JPH11197435A - 酸素濃縮方法及び装置 - Google Patents
酸素濃縮方法及び装置Info
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- JPH11197435A JPH11197435A JP10006489A JP648998A JPH11197435A JP H11197435 A JPH11197435 A JP H11197435A JP 10006489 A JP10006489 A JP 10006489A JP 648998 A JP648998 A JP 648998A JP H11197435 A JPH11197435 A JP H11197435A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸着塔に形成される温度分布に適切に対応し
た吸着剤を充填することにより、酸素濃縮を効率良く行
うことができる酸素濃縮方法及び装置を提供する。 【解決手段】 吸着塔のガス入口側に、Ｃａイオン交換
率が６０〜８０％であるＡ型ゼオライトとＣａイオン交
換率が４０〜８０％であるＸ型ゼオライトとの混合吸着
剤及び／又はＮａＸ型ゼオライトを充填し、吸着塔のガ
ス出口側に、ＬｉＸ型ゼオライトを充填する。
た吸着剤を充填することにより、酸素濃縮を効率良く行
うことができる酸素濃縮方法及び装置を提供する。 【解決手段】 吸着塔のガス入口側に、Ｃａイオン交換
率が６０〜８０％であるＡ型ゼオライトとＣａイオン交
換率が４０〜８０％であるＸ型ゼオライトとの混合吸着
剤及び／又はＮａＸ型ゼオライトを充填し、吸着塔のガ
ス出口側に、ＬｉＸ型ゼオライトを充填する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素濃縮方法及び
装置に関し、詳しくは、酸素と窒素とを含む混合ガスか
ら圧力変動吸着分離法により酸素富化ガスを分離する酸
素濃縮方法及び装置に関する。
装置に関し、詳しくは、酸素と窒素とを含む混合ガスか
ら圧力変動吸着分離法により酸素富化ガスを分離する酸
素濃縮方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力変動吸着分離法（ＰＳＡ法）によっ
て、例えば空気から酸素富化ガスを分離回収する方法
は、広く実用に供されている。この方法は「圧力スイン
グ技術集成」（工業技術会、１９８６年刊）１２９ペー
ジ以降に記載されている。典型的には、吸着塔内の原料
入口端に水分吸着除去のための吸着剤（活性アルミナ，
シリカゲル，ゼオライト等）が充填され、その下流側に
ゼオライト（ＣａＡ型，ＮａＸ型，ＣａＸ型等）が充填
されている。一般的には、図１に示すような２塔式のＰ
ＳＡ装置により、吸着，再生及び加圧の工程を繰り返し
て連続的に製品を発生する。
て、例えば空気から酸素富化ガスを分離回収する方法
は、広く実用に供されている。この方法は「圧力スイン
グ技術集成」（工業技術会、１９８６年刊）１２９ペー
ジ以降に記載されている。典型的には、吸着塔内の原料
入口端に水分吸着除去のための吸着剤（活性アルミナ，
シリカゲル，ゼオライト等）が充填され、その下流側に
ゼオライト（ＣａＡ型，ＮａＸ型，ＣａＸ型等）が充填
されている。一般的には、図１に示すような２塔式のＰ
ＳＡ装置により、吸着，再生及び加圧の工程を繰り返し
て連続的に製品を発生する。
【０００３】吸着工程は、酸素を含有する原料ガス、例
えば空気を相対的に高い圧力（吸着圧力）で吸着剤と接
触させ、主として酸素以外の成分を選択的に吸着させ、
比較的吸着しにくい酸素を製品ガスとして取り出す操作
である。吸着塔Ａが吸着工程にあるとき、原料空気は、
圧縮機１から弁２ａを通って吸着塔Ａに入り、酸素が濃
縮されて塔頂部から排出され、弁３ａを通って製品槽４
に貯えられ、弁５から使用先に供給される。
えば空気を相対的に高い圧力（吸着圧力）で吸着剤と接
触させ、主として酸素以外の成分を選択的に吸着させ、
比較的吸着しにくい酸素を製品ガスとして取り出す操作
である。吸着塔Ａが吸着工程にあるとき、原料空気は、
圧縮機１から弁２ａを通って吸着塔Ａに入り、酸素が濃
縮されて塔頂部から排出され、弁３ａを通って製品槽４
に貯えられ、弁５から使用先に供給される。
【０００４】再生工程は、酸素以外の成分を吸着した吸
着剤の雰囲気を、吸着圧力より相対的に低い圧力（大気
圧又は大気圧以下）に下げ、吸着剤を再生する操作であ
る。一方の吸着塔Ａが吸着工程にあるとき、他方の吸着
塔Ｂは再生工程を行う。再生工程におけるガスの流れ
は、空気の流れに対して向流方向であり、塔頂部の弁を
閉止した状態で、弁６ｂからライン７、真空ポンプ８を
経て塔内のガスを大気に放出する。
着剤の雰囲気を、吸着圧力より相対的に低い圧力（大気
圧又は大気圧以下）に下げ、吸着剤を再生する操作であ
る。一方の吸着塔Ａが吸着工程にあるとき、他方の吸着
塔Ｂは再生工程を行う。再生工程におけるガスの流れ
は、空気の流れに対して向流方向であり、塔頂部の弁を
閉止した状態で、弁６ｂからライン７、真空ポンプ８を
経て塔内のガスを大気に放出する。
【０００５】加圧工程は、再生工程後の低い圧力にある
吸着塔の圧力を吸着圧力近くまで回復させる操作であ
る。加圧を製品酸素で行う場合は、再生工程を終了した
吸着塔Ｂに対して、製品槽４内のガスを、ライン９，弁
１０，調整弁１１，流量計１２，弁１３ｂの経路でガス
を流して吸着塔Ｂ内を加圧する。原料空気で加圧する場
合には、塔頂部の弁を閉じ、圧縮機１、弁２ｂを経由し
て供給する。
吸着塔の圧力を吸着圧力近くまで回復させる操作であ
る。加圧を製品酸素で行う場合は、再生工程を終了した
吸着塔Ｂに対して、製品槽４内のガスを、ライン９，弁
１０，調整弁１１，流量計１２，弁１３ｂの経路でガス
を流して吸着塔Ｂ内を加圧する。原料空気で加圧する場
合には、塔頂部の弁を閉じ、圧縮機１、弁２ｂを経由し
て供給する。
【０００６】吸着塔Ａ，Ｂにおける工程の切換えは、入
口側の弁２ａ，２ｂ，６ａ，６ｂ及び塔出口側の弁３
ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂを所定の順序で開閉すること
により行われる。
口側の弁２ａ，２ｂ，６ａ，６ｂ及び塔出口側の弁３
ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂを所定の順序で開閉すること
により行われる。
【０００７】また、上述のようなＰＳＡ操作を連続的に
行うときに、吸着剤層の温度が原料空気温度より低く形
成されることが知られている。かかる温度分布の形成に
ついては、R,Kumar,Separation Science & Technology,
31(7),p.877-893,1996に詳細に説明されており、その回
避策として、「適切な吸着剤の組み合わせが問題の切実
さを緩和する」と記載されている。
行うときに、吸着剤層の温度が原料空気温度より低く形
成されることが知られている。かかる温度分布の形成に
ついては、R,Kumar,Separation Science & Technology,
31(7),p.877-893,1996に詳細に説明されており、その回
避策として、「適切な吸着剤の組み合わせが問題の切実
さを緩和する」と記載されている。
【０００８】この吸着剤の組み合わせ使用例として、特
開昭６２−１４８３０４号公報には、原料入口端に、Ｘ
型あるいはＹ型ゼオライトを全吸着剤量の１０〜６０％
充填し、製品出口端にＡ型ゼオライトを充填すること
が、米国特許５５２９６１０号明細書には、原料入口側
に全吸着剤量の２０〜７０％のＮａＸ型ゼオライトを充
填し、残部にはＣａＸ型，ＬｉＸ型，ＣａＡ型から選ば
れるゼオライトを充填することが、特開平９−５２７０
３号公報には、原料入口側にＮａＸゼオライトを充填
し、その下流側に全吸着剤量の２０〜８０％のＬｉＸ型
ゼオライトを充填することが、それぞれ開示されてい
る。さらに、特開平４−２９３５１３号公報には、原料
入口端にＣａＡ型ゼオライトを充填し、製品出口端にＣ
ａＸ型ゼオライトを充填することが開示されており、本
公報は、例えば、季節による周囲温度の変化に対して安
定した性能を確保することを目的に、充填比率をＣａ
Ａ：ＣａＸ＝約４６：５４としている。
開昭６２−１４８３０４号公報には、原料入口端に、Ｘ
型あるいはＹ型ゼオライトを全吸着剤量の１０〜６０％
充填し、製品出口端にＡ型ゼオライトを充填すること
が、米国特許５５２９６１０号明細書には、原料入口側
に全吸着剤量の２０〜７０％のＮａＸ型ゼオライトを充
填し、残部にはＣａＸ型，ＬｉＸ型，ＣａＡ型から選ば
れるゼオライトを充填することが、特開平９−５２７０
３号公報には、原料入口側にＮａＸゼオライトを充填
し、その下流側に全吸着剤量の２０〜８０％のＬｉＸ型
ゼオライトを充填することが、それぞれ開示されてい
る。さらに、特開平４−２９３５１３号公報には、原料
入口端にＣａＡ型ゼオライトを充填し、製品出口端にＣ
ａＸ型ゼオライトを充填することが開示されており、本
公報は、例えば、季節による周囲温度の変化に対して安
定した性能を確保することを目的に、充填比率をＣａ
Ａ：ＣａＸ＝約４６：５４としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述の各公報に記載さ
れた方法は、いずれもある程度の効果を有してはいる
が、必ずしも十分なものではなく、なお一層の改善が望
まれていた。
れた方法は、いずれもある程度の効果を有してはいる
が、必ずしも十分なものではなく、なお一層の改善が望
まれていた。
【００１０】そこで本発明は、吸着塔に形成される温度
分布に適切に対応した吸着剤を充填することにより、酸
素濃縮を効率良く行うことができる酸素濃縮方法及び装
置を提供することを目的としている。
分布に適切に対応した吸着剤を充填することにより、酸
素濃縮を効率良く行うことができる酸素濃縮方法及び装
置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の酸素濃縮方法は、窒素を選択的に吸着する
ゼオライトを充填した複数の吸着塔を切換え使用する圧
力変動吸着式ガス分離装置に酸素と窒素とを含む混合ガ
スを導入して酸素を濃縮する方法において、前記混合ガ
スを、前記吸着塔のガス入口側に充填したＣａイオン交
換率が６０〜８０％であるＡ型ゼオライトとＣａイオン
交換率が４０〜８０％であるＸ型ゼオライトとの混合ゼ
オライト及び／又はＮａＸ型ゼオライトに接触させた
後、吸着塔のガス出口側に充填したＬｉＸ型ゼオライト
に接触させることを特徴としている。
め、本発明の酸素濃縮方法は、窒素を選択的に吸着する
ゼオライトを充填した複数の吸着塔を切換え使用する圧
力変動吸着式ガス分離装置に酸素と窒素とを含む混合ガ
スを導入して酸素を濃縮する方法において、前記混合ガ
スを、前記吸着塔のガス入口側に充填したＣａイオン交
換率が６０〜８０％であるＡ型ゼオライトとＣａイオン
交換率が４０〜８０％であるＸ型ゼオライトとの混合ゼ
オライト及び／又はＮａＸ型ゼオライトに接触させた
後、吸着塔のガス出口側に充填したＬｉＸ型ゼオライト
に接触させることを特徴としている。
【００１２】また、本発明の酸素濃縮方法は、前記吸着
塔のガス入口側に前記混合ゼオライトを充填する場合に
は、前記吸着塔のガス出口側に充填するＬｉＸ型ゼオラ
イトの充填量を、混合ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライト
との合計充填量の８０〜９５％とし、吸着塔のガス入口
側に前記ＮａＸ型ゼオライトを充填する場合には、前記
吸着塔のガス出口側に充填するＬｉＸ型ゼオライトの充
填量を、ＮａＸ型ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトとの
合計充填量の７５〜９５％とすることを特徴としてい
る。
塔のガス入口側に前記混合ゼオライトを充填する場合に
は、前記吸着塔のガス出口側に充填するＬｉＸ型ゼオラ
イトの充填量を、混合ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライト
との合計充填量の８０〜９５％とし、吸着塔のガス入口
側に前記ＮａＸ型ゼオライトを充填する場合には、前記
吸着塔のガス出口側に充填するＬｉＸ型ゼオライトの充
填量を、ＮａＸ型ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトとの
合計充填量の７５〜９５％とすることを特徴としてい
る。
【００１３】さらに、前記混合ゼオライトは、前記Ａ型
ゼオライトとＸ型ゼオライトの合計量に対し、Ａ型ゼオ
ライトの混合量が３０〜７０％であることを特徴とし、
また、前記混合ガスを、前記ゼオライトに接触させる前
に、水分吸着剤に接触させることを特徴としている。
ゼオライトとＸ型ゼオライトの合計量に対し、Ａ型ゼオ
ライトの混合量が３０〜７０％であることを特徴とし、
また、前記混合ガスを、前記ゼオライトに接触させる前
に、水分吸着剤に接触させることを特徴としている。
【００１４】本発明の酸素濃縮装置は、窒素を選択的に
吸着する吸着剤を充填した複数の吸着塔を切換え使用す
る圧力変動吸着式ガス分離法により酸素と窒素とを含む
混合ガス中の酸素を濃縮する装置において、前記吸着塔
のガス入口側に、Ｃａイオン交換率が６０〜８０％であ
るＡ型ゼオライトとＣａイオン交換率が４０〜８０％で
あるＸ型ゼオライトとの混合吸着剤及び／又はＮａＸ型
ゼオライトを充填し、吸着塔のガス出口側に、ＬｉＸ型
ゼオライトを充填したことを特徴としている。
吸着する吸着剤を充填した複数の吸着塔を切換え使用す
る圧力変動吸着式ガス分離法により酸素と窒素とを含む
混合ガス中の酸素を濃縮する装置において、前記吸着塔
のガス入口側に、Ｃａイオン交換率が６０〜８０％であ
るＡ型ゼオライトとＣａイオン交換率が４０〜８０％で
あるＸ型ゼオライトとの混合吸着剤及び／又はＮａＸ型
ゼオライトを充填し、吸着塔のガス出口側に、ＬｉＸ型
ゼオライトを充填したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】断熱を施さない外径１インチの吸
着塔に各種ゼオライトを充填した小型ＰＳＡ装置（図１
参照）を製作し、各種ゼオライトにおける吸着温度特性
を調べた。すなわち、製作した小型ＰＳＡ装置を恒温室
内に設置し、恒温室の温度を変えて空気から酸素を発生
する実験を行い、各温度における吸着分離性能を測定し
た。なお、この系は等温系とみなすことができる。ま
た、本発明の酸素濃縮方法及び装置は、前記図１に記載
した構成の装置をはじめとして、従来から用いられてい
る各種構成のＰＳＡ装置に適用することができ、装置構
成や各工程における圧力は特に限定されるものではな
い。
着塔に各種ゼオライトを充填した小型ＰＳＡ装置（図１
参照）を製作し、各種ゼオライトにおける吸着温度特性
を調べた。すなわち、製作した小型ＰＳＡ装置を恒温室
内に設置し、恒温室の温度を変えて空気から酸素を発生
する実験を行い、各温度における吸着分離性能を測定し
た。なお、この系は等温系とみなすことができる。ま
た、本発明の酸素濃縮方法及び装置は、前記図１に記載
した構成の装置をはじめとして、従来から用いられてい
る各種構成のＰＳＡ装置に適用することができ、装置構
成や各工程における圧力は特に限定されるものではな
い。
【００１６】図２及び図３は、各種ゼオライト、すなわ
ち、ＬｉＸ型ゼオライト，ＮａＸ型ゼオライト，Ｃａイ
オンが８０％であるＡ型ゼオライト（以下、ＣａＡ型ゼ
オライトという）及びＣａイオンが９５％であるＸ型ゼ
オライト（以下、ＣａＸ型ゼオライトという）の各温度
における吸着分離性能を測定した結果を示すもので、図
２は、各種ゼオライトの各温度における酸素回収率を示
し、図３は、各温度における単位吸着剤当たりの酸素発
生量を示している。
ち、ＬｉＸ型ゼオライト，ＮａＸ型ゼオライト，Ｃａイ
オンが８０％であるＡ型ゼオライト（以下、ＣａＡ型ゼ
オライトという）及びＣａイオンが９５％であるＸ型ゼ
オライト（以下、ＣａＸ型ゼオライトという）の各温度
における吸着分離性能を測定した結果を示すもので、図
２は、各種ゼオライトの各温度における酸素回収率を示
し、図３は、各温度における単位吸着剤当たりの酸素発
生量を示している。
【００１７】また、図４及び図５は、Ａ型ゼオライトの
イオン交換率を６０〜８０％の範囲とし、Ｘ型ゼオライ
トのＣａイオン交換率を４０〜８０％の範囲とし、Ａ型
ゼオライトとＸ型ゼオライトとの合計量に対するＡ型ゼ
オライトの割合を３０〜７０％の範囲としたＡ型とＸ型
との混合ゼオライト（以下、Ａ・Ｘ混合ゼオライトとい
う）の各温度における吸着分離性能を測定した結果を示
すもので、図４は酸素回収率を、図５は酸素発生量を、
それぞれ帯で示している。
イオン交換率を６０〜８０％の範囲とし、Ｘ型ゼオライ
トのＣａイオン交換率を４０〜８０％の範囲とし、Ａ型
ゼオライトとＸ型ゼオライトとの合計量に対するＡ型ゼ
オライトの割合を３０〜７０％の範囲としたＡ型とＸ型
との混合ゼオライト（以下、Ａ・Ｘ混合ゼオライトとい
う）の各温度における吸着分離性能を測定した結果を示
すもので、図４は酸素回収率を、図５は酸素発生量を、
それぞれ帯で示している。
【００１８】まず、酸素回収率についてみると、およそ
常温以下（約２０℃以下）においては、Ａ・Ｘ混合ゼオ
ライト（図４）及びＮａＸ型ゼオライトは、ＣａＡ型ゼ
オライト及びＣａＸ型ゼオライトよりも優れている。ま
た、およそ０℃以上におけるＬｉＸ型ゼオライトの酸素
回収率は、ＣａＡ型，ＣａＸ型，ＮａＸ型ゼオライト及
びＡ・Ｘ混合ゼオライトのいずれよりも優れている。Ａ
・Ｘ混合ゼオライトの酸素回収率は、前記各ゼオライト
に比較すると、温度による変化が小さい。
常温以下（約２０℃以下）においては、Ａ・Ｘ混合ゼオ
ライト（図４）及びＮａＸ型ゼオライトは、ＣａＡ型ゼ
オライト及びＣａＸ型ゼオライトよりも優れている。ま
た、およそ０℃以上におけるＬｉＸ型ゼオライトの酸素
回収率は、ＣａＡ型，ＣａＸ型，ＮａＸ型ゼオライト及
びＡ・Ｘ混合ゼオライトのいずれよりも優れている。Ａ
・Ｘ混合ゼオライトの酸素回収率は、前記各ゼオライト
に比較すると、温度による変化が小さい。
【００１９】次に、酸素発生量についてみると、およそ
０℃以下におけるＡ・Ｘ混合及びＮａＸ型ゼオライト
は、ＣａＡ型及びＣａＸ型ゼオライトよりも優れてい
る。また、およそ０℃から４０℃の間においては、Ｌｉ
Ｘ型ゼオライトが、Ａ・Ｘ混合、ＣａＸ型、ＣａＡ及び
ＮａＸ型各ゼオライトよりも大きい。
０℃以下におけるＡ・Ｘ混合及びＮａＸ型ゼオライト
は、ＣａＡ型及びＣａＸ型ゼオライトよりも優れてい
る。また、およそ０℃から４０℃の間においては、Ｌｉ
Ｘ型ゼオライトが、Ａ・Ｘ混合、ＣａＸ型、ＣａＡ及び
ＮａＸ型各ゼオライトよりも大きい。
【００２０】これらの結果から、低温域では、ＣａＡ型
ゼオライトやＣａＸ型ゼオライトに代えて、相対的に低
温において比較的良好な性能を示すＡ・Ｘ混合ゼオライ
ト及び／又はＮａＸゼオライトを用いるとともに、高温
域では相対的に高温において比較的良好な性能を示すＬ
ｉＸ型ゼオライトを用いることが好適であることがわか
る。
ゼオライトやＣａＸ型ゼオライトに代えて、相対的に低
温において比較的良好な性能を示すＡ・Ｘ混合ゼオライ
ト及び／又はＮａＸゼオライトを用いるとともに、高温
域では相対的に高温において比較的良好な性能を示すＬ
ｉＸ型ゼオライトを用いることが好適であることがわか
る。
【００２１】なお、前記Ａ・Ｘ混合ゼオライトにおい
て、Ａ型ゼオライトのＣａイオン交換率が６０％未満の
場合は、窒素吸着量が小さくなり、Ｘ型ゼオライトのＣ
ａイオン交換率が４０％未満の場合は、吸着量及びその
温度依存性がＮａＸ型ゼオライトに近くなるので好まし
くない。一方、両ゼオライトにおいて、Ｃａイオン交換
率が８０％を超えると、イオン交換による効果が一定に
なるため、８０％を超えるＣａイオン交換率にする意味
はない。
て、Ａ型ゼオライトのＣａイオン交換率が６０％未満の
場合は、窒素吸着量が小さくなり、Ｘ型ゼオライトのＣ
ａイオン交換率が４０％未満の場合は、吸着量及びその
温度依存性がＮａＸ型ゼオライトに近くなるので好まし
くない。一方、両ゼオライトにおいて、Ｃａイオン交換
率が８０％を超えると、イオン交換による効果が一定に
なるため、８０％を超えるＣａイオン交換率にする意味
はない。
【００２２】また、Ａ型ゼオライトの混合比率が、Ａ型
とＸ型との合計量の３０％未満又は７０％を超える場合
には、吸着量及びその温度依存性がＣａＸ型又はＣａＡ
型ゼオライトに近い特性になるので好ましくない。
とＸ型との合計量の３０％未満又は７０％を超える場合
には、吸着量及びその温度依存性がＣａＸ型又はＣａＡ
型ゼオライトに近い特性になるので好ましくない。
【００２３】ＣａＡ型又はＣａＸ型ゼオライトに含まれ
るＣａ以外のイオンは、限定されることはないが、ゼオ
ライトの工業的製法ではＮａイオンが好適である。
るＣａ以外のイオンは、限定されることはないが、ゼオ
ライトの工業的製法ではＮａイオンが好適である。
【００２４】ここで、大型の２塔式ＰＳＡ装置に形成さ
れる吸着塔内の温度分布の一例を図６に示す。吸着塔直
径は１２００ｍｍ、全長は２４００ｍｍであり、空気入
口側の３００ｍｍにはアルミナゲルが充填され、残りの
２１００ｍｍにはＬｉＸ型ゼオライトが充填されてい
る。運転条件は、サイクルタイム６０秒、吸着圧力１０
５０Ｔｏｒｒ、再生圧力２５０Ｔｏｒｒである。
れる吸着塔内の温度分布の一例を図６に示す。吸着塔直
径は１２００ｍｍ、全長は２４００ｍｍであり、空気入
口側の３００ｍｍにはアルミナゲルが充填され、残りの
２１００ｍｍにはＬｉＸ型ゼオライトが充填されてい
る。運転条件は、サイクルタイム６０秒、吸着圧力１０
５０Ｔｏｒｒ、再生圧力２５０Ｔｏｒｒである。
【００２５】図６から明らかなように、吸着塔のガス入
口側に低温域が形成され、ガス出口側に高温域が形成さ
れていることがわかる。したがって、この吸着塔におけ
る温度分布と、各種ゼオライトの分離性能における温度
特性とが適合するように、各種ゼオライトを組み合わせ
るとともに、その充填量を適当に定めることにより、最
適な条件での運転を行うことが可能となる。
口側に低温域が形成され、ガス出口側に高温域が形成さ
れていることがわかる。したがって、この吸着塔におけ
る温度分布と、各種ゼオライトの分離性能における温度
特性とが適合するように、各種ゼオライトを組み合わせ
るとともに、その充填量を適当に定めることにより、最
適な条件での運転を行うことが可能となる。
【００２６】すなわち、温度が低い吸着塔の入口側に
は、ＣａＡ型ゼオライトやＣａＸ型ゼオライトに比べて
低温域で高い性能を示す前記Ａ・Ｘ混合ゼオライトやＮ
ａＸ型ゼオライトを充填することが好ましく、温度が高
い下流側（出口側）には、相対的に高い温度で高性能を
示すＬｉＸ型ゼオライトを充填することが好ましいとい
う結果となる。
は、ＣａＡ型ゼオライトやＣａＸ型ゼオライトに比べて
低温域で高い性能を示す前記Ａ・Ｘ混合ゼオライトやＮ
ａＸ型ゼオライトを充填することが好ましく、温度が高
い下流側（出口側）には、相対的に高い温度で高性能を
示すＬｉＸ型ゼオライトを充填することが好ましいとい
う結果となる。
【００２７】このような知見及び様々な実験（実施例参
照）を行った結果によれば、吸着塔の入口側にＡ・Ｘ混
合ゼオライトを充填する場合には、ガス出口側にＬｉＸ
型ゼオライトを全体の８０〜９５％の割合で充填するこ
とが特に好ましく、ガス入口側にＮａＸ型ゼオライトを
充填する場合には、ガス出口側にＬｉＸ型ゼオライトを
全体の７５〜９５％の割合で充填することが特に好まし
い。
照）を行った結果によれば、吸着塔の入口側にＡ・Ｘ混
合ゼオライトを充填する場合には、ガス出口側にＬｉＸ
型ゼオライトを全体の８０〜９５％の割合で充填するこ
とが特に好ましく、ガス入口側にＮａＸ型ゼオライトを
充填する場合には、ガス出口側にＬｉＸ型ゼオライトを
全体の７５〜９５％の割合で充填することが特に好まし
い。
【００２８】ＬｉＸ型ゼオライトの充填割合が、前者に
おいて８０％未満の場合、後者において７５％未満の場
合、吸着塔入口側に充填するＡ・Ｘ混合ゼオライトある
いはＮａＸ型ゼオライトが必要以上に充填されることに
なり、ＬｉＸ型ゼオライトを単独で充填した場合より性
能が低下するため、好ましくない。また、ＬｉＸ型ゼオ
ライトを９５％を超えて充填した場合は、吸着塔内に形
成された低温部分のほとんどをＬｉＸ型ゼオライトが占
めるので、低温で高性能な他のゼオライトを充填した効
果が十分に得られなくなる。なお、吸着塔入口側に、Ａ
・Ｘ混合ゼオライトとＮａＸ型ゼオライトとを適宜混合
したものを充填しても同様の効果が得られる。
おいて８０％未満の場合、後者において７５％未満の場
合、吸着塔入口側に充填するＡ・Ｘ混合ゼオライトある
いはＮａＸ型ゼオライトが必要以上に充填されることに
なり、ＬｉＸ型ゼオライトを単独で充填した場合より性
能が低下するため、好ましくない。また、ＬｉＸ型ゼオ
ライトを９５％を超えて充填した場合は、吸着塔内に形
成された低温部分のほとんどをＬｉＸ型ゼオライトが占
めるので、低温で高性能な他のゼオライトを充填した効
果が十分に得られなくなる。なお、吸着塔入口側に、Ａ
・Ｘ混合ゼオライトとＮａＸ型ゼオライトとを適宜混合
したものを充填しても同様の効果が得られる。
【００２９】さらに、本発明では、窒素吸着用として充
填した前記ゼオライトの前段（ガス上流側）に、原料空
気（原料ガス）中の水分を除去するための水分吸着剤を
充填しておくことが好ましい。このように、上流側で原
料空気中の水分を除去しておくことにより、窒素吸着用
として用いるゼオライトが水分を吸着することがなくな
るので、その窒素吸着量を高く保つことができ、高価な
ゼオライトを必要以上に使用しないですむ。なお、水分
吸着剤としては、アルミナゲル，シリカゲルの他、各種
のゼオライトが使用できる。
填した前記ゼオライトの前段（ガス上流側）に、原料空
気（原料ガス）中の水分を除去するための水分吸着剤を
充填しておくことが好ましい。このように、上流側で原
料空気中の水分を除去しておくことにより、窒素吸着用
として用いるゼオライトが水分を吸着することがなくな
るので、その窒素吸着量を高く保つことができ、高価な
ゼオライトを必要以上に使用しないですむ。なお、水分
吸着剤としては、アルミナゲル，シリカゲルの他、各種
のゼオライトが使用できる。
【００３０】
【実施例】図１に示す２塔式ＰＳＡ装置により、空気か
ら酸素を濃縮する実験を行った。吸着塔は内径１０５ｍ
ｍ、長さ２４００ｍｍとし、吸着塔には断熱を施して断
熱系とした。吸着塔の空気入口側３００ｍｍにはアルミ
ナゲルを充填した。発生酸素濃度は９３％とし、ＰＳＡ
装置の操作条件は次の通りとした。 吸着圧力 １０５０Ｔｏｒｒ 再生圧力 ２５０Ｔｏｒｒ 原料空気温度 ３５℃ サイクルタイム ６０秒 また、分離性能は、次のようにして算出した。 酸素回収率[%］＝（製品量×酸素濃度）÷（空気量×酸
素濃度）×１００ 剤当たり酸素発生量＝酸素発生量÷全吸着剤重量
ら酸素を濃縮する実験を行った。吸着塔は内径１０５ｍ
ｍ、長さ２４００ｍｍとし、吸着塔には断熱を施して断
熱系とした。吸着塔の空気入口側３００ｍｍにはアルミ
ナゲルを充填した。発生酸素濃度は９３％とし、ＰＳＡ
装置の操作条件は次の通りとした。 吸着圧力 １０５０Ｔｏｒｒ 再生圧力 ２５０Ｔｏｒｒ 原料空気温度 ３５℃ サイクルタイム ６０秒 また、分離性能は、次のようにして算出した。 酸素回収率[%］＝（製品量×酸素濃度）÷（空気量×酸
素濃度）×１００ 剤当たり酸素発生量＝酸素発生量÷全吸着剤重量
【００３１】実験例１〜５ Ｃａイオン交換率を表１に示す通り変化させたＡ・Ｘ混
合ゼオライトを入口側に、ＬｉＸ型ゼオライトを出口側
にそれぞれ積層充填した。Ａ型ゼオライトとＸ型ゼオラ
イトの混合割合は５０：５０とした。ＬｉＸ型ゼオライ
トの量は、Ａ・Ｘ混合ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライト
との合計量の９０％とした。
合ゼオライトを入口側に、ＬｉＸ型ゼオライトを出口側
にそれぞれ積層充填した。Ａ型ゼオライトとＸ型ゼオラ
イトの混合割合は５０：５０とした。ＬｉＸ型ゼオライ
トの量は、Ａ・Ｘ混合ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライト
との合計量の９０％とした。
【００３２】実験例６ ガス入口側にＮａＸ型ゼオライトを、出口側にＬｉＸ型
ゼオライトを積層充填した。ＬｉＸ型ゼオライトの量
は、ＮａＸゼオライトとＬｉＸゼオライトとの合計量の
８５％とした。
ゼオライトを積層充填した。ＬｉＸ型ゼオライトの量
は、ＮａＸゼオライトとＬｉＸゼオライトとの合計量の
８５％とした。
【００３３】実験例７ Ｃａイオン交換率が８０％のＡ型ゼオライトと、Ｃａイ
オン交換率が８０％のＸ型ゼオライトとを５０：５０に
混合したＡ・Ｘ混合ゼオライトを、吸着塔に単独で充填
した。
オン交換率が８０％のＸ型ゼオライトとを５０：５０に
混合したＡ・Ｘ混合ゼオライトを、吸着塔に単独で充填
した。
【００３４】実験例８ 吸着塔にＮａＸ型ゼオライトを単独に充填した。 実験例９ 吸着塔にＬｉＸ型ゼオライトを単独に充填した。実施例
１〜９における酸素回収率と剤当たりの酸素発生量とを
表１に示す。
１〜９における酸素回収率と剤当たりの酸素発生量とを
表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】表１から、Ａ型ゼオライトのＣａイオン交
換率が６０〜８０％の範囲で、かつ、Ｘ型ゼオライトの
Ｃａイオン交換率が４０〜８０％の範囲であるＡ・Ｘ混
合ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトとを積層充填したも
の（実験例２〜４）、及び、ＮａＸ型ゼオライトとＬｉ
Ｘ型ゼオライトとを積層充填したもの（実験例６）は、
他の実験例のものに比べて、酸素回収率、酸素発生量共
に優れていることがわかる。
換率が６０〜８０％の範囲で、かつ、Ｘ型ゼオライトの
Ｃａイオン交換率が４０〜８０％の範囲であるＡ・Ｘ混
合ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトとを積層充填したも
の（実験例２〜４）、及び、ＮａＸ型ゼオライトとＬｉ
Ｘ型ゼオライトとを積層充填したもの（実験例６）は、
他の実験例のものに比べて、酸素回収率、酸素発生量共
に優れていることがわかる。
【００３７】実験例１０〜１４ Ａ・Ｘ混合ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトとを積層充
填するにあたり、ＬｉＸ型ゼオライトの量を、両者の合
計に対して表２に示す割合とした。Ａ・Ｘ混合ゼオライ
トにおけるＣａイオン交換率は、Ａ型、Ｘ型いずれも８
０％とし、Ａ型ゼオライトとＸ型ゼオライトの混合割合
は５０：５０に固定した。
填するにあたり、ＬｉＸ型ゼオライトの量を、両者の合
計に対して表２に示す割合とした。Ａ・Ｘ混合ゼオライ
トにおけるＣａイオン交換率は、Ａ型、Ｘ型いずれも８
０％とし、Ａ型ゼオライトとＸ型ゼオライトの混合割合
は５０：５０に固定した。
【００３８】実験例１５〜１９ ＮａＸ型ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトとを積層充填
するにあたり、ＬｉＸ型ゼオライトの量を、両者の合計
に対して表２に示す割合とした。実験例１０〜１９にお
ける酸素回収率と酸素発生量とを表２に示す。
するにあたり、ＬｉＸ型ゼオライトの量を、両者の合計
に対して表２に示す割合とした。実験例１０〜１９にお
ける酸素回収率と酸素発生量とを表２に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】表２から、Ａ・Ｘ混合ゼオライトとＬｉＸ
型ゼオライトとを積層充填する場合は、Ａ・Ｘ混合ゼオ
ライトとＬｉＸ型ゼオライトとの合計に対するＬｉＸ型
ゼオライトの割合が８０〜９５％の間のもの（実験例１
１〜１３）が、酸素回収率及び酸素発生量のいずれも優
れており、ＮａＸ型ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトと
を積層充填する場合は、ＮａＸ型ゼオライトとＬｉＸ型
ゼオライトと合計に対するＬｉＸ型ゼオライトの割合が
７５〜９５％の間のもの（実験例１６〜１８）が、酸素
回収率及び酸素発生量のいずれも優れていることがわか
る。
型ゼオライトとを積層充填する場合は、Ａ・Ｘ混合ゼオ
ライトとＬｉＸ型ゼオライトとの合計に対するＬｉＸ型
ゼオライトの割合が８０〜９５％の間のもの（実験例１
１〜１３）が、酸素回収率及び酸素発生量のいずれも優
れており、ＮａＸ型ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトと
を積層充填する場合は、ＮａＸ型ゼオライトとＬｉＸ型
ゼオライトと合計に対するＬｉＸ型ゼオライトの割合が
７５〜９５％の間のもの（実験例１６〜１８）が、酸素
回収率及び酸素発生量のいずれも優れていることがわか
る。
【００４１】実験例２０〜２４ Ａ・Ｘ混合ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトとを積層充
填する場合において、Ａ・Ｘ混合ゼオライトのＡ型とＸ
型との混合割合を、表３に示す割合（Ａ型の混合割合で
示す）とした。Ａ型及びＸ型ゼオライトのＣａイオン交
換率はいずれも８０％とし、Ａ・Ｘ混合ゼオライトとＬ
ｉＸ型ゼオライトとの積層割合は、２０：８０に固定し
た。実験例２０〜２４における酸素回収率と酸素発生量
とを表３に示す。
填する場合において、Ａ・Ｘ混合ゼオライトのＡ型とＸ
型との混合割合を、表３に示す割合（Ａ型の混合割合で
示す）とした。Ａ型及びＸ型ゼオライトのＣａイオン交
換率はいずれも８０％とし、Ａ・Ｘ混合ゼオライトとＬ
ｉＸ型ゼオライトとの積層割合は、２０：８０に固定し
た。実験例２０〜２４における酸素回収率と酸素発生量
とを表３に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】表３から、Ａ型ゼオライトの混合割合が３
０〜７０％の範囲のＡ・Ｘ混合ゼオライトとＬｉＸ型ゼ
オライトとを積層充填したもの（実験例２１〜２３）
が、酸素回収率及び酸素発生量のいずれも優れているこ
とがわかる。
０〜７０％の範囲のＡ・Ｘ混合ゼオライトとＬｉＸ型ゼ
オライトとを積層充填したもの（実験例２１〜２３）
が、酸素回収率及び酸素発生量のいずれも優れているこ
とがわかる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸素濃縮
方法及び装置によれば、ＰＳＡ装置の運転条件によって
形成される吸着塔の温度分布により阻害される性能低下
を回避し、大きい剤当たりの酸素発生量と、高い酸素回
収率とを実現することができる。
方法及び装置によれば、ＰＳＡ装置の運転条件によって
形成される吸着塔の温度分布により阻害される性能低下
を回避し、大きい剤当たりの酸素発生量と、高い酸素回
収率とを実現することができる。
【図１】 ＰＳＡ装置の一例を示す系統図である。
【図２】 各種ゼオライトにおける温度と酸素回収率と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図３】 各種ゼオライトにおける温度と単位吸着剤当
たりの酸素発生量との関係を示す図である。
たりの酸素発生量との関係を示す図である。
【図４】 Ａ・Ｘ混合ゼオライトにおける温度と酸素回
収率との関係を示す図である。
収率との関係を示す図である。
【図５】 Ａ・Ｘ混合ゼオライトにおける温度と単位吸
着剤当たりの酸素発生量との関係を示す図である。
着剤当たりの酸素発生量との関係を示す図である。
【図６】 吸着塔に形成される温度分布の一例を示す図
である。
である。
Ａ，Ｂ…吸着塔、４…製品槽、８…真空ポンプ、１１…
調整弁、１２…流量計
調整弁、１２…流量計
Claims (6)
- 【請求項１】 窒素を選択的に吸着するゼオライトを充
填した複数の吸着塔を切換え使用する圧力変動吸着式ガ
ス分離装置に酸素と窒素とを含む混合ガスを導入して酸
素を濃縮する方法において、前記混合ガスを、前記吸着
塔のガス入口側に充填したＣａイオン交換率が６０〜８
０％であるＡ型ゼオライトとＣａイオン交換率が４０〜
８０％であるＸ型ゼオライトとの混合ゼオライト及び／
又はＮａＸ型ゼオライトに接触させた後、吸着塔のガス
出口側に充填したＬｉＸ型ゼオライトに接触させること
を特徴とする酸素濃縮方法。 - 【請求項２】 前記吸着塔のガス入口側に前記混合ゼオ
ライトを充填する場合には、前記吸着塔のガス出口側に
充填するＬｉＸ型ゼオライトの充填量を、混合ゼオライ
トとＬｉＸ型ゼオライトとの合計充填量の８０〜９５％
にすることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮方法。 - 【請求項３】 前記吸着塔のガス入口側に前記ＮａＸ型
ゼオライトを充填する場合には、前記吸着塔のガス出口
側に充填するＬｉＸ型ゼオライトの充填量を、ＮａＸ型
ゼオライトとＬｉＸ型ゼオライトとの合計充填量の７５
〜９５％にすることを特徴とする請求項１記載の酸素濃
縮方法。 - 【請求項４】 前記混合ゼオライトは、前記Ａ型ゼオラ
イトとＸ型ゼオライトの合計量に対し、Ａ型ゼオライト
の混合量が３０〜７０％であることを特徴とする請求項
１記載の酸素濃縮方法。 - 【請求項５】 前記混合ガスを、前記ゼオライトに接触
させる前に、水分吸着剤に接触させることを特徴とする
請求項１記載の酸素濃縮方法。 - 【請求項６】 窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填し
た複数の吸着塔を切換え使用する圧力変動吸着式ガス分
離法により酸素と窒素とを含む混合ガス中の酸素を濃縮
する装置において、前記吸着塔のガス入口側に、Ｃａイ
オン交換率が６０〜８０％であるＡ型ゼオライトとＣａ
イオン交換率が４０〜８０％であるＸ型ゼオライトとの
混合吸着剤及び／又はＮａＸ型ゼオライトを充填し、吸
着塔のガス出口側に、ＬｉＸ型ゼオライトを充填したこ
とを特徴とする酸素濃縮装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00648998A JP4001992B2 (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 酸素濃縮方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00648998A JP4001992B2 (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 酸素濃縮方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11197435A true JPH11197435A (ja) | 1999-07-27 |
| JP4001992B2 JP4001992B2 (ja) | 2007-10-31 |
Family
ID=11639898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00648998A Expired - Fee Related JP4001992B2 (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 酸素濃縮方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4001992B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008100222A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-05-01 | Air Products & Chemicals Inc | 圧力スイング吸着システムにおける浅床の性能安定性 |
| US8016918B2 (en) | 2006-10-04 | 2011-09-13 | Air Products And Chemicals, Inc. | Performance stability in rapid cycle pressure swing adsorption systems |
| JP5133688B2 (ja) * | 2005-09-09 | 2013-01-30 | 大陽日酸株式会社 | Ｃｕ−ＺＳＭ５ゼオライト成形吸着剤、その活性化方法、温度変動型吸着装置、及びガス精製方法 |
| JP2015523196A (ja) * | 2012-05-16 | 2015-08-13 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 酸素分離器及び酸素を生成する方法 |
-
1998
- 1998-01-16 JP JP00648998A patent/JP4001992B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5133688B2 (ja) * | 2005-09-09 | 2013-01-30 | 大陽日酸株式会社 | Ｃｕ−ＺＳＭ５ゼオライト成形吸着剤、その活性化方法、温度変動型吸着装置、及びガス精製方法 |
| JP2008100222A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-05-01 | Air Products & Chemicals Inc | 圧力スイング吸着システムにおける浅床の性能安定性 |
| US7717981B2 (en) | 2006-10-04 | 2010-05-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Performance stability in shallow beds in pressure swing adsorption systems |
| US8016918B2 (en) | 2006-10-04 | 2011-09-13 | Air Products And Chemicals, Inc. | Performance stability in rapid cycle pressure swing adsorption systems |
| JP2015523196A (ja) * | 2012-05-16 | 2015-08-13 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 酸素分離器及び酸素を生成する方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4001992B2 (ja) | 2007-10-31 |
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