JP2001137639A - 温度揺動吸着によるガスの処理方法 - Google Patents

温度揺動吸着によるガスの処理方法

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リヤン−ミン・スン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 満足すべき性能を維持しつつ、投資額を減少
させること及び／又は下流に位置するプラントの生産性
を増加させることを可能とするガスの処理方法を提供す
ること。 【解決手段】 吸着サイクルの再生段階が、減圧工程、
その間、層が熱い加熱／流出ガスによりパージされる加
熱／流出工程、およびその間、層が冷たい冷却／流出ガ
スによりパージされる冷却／流出工程を具備することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸着剤のそれぞれ
の層が、低い吸着温度での吸着工程をそれ自体含む吸着
段階と、それ自体減圧工程、その間、熱い加熱／流出ガ
スで層がパージされる加熱／流出工程、およびその間、
冷たい冷却／流出ガスで層がパージされる冷却／流出工
程を含む吸着剤再生段階と、再加圧段階とを順に備える
サイクルに供される型の温度揺動吸着（ＴＳＡ）によ
る、ガスを処理する方法に関する。
【０００２】本発明は、特に、水および二酸化炭素を取
り去ることにより、蒸留を意図される大気の精製に適用
する。
【０００３】
【従来の技術】吸着剤として、活性アルミナ、ドープト
アルミナ、ゼオライト（Ａ、Ｘ、ＬＳＸ等）シリカゲ
ル、またはこれら生成物の幾つかを連続して用いること
が出来る。
【０００４】ＣＯ２ 、水、および他の不純物の吸着
は、低温で促進される。そのため、吸着は、低温で実施
されるのが重要であり、その結果、広く採用されている
操作は、次の吸着段階を開始する前に、処理されるガス
の温度にほぼ近い低い吸着温度にまで全吸着剤を冷却す
る工程を含んでいる。
【０００５】このプロセスを実施する方法はまた、下流
に位置する極低温プラントの場合、層を吸着段階に切り
替えるときに、このプラントに送られる熱流束を最小に
するという利点を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、満足
すべき性能を維持しつつ、投資額を減少させること及び
／又は下流に位置するプラントの生産性を増加させるこ
とを可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
の主題は、層を出て行く冷却／流出ガスが、処理される
ガスの温度よりもかなり高い温度の状態で、冷却／流出
工程が終了すること、および吸着段階が、その間、処理
されるガスの効果により、層が低い吸着温度に冷却され
る、初期吸着工程を含むことを特徴とする。
【０００８】本発明の方法は、以下の特徴の１つまたは
それ以上を含むことが出来る。
【０００９】−層を出る冷却／流出ガスが、処理される
ガスの温度よりも高い、少なくとも３０℃以上、好まし
くは少なくとも５０℃以上にあるときに、冷却工程が終
了すること。
【００１０】−初期の吸着工程の第１の部分の間、層
は、吸着段階の終点において他の層と並列に接続され、
これらの２つの層から流入する２つのガス流が合流され
ること。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明に
おいて、「圧力」は絶対圧である。
【００１２】図１において、大気の蒸留による、低圧の
ガス状酸素およびガス状窒素の精製プラントが示されて
いる。このプラントは、基本的には、その出口に空気ま
たは水冷却器２を備えた空気コンプレッサー１、特に水
およびＣＯ２ をストリッピングにより除去することに
より、圧縮空気を清浄化するための装置３、二重蒸留塔
４、およびこの二重塔４から流入する冷たいガス流との
間接的熱交換により、清浄化された空気を冷却するため
の熱交換ライン５から構成されている。
【００１３】二重塔４は、基本的には、中間圧塔６と、
その上にある低圧塔７とにより構成されている。リボイ
ラー／コンデンサー８は、塔６の頂部からの蒸気（ほと
んど純窒素）を、塔７の底部からの液体（ほとんど純酸
素）と熱交換させる。塔７の上には、その頂部が開放さ
れている小径部またはミナレット９がある。
【００１４】操作では、１において約５〜６バールの中
間圧に圧縮され、３において清浄化され、５においてそ
の露点近傍まで冷却された、被処理空気は、塔６の底部
に導入される。塔の底部からの「豊富な液」（酸素に富
む空気）は、膨張バルブ１０で膨張した後、塔７の中間
点に導入される。塔６の中間レベルから取り出された
「上部の乏しい液」ＬＰ１ （純粋でない窒素）は、膨
張バルブ１０で膨張した後、塔７の頂部に導入される。
塔６の頂部から取り出された「上部の乏しい液」ＬＰ
２ （ほとんど純粋な窒素）は、膨張バルブ１２で膨張
した後、ミナレット９の頂部に導入される。
【００１５】酸素生成ガスおよび窒素生成ガスは、塔６
の底部から、およびミナレット９の頂部から、それぞれ
取り出される。純粋でない窒素からなる、二重塔の排ガ
スＷは、塔７の頂部から取り出される。大気圧ＡＰに近
い、これら３つのガス流は、導入空気により、向流交換
ラインにおいて暖められる。
【００１６】清浄化装置３は、２つのボトル１３Ａ、１
３Ｂを備えており、そのそれぞれは、例えばドープトア
ルミナである吸着剤の層１４Ａ、１４Ｂを収容してい
る。それぞれのボトルは、以下のサイクルに供される。
【００１７】（１）中間圧ＭＰにある吸着段階（ａ） 冷却器２からの空気は、ボトルの入口（下端）に導入さ
れ、底部から層１４を通り、ボトルの出口から、現わ
れ、清浄化され、次いで交換ライン５に送られる。
【００１８】（２）幾つかの工程を含む清浄化段階 −大気圧に下げる減圧工程（ｂ） 交換ラインから出て、加熱器１５により１５０℃に加熱
される排ガスＷによる加熱／流出工程（ｃ） その入口端部からボトルに沿った距離をｘ軸に、吸着剤
の温度をｙ軸にプロットした図２において破線で示すよ
うに、この工程の間、熱フロントはボトルの入口から出
口に移動する（連続する時間ｔ１〜ｔ５）。この工程
は、所定の時間ｔ２で終了し、その間、熱フロントは全
体としてポトルに含まれる。
【００１９】−交換ラインから出て、交換ラインのホッ
ト端部の温度にあるボトル１３に導入される排ガスＷに
よる向流冷却／流出工程（ｄ）（加熱器１５は含まれな
い）この工程（ｄ）は、上述の時間ｔ２で開始する。図
２において実線で示すように、この工程の間、冷却フロ
ントはボトルの出口から入口に移動する（連続する時間
ｔ３〜ｔ８）。この工程は、実質的に時間ｔ８で終了
し、入口近くにある吸着剤が通常のまたは低い吸着温度
近くに戻る前に、冷却フロントはポトルの入口に到達す
る。この時間は、例えば７０℃の出現流出ガスの温度に
より決定される。
【００２０】（３）圧力が中間圧に上昇し、この中間圧
での最終の安全工程（ｆ）が後に続く最初の工程（ｅ）
を含む再加圧段階。
【００２１】一般に、２つのボトルの間の圧力のバラン
スをとることにより、工程（ｂ）および（ｅ）が開始さ
れ、一方、工程（ｅ）は、ボトルの出口を閉じた状態
で、入口に被処理空気を導入することにより続行する。
【００２２】ボトルが吸着段階に戻るとき、吸着剤の一
部は、２で予備冷却された、例えば周囲温度に近い被処
理空気の温度に近い、常温または低い吸着温度よりかな
り高い。その結果、吸着段階の開始時に、熱フロント
は、ボトルに沿ってその出口まで移動し、そのため、流
入空気は、全層を通常の吸着温度にまで冷却する。
【００２３】これは、時間ｔ８の後の時間ｔ９〜ｔ１３
のための、図２に類似の図３のグラフに示されている。
【００２４】以上、説明したプロセスの効果は、以下の
２つの実施例から明らかであろう。
【００２５】比較例 吸着剤は、活性アルミナである。
【００２６】操作条件は、下記表１に示す通りである。
【００２７】
【表１】
【００２８】冷却／流出工程（ｄ）は、通常は、吸着剤
がほとんど完全に冷却されるまで続行される。このと
き、流出ガスは、低い吸着温度（この例では１９℃）に
近い温度でボトルを出る。
【００２９】実施例１ 上記操作条件は維持されるが、工程（ｄ）は、流出ガス
の出口温度７０℃で停止する。下記の表２の比較表を示
すことが出来る。
【００３０】
【表２】
【００３１】このように、工程（ｄ）における吸着剤の
部分冷却は、一定の流出ガス流量の場合、この工程の、
従って、吸着段階（ａ）の期間を決定する、全再生段階
の実質的な短縮を生ずる。それに伴って、吸着段階
（ａ）の期間は減少し、そのため吸着剤の容積は減少す
る。これは、順に、段階（ｃ）、（ｅ）、および（ｆ）
を短縮させる。
【００３２】総じて、サイクル時間を半分に減少させる
ことが可能であり、そのため、実質的な投資の節約を行
うことが出来る。
【００３３】以上の結果は、それぞれ比較例および実施
例１に関連する図４および５において、実線の２つの曲
線により示されている。これらの曲線は、時間を関数と
して、層の圧力の変化を示している。このように、実施
例１のサイクルは、連続して、比較的高い温度における
初期吸着工程（ａ’１）、および実質的に常温の低い吸
着温度における最終吸着工程（ａ”１）からそれ自体構
成される吸着段階（ａ１）と、大気圧に減圧するする減
圧工程（ｂ１）と、加熱／流出工程（ｃ１）と、部分的
冷却／流出工程（ｄ１）と、再加圧工程（ｅ）と、安全
工程（ｆ１）とを備えている。
【００３４】図４はまた、実施例２を構成する本発明の
別の態様を、破線で示している。
【００３５】この別の態様では、比較例の吸着剤の容積
および工程（ａ）、（ｂ）、（ｅ）、および（ｆ）の期
間が保持されており、トータルの流出期間（ｃ）＋
（ｄ）もそうである。
【００３６】しかし、吸着剤を部分的に冷却するための
冷却／流出工程（工程（ｄ２））の期間は、１１５分か
ら９８分に短縮し、従って、加熱／流出工程（ｃ２）
は、４５分から６２分に延長し、それに伴って、流出ガ
スの流量は、吸着剤の容積が変化しないので、２６５０
Ｓｍ３ ／ｈから１４７５Ｓｍ３ ／ｈに減少する。
【００３７】吸着段階（ａ）に関し、これは、比較的高
温の初期吸着工程（ａ’２）と、通常の低吸着温度の最
終吸着工程（ａ”２）とに分けられる。
【００３８】この別の態様は、流出ガスの実質的な留分
を節約し、そのため生成ガスのトータル出力、即ち、図
１のプラントにおける窒素の出力を減少させることを可
能とする。言い換えると、本発明は、この別の態様によ
り、プラントの生産性を増加させることを可能とする。
【００３９】もちろん、本発明の他の態様も含まれ、そ
れらは、投資額の減少の利点と生産性の増加の利点を併
せ有する。
【００４０】図１に示す、吸着段階の開始時の層を通過
する熱フロントは、流入する空気よりも急速に移動す
る。その結果、工程（ａ’１）および（ａ”１）は短
く、吸着剤はその通常の吸着温度に近い温度に急速に到
達し、そのため、吸着剤の性能は、上述の部分冷却によ
りほとんど影響されない。
【００４１】吸着段階中を通るときに、（基本的に二重
塔４と浩瀚ライン５からなる）コールドボックスに送ら
れた熱ピークを減少させることを望む場合には、短時間
のインターバルを設けてもよく、その間、２つのボトル
１３Ａおよび１３Ｂが同時に吸着モードにあり、図１の
破線で示すように、交換ラインに送られる前に、２つの
生成ガス流（清浄化された空気）が合流される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロセスが適用される空気蒸留プラン
トを示す模式図。。
【図２】本発明による加熱／流出工程および冷却／流出
工程を示す図。
【図３】本発明の吸着段階の開始を示す図２と類似の
図。
【図４】本発明の他の態様を示す図。
【図５】本発明の他の態様を示す図。
【符号の説明】
１…空気コンプレッサー ２…冷却器 ３…圧縮空気を清浄化するための装置 ４…二重蒸留塔 ５…熱交換ライン ６…中間圧塔 ７…低圧塔 ８…リボイラー／コンデンサー ９…ミナレット １０，１１，１２…膨張バルブ １３Ａ，１３Ｂ…ボトル １４Ａ，１４Ｂ…吸着剤の層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック・ル・ボー フランス国、94300 バンセンヌ、リュ・ ドゥ・ラ・ジャリ 50／52 (72)発明者 リヤン−ミン・スン フランス国、91140 ビルボン・スール・ イビエット、リュ・ドゥ・ラ・フォンテー ヌ・ディビエット、30

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】吸着剤のそれぞれの層が、低い吸着温度で
    の吸着工程（（ａ”１），（ａ”２））をそれ自体含む
    吸着段階（（ａ），（ａ１））と、減圧工程（（ｂ），
    （ｂ１））、その間、熱い加熱／流出ガスで層がパージ
    される加熱／流出工程（（ｃ１），（ｃ２））、および
    その間、冷たい冷却／流出ガスで層がパージされる冷却
    ／流出工程（（ｄ１），（ｄ２））をそれ自体含む吸着
    剤再生段階と、再加圧段階（（ｅ，f），（ｅ２，f
    ２））とを順に備えるサイクルに供される型の、少なく
    とも２つの層における温度揺動吸着（ＴＳＡ）によるガ
    スを処理する方法であって、 （ａ）前記冷却／流出工程（（ｄ１），（ｄ２））は、
    層を出て行く冷却／流出ガスが、処理されるガスの温度
    よりもかなり高い温度の状態で終了すること、 （ｂ）前記吸着段階が、その間、処理されるガスの効果
    により、層が低い吸着温度に冷却される初期吸着工程
    （（ａ１），（ａ２））を含むこと、および （ｃ）前記初期吸着工程（（ａ１），（ａ２））の少な
    くとも第１の部分の間、層（１４Ａ，１４Ｂ）は、吸着
    段階の終点において、他の層（１４Ａ，１４Ｂ）と平行
    に結合され、これら２つの層から流入する２つのガス流
    が合流されることを特徴とするガスの処理方法。
  2. 【請求項２】前記冷却／流出工程（（ｄ１），（ｄ
    ２））は、層（１４Ａ，１４Ｂ）を出て行く冷却／流出
    ガスが、処理されるガスの温度よりも高い、少なくとも
    ３０℃、好ましくは少なくとも５０℃の温度にあるとき
    に終了することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記処理されるガスは、蒸留される大気で
    あることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記冷却／流出工程（（ｄ１），（ｄ
    ２））は、層（１４Ａ，１４Ｂ）を出て行く冷却／流出
    ガスが、処理されるガスの温度よりも高い７０℃の温度
    にあるときに終了することを特徴とする請求項３に記載
    の方法。
  5. 【請求項５】トータルの吸着／再生サイクルの期間は、
    ２００分を超えないことを特徴とする請求項３または４
    に記載の方法。
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