JPH11156137A - ガス流れから二酸化炭素を除去する方法 - Google Patents

ガス流れから二酸化炭素を除去する方法

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JPH11156137A
JPH11156137A JP10266690A JP26669098A JPH11156137A JP H11156137 A JPH11156137 A JP H11156137A JP 10266690 A JP10266690 A JP 10266690A JP 26669098 A JP26669098 A JP 26669098A JP H11156137 A JPH11156137 A JP H11156137A
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ラヴィ・ジャイン
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シュグアン・デン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス流れから二酸化炭素を除去する方法を提
供する。 【解決手段】 多量の吸着可能なガスを含有するガス流
れから圧力スイング吸着によって二酸化炭素を除去する
際のコールドスポットの形成が、活性アルミナとゼオラ
イトとを含む吸着剤を使用することによって減少または
除去される。こうした組合せ吸着剤を使用すると、活性
アルミナだけを使用するＰＳＡプロセスに比較して、シ
ーブ比生成量がより多くなり、また排気損失量がより少
なくなる。ガス流れ中に水分が存在する場合は、組合せ
吸着剤によって、あるいは乾燥剤の予備層によって除去
される。本発明の方法は、圧力スイング吸着による大気
空気の予備精製に対して特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスの精製に関す
る。さらに詳細には、本発明は、大気空気から吸着によ
って二酸化炭素と水分を除去することに関する。本発明
は特に、圧力スイング吸着による空気の精製時にゼオラ
イト吸着剤層中に一般的に形成されるコールドスポット
（cold spot）〔空気の主要成分（例えば、窒素や酸
素）の吸着より生じる〕の減少と除去に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ガス
流れをさらなるプロセシングに付す前に、ガス流れから
特定の不純物（例えば、二酸化炭素や水蒸気の形態の水
分）を除去するのが望ましいか又は必要であることが多
い。例えば、空気の低温分離によって窒素と酸素を生成
させるための従来の空気分離ユニット（ＡＳＵ）は、基
本的には、極めて低い温度にて作動する二段蒸留塔で構
成されている。温度が極めて低いために、ＡＳＵへの圧
縮空気供給物から水蒸気と二酸化炭素を必ず除去しなけ
ればならない。これが行われないと、ＡＳＵの低温部分
が凍結を起こし、したがって、凍結ガスの有害な固体物
質を再気化させて除去するために、製造を休止し、詰ま
りを起こした部分を加温しなければならない。こうした
作業は極めてコストがかかる。一般に知られているよう
に、ＡＳＵ凍結を防ぐためには、圧縮空気供給物流れ中
に含有されている水蒸気と二酸化炭素を、それぞれ０.
１ppm未満および１.０ppm未満にしなければならない。
【０００３】ガスを予備精製するためのプロセスと装置
は、汚染物の上記レベルを常に保持するか、あるいは望
ましくは上記レベルをかなり下に抑える能力を有してい
なければならず、そしてまた効率的な仕方でこれを果た
さなければならない。予備精製のコストがＡＳＵの生成
物ガスのコストに直接加わるので、このことは特に重要
である。
【０００４】ガスを予備精製するための現在の工業的方
法としては、温度スイング吸着（ＴＳＡ）および圧力ス
イング吸着（ＰＳＡ）がある。ＴＳＡによる予備精製に
おいては、低温（一般には約５℃）にて不純物が除去さ
れ、高温（例えば約１５０〜２５０℃）にて再生が行わ
れる。再生のために必要とされる生成物ガスの量は、一
般には約１２％〜１５％にすぎない。しかしながら、Ｔ
ＳＡプロセスは、供給ガスを冷却するための冷却ユニッ
トと、再生用ガスを加熱するための加熱ユニットを必要
とする。したがって、ＴＳＡプロセスは、資本経費とエ
ネルギー消費量の点で不利である。
【０００５】ＰＳＡプロセスは、ＴＳＡプロセスの代替
として有用なプロセスである。ＰＳＡプロセスにおいて
は、吸着と再生が周囲温度で行われるからである。ＰＳ
Ａプロセスは一般に、ＴＳＡよりかなり多くの再生用ガ
スを必要とし、高い回収量の精製ガス生成物が求められ
る場合には不利となる。しかしながら、この欠点は、相
当量の廃棄物流れ（例えば、供給物の約４０％）を生じ
る低温プラントにおいては大幅に減少させることができ
る。このような流れは再生用ガスとして理想的である。
なぜなら、このような流れは不純物を含有せず（すなわ
ち、水蒸気と二酸化炭素を含有しない）、いずれにして
も排気されるからである。しかしながら、ＰＳＡをベー
スにした多くの予備精製法が文献に提唱されているけれ
ども、資本経費とエネルギーコストが高いために、実際
に工業的に利用されているものは少ない。
【０００６】米国特許第 4,711,645号は、水蒸気の除去
のために活性アルミナを、そして二酸化炭素の除去のた
めにゼオライトを使用する予備精製ＰＳＡプロセスを開
示している。該特許においては、水の除去に対して活性
アルミナを使用すると、より低い温度での吸着が可能と
なり、したがって二酸化炭素の吸着をより低い温度で行
うことができる。吸着と脱着が周囲温度に近い温度で行
われる。
【０００７】ドイツ特許公開公報 ＤＥ 3,702,190 Ａ１
(1988）に記載のＰＳＡサイクルにおいては、吸着熱の
少なくとも８０％が床に保持され、再生に対して利用可
能である。該特許文献のプロセスは、水分を除去するた
めのシリカゲルもしくはアルミナの第１の床、および二
酸化炭素を除去するためのゼオライト１３Ｘの第２の床
を含む。ＰＳＡ床における吸着熱を保持する原理は、当
業界においてよく知られている。
【０００８】従来技術のＰＳＡ空気精製プロセスのほと
んど（ドイツ特許公告公報 ＤＥ 3,045,451を除いて）
は、水蒸気を除去するために活性アルミナもしくはシリ
カゲルを含有する第１の床または層を、そして二酸化炭
素を除去するためにゼオライトの第２の床または層を使
用している。ドイツ特許公告公報 ＤＥ 3,045,451 は、
存在する水蒸気と二酸化炭素のバルクを吸着させるため
にゼオライト粒子の第１の床を、そして第１の床から残
留している低濃度のこれら不純物を除去するために活性
アルミナの第２の床を使用する。この態様における吸着
剤床の配置構成が、吸着剤床におけるコールドスポット
の形成を減少させるということで特許請求されている。
【０００９】米国特許第 5,232,474号は、ガス流れ中の
二酸化炭素の少なくとも７５モル％を除去するのに充分
な大きさに設計されたアルミナ吸着床にて、少なくとも
２５０ppm（容量）の二酸化炭素を含有するガス流れか
らＰＳＡによって二酸化炭素を除去することを開示して
いる。該プロセスは、周囲空気（ambient air）の成分
を低温空気分離ユニットにおいて分離する前に、周囲空
気の流れから二酸化炭素と水蒸気の実質的に全てを除去
するのに特に有用である、と説明されている。
【００１０】ＰＳＡプロセスによる空気の予備精製時に
ゼオライト床中にコールドスポットが形成されるのを減
少または阻止すべく、現在でも多くの研究が続けられて
いる。本発明は、こうした目標を達成するプロセスを提
供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】最も広い意味において
は、本発明は、ガス中の他の成分より二酸化炭素のほう
を強固に吸着する選定されたゼオライト吸着剤と活性ア
ルミナとの組合せ物を収容した吸着ゾーンを使用する圧
力スイング吸着プロセスにて二酸化炭素含有ガスを処理
することを含む、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を
除去する方法を含む。第１の実施態様においては、吸着
剤は、活性アルミナと選定ゼオライトとのブレンドを含
む。第２の実施態様においては、吸着剤は、活性アルミ
ナとゼオライトとの複合物を含む。本明細書において使
用されている“ブレンド”とは、活性アルミナとゼオラ
イトのビーズを混合して得られる均一混合物を表してお
り、“複合物”とは、各吸着剤ビーズが活性アルミナと
ゼオライトの両方を含有しているというケースを表して
いる。吸着剤はさらに、活性アルミナと選定ゼオライト
の混合物と、活性アルミナと選定ゼオライトの複合物と
の組合せ物で構成されてもよい。
【００１２】本発明は空気の予備精製に対して特に有用
であり、また周囲空気（一般には、水蒸気と二酸化炭素
を含有している）を予備精製するのに特に適している。
【００１３】アルミナとゼオライトの組合せ物を含んだ
吸着剤を使用して周囲空気を精製するという実施態様に
おいては、周囲空気が活性アルミナとゼオライトの層を
通るときに水蒸気と二酸化炭素が除去される。乾燥剤の
予備ゾーンを使用して周囲空気を精製するという他の実
施態様においては、乾燥剤は、活性アルミナ、シリカゲ
ル、ゼオライト３Ａ、またはこれらの混合物であるのが
好ましい。予備ゾーンが活性アルミナを収容している場
合は、周囲空気が予備ゾーンを通るときに水蒸気の実質
的に全てと二酸化炭素の一部が除去され、空気が活性ア
ルミナとゼオライトの組合せ物を通るときに残留二酸化
炭素が除去される。シリカゲルおよび／またはゼオライ
ト３Ａを収容した予備ゾーンを使用して周囲空気を精製
するという実施態様においては、周囲空気が予備ゾーン
を通るときに水蒸気の実質的に全てが除去され、空気が
活性アルミナとゼオライトの組合せ物を通るときに二酸
化炭素が除去される。
【００１４】上記実施態様のいずれにおいても、活性ア
ルミナとゼオライトの層は、約４０〜約９５重量％の活
性アルミナと約５〜約６０重量％のゼオライトを含有す
る。好ましい実施態様においては、ゼオライトは、ゼオ
ライＸ、ゼオライトＹ、ゼオライト４Ａ、ゼオライト５
Ａ、またはこれらの混合物である。より好ましい実施態
様においては、ゼオライトは、ゼオライト４Ａ、ゼオラ
イト５Ａ、ゼオライト１３Ｘ、またはこれらの混合物で
ある。最も好ましい実施態様においては、活性アルミナ
とゼオライトの層は、約５０〜約８０重量％の活性アル
ミナと約２０〜約５０重量％のゼオライトを含有する。
【００１５】本発明は、従来のＰＳＡ装置と、Ｊain に
よる米国特許第 5,232,474号（該特許文献を本明細書に
含める）に記載のプロセスを使用して実施することがで
きる。
【００１６】多くのゼオライト（例えばゼオライト１３
Ｘ）は、ガス流れからの二酸化炭素の吸着に対して高い
選択性を有する。しかしながら残念なことに、前述した
ように、ゼオライトは、空気流れからの二酸化炭素の除
去のために使用されると、相当量の空気を吸着する。Ｐ
ＳＡ空気予備精製プロセスにおけるゼオライト吸着剤の
脱着または再生時に、吸着された空気が断熱的な仕方で
極めて速やかに脱着され、したがって温度の急激な低下
が起こる。ドイツ特許公告公報 ＤＥ 3,045,451 の図３
は、１０℃での吸着に対して、脱着時のゼオライト層に
おける約２０℃の温度低下が起こりうるということを示
している。ドイツ特許公開公報 3,702,290 Ａ１ は、水
蒸気の除去に対しては活性アルミナもしくはシリカゲル
を、そして二酸化炭素の除去に対してはゼオライト１３
Ｘを使用するプロセスにおいては、吸着温度より約３０
℃低い温度にて脱着が行われる、ということを開示して
いる。吸着温度よりかなり低い温度で脱着が行われる場
合、脱着に必要とされる再生用ガスの量は、脱着と吸着
がほぼ同じ温度で行われる場合よりはるかに多い。吸着
と脱着の温度差が大きいと、吸着剤床の再生が非効率的
となり、したがって多量の吸着剤を使用しなければなら
なくなる。さらに、時間の経過につれて“低温ゾーン”
の影響がより深刻となり、低温ゾーンのサイズが増大し
て床の内部に移動していく。これらファクターのいずれ
もが原因となって作動が不安定となる。当業者には周知
のことであるが、上記のようなファクターのために、ゼ
オライトの使用に付きものの急激な温度低下は、コスト
および作動上の観点から望ましくない。
【００１７】ガス流れ（例えば大気空気）からＰＳＡに
よって不純物レベルの二酸化炭素を吸着させるために、
活性アルミナをゼオライトと組み合わせて使用すると、
このようなプロセスにおいてゼオライトを単独で使用し
たときに一般的に形成される低温ゾーンを減少させるか
又は発生させないという利点が得られる。これは、幾つ
かのファクターが組み合わさったために起こることであ
る。
【００１８】低温ゾーンの形成減少をもたらす第１の重
要なファクターは、活性アルミナがゼオライトより大き
な熱容量を有するという点である。このため、活性アル
ミナが層全体にわたって均一に分布された活性アルミナ
とゼオライトとの混合層においては、ゼオライトのみを
含んだ層が使用された場合より、熱と冷気（cold）がは
るかに速やかに散逸される。冷気の速やかな散逸によ
り、層中での低温ゾーンの形成が抑えられる。
【００１９】第２の重要なファクターは、ＰＳＡによる
空気からの二酸化炭素の吸着分離に対して活性アルミナ
を使用すると、活性アルミナの床には低温ゾーンがあま
り形成されないという点である。これは、活性アルミナ
がゼオライトよりかなり少ない量の空気を吸着するため
である。米国特許第 5,232,474号に説明されているよう
に、０.９７ＭＰa（１４０psia）の圧力と２５℃の温度
で行われた実験は、単位体積のゼオライト１３Ｘが、単
位体積の活性アルミナに比較して約３倍の空気を吸着す
るということを示している。ＰＳＡ条件下での空気（ま
たはその主要成分）の吸着と速やかな脱着によってコー
ルドスポットの形成が引き起こされ、また活性アルミナ
はこれらのガスをほとんど吸着しないので、ＰＳＡによ
る空気からの二酸化炭素の除去に対して活性アルミナを
使用時に、活性アルミナの床によって温度変化はほとん
ど起こらない。
【００２０】米国特許第 5,232,474号に説明されている
ように、空気から二酸化炭素を吸着除去するためのＰＳ
Ａプロセスにおいて、ゼオライトの一部を活性アルミナ
で置き換えると、活性アルミナのほうがゼオライトより
容易に再生されるので、ベントガスの損失量が５０％以
上少なくなる。このため、ＰＳＡプロセスにおいて消費
されるエネルギーが大幅に節減される。
【００２１】本発明において使用される組合せ吸着剤
は、ゼオライトが有するより効果的で且つより効率的な
吸着特性のために、ガスからの二酸化炭素のＰＳＡ除去
に対して、全てが活性アルミナ層の場合より吸着剤層が
より小さくてよいという利点を有する。しかも、ゼオラ
イトの一部を置き換えても、空気のＰＳＡ予備精製に対
してゼオライト（例えばゼオライト１３Ｘ）を使用する
ことの有用性はそれほど減じない。なぜなら、活性アル
ミナは、ＰＳＡプロセスにおいてはゼオライト１３Ｘよ
り容易に且つより完全に再生できるという、ゼオライト
１３Ｘを凌ぐ利点を有するからである。
【００２２】本明細書で使用している“活性アルミナ”
とは、市販されている物質を表している。活性アルミナ
は１００％アルミナであってもよいが、ほとんどの工業
製品においては、一般にはわずかな割合の他の物質（例
えば、酸化第二鉄、酸化ナトリウム、およびシリカな
ど）を含有する。本発明のプロセスに使用するのに適し
た活性アルミナとしては、Ｆ-２００活性アルミナ（ア
ルコア・ケミカル社から市販）およびＡ-２０１活性ア
ルミナ（ラロシェ・インダストリーズ社から市販）など
がある。上記製品のいずれも、本発明のプロセスに使用
することができる。
【００２３】本発明において使用できるゼオライトは、
ガス流れ中から他のガス成分より二酸化炭素のほうを優
先的に吸着する天然ゼオライトおよび合成ゼオライトを
含む。適切な天然ゼオライトとしては、米国特許第 3,2
66,221号に開示のフォージャサイト、斜方沸石、毛沸
石、及びモルデン沸石など、ならびに米国特許第 5,58
7,003号（該特許文献を本明細書に含める）に開示のシ
ャプチロ沸石などがある。適切な合成ゼオライトとして
は、ゼオライトＸ、ゼオライトＡ、およびゼオライトＹ
などがある。Ｘタイプのゼオライトとしては、米国特許
第 5,531,808号（該特許文献を本明細書に含める）に開
示の、市販のゼオライト１３Ｘおよび低シリカ含量のゼ
オライトＸ（ＬＳＸ）などがある。特に好ましいタイプ
のゼオライトは、ゼオライト１３Ｘ、ゼオライト５Ａ、
ゼオライト４Ａ、およびナトリウムゼオライトＹであ
る。
【００２４】活性アルミナ−ゼオライト吸着剤は、これ
ら２種の成分のブレンド混合物の形態であっても、ある
いは例えば公知の方法によって活性アルミナとゼオライ
トを凝集させることによって形成される複合物の形態で
あってもよい。活性アルミナ−ゼオライト吸着剤の形成
は、ブレンド物としてであろうと、あるいは複合物とし
てであろうと、本発明の一部を形成しない。
【００２５】処理しようとするガス流れから水蒸気を除
去するために、乾燥剤の予備吸着ゾーンを含むのが望ま
しいことがある。これは、ガス流れが相当量の水蒸気を
含有している場合に望ましい。適切な乾燥剤としては、
活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライト３Ａ、およびこ
れらの混合物がある。乾燥剤の予備吸着ゾーンは、言う
までもなく活性アルミナ−ゼオライト組合せ吸着剤の上
流に配置することができる。２つの吸着ゾーンが使用さ
れる場合、それらは別々の容器中に存在していても、あ
るいは混ざり合いを防ぐための適切なバリヤーを有する
単一の容器中に存在していてもよい。こうした集成体を
使用する上で生じる資本経費がより少なくなるので、容
器は単一であるのが好ましい。
【００２６】ＰＳＡサイクルは、吸着と再生の基本的工
程に加えて他の工程を含んでもよく、また所望する生成
物の偽連続流れを確実に得るために、１８０°非同調的
にサイクル作動される２つ以上の吸着剤床を含むのが普
通である。ＰＳＡサイクルの吸着工程に対しては加圧下
で行うのが従来の仕方であるが、減圧下での脱着に関し
ては周囲圧力で行うことができる。
【００２７】本発明を完全自動化して効率的な仕方で連
続的に実施できるよう、システム内のガスの流量をモニ
ターして、これを自動的に調整するために従来の装置を
使用することが本発明の範囲内であることは言うまでも
ない。
【００２８】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、特に明記しない限り、部、パーセント、
および比は容量基準である。
【００２９】実施例１（比較用） 本実験においては、５ppmのプロパンと３５０〜４００p
pmの二酸化炭素を含有する水飽和空気（water-saturate
d air）を、直径５.２４インチ（１３.３cm）および高
さ６２インチ（１５７cm）の一対の吸着容器での圧力ス
イング吸着によって精製した。ラロシェＡ-２０１活性
アルミナの５６インチ（１４２cm）ボトム層と、ゼオラ
イト５Ａ（バイエル社からＫＥＢ-４０４の商品名で市
販）の６インチ（１５.２cm）トップ層を容器に充填し
た。サイクルの吸着工程時に、４０℃の温度、６５psig
（ポンド／in2ゲージ）の圧力、および１５ＳＣＦＭ
（標準ft3/分）の流量にて、供給ガスを吸着容器に上向
きに通した。吸着剤の再生工程時に、二酸化炭素非含有
窒素を、９.９ＳＣＦＭの流量にて吸着容器に下向きに
通した。ＰＳＡプロセスは、容器を１８０°非同調的に
作動させて行った。各吸着半サイクルの持続時間は３２
分であり、このとき半サイクル（連続）の工程は、吸着
/生成が１６分、向流による減圧が０.５分、パージが１
２.５分、そして生成物の裏込めによる向流再加圧が３
分であった。
【００３０】吸着容器の製造端部における温度分布を図
１に示す。減圧、吸着剤再生、および容器の再加圧は０
〜１６分で行い、吸着／生成は１６〜３２分で行った。
容器の出口端において大きな温度変化（２４℃）が生じ
た（床の再生が進行するにつれて温度が上昇し、吸着／
生成工程が進行するにつれて温度が低下した）ことに留
意しなければならない。
【００３１】生成物ガスは最初、３ppb未満の二酸化炭
素と０.０５ppm未満のプロパンを含有していた。しかし
ながら、数日の運転後、生成物中の二酸化炭素とプロパ
ンの濃度は増大し始め、生成物二酸化炭素の濃度は０.
１ppm以上に上昇し、また生成物プロパンの濃度も０.１
ppm以上に上昇した。
【００３２】実施例２ ラロシェＡ-２０１活性アルミナの５０インチボトム層
と、バイエル社のＫＥＢ-４０４ゼオライト５Ａとラロ
シェ社のＡ-２０１活性アルミナとのブレンドの１２イ
ンチ（３０.５cm）トップ層を容器に充填したこと以外
は、実施例１に記載の手順を繰り返した。このブレンド
物は、５０容量％の活性アルミナと５０容量％のゼオラ
イト５Ａを含有した。
【００３３】本実験に対する吸着容器の製造端部におけ
る温度分布を図２に示す。ＰＳＡサイクルにおける温度
変化はかなり小さく（１２℃）、このことはコールドス
ポットの形成が大幅に減少したことを示している。
【００３４】生成物ガス中の二酸化炭素とプロパンの濃
度は、実験開始から数日間経過後でそれぞれ３ppbおよ
び０.０５ppmと実質的に一定のままであった。
【００３５】実施例３（比較用） ２つの同一の５.２４インチ（１３.３cm）床（床の高さ
６２インチ（１５７cm））を収容したＰＳＡユニットを
使用して実験を行った。ラロシェＡ-２０１活性アルミ
ナ（７×１２メッシュ）を床に充填し、３５０〜４００
ppmのＣＯ2を含有する供給空気を６５psigおよび４０℃
にて使用してＰＳＡ実験を行った。再生はＣＯ2非含有
の窒素を使用して行った。
【００３６】再生のための平均流量は、供給流れの４７
％であった。１２分の半サイクル時間を使用した。本プ
ロセスにおいて使用したＰＳＡサイクルは以下の通りで
あった： 吸着／精製 １２分 減圧 ０.５分 パージによる床の再生 ８.５分 生成物裏込めによる床の加圧 ３.０分
【００３７】生成物ＣＯ2の濃度が定常状態に達した
後、ＣＯ2の濃度分布を測定し、生成物中の種々のＣＯ2
濃度に対するシーブ比生成量（sieve specific produc
t）を求めた。シーブ比生成量は次の通りであった。
【００３８】生成物中１０ppmのＣＯ2に対するシーブ比
生成量＝１９.４ SCFM/ft3シーブ 生成物中１.０ppmのＣＯ2に対するシーブ比生成量＝１
５.９ SCFM/ft3シーブ 生成物中３ppbのＣＯ2に対するシーブ比生成量＝８.０
SCFM/ft3シーブ ＳＣＦＭは標準ft3/分（standard cubic ft/min）を表
している。標準条件は７０°Ｆおよび１気圧に相当す
る。
【００３９】実施例４ 実施例３に記載のＰＳＡユニットを使用して実験を行っ
た。７×１４メッシュサイズのゼオライト／活性アルミ
ナ複合物（ゼオライト４Ａが３０％）を床に充填し、実
施例３の場合と同一の条件にてＰＳＡ実験を行った。生
成物ＣＯ2の濃度が定常状態に達した後、生成物中の種
々のＣＯ2濃度に対するシーブ比生成量を求めた。シー
ブ比生成量は次の通りであった： 生成物中１０ppmのＣＯ2に対するシーブ比生成量＝３
１.１ SCFM/ft3シーブ 生成物中１.０ppmのＣＯ2に対するシーブ比生成量＝２
４.１ SCFM/ft3シーブ 生成物中３ppbのＣＯ2に対するシーブ比生成量＝１２.
１ SCFM/ft3シーブ
【００４０】これらの結果を実施例３の結果と比較する
ことにより、複合物床に対するシーブ比生成量（生成物
中３ppb、１ppm、および１０ppmに関して）が標準的な
活性アルミナに対するシーブ比生成量より５０〜６０％
多いことがわかる。
【００４１】実施例４のＰＳＡプロセスの場合の排気時
の平均空気損失量は、実施例３のＰＳＡプロセスの場合
の空気損失量より約６０％少ない。実施例４のＰＳＡプ
ロセスに対するシーブ比生成量が増大していることか
ら、標準的な活性アルミナだけを使用しているＰＳＡユ
ニット（実施例３）と比較して資本経費はより低くな
る。排気時の空気損失量が減少していることから、本発
明のＰＳＡプロセスに対する電力必要量がより少なくて
済む。
【００４２】実施例５ 高さが９１インチ（２３１cm）で２.１５インチ（５.４
６cm）の内径を有する垂直円柱状のステンレス鋼容器か
らなる圧力スイング吸着システムにて大気空気を精製し
た。６７重量％の７×１２メッシュビーズの活性アルミ
ナ（ラロシェ（ＬaＲoche）・インダストリーズ社から
Ａ-２０１の商品名で市販）と３３重量％の８×１２メ
ッシュビーズの１３Ｘ〔ＵＯＰ社からモルシブ（Ｍolsi
v）吸着剤１３ＸＡＰＧの商品名で市販〕との吸着剤混
合物を容器に充填した。ＰＳＡサイクルは、工程とし
て、５絶対バールへの加圧-３００秒；５絶対バールで
の吸着-１４４０秒；１絶対バールへの減圧-６０秒；お
よび１.３絶対バールでのパージ-１０８０秒；を含ん
だ。吸着工程時およびパージ再生工程時のガス流量は、
それぞれ３.９ＳＣＦＭおよび３.０ＳＣＦＭであった。
加圧工程は、二酸化炭素と水蒸気を含有していない窒素
を吸着容器中に送り込むことによって行った。吸着工程
時に、水蒸気で飽和していて３５０〜４００ppmの二酸
化炭素を含有する圧縮空気を、２５℃にて吸着容器に上
向きに通した。パージ再生は、水蒸気と二酸化炭素を含
有していない窒素を、約２５℃にて吸着容器に通すこと
によって行った。プロセス中、吸着容器の種々のレベル
での二酸化炭素含量と水蒸気含量を、二酸化炭素アナラ
イザー（ホリバ、モデルＧＡ-３５０）と水分アナライ
ザー（パナメトリクス、シリーズ３）を使用して測定し
た。
【００４３】上記のＰＳＡサイクルを２００回より多く
連続的に繰り返した。８７.５インチ以上の床高さから
の精製空気流れ中のＣＯ2濃度と水蒸気濃度が、二酸化
炭素と水蒸気の検出限界未満（それぞれ＜１０ppbおよ
び＜０.１ppm）であることがわかった。
【００４４】吸着剤比生成量（adsorbent specific pro
duct）（供給流量×供給時間／約３ppb以下の二酸化炭
素を含有する空気を生成させるのに必要な吸着剤の重
量、という式を使用して算出）は、複合吸着剤に関して
は約１０.２ＳＣＦＭ/ft3であった。この値は、実施例
３の場合のような単一アルミナ層に対する比生成量より
高い。
【００４５】特定の装置集成体と特定の実験に関して本
発明を説明してきたが、これらの特徴は単に本発明の代
表的なものであって、このほかに種々の変形が可能であ
る。例えば、上記以外の工程を含んだＰＳＡサイクルも
使用することができ、また他の不純物の除去のために、
他の吸着剤（例えば活性炭）の層を本発明において使用
することもできる。さらに、他のガス流れから二酸化炭
素を除去するのに本発明のプロセスを使用することがで
きる。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載の範囲に
よってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＰＳＡプロセスに関して、床の出口
温度を時間の関数として概略的に示したグラフである。
【図２】本発明のＰＳＡプロセスに関して、床の出口温
度を時間の関数として概略的に示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュグアン・デン アメリカ合衆国ニュージャージー州08876, サマーヴィル，ノストランド・ロード 110

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 活性アルミナと二酸化炭素選択性ゼオラ
    イトとを含んだ組合せ吸着剤を使用する圧力スイング吸
    着プロセスにてガス流れを処理することを含む、ガス流
    れから二酸化炭素を除去する方法。
  2. 【請求項２】 前記組合せ吸着剤が、活性アルミナとゼ
    オライトとのブレンド、活性アルミナとゼオライトとの
    複合物、またはこれらの混合物を含む、請求項１記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 前記ガス流れが空気である、請求項１記
    載の方法。
  4. 【請求項４】 前記空気が水蒸気を含有する、請求項３
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記空気が活性アルミナとゼオライトと
    の前記組合せ吸着剤を通過するときに前記水蒸気が除去
    される、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 活性アルミナとゼオライトの前記層の上
    流に配置された、活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライ
    ト３Ａ、またはこれらの混合物から選ばれる乾燥剤に前
    記ガス流れを通す、請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】 活性アルミナとゼオライトの前記層が、
    約４０〜約９５重量％の活性アルミナと約５〜約６０重
    量％のゼオライトを含有している、請求項１、３、また
    は４のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ゼオライトが、ゼオライトＸ、ゼオ
    ライトＡ、ゼオライトＹ、またはこれらの混合物であ
    る、請求項１、３、または４のいずれか一項に記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 前記ゼオライトが、ゼオライト４Ａ、ゼ
    オライト５Ａ、ゼオライト１３Ｘ、またはこれらの混合
    物である、請求項１、３、または４のいずれか一項に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 活性アルミナとゼオライトの前記層
    が、約５０〜約８０重量％の活性アルミナと約２０〜約
    ５０重量％のゼオライトを含有している、請求項８記載
    の方法。
  11. 【請求項１１】 前記空気が１種以上の炭化水素を含有
    し、前記空気が活性アルミとゼオライトとの前記組合せ
    吸着剤を通るときに前記１種以上の炭化水素が前記空気
    から除去される、請求項３記載の方法。
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