JP2506585B2 - 改良された膜窒素系 - Google Patents

改良された膜窒素系

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JP2506585B2 JP3161149A JP16114991A JP2506585B2 JP 2506585 B2 JP2506585 B2 JP 2506585B2 JP 3161149 A JP3161149 A JP 3161149A JP 16114991 A JP16114991 A JP 16114991A JP 2506585 B2 JP2506585 B2 JP 2506585B2
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    • C01B2210/001—Physical processing by making use of membranes

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気分離用透析膜方法
及び系に関する。一層特には、本発明は、供給空気から
乾燥窒素生成ガスを製造するための改良された透析膜系
に関する。
【０００２】
【従来技術】空気から酸素を選択的に透過させることが
できる透析膜は、空気を分離して窒素生成ガスを回収す
るための簡便かつ望ましい手段である。しかし、かかる
生成ガスは、水分を相当量伴うのが普通である。乾燥し
た、酸素がほとんど存在しない窒素生成ガスが要求され
る用途がいくつかある。小〜中規模用途では、このよう
な純度レベルは、初めに空気の膜分離によって純度約98
％の窒素を生成し、次いで残留酸素を後クリーナップ技
法で残留酸素を脱除することによって達成するのが、現
在最も経済的である。最も容易に利用し得る酸素後クリ
ーナップアプローチは、酸素と水素とを貴金属触媒上で
組み合わせて酸素を水に転化させる、「デオキソ系」と
呼ばれる脱酸素系を使用することを伴う。デオキソ反応
は相当量の熱を発生し、出口ガス温度を脱酸素 1％当り
およそ300°Ｆ（１６７℃）上昇させるのが代表的であ
る。生成する窒素生成物が含有する酸素は約 5ｐｐｍよ
り少ないが、水を相当量、例えば30〜４０，０００ｐｐ
ｍ及び残留水素を含有する。多くの用途では、このよう
な水分を、プラントパイピング及び計装における凝縮及
び腐蝕を防止するため、或はその存在が窒素生成ガスの
意図する用途に適合し得ないことから、除くことが望ま
しい。アフタークーラー、水分分離装置及び吸着性ドラ
イヤーがこの目的に用いられるのが普通である。このよ
うな乾燥目的に、断熱圧力スイング吸着（ＰＳＡ）系が
用いられるならば、乾燥窒素生成ガスの相当のフラクシ
ョンがＰＳＡ操作用パージガスとして用いられ得る。か
かるＰＳＡドライヤーは、所望の圧力露点（ＰＤＰ）−
４０°Ｆ（−４０°Ｃ）を達成するために、全生成物流
量の少なくとも15％に等しい乾燥パージ流量を必要とす
る。慣用の後クリーナップ用途では、パージ用に用いる
窒素生成ガスの一部を加熱した後にドライヤーに通す高
温再生サイクルが、かかる高温操作のパージガス流量要
求量が減少する、代表的には断熱ＰＳＡサイクルに必要
とされる量の半分より少なくなることから、好ましい。
このパージ流量差は、非常に乾燥した（−１００°Ｆ
（−７３℃）ＰＤＰ）生成ガスを望む場合に、更に大き
くなり得る。それ程一般的ではない代替法は、加熱した
周囲空気パージ、次いで乾燥生成ガス冷却パージを用い
てサイクル回収率を更に向上させるものであるが、更に
熱エネルギー消費が増えることになる。
【０００３】 乾燥生成物をパージガスとして用いる
と、吸着剤エネルギー要求量は、生成物窒素１ＳＣＦＨ
当り８×１０−５ＫＷ（２．８×１０−３ＫＷ／ｓ
ｍ３）程度になり得る。比較して、湿潤パージガスを用
いると、かかるエネルギー要求量はおよそ２．５×１０
−４ＫＷ／ＳＣＦＨ（８．８×１０−３ＫＷ／ｓｍ３）
に増大する。このように、ドライヤー回収と熱エネルギ
ー要求量との間にかね合いが存在するのが見られること
になる。透析膜系が固有に簡単なことから、膜系を、乾
燥高純度窒素生成ガスが望まれるタイプを含むすべての
タイプの空気分離操作に用いたいとする強い誘因及び要
求がある。このような乾燥窒素用途について、上述した
一層高い温度のドライヤー再生において達成される利点
を、伴うエネルギー要求量を最少にしながら、得ること
が望ましい。よって、発明の目的は、乾燥高純度窒素を
生成する改良された系を提供するにある。発明の別の目
的は、高温ドライヤー再生を用い、高い熱エネルギー費
を伴わないで、乾燥高純度窒素を生成する系を提供する
にある。それ以上の目的は、高温ドライヤー再生を用い
かつ熱エネルギー、生成物窒素回収及び資本経費要求量
を最少にする乾燥高純度窒素系を提供するにある。これ
らや他の目的を心に留めて、発明を本明細書以降に詳細
に説明し、発明の新規な特徴を特に特許請求の範囲に示
す。
【０００４】
【発明の構成】膜系で空気分離した後に乾燥高純度窒素
を生成する際に、触媒脱酸素化系で発生する熱エネルギ
ーを、高温膜ドライヤー系で用いるパージガス用加熱源
として用いる。吸着サイクル、パージガス源及び湿潤廃
パージガス循環を選択することによって、高温ドライヤ
ー再生を、少ない熱エネルギー要求量で、総括系につい
ての生成物窒素回収及び資本経費に与える影響を最小に
して、達成することができる。発明の目的は、初めの空
気分離のために望ましい膜系を利用して乾燥高純度窒素
を生産する際に、熱エネルギー要求量を最少にし、生成
物窒素回収を高めかつ高い総括効率を達成するように適
応させた処理加工実施態様において、生成窒素ドライヤ
ーの高温再生を用いることによって達成される。発明の
実施において、供給空気を膜系に通し、空気分離して低
〜中位の純度、例えば代表的には９８％位の窒素透過ガ
スを回収する。次いで、この窒素ガス流に含有される酸
素を、慣用のデオキソ系を用いて脱除する。デオキソ系
は、貴金属触媒上で酸素を水素で還元させて水にして酸
素を除く。この発熱反応によって放出される熱は窒素を
４００〜６００゜Ｆ（２０４〜３１６℃）に加熱しかつ
Ｈ２Ｏ３０，０００〜４０，０００ｐｐｍ及び幾分過剰
の水素を含有する窒素ガス流を生じる。慣用の操作で
は、かかる熱及び水は、脱酸素化の後の別々の冷却及び
吸着性乾燥ユニットによって除かれる。かかる慣用の実
施を例示する第１図において、供給空気を管路１で圧縮
機２に通し、そこから管路３により所望の膜透過圧力
で、第１段空気分離膜ユニットである膜４及び第２段空
気分離膜ユニットである膜５を含む空気分離膜系に通
す。かかる膜ユニットにおいて、酸素は一層容易に透過
され、窒素冨化流は非透過質ガスとして回収される。膜
４からの酸素透過質ガスは系から管路６により抜き出さ
れ、膜５からの透過質ガスは、典型的には、管路７によ
り循環させて管路１で追加量の空気と一緒になって再圧
縮される。
【０００５】膜 5からの非透過質ガスを管路 8によりデ
オキソユニット 9に通し、そこに水素を管路10より通し
て窒素流中のおよそ2％の残留酸素と反応させる。デオ
キソユニット 9に入る窒素流は、典型的には、約90°Ｆ
（３２℃）であり、中で反応の発熱によって加熱されて
約 600°Ｆ（３１６℃）になる。処理されかつこのよう
にして加熱された窒素流は、酸素含量が約 5ｐｐｍに低
下され、デオキソユニット 9を管路11より出、冷却器12
に通され、そこでガス流の温度は約75°Ｆ（２４℃）に
下がる。窒素ガスは、次いで管路13より慣用の水分分離
装置14に通り、分離された水分は排出管路15より取り出
される。窒素ガス流は、次いで管路１６よりＰＳＡドラ
イヤーユニット17に通り最終的に乾燥される。該ドライ
ヤーにおいて、所望の窒素生成ガスから残留水分が除か
れ、乾燥した高純度窒素が管路18より回収される。しか
し、生成ガス流の一部をパージ用に分けて管路19より加
熱器ユニット20に通し、そこから高温窒素をドライヤー
17に通してパージガスとして用いる。同伴水分を含有す
る廃パージガスを管路21により系から取り出す。上述し
た通りに、高温ドライヤー再生を用いるのが望ましい
が、同時に付随する熱エネルギー費を、望ましくは生成
物回収に認め得る程の悪影響を与えずに、減少させるの
が望ましい。発明の実施態様の実施において、このよう
な結果は、脱酸素化反応で発生する熱を有効に用いて吸
着性ドライヤーを熱により再生し、膜空気分離系からの
比較的に乾燥した透過質ガスの一部を望ましくはパージ
ガスとして用いることによって、達成され得る。図面の
第２図に例示する発明の望ましい実施態様では、供給空
気を管路22より圧縮機23に通し、圧縮された空気はそこ
から管路24により第１段膜ユニット25及び第２段膜ユニ
ット26を含む膜空気分離系に通る。酸素に富んだ透過質
ガスを膜25から排出管路により取り出し、窒素を一層有
意の量で含有する膜26からの透過質を管路28で循環させ
て管路22で追加量の供給空気と一緒にして圧縮機23に通
す。非透過質窒素流を膜系から管路29によりデオキソユ
ニット30に通し、そこに水素を管路31より通して窒素流
中に存在する酸素と反応させる。このようにして処理し
かつ加熱した窒素流を、デオキソユニット30から管路32
により、窒素流を加熱されたパージガスとして 1つのド
ライヤー床に通して再生した後に第２のドライヤーに通
して残留水を除くように適応させた適当なバルブ手段3
3、例えば４ポートバルブに通す。すなわち、窒素流を
バルブ手段によって分けて管路34より再生を受けるドラ
イヤー床35に高温パージガスとして向ける。パージガス
は、ドライヤー床３５から出て、集積された冷却器及び
水分分離装置手段36を通った後に、窒素流から残留水分
を吸着するために用いるドライヤー床37に入る。窒素流
は、該床37から取り出されてバルブ手段33を通り、乾燥
した高純度窒素生成ガスを管路38より回収する。
【０００６】第２図の実施態様の加工サイクルは本質的
に一定の圧力で作動し、それで第１図の慣用の操作のよ
うに、圧力ブローダウン損失を避ける。加えて、乾燥窒
素生成物パージの循環を必要とせず、かつ重要なこと
に、ドライヤー再生のために熱エネルギーを追加して供
給する必要がない。発明の他の実施態様では、ドライヤ
ー再生用パージ流は、第２図の実施態様のような膜系よ
り下流のデオキソユニットで加工される窒素流よりもむ
しろ、第２段膜透過質ガスの一部にすることができる。
この別法の加工アプローチは、第２段透過質ガスが極め
て乾燥しておりかつかなり大きい規模の流れ、例えば典
型的には、窒素生成物流の約50〜８０％であるので、可
能になる。その結果、かかる多量の透過質ガスが容易に
パージ用に利用し得る。パージ用に用いる第２段透過質
の流量は、窒素生成物流量の約70％までになるのが普通
である。その結果、生成窒素の一部をパージとして用い
る慣用の第１図の実施態様において用いられるのに比べ
て、大きいパージ対供給比を用いることができる。慣用
のアプローチに比べて一層多い量のパージガスがドライ
ヤー再生用に利用し得るので、ドライヤーを有効に再生
するためにパージガスを慣用のアプローチ程に高い温度
に加熱することは必要でない。こうして、床再生の熱エ
ネルギー要求量の望まれる節減が実現される。第２段膜
透過質を、直接循環させて膜系に通すよりもむしろ、パ
ージ用に用いるが、窒素生成ガスの一部をドライヤーパ
ージ用に用いる必要はないので、このような発明の実施
態様の実施において、窒素生成物回収の総括的な増大が
実現される。第３図に示す実施態様では、第２段透過質
を慣用の加熱器に通し、第４図の実施態様は、第２段透
過質をデオキソユニットから出る窒素流に対して加熱す
る。第３図の実施態様では、第１図の実施態様のよう
に、管路 1' の供給空気を圧縮機２' で圧縮し、管路
3' より第１段膜 4' 及び第２段膜 5' に通す。第１段
透過質を管路 6' より排出し、第２段透過質を管路 7'
により循環させる。非透過質は膜系から管路 8' により
デオキソユニット 9' に通り、酸素を管路10'からの水
素と反応させる。処理された窒素流はデオキソユニット
を管路11' により出て冷却器12' に入り、そこから管路
13' により水分分離装置14' に通り、そこから水分は管
路15' により排出される。窒素流は、次いで管路16' に
よりドライヤー系に通り、最終的に乾燥される。
【０００７】第３図の実施態様では、第２段膜 5' から
の透過質の一部を管路37により分けてパージガスとして
用いる。該透過質は外部加熱器38で加熱されて再生を受
けるドライヤー床39に通る。該ドライヤーからの流出パ
ージガスを管路40に通して管路 7' により循環させる透
過質の残留部分と共に循環させる。必要に応じて、管路
40の循環パージ流出物は冷却器41及び水分離装置42の中
を通って水を取り去る。所望の場合、管路37の透過質ガ
ス或はその一部は、管路４３を通ることによって加熱器
38をバイパスすることができる。管路16' の非透過質窒
素流を生成窒素乾燥用に用いるドライヤー床44に通し、
他方床39は再生している。第３図及びその他の例示する
実施態様において、ドライヤー床が、１つの床を乾燥用
に用い、その間他の床を再生しているように、交代に使
用し得ることは認められるものと思う。乾燥した高純度
窒素生成ガスを管路18' により回収する。第３図の実施
態様では、この生成ガスをドライヤーパージガスとして
用いるために抜き出す必要はないが、所望の場合、これ
の少量をバルブ46を収容する管路４５により循環させて
管路37及び再生しているドライヤー床39に床再生リンス
ガスとして通す。第４図に例示する実施態様は、デオキ
ソユニット 9' において発生する熱を、ドライヤーパー
ジガスとして用いる第２段膜流出物用の加熱源として用
いる他は、第３図の実施態様と同じであることを認める
ものと思う。すなわち、管路37の透過質ガスを熱交換器
38' に通し、この熱交換器に管路11' より加熱された窒
素流を通した後に冷却器12' に入れる。所望の場合、該
膜流出物の一部は、管路43を通ることによって熱交換器
38' をバイパスすることができる。
【０００８】当業者ならば、発明はドライヤーパージガ
スについて他の源を用いて実施し得ることを認めるもの
と思う。すなわち、図面の第５図に示す通りに、乾燥窒
素生成物流の一部をこの目的に用いることができる。脱
着をドライヤーにおいて生成物圧力で行うことができる
ので、可能なブローダウン損失が避けられる。この実施
態様において、清浄なパージガスを用いることが、床の
切り替え時に酸素が生成物流に入る危険を排除すること
は認められるものと思う。他方、この実施態様は、典型
的には、生成窒素の約 5〜７％をパージ用に用いること
を要する。廃パージは高純度でありかつ加圧下にあるの
で、有利に循環させることができ、図面に示す通りに、
多数の可能な循環点が利用可能である。第５図の実施態
様では、供給空気を管路50より空気圧縮機５１に通し、
そこから圧縮された空気が管路52より第１段膜ユニット
53及び第２段膜54を含む空気分離膜系に通る。膜53から
の透過質流出物を管路55より排出し、第２段透過質は管
路56により循環させて管路50の追加の供給空気と共に空
気圧縮機51に通す。非透過質窒素は管路５７によりデオ
キソユニット58に通し、そこに水素を管路59より加え
る。デオキソ反応の発熱は、デオキソユニット58からの
窒素流を管路60により熱交換器61に通し、そこから管路
62により冷却器63、水分離装置64及び乾燥サービス中の
ドライヤー床65に通し、その間ドライヤー床66を再生し
ていることによって、利用する。乾燥した高純度窒素生
成ガスは、ドライヤー床６５から管路67に通して回収す
る。この実施態様では、生成窒素の一部を管路68により
分けて熱交換器61で加熱した後に管路69によりドライヤ
ー床66に高温パージガスとして通す。所望の温度調節の
ために、循環させる窒素生成ガスの一部を管路70より管
路69に通し、それで熱交換器に通るのをバイパスするこ
とができる。ドライヤーパージ排ガスを床６６から管路
７１により取り出す。この流れは高純度窒素を含有する
ので、望ましいことに、いくつかの随意の循環点の中の
１つに循環される。これより、パージ排ガスを管路６０
に循環させて熱交換機６１に通し、ドライヤー系に戻し
て乾燥させる。別法として、パージ排ガスを圧縮機入
口、すなわち管路５０に、膜系への入口、すなわち管路
５２に、膜段階の間の中間点に、第２膜段階の出口すな
わち管路５７に循環させることができる。このような別
法は、管路７１から種々の循環点にガスの循環をもたら
すとしてそれぞれ示す管路７２、７３、７４及び７５に
よって例示する。
【０００９】湿潤パージ排ガスを再圧縮しないで圧縮機
入口に循環させることができるが、わずかの圧力増大、
例えば１〜２ｐｓｉ（０．０７〜０．１４kg/cm2）が、
該ガスを他のパージ循環点に循環させ得るのに十分であ
る。必要とする再圧縮量が小さくかつ要する循環流量が
全窒素生成物流に比べて少ないことにより、ガスブース
ター圧縮機７６を簡便に使用してパージガス循環流の、
デオキソユニット５８の出口、該パージガス循環流を総
括サイクルの更に上流に通す場合に用いる冷却器７７及
び水分分離装置７８の前、すなわち管路６０の圧力を上
げることができる。管路６７の生成窒素流の全圧力のほ
んのわずかな増大及び低下に影響を与えることによっ
て、ガスブースター圧縮機を簡便に作動させる。有効な
生成物圧力は、下流の消費者要求よりもむしろ膜プロセ
ス経済によって決められるのが普通であるから、わずか
に低い生成物圧力は総括プロセスにおいて欠点にならな
い。よって、この実施態様が、熱交換機とガスブースタ
ーの２つの簡単な装置のささやかな犠牲はあるが、生成
物回収の損失が無く、吸着性ドライヤーパージエネルギ
ー及び流量要求を満足させ得ることは認められるものと
思う。第６図に例示する実施態様では、圧縮された空気
流の一部を吸着剤床加熱パージ用に用いる。この流れは
加圧下にあるので、等圧或は定圧吸着系を用いて圧力ブ
ローダウン損失を避けることができる。第６図から、管
路５２'の圧縮空気を管路７９により熱交換機６１に通
し、そこで、デオキソユニットにおける反応熱で加熱し
た窒素流と交換させて加熱する他は、プロセス及び系が
第５図と同様であることはわかるものと思う。管路７
１' の循環パージガスを、冷却及び水分分離して、管路
５２' の圧縮空気流或は流入する供給空気管路５０' に
戻す。このようにしてパージ用に用いる圧縮空気が相当
量の水分及び酸素を含有することは了解されよう。これ
より、透過質パージの場合のように、乾燥高純度窒素生
成物の一部を床の冷却及びリンスのために必要とし、か
かる部分は利用可能な乾燥高純度窒素生成物の全量の２
〜４％程度であると推定される。
【００１０】第７図に例示する通りのそれ以上の実施態
様では、周囲空気をドライヤーへの高温パージガス源と
して用いることができる。この実施態様では、管路８０
からの供給空気を空気圧縮機８１で圧縮して第１段膜８
３及び第２段膜８４を含む空気分離膜系に通す。膜８３
からの透過質ガスを管路８５により排出し、第２段透過
質を管路８６に通して管路８０に循環させる。非透過質
窒素を膜系から管路８７によりデオキソユニット８８に
通し、そこから管路８９により熱交換機９０に通す。該
窒素流を、次いで冷却器９２及び水分分離装置９３を収
容する管路９１によりドライヤー床９４に通す。該床９
４は吸着サービス中であり、ドライヤー床９５は再生さ
れている。乾燥した高純度窒素生成物を管路９６により
回収する。周囲空気を管路９７からブロワー９８に通
し、そこから管路９９により熱交換機９０に通す。そこ
で、周囲空気は高温ドライヤー再生において用いるため
に、デオキソユニット８８で発生する熱によって加熱さ
れる。このようにして加熱された空気流は管路１００に
より再生するドライヤー床９５に高温パージガスとして
用いるために通す。上述した通りに、管路96の乾燥高純
度窒素生成物の一部を管路 101により循環させてドライ
ヤー床９５に冷却及びリンスの目的で通す。パージガス
流出物流をドライヤー床95から管路102により取り出
す。この実施態様におけるパージブロワーの要求は、資
本及び動力費を更に付随して伴う。加えて、全乾燥高純
度窒素生成物の内の約 3〜５％と推定される該生成物の
一部を、床の冷却及び洗浄のために及び圧力ブローダウ
ン損失の結果として、必要とする。管路 102の廃パージ
ガスを管路80の空気圧縮機入口に循環させることができ
るが、それでも、清浄な乾燥窒素生成ガスの相当な部分
の、圧力及び純度の点からの利用可能性は失われていよ
う。これらの理由で、第７図の後者の実施態様は、通
常、本明細書中前述した発明の他の実施態様に比べて魅
力の劣るものである。発明は、乾燥高純度窒素生成ガス
が要求される実際の商業運転において膜空気分離系を使
用することの実行可能性を高めるものと認められるもの
と思う。発明の目的で、供給空気から酸素を選択的に透
過することができる種々のよく知られた膜系を使用する
ことができる。任意の所望のタイプの膜構造、例えばよ
く知られた複合タイプの膜、非対称膜或は任意の他の膜
構成の形を用いることができる。多孔質中空繊維ポリス
ルホン支持体に薄いエチルセルロース分離層を付着させ
て有する複合膜は、当分野において空気分離用に知られ
た多くの膜成形材料の内の具体例である。発明を、特に
望ましい 2段膜系に関して例示する実施態様に関して説
明したが、当業者ならば、膜系は、また単一膜段階を含
んでもよく、或は2より多い膜段階を含むことができる
ことを認めるものと思う、
【００１１】空気分離膜系から非透過質ガスとして回収
した窒素ガスを脱酸素化するために発明の実施において
用いる触媒燃焼系、すなわちデオキソユニットは、よく
知られた確立された技術を含む。デオキソユニットは、
白金或は白金−パラジウム触媒のような貴金属触媒を、
アルミナ支持体に担持させて用いるのが代表的である。
空気分離膜系で生成される部分精製された窒素流の酸素
分を水素と、或はメタンのような燃料ガスと反応させる
触媒床を 1つ或はそれ以上用いる。更に、当業者なら
ば、発明の実施において用いる吸着性ドライヤー床が、
上述した空気分離膜系−デオキソ系の組合せによって生
成される高純度窒素流から水分を選択的に吸着すること
ができる市販の吸着剤の床を含むことは認めるものと思
う。発明の実施において用いる吸着剤は、高純度窒素流
から水分を選択的に吸着することができる任意のよく知
られた吸着剤にすることができる。発明の実施におい
て、５Ａ及び13Ｘ材料のようなゼオライト系モレキュラ
ーシーブを簡便に使用することができるが、生成窒素流
の所望の乾燥ができる他の任意の市販されている吸着剤
を使用することもできる。上記の記述において、１つの
床を窒素乾燥サービスに用い、その間他の床を再生して
いる二元床ドライヤー系を商業上採用し得ることを開示
する。別の所望の数の床もまた採用し得ることは認めら
れるものと思う。所望の窒素乾燥作業を行う際に、発明
は、窒素生成物を乾燥する使用期間の後に再生する吸着
剤床から吸着された水分を除くのを助成するために、高
温パージ流を用いることは認められるものと思う。この
ような操作は、乾燥高温パージガスを用いることによる
床の温度上昇が吸着剤に吸着された水分を一層低い吸着
温度で除去するのを助成する熱スイング吸着（ＴＳＡ）
プロセス及び系として一般に知られている。このような
ＴＳＡ操作は、上述した通りにして定圧下で行ない、そ
れによりブローダウン圧力損失を避けるのが普通であ
る。発明の乾燥操作は、所望の場合、また圧力スイング
吸着（ＰＳＡ）操作を、所望の場合、水分の吸着を一層
高い圧力で行い、水分の脱着及び吸着性床からの水分の
除去を一層低い脱着圧で行うことによる等して、含む。
【００１２】発明の実施において、圧縮空気を空気分離
膜系に、通常圧力約50〜３００ｐｓｉｇ（３．５〜２１
kg/cm2）、代表的には約 150ｐｓｉｇ（１１kg/cm2）、
及び温度約90°Ｆ（３２℃）程度で供給する。前に例示
した実施態様から分かる通りに、２段膜系の第２段階か
らの透過質ガスは、それの酸素含量が空気よりも少なく
なり得るので、他の方法で供給するとして用いない場合
には、系の入口に循環させるのが普通である。また、上
述した通りに、デオキソ反応の発熱性は相当量の熱を放
出し、窒素流の温度を除去酸素各 1％当り約 300°Ｆ
（１６７℃）上げる。上記の従来技術の説明で挙げた慣
用の従来技術のアプローチでは、この熱はアフタークー
ラーによって捨てられ、凝縮物は水分分離装置で除かれ
るのに対し、かかる熱は本明細書中及び特許請求の範囲
に記載する種々の実施態様での発明の実施において有利
に用いる。−４０°Ｆ（−４０℃）ＰＤＰのような乾燥
窒素生成物、或は非常に乾燥した、例えば−１００°Ｆ
（−７３℃）ＰＤＰガス流を生成するのに、種々のドラ
イヤーが市販されている。圧力スイング吸着（ＰＳＡ）
タイプのドライヤーは床再生のために加熱する必要はな
いが、高いパージ流量、代表的には入口流量の15％程度
を要する。熱スイング吸着（ＴＳＡ）タイプのドライヤ
ーが必要とするパージガスはこの流量の半分より少ない
（パージ温度及び湿度条件による）が、慣用の実施で
は、電気或は天然ガスのような外部熱源を必要とする。
熱エネルギー要求量が相当増大するのを犠牲にして、周
囲空気を加熱用に用いてもよい。このような用途では、
床冷却のために、及び床を切替える間に酸素が生成物流
に入らないようにするために、依然乾燥窒素生成ガスの
一部を必要とする。
【００１３】乾燥生成物パージを用いた吸着性エネルギ
ー要求量は、生成窒素1ＳＣＦＨ（０．０２８ｓｍ3 ）
当り約 8×１０-5ＫＷ程度であることが求められた。所
望の資本に組み入れられる熱エネルギー節減は、デオキ
ソユニットで発生する熱を用いてかかるエネルギー要求
量を供給することによって達成される。当業者ならば、
かかるデオキソ熱を有効に利用する、或は高いパージ／
供給比を用いて高温再生の熱エネルギー要求量を減少さ
せるための発明の実施が、乾燥高純度窒素生成ガスの生
産において相当の商業上の利点をもたらすことを認める
ものと思う。その上、この利点は、特に、大規模の窒素
製造に応用可能であり、この場合、運転上の節減は、発
明の種々の実施態様において用いる通りの追加の熱交換
器及び付随するパイピングの費用を相殺する以上であ
る。発明は、かかる極めて望ましい熱エネルギー節減
が、有用な高純度窒素生成物の回収を認め得る程に低下
させないで達成し得る点で、特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】初めの空気分離用に膜系を使用して乾燥高純度
窒素を製造する慣用の実施の実施態様の略ダイヤグラム
である。
【図２】初めの空気分離及び高温生成物ドライヤー再生
用に膜系を使用して乾燥高純度窒素を製造する発明の好
ましい実施態様の略ダイヤグラムである。
【図３】２段膜透過質を生成物ドライヤー再生用パージ
として用いて乾燥高純度窒素を製造する別の実施態様の
略ダイヤグラムである。
【図４】２段膜透過質を生成物ドライヤー再生用パージ
として用いることに基ずく別の実施態様を例示する略ダ
イヤグラムである。
【図５】生成窒素ガスの一部をドライヤー再生のために
用いる発明の実施態様の略ダイヤグラムである。
【図６】圧縮空気パージを高温ドライヤー再生のために
用いる発明の実施態様の略ダイヤグラムである。
【図７】周囲空気を高温ドライヤー再生パージのために
用いる発明の略ダイヤグラムである。
【符号の説明】
４ 第１段空気分離膜ユニット ５ 第２段空気分離膜ユニット １０ デオキソユニット １４ 水分分離装置 １７ ＰＳＡドライヤーユニット ２５ 第１段膜ユニット ２６ 第２段膜ユニット ３０ デオキソユニット ３５ ドライヤー床 ３７ ドライヤー床 ３８ 加熱器 ４２ 水分分離装置
フロントページの続き (72)発明者 オスカー・ウィリアム・ハース 米国ニューヨーク州ノース・トナウォン ダ、364ロバーツ・ドライブ・ナンバー ４ (72)発明者 フランク・ノタロー 米国ニューヨーク州アマスト、ハークロ フト・コート18 (72)発明者 デイビッド・リチャード・トムプソン 米国ニューヨーク州グランド・アイラン ド、フェアビュー・コート154 (56)参考文献 特開 平２−157101（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−5309（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）供給空気を分離しかつ残留酸素を
    含有する部分精製された窒素流を回収するための膜系； （ｂ）部分精製された窒素流中に存在する残留酸素と水
    素とを反応させ、反応熱を発生し、湿潤高純度窒素流を
    回収するための触媒燃焼系； （ｃ）水分を吸着性ドライヤー床に低い乾燥温度で吸着
    させることによって湿潤高純度窒素を乾燥させるための
    吸着性ドライヤー系であって、床を少なくとも２つ収容
    し、１つの床は窒素流を乾燥させるのに利用可能であ
    り、別の床は吸着された水分を高い床再生温度で取り去
    ることによって再生されている吸着性ドライヤー系； （ｄ）触媒燃焼系からの窒素流を、窒素流を冷却して低
    い乾燥温度レベルにするための冷却手段に通さないで、
    再生を受けるドライヤー系の床に通すための、バルブ制
    御手段を収容する導管手段； （ｅ）湿潤高純度窒素流を、窒素流を低い乾燥温度で乾
    燥させるドライヤー系における床に通すための、冷却及
    び水分除去手段を含む導管手段； （ｆ）吸着性ドライヤー系から乾燥高純度窒素生成物を
    取り出すための導管手段を含む乾燥した高純度窒素を製
    造する系。
  2. 【請求項２】 （ａ）供給空気を分離しかつ残留酸素を
    含有する部分精製された窒素流を回収するための膜系； （ｂ）部分精製された窒素流中に存在する残留酸素と水
    素とを反応させ、反応熱を発生し、湿潤高純度窒素流を
    回収するための触媒燃焼系； （ｃ）湿潤高純度窒素流からの熱を、湿潤高純度窒素流
    を乾燥させるのに用いる吸着性材料の床を再生するのに
    用いるべきパージガス流に伝達させるための熱交換器手
    段； （ｄ）水分を吸着性ドライヤー床に低い乾燥温度で吸着
    させることによって湿潤高純度窒素を乾燥させるための
    吸着性ドライヤー系であって、床を少なくとも２つ収容
    し、１つの床は窒素流を乾燥させるのに利用可能であ
    り、別の床は吸着された水分を高い床再生温度で取り去
    ることによって再生されている吸着性ドライヤー系； （ｅ）熱交換器手段からのパージガス流を高い床再生温
    度で再生される吸着性ドライヤー系の床に通すための導
    管手段を含む乾燥した高純度窒素を製造する系。
  3. 【請求項３】 （ａ）供給空気を分離しかつ残留酸素を
    含有する部分精製された窒素流を回収するための１より
    多い膜段階を収容する膜系； （ｂ）部分精製された窒素流中に存在する残留酸素と水
    素とを反応させ、反応熱を発生し、湿潤高純度窒素流を
    回収するための触媒燃焼系； （ｃ）水分を吸着性ドライヤー床に低い乾燥温度で吸着
    させることによって湿潤高純度窒素を乾燥させるための
    吸着性ドライヤー系であって、床を少なくとも２つ収容
    し、１つの床は窒素流を乾燥させるのに利用可能であ
    り、別の床は吸着された水分を高い床再生温度で取り去
    ることによって再生されている吸着性ドライヤー系； （ｄ）湿潤高純度窒素流からの熱を、湿潤高純度窒素流
    を乾燥させるのに用いる吸着性材料の床を再生するのに
    用いるべきパージガス流に伝達させるための熱交換器手
    段； （ｅ）多量にかつ第１段に比べて高い窒素濃度で利用可
    能なガス流を第１膜段階以外から取り出すための導管手
    段、及び該ガス流の一部を熱交換器手段に通して吸着性
    ドライヤー系において大きなパージ／供給比をもたらす
    ための導管手段を含む乾燥した高純度窒素を製造する
    系。
  4. 【請求項４】 前記膜系が２膜段階を収容する請求項
    １、２又は３の系。
  5. 【請求項５】 吸着性トライヤー系からの流出ガスを循
    環させて追加量の供給空気と共に膜系に通すための導管
    手段を含む請求項１、２又は３の系。
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