JPH05228324A - 圧力スイング吸着システム - Google Patents
圧力スイング吸着システムInfo
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- JPH05228324A JPH05228324A JP4228636A JP22863692A JPH05228324A JP H05228324 A JPH05228324 A JP H05228324A JP 4228636 A JP4228636 A JP 4228636A JP 22863692 A JP22863692 A JP 22863692A JP H05228324 A JPH05228324 A JP H05228324A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 所望の純度で、生成物需要の変化を調節でき
るシステムを提供する。 【構成】 不純物を含む供給ガスから、所望の需要の精
製ガスを製造するための圧力スイング吸着システムであ
って、（ａ）前記不純物のひとつ以上に対して選択的な
吸着剤を含み、プロダクトガスを回収するための出口領
域と供給ガスを受容するための入口領域を有する少なく
とも一つの処理ゾーン、（ｂ）プロダクトガスの需要の
変化を測定し、プロダクトガスの需要の変化に対応する
第一の信号を発生させるために出口領域に設けられた変
化測定手段５５、（ｃ）変化測定手段から発生された第
一の信号を伝達する手段と、伝達された信号と標準とを
比較する手段、および（ｄ）伝達された信号を、入口領
域に入る供給ガスの速度を変化させるための供給ガス調
節器を操作するための第二の信号に変換する手段６４、
を有する。
るシステムを提供する。 【構成】 不純物を含む供給ガスから、所望の需要の精
製ガスを製造するための圧力スイング吸着システムであ
って、（ａ）前記不純物のひとつ以上に対して選択的な
吸着剤を含み、プロダクトガスを回収するための出口領
域と供給ガスを受容するための入口領域を有する少なく
とも一つの処理ゾーン、（ｂ）プロダクトガスの需要の
変化を測定し、プロダクトガスの需要の変化に対応する
第一の信号を発生させるために出口領域に設けられた変
化測定手段５５、（ｃ）変化測定手段から発生された第
一の信号を伝達する手段と、伝達された信号と標準とを
比較する手段、および（ｄ）伝達された信号を、入口領
域に入る供給ガスの速度を変化させるための供給ガス調
節器を操作するための第二の信号に変換する手段６４、
を有する。
Description
【０００１】本発明は、需要の変化または所望の不純物
レベルへのターンダウン（ｔｕｒｎｄｏｗｎ）に従って
フィドガス流量が調節されるＰＳＡシステムに関する。
本発明はさらに、生成ガスの純度のゆらぎに反応するフ
ィードガス流量の微調整の方法に関する。
レベルへのターンダウン（ｔｕｒｎｄｏｗｎ）に従って
フィドガス流量が調節されるＰＳＡシステムに関する。
本発明はさらに、生成ガスの純度のゆらぎに反応するフ
ィードガス流量の微調整の方法に関する。
【０００２】水素、ヘリウム、アルゴン、一酸化炭素、
二酸化炭素、一酸化二窒素、酸素、および窒素を含む種
々のガスの分離に吸着技術が使用されてきた。吸着分離
を適用可能な供給ガスとしては、空気、精製オフガス、
ランドフィル、フルー、および天然ガスがある。
二酸化炭素、一酸化二窒素、酸素、および窒素を含む種
々のガスの分離に吸着技術が使用されてきた。吸着分離
を適用可能な供給ガスとしては、空気、精製オフガス、
ランドフィル、フルー、および天然ガスがある。
【０００３】ＰＳＡシステムは不純物を含む供給ガスの
選択的な吸着によってガスを製造するために用いられて
きた。典型的なＰＳＡシステムは、吸着剤を含む床を供
給ガスで操作圧まで加圧して、供給ガスから不純物を除
去し生成ガスを得、システムから不純物を排除するため
に床が再生されるという循環的なプロセスで運転され
る。複数の床が使用される時には、均圧化工程が行わ
れ、不純物を含む使用後の床と不純物を含まない再生さ
れた床との圧力を等しくする。
選択的な吸着によってガスを製造するために用いられて
きた。典型的なＰＳＡシステムは、吸着剤を含む床を供
給ガスで操作圧まで加圧して、供給ガスから不純物を除
去し生成ガスを得、システムから不純物を排除するため
に床が再生されるという循環的なプロセスで運転され
る。複数の床が使用される時には、均圧化工程が行わ
れ、不純物を含む使用後の床と不純物を含まない再生さ
れた床との圧力を等しくする。
【０００４】ＰＳＡシステムの商業的な運転において
は、生成ガスの需要は時間により変動する。たとえば、
ＰＳＡシステムにおいては、勤務時間中には休み時間よ
りも大きな速度でガスを製造することが要求される。こ
の変動する需要またはターンダウンの要求に応えるため
に、種々の方法が提案され、過剰の生成ガスを排気する
方法、サイクル時間を長くする方法、過剰の生成ガスを
貯蔵する方法、および随時システムを閉鎖する方法など
があった。
は、生成ガスの需要は時間により変動する。たとえば、
ＰＳＡシステムにおいては、勤務時間中には休み時間よ
りも大きな速度でガスを製造することが要求される。こ
の変動する需要またはターンダウンの要求に応えるため
に、種々の方法が提案され、過剰の生成ガスを排気する
方法、サイクル時間を長くする方法、過剰の生成ガスを
貯蔵する方法、および随時システムを閉鎖する方法など
があった。
【０００５】ワーグナーの米国特許３，７０３，０６８
号は、多床ＰＳＡシステムで、使用する床の加圧速度を
生成ガス流量および圧力の変動により調節する方法を開
示する。
号は、多床ＰＳＡシステムで、使用する床の加圧速度を
生成ガス流量および圧力の変動により調節する方法を開
示する。
【０００６】Ｐｆｅｔｒｕｓｚｅｗｓｋｉの米国特許
４，１４０，４９５に開示されているように、取り出さ
れる生成ガスの量は、サイクルを進め、同時には進行し
ない他のサイクルを進めることにより需要に応じて調節
することができる。
４，１４０，４９５に開示されているように、取り出さ
れる生成ガスの量は、サイクルを進め、同時には進行し
ない他のサイクルを進めることにより需要に応じて調節
することができる。
【０００７】Ｓｅｂａｓｔｉａｎらの米国特許４，１９
７，０９６に開示されているように、可変流量の圧縮ポ
ンプにより需要量と生成速度とを関係付ける事もでき
る。
７，０９６に開示されているように、可変流量の圧縮ポ
ンプにより需要量と生成速度とを関係付ける事もでき
る。
【０００８】Ｌｅｉｔｇｅｂらの米国特許４，３２３，
３７０は、生成ガスの需要に対応して、吸着の時間の長
さを調節し吸着床からの生成ガスの流出量を調節する方
法が開示されている。流量と吸着サイクル時間は、所望
の生成ガスの純度の関数として決定され、システムによ
り製造される実際の生成物の関数としては決定されな
い。
３７０は、生成ガスの需要に対応して、吸着の時間の長
さを調節し吸着床からの生成ガスの流出量を調節する方
法が開示されている。流量と吸着サイクル時間は、所望
の生成ガスの純度の関数として決定され、システムによ
り製造される実際の生成物の関数としては決定されな
い。
【０００９】Ａｒｍｏｎｄらの米国特許４，５７６，６
１４に開示されているように、多床システムでの生成物
のターンダウンは、均圧化工程の時間を変化させること
により調節される。
１４に開示されているように、多床システムでの生成物
のターンダウンは、均圧化工程の時間を変化させること
により調節される。
【００１０】しかし、上記のいずれのシステムも所望の
純度レベルにおける生成物の需要に応じた供給物流量の
直接もしくは間接的な調節方法を提供することはできな
い。
純度レベルにおける生成物の需要に応じた供給物流量の
直接もしくは間接的な調節方法を提供することはできな
い。
【００１１】所望のガス生成速度において、供給物流量
の変化はガス生成物の純度に好ましくない変動を引き起
こす。この純度の変動は、供給速度の変動は供給ガスと
吸着物質との接触の状態に影響を与えるために起る。た
とえば、供給ガスと吸着床の接触時間の減少などにより
起る。その結果、供給速度の変化はガス生成速度を生成
物の純度を犠牲にして行われることになる。
の変化はガス生成物の純度に好ましくない変動を引き起
こす。この純度の変動は、供給速度の変動は供給ガスと
吸着物質との接触の状態に影響を与えるために起る。た
とえば、供給ガスと吸着床の接触時間の減少などにより
起る。その結果、供給速度の変化はガス生成速度を生成
物の純度を犠牲にして行われることになる。
【００１２】生成ガスの純度レベルの調節は、ＰＳＡシ
ステムにおいては、固定されたサイクル時間で生成物流
量を変化させることにより達成されることも知られてい
る。生成物流量は、消費者に必要とされる量よりも大き
く設定され、供給ガス流量はスロットルまたは自動的な
調節により固定される。
ステムにおいては、固定されたサイクル時間で生成物流
量を変化させることにより達成されることも知られてい
る。生成物流量は、消費者に必要とされる量よりも大き
く設定され、供給ガス流量はスロットルまたは自動的な
調節により固定される。
【００１３】たとえば、貯蔵容器を有する形態での純度
の調節はヨーロッパ特許公開０１３５９２１に開示され
ている。
の調節はヨーロッパ特許公開０１３５９２１に開示され
ている。
【００１４】Ｍｉｌｌｅｒらの米国特許４，６９３，７
３０は、減圧により発生する流出物の特性が感知され、
そのに対応して補正的な操作が為される、生成物純度の
調節されたＰＳＡシステムを開示している。生成物ガス
の不純物純度を効果的に変化させるために採ることので
きる手段としては、吸着時間の調節をして吸着床に入る
不純物を調節する方法、減圧する圧力を調節して吸着床
のプロダクトエンドに達する不純物の量を調整する方
法、および／または吸着床から受け取るパージガスの量
を調節して再生量を調節する方法がある。
３０は、減圧により発生する流出物の特性が感知され、
そのに対応して補正的な操作が為される、生成物純度の
調節されたＰＳＡシステムを開示している。生成物ガス
の不純物純度を効果的に変化させるために採ることので
きる手段としては、吸着時間の調節をして吸着床に入る
不純物を調節する方法、減圧する圧力を調節して吸着床
のプロダクトエンドに達する不純物の量を調整する方
法、および／または吸着床から受け取るパージガスの量
を調節して再生量を調節する方法がある。
【００１５】ヨーロッパ特許公開０２０７６８６は、後
の床をパージする前に、排気されたまたは実質的に排気
された床が置換されるサイクル時間の変動を調節するこ
とにより酸素濃度を調節する方法を開示している。
の床をパージする前に、排気されたまたは実質的に排気
された床が置換されるサイクル時間の変動を調節するこ
とにより酸素濃度を調節する方法を開示している。
【００１６】Ｇｕｎｄｅｒｓｏｎの米国特許４，７２
５，２９３は、生成物流量を使用者の必要に応じて変化
させることができ、さらに供給流量の小さな変動により
純度を調節できるプロセスを開示する。
５，２９３は、生成物流量を使用者の必要に応じて変化
させることができ、さらに供給流量の小さな変動により
純度を調節できるプロセスを開示する。
【００１７】上記の純度調節システムは、生成物の需要
の実質的な変化が純度レベルの一時的な変動を招き、そ
の変動は供給流量をゆっくりと変化させることによって
しか補正することができないという欠点を有する。調整
システムが長時間かかるために生成物需要に応答するこ
とができないために、結果として望ましくない純度の変
動が生成物のロスとともに発生する。したがって、従来
のＰＳＡシステムは生成物需要または純度を調節するこ
とはできるが、両者を調節することはできなかった。
の実質的な変化が純度レベルの一時的な変動を招き、そ
の変動は供給流量をゆっくりと変化させることによって
しか補正することができないという欠点を有する。調整
システムが長時間かかるために生成物需要に応答するこ
とができないために、結果として望ましくない純度の変
動が生成物のロスとともに発生する。したがって、従来
のＰＳＡシステムは生成物需要または純度を調節するこ
とはできるが、両者を調節することはできなかった。
【００１８】本発明は、所望の純度レベルにおいて、供
給流量の直接または間接的な調整により生成物需要の変
化を調節するシステムおよびプロセスを提供する。供給
流量の変化が純度の変動をもたらすという認識に基づい
て、本発明は、供給流量の直接または間接的な調節によ
り純度レベルを調整する方法を提供する。
給流量の直接または間接的な調整により生成物需要の変
化を調節するシステムおよびプロセスを提供する。供給
流量の変化が純度の変動をもたらすという認識に基づい
て、本発明は、供給流量の直接または間接的な調節によ
り純度レベルを調整する方法を提供する。
【００１９】特に、本発明は、不純物を含む供給ガスか
ら生成ガス需要に応じた精製ガスを製造するＰＳＡシス
テムに関する。このＰＳＡシステムは、少なくともひと
つの処理ゾーンであって、供給ガスから不純物が除去さ
れるゾーンを含む。この処理ゾーンは供給ガスを受容す
る入口領域と、生成ガスを回収する出口領域を含む。処
理ゾーンの圧力を調節するための手段が設けられる。
ら生成ガス需要に応じた精製ガスを製造するＰＳＡシス
テムに関する。このＰＳＡシステムは、少なくともひと
つの処理ゾーンであって、供給ガスから不純物が除去さ
れるゾーンを含む。この処理ゾーンは供給ガスを受容す
る入口領域と、生成ガスを回収する出口領域を含む。処
理ゾーンの圧力を調節するための手段が設けられる。
【００２０】生成ガス需要の変化を感知する手段も設け
られ、その変化に対応した信号を発生する手段も設けら
れる。特定の手段を通る生成ガスの圧力減少の変動を測
定するための電気的センサーと、その圧力変動を電気信
号のような感知可能な信号に変換する手段とが、上記目
的のために使用される。
られ、その変化に対応した信号を発生する手段も設けら
れる。特定の手段を通る生成ガスの圧力減少の変動を測
定するための電気的センサーと、その圧力変動を電気信
号のような感知可能な信号に変換する手段とが、上記目
的のために使用される。
【００２１】信号は伝達手段に伝えられ、標準と比較さ
れ、生成物需要がどの程度変動したかが決定される。伝
えられた信号は感知手段に伝えられ、供給ガス調整手段
を操作し、直接、供給流量を調節し、初期の圧力から製
造圧力まで処理ゾーンを加圧する時間を変化させる。
れ、生成物需要がどの程度変動したかが決定される。伝
えられた信号は感知手段に伝えられ、供給ガス調整手段
を操作し、直接、供給流量を調節し、初期の圧力から製
造圧力まで処理ゾーンを加圧する時間を変化させる。
【００２２】先に示したように、生成物需要の変動に対
応する供給流量の調整は、純度の変動をもたらす。本発
明の好ましい実施態様によれば、生成物ラインの不純物
レベルの変化を感知する手段が設けられ、純度レベルの
変化に対応する信号を発生する手段が設けられる。この
信号は伝達され、標準と比較され、感知可能な信号を生
成する。この感知可能な信号は、供給ガスがシステムに
入る速度を直接調節する信号に変換される。
応する供給流量の調整は、純度の変動をもたらす。本発
明の好ましい実施態様によれば、生成物ラインの不純物
レベルの変化を感知する手段が設けられ、純度レベルの
変化に対応する信号を発生する手段が設けられる。この
信号は伝達され、標準と比較され、感知可能な信号を生
成する。この感知可能な信号は、供給ガスがシステムに
入る速度を直接調節する信号に変換される。
【００２３】本発明においては、供給流量の直接または
間接的な調節が、生成物需要または不純物レベルの変動
に対応して為される。その結果、生成ガスの損失がほと
んどなくなり、従来のＰＳＡシステムに比較してシステ
ム全体の効率が増加した。
間接的な調節が、生成物需要または不純物レベルの変動
に対応して為される。その結果、生成ガスの損失がほと
んどなくなり、従来のＰＳＡシステムに比較してシステ
ム全体の効率が増加した。
【００２４】本発明は、窒素の様なガスの高純度ガス
を、空気のような供給ガスを、好ましくは入口領域、出
口領域、および少なくとも一つの不純物吸着物質を含
む、少なくとも一つの処理ゾーンを通過させることによ
り製造するＰＳＡシステムに関する。供給ガス中の不純
物の過半量は処理ゾーンで吸着され、精製ガスが製造さ
れる。
を、空気のような供給ガスを、好ましくは入口領域、出
口領域、および少なくとも一つの不純物吸着物質を含
む、少なくとも一つの処理ゾーンを通過させることによ
り製造するＰＳＡシステムに関する。供給ガス中の不純
物の過半量は処理ゾーンで吸着され、精製ガスが製造さ
れる。
【００２５】本発明に係るＰＳＡシステムの処理ゾーン
は、一般にガス状供給物混合物に含まれる不純物の一つ
以上に対して選択性を有する吸着剤を含む。適当な吸着
剤には、ゼオライト、ゼオライト分子ふるい、炭素分子
ふるい、活性炭、シリカ化合物、アルミニウム化合物お
よびそれらの類似物が含まれる。ＰＳＡサイクルにおけ
る最低圧と最高圧における、吸着される不純物の差が分
離効率を決定する。本発明によれば、処理ゾーンは一種
以上の異なった吸着剤を含むことができる。
は、一般にガス状供給物混合物に含まれる不純物の一つ
以上に対して選択性を有する吸着剤を含む。適当な吸着
剤には、ゼオライト、ゼオライト分子ふるい、炭素分子
ふるい、活性炭、シリカ化合物、アルミニウム化合物お
よびそれらの類似物が含まれる。ＰＳＡサイクルにおけ
る最低圧と最高圧における、吸着される不純物の差が分
離効率を決定する。本発明によれば、処理ゾーンは一種
以上の異なった吸着剤を含むことができる。
【００２６】本発明において吸着はバッチ式または連続
式に行うことができる。どちらの場合でも、処理ゾーン
は蓄積した不純物をパージすることによって、周期的に
再生されることができる。バッチ式システムにおいて
は、供給ガスの精製は処理ゾーンの再生の間は停止され
なければならない。連続式システムにおいては、複数の
処理ゾーンが使用され、少なくとも一つの処理ゾーンが
精製ガスを製造する一方、少なくとも一つの他の処理ゾ
ーンが再生を行う。好ましくは、複数の処理ゾーンを有
する場合には、高圧にある処理ゾーンから低圧にある処
理ゾーンにガスが流される均圧化工程が設けられる。再
生は飽和した、またはほぼ飽和した処理ゾーンを真空ポ
ンプで減圧（大気圧および／または準大気圧）にし、大
気に排気し、より容易に吸着される成分を少量含むパー
ジガスを流し、または上記の工程を組合わせることによ
り行われる。
式に行うことができる。どちらの場合でも、処理ゾーン
は蓄積した不純物をパージすることによって、周期的に
再生されることができる。バッチ式システムにおいて
は、供給ガスの精製は処理ゾーンの再生の間は停止され
なければならない。連続式システムにおいては、複数の
処理ゾーンが使用され、少なくとも一つの処理ゾーンが
精製ガスを製造する一方、少なくとも一つの他の処理ゾ
ーンが再生を行う。好ましくは、複数の処理ゾーンを有
する場合には、高圧にある処理ゾーンから低圧にある処
理ゾーンにガスが流される均圧化工程が設けられる。再
生は飽和した、またはほぼ飽和した処理ゾーンを真空ポ
ンプで減圧（大気圧および／または準大気圧）にし、大
気に排気し、より容易に吸着される成分を少量含むパー
ジガスを流し、または上記の工程を組合わせることによ
り行われる。
【００２７】吸着がバッチ式で行われるか連続式で行わ
れるかに関わりなく、本発明は供給ガスおよび生成ガス
が安定に流れている時に最もよい結果が得られる。結論
として、これらの安定的な流れをもたらすために、ガス
貯蔵手段が吸着器に設けられることが好ましい。
れるかに関わりなく、本発明は供給ガスおよび生成ガス
が安定に流れている時に最もよい結果が得られる。結論
として、これらの安定的な流れをもたらすために、ガス
貯蔵手段が吸着器に設けられることが好ましい。
【００２８】本発明においては、生成物純度と生成物流
量が固定されるのでサイクルおよび／または吸着時間は
得られた供給流量と必要とされる生成物流量により決定
される。ＰＳＡシステムで効率的に吸着を行うために
は、最低製造圧力で行わなければなせない。そのため、
処理ゾーンへの供給流量を小さくし、前もってセツトさ
れた最低製造圧力に達するまでの時間を長くする。製造
圧力で充分な生成物を製造するための時間は、供給流量
を小さくして吸着時間の合計を長くすることにより独立
に長くするか、またはサイクル時間をさらに長くするこ
とにより長くできる。均圧化工程の時間の変化も、サイ
クル時間を変化させるために使用できる。さらに、吸着
時間は生成物の需要に応じて、加圧時間と独立に調節す
ることができる。
量が固定されるのでサイクルおよび／または吸着時間は
得られた供給流量と必要とされる生成物流量により決定
される。ＰＳＡシステムで効率的に吸着を行うために
は、最低製造圧力で行わなければなせない。そのため、
処理ゾーンへの供給流量を小さくし、前もってセツトさ
れた最低製造圧力に達するまでの時間を長くする。製造
圧力で充分な生成物を製造するための時間は、供給流量
を小さくして吸着時間の合計を長くすることにより独立
に長くするか、またはサイクル時間をさらに長くするこ
とにより長くできる。均圧化工程の時間の変化も、サイ
クル時間を変化させるために使用できる。さらに、吸着
時間は生成物の需要に応じて、加圧時間と独立に調節す
ることができる。
【００２９】さらに純度調整も、生成ガスの不純物レベ
ルを所望のレベルに調整するための加圧時間、製造時
間、またはそれらの組合わせに変化を与える供給流量に
若干の変化を与える。
ルを所望のレベルに調整するための加圧時間、製造時
間、またはそれらの組合わせに変化を与える供給流量に
若干の変化を与える。
【００３０】生成物流量ターンダウンとその結果として
の供給流量の調整との関係は、それぞれの処理ゾーンに
ついて床長さ、吸着剤組成物などの関数として計算され
ている。そのような計算は当業者にとっては通常行うこ
とである。供給流量のターンダウン量は一般には生成物
流量のターンダウンよりも大きく、特に、生成物の少量
のレベルのターンダウンの場合に顕著であり、それによ
りどのような運転条件においても最高の生成物収率が得
られる。
の供給流量の調整との関係は、それぞれの処理ゾーンに
ついて床長さ、吸着剤組成物などの関数として計算され
ている。そのような計算は当業者にとっては通常行うこ
とである。供給流量のターンダウン量は一般には生成物
流量のターンダウンよりも大きく、特に、生成物の少量
のレベルのターンダウンの場合に顕著であり、それによ
りどのような運転条件においても最高の生成物収率が得
られる。
【００３１】本発明のターンダウン部分は適当なターン
ダウン曲線を参照しながら運転員の手動により調節で
き、また望ましい生成物流量が入力され、適当な供給流
量ターンダウンが決定できるターンダウンコンピュータ
などのような調節手段によって調節することもできる。
そのような調節手段は自動化されたバルブコントロール
などとインターフェースされ、ＰＳＡプラントを自動的
にコントロールすることができる。
ダウン曲線を参照しながら運転員の手動により調節で
き、また望ましい生成物流量が入力され、適当な供給流
量ターンダウンが決定できるターンダウンコンピュータ
などのような調節手段によって調節することもできる。
そのような調節手段は自動化されたバルブコントロール
などとインターフェースされ、ＰＳＡプラントを自動的
にコントロールすることができる。
【００３２】システムの純度のフィードバック部分は、
システムのフィードフォワード（ｆｅｅｄ ｆｏｒｗａ
ｒｄ）部分の操作とは無関係に所望の生成物純度を維持
するために必要に応じて操作することができる。生成ガ
スの純度はシステムのフィードバック部分でのみ検知さ
れる。その結果、本発明においては、純度は製造を通し
て連続的な、または製造の間に間欠的に各製造工程の最
初に検知される。
システムのフィードフォワード（ｆｅｅｄ ｆｏｒｗａ
ｒｄ）部分の操作とは無関係に所望の生成物純度を維持
するために必要に応じて操作することができる。生成ガ
スの純度はシステムのフィードバック部分でのみ検知さ
れる。その結果、本発明においては、純度は製造を通し
て連続的な、または製造の間に間欠的に各製造工程の最
初に検知される。
【００３３】純度部分は手動または自動のシステム、た
とえば任意にコンピーターとインターフェースされたＰ
ＳＡプラントのバルブの調節によりコントロールされ
る。
とえば任意にコンピーターとインターフェースされたＰ
ＳＡプラントのバルブの調節によりコントロールされ
る。
【００３４】図１には、所望の純度レベルにおいて、生
成物需要の変化に対応して供給流量を変化させる実施態
様が示されている。この実施態様の目的のために、シス
テムは空気の分離と窒素ガスの９９．９％以上の純度に
おける回収の場合について述べる。システムは他のガス
からの、実質的に純粋なその成分の分離にも適用でき
る。
成物需要の変化に対応して供給流量を変化させる実施態
様が示されている。この実施態様の目的のために、シス
テムは空気の分離と窒素ガスの９９．９％以上の純度に
おける回収の場合について述べる。システムは他のガス
からの、実質的に純粋なその成分の分離にも適用でき
る。
【００３５】空気は圧縮器２に送られ、典型的には約７
５から１５０ｐｓｉｇである操作圧力に加圧される。圧
縮された空気は配管４を介して貯蔵容器６に流され、さ
らに配管８を介して数字１０で示されるＰＳＡシステム
の２つの床、ＡおよびＢに送られる。
５から１５０ｐｓｉｇである操作圧力に加圧される。圧
縮された空気は配管４を介して貯蔵容器６に流され、さ
らに配管８を介して数字１０で示されるＰＳＡシステム
の２つの床、ＡおよびＢに送られる。
【００３６】システム１０は一対のバルブ１２と１４を
有し、加圧されたガスはＡまたはＢに送られる。たとえ
ば、Ａが加圧されたガスを受容し、生成窒素ガスを配管
３０を介して送っている時には、床Ｂは再生工程に有
り、生成ガスの一部がバルブ３６、配管３８を介して床
Ｂに送られる。床Ｂに含まれている不純物は配管２６、
バルブ１８および排出部分２８を介して排出される。シ
ステムは床を再生するための分離されたガスソースを有
することができる。
有し、加圧されたガスはＡまたはＢに送られる。たとえ
ば、Ａが加圧されたガスを受容し、生成窒素ガスを配管
３０を介して送っている時には、床Ｂは再生工程に有
り、生成ガスの一部がバルブ３６、配管３８を介して床
Ｂに送られる。床Ｂに含まれている不純物は配管２６、
バルブ１８および排出部分２８を介して排出される。シ
ステムは床を再生するための分離されたガスソースを有
することができる。
【００３７】システム１０はひとつの床が再生された後
に床の圧力を等しくする均圧化システムを有することが
できる。均圧化配管４０は切り換えバルブ４２と調節オ
リフィス４４を有し、加圧されたガスを再生された床に
流して圧力を上げる。このような均圧化システムは多床
ＰＳＡシステムでは公知のものである。
に床の圧力を等しくする均圧化システムを有することが
できる。均圧化配管４０は切り換えバルブ４２と調節オ
リフィス４４を有し、加圧されたガスを再生された床に
流して圧力を上げる。このような均圧化システムは多床
ＰＳＡシステムでは公知のものである。
【００３８】本発明によれば、生成物の窒素ガスは、配
管３０を介して床Ａから、配管３２を介して床Ｂから流
れてくる。生成物の流れはそれぞれバルブ４６と４８に
より調節される。生成物需要の変化への対応はバルブ５
４の調節によりなされる。そのような調節により生成物
ライン５０を通る窒素ガスの流量を増減させる。
管３０を介して床Ａから、配管３２を介して床Ｂから流
れてくる。生成物の流れはそれぞれバルブ４６と４８に
より調節される。生成物需要の変化への対応はバルブ５
４の調節によりなされる。そのような調節により生成物
ライン５０を通る窒素ガスの流量を増減させる。
【００３９】検知装置５５は流量に関係した内部の圧力
または圧力差を測定する装置５６と、圧力または圧力差
を流量に比例する信号に変換する装置５８を含み、生成
物ライン５０に接続されている。電気信号はたとえばコ
ンピューターのような電気信号を翻訳し、生成物流量の
調節のためのデジタル出力に変換する装置に送られる。
種々の電気信号が検知装置５５から受容され、平均の読
みが得られ、標準と比較される。この平均の読みが信頼
性が有り、正確な生成物需要の変化を提供する。
または圧力差を測定する装置５６と、圧力または圧力差
を流量に比例する信号に変換する装置５８を含み、生成
物ライン５０に接続されている。電気信号はたとえばコ
ンピューターのような電気信号を翻訳し、生成物流量の
調節のためのデジタル出力に変換する装置に送られる。
種々の電気信号が検知装置５５から受容され、平均の読
みが得られ、標準と比較される。この平均の読みが信頼
性が有り、正確な生成物需要の変化を提供する。
【００４０】デジタル出力はコンバーター６４に送ら
れ、電気信号を介してバルブ６６を調節する圧力信号に
変換される。それによりＰＳＡシステムに供給される圧
縮ガスの速度を調整する。
れ、電気信号を介してバルブ６６を調節する圧力信号に
変換される。それによりＰＳＡシステムに供給される圧
縮ガスの速度を調整する。
【００４１】コンピューター６０はロジックコントロー
ラー６２に接続され、それを介して窒素製造および再生
サイクルに使用されているすべての切り換えバルブに接
続されている。特に、コントローラー６２は窒素生成物
バルブ４６，４８および再生システムバルブ４６，１
８，２０および４２および均圧化システムにあるすべて
のバルブに接続される。コントローラー６２はバルブの
開閉をコントロールする信号を送り、供給流量によって
加圧時間を規定する。
ラー６２に接続され、それを介して窒素製造および再生
サイクルに使用されているすべての切り換えバルブに接
続されている。特に、コントローラー６２は窒素生成物
バルブ４６，４８および再生システムバルブ４６，１
８，２０および４２および均圧化システムにあるすべて
のバルブに接続される。コントローラー６２はバルブの
開閉をコントロールする信号を送り、供給流量によって
加圧時間を規定する。
【００４２】操作時には、使用者は指定の生成物流量を
決定し、あらかじめ決定された流量と比較する。それら
が異なっていれば、使用者が指定する供給流量にするの
に必要ながコンピューター６０により決定される。供給
流量はそれによりその後調節される。
決定し、あらかじめ決定された流量と比較する。それら
が異なっていれば、使用者が指定する供給流量にするの
に必要ながコンピューター６０により決定される。供給
流量はそれによりその後調節される。
【００４３】図２には、本発明の多の実施態様が示され
ており、生成物需要の変化により引き起こされる純度の
変動に適合して供給流量の調整が行われる。生成物配管
５０に、生成ガス中の不純物レベルを測定するセンサー
６８が接続される。たとえば、空気の分離の場合には、
センサーは酸素濃度を測定し、対応する電気信号を装置
７０に送り、電気信号がデジタル出力に変換される。本
発明の好ましい態様によれば、装置７０は供給流量検知
装置５５から受け取った電気信号を伝達し、変換するた
めに使用されるコンピューター６０の一部である。
ており、生成物需要の変化により引き起こされる純度の
変動に適合して供給流量の調整が行われる。生成物配管
５０に、生成ガス中の不純物レベルを測定するセンサー
６８が接続される。たとえば、空気の分離の場合には、
センサーは酸素濃度を測定し、対応する電気信号を装置
７０に送り、電気信号がデジタル出力に変換される。本
発明の好ましい態様によれば、装置７０は供給流量検知
装置５５から受け取った電気信号を伝達し、変換するた
めに使用されるコンピューター６０の一部である。
【００４４】運転時には、供給流量が生成物需要に対応
して調節された後、生成物の純度が検知され、供給流量
についてあらかじめ与えられている純度レベルと比較す
る。純度レベルの変動が有った場合には、電気信号がセ
ンサー６８からコンピューター７０に送られ、電気信号
が伝達され供給流量の変化に対応する、電気信号の様な
信号に変換される。変換器６４は新しい供給流量の電気
信号をコンピューターから受け取り、圧力信号を発生
し、調節バルブ６６を微調整して供給流量を調整し、生
成物流れ中の不純物レベルを元通りにする。
して調節された後、生成物の純度が検知され、供給流量
についてあらかじめ与えられている純度レベルと比較す
る。純度レベルの変動が有った場合には、電気信号がセ
ンサー６８からコンピューター７０に送られ、電気信号
が伝達され供給流量の変化に対応する、電気信号の様な
信号に変換される。変換器６４は新しい供給流量の電気
信号をコンピューターから受け取り、圧力信号を発生
し、調節バルブ６６を微調整して供給流量を調整し、生
成物流れ中の不純物レベルを元通りにする。
【００４５】図２に示された本発明に係るプロセスのコ
ントロールシステムの、一般的な全サイクルは以下の通
りである。
ントロールシステムの、一般的な全サイクルは以下の通
りである。
【００４６】工程１：所望の生成物流量（１）を決定
し、あらかじめ決定された流量（２）と比較する。
（１）と（２）の流量が相違していれば工程２へ、一致
していれば工程４へ進む、 工程２：所望の生成物流量を得るために必要な供給流量
をコンピューターを使用して決定し、供給流量を調節す
る、 工程３：供給流量を新たな供給流量に流量調節手段によ
り調節し、生成物取り出し時間を新たな生成物需要に合
致するように調節する、 工程４：生成物純度を感知し元の生成物流れの純度と比
較する、 工程５：純度を調節し、対応する供給流量を決定する、 工程６：さらに供給流量を流量調節手段で調節する、 工程７：工程１に戻る。
し、あらかじめ決定された流量（２）と比較する。
（１）と（２）の流量が相違していれば工程２へ、一致
していれば工程４へ進む、 工程２：所望の生成物流量を得るために必要な供給流量
をコンピューターを使用して決定し、供給流量を調節す
る、 工程３：供給流量を新たな供給流量に流量調節手段によ
り調節し、生成物取り出し時間を新たな生成物需要に合
致するように調節する、 工程４：生成物純度を感知し元の生成物流れの純度と比
較する、 工程５：純度を調節し、対応する供給流量を決定する、 工程６：さらに供給流量を流量調節手段で調節する、 工程７：工程１に戻る。
【００４７】コントロールアルゴリズムの工程は、ＰＳ
Ａサイクルとその運転には無関係な周期で行われる。
Ａサイクルとその運転には無関係な周期で行われる。
【００４８】本質的には、供給流量と加圧および／また
は生成時間が最初に決定され、生成物ガス需要の変動を
補償する。生成ガスはその純度を決定するために感知ま
たは検査され、さらに供給流量が本質的に生成物ガス流
量に影響を与えずに微調整され、純度を規格化する。
は生成時間が最初に決定され、生成物ガス需要の変動を
補償する。生成ガスはその純度を決定するために感知ま
たは検査され、さらに供給流量が本質的に生成物ガス流
量に影響を与えずに微調整され、純度を規格化する。
【００４９】ＰＳＡプラントと処理ゾーンの操作パラメ
ーターは当業者にとって一般的なものである。
ーターは当業者にとって一般的なものである。
【００５０】好ましい実施態様においては、供給ガスは
空気であり、生成ガスは窒素である。窒素が生成される
場合の不純物は一般に酸素であり、好ましくは酸素の量
は生成物の１０，０００ｐｐｍ以下である。生成ガス圧
力は一般に約７５から約１５０ｐｓｉｇの範囲であり、
好ましくは約８５ｐｓｉｇである。
空気であり、生成ガスは窒素である。窒素が生成される
場合の不純物は一般に酸素であり、好ましくは酸素の量
は生成物の１０，０００ｐｐｍ以下である。生成ガス圧
力は一般に約７５から約１５０ｐｓｉｇの範囲であり、
好ましくは約８５ｐｓｉｇである。
【００５１】以下に本発明を実施冷に基づいて説明す
る。特にことわりのない限り、すべての分量は重量％で
ある。
る。特にことわりのない限り、すべての分量は重量％で
ある。
【００５２】実施例１−１３ 吸着剤として炭素モレキュラーシーブを含む処理ゾーン
を有する、図２に示した多床ＰＳＡユニットを使用して
実験が行われた。生成圧力は８５ｐｓｉｇにされ、０．
０１％、０．１％、０．５％および１．０％の不純物レ
ベルで窒素ガスが製造された。所望の生成物のターンダ
ウンは本発明に係る方法により供給をターンダウンする
ことにより行われた。結果は図３および表３に示され
た。
を有する、図２に示した多床ＰＳＡユニットを使用して
実験が行われた。生成圧力は８５ｐｓｉｇにされ、０．
０１％、０．１％、０．５％および１．０％の不純物レ
ベルで窒素ガスが製造された。所望の生成物のターンダ
ウンは本発明に係る方法により供給をターンダウンする
ことにより行われた。結果は図３および表３に示され
た。
【００５３】比較例１４および１５ 実施例１と同じシステムを使用して実験が行われた。所
望の生成物のターンダウンは図３の線Ｂに示されたよう
にシステムをシャットダウンすることにより行われた。
結果は図３および表３に示された。
望の生成物のターンダウンは図３の線Ｂに示されたよう
にシステムをシャットダウンすることにより行われた。
結果は図３および表３に示された。
【００５４】比較例１６ 実施例１と同じシステムを使用して実験が行われた。所
望の生成物のターンダウンは図３の線Ｂに示されたよう
に均圧化時間を延ばすことにより行われた。結果は図３
および表３に示された。
望の生成物のターンダウンは図３の線Ｂに示されたよう
に均圧化時間を延ばすことにより行われた。結果は図３
および表３に示された。
【００５５】本発明に係る実施例１−１３と比較例１４
−１６とを比較すると、本発明においては供給流量の減
少は生成物流れの減少よりも非常に大きく、特に、従来
技術と比較して低レベルの生成物ターンダウンにおいて
顕著である。結論として、本発明はどの様な運転条件に
おいても最大限の収率を与える。
−１６とを比較すると、本発明においては供給流量の減
少は生成物流れの減少よりも非常に大きく、特に、従来
技術と比較して低レベルの生成物ターンダウンにおいて
顕著である。結論として、本発明はどの様な運転条件に
おいても最大限の収率を与える。
【００５６】実施例１７ （フィードフォワード／フィードバックの結合モデル）
実験は実施例１と同じシステムを使用して行われた。最
初にＰＳＡユニットは空気の供給流量が１３０ｓｃｆｈ
／ｃｆ ＣＭＳ（炭素モレキュラーシーブ）、生成ガス
流量が３５ｓｃｆｈ／ｃｆ ＣＭＳ、０．１％の酸素不
純物の条件で運転された。生成ガスが流量が６１．４％
ターンダウンし、１３．５ｓｃｆｈ／ｃｆ ＣＭＳにな
った時、図３のターンダウン相関図に基づき供給流量が
７０％減少され、生成ガス純度が保持された。すなわ
ち、供給流量は７０％減少され、３９ｓｃｆｈ／ｃｆ
ＣＭＳとされた。製造を続けながら、生成ガス純度を
０．１％酸素に保持するために、純度調整システムが供
給流量を微調整して増加させ、最終的には供給流量を４
４ｓｃｆｈ／ｃｆ ＣＭＳとし、一定にした。供給流量
を変化させるために、サイクル時間、すなわち吸着、製
造、および均圧化時間の合計の２倍の時間は、ほぼ４分
からほぼ２０分になった。
実験は実施例１と同じシステムを使用して行われた。最
初にＰＳＡユニットは空気の供給流量が１３０ｓｃｆｈ
／ｃｆ ＣＭＳ（炭素モレキュラーシーブ）、生成ガス
流量が３５ｓｃｆｈ／ｃｆ ＣＭＳ、０．１％の酸素不
純物の条件で運転された。生成ガスが流量が６１．４％
ターンダウンし、１３．５ｓｃｆｈ／ｃｆ ＣＭＳにな
った時、図３のターンダウン相関図に基づき供給流量が
７０％減少され、生成ガス純度が保持された。すなわ
ち、供給流量は７０％減少され、３９ｓｃｆｈ／ｃｆ
ＣＭＳとされた。製造を続けながら、生成ガス純度を
０．１％酸素に保持するために、純度調整システムが供
給流量を微調整して増加させ、最終的には供給流量を４
４ｓｃｆｈ／ｃｆ ＣＭＳとし、一定にした。供給流量
を変化させるために、サイクル時間、すなわち吸着、製
造、および均圧化時間の合計の２倍の時間は、ほぼ４分
からほぼ２０分になった。
【００５７】 実施例にもとづいて本発明の種々の態様が説明された
が、これらの実施例は本発明の範囲を何等制限するもの
ではない。
が、これらの実施例は本発明の範囲を何等制限するもの
ではない。
【図１】図１は、所定の不純物レベルを維持しつつ、生
成物需要の変化に対応して供給流量を調節するためのシ
ステムを設けた本発明の態様を示す図である。
成物需要の変化に対応して供給流量を調節するためのシ
ステムを設けた本発明の態様を示す図である。
【図２】図２は、所定の不純物レベルの変化に対応して
供給流量を調節するためのシステムをさらに設けた本発
明の態様を示す図である。
供給流量を調節するためのシステムをさらに設けた本発
明の態様を示す図である。
【図３】図３は、一定の純度レベルにおいて、与えられ
た生成物需要の変化に対する供給流量の変化を示すグラ
フである。
た生成物需要の変化に対する供給流量の変化を示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルベルト・アイ・ラカヴァ アメリカ合衆国ニュージャージー州07080, サウス・プレインフィールド，オーチャー ド・ドライブ 2201
Claims (17)
- 【請求項１】 不純物を含む供給ガスから、所望の需要
の精製ガスを製造するための圧力スイング吸着システム
であって、 （ａ）前記不純物のひとつ以上に対して選択的な吸着剤
を含み、プロダクトガスを回収するための出口領域と供
給ガスを受容するための入口領域を有する少なくとも一
つの処理ゾーン、 （ｂ）プロダクトガスの需要の変化を測定し、プロダク
トガスの需要の変化に対応する第一の信号を発生させる
ために出口領域に設けられた変化測定手段 （ｃ）変化測定手段から発生された第一の信号を伝達す
る手段と、伝達された信号と標準とを比較する手段、お
よび （ｄ）伝達された信号を、入口領域に入る供給ガスの速
度を変化させるための供給ガス調節器を操作するための
第二の信号に変換する手段 を有する前記システム。 - 【請求項２】 プロダクト需要の変化測定手段が、限定
された手段を通るプロダクトガスにより引き起こされる
圧力減少を測定するための電気手段、および圧力減少を
前記第一の信号に変換する手段を含む、請求項１記載の
ＰＳＡシステム。 - 【請求項３】 前記測定手段から受け取る第一の信号を
変換する手段がコンピューターを含む請求項２記載のシ
ステム。 - 【請求項４】 供給ガスの処理ゾーンへの流量を調節す
る手段をさらに含み、圧力減少を電気信号に変換する手
段が、コンピューターからの第二の信号を受けとり、第
二の信号をバルブ手段により供給流量を変化させるため
の圧力信号に変換するために適する変換器を含む請求項
３記載のシステム。 - 【請求項５】 所定の供給速度で、処理ゾーンにおいて
必要とされる加圧時間を調節し、評価するために第一の
信号を伝える手段に機能的に接続されている手段をさら
に含む請求項１記載のシステム。 - 【請求項６】 （ａ）外部から供給されるプロダクトガ
ス中の不純物のレベルを測定し、前記不純物のレベルに
対応する第三の信号を発生させる手段、および（ｂ）供
給速度を第三の信号に連動させ、不純物のレベルを所望
のレベルに調節するための手段をさらに含む請求項１記
載のＰＳＡシステム。 - 【請求項７】 不純物のレベルを測定する手段が、プロ
ダクトガス中の不純物のレベルに対応した第四の信号を
発生させる手段、およびその第四の信号を伝え、標準と
比較し、伝えられた信号を第五の信号に変換し、供給ガ
ス調節装置を操作し、入口領域に入る供給ガスの速度を
微調整する手段をさらに含む請求項６記載のＰＳＡシス
テム。 - 【請求項８】 第四の信号を伝える手段がコンピュータ
ー手段を含み、前記第五の信号が圧力信号である請求項
７記載のＰＳＡシステム。 - 【請求項９】 供給ガスが空気であり、精製ガスが窒素
である請求項１記載のＰＳＡシステム。 - 【請求項１０】 窒素ガスが不純物として１０，０００
ｐｐｍ以下の酸素しか含まない請求項１記載のＰＳＡシ
ステム。 - 【請求項１１】 複数の処理ゾーンを含む請求項１記載
のＰＳＡシステム。 - 【請求項１２】 前記吸着剤が、ゼオライト、ゼオライ
ト分子ふるい、炭素分子ふるい、活性炭、シリカ化合
物、アルミニウム化合物、およびこれらの混合物からな
る群より選ばれる、請求項１記載のＰＳＡシステム。 - 【請求項１３】 ＰＳＡシステムにおいて、不純物を含
む供給ガスから、需要に応じた精製ガスを製造するため
の方法であって、（ａ）前記不純物のひとつ以上に対し
て選択的な吸着剤を含む少なくとも一つの処理ゾーン
を、前記供給ガスを通過させ、前記精製ガスを製造する
工程、（ｂ）前記精製ガスを、変化に対応するする、所
望の需要で使用者に提供する工程、（ｃ）プロダクトガ
スの需要の変化を測定し、プロダクトガスの需要の変化
に対応する第一の信号を発生させる工程、（ｄ）第一の
信号を伝達し、伝達された信号と標準とを比較する工
程、（ｅ）伝達された信号を、第二の信号に変換する工
程、および（ｆ）第二の信号をＰＳＡシステムに入る供
給ガスの速度調節に使用し、新たな生成ガス需要に対応
させる工程、を含む前記方法。 - 【請求項１４】 生成ガスの需要の変化測定する工程
が、限定された手段を通るプロダクトガスにより引き起
こされる圧力減少を測定し、圧力減少を前記第一の信号
に変換する、請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 所定の供給速度において、ＰＳＡシス
テムを加圧するための時間を調節し、評価する工程を含
む、請求項１３記載の方法。 - 【請求項１６】 （ａ）外部から供給されるプロダクト
ガス中の不純物のレベルを測定し、前記不純物のレベル
に対応する第三の信号を発生させる工程、および（ｂ）
供給ガスの流量を第三の信号に連動して変化させ、不純
物のレベルを所望のレベルに調節する工程、をさらに含
む請求項１３記載の方法。 - 【請求項１７】 不純物のレベルを測定する工程が、プ
ロダクトガス中の不純物のレベルに対応した第四の信号
を発生させる工程、およびその第四の信号を伝え、標準
と比較し、伝えられた信号を第五の信号に変換し、供給
ガス調節装置を操作し、入口領域に入る供給ガスの速度
を微調整する工程をさらに含む請求項１６記載の方法。
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