JPH11290637A - 吸着によりガス混合物を分離する方法およびプラント - Google Patents

吸着によりガス混合物を分離する方法およびプラント

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JPH11290637A
JPH11290637A JP11059217A JP5921799A JPH11290637A JP H11290637 A JPH11290637 A JP H11290637A JP 11059217 A JP11059217 A JP 11059217A JP 5921799 A JP5921799 A JP 5921799A JP H11290637 A JPH11290637 A JP H11290637A
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cycle
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space
valve
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Christian Monereau
クリスチアン・モンロー
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【課題】圧力変動サイクルを用いたガス混合物の分離に
おいて、遷移相の間の付加的なエネルギー支出を消去す
るかまたは少なくとも有意に減少させる。 【解決手段】サイクルにおける少なくとも１の瞬間に、
圧縮機（１，３）の末端を、第１の圧力Ｐ１にある第１
の空間（Ａ１）からＰ１とは有意に異なる圧力Ｐ２にあ
る第２の空間（Ａ２）に切り替える。この切り替えは、
上記末端が第１の空間（Ａ１）および第２の空間（Ａ
２）と同時に連通される中間操作を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工程の連続を含む
圧力変動サイクルを実施することによる吸着によりガス
混合物を分離する方法であって、その方法において、サ
イクルにおける少なくとも１回の瞬間に圧縮機械の末端
が第１の圧力Ｐ１にある第１の空間から第１の圧力Ｐ１
とは有意に異なる第２の圧力Ｐ２にある第２の空間に切
り換えられる方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題および解決するための手
段】本発明は特に大気空気からの酸素の製造に適用さ
れ、以後の記載において、好ましい例としてこの適用が
参照される。
【０００３】本発明は、例えば以下のサイクルについ
て、圧力変化が存在するすべてのタイプの吸着サイクル
について実施されうる。
【０００４】−吸着が実質的に大気圧で起こり、サイク
ルの最小圧力がこの大気圧より有意に低く、典型的には
約２５０から４００ミリバールであるいわゆるＶＳＡ
（減圧スイング吸着）サイクル。これらのサイクルは一
般的に３つの吸着装置からなるユニットの手段により実
施される。
【０００５】−吸着が大気圧を実質的に上回る圧力で起
こり、典型的には約１．３から２バールで起こると言う
事実により上記技術とは異なるＭＰＳＡサイクルと呼ば
れるトランスアトモスフェリックサイクル。これらのサ
イクルは一般的に２つの吸着装置からなるユニットの手
段により実施される。
【０００６】−吸着が大気圧を顕著に上回る圧力、典型
的には約３から８バールで起こり、一方、サイクルの最
小圧力が実質的に大気圧に等しい、いわゆるＰＳＡ（圧
力スイング吸着）サイクル。
【０００７】以後の記載において、ＰＳＡと言う頭字語
は、すべてのこれらのサイクルのための包括的な術語と
して用いられる。さらに、示される圧力は絶対圧であ
る。
【０００８】ＰＳＡによる酸素製造のコストを減少させ
る手段の１つは、エネルギー消費を一定に維持する一方
で資本投下を実質的に減少させることである。
【０００９】問題の系が、より高速の工程にもかかわら
ず、性能を維持することを可能とするとき、サイクル時
間の減少はこの図式の中に当てはまる。実際、その様な
減少は、吸着剤のカイネティックスを比例的に向上させ
ること、その以前のレベルに損失水頭を維持すること、
吸着剤粒子の減少の問題を防止することに存在する。
【００１０】小さな粒子サイズの吸着剤の使用と組み合
わせての吸着剤の床を通しての水平流は、これらの問題
のほとんどを解決することを可能とし、近年、このタイ
プの工業的ユニットの増加が見られる。
【００１１】しかしながら、現在用いられるサイクル
は、これらはほとんど以前に用いられたより長い持続時
間のサイクルに直接由来するが、実際、１つの工程から
次の工程への移行に対応する遷移相（transient phas
e）の間の機械（エア圧縮機またはブロワー、真空ポン
プ）の操作により不利にされることがわかっている。
【００１２】このことの理由は、後に示される様に、こ
れらの遷移相と関連する付加的なエネルギー消費は通常
のサイクル時間の場合においては小さいが、しかし短い
サイクルの場合においては有意となることである。
【００１３】これらの現象の第１の例は、添付された図
面における図１に関して説明され、それは、大気空気か
らの酸素の製造のためのＰＳＡプラントの例を図式的に
示す。このプラントは、ブロワー１、３つの吸着装置Ａ
１からＡ３、それぞれの弁Ｖ１１からＶ１３を介してブ
ロワーの出力側を吸着装置の下部末端または入口に接続
する吸着装置に空気を供給するためのライン２、その出
力側が周囲大気に接続される真空ポンプ３、それぞれの
弁Ｖ２１からＶ２３を介して真空ポンプの取入れ口を吸
着装置の入口に接続する放出ライン４、並列のタップオ
フ（tap-off）を介してそれぞれの吸着装置の上方末端
または出口に接続される酸素流ライン５であって、すな
わち、それぞれのタップオフ６−１から６−３は酸素製
造のためのそれぞれの弁Ｖ３１からＶ３３に装備され、
それぞれのタップオフ７−１から７−３は吸着装置を再
加圧するためのそれぞれの弁Ｖ４１からＶ４３を装備さ
れる酸素流ラインを含む。さらに、ライン５は８におい
て図式的に示される酸素消費回路に接続される。
【００１４】更に、プラントはそれ自体公知で図示され
ていない制御、調節および電気的供給手段を含み、それ
は、図２において例示されるサイクルを実施するために
企図される。
【００１５】図２（Ａ）は、図１におけるプラントによ
り実施される典型的な吸着サイクルを例示する図であ
る。
【００１６】時間ｔがｘ軸上にプロットされ、絶対圧Ｐ
がｙ軸上にプロットされる図２において、矢印を有する
線は、ガス流の動きおよび運命、および更に吸着装置を
通しての流れの方向を示す。矢印が増加するｙ座標の方
向にある（図において上向き）とき、吸着装置を通して
の流れは並流と呼ばれる。もし上向きに方向を示す矢印
が吸着装置内の圧力を示す線の下に存在するならば、そ
の流れは吸着装置の入口末端を介して吸着装置に入る。
もし上向きに方向を示す矢印が圧力を示す線の上に存在
するならば、流れは吸着装置の出口末端を介して吸着装
置を出て行き、入口および出口末端はそれぞれ、処理さ
れるガスおよび製造相において引き出されるガスのそれ
らである。矢印が減少するｙ座標の方向にある（図にお
いて下向き）とき、吸着装置を通しての流れは向流と呼
ばれる。もし下向きに方向を示す矢印が吸着装置内の圧
力を示す線の下に存在するならば、流れは吸着装置の入
口末端を介して吸着装置を離れる。もし下向きに方向を
示す矢印が圧力を示す線の上に存在するならば、流れは
吸着装置の出口末端を介して吸着装置に入り、入口およ
び出口末端は常に、処理されるガスおよび製造相におい
て引き出されるガスのそれらである。
【００１７】例えばその周期Ｔがほぼ２７０ｓである図
２（Ａ）におけるサイクルは、本質的に３つの連続工程
からなる。サイクルは、例えば吸着装置Ａ１のような１
つの吸着装置について以下に記載される。他の吸着装置
の場合において、サイクルはそれぞれ、Ｔ／３および２
Ｔ／３の時間移行によりそこから誘導され、Ｔはサイク
ルの全持続時間を表す。
【００１８】（ａ）ｔ＝０からＴ／３。大気圧に近いサ
イクルの高圧ＰM での実質的に定圧の製造工程。この工
程の間に、空気は弁Ｖ１１を介して吸着装置に導入さ
れ、その入口からその出口に流れ、そこから、製造され
た酸素が出ていく。この酸素の一部は、以後記載される
再加圧工程（ｃ）の間にもう１つの吸着装置を再加圧す
るためにタップオフされ、残りは８での使用のために送
られる。
【００１９】（ｂ）Ｔ／３から２Ｔ／３までは、典型的
には０．２５から０．４０バールほどであるサイクルの
低圧Ｐm に達するまで、吸着装置は真空ポンプ３により
向流で減圧またはパージされる。
【００２０】（ｃ）２Ｔ／３からＴまでは、吸着装置
は、吸着工程（ａ）におけるもう１つの吸着装置から到
来する製造酸素により圧力ＰM まで向流で再加圧され
る。
【００２１】１つの工程の間の真空ポンプの瞬間的なエ
ネルギー消費を見ると、この機械が作動している吸着装
置内の圧力が大気圧を下回って降下し、次いで、高圧に
ある続く吸着装置に移り続ける実質的なピークが後に来
るときこの消費が均一に増加することが理解されうる。
【００２２】時間ｔがｘ軸上にプロットされ、圧力Ｐが
ｙ軸上にプロットされる図３におけるダイアグラムは、
この変化を例示し、そのことを明確に理解することを可
能にする。従って、真空ポンプが１つの吸着装置からも
う１つの吸着装置に切り替わる点の近く、すなわち、時
間Ｔ／３、２Ｔ／３およびＴの近くで、実際の曲線Ｃ１
は理論曲線Ｃから乖離する。特に、この図３において、
時間ｘは弁Ｖ２ｉ（例においてはＶ２１）の閉鎖時間に
対応し、時間ｙは弁Ｖ２（ｉ＋１）（例においてはＶ２
２）の開放時間に対応する。これらの時間は、弁のサイ
ズに応じて、約０．５から２秒である。
【００２３】実際上、遷移時間ｘの間、パージの末端で
の吸着装置から到来するガス出力は絞られ、真空ポンプ
は、極めて短い時間の間、減圧回路の体積についてのみ
ポンプ供給する。この体積は、吸着装置の体積よりはる
かに小さいので、この回路における内部圧力は急速に降
下する。従って、サイクルの理論的低圧Ｐm を下回る１
００ミリバールまでの圧力降下ΔＰが観察された。第１
の吸着装置の減圧弁が完全に閉じられたときのみ開始す
る続く吸着装置の減圧弁の開放もまた瞬間的ではないの
で、弁が完全に開放される（時間ｙ）までポンプ供給さ
れる出力の絞りもまた存在する。
【００２４】このことから、サイクル当り３回、（Ｔ／
３）−ｘから（Ｔ／３）＋ｙのような全移行時間の間
に、真空ポンプの取入れ圧力は、理論圧力より実質的に
低くなると言うことになる（吸着装置内の圧力に対応し
て、減圧回路の標準損失水頭が小さくなる）。このこと
は、これらのプロセスにおいて標準的に用いられる機械
のタイプ、すなわち、通常はルーツ型の真空ポンプにつ
いての差（実際のＰ−理論的Ｐ）に対してそれぞれの瞬
間に比例的な付加的エネルギー消費となる。この付加的
なエネルギーは、３×９０ｓのサイクル時間、０．３５
バールの理論的低圧を有し、１００ミリバールのΔＰピ
ークおよび１秒の弁操作時間についてのＶＳＡ型サイク
ルについての標準ポンピングエネルギーのほぼ１％であ
ると概算された。
【００２５】適切な吸着剤および適切な吸着装置形状で
同じ３×１５ｓサイクルが実施されるとき、以前のもの
のほぼ６分の１の大きさの吸着装置が同じ製造のために
用いられるが、しかし他の装備（空気ブロワー、真空ポ
ンプおよび弁）は一般的に変更されないままである。特
に、弁Ｖ２１、Ｖ２２およびＶ２３のサイズが３×９０
ｓサイクルのために用いられる弁のサイズと異なること
には何の妨げもない。
【００２６】弁操作時間は変更しないままにしておき、
低圧ピークおよび過剰消費ピークを有する上記の現象は
再び起こる。しかしながら、吸着装置はより小さなサイ
ズのものであるので、３×１５ｓユニットのためのプラ
ントはよりコンパクトであり、配管はより短く、減圧回
路の体積はより小さい傾向がある。それゆえ、上記の効
果は増幅される傾向にある。
【００２７】それらが同一であるとさえ仮定すると、そ
の相対的な重要性は、短いサイクルの場合において有意
により実質的である。従って、過剰消費の時間は、以前
の２ｓから９０ｓまでの代わりに、２ｓから１５ｓまで
を表す。以前のように同じ仮定では、それゆえ、この付
加的なエネルギー支出は、３×１５ｓサイクルの場合に
おいて真空ポンプのエネルギー消費の８％までを表しう
る。
【００２８】それゆえ、問題の効果は、通常のサイクル
の場合においては相対的に２次的であるけれども、短い
サイクルの場合においては重要となり、後者のエネルギ
ー性能を向上させるためにはこのことを改善することが
必要であることが理解されうる。
【００２９】以後に見られる様に、同様の問題は、１つ
の吸着装置からもう１つの吸着装置への、吸着装置から
大気への、または大気から吸着装置への圧縮および／ま
たは吸引機械の切り替えの間に多くの他のタイプのＰＳ
Ａサイクルにおいて起こる。
【００３０】本発明の目的は、これらの遷移相の間の付
加的なエネルギー支出を消去するかまたは少なくとも有
意に減少させることである。
【００３１】この目的のために、本発明の主題は、諸工
程の連続を含む圧力変更サイクルを実施することにより
吸着によりガス混合物、特に大気空気を分離する方法で
あって、その方法において、サイクルにおける少なくと
も１回の瞬間に、圧縮機械の末端が、第１の圧力Ｐ１に
ある第１の空間から第１の圧力Ｐ１とは有意に異なる第
２の圧力Ｐ２にある第２の空間に切り換えられ、前記切
り換えの間に、前記末端が同時に第１の空間および第２
の空間との連通にもたらされることを特徴とする方法で
ある。
【００３２】本発明による方法は１以上の以下の特徴を
含みうる。
【００３３】−前記中間操作の持続時間は、それが接続
するサイクルの工程のより短いものの、大きくとも３分
の１に等しく、好ましくは１／３ないし１／５０であ
る。
【００３４】−前記空間の１つは、典型的には周囲空気
である分離されるガス混合物のボリューム（体積）であ
る。
【００３５】−前記空間の少なくとも１つはガス貯蔵タ
ンクである。
【００３６】−前記空間の少なくとも１つは、前記中間
操作の間にその末端の１つを介して機械と連通する第１
の吸着装置である。
【００３７】−前記中間操作の間に、前記第１の吸着装
置もまたその他方の末端を介して第３の空間との連通に
もたらされる。
【００３８】−前記第３の空間は、前記第１の吸着装置
の圧力とは異なる圧力にあるもう１つの吸着装置であ
る。
【００３９】−機械は、単一の機能を有するエア圧縮機
もしくはブロワーまたは真空ポンプである。
【００４０】−機械は、サイクルの工程に応じて、エア
圧縮機または真空ポンプとして機能するように企図され
る。
【００４１】−前記切り換えは第１の二方弁を閉鎖し、
第２の二方弁を開放することにより起こり、前記中間操
作は、第１の二方弁を閉鎖する前に第２の二方弁を開放
することにより起こる。
【００４２】−前記切り換えは、三方弁の第１の経路
（方向）を閉じ、この三方弁の第２の経路を開き、この
三方弁の第３の経路が開放されていることにより起こ
り、前記中間操作は、前記第１の経路を閉じる前にその
三方弁の第２の経路を開くことにより起こる。
【００４３】本発明の主題は、少なくとも一つの吸着装
置と吸着装置において圧力変動サイクルを行なわせる手
段とを備え、これらの手段は、少なくとも一つの圧縮機
とこの圧縮機の少なくとも一端部を第１の空間および第
２の空間に選択的に連結する手段とを備えた、ガス混合
物、特に大気空気を吸着によって分離するプラントであ
って、所定の瞬間に、前記端部を第１の空間および第２
の空間と同時に連通させる制御手段を備えたことを特徴
とするプラントでもある。
【００４４】上記プラントは、以下の特徴の１つまたは
それ以上を有することができる。
【００４５】−前記選択的連結手段は、二つの二方弁を
備え、前記制御手段は、前記所定の瞬間に同時に二つの
二方弁を開くように設計される；−前記選択的連結手段
は、三方弁を備え、前記制御手段は、この三方弁の三方
向を同時に開くように設計される。
【００４６】
【発明の実施の形態】説明の理解を容易にするため、弁
の開状態が白線で表わされ、閉状態が黒線で表わされて
いる、図４を参照する。例えば、通常の技術では、２つ
の吸収装置からなるプラントにおいて、例えば吸収装置
Ａ１を考えると、弁Ｖ２１が開で、弁Ｖ２２およびＶ２
３が閉の状態で、Ｔ３から２Ｔ／３にパージ工程（ｂ）
が生じる。時間２Ｔ／３において、時間ｘとｙの間で、
Ｖ２１が閉ざされ、Ｖ２２が開かれる（図４（Ａ））。
【００４７】本発明の一態様によると、時間２Ｔ／３の
前、即ち２Ｔ／３よりΔｔだけ前であるｔ１において、
Ｖ２２が開かれる。このシーケンスは、図５ないし図７
に示されている。
【００４８】ｔ１から２Ｔ／３（図６）では、吸収装置
Ａ１およびＡ２の双方に真空ポンプが接続される。その
ため、Ａ２の短時間の向流の減圧があり、同時にＡ１に
向かって、かつ真空ポンプに向かって、短時間の第１の
向流の再加圧が生ずる。この短時間の再加圧は、吸収装
置Ａ２の入口ゾーンに含まれる含まれる空気をもって、
即ち、水および水中のＣＯ2を阻止するのに役立つ、吸
収材の上流にある自由分布容積および第１の床（または
単一床の場合には第１のゾーン内）における自由空間に
含まれる空気をもって実施される。本発明者による研究
は、この部分的空気の再加圧がサイクルの性能に負の影
響を与えないことを示すことを可能とした。
【００４９】時間２Ｔ／３の後、真空ポンプが吸収装置
Ａ２にのみ接続され、その結果、吸収装置Ａ２は排気さ
れる。
【００５０】そのため、真空装置の吸込み口は、１つの
吸収装置から他の吸収装置への切り替えの間を含めて、
常に少なくとも１つの吸収装置に接続されることがわか
る。言い換えれば、真空ポンプは、どの瞬間でも、排気
ライン４のみには動作せず、その吸込みは、常に、非常
に急速に作動する弁に対応する理論的圧力に近い圧力に
ある。
【００５１】その結果、図３の曲線Ｃ１における減圧ピ
ークΔＰは、実際には除去され、実際の圧力曲線は、Ｃ
３になり、それは理論的曲線Ｃ２に非常に近い。
【００５２】上述の図２（Ａ）の曲線の変形が、図２
（Ｂ）に示されている。即ち、ｔ１から２Ｔ／３では、
生成工程（ａ）の終点において他の吸収装置からくるガ
スにより、第１の並流再加圧の短時間の追加の工程が導
入された。そのため、生成工程（ａ）は、同一の期間Δ
ｔの短時間の追加の工程により終了し、そこでは、他の
吸収装置の入口から問題の吸収装置の入口へと、空気が
通過する。
【００５３】図２（Ｂ）のサイクルは、図４（Ｂ）の場
合に対応し、その場合には、その瞬間に再加圧工程
（ｃ）を開始するために、公知のサイクルにおけるよう
に、時間２Ｔ／３において弁４１が開かれる。
【００５４】変形例として（図４（Ｃ），図２
（Ｃ））、時間２Ｔ／３前に、特にｔ１において、弁41
を開いてもよい。次いで、酸素による向流再加圧が、空
気による第１の再加圧と同時に、Ａ１において開始す
る。これは、吸収材への不純物前線の前進に関し、サイ
クルに応じて、低圧過ぎる吸収装置への空気の導入によ
り生ずる負の影響を制限することを可能とする。
【００５５】図５ないし７は、対応する操作のシーケン
スを図式化したものであり、対応する操作は、これらの
図および上述の説明から直ちに理解されるであろう。
【００５６】図８に例示されるプラントは、ＭＰＳＡ型
であり、２つの吸収装置Ａ１およびＡ２から構成され
る。この図は、図１のエレメント（要素）１〜４、Ｖ１
１、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｖ２２および８をも示している。
ただし、ここではブロアーは、実質的に大気圧以上であ
る高圧ＰMで酸素を生成させるコンプレッサーにより置
き換えられている。
【００５７】このプラントはまた、コンプレッサー１の
出力側をベントするための弁Ｖ５を備えたタップオフ９
と、真空ポンプ３の吸込み口をベントするための弁Ｖ６
を備えたタップオフ１０とを具備している。吸収装置の
上部出口は、弁Ｖ７を備えたバランスライン１１によ
り、かつ弁Ｖ８を備えた溶出ライン１２により，並列に
接続されている。加えて、これらの出口は、それぞれの
弁Ｖ91およびＶ92を備えたそれぞれのライン１３―１お
よび１３―２により、バッファータンクに接続されてい
る。タンク１２は、圧力ＰMで、連続的に酸素を生成さ
せる。
【００５８】図９は、図２（Ａ）と類似の形態で、高圧
ＰM、典型的には約１．５バールと、低圧Ｐm 、典型的
には約４００ｍバールとの間で、このプラントにより実
施された通常のサイクルを示している。
【００５９】このサイクルは、吸収装置Ａ１の場合につ
いて記載され、吸収装置Ａ２の場合には時間Ｔ／２のシ
フトにより導かれるのであるが、以下の主要な工程を順
に有している。
【００６０】（ａ１）時間０から時間ｔ１ 第１の並流減圧工程（ｃ１）中に他の吸収装置と圧力バ
ランスをとることによる第１の向流再加圧工程 （ａ２）時間ｔ１からｔ２＜Ｔ／２ 大気圧の空気による最終並流再加圧工程。
【００６１】（ｂ１）時間ｔ２からＴ／２ 精製工程。この工程中、空気が吸収装置の入口に導入さ
れ、生成酸素がその出口から抜き出される。高圧ＰMに
おいてほぼ等圧である、この工程中、生成酸素が除去さ
れ、以下に示す排気／溶出工程（Ｃ３）中に他の吸収装
置の出口に送られる。
【００６２】（ｃ１）時間Ｔ／２からｔ３ 上述の工程（ａ１）中の他の吸収装置と圧力バランスを
とることによる、第１の並流減圧工程。
【００６３】（ｃ２）時間ｔ３からｔ４＜Ｔ サイクルの低圧Ｐｍに降圧することによる向流減圧工程 （ｃ３）時間ｔ３からＴ ほぼ等圧の排気／溶出工程。その工程中、向流ポンピン
グが続行されつつ、生成酸素が吸収装置の出口に導入さ
れる。
【００６４】酸素の一定の流れが、生成出力として、タ
ンク１２から抜き出される。工程（ａ）および（ｃ１）
のそれぞれの間、空気コンプレッサー１は使用されな
い。圧縮された流れは、弁Ｖ５によってベントされる。
その時のマシーンのエネルギー消費は、微小である。
【００６５】しかし、上で説明したのと類似の理由か
ら、工程（ｂ）から（ｃ１）を通る際に、エネルギー過
消費が観察される。
【００６６】圧力の急激な変化の記録は、この遷移相中
に高圧ピークがあることを示している。このように、図
１１に示すように、実際の圧力Ｃ４の曲線は、再び、理
論的圧力Ｃ５から離れており、上述したのと同一の欠点
がある（エネルギーの過剰消費およびより高い機械的負
荷）。
【００６７】これは、通常のシーケンス（図１０
（Ａ））が、弁Ｖ11を閉ざし、次いで弁Ｖ５を開くこと
からなるためである。その結果、吸収装置と比較して小
さい容積を有するライン２は、通常の操作圧力よりも高
い圧力に圧縮される。
【００６８】上述と同じ理由から、この現象は、サイク
ル時間が実質的に減少するときに、ますます重要とな
る。
【００６９】本発明の一態様によると、図１０（Ｂ）に
示すように、弁Ｖ１１が閉ざされる前にＶ５が開かれ
る。その結果、サイクルの高圧にある吸収装置Ａ１は、
短時間の間、で大気圧と接続される。このように、吸収
装置Ａ１の、第１の向流部分的減圧の短時間の工程が形
成される。
【００７０】対応する流れのシーケンスは、図１２〜１
４に示されている。
【００７１】空気コンプレッサー（圧縮機）の開放圧力
の曲線は、そのとき図１１における曲線Ｃ６となる。こ
れは、事実上、圧力ピークがないことになる。
【００７２】類似の現象およびそれに対応する改善策
が、弁Ｖ５―Ｖ１２、Ｖ２１―Ｖ６の型の切り替え操作
に関して記載されていることが理解されるであろう。
【００７３】図１５、図１６、図１７（Ｂ）、図１８
（Ｂ）、図１９（Ｂ）、図２０（Ｂ）、図２１（Ｂ）、
図２２（Ｂ）は、単一吸収装置型のプラントへの本発明
の適用を示している。このプラント（図１５）は、基本
的に、単一吸収装置Ａ１；単一の回転方向を有し、空気
コンプレッサーと真空ポンプの双方を形成するコンプレ
ッサーマシーン；マシーン２１のターミナル（末端）２
３に接続され、弁Ｖ22を備えた空気入口ライン；マシー
ンの他のターミナル２５に接続され、弁Ｖ24を備えた排
気ライン２４；弁Ｖ26を備え、ターミナル２３を吸収装
置の下部入口２７に接続するライン２６；弁Ｖ28を備
え、ターミナル２５を入口２７に接続するライン２８；
溶出タンク２９；弁Ｖ30を備え、タンク２9を吸収装置
の上部出口３１に接続する溶出ライン３０；生成タンク
３２；および弁Ｖ33を備え、タンク３２を出口３１に接
続する生成ライン３３を具備している。
【００７４】図１６は、図１５に示すプラントにより実
施されるサイクルを、上述と同様に示している。このサ
イクルは、順に、以下の工程を具備している。 （ａ）タンク３２から抜き出される酸素による第１の向
流再圧縮工程 （ｂ）大気圧の空気による最終の並流再圧縮工程 （ｃ）サイクルの高圧ＰMにおけるほぼ等圧の生成工
程。この工程中、生成酸素がタンク３２に送られる。
【００７５】（ｄ）タンク２９に送られる、吸収装置か
らくるガスの第１の並流減圧工程 （ｅ）サイクルの低圧Ｐｍに降圧することによる最終の
向流減圧工程 （ｆ）ほぼ等圧の排気／溶出工程。その工程中、向流ポ
ンピングが続行されつつ、生成酸素がタンク２９から吸
収装置の出口に送られる。
【００７６】酸素の一定の流れが、生成出力として、タ
ンク３２から抜き出される。
【００７７】向流再加圧の工程（ａ）と並流減圧の工程
（ｄ）の間、機械（マシーン）２１が、サイクルに関与
していないことを指摘しなければならない。機械は、そ
の後ライン２４を経由してベント（排出）される。これ
を行なうために、工程（ｆ）から工程（ａ）まで経る操
作は、通常、図１７ないし１９の各（Ａ）図に示すよう
に行なわれ、図においては、弁が開いているとき、弁は
白で示され、弁が閉じているとき、弁は黒で示されてい
る。
【００７８】−工程（ｆ）の間、弁Ｖ２６および弁Ｖ２
４を開き、一方、弁Ｖ２２および弁Ｖ２８を閉じる（図
１７（Ａ））。その後、 −弁２６を閉じ（図１８（Ａ））、 −弁２４を開き、それによって機械２１をベントする
（図１９）。
【００７９】図１８における中間段階の間に生ずる低い
圧力（underpressure）ピークは、弁２６を閉じる（図
１９（Ｂ））前に弁２２を開ける（図１８（Ｂ））こと
によって、対応する欠点とともに、実際上除去される。
このことは、したがって、図１８（Ｂ）において鎖線で
示すように、サイクルの低圧でちょうどパージされた吸
着の並流再加圧を起こす。
【００８０】同様に、図２０ないし図２２の各（Ａ）図
は、工程（ｃ）から工程（ｄ）までの従来の通路を示し
ている。
【００８１】−工程（ｃ）の間、弁Ｖ２２およびＶ２８
は開き、その後、 −弁Ｖ２６およびＶ２４を閉じる（図２０（Ａ））。
【００８２】次に、 −弁Ｖ２８を閉じ（図２１（Ａ））、その後、弁Ｖ２４
を開け、それによって機械２１をベントする（図２２
（Ａ））。
【００８３】同様に、図１８における中間段階の間に生
ずる圧力ピークは、弁Ｖ２４を閉じる（図２２（Ｂ））
前に弁Ｖ２４を開ける（図２１（Ｂ））ことによって、
対応する損失とともに、実際上除去される。したがっ
て、これは、図２１（Ｂ）における鎖線で示されるよう
に、高い圧力ＰMで吸着の向流減圧を起こす。
【００８４】いくつかのサイクルおよび特定のプラント
の場合において上述した弁を操作する方法は、Ｎ≧１の
いかなる数の吸着装置からなるどのようなＰＳＡ、ＭＰ
ＳＡまたはＰＳＡユニットに適用してもよい。それは、
一般に、一つの吸着装置からもう一方の吸着装置または
一つの吸着装置から周囲大気まで、またはその逆も同様
に、圧縮機械（コンプレッサー、ブロワーまたは真空ポ
ンプ）を切り換えるときに、いかなるエネルギーの過剰
消費をも避けるように用いられ得る。
【００８５】この操作方法は、図２３ないし２５に示さ
れるように、吸着装置Ａ１（図２３）から別の吸着装置
Ａ２（図２５）まで真空ポンプを切り換える場合、三方
弁の手段によって実施されてもよい。これを行なうため
に、中間切り換え工程の間、弁の３方向を開ける（図２
４）。
【００８６】図２６は同様に、吸着装置と周囲大気との
間の機械２１を切り換えるために、一方で、弁Ｖ２２お
よびＶ２６（三方弁３５）と、他方で、弁Ｖ２４および
Ｖ２８（三方弁３６）との代わりに、図１５におけるプ
ラントの場合において２つの三方弁の使用を示してい
る。
【００８７】これらの変形例において、「三方弁」なる
語は、その使用位置の一つにおいて、それが連結する三
つの空間を互いに同時に連通させることを可能とする、
およびこれら三つの空間の一つを二つの他の空間のうち
一方または他方と連通させることを可能とするどんなタ
イプの流体分配装置でも意味することが理解されるべき
である。
【００８８】そのような分配装置は、特に、三方弁その
もの、もしくはスライドまたは回転する弁を有する三方
分配装置からなり得る。
【００８９】本発明の開閉シーケンスは、他の理由のた
めであるが、例えば図１に示されるような酸素圧縮機３
７を一つの吸着装置から別の吸着装置まで弁Ｖ４１を操
作することによって切り換えることに有効に適用されて
もよい。この場合、あらかじめ第２の製造弁を開くこと
は、この圧縮機の吸い込み側の減圧を防ぎ、それゆえ酸
素回路に入り込む空気および湿気のいかなるリスクも防
ぐ。
【００９０】変形例のように、各々の場合、本発明の文
脈では、本発明に含まれる弁または方向間の開閉時間に
おいてわずかなオーバーラップがあり得るが、本質的な
点は、当該第２の弁または方向を、当該他の弁または方
向を完全に閉じる前に、開け始めることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】大気空気から酸素を生産するための３つの吸着
装置からなるＶＳＡプラントの概略図。
【図２】図１のプラントにより行われるサイクルを示す
図。
【図３】既知のサイクルおよび本発明のサイクルにおけ
る真空ポンプの取込時の圧力変動を示す図。
【図４】遷移相中の弁の切り替えを説明するための図。
【図５】本発明による遷移相を説明するための図。
【図６】本発明による遷移相を説明するための図。
【図７】本発明による遷移相を説明するための図。
【図８】大気空気から酸素を生産するための２つの吸着
装置からなるプラントを示す概略図。
【図９】図８のプラントにより行われる既知のサイクル
を説明するための図。
【図１０】既知のサイクルおよび本発明によるサイクル
における遷移相中の弁の切り替えを説明するための図。
【図１１】図９のサイクルの置ける遷移相中の圧縮機の
過消費現象と本発明により達成される改良を説明するた
めの図。
【図１２】図８のプラントにおける遷移相を説明するた
めの図。
【図１３】図８のプラントにおける遷移相を説明するた
めの図。
【図１４】図８のプラントにおける遷移相を説明するた
めの図。
【図１５】大気空気から酸素を生産するための単一吸着
装置タイプのプラントを示す概略図。
【図１６】図１５のプラントにより行われる既知のサイ
クルを説明するための図。
【図１７】パージ／溶出相の終了時における弁の切り替
えを説明するための図。
【図１８】パージ／溶出相の終了時における弁の切り替
えを説明するための図。
【図１９】パージ／溶出相の終了時における弁の切り替
えを説明するための図。
【図２０】吸着相の終了時における弁の切り替えを説明
するための図。
【図２１】吸着相の終了時における弁の切り替えを説明
するための図。
【図２２】吸着相の終了時における弁の切り替えを説明
するための図。
【図２３】図８のプラントにおける真空ポンプを切り替
えるための本発明による三方弁の使用を説明するための
図。
【図２４】図８のプラントにおける真空ポンプを切り替
えるための本発明による三方弁の使用を説明するための
図。
【図２５】図８のプラントにおける真空ポンプを切り替
えるための本発明による三方弁の使用を説明するための
図。
【図２６】図１５のプラントにおける本発明による２つ
の三方弁の使用を説明するための図。
【符号の説明】
１，３，２１…圧縮機 Ａ，Ａ１〜Ａ３…吸着装置 Ｐ１…第１の圧力 Ｐ２…第２の圧力 Ｖ５〜Ｖ８，Ｖ１１〜Ｖ１３，Ｖ２１〜Ｖ２４，Ｖ２
６，Ｖ２７…弁 Ｖ３０〜Ｖ３３，３５，Ｖ４１〜Ｖ４３…弁 ２３…圧縮機の末端 ２９…溶出タンク ３１…出口 ３２…生産タンク

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連続した工程を備える圧力変動サイクル
    を実施することによって、吸着によりガス混合物を分離
    する方法であって、該サイクルにおいて少なくとも１回
    の瞬間で、圧縮機の末端が、第１の圧力Ｐ１にある第１
    の空間から第１の圧力Ｐ１と有意に異なる第２の圧力Ｐ
    ２にある第２の空間に切り換えられ、 前記切り換えは、前記末端を第１の空間および第２の空
    間と同時に連通させる中間操作を含むことを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項２】 前記中間操作の持続時間は、それが結合
    するサイクルの工程のうちより短い工程の最大でも３分
    の１に等しく、好ましくは１／３ないし１／５０である
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記空間の一方は、前記ガス混合物の体
    積であることを特徴とする請求項１または２のいずれか
    １項に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記空間の少なくとも一方は、ガス貯蔵
    タンクであることを特徴とする請求項１ないし３のいず
    れか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記空間の少なくとも一方は、前記中間
    操作の間、その端部の一つを経由して圧縮機と連通する
    第１の吸着装置であることを特徴とする請求項１ないし
    ４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記中間操作の間、前記第１の吸着装置
    は、その他端を経由して第３の吸着装置とも連通するこ
    とを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記第３の空間は、前記第１の吸着装置
    の圧力と異なる圧力にある別の吸着装置であることを特
    徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 機械は、エアー圧縮機またはブロワーも
    しくは真空ポンプであり、単一機能を有することを特徴
    とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 機械は、サイクルの工程に応じて、エア
    ー圧縮機または真空ポンプとして働くように設計された
    ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記切り換えは、第１の二方弁を閉
    じ、第２の二方弁を開くことによって行ない、前記中間
    操作は、第２の二方弁を開き、第１の二方弁を閉じるこ
    とによって行なうことを特徴とする請求項１ないし９の
    いずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記切り換えは、三方弁の第１の方向
    を閉じ、この三方弁の第２の方向を開き、この三方弁の
    第３の方向を開くことによって行ない、前記中間操作
    は、前記第１方向を閉じる前に三方弁の第２方向を開く
    ことによって行なうことを特徴とする請求項１ないし９
    のいずれか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 分離するガス混合物が大気空気である
    請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 少なくとも一つの吸着装置と吸着装置
    において圧力変動サイクルを行なわせる手段とを備え、
    これらの手段は、少なくとも一つの圧縮機とこの圧縮機
    の少なくとも一端部を第１の空間および第２の空間に選
    択的に連結する手段とを備えた、ガス混合物、特に大気
    空気を吸着によって分離するプラントであって、所定の
    瞬間に、前記端部を第１の空間および第２の空間と同時
    に連通させる制御手段を備えたことを特徴とするプラン
    ト。
  14. 【請求項１４】 前記選択的連結手段は、二つの二方弁
    を備え、前記制御手段は、前記所定の瞬間に同時に二つ
    の二方弁を開くように設計されたことを特徴とする請求
    項１３に記載のプラント。
  15. 【請求項１５】 前記選択的連結手段は、三方弁を備
    え、前記制御手段は、この三方弁の三方向を同時に開く
    ように設計されたことを特徴とする請求項１３に記載の
    プラント。
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