JPH07185247A - 改良された減圧スイング吸着方法 - Google Patents
改良された減圧スイング吸着方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 吸着剤利用を向上させかつプロセスのエネル
ギー要求量を減少させるための空気から酸素を生産する
圧力スイング吸着方法を提供する。 【構成】 空気から酸素を生産する際に生成物をパージ
及び部分再加圧用に使用するトランス大気圧圧力スイン
グ吸着方法を行う。均圧のためのように一床から別の床
へのガスの移送は直接行わないが、制御した圧力スイン
グ条件下で動力消費が低減される。
ギー要求量を減少させるための空気から酸素を生産する
圧力スイング吸着方法を提供する。 【構成】 空気から酸素を生産する際に生成物をパージ
及び部分再加圧用に使用するトランス大気圧圧力スイン
グ吸着方法を行う。均圧のためのように一床から別の床
へのガスの移送は直接行わないが、制御した圧力スイン
グ条件下で動力消費が低減される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】発明は空気から酸素を生産する圧
力スイング吸着方法に関する。一層特には、発明は吸着
剤利用を向上させかつプロセスのエネルギー要求量を減
少させるための改良に関する。
力スイング吸着方法に関する。一層特には、発明は吸着
剤利用を向上させかつプロセスのエネルギー要求量を減
少させるための改良に関する。
【０００２】
【従来技術】多数の化学加工、製油所、金属生産及びそ
の他の工業的用途において、精製されたガス流が広範囲
の加工処理目的に用いられる。例えば、高純度のガスが
化学加工処理、製鋼所、紙工場において、並びに鉛及び
ガス製造作業において用いられる。酸素及び窒素は空気
から、典型的には極低温蒸留によって生産される。その
ような極低温加工は、特に大規模プラントで行われる場
合、極めて効率的になり得るが、それでも複雑かつ費用
のかかる設備を要する。
の他の工業的用途において、精製されたガス流が広範囲
の加工処理目的に用いられる。例えば、高純度のガスが
化学加工処理、製鋼所、紙工場において、並びに鉛及び
ガス製造作業において用いられる。酸素及び窒素は空気
から、典型的には極低温蒸留によって生産される。その
ような極低温加工は、特に大規模プラントで行われる場
合、極めて効率的になり得るが、それでも複雑かつ費用
のかかる設備を要する。
【０００３】圧力スイング吸着プロセス（ＰＳＡ）は、
またガスを分離及び精製するのに使用されてきたが、Ｐ
ＳＡアプローチによる酸素の生産は、極低温分離の使用
が経済的に実行可能になり得ないことから、大概比較的
小規模の作業に限られてきた。多数の一般に入手可能な
吸着剤、特にモレキュラーシーブとして知られている種
類の物質は、酸素よりも窒素の方を強く選択吸着し、こ
の優先的に吸着することが、酸素及び窒素生成物ガスを
生産するのに空気を分離するために開発されてきた種々
のＰＳＡプロセスの基礎となる。
またガスを分離及び精製するのに使用されてきたが、Ｐ
ＳＡアプローチによる酸素の生産は、極低温分離の使用
が経済的に実行可能になり得ないことから、大概比較的
小規模の作業に限られてきた。多数の一般に入手可能な
吸着剤、特にモレキュラーシーブとして知られている種
類の物質は、酸素よりも窒素の方を強く選択吸着し、こ
の優先的に吸着することが、酸素及び窒素生成物ガスを
生産するのに空気を分離するために開発されてきた種々
のＰＳＡプロセスの基礎となる。
【０００４】生成物酸素を生産するための空気分離用Ｐ
ＳＡプロセスは、Ｓｋａｒｓｔｒｏｍ米国特許第２，９
４４，６２７号によって示される通りに、当分野で知ら
れている。このようなプロセスは４つの別の作業工程
を、多床ＰＳＡシステムの各々の床で交互に実施させる
ことからなるのが典型的である。かかる工程は下記であ
る：（１）供給空気を、高い吸着圧で、窒素を空気の内
の相対的に易吸着性成分として選択的に吸着することが
できる吸着剤物質を収容する床の供給端に通し、難吸着
性酸素を床の生成物端から回収する吸着；（２）向流降
圧して一層低い脱着圧にする；（３）相対的に易吸着性
の窒素を吸着剤床から脱着させ、かつパージガスを床の
生成物端に導入し或は導入しないで床の供給端から窒素
を抜き出し；及び（４）床を再加圧して高い吸着圧にす
る。次いで、この加工シーケンス、或はその変法を更に
供給空気を用いることによりシステムの各々の床におい
て繰り返し、それでＰＳＡシステムにおいて連続酸素生
産が行われるのである。
ＳＡプロセスは、Ｓｋａｒｓｔｒｏｍ米国特許第２，９
４４，６２７号によって示される通りに、当分野で知ら
れている。このようなプロセスは４つの別の作業工程
を、多床ＰＳＡシステムの各々の床で交互に実施させる
ことからなるのが典型的である。かかる工程は下記であ
る：（１）供給空気を、高い吸着圧で、窒素を空気の内
の相対的に易吸着性成分として選択的に吸着することが
できる吸着剤物質を収容する床の供給端に通し、難吸着
性酸素を床の生成物端から回収する吸着；（２）向流降
圧して一層低い脱着圧にする；（３）相対的に易吸着性
の窒素を吸着剤床から脱着させ、かつパージガスを床の
生成物端に導入し或は導入しないで床の供給端から窒素
を抜き出し；及び（４）床を再加圧して高い吸着圧にす
る。次いで、この加工シーケンス、或はその変法を更に
供給空気を用いることによりシステムの各々の床におい
て繰り返し、それでＰＳＡシステムにおいて連続酸素生
産が行われるのである。
【０００５】ＰＳＡプロセスが、ガス流中に低い濃度で
存在する強く吸着し得る不純物、すなわち空気中のＣＯ
2 及び／又はＨ2 Ｏを取り除くために、主に採用される
場合、吸着（１）及び脱着（３）の常圧工程が加工サイ
クル時間のほとんどを占め、圧力変化工程、すなわち向
流降圧（２）及び再加圧（４）は短いものである。空気
から酸素を生産する場合、易吸着性の窒素は供給流の７
９％を構成し、圧力変化工程は総括加工効率にとり一層
重要になる。基礎のＰＳＡ加工シーケンスは、圧力スイ
ング工程における多数の変更を含み、多数の異なる変法
が開発されてきた。
存在する強く吸着し得る不純物、すなわち空気中のＣＯ
2 及び／又はＨ2 Ｏを取り除くために、主に採用される
場合、吸着（１）及び脱着（３）の常圧工程が加工サイ
クル時間のほとんどを占め、圧力変化工程、すなわち向
流降圧（２）及び再加圧（４）は短いものである。空気
から酸素を生産する場合、易吸着性の窒素は供給流の７
９％を構成し、圧力変化工程は総括加工効率にとり一層
重要になる。基礎のＰＳＡ加工シーケンスは、圧力スイ
ング工程における多数の変更を含み、多数の異なる変法
が開発されてきた。
【０００６】空気から酸素を生産するためのほとんどの
ＰＳＡプロセスは、多床システム、すなわち吸着剤床を
２つ又はそれ以上加入したシステムにおいて行われ、各
々の床は同じであるが、システムにおける他の床と異な
る段階関係にある工程のシーケンスを受ける。加工工程
は同期化されかつ決められた期間の間行われるのが普通
である。このようにして運転すれば、酸素生成物の供給
は一層定常に行うことができ、その他の方法に比べて一
層ほぼ常に行われる機械的ポンプの利用がそうである。
多くのＰＳＡプロセスは、また、高い圧力の一つの床か
ら抜き出したガスを初め低い圧力の別の床に、該床が均
圧にされるまで通す均圧工程を１つ又はそれ以上採用す
る。この手順は、圧縮エネルギーをいくらか節約し、均
等化が床の生成物端を通して行われるならば、均等のパ
ージガスを供給し、かつ所望の酸素生成物の総括効率を
高めることの利点を有する。
ＰＳＡプロセスは、多床システム、すなわち吸着剤床を
２つ又はそれ以上加入したシステムにおいて行われ、各
々の床は同じであるが、システムにおける他の床と異な
る段階関係にある工程のシーケンスを受ける。加工工程
は同期化されかつ決められた期間の間行われるのが普通
である。このようにして運転すれば、酸素生成物の供給
は一層定常に行うことができ、その他の方法に比べて一
層ほぼ常に行われる機械的ポンプの利用がそうである。
多くのＰＳＡプロセスは、また、高い圧力の一つの床か
ら抜き出したガスを初め低い圧力の別の床に、該床が均
圧にされるまで通す均圧工程を１つ又はそれ以上採用す
る。この手順は、圧縮エネルギーをいくらか節約し、均
等化が床の生成物端を通して行われるならば、均等のパ
ージガスを供給し、かつ所望の酸素生成物の総括効率を
高めることの利点を有する。
【０００７】空気から酸素を生産するための特定のＰＳ
Ａプロセスは３床システムを利用しかつ下記の加工工程
を加入する：（１）供給空気導入、床加圧及び同時の酸
素生成物回収による吸着；（２）更に生成物を回収する
ための並流降圧；（３）均圧；（４）向流降圧；（５）
パージ及び（６）再加圧。このプロセスは、代表的な高
い方の吸着圧５０ｐｓｉａ（３．５Kg/cm2Ａ）及び一層
低い脱着圧１気圧で作動する。この加工システム及びプ
ロセスは空気から酸素を有効に回収することができる
が、大容積商業運転で用いるためには充分に効率的であ
るとは言えない。このようなシステムについての運転費
は、比較的高い圧縮比が必要とされるために、高い。所
定の生産流量について、このようなシステムについて要
求される吸着剤インベントリーもまた比較的多い。
Ａプロセスは３床システムを利用しかつ下記の加工工程
を加入する：（１）供給空気導入、床加圧及び同時の酸
素生成物回収による吸着；（２）更に生成物を回収する
ための並流降圧；（３）均圧；（４）向流降圧；（５）
パージ及び（６）再加圧。このプロセスは、代表的な高
い方の吸着圧５０ｐｓｉａ（３．５Kg/cm2Ａ）及び一層
低い脱着圧１気圧で作動する。この加工システム及びプ
ロセスは空気から酸素を有効に回収することができる
が、大容積商業運転で用いるためには充分に効率的であ
るとは言えない。このようなシステムについての運転費
は、比較的高い圧縮比が必要とされるために、高い。所
定の生産流量について、このようなシステムについて要
求される吸着剤インベントリーもまた比較的多い。
【０００８】大気吸着圧と比較的深い真空脱着圧との間
で作動するＰＳＡプロセスもまた開発されてきた。窒素
の吸着性貯蔵は圧力依存性であるので、かかるプロセス
は大きな吸着剤インベントリーを必要とし、これは資本
経費を付随して大きく増大させる。
で作動するＰＳＡプロセスもまた開発されてきた。窒素
の吸着性貯蔵は圧力依存性であるので、かかるプロセス
は大きな吸着剤インベントリーを必要とし、これは資本
経費を付随して大きく増大させる。
【０００９】別の３床ＰＳＡプロセスでは、過圧及び真
空圧力レベルの間で作動する６工程加工シーケンスが採
用される。各々の床におけるこの加工シーケンスは下記
を含む：（１）供給空気及び生成物ガスの一部の両方に
よる４ｐｓｉａ（０．２８Kg/cm2Ａ）から１３ｐｓｉａ
（０．９１Kg/cm2Ａ）への床再加圧；（２）床圧力を１
３ｐｓｉａ（０．９１Kg/cm2Ａ）から２２ｐｓｉａ
（１．５Kg/cm2Ａ）に上げながら、供給空気導入及び生
成物抜き出しによる吸着；（３）圧力を２２ｐｓｉａ
（１．５Kg/cm2Ａ）から１３．５ｐｓｉａ（０．９４９
Kg/cm2Ａ）に下げることによる床均圧；（４）圧力を更
に１３．５ｐｓｉａ（０．９４９Kg/cm2Ａ）から１２．
５ｐｓｉａ（０．８７９Kg/cm2Ａ）に下げることによる
床パージ；（５）１２．５ｐｓｉａ（０．８７９Kg/cm2
Ａ）から７ｐｓｉａ（０．４９Kg/cm2Ａ）への排気、及
び（６）圧力を７ｐｓｉａ（０．４９Kg/cm2Ａ）から４
ｐｓｉａ（０．２８Kg/cm2Ａ）に下げることによる床パ
ージ。このアプローチは、各々の工程について工程時間
約３０秒を用いて、動力消費を最少にしようと努める
が、それでも動力消費は大規模酸素生産について依然大
き過ぎる。
空圧力レベルの間で作動する６工程加工シーケンスが採
用される。各々の床におけるこの加工シーケンスは下記
を含む：（１）供給空気及び生成物ガスの一部の両方に
よる４ｐｓｉａ（０．２８Kg/cm2Ａ）から１３ｐｓｉａ
（０．９１Kg/cm2Ａ）への床再加圧；（２）床圧力を１
３ｐｓｉａ（０．９１Kg/cm2Ａ）から２２ｐｓｉａ
（１．５Kg/cm2Ａ）に上げながら、供給空気導入及び生
成物抜き出しによる吸着；（３）圧力を２２ｐｓｉａ
（１．５Kg/cm2Ａ）から１３．５ｐｓｉａ（０．９４９
Kg/cm2Ａ）に下げることによる床均圧；（４）圧力を更
に１３．５ｐｓｉａ（０．９４９Kg/cm2Ａ）から１２．
５ｐｓｉａ（０．８７９Kg/cm2Ａ）に下げることによる
床パージ；（５）１２．５ｐｓｉａ（０．８７９Kg/cm2
Ａ）から７ｐｓｉａ（０．４９Kg/cm2Ａ）への排気、及
び（６）圧力を７ｐｓｉａ（０．４９Kg/cm2Ａ）から４
ｐｓｉａ（０．２８Kg/cm2Ａ）に下げることによる床パ
ージ。このアプローチは、各々の工程について工程時間
約３０秒を用いて、動力消費を最少にしようと努める
が、それでも動力消費は大規模酸素生産について依然大
き過ぎる。
【００１０】また、このプロセスは、吸着剤が空気から
窒素を選択的に吸着するＰＳＡ技術において慣用的な本
質的に完全な均圧の代わりに部分均圧を採用することに
よって改良することができることが見出された。基本の
ＰＳＡプロセスの種々の他の変法が当分野で提案されて
きており、ほとんどは加圧及び降圧工程における変更に
関係される。例えば、Ｓｕｈ及びＨａｎｋａｔは、ＡＩ
ＣＨＥ Ｊ １９８９年３５ ５２３において、組み合
わされた並流−向流脱着工程をＰＳＡ加工において用い
ることの利点に関して報告した。彼等は、空気から酸素
を生産するために、同時の並流降圧工程を加えることは
有用でないという知見を報告している。彼等の２床サイ
クルは、高圧床の生成物端を低圧床の生成物端に接続
し、一床から別の床にガスを通すことを、低圧床が高い
圧力に達するまで続けるバックフィル再加圧工程を利用
する。
窒素を選択的に吸着するＰＳＡ技術において慣用的な本
質的に完全な均圧の代わりに部分均圧を採用することに
よって改良することができることが見出された。基本の
ＰＳＡプロセスの種々の他の変法が当分野で提案されて
きており、ほとんどは加圧及び降圧工程における変更に
関係される。例えば、Ｓｕｈ及びＨａｎｋａｔは、ＡＩ
ＣＨＥ Ｊ １９８９年３５ ５２３において、組み合
わされた並流−向流脱着工程をＰＳＡ加工において用い
ることの利点に関して報告した。彼等は、空気から酸素
を生産するために、同時の並流降圧工程を加えることは
有用でないという知見を報告している。彼等の２床サイ
クルは、高圧床の生成物端を低圧床の生成物端に接続
し、一床から別の床にガスを通すことを、低圧床が高い
圧力に達するまで続けるバックフィル再加圧工程を利用
する。
【００１１】Ｌｉｏｗ及びＫｅｎｎｙ、ＡＩＣＨＥ Ｊ
（１９９０） ３６ ５３もまた、酸素を生産するた
めにバックフィル工程を研究し、吸着剤、すなわち５Ａ
ゼオライトの速度効果並びに均等化特性を含む数学的モ
デルをそのようなバックフィル工程を加入した過圧ＰＳ
Ａサイクルの挙動に適用し、流量を調節した。彼等は、
このＰＳＡ加工サイクルが酸素冨化生成物を生産するた
めに有利であるのを見出した。しかし、報告された最大
酸素純度は８０％より低く、これは高純度酸素生成物に
ついて要求される酸素濃度よりずっと低い。
（１９９０） ３６ ５３もまた、酸素を生産するた
めにバックフィル工程を研究し、吸着剤、すなわち５Ａ
ゼオライトの速度効果並びに均等化特性を含む数学的モ
デルをそのようなバックフィル工程を加入した過圧ＰＳ
Ａサイクルの挙動に適用し、流量を調節した。彼等は、
このＰＳＡ加工サイクルが酸素冨化生成物を生産するた
めに有利であるのを見出した。しかし、報告された最大
酸素純度は８０％より低く、これは高純度酸素生成物に
ついて要求される酸素濃度よりずっと低い。
【００１２】基本のＰＳＡサイクル、或は加工シーケン
スの大きな多くの改良及び変更が調べられてき、このよ
うな多くの改良及び変更は、空気から酸素を生産するた
めのような商業ＰＳＡ運転において採用されてきたのは
明らかである。加圧及び降圧工程を実施するための広範
囲の可能な個々の工程が調べられてきた。このような広
範囲の努力が長い期間にわたって行われてきたにもかか
わらず、高純度酸素を生産するためのＰＳＡプロセス
は、特に大きなプラント適用については、依然非効率か
つ不経済なままである。これより、空気から高純度酸素
を大容積で生産するためにスケールアップすることがで
きる更に一層効率的なＰＳＡ加工についての要求がＰＳ
Ａ分野において依然ある。
スの大きな多くの改良及び変更が調べられてき、このよ
うな多くの改良及び変更は、空気から酸素を生産するた
めのような商業ＰＳＡ運転において採用されてきたのは
明らかである。加圧及び降圧工程を実施するための広範
囲の可能な個々の工程が調べられてきた。このような広
範囲の努力が長い期間にわたって行われてきたにもかか
わらず、高純度酸素を生産するためのＰＳＡプロセス
は、特に大きなプラント適用については、依然非効率か
つ不経済なままである。これより、空気から高純度酸素
を大容積で生産するためにスケールアップすることがで
きる更に一層効率的なＰＳＡ加工についての要求がＰＳ
Ａ分野において依然ある。
【００１３】従って、発明の目的は、空気から酸素を生
産するための改良された極めて効率的なＰＳＡ方法を提
供するにある。発明の別の目的は、現在関係するのに比
べて一層少ない動力要求量で空気から酸素を生産するた
めの改良されたＰＳＡ方法を提供するにある。発明のそ
れ以上の目的は、空気から大容積の高純度酸素を生産す
るための慣用の商用ＰＳＡプロセスに関するものに比べ
て動力消費が一層少なくかつ資本経費が慣用のものと同
様な或はそれらより少ない改良されたＰＳＡ方法を提供
するにある。発明のこれらやその他の目的を心に留め
て、発明を本明細書以降に詳細に説明し、発明の新規な
特徴を特許請求の範囲に記載する。
産するための改良された極めて効率的なＰＳＡ方法を提
供するにある。発明の別の目的は、現在関係するのに比
べて一層少ない動力要求量で空気から酸素を生産するた
めの改良されたＰＳＡ方法を提供するにある。発明のそ
れ以上の目的は、空気から大容積の高純度酸素を生産す
るための慣用の商用ＰＳＡプロセスに関するものに比べ
て動力消費が一層少なくかつ資本経費が慣用のものと同
様な或はそれらより少ない改良されたＰＳＡ方法を提供
するにある。発明のこれらやその他の目的を心に留め
て、発明を本明細書以降に詳細に説明し、発明の新規な
特徴を特許請求の範囲に記載する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】均圧工程を含まない６つ
の必須工程のトランス−大気圧ＰＳＡ加工シーケンスを
採用する。その方法の動力要求量は、望ましいことに、
多床ＰＳＡシステムにおいて均圧を存在させないにもか
かわらずかつ存在させない故に、低減される。
の必須工程のトランス−大気圧ＰＳＡ加工シーケンスを
採用する。その方法の動力要求量は、望ましいことに、
多床ＰＳＡシステムにおいて均圧を存在させないにもか
かわらずかつ存在させない故に、低減される。
【００１５】発明を、本明細書以降で、添付図面を参照
することにより、詳細に説明する。発明の目的は、１つ
又はそれ以上の床において下記の通りに循環基準で行う
新規な作業工程のシーケンスを採用するトランス−大気
圧ＰＳＡ加工シーケンスを採用することによって達成さ
れる：（１）吸着剤床を空気供給加圧して中間圧レベル
から最小の過圧吸着圧にし、供給空気から窒素をいくら
か選択的に吸着し；（２）過圧吸着圧において空気供給
して、窒素を吸着しかつ同時に床の生成物レベルから酸
素生成物を抜き出し；（３）向流降圧して、床の供給端
からガスを放出し；（４）排気して低い減圧、すなわち
真空の、脱着圧レベルにし；（５）脱着圧の床の生成物
端から生成物ガスパージし；及び（６）床を生成物ガス
再加圧して中間圧レベルにする。上に示した通りに、ガ
スを一床から別の床に直接移送することを伴う均圧或は
その他の工程を採用しない。発明の加工シーケンスは単
一床真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）システムにおい
て用いることができるが、大容積酸素を生産するために
は、多床システムが好適である。加工工程シーケンスは
床間ガス移送を要しないことから、床工程の同期化は必
須でないが、ＶＰＳＡシステムにおいて用いる圧縮機及
び真空ポンプを効率的にサイジングしかつ利用するため
には望ましいことである。
することにより、詳細に説明する。発明の目的は、１つ
又はそれ以上の床において下記の通りに循環基準で行う
新規な作業工程のシーケンスを採用するトランス−大気
圧ＰＳＡ加工シーケンスを採用することによって達成さ
れる：（１）吸着剤床を空気供給加圧して中間圧レベル
から最小の過圧吸着圧にし、供給空気から窒素をいくら
か選択的に吸着し；（２）過圧吸着圧において空気供給
して、窒素を吸着しかつ同時に床の生成物レベルから酸
素生成物を抜き出し；（３）向流降圧して、床の供給端
からガスを放出し；（４）排気して低い減圧、すなわち
真空の、脱着圧レベルにし；（５）脱着圧の床の生成物
端から生成物ガスパージし；及び（６）床を生成物ガス
再加圧して中間圧レベルにする。上に示した通りに、ガ
スを一床から別の床に直接移送することを伴う均圧或は
その他の工程を採用しない。発明の加工シーケンスは単
一床真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）システムにおい
て用いることができるが、大容積酸素を生産するために
は、多床システムが好適である。加工工程シーケンスは
床間ガス移送を要しないことから、床工程の同期化は必
須でないが、ＶＰＳＡシステムにおいて用いる圧縮機及
び真空ポンプを効率的にサイジングしかつ利用するため
には望ましいことである。
【００１６】多くの従来技術のＰＳＡ酸素プロセスで
は、均圧の目的で床の生成物端からガスを放出すること
による並流降圧が採用される。この工程は酸素の回収率
を増大させるに至ることが知られており、回収率の増大
は、特に一床において発生される圧力が一部別の床の圧
力を上げるのに用いられるので、エネルギー節約になる
ことは一般に推定されている。しかし、均圧工程は、予
期されないことにかつ驚くべきことに、酸素の回収率を
増大させるが、圧縮するために必要とされる動力の増
大、並びにベッドサイズファクター（ＢＳＦ）の増大に
至ることが見出された。均圧工程の排除は、運転圧が所
望の範囲で用いられる場合、実際動力消費の節約、並び
にベッドサイズの節約になり得ることが求められた。発
明の実施において酸素回収率は低減されるが、このこと
は発明の実施において得られる総括的な効率の向上を落
としはしない。圧力レベルを適当に選択し、かつ個々の
加工工程を制御することにより、発明の実施において高
純度酸素生成物を簡便にかつ経済的に得ることができ
る。
は、均圧の目的で床の生成物端からガスを放出すること
による並流降圧が採用される。この工程は酸素の回収率
を増大させるに至ることが知られており、回収率の増大
は、特に一床において発生される圧力が一部別の床の圧
力を上げるのに用いられるので、エネルギー節約になる
ことは一般に推定されている。しかし、均圧工程は、予
期されないことにかつ驚くべきことに、酸素の回収率を
増大させるが、圧縮するために必要とされる動力の増
大、並びにベッドサイズファクター（ＢＳＦ）の増大に
至ることが見出された。均圧工程の排除は、運転圧が所
望の範囲で用いられる場合、実際動力消費の節約、並び
にベッドサイズの節約になり得ることが求められた。発
明の実施において酸素回収率は低減されるが、このこと
は発明の実施において得られる総括的な効率の向上を落
としはしない。圧力レベルを適当に選択し、かつ個々の
加工工程を制御することにより、発明の実施において高
純度酸素生成物を簡便にかつ経済的に得ることができ
る。
【００１７】発明のパージ工程は、高濃度の酸素が廃棄
流に漏出する直前に停止される。生成物パージ工程の
間、常にいくらかの酸素が廃棄に通ることは理解される
ものと思うが、漏出は、生成物パージ工程の間に床の供
給端から抜き出されるガスの酸素濃度の有意の増大があ
る場合に、起きる。生成物パージ工程の間床圧力をほぼ
一定に保つのが有利である。有効に用いることができる
パージガスの量はほぼ使用する圧力に比例し、作業温度
を上げる程、減少する。
流に漏出する直前に停止される。生成物パージ工程の
間、常にいくらかの酸素が廃棄に通ることは理解される
ものと思うが、漏出は、生成物パージ工程の間に床の供
給端から抜き出されるガスの酸素濃度の有意の増大があ
る場合に、起きる。生成物パージ工程の間床圧力をほぼ
一定に保つのが有利である。有効に用いることができる
パージガスの量はほぼ使用する圧力に比例し、作業温度
を上げる程、減少する。
【００１８】シーケンスの次の工程の間、一層選択的な
窒素及びその他の不純物を床の生成物端から去らせる必
要なパージを完結するために充分な生成物加圧ガスを床
に通す。このパージ作用は、ＰＳＡサイクルを、所望の
酸素生成物の窒素汚染の量を急に減少させることによっ
て高純度酸素（アルゴンを有する）を生成させるのに必
要である。更に生成物加圧することはサイクル効率を低
下することになるので、窒素及びその他の不純物を床の
生成物端から去らせる充分なパージ作用があった場合に
生成物再加圧工程を停止させるのが望ましいことが分か
った。上記から、発明の有意な特徴は（１）有意の酸素
漏出を生じないでできるだけ多くの生成物パージを使用
し、（２）次いで、要求する生成物純度を達成するため
に窒素及びその他の不純物を床の生成物端から去らせる
適当なパージを確実にするのに必要とされるだけ大きな
生成物加圧のみを使用することを含むことは認められる
ものと思う。
窒素及びその他の不純物を床の生成物端から去らせる必
要なパージを完結するために充分な生成物加圧ガスを床
に通す。このパージ作用は、ＰＳＡサイクルを、所望の
酸素生成物の窒素汚染の量を急に減少させることによっ
て高純度酸素（アルゴンを有する）を生成させるのに必
要である。更に生成物加圧することはサイクル効率を低
下することになるので、窒素及びその他の不純物を床の
生成物端から去らせる充分なパージ作用があった場合に
生成物再加圧工程を停止させるのが望ましいことが分か
った。上記から、発明の有意な特徴は（１）有意の酸素
漏出を生じないでできるだけ多くの生成物パージを使用
し、（２）次いで、要求する生成物純度を達成するため
に窒素及びその他の不純物を床の生成物端から去らせる
適当なパージを確実にするのに必要とされるだけ大きな
生成物加圧のみを使用することを含むことは認められる
ものと思う。
【００１９】発明の実施において採用する特定の作業条
件は、所定のＰＳＡ酸素実施態様の特定の要件、及び用
いる特定の吸着剤に応じて変わることになることに留意
すべきである。リチウムＸゼオライト系吸着剤について
通常好適な条件は下記である： １．上方の吸着圧約１１０〜約１６０ｋＰａ；及び ２．下方の脱着圧約３０〜約５０ｋＰａ。 ナトリウムＸゼオライト系吸着剤について通常好適な条
件は下記である： １．上方の吸着圧約１２０〜約１６０ｋＰａ；及び ２．下方の脱着圧約４０〜約７０ｋＰａ。 カルシウムＸゼオライト系吸着剤について通常好適な条
件は下記である： １．上方の吸着圧約１００〜約１２０ｋＰａ；及び ２．下方の脱着圧約２０〜約３５ｋＰａ。
件は、所定のＰＳＡ酸素実施態様の特定の要件、及び用
いる特定の吸着剤に応じて変わることになることに留意
すべきである。リチウムＸゼオライト系吸着剤について
通常好適な条件は下記である： １．上方の吸着圧約１１０〜約１６０ｋＰａ；及び ２．下方の脱着圧約３０〜約５０ｋＰａ。 ナトリウムＸゼオライト系吸着剤について通常好適な条
件は下記である： １．上方の吸着圧約１２０〜約１６０ｋＰａ；及び ２．下方の脱着圧約４０〜約７０ｋＰａ。 カルシウムＸゼオライト系吸着剤について通常好適な条
件は下記である： １．上方の吸着圧約１００〜約１２０ｋＰａ；及び ２．下方の脱着圧約２０〜約３５ｋＰａ。
【００２０】ＰＳＡサイクルが酸素生成物を酸素純度９
０〜約９５．６％の要求される範囲で生成するものなら
ば、吸着剤床において充分な低圧ガス逆流、或は還流が
存在しなければならない。床の生成物端の近くで、必要
とされる還流は、大部分プロセスの工程５で用いる生成
物パージガス及び工程６で用いる部分生成物再加圧ガス
を含む。低圧還流流れは、丁度床中の高圧グロス生成物
流れが窒素を床の生成物端の方に及び床の生成物端を通
して運ぶように作用するように、微量の窒素を床の生成
物端から押し去らせるように作用する。低圧還流流れ
は、高圧グロス生成物に比べて、窒素を一層容易に運ぶ
ことができる。その結果、還流流れはグロス生成物流れ
に比べて少なくすることができる。それでも、ある最少
量の還流ガスが必要とされ、窒素のほとんどを床の生成
物端から去らせたままにすることのプロセスを高めるの
に、最少より多くを加えることができる。
０〜約９５．６％の要求される範囲で生成するものなら
ば、吸着剤床において充分な低圧ガス逆流、或は還流が
存在しなければならない。床の生成物端の近くで、必要
とされる還流は、大部分プロセスの工程５で用いる生成
物パージガス及び工程６で用いる部分生成物再加圧ガス
を含む。低圧還流流れは、丁度床中の高圧グロス生成物
流れが窒素を床の生成物端の方に及び床の生成物端を通
して運ぶように作用するように、微量の窒素を床の生成
物端から押し去らせるように作用する。低圧還流流れ
は、高圧グロス生成物に比べて、窒素を一層容易に運ぶ
ことができる。その結果、還流流れはグロス生成物流れ
に比べて少なくすることができる。それでも、ある最少
量の還流ガスが必要とされ、窒素のほとんどを床の生成
物端から去らせたままにすることのプロセスを高めるの
に、最少より多くを加えることができる。
【００２１】全還流対グロス生成物の量、或は対正味生
成物の量の比は伴う圧力の有効な比、並びに使用する吸
着剤の選択性及び性能に依存する。吸着圧対脱着圧の高
い比、及び有効な吸着剤は組み合わさって必要とする還
流対グロス生成物或は正味生成物の比をカットすること
ができる。上述した通りに、還流の一部は工程５で用い
るパージガスによって供する。特定の吸着剤についての
好適な範囲内での脱着圧については、上述した廃棄流へ
の酸素の量のある漏出を生じないで、最大量のパージガ
スを使用するのが通常望ましい。そのような漏出は、供
給圧縮機及び廃棄圧縮機の両方でむだに酸素冨化ガスを
圧縮することになるので、エネルギーを浪費することに
なる。
成物の量の比は伴う圧力の有効な比、並びに使用する吸
着剤の選択性及び性能に依存する。吸着圧対脱着圧の高
い比、及び有効な吸着剤は組み合わさって必要とする還
流対グロス生成物或は正味生成物の比をカットすること
ができる。上述した通りに、還流の一部は工程５で用い
るパージガスによって供する。特定の吸着剤についての
好適な範囲内での脱着圧については、上述した廃棄流へ
の酸素の量のある漏出を生じないで、最大量のパージガ
スを使用するのが通常望ましい。そのような漏出は、供
給圧縮機及び廃棄圧縮機の両方でむだに酸素冨化ガスを
圧縮することになるので、エネルギーを浪費することに
なる。
【００２２】最大量のパージガスは、特大の吸着剤床を
使用しない場合には、必要とする還流のすべてを供する
には通常不十分である。還流ガスの残りの部分は部分生
成物再加圧ガスによって供給しなければならない。これ
より、生成物再加圧は、吸着剤床において窒素流れを制
御するように必要な量の全還流ガスを供給するのに十分
長く続けるべきである。しかし、過剰な量の生成物再加
圧ガスを使用することはむだになる。生成物再加圧工程
の終りに、吸着圧は、好ましくは上方の或は最大の吸着
圧レベルの約７０％より大きくすべきでない。
使用しない場合には、必要とする還流のすべてを供する
には通常不十分である。還流ガスの残りの部分は部分生
成物再加圧ガスによって供給しなければならない。これ
より、生成物再加圧は、吸着剤床において窒素流れを制
御するように必要な量の全還流ガスを供給するのに十分
長く続けるべきである。しかし、過剰な量の生成物再加
圧ガスを使用することはむだになる。生成物再加圧工程
の終りに、吸着圧は、好ましくは上方の或は最大の吸着
圧レベルの約７０％より大きくすべきでない。
【００２３】リチウムＸゼオライト、８×１２ビーズを
吸着剤物質として使用して良好なＶＰＳＡ酸素性能をも
たらす条件の具体例として、発明の特定の実施態様に関
し、下記の条件が関係する： 床深さ １．６メートル サイクル時間 ６０秒 工程時間 工程１ ７秒、空気供給加圧 工程２ ２３秒、空気供給及び生成物回収 工程３＆４ １０秒、向流降圧−排気 工程５ １０秒、生成物パージ 工程６ １０秒、生成物再加圧
吸着剤物質として使用して良好なＶＰＳＡ酸素性能をも
たらす条件の具体例として、発明の特定の実施態様に関
し、下記の条件が関係する： 床深さ １．６メートル サイクル時間 ６０秒 工程時間 工程１ ７秒、空気供給加圧 工程２ ２３秒、空気供給及び生成物回収 工程３＆４ １０秒、向流降圧−排気 工程５ １０秒、生成物パージ 工程６ １０秒、生成物再加圧
【００２４】圧力 上方吸着圧 １２０ｋＰａ 中間圧 ９０ｋＰａ 下方脱着圧 ５０ｋＰａ 供給速度 グロス生成物速度 ６８７モル／サイクル／ｍ2 パージ １９８モル／サイクル／ｍ2 生成物加圧速度 ９０モル／サイクル／ｍ2 正味生成物速度 ５３モル／サイクル／ｍ2 生成物純度 ９０．４％
【００２５】発明の単一吸着剤床実施態様の運転に関
し、図１は供給管路１を有するかかるＶＰＳＡシステム
を例示するものであり、供給管路１は圧縮機２及びバル
ブ３を収容し、吸着剤床５の底部部分の中に通る管路４
に接続する。床５の上部では、バルブ７を収容する管路
６がサージタンク８に通る。生成物酸素をサージタンク
８からバルブ１０を収容する管路９により回収すること
ができる。床５の底部からの管路４は、また吸着剤床５
から廃棄流を排出するためのバルブ１２を収容する管路
１１に接続する。管路４は、同様にバルブ１４及び真空
ポンプ１５を収容する管路１３に接続し、管路１３は、
例示の実施態様では、排出管路１１に接続する。
し、図１は供給管路１を有するかかるＶＰＳＡシステム
を例示するものであり、供給管路１は圧縮機２及びバル
ブ３を収容し、吸着剤床５の底部部分の中に通る管路４
に接続する。床５の上部では、バルブ７を収容する管路
６がサージタンク８に通る。生成物酸素をサージタンク
８からバルブ１０を収容する管路９により回収すること
ができる。床５の底部からの管路４は、また吸着剤床５
から廃棄流を排出するためのバルブ１２を収容する管路
１１に接続する。管路４は、同様にバルブ１４及び真空
ポンプ１５を収容する管路１３に接続し、管路１３は、
例示の実施態様では、排出管路１１に接続する。
【００２６】これより、発明の単一床ＶＰＳＡシステム
は単一吸着剤床、原料圧縮機或はブロワー、真空ポン
プ、及び生成物サージタンク或は貯蔵容器を、すべて適
した管路及びバルブによって接続させてなる。下記のチ
ャートは発明の例示の単一床実施態様の作動を例示する
作動チャートである。
は単一吸着剤床、原料圧縮機或はブロワー、真空ポン
プ、及び生成物サージタンク或は貯蔵容器を、すべて適
した管路及びバルブによって接続させてなる。下記のチ
ャートは発明の例示の単一床実施態様の作動を例示する
作動チャートである。
【表１】 チャート１において、ＦＰは供給加圧工程を表わし；Ａ
Ｏは過圧における空気供給を表わし；ＣＤは向流降圧工
程を表わし；ＥＶは床を排気して減圧レベルにすること
を表わし；ＰＧは生成物ガスによるパージを表わし；Ｐ
Ｐは生成物加圧を表わす。Ｐｉは中間圧レベルを表わ
し；Ｐｈは上方吸着圧レベルを表わし；Ｐｏは向流降圧
工程において達する圧力レベルを表わし；Ｐｌは下方真
空脱着レベルを表わす。
Ｏは過圧における空気供給を表わし；ＣＤは向流降圧工
程を表わし；ＥＶは床を排気して減圧レベルにすること
を表わし；ＰＧは生成物ガスによるパージを表わし；Ｐ
Ｐは生成物加圧を表わす。Ｐｉは中間圧レベルを表わ
し；Ｐｈは上方吸着圧レベルを表わし；Ｐｏは向流降圧
工程において達する圧力レベルを表わし；Ｐｌは下方真
空脱着レベルを表わす。
【００２７】単一床実施態様を、吸着剤床が、部分生成
物加圧した後に、所定の圧力レベルをＰｉに達した際に
開始させることを考えると、工程１は供給圧縮機２を吸
着剤床５に接続するバルブ３を開放し、バルブ７、１２
及び１４を閉止することを伴う。その工程の目的は、吸
着剤床５の圧力を上方吸着圧レベルにまでもたらし、そ
の間ガス流中の窒素のいくらかは優先的に供給空気から
窒素を選択的に吸着することができる吸着剤、典型的に
はモレキュラーシーブゼオライト系物質に吸着される。
所定の上方吸着圧に達した際に、工程を完了する。該工
程１の停止は、計算した時間間隔の後に行うことができ
る。しかし、吸着剤床容器内の検知した圧力を用いて第
一工程の終り、及び第二工程の開始を制御するのが好ま
しい。
物加圧した後に、所定の圧力レベルをＰｉに達した際に
開始させることを考えると、工程１は供給圧縮機２を吸
着剤床５に接続するバルブ３を開放し、バルブ７、１２
及び１４を閉止することを伴う。その工程の目的は、吸
着剤床５の圧力を上方吸着圧レベルにまでもたらし、そ
の間ガス流中の窒素のいくらかは優先的に供給空気から
窒素を選択的に吸着することができる吸着剤、典型的に
はモレキュラーシーブゼオライト系物質に吸着される。
所定の上方吸着圧に達した際に、工程を完了する。該工
程１の停止は、計算した時間間隔の後に行うことができ
る。しかし、吸着剤床容器内の検知した圧力を用いて第
一工程の終り、及び第二工程の開始を制御するのが好ま
しい。
【００２８】容器５内の圧力が上方吸着圧に達した際
に、工程２が始まる。バルブ７を開放し、生成物酸素が
吸着剤床５から生成物貯蔵容器８に流れる。供給空気は
吸着剤床に入り続け、吸着剤床において窒素が選択的に
吸着される。この工程は、理想的には、その領域におい
て慣用の分析プローブ或はセンサーによって求める通り
に床の生成物端において初期の窒素の漏出があるまで続
くべきである。これは、分析が十分に速いならば、この
工程を停止する好適な様式であるが、この工程を所定の
時間の後に、或は計算した量のガスが吸着剤床を通過し
た後に停止させるのが必要かもしれない。生成物酸素が
生成されている第二工程の間、圧力を上方吸着圧レベル
に一定に保ってもよく或はこのレベルより上に幾分増大
させてもいずれでもよい。この工程の間圧力は有意に低
下させるべきでない、というのはそのような圧力低下
は、均等化工程が有する動力及び床サイズへの同じ悪い
作用を有するからである。
に、工程２が始まる。バルブ７を開放し、生成物酸素が
吸着剤床５から生成物貯蔵容器８に流れる。供給空気は
吸着剤床に入り続け、吸着剤床において窒素が選択的に
吸着される。この工程は、理想的には、その領域におい
て慣用の分析プローブ或はセンサーによって求める通り
に床の生成物端において初期の窒素の漏出があるまで続
くべきである。これは、分析が十分に速いならば、この
工程を停止する好適な様式であるが、この工程を所定の
時間の後に、或は計算した量のガスが吸着剤床を通過し
た後に停止させるのが必要かもしれない。生成物酸素が
生成されている第二工程の間、圧力を上方吸着圧レベル
に一定に保ってもよく或はこのレベルより上に幾分増大
させてもいずれでもよい。この工程の間圧力は有意に低
下させるべきでない、というのはそのような圧力低下
は、均等化工程が有する動力及び床サイズへの同じ悪い
作用を有するからである。
【００２９】加工シーケンスの工程３は２つの方法の内
のいずれかで行ってよい。一つのアプローチ、すなわち
工程３Ａでは、バルブ３及び７を閉止し、バルブ１２を
開放してガスを床の供給端から大気に排出するために向
流に流すことによって吸着剤床５をブローダウン或は向
流降圧する。この工程は、床が大気圧近くになるまで続
けるのが望ましいが、損失無く一層長い時間に及んでも
よい。次いで、真空ポンプ１５がサイクルの工程４にお
いて更に圧力を下げて所定の一層低い減圧の脱着圧レベ
ルにすることができるように、バルブ１２を閉止し、バ
ルブ１４を開放する。この工程は、床圧を検知すること
によって停止させるのが好ましい。別のアプローチ、す
なわち工程３Ｂでは、バルブ１２を省き、降圧ガスはす
べて真空ポンプ１５を通過し、これより工程３及び４を
組み合わせる。工程３について使用するアプローチの選
定は使用する装置のデザインに依存する。真空ポンプが
エキスパンダーとして機能し、これより工程の初期のブ
ローダウン部分の間エネルギーを発生することができる
ならば、その場合工程３Ｂが好ましい。しかし、ブロー
ダウン流れが真空ポンプの負荷量を増すならば、その場
合工程３Ａが好ましい。
のいずれかで行ってよい。一つのアプローチ、すなわち
工程３Ａでは、バルブ３及び７を閉止し、バルブ１２を
開放してガスを床の供給端から大気に排出するために向
流に流すことによって吸着剤床５をブローダウン或は向
流降圧する。この工程は、床が大気圧近くになるまで続
けるのが望ましいが、損失無く一層長い時間に及んでも
よい。次いで、真空ポンプ１５がサイクルの工程４にお
いて更に圧力を下げて所定の一層低い減圧の脱着圧レベ
ルにすることができるように、バルブ１２を閉止し、バ
ルブ１４を開放する。この工程は、床圧を検知すること
によって停止させるのが好ましい。別のアプローチ、す
なわち工程３Ｂでは、バルブ１２を省き、降圧ガスはす
べて真空ポンプ１５を通過し、これより工程３及び４を
組み合わせる。工程３について使用するアプローチの選
定は使用する装置のデザインに依存する。真空ポンプが
エキスパンダーとして機能し、これより工程の初期のブ
ローダウン部分の間エネルギーを発生することができる
ならば、その場合工程３Ｂが好ましい。しかし、ブロー
ダウン流れが真空ポンプの負荷量を増すならば、その場
合工程３Ａが好ましい。
【００３０】そのように床降圧して低い減圧の脱着圧に
した後に、床の生成物端から床の供給端への生成物ガス
の向流流れが吸着された窒素を床からパージするために
バルブ６を開放して、工程５を始める。この工程は、廃
棄流における認め得る酸素の排出が起きる前に停止す
る。理想的には、これは、床の供給端においてガスを慣
用法で分析することによって決めるべきである。しか
し、いくつかの情況では、この工程は所定の時間の後に
停止させてもよく或は計算した量のガスが床の供給端か
ら流れた後に停止させてもよい。工程６について、次い
でバルブ１４を閉止し、床をバルブ６により一部加圧し
て中間圧レベルに達しさせる。
した後に、床の生成物端から床の供給端への生成物ガス
の向流流れが吸着された窒素を床からパージするために
バルブ６を開放して、工程５を始める。この工程は、廃
棄流における認め得る酸素の排出が起きる前に停止す
る。理想的には、これは、床の供給端においてガスを慣
用法で分析することによって決めるべきである。しか
し、いくつかの情況では、この工程は所定の時間の後に
停止させてもよく或は計算した量のガスが床の供給端か
ら流れた後に停止させてもよい。工程６について、次い
でバルブ１４を閉止し、床をバルブ６により一部加圧し
て中間圧レベルに達しさせる。
【００３１】発明のプロセスを高純度、すなわち９０〜
９５％又はそれ以上の酸素生成物を回収するのに用いる
場合、床の生成物端から窒素汚染を除くのに、低圧逆流
或は還流が適しているに違いない。これは、上述した通
りに、パージ及び生成物再加圧工程、すなわち工程５及
び６において行われる。廃棄流への酸素の有意の漏出を
引き起こさないで、できるだけ多くの酸素パージを用い
るのが望ましい。個々の加工工程は固定した期間行って
よいが、圧力及び組成のような物理的変数、或は時間と
物理的測定値との組合せを検出することによって工程を
制御するのが好ましい。そのような制御技術は、周囲圧
力及び温度の変化のような環境の変化についてプロセス
を調整することができる。制御技術は、また、酸素生成
物要求の変動に対して調整するために、他の手段と組み
合わせてもよい。
９５％又はそれ以上の酸素生成物を回収するのに用いる
場合、床の生成物端から窒素汚染を除くのに、低圧逆流
或は還流が適しているに違いない。これは、上述した通
りに、パージ及び生成物再加圧工程、すなわち工程５及
び６において行われる。廃棄流への酸素の有意の漏出を
引き起こさないで、できるだけ多くの酸素パージを用い
るのが望ましい。個々の加工工程は固定した期間行って
よいが、圧力及び組成のような物理的変数、或は時間と
物理的測定値との組合せを検出することによって工程を
制御するのが好ましい。そのような制御技術は、周囲圧
力及び温度の変化のような環境の変化についてプロセス
を調整することができる。制御技術は、また、酸素生成
物要求の変動に対して調整するために、他の手段と組み
合わせてもよい。
【００３２】単一吸着剤床に関し、特定のサイクル時間
を規定する必要がない。各々の工程は、制御変数がその
所定の値を達成するまで続くのが望ましい。次いで、次
の工程が、加工シーケンスにおけるすべての工程が行わ
れかつシーケンスが発明の各々の加工サイクルについて
完了するまで、同様にして行われる。多床システムに関
し、各々の床を独立にランすることが可能であり、その
プロセスは、その場合、単に単一の床単位の集合にな
る。均圧工程のような床対床ガス移送を必要とする工程
を排除することにより、床の作動を同期化するための本
質的な要件は存在しない。圧縮機及び真空ポンプを適当
にサイジングしかつ効率的に作動させるために、各々の
床の総括サイクルをシステムの他の床において行われる
通りのサイクルと同期化させるのがしばしば望ましい。
しかし、これは、各々の個々の工程をそのように同期化
させなければならないことを意味しないことに留意すべ
きである。上記工程３のような可変期間の工程がいくつ
かある限り、これらは、機械を効率的に利用するため
に、所定の床のサイクルを他の床のサイクルにより調整
するアイドリング目的で用いることができる。
を規定する必要がない。各々の工程は、制御変数がその
所定の値を達成するまで続くのが望ましい。次いで、次
の工程が、加工シーケンスにおけるすべての工程が行わ
れかつシーケンスが発明の各々の加工サイクルについて
完了するまで、同様にして行われる。多床システムに関
し、各々の床を独立にランすることが可能であり、その
プロセスは、その場合、単に単一の床単位の集合にな
る。均圧工程のような床対床ガス移送を必要とする工程
を排除することにより、床の作動を同期化するための本
質的な要件は存在しない。圧縮機及び真空ポンプを適当
にサイジングしかつ効率的に作動させるために、各々の
床の総括サイクルをシステムの他の床において行われる
通りのサイクルと同期化させるのがしばしば望ましい。
しかし、これは、各々の個々の工程をそのように同期化
させなければならないことを意味しないことに留意すべ
きである。上記工程３のような可変期間の工程がいくつ
かある限り、これらは、機械を効率的に利用するため
に、所定の床のサイクルを他の床のサイクルにより調整
するアイドリング目的で用いることができる。
【００３３】発明の２床システムを図面の図２に示す。
この実施態様では、圧縮機２２を収容する供給管路２１
は分岐してバルブ２４を収容する管路２３、及びバルブ
２６を収容する管路２５になる。管路２３は吸着剤床２
８の供給端に通じる管路２７に接続し、管路２５は吸着
剤床３０に通じる管路２９に接続する。バルブ３２を収
容する管路３１は床２８の生成物端から生成物サージタ
ンク３４に連絡する管路３３に通じる。同様に、バルブ
３６を収容する管路３５は床３０から該管路３３に通じ
て生成物サージタンク３４との流体連絡を確立する。酸
素生成物をサージタンク３４からバルブ３８を収容する
管路３７により回収することができる。
この実施態様では、圧縮機２２を収容する供給管路２１
は分岐してバルブ２４を収容する管路２３、及びバルブ
２６を収容する管路２５になる。管路２３は吸着剤床２
８の供給端に通じる管路２７に接続し、管路２５は吸着
剤床３０に通じる管路２９に接続する。バルブ３２を収
容する管路３１は床２８の生成物端から生成物サージタ
ンク３４に連絡する管路３３に通じる。同様に、バルブ
３６を収容する管路３５は床３０から該管路３３に通じ
て生成物サージタンク３４との流体連絡を確立する。酸
素生成物をサージタンク３４からバルブ３８を収容する
管路３７により回収することができる。
【００３４】床２８の供給端では、管路２７は排気ガス
をシステムから排出するためのバルブ４０を収容する管
路３９に接続する。管路２７は、またバルブ４２及び真
空ポンプ４３を収容する管路４１に接続し、該管路４１
は、例示の実施態様では、管路３９の真空ポンプ４３の
下流に接続される。同様に、床３０の供給端における管
路２９は該床３０からのガスを排出するための管路３９
に通すバルブ４５を収容する管路４４に接続する。管路
２９は、また、ガスを管路４１の真空ポンプ４３の下流
に通すバルブ４７を収容する管路４６に接続する。図２
の実施態様の作動を下記のチャート２に示し、上記チャ
ート１と同じ表示を使用する。
をシステムから排出するためのバルブ４０を収容する管
路３９に接続する。管路２７は、またバルブ４２及び真
空ポンプ４３を収容する管路４１に接続し、該管路４１
は、例示の実施態様では、管路３９の真空ポンプ４３の
下流に接続される。同様に、床３０の供給端における管
路２９は該床３０からのガスを排出するための管路３９
に通すバルブ４５を収容する管路４４に接続する。管路
２９は、また、ガスを管路４１の真空ポンプ４３の下流
に通すバルブ４７を収容する管路４６に接続する。図２
の実施態様の作動を下記のチャート２に示し、上記チャ
ート１と同じ表示を使用する。
【表２】
【００３５】２吸着剤床システムの作動では、加工シー
ケンスを、一床における各々の工程が典型的に行われ、
一又はそれ以上の特定の工程が他の床で行われるように
同期化させるのが典型的である。同期化は、また、各々
の床における各々の工程をランさせて完了に至らせ、次
いで原料圧縮機及び真空ポンプのような共有装置、或は
その他の共有装置が利用可能である場合に、次の工程を
開始することによって行われてもよい。プロセス可変制
御を保つために、いくつかの工程は任意に長く行うこと
ができることに留意すべきである。向流降圧（ＣＤ）は
そのような工程である。最少期間の後に、圧力が周囲に
近付いた際に、この工程を損失無く続けてよい。チャー
ト２の例示では、各々の床におけるＣＤ工程を、他の床
がその上方吸着圧レベルに達しかつその圧力で吸着工程
を開始する用意ができた時に、停止させる。原料圧縮機
はほとんどいつも作動し、真空ポンプについてのデュー
ティサイクルは一層少ないことに留意すべきである。
ケンスを、一床における各々の工程が典型的に行われ、
一又はそれ以上の特定の工程が他の床で行われるように
同期化させるのが典型的である。同期化は、また、各々
の床における各々の工程をランさせて完了に至らせ、次
いで原料圧縮機及び真空ポンプのような共有装置、或は
その他の共有装置が利用可能である場合に、次の工程を
開始することによって行われてもよい。プロセス可変制
御を保つために、いくつかの工程は任意に長く行うこと
ができることに留意すべきである。向流降圧（ＣＤ）は
そのような工程である。最少期間の後に、圧力が周囲に
近付いた際に、この工程を損失無く続けてよい。チャー
ト２の例示では、各々の床におけるＣＤ工程を、他の床
がその上方吸着圧レベルに達しかつその圧力で吸着工程
を開始する用意ができた時に、停止させる。原料圧縮機
はほとんどいつも作動し、真空ポンプについてのデュー
ティサイクルは一層少ないことに留意すべきである。
【００３６】２床サイクルに関し、工程変化は原料圧縮
機及び真空ポンプが同じ時に両方の床に供するのを要求
し得ることが可能である。これは、採用する特定のシス
テムに応じて可能である或は望ましいものであってもよ
くもしくはそうでなくてもよい。多装置使用が実施可能
でないならば、すでに使用中の機械を要求する工程変化
は、アイドル間隔を課すことによって遅らせなければな
らない。このアイドル間隔の間、床を分離してもよく及
び／又はガスの流れを遮断してもよい。アイドル期間は
チャート２に示さないが、中間或は上方吸着圧レベルの
ような工程制御変数が臨界値を達成するようなものであ
りかつ次の工程についての機械が他の使用のために利用
可能であり、でなければ可変工程が、機械が利用可能に
なるまでアイドリング間隔に入ることを仮定することに
よって、適応させることができる。原料ブロワー或は圧
縮機及び廃棄ブロワー或は真空ポンプは共有の方策であ
り、いずれの床も共有の方策を同時に使用してよくもし
くはこのような同時の使用を禁じても或はしなくてもよ
い。例えば、２つの床は任意の所定の時間で異なる圧力
になるのが普通である。２つの床が廃棄ブロワーを同時
に使用するつもりならば、その場合少なくとも１つの床
からの流れを無駄に絞らなければならない。というの
は、使用する典型的なブロワーは吸込口を１つだけ有し
かつその口は１気圧であるからである。２つの床が１つ
の廃棄ブロワーを同時に使用することができるべきこと
が避けられないと考えられる時、同時の使用は許される
ことになり、その結果生じる絞り損失は容認されること
になる。その他の場合、廃棄ブロワーの同時の使用は禁
じられることになる。
機及び真空ポンプが同じ時に両方の床に供するのを要求
し得ることが可能である。これは、採用する特定のシス
テムに応じて可能である或は望ましいものであってもよ
くもしくはそうでなくてもよい。多装置使用が実施可能
でないならば、すでに使用中の機械を要求する工程変化
は、アイドル間隔を課すことによって遅らせなければな
らない。このアイドル間隔の間、床を分離してもよく及
び／又はガスの流れを遮断してもよい。アイドル期間は
チャート２に示さないが、中間或は上方吸着圧レベルの
ような工程制御変数が臨界値を達成するようなものであ
りかつ次の工程についての機械が他の使用のために利用
可能であり、でなければ可変工程が、機械が利用可能に
なるまでアイドリング間隔に入ることを仮定することに
よって、適応させることができる。原料ブロワー或は圧
縮機及び廃棄ブロワー或は真空ポンプは共有の方策であ
り、いずれの床も共有の方策を同時に使用してよくもし
くはこのような同時の使用を禁じても或はしなくてもよ
い。例えば、２つの床は任意の所定の時間で異なる圧力
になるのが普通である。２つの床が廃棄ブロワーを同時
に使用するつもりならば、その場合少なくとも１つの床
からの流れを無駄に絞らなければならない。というの
は、使用する典型的なブロワーは吸込口を１つだけ有し
かつその口は１気圧であるからである。２つの床が１つ
の廃棄ブロワーを同時に使用することができるべきこと
が避けられないと考えられる時、同時の使用は許される
ことになり、その結果生じる絞り損失は容認されること
になる。その他の場合、廃棄ブロワーの同時の使用は禁
じられることになる。
【００３７】下記のチャート３−１及び３−２は、発明
の実施を３床ＶＰＳＡシステムを使用する２つの実施態
様で例示する。長さはチャート１に関して上記した通り
である。
の実施を３床ＶＰＳＡシステムを使用する２つの実施態
様で例示する。長さはチャート１に関して上記した通り
である。
【表３】
【表４】
【００３８】チャート３−１に例示する本発明の３床実
施態様では、サイクル時間の三分の一を上向き流れ或は
吸着工程に割り当て、時間の三分の二を下降流或は脱着
工程に割り当てる。この時間の分配は、プロセスの脱着
段階について、下降流量が少なく、かつ圧力低下が対応
して小さい点で有利である。反対に、全上向き流れは全
下降流を生成物酸素の量だけ越え、かつ上方流について
割り当てられる時間は下降流について割り当てられる時
間の半分にすぎないことから、吸着の上向き流れ流量は
極めて大きくなる。上向き流れ流量は終局的に床におけ
る吸着剤を持ち上げる（これは避けるべきである）こと
によって制限される。チャート３−２のサイクルでは、
サイクル時間の三分の二は上向き流れであり、三分の一
は下降流である。チャート３−１に関して上に挙げた利
点及び不利は、チャート３−２の実施態様の場合では、
反対になる。
施態様では、サイクル時間の三分の一を上向き流れ或は
吸着工程に割り当て、時間の三分の二を下降流或は脱着
工程に割り当てる。この時間の分配は、プロセスの脱着
段階について、下降流量が少なく、かつ圧力低下が対応
して小さい点で有利である。反対に、全上向き流れは全
下降流を生成物酸素の量だけ越え、かつ上方流について
割り当てられる時間は下降流について割り当てられる時
間の半分にすぎないことから、吸着の上向き流れ流量は
極めて大きくなる。上向き流れ流量は終局的に床におけ
る吸着剤を持ち上げる（これは避けるべきである）こと
によって制限される。チャート３−２のサイクルでは、
サイクル時間の三分の二は上向き流れであり、三分の一
は下降流である。チャート３−１に関して上に挙げた利
点及び不利は、チャート３−２の実施態様の場合では、
反対になる。
【００３９】チャート３−２のサイクル実施態様では、
供給加圧及び一定圧力吸着は異なる床で同時に行われ
る。この場合、これらの機能について２つの異なる原料
圧縮機を有するのが望ましい、というのは各々の圧縮機
を要求されるサービスについて最適にすることができる
からである。圧縮機はほとんどすべての時間作動してお
り、真空ポンプはこの加工サイクル別法について時間の
約半分作動している。ブローダウンを真空ポンプによっ
て行うならば、真空ポンプについてのデューティサイク
ルは増大されることになる。チャート３−２に例示する
通りの実施態様では、床は総括サイクル時間の各々の１
／３で同期化される。この作用を行うためには、第三サ
イクル時間は、センサーによって求める通りに、プロセ
ス工程の内の最も長い工程に適応する程に長くしなけれ
ばならない。一層短いプロセス工程は一時停止或はアイ
ドル間隔（チャート上に示さない）を停止させかつ進め
なければならない。そのようなアイドル間隔は圧縮機及
び真空ポンプのデューティサイクルを幾分短縮する。
供給加圧及び一定圧力吸着は異なる床で同時に行われ
る。この場合、これらの機能について２つの異なる原料
圧縮機を有するのが望ましい、というのは各々の圧縮機
を要求されるサービスについて最適にすることができる
からである。圧縮機はほとんどすべての時間作動してお
り、真空ポンプはこの加工サイクル別法について時間の
約半分作動している。ブローダウンを真空ポンプによっ
て行うならば、真空ポンプについてのデューティサイク
ルは増大されることになる。チャート３−２に例示する
通りの実施態様では、床は総括サイクル時間の各々の１
／３で同期化される。この作用を行うためには、第三サ
イクル時間は、センサーによって求める通りに、プロセ
ス工程の内の最も長い工程に適応する程に長くしなけれ
ばならない。一層短いプロセス工程は一時停止或はアイ
ドル間隔（チャート上に示さない）を停止させかつ進め
なければならない。そのようなアイドル間隔は圧縮機及
び真空ポンプのデューティサイクルを幾分短縮する。
【００４０】発明のＶＰＳＡプロセスは、また吸着剤床
を４つ又はそれ以上有するシステムにおいても行うこと
ができることは理解されるものと思う。このような４床
サイクルはチャート３−２の３床サイクルと同様である
が、上向き流れ及び下降流についての全時間は４床サイ
クルでは通常等しくなる。このサイクルは、上記したの
と同じ手段によって四分の一サイクル時間において同期
化される。２つの別の原料圧縮機を使用し、各々は１０
０％に近いデューティサイクルで作動する。排気及びパ
ージの両方の工程について単一の真空ポンプを使用し、
このポンプは、また総括サイクル時間の１００％近くに
わたって作動する。ブローダウンエネルギーを回収する
つもりならば、機械を更に必要とする。また、各々のプ
ロセス工程について最適にした特別にデザインした異な
るポンプを採用するのが望ましいかもしれない。
を４つ又はそれ以上有するシステムにおいても行うこと
ができることは理解されるものと思う。このような４床
サイクルはチャート３−２の３床サイクルと同様である
が、上向き流れ及び下降流についての全時間は４床サイ
クルでは通常等しくなる。このサイクルは、上記したの
と同じ手段によって四分の一サイクル時間において同期
化される。２つの別の原料圧縮機を使用し、各々は１０
０％に近いデューティサイクルで作動する。排気及びパ
ージの両方の工程について単一の真空ポンプを使用し、
このポンプは、また総括サイクル時間の１００％近くに
わたって作動する。ブローダウンエネルギーを回収する
つもりならば、機械を更に必要とする。また、各々のプ
ロセス工程について最適にした特別にデザインした異な
るポンプを採用するのが望ましいかもしれない。
【００４１】負荷を一様化するために、原料圧縮機或は
真空ポンプの連続負荷を達成するのに望ましい加工工程
順序配列を採用することができることに留意されるもの
と思う。すなわち、上に挙げかつ上のチャート２で一般
的に例示した２床ＰＳＡシステムに関し、単一の廃棄ブ
ロワー、すなわち真空ポンプで連続負荷を保つための望
ましい加工シーケンスは、一床でのＣＤ工程の停止を、
他の床でＰＧ工程を停止させるのと同時に行うことであ
る。そのような２床システムにおいて単一床ブロワー、
すなわち原料圧縮機で連続負荷を保つために、一床での
ＡＯ工程の停止を、他の床でＰＰ工程を停止させのと同
時に、或は他の床でＦＰ工程が１大気圧に達するのと同
時に行う。
真空ポンプの連続負荷を達成するのに望ましい加工工程
順序配列を採用することができることに留意されるもの
と思う。すなわち、上に挙げかつ上のチャート２で一般
的に例示した２床ＰＳＡシステムに関し、単一の廃棄ブ
ロワー、すなわち真空ポンプで連続負荷を保つための望
ましい加工シーケンスは、一床でのＣＤ工程の停止を、
他の床でＰＧ工程を停止させるのと同時に行うことであ
る。そのような２床システムにおいて単一床ブロワー、
すなわち原料圧縮機で連続負荷を保つために、一床での
ＡＯ工程の停止を、他の床でＰＰ工程を停止させのと同
時に、或は他の床でＦＰ工程が１大気圧に達するのと同
時に行う。
【００４２】単一廃棄ブロワーで連続負荷を保つための
上に挙げた３床実施態様では、一床におけるＣＤ工程の
停止を、別の床でＰＧ工程を停止させのと同時に行い、
ＥＶ及びＰＧ工程は各々の床において加工シーケンスの
全サイクル時間の約１／３を増加させる。そのような実
施態様では、供給ブロワーを１つ又は２つ使用してよ
い。発明の該３床実施態様において単一供給ブロワーで
連続負荷を保つために、一床におけるＡＯ工程の停止
を、別の床で、ＰＰ工程を停止させ、或はＦＰ工程が１
大気圧に達するのと同時に行う。そのような実施態様に
おけるＡＯ工程＋ＦＰ工程、或はＡＯ工程＋ＦＰの過圧
部分は、各々の床において加工シーケンスの全サイクル
時間の約１／３を増加させる。そのような実施態様で
は、廃棄ブロワーを１つ又は２つ使用してよい。
上に挙げた３床実施態様では、一床におけるＣＤ工程の
停止を、別の床でＰＧ工程を停止させのと同時に行い、
ＥＶ及びＰＧ工程は各々の床において加工シーケンスの
全サイクル時間の約１／３を増加させる。そのような実
施態様では、供給ブロワーを１つ又は２つ使用してよ
い。発明の該３床実施態様において単一供給ブロワーで
連続負荷を保つために、一床におけるＡＯ工程の停止
を、別の床で、ＰＰ工程を停止させ、或はＦＰ工程が１
大気圧に達するのと同時に行う。そのような実施態様に
おけるＡＯ工程＋ＦＰ工程、或はＡＯ工程＋ＦＰの過圧
部分は、各々の床において加工シーケンスの全サイクル
時間の約１／３を増加させる。そのような実施態様で
は、廃棄ブロワーを１つ又は２つ使用してよい。
【００４３】いくつかの平均の吸込圧レベルで作動する
いくつかの廃棄ブロワーで連続負荷を保つことを望む４
つ又はそれ以上の床を使用する発明の実施態様では、一
床におけるＣＤ工程の停止を、別の床でＰＧ工程を停止
させのと同時に行い、ＥＶ及びＰＧ工程は各々の床にお
いて加工シーケンスの全サイクル時間の約ｎ／ｍ
（「ｎ」は使用する廃棄ブロワーの数であり、「ｍ」は
ＰＳＡシステムにおける床の数である）を増加させる。
４つ又はそれ以上の床のそのようなシステムにおいてい
くつかの平均の送出圧で作動するいくつかの供給ブロワ
ーでの連続負荷について、一床におけるＡＯ工程の停止
を、別の床でＰＰ工程を停止させ、或は別の床でＦＰ工
程が１大気圧に達するのと同時に行う。
いくつかの廃棄ブロワーで連続負荷を保つことを望む４
つ又はそれ以上の床を使用する発明の実施態様では、一
床におけるＣＤ工程の停止を、別の床でＰＧ工程を停止
させのと同時に行い、ＥＶ及びＰＧ工程は各々の床にお
いて加工シーケンスの全サイクル時間の約ｎ／ｍ
（「ｎ」は使用する廃棄ブロワーの数であり、「ｍ」は
ＰＳＡシステムにおける床の数である）を増加させる。
４つ又はそれ以上の床のそのようなシステムにおいてい
くつかの平均の送出圧で作動するいくつかの供給ブロワ
ーでの連続負荷について、一床におけるＡＯ工程の停止
を、別の床でＰＰ工程を停止させ、或は別の床でＦＰ工
程が１大気圧に達するのと同時に行う。
【００４４】システムに加える床が多くなるにつれて、
床を臨界プロセス変数で切り替える能力は一層制限され
るようになり、かつアイドリング間隔が一層必要とされ
そうであることは認められるものと思う。現時点で利用
可能なセンサー及びアクチュエーターをコンピューター
制御方法と共に使用することによって、複雑な多床シス
テムを作動させることが実施可能でありかつ実用的であ
る。工程切り替え決定のほとんどはプロセスの成分の物
理的状態に従って行うことができる。圧縮機或は真空ポ
ンプの利用可能性を確実にし、よって床を切り替え、も
しくは同期のために必要とされ得る一時停止或はアイド
リング間隔を課すために、コンピューター分野で良く知
られている待合わせ手順を用いることができる。そのよ
うなコンピューター化した制御方法により、個々の床サ
イクルは自己同期化する傾向になるが、所定の固定時間
サイクルに従わない。
床を臨界プロセス変数で切り替える能力は一層制限され
るようになり、かつアイドリング間隔が一層必要とされ
そうであることは認められるものと思う。現時点で利用
可能なセンサー及びアクチュエーターをコンピューター
制御方法と共に使用することによって、複雑な多床シス
テムを作動させることが実施可能でありかつ実用的であ
る。工程切り替え決定のほとんどはプロセスの成分の物
理的状態に従って行うことができる。圧縮機或は真空ポ
ンプの利用可能性を確実にし、よって床を切り替え、も
しくは同期のために必要とされ得る一時停止或はアイド
リング間隔を課すために、コンピューター分野で良く知
られている待合わせ手順を用いることができる。そのよ
うなコンピューター化した制御方法により、個々の床サ
イクルは自己同期化する傾向になるが、所定の固定時間
サイクルに従わない。
【００４５】発明を更に下記の具体例によって例示す
る。制御可能なプロセス変数の値は酸素生成物の特定の
純度及び使用する特定の窒素選択性吸着剤の性質に依存
する。特定の吸着剤についての好適な圧力の範囲を上に
示した。
る。制御可能なプロセス変数の値は酸素生成物の特定の
純度及び使用する特定の窒素選択性吸着剤の性質に依存
する。特定の吸着剤についての好適な圧力の範囲を上に
示した。
【００４６】
【実施例】例１ 良好なＶＰＳＡ酸素性能をもたらす条件の具体例におい
て上に挙げたプロセスパラメータを加入した２床実施態
様においてリチウムＸ吸着剤を使用して供給空気から純
度９０．４％の酸素を生産するために、プロセス工程を
下記の通りのチャート４に従って用いる：
て上に挙げたプロセスパラメータを加入した２床実施態
様においてリチウムＸ吸着剤を使用して供給空気から純
度９０．４％の酸素を生産するために、プロセス工程を
下記の通りのチャート４に従って用いる：
【表５】
【００４７】一床がその吸着工程を完了し、かつ第二床
を生成物で加圧して中間圧にした際に、２床は同期化さ
れる。デザイン流量を上向き流れ及び下降流についての
時間をバランスさせるようにするが、２床を同期化する
ための手段が依然要求される。吸着工程は、窒素が床の
生成物端から漏出する点にまで伸ばすことができず、そ
れでこの工程はこれが起きる前に停止させなければなら
ない。一層短い工程が許容し得るが、不十分である。中
間圧における生成物加圧工程の停止はそれ程臨界的では
ないが、それでもデザインユニットに近くすべきであ
り、或はプロセス効率は悪くなる。いずれかの変数がそ
の臨界値に達する場合に、その床は、他の変数がその臨
界値に達するまでアイドリング間隔に切り替わる。次い
で、両方の床をそれらのそれぞれの加工シーケンスにお
いて次の工程に切り替えられる。圧縮機及び／又は真空
ポンプのデューティサイクルは、そのようなアイドリン
グ間隔を導入することによってわずかに短縮される。
を生成物で加圧して中間圧にした際に、２床は同期化さ
れる。デザイン流量を上向き流れ及び下降流についての
時間をバランスさせるようにするが、２床を同期化する
ための手段が依然要求される。吸着工程は、窒素が床の
生成物端から漏出する点にまで伸ばすことができず、そ
れでこの工程はこれが起きる前に停止させなければなら
ない。一層短い工程が許容し得るが、不十分である。中
間圧における生成物加圧工程の停止はそれ程臨界的では
ないが、それでもデザインユニットに近くすべきであ
り、或はプロセス効率は悪くなる。いずれかの変数がそ
の臨界値に達する場合に、その床は、他の変数がその臨
界値に達するまでアイドリング間隔に切り替わる。次い
で、両方の床をそれらのそれぞれの加工シーケンスにお
いて次の工程に切り替えられる。圧縮機及び／又は真空
ポンプのデューティサイクルは、そのようなアイドリン
グ間隔を導入することによってわずかに短縮される。
【００４８】例２ 発明のプロセスと均圧を用いた慣用のプロセスとの例示
比較において、８×１２ビーズの形態のリチウムＸゼオ
ライトを深さ１．６メートルの床で使用した。サイクル
時間７０秒を用い、平均床温度を２９０°Ｋにした。す
べてのサイクルはフルバックパージを使用した。サイク
ルを下記の表１に示す通りに生成物純度酸素９０モル％
について評価した：
比較において、８×１２ビーズの形態のリチウムＸゼオ
ライトを深さ１．６メートルの床で使用した。サイクル
時間７０秒を用い、平均床温度を２９０°Ｋにした。す
べてのサイクルはフルバックパージを使用した。サイク
ルを下記の表１に示す通りに生成物純度酸素９０モル％
について評価した：
【表６】
【００４９】動力は下記の基準で計算した： 原料圧縮： １気圧からの断熱性単一段、効率７３％ 廃棄圧縮： １気圧への断熱性単一段、効率５５％ 生成物圧縮：吸着圧から６５２．９ｋＰａへの断熱性２
段、効率７７％
段、効率７７％
【００５０】ケース１は部分均等化工程を用いる技術の
現状のプロセスを表わすもので、高圧床は、吸着した後
に、部分均圧のために、２つの床の生成物端部を接続す
ることによって並流ブローダウンを受けて低圧床にな
る。ケース１及び３には、生成物再加圧工程が存在しな
い。反対に、発明の実施態様を表わすケース２及び４に
は、床間の並流降圧及び均圧が存在しない。ケース２及
び４では、変数パラメータをそれぞれケース１及び３の
変数パラメータと同様になるように選んだ。２つのプロ
セス、すなわちＥＱ及びＰＰの主要な差異は、ケース１
及び３における別の床との均圧による低圧床の加圧をケ
ース２及び４における生成物再加圧に替えることであ
る。
現状のプロセスを表わすもので、高圧床は、吸着した後
に、部分均圧のために、２つの床の生成物端部を接続す
ることによって並流ブローダウンを受けて低圧床にな
る。ケース１及び３には、生成物再加圧工程が存在しな
い。反対に、発明の実施態様を表わすケース２及び４に
は、床間の並流降圧及び均圧が存在しない。ケース２及
び４では、変数パラメータをそれぞれケース１及び３の
変数パラメータと同様になるように選んだ。２つのプロ
セス、すなわちＥＱ及びＰＰの主要な差異は、ケース１
及び３における別の床との均圧による低圧床の加圧をケ
ース２及び４における生成物再加圧に替えることであ
る。
【００５１】表１は、酸素回収率がケース２ではケース
１に比べて低下され、かつベッドサイズファクター（Ｂ
ＳＦ）（吸着剤ｌｂｓ／酸素生成物ＴＰＤ）もまた低減
されることを示す。これらの作用は両方共予期されるは
ずである。ケース２で要求される動力は、予期されない
ことに、ケース１についての動力に比べてわずかに少な
いことが認められた。ケース４では、脱着圧及び中間圧
は両方共ケース２に比べて増大された。表１は、これが
更にプロセスについて要求される動力を減少させること
を示す。ＢＳＦは増大され、酸素回収率は更に低下され
る。しかし、総括的には、プロセスの効率は、動力消費
の減少により増大され、発明のプロセスを、動力消費が
主要な問題である多くの商業用途についての従来技術の
プロセスに比べて有利なものにする。
１に比べて低下され、かつベッドサイズファクター（Ｂ
ＳＦ）（吸着剤ｌｂｓ／酸素生成物ＴＰＤ）もまた低減
されることを示す。これらの作用は両方共予期されるは
ずである。ケース２で要求される動力は、予期されない
ことに、ケース１についての動力に比べてわずかに少な
いことが認められた。ケース４では、脱着圧及び中間圧
は両方共ケース２に比べて増大された。表１は、これが
更にプロセスについて要求される動力を減少させること
を示す。ＢＳＦは増大され、酸素回収率は更に低下され
る。しかし、総括的には、プロセスの効率は、動力消費
の減少により増大され、発明のプロセスを、動力消費が
主要な問題である多くの商業用途についての従来技術の
プロセスに比べて有利なものにする。
【００５２】供給原料用の空気は自由に入手し得ること
から、主題のプロセスについて酸素回収率が比較的に低
いことは不利にならない。回収率が低いならば、空気を
一層多く圧縮しなければならないが、これは動力消費を
求める際に数的に表現される。動力要求量が増大しない
限り、酸素回収率の低下は関係が無い。吸着剤床におけ
る気相酸素濃度はこの工程の間に低下するので、従来技
術のプロセスの並流ブローダウンは酸素回収率を増大さ
せる働きをする。これは次の排気工程の間に吸着剤床を
離れる廃ガス中の初期の及び平均の酸素濃度をカットす
る。廃棄流中の酸素が少ないことにより、回収率は増大
される。これは生成される廃ガスの量及び必要とする供
給空気の量をカットする。これは、圧縮しなければなら
ない供給空気及び廃ガスが少なくなるので、通常、動力
費の低減になることが想定される。この従来技術のサイ
クルの最適化に費やされた努力の多くは酸素生成物回収
率を増大させることに向けられる。
から、主題のプロセスについて酸素回収率が比較的に低
いことは不利にならない。回収率が低いならば、空気を
一層多く圧縮しなければならないが、これは動力消費を
求める際に数的に表現される。動力要求量が増大しない
限り、酸素回収率の低下は関係が無い。吸着剤床におけ
る気相酸素濃度はこの工程の間に低下するので、従来技
術のプロセスの並流ブローダウンは酸素回収率を増大さ
せる働きをする。これは次の排気工程の間に吸着剤床を
離れる廃ガス中の初期の及び平均の酸素濃度をカットす
る。廃棄流中の酸素が少ないことにより、回収率は増大
される。これは生成される廃ガスの量及び必要とする供
給空気の量をカットする。これは、圧縮しなければなら
ない供給空気及び廃ガスが少なくなるので、通常、動力
費の低減になることが想定される。この従来技術のサイ
クルの最適化に費やされた努力の多くは酸素生成物回収
率を増大させることに向けられる。
【００５３】並流ブローダウンの副作用は、窒素貯蔵、
すなわち窒素モル／吸着剤床１ｍ3がブローダウンの間
に減少し、脱着された窒素の床の生成物端の方向への流
れを生じることである。窒素は床を去らせて均圧作業に
関係する他の床の生成物端を汚染させないようにしなけ
ればならない。床は、窒素を収容するために、窒素を低
い圧力及び少ない窒素貯蔵の最終条件に保つ程に大きく
しなければならない。これは任意の所定のサイクル時間
についてのベッドサイズファクターを増大することにな
る。
すなわち窒素モル／吸着剤床１ｍ3がブローダウンの間
に減少し、脱着された窒素の床の生成物端の方向への流
れを生じることである。窒素は床を去らせて均圧作業に
関係する他の床の生成物端を汚染させないようにしなけ
ればならない。床は、窒素を収容するために、窒素を低
い圧力及び少ない窒素貯蔵の最終条件に保つ程に大きく
しなければならない。これは任意の所定のサイクル時間
についてのベッドサイズファクターを増大することにな
る。
【００５４】ベッドサイズファクターの増大は、従来技
術の加工におけるように、酸素回収率の増大に関係する
動力消費のカットによって補なわれるよりも大きくなる
と普通考えられる。これは、驚くべきことに、慣用のＰ
ＳＡ加工により酸素を生産するために望ましい作業条件
の範囲下でそうでないことが認められた。これより、並
流ブローダウンは排気工程についての出発圧力を低下さ
せ、排気工程の間に床を離れる廃棄流の平均有効圧力を
低下させ、２つの廃棄物除去工程の間に床を離れる全廃
棄物の平均有効圧力を低下させ、従って廃棄ブロワーの
吸込端に入る排気の平均有効圧力を低下させる。排気の
平均有効圧力の低下は排気のモル数の減少を相殺する以
上であり、それで排気を排出させるために圧縮して周囲
圧力にするのに要する全仕事を増大させる。これは、主
題の発明の実施において生成物回収率が低下することに
よる増大した供給ガスを圧縮するのに要する加えられる
仕事を相殺する以上である。
術の加工におけるように、酸素回収率の増大に関係する
動力消費のカットによって補なわれるよりも大きくなる
と普通考えられる。これは、驚くべきことに、慣用のＰ
ＳＡ加工により酸素を生産するために望ましい作業条件
の範囲下でそうでないことが認められた。これより、並
流ブローダウンは排気工程についての出発圧力を低下さ
せ、排気工程の間に床を離れる廃棄流の平均有効圧力を
低下させ、２つの廃棄物除去工程の間に床を離れる全廃
棄物の平均有効圧力を低下させ、従って廃棄ブロワーの
吸込端に入る排気の平均有効圧力を低下させる。排気の
平均有効圧力の低下は排気のモル数の減少を相殺する以
上であり、それで排気を排出させるために圧縮して周囲
圧力にするのに要する全仕事を増大させる。これは、主
題の発明の実施において生成物回収率が低下することに
よる増大した供給ガスを圧縮するのに要する加えられる
仕事を相殺する以上である。
【００５５】窒素選択性吸着プロセスを比較的低い吸着
圧、すなわち上に示した好適な範囲の吸着圧で行うとす
れば、驚くべきことに、発明の実施における実際の動力
のカッティングが、酸素生成物回収率及びＢＳＦの低下
と共に、起きる。該範囲外、特に一層高い吸着圧につい
て、並流ブローダウン工程の排除は依然ＢＳＦをカット
するように作用するが、動力をカットせず、実際プロセ
スの動力要求量を増大させる。これは当分野における一
般的な予想に一致する。すなわち、並流ブローダウン工
程の排除は、一般に好適な範囲の吸着圧及び脱着圧を使
用する場合だけに、動力消費をカットすることの驚くべ
き効果を有する。上に示した通りに、過圧吸着圧は大概
約１００〜１６０ｋＰａの範囲であり、一層低い減圧の
脱着圧は大概約２０〜７０ｋＰａの範囲であり、特定の
圧力は任意の所定の用途において使用する吸着剤物質に
依存する。
圧、すなわち上に示した好適な範囲の吸着圧で行うとす
れば、驚くべきことに、発明の実施における実際の動力
のカッティングが、酸素生成物回収率及びＢＳＦの低下
と共に、起きる。該範囲外、特に一層高い吸着圧につい
て、並流ブローダウン工程の排除は依然ＢＳＦをカット
するように作用するが、動力をカットせず、実際プロセ
スの動力要求量を増大させる。これは当分野における一
般的な予想に一致する。すなわち、並流ブローダウン工
程の排除は、一般に好適な範囲の吸着圧及び脱着圧を使
用する場合だけに、動力消費をカットすることの驚くべ
き効果を有する。上に示した通りに、過圧吸着圧は大概
約１００〜１６０ｋＰａの範囲であり、一層低い減圧の
脱着圧は大概約２０〜７０ｋＰａの範囲であり、特定の
圧力は任意の所定の用途において使用する吸着剤物質に
依存する。
【００５６】表１の結果は、発明の均等化サイクルから
部分生成物加圧サイクルに切り替えることが、酸素回収
率の低下にもかかわらず、動力及びＢＳＦをカットする
ことのなることを示す。この有利な結果は、吸着圧及び
脱着圧の両方のレベル、すなわちケース１及び２では１
４４．８〜３４．５ｋＰａ、及びケース３及び４では１
４０〜５０ｋＰａで生じた。
部分生成物加圧サイクルに切り替えることが、酸素回収
率の低下にもかかわらず、動力及びＢＳＦをカットする
ことのなることを示す。この有利な結果は、吸着圧及び
脱着圧の両方のレベル、すなわちケース１及び２では１
４４．８〜３４．５ｋＰａ、及びケース３及び４では１
４０〜５０ｋＰａで生じた。
【００５７】
【発明の効果】上述した通りに、空気分離による酸素生
産にほとんど特有な情況である、原料は自由に入手し得
るので、生成物回収率は空気からの酸素生産についてほ
ぼ無関係である。すなわち、並流ブローダウンを排除し
かつ動力消費を低減することの驚くべき効果は、好適な
範囲の圧力条件を使用するＶＰＳＡ加工による空気から
の酸素生産に特有に当てはまる。これは、ＰＳＡ分野、
特に動力消費が極めて望ましいＰＳＡアプローチを酸素
を生産するための空気の分離に用いることの総括的な実
施可能性の有意な要因になる情況で有意な進歩を表わ
す。
産にほとんど特有な情況である、原料は自由に入手し得
るので、生成物回収率は空気からの酸素生産についてほ
ぼ無関係である。すなわち、並流ブローダウンを排除し
かつ動力消費を低減することの驚くべき効果は、好適な
範囲の圧力条件を使用するＶＰＳＡ加工による空気から
の酸素生産に特有に当てはまる。これは、ＰＳＡ分野、
特に動力消費が極めて望ましいＰＳＡアプローチを酸素
を生産するための空気の分離に用いることの総括的な実
施可能性の有意な要因になる情況で有意な進歩を表わ
す。
【図１】発明の実施において用いるＰＳＡシステムの単
一床実施態様の略フロー図である。
一床実施態様の略フロー図である。
【図２】発明の実施において用いるＰＳＡシステムの２
床実施態様の略フローダイヤグラムである。
床実施態様の略フローダイヤグラムである。
５ 吸着剤床 ８ 生成物貯蔵容器 ２８ 吸着剤床 ３２ 吸着剤床 ３４ サージタンク
Claims (19)
- 【請求項１】 空気の内の相対的に易吸着性成分として
の窒素を選択的に吸着することができる吸着剤物質を収
容する吸着剤床を少なくとも１つ収容する吸着システム
において空気から酸素を生産する圧力スイング吸着方法
であって、各々の床は、本質的に下記からなる加工シー
ケンスを循環基準で受ける方法： （ａ）供給空気を床の供給端に通して床の圧力を中間圧
から１００〜１６０ｋＰａの範囲の過圧に上げて、供給
空気から窒素を選択的に吸着し； （ｂ）更に供給空気を過圧吸着圧の床の供給端に通し
て、供給空気から窒素を選択的に吸着しかつ同時に床の
生成物端から酸素を回収し； （ｃ）床を向流降圧して床の供給端から窒素を放出し； （ｄ）床を排気して２０〜７０ｋＰａの範囲の一層低い
減圧の脱着圧にして床の供給端から窒素を抜き出し； （ｅ）一層低い減圧の脱着圧の床の生成物端に生成物酸
素を生成物パージガスとして導入して床の生成物端から
窒素を置換し、窒素含有廃棄流を床の供給端から抜き出
し、生成物パージガスのかかる導入は、高濃度の酸素が
廃棄流の中に漏出するすぐ前まで続け；及び （ｆ）生成物酸素を床の製品端に通して床の製品端から
の窒素の置換を確実にし、かつ床の圧力を一層低い減圧
の脱着圧から中間圧に上げ、それで少ない動力消費及び
高い総括効率で空気から酸素を回収する。 - 【請求項２】 中間圧が過圧吸着圧の７０％又はそれ以
下である請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記生成物酸素を純度９０〜９５．６％
で回収する請求項１の方法。 - 【請求項４】 吸着剤物質がリチウムＸを含み、前記過
圧吸着圧が１１０〜１６０ｋＰａの範囲であり、前記一
層低い減圧の脱着圧が３０〜５０ｋＰａの範囲である請
求項１の方法。 - 【請求項５】 吸着剤物質がナトリウムＸを含み、前記
過圧吸着圧が１２０〜１６０ｋＰａの範囲であり、前記
一層低い減圧の脱着圧が４０〜７０ｋＰａの範囲である
請求項１の方法。 - 【請求項６】 吸着剤物質がカルシウムＸを含み、前記
過圧吸着圧が１００〜１２０ｋＰａの範囲であり、前記
一層低い減圧の脱着圧が２０〜３５ｋＰａの範囲である
請求項１の方法。 - 【請求項７】 吸着システムが１つの吸着剤床を収容す
る請求項１の方法。 - 【請求項８】 吸着システムが２つの吸着剤床を収容す
る請求項１の方法。 - 【請求項９】 吸着システムが３又はそれ以上の吸着剤
床を収容する請求項１の方法。 - 【請求項１０】 一つの床で向流降圧工程の停止させる
のを、生成物酸素を他の床の生成物端に通して床内の圧
力を上げて中間圧にするのを停止させるのと同時に行う
請求項８の方法。 - 【請求項１１】 吸着システムが３つの吸着剤床を収容
し、一つの床で向流降圧工程を停止させるのを、生成物
酸素を別の床の生成物端に通して床内の圧力を上げて中
間圧にするのを停止させるのと同時に行う請求項８の方
法。 - 【請求項１２】 工程（ｃ）を一つの床で停止させるの
を、工程（ｅ）を他の床で停止させるのと同時に行う請
求項８の方法。 - 【請求項１３】 工程（ｂ）を一つの床で停止させるの
を、工程（ｆ）を他の床で停止させるのと同時に行請求
項８の方法。 - 【請求項１４】 工程（ｂ）を一つの床で停止させるの
を、他の床における圧力が他の床において工程（ａ）の
間に１気圧に達するのと同時に行う請請求項８の方法。 - 【請求項１５】 ３つの吸着剤床を吸着システムに入
れ、工程（ｃ）を一つの床で停止させるのを、工程
（ｅ）をシステムの別の床で停止させのと同時に行い、
各々の床における工程（ｄ）及び（ｅ）の全時間を各々
の床における工程（ａ）〜（ｆ）の総括加工シーケンス
サイクル時間の１／３にする請求項９の方法。 - 【請求項１６】 ３つの吸着剤床を吸着システムに入
れ、工程（ｃ）を一つの床で停止させるのを、工程
（ｅ）を別の床で停止させるのと同時に行い、各々の床
における工程（ａ）及び（ｂ）の全時間を各々の床にお
ける工程（ａ）〜（ｆ）の総括加工シーケンスサイクル
時間の１／３にする請求項９の方法。 - 【請求項１７】 ３つの吸着剤床を吸着システムに入
れ、工程（ｂ）を一つの床で停止させるのを、他の床に
おける圧力が他の床において工程（ａ）の間に１気圧に
達するのと同時に行い、各々の床における工程（ａ）及
び（ｂ）の全時間を各々の床における工程（ａ）〜
（ｆ）の総括加工シーケンスサイクル時間の１／３にす
る請求項９の方法。 - 【請求項１８】 ３つの吸着剤床を吸着システムに入
れ、工程（ｂ）を一つの床で停止させるのを、工程
（ｅ）を他の床で停止させるのと同時に行い、工程
（ｂ）及び工程（ａ）の過圧部分の全時間を全サイクル
時間の１／３にする請求項９の方法。 - 【請求項１９】 ３つの吸着剤床を吸着システムに入
れ、工程（ｂ）を一つの床で停止させるのを、他の床に
おける圧力がそこにおいて工程（ａ）の間に１気圧に達
するのと同時に行い、工程（ｂ）及び工程（ａ）の過圧
部分の全時間を全サイクル時間の１／３にする請求項９
の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US153507 | 1993-11-17 | ||
| US08/153,507 US5415683A (en) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | Vacuum pressure swing adsorption process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07185247A true JPH07185247A (ja) | 1995-07-25 |
| JP3172646B2 JP3172646B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=22547492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30566594A Expired - Lifetime JP3172646B2 (ja) | 1993-11-17 | 1994-11-16 | 改良された減圧スイング吸着方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5415683A (ja) |
| EP (1) | EP0654439B1 (ja) |
| JP (1) | JP3172646B2 (ja) |
| KR (1) | KR100196102B1 (ja) |
| CN (1) | CN1062781C (ja) |
| BR (1) | BR9404471A (ja) |
| CA (1) | CA2135942C (ja) |
| DE (1) | DE69410402T2 (ja) |
| ES (1) | ES2115847T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017202447A (ja) * | 2016-05-11 | 2017-11-16 | コフロック株式会社 | ガス分離装置 |
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