JP2747337B2 - 二吸着器システムにおける真空スイング吸着によるガス混合物の分離 - Google Patents
二吸着器システムにおける真空スイング吸着によるガス混合物の分離Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、無機吸着剤、特に分子ふるいゼオライトに
よって、ガス混合物、特に空気の吸着分離のための改良
された簡単なプロセスに関する。
よって、ガス混合物、特に空気の吸着分離のための改良
された簡単なプロセスに関する。
圧力スイング吸着によるガス混合物の吸着分離は20年
間以上も公知であり、多くの種々の分離プロセスが開発
されてきた。しかし、すべてのプロセスは、吸着剤に対
して高い親和力を有するガス混合物（未処理ガス（crud
e gas））のガス成分が、所謂吸着段階において所謂吸
着器における吸着剤の表面に保持され、そして弱く吸着
される成分が、吸着剤を充填した吸着器から除去する
（strip off）ことができるような手順に基づいてい
る。
間以上も公知であり、多くの種々の分離プロセスが開発
されてきた。しかし、すべてのプロセスは、吸着剤に対
して高い親和力を有するガス混合物（未処理ガス（crud
e gas））のガス成分が、所謂吸着段階において所謂吸
着器における吸着剤の表面に保持され、そして弱く吸着
される成分が、吸着剤を充填した吸着器から除去する
（strip off）ことができるような手順に基づいてい
る。
吸着相の脱着は、吸着段階の後に圧力を減ずることに
より、そして通常弱く吸着されるガスの幾らかによる吸
着剤のすすぎを伴って、特に１バール以上の圧力の下
で、常に達成される。PSAシステム（圧力スイング吸
着）がここで参照される。もしも真空ポンプによって圧
力が１バールよりも低い圧力に減少されるならば、吸着
剤は又、弱く吸着されるガスの幾らかによりすすがれる
が、例えば、分子ふるいゼオライトによる空気中の酸素
の富んだ状態において、すすぎが不要にされる場合があ
る。真空脱着を用いるこれらの手順は、VSA（真空スイ
ング吸着）と呼ばれる。
より、そして通常弱く吸着されるガスの幾らかによる吸
着剤のすすぎを伴って、特に１バール以上の圧力の下
で、常に達成される。PSAシステム（圧力スイング吸
着）がここで参照される。もしも真空ポンプによって圧
力が１バールよりも低い圧力に減少されるならば、吸着
剤は又、弱く吸着されるガスの幾らかによりすすがれる
が、例えば、分子ふるいゼオライトによる空気中の酸素
の富んだ状態において、すすぎが不要にされる場合があ
る。真空脱着を用いるこれらの手順は、VSA（真空スイ
ング吸着）と呼ばれる。
脱着段階の後、吸着剤は常に吸着段階の圧力までガス
で充填され、そしてPSA吸着の場合、弱く吸着されるガ
ス成分又は未処理ガスにより、あるいは同時に両方で充
填される。VSA技術の場合、弱く吸着されるガス成分が
充填のために使用される。
で充填され、そしてPSA吸着の場合、弱く吸着されるガ
ス成分又は未処理ガスにより、あるいは同時に両方で充
填される。VSA技術の場合、弱く吸着されるガス成分が
充填のために使用される。
このため、上記の分離プロセスは３つの段階に分けら
れる。即ち、吸着（分離）と、脱着（圧力低減）と再充
填（圧力蓄積）であり、このため、完全に連続的に動作
するPSA/VSAプロセスに対して３つの吸着器が必要とさ
れる。
れる。即ち、吸着（分離）と、脱着（圧力低減）と再充
填（圧力蓄積）であり、このため、完全に連続的に動作
するPSA/VSAプロセスに対して３つの吸着器が必要とさ
れる。
減圧状態で開始する未処理ガスによる吸着器の並流充
填と共に、MS（分子ふるい）ゼオライトを使用するVSA
プロセスによって空気中のＯ2を富ませる場合に、空気
の不適切な分離のみが行われてきた（化学工学、1970年
10月５日、p.54/55）。驚くべきことに、減圧下におけ
る未処理ガスの導入と分離に拘わらず、空気中のＯ2を
富ませる場合に、90％をはるかに超える生成物中の酸素
濃度を、本発明によるプロセスによって達成することが
できる。
填と共に、MS（分子ふるい）ゼオライトを使用するVSA
プロセスによって空気中のＯ2を富ませる場合に、空気
の不適切な分離のみが行われてきた（化学工学、1970年
10月５日、p.54/55）。驚くべきことに、減圧下におけ
る未処理ガスの導入と分離に拘わらず、空気中のＯ2を
富ませる場合に、90％をはるかに超える生成物中の酸素
濃度を、本発明によるプロセスによって達成することが
できる。
２つの吸着器を有するPSAシステムが、Ｏ2を富ませる
ために既に開発されている（米国特許第3,280,536
号）。しかし、それらは、減圧開始時に未処理ガスの供
給が中断されるために、部分的に不連続に作動する。３
吸着器システムと比較して、これらの２吸着床システム
は、未処理ガス圧縮器の相当に高いエネルギー消費を有
する（タピプレス、1987年国際酸素デリグリフィケーシ
ョン会議、p.153）。
ために既に開発されている（米国特許第3,280,536
号）。しかし、それらは、減圧開始時に未処理ガスの供
給が中断されるために、部分的に不連続に作動する。３
吸着器システムと比較して、これらの２吸着床システム
は、未処理ガス圧縮器の相当に高いエネルギー消費を有
する（タピプレス、1987年国際酸素デリグリフィケーシ
ョン会議、p.153）。
VSAプロセスにおける２吸着器システムは、驚くべき
ことに、３吸着器システムと比較して僅かに高いエネル
ギー消費しか必要としないことが見いだされたが、少数
の弁と吸着器のために工場における投資においてかなり
好ましく、そして特に、弱く吸着される相を有しそして
吸着剤で充填された容器（吸着器）におけるガス混合物
（未処理ガス）の吸着分離が獲得され、そして吸着ガス
成分（吸着質）が例えば真空ポンプを用いて減圧下で脱
着されることが見いだされた。プロセスは、２つの吸着
器（ＡとＢ）が交互に動作され、その結果、未処理ガス
の供給と吸着質の脱着、即ち、真空ポンプの結合は、分
離プロセス中決して停止されず、未処理ガスの分離は、
最大吸着圧力が達せられた時、減圧下で部分的に行われ
ることを特徴とする。
ことに、３吸着器システムと比較して僅かに高いエネル
ギー消費しか必要としないことが見いだされたが、少数
の弁と吸着器のために工場における投資においてかなり
好ましく、そして特に、弱く吸着される相を有しそして
吸着剤で充填された容器（吸着器）におけるガス混合物
（未処理ガス）の吸着分離が獲得され、そして吸着ガス
成分（吸着質）が例えば真空ポンプを用いて減圧下で脱
着されることが見いだされた。プロセスは、２つの吸着
器（ＡとＢ）が交互に動作され、その結果、未処理ガス
の供給と吸着質の脱着、即ち、真空ポンプの結合は、分
離プロセス中決して停止されず、未処理ガスの分離は、
最大吸着圧力が達せられた時、減圧下で部分的に行われ
ることを特徴とする。
本発明によるプロセスは、以下の典型的な形式にて実
施される（BFは再充填を意味し、Depは減圧を意味し、D
esは脱着を意味する）。
施される（BFは再充填を意味し、Depは減圧を意味し、D
esは脱着を意味する）。
1a） 時間ｔ1において、吸着器Ａにおける圧力ＰBF-3
は１バールを超える圧力からＰDep-1に下降し、吸着器
Ａの頂端部における膨張ガスは吸着器Ｂの頂端部に送ら
れ、吸着器Ａの下方端は真空ポンプに連結され、吸着器
Ｂの下方端は未処理ガスで充填される。これは、吸着器
Ｂにおける圧力が最低圧力ＰDes-minからより高いＰ
BF-1に上昇する、又は未処理ガスの分離は減圧下で行れ
れることを意味し、ＰBF-1は１バールよりも低く且つＰ
Dep-1よりも低い。
は１バールを超える圧力からＰDep-1に下降し、吸着器
Ａの頂端部における膨張ガスは吸着器Ｂの頂端部に送ら
れ、吸着器Ａの下方端は真空ポンプに連結され、吸着器
Ｂの下方端は未処理ガスで充填される。これは、吸着器
Ｂにおける圧力が最低圧力ＰDes-minからより高いＰ
BF-1に上昇する、又は未処理ガスの分離は減圧下で行れ
れることを意味し、ＰBF-1は１バールよりも低く且つＰ
Dep-1よりも低い。
1b） 時間ｔ2において、吸着器Ａにおける圧力はＰ
Dep-1からＰDep-2に下降し、吸着器Ａの頂端部は閉じら
れ、吸着器Ａの底部端は真空ポンプに連結され、吸着器
Ｂにおける圧力は圧力ＰBF-1から圧力ＰBF-2に上昇し、
未処理ガスは吸着器Ｂの底部端において流れそして減圧
下で吸着により分離され、そして同時に、弱く吸着され
るガス成分（ラフィネート）の幾らかは、例えば、ラフ
ィネート貯蔵器（Ｒ）から吸着器Ｂの頂端部に流れ、こ
の分離段階ｔ2は、充填及び分離圧力が少なくとも１バ
ールに達したとき終了される。
Dep-1からＰDep-2に下降し、吸着器Ａの頂端部は閉じら
れ、吸着器Ａの底部端は真空ポンプに連結され、吸着器
Ｂにおける圧力は圧力ＰBF-1から圧力ＰBF-2に上昇し、
未処理ガスは吸着器Ｂの底部端において流れそして減圧
下で吸着により分離され、そして同時に、弱く吸着され
るガス成分（ラフィネート）の幾らかは、例えば、ラフ
ィネート貯蔵器（Ｒ）から吸着器Ｂの頂端部に流れ、こ
の分離段階ｔ2は、充填及び分離圧力が少なくとも１バ
ールに達したとき終了される。
1c） 時間ｔ3において、吸着器Ａにおける圧力は圧力
ＰDep-2から最低脱着圧力ＰDes-minに下降し、吸着器の
頂端部は閉じられ、底部端は真空ポンプに連結され、そ
して吸着器Ｂにおける圧力は地ＰBF-3に上昇し、未処理
ガスは吸着器Ｂの底部端に流入し、吸着分離は１バール
を超える圧力の下で吸着器において行われ、そしてラフ
ィネートは１バールを超えるがＰBF-3を超えない圧力下
で吸着器Ｂの頂端部から除去される。
ＰDep-2から最低脱着圧力ＰDes-minに下降し、吸着器の
頂端部は閉じられ、底部端は真空ポンプに連結され、そ
して吸着器Ｂにおける圧力は地ＰBF-3に上昇し、未処理
ガスは吸着器Ｂの底部端に流入し、吸着分離は１バール
を超える圧力の下で吸着器において行われ、そしてラフ
ィネートは１バールを超えるがＰBF-3を超えない圧力下
で吸着器Ｂの頂端部から除去される。
1d） プロセスは、吸着器ＡとＢを切り換えることによ
り、1a/1b/1cに類似して継続される。
り、1a/1b/1cに類似して継続される。
本発明の別の実施態様において、 2a） 時間ｔ1において、吸着器Ａにおける圧力ＰBF-3
は１バールを超える圧力からＰDep-1に低下され、吸着
器Ａの頂端部における膨張ガスは吸着器Ｂの頂端部に送
られ、吸着器Ａの底部端は未処理ガス流に連結されたま
まであり、吸着器Ｂの底部端は真空ポンプに連結された
ままであり、そして吸着器Ｂにおける圧力は、この方法
においては、最低値ＰDes-minから圧力ＰBF-1に上昇
し、ＰBF-1は１バールよりも低く且つＰDep-1よりも低
い。
は１バールを超える圧力からＰDep-1に低下され、吸着
器Ａの頂端部における膨張ガスは吸着器Ｂの頂端部に送
られ、吸着器Ａの底部端は未処理ガス流に連結されたま
まであり、吸着器Ｂの底部端は真空ポンプに連結された
ままであり、そして吸着器Ｂにおける圧力は、この方法
においては、最低値ＰDes-minから圧力ＰBF-1に上昇
し、ＰBF-1は１バールよりも低く且つＰDep-1よりも低
い。
2b） 時間ｔ2において、前記のプロセス部分1b）と同
様に、吸着器Ａは排気され、そして吸着器Ｂは、頂端部
から、例えば、ラフィネート貯蔵器からのラフィネート
で充填され、そして底端部から未処理ガスＰBF-2で充填
される。
様に、吸着器Ａは排気され、そして吸着器Ｂは、頂端部
から、例えば、ラフィネート貯蔵器からのラフィネート
で充填され、そして底端部から未処理ガスＰBF-2で充填
される。
2c） 時間ｔ3において、前記のプロセス部分1c）と同
様に、吸着器Ａは排気され、そして吸着器Ｂは底部端か
ら未処理ガスで充填され、この場合ラフィネート・ガス
は、吸着器Ｂの頂端部において１バール乃至ＰBF-3の圧
力下で生成物として除去される。
様に、吸着器Ａは排気され、そして吸着器Ｂは底部端か
ら未処理ガスで充填され、この場合ラフィネート・ガス
は、吸着器Ｂの頂端部において１バール乃至ＰBF-3の圧
力下で生成物として除去される。
2d） プロセスは、吸着器ＡとＢを切り換えることによ
り、プロセス段階2a/2b/2cに類似して継続される。
り、プロセス段階2a/2b/2cに類似して継続される。
本発明によるプロセスに適切な吸着剤は、分子ふるい
ゼオライトであり、Naの形態、あるいはCa、Mg、Sr又は
それらの混合物のような二価のアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属イオンで置換された形態、あるいはモルデン
沸石又は斜方沸石のような自然に発生するゼオライト又
は合成された形態の、ゼオライトＡ及びＸである。
ゼオライトであり、Naの形態、あるいはCa、Mg、Sr又は
それらの混合物のような二価のアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属イオンで置換された形態、あるいはモルデン
沸石又は斜方沸石のような自然に発生するゼオライト又
は合成された形態の、ゼオライトＡ及びＸである。
３つの吸着器を有するプロセスは、VSA分野において
すでに公知であり、この場合、例えば吸着器Ａは底部端
において排気され、そして同時に、ガスに、排気された
吸着器Ｂを充填するために、頂端部において使用される
が、この吸着器Ｂは、底部端において未処理ガスで同時
に充填されず（米国特許第4,684,377号）、あるいは生
成ガスは、３つの吸着器システムにおける吸着器Ａの頂
端部から同様に除去され、このガスは吸着器Ｂの頂端部
に導入され、吸着器Ｂの底部端は真空ポンプに連結され
るが、吸着器の底部端は未処理ガスで同時に充填されな
い（英国特許第2,154,895）。２つの吸着器を有する組
み合わされたPSA/VSAプロセスが公知であり（米国特許
第4,065,272号）、この場合未処理ガスは吸着器に連続
的に送られるが、吸着器の脱着又は真空ポンプの連結
は、吸着器を１バールよりも低く下げ又は排気の後ラフ
ィネートにより再び圧力を増大させるために、中断され
なければならない。本発明によるVSAプロセスを、次の
実施例において更に詳細に説明する。
すでに公知であり、この場合、例えば吸着器Ａは底部端
において排気され、そして同時に、ガスに、排気された
吸着器Ｂを充填するために、頂端部において使用される
が、この吸着器Ｂは、底部端において未処理ガスで同時
に充填されず（米国特許第4,684,377号）、あるいは生
成ガスは、３つの吸着器システムにおける吸着器Ａの頂
端部から同様に除去され、このガスは吸着器Ｂの頂端部
に導入され、吸着器Ｂの底部端は真空ポンプに連結され
るが、吸着器の底部端は未処理ガスで同時に充填されな
い（英国特許第2,154,895）。２つの吸着器を有する組
み合わされたPSA/VSAプロセスが公知であり（米国特許
第4,065,272号）、この場合未処理ガスは吸着器に連続
的に送られるが、吸着器の脱着又は真空ポンプの連結
は、吸着器を１バールよりも低く下げ又は排気の後ラフ
ィネートにより再び圧力を増大させるために、中断され
なければならない。本発明によるVSAプロセスを、次の
実施例において更に詳細に説明する。
次のデータは、実施例のすべてにおいて一定のままで
ある。
ある。
吸着器の容器： 550mm 吸着器充填高さ： 2,500mm 吸着器当たりの吸着剤充填： 70dm3 Caの形態の分子ふるいゼオライトＡである、中程度の
孔を有するシリカゲルを底部端に各場合に340kg詰め込
んだ。ラフィネート貯蔵器は3.6m3の容積を有する。送
り込まれた未処理ガスは＋30℃の温度を有し、そして常
に、30℃において１バールの下で水で75％飽和されてい
た。歯車により調整可能な潤滑リング・ポンプを真空ポ
ンプとして使用した。未処理ガスはルーツ送風機で圧縮
された。各場合に、圧力を吸着器の底部端にて測定し
た。
孔を有するシリカゲルを底部端に各場合に340kg詰め込
んだ。ラフィネート貯蔵器は3.6m3の容積を有する。送
り込まれた未処理ガスは＋30℃の温度を有し、そして常
に、30℃において１バールの下で水で75％飽和されてい
た。歯車により調整可能な潤滑リング・ポンプを真空ポ
ンプとして使用した。未処理ガスはルーツ送風機で圧縮
された。各場合に、圧力を吸着器の底部端にて測定し
た。
実施例 １ 第１図に対応する設備を使用した。プロセスの流れと
圧力の流れを第2a図と第2b図に示す。生成ガスは、酸素
が濃厚な空気である。
圧力の流れを第2a図と第2b図に示す。生成ガスは、酸素
が濃厚な空気である。
時間ｔ1:0〜４秒 275Nm3/hの出力を有する空気送風機が、弁B1を経て吸
着機Ｂに空気を送り出し、吸着器Ｂにおける圧力は、Ｐ
Des-min＝220ミリバールからＰBF-1＝650ミリバールに
上昇し、そして同時に、最大圧力ＰBF-3＝1,500ミリバ
ール（絶対圧）は、ガスが弁AB1を経て吸着器Ｂに頂端
部において流入するために、吸着器Ａにおいて低下し、
そして排気が真空ポンプを使用して弁A2を経て低部端に
おいて行われ、吸着器Ａにおける圧力はＰDes-1＝990ミ
リバールに下降した。貯蔵器Ｒは、約1.5バール（圧力
は常に絶対圧力で示される）の圧力の下で生成ガスを送
り出した。
着機Ｂに空気を送り出し、吸着器Ｂにおける圧力は、Ｐ
Des-min＝220ミリバールからＰBF-1＝650ミリバールに
上昇し、そして同時に、最大圧力ＰBF-3＝1,500ミリバ
ール（絶対圧）は、ガスが弁AB1を経て吸着器Ｂに頂端
部において流入するために、吸着器Ａにおいて低下し、
そして排気が真空ポンプを使用して弁A2を経て低部端に
おいて行われ、吸着器Ａにおける圧力はＰDes-1＝990ミ
リバールに下降した。貯蔵器Ｒは、約1.5バール（圧力
は常に絶対圧力で示される）の圧力の下で生成ガスを送
り出した。
時間ｔ2:4〜19秒 吸着器Ａは、弁A2を経て圧力ＰDes-2＝440ミリバール
に排出され、吸着器Ａの頂端部は閉じられた。吸着器Ｂ
は、弁B1を経て底部端に空気圧縮器からの空気で、圧力
ＰBF-2＝１バールに充填され、そして同時に、吸着器Ｂ
は、容積制御弁AB3と弁B3を経て、貯蔵器Ｂは、容積制
御弁AB3と弁B3を経て、貯蔵器Ｒからのガスで充填さ
れ、貯蔵器における圧力は約1.5バールから1.1バールに
下降した。生成ガスは貯蔵器Ｒから除去され続けた。
に排出され、吸着器Ａの頂端部は閉じられた。吸着器Ｂ
は、弁B1を経て底部端に空気圧縮器からの空気で、圧力
ＰBF-2＝１バールに充填され、そして同時に、吸着器Ｂ
は、容積制御弁AB3と弁B3を経て、貯蔵器Ｂは、容積制
御弁AB3と弁B3を経て、貯蔵器Ｒからのガスで充填さ
れ、貯蔵器における圧力は約1.5バールから1.1バールに
下降した。生成ガスは貯蔵器Ｒから除去され続けた。
時間ｔ3:19〜45秒 吸着器Ａの排気が継続され、220ミリバールの最終圧
力に達した。空気は、弁B1を経て吸着器に流入し、弁B3
と弁AB2を経て生成ガスが貯蔵器Ｒに導入され、そして
吸着器Ｂと貯蔵器Ｒにおける圧力は1.5バールの最終圧
力に達した。
力に達した。空気は、弁B1を経て吸着器に流入し、弁B3
と弁AB2を経て生成ガスが貯蔵器Ｒに導入され、そして
吸着器Ｂと貯蔵器Ｒにおける圧力は1.5バールの最終圧
力に達した。
時間ｔ4/t5/t6:45〜90秒 プロセスは、吸着器Ａが吸着器Ｂと交換されたことを
除いて、時間ｔ1/t2/t3に類似して進行した。
除いて、時間ｔ1/t2/t3に類似して進行した。
93％のＯ2濃度を有する27.8Nm3/hの量の生成物が貯蔵器
Ｒから除去された。達成された最大Ｏ2濃度は、22.9Nm3
/hの生成量において96％であった。
Ｒから除去された。達成された最大Ｏ2濃度は、22.9Nm3
/hの生成量において96％であった。
実施例 ２ 実施例１によるプロセス手順が選ばれた。サイクル時
間は、ｔ1＝４秒、ｔ2＝15秒、ｔ3＝41秒であった。出
発物質である未処理ガスは次の組成（体積百分率）を有
した。即ち、Ｈ2:10％、Ar:15％、Ｎ2:50％、CH4:25％
であった。脱着の最終圧力は220ミリバールであり、そ
して吸着の最大最終圧力は1.5バールであった。
間は、ｔ1＝４秒、ｔ2＝15秒、ｔ3＝41秒であった。出
発物質である未処理ガスは次の組成（体積百分率）を有
した。即ち、Ｈ2:10％、Ar:15％、Ｎ2:50％、CH4:25％
であった。脱着の最終圧力は220ミリバールであり、そ
して吸着の最大最終圧力は1.5バールであった。
アルゴンの濃縮が270Nm3/hの未処理ガス量において達
成され、49.5％アルゴン、51％Ｈ2、0.5％Ｎ2の組成を
有する44Nm3/hの生成ガス量が獲得された。
成され、49.5％アルゴン、51％Ｈ2、0.5％Ｎ2の組成を
有する44Nm3/hの生成ガス量が獲得された。
実施例 ３ 実施例１、２と同一設備が使用された。生成ガスは、
酸素が濃厚な空気であり、そしてプロセスの流れと圧力
の流れを第3a図と第3b図に示す。
酸素が濃厚な空気であり、そしてプロセスの流れと圧力
の流れを第3a図と第3b図に示す。
時間ｔ1:0〜８秒 空気が送風機を経て弁A1を通り吸着器Ａに流れ、吸着
器Ａの頂部放出端は弁AB1を経て吸着器Ｂの頂部放出端
に連結され、吸着器Ａにおける圧力は、吸着器Ｂが弁B2
を経て底部端において真空ポンプに連結されているため
に、ＰBF-3＝1.1バールの最高値からＰDep-1＝900ミリ
バールのより低い値に減少し、この場合吸着器Ｂにおけ
る圧力は、最低値ＰDes-min＝195ミリバールからＰBF-1
＝400ミリバールに上昇した。貯蔵器Ｒは、約1.1バール
の下で生成ガスを送り出す。
器Ａの頂部放出端は弁AB1を経て吸着器Ｂの頂部放出端
に連結され、吸着器Ａにおける圧力は、吸着器Ｂが弁B2
を経て底部端において真空ポンプに連結されているため
に、ＰBF-3＝1.1バールの最高値からＰDep-1＝900ミリ
バールのより低い値に減少し、この場合吸着器Ｂにおけ
る圧力は、最低値ＰDes-min＝195ミリバールからＰBF-1
＝400ミリバールに上昇した。貯蔵器Ｒは、約1.1バール
の下で生成ガスを送り出す。
時間ｔ2:8〜20秒 吸着器Ｂは、弁B1を経て底部端において送風機からの
空気で充填され、この場合吸着器Ｂにおける圧力は約１
バールに上昇した。
空気で充填され、この場合吸着器Ｂにおける圧力は約１
バールに上昇した。
同時に、吸着器Ｂは、貯蔵器Ｒから体積制御弁AB3と
弁B3を経た生成ガスで充填された。貯蔵器Ｒの圧力は、
このようにして、約１バールに下降し、そして生成物圧
縮器を経て生成ガスを送り出した。吸着器Ａは弁A2を経
て排気され、圧力はＰDep-2に落ちた。
弁B3を経た生成ガスで充填された。貯蔵器Ｒの圧力は、
このようにして、約１バールに下降し、そして生成物圧
縮器を経て生成ガスを送り出した。吸着器Ａは弁A2を経
て排気され、圧力はＰDep-2に落ちた。
時間ｔ3:20〜60秒 吸着器Ｂは時間ｔ2と同様に空気を供給され、圧力は
1.1バールの最終値に上昇した。生成ガスは吸着器Ｂの
頂端部から弁B3とAB2を経て貯蔵器Ｒに流入し、生成ガ
スは生成物圧縮器を経て除去された。吸着器Ａは時間間
隔ｔ2におけると同様に排気され、圧力は最終値Ｐ
Des-min＝195ミリバールに落ちた。
1.1バールの最終値に上昇した。生成ガスは吸着器Ｂの
頂端部から弁B3とAB2を経て貯蔵器Ｒに流入し、生成ガ
スは生成物圧縮器を経て除去された。吸着器Ａは時間間
隔ｔ2におけると同様に排気され、圧力は最終値Ｐ
Des-min＝195ミリバールに落ちた。
時間ｔ4/tt/t6:60〜120秒 手順は、吸着器ＡとＢが機能において相互に交換され
たことを除いて、時間ｔ1/t2/t3に類似して繰り返され
た。
たことを除いて、時間ｔ1/t2/t3に類似して繰り返され
た。
93％のＯ2濃度の17.5Nm3/hの生成物量が生成物圧縮器
において獲得された。達成される最大Ｏ2濃度は95.8体
積パーセントであった。
において獲得された。達成される最大Ｏ2濃度は95.8体
積パーセントであった。
実施例 ４ 第４図による設備が選ばれた。（第１図の試験設備
は、第４図の試験設備全体の一部分を含むことが注目さ
れる。） 第４図は、すでに実際に動作しているような、例え
ば、空気中のＯ2を富ませるVSA設備を示す。
は、第４図の試験設備全体の一部分を含むことが注目さ
れる。） 第４図は、すでに実際に動作しているような、例え
ば、空気中のＯ2を富ませるVSA設備を示す。
１つの吸着器が空気で充填される一方、第２の吸着器
は排気され、そして第３の吸着器は、再びＯ2が濃厚な
生成ガスで吸着圧力まで充填される。
は排気され、そして第３の吸着器は、再びＯ2が濃厚な
生成ガスで吸着圧力まで充填される。
２つの吸着器が、例えば、増大した空気量でそして時
間を遅れさせて同時に充填され、そして第３の吸着器が
排気され、そして既に存在する設備の場合に、真空ポン
プは増大した空気の量に従って出力を増大されなければ
ならないので、本発明によるプロセス（実施例１と３）
により、３つの吸着器のVSA設備の容量を相当増大させ
ることができる。
間を遅れさせて同時に充填され、そして第３の吸着器が
排気され、そして既に存在する設備の場合に、真空ポン
プは増大した空気の量に従って出力を増大されなければ
ならないので、本発明によるプロセス（実施例１と３）
により、３つの吸着器のVSA設備の容量を相当増大させ
ることができる。
また、本発明によるプロセスに対応する３つの吸着器
により、新しい設備を設計する可能性が存在する。これ
は、非常に高い能力の設計が計画されるならば、常に適
切であり、そして２つの経路を有する設備は費用の理由
のために適切ではなく、あるいは例えば、弁における特
大寸法はもはや使用されない。このようにして、６つの
吸着器の代わりに、３つの三吸着器ユニットにより同一
容量において設備を動作させることが可能である。
により、新しい設備を設計する可能性が存在する。これ
は、非常に高い能力の設計が計画されるならば、常に適
切であり、そして２つの経路を有する設備は費用の理由
のために適切ではなく、あるいは例えば、弁における特
大寸法はもはや使用されない。このようにして、６つの
吸着器の代わりに、３つの三吸着器ユニットにより同一
容量において設備を動作させることが可能である。
実施例３に対応するプロセスを、本発明によるプロセ
スを示すために選んだ。実施例１のプロセスを又、勿論
使用できることが強調される。プロセスの流れと圧力の
流れを第5a図と第5b図に示す。
スを示すために選んだ。実施例１のプロセスを又、勿論
使用できることが強調される。プロセスの流れと圧力の
流れを第5a図と第5b図に示す。
時間ｔ1:0〜６秒 空気送風機C10は弁11Cを経て吸着器Ｃに空気を送り出
し、吸着器は、生成物圧縮器Ｃ12に弁14Cを経てＯ2が濃
厚な空気を生成し、吸着器Ｃにおける圧力は、ＰBF-3＝
1.5バールである。
し、吸着器は、生成物圧縮器Ｃ12に弁14Cを経てＯ2が濃
厚な空気を生成し、吸着器Ｃにおける圧力は、ＰBF-3＝
1.5バールである。
圧縮器C10からの空気は部分的に開いた弁11Aを通って
吸着器Ａに流れ、吸着器Ａにおける圧力は、吸着器Ａの
頂端部における弁15Aが開かれるために、ＰBF-3＝1.5バ
ールからＰDep-1＝900ミリバールに下降し、そして膨張
ガスが手動弁17ABCと弁13Bを経て吸着器Ｂの頂端部に流
れ、吸着器Ｂは、最低圧力ＰDes-min＝205ミリバールを
有し、そして吸着器Ａからのガスの結果として、吸着器
Ｂにおける圧力は、ＰDes-minからＰBF-1＝400ミリバー
ルに上昇し、同時に吸着器Ｂの底部端は弁12Bを経て真
空ポンプC11に連結された。
吸着器Ａに流れ、吸着器Ａにおける圧力は、吸着器Ａの
頂端部における弁15Aが開かれるために、ＰBF-3＝1.5バ
ールからＰDep-1＝900ミリバールに下降し、そして膨張
ガスが手動弁17ABCと弁13Bを経て吸着器Ｂの頂端部に流
れ、吸着器Ｂは、最低圧力ＰDes-min＝205ミリバールを
有し、そして吸着器Ａからのガスの結果として、吸着器
Ｂにおける圧力は、ＰDes-minからＰBF-1＝400ミリバー
ルに上昇し、同時に吸着器Ｂの底部端は弁12Bを経て真
空ポンプC11に連結された。
時間ｔ2:6〜16秒 吸着器Ｃは、時間ｔ1における作動と同一であった。
吸着器Ａは、ＰDep-1からＰDep-2に、弁11Aを経て排気
された。吸着器Ｂは、部分的に開いた弁11Bを経て底部
端において空気を充填され、吸着器ＣからのＯ2が濃厚
な空気による充填が同時に行われ、そして特に、体積制
御弁18ABC、弁19ABCと弁13Bを経て、吸着器Ｂにおける
圧力は、ＰBF-1＝400ミリバールからＰBF-2＝1.15バー
ルに上昇した。吸着器Ｃにおける圧力は、約1.5バール
から約1.35〜1.4バールに降下した。
吸着器Ａは、ＰDep-1からＰDep-2に、弁11Aを経て排気
された。吸着器Ｂは、部分的に開いた弁11Bを経て底部
端において空気を充填され、吸着器ＣからのＯ2が濃厚
な空気による充填が同時に行われ、そして特に、体積制
御弁18ABC、弁19ABCと弁13Bを経て、吸着器Ｂにおける
圧力は、ＰBF-1＝400ミリバールからＰBF-2＝1.15バー
ルに上昇した。吸着器Ｃにおける圧力は、約1.5バール
から約1.35〜1.4バールに降下した。
時間ｔ3:16〜35秒 吸着器Ｃを、時間ｔ1におけると同様に作動させた。
吸着器Ｂは、弁11Bを経て底部端において空気を充填さ
れ、Ｏ2が濃厚な空気は頂部放出端において吸着器Ｂか
ら放出され、弁14Cがゆっくりと開かれ、最終圧力Ｐ
BF-3＝1.5バールが達せられた。吸着器Ａは、時間ｔ2に
おけると同様に排気され、採取脱着圧力ＰDes-min＝205
ミリバールが達せられた。
吸着器Ｂは、弁11Bを経て底部端において空気を充填さ
れ、Ｏ2が濃厚な空気は頂部放出端において吸着器Ｂか
ら放出され、弁14Cがゆっくりと開かれ、最終圧力Ｐ
BF-3＝1.5バールが達せられた。吸着器Ａは、時間ｔ2に
おけると同様に排気され、採取脱着圧力ＰDes-min＝205
ミリバールが達せられた。
時間ｔ4:35〜41秒 時間ｔ1と同様に、吸着器Ｃは吸着器Ａ（ｔ1）と同様
に作動させられ、吸着器Ｂは吸着の第２部分を開始し、
吸着器Ａは吸着器Ｂ（ｔ1）と同様に作動させられた。
に作動させられ、吸着器Ｂは吸着の第２部分を開始し、
吸着器Ａは吸着器Ｂ（ｔ1）と同様に作動させられた。
時間ｔ5:41〜51秒 時間ｔ2と同様に、吸着器Ｃは吸着器Ａ（ｔ2）と同様
に動作させられ、吸着器Ｂは1.5バールの下の吸着状態
にあり、吸着器Ａは吸着器Ｂ（ｔ2）と同様に作動し
た。
に動作させられ、吸着器Ｂは1.5バールの下の吸着状態
にあり、吸着器Ａは吸着器Ｂ（ｔ2）と同様に作動し
た。
時間ｔ6:51〜70秒 時間ｔ3と同様に、吸着器Ｃは吸着器Ａ（ｔ3）と同様
に排気状態にあり、吸着器Ｂは1.5バールの下で吸着状
態にあり、吸着器Ａは、吸着器Ｂ（ｔ3）と同様に1.5バ
ールの下で吸着動作にあった。
に排気状態にあり、吸着器Ｂは1.5バールの下で吸着状
態にあり、吸着器Ａは、吸着器Ｂ（ｔ3）と同様に1.5バ
ールの下で吸着動作にあった。
その後、吸着器は再び切り換えられ、即ち、吸着器Ａ
は、時間ｔ1における吸着器Ｃのように開始し、吸着器
Ｂは、時間ｔ1における吸着器Ａのように開始し、吸着
器CHA、時間ｔ1における吸着器Ｂのように開始した。
は、時間ｔ1における吸着器Ｃのように開始し、吸着器
Ｂは、時間ｔ1における吸着器Ａのように開始し、吸着
器CHA、時間ｔ1における吸着器Ｂのように開始した。
このプロセス中、93体積パーセントのＯ2濃度を有す
る36Nm3/hのＯ2が濃厚な空気が生成物圧縮器C12を経て
除去され、空気圧縮器からの空気の量は、352Nm3/hであ
った。
る36Nm3/hのＯ2が濃厚な空気が生成物圧縮器C12を経て
除去され、空気圧縮器からの空気の量は、352Nm3/hであ
った。
本発明による二吸着器VSAプロセスは、三吸着器VSAプ
ロセスの作動の分野において続く場合において使用する
ことができる。そのような三吸着器システムは第６図に
示され、補償容器Ｒを除いて、第４図のシステムとプロ
セスの流れに対応する。
ロセスの作動の分野において続く場合において使用する
ことができる。そのような三吸着器システムは第６図に
示され、補償容器Ｒを除いて、第４図のシステムとプロ
セスの流れに対応する。
以前のプロセスにおいて、三ベッドVSA設備は、吸着
器ユニットが、例えば、吸着剤の渦巻き又は弁の誤動作
によって欠落されられたならば、停止されなければなら
なかった。本発明によるプロセスの助けにより、例え
ば、吸着器Ｃは誤動作が発生した場合に、この吸着器
を、例えば、弁を閉鎖することにより、又は弁とガス管
路L11/L12/L13/L14/15の間にブランクをさらに配置する
ことにより、プロセスから除去することができる。
器ユニットが、例えば、吸着剤の渦巻き又は弁の誤動作
によって欠落されられたならば、停止されなければなら
なかった。本発明によるプロセスの助けにより、例え
ば、吸着器Ｃは誤動作が発生した場合に、この吸着器
を、例えば、弁を閉鎖することにより、又は弁とガス管
路L11/L12/L13/L14/15の間にブランクをさらに配置する
ことにより、プロセスから除去することができる。
残りの吸着器ＡとＢのプロセスの流れと圧力の流れは
第7a図と第7b図に示され、そして特に、実施例１に従
う。しかし、実施例３による作動が又可能である。示さ
れたプロセスの流れと第7a/7b図の設備構成（残りの構
成）は、第１図及び第2a〜2b図と同一であり、そしてこ
の理由のために、さらに（同一の）説明は余分であろ
う。
第7a図と第7b図に示され、そして特に、実施例１に従
う。しかし、実施例３による作動が又可能である。示さ
れたプロセスの流れと第7a/7b図の設備構成（残りの構
成）は、第１図及び第2a〜2b図と同一であり、そしてこ
の理由のために、さらに（同一の）説明は余分であろ
う。
本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりである。
1.吸着剤で充填された２つの容器における真空スイング
吸着（VSA）によって未処理ガス混合物の吸着分離を行
うプロセスであって、 ここで、該容器は、底部及び頂部に入口と放出端部を
備えた吸着器ＡとＢであり、弱く吸着されるガス成分
（ラフィネート）は、存在するとすれば、減圧下で獲得
され； F1） 吸着器に送り込まれた未処理ガスがプロセスの進
行中決して停止されないように２つの吸着器ＡとＢを交
互に作動させ、真空ポンプは吸着剤充填部に連続的に連
結されており、 ａ） 時間ｔ1において、吸着器Ａを頂端部において減
圧させ、このようにして放出されたガスが排気された吸
着器Ｂの頂端部に流れ込み、吸着器Ａは底部端において
真空ポンプに連結され、そして吸着器Ｂは底部端におい
て未処理ガスで充填され、即ち、加圧され、 ｂ） 時間ｔ2において、吸着器Ａを排気し、且つ吸着
器Ｂを頂端部においてラフェネート貯蔵器Ｒからのラフ
ィネートで充填し、吸着器Ｂは底部端において減圧下で
未処理ガスで充填され、 ｃ） 時間ｔ3において、吸着器Ａを底部端において排
気し、且つ吸着器Ｂを底部端において未処理ガスで充填
させ、あるいは未処理ガスは底部端において吸着器Ｂを
通って流れ、１バールの圧力において開始し、そして吸
着器Ｂの頂端部において生成物として弱く吸着されるガ
ス成分を除去し、 ｄ） 時間ｔ1、ｔ2、ｔ3を繰り返すことにより、プロ
セスを更に進行させ、吸着器A/Bは切り換えられ、ある
いは代替的に、 ｅ） 時間ｔ1において、吸着器Ａを頂端部において減
圧させ、このようにして放出されたガスが減圧下で作動
される吸着器Ｂの頂端部に流れ込み、吸着器Ａを底部端
において未処理ガスで充填し、吸着器Ｂは底部端におい
て真空ポンプに連結されるが、吸着器Ｂにおける圧力は
吸着器Ａからのガスの流入により上昇し、そして吸着器
Ａにおける圧力は下降し、 ｆ） 時間ｔ2において、プロセスは、前記1b）に類似
して進行し、 ｇ） 時間ｔ3において、プロセスは、前記1c）に類似
して進行し、 ｈ） プロセスは、時間ｔ1、ｔ2、ｔ3を繰り返すこと
により更に進行し、吸着器A/Bが切り換えられることと
特徴とする二吸着器VSAプロセス。
吸着（VSA）によって未処理ガス混合物の吸着分離を行
うプロセスであって、 ここで、該容器は、底部及び頂部に入口と放出端部を
備えた吸着器ＡとＢであり、弱く吸着されるガス成分
（ラフィネート）は、存在するとすれば、減圧下で獲得
され； F1） 吸着器に送り込まれた未処理ガスがプロセスの進
行中決して停止されないように２つの吸着器ＡとＢを交
互に作動させ、真空ポンプは吸着剤充填部に連続的に連
結されており、 ａ） 時間ｔ1において、吸着器Ａを頂端部において減
圧させ、このようにして放出されたガスが排気された吸
着器Ｂの頂端部に流れ込み、吸着器Ａは底部端において
真空ポンプに連結され、そして吸着器Ｂは底部端におい
て未処理ガスで充填され、即ち、加圧され、 ｂ） 時間ｔ2において、吸着器Ａを排気し、且つ吸着
器Ｂを頂端部においてラフェネート貯蔵器Ｒからのラフ
ィネートで充填し、吸着器Ｂは底部端において減圧下で
未処理ガスで充填され、 ｃ） 時間ｔ3において、吸着器Ａを底部端において排
気し、且つ吸着器Ｂを底部端において未処理ガスで充填
させ、あるいは未処理ガスは底部端において吸着器Ｂを
通って流れ、１バールの圧力において開始し、そして吸
着器Ｂの頂端部において生成物として弱く吸着されるガ
ス成分を除去し、 ｄ） 時間ｔ1、ｔ2、ｔ3を繰り返すことにより、プロ
セスを更に進行させ、吸着器A/Bは切り換えられ、ある
いは代替的に、 ｅ） 時間ｔ1において、吸着器Ａを頂端部において減
圧させ、このようにして放出されたガスが減圧下で作動
される吸着器Ｂの頂端部に流れ込み、吸着器Ａを底部端
において未処理ガスで充填し、吸着器Ｂは底部端におい
て真空ポンプに連結されるが、吸着器Ｂにおける圧力は
吸着器Ａからのガスの流入により上昇し、そして吸着器
Ａにおける圧力は下降し、 ｆ） 時間ｔ2において、プロセスは、前記1b）に類似
して進行し、 ｇ） 時間ｔ3において、プロセスは、前記1c）に類似
して進行し、 ｈ） プロセスは、時間ｔ1、ｔ2、ｔ3を繰り返すこと
により更に進行し、吸着器A/Bが切り換えられることと
特徴とする二吸着器VSAプロセス。
2.弱く吸着される相の放出は、１バール以下又は１〜３
バールの下で行われる上記１に記載のプロセス。
バールの下で行われる上記１に記載のプロセス。
3.全体サイクル時間ｔ1＋ｔ2＋ｔ3が、10〜120秒である
上記１に記載のプロセス。
上記１に記載のプロセス。
4.時間ｔ1における減圧される吸着器の圧力は、１バー
ルよりも下に低下させ得る上記１に記載のプロセス。
ルよりも下に低下させ得る上記１に記載のプロセス。
5.a） 酸素が空気から吸着により獲得され、あるいは ｂ） アルゴンが窒素から吸着により獲得される上記１
に記載のプロセス。
に記載のプロセス。
6.3つの吸着床に基づいたVSA分離プロセスが、吸着器ユ
ニットの弁の誤動作の場合に、自動的に切り換えられ、
その結果、作動は、２つの吸着器のみで維持される上記
１に記載のプロセス。
ニットの弁の誤動作の場合に、自動的に切り換えられ、
その結果、作動は、２つの吸着器のみで維持される上記
１に記載のプロセス。
7.1つの吸着器が時間ｔ1＋ｔ2＋ｔ3において真空ポンプ
に連結され、そして２つの吸着器が時間を遅らせて未処
理ガスで充填され、時間の遅れはｔ1＋ｔ2＋ｔ3であ
り、吸着器の吸着時間は、2x（ｔ1＋ｔ2＋ｔ3）であ
り、プロセスの進行と、未処理ガスによる充填と、弱く
吸着される相の排気と除去が上記１に類似して行われる
ように、VSAプロセスに対して３つの吸着器ユニットが
選ばれる上記１に記載のプロセス。
に連結され、そして２つの吸着器が時間を遅らせて未処
理ガスで充填され、時間の遅れはｔ1＋ｔ2＋ｔ3であ
り、吸着器の吸着時間は、2x（ｔ1＋ｔ2＋ｔ3）であ
り、プロセスの進行と、未処理ガスによる充填と、弱く
吸着される相の排気と除去が上記１に類似して行われる
ように、VSAプロセスに対して３つの吸着器ユニットが
選ばれる上記１に記載のプロセス。
第１図は、実施例１、２と３に示され本プロセスを実施
するための設備を示す図。 第2a図と第2b図は、実施例１に対するプロセスの流れと
圧力の流れを示す図。 第3a図と第3b図は、実施例３に対するプロセスの流れと
圧力の流れを示す図。 第４図は、実施例４に示された本プロセスを実施するた
めの設備を示す図。 第5a図と第5b図は、実施例４に対するプロセスの流れと
圧力の流れを示す図。 第６図は、本プロセスにおいて使用することのできる三
吸着器システムを示す図。 第7a図と第7b図は、残りの２つの吸着器ＡとＢに対する
プロセスの流れと圧力の流れを示す図。 図中、Ａ、Ｂ、Ｃ……吸着器、Ｒ……貯蔵器、である。
するための設備を示す図。 第2a図と第2b図は、実施例１に対するプロセスの流れと
圧力の流れを示す図。 第3a図と第3b図は、実施例３に対するプロセスの流れと
圧力の流れを示す図。 第４図は、実施例４に示された本プロセスを実施するた
めの設備を示す図。 第5a図と第5b図は、実施例４に対するプロセスの流れと
圧力の流れを示す図。 第６図は、本プロセスにおいて使用することのできる三
吸着器システムを示す図。 第7a図と第7b図は、残りの２つの吸着器ＡとＢに対する
プロセスの流れと圧力の流れを示す図。 図中、Ａ、Ｂ、Ｃ……吸着器、Ｒ……貯蔵器、である。
Claims (1)
- 【請求項１】吸着剤で充填された２つの容器における真
空スイング吸着（VSA）によって未処理ガス混合物の吸
着分離を行うプロセスであって、 ここで、該容器は、底部及び頂部に入口と放出端部を備
えた吸着器ＡとＢであり、弱く吸着されるガス成分は減
圧下で獲得され； F1） 吸着器に送り込まれた未処理ガスがプロセスの進
行中決して停止されないように２つの吸着器ＡとＢを交
互に作動させ、真空ポンプは吸着剤充填部に連続的に連
結されており、 ａ） 時間ｔ1において、吸着器Ａを頂端部において減
圧させ、このようにして放出されたガスが排気された吸
着器Ｂの頂端部に流れ込み、吸着器Ａは底部端において
真空ポンプに連結され、そして吸着器Ｂは底部端におい
て未処理ガスで充填され、即ち、加圧され、 ｂ） 時間ｔ2において、吸着器Ａを排気し、且つ吸着
器Ｂを頂端部においてラフィネート貯蔵器Ｒからのラフ
ィネートで充填し、吸着器Ｂは底部端において減圧下で
未処理ガスで充填され、 ｃ） 時間ｔ3において、吸着器Ａを底部端において排
気し、且つ吸着器Ｂを底部端において未処理ガスで充填
させ、あるいは未処理ガスは底部端において吸着器Ｂを
通って流れ、１バールの圧力において開始し、そして吸
着器Ｂの頂端部において生成物として弱く吸着されるガ
ス成分を除去し、 ｄ） 時間ｔ1、ｔ2、ｔ3を繰り返すことにより、プロ
セスを更に進行させ、吸着器A/Bは切り換えられ、ある
いは代替的に、 ｅ） 時間1において、吸着器Ａを頂端部において減圧
させ、このようにして放出されたガスが減圧下で作動さ
れる吸着器Ｂの頂端部に流れ込み、吸着器Ａを底部端に
おいて未処理ガスで充填し、吸着器Ｂは底部端において
真空ポンプに連結されるが、吸着器Ｂにおける圧力は吸
着器Ａからのガスの流入により上昇し、そして吸着器Ａ
における圧力は下降し、 ｆ） 時間ｔ2において、プロセスは、前記ｂ）に記載
されているのと同様に進行し、 ｇ） 時間ｔ3において、プロセスは、前記ｃ）に記載
されているのと同様に進行し、 ｈ） プロセスは、時間ｔ1、ｔ2、ｔ3を繰り返すこと
により更に進行し、吸着器A/Bが切り換えられることを
特徴とする二吸着器VSAプロセス。
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|---|---|---|---|
| DE3829584A DE3829584A1 (de) | 1988-09-01 | 1988-09-01 | Trennung von gasgemischen durch vakuum swing adsorption in einem zwei-adsorber-system |
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|---|---|
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| JP2747337B2 true JP2747337B2 (ja) | 1998-05-06 |
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