JPH04267919A - 多成分気体分離の急速断熱圧力変動吸着法とその装置 - Google Patents
多成分気体分離の急速断熱圧力変動吸着法とその装置Info
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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
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多成分系気体流の成分を
、急速圧力変動吸着（ＲＰＳＡ）の使用により分離する
方法と装置に関する。１つの特定実施例では、加圧連続
供給材料気体流れにより交番操作される多吸着層が備わ
る単一分離容器の使用を必要とする。 【０００２】 【従来の技術】圧力変動吸着（ＰＳＡ）は、気体混合物
を吸着剤で前記気体混合物の１つ以上の成分を選択吸着
により分離するものとして周知の方法である。実施例と
して、米国特許第３，４３０，４１８号は、平行流の関
係に配設された４塔式で、そのおのおのの塔が吸着、２
同時減圧、向流減圧、向流パージ、及び２向流加圧工程
からなる多工程サイクルにより逐次的に進行する吸着剤
塔を用いるＰＳＡ法を開示する。このような複合法設計
の目的は分離効率を向上させるにある。この方法の操作
は、数個の気体ヘッダーと、多数のスイッチ弁により相
互連結された少くとも４つの吸着剤塔が、連続供給材料
流れと生成物流れを維持するうえに必要である。前記吸
着剤塔を出入する大量の気体の流れと、塔間気体移動を
含むこの方法の工程の完了に必要な全サイクル時間が有
意になることが明白である。たとえば、沸石による窒素
の選択吸着により空気から酸素を生産する米国特許第３
，４３０，４１８号の一実施例では、１サイクルの完了
に２４０秒が必要である。一般に、ＰＳＡ装置では、高
度の分離と、供給材料と生成物気体の連続性の達成のた
め数個の気体ヘッダーとスイッチ弁を使用する多工程サ
イクルと多塔式設計が必要である。定型的には、前記装
置においては少くとも１つの吸着剤塔が、前記サイクル
中、常に吸着工程を受け、それによって吸着工程のタイ
ムスロット（ｔｉｍｅｓｌｏｔ）が、前記多工程方法の
全サイクル時間の前記方法で用いられる吸着器の数に対
する比で得られるようになる。前記ＰＳＡ法の定型的吸
着時間は、数分というところであり、吸着器の大きさが
、前記時間の間、供給材料気体を処理するだけの十分な
大きさが必要となる。そのうえ、工業用吸着器に用いら
れる吸着剤粒度が、定型的に直径で１．５乃至３ｍｍで
、それによって吸着器の圧力降下が小さくなる。これに
よって、供給材料気体混合物の吸着成分が吸着剤粒子に
拡散物質移動する耐性を増大させ、且つ有意の大きさの
物質移動域（ＭＴＺ）をつくらせる。前記ＭＴＺにおけ
る分離効率は大いに低下するので、吸着器を一定の大き
さにして、ＭＴＺの長さの吸着器長さに対する比を小さ
くすることである。定型的には、工業用吸着器は長さが
５乃至３０フィート（約１５２．４乃至９１４．４ｃｍ
）である。最終的結果は、所定の分離効率に対し、正常
所在で著しく増大し高価につく吸着剤の在庫となる。資
本経費（吸着器容器、パイピング、スイッチ弁及び関係
水道工事材料）の低減可能な、又吸着剤在庫を減少させ
得る研究は極めて至当のことと言える。 【０００３】この目標を達成する１方法は、米国特許第
４，１９４，８９２号で記述された単一吸着器、管数と
弁数のそれぞれを大きく削減した気体配管とスイッチ弁
、及び、数秒という極めて急速なサイクル時間で操作す
る急速圧力変動吸着（ＲＰＳＡ）法を用いることである
。この方法は、圧縮供給材料気体を吸着器に供給端で極
めて短時間（数秒もしくは数秒の何分の１）で導入する
ことと、その後、前記供給材料導入時間の１０倍以下の
時間の間、供給導入を一時停止すること、及びその後、
前記塔を前記供給材料導入時間の少くとも２倍の時間周
囲圧近辺に向流で減圧することからなる３工程サイクル
を用いる。前記供給材料をあとの２工程の間一時停止し
て、前記減圧工程後新しいサイクル始動のためそれを再
導入する供給材料気体混合物の前記比較的弱く吸着させ
た成分の多い連続生成物気体を全工程中の塔の生成物最
終工程を通して抜き取る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】この方法は、非常に短
いサイクル時間を用いることで吸着剤在庫を減少させる
が、次掲のいろいろの基本的欠点がある。すなわち：（
ａ） 供給材料導入が断続的になり、工業用、特に、前
記供給材料気体の圧縮に圧縮機を用いる場合、障害とな
ることと、 （ｂ） 脱着工程（減圧）が断続的になる。従って、脱
着気体が主生成物を構成する場合には、その流れは破壊
的となることと、 （ｃ） 前記供給材料混合物の吸着成分の脱着は、圧力
低下と、前記塔において分離及び収集される供給材料混
合物の比較的弱く吸着させた成分の１部が、本方法の初
めの２工程中、生成物最終工程に向って流れるバックパ
ージ（向流）とによりもたらされる。十分な量のバック
パージの供給には、前記塔の極めて小さい部分のみが用
いられ、供給材料気体のより強く吸着させた成分を保持
し、残余の塔は比較的弱く吸着させた成分の保持に用い
られるだけである。このようにして、塔全体の分離能力
を利用しないことと、 （ｄ） 本当の設計には、その塔長、工程の個々のサイ
クル時間、供給と脱着工程間の圧力比の間の決定的関係
を必要とするが、工業の実際では普通のこととは言え、
供給材料気体の組成物、圧力と温度又はそのいずれかに
おける変動のため本方法の操作を極めて複雑なものとす
る。 この操作変数間の決定的関係は上記（ｃ） 項で記述さ
れた必要条件により設定される。 【０００５】ＲＰＳＡ法の別の実施例は、米国特許第４
，１９４，８９１号に記述されているが、それは、空気
から窒素を５オングストロームの沸石で吸着して高酸素
製品ガス生産用に設計されている。それは、吸着、供給
の一時停止、向流脱着及びパージの逐次工程と、高酸素
製品ガスを用いる１つ２つの向流加工工程を受ける平行
流連結に配設された２つ３つの吸着塔を用いる。用いる
供給材料導入時間は、０．１乃至６．０秒である。それ
ゆえに、この方法は、サイクルをかなり急速に行う以外
は、多塔式、多工程ＰＳＡ装置の通常設計を用いるもの
と考えられる。この方法の有意の拡大はさきに詳論した
理由のため問題となろう。 【０００６】本発明は、上述の欠点のいくつかを克服で
きる新規なＲＰＳＡサイクルと、ハードウエアの集成装
置を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、供給材料流れ
、たとえば空気からの酸素もしくは窒素の生産、又は気
体流れの乾燥、あるいは、水素及び不純物たとえばＣＯ
２、ＣＯ、ＣＨ４及び窒素が含まれる流水改質流れから
、所望の流れ成分たとえば水素を単離させる有効な方法
を提供する。一般に、本発明は、比較的吸着性のある成
分（Ａ）と比較的弱く吸着させた成分（Ｂ）からなる２
成分気体混合物であればなんでも、あるいは特に前記成
分Ａ及びＢが含まれる多成分気体混合物の分離に用いる
ことができる。本発明の主要前提は、非常に小さい吸着
剤粒子を搭載した吸着剤の浅層でＰＳＡ法の吸着及び脱
着工程の中程度に速いサイクルを可能にすることである
。吸着剤の浅層は、その層の直径（Ｄ）のその高さ（Ｌ
）が１以上（Ｄ／Ｌ＞１）という必要条件により決まる
。本発明の操作で、好ましいＤ／Ｌ比は、Ｄ／Ｌ＞１．
５であること。更に好ましい比は、Ｄ／Ｌ＞３．０であ
ることである。これは、Ｄ／Ｌが１以下、好ましくはＤ
／Ｌ＜０．３という比が実施されている普通のＰＳＡ法
における優先Ｄ／Ｌ比とは逆である。 【０００８】連続供給と、２つの連続生成物流れ、すな
わち、一方は比較的強く吸着させた供給材料混合物成分
の高いものと、他方は比較的弱く吸着させた供給材料の
成分の高いものを、単一吸着器容器内で離間した少くと
も２浅層を装備させて得られる。１実施例においては、
前記２浅層は多孔板をサンドイッチにして、気体が一方
の浅層から他方の浅層に流れる時、気体圧力に起こる主
圧力降下をもたらすに役立つ。一方の層からの流出気体
の１部、それは他方の層のパージに使用されるが、主と
して吸着剤層を横切る圧力降下により調整される。本方
法のもう１つの基本的特性は、加圧と吸着工程の同時存
在と、前記２層における減圧とパージ工程の同時存在が
ありながら、供給材料気体の連続導入と、本装置からの
２つの流出気体流れの連続抜き取りを付与し、それでも
層吸着能力の極めて有効な利用を提供することである。 本発明は、大寸法の２塔式又は多塔式吸着塔、多数の気
体ヘッダー及びスイッチ弁設置の必要性を排除する。 【０００９】 【作用】本発明は２つ以上の成分が含まれる気体流れか
ら、ＲＰＳＡの概念とは言え、相対的に速いサイクルに
改善して用い、更に有効操作に必要な新規な、且つ単純
化したハードウエアにより選択性成分を分離する有効な
方法と装置を提供する。 【００１０】図４に示された先行技術ＲＰＳＡ法によれ
ば、少くとも２成分の供給材料気体は、圧縮機１２が備
わり、時には、供給材料パージタンク（図示せず）が後
に続く導管１１により導入されてから、流れ調整弁１３
を通して吸着剤塔１０の一方の端１４に貫通させる。少
くとも一方の成分を選択的に吸着させると、供給材料気
体の他方の成分が多く含まれる気体流れは、塔端１５を
通り、流れ調節弁１７が備わる導管１６に流入する。必
要の場合には生成物気体サージタンク（１８）を導管１
６に配設する。 【００１１】供給材料気体の導入過程を経て、供給材料
弁１３を閉鎖し、導管２０にあり入口に接合する排気弁
１９を開放する。ポンプ２１を排気導管２０に配設して
一方の成分−減損パージ−一方の成分の脱着剤気体とい
う外方向逆流を加速させる。 【００１２】本発明によれば、概ね、比較的多量に吸着
させた成分Ａと、比較的少量に吸着させた成分Ｂからな
る高圧で圧縮した供給材料気体を、直接且つ連続的に本
装置の一方の吸着剤層に供給して、成分Ｂ以上に成分Ａ
の選択吸着をさせる。 【００１３】ここで成分Ｂが多量に含まれるプロセス流
れの１部分を前記層からの流出に際し、なお相対的に高
圧にある流出マニホールドを通して抜き取る。この流出
気体は本方法からの生成物の１つを構成する。このよう
なプロセス気体の残りを、圧力降下域を通し、その後、
前記第２の吸着剤層を透過させるが、それは前記層への
供給材料気体の流れに対し向流方向に行う。これは、成
分Ａを抽出する前記Ａ飽和第２層から前記吸着ずみ成分
Ａを脱着（パージ）するに役立つ。成分Ａが豊富に含ま
れる気体をその後、前記廃ガスマニホールドを通して排
気する。この廃流出気体は、本方法の生成物の１つを構
成する。 【００１４】前記第２層を前記第１層で得られた成分Ｂ
が、豊富な気体でパージしている間に、前記第２層の圧
力を最高吸着圧力からサイクルの最低脱着圧力に同時減
圧して、先述のパージと同様、同時減圧により前記層か
らの成分Ａを脱着させる。 【００１５】層から成分Ａが十分に除去された後、供給
材料気体を層に導入して、成分Ａの同時再加圧と吸着を
行い、高Ｂ成分流出気体を生成させ１部を生成物として
抜き取り、１部を先述のように他方の層のパージ気体に
使用する。このようにして、この工程中、吸着剤層の圧
力は、サイクルの最低圧力レベルから最高圧力レベルに
上昇するが、それと同時に、高Ｂ成分流れを作る。 【００１６】図１乃至３に示された本発明の方法は、新
生の単一生成物流れと単一廃ガス流れの本装置に入る単
一混合成分（圧縮）供給材料気体流れで、供給材料気体
と生成物気体の本質的に連続する流れを分離工程に、又
工程からそれぞれ流入、流出させる。 【００１７】本方法の第１実施例を図１に示す。それは
、選択された吸着剤で構成された水平配置の吸着剤層３
１、３２を収納した単一吸着室３０からなる。これらの
層は深さが６乃至４８インチ（約１５．２乃至１２１．
９２ｃｍ）あり、平均直径が０．２乃至１．０ｍｍ（６
０乃至２０メッシュ）の粒度の吸着材料を支持する。前
記２つの積重層を、０．１乃至１．０フィート（約３．
０５乃至３０．４７ｃｍ）の垂直距離を離間させる。 【００１８】代表的吸着剤層（３１）の垂直長さは０．
５乃至４．０フィート（約１．５２乃至１２１．９２ｃ
ｍ）であるのに対して、おのおのの吸着層の直径が０．
５乃至２０フィート（約１．５２乃至６０．９６ｃｍ）
である。逆に、これにより、密閉容器３０の内径が決ま
り、その中に前記層３１表面と容器曲線側壁間を本質的
に溶接密閉して確実に取付ける。 【００１９】区劃との層３１と３２の間に挿入されてい
るものが、物理的流れ圧縮機構で、上層３１の下面３４
と下層３２の上面３６の間に有意の圧力降下をもたらす
。好ましくは、この機構が、硬質の通気性平面構造、た
とえば多孔金属板３８からなる。板３８はその直径が最
大２４０インチ（約６０９．４ｃｍ）で、規則的に整列
した横線パーホレーション（図示せず）を配設する。 これらを適用すると実質的気体の圧力降下をもたらし、
その程度は上層３１もしくは下層３２に流出するプロセ
ス流れの関数であり、供給気体の入口圧力の１０乃至９
０％とする。形成された多孔板３８の別の方法として、
平面スクリーン又は多孔セラミックもしくは焼結金属仕
切片を丁度具合よく円板形状にして前記容器とぴったり
合うように用いることができる。 【００２０】供給気体は、ターボ圧縮機４６が配設（任
意）された導管４４を経由して装置に入る。圧縮供給気
体は導管４８及び５０を交互に経由して上層３１の外面
５２もしくは下層３２の外面５４に流れる。この断続す
る流れを導管４８及び５０にそれぞれ配設された導管４
８と５０に配設された管路弁５６及び５８の操作によっ
て調節する。 【００２１】溶接した層３１及び３２の対向する外周に
操作自在に連接した廃流導管６０及び４０があり、それ
ぞれ流量調節弁６２及び６４が配設される。排気弁６２
と６４は、前記離間層３１／３２双方を同時に減圧、パ
ージして吸着成分Ａを共通廃ガスマニホールド本管６６
を経由して装置から除去する時、交互に開かれる。１組
の流出導管６８及び７０を操作自在に多孔板３８の対向
平面にあるオープンスペースに連結して成分Ｂの豊富に
含まれる生成物流れの流れを可能にする。これらの導管
には逆止め弁が配設され、生成物を共通生成物主管７６
にのみ流出させる。 【００２２】別の再循環導管（図示せず）を操作自在に
生成物マニホールド７６に連結して生成物流れの１部を
再循環させて必要の場合、層３１又は３２のいずれかに
パージする。この積層吸着剤装置は、層に小粒度の吸着
剤を入れることで、吸着剤粒子の高速動力学、浅層及び
並数を２つもつ分布を促進させ、結果として吸着剤層そ
れ自体の空隙率を減少させる効果があることを特徴とす
る。 【００２３】適当な吸着剤材料と、適切な粒度の選択を
次表１に詳しく示す。 【００２４】 【表１】 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――
吸 着 剤 の 明 細
書―――――――――――――――――――――――
―――――――――――――適当な吸着剤材料： ―――――――――――――――――――――――――
――――――――――― ・１成分もしくは２成分イ
オン交換（週期表のＩ族及びＩＩ族の金属で）沸石
のタイプＡ、Ｘ、Ｙ及びモルデン沸石もしくは斜方
沸石 ・活性炭素 ・シリカ及びアルミナゲル ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――吸着剤粒度： ―――――――――――――――――――――――――
――――――――――― ・単一モード分布に対して
は、粒状、球状又は押出材で直径が０．２乃至１．
０ｍｍ（平均値）のもの。 【００２５】 ・並数を２つもつ分布に対しては、上記粒子を直径
が０．０５乃至０．２０ｍ ｍの粒子（平均値）
と混合すること。 【００２６】 ・並数を２つもつ分布に対しては、吸着器中の吸着
剤粒子の７５乃至９０％は 比較的大きい粒子で
、残部は小粒子のものよりなる。 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――図１に示された本方法実施例の
好ましい操作方式では、比較的大きい選択性で吸着され
た成分Ａと比較的小さい選択性で吸着された成分Ｂから
なる圧縮供給気体を最初に、流出弁６２を閉鎖しながら
弁５６と管路４８を通して吸着層３１に供給する。層３
１の圧力をサイクルの最低圧力から最高圧力に上昇させ
る一方、同時に成分Ａを吸着層３１で吸着させ、成分Ｂ
の豊富な流れをその内面３４に生成させる。この気体の
１部を弁７２と管路６８／７６を通して生成物として透
過させる。他方の成分Ｂの豊富な気体部分をスクリーン
３８を透過させてその圧力を低下させた後、サイクル中
の最高圧力レベルから最低圧力に同時に減圧される下層
３２を透過させる。減圧パージ流出気体（高成分Ａ）を
層３２から開放弁６４を通して管路４０／６６に除去し
、廃ガスを形成する。供給流入弁５８をこの時間の間閉
鎖する。供給気体の層３１への導入を、成分Ａの有効吸
着能力が好ましくは完全に消耗されるまで継続すると、
完全に、さもなければほぼ完全にその能力を利用でき、
本方法の分離効率を増大させる。その後、弁５６と６４
を閉鎖、弁５８と６２を開放して、供給材料を層３２に
移してそれの同時加圧と吸着、及び効力のなくなった層
３１の同時減圧とパージを行う。これにより、本発明の
装置からの供給材料と２生成物気体を間断なく流すこと
が可能になる。表２は、この実施例の弁操作段取りを示
す。 【００２７】 【表２】 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――
吸 着 剤 部 の 操
作―――――――――――――――――――――――
―――――――――――――
（図１及び２）――
―――――――――――――――――――――――――
――――――――― 上部
吸着剤層 下部吸着剤層時
間 （３１又は３１Ａ）
（３２ 又は３２Ａ）――――――――――
―――――――――――――――――――――――――
―Ｏ−ｔＡ 加圧／吸着工程
減圧／パージ工程ｔＡ−ｔＤ 減圧／パー
ジ工程 加圧／吸着工程―――――――
―――――――――――――――――――――――――
――――
弁 作 動 段 取 り――――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――
（図１及び２）――――――――――
―――――――――――――――――――――――――
― （流
入）スイッチ弁（流出）――――――――――――――
――――――――――――――――――――――時
間 ５６（又は５６Ａ） ５８（又は
５８Ａ） ６２（又は６２Ａ） ６４（又
は６４Ａ）Ｏ−ｔＡ Ｏ
Ｃ Ｃ
ＯｔＡ−ｔＤ Ｃ
Ｏ
Ｏ Ｃ―――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――― ｔＡ ＝ ３−３０秒
ｔＤ−ｔＡ＝ ３−３０秒 Ｏ ＝ 開放 Ｃ ＝ 閉鎖 本発明の基本特性は、使用の全サイクル時間が適度に速
い（６乃至６０秒）ことで、それによって前記同時加圧
吸着工程と同時減圧吸着パージ工程の両工程の継続時間
が全サイクル時間の半分（３乃至３０秒）で、米国特許
第４，１９４，８９２号で開示された１秒間もしくは端
数という極めて速い吸着時間や、その方法の異なる工程
に要する時間の間の複雑な関係とは全く対照的である。 この相対的に長い吸着時間は、供給気体の吸着成分（た
とえば成分Ａ）が、吸着剤粒子の全量に完全に拡散でき
、従ってその吸着能力全部の利用が可能となる。極めて
短い吸着時間、たとえば１秒以下では、粒子吸着能力の
完全利用が妨げられ、従って分離効率を低下させる。 【００２８】２層、単一吸着塔分離装置の交番配置を図
２に示す。対応部品は、図１と同一の部品番号を付し同
一の機能を備えるが、部品番号には英文字「Ａ」を付し
区別する。塔３０Ａは図１の装置と外部形状、配管、弁
配置が極めて似ている。唯一の配管変更は、導管７６Ａ
を経由して、本装置からの生成物気体回収に単一で本質
的に中心にある生成物流出導管７６Ａ（逆止め弁７２Ａ
付き）を用いる点である。内部では、内圧降下を有効に
する多孔板（図１の３８）の使用が省けることである。 この実施例においては、粒度範囲及び層高を、両層を横
切る補正実質的圧力降下が出るように更に調節する。典
型的例として、前記両層における吸着剤の大きさが、６
０乃至２０メッシュの範囲である。吸着を受ける吸着剤
層を横切る圧力降下の範囲を２００乃至３ｐｓｉｇに、
又脱着を受ける吸着剤層を横切る圧力降下を３０乃至０
ｐｓｉｇにできる。図２の実施例の主塔と流量弁作動段
取りも表２に示す。 【００２９】その結果、上層５２Ａを暗流する中間生成
物気体圧力、ＰＩをこの生成物気体の一定の部分がその
再生段階の下層５４Ａを通って流れる間、前記生成物の
残量が、この目的に合うように取付けられた開放逆止め
弁７２Ａが備わる（生成物）流出導管７６Ａを流出する
ようになお十分に圧縮する。下層５４で生成される廃ガ
スを弁付き６４Ａ流出導管４０Ａを経由して共通廃ガス
マニホールド６６Ａに周囲圧力に近い圧力で除去する。 図１の第１実施例の時と同様、不安定操作ではあるが、
動吸着が本発明のこのように修正されたＲＰＳＡを用い
て達成できる。 【００３０】成分Ｂ強化生成物流れの純度が、効力を失
った層の同一成分Ｂ強化生成物流れの１部との並行パー
ジにより中間的になる時、監視の要がある。これは、生
成物導管６８、７０、７６（図１）；７６Ａ（図２）及
び１１４、１１６と７６Ｂ（図３）のおのおのに生成物
流れ組成物監視器（図示せず）を設けることで達成され
る。流れ生成物導管中の成分Ｂ強化生成物気体流れの純
度が好ましくない成分Ａの設定上限レベルまで低下する
と、そこで流量調節弁を作動させて、分割供給気体流れ
方向を逆にし、交番吸着剤層（もしくは図３における組
）をここで成分Ｂ強化生成物の生成に使用させる。同時
に、効力を失った層を成分Ｂ強化気体でパージして再生
させる。この工程は好ましくない成分Ａの設定上限レベ
ルが交番生成物導管に届くまで続き、通路は再度反転さ
れる。 【００３１】上述の流れ反転も又本装置の種々の部品で
の圧力の監視ならびに、設定圧力レベル到達時、弁の切
換えにより達成できる。 【００３２】図３においては、図２の無圧力降下板装置
の２層積重ね変型を示すが、これは単一塔気体分離装置
の生産能力をかなり増大させる。４積層８０、８２、８
４及び８６があって、すべてを塔９０内で操作自在（離
間形式）に配設し、おのおのを、そのほぼ鉛直中心線上
の中心におく。既述の配管と弁操作を適用して外層８０
と８２を成分分離（加圧吸着）工程で同時に操作する一
方、内層８４と８６は再生（減圧パージ）工程にあるか
、又交互に、外層８０と８２が再生工程にあって、その
時は、内層８４と８６が成分分離工程にある。これはこ
れから説明の弁操作手順により遂行される。 【００３３】この実施例は、３つの供給気体導管９２、
９４及び９６と、３つの廃ガス導管９８、１００及び１
０２を必要とするが、後者の組は塔９０の全く反対の側
壁上に配列される。主供給管路導管９２と９６には流量
調節弁１０６が備わり、他方の主供給管路９４には、そ
れに配列された調節弁１０４がそれぞれ備わる。同様に
、廃ガス導管９８、１００及び１０２にはそれに取付け
られた調節弁１０８、１１０及び１１２が備わる。生成
物導管１１４と１１６には一方向流れ、逆止め弁１１８
と１２０がそれぞれ備わる。前記弁は成分分離相と層再
生相の間の対層の交番操作ができるように計画されてい
る。実施例（図３）の主塔と流れ操作段取りを図３に示
す。図２の部品に対応する図３の部品には類似機能を有
し、部品番号には英文字「Ｂ」を付す。 【００３４】 【表３】 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――
吸 着 剤 部 の 操
作―――――――――――――――――――――――
―――――――――――――
（図３）―
―――――――――――――――――――――――――
―――――――――― 時 間 部
８４、８６ 部８０、
８２―――――――――――――――――――――――
―――――――――――――Ｏ−ｔＡ 加圧
／吸着工程 減圧／パージ
工程ｔＡ−ｔＤ 減圧／パージ工程
加圧／吸着工程――――――――――――
――――――――――――――――――――――――
弁 操
作 段 取 り（図３）―――――――――――
―――――――――――――――――――――――――
スイッチ弁―――――――――――――――
――――――――――――――――――――― 時
間 １０４ １０６
１０８ １１０ １１２―――
―――――――――――――――――――――――――
――――――――Ｏ−ｔＡ Ｏ
Ｃ Ｏ
Ｃ ＯｔＡ−ｔＤ
Ｃ Ｏ Ｃ
Ｏ Ｃ――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――ｔＡ ＝３−３０秒 ｔＤ−ｔＡ＝３−３０秒 Ｏ ＝開放 Ｃ ＝閉鎖 第１の操作方式では圧縮供給気体を管路４４Ｂとターボ
圧縮機４６Ｂ（任意）を経由して内層８４、８６の間に
あって作動する中間空隙１２２に導入して、両対向内層
を吸着工程で活性化させる。内層８４と８６の外面１２
４と１２６からの結果としてできるプロセス気体ＧＩと
ＧＩＩは、成分の飽和した外層８０と８２の再生に役立
つ。生成物気体の残量を、生成物管路１１４と１１６の
一方向流水逆止め弁１１８と１２０を通して抜き取る。 吸着剤は成分Ｂ以上に成分Ａに対する選択的吸着に役立
つ。生成物マニホールド７６Ｂにおける生成物気体純度
が、その中に不良成分Ａの許容量で測定されその設定最
高レベルに達すると、供給流れ方向は導管９２と９６に
並行して切換えられる。 【００３５】同時に、ここで外層８０と８２を通して内
側方向に流れている成分Ｂ強化プロセス気体の１部を用
いて内層８４と８６を再生する一方、生成物気体の残量
は逆止め弁導管１１４、１１６及び７６Ｂを経由して塔
９０を出る。脱着ずみ成分Ａも内層８４と８６から中央
室１２２に流れ、中央廃ガス導管１００を経由して抜き
取られ、廃ガスマニホールド６６Ｂに入る。 【００３６】切換頻度すなわちサイクルは、本発明にお
いては極めて速く、吸着剤粒子大きさ、吸着剤床深度及
び供給気体入口圧力の関数であり、従って急速動力学と
、正に動的な成分吸着を有用に用いることができる。 図３の実施例も、図１に関する説明のように交番層の間
に取付けられた多孔板を用いて操作できる。 【００３７】別の実施例において、本発明の分離装置へ
の供給気体には水のような特定不純物の含有がわかって
いる時は、条件に合った乾燥力のある材料（アルミナ、
シリカゲル、沸石分子篩、もしくは親水型の活性炭素）
の１つから選ばれた層を有用に用いる。粒状乾燥剤を吸
着剤層系、その後、特定気体供給材料組成に適合する分
離吸着剤の層に隣接して充填する。これをおのおのの吸
着剤層において並数を２つもつ層材料の適当な延伸をも
たせて用いて、先づ供給材料気体の乾燥をもたらす。乾
燥剤層の長さ・深さは吸着剤層の全長の２０乃至５０％
の範囲である。 【００３８】 【実施例】本発明の作業条件を次掲の実施例により更に
具体的に示す。 実施例１ 空気分離圧縮空気は、２０乃至１００ｐｓｉｇの圧力で
容器に入る。主吸着剤は表１の窒素選択性沸石材料で、
酸素強化生成物流れをつくる。別の例として、層に酸素
選択性材料、たとえば、フルオミン、サルコミン又はそ
の種の他のものを充填するが、それは窒素強化生成物流
れをつくる。供給温度は４０乃至１２０°Ｆ（約４．４
°Ｃ乃至４８．９°Ｃ）の範囲である。供給気体流量は
吸着剤層の横断面積（Ｆｔ．２）当り１時間当り１．０
乃至３０．０ポンド（約４５３．６乃至１３，６０８ｇ
）モルとなる。 【００３９】使用吸着剤がＯ２以上にＮ２に対し選択性
がある時は、前記吸着剤層を離れる流出気体のＯ２濃度
が設定限度に達すると、吸着工程を停止させる。この限
度は高Ｏ２濃度生成物が好ましい時は８０乃至９０％の
Ｏ２が可能である。低Ｏ２濃度生成物が好ましい時は、
２２乃至３５％のＯ２を限度とすることができる。 【００４０】使用吸着剤がＮ２以上にＯ２に対して選択
性を有する時は、前記吸着剤層を離れる流出気体のＮ２
濃度が設定限度に達すると吸着工程を停止させる。この
限度は、高窒素濃度生成物が好ましい時、９５乃至９９
．５％のＮ２が可能である。 実施例２ 加湿プロセス気体を圧力３０乃至１２０ｐｓｉｇ、温度
４０乃至１２０°Ｆ（約４．４乃至４８．９°Ｃ）で気
体分離容器に供給する。対向する層に主吸着剤は水選択
性材料たとえば、沸石分子篩、アルミナもしくはシリカ
ゲルである。供給気体流量は吸着剤層の１平方フィート
（約０．０９３ｍ２）当り１時間当り１．０乃至５０ポ
ンド（約２，２６８ｇ）モルの範囲である。この場合の
供給気体導入を、吸着層からの流出気体の露点が、−２
０乃至−８０°Ｃの露点の間となり得る設定限度に達す
ると停止させる。 実施例３ 気体は２成分混合物（Ｈ２−ＣＨ４、Ｈ２−ＣＯもしく
はＨ２ＣＯ２）又は４０乃至９０％Ｈ２と様々な濃度（
稀釈又は容積）のＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４、高アルカン炭
化水素、Ｎ２及びＨ２Ｏを含む多成分混合物である。 供給は圧力が３０乃至３００ｐｓｉｇ、温度が５０乃至
１２０°Ｆ（約１０乃至４８．９°Ｃ）で行われる。主
吸着剤は、沸石分子篩もしくは活性炭素でよい。混合供
給材料流量は１時間当り層の１平方フィート（約０．０
９３ｍ２）当り１．０乃至１００ポンド（約４５３．６
ｇ乃至４５，３６５ｇ）モルである。この場合、供給気
体導入を、吸着剤層を流出する流出気体のＨ２濃度が９
５乃至９９．９９％Ｈ２の設定限度に達すると停止させ
る。 【００４１】 【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、供給
材料気体の吸着器への連続的導入、供給材料混合物の比
較的弱く吸着させた成分の多く含まれた流れの連続抜き
取り、供給材料混合物のより強く吸着させた成分が多く
含まれた流れの連続抜き取り、吸着剤能力の非常に有効
な利用を提供してもなお、吸着剤在庫と、気体管路、吸
着器容器及びスイッチ弁の必要量を有意に減少させるこ
とができるものである。
、急速圧力変動吸着（ＲＰＳＡ）の使用により分離する
方法と装置に関する。１つの特定実施例では、加圧連続
供給材料気体流れにより交番操作される多吸着層が備わ
る単一分離容器の使用を必要とする。 【０００２】 【従来の技術】圧力変動吸着（ＰＳＡ）は、気体混合物
を吸着剤で前記気体混合物の１つ以上の成分を選択吸着
により分離するものとして周知の方法である。実施例と
して、米国特許第３，４３０，４１８号は、平行流の関
係に配設された４塔式で、そのおのおのの塔が吸着、２
同時減圧、向流減圧、向流パージ、及び２向流加圧工程
からなる多工程サイクルにより逐次的に進行する吸着剤
塔を用いるＰＳＡ法を開示する。このような複合法設計
の目的は分離効率を向上させるにある。この方法の操作
は、数個の気体ヘッダーと、多数のスイッチ弁により相
互連結された少くとも４つの吸着剤塔が、連続供給材料
流れと生成物流れを維持するうえに必要である。前記吸
着剤塔を出入する大量の気体の流れと、塔間気体移動を
含むこの方法の工程の完了に必要な全サイクル時間が有
意になることが明白である。たとえば、沸石による窒素
の選択吸着により空気から酸素を生産する米国特許第３
，４３０，４１８号の一実施例では、１サイクルの完了
に２４０秒が必要である。一般に、ＰＳＡ装置では、高
度の分離と、供給材料と生成物気体の連続性の達成のた
め数個の気体ヘッダーとスイッチ弁を使用する多工程サ
イクルと多塔式設計が必要である。定型的には、前記装
置においては少くとも１つの吸着剤塔が、前記サイクル
中、常に吸着工程を受け、それによって吸着工程のタイ
ムスロット（ｔｉｍｅｓｌｏｔ）が、前記多工程方法の
全サイクル時間の前記方法で用いられる吸着器の数に対
する比で得られるようになる。前記ＰＳＡ法の定型的吸
着時間は、数分というところであり、吸着器の大きさが
、前記時間の間、供給材料気体を処理するだけの十分な
大きさが必要となる。そのうえ、工業用吸着器に用いら
れる吸着剤粒度が、定型的に直径で１．５乃至３ｍｍで
、それによって吸着器の圧力降下が小さくなる。これに
よって、供給材料気体混合物の吸着成分が吸着剤粒子に
拡散物質移動する耐性を増大させ、且つ有意の大きさの
物質移動域（ＭＴＺ）をつくらせる。前記ＭＴＺにおけ
る分離効率は大いに低下するので、吸着器を一定の大き
さにして、ＭＴＺの長さの吸着器長さに対する比を小さ
くすることである。定型的には、工業用吸着器は長さが
５乃至３０フィート（約１５２．４乃至９１４．４ｃｍ
）である。最終的結果は、所定の分離効率に対し、正常
所在で著しく増大し高価につく吸着剤の在庫となる。資
本経費（吸着器容器、パイピング、スイッチ弁及び関係
水道工事材料）の低減可能な、又吸着剤在庫を減少させ
得る研究は極めて至当のことと言える。 【０００３】この目標を達成する１方法は、米国特許第
４，１９４，８９２号で記述された単一吸着器、管数と
弁数のそれぞれを大きく削減した気体配管とスイッチ弁
、及び、数秒という極めて急速なサイクル時間で操作す
る急速圧力変動吸着（ＲＰＳＡ）法を用いることである
。この方法は、圧縮供給材料気体を吸着器に供給端で極
めて短時間（数秒もしくは数秒の何分の１）で導入する
ことと、その後、前記供給材料導入時間の１０倍以下の
時間の間、供給導入を一時停止すること、及びその後、
前記塔を前記供給材料導入時間の少くとも２倍の時間周
囲圧近辺に向流で減圧することからなる３工程サイクル
を用いる。前記供給材料をあとの２工程の間一時停止し
て、前記減圧工程後新しいサイクル始動のためそれを再
導入する供給材料気体混合物の前記比較的弱く吸着させ
た成分の多い連続生成物気体を全工程中の塔の生成物最
終工程を通して抜き取る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】この方法は、非常に短
いサイクル時間を用いることで吸着剤在庫を減少させる
が、次掲のいろいろの基本的欠点がある。すなわち：（
ａ） 供給材料導入が断続的になり、工業用、特に、前
記供給材料気体の圧縮に圧縮機を用いる場合、障害とな
ることと、 （ｂ） 脱着工程（減圧）が断続的になる。従って、脱
着気体が主生成物を構成する場合には、その流れは破壊
的となることと、 （ｃ） 前記供給材料混合物の吸着成分の脱着は、圧力
低下と、前記塔において分離及び収集される供給材料混
合物の比較的弱く吸着させた成分の１部が、本方法の初
めの２工程中、生成物最終工程に向って流れるバックパ
ージ（向流）とによりもたらされる。十分な量のバック
パージの供給には、前記塔の極めて小さい部分のみが用
いられ、供給材料気体のより強く吸着させた成分を保持
し、残余の塔は比較的弱く吸着させた成分の保持に用い
られるだけである。このようにして、塔全体の分離能力
を利用しないことと、 （ｄ） 本当の設計には、その塔長、工程の個々のサイ
クル時間、供給と脱着工程間の圧力比の間の決定的関係
を必要とするが、工業の実際では普通のこととは言え、
供給材料気体の組成物、圧力と温度又はそのいずれかに
おける変動のため本方法の操作を極めて複雑なものとす
る。 この操作変数間の決定的関係は上記（ｃ） 項で記述さ
れた必要条件により設定される。 【０００５】ＲＰＳＡ法の別の実施例は、米国特許第４
，１９４，８９１号に記述されているが、それは、空気
から窒素を５オングストロームの沸石で吸着して高酸素
製品ガス生産用に設計されている。それは、吸着、供給
の一時停止、向流脱着及びパージの逐次工程と、高酸素
製品ガスを用いる１つ２つの向流加工工程を受ける平行
流連結に配設された２つ３つの吸着塔を用いる。用いる
供給材料導入時間は、０．１乃至６．０秒である。それ
ゆえに、この方法は、サイクルをかなり急速に行う以外
は、多塔式、多工程ＰＳＡ装置の通常設計を用いるもの
と考えられる。この方法の有意の拡大はさきに詳論した
理由のため問題となろう。 【０００６】本発明は、上述の欠点のいくつかを克服で
きる新規なＲＰＳＡサイクルと、ハードウエアの集成装
置を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、供給材料流れ
、たとえば空気からの酸素もしくは窒素の生産、又は気
体流れの乾燥、あるいは、水素及び不純物たとえばＣＯ
２、ＣＯ、ＣＨ４及び窒素が含まれる流水改質流れから
、所望の流れ成分たとえば水素を単離させる有効な方法
を提供する。一般に、本発明は、比較的吸着性のある成
分（Ａ）と比較的弱く吸着させた成分（Ｂ）からなる２
成分気体混合物であればなんでも、あるいは特に前記成
分Ａ及びＢが含まれる多成分気体混合物の分離に用いる
ことができる。本発明の主要前提は、非常に小さい吸着
剤粒子を搭載した吸着剤の浅層でＰＳＡ法の吸着及び脱
着工程の中程度に速いサイクルを可能にすることである
。吸着剤の浅層は、その層の直径（Ｄ）のその高さ（Ｌ
）が１以上（Ｄ／Ｌ＞１）という必要条件により決まる
。本発明の操作で、好ましいＤ／Ｌ比は、Ｄ／Ｌ＞１．
５であること。更に好ましい比は、Ｄ／Ｌ＞３．０であ
ることである。これは、Ｄ／Ｌが１以下、好ましくはＤ
／Ｌ＜０．３という比が実施されている普通のＰＳＡ法
における優先Ｄ／Ｌ比とは逆である。 【０００８】連続供給と、２つの連続生成物流れ、すな
わち、一方は比較的強く吸着させた供給材料混合物成分
の高いものと、他方は比較的弱く吸着させた供給材料の
成分の高いものを、単一吸着器容器内で離間した少くと
も２浅層を装備させて得られる。１実施例においては、
前記２浅層は多孔板をサンドイッチにして、気体が一方
の浅層から他方の浅層に流れる時、気体圧力に起こる主
圧力降下をもたらすに役立つ。一方の層からの流出気体
の１部、それは他方の層のパージに使用されるが、主と
して吸着剤層を横切る圧力降下により調整される。本方
法のもう１つの基本的特性は、加圧と吸着工程の同時存
在と、前記２層における減圧とパージ工程の同時存在が
ありながら、供給材料気体の連続導入と、本装置からの
２つの流出気体流れの連続抜き取りを付与し、それでも
層吸着能力の極めて有効な利用を提供することである。 本発明は、大寸法の２塔式又は多塔式吸着塔、多数の気
体ヘッダー及びスイッチ弁設置の必要性を排除する。 【０００９】 【作用】本発明は２つ以上の成分が含まれる気体流れか
ら、ＲＰＳＡの概念とは言え、相対的に速いサイクルに
改善して用い、更に有効操作に必要な新規な、且つ単純
化したハードウエアにより選択性成分を分離する有効な
方法と装置を提供する。 【００１０】図４に示された先行技術ＲＰＳＡ法によれ
ば、少くとも２成分の供給材料気体は、圧縮機１２が備
わり、時には、供給材料パージタンク（図示せず）が後
に続く導管１１により導入されてから、流れ調整弁１３
を通して吸着剤塔１０の一方の端１４に貫通させる。少
くとも一方の成分を選択的に吸着させると、供給材料気
体の他方の成分が多く含まれる気体流れは、塔端１５を
通り、流れ調節弁１７が備わる導管１６に流入する。必
要の場合には生成物気体サージタンク（１８）を導管１
６に配設する。 【００１１】供給材料気体の導入過程を経て、供給材料
弁１３を閉鎖し、導管２０にあり入口に接合する排気弁
１９を開放する。ポンプ２１を排気導管２０に配設して
一方の成分−減損パージ−一方の成分の脱着剤気体とい
う外方向逆流を加速させる。 【００１２】本発明によれば、概ね、比較的多量に吸着
させた成分Ａと、比較的少量に吸着させた成分Ｂからな
る高圧で圧縮した供給材料気体を、直接且つ連続的に本
装置の一方の吸着剤層に供給して、成分Ｂ以上に成分Ａ
の選択吸着をさせる。 【００１３】ここで成分Ｂが多量に含まれるプロセス流
れの１部分を前記層からの流出に際し、なお相対的に高
圧にある流出マニホールドを通して抜き取る。この流出
気体は本方法からの生成物の１つを構成する。このよう
なプロセス気体の残りを、圧力降下域を通し、その後、
前記第２の吸着剤層を透過させるが、それは前記層への
供給材料気体の流れに対し向流方向に行う。これは、成
分Ａを抽出する前記Ａ飽和第２層から前記吸着ずみ成分
Ａを脱着（パージ）するに役立つ。成分Ａが豊富に含ま
れる気体をその後、前記廃ガスマニホールドを通して排
気する。この廃流出気体は、本方法の生成物の１つを構
成する。 【００１４】前記第２層を前記第１層で得られた成分Ｂ
が、豊富な気体でパージしている間に、前記第２層の圧
力を最高吸着圧力からサイクルの最低脱着圧力に同時減
圧して、先述のパージと同様、同時減圧により前記層か
らの成分Ａを脱着させる。 【００１５】層から成分Ａが十分に除去された後、供給
材料気体を層に導入して、成分Ａの同時再加圧と吸着を
行い、高Ｂ成分流出気体を生成させ１部を生成物として
抜き取り、１部を先述のように他方の層のパージ気体に
使用する。このようにして、この工程中、吸着剤層の圧
力は、サイクルの最低圧力レベルから最高圧力レベルに
上昇するが、それと同時に、高Ｂ成分流れを作る。 【００１６】図１乃至３に示された本発明の方法は、新
生の単一生成物流れと単一廃ガス流れの本装置に入る単
一混合成分（圧縮）供給材料気体流れで、供給材料気体
と生成物気体の本質的に連続する流れを分離工程に、又
工程からそれぞれ流入、流出させる。 【００１７】本方法の第１実施例を図１に示す。それは
、選択された吸着剤で構成された水平配置の吸着剤層３
１、３２を収納した単一吸着室３０からなる。これらの
層は深さが６乃至４８インチ（約１５．２乃至１２１．
９２ｃｍ）あり、平均直径が０．２乃至１．０ｍｍ（６
０乃至２０メッシュ）の粒度の吸着材料を支持する。前
記２つの積重層を、０．１乃至１．０フィート（約３．
０５乃至３０．４７ｃｍ）の垂直距離を離間させる。 【００１８】代表的吸着剤層（３１）の垂直長さは０．
５乃至４．０フィート（約１．５２乃至１２１．９２ｃ
ｍ）であるのに対して、おのおのの吸着層の直径が０．
５乃至２０フィート（約１．５２乃至６０．９６ｃｍ）
である。逆に、これにより、密閉容器３０の内径が決ま
り、その中に前記層３１表面と容器曲線側壁間を本質的
に溶接密閉して確実に取付ける。 【００１９】区劃との層３１と３２の間に挿入されてい
るものが、物理的流れ圧縮機構で、上層３１の下面３４
と下層３２の上面３６の間に有意の圧力降下をもたらす
。好ましくは、この機構が、硬質の通気性平面構造、た
とえば多孔金属板３８からなる。板３８はその直径が最
大２４０インチ（約６０９．４ｃｍ）で、規則的に整列
した横線パーホレーション（図示せず）を配設する。 これらを適用すると実質的気体の圧力降下をもたらし、
その程度は上層３１もしくは下層３２に流出するプロセ
ス流れの関数であり、供給気体の入口圧力の１０乃至９
０％とする。形成された多孔板３８の別の方法として、
平面スクリーン又は多孔セラミックもしくは焼結金属仕
切片を丁度具合よく円板形状にして前記容器とぴったり
合うように用いることができる。 【００２０】供給気体は、ターボ圧縮機４６が配設（任
意）された導管４４を経由して装置に入る。圧縮供給気
体は導管４８及び５０を交互に経由して上層３１の外面
５２もしくは下層３２の外面５４に流れる。この断続す
る流れを導管４８及び５０にそれぞれ配設された導管４
８と５０に配設された管路弁５６及び５８の操作によっ
て調節する。 【００２１】溶接した層３１及び３２の対向する外周に
操作自在に連接した廃流導管６０及び４０があり、それ
ぞれ流量調節弁６２及び６４が配設される。排気弁６２
と６４は、前記離間層３１／３２双方を同時に減圧、パ
ージして吸着成分Ａを共通廃ガスマニホールド本管６６
を経由して装置から除去する時、交互に開かれる。１組
の流出導管６８及び７０を操作自在に多孔板３８の対向
平面にあるオープンスペースに連結して成分Ｂの豊富に
含まれる生成物流れの流れを可能にする。これらの導管
には逆止め弁が配設され、生成物を共通生成物主管７６
にのみ流出させる。 【００２２】別の再循環導管（図示せず）を操作自在に
生成物マニホールド７６に連結して生成物流れの１部を
再循環させて必要の場合、層３１又は３２のいずれかに
パージする。この積層吸着剤装置は、層に小粒度の吸着
剤を入れることで、吸着剤粒子の高速動力学、浅層及び
並数を２つもつ分布を促進させ、結果として吸着剤層そ
れ自体の空隙率を減少させる効果があることを特徴とす
る。 【００２３】適当な吸着剤材料と、適切な粒度の選択を
次表１に詳しく示す。 【００２４】 【表１】 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――
吸 着 剤 の 明 細
書―――――――――――――――――――――――
―――――――――――――適当な吸着剤材料： ―――――――――――――――――――――――――
――――――――――― ・１成分もしくは２成分イ
オン交換（週期表のＩ族及びＩＩ族の金属で）沸石
のタイプＡ、Ｘ、Ｙ及びモルデン沸石もしくは斜方
沸石 ・活性炭素 ・シリカ及びアルミナゲル ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――吸着剤粒度： ―――――――――――――――――――――――――
――――――――――― ・単一モード分布に対して
は、粒状、球状又は押出材で直径が０．２乃至１．
０ｍｍ（平均値）のもの。 【００２５】 ・並数を２つもつ分布に対しては、上記粒子を直径
が０．０５乃至０．２０ｍ ｍの粒子（平均値）
と混合すること。 【００２６】 ・並数を２つもつ分布に対しては、吸着器中の吸着
剤粒子の７５乃至９０％は 比較的大きい粒子で
、残部は小粒子のものよりなる。 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――図１に示された本方法実施例の
好ましい操作方式では、比較的大きい選択性で吸着され
た成分Ａと比較的小さい選択性で吸着された成分Ｂから
なる圧縮供給気体を最初に、流出弁６２を閉鎖しながら
弁５６と管路４８を通して吸着層３１に供給する。層３
１の圧力をサイクルの最低圧力から最高圧力に上昇させ
る一方、同時に成分Ａを吸着層３１で吸着させ、成分Ｂ
の豊富な流れをその内面３４に生成させる。この気体の
１部を弁７２と管路６８／７６を通して生成物として透
過させる。他方の成分Ｂの豊富な気体部分をスクリーン
３８を透過させてその圧力を低下させた後、サイクル中
の最高圧力レベルから最低圧力に同時に減圧される下層
３２を透過させる。減圧パージ流出気体（高成分Ａ）を
層３２から開放弁６４を通して管路４０／６６に除去し
、廃ガスを形成する。供給流入弁５８をこの時間の間閉
鎖する。供給気体の層３１への導入を、成分Ａの有効吸
着能力が好ましくは完全に消耗されるまで継続すると、
完全に、さもなければほぼ完全にその能力を利用でき、
本方法の分離効率を増大させる。その後、弁５６と６４
を閉鎖、弁５８と６２を開放して、供給材料を層３２に
移してそれの同時加圧と吸着、及び効力のなくなった層
３１の同時減圧とパージを行う。これにより、本発明の
装置からの供給材料と２生成物気体を間断なく流すこと
が可能になる。表２は、この実施例の弁操作段取りを示
す。 【００２７】 【表２】 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――
吸 着 剤 部 の 操
作―――――――――――――――――――――――
―――――――――――――
（図１及び２）――
―――――――――――――――――――――――――
――――――――― 上部
吸着剤層 下部吸着剤層時
間 （３１又は３１Ａ）
（３２ 又は３２Ａ）――――――――――
―――――――――――――――――――――――――
―Ｏ−ｔＡ 加圧／吸着工程
減圧／パージ工程ｔＡ−ｔＤ 減圧／パー
ジ工程 加圧／吸着工程―――――――
―――――――――――――――――――――――――
――――
弁 作 動 段 取 り――――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――
（図１及び２）――――――――――
―――――――――――――――――――――――――
― （流
入）スイッチ弁（流出）――――――――――――――
――――――――――――――――――――――時
間 ５６（又は５６Ａ） ５８（又は
５８Ａ） ６２（又は６２Ａ） ６４（又
は６４Ａ）Ｏ−ｔＡ Ｏ
Ｃ Ｃ
ＯｔＡ−ｔＤ Ｃ
Ｏ
Ｏ Ｃ―――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――― ｔＡ ＝ ３−３０秒
ｔＤ−ｔＡ＝ ３−３０秒 Ｏ ＝ 開放 Ｃ ＝ 閉鎖 本発明の基本特性は、使用の全サイクル時間が適度に速
い（６乃至６０秒）ことで、それによって前記同時加圧
吸着工程と同時減圧吸着パージ工程の両工程の継続時間
が全サイクル時間の半分（３乃至３０秒）で、米国特許
第４，１９４，８９２号で開示された１秒間もしくは端
数という極めて速い吸着時間や、その方法の異なる工程
に要する時間の間の複雑な関係とは全く対照的である。 この相対的に長い吸着時間は、供給気体の吸着成分（た
とえば成分Ａ）が、吸着剤粒子の全量に完全に拡散でき
、従ってその吸着能力全部の利用が可能となる。極めて
短い吸着時間、たとえば１秒以下では、粒子吸着能力の
完全利用が妨げられ、従って分離効率を低下させる。 【００２８】２層、単一吸着塔分離装置の交番配置を図
２に示す。対応部品は、図１と同一の部品番号を付し同
一の機能を備えるが、部品番号には英文字「Ａ」を付し
区別する。塔３０Ａは図１の装置と外部形状、配管、弁
配置が極めて似ている。唯一の配管変更は、導管７６Ａ
を経由して、本装置からの生成物気体回収に単一で本質
的に中心にある生成物流出導管７６Ａ（逆止め弁７２Ａ
付き）を用いる点である。内部では、内圧降下を有効に
する多孔板（図１の３８）の使用が省けることである。 この実施例においては、粒度範囲及び層高を、両層を横
切る補正実質的圧力降下が出るように更に調節する。典
型的例として、前記両層における吸着剤の大きさが、６
０乃至２０メッシュの範囲である。吸着を受ける吸着剤
層を横切る圧力降下の範囲を２００乃至３ｐｓｉｇに、
又脱着を受ける吸着剤層を横切る圧力降下を３０乃至０
ｐｓｉｇにできる。図２の実施例の主塔と流量弁作動段
取りも表２に示す。 【００２９】その結果、上層５２Ａを暗流する中間生成
物気体圧力、ＰＩをこの生成物気体の一定の部分がその
再生段階の下層５４Ａを通って流れる間、前記生成物の
残量が、この目的に合うように取付けられた開放逆止め
弁７２Ａが備わる（生成物）流出導管７６Ａを流出する
ようになお十分に圧縮する。下層５４で生成される廃ガ
スを弁付き６４Ａ流出導管４０Ａを経由して共通廃ガス
マニホールド６６Ａに周囲圧力に近い圧力で除去する。 図１の第１実施例の時と同様、不安定操作ではあるが、
動吸着が本発明のこのように修正されたＲＰＳＡを用い
て達成できる。 【００３０】成分Ｂ強化生成物流れの純度が、効力を失
った層の同一成分Ｂ強化生成物流れの１部との並行パー
ジにより中間的になる時、監視の要がある。これは、生
成物導管６８、７０、７６（図１）；７６Ａ（図２）及
び１１４、１１６と７６Ｂ（図３）のおのおのに生成物
流れ組成物監視器（図示せず）を設けることで達成され
る。流れ生成物導管中の成分Ｂ強化生成物気体流れの純
度が好ましくない成分Ａの設定上限レベルまで低下する
と、そこで流量調節弁を作動させて、分割供給気体流れ
方向を逆にし、交番吸着剤層（もしくは図３における組
）をここで成分Ｂ強化生成物の生成に使用させる。同時
に、効力を失った層を成分Ｂ強化気体でパージして再生
させる。この工程は好ましくない成分Ａの設定上限レベ
ルが交番生成物導管に届くまで続き、通路は再度反転さ
れる。 【００３１】上述の流れ反転も又本装置の種々の部品で
の圧力の監視ならびに、設定圧力レベル到達時、弁の切
換えにより達成できる。 【００３２】図３においては、図２の無圧力降下板装置
の２層積重ね変型を示すが、これは単一塔気体分離装置
の生産能力をかなり増大させる。４積層８０、８２、８
４及び８６があって、すべてを塔９０内で操作自在（離
間形式）に配設し、おのおのを、そのほぼ鉛直中心線上
の中心におく。既述の配管と弁操作を適用して外層８０
と８２を成分分離（加圧吸着）工程で同時に操作する一
方、内層８４と８６は再生（減圧パージ）工程にあるか
、又交互に、外層８０と８２が再生工程にあって、その
時は、内層８４と８６が成分分離工程にある。これはこ
れから説明の弁操作手順により遂行される。 【００３３】この実施例は、３つの供給気体導管９２、
９４及び９６と、３つの廃ガス導管９８、１００及び１
０２を必要とするが、後者の組は塔９０の全く反対の側
壁上に配列される。主供給管路導管９２と９６には流量
調節弁１０６が備わり、他方の主供給管路９４には、そ
れに配列された調節弁１０４がそれぞれ備わる。同様に
、廃ガス導管９８、１００及び１０２にはそれに取付け
られた調節弁１０８、１１０及び１１２が備わる。生成
物導管１１４と１１６には一方向流れ、逆止め弁１１８
と１２０がそれぞれ備わる。前記弁は成分分離相と層再
生相の間の対層の交番操作ができるように計画されてい
る。実施例（図３）の主塔と流れ操作段取りを図３に示
す。図２の部品に対応する図３の部品には類似機能を有
し、部品番号には英文字「Ｂ」を付す。 【００３４】 【表３】 ―――――――――――――――――――――――――
―――――――――――
吸 着 剤 部 の 操
作―――――――――――――――――――――――
―――――――――――――
（図３）―
―――――――――――――――――――――――――
―――――――――― 時 間 部
８４、８６ 部８０、
８２―――――――――――――――――――――――
―――――――――――――Ｏ−ｔＡ 加圧
／吸着工程 減圧／パージ
工程ｔＡ−ｔＤ 減圧／パージ工程
加圧／吸着工程――――――――――――
――――――――――――――――――――――――
弁 操
作 段 取 り（図３）―――――――――――
―――――――――――――――――――――――――
スイッチ弁―――――――――――――――
――――――――――――――――――――― 時
間 １０４ １０６
１０８ １１０ １１２―――
―――――――――――――――――――――――――
――――――――Ｏ−ｔＡ Ｏ
Ｃ Ｏ
Ｃ ＯｔＡ−ｔＤ
Ｃ Ｏ Ｃ
Ｏ Ｃ――――
―――――――――――――――――――――――――
―――――――ｔＡ ＝３−３０秒 ｔＤ−ｔＡ＝３−３０秒 Ｏ ＝開放 Ｃ ＝閉鎖 第１の操作方式では圧縮供給気体を管路４４Ｂとターボ
圧縮機４６Ｂ（任意）を経由して内層８４、８６の間に
あって作動する中間空隙１２２に導入して、両対向内層
を吸着工程で活性化させる。内層８４と８６の外面１２
４と１２６からの結果としてできるプロセス気体ＧＩと
ＧＩＩは、成分の飽和した外層８０と８２の再生に役立
つ。生成物気体の残量を、生成物管路１１４と１１６の
一方向流水逆止め弁１１８と１２０を通して抜き取る。 吸着剤は成分Ｂ以上に成分Ａに対する選択的吸着に役立
つ。生成物マニホールド７６Ｂにおける生成物気体純度
が、その中に不良成分Ａの許容量で測定されその設定最
高レベルに達すると、供給流れ方向は導管９２と９６に
並行して切換えられる。 【００３５】同時に、ここで外層８０と８２を通して内
側方向に流れている成分Ｂ強化プロセス気体の１部を用
いて内層８４と８６を再生する一方、生成物気体の残量
は逆止め弁導管１１４、１１６及び７６Ｂを経由して塔
９０を出る。脱着ずみ成分Ａも内層８４と８６から中央
室１２２に流れ、中央廃ガス導管１００を経由して抜き
取られ、廃ガスマニホールド６６Ｂに入る。 【００３６】切換頻度すなわちサイクルは、本発明にお
いては極めて速く、吸着剤粒子大きさ、吸着剤床深度及
び供給気体入口圧力の関数であり、従って急速動力学と
、正に動的な成分吸着を有用に用いることができる。 図３の実施例も、図１に関する説明のように交番層の間
に取付けられた多孔板を用いて操作できる。 【００３７】別の実施例において、本発明の分離装置へ
の供給気体には水のような特定不純物の含有がわかって
いる時は、条件に合った乾燥力のある材料（アルミナ、
シリカゲル、沸石分子篩、もしくは親水型の活性炭素）
の１つから選ばれた層を有用に用いる。粒状乾燥剤を吸
着剤層系、その後、特定気体供給材料組成に適合する分
離吸着剤の層に隣接して充填する。これをおのおのの吸
着剤層において並数を２つもつ層材料の適当な延伸をも
たせて用いて、先づ供給材料気体の乾燥をもたらす。乾
燥剤層の長さ・深さは吸着剤層の全長の２０乃至５０％
の範囲である。 【００３８】 【実施例】本発明の作業条件を次掲の実施例により更に
具体的に示す。 実施例１ 空気分離圧縮空気は、２０乃至１００ｐｓｉｇの圧力で
容器に入る。主吸着剤は表１の窒素選択性沸石材料で、
酸素強化生成物流れをつくる。別の例として、層に酸素
選択性材料、たとえば、フルオミン、サルコミン又はそ
の種の他のものを充填するが、それは窒素強化生成物流
れをつくる。供給温度は４０乃至１２０°Ｆ（約４．４
°Ｃ乃至４８．９°Ｃ）の範囲である。供給気体流量は
吸着剤層の横断面積（Ｆｔ．２）当り１時間当り１．０
乃至３０．０ポンド（約４５３．６乃至１３，６０８ｇ
）モルとなる。 【００３９】使用吸着剤がＯ２以上にＮ２に対し選択性
がある時は、前記吸着剤層を離れる流出気体のＯ２濃度
が設定限度に達すると、吸着工程を停止させる。この限
度は高Ｏ２濃度生成物が好ましい時は８０乃至９０％の
Ｏ２が可能である。低Ｏ２濃度生成物が好ましい時は、
２２乃至３５％のＯ２を限度とすることができる。 【００４０】使用吸着剤がＮ２以上にＯ２に対して選択
性を有する時は、前記吸着剤層を離れる流出気体のＮ２
濃度が設定限度に達すると吸着工程を停止させる。この
限度は、高窒素濃度生成物が好ましい時、９５乃至９９
．５％のＮ２が可能である。 実施例２ 加湿プロセス気体を圧力３０乃至１２０ｐｓｉｇ、温度
４０乃至１２０°Ｆ（約４．４乃至４８．９°Ｃ）で気
体分離容器に供給する。対向する層に主吸着剤は水選択
性材料たとえば、沸石分子篩、アルミナもしくはシリカ
ゲルである。供給気体流量は吸着剤層の１平方フィート
（約０．０９３ｍ２）当り１時間当り１．０乃至５０ポ
ンド（約２，２６８ｇ）モルの範囲である。この場合の
供給気体導入を、吸着層からの流出気体の露点が、−２
０乃至−８０°Ｃの露点の間となり得る設定限度に達す
ると停止させる。 実施例３ 気体は２成分混合物（Ｈ２−ＣＨ４、Ｈ２−ＣＯもしく
はＨ２ＣＯ２）又は４０乃至９０％Ｈ２と様々な濃度（
稀釈又は容積）のＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４、高アルカン炭
化水素、Ｎ２及びＨ２Ｏを含む多成分混合物である。 供給は圧力が３０乃至３００ｐｓｉｇ、温度が５０乃至
１２０°Ｆ（約１０乃至４８．９°Ｃ）で行われる。主
吸着剤は、沸石分子篩もしくは活性炭素でよい。混合供
給材料流量は１時間当り層の１平方フィート（約０．０
９３ｍ２）当り１．０乃至１００ポンド（約４５３．６
ｇ乃至４５，３６５ｇ）モルである。この場合、供給気
体導入を、吸着剤層を流出する流出気体のＨ２濃度が９
５乃至９９．９９％Ｈ２の設定限度に達すると停止させ
る。 【００４１】 【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、供給
材料気体の吸着器への連続的導入、供給材料混合物の比
較的弱く吸着させた成分の多く含まれた流れの連続抜き
取り、供給材料混合物のより強く吸着させた成分が多く
含まれた流れの連続抜き取り、吸着剤能力の非常に有効
な利用を提供してもなお、吸着剤在庫と、気体管路、吸
着器容器及びスイッチ弁の必要量を有意に減少させるこ
とができるものである。
【図１】本発明の急速圧力変動吸着（ＲＰＳＡ）法実施
に適する装置の１特定実施例の略図である。
に適する装置の１特定実施例の略図である。
【図２】本発明のＲＰＳＡ装置と方法の別の実施例の略
図である。
図である。
【図３】本発明のＲＰＳＡ装置と方法の第３実施例の略
図である。
図である。
【図４】多成分供給材料気体の急速断熱圧力変動工程分
離に適した最新式装置の略図である。
離に適した最新式装置の略図である。
１０ 吸着剤塔
１１ 導管
１２ 圧縮機
１３ 流量調節弁
１４ 吸着剤塔１０の１端
１５ 塔端
１６ 導管
１７ 流量調節弁
１８ 生成物気体サージタンク
１９ 排気弁
２０ 導管
２１ ポンプ
３０ 単一吸着室（密閉容器）
３０Ａ 塔
３１ 水平配列吸着層
３２ 水平配列吸着層
３４ 下面
３６ 上面
３８ 多孔金属板
４０ 廃流導管
４０Ａ 流出導管
４４ 導管
４６ ターボ圧縮機
４８ 導管
５０ 導管
５２ 外面
５２Ａ 上層
５４ 外面
５４Ａ 下層
５６ 管路弁
５８ 管路弁
６０ 廃流導管
６２ 流量調節弁（排気弁）
６４ 流量調節弁
６４Ａ 弁つき流出導管
６６ 共通廃ガス主マニホールド
６６Ａ 共通廃ガス主マニホールド
６８ 流出導管
７０ 流出導管
７２ 一方向逆止め弁
７２Ａ 開放逆止め弁
７４ 一方向逆止め弁
７６ 管路
７６Ａ 生成物流出管路
７６Ｂ 生成物流出管路
８０ 重ね積層
８２ 重ね積層
８４ 重ね積層
８６ 重ね積層
９０ 塔
９２ 供給材料気体導管
９４ 供給材料気体導管
９６ 供給材料気体導管
９８ 廃ガス導管
１００ 廃ガス導管
１０２ 廃ガス導管
１０４ 調節弁
１０６ 流量調節弁
１０８ 調節弁
１１０ 調節弁
１１２ 調節弁
１１４ 生成物導管
１１６ 生成物導管
１１８ 逆止め弁
１２０ 逆止め弁
１２２ 中間空隙（中央室）
１２４ 外面
１２６ 外面
Claims (22)
- 【請求項１】 多成分供給材料気体を、単一吸着剤容
器中で、その容器の対向する部分に圧縮供給材料気体を
交互に導入して、前記多成分中の少くとも１成分を選択
的吸着により分離する急速断熱圧力変動吸着法において
、（ａ） ２層の離間した、相対的に深さの浅い第１及
び第２吸着層からなり、おのおのの吸着剤層が相対的に
小寸法範囲の粒子からなり、前記粒子を第１の成分Ａを
第２の成分Ｂ以上により選択的吸着するよう適合させ、
且つ両成分が前記供給材料気体に含まれる１つ以上の吸
着区劃を設ける工程と、（ｂ） 前記供給材料気体の少
くとも１部を吸着剤の１つ以上の前記第１層を連続透過
させ、且つ高成分Ｂ気体流の第１部分を前記第１層から
相対的高圧流れとして生成物導管に抜き取る工程と、（
Ｃ） 前記高成分Ｂ気体流れの第２部分を圧力降下の誘
導後に前記吸着剤の前記１つ以上の第２層に、この層を
通る供給材料気体流れに対し向流に同時に透過させて残
留成分Ａをそれからパージし、且つ成分Ａ気体を１つ以
上の第１廃ガス導管に抜き取る工程と、（ｄ） 前記生
成物導管中の高成分Ｂ生成物気流れの純度が、成分Ａの
含量の設定最大許容量に低下すると、圧縮供給材料気体
流れを前記吸着剤の１つ以上の第２層に切換えて、高成
分Ｂ気体流れの第１部分を生成物導管に抜き取る一方、
前記１つ以上の第１層を、前記１つ以上の第２吸着剤層
から生成された前記高成分Ｂ気体流れの前記１つ以上の
第２部分でパージする工程と、（ｅ） 前記生成物導管
中の高成分Ｂ気体流れの純度が、成分Ａ含量の設定最大
許容量に低下すると、ここでも圧縮供給材料気体流れを
工程（ｂ） のモードに転換させる工程と、からなる急
速断熱圧力変動吸着法。 - 【請求項２】 前記工程（ｂ） の間に、前記第１吸
着層の圧力を最低吸着圧力から、供給材料気体の導入に
より最高吸着圧力に加圧し、その後、前記層から前記高
成分Ｂ流出生成物気体を抜き取る間中、前記第１吸着工
程を継続することを特徴とする請求項１の吸着法。 - 【請求項３】 前記工程（ｄ） の間に、前記第２吸
着層の圧力を最高吸着圧力から、前記層からの気体抜き
取りにより、最低吸着圧力に減圧する一方、パージ工程
を高成分Ｂ気体で行って、前記吸着区劃で同時減圧とパ
ージをもたらすことを特徴とする請求項１の吸着法。 - 【請求項４】 前記高Ｂ気体の第２部分をその圧力を
かなり降下させるに適した流れ圧縮機構に先ず透過させ
てから、更にそれを前記第２吸着剤層に向流流れ方向に
透過させて吸着ずみ成分Ａを前記層から脱着させ、それ
を廃ガス導管に抜き取ることを特徴とする請求項１の吸
着法。 - 【請求項５】 前記両層の吸着剤粒子の直径が０．２
乃至１．０ｍｍ（６０乃至２０メッシュ）の範囲である
ことと、吸着剤層の深度が６乃至４８インチ（約１５．
２４乃至１２１．９ｃｍ）の範囲であることと、圧力変
動サイクルが６乃至６０秒であることと、供給気体流量
が１時間当り１平方フィート（約０．０９ｍ２）当り１
乃至１００ポンド（約４５３．６ｇ）モルであることと
を特徴とする請求項１の吸着法。 - 【請求項６】 前記供給材料気体には成分Ａとして連
行水分が含まれ、又おのおのの吸着剤層が供給端におい
てアルミニウム、シリカゲル又は沸石の１つから選ばれ
る水選択性吸着剤からなることを特徴とする請求項１の
吸着法。 - 【請求項７】 前記供給材料気体が空気であり、又窒
素選択性吸着剤の利用の際、酸素強化生成物流れの生成
に吸着剤区劃を適合させてあることを特徴とする請求項
１の吸着法。 - 【請求項８】 前記供給材料気体は空気であり、又酸
素選択性吸着剤利用の際、窒素強化生成物流れの生成に
吸着剤区劃を適合させてあることを特徴とする請求項１
の吸着法。 - 【請求項９】 前記供給材料気体は気体混合物を含む
酸素であることと、非水素成分に対し選択的である吸着
剤利用の際、窒素強化生成物流れの生成に吸着剤区劃を
適合させてあることを特徴とする請求項１の吸着法。 - 【請求項１０】 圧力が２０乃至３００ｐｓｉｇの前
記供給材料気体から水素及びメタンがなることと、６乃
至４８インチ（約１５．２４乃至１２１．９２ｃｍ）の
層長で配列された前記吸着剤から粒度が６０乃至２０メ
ッシュの活性炭素又は沸石が成ることと、前記急速変動
サイクルが６乃至６０秒の範囲であることとを特徴とす
る請求項１の吸着法。 - 【請求項１１】 圧力２０乃至３００ｐｓｉｇの前記
供給材料気体から、水素及び一酸化炭素がなることと、
層長が６乃至４８インチ（約１５．２４乃至１２１．９
２ｃｍ）で配列された前記吸着剤から粒度が６０乃至２
０メッシュの活性炭素、沸石、すなわちＣＯ複合材料が
なることと、前記急速変動サイクルが６０乃至６０秒の
範囲であることとを特徴とする請求項１の吸着法。 - 【請求項１２】 前記供給材料気体は所望生成物とし
て水素の混合物であるかたわら、一酸化炭素、メタン、
窒素及び二酸化炭素が残量であることと、前記供給材料
気体の圧力が２０乃至３００ｐｓｉｇであることと、前
記吸着剤が、活性炭素と少くとも４オングストロームの
沸石分子篩の均一混合物であることと、粒度が６０乃至
２０メッシュであることと、前記急速変動サイクルの６
乃至４８インチ（約１５．２４乃至１２１．９２ｃｍ）
が６乃至６０秒の範囲であることとを特徴とする請求項
１の吸着法。 - 【請求項１３】 前記第１及び第２吸着層間の供給材
料気体圧力降下をその間に配列し、それを通る気体流れ
に透過性である固定部材により誘導することを特徴とす
る請求項１の吸着法。 - 【請求項１４】 前記供給材料気体には水分が含まれ
ることと、おのおのの吸着層を修正して、全水分を処理
される供給材料気体からの適合させた乾燥剤材料の分離
層を設けることとを特徴とする請求項１の吸着法。 - 【請求項１５】 前記乾燥剤材料が、アルミナ、シリ
カゲル、沸石分子篩及び親水形式の活性炭素の１つから
なることを特徴とする請求項１４の吸着法。 - 【請求項１６】 多成分供給材料気体を、単一吸着剤
容器中で、その容器の対向する端部に圧縮供給材料気体
を交互に導入して、前記多成分中の少くとも１成分を選
択的吸着により分離する急速断熱圧力変動吸着法におい
て、（ａ） ２層の離間した、相対的に深さの浅い第１
及び第２吸着層からなり、おのおのの吸着剤層が相対的
に小寸法範囲の粒子からなり、前記粒子を第１の成分Ａ
を第２の成分Ｂ以上により選択的吸着するよう適合させ
、且つ両成分が前記供給材料気体に含まれる１つ以上の
吸着区劃を設ける工程と、（ｂ） 供給材料気体を吸着
剤の第１層を連続的に透過させて、高成分Ｂ気体流れの
１部を前記第１層の中から比較的高圧の流れとして第１
生成物導管に抜き取る工程と、（ｃ） 前記高成分Ｂ気
体流れの第２部分を圧力降下の誘導後に前記吸着剤の第
２層に、この層を通る供給材料気体流れに対し向流に同
時に透過させて残留成分Ａをそれからパージし、且つ成
分Ａ気体を第１廃ガス導管に抜き取る工程と、（ｄ）
前記第１生成物導管中の高成分Ｂ生成物気体流れの純度
が、成分Ａ含量の設定最高許容量に低下すると、圧縮供
給材料気体流れを吸着剤の第２層に切換えて高成分Ｂ気
体流れの第１部分を第２生成物導管に抜き取る一方、前
記第１層を前記第２吸着剤層から生成された高成分Ｂ気
体流れのもう１つの部分でパージする工程と、（ｅ）
前記第２生成物導管中の高成分Ｂ気体流れの純度が成分
Ａ含量の設定最高許容量に低下すると、ここでも前記圧
縮供給材料気体流れを工程（ｂ） のモードに転換する
工程と、からなる急速断熱圧力変動吸着法。 - 【請求項１７】 多成分供給材料気体を、単一吸着剤
容器中で、その容器の対向する部分に供給材料気体を導
入して、前記多成分中の少くとも１成分を選択的吸着に
より分離する急速断熱圧力変動法において、（ａ） １
組の離間した、相対的に深さの浅い第１及び第２吸着層
からなり、前記層のおのおのが相対的に小寸法範囲の粒
子からなり、前記粒子を第１の成分Ａを第２の成分以上
により選択的に吸着するよう適合させ、且つ両成分が前
記供給材料気体に含まれることを特徴とする２層吸着区
劃を設ける工程と、（ｂ） 供給材料気体の第１部分を
おのおのの区劃の第１吸着層に連続的に透過して、中心
第１生成物導管から回収した比較的高圧の流れとして前
記第１層により未吸着の高成分Ｂ気体流れの１部を抜き
取る工程と、（ｃ） 前記高成分Ｂ気体流れの第２部分
をおのおのの区劃の第２吸着剤層に、向流流れの方向に
透過して、残量成分Ａをそれから、パージし且つ、成分
Ａを第１廃ガス導管に抜き取る工程と、（ｄ） 前記第
１生成物導管中の高成分Ｂ気体流れの純度が成分Ａ含量
の設定最高許容量に低下すると、圧縮供給材料気体流れ
を、おのおのの区劃の第２吸着剤層に切換えて、前記高
成分Ｂ気体流れを前記生成物導管に抜き取る一方、前記
第１吸着剤層をおのおのの区劃の前記第２吸着層から前
記高Ｂ気体のもう１つの部分でパージする工程と、から
なる急速断熱圧力変動法。 - 【請求項１８】 気体成分分離装置であって、吸着剤
材料上の供給材料気体の１部から少くとも１成分を選択
吸着し、又生成物気体流れの１部を同時に用いて、吸着
剤材料に優先的に残留した前記吸着ずみ成分を脱着する
必要のある急速断熱圧力変動吸着工程条件の下、前記分
離を単一、細長密封容器で行う装置において、（ａ）
前記容器に離間させた多孔吸着剤材料の２隣接層で、そ
のおのおのを第１成分Ａを第２成分Ｂ以上に前記供給材
料流れから、より選択的に吸着する２隣接層と、（ｂ）
機能的に連結され又前記容器の長さ方向寸法に沿って
離間して、高圧供給材料気体を容器に選択的に導入する
２つの分離圧縮供給材料気体導管と、（Ｃ） 機能的に
連結され且つ、前記容器の細長寸法に沿って離間させ、
又前記供給材料気体導管から正反対に配列され、又前記
容器の縦方向端に隣接して、前記供給材料気体流れの第
１成分Ａに豊富な廃ガス流れを選択的に抜き取る２つの
分離廃ガス導管と、（ｄ） 機能的に連結され且つ、前
記容器の対向する長さ方向の端部の中間で離間して、分
離容器の中間区劃から高成分Ｂ生成物気体流れの抜き取
りをする２つの分離生成物気体導管と、（ｅ）前記気体
供給導管のおのおのそれぞれに配置され、前記供給材料
気体の割込流れを前記吸着剤層の外面に流すよう適合さ
せた第１及び第２弁調節機構と、（ｆ） 前記生成物気
体導管のおのおのそれぞれに配置され、前記吸着剤層の
効力が失われ再生工程の準備ができるまで、前記容器内
の吸着剤層の内面から割込高成分Ｂ生成物気体抜き取り
ができるよう適合させた第３及び第４弁調節機構と、（
ｇ） 前記２つの廃ガス導管のおのおのそれぞれに配置
され、前記層が再生され且つ選択的気体吸着剤工程の準
備ができるまで、前記高成分Ａ廃ガスの割込流れを前記
吸着剤層の外面から流せるよう適合させた第５及び第６
の弁調節機構と、（ｈ） 前記層間に挿入され、その間
の流れ連絡を可能にし、前記容器の中間区劃を横切る相
当の気体圧力降下をもたらす物理的遮断機構と、からな
る気体成分分離装置。 - 【請求項１９】 前記圧力降下発生機構が、多孔金属
板からなることを特徴とする請求項１８の分離装置。 - 【請求項２０】 前記圧力降下発生機構が、多孔セラ
ミック板からなることを特徴とする請求項１８の分離装
置。 - 【請求項２１】 前記圧力降下発生機構が多孔焼結金
属板からなることを特徴とする請求項１８の分離装置。 - 【請求項２２】 気体成分分離装置であって、吸着剤
材料上の供給材料気体の１部から少くとも１成分を選択
吸着し、又生成物気体流れの１部を同時に用いて、吸着
剤材料に優先的に残留している前記吸着ずみ成分を脱着
する必要のある急速断熱圧力変動吸着工程条件の下、前
記分離を単一、細長密封容器で行う装置において、（ａ
） 前記容器に離間させた多孔吸着剤材料の４つの１体
層でそのおのおのを、第２成分Ｂ以上に第１成分Ａを前
記供給材料流れから選択的に吸着するよう適合させた４
つの１体層と、（ｂ） 機能的に連結され且つ前記容器
の長さ方向寸法に沿って離間させて、高圧供給材料気体
を同容器に選択的に導入する３つの分離圧縮供給材料気
体導管と、（ｃ） 機能的に連結され且つ、前記容器の
長さ方向に離間させて、前記供給材料気体流れの第１成
分Ａが豊富な廃ガス流れを抜き取る３つの分離廃ガス導
管と、（ｄ） 機能的に連結され且つ、前記容器の対向
長さ方向の端の中間にあって、高成分Ｂ生成物気体流れ
を分離容器から抜き取る２つの生成物気体導管と、（ｅ
） 前記気体供給導管の１つに配置され、前記供給材料
気体の割込流れを前記吸着剤層の内部セットに同時に流
せるよう適合させた第１弁調節機構と、（ｆ） 前記供
給気体導管の他の２つに配置され、前記供給気体の割込
流れを前記吸着剤層の外部セットに同時に流せるよう適
合させた第２弁調節機構と、（ｇ） 前記生成物気体導
管のおのおのに配置されて、生成物気体を前記容器から
抜き取れるよう適合させた第３、第４及び第５の弁調節
機構と、からなる気体成分分離装置。
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