JP2003175311A - 熱スイング吸着法並びにそのための吸着器及び装置 - Google Patents
熱スイング吸着法並びにそのための吸着器及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 空気等のガスから二酸化炭素、水、窒素酸化
物及び炭化水素等の不純物を除去するための急速な温度
スイング吸着法を提供すること。 【解決手段】 管形熱交換吸着器１０、１２、１４の管
側通路に充填した吸着剤を使用する。吸着の終了後に、
再生工程の間吸着器の胴側通路を通して加熱用流体を送
り、吸着器から出てきたら加熱器を通して吸着器の胴側
へ再循環させる。再生の冷却段階の間は、冷却用流体を
吸着器の胴側通路を通して送る。
物及び炭化水素等の不純物を除去するための急速な温度
スイング吸着法を提供すること。 【解決手段】 管形熱交換吸着器１０、１２、１４の管
側通路に充填した吸着剤を使用する。吸着の終了後に、
再生工程の間吸着器の胴側通路を通して加熱用流体を送
り、吸着器から出てきたら加熱器を通して吸着器の胴側
へ再循環させる。再生の冷却段階の間は、冷却用流体を
吸着器の胴側通路を通して送る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気等のガスから
二酸化炭素、水、窒素酸化物及び炭化水素等の不純物を
除去するための急速な温度スイング吸着法に関する。
二酸化炭素、水、窒素酸化物及び炭化水素等の不純物を
除去するための急速な温度スイング吸着法に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気を低温（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ）分離
して窒素及び／又は酸素を回収するための従来の方法で
は、原料空気を圧縮し、次いで膨張により低温に冷却し
てから、２段式の蒸留塔へ導入している。冷却前の空気
から水と二酸化炭素を除去しない限り、これらの成分は
凝縮して、ガスを蒸留前に冷却するのに使用する熱交換
器を閉塞する。同じように、そのほかの空気不純物も凍
結と安全性の両方の問題の原因となり兼ねない。例え
ば、一酸化窒素と二酸化窒素を包含する窒素酸化物は、
空気からの酸素と反応する間に重合種のＮ2Ｏ4やＮ2Ｏ5
を生成することがある。これらの高級窒素酸化物は、主
熱交換器内に存在する温度において凍る。従って、これ
らの不純物もコールドボックスの前で除去しなくてはな
らない。殊にアセチレンを始めとする、原料空気中に存
在する炭化水素不純物は、それらがコールドボックスに
入ると爆発の危険を招きかねない。アセチレンがコール
ドボックスに入ると、それは蒸留塔の液体酸素部で濃縮
して深刻な安全上の問題を生じさせる。それゆえに、水
と二酸化炭素を除去するのに加え、窒素酸化物とアセチ
レンを包含するそのほかの空気不純物をコールドボック
スの前で除去しなくてはならない。
して窒素及び／又は酸素を回収するための従来の方法で
は、原料空気を圧縮し、次いで膨張により低温に冷却し
てから、２段式の蒸留塔へ導入している。冷却前の空気
から水と二酸化炭素を除去しない限り、これらの成分は
凝縮して、ガスを蒸留前に冷却するのに使用する熱交換
器を閉塞する。同じように、そのほかの空気不純物も凍
結と安全性の両方の問題の原因となり兼ねない。例え
ば、一酸化窒素と二酸化窒素を包含する窒素酸化物は、
空気からの酸素と反応する間に重合種のＮ2Ｏ4やＮ2Ｏ5
を生成することがある。これらの高級窒素酸化物は、主
熱交換器内に存在する温度において凍る。従って、これ
らの不純物もコールドボックスの前で除去しなくてはな
らない。殊にアセチレンを始めとする、原料空気中に存
在する炭化水素不純物は、それらがコールドボックスに
入ると爆発の危険を招きかねない。アセチレンがコール
ドボックスに入ると、それは蒸留塔の液体酸素部で濃縮
して深刻な安全上の問題を生じさせる。それゆえに、水
と二酸化炭素を除去するのに加え、窒素酸化物とアセチ
レンを包含するそのほかの空気不純物をコールドボック
スの前で除去しなくてはならない。
【０００３】一酸化炭素と水素の低温分離に先立ち合成
ガスから微量の二酸化炭素と水を除去するのにも、かな
りの関心が寄せられている。一般に一酸化炭素と水素
は、メタンをスチーム改質して一酸化炭素、水素、二酸
化炭素、水そしてメタンを含有している合成ガスを製造
することにより生産される。このとき、二酸化炭素の大
部分は吸収装置で除去される。その後、スクラバーを出
てくる微量の二酸化炭素と水を、低温蒸留プロセスへの
導入前に低レベルまで除去しなくてはならない。
ガスから微量の二酸化炭素と水を除去するのにも、かな
りの関心が寄せられている。一般に一酸化炭素と水素
は、メタンをスチーム改質して一酸化炭素、水素、二酸
化炭素、水そしてメタンを含有している合成ガスを製造
することにより生産される。このとき、二酸化炭素の大
部分は吸収装置で除去される。その後、スクラバーを出
てくる微量の二酸化炭素と水を、低温蒸留プロセスへの
導入前に低レベルまで除去しなくてはならない。
【０００４】そのような不純物の除去のために一般的に
使用されている二つの方法は、温度スイング吸着（ＴＳ
Ａ）と圧力スイング吸着（ＰＳＡ）である。
使用されている二つの方法は、温度スイング吸着（ＴＳ
Ａ）と圧力スイング吸着（ＰＳＡ）である。
【０００５】これらの手法のそれぞれでは、吸着剤の床
を所定時間原料空気の流れにさらして、空気から二酸化
炭素や水などのような不純物を吸着する。吸着剤におけ
る除去された成分の濃度は徐々に上昇する。除去された
成分の濃度は均一ではなく、吸着剤床の上流端部で一番
高く、そして吸着剤の物質移動帯域を通して累進的に少
なくなってゆく。処理を際限なく行うと、物質移動帯域
は、除去すべき成分が床の下流端部から漏れ出すに至る
まで吸着床の下流へ漸進的に移動する。これが起こる前
に、吸着剤を再生することが必要である。
を所定時間原料空気の流れにさらして、空気から二酸化
炭素や水などのような不純物を吸着する。吸着剤におけ
る除去された成分の濃度は徐々に上昇する。除去された
成分の濃度は均一ではなく、吸着剤床の上流端部で一番
高く、そして吸着剤の物質移動帯域を通して累進的に少
なくなってゆく。処理を際限なく行うと、物質移動帯域
は、除去すべき成分が床の下流端部から漏れ出すに至る
まで吸着床の下流へ漸進的に移動する。これが起こる前
に、吸着剤を再生することが必要である。
【０００６】吸着剤を再生するためには、原料空気の流
れを吸着剤床から遮断し、そして吸着剤をパージガス
（一般には製品ガス）の流れにさらし、これが吸着剤か
ら吸着成分を追い出して更なる使用のためにそれを再生
する。温度スイング吸着では、再生工程において吸着剤
から成分を脱着するのに必要とされる熱を、加熱した、
典型的には１００〜２５０℃の温度に加熱した、パージ
ガスにより供給する。続いて、不純物を含まない冷却さ
れたガスの流れで吸着剤を冷却する。圧力スイング吸着
では、パージガスの圧力は原料ガスのそれより一般に低
く、そしてこのパージガスは吸着成分の分圧が低い。分
圧の変更を利用して吸着剤から成分を除去し、脱着に必
要とされる熱は床内に保持されている吸着熱により供給
され、あるいは吸着剤の顕熱により供給される。
れを吸着剤床から遮断し、そして吸着剤をパージガス
（一般には製品ガス）の流れにさらし、これが吸着剤か
ら吸着成分を追い出して更なる使用のためにそれを再生
する。温度スイング吸着では、再生工程において吸着剤
から成分を脱着するのに必要とされる熱を、加熱した、
典型的には１００〜２５０℃の温度に加熱した、パージ
ガスにより供給する。続いて、不純物を含まない冷却さ
れたガスの流れで吸着剤を冷却する。圧力スイング吸着
では、パージガスの圧力は原料ガスのそれより一般に低
く、そしてこのパージガスは吸着成分の分圧が低い。分
圧の変更を利用して吸着剤から成分を除去し、脱着に必
要とされる熱は床内に保持されている吸着熱により供給
され、あるいは吸着剤の顕熱により供給される。
【０００７】温度スイング吸着及び圧力スイング吸着手
法はまた、空気以外の原料ガスに応用することもでき、
あるいは空気分離プラントで使用する以外の目的で精製
される空気に応用することもできる。
法はまた、空気以外の原料ガスに応用することもでき、
あるいは空気分離プラントで使用する以外の目的で精製
される空気に応用することもできる。
【０００８】上述の従来の温度スイング吸着法では、再
生のための吸着剤の加熱と冷却は高温／低温ガスを直接
吸着剤を通過させることによりなされる。このタイプの
プロセスのために最小限の全サイクル時間は標準的に２
〜８時間であり、典型的なサイクル時間は４〜１６時間
である。これは、使用するガスの熱容量が比較的小さい
こと、圧力損失の不利益のためガス流量を大きくできな
いこと、そして高いガス温度を使用するのはエネルギー
を大量に使用することであり、従って費用がかかること
の成りゆきである。
生のための吸着剤の加熱と冷却は高温／低温ガスを直接
吸着剤を通過させることによりなされる。このタイプの
プロセスのために最小限の全サイクル時間は標準的に２
〜８時間であり、典型的なサイクル時間は４〜１６時間
である。これは、使用するガスの熱容量が比較的小さい
こと、圧力損失の不利益のためガス流量を大きくできな
いこと、そして高いガス温度を使用するのはエネルギー
を大量に使用することであり、従って費用がかかること
の成りゆきである。
【０００９】吸着器は、吸着工程の全期間（一般に最低
で１〜４時間）について不純物を収容するのに十分な吸
着剤を含まなくてはならない。大規模なガス精製の場
合、この制限のため非常に大きな吸着器と加熱用装置が
必要になる。
で１〜４時間）について不純物を収容するのに十分な吸
着剤を含まなくてはならない。大規模なガス精製の場
合、この制限のため非常に大きな吸着器と加熱用装置が
必要になる。
【００１０】従来の温度スイング吸着法の更に別の欠点
は、吸着剤の再生のために比較的大量の、一般に１０〜
３５％の、製品ガスが必要とされ、製品ガスの収量を減
少させることである。
は、吸着剤の再生のために比較的大量の、一般に１０〜
３５％の、製品ガスが必要とされ、製品ガスの収量を減
少させることである。
【００１１】温度スイング吸着法を改良するために多数
の試みがなされており、例えば、加熱したガスのパルス
を使用する試み、再生の熱を部分的に供給するのに原料
ガスの圧縮の熱を利用する試み、再生の熱を回収し再利
用するのに多床式の装置を使用する試み、比較的低温の
再生（例えば８０〜１３５℃）を使用し冷却工程をなく
す試み、及び補助吸着器を使用し排気パージガスを精製
する試みが行われている。これらの方法は、エネルギー
消費量を減らし従って温度スイング吸着プロセスの経費
を低減すること、及び／又は吸着剤の所用量を減らし及
び／又は製品回収率を上昇させることにより分離効率を
向上させることを目的としている。しかしながら、これ
らの方法は全て、パージガスを使用して吸着剤を加熱及
び冷却することを必要としており、従ってプロセスの合
計サイクル時間は時間のオーダーにとどまっている。
の試みがなされており、例えば、加熱したガスのパルス
を使用する試み、再生の熱を部分的に供給するのに原料
ガスの圧縮の熱を利用する試み、再生の熱を回収し再利
用するのに多床式の装置を使用する試み、比較的低温の
再生（例えば８０〜１３５℃）を使用し冷却工程をなく
す試み、及び補助吸着器を使用し排気パージガスを精製
する試みが行われている。これらの方法は、エネルギー
消費量を減らし従って温度スイング吸着プロセスの経費
を低減すること、及び／又は吸着剤の所用量を減らし及
び／又は製品回収率を上昇させることにより分離効率を
向上させることを目的としている。しかしながら、これ
らの方法は全て、パージガスを使用して吸着剤を加熱及
び冷却することを必要としており、従ってプロセスの合
計サイクル時間は時間のオーダーにとどまっている。
【００１２】再生のために吸着剤に熱を供給するその他
の様々な方法が提案されている。これらには、マイクロ
波エネルギー（米国特許第４３１２６４１号明細書）、
吸着器の充填吸着床内への電気ヒーターの設置（米国特
許第４２６９６１１号明細書）、及び電気脱着のため吸
着器へ電流を直接適用すること（米国特許第４０９４６
５２号明細書）が含まれる。
の様々な方法が提案されている。これらには、マイクロ
波エネルギー（米国特許第４３１２６４１号明細書）、
吸着器の充填吸着床内への電気ヒーターの設置（米国特
許第４２６９６１１号明細書）、及び電気脱着のため吸
着器へ電流を直接適用すること（米国特許第４０９４６
５２号明細書）が含まれる。
【００１３】米国特許第５６６９９６２号明細書には、
管形の吸着熱交換器を使用する圧力スイング／熱スイン
グ吸着乾燥器が開示されており、この吸着熱交換器の内
部の管の表面は細かな水吸着剤粒子で被覆される。吸着
剤は、分離プロセスへの高温又は低温の原料ガスを熱交
換器の胴（シェル）側通路を通して流すことにより間接
的に加熱又は冷却される。この原料ガスは、最初に第一
の吸着熱交換器において低温の胴（シェル）側ガスとし
て働き、次に再生を受ける第二の吸着熱交換器において
高温の胴（シェル）側ガスとして働いて、その後第一の
吸着熱交換器の管（チューブ）側を通り抜けてそこで乾
燥される。乾燥したガスの一部が、第二の吸着熱交換器
の管（チューブ）側のためのパージガスとして使用され
る。このサイクルは、二つの吸着熱交換器の機能を交替
することにより定期的に逆転される。交替は、３０秒か
ら３分までの間隔で行うことができる。
管形の吸着熱交換器を使用する圧力スイング／熱スイン
グ吸着乾燥器が開示されており、この吸着熱交換器の内
部の管の表面は細かな水吸着剤粒子で被覆される。吸着
剤は、分離プロセスへの高温又は低温の原料ガスを熱交
換器の胴（シェル）側通路を通して流すことにより間接
的に加熱又は冷却される。この原料ガスは、最初に第一
の吸着熱交換器において低温の胴（シェル）側ガスとし
て働き、次に再生を受ける第二の吸着熱交換器において
高温の胴（シェル）側ガスとして働いて、その後第一の
吸着熱交換器の管（チューブ）側を通り抜けてそこで乾
燥される。乾燥したガスの一部が、第二の吸着熱交換器
の管（チューブ）側のためのパージガスとして使用され
る。このサイクルは、二つの吸着熱交換器の機能を交替
することにより定期的に逆転される。交替は、３０秒か
ら３分までの間隔で行うことができる。
【００１４】米国特許第５６６９９６２号明細書で教示
されたように再生用に供給するのに利用できる熱は、そ
の熱が主空気圧縮機に由来するので、原料ガスの質量流
量に依存し、そしてこの装置には柔軟性がなく、またこ
の装置は大規模な応用に不向きである。従って、この方
法は本発明には適用することができない。
されたように再生用に供給するのに利用できる熱は、そ
の熱が主空気圧縮機に由来するので、原料ガスの質量流
量に依存し、そしてこの装置には柔軟性がなく、またこ
の装置は大規模な応用に不向きである。従って、この方
法は本発明には適用することができない。
【００１５】
【課題を解決するための手段】第一の側面において、本
発明は、原料ガスから構成成分を除去するための熱スイ
ング吸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ）法であって、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体により吸着剤へ供給される熱の量が
送られる原料及び再生用ガスの量と無関係であるような
ものとする熱スイング吸着法を提供する。
発明は、原料ガスから構成成分を除去するための熱スイ
ング吸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ）法であって、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体により吸着剤へ供給される熱の量が
送られる原料及び再生用ガスの量と無関係であるような
ものとする熱スイング吸着法を提供する。
【００１６】加熱用流体が吸着熱交換器に入る際の加熱
用流体についての好ましい温度は、１００〜２５０℃、
例えば２００℃である。
用流体についての好ましい温度は、１００〜２５０℃、
例えば２００℃である。
【００１７】好ましくは、吸着剤は工程ｃ）で、吸着剤
から切り離されるが吸着剤と熱を交換することができる
冷却用流体を送ることにより冷却され、この冷却用流体
により吸着剤から除去される熱の量は送られる原料及び
再生ガスの量と無関係であるようなものである。加熱用
流体の流れ及び／又は冷却用流体のそれは、吸着熱交換
器の管側のガスの流れに対して向流であることができ
る。
から切り離されるが吸着剤と熱を交換することができる
冷却用流体を送ることにより冷却され、この冷却用流体
により吸着剤から除去される熱の量は送られる原料及び
再生ガスの量と無関係であるようなものである。加熱用
流体の流れ及び／又は冷却用流体のそれは、吸着熱交換
器の管側のガスの流れに対して向流であることができ
る。
【００１８】好ましくは、加熱用流体と冷却用流体の少
なくとも一方は原料ガスと異なる。
なくとも一方は原料ガスと異なる。
【００１９】随意に、加熱用流体と冷却用流体の少なく
とも一方は再生用ガスと異なる。
とも一方は再生用ガスと異なる。
【００２０】好ましくは、この方法は更に、冷却する間
第二の再生用ガスを吸着剤と接触させて第二の方向へ送
ることを含む。
第二の再生用ガスを吸着剤と接触させて第二の方向へ送
ることを含む。
【００２１】第一の再生用ガスと第二の再生用ガスは同
一であってもよい。この場合、再生用ガスは好ましく
は、工程ａ）により原料ガスから製造される製品ガスで
ある。あるいはまた、二つの再生用ガスは異なるもので
あってもよい。この場合には、第一の再生用ガスは好ま
しくは第二の再生用ガスから得られるものであり、工程
ｃ）から流出する第二の再生用ガスであって、そして第
二の再生用ガスは好ましくは工程ａ）により原料ガスか
ら製造される製品ガスである。
一であってもよい。この場合、再生用ガスは好ましく
は、工程ａ）により原料ガスから製造される製品ガスで
ある。あるいはまた、二つの再生用ガスは異なるもので
あってもよい。この場合には、第一の再生用ガスは好ま
しくは第二の再生用ガスから得られるものであり、工程
ｃ）から流出する第二の再生用ガスであって、そして第
二の再生用ガスは好ましくは工程ａ）により原料ガスか
ら製造される製品ガスである。
【００２２】第一の再生用ガスは好ましくは、所望の温
度まで予熱される。この温度は加熱用流体の温度である
ことができる。
度まで予熱される。この温度は加熱用流体の温度である
ことができる。
【００２３】好ましくは、加熱用流体は再循環される。
加熱用流体は、サイクルの間で再加熱してもよい。加熱
用流体はポンプを使って再循環させてもよい。好ましく
は、冷却用流体は再循環させない。
加熱用流体は、サイクルの間で再加熱してもよい。加熱
用流体はポンプを使って再循環させてもよい。好ましく
は、冷却用流体は再循環させない。
【００２４】好ましくは、上記の方法は１又は２以上の
吸着器でもって実施され、各吸着器は、１又は２本以上
の管（チューブ）と、当該管を取り囲み且つ当該管から
１又は２以上の熱交換表面によってによって切り離され
た胴（シェル）とを含む。より好ましくは、各管は吸着
剤粒子を収容している。非常に好ましくは、各管は吸着
剤の充填床を収容している。「管」なる用語の使用に当
たっては、各管は管の内部にあるいは外部にフィンを含
んでもよく、あるいは含まなくてもよいものと理解され
る。
吸着器でもって実施され、各吸着器は、１又は２本以上
の管（チューブ）と、当該管を取り囲み且つ当該管から
１又は２以上の熱交換表面によってによって切り離され
た胴（シェル）とを含む。より好ましくは、各管は吸着
剤粒子を収容している。非常に好ましくは、各管は吸着
剤の充填床を収容している。「管」なる用語の使用に当
たっては、各管は管の内部にあるいは外部にフィンを含
んでもよく、あるいは含まなくてもよいものと理解され
る。
【００２５】好ましくは、上記の方法は、各サイクルに
おいて、工程ａ）が第一の吸着器で実施され、その間に
工程ｂ）が第二の吸着器で行われ、且つ工程ｃ）が第三
の吸着器で行われ、次に工程ｂ）が第一の吸着器で行わ
れ、その間に工程ｃ）が第二の吸着器で行われ、且つ工
程ａ）が第三の工吸着器で行われ、次いで工程ｃ）が第
一の吸着器で行われ、その間に工程ａ）が第二の吸着器
で行われ、且つ工程ｂ）が第三の吸着器で行われるよう
な、三つの吸着器でもって実施される。
おいて、工程ａ）が第一の吸着器で実施され、その間に
工程ｂ）が第二の吸着器で行われ、且つ工程ｃ）が第三
の吸着器で行われ、次に工程ｂ）が第一の吸着器で行わ
れ、その間に工程ｃ）が第二の吸着器で行われ、且つ工
程ａ）が第三の工吸着器で行われ、次いで工程ｃ）が第
一の吸着器で行われ、その間に工程ａ）が第二の吸着器
で行われ、且つ工程ｂ）が第三の吸着器で行われるよう
な、三つの吸着器でもって実施される。
【００２６】随意に、加熱用流体と冷却用流体の一つ又
は二つ以上はガスである。加熱用流体がガスの場合、そ
れは原料ガス及び／又は工程ｃ）の生成物として得られ
る再生用ガスを含むことができる。これらの流れのどち
らか一方のうちの一部を、この目的に使用するため抜き
出してもよく、そして随意に、吸着器の胴側を複数回通
過させるために全部を又は一部を再循環させてもよい。
加熱用流体と冷却用流体の一つ又は二つ以上は、スチー
ム及び／又は空気を含むことができる。
は二つ以上はガスである。加熱用流体がガスの場合、そ
れは原料ガス及び／又は工程ｃ）の生成物として得られ
る再生用ガスを含むことができる。これらの流れのどち
らか一方のうちの一部を、この目的に使用するため抜き
出してもよく、そして随意に、吸着器の胴側を複数回通
過させるために全部を又は一部を再循環させてもよい。
加熱用流体と冷却用流体の一つ又は二つ以上は、スチー
ム及び／又は空気を含むことができる。
【００２７】あるいはまた、加熱用流体と冷却用流体の
一つ又は二つ以上は液体でもよい。加熱用流体と冷却用
流体の一つ又は二つ以上は油及び／又は水を含むことが
できる。
一つ又は二つ以上は液体でもよい。加熱用流体と冷却用
流体の一つ又は二つ以上は油及び／又は水を含むことが
できる。
【００２８】好ましくは、工程ａ）〜ｃ）のサイクルが
実施されるのは３０分以内である。より好ましくは、工
程ａ）〜ｃ）のサイクルが実施されるのは１５分以内で
ある。
実施されるのは３０分以内である。より好ましくは、工
程ａ）〜ｃ）のサイクルが実施されるのは１５分以内で
ある。
【００２９】好ましくは、原料ガスは空気である。原料
ガスは、あるいは、先に検討したように汚染された合成
ガスでもよい。
ガスは、あるいは、先に検討したように汚染された合成
ガスでもよい。
【００３０】好ましくは、除去すべき構成成分は二酸化
炭素及び／又は水を含む。アルミナを使用する場合、そ
れは、参照によりここに取り入れられる米国特許第５８
４６２９５号又は第５６５６０６４号明細書に記載され
た変性アルミナであることができる。
炭素及び／又は水を含む。アルミナを使用する場合、そ
れは、参照によりここに取り入れられる米国特許第５８
４６２９５号又は第５６５６０６４号明細書に記載され
た変性アルミナであることができる。
【００３１】好ましくは、吸着剤はアルミナ及び／又は
ゼオライトを含む。
ゼオライトを含む。
【００３２】第二の側面において、本発明は、原料ガス
から構成成分を除去するための熱スイング吸着法であっ
て、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体が原料ガスとは異なる熱スイング吸
着法を提供する。
から構成成分を除去するための熱スイング吸着法であっ
て、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体が原料ガスとは異なる熱スイング吸
着法を提供する。
【００３３】第三の側面において、本発明は、原料ガス
から構成成分を除去するための熱スイング吸着法であっ
て、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体を再循環させる熱スイング吸着法を
提供する。
から構成成分を除去するための熱スイング吸着法であっ
て、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体を再循環させる熱スイング吸着法を
提供する。
【００３４】第四の側面において、本発明は、原料ガス
から構成成分を除去するための熱スイング吸着法であっ
て、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送り吸
着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体を主空気圧縮機から独立した加熱器
により加熱する熱スイング吸着法を提供する。
から構成成分を除去するための熱スイング吸着法であっ
て、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送り吸
着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体を主空気圧縮機から独立した加熱器
により加熱する熱スイング吸着法を提供する。
【００３５】第五の側面において、本発明は、おのおの
が吸着剤の充填床を収容している１又は２本以上の管
（これらの管は内部フィン又は外部フィンを備えている
かあるいは備えていない）と、当該管を取り囲み且つ１
又は２以上の熱交換表面によって当該管から切り離され
た胴とを含む、熱スイング吸着法を実施するための吸着
器を提供する。
が吸着剤の充填床を収容している１又は２本以上の管
（これらの管は内部フィン又は外部フィンを備えている
かあるいは備えていない）と、当該管を取り囲み且つ１
又は２以上の熱交換表面によって当該管から切り離され
た胴とを含む、熱スイング吸着法を実施するための吸着
器を提供する。
【００３６】本発明は更に、原料ガスの構成成分を除去
するための熱スイング吸着法で使用するための装置であ
って、吸着剤粒子を収容している少なくとも一つの吸着
器と、当該構成成分を吸着剤へ吸着するため原料ガスを
吸着剤へ送り込むために接続された圧縮した原料ガスの
供給源と、吸着剤から当該構成成分を脱着するための再
生用ガスの流れの供給源と、原料ガスが吸着剤を越えて
流れるのを停止しそして再生用ガスが吸着剤を越えて向
流式に流れるようになるのを可能にする、弁付きの接続
装置と、吸着剤と間接熱交換する関係で加熱用流体を再
循環させるための流動路であって、再循環する加熱用流
体を加熱するための加熱器及び当該再循環を行わせるた
めのポンプを含む流動路と、吸着剤と間接熱交換する関
係での冷却用流体のための流動路と、そして加熱用流体
の再循環の開始と停止を可能にし且つ冷却用流体の流動
の開始と停止を可能にする、弁付きの接続装置とを含
む、熱スイング吸着法で使用するための装置を包含す
る。
するための熱スイング吸着法で使用するための装置であ
って、吸着剤粒子を収容している少なくとも一つの吸着
器と、当該構成成分を吸着剤へ吸着するため原料ガスを
吸着剤へ送り込むために接続された圧縮した原料ガスの
供給源と、吸着剤から当該構成成分を脱着するための再
生用ガスの流れの供給源と、原料ガスが吸着剤を越えて
流れるのを停止しそして再生用ガスが吸着剤を越えて向
流式に流れるようになるのを可能にする、弁付きの接続
装置と、吸着剤と間接熱交換する関係で加熱用流体を再
循環させるための流動路であって、再循環する加熱用流
体を加熱するための加熱器及び当該再循環を行わせるた
めのポンプを含む流動路と、吸着剤と間接熱交換する関
係での冷却用流体のための流動路と、そして加熱用流体
の再循環の開始と停止を可能にし且つ冷却用流体の流動
の開始と停止を可能にする、弁付きの接続装置とを含
む、熱スイング吸着法で使用するための装置を包含す
る。
【００３７】好ましくは、上記の間接熱交換する関係
は、管形熱交換器の管内に詰められた吸着剤粒子と、当
該熱交換器の胴側通路を流れる加熱用又は冷却用流体と
の間で確立される。
は、管形熱交換器の管内に詰められた吸着剤粒子と、当
該熱交換器の胴側通路を流れる加熱用又は冷却用流体と
の間で確立される。
【００３８】好ましくは、この装置は、上記の吸着器と
弁付き接続装置を複数含み、吸着器の一つが再生されて
いる間に吸着器のもう一つが原料ガスから構成成分を吸
着するのを可能にし、そして吸着器の間で吸着の役務と
再生の連続サイクルが確立されるのを可能にする。
弁付き接続装置を複数含み、吸着器の一つが再生されて
いる間に吸着器のもう一つが原料ガスから構成成分を吸
着するのを可能にし、そして吸着器の間で吸着の役務と
再生の連続サイクルが確立されるのを可能にする。
【００３９】
【発明の実施の形態】添付の図面を参照して、本発明を
更に説明することにする。本発明の好ましい態様におい
ては、３つの並列の吸着器１０、１２、１４を含む図１
の装置を使って、急速ＴＳＡを行う。各吸着器は、例え
ば、公称の管直径が３．０インチ（７．６ｃｍ）（外径
＝３．５インチ（８．９ｃｍ）、管壁厚さ＝０．２１６
インチ（０．５５ｃｍ）、重量＝７．５８ポンド／フィ
ート（１１．２８ｋｇ／ｍ））を用いる、炭素鋼の管形
熱交換器を含む。各管形吸着器は、長さが約３．０フィ
ート（０．９１ｍ）の管１６を８０５本含み、熱交換面
積は約２２００ｆｔ2（２０４ｍ2）になる。管にはおの
おの、活性アルミナの層とＮａＸゼオライトの層が詰め
られている。この装置は、圧縮空気（９０ｐｓｉａ（６
２０．６ｋＰａ）、９０°Ｆ（３２℃））から水と二酸
化炭素を除去するのに適している。
更に説明することにする。本発明の好ましい態様におい
ては、３つの並列の吸着器１０、１２、１４を含む図１
の装置を使って、急速ＴＳＡを行う。各吸着器は、例え
ば、公称の管直径が３．０インチ（７．６ｃｍ）（外径
＝３．５インチ（８．９ｃｍ）、管壁厚さ＝０．２１６
インチ（０．５５ｃｍ）、重量＝７．５８ポンド／フィ
ート（１１．２８ｋｇ／ｍ））を用いる、炭素鋼の管形
熱交換器を含む。各管形吸着器は、長さが約３．０フィ
ート（０．９１ｍ）の管１６を８０５本含み、熱交換面
積は約２２００ｆｔ2（２０４ｍ2）になる。管にはおの
おの、活性アルミナの層とＮａＸゼオライトの層が詰め
られている。この装置は、圧縮空気（９０ｐｓｉａ（６
２０．６ｋＰａ）、９０°Ｆ（３２℃））から水と二酸
化炭素を除去するのに適している。
【００４０】本発明の別の態様では、吸着器は単一式で
あってもよい。アルミナを、単一の吸着剤として、ある
いはゼオライトなどのほかの吸着剤と一緒にして使用す
る場合には、それは米国特許第５６５６０６４号明細書
に記載されたような変性アルミナであることができる。
例えば、吸着剤はアルミナにｐＨが９以上の塩基性溶液
を含浸させて作ることができる。
あってもよい。アルミナを、単一の吸着剤として、ある
いはゼオライトなどのほかの吸着剤と一緒にして使用す
る場合には、それは米国特許第５６５６０６４号明細書
に記載されたような変性アルミナであることができる。
例えば、吸着剤はアルミナにｐＨが９以上の塩基性溶液
を含浸させて作ることができる。
【００４１】アルミナを塩基性溶液で処理することの有
益な効果は、アルミナ表面の塩基性環境で二酸化炭素が
水酸イオンと反応して炭酸水素イオンを生成することに
よるのかもしれないが、発明者はこの理論に拘束される
ことを望まない。
益な効果は、アルミナ表面の塩基性環境で二酸化炭素が
水酸イオンと反応して炭酸水素イオンを生成することに
よるのかもしれないが、発明者はこの理論に拘束される
ことを望まない。
【００４２】好ましくは、含浸溶液のｐＨは少なくとも
１０、より好ましくは１０〜１２である。最良の結果
は、ｐＨが約１１の含浸溶液を使って得られている。
１０、より好ましくは１０〜１２である。最良の結果
は、ｐＨが約１１の含浸溶液を使って得られている。
【００４３】含浸溶液のｐＨは、アルミナの零点電荷
（ｚｅｒｏ ｐｏｉｎｔ ｃｈａｒｇｅ（ｚｐｃ））
に、下式 ｐＨ≧ｚｐｃ−１．４ に従い、あるいはもっと好ましくは下式 ｚｐｃ＋２≧ｐＨ≧ｚｐｃ−１．４ に従って関係づけられるのが、更に好ましい。
（ｚｅｒｏ ｐｏｉｎｔ ｃｈａｒｇｅ（ｚｐｃ））
に、下式 ｐＨ≧ｚｐｃ−１．４ に従い、あるいはもっと好ましくは下式 ｚｐｃ＋２≧ｐＨ≧ｚｐｃ−１．４ に従って関係づけられるのが、更に好ましい。
【００４４】最も好ましくは、含浸溶液のｐＨは下式
ｚｐｃ＋１≧ｐＨ≧ｚｐｃ−１
によりアルミナの零点電荷と関係づけられる。
【００４５】上記の塩基性溶液は、好適には、アルカリ
金属又はアンモニウム化合物、例えば水酸化物、炭酸
塩、炭酸水素塩、リン酸塩及び有機酸塩から選ばれるも
のなど、の溶液であることができる。使用することがで
きる好適な塩基性化合物には、ナトリウム、カリウム又
はアンモニウムの炭酸塩、水酸化物、リン酸塩、炭酸水
素塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、安息香酸塩又はクエン
酸塩が含まれる。
金属又はアンモニウム化合物、例えば水酸化物、炭酸
塩、炭酸水素塩、リン酸塩及び有機酸塩から選ばれるも
のなど、の溶液であることができる。使用することがで
きる好適な塩基性化合物には、ナトリウム、カリウム又
はアンモニウムの炭酸塩、水酸化物、リン酸塩、炭酸水
素塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、安息香酸塩又はクエン
酸塩が含まれる。
【００４６】最も好ましい塩基性化合物は、炭酸カリウ
ムである。
ムである。
【００４７】図示した装置は、原料空気を圧縮する主空
気圧縮機１８を含む。圧縮原料空気流から冷却器２０で
水を凝縮させ、圧縮原料空気はそこから入口マニホール
ド２２へ進む。弁２４のうちの一つが、原料空気を上記
方法の工程（ａ）が進行中の、吸着器のうちの第一のも
の（図中の一番左のもの）の管側の入口２６へ進ませ
る。吸着器の管側出口２８からは、精製された空気が弁
３２を経由して出口マニホールド３０へ進み、そうして
出口３４から製品ガスとして送り出される。１０ｐｐｍ
未満の水と二酸化炭素を含有している製品ガスのうちの
一部は、減圧弁３６で製品流から抜き出され、そして上
記方法の工程（ｃ）で使用するための再生用ガスとして
一番右の吸着器の管側出口へ弁４０を通し移すためマニ
ホールド３８へ送られる。
気圧縮機１８を含む。圧縮原料空気流から冷却器２０で
水を凝縮させ、圧縮原料空気はそこから入口マニホール
ド２２へ進む。弁２４のうちの一つが、原料空気を上記
方法の工程（ａ）が進行中の、吸着器のうちの第一のも
の（図中の一番左のもの）の管側の入口２６へ進ませ
る。吸着器の管側出口２８からは、精製された空気が弁
３２を経由して出口マニホールド３０へ進み、そうして
出口３４から製品ガスとして送り出される。１０ｐｐｍ
未満の水と二酸化炭素を含有している製品ガスのうちの
一部は、減圧弁３６で製品流から抜き出され、そして上
記方法の工程（ｃ）で使用するための再生用ガスとして
一番右の吸着器の管側出口へ弁４０を通し移すためマニ
ホールド３８へ送られる。
【００４８】吸着器からの流出再生用ガスは、吸着剤か
らもたらされるいくらかの不純物を含有しており、吸着
器の管側入口２６から弁４４を通ってマニホールド４２
へ出て、マニホールド４６まで進み、そしてそこから弁
４８を通り、上記方法の工程（ｂ）で使用するための再
生用ガスとして中央の吸着器の管側出口２８を通過す
る。図１に示してはいないが、この再生用ガスは、吸着
器に入る前に所望の再生温度に加熱することができる。
使用済みの再生用ガスは出口２６を通って排出され、そ
してマニホールド５１に通じる弁４９を通して廃棄され
る。
らもたらされるいくらかの不純物を含有しており、吸着
器の管側入口２６から弁４４を通ってマニホールド４２
へ出て、マニホールド４６まで進み、そしてそこから弁
４８を通り、上記方法の工程（ｂ）で使用するための再
生用ガスとして中央の吸着器の管側出口２８を通過す
る。図１に示してはいないが、この再生用ガスは、吸着
器に入る前に所望の再生温度に加熱することができる。
使用済みの再生用ガスは出口２６を通って排出され、そ
してマニホールド５１に通じる弁４９を通して廃棄され
る。
【００４９】加熱器５４へ供給するポンプ５２により加
熱循環路５０をめぐって加熱用流体が循環し、この流体
は加熱器から弁５８を通り中央の吸着器の胴側入口５６
へ進んで上記方法の工程（ｂ）のための熱を供給する。
この流体は吸着器の胴側出口６０を通って出てきて、弁
６２を通りポンプ５２へ戻る。加熱用流体の流動の方向
は、図１に示したそれの逆であることもできる。
熱循環路５０をめぐって加熱用流体が循環し、この流体
は加熱器から弁５８を通り中央の吸着器の胴側入口５６
へ進んで上記方法の工程（ｂ）のための熱を供給する。
この流体は吸着器の胴側出口６０を通って出てきて、弁
６２を通りポンプ５２へ戻る。加熱用流体の流動の方向
は、図１に示したそれの逆であることもできる。
【００５０】冷却用流体（好適には冷水）を、弁６４を
通し右側の吸着器の胴側入口から導入し、弁６６を通し
て吸着器の胴側出口から廃棄のため排出する。ここで
も、冷却用流体の方向は図１に示したそれの逆であるこ
とができる。
通し右側の吸着器の胴側入口から導入し、弁６６を通し
て吸着器の胴側出口から廃棄のため排出する。ここで
も、冷却用流体の方向は図１に示したそれの逆であるこ
とができる。
【００５１】左側の吸着器における吸着工程を終える
と、各吸着器はサイクルの次の工程へ進む。
と、各吸着器はサイクルの次の工程へ進む。
【００５２】こうして、処理すべき圧縮ガスは充填され
た管をほぼ周囲温度にて、１〜１００ポンドモル／ｈ／
ｆｔ2（０．００１４〜０．１４ｋｇモル／ｓｅｃ／
ｍ2）の速度で通過して、不純物のない製品ガス流を供
給圧力で製造する。次に、管はほぼ周囲圧力まで向流式
に脱圧（圧抜き）され、その一方、吸着器の胴側に加熱
用流体（ガス又は液）を向流式又は並流式に流すことに
よりそれらを加熱する。この加熱工程は、吸着器の管の
原料供給端が加熱用流体の入口温度より低い設定温度に
達するまで続けられる。この加熱工程の間、脱着された
不純物を管の内側から取り除くために、不純物のない少
量の製品ガス（又は下記で説明する冷却工程からの、少
量の不純物を含有しているガス）を、ほぼ周囲温度で向
流式に管を通過させる。あるいはまた、このガスは、吸
着器に入る前に加熱用流体の温度に予熱してもよい。不
純物を含有した高温の流出ガスは放出される。吸着器の
胴側から出てくる加熱用流体は再加熱され、ポンプを使
って閉鎖ループ式に再循環される。加熱後、管は、冷却
用流体（ガス又は液）を吸着器の胴側を通し向流式に流
すことにより冷却される。この冷却工程の間は、ほぼ周
囲温度及び圧力の製品ガスのうちの少量部分を向流式又
は並流式に管を通過させる。十分な冷却後に、清浄な製
品ガスのうちの一部分を使って、吸着器の管を原料ガス
圧力まで向流式に昇圧する。冷却用流体は、この昇圧工
程の間胴側を流れ続ける。この時点で、吸着器は新たな
サイクルのための準備ができる。
た管をほぼ周囲温度にて、１〜１００ポンドモル／ｈ／
ｆｔ2（０．００１４〜０．１４ｋｇモル／ｓｅｃ／
ｍ2）の速度で通過して、不純物のない製品ガス流を供
給圧力で製造する。次に、管はほぼ周囲圧力まで向流式
に脱圧（圧抜き）され、その一方、吸着器の胴側に加熱
用流体（ガス又は液）を向流式又は並流式に流すことに
よりそれらを加熱する。この加熱工程は、吸着器の管の
原料供給端が加熱用流体の入口温度より低い設定温度に
達するまで続けられる。この加熱工程の間、脱着された
不純物を管の内側から取り除くために、不純物のない少
量の製品ガス（又は下記で説明する冷却工程からの、少
量の不純物を含有しているガス）を、ほぼ周囲温度で向
流式に管を通過させる。あるいはまた、このガスは、吸
着器に入る前に加熱用流体の温度に予熱してもよい。不
純物を含有した高温の流出ガスは放出される。吸着器の
胴側から出てくる加熱用流体は再加熱され、ポンプを使
って閉鎖ループ式に再循環される。加熱後、管は、冷却
用流体（ガス又は液）を吸着器の胴側を通し向流式に流
すことにより冷却される。この冷却工程の間は、ほぼ周
囲温度及び圧力の製品ガスのうちの少量部分を向流式又
は並流式に管を通過させる。十分な冷却後に、清浄な製
品ガスのうちの一部分を使って、吸着器の管を原料ガス
圧力まで向流式に昇圧する。冷却用流体は、この昇圧工
程の間胴側を流れ続ける。この時点で、吸着器は新たな
サイクルのための準備ができる。
【００５３】三つの並列の吸着器と適切な切替弁とを使
って、原料ガスを連続して導入し、製品ガスを連続して
抜き出し、そして加熱用流体と冷却用流体を連続して流
しながら装置を運転することができる。図２は、上記の
方法の種々の工程のサイクル時間の一例である。表１
は、図２のサイクル時間を通常のＴＳＡ法のそれらと比
較している。
って、原料ガスを連続して導入し、製品ガスを連続して
抜き出し、そして加熱用流体と冷却用流体を連続して流
しながら装置を運転することができる。図２は、上記の
方法の種々の工程のサイクル時間の一例である。表１
は、図２のサイクル時間を通常のＴＳＡ法のそれらと比
較している。
【００５４】
【表１】
【００５５】本発明のこの態様には、通常のＴＳＡ法を
上回るいくつかの利点がある。本発明のこの好ましい態
様では、サイクル時間が短く、５〜６０分、好ましくは
１０〜３０分であり、これは通常のＴＳＡ法のそれより
かなり短い。先に検討したように、これは、吸着器の大
きさが通常の吸着器よりもかなり小さくなるのを可能に
する。例えば、本発明の吸着法を使用する能力が２００
〜３００トン／日（１８１，４３６〜２７２，１５４ｋ
ｇ／ｄ）の低温酸素製造プラントの場合、プラントのた
めに必要とされる吸着剤の量はおよそ１／５〜１／１０
に減少する。
上回るいくつかの利点がある。本発明のこの好ましい態
様では、サイクル時間が短く、５〜６０分、好ましくは
１０〜３０分であり、これは通常のＴＳＡ法のそれより
かなり短い。先に検討したように、これは、吸着器の大
きさが通常の吸着器よりもかなり小さくなるのを可能に
する。例えば、本発明の吸着法を使用する能力が２００
〜３００トン／日（１８１，４３６〜２７２，１５４ｋ
ｇ／ｄ）の低温酸素製造プラントの場合、プラントのた
めに必要とされる吸着剤の量はおよそ１／５〜１／１０
に減少する。
【００５６】本発明のこの態様は、通常のＴＳＡを上回
るかなりのエネルギー節約を示す。
るかなりのエネルギー節約を示す。
【００５７】本発明のこの態様のもう一つの利点は、製
品ガスのうちの非常に少量、典型的には３〜１０％が、
再生のために必要とされるということであり、これは、
このガスが吸着剤に熱を供給しないためである。これ
は、通常のＴＳＡと比較して製品の収量が増加すること
を意味する。
品ガスのうちの非常に少量、典型的には３〜１０％が、
再生のために必要とされるということであり、これは、
このガスが吸着剤に熱を供給しないためである。これ
は、通常のＴＳＡと比較して製品の収量が増加すること
を意味する。
【００５８】米国特許第４３１２６４１号、同第４２６
９６１１号及び同第４０９４６５２号各明細書に開示さ
れた装置と比較して、本発明のこの態様には、加熱工程
ばかりでなく冷却工程も加速されるという利点がある。
９６１１号及び同第４０９４６５２号各明細書に開示さ
れた装置と比較して、本発明のこの態様には、加熱工程
ばかりでなく冷却工程も加速されるという利点がある。
【００５９】米国特許第５６６９９６２号明細書に開示
された装置と比較して、本発明のこの態様ははるかに単
純であり、管側と胴側を通過する原料及び製品ガスの複
雑な通路を必要としない。加熱用流体は、原料ガスに限
定されるよりも、最適な加熱特性を得るために選定する
ことができる。冷却工程は、原料ガスが再生された床に
入る前に行われ、吸着工程を通して最適な吸着を可能に
する。その上、好ましい態様においては、吸着剤は管側
に塗布されるというよりも管内の床に充填される。単純
な充填床を使用するのは、構造化したあるいは被覆した
吸着剤というものにつきまとう偏流と経費のかかる生産
の可能性をなくす。本発明のこの態様は、原料ガスから
湿分ばかりでなく二酸化炭素も除去する。
された装置と比較して、本発明のこの態様ははるかに単
純であり、管側と胴側を通過する原料及び製品ガスの複
雑な通路を必要としない。加熱用流体は、原料ガスに限
定されるよりも、最適な加熱特性を得るために選定する
ことができる。冷却工程は、原料ガスが再生された床に
入る前に行われ、吸着工程を通して最適な吸着を可能に
する。その上、好ましい態様においては、吸着剤は管側
に塗布されるというよりも管内の床に充填される。単純
な充填床を使用するのは、構造化したあるいは被覆した
吸着剤というものにつきまとう偏流と経費のかかる生産
の可能性をなくす。本発明のこの態様は、原料ガスから
湿分ばかりでなく二酸化炭素も除去する。
【００６０】本発明を好ましい態様に関して詳細に説明
したけれども、本発明の範囲内で多くの変更や改変が可
能であることが認められよう。例えば、管側からの不純
物を含有した流出ガス（工程ｂと、そして工程ｃのうち
の一部）を更に加熱して、それを残部の加熱ガスと混合
することにより胴側の加熱ガスの一部として使用するこ
とができる。このほかのオプションには、加熱用流体を
再循環させず、随意にそれから熱を回収して、排出する
こと、あるいは加熱用流体を、各サイクルで一部分を交
換しながら、部分的に再循環することが含まれる。特に
この場合、加熱用流体は、供給ガスでもあるいは製品ガ
スでもよく、排出時に原料ガス又は製品ガス流へ戻して
もよい。
したけれども、本発明の範囲内で多くの変更や改変が可
能であることが認められよう。例えば、管側からの不純
物を含有した流出ガス（工程ｂと、そして工程ｃのうち
の一部）を更に加熱して、それを残部の加熱ガスと混合
することにより胴側の加熱ガスの一部として使用するこ
とができる。このほかのオプションには、加熱用流体を
再循環させず、随意にそれから熱を回収して、排出する
こと、あるいは加熱用流体を、各サイクルで一部分を交
換しながら、部分的に再循環することが含まれる。特に
この場合、加熱用流体は、供給ガスでもあるいは製品ガ
スでもよく、排出時に原料ガス又は製品ガス流へ戻して
もよい。
【００６１】特に、本発明の方法のサイクルは３つの並
列の吸着床に関連して説明されてはいるが、それは図２
に示した個々の工程サイクル時間を適切に再構成するこ
とにより少なくとも２つの並列吸着床を使って実施する
こともできるということを理解すべきである。
列の吸着床に関連して説明されてはいるが、それは図２
に示した個々の工程サイクル時間を適切に再構成するこ
とにより少なくとも２つの並列吸着床を使って実施する
こともできるということを理解すべきである。
【００６２】更に、本発明は空気から不純物を除去する
ことに限定されず、普遍的に応用できるものであること
が理解されよう。
ことに限定されず、普遍的に応用できるものであること
が理解されよう。
【図１】本発明の好ましい態様に従って使用するための
装置を模式的に示す図である。
装置を模式的に示す図である。
【図２】図１の装置に関連して使用されるサイクル時間
を示す図である。
を示す図である。
１０、１２、１４…吸着器
１８…主空気圧縮機
２０…冷却器
５２…ポンプ
５４…加熱器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 シバジ サーカー
アメリカ合衆国，ペンシルベニア 18106,
ウィスコスビル，ボギー アベニュ 1508
Ｆターム(参考） 4D012 CA01 CA03 CA15 CA20 CB16
CD01 CE01 CE03 CF01 CG01
CJ03 CJ05 CJ07
4D052 CD00 DA02 DB01 DB04 GA01
GA04 GB07 HA02 HA03
Claims (32)
- 【請求項１】 原料ガスから構成成分を除去するための
熱スイング吸着法であって、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体により吸着剤へ供給される熱の量が
送られる原料及び再生用ガスの量と無関係であるような
ものにする熱スイング吸着法。 - 【請求項２】 前記吸着剤を、当該吸着剤から切り離さ
れるが当該吸着剤と熱を交換することができる冷却用流
体を送ることにより冷却し、この冷却用流体により吸着
剤から除去される熱の量が送られる原料及び再生ガスの
量と無関係であるようなものにする、請求項１記載の熱
スイング吸着法。 - 【請求項３】 前記加熱用流体と前記冷却用流体の少な
くとも一方は前記原料ガスと異なる、請求項１記載の熱
スイング吸着法。 - 【請求項４】 前記加熱用流体と前記冷却用流体の少な
くとも一方は前記第一の再生用ガスと異なる、請求項１
記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項５】 冷却する間、第二の再生用ガスを前記吸
着剤と接触させて前記第二の方向へ送ることを更に含
む、請求項１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項６】 前記第一の再生用ガスと前記第二の再生
用ガスが同一である、請求項４記載の熱スイング吸着
法。 - 【請求項７】 前記第一の再生用ガスを所望の温度まで
予熱する、請求項１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項８】 前記加熱用流体を再循環させる、請求項
１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項９】 工程（ｂ）の前又はその間に、前記吸着
剤にかかるガスの圧力を脱圧工程でもって低下させる、
請求項１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項１０】 工程（ａ）を反復する前又はその間
に、前記吸着剤にかかるガスの圧力を再昇圧工程でもっ
て上昇させる、請求項９記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項１１】 前記再昇圧を前記吸着剤へ製品ガスを
導入することにより行う、請求項１０記載の熱スイング
吸着法。 - 【請求項１２】 １又は２以上の吸着器で実施され、各
吸着器は１又は２本以上の管と、当該管を取り囲み且つ
１又は２以上の熱交換面により当該管から切り離された
胴とを含む、請求項１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項１３】 各管に吸着剤が収容されている、請求
項１２記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項１４】 各管に吸着剤の充填床が収容されてい
る、請求項１３記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項１５】 各サイクルにおいて、工程ａ）が第一
の吸着器で行われ、その間に工程ｂ）が第二の吸着器で
行われ、且つ工程ｃ）が第三の吸着器で行われ、次に工
程ｂ）が第一の吸着器で行われ、その間に工程ｃ）が第
二の吸着器で行われ、且つ工程ａ）が第三の吸着器で行
われ、次いで工程ｃ）が第一の吸着器で行われ、その間
に工程ａ）が第二の吸着器で行われ、且つ工程ｂ）が第
三の吸着器で行われるような、三つの吸着器でもって実
施される、請求項１２記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項１６】 前記加熱用流体と前記冷却用流体の一
つ以上がガスである、請求項１記載の熱スイング吸着
法。 - 【請求項１７】 前記加熱用流体が原料ガス及び／又は
工程ｃ）の製品として得られる再生用ガスを含む、請求
項１６記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項１８】 前記加熱用流体と前記冷却用流体の一
つ以上がスチーム及び／又は空気を含む、請求項１６記
載の熱スイング吸着法。 - 【請求項１９】 前記加熱用流体と前記冷却用流体の一
つ以上が液である、請求項１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項２０】 前記加熱用流体と前記冷却用流体の一
つ以上が油及び／又は水を含む、請求項１９記載の熱ス
イング吸着法。 - 【請求項２１】 工程ａ）〜ｃ）のサイクルが３０分以
内で実施される、請求項１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項２２】 工程ａ）〜ｃ）のサイクルが１５分以
内で実施される、請求項２１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項２３】 前記原料ガスが空気である、請求項１
記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項２４】 除去しようとする前記構成成分が二酸
化炭素及び／又は水を含む、請求項１記載の熱スイング
吸着法。 - 【請求項２５】 前記吸着剤がアルミナ及び／又はゼオ
ライトを含む、請求項１記載の熱スイング吸着法。 - 【請求項２６】 原料ガスから構成成分を除去するため
の熱スイング吸着法であって、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体が原料ガスとは異なる、熱スイング
吸着法。 - 【請求項２７】 原料ガスから構成成分を除去するため
の熱スイング吸着法であって、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体を再循環させる、熱スイング吸着
法。 - 【請求項２８】 原料ガスから構成成分を除去するため
の熱スイング吸着法であって、 ａ）原料ガスを吸着剤と接触させて第一の方向へ送り原
料ガスから吸着剤へ当該構成成分を吸着する工程、 ｂ）吸着剤を加熱し、そして第一の再生用ガスを吸着剤
と接触させて第一の方向とは反対の第二の方向へ送って
吸着剤から原料ガス構成成分を脱着する工程、 ｃ）吸着剤を冷却する工程、及び ｄ）工程ａ）〜ｃ）のサイクルを反復する工程、を含
み、吸着剤から切り離されるが吸着剤と熱を交換するこ
とができる加熱用流体を送ることにより吸着剤を加熱
し、この加熱用流体を主空気圧縮機から独立した加熱器
により加熱する、熱スイング吸着法。 - 【請求項２９】 おのおのが吸着剤の充填床を収容して
いる１又は２本以上の管と、当該管を取り囲み且つ１又
は２以上の熱交換表面によって当該管から切り離された
胴とを含む、熱スイング吸着法を実施するための吸着
器。 - 【請求項３０】 原料ガスの構成成分を除去するための
熱スイング吸着法で使用するための装置であって、吸着
剤粒子を収容している少なくとも一つの吸着器と、当該
構成成分を吸着剤へ吸着するため原料ガスを吸着剤へ送
り込むために接続された圧縮した原料ガスの供給源と、
吸着剤から当該構成成分を脱着するための再生用ガスの
流れの供給源と、原料ガスが吸着剤を越えて流れるのを
停止しそして再生用ガスが吸着剤を越えて向流式に流れ
るようになるのを可能にする、弁付きの接続装置と、吸
着剤と間接熱交換する関係で加熱用流体を再循環させる
ための流動路であって、再循環する加熱用流体を加熱す
るための加熱器及び当該再循環を行わせるためのポンプ
を含む流動路と、吸着剤と間接熱交換する関係での冷却
用流体のための流動路と、そして加熱用流体の再循環の
開始と停止を可能にし且つ冷却用流体の流動の開始と停
止を可能にする、弁付きの接続装置とを含む、熱スイン
グ吸着法で使用するための装置。 - 【請求項３１】 前記間接熱交換する関係は、管形熱交
換器の管内に詰められた吸着剤粒子と、当該熱交換器の
胴側通路を流れる加熱用又は冷却用流体との間で確立さ
れる、請求項３０記載の装置。 - 【請求項３２】 前記吸着器と弁付き接続装置を複数含
み、前記吸着器の一つが再生されている間に前記吸着器
のもう一つが前記原料ガスから前記構成成分を吸着する
のを可能にし、そして当該吸着器の間で吸着の役務と再
生の連続サイクルが確立されるのを可能にする、請求項
３０記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/939876 | 2001-08-27 | ||
| US09/939,876 US20030037672A1 (en) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | Rapid thermal swing adsorption |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003175311A true JP2003175311A (ja) | 2003-06-24 |
Family
ID=25473875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002245342A Pending JP2003175311A (ja) | 2001-08-27 | 2002-08-26 | 熱スイング吸着法並びにそのための吸着器及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030037672A1 (ja) |
| EP (1) | EP1291067A2 (ja) |
| JP (1) | JP2003175311A (ja) |
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