｅｒｋｓｖｅｒｂａ
ｎｄ ＧｍｂＨ）、日本のクラレ化学及び米国のカル
ゴン コーポレーション（Ｃａｌｇｏｎ Ｃｏｒｐ
ｏｒａｔｉｏｎ）によって製造される炭素モレキュラー
シーブが窒素富化のための吸着剤として典型的に用いら
れる。多くの場合に、被分離ガス混合物は分離前に乾燥
を必要とし、このために例えばシリカゲル又は活性アル
ミナのような吸着剤を同じ容器内もしくは別の容器内で
用いることができる。
【００２７】種々な商業的なＰＳＡプロセスに用いられ
る吸着剤のリストはケラー（Ｋｅｌｌｅｒ）によって与
えられている［「工業的ガス分離（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａ
ｌＧａｓ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）」、ティ．イー．
ホワイト（Ｔ．Ｅ．Ｗｈｙｔｅ）著；シー．エム．ヨン
（Ｃ．Ｍ．Ｙｏｎ）とイー．エッチ．ワゲナー（Ｅ．Ｈ
．Ｗａｇｅｎｅｒ）編集、ＡＣＳ Ｓｙｍｐ．Ｓｅｒ
．ｎｏ．２２３、ＡＣＳワシントン１９８３、１４８頁
］。大抵のＰＳＡプロセスは周囲温度に近い温度におい
て操作されるが、周囲温度よりも高い又は低い温度で操
作されるＰＳＡプロセスも先行技術で公知である。例え
ば水素を分離するプロセスのような、幾つかのＰＳＡプ
ロセスは４．２ＭＰａ（６００ｐｓｉａ）程度の圧力に
おいて操作される。
る吸着剤のリストはケラー（Ｋｅｌｌｅｒ）によって与
えられている［「工業的ガス分離（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａ
ｌＧａｓ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）」、ティ．イー．
ホワイト（Ｔ．Ｅ．Ｗｈｙｔｅ）著；シー．エム．ヨン
（Ｃ．Ｍ．Ｙｏｎ）とイー．エッチ．ワゲナー（Ｅ．Ｈ
．Ｗａｇｅｎｅｒ）編集、ＡＣＳ Ｓｙｍｐ．Ｓｅｒ
．ｎｏ．２２３、ＡＣＳワシントン１９８３、１４８頁
］。大抵のＰＳＡプロセスは周囲温度に近い温度におい
て操作されるが、周囲温度よりも高い又は低い温度で操
作されるＰＳＡプロセスも先行技術で公知である。例え
ば水素を分離するプロセスのような、幾つかのＰＳＡプ
ロセスは４．２ＭＰａ（６００ｐｓｉａ）程度の圧力に
おいて操作される。
【００２８】ＰＳＡ生成物は時にはさらに処理されて、
高純度生成物を形成する。１例として、０．１〜１．０
％酸素を含む窒素ＰＳＡ生成物を触媒精製して、実質的
に全ての酸素を除去することによって窒素濃度を高める
ことができる。例えば米国のエンゲルハード コーポ
レーション（Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔ
ｉｏｎ）からのＤｅＯｘｏ Ｄのような、適当な触媒
が商業的に入手可能である。ビーバー（Ｂｅａｖｅｒ）
等はエネルギー プログレス（Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒ
ｏｇｒｅｓｓ）、６巻、３号、１９８６年９月、１５２
頁に２％酸素含有窒素流の精製のための触媒系を述べて
いる。第２例として、米国特許第４，７３２，５８０号
と第４，８６１，３６１号は極低温蒸留によるＰＳＡ生
成物の精製系を述べている。触媒精製もしくは極低温蒸
留からのＰＳＡ生成物の一部を用いて、表ＩＩの工程ｃ
２とｇ２において高純度生成物を製造することができる
。
高純度生成物を形成する。１例として、０．１〜１．０
％酸素を含む窒素ＰＳＡ生成物を触媒精製して、実質的
に全ての酸素を除去することによって窒素濃度を高める
ことができる。例えば米国のエンゲルハード コーポ
レーション（Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔ
ｉｏｎ）からのＤｅＯｘｏ Ｄのような、適当な触媒
が商業的に入手可能である。ビーバー（Ｂｅａｖｅｒ）
等はエネルギー プログレス（Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒ
ｏｇｒｅｓｓ）、６巻、３号、１９８６年９月、１５２
頁に２％酸素含有窒素流の精製のための触媒系を述べて
いる。第２例として、米国特許第４，７３２，５８０号
と第４，８６１，３６１号は極低温蒸留によるＰＳＡ生
成物の精製系を述べている。触媒精製もしくは極低温蒸
留からのＰＳＡ生成物の一部を用いて、表ＩＩの工程ｃ
２とｇ２において高純度生成物を製造することができる
。
【００２９】実施例
二床窒素ＰＳＡ装置による実験を実施して、ＰＳＡプロ
セス性能に対する高純度パージングの効果を調べること
ができる。全ての実験のプロセスサイクルは表ＩＩＩに
示すプロセスサイクルである。比較例１では、工程ｃと
ｆのパージガスは生成物受け器５８からの窒素富化ＰＳ
Ａ生成ガスであった。実施例２と３では、パージガスは
貯蔵タンク７６からの高純度窒素であった。
セス性能に対する高純度パージングの効果を調べること
ができる。全ての実験のプロセスサイクルは表ＩＩＩに
示すプロセスサイクルである。比較例１では、工程ｃと
ｆのパージガスは生成物受け器５８からの窒素富化ＰＳ
Ａ生成ガスであった。実施例２と３では、パージガスは
貯蔵タンク７６からの高純度窒素であった。
【００３０】全ての場合に全サイクル時間は６．０分間
であった。窒素ＰＳＡ床は日本のクラレ化学会社によっ
て製造される炭素モレキュラーシーブ（ＣＭＳ）を全体
で１９６．５リットル含んだ。全ての実験の供給ガスは
床入口圧力８４６ｋＰａ（１２２．７ｐｓｉａ）及び床
入口温度２０℃（６８°Ｆ）の乾燥圧縮空気であった。
であった。窒素ＰＳＡ床は日本のクラレ化学会社によっ
て製造される炭素モレキュラーシーブ（ＣＭＳ）を全体
で１９６．５リットル含んだ。全ての実験の供給ガスは
床入口圧力８４６ｋＰａ（１２２．７ｐｓｉａ）及び床
入口温度２０℃（６８°Ｆ）の乾燥圧縮空気であった。
【００３１】
表ＩＩＩ工程
時間（秒）ａ．容器３２と３４の均圧
４ｂ．容器３２の加圧、容器３４の大気への排気
２０ｃ．容器３２による生産、容器３４のパージ
１５６ｄ．容器３２と３４の均圧
４ｅ．
容器３４の加圧、容器３２の大気への排気
２０ｆ．容器３４による生産、容器３２のパージ
１５６
合計 ６．０分
間３実施例のある一定のパラメータと結果を表ＩＶに記
載する。標準条件は１気圧、２１℃（７０°Ｆ）である
。
表ＩＩＩ工程
時間（秒）ａ．容器３２と３４の均圧
４ｂ．容器３２の加圧、容器３４の大気への排気
２０ｃ．容器３２による生産、容器３４のパージ
１５６ｄ．容器３２と３４の均圧
４ｅ．
容器３４の加圧、容器３２の大気への排気
２０ｆ．容器３４による生産、容器３２のパージ
１５６
合計 ６．０分
間３実施例のある一定のパラメータと結果を表ＩＶに記
載する。標準条件は１気圧、２１℃（７０°Ｆ）である
。
【００３２】
表ＩＶ実施例
１ ２ ３生成物流量（Ｓｔｄ．リ
ットル／分） ８５．５ ９９．０
１０３．５生成物不純物濃度（％Ｏ２）
０．１％ ０．１％
０．１％パージ／供給材料比（％）
１１．２ １０．６
１３．０パージ濃度（％Ｏ２）
０．１ ＜０．００１
＜０．００１窒素収率（％）
２９．７ ３２
．１ ３３．２シーブ比生産量（Ｓｔｄ．ｍ３・
時−１・ｍ−３） ２６．４ ３０．４ ３１
．８実施例１の慣習的ＰＳＡプロセスに比べて、例２と
３の窒素収率の相対的改良は、それぞれ８．１％と１１
．８％である。シーブ比生産量の相対的改良は、それぞ
れ１５．２％と２０．５％である。
表ＩＶ実施例
１ ２ ３生成物流量（Ｓｔｄ．リ
ットル／分） ８５．５ ９９．０
１０３．５生成物不純物濃度（％Ｏ２）
０．１％ ０．１％
０．１％パージ／供給材料比（％）
１１．２ １０．６
１３．０パージ濃度（％Ｏ２）
０．１ ＜０．００１
＜０．００１窒素収率（％）
２９．７ ３２
．１ ３３．２シーブ比生産量（Ｓｔｄ．ｍ３・
時−１・ｍ−３） ２６．４ ３０．４ ３１
．８実施例１の慣習的ＰＳＡプロセスに比べて、例２と
３の窒素収率の相対的改良は、それぞれ８．１％と１１
．８％である。シーブ比生産量の相対的改良は、それぞ
れ１５．２％と２０．５％である。
【００３３】先行技術プロセスと本発明との比較は高純
度パージガスを用いることによって得られるプロセス改
良を説明する。
度パージガスを用いることによって得られるプロセス改
良を説明する。
【００３４】上記考察では、本発明を特定ＰＳＡプロセ
スと装置とに関して説明した。基本的ＰＳＡサイクルの
多くの変更は先行技術において公知であり、このような
変更は請求の範囲によって定義される発明の範囲から逸
脱することなく本発明に適用される。
スと装置とに関して説明した。基本的ＰＳＡサイクルの
多くの変更は先行技術において公知であり、このような
変更は請求の範囲によって定義される発明の範囲から逸
脱することなく本発明に適用される。
【図１】本発明によるプレッシャースイング式吸着によ
るガス混合物の分離を示す本発明の実施態様である。
るガス混合物の分離を示す本発明の実施態様である。
【図２】慣習的ＰＳＡプロセスの再生終了時の吸着剤容
器内の濃度プロフィルと本発明によるＰＳＡプロセスの
同プロフィルとを比較する。
器内の濃度プロフィルと本発明によるＰＳＡプロセスの
同プロフィルとを比較する。
Claims (11)
- 【請求項１】 プレッシャースイング式吸着方法生成
ガスを特定ガス以外のガスの吸着剤を含む容器の加圧、
生産、パージング及び排気の工程によって得るタイプの
、特定ガスを得るためのプレッシャースイング式吸着方
法（ＰＳＡ）において、ＰＡＳ生成ガスよりも高濃度の
特定ガスを有するパージガスによって吸着剤をパージす
る改良を施した方法。 - 【請求項２】 特定ガスの液相を気化させることによ
ってパージガスを得る工程をさらに含む請求項１記載の
方法。 - 【請求項３】 ＰＳＡ生成ガスを精製することによっ
てパージガスを得る工程をさらに含む請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】 精製工程がＰＳＡ生成ガスから特定ガ
スを極低温分離する工程を含む請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 精製工程がＰＳＡ生成ガスから特定ガ
スを触媒分離する工程を含む請求項３記載の方法。 - 【請求項６】 パージガスによるパージングの前にＰ
ＳＡ生成ガスによって吸着剤をパージングする工程をさ
らに含む請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 容器、容器内の吸着剤、容器からのＰ
ＳＡ生成ガスの排出手段、及び吸着剤のパージガスによ
るパージング手段を含む、特定ガスを得るためのプレッ
シャースイング式装置において、ＰＡＳ生成ガスよりも
高濃度の特定ガスを有するパージガスの供給源を含める
改良を施した装置。 - 【請求項８】 パージガスの供給源が気化装置と特定
ガス液相の溜めとを含む請求項７記載の装置。 - 【請求項９】 パージガスの供給源がＰＳＡ生成物の
精製手段を含む請求項８記載の装置。 - 【請求項１０】 精製手段が極低温分離装置を含む請
求項９記載の装置。 - 【請求項１１】 精製手段が触媒反応器を含む請求項
１０記載の装置。
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-
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