JPH05146624A - 吸着による分離方法及び吸着器 - Google Patents

吸着による分離方法及び吸着器

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JPH05146624A
JPH05146624A JP3256071A JP25607191A JPH05146624A JP H05146624 A JPH05146624 A JP H05146624A JP 3256071 A JP3256071 A JP 3256071A JP 25607191 A JP25607191 A JP 25607191A JP H05146624 A JPH05146624 A JP H05146624A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高レベルの性能（収率／エネルギー）を維持
しながら、短いサイクル周期により、ガス状混合物から
成分を吸着分離する方法及び吸着器を提供。 【構成】 長い、典型的には垂直の形状をした吸着器
は、小さい粒度（０．４〜１．２ｍｍ）の部分２０と、
典型的には大きな粒度（１．７〜２ｍｍ）の部分２１と
をもった、孔あき板６，７の間に吸着剤を充填される。
ガスは、供給又は排出用の窓を形成する２枚の孔あき板
６，７の間を水平に流れる。この構造は、サイクルの周
期を６０秒以下に低減でき、かつより少い投資によって
同一性能を保証できる。ガスの分離、特に空気から酸素
を得るのに利用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス状混合物が、周期
的圧力変化を受ける吸着器中の大量の吸着剤内を流れる
種類の、ガス状混合物から少くとも１成分を吸着によっ
て分離する方法及びその方法に用いる吸着器に関する。
【０００２】
【従来の技術】実際に、特に空気の分離による酸素製造
に工業的に用いられるときにそのような方法は、周期が
二つの吸着器をもったシステムについて２×４５秒以下
には実際上、下らないサイクルであって、 −収率４０〜６０％、 −生産率約１５Ｎｍ３／ｈｒ／ｍ３（吸着剤ｍ３当り製
品Ｏ２Ｎｍ３／ｈｒ）、 の性能を有している。吸着器は、 −一般的には垂直方向のガス流をもった垂直円筒の、 −著しく大きさが大きいものについては、場合によりガ
ス流をもった常に水平円筒の 形状でつくられる。
【０００３】これらの装置は、吸着剤の充填については
もっとも実用的であり、吸着剤がぎっしり詰められたと
きでも（圧縮率は球状粒子について約５％と算定され
る）、分子篩吸着剤の均一厚さの層を保ち続けることが
できる。通路の断面は、上昇垂直流の場合に、過剰な速
度の影響でガスが吸着剤粒子を離すおそれがないように
計算され、そのことは粒子相互の磨耗又は摩擦現象の作
用により実際は吸着剤を急速に塵状に小さくすることに
つながる。
【０００４】吸着器はまた、ガスを均一に分配するよう
に研究されている。ガスの均一な分配は、垂直流（上昇
及び下降）をもった垂直円筒では容易に実現されるが、
この構造は、通路断面が技術的に制限されるという事実
から、小能力の設備にしか適合しない。
【０００５】発明の目標は、生産率を高めるためにサイ
クルの周期を短くしながら、より少い投資に到達するこ
とである。そのとき、必要な吸着剤の量は、吸着器の大
きさと同様に少くすることができ、これらの二つは、設
備投資の重要な部分を占めている。
【０００６】しかしながら２×４５秒以下へのサイクル
周期の短縮は、例えば５ｔ／ｄａｙ以上の酸素を製造す
るような大能力の工業的設備では、今日まで実現されな
かった。その理由は、 −現在の吸着剤がもっている性能の低下のおそれ、特に
収率の低下と消費エネルギーの増加のおそれで、実際に
吸着の動力学的現象による制限、 −あまりにも大きなガス速度及び現在の吸着器内での吸
着剤の磨耗、 −現在の吸着剤層の厚さによる大きな圧力損失、であ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの問題に対する解決をもたらすことであり、 −収率４０〜６０％ −そのときに約４５Ｎｍ３／ｈｒ／ｍ３に増加した生産
率 という高レベルの性能（収率／エネルギー）を維持しな
がら、２０秒（２×１０）〜６０秒（２×３０）のサイ
クル周期をもった吸着による分離方法に到達することで
ある。本発明はまたこの方法を実施する吸着器も目的と
している。
【０００８】前記のような性能は、吸着剤の量及び吸着
器の容積を三分の１（生産率比）に低下することによっ
て得られ、したがって機材（吸着器、弁、配管及びサイ
クル操作に必要な機械を含む）の投資について著しい節
約（２０〜５０％）を実現できる。
【０００９】弁、配管及びサイクル操作機械の大きさ
は、収率が、生産率１５Ｎｍ３／ｈｒ／ｍ３の設備と４
５Ｎｍ３／ｈｒ／ｍ３の設備との間に保たれたときから
同一のままであることは注目すべきである。したがって
投資の利益は、吸着剤の量（三分の１になる）及び小容
量で輸送、据付けの容易な吸着器のコストに現われる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ガス状
混合物を、典型的には水平な第１の方向に沿って、この
第１の方向と直交し、ガスの流れ方向における吸着剤層
の中間寸法より大きな主軸寸法をもった吸着剤層中に流
入させ、前記吸着剤層は、製造段階のガスの進行方向に
対して少くとも一つの下流部分を有し、前記下流部分は
粒度が典型的には０．４〜１．５ｍｍ、好ましくは０．
８〜１．２ｍｍという１．７ｍｍ以下の細かい吸着剤粒
子で形成されること、及び処理すべきガス状混合物の導
入時の吸着剤の入口、出口間における圧力損失を２００
ｍｂ（２×１０４Ｐａ）、典型的には５０〜１００ｍｂ
に制限することによって、２０〜６０秒、典型的には４
０〜５０秒の周期のサイクルを実現することで達成され
る。
【００１１】上に述べた方法によれば、吸着剤粒度の細
かさは、吸着の動力を増加でき、一方ではガス速度が増
加される。しかもガスの水平方向の流れは、上昇垂直流
で実施する場合より５〜７倍のガス速度で磨耗現象が現
われるのを防ぐことができる。
【００１２】本発明の方法の実施には、 −全吸着剤層が、０．４〜１．７ｍｍの、好ましくは
０．８〜１．５ｍｍの細かい粒子でつくられるか、それ
とも吸着剤層の下流部分のみが前記の細かい粒子でつく
られ、一方、製造段階でのガス状混合物の進行方向に沿
った上流部分は、例えばほぼ２ｍｍの、１．７ｍｍより
大きな粒子によってつくられるようにすることもでき、
この第２の場合には、全吸着剤層に対する細かい粒子の
吸着剤の重量パーセントは、３０〜７０％であるのが有
利であり、 −吸着剤層の主軸寸法は、製造段階のガス状混合物の流
れ方向における吸着剤層の中間寸法の１．５〜３倍に相
当するのが好ましい、 というように、これらを別個に又は組み合わせることが
できる。
【００１３】また本発明の方法を実施する吸着器は、そ
のケーシングがいわゆる長手方向に沿って長い寸法を有
し、ケーシングの内部では、互に離された長手方向の２
枚の孔あき板が、一方では孔あき板とケーシングの壁の
一部分との間に、１．７ｍｍ以下の粒度の吸着剤粒子を
収容する室を、他方では孔あき板とケーシングの壁の残
りの部分との間に、ガスの流入／排出用の二つの長手方
向のコレクターを限定し、前記コレクターはそれぞれ、
吸着器へのガスの流入、吸着器からのガスの排出用に、
ケーシングの壁を横切る端部管を有していることを特徴
としている。
【００１４】特殊な実施態様によれば、吸着器は吸着剤
室内の吸着剤圧縮の補償手段を有している。例えば孔あ
き板が、吸着器の長手方向の一端部において吸着器の底
板からわずかの距離まで延びており、補償手段は、例え
ば弾性材料製の変形可能な仕切りを有し、こうしてガス
の圧力下又は減圧下にある横断管を備えた気密吸着器の
底部室を限定している。
【００１５】この構造のお蔭で、一方ではサイクルの高
圧と少くとも等しい圧力を用いることによって、隔膜の
圧縮効果で吸着剤粒子の位置の実質的維持を保証するこ
とができ、他方では特に、吸着剤の避けることができな
い後圧縮の結果必ず生じる、ケーシング頭部の自由空間
におけるガスの特別な通過を避けることができる。本発
明の特徴及び利点は、典型的ではあるが全く限定的では
ないものとして、添付の図面に関してなされる実施態様
についての記述から理解されるだろう。
【００１６】
【実施例】吸着器１は、円筒形状の側壁３をもったケー
シング２を有し、円筒側壁３は、いわゆる長手方向、こ
こでは垂直にその直径よりも長く延びており、二つの反
り返った底板４，５によって両端部を閉じられている。
ケーシング２の内部には、例えば格子のような２枚の平
行な孔あき板６及び７が配置され、下方底板５から上方
底板４のわずかに下まで延びており、そこでは横方向の
板８及び８′によって側壁３に接続している。
【００１７】弾性のある隔膜又は膜１０が、横方向の板
８及び８′の内縁９に沿って、かつ残り部分については
ケーシングの側壁にその全周縁を同時に固定され、その
結果、一方では底板５の一部分５ａ、孔あき板６，７、
側壁３の一部分３ａ及び膜１０の間に境界を定められた
吸着剤室１１を、他方では上方底板４と膜１０との間に
吸着剤の気密圧縮室１２を限定する。そのために底板４
は、気密圧縮室１２を使用圧力とするための端部管１３
を備えている。
【００１８】孔あき板６及び７の外側には、各孔あき板
６，７、側壁３の一部分３ｂ、底板５の一部分５ｂ及び
横方向の板８，８′の間に、二つのガス分配用内側コレ
クター１５，１６が限定され、各コレクター１５，１６
は、ガスの流入及び／又は排出用外部管路との接続のた
めに、それぞれ広い端部管１７，１８を備えている。
【００１９】図示された実施態様では、吸着剤室１１
は、垂直な接触面１９によって互に接している二つの垂
直な層として並んで延びている、異なる粒度の吸着剤で
充填されている。図において接触面１９の左手には、
０．４〜１．７ｍｍ、典型的には０．８〜１．５ｍｍの
粒度の細かい吸着剤２０が位置し、一方この面１９の右
手には、通常の粒度、典型的には１．７〜２．４ｍｍ、
全体としてほぼ２ｍｍの粒度の吸着剤２１が位置してい
る。
【００２０】これらの２種類の吸着剤の充填について以
下に述べる。吸着器は、側壁３の外側から孔あき板６を
横切って開口するまで半径方向に延びている複数の短い
管２２を、垂直線に沿って備えている。
【００２１】製作場所では、吸着器１は平に置かれ、す
なわち縦方向の側壁は水平に延びるように、短い管２２
は垂直で高い位置に置かれる。そのとき短い管２２を通
って粒子の充填・分散用の管路及び装置から吸着剤を導
入することができ、まず大きい粒度の吸着剤が、次いで
細かい粒度の吸着剤が、吸着剤層２１、次に吸着剤層２
０を順次構成するように気をつけて導入される。
【００２２】この作業の間、室１２は減圧され、膜１０
は底板４の内側内の近くに、さらには内側面と接触する
ようになり（図１では位置１０′）、したがっていずれ
にせよ多量にある状態の吸着剤に対して最大限の空間を
解放する。完全な充填後、ある圧力が圧縮室１２内に与
えられ、その結果膜１０が、吸着剤を圧縮しながら大量
の吸着剤に対して押しつけられる（図１では位置１
０）。この位置は最終的に保持される。
【００２３】吸着操作による生産現場では、吸着器は図
１に示されたように垂直に取りつけられる。処理すべき
混合物の装入は端部管１８及びコレクター１６によって
行われ（いわゆる並流方向）、孔あき板７は入口窓を形
成し、一方コレクター１５、端部管１７及び孔あき板６
は異なる排出用の出口（並流方向）及び／又は入口（向
流方向）を形成する。同様に異なる排出は、コレクター
１６及び端部管１８によっても行われる。
【００２４】上述の方法及び吸着器は、ガス分離の多く
の応用、特に空気から酸素を取得するのに用いることが
できる。この場合吸着器は、例えば層２１についてはア
ルミナ５Ａ、層２０については１３Ｘの粒子で構成され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸着器の垂直平面に沿った断面
図。
【図２】図１の吸着器の水平断面図。
【符号の説明】
１ 吸着器 ２ ケーシング ３ 側壁 ４，５ 底板 ６，７ 孔あき板 ８，８′ 横方向の板 ９ 横方向の板８，８′の内縁 １０ 隔膜又は膜 １１ 吸着剤室 １２ 気密圧縮室 １３，１７，１８ 端部管 １５，１６ ガス分配用コレクター １９ 吸着剤層の接触面 ２０ 細かい粒度の吸着剤（層） ２１ 通常の粒度の吸着剤（層） ２２ 短い管

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス状混合物が、周期的圧力変化を受け
    る吸着器中の大量の吸着剤内を流れる種類の、ガス状混
    合物から少くとも１成分を吸着によって分離する方法に
    おいて、ガス状混合物を第１の方向に沿って、この第１
    の方向と直交し、ガスの流れ方向における吸着剤層の中
    間寸法より大きな主軸寸法をもった吸着剤層中に流入さ
    せ、前記吸着剤層が、製造段階のガス状混合物の進行方
    向に対して下流に位置する少くとも一つの部分を有し、
    前記下流に位置する部分が、粒度１．７ｍｍ以下である
    細かい吸着剤粒子で形成されること、及び、処理すべき
    ガス状混合物の通過時に、吸着剤の入口と出口との間で
    の圧力損失を２００ｍｂに制限することによって、２０
    〜６０秒の周期のサイクルを実現することを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項２】 吸着剤の細かい粒子の粒度が、０．８〜
    １．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 サイクルの周期が、ほぼ４０〜５０秒で
    あることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 圧力損失が、ほぼ１００ｍｂ、好ましく
    はほぼ５０ｍｂの値に制限されることを特徴とする請求
    項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 製造段階のガス状混合物の進行方向に沿
    った吸着剤層の上流部分が、１．７ｍｍ以上の粒度の粒
    子で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４
    のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 吸着剤層全体が、０．４〜１．７ｍｍの
    粒度の細かい粒子でつくられていることを特徴とする請
    求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 吸着剤の全重量に対する吸着剤の細かい
    粒子の重量パーセントが、３０〜７０％であることを特
    徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 吸着剤層の主軸寸法が、製造段階のガス
    状混合物の流れ方向における吸着剤層の中間寸法の１．
    ５〜３倍に相当することを特徴とする請求項１ないし７
    のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 大量の吸着剤を収容するケーシングを有
    する、ガス状混合物の分離用吸着器において、ケーシン
    グが、いわゆる長手方向に沿って長い寸法を有し、互に
    離されたほぼ平行な２枚の孔あき板を収容しており、前
    記２枚の孔あき板が、一方では該板とケーシングの壁の
    一部分との間に１．７ｍｍ以下の寸法の吸着剤粒子を収
    容する室を、他方ではガスの流入／排出用の二つの長手
    方向のコレクターを限定し、前記各コレクターが、前記
    吸着器へのガスの流入、吸着器からのガスの排出用に、
    ケーシングの壁を横切る端部管を有していることを特徴
    とする吸着器。
  10. 【請求項１０】 室内の吸着剤の圧縮の補償手段を有す
    ることを特徴とする請求項９記載の吸着器。
  11. 【請求項１１】 孔あき板が、長手方向の一端部におい
    て吸着器の底板からわずかの間隔で延びており、補償手
    段が、底部室にガスの圧力をかけ又は減圧にする手段と
    接続できる気密底部室を限定する、変形可能な仕切りを
    有していることを特徴とする請求項９又は１０記載の吸
    着器。
  12. 【請求項１２】 吸着器のケーシングの長手方向寸法
    が、孔あき板間の横方向寸法の１．５〜３倍であること
    を特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載
    の吸着器。
  13. 【請求項１３】 吸着器のケーシングが、反り返った端
    部底板をもった長い円筒形状であることを特徴とする請
    求項１ないし１２のいずれか１項に記載の吸着器。
  14. 【請求項１４】 室内の吸着剤層が、孔あき板の一方の
    板と接触した長手方向の層で、１．７ｍｍ以下の粒度を
    もった少くとも吸着剤粒子部分で形成されていることを
    特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１項に記載の
    吸着器。
  15. 【請求項１５】 室が、０．４〜１．７ｍｍの粒度をも
    った吸着剤粒子ですべて充填されていることを特徴とす
    る請求項１４記載の吸着器。
  16. 【請求項１６】 １．７ｍｍ以下の粒度をもった吸着剤
    粒子層が、両孔あき板間の距離以下の厚さを有し、室の
    残りの部分が、１．７ｍｍ以上の粒度の吸着剤粒子で充
    填されていることを特徴とする請求項１４記載の吸着
    器。
  17. 【請求項１７】 一方の孔あき板と向き合って長手方向
    に配置され、前記孔あき板を横切って内部に延びる、閉
    鎖可能な一連の短い管を有することを特徴とする請求項
    ９ないし１６のいずれか１項に記載の吸着器。
  18. 【請求項１８】 吸着器が、一連の短い管を垂直方向に
    高い位置にして、前記吸着器の長手方向が水平になるよ
    うに空間的に位置決めされること、短い管から室内に吸
    着剤が導入されること、及び使用位置では吸着器の長手
    方向が垂直に配置されるように設置されることを特徴と
    する請求項１７記載の吸着器の吸着剤室への充填方法。
JP25607191A 1990-10-11 1991-10-03 吸着による分離方法及び吸着器 Expired - Fee Related JP3281394B2 (ja)

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FR9012537 1990-10-11
FR9012537A FR2667800B1 (fr) 1990-10-11 1990-10-11 Procede de separation par adsorption, et adsorbeur.

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