JPH0573449B2 - - Google Patents

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JPH0573449B2
JPH0573449B2 JP59173344A JP17334484A JPH0573449B2 JP H0573449 B2 JPH0573449 B2 JP H0573449B2 JP 59173344 A JP59173344 A JP 59173344A JP 17334484 A JP17334484 A JP 17334484A JP H0573449 B2 JPH0573449 B2 JP H0573449B2
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JP
Japan
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adsorption
adsorption tower
pressure
nitrogen
oxygen
Prior art date
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JP59173344A
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JPS6154220A (ja
Inventor
Hiroyuki Tsutaya
Jun Izumi
Seiichi Shirakawa
Kazuaki Ooshima
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Priority to JP59173344A priority Critical patent/JPS6154220A/ja
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Publication of JPH0573449B2 publication Critical patent/JPH0573449B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04Purification or separation of nitrogen
    • C01B21/0405Purification or separation processes
    • C01B21/0433Physical processing only
    • C01B21/045Physical processing only by adsorption in solids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は空気等のO2、N2を主成分とする混合
気体より選択的にN2を吸着するN2吸着剤を使用
してのO2、N2を主成分とする混合気体よりO2
N2の分離に於ける吸着工程の改良方法に関する
ものである。 〔従来の技術〕 N2吸着剤を利用した空気からのO2、N2吸着分
離法は、装置が小型簡易であり、又無人運転に近
い殆ど必要としない利点をもつ為、O2製造量10
〜3000Nm3−O2/h程度の中小型装置として近
年使用例が増えてきており、深冷分離装置で作ら
れる液酸を輸送して使用するケースについての代
替が進行している。 この装置を代表的なものの概要を述べると、装
置は空気圧縮機、及び2塔又はそれ以上のN2
着塔、又場合によつては真空ポンプ等から構成さ
れる。この装置において、1塔に圧縮空気を送る
と、充填されたN2吸着剤により空気中のN2は吸
着除去されて、残る高圧O2は吸着塔の後方に流
出し回収される。一方、他塔では吸着したN2
減圧条件で放出させ(時として製品のO2の一部
を向流で流すとか、真空ポンプで強力にN2を除
去する方法もとられる)再生する。これを交互に
くり返して連続的にO2、N2を分離する。上記の
吸着塔に充填していたN2吸着剤の代表的なもの
は、ユニオンカーバイド社により実用化された
Na−A型ゼオライトの60〜70%Ca交換体であ
り、O2、N22成分混合ガスからN2を選択的に吸
着するものであつて、空気条件下でのO2の共吸
着はN2吸着の10%以下と推定される。 この吸着によるO2、N2分離装置は中小型領域
と有利で前述したが、1Nm3のO2を製造するのに
0.75〜1Kwhを必要とし、大容量深冷分離法で製
造されるO2の0.45Kwhに比し消費電力は大きい。
又装置容量の増大に対するスケールメリツトが少
く、3000Nm3−O2/h以上の領域では深冷分離
法に競合できないといわれている。 従つて、これら欠点についての改善方法が種々
考えられるが、本発明に関連して改善方法を述べ
ると以下のような障害が通常出現する。 先ず、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なうことが考えられ
るが、N2吸着量が圧力にほぼ比例して低下する
為、装置の容量が極めて増大する。次に、吸着量
の増大を図る為に、低温条件で吸着操作を行なう
ことが考えられるが、この場合はN2吸着量は増
大するものの吸着・脱着速度が著しく低下する
為、同一塔長での製品O2濃度が室温時よりもか
えつて低下してしまう。又温度の低下に伴ない
N2吸着時のO2共吸着量が上昇する為、動力原単
位が漸次上昇する。 そこで本発明者は、上記欠点を改善した低温、
低圧吸着条件下での高性能なO2、N2の分離方法
につき鋭意研究、実験を進める過程で、Na−X
型ゼオライトに代表される鉱物名ナトリウムフア
ウジアサイトは低温、低圧吸着条件下でN2吸着
量が増大するとともに実用的な範囲でN2吸着速
度の維持が可能であり、かつN2吸着選択性の減
少が小さいことを見出し、これに基づいた発明を
既に特願昭58−54626号として提案しており、該
発明は、Na−Xに代表される鉱物名ナトリウム
フアウジヤサイトを充填した少なくとも2塔の吸
着塔において、室温以下の温度下で、酸素及び窒
素を主成分とする混合気体を大気圧以上3ata以下
で吸着塔に流入させて該混合気体に含まれる窒素
を選択的に吸着せしめ、該吸着塔出口から高純度
酸素又は酸素富化ガスを流出させ、一方窒素を吸
着した吸着塔を0.08ata以上0.5ata以下に減圧せ
しめて再生することを特徴とする低温、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に
関するものである。 以下に上記説明の一実施態様につき、第2図に
基き説明する。第2図において入口画ライン1を
通じて圧縮機2で1.05〜3ataに加圧された空気
は、流路3から脱湿脱CO2塔4に入り、極めて清
浄な加圧空気となる。流路3′の後流に設置され
たバルブ5は開となつており、清浄な加圧空気は
流路6及び開状態のバルブ7を通じて吸着塔8に
入る。吸着塔8に入つた加圧空気はN2吸着剤9
でN2が吸着除去されて後方に行くに従がいO2
度が上昇する。この後加圧空気は開状態のバルブ
10,11,12及びバルブ11,12の間に挿
入された製品O2タンク13を通じて製品O2とし
て回収される。 一方、吸着塔8′は開状態のバルブ14′及び流
路15を通じて連結された真空ポンプ16で減圧
されひかれており、この為吸着塔8′中の吸着剤
9′に吸着されていたN2は容易に離脱され吸着剤
9′は短時間で再生される。吸着塔8のN2吸着剤
9が飽和し、一方吸着塔8′のN2吸着剤9′から
N2が離脱して再生が済むと、入口空気の流路6
を6′に切り換え、今迄述べた方法を交互に行な
うと製品O2が連続的に回収できる。なお、入口
の清浄な加圧空気のライン3′と離脱N2を主成分
とするガスライン15の間は熱交換器17で、熱
交換可能となつており、製品O2ライン18と流
路3′との間も又熱交換器19で熱交換可能とな
つている。又流路3′には圧縮式冷凍機20が設
置されている為、極めて能率的に吸着塔8及び
8′は冷却され低温条件に設定される。なお、吸
着塔の切り換えにあたつては、単純に流路6から
6′へ(又はその逆)切り換えるだけでなく、切
り換え直後の昇圧に伴なう入口空気の吹きぬけを
防ぎかつ、吸着塔の後方に残存するO2及び前方
の加圧空気の系外への放出を最小にする為、先
ず、バルブ10,10′を全開にして吸着直後の
吸着塔8の後方の残存O2を再生直後の吸着塔
8′に一部移す。この時吸着塔8の圧力をPo
(ata)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。この後 約P0+P1/2(ata)となつた吸着塔8′はバルブ1 0′,11を開として製品O2タンク13と吸着塔
を均圧化して吸着塔8′を更に高圧のO2で満た
す。製品O2タンク13との均圧時の圧力P2(ata)
は吸着塔8,8′の死容積(吸着塔内の吸着吸で
占められていない空間の容積)をV1()、製品
O2タンクの容量をV2()とし、均圧前の製品O2
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(ata)は、概略 P2P0+P1/2V1+P0V2/V1+V2 となり、単に塔を切り換える時のP1(ata)から
P0(ata)への急速な昇圧に比べ、以上の操作で
はP1(ata)、P0+P1/2(ata)、P2(ata)、P0(ata
) とゆるやかに昇圧する為、昇圧時の空気の吹き抜
けを防止しつつ、脱着工程での残存O2、高圧空
気を系外への放出を最小にするような対策が可能
となつている。 以上の操作方法で第2図に示した空気分離装置
で空気分離を行なつた。装置の操作諸元を第1表
に示す。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は上記の方法における動力原単位の削減
という問題点の解決を目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者等は、上記方法における動力原単位の
削減について検討を進める中で、吸着工程時に入
口空気が吸着塔に流入する方法を操作することに
より、動力原単位を削減する顕著な方法を見出し
た。 すなわち本発明は、Na−Xに代表される鉱物
名ナトリウムフアウジヤサイトを充填した少くと
も2塔の吸着塔において、室温以下の温度下で、
酸素及び窒素を主成分とする混合気体を大気圧以
上3ata以下で吸着塔に流入させて該混合気体に含
まれる窒素を選択的に吸着せしめ、該吸着塔出口
から高純度酸素又は酸素富化ガスを流出させ、一
方窒素を吸着した吸着塔を0.08ata以上0.5ata以
下に減圧せしめて再生する低温、低圧条件下での
混合気体から酸素及び窒素の分離方法に於いて、
吸着工程時に該混合気体を大気圧まで吸着塔に自
然流入させ、その後圧縮機により大気圧以上3ata
以下で加圧流入させることにより、酸素製造時の
動力原単位を削減することを特徴とする混合気体
からの酸素及び窒素の分離方法を提供する。 本発明の方法は、吸着工程初期に減圧下になつ
ている吸着塔にまず、入口空気を大気圧まで自然
流入させ、その後、圧縮機により大気圧以上3ata
以下で加圧流入させるという二つの操作に分ける
ことにより、混合気体を吸着塔へ流入するため必
要な圧縮機の動力費を、従来のO2製造方法より
も削減することができるもので、例えば93%O2
を製造する場合、従来法よりも12.5%程度動力原
単位を削減することができた。 本発明の方法を行う装置は、第1図の装置にお
いて、脱湿・脱CO2塔4の上流に大気圧とするた
めの空気入口及び流路を設けるだけでよい。詳細
は以下の実施例に説明する。 〔実施例〕 実施例 1 第2図に示す空気分離装置を用い、本発明方法
に従つて、Na−X等のナトリウムフアウジヤサ
イト系のN2吸着剤による空気からのO2・N2の分
離を試みた。 第2図において、第1図と共通する符号は同部
品を意味しているもので、第2図の装置にはさら
に入口空気用フイルター21、流路22、バルブ
23、および脱湿・脱CO2塔に導く流路22′が
設けられている。 大気圧の入口空気はフイルター21、流路2
2、開状態のバルブ23、流路22′を通じて脱
湿脱CO2塔4に入り、極めて清浄な空気とねる。
流路3′の後流に設置されたバルブ5は開となつ
ており、清浄な空気は流路6及び開状態のバルブ
7を通じてあらかじめ減圧状態の吸着塔8に大気
圧まで自然に吸引される。この時約4320Nm3/h
の空気が吸着塔8に入る。 その後、バルブ23は閉となり、大気圧の入口
空気は入口側ライン1を通じて圧縮機2で1.2ata
に加圧された空気は、流路3から脱湿脱CO2塔4
に入り、極めて清浄な加圧空気となる。流路3′
の後流に設置されたバルブ5は開となつており、
清浄な加圧空気は流路6及び開状態のバルブ7、
を通じて吸着塔8に入る。この時約6560Nm3/h
の空気が吸着塔8に入る。吸着塔8に入つた加圧
空気はN2吸着剤9でN2が吸着除去されて後方に
行くに従がいO2濃度が上昇する。この後加圧空
気は開状態のバルブ10,11,12及びバルブ
11,12の間に挿入された製品O2タンク13
を通じてO2濃度93%の製品O2が約1600Nm3/h
回収される。 一方、再生工程に於いては従来法の再生工程と
同一の操作を行なう。 以上の操作方法で空気分離を行なつた。装置の
操作諸元を第2表に示す。
【表】
【表】 第2表の操作条件で空気からO2、N2を分離し
た。 第2図および第1表に示した従来例と、第1図
および第2表に示した本発明の一実施例との実験
結果の比較を第3表に要約する。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明は所要の動
力原単位が従来の方法に比べ少なく、産業上非常
に有用な混合気体からの酸素及び窒素の分離に於
ける吸着工程の改良方法を提案するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するのに用いられ
る空気分離装置の例示図、第2図は従来の方法を
実施するのに用いられる空気分離装置の例示図で
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Na−Xに代表される鉱物名ナトリウムフア
    ウジヤサイトを充填した少くとも2塔の吸着塔に
    おいて、室温以下の温度下で、酸素及び窒素を主
    成分とする混合気体を大気圧以上3ata以下で吸着
    塔に流入させて該混合気体に含まれる窒素を選択
    的に吸着せしめ、該吸着塔出口から高純度酸素又
    は酸素富化ガスを流出させ、一方窒素を吸着した
    吸着塔を0.08ata以上0.5ata以下に減圧せしめて
    再生する低温、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に於いて、吸着工程時に該
    混合気体を大気圧まで吸着塔に自然流入させ、そ
    の後圧縮機により大気圧以上3ata以下で加圧流入
    させることにより、酸素製造時の動力原単位を削
    減することを特徴とする混合気体からの酸素及び
    窒素の分離方法。
JP59173344A 1984-08-22 1984-08-22 混合気体からの酸素及び窒素の分離方法 Granted JPS6154220A (ja)

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