JPH10113529A - ガス混合物の第１の成分をガス混合物の第２の成分から分離するための循環法 - Google Patents

ガス混合物の第１の成分をガス混合物の第２の成分から分離するための循環法

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JPH10113529A
JPH10113529A JP9256362A JP25636297A JPH10113529A JP H10113529 A JPH10113529 A JP H10113529A JP 9256362 A JP9256362 A JP 9256362A JP 25636297 A JP25636297 A JP 25636297A JP H10113529 A JPH10113529 A JP H10113529A
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ディビアンシュ・アール・アチャーヤ
Ravi Jain
ラビ・ジャイン
James K Tseng
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス混合物の第１の成分をガス混合物の第２
の成分から分離するための循環法を提供する。 【解決手段】 水分に対して選択性の吸着剤の層、二酸
化炭素に対して選択性の吸着剤の第１の層、および二酸
化炭素に対して選択性の吸着剤の第２の層を上から下の
順に収容した垂直配向の吸着容器、を含んだ空気予備精
製システム。前記システムにおいて、二酸化炭素選択性
吸着剤の第２の層中の二酸化炭素選択性吸着剤の粒径
が、水分選択性の吸着剤の粒径、および二酸化炭素選択
性吸着剤の第１の層中の二酸化炭素選択性吸着剤の粒径
より小さい。本発明の空気精製システムは、吸着工程時
に空気を吸着容器に下向きに通し、そして吸着剤の再生
工程時に空気を吸着容器に上向きに通す、という温度ス
イング吸着プロセスに使用できるように設計されてい
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、循環吸着法による
ガスの精製に関する。さらに詳細には、本発明は、選定
された成分に対して選択性の吸着剤の２つ以上の層を含
む１つ以上の吸着容器において、温度スイング吸着（Ｔ
ＳＡ）によってガス流れからある選定された成分を除去
することに関するものであり、このときある１つの層中
の吸着剤の粒径が別の層中の吸着剤の粒径より大きい。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】酸
素、窒素、およびアルゴン等の生成物ガスを極低温での
空気の分留によって生成させる場合、蒸留プラントへの
供給空気から水分と二酸化炭素の実質的に全てを除去す
る必要がある。そうしないと、これらの成分が熱交換器
やプラントの他の装置において凍結し、最終的には装置
を通る供給空気の流れを妨げる。供給空気からの水蒸気
と二酸化炭素の除去は、通常は、これらの成分を選択的
に吸着する吸着剤の１つ以上の床を含んだＴＳＡ-ベー
スの予備精製ユニット（ＰＰＵ）に供給空気を通すこと
によって行われる。酸素、窒素、およびアルゴンに対す
る需要が増大しているので、より大きな空気分離プラン
トが建設されつつあり、またより大きな空気分離プラン
トのより高い能力を収容するためには、より大きなＰＰ
Ｕを建設しなければならない。従来の垂直式ＰＰＵはも
はや経済的ではなく、水平式容器の使用が必要となって
きている。水平式容器は、より大きな床エリアを必要と
し、内部のガス流れ分布に問題を起こし、また通常は設
計および操作するのがより複雑であると考えられてい
る。したがって、従来の垂直式容器の最大処理量を増大
させるべく多くの検討が行われている。
【０００３】ある与えられた断面と床深さを有する吸着
床の能力は、床を通過するガスの速度と床中の吸着剤の
有効性に比例する。他の全てのファクターが等しい場
合、床を通るガス流れの速度を増大させると、精製され
るガスの量が増大する。床を通るガス流れの速度はさら
に、床両端の圧力降下にも影響を影響を及ぼし、ガス速
度の増大は、床両端の圧力降下の増大を引き起こす。ダ
ウンフローモードにおいて固定床を通る最大速度は、吸
着剤の圧潰強さによって異なる。吸着剤を通るガス速度
は、圧力降下がかなり大きくて、吸着剤が潰れ始めるよ
うなる速度にまでは増大させることができない。
【０００４】吸着剤の床を通る上向きのガス速度は、も
う一つの制約条件、すなわち吸着剤の最小流動化速度に
よって制約を受ける。これは、吸着剤粒子が床内で上昇
や移動を起こすようなガス速度である。床中の吸着剤粒
子の移動は望ましくない。なぜなら、吸着剤の摩滅を引
き起こし、吸着剤の有効寿命を大幅に短くするからであ
る。吸着剤の過剰な摩滅を避けるために、固定床吸着ユ
ニットは、床中の吸着剤の流動化を起こすような条件下
では決して運転されない。
【０００５】吸着剤の有効性は吸着剤の粒径に反比例す
る。吸着剤の粒径を減少させると、吸着剤の有効性が増
大する。しかしながら、吸着剤の粒径を減少させると、
床両端の圧力降下も増大する。さらに、吸着剤の粒径を
減少させると、吸着剤の最小流動化速度が低下する。
【０００６】従来の吸着法においては、吸着剤を通る供
給ガスの流れは、吸着工程時においては上向きであっ
て、床再生時においては下向きである。多くの場合、吸
着工程時に床を通るガス流れは、床再生時に床を通るガ
ス流れよりかなり多いので、最小流動化速度という制約
が、従来の吸着法において使用される吸着容器のサイズ
に直接影響を及ぼす。
【０００７】本発明は、吸着ユニットのサイズを増大さ
せることなく、あるいは同じ能力を保持させつつ吸着ユ
ニットのサイズを減少させることなく、吸着ユニットの
能力を増大させる方法を提供する。これは、異なったサ
イズの吸着剤で構成される床の組合せ物を吸着ユニット
に使用することによって、そして床を通る供給ガスと床
再生用パージガスの流れを、従来の流れパターンと比較
して逆転させることによって行われる。吸着工程時にダ
ウンフローおよび再生工程時にアップフローを起こさせ
る多層吸着システムを使用して循環吸着法を行うことが
知られており、このとき下方層中の吸着剤の粒径は上方
層中の吸着剤の粒径より小さい。
【０００８】ヨーロッパ特許出願第４４９５７６ Ａ１
号は、吸着剤が上方層の微細吸着剤と下方層の粗大吸着
剤で構成される、という従来のアップフローＰＰＵ吸着
法を開示している。該特許の開示内容を参照のこと。Ｂ
osquain らによる米国特許第４,５４１,８５１号は、異
なったサイズの吸着剤粒子を含んだラジアルフロー吸着
床を開示している。特開昭第５９−４４１５号（１９８
４）は、異なった粒径の吸着剤を同じ容器中で使用する
ことを開示している。さらに、Ｍiller による米国特許
第４,９６４,８８８号は、異なった粒径の吸着剤を使用
したＰＳＡ法を開示している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、粗大粒径の吸
着剤で構成された上方層と微細粒径の吸着剤で構成され
た下方層とを含んだ吸着ユニット中での吸着によってガ
ス流れを精製するための方法を含み、このとき前記方法
においては、サイクルの吸着工程時に供給ガスが吸着ユ
ニットを下向きに流れ、層の再生工程時にパージガスが
吸着ユニットを上向きに流れる。
【００１０】本発明は、ガス混合物中の第１の成分を前
記ガス混合物中の第２の成分から分離するための循環法
を含み、このとき前記循環法は、（ａ） 第１の成分に
対して選択性の吸着剤の第１の層と、前記第１の層の下
に配置されていて前記第１の層中の吸着剤の平均粒径よ
り小さい粒径を有する第１の成分に対して選択性の吸着
剤の第２の層とを含んだ、第１の成分に対して選択性の
粒状吸着剤の少なくとも２つの層を有する吸着容器に、
ガス混合物を過圧にて下向きに通し、第１成分含量の少
ないガスを前記容器の底部から取り出す工程；および
（ｂ） 第１成分含量の少ないパージガスを、前記容器
中の最上吸着剤層中の吸着剤の最小流動化速度未満では
あるが、前記容器中の前記第２の吸着剤層中の吸着剤の
最小流動化速度以上であるような線速度にて前記容器に
上向きに通し、第１成分含量の多いガスを前記容器の頂
部から取り出す工程；を含む。
【００１１】本実施態様の好ましい態様においては、吸
着プロセスはＴＳＡである。
【００１２】本実施態様の１つの態様においては、上記
第１の吸着剤層が容器中の最上吸着剤層である。
【００１３】本実施態様の他の好ましい態様において
は、精製されるガス混合物が空気であり、上記第１の成
分が二酸化炭素である。この好ましい実施態様では、第
１と第２の層中の吸着剤がゼオライトである。
【００１４】本発明の他の態様においては、吸着プロセ
スの行われる容器が、上記第１の吸着剤層の上に配置さ
れた、水分に対して選択性の吸着剤の層を含む。この態
様の好ましい形においては、水分に対して選択性の吸着
剤がシリカゲル、アルミナ、ゼオライト３Ａ、またはこ
れらの混合物である。本実施態様の最も好ましい態様に
おいては、上記第１と第２の層中の吸着剤がゼオライト
５Ａ、ゼオライト１３Ｘ、カルシウム交換タイプのゼオ
ライトＸ、またはこれらの混合物である。
【００１５】他の好ましい実施態様においては、上記工
程（ａ）がある１つの吸着容器にて行われている一方
で、上記工程（ｂ）が別の吸着容器にて行われているよ
う、非同調的に運転される複数の吸着容器にて本発明の
方法が行われる。本実施態様の好ましい態様において
は、第１の吸着剤層中の吸着剤の実質的に全てが約２〜
約１０ｍｍの範囲の粒径を有し、第２の吸着剤層中の吸
着剤の実質的に全てが約１〜約５ｍｍの範囲の粒径を有
する。本実施態様のさらに好ましい態様においては、水
分に対して選択性の吸着剤の実質的に全てが約３〜約１
２ｍｍの範囲の粒径を有する。
【００１６】本発明の方法のさらに好ましい実施態様に
おいては、水分に対して選択性の吸着剤の実質的に全て
が約５〜約８ｍｍの範囲の粒径を有し、第１の吸着剤層
中の吸着剤の実質的に全てが約２〜約６ｍｍの範囲の粒
径を有し、そして第２の吸着剤層中の吸着剤の実質的に
全てが約１〜約３ｍｍの範囲の粒径を有する。
【００１７】本発明の方法の好ましい実施態様において
は、第１成分含量の少ないパージガスを、約０.１／秒
〜約１ｍ／秒の範囲の線速度にて、工程（ｂ）時におい
て容器に上向きに通す。
【００１８】本発明の方法の好ましい態様においては、
第１の成分に対して選択性の吸着剤で構成される上方層
中の吸着剤と、第１の成分対して選択性の吸着剤で構成
される下方層中の吸着剤とが同じ吸着剤である。
【００１９】本発明の他の好ましい実施態様において
は、ガス混合物を、約２〜約２０絶対バールの範囲の圧
力にて容器に通し、吸着容器における最上吸着剤層中の
吸着剤の粒径が第２の層中の吸着剤の粒径の少なくとも
１２０％であり、そして吸着容器が垂直式の吸着容器で
ある。
【００２０】本発明は、循環ガス吸着プロセス中、粒状
吸着剤の垂直固定床において幾つかのガス流れ特性を利
用する。これらのガス流れ特性は、（１）循環吸着プロ
セスの床再生工程時に吸着床を流れるパージガスの容量
が、吸着工程時に吸着床を流れる供給ガスの容量よりは
るかに少ない、という事実；（２）特定の吸着床を通る
ガスの下向き速度が、その吸着床を上向きに流れるガス
の最小床流動化速度よりはるかに大きい、という事実；
（３）ある与えられた吸着剤の大きい粒子の床が、その
同じ吸着剤の小さい粒子の床より高い最小流動化速度を
有する、という事実；および（４）ある与えられた吸着
剤の小さい粒子が、その同じ吸着剤の大きい粒子よりガ
スをより効果的に吸着する、という事実；を含む。本発
明はさらに、容器中において大きい粒子の層を小さい粒
子の層の上に配置すると、これらの層を通る上向き方向
の線速度が、これら組合せ層の流動化を引き起こすこと
なく小さい粒子の最小流動化速度より大きくなりうる、
という実験的観察（後述）を利用する。線速度は、大き
い粒子の最小流動化速度より低くなければならない。
【００２１】本発明のシステムの能力アップは、微細粒
径の吸着剤を吸着システムの垂直式吸着床の下方セクシ
ョンに充填し、粗大粒径の吸着剤を吸着システムの垂直
式吸着床の上方セクションに充填することによって、そ
して循環吸着法の吸着工程時に供給ガスを垂直式吸着床
に下向きに流し、循環吸着法の床再生工程時にパージガ
スを垂直式吸着床に上向きに流すことによって達成され
る。
【００２２】本発明は、添付の図面を参照しつつ以下の
説明を考察すればより理解が深まる。図１を参照する
と、吸着容器ＡとＢを含む二容器吸着システムが示され
ている。本システムには、一方の容器中の吸着剤が吸着
作用を果たしつつあるときに、他方の容器中の吸着剤が
再生作用を受けているよう、システムの吸着容器が同調
的および非同調的に作動できるようにするためのパイプ
と弁が装備されている。本システムは、一般的に吸着不
可能なガス流れから吸着可能なガス不純物を除去するの
に使用することができるが、ここでは空気から二酸化炭
素と水分を除去するのに使用するものとして説明する。
容器ＡとＢにはそれぞれ、水蒸気と二酸化炭素に対して
選択性の同一吸着剤で構成される上層２ａと２ｂ、およ
び水蒸気と二酸化炭素に対して選択性の同一吸着剤で構
成される下層４ａと４ｂが充填されている。図１に示す
ように、層２ａと２ｂ中の吸着剤は層４ａと４ｂ中の吸
着剤より大きい。床２ａと４ａおよび床２ｂと４ｂは、
必要に応じてスクリーン６で隔離してもよい。スクリー
ン６は容器ＡとＢの内壁に固定されておらず、単に層４
ａと４ｂの上に載っているだけである。
【００２３】入口ライン８を介して図１のシステムに供
給ガスを導入する。入口ライン８はその下流端が入口ガ
スマニホルド１０に連結されている。マニホルド１０
は、容器入口ライン１２ａと１２ｂに連結されており、
これらはさらに、それぞれ容器ＡとＢの入口端に連結さ
れている。マニホルド１０は弁１４ａと１４ｂを含み、
これらはそれぞれ、ライン８と１２ａとの間の流れ、お
よびライン８と１２ｂとの間の流れを制御する。容器Ａ
とＢの非吸着ガス出口端は、それぞれ容器出口ライン１
６ａと１６ｂに連結されている。ライン１６ａと１６ｂ
の下流端は、生成物ガスマニホルド１８に連結されてい
る。マニホルド１８は、生成物ガス排出ライン２０に連
結されている。ライン１６ａと２０との間の流れ、およ
びライン１６ｂとライン２０との間の流れは、それぞれ
弁２２ａと２２ｂ（これらはマニホルド１８中に配置さ
れている）によって制御される。
【００２４】パージガス入口ライン２４がパージガス入
口マニホルド２６に連結されており、このマニホルドが
さらにライン１６ａと１６ｂに連結されている。マニホ
ルド２６には弁２８ａと２８ｂが取り付けられており、
それぞれライン２４と１６ａとの間の流れ、およびライ
ン２４と１６ｂとの間の流れを制御する。入口ライン１
２ａと１２ｂがパージガス出口マニホルドに連結されて
おり、このマニホルドがさらに排気ライン３２に連結さ
れている。マニホルド３０にはさらに弁３４ａと３４ｂ
が取り付けられており、それぞれライン１２ａと３２と
の間のガス流れ、およびライン１２ｂと３２との間のガ
ス流れを制御する。
【００２５】本発明の方法を使用して、比較的弱く吸着
されるガスを含んだガス流れから強固に吸着される不純
物を除去することができる。しかしながら、一方のユニ
ットが吸着作用を果たしているときに他方のユニットが
再生されているよう、１８０°非同調的に運転される二
ユニット式吸着システムにおいて、ＴＳＡによって空気
の予備精製（すなわち、空気から水蒸気と二酸化炭素の
除去）に適用するものとして説明する。
【００２６】本発明の方法の第１の半サイクルにおいて
は、ユニットＡ中の吸着剤が吸着モードになっていて、
ユニットＢ中の吸着剤が再生されつつある。そして第２
の半サイクルにおいては、ユニットＢ中の吸着剤が吸着
モードになっていて、ユニットＡ中の吸着剤が再生され
つつある。第１の半サイクルでは、弁１２ａ、２０ａ、
２６ｂ、および３２ｂが開いていて、他の全ての弁が閉
じている。
【００２７】図１のシステムにて本発明の方法を実施す
る場合、ライン８を介して周囲空気をシステム中に導入
する。空気供給ガス流れが圧縮機（図示せず）を通り、
このときガスが、例えば約１０絶対バールの圧力にまで
圧縮される。次いでこの圧縮された空気供給ガス流れを
熱交換器（図示せず）に通し、このときガス流れ中に含
まれている水分の幾らかを凝縮させるよう充分に冷却す
る。次いで冷却されたガス流れを水分離器（図示せず）
に通して、ガス流れから液状水を除去する。これらの予
備的ユニットを図示していないのは、これらのユニット
の使用が任意であって、不活性ガス供給流れの品質に依
存するからである。供給ガス流れ（通常は約５〜約５０
℃の範囲の温度）がマニホルド１０に入る。
【００２８】圧縮された供給ガスが、マニホルド１０と
ライン１２ａを通って容器Ａに入る。ガスが、一般には
約０.１〜約１ｍ／秒の線速度にて、容器Ａ中の吸着剤
床を下向きに通る。この速度は、層４ａ中の吸着剤の最
小流動化速度より大きくてよい。しかしながら、容器Ａ
を通るガスの流れが下向きであり、また層４ａが容器Ａ
の底部に位置するので、層４ａ中の吸着剤は流動化され
ない。供給ガスは半サイクルの初期段階において容器Ａ
を通るので、水分と二酸化炭素の実質的に全てが層２ａ
において吸着される。しかしながら、層２ａ中の吸着剤
のサイズが大きいので、層２ａにおける物質移動はゾー
ンは比較的大きい。半サイクルが進行するにつれて、層
２ａはますます水蒸気と二酸化炭素で飽和されるように
なり、吸着フロントが層４ａに近づき、そして層４ａに
入っていく。最後には、層２ａが完全に水蒸気と二酸化
炭素で飽和されるようになる。この時点において、物質
移動ゾーンは完全に層４ａに移動する。層４ａ中の吸着
剤の粒径は層２ａ中の吸着剤の粒径より小さいので、層
４ａ中の吸着剤は層２ａ中の吸着剤より効率的であり、
層４ａ中の物質移動ゾーンは層２ａ中の物質移動ゾーン
より短い。したがって、容器Ａが大きなサイズの吸着剤
で構成される１つだけの層を含んだ場合に比べて、吸着
剤がより充分に使用される。さらに、層２ａ中の吸着剤
の粒径は比較的大きいので、この層の圧力降下は、層全
体が小さい粒径の吸着剤で構成されている場合より少な
い。層２ａ中の吸着剤の粒径が大きいことから、半サイ
クルの最終段階におけるプロセスの効率に悪影響を及ぼ
さない。なぜなら、最終段階時においては、層２ａは平
衡状態になっているからである。
【００２９】プロセスのこの半サイクル中、容器Ｂの吸
着剤は再生作用を受ける。これは、水蒸気または二酸化
炭素を殆どもしくは全く含まないパージガスを、約０.
１〜約１ｍ／秒の線速度にて容器Ｂに上向きに通すこと
によって行われる。この速度は、層４ａ中の吸着剤の最
小流動化速度より大きいが、層２ａ中の吸着剤の最小流
動化速度ほど大きくはない。この場合も、層４ａが層２
ａによる流動化から抑止されるので、層４ａ中の吸着剤
の流動化が避けられる。
【００３０】パージガスとして使用するための適切なガ
スは、システムからの予備精製された空気生成物ガス、
または下流の空気分離プラントからの廃棄ガス流れのう
ちの１つである。パージガスは、容器Ｂに導入する前
に、ガス加熱手段（図示せず）によって通常は約７５〜
約３００℃の範囲の温度に加熱される。加熱されたパー
ジガスが、ライン２４を介してシステムに入り、ライン
１６ｂを通って容器Ｂに進む。高温のパージガスが容器
Ｂ中の吸着剤の層を上向きに進むにつれて、水蒸気と二
酸化炭素が吸着剤から脱着される。脱着された水蒸気と
二酸化炭素は、パージガスと共に容器Ｂを通ってライン
１２ｂと３２に進み、大気中に排気される。
【００３１】パージガスは、層２ｂと４ｂの位置を逆転
させた場合の線速度より大きい線速度にて容器Ｂを通る
ことができる。本発明の操作モードでは、従来の操作モ
ードで使用しなければならない粒径よりも小さい粒径の
吸着剤が使用できる。サイズが大きいことから、層２ｂ
中の吸着剤の最小流動化速度に達する危険性はない。し
たがって、粗大吸着剤が微細吸着剤の上に位置している
ので、流体流れが上向き方向であるときは、現在実施さ
れている床再生手順の場合より小さな粒径の吸着剤を使
用することができる。
【００３２】容器Ｂ中の吸着剤の再生が完了したら、ヒ
ーターを切り、水蒸気と二酸化炭素を殆どもしくは全く
含まない低温のパージガスを、吸着剤が所望の程度に冷
却されるまで容器Ｂ中の吸着剤に通す。
【００３３】第１の半サイクルにおける所定の時点（通
常は決められている）にて、層４ａ中の吸着フロントが
当該ゾーン中の特定の箇所に達したら、第１の半サイク
ルを終わらせ、第２の半サイクルを開始する。この時点
において、弁１４ｂ、２２ｂ、２８ａ、および３４ａを
開き、他の全ての弁を閉じる。
【００３４】容器ＡとＢにおいて行われる相が逆転する
こと以外は、プロセスの第２の半サイクルは第１の半サ
イクルと同じである。すなわち、第２の半サイクルにお
いては、容器Ｂ中の吸着剤が精製作用を果たしており、
容器Ａ中の吸着剤が前記のように再生されている。
【００３５】図２のシステムは、乾燥剤層３６ａと３６
ｂがそれぞれ容器ＡとＢにおいて、それぞれ層２ａと２
ｂの上に配置されている点以外は、図１のシステムに類
似している。図１の場合と同じように、層３６ａと層２
ａとの間に、また層３６ｂと層２ｂとの間に、必要に応
じてシステムスクリーン６を配置することができる。層
３６ａと３６ｂ中の乾燥剤は、ガス流れ中の他の成分よ
り水蒸気のほうをより速やかに吸着するような吸着剤で
あればいかなる吸着剤であってもよい。代表的な乾燥剤
としては、シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライトＡ、
およびゼオライトＸなどがある。好ましい乾燥剤として
は、シリカゲル、活性アルミナ、およびゼオライト３Ａ
などがある。
【００３６】図２のシステムは、かなり大きな粒径を有
する吸着剤でも水蒸気が極めて速やかに吸着される、と
いう事実を利用する。したがって、層３６ａと３６ｂ中
の吸着剤の粒径は、層２ａと２ｂ中の吸着剤の粒径と同
程度か又はそれより大きい。層３６ａと３６ｂ中の吸着
剤の粒径は、一般には約３〜約１２ｍｍの範囲であり、
好ましくは約５〜約８ｍｍの範囲である。層２ａ、２
ｂ、４ａ、および４ｂ中の吸着剤の粒径は、図１のシス
テムの場合と同じである。
【００３７】従来の装置を使用して、システム内のガス
の流れをモニターすること、そして効率的な仕方で連続
的に作動させるべく完全に自動化できるよう、システム
内のガス流れを自動的に調節することが本発明の範囲内
であることは言うまでもない。
【００３８】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、特に明記しない限り、部、パーセント、
および比は容量基準である。
【００３９】実施例１ 幾つかの流れスキームに基づいて空気流れから二酸化炭
素を除去するための多層吸着容器を設計する。これらの
設計物は、６.５絶対バールの圧力および５℃の温度に
て２００００標準立方メートル/時という空気供給物流
量に基づいている。空気供給物は、３５０ｐｐｍの二酸
化炭素を含有していると仮定し、１００％の相対湿度を
有する。容器は、次のようなサイクルにしたがって作動
するように設計されている： 吸着−２８８分； 加熱
−９０分； 冷却−１７８分；切り替え−２０分。種々
のケースに対する吸着工程時と再生工程時の流れパター
ンは次の通りである： ケース１と２−吸着に対しては
アップフロー、および再生に対してはダウンフロー；
ケース３〜５−吸着に対してはダウンフロー、および再
生に対してはアップフロー。設計物の詳細は表１に記載
されている。床中の吸着剤の再生は、表１に記載の温度
および流速にて大気圧付近の圧力で、二酸化炭素を含ま
ない乾燥窒素を使用して行う。
【００４０】
【表１】 表 １ ケース 1 2 3 4 5 層の数 2 2 3 3 3 吸着剤の粒径，mm 3/3 1.5/1.5 1.5/3/6 6/3/1.5 6/3/1.5 床の内径，m 2.05 2.54 2.54 1.69 1.69 床の高さ，m 1.63 0.92 0.92 1.92 1.92 吸着速度，m/秒 0.25 0.16 0.16 0.37 0.37 再生速度，m/秒 0.28 0.18 0.18 0.37 0.50 再生ガス温度，℃ 150 150 150 150 100 吸着△Ｐ，ミリハ゛ール 54 32 29 62 62 再生△Ｐ，ミリハ゛ール 17 18 15 11 18 ％流動化1 70 70 70 77 103 ％流動化2 70 70 70 24 34 1 最小流動化速度の％、最も小さい粒径 2 最小流動化速度の％、上層中の粒子
【００４１】表１において、２つの層が示されている場
合、各層は二酸化炭素吸着剤であり、３つの層が示され
ている場合、最上層は乾燥剤であり、中部層と最下層が
二酸化炭素吸着剤である。吸着剤の粒径値の並びは、各
層中の吸着剤の粒径を示しており、一番目の数値が最上
層中の吸着剤の粒径であり、二番目の数値が中部層中の
吸着剤の粒径であり、そして三番目の数値（ケース３〜
５）が最下層中の吸着剤の粒径である。
【００４２】ケース１（３ｍｍの粒径を有する吸着剤で
構成される２つの層を含む）において所望の結果を達成
するためには、床が２.０５ｍの内径と１.６３ｍの床高
さを有する必要がある。この高さと直径において、許容
しうる最大アップフロー速度は０.２５ｍ／秒である。
ケース２（床が１.５ｍｍの粒径を有する吸着剤で構成
される２つの層を含む）とケース３（３つの層を含み、
最上層中の吸着剤の粒径が１.５ｍｍである）において
は、０.９２ｍの床高さが必要であるが、流動化がより
高い箇所に達するのを避けるために、床の内径を２.５
４ｍに増大させなければならない。ケース４と５（ケー
ス３の場合と同じ層が使用されているが、順序が逆であ
る）においては、１.９２ｍの床高さが必要であり、床
の内径はわずか１.６９ｍである。さらに、ケース４の
システムにおいては、他の３つのケースのいずれより
も、供給速度の大幅な増大に耐えることができる。これ
は、より大きな粒径の吸着剤がより小さな粒径の吸着剤
の上に位置するからである。システムのコストを制御す
るファクターは床の内径であるので、ケース４のシステ
ムのコストは他の３つのシステムのコストよりはるかに
低い。ケース５は、本発明の他の利点を示している。ケ
ース５では、より低い床再生温度（１００℃）が使用さ
れる。床を１００℃にて再生するのに必要な再生速度は
０.５ｍ／秒である。この速度は、最下層中の粒子の最
小流動化速度より大きいが（１０３％）、最上層中の粒
子の最小流動化速度よりかなり下である（３４％）。
【００４３】種々の配置構成に対する流動化速度を調べ
るために、異なった床配置構成を有する１００ｍｍ直径
の床を使用して実験を行った。得られた結果を以下に示
す。表２に記載の粒径は平均粒径である。
【００４４】
【表２】 表 ２ ケース 床の配置構成 流動化速度（ms/s） 1 10", 6mmAA層 1.28 2 10", 3mm13X層 0.70 3 10", 1.5mm13X層 0.47 4 6mmAAの2"最上層 0.82 1.5mm13Xの8"最下層 5 6mmAAの2"最上層 0.93 3mm13Xの6"中部層 1.5mm13Xの2"最下層
【００４５】表２からわかるように、大きい粒径の吸着
剤を小さい粒径の吸着剤の上に配置することによって、
床に対する流動化速度は、小さい粒径の吸着剤に対する
流動化速度より大きくなる（ケース３とケース４および
５とを比較）。しかしながら、全体としての流動化速度
は、システムにおける最も大きな粒径の吸着剤に対する
流動化速度よりは小さい（ケース１とケース４および５
とを比較）。
【００４６】特定の装置集成体と特定の実験を挙げて本
発明を説明してきたが、これらは単に本発明の代表的な
ものであって、種々の変形が考えられる。本発明の範囲
は、特許請求の範囲に記載の範囲によってのみ限定され
る。
【図面の簡単な説明】
２つの図面において、同じ装置ユニットの同じ部品を示
すのに同じ参照番号を使用している。図面には、本発明
の理解に必要な装置、弁、およびラインだけが記載して
ある。
【図１】図１は、本発明の第１の実施態様を行うことの
できるシステムの概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施態様を行うことの
できるシステムの概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラビ・ジャイン アメリカ合衆国ニュージャージー州08807, ブリッジウォーター，モレイ・アベニュー 15 (72)発明者 ジェームズ・ケイ・ツェン アメリカ合衆国ニュージャージー州07922, バークレー・ハイツ，シャディー・グロー ブ・レイン 30

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ） 第１の成分に対して選択性の吸
    着剤の第１の層と、前記第１の層の下に配置されていて
    前記第１の層中の吸着剤の平均粒径より小さい粒径を有
    する第１の成分に対して選択性の吸着剤の第２の層とを
    含んだ、粒状吸着剤の少なくとも２つの層を有する吸着
    容器に、ガス混合物を過圧にて下向きに通し、第１成分
    含量の少ないガスを前記容器の底部または底部付近にて
    前記容器から取り出す工程；および（ｂ） 第１成分含
    量の少ないパージガスを、前記容器中の最上層中の吸着
    剤の最小流動化速度と前記第２の層中の吸着剤の最小流
    動化速度との間の線速度にて前記容器に上向きに通し、
    第１成分含量の多いガスを前記容器の頂部または頂部付
    近にて前記容器から取り出す工程；を含む、ガス混合物
    の第１の成分をガス混合物の第２の成分から分離するた
    めの循環法。
  2. 【請求項２】 前記第１の吸着剤層が前記容器における
    最上層である、請求項１記載の循環法。
  3. 【請求項３】 前記循環法がＴＳＡである、請求項１記
    載の循環法。
  4. 【請求項４】 前記ガス混合物が空気であり、前記第１
    の成分が二酸化炭素である、請求項３記載の循環法。
  5. 【請求項５】 前記第１と第２の層の吸着剤がゼオライ
    トである、請求項４記載の循環法。
  6. 【請求項６】 前記容器が、前記第１の吸着剤層の上に
    配置された水分に対して選択性の吸着剤の層を含む、請
    求項４記載の循環法。
  7. 【請求項７】 工程（ａ）がある１つの吸着容器にて行
    われている一方で、工程（ｂ）が別の吸着容器にて行わ
    れているよう、非同調的に運転される複数の吸着容器に
    て行われる、請求項６記載の循環法。
  8. 【請求項８】 前記第１の吸着剤層の吸着剤の実質的に
    全てが約２〜約１０ｍｍの範囲の粒径を有し、前記第２
    の吸着剤層の吸着剤の実質的に全てが約１〜約５ｍｍの
    範囲の粒径を有する、請求項７記載の循環法。
  9. 【請求項９】 水分に対して選択性の吸着剤の実質的に
    全てが約２〜約１２ｍｍの範囲の粒径を有する、請求項
    ８記載の循環法。
  10. 【請求項１０】 工程（ｂ）中、前記第１成分含量の少
    ないパージガスを、約０.１〜約１ｍ／秒の範囲の線速
    度にて前記容器に通す、請求項９記載の循環法。
  11. 【請求項１１】 第１の成分に対して選択性の吸着剤で
    構成される上層中の吸着剤と、第１の成分に対して選択
    性の吸着剤で構成される下層中の吸着剤とが同じ吸着剤
    である、請求項１記載の循環法。
  12. 【請求項１２】 前記容器中の最上吸着剤層中の吸着剤
    の粒径が、前記第２の層中の吸着剤の粒径の少なくとも
    １２０％である、請求項１記載の循環法。
  13. 【請求項１３】 前記吸着容器が垂直式吸着容器であ
    る、請求項１記載の循環法。
JP9256362A 1996-09-30 1997-09-22 ガス混合物の第１の成分をガス混合物の第２の成分から分離するための循環法 Pending JPH10113529A (ja)

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