JPH06254335A

JPH06254335A - 真空スイング吸着法によるガス成分の分離方法

Info

Publication number: JPH06254335A
Application number: JP5309888A
Authority: JP
Inventors: Ravi Kumar; ラヴィ．クマー; Charles F Watson; チャールズ．フランクリン．ワットソン; Tarik Naheiri; タリック．ナヘイリ
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1994-09-13
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: TW284701B; JP2634022B2; US5330561A; JP2634138B2; US5328503A; JPH06254336A

Abstract

(57)【要約】【目的】多数の吸着床を備えたＶＳＡ法により混合ガ
スからガス成分を分離取得するに際し、生産ガスを高回
収率、且つ生産量当たりの吸着剤の使用量や電力消費量
を少なくし得るような操業方法を確立する。【構成】容易吸着性ガス成分を選択的に吸着し得る吸
着剤を充填した複数個の吸着床を使用し、掃気ガスを供
給するための最初の減圧操作の後に、複数個の吸着床に
おける向流的な排気工程に重複するようにして、少なく
とも２個の吸着床を同時に排気した向流的な排気ガスと
吸着床を再加圧するための非容易吸着性ガス成分と供給
ガスとの混合ガスを組み合わせて使用して吸着床間の圧
力平準化操作を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ほぼ供給圧力において
非容易吸着性ガス成分の高い回収率を以て、混合ガス中
の容易吸着性ガス成分を非容易吸着性ガス成分から分離
するための真空スイング吸着法に関し、より具体的には
複数吸着床における重複排気工程を使用して、酸素を非
吸着製品として高収率で回収するために行なわれる空気
分離用真空スイング吸着法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸素は、排水処理、ガラス溶融炉、鉄鋼
産業等の数多くの利用分野を有するので、工業ガス産業
における重要な化学製品の１つである。酸素生産のため
の最も一般的な製造方法は空気の低温蒸留法である。し
かしながら、この方法は酸素の極く小規模な生産（日産
量１００トン以下）には適さない。この生産規模におい
て使用される好ましい方法は吸着法であり、吸着ガス分
離法によって低い投下資本及び低いエネルギーコストで
酸素を生産する技術が求められている。

【０００３】このように日産量１００トン以下の小規模
な酸素生産工場においては、吸着法が広く使用されてい
るが、この吸着法には大きく分けて、加圧スイング吸着
（ＰＳＡ）法と温度スイング吸着（ＴＳＡ）法の２つの
方法が存在する。加圧スイング吸着法は、常圧よりも高
い圧力で吸着工程を行ない、常圧に近い圧力で吸着剤の
再生を行なって吸着ガスの分離を行なう方法であり、吸
着床は、サイクル中において圧力平準化、減圧、排出、
掃気あるいはこれらの組み合わせた二次的工程を経て操
作される。

【０００４】Ｏ_２−ＰＳＡ法の幾つかの従来例が、米国
特許第３，４３０，４１８号、第３，６３６，６７９
号、第３，７１７，９７４号、第３，７３８，０８７
号、第４，３２６，８５８号、第４，３２９，１５８
号、第４，５８９，８８８号、第４，６５０，５０１
号、第４，９４８，３９１号、第４，９６９，９３５
号、第４，９８１，４９９号及び英国特許第２，２２
７，６８５Ａ等に記載されている。

【０００５】これらの方法は、エネルギー集約的な傾向
があり、日産量が４０トン以下、好ましくは日産量２０
トン以下の小規模な酸素生産プラントに用いるのに適し
ている。Ｏ_２−ＰＳＡ法の１つに、急速加圧スイング吸
着（ＲＰＳＡ）法がある。名称が示すように、該方法は
ＰＳＡ法と同様な工程を採るが、これらの工程を急速に
実施するようにする。該方法の例としては、米国特許第
４，１９４，８９２号及び第４，４０６，６７５号が挙
げられる。そしてこの方法は、ＰＳＡ法に比べてさらに
エネルギー集約的であり、一層小規模生産に適してい
る。

【０００６】ＰＳＡ法が高エネルギー消費を必要とする
理由は、（１）該方法によるＯ_２の収率が低いこと、
（２）全供給ガス流を吸着適用圧力になるまで圧縮する
必要があるからである。そしてこの非効率性を回避する
方法として、真空スイング吸着法が提案された。この方
法においては、吸着は常圧に近い圧力で行なわれ、吸着
剤の再生（脱着）は常圧以下の低い圧力水準で行なわれ
る。吸着床には、酸素の収率増加と生産ガスの単位量当
たりの吸着剤の使用量を減少させることを目的として、
幾つかの二次的工程が適用される。

【０００７】米国特許第３，９５７，４６３号には、吸
着工程、排気工程及び生産ガス再加圧工程からなるＯ_２
−ＶＳＡ法が記載されている。該方法は、各装置に２個
の吸着床を持った２個の装置から成り立っている。各装
置の供給端における吸着床では空気中の水分と二酸化炭
素を放出し、ガス生産端末においては空気中の窒素を排
出する。そして生産された酸素は、タンク中に再加圧し
て貯蔵される。

【０００８】英国特許第１，５５９，３２５号には、２
乃至３個の吸着床を持つＯ_２−ＶＳＡ法に付いての記載
がある。２個の吸着床のＯ_２−ＶＳＡ法は、吸着工程、
排気工程、生産ガス再加圧工程からなり、排気工程中に
吸着床を掃気する工程及び吸着工程において吸着床で連
続的に生産されたガスで排気した後、掃気したガスを再
加圧する工程が付加されている。又３個の吸着床を有す
るＯ_２−ＶＳＡ法においても同様の工程を採るが、吸着
工程の終了に際して吸着床から発生する全排気ガスを生
産ガスの再加圧を終了した吸着床に供給し、空気の供給
工程が用意に行なわれるようにする工程が付加されてい
る。第２の吸着床からの排気ガスも又酸素製品として取
り出される。この３個の吸着床を持った有する方法にお
いては真空ポンプは連続的に運転され、又製品も連続的
に取り出される。さらに英国特許第１，５９４，４５４
号には上記英国特許第１，５５９，３２５号によるＯ_２
−ＶＳＡ法の制御方法について記載されている。

【０００９】特開昭５９−２５５０６０号には、４個の
吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法についての記載がある。
該方法は、吸着、ガス流減圧、排気、真空掃気及び圧力
平準化の諸工程からなっている。そして該方法において
は、ガス流域圧工程において得られたガスは、圧力平準
化工程に用いられ、その後真空掃気工程が行なわれる。

【００１０】英国特許出願第ＧＢ２１５４８９５Ａ号に
は、吸着、ガス流減圧、排気、真空掃気、圧力平準化、
及びガス生産端での再加圧を圧力平準化と同時に行なう
３個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法についての諸工程
が記載されている。減圧ガス流は圧力平準化工程と真空
掃気工程に使用される。

【００１１】特開昭５９−３５１４１号には、吸着、連
続掃気を伴う排気、及び再加圧の諸工程からなる３個の
吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法が記載され、該方法で
は、真空掃気及び再加圧は生産された酸素で行なわれて
いる。

【００１２】英国特許第ＧＢ２１０９２６６Ｂ号には、
吸着、掃気ガスの供給、排気、真空掃気及び生産ガスの
再加圧の諸工程からなる３個もしくは４個の吸着床を持
ったＯ_２−ＶＳＡ法について記載されている。この方法
においては、吸着工程を終了した吸着床の再加圧ガス流
によるか、吸着工程での吸着床へのガス供給を継続する
ことにより掃気工程での掃気ガスの供給を行なうが、該
吸着床からの全ての排気を真空排気工程の吸着床に向か
わせるようにしている。

【００１３】米国特許第４，６１４，５２５号供給混合
ガスを真空ポンプで熱交換を行なうことによって加熱す
るようにしたＯ_２−ＶＳＡ法の改善方法について記載さ
れている。

【００１４】米国特許第４，６８４，３７７号には、吸
着、排気と同時に行なわれるガス流減圧、掃気、同時ガ
ス流減圧を行なった吸着床における生産端からのガスに
よる生産端間の圧力平準化、排気及び生産ガスの再加圧
の諸工程からなる３個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法
が記載されている。

【００１５】米国特許第４，７５６，７２３号には、酸
素製品の吸着を常圧より高い加圧状態において行ない、
続いて向流による減圧、掃気及び生産ガスの吸着適用圧
力への再加圧を行なう方法について記載されている。向
流による減圧中における排出ガスの一部は、生産ガス再
加圧工程の前に吸着床の圧力平準化のために使用され
る。

【００１６】米国特許第４，９１７，７１０号には、生
産ガス貯蔵タンク付きの２個の吸着床を持ったＯ_２−Ｖ
ＳＡ法についての記載がある。該方法は、吸着、ガス流
減圧、同時化されたガス流減圧と排気、排気、生産ガス
による真空掃気、ガス流減圧工程により得られたガスに
よる真空掃気、同時化された圧力平準化及び生産ガス再
加圧、同時化された供給と生産の諸工程よりなる。生産
ガスの再加圧及び生産ガスによる掃気は、貯蔵タンクに
貯蔵された生産ガスによって行なう。圧力平準化のため
のガスは、同時化されたガス流減圧工程及び排気工程に
おける吸着床から得られる。

【００１７】米国特許第４，７８１，７３５号及びヨー
ロッパ特許出願第０２７３７２３号には、吸着、供給間
又は二重端圧力平準化、ガス流減圧、排気、ガス流減圧
工程によって得られたガスによる真空掃気、供給工程に
おいて吸着床から得られた生産ガスの再加圧、同時化さ
れた供給ガス再加圧及び供給ガス間又は二重端圧力平準
化の各工程からなる３個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ
法が記載されている。

【００１８】ヨーロッパ特許出願第０３５４２５９号に
は、吸着、ガス流減圧、排気、ガス流減圧工程から得ら
れたガスによる圧力平準化及び供給ガス再加圧の諸工程
からなる２個の吸着床を使用したＯ_２−ＶＳＡ法の概略
が記載されている。又、吸着工程において吸着床からの
生産ガスによる真空掃気についても選択的に行なわれる
記載もある。

【００１９】米国特許第４，９６９，９３５号には、吸
着、同時化されたガス流減圧及び向流的排気、向流的排
気、生産ガスによる真空掃気、生産端間の圧力平準化、
これに続くガス流減圧工程からのガスを使用した生産端
と供給端の圧力平準化及び生産ガスの再加圧の諸工程よ
りなる３個の吸着床を使用したＯ_２−ＶＳＡ法について
記載されている。

【００２０】米国特許第５，０１５，２７１号には、吸
着、同時化されたガス流減圧及び向流的排気又は給気、
向流的排気、同時化された生産ガス間の圧力平準化と供
給ガスの再加圧又は真空掃気、同時化された供給ガスと
生産ガスの再加圧、及び供給ガスの再加圧の諸工程より
なるＯ_２−ＶＳＡ法について記載されている。

【００２１】フランス国特許Ｗ０９１／１２８７４、Ｐ
ＣＴ／ＦＲ９１／００１６４号には、吸着、減圧、排
気、生産ガスによる真空掃気、圧力平準化及び再加圧の
基本的諸工程からなる２個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳ
Ａ法について記載されている。

【００２２】米国特許第３，９８６，８４９号には、吸
着工程で同時多重的に吸着床を用いるが、他の工程にお
いては、並行する吸着床を次々と重複しないで用いるよ
うなＶＳＡ法について記載している。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】これら多数の先行技術
が開示されているにも拘らず、尚Ｏ_２−ＶＳＡ法におい
ては、酸素の大規模生産（日産量１００トン以上）にお
いて、現行の操業よりも高い収率、換言すれば低いエネ
ルギーコスト、及び酸素生産単位当たりの低い吸着剤使
用量、換言すれば低い投資コストを達成することが要求
されている。

【００２４】本発明は上記の要求に鑑み、多数の吸着床
（少なくとも４個の吸着床）を備えたＯ_２−ＶＳＡ法に
おいて、空気から酸素を生産するに際して、より高い酸
素収率で、且つ酸素生産量当たりの吸着剤の使用量や電
力消費量を少なくし得るような操業方法を確立すること
を目的とするものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は以下に示す３つの発明からなる。

【００２６】その第１の発明は、容易吸着性ガス成分を
選択的に吸着することのできる吸着剤を充填した複数個
の吸着床において、複数のガス成分を含む混合ガスから
容易吸着性ガス成分を非容易吸着性ガス成分から選択的
に分離する方法であり、(a) 容易吸着性ガス成分と非容
易吸着性ガス成分とを含む供給ガスを、高圧下におい
て、該容易吸着性ガス成分を選択的に吸着する吸着剤を
充填した第１の吸着床の入口に導入し、容易吸着性ガス
成分を該吸着剤に吸着させると同時に非容易吸着性ガス
成分を未吸着のまま該第１の吸着床を通過させる操作
を、容易吸着ガス成分の吸着が吸着床の出口に達するよ
うになるまで行なわせた後、該混合供給ガスの導入を停
止する工程、(b) 該供給ガスの該第１の吸着床への導入
の停止に引き続いて、中間処理工程を経ることなく、該
吸着床を低圧に減圧しながら該混合ガスを該第１の吸着
床から並流的に除去し、該複数個の吸着床における他の
吸着床の出口に低圧で向流的に流して該他の吸着床から
該容易吸着性ガス成分を掃気する工程、(c) 真空状態下
の該第１の吸着床を向流的に排気して、該容易吸着性ガ
ス成分を極く低圧でさらに除去する工程、(d) 工程
（ｂ）での該複数個の吸着床における他の吸着床からの
減圧された並流的な混合ガスで該第１の吸着床を向流的
に掃気して該第１の吸着床から容易吸着性ガスをさらに
十分に除去する工程、(e) 工程（ａ）での該複数個の吸
着床における他の吸着床からの非容易性ガス成分と供給
ガスとで該第１の吸着床を再加圧する工程、(f) 連続す
る相における各複数個の吸着床において、工程（ａ）か
ら（ｅ）までを行なうことにより、複数個の吸着床にお
ける向流的な排気工程が重複するようにして、少なくと
も２個の吸着床を同時に向流的に排気する工程、よりな
る真空スイング吸着法によるガス成分の分離方法であ
る。

【００２７】そして該第１の発明における好ましい実施
態様を列挙すると次の如くである。即ち、該吸着床は、
先ず供給混合ガスで再加圧され、次いで該非容易吸着性
ガス成分で再加圧されること、該吸着床は、常圧の供給
混合ガス及び高圧の供給混合ガスで再加圧されること、
該吸着床は、先ず常圧の供給混合ガスで再加圧され、次
いで非容易吸着性ガス成分で再加圧されること、該吸着
床は、先ず常圧の供給混合ガスで再加圧され、次いで高
圧の供給混合ガスで再加圧され、最後に非容易吸着性ガ
ス成分で再加圧されること、該吸着床は、先ず非容易吸
着性ガス成分で再加圧され、次いで供給混合ガスで再加
圧されること、該吸着床は、先ず非容易吸着性ガス成分
で再加圧され、次いで常圧の供給混合ガスで再加圧され
ること、該吸着床は、先ず非容易吸着性ガス成分で再加
圧され、次いで常圧の供給混合ガスで再加圧され、最後
に高圧の供給混合ガス成分で再加圧されること、該吸着
床は、非容易吸着性ガス成分及び供給混合ガスを同時に
用いて再加圧されること、該吸着床は、非容易吸着性ガ
ス成分及び常圧の供給混合ガスを同時に用いて再加圧さ
れること、該吸着床は、非容易吸着性ガス成分及び高圧
の供給混合ガスを同時に用いて再加圧されること、該供
給混合ガスは空気であり、該容易吸着性ガス成分は窒素
であり、該非容易吸着性ガス成分は酸素であること、並
流的な減圧を終えた吸着床は、複数個の吸着床のうちの
向流的な掃気を終えた他の吸着床の圧力平準化を行なう
ためにさらに並流的な減圧を行ない、一方これと同時に
先の吸着床の向流的な排気を行なうこと、等である。

【００２８】又、本発明の第２の発明は、容易吸着性ガ
ス成分を選択的に吸着することのできる吸着剤を充填し
た複数個の吸着床において、複数のガス成分を含む混合
ガスからの容易吸着性ガス成分を非容易吸着性ガス成分
から選択的に分離する方法であって、(a) 容易吸着性ガ
ス成分と非容易吸着性ガス成分とを含む供給ガスを、高
圧下において、該容易吸着性ガス成分を選択的に吸着す
る吸着剤を充填した第１の吸着床の入口に導入し、容易
吸着性ガス成分を該吸着剤に吸着させると同時に非容易
吸着性ガス成分を未吸着のまま該第１の吸着床を通過さ
せる操作を、容易吸着ガス成分の吸着が吸着床の出口に
達するようになるまで行なわせた後、該混合供給ガスの
導入を停止する工程、(b) 該供給ガスの該第１の吸着床
への導入を停止に引き続いて、中間処理工程を経ること
なく、該吸着床を低圧に減圧しながら該混合ガスを該第
１の吸着床から並流的に除去し、該複数個の吸着床にお
ける第２の吸着床の出口に低圧で向流的に流して該他の
吸着床から該容易吸着性ガス成分を掃流する工程、(c)
該第１の吸着床からさらに該混合ガスを除去するため
と、該複数個の吸着床のうち（ｅ）工程での向流的掃気
を終えた他の吸着床と該第１の吸着床との圧力平準化を
行なうために、該第１の吸着床を並流的に減圧する工
程、(d) 真空状態下の該第１の吸着床を向流的に排気し
て、該容易吸着性ガス成分を極く低圧でさらに除去する
工程、(e) 該第１の吸着床から容易吸着性ガスをさらに
十分に除去するために、該複数個の吸着床のうちの工程
（ｂ）を行なった他の吸着床からの並流的な減圧混合ガ
スで該第１の吸着床を向流的に掃流する工程、(f) 該第
１の吸着床と該複数個の吸着床のうちの工程（ｃ）の並
流的な減圧化を行なった他の吸着床とをより高い圧力で
向流的に圧力平準化する工程、(g) 該第１の吸着床を、
該複数個の吸着床のうちの工程（ａ）を行なった他の吸
着床からの非容易性ガス成分及び供給ガスとで再加圧す
る工程、(h) 連続相の下における複数個の吸着床の各吸
着床において、工程（ａ）から工程（ｇ）までを行なう
ことにより、複数個の吸着床における向流的な排気工程
を重複して行ない、少なくとも２個の吸着床を同時に向
流的に排気する工程、よりなる真空スイング吸着法によ
るガス成分の分離方法である。

【００２９】本発明の第２の発明における好ましい実施
態様においては、該供給混合ガスは空気であり、該容易
吸着性ガス成分は窒素であり、該非容易吸着性ガス成分
は酸素であることである。

【００３０】又さらに、本発明の第３の発明は、窒素を
選択的に吸着することのできる４個の吸着床において、
空気中の窒素を酸素から選択的に分離する方法であっ
て、(a) 供給空気を、高圧下において、窒素を選択的に
吸着する吸着剤を充填した第１の吸着床の入口に導入
し、窒素を該吸着剤に吸着させると同時に酸素を未吸着
のまま該第１の吸着床を通過させる操作を、該吸着剤に
よる窒素の吸着が吸着床の出口端に達するようになるま
で行なわせた後、該空気の第１の吸着床への導入を停止
する工程、(b) 空気の該第１の吸着床への導入停止に引
き続いて、中間処理工程を経ることなく、該吸着床を並
流的に減圧して空腔介在ガス及び酸素を該第１の吸着床
から除去し、該空腔介在ガス及び酸素を４個の吸着床の
うちの他の吸着床の出口に低圧で流して該他の吸着床か
ら該窒素を向流的に掃気する工程、(c) 該第１の吸着床
からさらに該空腔介在ガスと酸素を除去するためと、４
個の吸着床のうちの（ｅ）工程での向流的な掃気を終え
た他の吸着床と該第１の吸着床との圧力平準化を行なう
ために、該第１の吸着床を並流的に減圧する工程、(d)
該第１の吸着床を真空状態になるように向流的に排気し
て、該空腔介在ガス及び窒素を極く低圧でさらに除去す
る工程、(e) 該第１の吸着床から空腔介在ガス及び窒素
をさらに十分に除去するために、該４個の吸着床のうち
の工程（ｂ）を行なった他の吸着床からの並流的に減圧
化された空腔介在ガス及び窒素ガスで該第１の吸着床を
向流的に掃気する工程、(f) 該第１の吸着床及び該４個
の吸着床のうちの工程（ｃ）の並流的な減圧化を行なっ
た他の吸着床をより高い圧力で向流的に圧力平準化する
工程、(g) 該第１の吸着床を、該４個の吸着床のうちの
工程（ａ）を行なった他の吸着床からの酸素及び供給空
気とで再加圧する工程、(h) 連続相の下における該４個
の吸着床の各吸着床において、工程（ａ）から工程
（ｇ）までを行なうことにより、該４個の吸着床におけ
る向流的な排気工程を重複して行ない、少なくとも２個
の吸着床を同時に向流的に排気する工程、からなる真空
スイング吸着法によるガス成分の分離方法である。

【００３１】本発明の第３の発明における好ましい実施
態様を列挙すると次の如くである。即ち、１．該供給空気の圧力は、１４〜３０ｐｓｉａの範囲、
好ましくは１４〜２４ｐｓｉａの範囲であること、２．該吸着床の排気終了時の圧力は、１〜１０ｐｓｉａ
の範囲であること、３．該吸着床は、酸素及び常圧の供給空気を同時に用い
て再加圧すること、又は該吸着床は、酸素及び高圧の供
給空気を同時に用いて再加圧すること、４．並流的な減圧を終えた吸着床は、該４個の吸着床の
うちの向流的な掃気を終えた他の吸着床の圧力平準化を
行なうためにさらに並流的な減圧を行ない、一方これと
同時に先の吸着床の向流的な排気を行なうこと、等が挙げられる。

【００３２】

【作用】次に本発明の詳細及びその作用について説明す
る。

【００３３】先ず、本発明の第１の発明における好まし
い実施態様として、圧力平準化を除いたもの（第１の実
施態様）第１の実施態様は、以下の工程からなる。

【００３４】１．吸着工程（Ａ）２．並流での減圧（ＤＰ）工程３．向流での排気（ＤＥＳ）工程４．向流での掃気工程（ＰＵ）工程５．生産ガスの再加圧（ＰＲＰ）工程、又は生産ガスの
再加圧（ＰＲＰ）に引き続いての供給ガスの再加圧工
程、又は供給ガスの再加圧に引き続いての生産ガスの再
加圧工程、又は生産ガス及び供給ガスの同時再加圧工
程。尚供給ガスの再加圧工程はさらに２種に分類され
る。第１は常圧空気によるもの（ＡＡＰＲ）であり、第
２は、高圧供給ガスによるもの（ＦｅｅｄＲＰ）（１５
〜３０ｐｓｉａ）である。同時加圧を含む第１の実施態様についての工程サイクル
表を表１に示した。

【００３５】

【表１】Ａ・・・・吸着（供給）工程ＤＰ・・・並流減圧化工程ＤＥＳ・・向流排気工程ＰＵ・・・向流真空掃気工程ＲＰ・・・再加圧化工程次に、第１の実施態様による本発明の工程サイクルを順
を追って説明する。１．吸着（Ａ）工程吸着工程の手順は、次の通りである。

【００３６】ａ．空気中の水、二酸化炭素及び窒素を選
択的に吸着可能な吸着剤を１個又は２個以上充填した吸
着床に１４．５〜３０ｐｓｉａの圧力及び０〜１５０°
Ｆの温度の空気からなる供給ガスを流す。

【００３７】ｂ．供給圧力において、生産されたＯ_２か
らなる排出ガス流を引き出す。該排出ガス流の製品の一
部を工程５における吸着床のガスの再加圧に使用し、残
部をＯ_２製品とする。

【００３８】ｃ．予め設定されたサイクル時間になる
か、又は排出ガス流中の不純物窒素が予め設定された濃
度になるまで手順１（ａ）及び手順１（ｂ）の操作を継
続する。終了時点での吸着床は供給ガスからの窒素吸着
能を使い果たした状態となるので、この状態の吸着床を
以後「使用済みの吸着床」と称する。２．ガス流減圧（ＤＰ）工程ガス流減圧工程の手順は、次の通りである。

【００３９】ａ．使用済みの吸着床からのガス流の流通
を停止して他のＶＳＡ吸着床に移す。

【００４０】ｂ．工程サイクルの工程４におけるＶＳＡ
吸着床の生産ガス端と使用済みの吸着床の生産ガス端と
を結合させることにより、使用済みの吸着床における圧
力を吸着可能圧力水準から、「中間圧力」水準（７．７
〜２１ｐｓｉａ）まで低下させる。

【００４１】ｃ．使用済みのＶＳＡ吸着床の圧力が予め
定めた中間圧力水準に達したとき上記手順ｂも操作を停
止する。該「中間圧力」は、供給ガス圧力と手順３の操
作終了時のＶＳＡ吸着床における最低排気圧力との平均
圧力に近いが、それよりも低くないのが好ましい。３．向流による排気（ＤＥＳ）工程該排気工程の手順は、次の通りである。

【００４２】ａ．使用済みのＶＳＡ吸着床の供給ガス又
は供給ガス端と生産ガス端間とを結合させることによ
り、使用済みの吸着床の圧力を中間圧力水準から「最低
圧力」水準（１．０〜１０ｐｓｉａ）になるまで低下さ
せる。

【００４３】ｂ．吸着床の圧力が予め定められた上記最
低水準になるまで、上記手順３ａの操作を継続する。４．向流による掃気（ＰＵ）工程該掃気工程の手順は、次の通りである。

【００４４】ａ．供給ガス端からのＶＳＡ吸着床の排気
を継続する。

【００４５】ｂ．この吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クル中の工程２における他のＶＳＡ吸着床とを連結す
る。

【００４６】ｃ．この吸着床における圧力が、「低」水
準（１．２〜２０ｐｓｉａ）に達し、又工程２における
ＶＳＡ吸着床の圧力が中間圧力水準に達するまで、上記
４ａ及び４ｂの手順による動作を継続する。５．再加圧工程再加圧工程の手順は、次の通りである。

【００４７】ａ．上記の吸着床の排気を停止し、他の吸
着床の排気を開始する。該排気を停止した吸着床は、空
気からのＮ_２、Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２の吸着能力が回復して
いるので、以後は「再生吸着床」と称する。

【００４８】Ａ．生産ガスの再加圧（ＰＲＰ）操作を行なう該操作の手順は、次の通りである。

【００４９】ｂ．再生吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クルの工程１における吸着床の生産ガス端とを連結す
る。

【００５０】ｃ．上記手順ｃの操作を再生吸着床の圧力
が、予め定められた吸着可能圧力に等しいか、それに近
く定められた圧力水準に達するまで継続する。

【００５１】又は他の操作態様として、Ｂ．常圧空気及び／又は供給ガスの再加圧操作を行なう該操作の手順は、次の通りである。

【００５２】ｂ．再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
連結するか、又は常圧空気と供給ガスブロワーとを結合
する。

【００５３】又は、再生吸着床の供給ガス端を常圧空気
に対して開放する。

【００５４】ｂ_１上記操作を再生吸着床の圧力が常圧に
なるまで継続する。

【００５５】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【００５６】ｃ．上記常圧空気及び／又は供給ガスの再
加圧工程を再生吸着床の圧力が予め定められた吸着可能
圧力水準に等しいか、それに近くなるまで継続する。

【００５７】又は他の操作態様として、Ｃ．生産ガス及び常圧空気及び／又は供給ガスの同時再
加圧（ＰＲＰ／ＡＡＲＰ及び／又はＦＲＰ）操作を行な
う該操作の手順は、次の通りである。

【００５８】ｂ．再生吸着床における生産ガス端と本工
程サイクルの工程１における吸着床の生産ガス端とを結
合し、再生吸着床の生産ガス端を常圧空気に対して開放
するか、又は再生吸着床の供給ガス端を供給ガスブロワ
ーと連結する。

【００５９】又は、再生吸着床における生産ガス端と本
工程サイクルの工程１における吸着床の生産ガスとを連
結し、再生吸着床の生産ガス端を常圧空気に対して開放
する。

【００６０】ｂ_１上記の操作を再生吸着床における圧力
が常圧に等しいか、それに近くなるまで継続する。

【００６１】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【００６２】ｃ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【００６３】又は、他の操作態様として、Ｄ．生産ガスの再加圧に引き続き常圧空気及び／又は供
給ガスの再加圧（ＰＲＰ／ＡＡＲＰ及び／又はＦＲＰ）
操作を行なう該操作は、次の手順で行なわれる。

【００６４】ｂ．再生吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クルの工程１における吸着床の生産ガス端とを連結す
る。

【００６５】ｃ．上記手順ｂの操作を再生吸着床の圧力
が、予め定められた吸着可能圧力よりも低い圧力水準に
達するまで継続する。

【００６６】ｄ．生産ガスの再加圧化を停止し、再生吸
着床の供給ガス端を常圧空気に対して開放するか、又は
該供給ガス端を供給ガスブロワーに連結する。

【００６７】又は、生産ガスの再加圧を停止し、再生吸
着床の供給ガス端を常圧空気に対して開放する。

【００６８】ｄ_１上記操作を再生吸着床における圧力が
常圧空気に等しくなるか又はそれに近くなるまで継続す
る。

【００６９】ｄ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【００７０】ｃ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【００７１】又は、Ｅ．常圧空気及び／又は供給ガスの再加圧に引き続き生
産ガスの再加圧操作を行なう該操作は、次の手順で行なわれる。

【００７２】ｂ．再生吸着床の供給ガス端を常圧空気に
連結するか、該供給ガス端を供給ガスブロワーに連結す
る。

【００７３】又は、再生吸着床の供給ガス端を常圧空気
に対して開放する。

【００７４】ｂ_１上記手順を再生吸着床における圧力が
常圧空気に等しくなるか、又はそれに近くなるまで継続
する。

【００７５】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【００７６】ｃ．上記の常圧空気及び／又は供給ガスの
再加圧化工程を再生吸着床の圧力が予め定められた吸着
可能圧力水準に等しいか、それに近くなるまで継続す
る。

【００７７】ｄ．常圧空気及び／又は供給ガスの再加圧
化工程を停止し、再生吸着床の生産ガス端を本工程サイ
クルの工程１における吸着床の生産ガス端と連結する。

【００７８】ｅ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【００７９】以上の操作を終了した吸着床は、さらに本
工程サイクルの新しい操作サイクルを繰り返し行なわせ
ることになる。

【００８０】次に本発明の第２の発明についての好まし
い実施態様として、圧力平準化工程を含む工程サイクル
（第２の実施態様）について説明する。

【００８１】第２の実施態様は、以下の手順を行なう。

【００８２】１．吸着工程（Ａ）２．掃気用ガス供給のための並流での減圧化（ＤＰ１）
工程３．圧力平準化用ガス供給のための並流での眼圧化（Ｄ
Ｐ２）工程４．向流での排気（ＤＥＳ）工程５．向流での掃気工程（ＰＵ）工程６．圧力平準化（ＰＥ）工程７．再加圧工程この操作には生産ガスのみでの再加圧
（ＰＲＰ）、又は生産ガスの再加圧（ＰＲＰ）と引き続
いての供給ガスの再加圧、又は供給ガスの再加圧とこれ
に引き続いての生産ガスの再加圧、生産ガス及び供給ガ
スの同時加圧が行なわれる。尚、供給ガスの再加圧操作
はさらに２種に分類される。第１は常圧空気によるもの
（ＡＡＲＰ）であり、第２は、高圧供給ガスによるもの
（ＦｅｅｄＲＰ）である。

【００８３】この実施態様における工程サイクル表を表
２に示した。

【００８４】

【表２】Ａ・・・・吸着（供給）工程ＤＰ１・・掃気ガス供給のための第１回並流減圧化工程ＤＰ２・・圧力平準化ガス供給のための第２回並流減圧
化工程ＤＥＳ・・向流排気工程ＰＵ・・・向流真空掃気工程ＲＰ・・・再加圧化工程次に、第２の実施態様による本発明の工程サイクルを順
を追って説明する。１．吸着（Ａ）工程吸着工程の手順は、次の通りである。

【００８５】ａ．空気中の水、二酸化炭素及び窒素を選
択的に吸着可能な吸着剤を１個又は２個以上充填した吸
着床に１４．５〜３０ｐｓｉａの圧力及び０〜１５０°
Ｆの温度の空気からなる供給ガスを流す。

【００８６】ｂ．供給圧力において、生産されたＯ_２か
らなる排出ガス流を引き出す。該排出ガス流の製品の一
部を工程５における吸着床のガスの再加圧化に使用し、
残部をＯ_２製品とする。

【００８７】ｃ．予め設定されたサイクル時間になる
か、又は排出ガス流中の不純物窒素が予め設定された濃
度になるまで手順１（ａ）及び手順１（ｂ）の操作を継
続する。この操作の終了時における吸着床は前記したよ
うに、窒素の吸着能が使い果たされた状態であるので、
「使用済みの吸着床」と称される。２．ガス流減圧化（ＤＰ１）工程ガス流減圧工程の手順は、次の通りである。

【００８８】ａ．使用済みの吸着床からのガス流の流通
を停止して他のＶＳＡ吸着床に移す。

【００８９】ｂ．本工程サイクルの工程５におけるＶＳ
Ａ吸着床の生産端と使用済みの吸着床の生産端とを結合
することにより、使用済みの吸着床における圧力を吸着
可能圧力水準から、「中間圧力」水準（１１．５〜２５
ｐｓｉａ）まで低下させる。

【００９０】ｃ．使用済みのＶＳＡ吸着床の圧力が予め
定められた中間圧力水準に達したとき、上記手順ｂの操
作を停止する。３．ガス流減圧化（ＤＰ２）工程該排気工程の手順は、次の通りである。

【００９１】ａ．使用済みのＶＳＡ吸着床の供給ガス又
は供給ガス端と生産ガス端間とを結合することにより、
使用済みの吸着床の圧力を、中間圧力水準から「より低
い圧力」水準（７．７〜２１．３ｐｓｉａ）まで低下さ
せる。

【００９２】ｃ．使用済みのＶＳＡ吸着床の圧力が予め
定められた「より低い圧力」水準に達したとき上記手順
の操作を停止する。該圧力は、本工程サイクルにおける
工程２及び工程５終了時におけるＶＳＡ吸着床の平均圧
力であることが好ましい。４．向流による排気（ＤＥＳ）工程該排気工程の手順は、次の通りである。

【００９３】ａ．使用済みのＶＳＡ吸着床の供給ガス又
は供給ガス端と生産ガス端間とを結ぶことにより、使用
された吸着床の圧力を中間圧力水準から「最低圧力」水
準（１．０〜１０ｐｓｉａ）になるまで低下させる。

【００９４】ｂ．吸着床の圧力が予め定められた上記最
低水準になるまで、上記手順４ａの操作を継続する。５．向流による掃気（ＰＵ）工程該掃気工程の手順は、次の通りである。

【００９５】ａ．供給ガス端からのＶＳＡ吸着床の排気
を継続する。

【００９６】ｂ．この吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クル中の工程２における他のＶＳＡ吸着床とを連結す
る。

【００９７】ｃ．この吸着床における圧力が「低」水準
（１．２〜２０ｐｓｉａ）に達し、又工程２におけるＶ
ＳＡ吸着床の圧力が中間圧力水準に達するまで、上記４
ａ及び４ｂの手順による動作を継続する。６．圧力平準化（ＰＥ）工程該圧力平準化工程の手順は、次の通りである。

【００９８】ａ．上記の吸着床の排気を停止し、他の吸
着床の排気を開始する。該排気を停止した吸着床は、空
気からのＮ_２、Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２の吸着能力が回復して
いるので、以後は「再生吸着床」と称する。

【００９９】ｂ．再生吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クルの工程３の生産ガス端とを連結する。

【０１００】ｃ．上記の操作を予め定められた時間又は
該吸着床の圧力が予め定められた低い圧力水準に達する
まで継続する。７．再加圧化工程該再加圧化工程の手順は、次の通りである。

【０１０１】ａ．再生吸着床の圧力平準化操作を停止す
る。

【０１０２】Ａ．生産ガスのみによる再加圧（ＰＲＰ）
操作を行なう。

【０１０３】該操作の手順は次の通りである。

【０１０４】ｂ．圧力平準化された再生吸着床の生産ガ
ス端と本工程サイクルの工程１における吸着床の生産ガ
ス端とを連結する。

【０１０５】ｃ．上記手順ｂの操作を圧力平準化再生吸
着床の圧力が、予め定められた吸着可能圧力に等しい
か、それい近い圧力水準に達するまで継続する。

【０１０６】又は他の態様として、Ｂ．常圧空気及び／又は供給ガスによる再加圧操作を行
なう。

【０１０７】該操作の手順は、次の通りである。

【０１０８】ｂ．再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
連結するか、又は常圧空気と供給ガスブロワーとを結合
する。

【０１０９】又は、再生吸着床の供給ガス端を常圧空気
に対して開放する。

【０１１０】ｂ_１上記操作を再生吸着床の圧力が常圧に
なるまで継続する。

【０１１１】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【０１１２】ｃ．上記常圧空気及び／又は供給ガスの再
加圧化工程を再生吸着床の圧力が予め定められた吸着可
能圧力水準に等しいか、それに近くなるまで継続する。

【０１１３】又は他の態様として、Ｃ．生産ガス及び常圧空気及び／又は供給ガスの同時再
加圧（ＰＲＰ／ＡＡＲＰ及び／又はＦＲＰ）操作を行な
う。

【０１１４】該操作の手順は、次の通りである。

【０１１５】ｂ．再生吸着床における生産ガス端と本工
程サイクルの工程１における吸着床の生産ガス端とを結
合し、再生吸着床の生産ガス端を常圧空気に対して開放
するか、又は再生吸着床の供給ガス端を供給ガスブロワ
ーと連結する。

【０１１６】又は、再生吸着床における生産ガス端と本
工程サイクルの工程１における吸着床の生産ガスとを連
結し、再生吸着床の生産ガス端を常圧空気に対して開放
する。

【０１１７】ｂ_１上記の操作を再生吸着床における圧力
が常圧に等しいか、それに近くなるまで継続する。

【０１１８】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【０１１９】ｃ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【０１２０】又は、Ｄ．生産ガスによる再加圧後引き続き常圧空気及び／又
は供給ガスの再加圧（ＰＲＰ／ＡＡＲＰ及び／又はＦＲ
Ｐ）操作を行なう。

【０１２１】該操作は、次の手順で行なわれる。

【０１２２】ｂ．再生吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クルの工程１における吸着床の生産ガス端とを連結す
る。

【０１２３】ｃ．上記手順ｂの操作を再生吸着床の圧力
が、予め定められた吸着可能圧力よりも低い圧力水準に
達するまで継続する。

【０１２４】ｄ．生産ガスの再加圧化を停止、再生吸着
床の供給ガス端を常圧空気に対して開放するか、又は該
供給ガス端を供給ガスブロワーに連結する。

【０１２５】又は、生産ガスの再加圧化を停止し、再生
吸着床の供給ガス端を常圧空気に対して開放する。

【０１２６】ｄ_１上記操作を再生吸着床における圧力が
常圧空気に等しくなるか、又はそれに近くなるまで継続
する。

【０１２７】ｄ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【０１２８】ｃ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【０１２９】又は、Ｅ．常圧空気及び／又は供給ガスによる再加圧に引き続
き生産ガスによる再加圧操作を行なう。

【０１３０】該操作は、次の手順で行なわれる。

【０１３１】ｂ．再生吸着床の供給ガス端を常圧空気に
連結するか、該供給ガス端を供給ガスブロワーに連結す
る。

【０１３２】又は、再生吸着床の供給ガス端を常圧空気
に対して開放する。

【０１３３】ｂ_１上記手順を再生吸着床における圧力が
常圧空気に等しくなるか、又はそれに近くなるまで継続
する。

【０１３４】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【０１３５】ｃ．上記の常圧空気及び／又は供給ガスの
再加圧化工程を再生吸着床の圧力が予め定められた吸着
可能圧力水準に等しいか、それに近くなるまで継続す
る。

【０１３６】ｄ．常圧空気及び／又は供給ガスの再加圧
化工程を停止し、再生吸着床の生産ガス端を本工程サイ
クルの工程１における吸着床の生産ガス端と連結する。

【０１３７】ｅ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【０１３８】以上の操作を終了した吸着床は、さらに本
工程サイクルの新しい操作サイクルを開始するために用
いる。

【０１３９】次に、本発明の第３の発明による好ましい
実施態様を示す。

【０１４０】本発明の第３の発明は、第２の発明を利用
してなされたものであるが、ガス流の減圧化の際に圧力
平準化を行ない、その吸着床を同時に向流による排気を
行なうものである。この排気は向流排気工程として並流
による減圧化の後に続いて行なわれる。この第３の実施
態様の工程サイクル表を表３に示す。

【０１４１】

【表３】Ａ・・・・吸着（供給）工程ＤＰ１・・掃気ガス供給のための第１回並流減圧化工程ＳＤＰ・・向流排気との同時始動による圧力平準化ガス
供給のための第２回並流減圧化工程ＤＥＳ・・向流排気工程ＰＵ・・・向流真空掃気工程ＲＰ・・・再加圧化工程本発明の工程サイクル及び装置は、生産規模により若干
の差異がある。図１は、常圧空気及び生産ガスの同時再
加圧化を伴った本発明の第３の発明の大要を示す図面で
あり、これは日産１００トン以上の規模の工場における
好ましい構成を示すものである。そして表４、表５はそ
の典型的なサイクル時間に対応する一連のバルブ操作の
概略を示すものである。

【０１４２】

【表４】第３実施態様におけるバルブ操作（図１）時間バルブ＃ sec １２３４５６７８９ 10 11 12 13 14 15 16 0-5 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 5-20 ○ ○ ○ ○ ○ 20-25 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 25-30 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 30-45 ○ ○ ○ ○ ○ 45-50 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 50-55 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 55-70 ○ ○ ○ ○ ○ 70-75 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 75-80 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 80-95 ○ ○ ○ ○ ○95-100 ○ ○ ○ ○ ○ ○

【０１４３】

【表５】第３実施態様におけるバルブ操作（図１）時間バルブ＃ sec 17 18 19 20 0-5 5-20 ○ 20-25 25-30 30-45 ○ 45-50 50-55 55-70 ○ 70-75 75-80 80-95 ○95-100 以下にその典型的な操作条件における工程サイクルにつ
いて詳述する。ガス供給用ブロワーにより供給圧力（約
１，１００ｍｍＨｇ）まで圧縮された空気は、バルブ１
を開くことによって配管１００を通って、予め吸着可能
圧力まで加圧された吸着床Ａに導入される。該吸着床Ａ
には予め空気から水分、二酸化炭素及び窒素を選択的に
除去するための吸着剤が充填されている。これにより生
産された酸素ガスはバルブ５を開くことにより配管１０
１に引き出される。

【０１４４】供給ガス流は定められた時間後、又は吸着
床Ａからの流出ガス中の窒素濃度が予め定められた限界
値に達すると直ぐバルブ３を開くことによって吸着床Ｃ
へと切り替えられる。吸着床Ａの圧力はバルブ９を開
き、吸着床Ａと吸着床Ｂをバルブ１０を開いて配管１０
２によって連結することにより減圧される。

【０１４５】吸着床Ｂは、バルブ１４を開くことにより
真空ポンプ１０６に連結する配管１０３によって排気さ
れる。バルブ１４は、定められた時間又は吸着床の圧力
が予め定められた「中間圧力」の水準になったっときに
閉じ、バルブ１３を開く。バルブ１３を開くことによ
り、吸着床Ａは排気されるが、一方これと同時にバルブ
９及びバルブ１０を開いておくことにより、吸着床Ｂの
生産ガス端にガスが供給される。バルブ９及びバルブ１
０は、定められた時間が経過するか又は吸着床Ｂの圧力
が予め定められた「より低い圧力」水準に達すると閉じ
られる。バルブ９及びバルブ１０は、吸着床Ｂにおける
ガス供給工程が終り、吸着床Ａの圧力が「最低圧力」
（約２００ｍｍＨｇ）に達したときに再び開かれる。

【０１４６】バルブ１３は、定められた時間が経過する
か又は吸着床Ｂにおける圧力が予め定められた「中間圧
力」水準に達すると閉じられ、バルブ１３が開かれる。
バルブ９及びバルブ１０は、定められた時間が経過する
か、吸着床Ｂの圧力が予め定められた「より低い圧力」
水準に達したときに閉じられる。

【０１４７】次いでバルブ５と１７を開き吸着床Ｂを配
管１０５からの空気と、同時に吸着床Ｄによって生産さ
れバルブ８を開くことで配管１０１を経て流出した生産
ガスとにより再加圧化する。吸着床Ａにおける圧力が、
常圧に達した時にバルブ１７を閉じ、バルブ５のみを開
いたままにして、吸着床の圧力が「吸着可能圧力」にな
るまで再加圧化を継続する。この操作によって吸着床Ａ
は次の吸着工程を再開する準備が整った状態となる。吸
着床Ｃ及び吸着床Ｄにおいても、これらの吸着床の配管
１４及び真空ポンプによる排気のために、これに相当す
る操作を行なう。

【０１４８】日産６０〜１００トン程度の小規模なＶＳ
Ａ法酸素生産工場においては、真空設備は単一でよい。

【０１４９】図２は、表６、表７にそのバルブ操作を示
すような第３の発明のサイクルを採用する場合の実施態
様の概略を示すものである。排気工程の初期段階におけ
る吸着床からの排出ガスの排出は、第２段目の真空ポン
プ２４６及び配管２４２のみを通して行なわれる。排気
工程の後期段階における吸着床からの排気ガスの排出
は、先ず真空ポンプ２４４、次に真空ポンプ２４６を経
て配管２３６及び配管２３８を通して行なわれ、これが
２段階の真空設備を使用した最適条件を示す。この２段
階操作は、圧力３８０ｍｍＨｇ以下においては、単一操
作に比べ、電力消費が有利となる。

【０１５０】図２の装置においては、吸着床の圧力は、
第１段の真空ポンプ２４４のみを使用して約３８０ｍｍ
Ｈｇの中間圧力に下げることができる。そして第２段の
真空ポンプを用いて最低圧力の水準まで吸着床の圧力を
下げる。表６、表７は、典型的なサイクル時間における
一連のバルブ操作を示すものである。

【０１５１】

【表６】第３実施態様におけるバルブ操作（図２及び図３）時間バルブ＃ sec 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 0-5 ○ ○ ○ ○ ○ -20 ○ ○ ○ ○ -25 ○ ○ ○ ○ ○ -30 ○ ○ ○ ○ ○ -45 ○ ○ ○ ○ -50 ○ ○ ○ ○ ○ -55 ○ ○ ○ ○ -70 ○ ○ ○ ○ -75 ○ ○ ○ ○ ○ -80 ○ ○ ○ ○ ○ -95 ○ ○ ○ ○-100 ○ ○ ○

【０１５２】

【表７】第３実施態様におけるバルブ操作（図２及び図３）時間バルブ＃ sec 217 218 219 220 221 222 223 224 0-5 ○ -20 ○ ○ -25 ○ -30 ○ -45 ○ ○ -50 ○ -55 ○ -70 ○ -75 ○ -80 ○ -95 ○-100 ○ 以下図２及び表６、表７に示される方法についての詳細
を記述する。

【０１５３】ガス供給用ブロワーにより供給圧力（約
１，１００ｍｍＨｇ）まで圧縮された空気は、バルブ２
０１を開くことによって配管２３０を通って、予め吸着
可能圧力まで加圧された吸着床Ａ_２に導入される。該吸
着床Ａ_２には予め空気から水分、二酸化炭素及び窒素を
選択的に除去するための吸着剤が充填されている。これ
により生産された酸素ガスはバルブ２０５を開くことに
より配管２３２に引き出される。供給ガス流は定められ
た時間後、又は吸着床Ａ_２からの流出ガス中の窒素濃度
が予め定められた限界値に達すると直ちにバルブ２０３
を開くことによって吸着床Ｃ_２へと切り替えられる。吸
着床Ａ_２の圧力はバルブ２０９を開き、吸着床Ａ_２と吸
着床Ｂ_２をバルブ２１０を開いて配管２３４によって連
結することにより減圧される。

【０１５４】吸着床Ｂ_２は、バルブ２１４を開くことに
より配管２３６によって排気される（配管２３８は、同
様の手順で吸着床Ｃ_２と吸着床Ｄ_２の排気に使用され
る。）バルブ２１４を定められた時間が経過するか、又は吸着
床Ａ_２の圧力が予め定められた「中間圧力」の水準にな
ったときに閉じ、次いでバルブ２２１を開く。バルブ２
２１を開くことにより、第２段の真空ポンプ２４６によ
り吸着床Ａ_２は配管２４２を通して排気されるが、一方
これと同時にバルブ２０９及びバルブ２１０を開いてお
くことにより、吸着床Ｂ_２の生産ガス端にガスが配管２
３４により供給される。バルブ２０９及びバルブ２１０
は、定められた時間が経過するか又は吸着床Ｂ_２の圧力
が予め定められた「より低い圧力」水準に達すると閉じ
られる。

【０１５５】吸着床Ａ_２は、バルブ２２１により配管２
４２を通して、その圧力が約３８０ｍｍＨｇになり、吸
着床Ｂ_２及び吸着床Ｄ_２の間における掃気ガスの供給の
ための向流による減圧化が終了するまでバルブ２２１に
より配管２４２を通して排気され、そこでバルブ２２１
は閉じられ、バルブ２１３が開かれる。吸着床Ａ_２はそ
の圧力が「最低圧力」（約２００ｍｍＨｇ）に達するま
でバルブ２１３を開いて第１段の真空ポンプ及び第２段
の真空ポンプの操作することにより、配管２３６を通し
て排気される。そして吸着床Ａ_２は、第１の実施態様に
おいて記述されたのと同様にして配管２３４から、又は
配管２３０及び２４０を通して再加圧される。

【０１５６】図３は、本発明の第３の発明の他の実施態
様を示すものである。この場合においては、各吸着床の
最初の排気を配管３４２を経て約３８０ｍｍＨｇになる
まで行なうために個別の１段真空ポンプ３４８を採用す
る。これは図２の真空装置における中間点を置き換えた
ものである。この態様における一連のバルブ操作は前述
した図２及び表６、７における操作と同様に行なわれ、
従って各バルブに付されている番号も図２のものと同じ
である。

【０１５７】バルブ２０９及びバルブ２１０は、吸着床
Ｂ_３におけるガス供給工程の終了時に再び開かれ配管３
３４により吸着床Ａ_３に連通する。バルブ２１３は、定
められた時間が経過したとき、又は吸着床Ｂ_３の圧力が
予め定められた「中間圧力」の水準に達したときに閉ざ
され、次いで配管３４２に対するバルブ２２２が開かれ
る。又バルブ２０９及びバルブ２１０は、定められた時
間が経過したとき、又は吸着床Ｂ_３の圧力が予め定めら
れた「より低い圧力」の限界に達したとき閉じられる。
次にバルブ２０５及びバルブ２１７が開かれることによ
って、吸着床Ｂ_３は、配管３４０における空気及び吸着
床Ｄ_３において生産されバルブ２０８を開くことにより
配管３３２から排出された生産ガスによって再加圧化さ
れる。

【０１５８】吸着床Ａ_３の圧力が大気圧に達したときバ
ルブ２１７は閉ざされ、そして吸着床Ａ_３の「吸着可能
圧力」までの再加圧化は、バルブ２０５のみを開くこと
によって達成される。これによって吸着床Ａ_３は、次の
吸着サイクルを行なう準備が整うことになる。各吸着床
Ａ_３、Ｂ_３、Ｃ_３及びＤ_３、配管３３０、３３２、３３
４、３３６、３３８、３４０及び３４２並びに真空ポン
プ３４４、３４６及び３４８を用いた同様の一連の操作
が行なわれ、バルブの操作も図２及び表６、表７に示し
たものと同様の一連の操作を行なえばよい。

【０１５９】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる。

【０１６０】上記した第３の実施態様について４個の吸
着床を使用した方法でシミュレートした。又、第３の実
施態様と類似した工程からなる３個の吸着床を使用した
方法についても同様にシミュレーションを行なった。

【０１６１】吸着床には、ガス供給側に水分及び二酸化
炭素を除去するためのゼオライトＮａ−Ｘを１．２５フ
ィートに亘って充填し、ガス生産側に酸素と窒素を分離
するためのゼオライトＣａ−Ｘを５．７５フィートに亘
って充填した。

【０１６２】表８は、上記本発明による工程サイクルの
ものと従来法による３個の吸着床を使用したサイクルの
操業を比較したものである。これによれば、ほぼ同一の
電力消費量によって、本発明の方法では僅か約３３％吸
着剤を増加させるだけで生産ガス量を５５％増加させる
ことができることわかる（第１欄及び第４欄）。又、ほ
ぼ同一の生産量を得るために本発明の方法では従来法に
比べて１０％も電力消費量を削減できる。

【０１６３】又、本発明の方法を使用した場合には、従
来の２個の吸着床を２系列使用したＶＳＡ法に比べた場
合、供給ブロワーを休ませることがないし、又生産ガス
の貯蔵タンクを設置する必要もない。又さらに、重複し
た循環装置の設置も避けられるし、このための中央制御
装置も必要でない。従って、本発明の工程サイクルを行
なう場合には、２個の吸着床を２系列使用した従来のＶ
ＳＡ法に比べて設備投資のコストを大幅に削減すること
ができる。

【０１６４】結局、吸着法によって日産６０トン以上の
酸素を生産するような大規模生産においては、本発明の
方法は従来法に比べて生産効率を向上させることができ
るということができる。

【０１６５】本発明においては、吸着剤は、空気から水
分と二酸化炭素を除去し、窒素を分離することができる
ものであればどのような吸着剤でも使用することができ
る。空気から窒素を分離することのできる吸着剤の例と
しては、ＮａＸ、ＮａＡ、ＣａＸ、ＣａＡ、ＭｇＡのよ
うなゼオライト系の分子篩、及び他の二元陽イオンを有
する吸着剤が挙げられる。又空気中の水分と二酸化炭素
を除去することのできる吸着剤の例としては、アルミナ
ゲル、シリカゲル及びゼオライトが挙げられる。そして
これらの吸着剤に要求されるその他の特性としては、
(i) 高い破壊強度を有すること、(ii)高い磨耗抵抗を有
すること、(iii) 大きなバルク密度を有すること、(iv)
内部空孔が少ないこと、(v) 熱容量が高いこと、(vi)大
きい熱伝導性を有すること、(vii) 高いＮ_２／Ｏ_２選択
性を有すること、(viii)酸素吸着性が低いこと、及び
（ix) 粒径が小さいことなどである。又、吸着工程及び
排気工程における吸着床の圧力低下が少ないことも又吸
着剤の選定に当たって重要な要素である。

【０１６６】吸着工程においてガスの生産量を高めるた
めには、全ての要素を一定に保ち短時間のサイクルで操
業を行なうべきであるといのが文献中において見られる
急速圧力スイング吸着（ＲＰＳＡ）法の基本的な概念で
ある。

【０１６７】表８における最初の３つの欄は、上記の概
念を示すものであって、３個の吸着床を有する従来法に
おいて、サイクル時間が１３５秒、１０５秒、７５秒と
短くなるにつれて、酸素ガスの日産量（ＴＰＤ）は、４
７トン、５９トン、８０トンと増加している。しかしな
がら、サイクル時間を短くすると、一切の循環装置（ガ
ス供給ブロワー、生産ガスのコンプレッサー及び真空ポ
ンプ）は連続稼働され、表８の最終行に見られるように
排気に利用し得る時間が短くなる。このことは反面にお
いて、圧力低下が大きくなり、これに呼応する電力消費
を増大させる原因となることが、表８の２行目の記載か
らわかる。従って、従来法による３個の吸着床を持った
ＶＳＡ法では、ガスの大規模生産を行なうと電力消費コ
ストが増加する。これがＲＰＳＡ法が大量生産よりも寧
ろ小規模生産に適用される所以である。

【０１６８】

【表８】操作比較生産ガス純度：９０％Ｏ_２生産ガス圧力：５ｐｓｉｇ供給ガス温度：１２０°Ｆ吸着床深さ：１２フィート吸着床長さ：７フィートＰｍａｘ：１，１００ｍｍＨｇＰｍｉｎ：２５０ｍｍＨｇ工程３吸着床従来法４吸着床発明法サイクル時間（sec) 135 105 75 100 消費電力量(KW/TPD) 9.6 10 10.4 9.5 生産量(TPD) 47 59 80 73 生産性(TPD/ton吸着剤） 1.3 1.6 2.2 1.5 排気時間(sec) 45 35 25 50 図１、図２及び図３におけるような４個の吸着床を有す
る本発明の工程サイクルによれば、排気を任意に与えら
れた時間２つの吸着床において行なうことによって上記
の問題を解決することができる。即ち、全サイクル時間
を短く保ちながら、与えられた任意の吸着床における排
気時間を長く採ることができるのである。表８における
サイクル時間及び排気時間の表示によれば、従来法によ
る３個の吸着床を使用した方法における排気時間とサイ
クル時間の比率が僅か１：３であるのに対して、本発明
では１：２に改善されている。

【０１６９】同様の考え方は、６個の吸着床を有する装
置では３個の任意の吸着床の排気を任意の与えられた時
間行なうこと、又８個の吸着床を有する装置では４個の
吸着床の排気を任意の与えられた時間を行なうというよ
うにして達成することができる。

【０１７０】

【発明の効果】上述したように本発明によるときは、真
空スイング吸着法による混合ガスからのガス成分の分離
を効率的に行なうことができるので、生産ガス単位当た
りの吸着剤使用量を大幅に削減できるほか、電力消費量
も削減できるなどその効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施態様を示すフローチャート
図である。

【図２】第２の実施態様を示すフローチャート図であ
る。

【図３】第３の実施態様を示すフローチャート図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ラヴィ．クマーアメリカ合衆国．18103．ペンシルバニア州．アランタウン．エヌ．ツリーライン. ドライヴ．991 (72)発明者チャールズ．フランクリン．ワットソンアメリカ合衆国．18069．ペンシルバニア州．オレフィールド．ウィロー．ウェイ. 5519 (72)発明者タリック．ナヘイリアメリカ合衆国．18014．ペンシルバニア州．バス．クター．ロード．2775

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容易吸着性ガス成分を選択的に吸着する
ことのできる吸着剤を充填した複数個の吸着床におい
て、複数のガス成分を含む混合ガスから容易吸着性ガス
成分を非容易吸着性ガス成分から選択的に分離する方法
であって、 (a) 容易吸着性ガス成分と非容易吸着性ガス成分とを含
む供給ガスを、高圧下において、該容易吸着性ガス成分
を選択的に吸着する吸着剤を充填した第１の吸着床の入
口に導入し、容易吸着性ガス成分を該吸着剤に吸着させ
ると同時に非容易吸着性ガス成分を未吸着のまま該第１
の吸着床を通過させる操作を、容易吸着ガス成分の吸着
が吸着床の出口に達するようになるまで行なわせた後、
該混合供給ガスの導入を停止する工程、 (b) 該供給ガスの該第１の吸着床への導入の停止に引き
続いて、中間処理工程を経ることなく、該吸着床を低圧
に減圧しながら該混合ガスを該第１の吸着床から並流的
に除去し、該複数個の吸着床における他の吸着床の出口
に低圧で向流的に流して該他の吸着床から該容易吸着性
ガス成分を掃気する工程、 (c) 真空状態下の該第１の吸着床を向流的に排気して、
該容易吸着性ガス成分を極く低圧でさらに除去する工
程、 (d) 工程（ｂ）での該複数個の吸着床における他の吸着
床からの減圧された並流的な混合ガスで該第１の吸着床
を向流的に掃気して該第１の吸着床から容易吸着性ガス
をさらに十分に除去する工程、 (e) 工程（ａ）での該複数個の吸着床における他の吸着
床からの非容易性ガス成分と供給ガスとで該第１の吸着
床を再加圧する工程、 (f) 連続する相における各複数個の吸着床において、工
程（ａ）から（ｅ）までを行なうことにより、複数個の
吸着床における向流的な排気工程が重複するようにし
て、少なくとも２個の吸着床を同時に向流的に排気する
工程、よりなることを特徴とする真空スイング吸着法に
よるガス成分の分離方法。
【請求項２】該吸着床は、先ず供給混合ガスで再加圧
され、次いで該非容易吸着性ガス成分で再加圧される請
求項１記載の真空スイング吸着法によるガス成分の分離
方法。
【請求項３】該吸着床は、常圧の供給混合ガス及び高
圧の供給混合ガスで再加圧される請求項１記載の真空ス
イング吸着法によるガス成分の分離方法。
【請求項４】該吸着床は、先ず常圧の供給混合ガスで
再加圧され、次いで非容易吸着性ガス成分で再加圧され
る請求項１記載の真空スイング吸着法によるガス成分の
分離方法。
【請求項５】該吸着床は、先ず常圧の供給混合ガスで
再加圧され、次いで高圧の供給混合ガスで再加圧され、
最後に非容易吸着性ガス成分で再加圧される請求項３記
載の真空スイング吸着法によるガス成分の分離方法。
【請求項６】該吸着床は、先ず非容易吸着性ガス成分
で再加圧され、次いで供給混合ガスで再加圧される請求
項１記載の真空スイング吸着法によるガス成分の分離方
法。
【請求項７】該吸着床は、先ず非容易吸着性ガス成分
で再加圧され、次いで常圧の供給混合ガスで再加圧され
る請求項１記載の真空スイング吸着法によるガス成分の
分離方法。
【請求項８】該吸着床は、先ず非容易吸着性ガス成分
で再加圧され、次いで常圧の供給混合ガスで再加圧さ
れ、最後に高圧の供給混合ガス成分で再加圧される請求
項１記載の真空スイング吸着法によるガス成分の分離方
法。
【請求項９】該吸着床は、非容易吸着性ガス成分及び
供給混合ガスを同時に用いて再加圧される請求項１記載
の真空スイング吸着法によるガス成分の分離方法。
【請求項１０】該吸着床は、非容易吸着性ガス成分及
び常圧の供給混合ガスを同時に用いて再加圧される請求
項９記載の真空スイング吸着法によるガス成分の分離方
法。
【請求項１１】該吸着床は、非容易吸着性ガス成分及
び高圧の供給混合ガスを同時に用いて再加圧される請求
項９記載の真空スイング吸着法によるガス成分の分離方
法。
【請求項１２】該供給混合ガスは空気であり、該容易
吸着性ガス成分は窒素であり、該非容易吸着性ガス成分
は酸素である請求項１記載の真空スイング吸着法による
ガス成分の分離方法。
【請求項１３】並流的な減圧を終えた吸着床は、複数
個の吸着床のうちの向流的な掃気を終えた他の吸着床の
圧力平準化を行なうためにさらに並流的な減圧を行な
い、一方これと同時に先の吸着床の向流的な排気を行な
う請求項１記載の真空スイング吸着法によるガス成分の
分離方法。
【請求項１４】容易吸着性ガス成分を選択的に吸着す
ることのできる吸着剤を充填した複数個の吸着床におい
て、複数のガス成分を含む混合ガスから容易吸着性ガス
成分を非容易吸着性ガス成分から選択的に分離する方法
であって、 (a) 容易吸着性ガス成分と非容易吸着性ガス成分とを含
む供給ガスを、高圧下において、該容易吸着性ガス成分
を選択的に吸着する吸着剤を充填した第１の吸着床の入
口に導入し、容易吸着性ガス成分を該吸着剤に吸着させ
ると同時に非容易吸着性ガス成分を未吸着のまま該第１
の吸着床を通過させる操作を、容易吸着ガス成分の吸着
が吸着床の出口に達するようになるまで行なわせた後、
該混合供給ガスの導入を停止する工程、 (b) 該供給ガスの該第１の吸着床への導入の停止に引き
続いて、中間処理工程を経ることなく、該吸着床を低圧
に減圧しながら該混合ガスを該第１の吸着床から並流的
に除去し、該複数個の吸着床における第２の吸着床の出
口に低圧で向流的に流して該他の吸着床から該容易吸着
性ガス成分を掃流する工程、 (c) 該第１の吸着床からさらに該混合ガスを除去するた
めと、該複数個の吸着床のうち（ｅ）工程での向流的掃
気を終えた他の吸着床と該第１の吸着床との圧力平準化
を行なうために、該第１の吸着床を並流的に減圧する工
程、 (d) 真空状態下の該第１の吸着床を向流的に排気して、
該容易吸着性ガス成分を極く低圧でさらに除去する工
程、 (e) 該第１の吸着床から容易吸着性ガスをさらに十分に
除去するために、該複数個の吸着床のうちの工程（ｂ）
を行なった他の吸着床からの並流的な減圧混合ガスで該
第１の吸着床を向流的に掃流する工程、 (f) 該第１の吸着床と該複数個の吸着床のうちの工程
（ｃ）の並流的な減圧化を行なった他の吸着床とをより
高い圧力で向流的に圧力平準化する工程、 (g) 該第１の吸着床を、該複数個の吸着床のうちの工程
（ａ）を行なった他の吸着床からの非容易性ガス成分及
び供給ガスとで再加圧する工程、 (h) 連続相の下における複数個の吸着床の各吸着床にお
いて、工程（ａ）から工程（ｇ）まで行なうことによ
り、複数個の吸着床における向流的な排気工程を重複し
て行ない、少なくとも２個の吸着床を同時に向流的に排
気する工程、よりなることを特徴とする真空スイング吸
着法によるガス成分の分離方法。
【請求項１５】該供給混合ガスは空気であり、該容易
吸着性ガス成分は窒素であり、該非容易吸着性ガス成分
は酸素である請求項１４記載の真空スイング吸着法によ
るガス成分の分離方法。
【請求項１６】窒素を選択的に吸着することのできる
４個の個の吸着床において、空気中の窒素を酸素から選
択的に分離する方法であって、 (a) 供給空気を、高圧下において、窒素を選択的に吸着
する吸着剤を充填した第１の吸着床の入口に導入し、窒
素を該吸着剤に吸着させると同時に酸素を未吸着のまま
該第１の吸着床を通過させる操作を、該吸着剤による窒
素の吸着が吸着床の出口端に達するようになるまで行な
わせた後、該空気の第１の吸着床への導入を停止する工
程、 (b) 空気の該第１の吸着床への導入停止に引き続いて、
中間処理工程を経ることなく、該吸着床を並流的に減圧
して空腔介在ガス及び酸素を該第１の吸着床から除去
し、該空腔介在ガス及び酸素を４個の吸着床のうちの他
の吸着床の出口に低圧で流して該他の吸着床から該窒素
を向流的に掃気する工程、 (c) 該第１の吸着床からさらに該空腔介在ガスと酸素を
除去するためと、４個の吸着床のうちの（ｅ）工程での
向流的な掃気を終えた他の吸着床と該第１の吸着床との
圧力平準化を行なうために、該第１の吸着床を並流的に
減圧する工程、 (d) 該第１の吸着床を真空状態になるように向流的に排
気して、該空腔介在ガス及び窒素を極く低圧でさらに除
去する工程、 (e) 該第１の吸着床から空腔介在ガス及び窒素をさらに
十分に除去するために、該４個の吸着床のうちの工程
（ｂ）を行なった他の吸着床からの並流的に減圧化され
た空腔介在ガス及び窒素ガスで該第１の吸着床を向流的
に掃気する工程、 (f) 該第１の吸着床及び該４個の吸着床のうちの工程
（ｃ）の並流的な減圧化を行なった他の吸着床をより高
い圧力で向流的に圧力平準化する工程、 (g) 該第１の吸着床を、該４個の吸着床のうちの工程
（ａ）を行なった他の吸着床からの酸素及び供給空気と
で再加圧する工程、 (h) 連続相下における該４個の吸着床の各吸着床におい
て、工程（ａ）から工程（ｇ）までを行なうことによ
り、該４個の吸着床における向流的な排気工程を重複し
て行ない、少なくとも２個の吸着床を同時に向流的に排
気する工程、よりなることを特徴とする真空スイング吸
着法によるガス成分の分離方法。
【請求項１７】該供給空気の圧力は、１４〜３０ｐｓ
ｉａの範囲である請求項１６記載の真空スイング吸着法
によるガス成分の分離方法。
【請求項１８】該供給空気の圧力は、１４〜２４ｐｓ
ｉａの範囲である請求項１６記載の真空スイング吸着法
によるガス成分の分離方法。
【請求項１９】該吸着床の排気終了時の圧力は、１〜
１０ｐｓｉａの範囲である請求項１６記載の真空スイン
グ吸着法によるガス成分の分離方法。
【請求項２０】該吸着床は、酸素及び常圧の供給空気
を同時に用いて再加圧する請求項１６記載の真空スイン
グ吸着法によるガス成分の分離方法。
【請求項２１】該吸着床は、酸素及び高圧の供給空気
を同時に用いて再加圧する請求項１６記載の真空スイン
グ吸着法によるガス成分の分離方法。
【請求項２２】並流的な減圧を終えた吸着床は、該４
個の吸着床のうちの向流的な掃気を終えた他の吸着床の
圧力平準化を行なうためにさらに並流的な減圧を行な
い、一方これと同時に先の吸着床の向流的な排気を行な
う請求項１６記載の真空スイング吸着法によるガス成分
の分離方法。