JPS60195006A - 多重吸収‐脱着サイクルを用いた溶融アルカリ金属塩による酸素製造方法 - Google Patents

多重吸収‐脱着サイクルを用いた溶融アルカリ金属塩による酸素製造方法

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JPS60195006A
JPS60195006A JP60033607A JP3360785A JPS60195006A JP S60195006 A JPS60195006 A JP S60195006A JP 60033607 A JP60033607 A JP 60033607A JP 3360785 A JP3360785 A JP 3360785A JP S60195006 A JPS60195006 A JP S60195006A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、酸素受容体を用いて酸化をとうして酸素を吸
収して減圧のもとて脱着を行なうことによって酸素を回
収する化学的方法で空気を分離する方法に関する。さら
に詳細には、本発明は減圧脱着領域で各段の吸収域に対
して別個に脱着を行なうアルカリ金属の亜硝酸塩及び硝
酸塩の混合物を用いて直列に配置した複数段の化学的酸
素吸収域で空気から酸素を製造する方法に関する。
(従来の技術) 空気の分離は、長い間吸収及び低温技術を用いて行なわ
れてきた。これらの技術は、空気中の百分率の高い成分
、すなわち9素及び酸素を回収するのに成功を収めてき
た。しかしながら、吸収及び低温技術はそれぞれ高い圧
力と極低温を必要とするため高エネルギーを集中的に用
いる。
種々の化学的媒体により酸素を窒素から分離することは
知られている。空気からの酸素は、非可逆的に多数の化
学的相互反応を生ずることが知られている。さらに、空
気からの酸素との可逆的な反応が起こることも知られて
いる。しかしながら、酸素と化学薬剤とのこれら・の可
逆的反応の大部分は、比較的低いパーセントの酸素のみ
を回収するには十分であるか、あるいはその回収技術は
、工業的連続操業にとっては好ましいものではない。
可逆的化学反応で空気から酸素を分離するの罠実施可能
の代案を提供するものとして、アルカリ金属の亜硝酸塩
と硝酸塩を組み合わせて使用することが知られている。
米国特許第4 、132 、766号には、再生可能な
イし学的方法で空気から酸素を分離する方法が記載され
ている。空気は、酸素受容体を構成する溶融アルカリ金
属塩と接触させられる。酸化された酸素受容体は、取シ
出されて減圧させられ受容体から遊離酸素を再生してい
る。その後、再生された受容体は、さらに新たな酸化を
行なうよう忙循環使用することができる。
米国特許第4,287,170号には、空気から窒素と
酸素を別々に回収する方法が記載されている。この方法
では、溶融アルカリ金属塩混合物が酸素によって酸化さ
れ、その後この塩尻合物を減圧して酸素を回収する第1
の吸収−脱着サイクルが用いられている。残留酸素を含
む吸収領域からの流出物は、その後筒2の吸収領域へ送
られ、そこで例えば酸化マグネシウム等の脱気剤と接触
させて残留酸素が取り除かれる。この吸収領域からの流
出物は、市販純度を有する窒素生成物となる。酸化され
た脱気剤は、還元ガスと接触させて還元を行うことによ
り混合物状態の純粋な組成ではない副生成物として残留
酸素及び還元ガスを含む排気流出物が生成される。
米国%許第4,340,578号には、空気を酸素と酸
素を除去した流れとに分離するだめの別の方法が開示さ
れておシ、この方法では空気を圧縮し加熱しかつアルカ
リ金属塩の混合物と接触させることによって金属塩混合
物を酸化するとともに酸素を除去した流出流を得ている
。その後、酸化された金属塩の混合物を減圧領域で減圧
をして酸素生成物を回収している。再生された塩尻合物
は吸収あるいは接触領域へ循環使用される。そして、酸
素の除かれたガスとなっている吸収領域からの流出物は
、燃料によシ燃焼させて膨張させ処理スチームとの間で
熱交換を行ない、反応に必要な熱及び供給空気及び生成
酸素の圧縮に必要な動力を得ている。この特許には、多
段の吸収及び脱着が考慮されている旨の指摘があるけれ
ど、このような多段での吸収及び脱焉についての正確な
フロー図は記載されていない。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、以下に述べるようにょシ廉価な資本額でエネ
ルギー効率の改良を達成する並列脱着から成る特有なシ
ステムを1史用して高圧酸素を先行技術のものよりも夫
滑に回収できる、上記先行技術の溶融アルカリ金属塩の
混合物を用いて空気から酸素を回収するための改良方法
を提供するものである。
(問題を解決するための手段) 本発明は、加圧空気を吸収領域内で酸素受容体と接触さ
せて酸化を行ない、酸化された酸素−受容体を分離して
脱着領域内で減圧によって’+mさせて酸素と再生され
た酸素受容体とを得て、再生された酸素受容体を吸収領
域へ循環使用する、空気を酸素と窒素に)!!絖的に化
学的に分離する方法に関し、加圧空気を複数段の吸収領
域内で酸素受容体を用いて分離し、谷紋収領域はぼ素を
回収し酸素受容体を再生するための別個の脱着領域に接
続されていることを特徴とするものである。
所望によって、付帯した複数の脱着領域を有する2段の
吸収域で分離を行なうこともできる。あるいは、第1の
吸収領域が互すに直列に連結された2段の付帯脱着域を
有し、個々の脱着領域内で比較的高圧の酸素と比較的中
程度の圧力の酸素を回収するようにすることもできる。
本発明の方法の利点は、本方法の吸収領域からの流出流
として市販純度を有する窒素生成物が回収されるという
点にある。
酸素受容体は、アルカリ金属の亜硝酸塩とアルカリ金属
の硝酸塩との溶融溶液から成ることが好ましい。
上記分離が、互いに他の脱着領域と並列に作動する付帯
した別個の脱着領域をもつ直列に連結された3つの吸収
領域内で行なわれることが好ましい。
また、本化学的分離方法では、約15psiaで処理空
気の約25%の高圧は累と、約6p、siaで処理空気
の約52チの中圧酸素と約2.5psiaで処理空気の
約13%の低圧酸素が回収されることが好ましい。
本発明は、溶融アルカリ金属塩を用いた空気の化学的分
離法に関する先行技術を改良するものである。この先行
技術は、止揚の米国特許第4,132,7664.28
7,170及び4.340.578号とに代表されてお
り、これらの特許はここに本発明の説明中に参照して組
み入れである。
(作 用) 本発明は、空気を酸素受容体と接触させ、酸化状態の酸
素受容体を減圧によって再生する多重吸収−脱着サイク
ルを利用している。そして、各吸収領域から流出する酸
素を除去した流れは次の吸収領域に送られて所定量供給
空気中に含まれていた大部分の酸素が回収される。
アルカリ金属の溶融部硝酸塩及び硝酸塩から成る酸素受
容体を、遊離酸素の一部と反応するような条件下で例え
ば空気のような遊離酸素を含むガス状混合物と接触させ
て凝結用ば化された酸素受容体が得られる。凝結用物質
は、排出されてくる酸素の除去されたガスから容易に分
離され、分解反応によって比較的純粋な形でその酸素を
放出させられる。分解反応は、減圧及び/あるいは加熱
によって起こされ、ストリップガス供給して促進させて
もよい。分解すると、酸化されていた酸素受容体は元の
酸素受容体に戻され、酸素を多く含んだ放出ガスが集め
られる。そして、このサイクルがくり返される。先行技
術には、空気の化学的分離法として/ミンチ式及び連続
式の両方の処理方法が開示されているが、これら両方の
方法とも本願で新たに開示されている方法に適用するこ
とができる。特に、各酸化反応及び分解反応が互いに熱
交換を行うようにして行なわれた場合には、高いエネル
ギー効率が達成でき、それによって、酸化反応釦よる発
熱によって吸熱分解反応で必要な熱の大部分がまかなわ
れる。
酸素受容体は、液体でかつ処理条件で空気と反応させた
場合にも液体状態を保ち、かつ生成酸素中に望ましくな
い不純物を混入させない組成物であることが好ましい。
本発明は、v累受容体の特有な性質を利用する方法から
成シ、それによって酸素の生成に必要なエネルギー址を
実質的に削減している。
酸素受答体は、アルカリ金属塩の溶融混合物である。塩
のアニオン組成は、50−94−の硝酸塩と4−25%
の亜硝酸塩及び0.5−25%の過酸化物及び超酸化物
の複合体からなり、ここにチはモル・/q−セントを意
味する。カチオン組成としては、ナトリウムとカリウム
のあらゆる割合からなるものが掲げられるが、30%−
70%のナトリウム及び残部がカリウムから成るものが
好ましい。
(発明の効果) 本発明の方法で多重吸収−脱着サイクル構成を用いるこ
とによって本願で記載した方式の化学的分離方法におけ
る所定量の供給空気から回収される高中圧の酸素量が増
加する。単一段階での吸収−脱N構成と比較すると、本
発明に係る多重段階方法の収率は以下のとうシである。
表 1′″ 養全ての数値は、供給空気圧力′が100 psiaの
場合のものである。
各種の脱着領域での高圧酸素の回収率が上がればその結
果、酸素生成物を所望のレベルまで再圧縮するのに必要
な機械的エネルギーが少なくなシ、かつ本方法に含まれ
る機械装置に費さ些る資本額も少なくなる。好ましい実
施態様では、3つの吸収領域が直列になっておシそれぞ
れの吸収領域に並列に3つの脱着領域が連結されている
が、理論的には吸収−脱着サイクルの数は幾つでも可能
である。吸着装置の圧力は20−600 psiaが考
慮されておシ、脱着装置の圧力は2−100 psia
が増殖されている。
(実施例) 本発明をさらに良く理解してもらうために、好ましい実
施態様を図面を参照して以下に説明する。
好ましい実#l態様を第1図に図示しであるが、本発明
の利点を理解するために先行技術を表わしている第3図
と対比すべきである。
第1図において、ライン10の加圧清浄空気の供給流が
3つの分離した吸収領域14 、16及び18を有する
多段吸収装置に導入されて本発明の方法が実施される。
各領域で、空気を酸素受容体、好ましくは亜硝酸塩と硝
酸塩混合物からなるアルカリ金属塩の溶融塩溶液に対し
て向流通過させている。
酸素を除去した流出流は、ライン加で吸収装置1f20
から取り出される。この流出流は、市販純度を有する窒
素からなることが好ましい。吸収領域14を通過する最
初の供給空気は、新鮮なあるいは再生をした酸素受容体
と接触させられる。酸素受答体は、空気の流れから酸素
を除去する際に酸化される。一部酸素が除去された流れ
は、仄に後続の吸収領域16を通過する。酸化された酸
素受容体は、ラインnで取シ出され、脱着容器局を構成
する脱着領域に導入される前にバルブ冴により速やかに
減圧される。減圧下に、酸素受容体から酸素が放出され
、オーノーヘッドラインあにょシ容器部から出ていく。
この酸素は、純度の高い層圧酸素生成物である。供給圧
が100 psiaの場合、この酸素生成物は15ps
iaで得られかつ処理空気中の酸素の25係からなるこ
とが好tしい。
再生条件で還元された酸素受容体は、フィン凹で取り出
され、ポンプ32及びライン其で昇圧して吸収装置12
に戻される。
第1段階で酸素が除去されたが依然として残留酸素を含
んでいる空気の流れは、次に吸収装* 1.2の中間領
域16内で第2の量の酸素受容体と接触させられる。こ
の空気の流れからさらに酸素が除去され、かつこの除去
工程で新鮮なあるいは再生された酸・素受容体が酸化さ
れる。そして、酸素がさらに除去された空気は、吸収装
置12の次の領域18を通過させられる。領域16で酸
化された酸素受容体は、ラインあて取り出されバルブあ
にょ)急速に減圧される。酸素受容体は、脱着容器40
をなす脱着領域に導入されて、そこで減圧条件下に結合
酸素が解離されてオーバーヘッド2イン42で容器40
から出ていく。この酸素は、Zoo psiaの供給量
に対して6psj4で回収され、処理空気中の52俤の
酸素からなるのが好ましい。再生状態に還元された酸素
受容体は、2イン44で容器40から底部流として取シ
出されIンヲ゛46とライン48を通って昇圧され本方
法の多段(吸収領域の吸収装置12の中間領域16に循
環返流される。
次に、さらに(9)素の除去された空気流は第3番目の
最后の吸収領域1Bでさらに別の新鮮なあるいは再生さ
れた酸素受答体と接触をし、これら2つの成分の向流中
で酸素受容体が酸化され空気流中の酸素がさらに除去さ
れる。吸収・疾1区12のこの最終領域18から市販純
度の窒素を取シ出し、ライン加で生成物として回収する
のが好ましい。=2化された酸素受答体は、ライン関で
取シ出され脱着容器54fc構成する第3番目の脱術領
域に尋人される前にバルブ52で急速に減圧させる。減
圧条件のもとに、結合酸素は酸素受容体から解放されて
ライン%でオーバーヘッド流として回収される。この酸
素は、100 psiaで送られてくる供給流に対して
2 psiaで回収されて全システムで処理される空気
中の13チの酸素からなるのが好ましい。そして、再生
状態に還元された酸素受容体は、ポンプωとライン62
で当初の昇圧状態で吸収領域へ返還される。
図示はしてないが、ライン四、42及び56から別個忙
回収された酸素生成物は、最終2イン%及び中間2イン
42の酸素回収サイクルを最初のラインあの酸素回収サ
イクルの圧力にまで段階的に再圧縮を行なうことによっ
て一つの高圧流にまとめることができる。各吸収−脱着
サイクルは、アルカリ金属の亜硝酸塩及び硝酸塩及び少
量の過酸化物並びに超酸化物との溶融混合物とから成る
同一のタイプの酸素受容体で行なうことが好ましいが、
各々分離した吸収−脱着サイクルを吸収領域の各段階で
特定の磯度及び圧力で酸素を回収ように外注ブレンドさ
れた個々の別々なrR紫矢受容体溶液することも考えら
れる。
第1図の本方法のフロー図の配置に示されているようK
、各吸収段階は各々直列に連結されていて第1の吸収領
域を通って流れてくる空気流は次に第2の吸収領域tl
−通って送られ最后に最終吸収領域を通過させられる。
吸収領域のこの直列配列と対照的K、脱着領域は並列に
かつ不連続な様態で配置されている。言い換えると、各
直列の吸収領域は、それ自身の分離した別個の脱着領域
をイ1mえている。1つの脱着領域で再生された酸素受
容体は、他の脱@領域へは通されない。吸着領域及び脱
着領域のこの特有な配置によって高圧酸素の回収率が増
大し、エネルギー効率が上り、かつ本発明の装置の資本
額が低下させられる。
第1図の好ましい実#I態様の代案の実施態様が第2図
に示されている。第2図において、別個の吸収領域21
2と216が用いられかつ並列の脱着領域には例えば2
26及び234のような直列に配置されている複数段の
脱着域を含むことができる空気j/L/IW、MIff
i/ib&4−フーJ−ソー/7”+Illル11υ−
hd、<+’=−1::a二aZ177讐さしである。
この方法は、先の好ましい実施態様と同様に作動し、空
気は吸収容器を構成する吸収領域212にライン210
で昇圧して導入される。酸素受答体を構成する溶融アル
カリ金属塩がライン220で導入され空気と向流接触を
して酸化され空気流中の含有酸素を窒素及び残余の成分
とから分離する。そして酸素の除去された流出流は、ラ
イン214で取シ出されて第2の吸収領域216に導入
される。
吸収領域212からの酸化された酸素受容体は、ライン
222で取り出されてバルブ224を通って急速に減圧
される。酸化された酸素受容体は、脱着容器を構成する
脱着領域の第1段階226で一部再成されオーバーヘッ
ドライン228で結合酸素がガス相として減圧下で取シ
出される。一部再生された酸素受容体は、2イン230
で底部流として取シ出されバルブ232を通って直ちに
−Wt低圧レベルに減圧されて脱着容器を構成する第2
4目の直列脱着段234へ導入される。一部再生された
酸素受答体は一中圧で2イン236によシ残留結合は素
をガス相として除去し、よシ大きな減圧下で1部再生さ
れていた酸素受容体を完全に再生する。完全に再生され
た酸素受容体は、2イア238で底部流として取シ出さ
れ、l?ンプで最初の」二昇圧力にまで昇圧されてライ
ン220で7Pンプ240によって吸収領域212に戻
される。
ライン214中の酸素が1部除去された供給空気流は、
次にライン242で吸収領域216に導入される酸素受
容体の第2の流れと2回目の接触をさせられる。酸素受
容体は、この吸収段で酸素の除去された空気流と向流接
触を行ない、酸素がさらに除去された流出流はライ/2
12から取り出される。
仁の流出流は、市販純度の窒素であることが好ましい。
酸化された酸素受容体は、ライン244で底部流として
取り出さ九メルプ246を通って直ちに減圧される。酸
化された低圧のl!l!2光受容体上受容体に別の脱着
容器を構成する脱着領域248に導入される。減圧のも
とに、酸素受容体と化合した結合改素は解放式れ、流れ
252中に[験素ガス相として回収される。この流it
中で低圧は緊は、ライン228で回収される高圧酸素の
圧力までにプローワー圧縮機250によって昇圧される
。再生された酸素受容体は、2イン254で取シ出され
、ポンプ256及びライン242によってその最初の圧
力で戻される。この代案の実施態様では、脱着領域を並
列に配置するとともに吸収領域を直列とした場合のいく
つかの利点が得られる。しかしながら、第2図の第1の
吸収−脱着サイクルはその脱着領域−に直列に配置され
た脱着段を有するが、脱着領域では酸素生成物の圧力は
好ましい実施態様で可能な程には高く維持されていない
という点において第2図のものは、第1図の好ましい実
施態様の変種となっている。
第1図の好ましい実施態様及び第2図の代案の実施態様
の両方とも溶融塩の酸素受容体によって空気を化学的に
分離している第3図に図示した既知の操作法と対比して
みるべきである。任意の数の吸収領域について従来教示
はされてはいるが、第3図では単一の吸収容器312は
直列に配列された吸収領域314と316とからなる。
空気は310で導入され、酸素が除去された流出流はラ
イン318で取り出される。酵素受答体はライン378
で尋人され、j液化きれた酸素受答体はライン320で
取シ出されてパルプ322で減圧され容器324 、3
32及び340を構成する3つの吸収領域で幾つかの圧
力レベルで再生さILる。容器324で最初に再生され
た後、酸素生成物はライン326で回収され、一方1部
再生された酸素受容体はライン328で取シ出されてラ
イン330で減圧される。容器332でさらに減圧され
て、ライン334で新たな酸素が取り出され、一方、さ
らに再生された酸素受容体はライン336で取り出され
て、パルプ338で再度一層減圧される。低圧の酸素受
答体は、容器340で完全に再生さ扛、低圧の酸素がラ
イン342で取り出され、一方、ライン344の完全に
再生された酸素受容体はポンプ346でポンプ圧を加え
られライン348で戻される。
本発明と先行技術との差違は、新鮮な酸素受容体が供給
空気中に含まれている酸素と接触する機k ++ j 
−P l−14a u、l−1−A )−1−17P 
−h フ )+−1斗 ’?k Ilv ”Fは、新た
な吸収段は酸素受容体の単一の流れによって達成される
ので、酸素と結合する能力が減少する。このようにして
酸化された暇素受谷体は、相対的圧力を連続的に/」・
さくするよう還元し本発明で回収されているのと同様の
量の酸素が回収されるようにしなければならない。従っ
て、第1図に見られるように、別個なサイクルの新鮮な
酸素受容体が、吸収装置容器の種々の領域で供給空気流
と接触して、このような新鮮な酸素受容体と結合可能な
最大量の酸素を効率的に回収を行なう。
このようにして結合した酸素を回収するには、供給空気
の流れから除去される所定量の酸素に対してよυ低度な
減圧が必要とされる。言い換えると、酸素受容体の運搬
能力を上げることによって、よシ多くの酸素が減圧のレ
ベルが高位でも回収が可能となる。本発明の空気の化学
的分離方法は、各サイクルの吸収−脱着工程の谷Mif
At、りるいは各分圧及び相対的圧力レベルによシ定ま
る分離平衡機構に依存しているので、Wgの回収4をこ
のように上げることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の好ましい実施態様の簡略化したフロ
ー図であp、第2図は、本発明の代案の実施態様の簡略
化したフロー図であシ、そして第3図は、化学的空気分
離方法における先行技術の簡単化したフロー図である。 10、20,22,30,34,36,44,48,5
0,58.210.214.218゜220、222.
230.238.242.244.254.310.3
18.320゜326、328.334.336.34
2.344.348・・・ライン、12.312・・・
吸収装置、14.16.18.212.216.314
゜31.6・・・吸収領域、24 、38 、52 、
224.232.246 、322゜330 、338
・・・パルプ、部、40.54.22j、 234.2
48゜324、332.340・・・脱着領域、28,
42,56.228.236゜250・・・オー/モー
ヘッドライン、32 、46 、60 、240 。 256、346・・・ポンプ。 特許出願人 エアー、プロダクツ、アンド、゛ケミカル
ス。 イ/コーボレーテツド 化4人 押 1) 良 久し」 FIG、/

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)加圧空気を吸収領域内で酸素受容体と接触をさせ
    て酸化を行ない、1波化された酸素受容体を分離し脱着
    領域で減圧に°よって分解し酸素生成物と再生した酸素
    受容体を得て、該再生酸素受容体を該吸収領域に循環使
    用する空気を酸素と窒素に分離するための連続的化学方
    法において、前記加圧空気を複数段の吸収領域内で酸素
    受容体を用いて分離し、各段の吸収領域が酸素生成物を
    回収しかつ酸素受容体を再生するだめの個別の吸収領域
    に接続されていることを特徴とする連続的化学方法。
  2. (2)付帯した脱着領域を有する2つの吸収領域内で前
    記分離を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載された方法。
  3. (3)第1番目の吸収領域は、2段の脱着域からなる付
    帯脱着領域を有し、該2段の脱着域は互いに直列に接触
    しておシ前記脱着領域から比較的高い圧力の酸素生成物
    と比較的中程度の圧力の酸素とを回収するようにしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載された方法
  4. (4) 最終吸収領域から市販純度を有する窒素生成物
    を回収することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
    載された方法。
  5. (5)酸素受容体がアルカリ金属の亜硝酸塩及びアルカ
    リ金属の硝酸塩の溶融溶液からなることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載された方法。
  6. (6)別個の付帯脱着領域を有する3つの吸収領域内で
    前記分離を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載された方法。
  7. (7) (11素生成物が、高圧、中圧、低圧で回収さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載され
    た方法。
  8. (8) 高圧酸素は約15psia、中圧酸素が約6p
    siaで低圧酸素が約2.5 psiaであることを特
    徴とする特許請求の範囲第7項に記載された方法。
  9. (9)約25%の酸素が高圧で回収され、約52チの酸
    素が中圧で回収でれ、約13襲の酸素が低圧で回収され
    ることを特徴とする特r+請求の範囲第7項に記載され
    た方法。 aO)各脱着領域で回収された酸素生成物が、少なくと
    も02がq9.5%の純度を有する市販純度の酸素であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載された
    方法。 Ql) アニオン組成が50−94’lの亜硝酸塩と4
    −25%の硝酸塩と0.5−25%の過酸化物からなり
    、カチオン組成が30− ’70 %のナトリウム及び
    残りがカリウムからなることを特徴とする特許請求の範
    囲第5項に記載された方法。
JP60033607A 1984-02-23 1985-02-21 多重吸収‐脱着サイクルを用いた溶融アルカリ金属塩による酸素製造方法 Granted JPS60195006A (ja)

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