JPH0938444A - 吸着方法 - Google Patents

吸着方法

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JPH0938444A
JPH0938444A JP8186143A JP18614396A JPH0938444A JP H0938444 A JPH0938444 A JP H0938444A JP 8186143 A JP8186143 A JP 8186143A JP 18614396 A JP18614396 A JP 18614396A JP H0938444 A JPH0938444 A JP H0938444A
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low pressure
pressure
adsorption method
low
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JP8186143A
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Ravi Kumar
ラヴィ・クマー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 供給流が位相外サイクルに従って運転される
複数の吸着材床内に導入されて、供給流中に含まれる、
一又は複数の優先的に吸収した成分を吸着して、これに
より、製品流を生じさせる吸着方法を提供すること。 【解決手段】 優先的に吸収した一以上の成分を床内に
吸着することにより、製品流を形成すべく、高圧及び低
圧の供給流が複数の床３０、３２、３４内に導入される
吸着方法である。床の各々に対しては、低圧の製品流を
形成すべく低圧の供給ステージが行われ、その後に、一
以上の高圧の製品流を形成すべく高圧又はより高圧の供
給ステージが行われる。その後、その床は、減圧ステー
ジ及びパージステージを通じて再生される。このサイク
ルは、位相内で行われ、一方の床は高圧の製品流を形成
する一方、もう一方の床は、低圧の製品流を発生させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、供給流が位相外サ
イクルに従って運転される複数の吸着材床内に導入され
て、供給流中に含まれる一又は複数の優先的に吸収した
成分を吸着して、これにより、製品流を生じさせる吸着
方法に関する。具体的には、本発明は、高圧及び低圧の
製品流を発生させるべく吸着材床内に高圧及び低圧の供
給流が導入される吸着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】供給流を吸着によって予熱し、その後に
二以上の圧力にてその供給流を工程中に供給することを
必要とする多数の工業的過程がある。その一つの例とし
て、空気分離は吸着材床により流入する供給空気流を処
理し、かかる供給流から二酸化炭素及び水分を除去す
る。次に、その処理した供給流は処理空気の蒸留に使用
される蒸留塔の高圧及び低圧の運転圧力にて工程内に供
給することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この一例は、米国特許
第４９６４９０１号に見ることができ、この場合、凝縮
器のリボイラーにより互いに作用可能に関係付けられた
高圧及び低圧の蒸留塔を採用する低温度の精留過程によ
り、空気の分離が為される。この過程において、空気は
圧縮され且つ精製されて、二酸化炭素及び水蒸気を除去
する。その後に、空気は、その精留に適した温度まで冷
却し、供給流として高圧及び低圧の蒸留塔内に導入され
る。この高圧の蒸留塔は、空気を窒素濃度の濃い成分
と、粗な流体酸素塔のかすとに分離する。この粗な液体
酸素は、低圧の蒸留塔内で更に精製されて、液体酸素塔
のかすと、窒素濃度の濃い塔上方成分とを生ずる。高圧
及び低圧の蒸留塔の双方に対して供給流を供給するた
め、高圧の蒸留塔の圧力及び低圧の蒸留塔の圧力にて、
圧縮され且つ精製された空気供給流が必要とされる。か
かる供給流を発生させるためには、流入する空気を低圧
の蒸留塔圧力まで圧縮し、次に、二つの補助流に分離す
る。一方の補助流は、更に圧縮され、次に、予精製装置
内で精製されて、高圧の供給流を生ずる。低圧の蒸留塔
圧力にあるもう一方の流れは、別個の予精製装置内で精
製される。
【０００４】高圧及び低圧の供給空気流を必要とするそ
の他の方法において、全ての空気は高圧の蒸留塔圧力に
て圧縮され、予精製され、次に、分離される。一方の補
助流は、高圧にて利用され、もう一方の補助流は膨張弁
により膨張されて、低圧の蒸留塔圧力である低圧とな
る。理解され得るように、米国特許第４，９６４，９０
１号は、全ての空気が高圧まで圧縮されるわけではない
ため、上述の方法よりはエネルギ効率がよい。上記の方
法の不利益な点は、二つの別個の予精製装置が必要とさ
れる点である。
【０００５】以下に説明するように、本発明は、単一の
装置だけで高圧及び低圧の製品流を発生させることので
きる吸着方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、吸着方法を提
供するものである。この方法によれば、高圧の供給流及
び低圧の供給流に含まれる、少なくとも二以上の優先的
に吸収した成分を吸着するように、少なくとも一つの吸
着材を含む複数の吸着材床に高圧及び低圧の供給流が導
入される。
【０００７】これら複数の吸着材床に対して、運転サイ
クルが行われ、そのサイクルの各々は、吸着材床内に導
入された高圧及び低圧の供給流を有する高圧及び低圧の
供給ステージから成る少なくとも二つの吸着ステージを
含む。更に、少なくとも二つの再加圧ステージが設けら
れる。これらの少なくとも二つの再加圧ステージは、高
圧及び低圧の供給ステージの直前の位置に配置される。
該少なくとも二つの再加圧ステージは、高圧の供給ステ
ージの前にある高圧の再加圧ステージと、低圧の供給ス
テージの前にある低圧の再加圧ステージとを備えてい
る。優先的に吸着した成分の少なくとも一つを脱着すべ
く再生ステージが設けられている。運転サイクルは、互
いに関して位相外の関係で行われ、このため、高圧及び
低圧の製品流が連続的に発生される。
【０００８】本発明は、圧力スウィング吸着方法及び温
度スウィング吸着方法の双方を対象とするものである。
本発明による吸着方法の何れの型式においても、各床に
は、最初に、低圧の供給が行われ、低圧の製品流を生じ
させ、次に、高圧の供給を行って、高圧の製品流を発生
させる。本発明者によれば、全ての条件が等しければ、
吸着材床に対して低圧の吸着を行った後、依然として、
吸着材床には、高圧にて吸着するための付加的な容量が
あることが確認されている。従って、単一の吸着材床を
使用して、低圧及び高圧の双方にて吸着するならば、そ
れぞれが低圧及び高圧の吸着専用とされるように、二つ
の別個の床を設けるよりも、必要な吸着材は少なくて済
む。本発明によれば、単一のＰＳＡ又はＴＳＡ装置があ
ればよく、また、かかる装置は、吸着材を最適な状態で
利用するから、設備コストはより低額で済む。更に、供
給流の一部のみを高圧まで圧縮すればよいから（従来技
術の場合、供給流の全てが高圧に圧縮される）、本発明
による方法を実施することにより、電気料の削減が可能
となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本明細書には、当該出願人がその
発明と見なす事項を明確に記載した特許請求の範囲が含
まれるが、本発明は、添付図面と共に参照したとき、よ
り良く理解されると考えられる。
【００１０】図１を参照すると、ろ過した後の空気が主
コンプレッサ１０内で圧縮される一体型の空気分離装置
１が図示されている。次に、この空気は、主空気流１２
と、補助空気流１４とに分離され、この補助空気流１４
は、ブースタ・コンプレッサ１６内で更に圧縮される。
その後、これらの主空気流１２及び補助空気流１４は本
発明に従って予精製装置１８内に導入される。
【００１１】該予精製装置１８は、主空気流１２及び補
助空気流１４を精製し、圧力を有する低圧の空気流２０
及び高圧の空気流２２を発生させ（製品流として）、上
記空気流に対する圧力は、主空気コンプレッサ１０及び
ブースタ・コンプレッサ１６によりそれぞれ付与され
る。低圧空気流２０及び高圧空気流２２は、主熱交換器
２４内で精製に適した温度まで冷却され、その後に、空
気分離装置２６内に導入され、該空気分離装置が、空気
を分離して、窒素、酸素及び多分アルゴン濃度の濃い製
品を形成する。
【００１２】空気分離装置２６は、単一塔の酸素発生
器、単一塔の窒素発生器（この場合、アルゴン濃度の濃
い製品は全く製造されない）とすることができる。更
に、空気分離装置２６は、凝縮器−リボイラー機構によ
り互いに作用可能に関係付けられた、高圧及び低圧にて
運転される塔を有する二重塔式空気分離装置とすること
ができる。かかる二重塔は、アルゴン濃度の高い製品を
製造するアルゴン塔を備えるものとすることもできる。
二重塔の場合、低圧の空気流２０は、高圧の塔内に直接
供給される一方、高圧の空気流２２は、エンジンの膨張
を通じて膨張させ、冷媒を発生させ、その後、低圧塔内
に導入することができる。当業者に理解されるように、
単一塔の装置（酸素発生器及び窒素発生器）の場合でさ
え、圧力が増圧された圧力流が必要となるであろう。更
に、本発明は、空気分離装置にのみ限定されるものでは
なく、精製し又はその他の方法で処理すべき反応液又は
流れとの何れかとして、高圧流又は低圧流を必要とする
あらゆる過程に適用可能であることが理解されよう。
【００１３】図２を参照すると、予精製装置１８には、
それぞれ第一の吸着材床３０、第二の吸着材床３２及び
第三の吸着材床３４を設けることができる。これらの第
一及び第二及び第三の吸着材床３０乃至３４は、空気中
に含まれる水分及び二酸化炭素を吸収すべく、シリカゲ
ル活性炭素、活性アルミナ、ゼオライト等、又はその他
の混合物が充填されたキャニスタで形成することができ
る。
【００１４】主空気流１２及び補助空気流１４は、切換
え弁３６乃至７０により第一、第二及び第三の吸着材床
３０乃至３４に導入される。予精製装置１８の作動中、
主空気流１２及び補助空気流１４は、夫々低圧及び高圧
の供給マニホルド７４、７６により、第一、第二及び第
三の吸着材床３０乃至３４内にそれぞれ導入される。低
圧及び高圧の精製空気流２０、２２は低圧及び高圧の排
出マニホルド７８、８０を使用して排出される。排気窒
素、酸素又は酸素濃度の濃い流体とすることのできる
（空気分離装置２６の型式に対応して）パージ気体はパ
ージマニホルド８２を通じて第一、第二及び第三の床３
０乃至３４内に導入される。排気は排気マニホルド８４
を通じて第一、第二及び第三の床３０乃至３４から排出
される。
【００１５】次のチャートは、弁３６乃至７０の作動を
示す弁の作動順序である。ＴＳＡサイクル又はＰＳＡサ
イクルの何れの場合でも、「０」は、弁が開放している
ことを示す。その他の場合、弁は閉鎖している。
【００１６】 表１ 図２の典型的なＴＳＡ及びＰＳＡ・ＰＰＵにおける弁の作動順序 弁Ｎｏ． ＴＳＡ 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 ＰＳＡ 時間（分） 時間（分） 0-15 ０ ０ ０ ０ ０ 0-3 15-25 ０ ０ ０ ０ ０ 3-4 25-125 ０ ０ ０ ０ ０ ０ 4-7 125-225 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ★ 225-240 ０ ０ ０ ０ ０ 7-10 240-255 ０ ０ ０ ０ ０ 10-13 255-265 ０ ０ ０ ０ ０ 13-14 265-365 ０ ０ ０ ０ ０ ０ 14-17 365-465 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ★ 465-480 ０ ０ ０ ０ ０ 17-20 480-495 ０ ０ ０ ０ ０ 20-23 495-505 ０ ０ ０ ０ ０ 23-24 505-605 ０ ０ ０ ０ ０ ０ 24-27 605-705 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ★ 705-720 ０ ０ ０ ０ ０ 27-30 ０は弁が開放し、その他の場合は閉鎖している。
【００１７】図３を更に参照すると、温度スウィング吸
着方法が図示されている。この方法において、第一、第
二及び第三の床３０乃至３４の各々に対しては、高圧の
供給圧力（ＲＰＨ）に再加圧されるまで、低圧の供給が
行われ、その後に、高圧の供給ステージが行われる。例
えば、第一の床３０は、最初に低圧の製品を形成し、次
に、高圧の製品を形成する。第一の床３０を再生するた
めには、第一の床３０に対して減圧ステージを行い、よ
り優先的に吸着した成分の脱着を開始させる。この減圧
ステージの後に、高温のパージステージを行い、次に、
低温のパージステージを行う。これら後者の二つのパー
ジステージは、より優先的に吸着した成分を更に脱着す
る。その後、第一の床３０に対して低圧の供給（ＲＰ
Ｌ）のステージに戻るための再加圧を行う。明らかであ
るように、第一、第二及び第三の床３０乃至３４の一つ
に対し、低圧の供給ステージが行われ、これにより、低
圧の空気流２０を発生させる間に、もう一方の床に対し
ては高圧の供給ステージが行われ、これにより、高圧の
空気流２２が発生される。
【００１８】この表を具体的に参照すると、０乃至１５
分にて弁３６、４４、４６、６２、６６は開放位置に設
定される。これにより、第一の床３０は、弁３６が開放
することにより、低圧の供給ステージが行われる。この
低圧の製品流は、弁６６が開放することにより、第一の
床３０から低圧の製品ヘッダ７８に排出される。弁４
４、６２は、共に、開放位置に設定されて、第二の床３
２が高圧の供給ステージの作用を受け、また、高圧の製
品ヘッダ８０から高圧の製品流２２を排出することを可
能にする。第三の吸着材床３４は、高圧まで再加圧さ
れ、その結果、弁４６が開放し、このため、第三の吸着
材床３４内に高圧空気の一部を導入することができる。
【００１９】次の１５乃至２５分の時間間隔中、第二の
吸着材床３２には、減圧ステージが行われる一方、第三
の吸着材床３４に対しては高圧の供給ステージが行われ
る。これを達成するためには、弁５０を開放して、第二
の吸着材床３２が排気ヘッダ８４を通じて同時に減圧さ
れるようにする。弁６４は、開放して、高圧の製品が高
圧の製品マニホルド８０内に導入されることを可能にす
る。
【００２０】２５乃至１２５分の時間間隔中、第二の吸
着材床３２は、弁５０、５６を開放することにより、高
温のパージステージが行われる。低温のパージステージ
の間（１２５乃至２２５分の間隔）、弁５０、５６は開
放したままである。高温及び低温のパージステージは、
パージ流を加熱するか、又はその関連する吸着材床自体
を加熱するかの何れかにより行われる。
【００２１】２２５乃至２４０分の時間間隔中、低圧の
供給ステージで作用する形成ステージとして第二の吸着
材床３２を用意すべく、弁３８を開放し、第二の吸着材
床３２を主空気流１２で加圧する。これらの弁５０、５
６は、この時間間隔中、閉鎖位置に再設定し、第二の吸
着材床３２のパージを終了させる必要がある。
【００２２】次の１５分間（２４０乃至２５５分の時間
間隔）中、第一の吸着材床３０に対しては、弁４２を開
放することにより、高圧の減圧ステージが行われる。第
一の吸着材床は、この時点で製品流を形成させないた
め、弁３６、６６は閉鎖されている。このとき、第一の
吸着材床３０に代えて、製品流を形成する床として第二
の吸着材床３２が作用する。従って、弁６８が開放され
て、第二の吸着材床３２から低圧の空気流２０を形成す
る。
【００２３】弁６０を開放することにより、第一の吸着
材床３０に対し、高圧の供給ステージが行われる間に、
サイクルは、２５５分の時点で続行する。この時点で、
第三の吸着材床３４に対しては、弁５２を開放すること
により、減圧ステージが行われる。このため、第三の吸
着材床は、製品流を形成する床として最早、機能しない
ため、弁４６、６４は閉鎖される。
【００２４】２６５分の時点、次に、３６５分の時点に
て、弁５２、５８を開放することにより、第三の吸着材
床に対して、高温及び低温のパージステージが行われ
る。依然として、第一及び第二の吸着床に対しては、高
圧及び低圧の供給ステージが行われる。
【００２５】その後の４６５分乃至４８０分の間隔中、
第三の吸着材床３４に対しては、弁４０を開放し、弁５
２、５８を閉鎖することにより、低圧の減圧ステージが
行われる。サイクルへの４８０分の時点にて、弁７０を
開放することにより、第三の吸着材床３４に対して、低
圧の供給ステージが行われる。弁４４を開放し、弁３
８、６８は閉鎖して、第二の吸着材床３２に対して、高
圧の減圧ステージが行われるようにする。
【００２６】４９５乃至５０５分の時間間隔中弁４８を
開放し、弁３６、６０を閉鎖することにより、第一の吸
着材床３０に対して減圧ステージが行われる。その後、
５０５及び６０５分の時点にて、弁５４を開放すること
により、第一の吸着材床３０に対して高温及び低温のパ
ージステージが行われる。サイクルの最後の時間間隔
中、即ち、７０５分乃至７２０分間、弁３６を開放し、
弁４８、５４を閉鎖することにより第一の吸着材床３０
に対して低圧の再加圧ステージが行われる。
【００２７】図４を更に参照すると、予精製装置１８
は、圧力スウィング吸着サイクルに従って作動させるこ
とが可能である。このサイクルにおいて、各床に対して
低圧の供給ステージ、高圧の再加圧ステージ（ＲＰ
Ｈ）、高圧の供給ステージが行われ、その後、減圧ステ
ージ、パージステージ及び低圧の再加圧ステージが行わ
れる。一つのステージに対して低圧の供給ステージが行
われ、このため、製品流の形成床で、低圧の空気流２０
を発生させる一方、もう一方の床に対して高圧の供給ス
テージが行われ、このため、高圧の空気流２２を発生さ
せる。例えば、第一の吸着材床３０に対し低圧の供給ス
テージが行われる場合、第二の吸着材床３２に対し高圧
の供給ステージが行われ、第三の吸着材床に対し高圧の
加圧ステージが行われる。その後、第二の吸着材床３２
は減圧される一方、第三の吸着材床３４に対し高圧の供
給ステージが行われる。脱着を開始する減圧ステージ、
及びパージ流により完全に脱着させるパージステージの
後、第二の吸着材床３２に対し低圧の再加圧ステージが
行われ、このため、このステージは、次に、製品流を形
成する床として機能し、低圧の製品流を発生させる。
【００２８】弁の作動順序チャートを参照すると、これ
らの弁の作動順序は、温度スウィング吸着方法の場合と
同一である。簡略化のため、各弁の開放及び閉鎖に関す
る上記の説明は、繰り返さない。しかしながら、この圧
力スウィング吸着方法は、サイクルの合計時間が温度ス
ウィング吸着方法の場合よりも遥かに短い。更に、別個
の高温パージステージ及び低温パージステージが不要で
ある。従って、各列がＰＳＡサイクルの一部でないこと
を示すため、４乃至７分、１４乃至１７分、２４乃至２
７分の後に星印（★）が付してある。
【００２９】本発明は、主空気流１２及び補助空気流１
４のような高圧及び低圧の供給流を使用する場合にのみ
限定されるものではないことを理解すべきである。中間
圧力の製品流を発生させる中間圧力流のようなより多く
の供給流を採用可能である。上記の方法に対する３つの
圧力システムに対する必要な改造は、連続的なサイクル
（製品流が連続的に発生される）となるように吸着材床
を追加することと、また、低圧の供給ステージと高圧の
再加圧ステージとの間に中間圧力の再加圧ステージ及び
供給ステージを追加することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気分離装置と一体化された予精
製装置の概略図である。
【図２】図１に示した予精製装置の概略図である。
【図３】温度スウィング吸着過程を含む本発明による吸
着方法のサイクル・チャートである。
【図４】圧力スウィング吸着過程を含む本発明による吸
着方法のサイクル・チャートである。
【符号の説明】
１０ 主コンプレッサ １２ 主空気流 １４ 補助空気流 １６ ブースタ・コ
ンプレッサ １８ 予精製装置 ２０ 低圧の空気流 ２２ 高圧の空気流 ２４ 熱交換器 ２６ 空気分離装置 ３０ 第一の吸着材
床 ３２ 第二の吸着材床 ３４ 第三の吸着材
床 ３６−７０ 弁 ８０ 製品マニホル
ド ８２ パージ・マニホルド ８４ 排気マニホル
ド

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸着方法にして、 少なくとも一つの吸着材を含む複数の吸着材床内に少な
    くとも高圧の供給流及び低圧の供給流を導入して、該高
    圧の供給流及び低圧の供給流内に含まれた少なくとも一
    つ以上の優先的に吸収した成分を吸着し、これにより、
    前記少なくとも一つの吸着材により吸着された成分から
    少なくとも高圧及び低圧の製品流を形成することと、 その各々が、前記吸着床内に導入された前記高圧及び低
    圧の供給流を有する高圧及び低圧の供給ステージから成
    る少なくとも二つの吸着ステージと、前記高圧及び低圧
    の供給ステージの直前に配置された少なくとも二つの再
    加圧ステージとを有する作動サイクルが前記複数の吸着
    床に対して行われるようにすることとを含み、 前記少なくとも二つの再加圧ステージが、前記高圧供給
    ステージの前にある高圧の再加圧ステージと、前記低圧
    の供給ステージの前にある低圧の再加圧ステージと、優
    先的に吸収した前記少なくとも一以上の成分を脱着する
    再生ステージとを備え、 前記作動サイクルが、互いに関して位相外で行われ、前
    記高圧及び低圧の製品流が連続的に形成されるようにし
    たことを特徴とする吸着方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の吸着方法にして、前記
    再生ステージが、優先的に吸収した前記少なくとも一つ
    の成分の脱着を開始させる減圧ステージと、高温及び低
    温のパージ流を前記吸着床内に導入することにより行わ
    れ、優先的に吸収した前記少なくとも一以上の成分を更
    に脱着させる高温のパージステージ及び低温のパージス
    テージとを備えることを特徴とする吸着方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の吸着方法にして、前記
    再生ステージが、優先的に吸収した前記少なくとも一つ
    の成分の脱着を開始させる減圧ステージと、パージ流を
    前記吸着床内に導入することにより行われ、優先的に吸
    収した前記少なくとも一以上の成分を更に脱着させるパ
    ージステージとを備えることを特徴とする吸着方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の吸着方法にして、入口
    供給流を圧縮することと、該入口供給流を第一及び第二
    の補助供給流に分離することと、該補助空気流の第一の
    ものを前記低圧の供給流として利用することと、該補助
    供給流の第二のものを前記高圧の供給流を形成すべく再
    圧縮することとを含むことを特徴とする吸着方法。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の吸着方法にして、前記
    再生ステージが、優先的に吸収した前記少なくとも一つ
    の成分の脱着を開始させる減圧ステージと、高温及び低
    温のパージ流を前記吸着床内に導入することにより行わ
    れ、優先的に吸収した前記少なくとも一以上の成分を更
    に脱着させる高温のパージステージ及び低温のパージス
    テージとを備えることを特徴とする吸着方法。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の吸着方法にして、前記
    再生ステージが、優先的に吸収した前記少なくとも一つ
    の成分の脱着を開始させる減圧ステージと、パージ流を
    前記吸着床内に導入することにより行われ、優先的に吸
    収した前記少なくとも一以上の成分を更に脱着させるパ
    ージステージとを備えることを特徴とする吸着方法。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の吸着方法にして、前記
    高圧の供給流及び低圧の供給流が、二酸化炭素及び水分
    を含む優先的に吸収した前記少なくとも一つの成分と空
    気とから成ることを特徴とする吸着方法。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の吸着方法にして、高圧
    の供給流体及び低圧の供給流のみが、前記複数の吸着材
    床内に導入されて、高圧及び低圧の製品流のみを形成
    し、前記複数の吸着材床が、三つの吸着材床を備えるこ
    とを特徴とする吸着方法。
JP8186143A 1995-07-28 1996-07-16 吸着方法 Withdrawn JPH0938444A (ja)

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