JPH0141082B2 - - Google Patents
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- JPH0141082B2 JPH0141082B2 JP2089884A JP2089884A JPH0141082B2 JP H0141082 B2 JPH0141082 B2 JP H0141082B2 JP 2089884 A JP2089884 A JP 2089884A JP 2089884 A JP2089884 A JP 2089884A JP H0141082 B2 JPH0141082 B2 JP H0141082B2
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は廃水処理系に酸素を供給する方法に関
する。特には、本発明は要求量の変動する条件下
で酸素を圧力スイング吸着系から当該処理系に供
給する方法に関する。
する。特には、本発明は要求量の変動する条件下
で酸素を圧力スイング吸着系から当該処理系に供
給する方法に関する。
先行技術の説明
圧力スイング吸着（PSA）プロセス及び系は、
少くとも１種のガス成分と少くとも１種の選択吸
着性成分との原料ガス混合物から該ガスの分離及
び精製を行うのに望ましいことは当分野で周知で
ある。選択吸着性成分は一層高い吸着圧力におい
て吸着させた後に、減圧して該成分を吸着剤より
脱着させる。
少くとも１種のガス成分と少くとも１種の選択吸
着性成分との原料ガス混合物から該ガスの分離及
び精製を行うのに望ましいことは当分野で周知で
ある。選択吸着性成分は一層高い吸着圧力におい
て吸着させた後に、減圧して該成分を吸着剤より
脱着させる。
かかるPSAプロセス及び系で得られる濃縮酸
素製品の用途の１つは、適当な酸素原料ガスを廃
水後処理系（secondary wastewater treatment
system）に供給することである。このような系
では、微生物学的酸化性物質を含有する水を、少
くとも約50容量％の酸素を含有するガスにより処
理を講じるのが一般的である。典型的には、該系
は純度約90％の濃縮酸素製品を用いるように設計
されてきたし、PSA系はこの純度レベルの濃縮
酸素を廃水処理系に供給するように設計されてき
た。
素製品の用途の１つは、適当な酸素原料ガスを廃
水後処理系（secondary wastewater treatment
system）に供給することである。このような系
では、微生物学的酸化性物質を含有する水を、少
くとも約50容量％の酸素を含有するガスにより処
理を講じるのが一般的である。典型的には、該系
は純度約90％の濃縮酸素製品を用いるように設計
されてきたし、PSA系はこの純度レベルの濃縮
酸素を廃水処理系に供給するように設計されてき
た。
上記の型の廃水処理系は、PSA系からの濃縮
酸素製品に対し固有に変動する要求量を有する。
このように、該処理系は全容量条件に設計される
のが通例であるが、かかる全容量条件は、該処理
系が置かれている設備の運転履歴の後の方の部分
になつて初めて達成されるかもしれない。加え
て、該廃水処理系は負荷変動パターンを水消費量
の日々の或は季節的な変動の関数として示すのが
普通である。従つて、該廃水処理系を、完全に利
用させるのが系の予想稼動寿命の内の一部の間だ
けであると予想される最大稼動容量に設計するの
が通常必要である。同じ意味で、濃縮酸素製品を
該要求量変動廃水処理系に供給するのに採用され
る圧力スイング吸着系も同様に、廃水処理設備の
全運転履歴の一部の間だけ必要になると予想され
る最大生産容量に設計されなければならない。従
つて、運転時間のかなりの部分の間、該設備内の
圧力スイング吸着系を最大容量よりも低い容量で
稼動しなければならない。このような状況下で、
濃縮酸素を要求量変動廃水処理系に供給するのに
用いられるPSA系を、要求量の少い、即ち全容
量よりも低い条件下に有効な方法で稼動できるこ
とを確実にすることは当分野において極めて望ま
しい。
酸素製品に対し固有に変動する要求量を有する。
このように、該処理系は全容量条件に設計される
のが通例であるが、かかる全容量条件は、該処理
系が置かれている設備の運転履歴の後の方の部分
になつて初めて達成されるかもしれない。加え
て、該廃水処理系は負荷変動パターンを水消費量
の日々の或は季節的な変動の関数として示すのが
普通である。従つて、該廃水処理系を、完全に利
用させるのが系の予想稼動寿命の内の一部の間だ
けであると予想される最大稼動容量に設計するの
が通常必要である。同じ意味で、濃縮酸素製品を
該要求量変動廃水処理系に供給するのに採用され
る圧力スイング吸着系も同様に、廃水処理設備の
全運転履歴の一部の間だけ必要になると予想され
る最大生産容量に設計されなければならない。従
つて、運転時間のかなりの部分の間、該設備内の
圧力スイング吸着系を最大容量よりも低い容量で
稼動しなければならない。このような状況下で、
濃縮酸素を要求量変動廃水処理系に供給するのに
用いられるPSA系を、要求量の少い、即ち全容
量よりも低い条件下に有効な方法で稼動できるこ
とを確実にすることは当分野において極めて望ま
しい。
要求量の少い期間、PSA−酸素系は該全容量
或は設計条件下で関係する相対的に低い生成物／
原料比で普通に運転されよう。しかし、かかる条
件下では、濃縮酸素製品の生成が低下し、酸素製
品の回収率を低下する。回収される酸素の純度は
そのような製品／原料の低い条件下で設計純度よ
りも高いが、そのような高純度の酸素は特に少
い、即ち設計よりも低い酸素要求量下で必要とさ
れないから、PSA−廃水処理全体の性能特性を
低下する。よつて、一層有効なターンダウン能力
を有するPSA−酸素系が当分野において望まれ、
ピエトルスゼウスキ（Pietruszewski）の米国特
許4140495号の改良されたPSA制御技術に至る。
該米国特許では、製品／原料比を要求量の少い条
件下で前記した先のアプローチのように低下させ
るよりもむしろ設計レベルに維持している。この
特許の技術は、要求量の少い期間中最大設計条件
下で用いられる場合よりも長いPSA処理サイク
ルにわたつて酸素製品を生成することになる。そ
の結果、先に得られる不必要に高い酸素純度が避
けられ、酸素製品の一定純度が得られる。
或は設計条件下で関係する相対的に低い生成物／
原料比で普通に運転されよう。しかし、かかる条
件下では、濃縮酸素製品の生成が低下し、酸素製
品の回収率を低下する。回収される酸素の純度は
そのような製品／原料の低い条件下で設計純度よ
りも高いが、そのような高純度の酸素は特に少
い、即ち設計よりも低い酸素要求量下で必要とさ
れないから、PSA−廃水処理全体の性能特性を
低下する。よつて、一層有効なターンダウン能力
を有するPSA−酸素系が当分野において望まれ、
ピエトルスゼウスキ（Pietruszewski）の米国特
許4140495号の改良されたPSA制御技術に至る。
該米国特許では、製品／原料比を要求量の少い条
件下で前記した先のアプローチのように低下させ
るよりもむしろ設計レベルに維持している。この
特許の技術は、要求量の少い期間中最大設計条件
下で用いられる場合よりも長いPSA処理サイク
ルにわたつて酸素製品を生成することになる。そ
の結果、先に得られる不必要に高い酸素純度が避
けられ、酸素製品の一定純度が得られる。
本発明において関心のある型の廃水後処理系に
ついては、PSA系によつて供給される酸素の利
用率は酸素原料ガス純度の関数である。当業者で
あれば、所定の酸素要求量、即ち、酸素の固定所
要量に対し、廃水処理系にとつて利用し得る原料
ガス中の酸素の利用率は原料ガスの純度が高くな
るにつれて増大することが理解されよう。純度の
増大によつて溶解駆動力が大きくなつて、処理さ
れる廃水中に更に酸素を溶解させる。廃水処理系
が高い酸素利用率、即ち、廃水処理設備より廃ガ
スの一部としてガス抜きされるよりもむしろ原料
ガス中に供給される酸素の大部分を廃水処理に利
用すること、を有することが望ましいことは当然
である。典型的には、廃水処理系は設計容量で稼
動される場合には該系への酸素原料の内の約90％
を利用するように設計されてきたし、PSA系は
典型的には純度約90容量％の濃縮酸素原料ガスを
該廃水処理系に供給するように設計される。
ついては、PSA系によつて供給される酸素の利
用率は酸素原料ガス純度の関数である。当業者で
あれば、所定の酸素要求量、即ち、酸素の固定所
要量に対し、廃水処理系にとつて利用し得る原料
ガス中の酸素の利用率は原料ガスの純度が高くな
るにつれて増大することが理解されよう。純度の
増大によつて溶解駆動力が大きくなつて、処理さ
れる廃水中に更に酸素を溶解させる。廃水処理系
が高い酸素利用率、即ち、廃水処理設備より廃ガ
スの一部としてガス抜きされるよりもむしろ原料
ガス中に供給される酸素の大部分を廃水処理に利
用すること、を有することが望ましいことは当然
である。典型的には、廃水処理系は設計容量で稼
動される場合には該系への酸素原料の内の約90％
を利用するように設計されてきたし、PSA系は
典型的には純度約90容量％の濃縮酸素原料ガスを
該廃水処理系に供給するように設計される。
米国特許4140495号のPSA制御技術は先行技術
をかなり越える改良を示すが、所定の一定設計純
度レベルの酸素を廃水処理系に供給することは要
求量の少い条件下で必要であるとは思われない。
例えば、特定の廃水処理操作には約６mg／リツト
ルの溶解酸素レベルが満足なものと考れられる
が、要求量の少い条件において溶解酸素レベルが
10mg／リツトル以上に達して廃水中に酸素を過剰
に溶解することになることが珍しくないことがわ
かつた。この点で、廃水処理系に関連した液体混
合及び酸素溶解設備を無荷重（unload）にして、
要求量の少い条件下でバイオマスを懸濁状態に保
ちながらかかる過剰の溶解を回避することが容易
にできないことに注目すべきである。加えて、特
許の定酸素純度技術が、最大設計要求量における
回収率と対照してみると、酸素要求量が低下する
条件下で酸素製品回収率が低下することになるこ
とが分つた。要求量の少い条件で低いPSA性能
を示すかかる酸素製品の回収率低下は、要求量の
少い期間適用されるような低ガス流量条件下の吸
着床について一層広がつた物質移動域に関連する
ものと考えられる。
をかなり越える改良を示すが、所定の一定設計純
度レベルの酸素を廃水処理系に供給することは要
求量の少い条件下で必要であるとは思われない。
例えば、特定の廃水処理操作には約６mg／リツト
ルの溶解酸素レベルが満足なものと考れられる
が、要求量の少い条件において溶解酸素レベルが
10mg／リツトル以上に達して廃水中に酸素を過剰
に溶解することになることが珍しくないことがわ
かつた。この点で、廃水処理系に関連した液体混
合及び酸素溶解設備を無荷重（unload）にして、
要求量の少い条件下でバイオマスを懸濁状態に保
ちながらかかる過剰の溶解を回避することが容易
にできないことに注目すべきである。加えて、特
許の定酸素純度技術が、最大設計要求量における
回収率と対照してみると、酸素要求量が低下する
条件下で酸素製品回収率が低下することになるこ
とが分つた。要求量の少い条件で低いPSA性能
を示すかかる酸素製品の回収率低下は、要求量の
少い期間適用されるような低ガス流量条件下の吸
着床について一層広がつた物質移動域に関連する
ものと考えられる。
特許に開示される技術を実施する間に達成され
る酸素利用率の増大及び溶解酸素レベルの増大自
体は望ましいものであるが、それらの利点は廃水
後処理系へのPSA酸素供給をそれ以上改良する
必要のないようにする程のものではない。特に、
改良されたPSA性能、即ち当分野で従来可能で
あつたよりも高い酸素回収率を達成することが望
ましい。加えて、酸素を廃水処理系に適用する動
力消費においてスイングを行うことは常に望まし
い。
る酸素利用率の増大及び溶解酸素レベルの増大自
体は望ましいものであるが、それらの利点は廃水
後処理系へのPSA酸素供給をそれ以上改良する
必要のないようにする程のものではない。特に、
改良されたPSA性能、即ち当分野で従来可能で
あつたよりも高い酸素回収率を達成することが望
ましい。加えて、酸素を廃水処理系に適用する動
力消費においてスイングを行うことは常に望まし
い。
従つて、本発明の目的は、酸素要求量変動廃水
処理系に送出す酸素を生成する改良されたPSA
の方法を提供することにある。
処理系に送出す酸素を生成する改良されたPSA
の方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、該PSA酸素運転におい
て製品回収率を高める方法を提供することにあ
る。
て製品回収率を高める方法を提供することにあ
る。
本発明の更に目的とするところは、酸素要求量
変動廃水処理系への酸素供給に連結した動力所要
量の少いPSA酸素方法を提供することにある。
変動廃水処理系への酸素供給に連結した動力所要
量の少いPSA酸素方法を提供することにある。
発明の要約
酸素要求量変動廃水処理系に酸素を供給する圧
力スイング吸着系において酸素製品／原料空気比
を、酸素要求量の少い間増大させる。回収される
濃縮酸素製品の純度レベルは最大要求量条件の場
合の所定の設計レベルよりも低い。製品／原料比
を、最大要求量の場合の条件と一層低い変動要求
量の場合の一層高い比との間に調節して、純度の
一層低い条件下で放出される酸素量が本質的に廃
水処理系における低い酸素要求量に対応するよう
にする。
力スイング吸着系において酸素製品／原料空気比
を、酸素要求量の少い間増大させる。回収される
濃縮酸素製品の純度レベルは最大要求量条件の場
合の所定の設計レベルよりも低い。製品／原料比
を、最大要求量の場合の条件と一層低い変動要求
量の場合の一層高い比との間に調節して、純度の
一層低い条件下で放出される酸素量が本質的に廃
水処理系における低い酸素要求量に対応するよう
にする。
発明の詳細な説明
こうして、酸素要求量変動廃水処理系に連結し
て用いられる圧力スイング吸着系における回収率
を改善し、動力消費量を低減する目的は、酸素要
求量の少ない時期に製品供給量を増大しかつ製品
純度を低下することによつて達成される。このた
めに、選択的に吸着した窒素の吸着前端（フロン
ト）をサイクルの並流降圧工程の間に各吸着剤床
の製品端に漏出（ブレークスルー）させる。それ
によつて、濃縮酸素製品は所定の設計レベルより
も酸素純度の低いレベルで床から放出される。少
ない量の濃縮酸素製品を該純度の低い条件下で放
出するが、それでも製品の量は廃水処理系への少
い酸素要求量に本質的に対応する。
て用いられる圧力スイング吸着系における回収率
を改善し、動力消費量を低減する目的は、酸素要
求量の少ない時期に製品供給量を増大しかつ製品
純度を低下することによつて達成される。このた
めに、選択的に吸着した窒素の吸着前端（フロン
ト）をサイクルの並流降圧工程の間に各吸着剤床
の製品端に漏出（ブレークスルー）させる。それ
によつて、濃縮酸素製品は所定の設計レベルより
も酸素純度の低いレベルで床から放出される。少
ない量の濃縮酸素製品を該純度の低い条件下で放
出するが、それでも製品の量は廃水処理系への少
い酸素要求量に本質的に対応する。
本発明の圧力スイング吸着方法では、吸着剤床
を少くとも２個有する圧力スイング吸着系におい
て原料空気流から窒素を選択吸着することによつ
て酸素を生成し、製品酸素を酸素要求量変動廃水
処理系に送り出す。各吸着剤床は循環基準で、高
い吸着圧から１種以上の中間圧に並流降圧されて
床の製品端から濃縮酸素流を放出し；一層低い脱
着圧に向流降圧され及び／又はパージにより選択
吸着した窒素を床の原料端から放出し；前記高い
吸着圧に再加圧されることを含む処理シーケンス
を受ける。並流降圧工程の間に１個の床から放出
されるガスの少くとも一部を均圧及び／又はパー
ジのために初めに圧力の低い１個以上のその他の
床に与える。廃水処理系について酸素要求量が最
大である期間、酸素製品／原料空気比を、各床か
ら放出される濃縮酸素製品が本質的に廃水処理系
における最大設計酸素要求量に対応する所定の設
計酸素純度レベルになるように保つ。該期間中、
選択的に吸着した窒素の吸着前端は床の製品端に
向つて進行するが製品端に到達、即ち漏出（ブレ
ークスルー）しない。実際の商業運転中では、製
品／原料比を最大酸素要求量に関係し、設計純度
レベルの酸素量が十分にあつて廃水処理系におけ
る最大又は設計酸素要求量を満足するような条件
と、変動酸素要求量の少い条件に関係し、減少す
る純度の酸素製品を該廃水処理系における少い酸
素要求量に答えて生成する該条件との間に調節す
る。
を少くとも２個有する圧力スイング吸着系におい
て原料空気流から窒素を選択吸着することによつ
て酸素を生成し、製品酸素を酸素要求量変動廃水
処理系に送り出す。各吸着剤床は循環基準で、高
い吸着圧から１種以上の中間圧に並流降圧されて
床の製品端から濃縮酸素流を放出し；一層低い脱
着圧に向流降圧され及び／又はパージにより選択
吸着した窒素を床の原料端から放出し；前記高い
吸着圧に再加圧されることを含む処理シーケンス
を受ける。並流降圧工程の間に１個の床から放出
されるガスの少くとも一部を均圧及び／又はパー
ジのために初めに圧力の低い１個以上のその他の
床に与える。廃水処理系について酸素要求量が最
大である期間、酸素製品／原料空気比を、各床か
ら放出される濃縮酸素製品が本質的に廃水処理系
における最大設計酸素要求量に対応する所定の設
計酸素純度レベルになるように保つ。該期間中、
選択的に吸着した窒素の吸着前端は床の製品端に
向つて進行するが製品端に到達、即ち漏出（ブレ
ークスルー）しない。実際の商業運転中では、製
品／原料比を最大酸素要求量に関係し、設計純度
レベルの酸素量が十分にあつて廃水処理系におけ
る最大又は設計酸素要求量を満足するような条件
と、変動酸素要求量の少い条件に関係し、減少す
る純度の酸素製品を該廃水処理系における少い酸
素要求量に答えて生成する該条件との間に調節す
る。
本発明の実施において、圧力スイング吸着系の
濃縮酸素製品を純度変動レベルで酸素要求量変動
廃水後処理系に通す。該系は当分野において周知
であつて、通常酸化によるBOD（即ち、生物学的
酸素要求量）含有廃水の生化学的処理を含む。廃
水処理系の操作は本発明の必須部分を構成するも
のでなく、この理由により本明細書中で詳細には
説明しない。しかし、通常、BOD含有水を従来
の廃水処理技術に従つて酸素ガス及び活性バイオ
マスに混合することができる。当該技術に関する
それ以上の情報は、ウイルターの米国特許第
3547811号、同3547812号、同3547815号等の公表
文献に見出すことができる。各廃水後処理系を所
定容量の稼動に対して設計するが、上記の背景説
明で指摘したように、典型的には、稼動時間の多
くは負荷の低い条件下で行われる。
濃縮酸素製品を純度変動レベルで酸素要求量変動
廃水後処理系に通す。該系は当分野において周知
であつて、通常酸化によるBOD（即ち、生物学的
酸素要求量）含有廃水の生化学的処理を含む。廃
水処理系の操作は本発明の必須部分を構成するも
のでなく、この理由により本明細書中で詳細には
説明しない。しかし、通常、BOD含有水を従来
の廃水処理技術に従つて酸素ガス及び活性バイオ
マスに混合することができる。当該技術に関する
それ以上の情報は、ウイルターの米国特許第
3547811号、同3547812号、同3547815号等の公表
文献に見出すことができる。各廃水後処理系を所
定容量の稼動に対して設計するが、上記の背景説
明で指摘したように、典型的には、稼動時間の多
くは負荷の低い条件下で行われる。
最大酸素要求量設計条件は、典型的には、
PSA系における純度約90％の酸素製品の生成及
び廃水処理系における該酸素の内の約90％の利用
率を基礎にする。かかる公称90％の設計酸素利用
率は、有利には、酸素要求量の少い期間中、全設
計、即ち100％要求量条件において用いられる該
90％純度よりも低い酸素純度に保たれ得ることが
分つた。換言すれば、要求量の少い条件下では、
要求量変動廃水処理系における所望の酸素利用率
は純度の低い酸素を用いることによつて保つこと
ができる。例えば、80％の酸素要求量において、
該所定の酸素利用率を保つのに酸素製品純度は約
84％で十分である。同様に、60％の要求量におい
て原料純度は約76％で十分であり、たつた20％と
いう少い酸素要求量において要求量変動廃水処理
系で設計酸素利用率を保つのに、PSA系からの
酸素製品純度は単に約61％で十分である。PSA
系における製品／原料比を最大酸素要求量の場合
の条件と変動酸素要求量の少い条件の場合の高い
製品／原料比との間に調節することによつて、
PSA系の酸素製品純度を廃水処理系における要
求量の少い条件に答えて有利に低下させる。その
結果、廃水処理系についての設計酸素利用率を保
つことができ、かつ高いPSA性能を達成するこ
とができる。前述したように、酸素要求量の少い
条件下で設計酸素純度、即ち90％を保つことは、
有利には廃水処理系において設計酸素利用率、即
ち90％より更に高い利用率になり、溶解酸素レベ
ルを設計よりも高い条件へ増大させることにな
る。酸素利用率が増大しかつ溶解レベルが高くな
ること自体は幾分有利であるが、かかる利点は本
発明を実施することによつて得られる改良された
PSA性能に比較してささいなものであることが
分つた。
PSA系における純度約90％の酸素製品の生成及
び廃水処理系における該酸素の内の約90％の利用
率を基礎にする。かかる公称90％の設計酸素利用
率は、有利には、酸素要求量の少い期間中、全設
計、即ち100％要求量条件において用いられる該
90％純度よりも低い酸素純度に保たれ得ることが
分つた。換言すれば、要求量の少い条件下では、
要求量変動廃水処理系における所望の酸素利用率
は純度の低い酸素を用いることによつて保つこと
ができる。例えば、80％の酸素要求量において、
該所定の酸素利用率を保つのに酸素製品純度は約
84％で十分である。同様に、60％の要求量におい
て原料純度は約76％で十分であり、たつた20％と
いう少い酸素要求量において要求量変動廃水処理
系で設計酸素利用率を保つのに、PSA系からの
酸素製品純度は単に約61％で十分である。PSA
系における製品／原料比を最大酸素要求量の場合
の条件と変動酸素要求量の少い条件の場合の高い
製品／原料比との間に調節することによつて、
PSA系の酸素製品純度を廃水処理系における要
求量の少い条件に答えて有利に低下させる。その
結果、廃水処理系についての設計酸素利用率を保
つことができ、かつ高いPSA性能を達成するこ
とができる。前述したように、酸素要求量の少い
条件下で設計酸素純度、即ち90％を保つことは、
有利には廃水処理系において設計酸素利用率、即
ち90％より更に高い利用率になり、溶解酸素レベ
ルを設計よりも高い条件へ増大させることにな
る。酸素利用率が増大しかつ溶解レベルが高くな
ること自体は幾分有利であるが、かかる利点は本
発明を実施することによつて得られる改良された
PSA性能に比較してささいなものであることが
分つた。
変動酸素要求量の少い条件下では酸素製品純度
は低くて十分である、というのは、廃水処理系の
酸素溶解能力はかかる酸素純度の低い条件下で酸
素の必要量を所望の利用率レベルで供給すること
ができるからである。酸素要求量の少い条件の
PSA系において高い製品／原料比で稼動して純
度の低い酸素を生成することによつて、PSA系
における酸素回収率は米国特許4140495号の改良
されたPSAターンダウン制御を用いて得られる
結果よりもかなり高められる。処理サイクルを使
用者の要求量に比例して調節して酸素製品の所望
の一定純度を保つ該特許の方法では要求量の少い
条件下で酸素回収率を低下する。酸素要求量の少
い条件において回収率がこのように低下すること
は、低流量条件で一層広がつた物質移動域が存在
することに関係するものと考れられる。
は低くて十分である、というのは、廃水処理系の
酸素溶解能力はかかる酸素純度の低い条件下で酸
素の必要量を所望の利用率レベルで供給すること
ができるからである。酸素要求量の少い条件の
PSA系において高い製品／原料比で稼動して純
度の低い酸素を生成することによつて、PSA系
における酸素回収率は米国特許4140495号の改良
されたPSAターンダウン制御を用いて得られる
結果よりもかなり高められる。処理サイクルを使
用者の要求量に比例して調節して酸素製品の所望
の一定純度を保つ該特許の方法では要求量の少い
条件下で酸素回収率を低下する。酸素要求量の少
い条件において回収率がこのように低下すること
は、低流量条件で一層広がつた物質移動域が存在
することに関係するものと考れられる。
一定純度の製品を生成するPSA系の場合、要
求量の少い条件において回収率が100％設計回収
率よりも下がるのと対照して、酸素製品の回収率
は本発明の酸素製品純度変動条件下で少い要求量
において該100％設計点に比較して目につく程に
増大する。この極めて有利な結果は、本発明の実
施において、変動酸素要求量の少い期間中PSA
系を操作して床漏出条件にすることから生じる。
このような条件下で、物質移動域は床内に完全に
は含まれず、かつ製品純度は製品送出工程にわた
つて一定ではない。それと反対に、系の運転が並
流降圧製品工程中続くので製品純度は公称90％の
設計純度点よりも低下し、低い製品純度が本質的
に廃水処理系の少い酸素要求量に対応する。代表
的な比較研究において、一定製品純度系では製品
回収率は80％の酸素要求量条件において設計回収
率の約95％に低下し、一方本発明に従つて操作す
る対応製品純度変動系では該80％の要求量条件で
約105％への製品回収率の増大を経験する。約60
％の少い要求量において、一定製品純度系は設計
の約90％の低い製品回収率を達成するが、変動製
品純度の低い系は該要求量の少い条件下で設計回
収率の約115％を達成する。約20％の要求量条件
では、一定製品純度PSAについての製品回収率
は設計回収率の約85％に減退するが、その反対
に、本発明の変動純度系は酸素要求量のかかる極
めて少い条件下でほぼ130％の回収率を達成する。
求量の少い条件において回収率が100％設計回収
率よりも下がるのと対照して、酸素製品の回収率
は本発明の酸素製品純度変動条件下で少い要求量
において該100％設計点に比較して目につく程に
増大する。この極めて有利な結果は、本発明の実
施において、変動酸素要求量の少い期間中PSA
系を操作して床漏出条件にすることから生じる。
このような条件下で、物質移動域は床内に完全に
は含まれず、かつ製品純度は製品送出工程にわた
つて一定ではない。それと反対に、系の運転が並
流降圧製品工程中続くので製品純度は公称90％の
設計純度点よりも低下し、低い製品純度が本質的
に廃水処理系の少い酸素要求量に対応する。代表
的な比較研究において、一定製品純度系では製品
回収率は80％の酸素要求量条件において設計回収
率の約95％に低下し、一方本発明に従つて操作す
る対応製品純度変動系では該80％の要求量条件で
約105％への製品回収率の増大を経験する。約60
％の少い要求量において、一定製品純度系は設計
の約90％の低い製品回収率を達成するが、変動製
品純度の低い系は該要求量の少い条件下で設計回
収率の約115％を達成する。約20％の要求量条件
では、一定製品純度PSAについての製品回収率
は設計回収率の約85％に減退するが、その反対
に、本発明の変動純度系は酸素要求量のかかる極
めて少い条件下でほぼ130％の回収率を達成する。
ターンダウン条件下で本発明によつて得られる
酸素製品回収率のかかる驚くべき増大に加えて、
圧力スイング吸着系の動力所要量は酸素要求量変
動廃水処理系と連結した本発明を実施することに
よつて低減することができる。このように、変動
酸素要求量の少い期間廃水処理系に変動純度の低
い酸素を用いる本発明の実施により、先の改良で
ある系のターンダウンの全範囲にわたる一定純度
アプローチに比べて動力消費量が減少する。当業
者であれば、廃水処理系における100％酸素要求
量に近い稼動、即ち最少のターンダウン条件にお
いて、動力スイングに差異が観測されないことを
認めるであろう。しかし、約20〜80％の酸素要求
量範囲にわたつて、本発明の純度変動、高製品／
原料操作により、本質的に同等の３床圧力スイン
グ吸着系に連結して用いられる廃水処理系につい
て該要求量の少い条件にわたる一定の設計酸素純
度レベルにおける動力消費量の少い操作に比べて
約10％の動力節約になる。
酸素製品回収率のかかる驚くべき増大に加えて、
圧力スイング吸着系の動力所要量は酸素要求量変
動廃水処理系と連結した本発明を実施することに
よつて低減することができる。このように、変動
酸素要求量の少い期間廃水処理系に変動純度の低
い酸素を用いる本発明の実施により、先の改良で
ある系のターンダウンの全範囲にわたる一定純度
アプローチに比べて動力消費量が減少する。当業
者であれば、廃水処理系における100％酸素要求
量に近い稼動、即ち最少のターンダウン条件にお
いて、動力スイングに差異が観測されないことを
認めるであろう。しかし、約20〜80％の酸素要求
量範囲にわたつて、本発明の純度変動、高製品／
原料操作により、本質的に同等の３床圧力スイン
グ吸着系に連結して用いられる廃水処理系につい
て該要求量の少い条件にわたる一定の設計酸素純
度レベルにおける動力消費量の少い操作に比べて
約10％の動力節約になる。
本発明の方法は少くとも２個の吸着剤床を有す
る種々の圧力スイング吸着系を用いて有利に行う
ことができるが、原料空気を各床に順番に通す３
床系を、各床が連続循環運転で交互に製品酸素ガ
スを廃水処理系に供給し、かつ再生される適当な
処理シーケンスで用いるのが特に便利である。本
発明の望ましい３床の実施態様では、各床の処理
サイクルは(1)高い吸着圧から低い中間圧に並流降
圧し、(2)該中間圧レベルから一層低い脱着圧に向
流降圧して床の原料端からガスを放出し、(3)系内
の別の床からガスを床の製品端に通して該低い脱
着圧でパージを行い、(4)並流降圧される他の床の
少くとも１個から放出されたガスを該床に通すこ
とによつて低い脱着圧から中間圧に部分的に再加
圧してそれらの間を均圧にし、(5)原料空気を該層
に通すことによつて中間圧レベルから更に該一層
高い吸着圧に再加圧することを含む。並流降圧工
程の間、床の製品端から放出された濃縮酸素製品
の一部を原料ガスとして廃水処理系に通し、かつ
該酸素製品の一部を順番に均圧及び／又はパージ
のために初めに圧力の低い他の床の少くとも１個
に直接通す。特に望ましい実施態様では、該部分
的に再加圧する工程(4)が順次に３床系内の両方の
他の床と均圧となることを含み、かつ工程(5)が全
工程時間の少くとも一部であつて、その間に該床
の圧力を該中間圧レベルから該一層高い吸着圧に
増大する間濃縮酸素製品を該床から放出すること
を含む。
る種々の圧力スイング吸着系を用いて有利に行う
ことができるが、原料空気を各床に順番に通す３
床系を、各床が連続循環運転で交互に製品酸素ガ
スを廃水処理系に供給し、かつ再生される適当な
処理シーケンスで用いるのが特に便利である。本
発明の望ましい３床の実施態様では、各床の処理
サイクルは(1)高い吸着圧から低い中間圧に並流降
圧し、(2)該中間圧レベルから一層低い脱着圧に向
流降圧して床の原料端からガスを放出し、(3)系内
の別の床からガスを床の製品端に通して該低い脱
着圧でパージを行い、(4)並流降圧される他の床の
少くとも１個から放出されたガスを該床に通すこ
とによつて低い脱着圧から中間圧に部分的に再加
圧してそれらの間を均圧にし、(5)原料空気を該層
に通すことによつて中間圧レベルから更に該一層
高い吸着圧に再加圧することを含む。並流降圧工
程の間、床の製品端から放出された濃縮酸素製品
の一部を原料ガスとして廃水処理系に通し、かつ
該酸素製品の一部を順番に均圧及び／又はパージ
のために初めに圧力の低い他の床の少くとも１個
に直接通す。特に望ましい実施態様では、該部分
的に再加圧する工程(4)が順次に３床系内の両方の
他の床と均圧となることを含み、かつ工程(5)が全
工程時間の少くとも一部であつて、その間に該床
の圧力を該中間圧レベルから該一層高い吸着圧に
増大する間濃縮酸素製品を該床から放出すること
を含む。
当業者であれば、特許請求の範囲に記載した本
発明の範囲から逸脱することなく本明細書中で説
明した方法の事項に種々のプロセス変更を行うこ
とができることを認めるものと思う。例えば、床
を再加圧して一層高い吸着圧にした後床の並流降
圧を開始する前に酸素製品ガスを床の製品端から
放出する低圧吸着工程を含むことが可能である。
しかし、上述の望ましい３床サイクルでは、かか
る定圧着工程を採用しない。該サイクルの特に好
適な実施態様では、濃縮酸素を床の製品端から放
出する各床における並流降圧工程が該濃縮酸素ガ
スの１部を供給して要求量変動廃水処理系に原料
ガスとして導入し、かつ１部を供給して(a)第１の
均圧化と、(b)パージガス供給と、(c)第２の均圧化
シーケンスの系内の他の床に通す。該特に好適な
実施態様では、前述の該それ以上の再加圧工程(5)
が、(1)原料空気を床の原料端に導入することによ
つて再加圧して濃縮酸素製品ガスを該床より抜き
出さず、かつ(2)吸着圧を更に上げて一層高い吸着
圧にして床を一層高い吸着圧に再加圧する間に床
の製品端から濃縮製品ガスを放出することを含
む。これは本発明のPSA系全体のために、即ち
濃縮酸素製品を種々の純度レベルで該要求量変動
廃水処理系に通すのに特に有効なPSA処理サイ
クルを与える。
発明の範囲から逸脱することなく本明細書中で説
明した方法の事項に種々のプロセス変更を行うこ
とができることを認めるものと思う。例えば、床
を再加圧して一層高い吸着圧にした後床の並流降
圧を開始する前に酸素製品ガスを床の製品端から
放出する低圧吸着工程を含むことが可能である。
しかし、上述の望ましい３床サイクルでは、かか
る定圧着工程を採用しない。該サイクルの特に好
適な実施態様では、濃縮酸素を床の製品端から放
出する各床における並流降圧工程が該濃縮酸素ガ
スの１部を供給して要求量変動廃水処理系に原料
ガスとして導入し、かつ１部を供給して(a)第１の
均圧化と、(b)パージガス供給と、(c)第２の均圧化
シーケンスの系内の他の床に通す。該特に好適な
実施態様では、前述の該それ以上の再加圧工程(5)
が、(1)原料空気を床の原料端に導入することによ
つて再加圧して濃縮酸素製品ガスを該床より抜き
出さず、かつ(2)吸着圧を更に上げて一層高い吸着
圧にして床を一層高い吸着圧に再加圧する間に床
の製品端から濃縮製品ガスを放出することを含
む。これは本発明のPSA系全体のために、即ち
濃縮酸素製品を種々の純度レベルで該要求量変動
廃水処理系に通すのに特に有効なPSA処理サイ
クルを与える。
本発明の実施に用いられるPSA系が原料空気
を吸着剤床に接続し、濃縮酸素製品を抜き出し、
系から廃ガスを放出するのに必要な導管を含むこ
とは理解されよう。米国特許4140495号の第１図
に示す系は本発明の実施を行うのに適した従来の
系で、パルス発生器７４に連合した平方根変換器
は本発明の実施に用いない。
を吸着剤床に接続し、濃縮酸素製品を抜き出し、
系から廃ガスを放出するのに必要な導管を含むこ
とは理解されよう。米国特許4140495号の第１図
に示す系は本発明の実施を行うのに適した従来の
系で、パルス発生器７４に連合した平方根変換器
は本発明の実施に用いない。
上述した本発明の特に望ましい実施態様を該米
国特許4140495号の第４図に類似の連続した９工
程サイクルとして要約する。本発明の実施をこの
実施態様によつて示す例では、各床は清浄な状態
で出発して次の工程によつて進行する。即ち、(1)
別の床から部分的に再加圧し、(2)結合した製品及
び原料端を再加圧し、(3)原料ガスで原料端のみか
ら再加圧し、(4)床の製品端からの製品放出で床の
原料端から再加圧し、(5)製品放出で並流降圧−均
圧化し、(6)製品放出で並流降圧し、(7)並流降圧−
パージ均圧化し、(8)向流降圧し、(9)床をパージす
る。この点において、床は別の該サイクルを開始
する準備ができている。例示した例では、工程(1)
を10秒間実施して系の第１床を再加圧して最も低
いプロセス圧、例えば0psigから8psig（0.6Kg／cm2
Ｇ）の低い均圧にする。工程(2)を15秒間実施して
系の第３床の製品端から放出される窒素の減つた
ガスの一部を該第１床の製品端に通す。該第１床
は原料ガスを原料端に通すことによつて再加圧さ
れるのと同様である。この工程の間に第１床を再
加圧して25psig（1.8Kg／cm2Ｇ）にする。工程(3)を
サイクルの25秒点から60秒まで実施する。10秒間
続く工程(4)の間、第１床の再加圧が続いて40psig
（2.8Kg／cm2Ｇ）の圧力に達し、そこで適当なバル
ブを閉止して該再加圧を中止する。工程(5)の均圧
化を15秒間実施して、第１床製品端からの酸素濃
縮、即ち窒素の減じたガスの流れが系の第２床の
製品端に通り、同時に原料ガスをも該第２床の原
料端に導入する。床を25psig（1.8Kg／cm2Ｇ）の一
層高い均圧で均等にする。本発明の交互するプロ
セスシーケンスにおいて第３床をこの時間中同時
に向流降圧して8psig（0.6Kg／cm2Ｇ）からプロセ
スの一層低い圧力にする。工程(6)はサイクル全体
のおよそ85秒から120秒点にわたる。第１床から
の並流降圧ガスの一部が25秒の経過時間第３床の
製品端に流れて圧力の最も低い床を向流パージす
る。予定量の製品酸素ガスを第１工程から送出し
て廃水処理系に通した際に工程を終結する。均圧
化工程(7)を10秒間実施して並流降圧する間に第１
床からのガスの移動が第３床製品端に通つて床を
8psig（0.6Kg／cm2Ｇ）の低い均圧レベルに均圧化
する。床の連続した操作におけるこの期間中、第
２床は製品ガスの送出を開始しており、原料ガス
を原料端に通すことによる昇圧吸着工程による該
第２工程の同時再加圧を40psig（2.8Kg／cm2Ｇ）に
達した時に中止する。第１床は、サイクル時間
130から145秒までの15秒続く工程(8)の間に向流降
圧されて最も低い圧力になる。この工程の間に第
１床の原料端から除かれたガスを廃マニホルドに
通してPSA系からベントする。同時に、第３床
の入口端への原料ガス流れが床の両端から再加圧
を始め、第２床の製品端から放出される窒素を減
じたガスの一部を該第３床の製品端に通して
25psig（1.8Kg／cm2Ｇ）の一層高い均圧レベルで均
圧にする。サイクルの最終工程(9)において、第２
床の製品端から放出されてパージ用の背圧調節器
を通る窒素を減じたガスの流れによつて第１床を
パージする。所定量の製品を第２床から送出して
廃水処理系に通した際に工程を終結する。系の各
床において逐次操作が循環基準で続くのでこの時
間中原料ガスを原料端に通すことによつて第３床
を再加圧する。
国特許4140495号の第４図に類似の連続した９工
程サイクルとして要約する。本発明の実施をこの
実施態様によつて示す例では、各床は清浄な状態
で出発して次の工程によつて進行する。即ち、(1)
別の床から部分的に再加圧し、(2)結合した製品及
び原料端を再加圧し、(3)原料ガスで原料端のみか
ら再加圧し、(4)床の製品端からの製品放出で床の
原料端から再加圧し、(5)製品放出で並流降圧−均
圧化し、(6)製品放出で並流降圧し、(7)並流降圧−
パージ均圧化し、(8)向流降圧し、(9)床をパージす
る。この点において、床は別の該サイクルを開始
する準備ができている。例示した例では、工程(1)
を10秒間実施して系の第１床を再加圧して最も低
いプロセス圧、例えば0psigから8psig（0.6Kg／cm2
Ｇ）の低い均圧にする。工程(2)を15秒間実施して
系の第３床の製品端から放出される窒素の減つた
ガスの一部を該第１床の製品端に通す。該第１床
は原料ガスを原料端に通すことによつて再加圧さ
れるのと同様である。この工程の間に第１床を再
加圧して25psig（1.8Kg／cm2Ｇ）にする。工程(3)を
サイクルの25秒点から60秒まで実施する。10秒間
続く工程(4)の間、第１床の再加圧が続いて40psig
（2.8Kg／cm2Ｇ）の圧力に達し、そこで適当なバル
ブを閉止して該再加圧を中止する。工程(5)の均圧
化を15秒間実施して、第１床製品端からの酸素濃
縮、即ち窒素の減じたガスの流れが系の第２床の
製品端に通り、同時に原料ガスをも該第２床の原
料端に導入する。床を25psig（1.8Kg／cm2Ｇ）の一
層高い均圧で均等にする。本発明の交互するプロ
セスシーケンスにおいて第３床をこの時間中同時
に向流降圧して8psig（0.6Kg／cm2Ｇ）からプロセ
スの一層低い圧力にする。工程(6)はサイクル全体
のおよそ85秒から120秒点にわたる。第１床から
の並流降圧ガスの一部が25秒の経過時間第３床の
製品端に流れて圧力の最も低い床を向流パージす
る。予定量の製品酸素ガスを第１工程から送出し
て廃水処理系に通した際に工程を終結する。均圧
化工程(7)を10秒間実施して並流降圧する間に第１
床からのガスの移動が第３床製品端に通つて床を
8psig（0.6Kg／cm2Ｇ）の低い均圧レベルに均圧化
する。床の連続した操作におけるこの期間中、第
２床は製品ガスの送出を開始しており、原料ガス
を原料端に通すことによる昇圧吸着工程による該
第２工程の同時再加圧を40psig（2.8Kg／cm2Ｇ）に
達した時に中止する。第１床は、サイクル時間
130から145秒までの15秒続く工程(8)の間に向流降
圧されて最も低い圧力になる。この工程の間に第
１床の原料端から除かれたガスを廃マニホルドに
通してPSA系からベントする。同時に、第３床
の入口端への原料ガス流れが床の両端から再加圧
を始め、第２床の製品端から放出される窒素を減
じたガスの一部を該第３床の製品端に通して
25psig（1.8Kg／cm2Ｇ）の一層高い均圧レベルで均
圧にする。サイクルの最終工程(9)において、第２
床の製品端から放出されてパージ用の背圧調節器
を通る窒素を減じたガスの流れによつて第１床を
パージする。所定量の製品を第２床から送出して
廃水処理系に通した際に工程を終結する。系の各
床において逐次操作が循環基準で続くのでこの時
間中原料ガスを原料端に通すことによつて第３床
を再加圧する。
該９工程サイクルの間の第１床及び系の各床に
おける製品ガス放出期間は工程４、５、６を含
む。本発明の実施において時間送れ（time
delay）制御装置を用いる場合には、製品送出の
全期間は便宜的に２つの部分に分けられる。第１
部分は時間遅れリレーによつて設定される固定時
間であり、第２部分は計数装置によつて記録され
るような固定製品ガス量である。リレー及び計数
装置は米国特許4140495号の第１図の従来の先行
技術系に示される該リレー７５及び該計数装置７
７に相当する。例えば、時間遅れが25秒に設定さ
れ、それによつて全設計容量の標準運転中前述し
た９工程サイクルの工程(4)及び(5)に関連した時間
に対応する。第２の時間は各床における工程(6)に
関連した並流降圧の間に送出される製品ガス量を
測定することによつて求められる。例示の実施態
様において全設計容量で稼動する場合、この工程
は通常約35秒間続く。廃水処理系について最大酸
素要求量の該期間中製品酸素／原料比を、床から
放出される濃縮酸素製品が本質的に廃水処理系に
おける最大設計酸素要求量に対応する設計酸素純
度レベルになるように保つ。しかし、要求量の少
い条件において、この工程(6)は一層長い時間続い
て測定量の製品ガスを床から放出する。該要求量
の少い期間中、床の酸素製品／原料空気比を実際
に増大して、該床から放出される濃縮酸素製品が
所定の設計レベルよりも低い酸素純度レベルにな
るようにする。要求量の少い条件下で該並流降圧
する間、選択吸着した窒素の吸着前端が床の製品
端に漏出することが理解されよう。また、該純度
の低い条件下で床から放出される濃縮酸素製品の
量が、本質的に該要求量の少い条件下の廃水処理
系についての少い酸素要求量に対応することも理
解されよう。例えば90％純度の設計容量点に比べ
て該純度の低い条件において、前述したように製
品回収率を高め、かつ動力所定量を低減する。
おける製品ガス放出期間は工程４、５、６を含
む。本発明の実施において時間送れ（time
delay）制御装置を用いる場合には、製品送出の
全期間は便宜的に２つの部分に分けられる。第１
部分は時間遅れリレーによつて設定される固定時
間であり、第２部分は計数装置によつて記録され
るような固定製品ガス量である。リレー及び計数
装置は米国特許4140495号の第１図の従来の先行
技術系に示される該リレー７５及び該計数装置７
７に相当する。例えば、時間遅れが25秒に設定さ
れ、それによつて全設計容量の標準運転中前述し
た９工程サイクルの工程(4)及び(5)に関連した時間
に対応する。第２の時間は各床における工程(6)に
関連した並流降圧の間に送出される製品ガス量を
測定することによつて求められる。例示の実施態
様において全設計容量で稼動する場合、この工程
は通常約35秒間続く。廃水処理系について最大酸
素要求量の該期間中製品酸素／原料比を、床から
放出される濃縮酸素製品が本質的に廃水処理系に
おける最大設計酸素要求量に対応する設計酸素純
度レベルになるように保つ。しかし、要求量の少
い条件において、この工程(6)は一層長い時間続い
て測定量の製品ガスを床から放出する。該要求量
の少い期間中、床の酸素製品／原料空気比を実際
に増大して、該床から放出される濃縮酸素製品が
所定の設計レベルよりも低い酸素純度レベルにな
るようにする。要求量の少い条件下で該並流降圧
する間、選択吸着した窒素の吸着前端が床の製品
端に漏出することが理解されよう。また、該純度
の低い条件下で床から放出される濃縮酸素製品の
量が、本質的に該要求量の少い条件下の廃水処理
系についての少い酸素要求量に対応することも理
解されよう。例えば90％純度の設計容量点に比べ
て該純度の低い条件において、前述したように製
品回収率を高め、かつ動力所定量を低減する。
例示の例において、該工程(6)の間に予定量のガ
スに達したならば、この工程を終結し、かつ並流
降圧−第２均圧化工程(7)を第１床で開始する。同
時に、第２床を部分再加圧から37psig（2.6Kg／cm2
Ｇ）工程に進めて昇圧吸着工程を開始する。この
工程中、第２床は更に再加圧されて40psig（2.8
Kg／cm2Ｇ）の一層高い吸着圧になりながら製品の
送出を開始する。第１床における工程(7)のこの時
間中、第３床をパージ工程から第１の部分再加圧
に進める。こうして、並流降圧−均圧化工程(7)の
間に第１床の製品端から放出されるガスを、第３
床の製品端にこれらの床間を均圧にするために通
す。３床系において循環運転が続くので、各床が
順番に第１床について説明した処理工程を受ける
ことが理解されよう。
スに達したならば、この工程を終結し、かつ並流
降圧−第２均圧化工程(7)を第１床で開始する。同
時に、第２床を部分再加圧から37psig（2.6Kg／cm2
Ｇ）工程に進めて昇圧吸着工程を開始する。この
工程中、第２床は更に再加圧されて40psig（2.8
Kg／cm2Ｇ）の一層高い吸着圧になりながら製品の
送出を開始する。第１床における工程(7)のこの時
間中、第３床をパージ工程から第１の部分再加圧
に進める。こうして、並流降圧−均圧化工程(7)の
間に第１床の製品端から放出されるガスを、第３
床の製品端にこれらの床間を均圧にするために通
す。３床系において循環運転が続くので、各床が
順番に第１床について説明した処理工程を受ける
ことが理解されよう。
該連続の循環運転において、製品／原料比を、
最大酸素要求量、全設計容量の条件に関連した製
品／原料条件と、変動酸素要求量の少い条件に適
用できる高い製品／原料比との間に調節し、それ
によつて酸素製品純度を少い酸素要求量に答えて
低下する。従来の系と対照してみると、本発明の
方法は、製品流量に直接比例するパルス発生より
もむしろ製品オリフイスに関連した圧力降下に比
例する制御パルスの発生によつて有利に行われ
る。米国特許4140195号の製品オリフイスに相当
するオリフイスを通る製品要求量が全容量の約50
％に下がるならば、オリフイスによる圧力降下は
標準設計容量に関連した圧力降下の約25％にな
る。所定数のプログラムによるパルスに対して、
該プロセス制御はPSA系からの製品酸素の一定
純度を保つことに基づく該ポテンシヤル系のパル
ス発生器７４に関連した平方根積分器を用いた該
米国特許4140495号の従来装置に比べて追加の製
品流れを与えることになる。
最大酸素要求量、全設計容量の条件に関連した製
品／原料条件と、変動酸素要求量の少い条件に適
用できる高い製品／原料比との間に調節し、それ
によつて酸素製品純度を少い酸素要求量に答えて
低下する。従来の系と対照してみると、本発明の
方法は、製品流量に直接比例するパルス発生より
もむしろ製品オリフイスに関連した圧力降下に比
例する制御パルスの発生によつて有利に行われ
る。米国特許4140195号の製品オリフイスに相当
するオリフイスを通る製品要求量が全容量の約50
％に下がるならば、オリフイスによる圧力降下は
標準設計容量に関連した圧力降下の約25％にな
る。所定数のプログラムによるパルスに対して、
該プロセス制御はPSA系からの製品酸素の一定
純度を保つことに基づく該ポテンシヤル系のパル
ス発生器７４に関連した平方根積分器を用いた該
米国特許4140495号の従来装置に比べて追加の製
品流れを与えることになる。
酸素要求量の少い条件下で本発明を実施する場
合、各床における並流降圧工程は、一定純度の酸
素製品をPSA系で生成する従来系の場合よりも
長い時間にわたつて続くことが理解されよう。上
記したように、こうして各床は床内の物質移動域
が床の放出端を通り抜けた場合でさえ製品酸素を
送り出す。また上記したように、この状況は、従
来の実施と対照して、酸素を要求量変動廃水処理
系に供給する見地から、全又は設計酸素要求量よ
りも少い期間中、該要求量を設計純度よりも低い
酸素で適当に満たすことができるという点で満足
すべきものである。設計容量の60％という少い酸
素要求量における本発明の実施において、例え
ば、本発明に従つて系を稼動することは酸素製品
純度約76％において満足すべき性能を達成させ、
それによつて約54％のPSA酸素回収率になる。
設計製品純度90％を保つ従来の実施での対照によ
つて、たつた約42％のPSA酸素回収率が達成さ
れるにすぎない。
合、各床における並流降圧工程は、一定純度の酸
素製品をPSA系で生成する従来系の場合よりも
長い時間にわたつて続くことが理解されよう。上
記したように、こうして各床は床内の物質移動域
が床の放出端を通り抜けた場合でさえ製品酸素を
送り出す。また上記したように、この状況は、従
来の実施と対照して、酸素を要求量変動廃水処理
系に供給する見地から、全又は設計酸素要求量よ
りも少い期間中、該要求量を設計純度よりも低い
酸素で適当に満たすことができるという点で満足
すべきものである。設計容量の60％という少い酸
素要求量における本発明の実施において、例え
ば、本発明に従つて系を稼動することは酸素製品
純度約76％において満足すべき性能を達成させ、
それによつて約54％のPSA酸素回収率になる。
設計製品純度90％を保つ従来の実施での対照によ
つて、たつた約42％のPSA酸素回収率が達成さ
れるにすぎない。
並流降圧工程を標準設計容量に約35秒間保つよ
うなPSA系の稼動動に基づく典型的な比較例に
おいて、該米国特許4140495号に関連したターン
ダウン方式での操作は約65秒の並流降圧工程を含
み、かつ本発明による操作は同じ全処理要件下で
操作する比較用の系で約90秒間にわたる。製品供
給の追加の時間により、単位原料空気当りの製品
の送出が増加し、それによつて改良された酸素回
収率及び結果として生じる動力節約を与える。当
業者であれば、本明細書中先に説明したような本
発明の範囲内の系及び操作の詳細事項に種々の変
更或は変更態様を行うことができることを認める
ものと思う。気が付いたように、製品送出工程が
物質稼動漏出条件下で酸素要求量の少い期間純度
変動酸素製品を生成するような操作を含む場合に
は、任意の所望の数の吸着剤床及び任意数列の所
望の処理工程を有するPSA系に発明を適用する
ことができる。製品放出オリフイスを通る酸素製
品の流量を測定する手段と組合わせた適当な計算
機装置等の種々の機能を採用して発明の酸素純度
変動条件を達成するように製品の抜き出しを制御
することができることは理解されよう。同様に、
要求量の少い期間中設計酸素利用率レベルを典型
的に保つが、また発明を少い要求量において低
い、即ち、設計よりも低い酸素利用率レベルで実
施することができることも理解されよう。本発明
の該実施態様で所望の動力節約を達成することが
できる。また、当業者であれば、発明を上記の廃
水処理設備以外の用途について適用できることを
認めるであろう。即ち、変動要求量の少い条件に
おいて同様に純度の低い酸素製品に合わせること
ができるいくつかの焼却プロセス運転等のその他
の酸素利用系を、本質的に該要求量の少い条件に
対応する純度変動条件下で酸素を生成するPSA
系と結合して有効に実施することができる。従つ
て、本発明は、要求量変動条件を受ける運転に酸
素を有効に供給する極めて望ましくかつ有用な圧
力スイング吸着技術の変更態様を提供するものと
して見られるものと思う。
うなPSA系の稼動動に基づく典型的な比較例に
おいて、該米国特許4140495号に関連したターン
ダウン方式での操作は約65秒の並流降圧工程を含
み、かつ本発明による操作は同じ全処理要件下で
操作する比較用の系で約90秒間にわたる。製品供
給の追加の時間により、単位原料空気当りの製品
の送出が増加し、それによつて改良された酸素回
収率及び結果として生じる動力節約を与える。当
業者であれば、本明細書中先に説明したような本
発明の範囲内の系及び操作の詳細事項に種々の変
更或は変更態様を行うことができることを認める
ものと思う。気が付いたように、製品送出工程が
物質稼動漏出条件下で酸素要求量の少い期間純度
変動酸素製品を生成するような操作を含む場合に
は、任意の所望の数の吸着剤床及び任意数列の所
望の処理工程を有するPSA系に発明を適用する
ことができる。製品放出オリフイスを通る酸素製
品の流量を測定する手段と組合わせた適当な計算
機装置等の種々の機能を採用して発明の酸素純度
変動条件を達成するように製品の抜き出しを制御
することができることは理解されよう。同様に、
要求量の少い期間中設計酸素利用率レベルを典型
的に保つが、また発明を少い要求量において低
い、即ち、設計よりも低い酸素利用率レベルで実
施することができることも理解されよう。本発明
の該実施態様で所望の動力節約を達成することが
できる。また、当業者であれば、発明を上記の廃
水処理設備以外の用途について適用できることを
認めるであろう。即ち、変動要求量の少い条件に
おいて同様に純度の低い酸素製品に合わせること
ができるいくつかの焼却プロセス運転等のその他
の酸素利用系を、本質的に該要求量の少い条件に
対応する純度変動条件下で酸素を生成するPSA
系と結合して有効に実施することができる。従つ
て、本発明は、要求量変動条件を受ける運転に酸
素を有効に供給する極めて望ましくかつ有用な圧
力スイング吸着技術の変更態様を提供するものと
して見られるものと思う。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 少くとも２個の吸着剤床を有する圧力スイン
グ吸着系によつて酸素を生成し、該吸着剤床の
各々は、循環基準で、高い吸着圧から１種以上の
中間圧に並流降圧されて床の製品端から濃縮酸素
流を放出し；一層低い脱着圧に向流降圧され及
び／又はパージにより選択吸着した窒素を床の原
料端から放出し；前記高い吸着圧に再加圧されて
前記並流降圧工程の間に１個の床から放出される
ガスの少くとも一部を均圧及び／又はパージのた
めに初めに圧力の低い状態にある１個以上のその
他の床に通す酸素要求量変動廃水処理系に送出す
酸素生成圧力スイング吸着方法において、 (a) 前記廃水処理系への酸素要求量が最大である
期間系内の各床の酸素製品／原料空気比を保つ
て、該床から放出される濃縮酸素製品が本質的
に該廃水処理系における最大設計酸素要求量に
対応する設計酸素純度レベルになるようにし、
前記選択吸着した窒素の吸着前端は、床を前記
中間圧に並流降圧する間に床の製品端に向つて
進行するが製品端に到達せず； (b) 前記廃水処理系における酸素要求量が低下す
る期間、各床内の前記酸素製品／原料空気比を
増大して、該床から放出される濃縮酸素製品が
設計レベルよりも低い酸素純度レベルになるよ
うにし、選択吸着した窒素の前記吸着前端は床
の前記並流降圧の間に製品端に漏出し、純度の
低い条件下で該層から放出される濃縮酸素製品
量は、本質的に該廃水処理系の少い酸素要求量
に対応し； (c) 製品／原料比を最大酸素要求量の場合の工程
(a)の条件と変動酸素要求量の少い条件の場合の
工程(b)の高い製品／原料比との間に調節して、
少い酸素要求量に答えて酸素製品純度を低下
し、それによつて前記圧力スイング吸着系を前
記酸素要求量変動廃水処理系に連結して稼動す
る際に、酸素回収率を高めかつ動力所要量を低
減する ことを特徴とする前記方法。 ２ 濃縮酸素製品を前記純度変動レベルで前記要
求量変動廃水処理系に通す特許請求の範囲第１項
記載の方法。 ３ 前記酸素製品を前記要求量変動条件下で十分
な純度レベルに保つて前記廃水処理系で本質的に
所定の酸素利用率レベルを達成する特許請求の範
囲第２項記載の方法。 ４ 前記廃水処理系における前記所定の酸素利用
率が約90％である特許請求の範囲第３項記載の方
法。 ５ 所定の設計酸素純度レベルが約90％である特
許請求の範囲第４項記載の方法。 ６ 約80％の少い要求量において、前記要求量変
動廃水処理系に通す濃縮酸素製品の純度が約84％
程度である特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７ 約60％の少い要求量において、前記要求量変
動廃水処理系に通す濃縮酸素製品の純度が約76％
程度である特許請求の範囲第５項記載の方法。 ８ 約20％の少い要求量において、前記要求量変
動廃水処理系に通す濃縮酸素製品の純度が約61％
程度である特許請求の範囲第５項記載の方法。 ９ 前記圧力スイング吸着系が３床から成る特許
請求の範囲第１項記載の方法。 １０ 各床における処理サイクルが (a) 高い吸着圧から低い中間圧に並流降圧して床
の製品端から放出される濃縮酸素製品の一部を
原料ガスとして前記廃水処理系に導入し、かつ
代つて該酸素製品の一部を均圧及び／又はパー
ジのために初めに圧力の低い状態にある他の床
の少くとも１個に直接通し； (b) 該中間圧レベルから一層低い脱着圧に向流降
圧して床の原料端からガスを放出し； (c) 系内の別の床からのガスを床の製品端に通し
て該低い脱着圧でパージを行い； (d) 並流降圧される他の床の少くとも１個から放
出されるガスを該床に通すことによつて低い脱
着圧から中間圧に部分的に再加圧してそれらの
間を均圧にし； (e) 原料空気を該層に通すことによつて中間圧レ
ベルから該一層高い吸着圧に更に再加圧する ことを含む特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１ 前記部分的に再加圧する工程(d)が順次に系
内の両方の他の床と均圧にすることを含み、かつ
工程(e)が全工程時間の少くとも一部であつて、そ
の間に前記床の圧力を前記中間圧レベルから前記
一層高い吸着圧に上げる間濃縮酸素製品を該床か
ら放出することを含む特許請求の範囲第１０項記
載の方法。 １２ 各床における前記並流降圧が第１の均圧化
と、パージガス供給と、第２の均圧化シーケンス
とを含み、該並流降圧−第１均圧化及び該並流降
圧−パージガス供給工程の間に放出されるガスの
１部を原料ガスとして前記廃水処理系に導入する
特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １３ 前記それ以上の再加圧工程(e)が、(1)原料空
気を床の原料端に導入して濃縮酸素製品ガスを該
床より抜き出すことなく、かつ(2)吸着圧を上げて
一層高い吸着圧にして床を一層高い吸着圧に再加
圧する間に床の製品端から濃縮酸素製品ガスを放
出することを含む特許請求の範囲第１２項記載の
方法。 １４ 濃縮酸素製品を前記純度変動レベルで前記
要求量変動廃水処理系に通す特許請求の範囲第１
３項記載の方法。 １５ 濃縮酸素製品を変動要求量の条件下で十分
な純度レベルに保つて前記廃水処理系において本
質的に所定の酸素利用率レベルを達成する特許請
求の範囲第１４項記載の方法。 １６ 前記廃水処理系における前記所定の酸素利
用率が約90％である特許請求の範囲第１５項記載
の方法。 １７ 前記所定の設計酸素純度レベルが約90％で
ある特許請求の範囲第１６項記載の方法。 １８ 約80％、60％、20％の少い酸素要求量にお
いて、前記要求量変動廃水処理系に通す濃縮酸素
製品の純度がそれぞれ約84％、76％、61％程度で
ある特許請求の範囲第１７項記載の方法。 １９ 少くとも２個の吸着剤床を有する圧力スイ
ング吸着系によつて酸素を生成し、該吸着剤床の
各々は、循環基準で、高い吸着圧から１種以上の
中間圧に並流降圧されて床の製品端から濃縮酸素
流を放出し；一層低い脱着圧に向流降圧され及
び／又はパージにより選択吸着した窒素を床の原
料端から放出し；前記高い吸着圧に再加圧されて
前記並流降圧工程の間に１個の床から放出された
ガスの少くとも一部を均圧及び／又はパージのた
めに初めに圧力の低い状態にある１個以上のその
他の床に通す変動酸素要求量利用系に送出す酸素
生成圧力スイング吸着プロセスにおいて、 (a) 前記利用系への酸素要求量が最大である期間
系内の各床の酸素製品／原料空気比を保つて、
該床から放出される濃縮酸素生成物を本質的に
該利用における最大設計酸素要求量に対応する
設計酸素純度レベルになるようにし、前記選択
吸着した窒素の吸着前端は、床を前記中間圧に
並流降圧する間に床の製品端に向つて進行する
が製品端に到達せず； (b) 前記利用系における酸素要求量の低下する期
間各床内の前記酸素製品／原料空気比を増大し
て、該床から放出される濃縮酸素製品が設計レ
ベルよりも低い酸素純度レベルになるように
し、選択吸着した窒素の前記吸着前端は床の前
記並流降圧の間に製品端に漏出し、純度の低い
条件下で該層から放出された濃縮酸素製品量
は、本質的に該利用系の低い酸素要求量に対応
し； (c) 製品／原料比を最大酸素要求量の場合の工程
(a)の条件と変動酸素要求量の少い条件の場合の
工程(b)の高い製品／原料比との間に調節して、
低い酸素要求量に答えて酸素製品純度を低下
し、それによつて前記圧力スイング吸着系を前
記変動酸素要求量利用系に連結して稼動する際
に、酸素回収率を高めかつ動力所要量を低減す
る ことを特徴とする前記方法。 ２０ 濃縮酸素製品を前記純度変動レベルで前記
要求量変動利用系に通す特許請求の範囲第１９項
記載の方法。 ２１ 前記酸素製品を前記要求量変動条件下で十
分な純度レベルに保つて前記利用系で本質的に所
望の酸素利用率レベルを達成する特許請求の範囲
第２０項記載の方法。 ２２ 前記圧力スイング吸着系が３床を含む特許
請求の範囲第１９項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US465434 | 1983-02-10 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59162107A JPS59162107A (ja) | 1984-09-13 |
| JPH0141082B2 true JPH0141082B2 (ja) | 1989-09-04 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP59020898A Granted JPS59162107A (ja) | 1983-02-10 | 1984-02-09 | 要求量変動条件下での酸素供給圧力スイング吸着法 |
Country Status (3)
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