JP2010012367A - Oxygen-producing method and oxygen-producing apparatus according to pressure swing adsorption method that employs oxygen-selective adsorbent - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気中の酸素を分離、除去、又は濃縮するための酸素選択的吸着剤を使用しての酸素と窒素との分離方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for separating oxygen and nitrogen using an oxygen selective adsorbent for separating, removing or concentrating oxygen in the air.
空気からの酸素の分離、除去、又は濃縮プロセスにおける最大の問題点は、通常原料を空気に求めるため原料コストは存せず、酸素に付加される価格が
(a)分離、濃縮に設けられる設備費
(b)装置を稼動させるに必要な諸動力費
(c)分離媒体が必要な場合、その価格及び補充費用
等に依存することである。
The biggest problem in the separation, removal, or concentration process of oxygen from air is that the raw material cost is usually required for air, and there is no raw material cost. (A) Equipment provided for separation and concentration Cost (b) Various power costs required to operate the device (c) When a separation medium is required, it depends on its price and replenishment cost.
酸素の分離、濃縮、除去に関しては、装置を稼動させるのに必要な諸動力費の内、電力原単位の面からは、従来、製造しようとする酸素の純度が高い程、空気の極低温冷却による深冷分離プロセスが省電力で効率的な酸素製造が可能なことから採用され、他方、純度が比較的低い酸素を製造する場合には、モレキュラーシーブスを吸着剤として用いた圧力スイング吸着(PSA)プロセスが、省電力で効率的な酸素製造が可能なことから、採用されてきた。 Regarding the separation, concentration, and removal of oxygen, from the standpoint of power consumption among the various power costs required to operate the equipment, conventionally, the higher the purity of oxygen to be produced, the more cryogenic cooling of the air is. The cryogenic separation process is used because it enables energy-saving and efficient oxygen production. On the other hand, when producing oxygen with relatively low purity, pressure swing adsorption (PSA) using molecular sieves as adsorbent is used. ) The process has been adopted because it allows energy efficient and efficient oxygen production.
PSAプロセスは、深冷分離プロセスに比べて、用いる装置がコンパクトであることから、容易に設置でき、しかも保守も比較的容易であることから、近年広い分野に普及している。しかし、PSAプロセスは、深冷分離プロセスに比べて、製品回収率が低く、生産コストの面で不利である。そのため、PSAプロセスの一層の普及を図るには、吸着性能の高い吸着剤を見出すことが当分野で望まれている。 The PSA process has become widespread in a wide range of fields in recent years because the apparatus used is more compact than the cryogenic separation process, and can be easily installed and is relatively easy to maintain. However, the PSA process has a lower product recovery rate than the cryogenic separation process, which is disadvantageous in terms of production cost. Therefore, in order to further spread the PSA process, it is desired in the art to find an adsorbent with high adsorption performance.
本発明者等は、構造式LaxSr1−xCoyFe1−yO3−δによって表される立方晶ペロブスカイト型酸化物に各種金属をドーピングして得られる酸素選択型吸着剤性能について検討した(例えば特許文献1を参照)。吸着温度400℃におけるLSCF1991(La:Sr:Co:Fe=1:9:9:1)の可逆酸素吸着量qrevは、9mlN/gであり、これは既存酸素選択型吸着剤で最も酸素吸着量の大きな活性炭系酸素選択型吸着剤MSC−3Aの25℃、21vol%の可逆酸素吸着量の30倍になる。更に、MSC−3Aを酸素−窒素2成分系からの酸素選択型吸着剤に使用する場合には、酸素分離係数α(同一酸素、窒素分圧における酸素、窒素吸着量比(qo2/Co2)/(qn2/Cn2))が3程度と、窒素の共吸着による性能低下が避けられなかったが、Y、InドープしたBaFeO3−δでは殆ど窒素を吸着しないのでα>100以上と完全な酸素吸着性を示すことを見出し、優れたPSA用吸着剤になることを開示した。 The present inventors have, for structural formula La x Sr 1-x Co y Fe 1-y O 3-δ oxygen-selective adsorbent performance obtained by doping various metals in cubic perovskite oxide represented by It examined (for example, refer patent document 1). The reversible oxygen adsorption amount q rev of LSCF1991 (La: Sr: Co: Fe = 1: 9: 9: 1) at an adsorption temperature of 400 ° C. is 9 ml N / g, which is the most oxygen adsorption type of existing oxygen selective adsorbents. It becomes 30 times the reversible oxygen adsorption amount of 25 vol. C and 21 vol% of the large amount of activated carbon-based oxygen selective adsorbent MSC-3A. Further, when MSC-3A is used as an oxygen-selective adsorbent from an oxygen-nitrogen binary system, the oxygen separation coefficient α (the same oxygen, the oxygen at the nitrogen partial pressure, the nitrogen adsorption amount ratio (qo 2 / Co 2 ) / (Qn 2 / Cn 2 )) is about 3 and performance degradation due to co-adsorption of nitrogen is inevitable, but Y and In-doped BaFeO 3-δ hardly adsorbs nitrogen, so α> 100 or more It has been found that it exhibits complete oxygen adsorptivity, and has been disclosed to be an excellent adsorbent for PSA.
高温条件下、酸素を選択的に吸着するペロブスカイト型酸化物を吸着剤として使用したPSAによる空気からの酸素、窒素分離方法では、酸素製造時の電力原単位は現行酸素製造法の中で最小値を示す深冷分離法の0.31kWh/m3Nを下回る0.2kWh/m3Nが予想されている。 In the method of separating oxygen and air from air by PSA using perovskite type oxide that adsorbs oxygen selectively as an adsorbent under high temperature conditions, the power unit for oxygen production is the smallest value in the current oxygen production method 0.2 kWh / m 3 N is expected to be lower than 0.31 kWh / m 3 N of the cryogenic separation method.
しかし、実際にペロブスカイト型酸素選択型吸着剤を使用する場合、従来はこの吸着剤は、酸素の可逆吸着量が温度約300℃以上で増大する傾向にあることから、約400℃以上の高温で使用する必要があり、吸着剤への有効な熱移動、分離後の酸素、窒素からの熱の回収、高温での流路変更のための耐熱、耐酸素性バルブ、原料空気からの露点−40℃以下の脱湿の課題を解決する必要がある。 However, when a perovskite type oxygen selective adsorbent is actually used, this adsorbent has conventionally had a tendency to increase the amount of reversible adsorption of oxygen at a temperature of about 300 ° C. or higher. Must be used, effective heat transfer to the adsorbent, recovery of oxygen after separation, heat from nitrogen, heat resistance to change the flow path at high temperature, oxygen resistant valve, dew point from raw air -40 ° C It is necessary to solve the following dehumidification issues.
この為、現在の公知の知見のみで装置を構成すると空気からの酸素/窒素分離以外の周辺技術の点で非常に大きな負担が生じ、上記の電力原単位の達成は困難であり、また安定した酸素・窒素分離も困難となる。
本発明は、上述したペロブスカイト型酸素選択型吸着剤の欠点を改善し、比較的低い温度で酸素選択型吸着剤の酸素吸着能を最大に発揮させ、比較的低い温度で酸素選択型吸着剤が有する熱を効率的に利用することによって、酸素選択性の優れた酸素選択型吸着剤を提供し、かつ該吸着剤を用いて少ない動力原単位で酸素を容易に製造することができる酸素・窒素を分離するプロセス及び装置を提供するものである。 The present invention improves the above-described drawbacks of the perovskite type oxygen selective adsorbent, maximizes the oxygen adsorption capacity of the oxygen selective type adsorbent at a relatively low temperature, and allows the oxygen selective adsorbent to be used at a relatively low temperature. Oxygen / nitrogen that provides an oxygen-selective adsorbent with excellent oxygen selectivity by efficiently utilizing the heat it has, and that can easily produce oxygen with a small amount of power unit using the adsorbent A process and an apparatus for separating the components are provided.
本発明者等は、上記の課題を達成するために、鋭意研究した結果、特定のペロブスカイト型酸素選択型吸着剤が、驚くべきことに酸素を200〜350℃の比較的低い温度において可逆吸着によって多量に吸着しかつ吸着速度も大きいことを見出し、単に圧力を増減させることによって酸素の吸着及び脱着を容易に行うことを見出した。しかも、比較的高い温度の製品酸素及び窒素の有する熱を有効利用して回収することにより、酸素製造電力原単位を低減させて、極めて低い動力原単位で高純度の酸素を容易に製造することができることを見出して、本発明をなすに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a specific perovskite oxygen selective adsorbent surprisingly absorbs oxygen by reversible adsorption at a relatively low temperature of 200 to 350 ° C. It was found that a large amount was adsorbed and the adsorption rate was high, and that oxygen was easily adsorbed and desorbed by simply increasing or decreasing the pressure. In addition, by efficiently utilizing the heat of the relatively high temperature product oxygen and nitrogen, it is possible to reduce the oxygen production power intensity and easily produce high-purity oxygen with a very low power intensity. As a result, the present invention has been made.
本発明において、ペロブスカイト型酸化物とは、立方晶、六方晶及び斜方晶ペロブスカイト型酸化物構造を有する酸化物、ブラウンミラライト構造を有する酸化物、及び2H−BaNiO3構造を有する酸化物を総称して言う。 In the present invention, the perovskite oxide includes an oxide having a cubic, hexagonal and orthorhombic perovskite oxide structure, an oxide having a brown mirrorlite structure, and an oxide having a 2H—BaNiO 3 structure. Collectively say.
かくして、本発明によれば、下記の1〜11の発明を提供する:
1.酸素、窒素を主成分とする混合ガスを蓄熱材、混合ガス−窒素熱交換器、混合ガス加熱器、高温酸素選択的吸着剤として使用するBaFeO3−δにYまたはInをドーピングしたペロブスカイト型酸化物の充填された吸着塔に相対的高圧条件下で供給して、混合ガスと蓄熱材とを接触させて混合ガスを昇温し、次いで混合ガスを混合ガス−窒素熱交換器で塔出口窒素と熱交換して昇温し、次いで混合ガスを混合ガス加熱器と接触させて吸着温度に設定した後に、酸素選択型吸着剤と接触させて酸素を吸着させて、窒素と分離した後に、酸素を吸着した酸素選択型吸着剤を相対的低圧条件に導いて酸素を脱着させ、酸素と蓄熱材との接触により高温酸素からの熱回収を行う、酸素と窒素との圧力スイング吸着法(PSA)による分離方法。
2.酸素、窒素を主成分とする混合ガスを酸素選択型吸着剤と接触させて相対的高圧条件下で酸素を吸着させて窒素と分離した後に、酸素を吸着した酸素選択型吸着剤を、製品窒素をパージガスとして大気圧ないし減圧条件下でパージして酸素を更に脱着させる、上記1記載の酸素と窒素とのPSAによる分離方法。
3.混合ガスの流れ方向に向かって、蓄熱材の上流に水分吸着剤を装架し、相対的高圧条件下で水分を吸着して乾燥混合ガスを調製して、酸素選択型吸着剤に供給して酸素を吸着させ、相対的減圧条件下で脱着された高温酸素を蓄熱材と接触させて酸素から熱を回収して降温した濃縮酸素から吸着水分を離脱させる、上記1、2のいずれかに記載の酸素と窒素のPSAによる分離方法。
4.吸着工程終了後の吸着塔と脱着工程終了後の吸着塔とを塔後方で連絡させ、吸着工程終了後の吸着塔に残留する酸素を脱着工程終了後の吸着塔に供給して回収する、上記1〜3のいずれかに記載の酸素と窒素のPSAによる分離方法。
5.酸素、窒素を主成分とする混合ガスを相対的高圧条件下で供給して酸素と窒素とを分離する圧力スイング吸着装置であって、混合ガスの流れ方向に、順に、
(1)吸着された高温酸素から熱を回収し、回収した熱を混合ガスに付与するための蓄熱材、
(2)分離蓄熱材を通った混合ガスが熱交換器の一方の側を流れ、充填塔を流出する高温の窒素製品ガスが熱交換器の他方の側を流れ、高温の窒素製品ガスから混合ガスに熱を回収して熱交換器を流出する混合ガスを昇温させる混合ガス−窒素熱交換器、
(3)窒素との熱交換器を通って昇温した混合ガスを加熱して吸着温度にするための加熱器、
(4)混合ガス−窒素熱交換器を通った混合ガスを通して酸素を選択的に吸着した後に窒素を通過させて酸素を選択的に吸着する吸着剤床
を内部に装着した充填塔を並列に2塔以上含み、充填塔を保温するために保温庫内に収容される酸素と窒素とを分離する圧力スイング吸着装置。
6.酸素選択型吸着剤としてBaFeO3−δにYをY/Feモル比で0.001以上ドーピングするかまたはInをIn/Feモル比で0.002以上ドーピングしたペロブスカイト型酸化物を使用し、200〜350℃の吸着温度で実施する請求項1〜5のいずれか記載の酸素と窒素のPSAによる分離方法。
Thus, according to the present invention, the following
1. Perovskite-type oxidation in which BaFeO 3-δ used as a heat storage material, mixed gas-nitrogen heat exchanger, mixed gas heater, or high temperature oxygen selective adsorbent is doped with Y or In. The mixture gas is supplied to the adsorption tower filled with the material under a relatively high pressure condition, the mixed gas and the heat storage material are brought into contact with each other to raise the temperature of the mixed gas, and then the mixed gas is mixed with a mixed gas-nitrogen heat exchanger at the tower outlet nitrogen. The temperature is raised by exchanging heat with the gas, and then the mixed gas is brought into contact with the mixed gas heater to set the adsorption temperature, and then brought into contact with the oxygen selective adsorbent to adsorb oxygen and separated from nitrogen. Pressure-adsorption method (PSA) of oxygen and nitrogen, in which oxygen-selective adsorbent that adsorbs oxygen is introduced to a relatively low pressure condition, oxygen is desorbed, and heat is recovered from high-temperature oxygen by contact with oxygen and a heat storage material Separation method by.
2. Oxygen-adsorbed adsorbent that has adsorbed oxygen is mixed with oxygen-selective adsorbent, which is brought into contact with oxygen-selective adsorbent to adsorb oxygen under relative high-pressure conditions and separate from nitrogen. 2. The method for separating oxygen and nitrogen by PSA as described in 1 above, wherein oxygen is further desorbed by purging at a atmospheric pressure or under reduced pressure as a purge gas.
3. A moisture adsorbent is installed upstream of the heat storage material in the flow direction of the mixed gas, and moisture is adsorbed under a relatively high pressure condition to prepare a dry mixed gas, which is then supplied to the oxygen selective adsorbent. The high-temperature oxygen adsorbed by oxygen and brought into contact with the heat storage material by contacting the high-temperature oxygen desorbed under a relative reduced pressure condition, recovering heat from the oxygen, and desorbing the adsorbed moisture from the concentrated oxygen lowered, Of oxygen and nitrogen by PSA.
4). The adsorption tower after completion of the adsorption process and the adsorption tower after completion of the desorption process are connected at the rear of the tower, and oxygen remaining in the adsorption tower after completion of the adsorption process is supplied to the adsorption tower after completion of the desorption process and recovered. The method for separating oxygen and nitrogen according to any one of 1 to 3 by PSA.
5). A pressure swing adsorption device for supplying a mixed gas mainly composed of oxygen and nitrogen under a relatively high pressure condition to separate oxygen and nitrogen, in the flow direction of the mixed gas,
(1) A heat storage material for recovering heat from the adsorbed high-temperature oxygen and imparting the recovered heat to the mixed gas;
(2) The mixed gas that has passed through the separated heat storage material flows on one side of the heat exchanger, and the high-temperature nitrogen product gas that flows out of the packed tower flows on the other side of the heat exchanger and is mixed from the high-temperature nitrogen product gas. A mixed gas-nitrogen heat exchanger that recovers heat to the gas and raises the temperature of the mixed gas flowing out of the heat exchanger,
(3) A heater for heating the mixed gas heated through a heat exchanger with nitrogen to an adsorption temperature,
(4) 2 parallel packed towers equipped with an adsorbent bed that selectively adsorbs oxygen by allowing nitrogen to pass through after selectively adsorbing oxygen through the mixed gas-nitrogen heat exchanger. A pressure swing adsorption device that includes more than a tower and separates oxygen and nitrogen contained in a heat insulation chamber to keep the packed tower warm.
6). As the oxygen selective adsorbent, a perovskite oxide in which BaFeO 3-δ is doped with Y in a Y / Fe molar ratio of 0.001 or more or In is doped in In / Fe with a molar ratio of 0.002 or more is used. The method for separating oxygen and nitrogen by PSA according to any one of
ペロブスカイト型酸化物使用温度としては最低温の200〜350℃において、酸素を可逆吸着によって多量に吸着し、かつ可逆的吸着速度も大きく、単に圧力を増減させることによって酸素の吸着及び脱着を容易に行うことができる。しかも、高温の製品酸素及び窒素の有する熱を有効利用して回収することにより、酸素製造電力原単位を低減させて、極めて低い動力原単位で高純度の酸素を容易に製造することができる。 Perovskite-type oxide is used at the lowest temperature of 200 to 350 ° C, oxygen is adsorbed in a large amount by reversible adsorption, and the reversible adsorption rate is large, making it easy to adsorb and desorb oxygen by simply increasing or decreasing the pressure. It can be carried out. Moreover, by efficiently utilizing the heat of the high-temperature product oxygen and nitrogen, the oxygen production power intensity can be reduced, and high-purity oxygen can be easily produced with an extremely low power intensity.
更に、蓄熱材の前方部に水分吸着剤を装架することにより、原料空気中の水分除去を酸素と窒素の分離において同時に実施することが出来ることから、高効率かつ低コストで高純度の酸素を容易に製造することができる。 Furthermore, by installing a moisture adsorbent on the front part of the heat storage material, it is possible to simultaneously remove moisture in the raw material air in the separation of oxygen and nitrogen. Can be easily manufactured.
高い熱回収率と、高温部での動作の困難な自動弁、現空ブロワー、真空ポンプ等の駆動部を有するユニットを低温部に設置すること、高効率で信頼性の高い空気からの酸素と窒素の分離方法を提供することができる。 Install a unit with a high heat recovery rate, an automatic valve that is difficult to operate in the high temperature part, a current blower, a vacuum pump, etc. in the low temperature part, and highly efficient and reliable oxygen from the air. A method for separating nitrogen can be provided.
以下に、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。
発明を実施するための装置の例を図1及び2に示す。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated, referring an accompanying drawing.
An example of an apparatus for carrying out the invention is shown in FIGS.
図1及び2において、本発明を実施するための酸素と窒素とを分離する圧力スイング吸着装置を示す。圧力スイング吸着装置は、充填塔4a、bが保温庫24内に収容されてなる。
1 and 2 show a pressure swing adsorption device for separating oxygen and nitrogen for carrying out the present invention. The pressure swing adsorption device is configured such that packed
充填塔4a、bは、混合ガスの流れ方向に、順に、
(1)吸着された高温酸素から熱を回収し、回収した熱を混合ガスに付与するための蓄熱材19a、b、
(2)蓄熱材を通った混合ガスが熱交換器の一方の側を流れ、充填塔を流出する高温の窒素製品ガスが熱交換器の他方の側を流れ、高温の窒素製品ガスから混合ガスに熱を回収して熱交換器を流出する混合ガスを昇温させる混合ガス−窒素熱交換器20a、b、
(3)窒素との熱交換器を通って昇温した混合ガスを加熱して吸着温度にするための加熱器21a、b、
(4)混合ガス−窒素熱交換器を通った混合ガスを通して酸素を選択的に吸着して窒素を通過させる酸素を選択的に吸着する吸着剤床5a、b
を内部に収容する。
The packed towers 4a and 4b are sequentially arranged in the flow direction of the mixed gas.
(1)
(2) The mixed gas that has passed through the heat storage material flows on one side of the heat exchanger, and the high-temperature nitrogen product gas that flows out of the packed tower flows on the other side of the heat exchanger. A mixed gas-
(3)
(4)
Is housed inside.
蓄熱材19a、bは、一般に市販されている任意のものを使用してよいが、ガスが通過する際の圧損が最少になりかつ蓄熱量の大きなものを使用するのが好ましい。このような蓄熱材として、例えばライナー間ピッチ2mm程度、平板厚さ0.5mm程度のステンレス製蓄熱材ハニカムを挙げることができる。
As the
混合ガス−窒素熱交換器20a、bは、一般に市販されている任意のものを使用してよいが、ガスが通過する際の圧損が最少になりかつ熱交換率の高いものを使用するのが好ましい。このような熱交換器として、例えば内部を高温窒素が流過するフィン付きチューブ管群を挙げることができる。外部を流過する混合ガスは、フィン付きチューブ管群を流過するため、高い温度に接触する面積が大きくなり、熱交換率が増大する。
As the mixed gas-
加熱器21a、bは、吸着剤が最適の吸着能を発揮する温度にまで混合ガスを昇温するためのものであり、一般に市販されている任意のものを使用してよいが、ガスが通過する際の圧損が最少になりかつ熱交換率の高いものを使用するのが好ましい。このような加熱器として、例えば電気ヒータを挿入したフィン付きチューブを挙げることができる。吸着剤床に熱電対を設置して、熱電対により検知される温度に応じて加熱器からの熱を制御して設定温度を維持する制御システムにするのが好ましい。
The
本発明において用いる吸着剤床5a、bは、酸素を比較的高い温度において可逆吸着によって多量に吸着しかつ可逆的吸着速度も大きいものである。このような吸着剤として、ペロブスカイト型酸化物を用いるのが好ましい。
The
本発明において用いるのに好適な吸着剤は、構造式BaFeyO3−zにInをIn/Feモル比で0.002以上ドーピングしたペロブスカイト型酸化物であり、特許文献1に開示されている製造法でInをドープしたBaFeO3−δを製造することができる。(調製法は実施例合成法1に記載。)
An adsorbent suitable for use in the present invention is a perovskite oxide in which In is doped with a structural formula of BaFe y O 3-z in an In / Fe molar ratio of 0.002 or more, and is disclosed in
同じく、構造式BaFeO3−δにYをY/Feモル比で0.02以上ドーピングしたペロブスカイト型酸化物であり、特許文献1に開示されている製造法でYをドープした、BaFeO3−δを製造することができる。(調製法は実施例合成法2に記載。)
Also, a perovskite oxide of Y in the formula BaFeO 3-δ-doped 0.02 or more Y / Fe molar ratio, doped with Y in the production method disclosed in
混合ガスとして空気を使用する本発明の第一の実施態様を図1に、シーケンスを表1に示す。 FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention using air as a mixed gas, and Table 1 shows a sequence.
第1ステップ〔充填塔4a、充填塔4b−塔間均圧工程〕
図1に於いて、吸着工程の終了した吸着圧力100〜200kPAの充填塔4aと再生工程の終了した再生圧力2〜20kPaの充填塔4bを塔後方のバルブ8a、6aを開くと充填塔4a後方に残留する窒素が充填塔4bに移行して脱着工程に移行する充填塔4aの酸素濃度が著しく上昇する。又充填塔4a、充填塔4bとも塔内圧力は均圧化されるため、吸着工程にとっては円滑な昇圧、減圧工程にとっては円滑な減圧が進行する。
First step [packing tower 4a, packed
In FIG. 1, when the packed column 4a with an adsorption pressure of 100 to 200 kPa after completion of the adsorption step and the packed
第2ステップ〔充填塔4a−昇圧工程、充填塔4b−減圧工程〕
均圧化により昇圧した充填塔4aと製品タンク12の間をバルブ8bで結ぶと、充填塔4aの後方から製品窒素が、流路17a、空気−窒素熱交換器20a、流路22aを通じて吸着温度まで昇温して供給され、充填塔4aの吸着圧力は100〜200kPAに近いところまで昇圧する。均圧程度に減圧した充填塔4bをバルブ9bを通じて真空ポンプと結ぶと塔内圧力は減圧して吸着酸素が脱着する。この時、前述したように、蓄熱材ハニカム19bと接触し、蓄熱材は昇温し、脱着酸素は降温して脱着酸素の持つ熱は効率良く回収される。
Second step [packed tower 4a-pressurizing process, packed
When the packed tower 4a increased in pressure equalization and the
第3ステップ〔充填塔4a−吸着工程、充填塔4b−再生工程〕
乾燥空気を流路1からブロワー2、バルブ3aを通じて酸素選択型吸着剤充填塔4aに供給する。充填塔4aに、供給する乾燥空気の流れ方向に、順に、蓄熱材ハニカム19a、空気−窒素熱交換器20a、空気加熱器21a、酸素選択型吸着剤ハニカム5aが充填されている。充填塔4aの最前方部には、蓄熱材ハニカム19aが充填されており、空気との接触で空気は昇温し、蓄熱材ハニカム19aは降温して脱着酸素の持つ熱量が回収されて空気が昇温する。次いで、昇温された空気は、内部を高温窒素が流過する混合ガス−窒素熱交換器20aと接触し、空気は昇温し、管群20a内の窒素は降温して流過する窒素の持つ熱量が回収されて空気が昇温する。これで、吸着剤の適した吸着温度に達しない場合には、空気加熱器21aと空気が接触して、適した吸着温度に達する。加熱器21aを流過し、次いで酸素選択型吸着剤ハニカム床5aと接触した空気は、酸素が吸着されて、床から流過した窒素は、次いで充填塔4a後方から流出する。流出する窒素は吸着剤床設定温度の高温のため、流路22aから空気−窒素熱交換器20aに供給され、昇温中の空気と接触して、熱回収が計られる。ここで酸素選択型吸着剤ハニカム5aの酸素吸着帯は塔前方から後方に移動し、充填塔4a後方から酸素が流過する直前に空気の供給を停止する。充填塔4bは塔後方まで酸素吸着帯が移動した状態であり、流路17aから供給される製品窒素を減圧弁18、バルブ8bを通じて充填塔4bは塔後方から供給し、酸素選択型吸着剤ハニカム5bと向流接触することで酸素が脱着する。脱着した酸素は空気加熱器21b、空気−窒素熱交換器を通過して、(ここまでは脱着酸素の熱回収は殆ど計られない。)蓄熱材ハニカム19bと接触し、蓄熱材は昇温し、脱着酸素は降温して脱着酸素の持つ熱は効率良く回収される。なお脱着した酸素濃度は約50vol%以上に濃縮されている。
Third step [packed tower 4a-adsorption process, packed
Dry air is supplied from the
本酸素−窒素分離は200〜800℃の高温で操作されるため、酸素選択型吸着剤充填塔4a、4bは左記温度に保持する必要があり、本実施例では充填塔4a、4bを保温庫24に設置して熱損失を最小にとどめている。
Since this oxygen-nitrogen separation is operated at a high temperature of 200 to 800 ° C., the oxygen-selective adsorbent packed
ここで第1〜3ステップと同じ操作を充填塔4aと充填塔4bを変更して、第4〜6ステップの操作を実施する。
Here, the same operations as those in the first to third steps are changed in the packed tower 4a and the packed
次に、混合ガスとして空気を使用する本発明の第二の実施態様を説明する。 Next, a second embodiment of the present invention using air as a mixed gas will be described.
第一実施例においては、「吸着工程」では塔間均圧−昇圧−吸着、「再生工程」では塔間均圧−減圧−向流パージで酸素回収を行ったが、第二実施例においては、向流パージにおけるパージガスとして製品窒素を使用し、又吸着工程終了後の吸着塔に窒素が残留するため、99vol%程度の高濃度酸素回収は困難である。回収酸素からの窒素の除去を行う方法としては、「再生工程」において吸着工程終了後の吸着塔に塔前方から回収した酸素をパージすると吸着塔に残留する窒素が酸素と置換して、塔後方から窒素が流過し、脱着工程に於ける酸素濃度が著しく上昇する。 In the first embodiment, oxygen recovery was performed by the inter-column pressure-pressure-adsorption-adsorption in the “adsorption step”, and the column pressure-reduction-counter-current purge was performed in the “regeneration step”. Further, since product nitrogen is used as a purge gas in the countercurrent purge, and nitrogen remains in the adsorption tower after completion of the adsorption process, it is difficult to recover high concentration oxygen of about 99 vol%. As a method of removing nitrogen from the recovered oxygen, when the oxygen recovered from the front of the tower is purged into the adsorption tower after completion of the adsorption process in the “regeneration process”, the nitrogen remaining in the adsorption tower is replaced with oxygen, and the rear of the tower Nitrogen flows from the catalyst, and the oxygen concentration in the desorption process increases remarkably.
この時の装置のフローシートを図2に、装置フローシ−トを表2に示す。図中、図1と同一の番号は同一の部品を示す。図2において吸着工程終了後の充填塔4bにガスタンク26から真空ポンプ11をブロワーとして使用し、バルブ27、28、3b、6bを開くと、塔に残留する窒素が流過して流路29から流路1に還流して回収される。
FIG. 2 shows the flow sheet of the apparatus at this time, and Table 2 shows the apparatus flow sheet. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In FIG. 2, when the
この操作を並流パージと呼ぶが、脱着ガス量をG2(m3N/h)、並流パージガス流量をG4(m3N/h)とすると、並流パージ率Kを、
K=G4/G2
で定義する。なお脱着ガス量G3は、G3=G2−G4である。
以下に、実施例を例示して本発明を具体的に説明するが、これらは、本発明を制限するものではない。
This operation is called a cocurrent purge. When the desorption gas amount is G2 (m 3 N / h) and the cocurrent purge gas flow rate is G4 (m 3 N / h), the cocurrent purge rate K is
K = G4 / G2
Define in. The desorption gas amount G3 is G3 = G2-G4.
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples, but these are not intended to limit the present invention.
合成例1 In/Fe比0.02のInをドープしたBaFeO3−δの合成
硝酸バリウム、硝酸インジウム、硝酸鉄の粉末を、モル比で100:98:2に混合し、純水にて溶解した後、空気中で350℃に昇温して蒸発乾固した後、空気中で800℃,2h仮焼し、さらに1200℃で6h本焼成して、BaFe0.98In0.02O3−δペロブスカイト型酸化物粉末を調製した。酸化物粉末がペロブスカイト型構造を有することは、CuKα線を用いたX線回折分析(XRD)によって確認した。この粉末16gにカオリン4g、セルロース4g、純水2gを加えてペロブスカイト系酸化物原料ケーキを調製し、これを押し出し成形機に荷重100kgを加えて直径1.6mmφのペレットを得た。このペレットを空気中200℃/時で800℃に昇温して1時間保持して活性化したペロブスカイト型酸化物ペレットを調製した。
Synthesis Example 1 Synthesis of InFe - doped BaFeO 3-δ with an In / Fe ratio of 0.02 Powders of barium nitrate, indium nitrate and iron nitrate were mixed at a molar ratio of 100: 98: 2 and dissolved in pure water. After heating to 350 ° C. in air and evaporating to dryness, calcining in air at 800 ° C. for 2 hours and further firing at 1200 ° C. for 6 hours to obtain BaFe 0.98 In 0.02 O 3 the -δ perovskite oxide powder was prepared. It was confirmed by X-ray diffraction analysis (XRD) using CuKα rays that the oxide powder had a perovskite structure. A perovskite oxide raw material cake was prepared by adding 4 g of kaolin, 4 g of cellulose, and 2 g of pure water to 16 g of this powder, and a load of 100 kg was applied to an extruder to obtain pellets having a diameter of 1.6 mmφ. The pellets were heated to 800 ° C. at 200 ° C./hour in the air and held for 1 hour to prepare activated perovskite oxide pellets.
実施例1
充填塔4a、bの酸素選択型吸着剤ハニカム5a、bとして、合成例1で調製したIn/Fe比0.02のInをドープしたBaFeO3−δを使用して、本発明の第一の実施態様を実施した。空気からの酸素、窒素分離におけるPSA操作条件と分離性能(製品酸素濃度、酸素製造時の電力原単位(kWh/m3N−O2)、酸素吸着負荷(m3N−O2/h/ton)の関係を評価した。
Example 1
As the oxygen-
第1ステップ〔充填塔4a、充填塔4b−塔間均圧工程〕
吸着工程の終了した充填塔4aの吸着圧力120kPA、再生工程の終了した再生圧力5kPaにした。充填塔4a、充填塔4bの均圧化後の塔内圧力は60kPaであった。
First step [packing tower 4a, packed
The adsorption pressure of the packed tower 4a after the adsorption process was 120 kPa, and the regeneration pressure after the regeneration process was 5 kPa. The pressure inside the packed tower 4a and packed
第2ステップ〔充填塔4a−昇圧工程、充填塔4b−減圧工程〕
60kPa程度に昇圧した充填塔4aと製品タンク12の間をバルブ8bで結ぶと、充填塔4aの後方から製品窒素が、吸着温度まで昇温して供給され、充填塔4aの吸着圧力は120kPAに近いところまで昇圧した。60kPa程度に減圧した充填塔4bをバルブ9bを通じて真空ポンプと結ぶと塔内圧力は10kPA以下に減圧して吸着酸素が脱着した。
Second step [packed tower 4a-pressurizing process, packed
When the packed column 4a and the
第3ステップ〔充填塔4a−吸着工程、充填塔4b−再生工程〕
乾燥空気100m3N/hを流路1から酸素選択型吸着剤充填塔4aに供給した。充填塔4aは直径30cm、高さ150cmの大きさである。ここに20リットルの蓄熱材ハニカム19a、空気−窒素熱交換器20a、空気加熱器21a、80リットルの酸素選択型吸着剤ハニカム5aが充填されている。(空塔速度は0.5m/sec、吸着負荷は650m3N/h/tonである。)充填塔4aの最前方部には、ライナー間ピッチ2mm、平板厚さ0.5mmのステンレス製蓄熱材ハニカム19aが直径30cm、層高20cmの形状で充填されており、空気との接触で空気は昇温し、蓄熱材ハニカム19aは降温して脱着酸素の持つ熱量が回収されて空気が昇温する。次いで内部を高温窒素が流過するフィン付きチューブ管群20aと接触し、空気は昇温し、管群20a内の窒素は降温して流過する窒素の持つ熱量が回収されて空気が昇温する。これで吸着塔設定温度の250℃の90%、225℃までは昇温するが、最高温部の250℃には達しないため、電気ヒータを挿入したフィン付きチューブ21aと空気が接触して、250℃に達する。80リットルの酸素選択型吸着剤ハニカム5と接触した空気中の酸素は吸着されて、塔後方から窒素が流過する。流過する窒素は250℃の高温のため、流路22aから空気−窒素熱交換器20aに供給され、昇温中の空気と接触して、熱回収が計られる。ここで、酸素選択型吸着剤ハニカム5aの酸素吸着帯は塔前方から後方に移動し、充填塔4a後方から酸素が流過する直前に空気の供給を停止する。充填塔4bは塔後方まで酸素吸着帯が移動した状態であり、流路17から供給される4m3N/hの製品窒素を減圧弁18、バルブ8bを通じて供給し、酸素選択型吸着剤ハニカム5bと向流接触することで酸素が脱着する。脱着した酸素は空気加熱器21b、空気−窒素熱交換器を通過して、(ここまでは脱着酸素の熱回収は殆ど計られない。)蓄熱材ハニカム19bと接触し、蓄熱材は昇温し脱着酸素は降温して脱着酸素の持つ熱は効率良く回収される。なお脱着した酸素濃度は50vol%以上に濃縮されている。
Third step [packed tower 4a-adsorption process, packed
100 m 3 N / h of dry air was supplied from the
本酸素−窒素分離は200〜350℃の高温で操作されるため、酸素選択型吸着剤充填塔4a、4bは左記温度に保持する必要があり、本実施例では充填塔4a、4bを保温庫24に設置して熱損失を最小にとどめている。
Since this oxygen-nitrogen separation is operated at a high temperature of 200 to 350 ° C., it is necessary to keep the oxygen selective adsorbent packed
ここで第1〜3ステップと同じ操作を充填塔4aと充填塔4bを変更して、第4〜6ステップで実施する。
Here, the same operation as the first to third steps is performed in the fourth to sixth steps by changing the packed tower 4a and the packed
表3に吸着圧力、再生圧力、サイクルタイム、吸着温度を変更した時の分離性能(製品酸素濃度、酸素製造時の電力原単位(kWh/m3N−O2)、酸素吸着負荷(m3N−O2/h/ton))を示す。 Table 3 shows separation performance when the adsorption pressure, regeneration pressure, cycle time, and adsorption temperature are changed (product oxygen concentration, power intensity during oxygen production (kWh / m 3 N—O 2 ), oxygen adsorption load (m 3 N—O 2 / h / ton)).
表3でRun1、2、3、4は再生圧力5kPa、サイクルタイム2分、吸着温度523K(250℃)に設定し、吸着圧力を110〜200kPaに変更した時の分離性能(製品酸素濃度、酸素製造時の電力原単位(kWh/m3N−O2)、酸素吸着負荷(m3N−O2/h/ton)である。製品酸素濃度は96vol%と高値を示し、圧力の上昇に伴い酸素吸着負荷は上昇し、電力原単位も上昇する。このため電力原単位を低値に保つためには低吸着圧力を採用すべきであり、吸着剤使用量を削減するためには高吸着圧力を採用すべき事が判る。
In Table 3,
Run5、6は吸着圧力120kPa、サイクルタイム2分、吸着温度523K(250℃)に設定し、再生圧力を5〜15kPaに変更した時の分離性能(製品酸素濃度、酸素製造時の電力原単位(kWh/m3N−O2)、酸素吸着負荷(m3N−O2/h/ton)である。再生圧力の上昇に伴い製品酸素濃度、酸素吸着負荷、電力原単位とも低下する。このため電力原単位を低値に保つためには高再生圧力を採用すべきであるが、吸着剤使用量を削減し、製品酸素濃度を高濃度に保つためには低再生圧力を採用すべき事が判る。
Run7、8は吸着圧力120kPa、再生圧力5kPa、吸着温度523K(250℃)に設定し、サイクルタイムを3〜5分に変更した時の分離性能(製品酸素濃度、酸素製造時の電力原単位(kWh/m3N−O2)、酸素吸着負荷(m3N−O2/h/ton)である。サイクルタイムの増加に伴い製品酸素濃度、電力原単位は変化しないものの酸素吸着負荷は低下する。この為、吸着剤使用量を削減するためにはサイクルタイムを短縮すべき事が判る。但し、本装置の酸素吸着性能は酸素脱着速度で規定されており、In/Fe比0.02のInをドープしたBaFeO3−δではサイクルタイムは2分程度(脱着時間1分程度)が下限と考えられる。
Run9、10は吸着圧力120kPa、再生圧力5kPa、サイクルタイム2分に設定し、吸着温度を473〜673Kに変更した時の分離性能(製品酸素濃度、酸素製造時の電力原単位(kWh/m3N−O2)、酸素吸着負荷(m3N−O2/h/ton)である。吸着温度の上昇に伴い製品酸素濃度は上昇し523Kで最高濃度を示した後、製品酸素濃度は減少し、電力原単位の上昇、酸素吸着負荷の低減が進行する。この為本PSAでは473〜623K(200〜350℃)での操作が望ましいことが判る。従来の900Kを越える高温操作では、吸着装置の構成材料としてNi、Cr等の高温用高級材料が必要となり、経済性が低下していたが、本装置ではステンレススティール等の通常の耐熱性材料が使用できる。また熱回収ユニットについても80%を越える熱回収が容易に達成できる。
Run11は吸着圧力120kPa、再生圧力5kPa、サイクルタイム2分、吸着温度673Kに設定し、塔間均圧は実施しなかった時の分離性能(製品酸素濃度、酸素製造時の電力原単位(kWh/m3N−O2)、酸素吸着負荷(m3N−O2/h/ton)である。塔間均圧を実施しないことにより電力原単位が上昇し、酸素吸着負荷も上昇する。このため本PSAでは基本的には塔間均圧を実施する方が電力原単位を低減できることが判る。
実施例2
充填塔4a、bの酸素選択型吸着剤ハニカム5a、bとして合成例1で調製したIn/Fe比0.02のInをドープしたBaFeO3−δを使用して本発明の第一の実施態様を実施した。
ここで並流パージ率と製品酸素濃度の関係を表4に示す。
Example 2
First embodiment of the present invention using InFe - doped BaFeO 3-δ having an In / Fe ratio of 0.02 prepared in Synthesis Example 1 as the oxygen-selective adsorbent honeycombs 5a and b of the packed towers 4a and b Carried out.
Table 4 shows the relationship between the cocurrent purge rate and the product oxygen concentration.
並流パージ率の増加に伴い、製品酸素濃度は上昇し、並流パージ率70%で酸素濃度は99%に達し、並流パージ率80%では酸素濃度は99.5%に達する。 As the cocurrent purge rate increases, the product oxygen concentration rises, reaching an oxygen concentration of 99% at a cocurrent purge rate of 70%, and reaching an oxygen concentration of 99.5% at a cocurrent purge rate of 80%.
合成例2 Y/Fe比0.01のYをドープしたBaFeO3−δの合成法。
硝酸バリウム、硝酸イットリウム、硝酸鉄の粉末を、モル比100:99:1になるように混合し、純水にて溶解した後、空気中、350℃で蒸発乾固した後、空気中で800℃,2h仮焼し、さらに1200℃で6h本焼成してBaFe0.99Y0.01O3−δペロブスカイト型酸化物粉末を調製した。酸化物粉末がペロブスカイト型構造を有することは、CuKα線を用いたX線回折分析(XRD)によって確認した。この粉末16gにカオリン4g、セルロース4g、純水2gを加えてペロブスカイト系酸化物原料ケーキを調製し、これを押し出し成形機に荷重100kgを加えて直径1.6mmφのペレットを得た。このペレットを空気中200℃/時で800℃に昇温して1時間保持して活性化したペロブスカイト型酸化物ペレットを調製した。
Synthesis Example 2 Synthesis method of BaFeO 3-δ doped with Y having a Y / Fe ratio of 0.01.
Powders of barium nitrate, yttrium nitrate and iron nitrate were mixed at a molar ratio of 100: 99: 1, dissolved in pure water, evaporated to dryness at 350 ° C. in air, and then 800 in air. Ba2 0.99 Y 0.01 O 3-δ perovskite type oxide powder was prepared by calcining at 1200 ° C. for 2 hours and further firing at 1200 ° C. for 6 hours. It was confirmed by X-ray diffraction analysis (XRD) using CuKα rays that the oxide powder had a perovskite structure. A perovskite oxide raw material cake was prepared by adding 4 g of kaolin, 4 g of cellulose, and 2 g of pure water to 16 g of this powder, and a load of 100 kg was applied to an extruder to obtain pellets having a diameter of 1.6 mmφ. The pellets were heated to 800 ° C. at 200 ° C./hour in the air and held for 1 hour to prepare activated perovskite oxide pellets.
実施例3
充填塔4a、bの酸素選択型吸着剤ハニカム5a、bとして合成例2で調製したY/Fe比0.01のYをドープしたBaFeO3−δを使用して本発明の第一の実施態様を実施例1と同様にして実施した。空気からの酸素、窒素分離におけるPSA操作条件と分離性能(製品酸素濃度、酸素製造時の電力原単位(kWh/m3N−O2)、酸素吸着負荷(m3N−O2/h/ton)の関係を評価した。
その結果を下記の表5に示す。
Example 3
Packed column 4a, a first embodiment of the present invention using the BaFeO 3-δ where oxygen-selective adsorbent honeycomb 5a, a Y of Y / Fe ratio 0.01 prepared in Synthesis Example 2 as b doped of b Was carried out in the same manner as in Example 1. PSA operating conditions and separation performance in separation of oxygen and nitrogen from air (product oxygen concentration, power intensity during production of oxygen (kWh / m 3 N—O 2 ), oxygen adsorption load (m 3 N—O 2 / h / ton) was evaluated.
The results are shown in Table 5 below.
La−Sr−Co−Fe−O系試料では、低温で可逆的酸素吸着速度の低下が顕著に表れるが、SrFeO3−δを基本として種々の物質を置換した結果、Baを一定量置換することにより低温での可逆的酸素吸着速度を改善することができ、更にYおよびInをドープすると300℃以下の低温でも安定した酸素吸着量及び酸素吸着速度が確保できる。図3には、酸素濃度21vol%、測定温度100から600℃におけるY/Fe比0.01のYをドープしたBaFeO3−δの(以下、BFY0.01と略す。)可逆的酸素吸着量を、図4には酸素吸着速度を示す。図3に示すように酸素吸着量は最も高い8mlN/gと、従来のLa0.1Sr0.9Co0.9Fe0.1O3−δ試料(LSCF1991と略す)の2倍の酸素吸着量を示している。又、図4に示すように、酸素吸着速度においては、250℃において2.5倍の酸素吸着速度を示しており、Yドープが酸素吸着最適温度の低温へのシフトに有効なことがわかる。
以上のことから、実用的な空気からの酸素分離に適用可能な、可逆的酸素吸着量及び酸素吸着速度の改善が達成されたことがわかる。
In the La-Sr-Co-Fe-O-based sample, the reversible decrease in the oxygen adsorption rate appears remarkably at low temperatures, but as a result of replacing various substances based on SrFeO 3-δ , a certain amount of Ba is replaced. Thus, the reversible oxygen adsorption rate at a low temperature can be improved, and when Y and In are doped, a stable oxygen adsorption amount and oxygen adsorption rate can be secured even at a low temperature of 300 ° C. or lower. FIG. 3 shows the reversible oxygen adsorption amount of BaFeO 3-δ (hereinafter abbreviated as BFY0.01) doped with Y having a Y / Fe ratio of 0.01 at an oxygen concentration of 21 vol% and a measurement temperature of 100 to 600 ° C. FIG. 4 shows the oxygen adsorption rate. As shown in FIG. 3, the oxygen adsorption amount is 8 ml N / g, which is the highest, and twice as much oxygen as the conventional La 0.1 Sr 0.9 Co 0.9 Fe 0.1 O 3-δ sample (abbreviated as LSCF1991). The amount of adsorption is shown. Further, as shown in FIG. 4, the oxygen adsorption rate is 2.5 times as high as the oxygen adsorption rate at 250 ° C., and it can be seen that Y-doping is effective for shifting the optimum oxygen adsorption temperature to a low temperature.
From the above, practical applicable to oxygen separation from air, improvement of reversible oxygen adsorption amount and oxygen adsorption rate is seen to have been achieved.
次に吸着温度250℃においてYドープ量をY/Fe比0〜0.3まで変更したときの、酸素濃度21vol%における可逆的酸素吸着量を図5に、酸素吸着速度を図6に示す。図5に示すように酸素吸着量は吸着温度250℃で最大値8mlN/gを示しており、Y/Fe比0.001以上で未処理のBaFeO3−δに比較して酸素吸着速度は約5倍の吸着速度を示している。 Next, FIG. 5 shows the reversible oxygen adsorption amount at an oxygen concentration of 21 vol% and FIG. 6 shows the oxygen adsorption rate when the Y doping amount is changed from 0 to 0.3 at an adsorption temperature of 250 ° C. Oxygen adsorption amount as shown in FIG. 5 shows the maximum value 8mlN / g at adsorption temperature 250 ° C., the oxygen adsorption rate is about as compared to the untreated BaFeO 3-δ at Y / Fe ratio 0.001 5 times the adsorption rate.
図7には、酸素濃度21vol%、測定温度100から600℃におけるIn/Fe比0.02のInをドープしたBaFeO3−δ(以下BFI0.02と略する。)の可逆的酸素吸着量を、図8には酸素吸着速度を示す。図7に示すように酸素吸着量は9mlN/gと、従来のLSCF1991試料の2.2倍の酸素吸着量を示しており、酸素吸着速度においては5倍の吸着速度を示しており、Inドープが酸素吸着最適温度の低温へのシフトに有効なことがわかる。 FIG. 7 shows the reversible oxygen adsorption amount of BaFeO 3-δ (hereinafter abbreviated as BFI 0.02) doped with In having an In / Fe ratio of 0.02 at an oxygen concentration of 21 vol% and a measurement temperature of 100 to 600 ° C. FIG. 8 shows the oxygen adsorption rate. As shown in FIG. 7, the oxygen adsorption amount is 9 ml N / g, which is 2.2 times the oxygen adsorption amount of the conventional LSCF1991 sample, and the oxygen adsorption rate is 5 times the adsorption rate. Is effective in shifting the optimum oxygen adsorption temperature to a low temperature.
次に吸着温度250℃においてInドープ量をIn/Fe比0〜0.1まで変更したときの、酸素濃度21vol%における可逆的酸素吸着量を図8に、酸素吸着速度を図9に示す。図8に示すように酸素吸着量は、In/Fe=0.02で最大値9mlN/gを示しており、In/Fe比0.002以上で、未ドープのBaFeO3−δと比較して酸素吸着速度も6倍の酸素吸着速度を示している。 Next, FIG. 8 shows the reversible oxygen adsorption amount at an oxygen concentration of 21 vol% and FIG. 9 shows the oxygen adsorption rate when the In doping amount is changed from the In / Fe ratio of 0 to 0.1 at an adsorption temperature of 250.degree. As shown in FIG. 8, the oxygen adsorption amount is In / Fe = 0.02 and the maximum value is 9 ml N / g, and the In / Fe ratio is 0.002 or more, compared with undoped BaFeO 3-δ. The oxygen adsorption rate is also 6 times the oxygen adsorption rate.
本発明の酸素選択型吸着剤は、その適用する範囲が極めて広く、例えば酸素選択型吸着剤を利用した酸素分離・濃縮装置に適用する場合、PSAへの適用可能であり、従来のN2吸着型モレキュラーシーブスの吸着性能をはるかに凌駕し装置の小型化、酸素分離・濃縮の低廉化への道を開くものである。
また、本発明の酸素選択型吸着剤を酸素除去に利用するならば極めて安価な窒素製造を提供することとなる。
The oxygen-selective adsorbent of the present invention has a very wide range of application. For example, when applied to an oxygen separation / concentration apparatus using an oxygen-selective adsorbent, it can be applied to PSA, and the conventional N 2 adsorption This far surpasses the adsorption performance of the type molecular sieves and opens the way to downsizing the equipment and reducing the cost of oxygen separation and concentration.
In addition, if the oxygen-selective adsorbent of the present invention is used for oxygen removal, extremely inexpensive nitrogen production can be provided.
4a、b 充填塔
5a、b 吸着剤
12 製品タンク
19a、19b 蓄熱材
20a、20b 混合ガス−窒素熱交換器
21a、21b 混合ガス加熱器
26 脱着ガスタンク
4a, b Packing tower 5a,
Claims (6)
(1)吸着された高温酸素から熱を回収し、回収した熱を混合ガスに付与するための蓄熱材、
(2)分離蓄熱材を通った混合ガスが熱交換器の一方の側を流れ、充填塔を流出する高温の窒素製品ガスが熱交換器の他方の側を流れ、高温の窒素製品ガスから混合ガスに熱を回収して熱交換器を流出する混合ガスを昇温させる混合ガス−窒素熱交換器、
(3)窒素との熱交換器を通って昇温した混合ガスを加熱して吸着温度にするための加熱器、
(4)混合ガス−窒素熱交換器を通った混合ガスを通して酸素を選択的に吸着した後に窒素を通過させて酸素を選択的に吸着する吸着剤床を内部に装着した充填塔を並列に2塔以上含み、充填塔が保温するために保温庫内に収容される酸素と窒素とを分離する圧力スイング吸着装置。 A pressure swing adsorption device for supplying a mixed gas mainly composed of oxygen and nitrogen under a relatively high pressure condition to separate oxygen and nitrogen, in the flow direction of the mixed gas,
(1) A heat storage material for recovering heat from the adsorbed high-temperature oxygen and imparting the recovered heat to the mixed gas;
(2) The mixed gas that has passed through the separated heat storage material flows on one side of the heat exchanger, and the high-temperature nitrogen product gas that flows out of the packed tower flows on the other side of the heat exchanger and is mixed from the high-temperature nitrogen product gas. A mixed gas-nitrogen heat exchanger that recovers heat to the gas and raises the temperature of the mixed gas flowing out of the heat exchanger,
(3) A heater for heating the mixed gas heated through a heat exchanger with nitrogen to an adsorption temperature,
(4) 2 parallel packed towers equipped with an adsorbent bed that selectively adsorbs oxygen by allowing nitrogen to pass through after selectively adsorbing oxygen through the mixed gas-nitrogen heat exchanger. A pressure swing adsorption device that includes more than a tower and separates oxygen and nitrogen that are contained in a heat insulation chamber to keep the packed tower warm.
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