JPH04222613A - 酸素富化生成流の製造方法 - Google Patents

酸素富化生成流の製造方法

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JPH04222613A
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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】
【０００１】本発明は、主に酸素と窒素をその成分とし
て含む、例えば空気のような混合ガスから酸素富化流れ
をプレッシャースイングアブソープション手段（ＰＳＡ
）により得る方法に関する。
【０００２】プレッシャースイングアブソープションシ
ステムおよびその方法は空気を含む混合ガスから酸素富
化流れを得るために広く用いられており、多くのシステ
ムおよび方法が利用されている。
【０００３】そのようなシステムの利点は、より短い時
間で、成分のひとつを吸着するために用いられるシーブ
材料の効果を発揮できるので、比較的短い時間サイクル
での利用ができる点にある。短いサイクルのプロセスで
は、拡散抵抗を減少させるため、細かいシーブ材料が使
用される。代表的な短いサイクル時間のプロセスは米国
特許４，１９４，８９１号および４，１９４，８９２号
に開示されている。酸素の生成は上記特許のプロセスに
より増加するが、収率はかなり低く１０−２０％である
。
【０００４】公知の真空ＰＳＡプロセスは高い収率（５
０−６０％）を示すが、生成速度は低い。従来の３床Ｐ
ＳＡプロセスの通常の生成速度はそれほど大きくなく、
例えば床サイズファクターとして、一日１メートルトン
の酸素を得るためには約２０００−２６００ｋｇのゼオ
ライトを要する。
【０００５】最適には、高速サイクル時間と細かいシー
ブ材料による大きな製造速度と、従来の３床システムに
よる高収率を合わせ持ち、さらに高価でなく比較的操作
が簡単なプロセスが望まれる。
【０００６】本発明にかかるＰＳＡプロセスは、高い酸
素収率と同時に高い生成速度を有する酸素富化ガス生成
を、従来技術の欠点を解消し、かつコストを最低に押さ
え、操作の簡単さを保ちつつ達成した。
【０００７】本システムはシーブ材料良好に利用するた
めに短いサイクル時間を採用し、しかもふたつの床しか
使用しないので、これまで高い収率のために必要とされ
ていた従来の３床システムよりも非常に簡単なものであ
る。
【０００８】以下に示すように、さらなるひとつの特徴
は、均圧工程を、生成物からの酸素富化流れをひとつの
カラムの出口端に供給し、同じカラムの入り口端から窒
素富化ガスを脱着、排出することによる２床システムで
の真空ポンプの連続運転による電力コストの低減である
。この方法により、真空ポンプはこの工程と、さらに残
りの工程全体とで連続的に運転される。真空ポンプはど
の工程においても使用されていないことはなく、従って
その電力消費は最適化される。
【０００９】従って、高い収率と生成速度を有する２床
ＰＳＡシステムは比較的細かいゼオライトシーブ材料、
例えば２０から３５メッシュおよび例えば８−１２メッ
シュサイズのようなより大きな粒子との等量混合物を用
い、３０秒より短く、好ましくは約１５から２５秒の短
いサイクル時間を採用することにより達成できる。脱着
のための真空は３００トル未満、好ましくは２００トル
であり、最大の生成物圧力は５ｐｓｉｇ未満、好ましく
は３ｐｓｉｇ未満の範囲が使用される。
【００１０】本発明にかかる方法は図１に示されるフロ
ーと図２に示されるカラムサイクルを参照しつつ以下に
示される。
【００１１】図１と図２には、例えば空気のような、主
に酸素と窒素を含むガスからの連続的な酸素富化流れを
生成するためのプロセスが示されている。ＡとＢの二つ
の吸着カラムは窒素を選択的に吸着する吸着剤が含まれ
ている。
【００１２】本発明にかかるプロセスでは、比較的細か
い、例えば約８−３５メッシュ、好ましくは約１２−２
０メッシュのゼオライトの粒子を使用される。代表的な
ゼオライトシーブ材料は種々のゼオライト製造業者から
球状またはペレットの形状で供給されている。各工程の
コントロールは公知の手段、例えば普通の商業的に利用
されるソレノイドバルブをコントロールするタイマーの
ような手段ですることができる。
【００１３】工程１では、バルブ１Ａと２Ａは閉じてお
り、従って第一のカラムＡの下側または入り口端は閉鎖
されている。カラムＡの上側または出口端では、バルブ
４Ａと５Ａは閉じており、バルブ３Ａは開いている。第
二のカラムＢでは、バルブ９Ｂと１０Ｂは閉じており、
したがってカラムＢの出口からのガスはバルブ３Ａを通
ってカラムＡに導かれ、流量はバルブ８Ｂによって調節
される。工程１においては、カラムＢの入り口端のバル
ブ６Ｂは閉じているが、バルブ７Ｂは開いているので、
ガスはカラムＢの入り口端から真空ポンプ１６により同
時に排出される。
【００１４】この工程の間、最初はカラムＡの圧力より
も高いカラムＢの圧力は両者のカラムの圧力を均一化す
るために利用され、つまりカラムＢは工程１の最初には
約１０１０トル（４．８４ｐｓｉｇ）であったのが、工
程１の最後には約５５０トル（−５．０３ｐｓｉｇ）に
減少し、一方カラムＡは最初は約２６０トル（−９．６
７ｐｓｉｇ）だったのが、工程１の最後には４７０トル
（−５．６１ｐｓｉｇ）に上昇する。そのため、工程１
の最後では、本質的に等しくなる。工程１は非常に速く
行うことができ、その時間は好ましくは約２秒から６秒
であり、より好ましくは約４秒である。
【００１５】工程２では、バルブ３Ａは閉じており、バ
ルブ５Ａと２４は開いており、受容器１８からの酸素富
化生成流はカラムＡの出口へ導かれ、流量調整バルブ２
６により調節され、カラムＡへ逆流させられ、カラムＡ
の圧力をさらに上昇させる。典型的には、生成物受容器
１８の圧力は約８００トルであり、カラムＡの圧力は４
７０トル（−５．６１ｐｓｉｇ）から約６６０トル（−
１．９３ｐｓｉｇ）まで上昇を続ける。同時に、ガスは
カラムＢの入り口から開いて要るバルブ７Ｂを通って真
空ポンプ１６により排出され続け、カラムＢの圧力は減
少し続けている。その圧力は、工程２では、５００トル
（−５．０３ｐｓｉｇ）から約４５０トル（−６．００
ｐｓｉｇ）まで減少する。工程２の時間もまた非常に短
くでき、その時間は好ましくは約１から５秒であり、よ
り好ましくは約３秒である。
【００１６】工程３においては、バルブ１Ａに開いてお
り、空気または他の酸素と窒素を主として含む供給ガス
は所定の供給圧力で、カラムＡの入り口に導かれる。入
り口圧力は変化できるが、３から７ｐｓｉｇ、好ましく
は５ｐｓｉｇの最低の所定圧力を有する必要がある。カ
ラムＡの出口においては、バルブ５Ａが閉じており、バ
ルブ４Ａは開いているので、供給空気は窒素が吸着され
る吸着カラムＡを通過し、酸素富化生成流はカラムＡの
出口端を通りバルブ４Ａ、チェックバルブ１１、および
配管２０を経て、生成物受容器１８へと導かれる。この
工程の間、カラムＡは酸素富化生成流を生成し、その圧
力は６６０トル（−１．９３ｐｓｉｇ）から約１０１０
トル（４．８４ｐｓｉｇ）へと増加しする。工程３では
、カラムＢの入り口からガスの排出が続けられ、カラム
Ｂからの真空ポンプ１６による窒素富化ガスの脱着およ
び排出が続けられる。その入り口を経由してのカラムＢ
の脱着と同時に、バルブ１０Ｂは開いており、バルブ２
４も開いており、酸素富化生成流はカラムＢの出口から
導かれ、カラムＢをパージする。酸素富化生成流の流量
は流量バルブ２６で調節される。従って、カラムＢは出
口から導かれる酸素富化流でパージされ、その入り口か
らの窒素富化ガスの排出により脱着される。真空ポンプ
１６は連続的に排出を続けているので、カラムＢの圧力
は減少を続け、典型的には約４５０トル（−６．１０ｐ
ｓｉｇ）から約２６０トル（−９．６７ｐｓｉｇ）へと
減少する。工程３もまた非常に速く実施でき、好ましく
は約１０秒から２５秒の範囲であり、より好ましくは約
１８秒である。
【００１７】工程４では均圧化が再びなされ、カラムＡ
の高い圧力がカラムＢへと導かれる。カラムＡの出口端
にあるバルブ４Ａが閉じられ、バルブ３Ａが開かれる。 カラムＢの出口のバルブ１０Ｂは閉じられ、したがって
ガスはカラムＡからカラムＢへと流れ、メーター付きバ
ルブ８Ｂで調節されつつ圧力を等しくする。同時に、供
給流れはカラムＡの入り口にあるバルブ１Ａを閉じるこ
とにより遮断され、バルブ２Ａは開かれて真空ポンプ１
６によりカラムＡの入り口端からガスが排出される。カ
ラムＢの入り口はバルブ７Ｂを閉じることにより完全に
閉じられる。
【００１８】工程４では、カラムＡとＢの内部の圧力は
完全に等しくされ、カラムＡの圧力は約１０１０トル（
４．８４ｐｓｉｇ）から約５００トル（−５．０３ｐｓ
ｉｇ）に減少し、カラムＢの圧力は約２６０トル（−９
．６７ｐｓｉｇ）から約４７０トル（−５．６１ｐｓｉ
ｇ）へと増加する。工程４は好ましくは約２秒から約６
秒間実施され、より好ましくは約４秒間実施される。
【００１９】工程５では、バルブ３Ａは閉じられ、した
がってカラムＡの出口は完全に閉じられるが、ガスはカ
ラムＡの入り口端から排出され続け、圧力は減少を続け
、典型的には５００トル（−５．０３ｐｓｉｇ）からさ
らに４５０トル（−６．００ｐｓｉｇ）に減少する。 バルブ１０Ｂと２Ｂは開かれ、生成物受容器１８からの
酸素富化生成流はカラムＢに逆流され、カラムＢの圧力
が増加するようにメーター付きバルブ３０で調節されつ
つ、例えば約４７０トル（−５．６１ｐｓｉｇ）から約
６６０トル（−１．９３ｐｓｉｇ）に増加される。工程
２と同様に、逆流の工程の時間は約１から５秒実施され
、好ましくは約３秒間実施される。
【００２０】最終の工程６では、バルブ６Ｂは開かれ、
加圧された供給流れをカラムＢの入り口に導く。バルブ
９Ｂは開かれ、カラムＢからの酸素富化生成流がチェッ
クバルブ１２、配管２０を経て受容器１８へと流れる。
【００２１】工程６の間、バルブ２４および５Ａは開か
れ、酸素富化流れがカラムＡの出口に入り、メーター付
きバルブ２６で調節されつつカラムＡをパージする。同
時に、カラムＡをパージしつつ、真空ポンプ１６でカラ
ムＡの入り口からガスは排出され続け、窒素富化ガスの
脱着および排出がされる。典型的には、カラムＡの圧力
は約４５０トル（−６．００ｐｓｉｇ）から約２６０ト
ル（−９．６７ｐｓｉｇ）に減少し、カラムＢの圧力は
約６６０トル（−１．９３ｐｓｉｇ）から約１０１０ト
ル（４．８４ｐｓｉｇ）に増加する。工程６の時間は約
１０秒から約２５秒であることができ、好ましくは約１
８秒である。
【００２２】工程６の終了後、全体のシークエンスが循
環サイクルとして繰り返され、生成物は連続的に生成物
受容器１８からバルブ３２を経て取り出される。
【００２３】真空ポンプ１６もまたそれぞれの吸着カラ
ムからのガスを排出するために連続的に利用されている
ので、プロセス全体を通しての消費を最低にするため効
率的に使用されている。
【００２４】実施例 上述の装置を用い、しめされたシークエンスの工程で、
本発明にかかる方法が実施され、酸素富化生成流が得ら
れた。吸着カラムＡおよびＢはそれぞれ２インチの直径
で、１５インチの高さを有し、ラポルテ株式会社製の球
状のカルシウムＸゼオライトモレキュラーシーブ材料が
その内部に充填され、３回実施され、トーソー株式会社
製のペレット状のゼオライトを使用して１回実施された
。
【００２５】製造速度、および収率は以下の表に示す。
【００２６】
【００２７】上記の試験より、高い収率と大きな生成速
度、高い純度が、それぞれの工程の間にひとつのまたは
他のカラムに連続的に真空が施される２床システムによ
り達成されることがわかり、したがって真空ポンプは効
率的に使用され、消費は節約される。サイクルは非常に
速く良好なシーブ材料の利用を達成し、さらに２床シス
テムの構成および操作は明らかに、複雑でより高価な３
床システムより有利である。
【００２８】代表的な実施例が示されたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、改良を加えることができ
、請求項に記載された本発明の趣旨とその範囲にふくま
れるような改良は本発明の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のフロー図である。
【図２】図２は、本発明のカラムサイクルを示す図であ
る。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　窒素を選択的に吸着する吸着剤を含む
    ふたつの吸着カラムと生成物受容器を利用した、少なく
    とも酸素と窒素を含む供給ガスからの酸素富化生成流の
    製造方法であって、 ｉ）高圧の第二の吸着カラムの出口から低圧の第一のカ
    ラムの出口へガスを導入し、ふたつのカラムの圧力を実
    質的に等しくし、同時に第二のカラムの入り口からガス
    を排出する工程、 ｉｉ）均圧工程ｉ）の後、高圧で生成物受容器に保持さ
    れていた生成ガスを第一のカラムの出口に導入し、第一
    のカラムに逆流させ、同時に第二のカラムの入り口から
    のガスの排出を続ける工程、 ｉｉｉ）所定の最低圧力で第一のカラムの入り口から供
    給ガスを導入し、第一のカラムの出口からの酸素富化生
    成流を回収し、その酸素富化生成流を生成物受容器に導
    入するとともに、生成流れの一部を第二のカラムの出口
    に導入し第二のカラムをパージし、同時に第二のカラム
    の入り口からガスを排出し、脱着させ、窒素富化ガスを
    第二のカラムから取り除く工程、 ｉｖ）第一のカラムの出口から第二のカラムの出口へ最
    初は高圧でガスを導入し、ふたつのカラムの圧力を均一
    化し、同時に第一のカラムの入り口からガスを排出する
    工程、 ｖ）均圧化工程ｉｖ）の後に、生成物受容器に高圧で保
    持されていた酸素富化生成流を第二のカラムの出口へ導
    入し、同時に第一のカラムの入り口からガスを排出する
    工程、 ｖｉ）所定の最低圧力で第二のカラムの入り口に供給ガ
    スを導入し、第二のカラムの出口からの酸素富化生成流
    を回収し、その酸素富化生成流を生成物受容器に導入す
    るとともに、生成流れの一部を第一のカラムの出口に導
    入し第一のカラムをパージし、同時に第一のカラムの入
    り口からガスを排出し、脱着させ、窒素富化ガスを第一
    のカラムから取り除く工程、および ｖｉｉ）上記のｉ）からｖｉ）の工程を周期的に繰り返
    し、同時に生成物受容器から酸素富化生成流を排出する
    前記製造方法。
  2. 【請求項２】　　工程ｉｉｉ）からｖｉ）における供給
    ガスが約０から約７ｐｓｉｇの圧力である空気であり、
    吸着剤が約８−３５メッシュのゼオライト細粒である請
    求項１記載の製造方法。
  3. 【請求項３】　　前記ゼオライト細粒が、約１２から約
    ２０メッシュの大きさの球状またはペレットである請求
    項２記載の製造方法。
  4. 【請求項４】　　工程ｉ）およびｉｖ）が約２から６秒
    行われ、前記工程ｉｉ）およびｖ）が約１から５秒行わ
    れ、前記工程ｉｉｉ）およびｖｉ）が約１０から２５秒
    行われる請求項１記載の製造方法。
  5. 【請求項５】　　前記工程ｉ）およびｉｖ）が約４秒行
    われ、前記工程ｉｉ）およびｖ）が約３秒行われ、前記
    工程ｉｉｉ）およびｖｉ）が約１８秒行われる請求項４
    記載の製造方法。
  6. 【請求項６】　　前記工程ｉ）およびｉｖ）においてふ
    たつのカラムが約４７０から約５００トルの圧力に均一
    化され、工程ｉｉ）およびｖ）で生成ガスが約８００ト
    ルで導入され、工程ｉｉｉ）およびｖｉ）で約０から７
    ｐｓｉｇで供給ガスが導入される、請求項１記載の製造
    方法。
  7. 【請求項７】　　前記工程ｉｉｉ）およびｖｉ）におい
    て、供給ガスが約５ｐｓｉｇより低い圧力で導入される
    請求項６記載の製造方法。
  8. 【請求項８】　　前記工程ｉ）からｖｉ）が約３０秒よ
    り少ない時間で実施される請求項１記載の製造方法。
  9. 【請求項９】　　空気の供給流れから酸素富化生成流を
    連続的に製造するための装置であって、ふたつの吸着カ
    ラムと、該ふたつの吸着カラムを空気の供給流れを受容
    し、該酸素富化流を生成する循環サイクル手段、および
    真空ポンプ手段を有し、該真空ポンプ手段が前記ふたつ
    の吸着カラムに連結され、循環サイクルの間に該吸着カ
    ラムのひとつから連続的にガスを排出するために用いら
    れる前記装置。
  10. 【請求項１０】　　前記供給空気が約０から７ｐｓｉｇ
    の圧力を有し、前記吸着カラムが約８から３５メッシュ
    のゼオライトの細粒を保持している請求項９記載の装置
    。
  11. 【請求項１１】　　前記ゼオライト細粒が１２から２０
    メッシュの大きさである球状またはペレットである請求
    項９記載の装置。
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