JPH01315308A - 空気の精製と分別を組み合わせた非加熱式吸着装置および方法 - 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】 発明の背景 発明の分野 本発明は再生式吸着カラムに関し、さらに詳しくは単一
のマルチゾーンカラムで、空気の精製と分別を順次組み
合わせた非加熱式圧力スイング吸着装置および方法に関
する。

従来技術の説明 供給混合ガスから生成ガスを得るための２種類の既知の
非加熱式吸着システムは圧力スイング吸着システムとパ
ージスイープ吸着システムである。

これらのシステムは、吸着剤床を再生する方法が主とし
て異なる。

圧力スイング吸着、すなわちＰＳＡはスカーストロムの
米国特許第２，９４４．６２７号に開示されておりそし
てスカーストロムサイクルとして知られてきた。スカー
ストロムサイクルは、吸着用昇圧と脱着用低圧との間で
操作され、そしてこのサイクルは昇圧下で吸着により生
成した熱を用いて減圧。

常圧または真空下で脱着作業を行うほぼ等温工程である
。圧力スイング法においては、パージは、吸着熱を吸着
剤床の汚染領域に運びそして蒸発により放出した汚染蒸
気をこの床から吸着するのに役立つ。放出した汚染蒸気
を吸着するのに必要なパージ量を最小にするためにパー
ジを工程中で冷却しない。こうして、圧力スイング吸着
器おける吸着質負荷の差は等温条件下で２つの異なる圧
力間で得られる差である。短いサイクルとサイクル当り
の少ない処理量とにより熱が保存される。供給ガスの容
積に少なくとも等しいパージガスの容積をこれらの異な
る圧力で維持することにより十分な再生が確保される。

パージスイープ系においては吸着熱は保存されない。再
生時には、脱着に必要な熱はパージにより供給され、こ
れはパージガスの温度を下げ、こうして汚染物を追い出
すパージ能力を減少させる。

吸着剤を脱着するパージの能力低下を補うため、パージ
流量を高める。それ故にパージスイープ系における吸着
剤の再生はＰＳＡ系における再生よりもかなり多くのパ
ージガスを必要とする。

非加熱式圧力スイング系はガスを精製したりあるいはガ
スを特定の成分に濃縮するために広範囲のガス分離に用
いられる。

このような分離としては例えば空気の脱水、−酸化炭素
、二酸化炭素などの汚染物の空気からの除去、空気中の
アルゴンの濃縮、空気中の窒素の濃縮、および空気中の
酸素の濃縮である。

酸素と窒素を得るための空気の分別において、水分と二
酸化炭素は供給空気の不純物成分とみなされており、分
別あるいは濃縮に先立ちこれらを好適に除去する。酸素
回収率の周知の改良は湿った空気ではなく脱水空気の分
別に基づ（ために、脱水空気を分別することが特に望ま
しい。例えば、脱水空気の使用により６０％以上の高い
酸素回収率を得ることができる。供給空気にしばしば含
まれる種々の他の汚染物を除去することも望ましい。

種々の方法を用いて酸素または窒素の濃縮前に圧縮供給
空気を予備処理している。例えば、スカーストロムサイ
クルで運転する吸着器などの非加熱型吸着器を用いて供
給空気から湿分および他の汚染物を除去している。次い
で、所望の分離を行うことのできる吸着剤を備えたスカ
ーストロムサイクルで運転する他の非加熱式吸着器カラ
ム内で予備処理空気を分別してもよい。しかしながら、
予備処理工程でのパージとエネルギー消費のために空気
濃縮系全体の費用と複雑さをかなり高めそして分別／濃
縮工程の総括効率を低下させるので、このような供給空
気の予備処理は必ずしも十分に満足のい（ものではない
。

分別の前に湿分と他の汚染物とを除去するための供給空
気の予備処理法のもう１つの例は、米国特許筒４．３８
０，４５７号に記述されているように、非加熱式吸着系
と組み合わせて逆熱交換器（ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ　ｈｅ
ａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）の使用である。

この文献で開示している空気分離法は加圧下で供給空気
を逆熱交換器に送って空気を冷却しそして水分を氷とし
て析出させて冷却乾燥空気を形成し；冷却乾燥空気を吸
着剤床と接触させて少なくとも二酸化炭素を除いてこれ
を含まない残りの冷却空気を得て；二酸化炭素のないこ
の冷却空気をさらに冷却し；そしてこのさらに冷却され
た空気を精製、すなわち分別することを含む。

さら忙最近になって、供給空気の乾燥と空気の分別との
両方を１つのカラムに組み入れることが試みられてきた
。しかしながら、供給を気から湿分の大部分を除去する
予備処理工程は必要であると開示された。こうして、英
国特許願２，１７１．９２７Ａは、湿分の大部分を除去
するための熱交換器内での圧縮空気の処理に続いて供給
空気から残存水蒸気を除去することのできる第一乾燥層
と、供給空気を分別することのできる第二吸着層との、
二つの吸着剤床を含む圧力スイング法を利用したガス分
離法に関する。こうしてこの方法は、圧縮器の出口でそ
して吸着剤床の上流で圧縮供給空気の予備処理を必須工
程として含む。圧縮供給空気の予備処理において、空気
を熱交換器内で冷却して大部分の水蒸気を空気から除去
する。

従来の努力にもかかわらず、圧縮供給空気を逐次精製し
そして精製空気をカラム内だけで分別することができ、
がなりの量の湿分を除去するための供給空気の予備処理
を必要としない非加熱式圧力スイング吸着カラムのニー
ズが残っている。

従って、本発明の主たる目的は、湿分を除去するための
供給空気の前処理を必要とせずに、圧縮空気の精製と分
別とを１つの吸着カラムに組み入れた簡素化非加熱式圧
力スイング吸着系を提供することである。

本発明の他の目的は、２つの吸着帯域を有する少なくと
も１つのカラムを有しそして供給空気を逐次精製しそし
て精製空気をこのカラム内だけで分別することができる
圧力スイング吸着装置内で、吸着カラムに入る前に供給
空気から水蒸気を除去する必要がない、酸素または窒素
を選択的に・得る方法を提供することである。

本発明の別の特定の目的は、圧力スイング吸着系を運転
するのに必要なエネルギーを低下させることにより空気
の精製と分別を行う非加熱式圧力スイング吸着系の運転
費を低下させ、そしてこの系の装置の建設費を低下させ
ることである。

これらの目的および本発明の他の目的及び利点は以下の
記載から明らかであろう。空気を精製および分別して酸
素を得ることに関して本発明を説明するが、そのように
限定すべきではない。むしろ、単なる解説のためだけで
あって、本発明は空気を効果的かつ効率的に精製および
分別して窒素を得るためにも使用できる。

発明の要旨 本発明は、空気の精製、すなわち空気から水分の除去の
ための吸着帯域と空気を選択された成分に分別する吸着
帯域との両方の大きさをうまく定めることにより、精製
帯域および分別帯域の両者を単一の吸着カラムに組み入
れて、供給空気の別の上流側精製を必要とせずに、この
カラム内だけで供給空気を逐次精製しそして精製空気を
分別することのできるマルチゾーン非加熱式吸着カラム
を提供できるとする知見に基づく。

こうして本発明は、少なくとも２つの吸着帯域を有する
少なくとも１つの吸着カラムを含む、空気の逐次的な精
製および分別のための非加熱式圧力スイング吸着系を提
供する。第一の帯域は供給空気を精製するための供給物
精製用吸着器からなり、第二の帯域は空気中の成分を濃
縮するための空気分別用吸着器からなる。精製帯域は汚
染物、特に水蒸気を供給空気から吸着して精製を行う吸
着剤を含み、そして分別帯域は、精製空気中の少なくと
も１種類の成分を吸着して未吸着成分に富む流出空気と
することのできる吸着剤を含む。

本発明の一態様においては、供給空気から水蒸気の吸着
中に放出された吸着熱をカラム内に保持しそして所定量
のパージガスをマルチシー／カラムに入れて分別帯域と
精製帯域の両方を再生できろようにマルチゾーンカラム
の大きさを定める。

加えて、第一帯域すなわち精製用吸着器で放出されろ吸
着熱により発生した熱前線により影響を受けない所望の
分別を行いかつ分別中に物質移動前線の破過を避けるの
に十分な吸着剤を含むように第二帯域すなわち分別帯域
の大きさを定める。

本発明の他の態様においては、供給空気の精製中に放出
される吸着熱を保持して第一帯域で発生する熱前線が第
一帯域を横切って第二帯域に入らないように精製用吸着
器の大きさを定める。

本発明のさらに他の態様においては、単一のマルチゾー
ンカラム内で精製と分別を逐次行う方法を提供する。

本発明のさらに別の態様では、一対のマルチゾーンカラ
ムを用いて空気の逐次的な精製と分別を行う連続方法を
提供する。

発明の詳細な記述 第１図に示す二基式圧力スイング装置に関して本発明を
記述するが、本発明のマルチゾーンカラムの使用がこれ
に限定されるものではないことを理解すべきである。そ
れどころか、本発明のマルチゾーンカラムは単独でもお
よびこのカラムを再生のために取り除く装置においても
使用できる。

第１図を参照すると、供給空気の精製と分別を逐次組み
合わせたマルチゾーンカラムを含む圧力スイング吸着装
置が１０で示されている。アフタークーラー１１ａを備
えた圧縮器１１により空気を圧力スイング吸着装置に送
る。供給圧縮空気は、これを第一マルチゾーンカラム１
３に向ける三方流入弁１２を通って装置１０に入る。図
示の通り、カラム１６は吸着サイクル内であり、すなわ
ち供給空気の精製と分別とを実施できる状態にある。

吸着器カラムに入った圧縮空気は最初に精製帯域１４に
送られ、これは再生可能な吸着剤（図示せず）を含む。

精製帯域にて、空気中の汚染物、特に水蒸気は吸着剤に
吸着されて精製帯域から精製流出空気を得る。精製帯域
からの精製流出空気はカラムを通って分別帯域１５へと
続き、この帯域は空気中の少なくとも１種類の成分の選
択的吸着のための吸着剤（図示せず）を含む。例えば、
酸素の製造においては分別吸着器内の吸着剤は窒素に対
して選択的である。

本発明を実施するうえで、そして以下で詳細に述べるよ
うに、供給空気から汚染物の吸着中に精製帯域で放出さ
れる吸着熱をカラム１３で保持しそして再生時にこのカ
ラムに入れるパージガスの容積が分別用吸着剤の吸着質
と精製用吸着剤の吸着質とを脱着させるのに十分である
ように吸着器カラムの大きさを定める。加えて、吸着質
、例えば酸素を得るためにカラムを用いるならば、蟹素
、の物質移動前線が分別帯域を通って破過してそこから
流出ガスに入ることを防ぐように分別帯域の大きさを定
める。また、精製帯域１４で放出される吸着熱により発
生した熱前縁により影響を受けない所望の分別を実施す
るのに十分な吸着剤を含むように分別帯域の大きさを定
める。

酸素に富む乾燥空気は生成ガスとしてカラム１６から流
出しそして三方流出弁１９を通って出口１８に送られる
。生成ガスの一部をパージ調整弁２０へと送りここで大
気圧近くまで膨張させる。流量指示計、圧力計２１およ
びパージオリフィス２２を備えており、そしてチエ、ク
バルプア、センブリ−２６はパージを第二のマルチゾー
ンカラム２５に送る。説明した通り、カラム２５は脱着
サイクルにあり、すなわち吸着サイクルで前に使用され
たので再生される状態にある。

パージガスはカラム２５に入り、ここで最初に分別帯域
２６に送られる。明らかに、パージガスの流れは吸着中
の流れに対し向流である。分別帯域での吸着熱は失なわ
れたと思われる。しかしながら、カラムに供給されるパ
ージガスの容積は、前のサイクルで吸着された窒素を分
別帯域中の吸着剤から脱着しこうして吸着剤を再生する
のに十分な量である。窒素を含む生成ガスは分別用吸着
剤２６を出て精製帯域２７に入り、ここで吸着剤を再生
する、すなわち等温条件下で吸着剤から水蒸気を脱着す
る。精製帯域内の吸着熱がここで脱着に使用できるよう
に吸着と脱着のサイクルを定める。換言すれば、精製帯
域内で吸着サイクル中に放出される吸着熱をパージに用
いて精製帯域で吸着剤を再生する。こうして、精製帯域
は圧力スイング吸着器として操作され、その間分別帯域
はパージスイープ吸着器として操作される。排ガスはカ
ラム２５を出てニガ排出パルプ２９と流量制御弁３０を
通ってパージ排ガスとして装置１０を出る。

適当な時間間隔の後Ｋ、これは固定であってもあるいは
可変であってもそしてマイクロプロセ。

サー制御にかけてもよいが、カラム１３への加圧空気の
流れを止めそして再加圧パルプ６１を通してカラム１６
を排気してカラム２５と平衡にする。

カラム２５を再生圧力まで排気する。三方流入弁１１は
加圧空気の流れをカラム２５に向け、ここで精製帯域２
７に入る。ニガ排気弁２９を閉じる。

カラム１３はチエ、クバルプア、センブリ−２３を通っ
てパージガスを受け、そしてパージ排ガスは排気弁３２
に入り流量制御弁６０を通って装置１０を出る。この方
法では、濃縮と再生工程を連続させている。

生成ガス流中の微細吸着剤除去のために図のようにフィ
ルター交換パルプ３５とパイロ、トエアーフィルター６
６と設けてもよい。次いでこのガスを用いてサイクル時
間の正確な制御のために系の圧力作動弁を制御すること
ができる。パルプ類および設備の適切な選択は当業界で
既知である。

精製帯域および分別帯域で用いる吸着剤は当然ながら各
帯域で必要とする分離に依る。空気の分別では、精製帯
域で使用するのに適した吸着剤は供給空気から望ましく
ない汚染物、特に水蒸気、を吸着することができなけれ
ばならず、分別帯域で用いる吸着剤は吸着器カラムから
の濃縮流出ガス中に望ましくない空気中の成分を吸着す
ることができなければならない。

本発明の吸着器カラムで用いるのに適した吸着剤は内部
細孔容積が大きく、この吸着剤層により吸着されるべき
すべての分子の流入ができるように十分微細孔の寸法が
大きく、小寸法範囲の細孔の割合が多く、表面活性が高
（あるべきである。

吸着等温線は入口条件から所望の流出ガス濃度水準まで
の操作範囲全体にわたり高い能力を示すべきである。吸
着剤は触媒作用を促進したりあるいは吸着質と反応すべ
きではない。また、吸着剤は吸着剤粒子内への急速な拡
散ができるのに十分な粗孔溝造をも持つべきである。

一船釣ｔｘ、タイプの有機吸着剤はウールおよヒ綿、活
性炭、高分子炭素、および炭素系分子篩を含む。

−船釣なタイプの無機吸着剤はクレー、活性アルミナ、
シリカゲル、および分子篩を含む。これらの吸着剤は、
当業者には明らかであるが、必要とされる特定のプロセ
スパラメーターおよび空気の分別に望ましい生成物の特
性に依っては適当であるかもしれない。本発明のマルチ
ゾーンカラムにおいてそして酸素を得ろための空気の分
別においては、精製帯域用の好ましい吸着剤は１３Ｘ型
分子篩であり、分別帯域用の好ましい吸着剤は５Ａ−Ｍ
Ｇ型分子篩である。

本発明のマルチゾーンカラムにおいて吸着帯域の妥当な
大きさを定めることは、湿分を除（ための供給空気の上
流予備処理なしで精製と分別とを逐次このカラム内だけ
で行ううえで特に重要である。こうして、供給空気から
の水蒸気の吸着中に放出される吸着熱がカラム内に保持
されそしてパージガスをカラムに入れると分別用吸着剤
とＭ装用吸着剤の両方が再生される、すなわち吸着質が
脱着するようにマルチゾーンカラムの寸法を定める。加
えて、積層帯域内で放出される吸着熱により生じる熱前
線により影響を受けない望ましく・分別を行うのに十分
な吸着剤を含みそして分別中に物質移動前線の破過を防
ぐように、分別帯域の寸法を定める。

最初に分別帯域について説明すると、その長さは、吸着
された成分の物質移動前線が破過して分別中に流出流中
に入るのを防ぐのに十分でなければならない。この物質
移動前線の破過を防ぐのに必要な分別帯域の床の長さは
以下の式により計算できる： 式中、τはサイクルの吸着時間であり；ρ。は浸出物成
分の標準密度であり； ＳＣＦＭは浸出物の流量であり； ＳＣＦＭは５ＸＱｏ（浸出物の流量） ρｂは吸着剤の嵩密度であり； Ａｘは分別帯域の横断面積であり； Ｗは溶質比、Ｎ２１０２であり； Ｍは吸着質に対する吸着剤の平衡容量であり； Ｍｂは吸着質に対する吸着剤の等価答量であり； Ｃは濃度低下因子であって、 ｃ＝（’Ｖｒ−η丁）２であり； Ｈｄは物質移動単位高さであって （Ｈｄ　ｓ　＋Ｈｄ　（）　７１．２　であり；式中、
Ｉ月Ｓは固相単位高さであって ＵｏＤｐ／Ｄｆ　　であり； Ｕｏは有効見掛は速度、 ２．５　（ＳＣＦＭ）Ｗ、ρ。／（ＭｐｂＡｘ）でアリ
、Ｗ、ρｏ、Ｍ、ρｂ、Ａｘ　は上記の通りであり、 Ｄｐは吸着剤の平均粒子直径であり； Ｄｆは流体拡散率であり； Ｈｄ（は流体相単位高さであり； Ｓｃはシュミット数であり； ａは吸着剤の外部粒子面積であり； ψは吸着剤の粒子形状因子であり； Ｄｐは吸着剤の平均粒子直径であり； ＳＣＦＭは上記の通りの浸出物流量であり；μは流体の
粘度であり； εは分別帯域の床の電空隙率である。

本発明のマルチゾーンカラムにおいて、分別帯域はパー
ジスイープ吸着器として操作される。窒素成分または酸
素成分の非常に速い吸着速度のため、窒素または酸素の
吸着で放出される熱は分別帯域では保持されず、流出流
を通って失なわれる。

分別帯域で吸着熱が保持されたとしても少ないため、分
別帯域を再生するのに必要とするパージは精製帯域を再
生するのに必要とするパージよりも大きい。こうして、
分別帯域の再生のパージの必要性はマルチゾーンカラム
の全体のパージの必要性の決定的要素である。

しかしながら、マルチゾーンカラムに適用されるパージ
は分別帯域で吸着剤を再生するだけでなく精製帯域で吸
着剤を再生するにも十分でなければならない。両帯域を
再生するための再生サイクル時に十分な容積のパージが
カラムに適用されるのを確保するために、最小必要パー
ジ量を以下の関数に従って計算できる： 式中、Ｑｐは精製帯域を再生するのに必要なパージ容積
であり；。

Ｑｒは流入流量であり； τ３は吸着サイクルの吸着時間であり；τ、は再生サイ
クルのパージ時間であり；ＰＶＩは圧力スイング（精製
）吸着器の入口における蒸気圧力であり； Ｐｖ３は圧力スイング（精製）吸着器の出口におけるパ
ージ排ガスの蒸気圧力であり；Ｐ３はパージの平均背圧
であり； Ｐ】　は入口のライン圧力であり； Ｚｌ　は入口圧力における圧縮率ファクター比であり； Ｚ３　はパージ圧力における圧縮率ファクター比である
。

パージ比、すなわちカラムに適用されたパージの実際の
容積と精製帯域を再生するのに必要なパージの容積との
比、は少なくとも１：１でなければならない。

好結果の再生を達成するために分別帯域でも１：１のパ
ージ比が要求される。しかしながら、分別帯域でのパー
ジ温度が低いために分別帯域でのパージの必要性が精製
帯域よりも高いことを理解すべきである。パージ温度が
低いことは脱着工程の結果でありそして吸着熱が分別帯
域で保持されないという事実である。その結果、この領
域からのパージ出口におけるパージの蒸気圧力を下げる
。

パージスイープ法においてパージの出口蒸気圧力は、ス
カーストロムサイクルで運転する圧力スイング吸着系で
代表的に達成される出口蒸気圧力の約６分の２である。

こうして、分別帯域で必要なパージは精製帯域で必要な
パージの約１．５倍である。

精製帯域は非加熱式圧力スイング吸着器として操作され
る。すなわち、主として水の吸着による吸着熱が好まし
くは完全に精製帯域で保持されるように精製帯域の大き
さが有利に定められる。そのため、精製帯域の長さはこ
の帯域を通るガスの性質並びに用いる吸着剤の性質に依
存する。単一のマルチゾーンカラムで空気の逐次的な精
製と分別において、精製帯域内で吸着熱を保持するのに
必要な床の長さは以下の式を用いて計算される二式中、
ＵＯは見掛は空気速度であり； ρは操作条件における空気の密度であり；Ｃｐは空気の
比熱であり； Ｃは温度低下因子であり、Ｃ＝（４団−ψ行）２；ｈは
伝熱係数であり； ａは吸着剤の外部表面積であり； τは吸着サイクルの吸着時間であり； Ｃｐｄは吸着剤の熱容量であり； ρｄは吸着剤の嵩密度である。

水の吸着で放出される熱が完全には精製帯域で保持され
ずそして分別帯域に達してもマルチゾーンカラムが操作
不能とされるわけではないが、この運転方法は好ましい
技法と比べて欠点を有する。

特に、吸着熱を分別用吸着剤へ送ってしまうと、分別帯
域において生じる温度上昇は窒素であろうと酸素であろ
うと吸着質を吸着して保持する吸着剤の容量を低下させ
る。しかしながら分別帯域が十分に長ければ、精製帯域
からの吸着熱の熱前線を越えた分別帯域内、すなわち冷
たくそして吸着剤容量に悪影響を与えない分別帯域内の
位置に吸着質の質量移動帯域を定めることができる。し
かしながら再生時には分別帯域内へと入る吸着熱が向流
パージガスにより精製帯域に運ばれてこの帯域で吸着剤
の完全かつ効率的な再生を行わなければならないことを
理解すべきである。

窒素または酸素に対する分別用吸着剤の容量は上記の通
り熱により悪影響を受けるかもしれないので、空気の精
製中に放出されるすべての吸着熱を保持して精製帯域で
発生した熱前線がこの帯域を横切って分別帯域に入らな
いように精製帯域の寸法を好ましくは定める。精製帯域
から分別帯域への熱の移動により生じるかもしれない分
別用吸着剤の容量の損失である悪影響を最小にするため
に、特に供給空気の湿分含量が過度に高いときには、分
別帯域も幾分大きめにしてもよい。このようにすること
により、所望の分別が熱前線の上の分別帯域で行われそ
して精製帯域で放出される吸着熱により発生する熱前線
による影響を受けない。

以下の実施例は、空気から酸素を得る本発明のマルチゾ
ーンカラムを用いた改良エネルギー効率を、最初に供給
空気から水蒸気を除去し次いで供給空気を酸素に分別す
る別の圧力スイング吸着器を用いた場合と比較して解説
している。

データは以下の通りである。

Ａ、ＰＳＡ乾燥器と酸素生成器を別々に用いた酸素の製
造 ＰＳＡ乾燥器　　０２発生器 チャンバーの内径　　　０．８８５４フィート　０．８
８５４フイ一ト吸着剤床の長さ　　　　４．０フィート
４．０フィート吸　着　剤　　　　　　１３Ｘ分子篩　
　５Ａ−ＭＣ＆子篩吸着剤粒子の大きさ　　騒インチの
ビーズ　１６Ｘ４０メツシ一人口流量　　　　　　　１
１０　ｃｓｆｍ　　　８Ｑ　ｓｃｆｍ人口圧力　　　　
　　　１０４．７　ｐｓｉａ　　　４６．７　ｐｓｉａ
入口温度　　　　　　　　８０ないし１０σ’Ｆ　　８
０ないし１００’Ｆ吸着時間／サイクル　　１．１３３
分　　　０．４０分パージ時間／サイクル　１．０５０
分　　　０．６６分出口流量　　　　　　８Ｑｓｃｆｍ
　　　　３．７５ｓｃｆｍ０２流出ガスの性質　　　　
露点−１００’Ｆ以下９５％の０２Ｂ０本発明のマルチ
ゾーンカラムを用いた酸素の製造 チャンバーの内径　　　０．８８５４フィート精裂帯域
の長さ　　　　０．５０フイ一ト分別帯域の長さ　　　
　４．０フィート精裂帯域の吸着剤　　　３インチのビ
ーズ状１３Ｘ分子篩分別帯域の吸着剤　　　１６Ｘ４０
メツシーの５Ａ−ＭＧ分子篩入口Ｒ量　　　　　　　８
０ｓｃｆｍ 人口圧力　　　　　　　４６．７ｐｓｉａ吸着時間／サ
イクル　　０．４０分 パージ時間／サイクル　０．３３３分 出口流量　　　　　　　３．７５　ｓｃｆｍ０２流出ガ
スの性質　　　　９５％の０２ 別々の精製７分別系と本発明の単一のマルチゾーンカラ
ム精製／分別系とのエネルギー必要量の比較を以下に示
す。精製と分別を行うのに必要な流体の馬力を以下の式
を用いて計算した：式中、Ｐａは圧縮器の入口圧力であ
り；Ｎは圧縮工程数であり； 々はポＩＪ　）ロープ定数であり； Ｐｄは放出圧力であり； Ｑは流量である。

精製と分別を行うのに必要なエネルギー（キロワット）
は以下の式に従って流体馬力に基づいて計算した： ｋＷ（投入）＝流体馬力Ｘ０．７４５７／ＥｆｆＥｆｆ
は総括効率である。

Ｐａ、Ｎ、η、Ｑ、ＰｄおよびＥｆｆの各値と、分離系
とマルチゾーンカラムに必要な＋５ｆｅＣｋ馬力とキロ
ワット時とを以下の第１表に示す。

第　　１　　表 分離系　　　マルチゾーンカラム Ｐ　ａ　　　　　　　　　　　　　　１４．７　　　　
　　　１４．７Ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　１
　　　　　　　　　１η　　　　　　　　　　　　　　
　　１．３　　　　　　　　１．３Ｑ（ＳＣＦＭ）　　
　　　　　　１１ｏ　　　　　　　　　８゜Ｐｄ　　　
　　　　　　　　　　１０４．７　　　　　　　４６．
７Ｅ　ｆ　ｆ　　　　　　　　　　　　　　Ｏ，６２０
，６２流体の馬力　　　　　　１７．５３　　　　　６
．８０ｋＷ　　　　　　　　　　　　　　２１．０８　
　　　　　　８．１８この実施例は、空気の精製とこれ
に続く分別を別々に行って酸素を得る方式と比べて、空
気の精製と分別を逐次行って酸素を得る本発明のマルチ
ゾーンカラムの利点を示している。このデータは、本発
明のマルチゾーンカラムの全体の大きさが分離系の半分
よりもわずかに大きい、すなわち全長４．５ないし８フ
ィートであることを示している。

さらに、マルチゾーンカラムのエネルギー必要量はかな
り少ない、すなわち分離系で必要な２１．０８ｋＷに対
してわずか８．１８　ｋＷである。さらに、空気中の湿
分含量を低下させるための別の上流側予備処理なしでマ
ルチゾーンカラムは空気の連続した精製と分別に効率的
かつ効果的に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、空気の連続した精製と分別を行う本発明のマ
ルチゾーンカラムを組み込んだ二基式圧力スイング吸着
装置の大略系統図である。 手続補正書 ２１発明の名称 空気の精製と分別を組み合わせた非加熱式吸着装置およ
び方法 ろ、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名称ホール・コーポレーション ４、代理人 タイプ印書により浄書した明細書 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 平成１年特許願第５４８５８号 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所 名　称　　ボール・コーボーション ４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新人手
町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　　甲！戊　１年　５月３０日　（
発送旧）６、補正の対象 出願人の代表音名を記載した願書

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２つの吸着帯域を有する少なくとも１つ
   の吸着カラムからなる供給空気の精製と分別を行う非加
   熱式吸着装置であって、 このカラムは、供給空気を精製するための供給空気精製
   用吸着器からなりかつこの供給空気から水蒸気を吸着し
   て精製を行う再生可能な第一吸着剤をその中に有する第
   一帯域と、空気中の少なくとも１つの成分を吸着する空
   気分別用吸着器からなりかつ空気の分別を行う再生可能
   な第二吸着剤をその中に有する第二帯域とを有し；前記
   第一帯域は非加熱式圧力スイング吸着器として作用し、
   そして前記第二帯域はパージスイープ吸着器として作用
   し；供給空気から水蒸気の吸着で放出される吸着熱を前
   記カラムに保持しそして所定容積のパージガスを前記カ
   ラムに入れると前記の第一および第二の吸着剤がともに
   再生されるようにこのカラムの大きさを定め；第一帯域
   で放出される吸着熱により生じる熱前線による影響を受
   けずに分別を実施しかつ分別中に物質移動前線の破過を
   防ぐのに十分な吸着剤を含むように前記第二帯域の大き
   さを定め；これにより湿分を除去するための供給空気の
   予備処理なしでこのカラム内のみで供給空気を逐次精製
   しそして分別する、非加熱式吸着装置。 ２、供給空気からの水蒸気の吸着で放出される吸着熱を
   保持するように前記第一帯域の大きさを定める請求項１
   記載の非加熱式吸着装置。 ３、前記第一帯域の吸着剤は１３Ｘ型分子篩である請求
   項１記載の装置。 ４、前記第二帯域の吸着剤は５Ｍ−ＭＧ型分子篩である
   請求項１記載の装置。 ５、前記カラムは円筒状であって内径が約０．８８５フ
   ィートであり、第一帯域の長さは少なくとも約０．２７
   フィートであり、そして第二帯域の長さは少なくとも約
   ３．６２フィートである請求項１記載の装置。 ６、湿分を除去するための供給空気の前処理なしで単一
   のカラム内で空気の精製と分別を逐次行う方法であって
   、 供給空気を吸着カラムに送って流出生成ガスを得、ここ
   で前記カラムは少なくとも２つの吸着帯域を有し、この
   カラムは、供給空気を精製するための供給空気精製用吸
   着器からなりかつこの供給空気から水蒸気を吸着して精
   製を行う再生可能な第一吸着剤をその中に有する第一帯
   域と、空気中の少なくとも１つの成分を吸着する空気分
   別用吸着器からなりかつ空気の分別を行う再生可能な第
   二吸着剤をその中に有する第二帯域とを有し；前記第一
   帯域は非加熱式圧力スイング吸着器として作用し、そし
   て前記第二帯域はパージスイープ吸着器として作用し；
   供給空気から水蒸気の吸着で放出される吸着熱を前記カ
   ラムに保持しそして所定容積のパージガスを前記カラム
   に入れると前記の第一および第二の吸着剤がともに再生
   されるようにこのカラムの大きさを定め；第一帯域で放
   出される吸着熱により生じる熱前線による影響を受けず
   に分別を実施しかつ分別中に物質移動前線の破過を防ぐ
   のに十分な吸着剤を含むように前記第二帯域の大きさを
   定め；そして 流出生成ガスをこのカラムから取り出す、上記各工程か
   らなる方法。 ７、供給空気から水蒸気の吸着で放出される吸着熱を保
   持するように前記第一帯域の大きさを定める請求項６記
   載の方法。 ８、湿分を除去するための供給空気の予備処理なしで単
   一のカラム内で供給空気の精製と分別を逐次行う連続方
   法であって、 少なくとも２つの各々の吸着カラム内で吸着サイクルと
   脱着サイクルを交互に繰り返し、ここで それぞれのカラムは、供給空気を精製するための供給空
   気精製用吸着器からなりかつこの供給空気から水蒸気を
   吸着して精製を行う再生可能な第一吸着剤をその中に有
   する第一帯域と、空気中の少なくとも１つの成分を吸着
   する空気分別用吸着器からなりかつ空気の分別を行う再
   生可能な第二吸着剤をその中に有する第二帯域とを有し
   ；前記第一帯域は非加熱式圧力スイング吸着器として作
   用し、そして前記第二帯域はパージスイープ吸着器とし
   て作用し；供給空気から水蒸気の吸着で放出される吸着
   熱を前記カラムに保持しそして所定容積のパージガスを
   前記カラムに入れると前記の第一および第二の吸着剤が
   ともに再生されるようにこのカラムの大きさを定め；第
   一帯域で放出される吸着熱により生じる熱前線による影
   響を受けずに分別を実施しかつ分別中に物質移動前線の
   破過を防ぐのに十分な吸着剤を含むように前記第二帯域
   の大きさを定め；前記吸着サイクルは、前記吸着カラム
   に前記供給空気を送り、前記精製帯域で精製をそして前
   記分別帯域で分別を逐次行って流出生成ガスを得、そし
   て前記流出生成ガスを前記カラムから取り出すことから
   なり；前記脱着サイクルは吸着サイクルを最も最近受け
   た吸着カラムの圧力を下げ、このカラムにパージを行っ
   て分別帯域および精製帯域の両方の吸着剤を再生し、そ
   して再生ガスを前記カラムから取り出す；連続方法。 ９、供給空気から水蒸気の吸着で放出される吸着熱を保
   持するように前記第一帯域の大きさを定める請求項８記
   載の方法。