JPS6297637A - 炭素質材料の酸化方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分￥ｆ） 本発明は酸素含有ガスを使った酸化方法及び装置に関す
る。本発明は特に、酸素リッチガスが反応条件下でこの
ような炭素質物質に適用されてガス状態腫物の生産を生
じ、該副産物は一つ又はそれ以上の炭素酸化物（ＣＯｘ
）で汚染された反応しない酸素を有する酸化方法に関し
、前記副産物は純化した富酸素製品ガスを再生又は回収
出来るよう純化される。

（従来の技術） 発酵方法として、生物又はその他有機材料を酸化するの
に酸素リッチガスが使われる装置及び方法では、酸素の
泊費は極めて小さく、反応流出物は大量の反応しないＯ
ｔを含んでいる。このような方法を経済的に効率よくす
るため、反応のガス状流出物内の０．を回収、再利用す
ることが必要である。例えば生物の発酵テハ、例えば約
５０％　＋７）　Ｏｔと、約５０％　ノＮ！とを含む富
酸素処理ガスが使われる。発酵からの流出物は約５％の
ＣＯ，，５０％のＮｔ　ｓ　４５％のＯｔを含んでいる
。この流出物を汚染を強化することなく再生利用するた
め、Ｃへを先ず取除（ことが必要である。

米国特許第３８３３４７７号では、酸化方法、特に酸素
を必要とする発酵を示しており、この方法では、反応し
ない酸素、窒素など反応しない不活性ガス、Ｃｑから成
る副産ガス状流出物が得られている。反応しない酸素を
、少（とも部分的に伴なう汚染を解放して回収、再利用
するため、発酵反応からの流出ガスは、圧縮空気く加え
られ、混合物は、水とＣＯＩとパが凝結により取除かれ
る条件下で再生装置内の金属との熱交換により冷却され
る。金属は冷たい酸素含有ガスに伴なう冷たい窒素との
接触により再生される。再生装置からの純化した０２含
有流出物は、これから窒素及びアルゴンなど軽いガスの
一部を分離するため二重塔式精溜塔内に導ρ・れる。精
留塔からの酸素に富む底部の部分は圧縮され、生化学酸
化反応装置への供給体として使われる。記載のガス分離
手順の代りとして、上記米国特許は、ガス分離の別の方
法が、吸着又は浸透による分留など処理された再生ガス
による供給空気の酸素富化のため使うことが出来ること
を着想しているけれども、代替着想としての詳細は与え
られていない。

（発明が解決しようとする問題点） 反応しない酸素を回収、再生するための生物学的酸化方
法からの離脱ガスの純化は米国特許第４３７１３８０号
に記されている。空気はなるべ（低温精留により分留さ
れ、酸素リッチ成分（９８％Ｏりは加えられる発酵流出
物の再生流と共に発酵工程に使われ、これから作られた
へはシリカケル内の吸着により取除かれる。空気精留か
らの窒素はシリカゲルからのＣＯｌを離脱するための追
放ガスとして使われ、吸着塔は酸素リッチ製品ガスの成
分により再圧縮される。

本発明の目的は、複数個の圧力変動吸着装置を使い、こ
れらは順次吸着、２個の減圧、工程、窒素によるパージ
、パージガスの追放１及び相手塔からの（１）富酸素製
品ガスに伴なう第１の減圧からの（２）流出ガスによる
再圧縮を受けるよう周期的に作動する方法及び装置を提
供することである。

（問題を解決するための手段） 本発明により、簡単で、経済的、効率の良い装置及び方
法が得られ、ここでは酸素リッチガスを持つ生物又はそ
の他有機材料の反応からのガス状流出物は炭素鹸化物を
選択的に取除くため圧力変動吸着装置（ＰＳＡ）内で純
化され、それにより、主鹸化反応内で使うため再生する
Ｃとの出来る反応しない酸素を含む純料のガス流を回収
することが出来る。本発明の圧力変動吸着（ＰＳＡ）方
法は周期装置内で行なわれ、ここで酸化反応からのＣｏ
ｔ含有流出物は次の順に工程を受ける。

（作　用） （１）　　吸着−〇〇宜金含有ガス、Ｃｑを保持する中
で選択的に固形吸着材のベラ・ドの中に、Ｃへの発現又
は発現の直前まで高温で供給される。

吸着工程時にＣｏｔが除去された流出物は抽出され、こ
の流出物の一部は次の吸着ベッドの加圧（工程４）で使
われ、残りは主酸化反応に再利用される。

（２）　　減圧−吸着工程の完了に続いて、吸着ベッド
はガス流供給と反対方向のガス抽出により大気圧迫（ま
で減圧される。

（３）　　パージ−へラドは次に供給ガスと反対方向に
周辺空気によりパージされ、吸着されたＣＯｔを除去す
る。

（４）　　再圧縮−パージ工程に綬いて、吸着ベッドは
工程＋１）からの流出物の一部を使って吸着圧力高さま
で戻される。加圧するガスは供給ガスと反対方向に吸着
ベッド内に進められる。

吸着材の在庫が少なく、作動費用が少ないことを特徴と
する本発明による作動により、酸素リッチガス供給は、
周辺空気の代りに効果的１経済的に使うことが出来、生
物又はその他有機材料に適用される酸化反応を改畳する
。

酸化反応装置１０からのガス状流出物は管１１により抽
出され、コンプレッサ１２により所望圧力まで圧縮され
、次にサイクルの吸着工程時に吸着塔１４，１９．２０
の一つの中に導かれる。コンプレッサ１２を持つ管内に
、凝結体を冷却除去するため通常の最終冷却器１３と液
体−蒸気分離器１３１とがある。塔１４が稼動している
と仮定すれば、反応しない窒素と酸素とを含むガス流は
、装置１０内の酸化反応により形成されたＣＯｘと共に
管１５により、開いている弁１８を経て塔１４の中に進
む。塔１４１λ２０の各々は水の保持があっても無くて
も炭素酸化物を保持する中で選択性のある吸着材のベッ
ドを収容し、一方実質的に、供給ガスの他の成分は塔を
経【ガス抽出管内に進むことが出来る。それゆえ塔１４
が吸着のため稼動することにより、吸着され７；い流出
物は管２５を経て塔を出て、開いている弁３０を経て再
生管３５内に進ａ１流出物はサージタンク３７を経て反
応装置１０内に供給する。組成された酸素リッチガスは
管３６を経て供給される。

予め決められた時隔后に、弁１８と３０とは閉じ、装置
１０からの流出ガスは吸着装置に進み、次に吸着に進む
。この事を塔１９について仮定すれば、塔と協同する管
１ｅｈ２６内の弁２１．３１は予め決められた時隔だけ
開き、この時隔の終りに、弁２１．３１は閉じ、弁２２
．３２は開さ、吸着工程を塔２０内に、この塔と協同す
る管１７．２７を経て切換える。

塔１９が吸着している時隔の一部の間、塔１４は減圧を
受ける。この事は塔の空間から吸着されない残存ガスを
抽出すること、その上排出管３９に連なる弁４ｏを開く
ことにより供給ガス流と反対方向に吸着された炭酸ガス
の一部を抽出することにより行なわれる。管３９かもの
ガスは大気に排出されるか、又はその他使われるか、又
はその他所型のように処理される。

塔１４をほぼ大気圧まで減圧してから１塔は周辺空気に
より吸着された炭素酸化物を置換するようパージされる
。追放工程時に・弁４０は開いたままでいる。パージガ
スは空気供給管４８から塔１４に入る。周辺空気はコン
プレッサ４４により圧縮され、通常の最終冷却器４５と
ガス−液体分離器４６とを経て進み、ここで周辺空気か
らの水の一部は凝結する。環境によって望まれ、又は心
安の時は、ガスを、４７で示すように既知の乾燥材など
乾燥器を経て進める仁とによりさらに乾燥することが任
意に設けられる。塔１４に入る前のパージガスの圧縮及
び乾燥の程度は使われる吸着材の性質と水に対するその
親和性とによる。例えばもし吸着材が疎水性炭素又は高
珪酸疎水性吸着材ならば、圧縮又は乾燥は不必要である
。空気プロアは吸着′ｊ＆置を経て空気を流すのに使う
ことが田米る。

管４８を経て供給される乾燥又は部分的に乾燥した空気
又は周辺空気は、開いている弁５０と管２５とを経て塔
１４内に、減圧弁１００によりほぼ周辺圧力で進み、離
脱した鵠を担持して塔を出て、開いている弁４０を経て
排出管３９内に進み、廃棄又はその他処理される。その
夫々の順番での塔１９と２０とのパージは、管４８から
のパージガスを、塔１９と開いている弁５１，４１とを
経て進め、各々が管３９内に排出する開いている弁５ム
４２を経て塔２０に進めることで同様に行なわれる。

塔１４が追放されたあとで、塔は供給ガスと反対方向に
導入されるＣＯｘの無い製品ガスにより再加圧される。

それゆえガス移送管５９は夫々協同する弁６へ６１．６
２ＦＣより塔１も１９．２００各々と結合して設けられ
る。これら弁の２個を開くことにより、ガスは塔から移
送管５９を経て高圧で、低圧の塔に、これら塔間の圧力
がほぼ釣合うまで流れる。それゆえ、パージ工程のあと
でほぼ周辺圧力である塔１４を再加圧する時、管２７を
駐て塔２ｏから排出されるガスの成分は開いている弁６
２を経てガス移送管５９内に進み、開いている弁６０を
経て塔１４内に、塔１４．２０内の圧力が吸着圧力にほ
ぼ等しくなるまで流れる。

弁６へ６１．６２の各々は制御弁であり、塔から排出さ
れるガスに比例してそれゆえ吸着に比例して作動し、そ
れによりその排出の一部だけが再利用管３５内に進み、
残りはガス移送管５９内に進む。それゆえ流動制御弁（
６へ６１、又は６２）は吸着工程の始めに部分的に開き
、その開き程度を吸着工程の終り又はその近くの全開位
置まで徐々に増加する。代りに、弁６へ６１．６２を通
常の構成升として、加圧は第１図に点線で示す１個の制
御弁１０１で制御することが出来る。

作動サイクル時の弁の位置は第１表に、平行に作動する
３個の吸着塔を使った装置で行なわれるものを１２分サ
イクルを基として表にしである。吸着塔の数の異なる圧
力変動吸着ｖｃ置（ＰＳＡ）は、中でも塔の設計吸着能
力の如何でより長い又はより短かい設計サイクル時隔で
使うことが出来る。又不発明は吸着を再生するのに不連
続作業で１個の塔でも実施することが出来る。

第　　　　　１　　　　　表 サイクル時の弁位置 例えば生化学的発酵方法に本発明を現実に適用する時、
適度に高い酸素含有のガス混合物は、約２５％から８０
％の酸素と、残りは主として窒素とを有し、且つ小量か
ら微量のアルゴンと、その他大気空気を構成するものと
を持つば素リッチ空気のように使われる。酸化ガス混合
物は工程に約０３５−７４）１１ｃＪ（５−１０ポンド
／平方インチ）、なるべく約２１０−４２１ＫＩ’ｉ（
３０−６０酸化反応は、約５チ（容積比）のＣＯ！と、
おそらく微量のＣＯと、残りは主として窒素（凡）と酸
素（ＯＲ）とを含むガス状流出物の放出となる。

３５Ｋｌ／ｄｃ　５０ポンド／平方インチ）で作動する
時１流出ガスは酸化反応装置から約０．７−２１階−（
１０−３０ポンド／平方インチ）で抽出され約２１−７
０Ｋｇ／ｄ（３０−１００ポンド／平方インチ）まで再
加圧され、次に圧力変動吸着装置に供給される。

ＣＯ２と（１）との無い回収されたに１０ｔ製品（ｉ酸
化反応装置に再利用される。

離脱除去時に凡損失を補なうため、管４８からの圧縮空
気の一部は、酸化反応装置１０に戻すため、弁６５の制
御下でバイパス管６４を経て管３５の中に供給される。

ＣＯ，除去のため圧力変動吸着装置に使うのに好適な吸
着材は活性カーボンである。しかし、酸素と窒素とを有
する、混合ガス流からＣＯ，を除去するのに選択性のあ
る他の吸着材も置換えることが出来、他の吸着材は例え
ば−）　１１　　山　二　Ｊ　【　ψＰ　Ｕ七；　Ａイ
宣　１いソ　１１　　南　条÷￥４ル今む色々のシリカ
−アルミナ比の疎水性分子ふるいゼオライトである。

圧力変動吸着装置は周辺温度で、且つ２１０−７ＤＫｉ
ｍｃｄ（３０−１００ホｙ　）”／　平方イア　ｆ　）
　ｆ）吸着４−圧力で作動することが出来る。離脱除去
のため大気圧以下の圧力も、本発明の精神から離れずに
使うことが出来るけれども真空作業による追加の費用を
受ける必要は無い。

本発明による作動時に、酸化反応装置から排出される反
応しない酸素の５０−８０％又はそれ以上は回収され、
再利用に利用出来る。

（実施例） １．４０隆−（２０ポンド／平方インチ）で５．０チの
ＣＯ，，４５チのＯｘｓ　５ｏｑｂのＮを含む発酵排出
ガスは、３Ｂ６ψ鐵５５ポンド／平方インチ）に圧縮さ
れ、約３２℃（９（ｆＦ　）までガスを冷却してから上
記３塔式圧力変動吸着装置（ＰＳＡ）に供給された。

ＰＳＡ装置の各基は５８９に＃（１３００ポンド）の活
性カーボンで包まれた。周辺空気がパージに使われた。

パージ空気からの水の約８０％は３５ＫＶｄ（５０ポン
ド／平方インチ）までの圧縮と、３２℃（９ｃｆＦ　）
までの冷却で取除かれた。ＰＳＡ装置からの６の回収は
８４チであった。

【図面の簡単な説明】

８１図は本発明を実施するための実際的装置の系統図を
示し、周期的順序で作動する３個の吸着塔を使っている
図、第２図は全サイクル時に第１図の各吸着塔により順
に受ける工程の順序を示す図である。 １０・・・酸化及芯装置、１１・・・管、１２・・・コ
ンプレッサ、１３・・・冷却器、１３’・・・分離器、
１４・・・吸着塔、１５％１へ１７・・・管、１８・・
・弁、１９．２０・・・吸着塔、２１．２２・・・弁、
２飄２伝２７・・・管、３０．３１．３２・・・弁、３
ふ３６・・・管、３７・・・タンク、３９・・・管、４
α４１．４２・・・弁、４４・・・コンプレッサ、４５
・・・冷却器、４６・・・分離器、４７・・・乾燥器、
４８・・・管、５０％５１．５２・・・弁、５９・・・
管、６へ６１．６２・・・弁、６５．１０へ１０１・・
・弁。 時間−ｍ−− ＾・蝉ｊ ＦＩＧ、２

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）容積で２５％から８０％のＯ＿２を含む酸素リツ
   チガス流で生物又はその他有機物質を酸化するため、１
   以上の炭素酸化物及び反応しない酸素を含むガス状の流
   出物を放出し、且つ前記放出物は選択的吸着により炭素
   酸化物を除去され、生じたＣＯｘ除去のガス残留物を前
   記酸化のため再生利用する炭素質材料の酸化方法におい
   て、 （ａ）前記ＣＯ＿２含有ガス状流出物を酸化反応装置か
   ら解放し、これを２．１−７．０Ｋｇ／ｃｍ＾３（３０
   −１００ポンド／平方インチ）の範囲の圧力に圧縮する
   工程と、 （ｂ）このように圧縮されたガスを炭素酸 化物の保持の中で選択的な吸着材のベツドを通して一定
   時間進め、一方前記ベツドからほぼ炭素酸化物の無い酸
   素含有ガス流を抽出する工程と、 （ｃ）前記吸着工程（ｂ）に続いて、前記吸着材ベツド
   を、前記吸着工程のものと反対方向にこれからガスを抽
   出することにより、前記ベツド内の圧力がほぼ周辺大気
   圧に下降するまで減圧する工程と、 （ｄ）一方ほぼ周辺大気圧で、前記ベツド を前記吸着工程のものと反対方向に空気を通して追放し
   、これから吸着された炭素該化物を除去する工程と、 （ｅ）そのあとで、前記追放されたベツド を吸着圧力まで、その中に工程（ｂ）の時に抽出された
   酸素含有ガスの一部を導入することにより再加圧する工
   程とから成る炭素質材料の酸化方法。
2. （２）前記工程（ｂ）から工程（ｅ）までは順次作動す
   る複数個の吸着ベツド内で行なわれる、特許請求の範囲
   第１項記載の炭素質材料の酸化方法において、 前記一つのベツドが工程（ｂ）を行なつている時隔に、
   その前に工程（ｂ）を完了する第２ベツドが、前記時隔
   の始め部分の間に、ガス抽出により減圧を受け、前記時
   隔の残りの間に前記ベツドはパージされ、 一方同じ決められた時隔の間に第３の既に パージされたベツドが吸着圧力まで再加圧される炭素質
   材料の酸化方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の炭素質材料の酸化方
   法において、前記吸着材のベツドは活性カーボンを有す
   る炭素質材料の酸化方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の炭素質材料の酸化方
   法において、前記吸着材のベツドは疎水性ゼオライトの
   吸着材を有する炭素質材料の酸化方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項記載の炭素質材料の酸化方
   法において、前記酸化反応装置からのＣＯ＿２含有ガス
   状流出物は約３．５Ｋｇ／ｃｍ＾２（５０ポンド／平方
   インチ）の圧力まで圧縮される炭素質材料の酸化方法。
6. （６）特許請求の範囲第１項記載の炭素質材料の酸化方
   法において、前記部分的に乾燥した空気は、周辺空気を
   ２．１−７．０Ｋｇ／ｃｍ＾２（３０−１００ポンド／
   平方インチ）の範囲内の圧力に圧縮し、前記圧縮された
   空気をその中に水分の凝結を生ずるまで冷却し、これか
   ら前記凝結物を除去して得られる炭素質材料の酸化方法
   。
7. （７）特許請求の範囲第６項記載の炭素質材料の酸化方
   法において、乾燥空気が前記ベツドを追放するのに使わ
   れ、前記乾燥空気は前記凝結体が取除かれた空気を追加
   のガス乾燥装置を経て進めることにより得られる炭素質
   材料の酸化方法。
8. （８）特許請求の範囲第１項記載の炭素質材料の酸化方
   法において、乾燥空気が前記ベツドを追放するのに使わ
   れる炭素質材料の酸化方法。
9. （９）特許請求の範囲第１項記載の炭素質材料の酸化方
   法において、周辺空気が前記ベツドをパージするのに使
   われる炭素質材料の酸化方法。
10. （１０）生物又はその他有機物質を酸化する装置におい
    て、ガス用の入口及び出口を持つ酸化反応装置と、ＣＯ
    ＿２の保持する中で選択的に吸着材を収容するガス分離
    塔と、前記反応装置出口と前記ガス分離塔の一端との間
    をガス流連絡する管装置とを有し、前記管装置はコンプ
    レツサと、前記塔の相対端を前記反応装置の入口に結合
    する第１ガス排出管と、管内に供給される周辺空気を圧
    縮する装置が設けられた独立した空気供給管と、前記空
    気供給管を前記塔の前記相対端にガス流連絡するよう結
    合するための第１弁制御装置と、前記圧縮されたガスを
    冷却するため前記圧縮装置の下流側で前記空気供給管に
    沿つて置かれた装置と、前記塔の前記一端における第２
    弁制御ガス排出管とを有し、前記排出管は前記第１弁制
    御装置と協同して前記圧縮された空気を前記塔を経て前
    記第２ガス排出管内に進めるよう作動することが出来る
    炭素質材料の酸化装置。
11. （１１）特許請求の範囲第１０項記載の炭素質材料の酸
    化装置において、前記ガス分離塔は決められた時間順序
    で平行に作動の出来る複数個の周期的に反転の出来るこ
    のような塔の一つである炭素質材料の酸化装置。
12. （１２）特許請求の範囲第１０項記載の炭素質材料の酸
    化装置において、前記装置は夫々の塔と協同する弁を開
    閉する装置が設けられた３個のこのようなガス分離塔を
    有し、それにより前記塔の一つが吸着する時に前記反応
    装置からその一端においてガスを受け、その反対端から
    ガスを前記第１排出管を経て前記反応装置入口に排出す
    る時隔の間、前記吸着工程を完了した第２塔が前記時隔
    の一部の間にこれを通して空気を前記第２ガス排出管内
    に通すようにされる炭素質材料の酸化装置。