JP3163110B2 - 水蒸気と二酸化炭素からなる不純物を空気から除去するための圧力スウィング吸着プロセス - Google Patents
水蒸気と二酸化炭素からなる不純物を空気から除去するための圧力スウィング吸着プロセスInfo
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- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Description
【０００１】本発明は，空気を通常の分離ユニットに導
入する前に，空気から不必要なガスを除去することに関
する。
入する前に，空気から不必要なガスを除去することに関
する。
【０００２】空気の低温分離によって窒素と酸素を製造
するための通常の空気分離ユニット（ＡＳＵ）は，基本
的には，かなり低い温度で作動する二段蒸留塔で構成さ
れている。温度が極めて低いために，ＡＳＵへの圧縮空
気供給物から水蒸気と二酸化炭素を除去することが必要
である。これが行われないと，ＡＳＵの低温部分が凍結
を起こす。従って，製造を停止し，詰まった部分を加温
・気化させて，凍結ガスの個体物質を除去することが必
要となる。このことは非常にコストがかかる。一般に
は，ＡＳＵの凍結を防止するためには，圧縮空気供給物
流れ中における水蒸気と二酸化炭素の含量が，それぞれ
０．１ｐｐｍ未満及び１．０ｐｐｍ未満でなければなら
ない。
するための通常の空気分離ユニット（ＡＳＵ）は，基本
的には，かなり低い温度で作動する二段蒸留塔で構成さ
れている。温度が極めて低いために，ＡＳＵへの圧縮空
気供給物から水蒸気と二酸化炭素を除去することが必要
である。これが行われないと，ＡＳＵの低温部分が凍結
を起こす。従って，製造を停止し，詰まった部分を加温
・気化させて，凍結ガスの個体物質を除去することが必
要となる。このことは非常にコストがかかる。一般に
は，ＡＳＵの凍結を防止するためには，圧縮空気供給物
流れ中における水蒸気と二酸化炭素の含量が，それぞれ
０．１ｐｐｍ未満及び１．０ｐｐｍ未満でなければなら
ない。
【０００３】空気を予備精製するためのプロセスと装置
は，上記の不純物レベルを常に満たすか，あるいは望ま
しくはそれを越える能力を有していなければならず，ま
た効率的な仕方でこうした要件を満足するものでなけれ
ばならない。予備精製のコストはＡＳＵの生成物ガスの
コストに直接関係してくるので，このことは特に重要な
ことである。
は，上記の不純物レベルを常に満たすか，あるいは望ま
しくはそれを越える能力を有していなければならず，ま
た効率的な仕方でこうした要件を満足するものでなけれ
ばならない。予備精製のコストはＡＳＵの生成物ガスの
コストに直接関係してくるので，このことは特に重要な
ことである。
【０００４】現在工業的に行われている空気の予備精製
法としては，逆転熱交換器による方法，温度スウィング
吸着による方法，及び圧力スウィング吸着による方法等
がある。逆転熱交換器による方法と温度スウィング吸着
による方法は，ウィルソンらによる「ＩＯＭＡ ＢＲＯ
ＡＤＣＡＳＴＥＲ，Ｊａｎ．−Ｆｅｂ．，１９８４，ｐ
ｐ１５−２０」に説明されている。
法としては，逆転熱交換器による方法，温度スウィング
吸着による方法，及び圧力スウィング吸着による方法等
がある。逆転熱交換器による方法と温度スウィング吸着
による方法は，ウィルソンらによる「ＩＯＭＡ ＢＲＯ
ＡＤＣＡＳＴＥＲ，Ｊａｎ．−Ｆｅｂ．，１９８４，ｐ
ｐ１５−２０」に説明されている。
【０００５】逆転熱交換器は，水蒸気と二酸化炭素の通
過時にそれらの凍結と気化を交互に起こさせることによ
って除去する。こうしたシステムでは，通過後の清浄化
（すなわち再生）を行うのに多量（通常は５０％以上）
の生成物ガスを必要とする。こうした大きな欠点がある
ため，該システム特有の機械的な問題や騒音の問題とあ
いまって，予備精製の手段として逆転熱交換器を使用す
ることは，ここ数年少なくなりつつある。
過時にそれらの凍結と気化を交互に起こさせることによ
って除去する。こうしたシステムでは，通過後の清浄化
（すなわち再生）を行うのに多量（通常は５０％以上）
の生成物ガスを必要とする。こうした大きな欠点がある
ため，該システム特有の機械的な問題や騒音の問題とあ
いまって，予備精製の手段として逆転熱交換器を使用す
ることは，ここ数年少なくなりつつある。
【０００６】温度スウィング吸着（ＴＳＡ）による予備
精製においては，不純物が低温（通常は約５℃）で除去
され，そして高温（例えば１５０〜２５０℃）で再生が
行われる。再生に必要な生成物ガスの量は通常わずか約
１２〜１５％であり，逆転熱交換器の場合に比べてかな
り改良されている。しかしながら，ＴＳＡプロセスは，
供給ガスを冷却するための冷却ユニットと，再生ガスを
加熱するための加熱ユニットを必要とする。従って，Ｔ
ＳＡプロセスは資本経費とエネルギー消費量において不
利である。
精製においては，不純物が低温（通常は約５℃）で除去
され，そして高温（例えば１５０〜２５０℃）で再生が
行われる。再生に必要な生成物ガスの量は通常わずか約
１２〜１５％であり，逆転熱交換器の場合に比べてかな
り改良されている。しかしながら，ＴＳＡプロセスは，
供給ガスを冷却するための冷却ユニットと，再生ガスを
加熱するための加熱ユニットを必要とする。従って，Ｔ
ＳＡプロセスは資本経費とエネルギー消費量において不
利である。
【０００７】圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）プロセス
は，ＴＳＡプロセスに代わる優れたプロセスである。な
ぜなら，吸着と再生が周囲温度で行われるからである。
一般には，ＰＳＡプロセスはＴＳＡプロセスよりかなり
多くの再生用ガスを必要とする。この点は，高い回収率
の低温分離生成物が必要とされる場合には不利となる。
しかしながら，実質的な量の廃棄物流れ（例えば，供給
物に対して約４０％）を有する低温プラントにおいて
は，こうした欠点は実質的に緩和される。このような流
れは，不純物（すなわち水蒸気と二酸化炭素）を含んで
いないので再生用ガスとして理想的であり，排気するこ
とも可能である。しかしながら，ＰＳＡに基づいた多く
の予備精製法が文献中に提唱されているけれども，高い
資本経費と高いエネルギーコストにより，実際に工業的
に使用されているものは少ない。
は，ＴＳＡプロセスに代わる優れたプロセスである。な
ぜなら，吸着と再生が周囲温度で行われるからである。
一般には，ＰＳＡプロセスはＴＳＡプロセスよりかなり
多くの再生用ガスを必要とする。この点は，高い回収率
の低温分離生成物が必要とされる場合には不利となる。
しかしながら，実質的な量の廃棄物流れ（例えば，供給
物に対して約４０％）を有する低温プラントにおいて
は，こうした欠点は実質的に緩和される。このような流
れは，不純物（すなわち水蒸気と二酸化炭素）を含んで
いないので再生用ガスとして理想的であり，排気するこ
とも可能である。しかしながら，ＰＳＡに基づいた多く
の予備精製法が文献中に提唱されているけれども，高い
資本経費と高いエネルギーコストにより，実際に工業的
に使用されているものは少ない。
【０００８】ドイツ特許公報ＤＥ３，０４５，４５１
（１９８１）は，温度５〜１０℃，吸着圧力８８０ＫＰ
ａ（９Ｋｇ／ｃｍ2 ），及び再生圧力９８ＫＰａ（１ａ
ｔｍ）にて運転されるＰＳＡ予備精製プロセスを開示し
ている。供給空気を加圧下にて１３Ｘゼオライト粒子層
に通して水蒸気と二酸化炭素の大部分を除去し，次いで
活性アルミナ粒子層に通して残留している低濃度の水蒸
気と二酸化炭素を除去する。活性アルミナの第２の層が
２つの層を合わせた容量の約２０〜８０％を構成しても
よい，とされている。該プロセスにおける吸着剤層の配
置構成は，吸着剤層における“コールドスポット（ｃｏ
ｌｄ ｓｐｏｔ）”の形成を少なくする，と説明されて
いる。このドイツ特許公報に類似のプロセスが，トモム
ラ（Ｔｏｍｏｍｕｒａ）らによる「化学工学論文集，１
３（５），（１９８７），ｐｐ．５４８−５５３」に説
明されている。後者のプロセスは，温度２８〜３５℃，
吸着圧力０．６５ＭＰａ，及び再生圧力０．１１ＭＰａ
にて運転される。該プロセスでは，シーブ比生成（ｓｉ
ｅｖｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔ）は７．１
Ｓｍ3 ／ｍｉｎ／ｍ3 であり，排気ガス損失は供給空気
の６．３％である。６．３％という数字は比較的小さな
値と思われるかも知れないが，排気における供給空気の
損失が１容量％であると，一日当たり２００トンの窒素
を生産するプラントの場合，平均して年間１万ドルの運
転ロスとなる。
（１９８１）は，温度５〜１０℃，吸着圧力８８０ＫＰ
ａ（９Ｋｇ／ｃｍ2 ），及び再生圧力９８ＫＰａ（１ａ
ｔｍ）にて運転されるＰＳＡ予備精製プロセスを開示し
ている。供給空気を加圧下にて１３Ｘゼオライト粒子層
に通して水蒸気と二酸化炭素の大部分を除去し，次いで
活性アルミナ粒子層に通して残留している低濃度の水蒸
気と二酸化炭素を除去する。活性アルミナの第２の層が
２つの層を合わせた容量の約２０〜８０％を構成しても
よい，とされている。該プロセスにおける吸着剤層の配
置構成は，吸着剤層における“コールドスポット（ｃｏ
ｌｄ ｓｐｏｔ）”の形成を少なくする，と説明されて
いる。このドイツ特許公報に類似のプロセスが，トモム
ラ（Ｔｏｍｏｍｕｒａ）らによる「化学工学論文集，１
３（５），（１９８７），ｐｐ．５４８−５５３」に説
明されている。後者のプロセスは，温度２８〜３５℃，
吸着圧力０．６５ＭＰａ，及び再生圧力０．１１ＭＰａ
にて運転される。該プロセスでは，シーブ比生成（ｓｉ
ｅｖｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔ）は７．１
Ｓｍ3 ／ｍｉｎ／ｍ3 であり，排気ガス損失は供給空気
の６．３％である。６．３％という数字は比較的小さな
値と思われるかも知れないが，排気における供給空気の
損失が１容量％であると，一日当たり２００トンの窒素
を生産するプラントの場合，平均して年間１万ドルの運
転ロスとなる。
【０００９】特開昭５９−４４１４は，水蒸気の除去と
二酸化炭素の除去に対して別々の層と吸着剤を使用する
ＰＳＡ予備精製プロセスについて説明している。活性ア
ルミナ又はシリカゲルを含有した水蒸気除去塔は低圧の
パージによって再生され，１３Ｘゼオライトを含有した
二酸化炭素除去塔はパージすることなく脱気だけで再生
される。該プロセスは約２５％の再生用ガスを必要と
し，従って高い生成物回収率を有する低温プロセスに対
して使用される。しかしながら，相当量の廃棄物流れを
生じる低温プラントの場合，真空ポンプの能力増大が要
求されるために，こうしたプロセスは経費アップとな
る。
二酸化炭素の除去に対して別々の層と吸着剤を使用する
ＰＳＡ予備精製プロセスについて説明している。活性ア
ルミナ又はシリカゲルを含有した水蒸気除去塔は低圧の
パージによって再生され，１３Ｘゼオライトを含有した
二酸化炭素除去塔はパージすることなく脱気だけで再生
される。該プロセスは約２５％の再生用ガスを必要と
し，従って高い生成物回収率を有する低温プロセスに対
して使用される。しかしながら，相当量の廃棄物流れを
生じる低温プラントの場合，真空ポンプの能力増大が要
求されるために，こうしたプロセスは経費アップとな
る。
【００１０】特公昭５７−９９３１６は，供給空気，排
気ガス，及びパージガスを熱交換器に通して，ほぼ同じ
温度で吸着と脱着を起こさせる，というプロセスについ
て説明している。このプロセスの利点は，再生用ガスの
必要量が少なくて済むという点にあると説明されてい
る。
気ガス，及びパージガスを熱交換器に通して，ほぼ同じ
温度で吸着と脱着を起こさせる，というプロセスについ
て説明している。このプロセスの利点は，再生用ガスの
必要量が少なくて済むという点にあると説明されてい
る。
【００１１】特公昭５５−９５０７９に記載のプロセス
によれば，空気がＰＳＡにより２工程で処理されて水蒸
気と二酸化炭素が除去され，このとき第１工程をパージ
するのにＰＳＡユニットからの乾燥空気生成物が使用さ
れ，また第２工程をパージするのにＡＳＵからの不純物
含有窒素流れが使用される。該プロセスは，全体として
の窒素回収率の点で有利であると説明されている。
によれば，空気がＰＳＡにより２工程で処理されて水蒸
気と二酸化炭素が除去され，このとき第１工程をパージ
するのにＰＳＡユニットからの乾燥空気生成物が使用さ
れ，また第２工程をパージするのにＡＳＵからの不純物
含有窒素流れが使用される。該プロセスは，全体として
の窒素回収率の点で有利であると説明されている。
【００１２】ヨーロッパ特許公報第２３２，８４０号
（１９８７）は，活性アルミナを使用して水蒸気を，そ
してゼオライトを使用して二酸化炭素を除去するＰＳＡ
予備精製プロセスについて説明している。水蒸気の除去
に対して活性アルミナを使用すると，より低い温度での
吸着が可能となり，従ってより低い温度にて二酸化炭素
の吸着が起こる。吸着も脱着も周囲温度に近い温度で起
こる。
（１９８７）は，活性アルミナを使用して水蒸気を，そ
してゼオライトを使用して二酸化炭素を除去するＰＳＡ
予備精製プロセスについて説明している。水蒸気の除去
に対して活性アルミナを使用すると，より低い温度での
吸着が可能となり，従ってより低い温度にて二酸化炭素
の吸着が起こる。吸着も脱着も周囲温度に近い温度で起
こる。
【００１３】ドイツ公開公報（ｌａｉｄ−ｏｐｅｎ Ｇ
ｅｒｍａｎ Ｏｆｆｅｎ．）ＤＥ３，７０２，１９０Ａ
１（１９８８）に記載のＰＳＡサイクルでは，吸着熱の
少なくとも８０％が層に保持され，これが再生に利用さ
れる。ＰＳＡ層に吸着熱が保持されるという原理は，当
業界では既に確立されていることである。
ｅｒｍａｎ Ｏｆｆｅｎ．）ＤＥ３，７０２，１９０Ａ
１（１９８８）に記載のＰＳＡサイクルでは，吸着熱の
少なくとも８０％が層に保持され，これが再生に利用さ
れる。ＰＳＡ層に吸着熱が保持されるという原理は，当
業界では既に確立されていることである。
【００１４】従来技術によるＰＳＡ空気精製プロセスの
ほとんど（但し，ドイツ特許公報ＤＥ３，０４５，４５
１を除く）は，水蒸気除去のための活性アルミナ又はシ
リカゲルを含有した初めの層と，二酸化炭素除去のため
のゼオライト層を使用する。上記のドイツ特許公報で
は，存在する水蒸気と二酸化炭素の大部分を吸着除去す
るためにゼオライト粒子を使用し，次いで初めの層から
のガス中に残存している低濃度の両不純物を除去するた
めに活性アルミナの層を使用する。
ほとんど（但し，ドイツ特許公報ＤＥ３，０４５，４５
１を除く）は，水蒸気除去のための活性アルミナ又はシ
リカゲルを含有した初めの層と，二酸化炭素除去のため
のゼオライト層を使用する。上記のドイツ特許公報で
は，存在する水蒸気と二酸化炭素の大部分を吸着除去す
るためにゼオライト粒子を使用し，次いで初めの層から
のガス中に残存している低濃度の両不純物を除去するた
めに活性アルミナの層を使用する。
【００１５】本発明によれば，エネルギー消費量と排気
ガス損失に関して従来技術を凌ぐ，水蒸気と二酸化炭素
を効率的に除去する手段が見出された。
ガス損失に関して従来技術を凌ぐ，水蒸気と二酸化炭素
を効率的に除去する手段が見出された。
【００１６】空気をＡＳＵに導入する前に，７０〜１０
０％（１００％は含まず）の層容積を構成する活性アル
ミナの初めの層と，ゼオライト（例えば１３Ｘゼオライ
ト）の別の層とを含む吸着ゾーンに空気を通すことによ
って，空気から水蒸気と二酸化炭素が除去される。本発
明の吸着剤粒子（特にゼオライト粒子）は，従来使用さ
れているものより小さい。本発明のＰＳＡサイクルで
は，小さな粒子を含有した吸着剤層の流動化を引き起こ
す恐れは殆どない。
０％（１００％は含まず）の層容積を構成する活性アル
ミナの初めの層と，ゼオライト（例えば１３Ｘゼオライ
ト）の別の層とを含む吸着ゾーンに空気を通すことによ
って，空気から水蒸気と二酸化炭素が除去される。本発
明の吸着剤粒子（特にゼオライト粒子）は，従来使用さ
れているものより小さい。本発明のＰＳＡサイクルで
は，小さな粒子を含有した吸着剤層の流動化を引き起こ
す恐れは殆どない。
【００１７】本発明は，７０〜１００％（１００％は含
まず）の層容積を構成する活性アルミナの初めの層を含
んだ吸着剤層を使用した，低温分離における空気の予備
精製法の改良に関する。本明細書で使用している“初め
の層（ｉｎｉｔｉａｌ ｌａｙｅｒ）”とは，吸着剤層
に入ってくる供給ガスと接触する最初の層を意味する。
吸着剤層中の吸着剤粒子の粒径は０．４〜１．８ｍｍで
ある。本発明のプロセスでは，微細粒状吸着剤を使い易
くしたＰＳＡサイクルを使用する。
まず）の層容積を構成する活性アルミナの初めの層を含
んだ吸着剤層を使用した，低温分離における空気の予備
精製法の改良に関する。本明細書で使用している“初め
の層（ｉｎｉｔｉａｌ ｌａｙｅｒ）”とは，吸着剤層
に入ってくる供給ガスと接触する最初の層を意味する。
吸着剤層中の吸着剤粒子の粒径は０．４〜１．８ｍｍで
ある。本発明のプロセスでは，微細粒状吸着剤を使い易
くしたＰＳＡサイクルを使用する。
【００１８】活性アルミナは従来，予備精製ユニットに
おいて空気から水蒸気を除去するのに使用されているけ
れども，これまでのところ，その使用は主に，水蒸気を
除去するための初めの層（これに次いで，例えばゼオラ
イトのような別の吸着剤層により二酸化炭素が除去され
る）としてである。前記のドイツ特許公報ＤＥ３，０４
５，４５１は，逆の順序での吸着剤の使用を開示してお
り，活性アルミナの層が，ゼオライトの初めの層を通過
した低濃度の不純物を除去するための別の層としてのみ
使用されると説明している。さらに，活性アルミナは，
全層容積の２０〜８０％を構成することができると説明
している。しかしながら，該特許に記載の実施例ではい
ずれも，各吸着剤を等量使用している。
おいて空気から水蒸気を除去するのに使用されているけ
れども，これまでのところ，その使用は主に，水蒸気を
除去するための初めの層（これに次いで，例えばゼオラ
イトのような別の吸着剤層により二酸化炭素が除去され
る）としてである。前記のドイツ特許公報ＤＥ３，０４
５，４５１は，逆の順序での吸着剤の使用を開示してお
り，活性アルミナの層が，ゼオライトの初めの層を通過
した低濃度の不純物を除去するための別の層としてのみ
使用されると説明している。さらに，活性アルミナは，
全層容積の２０〜８０％を構成することができると説明
している。しかしながら，該特許に記載の実施例ではい
ずれも，各吸着剤を等量使用している。
【００１９】こうした開示内容とは異なり，本発明で
は，全吸着剤容積の約７０〜１００容量％（１００％は
含まず，また好ましくは約８０〜１００％）を構成する
活性アルミナの初めの層，及びゼオライトの別の層から
なる吸着剤系を使用する。流入する空気流れ中の水蒸気
と二酸化炭素を除去するための初めの主要吸着剤として
活性アルミナを使用することは，前述の文献中には記載
されていない。２つの吸着剤層は，別々の容器中に収容
してもよいし，あるいは混ざり合うのを防止するために
２層間に適当なバリヤーを設けた状態で単一の容器中に
収容してもよい。容器は単一容器が好ましい。
は，全吸着剤容積の約７０〜１００容量％（１００％は
含まず，また好ましくは約８０〜１００％）を構成する
活性アルミナの初めの層，及びゼオライトの別の層から
なる吸着剤系を使用する。流入する空気流れ中の水蒸気
と二酸化炭素を除去するための初めの主要吸着剤として
活性アルミナを使用することは，前述の文献中には記載
されていない。２つの吸着剤層は，別々の容器中に収容
してもよいし，あるいは混ざり合うのを防止するために
２層間に適当なバリヤーを設けた状態で単一の容器中に
収容してもよい。容器は単一容器が好ましい。
【００２０】本明細書で使用している“活性アルミナ”
とは，工業的に使用されているような活性アルミナ物質
を意味する。当技術者は，このような活性アルミナ物質
が通常は１００％アルミナではなく，少量の他の物質
（例えば，酸化第二鉄，酸化ナトリウム，及びシリカ
等）を含有していることを知っている。ある特定の市販
活性アルミナ製品は，活性を高めるか又は有用な特性を
付与する上記の物質や他の物質を特定量含有するように
製造されている。本発明に従った特に好ましい活性アル
ミナは，ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア社
（Ａｌｃｏａ，Ｉｎｃ．）からＨ−１５２の商品名で製
造されている活性アルミナである。１％未満のシリカを
含有した従来の活性アルミナと異なり，この活性アルミ
ナは，粒状物ベースにて約１０重量％のシリカを含む
（すなわち，不均質な粒状混合物である従来の活性アル
ミナとは異なり，各粒子がシリカを含有している）。二
酸化炭素の吸着に対して有用であるとされている種々の
ゼオライトを本発明のプロセスに使用することができ
る。特に好ましいのは１３Ｘゼオライトである。
とは，工業的に使用されているような活性アルミナ物質
を意味する。当技術者は，このような活性アルミナ物質
が通常は１００％アルミナではなく，少量の他の物質
（例えば，酸化第二鉄，酸化ナトリウム，及びシリカ
等）を含有していることを知っている。ある特定の市販
活性アルミナ製品は，活性を高めるか又は有用な特性を
付与する上記の物質や他の物質を特定量含有するように
製造されている。本発明に従った特に好ましい活性アル
ミナは，ペンシルバニア州ピッツバーグのアルコア社
（Ａｌｃｏａ，Ｉｎｃ．）からＨ−１５２の商品名で製
造されている活性アルミナである。１％未満のシリカを
含有した従来の活性アルミナと異なり，この活性アルミ
ナは，粒状物ベースにて約１０重量％のシリカを含む
（すなわち，不均質な粒状混合物である従来の活性アル
ミナとは異なり，各粒子がシリカを含有している）。二
酸化炭素の吸着に対して有用であるとされている種々の
ゼオライトを本発明のプロセスに使用することができ
る。特に好ましいのは１３Ｘゼオライトである。
【００２１】活性アルミナを本発明のプロセスにおける
主要吸着剤として使用することは，ゼオライト（例えば
１３Ｘゼオライト）と比べると活性アルミナがあまり空
気を吸着しないという点で有利である。圧力０．９７Ｍ
Ｐａ（１４０ｐｓｉａ）及び温度２５℃にて行った実験
によれば，単位体積の１３Ｘゼオライトは，同じ単位体
積の活性アルミナの場合の約３倍の空気を吸着すること
がわかった。従って，本発明のプロセスにおいては活性
アルミナを主要吸着剤として使用するため，排気ガスの
損失は５０％以上も少なくなり，このことはエネルギー
消費量に関して大きなコスト節減となる。
主要吸着剤として使用することは，ゼオライト（例えば
１３Ｘゼオライト）と比べると活性アルミナがあまり空
気を吸着しないという点で有利である。圧力０．９７Ｍ
Ｐａ（１４０ｐｓｉａ）及び温度２５℃にて行った実験
によれば，単位体積の１３Ｘゼオライトは，同じ単位体
積の活性アルミナの場合の約３倍の空気を吸着すること
がわかった。従って，本発明のプロセスにおいては活性
アルミナを主要吸着剤として使用するため，排気ガスの
損失は５０％以上も少なくなり，このことはエネルギー
消費量に関して大きなコスト節減となる。
【００２２】吸着剤層中に少なくとも７０容量％の活性
アルミナを使用すると，脱着時にゼオライト層に形成さ
れることが知られている“低温ゾーン（ｃｏｌｄｚｏｎ
ｅ）”が実質的に消滅する。前述したように，ＰＳＡサ
イクルの製造工程時において，ゼオライトは活性アルミ
ナより実質的により多くの量の空気を吸着する。さら
に，ゼオライトに対する空気成分の吸着熱は，活性アル
ミナに対する空気成分の吸着熱より大きい。ゼオライト
の脱着工程時又は再生工程時，吸着された空気は断熱の
形で極めて速やかに脱着し，従って急激な温度降下が起
こる。ドイツ特許公報ＤＥ３，０４５，４５１の図３
は，１０℃での吸着に対して，脱着時にゼオライト層に
おいて約２０℃の温度降下が起こりうることを示してい
る。ドイツ公開公報ＤＥ３，７０２，２９０Ａ１は，活
性アルミナ又はシリカゲルを水蒸気除去用に，そして１
３Ｘゼオライトを二酸化炭素除去用に使用したプロセス
において，脱着は吸着より約３０℃低い温度にて起こる
ことを開示している。これは，急速な脱着時における低
温ゾーンの形成によるものである。
アルミナを使用すると，脱着時にゼオライト層に形成さ
れることが知られている“低温ゾーン（ｃｏｌｄｚｏｎ
ｅ）”が実質的に消滅する。前述したように，ＰＳＡサ
イクルの製造工程時において，ゼオライトは活性アルミ
ナより実質的により多くの量の空気を吸着する。さら
に，ゼオライトに対する空気成分の吸着熱は，活性アル
ミナに対する空気成分の吸着熱より大きい。ゼオライト
の脱着工程時又は再生工程時，吸着された空気は断熱の
形で極めて速やかに脱着し，従って急激な温度降下が起
こる。ドイツ特許公報ＤＥ３，０４５，４５１の図３
は，１０℃での吸着に対して，脱着時にゼオライト層に
おいて約２０℃の温度降下が起こりうることを示してい
る。ドイツ公開公報ＤＥ３，７０２，２９０Ａ１は，活
性アルミナ又はシリカゲルを水蒸気除去用に，そして１
３Ｘゼオライトを二酸化炭素除去用に使用したプロセス
において，脱着は吸着より約３０℃低い温度にて起こる
ことを開示している。これは，急速な脱着時における低
温ゾーンの形成によるものである。
【００２３】脱着が吸着よりかなり低い温度で起こる場
合，脱着に必要な再生用ガスの量は，脱着と吸着がほぼ
同じ温度で起こる場合よりはるかに多い。吸着と脱着と
の間に大きな温度差があると，吸着剤層の再生が非効率
的となり，従ってより多くの量の吸着剤を使用しなけれ
ばならなくなる。さらに，時間と共に“低温ゾーン”の
影響が大きくなり，低温ゾーンの大きさが増すこともあ
るし，また吸着剤層内で低温ゾーンが移動することもあ
る。このようなファクターはいずれも，運転上の不安定
性をきたす可能性がある。当技術者には明らかなことだ
が，ゼオライトを主要量使用した場合に付きものの，上
記ファクターによる温度の急激な降下は，コストと運転
上の安定性の点から望ましくないことである。吸着剤層
におけるゼオライトの使用量を減らせば，低温ゾーン形
成の有害な影響が少なくなると考えられる。
合，脱着に必要な再生用ガスの量は，脱着と吸着がほぼ
同じ温度で起こる場合よりはるかに多い。吸着と脱着と
の間に大きな温度差があると，吸着剤層の再生が非効率
的となり，従ってより多くの量の吸着剤を使用しなけれ
ばならなくなる。さらに，時間と共に“低温ゾーン”の
影響が大きくなり，低温ゾーンの大きさが増すこともあ
るし，また吸着剤層内で低温ゾーンが移動することもあ
る。このようなファクターはいずれも，運転上の不安定
性をきたす可能性がある。当技術者には明らかなことだ
が，ゼオライトを主要量使用した場合に付きものの，上
記ファクターによる温度の急激な降下は，コストと運転
上の安定性の点から望ましくないことである。吸着剤層
におけるゼオライトの使用量を減らせば，低温ゾーン形
成の有害な影響が少なくなると考えられる。
【００２４】本発明の予備精製プロセスに使用される吸
着剤粒子（特にゼオライト粒子）は，ＰＳＡプロセスに
従来使用されているものより小さい。具体的には，吸着
剤粒子の粒径は約０．４〜１．８ｍｍ，最も好ましくは
約０．６〜１．６ｍｍである。
着剤粒子（特にゼオライト粒子）は，ＰＳＡプロセスに
従来使用されているものより小さい。具体的には，吸着
剤粒子の粒径は約０．４〜１．８ｍｍ，最も好ましくは
約０．６〜１．６ｍｍである。
【００２５】当技術者には公知のことであるが，吸着剤
粒子が小さいほど物質移動ゾーンも小さくなるので，そ
の平衡容量に関して吸着剤層の使用がより効率的とな
る。従って，本発明のプロセスでは微粒状吸着剤を使用
するため，吸着剤層の容積はより小さくて済む。当技術
者にはすぐにわかるように，層容積が減少するというこ
とは，装置に対する資本経費が軽減されることを意味し
ている。さらに，使用される吸着剤の大部分がゼオライ
トに比べて空気の吸着量が少ない活性アルミナであると
いう事実と，層容積の減少とを組み合わせると，再生時
における排気ガスの損失が大幅に減少する。従って，本
発明のプロセスは，２容量％という低い排気ガス損失に
て運転することができる。この２容量％という値は，発
明者が知りえている最も効率的な工業的プロセスの場合
の１／３未満である。このように，本発明のプロセス
が，現在使用されているプロセスを凌ぐ大きな経済上の
利点を有していることは容易にわかる。
粒子が小さいほど物質移動ゾーンも小さくなるので，そ
の平衡容量に関して吸着剤層の使用がより効率的とな
る。従って，本発明のプロセスでは微粒状吸着剤を使用
するため，吸着剤層の容積はより小さくて済む。当技術
者にはすぐにわかるように，層容積が減少するというこ
とは，装置に対する資本経費が軽減されることを意味し
ている。さらに，使用される吸着剤の大部分がゼオライ
トに比べて空気の吸着量が少ない活性アルミナであると
いう事実と，層容積の減少とを組み合わせると，再生時
における排気ガスの損失が大幅に減少する。従って，本
発明のプロセスは，２容量％という低い排気ガス損失に
て運転することができる。この２容量％という値は，発
明者が知りえている最も効率的な工業的プロセスの場合
の１／３未満である。このように，本発明のプロセス
が，現在使用されているプロセスを凌ぐ大きな経済上の
利点を有していることは容易にわかる。
【００２６】ゼオライト及び活性アルミナ（特にゼオラ
イト）に対して小さな粒径の粒子を使用することが，本
発明のプロセスにおける必須の実施態様である。小さな
粒径のゼオライトを使用すると，層中におけるゼオライ
トのフラクションが少なくなる。ゼオライトは活性アル
ミナよりはるかに多くの空気を吸着するので，排気ガス
損失の減少割合は，等量（容積）の活性アルミナの場合
の減少よりかなり大きい。さらに，粒径の小さいゼオラ
イトを使用したときには，再生時に脱着する空気がより
少なくなるので，低温ゾーン形成の恐れも少なくなる。
これにより，層の再生がさらに良好となり，必要とされ
る吸着剤の量及び必要とされるパージガスの量が共に減
少する。
イト）に対して小さな粒径の粒子を使用することが，本
発明のプロセスにおける必須の実施態様である。小さな
粒径のゼオライトを使用すると，層中におけるゼオライ
トのフラクションが少なくなる。ゼオライトは活性アル
ミナよりはるかに多くの空気を吸着するので，排気ガス
損失の減少割合は，等量（容積）の活性アルミナの場合
の減少よりかなり大きい。さらに，粒径の小さいゼオラ
イトを使用したときには，再生時に脱着する空気がより
少なくなるので，低温ゾーン形成の恐れも少なくなる。
これにより，層の再生がさらに良好となり，必要とされ
る吸着剤の量及び必要とされるパージガスの量が共に減
少する。
【００２７】本発明のＰＳＡプロセスは，従来の層圧力
均等化工程を含まない（これによって従来のＰＳＡプロ
セスにおいてみられる高速ガス流れが避けられる）とい
う点で，微粒状吸着剤を含有した吸着剤層を使用すべく
なされている。さらに，本発明のＰＳＡプロセスにおい
ては，製造工程以外の工程は全て，ガス流れに対して向
流の形で進む。吸着剤層は通常，生成物流れが上向き流
れで，高速ガス流れが下向き流れとなるよう配置されて
いるので，このことも有利な点である。製造時の上向き
流れは定常的な流れであるので，吸着剤層は，製造時の
流動化が起こらないよう設計することができる。一般に
は，流動化は，高速下向き流れ工程に対しては問題とは
ならない。従来の層設計技術では，下向き流れでの吸着
剤粒子の磨滅防止を考慮している。当技術者には容易に
わかることであるが，本発明のＰＳＡプロセスでは，吸
着剤層における吸着剤粒子の急激な移動が実質的に防止
されている。従って本発明のプロセスでは，微粒状吸着
剤の使用が可能となり，前述のような利点が付与され
る。
均等化工程を含まない（これによって従来のＰＳＡプロ
セスにおいてみられる高速ガス流れが避けられる）とい
う点で，微粒状吸着剤を含有した吸着剤層を使用すべく
なされている。さらに，本発明のＰＳＡプロセスにおい
ては，製造工程以外の工程は全て，ガス流れに対して向
流の形で進む。吸着剤層は通常，生成物流れが上向き流
れで，高速ガス流れが下向き流れとなるよう配置されて
いるので，このことも有利な点である。製造時の上向き
流れは定常的な流れであるので，吸着剤層は，製造時の
流動化が起こらないよう設計することができる。一般に
は，流動化は，高速下向き流れ工程に対しては問題とは
ならない。従来の層設計技術では，下向き流れでの吸着
剤粒子の磨滅防止を考慮している。当技術者には容易に
わかることであるが，本発明のＰＳＡプロセスでは，吸
着剤層における吸着剤粒子の急激な移動が実質的に防止
されている。従って本発明のプロセスでは，微粒状吸着
剤の使用が可能となり，前述のような利点が付与され
る。
【００２８】図面を参照すると，加圧下〔通常は約５１
７ＫＰａ（７５ｐｓｉａ）〜約１．１４ＭＰａ（１６５
ｐｓｉａ）〕の供給ガス（すなわち空気）が，弁１を開
くことによって吸着剤層Ａに，そして弁２を開くことに
よって吸着剤層Ｂに交互に送られる。層Ａと層Ｂは，一
方が生成物を生成しつつ，他方が再生を受けるよう，連
動せずに操作される。一対の吸着剤層ＡとＢに関して本
発明を説明するが，本発明は，非同調的に作動する３つ
以上の層を使用して，あるいはまた当技術者に公知の複
数対の吸着剤層を使用して行うこともできる。
７ＫＰａ（７５ｐｓｉａ）〜約１．１４ＭＰａ（１６５
ｐｓｉａ）〕の供給ガス（すなわち空気）が，弁１を開
くことによって吸着剤層Ａに，そして弁２を開くことに
よって吸着剤層Ｂに交互に送られる。層Ａと層Ｂは，一
方が生成物を生成しつつ，他方が再生を受けるよう，連
動せずに操作される。一対の吸着剤層ＡとＢに関して本
発明を説明するが，本発明は，非同調的に作動する３つ
以上の層を使用して，あるいはまた当技術者に公知の複
数対の吸着剤層を使用して行うこともできる。
【００２９】層Ａがサイクルの製造工程にあるとき，弁
１が開放され，弁２と３が閉止され，そして空気が加圧
下にて層Ａ内の粒状吸着剤を通して送り込まれる。水蒸
気と二酸化炭素を実質的に含まない空気が“生成物”と
マークされたラインを介してシステムから流出するよ
う，弁５，７及び９が閉止され，弁８が開放される。
０．１ｐｐｍ未満の水蒸気と１．０ｐｐｍ未満の二酸化
炭素を含んだ生成物流れが低温空気分離ユニット（ＡＳ
Ｕ）（図示せず）に導入される。
１が開放され，弁２と３が閉止され，そして空気が加圧
下にて層Ａ内の粒状吸着剤を通して送り込まれる。水蒸
気と二酸化炭素を実質的に含まない空気が“生成物”と
マークされたラインを介してシステムから流出するよ
う，弁５，７及び９が閉止され，弁８が開放される。
０．１ｐｐｍ未満の水蒸気と１．０ｐｐｍ未満の二酸化
炭素を含んだ生成物流れが低温空気分離ユニット（ＡＳ
Ｕ）（図示せず）に導入される。
【００３０】本サイクルの製造工程が終了したら，弁７
を開放して，層Ａからの裏込めによって層Ｂを再加圧
し，次いで弁１と８を閉止し，そして弁３を開放して層
Ａを大気に通気させる。製造サイクルの長さは，不純物
の先端部が吸着剤層から流出しない（すなわち，吸着剤
の容量に達していない）時間である。これは，当技術者
に公知の従来法により簡単に求められる。従来の感知装
置と調節装置を使用して流入する空気供給物の水蒸気含
量と二酸化炭素含量に対して自動的に製造工程を定めて
調節することも，当技術者には同様によく知られている
ことである。本発明の明確な利点は，排気工程時に大気
中に失われるガスの量が供給ガス容積の３％未満である
ということにある。
を開放して，層Ａからの裏込めによって層Ｂを再加圧
し，次いで弁１と８を閉止し，そして弁３を開放して層
Ａを大気に通気させる。製造サイクルの長さは，不純物
の先端部が吸着剤層から流出しない（すなわち，吸着剤
の容量に達していない）時間である。これは，当技術者
に公知の従来法により簡単に求められる。従来の感知装
置と調節装置を使用して流入する空気供給物の水蒸気含
量と二酸化炭素含量に対して自動的に製造工程を定めて
調節することも，当技術者には同様によく知られている
ことである。本発明の明確な利点は，排気工程時に大気
中に失われるガスの量が供給ガス容積の３％未満である
ということにある。
【００３１】排気工程が終了したら，弁５と１０を開放
し，製造工程時の流れに対して向流の形で層Ａにパージ
ガスが導入される。パージガスは，層Ａを通過し，開放
弁３を介して排気される。パージガスは，水蒸気と二酸
化炭素のレベルが，ＰＳＡシステムの生成物ガスの水蒸
気レベル以下及び二酸化炭素レベル以下であればいかな
るガスでもよい。バージガスは，ＡＳＵの生成物ガスで
あってもよいし，あるいは好ましくは加圧状態にて入手
の容易な高窒素含量の廃棄ガスであってもよい。パージ
工程は，吸着されている不純物を脱着し，そしてこれを
層から除去するに足る充分な時間行われる。製造工程の
モニターと決定に関して上記した説明は，パージ工程に
も同じように当てはまる。
し，製造工程時の流れに対して向流の形で層Ａにパージ
ガスが導入される。パージガスは，層Ａを通過し，開放
弁３を介して排気される。パージガスは，水蒸気と二酸
化炭素のレベルが，ＰＳＡシステムの生成物ガスの水蒸
気レベル以下及び二酸化炭素レベル以下であればいかな
るガスでもよい。バージガスは，ＡＳＵの生成物ガスで
あってもよいし，あるいは好ましくは加圧状態にて入手
の容易な高窒素含量の廃棄ガスであってもよい。パージ
工程は，吸着されている不純物を脱着し，そしてこれを
層から除去するに足る充分な時間行われる。製造工程の
モニターと決定に関して上記した説明は，パージ工程に
も同じように当てはまる。
【００３２】パージ工程が終了したら，弁３，５，及び
１０を閉止し，弁７を開放して，層Ｂにて得られた生成
物ガスで裏込めすることによって層Ａを再び加圧する。
裏込め工程中，弁９は開放のままであり，層Ｂからの生
成物ガスはシステムから抜き取られ続ける。
１０を閉止し，弁７を開放して，層Ｂにて得られた生成
物ガスで裏込めすることによって層Ａを再び加圧する。
裏込め工程中，弁９は開放のままであり，層Ｂからの生
成物ガスはシステムから抜き取られ続ける。
【００３３】裏込め工程が終了したら，弁７を閉止し，
弁１と８を開放して新たなサイクルを開始する。層Ｂは
層Ａとは，一方が再生（すなわち排気とパージ）を受
け，そして他方が生成物を生成するよう，非同調的に作
動する。２層システムに対する典型的なサイクルを表１
に示す。
弁１と８を開放して新たなサイクルを開始する。層Ｂは
層Ａとは，一方が再生（すなわち排気とパージ）を受
け，そして他方が生成物を生成するよう，非同調的に作
動する。２層システムに対する典型的なサイクルを表１
に示す。
【００３４】
【００３５】
【００３６】本発明のＰＳＡサイクルは，吸着剤層に微
粒状吸着剤を使用した場合，特に有利であることが判明
した。本発明の範囲を逸脱することなく，図面を挙げて
説明した前述のプロセスに対するいくつかの変形が可能
である。例えば，パージ工程と排気工程は，従来の装置
を使用して減圧下で行ってもよい。さらに必要に応じ
て，生成物ガスの代わりに供給ガスを使用して，層の再
加圧を行うこともできる。全体として，本発明のプロセ
スは，ＡＳＵに対する空気の予備精製において，資本経
費と運転効率に関して大幅な改良を施している。
粒状吸着剤を使用した場合，特に有利であることが判明
した。本発明の範囲を逸脱することなく，図面を挙げて
説明した前述のプロセスに対するいくつかの変形が可能
である。例えば，パージ工程と排気工程は，従来の装置
を使用して減圧下で行ってもよい。さらに必要に応じ
て，生成物ガスの代わりに供給ガスを使用して，層の再
加圧を行うこともできる。全体として，本発明のプロセ
スは，ＡＳＵに対する空気の予備精製において，資本経
費と運転効率に関して大幅な改良を施している。
【００３７】以下にいくつかの実施例を挙げて本発明を
さらに詳細に説明するが，本発明がこれらの実施例によ
って限定されることはない。
さらに詳細に説明するが，本発明がこれらの実施例によ
って限定されることはない。
【００３８】実施例１〜５（比較例） 図面の装置と表１のサイクルを使用し，空気を精製して
水蒸気と二酸化炭素を除去した。吸着剤層としては，ペ
ンシルバニア州ピッツバーグのアルコア社から市販の活
性アルミナのみを含有したものを使用した。この活性ア
ルミナ（製品コードＨ−１５２）の各粒子は，約１０重
量％のＳｉＯ2 を含有している。活性アルミナの粒径は
約３．０ｍｍであった。吸着剤層は，層深さ１００ｍｍ
当たり約１．２Ｋｇ（２．６ポンド）の活性アルミナを
含有した。吸着は，約３５０ｐｐｍの二酸化炭素を含有
した水蒸気飽和空気（吸着温度にて）を使用して，９６
５ＫＰａ（１４０ｐｓｉａ）の圧力にて行った。吸着温
度を表２に示す。水蒸気と二酸化炭素を含まない窒素ガ
スをパージガスとして使用した。生成物中の二酸化炭素
含量を１．０ｐｐｍに減らすのに必要な活性アルミナの
量を，層中の二酸化炭素の濃度分布を測定することによ
り実験的に求めた。その結果を表２に示す。パージガス
の量，排気ガス損失の量，及びシーブ比生成の量も表２
に示す。使用したパージガスは窒素であり，精製して水
蒸気と二酸化炭素を除去した。
水蒸気と二酸化炭素を除去した。吸着剤層としては，ペ
ンシルバニア州ピッツバーグのアルコア社から市販の活
性アルミナのみを含有したものを使用した。この活性ア
ルミナ（製品コードＨ−１５２）の各粒子は，約１０重
量％のＳｉＯ2 を含有している。活性アルミナの粒径は
約３．０ｍｍであった。吸着剤層は，層深さ１００ｍｍ
当たり約１．２Ｋｇ（２．６ポンド）の活性アルミナを
含有した。吸着は，約３５０ｐｐｍの二酸化炭素を含有
した水蒸気飽和空気（吸着温度にて）を使用して，９６
５ＫＰａ（１４０ｐｓｉａ）の圧力にて行った。吸着温
度を表２に示す。水蒸気と二酸化炭素を含まない窒素ガ
スをパージガスとして使用した。生成物中の二酸化炭素
含量を１．０ｐｐｍに減らすのに必要な活性アルミナの
量を，層中の二酸化炭素の濃度分布を測定することによ
り実験的に求めた。その結果を表２に示す。パージガス
の量，排気ガス損失の量，及びシーブ比生成の量も表２
に示す。使用したパージガスは窒素であり，精製して水
蒸気と二酸化炭素を除去した。
【００３９】
【００４０】
【００４１】表からわかるように，活性アルミナのみを
使用して二酸化炭素と水蒸気を除去した場合，排気ガス
損失はわずか２％という低い値となり，このことは実質
的なエネルギー節減が果たされていることを表わしてい
る。さらにパージガスは，供給ガスの３０％という少な
い量を使用すればよい。全ての活性アルミナ設計物に対
するシーブ比生成の値は，前述のトモムラらによる工業
的プロセスの場合の２倍を越える値である。
使用して二酸化炭素と水蒸気を除去した場合，排気ガス
損失はわずか２％という低い値となり，このことは実質
的なエネルギー節減が果たされていることを表わしてい
る。さらにパージガスは，供給ガスの３０％という少な
い量を使用すればよい。全ての活性アルミナ設計物に対
するシーブ比生成の値は，前述のトモムラらによる工業
的プロセスの場合の２倍を越える値である。
【００４２】全活性アルミナ設計物に対する温度分布の
測定により，サイクルの吸着部と脱着部との間の最大温
度差が５℃未満であることがわかった。活性アルミナに
吸着する空気の量はゼオライトに対する場合よりかなり
少ないので，低温ゾーンの形成は実質上起こらなくなっ
た。低温ゾーンの形成が起こらなくなったことで吸着剤
の再生が改良され，従って全体としての性能向上にある
程度寄与する。
測定により，サイクルの吸着部と脱着部との間の最大温
度差が５℃未満であることがわかった。活性アルミナに
吸着する空気の量はゼオライトに対する場合よりかなり
少ないので，低温ゾーンの形成は実質上起こらなくなっ
た。低温ゾーンの形成が起こらなくなったことで吸着剤
の再生が改良され，従って全体としての性能向上にある
程度寄与する。
【００４３】実施例６，７および実施例８（比較例） 平均粒径が１．５ｍｍの市販活性アルミナを９．３Ｋｇ
（２０．６ポンド）含む２つの層を使用して実験を行っ
た。活性アルミナ層の高さは７８５ｍｍであった。本容
器は，平均粒径が約１．５ｍｍの市販１３Ｘゼオライト
の別の層を含む。１３Ｘゼオライトの使用量は，層高さ
１００ｍｍ当たり約０．９４Ｋｇ（２．１ポンド）であ
った。赤外線分析器を使用して層中の二酸化炭素の濃度
分布を調べ，容器出口において１．０ｐｐｍの二酸化炭
素濃度を得るのに必要な１３Ｘゼオライトの量を実験的
に求めた。二つの層を合わせた層全体の高さと層中にお
ける活性アルミナの容量％を表３に示す。
（２０．６ポンド）含む２つの層を使用して実験を行っ
た。活性アルミナ層の高さは７８５ｍｍであった。本容
器は，平均粒径が約１．５ｍｍの市販１３Ｘゼオライト
の別の層を含む。１３Ｘゼオライトの使用量は，層高さ
１００ｍｍ当たり約０．９４Ｋｇ（２．１ポンド）であ
った。赤外線分析器を使用して層中の二酸化炭素の濃度
分布を調べ，容器出口において１．０ｐｐｍの二酸化炭
素濃度を得るのに必要な１３Ｘゼオライトの量を実験的
に求めた。二つの層を合わせた層全体の高さと層中にお
ける活性アルミナの容量％を表３に示す。
【００４４】吸着は，約３５０ｐｐｍの二酸化炭素を含
有した水蒸気飽和の供給空気を使用して，圧力９６５Ｋ
Ｐａ（１４０ｐｓｉａ）及び温度３２．５℃にて行っ
た。ＰＳＡサイクルと装置は，実施例１〜５にて記載し
た通りである。
有した水蒸気飽和の供給空気を使用して，圧力９６５Ｋ
Ｐａ（１４０ｐｓｉａ）及び温度３２．５℃にて行っ
た。ＰＳＡサイクルと装置は，実施例１〜５にて記載し
た通りである。
【００４５】比較のため，７０容量％未満の活性アルミ
ナを含有した吸着剤層（他のファクターは実質的に不変
のまま）を使用して類似の実験を行った。結果は表３に
示す通りである。
ナを含有した吸着剤層（他のファクターは実質的に不変
のまま）を使用して類似の実験を行った。結果は表３に
示す通りである。
【００４６】
【００４７】
【００４８】表３からわかるように，活性アルミナは相
当量の二酸化炭素を除去することができる。実施例６と
７においては，二酸化炭素の量は，活性アルミナ部のみ
で約３５０ｐｐｍから３〜５ｐｐｍに減少した。さらに
表３からわかるように，層中における１３Ｘゼオライト
の量が減少すると（これらの実施例において多量のパー
ジガスを使用することにより），排気ガス損失の量が少
なくなる。これは，１３Ｘゼオライトシーブに吸着され
る空気の量がより多いことによる直接の結果である。７
０％未満の活性アルミナを使用している実施例８では，
排気ガス損失は実施例６と７の場合の排気ガス損失より
も５０％以上多く，従って運転コストは上昇する。実施
例８に対するシーブ比生成も，実施例６と７に対する値
より低い。
当量の二酸化炭素を除去することができる。実施例６と
７においては，二酸化炭素の量は，活性アルミナ部のみ
で約３５０ｐｐｍから３〜５ｐｐｍに減少した。さらに
表３からわかるように，層中における１３Ｘゼオライト
の量が減少すると（これらの実施例において多量のパー
ジガスを使用することにより），排気ガス損失の量が少
なくなる。これは，１３Ｘゼオライトシーブに吸着され
る空気の量がより多いことによる直接の結果である。７
０％未満の活性アルミナを使用している実施例８では，
排気ガス損失は実施例６と７の場合の排気ガス損失より
も５０％以上多く，従って運転コストは上昇する。実施
例８に対するシーブ比生成も，実施例６と７に対する値
より低い。
【００４９】本発明のプロセスのさらなる利点は，実施
例１〜５と実施例６〜８とを比較することによって明ら
かとなる。実施例１〜５（３．０ｍｍの活性アルミナを
使用）における７８５ｍｍでの二酸化炭素濃度は５５〜
１６０ｐｐｍである。実施例６〜８（１．５ｍｍの活性
アルミナを使用）は，同じ層高さ（７８５ｍｍ）におい
て３〜１８ｐｐｍの二酸化炭素レベルを生成する。この
大きな差は，粒子が小さい場合には物質移動ゾーンが短
くなるからである。
例１〜５と実施例６〜８とを比較することによって明ら
かとなる。実施例１〜５（３．０ｍｍの活性アルミナを
使用）における７８５ｍｍでの二酸化炭素濃度は５５〜
１６０ｐｐｍである。実施例６〜８（１．５ｍｍの活性
アルミナを使用）は，同じ層高さ（７８５ｍｍ）におい
て３〜１８ｐｐｍの二酸化炭素レベルを生成する。この
大きな差は，粒子が小さい場合には物質移動ゾーンが短
くなるからである。
【図１】本発明による圧力スウィング吸着予備精製シス
テムの概略流れ図である。
テムの概略流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−42182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−95181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−107720（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−93322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−137026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−4415（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/04
Claims (7)
- 【請求項１】 水蒸気と二酸化炭素からなる不純物を空
気から除去するための圧力スウィング吸着プロセスであ
って，下記の（ａ）（ｂ）（ｃ）および（ｄ）の各工程
を順序に循環して含むプロセス： （ａ） 加圧した空気を第１の吸着剤層に導入し，これ
によって空気から前記不純物を除去する工程； （ｂ） 前記除去工程の終了時に，空気の導入を停止し
て前記第１の吸着剤層を通気する工程； （ｃ） 前記不純物を含まないパージガスを前記第１の
吸着剤層に導入して，吸着された不純物を前記第１の吸
着剤層から除去する工程；及び （ｄ） 前記第１の吸着剤層を再び加圧する工程，この
とき前記第１の吸着剤層と第２の吸着剤層の一方が工程
（ａ）によって生成物ガスを生成しつつ，他方が工程
（ｂ）と（ｃ）によって再生されるよう，前記第１の吸
着剤層が第２の吸着剤層とは非同調的に作動しており，
そして前記２つの吸着剤層が，吸着剤層の全容量に対し
て７０％〜１００％（１００％は含まず）を構成する活
性アルミナの初めの層と，残部を構成するゼオライトの
層を含み，そして前記２つの吸着剤層において全ての吸
着剤粒子の粒径が０．４〜１．８ｍｍである。 - 【請求項２】 前記活性アルミナ粒子が１０重量％のシ
リカを含有する，請求項１記載の圧力スウィング吸着プ
ロセス。 - 【請求項３】 工程（ｂ），（ｃ），及び（ｄ）におけ
るガスの流れが工程（ａ）におけるガスの流れに対して
向流である，請求項１記載の圧力スウィング吸着プロセ
ス。 - 【請求項４】 前記２つの吸着剤層において全ての吸着
剤粒子の粒径が０．６〜１．６ｍｍである，請求項１記
載の圧力スウィング吸着プロセス。 - 【請求項５】 前記生成物ガスが低温空気分離ユニット
に導入される，請求項１記載の圧力スウィング吸着プロ
セス。 - 【請求項６】 前記パージガスが前記低温空気分離ユニ
ットからの生成物ガスである，請求項５記載の圧力スウ
ィング吸着プロセス。 - 【請求項７】 前記パージガスが前記低温空気分離ユニ
ットからの窒素含量の多い廃棄物流れである，請求項５
記載の圧力スウィング吸着プロセス。
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| JPH09168715A (ja) * | 1995-12-20 | 1997-06-30 | Hitachi Ltd | 空気分離用の前処理装置 |
| US5769928A (en) * | 1996-12-12 | 1998-06-23 | Praxair Technology, Inc. | PSA gas purifier and purification process |
| US5779767A (en) * | 1997-03-07 | 1998-07-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Use of zeolites and alumina in adsorption processes |
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| DE10152359A1 (de) * | 2001-10-24 | 2003-05-08 | Linde Ag | Molsiebstation |
| US10541413B2 (en) * | 2016-04-11 | 2020-01-21 | Tesla, Inc. | Drying procedure in manufacturing process for cathode material |
| US10765991B2 (en) | 2017-08-10 | 2020-09-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Rapid cycle pressure swing adsorption process and adsorbent laminates for use therein |
| FR3093008B1 (fr) * | 2019-02-21 | 2021-01-22 | Air Liquide | Installation et procédé de séparation des gaz de l’air à basse pression |
| US11439946B2 (en) * | 2020-09-30 | 2022-09-13 | Air Products And Chemicals, Inc. | Mixed bead layering arrangement for thermal swing adsorption application |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5924654B2 (ja) * | 1979-12-03 | 1984-06-11 | 株式会社日立製作所 | 圧力差吸着ガス精製方法 |
| DD157157A1 (de) * | 1981-01-07 | 1982-10-20 | Uwe Harms | Verfahren zum reinigen und trennen von gasgemischen |
| US4711645A (en) * | 1986-02-10 | 1987-12-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Removal of water and carbon dioxide from atmospheric air |
| DE3702190A1 (de) * | 1987-01-26 | 1988-08-04 | Linde Ag | Adsorptionsverfahren |
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- 1991-04-15 ES ES91303287T patent/ES2057764T3/es not_active Expired - Lifetime
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- 1991-04-15 DE DE69103070T patent/DE69103070T2/de not_active Revoked
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- 1991-04-19 JP JP08862791A patent/JP3163110B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-04-25 HK HK73896A patent/HK73896A/xx not_active IP Right Cessation
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |