JPH10194709A - 酸素および窒素を含むガス混合物を分離するための方法 - Google Patents

酸素および窒素を含むガス混合物を分離するための方法

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JPH10194709A
JPH10194709A JP9241545A JP24154597A JPH10194709A JP H10194709 A JPH10194709 A JP H10194709A JP 9241545 A JP9241545 A JP 9241545A JP 24154597 A JP24154597 A JP 24154597A JP H10194709 A JPH10194709 A JP H10194709A
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zeolite
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ジャック・ラバク
Serge Moreau
セルジュ・モロー
Dominique Rouge
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウムにより交換されたゼオライトタイプ
の吸着媒粒子のみを含んでいるふるいの場合に得られる
性能と少なくとも同等、または優れてさえいる収率およ
び生産効率の性能を得ることを可能にし、さらに、コス
トの点から負担がより少ない酸素および窒素を含むガス
混合物を分離するための方法を提供する。 【解決手段】 酸素および窒素を含むガス混合物を吸着
ゾーンの中で、少なくとも80%までリチウムにより交
換されSi/Al比が1.5を下回るホージャサイトタ
イプの第1の窒素用選択吸着媒と、アルカリ土類金属ま
たは遷移金属のカチオンのような二価のカチオンにより
交換されたゼオライトタイプの第2の窒素用選択吸着媒
とに接触させる。第2の吸着媒は、第1の吸着媒を特徴
付ける窒素吸着能C1 を下回る窒素吸着能C2 、および
酸素(1×105 Pa、20℃)に対して3以上の窒素
吸着選択性によって特徴付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、場合によっては減
圧化での脱着段階を含む、酸素および窒素を含むガス混
合物を分離するための方法、より具体的には、PSAお
よびVSA法のような従来の圧力スウイング吸着方法の
改善に関する。
【0002】
【従来の技術】空気のような酸素および窒素を含むガス
混合物から酸素(または酸素が富化されたガス)を回収
することは非常に興味あることであり、酸素が多くの分
野、特に鉄鋼もしくはガラスもしくは紙の生産、薬、金
属の溶接、燃焼または汚染除去に多数の用途が見出だせ
るため、産業界が関心を持っている。
【0003】多くの分離方法は、吸着ゾーンの出口にお
いて酸素が富化されたガスを回収するために、窒素およ
び酸素を含む分離すべきガス混合物を吸着ゾーンの中
で、酸素の存在下で窒素を選択吸着するゼオライト系吸
着剤と接触させることを含み、続いて、窒素を脱着させ
ることによってゼオライトを再生している。これらの様
々な段階の間、温度および圧力の条件は、窒素の吸着お
よび脱着の効率を最適化するように設定される。温度が
低いと吸着が促進され、一方、温度が上げられると窒素
の脱着プロセスが促進される。
【0004】最近の研究により、リチウムにより交換さ
れたゼオライト、特にリチウムにより交換されたホージ
ャサイトを窒素に対する選択吸着媒として使用すること
により、酸素を生成するためのPSAおよびVSAの性
能に明らかな改善がもたらせることが明らかになってい
る。
【0005】しかしながら、このようなゼオライトの製
造にかかる高いコストにより、これまでそれらの開発が
制限されている。実際、ゼオライト吸着媒を製造する上
で使用されるリチウム塩は非常に高価である。到達する
べき交換の程度が高ければ高いほど、交換を行うために
必要なリチウム塩の量が増加する。従って、吸着媒粒子
をリチウムカチオンによって交換することは、吸着媒粒
子の生産コストおよび生成される酸素のコストに否応な
く反映される。
【0006】従って、PSAおよびVSA法において、
少なくとも80%の程度までリチウムにより交換された
ゼオライトタイプの吸着媒を使用することが要求される
ときには、受入れがたいようなコストの上昇を起こさな
いように注意することが不可欠である。
【0007】第1の解決法は、リチウムカチオンの一部
を他の一価、二価、三価のカチオンと置き換えることに
ある。これは、EP-A-0 667 183の中で提案されており、
この中では、50ないし95%のリチウム、4ないし5
0%のアルミニウム、セリウムまたはランタン、および
0ないし15%の他のイオンによって交換されたゼオラ
イトXを用いる空気分離方法が説明されている。ゼオラ
イトの製造中に少なくとも2つのイオン交換段階を用い
なければならないという事実は、工業的および経済的な
点からして満足できるものとは考えられない。さらに、
このような吸着媒の性能は工業的にはまだ実証されてお
らず、またリチウムイオンによって交換されるために使
用される塩の形態をとるイオンも、しばしばリチウムイ
オンよりもさらに高価である。
【0008】第2の解決法は、リチウムにより交換され
たゼオライトタイプの吸着媒床の一部を他のタイプの吸
着媒と置き換えることにある。この解決法は、米国特許
第5,203,887,によって採用されており、この中で、連続
して配置された2つの吸着媒床を含む吸着ゾーンが説明
されている;第1のものは少なくとも80%までリチウ
ムにより交換されたゼオライトからなり、第2のものは
交換されていない通常のゼオライトXからなる。しかし
ながら、追加されたこの交換されていないゼオライトタ
イプの吸着媒床を使用することによって得られる性能は
普通であり、かつ、プロセス収率および生産効率に関す
る限り、リチウムにより交換されたゼオライトのみから
なるただ一つの床によって得られる性能よりもはるかに
低い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来技術にお
いては、少なくとも80%、または90もしくは95%
でさえある率でリチウムにより交換されたゼオライトタ
イプの吸着媒粒子のみを含むふるいの場合に得られる性
能と少なくとも同等、または優れてさえいる収率および
生産効率の性能を得ることを可能にし、さらに、コスト
の点から負担がより少ないPSAまたはVSAタイプの
プロセスに対する現存する要求がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】驚くことに、今回、本願
の会社によって、少なくとも80%までリチウムにより
交換されたタイプXまたはホージャサイトのゼオライト
の第1の床と、二価のカチオンによって交換されたゼオ
ライトの第2の床とを組み合わせることによって、窒素
および酸素を含むガス混合物を分離するプロセスにおい
て使用することができる改善された吸着ゾーンが得ら
れ、そのコスト価格は、リチウムにより交換されたゼオ
ライトから独占的になる最先端の吸着ゾーンと比較し
て、低下していることが見出だされた。
【0011】すなわち、本発明は、少なくとも80%ま
でリチウムにより交換されたホージャサイトからなる床
と、二価のカチオンによって交換されたゼオライトから
なる床との組合わせを吸着ゾーンとして使用している、
酸素および窒素を含むガス混合物を分離するための方法
を提案する。本発明に係る方法の性能は、吸着媒の同じ
合計体積量において、リチウムを含むゼオライトをたっ
た1つの吸着媒として使用している対応する方法の性能
よりも優れていることが見出だされている。言いかえれ
ば、二価のカチオンによって交換されたゼオライトから
なる第2の床を使用するという事実により、リチウムに
より交換されたゼオライトからなる床のサイズを減少さ
せることだけでなく、高いリチウム交換率、つまり95
%を上回り100%に向かう交換率を有するゼオライト
タイプの吸着媒粒子のみから構成される一つの床を使用
する方法と比較して、優れた収率および生産効率の性能
を得ることが可能になる。これは、従来技術の見地から
では全く明らかでないことである。従来方法に対する本
発明に係る方法の優位性は、実施例によって後に説明さ
れる。
【0012】より正確には、本発明は、酸素および窒素
を含むガス混合物を分離するための方法であって、分離
すべき混合物を吸着ゾーンの中で第1の窒素用選択吸着
媒と第2の窒素用選択吸着媒とに任意の順序で接触さ
せ、前記第1の吸着媒は少なくとも80%までリチウム
により交換されたSi/Al比が1.5を下回るホージ
ャサイトタイプであり、前記第2の吸着媒はアルカリ土
類金属カチオンおよび遷移金属カチオンからなる群から
選ばれた二価のカチオンを含む交換されたゼオライトタ
イプであり、前記第2の吸着媒は、 −前記第1の吸着媒を特徴づける窒素吸着能C1 を下回
る窒素吸着能C2 ;および −1×105 Paおよび20℃において酸素に対して3
以上の窒素吸着選択性により特徴づけられる方法に関す
る。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明においては、分離すべき混
合物中での酸素と窒素の体積比はいかようにも変化する
ことができる。例えば、本発明に係る方法は、空気中に
存在する酸素および窒素の分離に使用することができ
る。
【0014】窒素および酸素を含む分離すべき混合物
が、水蒸気のような1または複数の他の不純物も含んで
いるときには、このまたはこれらの不純物は、ゼオライ
トタイプの吸着床の上流に配置された粒子床によって除
去することができる;1または複数の不純物を除去する
ための粒子の選択は、当該技術分野に精通したものによ
り、除去すべき1または複数の不純物の関数としてなさ
れる。例えば、水蒸気を除去するためには、次の酸素お
よび窒素の分離を乾燥したガス混合物に対して行うよう
に、吸着ゾーンの入口に配置されたアルミナ粒子が選択
される。
【0015】大ざっぱに言って、ゼオライト結晶は、ゼ
オライトの電気的な中性を保証するカチオン、例えば、
ナトリウム、カリウム、カルシウムまたはマグネシウム
のようなアルカリまたはアルカリ土類金属カチオンがト
ラップされている、連結されたSiO4 およびAlO4
四面体のネットワークからなっている。
【0016】本発明においては、第1および第2の吸着
媒は交換されたゼオライトである;結晶ネットワークに
Na+ カチオンが唯一のカチオンとして含まれていると
き、ゼオライトは未交換であると言われる。逆に、ゼオ
ライトに、ナトリウムに加えてLi+ 、アルカリ土類金
属カチオンまたは遷移金属カチオンのような他の金属カ
チオンが含まれているときには、ゼオライトは交換され
ていると言われる。実際、ゼオライトは一般に最初はN
+ の形態で合成され、後に、Li+ 、Ca2+、S
2+、Ba2+、またはMg2+カチオンのようなカチオン
が結晶ネットワ−クの中へ導入され、このカチオンがN
+ に取って代わるという1または複数のカチオン交換
の段階を経る。
【0017】従って、ゼオライトの交換率または交換度
は、Na+ 以外の導入されたカチオンの量の測定値であ
る。
【0018】ゼオライトがリチウムにより交換されてい
る場合には、交換度は、リチウムカチオンに関係づけら
れるゼオライトのAlO2-単位のパーセンテージを表
す。このように、少なくとも80%までリチウムにより
交換されたゼオライトという表現は、少なくとも80%
のAlO2-単位がLi+ カチオンに関係づけられ、20
%を越えない分がNa+ カチオンに関係づけられるゼオ
ライトを指す。
【0019】同様に、ゼオライトが二価のカチオンによ
り交換されている場合には、交換率は、二価のカチオン
に関係づけられるゼオライトのAlO2-単位のパーセン
テージを表す。
【0020】本発明においては、前記第1の吸着媒はホ
ージャサイト、つまり少なくとも80%までリチウムに
より交換されたタイプXのゼオライトである。ホージャ
サイトは、好ましくはリチウムにより少なくとも86%
まで、さらに好ましくはリチウムにより少なくとも90
%まで交換されている。
【0021】以下の作業手順は、ホージャサイトタイプ
の結晶質ゼオライトから始めてリチウムホージャサイト
を調製するために用いることができる。水酸化リチウム
を加えることでそのpHが8ないし10に調節された、
塩化リチウムのようなリチウム塩の水溶液を、70ない
し95℃の温度に維持しながら、ホージャサイトが詰め
られたカラムを通して漉す。この作業は、ゼオライトの
中の少なくとも80%のカチオンを交換するのに必要な
限り続ける。所定の量のリチウムをゼオライトの中へ導
入するためには、カラムを1.2ないし12倍のこの量
のリチウムイオンによって溶離しなければならないと一
般に推定されている。このように、カラムの頂部に注が
なければならないリチウム塩の溶液の体積は、溶液の規
定度を考慮することによって容易に決めることができ
る。規定度が0.5ないし1.5N、好ましくは1Nで
ある、塩化リチウムの水溶液を使用することが好まし
い。ゼオライトの温度および塩化リチウム溶液の温度
は、イオン交換の継続時間の間、95℃に維持されてい
ることが好ましい。
【0022】この作業は例によってのみ提案されるが、
これに限定されるものではない;リチウムにより交換さ
れたホージャサイトタイプのゼオライトになることを可
能にする、当該技術の他のいかなる既知の方法も使用す
ることができる。
【0023】カラムを通して溶離された塩化カリウムの
水溶液の体積および組成に依存して、交換度を調節する
ことができることに注意されたい。
【0024】本発明の範囲内においては、アルカリ土類
金属カチオンまたは遷移金属カチオンのような二価また
は三価のカチオンが導入されたかも知れない、少なくと
も80%までリチウムにより交換されたホージャサイト
を第1の吸着媒として使用することは、最終的なホージ
ャサイト中においてLi+ カチオンに関係づけられるA
lO2-単位のパーセンテージが少なくとも80%に等し
くある限り、除外されない。
【0025】本発明に係る方法において使用される第2
の吸着媒は、結晶質構造は重要ではない交換されたゼオ
ライトである。すなわち、前記第2の吸着媒は、タイプ
XもしくはAのゼオライトまたは他のどんなタイプのゼ
オライトからも得ることができ、これは重要なことでは
ない。しかしながら、ゼオライトXまたはAを使用する
ことが好ましい。
【0026】前記第2の吸着媒のSi/Al比は、1な
いし3であることが好ましい。
【0027】このゼオライトの本質的な特徴は、以下の
ものである: (i)その結晶ネットワークには、アルカリ土類金属カ
チオンおよび遷移金属カチオンからなる群から選ばれた
二価のカチオンが含まれている; (ii)その窒素吸着能C2 は、少なくとも80%まで
リチウムにより交換されたホージャサイトを特徴づける
窒素吸着能C1 を下回っており;および (iii)1×105 Paの圧力および20℃におい
て、その酸素に対する窒素の吸着選択性は3以上であ
る。
【0028】第2の吸着媒は、Ca2+、Mg2+、Ba2+
およびSr2+カチオンのようなアルカリ土類金属の二価
カチオンを含むゼオライトであることが好ましい;Ca
2+が好ましい。つまり、カルシウムにより交換されたゼ
オライト10Xまたはカルシウムにより交換されたゼオ
ライト5Aを選ぶことが好ましい。経済的な理由によ
り、前記第2の吸着媒にはLi2+カチオンが無いことが
好ましい。
【0029】提起された条件(ii)とともに、第2吸
着媒(1×105 Pa、20℃)を特徴づける窒素吸着
能C2 は、12cm3 /gよりも高いことが好ましく、
14cm3 /gよりも高いことがさらに好ましい。
【0030】酸素に対する窒素の吸着選択性は、窒素吸
着能と酸素吸着能との比である;これらの2つの吸着能
は1×105 Paの圧力および20℃において測定され
る。
【0031】このように、実用化のためには、前記第2
の吸着媒は比較的高い窒素の選択性を示し、そして、い
ずれにせよ、3を上回っており、最小値としては3.2
が好ましい。
【0032】また、第2の吸着媒は、さらにパラメータ
ak1 の値よりも高いパラメータak2 の値によって特
徴づけられることが好ましく、前記パラメータak1
よびak2 は、以下で定義する線形駆動力モデルに従っ
て、それぞれ前記第1および第2の吸着媒の窒素吸着速
度(adsorption kinetics)を特徴
づけている。
【0033】吸着プロセスのモデリング、より特には線
形駆動力モデルに含まれる速度パラメータ(kinet
ic parameter)akは、様々な研究によっ
て定義されている。特に、「吸着および吸着プロセスの
原理」ジョン ワイリー アンド サンズ(John
Wiley & Sons)、1984、242〜24
3ページ、ディー.エム.ルースベン(D.M.Rut
hven)著、さもなければ「圧力スウイング吸着」、
ブイシーエス(VCS)出版社、1994、58〜61
ページ、さもなければ「吸着プロセスによるガス分離」
ヤング バターワース(Yang Butterwor
th)出版社、1987、132〜134ページを参照
することができる。
【0034】パラメータak の値の決定は、酸素/窒素
混合物のブレークスルー曲線から、単純でしかも当該技
術分野に精通した者に知られた仕方によって行うことが
できる。
【0035】ゼオライトの吸着能が、吸着ゾーン従って
吸着媒が供される圧力の関数として線形に増加すると
き、パラメータak は以下の式: ak =2×μ/σ2 (1) (ここで、μは吸着フロントの平均退出時間を表し、σ
は吸着フロントの暫定幅を表す)を満たすことを示すこ
とができる。
【0036】ブレークスルー曲線を得るためには、式
(1)に従うように特定の温度、圧力および窒素濃度条
件を選ぶことが適切であり、これはパラメータak を簡
単に評価するためである:より正確には、10体積%を
下回る窒素を含む窒素および酸素の出発混合物を選ぶ。
さらに、前記吸着ゾーンでの圧力を、圧力の関数として
吸着能の変化を表す曲線の線形領域にこの圧力が属する
ことを確かめながら、2×105 Paを下回る値に固定
する。これらの条件は、専門家によって容易に決定され
る。
【0037】例えば、ブレークスルー曲線をプロットす
る上で従う作業手順は以下の通りである。
【0038】窒素および酸素の混合物を、最初は純粋酸
素と平衡している吸着ゾーンのの1つから、(一定の
流量で)導入する。最初の段階では、混合物中に存在す
るすべての窒素は吸着媒によって吸着され、純粋酸素が
吸着ゾーンの出口において回収される。吸着ゾーンの中
では、ゾーンの入口に位置する吸着媒がO2 /N2 混合
物から窒素分子をトラップする最初のものである。この
同じ時間の間、吸着ゾーンの出口に近い吸着媒は、単に
酸素の流れと接触しており、もとのままである。吸着ゾ
ーンの出口側に位置するまだ活性な吸着媒と、前記吸着
ゾーンの入口側に位置する(窒素分子の吸着のために)
不活性な吸着媒との間の境界線は、通常吸着フロントと
いう名で呼ばれる。吸着フロントは、一度形成される
と、分離すべき混合物から窒素分子を吸着するために、
吸着ゾーンに沿って前方に徐々に移動する。
【0039】一度吸着フロントが吸着ゾーンの端に到達
すると、前記吸着ゾーンの中に存在するすべての吸着媒
床が飽和する限り、前記ゾーンの出口において回収され
るガスには、期待される酸素に加えて窒素が含まれるこ
とが理解される。
【0040】分子拡散メカニズムの複雑さ、およびゼオ
ライト凝集物の不均質性のために、吸着媒の飽和は、吸
着ゾーンの中でガス混合物が進行する方向に均一には起
こらない。従って、吸着フロントが吸着ゾーンの端に到
達するとき、出口で回収される混合物の中の窒素濃度は
徐々に増加する。
【0041】ブレークスルー曲線により、吸着ゾーンの
出口における酸素濃度の変化が時間の関数として表さ
れ、時間0は吸着段階が開始される正確な瞬間に対応す
る。この曲線は式c=f(t)によって定義され、ここ
でcは出口で回収されるガス混合物の中の窒素濃度を示
し、tは変化する時間を示し、そしてfは濃度cの変化
を時間tの関数として表す関数である。
【0042】パラメータakを決めるために、ブレーク
スルー曲線を記録する必要がある。これは、それ自体は
知られている仕方によって、単に吸着ゾーンの出口で回
収されるガス混合物の中の酸素濃度を様々な時間におい
て測定することにより行われる。
【0043】フロントの平均流出時間μは、ブレークス
ルー曲線f(t)から以下の式(a):
【数1】 (ここで、f´(t)は上で定義された関数f(t)の
導関数を示す)に従って計算される。
【0044】同様に、フロントの暫定幅は以下の式
(b):
【数2】 (ここで、f´(t)はやはり関数f(t)の導関数に
対応する)に対応する。
【0045】次に、パラメータakは以下の式(c): ak =2×μ/σ2 (c) によって定義され、従って、このように計算されたμお
よびσの値から容易に決まる。
【0046】条件(i)、(ii)および(iii)に
加えて第2の吸着媒が上述した条件(iv):ak2
ak1 に従うとき、本発明に係る方法により、コストと
生産性能の間の一番良い妥協点に到達することが可能と
なる。
【0047】ak2 が以下の式(v): ak2 /ak1 ≧C1 /C (v) (ここで、C1 、C2 、ak1 およびak2 は上で定義
されている)を満たす場合には、これら4つの条件
(i)、(ii)、(iii)および(iv)に対応す
る吸着媒の間で、吸着媒は吸着媒の好ましい群を形成す
る。この場合、実際、本発明に係る方法により、リチウ
ムにより交換されたゼオライトからなる床をただ1つの
吸着媒として使用する同等の方法と比較して、性能、特
に生産効率および収率の点で改善が可能となる。
【0048】吸着ゾーンの中で、第1および第2の吸着
媒は、分離すべきガス混合物がそれら吸着媒を次々と通
過するように配置されている。ガス混合物が第1および
第2の吸着媒と接触する順序は、分離が成功することを
保証する上では本質的ではない。それにもかかわらず、
(リチウムにより交換された)前記第1の吸着媒を吸着
ゾーンの入口に配置し、(1または複数の二価のカチオ
ンにより交換された) 前記第2の吸着媒を吸着ゾーンの出口に配置することに
より、分離の効率を最適化できることが分かっている。
すなわち、分離すべき酸素および窒素を含む混合物は、
まず最初に前記第1の吸着媒と、そして次に前記第2の
吸着媒と接触する。
【0049】吸着媒全体の重量に対して計算された、リ
チウムにより交換された前記第1の吸着媒の重量パーセ
ンテージのある値は、特に好ましい。
【0050】前記第1の吸着媒の質量パーセンテージの
好ましい変化範囲は、それが吸着能の比、選択性の比お
よび使用する2つの吸着媒のパラメータakの比に依存
する限り、予め決めることはできないが、前記第1およ
び第2の吸着媒の体積での総量に対してリチウムゼオラ
イトの割合が40ないし90%、好ましくは50ないし
80%のときに、最適な性能が観察されている。
【0051】この質量パーセンテージの好ましい変化範
囲を決定することは容易であり、また当該技術分野に精
通した者によって実験的に、または第1および第2の吸
着媒の所定の値の体積比における、本方法の性能の変化
を研究することによるモデリングを使って、行うことが
できる。このことは、さらに後で実施例の中で示す。
【0052】第2の吸着媒が、そのパラメータak2
以下の式(v): ak2 /ak1 ≧C1 /C2 (v) に従うようなものである場合、最大収率および/または
最大生産効率を得るように、混合物として前記第1の吸
着媒とともに使用する前記第2の吸着媒の割合を、決め
ることができる。
【0053】達成された最大収率および生産効率は、少
なくとも80%までリチウムにより交換されたホージャ
サイトから独占的になる吸着剤床を使用したときに得ら
れる収率および生産効率よりも、高いことに注意された
い。従って、本発明は、使用する吸着媒が、高い吸着能
を有するリチウムにより交換されたゼオライトのみから
全くなるときに窒素および酸素を含むガス混合物の分離
方法の性能が最大になるという、当該技術のこの先入観
に強く挑戦するものである。
【0054】ゼオライトを専門とする当該技術分野に精
通した者により、特に、前記吸着媒の多孔度または使用
したゼオライト凝集物の粒度を改良することで、上記条
件(ii)、(iii)、(iv)および(v)をそれ
ぞれを満たすように、第1および第2の吸着媒として作
用するゼオライトを調製するための実験的な条件が容易
に決められる。
【0055】凝集されたゼオライトの粒度の値を低下さ
せることにより、吸着媒を特徴づける速度パラメータa
kは増加することに注意されたい。さらに、ゼオライト
は結晶質粉末または凝集物の形態にて使用することが可
能であり、この凝集物は、従来の凝集方法を用いること
によって通常に得られる。
【0056】例えば、凝集されたゼオライトは、結晶質
ゼオライト粉末を水および結合剤と混合させ、続いて、
凝集の種として作用するゼオライト凝集物の中へ、この
混合物を噴霧することによって調製することができる。
噴霧の間、ゼオライト凝集物は自分自身のまわりの連続
回転に供される。これは、垂直方向に対して傾いた軸の
周囲において、自分自身のまわりに回転する反応器の中
へ凝集物を配置することによってなされる。当該技術分
野において通常「雪玉」方法と呼ばれるこの方法を使用
することにより、凝集物は小さい玉の形態で得られる。
【0057】このようにして得られた凝集物は、次に、
約500ないし700℃、好ましくは600℃に近い温
度において焙焼に供される。
【0058】結合剤の例としては、当該技術分野に精通
した者によって、カオリンもしくはアタパルジャイトの
ような粘土、シリカまたはアルミナがとられる。
【0059】このようにして得られた、結合剤を含む凝
集されたゼオライトは、本発明に係る方法においてやは
り使用することができる、無結合剤の凝集されたゼオラ
イトを調製するために用いることができる。結合剤をゼ
オライト相に転化させるために、実際、ゼオライト凝集
物を続いて結合剤により処理することが可能であり、そ
れによって、結合剤の転化の後に無結合剤のゼオライト
凝集物が得られる。
【0060】前記第2の吸着媒を特徴づける交換率は、
上記条件(ii)から(v)までを実際に満たすように
当該技術分野に精通した者が調節することができる、パ
ラメータのもう1つのものである。
【0061】実際、窒素吸着能は、ゼオライトのCa2+
量の関数として変化する。従って、ゼオライトの窒素吸
着速度も、それ自身、全カルシウムイオン量の関数であ
る。つまり、パラメータak2 は、直接カルシウムイオ
ン量に依存する。
【0062】以下の実験手順は、前記第2の吸着媒体
を、対応する未交換のゼオライトから調製するために使
用することができる:塩化カルシウムのような二価のカ
チオンの1または複数の塩の1Nの水溶液を、未交換の
ゼオライトが装入された反応器に攪拌しながら添加す
る。全部の反応混合物を40ないし80℃の温度に供す
る。交換率は、ゼオライト固体相に接触させられた二価
のカチオンの量を調整することにより調節するが、所定
の量のカチオンを導入するためには、カルシウムカチオ
ンのこの量の計算できる割合を反応器に添加することで
十分であることが理解されている。ゼオライトは、反応
混合物を単純に濾過し、場合によっては続いて洗浄する
ことにより回収される。
【0063】なお、このような交換されたゼオライトは
一般に市販されている。
【0064】このように、当該技術分野に精通している
者には、そのが容易に第2の吸着媒の開発にアクセス
することが可能になる、複数の利用できるパラメータが
あり、これらの様々なパラメータは、それ自体は既知の
仕方によって、製造手順の間、制御されなければならな
い。
【0065】本発明の特定の態様として、前記第1およ
び第2の吸着媒を、同じ親ゼオライトからイオン交換に
よって得る。つまり、少なくとも80%までリチウムに
よって交換されたホージャサイトを単離するように、親
ゼオライトの最初のバッチをリチウム塩の水溶液により
処理し、そして、二価のカチオンにより交換され第2の
吸着媒として使用されるゼオライトを単離するように、
親ゼオライトの2番目のバッチを二価のカチオンの1ま
たは複数の塩の水溶液により処理する。
【0066】このように、前記第1および第2の吸着媒
は、同じ多孔度、同じ粒度および結合剤の同じ割合を示
し、主にそれらの窒素吸着能、酸素に対する窒素の吸着
選択性、およびそれらの変数akによって異なる。
【0067】前記第1および第2の吸着媒を使用する前
に、これらを活性化させなければならないが、ゼオライ
トの活性化はそれの脱水であり、つまり、ゼオライトが
有する水和の水を除去することである。ゼオライトを活
性化させる多くのプロセスが、当該技術分野において知
られている。それらの1つは、(窒素のような)不活性
ガスの流れをゼオライトの床に通している間、および、
0.1ないし40℃/minの昇温速度で300ないし
650℃の温度に加熱している間、ゼオライトを0.1
×104 Paないし1×106 Paの圧力に供すること
にある。また、(不活性ガスによるパージをしないで)
300ないし650℃の温度に加熱している間、約1×
104 Paの真空中に保持するか、または、米国特許第
4,322,394 号に説明されているように、マイクロ波を使
用することによってもゼオライトを活性化することがで
きる。
【0068】酸素を連続的に生成するために、高圧力吸
着のサイクルと減圧による脱着とに交互に供されるある
数の吸着媒床を、並列に配置することが知られている。
【0069】このようなプラントは、特にPSAおよび
VSA方法において使用される。それぞれの吸着媒床が
供される処理サイクルには、 a)窒素および酸素を含む混合物からなるガス流出物を
吸着ゾーンの中を通過させて、酸素または酸素が富化さ
れたガス混合物を回収し、この吸着ゾーンには、第1の
窒素用選択吸着剤からなる第1の吸着媒床と第2の窒素
用選択吸着剤からなる第2の吸着媒床とが任意の順序で
含まれ、前記第1の吸着媒は少なくとも80%までリチ
ウムにより交換されたSi/Al比が1.5を下回るホ
ージャサイトタイプのゼオライトであり、前記第2の吸
着媒はアルカリ土類金属カチオンおよび遷移金属カチオ
ンからなる群から選ばれた二価のカチオンを含む交換さ
れたゼオライトであり、さらに前記第2の吸着媒は、前
記第1の吸着媒を特徴づける窒素吸着能C1 を下回る窒
素吸着能C2 、および1×105 Paおよび20℃にお
いて酸素に対して3を上回る窒素吸着選択性によって特
徴づけられ; b)前記第1および第2の吸着媒床のそれぞれに吸着さ
れた窒素を、前記吸着ゾーン内で窒素分圧を下げること
により脱着させ; c)酸素または空気の流れを導入することにより、前記
吸着ゾーンの圧力を再び上げる ことからなる各段階が含まれる。
【0070】このように、それぞれの吸着媒床は、高圧
力において酸素を生成する段階a)、減圧の段階b)お
よび再圧縮の段階c)を周期的に通る。
【0071】好ましい別の形態として、窒素を、段階
b)において吸着ゾーンの入口を通して回収する。
【0072】さらに、吸着ゾーンを再圧縮するために酸
素の流れを使用するときには、この流れを向流方向に、
つまり吸着ゾーンの出口を通して導入する。一方、空気
の流れをこの段階で使用するときには、この流れを並流
に、つまり吸着ゾーンの入口を通して導入する。
【0073】段階a)の間、吸着ゾーンには、1×10
5 Paないし1×106 Paの圧力および−20ないし
+80℃の温度において、窒素および酸素を含む混合物
が供給されることが好ましい。
【0074】同様に、段階b)の間、吸着ゾーンを1×
104 Paないし1×105 Paの圧力に保持すること
が、特に好ましい。
【0075】さらに、並列に配置された1ないし3の吸
着媒床(つまり、1ないし3の吸着器)を動作させるこ
とは、当該技術においてはありふれたことである。
【0076】PSAまたはVSA方法を最適化するため
に、圧力の偽平衡段階を導入することが好ましい。
【0077】本発明を、実施例および図面を参照して説
明する。
【0078】図1は、3つの吸着媒床(並列にある3つ
の吸着器)を有するプラントを用いたPSA方法によ
り、酸素および窒素を含むガス混合物を精製処理するサ
イクルの間の、吸着ゾーン内での圧力の変化を示す。
【0079】図2において、以下の実施例1から5にお
いて検討されたゼオライトのそれぞれの窒素吸着能の変
化の等温線を、吸着圧力の関数として示す。
【0080】図1より、それぞれの吸着媒床が、以下に
簡単に説明することができる5つの連続した段階を通る
ことが明らかに分かる: −段階1:最初の段階において、最初は酸素によって飽
和されている床が吸着動作をする、つまり、分離すべき
混合物(酸素および窒素を含む)からなるガスの流れを
吸着ゾーンの中へ連続的に通し、実質的に純粋なガス状
の酸素(または酸素が富化されたガス)を前記吸着ゾー
ンの出口において回収する。この段階の間中ずっと、吸
着ゾーン内の圧力を一定に保持して1.1×105 Pa
に等しくする; −段階2:窒素吸着フロントが吸着ゾーンを離れる前
に、生成段階を中断する、つまり吸着ゾーンに分離すべ
きガス混合物をもはや供給しない。次に、他の2つの吸
着媒床のゾーンに吸着媒床を連結し、偽平衡段階に入
る。この第2の吸着媒床内での圧力は1.1×105
aを下回っているため、従って、第1の吸着媒床の出口
において回収された酸素は、第2の吸着媒床の中へと進
んでいき、そしてこのことは第1の吸着ゾーン内での圧
力を低下させることに寄与する; −段階3:次の段階において、吸着媒上に吸着された窒
素を、吸着ゾーン内での圧力を徐々に低下させることに
より、脱着する;このために、前記ゾーンの入口を真空
ポンプに接続する。この減圧段階の間に、吸着ゾーンは
0.92×105 Paから0.26×105 Paまで変
化する(吸着ゾーンの出口は密閉されている); −段階4:減圧段階の最後において、吸着ゾーンは偽平
衡段階に入る。吸着ゾーンの圧力を上げるために、この
ゾーンを、生成ステージの最後にステージ2に入る他の
2つの吸着媒床のゾーンに連結する。従って、生成され
第2の吸着媒床の出口において回収された酸素は、第1
の吸着媒床の圧力を増加することに寄与する。しかしな
がら、第2の吸着媒床から発した酸素の流れが、第1の
吸着ゾーンの出口において向流方向に導入され、そして
前記第1の吸着ゾーンの入口を通して放出される前に前
記第1の吸着ゾーン内を自由に流れる限り、この段階に
おいて、2つの吸着媒床内での圧力が等しくなるという
結果にはならない; −段階5:吸着ゾーンの圧力が
0.32×105 Paに到達したときに、吸着媒床の再
圧縮を始める。このために、吸着ゾーンの入口を密閉
し、所定の1.1×105 Paの圧力に到達するまで、
純粋な酸素の流れを前記吸着ゾーンの入口を通して向流
方向に導入する。
【0081】図2の等温線は、吸着圧力の関数として、 −95%までリチウムにより交換されたゼオライト13
X(ホージャサイト)(図の参照LiX)の場合; −70%までカルシウムにより交換されたこのゼオライ
ト13X(参照CaX)の場合; −70%までカルシウムにより交換されたゼオライト5
A(参照5A)の場合; −および、未交換のゼオライトX(参照NaX)の場合
について、窒素吸着能と関係している。
【0082】以下の説明の中で、使用したゼオライトを
正確に参照する。
【0083】95%までリチウムにより交換されたホー
ジャサイトを、UOP社から販売されているホージャサ
イト13X−APGから出発して、以下の仕方で調製す
る。水酸化リチウムを添加することでpHが予め8に調
節された、塩化リチウムの1.94Nの水溶液を、1k
gのこのホージャサイトが充填され95℃に維持された
カラムを通してパーコレートする。
【0084】図2の曲線において、吸着された窒素の量
q(STP(標準状態の温度および圧力)におけるcm
3 /gで)は縦軸として、吸着圧力(Paで)は横軸と
してプロットされている。
【0085】これらの曲線は、ゼオライトを真空中にお
いて400℃で8時間活性化した後に、フィゾンス(F
isons)によって販売されているソープトマティッ
ク(Sorptomatic)MS190機器を用いた
容積分析により、20℃において記録された。
【0086】
【実施例】以下の実施例1から5において、並列に作用
する3つの別々の吸着ゾーンに適用された5つの処理段
階を含みながら、高生産効率のPSAサイクルをコンピ
ュータ上でシミュレートした。
【0087】完全な処理サイクル(図1に示す)は90
秒間続く、つまり、生成が30秒間(段階1)、段階2
および3の組合わせが30秒間、そして段階4および5
の組合わせが30秒間である。
【0088】生産効率は、標準状態の温度および圧力の
もとで測定された、吸着媒の単位質量または単位体積あ
たりの生成された酸素の体積に対応する。測定された酸
素の体積が、毎時生成される酸素の体積である1時間ご
との生産効率と、測定された酸素の体積が、1つのPS
Aサイクル(5段階)の間に生成された酸素の体積であ
るサイクルあたりの生産効率とを区別する。
【0089】収率は、標準状態の温度および圧力のもと
で測定された、所定の時間間隔の間に生成された酸素の
体積と、標準状態の温度および圧力のもとで測定され
た、分離すべき最初の混合物の中に存在する酸素の体積
との比である。
【0090】このシミュレーションに用いたプログラム
は、質量保存の法則、エンタルピー保存の法則および運
動量保存の法則に基づいており、また吸着媒のかたまり
の中での固体−気体移行の速度を評価するために、線形
駆動力モデルを使用する。このようなシミュレーション
モデルは、特に、「圧力スウイング吸着」、ルースベ
ン、ファルーク(Farooq)およびナエベル(Kn
aebel)、ブイシーエス出版社、1994、172
〜209ページ、および「充填されたカラムを通る流体
の流れ」、エス.エルガン(S.Ergun)、ケミカ
ル.エンジニアリング.プログレス(Chem.En
g.Progr.)、48(2)、89(1952)の
中で説明されている。方程式の解法は、例えば、IMS
Lマスマティカル・ライブラリーからのプログラムDI
VPAG(インターナショナル マスマティカル アン
ド スタティスティカル ライブラリ、マイクロソフト
C 社から販売)、またはアスペンテック(AspenT
ech)C 社から販売されているプログラムADSIM
により行うことができる。
【0091】当該技術分野に精通した者は、市販されて
いる多くのプログラムの中から適切なシミュレーション
プログラムを選ぶこと、および上記データをそこへ導入
することを、完全に行うことができる。必要とあらば、
同様なプログラムについて説明している、ディ.ジィ.
ハーツゾグ(D.G.Hartzog)およびエス.シ
ルカール(S.Sircar)による論文、「入力変数
に対するPSA方法性能の感度」(吸着、1、133〜
151、1995)も参照することができる。実施例1
から5において、分離すべき酸素および窒素を含むガス
混合物は空気であり、用いたゼオライトは一般に市販さ
れているものである。
【0092】より、正確には、 −上述したように、リチウムにより交換されたホージャ
サイト(第1の吸着媒として使用する;以下の13X−
LiまたはLiX)を、リチウムイオンによる交換(9
5%まで交換)に供された、UOP社から参照13X−
APGのもとで販売されている13Xタイプのゼオライ
トから得る; −カルシウムにより交換されたゼオライト13X(第2
の吸着媒として使用する;以下の13X−CaまたはC
aX)も、Ca2+カチオンとの交換(70%まで交換)
に供された、ゼオライト13X−APGから得る; −カルシウムにより交換されたゼオライト5A(第2の
吸着媒として使用する;以下の5A−Caまたは5A)
を、Ca2+カチオンとの交換(70%まで交換)に供さ
れた、バイアー(Bayer)から参照KEG−407
のもとで販売されている5Aタイプのゼオライトから得
る。
【0093】窒素および酸素の吸着能(20℃および1
5 Paでの)、およびこれらのさまざまな吸着媒の選
択性を、下記の表1に示す:
【表1】 窒素および酸素の吸着能は、STPでのcm3 /gで表
す。
【0094】(実施例1)この実施例においては、図1
のPSAサイクルの生産効率および収率に対する、リチ
ウムにより交換されたホージャサイト(13X−Li)
の割合(体積%で)の影響を、カルシウムにより交換さ
れたゼオライト5A(5A−a)と比較して検討する。
【0095】このために、吸着媒の組成を、90/10
%体積パーセンテージ比(13X−Li/5A−Ca)
から50/50%体積比(成分1aから1eを参照)ま
で変化させる。
【0096】言い換えれば、リチウムホージャサイトタ
イプ(95%までリチウムにより交換されたゼオライト
13X)の第1の吸着媒床と、第2の吸着媒床を形成す
るゼオライト5A−Caタイプの第2の吸着媒床(70
%までカルシウムにより交換されたゼオライト5A)を
変化させた。
【0097】さらに、2つのゼオライト13X−Liお
よび5A−Caは、それぞれのakパラメータの比が
1.5(ak2 /ak1 =1.5)となるようなもので
ある。下表2に、1時間ごとの生産効率の値と、それぞ
れの場合(組成1aから1e)において判明した収率と
をまとめる。
【0098】
【表2】 生成された酸素は純度93%である。
【0099】上表1に載せた結果により、この場合(a
2 /ak1 =1.5)、生産効率と収率の最上の値
は、90/10%ないし80/20%の(13X−Li
/5A−Ca)体積比の場合に存在することが分かる。
【0100】(実施例2)この実施例においては、この
場合、速度パラメータの比が2(ak2 /ak1=2)
であり、吸着媒の組成を100/0%(13X−Li/
5A−Ca)体積パーセンテージ比から50/50%体
積比(成分2aから2f)まで変化させる以外は、操作
手順は実施例1と同じである。
【0101】得られた結果を、下表3に示す。
【0102】
【表3】 生成された酸素は、純度93%である。
【0103】上表3に載せた結果により、この場合(a
2 /ak1 =2)、1時間ごとの生産効率と収率の最
上の値は、80/20%ないし70/30%の(13X
−Li/5A−Ca)体積比に存在し、さらに、1時間
ごとの生産効率と収率の値は、リチウムゼオライトのみ
からなる吸着媒(組成2a)により得られるそれらより
も高いことが分かる。
【0104】(実施例3)この実施例においては、この
場合、速度パラメータの比が3(ak2 /ak1=3)
であり、吸着媒の組成を100/0%(13X−Li/
5A−Ca)体積パーセンテージ比から0/100%体
積比(成分3aから3g)まで変化させる以外は、操作
手順は実施例1と同じである。
【0105】下表4にまとめた結果が、得られた。
【0106】
【表4】 生成された酸素は、純度93%である。
【0107】上表4に載せた結果により、この場合(a
2 /ak1 =3)、1時間ごとの生産効率と収率の最
上の値は、80/20%ないし70/30%に位置する
リチウムホージャサイト/カルシウムゼオライト体積比
に存在し、また、1時間ごとの生産効率と収率の値は、
明らかにリチウムゼオライト(95%まで交換)のみか
らなり組成3a(100%の13X−Liからなる床)
により示される吸着媒により得られるそれらよりも高い
ことが分かる。
【0108】まとめると、上述の実施例により、最良の
性能はリチウムゼオライトが100%の割合の場合には
得られず、また、リチウムにより交換されたゼオライト
(ホージャサイト)からなる吸着媒の一部を、カルシウ
ムのような二価のカチオンにより交換されたゼオライト
の重量で等価な量により交換することが、可能であるば
かりでなく好ましいことが明らかに示されている。
【0109】(実施例4)この実施例においては、この
場合、速度パラメータの比が3(ak2 /ak1=3)
であり、吸着媒の組成を以下のように変化させる以外
は、操作手順は実施例1と同じである。
【0110】−組成4a:リチウムホージャサイト/カ
ルシウムゼオライト13Xの体積パーセンテージ比が1
00/0%(13X−Li/13X−Ca)に等しい; −および、組成4b:リチウムホージャサイト/カルシ
ウムゼオライト13Xの体積パーセンテージ比が60/
40%(13X−Li/13X−Ca)に等しい。
【0111】下表5にまとめた結果が、得られた。
【0112】
【表5】 生成された酸素は、純度93%である。
【0113】この実施例4により、ゼオライト5A−C
aタイプの第2の吸着媒の床を、ゼオライト13X−C
aタイプの第2の吸着媒の床で置き換えたときには、実
施例1から3にあるように、リチウムゼオライトタイプ
(100/0%比の組成4a)の吸着媒のみからなる床
により得られる性能(収率および1時間ごとの生産効
率)よりも優れた性能が、得られることが分かる。
【0114】(実施例5)この実施例での動作条件は、
吸着媒床が、 −組成5a:95%までリチウムにより交換されたホー
ジャサイト(13X−Li);および −組成5b:リチウムホージャサイトタイプ(13X−
Li)の第1吸着媒および未交換のゼオライトXタイプ
(X−Na)の第2の吸着媒から構成され、つまりその
結晶構造にナトリウムカチオンのみを含んでいること以
外は、これまでの実施例と同じである。この未交換のゼ
オライトXの窒素および酸素の吸着能(20℃、105
Pa)は、それぞれSTPにおける8.00cm3 /g
およびSTPにおける2.50cm3 /gに等しく、そ
の選択性は3.20に等しい。実際、この比較実施例
は、上述の米国特許第5,203,887 号によって説明されて
いるケースと同様のケースに対応しており、従来技術、
つまりリチウムにより交換されたゼオライトからなる第
1の吸着媒床および未交換のゼオライトからなる第2の
床を示している。
【0115】この未交換のゼオライトNa(参照X−N
aまたはNaX)の特徴は,以下の通りである; −その窒素吸着能は、吸着圧力に比例する(線形等温
式); −1×105 Paおよび20℃におけるその吸着能は、
STPにおいて8cm3 /gである; −1×105 Paおよび20℃におけるその酸素に対す
る窒素の吸着選択性は、3.2である;および −その速度係数ak2 は、実施例1から3で使用された
吸着媒床におけるゼオライト5Aのそれと等しい。
【0116】より、正確には、リチウムゼオライトと未
交換ゼオライトX−Naの速度係数ak2 /ak1 の比
は3である。
【0117】得られた結果を、下表6にまとめる。
【0118】
【表6】 この実施例において、得られた酸素は純度93%であ
る。
【0119】この実施例5を、先行する実施例と比較す
ることにより、リチウムホージャサイト/二価のカチオ
ンにより交換されたゼオライト(本発明の場合)の組合
わせ4の、リチウムゼオライト/未交換のゼオライト
(米国特許第5,203,887 号)の組合わせに対する優秀さ
が証明されており、その理由は、この後者の場合におい
て、収率および1時間ごとの生産効率が、例えば実施例
4にあるように、本発明による方法を用いることにより
得られる結果に対して、それぞれ約10%から20%
(相対的なパーセンテージ)低下しているからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る酸素および窒素を含むガス混合物
を精製処理するサイクルの間の吸着ゾーン内での圧力の
変化を示す図。
【図2】本発明に係る実施例において使用されたゼオラ
イトの窒素吸着能の変化の等温線を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セルジュ・モロー フランス国、78140 ベリジ− ビラクー ブレ、リュ・デュ・ジェネラル・エグゼル マ 22 (72)発明者 ドミニク・ルージュ フランス国、92240 マラコフ、アブニ ュ・ピエール、ブロソレット 108

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素および窒素を含むガス混合物を分離
    するための方法であって、 分離すべき前記混合物を吸着ゾーンの中で第1の窒素用
    選択吸着媒と第2の窒素用選択吸着媒とに任意の順序で
    接触させ、 前記第1の吸着媒は少なくとも80%までリチウムによ
    り交換されたSi/Al比が1.5を下回るホージャサ
    イトタイプのゼオライトであり、 前記第2の吸着媒はアルカリ土類金属カチオンおよび遷
    移金属カチオンからなる群から選ばれた二価のカチオン
    により交換されたゼオライトであり、 前記第2の吸着媒は、第1の吸着媒を特徴づける窒素吸
    着能C1 を下回る窒素吸着能C2 、および1×105
    aおよび20℃において酸素に対して3以上の窒素吸着
    選択性により特徴づけられる方法。
  2. 【請求項2】 前記第2の吸着媒のパラメータak2
    以下の式(iv): ak2 ≧ak1 (iv) (ここで、前記パラメータak1 およびak2 は、線形
    駆動力モデルに従って、それぞれ前記第1および第2の
    吸着媒の窒素吸着速度を特徴づけている)に従うことを
    特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記第2の吸着媒のパラメータak2
    以下の式: ak2 ≧2×ak1 に従うことを特徴とする請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の吸着媒のパラメータak2
    以下の式: ak2 ≧3×ak1 に従うことを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記第2の吸着媒のパラメータak2
    以下の式(v): ak2 /ak1 ≧C1 /C (v) (ここで、パラメータak1 およびak2 は、線形駆動
    力モデルに従って、それぞれ前記第1および第2の吸着
    媒の窒素吸着速度を特徴づけており、C1 およびC
    2 は、請求項1で定義した通りである)に従うことを特
    徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 窒素および酸素を含む混合物は空気であ
    ることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項記
    載の方法。
  7. 【請求項7】 酸素または酸素が富化されたガス混合物
    を回収することを特徴とする請求項1ないし6のいずれ
    か1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 1×105 Paおよび20℃における前
    記第2の吸着媒の窒素吸収能が、12g/cm3 以上で
    あり、好ましくは14g/cm3 以上であることを特徴
    とする請求項1ないし6のいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 1×105 Paおよび20℃における前
    記第2の吸着媒の酸素に対する窒素の吸着選択性が3.
    2以上であることを特徴とする請求項1ないし8のいず
    れか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記第2の吸着媒は、Na+ イオン、
    およびCa2+、Mg2+、Ba2+およびSr2+から選ばれ
    た二価のカチオンを金属カチオンとして含んでいる交換
    されたゼオライトであることを特徴とする請求項1ない
    し9のいずれか1項記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記第2の吸着媒は、カルシウムによ
    り交換されたゼオライト10Xまたはカルシウムにより
    交換されたゼオライト5Aであることを特徴とする請求
    項1ないし10のいずれか1項記載の方法。
  12. 【請求項12】 第1および第2の吸着媒の総量に対し
    て、第1の吸着媒のパーセンテージが40ないし90
    %、好ましくは50ないし80%であることを特徴とす
    る請求項1ないし11のいずれか1項記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記第1の吸着媒は、少なくとも86
    %までリチウムと、好ましくは少なくとも90%までリ
    チウムにより交換されたホージャサイトであることを特
    徴とする請求項1ないし12のいずれか1項記載の方
    法。
  14. 【請求項14】 分離すべき酸素および窒素を含む混合
    物を、第1の吸着媒そして次に第2の吸着媒に連続して
    接触させることを特徴とする請求項1ないし13のいず
    れか1項記載の方法。
  15. 【請求項15】 a)窒素および酸素を含む混合物を吸
    着ゾーンの中を通過させて、酸素または酸素が富化され
    たガス混合物を回収し、 この吸着ゾーンには、第1の窒素用選択吸着剤からなる
    第1の吸着媒床と第2の窒素用選択吸着剤からなる第2
    の吸着媒床とが含まれ、 前記第1の吸着媒は少なくとも80%までリチウムによ
    り交換されたSi/Al比が1.5を下回るホージャサ
    イトタイプのゼオライトであり、 前記第2の吸着媒はアルカリ土類金属カチオンおよび遷
    移金属カチオンからなる群から選ばれた二価のカチオン
    を含む交換されたゼオライトであり、 さらに前記第2の吸着媒は、前記第1の吸着媒を特徴づ
    ける窒素吸着能C1 を下回る窒素吸着能C2 、および3
    を上回る1×105 Paおよび20℃における酸素に対
    する窒素の吸着選択性によって特徴づけられ; b)第1および第2の吸着媒床のそれぞれに吸着された
    窒素を、前記吸着ゾーン内で窒素分圧を下げることによ
    り脱着させ; c)酸素または空気の流れを導入することにより、前記
    吸着ゾーンの圧力を再び上げることからなる各段階を含
    む処理サイクルを使用することを含むことを特徴とする
    請求項1ないし14のいずれか1項記載の方法。
  16. 【請求項16】 段階a)の間、吸着ゾーンに、1×1
    5 Paないし1×106 Paの圧力および−20ない
    し+80℃の温度において、窒素および酸素を含む混合
    物を供給することを特徴とする請求項15記載の方法。
  17. 【請求項17】 段階b)において、吸着ゾーン内の酸
    素圧力が1×104Paないし1×105 Paであるこ
    とを特徴とする請求項15または16記載の方法。
  18. 【請求項18】 段階c)において、酸素の流れを向流
    方向に導入することを特徴とする請求項15記載の方
    法。
  19. 【請求項19】 段階c)において、空気の流れを並流
    に導入することを特徴とする請求項15記載の方法。
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