JPH10202039A - 酸素選択吸着剤を用いた窒素の製法 - Google Patents
酸素選択吸着剤を用いた窒素の製法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】この発明のＰＳＡ方法はより好ましい気体とよ
り好ましくない気体との混合物からより好ましい気体を
分離することに応用できる。 【解決手段】このＰＳＡ方法は、一層又は二層以上の酸
素平衡選択吸着剤を含む吸着床を用い、吸着床を供給空
気で高圧に加圧して吸着床が酸素を吸着できるようにす
る段階と、吸着床圧力で吸着床から窒素流を取り出して
その少なくとも一部を製品タンクに貯蔵する段階と、吸
着床の空隙ガスを貯蔵タンクに供給して吸着床を低圧域
に排気することにより吸着床から酸素を脱着する段階
と、貯蔵タンクからの空隙ガスを供給することにより吸
着床をパージする段階と、貯蔵タンクからの空隙ガス流
により吸着床を中圧力に再加圧する段階とから成る。
り好ましくない気体との混合物からより好ましい気体を
分離することに応用できる。 【解決手段】このＰＳＡ方法は、一層又は二層以上の酸
素平衡選択吸着剤を含む吸着床を用い、吸着床を供給空
気で高圧に加圧して吸着床が酸素を吸着できるようにす
る段階と、吸着床圧力で吸着床から窒素流を取り出して
その少なくとも一部を製品タンクに貯蔵する段階と、吸
着床の空隙ガスを貯蔵タンクに供給して吸着床を低圧域
に排気することにより吸着床から酸素を脱着する段階
と、貯蔵タンクからの空隙ガスを供給することにより吸
着床をパージする段階と、貯蔵タンクからの空隙ガス流
により吸着床を中圧力に再加圧する段階とから成る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はより好ましい気体
とより好ましくない気体との混合物からより好ましい気
体を抽出する選択吸着の手順に関する。特にこの発明は
平衡状態にある酸素選択吸着剤を用いて供給空気から窒
素を製造する方法に関する。
とより好ましくない気体との混合物からより好ましい気
体を抽出する選択吸着の手順に関する。特にこの発明は
平衡状態にある酸素選択吸着剤を用いて供給空気から窒
素を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最初の圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）プ
ロセスはスカーストロムにより開発された（米国特許第
２，９４４，６２７号）。このプロセスは気体混合物か
らある気体成分を除去するために選択吸着を用いてい
る。このＰＳＡプロセスは４つの基本段階から成ってい
る。即ち（１）吸着、（２）減圧、（３）パージ、及び
（４）再加圧。いくつかのスカーストロムのサイクルの
変種が文献に見られる。このような変種の一つはレンコ
フらによる米国特許第５，１７６，７２２号に記載され
ており、吸着床の圧平衡（上部−上部）と軽い成分（生
成物）の裏込め段階がＰＳＡサイクルに編入されてい
る。より多くの最初のＰＳＡサイクルの変種が文献に見
られる。例えば、リーらの米国特許第５，４４１，５５
８号、カネシゲらの米国特許第５，３４６，５３６号、
及びゲンバらの米国特許第４，９２５，４６１号には窒
素生成のためのＰＳＡプロセスが記載されており、それ
には上部−上部及び底部−底部の吸着床の平衡段階が含
まれている。炭素モレキュラーシーブ（ＣＭＳ）を吸着
剤として用いている。ＰＳＡプロセスに上部−上部及び
底部−底部の平衡段階を含ませたことで、窒素の純度が
上がり、ＣＭＳの微粉砕が最小限になった。
ロセスはスカーストロムにより開発された（米国特許第
２，９４４，６２７号）。このプロセスは気体混合物か
らある気体成分を除去するために選択吸着を用いてい
る。このＰＳＡプロセスは４つの基本段階から成ってい
る。即ち（１）吸着、（２）減圧、（３）パージ、及び
（４）再加圧。いくつかのスカーストロムのサイクルの
変種が文献に見られる。このような変種の一つはレンコ
フらによる米国特許第５，１７６，７２２号に記載され
ており、吸着床の圧平衡（上部−上部）と軽い成分（生
成物）の裏込め段階がＰＳＡサイクルに編入されてい
る。より多くの最初のＰＳＡサイクルの変種が文献に見
られる。例えば、リーらの米国特許第５，４４１，５５
８号、カネシゲらの米国特許第５，３４６，５３６号、
及びゲンバらの米国特許第４，９２５，４６１号には窒
素生成のためのＰＳＡプロセスが記載されており、それ
には上部−上部及び底部−底部の吸着床の平衡段階が含
まれている。炭素モレキュラーシーブ（ＣＭＳ）を吸着
剤として用いている。ＰＳＡプロセスに上部−上部及び
底部−底部の平衡段階を含ませたことで、窒素の純度が
上がり、ＣＭＳの微粉砕が最小限になった。
【０００３】ＰＳＡプロセスに複雑さを追加したものも
ある。このようなプロセスには、連続した多段吸着床
（サーカーらの米国特許第４，２６４，３４０号及び同
４，０１３，４２９号）、同一吸着床に吸着剤を多層に
したもの（トウサンの米国特許第５，２０３，８８７
号、シュローターらの米国特許第５，２７５，６４０
号）がある。チョーらの米国特許第５，３８２，２８０
号には高純度の窒素を生成するための２段階のＰＳＡプ
ロセスが開示されており、その第一段階では酸素の大半
を除去するために酸素速度選択吸着剤（例えば、ＣＭ
Ｓ）を用い、第二段階では酸素のわずかな残りを除去す
るために酸素平衡選択吸着剤（例えば、有機−金属複合
体）を用いている。その他のＰＳＡプロセスの従来技術
（例えば米国特許第５，０８４，０７５号）は以下のよ
うな段階を用いている。即ち、（１）高圧における吸
着、（２）減圧、（３）低圧における不純な重い成分
（例えば、直ちに吸着され得る成分）のような富化され
た廃棄物の除去、及び（４）軽い成分（例えば、直ちに
は吸着されない成分）による再加圧。
ある。このようなプロセスには、連続した多段吸着床
（サーカーらの米国特許第４，２６４，３４０号及び同
４，０１３，４２９号）、同一吸着床に吸着剤を多層に
したもの（トウサンの米国特許第５，２０３，８８７
号、シュローターらの米国特許第５，２７５，６４０
号）がある。チョーらの米国特許第５，３８２，２８０
号には高純度の窒素を生成するための２段階のＰＳＡプ
ロセスが開示されており、その第一段階では酸素の大半
を除去するために酸素速度選択吸着剤（例えば、ＣＭ
Ｓ）を用い、第二段階では酸素のわずかな残りを除去す
るために酸素平衡選択吸着剤（例えば、有機−金属複合
体）を用いている。その他のＰＳＡプロセスの従来技術
（例えば米国特許第５，０８４，０７５号）は以下のよ
うな段階を用いている。即ち、（１）高圧における吸
着、（２）減圧、（３）低圧における不純な重い成分
（例えば、直ちに吸着され得る成分）のような富化され
た廃棄物の除去、及び（４）軽い成分（例えば、直ちに
は吸着されない成分）による再加圧。
【０００４】二重及び逆圧スウィング吸着プロセスのよ
うなその他のＰＳＡプロセスの従来技術（例えば米国特
許第５，０８５，６７４号、米国特許第４，３５９，３
２８号）はそれぞれ重い成分を良い純度で回収するため
のＰＳＡプロセスを開示している。その逆ＰＳＡプロセ
スの場合には、以下の段階を用いている、即ち、（１）
低圧における吸着、（２）加圧、（３）高圧における不
純な軽い成分のような富化された廃棄物の除去、及び
（４）良い純度の望ましい生成物としての重い成分を低
圧で放出することによる減圧。米国特許第５，０４２，
９９４号において、スモラレクは、使用者の製品の需要
によって変数を決めるために監視されている、容積が可
変である窒素製品貯蔵容器を含むＰＳＡプロセスを記載
している。一方ラグリーら（米国特許第４，８１０，２
６５号）は空気の重い成分（例えば窒素）を経済的に回
収することを可能にする改良ＰＳＡプロセスを記載して
いる。高吸着圧力で窒素による共パージを用い（すすぎ
段階）、向流パージに用いる。向流裏込め段階での初期
再加圧のためにサイクルの低圧レベルで酸素を向流パー
ジに用いる。
うなその他のＰＳＡプロセスの従来技術（例えば米国特
許第５，０８５，６７４号、米国特許第４，３５９，３
２８号）はそれぞれ重い成分を良い純度で回収するため
のＰＳＡプロセスを開示している。その逆ＰＳＡプロセ
スの場合には、以下の段階を用いている、即ち、（１）
低圧における吸着、（２）加圧、（３）高圧における不
純な軽い成分のような富化された廃棄物の除去、及び
（４）良い純度の望ましい生成物としての重い成分を低
圧で放出することによる減圧。米国特許第５，０４２，
９９４号において、スモラレクは、使用者の製品の需要
によって変数を決めるために監視されている、容積が可
変である窒素製品貯蔵容器を含むＰＳＡプロセスを記載
している。一方ラグリーら（米国特許第４，８１０，２
６５号）は空気の重い成分（例えば窒素）を経済的に回
収することを可能にする改良ＰＳＡプロセスを記載して
いる。高吸着圧力で窒素による共パージを用い（すすぎ
段階）、向流パージに用いる。向流裏込め段階での初期
再加圧のためにサイクルの低圧レベルで酸素を向流パー
ジに用いる。
【０００５】ゲムリンらの米国特許第５，２２８，８８
８号には、１０〜４０メッシュの大きさの粉砕されたゼ
オライトから成る吸収床に空気を通して酸素を吸着して
窒素富化製品を製造するような、窒素生成のためのＰＳ
Ａプロセスを記載している。サーカーら（米国特許第
４，０１３，４２９号）とクナーベル（米国特許第５，
０３２，１５０号）は、窒素によるすすぎ段階を用いた
高純度窒素製品及び酸素製品を作るための空気を分別す
るためのＰＳＡプロセスを記載している。米国特許第
５，０８４，０７５号においてサーカーは空気から窒素
を回収するための三つの吸着床の真空ＰＳＡ（ＶＰＳ
Ａ）プロセスを記載している。このプロセスでは重い成
分（窒素）を回収するための吸着床の減圧の前に吸着床
を窒素ですすぐことはしない。サーカーは、窒素による
すすぎ段階を省くことはエネルギー消費とＰＳＡプロセ
スに必要な資本を減らす結果をもたらすと主張してい
る。
８号には、１０〜４０メッシュの大きさの粉砕されたゼ
オライトから成る吸収床に空気を通して酸素を吸着して
窒素富化製品を製造するような、窒素生成のためのＰＳ
Ａプロセスを記載している。サーカーら（米国特許第
４，０１３，４２９号）とクナーベル（米国特許第５，
０３２，１５０号）は、窒素によるすすぎ段階を用いた
高純度窒素製品及び酸素製品を作るための空気を分別す
るためのＰＳＡプロセスを記載している。米国特許第
５，０８４，０７５号においてサーカーは空気から窒素
を回収するための三つの吸着床の真空ＰＳＡ（ＶＰＳ
Ａ）プロセスを記載している。このプロセスでは重い成
分（窒素）を回収するための吸着床の減圧の前に吸着床
を窒素ですすぐことはしない。サーカーは、窒素による
すすぎ段階を省くことはエネルギー消費とＰＳＡプロセ
スに必要な資本を減らす結果をもたらすと主張してい
る。
【０００６】ウェーナーら（米国特許第４，５９９，０
９４号）、ラグリーら（米国特許第４，８１０，２６５
号）ウィルソン（米国特許第４，３５９，３２８号）及
びリービット（米国特許第５，０７４，８９２号）は窒
素を主製品として酸素を副製品として製造するための付
加的なＰＳＡプロセスを記載している。それら記載され
た従来技術のプロセスのすべてにおいて、望む窒素の純
度を少なくとも９９．９９％に設定すると、ＰＳＡプロ
セスからのその製品の収率は顕著に下がり、吸着床サイ
ズ（ＢＳＦ）と電力消費が非常に高くなるという結果を
もたらす。従って、高純度の窒素への要求を満たすため
には、ＰＳＡプロセスに後段の精製装置を付加する必要
がある。通常デオキソ（ｄｅｏｘｏ）装置と呼ばれてい
るこのような後段の精製装置は、ＰＳＡプロセスからの
流出流を触媒の存在下で酸素の残りと反応させる。ガー
グら（米国特許第５，３４８，５９２；５，３２０，８
１８及び５，３２０，８１８号）、エプティング（米国
特許第５，３２２，６７６号）、ルイーズら（米国特許
第５，２３８，６７０号）及びトログッドら（米国特許
第４，８６９，８８３号）はこのような従来技術のプロ
セス（デオキソ）による微量の残りの酸素を除去する処
理を開示している。窒素製品の中に未反応の化学種が混
入することは、このデオキソ装置を使う場合に固有の問
題である。従って脱酸素工程の後に付加的な精製装置が
必要となるかもしれない。
９４号）、ラグリーら（米国特許第４，８１０，２６５
号）ウィルソン（米国特許第４，３５９，３２８号）及
びリービット（米国特許第５，０７４，８９２号）は窒
素を主製品として酸素を副製品として製造するための付
加的なＰＳＡプロセスを記載している。それら記載され
た従来技術のプロセスのすべてにおいて、望む窒素の純
度を少なくとも９９．９９％に設定すると、ＰＳＡプロ
セスからのその製品の収率は顕著に下がり、吸着床サイ
ズ（ＢＳＦ）と電力消費が非常に高くなるという結果を
もたらす。従って、高純度の窒素への要求を満たすため
には、ＰＳＡプロセスに後段の精製装置を付加する必要
がある。通常デオキソ（ｄｅｏｘｏ）装置と呼ばれてい
るこのような後段の精製装置は、ＰＳＡプロセスからの
流出流を触媒の存在下で酸素の残りと反応させる。ガー
グら（米国特許第５，３４８，５９２；５，３２０，８
１８及び５，３２０，８１８号）、エプティング（米国
特許第５，３２２，６７６号）、ルイーズら（米国特許
第５，２３８，６７０号）及びトログッドら（米国特許
第４，８６９，８８３号）はこのような従来技術のプロ
セス（デオキソ）による微量の残りの酸素を除去する処
理を開示している。窒素製品の中に未反応の化学種が混
入することは、このデオキソ装置を使う場合に固有の問
題である。従って脱酸素工程の後に付加的な精製装置が
必要となるかもしれない。
【０００７】空気から窒素を製造するためのＰＳＡプロ
セスに替わるものとして、膜技術に基づく技術がある。
このような膜に基づいた窒素プロセスはバーベら（米国
特許第５，３０２，１８９号）、プラサドら（米国特許
第５，１２２，３５５号）、プラサド（米国特許第４，
９３１，０７０号）、クシュ（米国特許第５，３０６，
４２７号）、及びキャンベル（米国特許第４，９６０，
５７９号）により開示されている。上記のように基本Ｐ
ＳＡサイクルの多くの改良及び変種が研究されており、
空気から窒素の商業的製造に応用されている。しかしこ
れらのプロセスのほとんどは酸素速度選択吸着剤（例え
ば、炭素モレキュラーシーブ）又は窒素平衡選択吸着剤
（例えば、ゼオライト）を用いている。例えば、米国特
許第５，０４２，９９４号及び５，０３２，１５０号に
は空気から窒素を製造するために窒素平衡選択吸着剤
（例えば、ゼオライト）を用いるＰＳＡサイクルが記載
されている。しかし窒素はそのサイクルの再生段階で製
造されるので、製品ガス（窒素）の再加圧が必要にな
り、電力消費量が増加するという結果をもたらす。更に
空気の主たる成分は窒素であるためその窒素選択吸着剤
は供給空気の大部分を取り扱うことを強いられ、利用可
能な平衡選択性はプロセスの制限を課しかつ分離効率を
限定し、吸着床サイズ（ＢＳＦ）と電力消費が高くなる
という結果をもたらす。
セスに替わるものとして、膜技術に基づく技術がある。
このような膜に基づいた窒素プロセスはバーベら（米国
特許第５，３０２，１８９号）、プラサドら（米国特許
第５，１２２，３５５号）、プラサド（米国特許第４，
９３１，０７０号）、クシュ（米国特許第５，３０６，
４２７号）、及びキャンベル（米国特許第４，９６０，
５７９号）により開示されている。上記のように基本Ｐ
ＳＡサイクルの多くの改良及び変種が研究されており、
空気から窒素の商業的製造に応用されている。しかしこ
れらのプロセスのほとんどは酸素速度選択吸着剤（例え
ば、炭素モレキュラーシーブ）又は窒素平衡選択吸着剤
（例えば、ゼオライト）を用いている。例えば、米国特
許第５，０４２，９９４号及び５，０３２，１５０号に
は空気から窒素を製造するために窒素平衡選択吸着剤
（例えば、ゼオライト）を用いるＰＳＡサイクルが記載
されている。しかし窒素はそのサイクルの再生段階で製
造されるので、製品ガス（窒素）の再加圧が必要にな
り、電力消費量が増加するという結果をもたらす。更に
空気の主たる成分は窒素であるためその窒素選択吸着剤
は供給空気の大部分を取り扱うことを強いられ、利用可
能な平衡選択性はプロセスの制限を課しかつ分離効率を
限定し、吸着床サイズ（ＢＳＦ）と電力消費が高くなる
という結果をもたらす。
【０００８】この代わりに、空気から窒素を製造するた
めのＰＳＡサイクルにおいて動力学的に制御された炭素
モレキュラーシーブ（窒素に対する酸素速度選択）が用
いられている。これについてはチョーらの米国特許第
５，３８２，２８０号、リーらの米国特許第５，４４
１，５５８号及びゲンバらの米国特許第４，９２５，４
６１号を参照されたい。典型的な炭素モレキュラーシー
ブ、即ち、ベルグバウ−フォーシュング炭素モレキュラ
ーシーブ（ＢＦ−ＣＭＳ）についての、窒素と酸素の吸
着の等温式及び捕捉速度はそれぞれ図1 と図2 に示され
ている。図1 は酸素と窒素双方についての圧力に対する
吸着量の関係を示し、図2 は酸素と窒素についての時間
（秒）に対する捕捉分率の関係を示す。図１からＢＦ−
ＣＭＳは（例えば、非過渡的又は平衡状態において）酸
素／窒素に対し平衡選択性を有していないことに注意す
べきである。従って、吸着剤としてＢＦ−ＣＭＳを用い
て空気から窒素を製造する場合に、その分離は図2 に示
すように窒素よりも酸素の捕捉速度が早いことに影響さ
れる。また、吸着時間が長くなるにつれて窒素の対する
酸素の選択性が低下することは（３０秒を経過するとそ
の選択性は基本的に無くなる）、動力学的に制御された
炭素モレキュラーシーブを用いる場合に固有の問題であ
る。従って、サイクルタイムの短いＰＳＡサイクルでは
ＣＭＳに基づく吸着剤が主に用いられる。
めのＰＳＡサイクルにおいて動力学的に制御された炭素
モレキュラーシーブ（窒素に対する酸素速度選択）が用
いられている。これについてはチョーらの米国特許第
５，３８２，２８０号、リーらの米国特許第５，４４
１，５５８号及びゲンバらの米国特許第４，９２５，４
６１号を参照されたい。典型的な炭素モレキュラーシー
ブ、即ち、ベルグバウ−フォーシュング炭素モレキュラ
ーシーブ（ＢＦ−ＣＭＳ）についての、窒素と酸素の吸
着の等温式及び捕捉速度はそれぞれ図1 と図2 に示され
ている。図1 は酸素と窒素双方についての圧力に対する
吸着量の関係を示し、図2 は酸素と窒素についての時間
（秒）に対する捕捉分率の関係を示す。図１からＢＦ−
ＣＭＳは（例えば、非過渡的又は平衡状態において）酸
素／窒素に対し平衡選択性を有していないことに注意す
べきである。従って、吸着剤としてＢＦ−ＣＭＳを用い
て空気から窒素を製造する場合に、その分離は図2 に示
すように窒素よりも酸素の捕捉速度が早いことに影響さ
れる。また、吸着時間が長くなるにつれて窒素の対する
酸素の選択性が低下することは（３０秒を経過するとそ
の選択性は基本的に無くなる）、動力学的に制御された
炭素モレキュラーシーブを用いる場合に固有の問題であ
る。従って、サイクルタイムの短いＰＳＡサイクルでは
ＣＭＳに基づく吸着剤が主に用いられる。
【０００９】更にＣＭＳに基づく吸着剤は密度も破壊強
度も高くはない。そのため高速ＰＳＡサイクルにおいて
は急激に圧力が変化すると微粒子の間の摩滅作用により
ＣＭＳに基づく吸着剤が流れたり粉砕されたりする。こ
の粉砕を最小限にするためには移動ガスの流速を下げ
る。それに伴ってサイクルタイムは延び、即ち、製品生
成速度は下がり、吸着床サイズ因子は高くなる。いくつ
かの従来技術は多層吸着剤（トウサンの米国特許第５，
２０３，８８７号、シュローターらの米国特許第５，２
７５，６４０号）や連続した多段吸着床（チョーらの米
国特許第５，３８２，２８０号、サーカーらの米国特許
第４，２６４，３４０号及び同４，０１３，４２９号）
を用いることを開示している。例えばトウサンは二層の
窒素平衡選択吸着剤を用いてＰＳＡプロセスの吸着剤の
コストを下げた。
度も高くはない。そのため高速ＰＳＡサイクルにおいて
は急激に圧力が変化すると微粒子の間の摩滅作用により
ＣＭＳに基づく吸着剤が流れたり粉砕されたりする。こ
の粉砕を最小限にするためには移動ガスの流速を下げ
る。それに伴ってサイクルタイムは延び、即ち、製品生
成速度は下がり、吸着床サイズ因子は高くなる。いくつ
かの従来技術は多層吸着剤（トウサンの米国特許第５，
２０３，８８７号、シュローターらの米国特許第５，２
７５，６４０号）や連続した多段吸着床（チョーらの米
国特許第５，３８２，２８０号、サーカーらの米国特許
第４，２６４，３４０号及び同４，０１３，４２９号）
を用いることを開示している。例えばトウサンは二層の
窒素平衡選択吸着剤を用いてＰＳＡプロセスの吸着剤の
コストを下げた。
【００１０】チョーら（米国特許第５，３８２，２８０
号）は高純度の窒素を製造するための二段階ＰＳＡプロ
セスを開示している。そのプロセスでは、第一段階では
酸素の大半を除去するために酸素速度選択吸着剤（例え
ば、ＣＭＳ）を用い、第二段階では酸素のわずかな残り
を除去するために酸素平衡選択吸着剤（例えば、有機金
属複合体、米国特許第５，２９４，４１８号を参照のこ
と）を用いる。しかしチョーらのＰＳＡプロセスはＣＭ
Ｓを用いているため、ＣＭＳ吸着剤の使用に付随する欠
点がすべて残ったままである。更に第二段階の酸素平衡
選択吸着剤は高酸素濃度にさらすことが出来ない。従っ
てチョーらのプロセスでは酸素平衡選択吸着剤を主に酸
素のわずかな残りを除去するために用いており、酸素の
大半を除去するために第一段階ではＣＭＳを用いてい
る。
号）は高純度の窒素を製造するための二段階ＰＳＡプロ
セスを開示している。そのプロセスでは、第一段階では
酸素の大半を除去するために酸素速度選択吸着剤（例え
ば、ＣＭＳ）を用い、第二段階では酸素のわずかな残り
を除去するために酸素平衡選択吸着剤（例えば、有機金
属複合体、米国特許第５，２９４，４１８号を参照のこ
と）を用いる。しかしチョーらのＰＳＡプロセスはＣＭ
Ｓを用いているため、ＣＭＳ吸着剤の使用に付随する欠
点がすべて残ったままである。更に第二段階の酸素平衡
選択吸着剤は高酸素濃度にさらすことが出来ない。従っ
てチョーらのプロセスでは酸素平衡選択吸着剤を主に酸
素のわずかな残りを除去するために用いており、酸素の
大半を除去するために第一段階ではＣＭＳを用いてい
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従ってこの発明の目的
は好ましい気体と好ましくない気体との混合物から好ま
しい気体を抽出する改良ＰＳＡ方法を提供するものであ
り、その方法は好ましくない気体に選択的である吸着床
を用いる。この発明の別の目的は、空気から窒素を抽出
する改良ＰＳＡ方法を提供するものであり、その方法は
平衡状態で酸素を選択する吸着床を用いる。またこの発
明の別の目的は、空気から窒素を抽出する改良ＰＳＡ方
法を提供するものであり、その方法は平衡状態で酸素を
選択する多層吸着床を用いる。この発明の更なる目的
は、空気から大容量の高純度窒素を製造するための酸素
平衡選択吸着剤を用いる吸着床サイズ因子と電力要求量
が共に低い高効率ＰＳＡ方法を提供するものである。
は好ましい気体と好ましくない気体との混合物から好ま
しい気体を抽出する改良ＰＳＡ方法を提供するものであ
り、その方法は好ましくない気体に選択的である吸着床
を用いる。この発明の別の目的は、空気から窒素を抽出
する改良ＰＳＡ方法を提供するものであり、その方法は
平衡状態で酸素を選択する吸着床を用いる。またこの発
明の別の目的は、空気から窒素を抽出する改良ＰＳＡ方
法を提供するものであり、その方法は平衡状態で酸素を
選択する多層吸着床を用いる。この発明の更なる目的
は、空気から大容量の高純度窒素を製造するための酸素
平衡選択吸着剤を用いる吸着床サイズ因子と電力要求量
が共に低い高効率ＰＳＡ方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明のＰＳＡ方法は
一般に好ましい気体と好ましくない気体との混合物から
好ましい気体を分離することに応用できる。この方法の
好ましい具体例は空気から高純度の窒素を製造するため
に用いられる。そのＰＳＡ方法は一つ以上の層の酸素平
衡選択吸着剤を含んだ吸着床を用いる。多層の吸着剤を
用いる場合には、酸素に対する親和性の低い吸着剤が吸
着床の供給端付近に位置し、酸素に対する親和性の高い
吸着剤が吸着床の製品端付近に位置するようにその酸素
平衡選択吸着剤を配置する。そのＰＳＡ方法は、吸着床
が酸素を吸着出来るように空気を供給して吸着床を高圧
に加圧する段階と、吸着床の圧の下にある吸着床から窒
素流を抽出してその流れの少なくともいくつかを製品タ
ンクに貯蔵する段階と、吸着床の囲いの中の空隙ガスを
貯蔵タンクに送りかつ吸着床に低圧域への出口を作るこ
とにより吸着床から酸素を脱着する段階と、貯蔵タンク
からの空隙ガスを吸着床に供給して吸着床をパージする
段階とから成る。
一般に好ましい気体と好ましくない気体との混合物から
好ましい気体を分離することに応用できる。この方法の
好ましい具体例は空気から高純度の窒素を製造するため
に用いられる。そのＰＳＡ方法は一つ以上の層の酸素平
衡選択吸着剤を含んだ吸着床を用いる。多層の吸着剤を
用いる場合には、酸素に対する親和性の低い吸着剤が吸
着床の供給端付近に位置し、酸素に対する親和性の高い
吸着剤が吸着床の製品端付近に位置するようにその酸素
平衡選択吸着剤を配置する。そのＰＳＡ方法は、吸着床
が酸素を吸着出来るように空気を供給して吸着床を高圧
に加圧する段階と、吸着床の圧の下にある吸着床から窒
素流を抽出してその流れの少なくともいくつかを製品タ
ンクに貯蔵する段階と、吸着床の囲いの中の空隙ガスを
貯蔵タンクに送りかつ吸着床に低圧域への出口を作るこ
とにより吸着床から酸素を脱着する段階と、貯蔵タンク
からの空隙ガスを吸着床に供給して吸着床をパージする
段階とから成る。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明は高純度の窒素（＞９
９．９９９％）を製造するために後段の精製装置（例え
ば、“デオキソ" ）を利用しないで酸素平衡選択吸着剤
を用いるＰＳＡサイクルを具体化したものである。酸素
／窒素平衡選択性を有するが実質的に酸素／窒素速度選
択性を有しない吸着剤を使用する。好ましい二つの平衡
選択吸着剤（Ａ，Ｂ）の収着性能を、圧力に対する吸着
量を表わした図3 に示す。その吸着剤はコバルトに基づ
く３次元遷移元素錯体（ＴＥＣｓ）である。最も好まし
い吸着剤は以下のとうりである: 吸着剤Ａ：Ｃｏ（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌ／（Ｅｔ
Ｏ）（Ｃｏ2 Ｅｔ）Ｈｍａｌ−ＤＡＰ） 吸着剤Ｂ：Ｃｏ（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌＤＡＰ） ここでＣｏ（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌ／（ＥｔＯ）
（Ｃｏ2 Ｅｔ）Ｈｍａｌ−ＤＡＰ）とはジアニオンキレ
ート試薬のコバルト（ＩＩ）錯体であって、このキレー
ト試薬をエトキシメチレンマロン酸ジエチルと３，４−
ジアミノピリジン（ＤＡＰ）との１：１の縮合に続きそ
の一級アミノ残基を３，５−ジ三級ブチルサリチルアル
デヒド（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌ）とシッフ塩基縮合
をさせて得る。またＣｏ（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌＤ
ＡＰ）とはジアニオンキレート試薬のコバルト（ＩＩ）
錯体であって、このキレート試薬を３，４−ジアミノピ
リジン（ＤＡＰ）と２当量の３，５−ジ三級ブチルサリ
チルアルデヒド（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌ）とをシッ
フ塩基縮合をさせて得る。
９．９９９％）を製造するために後段の精製装置（例え
ば、“デオキソ" ）を利用しないで酸素平衡選択吸着剤
を用いるＰＳＡサイクルを具体化したものである。酸素
／窒素平衡選択性を有するが実質的に酸素／窒素速度選
択性を有しない吸着剤を使用する。好ましい二つの平衡
選択吸着剤（Ａ，Ｂ）の収着性能を、圧力に対する吸着
量を表わした図3 に示す。その吸着剤はコバルトに基づ
く３次元遷移元素錯体（ＴＥＣｓ）である。最も好まし
い吸着剤は以下のとうりである: 吸着剤Ａ：Ｃｏ（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌ／（Ｅｔ
Ｏ）（Ｃｏ2 Ｅｔ）Ｈｍａｌ−ＤＡＰ） 吸着剤Ｂ：Ｃｏ（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌＤＡＰ） ここでＣｏ（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌ／（ＥｔＯ）
（Ｃｏ2 Ｅｔ）Ｈｍａｌ−ＤＡＰ）とはジアニオンキレ
ート試薬のコバルト（ＩＩ）錯体であって、このキレー
ト試薬をエトキシメチレンマロン酸ジエチルと３，４−
ジアミノピリジン（ＤＡＰ）との１：１の縮合に続きそ
の一級アミノ残基を３，５−ジ三級ブチルサリチルアル
デヒド（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌ）とシッフ塩基縮合
をさせて得る。またＣｏ（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌＤ
ＡＰ）とはジアニオンキレート試薬のコバルト（ＩＩ）
錯体であって、このキレート試薬を３，４−ジアミノピ
リジン（ＤＡＰ）と２当量の３，５−ジ三級ブチルサリ
チルアルデヒド（３，５−ｄｉＢｕt ｓａｌ）とをシッ
フ塩基縮合をさせて得る。
【００１４】これらの上記の物質は、この発明の実施に
はそう好ましいものではないその他の吸着剤と同様に、
同時係属米国特許出願（事件整理番号Ｄ−２０２２９、
ステファンソンらの“酸素選択吸着剤" ）に詳細に記載
されているので、その内容はその引例を参照されたい。
窒素に対して酸素の選択性を示すその他のそう好ましい
ものではないコバルト（ＩＩ）吸着剤がラムプラサドに
与えられた米国特許第５，２９４，４１８号に記載され
ている。この発明の実施に有用であるがそう好ましいも
のではないその他の組成が、同時係属米国特許出願第０
８／３３９，８７２号（ムルハウプトら）に記載されて
いるので、その内容はその引例を参照されたい。このよ
うな組成の一例はＢｚＩＭ／Ｃｏ（Ｔpiv ＰＰ）であっ
て吸着剤Ａと同様に使用できる。ＢｚＩＭ／Ｃｏ（Ｔ
piv ＰＰ）とは支持されたＴＥＣ組成であって、１−ベ
ンジルイミダゾール（ＢｚＩＭ）（１７重量％）、Ｃｏ
（Ｔpiv ＰＰ）と略称されているコバルト（ＩＩ）抗垣
ポルフィリン（コールマン、Ａｃｃｏｕｎｔｓ ｏｆＣ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９７７，１０，
２６５に開示されている）（６２重量％）及び粒子径が
約５０オングストロームのシリカ高密度小粒子（２１重
量％）から成る。コーティングは不活性雰囲気でＢｚＩ
ＭとＣｏ（Ｔpiv ＰＰ）の溶液を用いてクロロホルム蒸
発によりなされた。
はそう好ましいものではないその他の吸着剤と同様に、
同時係属米国特許出願（事件整理番号Ｄ−２０２２９、
ステファンソンらの“酸素選択吸着剤" ）に詳細に記載
されているので、その内容はその引例を参照されたい。
窒素に対して酸素の選択性を示すその他のそう好ましい
ものではないコバルト（ＩＩ）吸着剤がラムプラサドに
与えられた米国特許第５，２９４，４１８号に記載され
ている。この発明の実施に有用であるがそう好ましいも
のではないその他の組成が、同時係属米国特許出願第０
８／３３９，８７２号（ムルハウプトら）に記載されて
いるので、その内容はその引例を参照されたい。このよ
うな組成の一例はＢｚＩＭ／Ｃｏ（Ｔpiv ＰＰ）であっ
て吸着剤Ａと同様に使用できる。ＢｚＩＭ／Ｃｏ（Ｔ
piv ＰＰ）とは支持されたＴＥＣ組成であって、１−ベ
ンジルイミダゾール（ＢｚＩＭ）（１７重量％）、Ｃｏ
（Ｔpiv ＰＰ）と略称されているコバルト（ＩＩ）抗垣
ポルフィリン（コールマン、Ａｃｃｏｕｎｔｓ ｏｆＣ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９７７，１０，
２６５に開示されている）（６２重量％）及び粒子径が
約５０オングストロームのシリカ高密度小粒子（２１重
量％）から成る。コーティングは不活性雰囲気でＢｚＩ
ＭとＣｏ（Ｔpiv ＰＰ）の溶液を用いてクロロホルム蒸
発によりなされた。
【００１５】図4 は酸素平衡選択吸着剤Ｂの窒素と酸素
の捕捉速度を示す。図１〜４で注目すべきは、ＢＦ−Ｃ
ＭＳに比べて酸素平衡選択吸着剤（ＡとＢ）の収着特性
が異なることである。吸着剤ＡとＢは高い酸素／窒素平
衡選択性を示すが速度選択性はわずかである。一方ＢＦ
−ＣＭＳは酸素／窒素速度選択性のみを示し、速度選択
性は全くない。以後の記載から解るであろうが、この発
明のＰＳＡサイクルは二つの貯蔵タンクを用い、吸着床
−吸着床平衡段階を必要としない。更に、純度の高い還
流ガスをパージ及び製品を再加圧するために使用する。
従来のＰＳＡプロセスでは、吸着床−吸着床平衡段階で
純度の低いガスを平衡段階に利用する。この発明は酸素
平衡選択吸着剤を利用して速度選択吸着剤（例えば、Ｃ
ＭＳ）を利用しないので、窒素に対する酸素の選択性が
吸着時間に依存しない、即ち、分離が平衡に基づいてい
て速度論には基づいていないため、ＣＭＳに基づく吸着
剤をＰＳＡサイクルで使用する際の欠点が現れない。更
に、酸素平衡選択吸着剤を用いることにより、（ゼオラ
イトを用いるＰＳＡサイクルの脱着段階の場合とは反対
に）ＰＳＡサイクルの高圧吸着段階で窒素が生成し、酸
素（空気の主要でない成分）は主成分（窒素）の代わり
に供給空気から除去される。
の捕捉速度を示す。図１〜４で注目すべきは、ＢＦ−Ｃ
ＭＳに比べて酸素平衡選択吸着剤（ＡとＢ）の収着特性
が異なることである。吸着剤ＡとＢは高い酸素／窒素平
衡選択性を示すが速度選択性はわずかである。一方ＢＦ
−ＣＭＳは酸素／窒素速度選択性のみを示し、速度選択
性は全くない。以後の記載から解るであろうが、この発
明のＰＳＡサイクルは二つの貯蔵タンクを用い、吸着床
−吸着床平衡段階を必要としない。更に、純度の高い還
流ガスをパージ及び製品を再加圧するために使用する。
従来のＰＳＡプロセスでは、吸着床−吸着床平衡段階で
純度の低いガスを平衡段階に利用する。この発明は酸素
平衡選択吸着剤を利用して速度選択吸着剤（例えば、Ｃ
ＭＳ）を利用しないので、窒素に対する酸素の選択性が
吸着時間に依存しない、即ち、分離が平衡に基づいてい
て速度論には基づいていないため、ＣＭＳに基づく吸着
剤をＰＳＡサイクルで使用する際の欠点が現れない。更
に、酸素平衡選択吸着剤を用いることにより、（ゼオラ
イトを用いるＰＳＡサイクルの脱着段階の場合とは反対
に）ＰＳＡサイクルの高圧吸着段階で窒素が生成し、酸
素（空気の主要でない成分）は主成分（窒素）の代わり
に供給空気から除去される。
【００１６】その酸素平衡選択吸着剤は高酸素濃度に曝
すことが出来るので、この発明の方法は酸素を大量に除
去するためにＣＭＳ吸着剤を用いる必要がない。これは
吸着剤のコストを削減するために一以上の吸着剤を用い
たり、高酸素濃度に曝すことを避けるために二段階にし
たりする従来のプロセスとは異なっている。この発明は
そのＰＳＡプロセスの電力消費を顕著に削減するために
多層の酸素平衡選択吸着剤を用いている。この発明のＰ
ＳＡプロセスにおいて多層の酸素平衡選択吸着剤を用い
る場合にはいつも、酸素に対する親和性が最も低い吸着
剤を吸着床の供給端に位置させて酸素に対する親和性が
最も高い吸着剤を吸着床の製品端に位置させるように、
その吸着剤を限定された順序に配置する。従って図３を
参照すれば、吸着剤Ａを吸着床の製品端付近に位置させ
吸着剤Ｂを吸着床の供給端付近に位置させる。単層の酸
素平衡選択吸着剤から成る吸着床に比べると、このよう
な酸素平衡選択吸着剤の配置はＰＳＡプロセスの電力消
費を顕著に削減する。
すことが出来るので、この発明の方法は酸素を大量に除
去するためにＣＭＳ吸着剤を用いる必要がない。これは
吸着剤のコストを削減するために一以上の吸着剤を用い
たり、高酸素濃度に曝すことを避けるために二段階にし
たりする従来のプロセスとは異なっている。この発明は
そのＰＳＡプロセスの電力消費を顕著に削減するために
多層の酸素平衡選択吸着剤を用いている。この発明のＰ
ＳＡプロセスにおいて多層の酸素平衡選択吸着剤を用い
る場合にはいつも、酸素に対する親和性が最も低い吸着
剤を吸着床の供給端に位置させて酸素に対する親和性が
最も高い吸着剤を吸着床の製品端に位置させるように、
その吸着剤を限定された順序に配置する。従って図３を
参照すれば、吸着剤Ａを吸着床の製品端付近に位置させ
吸着剤Ｂを吸着床の供給端付近に位置させる。単層の酸
素平衡選択吸着剤から成る吸着床に比べると、このよう
な酸素平衡選択吸着剤の配置はＰＳＡプロセスの電力消
費を顕著に削減する。
【００１７】以後二つの吸着床の作動を記載してこの発
明を例証するが、この発明を利用して一つの吸着床又は
二つより多い吸着床を用いることも出来るということは
理解されるべきである。図５と６を参照しながら（典型
的なサイクルタイムである６４秒に渡って実施されるよ
うに）ＰＳＡサイクルを記載する。そのＰＳＡシステム
（図５を参照のこと）は各々上述の層状吸着剤ＡとＢで
充填された二つの吸着床１０と１２から成る。空気入口
導管１４は供給空気をフィルター１５を経由してコンプ
レッサー１６に送る。そのコンプレッサーは加圧空気を
油水フィルター１８とカーボントラップ２０を通して供
給弁２２及び２４並びにそれぞれ吸着床入口２６及び２
８に供給する。排気弁３０と３２は吸着床入口２６及び
２８と導管３４とを結合しており任意の真空ポンプ３６
に連結されている。
明を例証するが、この発明を利用して一つの吸着床又は
二つより多い吸着床を用いることも出来るということは
理解されるべきである。図５と６を参照しながら（典型
的なサイクルタイムである６４秒に渡って実施されるよ
うに）ＰＳＡサイクルを記載する。そのＰＳＡシステム
（図５を参照のこと）は各々上述の層状吸着剤ＡとＢで
充填された二つの吸着床１０と１２から成る。空気入口
導管１４は供給空気をフィルター１５を経由してコンプ
レッサー１６に送る。そのコンプレッサーは加圧空気を
油水フィルター１８とカーボントラップ２０を通して供
給弁２２及び２４並びにそれぞれ吸着床入口２６及び２
８に供給する。排気弁３０と３２は吸着床入口２６及び
２８と導管３４とを結合しており任意の真空ポンプ３６
に連結されている。
【００１８】吸着床１０と１２には製品出口導管３８及
び４０があり、弁４２及び４４を経由して製品導管４６
につながっており、更に制御弁４８を通して製品貯蔵タ
ンク５０につながっている。導管５２並びに弁５４及び
５６は貯蔵タンク５０からの製品ガスをそれぞれ吸着床
１０及び１２へ供給することを可能にしている。導管５
２は逆流（パージと製品再加圧）に必要なガスを供給す
る。製品出口導管３８及び４０は更にそれぞれ弁５８及
び６０を経由して連結されており、並流減圧段階から得
られたガスを均等化タンク６２に導く。図５のすべての
弁はコンピューターシステムとプログラム論理（ここに
は示されていない）で電子的に操作されている。この発
明を実施する際にはパージに必要なガスをまず均等化タ
ンク６２から取る。もし追加のパージガスが必要なら導
管５２を経由して製品貯蔵タンク５０から取る。パージ
が完了したら製品加圧を始める。製品加圧段階に必要な
ガスは製品貯蔵タンク５０から得る。しかしパージの後
で均等化タンク６２が残留ガスを含んでいるなら、製品
加圧の初期段階ではその残留ガスを用いる。均等化タン
ク６２が空になったら貯蔵タンク５０からの高純度ガス
を用いて製品加圧を完了させる。
び４０があり、弁４２及び４４を経由して製品導管４６
につながっており、更に制御弁４８を通して製品貯蔵タ
ンク５０につながっている。導管５２並びに弁５４及び
５６は貯蔵タンク５０からの製品ガスをそれぞれ吸着床
１０及び１２へ供給することを可能にしている。導管５
２は逆流（パージと製品再加圧）に必要なガスを供給す
る。製品出口導管３８及び４０は更にそれぞれ弁５８及
び６０を経由して連結されており、並流減圧段階から得
られたガスを均等化タンク６２に導く。図５のすべての
弁はコンピューターシステムとプログラム論理（ここに
は示されていない）で電子的に操作されている。この発
明を実施する際にはパージに必要なガスをまず均等化タ
ンク６２から取る。もし追加のパージガスが必要なら導
管５２を経由して製品貯蔵タンク５０から取る。パージ
が完了したら製品加圧を始める。製品加圧段階に必要な
ガスは製品貯蔵タンク５０から得る。しかしパージの後
で均等化タンク６２が残留ガスを含んでいるなら、製品
加圧の初期段階ではその残留ガスを用いる。均等化タン
ク６２が空になったら貯蔵タンク５０からの高純度ガス
を用いて製品加圧を完了させる。
【００１９】図５のシステムの詳細な作動を記載する前
に、この発明に組み込まれたＰＳＡプロセスの概略を記
載する。（１）供給物（例えば、空気）を吸着床の一端
に導入し、その吸着床を２．０ 〜５．０気圧（１気圧＝１４．６９６ｐｓｉ）、好まし
くは３．０〜４．４気圧、の中圧レベルから５．０〜
８．０気圧、好ましくは５．０〜７．０気圧、の高圧レ
ベルへ加圧する。なお低圧レベルは０．３〜１．０気
圧、好ましくは０．５〜１．０気圧、である。 （２）製造段階の吸着床の圧力は２．０〜５．０気圧
（製品加圧段階の最後の圧力）の中圧レベルから５．０
〜８．０気圧の吸着圧力にかけて増加するのが好まし
い。その代わりに、まず吸着圧力に達するように供給物
加圧を（流出なしに）行い、次に制御弁を開いて製品搬
送を可能にする。後者の場合、製造段階の間圧力を一定
に保つ。その流出ガス流は貯蔵タンクへ向かう。 （３）供給物の投入を終え、吸着床を減圧して空隙ガス
と吸着剤に共に吸着された軽量成分を再生する。減圧段
階の間、圧力は５．０〜８．０気圧の吸着圧力から約
３．０〜６．０気圧へ下がる。この段階の間の流出物は
均一化タンクに集められる。 （４）向流吹落し／排気段階は吸着床圧力を０．５〜
１．０気圧の低圧レベルへ下げる。 （５）次に均一化タンクから得たパージガスを用いて吸
着床を向流状にパージする。均等化タンクにパージガス
がなくなった場合は、貯蔵タンクから高純度の付加パー
ジガスを得る。好ましい作動方法ではすべてのパージガ
スを均等化タンクから得る。 （６）次に均等化タンクからの残留ガスから得た製品ガ
ス及びそれに続いて貯蔵タンクから高純度ガスで吸着床
を向流状に加圧する。この段階の間、吸着床の圧力を
０．５〜１．０気圧の低圧レベルから２．０〜５．０気
圧の中圧レベルに増加させ、このプロセスを繰り返す。
に、この発明に組み込まれたＰＳＡプロセスの概略を記
載する。（１）供給物（例えば、空気）を吸着床の一端
に導入し、その吸着床を２．０ 〜５．０気圧（１気圧＝１４．６９６ｐｓｉ）、好まし
くは３．０〜４．４気圧、の中圧レベルから５．０〜
８．０気圧、好ましくは５．０〜７．０気圧、の高圧レ
ベルへ加圧する。なお低圧レベルは０．３〜１．０気
圧、好ましくは０．５〜１．０気圧、である。 （２）製造段階の吸着床の圧力は２．０〜５．０気圧
（製品加圧段階の最後の圧力）の中圧レベルから５．０
〜８．０気圧の吸着圧力にかけて増加するのが好まし
い。その代わりに、まず吸着圧力に達するように供給物
加圧を（流出なしに）行い、次に制御弁を開いて製品搬
送を可能にする。後者の場合、製造段階の間圧力を一定
に保つ。その流出ガス流は貯蔵タンクへ向かう。 （３）供給物の投入を終え、吸着床を減圧して空隙ガス
と吸着剤に共に吸着された軽量成分を再生する。減圧段
階の間、圧力は５．０〜８．０気圧の吸着圧力から約
３．０〜６．０気圧へ下がる。この段階の間の流出物は
均一化タンクに集められる。 （４）向流吹落し／排気段階は吸着床圧力を０．５〜
１．０気圧の低圧レベルへ下げる。 （５）次に均一化タンクから得たパージガスを用いて吸
着床を向流状にパージする。均等化タンクにパージガス
がなくなった場合は、貯蔵タンクから高純度の付加パー
ジガスを得る。好ましい作動方法ではすべてのパージガ
スを均等化タンクから得る。 （６）次に均等化タンクからの残留ガスから得た製品ガ
ス及びそれに続いて貯蔵タンクから高純度ガスで吸着床
を向流状に加圧する。この段階の間、吸着床の圧力を
０．５〜１．０気圧の低圧レベルから２．０〜５．０気
圧の中圧レベルに増加させ、このプロセスを繰り返す。
【００２０】ここで、図５と６を参照しながら、上述の
段階に一致させて二つの吸着床のＰＳＡプロセスを記載
する。その記載の中ですべての弁は、その段階について
開いていると明示されている場合を除くほか、そのサイ
クルの各段階において閉じられているものとする。段階１ ：供給物加圧段階 吸着床１０：弁２２を開けて供給物（空気）を吸着床１
０の一端に導入し、吸着床１０に供給空気を入れ、吸着
床１０を加圧する。 吸着床１２：この時間の間弁３２を開けておき、吸着床
１２は段階４を行う。 段階２ ：粗製品製造段階 吸着床１０：ここで弁２２及び４２は開いている。制御
論理は製品ガスを製品タンク５０に入れるために制御弁
４８が開く時を規定する。例えば一定の圧力が必要な場
合には、吸着床１０が予め定められた圧力レベルに達し
たときにのみ制御弁４８を開けて製品ガスを製品タンク
５０に入れる。 吸着床１２：この製品製造段階の間、弁３２及び６０は
開いている。パージ段階で必要なガスは均一化タンクか
ら受け取ることに注意すべきである。しかしパージのた
めに追加のガスが必要な場合には、弁６０を閉じて弁５
６を開けて製品タンク５０からの高純度のガスを吸着床
に入れる。好ましい作動方法においてはすべてのパージ
ガスを均一化タンクから得る。
段階に一致させて二つの吸着床のＰＳＡプロセスを記載
する。その記載の中ですべての弁は、その段階について
開いていると明示されている場合を除くほか、そのサイ
クルの各段階において閉じられているものとする。段階１ ：供給物加圧段階 吸着床１０：弁２２を開けて供給物（空気）を吸着床１
０の一端に導入し、吸着床１０に供給空気を入れ、吸着
床１０を加圧する。 吸着床１２：この時間の間弁３２を開けておき、吸着床
１２は段階４を行う。 段階２ ：粗製品製造段階 吸着床１０：ここで弁２２及び４２は開いている。制御
論理は製品ガスを製品タンク５０に入れるために制御弁
４８が開く時を規定する。例えば一定の圧力が必要な場
合には、吸着床１０が予め定められた圧力レベルに達し
たときにのみ制御弁４８を開けて製品ガスを製品タンク
５０に入れる。 吸着床１２：この製品製造段階の間、弁３２及び６０は
開いている。パージ段階で必要なガスは均一化タンクか
ら受け取ることに注意すべきである。しかしパージのた
めに追加のガスが必要な場合には、弁６０を閉じて弁５
６を開けて製品タンク５０からの高純度のガスを吸着床
に入れる。好ましい作動方法においてはすべてのパージ
ガスを均一化タンクから得る。
【００２１】段階３：並流減圧段階 吸着床１０：弁２２及び４２を閉じて弁５８を開けて、
吸着床１０を並流減圧段階にする。 吸着床１２：この間、弁３２を閉じて弁５６を開けて、
製品タンク５０からの製品ガスで吸着床１２を加圧す
る。吸着床１２になされたパージ段階の後で均一化タン
ク６２に残留ガスが残っていたなら、弁５６を開ける前
に弁６０を開けて製品加圧の初期段階で均一化タンクの
残留ガスをすべて使いきる。均一化タンクの残留ガスを
すべて空にしたら、弁６０を閉じて弁５６を開けて吸着
床１２の製品加圧段階を完了する。段階４ ：吹落ち段階 吸着床１０：弁５８を閉じて弁３０を開けて吸着床１０
を向流状に吹落し／排気する。 吸着床１２：この間、弁５６を閉じて弁２４を開けて吸
着床１２を吸着床の一端において供給物で加圧する。
吸着床１０を並流減圧段階にする。 吸着床１２：この間、弁３２を閉じて弁５６を開けて、
製品タンク５０からの製品ガスで吸着床１２を加圧す
る。吸着床１２になされたパージ段階の後で均一化タン
ク６２に残留ガスが残っていたなら、弁５６を開ける前
に弁６０を開けて製品加圧の初期段階で均一化タンクの
残留ガスをすべて使いきる。均一化タンクの残留ガスを
すべて空にしたら、弁６０を閉じて弁５６を開けて吸着
床１２の製品加圧段階を完了する。段階４ ：吹落ち段階 吸着床１０：弁５８を閉じて弁３０を開けて吸着床１０
を向流状に吹落し／排気する。 吸着床１２：この間、弁５６を閉じて弁２４を開けて吸
着床１２を吸着床の一端において供給物で加圧する。
【００２２】段階５：パージ段階 吸着床１０：ここで弁５８を開けて吸着床１０に均一化
タンク６２からパージのためのガスを入れる。パージの
ために付加のガスを必要とする場合には弁５８を閉じて
弁５４を開けて製品タンク５０から高純度ガスを吸着床
１０に入れる。好ましい作動方法においてはすべてのパ
ージガスを均一化タンク６２から得る。この間弁３０は
開けたままである。 吸着床１２：弁２４及び４４を開けて吸着床１２を製造
段階にする。制御論理が働いて弁４８により製品ガスが
吸着床１２から製品タンク５０に流れる。段階６ ：製品加圧段階 吸着床１０：吸着床１０の製品加圧段階の間、弁３０を
閉じて弁５４を開けて製品タンク５０からの製品ガスで
吸着床１０を製品加圧する。吸着床１０のパージ段階の
後で均一化タンク６２に残留ガスが残っていたなら、弁
５４を開ける前に弁５８を開けて製品加圧の初期段階で
均一化タンク６２の残留ガスをすべて使いきることに注
意すべきである。均一化タンク６２の残留ガスをすべて
空にしたら、弁５８を閉じて弁５４を開けて吸着床１０
の製品加圧段階を完了する。 吸着床１２：弁２４及び４４を閉じて弁６０を開けて、
並流減圧段階にある吸着床１２からの流出物を均一化タ
ンク６２に入れる。
タンク６２からパージのためのガスを入れる。パージの
ために付加のガスを必要とする場合には弁５８を閉じて
弁５４を開けて製品タンク５０から高純度ガスを吸着床
１０に入れる。好ましい作動方法においてはすべてのパ
ージガスを均一化タンク６２から得る。この間弁３０は
開けたままである。 吸着床１２：弁２４及び４４を開けて吸着床１２を製造
段階にする。制御論理が働いて弁４８により製品ガスが
吸着床１２から製品タンク５０に流れる。段階６ ：製品加圧段階 吸着床１０：吸着床１０の製品加圧段階の間、弁３０を
閉じて弁５４を開けて製品タンク５０からの製品ガスで
吸着床１０を製品加圧する。吸着床１０のパージ段階の
後で均一化タンク６２に残留ガスが残っていたなら、弁
５４を開ける前に弁５８を開けて製品加圧の初期段階で
均一化タンク６２の残留ガスをすべて使いきることに注
意すべきである。均一化タンク６２の残留ガスをすべて
空にしたら、弁５８を閉じて弁５４を開けて吸着床１０
の製品加圧段階を完了する。 吸着床１２：弁２４及び４４を閉じて弁６０を開けて、
並流減圧段階にある吸着床１２からの流出物を均一化タ
ンク６２に入れる。
【００２３】この発明から逸脱せずにこれらの段階の一
つ又はそれ以上を変更して上述のＰＳＡサイクルに基づ
くいくつかの改変をすることもできる。例えば供給物と
製品の加圧段階を上述のように連続して起こさずに同時
に起こすことも出来る。またこのサイクルの低圧レベル
が１．０気圧よりも低い場合には、例えばこのＰＳＡサ
イクルで排気のために真空ポンプを用い、その後並流減
圧段階の前に吸着床の圧力が１．０気圧に落ちるまで大
気に開放して、その後で排気を始めてもよい。また二つ
の吸着床のＰＳＡサイクル（即ち、図５及び６）を均一
化タンク６２を用いずに作動させることも出来る。この
ような作動方法ではすべてのパージガスを製品タンク５
０から得るか、又は製品製造段階にある他方の吸着床か
ら直接得る。しかし二つの貯蔵タンク（即ち、５０及び
６２）はそのプロセスにより大きい自由度を与える。例
えば図６に示すサイクルにおける各段階が定まった時間
を占める必要がなくなる。従って圧力や組成などの物理
的変数を各段階に割り当てられた時間を決定するために
用いることが出来る。そのため温度、圧力及び製品の必
要量の変化に従ってプロセスを調整できる。吸着床−吸
着床間のガス移送の必要がないので、各吸着床を独立し
て作動できて、かつそのプロセスを単一の吸着床装置の
合計とみなせる。しかしコンプレッサーや真空ポンプを
適切な大きさにしたり共有するためには、各吸着床の全
サイクルのある部分を他方の吸着床のサイクルと同期さ
せることが必要である。
つ又はそれ以上を変更して上述のＰＳＡサイクルに基づ
くいくつかの改変をすることもできる。例えば供給物と
製品の加圧段階を上述のように連続して起こさずに同時
に起こすことも出来る。またこのサイクルの低圧レベル
が１．０気圧よりも低い場合には、例えばこのＰＳＡサ
イクルで排気のために真空ポンプを用い、その後並流減
圧段階の前に吸着床の圧力が１．０気圧に落ちるまで大
気に開放して、その後で排気を始めてもよい。また二つ
の吸着床のＰＳＡサイクル（即ち、図５及び６）を均一
化タンク６２を用いずに作動させることも出来る。この
ような作動方法ではすべてのパージガスを製品タンク５
０から得るか、又は製品製造段階にある他方の吸着床か
ら直接得る。しかし二つの貯蔵タンク（即ち、５０及び
６２）はそのプロセスにより大きい自由度を与える。例
えば図６に示すサイクルにおける各段階が定まった時間
を占める必要がなくなる。従って圧力や組成などの物理
的変数を各段階に割り当てられた時間を決定するために
用いることが出来る。そのため温度、圧力及び製品の必
要量の変化に従ってプロセスを調整できる。吸着床−吸
着床間のガス移送の必要がないので、各吸着床を独立し
て作動できて、かつそのプロセスを単一の吸着床装置の
合計とみなせる。しかしコンプレッサーや真空ポンプを
適切な大きさにしたり共有するためには、各吸着床の全
サイクルのある部分を他方の吸着床のサイクルと同期さ
せることが必要である。
【００２４】ここに記載した発明では浅い皿状の頭部が
上部と下部についた円筒形の吸着床と軸方向のガス流を
用いているが、その他の吸着床の形状を用いてもよい。
例えば、圧力損失を減らして同時に電力消費を減らすた
めに、放射状の吸着床を用いてもよい。更にＰＳＡサイ
クルで２以上の酸素平衡選択吸着剤を用いる場合に、単
一の吸着床の中に吸着剤を層状に配置するのでなく異な
る吸着剤の吸着床を連続に配置することもできる。更に
吸着床の中の異なる位置にその他の吸着剤を充填するこ
ともできる。例えば供給流から水分や炭酸ガスを除去す
るために活性アルミナを吸着床の供給端に置いて、空気
を窒素富化した製品へ分離するために一層以上の酸素平
衡選択吸着剤を活性アルミナの上に置くこともできる。
上部と下部についた円筒形の吸着床と軸方向のガス流を
用いているが、その他の吸着床の形状を用いてもよい。
例えば、圧力損失を減らして同時に電力消費を減らすた
めに、放射状の吸着床を用いてもよい。更にＰＳＡサイ
クルで２以上の酸素平衡選択吸着剤を用いる場合に、単
一の吸着床の中に吸着剤を層状に配置するのでなく異な
る吸着剤の吸着床を連続に配置することもできる。更に
吸着床の中の異なる位置にその他の吸着剤を充填するこ
ともできる。例えば供給流から水分や炭酸ガスを除去す
るために活性アルミナを吸着床の供給端に置いて、空気
を窒素富化した製品へ分離するために一層以上の酸素平
衡選択吸着剤を活性アルミナの上に置くこともできる。
【００２５】ＰＳＡサイクルのその他の変形もこの発明
から逸脱せずに実施可能である。例えばこの発明のＰＳ
Ａプロセスに一酸化炭素又は軽量炭化水素などの通り抜
ける傾向のある微量の不純物を除去することを含ませて
もよい。この通り抜けを防止するために、吸着床に触媒
を別層として又は吸着剤混合物の一成分として含ませる
ように改造し、一酸化炭素のような化学種を二酸化炭素
に変換して除去する。また反応生成物を除去する必要が
あれば吸着剤の付加層を付加することもできる。その他
の変形は、酸素が十分に除去されない吸着床の範囲に触
媒層を分布させることである。以上ＰＳＡ窒素プロセス
に関連して特定の具体例を示しながらＰＳＡサイクルを
記載してきたが、開示した特徴をこの発明の範囲内で変
更することによりこれ以外の具体例も考えられる。例え
ばそのＰＳＡサイクルは貫大気（ｔｒａｎｓ−ａｔｏｍ
ｏｓｐｈｅｒｉｃ）真空圧力スウィング吸着（ＶＰＳ
Ａ）サイクルに限定されず、超大気（ｓｕｐｅｒａｔｏ
ｍｏｓｐｈｅｒｉｃ）又は亜大気（ｓｕｂａｔｏｍｏｓ
ｐｈｅｒｉｃ）ＰＳＡサイクルを用いてもよい。またそ
のＰＳＡサイクルをその他の混合物の分離に用いること
もできる。ごみ埋め立てガスからの窒素／メタンの分離
のようなその他の混合物の分離や、供給物が非優先的吸
着製品成分として水素を含んだ場合や選択的吸着成分と
して種々の不純物を含んだ場合のようなその他の混合ガ
スにもこのＰＳＡサイクルを用いることができる。これ
らには軽炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニ
ア、硫化水素、アルゴン及び水分が含まれる。これらの
吸着可能な成分を少なくとも一つ含む水素の多い供給ガ
スには、触媒改質オフガス、メタノール製造ループパー
ジガス、解離アンモニア及び脱メタンオーバーヘッドガ
ス、水蒸気変質炭化水素、アンモニア合成ループパージ
ガス、電解水素及び水銀電解槽水素が含まれる。またこ
の発明は窒素やヘリウムが主成分である混合ガスから上
記の吸着可能物の一部又は全部を分離するのにも有効で
ある。
から逸脱せずに実施可能である。例えばこの発明のＰＳ
Ａプロセスに一酸化炭素又は軽量炭化水素などの通り抜
ける傾向のある微量の不純物を除去することを含ませて
もよい。この通り抜けを防止するために、吸着床に触媒
を別層として又は吸着剤混合物の一成分として含ませる
ように改造し、一酸化炭素のような化学種を二酸化炭素
に変換して除去する。また反応生成物を除去する必要が
あれば吸着剤の付加層を付加することもできる。その他
の変形は、酸素が十分に除去されない吸着床の範囲に触
媒層を分布させることである。以上ＰＳＡ窒素プロセス
に関連して特定の具体例を示しながらＰＳＡサイクルを
記載してきたが、開示した特徴をこの発明の範囲内で変
更することによりこれ以外の具体例も考えられる。例え
ばそのＰＳＡサイクルは貫大気（ｔｒａｎｓ−ａｔｏｍ
ｏｓｐｈｅｒｉｃ）真空圧力スウィング吸着（ＶＰＳ
Ａ）サイクルに限定されず、超大気（ｓｕｐｅｒａｔｏ
ｍｏｓｐｈｅｒｉｃ）又は亜大気（ｓｕｂａｔｏｍｏｓ
ｐｈｅｒｉｃ）ＰＳＡサイクルを用いてもよい。またそ
のＰＳＡサイクルをその他の混合物の分離に用いること
もできる。ごみ埋め立てガスからの窒素／メタンの分離
のようなその他の混合物の分離や、供給物が非優先的吸
着製品成分として水素を含んだ場合や選択的吸着成分と
して種々の不純物を含んだ場合のようなその他の混合ガ
スにもこのＰＳＡサイクルを用いることができる。これ
らには軽炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニ
ア、硫化水素、アルゴン及び水分が含まれる。これらの
吸着可能な成分を少なくとも一つ含む水素の多い供給ガ
スには、触媒改質オフガス、メタノール製造ループパー
ジガス、解離アンモニア及び脱メタンオーバーヘッドガ
ス、水蒸気変質炭化水素、アンモニア合成ループパージ
ガス、電解水素及び水銀電解槽水素が含まれる。またこ
の発明は窒素やヘリウムが主成分である混合ガスから上
記の吸着可能物の一部又は全部を分離するのにも有効で
ある。
【００２６】
【実施例】以下の表は図５及び６に示したプロセスを用
いた三つの実施例の作動条件とＰＳＡシミュレーション
の結果を示す。その表の中の記号は以下の意味を有す
る：ＴＰＤ＝１日の窒素あたりのトン数、ｋＰａ＝１０
００Ｐａ＝圧力のＳ．Ｉ．単位（１気圧＝１０１．３２
５ｋＰａ）、ｓ＝秒、及びｋＷ＝キロワット。上記の三
つの実施例の作動条件とＰＳＡシミュレーションの結果
は以下のとおりである。
いた三つの実施例の作動条件とＰＳＡシミュレーション
の結果を示す。その表の中の記号は以下の意味を有す
る：ＴＰＤ＝１日の窒素あたりのトン数、ｋＰａ＝１０
００Ｐａ＝圧力のＳ．Ｉ．単位（１気圧＝１０１．３２
５ｋＰａ）、ｓ＝秒、及びｋＷ＝キロワット。上記の三
つの実施例の作動条件とＰＳＡシミュレーションの結果
は以下のとおりである。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】表１〜３の実施例から図６の段階を利用し
た図５のＰＳＡシステムの二つの吸着床を高純度の窒素
（＞９９．９９９％）を低い吸着床サイズファクターと
低い電力消費量で製造するために用いることができるこ
とが明らかである。また最低圧力が１０１．３２５ｋＰ
ａで、即ち廃棄流を再圧縮するために真空ポンプを必要
としないで、即ちＰＳＡプロセスについて最低の資本コ
ストで、ＰＳＡプロセスを用いて表１の結果が得られた
ということは注目すべきである。従って表１に示す実施
例ではＰＳＡプロセスは超大気モードで作動している。
表２及び３はそれぞれ一層及び二層の酸素平衡選択吸着
剤を用いたＰＳＡプロセスに相当する。ＰＳＡサイクル
と二層以上の酸素平衡選択吸着剤（表３）を用いるＰＳ
Ａプロセスを応用する際には吸着剤を良く限定された順
序に配置する必要があることに注意すべきである。例え
ば図３の吸着剤を用いた実施例では表３の結果を得るた
めには吸着剤Ａを吸着床の製品端近くに配置し吸着剤Ｂ
を吸着床の供給端近くに配置する必要がある。このよう
な酸素平衡選択吸着剤の配置により、単一層の酸素平衡
選択吸着剤に比べてＰＳＡプロセスの電力消費が約１
０．５％（８．２９対９．２６ｋＷ／ＴＰＤ）削減され
た（表３対表２）。
た図５のＰＳＡシステムの二つの吸着床を高純度の窒素
（＞９９．９９９％）を低い吸着床サイズファクターと
低い電力消費量で製造するために用いることができるこ
とが明らかである。また最低圧力が１０１．３２５ｋＰ
ａで、即ち廃棄流を再圧縮するために真空ポンプを必要
としないで、即ちＰＳＡプロセスについて最低の資本コ
ストで、ＰＳＡプロセスを用いて表１の結果が得られた
ということは注目すべきである。従って表１に示す実施
例ではＰＳＡプロセスは超大気モードで作動している。
表２及び３はそれぞれ一層及び二層の酸素平衡選択吸着
剤を用いたＰＳＡプロセスに相当する。ＰＳＡサイクル
と二層以上の酸素平衡選択吸着剤（表３）を用いるＰＳ
Ａプロセスを応用する際には吸着剤を良く限定された順
序に配置する必要があることに注意すべきである。例え
ば図３の吸着剤を用いた実施例では表３の結果を得るた
めには吸着剤Ａを吸着床の製品端近くに配置し吸着剤Ｂ
を吸着床の供給端近くに配置する必要がある。このよう
な酸素平衡選択吸着剤の配置により、単一層の酸素平衡
選択吸着剤に比べてＰＳＡプロセスの電力消費が約１
０．５％（８．２９対９．２６ｋＷ／ＴＰＤ）削減され
た（表３対表２）。
【００３１】更に表２と表３の結果を比べると、二層の
酸素平衡選択吸着剤を用いた場合の電力消費の約１０．
５％の削減は、この発明のもう一つの特徴であるＰＳＡ
サイクルのタイプに関連している。例えば表２と３の結
果はそれぞれ一層（即ち図３の吸着剤Ｂ）及び二層（図
３のＡとＢ）の酸素平衡選択吸着剤を用いることに相当
している。表３の結果は吸着剤Ａを吸着床の製品端近く
に配置し吸着剤Ｂを吸着床の供給端近くに配置した場合
に得られた。ＰＳＡサイクルの並流減圧段階の間、吸着
剤Ａは吸着剤Ｂよりも酸素（重い成分）が通り抜けるこ
とを防止する。従って、並流減圧段階の間に得られて均
一化タンクに通された窒素製品は吸着剤Ｂのみを用いた
吸着床で得られた製品よりも重い成分の不純物が少ない
か、又は並流減圧段階の間の平均の窒素純度を有する窒
素に関すれば吸着剤Ｂのみを用いた場合に比べて吸着剤
Ａ及びＢを用いた場合にはより多量の窒素が再生され
る。
酸素平衡選択吸着剤を用いた場合の電力消費の約１０．
５％の削減は、この発明のもう一つの特徴であるＰＳＡ
サイクルのタイプに関連している。例えば表２と３の結
果はそれぞれ一層（即ち図３の吸着剤Ｂ）及び二層（図
３のＡとＢ）の酸素平衡選択吸着剤を用いることに相当
している。表３の結果は吸着剤Ａを吸着床の製品端近く
に配置し吸着剤Ｂを吸着床の供給端近くに配置した場合
に得られた。ＰＳＡサイクルの並流減圧段階の間、吸着
剤Ａは吸着剤Ｂよりも酸素（重い成分）が通り抜けるこ
とを防止する。従って、並流減圧段階の間に得られて均
一化タンクに通された窒素製品は吸着剤Ｂのみを用いた
吸着床で得られた製品よりも重い成分の不純物が少ない
か、又は並流減圧段階の間の平均の窒素純度を有する窒
素に関すれば吸着剤Ｂのみを用いた場合に比べて吸着剤
Ａ及びＢを用いた場合にはより多量の窒素が再生され
る。
【００３２】また加圧段階の間、吸着剤Ａは顕著な量の
窒素を吸着しない。従って供給物を少し加圧しただけで
吸着床が高圧に達することができる。カラムを吸着圧力
に加圧するためにより少ない供給物しか必要としないの
で電力消費量の削減が達成される、即ちＰＳＡサイクル
の電力消費が削減される。これまでの記載は単にこの発
明を例証するものに過ぎないことを理解すべきである。
当業者はこの発明の範囲内で種々の変更、改良及び別の
作動条件を工夫することが可能である。
窒素を吸着しない。従って供給物を少し加圧しただけで
吸着床が高圧に達することができる。カラムを吸着圧力
に加圧するためにより少ない供給物しか必要としないの
で電力消費量の削減が達成される、即ちＰＳＡサイクル
の電力消費が削減される。これまでの記載は単にこの発
明を例証するものに過ぎないことを理解すべきである。
当業者はこの発明の範囲内で種々の変更、改良及び別の
作動条件を工夫することが可能である。
【図１】従来技術のベルグバウ−フォーシュング炭素モ
レキュラーシーブについての吸着等温式（即ち、圧力に
対する吸着量）をプロットしたものである。
レキュラーシーブについての吸着等温式（即ち、圧力に
対する吸着量）をプロットしたものである。
【図２】従来技術のベルグバウ−フォーシュング炭素モ
レキュラーシーブについての捕捉速度（即ち、時間に対
する捕捉分率）をプロットしたものである。
レキュラーシーブについての捕捉速度（即ち、時間に対
する捕捉分率）をプロットしたものである。
【図３】この発明で用いた二つの酸素平衡選択吸着剤に
ついての吸着等温式（即ち、圧力に対する吸着量）をプ
ロットしたものである。
ついての吸着等温式（即ち、圧力に対する吸着量）をプ
ロットしたものである。
【図４】図３に示した酸素平衡選択吸着剤についての捕
捉速度（即ち、時間に対する捕捉分率）をプロットした
ものである。
捉速度（即ち、時間に対する捕捉分率）をプロットした
ものである。
【図５】この発明の方法を実施するためのＰＳＡシステ
ムの概要図である。
ムの概要図である。
【図６】図５の吸着床の同時操作を示した概要図であ
る。
る。
１０、１２ 吸着床 １４ 空気入口導管 １５ フィルター １６ コンプレッサー １８ 油水フィルター ２０ カーボントラップ ２２、２４ 供給弁 ２６、２８ 吸着床入口 ３０、３２ 排気弁 ３４、５２ 導管 ３６ 任意の真空ポンプ ３８、４０ 製品出口導管 ４２、４４、５４、５６、５８、６０ 弁 ４６ 製品導管 ４８ 制御弁 ５０ 製品貯蔵タンク ６２ 均一化タンク
Claims (3)
- 【請求項１】 より好ましい気体とより好ましくない気
体との混合物から前記のより好ましい気体を抽出する圧
力スウィング吸着（以下「ＰＳＡ」という。）方法であ
って、平衡状態で前記のより好ましくない気体への選択
吸着性を示す囲いの中の吸着床を用い、ａ）前記混合物
の供給物で前記吸着床を高圧に加圧して前記吸着床に前
記のより好ましくない気体を吸着させることを可能にす
る段階と、ｂ）吸着床圧力にある前記吸着床から前記の
より好ましい気体流を抽出してそのより好ましい気体流
の少なくとも一部を製品タンクに貯蔵する段階と、ｃ）
前記囲いの中の空隙ガスを貯蔵タンクに供給することに
より前記吸着床から前記のより好ましくない気体を脱着
する段階と、ｄ）更に前記吸着床に低圧域への口を開け
ることにより前記吸着床から前記のより好ましくない気
体を脱着する段階と、ｅ）前記貯蔵タンクからの前記空
隙ガスを前記吸着床に供給することにより前記吸着床を
パージする段階と、ｆ）前記貯蔵タンクからの空隙ガス
流で前記吸着床を中圧力に加圧する段階と、前記のより
好ましい気体に対する要求が満たされるまでａからｆま
での段階を繰り返す段階とから成る圧力スウィング吸着
方法。 - 【請求項２】 前記吸着床が少なくとも吸着材料の第一
層と吸着材料の第二層とから成り、前記第一層が前記吸
着床への供給物の入口と前記第二層との間に位置しかつ
前記第二層が前記第一層と前記吸着床からの出口端との
間に位置し、前記第一層が前記のより好ましくない気体
に対する第一平衡選択収着能力を有する吸着剤を含みか
つ前記第二層が前記のより好ましくない気体に対する第
二平衡選択収着能力を有する吸着剤を含み、前記のより
好ましくない気体に対する前記第二平衡選択収着能力が
作動圧力の範囲内において第一平衡選択収着能力より大
きい請求項1 に記載のＰＳＡ方法。 - 【請求項３】 前記のより好ましい気体が窒素であり前
記のより好ましくない気体が酸素である請求項２に記載
のＰＳＡ方法。
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