JPS6238281B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気の如き主として窒素及び酸素を含
む混合ガスを原料として、該原料を窒素を選択的
に吸着する吸着剤に通過せしめて、主として窒素
成分を選択的に吸着除去して酸素成分を富化濃縮
する方法に関するもので、更に詳しくは酸素、窒
素よりなる混合ガス原料供給に対して、酸素濃度
の上昇及び収率向上を図つた圧力変動吸着法によ
る酸素濃縮法である。

一般に混合ガス中の特定成分を濃縮する場合、
混合ガス中の特定成分以外の成分を選択的に吸着
する吸着剤を充填した吸着床を複数個並設し、こ
れらの吸着床にそれぞれ原料を加圧供給して難吸
着成分である特定成分を濃縮して採取する吸着工
程、つづいて減圧、掃気、あるいは真空排気、再
加圧等の再生工程を順次切り換え繰り返し操作し
て連続運転する圧力変動吸着法（Pressure
Swing Adsorption以下PSAと称す）が採用され
ている。

このような方法で空気の如き酸素、窒素混合ガ
スより酸素を濃縮するにあたつては、合成あるい
は天然ゼオライトが常温で選択的に窒素を吸着す
るので、該ゼオライトを吸着剤として吸着床に充
填し、吸着床に空気の如き酸素、窒素混合ガスを
導入すると窒素が吸着除去され、難吸着の酸素が
濃縮富化されて吸着床より導出される。そして吸
着床内の吸着剤がその吸着能力が劣化した時点で
吸着剤を再生するため、減圧、掃気あるいは排
気、更に再加圧と再生工程を行う。これを連続し
て濃縮酸素を採取するための複数の吸着床を設
け、各床を前記工程に順次切り換え操作して運転
される。

しかるに上記PSAによる混合ガス分離濃縮で
は、易吸着窒素成分を吸着した吸着剤を再生する
際に充分に吸着剤より易吸着窒素成分の脱着が困
難で、易吸着窒素成分が吸着剤に残り、次工程で
行う吸着工程で易吸着窒素成分を充分吸着除去し
得ず、採取すべき難吸着成分である酸素と同伴し
て純度低下をもたらし、特に高純度の成分を得る
のは困難とされている。それ故再生に際して吸着
床を大気圧下の真空に排気する方法が提案されて
いるが、この方法では真空排気に先がけて、前工
程の吸着工程で吸着床内が加圧されているのでこ
れを大気圧まで減圧するよう吸着床内のガスを放
出している。しかしこの吸着床よりの放出ガスは
吸着工程中吸着床の空間に滞留した製品として有
効な難吸着成分の酸素が含まれており、したがつ
てこれを直ちに大気に放出することは収率の点か
ら好ましくない。このため、前記吸着工程後の吸
着床の真空排気により再生するに当り、真空排気
に先がけて吸着床を大気圧まで減圧するための放
出ガスを直ちに大気に放出することなく、別に設
けた吸着床に導入して有効に使用することが試み
られている。

一方、再生に当つて真空排気を終了した吸着床
を次工程での吸着工程で直ちに原料を供給して加
圧状態に昇圧することは、真空―加圧と圧力差が
大きいことにより、床内に流れる原料が急速に流
れて、吸着効果を低減して製品酸素濃縮ガスの純
度を低下せしめたり、また所望純度の製品酸素の
収量を低下させるばかりでなく、吸着剤の磨滅等
の不都合が生じることから、直ちに吸着圧力まで
昇圧せず、徐々に吸着圧まで昇圧することが行わ
れる必要がある。

そして上記した二つの吸着床の操作上の必要性
からこれら二つの吸着床を関係づけて、両者の必
要な操作条件を満足するよう操作が提案されてい
る。その一つの方法として、前記吸着工程を終了
した吸着床を再生するに当り真空排気に先だつ
て、床内圧力を吸着工程圧力よりほぼ大気圧まで
減圧するため床内より放出する製品として有効な
酸素成分を多く含むガスを別に設けた吸着床で、
すでに再生のため真空排気して真空状態にある吸
着床に導入して、両者の吸着床の圧力を均圧にす
るよう操作して、前記吸着工程より真空排気工程
へ操作する吸着床を徐々に減圧する一段階とし、
かつこの時の放出ガス中の有効な酸素成分を効果
的に回収する。一方すでに真空排気工程を終了し
て次工程で吸着工程とする吸着床を徐々に昇圧し
て一段階とする方法がある。しかしながらこのよ
うな方法で従来行われている方法は、充分な収率
が得られないばかりか、単位吸着剤当りの製品酸
素収量が少いという欠点がある。即ちこれを第１
図に従来行われている二つの方法を例示して説明
する。

図中ａは吸着工程を終了して加圧状態にある吸
着床、ｂは別の吸着床で吸着剤再生のため床内を
真空排気して真空状態にある吸着床である。まづ
(i)の方法による両吸着床との均圧化では、加圧状
態にある吸着床ａより床内の圧力を減圧するため
床内のガスを並流に導出し（一般に吸着工程を終
了した吸着床内では易吸着成分である窒素は原料
導入端に濃く吸着されて順次難吸着成分である酸
素を導出する端部に向けて少く吸着されており、
従つて製品として有効な酸素を回収するには原料
の流れと同じ方向いわゆる並流に導出するのが好
ましい。）、該ガスを別の真空状態にある吸着床ｂ
に並流方向に導入して両床を均圧している。しか
し加圧状態にある吸着床ａと真空状態にある吸着
床ｂとの圧力差が大きいため、吸着床ａより吸着
床ｂに流れるガス流が非常に速くなり、この結果
吸着床ａでは吸着剤に吸着されている窒素成分が
多く脱着して、空間に存在する製品として有効な
酸素の導出と共に同伴して吸着床ｂへ搬入され
る。一方吸着床ｂでは、吸着床ａより搬入される
易吸着成分である窒素を含む酸素富化ガスが急速
な空間速度で導入される結果、易吸着成分である
窒素の該床ｂでの吸着前線（図中斜線部）は製品
ガス導出近く迄達するばかりか、床内に拡散され
る。

それ故、以後製品酸素を該床ｂに向流に導入し
て、該床ｂを吸着圧まで昇圧したとしても、製品
酸素ガスによる加圧圧力範囲が前記均圧のため圧
力範囲より小さく、このため前記均圧によつて生
じた床内の窒素吸着前線の伸長及び拡散を解消し
得ず、従つて次工程での吸着工程で得られる製品
酸素の純度が90％以上の所望純度に達しなかつた
り、純度が不安定となり、更には所望の高純度の
酸素を得んがため、原料空気の供給流速を低く押
える必要から単位時間に処理する空気量が少くな
り、運転効率を低下せしめることとなる。

このようなことから(ii)の如く真空状態にある吸
着床ｂにまず製品酸素を向流に導入して該床の真
空状態を破りほぼ常圧程度の圧力にした後、加圧
状態にある吸着床ａより該床ａを並流に放出する
ガスを並流に導入して両床を均圧する方法が提案
されている。この方法では吸着床ｂがほぼ常圧に
された後吸着床ａより並流に放出される窒素を含
む酸素富化されたガスを導入して両床が均圧化さ
れるので、両床の圧力差は前記(i)の方法程に大き
くはないが、均圧操作が前記(i)の方法では真空状
態で、(ii)の方法では常圧との圧力による差にすぎ
ず、従つて前記(i)の方法における不都合は殆んど
解消されない。それ故前記(ii)の方法で真空状態に
ある吸着床ｂに製品酸素を導入して該床ｂを常圧
以上の圧力に昇圧した後、吸着床ａと吸着床ｂと
を前記方法で均圧化することにより前記不都合を
解消する方法もあるが、この方法では前記吸着床
ｂ内での窒素吸着前線の長い伸長と、拡散は防げ
るが、実質的に吸着床ａよりの製品として有効な
酸素を含む放出ガスを吸着床ｂに導入して回収す
る量が減少し結果的に収率が低減することとな
る。

本発明はこのようなことから鋭意種々試みたと
ころ、前記欠点不都合を解消した均圧方法を見出
したものである。即ち、これを第２図により説明
する。

図中ａは前記第１図と同様吸着工程を終了して
加圧状態にある吸着床、ｂは吸着剤再生のため真
空排気されて真空状態にある吸着床である。吸着
床ａが吸着工程を終了し、吸着床ｂが真空排気工
程を終了した時点で、吸着床ａの製品酸素の導出
端（図中上端部）と吸着床ｂの原料供給端（図中
下端部）と連通せしめて、吸着床ａより該床を並
流に導出した窒素を含む酸素富化ガスを吸着床ｂ
に該床を並流に導入すると同時に、吸着床ｂに該
床の製品酸素導出端（図中上端部）より製品酸素
を向流方向に導入する。そしてこの状態で吸着床
ａと吸着床ｂとが均圧するまで操作する。この結
果真空状態にあつた吸着床ｂは、吸着床ａよりの
窒素を含む酸素富化ガスと製品酸素とによつて真
空が破られ昇圧されるが、この時吸着床ｂには前
記した如く吸着床ａより易吸着成分である窒素が
含まれ酸素富化ガスが導入されるが、同時に吸着
床ｂには向流方向に製品酸素が導入されるので、
吸着床ｂに並流に導入される前記吸着床ａよりの
酸素富化ガスに含まれる窒素によつて吸着床ｂに
形成される吸着前線（図中斜線部）は、吸着床ｂ
に同時に向流方向に導入される製品酸素によつて
床内に拡散するのが抑えられ、かつ急激な伸長が
抑止され、吸着床ｂの製品酸素導出端に押し上げ
られることなく、該床ｂの下方原料供給端に押圧
されて形成し、それ以後の該床ｂの吸着工程での
窒素を吸着する有効な床容量が増大する。又吸着
床ａより導出する該床ａ空間に滞留する酸素富化
ガスは、吸着床ｂに向流に流される製品酸素によ
りその流速が抑制されるので、吸着床ａの吸着剤
に吸着されている窒素の脱着が少く、このため吸
着床ａより吸着床ｂに導入される酸素富化ガスに
同伴する易吸着成分である窒素量が少くなり、吸
着床ｂがこの工程で窒素により汚染される領域が
少くなり、以後の吸着工程での窒素吸着のための
有効床容量が更に増大し、高純な酸素を採取し得
るし、該床を窒素吸着前線で破過される迄に多く
混合ガスを分離処理することが可能となり、実質
的に吸着剤単位量当りのガス分離量を増加し、運
転効率を高めることとなる。

本発明は上述の如き新しい知見にもとづいて空
気の如き主として酸素窒素の混合ガスを原料とし
て、窒素を吸着剤により選択的に吸着除去して酸
素を濃縮して連続採取する加圧吸着工程と、窒素
を吸着した吸着剤を真空排気して再生する工程を
含むPSA操作による酸素濃縮法で、前記新しい均
圧化工程を採用して、収率の向上と共に全工程を
経済的かつ効率よく運転操作する酸素濃縮方法で
ある。以下本発明の酸素濃縮方法を第３図、第４
図により詳細に説明する。

第３図は本発明の方法を実施するための装置の
一例を示す系統図、第４図は本発明方法を実施す
る一例の工程操作順序図である。第３図において
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは窒素を選択的に吸着する吸着剤
たとえば天然あるいは合成のゼオライトをそれぞ
れ充填してなる吸着床、１は圧縮機、２は圧縮機
１の吐出口より原料空気を各吸着床Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄにそれぞれ供給する原料供給主管、３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ，３Ｄは原料供給主管２よりそれぞれ分
岐した供給導管で、各導管３Ａ乃至３Ｄは弁４
Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを介して各吸着床Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄに連結されている。５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５
Ｄはそれぞれ吸着床Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄより濃縮され
製品酸素を導出する管で、各管５Ａ乃至５Ｄは弁
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを介して導出主管７に連
結し、更に導出主管７は弁８を介して製品タンク
９に連結している。１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１
０Ｄは前記吸着床Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと各弁４Ａ，４
Ｂ，４Ｃ，４Ｄとの間で各管３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，
３Ｄから分岐された放出管で、該各放出管は弁１
１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを介して、一端が
大気に開口する放出主管１２に連結している。１
３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは前記放出管１０
Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと同様各吸着床Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄと弁４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとの間で
各管３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄより分岐した排気管
で、各排気管は弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４
Ｄを介して排気主管１５に連結し、更に排気主管
は真空ポンプ１６に連結している。

一方各吸着床Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄより製品酸素を導
出する各導出管５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄには弁６
Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄと各吸着床との間で、それ
ぞれ他の床と均圧化するための管１７Ａ，１７
Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄが分岐され、それぞれ各管は
弁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄを介して吸着
床Ｃ、吸着床Ｄ、吸着床Ａ、吸着床Ｂのそれぞれ
の供給導管３Ｃ，３Ｄ，３Ａ，３Ｂに連結してい
る。又前記各吸着床Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの製品導出管
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄにはそれぞれ原料タンク
９より弁１９を介して配管された逆充填用主管２
０よりそれぞれ分岐された管２１Ａ，２１Ｂ，２
１Ｃ，２１Ｄがそれぞれ弁２２Ａ，２２Ｂ，２２
Ｃ，２２Ｄを介して連設され、又更に前記各製品
導出管５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄにはそれぞれ弁２
４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ及び流量調整弁２
５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄを介して製品酸素
導出主管７と連通している再加圧用管２３Ａ，２
３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄが連設されている。

上述の如き装置で本発明の酸素濃縮法は次のよ
うに操作運転すると連続的に濃縮酸素が得られ
る。即ちたとえば吸着床Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞ
れ加圧吸着()工程―加圧吸着()工程―並流減
圧工程―向流減圧工程―向流排気工程―向流排気
工程―加圧均圧化工程―再加圧工程の８工程を前
記工程順序に従つて順次切り換え循環操作すると
共に、前記４つの床は同時点での工程がそれぞれ
前記８工程の順序を２工程づつ前かあるいは後の
工程状態、即ち床Ａが加圧吸着()の工程である
場合は、床Ｂは前記工程順序の加圧吸着()工程
の２工程前の加圧均圧化工程、床Ｃは更に２工程
前の向流排気工程、床Ｄは更に２工程前の並流減
圧工程の状態になるよう同時点で各床の工程が組
合さるよう操作運転する。

そして前記８工程における吸着床の状態は以下
の通りの態様を行うものである。

即ち、加圧吸着()…吸着床の一端より該床に
原料を加圧供給して、該床で窒素を吸着除去し
て、他端より濃縮酸素を採取する工程、 加圧吸着()…吸着床の一端より原料を加圧供
給して、他端より濃縮酸素を採取すると共に、採
取する濃縮酸素の一部を分流して、他塔の吸着圧
迄昇圧せしめる再加圧工程に供給する工程、 並流減圧…吸着床への原料供給を停止して、吸
着床の濃縮酸素導出端より床内の加圧ガスを並流
に導出して、該床を減圧すると共に、導出ガスを
真空状態にある他床に供給する工程、 向流減圧…吸着床の原料供給端を大気と連通し
て、床内のガスを向流方向に流通して大気に放出
して床内をほぼ大気圧まで減圧する工程、 向流排気…ほぼ大気圧の吸着床を原料供給端よ
り真空ポンプによつて床内のガスを向流方向に排
気する工程、 加圧均圧化…前記第２図に図示した本発明独自
の工程で、真空状態にある吸着床に原料供給端よ
り前記他床の並流減圧ガスを導入すると同時に濃
縮酸素導出端より原料タンクより濃縮酸素を向流
方向に導入して昇圧すると共に、並流減圧工程に
ある床との間で均圧化する工程、 再加圧…吸着床の濃縮酸素導出端より再加圧吸
着()の工程にある床より採取する濃縮酸素の一
部を床に向流に導入して床内圧力を吸着圧力まで
加圧する工程、 等の吸着床の状態を各工程で保つものである。

次に前記８つの工程をとたとえば４床の吸着床
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで連続運転操作する実施例を説明
する。

まづ第１工程では弁４Ａ，６Ａ，８，１４Ｃ，
１８Ｄ，１９，２２Ｂを開状態として、その他の
弁は閉状態とし、吸着床Ａには圧縮機１より空気
の如き主として酸素、窒素成分よりなる混合ガス
が1.5〜３Kg/cm²Gの圧力に圧縮されて原料供給主
管２及び分岐管３Ａ、弁４Ａを介して導入され、
該床Ａで、床内の吸着剤で窒素が吸着され、導出
管５Ａより約90％以上に濃縮された酸素が導出さ
れ弁６Ａ，導出主管７、更に弁８を介して製品タ
ンク９に貯えられ加圧吸着()工程が行われる。
吸着床Ｂは前の工程で真空排気により床内が再生
されて真空状態にあり、該床の原料供給管３Ｂが
吸着床Ｄの導出管５Ｄと管１７Ｄ、弁１８Ａを介
して連通して、前工程で加圧吸着()工程を終了
して1.5〜３Kg/cm²Gの圧力に保たれた吸着床Ｄよ
り該床Ｄの空間に滞留している原料より酸素純度
が高いが製品酸素より酸素純度が低い酸素富化ガ
スが、吸着床Ｂに並流に導入されると同時に吸着
床Ｂの導出管５Ｂに原料タンク９より弁１９を介
してのびる逆充填主管２０より分岐した管２１Ｂ
が弁２２Ｂを介して連通して、製品タンク９より
製品酸素ガスが吸着床Ｂに該床Ｂを向流方向に導
入される。この結果吸着床Ｂは真空状態が破ら
れ、そして吸着床Ｄとの間で約１〜1.5Kg/cm²Gの
圧力に均圧化される加圧均圧化工程が行われる。
又吸着床Ｃは前工程で床内圧力がほぼ大気圧に減
圧されていて、弁１４Ｃの開操作により、該床Ｃ
の原料導入端の管３Ｃは管１３Ｃ，弁１４Ｃを介
して排気主管１５に、そして更に真空ポンプ１６
に連通し、吸着床Ｃ内は真空ポンプ１６により向
流方向に100〜150トールの圧力迄排気され、これ
により吸着床Ｃ内の吸着剤に吸着されている窒素
は脱着して排出する真空排気工程が行われる。更
に吸着床Ｄは前工程で加圧吸着()工程が行わ
れ、床内は1.5〜３Kg/cm²Gの圧力にあり、弁１８
Ｄの開操作により該床Ｄの製品酸素導出端の管５
Ｄは弁１７Ｄ，１８Ｄを介して、前記加圧均圧化
される真空状態にある吸着床Ｂの原料供給端の管
３Ｂに連通して、吸着床Ｄ内の空間に滞留する原
料より酸素純度が高く製品酸素より酸素純度が低
い酸素富化ガスが床Ｄ内を並流に流れて導出し、
吸着床Ｂに並流に導入する。そして前記した如く
吸着床Ｂとの間で１〜1.5Kg/cm²Gの圧力に均圧化
する並流減圧が行われる。

上記の工程が同一時間の間各吸着床で行われた
後、次の第２工程に各吸着床は切り換え操作され
る。

即ち第２工程では弁４Ａ，６Ａ，８，１１Ｄ，
１４Ｃ，２４Ｂを開状態とし、他の弁は閉状態に
操作される。吸着床Ａは第１工程と同様圧縮機１
で1.5〜３Kg/cm²Gに圧縮された原料が管２，３
Ａ、弁４Ａを介して導入され、該床内で窒素を吸
着除去して管５Ａより90％以上の酸素純度の濃縮
酸素を導出し、弁６Ａ、管７、更に弁８を介して
製品タンク９にこれを製品として採取すると共
に、その濃縮酸素の一部を導出主管７より分岐し
て、管２３Ｂ、弁２４Ｂ、流量調整弁２５Ｂを介
して吸着床Ｂの管５Ｂに流通せしめて、吸着床Ｂ
に該床Ｂの圧力を吸着圧1.5〜３Kg/cm²G迄昇圧す
るため向流方向に導入する加圧吸着()を行う。
その間吸着床Ｂは前記した如く吸着床Ａで導出さ
れる製品酸素の一部を向流に導入して床内圧力を
吸着圧1.5〜３Kg/cm²G迄昇圧する再加圧工程が行
われ、吸着床Ｃは前記第１工程と同様真空ポンプ
によつて床内を向流に排気する向流排気の工程が
継続して行われ、又吸着床Ｄは弁１１Ｄの開によ
り前工程の並流減圧で１〜1.5Kg/cm²Gの圧力とな
つている床内が管１０Ｄ、弁１１Ｄ、更に放出主
管１２を介して大気と連通し、床内のガスを床内
を向流に流して大気に放出し、床内圧力をほぼ大
気圧にまで減圧する向流減圧工程が行われる。つ
づいて一定時間後第３工程に各吸着床は切り換え
られる。

第３工程では弁４Ｂ，６Ｂ，８，１４Ｄ，１８
Ａ，１９，２２Ｃが開状態に、その他の弁は閉状
態に操作され、吸着床Ａは前工程の加圧吸着()
工程で床内に滞留している酸素富化ガスを並流に
導出して管１７Ａ、弁１８Ａを介して吸着床Ｃに
導入し、吸着床Ａ内圧力を前工程の1.5〜３Kg/cm²
Ｇの圧力より1.0〜1.5Kg/cm²Gまで減圧する並流減
圧工程が行われ、吸着床Ｂは圧縮機１より管２，
３Ｂ、弁４Ｂを介して1.5〜３Kg/cm²Gの圧力に加
圧された原料を導入して、該床Ｂで窒素分を吸着
除去して管５Ｂより90％以上に濃縮された濃縮酸
素を導出し、弁６Ｂ、管７、弁８を介して製品タ
ンク９にこれを製品として採取する加圧吸着()
工程が行われ、吸着床Ｃは前工程で床内が真空状
態とされており、前記吸着床Ａでの並流減圧工程
で導出される酸素富化ガスが管１７Ａ，弁１８Ａ
を介して吸着床Ｃの原料供給端より該床を並流に
導入されると同時に、製品タンク９より弁１９、
管２０、管２１Ｃ、弁２２Ｃ、を介して製品酸素
が吸着床Ｃの導出管５Ｃより該床に向流に導入さ
れ、この結果該床Ｃは真空状態が破られかつ昇圧
して吸着床Ａとの間で0.5〜1.5Kg/cm²Gの圧力に均
圧化する加圧均圧化工程が行われ、又吸着床Ｄは
管１３Ｄ、弁１４Ｄ、管１５を介して真空ポンプ
１６と連通して、床内は向流に排気され、床内の
吸着剤に吸着している窒素を脱着排除し床を再生
する真空排気工程が行われる。これらの第３工程
を一定時間運転した後各吸着床は第４の工程に操
作される。

第４工程では弁４Ｂ，６Ｂ，８，１１Ａ，１４
Ｄ，２４Ｃを開状態に、その他の弁は閉状態に操
作し、吸着床Ａは管１０Ａ、弁１１Ａ、管１２を
介して大気と連通し、該床Ａ内のガスは該床Ａを
向流に流れて大気に放出して大気圧迄減圧する減
圧工程が行われ、吸着床Ｂは前記第３工程と同様
圧縮機１より1.5〜３Kg/cm²Gに加圧された原料が
管２，３Ｂ、弁４Ｂを介して導入され、該床Ｂで
窒素が吸着除去されて管５Ｂより90％以上に濃縮
された濃縮酸素を導出し、弁６Ｂ、管７、弁８を
介して製品タンク９にこれを製品として採取する
と共に、その一部を管７より分岐して管２３Ｃ、
弁２４Ｃ、流量制御弁２５Ｃを介して吸着床Ｃに
再加圧用ガスとして供給する加圧吸着()の工程
が行われ、吸着床Ｃは吸着床Ｂでの加圧吸着()
工程で得られる濃縮酸素の一部が前記した如く管
７より管２３Ｃに分岐されて弁２４Ｃ、流量調整
弁２５Ｃをそれぞれ介して吸着床Ｃに向流に導入
して吸着圧1.5〜３Kg/cm²G迄昇圧する再加圧工程
が行われ、又吸着床Ｄは前記第３工程と同様吸着
床Ｄの原料導入端を管１３Ｄ、弁１４Ｄを介して
排気主管１５と連結し、該管１５とに連結された
真空ポンプ１６によつて床内を向流に排気して床
を再生する向流排気工程が継続して行われる。

このようにして以後所定時間間隔で、それぞれ
の各吸着床は前記８つの工程順序に従つて順次運
転されるよう弁が切り換え操作される。即ち、つ
づく第５工程では弁４Ｃ，６Ｃ，８，１４Ａ，１
８Ｂ，１９，２２Ｄが開状態に、その他の弁は閉
状態にそれぞれ操作されて、吸着床Ａは向流排気
工程、吸着床Ｂは並流減圧工程、吸着床Ｃは加圧
吸着()工程、吸着床Ｄは加圧均圧化工程に運転
され、第６工程では弁４Ｃ，６Ｃ，８，１１Ｂ，
１４Ａ，２４Ｄが開状態に、その他の弁は閉状態
にそれぞれ操作されて、吸着床Ａは向流排気工程
が第５工程に引続いて行われ、吸着床Ｂは向流減
圧工程が、吸着床Ｃは加圧吸着()工程が、吸着
床Ｄは再加圧工程がそれぞれ行われ、又つづく第
７工程では弁４Ｄ，６Ｄ，８，１４Ｂ，１８Ｃ，
１９，２２Ａが開状態に、その他の弁は閉状態に
それぞれ操作されて、吸着床Ａは加圧均圧化工程
に、吸着床Ｂは向流排気工程に、吸着床Ｃは並流
減圧工程に、又吸着床Ｄは加圧吸着()工程にそ
れぞれ運転される。更に第８工程では弁４Ｄ，６
Ｄ，８，１１Ｃ，１４Ｂ，２４Ａが開状態に、そ
の他の弁は閉状態にそれぞれ操作されて、吸着床
Ａでは再加圧工程が、吸着床Ｂでは引続いて向流
排気工程が、吸着床Ｃでは向流減圧工程が、又吸
着床Ｄでは加圧吸着()工程がそれぞれ運転され
る。

そしてその後引続いて第１工程乃至第８工程の
各工程の運転状態に各吸着床は循環して運転する
よう各弁は所定間隔ごとに切り換え操作して連続
運転される。この結果、90％以上に濃縮された濃
縮酸素が連続的に製品タンク９に採取され貯えら
れる。なお前記切り換え操作される弁のうち弁８
は運転中常に開状態に保たれる手動開閉弁で、弁
１９，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは流量を
一定に保つ流量調整弁で、その他の弁は電磁弁
で、それぞれの床が前記運転工程順序によつて運
転されるようタイムシーケンスによつて自動的に
開閉操作する方法を採用している。

以上は連続的に濃縮酸素を採取するため４床の
吸着床を用いた場合について説明したが、本発明
はこれに限定されるものでなく、複数床の吸着床
を設置すれば、本発明の主旨を逸脱することなく
適宜実施し得ることは極めて明白である。

次に上述の如き本発明の酸素濃縮法を実施した
実施例を以下に示す。

吸着床設置数：４床 使用吸着剤と使用量：リンデ社製、モレキユラ
シーブ5A、25Kg／１床 処理空気量：19.9〜21.3Nm³/hr 吸着床：2.5Kg/cm²G、排気真空度：130トール 均圧化圧力：1.5Kg/cm²G、温度15℃ で運転したところ 製品酸素収量：3.1Nm³/hr 製品酸素純度：92％ 収率：69％ 吸着剤単位量当りの製品酸素収量：31／Kg であつた。

以上のように本発明の酸素濃縮方法によると、
製品酸素を高純度に採取することが可能となるこ
とは勿論のこと、従来該種方法では高純度の製品
酸素を得ようとすると収率が低下することとなつ
ていたのを、本発明方法では、吸着工程終了後の
吸着床空間に滞留する製品として有効な酸素ガス
を廃棄することなく以後に均圧化工程に使用する
と共に本発明の独自の均圧化工程によつて大巾に
収率の向上を図ることが可能となつた。更に本発
明に採用した均圧化工程が床内に有効な酸素成分
よりなる酸素富化ガスと同時に製品酸素ガスを対
向流に導入することにより、酸素富化ガスに含ま
れる不純成分であつて易吸着成分である窒素を床
内に拡散せしめることなく、又その吸着前線の伸
長を抑止せしめると共に、これに使用する前記酸
素富化ガスを導出する床内よりの不純窒素成分の
同伴を低下せしめることとなり、この結果つづい
て操作運転する吸着工程での不純窒素を吸着除去
する床の有効容量を増大することとなり、90％以
上の高純度の酸素を安定して採取し得るばかりで
なく、処理し得る原料量が増加し、前記実施例で
明らかなように吸着剤１Kg当り31／hrの製品収
量が得られ、これは従来該種方法で、前記90％以
上の製品を得る場合の2.5〜３倍の収量であり、
実質的に大巾な性能の向上が図られたものであ
り、工業上実用装置として極めて著しい効果を発
揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の均圧化方法を説明する図、第２
図は本発明に採用した均圧化方法を説明する図、
第３図は本発明方法を説明する系統図、第４図は
本発明方法の工程操作順序図である。 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは吸着床、１は圧縮機、２は原
料供給主管、３Ａ乃至３Ｄは供給導管、４Ａ乃至
４Ｄ，６Ａ乃至６Ｄ，８，１１Ａ乃至１１Ｄ，１
４Ａ乃至１４Ｄ，１８，１９，２２Ａ乃至２２
Ｄ，２４Ａ乃至２４Ｄは弁、５Ａ乃至５Ｄ，１７
Ａ乃至１７Ｄ，２１Ａ乃至２１Ｄは管、７は導出
主管、９は製品タンク、１０Ａ乃至１０Ｄは放出
管、１２は放出主管、１３Ａ乃至１３Ｄは排気
管、１５は排気主管、１６は真空ポンプ、２０は
逆充填用主管、２３Ａ乃至２３Ｄは再加圧用管、
２５Ａ乃至２５Ｄは流量調整弁である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した複
   数の吸着床からなり、該吸着床に空気の如き酸素
   及び窒素を含む混合ガスを加圧導入流通せしめ
   て、窒素を吸着除去して濃縮酸素を採取する工程
   と、前記工程で吸着した窒素を真空吸引により脱
   着せしめて吸着床を再生する工程とを前記複数個
   の各吸着床を順次切り換え操作して酸素を濃縮す
   る方法において、 各吸着床をそれぞれ、 (イ) 吸着床の一端より該床に加圧混合ガスを導入
   して、他端より濃縮酸素を採取する加圧吸着工
   程、 (ロ) 混合ガスの導入を停止して、吸着床の濃縮酸
   素導出端より、並流方向にガスを導出して、他
   塔の加圧均圧化のために供給する並流減圧工
   程、 (ハ) 吸着床の混合ガス導入端を大気と連通して床
   内のガスを向流方向に放出してほぼ大気圧まで
   減圧する向流減圧工程、 (ニ) 吸着床の混合ガス導入端を真空ポンプと連通
   して床内を向流方向に排気する向流排気工程、 (ホ) 吸着床の混合ガス導入端より他床での並流減
   圧工程よりのガスを導入すると同時に、濃縮酸
   素導出端より前記加圧吸着工程で得られた濃縮
   酸素の一部を導入して、並流減圧工程にある他
   の床と均圧化する加圧均圧化工程、 (ヘ) 吸着床の濃縮酸素導出端より前記加圧吸着工
   程で得られた濃縮酸素の一部を導入して床内を
   吸着圧まで加圧する再加圧工程、 の各工程順序に従つて操作することを特徴とする
   酸素濃縮法。