JPH04502581A - 気体からの成分を収着する装置および方法 - Google Patents

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】 気体からの成分を収着する装置および方法挟止公立 本発明は、気体からのＩＮ類以上の成分を収着、すなわち吸着または吸収するた めの装！および方法に関する。

五二珠止 気体はその最も広範な意味において、数種の気体成分を含むことができる９例え ば、空気は、主として窒素、酸素、アルゴンおよび二酸化炭素の混合物である。

気体の１種類以上の成分が望ましくないことがある。ある種の望ましくない成分 は有毒または有害であり、ヒトに対して全く致命的であることがある６例えば、 ラドンなどの天然に存在する気体、または−酸化炭素などの汚染物質は、それら を吸入した場合に有害であることがある。ある種の望ましくない成分は、他の方 法でも有害であることがある２例えば、圧縮空気中の全蒸気は凝縮して水を生じ ることができ、圧縮空気によって駆動する任意の機械装置を損傷することがある 。

ある種の望ましくない成分は単に無関係である６例えば、窒素は有害ではないが 、空気から除去して酸素に富む呼吸用ガスを生じることができる。

兄咀Ω匣丞 １種類以上の望ましくない成分を流入カスから除去するために、本発明は、第一 および第二の出入口を有し且つその第一および第二の出入口の間にガス流路か画 成されている少なくとも１個の室から成６収看装置を提供する。更に、収着装置 はガス流路の室内部に包含された収着剤床を含む、収着床には第一の収着剤物質 を有する収着領域および第二の収着剤物質を有する保護領域がある。収着剤物質 は、ある種の物理的および化学的性質ゆえに気体の若干の成分を選択的に収着す るがそれ以外のものは収着しないものであり、そして望ましくない成分を収着す る収着剤物質または成分を収着剤床用に選択する１敗着領域および保護領域を、 類似のまたは異なる望ましくない成分を収着するように設計してもよい、更に、 収着装置は室に連結したガス制御装置を含み、周期的に、（１）流入ガスを第一 の出入口を通過させ、収着剤床の収着領域および保護領域を通過させ、そして第 二の出入口から流出させ且つ（２）パージガスを第二の出入口を通過させ、収着 剤床の保護領域および収着領域を通過させ、そして第一の出入口から流出させる 。

流入ガスを収着剤床に通過させると、望ましくない成分が気体から収着する。パ ージガスはその望ましくない成分を収着剤物質からストリップするかまたは脱着 するものである。したがって、パージガスを収着剤床に通過させると、望ましく ない物質は収着剤床から脱着し且つ収着剤床が再生される、すなわち、望ましく ない成分のほとんど全部について洗浄される。ガス制御装置を取付けて流入カス およびパージガスを室を介して循環させ、望ましくない成分を収着剤床の収着領 域でほぼ完全に収着および脱着することによって収着剤床の保護領域か収着領域 のための安全装置として役立つようにする。

更に０本発明は、第一および第二の出入口を有し且つその第一および第二の出入 口の間にカス流路が画成されている収着室、およびその収着室に連結した、周期 的に、（１）流入ガスを収着室の第一の出入口からガス流路に沿って第二の出入 口まで導入し且つ（２）パージガスを収着室の第二の出入口からガス流路に沿っ て第一の出入口まで導入するためのガス制御装置から成る収着装置を提供する。

更に、収着装置は収着室内のガス流路に位！した収着剤床を含む、収着剤床には 、望ましくない成分を流入ガスから収着するための第一の収着剤物質を有する収 着装置および、通常の条件の際には望ましくない成分を無視できるほど儂かしか 収着しないが、普通でない条件の際には収着装置を通過する望ましくない成分を ほとんど収着するための保護装置がある。保護装置には、カス流路に位置した第 二の収着剤物質が含まれ、その収着装置は保護装置を介して収着室の第二の出入 口と連通する。

更に、本発明は、流入ガスからＩＷｌ類以上の望ましくない成分を除去するため の方法を提供し、その方法は、周期的に、（１）望ましくない成分を流入ガスか ら収着させる収着室内に包含された収着剤床の収着領域および保護領域に、流入 ガスを一方向に通過させ且つ（２）収着領域を再生する場合に、パージガスを、 収着剤床の保護領域および収着領域に反対方向に通過させることから成る。更に 、その方法は、流入ガスおよびパージガスを収着室を介して循環させて、望まし くない成分を収着剤床の収着領域でほぼ完全に収着および脱着することによって 保護領域が収着領域のための安全装置として役立つようにすることを含む。

したがって、本発明によれば、収着剤床の収着領域は、望ましくない成分を気体 から除去するための主要な収着剤である６通常の作業条件下で、ガス制御装置は 、周期的に、収着領域か望ましくない成分を収着する収着剤床に流入ガスを通過 させ且つ収着領域か再生される収着剤床に反対方向にパージガスを通過させる。

収着剤床の保護領域は、通常の作業条件の際には望ましくない成分をほとんどま たは全く収着しない。しかしながら、普通でない条件、例えば流入ガス中の望ま しくない成分の予想外に大きい濃度またはカス制御装置の一時的故障の際には、 保護領域は安全装置として役立ち且つ収着領域を通過することがある望ましくな い成分を全て収着する。

区匡Ω皿巣皇戊明 図は、本発明を具体化する代表的な収着装置の構成図である。

念頭Ｏ犬應匹腫 図１に示すように、本発明を具体化する代表的な収着装置１０は、概して、少な くとも１個、好ましくは第一および第二の収着室１１．１２；その第一および第 二の収着室１１．１２の内部にそれぞれ配置された第一および第二の収着剤床１ ３．１４；および第一および第二の収着室１１．１２に連結したガス制御装置１ ５から成る。各収着室１１．１２には、第一および第二の出入口１１ａ、ｉｌｂ 、１２ａ、１２ｂがあり、そしてそれは任意の適当な形状であってもよいし且つ 任意の適当な不透質物質から成形されて第一および第二の出入口の間にガス流路 が画成されることができる。例えば、好ましい実施態様において、各収着室１１ ．１２は、スチールのような金属から成形され、概して円筒形で、第一および第 二の出入口１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂがその円筒の両端に配置されている 。したかって、どちらでも任意の出入口を通過する気体は、通常、その室に沿っ た軸方向に流れ且つ反対の出入口で流出される。

収着剤床１３．１４は、例えば、収着剤粒子Ω荒充填若しくは圧縮荷重充填また は、繊維マトリックス中に支持されているか若しくは結合剤によって自立素材中 で互いに結合している固定された収着剤粒子の床のような様々な形状であっても よい。

各収着剤床１３．１４には、収着領域１３ａ、１４ａおよび保護領域１３ｂ、１ ４ｂがある。

各収着剤床の収４１ｍ域および保護領域は収着室内部に包含され、好ましくは、 隣接している。或いは、収着領域および保護領域は、例えば、スクリーンのよう な仕切によってまたは収着剤床の別の領域によって隔てられていてもよい。保護 領域１３ｂ、１４ｂは、収着領域１３ａ、１４ａを介して室１１．１２の第一の 出入口１１ａ、１２ａと連通し且つ収着領域１３ａ、１４ａは、保ｉ！領域１３ ｂ、１４ｂを介して室１１．１２の第二の出入口１１ｂ、１２ｂと連通している 。

収着剤床の各領域には、１種類以上の成分を気体がち収着することが可能な収着 剤物質が含まれる。収着剤物質は革−の収着剤または収着剤混合物であることが できる。好ましくは、収＠領域および保護領域には異なる収着剤物質が含まれ、 その二つの領域を、同一の、類似のまたは興なる望ましくない成分を収着するよ うに設計してもよい、保護領域の収着剤物質は、必要ではないが、再生可能であ ることができる０例えば、収１ｉ装置１０を酸素に富む空気を与えるように設計 する場合、収着剤床の収着領域には窒素を除去するモレキュラーシーブを含んで もよいし、一方、保護領域には、汚染物を除去し且つ普通でない条件の際にも濃 縮空気を安全に吸入することができることを確実にする活性化したまたは含浸し た炭素を含んでもよい、任意の適当な有機収着剤、無機収着剤または収着剤の組 合わせを保護領域に含むことができる。好ましい有機収着剤として活性炭および 含浸炭素が挙げられる。好ましい無機収着剤として１３Ｘモレキユラーシーブ、 過マンガン酸カリウム含浸活性アルミナ、過マンカン酸塩化シリカゲルおよび水 酸化ナトリウム含浸アルミナが挙げられる。

カス制御装置１５には、収着領域または保護領域に近接して更に温度検出器およ びカス試利用タップを含むことができ、特に、保護領域に炭素などの易燃性物質 が含まれる場合、過剰濃度の望ましくない成分を検出する。温度検出器は、炭素 が過熱した場合に収着装置を運転停止するのに用いることかできるし、一方、試 料用タップは温度か高（なり過ぎた場合に潜在的な問題を作業員に警告するため の警報器に連結することができると思われる。

保Ｍ領域は主として収着領域の安全装置として役立つので、各収着剤床の収着領 域および保護領域の相対寸法は、普通でない条件の原因を確認し且つ流出ガスが 汚染される前に条件を修正するのに望ましい総時間によって主に決定することが できる０例えば、保護床には、収着装置１０での収着剤物質の全重量または容量 の最大５０％までを含むことかできる。好ましくは、保護床には収ＩＦ装ｚｉｏ での収着剤物質の全重量または容量の２５％未満が含まれる。

カス制御装置１５は、例えば、収着装置が温度スイング装！であるがまたはパー ジ浄化装置であるかという収着装置１０の作業の意図した様式に応じて種々の形 状であることかできる１例えば、好ましい実施態様において、収着装置１ｏは圧 力スイング吸着装置であり、そのガス制御装置には、吸入口構造２０．流出口構 造２１および制御システム２２がある。吸入口構造には気体を収着装置１０に供 給するための吸入口２３、パージガスを収着装置１０から排気するための排気口 ２４および吸入口バルブアセンブリー２５がある。吸入口バルブアセンブリー２ ５は種々の形状であってよく、吸入口２３を収着室１１．１２の第一の出入口１ １ａ、１２ａに連通し、同時に、排気口２４を他方の収着室１２．１１の第一の 出入口１１ａ、１２ａに連通する０例えば、吸入口バルブアセンブリーには、第 一および第二の収着室をそれぞれ吸入口および排気口に交互に連通ずるための制 御システム２２に連結した二対のソレノイドバルブを含むことができる。

流出口構造２１には流出口３０があり、その流出口３０を収着室１１．１２の一 方のみに時間で連通させるチェックバルブ３１によって、第一および第二の収着 室１１．１２の第二の出入口１１ｂ、１２ｂに連通されている。更に、流出口構 造２１にはパージバルブアセンブリー３２があり、第一および第二の収着室７１ ．７２の第二の出入口１１ｂ、１２ｂを互いに連通させて、パージガスとして用 いられる一方の収着室１１．１２からのまたは他方の収着室１２．１１からの流 出ガスの一部分を供給する。

制御システム２２を、吸入口構造２０、流出口構造２１、および第一および第二 の収着室１１．１２の１か所以上に連通して、収着装置１０の作業の様式にした がって、収着室１１．１２を通過するガスの流れを制御する。例えば、記載した 実施態様において、制御システム２２は電子的にまたは空気圧によって操作され るシステムであることができ、収を装置１０を通過する気体の流れを、それか圧 力スイング吸着装置として機能するように制御する。１種類以上の望ましくない 成分を含んでいる流入ガスを、制御システム２２によって、吸入口２３から吸入 口バルブアセンブリー２５を介して２個の収着室１１．１２の一方に導入する９ 例えば、制御システム２２によって、流入カスを第一の収着室１１の第一の出入 口１１ａを通過させることができる。

流入力又は、圧力スイング吸着装置について３、Ｏｘｌｏ”ニュートン／Ｍ絶対 （３０ｐｓｉ）〜２．２　ｘ１０６ニユートン／ｄ絶対（３００ｐｓｉ　）の範 囲であることができる予め選択された圧力で第一の収着室１１に入る６第一の収 着室１１に入った後、流入ガスは第一の収着剤床１３を通って流れ、最初に、１ 種類以上の望ましくない成分か気体から除去される収着領域１３ａを通過した後 、保護領域１３ｂを通過する９次に、望ましくない成分を全く含まないまたは少 なくともかなり低４度含んでいる流出ガスは、第二の出入口１１ｂを介して第一 の収着室１１から流出する。続いて、流出ガスは流出口構造２１のチェックバル ブ３７によって流出口３０へ導入される。

流入カスが第一の収着床１３を通って流れ続けると、物質移動最前部および熱伝 達！に前部双方か収着剤床７１に冶って前進する。制御システム２２は、これら の最前部の一方または両方の前進を検出するために、第一の収着室１１を介して 第一の収着剤床１３に連結することができる６例えば、温度検出器を用いて温度 最前部の前進を検出することができるし、キャパシタンスグローブを用いて圧縮 空気乾燥話中の物質移動最前部を検出することかできる。物質移動最前部が収着 剤床１１の保護領域１１ｂに達する前に、制御システム２２で流入カスを第二の 収着室１２の第一の出入口１２ａに再導入する。或いは、物質移動および熱伝達 の最前部の前進を直接に監視するよりもむしろ、制御システム２２を、予め設定 された時間後に流入カスを自動的に再導入するように配置する。この予め設定さ れた時間は、収着領域１３ａでのかなりの量の収着を可能にするが、通常の作業 条件の際に物質移動最前部か収着領域１３ｂの先端に達することを妨げるのに十 分である。それは任意の与えられた床の形状および望ましい流れについて計算す ることができる。

再導入された流入ガスは予め選択された圧力で第二の収着室１２に入り、収着剤 床１４を通過するが、最初に、望ましくない成分が気体から除去される収着領域 １４ａを通過した後、保護領域１４ｂを通過する。次に、望ましくない成分を全 く含まないまたは少なくともかなり低温度含んでいる流出オスは、第二の出入口 １２ｂを介して第二の収着室１２から流出する。続いて、流出カスを流出口構造 ２１のチェックバルブ３１によって流出口３０へ導入する。

第一の収着剤床１３の収着領ｖｉ１３ａを再生するために、流出カスの一部分を パージ流体として用い、第二の収着室１２の第二の出入口１２ｂから、パージバ ルブアセンブリー３２を介して第一の収着室１１の第二の出入ロア１ｂへ通過さ せる。制御システム２２で流入カスを第一の収着室１１から第二の収着室１２へ 再導入した場合、第一の出入口ｉ１ａを吸入ロバルプアセンブリーを介して排気 口２４に連通させ且つ第一の収着室１１を減圧にした。好ましくは、排気口は大 気圧、または真空を含む減圧である。パージガスが第一の収着室１１を通って流 れると、流入ガスを第一の収着室１１に通過させた場合の吸！を熱によって加温 された収着剤床１３の収着剤物質は脱着し、すなわち、忍離し、パージし、スト リップするまたは何らかの方法で望ましくない成分を収着剤物質からパージカス 中に除去する。次に、高温度の望ましくない成分を有する排気カスは、第一の出 入口１１ａを介して第一の収着室１１から流出し且つ吸入口バルブアセンブリー ２５によって排気口２４へ導入される。

第一の収着剤床１３の収着領域１３ａがいったん十分に再生されたならば、制御 システム２２によって第一の収着室１１の第一の出入口１１ａおよび排気口２４ の連通を絶つことかでき、第一の収着室１］の再加圧を可能にする。次に、制御 システム２２によって、吸入口２３からの流入ガスを吸入口バルブアセンブリー ２５を介して第一の収着室１１の第一の出入口１１ａへ導入し、同時に、第二の 収着室１２の第一の出入口１２ａを排気口２４に連通させる。ガス制御装置１５ によって、周期的に、流入カスからの望ましくない成分を第一の収着剤床１３の 収着領域１３ａｉ：″収着し、同時に第二の収着剤床１４の収着領域１４ａを再 生し、次に、流入カスからの望ましくない成分を第二の収着剤床１４の収着領域 １４ａで収着し、同時に第一の収着剤床１３の収着領域１３ａを再生するこの処 理を続ける。圧力スイング吸着装置として操作する収着装置についての典型的な 循環時間は、２秒間〜３０分間の範囲であり、好ましくは、約１０秒間〜２０分 間、更に好ましくは、２０秒秒間的１０分間である。

したがって、通常の作業条件の際には、ガス制御装置で流入ガスおよびパージガ スを収着室を介して循環させて、その望ましくない成分を収着剤床の収着領域で ほぼ完全に収着および脱着するようにする。保護領域では望ましくない成分をほ とんどまたは全く収着せず、しかも通常の作業条件の際には収着領域の性能を増 大させるのに役立たない、しかしながら、保護領域は、収着領域のための安全装 置として、普通でない条件の際に望ましくない成分が排気カスに浸透することを 防止するのに役立つ、これらの昔通でない条件として、例えば、収着領域で除去 するように設計されていない予想外の望ましくない成分または収着領域を圧倒す ると思われる予想外に大きい濃度の望ましくない成分が挙げられる。ガス制御装 置の不適当な操作もらう一つの普通でない条件である９例えば、サイクルの各再 生部分の際に、ガス制御装置によって望ましくない成分を収着領域から十分に脱 着することかできない場合、物質移動最前部が収着領域の全長を前進させること があり、望ましくない成分が保護領域不在で排気ガスを汚染することになる。

更に、これらの普通でない条件として、一時的な条件の際の収着装置の操作があ る０例えば、開始時に、圧力スイング吸着装置を定常状態の条件で操作しない場 合、装置を最大効率未満で操作する。その結果、望ましくない成分は収着領域を 通過し且つ保護領域不在で排気カスを汚染することがある。しかしながら、これ らの普通でない条件のいずれの際にも、保護領域は収着領域の安全装置として作 用し、収着領域が除去できない望ましくない成分を全て収着して排気カスの汚染 を防止し、それによって収＠装置の信顆性を確実にする。

１゜ 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．流入ガスから１種類以上の望ましくない成分を除去するための収着装置であ って、その収着装置が、 第一および第二の出入口を有し且つその第一および第二の出入口の間にガス流路 が画成されている少なくとも１個の室；収着領域および保護領域を有し、その収 着室内のガス流路に配置され、その収着領域が第一の収着剤物質を含み且つ保護 領域が第二の収着剤物質を含んでいる収着剤床；および 周期的に、（１）流入ガスを第一の出入口を通過させ、収着剤床の収着領域およ び保護領域を通過させ、そして第二の出入口から流出させて、望ましくない成分 を流入ガスから収着し且つ（２）パージガスを第二の出入口を通過させ、収着剤 床の保護領域および収着領域を通過させ、そして第一の出入口から流出させて収 着領域を再生するための、収着室に連結したガス制御装置；から成り、そのガス 制御装置が、流入ガスおよびパージガスを収着室を介して循環させてその望まし くない成分を収着剤床の収着領域でほぼ完全に収着および脱着するように取り付 けられることによって保護領域が収着領域の安全装置として役立つ収着装置。
2. ２．第二の収着剤物質に活性炭または含浸炭素を含む請求項１に記載の収着装置 。
3. ３．第二の収着剤物質に１３Ｘモレキュラーシーブを含む請求項１に記載の収着 装置。
4. ４．収着領域および保護領域が隣接している請求項１に記載の収着装置。
5. ５．ガス制御装置を取り付けて、物質移動最前部が収着剤床の保護領域に達する 前にパージガスを収着室の第二の出入口を介して導入する請求項１に記載の収着 装置。
6. ６．収着装置が圧力スイング吸着装置から成り、前記の少なくとも１個の室が第 一の収着室から成り、そして前記の収着剤床が第一の収着床から成り、その収着 装置が、更に、 吸入口、流出口および排気口； 第一および第二の出入口を有し且つその第一および第二の出入口の間にガス流路 が画成されている第二の収着室； 第二の収着室のガス流路に配置され且つ第一の収着剤物質を有する収着領域およ び第二の収着剤物質を有する保護領域を含み、各収着剤床についてその収着領域 が保護領域を介して第二の出入口と連通し且つ保護領域が収着領域を介して第一 の出入口と連通している第二の収着剤床；吸入口、排気口、および第一および第 二の収着室の第一の出入口に互いに連通している吸入口構造；および 流出口、および第一および第二の収着室の第二の出入口に互いに連通している流 出口構造；から成り、 バージガスが流出ガスから成り、ガス制御装置が、周期的に、（１）吸入口から の流入ガスを第一の収着剤床の収着領域および保護領域を介して流出口へ導入し 、同時に流出ガスの一部を第二の収着剤床の保護領域および収着領域を介して排 気口へ流し且つ（２）吸入口からの流入ガスを第二の収着剤床の収着領域および 保護領域を介して流出口へ導入し、同時に流出ガスの一部を第一の収着剤床の保 護領域および収着領域を介して排気口へ流すために、吸入口構造、流出口構造、 および第一および第二の収着室の１か所以上に連結され、そのガス制御装置が、 流入ガスおよび流出ガスを収着剤床を介して循環させてその望ましくない成分を 収着剤床の収着領域でほぼ完全に収着および脱着するように取り付けられること によって保護領域が収着領域の安全装置として役立つ請求項１に記載の収着装置 。
7. ７．ガス制御装置によって流入ガスを各収着剤床に第一の圧力で導入し且つ流出 ガスを各収着剤床に第二の一層低い圧力で導入する請求項６に記載の収着装置。
8. ８．各収着剤床の収着領域および保護領域が隣接している請求項６に記載の収着 装置。
9. ９．ガス制御装置の循環時間がを２秒間〜３０分間の範囲である請求項６に記載 の収着装置。
10. １０．ガス制御装置の循環時間がを２０秒間〜１０分間の範囲である請求項９に 記載の収着装置。
11. １１．流入ガスから１種類以上の望ましくない成分を除去するための収着装置で あって、その収着装置が、 第一および第二の出入口を有し且つその第一および第二の出入口の間にガス流路 が画成されている収着室； 周期的に、（１）流入ガスを収着室の第一の出入口から、ガス流路に沿って第二 の出入口へ導入し且つ（２）パージガスをを収着室の第二の出入口から、ガス流 路に沿って第一の出入口へ導入するための、収着室に連結したガス制御装置；お よび 収着室のガス流路に配置され、流入ガスから望ましくない成分を収着するための 第一の収着剤物質を有する収着装置および通常の条件の際には望ましくない成分 を無視できるほど僅かしか収着しないが、通常の条件の際に収着装置を通過する 望ましくない成分をほとんど収着するための保護装置を含み、その保護装置がガ ス流路に位置した第二の収着剤物質を含み、その収着装置が保護装置を介して収 着室の第二の出入口と連通している収着剤床；から成る収着装置。
12. １２．流入ガスから１種類以上の望ましくない成分を除去するための方法であっ て、その方法が、 周期的に、（１）流入ガスを、収着室内に包含されている収着剤床の収着領域お よび保護領域を介して一方向に導入して、流入ガスから望ましくない成分を収着 し且つ（２）パージガスを、収着剤床の保護領域および収着領域を介して反対方 向に導入して、収着領域を再生することおよび流入ガスおよびパージガスを収着 室を介して循環させて、望ましくない成分を収着剤床の収着領域でほぼ完全に収 着および脱着させることによって保護領域を収着領域の安全装置として役立っよ うにすることを含む方法。