JPH0455964B2 - - Google Patents
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- JPH0455964B2 JPH0455964B2 JP58232348A JP23234883A JPH0455964B2 JP H0455964 B2 JPH0455964 B2 JP H0455964B2 JP 58232348 A JP58232348 A JP 58232348A JP 23234883 A JP23234883 A JP 23234883A JP H0455964 B2 JPH0455964 B2 JP H0455964B2
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Landscapes
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Description
本発明は空気等のO2，N2を主成分とする混合
気体より選択的にN2を吸着するN2吸着剤を使用
してのO2，N2を主成分とする混合気体よりO2，
N2を分離する方法に関するものである。 N2吸着剤を利用した空気からのO2，N2吸着分
離法は、装置が小型簡易であり、又無人運転に近
い殆ど保守を必要としない利点をもつ為、O2製
造量10〜3000Nm3−O2／ｈ程度の中小型装置と
して近年使用例が増えてきており、深冷分離装置
で作られる液体酸素を輪送して使用するケースに
ついての代替が進行している。 この装置の代表的なものの概要を述べると、装
置は空気圧縮機、及び２塔又はそれ以上のN2吸
着塔、又場合によつては真空ポンプ等からの構成
される。この装置において、１塔に圧縮空気を送
ると、充填されたN2吸着剤により空気中のN2は
吸着除去されて、残る高圧O2は吸着塔の後方に
流出し回収される。一方、他塔では吸着したN2
を減圧条件で放出させ（時として製品O2の一部
を向流で流すとか、真空ポンプで強力にN2を除
去する方法もとられる）再生する。これを交互に
くり返して連続的にO2，N2を分離する。上記の
吸着塔に充填していたN2吸着剤の代表的なもの
は、ユニオンカーバイド社よる実用化されたNa
−Ａ型ゼオライトの60〜70％Ca交換体であり、
O2，N22成分混合ガスからN2を選択的に吸着す
るものであつて、空気条件下でのO2の吸着はN2
吸着の10％以下と推定される。 この吸着によるO2，N2分離装置は中小型領域
で有利と前述したが、1Nm3のO2を製造するのに
0.75〜1Kwhを必要とし、大容量深冷分離法で製
造されるO2の0.45Kwhに比し消費電力は大きい。
又装置容量の増大に対するスケールメリツトが少
く、3000Nm3−O2／ｈ以上の領域では深冷分離
法に競合できないといわれている。 従つて、これら欠点についての改善方法が種考
えられるが、本発明に関連して改善方法を述べる
と以下のような障害が通常出現する。 先ず、消費電力の低減については、送風圧力を
低くして低圧で吸着操作を行なう事が考えられる
が、N2吸着量が圧力にほぼ比例して低下する為、
装置の容量が極めて増大する。次に、吸着量の増
大を図る為に、低温条件で吸着操作を行なう事が
考えられるが、この場合はN2吸着量は増大する
ものの吸着・脱着速度が著しく低下する為、同一
塔長での製品O2濃度が室温時よりもかえつて低
下してしまう。又温度の低下に伴ないN2吸着時
のO2共吸着量が上昇する為、動力原単位が漸次
上昇する。 そこで本発明者は、上記欠点を改善した低温、
低圧吸着条件下での高性能なO2，N2の分離方法
につき鋭意研究、実験を進める過程で、低温・低
圧領域でN2吸着時のO2共吸着量が著しく上昇す
る（N2選択性が低下する）為、全く実用に供し
得ないと思われたCa−Na−Ａ型ゼオライト（以
下Ca−Na−Ａと記す）も、詳細に調べると少く
とも50％を超えないO2濃度領域では、特願昭58
−54626に示されたNa−Ｘ型ゼオライト（以下
Na−Ｘと記す）とほぼ同程度のN2選択性を維持
したまま、N2吸着量に於いて18〜20％大きい事
を見出した。すなわち本発明は室温以下の温度下
で、酸素及び窒素を主成分とする混合気体を大気
圧以上3ata以下で、N2吸着塔に流入させて該混
合気体に含まれる窒素を選択的に吸着せしめ、該
吸着塔出口から高純度酸素及び酸素富化ガスを流
出させ、一方窒素を吸着した吸着塔を0.05ata以
上0.5ata以下に減圧せしめて再生する低温、低圧
条件下での混合気体からの窒素の吸着分離におい
て、塔内O2濃度が50％を超えない吸着塔の吸着
工程における上流側にCa−Na−Ａを充填し、吸
着塔の下流側にNa−Ｘを充填する事により、吸
着塔全体としては、より大きなN2吸着量と、従
来とほぼ変らないN2選択性を維持したN2吸着塔
による混合気体からのO2製造方法を提案するも
のである。 以下本発明の方法について実施例により詳細に
説明する。 実施例 本発明の有効性を実証する為第１図に示す空気
分離装置で空気からのN2吸着剤によるO2，N2分
離を試みた。 以下第１図に基づいて実施した内容を説明す
る。 入口側ライン１を通じて圧縮機２で1.05〜3ata
に加圧された空気は、流路３からの脱湿脱CO2塔
４に入り、極めて清浄な加圧空気となる。流路
３′の後流に設置されたバルブ５は開となつてお
り、清浄な加圧空気は流路６及び開状態のバルブ
７を通じて吸着塔８に入る。吸着塔８に入つた加
圧空気はN2吸着剤９でN2が吸着除去されて後方
に行くに従がいO2濃度が上昇する。この後加圧
空気は開状態のバルブ１０，１１，１２及びバル
ブ１１，１２の間に挿入された製品O2タンク１
３を通じて製品O2として回収される。一方、製
品O2の一部は流路１４の途中にある減圧弁１５
で減圧されて、開状態のバルブ１０′を通じて吸
着塔８′に入る。吸着塔８′は開状態のバルブ１６
及び流路１７を通じて連結された真空ポンプで減
圧されひかれており、この為吸着塔８′は空気流
れと反対方向に製品O2の一部が負圧状態で流れ、
吸着塔８′中の吸着剤９′に吸着されていたN2は
容易に離脱され吸着剤９′は短時間で再生される。
一般的には、製品O2パージライン１４減圧弁１
５は圧力スイング法で必須条件であるとなつてい
るが、（例えば特公昭51−32600に減圧条件と生成
物パージングの条件Ｐ／Ｆ比についての記載があ
る。）Na−Ｘを充填した場合やO2濃度が50％を
超えない吸着塔の吸着工程における上流側にCa
−Na−Ａを充填し、50％を超える下流側にNa−
Ｘを充填した場合には、製品O2パージライン１
４及び減圧弁１５による製品O2の再循環は不用
であり単に減圧だけでも再生は可能となる。吸着
塔８のN2吸着剤９が飽和し、一方吸着塔８′の
N2吸着剤９′からN2が離脱して再生が済むと、
入口空気の流路６を６′に切り換え、今迄述べた
方法を交互に行なうと製品O2が連続的に回収で
きる。なお、入口の清浄な加圧空気のライン３′
と離脱N2を主成分とするガスライン１７の間は
熱交換器１９で、熱交換可能となつており、製品
O2ライン２１と流路３′との間も又熱交換器２２
で熱交換可能となつている。又流路３′には圧縮
式冷凍機２０が設置されている為、極めて能率的
に吸着塔８及び８′は冷却され低温条件に設定さ
れる。なお、吸着塔の切り換えにあたつては、単
純に流路６から６′へ（又はその逆）切り換える
だけでなく、切り換え直後の昇圧に伴なう入口空
気の吹きぬけを防ぎかつ、吸着塔の後方に残存す
るO2及び前方の加圧空気の系外への放出を最小
にする為、先ず、バルブ１０，１５，１０′を全
開にして吸着直後の吸着塔８の後方の残存O2を
再生直後の吸着塔８′に一部移す。この時吸着塔
８の圧力をP0（ata）、吸着塔８′の圧力をP1（ata）
とすると、均圧後の圧力は約P0＋P1／２（ata）と なる。この後約P0＋P1／２（ata）となつた吸着塔 ８′はバルブ１０′，１１′を開として製品O2タン
ク１３と吸着塔を均圧化して吸着塔８′を更に高
圧のO2で満たす。製品O2タンク１３との均圧時
の圧力P2（ata）は吸着塔８，８′の死容積（吸着
塔内の吸着剤で占められていない空間の容積）を
V1（）、製品O2タンクの容量をV2（）とし、
均圧前の製品O2タンク１３の圧力をP0（ata）に
ほぼ等しいとすると、均圧化圧力P2（ata）は、
概略 P2＝P0＋P1／２V1＋P0V2／V1＋V2 となり、単に塔を切り換える時のP1（ata）から
P0（ata）への急速な昇圧に比べ、以上の操作で
はP1（ata），P0＋P1／２（ata），P2（ata），P0（ata
） とゆるやかに昇圧する為、昇圧時の空気の吹き抜
けを防止しつつ、脱着工程での残存O2、高圧空
気の系外への放出を最小にする様な対策が可能と
なつている。 以上の操作方法で第１図に示した空気分離装置
で空気分離を行なつた。装置の操作諸元を第１表
に示す。
気体より選択的にN2を吸着するN2吸着剤を使用
してのO2，N2を主成分とする混合気体よりO2，
N2を分離する方法に関するものである。 N2吸着剤を利用した空気からのO2，N2吸着分
離法は、装置が小型簡易であり、又無人運転に近
い殆ど保守を必要としない利点をもつ為、O2製
造量10〜3000Nm3−O2／ｈ程度の中小型装置と
して近年使用例が増えてきており、深冷分離装置
で作られる液体酸素を輪送して使用するケースに
ついての代替が進行している。 この装置の代表的なものの概要を述べると、装
置は空気圧縮機、及び２塔又はそれ以上のN2吸
着塔、又場合によつては真空ポンプ等からの構成
される。この装置において、１塔に圧縮空気を送
ると、充填されたN2吸着剤により空気中のN2は
吸着除去されて、残る高圧O2は吸着塔の後方に
流出し回収される。一方、他塔では吸着したN2
を減圧条件で放出させ（時として製品O2の一部
を向流で流すとか、真空ポンプで強力にN2を除
去する方法もとられる）再生する。これを交互に
くり返して連続的にO2，N2を分離する。上記の
吸着塔に充填していたN2吸着剤の代表的なもの
は、ユニオンカーバイド社よる実用化されたNa
−Ａ型ゼオライトの60〜70％Ca交換体であり、
O2，N22成分混合ガスからN2を選択的に吸着す
るものであつて、空気条件下でのO2の吸着はN2
吸着の10％以下と推定される。 この吸着によるO2，N2分離装置は中小型領域
で有利と前述したが、1Nm3のO2を製造するのに
0.75〜1Kwhを必要とし、大容量深冷分離法で製
造されるO2の0.45Kwhに比し消費電力は大きい。
又装置容量の増大に対するスケールメリツトが少
く、3000Nm3−O2／ｈ以上の領域では深冷分離
法に競合できないといわれている。 従つて、これら欠点についての改善方法が種考
えられるが、本発明に関連して改善方法を述べる
と以下のような障害が通常出現する。 先ず、消費電力の低減については、送風圧力を
低くして低圧で吸着操作を行なう事が考えられる
が、N2吸着量が圧力にほぼ比例して低下する為、
装置の容量が極めて増大する。次に、吸着量の増
大を図る為に、低温条件で吸着操作を行なう事が
考えられるが、この場合はN2吸着量は増大する
ものの吸着・脱着速度が著しく低下する為、同一
塔長での製品O2濃度が室温時よりもかえつて低
下してしまう。又温度の低下に伴ないN2吸着時
のO2共吸着量が上昇する為、動力原単位が漸次
上昇する。 そこで本発明者は、上記欠点を改善した低温、
低圧吸着条件下での高性能なO2，N2の分離方法
につき鋭意研究、実験を進める過程で、低温・低
圧領域でN2吸着時のO2共吸着量が著しく上昇す
る（N2選択性が低下する）為、全く実用に供し
得ないと思われたCa−Na−Ａ型ゼオライト（以
下Ca−Na−Ａと記す）も、詳細に調べると少く
とも50％を超えないO2濃度領域では、特願昭58
−54626に示されたNa−Ｘ型ゼオライト（以下
Na−Ｘと記す）とほぼ同程度のN2選択性を維持
したまま、N2吸着量に於いて18〜20％大きい事
を見出した。すなわち本発明は室温以下の温度下
で、酸素及び窒素を主成分とする混合気体を大気
圧以上3ata以下で、N2吸着塔に流入させて該混
合気体に含まれる窒素を選択的に吸着せしめ、該
吸着塔出口から高純度酸素及び酸素富化ガスを流
出させ、一方窒素を吸着した吸着塔を0.05ata以
上0.5ata以下に減圧せしめて再生する低温、低圧
条件下での混合気体からの窒素の吸着分離におい
て、塔内O2濃度が50％を超えない吸着塔の吸着
工程における上流側にCa−Na−Ａを充填し、吸
着塔の下流側にNa−Ｘを充填する事により、吸
着塔全体としては、より大きなN2吸着量と、従
来とほぼ変らないN2選択性を維持したN2吸着塔
による混合気体からのO2製造方法を提案するも
のである。 以下本発明の方法について実施例により詳細に
説明する。 実施例 本発明の有効性を実証する為第１図に示す空気
分離装置で空気からのN2吸着剤によるO2，N2分
離を試みた。 以下第１図に基づいて実施した内容を説明す
る。 入口側ライン１を通じて圧縮機２で1.05〜3ata
に加圧された空気は、流路３からの脱湿脱CO2塔
４に入り、極めて清浄な加圧空気となる。流路
３′の後流に設置されたバルブ５は開となつてお
り、清浄な加圧空気は流路６及び開状態のバルブ
７を通じて吸着塔８に入る。吸着塔８に入つた加
圧空気はN2吸着剤９でN2が吸着除去されて後方
に行くに従がいO2濃度が上昇する。この後加圧
空気は開状態のバルブ１０，１１，１２及びバル
ブ１１，１２の間に挿入された製品O2タンク１
３を通じて製品O2として回収される。一方、製
品O2の一部は流路１４の途中にある減圧弁１５
で減圧されて、開状態のバルブ１０′を通じて吸
着塔８′に入る。吸着塔８′は開状態のバルブ１６
及び流路１７を通じて連結された真空ポンプで減
圧されひかれており、この為吸着塔８′は空気流
れと反対方向に製品O2の一部が負圧状態で流れ、
吸着塔８′中の吸着剤９′に吸着されていたN2は
容易に離脱され吸着剤９′は短時間で再生される。
一般的には、製品O2パージライン１４減圧弁１
５は圧力スイング法で必須条件であるとなつてい
るが、（例えば特公昭51−32600に減圧条件と生成
物パージングの条件Ｐ／Ｆ比についての記載があ
る。）Na−Ｘを充填した場合やO2濃度が50％を
超えない吸着塔の吸着工程における上流側にCa
−Na−Ａを充填し、50％を超える下流側にNa−
Ｘを充填した場合には、製品O2パージライン１
４及び減圧弁１５による製品O2の再循環は不用
であり単に減圧だけでも再生は可能となる。吸着
塔８のN2吸着剤９が飽和し、一方吸着塔８′の
N2吸着剤９′からN2が離脱して再生が済むと、
入口空気の流路６を６′に切り換え、今迄述べた
方法を交互に行なうと製品O2が連続的に回収で
きる。なお、入口の清浄な加圧空気のライン３′
と離脱N2を主成分とするガスライン１７の間は
熱交換器１９で、熱交換可能となつており、製品
O2ライン２１と流路３′との間も又熱交換器２２
で熱交換可能となつている。又流路３′には圧縮
式冷凍機２０が設置されている為、極めて能率的
に吸着塔８及び８′は冷却され低温条件に設定さ
れる。なお、吸着塔の切り換えにあたつては、単
純に流路６から６′へ（又はその逆）切り換える
だけでなく、切り換え直後の昇圧に伴なう入口空
気の吹きぬけを防ぎかつ、吸着塔の後方に残存す
るO2及び前方の加圧空気の系外への放出を最小
にする為、先ず、バルブ１０，１５，１０′を全
開にして吸着直後の吸着塔８の後方の残存O2を
再生直後の吸着塔８′に一部移す。この時吸着塔
８の圧力をP0（ata）、吸着塔８′の圧力をP1（ata）
とすると、均圧後の圧力は約P0＋P1／２（ata）と なる。この後約P0＋P1／２（ata）となつた吸着塔 ８′はバルブ１０′，１１′を開として製品O2タン
ク１３と吸着塔を均圧化して吸着塔８′を更に高
圧のO2で満たす。製品O2タンク１３との均圧時
の圧力P2（ata）は吸着塔８，８′の死容積（吸着
塔内の吸着剤で占められていない空間の容積）を
V1（）、製品O2タンクの容量をV2（）とし、
均圧前の製品O2タンク１３の圧力をP0（ata）に
ほぼ等しいとすると、均圧化圧力P2（ata）は、
概略 P2＝P0＋P1／２V1＋P0V2／V1＋V2 となり、単に塔を切り換える時のP1（ata）から
P0（ata）への急速な昇圧に比べ、以上の操作で
はP1（ata），P0＋P1／２（ata），P2（ata），P0（ata
） とゆるやかに昇圧する為、昇圧時の空気の吹き抜
けを防止しつつ、脱着工程での残存O2、高圧空
気の系外への放出を最小にする様な対策が可能と
なつている。 以上の操作方法で第１図に示した空気分離装置
で空気分離を行なつた。装置の操作諸元を第１表
に示す。
【表】
第２表に充填した吸着塔の態様を示す。
【表】
まづ、全ての実施例に先立つて、Ca−Na−Ａ
及びNa−Ｘの低温、低圧での吸着特性を把握す
る為に、第３表に示すような試験条件で分離特性
を調べた。
及びNa−Ｘの低温、低圧での吸着特性を把握す
る為に、第３表に示すような試験条件で分離特性
を調べた。
【表】
操作条件は、吸着塔圧力1.2ata、脱着圧力
0.2ata吸着塔温度15℃に設定し、他の条件は第１
表と同じである。 この条件で実施した結果を第４表に示す。
0.2ata吸着塔温度15℃に設定し、他の条件は第１
表と同じである。 この条件で実施した結果を第４表に示す。
【表】
以上の結果から発明者等は、Ca−Na−Ａ及び
Na−Ｘの低温、低圧条件での分離特性に極めて
高いO2濃度依存性がある事を見出した。即ち、 少くとも50％前後のO2濃度領域迄は、Ca−
Na−ＡとNa−Ｘの間にN2選択性に大差のな
い事が、脱着ガス中のO2濃度の比較から判る。 少くとも50％前後のO2濃度領域迄は、の
結果を考慮すると、Ca−Na−Ａの方が、Na
−Ｘよりも約20％N2吸着量が大きい分だけ吸
着塔の設計上極めて有利となる。 50％を超えるO2濃度域では、Na−Ｘの方が
Ca−Na−Ａに比べN2選択性がかなり高い為、
製品O2濃度及び物質収支のいずれでも優れて
いる。 等に要約される。 これを吸着塔の経済性から考察すると上流側に
Ca−Na−Ａ、下流側にNa−Ｘを充填する方法
の妥当性が更に付加される。 ここでCa−Na−ＡとNa−Ｘを比較すると、 Ca−Na−Ａの方が、汎用性が大きく、Na
−Ｘに比べて大量に使われている事から量産効
果が大きい。 Ca−Na−Ａの方がNa−Ｘに比べ水熱合成
が容易である。 等の事から、Ca−Na−ＡはNa−Ｘよりも約30
％程安価に供給されている。 この為、第２表の充填態様を、吸着剤の価格で
評価するとNa−Ｘ：１／2Ca−Na−Ａ＋１／
2Na−Ｘ＝１：0.85となる。即ち、Na−Ｘと同
等もしくはそれ以上のO2回収率、又はO2製造量
を１／2Ca−Na−Ａ＋１／2Na−Ｘが示したと
すれば、それだけで吸着剤は15％以上のコスト低
減になる事を意味する。 これ等の効果を考慮しつつ、第１表の操作条件
及び第２表の充填態様で空気からO2，N2を分離
した時の結果を第２図以下に要約する。 以下第２図から逐次O2濃度が50％を超えない
吸着塔の吸着工程における上流側にCa−Na−
AO2濃度が50％を超える下流側にNa−Ｘを充填
した分離方法の従来のCa−Na−Ａ単独、又Na
−Ｘ単独での充填方法に対する主たる改善点を説
明する。 第２図は製品O2濃度92％、吸着圧力1.2ata，吸
着圧力0.2ata、サイクルタイム４分10秒、温度25
〜−50℃における結果であり、第２図において横
軸は吸着温度、縦軸はSV値を示す。SV値は、92
％の製品O2を回収する時の、入口空気量〔Ｎm3
−空気／ｈ〕を装置全体の吸着塔容量〔m3〕で除
したものである。 図中◎は、本発明の１／2Ca−Na−Ａ＋１／
2Na−Ｘを用いた場合、〇印はNa−Ｘ、を単独
で用いた場合●印はCa−Na−Ａを単独で用いた
場合の結果である。 室温付近では３者とも大差がないが、温度の降
下に伴ない１／2Ca−Na−Ａ＋１／2Na−Ｘが
他の２者よりも約20％程度大きいSV値を示して
いる。（SV値は、単に空気処理量を示す因子で
O2回収率、O2製造量と併せた評価が必要である
ことは言うまでもない。） 第３図において、横軸は温度を、縦軸は製品
O2回収率を示す。なお製品回収率Ｒ（％）は次式
でされる。 Ｒ＝（製品O2量）×（製品O2濃度）／（入口空気量）
×（入口O2濃度）×100〔％〕 操作条件は第２図の場合と同じである。また図
中の記号◎，〇，●印も第２図と同じ場合を示
す。 第３図において、温度の低下に伴ないCa−Na
−ＡではO2回収率は低下し、Na−Ｘでは上昇し
ている事は、特願昭−58−54626の再確認である
が、ここで注目すべきは、１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−Ｘが、Na−Ｘと同等もしくは、やや
大きなO2回収率を示している事である。第２図
の結果とあわせ考えると、１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−ＸはNa−Ｘと比べると、Na−Ｘとほ
ぼ同等もしくはやや大きなO2回収率を保ちなが
ら約20％程度多量のO2を同一容量の吸着塔で処
理できる事となる。（温度としては、著効のでる
のは、−30〜＋15℃の範囲である。） 前述の吸着剤価格で経済性を評価するとNa−
Ｘを１とした場合 Na−Ｘ：１／2Ca−Na−Ａ＋１／2Na−Ｘ＝
１：0.68 となり、30％を超すコスト低減となる。 次に、吸着圧力による１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−Ｘの特性を調べる為、他の操作条件は
第２図〜第３図の場合と同じく、吸着温度は−20
℃にして、吸着圧力のみ１〜6ata迄昇圧した。 第４図において、横軸は吸着圧力、縦軸は製品
O2回収率Ｒ（％）を示す。図中◎は１／2Ca−Na
−Ａ＋１／2Na−Ｘの場合を示し、〇はNa−Ｘ
の場合を示す。第４図から明らかなように3ata迄
ほぼ一定の製品O2回収率を示すのに、それ以上
では低下する。 これは、圧力の上昇に伴なうN2吸着量の上昇
は鈍化するのに対し、N2吸着量の上昇が余り鈍
化しない為によるN2選択性の低下及び、塔内残
存空気量の昇圧よる上昇が効いているものと思わ
れる。特性はNa−Ｘと余り異ならない。 次に、脱着圧力による１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−Ｘの特性を調べる為、他の操作条件は
第４図の場合と同じくし、吸着圧力1.2ataにし
て、脱着圧力のみ1Torrから0.5ata迄化させた。 第５図において横軸は脱着圧力、縦軸は製品
O2回収を示す。又図中の記号は第４図の場合に
同じである。 第５図から明らかなように、脱着圧力の低下に
伴ない製品O2回収率の大巾な上昇がみられる。 これは、圧力スイング法に於いては、脱着圧力
の低下に対し、N2吸着量大きく上昇するが、N2
吸着量あまり変化しない為、結果的には、低圧に
する程、N2選択性が上昇する為と考えられる。
（これは、第５図のデータを採取する時に脱着ガ
ス量とそのO2濃度を計測して判明した。１／2Ca
−Na−Ａ＋１／2Na−Ｘを用いた場合の結果の
一部を第５表に示す。）
Na−Ｘの低温、低圧条件での分離特性に極めて
高いO2濃度依存性がある事を見出した。即ち、 少くとも50％前後のO2濃度領域迄は、Ca−
Na−ＡとNa−Ｘの間にN2選択性に大差のな
い事が、脱着ガス中のO2濃度の比較から判る。 少くとも50％前後のO2濃度領域迄は、の
結果を考慮すると、Ca−Na−Ａの方が、Na
−Ｘよりも約20％N2吸着量が大きい分だけ吸
着塔の設計上極めて有利となる。 50％を超えるO2濃度域では、Na−Ｘの方が
Ca−Na−Ａに比べN2選択性がかなり高い為、
製品O2濃度及び物質収支のいずれでも優れて
いる。 等に要約される。 これを吸着塔の経済性から考察すると上流側に
Ca−Na−Ａ、下流側にNa−Ｘを充填する方法
の妥当性が更に付加される。 ここでCa−Na−ＡとNa−Ｘを比較すると、 Ca−Na−Ａの方が、汎用性が大きく、Na
−Ｘに比べて大量に使われている事から量産効
果が大きい。 Ca−Na−Ａの方がNa−Ｘに比べ水熱合成
が容易である。 等の事から、Ca−Na−ＡはNa−Ｘよりも約30
％程安価に供給されている。 この為、第２表の充填態様を、吸着剤の価格で
評価するとNa−Ｘ：１／2Ca−Na−Ａ＋１／
2Na−Ｘ＝１：0.85となる。即ち、Na−Ｘと同
等もしくはそれ以上のO2回収率、又はO2製造量
を１／2Ca−Na−Ａ＋１／2Na−Ｘが示したと
すれば、それだけで吸着剤は15％以上のコスト低
減になる事を意味する。 これ等の効果を考慮しつつ、第１表の操作条件
及び第２表の充填態様で空気からO2，N2を分離
した時の結果を第２図以下に要約する。 以下第２図から逐次O2濃度が50％を超えない
吸着塔の吸着工程における上流側にCa−Na−
AO2濃度が50％を超える下流側にNa−Ｘを充填
した分離方法の従来のCa−Na−Ａ単独、又Na
−Ｘ単独での充填方法に対する主たる改善点を説
明する。 第２図は製品O2濃度92％、吸着圧力1.2ata，吸
着圧力0.2ata、サイクルタイム４分10秒、温度25
〜−50℃における結果であり、第２図において横
軸は吸着温度、縦軸はSV値を示す。SV値は、92
％の製品O2を回収する時の、入口空気量〔Ｎm3
−空気／ｈ〕を装置全体の吸着塔容量〔m3〕で除
したものである。 図中◎は、本発明の１／2Ca−Na−Ａ＋１／
2Na−Ｘを用いた場合、〇印はNa−Ｘ、を単独
で用いた場合●印はCa−Na−Ａを単独で用いた
場合の結果である。 室温付近では３者とも大差がないが、温度の降
下に伴ない１／2Ca−Na−Ａ＋１／2Na−Ｘが
他の２者よりも約20％程度大きいSV値を示して
いる。（SV値は、単に空気処理量を示す因子で
O2回収率、O2製造量と併せた評価が必要である
ことは言うまでもない。） 第３図において、横軸は温度を、縦軸は製品
O2回収率を示す。なお製品回収率Ｒ（％）は次式
でされる。 Ｒ＝（製品O2量）×（製品O2濃度）／（入口空気量）
×（入口O2濃度）×100〔％〕 操作条件は第２図の場合と同じである。また図
中の記号◎，〇，●印も第２図と同じ場合を示
す。 第３図において、温度の低下に伴ないCa−Na
−ＡではO2回収率は低下し、Na−Ｘでは上昇し
ている事は、特願昭−58−54626の再確認である
が、ここで注目すべきは、１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−Ｘが、Na−Ｘと同等もしくは、やや
大きなO2回収率を示している事である。第２図
の結果とあわせ考えると、１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−ＸはNa−Ｘと比べると、Na−Ｘとほ
ぼ同等もしくはやや大きなO2回収率を保ちなが
ら約20％程度多量のO2を同一容量の吸着塔で処
理できる事となる。（温度としては、著効のでる
のは、−30〜＋15℃の範囲である。） 前述の吸着剤価格で経済性を評価するとNa−
Ｘを１とした場合 Na−Ｘ：１／2Ca−Na−Ａ＋１／2Na−Ｘ＝
１：0.68 となり、30％を超すコスト低減となる。 次に、吸着圧力による１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−Ｘの特性を調べる為、他の操作条件は
第２図〜第３図の場合と同じく、吸着温度は−20
℃にして、吸着圧力のみ１〜6ata迄昇圧した。 第４図において、横軸は吸着圧力、縦軸は製品
O2回収率Ｒ（％）を示す。図中◎は１／2Ca−Na
−Ａ＋１／2Na−Ｘの場合を示し、〇はNa−Ｘ
の場合を示す。第４図から明らかなように3ata迄
ほぼ一定の製品O2回収率を示すのに、それ以上
では低下する。 これは、圧力の上昇に伴なうN2吸着量の上昇
は鈍化するのに対し、N2吸着量の上昇が余り鈍
化しない為によるN2選択性の低下及び、塔内残
存空気量の昇圧よる上昇が効いているものと思わ
れる。特性はNa−Ｘと余り異ならない。 次に、脱着圧力による１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−Ｘの特性を調べる為、他の操作条件は
第４図の場合と同じくし、吸着圧力1.2ataにし
て、脱着圧力のみ1Torrから0.5ata迄化させた。 第５図において横軸は脱着圧力、縦軸は製品
O2回収を示す。又図中の記号は第４図の場合に
同じである。 第５図から明らかなように、脱着圧力の低下に
伴ない製品O2回収率の大巾な上昇がみられる。 これは、圧力スイング法に於いては、脱着圧力
の低下に対し、N2吸着量大きく上昇するが、N2
吸着量あまり変化しない為、結果的には、低圧に
する程、N2選択性が上昇する為と考えられる。
（これは、第５図のデータを採取する時に脱着ガ
ス量とそのO2濃度を計測して判明した。１／2Ca
−Na−Ａ＋１／2Na−Ｘを用いた場合の結果の
一部を第５表に示す。）
【表】
【表】
第６図は、第５図の物質収支に基づき、O2製
造量1000Nm3／ｈ以上の大容量の装置で1Nm3の
O2を製造するのに要する消費電力を計算したも
のである。図中の記号は第５図と同じである。 この領域においては、モータ、回転機器間の伝
達損失が無視できる為、入口送風機、脱着用真空
ポンプとも効率は80％を超える。このような動力
構成でO2を製造すると、この領域では0.05〜
0.5ataの領域において、消費電力が0.6Kwh／Ｎ
m3−O2を下廻り、従来の圧力スイング法、例え
ば、吸着剤としてCa−Na−Ａを使用し、吸着圧
力4ata、脱着圧力0.1ata、吸着温度25℃での消費
電力0.65〜1Kwh／Ｎm3−O2を下廻る。 特に最小値近傍（0.1〜0.25ata付近）では、消
費電力は0.4Kwh／Ｎm3−O2に達し深冷分離法を
やや下廻る。 第７図は、第２図第３図と同じ操作条件で、脱
着圧力を0.2ataに設定し、パージガス量比を変更
した時の製品O2回収率の変化を示したものであ
る。 再生パージガス量比Ｐ／Ｆは Ｐ／Ｆ＝〔再生ガスとして消費したO2量（Nl／half
−cycle）〕／〔出口製品O2量（Nl／half−cycle）〕 で定義した。 図中の記号は、第６図と同じである。 第７図から判るように１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−Ｘ，Na−Ｘとも再生パージの為に製
品O2の一部を消費する必要のない事が判る。 以上詳細に説明したように、本発明は所要の動
力原単位及び吸着剤量が従来の吸着剤法に比べ少
なく、かつ安価な吸着剤の使用方法で産業上非常
に有用な混合気体からの酸素の製造方法を提案す
るものである。
造量1000Nm3／ｈ以上の大容量の装置で1Nm3の
O2を製造するのに要する消費電力を計算したも
のである。図中の記号は第５図と同じである。 この領域においては、モータ、回転機器間の伝
達損失が無視できる為、入口送風機、脱着用真空
ポンプとも効率は80％を超える。このような動力
構成でO2を製造すると、この領域では0.05〜
0.5ataの領域において、消費電力が0.6Kwh／Ｎ
m3−O2を下廻り、従来の圧力スイング法、例え
ば、吸着剤としてCa−Na−Ａを使用し、吸着圧
力4ata、脱着圧力0.1ata、吸着温度25℃での消費
電力0.65〜1Kwh／Ｎm3−O2を下廻る。 特に最小値近傍（0.1〜0.25ata付近）では、消
費電力は0.4Kwh／Ｎm3−O2に達し深冷分離法を
やや下廻る。 第７図は、第２図第３図と同じ操作条件で、脱
着圧力を0.2ataに設定し、パージガス量比を変更
した時の製品O2回収率の変化を示したものであ
る。 再生パージガス量比Ｐ／Ｆは Ｐ／Ｆ＝〔再生ガスとして消費したO2量（Nl／half
−cycle）〕／〔出口製品O2量（Nl／half−cycle）〕 で定義した。 図中の記号は、第６図と同じである。 第７図から判るように１／2Ca−Na−Ａ＋
１／2Na−Ｘ，Na−Ｘとも再生パージの為に製
品O2の一部を消費する必要のない事が判る。 以上詳細に説明したように、本発明は所要の動
力原単位及び吸着剤量が従来の吸着剤法に比べ少
なく、かつ安価な吸着剤の使用方法で産業上非常
に有用な混合気体からの酸素の製造方法を提案す
るものである。
第１図は本発明酸素製造方法を実施するのに用
いられる空気分離装置の例示図、第２図は温度と
SV値との関係を示すグラフ、第３図は温度と製
品O2回収率との関係を示すグラフ、第４図は吸
着圧力と製品O2回収率との関係を示すグラフ、
第５図は脱着圧力と製品O2回収率との関係を示
すグラフ、第６図は脱着圧力と1Nm3−O2／ｈの
O2を製造するに必要な消費電力との関係を示す
グラフ、第７図は再生パージガス量比と製品O2
回収率との関係を示すグラフである。 ２……圧縮機、４……脱湿、脱CO2塔、８……
吸着塔、１３……製品O2タンク、１８……真空
ポンプ、２０……圧縮式冷凍機。
いられる空気分離装置の例示図、第２図は温度と
SV値との関係を示すグラフ、第３図は温度と製
品O2回収率との関係を示すグラフ、第４図は吸
着圧力と製品O2回収率との関係を示すグラフ、
第５図は脱着圧力と製品O2回収率との関係を示
すグラフ、第６図は脱着圧力と1Nm3−O2／ｈの
O2を製造するに必要な消費電力との関係を示す
グラフ、第７図は再生パージガス量比と製品O2
回収率との関係を示すグラフである。 ２……圧縮機、４……脱湿、脱CO2塔、８……
吸着塔、１３……製品O2タンク、１８……真空
ポンプ、２０……圧縮式冷凍機。
Claims (1)
- １ N2吸着剤を充填した少くとも２塔の吸着塔
において、室温以下の温度下で、酸素及び窒素を
主成分とする混合気体を大気圧以上3ata以下で吸
着塔に流入させて該混合気体に含まれる窒素を選
択的に吸着せしめ、該吸着塔出口から高純度酸素
又は酸素富化ガスを流出させ、一方窒素を吸着し
た吸着塔を0.05ata以上0.5ata以下に減圧せしめ
て再生する低温、低圧条件下での混合気体からの
N2吸着分離において、吸着塔の吸着工程におけ
る上流側にCa−Na−Ａ型ゼオライトを、下流側
にNa−Ｘ型ゼオライトを充填したことを特徴と
するCa−Na−Ａ，Na−Ｘを使つたN2吸着塔に
よる酸素製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58232348A JPS60127202A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | Ｃａ−Νａ−Ａ，Νａ−Ｘを使ったΝ↓２吸着塔による酸素製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58232348A JPS60127202A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | Ｃａ−Νａ−Ａ，Νａ−Ｘを使ったΝ↓２吸着塔による酸素製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60127202A JPS60127202A (ja) | 1985-07-06 |
| JPH0455964B2 true JPH0455964B2 (ja) | 1992-09-07 |
Family
ID=16937796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58232348A Granted JPS60127202A (ja) | 1983-12-09 | 1983-12-09 | Ｃａ−Νａ−Ａ，Νａ−Ｘを使ったΝ↓２吸着塔による酸素製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60127202A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5454857A (en) * | 1994-03-18 | 1995-10-03 | Uop | Air separation process |
| US5698013A (en) * | 1994-03-18 | 1997-12-16 | Uop | Nitrogen-selective zeolitic adsorbent for use in air separation process |
| US5487775A (en) * | 1994-05-09 | 1996-01-30 | The Boc Group, Inc. | Continuous pressure difference driven adsorption process |
| DE19518407A1 (de) * | 1995-05-19 | 1996-11-21 | Bayer Ag | Verfahren zur adsorptiven Sauerstoffanreicherung von Luft mit Mischungen aus Molekularsieb-Zeolithen |
| DE19528188C1 (de) * | 1995-08-01 | 1996-12-05 | Bayer Ag | Verfahren zur Adsorption von Stickstoff aus Gasgemischen mittels Druckwechseladsorption mit Zeolithen |
-
1983
- 1983-12-09 JP JP58232348A patent/JPS60127202A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60127202A (ja) | 1985-07-06 |
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