JP5577044B2

JP5577044B2 - 空気の精製方法

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Publication number: JP5577044B2
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Authority: JP
Inventors: 守光中村; 雅人川井; 宏之武井
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Description

この発明は、深冷空気分離における原料空気の前処理精製方法に関する。

空気を蒸留によって窒素、酸素、アルゴン等に分離する深冷空気分離法では、蒸留のために原料空気を冷却する前段階で、水、二酸化炭素およびその他の微量不純物（炭化水素類、窒素酸化物等）を除去する必要がある。これを空気の前処理精製と言う。
たとえば、前記不純物を含む空気を冷却すると、水、二酸化炭素、窒素酸化物は凝固して配管等を閉塞させるし、炭化水素類は液体酸素溜め内で濃縮されて、安全な操業を行う上での阻害要因となるためである。

深冷空気分離の前処理精製に吸着法を用いることは、すでに一般的である。
吸着による前処理精製の一つに温度スイング吸着法（ＴＳＡ法）がある。これは、複数の吸着筒を有する前処理精製装置によって行われる。吸着筒には、原料空気の流入口側に水を除去するための吸着剤（たとえば活性アルミナ、シリカゲル、Ｋ−Ａ型ゼオライト、Ｎａ−Ａ型ゼオライト等）を充填し、その下流側に二酸化炭素を除去するための吸着剤（たとえばＮａ−Ｘ型ゼオライト等）を充填する。
この前処理精製装置を用い、相対的に低い温度で原料空気中の不純物を吸着する吸着工程と、相対的に高い温度で行われる吸着剤の再生工程とを交互に行うことで、連続して空気を精製する。

他の方法に、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）がある。これは、ＴＳＡ法と同様に、複数の吸着筒を有する前処理精製装置によって行われる。相対的に高い圧力で原料空気中の不純物を吸着する吸着工程と、相対的に低い圧力で行われる吸着剤の再生工程とを交互に行うことで、連続して空気を精製する。ＰＳＡ法においても、吸着筒の空気の流入口側に水を除去するための吸着剤（たとえば活性アルミナ、シリカゲル、Ｋ−Ａ型ゼオライト、Ｎａ−Ａ型ゼオライト等）を充填し、その下流側に二酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤（たとえばＮａ−Ｘ型ゼオライト等）を充填することは、ＴＳＡ法と同様である。

一般的に従来のＴＳＡ法は次の工程を含む。
ａ加圧空気を吸着筒に導入し該空気から不純物を除去する吸着工程
ｂ吸着工程終了後、吸着筒内を大気圧まで減圧する減圧工程
ｃ不純物を含まないパージガスを加温して吸着筒に導入して、吸着剤を加熱再生する加熱工程
ｄ不純物を含まないパージガスを加温することなく吸着筒に導入して、吸着筒内を吸着操作可能な温度まで冷却する冷却工程
ｅ冷却された吸着筒を精製空気により加圧する充圧工程

加圧空気を吸着筒に導入し、該空気から不純物を除去する吸着工程に関して、前述したように、吸着すべき成分に適した吸着剤を用いており、その吸着性能は吸着剤の特性に大きく依存する。吸着剤の特性として、吸着容量は高い操作圧力および低い操作温度で増加するから、吸着筒で処理する空気は、高い圧力、低い温度であることが望ましい。
このような好ましい条件を得るため、空気は空気圧縮機により所定の圧力まで圧縮された後、アフタークーラーにより約４０℃まで冷却され、さらに冷凍機を用いて５〜１５℃まで冷却されて吸着筒に導入されていた。
近年、環境にやさしい装置が望まれるようになったことから、フロン冷凍機を省いた前処理を行う方法が特許３４１６３９１号により提案された。

この条件における空気精製の困難さは、空気中に多量に含まれた水の処理にある。空気中の飽和水分量は温度が高いほど多くなるため、アフタークーラーにおいて水が飽和状態となった空気が冷却されないと、多量の水が吸着筒に流入することになる。更に、吸着剤が水を吸着する時に発生する吸着熱により、空気はさらに加温され、その下流側の吸着剤においては、６０℃以上の高い温度で二酸化炭素を吸着することになる。
特許第３４１６３９１号公報に記載の発明では、このような悪条件を、
（１）サイクルタイムの短縮による負荷量の低減、
（２）二酸化炭素吸着量の大きい吸着剤の選択、
（３）再生時の加熱温度と再生ガス量の最適化、
により解決している。

ところで、ＴＳＡ法を用いた原料空気の前処理精製では、吸着剤を加熱再生する加熱工程、吸着剤を冷却する冷却工程において、多量のパージガスを必要とする。
このパージガスは、清浄な空気が望ましく、深冷空気分離法においては、製品ガス（窒素、酸素、アルゴン等）を得る蒸留工程において生じた製品とならないガス（廃窒素、もしくは廃ガスと言われる）が用いられてきた。これは、廃ガスを用いることで、水や二酸化炭素等の不純物を除いた空気を別途製造するよりも、コストがかからないためである。

特許３４１６３９１号公報に記載の発明によれば、冷凍機を用いて５〜１５℃まで冷却する工程を省いた前処理精製方法において、空気圧力７００ｋＰａ（Ａｂｓｏｌｕｔｅ）、空気温度４０℃、サイクルタイム２時間の条件では、吸着剤は再生ガス率（再生ガス率＝パージガス流量／原料空気流量）約４５％、加熱温度２００℃で再生することができるとされている。
一方、現状の技術レベルでは、窒素のみを製品とする単一カラム方式の深冷空気分離装置における蒸留性能は、製品収率が６０％程度とされる。また、酸素および窒素を製品とすることができる複式カラム方式（ｄｏｕｂｌｅｃｏｌｕｍｎｐｒｏｃｅｓｓ）の深冷空気分離装置では、製品収率は８０％程度とされる。
ただし、深冷空気分離装置の製品収率は、深冷空気分離全体のプロセスや操作圧力などの条件に依存するから、ここに示した数値は目安である。

前述した冷凍機を用いない前処理方法では再生ガス率が４５％である。前処理精製は深冷空気分離法に必ず必要な工程であるから、前処理精製に必要な再生ガス量を原料空気量から差し引いた残りが製品量となる。すなわち、原料空気量を１００％とすれば、製品量は原料空気量から再生に必要なガス量４５％を引いた５５％以上にはならない。
したがって、前処理精製装置の性能が深冷空気分離装置全体の性能を制限しているのが現状である。
近年、深冷空気分離装置における蒸留性能の向上によって、製品収率の上昇が見込めるようになったが、前処理精製工程ではパージガスが多量に必要であり、蒸留工程での廃ガス量が一定量必要なため、蒸留性能に見合った製品収率を得ることができないという問題が生じた。

ところで、特開昭６０−１３９３１１号公報に記載の発明では、パージガスに生空気（水と二酸化炭素をある程度含むもの）を用いることが開示されている。この先行発明には、「加熱昇温工程の全部あるいは加熱昇温工程の一部に通常の空気（生空気）を再生ガスとして、あるいは窒素ガスなどと併用して供給する」ことが記載される。また、その実施例を示す第３図において、再生用ガス（パージガス）である空気を、吸着筒の精製ガス出口端から供給する旨が記載されている。
しかし、近年用いられるようになった高性能の二酸化炭素吸着剤は、水分を吸着することにより二酸化炭素の吸着能力が著しく低下してしまうので、特開昭６０−１３９３１１号公報に記載の発明のように、生空気をパージガスの一部もしくは全部として用いることはできないと考えられていた。

特許３４１６３９１号特開昭６０−１３９３１１号公報

本発明では、深冷空気分離におけるＴＳＡ法での原料空気の前処理精製において、吸着剤再生時のパージガスに用いる排ガスを低減し、製品収率を向上させることを目的としている。

従来法における吸着剤の再生について詳細に検討すると、水分を脱着させるために必要な熱量は全再生熱量の約７０％を占める（空気圧力：６００ｋＰａ（Ａ）、空気温度：４０℃）。また、水分吸着用の活性アルミナの顕熱を含めると約８０％にもなることが判った。
すなわち、原料空気の精製において、再生ガス率を低減するためには、水分吸着剤の再生方法を工夫する必要があることが判った。

この知見に基づきなされた本発明は、
深冷空気分離における原料空気の精製方法であって、
前記原料空気中の水を吸着する水分吸着剤と二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤とが、原料空気の流入側からこの順に充填された複数の吸着筒を用い、これを切り替え使用することにより連続的に原料空気を精製する方法であり、
ａ加圧した原料空気を前記吸着筒に導入し、該空気から少なくとも水と二酸化炭素とを除去する吸着工程、
ｂ吸着工程終了後、吸着筒内を大気圧まで減圧する減圧工程、
ｃ前記水分吸着剤と二酸化炭素吸着剤とを加熱再生する加熱工程、
ｄ水と二酸化炭素とを含まないパージガスを加温することなく前記吸着筒に導入し、前記水分吸着剤と二酸化炭素吸着剤とを吸着操作可能な温度まで冷却する冷却工程、
ｅ冷却された前記水分吸着剤と二酸化炭素吸着剤とを精製空気により加圧する充圧工程のａ〜ｅの工程を含み、
前記加熱工程ｃが、水と二酸化炭素とを含まない加熱したパージガスを前記二酸化炭素吸着剤の原料空気の流出側に供給して前記二酸化炭素吸着剤と前記水分吸着剤を加熱する全体加熱工程と、加熱した生空気を前記二酸化炭素吸着剤と前記水分吸着剤との間に供給することにより前記水分吸着剤を加熱する部分加熱工程とを並行して実施し、
前記全体加熱工程を行うためのパージガスの供給温度が１００〜２５０℃であることを特徴とする深冷空気分離における原料空気の精製方法である。
さらに、前記部分加熱工程を行うための生空気の供給温度は６０〜２５０℃であることが好ましい。
前記部分加熱工程を行うための生空気の供給量が、前処理吸着器で処理する空気量の５〜１５％であることが好ましい。

本発明によれば、深冷空気分離におけるＴＳＡ法での原料空気の前処理精製において、吸着剤再生時のパージガスを低減することが可能となり、製品収率を向上させることができる。

本発明の精製方法を実施するための精製装置の一例を示す概略構成図である。

本発明は、加熱した生空気を水分吸着剤層に供給する部分加熱工程と、不純物を含まない加熱したパージガス（廃ガス）を二酸化炭素吸着剤層に供給することによる全体加熱工程とを並行的に実施することを特徴とする。
ここで、部分加熱工程における生空気の供給は、水分吸着剤の充填部分のみに対して行う。
また部分加熱工程で水分吸着剤を再生している間に、不純物を含まない加熱したパージガス（廃ガス）を、二酸化炭素吸着剤充填部分に供給し、二酸化炭素吸着剤を再生する全体加熱工程を並行して実施する。

ここで、水分吸着剤の部分加熱工程を実施している間、二酸化炭素吸着剤を加熱しないと、単に二酸化炭素吸着剤層の加温が遅れるだけでなく、深冷空気分離での蒸留工程においては常に廃ガスが出続けているため、この廃ガスを捨てることになってしまう。
本発明において、部分加熱工程に使う生空気は原料空気圧縮機の低圧部分から一部を導き出したもので良い。別途、部分加熱用の空気ブロワー等を用意することも差し支えない。

ここで、加熱した生空気は、水分吸着剤層と二酸化炭素吸着剤層との境界部から供給することにより部分加熱工程を行うが、加熱工程用の生空気と二酸化炭素吸着剤とが接触することは望ましくないため、境界部分から若干水分吸着剤層側に入った部分から生空気を供給してもよい。
もしくは、水吸着剤量は通常の必要量にしたまま、二酸化炭素吸着剤層の吸着剤境界側に保護用の水分吸着剤を若干量追加してもよい。
また、全体加熱工程を行うための不純物を含まないパージガスは、二酸化炭素吸着剤層の精製ガス出口端に供給する。
部分加熱工程用の生空気の圧力は、水分吸着剤層を通って流れるに十分な圧力であれば良い。

全体加熱工程用の不純物を含まないパージガスの圧力は、二酸化炭素吸着剤層に供給すること、および再生ガス流れの下流部に当たる水分吸着剤層は生空気による加熱が行われていることから、部分加熱用空気の圧力に二酸化炭素吸着剤層分の圧力損失を加算し、更に配管等による圧力損失分を加えた圧力とする。
前記吸着剤を加熱再生する工程において、水分吸着剤充填部分の部分加熱工程を行うための生空気の供給温度は６０〜２５０℃であることが望ましい。部分加熱工程を行うための生空気は、原料空気圧縮機の低圧部分から空気の一部を導出することがもっとも有効であり、原料空気の圧縮をした際の圧縮熱を有効利用できる。ここで、再生に用いる生空気の量が少ない場合、温度は高めの方がよく、量が多い場合温度は低くても良い。

前記吸着剤を加熱再生する工程において、全体加熱工程を行うための前記不純物を含まないパージガスの供給温度は１００〜２５０℃であることが望ましい。１００℃以下だと再生が十分行えず、２５０℃以上だと加熱用ヒーターの容量が大きくなりすぎ、コストアップの要因になる。
吸着剤を加熱再生する工程において、水分吸着剤充填部分の部分加熱工程を行うための生空気の供給量は、前処理精製において処理する原料空気量の５〜１５％であることが望ましい。この量より少ないと、生空気加熱の効果が現れない。この量より多いと、原料空気圧縮機の吐出量に影響を与える。

本発明の精製方法を図１を参照して具体的に説明する。
大気からライン１を通って取り込まれた空気は、空気圧縮機２により所定の圧力（５００〜８００ｋＰａ（Ａ））に圧縮された後、アフタークーラー３により約４０℃まで冷却される。冷却された空気はドレインセパレーター（図示せず）で凝縮水を分離し、冷却された温度における飽和水分を含んで吸着器に入る。

吸着器は、２基の吸着筒５ａ、５ｂとから構成され、これらを交互に吸着、加熱再生して連続的に原料空気を精製する。なお、以下の説明では、吸着筒５ａについてのみ各工程を説明し、吸着筒５ｂについては同様の工程が交互に行われるので、その説明を省略する。
吸着筒５ａには、その原料空気導入側に活性アルミナ、シリカゲル、Ｋ−Ａ型ゼオライト、Ｎａ−Ａ型ゼオライトなどの水分吸着剤２０ａが充填され、その製品精製空気導出側にＮａ−Ｘ型ゼオライトなどの二酸化炭素吸着剤２１ａが充填され、両者の間は分離されて、わずかな空隙が形成されている。この空隙には部分加熱のための加熱生空気を導入するためのライン２６ａが設けられている。

（吸着工程）
吸着工程では、弁４ａを開けることで原料空気は吸着筒５ａに入り、また弁４ｂを開けることで吸着筒５ｂに入る。吸着筒５ａが吸着工程にあるとき、弁４ａから入った空気は水分吸着剤２０ａにより水分が除去され、次いで二酸化炭素吸着剤２１ａにより二酸化炭素およびその他の微量不純物が除去される。
精製された空気は、弁６ａからライン７を介して空気が液化蒸留される装置を収納したいわゆるコールドボックス８へ導かれる。吸着筒を出た精製空気の水分、二酸化炭素含有量は、一般的にそれぞれ１ｐｐｍ、０．１ｐｐｍ以下である。

（減圧工程）
吸着筒５ａの吸着工程が終了したら、弁４ａ、６ａが閉じられ、弁９ａを開ける。弁９ａを開けることで吸着筒５ａに保持されたガスはサイレンサー（図示せず）を介して大気に放出され、塔内の圧力は大気圧近くまで減圧される。

（加熱工程）
＊部分加熱
塔内が減圧された後、弁１８ａが開き加熱された生空気がライン２５からライン２６ａを経て吸着筒５ａの水分吸着剤２０ａ側に供給され、水分吸着剤２０ａの加熱が行われ、排ガスは弁９ａから大気へ放出される。
＊全体加熱
弁１３、弁１４ａを開けることで、コールドボックス８からの排ガス（パージガス）は、ライン１１を介して加熱設備１２に入り、所定温度まで加熱されて弁１４ａを通って吸着筒５ａに導入される。加熱された再生ガスにより二酸化炭素吸着剤２１ａ、水分吸着剤２０ａの順で加熱し吸着剤の再生が行われ、排ガスは弁９ａから大気へ放出される。

加熱工程では、水分吸着剤部分において部分加熱のため供給された生空気と全体加熱を行うため二酸化炭素吸着剤２１ａの精製ガス出口端へ供給された再生ガス（コールドボックス８からの排ガス（パージガス））とが合流することに特徴がある。
なお、加熱工程における部分加熱と全体加熱とを時間をずらして行う等の改変は可能であり、そのような改変は本発明の意図する範囲に含まれる。
水分吸着剤２０ａの最下部（空気流入口）の吸着剤が所定の温度（９０〜１３０℃）まで上がったら（所定の時間で温度が上がるようにパージガス量、加熱設備容量が決められる）、弁１３が閉じられ、弁１５が開けられる。

（冷却工程）
この操作によってパージガスは加熱されることなく弁１４ａを通って吸着筒５ａに供給されるから、吸着剤は次第に冷却される。排ガスは弁９ａから大気へ放出される。
（充圧工程）
冷却工程が終わると、弁９ａ、１４ａ、１５が閉じられ、弁１７ａが開けられてライン７を流れている精製空気の一部がライン１６を介して吸着筒５ａに戻されて、次の吸着工程の操作圧力まで充圧される。充圧が終了すると弁１７ａを閉じて、弁４ａ、６ａを再び開けることで新たなサイクルが開始される。

以下、具体例を示すが、ここではダイナミックシミュレーションによって検討した結果を示す。
前処理ＴＳＡプロセスのシミュレーターは、以下の仮定を含む。
（１）ガスは理想気体の法則に従う
（２）吸着筒半径方向の濃度および温度分布は生じない
（３）充填層内のガス流れは軸方向のみの拡散を考慮したプラグフローモデルとする
（４）吸着速度は線形推進力（ＬＤＦ）モデルとする
（５）ガス成分は水分、二酸化炭素、窒素、酸素の４成分とする
これらの仮定から基礎方程式を導出した。ここで使用したシミュレーションの詳細は、「日本酸素技報」Ｎｏ．２２、１３−１８（２００３）に開示されている。

（比較例１）
吸着器条件
塔径１．４ｍ、
水分吸着剤の充填高さ０．８０８ｍ
二酸化炭素吸着剤高さ０．６５５ｍ
空気条件：７００ｋＰａ（Ａ）、４０℃、５８００Ｎｍ^３／ｈ
従来プロセスによる計算
吸着時間２時間、再生時間２時間（減圧、加熱、冷却、充圧）の２時間切替の２塔式吸着器
パージガスは水分と二酸化炭素を含まない精製ガスと仮定。
加熱工程および冷却工程とも、同じ流量を導入し、吸着剤の再生を行う。
パージガスの流量およびパージガス温度の異なる条件について計算を行い、それぞれの条件において吸着工程で水分および二酸化炭素がそれぞれ水分吸着剤および二酸化炭素吸着剤から破過する状況を調べた。

（結果）
パージガスの流量を徐々に減らしながらパージガスの温度を変える計算を繰り返し、水分吸着剤層から水分が、および二酸化炭素吸着剤層から二酸化炭素が破過する状況を調べた。
この結果、水分吸着剤層から水分が、および二酸化炭素吸着剤層から二酸化炭素が破過しない条件は、パージガス流量の下限として２６１０Ｎｍ^３／ｈ（再生ガス率＝パージガス流量／原料空気流量＝４５％）、このときの再生ガス温度は２１０℃であった。
本検討における吸着器の条件では、さらにパージガス流量を減らすと、パージガスの温度を上げても、パージガス流れ方向の下流側にある水分吸着剤に再生に必要な熱が十分伝わらず再生ができなかった。
なお、この計算において、水分吸着剤最下部（空気流入口）の吸着剤が９０〜１３０℃まで上がることが、吸着剤の再生完了、ひいては水、二酸化炭素の破過が起こらないことの目安になることが判った。

（実施例１）
比較例１と同じ吸着器の条件で、本発明の方法をシミュレーションした。
塔径１．４ｍ、
水分吸着剤の充填高さ０．８０８ｍ
二酸化炭素吸着剤高さ０．６５５ｍ
空気条件：７００ｋＰａ（Ａ）、４０℃、５８００Ｎｍ^３／ｈ
吸着時間２時間、再生時間２時間（減圧、加熱、冷却、充圧）の２時間切替の２塔式吸着器
パージガスは水分と二酸化炭素を含まない精製ガスと仮定し、加熱工程および冷却工程とも、同じ流量を導入し、吸着剤の再生を行った。
加熱工程では、加熱した生空気を水分吸着剤充填部分に供給する部分加熱工程と、加熱した不純物を含まないパージガスを二酸化炭素吸着剤充填部分に供給することによる全体加熱工程とを並行的に実施した。
本実施例では、加熱した生空気の温度と流量はそれぞれ８０℃、５８０Ｎｍ^３／ｈで一定とした上で、パージガスの流量もしくは加熱工程でのパージガス温度の異なる条件について計算を行い、それぞれの条件において吸着工程で水分および二酸化炭素がそれぞれの吸着剤から破過する状況を調べた。

（結果）
パージガスの流量を徐々に減らしながらパージガスの温度を変える計算を繰り返し、水分吸着剤層から水分が、および二酸化炭素吸着剤層から二酸化炭素が破過する状況を調べた。
この結果、水分吸着剤層から水分が、および二酸化炭素吸着剤層から二酸化炭素が破過しない条件は、比較例１と同じパージガス温度２１０℃で、パージガス流量の下限として２０３０Ｎｍ３／ｈ（再生ガス率＝パージガス流量／原料空気流量＝３５％）であった。
本発明により、従来プロセスとの比較において、パージガスの流量を５８０Ｎｍ^３／ｈ削減でき、その分製品ガス増量が可能となる。

（比較例２）
吸着器条件
塔径４．４ｍ、
水分吸着剤の充填高さ０．９４５ｍ
二酸化炭素吸着剤高さ０．６５７ｍ
空気条件：５５０ｋＰａ（Ａ）、４０℃、５００００Ｎｍ^３／ｈ
従来プロセスによる計算
吸着時間２時間、再生時間２時間（減圧、加熱、冷却、充圧）の２時間切替の２塔式吸着器
パージガスは水分と二酸化炭素を含まない精製ガスと仮定し、加熱工程および冷却工程とも、同じ流量を導入し、吸着剤の再生を行った。
また、パージガスの流量もしくは加熱工程でのパージガス温度の異なる条件について計算を行い、それぞれの条件において吸着工程で水分および二酸化炭素がそれぞれの吸着剤から破過する状況を調べた。

（結果）
パージガスの流量を徐々に減らしながらパージガスの温度を変えて、水分吸着剤層から水分が、および二酸化炭素吸着剤層から二酸化炭素が破過する状況を調べた。
この結果、水分吸着剤層から水分が、および二酸化炭素吸着剤層から二酸化炭素が破過しない条件は、パージガス流量の下限として２７００Ｎｍ^３／ｈ（再生ガス率＝パージガス流量／原料空気流量＝５４％）、このときのパージガス温度は２１０℃であった。
本吸着器の条件では、さらにパージガス流量を減らすと、パージガスの温度を上げても、パージガス流れ方向の下流側にある水分吸着剤に再生に必要な熱が十分伝わらず再生ができなかった。

（実施例２）
比較例２と同じ吸着器の条件で、本発明の方法をシミュレーションした。
塔径４．４ｍ、
水分吸着剤の充填高さ０．９４５ｍ
二酸化炭素吸着剤高さ０．６５７ｍ
空気条件：５５０ｋＰａ（Ａ）、４０℃、５００００Ｎｍ^３／ｈ
吸着時間２時間、再生時間２時間（減圧、加熱、冷却、充圧）の２時間切替の２塔式吸着器
パージガスは水分と二酸化炭素を含まない精製ガスと仮定し、加熱工程および冷却工程とも、同じ流量を導入し、吸着剤の再生を行った。
なお加熱工程では、加熱した生空気を水分吸着剤充填部分に供給する部分加熱工程と、加熱した不純物を含まないパージガスを二酸化炭素吸着剤充填部分に供給することによる全体加熱工程とを並行的に実施した。
本実施例では、加熱した生空気の温度と流量はそれぞれ２００℃、５０００Ｎｍ^３／ｈで一定とした上で、パージガスの流量もしくは加熱工程でのパージガス温度の異なる条件について計算を行い、それぞれの条件において吸着工程で水分および二酸化炭素がそれぞれの吸着剤から破過する状況を調べた。

（結果）
パージガスの流量を徐々に減らしながらパージガスの温度を上げて、水分吸着剤層から水分が、および二酸化炭素吸着剤層から二酸化炭素が破過する状況を調べた。
この結果、水分吸着剤層から水分が、および二酸化炭素吸着剤層から二酸化炭素が破過しない条件は、比較例１と同じ再生ガス温度２１０℃で、パージガス流量の下限として２２５００Ｎｍ^３／ｈ（再生ガス率＝パージガス流量／原料空気流量＝４５％）であった。
従来プロセスとの比較において、本発明によりパージガスの流量を４５００Ｎｍ^３／ｈ削減でき、その分の製品ガス増量が可能となる

２・・空気圧縮機、３・・アフタークーラー、５ａ、５ｂ・・吸着筒、２０ａ、２０ｂ・・水分吸着剤、２１ａ、２１ｂ・・二酸化炭素吸着剤、１２・・加熱設備

Claims

深冷空気分離における原料空気の精製方法であって、
前記原料空気中の水を吸着する水分吸着剤と二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤とが、原料空気の流入側からこの順に充填された複数の吸着筒を用い、これを切り替え使用することにより連続的に原料空気を精製する方法であり、
ａ加圧した原料空気を前記吸着筒に導入し、該空気から少なくとも水と二酸化炭素とを除去する吸着工程、
ｂ吸着工程終了後、吸着筒内を大気圧まで減圧する減圧工程、
ｃ前記水分吸着剤と二酸化炭素吸着剤とを加熱再生する加熱工程、
ｄ水と二酸化炭素とを含まないパージガスを加温することなく前記吸着筒に導入し、前記水分吸着剤と二酸化炭素吸着剤とを吸着操作可能な温度まで冷却する冷却工程、
ｅ冷却された前記水分吸着剤と二酸化炭素吸着剤とを精製空気により加圧する充圧工程のａ〜ｅの工程を含み、
前記加熱工程ｃが、水と二酸化炭素とを含まない加熱したパージガスを前記二酸化炭素吸着剤の原料空気の流出側に供給して前記二酸化炭素吸着剤と前記水分吸着剤を加熱する全体加熱工程と、加熱した生空気を前記二酸化炭素吸着剤と前記水分吸着剤との間に供給することにより前記水分吸着剤を加熱する部分加熱工程とを並行して実施し、
前記全体加熱工程を行うためのパージガスの供給温度が１００〜２５０℃であることを特徴とする深冷空気分離における原料空気の精製方法。
前記部分加熱工程を行うための生空気の供給温度が６０〜２５０℃であることを特徴とする請求項１記載の深冷空気分離における原料空気の精製方法。
前記部分加熱工程を行うための生空気の供給量が、前処理吸着器で処理する空気量の５〜１５％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の深冷空気分離における原料空気の精製方法。