JPH04222614A - 吸着により流体を精製するための方法と装置 - Google Patents
吸着により流体を精製するための方法と装置Info
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- JPH04222614A JPH04222614A JP3051734A JP5173491A JPH04222614A JP H04222614 A JPH04222614 A JP H04222614A JP 3051734 A JP3051734 A JP 3051734A JP 5173491 A JP5173491 A JP 5173491A JP H04222614 A JPH04222614 A JP H04222614A
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- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は流体を精製するための方法と装置
に関する。さらに詳細には，本発明は，温度−スウィン
グ吸着（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｓｗｉｎｇ ａｄ
ｓｏｒｐｔｉｏｎ）によって空気から水蒸気と二酸化炭
素を除去するための方法と装置に関する。
に関する。さらに詳細には，本発明は，温度−スウィン
グ吸着（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｓｗｉｎｇ ａｄ
ｓｏｒｐｔｉｏｎ）によって空気から水蒸気と二酸化炭
素を除去するための方法と装置に関する。
【０００２】従来，吸着によって流体を精製する方法が
数多くあり，現在種々の方法が使用されている。このよ
うな方法の１つとして，空気分離ユニット中で空気の冷
却及び蒸留を行う前に温度−スウィング吸着によって空
気から水蒸気と二酸化炭素を除去する，という方法があ
る。このような方法の進歩と変遷については，Ｍ．グレ
ニアー（Ｇｒｅｎｉｅｒ）らによる「“空気分離ユニッ
トのための吸着精製（Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｐｕｒ
ｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＡｉｒＳｅｐａｒａ
ｔｉｏｎ Ｕｎｉｔｓ）”，Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ
Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
に掲載，Ｐ．Ｊ．カーネイ（Ｋｅｒｎｅｙ）ら編集，１
９８４（ＡＳＭＥ）」に説明されている。
数多くあり，現在種々の方法が使用されている。このよ
うな方法の１つとして，空気分離ユニット中で空気の冷
却及び蒸留を行う前に温度−スウィング吸着によって空
気から水蒸気と二酸化炭素を除去する，という方法があ
る。このような方法の進歩と変遷については，Ｍ．グレ
ニアー（Ｇｒｅｎｉｅｒ）らによる「“空気分離ユニッ
トのための吸着精製（Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｐｕｒ
ｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＡｉｒＳｅｐａｒａ
ｔｉｏｎ Ｕｎｉｔｓ）”，Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ
Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
に掲載，Ｐ．Ｊ．カーネイ（Ｋｅｒｎｅｙ）ら編集，１
９８４（ＡＳＭＥ）」に説明されている。
【０００３】典型的な吸着装置は１つ以上の活性物質層
を含んだ容器を使用する。多くの市販の吸着システムに
おいては，流れの均一性及び構造の簡単なことから垂直
流れが重要であり，容器は１つ以上の積み重ねた層を収
容した直円柱体で構成されている。所望の吸着速度と吸
着能力を得るために適切に選択しなければならないパラ
メーターとしては，活性物質の種類，容器の高さ，及び
容器の直径等がある。「“吸着システム：物質移動ゾー
ンの考え方による設計（ＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎＳｙｓｔ
ｅｍ： Ｄｅｓｉｇｎ ｂｙ Ｍａｓｓ−Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒＺｏｎｅ Ｃｏｎｃｅｐｔ）”，Ｇ．Ｍ．
Ｌｕｋｃｈｉｓによる，ケミカル・エンジニアリング，
１９７３年６月１１日，ｐｐ．１１１−１１６」にある
特定の選択規準が説明されている。
を含んだ容器を使用する。多くの市販の吸着システムに
おいては，流れの均一性及び構造の簡単なことから垂直
流れが重要であり，容器は１つ以上の積み重ねた層を収
容した直円柱体で構成されている。所望の吸着速度と吸
着能力を得るために適切に選択しなければならないパラ
メーターとしては，活性物質の種類，容器の高さ，及び
容器の直径等がある。「“吸着システム：物質移動ゾー
ンの考え方による設計（ＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎＳｙｓｔ
ｅｍ： Ｄｅｓｉｇｎ ｂｙ Ｍａｓｓ−Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒＺｏｎｅ Ｃｏｎｃｅｐｔ）”，Ｇ．Ｍ．
Ｌｕｋｃｈｉｓによる，ケミカル・エンジニアリング，
１９７３年６月１１日，ｐｐ．１１１−１１６」にある
特定の選択規準が説明されている。
【０００４】物質移動ゾーンの考え方によれば，吸着プ
ロセスは，容器の流れ軸に沿って層を通過して伝わる波
面（ｗａｖｅ ｆｒｏｎｔ）として取り扱うことがで
きる。容器の軸方向長さが３つのゾーンに分割される。 すなわち，波面の背後における長さＬｅｑの平衡ゾーン
（このゾーンでは，吸着物の濃度は，供給流れ中の吸着
物の濃度Ｘｅ に対応する）；波面の区域における長さ
ＬＭＴの物質移動ゾーン（このゾーンでは，吸着物の濃
度は，供給流れ中の吸着物の濃度Ｘｅ から未使用の層
における吸着物の濃度Ｘｏ へと減少する）；及び波面
の前における長さＬＯ の未使用吸着剤ゾーン（このゾ
ーンでは，吸着物の濃度はＸｏ である）；である。層
の実際の長さは次式によって与えられる。
ロセスは，容器の流れ軸に沿って層を通過して伝わる波
面（ｗａｖｅ ｆｒｏｎｔ）として取り扱うことがで
きる。容器の軸方向長さが３つのゾーンに分割される。 すなわち，波面の背後における長さＬｅｑの平衡ゾーン
（このゾーンでは，吸着物の濃度は，供給流れ中の吸着
物の濃度Ｘｅ に対応する）；波面の区域における長さ
ＬＭＴの物質移動ゾーン（このゾーンでは，吸着物の濃
度は，供給流れ中の吸着物の濃度Ｘｅ から未使用の層
における吸着物の濃度Ｘｏ へと減少する）；及び波面
の前における長さＬＯ の未使用吸着剤ゾーン（このゾ
ーンでは，吸着物の濃度はＸｏ である）；である。層
の実際の長さは次式によって与えられる。
【０００５】Ｌ＝Ｌｅｑ＋ＬＭＴ＋ＬＯ 通常，吸着プ
ロセスは，波面の前縁が出口に達し，ＬＯ が０になる
“ブレークスルー（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）”まで
層において続けられる。吸着剤の平衡容量は，吸着物の
量を平衡ゾーンの吸着剤の量によって除して得られる数
値である。
ロセスは，波面の前縁が出口に達し，ＬＯ が０になる
“ブレークスルー（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）”まで
層において続けられる。吸着剤の平衡容量は，吸着物の
量を平衡ゾーンの吸着剤の量によって除して得られる数
値である。
【０００６】殆どの市販吸着装置は，円筒状容器に沿っ
た軸方向流れを含むけれども，放射状流れを含んだ装置
も開発されている。ボスクエイン（Ｂｏｓｑｕａｉｎ）
らによる米国特許第４，５４１，８５１号明細書は，空
気を乾燥し，空気からの脱炭素を行うための放射状流れ
反応器について開示している。ある１つの実施態様にお
いて，該特許は３つの環状層（すなわち，５〜１０ｍｍ
の範囲の直径を有する活性アルミナ球体の内側層；１〜
５ｍｍの範囲のより小さな直径を有する活性アルミナ球
体の中間層；及び１．６〜２．５ｍｍの範囲の直径を有
するモレキュラーシーブの外側層）を有する反応器につ
いて開示している。ガスは，放射状に外に向かって流れ
るときに精製され，そして放射状に内に向かって流れる
ことによって再生される。該特許によれば，粒子の磨滅
や破壊を起こすことなく高い流速が使用できるようにす
るためには，内側層においてより大きなアルミナ球体を
使用することが必要であることが示されている。半径方
向距離が大きなところではより小さなアルミナ粒子が使
用され，ここでは流速は減少する。
た軸方向流れを含むけれども，放射状流れを含んだ装置
も開発されている。ボスクエイン（Ｂｏｓｑｕａｉｎ）
らによる米国特許第４，５４１，８５１号明細書は，空
気を乾燥し，空気からの脱炭素を行うための放射状流れ
反応器について開示している。ある１つの実施態様にお
いて，該特許は３つの環状層（すなわち，５〜１０ｍｍ
の範囲の直径を有する活性アルミナ球体の内側層；１〜
５ｍｍの範囲のより小さな直径を有する活性アルミナ球
体の中間層；及び１．６〜２．５ｍｍの範囲の直径を有
するモレキュラーシーブの外側層）を有する反応器につ
いて開示している。ガスは，放射状に外に向かって流れ
るときに精製され，そして放射状に内に向かって流れる
ことによって再生される。該特許によれば，粒子の磨滅
や破壊を起こすことなく高い流速が使用できるようにす
るためには，内側層においてより大きなアルミナ球体を
使用することが必要であることが示されている。半径方
向距離が大きなところではより小さなアルミナ粒子が使
用され，ここでは流速は減少する。
【０００７】吸着システムを設定する上で１つの重要な
ポイントは，活性物質の効率的な使用が果たされること
である。より効率的な使用が行われれば，ある与えられ
た吸着プロセスに対して必要とされる活性物質の量を減
らすことができるし，また装置のサイズを小さくして同
じ吸着性能を得ることができる。
ポイントは，活性物質の効率的な使用が果たされること
である。より効率的な使用が行われれば，ある与えられ
た吸着プロセスに対して必要とされる活性物質の量を減
らすことができるし，また装置のサイズを小さくして同
じ吸着性能を得ることができる。
【０００８】本発明は，過剰な圧力降下を起こすことな
く物質移動ゾーンの長さを小さくすることによって，軸
方向流れ吸着プロセス（ａｘｉａｌ ｆｌｏｗ ａ
ｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）における活性
物質の使用効率が改良される，という事実に基づいてい
る。濃度波面（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｖ
ｅ ｆｒｏｎｔ）の形状が異なるので，物質移動ゾー
ンにおいて吸着剤を全部使用することはできない。濃度
波面の形状が対称形である場合，物質移動ゾーンにおけ
る吸着剤の有効な使用量は，平衡ゾーンでの同じ長さに
対する使用量の約半分である。ブレークスルーにおいて
は，吸着層の有効長さＬｅｆは次式によって与えられる
。
く物質移動ゾーンの長さを小さくすることによって，軸
方向流れ吸着プロセス（ａｘｉａｌ ｆｌｏｗ ａ
ｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）における活性
物質の使用効率が改良される，という事実に基づいてい
る。濃度波面（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｖ
ｅ ｆｒｏｎｔ）の形状が異なるので，物質移動ゾー
ンにおいて吸着剤を全部使用することはできない。濃度
波面の形状が対称形である場合，物質移動ゾーンにおけ
る吸着剤の有効な使用量は，平衡ゾーンでの同じ長さに
対する使用量の約半分である。ブレークスルーにおいて
は，吸着層の有効長さＬｅｆは次式によって与えられる
。
【０００９】Ｌｅｆ＝Ｌｅｑ＋１／２ＬＭＴ層の使用効
率ηは比Ｌｅｆ／Ｌとして定義される。吸着層のある実
際の長さＬに対して，物質移動ゾーンＬＭＴの長さを小
さくすると，平衡ゾーンの最大長さＬｅｑが増大し，こ
のことは有効長さＬｅｆと使用効率ηを増大させる。吸
着装置における物質移動ゾーンの長さは，当該物質移動
ゾーン中の吸着剤粒子の平均寸法を小さくすることによ
って短くすることができる。層の全体にわたって小さい
サイズの粒子を使用することは望ましくない。なぜなら
，圧力降下が大きくなるために過剰のエネルギーが消費
されるからである。
率ηは比Ｌｅｆ／Ｌとして定義される。吸着層のある実
際の長さＬに対して，物質移動ゾーンＬＭＴの長さを小
さくすると，平衡ゾーンの最大長さＬｅｑが増大し，こ
のことは有効長さＬｅｆと使用効率ηを増大させる。吸
着装置における物質移動ゾーンの長さは，当該物質移動
ゾーン中の吸着剤粒子の平均寸法を小さくすることによ
って短くすることができる。層の全体にわたって小さい
サイズの粒子を使用することは望ましくない。なぜなら
，圧力降下が大きくなるために過剰のエネルギーが消費
されるからである。
【００１０】本発明の１つの実施態様は，流体を処理す
る粒子が含まれた容器の入口から出口に向かって軸に沿
って流体が流れるときに，吸着によって流体を精製する
ための反応器を製造する方法である。この方法の改良点
は，第２の区域における粒子の平均粒径が第１の区域に
おける粒子の平均粒径より小さくなるよう，前記入口に
接続された前記第１の区域と前記出口に接続された前記
第２の区域に粒子を配置することにある。第２の区域の
軸方向長さは，少なくとも吸着プロセスに対する推定物
質移動ゾーンの長さとなるよう選択するのが好ましい。 このような吸着反応器は，従来の製造技術によって容易
に造り上げることができる。
る粒子が含まれた容器の入口から出口に向かって軸に沿
って流体が流れるときに，吸着によって流体を精製する
ための反応器を製造する方法である。この方法の改良点
は，第２の区域における粒子の平均粒径が第１の区域に
おける粒子の平均粒径より小さくなるよう，前記入口に
接続された前記第１の区域と前記出口に接続された前記
第２の区域に粒子を配置することにある。第２の区域の
軸方向長さは，少なくとも吸着プロセスに対する推定物
質移動ゾーンの長さとなるよう選択するのが好ましい。 このような吸着反応器は，従来の製造技術によって容易
に造り上げることができる。
【００１１】本発明の他の態様は，（ａ）処理すべき流
体のための入口と出口を有し，通過する流体流れの軸を
画定する容器；及び（ｂ）前記入口に接続された第１の
区域と前記出口に接続された第２の区域；を含む，吸着
によって流体を精製するための反応器である。第１の区
域と第２の区域はそれぞれ，前記軸に沿って前記区域を
通過する流体を処理するための活性物質の粒子を含有し
，このとき第２の区域における粒子の平均寸法は第１の
区域における粒子の平均寸法より小さい。
体のための入口と出口を有し，通過する流体流れの軸を
画定する容器；及び（ｂ）前記入口に接続された第１の
区域と前記出口に接続された第２の区域；を含む，吸着
によって流体を精製するための反応器である。第１の区
域と第２の区域はそれぞれ，前記軸に沿って前記区域を
通過する流体を処理するための活性物質の粒子を含有し
，このとき第２の区域における粒子の平均寸法は第１の
区域における粒子の平均寸法より小さい。
【００１２】理想的には，第２の区域の長さは，ブレー
クスルー時において物質移動ゾーンを収容するのに必要
な長さより若干大きく選定される。通常の仕方では，安
全のためある特定の余裕が設けられる。第２の区域の長
さは，ブレークスルー時の推定物質移動ゾーンの長さの
１００〜２００％であるが，ブレークスルーに対して充
分な保護を与えるために１２０〜１５０％の範囲が好ま
しい。
クスルー時において物質移動ゾーンを収容するのに必要
な長さより若干大きく選定される。通常の仕方では，安
全のためある特定の余裕が設けられる。第２の区域の長
さは，ブレークスルー時の推定物質移動ゾーンの長さの
１００〜２００％であるが，ブレークスルーに対して充
分な保護を与えるために１２０〜１５０％の範囲が好ま
しい。
【００１３】粒子はサイズが同じである必要はないが，
平均寸法からの変動は約２５％以下であるのが好ましい
。好ましい実施態様においては，第２の区域における粒
子の平均粒径対第１の区域における粒子の平均粒径の比
が０．７未満である。この比が０．２５〜０．５の範囲
であるのがさらに好ましい。
平均寸法からの変動は約２５％以下であるのが好ましい
。好ましい実施態様においては，第２の区域における粒
子の平均粒径対第１の区域における粒子の平均粒径の比
が０．７未満である。この比が０．２５〜０．５の範囲
であるのがさらに好ましい。
【００１４】例えば，空気から水蒸気と二酸化炭素を除
去する場合のように，２種以上の活性物質が使用される
態様においては，各吸着剤の粒子を２つの隣接区域に配
置するのが好ましく，また各吸着剤に関して，第２の区
域における粒子の平均粒径は第１の区域における粒子の
平均粒径より小さいことが好ましい。必要であれば，１
種類の吸着剤の単一サイズの粒子のみを使用することも
できる。
去する場合のように，２種以上の活性物質が使用される
態様においては，各吸着剤の粒子を２つの隣接区域に配
置するのが好ましく，また各吸着剤に関して，第２の区
域における粒子の平均粒径は第１の区域における粒子の
平均粒径より小さいことが好ましい。必要であれば，１
種類の吸着剤の単一サイズの粒子のみを使用することも
できる。
【００１５】容器全体にわたる流体流れの均一分布を得
るためには，円筒状の容器が好ましく，そして直円柱体
容器がさらに好ましい。流れのある程度の放射状成分は
許容されるけれども，流れは，容器の長さに沿って主と
して軸方向をなしていなければならない。
るためには，円筒状の容器が好ましく，そして直円柱体
容器がさらに好ましい。流れのある程度の放射状成分は
許容されるけれども，流れは，容器の長さに沿って主と
して軸方向をなしていなければならない。
【００１６】本発明のさらに他の実施態様は，軸方向流
れ容器（ａｘｉａｌ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔａｉｎｅ
ｒ）中での吸着によって流体を精製する方法である。本
方法は，第１の区域と第２の区域における流体を，第２
の区域における粒子の平均粒径が第１の区域の粒子の平
均粒径より小さい吸着物質粒子で処理することを含む。
れ容器（ａｘｉａｌ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔａｉｎｅ
ｒ）中での吸着によって流体を精製する方法である。本
方法は，第１の区域と第２の区域における流体を，第２
の区域における粒子の平均粒径が第１の区域の粒子の平
均粒径より小さい吸着物質粒子で処理することを含む。
【００１７】図１の二容器式吸着装置を参照しつつ本発
明を説明する。各容器は，別個の吸着剤ＸとＹの層を収
容するよう設計されている。これらの吸着剤は２種の異
なる不純物ＡとＢを除去（吸着剤ＸはＡの除去用，吸着
剤ＹはＢの除去用）するのに使用される。しかしながら
，本発明は，２種の吸着剤又は２種の不純物に限定され
るものではないことは言うまでもない。場合によっては
１種類の吸着剤で充分であり，単一の吸着剤が２種類以
上の不純物を除去する場合も多い。必要に応じて，３種
類以上の吸着剤を使用することもできる。
明を説明する。各容器は，別個の吸着剤ＸとＹの層を収
容するよう設計されている。これらの吸着剤は２種の異
なる不純物ＡとＢを除去（吸着剤ＸはＡの除去用，吸着
剤ＹはＢの除去用）するのに使用される。しかしながら
，本発明は，２種の吸着剤又は２種の不純物に限定され
るものではないことは言うまでもない。場合によっては
１種類の吸着剤で充分であり，単一の吸着剤が２種類以
上の不純物を除去する場合も多い。必要に応じて，３種
類以上の吸着剤を使用することもできる。
【００１８】図１の装置においては，供給ガス流れ（例
えば圧縮空気）がライン２を介して圧縮機４に送られ，
そこでガスが０．１４〜１．１４ＭＰａ（２０〜１６５
ｐｓｉａ）の圧力に圧縮される。次いで圧縮ガスがライ
ン６を介して熱交換器８に送られ，そこで冷却されてか
ら，ライン１０を介して水分離器１２に導入され，ここ
から液状水が除去される。熱交換器からの流出物の温度
は５〜２５℃であるのが好ましい。
えば圧縮空気）がライン２を介して圧縮機４に送られ，
そこでガスが０．１４〜１．１４ＭＰａ（２０〜１６５
ｐｓｉａ）の圧力に圧縮される。次いで圧縮ガスがライ
ン６を介して熱交換器８に送られ，そこで冷却されてか
ら，ライン１０を介して水分離器１２に導入され，ここ
から液状水が除去される。熱交換器からの流出物の温度
は５〜２５℃であるのが好ましい。
【００１９】ガスがパイプマニホルド１４を介して進み
，弁１６とマニホルド２０を通って処理容器３０に送ら
れる。処理容器３０には，４つの吸着剤セクション３４
，３８，４２，及び４６が底部から頂部に向かってこの
順序で収容されている。吸着剤セクション３４と３８は
成分Ａを除去するための吸着剤Ｘを，そして吸着剤セク
ション４２と４６は成分Ｂを除去するための吸着剤Ｙを
含んでいる。精製すべきガス混合物が空気であり，除去
すべき成分ＡとＢがそれぞれＨ２ ＯとＣＯ２ である
場合，セクション３４と３８に対する好ましい吸着剤は
活性アルミナ又はシリカゲルであり，セクション４２と
４６に対する好ましい吸着剤はタイプＡ又はタイプＸの
ゼオライトである。処理容器３２は本質的に処理容器３
０と同じであり，吸着剤セクション３４に対応した吸着
剤セクション３６，吸着剤セクション３８に対応した吸
着剤セクション４０，吸着剤セクション４２に対応した
吸着剤セクション４４，及び吸着剤セクション４６に対
応した吸着剤セクション４８を含んでいる。これらの吸
着剤セクションの詳細については後述する。
，弁１６とマニホルド２０を通って処理容器３０に送ら
れる。処理容器３０には，４つの吸着剤セクション３４
，３８，４２，及び４６が底部から頂部に向かってこの
順序で収容されている。吸着剤セクション３４と３８は
成分Ａを除去するための吸着剤Ｘを，そして吸着剤セク
ション４２と４６は成分Ｂを除去するための吸着剤Ｙを
含んでいる。精製すべきガス混合物が空気であり，除去
すべき成分ＡとＢがそれぞれＨ２ ＯとＣＯ２ である
場合，セクション３４と３８に対する好ましい吸着剤は
活性アルミナ又はシリカゲルであり，セクション４２と
４６に対する好ましい吸着剤はタイプＡ又はタイプＸの
ゼオライトである。処理容器３２は本質的に処理容器３
０と同じであり，吸着剤セクション３４に対応した吸着
剤セクション３６，吸着剤セクション３８に対応した吸
着剤セクション４０，吸着剤セクション４２に対応した
吸着剤セクション４４，及び吸着剤セクション４６に対
応した吸着剤セクション４８を含んでいる。これらの吸
着剤セクションの詳細については後述する。
【００２０】精製サイクルを開始すると，開放弁１６と
マニホルド２０を通って送られてきた供給ガスの一部を
使用して，処理容器３０が徐々に加圧される。特定量以
下の不純物を含有した精製ガスが容器３０から取り出さ
れ，マニホルド５０と弁６２を通ってマニホルド６６に
送られ，そこで下流のプロセスにてさらに精製されるか
，又は本発明の形での用途に対する他のプロセスもしく
は装置に送られる。
マニホルド２０を通って送られてきた供給ガスの一部を
使用して，処理容器３０が徐々に加圧される。特定量以
下の不純物を含有した精製ガスが容器３０から取り出さ
れ，マニホルド５０と弁６２を通ってマニホルド６６に
送られ，そこで下流のプロセスにてさらに精製されるか
，又は本発明の形での用途に対する他のプロセスもしく
は装置に送られる。
【００２１】処理容器３０がガス供給物を精製している
のと同時に，もう１つの処理容器３２では再生が行われ
て堆積した不純物を除去している。容器３２は先ず通気
されて，その圧力が大気圧近くに下げられる。このこと
は，弁２６を開にすることによって，従ってマニホルド
２２と出口マニホルド２８を通して通気することによっ
て行われる。さらなる不純物は，容器３２から除去すべ
きタイプの不純物を実質的に含まないガスで容器３２を
パージすることによって除去される。例えば，空気供給
物から水や二酸化炭素等の不純物を除去しなければなら
ない場合，適切なパージガスは，水蒸気や二酸化炭素を
含まない窒素，酸素，及びこれらの混合物である。パー
ジガスの供給源７６は，精製ガス流れ６６からの，又は
下流のプロセスの廃棄物流れからのサイド流れ（ｓｉｄ
ｅ ｓｔｒｅａｍ）であってもよい。
のと同時に，もう１つの処理容器３２では再生が行われ
て堆積した不純物を除去している。容器３２は先ず通気
されて，その圧力が大気圧近くに下げられる。このこと
は，弁２６を開にすることによって，従ってマニホルド
２２と出口マニホルド２８を通して通気することによっ
て行われる。さらなる不純物は，容器３２から除去すべ
きタイプの不純物を実質的に含まないガスで容器３２を
パージすることによって除去される。例えば，空気供給
物から水や二酸化炭素等の不純物を除去しなければなら
ない場合，適切なパージガスは，水蒸気や二酸化炭素を
含まない窒素，酸素，及びこれらの混合物である。パー
ジガスの供給源７６は，精製ガス流れ６６からの，又は
下流のプロセスの廃棄物流れからのサイド流れ（ｓｉｄ
ｅ ｓｔｒｅａｍ）であってもよい。
【００２２】適切な供給源７６からのパージガスが，ラ
イン７４を介して任意のブロアー７２に供給され，そこ
で必要に応じて，ガスの圧力が約１１０〜１４０ｋＰａ
（１６〜２０ｐｓｉａ）に増大される。
イン７４を介して任意のブロアー７２に供給され，そこ
で必要に応じて，ガスの圧力が約１１０〜１４０ｋＰａ
（１６〜２０ｐｓｉａ）に増大される。
【００２３】通常，ライン７４を介してシステムに入る
パージガスの温度は供給ガスの温度に近い。パージガス
は，加熱器６８において好ましくは約８０〜２５０℃の
温度に加熱される。加熱されたガスは，ライン５８，開
放弁５６，及びライン５２を通って容器３２に進み，次
いで開放弁２６を介してライン２８から排出され，これ
によってあらかじめ吸着されていた不純物が容器から除
去される。
パージガスの温度は供給ガスの温度に近い。パージガス
は，加熱器６８において好ましくは約８０〜２５０℃の
温度に加熱される。加熱されたガスは，ライン５８，開
放弁５６，及びライン５２を通って容器３２に進み，次
いで開放弁２６を介してライン２８から排出され，これ
によってあらかじめ吸着されていた不純物が容器から除
去される。
【００２４】パージガスによって与えられる熱は，容器
３２内の不純物を脱着させるに足るものでなければなら
ない。充分な熱が容器３２に導入された後，加熱器６８
のスイッチを切るのが好ましい。容器に対して必要とさ
れる熱量は，実験によって容易に求めることができる。 脱着した不純物を除去するために，また次の精製サイク
ルにかかれるよう容器３２を冷却するために，加熱器６
８のスイッチを切った後にパージガスの流れを続ける。 容器３２が充分に冷却された後，開放弁１８とライン２
２を通ってきた供給ガスの一部を使用して容器３２が再
び徐々に加圧される。この時間中，容器３０は供給物を
精製し続けている。
３２内の不純物を脱着させるに足るものでなければなら
ない。充分な熱が容器３２に導入された後，加熱器６８
のスイッチを切るのが好ましい。容器に対して必要とさ
れる熱量は，実験によって容易に求めることができる。 脱着した不純物を除去するために，また次の精製サイク
ルにかかれるよう容器３２を冷却するために，加熱器６
８のスイッチを切った後にパージガスの流れを続ける。 容器３２が充分に冷却された後，開放弁１８とライン２
２を通ってきた供給ガスの一部を使用して容器３２が再
び徐々に加圧される。この時間中，容器３０は供給物を
精製し続けている。
【００２５】排気が行われると，パージ操作と再加圧が
完了し，容器３２は再び精製操作にかかれる。このこと
は，弁１６を閉じ，そして弁１８を開くことによって行
われ，これによってガス流れがライン１４からライン２
２に進み，次いで容器３２の種々の吸着セクションを通
る。容器３２から得られた精製ガスは，ライン５２と弁
６４を通って出口ライン６６に進む。このとき同時に，
弁１６を閉じ，マニホルド２０，開放弁２４，及び出口
ライン２８を介して容器３０を排気し，次いでライン７
０，ライン５８，及び弁５４を介してライン５０にパー
ジガスを導入することによって，容器３０の再生が行わ
れている。再生後，容器３０が再び加圧されて精製ガス
を造り出し，一方容器３２では再生が行われる。この循
環精製プロセスはこのようにして連続的に行うことがで
きる。
完了し，容器３２は再び精製操作にかかれる。このこと
は，弁１６を閉じ，そして弁１８を開くことによって行
われ，これによってガス流れがライン１４からライン２
２に進み，次いで容器３２の種々の吸着セクションを通
る。容器３２から得られた精製ガスは，ライン５２と弁
６４を通って出口ライン６６に進む。このとき同時に，
弁１６を閉じ，マニホルド２０，開放弁２４，及び出口
ライン２８を介して容器３０を排気し，次いでライン７
０，ライン５８，及び弁５４を介してライン５０にパー
ジガスを導入することによって，容器３０の再生が行わ
れている。再生後，容器３０が再び加圧されて精製ガス
を造り出し，一方容器３２では再生が行われる。この循
環精製プロセスはこのようにして連続的に行うことがで
きる。
【００２６】図１に示した吸着プロセスに対する完全な
サイクル時間は，通常約８〜２４時間である。温度−ス
ウィングモードにて操作される二容器式プロセスに対す
る完全なサイクル時間を以下の表１に示す。
サイクル時間は，通常約８〜２４時間である。温度−ス
ウィングモードにて操作される二容器式プロセスに対す
る完全なサイクル時間を以下の表１に示す。
【００２７】
表１
二容器式温度−スウィング吸着プロセス
工程
開放弁 代表
的時間（時）ａ．容器３０を供給ガスで加圧する。
１６，１８， ０．２５ 容
器３２を使用して精製する。 ６４
ｂ．容器３０を使用して精製する。
１６，２６， ０．２５ 容器３２を大
気に通気する。 ６２ｃ．容器
３０を使用して精製する。 １６，
２６， ２．５ 容器３２を高温パージガ
スで再生する。 ５６，６２ｄ．容器３０を使用して
精製する。 １６，２６，
５．０ 容器３２をパージガスで冷却する。
５６，６２ｅ．容器３０を使用して精製する。 １６，１８ ０．２５
容器３２を供給ガスで加圧する。
６２ｆ．容器３２を使用して精製する。
１８，２４， ０．２５ 容器
３０を大気に通気する。 ６４
ｇ．容器３２を使用して精製する。
１８，２４， ２．５ 容器３０を高温
パージガスで再生する。 ５４，６４ｈ．容器３２を
使用して精製する。 １８，２４，
５．０ 容器３０をパージガスで冷却す
る。 ５４，６４
合計 １６．０時間表１
のプロセスは，空気からＨ２ ＯとＣＯ２ を除去する
のに使用することができる。この用途の場合，Ｈ２ Ｏ
の除去に対しては活性アルミナ（ＡＡ）が，そしてＣＯ
２ の除去に対しては１３Ｘゼオライト（１３Ｘ）が使
用される。１．５〜６ｍｍの範囲の平均直径を有するＡ
Ａのほぼ球状の粒子は市販されており，０．６〜５ｍｍ
の範囲の平均直径を有するゼオライトのほぼ球状の粒子
も市販されている。便宜上，約３．２ｍｍ（０．１２５
インチ）と約１．６ｍｍ（０．０６３インチ）の直径を
有する活性アルミナのほぼ球状の粒子を，以下において
それぞれ１／８”ＡＡ及び１／１６”ＡＡと呼ぶ。同様
に，同じ直径を有する１３Ｘゼオライトのほぼ球状の粒
子を，以下においてそれぞれ１／８”１３Ｘ及び１／１
６”１３Ｘと呼ぶ。
表１
二容器式温度−スウィング吸着プロセス
工程
開放弁 代表
的時間（時）ａ．容器３０を供給ガスで加圧する。
１６，１８， ０．２５ 容
器３２を使用して精製する。 ６４
ｂ．容器３０を使用して精製する。
１６，２６， ０．２５ 容器３２を大
気に通気する。 ６２ｃ．容器
３０を使用して精製する。 １６，
２６， ２．５ 容器３２を高温パージガ
スで再生する。 ５６，６２ｄ．容器３０を使用して
精製する。 １６，２６，
５．０ 容器３２をパージガスで冷却する。
５６，６２ｅ．容器３０を使用して精製する。 １６，１８ ０．２５
容器３２を供給ガスで加圧する。
６２ｆ．容器３２を使用して精製する。
１８，２４， ０．２５ 容器
３０を大気に通気する。 ６４
ｇ．容器３２を使用して精製する。
１８，２４， ２．５ 容器３０を高温
パージガスで再生する。 ５４，６４ｈ．容器３２を
使用して精製する。 １８，２４，
５．０ 容器３０をパージガスで冷却す
る。 ５４，６４
合計 １６．０時間表１
のプロセスは，空気からＨ２ ＯとＣＯ２ を除去する
のに使用することができる。この用途の場合，Ｈ２ Ｏ
の除去に対しては活性アルミナ（ＡＡ）が，そしてＣＯ
２ の除去に対しては１３Ｘゼオライト（１３Ｘ）が使
用される。１．５〜６ｍｍの範囲の平均直径を有するＡ
Ａのほぼ球状の粒子は市販されており，０．６〜５ｍｍ
の範囲の平均直径を有するゼオライトのほぼ球状の粒子
も市販されている。便宜上，約３．２ｍｍ（０．１２５
インチ）と約１．６ｍｍ（０．０６３インチ）の直径を
有する活性アルミナのほぼ球状の粒子を，以下において
それぞれ１／８”ＡＡ及び１／１６”ＡＡと呼ぶ。同様
に，同じ直径を有する１３Ｘゼオライトのほぼ球状の粒
子を，以下においてそれぞれ１／８”１３Ｘ及び１／１
６”１３Ｘと呼ぶ。
【００２８】図２は，２つの吸着剤層（すなわち，ライ
ン８１より下側のＡＡの層８３及びライン８１より上側
の１３Ｘの層８７）を含んだ容器８０を示している。図
２はさらに，下側層におけるブレークスルー直前のＨ２
Ｏ濃度の曲線９０を示しており，この濃度はＸｅ （
Ｈ２ Ｏ）からＸｏ （Ｈ２ Ｏ）の範囲で変わる。同
様に，曲線９２は上側層におけるブレークスルー直前の
ＣＯ２ 濃度の曲線である。層の全長は，次式のように
４つのセクションに分けることができる。
ン８１より下側のＡＡの層８３及びライン８１より上側
の１３Ｘの層８７）を含んだ容器８０を示している。図
２はさらに，下側層におけるブレークスルー直前のＨ２
Ｏ濃度の曲線９０を示しており，この濃度はＸｅ （
Ｈ２ Ｏ）からＸｏ （Ｈ２ Ｏ）の範囲で変わる。同
様に，曲線９２は上側層におけるブレークスルー直前の
ＣＯ２ 濃度の曲線である。層の全長は，次式のように
４つのセクションに分けることができる。
【００２９】
Ｌ＝ＬＨ２ Ｏ ｅｑ ＋ＬＨ２ Ｏ ＭＴ
＋ＬＣＯ２ ｅｑ＋ＬＣＯ２ ＭＴ式中， Ｌ ＝層の全長， ＬＨ２
Ｏ ｅｑ ＝Ｈ２ Ｏに対する平衡ゾーンの長さ８２，
ＬＨ２ Ｏ ＭＴ ＝Ｈ２ Ｏに対する物質移動ゾ
ーンの長さ８４， ＬＣＯ２ ｅｑ ＝ＣＯ２ に
対する平衡ゾーンの長さ８６，及び ＬＣＯ２ ＭＴ
＝ＣＯ２ に対する物質移動ゾーンの長さ８８であ
る。
＋ＬＣＯ２ ｅｑ＋ＬＣＯ２ ＭＴ式中， Ｌ ＝層の全長， ＬＨ２
Ｏ ｅｑ ＝Ｈ２ Ｏに対する平衡ゾーンの長さ８２，
ＬＨ２ Ｏ ＭＴ ＝Ｈ２ Ｏに対する物質移動ゾ
ーンの長さ８４， ＬＣＯ２ ｅｑ ＝ＣＯ２ に
対する平衡ゾーンの長さ８６，及び ＬＣＯ２ ＭＴ
＝ＣＯ２ に対する物質移動ゾーンの長さ８８であ
る。
【００３０】物質移動ゾーンにおいて対称形の濃度分布
を得るためには，物質移動ゾーンにおける層の使用はそ
の平衡容量のわずか１／２であり，有効層長さは次式で
表わされる。
を得るためには，物質移動ゾーンにおける層の使用はそ
の平衡容量のわずか１／２であり，有効層長さは次式で
表わされる。
【００３１】Ｌｅｆ＝ＬＨ２ Ｏ ｅｑ ＋１／２ＬＨ
２ Ｏ ＭＴ ＋ＬＣＯ２ ｅｑ＋１／２ＬＣＯ２ Ｍ
Ｔ代表的なゾーン長さは実験によって求めることができ
る。表２は，温度２０℃，圧力６５５ｋＰａ（９５ｐｓ
ｉａ），見かけの速度０．２０３ｍ／秒，及び吸着時間
４時間という条件の空気供給物を使用したときに，二容
器式吸着装置に対して推定される結果を示している。
２ Ｏ ＭＴ ＋ＬＣＯ２ ｅｑ＋１／２ＬＣＯ２ Ｍ
Ｔ代表的なゾーン長さは実験によって求めることができ
る。表２は，温度２０℃，圧力６５５ｋＰａ（９５ｐｓ
ｉａ），見かけの速度０．２０３ｍ／秒，及び吸着時間
４時間という条件の空気供給物を使用したときに，二容
器式吸着装置に対して推定される結果を示している。
【００３２】表２の欄Ａは従来の吸着プロセスの配置構
成に相当し，各容器はＨ２ Ｏ除去のための１／８”Ａ
Ａの単一層，及びＣＯ２ 除去のための１／８”１３Ｘ
の単一層を有する。
成に相当し，各容器はＨ２ Ｏ除去のための１／８”Ａ
Ａの単一層，及びＣＯ２ 除去のための１／８”１３Ｘ
の単一層を有する。
【００３３】
表２
物質移動ゾーンの長さ
Ａ
Ｂ Ｃ ＬＨ２
Ｏ ｅｑ （ｍｍ） ３００ ３００
３６６ ＬＨ２ Ｏ ＭＴ （ｍｍ
） ２００ ６７
６７ ＬＣＯ２ ｅｑ （ｍｍ） ６
００ ６００ ７６７ Ｌ
ＣＯ２ ＭＴ （ｍｍ） ５００
１６７ １６７ Ｌ（ｍｍ）
１６００ １１３４ １
３６７ Ｌｅｆ（ｍｍ） １
２５０ １０１７ １２５０ η
０．７８
０．９０ ０．９１欄Ｂは本発明による配置
構成に対応し，各容器は，Ｈ２ Ｏ除去のための１／８
”ＡＡと１／１６”ＡＡの２つの層（容器３０において
，それぞれ３４と３８）及びＣＯ２ 除去のための１／
８”１３Ｘと１／１６”１３Ｘの２つの層（容器３０に
おいて，それぞれ４２と４６）を有している。ケースＢ
では，区域３４と４２より区域３８と４６においてより
小さなサイズの粒子を使用することにより，初期の物質
移動ゾーン長さのわずか１／３であるような物質移動ゾ
ーン長さが得られる。
表２
物質移動ゾーンの長さ
Ａ
Ｂ Ｃ ＬＨ２
Ｏ ｅｑ （ｍｍ） ３００ ３００
３６６ ＬＨ２ Ｏ ＭＴ （ｍｍ
） ２００ ６７
６７ ＬＣＯ２ ｅｑ （ｍｍ） ６
００ ６００ ７６７ Ｌ
ＣＯ２ ＭＴ （ｍｍ） ５００
１６７ １６７ Ｌ（ｍｍ）
１６００ １１３４ １
３６７ Ｌｅｆ（ｍｍ） １
２５０ １０１７ １２５０ η
０．７８
０．９０ ０．９１欄Ｂは本発明による配置
構成に対応し，各容器は，Ｈ２ Ｏ除去のための１／８
”ＡＡと１／１６”ＡＡの２つの層（容器３０において
，それぞれ３４と３８）及びＣＯ２ 除去のための１／
８”１３Ｘと１／１６”１３Ｘの２つの層（容器３０に
おいて，それぞれ４２と４６）を有している。ケースＢ
では，区域３４と４２より区域３８と４６においてより
小さなサイズの粒子を使用することにより，初期の物質
移動ゾーン長さのわずか１／３であるような物質移動ゾ
ーン長さが得られる。
【００３４】これらのデータから，欄Ｂの配置構成は，
欄Ａの従来型配置構成に対する層使用効率０．７８に比
べて０．９０というより高い層使用効率を有しているこ
とがわかる。欄Ｃは，層の高さが欄Ａの場合と同じ平衡
容量を与えるという本発明による配置構成に対応してい
る。必要とされる実際の長さ１３６７ｍｍ（欄Ｃ）は，
単一サイズの吸着剤を使用した従来型設計物（欄Ａ）に
対する層高さより約１５％短い。
欄Ａの従来型配置構成に対する層使用効率０．７８に比
べて０．９０というより高い層使用効率を有しているこ
とがわかる。欄Ｃは，層の高さが欄Ａの場合と同じ平衡
容量を与えるという本発明による配置構成に対応してい
る。必要とされる実際の長さ１３６７ｍｍ（欄Ｃ）は，
単一サイズの吸着剤を使用した従来型設計物（欄Ａ）に
対する層高さより約１５％短い。
【００３５】実施例１（比較用）
１１ｃｍ（４．３”）の直径を有し，外部断熱材を施し
た垂直に据え付けられた直円柱体を，圧縮空気からＨ２
ＯとＣＯ２ を除去するための試験用容器として使用
した。供給空気の圧力は７２４ｋＰａ（１０５ｐｓｉａ
），流量は０．６６Ｓｍ３ ／分（２３．２ＳＣＦＭ）
，そして温度は２０℃であった。供給空気は，飽和量の
水蒸気と約３３０ｐｐｍのＣＯ２を含有していた。
た垂直に据え付けられた直円柱体を，圧縮空気からＨ２
ＯとＣＯ２ を除去するための試験用容器として使用
した。供給空気の圧力は７２４ｋＰａ（１０５ｐｓｉａ
），流量は０．６６Ｓｍ３ ／分（２３．２ＳＣＦＭ）
，そして温度は２０℃であった。供給空気は，飽和量の
水蒸気と約３３０ｐｐｍのＣＯ２を含有していた。
【００３６】容器は，水蒸気の除去用に４．７ｋｇ（１
０．４ポンド）の市販１／８”ＡＡの第１の層を含む。 活性アルミナ層の全高さは６１０ｍｍである。
０．４ポンド）の市販１／８”ＡＡの第１の層を含む。 活性アルミナ層の全高さは６１０ｍｍである。
【００３７】ＣＯ２ の除去に対しては，市販の１／８
”１３Ｘの層を使用した。ゼオライト層の重量と高さは
表３に示す通りである。
”１３Ｘの層を使用した。ゼオライト層の重量と高さは
表３に示す通りである。
【００３８】１３Ｘ層のＣＯ２ 平衡容量は，層中の濃
度分布を測定することによって求めた。層出口における
ＣＯ２ 物質移動ゾーン長さＬＣＯ２ ＭＴ（ＣＯ２
濃度１ｐｐｍとＣＯ２ 濃度３３０ｐｐｍの間の距離と
して測定）も求めた。ＣＯ２ に対する有効吸着層長さ
Ｌｅｆとフラクショナル層使用効率を（物質移動の波面
が対称形であると仮定して）算出した。同様に，層の全
ＣＯ２ 容量を，フラクショナル層使用効率と１３Ｘモ
レキュラーシーブ重量とＣＯ２ 平衡容量の積として算
出した。得られた結果を表３に示す。
度分布を測定することによって求めた。層出口における
ＣＯ２ 物質移動ゾーン長さＬＣＯ２ ＭＴ（ＣＯ２
濃度１ｐｐｍとＣＯ２ 濃度３３０ｐｐｍの間の距離と
して測定）も求めた。ＣＯ２ に対する有効吸着層長さ
Ｌｅｆとフラクショナル層使用効率を（物質移動の波面
が対称形であると仮定して）算出した。同様に，層の全
ＣＯ２ 容量を，フラクショナル層使用効率と１３Ｘモ
レキュラーシーブ重量とＣＯ２ 平衡容量の積として算
出した。得られた結果を表３に示す。
【００３９】実施例２
実施例２では，実施例１の場合と同じ容器及び同じ供給
ガス条件を使用した。本実施例においても，容器は水蒸
気の除去に対して同じ高さと重量の１／８”ＡＡの単一
層を含む。容器はさらに，ＣＯ２ の除去に対して１／
８”１３Ｘの層と１／１６”１３Ｘの層を含む。１３Ｘ
層の高さと重量を第３表に示す。
ガス条件を使用した。本実施例においても，容器は水蒸
気の除去に対して同じ高さと重量の１／８”ＡＡの単一
層を含む。容器はさらに，ＣＯ２ の除去に対して１／
８”１３Ｘの層と１／１６”１３Ｘの層を含む。１３Ｘ
層の高さと重量を第３表に示す。
【００４０】層の実測ＣＯ２ 平衡容量と層出口におけ
るＣＯ２ 物質移動ゾーン長さを求め，そしてＣＯ２
除去ゾーンにおける有効物質移動長さとフラクショナル
層使用効率を算出した。これらの値を表３に示す。
るＣＯ２ 物質移動ゾーン長さを求め，そしてＣＯ２
除去ゾーンにおける有効物質移動長さとフラクショナル
層使用効率を算出した。これらの値を表３に示す。
【００４１】表３を考察することにより，ＣＯ２ 除去
のために単一サイズのモレキュラーシーブを使用した実
施例１に対する結果と，ＣＯ２ 除去のために２種のサ
イズのモレキュラーシーブを使用した実施例２に対する
結果とを比較することができる。表３におけるＬｅｆと
ηの値は１３Ｘ層のみについて算出しており，水蒸気を
除去する単一ＡＡ層については考慮していない。全高さ
と全重量が同じ場合，実施例２における２種サイズ配置
構成のＣＯ２ 除去容量は，実施例１における単一層の
除去容量より約１５％大きい。従って，実施例２の配置
構成の場合，同じ量の空気を処理するためには，実施例
１の従来型配置構成に比べて約１７％少ないモレキュラ
ーシーブで済む。こうした使用量低減は，ＣＯ２ 物質
移動ゾーンにおいてより小さなサイズのモレキュラーシ
ーブを使用した結果得られたものである。
のために単一サイズのモレキュラーシーブを使用した実
施例１に対する結果と，ＣＯ２ 除去のために２種のサ
イズのモレキュラーシーブを使用した実施例２に対する
結果とを比較することができる。表３におけるＬｅｆと
ηの値は１３Ｘ層のみについて算出しており，水蒸気を
除去する単一ＡＡ層については考慮していない。全高さ
と全重量が同じ場合，実施例２における２種サイズ配置
構成のＣＯ２ 除去容量は，実施例１における単一層の
除去容量より約１５％大きい。従って，実施例２の配置
構成の場合，同じ量の空気を処理するためには，実施例
１の従来型配置構成に比べて約１７％少ないモレキュラ
ーシーブで済む。こうした使用量低減は，ＣＯ２ 物質
移動ゾーンにおいてより小さなサイズのモレキュラーシ
ーブを使用した結果得られたものである。
【００４２】
表３
ＣＯ２ 吸着についての実施例に対する結果
実施例
１ ２ ３
４長さ １／８”１３Ｘ（ｍｍ）
１１７５ ５３７ １１７５
５３７長さ １／１６”１３Ｘ（ｍｍ）
０ ６３８ ０ ６３
８重量 １／８”１３Ｘ（ｋｇ） ７．４
３．４ ７．４ ３．４重量
１／１６”１３Ｘ（ｋｇ） ０ ４．
０ ０ ４．０ＬＣＯ２ Ｍ
Ｔ（ｍｍ） ５５０
２６０ ６３０ ２７０Ｌｅｆ（ｍ
ｍ） ９００
１０４５ ８６０ １０４０ＣＯ２
平衡容量（重量％） ２．６０ ２．６０
２．５６ ２．５６層使用効率η
０．７６６ ０．８９ ０
．７３２ ０．８８５ＣＯ２ 容量（ｋｇ）
０．１４７ ０．１７１ ０．１３９
０．１６８実施例３と４ 実施例１及び２の場合と同じ容器を使用した。温度が２
０℃で圧力が６２０ｋＰａ（９０ｐｓｉａ）の供給空気
を，０．５７Ｓｍ３ ／分（２０．０ＳＣＦＭ）の流量
で容器に送り込んだ。この供給空気は水蒸気で飽和して
おり，約３３０ｐｐｍのＣＯ２ を含有していた。
表３
ＣＯ２ 吸着についての実施例に対する結果
実施例
１ ２ ３
４長さ １／８”１３Ｘ（ｍｍ）
１１７５ ５３７ １１７５
５３７長さ １／１６”１３Ｘ（ｍｍ）
０ ６３８ ０ ６３
８重量 １／８”１３Ｘ（ｋｇ） ７．４
３．４ ７．４ ３．４重量
１／１６”１３Ｘ（ｋｇ） ０ ４．
０ ０ ４．０ＬＣＯ２ Ｍ
Ｔ（ｍｍ） ５５０
２６０ ６３０ ２７０Ｌｅｆ（ｍ
ｍ） ９００
１０４５ ８６０ １０４０ＣＯ２
平衡容量（重量％） ２．６０ ２．６０
２．５６ ２．５６層使用効率η
０．７６６ ０．８９ ０
．７３２ ０．８８５ＣＯ２ 容量（ｋｇ）
０．１４７ ０．１７１ ０．１３９
０．１６８実施例３と４ 実施例１及び２の場合と同じ容器を使用した。温度が２
０℃で圧力が６２０ｋＰａ（９０ｐｓｉａ）の供給空気
を，０．５７Ｓｍ３ ／分（２０．０ＳＣＦＭ）の流量
で容器に送り込んだ。この供給空気は水蒸気で飽和して
おり，約３３０ｐｐｍのＣＯ２ を含有していた。
【００４３】比較実施例３においては，実施例１の場合
と同じように１／８”ＡＡと１／８”１３Ｘの層を容器
に充填した。実施例４では，実施例２の場合と同じよう
に，１／８”ＡＡ，１／８”１３Ｘ，及び１／１６”１
３Ｘの層を容器に充填した。実施例３と４の結果を表３
に示す。
と同じように１／８”ＡＡと１／８”１３Ｘの層を容器
に充填した。実施例４では，実施例２の場合と同じよう
に，１／８”ＡＡ，１／８”１３Ｘ，及び１／１６”１
３Ｘの層を容器に充填した。実施例３と４の結果を表３
に示す。
【００４４】表３からわかるように，実施例４の２つの
１３Ｘ層のＣＯ２ 容量は，実施例３の１３Ｘ単一層の
ＣＯ２ 容量より約２１％大きい。この比較により，物
質移動ゾーンにより小さなサイズの粒子を使用すると，
物質移動ゾーンが層長さのうちのより大きなフラクショ
ンを占めるときに，より大きな利点が得られることがわ
かる。
１３Ｘ層のＣＯ２ 容量は，実施例３の１３Ｘ単一層の
ＣＯ２ 容量より約２１％大きい。この比較により，物
質移動ゾーンにより小さなサイズの粒子を使用すると，
物質移動ゾーンが層長さのうちのより大きなフラクショ
ンを占めるときに，より大きな利点が得られることがわ
かる。
【００４５】比較実施例５と６
上記の実施例にて使用した容器を用い，異なるサイズの
活性アルミナに関して，平衡容量及びＨ２ Ｏ物質移動
ゾーンの長さを求めた。実施例５においては，１／８”
ＡＡの単一層を容器に充填した。高さと重量は表４に示
す通りである。供給空気の温度は２０℃，圧力は７２４
ｋＰａ（１０５ｐｓｉａ），そして流量は０．６６Ｓｍ
３ ／分（２３．２ＳＣＦＭ）であった。供給空気は水
で飽和していた。
活性アルミナに関して，平衡容量及びＨ２ Ｏ物質移動
ゾーンの長さを求めた。実施例５においては，１／８”
ＡＡの単一層を容器に充填した。高さと重量は表４に示
す通りである。供給空気の温度は２０℃，圧力は７２４
ｋＰａ（１０５ｐｓｉａ），そして流量は０．６６Ｓｍ
３ ／分（２３．２ＳＣＦＭ）であった。供給空気は水
で飽和していた。
【００４６】ＡＡ層のＨ２ Ｏ平衡容量は，濃度分布を
測定することにより求めた。同様に，層出口でのＨ２
Ｏ物質移動ゾーンの長さ（Ｈ２ Ｏの５ｐｐｍ波面とＨ
２ Ｏの飽和波面との間の距離として定義される）も求
めた。得られた結果を表４に示す。
測定することにより求めた。同様に，層出口でのＨ２
Ｏ物質移動ゾーンの長さ（Ｈ２ Ｏの５ｐｐｍ波面とＨ
２ Ｏの飽和波面との間の距離として定義される）も求
めた。得られた結果を表４に示す。
【００４７】実施例６においては，水の除去に対して１
／１６”ＡＡの単一層を充填して実施例５の場合と同じ
容器及び流れ条件を使用して行った。層出口でのＨ２
Ｏ平衡容量及びＨ２ Ｏ物質移動ゾーン長さを測定した
。その値を表４に示す。実施例５と６の有効吸着長さと
フラクショナル層使用効率を表４に示す。同じ層高さに
対するトータルのＨ２ Ｏ容量は，実施例６のほうが実
施例５より約１３％大きい。
／１６”ＡＡの単一層を充填して実施例５の場合と同じ
容器及び流れ条件を使用して行った。層出口でのＨ２
Ｏ平衡容量及びＨ２ Ｏ物質移動ゾーン長さを測定した
。その値を表４に示す。実施例５と６の有効吸着長さと
フラクショナル層使用効率を表４に示す。同じ層高さに
対するトータルのＨ２ Ｏ容量は，実施例６のほうが実
施例５より約１３％大きい。
【００４８】
表４
Ｈ２ ＯとＣＯ２ の吸着に関する実施例の結果
実施例
５ ６ ７
８長さ １／８”ＡＡ（ｍｍ）
６１０ ０ ６１０
４４０長さ １／１６”ＡＡ（ｍｍ）
０ ６１０ ０ １１
０長さ １／８”１３Ｘ（ｍｍ） ０
０ １１７５ ７７０長さ
１／１６”１３Ｘ（ｍｍ） ０
０ ０ ２６０重量 Ａ
Ａ（ｋｇ） ４．７
４．７ ４．７ ４．２５重量 １３Ｘ（
ｋｇ） ０
０ ７．４ ６．５ＬＨ２ Ｏ Ｍ
Ｔ （ｍｍ） ２３０
１１０ ２３０ １１０ＬＣＯ２ ＭＴ（
ｍｍ） −
− ５５０ ２６０Ｌ（ｍｍ）
６１０
６１０ １７８５ １５８０Ｌｅｆ（ｍｍ
） ４９５
５５５ １３９５ １３９５Ｈ２ Ｏ平衡容
量（重量％） ２９．０ ２９．０ ２
９．０ ２９．０ＣＯ２ 平衡容量（重量％）
− − ２．
６ ２．６層使用効率η
０．８１ ０．９１ ０．７８
０．８８Ｈ２ Ｏ容量（ｋｇ）
１．１０ １．２４ １．１０ １．１０ＣＯ
２ 容量（ｋｇ）
０ ０ ０．１５ ０．１５実施
例７と８ 実施例７と８では，実施例１と２からのデータ（表３）
及び実施例５と６からのデータ（表４）を利用し，２種
の吸着剤（活性アルミナと１３Ｘゼオライト）を使用し
て２種の不純物（Ｈ２ ＯとＣＯ２ ）を除去する本発
明の利点を明らかにする。層の条件は実施例１，２，５
，及び６の場合と同じであり，結果が表４に示されてい
る。 表４の欄７は従来システムの比較実施例であり，Ｈ２
Ｏの除去に対しては１／８”サイズの活性アルミナが，
そしてＣＯ２ の除去に対しては１／８”サイズの１３
Ｘゼオライトが使用されている。欄８は本発明による実
施例であり，１／８”と１／１６”の活性アルミナ層及
び１／８”と１／１６”の１３Ｘゼオライト層が使用さ
れている。欄８において種々の層長さを計算し，実施例
７の場合と同じＣＯ２ 平衡容量及びＨ２ Ｏ平衡容量
が得られるよう調整した。層が同一のＣＯ２ 容量とＨ
２ Ｏ容量を有している場合，本発明に従って設計され
た層（欄８）は，従来型の層（欄７）に比べて約１２％
少ない層容積で済む。
表４
Ｈ２ ＯとＣＯ２ の吸着に関する実施例の結果
実施例
５ ６ ７
８長さ １／８”ＡＡ（ｍｍ）
６１０ ０ ６１０
４４０長さ １／１６”ＡＡ（ｍｍ）
０ ６１０ ０ １１
０長さ １／８”１３Ｘ（ｍｍ） ０
０ １１７５ ７７０長さ
１／１６”１３Ｘ（ｍｍ） ０
０ ０ ２６０重量 Ａ
Ａ（ｋｇ） ４．７
４．７ ４．７ ４．２５重量 １３Ｘ（
ｋｇ） ０
０ ７．４ ６．５ＬＨ２ Ｏ Ｍ
Ｔ （ｍｍ） ２３０
１１０ ２３０ １１０ＬＣＯ２ ＭＴ（
ｍｍ） −
− ５５０ ２６０Ｌ（ｍｍ）
６１０
６１０ １７８５ １５８０Ｌｅｆ（ｍｍ
） ４９５
５５５ １３９５ １３９５Ｈ２ Ｏ平衡容
量（重量％） ２９．０ ２９．０ ２
９．０ ２９．０ＣＯ２ 平衡容量（重量％）
− − ２．
６ ２．６層使用効率η
０．８１ ０．９１ ０．７８
０．８８Ｈ２ Ｏ容量（ｋｇ）
１．１０ １．２４ １．１０ １．１０ＣＯ
２ 容量（ｋｇ）
０ ０ ０．１５ ０．１５実施
例７と８ 実施例７と８では，実施例１と２からのデータ（表３）
及び実施例５と６からのデータ（表４）を利用し，２種
の吸着剤（活性アルミナと１３Ｘゼオライト）を使用し
て２種の不純物（Ｈ２ ＯとＣＯ２ ）を除去する本発
明の利点を明らかにする。層の条件は実施例１，２，５
，及び６の場合と同じであり，結果が表４に示されてい
る。 表４の欄７は従来システムの比較実施例であり，Ｈ２
Ｏの除去に対しては１／８”サイズの活性アルミナが，
そしてＣＯ２ の除去に対しては１／８”サイズの１３
Ｘゼオライトが使用されている。欄８は本発明による実
施例であり，１／８”と１／１６”の活性アルミナ層及
び１／８”と１／１６”の１３Ｘゼオライト層が使用さ
れている。欄８において種々の層長さを計算し，実施例
７の場合と同じＣＯ２ 平衡容量及びＨ２ Ｏ平衡容量
が得られるよう調整した。層が同一のＣＯ２ 容量とＨ
２ Ｏ容量を有している場合，本発明に従って設計され
た層（欄８）は，従来型の層（欄７）に比べて約１２％
少ない層容積で済む。
【００４９】特定の実施態様と実施例を挙げて本発明を
説明してきたが，当技術者にとっては，特許請求の範囲
において規定された本発明の範囲で多くの変形が可能で
あろう。
説明してきたが，当技術者にとっては，特許請求の範囲
において規定された本発明の範囲で多くの変形が可能で
あろう。
【図１】ガスの精製に対して温度−スウィング吸着が使
用されている，本発明の実施態様の概略図である。
用されている，本発明の実施態様の概略図である。
【図２】２種類の吸着剤層を含んだ容器におけるブレー
クスルー直前の２つの濃度波面の位置を示したグラフで
ある。
クスルー直前の２つの濃度波面の位置を示したグラフで
ある。
Claims (20)
- 【請求項１】 （ａ） 処理すべき流体のための入
口と出口を有し，通過する流体流れの軸を画定する容器
；（ｂ） 前記入口に接続された第１の区域と前記出
口に接続された第２の区域；及び （ｃ） 前記軸に沿って前記区域を通過する流体を処
理するための前記第１の区域と前記第２の区域における
吸着剤粒子，このとき第２の区域における粒子の平均寸
法は第１の区域における粒子の平均寸法より小さい；を
含む，吸着によって流体を精製するための反応器。 - 【請求項２】 前記第２の区域が前記第１の区域に隣
接していて，前記第２の区域の軸方向長さが，吸着プロ
セスに対する推定される物質移動ゾーンの長さの１００
〜２００％である，請求項１記載の反応器。 - 【請求項３】 前記第２の区域における粒子の平均粒
径対前記第１の区域における粒子の平均粒径の比が０．
７未満である，請求項１記載の反応器。 - 【請求項４】 前記比が０．２５〜０．５の範囲であ
る，請求項３記載の反応器。 - 【請求項５】 前記粒子が活性アルミナである，請求
項３記載の反応器。 - 【請求項６】 前記第１の区域における粒子がほぼ球
状であって，３〜６ｍｍの範囲の平均粒径を有している
，請求項５記載の反応器。 - 【請求項７】 前記吸着剤粒子がモレキュラーシーブ
である，請求項３記載の反応器。 - 【請求項８】 前記吸着剤粒子がゼオライトである，
請求項７記載の反応器。 - 【請求項９】 前記第１の区域における粒子がほぼ球
状であって，２〜５ｍｍの範囲の平均粒径を有している
，請求項８記載の反応器。 - 【請求項１０】 前記容器がさらに，前記第２の区域
に接続された第３の区域と前記第３の区域に隣接してい
て且つ前記出口に接続された第４の区域とを画定し，そ
して前記反応器がさらに，前記軸に沿って前記区域を通
過する流体を処理するための前記第３の区域と前記第４
の区域における第２の吸着剤粒子をさらに含み，このと
き第４の区域における粒子の平均寸法が第３の区域にお
ける粒子の平均寸法より小さい，請求項１記載の反応器
。 - 【請求項１１】 前記第１の区域が，３〜６ｍｍの範
囲の平均粒径を有するほぼ球状の活性アルミナ粒子を含
有し，前記第２の区域における粒子の平均粒径対前記第
１の区域における粒子の平均粒径の比が０．７未満であ
る，請求項１０記載の反応器。 - 【請求項１２】 前記第３の区域と前記第４の区域が
，前記第３の区域において２〜５ｍｍの範囲の平均粒径
を有するほぼ球状のモレキュラーシーブ粒子を含有し，
前記第４の区域における粒子の平均粒径対前記第３の区
域におけ粒子の平均粒径の比が０．７未満である，請求
項１１記載の反応器。 - 【請求項１３】 軸方向流れ容器中において吸着によ
って流体を精製する方法であって， （ａ） 処理すべき流体を前記容器の第１の区域に導
入すること； （ｂ） 前記第１の区域における前記流体を吸着剤粒
子で処理すること； （ｃ） 第２の区域における前記流体を，前記第２の
区域における粒子の平均粒径が前記第１の区域における
粒子の平均粒径より小さい前記吸着剤粒子で処理するこ
と；及び （ｄ） 処理された流体を前記第２の区域から取り出
すこと；を含む前記方法。 - 【請求項１４】 前記第１の区域における粒子の平均
粒径対前記第２の区域における粒子の平均粒径の比が０
．７未満である，請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 前記流体が空気であり，前記吸着剤
が活性アルミナとゼオライトからなる群から選ばれる，
請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 （ａ） 処理すべき流体を前記容
器の第３の区域に導入すること； （ｂ） 前記第３の区域における前記流体を第２の吸
着剤粒子で処理すること； （ｃ） 第４の区域における前記流体を，前記第４の
区域における粒子の平均粒径が前記第３の区域における
粒子の平均粒径より小さい前記第２の吸着剤粒子で処理
すること；及び （ｄ） 処理された流体を前記第４の区域から取り出
すこと； をさらに含む，請求項１３記載の方法。 - 【請求項１７】 流体を処理する粒子が含まれた容器
の入口から出口に向かって軸に沿って流体が流れるとき
に，吸着によって流体を精製するための反応器を製造す
る方法であって，このとき改良点が，第２の区域におけ
る粒子の平均粒径が第１の区域における粒子の平均粒径
より小さくなるよう，前記入口に接続された前記第１の
区域と前記出口に接続された前記第２の区域に粒子を配
置することにある前記製造法。 - 【請求項１８】 前記第１の区域における粒子の平均
粒径対前記第２の区域における粒子の平均粒径の比が０
．７未満である，請求項１７記載の製造法。 - 【請求項１９】 前記第２の区域の軸方向長さが吸着
プロセスに対する推定される物質移動ゾーンの長さの１
００〜２００％となるよう選択することをさらに含む，
請求項１８記載の製造法。 - 【請求項２０】 前記第２の区域の軸方向長さが，吸
着プロセスに対する推定される物質移動ゾーンの長さの
１２０〜１５０％となるよう選択される，請求項１９記
載の製造法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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