JPS6048115A - 圧力変動吸着分離法 - Google Patents

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】 この発明は選択的に吸着し得る成分を含む混合ガスを、
非吸着成分ガス流と吸着成分ガス流とに分離する圧力変
動吸着分離法に関する。

圧力変動吸着分離法は吸着剤のガスに対する選択性を利
用して、圧力を変動せしめて、吸着剤にガス中の不純物
を吸着、ｌ］１２Ｗせしめてガスを分離するものであり
、特に水素の分＃１に有効である。

即ち原料たる混合ガスを加圧下で吸着剤の層を通過せし
め、非吸着成分以外の成分を吸着させ、非吸着成分を採
取し、吸着剤が飽和する前に原料混合ガスの供給を止め
て減圧して被吸着剤を肌着させ、さらに非吸着成分の一
部をもって吸着剤を完全に再生し、再加圧して再び吸着
に使用するものである。実装置では以上を１サイクルと
し、複数（４の場合が多い）の吸着剤層を使用し、これ
らのフェーズをずらして順次切替えることにより連続的
に非吸着成分を得るようになっている。吸着剤として活
性炭、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ等の吸着
剤が吸着すべきガスの種類に応じて使用される。

１例としてこの方法で、水素を含有する混合ガスを処理
する場合、原料混合ガス中の不純物はほと／ｖど完全に
除去され、水素の鈍磨は９９．９９９％に達する。即ち
除去すべき不純物は吸着剤に吸着され、水素および一部
の吸着の良（ないガスが吸着されずに流出する。従って
水素を主成分とする流れは、圧力が以前より僅か低下す
るだけであるが、不純物の方は脱着する時脱着圧）ｊま
で、種々のガスが混合しているほとんどの場合大気圧（
場合によっては大気圧以下まで）近くまで減圧して流出
する。即ち４ｑられる水素はｌｆｒ！度が高く、かつ圧
力が高いままで得られるので、これを使用する立場から
は非常に好ましい。

しかし水素の回収率は高くて８０〜９０％、低い場合は
５０〜７０％位で必ずしも満足すべきものではない。特
に原料ガス中の水素の濃度が５０％以下の場合は回収率
はそれに応じて悪くなる。

水素の回収率必ずしも高くないのにかがわらず、広い範
囲の水素源から純水素を経済的に製造でき、装置がコン
パクトで運転が容易であり、スタート、ストップが簡単
である等の利点があるので従来の水素の製造法に代って
圧ツノ変動吸着分離法が広く用いられるようになった。

非吸着成分が最終製品となる場合は以上の通りであるが
、吸着成分の所謂゛不純物″が所望の製品となる場合は
上述とは逆になる。即ち（ａ＞不純物は混合ガスとして
のみ得られ、純粋な製品としては得られない。（ｂ）圧
力はほとんど大気圧に近い圧力でしか得られない。（ｃ
）しかし非吸着成分を主成分として得られる部分以外は
全部不純物の方に流入する。従ってその意味において回
収率は非常に高く、はとんど１００％に近くなる。

実際の化学工業においては所望の製品が、この“不純物
″である場合がかなり多い。しかし圧ノ〕変動吸着分離
法は上述のように、この要求に対して充分満足のできる
対応はできなかった。

我々がこの発明において提供するプロセスは、非吸着成
分ガスの回収率が高く、逆に吸着成分ガスの側から言え
ば吸着成分ガス中の非吸着成分の濃度が低いガスを能率
よく、かつよりコンパクトな装置で得ることのできるプ
ロセスである。

圧力変動吸着分離法において非吸着成分の回収率が、種
々の対策にかかわらず前述の程度に留まっているのは、
主どして空隙ガスのためである。

吸着剤のような固体粒子を使用する場合、充填層に空隙
が生ずるのは避けられないことである。

この空間は吸着には全く関与してＪ３らず、吸着工程の
終りにはこの空間はほとんど供給ガスで満されている。

減圧再生工程においてこのガスは吸着成分流に流入する
ので、結局非吸着成分の回収率を悪くする。このことは
又吸着成分にとっては非吸着成分によって汚染されてい
ることになり、その後処理が必要な場合は、処理の面倒
さの点ではほとんど向上はないということになる。

非吸着成分の回収率を悪くするもう１つの原因は、吸着
工程の終りにおいて吸着床の終端部を未吸着のまま残す
ことである。吸着成分の漏出を防止するためにはこれは
止むを得ないことである。

この未使用の吸着床は吸着剤、空隙共に非吸着成分ガス
によって占められている。このガスは減圧、再加圧の工
程で極力回収するように努められているが、それでも相
当の損失は避（プられない。

我々のこの発明は、これらの非吸着成分の損失を招く要
因をいかにして排除するがという所から始まった。

先ず吸着床の未使用部分をなくする最も簡単な方法は、
吸着床を重複して通過せしめることである。即ち１つの
吸着床のみでは吸着成分が飽和して漏出した時、直らに
不合格製品が流出することになるので、漏出のおそれの
ある時は、必ずそれをバックアップするもう１つの吸着
床を通過させることにより完全に吸着成分の漏出を防止
することができる。即ちそうすることによって吸着床は
完全に飽和するまで使用できるわけである。

複数の吸着床よりなる１組の吸着装置における、このよ
うな使用法は通称“′メリーゴーラウンド方式″ど叶ば
れている。この方式においては再生された吸着床は必ら
ず吸着工程にある吸着床の下流に位置するように配管の
切替によって結ばれていて、仮に吸着成分が漏出しても
下流に位置する吸着床によって捕えられ、系外には絶対
に吸着成分が漏出しないシステムとなっている。

圧力変動吸着分離法において、１つの吸着床を通過した
流れを再びもう１つの吸着床を流す場合は、当然これら
の吸着床の吸着工程の一部分は重複していなければなら
ない。

即ち直前の吸着床において吸着前線が出口端に近づき、
吸着成分が漏出し始める直前に、出口端よりの製品ガス
流を止め、この流れを１つの渡り管路を通して次の吸着
床にその入口端から流入させるのである。このように先
行する吸着床の吸着工程の終りの部分と、次の吸着床の
吸着工程の始めの部分を次々にすべて重複させることに
より、２つの吸着床を重複して通過させ、１つの吸着床
が吸名成分によって完全に飽和するまで使用することが
できる。このようにして１′メリ一ゴーラウンド方式″
と実質的に同じ効果を持つ方式が実施できるのである。

なおこの明細書にいう“直前の″あるいは゛直後の″吸
着床とは、工程的に゛直前を先行している″あるいは″
゛直後後続の″吸着床を意味する。

このように２つの吸着床を重複して流れる場合、各床を
流れる量と圧力の間には複雑な関係が生ずる。この関係
はうまく処理してやらないと順調な運転は雌しい。これ
については後に述べる。

非吸着成分の回収率を上げるために有効なもう１つの方
法は、飽和した吸着床を吸着性ガスによって置換するこ
とである。

吸着成分によって飽和された吸む床の空隙は供給ガスと
実質的に同じ組成のガスによって満されている。吸着工
程に重複した部分がない普通のものでは、出口端に近い
部分に未使用の吸着床が残っている。そしてここの吸着
剤中の吸着成分の濃度は非常に低い。従ってこの場合、
減圧する空隙ガス中の吸着成分は、この未使用床によっ
てかなり捕えられる。しかし未使用吸着床は猶残るので
、ここで置換を行なうのは空隙ガスを置換することのみ
ならず、この未使用床をなくすることにもなるのである
。即ち、この空隙ガスを吸着成分よりなるガスで置換し
てしまえば吸着床の中の非吸着成分を大部分なくするこ
とができる。

場合によっては供給ガス中の吸着力の弱い成分のガスま
で同時に分離したいことがある。例えば炭化水素ガス中
の水素と同時にメタンを分離したいような場合である。

このような場合メタンは重質の炭化水素によって置換さ
れ追い出されるので、吸着床がメタンによって飽和され
メタンが漏出しても吸着を継続し、重質の炭化水素が漏
出づ゛るまで吸着を継続するのである。このようにする
ことにより、水素と同時にメタンも分離することができ
る。

このような目的に対しても我々の提供する分離法は好適
である。何故なら我々の方法では吸着床が飽和Ｊ“るま
で運転可能であり、軽吸着成分を充分追い出せるからで
ある。

また次に述べる精製減圧、あるいは減圧後の置換によっ
て軽吸着成分を更に追い出せるのである。

追い出されたガスは吸着工程が重複している場合は、そ
のまま次の吸着床に導入すればよい。即ち吸着工程の終
りに直後の吸着床に流入させていたのと同じ経路で、置
換ガスを直後の吸着床に追い出せばよいわけである。こ
の置換は減圧を行う前に、吸着と同じ圧力で行えばよい
。

吸着工程に重複部分がないものでは、追い出されたガス
の進入先に適当な場所を選定しなければならない。一般
的にしばしば利用される進入先としては供給ガスを昇圧
する圧縮設備がある。この設備の適当な圧ツノの所に送
入することにより追い出されたガスはリサイクルされる
のである。

このようにすることによって、吸着成分の中の非吸着成
分は大部分なくなるのであるから、このことは非吸着成
分の回収率が飛躍的に向上することを意味し、また吸着
成分の中の非吸着成分の濃度も非常に低いものとなる。

吸着成分はほとんどの揚合混含ガスであるが、次の処理
が必要の場合、その処理は格段に容易になる。なおこの
置換用の吸着性ガスは、吸着成分の流れの、その優に処
理されるものの中から最も適したものを選べばよいので
あるが、この後の脱着工程でｔ９られる吸着性ガスを昇
圧してもよい。

置換ガスは単に空隙ガスと入れ代るだけでなく、吸着剤
に吸着されている成分とも置換する。即ち吸着力のより
強いガスを置換ガスとして選べば吸着剤に弱く吸着され
ているガスを追い出１ことができる。例えば炭化水素に
おいて、吸着剤に弱く吸着されているメタンはエタン、
プロパンなどにｊ二つて置換される。

前述の吸着工程および置換によって、非吸着性ガスの回
収率は高まり、吸着成分ガス中の非吸着性ガスのｍ度は
低下する。この回収率を更に高めるとか、あるいは吸着
成分ガス中の非吸着性ガスのｌ１ｌｆｆをさらに低める
必要のある場合、あるいはそのような目的を置換工程を
行なわずに成程度達したい場合には、次の減圧によって
目的を達することができる。

吸着を終った床から減圧によって空隙ガスを追い出し、
および減圧によって容易に脱着する弱く吸着されている
成分を追い出し、で、吸着性ガス中の非吸着性ガスの濃
度を下げる方法は公知であり、広〈実施されている。

吸着工程を終った吸着床は脱着のためいずれにしても減
圧することには変りないのであるが、ここで述べている
減圧とは特許請求の範囲第１項の（Ｉ［）−（Ｂ）に述
べているように分離ｑたガスは吸着性ガスとしてぞのま
ま製品ガスとすることはせず、再加圧工程にある吸着床
に流入させることである。即ら（ｎ）−（Ｂ）に述べて
いる減圧工程で流出したガスは、脱盾再生が終って再加
圧工程にある吸着床に流し込まれ、そこで再び吸着分離
が行なわれるので、最終の製品ガス流に両者が混合する
ことはない。

つまりこの減圧工程は中間圧力まで減圧することにより
、吸着性ガス流の製品ガス中の非吸着性ガスの濃度を更
に下げようとづるのであり、精製減圧とでも言える工程
である。（以下精製減圧と称Ｊ）。従ってこの精製減圧
はそのような必要性がないような場合には流出したガス
は全部吸着性ガス流と沢合して回収される。

吸着成分ガス中の非吸着成分の濃度を最低にするために
は精製減圧が終った後、もう１度吸着性ガスによって置
換するのがよい。それによって吸着床の非吸着成分は完
全に掃除され、その濃度は最低となる。

このにうに低圧で置換をするので、一定の容積の吸着床
の置換に要するガス量が少なくてすむという利点がある
。しかし先の置換（高圧）でも述べたように、この置換
ガスの送り先をよく考慮しておかねばならない。

この工程はまた、吸着工程の直後の置換を、置換ガスの
関係上実施できないような場合、あるいは１回の置換で
、より有効に非吸着成分を追い出したいような場合、行
うことができる。

即ち精製減圧の後、置換を行うとすれば、置換すべきガ
スの絶対（５）は圧力が下っている関係上、それだけ少
くなる。即ち置換ガス量を一定とすれば、より完全な置
換ができる。また圧力が低いことは置換ガスを造るため
の動力も少くてよい。減圧してから置換することによっ
て、弱く吸着している成分を置換によって追い出すこと
が容易となる。

我々の発明の要点は以上述べたように独特の吸着工程、
置換工程および精製減圧工程にあるわ【プであるが、こ
れらの工程の組み合Ｖをプロセス的にわけ、工程の順序
および特許請求の範囲に示した項目によって示せば以下
の通りとなる。

（イ）吸着（重複部分なし）→置換（高圧）→精製減圧
→減圧説着→再加圧 （Ｉ）−（Ａ）、（ａ　）、（ｂ）、（ＩＩ）−（Ａ）
、（Ｂ）、（Ｉ［［）、（ＩＶ　） （ロ）吸着（重複部分なし）→置換（高圧）→減圧脱着
→再加圧 （Ｉｉ（Ａ＞、（ａ　）、（ｂ）、（Ｉ［＞、−（Ａ＞
、（Ｉ［［）、（ＩＶ） （ハ）吸着（重複部分なし）→精製減圧→置換（低圧）
→減圧脱着→再加圧 （Ｉ＞−（Ａ）、（ａ）、（ｂ）、（ＩＩ）−（Ｂ）、
（Ｃ）、（ＩＩＩ）、（ＩＶ） （ニ）吸着（重複部分なし）→置換（高圧）→精製減圧
→置換（低圧）→減圧脱着→再加圧（Ｉ）−（Ａ）、（
ａ）、（ｂ　）、（ｎ）−（Ａ＞、（Ｂ）、（Ｃ）、（
ＩＩＩ）、ＮＶ）（ホ）吸着（重複部分あり）→精製減
圧→減圧脱谷→再加圧 （Ｉｉ＜８）、（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）、（Ｉ
Ｉ）−（Ｂ）、（ＩＩＩ）、（ＩＶ）（へ）吸着（重複
部分あり）→置換（高圧）→精製減圧→減圧１ｌ１２着
→再加圧 （Ｉ）−（Ｂ）、（ａ　）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ　）
、（ｅ）、（ＩＩ）−（Ａ＞、（Ｂ）、（ＩＩＩ）、（
ＩＶ　） （ト）吸着（重複部分あり）→＠換（高圧）→減圧脱着
→再加圧 （Ｉ）−（Ｂ）　、（ａ）　、（ｂ）　、（Ｃ）　、（
ｄ）、（ｅ）、（ＩＦ＞−（Ａ＞、（Ｉ）、（ＩＶ）（
チ）吸着（重複部分あり）→精製減圧→置換（低圧）→
減圧脱着→再加圧 （Ｉ）−（Ｂ）、（ａ゛）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）、
（ＩＩ）−（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｉｆｆ＞、（ＩＶ）（す
）吸着（重複部分あり）→置換（高圧）→精製減圧→置
換（低圧）→減圧脱着→再加圧（丁１（８）、（ａ　）
、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｎ）−（Ａ＞、
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｉ［ｌ）、（ＩＶ　） これ以外の組み合せもあり得るが、公知であったりまた
特に利点のないものとして省略する。

以上の各ケースを第１図に説明的に示しである。

図において水平な部分は吸着、および置換工程で、右下
りの部分が減圧、脱着工程を示す。

猶（イ）〜（ニ）は吸着工程に重複部分がないケース、
（ボ）〜（す）は吸着工程の始まりと終りの部分が直前
、直後の吸着工程と重複しているケ−スである。

（イ）これは吸着工程の次に吸着床のガス置換を行うも
のである。前の述べたように置換は空隙ガスおよび出口
端近くの未使用吸着床内のガスについて行なわれる。置
換によって追い出されたガスは装置外に導き、そこで処
理しなければならない。このプロセスは従来のサイクル
に＠換工程をつけ加えたものである。

（ロ）　（イ）のケースとほとんど同じ。

精＠減圧を行なわないものである。

（ハ）これは精製減圧を行なって中間圧力まで減圧した
あと置換を行なうものである。吸着圧力で置換せず、中
間圧力で置換するのは、置換の効果が大きいことによる
が、また置換ガス源の事情によることも多い。即ち例え
ばこれに適当なガスの圧力が吸着圧力に対しては不足で
あるとか、吸着圧力では液化する恐れがある等の理由な
どがある。

（ニ）これは置換を吸着が終った直後（高圧）と、精製
減圧の後の中間圧力（低圧）の２回行うものである。２
回行うというのは、非吸着ガスの回収率をあげるという
効果もあるが、むしろ吸着ガスの純度を上げる目的の方
が強い。

（ホ）このケースは吸着工程を除き他は従来と変りはな
い。即ち吸着工程の前後を直前、直後の吸着床と重複さ
せることにより吸着床の未使用部分をなくしたものであ
る。中間１力までの減圧によって流出した、空隙ガスお
よび減圧によって脱着された弱く吸着されていたガス成
分は、脱着が終った再加圧工程の吸着床に導入され再び
吸着分離される。

このケースの利点は未使用吸着床がなくなることにより
、吸着床の体積が小さくてすむこと、空隙ガスが少なく
なり、その分だけ非吸着成分の回収率が高くなることで
ある。

へ）これは前述（ボ）にさらにガス置換を行なうもので
ある。

この＠換工程により非吸着成分は大部分追い出されるが
、置換によっても追い出されなかったガス、吸着剤の中
に入りこんでいる非吸着性ガス、および弱く吸着されて
いる吸着成分等が猶残っている場合が多いので、これを
更に追い出すものである。

中間圧力までの減圧によって、これらのガスはほとんど
完全に追い出される。中間圧力としてはこれらのガスは
なるべく完全に流出し、目的の吸着成分はなるべく脱着
しないように適当な圧力が選ばれる。しかし目的の吸着
成分が多少流出しても、これらは再加圧工程にある吸着
床に導かれ捕えられてロスとはならないので、僅かの洩
れは許容される。

この方法によって非吸着成分ははとｌυど完全に回収さ
れ、吸着成分流中の非吸着成分の濃度は最低となる。

（ト）このケースは（ホ）の吸着工程の後に置換工程を
行ない、空隙ガスを吸着性ガスによって置換し、追い出
されたガスはその時再加圧工程にある吸着床に流し込む
ものである。この置換を行なうことにより、吸着性ガス
中の非吸着成分の濃度は順転に減少する。このことは非
吸着成分の回収率を高め、吸着性製品ガスの純度を高め
ることになる。

置換ガスとしては吸着性ガス、あるいはこれを処理して
得られた成分ガスの中から適当なものを選択すればよい
。この置換は単に空隙ガスと置換するのみならず、吸着
剤に弱く吸着されている吸着成分とも多少は置換するこ
とが可能である。

（ヂ）これは（ハ）と同じように、中間圧力まで減圧し
た後置換を行なうものである。この意味は（ハ）と同様
である。

（す）これは（ニ）と同じように置換を高圧、低圧の２
回行なうものである。非吸着成分の回収率、吸着成分の
純度共に最高となる。

前述の工程によってほとんど吸着成分だけになって、ガ
スは吸着床から脱着回収される。

従来の圧力変動吸着分離法法では空隙ガス、あるいは未
使用吸着床内のガス等、非吸着成分がかなりあり、それ
らの廃物利用という形で、いかにしてこれらをうまく吸
着床の脱着再生に利用するか、という点に技術のポイン
トがあったように思われる。しかし本発明の方法におい
ては、これまでの説明で明らかにしたように、吸着床の
肌着再生に利用できるような非吸着成分の廃物は極めて
僅かか、はとんどない。

また吸着成分をなるべく純粋に得ようとする時、脱着再
生用非吸着成分ガスあるいは第三者のガスを使用づるわ
けには行かない。即らｍ２着再生は非吸着性ガスを使用
しないで行わな（ジればならない。

前述のケース（ロ）、（ホ）の場合は、減圧ガスに非吸
着成分を僅かに含んでいるとか、゛あるいは減圧の始め
の部分に吸着の弱い成分が多く含まれているということ
が考えられる。このようなガスは吸着床のパージに使用
できる。しかし置換、精製減圧を行なうような場合、特
に例えば（ニ）、（す）などの場合は減圧ガスには非吸
着成分はｌＪとんどなく、パージ用としては不適当であ
る。

従ってこのような場合は主として減圧、場合によっては
大気圧以下までの減圧によって脱着を行わねばならない
。あるいは吸着性の弱いガスをもって、場合によっては
このガスを加熱してパージを行うことによって脱着を促
進できる。あるいは脱着の困難なガスに対しては、真空
減圧＋１３よびガス（あるいは熱ガス）によるパージを
併用しなければならない場合もあるであろう。

このパージ用のガスはその吸着性のみならず、加熱によ
って変質しないこと、脱着ガスの後処理の面倒さ等を考
慮しで決めらるべきである。

我々の場合、脱着の条件は、吸着および精製減圧の条件
によって自ずと決り、それに対して最適の脱着法をとれ
ばよいのである。

脱着に対しては次のような方法が有効である。

この方法は脱着された分離ガスを、次の処理のため昇圧
する時に有効に利用できる。

このような場合現状では減圧分離されたガスは、最も低
い圧力の所に集められて圧縮機にかけられ昇圧されてい
る。

我々の方法は減圧しつつ流出するガスを複数の圧力レベ
ルに区切って圧力をあまり落すことなく、そこから昇圧
するのである。このようにＪることにより圧縮に要する
動力が大いに減少する。

この圧力レベルは多くすればそれだけ動力の節約は大き
い。しかしむやみに多くするわけにも行かない。実際に
は圧縮機の圧ノコ段に合わせるのが最も合理的である。

第８図に示すように分離ガスの圧力レベルを圧縮機の吸
入圧ｔｔのレベルに合せておけばよいのである。

なおこのように圧縮機で昇圧されたガスは前に述べた置
換ガスとしても適当である。圧縮機から吐き出されたガ
スはかなり温度が上っているので弱く吸着されている成
分を追い出す効果があるからである。

説盾が終った吸着床は次に再加圧工程に入り、吸着圧力
まで昇圧される。

再加圧に使用されるガスは供給ガス、非吸着性製品ガス
、あるいは精製減圧ガスが使用できる。

この工程で吸着床に導入されたガスはいずれにしても吸
着成分、非吸着成分に分離され製品になるのであるから
、例えば非吸着性ガスを多く使用しても、非吸着ガスの
回収率には変りはない。

しかし供給ガスあるいは精製減圧ガスを導入することは
、吸着工程が実質的に始まっていることを意味する。従
って吸着工程の始まりに出口端から吸着成分が漏出せぬ
限り、これらのガスをなるべく多く導入することによっ
て再加圧するのが得策である。何とならば非吸着性製品
ガスの代りに供給ガスで再加圧することは、この吸着分
離装置がそれだけ多く仕事をしたことになるからである
。

非吸着製品ガスは再加圧の終りの時期に出口端から向流
に流入させ、出口端附近を清浄にすることにより、吸着
工程の始まりに吸着ガスが漏出することを防止層るよう
にすることが推奨される。

供給ガスあるいは精製減圧ガスは勿論入口端から導入す
るのがよい。

以上１つの吸着床の１ザイクルについて述べた。

圧力変動吸着分離装置としては複数の吸着床を使用し、
このサイクルを一定の間隔を置いて、ずらして行い、結
果的にほとんど連続的に吸着分離を行なうのである。

必要な吸着床の数は吸着工程に必要な時間とこれを減圧
ｌｌ５２着、再加圧する工程に要する時間との関係で決
ってくる。またこれらの時間は供給ガス中の吸着成分ガ
スの濃度によって変ってくるので、結局吸名床の数は主
として供給ガス中の吸着成分ガスの濃度によって決ると
いうことになる。

例えば吸着成分ガスの濃度が非常に薄い場合は吸着床の
飽和に時間がかかり、吸着性ガスのｍが少ないのでその
割には脱着に時間はかからない。

数が最も少ない場合は２である。即ちこの場合は吸着工
程と減圧、脱着、再加圧工程を交互に使用することにな
る。但しくＩ［）　−（Ｂ）のｆｉ製減圧を行なう場合
は、減圧する床と、その減圧ガスを受入れる床の少くと
も２つの床が吸着工程以外にあらねばならず、即ち吸着
床を３つ設備するか、あるいは中間タンクを設備し、減
圧ガスを一時これに溜めておき、脱着再生が終ってから
その床に流入させるようにしなげねばならない。

吸着成分ガスの濃度が大きくなるに従って吸着床の数は
３．４と多くなる。従来の圧力変動吸着分離法法では非
吸着成分ガスの回収率を上げるため、多くの吸着床を持
ち、複雑なサイクルを採用したプロセスおよび装置が見
受けられる。我々の方法によれば非吸着成分の回収率お
よび吸着成分の純度は床の数とは無関係に高くできるの
である。

我々が吸着床の数を多く必要どするのは、あくまで前に
述べた吸着工程、減圧、肌着、再加圧工程に夫々型する
時間の関係に基ずくものである。従って吸着成分の濃度
が通常の場合は、吸着床の数は３．４．５で充分であり
、またこの場合が最も頻度は高い。特に４という場合が
多い。

特に濃度が低い場合は２、高い場合は６が稀に必要であ
るが、それ以上はほとんど必要としない。

先に述べたように、我々の発明の重要な点の１つは、１
つの吸着床の吸着工程の始めの部分と終りの部分を、直
前直後の吸着床の吸着工程の夫々終りの部分と始めの部
分と重複させることである。

従ってこの部分では供給ガスの大部分ないし一部分は２
つの床を重複して流れるわけである。また吸着工程を終
った吸着床を置換ガスで掃除する場合もこのガスは２つ
の床を流れる。

この関係を２つの吸着床Ａ、Ｂのみについて示せば第２
図および第３図のようになる。

さて吸着床を通常流れるガスの全量を１００％とした時
、吸着床Ａを通り１つの渡り管路を経てＢ床の入口端か
ら流入づ−るｍ＠ａ％、直接Ｂ床に入る供給ガスの量を
ｂ％、Ａ床、Ｂ床を流れる置換ガスの量を０％とする。

このようにガスが流れる場合、流れのパターンが変る毎
に圧力降下が変るので、それが全体のサイクルに悪影響
を与えないように考慮しな【プればならない。

供給ガスの流量はなるべく変化しないようにづることが
望ましい。その意味で　ａ＋ｂ＝１００％が望ましい。

ａ＋ｂが１００％に等しい場合、ａが１００％の時が圧
力降下は最大で、ｂが１００％の場合が圧力降下は最小
である。

しかし本発明の場合、ａ＝Ｑ、従ってｂ＝１００％とい
うことはあり得ない。ａの量を小さくすることは、吸着
床Ａからの製品ガスの流れから、Ｂ床えの流れに切替で
かう、Ａ床が完全に飽和するまでの時間く第３図におい
て■から■）が長くかかることを意味する。これが長Ｊ
ぎると１サイクルの間の吸着以外の使用される時間が短
かくなり、それが都合が恕ければ結局サイクルの時間が
長くなることになる。仮にａ−ｉｏｏ％とすれば、この
時間は最短となるが、１００％の流れが２床を流れるの
で圧力降下は最大である。この圧ノｊ降下とサイクルの
時間の両者を共に満足させることはできないが、ａ１ｂ
共に５０％程度の場合が妥当な線であろう。

この場合でも１００％の流れが１床のみを通過するのに
比すれば圧ツノ降下はかなり大きくなる。

全体の圧力降下を上記に比し、なるべく押えるためには
、ａ＋ｂの量を減らさねばならない。例えばこれを７０
％に減するとずればＢ床内の圧力降下は約１／２となり
全体でも１００％流量１床通過、の場合の圧力時下位に
納まるであろう。しかしこの流量変動が供給ガスの圧力
源に悪影響を及ぼさぬためには、この供給ガスの一部を
再加圧工程の吸着床に流したり、あるいはザージタンク
を設けるなどの手段が必要である。

置換工程においても同様の問題がある。

置換工程においてＢ床への供給ガスのａｂを１００％と
するとへ床から流入する置換ガスのｆｆ１ｃはそれに上
東ゼになるので、Ｂ床の圧力降下はかなり大きくなる。

例えば、Ｃを５０％とすれば、ｃ＋ｂは１５０％となり
圧力降下は２２５％となり、これは前述のａが１００％
で２床通過の場合より大きくなる。この場合Ｂ床の供給
ガスのｆｆ１ｂは減らしたくないので、結局一時に大量
に置換するのは、このような理由により限界がある。

以上を総合すると、この重複した場合、の望ましい流量
として ａ＋ｂ＝１００〜７０％　・・・・・・・・・（Ａ）式
８式％ （Ａ）式を満足づるａｌｂの値をとればよい。

最も望ましい範囲として ａ−６０〜４０％ ｂ−４０〜６０％、 特にａ　＝５０％、ｂ　＝５０％程度が最も妥当なＭで
あろう。

置換ガスの量Ｃとしては５〜５０％が望ましく、５〜３
０％が最も望ましい。

装置の設計にあたっては、吸着床、管路、弁等の抵抗を
上述の条件から良り考慮して、行なわねばならない。

供給ガスと非吸着製品ガス流との間の圧力降下は通常の
ものより多少大きくなるのは止むを１ｑないことである
が、これは設計によってかなり小範囲に止めることがで
きる。

我々の発明による圧力変動吸着分離法をサイクルダイア
グラムおよびフローシートによって説明する。

第４図および第５図は前述第１図（ホ）の方法を３床型
について実際化したものである。ダイアグラムには横軸
に時間、縦軸に各吸着床の圧力を夫々示しである。

第４図　吸着床Ａについて説明づると、（Ｉ＞は吸着工
程で、その始まりの部分（Ｉ）−（Ｂ）、（ａ　）はＢ
床と、終りの部分（Ｉ）−（Ｂ）、（ｄ）、（ｅ）はＢ
床と重複している。即ちここでは夫々Ｃ床を流れた供給
ガスが始まりの部分に、終りの部分を流れた供給ガスは
Ｂ床に流入する。

吸着工程が終ると次の精製減圧工程（Ｉ［）−（Ｂ）に
うつる。ここで非吸着成分、あるいは弱く吸着されてい
る成分が流出し、これはＢ床の再加圧工程中に流入する
。床は更に減圧脱着（ＩＩＩ）され再生される。

脱着再生の方法は特に限定はなく、このプロレスに適し
た方法ならいずれでも使用できる。この脱着の程度は装
置全体の能力に関するので、より完全な脱着が望ましい
。

脱着再生が終ったら床は再加圧（ＩＶ）される。

再加圧には精製減圧ガス、供給ガスを入口端から、最後
に非吸着性製品ガスを出口端から入れて再加圧を終る。

第５図に第４図のプロセスのフローシートを示す。

供給ガス２１は各吸着床、例えば１１−Ａ入口３１ａか
ら入り、３２ａから非吸着性製品ガスとして流出する。

２床をまたがって流れる場合は例えば、３３ａ−２６−
３４ｂと経て、次の床Ｂに流入する。

Ｖｉ製減圧の時は３３ａ−２６−３４ｃを経てＢ床に流
入する。第５図には減圧ガスタンク１２を置き、パージ
用に利用するものを示しである。即ち精製減圧の後、更
に減圧するガスを１２に蓄え、次にこのガスで吸着床を
向流にパージづるものである。

吸着性ガスは３５ａから２３へ流出する。

第６図は前述のケース（へ）を４床型に適用したダイＸ
７グラムである。

吸着床Ａについて説明すると、吸着工程（Ｉ）の前後は
夫々直前、直後の吸着床の終りと、始めの部分と重複し
ている。始めの重複が終ってＡ床のみの吸着となった所
（ＩＩ＞−（Ｂ）、（ｂ　、＞、（Ｃ）で、前の床りか
らの置換ガスを受入れる。

吸着工程が終ると置換工程（ｎ）−（Δ）を行う。Ａ床
を追い出された置換ガスはＢ床に入る。

置換が終ると床は減圧される。精製減圧工程（Ｉ［）−
（Ｂ）で放出された減圧ガスは、その時再加圧工程にあ
るＣ床にその入口端から流入する。精製減圧工程で、残
存する非吸着成分を最終的に放出し、床は減圧脱着工程
に入る。ここで脱着されたガスは吸着成分流の製品ガス
となる。ここでも脱着が非常にｍ要なことは言うまでも
ない。

脱着再生された吸着床は供給ガス、精製減圧ガス、非吸
着性製品ガスによって再加圧される。非吸着性製品ガス
は再加圧工程の終りに出口端から向流に導入するのが望
ましい。

以上のザイクルを組み立てるにあたって、床内を流れる
ガス流のタイミングが丁度合わない場合、中間ザージタ
ンクを置いて、時間調整を行なう手段が本発明において
も必要があれば適宜使用される。

第７図に第６図に示したプロセスの７０−シートを示す
。

この例においては真空ライン２４、およびパージガスラ
イン２７が付は加えられている。

供給ガスは２１から供給される。吸着床１１Ａが吸着工
程の時３１ａから床に入り、３２ａから非吸着性製品ガ
スが２２ラインに流出する。Ａ床から吸着成分が流出し
始める前に３２８を閉じ、３３ａ−２６−３４ｂと流し
、同じく供給ガスは３１ｂを開き、一部はＡ床を経由し
、一部は直接Ｂ床に流入させる。Ａ床が完全に飽和する
と３１ａを閉じ、３１ｂを全開し、供給ガスの全量をＢ
床に流す。３７ａを聞き置換ガスライン２５からＡ床に
置換ガスを流入させ、追い出されたガスは３３ａ２６−
３４ｂと経由してＢ床に流入させる。

置換が終るとＡ床は精製減圧工程に入る。

即ち３７ａ、３４ｂを閉じ、３４Ｃを開き再加圧工程に
あるＣ床に減圧ガスを流入させる。

精製減圧工程が終ると３３８を閉じ、３５ａを開き吸着
製品ガスライン２３に流出させる。この脱着工程でパー
ジガスライン２７、真空ライン２４を適宜使用し１２着
をより完全に行う。

次に実際の例につき説明する。

例１　アンモニアの分離 圧力　５０に＋１／ｃｎｆＵ 供給ガス　アンモニア合成反応ガス 置換ガス　アンモニアガス 吸着剤　３Ａ型ゼオライト （ガス組成　ＶＯＩ％） 供給ガス　分離ガス　分離アンモニア Ｈ２６３，８７０，９１０，Ｃ Ｈ２２１，２２３，６３，３ Ｎ　Ｈ３１０，０−−８５，９ ＣＨａ　Ａ　ｒ５，０　５．５　０．８例２　天然ガス
よりプロパン、ブタンの分離圧力　５ｋａ／ｃｄ＋１ 置換ガス　プロパン 吸着剤　活性炭 供給ガス　分離メタン　プロパン ＣＨ４７８，０８５，３、− Ｃ２Ｈｓ　１３．５　１４，６　１．２０３　Ｈｓ　６
’、８　０，１　７８．’８Ｃ４１」＋ｏ　１．４　−
　１６．５ Ｃｓ　ＨＯ，３３，５ ２ 例３　石油精製オフガスの分離 圧力　５．５ｋｇ／ｃｉｌｌＪ 吸着剤　活性炭 置換ガス　エタン 供給ガス　非吸着ガス　吸着ガス Ｈ２１２，Ｏ２５，５− Ｃト１４　３５．０　７４，２　０．２Ｃ２Ｈ４１３，
５０，１２５，３ Ｃｚ　ｔ」ｓ　２５，１　０．２　４７．３Ｃ３Ｈ６４
，５８，５ ＣａＨｓ　８，４　−１５．９ Ｃ＜　Ｈ＋ｏ　１．５　２．８ 例４　エチレン分解ガスの分離 圧力　６ｋＱ／ｃｄＱ 吸着剤　活性炭 置換ガス　エタン 供給ガス　非吸着ガス　吸着ガス ＋１２　１５．４　３８．１　− ＣＯＯ０３０，５０，Ｉ ＣＨ４２４，９６１，１０，２ Ｃ２ト１　２　０．５　０．８ Ｃ２Ｈ４３５，３−’　５９．３ ０２　トＩｓ　８．３　０．３　１３．８Ｃ３Ｈ４０，
５０，８ Ｃ３Ｈ１６１１，０−’　１８；５ Ｃ３１−１ｓ　Ｏ，２０，３ Ｃ４トＩｓ　１．７　２．９ Ｃ４Ｈｓ　１，７　２．９ Ｃａ　Ｈ＋＠０．１　０．２ ０５−　０．１　０．２

【図面の簡単な説明】 第１図　Ｖイクルの組み合せ 第２図　吸着床を重複して流れる場合 第３図 ａ：Ａ床を流れる司　％ ｂ＝Ｂ床を流れる最　％ Ｃ：置換ガス流ｍ　％ 第４図　３原型サイクルダイヤグラム 第５図　３床型フローシート 第６図　４原型サイクルダイ〜７グラム第７図　４床型
フローシート 第８図　階段的１１ｆ２　Ｍ法 （Ｉ＞−（Δ）　吸着工程（重複なし）（Ｉ）−（［３
＞、（ａ）　（始めの 重複部分） （Ｉ）−（Ｂ）、（ｂ）、（Ｃ）　〃　（重複していな
い部分） （Ｉ）−（Ｂ）（ｄ　）、（ｅ）＃（終りの重複部分） （ＩＩ）−（Ａ＞　置換（高圧）工程 （Ｉ［＞−（Ｂ）　精製減圧工程 （ＩＩ＞−（Ｃ）　置換（低圧）工程 （Ｉ［［）　減圧脱着工程 ＜ＩＶ）　再加圧工程 １１Ａ、Ｂ、Ｃ，ｏ　吸着床 １２　減圧ガスタンク １３　真空タンク ２１　供給ガス入口 ２２　非吸着性製品ガス出口 ２３　吸着性製品ガス出口 ２４　真空ライン ２５　買換ガスライン ２６　渡り管路 ２７　パージガスライン ３１ａ　、　ｂ　、　Ｃ、ｄ　供給カス人口弁３２ａ、
ｂ、ｃ、ｄ　非吸着性製品ガス出口弁３３ａ　、　ｂ　
、　ｃ　、　ｄ　渡り管路山口弁３４ａ、、ｂ、ｃ１ｄ
　７Ｆ　人口弁 ３５ａ、ｂ、ｃ、ｄ　吸着性製品ガス出口弁３６　ａ　
、　ｂ　、　Ｃ、ｄ　／Ｉ　／Ｉ　真空人口弁３７ａ、
ｂ、ｃ、ｄ　置換ガス人口弁 ３８ａ　、　ｂ　、　ｃ　、　ｄ　パージガス人口弁４
１　減圧ガス弁 ４２　１７　〃 出願人　東洋エンジニアリング株式会社十ｚ図 、１７３図 尤牛口 才５図 １６１図 オフ図 才ｆ３図 手　続　補　正　書　（方式） ％式％ ２、　発明の名称　圧力変動吸る分割？ム３、　袖１Ｆ
をづる者 事件との関係　特５′Ｉ出願人 （２＞　４０頁２行目　「吸着床を重複して流れる場合
」の後に「の説明図」を挿入 （３）　４０＠３行目　１゛〃」の代りに「吸着床をｍ
復して流れる場合の説明図」を挿入する （４）　４０頁１１行目　「階段的ＩＩｉ着法」の後に
「フローシートＪを挿入する （５）　４０頁１３行目　「ｌＩ」の代りに「吸着工程
」を押入りる （６ン　４０負１５行目　Ｆ　Ｉ！　Ｊの代りに「吸着
工程」を挿入する （７）　４０頁１７行目　１’　ｌ　Ｊの代りに「吸着
工程Ｊを押入りる （８）　４２頁１行目　「〃」の代りに「渡り筒路」を
押入する ＜９＞　４２頁３行目　「　〃　〃　Ｊの代りに「吸着
性製品ガス」を挿入する （１０）　４２頁７行目　［ｎ　ｎ　Ｊの代りに「減圧
ガス弁」を挿入する ７、　添付書類の目録 なし

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　複数の吸着床よりなり、各々の床は吸着、減圧
   、脱着および再加圧の工程を順次循環して行い、各床の
   工程サイクルを一定の間隔でずらして行うことにより、
   圧力下に供給される混合ガスを連続的に非吸着成分ガス
   流と吸着成分ガス流とに分１ｉｌｌｆする圧ツノ変動吸
   容分離法において、１つの吸着床について、 （Ｉ）　吸着工程として次の（Ａ）、（Ｂ）のいずれか
   の工程を行ない、 （Ａ）　吸着工程は直前の吸着床の吸着工程が終ったら
   直ちに始まり、該吸着床の吸着工程が終ったら直ちに直
   後の吸着床の吸着工程が始まり、（ａ　）供給ガスは該
   吸着床の入口端から流入し、吸着床を通過して出口端か
   ら流出し、 （ｂ）該吸着床の出口端から吸＠成分が漏出し始める直
   前に、供給ガスの供給を停止して、この床の吸着工程を
   終り、 （Ｂ）吸着工程の始めの部分と終りの部分が、夫々、直
   前の吸着床の吸着工程の終りの部分と、直後の吸着床の
   吸着工程の始めの部分と重なり合っており、 （ａ＞始めの重なり合っている部分においては、供給ガ
   スの全部ないし一部分は、一旦直前の吸着床を通過して
   、その出口端から１つの渡り管路を通って該吸着床の入
   口端を経て該吸着床に流入し、残りの部分は直接入口端
   から該吸着床に流入し、両者は合流、吸着床を通過して
   、その出口端から流出し、 （ｂ）直前の吸着床を経由する流れが停止すると、供給
   ガスの全量が直接人口端から該吸着床に流入し、吸着床
   を通過してその出口端から流出し、（Ｃ）後述の（ｎ）
   −（Ａ）の置換工程を行なう場合には、直前の吸着床を
   追い出された置換ガスを入口端を通じて受け入れ、 （ｄ　）該吸着床の出口端から吸着成分が漏出し始める
   直前に、供給ガスの量はそのまま、ないしは１部分に減
   じ、かつその出口端からの流れは該渡り管路を通って、
   直後の吸着床の入口端よりその床に流入するようにし、
   一方供給ガスの残りの部分は直接、直後の吸着床に流入
   し始め、（ｅ）該吸着床が吸着成分で飽和し終ったら、
   これに対する供給ガスの供給を停止し、この床の吸着工
   程を終り、 （ＩＩ＞　次の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の工程の少くと
   も１つを行い、 （Ａ）吸着工程が終り減圧を始める前に、吸着成分ガス
   流を該吸着床の入口端から流入さゼ、吸着床内ガスと置
   換し、追い出されたガスは直後の吸着床、あるいはこの
   吸着装置の外に尋人し、（Ｂ）該吸着床の出口端を通じ
   、その時再加圧工程にある吸着床に、双方の吸着床の圧
   力が略等しくなるまで減圧流入させ、 （Ｃ）次に更に減圧する前に、吸着成分ガス流を該吸着
   床の人口端から流入させ、吸着床内ガスと置換し、追い
   出されたガスはこの吸着装置の外に導き、 ＜ｍ＞　続いて減圧脱着を行ない、 （ＩＶ）次に再加圧の工程を行なうことをもって、１つ
   の吸着床の工程サイクルとする、圧力変動吸着分離法。