JPS62502106A - 中間製品回収を有する圧力スイング吸着 - 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】 発明の背景 発明はガスの精製に関する。より詳細には、発明は吸着可能な供給ガス混合物の 内の中間成分の回収を高める方法に関する。

従来技術の説明 とＰＳＡ系における１つ又はそれ以上の吸着剤床によって選択吸着される不純物 との供給ガス混合物中に含まれるガスを分離及び精製する極めて望ましい手段を 提供する。吸着はこのような床で一層高い吸着圧において起こり、選択吸着可能 な不純物は次いで圧力を低下して一層低い脱漬圧にすることによって脱着される 。所望の場合には、該低い圧力においてパージして不純物を更に脱海して除いた 後に、一層高い吸着圧に再加圧して追加量の供給ガス混合物から不純物を吸着し 、このようにして吸着系内の各床において加ニジーケンスを循環ベーシスで行な う。

ＰＳＡプ四セスは多床系蛤用いられるのが普通である〇ワグナー（Ｗａｇｎｅｒ 　）の米国特許＆４３Ｑ、４１８号は少なくとも４つの吸着剤床を配列して用い て特有のＰＳＡ加ニジ−ケンスを循環ペーシスで行なうＰＳＡプｐセス及び系を 開示している。このシーケンスは一層高い圧力の吸着、床の放出端或は製品端か ら空隙ガスを開放する中間圧への並流降圧、一層低い脱藩圧への向流降圧、一層 高い吸着圧への再加圧を含む。ワグナ−はある床から開放された空隙ガスを初め に一層低い脱法圧にある別の床に直接通すことを開示している。それにより２つ の床の圧力を中間圧において均等にする。並流降圧されている床の製品端から更 に空隙ガスを開放し、該空隙ガスを用いてＰＳＡ系内の別の床にパージガスを供 給した後に該他の床を低い脱藩圧から再加圧する。このような均圧化によって各 床を再加圧して中間圧レベルにした後に、再加圧している床の製品端に製品流出 物を向流に加えて一部分中間レベルから再に再加圧する。

当分野のそれ以上の発展において、フユーデラ−（Ｆｕｄｅｒｅｒ　）等の米国 特許５，９８６．８４９号は少なくとも７つの吸着剤床をＰＳＡ加ニジ−ケンス の全ての段階において重複して一致する加工サイクルで用い、供給ガス混合物を 少なくとも２つの吸着剤床の供給端に導入することを開示している。各床は交替 に３つの均圧化工程を受けた後に再加圧を受けて一層高い吸着圧になり、該工程 を一層高い製品純度を達成する特有の方法で行なう。

ＰＳＡプロセスは、かかる特許の開示によって代表されるように、水素等のガス を精製する極めて輩ましくかつ実用的な商業プロセスである。該プロセスは純度 の非常に高い製品、例えば純度９９９％を超える水素製品を生産することができ る利点を有する。ＰＳＡプロセスは入手可能な広範囲の供給原料を処理するのに 使用することができ、及び特有の水素含有或はその他の供給ガス流に関して用い ることに限定されない。Ｖ＆層剤の過度の劣化を避けるのに望ましい或は必要と するような慣用の不純物除来以外の前処理或は後処理工程をプロセスの一部とし て必要としない。加えて、供給ガス流と製品ガスとの間に圧力低下はほとんどな く、そのため製品ガスはＰＳＡ系の下流で更に用いる及び各床を一層低い脱着レ ベルから或は上述した通りにして行なわれる１つ又はそれ以上の均圧化工程の間 に達成される中間圧レベルから吸着圧に再加圧する吸着圧レベルにおいて入手す ることができる。

また、上述したＰＳＡプロセス等の選択吸着プロセスを用いてガス混合物から一 層強く吸着し得る成分を所望の製品として回収し得ることも当分野において知ら れている。例えば、ＰＳＡプｐセスを用いて一層ｇ＆着し易い（ｍｏｒｅ　ｒｅ ａｄｉｌｙ　ａｄｓｏｒｂｍｂｌｅ　）成分としての二酸化炭素をその他の一層 吸着しにくい（１ｅｓｓ　ｒｅａｄｉｌｙ　ａｄｓｏｒｂｍｂｌｅ）成分、例え ばメタン、水素、窒素等と共に含有するガス混合物から９９％の二酸化炭素を回 収することができる。

このような目的のために使用する加工サイクルは、ＰＳＡプロセスを用いて一層 吸着しにくい成分を生産する場合に用いるものと本質的に同じである。

このようなよく知られたＰＳＡサイクルを用いて数多くの成分を含有するガス混 合物を分離する場合、吸着及び／又は脱着工程の間にそれぞれ回収する通りの− Ｎ吸着しにくい成分及び／又は一層級層し易い成分は、ＰＳＡプロ七スを実施す る加工条件に応じて混合物自体の内の一層吸着し易い成分及び一層吸着しにくい 成分と比べて中間の吸着可能特性を有する成分を含有し得る。すなわち、水素、 アルゴン、窒素、−酸化炭素を含有するガス混合物の分離において、水素が一層 吸着しにくい成分であり、二酸化炭素が一層吸着し易い成分である場合に、高純 度の水素はそれから分離されたアルゴン、窒素、−酸化炭素の混合物を含む一層 吸着し易い成分を有して回収することができる。同様に、高純度のＣＯは一層吸 着し易い成分として水素、アルゴン、窒素の混合物を含む一層吸着しにくい成分 を有して回収することができる。

また、水素及びアルゴンを含む軽質の一層吸着しにくい成分、及び窒素及び−酸 化炭素を含む一層吸寿し易い成分を得るように公知のＰＳＡサイクルを採用する ことも可能である。

しかし、中間的にｅＭし得る成分を（１）一層吸着しにくい成分と共に、（２） 一層吸看し易い成分と共に、（３）該一層吸漬しにくい成分及び一層吸着し易い 成分をも含有する廃棄流の一部として回収させるよりもむしろ所望の純度の独立 した製品として回収することが屋ましい実際の用途が当分野においである。本明 に３書において用いる如き「中間的に吸湯し得る成分」、「中間成分」、「中間 製品」なる用語は、−Ｍ吸着しにくい成分及び一層吸看し易い成分をも有するガ ス混合物の内の単−成分或は１柚より多い該成分を表わすのに用いる。上に挙げ た具体的なガス混合物においては、これよりアルゴンを中間成分として回収し、 他方、水素を一層吸着しにくい成分として回収し、ＣＯと窒素との混合物を一層 ＠着し易い成分として回収することが望ましいであろう。その他の場合では、窒 素を中間成分として回収し、水素とアルゴンとの混合物が一層吸着しにくい成分 を構成し、ＣＯと追加の窒素との混合物が一層吸着し易い成分を構成することが 望ましいかもしわない。別の変更においては、中間成分としてのアルゴンと窒素 との混合物を、軽質の一層吸着しにくい成分としての水素及び重質の−Ｎ吸着し 易い成分としてのＣＯと別けて分離及び回収することが望ましいかもしれない、 従来、ガス混合物の中の中間成分のこのような分離及び回収を慣用の簡便なＰＳ Ａ加工に適合し得る方法で行なうことは実行できなかった。中間製品＠収のため のこのような簡便な加工可能な施設（ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　）を開発すれば、 当業者は望ましい中間製品回収を達成するように種々の実用的商業ＰＳＡ運転を 有利に行ない得ることを認めるものと思う。

このような中間製品回収可能な施設を開発するために従来提案された１つのアプ ローチはシバジサー力−（５ｈｉｖａｊｉ　５ｉｒｅａｒ　）の名前で１９８１ 年１２月３０日に公表されたヨーロッパ特許明細＠０００８８８２号に記載され ている。同特許明細書には、第一キー成分、第二キー成分、第三キー成分を有す る多成分供給ガス混合物の分離が開示されている。この目的のために、複数の床 対、すなわち、直列の２つの床から成る吸着系を与え、各床対は上述した慣用の ＰＳＡ加工技術に従って単−床のように機能する。供給ガス混合物は第一対の床 を、次いで他を通り抜け、第三成分吸着フロントを第一床において確立し、第二 キー成分吸着フロントを第二床の対において確立する。次いで、供給ガス混合物 の流れを中断し、及び床の間のガス流れを中断する。次いで、床に別々にすすぎ 工程、製品還元工程、パージ工程、部分再加圧工程を行なった後に、床間の流れ を再確立して最終の再加圧、床への供給ガス混合物の流れの開始、加工サイクル の繰返しを行なう。開示されたプロセスは中間製品回収用に採用することができ るが、複数供給系において対の吸着剤床を用いることに必ず伴う複雑な加工工程 は、関連する管路、バルブ、操縦装置等の複雑さと共にプロセスの実用的適応性 を制限する作用をする。それ以来、中間製品回収を実用的な簡便法で容易にする ことができる改良されたＰＳＡプロセスの必要が当分野に相変わらずある。

よって、発明の目的は中間製品回収を達成させ得る改良されたＰＳＡプロセスを 提供することである。

発明の別の目的はかかる中間製品の回収を慣用の多床ＰＳＡ系に適合した方法で 容易にするプロセスを提供することである。

発明のそれ以上の目的は多成分供給ガス混合物から所望の中間製品を回収する際 に有利な適応性を有するＰＳＡプロセスを提供することである。

これらやその他の目的を心に留めて、発明を本明細書中以降において詳細に記載 し、発明の新規な特徴を特に添付の請求の範囲に示す。

発明の要約 供給ガス混合物の中間成分をＰＳＡ加工において、初めに多成分供給ガス混合物 の中の一層吸着しにくい成分を吸着剤床から本質的に完全に除くことを確実にし 、次いで並流降圧工程を用いて該中間成分を床の製品端から除くことによって独 立した製品として回収する。４又はそれ以上の床を有する種々の吸着系において 、特に望まして加工サイクルを用い、一層ｇ＆Ｎし易い成分の一部を向流降圧の 間に回収するか、或は中間成分製品の一部を簡便に排除用ガスとして用いて吸着 系内の各床に循環ベーシスで導入する。

発明の詳細な説明 発明のＰＳＡブｐセスは慣用のＰＳＡ加工に関し、該ＰＳＡ加工では吸着系の各 床が一層高い圧力の吸着、空隙ガスを床の製品端から開放することによる中間圧 力レベルへの並流降圧、脱着されたガスを床の供給端から開放することによる一 層低い脱着圧への向流降圧、床へのパージを有し或は有さず、一層高い吸着圧へ の再加圧を循環ベーシスで受ける。発明の目的は、一層ｒＪ＆Ｍしにくい成分と 、中間成分と、一層級着し易い成分とを含有する供給ガス混合物の分離において 、二層吸着しにくい成分を吸看床から本質的に完全に除く並流排除工程を採用す ることによって達成される。次いで、中間成分を床の製品端から所望の純度の製 品として放出して床を並流に降圧する。発明が指向する多床吸着系では、各床用 い用いる排除用ガスは並流降圧或は向流降圧工程の間に系内のその床或は別の床 から開放されるガスの一部を転用することによって有利に得られるが、その他の 適当な排除用ガスもまた中間製品回収を有するＰＳＡを用い工いる全加工運転に 関して利用し得るならば用いてよい。

当業者であれば、ＰＳＡプロセスの高圧＠着工程が一層高い吸着圧の吸着剤床の 供給端に供給ガス混合物を導入することを含むことを認めるものと思う。一層吸 着しにくい成分は床を通り抜けて床の製品端から放出される。

吸着フロントが床内に確立され、該フロントは同様に床の中を供給端から製品端 に向かって移動する。供給ガスが一層吸着しにくい成分と、中間成分と、一層吸 着し易い成分とを含有する場合、該中間成分の前方吸着フロントが確立され及び 床の中を一層吸着し易い成分の後方吸着フロントの先の製品端或は放出端の方向 に移動する。

一層吸着しにくい成分が本質的に存在しない、すなわち中間成分及び／又は一層 吸着し易い成分のモル濃度を有する並流排除ガスを用いることによって、前方吸 着フロントの先の吸着剤床の空隙中に残留する一層吸着しにくい成分を本質的に 完全に床から排除することができる。

これは後に床を並流に降圧することによって中間成分を床の製品端から所望の純 度の製品として放出することを可能にする。下記に示す通りに、中間製品回収用 の並流降圧工程は、望ましくは、このようにして開放される空隙ガスを用いて他 の床と均圧化するか或は原末にパージガスを与える簡便に用いられる並流降圧工 程に加えて行なう。床の向流降圧は、慣用のＰＳＡ加工の場合のように中間製品 回収工程の後に行なう。慣用の並流降圧工程か或は向流降圧工程のいずれかの間 に床から除かれるガス或はその一部を別の床の供給端に転用して排除ガスとして 用いる場合、該ガスを十分に再加圧して一層吸着しにくい成分の床の空隙からの 排除を行ない得ることを認めるものと思う。実際において、ある床内に存在する 不純物のフロントをある床の供給端か或は製品端のいずれかの方向に移動させ及 び開放されたガスを別の床に導入しそれにより一層吸着しにくい成分のその床か らの排除を助長する。

発明は少なくとも４つの吸着剤床を有する多床ＰＳＡ糸において有利に実施する ことができる。好ましくは、発明を４〜６の吸着剤床を有する系において有利に 用いることができるが、発明をまた７又はそれ以上の床を有する一層大きな系に おいても用い得ることを認めるものと思う。慣用の実施の場合のように、発明の 任意の所定　。

給ガスを任意の所定の時間に１つの床に通すことができるか或は任意の所定の時 間に少なくとも２つの床に通してもよい。また、慣用の実施の場合のように、発 明は所゛望の場合に１．２．３又はそれ以上の並流降圧工程を採用することがで き、上述した通りに該工程の間に床の製品端から開放されるガスは均圧化及びパ ージ供給の目的により用いられる。このように、発明は上に挙げた特許に記載さ れている通り及びその他当分野において知られている通りの確立された及び有利 な商桑実施に本質的に匹敵し得るＰＳＡ加工運転の間に中間製品を回収する際の 望ましい適合性を有する。

−ｆｆｌＵ＆着しにくい成分と、中間成分と、一層吸着し易い成分であって、該 成分は１種のガス或は使用する吸着剤、所望の分離及び中間製品回収に関して相 対的に類似した吸着特性を有する１種より多いガスを含むものと理解されるもの を含有する任意の供給ガス混合物を分離することは発明の範囲内である。５Ａモ レキユラーシープ或はその他のかかる慣用の吸着剤を水素、アルゴン、窒素、− 酸化炭素を含有するガス混合物に関して用いると、水素が最も吸着され離＜、ア ルゴンは水素よりも強く吸薄し、窒素はアルゴンよりも強く吸着され、−酸化炭 素が全成分の中で最も早く或は強く吸着される０発明の実施において、アルゴン 、窒素か或は両方を中間成分として所望の純度レベルにおいて回収することが容 易に実行可能である。かかる目的のために、供給ガス混合物を一層高い吸着圧の 吸着床の供給端に導入し、一層吸着しにくい成分、すなわち水素或は水素をアル ゴンと共に床の製品端から除く。水素が本質的に存在しない及び供給ガス混合物 より大きいモル濃度の該窒素及び／又は−酸化炭素を有する排除ガスを床の供給 端に導入し、それにより床の空隙から及び床自体から残留量の水素成分を排除す る。また、床を並流に降圧しそれにより更に空隙ガスを床の製品端から開放する 。これは該並流降圧工程の前、該工程の間、或は後のいずれかに行なうことがで きる。

当業者であれば、並流降圧工程及び該並流排除工程を床から水素を本質的に完全 に排除するように行ない、該本質的に完全な排除が任意の特有の用途用に確立さ れた中間製品純度規格と一致することを認めるものと思う。次いで、床を更に並 流に降圧して床の製品端から中間成分、すなわちアルゴンを所望の純度の製品と して放出する。

次いで、床を一層低い脱着圧に向流に降圧する。この工程の間に床の供給端から 除かれるガスは一層吸着し易い成分を含み、該成分の一部を用いて床の供給端に 或は系内の別の床に循環させて加えるコバージガス或は排除ガスを与えることが できる。次いで、床を一層高いｇ＆着圧に再加圧する。床を並流降圧する間に床 の製品端から開放される水素を含むガスを用いて床を再加圧する前に一層低い脱 着圧の床をパージすることができる。必要に応じて、床を前の独立した向流降圧 工程なしでそのようにパージしてもよい。発明をこの実施態様のように行なう通 りにして、アルゴン、或は窒素或はそれらの混合物等の中間成分を元の供給ガス 混合物から所望の純度レベルにおいて回収することができる。

別の具体例では、発明のＰＳＡプロセスを用いて１２−１３バールにおいて入手 でき及びモル％の下記の組成：水素、６２％；Ｃｏ、３１％；ＣＨ４，１５％； 　ＣＯ，，５，５％及びその他（窒素及びアルゴンを含む）、２．０％を有する 部分酸化ガスから中位の純度、例えば最高７％の水素を有する最低７５％の一酸 化炭素流を得ることが望まれる。ＣＯ含有製品ガスが化学中間体の製造において ＣＯを消費してＣＯｚを製造するプロセスによって用いられることがある。ＣＯ 及びＣ０２に富んだガスは化学中間体が作られる反応からパージされ、このパー ジされるガスはＣＯ約５５％及びＣＯｘ約２０〜２５％を含有する。

本質的に水素の存在しない及びＰＳＡ系への供給ガス混合物よりも高いモル濃度 の中間成分及び一層吸漬し易い成分の両方を有するこのガスを、こうして排除ガ スとして用いて一層吸着しにくい成分中の水素を吸着系の床から排除することが できる。この分離のために４床吸着系を簡便に用いて６２％の水素含有供給ガス を１２−１３パールの各吸着剤床の供給端に順次に導入する。発明のこの実施態 様では、並流排除工程を初めの供給−ｇ＆漬工程の後に行ない、均圧化及びパー ジを与える目的のための並流降圧を該排除工程の後に行なう。該並流降圧工程の 間に圧力を約４．５バールに下げる。次いで、床を更に４．５バールから１５バ ールに並流に降圧し、この工程の間に所望のＣＯに富んだ中間製品を床の製品端 から回収する。次いで、床の１バーへの向流降圧及びパージングを行なった後に 、追加量の供給ガス混合物を処理する際に用いるために床を一層高い吸着圧に再 加圧し、このようにして原末において循環操作を連続して行なう。発明の実施を 示した発明の４床実施態様に関して下記の表１により例示することができる。

この表において、Ａは一層高い吸着圧における吸着工程を表わし、供給ガス混合 物を床の供給端に導入し、一層ｇ！に着のしにくい成分を床の製品端から放出し ；Ｃは一層吸着しにくい成分が本質的に存在しないガスを床の供給端に導入しそ れにより該一層吸着のしにくい成分を床から本質的に完全に排除することによる 並流排除を表わし；Ｉは並流排除工程を完了した床と一層低い脱着圧においてパ ージした床との間の並流降圧−均圧化工程を表わし；Ｅは追加量の一層吸滑しに くい成分を開放し及び該ガスを該系内の床にパージガスを与える際に用いるため の外部貯蔵容器に通す並流降圧工程を表わし；ＢＤは該中間成分を床の製品端か ら所望の純度向上のＣＯに富んだ製品として放出する並流降圧工程を表わし：Ｄ は向流降圧工程を表わし；Ｐは該外部貯蔵容器から抜き出されるガスを用いるパ ージ工程を表わし：Ｒは一層高い吸着圧への再加圧を表わす。具体例のプロセス では、系の１つの床のみが全サイクルにおける任意の所定時間に奴着−並流排除 加エシーケンスを受けることがわかるであろう。この例で得られる中位の純度、 すなわち純度９０〜９４％の水素製品を部分酸化ユニットの主ガス流に循環させ ることができる。ＣＯ２である一層吸着し易い成分を工程り及びＰの間に床から 、工程ＢＤの間に中間製品として回収しないメタン及びＣＯの一部と共に回収す る。

表から、発明のこの実施態様のＰＳＡサイクルは慣用のＰＳＡサイクルに類似し ており、該Ｃ及びＢＤ工程を加入させることが該慣用の加工に完全に匹敵し得る ことがわかるであろう。説明したプロセスは、多成分供給ガス混合物からの上述 したような実用的製品規格値を有する中間成分ＣＯの製造において極めて有利で ある。

発明の実施において得られる適応性の具体例として、上記の例のガス分離及び中 間製品回収をまた５床吸Ｎ系において簡便に実施することができ、族系では１床 のみが任意の時間に吸着しており及び中間成分の一部を用いて床の供給端に排除 ガスとして循環させる。この実施態様で用いる加工サイクルを下記の表■に示す ：表　■ この表■において、ＡＳＣ，Ｉ、Ｅ、ＢＤ、、Ｐ及びＲは全て上記表工の例の場 合と同じ意味を有する。各床は順番に吸潰；並流排除；並流降圧−３番目に高い 番号の床との均圧化、後者の床を一層低い脱着圧から再加圧し；追加量の一層吸 着しにくい成分を開放し及び系内の床にパージガスを与える際に用いるために外 部貯蔵容器に該ガスを通すことによるそれ以上の並流降圧；中間成分を床の製品 端から放出することによる並流降圧；外部貯蔵容器からパージガスを原末の製品 端に与えること、床は該パージ工程の間に一層低い脱着圧に低下し、床をパージ する前に独立した向流降圧工程を含ます；はじめに高い圧力にある系内の別の床 からガスを原末に通すことによる均圧化；床の一層高い吸着圧への再加圧を受け ることがわかるであろう。工程Ｃにおいて用いる排除用ガスとして、工程ＢＤの 間に床の製品端から放出される中間成分の一部を転用或は循環させて再加圧し及 び工程Ｃの間に排除用ガスとして床に導入するのが便利である。

発明の実施の別の具体例として、本質的に窒素と、−酸化炭素と、二酸化炭素と から成る組成を有するスチールコンバーターからのオフガスを処理して一酸化炭 素を所望の中間製品として回収することができる。モル基準で窒素１５％、Ｃ０ ６９％、Ｃ（ｈ１６％を含有する該オフガスを６つの床を収容し、各床は活性炭 吸着剤４５容積−と１３Ｘタイプモレキユラ一シープ吸着剤５５容積≦とを収容 する吸着系に導入する。この一層高い吸着圧において、前方のＣＯ吸着７田ント が確立され及び後方のＣ０２）ｐントの先の各床の製品端の方向に移動し、他方 、ＣＯをいくらか含有することができる一層吸着しにくい′成−分、すなわち窒 素を床の製品端から放出する。このガス或はガスの一部を用いて別の床を再加圧 する”ことができる。次いで、床を並流に降圧して一層吸着しにくい成分、すな わち窒素を開放し、はじめに一層低い圧力にあり及び再加圧を受ける系内の別の 床に該ガスを通して床の間を均圧にする。次いで、床を更に並流に降圧して追加 量の一層吸着しにくい成分を開放し及び該ガスを外部貯蔵容器に通してパージガ スを系内の床に与える際に用いる。上述したかかる並流降圧工程と同時に、一層 ＴＪ＆５１１しにくい成分が本質的に存在しないガスを床の供給端に導入するこ とによって並流排除工程を実施する。次いで、それ以上の並流降圧を行なって床 の製品端から所望のＣＯ中間成分を放出する。次いで、床を向流に降圧して床の 供給端から最も吸着しやすい成分、すなわちＣ（ｈを除く。

下記の表■に示すこの実施態様において、この向流降圧ガスの一部を転用して加 圧し及び系内の別の床へσ排除用ガスとして用いる。次いで、該外部貯蔵容器か らパージガスを与えて床をパージした後に、床を一層高い吸着圧に再加圧する。

この表において、ＡＳＩＳＣ，Ｅ、ＢＤ、Ｄ、Ｐ及びＲは上記の表工の場合と同 じ意味を有する。発明のこの具体例において、供給ガス混合物を圧力９パールに おいて床に導入し、加工サイクルは任意の所定時間に該吸着工程にある１つの床 のみを含むことがわかる。並流排除、並流降圧−均圧化、パージ付与工程の間、 すなわち工程！、Ｃ１Ｅの間に床の圧力を４バールに下げる。中間成分ＣＯを回 収する並流降圧工程ＢＤの間に、更に１〜２バールへの降圧が行なわれ、床の製 品端から９９％のＣＯが抜き出される。向流降圧工程りを行なってＣＬ４パール にし、それにより床の供給端から開放されたガスはＣｏｔ約４２％及びＣＯ５２ ％を含有する。このガスを簡便に再加圧して工程Ｃの間に用いる排除ガスとして 系内の別の床に導入する。示した表中の工程りの間に得られるガスを、こうして 系内の２番目に高い番号の床への排除用ガスとして有利に用いることができ、例 えば、床５の工程りからの該ガスを用いて工程Ｃの間に床１に導入することがで き、床１の工程りからのガスを床３への排除ガスとして用いることができる。並 流降圧ガスを外部貯蔵容器に通す場合、当業者であれば、ガスがある床から別の 床に直接通る直接均圧化に対比して間接均圧化において該容器に加える該ガスを プラグフローで外部容器に加えそれによりガスの成分組成プルファイルを床から 除かれる通りに保つのが望ましいことを認めるものと思う。

このような手段によって、最も純度の高いパージガスを初めに外部容器内に加え て保持し、純度の一層低いガスをそのように別途に加えて保持する。該容器から ガスを後に開放してガスを加えた同じ端部の中に通す際に、相対的に純度の低い ガスが、次いで相対的に純度の高いガスが容器から放出され、例えば該パージ工 程の最終部分について最も純度の高いガスを用いてパージを行なうことを可能に する。窒素３６６モル％、ＣＯ２４４％、ＣＯｘ５９．０モ／Ｉ／％の組成を有 するパージガス流出物を望ましくは燃料ガスとして用いて全ガス分離操作を増進 することができる。

本明細書中上に説明し及び例示した通りの中間製品回収を有するＰＳＡプｐセス の細部において、添付した誇求の範囲に記載した通りの発明の範囲から逸脱しな いで種々の変更及び変更態様を行ない得ることは理解されよう。すなわち、上記 の種々の例の場合のように、採用する床の数、採用する並流降圧−均圧化工程の 数、かかる均圧化が外部貯蔵容器の中に直接に通るか或は間接に通るか、使用す る排除用ガスが外部源から入手し得るか或は中間製品又は向流降圧ガスの一部を 転用することによって供給されるかは、全て、任意の所定用途において望まれる 事情及び結果によって変えることができる。同様に、所望の多成分ガス分離、回 収すべき中間成分、該中間成分の所望の純度レベル、向流降圧の使用、パージ或 はパージ工程の使用が有るか或は無いか、向流パージが有るか或は無いか、パー ジガスを与えるための外部容器の使用或はまた慣用の実施に従う並流降圧−別の 床へのさせることができる。ＰＳＡ系は、慣用のＰＳＡ操作の場合のように、あ る工程から次の工程への必要な吸着剤床の切替えを適当なシーケンスで行なうた めに種々の導管、パルプ、その他の制御特徴を必ず加入させることを認めるもの と思う。また、発明は供給ガス混合物の種々の成分のその他の該成分に勝る選択 性を有する任意の適当な吸着性物質を用いて実施し、それによって一層吸着しに くい成分と、中間成分と、一層吸着しやすい成分とを与え得ることを認゛めよう 。当分野において知られており及び市販されている適当な吸着剤はゼオライト系 モレキュラーシーブ、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ等を含む。キヨナガの 米国特許第Ａ１７１４４４号及び上に挙げた特許にＰＳＡ運転用に用い及び発明 の実施において用いるのに適した種々の知られた吸着剤に関するそれ以上の情報 が載っている。

上記の説明及び例から、発明は供給ガス混合物から中間成分を分離及び回収する 極めて実用的な手段を提供することがわかるであろう。発明の方法は、かかる望 やしい中間製品の回収も慣用の多床加工に匹敵し得る有利な方法で達成すること を可能にする。すなわち、中間成分の所望の回収を達成するのに原末を対で使用 することの加工上及び機械的な複雑さを取り除き、及び発明は既存のＰＳＡ加工 技術の比較的小さな変更のみで行なう。樋めて望ましい実施態様では、向流降圧 する際に所望の中間製品回収を行なうことを可能にする並流降圧−一層吸着しに くい成分排除工程において排除ガスとして用いる。

こうして、種々の望ましいガス分離、例えば基礎の酸素炉ガスからのＣＯの回収 を実用的商業運転において用いるのを可能にする。このような適用は、産業社会 の増大するガス分離及び回収要求を満足させる実用的な、商業的に実行し得るア プローチの提供においてＰＳＡ技法の発展を増進しかつ広げる。

手続補正書 昭和６２年　５月１９日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ユニオン　カーバイド　−−ボレーション

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも４つの吸着剤床を有する吸着系において、一層吸着しにくい成分 と、中間的吸着性成分と、一層吸着し易い成分とを含有する供給ガス混合物を分 離し、該中間成分を所望の製品として回収する圧力スイング吸着方法であって、 該床の各々は下記： （ａ）供給ガス混合物を一層高い吸着圧の吸着剤床の供給端に導入し、一層吸着 しにくい成分を床の製品端から放出し、該中間成分の前方吸着フロントを床内で 一層吸着し易い成分の後方吸着フロントの先に確立し；（ｂ）一層吸着しにくい 成分が本質的に存在しない排除用ガスを床の供給端に導入し、該中間成分及び／ 又は一層吸着し易い成分のモル濃度は供給ガス混合物におけるよりも該ガスにお いて大きく、該ガスは中間成分の回収を開始する前に一層吸着しにくい成分を床 から本質的に完全に排除するように導入し； （ｃ）該中間成分を床の製品端から所望の純度の製品として放出して床を並流に 降圧し； （ｄ）床を向流に降圧し及び／又はパージして一層吸着し易い成分を床から除き ； （ｅ）該床を一局高い吸着圧に再加圧する加工シーケンスを循環ベーシスで受け 、それによって中間的に吸着帯し得る成分を最も吸着しにくい成分と共に、或は 一層吸着し易い成分と共に、或は該一層吸着しにくい成分及び一層吸着し易い成 分を有する廃棄流として回収するよりもむしろ所望の純度の独立した製品として 回収することができる方法。
2. ２．前記床を並流に降圧して最も吸着しにくい成分ガスを床の製品端から除いた 後に並流排除ガスを床の供給端に導入することを含む請求の範囲第１項記載の方 法。
3. ３．並流排除ガスを床の供給端に導入するのと同時に床を並流に降圧して一層吸 着しにくい成分ガスを床の製品端から除くことを含む請求の範囲第１項記載の方 法。
4. ４．並流排除ガスを床の供給端に加えた後に床を並流に降圧して残留する一層吸 着しにくい成分ガスを床の製品端から除くことを含む請求の範囲第１項記載の方 法。
5. ５．床を一層低い脱着圧に向流に降圧して前記一層吸着し易い成分を床から除く 請求の範囲第１項記載の方法。
6. ６．前記床をパージして前記一層吸着し易い成分を床から除く請求の範囲第１項 記載の方法。
7. ７．前記床を一層低い脱着圧に向流に降圧し及び該低い圧力にてパージして前記 一層吸着し易い成分を床から除く請求の範囲第１項記載の方法。
8. ８．ある床の製品端から放出される中間成分ガスの一部を転用して前記吸着系に 含まれる別の床への排除ガスとして用いることを含む請求の範囲第１項記載の方 法。
9. ９．ある床の供給端から除かれる一層吸着し易い成分ガス或はその一部を排除ガ スとして吸着系における別の床の供給端に循環させることを含む請求の範囲第１ 項記載の方法。
10. １０．前記床の供給端から除かれる前記一層吸着し易い成分の一部を系から除く 請求の範囲第９項記載の方法。
11. １１．並流降圧工程（ｂ）の間に床の製品端から開放される一層吸着しにくい成 分ガスを均圧化のために別の床に導入する請求の範囲第１項記載の方法。
12. １２．床を並流降圧する間に床の製品端から開放される一層吸着しにくい成分ガ スを、パージガスを前記系内の床に提供するのに使用すべき外部貯蔵容器に通す 請求の範囲第２項記載の方法。
13. １３．吸着系が４つの吸着剤床を含み、各床が下記の加工シーケンス： （ａ）一層高い圧力において吸着し； （ｂ）最も吸着しにくい成分が本質的に存在しない前記ガスにより並流排除し、 １つの床のみが所定の時間に吸着−並流排除シーケンスを受け； （ｃ）並流降圧して一層吸着しにくい成分を開放し及び該ガスを均圧化のために 再加圧を受ける別の床に通し； （ｄ）並流降圧して一層吸着しにくい成分を開放し及び該ガスを外部貯蔵容器に 通して該系内の床にパージを与える際に用い； （ｅ）該中間成分を床の製品端から放出して並流降圧し；（ｆ）向流降圧して該 最も吸着し易い成分を床から除き；（ｇ）パージガスを該床に与え； （ｈ）通常一層高い圧力の別の床と均圧化し；（ｉ）一層高い吸着圧に再加圧す る を順番に循環ベーシスで受ける請求の範囲第１項記載の方法。
14. １４．吸着系が５つの吸着剤床を含み、全加工シーケンスの全ての段階において １つの床は吸着しており別の床は前記並流排除工程にあり、各床は下記の加工シ ーケンス：（ａ）一層高い圧力において吸着し； （ｂ）並流排除し； （ｃ）並流降圧して一層吸着しにくい成分を開放して均圧化のための再加圧を受 ける別の床に通し；（ｄ）該中間成分を床の製品端から放出して並流降圧し；（ ｅ）パージ或は真空脱着して一層吸着し易い成分を床から除き； （ｆ）並流に降圧している別の床からガスを通すことによって均圧化し； （ｇ）吸着圧に再加圧する を受ける請求の範囲第１項記載の方法。
15. １５．各床が下記の加工シーケンス： （ａ）一層高い吸着圧において吸着し；（ｂ）一層吸着しにくい成分が本質的に 存在しないガスを床の供給端に導入することによって並流排除し；（ｃ）並流降 圧して一層吸着しにくい成分を開放し及び該ガスを該床間の均圧化のために再加 圧を受ける系内の別の床に通し； （ｄ）中間成分を床の製品端から放出して並流降圧し；（ｅ）向流に降圧して該 一層吸着し易い成分を床の供給端から除き； （ｆ）初めに一層高い圧力にある系内の別の床から該系にガスを通して均圧化し ； （ｇ）該床を一層高い吸着圧に再加圧するを順番に循環ベーシスで受ける請求の 範囲第１項記載の方法。
16. １６．工程（ｃ）の後に、床を更に並流降圧して追加量の一層吸着しにくい成分 を開放し及び外部貯蔵容器に該ガスを通して前記系内の床にパージガスを与える 際に用いることを含み、及び向流降圧した後に該外部容器からのパージガスを床 に与えることを更に含む請求の範囲第１５項記載の方法。
17. １７．前記一層吸着しにくい成分が水素を含み、前記中間成分がＣＯを含み、前 記一層吸着し易い成分が二酸化炭素に富んだ流れを含む請求の範囲第１５項記載 の方法。
18. １８．前記一層吸着しにくい成分が窒素を含み、前記中間成分がＣＯを含み、前 記一層吸着し易い成分が二酸化炭素を含む請求の範囲第１５項記載の方法。
19. １９．前記一層吸着しにくい成分が水素を含み、前記中間成分がアルゴンを含み 、前記一層吸着し易い成分がＣＯを含む請求の範囲第１５項記載の方法。
20. ２０．前記中間成分もまた窒素を含む請求の範囲第１９項記載の方法。
21. ２１．前記吸着系が少なくとも４つの床から成る請求の範囲第１６項記載の方法 。
22. ２２．前記並流排除工程（ｂ）及び前記並流降圧工程（ｃ）が同時に行われる請 求の範囲第１５項記載の方法。
23. ２３．前記の同時工程（ｂ）及び（ｃ）の後に、床を更に並流降圧して追加量の ガスを前記床の製品端から開放し及び該ガスを外部貯蔵タンクに通して前記系内 の床にパージを与える際に用いることを含み、及び床を向流降圧した後に該外部 容器からパージガスを床に与えることを更に含む請求の範囲第２２項記載の方法 。
24. ２４．前記一層吸着しにくい成分が水素を含み、前記中間成分がを含み、前記一 層吸着しやすい成分が一酸化炭素及びメタンを含む請求の範囲第２３項記載の方 法。
25. ２５．各床が下記の加工シーケンス： （ａ）一層高い吸着圧において吸着し、系内の１つの床のみが任意の所定時間に おいて吸着工程にあり；（ｂ）最も吸着しにくい成分が本質的に存在しないガス を床の供給端に導入することによって並流排除し；（ｃ）並流降圧して一層吸着 しにくい成分を開放し及び該ガスを系内の別の床に通して該床間を均圧化し；（ ｄ）床を更に並流降圧して追加量の一層吸着しにくい成分を開放し及び該ガスを 外部貯蔵容器に通して該系内の床にパージガスを与える際に用い； （ｅ）中間成分を床の製品端から放出して並流降圧し；（ｆ）該外部貯蔵容器か らパージガスを該床に与え、床は該パージの間に圧力を一層低い脱着圧に下げ； （ｇ）初めに一層高い圧力にある系内の別の床から該床にガスを通して均圧下し ； （ｈ）該床を一層高い圧に再加圧する を順番に循環ベーシスで受ける請求の範囲第１５項記載の方法。
26. ２６．前記吸着系が少なくとも５つの床を含む請求の範囲第２５項記載の方法。
27. ２７．並流降圧工程（ｅ）の間に放出される前記中間成分ガスの一部を工程（ｂ ）の前記並流排除ガスとして転用することを含む請求の範囲第２５項記載の方法 。
28. ２８．前記吸着系が少なくとも５つの床を含む請求の範囲第２７項記載の方法。
29. ２９．前記一層吸着しにくい成分が水素を含み、前記中間成分がＣＯを含み、前 記一層吸着し易い成分が二酸化炭素及びメタンを含む請求の範囲第２７項記載の 方法。
30. ３０．前記一層吸着しにくい成分が水素を含み、前記中間成分がアルゴンを含み 、前記一層吸着し易い成分がＣＯを含む請求の範囲第２７項記載の方法。
31. ３１．前記中間成分もまた窒素を含む請求の範囲第３０項記載の方法。
32. ３２．各床が下記の加工シーケンス： （ａ）一層高い圧力において吸着し； （ｂ）並流降圧して一層吸着しにくい成分を開放し及びはじめに一層低い圧力に あり、かつ床間の均圧化のための再加圧を受ける系内の別の床に該ガスを通し； （ｃ）一層吸着しにくい成分が本質的に存在しないガスを床の供給端に導入する ことによって並流排除し；（ｄ）中間成分を床の製品端から放出して並流降Ｅし ；（ｅ）向流降圧して最も吸着し易い成分を床の供給端から除き； （ｆ）はじめに一層高い圧力にある系内の別の床からガスを該床に通して均圧化 し； （ｇ）該床を一層高い吸着圧に再加圧するを順番に循環ベーシスで受ける請求の 範囲第１項記載の方法。
33. ３３．工程（ｃ）の後に、床を更に並流降圧して追加量の一層吸着しにくい成分 を開放し及び外部貯蔵容器に該ガスを通して前記系内の床にパージガスを与える 際に用いることを含み、及び向流降圧した後に該外部容器からバージガスを床に 与えることを更に含む請求の範囲第３２項記載の方法。
34. ３４．工程（ｃ）の間に回収される向流降圧ガスの一部を転用して系内の別の床 への排除ガスとして用いる請求の範囲第３２項記載の方法。
35. ３５．工程（ｃ）の後に床を更に並流降圧して追加量の一層吸着しにくい成分を 開放し及び該ガスを外部貯蔵容器に通して系内の床にパージガスを与える際に用 いることを含み、並流降圧工程（ｄ）を完了した際に、向流降圧工程（ｄ）の間 に該外部容器からパージガスを床の製品端に与えることを更に含む請求の範囲第 ３２項記載の方法。
36. ３６．前記吸着系が６つの床を含む請求の範囲第３３項記載の方法。
37. ３７．前記一層吸着しにくい成分が水素を含み、前記中間成分がＣＯを含み、前 記一層吸着し易い成分が二酸化炭素を含む請求の範囲第３２項記載の方法。
38. ３８．前記一層吸着しにくい成分が窒素を含み、前記中間成分がＣＯを含み、前 記一層吸着し易い成分が二酸化炭素を含む請求の範囲第３２項記載の方法。
39. ３９．前記一層吸着しにくい成分が水素を含み、前記中間成分がアルゴンを含み 、前記一層吸着し易い成分がＣＯを含む請求の範囲第３２項記載の方法。
40. ４０．前記中間成分もまた窒素を含む請求の範囲第３９項記載の方法。