JPH0787887B2 - 改善された膜／脱酸素方法及び装置 - Google Patents

改善された膜／脱酸素方法及び装置

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JPH0787887B2
JPH0787887B2 JP3204567A JP20456791A JPH0787887B2 JP H0787887 B2 JPH0787887 B2 JP H0787887B2 JP 3204567 A JP3204567 A JP 3204567A JP 20456791 A JP20456791 A JP 20456791A JP H0787887 B2 JPH0787887 B2 JP H0787887B2
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ハーバート・レイモンド・シャウブ
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ユニオン・カーバイド・インダストリアル・ガセズ・テクノロジー・コーポレイション
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒素の製造に関する。更
に詳細には、膜を用いて、低コスト高純度の窒素を製造
する方法及び系に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
高純度窒素の製造は、低温蒸留技術を基礎として、開発
段階にある空気分離技術を用いて行なわれてきた。かか
る低温蒸留用に経済的に好ましい拡大のため、大量のト
ン数の窒素を使用するユーザーには、ユーザー側に装着
された低温プラントからパイプで運ばれた窒素ガスが供
給される。少量のトン数すなわち２〜３０トン／日また
はそれ未満を使用するユーザーは、典型的には、本部の
位置する液体窒素製造プラントからユーザー側に運ばれ
る液体窒素が供給される。窒素ガスを液化してそして液
体窒素ガスを離れた低温プラントからユーザー側に輸送
される費用は、ユーザーに提供される窒素の費用に相当
追加されることがわかるであろう。
【０００３】従って、近年、その分野における主な試み
は、低コスト窒素ガスをユーザー側で有効に製造するこ
とができる少量のトン数の空気分離プラントを開発する
ことであった。圧力変動吸着（ＰＳＡ）及び膜技術に関
する近年の発達は、低純度の、少量のトン数の窒素の製
造するための現場の系のコストをかなり低下させること
をもたらした。一方で、電力要求及びＰＳＡまたは膜系
のコストを高くする実用上の制限のために、かかるＰＳ
Ａまたは膜系によって高純度窒素を経済的に製造するこ
とはできない。
【０００４】この分野では、現場での高純度窒素のコス
トを低減することができる膜またはＰＳＡ系及びアプロ
ーチの発展に関する要望がある。上記現場の高純度窒素
のコストを低減するのに用いられてきたアプローチの一
つは、膜またはＰＳＡ系を微量酸素除去系と組み合わせ
て使用して窒素製品を最終精製すること含む。このアプ
ローチにおいて、膜またはＰＳＡ系を初期の空気分離用
に用いて約１０００ｐｐｍ〜約５００００ｐｐｍの酸素
を含む窒素を生成する。次いで、触媒系、例えば、脱酸
素触媒系を用いて付随の酸素を除去して１０ｐｐｍまた
はそれ未満の酸素含有量を有する精製窒素製品流を製造
する。この方法は、膜またはＰＳＡ系単独によるより
も、一層低コストで高純度窒素を現場で生成することが
できるが、それでも、それによって達成されるコストの
節約は、運搬による液体窒素のユーザー側への提供に係
るコストをわずかに超える改善を示すに過ぎない。これ
は、主に、酸素の除去のための、部分的に精製された窒
素流中に存在する酸素と反応するのに要する水素が比較
的高コストであることによる。
【０００５】しかしながら、このアプローチは、もし、
低コストの水素供給源及び水素を利用する一層有効な手
段がユーザー側で入手可能であったならば、液体窒素の
運搬に比べてずっと実用的、商業的に重要になるであろ
う。
【０００６】現在、高純度の窒素を要求しそしてまた現
場で入手可能な低コストの水素を有する多くの、特に石
油化学工業における、工業的用途がある。しかしなが
ら、しばしば、この低コストの入手可能な水素は純粋で
なくそして種々の炭化水素を含む。かかる不純な水素を
使用することは最終の窒素の精製用の触媒系の操作に関
して不利であるので、かかる不純な水素は精製されて、
そして得られる高純度水素は最終の現場での窒素の精製
用の上記触媒系中で有効な方法で用いられる。
【０００７】透過膜系の固有の簡素さは、高純度窒素を
現場生成するためのかかる系及び関連した方法の開発に
関してこの分野に強い刺激及び要望をもたらす。これら
の当業者はまた膜系の固有の簡素さにもかかわらず、現
場のＰＳＡ系が膜系よりも一層適当である特定の全処理
操作があることを理解する。それゆえ、現場で高純度窒
素を生成するための改善された全膜及びＰＳＡ系につい
て、この分野の要望は、最終の窒素生成用の触媒系を用
いるアプローチにおいて、窒素の製造において商業的に
実行可能であり且つ効率的な方法で水素を有効に用いる
手段を開発することを含むことがわかるであろう。
【０００８】低温空気系の操作において、脱酸素触媒系
を用いて酸素を不活性ガス（アルゴン）流から触媒的に
除去することができる。水素が任意の量の酸素を含む粗
アルゴン流に加えられるとき、水素及び酸素は、それら
の混合物がパラジウム触媒上を通るときに結合して水を
生成する。典型的な系は比較的一定の流れ及び酸素濃度
にて操作される。過剰の水素は粗アルゴン流が脱酸素に
より精製された後に容易に除去され次いで再凝縮される
ので、水素の調節は重要ではない。かかる系は、典型的
には、完全な酸素の除去に必要な化学量論比を１％（１
００００ｐｐｍ）〜２％（２００００ｐｐｍ）超える過
剰な水素濃度で運転される。
【０００９】空気から窒素を分離しそしてそこから窒素
を精製するための非低温の（すなわち、膜またはＰＳ
Ａ）脱酸素系の操作において、生成された高純度窒素は
一般に５ｐｐｍ未満の酸素、典型的には１ｐｐｍ未満の
酸素を含む。過剰の水素が上記高純度製品中に最小量で
存在するすることが望ましいが、上記の低温処理操作に
おけるように、残留水素を最終高純度窒素製品から本質
的に全て除去するのに利用可能なコスト的に有効な手段
はない。従って、脱酸素反応において使用するための水
素の所望量を正確に上記脱酸素系に導入することがで
き、それゆえ、過剰の水素が高純度窒素製品に最小に存
在する手段を開発する要望がこの分野にある。
【００１０】従って、本発明の目的は、現場で高純度の
窒素を製造するための改善された系及び方法を提供する
ことにある。
【００１１】本発明の他の目的は、膜またはＰＳＡ系を
用いてかかる現場の高純度窒素を製造するための改善さ
れた全系及び方法を提供することにある。本発明の更な
る目的は、空気を非低温分離し且つ過剰水素を最小量で
含む高純度窒素を製造するための方法及び系を提供する
ことにある。
【００１２】これらの及び他の目的を考慮しつつ、本発
明を以下に詳細に記載し、本発明の新規な特徴を特許請
求の範囲に掲げる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】発明の要約 本発明は、変化する運転条件に素早く応答するために水
素の添加のフィードフォワード及びフィードバック調節
を組み合わせる、改善された膜／脱酸素調節装置及び方
法を用いる。それによって、高純度窒素製品中での過剰
の水素は最小になる。
【００１４】本発明を、添付の本発明の具体例の概念図
を参照して、以下に更に詳細に説明する。
【００１５】本発明の目的は、膜またはＰＳＡの窒素流
れ及び純度を測定する”フォワードルッキング”調節系
を用い、脱酸素系に注入されるべき水素の量が即時の膜
またはＰＳＡの窒素の流れ及び純度に基づき自動的に調
節される新規な調節系及び方法によって達成される。ま
た、窒素製品純度のフィードバック信号が用いられて、
もし該純度が予じめ設定した限界を超えると、水素の注
入割合を修正する。このフィードバック調整は、数分間
の時間に渡って、水素の注入割合に関するわずかな修正
を調節する。この閉ループのフィードバックは、流れ及
び／または酸素純度の測定におけるわずかなエラーを自
動的に補償する。更に、プラントの負荷追跡能力が備え
られて広範囲のプラントの流れ条件に渡って厳格な純度
調節が維持される。
【００１６】本発明は、高純度の窒素製品中に存在する
「過剰の」水素を最小にしつつ、非低温空気分離系、膜
またはＰＳＡの統合により粗窒素製品の生成を可能にし
且つ脱酸素系により上記窒素の浄化または精製を可能に
する。かかる高純度窒素は、本発明を実施することで、
０．０５％（５００ｐｐｍ）〜０．１％（１０００ｐｐ
ｍ）の範囲で「過剰の」水素を最小に維持しつつ、広範
囲の流れ及び純度に渡って製造される。上でわかるよう
に、上記高純度の窒素の残留酸素含有量は一般には、５
ｐｐｍ未満、典型的には１ｐｐｍ未満である。
【００１７】図面を参照して、入口ライン１を用いて供
給空気を非低温空気分離系２に配送する。非低温空気分
離系２は、粗窒素流を、典型的に約１００〜１５０psig
の圧力で生成することができる透過膜系またはＰＳＡ系
にし得る。空気分離系２からライン３を通って取り出さ
れた粗窒素ガス流は、典型的には、約１〜３％の濃度の
酸素を含む。慣用の酸素分析器４を用いて酸素純度を測
定する。酸素分析は最小の試料及び最小の分析器応答遅
れで続行し、それにより、迅速に酸素濃度及び純度の変
化を測定することができる。膜またはＰＳＡの粗窒素の
流れはオリフィスの差圧、実際のライン圧力及び窒素ガ
ス温度を決定するオリフィスフローメータ計測器手段５
により測定される。計測器手段５は、それぞれ６、７及
び８の数字により総括的に表される対応する信号をコン
ピュータ調節系９に送るのに適合している。酸素分析器
４はまた数字１０によって表される入力酸素純度信号を
コンピュータ系９に送るのに適合している。
【００１８】コンピュータ調節系９は、粗窒素流量の計
算に基づき、数字１１で表される出力信号を自動調節弁
１２に送るようにプログラムされている。従って、調節
弁１２はコンピュータ調節系によって調整されて所望の
最大のガス流量を制限しそして窒素ガスの要求が減った
場合にはプラントの流量を絞る。
【００１９】脱酸素反応用の水素ガスは水素ガス提供手
段１３により供給される。かかるガスを２つソースから
供給することができる。液体水素貯蔵タンク及び関連す
る蒸発装置を用いることができ、または、適当なガス提
供貯蔵器からの気体水素源または脱酸素反応に用いるた
めの水素を提供する他の利用可能な手段を用いることが
できる。水素供給源及び特定の作業場で純粋でない形態
で利用される低コストの水素を精製するのに用いる手段
は本文中及び特許請求の範囲に記載した本発明の一部で
はない。コンピュータ調節系９は、膜またはＰＳＡ系か
らの瞬時の粗窒素流量及びそれらの酸素濃度に基づいて
理論的に要求される水素流量を決定するようにプログラ
ムされている。この分野でよく知られているように、反
応すべき残留酸素の１体積当たり２体積の水素が要求さ
れる。本発明の実施にて使用するために配送される水素
流量は、オリフィスフローメータ計測器手段１５によっ
て測定される。該手段１５はそれぞれオリフィスの差
圧、実際のライン圧力及び水素ガス温度をそれぞれ表す
出力信号１６、１７及び１８をコンピュータ調節系９に
送る。上記コンピュータ調節系９は水素流量を計算し且
つ出力信号１７によって水素流量調節弁を調整して、実
際の水素流量を、非低温空気分離系から送られる粗窒素
流中に存在する残留酸素との反応に必要な理論的な水素
流量と等価に維持するようにプログラムされている。
【００２０】ライン３からの粗窒素及びライン１４から
の水素は混合チャンバー１８内で丁度良い具合に混合さ
れそしてそこからライン１９にて下流の脱酸素容器２０
に送られる。容器２０は上記水素と上記粗窒素流中に存
在する酸素とを反応して水を生成するパラジウム触媒を
含む。精製された窒素ガス流は、高純度の本質的に酸素
のない窒素製品として回収するために、上記脱酸素容器
２０からライン２１を通じて引き出される。わずかの量
の過剰水素を混合チャンバー１８中の粗窒素流に加え
て、完全な酸素の除去を確保するのが望ましい。かかる
「過剰の」水素は緩衝剤として作用して粗窒素ガス流の
流れ及び／または純度の変化の間の酸素の完全な除去を
保証する。上でわかるように、精製された窒素製品流中
の過剰水素の量は、典型的には、約５００ｐｐｍ〜約１
０００ｐｐｍに変わる。
【００２１】精製または浄化された窒素ガス流が脱酸素
容器２０から出た後に、冷却及び乾燥され（図示しな
い）、そして精製された窒素ガスの純度は微量酸素分析
器２２及び水素分析器２３により連続的にモニターされ
る。水素分析器２３からコンピュータ調節系９への入力
信号は、微量酸素分析器２２からの入力信号２８と共
に、出力信号１７の変化を起こし、要求された通りの水
素流量を調節する。精製された窒素ガス流の水素濃度が
５００ｐｐｍ未満になるといつも、コンピュータ系９の
調節ループは水素の添加量をわずかに増す。一方、も
し、水素濃度が１０００ｐｐｍを超えて用いると、調節
ループは水素の添加量をわずかに減らす。この調節ルー
プの調整は水素分析器の試料採取時間及び系の純度滞留
時間のために極めてゆっくりと作用する。
【００２２】水素分析器２３のフィードバック入力信号
２４は粗窒素または水素ガス流れ及び純度の測定におけ
るわずかな変化に関して自動的に修正させるために働
く。通常の計装器信号は、室温の影響または電子装置自
体の限界により時間的にわずかにドリフトする傾向があ
る。かかる変化は典型的にはゆっくりと起こり、水素分
析器２３のフィードバック調節ループによりかかる変化
を補償することができる。
【００２３】過剰の水素の精密な調節を達成するには、
系の流量を約±１％内で測定及び調節しなければならな
い。プラントは、種々の流れ、圧力、温度及び純度レベ
ルで運転されるので、すべての考えられる処理条件の下
で±１％の総合的なエラーを補償することは殆どできな
い。水素分析器２３のフィードバック調節２４を調整す
ることによって、精製された窒素ガス流の水素純度が５
００〜１０００ppm の枠の外側にある場合にはかかるエ
ラーを補償することができる。
【００２４】ライン２１中の精製された窒素ガス流は、
要求された使用地点にガスを供給する窒素パイプライン
系２５に結合される。好ましい具体例において、パイプ
ライン中のガス圧力は圧力メータまたは送信器２６によ
って連続的にモニターされる。圧力メータまたは送信器
２６は、コンピュータ調節系９と結びつき且つ入力信号
２７をコンピュータ調節系９に送り、そしてプラント流
量を調整するコンピュータ調節ループの鍵として用いら
れる。パイプラインの圧力が予め設定した点を超えて上
昇すると、コンピュータコントロール系９からそれぞれ
窒素流れ調節弁１２及び水素流れ調節弁１６への出力信
号１１及び１７によってプラントの流量は低下される。
もし、パイプラインの圧力が、予め設定した点未満に低
がると、プラント流量は増加される。パイプラインの過
剰窒素に関して要望された厳しい制限のために、製品流
れ変化の割合は約２％／分に制限される。本発明のこの
望ましい特徴は、系の流れ及び圧力を更に調整がなされ
る前に安定且つ調節可能にすることを確保するのに用い
ることができる。使用割合がプラント流量ターンダウン
の割合よりも速く減る条件の場合には、パイプライン圧
力は自動パイプライン排出弁が上記パイプライン中の最
大圧力を制限するレベルまで上昇する。この時間の間、
プラントの流れは、パイプラインの圧力が減少しそして
ベント弁が閉じるまで低下されている。使用割合がプラ
ントの流量を超えて上昇する条件の場合には、パイプラ
インの圧力は低下する。この圧力の低下はコンピュータ
調節系９に信号を与えプラント流量を約２％／分上昇さ
せる。パイプラインの圧力が最小レベルを超えると、プ
ラントの流れはこの点で安定化される。流量の変化は、
コントロールロジックによって調節されて変化の最大割
合を±２％以内に維持して、精製された窒素ガスの水素
濃度が５００ppm 〜１０００ppm に望ましく維持される
ことを保証する。
【００２５】本発明の実施に用いる膜、ＰＳＡ並びに触
媒燃焼系及び方法は、各々、良く知られた市販の技術か
ら構成されることが理解される。本文中に開示しそして
特許請求の範囲に記載したようなこれらの技術の独自の
組み合わせによって、この分野で望まれるような高純度
窒素の現場製造が、使用者側での比較的少量のトン数の
使用に、本部に位置する液体窒素プラントからユーザー
側に運ばれる液体窒素の使用に比べて、実用的な商業に
なる。
【００２６】この分野で知られるように、膜系は透過容
易成分及び透過非容易成分を含む供給ガス混合物の透過
容易成分を選択的に透過するためにこの分野で利用され
ている。任意の所望のタイプの膜、例えば、複合膜、非
対称膜、または任意の膜形態のものを本発明の実施に用
いることができる。本発明の空気分離の目的に好適な膜
は、一般に、空気の透過容易成分として酸素を選択に透
過することができる分離材料から構成され、そして非透
過容易成分として窒素が窒素富化非透過ガスとして回収
される。しかしながら、窒素が透過容易成分であり、酸
素富化ガス流が除去されそして窒素富化ガス流が透過ガ
スとして回収されるような、空気から最初に窒素を分離
するための膜系を用いることもまた発明の範囲内であ
る。
【００２７】上でわかるように、ＰＳＡ系は、与えられ
た高純度窒素の製造用途に関する特定の要求及び運転条
件に依存して、発明を実施する際の空気分離の目的に望
ましいであろう。当業者は、かかるＰＳＡ系は、吸着容
易成分及び吸着非容易成分を含む供給ガス混合物の吸着
容易成分を選択的に吸着することができる吸着材料の床
を一以上含むことがわかろう。かかるＰＳＡ系は種々の
処理サイクルを含み、そこでは、各々の床が、連続し
て、吸着−脱着サイクルを受ける。該サイクルは、一般
に、上方吸着圧力レベルで供給ガス混合物が床に導入さ
れる間に吸着容易成分が床から引き出され、そして一層
低い脱着圧力で床が再生される間に吸着容易成分が床か
ら引き出される。空気を分離して所望の製品として窒素
を回収するために用いるＰＳＡ系は、一般に、空気の吸
着容易成分として酸素を選択的に吸着することができる
吸着床を用いるが、吸着容易成分として窒素が選択に吸
着されるＰＳＡ系を用いることも本発明の範囲内であ
る。ＰＳＡ系は一般に各々の床中で実施される処理サイ
クル中に複数の個々の工程を含むことが知られている
が、特定の具体例、例えば、圧力等価、パージ及び再加
圧工程で用いられるＰＳＡ処理サイクルの詳細は本発明
の本質に及ぶものでなくそしてここでは詳細には記載す
る必要はない。
【００２８】本発明の実施で用いられる触媒燃焼系及び
方法は、この分野で脱酸素系として普通に知られてお
り、脱酸素は、さらに、膜またはＰＳＡ系での空気分離
により得られた部分的に精製された窒素ガス流の酸素レ
ベルを更に低減するための良く知られた確立された技術
をも含む。脱酸素装置は、典型的には、アルミナ基体上
に支持された貴金属触媒、例えば、白金、白金−パラジ
ウム触媒用いる。従って、触媒燃焼窒素精製操作は、精
製される窒素流から酸素を除去して残留酸素含有量を所
望の低レベルに低下することを促進することができる好
適な、市販の触媒を用いる一以上の触媒工程中で実施す
ることができる。
【００２９】膜が最初の空気分離操作用に用られる具体
例において、部分的に精製された窒素流の酸素含有量
は、典型的には約１０００ppm の一層低いレベルから約
５００００ppm までの範囲、一層普通には１００００〜
３００００ppm に渡る。本発明の実施において生成され
る高純度窒素流は約５０００ppm 未満の残留酸素含有量
を有し、そして本発明の特定の実施例においては、上記
残留酸素含有量は約５ppm 未満、典型的には１ppm 未満
である。反応体である水素は、典型的には、ユーザー側
で一般に利用される任意の低純度流より約９５＋％の水
素に精製される。特定の用途に用いられる実際の水素純
度の制限は、一般に、ユーザの最終的な窒素製品純度の
要求に依存して変化する。当業者は、本発明が、与えら
れた用途に関する種々の技術的及び経済的な因子に依存
して、任意の寸法の高純度窒素精製装置に関して有利に
用いられることができるが、本発明は、経済的な観点か
ら、５０００〜５００００フィート3 ／時間の範囲での
高純度窒素製品の製造装置用に特に魅力的であることが
わかるでろう。本発明は、低コストの水素のすぐに間に
合うソースを容易に入手でき且つ高純度窒素を経済的に
魅力的なコストで製造するための最終精製操作において
反応体として有利に用いることができる、精製及び他の
石油化学設備において特に価値があると理解されよう。
都合のよい反応体の精製操作の手段は、本文中及び特許
請求の範囲に記載したように、入手可能な低コストの不
純な水素のかかる所望の使用を実用的に商業的に便利な
方法で実現させることができる。
【００３０】水素反応体流中に存在する任意の不純物
は、もし触媒系中で反応しないならば、もちろん、最終
の窒素製品流中に最後まで残るであろう。もし、水素反
応体流が、比較的大量のかかる不純物を含むならば、か
かる不純物は触媒系に悪影響を持ち、並びに、窒素製品
中に受け入れられないレベルの不純物の存在をもたらす
ことになる。これが触媒系中で比較的高純度、すなわ
ち、９５＋％の水素を用いることが望ましい理由であ
る。
【００３１】当業者は、特許請求の範囲を離れることな
く、本発明の詳細において種々の変化及び修正をするこ
とができることがわかるであろう。従って、本発明の実
施において用いる透過膜は、普通、典型的には容器中に
位置する膜組立て体中で用いられ、該組立て体は膜系の
主要部材を含む膜モジュールを形成する。本発明を参照
してわかるように、膜系は一の膜モジュールまたは複数
の膜モヂュールを含み、後者は並列かまたは直列操作用
に配列される。膜モジュールを、便利な中空繊維型また
はらせん巻き、ひだをとった平坦なシート膜組み立て体
または任意の他の所望の配置で構築することができる。
膜モジュールは供給空気面側及び反対側の透過ガス出口
側を有するように構成される。中空繊維膜に関して、供
給空気を中空繊維の孔側または他方の表面側のいずれか
に加えることができる。
【００３２】空気分離膜及び水素精製膜に用いる膜材料
は、供給ガス、すなわち、空気または不純な水素の透過
容易成分を選択的に透過することができる任意の好適な
材料にすることができることがまた理解されよう。セル
ロース誘導体、例えば、セルロースアセテート、セルロ
ースアセテートブチレート等；ポリアミド及びポリイミ
ド、それらはアリールポリアミド及びアリールポリイミ
ドを含み；ポリスルフォン；ポリスチレン等がかかる材
料の代表例である。複合膜、例えば、ポリスルフォン基
体上のエチルセルロースは、複合材料分離特性を決定す
る複合層の材料を与えられた用途の特定の性能要求及び
運転条件にあつらえることができるので、空気分離及び
他の多くの用途に便利である。
【００３３】本発明の実施に用いるＰＳＡ系は、典型的
には、実際に用いた床の数に適した処理サイクル、適用
可能な運転条件及び与えられた用途の所望の性能要求に
従って運転される複数の吸着床を含む。各々の床で用い
た吸着材料は供給空気の吸着容易成分を選択的に吸着す
ることができ、一方で上記供給空気の吸着非容易成分を
床から引きだすことができる任意の好適な吸着材料にす
ることができる。ゼオライトモレキュラーシーブ材料、
例えば、５Ａ及び１３Ｘ材料は、供給空気から窒素を選
択的に吸着するための便利な吸着床材料である。一方
で、炭素モレキュラーシーブは異なる吸着機構に従って
作用しそして空気分離用途に用いたときは、吸着容易性
成分として酸素の選択的な吸着をもたらし、そして窒素
が供給空気の吸着非容易成分として回収される。
【００３４】当業者は、任意の良く知られた、市販のデ
オキソ触媒を最終の窒素精製操作に用いることができる
ことがわかろう。膜及びＰＳＡ系とともに、一以上の触
媒工程を、精製される窒素流中に存在する酸素と水素の
所望の反応を達成するのに用いることができる。反応
は、実際に発熱性であるので、約５００℃までの反応温
度で一般に行われる反応操作における有効な熱利用のた
めに、適当な熱交換手段を用いるのが都合良いであろ
う。
【００３５】本発明を本文中で現場設備に関して記載し
てきた。本発明の目的で、かかる現場設備は、典型的に
は、本文中及び特許請求の範囲に記載したように、高純
度窒素が要望されるユーザー側の都合の良い場所に位置
する、分離及び反応系の独自な組み合わせを示すと考え
られる。しかしながら、ユーザー側は、特定のユーザ側
の所有地の境界を狭い意味で定義するように構成される
べきでない。逆に、上記現場の膜、ＰＳＡまたは反応系
を囲いの外側(over-the-fence)または別の状況において
ユーザー側として言及される、建物上ではなく建物の近
接する他の好都合な位置に置くことも本発明の範囲内で
ある。任意のかかる好都合な位置は、地域に関して便利
な地点に置かれ得るがユーザー側から遠く離れており、
かかる地方からトラックにより液体窒素が提供される地
理的に地方の液体窒素プラントとは対照的に、本発明の
ための現場の操作を構成すると考えられる。
【００３６】低酸素含有量が安全性または製品品質の目
的で必要または要求されるブランケッティング、不活性
化またはパージング操作のための精製所または他の工業
的な地点での高純度窒素に関する必要性の増加に鑑み
て、本発明は経済的に実行可能なコストで便利な現場で
の実行能力によりかかる要求を満足する極めて望まれる
方法及び系をもたらす。かくして、本発明はこの分野に
重要な進歩をもたらし、極めて便利で且つ実際の膜技術
に関する用途、また、特に重要な商業的な要求を満足す
るＰＳＡ技術の使用に関する用途の成長している領域を
さらに拡大する。かかる極めて望まれる操作の実行を可
能にし、一方で同時に高純度窒素製品流中の過剰水素含
有量の最小化を達成することによって、本発明は、極め
て望ましく且つ有利な非低温空気分離技術、すなわち膜
及びＰＳＡ技術を、高純度の窒素の実用的な商業的な用
途において用いることの商業的な実行可能性を増大す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる系の概念図を示す。
【符号の説明】
１ 入力ライン ２ 空気分離系 ４ 酸素分析器 ５ オリフィスメータ ９ コンピュータ調節器 １２ 調節弁 １６ 調節弁 １８ 混合チャンバー ２０ 脱酸素容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−286907（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−301503（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高純度窒素を製造するための改良された
    装置であって、 （ａ）空気を残留酸素を含む部分的に精製された窒素流
    と酸素富化排出流とに分離することができる、膜または
    圧力変動吸着装置と、 （ｂ）供給空気をかかる膜または圧力変動吸着装置で分
    離するために膜または圧力変動吸着装置に提供するため
    の手段と、 （ｃ）上記部分的に精製された窒素流中に存在する残留
    酸素と水素流との反応に適した触媒燃焼装置と、 （ｄ）水素流を上記触媒燃焼装置に送る手段と、 （ｅ）部分的に精製された窒素流を上記膜または圧力変
    動吸着装置から上記触媒燃焼装置に送る手段と、 （ｆ）上記部分的に精製された窒素流の酸素純度を連続
    的に決定しそしてそれに釣り合う入力プロセス可変信号
    を提供することができる酸素分析手段と、 （ｇ）上記部分的に精製された窒素流の流量を決定しそ
    してそれに釣り合う入力プロセス可変信号を提供するこ
    とができるフローメータ手段と、 （ｈ）それらの入力プロセス可変信号に応答して、部分
    的に精製された窒素流の流量を調節するための対応する
    出力調節信号を送るのに適し、且つ、部分的に精製され
    た窒素流中の酸素との反応に必要な量に対応する水素流
    量であって最小の過剰水素含有量を有する水素流の流量
    を維持するように上記水素流の流量を調節するための出
    力調節信号を送るのに適したコンピュータ調節手段と、 （ｉ）上記触媒燃焼装置に送る上記水素流の流量を決定
    しそしてそれに釣り合う入力プロセス可変信号を上記コ
    ンピュータ調節手段に提供することができるフローメー
    タ手段と、 （ｊ）上記触媒燃焼装置への部分的に精製された窒素流
    及び水素流を別々に調節し、上記コンピュータ調節手段
    からの出力信号に応じて調節される調節弁手段と、 （ｋ）上記触媒燃焼装置からの精製された窒素製品下流
    での用途のために送る管手段と、 （ｌ）上記精製された窒素製品ガスの水素含有量を決定
    しそしてそれに釣り合う入力プロセス可変信号を上記コ
    ンピュータ調節手段に提供して上記触媒燃焼手段への水
    素の流量を調節する分析手段と、 を含み、 それによって、装置全体における条件変化に早く応答す
    る結果として、精製された窒素流中の水素含有量を最小
    にしつつ、高純度窒素製品を製造する装置。
  2. 【請求項２】 上記空気分離装置が膜装置から構成され
    る請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 上記空気分離装置が圧力変動吸着装置か
    ら構成される請求項１の装置。
  4. 【請求項４】 上記コンピュータ調節手段から精製され
    た窒素製品ガスの圧力を決定し、それに釣り合う入力プ
    ロセス可変信号を上記コンピュータ調節手段に提供する
    ガス圧力モニター手段を含む請求項１の装置。
  5. 【請求項５】 上記コンピュータ調節手段が、出力信号
    を上記水素含有量分析手段からの入力プロセス可変信号
    に応答して上記水素調節弁手段に送ることによって、精
    製された窒素製品中の最小の過剰水素を約５００ｐｐｍ
    〜約１０００ｐｐｍの範囲内に維持するのに適している
    請求項１の装置。
  6. 【請求項６】 上記触媒燃焼装置からの精製された窒素
    製品の圧力を決定しそしてそれに釣り合う入力プロセス
    可変信号を上記コンピュータ調節手段に送るガス圧力モ
    ニター手段を含む請求項１の装置。
  7. 【請求項７】 高純度窒素を製造するための改善された
    方法であって、 （ａ）原料供給空気を残留酸素を含む部分的に精製され
    た窒素流と酸素富化排出流とに分離するために膜または
    圧力変動吸着装置に送り、 （ｂ）上記空気分離装置から残留酸素を含む部分的に精
    製された窒素流と酸素富化排出流とを引き出し、 （ｃ）上記部分的に精製された窒素流と水素流を、上記
    部分的に精製された窒素流中に存在する残留酸素と上記
    水素とを反応させて水を生成するために触媒燃焼装置に
    送り、 （ｄ）高純度の精製された窒素流を上記触媒燃焼装置か
    ら回収し、ここに上記高純度の窒素は所望の低残留酸素
    含有量を有し、 （ｅ）上記部分的に精製された窒素流の酸素純度を決定
    しそしてそれに釣り合う入力プロセス可変信号を提供
    し、 （ｆ）上記部分的に精製された窒素流の流量を決定しそ
    してそれに釣り合う入力プロセス可変信号を提供し、 （ｇ）上記入力信号をコンピュータ調節手段に入力し、
    該コンピュータ調節手段は、上記入力プロセス可変信号
    に応答して、部分的に精製された窒素流の流量を調節す
    るための対応する出力調節信号を送るのに適し且つ部分
    的に精製された窒素流中の酸素との反応に必要な量に対
    応する水素流量であって最小の過剰水素含有量を有する
    水素流量を維持するように上記水素流の流量を調節する
    ための出力調節信号を送るのに適しており、 （ｈ）上記触媒燃焼装置を通る上記水素流の流量を決定
    しそしてそれに釣り合う入力プロセス可変信号を上記コ
    ンピュータ調節手段に提供し、 （ｉ）上記コンピュータ調節手段からの出力信号に応答
    して、上記触媒燃焼装置への部分的に精製された窒素及
    び水素の流量を別々に調節し、 （ｊ）上記触媒燃焼装置から回収した上記精製された窒
    素製品ガスの水素含有量を決定しそしてそれに釣り合う
    入力プロセス可変信号を上記コンピュータ調節手段に提
    供して上記触媒燃焼手段への水素の流量を調節すること
    を含み、 それによって、装置全体における条件変化に早く応答す
    る結果として、精製された窒素流中の水素含有量を最小
    にしつつ、高純度窒素製品を製造する方法。
  8. 【請求項８】 上記空気分離装置が膜装置から構成さ
    れる請求項７の方法。
  9. 【請求項９】 上記空気分離装置が圧力変動吸着装置
    から構成される請求項７の方法。
  10. 【請求項１０】 上記コンピュータ調節手段から精製窒
    素製品ガスの圧力を決定しそしてそれに釣り合う入力プ
    ロセス可変信号を上記コンピューター調節手段に提供す
    ることを含む請求項７の方法。
  11. 【請求項１１】 上記コンピュータ調節手段が、出力信
    号を上記精製された窒素製品ガスの水素含有量に対応す
    る入力プロセス可変信号に応答して上記窒素及び水素調
    節弁手段に送ることによって、精製された窒素製品中の
    最小量の過剰水素を約５００ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ
    の範囲内に維持するのに適している請求項７の方法。
  12. 【請求項１２】 上記触媒燃焼装置からの精製された窒
    素製品ガスの圧力を決定しそしてそれに釣り合う入力プ
    ロセス可変信号を上記コンピュータ調節手段に送ること
    を含む請求項７の方法。
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