JPH01207113A - 吸着によるガス状混合物の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、第２及び第３成分を含むガス状混合物の第１
成分を、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によって、富化さ
れた状態で製造する方法に関する。

本発明は、たとえば実質的に酸素、窒素及びアルゴンか
らなる混合物、実際には大気中の空気またはすでに酸素
で富化されている空気から高純度酸素を製造するのに利
用できる。１高純度”とは、以下に示す理由から約９６
−以上の純度を意味している。

（従来技術） 大気中の空気からＰＳＡにより、たとえば５Ａ型とか１
３Ｘ型のゼオライト系モレキユラーシーブ（ＴＭＺ）で
構成された吸着床で酸素を製造するには、９５．７％よ
り高い酸素含量を得ることができないことがよく知られ
ている。実際、酸素含量は、空気中に０．９３％の含量
で存在し、ゼオライトでの空気のＰＳＡ工程における酸
素の含量と本質的に同じ比率で富化されるアルゴンによ
って制限されている。

（発明が解決しようとする課題） ＰＳＡによって９５．７％以上の酸素含量を得るには、
現在、二つの解決法が提案されている。ヨーロッパ特許
出願公開第１６５　、２４２号及び第１５７，９３９号
公報に記されているこれら二つの解決法は、それらがそ
れぞれ独自のサイクルを有し、別個にしかもカスケード
式に配置されている二つのＰＳＡ装置を使用するので、
比較的複雑である。その結果、多数の弁や機械があって
、二つの装置の間には中間貯槽を設ける必要性があるの
で、一体化するのに大きな障害となっている。したがっ
て、これら公知の解決法は、高純度で酸素を得ることが
できるけれども、工業的観点では不満足なものである。

本発明の目的は、比較的少い投資とエネルギー消費で、
富化された状態の前記第１成分を高い抽出率で製造する
ことのできる方法を提供することである。

（発明の構成） この目的のために、本発明はＰＳＡによって第２及び第
３の成分を含むガス状混合物から、富化された状態で第
１成分を製造する方法であって、それぞれ２本の異なる
吸着塔で構成される６系列の吸着系を用い、２本の吸着
塔は互いに独立しているか、吸着段階にある第１吸着塔
出口を、同じ吸着段階にある第２吸着塔入口に直列式に
接続し、第１吸着塔は前記第２成分を選択的に吸着する
吸着剤を、第２吸着塔は前記第３成分に比して前記第１
成分を選択的に吸着する吸着剤を収容しており、各吸着
系について、Ｔをサイクルの継続時間としたとき、一つ
の吸着系から他の吸着系へとＴ／６だけずらせて次の同
一サイクルを実施するものである。

の吸着塔におけるいわゆる並流方向での同時等圧吸着段
階で、少くとも最初の時間帯は２本の吸着塔は直列に接
続されている段階。

わ）　互いに独立している２本の吸着塔で、（ｂ１）第
１吸着塔については、減圧及び／または真空化及び／ま
たは抜き取りによる向流脱着、及び （ｂ２）　＠　２吸着塔については、脱着ガスの少くと
も一部が装置の製品となる減圧及び／または真空化によ
る向流脱着、 を含む段階。

（ｃ）　　互いに独立している２本の吸着塔で、（ｃ１
）第１吸着塔については、吸着段階にある他の系の第１
吸着塔から出るガスによる向流再圧縮、及び （ｃ２）第２吸着塔については、吸着段階にある他の系
の第２吸着塔から出るガスによる再圧縮。

を含む段階。

本発明を実施するもう一つの方法では、本発明は同様に
、ＰＳＡによって第２、第３成分を含むガス状混合物か
ら富化された状態で第１成分を製造する方法を提供する
ものであって、それぞれ２本の異なる吸着塔で構成され
る四つの吸着系を用い、２本の吸着塔は互に独立してい
るか、吸着段階にある第１吸着塔出口を、同じ吸着段階
にある第２吸着塔の入口に直列式に接続し、第１吸着塔
は前記第２成分を選択的に吸着する吸着剤を、第２吸着
塔は前記第３成分に比して前記第１成分を選択的に吸着
する吸着剤を収容しており、各吸着系について、Ｔをサ
イクルの継続時間としたとき、一つの吸着系から他の吸
着系へとＴ／４だけずらせて、次の同一サイクルを実施
するものである。

−第１吸着塔入口での、後記段階（ａつにある他の吸着
系の第１吸着塔出口から引出されたガスの送入と第２吸
着塔出口を経てのガス流回収とによる直列に接続された
系の２本の吸着塔におけるいわゆる並流方向での第１同
時等圧吸着段階。

（ａつ互に独立した２本の吸着塔について、一方では被
処理混合物が第１吸着塔の入口に送入され、ガスは前記
第１吸着塔の出口を経て回収されて段階（ａつにある他
の吸着系の第１吸着塔入口に送られ、他方では第２吸着
塔が、後記脱着段階（ｂ２）にある他の吸着系の第２吸
着塔から出たガス留分によって並流方式でパージされる
第２同時並流吸着段階。

（ｂｌ　　互に独立した２本の吸着塔について、（ｂ１
）第１吸着塔については、減圧及び／または真空化及び
／または抜き取りによる向流脱着、及び （ｂ２）第２吸着塔については、脱着ガスの一部が装置
の製品となる減圧及び／または真空化による向流脱着、 を含む段階。

（ｃ）　　互いに独立した２本の吸着塔について、（Ｃ
１）第１吸着塔については、吸着段階（ａ′）にある他
の系の第１吸着塔から出たガスによる向流再圧縮、及び 着塔から出たガスによる再圧縮 を含む段階。

本発明を実施するいくつかの例を、添付の図面を参照し
て説明する。

（実施例） 第１図に示された装置は、不純な大気中の空気から高純
度すなわち約９６％以上、好ましくは９８チ以上の酸素
を製造するのに用いられる。この装置は、３系列の同−
吸着系１、２及び６を含み、各吸着系は、それぞれ異な
る種類の２本の吸着塔、すなわち空気中の窒素を選択的
に吸着する吸着剤を収容している第１吸着塔Ｚ１．　Ｚ
２．　Ｚ３　及びアルがンに比して酸素を選択的に吸着
する吸着剤を収容している第２吸着塔Ｃ１、Ｃ２及びＣ
３を含んでいる。この実施例では、第１吸着剤は、ゼオ
ライト系モレキユラーシーブ（ＴＭＺ）、たとえば５Ａ
型または１′５Ｘ型、であシ一方、第２吸着剤は、炭素
系モレキユラーシーブ（ＴＭＣ）、たトエハペルクパウ
・フォルシュンク社のＣＭ　５Ｎ２（Ｆｍ品名）である
。

ＴＭＺは、吸着平衡で酸素及びアルゴンよりも窒素を多
量に吸着し、一方ＴＭＣは、アルゴンに対するよシも（
同様に窒素に対するよりも）酸素に対する速い吸着速度
によって確実に酸素を選択吸着する。各吸着塔は、下端
に入口、上端に出口を備えている。吸着段階の間、処理
ガスは入口から出口へ、いわゆる並流方向に流れる。

吸着塔２１〜ｚ６の入口は、平行な２本の集合管４及び
５によって連通されている。集合管４には、送風機また
は圧縮機７を備えた被処理空気用管路６が接続され、一
方集合管５には真空ポンプ９を備えた管路８が接続され
ている。

吸着塔ｚ１〜ｚ３の出口は、それぞれ開閉弁を備えた管
路によって、流量制御弁１２を介して連通ずる平行な２
本の集合管１０及び１１に接続される。

吸着塔ｚ１〜ｚ３の出口は、さらにそれぞれ管路１３−
１〜１３−３を経て吸着塔Ｃ１〜Ｃ３の入口に接続され
、集合管１４が吸着塔Ｃ１〜Ｃ６の入口を真空ポンプ／
３の取入れ側に接続している。真空ポンプ／３の吐出側
は、流量制御弁１３を備えたもう１本の集合管１７を経
て吸着塔０１〜Ｃ３に連通している貯槽１６に接続され
ている。

吸着塔Ｃ１〜Ｃ３の出口は、残ガス排出用集合管１９に
接続され、貯槽１６は圧力調整器２１を備えた製品高純
度酸素用管路２０に接続されている。

吸着塔Ｃ１の出口は管路２２−１を経て吸着塔Ｃ２の入
口に接続され、同様に、管路２２−２及び２２−３は、
それぞれ吸着塔Ｃ２及びＣ６の出口を吸着塔Ｃ３及びＣ
１の入口に接続している。装置は、さらに以下に述べる
作動サイクルを実施できるような種々の弁を備えている
。

この装置によって、吸着系１に関して、第２図に示され
ているサイクルを各吸着塔で実現できる。

Ｔをサイクルの継続時間とすると、吸着系２０作動はＴ
／３時間のずれによってそこから推論され、吸着系３０
作動は２Ｔ／３時間のずれによって推論される。図示さ
れた例では、サイクルの継続時間は、１分から数分程度
、たとえば２〜６分、で選ぶことができる。第２図のサ
イクルは集合管１７及び弁１８を用いていないことに注
意してほしい。

時間１を横軸に、絶対圧力Ｐを縦軸にとった第２図では
、矢印方向の線はガス流の動きと方向を示しており、矢
印が縦軸と平行しているときは、さらに吸着塔内の流れ
方向も示し、１本の矢印が縦座標の増加方向（図表の上
部向き）にあるときは、吸着塔内の流れ方向は並流であ
り、上を指している矢印が吸着塔内の圧力を示す線の下
に位置しているならば、流れは吸着塔の入口端を経て吸
着塔に流入し、上を指している矢印が圧力を示す線の上
に位置しているならば流れは吸着塔の出口端を経て吸着
塔から出て行く。入口端及び出口端は、それぞれ吸Ｎ段
階にある吸着塔によって処理されるべきガス及びこの吸
着塔から回収されるガスの入口及び出口である。１本の
矢印が縦座標の減少方向（図表で下向き）にあるときは
、吸着塔内の流れ方向は向流である。下を指している矢
印が吸着塔圧力を示す線の下に位置しているならば、流
れは吸着塔の入口端を経て吸着塔から出て行き、下を指
している矢印が圧力を示す線の上に位置しているならば
、流れは吸着塔の出口端を経て吸着塔に流入する。入口
端及び出口端は、吸着段階での処理すべきガス及び回収
されるガスの入口及び出口でもある。さらに実線はもっ
ばら一つの吸着塔に関するガスの流れを示し、点線は他
の吸着塔からの、または他の吸着塔へのガス流れを示し
ている。

完全なサイクルを、一つの吸着系、たとえば系！につい
て、第１図、第２図を参照しつつ以下に述べる。サイク
ルは、次のような順次行われる諸段階を含んでいる。

（Ｚ）　１＝０からｔ＝Ｔ／３まで、管路１３−１を経
て直列に接続された吸着塔Ｚ１．ＣＩ　　での同時並流
吸着段階。この段階の間、被処理空気は、大気圧付近に
あると思われるサイクルでの高圧力ＰＭで、集合管４を
経て吸着塔２１　　の入口端から導入される。窒素の大
部分はｚｌ　　によって吸着され、残りのガス留分は実
質的に同じ高圧力ＰＭで０１に流入する。

この段階（Ｚ）全体を通じて、ガスＩｆｉＣ１の出口端
から回収され、ｚｌ　　から出るガス留分は再圧縮中（
後記の段階ω））の系２の吸着塔ｚ２　　に向流方式で
導入される。これは集合管１１、弁１２及び集合管１０
を経て行われる。Ｃ１から出るガスは、再圧縮中（後記
の段階（Ｃ））の吸着塔Ｃ２またはＣ３の入口に、管路
２２−１を経て全量が移送される。

（ｂ）Ｔ１５から２Ｔ／３　まで、吸着塔ｚ１　　及び
Ｃ１は互に独立しておりそれぞれｚｌ　　についてはＰ
ｍ　、　ＣＩについてはＰＩＴｌの低圧力への向流減圧
によって脱着段階にかけられる。図示された例では、Ｐ
Ｍは大気圧付近にあり、この段階はその継続時間中ずつ
と真空蹟ンプ９，１５及び管路５，１４を作動させる。

吸着塔Ｃ１から抽出されたガスは製品ガスの高純度酸素
である。

（ｃ）　　２Ｔ　／　３　　からＴまで、２本の互に独
立し、別個に作動している吸着塔のＰｍ　または２１ｍ
　からＰＭへの再圧縮段階。吸着塔ｚ１　　は、゛吸着
段階（ｂ）にある系３の吸着塔ｚ３　から出るガスによ
って向流方式で再圧縮され、一方、吸着塔Ｃ１は、吸着
段階（Ｚ）にあるこの系３の吸着塔Ｃ３から出るガスに
よって並流方式で再圧縮される。

吸着塔Ｃ１がＰＭ　まで再圧縮されるや否や、すなわち
、瞬間ｔ１（Ｔ　　から瞬間Ｔまで、Ｃ３からＣ１への
ガスの移送は、酸素に対するアルコ９ンの相対濃度が空
気のそれよシも高い残ガスを集合管１９を経てＣ１の出
口端から回収して並流方式で継続される。ｚｌ　　につ
いては、その圧力は瞬間ＴでＰＭ　に達するまで変らず
増加する。

一方は吸着段階（Ｚ）にあシ他方は並流方式の再圧縮段
階（ｃ）にある二つの系の吸着塔Ｃの直列接続は、２本
の吸着塔の第２吸着塔における吸着前線の移動によって
第１吸着塔に酸素を最大限に送入できるようにするもの
で後で脱着される第１吸着塔（段階（ｂ））のみが製品
を供給して、−力筒２吸着塔は吸着段階（Ｚ）に移る。

第２図に示された前述のサイクルでは、サイクルの最終
圧力は、 −２１及びＣ１に共通する等圧吸着段階（Ｚ）について
は、直列の２個の吸着床ｚ１　　及びｃｌ　　通過時の
圧力低下を補償するための大気圧よシわずかに高い圧力
ＰＭ　で、段階（ｃ）の最終段階にあり、ｚｌ　　及び
ｃｌ　　とも直列で結合している他の吸着床Ｃ１の大気
圧下の空気を使用できる。

一各吸着塔ｚ１　　及びＣ１ｆの別個の脱着段階わ）に
ついては、真空ポンプによって得られ、各吸着塔におい
て異なっているかもしれない最−各吸着塔ｚ１　　及び
Ｃ１での別個の再圧縮段階（ｃ）については、再圧縮の
最終圧力は大気圧付近のＰＭ　であり、Ｃ１出口でのｔ
ｌ　　からＴまでの回収は実質的に大気圧で行われる。

この同じサイクルは、前述したのとは異なった最終圧力
の間で起りうる。たとえば、 −吸着塔ｚ１　　及びＣ１のそれぞれで高圧力ＰＭは１
パールと２パールとの間で、低圧力は不完全な真空であ
るとか 一完全に大気圧より高くたとえば高圧力ＰＭ　は６〜５
パールで、低圧力は大気圧であると妙ｔサイクルは、吸
着塔Ｚ１　　（圧力ＰＭ　）　　にもとずくかＣ１（圧
力Ｐ’ｍ　）にもとずくかで、異なる段階（ｂ）の等圧
下でも行われ、たとえば吸着塔ｚ１　　では３〜５パー
ルの高圧、吸着塔Ｃ１については大気圧よりわずかに高
い圧力である。そのとき低圧力Ｐｍ及びＰ’ｍが選ばれ
た高圧力に適用され、たとえば吸着塔ｚ１　　では大気
圧、吸着塔Ｃ１では真空かもしれない。もちろん、Ｐ’
ｍは常にＰＭ　　よりは小さい。

同じ系の各吸着塔の容積は、非常に大きい割合で差があ
ることは注意すべきである。実際、吸着塔ｚｔ（ＴＭＺ
）は、空気中の濃度が７８％である窒素を固定する作用
を有し、他方、吸着塔Ｃ１（ＴＭＣ）は残存窒素及び空
気中の濃度がわずかに０．９３％であるアルコ９ンを抽
出する目的で、ｚｌの出口で精製された酸素及びアルゴ
ンに富む留分のみを処理するのである。− さらに、ＴＭＺは水分や一酸化炭素のような不純分を吸
着する性質も有するので、空気の予備精製なしに行うこ
とが可能である。しかし、そのような精製は、吸着塔Ｚ
１．　Ｚ２．　Ｚ３　　のそれぞれのＴＭＺの前、たと
えばこれらの吸着塔の１部に層状に配置されたアルミナ
によって行われてもよい。

また、段階（ｃ）の第２の時間帯に吸着塔Ｃ１〜Ｃ６の
出口で回収されるガスはこの装置の価値ある副産物であ
るアルゴンに富むガスであることも注意すべきである。

第３図に示されているサイクルも、第１図に示された装
置によって実施され、集合管１７及び弁１８が用いられ
ている。しかし、前のサイクル（第２図）と同じ段階が
含まれるが次のような差がある。

（１）２本の吸着塔での吸着段階は二つの順を追った副
段階に分けられる。

（ａ’）　　ｔ　＝　Ｏからｔ２（Ｔ／３　まで、直列
に接続された２本の吸着塔に一１？ける高圧力ＰＭでの
同時並流等圧吸着副段階で、Ｃ１出口でのガス回収及び
第２図に示されたサイクルの段ＷＩ（ａ）で述べられた
よりなｚｌ　　出口でのガス留分の回収を伴ない、　Ｃ
Ｉ　　から出るガスは段階ω）にある吸着塔Ｃ２を並流
方式で再圧縮するのに用いられ、ｚｌ　　出口を出たガ
スは段階伝）にある吸着塔ｚ２　　の向流再圧縮を開始
するのに用いられる。

（ａつ　互に独文している２個の吸着塔ｚ１　　及びＣ
１の同じ圧力ＰＭ　での第２の同時並流等圧吸着副段階
で、この副段階は次のものを含んでいる。

一吸着塔Ｃ１については、Ｃ１の出口端を経るガス回収
を伴なうＣ１人口端からのパージガスの送入。パージガ
スは、脱着段階０３）にある吸着塔Ｃ３から抽出された
製品ガスの一部によって構成されている。

Ｃ１からの回収ガスは段階（ｃ）にある吸着塔Ｃ２の入
口に全量が移送される。

−吸着塔ｚ１　　については、Ｚｌ　　の出口端を峰る
ガス回収を伴なう２１　　人口端での空気送入の継続。

この副段階（ａつにある吸着塔ｚ１　　からこの方法で
回収されたガスは、段階（ｃ）にある吸着塔ｚ２　　の
出口にその向流再圧縮を達成するように全量が移送され
る。

（Ｚ）脱着段階は、吸着塔Ｃ１から抽出されたガスが一
部分は純酸素の製造を保証するのに、一部分は吸着段階
（ａりにある吸着塔Ｃ２の入口に戻されるパージガスと
して使用される以外は、第２図について（ｂ）で述べた
よう実施される。

（３）　　再圧縮段階は、本質的には、第２図について
（Ｃ）で述べたように実施される。

−吸着塔ｚ１　　については、順を追った副段階（ａ′
）及び（ａつ　にある吸着段階の吸着塔ｚ３出口から出
たガスによυ向流方式で、 −吸着塔Ｃ１については、順を追った副段階（ａ′）及
び（ａつにある吸着段階の吸着塔Ｃ６から出るガス全量
によシ並流方式で、この吸着塔が高圧力ＰＭ　　まで再
圧縮されるとすぐＣ１の出口端からの回収を伴なう。

このサイクルの作動条件（サイクル継続時間及び圧力）
は、第２図のサイクルにつｂて述べたものと同じである
。Ｃ１のパージの効果はエネルギーの付加的消費の費用
で製品酸素の純度を高めることである。

第４図及び第５図は、サイクルの二つの変形を示し、第
４図は第２吸着塔（ＴＭＣ）に関し、−方、第５図は第
１吸着塔（ＴＭＺ　）に関したものである。

これら２種類の変形の一方及び／または他方は、第２図
、第３図について述べた一方または他方のサイクルに利
用できる。第４図及び第５図の例では、これらの変形は
第２図のサイクルに利用されているが第３図のサイクル
にも容易に転用できる。

第４図の変形は、ＴＭＣ型の吸着塔にのみ影響がある。

それは、短時間（数秒の単位の）の間、サイクルに平衡
圧力の補足的副段階として挿入されるもので、吸着段階
が終了し、脱着段階にかけられる前に並流方式及び向流
方式で同時に減圧される吸着塔Ｃ１と、脱着段階が終了
し、平衡副段階によって並流及び向流方式で部分的に同
時に再圧縮される吸着塔Ｃ３の間で行われる。

ガスの移送方向Ｆｉｃ１　　の出口からＣ３の出口へ及
びＣ１の入口から０３　の入口へである。

Ｃ１については、平衡はｔ３（Ｔ／３からＴ／６に、Ｃ
３についてはｔ４＜２Ｔ／ｌ　から２Ｔ／３に起る。な
お、Ｔ／　５−１５　＝　２Ｔ／　５−１４　　である
。平衡の最後には、関係する２本の吸着塔は同じ圧力Ｐ
’Ｅ　にある。

第５図は、ＴＭＺ型の吸着塔にのみ影響があるもう一つ
の変形である。それは吸着段階を終了し、脱着段階にか
ける前に並流方式で減圧される一つの系の吸着塔ｚ１　
　と、脱着段階を終了し、平衡副段階によって向流方式
で部分的に再圧縮されるもう一つの系の吸着塔２との間
で、サイクルに平衡圧力の補足的副段階として挿入され
る。ｚｌ　　については、平衡ｔｄＴ１５からｔ５　に
、他の吸着塔２については２Ｔ／３　からｔ６　　に起
る。なお、　　１６−２Ｔ／３＝ｔ５−Ｔ／３である。

平衡の最後には、関係する２個の吸着塔は同じ圧力ＰＩ
　にある。

ｍ４図では、サイクルの進歩が大気圧より高い高圧力Ｐ
Ｍ　　と、大気圧と等しい低圧力ｐｍ　　との間で起る
ことが確かめられた。平衡後、Ｃ１の脱着が単に空気と
の接触により行われる。

その代り、第５図では、ＰＥ　　が大気圧と等しいこと
が確かめられた。ｚｌ　　の脱着はポンプによる減圧下
で行われる。

第３図は、低圧力Ｐｍ及びＰ′ｍ　がいずれも大気圧Ｐ
Ａ　　に等しい場合の第４図及び第５図の変形を組み合
わせた完全なサイクルを示している。この場合、ｚｌ　
　については、脱着はｔ５　からｔ７　及びＰＥ　から
ＰＡ　で向流方式での減圧第１副段階、それに続く吸着
段階にあるもう一つの吸着塔２から出るガス留分及びｚ
ｌ　　の入口からの回収分によるＰＡ下、ｔ７　から２
Ｔ７６での等正向流抜き取り副段階を含む。

第１図に示された装置の記述は、各種の構成部品（弁、
真空ポンプ）が第２図、第３図の方法を実施する丸めに
いかに作動されるべきかを容易に説明しており、当業者
は、この装置並びに構成部品の作動が、第４図ないしｍ
６図の変形を実施するためにいかに修正されるべきか、
さらに吸着塔ｚ１　　及び吸着塔Ｃ１について前述され
た全サイクルは互いに組み合わせてもよいことを容易に
理解するであろう。

第７図は四つの吸着系Ｃ１、Ｚ１　　ないしＣ４，Ｚ４
を有する装置による本発明の方法の実施を第２図と類似
する方式で示してｂる。当業者は、この装置が第１図に
示された装置からいかにして導かれたかを容易に理解す
るであろう。

以下に述べるサイクルは、Ｔをサイクルの継続時間とし
たとき、一つの系から他の系へとＴ／４だけずらされて
いる。

第３図に示された例のように、吸着段階（ａ）は二つの
順を追った副段階に分けられる。

（ａ’）　　ｔ　＝　ＯからＴ／４まで、直列に接続さ
れた２本の吸着塔Ｚ１．ＣＩ　　における高圧力ＰＭ　
での同時並流等圧吸着副段階で、Ｃ１出口でのガス回収
及びｚｌ　　出口でのガス留分の取出しを伴なう。Ｃ１
から出るガスは段階（ｃ）にあるＣ２　　を並流方式で
再圧縮するのに用い、一方ｚ１　　出口で取出されるガ
スは段階軸）にあるｚｌの再圧縮を終了させるのに用い
る。

第３図に比して、２１　　人口での供給ガスはもはや被
処理空気ではなくて、吸着副段階（ａりにある吸着塔ｚ
４　から並流で引出される流出物である。

（ａ’）　　Ｔ　／　４から２Ｔ／４　まで、互に独立
している２本の吸着塔ｚ１　　及びＣ１の同じ圧力ＰＭ
での第２の同時並流等圧吸着副段階で、次のものを含ん
でいる。

一吸着塔ｚ１　　については、ｚｌ　　の出口端を経る
ガス回収を伴なう２１　　人口端での空気の送入で、こ
うして回収されたガスは吸着副段階（ａ′）にある吸着
塔ｚ２　の入口に全量が移送される。

一吸着塔Ｃ１については、Ｃ１の出口端を経るガス回収
を伴なうＣ１の入口端からのパージガスの送入。パージ
ガスは、脱着段階（ｂ）にある吸着塔Ｃ４から抽出され
た製出ガスの一部によって構成され、Ｃ１から回収され
たガスは段階（ｃ）にある吸着塔Ｃ３の入口に全量が移
送される。

脱着段階（ｂ）は、次のように実施される。

−吸着塔Ｃ１については、２Ｔ／４　から６Ｔ／４まで
、第３図について前述したように、−吸着塔２１　　に
ついては、ｔ５　から６Ｔ／４まで、ただし、第５図に
ついて前述したように、この副段階にある吸着塔の部分
的再圧縮が並流方式で起っていることを除き、補足的圧
力平衡副段階をサイクルに挿入している。この平衡は、
吸着塔ｚ１　　については、ｚ４　　との平衡による２
Ｔ／４　からｔ５までの並流減圧及びｚ２　　との平衡
による６Ｔ／４からｔ６　　までの部分的並流再圧縮を
もたらす。

再圧縮段階（ｃ）は、次のように実施される。

−吸着塔Ｃ１については、６Ｔ／４　からでまで、吸着
塔Ｃ４は第１吸着副段階（ａ′）にあり、他方吸着塔Ｃ
３は第２吸着副段階（ａりにある２本の吸着塔Ｃから出
るガスと圧力がＰＭ　に達しているＣ１　　の出口端を
経た回収ガスの助けで同時に並流方式で、 −吸着塔ｚ１　　については、ｔ６　からＴまで、第１
吸着副段階（ａ′）にある吸着塔ｚ１　　の出口から取
出されたガスによって向流方式で。

吸着段階が、３系列だけの吸着系を有する第３図に示さ
れたサイクルにおけるように二つの副段階に分れている
第７図に示されたようなサイクルに、第４の吸着系を付
加することは、直列に接続された３本の吸着塔を通る等
正循環によって被分離空気を連続方式で処理することを
可能としている。吸着塔の２本はＺ型でその内の１本は
吸着副段階（ａつにあって空気を供給されておシ、他の
１本は吸着副段階（ａ′）にあシ、３木目は吸着副段階
（ａ′）にあるＣ型の吸着塔である。

この配置は、窒素吸着前線を吸着副段階（ａつにある吸
着塔２から吸着副段階（ａ′）にある吸着塔２に移し、
その吸着塔内に保持することができる。

また脱着段階（ｂ）における再生以前の副段階（ａつに
ある吸着塔２を窒素で十分に満たし、副段階（ａ′）に
ある吸着塔２から取出されたガスの品質低下を避けるこ
とになる。この方式では、吸着塔Ｃで処理されるための
吸着塔２からの抽出酸素の抽出率及び吸着塔Ｃの脱着に
より製造式れる酸素の品質が改善される。

前述したサイクルのいくつかの例（ＣＩ　　の平衡。

ｚｌ　　の平衡の欠除、サイクルのパラメータ）も、第
７図に示されたサイクルに利用できることは理解される
であろう。

一般に、高圧力ＰＭ及びＰ’Ｍは１パールから数パール
の間に、サイクルの低圧力（Ｐｍ及びＰ’ｍ　）は１パ
ールから数十ミリバールの間にある。最低の圧力は、Ｔ
ＭＣを収容した吸着塔で一番先に到達される。

本発明は、３吸分以下のその他のガス状混合物の分別、
たとえば次のような操作にも利用できる。

Ｔ１１　　次の製鋼所ガスのよりなＣＯ２＊　”０＋　
Ｎ２ｔ　０２＋Ｈ２を含むガス状混合物から非常に富化
されたＣＯの製造。

−たとえば次のような平均組成を有する転炉ガス ＣＯ（６〜２０チ）、　　　　　Ｃｏ　（Ｚ０〜６０　
％）１Ｎ　（４０〜６０％）、　　　　Ｈ２（１〜１０
％）一たとえば次のような平均組成を有する高炉ガス Ｃｏ　　　（Ｚ０〜　３０　％）ｔ　　　　　ｃｏ　　
（Ｚ０〜　６０　％）Ｎ　　（４０〜６０　％）、　　
　　Ｈ２（１〜１０　％）この場合、使用される好まし
い吸着剤は、次のようである。

−６系の第１吸着塔については、ＣＯを固定すべき機能
を有する活性炭 −６系の第２吸着塔については、より吸着されにくい成
分であるＮ２　　及びＨ２からの分離によってＣＯを濃
縮すべき機能を有するゼオライト系モレキユラーシーブ
で、ＣＯは脱着製品として非常に富化された状態で回収
される。

（Ｚ）　Ｎ１（３やイオウ化合物のような副次的不純物
も含んだ発酵製品または有機廃棄物の排出ガスのような
、たとえばＣ０２，ＣＨ４，Ｎ２．Ｈ２を含むガス状混
合物から非常に富化されたＣＨ４の製造。

副次的不純物を除去するための可能な前処理の後、この
種ガスの典型的組成は、たとえば次のようである。

ｃｏ　　Ｂｏ〜５０％）、０２（〈２％）。

Ｎ２（〈８％）、　　　　　　Ｈ２（＜　３チ）。

ＣＨ４（４０〜６０％） この方法の利用は、好ましくは次のように行われる。

−６系の第１吸着塔についてはＣＯ２を濃縮する活性炭
。ＣＯ２はこの吸着剤の脱着によシ富化されて回収され
、第１分離製品となる。

−６系の第２吸着塔については、より吸着されにくい成
分であるＮ２，０２　　及びＨ２からの分離によってＣ
Ｈ４を濃縮するモレキユラーシーブまたは活性炭で、Ｃ
Ｈ４にこの吸着塔の脱着製品として非常に富化されて回
収される。

萌細書の浄書（内容に変更なし）

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による方法を実施するための３系列型
装置の模式図、第２図は、この装置の作動を示す図辰、
第３図は、第２図に示す方法の１変形を第２図と同一様
に示す図表、第４図は、６系の第２吸着塔について本発
明による方法のｌ変形を第２図上部と同様に示す図表、
第５図は、６系の第１吸着塔について本発明による方法
の１変形を第２図下部と同様に示す図表、第３図は、第
４゜５図に示す変形を組み合わせた本発明による方法を
第２図と同様に示す図表、第７図は４系列型装置で実施
する本発明方法を示す図である。 ＦＩＧ、７ 手続補正書（方式） １．事件の表示 昭和６３年　特許願　第３２２２３７号２、発明の名称 吸着によるガス状混合物の処理方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　フランス国、パリ市、７．ケ、ド、オルセイ
、７５番４、代理人 〒１０５住所　東京都港区西新橋１丁目１番１５号物産
ビル別館　電話（５９１）　０２６１明１１１８４第３
８頁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によつて第２及び第３
   成分を含むガス状混合物から富化された状態で第１成分
   を製造する方法であつて、それぞれ２本の異なる吸着塔
   （Ｚ１、Ｃ１・・・）で構成される３系列の吸着系（１
   、２、３）を用い、２本の吸着塔は互に独立しているか
   、吸着段階にある第１吸着塔出口を、同じ段階にある第
   ２吸着塔入口に直列に接続し、第１吸着塔（Ｚ１〜Ｚ３
   ）は前記第２成分を選択的に吸着する吸着剤を、第２吸
   着塔（Ｃ１〜Ｃ３）は前記第３成分に比して前記第１成
   分を選択的に吸着する吸着剤を収容しており、Ｔをサイ
   クルの継続時間としたとき、各系列（１、２、３）につ
   いて一つの吸着系から他の吸着系へとＴ／３の時間だけ
   ずらせて、 （ａ）第１吸着塔（Ｚ１、・・・）入口での混合物導入
   と第２吸着塔（Ｃ１、・・・）出口を経てのガス流回収
   とによる系の２本の吸着塔（Ｚ１、Ｃ１、・・・）にお
   ける並流方向での同時等圧吸着段階で、少くとも最初の
   時間帯は２本の吸着塔が直列に接続されている前記段階
   、 （ｂ）互に独立している２本の吸着塔で、 （ｂ１）第１吸着塔（Ｚ１、・・・・）については、減
   圧及び／または真空化及び／または抜き取 りによる向流脱着、及び （ｂ２）第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）については、脱
   着ガスの少くとも一部が装置の製品とな る減圧及び／または真空化による向流脱着 を含む段階、 （ｃ）互に独立している２本の吸着塔で、 （ｃ１）第１吸着塔（Ｚ１、・・・・）については、吸
   着段階（ａ）にある他の系の第１吸着塔から出るガスに
   よる向流再圧縮、及び （ｃ２）第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）については、吸
   着段階（ａ）にある他の系の第２吸着塔から出るガスに
   よる再圧縮 を含む段階 からなる同一サイクルを実施することを特長とする吸着
   によるガス状混合物の処理方法。 ２、第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）の再圧縮（ｃ２）が
   向流方式で行われ、この再圧縮は前記第２吸着塔におけ
   る吸着前線の移動を含んでいる請求項１記載の方法。 ３、段階（ｃ２）の間、吸着段階にある他の系の前記第
   ２吸着塔から出るガスの全量が再圧縮中の第２吸着塔（
   Ｃ１、・・・・）の入口に送給され、再圧縮段階（ｃ２
   ）の少くとも一部の時間帯に、後に述べた方の第２吸着
   塔（Ｃ１、・・・・）の出口を経て回収が行われる請求
   項２記載の方法。 ４、第１吸着塔の脱着（ｂ１）が吸着段階（ａ）にある
   他の系の第１吸着塔から出るガスによる最終的向流抜き
   取り副段階を含んでいる請求項１ないし３のいずれかに
   記載の方法。 ５、吸着段階（ａ）がその最終部分に、互に独立してい
   る２本の吸着塔（Ｚ１、Ｃ１、・・・・）について第２
   吸着塔（Ｃ１、・・・・）が脱着中（ｂ２）の他の系の
   第２吸着塔から出るガス留分によつて並流方式でパージ
   されるパージ副段階を含み、パージ中の第２吸着塔（Ｃ
   １、・・・・）から出るガスは再圧縮中（ｃ２）の第３
   の系の第２吸着塔の入口に送給される請求項１ないし４
   のいずれかに記載の方法。 ６、パージ副段階の間、第１吸着塔（Ｚ１、・・・）は
   被処理ガス状混合物を引き続き供給され、第１吸着塔（
   Ｚ１、・・・・）から出るガスの全量が再圧縮（ｃ１）
   の終りに他の系の第１吸着塔に向流方式で送られるか、
   一部は再圧縮（ｃ１）の終りに他の系の第１吸着塔に、
   一部は抜き取りによる第１吸着塔の脱着（ｂ１）を終了
   させるために第３の系の第１吸着塔に向流方式で送られ
   る請求項５記載の方法。 ７、サイクルが、第１吸着塔（Ｚ１、・・・・）につい
   て吸着段階（ａ）と脱着段階（ｂ１）との間に部分的向
   流減圧副段階及び脱着段階（ｂ１）と再圧縮段階（ｃ１
   ）との間に部分的再圧縮副段階を含み、前記２副段階は
   部分的減圧副段階にある前記第１吸着塔と部分的再圧縮
   副段階にあるもう一つの第１吸着塔の間の圧力平衡下に
   行われる請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。 ８、サイクルが、第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）につい
   て吸着段階（ａ）と脱着段階（ｂ２）との間に部分的減
   圧副段階及び脱着段階（ｂ２）と再圧縮段階（ｃ２）と
   の間に部分的再圧縮副段階を含み、前記２段階は部分的
   減圧副段階にある前記第２吸着塔と部分的再圧縮副段階
   にあるもう一つの第２吸着塔の間の圧力平衡下に行われ
   る請求項、ないし７のいずれかに記載の方法。 ９、平衡が関係する２本の第２吸着塔について向流方式
   と並流方式で同時に起る請求項８記載の方法。 １０、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によつて第２、及び
   第３成分を含むガス状混合物から富化された状態で第１
   成分を製造する方法であつて、それぞれ２本の異なる吸
   着塔（Ｚ１、Ｃ１、・・・・）で構成される４系列の吸
   着系を用い、２本の吸着塔は互に独立しているか、吸着
   段階にある第１吸着塔出口を同じ段階にある第２吸着塔
   入口に直列に接続し、第１吸着塔（Ｚ１〜Ｚ４）は前記
   第２成分を選択的に吸着する吸着剤を、第２吸着塔（Ｃ
   １〜Ｃ４）は前記第３成分に比して前記第１成分を選択
   的に吸着する吸着剤を収容しており、Ｔをサイクルの継
   続時間としたとき、各系列について一つの吸着系から他
   の吸着系へとＴ／４の時間だけずらせて（ａ′）第１吸
   着塔（Ｚ１、・・・・）入口での、後記段階（ａ″）に
   ある他の吸着系の第１吸着塔出口から引出されたガスの
   送入と第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）出口を経てのガス
   流回収とによる直列に接続された系の２本の吸着塔（Ｚ
   １、Ｃ１、・・・・）における並流方向での第１同時等
   圧吸着段階、 （ａ″）互に独立した２本の吸着塔（Ｚ１、Ｃ１、・・
   ・・）について、一方では被処理混合物が第１吸着塔（
   Ｚ１、・・・・）入口に送入され、ガスは前記吸着塔出
   口を経て回収されて、段階（ａ′）にある他の吸着系の
   第１吸着塔入口に送られ、他方では第２吸着塔（Ｃ１、
   ・・・・）が後記脱着段階（ｂ２）にある他の吸着系の
   第２吸着塔から出るガス留分によつて並流方式でパージ
   される第２同時並流吸着段階、 （ｂ）互に独立した２本の吸着塔で （ｂ１）第１吸着塔（Ｚ１、・・・・）については、減
   圧及び／または真空化及び／または抜き取りによる向流
   脱着、及び （ｂ２）第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）については脱着
   ガスの一部が装置の製品となる減圧及び／または真空化
   による向流脱着 を含む段階、 （ｃ）互に独立した２本の吸着塔で （ｃ１）第１吸着塔（Ｚ１、・・・・）については、吸
   着段階（ａ′）にある他の系の第１吸着塔から出るガス
   による向流再圧縮、及び （ｃ２）第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）については、そ
   れぞれ段階（ａ′）及び段階（ａ″）にある他の二つの
   系の第２吸着塔から出るガスによる再圧縮 を含む段階 からなる同一サイクルを実施することを特長とする吸着
   によるガス状混合物の処理方法。 １１、第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）の再圧縮（ｃ２）
   が並流方式で行われ、この再圧縮は第２吸着塔での吸着
   前線の移動を含む請求項１０記載の方法。 １２、段階（ｃ２）の間、吸着段階（ａ′）または（ａ
   ″）にある他の系の前記第２吸着塔から出るガスの全量
   が再圧縮中の第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）の入口に送
   られ、再圧縮段階（ｃ２）の少くとも一部の時間帯に後
   に述べた方の第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）の出口を経
   て回収が行われる請求項１１記載の方法。 １３、サイクルが第１吸着塔（Ｚ１、・・・・）につい
   て第２吸着段階（ａ″）と脱着段階（ｂ１）との間に部
   分的向流減圧副段階及び吸着段階（ｂ１）と再圧縮段階
   （ｃ１）との間に部分的向流再圧縮副段階を含み、前記
   ２副段階は部分的減圧副段階にある前記第１吸着塔と部
   分的再圧縮段階にあるもう一つの第１吸着塔の間の圧力
   平衡下に行われる請求項１０ないし１２のいずれかに記
   載の方法。 １４、実質的に第１、第２及び第３成分としてそれぞれ
   酸素、窒素及びアルゴンからなる混合物から高純度酸素
   を製造する方法であつて、第１吸着塔（Ｚ１、・・・・
   ）はゼオライト系モレキユラーシーブ（ＴＭＺ）を収容
   し、第２吸着塔（Ｃ１、・・・・）は炭素系モレキユラ
   ーシーブ（ＴＭＣ）を収容している請求項１ないし１３
   のいずれかに記載の方法。 １５、第１、第２及び第３成分としてそれぞれＣＯ、Ｃ
   Ｏ＿２及び窒素からなるガス状混合物から非常に富化さ
   れたＣＯを製造する方法であつて、第１吸着塔（Ｚ１、
   ・・・・）は活性炭を収容し、第２吸着塔Ｃ１、・・・
   ・）はゼオライト系モレキユラーシーブ（ＴＭＺ）を収
   容している請求項、ないし１３のいずれかに記載の方法
   。 １６、第１、第２及び第３成分としてそれぞれＣＨ＿４
   、ＣＯ＿２及び窒素からなるガス状混合物から非常に富
   化されたＣＨ＿４を製造する方法であつて、第１吸着塔
   （Ｚ１、・・・・）は活性炭を収容し、第２吸着塔（Ｃ
   １、・・・・）はゼオライト系モレキユラーシーブ（Ｔ
   ＭＺ）または活性炭を収容している請求項１ないし１３
   のいずれかに記載の方法。