JP3073917B2 - 同時段階圧力変化式吸着方法 - Google Patents

同時段階圧力変化式吸着方法

Info

Publication number
JP3073917B2
JP3073917B2 JP07245241A JP24524195A JP3073917B2 JP 3073917 B2 JP3073917 B2 JP 3073917B2 JP 07245241 A JP07245241 A JP 07245241A JP 24524195 A JP24524195 A JP 24524195A JP 3073917 B2 JP3073917 B2 JP 3073917B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bed
pressure
gas
feed
product
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP07245241A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0871350A (ja
Inventor
アマンダ・ケイ・ジラード
ハーバート・レイモンド・シャウブ
Original Assignee
プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド filed Critical プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド
Publication of JPH0871350A publication Critical patent/JPH0871350A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3073917B2 publication Critical patent/JP3073917B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/106—Silica or silicates
    • B01D2253/108—Zeolites
    • B01D2253/1085—Zeolites characterized by a silicon-aluminium ratio
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/4002—Production
    • B01D2259/40022—Production with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40028—Depressurization
    • B01D2259/4003—Depressurization with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40035—Equalization
    • B01D2259/40037—Equalization with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40043—Purging
    • B01D2259/4005—Nature of purge gas
    • B01D2259/40052—Recycled product or process gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
    • B01D2259/40069—Eight
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40077—Direction of flow
    • B01D2259/40081—Counter-current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容易に吸着される
成分と容易に吸着されない成分とを含有する供給気体混
合物の分離に関するものであり、特には本発明は、圧力
変化式吸着（ＰＳＡ）プロセスを使用するそうした気体
分離に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多数の化学プロセス、精練、金属製造そ
の他の工業用途において、高純度気体流れが様々の目的
のためにしばしば使用される。例えば、高純度酸素が、
化学プロセス、製鋼業、製紙業のような様々の工業にお
いてまた鉛やガラス製造操業において使用されている。
多くのそうした用途は２８００ｍ3 ／時間に及ぶ或いは
もっと多くの流量において約９０〜９３％酸素範囲の純
度を必要とする。酸素及び窒素は様々の空気分離により
製造されうるが、ＰＳＡプロセス処理が、多くの用途に
おける空気分離に、特に極低温空気分離プラントの使用
が経済的に実施し得ないような比較的小規模の操作にお
いての空気分離に特に適合する。
【０００３】圧力変化式吸着（ＰＳＡ）プロセス処理に
おいては、容易に吸着される成分と容易に吸着されない
成分を含有する供給気体混合物が通例、上方吸着圧力に
おいて容易に吸着される成分を選択的に吸着することの
できる吸着剤床に通される。吸着剤床はその後、容易に
吸着される成分の脱着と床からのその除去のために下方
脱着圧力に減圧され、その後再加圧と追加量の供給気体
混合物の床への導入が実施され、こうして床内で吸着−
脱着−再加圧操作サイクルが継続していく。真空圧力変
化式吸着（ＶＰＳＡ）プロセス処理においては、下方脱
着圧力は大気圧未満の、すなわち真空脱着圧力である。
こうしたＰＳＡ／ＶＰＳＡプロセス処理は一般に、多床
システムにおいて実施され、各床は吸着システムの他の
床と相互関連したサイクルベースにおいてのプロセス処
理順序段階を使用する。空気の容易に吸着されない成分
としての高純度酸素生成物の回収のために設計されたＰ
ＳＡ／ＶＰＳＡシステムにおいては、各吸着剤床は容易
に吸着される成分としての窒素を選択的に吸着すること
のできる吸着剤物質を収納し、窒素がその後、床の圧力
の上方吸着圧力水準から下方脱着圧力への減少に際し
て、脱着されそして床から除去される。
【０００４】上述した供給空気からの酸素の製造のよう
な実際的な工業操作にＰＳＡ／ＶＰＳＡ技術を応用する
ために様々のプロセス操作方式が開発された。そうした
方式の一つにおいて、供給空気から窒素を選択的に吸着
することのできる吸着剤を使用する２床式ＶＰＳＡシス
テムが、各床において６つの基本段階を他の床における
そうした段階の実行に相互関連してのサイクルベースで
実行するプロセス処理順序において使用された。詳しく
は、一方の床（特定床）は次の段階に順次供される：
（１）圧力均等化気体を減圧を受けている他方の床の上
端すなわち生成物端から特定床の上端に通すことによ
る、大気圧未満の下方脱着圧力から中間圧力への加圧、
（２）床の下端すなわち供給端への供給空気の導入によ
り中間圧力から上方吸着圧力への加圧、（３）容易に吸
着される成分である窒素の吸着−容易に吸着されない成
分である酸素の生成物としての回収（この場合、追加量
の供給空気が床の下端に導入され、そして酸素が床の上
端から生成物の回収のためまた他方の床のパージ（掃
気）目的のため抜き出される）、（４）気体を床の上端
から放出しそして減圧を受けている他方の床の上端に通
して中間圧力範囲において床間で圧力の均等化をもたら
す並流減圧、（５）大気圧未満の下方脱着圧力への排
気、すなわち向流減圧、及び（６）下方脱着圧力でのパ
ージ。システムの２床に対するサイクル操作を同期化す
るために、段階１〜３を一つの床で行う間、それと同時
に段階４〜６をもう一つの床で行う。すなわち、上方吸
着圧力から下方脱着圧力への減圧と再生を一方の床で行
い、同時に下方脱着圧力から上方吸着圧力への加圧と生
成物気体の生成を他方の床で実施する。合計サイクル時
間は比較的短く、代表的に約６０秒である。
【０００５】このプロセス処理サイクルの実施におい
て、段階（１）の圧力均等化は、再加圧されている床の
圧力における増加、代表的に約０．３５ａｔｍの大気圧
未満のすなわち真空の下方脱着圧力から約０．６７ａｔ
ｍの中間圧力への増加をもたらし、この約０．３ａｔｍ
の圧力増加が合計サイクル時間の約５〜２０％を利用す
る。この圧力均等化段階中、２床式ＶＰＳＡシステムに
対して使用される供給ブロワー及び排気ブロワーは無負
荷状態にあることが理解されよう。
【０００６】段階（２）の床再加圧中、供給空気は床に
通されて、その圧力を最初の圧力均等化中に到達した下
方の中間圧力水準から大気圧を超える圧力範囲にある、
代表的に約１．３〜１．５ａｔｍにおける上方吸着圧力
へと増加せしめる。
【０００７】所望の上方吸着圧力に達すると、段階
（３）において追加量の供給空気が床の下端に該上方吸
着圧力において通され、その容易に吸着される成分であ
る窒素が選択的に吸着され、そして容易に吸着されない
酸素生成物が床を選択的に通過しそして床の上端から抜
き出される。こうして抜き出された酸素は、所望の酸素
生成物として回収されるが、ただしその一部は他方の床
において一般にパージ気体として使用のために転流され
る。最初抜き出された酸素が代表的に生成物気体として
回収され、段階（３）の後半部分中酸素の一部がパージ
目的のため転流される。段階（２）の床再加圧と段階
（３）の抜き出した酸素を一般に生成物気体として回収
する初期部分は、特定例の総合条件に依存して変動する
が、通常は全体サイクル時間の約３０〜４０％の範囲に
ある。追加酸素生成物を回収しそして酸素の一部をパー
ジ目的に転流する段階（３）の追加部分は一般に全体サ
イクル時間の約１５〜３０％を必要とする。
【０００８】段階（４）の並流減圧−圧力均等化中、床
間の圧力均等化の結果として、一方の床の圧力は、再加
圧を受けている他方の床における圧力に従って決定され
る中間圧力まで減少する。段階（１）の場合と同じく、
段階（４）の最初から最後までの圧力の変化はおおよそ
０．３ａｔｍであり、そして床は代表的に約０．９〜
１．１ａｔｍの範囲の中間圧力水準に達する。これに関
して、床間の圧力均等化は通常床間の完全な圧力均等化
まで継続されずに、部分的な圧力均等化において終了と
される。従って、一般的な実施例では、床は同一の圧力
において完全に等圧化せず、その場合、部分的な圧力均
等化の完了に際しての床間の圧力差は代表的に、約０．
０７〜０．７ｋｇ／ｃｍ2 （１〜１０ｐｓｉ）、望まし
くは０．２１〜０．３５ｋｇ／ｃｍ2 （３〜５ｐｓｉ）
である。
【０００９】並流減圧−圧力均等化に続いて、減圧され
た床は、処理サイクルの段階（５）において大気圧未満
の下方脱着圧力にまで排気される。床の再生のこの部分
において、床は代表的に真空ブロワーを使用して所望の
下方脱着圧力、例えば０．３５ａｔｍまで排気され、気
体、すなわち先に吸着していた窒素の床の供給端すなわ
ち下端からの放出が起こる。
【００１０】処理サイクルの段階（６）において、床の
下端からの窒素の除去を促進するためにパージ気体が床
の生成物端すなわち上端に下方脱着圧力、例えば０．３
５ａｔｍにおいて導入される。パージ気体はそうしたパ
ージ目的で転流された他方の床からの酸素生成物気体で
ある。
【００１１】段階（４）、（５）及び（６）における各
床の再生に続いて、床は段階（１）及び（２）において
再加圧され、そして生成物酸素はサイクルの段階（３）
で生成され、そして追加量の供給空気がプロセス順序が
各床においてサイクルベースで実行されるにつれ床に導
入される。
【００１２】当業者は、供給空気からの酸素の製造のた
めに使用される多くの他のＰＳＡ及びＶＰＳＡプロセス
が存在することを理解しよう。そうした方式の各々が自
身のユニークな段階乃至特徴或いはその組み合わせを含
んでいる。上述した特定のプロセスは９０〜９５％範囲
における高純度酸素の経済的な回収を与える。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ここで記載したプロセ
スは望ましい利益を提供してきたが、ＰＳＡ／ＶＰＳＡ
プロセス処理における更に一層の改善への絶えざる要望
が存在している。そうした改善は、広く様々の工業用途
に対して酸素その他の産業気体の経済的な供給において
一層高い性能水準への絶えず増大する必要性を満足させ
るために所望される。特に、ＰＳＡ／ＶＰＳＡプロセス
の効率を増大するためにまたＰＳＡ／ＶＰＳＡ操業の単
位消費動力を低減するためにＰＳＡ／ＶＰＳＡシステム
の容量を拡大することへの一層の改善が所望される。
【００１４】本発明の課題は、気体分離のためのＶＰＳ
Ａを含めて改善されたＰＳＡプロセスを提供することで
ある。本発明の別の課題は、空気分離による高純度酸素
の回収のための改善されたＰＳＡ／ＶＰＳＡプロセスを
提供することである。本発明の更に別の課題は、効率を
増進し、単位消費動力を低減し、そしてそこで使用され
るシステムの吸着容量を向上させることのできるＶＰＳ
Ａを含めて改善されたＰＳＡプロセスを提供することで
ある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明のＰＳＡ／ＶＰＳ
Ａプロセスは、オーバラップする圧力均等化−上昇及び
供給気体再加圧段階並びにオーバラップする圧力均等化
−降下及び脱着すなわち排気段階を使用する。その結
果、単位時間に処理されうる供給気体の量が増大でき、
単位消費動力が減少でき、そしてプロセスの全体的な効
率が増進する。
【００１６】本発明の課題は、従来技術で述べたような
ＰＳＡ／ＶＰＳＡプロセス処理順序を圧力均等化段階を
サイクルにおける次の爾後段階と重なり合うようなオー
バーラップサイクルを使用して実施することにより達成
される。つまり、下方脱着圧力から再加圧を受けている
床は、床間の圧力均等化により部分的に再加圧され、そ
してこの段階の後半部分は、次に続く、供給気体による
所望の上方吸着圧力への追加的な再加圧段階とオーバラ
ップされるすなわち同時に実施される。同様に、上方吸
着圧力からの減圧を受けている床は、床間の圧力均等化
のために当該床の上端から気体を放出して再加圧される
べき他方の床の上端へ通すことにより並流減圧され、そ
してこの段階の後半部分は、次に続く、減圧されている
床の下端からの気体の放出による脱着段階、例えば排気
とオーバラップされる。
【００１７】本発明のプロセス処理順序は、２つの有意
義な利益を有する。圧力均等化段階における気体流量が
オーバラップ段階の組込みの結果として増大されそして
ＰＳＡ／ＶＰＳＡシステムの操作において得られる生成
物の回収率を増大することが見いだされた。従って、一
層多くの酸素が、並流減圧−圧力均等化中他方の床へ一
層多量の酸素の移行の結果として、全体サイクルの再生
部分中に廃棄されずにシステム内に保持される。通常、
そうした追加量の酸素は他方の床へ移行されずに排気段
階中廃棄物として放出される。第２に、追加圧力均等化
が２つの床におけるサイクルの再加圧／排気部分と同時
に起こり、従って圧力均等化にもっぱら使用された時間
が短縮される。これは供給ブロワー及び排気ブロワーに
対する無負荷時間を減じそしてそうした設備の一層良好
な利用をもたらす。この特徴はまた、床における一層選
択的に吸着しうる成分の不純物フロントを明確に画定
し、所望の生成物の回収率を増進し、そして全体サイク
ル時間を短縮しそしてシステムにより処理される空気量
を増大する可能性を秘めている。改善された回収率と無
負荷時間の割合の減少とは協同して、システムの容量を
増大する作用をなす。設備利用率の増加により設備の運
転圧力が変化されることもまた銘記すべきである。全体
動力使用量は増加するが、システムの生成物容量におい
て達成される増加により補って余りある。単位動力消費
量は、生成物容量における増加の程度に応じてほとんど
同じか若しくは改善される。
【００１８】こうして、本発明は、最初に説明したＶＰ
ＳＡプロセス処理サイクルの非常に有益な適応化として
みることができる。本発明は、従来ＶＰＳＡサイクルに
比較して生成物容量において一般に５〜１０％の改善そ
して動力原単位において５％までに至る改善を提供す
る。上述したように、実際の動力消費絶対量は対応する
従来のサイクルの実施において増加するが、容量の増加
により動力原単位は従来サイクルと比べて等しいか、多
くの場合は改善される。そうした状況下で、達成される
動力節減の程度は、特定の具体例において合計動力消費
量における変化と得られる容量における増加に基づいて
変動する。本発明の実施において達成される利益は設備
における変更やＶＰＳＡシステムレイアウトにおける変
更を実質上伴うことなくそして従来サイクルの自動化実
施例において使用された制御論理回路への若干の変更し
か伴わずに達成されることを銘記すべきである。かくし
て、本発明の有益なＶＰＳＡプロセス処理順序段階は、
ＶＰＳＡシステムに対する追加的な設備投資の必要なく
有意義なコスト節減を提供することが理解されよう。追
加的に、本発明のプロセス処理順序により呈示される利
益は、一層多くの圧力均等化流れから由来する一層高い
設備利用率と改善された生成物回収率の結果である。こ
うした利益は与えられた空気その他の気体の分離操作に
対してＶＰＳＡシステムにおいて使用された絶対運転圧
力とは無関係に実現されることを銘記すべきである。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図面において、オーバラップする
圧力均等化−上昇及び供給気体再加圧段階並びにオーバ
ラップする圧力均等化−降下及び排気段階が、最初に記
載した従来のＰＳＡ／ＶＰＳＡプロセス処理サイクルの
プロセス処理順序段階に組み込まれている。プロセス処
理段階は、２床式ＶＰＳＡシステムの床Ａにおいて実施
されるものとしてのサイクルに関して説明しそして床Ａ
が下方脱着圧力から中間圧力まで圧力を増加される圧力
均等化−上昇段階から説明を始める。同じ処理段階が同
じ順序で床Ｂにおいても実施されるが、床Ａが上方吸着
圧力まで加圧されている間、床Ｂは上方吸着圧力から減
圧されているように相関づけられていることが理解され
よう。
【００２０】段階１において、最初大気圧未満の下方脱
着圧力にある床Ａは、最初上方吸着圧力にある床Ｂから
床Ｂの並流減圧（床Ｂの上端からの気体の放出）により
取り出した気体を床Ａの上端（生成物端）に通すことに
より中間圧力水準に圧力を増加される。この段階中、Ｖ
ＰＳＡシステムにおいて使用されている供給ブロワー及
び排気ブロワーは無負荷である。
【００２１】次の段階、すなわちオーバラップ段階１Ａ
中、段階１の圧力均等化−上昇は床Ａにおいて続行さ
れ、しかもこの場合供給気体が床Ａの下端（供給物端）
に同時に導入されて圧力を所望の上方吸着圧力まで更に
増大する。この期間中、床Ｂは同様に、床Ａにおける段
階４Ａに関して以下に説明するような同時的な処理を受
けている。床Ａが上方吸着圧力に達するに際して、段階
２において、追加供給空気が床Ａの下端に導入されそし
て生成物気体すなわち供給気体混合物の容易に吸着され
ない成分が床Ａの上端から抜き出される。こうした供給
気体の追加供給は段階３中も続行され、そして床Ａの上
端から回収された生成物気体の一部は床Ｂでのパージ気
体としての使用のために床Ｂの上端への通入のために転
流される。床Ａへの供給気体の追加供給とそこからの生
成物の回収とは、一般に、床Ａの供給端に最初生じる容
易に吸着される成分の吸着フロントが床を通して床の上
端近傍まで容易に吸着される成分の床からの破過と生成
物流れ中への所望されざる放出なく進行するまで継続さ
れる。
【００２２】段階３の完了に際して、床Ａの再生は、並
流減圧−圧力均等化段階である段階４でもって始まり、
ここでは気体が圧力均等化目的で床Ａの上端から抜き出
されそして床Ｂの上端に通入される。この期間中、供給
及び排気ブロワーは無負荷状態にある。こうした圧力均
等化は、オーバラップ段階４Ａにおいても続行され、し
かもこの期間中床Ａはその向流減圧のため床Ａの下端か
ら供給気体の容易に吸着される成分の抜き出しにより同
時に減圧される。このオーバラップ期間中、床Ｂはその
下端からの供給気体の追加供給により同時に更に加圧さ
れる。
【００２３】オーバラップ段階４Ａに続いて、床Ａは、
段階５において、その下端から追加量の容易に吸着され
る成分を抜き出す向流減圧により一層減圧化される。こ
の段階において、床Ａは、その再生の増進のために、下
方脱着圧力、すなわちＶＰＳＡシステムにおいては大気
圧未満の（真空）脱着圧力まで減圧される。
【００２４】こうした再生は、段階６において続行さ
れ、ここでは床Ｂの頂部から抜き出された生成物気体の
一部が床Ａの上端へそこを通しての向流パージ気体とし
て通過のために床Ｂの上端から転流されて、容易に吸着
される成分の脱着とパージ気体と共に下方脱着圧力にお
いて床Ａの下端からのその除去を促進する。
【００２５】オーバラップ段階４Ａ、段階５及び段階６
中、気体は床Ａの下端から床再生目的で放出される。こ
うした容易に吸着される成分に富む気体は代表的に廃棄
物として放出されるが、気体／空気分離におけるＰＳＡ
／ＶＰＳＡシステム以外では或る種の用途で使用でき
る。
【００２６】段階６の完了に際して、床Ａは下方脱着圧
力において再生され終った状態にあり、プロセスのサイ
クル操作を継続するに際して、そこへの供給空気による
再加圧とその追加量の導入によって段階１の圧力均等化
を開始できる態勢にある。
【００２７】以上から、本発明プロセスが従来からのＰ
ＳＡ／ＶＰＳＡプロセス処理サイクルにおいて新規なオ
ーバラップサイクル、すなわち段階１Ａ及び４Ａを創出
し、サイクルの残り、すなわち供給段階の継続とパージ
段階とは従来サイクルと実質上同じに留めるという適応
化を達成したことが理解されよう。当業者は、全体サイ
クル時間及び個々の段階時間が所望のプロセス圧力及び
性能結果を達成するように調節されうることを理解しよ
う。特に、段階１と４の圧力均等化は、サイクルのオー
バラップ部分、すなわち段階１Ａ及び４Ａに対して時間
が割り当てられたので減少されうる。従って、本発明の
実施のための合計サイクル時間は、前述したＶＰＳＡサ
イクルのそれに比べてほぼ同じに維持することができ、
また多くの具体例においては代表的に１〜２秒減縮され
うる。通常の圧力均等化−上昇段階の終了においての圧
力は従来サイクルの場合より低いが、次に続くオーバラ
ップ段階、すなわち段階１Ａ中の床−床間での圧力均等
化の継続が、床圧力が従来サイクルの圧力均等化部分中
に可能であったより大きな圧力への上昇を継続すること
を可能とする。すでに述べたように、従来サイクルの圧
力均等化−上昇段階は、上述した特定の具体例では、床
が約０．６７ａｔｍに達した時に終了する。本発明に実
施における段階のオーバラップの場合には、供給気体の
導入によるオーバラップはもっと低い圧力、例えば０．
６０ａｔｍにおいて始まり、そして圧力均等化は従来よ
り高い圧力、例えば０．７７ａｔｍにおいて終了する。
同様に、圧力均等化−降下及び排気のオーバラップに対
しては、例示具体例においては、１．１４ａｔｍにおい
て始まり、そして圧力均等化−降下流れは約０．８３ａ
ｔｍにおいて終了する。これに対して、従来サイクルで
は、圧力均等化流れは及び排気は１．０７ａｔｍにおい
てそれぞれ終了しそして始まる。
【００２８】本発明を特定の例示した具体例に対して好
ましい条件組に関して記載したが、本発明が前記ＶＰＳ
Ａ具体例において実用的な工業操作における望ましい圧
力条件の範囲でもって実施されうることが理解されよ
う。かくして、下方脱着圧力は代表的に約０．３〜０．
７５ａｔｍの範囲で変化することができ、そして上方吸
着圧力は代表的に約１．３〜１．６ａｔｍの範囲で変化
することができる。上記の例示に従う特に好ましい具体
例においては、下方脱着圧力は代表的に約０．３７ａｔ
ｍであり、そして上方吸着圧力は代表的に約１．３〜
１．５ａｔｍ範囲である。
【００２９】上述したように、本発明は、生成物の回収
率の増大を可能ならしめそして供給ブロワー及び排気ブ
ロワーの無負荷時間の減少を可能ならしめ、それにより
設備の利用率の向上を達成する。表１は相対基準におい
て本発明と先に説明した従来サイクルとの比較を与え、
そして特に空気分離を参照してのオーバラップサイクル
により実現される改善された性能を例示する。
【００３０】
【表１】
【００３１】かくして、本発明のオーバラップサイクル
は、この例では約１１．４％の生成物の容量の増加と、
併せて約４％の動力原単位の減少を達成する。
【００３２】最大限の利益を達成するべく本発明のオー
バラップ特徴でもってＶＰＳＡシステムを適正に運転す
るためには、サイクル時間及び圧力が使用されるシステ
ム、分離されるべき供給気体混合物及び特定の具体例に
対して所望される性能に依存して調整されねばならない
ことが理解されよう。既知の並流減圧−圧力均等化段階
に対して使用された時間が代表的に約２５〜５０％低減
される。サイクルのオーバラップ部分の時間は多くの具
体例に対して圧力均等化時間の減少とほぼ同じ時間長さ
である。吸着／排気時間は、従来の非オーバラップサイ
クルにおけるのと同じである上下圧力を得るように調整
されうる。床圧力の分布は、供給気体がわずかに低い圧
力で導入されるが、圧力均等化（床−床）流れの終了に
おける圧力がもっと高いように、相応に変化することが
観察される。
【００３３】本発明をそのある種の具体例に言及して記
載したが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することな
くその細部に多くの変更や改変をなしうることを理解し
よう。本発明は、上述したように、供給空気の容易に吸
着されない成分である酸素を所望の生成物として回収
し、そして容易に吸着される成分である窒素を選択的に
吸着剤材料に吸着する非常に望ましい空気分離操作に有
利に使用できる。供給空気から窒素を選択的に吸着する
ことのできる任意の市販入手しうる吸着剤物質を本発明
の実施において使用することができる。５Ａ及び１３Ｘ
ゼオライトモレキュラーシーブ材料のような周知のモレ
キュラーシーブが好都合に使用されうる。こうした材料
は一般に、例えば窒素のような選択的に容易に吸着され
る成分が床の供給端において形成されそして供給空気の
容易に吸着される窒素と容易に吸着されない酸素との間
で床内で分画された状態で床の生成物端に向けて進行す
る平衡型のものである。従来型式のゼオライトモレキュ
ラーシーブが本発明の実施における吸着剤として使用さ
れうるが、リチウムカチオン形態のゼオライトＸにおけ
る吸着剤のようなさまざまの特別に改質された材料もま
た使用することができる。そうした既知材料の例として
は、Ｓｉ／ＡｌＯ2 モル比が約２．０〜３．０の範囲、
好ましくは２．０〜２．５の範囲にあり、そしてＡｌＯ
2 四面体ユニットの少なくとも５０％、好ましくは少な
くとも８８％、一層好ましくは少なくとも９５％がリチ
ウムカチオンと会合しているようなＬｉＸ吸着剤を挙げ
ることができる。少なくとも約５０％リチウムをカルシ
ウムのような別のカチオンと共に含有する混合カチオン
型もまた本発明の実施において使用することができる。
酸素製造のための空気分離がここでは特定的に示された
が、本発明がまた、水素／アンモニア、窒素／メタン、
水素／ＣＯ2 、その他の所望される供給気体分離を含め
てさまざまの他の供給気体分離のために本発明を使用す
ることができることが理解されよう。
【００３４】本発明を望ましい２床式システムと特に関
連して開示したが、２つの指定されたオーバラップ段階
がそのプロセス処理順序において使用されるかぎり、３
床式システムのような任意の所望の多床式システムを使
用することも本発明の範囲内である。更に、本発明を下
方脱着圧力が大気圧未満（真空）圧力範囲にある非常に
望ましいＶＰＳＡシステムに関連して特に説明したが、
下方脱着圧力が大気圧もしくはほぼ大気圧にありそして
大気圧未満範囲にない圧力変化式吸着（ＰＳＡ）システ
ムにおいてここで記載したプロセス処理順序を使用する
こともまた本発明の範囲内である。
【００３５】本発明の実施において使用される設備機器
の無負荷時間を減縮するようプロセス処理段階が同時に
実施されるよう様々の他の変更や改変を為しすることが
理解されよう。つまり、オーバラップ段階は、一つの容
器から別の容器への流れのみならず、生成物タンクもし
くは別の貯蔵タンクから床への流れに関与しうる。例え
ば、供給と生成物の加圧及び大気圧への床の向流減圧に
よる排気とのオーバラップを通して設備機器の一層高い
利用率を達成することが可能である。一床式システムへ
も応用可能な、この型式の様々の組み合わせが上述した
従来のプロセス処理を上回る利益を与えることを可能と
しよう。
【００３６】本発明のオーバラップ段階、即ち段階１Ａ
及び４Ａを実施するに当たって、オーバラップのために
なるたけ多くの時間を与えるように、流動化を抑えなが
ら、なるたけ早期に床の下端から同時的な供給気体再加
圧を開始することが有利であることが理解されよう。そ
の後、供給気体加圧及びオーバラップ段階が、床間の圧
力均等化が一般に前述したように完全ではなく、部分的
な圧力均等化で終了する従来からの圧力均等化の完了に
向けて進行し終るまで継続される。しかし、供給気体は
一般に、床例えばオーバラップ段階１Ａの床Ａもしくは
オーバラップ段階４Ａの床Ｂに、圧力均等化が再加圧を
受けている床の圧力がその下方脱着圧力から供給気体の
床の下端への導入が所望されざる床の流動化もしくは床
持ち上げ作用をもたらさない中間圧力水準まで高めた後
でのみ、導入されることを銘記すべきである。
【００３７】
【発明の効果】単位時間当たりシステムにより処理され
る供給空気或いは他の種の気体の量を増加することによ
り、本発明は、システムの全体的効率を向上し、その動
力消費量を減じ、そしてＰＳＡ／ＶＰＳＡシステムの吸
着容量を増大する。こうして、本発明は、従来からの圧
力変化式吸着技術による有意義な工業用気体分離を実現
するという重要なそして有益な望ましい方式を確立した
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオーバラップサイクルにおいて使用さ
れるプロセス段階を順次例示する説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−265635（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−119915（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−236914（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々が供給物端と生成物端とを有しそし
    て混合物供給気体から容易に吸着される成分を選択的に
    吸着することのできる吸着剤物質を収納する少なくとも
    ２つの吸着剤床を具備する吸着システムにおいて、吸着
    −脱着−再加圧サイクルにおいて供給気体の成分を分離
    するための圧力変化式吸着方法であって、各床が、サイ
    クルベースで、 （ａ）床間の部分圧力均等化のために特定床の生成物端
    にシステム内の別の床の生成物端から抜き出された気体
    を通すことによる下方脱着圧力から中間圧力への部分再
    加圧段階と、 （ｂ）該床の上方吸着圧力への再加圧のために、前記段
    階（ａ）を続行して該床の生成物端に気体を通し、併せ
    て供給気体を該床の供給物端に同時に導入することによ
    り前記中間圧力からの追加部分再加圧段階であって、前
    記段階（ａ）の続行による追加部分再加圧が床間の完全
    圧力均等化に近付くに際して停止され、供給気体の該床
    供給物端への導入が該床の圧力を所望の上方吸着圧力に
    増大するよう継続される追加部分再加圧段階と、 （ｃ）追加量の供給気体を上方吸着圧力において該床の
    供給物端に導入し、容易に吸着される成分を吸着剤物質
    により選択的に吸着せしめ、容易に吸着されない成分を
    該床を通過せしめて所望の生成物気体流れとして回収す
    る段階と、 （ｄ）前記段階（ｃ）を続行して追加量の供給気体を該
    床の供給物端に導入し、該床の生成物端から回収した容
    易に吸着しない成分の少なくとも一部をパージ目的で生
    成物気体流れから転流する段階と、 （ｅ）床間の部分圧力均等化のために該床の生成物端か
    ら気体を放出しそして再加圧されるべき別の床の生成物
    端へ通すことによる上方吸着圧力から中間圧力への並流
    減圧段階と、 （ｆ）前記段階（ｅ）を続行して該床の生成物端から気
    体を放出しそして再加圧されるべき別の床の生成物端へ
    通し、併せて該床の供給物端から気体を同時に放出する
    ことにより床を向流減圧することによる中間圧力からの
    追加部分減圧段階であって、前記（ｅ）の続行における
    追加部分減圧を床間の完全圧力均等化に近付くに際して
    停止する追加部分減圧段階と、 （ｇ）該床の供給物端から追加気体を抜き出して該床の
    圧力を下方脱着圧力まで下げそして該床から容易に吸着
    される成分を放出する追加向流減圧段階と、 （ｈ）別の床の生成物端から回収されそして該床の生成
    物端にパージ目的で転流された容易に吸着されない成分
    を該床にパージ気体として通して容易に吸着される成分
    の脱着と該床の供給物端からの除去を促進する段階と、 （ｉ）プロセスサイクル操作が継続されるに際して段階
    （ａ）−（ｈ）のプロセス処理順序段階を繰り返す段階
    とを包含するプロセス処理順序段階に置かれ、全体サイ
    クル時間のうちの、プロセスの実施において使用される
    供給ブロワー及び排気ブロワーが無負荷状態にある段階
    （ａ）及び（ｅ）における床の圧力均等化により消費さ
    れる部分が、同時的なオーバラップ段階（ｂ）及び
    （ｆ）により短縮され、それにより所定の時間において
    処理される供給気体の量が増大されることを特徴とする
    圧力変化式吸着方法。
  2. 【請求項２】 下方脱着圧力が大気圧より低い脱着圧力
    でありそして供給気体が空気であり、その場合容易に吸
    着されない成分が酸素でありそして容易に吸着される成
    分が窒素である請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 段階（ｃ）において、供給気体が上方吸
    着圧力において床の供給物端に導入され、床の供給端に
    形成される容易に吸着される成分の吸着フロントが床の
    生成物端近傍まで容易に吸着される成分の床から生成物
    気体流れへのの破過を起こすことなく進行するまで、容
    易に吸着されない成分を床を通過せしめて床から回収す
    る請求項１の方法。
JP07245241A 1994-09-01 1995-08-31 同時段階圧力変化式吸着方法 Expired - Fee Related JP3073917B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/299,764 US5536299A (en) 1994-09-01 1994-09-01 Simultaneous step pressure swing adsorption process
US299764 1994-09-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0871350A JPH0871350A (ja) 1996-03-19
JP3073917B2 true JP3073917B2 (ja) 2000-08-07

Family

ID=23156197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07245241A Expired - Fee Related JP3073917B2 (ja) 1994-09-01 1995-08-31 同時段階圧力変化式吸着方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US5536299A (ja)
EP (1) EP0699467B1 (ja)
JP (1) JP3073917B2 (ja)
KR (1) KR100252333B1 (ja)
CN (1) CN1083731C (ja)
BR (1) BR9503877A (ja)
CA (1) CA2157316C (ja)
DE (1) DE69512978T2 (ja)
ES (1) ES2137427T3 (ja)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5985003A (en) * 1994-06-02 1999-11-16 Nippon Sanso Corporation Oxygen production process by pressure swing adsorption separation
US5704964A (en) * 1994-12-27 1998-01-06 Nippon Sanso Corporation Pressure swing adsorption process
JP3309197B2 (ja) * 1995-03-02 2002-07-29 住友精化株式会社 濃縮酸素の回収方法
US5658371A (en) * 1995-11-06 1997-08-19 Praxair Technology, Inc. Single bed pressure swing adsorption process for recovery of oxygen from air
US5656068A (en) * 1996-02-29 1997-08-12 Praxair Technology, Inc. Large capacity vacuum pressure swing adsorption process and system
US5733359A (en) * 1996-06-19 1998-03-31 The Boc Group, Inc. Pressure swing adsorption process turndown control
US5846294A (en) * 1997-04-23 1998-12-08 The Boc Group, Inc. Pressure swing adsorption process and apparatus
US6010555A (en) * 1997-11-04 2000-01-04 Praxair Technology, Inc. Vacuum pressure swing adsorption system and method
FR2771656B1 (fr) * 1997-12-01 2000-01-07 Air Liquide Procede psa mettant en oeuvre un adsorbant a proprietes de capacite et/ou de selectivite heterogenes
FR2772637B1 (fr) * 1997-12-18 2000-02-11 Air Liquide Procede de separation gazeuse par adsorption avec production a debit variable, notamment pour la production d'oxygene
US5888265A (en) * 1997-12-22 1999-03-30 Praxair Technology, Inc. Air separation float glass system
FR2776939B1 (fr) * 1998-04-07 2000-05-19 Air Liquide Procede de production d'oxygene par adsorption a variation de pression transatmospherique
US6045603A (en) * 1998-08-21 2000-04-04 The Boc Group, Inc. Two phase pressure swing adsorption process
US6146447A (en) * 1998-11-25 2000-11-14 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen generation process and system using single adsorber and single blower
CN100354025C (zh) * 2000-06-19 2007-12-12 杨皓 来回变压吸附工艺
US6428607B1 (en) * 2000-06-26 2002-08-06 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption process which provides product gas at decreasing bed pressure
US6524370B2 (en) * 2000-07-28 2003-02-25 The Boc Group, Inc. Oxygen production
US6585804B2 (en) * 2001-11-09 2003-07-01 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption process operation at turndown conditions
US6641645B1 (en) 2002-06-13 2003-11-04 Air Products And Chemicals, Inc. Vacuum swing adsorption process with controlled waste gas withdrawal
JP4301452B2 (ja) * 2003-02-18 2009-07-22 サンビオー２ カンパニー，リミティド 気体濃縮方法およびその装置
US9381460B2 (en) 2014-09-11 2016-07-05 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption process
CN113041782B (zh) * 2021-03-15 2021-12-17 西南化工研究设计院有限公司 一种气体变压吸附分离提纯系统及其分离提纯方法
CN114984720A (zh) * 2022-07-29 2022-09-02 杭州普菲科空分设备有限公司 一种带负压补气功能的低能耗制氧设备及其制氧工艺

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2944627A (en) * 1958-02-12 1960-07-12 Exxon Research Engineering Co Method and apparatus for fractionating gaseous mixtures by adsorption
US3430418A (en) * 1967-08-09 1969-03-04 Union Carbide Corp Selective adsorption process
US3564816A (en) * 1968-12-30 1971-02-23 Union Carbide Corp Selective adsorption process
US3636679A (en) * 1971-01-04 1972-01-25 Union Carbide Corp Selective adsorption gas separation process
US3738087A (en) * 1971-07-01 1973-06-12 Union Carbide Corp Selective adsorption gas separation process
US4077780A (en) * 1976-10-20 1978-03-07 Union Carbide Corporation Recovery of hydrogen and nitrogen from ammonia plant purge gas
JPS5399091A (en) * 1977-02-10 1978-08-30 Osaka Sanso Kougiyou Kk Method of concentrating oxygen gas
JPS63166702A (ja) * 1986-12-26 1988-07-09 Osaka Oxygen Ind Ltd 酸素ガス濃縮法
US4756723A (en) * 1987-03-04 1988-07-12 Air Products And Chemicals, Inc. Preparation of high purity oxygen
JPH0779940B2 (ja) * 1987-09-16 1995-08-30 日本酸素株式会社 吸着分離法
JP2683806B2 (ja) * 1988-03-17 1997-12-03 住友精化株式会社 濃縮酸素回収方法
DE3829584A1 (de) * 1988-09-01 1990-03-08 Bayer Ag Trennung von gasgemischen durch vakuum swing adsorption in einem zwei-adsorber-system
ES2089202T3 (es) * 1990-03-02 1996-10-01 Air Liquide Procedimiento de produccion de oxigeno mediante separacion de aire por adsorcion.
DE69124276T2 (de) * 1990-03-29 1997-05-07 Boc Group Inc Verfahren zur Herstellung eines mit Sauerstoff angereicherten Produktstroms
US5330561A (en) * 1992-11-16 1994-07-19 Air Products And Chemicals, Inc. Extended vacuum swing adsorption process
CA2102774C (en) * 1992-11-16 1999-02-16 Ravi Kumar Adsorption process with mixed repressurization and purge/equalization
US5429666A (en) * 1994-02-03 1995-07-04 Air Products And Chemicals, Inc. VSA adsorption process with continuous operation

Also Published As

Publication number Publication date
CN1122257A (zh) 1996-05-15
KR100252333B1 (ko) 2000-04-15
DE69512978D1 (de) 1999-12-02
JPH0871350A (ja) 1996-03-19
BR9503877A (pt) 1996-10-15
ES2137427T3 (es) 1999-12-16
CN1083731C (zh) 2002-05-01
DE69512978T2 (de) 2000-05-18
US5536299A (en) 1996-07-16
KR960010052A (ko) 1996-04-20
CA2157316A1 (en) 1996-03-02
EP0699467A2 (en) 1996-03-06
EP0699467B1 (en) 1999-10-27
EP0699467A3 (ja) 1996-03-20
CA2157316C (en) 2000-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3073917B2 (ja) 同時段階圧力変化式吸着方法
JP2634138B2 (ja) 真空スイング吸着方法によるガス成分の分離法
JP2744596B2 (ja) 供給ガス混合物の比較的吸着力の弱い成分から比較的吸着力の強い成分を選択的に分離する方法
KR100254295B1 (ko) 단일 흡착 베드를 이용한 압력 스윙 흡착 방법
EP0361541B1 (en) Pressure swing adsorption process
EP0215899B1 (en) Enhanced pressure swing adsorption processing
JP3232003B2 (ja) 圧力スイング式吸着法における還流
US5540758A (en) VSA adsorption process with feed/vacuum advance and provide purge
EP0327732A1 (en) Adsorptive separation utilizing multiple adsorption beds
JPH08224428A (ja) 圧力スイング吸着によってガス混合物の成分を分離するための連続法
US4650501A (en) Pressure swing adsorption process
JP2006239692A (ja) 圧力スゥイング吸着プロセス及び装置
JPH08309139A (ja) 改良された圧力スイング吸着方法
EP1175934A2 (en) Improved oxygen production
CA2462308C (en) Psa process for co-producing nitrogen and oxygen
EP0354259B1 (en) Improved pressure swing adsorption process
US5403385A (en) Serial flow pressure swing adsorption process for gas separation
EP0529513A2 (en) Pressure swing adsorption for hydrogen with high productivity
KR19980016382A (ko) 압력변동흡착식 고순도 이산화탄소 제조방법
JPH04227018A (ja) 高純度不活性ガスの製造方法
JP3561886B2 (ja) 圧力変動吸着分離方法
KR930000267B1 (ko) 개량된 압력진동 흡착공정

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20000516

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees