JPH05192528A - 混合気体からの酸素と窒素の分離方法 - Google Patents
混合気体からの酸素と窒素の分離方法Info
- Publication number
- JPH05192528A JPH05192528A JP4008950A JP895092A JPH05192528A JP H05192528 A JPH05192528 A JP H05192528A JP 4008950 A JP4008950 A JP 4008950A JP 895092 A JP895092 A JP 895092A JP H05192528 A JPH05192528 A JP H05192528A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- nitrogen
- pressure
- adsorption
- adsorbent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 81
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 title abstract 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 80
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 13
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 16
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 9
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/04—Purification or separation of nitrogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 動力原単位及び吸着剤量を大幅に低減するこ
とができる、低温、低圧条件下で混合気体から酸素と窒
素を分離する圧力スィング式吸着分離方法を提供しよう
とするものである。 【構成】 ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０〜２．５に調
整されたＮａ−Ｘ型ゼオライトを充填した少なくとも２
塔の吸着塔を使用し、酸素及び窒素を主成分とする混合
気体を、室温以下の低温で、かつ大気圧以上３ａｔａ以
下の圧力で一方の吸着塔に流入させ、混合気体から窒素
を選択的に吸着させ、高純度酸素又は酸素富化ガスを回
収し、他方の吸着塔を０．０８〜０．５ａｔａに減圧し
て吸着剤を再生し、窒素を排出することを特徴とする混
合気体から酸素と窒素を分離する方法である。
とができる、低温、低圧条件下で混合気体から酸素と窒
素を分離する圧力スィング式吸着分離方法を提供しよう
とするものである。 【構成】 ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０〜２．５に調
整されたＮａ−Ｘ型ゼオライトを充填した少なくとも２
塔の吸着塔を使用し、酸素及び窒素を主成分とする混合
気体を、室温以下の低温で、かつ大気圧以上３ａｔａ以
下の圧力で一方の吸着塔に流入させ、混合気体から窒素
を選択的に吸着させ、高純度酸素又は酸素富化ガスを回
収し、他方の吸着塔を０．０８〜０．５ａｔａに減圧し
て吸着剤を再生し、窒素を排出することを特徴とする混
合気体から酸素と窒素を分離する方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒素を選択的に吸着す
る吸着剤を使用して、酸素と窒素を主成分とする混合気
体から酸素と窒素を分離する方法に関する。
る吸着剤を使用して、酸素と窒素を主成分とする混合気
体から酸素と窒素を分離する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素吸着剤を利用して、空気から酸素と
窒素を分離する方法は、装置が小型簡易であり、殆ど保
守を必要とせずほぼ無人運転が可能であり、酸素製造量
１０〜３０００Ｎｍ3 Ｏ2 ／Ｈｒ程度の中小型装置とし
て近年使用例が増え、深冷分離装置で作られる液体酸素
を輸送して使用するケースからの代替が進行している。
窒素を分離する方法は、装置が小型簡易であり、殆ど保
守を必要とせずほぼ無人運転が可能であり、酸素製造量
１０〜３０００Ｎｍ3 Ｏ2 ／Ｈｒ程度の中小型装置とし
て近年使用例が増え、深冷分離装置で作られる液体酸素
を輸送して使用するケースからの代替が進行している。
【０００３】この種の代表的な装置の概要を説明する
と、装置は２塔以上の吸着塔、空気圧縮機、場合によっ
ては真空ポンプなどから構成される。１塔の吸着塔に空
気圧縮機で圧縮空気を送ると、塔内に充填された窒素吸
着剤に空気中の窒素が吸着され、高圧の酸素を流出回収
する。他塔は真空ポンプで減圧され、必要に応じて製品
酸素の一部を向流で流すことにより窒素を脱着し、吸着
剤を再生する。このような吸着工程と再生工程を交互に
繰り返して連続的に酸素と窒素を分離する。
と、装置は２塔以上の吸着塔、空気圧縮機、場合によっ
ては真空ポンプなどから構成される。１塔の吸着塔に空
気圧縮機で圧縮空気を送ると、塔内に充填された窒素吸
着剤に空気中の窒素が吸着され、高圧の酸素を流出回収
する。他塔は真空ポンプで減圧され、必要に応じて製品
酸素の一部を向流で流すことにより窒素を脱着し、吸着
剤を再生する。このような吸着工程と再生工程を交互に
繰り返して連続的に酸素と窒素を分離する。
【０００４】ここで使用される窒素吸着剤としては、ユ
ニオンカーバイント社により実用化されたＮａ−Ａ型ゼ
オライトの６０〜７０％Ｃａ交換体が代表的なものであ
り、この窒素吸着剤は空気条件下において酸素の共吸着
が窒素吸着の１０％以下と推定される。上記の装置は１
Ｎｍ3 の酸素を製造するのに消費電力０．７５〜１ＫＷ
ｈを必要とし、大容量深冷分離方法で製造するときの消
費電力０．４５ＫＷｈに比べて大きい。また、上記の装
置は装置容量の増大に対するスケールメリットが少な
く、３０００Ｎｍ3 ( 酸素）／ｈ以上の領域では深冷分
離方法に競合できないと言われている。
ニオンカーバイント社により実用化されたＮａ−Ａ型ゼ
オライトの６０〜７０％Ｃａ交換体が代表的なものであ
り、この窒素吸着剤は空気条件下において酸素の共吸着
が窒素吸着の１０％以下と推定される。上記の装置は１
Ｎｍ3 の酸素を製造するのに消費電力０．７５〜１ＫＷ
ｈを必要とし、大容量深冷分離方法で製造するときの消
費電力０．４５ＫＷｈに比べて大きい。また、上記の装
置は装置容量の増大に対するスケールメリットが少な
く、３０００Ｎｍ3 ( 酸素）／ｈ以上の領域では深冷分
離方法に競合できないと言われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以下、上記の装置の欠
点を検討する。まず、消費電力の低減については、送風
圧力を低くして低圧で吸着操作を行うことが考えられる
が、窒素吸着量が圧力にほぼ比例して低下するため、装
置の容量が極めて増大する。次に、吸着量の増大を図る
ために、低温条件で吸着操作を行うことが考えられる
が、吸着・脱着速度が著しく低下するため、同一塔長で
の製品酸素濃度が室温時よりもかえって低下する。ま
た、温度の低下に伴い窒素吸着時の酸素共吸着量が上昇
するため、動力原単位が漸次上昇する。そこで、本発明
は、上記の欠点を解消し、動力原単位及び吸着剤量を大
幅に低減することができる、低温、低圧吸着条件下で酸
素と窒素を分離する方法を提供しようとするものであ
る。
点を検討する。まず、消費電力の低減については、送風
圧力を低くして低圧で吸着操作を行うことが考えられる
が、窒素吸着量が圧力にほぼ比例して低下するため、装
置の容量が極めて増大する。次に、吸着量の増大を図る
ために、低温条件で吸着操作を行うことが考えられる
が、吸着・脱着速度が著しく低下するため、同一塔長で
の製品酸素濃度が室温時よりもかえって低下する。ま
た、温度の低下に伴い窒素吸着時の酸素共吸着量が上昇
するため、動力原単位が漸次上昇する。そこで、本発明
は、上記の欠点を解消し、動力原単位及び吸着剤量を大
幅に低減することができる、低温、低圧吸着条件下で酸
素と窒素を分離する方法を提供しようとするものであ
る。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明は、ＳｉＯ2 ／
Ａｌ2 Ｏ3 比２．０〜２．５に調整されたＮａ−Ｘ型ゼ
オライトを充填した少なくとも２塔の吸着塔を使用し、
酸素及び窒素を主成分とする混合気体を、室温以下の低
温で、かつ大気圧以上３ａｔａ以下の圧力で一方の吸着
塔に流入させ、混合気体から窒素を選択的に吸着させ、
高純度酸素又は酸素富化ガスを回収し、他方の吸着塔を
０．０８〜０．５ａｔａに減圧して吸着剤を再生し、窒
素を排出することを特徴とする混合気体から酸素と窒素
を分離する方法である。
Ａｌ2 Ｏ3 比２．０〜２．５に調整されたＮａ−Ｘ型ゼ
オライトを充填した少なくとも２塔の吸着塔を使用し、
酸素及び窒素を主成分とする混合気体を、室温以下の低
温で、かつ大気圧以上３ａｔａ以下の圧力で一方の吸着
塔に流入させ、混合気体から窒素を選択的に吸着させ、
高純度酸素又は酸素富化ガスを回収し、他方の吸着塔を
０．０８〜０．５ａｔａに減圧して吸着剤を再生し、窒
素を排出することを特徴とする混合気体から酸素と窒素
を分離する方法である。
【０００７】
【作用】本発明者等は、低温、低圧吸着条件下で高性能
な酸素と窒素の分離方法を鋭意研究する過程で、ＳｉＯ
2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０〜２．５に調整されたＮａ−Ｘ
型ゼオライトが、大きな窒素吸着量と実用的な範囲での
吸着速度を維持し、窒素吸着の選択性の低下が小さいこ
とを見出し、上記のゼオライトを本発明で初めて酸素と
窒素の混合気体の分離に適用することにより、ガス分離
装置の動力原単位及び吸着剤量を大幅に低減することを
可能にしたものである。
な酸素と窒素の分離方法を鋭意研究する過程で、ＳｉＯ
2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０〜２．５に調整されたＮａ−Ｘ
型ゼオライトが、大きな窒素吸着量と実用的な範囲での
吸着速度を維持し、窒素吸着の選択性の低下が小さいこ
とを見出し、上記のゼオライトを本発明で初めて酸素と
窒素の混合気体の分離に適用することにより、ガス分離
装置の動力原単位及び吸着剤量を大幅に低減することを
可能にしたものである。
【０００８】以下、本発明の有効性を図１によって説明
する。入口側ライン１から導入された空気は圧縮機２で
１．０５〜４ａｔａに加圧し、流路３で脱湿脱二酸化炭
素塔４に導入され、極めて清浄な加圧空気を得る。この
加圧空気は流路３’、開状態のバルブ５、流路６、開状
態のバルブ７を介して吸着塔８に導入される。加圧空気
は吸着塔８内の吸着剤９で窒素を吸着分離し、上方に流
れるにしたがって酸素濃度を上昇する。そして、高純度
酸素は吸着塔８の上部より流出し、開状態のバルブ１
０、１１を経て酸素製品タンク１３に貯留され、開状態
のバルブ１２及び流路２１を経て回収される。
する。入口側ライン１から導入された空気は圧縮機２で
１．０５〜４ａｔａに加圧し、流路３で脱湿脱二酸化炭
素塔４に導入され、極めて清浄な加圧空気を得る。この
加圧空気は流路３’、開状態のバルブ５、流路６、開状
態のバルブ７を介して吸着塔８に導入される。加圧空気
は吸着塔８内の吸着剤９で窒素を吸着分離し、上方に流
れるにしたがって酸素濃度を上昇する。そして、高純度
酸素は吸着塔８の上部より流出し、開状態のバルブ１
０、１１を経て酸素製品タンク１３に貯留され、開状態
のバルブ１２及び流路２１を経て回収される。
【０００９】一方、吸着工程を終了した吸着塔８’は、
開状態のバルブ１６、流路１７を介して真空ポンプ１８
に接続されて減圧される。その際、２つの吸着塔上部を
接続する流路１４の減圧弁１５を介して製品酸素の一部
が吸着塔８’に向流で流れ、吸着塔８’内の吸着剤９’
に吸着されていた窒素を容易に脱着することができ、短
時間で吸着剤９’を再生することができる。吸着塔８の
窒素吸着剤９が飽和し、吸着塔８’の窒素吸着剤９’が
再生されると、入口空気の流路６を流路６’に切り換
え、吸着塔８を再生工程に、吸着塔８’を吸着工程に移
行してガス分離操作が継続され、連続的に製品酸素を回
収することができる。
開状態のバルブ１６、流路１７を介して真空ポンプ１８
に接続されて減圧される。その際、２つの吸着塔上部を
接続する流路１４の減圧弁１５を介して製品酸素の一部
が吸着塔８’に向流で流れ、吸着塔８’内の吸着剤９’
に吸着されていた窒素を容易に脱着することができ、短
時間で吸着剤９’を再生することができる。吸着塔８の
窒素吸着剤９が飽和し、吸着塔８’の窒素吸着剤９’が
再生されると、入口空気の流路６を流路６’に切り換
え、吸着塔８を再生工程に、吸着塔８’を吸着工程に移
行してガス分離操作が継続され、連続的に製品酸素を回
収することができる。
【００１０】なお、入口の清浄な加圧空気の流路３’
と、離脱窒素を主成分とするガスの流路１７との間に
は、熱交換器１９を配置し、かつ、上記流路３’と、製
品酸素の回収流路２１との間には、熱交換器２２を配置
することにより、上記の加圧空気を冷却することができ
る。また、上記流路３’には、圧縮式冷凍機２０を配置
することにより、極めて能率的に上記の加圧空気を冷却
することができ、吸着工程の低温条件を確保することが
できる。また、吸着塔の切り換えを、単純に流路６と
６’の間で切り換えを行わず、切り換え直後の昇圧に伴
う入口空気の吹き抜けを防止し、かつ、吸着塔の後方に
残留する酸素及び前方の加圧空気を系外に放出すること
を最小にするために、まず、バルブ１０、１５、１０’
を全開にし、吸着直後の吸着塔８後方に残存する酸素を
再生直後の吸着塔８’に一部移すことが好ましい。
と、離脱窒素を主成分とするガスの流路１７との間に
は、熱交換器１９を配置し、かつ、上記流路３’と、製
品酸素の回収流路２１との間には、熱交換器２２を配置
することにより、上記の加圧空気を冷却することができ
る。また、上記流路３’には、圧縮式冷凍機２０を配置
することにより、極めて能率的に上記の加圧空気を冷却
することができ、吸着工程の低温条件を確保することが
できる。また、吸着塔の切り換えを、単純に流路６と
６’の間で切り換えを行わず、切り換え直後の昇圧に伴
う入口空気の吹き抜けを防止し、かつ、吸着塔の後方に
残留する酸素及び前方の加圧空気を系外に放出すること
を最小にするために、まず、バルブ１０、１５、１０’
を全開にし、吸着直後の吸着塔８後方に残存する酸素を
再生直後の吸着塔８’に一部移すことが好ましい。
【００１１】このとき、吸着塔８の圧力をＰ0 （ａｔ
ａ）、吸着塔８’の圧力をＰ1 （ａｔａ）とすると、均
圧後の圧力は約（Ｐ0 ＋Ｐ1 ）／２（ａｔａ）となる。
その後、吸着塔８’は、バルブ１０’、１１’を開状態
として製品酸素タンク１３と均圧化され、さらに高圧の
酸素を満たすことができる。製品酸素タンク１３との均
圧時の圧力Ｐ2 （ａｔａ）は吸着塔８、８’の死容積
（吸着塔内の吸着剤で占められていない空間の容積）を
Ｖ1 （リットル）、製品酸素タンクの容積をＶ2 （リッ
トル）とし、均圧前の製品酸素タンク１３の圧力をＰ0
（ａｔａ）にほぼ等しいとすると、均圧化圧力Ｐ2 （ａ
ｔａ）は概略次のとおりとなる。Ｐ2 ＝〔（（Ｐ0 ＋Ｐ
1 ）Ｖ1 ／２）＋Ｐ0 Ｖ2 〕／〔Ｖ1 ＋Ｖ2 〕したがっ
て、単に塔を切り換える時のＰ1 （ａｔａ）からＰ
0 （ａｔａ）への急速な昇圧に比べ、上記の操作では、
Ｐ1 （ａｔａ）、（Ｐ0 ＋Ｐ1 ）／２（ａｔａ）、Ｐ2
（ａｔａ）、Ｐ0 （ａｔａ）と緩やかに昇圧するため、
昇圧時の空気の吹き抜けを防止することができ、脱着工
程での残存酸素及び高圧空気の系外への放出を最小にす
ることが可能となった。
ａ）、吸着塔８’の圧力をＰ1 （ａｔａ）とすると、均
圧後の圧力は約（Ｐ0 ＋Ｐ1 ）／２（ａｔａ）となる。
その後、吸着塔８’は、バルブ１０’、１１’を開状態
として製品酸素タンク１３と均圧化され、さらに高圧の
酸素を満たすことができる。製品酸素タンク１３との均
圧時の圧力Ｐ2 （ａｔａ）は吸着塔８、８’の死容積
（吸着塔内の吸着剤で占められていない空間の容積）を
Ｖ1 （リットル）、製品酸素タンクの容積をＶ2 （リッ
トル）とし、均圧前の製品酸素タンク１３の圧力をＰ0
（ａｔａ）にほぼ等しいとすると、均圧化圧力Ｐ2 （ａ
ｔａ）は概略次のとおりとなる。Ｐ2 ＝〔（（Ｐ0 ＋Ｐ
1 ）Ｖ1 ／２）＋Ｐ0 Ｖ2 〕／〔Ｖ1 ＋Ｖ2 〕したがっ
て、単に塔を切り換える時のＰ1 （ａｔａ）からＰ
0 （ａｔａ）への急速な昇圧に比べ、上記の操作では、
Ｐ1 （ａｔａ）、（Ｐ0 ＋Ｐ1 ）／２（ａｔａ）、Ｐ2
（ａｔａ）、Ｐ0 （ａｔａ）と緩やかに昇圧するため、
昇圧時の空気の吹き抜けを防止することができ、脱着工
程での残存酸素及び高圧空気の系外への放出を最小にす
ることが可能となった。
【００１２】
【実施例】本発明の有効性を実証するために、ＳｉＯ2
／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０、並びに、２．５に調整されたＮ
ａ−Ｘ型ゼオライトを窒素吸着剤として、図１の空気分
離装置に充填し、空気から酸素と窒素の分離を試みた。
なお、比較のために、ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．７に
調整されたＮａ−Ｘ型ゼオライトも使用した。ガス分離
操作の諸元は、次のとおりである。 吸着塔仕様 ： 直径６０ｍｍ，長さ８５０ｍｍ 吸着剤の種類 ： ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．
０のＮａ−Ｘ ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．５のＮａ−Ｘ ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．７のＮａ−Ｘ 吸着剤充填量 ： １．５Ｋｇ／塔 塔数 ： ２塔 塔の切り換え時間 ： １．５分 吸着塔圧力 ： １〜５ａｔａ 再生塔圧力 ： ０．１〜１ａｔａ 吸着塔温度 ： ２０〜１００℃ 出口製品流量 ： ２Ｎリットル／分 吸着塔の均圧化は、上記の手順によった。
／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０、並びに、２．５に調整されたＮ
ａ−Ｘ型ゼオライトを窒素吸着剤として、図１の空気分
離装置に充填し、空気から酸素と窒素の分離を試みた。
なお、比較のために、ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．７に
調整されたＮａ−Ｘ型ゼオライトも使用した。ガス分離
操作の諸元は、次のとおりである。 吸着塔仕様 ： 直径６０ｍｍ，長さ８５０ｍｍ 吸着剤の種類 ： ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．
０のＮａ−Ｘ ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．５のＮａ−Ｘ ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．７のＮａ−Ｘ 吸着剤充填量 ： １．５Ｋｇ／塔 塔数 ： ２塔 塔の切り換え時間 ： １．５分 吸着塔圧力 ： １〜５ａｔａ 再生塔圧力 ： ０．１〜１ａｔａ 吸着塔温度 ： ２０〜１００℃ 出口製品流量 ： ２Ｎリットル／分 吸着塔の均圧化は、上記の手順によった。
【００１３】上記の操作条件で空気から酸素と窒素を分
離した結果について、上記３種類の窒素吸着剤を比較し
た。図２は、吸着圧力と動力原単位の関係を示したグラ
フである。横軸は吸着圧力Ｐ0 （ａｔａ）、縦軸は１Ｎ
ｍ3 ／ｈの酸素を製造するに必要な消費電力（ＫＷｈ／
Ｎｍ3 （酸素）である。そして、吸着塔温度を２０℃、
脱着圧力Ｐ1 を０．２ａｔａ、塔空間速度Ｕを０．８ｃ
ｍ／ｓｅｃ（出口基準）に設定し、吸着塔圧力を１．５
〜４．５ａｔａに変化させて消費電力を調べた。図中、
○印はＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．７のＮａ−Ｘ、△印
はＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．５のＮａ−Ｘ、□印はＳ
ｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０のＮａ−Ｘについてのもの
である。（図３〜５においても同様である）図２から明
らかなように、本発明のＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比の範囲
にあるゼオライト（△印及び□印）が、従来のもの（○
印）に対して小さな動力原単位で空気から酸素を分離で
きたことが分かる。
離した結果について、上記３種類の窒素吸着剤を比較し
た。図２は、吸着圧力と動力原単位の関係を示したグラ
フである。横軸は吸着圧力Ｐ0 （ａｔａ）、縦軸は１Ｎ
ｍ3 ／ｈの酸素を製造するに必要な消費電力（ＫＷｈ／
Ｎｍ3 （酸素）である。そして、吸着塔温度を２０℃、
脱着圧力Ｐ1 を０．２ａｔａ、塔空間速度Ｕを０．８ｃ
ｍ／ｓｅｃ（出口基準）に設定し、吸着塔圧力を１．５
〜４．５ａｔａに変化させて消費電力を調べた。図中、
○印はＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．７のＮａ−Ｘ、△印
はＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．５のＮａ−Ｘ、□印はＳ
ｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０のＮａ−Ｘについてのもの
である。（図３〜５においても同様である）図２から明
らかなように、本発明のＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比の範囲
にあるゼオライト（△印及び□印）が、従来のもの（○
印）に対して小さな動力原単位で空気から酸素を分離で
きたことが分かる。
【００１４】図３は、脱着圧力と動力原単位の関係を示
したグラフである。横軸は脱着圧力Ｐ1 （ａｔａ）、縦
軸は１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するに必要な消費電力
（ＫＷｈ／Ｎｍ3 （酸素）である。そして、吸着圧力Ｐ
0 は図２で有効性を確認した領域にある１．５ａｔａと
し、塔空間速度Ｕを０．８ｃｍ／ｓｅｃ（出口基準）、
温度を２０℃に設定し、脱着圧力Ｐ1 を０．１〜０．５
ａｔａに変化させて消費電力を調べた。図３から明らか
なように、本発明のＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比の範囲にあ
るゼオライト（△印及び□印）が、従来のもの（○印）
に対して小さな動力原単位で空気から酸素を分離できた
ことが分かる。脱着圧力に関連して特異的な現象は見だ
されなかったが、窒素吸着剤を用いた酸素製造の動力原
単位が０．２５ＫＷｈ／Ｎｍ3 （酸素）近傍を下限と
し、また、深冷分離方法の酸素製造の動力原単位が０．
４５〜０．６ＫＷｈ／Ｎｍ3 （酸素）であることを考慮
すると、図３から実用的な脱着圧力は、０．０８〜０．
５ａｔａ、特に、０．１〜０．３ａｔａ近傍が好ましい
ことが分かる。
したグラフである。横軸は脱着圧力Ｐ1 （ａｔａ）、縦
軸は１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するに必要な消費電力
（ＫＷｈ／Ｎｍ3 （酸素）である。そして、吸着圧力Ｐ
0 は図２で有効性を確認した領域にある１．５ａｔａと
し、塔空間速度Ｕを０．８ｃｍ／ｓｅｃ（出口基準）、
温度を２０℃に設定し、脱着圧力Ｐ1 を０．１〜０．５
ａｔａに変化させて消費電力を調べた。図３から明らか
なように、本発明のＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比の範囲にあ
るゼオライト（△印及び□印）が、従来のもの（○印）
に対して小さな動力原単位で空気から酸素を分離できた
ことが分かる。脱着圧力に関連して特異的な現象は見だ
されなかったが、窒素吸着剤を用いた酸素製造の動力原
単位が０．２５ＫＷｈ／Ｎｍ3 （酸素）近傍を下限と
し、また、深冷分離方法の酸素製造の動力原単位が０．
４５〜０．６ＫＷｈ／Ｎｍ3 （酸素）であることを考慮
すると、図３から実用的な脱着圧力は、０．０８〜０．
５ａｔａ、特に、０．１〜０．３ａｔａ近傍が好ましい
ことが分かる。
【００１５】次いで、吸着塔を冷却条件に導き低温条件
下での吸着分離を試みた。これは、低温条件に設定する
ことにより吸着量の上昇が一般に起こるので、吸着時の
破過帯が縮少し、装置の小型化と分離効率の向上が期待
できるためである。操作条件は、吸着圧力Ｐ0 を１．５
ａｔａ、再生圧力Ｐ1 を０．２ａｔａ、塔空間速度Ｕを
０．８ｃｍ／ｓｅｃ（出口基準）に設定し、吸着塔温度
を漸次低温に下げて１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するとき
の動力原単位を調べた。図４は、吸着塔温度と動力原単
位の関係を示したグラフである。横軸は吸着塔温度
（℃）、縦軸は１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するに必要な
消費電力（ＫＷｈ／Ｎｍ3 （酸素）である。図４から明
らかなように、全温度領域で、本発明のＳｉＯ2 ／Ａｌ
2 Ｏ3 比の範囲にあるゼオライト（△印及び□印）が、
従来のもの（○印）に対して小さな動力原単位で空気か
ら酸素を分離できたことが分かる。これは、従来のゼオ
ライトで１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するに必要な動力原
単位０．２５ＫＷｈを４０％低減し得ることとなる。ま
た、本発明のゼオライトは−６０℃までの吸着塔温度領
域で動力原単位を調べたが、空気の吸着分離に関して特
に問題はなく、一成分系のデータによると、−１００℃
程度でもその有効性は失われない。なお、それより低い
温度では、窒素吸着時の酸素の共吸着を無視することが
できないので、好ましくない。冷却手段は、特にこの温
度領域では問題はなく、深冷分離装置の冷却技術を用い
ることができる。
下での吸着分離を試みた。これは、低温条件に設定する
ことにより吸着量の上昇が一般に起こるので、吸着時の
破過帯が縮少し、装置の小型化と分離効率の向上が期待
できるためである。操作条件は、吸着圧力Ｐ0 を１．５
ａｔａ、再生圧力Ｐ1 を０．２ａｔａ、塔空間速度Ｕを
０．８ｃｍ／ｓｅｃ（出口基準）に設定し、吸着塔温度
を漸次低温に下げて１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するとき
の動力原単位を調べた。図４は、吸着塔温度と動力原単
位の関係を示したグラフである。横軸は吸着塔温度
（℃）、縦軸は１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するに必要な
消費電力（ＫＷｈ／Ｎｍ3 （酸素）である。図４から明
らかなように、全温度領域で、本発明のＳｉＯ2 ／Ａｌ
2 Ｏ3 比の範囲にあるゼオライト（△印及び□印）が、
従来のもの（○印）に対して小さな動力原単位で空気か
ら酸素を分離できたことが分かる。これは、従来のゼオ
ライトで１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するに必要な動力原
単位０．２５ＫＷｈを４０％低減し得ることとなる。ま
た、本発明のゼオライトは−６０℃までの吸着塔温度領
域で動力原単位を調べたが、空気の吸着分離に関して特
に問題はなく、一成分系のデータによると、−１００℃
程度でもその有効性は失われない。なお、それより低い
温度では、窒素吸着時の酸素の共吸着を無視することが
できないので、好ましくない。冷却手段は、特にこの温
度領域では問題はなく、深冷分離装置の冷却技術を用い
ることができる。
【００１６】以上、主に動力費を中心に検討したが、次
に初期設備費について検討する。操作条件は、吸着圧力
Ｐ0 を１．５ａｔａ、再生圧力Ｐ1 を０．２ａｔａ、塔
空間速度Ｕを０．８ｃｍ／ｓｅｃ（出口基準）に設定
し、１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するのに必要な吸着剤量
を調べた。図５は、吸着塔温度と上記の吸着剤量との関
係を示したグラフであり、図中、横軸は吸着塔温度、縦
軸は１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するのに必要な吸着剤量
（Ｋｇ）である。図５から明らかなように、従来のゼオ
ライト（○印）は低温にしても、吸着剤量を室温の場合
の４５％程度しか節約できないのに対し、本発明のＳｉ
Ｏ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比の範囲にあるゼオライト（△印及び
□印）では吸着塔温度−３０℃で６５％程度節約するこ
とができる。吸着剤は、装置費のかなりの部分を占める
ので、上記の低減は極めて大きな効果である。
に初期設備費について検討する。操作条件は、吸着圧力
Ｐ0 を１．５ａｔａ、再生圧力Ｐ1 を０．２ａｔａ、塔
空間速度Ｕを０．８ｃｍ／ｓｅｃ（出口基準）に設定
し、１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するのに必要な吸着剤量
を調べた。図５は、吸着塔温度と上記の吸着剤量との関
係を示したグラフであり、図中、横軸は吸着塔温度、縦
軸は１Ｎｍ3 ／ｈの酸素を製造するのに必要な吸着剤量
（Ｋｇ）である。図５から明らかなように、従来のゼオ
ライト（○印）は低温にしても、吸着剤量を室温の場合
の４５％程度しか節約できないのに対し、本発明のＳｉ
Ｏ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比の範囲にあるゼオライト（△印及び
□印）では吸着塔温度−３０℃で６５％程度節約するこ
とができる。吸着剤は、装置費のかなりの部分を占める
ので、上記の低減は極めて大きな効果である。
【００１７】このように、本発明は、ＳｉＯ2 ／Ａｌ2
Ｏ3 比２．０〜２．５に調整されたＮａ−Ｘ型ゼオライ
トを使用し、吸着工程の圧力を３ａｔａ以下とし、脱着
工程の圧力を０．０８〜０．５ａｔａの低圧領域で、室
温以下の温度域で混合気体、例えば空気から圧力スィン
グ式吸着分離方法で酸素と窒素を分離すれば、毎時１Ｎ
ｍ3 の酸素を製造するのに必要な動力原単位が、深冷分
離方法で０．４５〜０．６ＫＷであり、現在実施されて
いる圧力スィング式吸着分離方法で０．２５ＫＷ以上要
していたものから一挙に０．１５ＫＷ近傍まで低減する
ことができ、かつ、吸着剤使用量も現行の方法の３５％
まで低減することができた。
Ｏ3 比２．０〜２．５に調整されたＮａ−Ｘ型ゼオライ
トを使用し、吸着工程の圧力を３ａｔａ以下とし、脱着
工程の圧力を０．０８〜０．５ａｔａの低圧領域で、室
温以下の温度域で混合気体、例えば空気から圧力スィン
グ式吸着分離方法で酸素と窒素を分離すれば、毎時１Ｎ
ｍ3 の酸素を製造するのに必要な動力原単位が、深冷分
離方法で０．４５〜０．６ＫＷであり、現在実施されて
いる圧力スィング式吸着分離方法で０．２５ＫＷ以上要
していたものから一挙に０．１５ＫＷ近傍まで低減する
ことができ、かつ、吸着剤使用量も現行の方法の３５％
まで低減することができた。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、従来の圧力スィング式吸着分離方法と比べて、動
力原単位及び吸着剤量を大幅に低減することができるよ
うになった。
より、従来の圧力スィング式吸着分離方法と比べて、動
力原単位及び吸着剤量を大幅に低減することができるよ
うになった。
【図１】本発明の圧力スィング式吸着分離方法を実施す
るための装置の概念図である。
るための装置の概念図である。
【図２】実施例における吸着圧力と動力原単位の関係を
示したグラフである。
示したグラフである。
【図３】実施例における脱着圧力と動力原単位の関係を
示したグラフである。
示したグラフである。
【図４】実施例における吸着温度と動力原単位の関係を
示したグラフである。
示したグラフである。
【図５】実施例における吸着温度と１Ｎｍ3 ／ｈの酸素
を製造するのに必要な吸着剤量との関係を示したグラフ
である。
を製造するのに必要な吸着剤量との関係を示したグラフ
である。
２ 圧縮機、 ４ 脱湿脱二酸化炭素塔、 ８ 吸着
塔、 １３ 製品酸素タンク、 １５ 減圧弁、 １８
真空ポンプ、 １９ 熱交換器、 ２０ 圧縮式冷凍
機、 ２２ 熱交換器。
塔、 １３ 製品酸素タンク、 １５ 減圧弁、 １８
真空ポンプ、 １９ 熱交換器、 ２０ 圧縮式冷凍
機、 ２２ 熱交換器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大嶋 一晃 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内
Claims (1)
- 【請求項１】 ＳｉＯ2 ／Ａｌ2 Ｏ3 比２．０〜２．５
に調整されたＮａ−Ｘ型ゼオライトを充填した少なくと
も２塔の吸着塔を使用し、酸素及び窒素を主成分とする
混合気体を、室温以下の低温で、かつ大気圧以上３ａｔ
ａ以下の圧力で一方の吸着塔に流入させ、混合気体から
窒素を選択的に吸着させ、高純度酸素又は酸素富化ガス
を回収し、他方の吸着塔を０．０８〜０．５ａｔａに減
圧して吸着剤を再生し、窒素を排出することを特徴とす
る混合気体から酸素と窒素を分離する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4008950A JPH05192528A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 混合気体からの酸素と窒素の分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4008950A JPH05192528A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 混合気体からの酸素と窒素の分離方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05192528A true JPH05192528A (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=11706955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4008950A Pending JPH05192528A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 混合気体からの酸素と窒素の分離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05192528A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5614000A (en) * | 1995-10-04 | 1997-03-25 | Air Products And Chemicals, Inc. | Purification of gases using solid adsorbents |
| JP2012190768A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-10-04 | Kurita Water Ind Ltd | 二次電池のガス噴出防止材、ガス噴出防止システムおよびこれを用いた二次電池システム |
| JP2014055094A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-03-27 | Japan Pionics Co Ltd | アンモニア精製装置及びその再生方法 |
-
1992
- 1992-01-22 JP JP4008950A patent/JPH05192528A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5614000A (en) * | 1995-10-04 | 1997-03-25 | Air Products And Chemicals, Inc. | Purification of gases using solid adsorbents |
| JP2012190768A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-10-04 | Kurita Water Ind Ltd | 二次電池のガス噴出防止材、ガス噴出防止システムおよびこれを用いた二次電池システム |
| JP2014055094A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-03-27 | Japan Pionics Co Ltd | アンモニア精製装置及びその再生方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR960004606B1 (ko) | 공기로부터 고순도의 산소가스를 제조하는 방법 | |
| EP0537597B1 (en) | Low temperature pressure swing adsorption with refrigeration | |
| EP0791388A2 (en) | VSA adsorption process with energy recovery | |
| JPS60227813A (ja) | ガス混合物の吸着分離のための圧力揺動法 | |
| KR100278323B1 (ko) | 압력스윙흡착방법및장치 | |
| JPH0459926B2 (ja) | ||
| KR100605549B1 (ko) | 산소발생장치 및 그 제어방법 | |
| CN108557787A (zh) | 一种回收粗氩气再提纯方法 | |
| JPH0592120A (ja) | 酸素富化方法 | |
| JPH05192528A (ja) | 混合気体からの酸素と窒素の分離方法 | |
| JPS59179127A (ja) | 低温、低圧条件下での混合気体からの酸素及び窒素の分離方法 | |
| JP2596952B2 (ja) | 窒素製造方法 | |
| JPH0530762B2 (ja) | ||
| JPS60246205A (ja) | Ｏ↓２製造装置の脱湿・冷熱回収方法 | |
| JPH06178933A (ja) | 酸素吸着剤及び酸素と窒素の分離方法 | |
| JPH06178934A (ja) | 酸素吸着剤及び酸素と窒素の分離方法 | |
| JPH0455964B2 (ja) | ||
| JPH0768042B2 (ja) | 高純度酸素製造方法 | |
| JPH0531331A (ja) | 水素同位体の分離方法 | |
| JP2002079031A (ja) | 高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置 | |
| JPH0768041B2 (ja) | 酸素富化ガスの製造法 | |
| JPH0351647B2 (ja) | ||
| JPH0525801B2 (ja) | ||
| JPH0240366B2 (ja) | ||
| JPH06178932A (ja) | 窒素吸着剤及び酸素と窒素の分離方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000222 |