JPH0669525B2 - ガス混合物を分離するための改良された方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧力変動式吸着技術（Pressure swing adsor
ption techunique）（PSA）を用いるガス混合物を分離
する方法および装置に関する。

窒素より酸素を急速に吸着することにより空気の２つの
主要成分の間の分離を行う能力を有する吸着剤を使用し
て、空気から窒素を分離することは、英国特許出願第20
73043A号から知られている。この吸着剤は通常モレキュ
ラーシーブの炭素である。この操作において、吸着剤の
床はあるサイクルにかけられ、このサイクルは吸着工程
および脱着すなわち再生の工程を含み、前記吸着工程の
間において、空気は前記床を通して送られ、供給物中の
酸素の大部分および窒素の一部分および二酸化炭素およ
び水蒸気の実質的にすべては吸着され、そして窒素に富
んだ生成物ガスは前記床の出口から排出され、そして前
記脱着すなわち再生の工程の間に、前記床の出口は閉じ
られ、前記床はその入口を通して大気圧に通気されおよ
び／またはその入口を通して排気され、その結果吸着さ
れたガスは前記床から実質的に除去され、これにより前
記床は次の工程のために準備される。

実施において、２つの床が使用され、そしてこれらの床
は同様なサイクルにかけられ、前記サイクルは順番に配
列され互いに180°だけ相からはずされており、これに
より一方の床が吸着工程にあるとき、他方の床は再生工
程にあり、あるいはその逆である。吸着工程と再生工程
の間において、２つの床における圧力は２つの床の入口
を一緒に接続しかつ２つの床の出口を一緒に接続するこ
とにより均圧化される。これらの接続がなされると、ち
ょうど吸着工程を完結した空隙空間内のガスはちょうど
再生工程を完結した床の中へこの段階における床間の圧
力差により流れる。この均等化工程は生成物生産量を最
高にする上で有益であることがわかった。なぜなら、こ
のような空隙空間におけるガスはすでに多少窒素に富ん
でいるからである。

英国特許出願第2073043A号に記載されている装置および
方法は、効率がよくかつ生成物ガスとして高い百分率純
度の窒素を提供する。

本発明の目的は、英国特許出願第2073043A号に記載され
る装置を改良することにより、前記装置を用いて圧力の
触れの吸着法により操作するとき、効率および生成物の
純度を増加することである。

本発明によれば、第１容器および第２容器、各容器は供
給ガス混合物の少なくとも１つの構成成分を優先的に吸
着する物質の床を含有し、各容器は１端に供給ガス混合
物の入口および他端に生成物ガスの出口を有する；第１
パイプラインおよび第２パイプライン、前記第１パイプ
ラインは弁を有し、前記弁は開いたとき前記容器をそれ
らの入口端で連絡させ、そして前記第２パイプラインは
弁を有し、前記弁は開いたとき前記容器をそれらの出口
端で連絡させる；を含んでなる圧力の振れの吸着により
ガス混合物を分離する装置において、第２導管の少なく
とも１つの端は第１容器の内部の中に第１容器の長さの
少なくとも25％まで伸込んでおり、あるいは第２導管は
各端において個々の容器の内部の中に前記容器の長さの
少なくとも25％まで伸びており、あるいは第２導管は、
第１容器の側面から第１容器に伸びており、その生成物
出口端から測って前記容器の長さの少なくとも４分の１
の位置で終っていることを特徴とする圧力の振れの吸着
によりガス混合物を分離する装置が提供される。

また、本発明によれば、複数の吸着床を用いる圧力の振
れの吸着によりガス混合物を分離する方法において、ガ
スを吸着工程を終った第１床の底部区域から再生工程を
終った第２床の底部区域へ流し、そして前記第１床の上
部区域から前記第２床の上部区域の中へ前記第２床内の
前記床の下方への進行路の少なくとも４分の１のレベル
において流す均圧化工程を特徴とする圧力の振れの吸着
によりガス混合物を分離する方法が提供される。

好ましくは、第２パイプラインは各端において個々の容
器の内部の中に前記容器の長さの少なくとも25％まで伸
込んでいるか、あるいは第１容器内においてその生成物
出口端から離れる前記容器の長さの少なくとも４分の１
の位置で終っている。

添付図面を参照しながら、本発明の実施態様を説明す
る。

第１図を参照すると、この図面は英国特許出願第207304
3A号に記載されているような空気から窒素を分離する既
知の装置を図解する。この装置はコンプレッサー４へ至
る空気供給ライン２を含む。このコンプレッサー４から
の出口は空気入口パイプライン６と連絡している。空気
入口パイプライン６は、炭素のモレキュラーシーブの床
12および14を含有する容器８および10のいずれとも連絡
することができる。弁16を操作して床12の底部を入口パ
イプ６と連絡させることができ、あるいは床12と入口パ
イプライン６との間を遮断することができる。同様にし
て、弁18を操作して床14の底部を入口パイプ６と連絡さ
せることができ、あるいはこのような連絡を遮断するこ
とができる。

この装置は出口パイプライン20を含む。停止弁22を操作
して床12の上部をパイプライン20と連絡させることがで
き、あるいは床12とパイプライン20との間を連絡を防止
することができる。同様にして、停止弁24を操作して床
14の上部をパイプライン20と連絡させることができ、あ
るいはこのような連絡を遮断することができる。

この装置は廃ガスの出口パイプライン34を含む。弁36を
操作して床12の底部をパイプライン34と連絡させること
ができ、あるいは閉じてこのような連絡を遮断すること
ができる。弁38を操作して床14の底部をパイプライン34
と連絡させることができ、あるいは閉じたとき、このよ
うな連絡を遮断することができる。パイプライン34は真
空ポンプ42と連絡する。真空ポンプ42の出口はこの装置
から廃ガスを排出するためにパイプライン34と連絡す
る。弁40の上流において、大気と連絡する通気パイプラ
イン46はパイプライン34と連絡している。パイプライン
46中に弁48が存在する。必要に応じて、通気パイプライ
ン46および弁48をこの装置から省略することができる。
あるいは、真空ポンプ42および弁40および48を省略する
ことができる。真空ポンプを省略する場合、床は大気圧
にさらされて、前もって酸素を吸着した床の再生が行わ
れる。通気パイプライン46および弁48を省略する場合、
床12および14は、前もって酸素を吸着した床を再生する
ために、減圧にさらされる。

パイプライン50は容器８、10の底部を一緒に接続する。
同様なパイプライン52は容器８、10の上部を一緒に接続
する。パイプライン50中に停止弁54が配置されており、
そしてパイプライン52中に停止弁56が配置されている。
弁54および56が開いているとき、床12および14との間は
連絡されている。

空気から窒素を分離するために第１図の装置を使用する
方法を非常に簡単に説明し、そしてこの操作のサイクル
の開始時に、床12はポンプ42によりつくられた減圧にさ
らされて減圧下にありかつ床14はコンプレッサー４と連
絡していてその最大の圧力下にあると仮定する。このサ
イクルは床12、14を互いにパイプライン50および52を通
して連絡させて配置して開始される。このサイクルのこ
の相において、弁16、18、22、24、36および38のすべて
は閉じた位置にあり、そして弁54および56は開いてい
る。床14内の吸着剤の個々の粒子間の空間中の吸着され
ない窒素に富んだガスは、パイプライン50および52を通
して床12の中へ流れる。床12へ行く床14中の吸着されな
いガスは窒素に富んでいる。それが床12へ行くとき、床
12中の圧力は減圧から増加し、そして床14中の圧力は相
応して減少する。

次いで、このサイクルを続け、床12は吸着工程を実施
し、一方床14はこの分野において知られている方法で再
生される。

この装置および方法から明らかなように、２つの床12、
14の均圧化は容器８、10の両端において実施され、その
結果再生された床は「末端生成物（tail−end produc
t）」をその吸着工程直後に受取る。この「末端ガス」
は生成物ガスより純度が低く、そしてこの純度は急速の
圧力開放、再生および消耗された床の吸着前縁の進行と
ともに悪くなるであろう。

これらの欠点を克服するために、第１図の装置を第２図
を参照して説明したように変更した。第２図において、
パイプライン52および流れ停止弁56を除去し、そしてパ
イプライン80および流れ制御弁82が代わりに使用されて
いることがわかるであろう。各端におけるパイプライン
80は個々の第１容器８、第２容器10の内部の中に容器の
長さの少なくとも25％だけ伸込んでいることが理解され
るであろう。この装置の明らかに簡単な変更は、均等化
ガスを再生したばかりの床12の中に容器の上部から少な
くとも1/4、好ましくは1/2〜1/3において通入すし、こ
れにより再生された床12の上部を充填するガスが再生さ
れた材料を通過し、したがって高い純度のであるように
することによって、第１図を参照して言及した欠点を排
除する。これは床12から受取られた初期のガスの純度を
改良し、したがって有用生成物ガスの収率を改良すると
いう結果を有する。

第３図を参照すると、これは第１図を参照して説明しか
つ例示した装置のそれ以上の変更であり、ここで再びパ
イプライン52および停止弁56は除去され、そして流れ制
御弁92をもつ第１パイプライン90および流れ制御弁96を
もつ第２パイプライン94が代わりに使用されている。各
パイプライン90、94は１端において第１容器８、第２容
器10の内部の中に容器の長さの少なくとも25％だけ伸込
んでいることがわかるであろう。これは第２図を参照し
て説明した効果と正確に同一の効果を有する。しかしな
がら、それはより多いパイプラインおよび１つの余分の
流れ制御弁を必要とすることは事実である。

上の実施態様において空気から窒素を生産することにつ
いて説明したが、この装置は圧力の振れの吸着技術（PS
A）を用いてガス混合物の１つの構成成分を分離するた
めに使用できるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、空気から窒素を分離する既知の装置の略線図
である。 第２図は、本発明に従う空気から窒素を分離する装置の
略線図である。 第３図は、本発明に従う空気から窒素を分離するほかの
装置の略線図である。 ２……空気供給ライン ４……コンプレッサー ６……空気入口パイプライン ８……第１容器 10……第２容器 12……床 14……床 16……弁 18……弁 20……出口パイプライン 22……停止弁 24……停止弁 34……出口パイプライン 36……弁 38……弁 40……弁 42……真空ポンプ 46……通気パイプライン 48……弁 50……パイプライン 52……パイプライン 54……停止弁 56……流れ停止弁 80……パイプライン 82……流れ制御弁 90……第１パイプライン 92……流れ制御弁 94……第２パイプライン 96……流れ制御弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１容器および第２容器（12、14）、各容
   器は供給ガス混合物の少なくとも１つの構成成分を優先
   的に吸着する物質の床を含有し；各容器は１端に供給ガ
   ス混合物の入口および他端に生成物ガスの出口を有し；
   バルブを開いた時、その容器の入口端で２つの容器を連
   絡させるバルブを有する入口連結パイプライン；そして
   バルブ（82又は92）を開いた時、その容器の出口端で２
   つの容器を連絡させるバルブを含む第１パイプライン
   （80又は90）を有し；その場合第１パイプラインの少な
   くとも１端は少なくとも１つの容器の内部の中に少なく
   とも１つの容器の長さの少なくとも25％まで伸びている
   ことを特徴とする圧力変動式吸着によりガス混合物を分
   離する装置。
2. 【請求項２】第１パイプラインは各端において２つの容
   器の内部の中に前記容器の長さの少なくとも25％まで伸
   びている特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. 【請求項３】第２パイプラインが設けられており、前記
   第２パイプラインは弁を有し、前記弁は開いたとき前記
   ２つの容器をそれらの出口端で連絡させ、前記第２パイ
   プラインの少なくとも１つの端は第２容器の内部の中に
   前記第２容器の長さの少なくとも25％まで伸びている特
   許請求の範囲第１項記載の装置。
4. 【請求項４】複数の吸着床を用いる圧力変動式吸着によ
   りガス混合物を分離する方法において、ガスの吸着工程
   を終った１つの容器の底部から再生工程を終った別の容
   器の底部へ流し、そして前記１つの容器の上部又は上部
   区域から前記別の容器の上部区域の中へ前記別の容器の
   進行路の少なくとも４分の１のレベルにおいて流すとい
   う均圧化工程を特徴とする圧力変動式吸着によりガス混
   合物を分離する方法。
5. 【請求項５】ガスは、１つの容器の下方への進行路の少
   なくとも４分の１のレベルでその容器の上部区域から取
   り出される特許請求の範囲第４項記載の方法。