JPH0263520A - 空気から酸素を分離する方法 - Google Patents

空気から酸素を分離する方法

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はガス混合物、特に空気の分離に関する。
(従来の技術) よく知られている空気分離方法の1つは圧力スウィング
吸着(PSA)による方法である。空気から酸素を分離
するためのある1つの公知のPSAプロセスでは、窒素
を優先的に吸着することによって空気中の2種の主成分
を分離する性能を有するゼオライトモレキュラーシーブ
を使用している。操作に関しては次の通りである。吸着
工程(本工程時においては、空気がゼオライトモレキュ
ラーシーブ吸着剤床を通ってポンプ送りされ、供給原料
中の窒素の一部、酸素とアルゴンのごく少量、及び実質
的に全ての二酸化炭素と水蒸気が吸着され、そして酸素
含量の多い生成物ガスが吸着剤床の出口から供給される
); 及び脱着工程(本工程時においては、吸着剤床の
出口が閉じられ、吸着剤床がその入口を通して大気圧と
通気されてこの入口から脱気され、従って吸着されたガ
スが吸着剤床から実質的に除去され、これによって次の
吸着工程のための用意がなされる)を含むサイクル全体
を通してゼオライトモレキュラーシーブ吸着剤床がうま
く機能する。通常は(必ずしも必要ではない)、2つ以
上の吸着剤床が使用され、類似のサイクルで操作される
。しかし相互に協調作動しない形で連結されており、従
って一方の吸着剤床に吸着工程が施されているとき、他
方の吸着剤床では脱着工程が行われている。
酸素と窒素の分離はうまく行うことができるが、得られ
た酸素生成物は最初の空気に比べてアルゴン含量が多く
なる、ということが−船釣に見出されている。実際、空
気から酸素を分離するためのいくつかの代表的なPSA
プラントの場合、得られた酸素は4〜5容量%程度のア
ルゴンを含有することがある。場合によっては、アルゴ
ンのこのようなレベルが実際上不利であるか又はあるユ
ーザーによって不利であるとされているような酸素に対
する用途も広がってきている。例えば麻酔法の分野にお
いては、4容量%以下のアルゴンを含有した酸素生成物
が得られるようなPSA法が要求されている。こうした
要求が起こる1つの理由は、酸素の純度が100%に近
づくほど、標準的な麻酔装置の流量計において得られる
酸素流量指示値は酸素分子の実際の流量により厳密に対
応するようになるからである。このような要求を満たす
ことが本発明の目的である。
本発明によれば、 (a)  窒素及びアルゴンより酸素の方を速やかに吸
着する第1の吸着剤床に圧縮空気を通し、圧縮空気中の
アルゴン含量の一部と窒素とを含む吸着されないガスを
前記第1吸着剤床から排出する工程; (b)  圧縮空気を前記第1吸着剤床に通すのを停止
する工程; (c)  前記第1吸着剤床がさらされ、これによって
吸着されたガスの脱着が起こる圧力を下げ、脱着された
ガスを前記第1吸着剤床から流出させる工程; (d)  前記の脱着されたガスの少なくとも一部を再
び圧縮する工程; (e)  窒素と酸素とを分離することのできる第2の
吸着剤床に前記の再圧縮したガスを通す工程;及び (f)  前記第2吸着剤床から酸素生成物を抜き取り
、前記第2吸着剤床からガスを脱着させることによって
第2吸着剤床を再生させ、そして脱着されたガスを前記
第2吸着剖床から流出させる工程; の各工程を上記順序にて繰り返し実施することからなる
空気から酸素を分離する方法が提供される。
第1吸着剤床は、窒素より酸素の方を速やかに吸着する
炭素モレキュラーシーブを含むのが好ましい、第2吸着
剤床は、酸素より窒素の方を優先的に吸着するゼオライ
トモレキュラーシーブを含むのが好ましい。従って、本
発明の例においては、酸素生成物は第2吸着剤床から流
出する吸着されないガスである。しかしながら、窒素よ
り酸素の方を速やかに吸着する炭素モレキュラーシープ
を含んだ第2の吸着剤床を使用すること、及び脱着され
たガスを酸素生成物ガスとして取り出すことも可能であ
る。
第1吸着剤床からの吸着されたガスの脱着は、第1吸着
剤床と第2吸着剤床の圧力が同等になるかあるいは第1
吸着剤床と第2吸着剤床との圧力差が少なくなるように
、第1吸着剤床を第2吸着剤床と連通した形で設けるこ
とによって開始されるのが好ましい、圧力が同等になっ
たら、あるいは2つの吸着剤床の圧力差がある選定され
た値にまで低下したら、第2吸着剤床の圧力を第1吸着
剤床の圧力より高くできるように、圧縮機への入口が第
1吸着剤床の底部と連通した形で設けられ、そして圧縮
機の出口が第2吸着剤床の底部と連通した形で設けられ
る。空気を圧縮するのに、また第1吸着剤床から第2吸
着剤床へと流れるガスを圧縮するのに、同じ圧力を連続
して使用するのが好ましい。
本発明はさらに、本発明による方法を実施するだめの装
置を提供する。
本発明による方法の好ましい実施例は、最高3容量%の
アルゴンを含有した酸素生成物を得ることができる。麻
酔の典型的な実施方法では、得られた混合物が35容量
%以下の酸素を含有するように酸素を麻酔薬で希釈する
ので、本発明の方法に従って酸素を得ると、ガス混合物
中のアルゴン含量は空気の場合と実質的に同じレヘルと
なる。
本発明による方法及び装置について、以下に添付図面(
本発明の方法を実施するための装置の概略流れ図)を参
照しつつ実施例により説明する。
図面において、装置は第1の円筒容器2と第2の円筒容
器4(これらは実質上圧いに同等であり、それぞれモレ
キュラーシーブの吸着剤床6及び8を含有している)を
含む。吸着剤床6は、下部乾燥剤[10及び窒素やアル
ゴンより酸素の方を速やかに吸着する炭素モレキュラー
シープの上部層12からなる。層12は、容器6の容積
の374以上を占める。吸着剤床8は、下部乾燥剤層1
1及び酸素やアルゴンより窒素を優先的に吸着するゼオ
ライトモレキュラーシーブからなる。
容器2は、その底部において自動的に作動する開閉弁1
6を取り付けた人口14を有する。さらに容器2は、そ
の頂部において自動的に作動する開閉弁20を取り付け
た出口18を有する。容器4は、その底部において自動
的に作動する開閉弁26を取り付けた入口24;その頂
部において自動的に作動する開閉弁30を取り付けた出
口28;及びその底部において自動的に作動する開閉弁
34を取り付けた出口32を有する。さらに本装置は、
自動的に作動する開閉弁38を取り付けたメイン入口3
6を有するガス分配システムを含んでいる。入口36は
、導管40と容器2からの出口22との結合部において
終結している。導管40は、圧縮機42の入口にて終結
している。ガス圧縮ja42の出口は別の導管44の入
口において終結し、導管44の出口は容器4の入口24
と二方向ガス通路46との結合部において終結している
。二方向ガス通路46は、入口24との結合部から導管
40の入口と容器2の底部における出口22との結合部
まで延びており、入口14は通路46において終結して
いる。通路46における入口14との結合部と出口22
との結合部の中間部分に、自動的に作動する開閉弁48
が配置されている。
操作に関して、図示した装置では次のような工程のサイ
クルが行われる。
1、 空気で吸着剤床2を加圧する。
2、 出口18を通して吸着されないガスを吸着剤床2
から排出する。
3、 吸着剤床6と8の圧力を同等にする。
4、 吸着剤床6からのガスで吸着剤床8を加圧する。
5、 吸着剤床8から生成物ガスを取り出す。
6、 吸着剤床8を再生する。
上記サイクルの工程6は、工程l及び2と同時に行うの
が好ましい。下記の表は、上記手順を採用した場合にお
けるサイクル中の開閉弁の位置を表している。
16 20 26 30 34 38 4BwOpen 本プロセスの最初の工程時、流入空気が2〜10絶対気
圧(好ましくは4〜6絶対気圧)の圧力にまで圧縮され
、得られた圧縮空気が通路44と46を通って圧II機
42の出口から流れ、入口14を経て吸着剤床6へと流
れ込む。下部乾燥剤1’ilOは、空気から水蒸気を吸
着するのに有効である。次いで水分を除いた空気は層1
2へと進む。層12の炭素モレキュラーシーブは、窒素
とアルゴンが吸着される速度より速い速度で二酸化炭素
と酸素を吸着するのに有効である。実際、流入空気中の
ごく少量のアルゴンと窒素が炭素モレキュラーシーブに
よって吸着されるにすぎない、吸着剤床の圧力が圧縮[
42の出口の圧力に達すると、弁20が開き、上記サイ
クルの工程2が始まる。
サイクルの2番目の工程では、空気が吸着剤床6へと進
み、吸着されないガスが出口18を通って容器2の頂部
から流出し、そして大気へと排出される間、圧力が保持
される。吸着されないガスは、流入空気中の窒素とアル
ゴンの一部を含む。層12の炭素モレキュラーシーブが
、排気ガス中の酸素濃度が望ましくないほどに増大しそ
うになる程度の多量の酸素を吸着すると、サイクルは工
程3へと進む。
工程3においては、圧4I?を機42が待機モードに設
定され、容器2からのガスが出口22を経て、通路46
及び容器4への入口24を通って吸着剤床8へと流れ込
む。容器4に流れ込むガスは、本サイクルの工程2の終
わりにおいて容器2に残留している吸着されないガスだ
けでなく、圧力が徐々に低下するにつれて容器2におい
て脱着されるガスも含んでいる。
従って、容器4の吸着剤床8に入るガスは、流入空気の
全ての成分を含んでいるが、その窒素とアルゴンの含量
は流入空気のそれより少ない。本サイクルの工程3にお
いては、吸着剤床8の圧力が徐々に増大するにつれてゼ
オライトモレキュラーシーブは窒素を優先的に吸着し、
このとき水蒸気と二酸化炭素は乾燥剤層11によって予
め吸着されている。アルゴンの一部もゼオライトによっ
て吸着される。従って、吸着されないガスは酸素含量が
多くなる。2つの吸着剤床の圧力が同等になると、本サ
イクルの工程4がスタートし、この工程に対して圧縮機
が使用されて容器2から容器4へのガスの流れがつくり
出され、従って容器2の圧力は再び大気圧にまで低下す
る。通常、工程4は比較的短い時間の工程であり、必要
であれば、プロセスの工程4が完全に省略されるよう、
工程3の終わりにおいて弁48を閉にすると同時に弁3
1を開とすることができ、2つの容器の圧力が同等にな
ると本サイクルは直ちに工程5へと進み、酸素生成物は
出口30を通して容器4の頂部から取り出される。容器
22の圧力がほぼ大気圧にまで降下すると、本プロセス
の工程5は通常終わりとなる。
次いで操作のサイクルを繰り返し、吸着していたガスを
脱着させて大気中に排気できるよう弁34を開にしてお
くことによって、工程l及び2の間に吸着剤床8を再生
する。
容器2と4は使用する上で都合の良いいかなるサイズで
あってもよいが、一般には本装置は生成物ガスを1〜1
(R1/分の平均速度で供給できる能力を有するのが望
ましい0通常、出口28は、生成物ガスがサイクル全体
を通して一定速度で抜き取られるリザーバ(図示せず)
において終結する。
このことにより、酸素生成物ガスの連続生産が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施するための概略フローシート
である。 y((21 (外4名) 手続補正書 平成元年8 特許庁長官 吉 1)文 毅  殿 1、事件の表示 平成1年特許願第134459号 2、発明の名称 空気から酸素を分離する方法及び装置 3、補正をする者 事件との関係 住所

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(a)窒素及びアルゴンより酸素の方を速やかに吸
    着する第1の吸着剤床に圧縮空気を通し、圧縮空気中の
    アルゴン含量の一部と窒素とを含む吸着されないガスを
    前記第1吸着剤床から排出する工程; (b)圧縮空気を前記第1吸着剤床に通すのを停止する
    工程; (c)前記第1吸着剤床がさらされ、これによって吸着
    されたガスの脱着が起こる圧力を下げ、脱着されたガス
    を前記第1吸着剤床から流出させる工程; (d)前記の脱着されたガスの少なくとも一部を再び圧
    縮する工程; (e)窒素と酸素とを分離することのできる第2の吸着
    剤床に前記の再圧縮したガスを通す工程;及び (f)前記第2吸着剤床から酸素生成物を抜き取り、前
    記第2吸着剤床からガスを脱着させることによって第2
    吸着剤床を再生させ、そして脱着されたガスを前記第2
    吸着剤床から流出させる工程; の各工程を上記順序にて繰り返し実施することからなる
    空気から酸素を分離する方法。 2、第1吸着剤床が炭素モレキュラーシーブを含む、請
    求項1記載の方法。 3、第1吸着剤床が下部乾燥剤層を有する、請求項2記
    載の方法。 4、第2吸着剤床が酸素より窒素を優先的に吸着するゼ
    オライトモレキュラーシーブを含み、第2吸着剤床から
    流出する前記の吸着されないガスが酸素生成物である、
    請求項1〜3記載の方法。 5、第2吸着剤床が窒素より酸素を速やかに吸着する炭
    素モレキュラーシーブを含み、酸素生成物ガスが前記の
    脱着されたガスである、請求項1〜3記載の方法。 6、第1吸着剤床からの吸着されたガスの脱着が、第1
    吸着剤床と第2吸着剤床の圧力が同等になるかあるいは
    第1吸着剤床と第2吸着剤床との圧力差が少なくなるよ
    うに、第1吸着剤床を第2吸着剤床と連通した形で設け
    ることによって開始される、請求項1〜5記載の方法。 7、圧力が同等になったら、あるいは2つの吸着剤床の
    圧力差がある選定された値にまで低下したら、圧縮機へ
    の入口が第1吸着剤床の底部と連通した形で設けられ、
    圧縮機の出口が第2吸着剤床の底部と連通した形で設け
    られ、そして第2吸着剤床の圧力が第1吸着剤床の圧力
    より高くなるよう圧縮機が作動される、請求項6記載の
    方法。 8、前記圧縮機が、空気を圧縮するのに及び第1吸着剤
    床から第2吸着剤床へと流れるガスを圧縮するのに連続
    して使用される、請求項7記載の方法。 9、添付図面にて実質的に説明されているような、空気
    から酸素を分離する方法。 10、請求項1〜9に特許請求されている方法を実施す
    るための装置。 11、添付図面にて実質的に説明されているような、空
    気から酸素を分離するための装置。
JP1134459A 1988-05-27 1989-05-26 空気から酸素を分離する方法 Expired - Lifetime JP3050881B2 (ja)

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