JPS6118418A - 圧力スイング吸着プロセス及び系における改良された生成物の回収 - 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】 本発明の目的は、各床における処理加工サイクルの間に
比較的に短い並流降圧、パージ付与工程時間及び比較的
に長いパージ工程時間を実施することによって達成され
る。それにより、生成物回収率は従来の周知ＰＳＡ処理
処理チェサイクルいて行われるような比較的に短いパー
ジ工程に伴う比較的に高い圧力降下条件を回避すること
によって高められる。

発明のＰＳＡブｐセス及び系は、上記したように、系の
各吸着剤床が、循環基準で、より高圧の吸着と、空隙ガ
スを床の生成物端から放出する中間圧レベルへの並流降
圧と、脱着したガスを床の原語端から放出するより低い
脱着圧への向流降圧と、パージと、該高い吸着圧への再
加圧とを受けるこのような従来のＰＳＡ技法に関する。

上記の特許に開示されているように、一つの床からそれ
の並流降圧の間に放出される空隙ガスの一部を、通常、
直接に或は外部貯蔵タンクに通して初めにより低圧にあ
る床に通して該床の間を、普通１つ以上の均圧化工程で
均圧にする。該空隙ガスの別の部分を用いてパージ工程
を受ける床にパージを与える。このために、放出される
空隙ガスを並流降圧を受ける床からパージされる床に直
接に通すのが有利である。代りに、先行技術では該放出
される空隙ガスを直接に別の床に送るのでなく、典型的
には直接の均圧化系と比較して経済的に不利な外部貯蔵
タンクに送り、該タンクからパージされるべき床に送る
システムを採用してきた。

発明の実施において、パージのために用いられるべき放
出空隙ガスの一部を上述の特許に記載されているように
、全ＰＳＡ系の処理加工サイクル中のその点でパージさ
れるべき吸着剤床に直接導入する。しかし、同時に放出
空隙ガスの残りの部分を外部のサージドラムに導入する
。その後で、該ガスをパージガスとして、サージドラム
からパージされるべき吸着剤床に通す。各床において並
流降圧、パージ付与工程をこのように実施することによ
って各床における並流降圧、パージ付与工程の時間をそ
の床におけるパージ時間よりも大きく短縮させるという
極めて有利な処理加工サイクルを採用し得ることが見出
される。各床で得られる比較的短いパージ付与時間／長
いパージ時間が各床及び全吸着系において生成物回収率
を高める。

発明は吸着剤床を少くとも４つ有する多床ｐｓＡ系で、
好ましくは吸着剤床を５〜１０有する系で有利に実施し
得るが、また発明を一層多くの床を有する糸において用
いるとともできる。かかる多床系では、原料ガスを処理
加工サイクルの任意の特定の段階にある１つよりも多い
床に通すことができることが理解されよう。このように
、かかる多床系の操作において原料ガるを任意の所定時
間に少くとも２つの床に通すことがよくある。従来の実
施及び発明の実施に関連して上に指したように、ＰＳＡ
プｐセスでは、多床操作において、高圧の一つの床から
放出される並流降圧ガスを用いて初めにより低い圧にあ
る別の床を部分的に再加圧する均圧化工程を１つ、２つ
、３つ或はそれ以上採用するのが望ましい。このように
、本発明を処理加工サイクル、例えば吸着剤床を５つ含
んで吸着状態にある床がいつでも２つあり、かつ１つの
均圧化工程を有するサイクル、吸着剤床を６つ含んで吸
着状態にある床がいつでも２つあり、かつ２つの均圧化
工程を有するサイクル、吸着剤床を８つ含んで吸着状態
にある床がいつでも２つあり、かつ３つの均圧化工程を
有するサイクル等で用いることができる。当業者であれ
ば、その他の種々のＰＳＡプ四七ス及び系を発明の所望
の利点を利用するように適合させ得ることがわかるであ
ろう。

発明の実施を、発明の５床の実−飾部様に関して下表に
よって例示することができる。

表 床番号　　　サイクル（５２１）Ｅ 表中、人は高い吸着圧にある吸着工程を表わし、■は吸
着工程を完了した床とより低い脱着圧、でパージされた
床との間の並流降圧均圧化工程を表わし、Ｅは床から放
出される空隙ガスの一部をパージ工程を受ける別の床に
直接送り、同時に該ガスの残りの部分を外部サージドラ
ムに導入する発明の並流降圧、パージ付与工程を表わし
、Ｄは向流降圧工程を表わし、Ｐはより低い脱層圧にあ
るパージ工程を表わし、Ｒは再加圧してより高い吸着圧
にすることを表わす。例示した実施例のプロセスでは、
５床の内の２つがサイクル中の任意の所定時に重複する
シーケンスで吸着工程にあることが分かるであろう。１
つの均圧化工程を採用するので、見出しにおいて全サイ
クルを（５２１）圧と呼び、５は床の数を表わし、２は
吸着中の床の数を表わし、１は１つの均圧化工程を表わ
し、Ｅは並流降圧、パージ付与ガスが直接に１つの床か
ら別の床にかつ同時に外部のサージドラムに通る発明の
新規の点を表わす。こうして、上で特に言及した６及び
８床系を、同様にそれぞれ（６２２）Ｅ及び（８２３）
Ｅサイクルと呼ぶ。

サイクル中に例示した処理加工サイクルにおいて、床１
の並流降圧、パージ付与工程は放出空隙ガスを床１の生
成物端から床５の生成物端に直接通して工程りの後にパ
ージ工程にある放尿５についてパージガスを与えること
を含む。同時に、床１からの放出空論ガス番択叡廿−ジ
ドラムに導入する。床１における向流降圧工程りの間に
空隙ガスをパージのために外部サージドラムから床５に
通す。床１における向流降圧工程りの後に、空隙ガスを
パージのために外部サージドラムから床１に戻して通す
。例示の実施態様では、かかる外部パージガスを床１の
パージの初めの部分に用い、その後床２からの並流降圧
、パージ付与ガスを直接用いて床１を更にパージし、そ
の後、外部パージドラムからの追加のパージガスを用い
て床１のパージを完結する。床１からの並流降圧、パー
ジ付与ガスをこのように床５の直接パージに用い、床２
からの該パージガスを床１の直接パージに用い、床５か
らの該パージガスを床２の直接パージに用い、床４から
の該パージガスを床３の直接パージに用い、床５からの
該パージガスを床４の直接パージに用いる。発明を実施
する各場合において、また、各床からの並流降圧、パー
ジ付与ガスを同時に外部サージタンクに通した後に、該
タンクから該ガスを、パージガスを上記の別の床から放
尿に直接通す前及び通した後に、パージされる床に戻し
て通す。

発明の例示した（５２１）Ｅの実施態様では、所定の許
容される或は望ましい全サイクル時間の限度内でパージ
ガスを一つの床から別の床へ直接付与することを含む従
来のサイクルよりも、各床について小さい降圧による長
いパージ時間の望ましい使用が可能になる。他方、従来
の実施においては、各床についてかかる長いパージ時間
を与えることは、通常、一層長い吸着時間と一層長一、
全処理加工時間とを必要とし、系の生産能力を落とす。

当業者であれば、パージを与える外部均等化の特徴を用
いることにより、本発明はある程度の吸着或は各床から
の不純物前端破過に関して用いることができるのに対し
、パージガスを一つの床から直接に別の床に与えること
のみを含む従来の実施では、並流降圧、パージ付与工程
を、通常、不純物前端が床中に残留しながら停止させる
ことが理解されよう。この特徴どおり、一層小さな吸着
床を用いることが可能になるが、立ち代って一層大きな
サージドラムを使用する必要がある。この点では１、放
出空隙ガスを通す外部サージドラムは、ガスが自由にか
つ乱れて混合することができ空のドラムにすることがで
きるか、或は代りにエクスランデイドチューブ、例えば
Ｕ−チューブ構造成はその他の貯蔵単位であって初めに
容器に入っていたガスと放出空隙ガスを該容器に通すた
めに該容器に入るガスとの乱れた混合を避けるために該
ガスを静かに通すことができるものから成ることができ
る。このいわゆるプラグ流れ方式で操作して、ガスを後
に使用して吸着剤床にパージを与える際に、外部サージ
容器又はドラムからの該ガスを用いてパージング停止の
有効性を高めるために初めに最も純度の低いガスを床に
導入した後により純度の高いガスを導入する方法でガス
を外部容器から抜き出し得るようにガスの不純物プロフ
ァイルを保つことができる。

驚くべきことに、直接及び間接のパージ付与工程の組合
せを用いる本発明により上記のフデラー（Ｆｎｄ＠ｒ＠
ｒ　）等の特許の極めて望ましいプロセス及び系で得ら
れるよりも費用及び性能の利点を達成し得ることを見出
した。こうして、上に言及した本発明の（８２３）Ｅ実
施態様は、１０床の７デラー等の系で得られるものに本
質的に等しい費用及び性能特性を有する８床系を用いる
。（５２１）Ｅの実施態様と同様に、（６２２）Ｅの実
施態様では並流降圧、パージ付与工程の使用を包含して
パージガスを外部サージドラムに与え、同時に該パージ
付与ガスを直接に床１から末６へ、末２から床１へ、床
３から床２等へ通す。特有の処理加工の変更を発明の任
意の実施態様に加入し得ることは理解されよう。特に望
ましい（６２２）Ｅの実施態様は、例えば、各床の処理
サイクルにおける第１及び第２並流降圧、パージ付与工
程の間の遅延期間を含む。本発明の（６２２）Ｅ実施態
様は望ましいことに従来の（５２２）系よりも費用が少
くかつ回収率の高いことが分った。

本発明の実施において、発明の（８３２）Ｅ実施態様は
、本発明の特有のパージ付与の特徴を採用するばかりで
なく、８床、任意時に吸着中の３床、２つの並流降圧−
均圧化工程を用いて、対応する（８３２）系よりも５０
％長いパージ時間を与えることができる。ここで、（８
５２）プロセス及び系は、各床において９０秒の並流降
圧、パージ付与時間と同じく９０秒のパージ時間とを用
いて採用することができる。プロセス及び糸を発明の（
８５２）Ｅの実施態様に変更することにより、本質的に
変化しない全サイクル時間の範囲内で並流降圧付与時間
を４５秒に低減し、パージ時間を１３５秒に伸ばすこと
ができる。匹敵し得る従来のサイクルよりも５０％長い
パージ時間を有するサイクルのこの例は、発明の使用に
よって得られる実用的かつ極めて重要な利点を示す。本
発明の（８３２）Ｅの実施態様に必要な外部サージドラ
ムは比較的に小さく、一つの吸着剤床の容積の３０％に
すぎない。（８５２）Ｅの実施態様はバランスのよくと
れた時間配分を有する最も有効なＰＳＡサイクルの内の
一つであり、外部サージドラム内の一層均一な王カブ０
ファイルを与える。

当業者であれば、ＰＳＡプロセス及び系の詳細において
特許請求の範囲に記載した発明の範題から逸脱すること
なくその他の種々の変更及び変更態様を行うことができ
ることが理解されよう。以上、発明を特に５．６．８床
系について説明してきたが、７床或は８床系よりも多い
その他の系を採用し得るが、種々の２８人処理加工の特
徴を本明細書中に開示しかつ特許請求の範囲に記載した
特有のパージ付与の発明を加入させる任意の特有のサイ
クル或は糸と混和し得ることが理解されよう。上に挙げ
た種々の実施態様のように、外部ドラムに通した空隙ガ
スをそれが放出された同じドラムに戻して通すことがで
きるが、外部ドラム或は容器から放出された空隙ガスを
該空隙ガスが放出された床と異る床に通すことは本発明
の範囲内にあることは理解されよう。また、外部ドラム
からの空隙ガスを通して一つの床へパージガスを与え、
一方、別の床からの空隙ガスを同時に外部ドラムに通し
続けることも本発明の範囲内である。

本発明から利点を得る目的に対して必須ではないが、発
明の（８２５）Ｅの実施態様に関して例示した例で記述
したように、各床についての並流降圧、パージ付与時間
を放尿についてのパージ時間の約半分よりも少くするこ
とが通常好ましい。

発明を一般に適用する場合、ＰＳＡ糸が適当なシーケン
スで一つの処理工程から次の工程へ吸着剤床の必要なス
イッチングを行うための種々の導管、パルプ、その他の
制御特徴を必ず組み入れることは容易に理解されよう。

本発明は上に挙げた特許に関連して示されるように当分
野で周知の従来の導管及び制御の特徴を採用する。本発
明のために、外部サージドラムを、並流降圧、パージ付
与工程の間に放出される空隙ガスの一部を該外部サージ
ドラムに送り、同時に該放出空隙ガスの残りの部分を従
来の導管手段に通してパージされるべき床に直接導入す
る手段、すなわち導管及び従来の適切な制御と共に用い
ることは理解されよう。同様に外部ドラムからパージガ
スを通させ、所望の場合には、同時に空隙ガスをドラム
に通し続けるため、かつ本発明の範囲内に入る特有の実
施態様のその他の所望の態様を行うために、空隙ガスを
該ドラムからパージされるべき床に通す手段、原料ガス
を処理サイクルの全段階にある２つ以上の吸着剤床に通
す手段を与える。

本明細書中に開示かつ特許請求の範囲に記載する圧ガス
インク吸着プ四七ス及び系を有利に用いて原料ガス混合
物中の少くとも１つの成分を選択吸着させ、それによっ
て所望の生成物流出流ガスを分離精製することができる
。例えば、水素の他に選択吸着性成分として二酸化炭素
を、通常望ましくない不純物として除去されるべき１種
以上の追加の少量成分、例えば窒素、アルゴン、−酸化
炭素、軽質飽和及び不飽和炭化水素、芳香族、軽質イオ
ウ化合物等と共に含有する原料ガス混合物の主成分とし
て存在する水素を分離精製する際に本発明を有利に用い
ることができる。当業者であれば、また、原料ガス混合
物中の少くとも１つの成分を本明細書中で説明した型の
吸着系において選択吸着させるその他の所望の分離にも
本発明を有利に採用し得ることが理解されよう。空気か
らの酸素の分離精製、メタン上二酸化炭素、アンモニア
、硫化水素等との混合物或はその他の一層重質の炭化水
素ガスからのメタン精製は本発明のその他の応用の例で
ある。原料ガス混合物の１成分の別の成分にまさる選択
性、例えば不純物の所望の生成物にまさる選択性を有す
る任意の適当な吸着剤物質を用いて、一般的にはＰＥＡ
プロセスを、特に本発明を実施し得ることに注目すべき
である。適当な吸着剤はゼオライトモレキュラーシープ
、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ°等を包含する。

水素と二酸化炭素、窒素等との混合物に含まれる水素の
分離精製には、通常、ゼオライトモレキュラーシープ吸
着剤が望ましい。該ゼオフィトモレキュラーシープを包
含する適当な吸着剤に関するそれ以上の情報は、キョナ
ガの米国特許３．１７４４４４号及びその他の種々の特
許、例えば上に挙げた特許に載っている。

上に示したように、本明細書中に開示しかつ特許請求の
範囲に記載した如き発明の範囲から逸脱することなく本
発明が指向するＰＳＡプロセス及び系において種々の変
更及び変更態様を行うことができる。こうして、均圧化
工程を、すなわち外部均等化容器に通して直接か或は間
接のどちらかで実施する方法、かかる均等化の数、より
高い吸着圧へ、すなわち原料ガスにより或は系からの生
成物流出流の一部により再加圧する方法は発明にとって
、或はそこから利点を得ることにとって臨界的なもので
はない。この点で、また、本明細書中、パージ工程はよ
り低い脱着圧において行われると説明してきたが、当業
者であれば、パージ工程は向流降圧してより低い脱着圧
にした後に行われるのがより一般的ではあるが、かかる
低い脱着圧よりも高い圧力でも行い得ることが理解され
よう。

本発明の実施によって達成される比較的短いパージ付与
時間／長いパージ時間は多床プロセス及び系における生
成物回収率及び全体効率を高める。

生成物の回収率が高められる理由はいくつかある；すな
わち、（１）パージ付与時間が一層短くなり、パージ時
間が一層長くなることがパージ工程の間の降圧を一層小
さくシ、それによって上で検討したように回収率を増大
させる、（２）各床からのある程度の不純物の破過が外
部サージドラムにおける混合によって許容されるので、
床の大きさを一層小さくさせることができ、これが一層
高い回収率となる、（３）パージ付与時間を一層短くす
ることがその工程の間のガス速度を増大させ、これが立
ち代って気相から同相への物質拡散速度を増大させ、物
質移動前端を一層鋭くし、よって一層高い回収率になる
。加えて、また、外部サージドラムは所定のサイクル時
間内で追加の、すなわち間接の均圧化を考慮することが
でき、これは所定の費用で一層高い回収率に、或は所定
の回収率で一層安い費用になり得る。系を一層短い吸着
時間で操作することができ、これが吸着床の大きさを低
減することになるので、本発明の実施において全体の系
の費用を低減させる。また、本発明の有利な実施におい
ては、従来の実施におけるようにパージ付与工程をパー
ジ工程にもはや結合させない。

このように、１つの床におけるパージ付与工程を全体の
処理サイクル中同じ時間間隔でパージされている床に並
べる（ラインアップ）必要はない。

これはＰＳＡ系の制御及び運転に所望の柔軟性を導入す
る。また、発明の全体の柔軟性の一部として、パージ付
与工程の間に床から放出されるガスを系内の１つよりも
多いその他の床に通し、一方、同時に１つ以上の外部サ
ージドラムに通し得ることに注目すべきである。同様に
、外部サージドラムから抜き出されるガスをパージされ
る１つ以上の床に通し、かつかかる特徴の組合せを用い
て空隙ガスを直接及び間接に任意の所定時間に１つ以上
の吸着剤床に通すことができる。数の一層少い吸着剤床
によつ該プルセス及び系の費用及び性能特性を７デラー
等の特許のプルセスの極めて望ましい実施において前に
得られる費用及び性能と比較して有利にさせることによ
って、発明は極めて望ましし１処理加工の柔軟性を与え
、工業ガスの分離精製運転の発生要件を満足させる際の
ＰＳＡ技術の発展に大きく寄与する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも４つの吸着剤床を有し、該床の各々は、循
   環基準で、より高圧の吸着と、空隙ガスを床から放出す
   る中間圧への並流降圧と、より低い脱着圧への向流降圧
   と、パージと、該高圧への再加圧とを受け、かつ１つの
   床から放出される空隙ガスの一部を初めにより低圧の床
   に通してそれらの間を均圧にしかつ該ガスの別の部分を
   用いて該パージ工程を受ける床をパージするガスを与え
   る吸着系における原料ガス混合物の少くとも１種の成分
   を選択吸着する圧力スイング吸着方法において、 （ａ）パージを与えるのに用いられる放出空隙ガスの一
   部をパージされる床に直接導入し、 （ｂ）同時に、パージを与えるのに用いられる放出空隙
   ガスの残りの部分を外部サージドラムに導入し、 （ｃ）該外部ドラムからの空隙ガスをパージされる床に
   通し、それによつて各床における並流降圧、パージ付与
   工程の時間を前記各床におけるパージ工程よりも大きく
   短縮させ、比較的に短いパージ付与時間／長いパージ時
   間が各床及び全吸着系における生成物の回収率を高める
   ことを特徴とする前記方法。 ２、系から抜き出される生成物ガスが水素から成りかつ
   前記選択吸着される成分が二酸化炭素から成る特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ３、原料ガス混合物を、循環基準で、５〜１０の吸着剤
   床に通す特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、床をより低い脱着圧でパージするために、前記外部
   ドラムから通された空隙ガスを、該ガスが放出された同
   一の床に通す特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、前記外部ドラムから放出する空隙ガスを、該空隙ガ
   スを放出した床と異る床に通す特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ６、空隙ガスを前記外部ドラムから通して１つの床へ、
   パージガスを与え、同時に別の床からの空隙ガスを該外
   部ドラムに通し続ける特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ７、各床についての並流降圧、パージ付与時間が、該床
   についてのパージ時間の約半分よりも少い特許請求の範
   囲第４項記載の方法。 ８、原料ガス混合物を、循環基準で、５〜１０の吸着剤
   床に通す特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９、系から抜き出される生成物ガスが水素から成りかつ
   前記選択吸着される成分が二酸化炭素から成る特許請求
   の範囲第８項記載の方法。 １０、原料ガスを処理サイクルの全段階の少くとも２つ
   の吸着剤床に通す特許請求の範囲第１項記載の方法。 １１、パージガスを与えるのに用いられる放出空隙ガス
   の一部を直接パージのために直接に１つよりも多い床に
   通す特許請求の範囲第１項記載の方法。 １２、間接パージのために前記外部サージドラムから通
   る空隙ガスを１つよりも多い吸着剤床に通す特許請求の
   範囲第１又は１１項記載の方法。 １３、原料ガス混合物から少くとも１種のガス成分を選
   択吸着する少くとも４つの吸着剤床を有し、各床から放
   出される空隙ガスを、循環基準で、初めにより低圧の床
   に通してそれらの間を均圧にしかつより低い脱着圧でパ
   ージを受ける床にパージガスを与える導管手段を有する
   圧ガスインク吸着系において、 （ａ）外部サージドラムと、 （ｂ）パージガスとして用いる床から放出される空隙ガ
   スの一部を該外部サージドラムに通し、同時に該放出空
   隙ガスの残りの部分をパージされる床に直接導入する手
   段と、 （ｃ）空隙ガスを該外部ドラムからパージされる床に通
   す手段 とから成り、比較的に短いパージ付与時間／長いパージ
   時間が吸着系の各床で生じることによつて生成物の回収
   率が高められることを特徴とする前記系。 １４吸着系が５〜１０の吸着剤床から成る特許請求の範
   囲第１３項記載の系。 １５、空隙ガスをドラムからパージされるべき床に通す
   前記手段を、該ガスが放出された同一の床に該ガスを通
   すように適合させ、ガスをより低い脱着圧でパージする
   ために該床に通す特許請求の範囲第１３項記載の系。 １６、空隙ガスをドラムからパージされるべき床に通す
   前記手段を、該ガスを該ガスが放出された系と異る系に
   通すように適合させる特許請求の範囲第１３項記載の系
   。 １７、前記外部ドラムからの空隙ガスを通して１つの床
   げパージガスを与え、同時に空隙ガスを別の床から該外
   部ドラムに通し続ける手段を包含する特許請求の範囲第
   １３項記載の系。 １８、各床における並流降圧、パージ付与時間が該床に
   ついてのパージ時間の約半分よりも少い時間をたどるよ
   うに循環基準で操作するように適合させる特許請求の範
   囲第１４項記載の系。 １９、原料ガスを、前記系における処理サイクルの全段
   階の２以上の吸着剤床に通す手段を含む特許請求の範囲
   第１３項記載の系。 ２０、吸着系が５〜１０の吸着剤床から成る特許請求の
   範囲第１９項記載の系。