JP2524292B2 - 冷却による低温圧力スイング吸着 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野 本発明はガス分離に関する。更に特定するに、本発明は
空気からの高められた酸素生産に関する。

【０００２】従来技術の説明 吸着方法はガスの分離精製に広く用いられてきた。高い
表面積の吸着剤ないし吸着媒はその表面にガス分子を吸
着するための親和性を有する。吸着されるガスの量は、
用いられる特定の吸着剤、吸着されるガス及び吸着操作
の実施される温度圧力条件に依り左右される。ほとんど
の吸着剤では、吸着されるガス成分の分圧が上昇しまた
吸着温度が低下するにつれ吸着量は増加する。かくし
て、吸着されるガスの量は、吸着温度を低下させること
により増加しうる。ほとんどの実際的応用において吸着
剤を再生して吸着プロセスを循環基準で反復しうるよう
に吸着されたガスを脱着することが必要である。脱着工
程は高温低圧で最もよく進行する。それ故、かかる実際
的適用では、吸着工程と脱着工程との間で、圧力もしく
は温度、または圧力と温度とを循環基準で変化させ、或
は「スイング」させねばならない。ガス分離のためのこ
れら二つの基本的方策は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）
及び温度スイング吸着（ＴＳＡ）と呼称される。

【０００３】近年、ＰＳＡ法が、空気から酸素と窒素を
生産するために開発されてきた。かかる方法では、空気
から易吸着性成分すなわち窒素または酸素を選択的に吸
着しうる吸着剤を含有する吸着層に供給空気を通し、他
方難吸着性成分を吸着層から排出する。このようなＰＳ
Ａ法の挙動は、吸着及び脱着が生じる温度条件によって
明らかに影響されるが、ほとんどのＰＳＡ法は、吸着操
作に関係する温度条件を制御するための特定手段を用い
ずに概ね周囲温度条件下で作動するよう設計されてき
た。

【０００４】ＰＳＡ系においては、熱は、吸着時放出さ
れ、脱着時吸着剤に吸着される。かくして、吸着床の温
度は吸着工程の間上昇傾向があり、床の温度は脱着工程
の間降下する。ただ掃気（パージ）によってのみ効果的
に脱着しうる、強力に吸着された不純物にして、それほ
ど強力には吸着されない成分の吸着を妨げるべく作用す
る不純物が吸着剤に本質上ない限り、温度変化は、吸着
層が上位吸着圧力に加圧され或は下位脱着圧力に減圧さ
れるＰＳＡサイクル部分で最も顕著である。また、吸着
剤物質床を収容させるのに用いられる容器内のディスト
リビューター手段または頭部空間の如き吸着系内の開放
ガス空間の加圧ないし減圧も、その中のガスの圧縮ない
し膨張によってなされる可逆的仕事により温度変化を惹
起する。ＰＳＡ法の如き起動的プロセスでは、吸着ない
し圧縮熱のほとんどが流動する供給ガス（例えば空気）
流れに移され、吸着層から搬出される。酸素及び（また
は）窒素を空気から生産するのに用いられる如き代表的
ＰＳＡ法プロセスでは、吸着時のガスの前方流れは脱着
時の後方流れを上回る。その結果、エンタルピーの正味
前方流れがあり、それは、その中の温度振幅が床入口近
傍より大きいとき、ＰＳＡ系で用いられる吸着床の平均
温度を低下する傾向がある。

【０００５】空気から酸素を生産するＰＳＡ法に対する
温度の影響については、Ｉｚａｍｉ等が、「低温低圧Ｐ
ＳＡによる高能率酸素分離」（１９８９年１１月、カリ
フォルニア州サンフランシスコ所在のＡＩＣｈＥ発行）
で論じている。報告された研究では、供給空気から窒素
を選択的に吸着しうる五つの異なる分子篩タイプ吸着剤
が調査されており、該剤にＮａ−Ｘ（Ｓｉ／Ａｌ比の異
なる２種）、Ｃａ−Ａ、Ｃａ−Ｘ及びＳｉ−Ｘが含まれ
る。アルカリ土カチオン（Ｃａ及びＳｒ）を有する吸着
剤は近室温で最良のＮ_２／Ｏ_２分離率を示すが、Ｎａ−
Ｘ吸着剤に関しては分離率が約−３０℃で最高に達する
とわかった。すべての場合において、窒素貯蔵容量は、
上記の如き吸着理論から予想されるように温度が低下す
るにつれ増加した。Ｃａ−Ａ及びＮａ−Ｘ吸着剤を用い
た卓上規模プロセス試験により、Ｃａ−Ａ吸着剤が０℃
〜室温の間で機能するのに対し、Ｎａ−Ｘ吸着剤は０℃
を十分下回る温度で最もよく機能することが確認され
た。これらの試験で、吸着床はサーモスタットで調温さ
れ、効果的に固定温度に保持された。より大規模なパイ
ロット試験も亦、Ｎａ−Ｘ吸着剤物質によって機能し
た。冷却コイルを床内に組み入れ、且つ熱再生セクショ
ンを、入ってくる供給空気の乾燥に用いられる乾燥剤セ
クションと吸着剤床との間に用いて供給ガス流れより低
い床温度を達成した。かかる試験により、吸着温度が−
１５℃の公称値に低下するとき吸着効率が高まり、また
コストが下がることが確認された。試験は恒温条件より
断熱下でより綿密に作動し、温度は一様でなかった。こ
れらの試験は、Ｎａ−Ｘ吸着剤を用いたＰＳＡ法を周囲
以下の作業温度で操作することが有利であることを示し
ている。所望の低い吸着剤層温度を達成するのに外部冷
却が用いられた。同様に、約０．３気圧（３０ｋＰａ）
の最適脱着圧力が用いられた。

【０００６】しかしながら、上記とは対照的に、他の研
究者は、低い吸着剤床温度がＰＳＡ系性能に悪影響する
ことを見出している。Ｃｏｌｌｉｎｓの米国特許第３，
９７３，９３１号は、酸素を空気から生産するための過
圧ＰＳＡ法で軸方向の非常に大きな温度差が生じうるこ
とを発見した。ゼオライト分子篩物質の吸着剤床で５０
℃より大きな温度差が観察された。床の供給端部近傍で
非常に大きな温度勾配が確立され、床の供給端部から１
ｆｔ（０．３ｍ）程度で最低温度になり、漸次上昇する
温度が床の残部全体にわたって存在するとわかった。反
復式吸着−脱着の循環後、温度分布は、各サイクルでの
ごく僅かな差を持続した。Ｃｏｌｌｉｎｓは、これらの
温度差条件がかかる過圧ＰＳＡサイクルを用いた酸素の
純度及び回収に有害であることを見出した。その結果、
Ｃｏｌｌｉｎｓは、供給空気流れを少なくとも２０°Ｆ
（１１℃）まで加熱することから改良操作が得られると
教示した。提示された操作データーは、大きな軸方向の
温度差が持続し、それによって、吸着剤床の残部全体の
温度の如く最低床温度が上昇する。Ｃｏｌｌｉｎｓは、
入口端部温度降下を「不注意な熱再生工程」に帰し、床
のこの入口端部領域での供給流れから水蒸気不純物が吸
着されているとき温度降下が最大であることを示してい
る。Ｃｏｌｌｉｎｓは、供給空気圧縮アフタークーラー
を制御し或は部分バイパスさせることを含む、供給流れ
温度を上げるためのいくつかの手段を提案している。供
給空気圧縮の熱は、Ｃｏｌｌｉｎｓの教示の実施に従っ
た改良プロセスに用いられる幾分、より高い供給空気温
度をもたらすのに適する以上の熱である。

【０００７】かくして、ＰＳＡ−空気分離技法は吸着剤
物質の選択、吸着ないし脱着の圧力レベル及び推奨され
る操作温度レベルについて異なる教示を含み、而して温
度に関しては周囲以下と周囲以上との両方が推奨されて
いる。それにもかかわらず、上記の如く、ほとんどの工
業的ＰＳＡ−空気分離法は、温度制御なしで且つ循環式
吸着−脱着操作時生じる熱効果を特に考慮せずに周囲条
件下で操作される。

【０００８】無論、実際上工業的な空気及び他のガス分
離操作の絶えず増大する要件を一層十分に満たすようＰ
ＳＡ操作を改良することの要望が斯界に存在する。かか
る斯界における要望は特に、循環式ＰＳＡ操作中に生じ
る加熱効果を無視するのでなくむしろ該効果を利用する
有利なＰＳＡ系を以て酸素ないし他の所望生成物の回収
を高めることに関する。しかしながら、このような高め
られた操作の場合、ＰＳＡ系は、Ｉｚａｍｉ等の教示に
従って用いられる外部冷却の如き比較的高価な補助装置
の使用を排除することが望ましい。

【０００９】本発明の一つの目的は空気からの酸素生産
及び他の望ましいガス分離のための改良されたＰＳＡ法
ないし装置を提供することである。本発明の他の目的
は、外部冷却の必要性を排除するように循環式吸着−脱
着順序過程で生じる熱効果を利用するＰＳＡガス分離法
ないし装置を提供することである。本発明の別の目的は
供給空気からの酸素生産の全効率ないし経済を高めるＰ
ＳＡ法ないしＰＳＡ装置を提供することである。叙上な
いし他の目的に注目しながら、以下本発明を詳述する。
なお、本発明の新規な特徴については、特に前掲特許請
求の範囲で指摘されている。

【００１０】発明の概要 本発明は、吸着剤床の平均温度が低められるよう制御さ
れた内部発生自冷却保持の手段を設けたＰＳＡ法ないし
ＰＳＡ系を含む。それにより、空気分離プロセスの全効
率ないし経済は高められる。

【００１１】詳細な説明 本発明の目的は、外部供給冷却を必要とせずに、所要冷
却が内部供給される、周囲温度を下回った床温度でＰＳ
Ａ法ないしＰＳＡ系を操作することにより遂行される。
かくして、吸着剤床の平均温度が低められるようＰＳＡ
サイクルの内部冷却効果を保持し且つ利用することによ
って、ＰＳＡ空気もしくは他のガス分離操作の全効率な
いし経済が高められる。

【００１２】空気からの所望される高性能酸素分離ない
し他のガス分離は、本発明のプラクティスにおいて、本
明細書に記載の如き、ゼオライト分子篩吸着剤例えばＮ
ａ−Ｘ型を編入したＰＳＡ系にして、本明細書に特定さ
れる如き吸着／脱着圧力条件で操作される該系を用い達
成される。エンタルピーの前方流れはその後方流れを上
回り、かくして吸着剤床の平均温度を効果的に低下させ
る正味冷却が創生される。かかる冷却の減損は、容器絶
縁、吸着剤床を収容する吸着剤容器内の端部空間の充填
並びに、入ってくる供給空気の乾燥に通常用いられる乾
燥剤−吸着剤床間のみならず床の供給端部代表的には底
部末端での熱再生領域の使用を組合せることにより排除
される。かくして、本発明は外部冷却の使用を必要とし
ない。保持される自己再生冷却の量は、熱再生領域のデ
ザイン特性及び用いられる絶縁量により制御することが
できる。平均床温度の微調整ないし制御は供給ガス例え
ば空気の温度制御により達成され、また該温度は、圧縮
アフタークーラーで達成される冷却度を調整することに
より遂行される。

【００１３】本明細書で言及されるゼオライト分子篩吸
着剤を用いて達成される平衡型ＰＳＡ法では、上位吸着
圧力で床に通される供給ガスの易吸着性成分もしくは重
質成分が選択的に吸着され、またその供給端部からその
生成端部へと通る吸着フロントを形成する一方、難吸着
性成分もしくは軽質成分は床を通り、下流での後続処理
及び（または）使用に備えその生成端部から上位吸着圧
力で回収される。かかる平衡型プロセスにおいて、窒素
は供給空気の易吸着性成分を構成し、酸素は難吸着性成
分を構成する。この吸着工程の完了時、床は随意、床の
生成端部からのガス放出により中圧レベルへと並流で減
圧され得、放出されたガスは系内の別の床と共に均圧化
のため並びに（或は）別の床のパージガスとして用いら
れる。この時間、易吸着性成分の吸着フロントは、床の
生成端部にむけて前進するが、しかしそれからの漏出は
ない。次いで、床は向流で、床の供給端部からのガス放
出により下位脱着圧力に減圧されるが、その際易吸着性
成分例えば空気分離における窒素の、床からの脱着除去
を高めるため下位脱着圧力レベルでの後続パージを伴う
こともあれば伴わないこともある。この脱着／パージ工
程の完了時、床はその生成端部における酸素に富んだ生
成物の導入により中圧へと部分的に再加圧されうる。引
続き、床は、循環式ＰＳＡプロセス順序が継続されると
きその上位吸着圧力に再加圧され、各後続吸着工程の間
供給空気の追量が床に通される。上記タイプの代表的Ｐ
ＳＡサイクルにおいて、吸着時のガスの前方流れ（すな
わち供給ガス流れの非吸着部分）は脱着時の床中のガス
後方流れ（供給ガス流れの選択的吸着成分）を上回り、
正味前方流れをもたらす。

【００１４】各吸着剤床の温度は、循環式ＰＳＡ操作時
位置及び時間に依って変化する。圧力変化は、床内の局
部温度に顕著な影響を有するとわかった。圧力の低下は
代表的には床内のガス及び吸着剤物質双方の温度を低め
る。また、吸着容器における開放ガス空間の減圧はその
中の局部的ガス温度を低める。減圧に伴う温度低下は後
方流れ低圧ガス流れの平均温度を前方流れ高圧ガス流れ
のそれよりも低下せしめる。

【００１５】本明細書で言及されるタイプの代表的ＰＳ
Ａサイクルの場合、初期エンタルピーの前方流れは後方
流れを上回るために、生成端部以降床からの正味前方流
れがあるとわかった。このような状態が持続する間、床
温度は、エンタルピー流れが平衡を保ち且つ動的定常状
態が確立されるまで低下傾向がある。ほとんどの系が定
常状態への傾向があるとわかったが、温度制御の適当な
手段が用いられないときは未制御の温度急騰のある例が
いくつか観察された。

【００１６】床での局部的温度シフトは、吸着剤上での
易吸着性成分及びいくらかの難吸着性成分の全吸着にお
ける局部変化が最大のとき最高である。本発明のＰＳＡ
−酸素プロセスでは、最大吸着変化は、床の乾燥領域に
おける供給空気からの水蒸気ないし二酸化炭素除去後床
の供給端部近傍における窒素ないしいくらかの酸素吸着
による。この床における最大吸着変化領域の上流では、
水蒸気及び二酸化炭素の吸着が熱を発生し且つ大きな温
度変化をも惹起しうるが、しかしこれらの変化は主に、
前方ないし後方ガス流れがほぼ等しい平均温度を有する
如き態様で生じる。しかしながら、床の乾燥領域での脱
着の結果生じた冷却を戻すために、熱再生帯域は、図１
に示す如き床の乾燥セクションよりも上流の床の供給端
部に位置する。窒素吸着領域では、逆流が床の生成物の
供給端部からの前方流れの９０％程度の多さでありう
る。前方及び後方流ガス流れの大きな温度差と組合せら
れたかかる条件は局部的な床温度での大きな低下をもた
らす。異なる帯域の熱挙動におけるこれらの差は結局、
本発明の再生帯域により高められる床内軸方向の大きな
温度勾配をもたらす。

【００１７】図１中、本発明の自冷却性ＰＳＡ床は、総
称的に参照番号１で示された吸着容器内に位置するもの
として図示される。該容器は底部ディストリビューター
手段３へと供給空気を通す供給空気入口管２を有する。
先に言及した最初の熱再生帯域４は、該ディストリビュ
ーター空間もしくは手段３上で且つ乾燥セクション５の
上流すなわち該セクションの下に位置する。乾燥セクシ
ョン５の下流すなわち該セクションの上方部分は図１に
記述の如く別の熱再生帯域６を含む。吸着剤床７は容器
１内の乾燥セクション５上に位置し、空気からの所望さ
れる選択的窒素吸着のための該容器内の主要領域であ
る。吸着剤床７上に、容器１は上位ディストリビュータ
ー空間もしくは手段８と生成物酸素排出管９を含む。本
発明の他の要素との組合せで容器からの冷却損失を防止
すべく容器１に絶縁壁１Ａが設けられている。他の要素
として、この図に示される如き底部ディストリビュータ
ー空間の充填及び本発明の特定の具体化における一つな
いし二つの熱再生帯域の使用が含まれる。かかる再生帯
域の一つは上記の如く底部ディストリビューター空間の
すぐ下流の容器供給端部に位置し、他は、もし使われる
なら、所望の空気分離目的で用いられる主な吸着剤床領
域のすぐ上流にある予備乾燥セクションの下流部分を含
む。

【００１８】初期、空気と平衡状態にあるゼオライト分
子篩例えばＮａＸ型物質の床の温度シフトは、床圧力が
１２５ｋＰａから５０ｋＰａに変化するとき概ね約−５
℃である。同じ減圧に付される純窒素の場合、温度シフ
トは約−６℃であり、また純酸素の場合、それは約−２
℃に過ぎない。このことは、窒素が酸素よりも強く吸着
され、より高い吸着熱を有する故に予想される。−５℃
の表示シフトで、逆流が前方流れの９０％であるとき、
温度低下すなわち減圧時の吸着剤床の温度シフトは約４
５℃と測定された。この低下は、窒素吸着帯域すなわち
図１の吸着床７の供給端部近傍で生じるようであり、更
により小さな温度低下が床の下流で生じる。かくして、
このような圧力変化するＰＳＡプロセスサイクルの過程
でかなりの量の内部冷却が自然発生する。かかる内部発
生冷却は、大気圧より高い高圧ＰＳＡサイクルの場合更
に大きいとわかり、而してＣｏｌｌｉｎｓの観察が確認
された。

【００１９】内部発生自冷却の保持を制御し且つ吸着剤
床の平均温度を低下させる如き本発明の例示的プラクテ
ィスにおいて、酸素純度９３％では１５トン／日の酸素
生産を達成すべくＮａＸ型ゼオライト分子篩吸着剤を用
いるがＰＳＡプロセス操作に夫々１２５ｋＰａ及び５０
ｋＰａの吸着圧力及び脱着圧力に基づくシミュレーショ
ンが用いられる。

【００２０】絶縁ＰＳＡ容器は、例えば、高さ約６ｉｎ
（１５ｃｍ）の底部ディストリビューター空間、１ｉｎ
（２．５ｃｍ）の再生セクション、水、二酸化炭素、重
質炭化水素等の除去用乾燥剤を含む８ｉｎ（２０ｃｍ）
の乾燥セクション、供給空気からの選択的窒素吸着用の
５０ｉｎ（１２５ｃｍ）吸着剤セクション並びに約７ｉ
ｎ（１８ｃｍ）の頂部ディストリビューター空間を含
む。容器内の冷却損失を最低限に抑えるべく約２ｉｎ
（５ｃｍ）圧の慣用絶縁を用いた。本発明のために、底
部ディストリビューター空間ないし手段を５／１６ｉｎ
（８ｍｍ）の伝導性黄銅球体で充填して該空間における
ガスの圧縮及び膨張の仕事による熱変動を抑制する。球
体は、該空間における全ガス容量を約６０％程度まで低
め且つそれに正比例して圧縮及び膨張の仕事並びに熱変
動を低下させるのに役立つ。加えて、伝導性球体はガス
から熱を吸着したり放出したりし、かくして熱変動を更
に抑制する。ディストリビューター手段における圧縮及
び膨張の仕事故の窒素吸着剤温度の増加は、ディストリ
ビューター手段空隙容量×圧力スイングの積を純酸素生
成速度で除した値に比例することが見出される。かくし
て、ディストリビューター手段空隙容量は、特に吸着圧
力と脱着圧力との差が大きいとき純生成物流量に比較し
て低く保たれるべきである。

【００２１】低位置の第一再生セクションを、球体損失
防止のため分離スクリーン間に収容される１０×１２メ
ッシュ銅球体で充填するか、或はその中に容器の吸着床
セクションからの吸着剤粒子を侵入させる。この再生セ
クションは、下流ガス流れからの低レベル冷却を吸着し
且つかかる冷却を上流ガス流れに放出するのに適合す
る。それは、乾燥セクションが高濃度の水及び高い吸着
熱を有する供給空気の他の汚染物を取り扱わねばならな
いとき、また乾燥セクションを何ら用いないときに必要
である。この再生セクションは、乾燥セクションに用い
る乾燥剤が供給空気流れから有意量の窒素または酸素及
び（または）アルゴンを吸着しうる場合にも必要であ
る。

【００２２】上述の如く、乾燥剤層は、水蒸気、二酸化
炭素及び重質炭化水素の如き強く吸着される不純物が吸
着剤容器の窒素吸着剤領域に達する前にこれら不純物を
除去するのに必要である。このような不純物は窒素の選
択的吸着剤から窒素よりも脱着しにくく、その結果ＰＳ
Ａ系の性能を低下させる。加えて、このような不純物は
窒素吸着剤領域における熱変動を低め、その結果本発明
のプラクティスに所望される自冷却効果を減少させる。
他方、乾燥剤は有意量の窒素、酸素またはアルゴンを吸
着すべきでない。なぜなら、かかる所望されない吸着は
乾燥剤層の性能を損なうからである。代表的プラクティ
スにおいて、乾燥剤層は主に、供給空気流れの温度近傍
すなわち窒素吸着剤領域の温度より高い温度で作動す
る。

【００２３】もし使用乾燥剤がアルミナまたは別の比較
的重質の吸着剤物質であるなら、使用乾燥剤粒子は、そ
れが逆流流れによってさほど容易には浮揚したり流動し
たりしないので選択的窒素吸着剤に使用のものより小さ
くてもよい。第一再生セクションが十分性能していると
きは乾燥剤層と吸着剤床との間に別個の第二再生セクシ
ョンを必要としない。なぜなら、乾燥剤層自体の頂部が
十分な再生セクションとして作用し、しかもまた、強く
吸着され不純物の除去を完結させるべく作用するからで
ある。

【００２４】選択的窒素吸着剤領域を、約２．０のシリ
カ／アルミナ比及び５ｇ／ｋｇ未満の水負荷を有するナ
トリウムＸゼオライトの８×１２メッシュ床で充填す
る。頂部ディストリビューター手段に、圧縮エネルギー
損失を軽減すべく球体ないし他の物体を充填する。しか
し、該頂部ディストリビューター手段での熱変動を低め
ることは何ら必要としない。かかる熱変動は容器の窒素
吸着剤領域の自冷却をさほど妨げない。また、少なくと
も頂部ディストリビューター空間から窒素吸着剤領域へ
と伝熱することはほとんどないので、頂部ディストリビ
ューター空間と窒素吸着剤領域との間に再生器を必要と
しないことも注目すべきである。

【００２５】主要な温度低下は乾燥剤層と低温作動しな
ければならない窒素吸着剤領域との間で生じるため、本
発明のプラクティスで、なぜ第一再生セクションが容器
内の乾燥剤層より下に位置するのかすぐには明らかでな
いかもしれない。該第一再生セクションが乾燥剤層より
下に位置する理由は、水の吸着熱が乾燥剤層へと且つま
た該層内に吸排熱しないよう、それ故にまた窒素吸着剤
領域にも吸排熱しないようにすることである。乾燥剤層
に入ってきた空気供給物から高濃度で吸着された水は、
該乾燥剤層の底部末端で温度上昇を引き起こす。供給空
気流れはエンタルピーとして熱吸着し、それを上方に短
距離搬送する。全ＰＳＡサイクルの低圧下方流れ工程の
間水の脱着により乾燥剤層の底部末端が冷却され且つ下
方流れガスが冷却される。ガスは冷却を下方に短距離搬
送する。加熱効果と冷却効果とは、プロセスが定常状態
に達したとき等しい。しかしながら、冷却の多くは乾燥
剤層への入口で生じるので、各ＰＳＡプロセスサイクル
の間いくらかの冷却は乾燥剤層を退去する。この冷却
は、本発明のプラクティスでの有利な使用に備えて吸着
容器を退去する廃ガスから冷却を吸蔵するための第一再
生セクションの配置以外は該廃ガスにより減損される。
第一再生セクションは冷却を貯蔵し次いでこれを、ＰＳ
Ａサイクルの次のガス逆流工程の間乾燥剤層に戻すよう
設計されている。これを実施するとき、水吸着熱は回収
される冷却により均合され、そして該吸着熱は乾燥剤層
を通って容器の窒素吸着領域へと上方移動することはな
い。

【００２６】乾燥剤層の上方端部は、低濃度の水または
他の強く吸着された不純物のみを取扱い、かくして同時
に効率的な第二再生セクションとして作用すると理解さ
れよう。再生器として、それは窒素領域で生じる冷却を
容易に回収し、循環式プロセス操作の次の部分で容器の
その領域へと上方に流れる供給ガス流れに、この冷却を
移す。Ｉｚａｍｉ等の教示では、再生領域を乾燥剤層と
窒素吸着領域との間にだけ置く。これは、乾燥剤層に生
じる冷却が少なくとも部分的に減損し、この減損は再生
器の効率にかかわりなく窒素吸着領域での温度上昇をも
たらす。更に、既述の如く、乾燥剤層の上方端部は、強
く吸着された痕跡量の不純物でさえ除去し、それと同時
に再生器としても役立つよう作用する。乾燥剤層の二つ
の用途は互いに矛盾せず、より効率的なＰＳＡプロセス
及びＰＳＡ系操作にとって非常に望ましい相乗作用をも
たらす。

【００２７】吸着容器の底部ディストリビューター手段
を充填して該内部の空隙率を幾分低下させる際、先に言
及した伝導性粒子の如き使用粒子が、全吸着剤圧力降下
を有意に増し或は末端空間での有意な側面圧力勾配にわ
たる悪い流れ分布を来す大きな圧力降下の創生を排除す
るのに十分大きいことが重要である。

【００２８】先に言及した１０×１２メッシュ寸法の銅
球体以外の伝導性部材が低位置の第一再生セクションで
使用しうることは理解されよう。好ましくは、再生器
は、銅より若干低い熱伝導率の金属粒子を含む伝導性部
材で充填される。例えば、銅の約半分から約１／１０の
伝導率を有する物質が望ましく、そのため軸方向伝導率
は気体−固体熱交換効率の過剰低下を来さずに低められ
る。第一再生セクションを構成する物質の熱伝導率での
更に有意な低下はいずれも再生器性能の低下に資し、而
して第一再生セクション厚のいくらかの増加を要求す
る。本発明のために、第一再生器を構成する物質の伝導
率は、かかる使用物質の量及び寸法と共に、吸着剤床で
実施されるプロセス順序の脱着部分の間逆流流れの冷却
を貯蔵可能にする如きものとすべきである。このような
伝導率は望ましくは約２５０〜０．５（より好ましくは
約１５０〜１５）ＢＴＵ／゜Ｆ・ｆｔ・ｈｒ［約３７２
〜０．７４（より好ましくは約２２３〜２２）ｋｃａｌ
／℃・ｍ・ｈｒ］である。このために、既述の如き銅の
みならずアルミニウム、鋼及び鋳鉄が適した物質であ
る。緩めに充填される再生器粒子は、ガス上方流れ時の
流動化を排除し或は水平ガス流れ時の水平移動を排除す
べく寸法規制されるべきである。粒子は少なくとも吸着
剤セクションで用いられる粒子と同じ寸法及び密度とす
べきである。スクリーン、グリッドないし類似構造の形
状をなす再生器はかかる流動化に付されにくく、かくし
て過度の移動を伴うことなくより大きな力に付されう
る。

【００２９】先に言及した軸方向の流れ円筒部分以外の
再生セクションを用いることも本発明の範囲である。例
えば、スクリーンスタックを用いることができ、所望な
ら、球体または、低〜中位の熱伝導率を有する他粒子の
薄層で分離することができる。再生器物質は球体である
必要はなく、ペレット、不規則粒子、ファイバーマッ
ト、多孔板、または焼成もしくは結合により多孔質構造
に形成される粒子で構成されうる。半径方向流れ吸着系
では、再生器は、外部的にせよ内部的にせよ供給端部デ
ィストリビューター手段を分離するシリンダー層の一般
形状でありうる。

【００３０】普通プレート・フィンコアーより作られた
第一再生器は、それから生じる軸方向の増加伝熱故に本
発明の実施には望ましくない。いずれにせよ、第一再生
器は、再生器自体の可逆的な圧縮膨張仕事故の熱循環を
排除すべく適度に低い空隙率を有すべきである。既述の
如く、第一再生セクションを乾燥剤層の下に位置付ける
ことは本発明の重要な特徴であり、供給空気の含水量が
高いとき特に意味深い。

【００３１】本発明は、上記例示例で言及した約２．０
のシリカ／アルミナ比を有する具体化に限定されないナ
トリウムＸゼオライトの使用を含むものと理解されよ
う。シリカ／アルミナ比約２．０〜２．６、好ましくは
約２．４未満、例えば２．０〜２．４のナトリウムＸゼ
オライトを用いることは本発明の範囲である。本発明の
プラクティスで吸着剤として用いられるナトリウムＸゼ
オライトの水負荷は約２５ｇ／ｋｇ未満とすべきであ
り、好ましくは約１０ｇ／ｋｇ未満、より好ましくは３
ｇ／ｋｇ未満である。５Ａ型もしくは４Ａ型ゼオライト
を用いることも亦本発明の範囲である。このような吸着
剤は適度に強力な選択的平衡型窒素吸着剤に過ぎない。
リチウムＸ及びカルシウムＸの如きナトリウムＸゼオラ
イトのイオン交換によって調製された強力な選択的平衡
型窒素吸着剤は、かかる吸着剤からの窒素の脱着が自冷
却サイクルで達成される、より低い温度では困難になる
ので、吸着床の低温領域で使用すべきでない。しかしな
がら、このような強力な選択的窒素吸着剤は床の生成端
部近傍の、より高い温度領域で有利に用いることができ
る。速度選択基準で窒素の代わりに酸素を選択吸着する
炭素吸着剤の如き速度選択的吸着剤も亦、かかる吸着剤
を用いた効率的空気分離サイクルに必要な自冷却の発生
がより困難なので使用すべきでない。

【００３２】通常、本発明のプラクティスで分離する供
給空気は、水蒸気、二酸化炭素及び、乾燥剤層で除去さ
れる他の強く吸着された不純物を含有することに注目す
べきである。他方供給空気にこれらの不純物がないな
ら、乾燥剤層を省くことができる。このような場合で
も、先に記した如くまた図１に示す如く、底部ディスト
リビューター手段上に位置する第一再生セクションを含
む、本発明のＰＳＡ系の他要素すべてが依然使用され
る。かかる要素は例示例に関して既述した如く寸法規制
される。この場合、第一再生セクションは、乾燥剤層の
頂部の再生機能を発揮させるのに役立ち、かくして容器
の窒素吸着剤領域から底部ディストリビューター手段へ
の所望冷却の損失を防止し或は排除する。

【００３３】本発明は一つ以上の吸着剤床を有するＰＳ
Ａ系に実用的であり得、一般に２〜４床系が好ましいけ
れども、１０〜１２までの床或はそれより多い床も亦使
用することができる。図２は、生成物酸素の生産に望ま
しい空気分離で用いられる標準的な２床ＰＳＡ系を例示
する。この具体化では、管路１０内の供給空気を圧縮器
１１で圧縮し、また冷却すべくアフタークーラー１２に
通した後、全サイクルにおける任意の所定時間に床で実
施される全ＰＳＡプロセス順序部分に依り吸着剤床１３
か或は吸着剤床１４のいずれかに通す。バルブ手段１６
を含む管路１５は供給空気を、床１３の供給端部ないし
底部末端への流通に備え管路１７に通すのに適合する。
また、管路１７は、床１３から廃窒素を引き出して管路
２０に通し系から排出すべくバルブ手段を含む管路１８
に連通している。同様に、バルブ手段２２を含む管路２
１は、供給空気を、床１４の底部末端への導入に備え管
路２３に通すべく備えられている。バルブ手段２５を含
む管路２４は廃窒素ガスを、系からの排出に備え管路２
０に通すのに適合する。該廃窒素流れは脱着される易吸
着性窒素成分を含み、プロセスの低圧脱着工程時床から
除去される。

【００３４】床１３の上方端部で、バルブ手段２７を含
む管路２６は、供給空気の難吸着性成分すなわち酸素
を、空気分離プロセスの所望酸素生成物としての回収に
備え床１３の上方部分から管路２８へと取り出すのに適
合する。同様に、バルブ手段３０を含む管路２９は、床
１４の上方部分から難吸着性酸素を同じように、該酸素
生成物ガスとして回収すべく管路２８に通すために設け
られている。バルブ手段３２を含む管路３１は、管路２
６と２９との間に流体の連通をもたらして、一方の床の
上方部分から通ってきた而してその上位吸着圧力からの
減圧を経てきたガスを他方の床に、先ず両床間の圧力均
等化のため低圧で通し、各床での上位圧吸着−下位圧脱
着サイクル順序の圧力要求数量を最低限に抑えるのに適
合することは注目されよう。

【００３５】非常に大規模なＰＳＡ空気分離プラントで
は、一つのプロセスバンクにおける平行流れのためいく
つかの吸着剤床を連結することができる。次いで、すべ
ての床は一緒に且つ同時に同じプロセス順序を通過す
る。特定バンクにおける各床は望ましくは、床間の流れ
を水準化するために適当な制御により共通の供給及び出
口配管を分け合う。このような吸着バンクは任意数の吸
着床を含むことができるが、しかし所定のＰＳＡ吸着系
での各バンクは他の関連バンクと同数の床を含む。ＰＳ
Ａ系には任意の好都合な数のバンクを用いうるが、一般
には２バンク及び４バンクが好ましい。

【００３６】本発明が、任意の特定空気分離操作の全要
求数量に依り、基本的吸着−脱着−再加圧プロセス順序
の種々の変更を用いて実施しうることは認識されよう。
一つの特定プロセス順序を以下に記載する。この特定プ
ロセス順序または任意の他のかかる順序を経るＰＳＡの
各床は、もし乾燥剤層を既述の如く省くことができなけ
れば、図１に関して記述した配置のものである。かくし
て、床のすべては、所望の低温操作を達成するのに外部
冷却源を用いない自冷却低温操作に適合する。

【００３７】プロセスサイクル順序 工程１−床の供給端部に供給空気を導入することによる
床の上位吸着圧力への加圧； 工程２−上位吸着圧力での吸着。供給空気を床の供給端
部に導入し、床の生成端部からは選択的に吸着しにくい
酸素を所望生成ガスとして引き出す； 工程３−床の生成端部からの空隙ガス放出との並流減圧
による、床圧力の中レベルへの低下。放出ガスを、パー
ジガスとして使用するため、または初期低圧における床
との圧力均等化のため系の別の床に導入し、或は該放出
ガスを第二の酸素リッチ生成物として回収する； 工程４−床の供給端部からのガス放出との対流減圧。該
床を下位脱着圧力に減圧し、而して放出ガスは酸素リー
ン廃ガスよりなる； 工程５−下位脱着圧力でのパージ。別の床からの酸素リ
ッチ還流ガスを床の生成端部に導入し、追量の酸素リー
ン廃ガスを床の供給端部から除去する； 工程６−別の床の生成端部から放出されたガスを再加圧
中の床の生成端部に導入することによる床の部分的再加
圧。再加圧されが床を、その圧力が下位脱着圧力から中
圧に上昇した後プロセス順序がＰＳＡ系で各床の循環基
準で続行されるにつれ上位吸着圧力へと更に加圧する。

【００３８】工程３における床の生成端部から除去さ
れ、パージ及び（または）圧力均等化のため使用される
酸素リッチ還流ガスをかかる目的で系の別の床に直接通
し得且つ（或は）かかる使用のため別の貯蔵容器に保存
しうることは理解されよう。一つの具体化では、床の並
流減圧時該床から放出されるガスを部分的または完全に
初期圧力均等化に使用することができ、またこのように
放出される追量のガスを、後刻系の別の床パージでの使
用に備え貯蔵容器を加圧するのに使用し、更に追量のガ
スを系の異なる床のパージに直接用いる。

【００３９】先に言及した容器の例示例で既述の如きＰ
ＳＡ容器を用い且つガスを、２床系での圧力均等化（均
圧化）及びパージガス供与のため並流減圧工程３で放出
する本発明のプラクティスにおいて、９０秒の全サイク
ル時間を用い、また個々のプロセス工程の時間を次のよ
うに設定する： 工程１−１２秒、工程２−２８秒、工
程３−５秒、工程４−３２秒、工程５−８秒、工程６−
５秒。上位吸着圧力は１５０ｋＰａ、下位脱着圧力は５
０ｋＰａであり、また圧力における均圧化減少は１１０
ｋＰａ、均圧化増加は８５ｋＰａである。供給空気は上
位吸着圧力及び３００゜Ｋにおいて０．１３３モル／ｓ
ｅｃの速度で導入され、酸素は１サイクル当り０．０３
９モル／ｓｅｃで生産され、０．０２１モル／ｓｅｃが
９５％純度の酸素製品として回収され、０．０１０モル
／ｓｅｃがパージ酸素として用いられる。乾燥剤層は約
３００°Ｋであり、他方窒素吸着剤領域の下方供給端部
は本発明の特徴である自冷却の結果として約２７０°
Ｋ、またその上方生成端部は約２９８°Ｋである。フロ
ント領域単位当りの全冷却は直径１２ｆｔ（３．７ｍ）
の床で約７，５８０Ｗ／ｍ^２すなわち７９．８ｋｗであ
る。本発明に従った窒素吸着剤領域の絶縁が２ｉｎ（５
ｃｍ）であり、容器壁の側面領域が２１ｍ^２であると
き、窒素吸着剤領域の壁を介しての熱損失は僅か１．１
ｋｗに過ぎず、また対応する温度への影響は僅か０．４
°Ｋに過ぎない。

【００４０】前掲特許請求の範囲に記載の如き本発明範
囲を逸脱せずに、種々の変更ないし修正が、ここに示す
本発明の詳細な説明でなしうることは理解されよう。か
くして、乾燥剤層は、先に言及したアルミナに加えシリ
カゲル、分子篩例えば２０／ｌの如き高いＳｉ／Ａｌ比
を有するＮａＸ物質を含みうる。

【００４１】吸着剤容器の側面壁上すなわち再生領域、
乾燥ないし吸着セクションの絶縁目的は、側面壁を介し
ての自冷却の望ましくない減損を防止することである。
吸着剤床が円筒形容器内にありガス流れが軸方向である
吸着系では、側面壁は円筒形シェルよりなる。外部絶縁
を用いるなら、円筒形シェルのみならず、容器ディスト
リビューター空間部分をも、該空間からシェル壁への伝
熱を排除するよう絶縁する必要があるかもしれない。も
し吸着剤床が軸方向流れよりむしろ半径方向に適合する
なら、頂部表面及び底部表面は望ましく絶縁される。こ
のような円筒形容器または任意の他の容器に用いられる
絶縁は、壁を介する吸着剤容器への全伝熱が本発明の循
環式ＰＳＡ操作時に生じる自冷却の極小部分であるよう
十分な厚さないし低伝導率のものであるべきであること
は理解されよう。かくして、容器への伝熱は絶縁の使用
により最小限に抑えられ、容器内で生じる自冷却の約５
％好ましくは約２％未満例えば約１％〜２％未満であ
る。任意の適当な市販絶縁物質を用いうることは理解さ
れよう。かくして、容易に入手される真空絶縁、パイプ
絶縁等を用いることができ、珪藻土、シリカ等の如き絶
縁材料が好都合に用いられる。

【００４２】図１に示すタイプの軸方向流れ吸着剤の場
合、再生器は吸着剤の供給端部で好都合には平坦層形状
である。ガス流れが中心部から外方、或は周辺から中心
部への内方である半径方向流れ吸着剤では、再生器は代
表的には、外部ないし内部いずれかの供給端部ディスト
リビューター手段を吸着剤セクションから分離する円筒
層形状をなし、ガス流れは再生器内を半径方向で通る。

【００４３】上記例示例での底部ディストリビューター
手段を充填するのに用いられる５／１６ｉｎ（８ｍｍ）
伝導性黄銅球体に加え、アルミナの如き伝導性粒子を含
む他の適当な粒子をかかる目的に使用することができ
る。過圧時、ディストリビューター空間のガスは可逆的
圧縮仕事によって加熱される。次いで、加熱されたガス
は再生器内を通り吸着剤床へと駆動される。結局、ディ
ストリビューター空間のガスは供給物圧縮器及びそのア
フタークーラーを退去する供給ガスの温度にほぼ等し
い。この点で、過剰熱が吸着体に入る。脱着時、ディス
トリビューター空間のガスは可逆的膨張仕事によって冷
却される。冷却されたガスは出口管路と、もし用いられ
るなら真空ポンプを介して退去する。結局、ディストリ
ビューター空間のガスは再生器の温端部を退去するガス
の温度にほぼ等しい。この温度は、再生が効果的に作動
する限り、供給物圧縮器及びそのアフタークーラーを去
るガスの温度とほぼ同じである。

【００４４】プロセスの純効果は、端部空間での可逆的
圧縮膨張仕事が熱ポンプとして作用するということであ
る。ポンプ輸送からの熱は吸着剤に注入され、而して吸
着剤自冷却の少なくとも一部分を無効にする。吸着剤床
にポンプ輸送された熱は一サイクル一サイクル床全体に
移動し、結局床全体の温度を高める。このような、供給
端部ディストリビューター手段への望ましくない熱ポン
プ輸送は、ディストリビューター空間容量を少なくし且
つ（或は）ディストリビューター空間を、先に言及した
黄銅の如き、ガス充填空隙を低める硬質もしくは嵩高な
粒子または構造物で部分的に充填することにより軽減さ
れうる。ディストリビューター空間の残る空隙は好都合
には、未充填ディストリビューター空間の容量の約４０
％であるけれども、該残る容量が、供給端部ディストリ
ビューター手段ないし空間における熱ポンプ輸送での効
果的減少をもたらす如きいかなる容量にも低下しうるこ
とは認識されよう。もしディストリビューター空間充填
粒子または構造物が十分な加熱容量および伝熱表面を有
するなら、それらは、ガス充填容量の減少によるだけで
なく、その中のガスによる伝熱の温度触れ幅を少なくす
ることにより熱ポンプ輸送効果を軽減しうる。かくし
て、それらは加圧時ガスから熱を吸着し且つ脱着時熱を
ガスに放出することができる。

【００４５】また、熱ポンプ輸送は吸着剤の反対端部に
おける生成端部ディストリビューター手段内で生じるけ
れども、それは吸着剤温度に有意には影響しない。本発
明の好ましい具体化でディストリビューター手段は前記
粒子または構造物で望ましく充填されるが、生成端部デ
ィストリビューター空間において熱サイクルを低下する
必要はない。それにもかかわらず、所望されるなら、該
生成端部もしくは頂部ディストリビューター空間を、セ
ラミック球体または他の粒子もしくは構造物で充填して
生成端部ディストリビューター空間での圧縮エネルギー
減損を軽減することができる。

【００４６】当業者なら、実施されるガス分離、吸着剤
床の数及び使用吸着剤により種々のプロセス条件を用い
て実施しうることは認識されよう。本発明の種々の具体
化において約０．４〜１．２気圧（４１〜１２２ｋＰ
ａ）の下位脱着圧力を用いることは本発明の範囲であ
る。本発明のための上位吸着圧力／下位脱着圧力比は約
１．２５〜５．０範囲である。このような操作範囲で、
本発明は望ましくは二つの別個の操作方式内で実施され
る。かくして、本発明は或る具体化で有利には、約０．
４〜０．７気圧（４１〜７１ｋＰａ）例えば０．５５気
圧（５６ｋＰａ）例４／ｌ〜５．０／ｌ好ましくは約
７．１／ｌ〜３．０／ｌ範囲の上位吸着圧力／下位脱着
圧力比で実施される。他の具体化では、本発明は有利に
は、約１．０〜１．２気圧（１０１〜１２２ｋＰａ）の
下位脱着圧力、約１．２５／ｌ〜３．５／ｌ好ましくは
約１．４／ｌ〜２．５／ｌの上位吸着圧力で有利に実施
される。下位脱着圧力への減圧に先立ち先に言及した並
流減圧工程により各床を中圧レベルに減圧するＰＳＡサ
イクルでは、上位吸着圧力と該中圧レベル（または、一
つ以上の中圧を用いるなら複数の中圧レベル）との差は
望ましくは、用いられる上位吸着圧力と下位脱着圧力と
の合計差のほぼ０％〜約４０％程度の低い範囲である。
空気または他のガス供給温度は好都合には約２８０°Ｋ
〜３１０°Ｋ範囲であり、代表的には約２９０°Ｋ〜３
０５°Ｋで、周囲温度条件が好都合である。

【００４７】上記の如く、本発明のプラクティスで用い
られる吸着剤は、ガス混合物の易吸着性成分例えば空気
分離操作における窒素の場合中レベルでのみ強力な吸着
剤である平衡型ナトリウムＸゼオライト分子篩である。
かくして、このような吸着剤例えば先に示した如きシリ
カ／アルミナ比を有するＮａＸ並びに周知タイプの５Ａ
及び４Ａ物質は、中レベルに過ぎない窒素または他の、
選択的易吸着性成分の選択的吸着剤負荷及び吸着熱を示
す。対照してみるに、ＬｉＸ、ＣａＸ及び他の、ナトリ
ウムＸゼオライトのイオン交換調製されるゼオライト
は、供給空気の窒素または他のガスの選択的易吸着性成
分に関して強力な吸着剤であり、且つ高い負荷及び高い
吸着熱特性と共に窒素または他の選択的易吸着性成分に
対して高い選択性を示す。

【００４８】他のＰＳＡサイクルの如くパージ工程を用
いる本発明の具体化において、選択的に易吸着性成分の
吸着フロントが高圧吸着及び並流減圧工程の間床の生成
端部に向け、しかもその生成端部からの漏出を伴わずに
移動することは理解されよう。下位脱着圧力で用いられ
るパージガスの量は、床の供給端部からの選択的難吸着
性成分の脱着ないし除去を、難吸着性成分すなわち空気
分離における酸素の、床供給部分からの漏出を伴わずに
促進する如きものである。より低い吸着／脱着比適用に
おいて、難吸着性成分の漏出を伴わずに可能な程度で易
吸着性成分の脱着ないし除去を保証するのに十分なパー
ジガスを用いることは一般に望ましい。

【００４９】以上、本発明を特に、窒素の選択的吸着及
び、所期生成物としての難吸着性成分すなわち酸素及び
アルゴンの回収の場合のＰＳＡ空気分離操作に関して記
述してきたけれども、他のガス分離操作も本発明のプラ
クティスにおいて有利に実施することができる。空気分
離ＰＳＡサイクルが知られており、本発明と共に使用
し、それによって難吸着性成分すなわち窒素が所期生成
物であり、それがパージ工程を用い或は用いずにＰＳＡ
サイクルの脱着部分で回収しうることは理解されよう。
本発明により高めることのできる他のガス分離ＰＳＡ操
作としてヘリウムまたは水素からの窒素分離が含まれ
る。かかるガス混合物の難吸着性成分はヘリウムであ
る。

【００５０】空気分離及び酸素回収に関し前記例示例で
言及した系を用いるなら、外部冷却方策で達成されるも
のに匹敵しうる性能が本発明のプラクティスで外部冷却
を必要とせずに達成しうると決定された。また、脱着圧
力を固定した上位吸着圧力条件下で低く保持するとき生
成物回収はより高く、床寸法要素は望ましいことにより
低いと決定された。しかしながら、脱着圧力を次第に低
めることによって、真空脱着圧力レベルを達成するのに
用いられる真空ポンプのパワー要件が高められる。かく
して、適度な脱着圧力レベル並びに先に特定した範囲の
適度に高い吸着／脱着比が一般に望ましい。本発明はま
た、非常に望ましいプロセスの融通性をもたらし、所定
の応用に関する要件ないし限度に照らして操作特徴の釣
合を行うことが可能である。

【００５１】本発明は、循環式ＰＳＡ操作の過程で生じ
る自冷却の効果的利用に基づくＰＳＡ技法において非常
に望ましい進歩をもたらす。その結果、高められたガス
分離が、最適の温度条件下、外部冷却源の必要ないし出
費を伴わずに、空気分離による酸素回収に関して非常に
望ましいＰＳＡ操作の如く達成することができる。本発
明のプラクティスにより、ＰＳＡ技法は、全効率に関し
て斯界の需要及び要望をより十分に満たすことができ、
経済も、酸素生産のための空気分離及び他のガス分離操
作で絶えず増大する要求を満たしている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自冷却ＰＳＡ吸着剤床の具体化の概略
図である。

【図２】代表的２床ＰＳＡ系のプロセスフローダイアグ
ラムである。

【符号の説明】

１ 吸着容器 １Ａ 絶縁壁 ３、８ ディストリビューター空間 ４、６ 熱再生帯域 ５ 乾燥セクション ７ 吸着剤床 １１ 空気圧縮器 １２ アフタークーラー １３、１４ 吸着剤床

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着しやすい成分（易吸着性成分）と吸
   着しにくい成分（難吸着性成分）とを含有する供給ガス
   混合物から前記易吸着性成分を分離するための圧力スイ
   ング吸着装置であって、 （ａ）前記供給ガス混合物の易吸着性成分を選択的に吸
   着しうる平衡型吸着剤物質床を含有する少なくとも一つ
   の吸着容器にして、該吸着剤物質が前記易吸着性成分に
   対し穏和な強度の吸着剤に過ぎず且つ１ｋｇ当り２５ｇ
   未満の水負荷を有し、該吸着剤物質床が該床への外部供
   給冷却の装備手段を何ら有さない吸着容器、 （ｂ）供給ガス混合物を吸着容器の供給端部に通し且つ
   該容器から易吸着性成分を、前記吸着剤物質床からの脱
   着時取り出すための導管手段、 （ｃ）難吸着性成分を容器の反対端部から取り出すため
   の導管手段、 （ｄ）供給端部及び、前記導管手段に近い吸着容器の反
   対端部に位置し而して吸着剤物質床をその間に位置させ
   たディストリビューター手段、 （ｅ）吸着容器内にあって、吸着剤物質床と、吸着容器
   の供給端部に位置するディストリビューター手段との間
   に位置する再生セクションにして、吸着剤物質床で実施
   される吸着／脱着操作順序の脱着部分の間逆流流れに冷
   却をもたらすのに適合した伝導性要素を含む再生セクシ
   ョン、 （ ｆ）吸着容器内にあって、再生セクションと吸着剤物
   質床との間に位置する乾燥セクションにして、該乾燥セ
   クションが供給ガス混合物から水蒸気、二酸化炭素及び
   重質炭化水素を除去することのできる乾燥剤を含み、吸
   着剤近傍の乾燥セクション部分が別の再生セクションと
   して役立つ乾燥セクション、並びに（ｇ） 吸着容器の壁上の断熱手段にして、吸着容器外部
   からその壁を介し吸着剤物質床への或は容器内再生セク
   ションへの熱導入により系の吸着／脱着サイクル操作の
   間生じる自冷却のいかなる感知量の減損をも防止するの
   に適合した断熱手段を含み、而してそれにより再生セク
   ションと吸着容器の断熱との組合せが容器内での内部発
   生自冷却の保持を可能にするため、吸着剤物質床の平均
   温度が外部供給冷却を必要とせずに吸着／脱着サイクル
   操作の間低下することのできる圧力スイング吸着装置。
2. 【請求項２】 吸着剤物質床が、２．０〜２．６のシリ
   カ／アルミナ比を有するナトリウムＸ型ゼオライト材を
   含む、請求項１の装置。
3. 【請求項３】 シリカ／アルミナ比が２．４未満であ
   る、請求項２の装置。
4. 【請求項４】 再生セクションが金属粒子を含む、請求
   項１の装置。
5. 【請求項５】 再生セクションが２５０〜０．５ＢＴＵ
   ／°Ｆ・ｆｔ・ｈｒ（３７２〜０．７４ｋｃａｌ／℃・
   ｍ・ｈｒ）範囲の熱伝導率を有する粒子を含む、請求項
   １の装置。
6. 【請求項６】 易吸着性成分と難吸着性成分とを含有す
   る供給ガス混合物から前記易吸着性成分を循環吸着／脱
   着順序で分離するための圧力スイング吸着方法にして、 （ａ）平衡型吸着剤物質床を含有する少なくとも一つの
   吸着容器の吸着端部に供給ガス混合物を上位吸着圧力で
   通し（但し吸着剤物質が供給ガス混合物の易吸着性成分
   を選択的に吸着することができ、また該吸着剤物質が易
   吸着性成分に対し穏和な強度の吸着剤物質に過ぎず且つ
   １ｋｇ当り２５ｇ未満の水負荷量を有し、そしてまた該
   吸着剤物質床には外部供給冷却が何ら装備されていない
   ものとする）、更に該供給ガス混合物をディストリビュ
   ーター手段を介し吸着容器の供給端部及び、吸着剤と該
   ディストリビューター手段との間に位置する再生セクシ
   ョンに通し（但し再生セクションは、吸着剤物質床で実
   施される吸着／脱着操作順序の脱着部分の間逆流流れに
   冷却をもたらすのに適合した伝導性要素を含み、また吸
   着容器は、その壁上に、吸着容器外部から該壁を介して
   吸着剤物質床への或は容器内再生セクションへの熱導入
   により循環式吸着／脱着操作の間生じる自冷却のいかな
   る感知量の減損をも防止する断熱手段を有するものとす
   る）、 （ｂ）易吸着性成分を容器の反対端部のディストリビュ
   ーター手段から上位吸着圧力で取り出し、そして （ｃ）床を０．４〜１．２気圧（４１〜１２１ｋＰａ）
   範囲の下方脱着圧力に減圧することにより供給ガス混合
   物の易吸着性成分を床の供給端部から除去する（但し上
   位吸着圧力／下位脱着圧力比は１．２５／１〜５．０／
   １範囲とする）ことを含み、而してそれにより、自冷却
   をもたらす再生セクションの使用と吸着容器の絶縁との
   組合せが容器内での内部発生自冷却の保持を可能にする
   ため、吸着剤床の平均温度が、外部供給冷却を必要とせ
   ずに循環式吸着／脱着操作の間低下される、圧力スイン
   グ吸着方法。
7. 【請求項７】 下位脱着圧力が０．４〜０．７気圧（４
   １〜７１ｋＰａ）であり、上位吸着圧力／下位脱着圧力
   比が１．４／１〜５．０／１である、請求項６の方法。
8. 【請求項８】 更に、吸着容器内にあって再生セクショ
   ンと吸着剤物質床との間に位置する乾燥セクションに供
   給ガス混合物を通すことを含む請求項６の方法であっ
   て、該乾燥セクションが、水蒸気、二酸化炭素及び重質
   炭化水素を吸着することのできる乾燥剤を含み、吸着剤
   物質床近傍の乾燥セクション部分が別の再生セクション
   として役立つ方法。
9. 【請求項９】 下位脱着圧力が０．４〜０．７気圧（４
   １〜７１ｋＰａ）であり、上位吸着圧力／下位脱着圧力
   比が１．７／１〜３．０／１である、請求項８の方法。