JPH02227112A - ＣａゼオライトＡ分子ふるい混合物を用いる真空スイング吸着により空気中の酸素を富化する方法 - Google Patents
ＣａゼオライトＡ分子ふるい混合物を用いる真空スイング吸着により空気中の酸素を富化する方法Info
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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。
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、真空スイング吸着による空気の酸素富化方法
の改良に関するものである。
の改良に関するものである。
本発明を要約すれば、真空スイング吸着（ＶＳＡ）によ
りＣａゼオライトＡ分子ふるいを用いて空気中の酸素を
富化する方法において、ＶＳＡ装置の吸着器に異なる吸
着特性を有する複数種のＣａゼオライトＡ分子ふるいを
充填することからなる改良である。
りＣａゼオライトＡ分子ふるいを用いて空気中の酸素を
富化する方法において、ＶＳＡ装置の吸着器に異なる吸
着特性を有する複数種のＣａゼオライトＡ分子ふるいを
充填することからなる改良である。
周囲温度において空気から酸素を直接製造する方法は、
すでに工業的規模で分子ふるいを用いて実施されている
（例えばガス・レビュー・ニラポン（Ｇａｓ Ｒｅｖｉ
ｅｗ Ｎ１ｐｐｏｎ）、１３頁、ｎｏ、５．１９８５参
照）。この方法では、酸素に先立つ窒素の吸着が利用さ
れており（第１図参照）、すなわち空気中から窒素が吸
着されており、そして空気がゼオライト集塊中を流れる
時に例えば酸素およびアルゴンの如き相対的に強く吸着
されない成分がこの集塊の放出端で生成物として回収さ
れる。吸着された窒素の脱着は、例えば集塊の減圧によ
り実施できる。この場合、この方法は、これも公知であ
るｒＰＳＡＪ（−加圧スイング吸着）とは対照的にｒＶ
ｓＡＪ（−真空スイング吸着）と称されている。ＶＳＡ
方法では、下記の工程段階により連続的方法が実施され
る：ａ）例えばｌ気圧において、ゼオライト集塊中に空
気を通過させ、ｏ。
すでに工業的規模で分子ふるいを用いて実施されている
（例えばガス・レビュー・ニラポン（Ｇａｓ Ｒｅｖｉ
ｅｗ Ｎ１ｐｐｏｎ）、１３頁、ｎｏ、５．１９８５参
照）。この方法では、酸素に先立つ窒素の吸着が利用さ
れており（第１図参照）、すなわち空気中から窒素が吸
着されており、そして空気がゼオライト集塊中を流れる
時に例えば酸素およびアルゴンの如き相対的に強く吸着
されない成分がこの集塊の放出端で生成物として回収さ
れる。吸着された窒素の脱着は、例えば集塊の減圧によ
り実施できる。この場合、この方法は、これも公知であ
るｒＰＳＡＪ（−加圧スイング吸着）とは対照的にｒＶ
ｓＡＪ（−真空スイング吸着）と称されている。ＶＳＡ
方法では、下記の工程段階により連続的方法が実施され
る：ａ）例えばｌ気圧において、ゼオライト集塊中に空
気を通過させ、ｏ。
に富んだ気体を放出側で取出し、ｂ）集塊を真空ポンプ
を用いて空気流と向流方向に約１００〜３００ミリバー
ルの減圧に脱気し、Ｃ）集塊に０□生成物を空気流と向
流方向に１気圧となるまで充填する。
を用いて空気流と向流方向に約１００〜３００ミリバー
ルの減圧に脱気し、Ｃ）集塊に０□生成物を空気流と向
流方向に１気圧となるまで充填する。
これらの３段階工程の結果、一般的には３個のゼオライ
ト集塊すなわち吸着器が存在しており、それらは循環操
作されている。
ト集塊すなわち吸着器が存在しており、それらは循環操
作されている。
これらの装置の収益性は、例えば吸着剤の量および真空
ポンプの寸法の如き投資額により、そして特に例えば真
空ポンプの電流消費量の如き経費により、影響を受ける
。従って、開発目的は、分子ふるい、真空ポンプの寸法
および真空ポンプのエネルギー消費量の関係の最適化に
ある。分子ふるいの開発は、現在高い窒素吸着性の方向
で進められており、その結果として、ゼオライト量の減
少が必然的に可能となる。
ポンプの寸法の如き投資額により、そして特に例えば真
空ポンプの電流消費量の如き経費により、影響を受ける
。従って、開発目的は、分子ふるい、真空ポンプの寸法
および真空ポンプのエネルギー消費量の関係の最適化に
ある。分子ふるいの開発は、現在高い窒素吸着性の方向
で進められており、その結果として、ゼオライト量の減
少が必然的に可能となる。
本発明の目的は、エネルギー面で有利な方法を発見する
ことにあった。ここに、ＣａゼオライトＡを用いるＶＳ
Ａ方法による０□富化空気の場合、吸着剤のゼオライト
集塊が、窒素に対して異なる吸着力を有するＣａゼオラ
イトＡ型の２または３種の分子ふるいの別個の集塊から
なっており、ここで窒素吸着力が最低のゼオライト集塊
が吸着器の取り入れ側にあり窒素吸着力が最高のゼオラ
イト集塊が、吸着放出側にあると、真空ポンプのエネル
ギー消費量を減じることができることを見いだした。
ことにあった。ここに、ＣａゼオライトＡを用いるＶＳ
Ａ方法による０□富化空気の場合、吸着剤のゼオライト
集塊が、窒素に対して異なる吸着力を有するＣａゼオラ
イトＡ型の２または３種の分子ふるいの別個の集塊から
なっており、ここで窒素吸着力が最低のゼオライト集塊
が吸着器の取り入れ側にあり窒素吸着力が最高のゼオラ
イト集塊が、吸着放出側にあると、真空ポンプのエネル
ギー消費量を減じることができることを見いだした。
本発明は従って、ＶＳＡ装置の吸着器に異なる吸着特性
を有する複数種のＣａゼオライトＡ分子ふるいを吸着器
に充填することを特徴とする真空スイング吸着（ＶＳＡ
）によりＣａゼオライトＡ分子ふるいを用いて空気を酸
素富化する方法に関するものである。
を有する複数種のＣａゼオライトＡ分子ふるいを吸着器
に充填することを特徴とする真空スイング吸着（ＶＳＡ
）によりＣａゼオライトＡ分子ふるいを用いて空気を酸
素富化する方法に関するものである。
本発明に従う方法は、原則的には一般的なＰＳＡまたは
ＶＳＡ方法と同様にして実施される。関連方法は、例え
ばヨーロッパ特許出願０１５８２６８中に記載されてい
る。
ＶＳＡ方法と同様にして実施される。関連方法は、例え
ばヨーロッパ特許出願０１５８２６８中に記載されてい
る。
使用されるＣａゼオライトＡ分子ふるいも同様に公知の
物質であり、例えば西ドイツ特許公開明細書３４２４１
４４ （−米国特許出願番号７４６９１２）および西ド
イツ特許公開明細書３７１８６７３（−米国特許出願番
号１９２４４１）から公知である。
物質であり、例えば西ドイツ特許公開明細書３４２４１
４４ （−米国特許出願番号７４６９１２）および西ド
イツ特許公開明細書３７１８６７３（−米国特許出願番
号１９２４４１）から公知である。
吸着器の充填は、希望する方法で実施することができ、
そして吸着器の底部層が窒素に対して最低の吸着力を有
する分子ふるいからなっていることだけを確保すべきで
ある。
そして吸着器の底部層が窒素に対して最低の吸着力を有
する分子ふるいからなっていることだけを確保すべきで
ある。
できるだけ保持しなければならない他の条件は、以下の
とおりである： 窒素が加圧下で吸着されるなら、窒素の脱着は、単に圧
力を例えば１気圧に下げ、そしてその後に酸素を流しな
がらまたは流さずに真空ポンプにより脱着することによ
り実施される。分離しようとする空気の温度は、−２０
°Ｃ〜５０℃の間であり、この空気は湿っていてもよい
。
とおりである： 窒素が加圧下で吸着されるなら、窒素の脱着は、単に圧
力を例えば１気圧に下げ、そしてその後に酸素を流しな
がらまたは流さずに真空ポンプにより脱着することによ
り実施される。分離しようとする空気の温度は、−２０
°Ｃ〜５０℃の間であり、この空気は湿っていてもよい
。
多くの場合、気体流を乾燥するため実際の吸着層の前に
、例えばシリカゲルからなる層を追加使用することがで
きる。
、例えばシリカゲルからなる層を追加使用することがで
きる。
本発明に従うＶＳＡ方法を下記の実施例でさらに詳細に
説明する。
説明する。
下記のデータは、全ての実施例において一定である：
吸着器の内径： ５５０ｍｍ
吸着器内の集塊の高さ：２，５００ｍｍ底端部に中程度
の孔のシリカゲル、吸着基当たり７０リツトルの粒径２
−３ ｍｍ、かさ密度約６５０ｇ／Ｑの粒状Ｃａゼオラ
イトＡ集塊を残存。
の孔のシリカゲル、吸着基当たり７０リツトルの粒径２
−３ ｍｍ、かさ密度約６５０ｇ／Ｑの粒状Ｃａゼオラ
イトＡ集塊を残存。
第２図に示す装置において、周囲空気をファンＧおよび
弁１１Ａを介して吸着器Ａを通す（１バール絶対圧下、
２０℃、７５％相対湿度）。酸素富化気体を弁１４Ａお
よびファンＲ（１バール絶対圧下）を介して生成物とし
て取り出す。空気の分離にかかる時間は、１分間である
。弁１２Ａ。
弁１１Ａを介して吸着器Ａを通す（１バール絶対圧下、
２０℃、７５％相対湿度）。酸素富化気体を弁１４Ａお
よびファンＲ（１バール絶対圧下）を介して生成物とし
て取り出す。空気の分離にかかる時間は、１分間である
。弁１２Ａ。
１３Ａは閉じられている。
同時に、吸着器Ｂを１分以内に弁１２Ｂおよび真空ポン
プＶを介して１５０ミリバールに減圧し、ここで吸着器
Ｂの弁１１Ｂ％ １３Ｂ、１４Ｂは閉じられている。ギ
ア機構により調節可能な油回転ポンプを真空ポンプとし
て使用し、その送り出しは常に２５℃において１バール
絶対圧下で測定される。
プＶを介して１５０ミリバールに減圧し、ここで吸着器
Ｂの弁１１Ｂ％ １３Ｂ、１４Ｂは閉じられている。ギ
ア機構により調節可能な油回転ポンプを真空ポンプとし
て使用し、その送り出しは常に２５℃において１バール
絶対圧下で測定される。
同時に、吸着器Ｃに生成物である酸素を１５０ミリバー
ルから１バール（絶対圧）となるまで１分以内に弁１５
および弁１３ｃを介して充填し、ここで弁１１ｃ、１２
ｃ、１４ｃは閉じられている。
ルから１バール（絶対圧）となるまで１分以内に弁１５
および弁１３ｃを介して充填し、ここで弁１１ｃ、１２
ｃ、１４ｃは閉じられている。
実施例１（比較例）
米国特許Ｐ、３７７３６９０、実施例３）によるＣａゼ
オライトＡを使用した。活性化されたゼオライトのＨ，
Ｏ残存量は０．５重量％より少なく（ＤＩＮ８９４８、
ｐ、ｏ。方法による）、そして窒素吸着は、１バール（
絶対圧）下で２５℃において１４ｈＮ２／ｋｇであった
。吸着基当たりのゼオライトの量は、３４６ｋｇであっ
た。上記の方法、第２図、に従い、９３％の０．含有量
を有する２０．５Ｎｍ”７時のＯ１生成物量が得られた
。
オライトＡを使用した。活性化されたゼオライトのＨ，
Ｏ残存量は０．５重量％より少なく（ＤＩＮ８９４８、
ｐ、ｏ。方法による）、そして窒素吸着は、１バール（
絶対圧）下で２５℃において１４ｈＮ２／ｋｇであった
。吸着基当たりのゼオライトの量は、３４６ｋｇであっ
た。上記の方法、第２図、に従い、９３％の０．含有量
を有する２０．５Ｎｍ”７時のＯ１生成物量が得られた
。
真空ポンプは、５４６ｍ”７時の吸引能力を有しており
、１１．４２ＫＷの電流消費量であった。
、１１．４２ＫＷの電流消費量であった。
比エネルギー消費量は、従って０．５９９ＫＷ時／Ｎｍ
”１０．であった。
”１０．であった。
実施例２（比較例）
西ドイツ特許公開明細書３４２４１４４（−米国特許出
願番号７４６９＝１２、実施例２）に対応するＣａゼオ
ライト粒を使用した。活性化されたゼオライトのＨ，Ｏ
残存量は、０．５重量％より少なかった。窒素吸着量は
、１バール（絶対圧）下で２５℃において７．５ＮＩ２
／ｋｇであった。上記のＶＳＡ方法に従い、１４．５５
Ｎｍ”７時（９３％ｏ、）が得られた。真空ポンプは
、４５０ｍ”７時の吸引能力を有しており、９．１１Ｋ
Ｗの電流消費量であった。比エネルギー消費量は、従っ
て０．６７４ＫＷ時／ Ｎ ｍ ”であった。
願番号７４６９＝１２、実施例２）に対応するＣａゼオ
ライト粒を使用した。活性化されたゼオライトのＨ，Ｏ
残存量は、０．５重量％より少なかった。窒素吸着量は
、１バール（絶対圧）下で２５℃において７．５ＮＩ２
／ｋｇであった。上記のＶＳＡ方法に従い、１４．５５
Ｎｍ”７時（９３％ｏ、）が得られた。真空ポンプは
、４５０ｍ”７時の吸引能力を有しており、９．１１Ｋ
Ｗの電流消費量であった。比エネルギー消費量は、従っ
て０．６７４ＫＷ時／ Ｎ ｍ ”であった。
実施例３（本発明に従う）
吸着器にシリカゲル層の上に１８３ｄｍ３の実施例２の
ＭＳゼオライトを、そしてこの上に３４１ｄｍ”の実施
例１のＭＳゼオライトを充填した（３５％対６５％）
。２０．３Ｎｍ”７時（９３％ｏりの量の０！生成物が
得られるはずであった。
ＭＳゼオライトを、そしてこの上に３４１ｄｍ”の実施
例１のＭＳゼオライトを充填した（３５％対６５％）
。２０．３Ｎｍ”７時（９３％ｏりの量の０！生成物が
得られるはずであった。
ここでは真空ポンプは、５１７ｍ”７時の吸引能力およ
びＩＯ，４８ＫＷの電流消費量、すなわち０．５５４Ｋ
Ｗ時／ Ｎ ｍ ”の０２、を有しティた。
びＩＯ，４８ＫＷの電流消費量、すなわち０．５５４Ｋ
Ｗ時／ Ｎ ｍ ”の０２、を有しティた。
実施例４
吸着剤に３種のＣａゼオライトＡの混合物を充填した。
底部分は９０ｋｇの実施例２のゼオライトからなってい
た。この上部には、特許明細書（西ドイツ特許公開明細
書３７１８６７３（−米国特許出願番号１９２４４１）
、実施例１）に従い製造されｆ：Ｌ ２Ｎｆｆ／ｋｇ
（ｌｚ＜−ル、絶対圧、２５℃）の窒素吸着力を有する
６０ｋｇのＣａゼオライトＡ粒の層があった。集塊の上
端部は１９５ｋｇの実施例１のゼオライト粒からなって
いた。
た。この上部には、特許明細書（西ドイツ特許公開明細
書３７１８６７３（−米国特許出願番号１９２４４１）
、実施例１）に従い製造されｆ：Ｌ ２Ｎｆｆ／ｋｇ
（ｌｚ＜−ル、絶対圧、２５℃）の窒素吸着力を有する
６０ｋｇのＣａゼオライトＡ粒の層があった。集塊の上
端部は１９５ｋｇの実施例１のゼオライト粒からなって
いた。
２０．１３Ｎｍ”７時の量の０２生成物（９３％ＯＳ）
が生成し、真空ポンプの大きさは、５０５ｍ”７時であ
り、そしてエネルギー消費量はＩ Ｏ，Ｉ ＫＷであり
、すなわち比エネルギー消費量は、０゜５３ＫＷ時／Ｎ
ｍ’０１であった。
が生成し、真空ポンプの大きさは、５０５ｍ”７時であ
り、そしてエネルギー消費量はＩ Ｏ，Ｉ ＫＷであり
、すなわち比エネルギー消費量は、０゜５３ＫＷ時／Ｎ
ｍ’０１であった。
実施例５（比較例）
ゼオライト集塊は、吸着器の上端部における２２４ｋｇ
の実施例１の粒および底端部における米国特許Ｐ、３７
７３６９０に従う１バール絶対圧下での２５℃における
６ 、８ ＮＯ／ ｋ ｇノＮｚ吸１性を有するＮａゼ
オライトＸ（１２１ｋｇ）からなっていた。ｏ２生生成
炭は、１６．９Ｎｍ’／時であり、ポンプ能力は、５２
０．５ｍ’／時であり、そしてポンプのエネルギー消費
量は、ｌＯ，６３ＫＷであり、すなわち比エネルギー消
費量０．６２９ＫＷ時／ Ｎ ｍ ”であった。
の実施例１の粒および底端部における米国特許Ｐ、３７
７３６９０に従う１バール絶対圧下での２５℃における
６ 、８ ＮＯ／ ｋ ｇノＮｚ吸１性を有するＮａゼ
オライトＸ（１２１ｋｇ）からなっていた。ｏ２生生成
炭は、１６．９Ｎｍ’／時であり、ポンプ能力は、５２
０．５ｍ’／時であり、そしてポンプのエネルギー消費
量は、ｌＯ，６３ＫＷであり、すなわち比エネルギー消
費量０．６２９ＫＷ時／ Ｎ ｍ ”であった。
実施例３および４は、窒素に対して異なる吸着力を有す
るＣａゼオライトＡ混合物を混合した場合の利点を・示
しており、そしてそれとは対照的に実施例５は、窒素吸
着力による集塊の等級付けだけでなく同じゼオライト型
の別個の混合も本質的に重要であることを示している。
るＣａゼオライトＡ混合物を混合した場合の利点を・示
しており、そしてそれとは対照的に実施例５は、窒素吸
着力による集塊の等級付けだけでなく同じゼオライト型
の別個の混合も本質的に重要であることを示している。
本発明の主なる特徴および態様は以下のとおりである。
１、ｃａゼオライトＡ分子ふるいを用いる真空スイング
吸着により空気中の酸素を富化する方法において、ＶＳ
Ａ装置の吸着器に異なる吸着力を有する複数種のＣａゼ
オライトＡ分子ふるいを充填する改良方法。
吸着により空気中の酸素を富化する方法において、ＶＳ
Ａ装置の吸着器に異なる吸着力を有する複数種のＣａゼ
オライトＡ分子ふるいを充填する改良方法。
２、原気体取り入れ側、すなわち吸着器の底部層が窒素
に対して最も低い吸着能力を有するＣａゼオライトＡか
らなっており、そして窒素に対して最も高い吸着力を有
するＣａゼオライトＡの層が吸着器の０．生成物端部に
ある、上記ｌの方法。
に対して最も低い吸着能力を有するＣａゼオライトＡか
らなっており、そして窒素に対して最も高い吸着力を有
するＣａゼオライトＡの層が吸着器の０．生成物端部に
ある、上記ｌの方法。
３、吸着器の取り入れ口から吸着器の放出口までのゼオ
ライトの性質が数層を通して事実上円滑に変化している
、上記ｌの方法。
ライトの性質が数層を通して事実上円滑に変化している
、上記ｌの方法。
第１図は、酸素より窒素を選択的に吸着することを示す
吸着等温線図であり、第２図は、本願発明の実施に用い
る装置工程を示す模式図である。 ２ＳＣ：Ｃａ−ｉオンイトＡ ＦＩＧ、１
吸着等温線図であり、第２図は、本願発明の実施に用い
る装置工程を示す模式図である。 ２ＳＣ：Ｃａ−ｉオンイトＡ ＦＩＧ、１
Claims (1)
- １、ＣａゼオライトＡ分子ふるいを用いる真空スイング
吸着により空気中の酸素を富化する方法において、ＶＳ
Ａ装置の吸着器が異なる吸着特性を有する複数種のＣａ
ゼオライトＡ分子ふるいで充填されていることを特徴と
する改良方法。
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| DE3842930.6 | 1988-12-21 | ||
| DE3842930A DE3842930A1 (de) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | Verfahren zur adsorptiven sauerstoffanreicherung von luft mit mischungen aus ca-zeolith a molekularsieben mittels vakuum-swing-adsorption |
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|---|---|
| JPH02227112A true JPH02227112A (ja) | 1990-09-10 |
| JP2654211B2 JP2654211B2 (ja) | 1997-09-17 |
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| DE (2) | DE3842930A1 (ja) |
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