DE10297150T5 - Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff und Stickstoff-Herstellungsverfahren mit dessen Verwendung - Google Patents

Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff und Stickstoff-Herstellungsverfahren mit dessen Verwendung Download PDF

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Abstract

Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff, wobei das Adsorbens ein MSC ist, wobei ein Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α (Verhältnis einer Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2) zu einer Konstante der Stiekstoffadsorptionsrate K(N2), K(O2)/K(N2)) 35 oder mehr ist, und die Adsorptionsrateneigenschaft, die durch eine Zeit t95 dargestellt ist, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und eine Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, die folgende Ungleichung erfüllt: (t95/t50) < 0,4 × (α – 24) α > 35.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Adsorbens, insbesondere molekularsiebenden Kohlenstoff (in der Folge als "MSC" bezeichnet), zum Abtrennen und zur Rückgewinnung von Stickstoff durch ein Druckwechseladsorptionsverfahren (in der Folge als "PSA-Verfahren" ("pressure swing adsorption") bezeichnet) aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff (zum Beispiel Luft als Rohgas) und ein Stickstoffherstellungsverfahren, welches dieses Adsorbens verwendet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein MSC-Adsorbens mit der Trennleistung, die für ein Adsorbens notwendig ist, um die Leistungsfähigkeit einer Stickstoffherstellung zu verbessern, die durch ein PSA-Verfahren ausgeführt wird, und ein Stickstoffherstellungsverfahren, das durch ein PSA-Verfahren unter Verwendung dieses MSC-Adsorbens, das eine gute Trennleistung hat, ausgeführt wird.
  • Die vorliegende Beschreibung beruht auf einer Patentanmeldung, die in Japan eingereicht wurde (Japanische Patentanmeldung Nr. 2001-260345). Der Inhalt, der in dieser japanischen Anmeldung offenbart ist, ist als Teil der vorliegenden Beschreibung eingefügt.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren wurde ein Verfahren allgemein als Herstellungsverfahren für Stickstoff verwendet, das hochreinen Stickstoff durch ein PSA-Verfahren erzeugt, in dem ein Adsorbens verwendet wird, das vorzugsweise Sauerstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff, z.B. Luft ("Luft" wird in der Folge zur Darstellung eines gemischten Gases aus Sauerstoff und Stickstoff verwendet), adsorbiert.
  • Dies ist eine Technik zum Abtrennen von Stickstoff aus Luft mit Hilfe einer Adsorption, die auf einem PSA-Verfahren beruht. Diese Technik umfasst: einen Druckbeaufschlagungs-Adsorptionsschritt zum Druckbeaufschlagen von Luft auf einen geeigneten Druck und In-Kontakt-Bringen der Luft mit einer Adsorbensschicht, die den druckbeaufschlagten Sauerstoffteil selektiv adsorbiert, und Aufrechterhalten dieses Zustandes für eine bestimmte Periode, einen Adsorptionsschritt zum Beenden der Luftzufuhr zu dieser Adsorbensschicht, nachdem das Adsorbens mit Sauerstoff gesättigt wurde; und einen Druckentlastungs-Regenerationsschritt nach Beendigung des Adsorptionsschrittes zum Senken des Drucks auf atmosphärischen Druck durch Druckentlastung der Adsorbensschicht, Desorbieren des Sauerstoffteils, der dadurch in dem Adsorbens adsorbiert wurde, und Regenerieren des Adsorbens.
  • MSC ist Aktivkohlenstoff, der buchstäblich eine molekularsiebende Wirkung hat, und ist dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleich zu normalem Aktivkohlenstoff die durchschnittliche Porengröße geringer und die Porenverteilung scharf ist. Da die Porengröße und der molekulare Durchmesser des Adsorbates ziemlich gleich sind, zeigt sich beim MSC das Phänomen, dass die Adsorptionsrate für bestimmte Kombinationen von Adsorbens und Adsorbat gesenkt ist.
  • Wenn zum Beispiel der Versuch unternommen wird, mit Stickstoff angereichertes Gas aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff, wie Luft, zu erhalten, ist bevorzugt, dass der MSC derart ist, dass die Adsorptionsrate von Stickstoff in Bezug auf die Adsorptionsrate von Sauerstoff auf Grund des Unterschiedes in den molekularen Durchmessern von Sauerstoff und Stickstoff sehr langsam ist.
  • Ein solches PSA-Verfahren, das eine Adsorption und Desorption durch Druckänderung durchführt, hat die Eigenschaft, dass die Luftverarbeitungsmenge pro Einheit Adsorbens hoch sein kann, da es möglich ist, den Druck in einem relativ kurzen Zyklus von etwa einer Minute zu ändern. Da die Vorrichtungsstruktur im Vergleich zu einem herkömmlichen Stickstofftrennverfahren, das von einem Tieftemperatur-Luftabscheider ausgeführt und als Stickstoffherstellungsverfahren angepasst wurde, deutlich vereinfacht ist und es auch hinsichtlich einer Kostensenkung bei der Errichtung der Vorrichtung Vorteile gibt, wurde sie daher allgemein in Geschäftsbereichen kleinen und mittleren Maßstabes eingesetzt, die Stickstoff verwenden.
  • Ferner besteht der Herstellungsprozess in der Stickstoffherstellungstechnik, der durch ein PSA-Verfahren ausgeführt wird, das ein MSC-Adsorbens verwendet, vorwiegend aus einem Druckerhöhungsschritt, einem Adsorptionsschritt, einem Druckausgleichs-Druckentlastungsschritt, einem Druckentlastungsschritt, einem Regenerationsschritt, und einem Druckausgleichs-Druckbeaufschlagungsschritt.
  • Im Gegensatz dazu wurden nach dem Stand der Technik, hinsichtlich der Betriebseigenschaften der Vorrichtung zahlreiche Studien durchgeführt, wie in dem Magazin "Kagaku Sochi (Chemical Apparatus)" 1983 (Showa 58), Nr. 8, S. 39, usw. offenbart ist. In jüngster Zeit wurde infolge von Verbesserungen und Fortschritten in Prozessen ein Progress bei Technologien beobachtet, die eine Herstellung von Stickstoff mit einer hohen Reinheit von 99,999% ermöglichen; dennoch besteht weiterhin ein starker Wunsch nach der Bereitstellung von billigerem Stickstoff oder einer Senkung der Produktionskosten.
  • Die Trennverarbeitungseffizienz in dem PSA-Verfahren hängt weitgehend von der Adsorptionsleistung des MSC ab, der das Trennadsorbens ist, und von dem Prozess des PSA-Verfahrens, und es besteht eine Notwendigkeit an Verbesserungen in den Adsorptionseigenschaften des MSC-Adsorbens hinsichtlich einer starken Verringerung der Produktionskosten und weiteren Verbesserungen des Prozesses des PSA-Verfahrens.
  • In Bezug auf die Fortschritte in dem Prozess des Stickstoffherstellungsverfahrens durch ein PSA-Verfahren offenbart zum Beispiel die Veröffentlichung der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Hei 8-224428, dass durch Ausführen eines Gegenstrom-Emissionsvorganges in eine Richtung, die zur Einleitungsrichtung von Luft weist, während des Adsorptionsschrittes entweder vor dem Druckausgleichsschritt, der nach Beendigung des Adsorptionsschrittes erfolgt, oder gleichzeitig mit dem Druckausgleichsschritt, die Reinheit des Stickstoffproduktes verbessert werden kann, das im Adsorptionsschritt gesammelt wird. Dies ist jedoch wenig mehr als eine Verbesserung der Ausbeute und Produktivität, die als Leistung des PSA-Verfahrens verstanden werden.
  • Ferner offenbart die Veröffentlichung der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Hei 10-192636, dass sowohl die Stickstoff-Produktivität als auch Ausbeute verbessert werden kann, indem Gas, das in einer Säule bei Beendigung eines Adsorptionsschrittes verbleibt, aus einer Zwischenposition einer Adsorptionssäule, in die ein Adsorbens gefüllt ist, nach Beendigung des Adsorptionsschrittes entfernt wird und das Gas, indem es in eine andere Adsorptionssäule von einem Lufteinleitungsende eingeführt wird, nach Beendigung eines Regenerationsschrittes rückgewonnen wird. Dies ist jedoch nicht mehr als ein Effekt in einem begrenzten Bereich einer ultrareinen Region, in der die Konzentration von Sauerstoff, der eine Unreinheit in dem gesammelten Stickstoffprodukt darstellt, einige ppm beträgt.
  • Im Gegensatz dazu offenbart zum Beispiel die Veröffentlichung der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Sho 59-45914 hinsichtlich der Adsorptionseigenschaften von MSC, dass es notwendig ist, über eine Sauerstoffadsorptionsmenge von 5 ml/g oder mehr und eine Sauerstoff/Stickstoff-Selektivität in einer Menge von 20 bis 23 oder mehr zu verfügen, um Sauerstoff und Stickstoff effizient durch ein PSA-Verfahren zu trennen. Dies genügt jedoch nicht, die gegenwärtig gewünschte Senkung der Produktionskosten zu erreichen.
  • Ferner offenbart die Veröffentlichung der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Hei 3-242649 MSC als ein Ausgangsmaterial, in dem der Großteil der Poren eine Porengröße von etwa 4,5 bis 8 Ångström aufweist, und offenbart, dass es möglich ist, ein MSC-Adsorbens mit verbesserten Adsorptionseigenschaften und höherer Selektivität durch Wärmezersetzung von Kohlenwasserstoffen in dem Kohlenstoffmaterial unter Anwendung eines Zweistufen-Verarbeitungsverfahrens zu erhalten. In Bezug auf das hier erhaltene MSC-Adsorbens wird jedoch einfach nur eine einfache Begrenzung des Großteils der Porengrößen auf etwa 4,0 Ångström offenbart.
  • Ferner hat die Erfindung des Japanischen Patents Nr. 2623487 eine Struktur, in der mehrere sphärische Partikel mit einer Partikelgröße von 0,8 bis 120 μm regellos und dreidimensional geschichtet und verbunden sind. Unter Verwendung von MSC (molekularsiebendem Kohlenstoff), dessen Kapazitätsverhältnis der Adsorptionsmenge von Sauerstoff und Stickstoff nach einer Minute 3,5 zu 20 ist, wenn eine Einzelkomponentenadsorption bei einem Druck von 2,5 kgf/cm2 ausgeführt wird, ist es möglich, eine große Menge an hochreinem Stickstoff bei einer sehr geringen Energieverbrauchsrate zu erzeugen. Obwohl es eine Offenbarung hinsichtlich der bevorzugten Adsorptionseigenschaften von MSC gibt, betrifft diese einen spezifischen MSC, in dem die primären Partikel sphärisch sind und die Eigenschaft haben, Kugeln zu sein, in welchen die Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge im Vergleich zu einem normalerweise verwendeten natürlichen Material, wie Kokosnussschalen-Aktivkohle, groß ist.
  • Ferner offenbart die Veröffentlichung der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. Hei 5-269331, dass eine Verbesserung der Sauerstoffadsorptionsmenge pro Adsorbenseinheitskapazität effektiver ist als die Sauerstoff/Stickstoff-Selektivität von MSC hinsichtlich der Leistung des PSA-Verfahrens. Unter Verwendung von MSC mit einer Kapazität von 9 cc/cc oder mehr als Sauerstoffadsorptionsmenge pro Einheitskapazität, ist es möglich, selbst wenn die Selektivität 15% beträgt, also geringer als die herkömmlich ist, dieselbe Leistung zu erreichen. Es besteht jedoch das Problem, dass mit einer Verbesserung der Sauerstoffadsorptionsmenge die Selektivität abnimmt und daher, unabhängig von dem Anstieg in der Sauerstoffadsorptionsmenge, tatsächlich keine Verbesserung der Leistung des PSA-Verfahrens erreicht werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Umstände gemacht und ihre Aufgabe ist die Bereitstellung eines MSC-Adsorbens und eines Stickstoffherstellungsverfahrens, das durch ein PSA-Verfahren ausgeführt wird, mit dem es möglich ist, Stickstoff bei minimalen Betriebskosten herzustellen und eine kompaktere Stickstoffherstellungsvorrichtung zu konstruieren, indem ein MSC-Adsorbens mit optimalen Adsorptionsrateneigenschaften und ein PSA-Verfahren in dem Stickstoffherstellungsverfahren kombiniert werden, das durch das PSA-Verfahren ausgeführt wird.
  • Zur Lösung der oben genannten Probleme stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Einrichtungen bereit: ein Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff, wobei das Adsorbens ein MSC ist, wobei das Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α (das Verhältnis der Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2) zu der Konstante der Stickstoffadsorptionsrate K(N2), K(O2)/K(N2)) 35 oder mehr ist, und die Adsorptionsrateneigenschaft, die durch eine Zeit t95, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und eine Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, dargestellt ist, die folgende Ungleichung erfüllt: (t95/t50) < 0,4 × (α – 24) α > 35;ein Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff, wobei das Adsorbens ein MSC ist, wobei die Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate 6,5 × 10–2s–1 oder mehr ist, wobei das Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α (das Verhältnis der Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2) zu der Konstante der Stickstoffadsorptionsrate K(N2), K(O2)/K(N2)) 35 oder mehr ist, und die Adsorptionsrateneigenschaft, die durch eine Zeit t95, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und eine Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, dargestellt ist, die folgende Ungleichung erfüllt: (t95/t50) < 0,4 × (α – 24) α > 35;das Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff, wobei der MSC durch einen Poreneinstellungsprozess mit Hilfe einer chemischen Aufdampfung (CVD; chemical vapor deposition) eines thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoffs bei 600 bis 770°C hergestellt wird;
    das Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff, wobei das gemischte Gas aus Sauerstoff und Stickstoff Luft ist; und
    ein Stickstoffherstellungsverfahren, das durch ein PSA-Verfahren ausgeführt wird, wobei ein Zyklus einen Druckbeaufschlagungs-Adsorptionsschritt zum Sammeln von Stickstoff durch Druckbeaufschlagung eines gemischten Gases aus Sauerstoff und Stickstoff und In-Kontakt-Bringen des Gases mit dem oben genannten Adsorbens, und einen Druckentlastungs-Desorptionsschritt zum Druckentlasten des Adsorbens, das sich nach dem Adsorptionsschritt in einem druckbeaufschlagten Zustand befindet, und Desorbieren adsorbierter Komponenten umfasst, wobei die halbe Zykluszeit 45 bis 240 Sekunden und vorzugsweise 60 bis 180 Sekunden beträgt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Systemdiagramm, das ein Beispiel für eine Stickstoffherstellungsvorrichtung vom PSA-Typ zeigt, die in dem Stickstoffherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 2 ist ein Prozesserklärungsdiagramm für das Stickstoffherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein Diagramm, das eine Druckänderungskurve im Laufe der Zeit während der Adsorption durch ein MSC-Adsorbens zeigt.
  • 4 ist ein Diagramm, das eine Graphik einer Gleichgewichtsisotherme und einer chargenweisen Adsorptionsbetriebslinie des MSC-Adsorbens zeigt.
  • 5 ist ein PSA-Leistungsdiagramm, welches das Verhältnis der Stickstoffproduktivität (Nm3/h/Tonne) und der Stickstoffausbeute (%) bei einer Stickstoff-Produktreinheit von 99,9% für jede MSC-Probe zeigt.
  • 6 ist ein Diagramm, das eine Druckänderungskurve im Laufe der Zeit während der Adsorption für jedes Adsorbens MSC-1 und MSC-6 zeigt.
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Adsorptionsmengenänderungskurve zeigt, die aus einer Druckänderung im Laufe der Zeit während der Sauerstoffadsorption und Stickstoffadsorption von MSC-1 und MSC-6 erhalten wird.
  • 8 ist ein Diagramm, das eine Graphik des Verhältnisses zwischen dem Trennverhältnis α und dem (t95/t50)-Verhältnis für jede MSC-Adsorbensprobe zeigt.
  • Beste Ausführungsform der Erfindung
  • 1 ist ein Systemdiagramm, das ein Beispiel einer Stickstoff-PSA-Vorrichtung zeigt, die das Stickstoffherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet. Diese Stickstoff-PSA-Vorrichtung besteht aus: zwei Adsorptionssäulen A und B, die mit einem MSC als Adsorbens gefüllt sind; einem Luftkompressor 11 zum Druckbeaufschlagen von Luft; einem Lufttrockner 12 zum Entfernen von Feuchtigkeit aus der Luft; einem Luftspeichertank 13; einem Stickstoffproduktspeichertank 14; Einlassventilen 1a und 1b, Auslassventilen 2a und 2b, Abgasventilen 3a und 3b, einem Spülventil 4 und Druckausgleichsventilen 5 und 6, die sich alle öffnen und schließen, um die Prozesse der Adsorptionssäule A und der Adsorptionssäule B umzuschalten; Strömungsratensteuerventileri 7, 8, 9, 10 und 15 zum Steuern der Gasströmungsrate auf eine vorbestimmte Strömungsrate; und einem Stickstoffprodukt-Wiedergewinnungsventil 16.
  • Diese Stickstoff-PSA-Vorrichtung arbeitet durch sequentielles und periodisches Umschalten zwischen sechs Schritten: einem Druckbeaufschlagungsschritt, einem Adsorptionsschritt, einem Druckentlastungs-Druckausgleichsschritt, einem Druckentlastungsschritt auf atmosphärischen Druck, einem Regenerationsschritt und einem Druckbeaufschlagungs-Druckausgleichsschritt. Dies wird unter Bezugnahme auf das Prozesserklärungsdiagramm von 2 erläutert. 2 zeigt nur die Ventile von 1, die sich in einem offenen Zustand befinden, und den relevanten Säulenpfad.
  • Es folgt eine Erklärung jedes Schrittes mit Konzentration auf die Adsorptionssäule A in 2. Die Adsorptionssäule A wie auch die Adsorptionssäule B ist mit MSC als Adsorbens gefüllt. 2(A) zeigt die Ausführung des Druckbeaufschlagungsschrittes. Luft wird von einem Luftkompressor 11 auf einen vorbestimmten Druck gebracht, z.B. 0,65 MPa (Manometerdruck, wie in der Folge), Feuchtigkeit wird durch den Lufttrockner 12 entfernt, und die Luft wird zu dem Luftspeichertank 13 geleitet. Die Druckluft, die im Luftspeichertank 13 gespeichert ist, wird über das Strömungsratensteuerventil 7 und Ventil 1a zu der Adsorptionssäule A geleitet und so eingestellt, dass die Druckanstiegrate 0,26 bis 1,9 MPa/min beträgt.
  • Diese Druckanstiegsrate wird berechnet durch Dividieren der Druckdifferenz durch die Zeit, die zur Erhöhung des Drucks von dem Druck nach dem Druckbeaufschlagungs-Druckausgleichsschritt auf den Druck zum Zeitpunkt der Vollendung des Druckbeaufschlagungsschrittes erforderlich ist.
  • Jedes von dem Auslassventil 2a, dem Abgasventil 3a, dem Spülventil 4, den Ausgleichsventilen 5 und 6, usw. wird in einem geschlossenen Zustand gehalten, und die Adsorptions säule A wird durch die Luft auf einen vorbestimmten Druck beaufschlagt. In der Zwischenzeit wird Gas im Inneren der anderen Adsorptionssäule B von dem Abgasventil 3b freigesetzt. Das Stickstoffproduktwiedergewinnungsventil 16 ist normalerweise offen und Stickstoff im Inneren des Stickstoffproduktspeichertanks 14 wird von dem Strömungsratensteuerventil 15 gesteuert und normalerweise stromabwärts bei einer festgesetzten Strömungsrate zugeleitet.
  • Wenn der Druck der Adsorptionssäule A den Druck des Stickstoffproduktspeichertanks 14 überschreitet, öffnet sich das Auslassventil 2a und der Prozess schaltet zu dem Adsorptionsschritt um, der in 2(B) dargestellt ist. Sauerstoff, der eine leicht adsorbierte Komponente der Luft ist, die in die Adsorptionssäule A über das Einlassventil 1a eingeleitet wird, wird in dem MSC-Adsorbens adsorbiert, und Stickstoff, der eine Komponente ist, die nicht leicht adsorbiert wird, wird über das Auslassventil 2a eingeleitet und im Stickstoffproduktspeichertank 14 gespeichert. In der Zwischenzeit ist das Spülventil 4 über eine angemessene Zeitperiode während dieses Adsorptionsschrittes geöffnet, ein Teil des Stickstoffs wird durch das Strömungsratensteuerventil 8 auf eine vorbestimmte Strömungsrate gesteuert und in die Adsorptionssäule B eingeleitet, und ein Spülvorgang der Adsorptionssäule B wird ausgeführt. Dieser Adsorptionsschritt sättigt das MSC-Adsorbens in der Adsorptionssäule A mit Sauerstoff und wird durchgeführt, gerade bis die Reinheit des Stickstoffprodukts abzunehmen beginnt.
  • Wenn der Adsorptionsschritt vollendet ist, werden das Einlassventil 1a und das Auslassventil 2a der Adsorptionssäule A geschlossen, die Ausgleichsventile 5 und 6 geöffnet und der Prozess wird zu dem Druckausgleichsschritt umgeschaltet, der in 2(C) dargestellt ist. In diesem Druckausgleichsschritt wird Gas im Inneren der Adsorptionssäule A durch die Strömungsratensteuerventile 9 und 10 auf eine vorbestimmte Strömungsrate gesteuert und in die Adsorptionssäule B eingeleitet. Dadurch wird stickstoffreiches Gas im Inneren der Adsorptionssäule A, in der der Adsorptionsschritt vollendet ist, in der Adsorptionssäule B wiedergewonnen, in der der Regenerationsschritt vollendet ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Adsorptionssäule A mit dem Druckentlastungs-Druckausgleichsschritt und die Adsorptionssäule B beginnt mit dem Druckbeaufschlagungs-Druckausgleichsschritt.
  • Wenn der Druckausgleichsschritt vollendet ist, schließen sich die Ausgleichsventile 5 und 6, das Abgasventil 3a öffnet sich und der Prozess wird zu dem Druckentlastungsschritt umgeschaltet, der in 2(D) dargestellt ist. In diesem Druckentlastungsschritt wird Gas im Inneren der Adsorptionssäule A vom Abgasventil 3a zur Atmosphäre freigesetzt und die Innenseite der Adsorptionssäule A wird auf atmosphärischen Druck entlastet. In der Zwischenzeit wird das Einlassventil 1b geöffnet und ein Druckbeaufschlagungsschritt in der Adsorptionssäule B ausgeführt.
  • Als nächstes, nachdem das Auslassventil 2b geöffnet wurde und die Adsorptionssäule B zu dem Adsorptionsschritt umgeschaltet wurde, wird das Spülventil 4 geöffnet und der Prozess wird zu dem Regenerationsschritt umgeschaltet, der in 2(E) dargestellt ist. In diesem Regenerationsschritt ist die Auslassseite der Adsorptionssäule A an die Adsorptionssäule B über das Strömungsratensteuerventil 8 und Spülventil 4 angeschlossen, ein Teil des Stickstoffprodukts wird von der Adsorptionssäule B in die Adsorptionssäule A geleitet, und eine Komponente, die im Adsorptionsschritt adsorbiert wurde, wird von dem Adsorbens unter Verwendung von Stickstoff desorbiert und aus der Adsorptionssäule A ausgeleitet, wodurch das MSC-Adsorbens regeneriert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Druckentlastung und Evakuierung der Innenseite der Adsorptionssäule A, je nach Bedarf, mit Hilfe einer Vakuumpumpe effektiver gestaltet.
  • Wenn der Regenerationsschritt beendet ist, werden das Abgasventil 3a und das Spülventil 4 geschlossen, die Druckausgleichsventile 5 und 6 werden geöffnet und die Adsorptionssäule A wird zu dem Druckbeaufschlagungs-Druckausgleichsschritt umgeschaltet, wie in 2(F) dargestellt ist. Stickstoffreiches Gas wird in der Adsorptionssäule A von der Innenseite der Adsorptionssäule B wiedergewonnen, die nach dem Adsorptionsschritt einem Druckentlastungs-Druckausgleichsschritt unterzogen wird. Wenn dieser Druckbeaufschlagungs-Druckausgleichsschritt vollendet ist, kehrt die Adsorptionssäule A zu dem ersten Druckbeaufschlagungsschritt zurück, der in 2(A) dargestellt ist, und wird danach der Reihe nach zu jedem der zuvor beschriebenen Schritte geschaltet. Dieser Zyklus von Schritten wird wiederholt ausgeführt.
  • Beim Durchführen jedes Schrittes wie zuvor beschrieben, ist die synchronisierte Betriebslaufzeit von jedem, dem Druckbeaufschlagungsschritt, dem Adsorptionsschritt und dem Druckentlastungs-Druckausgleichsschritt gleich der synchronisierten Betriebslaufzeit von jedem folgenden Druckentlastungsschritt, Regenerationsschritt und Druckbeaufschlagungs-Druckausgleichsschritt und dies wird als die halbe Zykluszeit eines Betriebszyklus des Stickstoffherstellungsverfahrens vom PSA-Typ angenommen. Diese halbe Zykluszeit ist 90 bis 135 Sekunden.
  • Um ein MSC-Adsorbens mit günstigen Adsorptionseigenschaften im Stickstoffherstellungsverfahren vom PSA-Typ, das durch den oben genannten Prozess von Schritten der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, zu erhalten, wurden die folgenden MSC-Adsorbentien hergestellt und ihre Leistungen untersucht.
  • MSC-Herstellung
  • Die Herstellung von MSC-Adsorbentien wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
    • • Ausgangsmaterial: Kokosnussschalen-Aktivkohle
    • • Produktion des Basismaterials: Nach dem Pulverisieren, Granulieren und Karbonisieren des Kokosnussschalen-Aktivkohle-Ausgangsmaterials wurde ein Basismaterial durch Ausführen eines Aktivierungsprozesses gebildet.
    • • Einstellung der Poren: Unter Verwendung eines thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoffs, wie Toluol, Benzol und dergleichen, wurde der Kohlenwasserstoff thermisch zersetzt (chemisches Aufdampfen (CVD)) und ein Poreneinstellungsprozess an dem oben genannten Basismaterial ausgeführt. Auf Grund der thermischen Zersetzungstemperaturdifferenz des thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoffs, der verwendet wurde, wurden sechs verschiedene Arten von MSC-Adsorbentien durch den Poreneinstellungsprozess hergestellt.
    • (1) Unter Verwendung von Toluol als thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoff wurde ein Poreneinstellungsprozess bei einer thermischen Zersetzungstemperatur von 600°C durchgeführt, und Adsorbens "MSC-5" (Probennummer, wie in der Folge) erhalten.
    • (2) Unter Verwendung von Toluol als thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoff wurde ein Poreneinstellungsprozess bei einer thermischen Zersetzungstemperatur von 620°C durchgeführt, und Adsorbens "MSC-6" erhalten.
    • (3) Unter Verwendung von Benzol als thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoff wurde ein Poreneinstellungsprozess bei einer thermischen Zersetzungstemperatur von 730°C durchgeführt, und Adsorbens "MSC-7" erhalten.
    • (4) Unter Verwendung von Benzol als thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoff wurde ein Poreneinstellungsprozess bei einer thermischen Zersetzungstemperatur von 750°C durchgeführt, und Adsorbens "MSC-8" erhalten.
    • (5) Unter Verwendung von Benzol als thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoff wurde ein Poreneinstellungsprozess bei einer thermischen Zersetzungstemperatur von 770°C durchgeführt, und Adsorbens "MSC-9" erhalten.
    • (6) Unter Verwendung von Benzol als thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoff wurde ein Poreneinstellungsprozess bei einer thermischen Zersetzungstemperatur von 730°C durchgeführt, und Adsorbens "MSC-10" erhalten.
  • Messung jeder Adsorptionsleistung
  • Die Adsorptionsleistung der sechs Arten von MSC-Adsorbentien, MSC-5, 6, 7, 8, 9 und 10, die wie zuvor beschrieben hergestellt wurden, wurden gemeinsam mit der Adsorptionsleistung von gegenwärtig erhältlichen MSC-Adsorbentien, MSC-1, 2, 3 und 4, gemessen.
  • Die gemessenen Adsorptionsleistungen sind wie folgt.
    • • Sauerstoffausgleichsadsorptionsmenge (ml/g)
    • • Sauerstoff/Stickstoff-Trennungsverhältnis α = Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2)/Konstante der Stickstoffadsorptionsrate K(N2)
    • • Verhältnis t95/t50 der Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und der Zeit t95, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist.
    • • Stickstoffausbeute (%) bei der Stickstoffproduktreinheit von 99,9%.
    • • Stickstoffproduktivität (Nm3/h/Tonne) bei der Stickstoffproduktreinheit von 99,9%.
  • Die Messung dieser Adsorptionsleistungen wurde über drei halbe Zykluszeiten der oben genannten Betriebsschritte von 90 Sekunden, 105 Sekunden und 135 Sekunden durchgeführt und die Leistung mit dem höchsten Wert ist in Tabelle 1 angeführt.
  • Tabelle 1
    Figure 00160001
  • Von den zuvor beschriebenen, gemessenen Adsorptionsleistungen wurden Messungen der Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2) und der Konstante der Stickstoff adsorptionsrate K(N2) des Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnisses α = Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2)/Konstante der Stickstoffadsorptionsrate K(N2), wie folgt ausgeführt:
    Unter Verwendung einer gegenwärtig erhältlichen Messvorrichtung mit konstantem Volumen (Produktname "BELSORP 28", hergestellt von Bel Japan, Inc.) wurde die Druckänderung im Laufe der Zeit auf Grund der Adsorption in einem Gefäß mit konstantem Volumen gemessen.
  • Die Vorbehandlung für jede Probe beinhaltete das exakte Abwiegen von etwa 1 g Probe, Lagern der Probe in einem Probenröhrchen unter Vakuumbedingungen über 30 Minuten und Erhöhen der Temperatur auf 100°C, die dann 2 Stunden gehalten wurde.
  • Die Messung wurde bei einer Temperatur von etwa 25°C und einem Einleitungsdruck von etwa 200 Torr (26,7 kPa) durchgeführt. Der Adsorptionsgleichgewichtsdruck der Proben war 94 bis 98 Torr (12,5 bis 13,1 kPa) und jeweils nicht mehr als etwa 100 Torr (13,3 kPa).
  • Wie in 3 dargestellt, wurde unter Verwendung der in den Messungen erhaltenen Druckänderungsdaten als Basis die Druckänderungskurve im Laufe der Zeit gezeichnet und eine theoretische Druckänderungskurve, die von einem LDF-Adsorptionsratenmodell (Abkürzung für Linear Driving Force Modell, siehe "Adsorption Engineering", Seite 253, veröffentlicht von Kodansha Ltd.) erhalten wurde, wurde mit einer Adsorptionsmenge von 50% der Gleichgewichtsadsorptionsmenge abgestimmt, um den Wert der Konstante der Adsorptionsrate, K, zu bestimmen.
  • Hier ist die theoretische Formel, die die Druckänderung zeigt, die auf dem LDF-Adsorptionsratenmodell (Linear Driving Force Modell) beruht, durch die folgende Formel (1) dargestellt.
    Figure 00180001
    K: Konstante der Adsorptionsrate [s–1], V: Gasvolumen [ml],
    W: Adsorptionsmenge [g], H: Gleichgewichtskonstante
  • sDies wird unter Bezugnahme auf die Graphik der Gleichgewichtsisotherme und chargenweisen Adsorptionsbetriebslinie von 4 erklärt. Die Graphik von 4 zeigt den Druck (P) auf der horizontalen Achse und die Adsorptionsmenge (q) auf der vertikalen Achse. Wenn in 4 der Druck von einem bestimmten stationären Zustand (Druck P∞1, Adsorptionsmenge q∞1) als der Druck P angenommen wird, der sich t Sekunden nach einer Änderung auf P0 ergibt, wird der Gleichgewichtsdruck nach der Adsorption mit P∞2 angenommen und die Gleichgewichtsadsorptionsmenge zu diesem Zeitpunkt wird als q∞2 angenommen, und wenn angenommen wird, dass das Henrysche Gesetz zwischen dem Druck und der Adsorption im gemessenen Bereich gilt, wird die Druckänderung auf Grund der Adsorption durch die oben dargestellte Formel (1) angegeben.
  • Untersuchung und Auswertung der Messergebnisse
  • Anschließend ist das Verhältnis zwischen der Stickstoffproduktivität (Nm3/h/Tonne) und der Stickstoffausbeute (%) bei einer Stickstoffproduktreinheit von 99,9% für jede der oben genannten MSC-Proben in 5 als PSA-Leistung dargestellt. Die für jede Probe angeführten Werte sind als der resultierende Wert der halben Zykluszeit dargestellt, der für die besten erhaltenen Ergebnisse unter jeder der oben genannten halben Zykluszeiten (90 Sekunden, 105 Sekunden und 135 Sekunden) erhalten wurde. Für die MSC-1 und MSC-5 Proben sind die Leistungen für die drei oben genannten, halben Zykluszeiten als Referenz angeführt.
  • In 5 ist die Stickstoffproduktivität (Nm3/h/Tonne) auf der horizontalen Achse der Wert der Stickstoffproduktmenge pro Stunde und ist dividiert durch das MSC-Gewicht, das in eine Adsorptionssäule gefüllt wurde.
  • Wie aus 5 hervorgeht, sind die Proben, die eine gute Adsorptionsleistung aufweisen, die MSCs, die mit offenen Symbolen dargestellt sind. Diese sind alle MSC-5, 6, 7, 8 und 10, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt wurden.
  • Daher waren bei einer Untersuchung der Adsorptionsleistungen von MSC-5, 6, 7, 8 und 10, die in 5 unter Bezugnahme auf Tabelle 1 gute Adsorptionsleistungen aufweisen, alle Konstanten der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2) 6,0 × 10–2s–1 oder mehr. Es kann davon ausgegangen werden, dass dies zeigt, dass ein Adsorbens mit einer schnellen Adsorptionsrate imstande ist, eine gute PSA-Adsorptionsleistung zu erreichen. Wenn jedoch in Tabelle 1 die Adsorbentien MSC-1 und MSC-2 nach dem Stand der Technik mit den MSC-Adsorbentien verglichen werden, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, weisen sie alle annähernd dieselbe Leistung hinsichtlich der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge, der Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2) und dem Trennverhältnis α auf. Ein großer Unterschied zeigt sich jedoch in den PSA-Leistungen, die in 5 dargestellt sind, und es ist klar, dass die Leistung von MSC-6 deutlich besser ist. Davon ausgehend und unter der Annahme, dass ein großer Einfluss auf die PSA-Leistung ausgeübt wird, wird erwartet, dass Faktoren, die einen großen Einfluss auf die PSA-Leistung haben, woanders vorliegen als in der Sauerstoff gleichgewichtsadsorptionsmenge, der Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate (Adsorptionsrate) K(O2) und dem Trennverhältnis α, die bisher für sehr wichtige Faktoren gehalten wurden.
  • 6 zeigt die Druckänderungskurve im Laufe der Zeit zum Zeitpunkt der Sauerstoffadsorption von gegenwärtig erhältlichem MSC-1 (dargestellt durch •) und die Druckänderungskurve im Laufe der Zeit zum Zeitpunkt der Sauerstoffadsorption von MSC-6, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde (dargestellt durch ×), gemeinsam mit der theoretischen Linie.
  • Wie aus 6 hervorgeht, wies selbst in einem Zustand, in dem 95% oder mehr der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge adsorbiert waren, das Adsorbens MSC-6, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde und das eine hohe PSA-Leistung erzielte, wie zuvor beschrieben wurde, eine geringe Abweichung von der theoretischen Linie auf und die Adsorptionsrate änderte sich nicht. Im Gegensatz dazu wurde bestätigt, dass, wenn ein Zustand erreicht wurde, in dem etwa 75% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge adsorbiert waren, das Adsorbens MSC-1, das eine geringe PSA-Leistung hatte, von der theoretischen Linie abzuweichen begann, und in einem Zustand, in dem 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge adsorbiert waren, die Adsorptionsrate deutlich abnahm.
  • Ebenso zeigt 7 die Adsorptionsmengenänderungskurve, die aus der Druckänderung im Laufe der Zeit während der Sauerstoffadsorption und Stickstoffadsorption für jeden von MSC-1 und MSC-6 ermittelt wurde. In Bezug auf das MSC-1 Adsorbens, das eine geringe PSA-Leistung hatte, ist der Unterschied für Stickstoff nicht so deutlich wie jener für Sauerstoff. Es ist jedoch klar, dass bei einer Annäherung an die Gleichgewichtsadsorptionsmenge die Adsorptionsrate abnahm. Ferner geht aus dieser Figur eindeutig hervor, dass die Adsorptionsraten des MSC-1 Adsorbens und des MSC-6 Adsorbens bis zu etwa der halben Gleichgewichtsadsorptionsmenge in Bezug auf Sauerstoff wie auch in Bezug auf Stickstoff annähernd gleich sind. Es kann behauptet werden, dass ein noch größerer Unterschied in der Adsorptionsrate von Sauerstoff besteht, wenn sich die Adsorptionsmenge der Gleichgewichtsadsorptionsmenge nähert.
  • Aus den oben stehenden Angaben wurde in der vorliegenden Erfindung die Einführung des Verhältnisses (t95/t50) zwischen der Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und der Zeit t95, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffadsorptionsmenge erforderlich ist, als Index verwendet, der die Verzögerung zu der theoretischen Linie zeigt. Bei einer Untersuchung des Wertes des Verhältnisses (t95/t50) zwischen der Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50 der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und der Zeit t95, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, hatten die herkömmlichen MSC-1, 2, 3 und 4 von 5, die eine schlechtere PSA-Leistung aufwiesen, Werte von 8,6 bis 8,8. Im Gegensatz dazu hatten die MSC-5, 6, 7, 8 und 10 der vorliegenden Erfindung, die eine bessere PSA-Leistung aufwiesen, Werte von 5,0 bis 6,9. Es kann bestätigt werden, dass diese Werte geringer sind als die Werte für die herkömmlichen MSC-1, 2, 3 und 4.
  • Daher wurde der Einfluss, den das Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α und das (t95/t50)-Verhältnis auf die PSA-Leistung haben, auf der Basis der Messergebnisse von Tabelle 1 näher untersucht.
  • Als Ergebnis wurde, wie in 8 dargestellt, eine Graphik erhalten, die das Verhältnis zwischen dem Trennverhältnis α und dem (t95/t50)-Verhältnis für jeden der zuvor beschriebenen MSC-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 zeigt. In
  • 8 sind, gleich wie in 5, MSCs, die eine gute PSA-Leistung aufwiesen und so ausgewertet wurden, durch offene Symbole dargestellt, und MSCs, die in der Auswertung eine schlechte PSA-Leistung zeigten, sind mit vollen Symbolen dargestellt. Zwischen diesen Punkten wurde eine imaginäre Indikatorlinie Z zur Beurteilung der Überlegenheit/Unterlegenheit in der Leistung gezogen.
  • Wie aus 8 hervorgeht, ist die Bewertung möglich, dass für den Fall eines Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnisses α von 39 und eines Wertes für (t95/t50) von 6 oder weniger, ein MSC-Adsorbens mit einer gewünschten PSA-Leistung erhalten werden konnte, und wenn das Trennverhältnis α 44 betrug und der Wert für (t95/t50) 8 oder weniger war, ein MSC-Adsorbens mit einer gewünschten PSA-Leistung erhalten werden konnte.
  • Mit anderen Worten, das Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α und (t95/t50) sind komplementär. Eine bevorzugte PSA-Leistung ist jene, bei der (t95/t50) umso kleiner ist, je größer das Trennverhältnis α ist. Wenn jedoch das Trennverhältnis α groß wird, ist ein relativ hoher Wert für (t95/t50) zulässig. Gemäß dem Vorhergesagten hat es sich als notwendig erwiesen, dass das MSC-Adsorbens, das eine bessere PSA-Leistung aufweist und effizient und effektiv Stickstoff mit Hilfe des Stickstoffherstellungsverfahrens vom PSA-Typ der vorliegenden Erfindung abtrennen und sammeln kann, die folgenden Bedingungen erfüllt, die durch eine Formel ausgedrückt sind, welche die imaginäre Indikatorlinie Z von 8 darstellt. (t95/t50) < 0,4 × (α – 24) α > 35.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Wie zuvor erklärt wurde, ist das Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff der vorliegenden Erfindung MSC, wobei das Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α und das Verhältnis (t95/t50) zwischen der Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50 der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und der Zeit t95, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, die Formel (t95/t50) < 0,4 × (α – 24) α > 35erfüllen. Da ein Verfahren zum Erzeugen von Stickstoff durch Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff mit Hilfe eines PSA-Verfahrens bereitgestellt wird, ist es möglich, die PSA-Leistung in der Herstellung von Stickstoffgas deutlich zu erhöhen und ein Stickstoffherstellungsverfahren bereitzustellen, dass das Wiedergewinnungsverhältnis verbessert und wirtschaftlich deutlich besser ist.
  • Insbesondere ist es möglich, die Menge an verwendetem Adsorbens in Bezug auf eine vorbestimmte Stickstofferzeugungsmenge zu verringern. Dadurch ist es möglich, die Kosten der Vorrichtung zu senken und den Maßstab der Vorrichtung zu verringern und zu miniaturisieren, und es zeigen sich Wirkungen, wie zum Beispiel eine Verringerung des Energieverbrauchs.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff ist MSC, wobei ein Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α und ein Verhältnis (t95/t50) zwischen einer Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und einer Zeit t95, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, folgende Ungleichung erfüllt (t95/t50) < 0,4 × (α – 24) α > 35.
  • Die Menge an verwendetem Adsorbens in Bezug auf eine vorbestimmte Menge an erzeugtem Stickstoff kann verringert werden, da ein Verfahren ausgeführt wird, das dieses Adsorbens zur Herstellung von Stickstoff verwendet, indem Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff mit Hilfe eines PSA-Verfahrens abgetrennt wird. Dadurch ist es möglich, die Kosten der Vorrichtung zu Senken und den Maßstab der Vorrichtung zu verringern und zu miniaturisieren, und auch die Menge des Energieverbrauchs kann gesenkt werden.

Claims (5)

  1. Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff, wobei das Adsorbens ein MSC ist, wobei ein Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α (Verhältnis einer Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2) zu einer Konstante der Stiekstoffadsorptionsrate K(N2), K(O2)/K(N2)) 35 oder mehr ist, und die Adsorptionsrateneigenschaft, die durch eine Zeit t95 dargestellt ist, die zum Adsorbieren von 95% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und eine Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, die folgende Ungleichung erfüllt: (t95/t50) < 0,4 × (α – 24) α > 35.
  2. Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff, wobei das Adsorbens ein MSC ist, wobei eine Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate 6,5 × 10–2s–1 oder mehr ist, wobei ein Sauerstoff/Stickstoff-Trennverhältnis α (Verhältnis einer Konstante der Sauerstoffadsorptionsrate K(O2) zu einer Konstante der Stickstoffadsorptionsrate K(N2), K(O2)/K(N2)) 35 oder mehr ist, und eine Adsorptionsrateneigenschaft, die durch eine Zeit t95 dargestellt ist, die zum Adsorbieren von 95 der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, und eine Zeit t50, die zum Adsorbieren von 50% der Sauerstoffgleichgewichtsadsorptionsmenge erforderlich ist, die folgende Ungleichung erfüllt: (t95/t50) < 0,4 × (α – 24) α > 35.
  3. Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff aus einem gemischten Gas aus Sauerstoff und Stickstoff nach An spruch 1 oder 2, wobei der MSC durch einen Poreneinstellungsprozess mit Hilfe einer chemischen Aufdampfung (CVD) eines thermisch zersetzbaren Kohlenwasserstoffs bei 600 bis 770°C hergestellt wird.
  4. Adsorbens zum Abtrennen von Stickstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das gemischte Gas aus Sauerstoff und Stickstoff Luft ist.
  5. Stickstoffherstellungsverfahren, das durch ein PSA-Verfahren ausgeführt wird, in dem ein Zyklus einen Druckbeaufschlagungs-Adsorptionsschritt zum Sammeln von Stickstoff durch Druckbeaufschlagung eines gemischten Gases aus Sauerstoff und Stickstoff und In-Kontakt-Bringen des Gases mit dem Adsorbens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und einen Druckentlastungs-Desorptionsschritt zum Druckentlasten des Adsorbens, das sich nach dem Adsorptionsschritt in einem druckbeaufschlagten Zustand befindet, und Desorbieren der adsorbierten Komponenten umfasst, wobei eine halbe Zykluszeit 45 bis 240 Sekunden, vorzugsweise 60 bis 180 Sekunden beträgt.
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