JPH11104430A - 気体流の分離のためのpsa法 - Google Patents

気体流の分離のためのpsa法

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JPH11104430A
JPH11104430A JP10210075A JP21007598A JPH11104430A JP H11104430 A JPH11104430 A JP H11104430A JP 10210075 A JP10210075 A JP 10210075A JP 21007598 A JP21007598 A JP 21007598A JP H11104430 A JPH11104430 A JP H11104430A
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temperature
pressure
nitrogen
adsorbent
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Christian Monereau
クリスチアン・モネロー
Dominique Rouge
ドミニック・ルージュ
Nathalie Derive
ナタリー・デリーブ
Christophe Montfort
クリストフ・モンフォール
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【課題】空気の取入れ温度にかかわらず工業的規模で容
易に実施しうるものであり、酸素の製造の費用を減少さ
せることを可能とするPSA法を提供すること。 【解決手段】少なくとも1つの分離帯域において挿入さ
れる少なくとも1つの吸着材料の床について、高吸着圧
力で、好ましくは窒素の吸着により本質的には酸素およ
び窒素を含む気体流を分離するPSA法である。前記材
料は優先的に窒素を吸着し、それぞれの吸着材料の床は
連続的な分離サイクルに供され、それぞれの分離サイク
ルは少なくとも、前記高吸着圧より低い低脱着圧で前記
吸着材料上に吸着された窒素の脱着を含むパージ相、低
脱着圧から高吸着圧への移行を伴う分離帯域へのサプラ
イ温度(Tsup )での気体流の導入を含むサプライ相を
具備し、加えて、分離される気体流のサプライ温度(T
sup )の調節および高吸着圧の調整を具備することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素または酸素で
富化された、すなわち窒素が減少した気体流を生産する
ことを目的として、ゼオライトのような吸着材料上に窒
素を好ましく吸着させることにより、空気のような本質
的に酸素および窒素を含む気体流を分離するPSAタイ
プの方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酸素は大きな産業上の利益を有する気体
である。なぜなら、例えば、製鉄、ガラス製造、または
製紙、医療、金属の溶接、焼却または公害防止のような
非常に多種類の技術分野において多数の応用を有するか
らである。
【0003】酸素を生産するために現在使用される技術
の1つは、いわゆる「PSA」(圧力スイング吸着(P
ressure Swing Adsorptio
n))技術である。本発明の分野の中で、PSA法によ
り、厳密ないわゆるPSA法だけでなく、VSA(真空
スイング吸着(Vacuum Swing Adsor
ption))法またはMPSA(混成圧力スイング吸
着(Mixed Pressure Swing Ad
sorption))法のような類似の方法もまた意味
される。
【0004】このPSA技術によれば、空気のような本
質的に酸素および窒素を含む気体混合物中に含まれる酸
素は、好ましくは窒素を吸着する材料での窒素の吸着に
より気体混合物から分離され、前記の窒素の吸着は、前
記の吸着材料を含む分離帯域内に加えられる圧力変化に
より実施される。吸着されないかまたはわずかにのみし
か吸着されない酸素が前記の分離帯域の出口で回収され
る。
【0005】その様なPSA法は、先行技術においてし
ばしば、すでに記載されてきた。概略的には、PSA法
は常に、 −いわゆる「高圧」の吸着のときの吸着材料上に窒素を
選択的に吸着する工程、 −いわゆる「低圧」の吸着圧力より低い脱着圧力のとき
の、吸着剤によりトラップされる窒素の脱着工程、 −低圧から高圧までの経過による、吸着剤を含む分離帯
域の再加圧工程を含み、酸素製品は、窒素の脱着相の間
に回収される。
【0006】このことから、気体混合物の分離の効率
は、例えば、高圧、低圧、吸着材料のタイプおよび分離
される化合物についての吸着材料の親和性、分離される
気体混合物の組成、分離される混合物の吸着温度、吸着
剤ボールのサイズおよび形状、それらボールの組成およ
び吸着剤床の内部で確立された温度勾配のような多くの
変数に依存することが容易に理解される。
【0007】しかしながら現在まで、一般的挙動につい
ての法則は決定されうることはなかった。というのは、
互いに異なる変数を関連させることはきわめて難しいか
らである。
【0008】従って、米国特許第3,140,933号
は、リチウムを交換されたタイプXのゼオライトを用い
るPSA法を開示するが、しかしそれが望ましく機能す
るサプライ温度も示さず、吸着圧力(高圧)および脱着
圧力(低圧)のその好ましい範囲における温度も示さな
い。
【0009】同様に、EP−A−0667183は、5
0〜95%のリチウムカチオン、4〜50%の3価のカ
チオンを交換されたタイプXのゼオライトを用いるPS
A法を開示する。そこでも再び、サプライ温度、吸着圧
力または脱着圧力の好ましい範囲は示されない。
【0010】他方では、温度変数に関する多かれ少なか
れ反論についての参照文献が存在する。
【0011】従って、米国特許第3,973,931号
は、吸着剤床の内部の温度変化が外側の熱源によって前
記の床の加熱により強調されるPSA法を開示する。
【0012】反対に、米国特許第5,169,413号
は、吸着剤床が内部の冷却系によって周囲の温度より低
い温度まで冷却されるPSA法を開示する。この刊行物
の教示は、それゆえ、前出の刊行物の教示に対して矛盾
する。
【0013】その上、他の刊行物は、操作時間にわたっ
てPSA法の調節を行う必要性を強調する。
【0014】従って、米国特許第5,529,607号
は、床の1つから脱着された窒素中の酸素濃度と他の床
から脱着された窒素中の酸素濃度との間の絶対差が周期
的に定量され、前記の絶対差を減らすようにパージの持
続時間および機会が周期的に調節され、その時間は予定
された持続時間または窒素中の酸素の最大濃度に対して
相対的に規定される、少なくとも2つの吸着床を具備す
るPSA法を開示する。
【0015】その上、米国特許第5,407,465号
は、吸着床の中の温度プロフィールの変化の定量の関数
として調節される少なくとも2つの吸着床を具備するP
SA法を教示する。この方法は、パージの問題および過
度または不十分な持続時間の問題をなくすことを可能に
する。
【0016】その上、米国特許第5,258,056号
は、その調節が、参照信号の測定および、系に入る気体
のサプライフローを調節するように適合されたバルブ制
御信号に由来するような決定された値との後者の比較に
より実行されるPSA法を提案する。
【0017】しかしながら、それら刊行物のいかなるも
のも、PSAユニットの性能に対して周囲温度の変化に
より設定される問題を解決することを可能としない。周
囲空気は、本発明の文脈において、加熱されうるか加熱
され得ない建築物もしくは囲いの内部に含まれる空気、
またはいわゆるそれ自体でもしくは所望であれば前処理
された大気条件の下での外部の空気である。
【0018】実際、機械の吸入温度、すなわち吸着装置
にサプライするコンプレッサーにより吸入された周囲空
気の温度は、PSAユニットが設置されている地理学的
位置の一年の期間、すなわち季節、およびより一般的に
は、場所において支配的である気候の関数として有意に
変化することが知られている。
【0019】しかしながら、そのような吸入温度の変動
は、1年の間のPSAユニットの性能の重要な変化のも
ととなるものであって、後者は、周囲温度にしたがって
多かれ少なかれ低下するものである。
【0020】吸入温度の変動のこの問題を克服するため
の解決策は、再加熱するために、または場合によって
は、圧縮の間にすでに再加熱される吸入空気を冷却し、
それにより制御されたサプライ温度で空気の吸着装置に
おける導入を保証するために、例えば空気の圧縮源と吸
着装置との間に1以上の熱交換器を配置することによ
り、サプライ温度、すなわち吸着装置の内部に導入され
る空気の温度を制御することにあるといえよう。
【0021】しかしながら、コンプレッサーに供給する
空気の吸入温度が材料の量、すなわち吸着装置に導入さ
れる気体の量、結果として吸着装置において優位である
圧力および同様にPSAプロセス全体の性能に影響する
とすれば、サプライ温度の制御のみが不十分にとどまる
ことが観察された。
【0022】別の言葉で言えば、例えば周囲温度が0℃
より低いときは、コンプレッサーにより取り入れられる
空気の量は、他の全てが等しいものとして例えば周囲空
気が約30℃であるときにコンプレッサーにより取り入
れられる空気の量と等しくない。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ本発明の目的
は、好ましくはVSAである、PSA法の性能を実質的
に等価に維持することを可能とする調節系を提供するこ
とにより、周囲温度の変動によるPSAプロセスの性能
におけるランダムな変化の問題を解決することであり、
これは、空気の取入れ温度がどんなものであろうと工業
的規模で容易に実施するものであり、酸素の製造の費用
を減少させることを可能とするものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】それゆえ、本発明は、吸
着材料が好ましくは窒素を吸着し、少なくとも1つの分
離帯域内に挿入される少なくとも1つの吸着材料床につ
いて高吸着圧で、窒素の優先的吸着により、本質的に酸
素および窒素を含む気体流を分離するPSAプロセスに
関し、それぞれの吸着材料床は連続分離サイクルに供さ
れ、それぞれの分離サイクルは少なくとも、 −低脱着圧から高吸着圧への移行を有する分離帯域への
サプライ温度(Tsup)での気体流の導入を含むサプラ
イ相、 −前記の高吸着圧より低い低脱着圧での前記の吸着材料
について吸着された窒素の脱着を含むパージ相を含み、
その上、分離される空気のような気体流のサプライ温度
(Tsup )の調節および高吸着圧の調整を具備すること
を特徴とする。
【0025】
【発明の実施の形態】選択された態様にしたがって、本
発明の方法は1または複数の以下の特徴を含みうる、す
なわち、 −高吸着圧の調整が、可変の持続時間Xの休止期間(d
ead time)のサプライ相への導入により実行さ
れる、 −あらかじめ決められた参照圧力値に実質的に等しい高
圧が維持される、 −あらかじめ決められた参照温度値に実質的に等しいサ
プライ温度Tsup が維持される、 −Xo=d・(Tsup max/Tsup O−1) のような持続時間Xoの初期休止時間が選択される、な
お式中、 −dは分離される気体流についての分離帯域の供給の持
続時間であり、 −Tsup maxは、PSAユニットが検討される場所に
ついて操作されるべき気体流の最大サプライ温度(Kで
の)であり、 −およびTsup Oは、検討される場所についての気体流
の平均サプライ温度(Kでの)である、 −高吸着圧は、105 Paないし106 Paであり、好
ましくは、およそ1.4×105 Paである、 −サプライ温度(Tsup )は、10℃ないし60℃であ
り、好ましくは25℃ないし45℃であり、 −最大サプライ温度(Tsup max)は、288Kない
し333Kであり、 −平均サプライ温度(Tsup O)は、273Kないし3
03Kの間であり、 −供給の持続時間(d)は、45秒以下である、 −分離される気体流は空気である、 −吸着材料は、X型またはA型のゼオライトから選択さ
れる、および、好ましくは、前記のゼオライトは、カル
シウム、リチウム、亜鉛、銅、マンガン、マグネシウ
ム、ニッケルまたはいずれかのアルカリ金属もしくはア
ルカリ土類金属のカチオンからなる群より選択されるカ
チオンに結合したAlO2 を少なくとも50%含む。
【0026】その上、本発明は、サプライ温度
(Tsup )を調節する手段および高吸着圧を調整する手
段を含む、上記の方法のような、本質的に酸素および窒
素を含む気体流を分離するPSA法を実施することに適
合した装置に関する。
【0027】好ましくは、装置は、あらかじめ決められ
た参照温度値近くにサプライ温度(Tsup )を、および
/またはあらかじめ決められた持続時間の参照値近くに
休止時間Xの持続時間を調節することを可能とする制御
手段をも含む。
【0028】好ましくは、本発明の装置は、1から3の
分離帯域または吸着装置を含む。
【0029】本発明はこれから例証として与えられる実
施例を補助としてより詳細に記載されるであろう、しか
し本発明を少しも限定するものではない。
【0030】
【実施例】後述の実施例において与えられた結果は、適
切なシミュレーションプログラムを補助として(慣用の
モード)シミュレートされた。
【0031】シミュレーションのために用いられるプロ
グラムは、質量保存の原理、エンタルピー保存の原理、
運動量保存の原理に根拠を置き、吸着剤の固まりの内部
の固相−気相転移の動力学の評価のためのリニア・ドラ
イビング・フォース(linear driving
force)(「吸着および吸着プロセスの原理(Pr
inciples of adsorption an
d adsorption processes)」、
ジョン・ウィリー&サンズ(John Wiley&S
ons)、1984年、D.M.ラスブン(Ruthv
en)、242〜243ページ、または「圧力スイング
吸着(Pressure SwingAdsorpti
on)」、VCSパブリッシャーズ、1994年、58
−61ページ参照)のモデルを使用する。その様なシミ
ュレーションモデルは特に、圧力スイング吸着、ラスブ
ン、ファルーク(Farooq)およびクネーベル(K
naebel)著、VCHパブリッシャーズ、1994
年、172〜209ページ、および、パックされたカラ
ムを通しての流体流動(Fluid FlowThro
ugh Packed Columns)、S.アーガ
ン(Ergun)、Chem.Engr.Prog.,
48(2),89(1952)において記載される。方
程式の解は、例えば、マイクロソフト(Microso
ft)(商標)社により販売されている国際数学および
統計学ライブラリー(International M
athematical&Statistical L
ibrary)のDIVPAGプログラム、またはアス
ペンテック(Aspentech)(商標)社により販
売されているADSIMプログラムによって実行されう
る。当業者は、市場における多数の使用できるプログラ
ムの中から適切なシミュレーションプログラムを選択
し、それに以前のデータを導入することが完全に可能で
ある。もし必要ならば、類似するプログラムを記載する
D.G.ハーツォグ(Hartzog)およびS.サー
カー(Sircar)による論文、アドソープション
(Adsorption),1,133〜151(19
95),変数をインプットするPSAプロセスの性能の
センシティビティ(Sensitivity of P
SA Process Performance to
Input Variables)を参照することが
できる。
【0032】以下のすべての実施例において、分離され
るべき、本質的に酸素および窒素を含む気体混合物は空
気である。
【0033】本発明のPSA法の経済的性能は、いわゆ
るシミュレーションにより以下の方程式を用いることに
より、次の全実施例について同じ方法で評価された。
【0034】比エネルギー指数(ES)は、下記の式に
より与えられる(20℃において、70%の相対湿度に
ついて)、すなわち、
【数1】 式中、 −Rは、収量(%)であり、 −tは、気体生成物の酸素濃度であり、 −ΔPは、すなわち真空ポンプおよびエアコンプレッサ
ーである、機械のサプライ圧力(Psup )と吐出圧力
(Pout )の間の圧力差である。
【0035】計算について用いられる圧力降下は、エア
コンプレッサーの吸入については1500Paから(1
5 Paに)、エアコンプレッサーの吐出については4
000Paから(105 Paに)、真空ポンプの吸入に
ついては2000Paから(105 Paに)および真空
ポンプの吐出については1500Paから(105
a)であり、すなわち、 −Kwは、瞬間軸力であり、Qは、機械の瞬間流量であ
り、それらの値は前記の機械の技術特性により与えら
れ、 −モーター出力は95%であり、 −伝達出力は98%であり、 −Tsup は、空気のサプライ温度、すなわち機械に流入
する空気の温度である。
【0036】投資指数(I2 )は、参照投資指数
(I1 )から計算され、下記の式により与えられる、す
なわち、
【数2】 式中、
【数3】 は、次の表1の中で示される異なるコストの項目から計
算される参照の投資である。
【0037】・Y2,iおよびY1,iは、表1におい
て示されるコストのパラメーターである。
【0038】・αiは推定能力を表し、それは、それぞ
れのコストの項目について試みられる経済性を考慮する
(表1参照)。
【0039】
【表1】
【0040】酸素のコスト指数(CO2)は、下記の式に
より評価される、すなわち、 CO2=(ES×Pe+CC×I)/Pan 式中、 −ESは、比エネルギー指数であり、 −Iは、投資指数であり、 −Peは、エネルギー(電気など)の平均価格であり、 −CCは、設備および保全の減価償却を含むコストのパ
ラメーターであり、 −Panは、生産される酸素の1年の生産量である。
【0041】続く実施例において、PSA法の性能の研
究は、与えられるサイクルおよび恒常的な機械について
実行された。
【0042】用いられるサイクルは、2×37秒の全持
続時間(2つの吸着装置が並行して働く)を有し、下記
の様式において概略化されうる、すなわち、 −およそ1.4×105 Paの高圧までの、適切にはい
わゆる製造相、すなわち5−(X/2)秒の間起こる、
窒素の吸着および酸素の回収である、 −10秒間の製造および溶離相、 −7秒間の向流での低平衡相、 −およそ0.4×105 Paの低圧までのパージ相、す
なわち吸着剤床によりトラップされた窒素の脱着および
前記の窒素の排出についてであり、そのパージは20秒
間行われる、 −10秒間の溶離相、 −7秒間の向流の高平衡相、 −持続時間X(秒での)の可変の休止時間(0≦X<1
0秒での)、 − 15−(X/2)秒間続行する、新たな分離サイク
ルについての、いわゆる低圧から高圧への経過である再
圧縮相。
【0043】2つの吸着装置が異なる圧力であるとき、
平衡相は、互いについて2つの吸着装置(フラスコ)を
連通状態とすることに対応する。
【0044】異なるシミュレーションは定常状態の機械
で実行された、つまり、容積測定機械(volumet
ric machine)(空気ポンプなど)は標準条
件の下で、すなわち、20℃の空気サプライ温度(T
sup )および35℃の吸着装置への空気フィード温度
(Tfeed)について、それぞれ1.4×105 Paおよ
び0.4×105 Paの高圧および低圧を供給するよう
に選ばれる。20℃のサプライ温度(Tsup )は、実際
に、ヨーロッパのような温暖な地域の平均温度に対応す
る。
【0045】従って、その設備の場所の条件の関数とし
て、現実の条件のもとで与えられたPSAユニットの操
作を正確に評価することができる。
【0046】次の実施例において使用される吸着材料は
場合に応じて次ぎのものである、つまり、 −リチウムカチオンに結合するおよそ86%のAlO2
を含むX型ゼオライト(以下LiX)、または −カルシウムカチオンに結合するおよそ80%のAlO
2 を含むA型ゼオライト(以下CaA)のいずれか。
【0047】これらの吸着材料は、並行して働く2つの
吸着装置の中に単一床の形態で挿入される、つまり、吸
着装置の1つが製造相であるときに、もう1つはパージ
相または再圧縮相である。その様なゼオライトは、最近
では、商業的に入手しうる。
【0048】サプライ空気の温度(Tsup )、すなわち
エアコンプレッサーに供給する周囲空気の温度の関数と
して、これら2つの吸着材料のそれぞれについて、この
PSA法(より正確に言えばVSA)の性能の変化を研
究するために、調節の異なった場合において−10℃か
ら35℃の範囲においてサプライ温度を変化させる、す
なわち、 事例1:休止時間(X>0)の導入による1.4×10
5 Paへのサイクルの高圧の調節および35℃への吸着
装置のフィード温度の調節、 事例2:休止時間(X>0)の導入による1.4×10
5 Paへの恒久的なサイクルの高圧の調節、しかし吸着
装置のフィード温度(Tfeed)の調節はない(熱交換器
はない)、 事例3:35℃への吸着装置のフィード温度(Tfeed
の調節(コンプレッサーおよび吸着装置の間の熱交換器
の存在)、しかし休止時間が欠如(X=0)しているの
で、サイクルの高圧の調節はない、 事例4:VSAユニットをまったく調節しない。
【0049】吸着装置に導入される圧縮された空気のフ
ィード温度(Tfeed)が調節されないときは、後者は、
前記のフィード機械(例えばコンプレッサー)を通して
前記の空気の通過により発生する温度上昇により増大す
るサプライ機械により吸入される周囲空気のサプライ温
度(Tsup )に等しい値を確立する。
【0050】同様に、サイクルの高圧が調節されないと
きに、後者は、吸着装置に導かれる材料(空気)の量と
分子ふるいにより吸着される物質(特に窒素)の量との
間の平衡に由来する結果である値を確立する。
【0051】休止時間の導入による1.4×105 Pa
へのサイクルの高圧の調節は、場合に応じて、前記の休
止時間の持続時間Xの時間の間の上昇または低下を引き
起こし、それは必然的に、0以上である(X≧0)。実
施例において、高圧の調節は次の様相を取る、すなわ
ち、 Xo =A Xn+1 =Xn・(1+a・((Phn/Phc)−
1)) ここで、 −Xnはサイクルnについての休止時間であり、 −Xn+1 はサイクルn+1についての休止時間であり、 −Aは最初の休止時間Xoの値であり、 −Phnはサイクルnについての高圧であり、 −PhCは参照高圧であり、 −aは調節の利得である。
【0052】次に示す表2から5は、サプライ温度(T
sup )および用いられる調節、すなわち高圧および/ま
たはフィード温度(Tfeed)(事例1から4)のタイプ
の関数としてPSAユニットの性能の伸展を視覚化する
ことを可能とする。結果は、20℃のサプライ温度に相
対する指数として与えられる。
【0053】実施例1 この実施例は、−10、0、+20および+35℃のサ
プライ温度により、PSAサイクルの高圧および/また
は吸着装置のフィード温度の調節のある場合またはない
場合に実施された。Xoの値は、ここでは1.5秒に固
定される。
【0054】表2から5において得られ、記録された結
果は指数として与えられ、つまり、それらは与えられた
調節のタイプ(事例1から4)に従ってPSA法の変動
を示すものである。
【0055】
【表2】
【0056】
【表3】
【0057】
【表4】
【0058】
【表5】
【0059】吸着装置のフィード温度(Tfeed)のみに
ついて実行されるか、または高圧のみについて実行され
る調節は、1年を通じて製造の場所において遭遇するよ
う適合される−10℃から+35℃のサプライ温度の変
化によるPSAユニットの性能の大きな変動を補償する
のに十分でなく、すなわち製造流の指数および比エネル
ギー(Es)を補償するのに十分でないことが表2から
5により明瞭に分かる。
【0060】逆に、サプライ温度、すなわち周囲空気の
温度がどんなであろうと、吸着装置のフィード温度(T
feed)と使用される高圧の両方の2重調節は、まったく
有効であることが理解されるであろうし、PSAユニッ
トの性能を実質的に一定に維持することが可能である。
【0061】しかしながら、この2重調節により得られ
る性能はまったく驚くべきもので、意外であり、互いに
独立に考慮される2つの調節の加算を超えているものと
して与えられることを強調せねばならない。実際、事例
4から明らかである様に、あらゆる調節の欠如におい
て、サプライ温度が増大するときに、サイクルの高圧に
おける上昇が生じる。この観点から、および高圧におけ
るこの望ましからぬ増大を克服するために、フィード温
度(Tfeed)が大きくなっているときに、当業者は休止
時間(X)の持続時間を大きくする傾向があるであろ
う。
【0062】しかしながら、フィード温度が高くなると
きに、上述の2重調節の使用は正確に反対の解決、すな
わち、休止時間(X)の持続時間の短縮に導く。実際、
フィード温度の調節は、特に吸着された窒素の量であ
る、物質の量に作用し、その結果、休止時間Xの持続時
間、気体相と吸着相の間の平衡、それゆえ、製造相の終
わりの高吸着圧とともに変化する。
【0063】その結果、意外にも、2つの調節、すなわ
ちフィード温度および高圧の調節の組み合わせが、サプ
ライ温度がどんなであろうと、実質的に一定の流量およ
び比エネルギーを獲得するようにPSA法の平衡を確保
することを可能とするということになる。
【0064】実施例2 この実施例は、Tsup =Tsup Oにより規定される標準
条件の下にある休止時間の初期値である、休止時間Xo
の最適値を測定することを求める。その値は現実の条件
の下でのPSA法の調節に対応しなければならない、す
なわち、一年の大部分の間のサプライ温度および/また
は周囲温度がどんなであろうとである。
【0065】従って、やがて実質的に一定のPSA法の
性能を維持することを可能とするために、すなわち、
(夏における)高いサプライ温度かまたは(冬におけ
る)低いサプライ温度について同一であるために、実施
例1の結果から考えて、過度の大きさを有するフィード
機械(コンプレッサーなど)、すなわち、標準条件(T
su p =Tsup O)の下でゼロでない持続時間の休止時間
Xoの存在を保証するものを提供することが必要である
であろう。実際、Tsup がTsup Oより大きくなるや否
や、Xoから出発する休止時間Xは、実施例1において
示されるのと同様に減少する傾向があるであろう。
【0066】言い換えれば、一方では、標準条件の下で
のPSAユニットの価格(特に酸素生成物のコスト)お
よび他方では、変化する環境において、やがて変化する
サプライ温度についての前記のユニットの柔軟性および
性能の間の経済的な妥協を達成することが重要である。
【0067】表6および7は、製造される酸素のコスト
についての標準条件下での休止時間Xoの長さの影響お
よび2重調節、すなわち高圧およびフィード温度を示す
PSAユニットの性能をはっきりと示す。
【0068】表6は、標準条件(20℃)下での1.5
秒のXoの値について得られた結果を示し、表7は、標
準条件(Tsup O=20℃について)下での0秒のXo
の値について得られたものを示す。
【0069】
【表6】
【0070】
【表7】
【0071】標準条件(Tsup =Tsup O)下で、ゼロ
に等しいXoの値を選ぶことは性能に導き、従って、T
sup O以下のサプライ温度について一定の酸素のコスト
に導くことが理解されるであろう。しかしながら、T
sup Oより高い温度について同じことは真実ではない。
と言うのは、性能従って酸素のコストは実質的に損なわ
れているからである。
【0072】高いサプライ温度、すなわちTsup Oより
実質的に高い温度(ここでは約35℃)に関して、似た
ような観察は1.5秒のXoの値についてもなされう
る。
【0073】PSAユニットが操作される位置にしたが
って、PSAユニットが設置される製造場所についての
最適初期Xoを決定するために、ユニットのコストとP
SAユニットが前記製造場所に適合せねばならない最大
サプライ温度(Tsup max)との間の妥協点を見出す
ことが必要であるということになる。特に、PSAユニ
ットが設置される場所で平均サプライ温度に等しいサプ
ライ温度(Tsup )が与えられるとすれば、初期休止時
間Xoは、PSAユニットの採寸の時点で固定される休
止時間である。
【0074】従って、標準条件下のゼロでない休止時間
Xoの存在は、これらの条件下でのPSAユニットの過
大な規模を含意する。他方、0に等しくない休止時間X
oの存在のみが、標準フィード温度より高いフィード温
度についてのPSAユニットの適合(維持された性能)
を保証することを可能とする。
【0075】Xoの決定は、次の式を用いて実行されう
る、すなわち、 Xo=d・(Tsup max/Tsup O−1) 式中、 −Xoは、標準条件下でのPSAユニットの休止時間の
長さ(秒において)であり、 −dは、吸着装置のフィードの持続時間(秒において)
であり、 −Tsup maxは、PSAユニットの性能が低下するこ
となく、場所においてPSAユニットが年間にわたって
供されうる最大サプライ温度(°Kにおいて)である。
例えば、Tsup maxは、サプライ温度Tsup がTsup
max未満である1年にわたる確率が、80%より大き
いように選択されうる −およびTsup Oは、1年にわたる場所における平均サ
プライ温度(°Kにおいて)である。
【0076】サイクルの高圧および吸着装置のフィード
温度を同時に、PSAプロセスの2重調節により操作す
ることにより、前述の式に従って標準条件下で持続時間
Xoの休止時間を導入することにより、本発明の場合に
おいて1年の少なくとも80%に対応する広範なサプラ
イ温度(Tsup )にわたってPSAユニットの性能を維
持することが可能である。
【0077】その上、LiXタイプのゼオライトを用い
ることにより得られる結果は、すべての事例においてC
aAタイプのゼオライトを用いて得られる結果と等価で
あることに注意すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドミニック・ルージュ フランス国、92240 マラコフ、アブニ ュ・ピエール・ブロッソレット 108 (72)発明者 ナタリー・デリーブ フランス国、75010 パリ、リュ・ボール ペール 22 (72)発明者 クリストフ・モンフォール フランス国、78530 ビュク、リュ・ル イ・ブレリヨ 412

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 本質的に酸素および窒素を含有する気体
    流を少なくとも1つの分離帯域に挿入された吸着剤の少
    なくとも1つの床上で、高い吸着圧力で、窒素の優先的
    吸着により分離するためのPSA法であって、該吸着剤
    は優先的に窒素を吸着し、吸着剤の各床は順次的分離サ
    イクルに供され、各分離サイクルは、少なくとも、 フィード温度(Tfeed)において、低い脱着圧力から高
    い吸着圧力への経過を備えた分離帯域への気体流の導入
    を含むフィード相、 該高い吸着圧力より低い低い脱着圧力における該吸着剤
    上に吸着された窒素の脱着を含むパージ相を備え、さら
    に、分離すべき気体流のフィード温度(Tfeed)の制御
    および該高い吸着圧力の調節を含むことを特徴とする気
    体流の分離のためのPSA法。
  2. 【請求項2】 該高い吸着圧力の調節が、可変長Xのデ
    ッド時間を該フィード相に導入することによって行われ
    ることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 該高い圧力が、所定の参照圧力値に実質
    的に等しく維持されることを特徴とする請求項1または
    2記載の方法。
  4. 【請求項4】 フィード温度(Tfeed)が所定の参照温
    度値に実質的に等しく維持されることを特徴とする請求
    項1ないし3のいずれか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 初期デッド時間が、以下の式で表わされ
    る持続時間XO : XO = d・{(Tsup max /Tsup O )−1} (式中、dは、分離すべき気体流による分離帯域のフィ
    ードの持続時間、 Tsup max は、それをもってPSAユニットが当該場で
    使用されるべき気体流の最大サプライ温度(°K)、 Tsup O は、当該場における気体流の平均サプライ温度
    (°K))の範囲内で選択されることを特徴とする請求
    項1ないし4のいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 該高い吸着圧力が、105 PaないしP
    6 である請求項1ないし5のいずれか1項記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 フィード温度(Tfeed)が、10℃ない
    し60℃、好ましくは25℃ないし45℃であることを
    特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 最大サプライ温度(Tsup max )が、2
    88Kないし333Kであることを特徴とする請求項1
    ないし7のいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 平均サプライ温度(Tsup O )が、27
    3Kないし303Kであることを特徴とする請求項1な
    いし8のいずれか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】 フィードの持続時間(d)が、45秒
    以下であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれ
    か1項記載の方法。
  11. 【請求項11】 分離すべき気体流が空気であることを
    特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項記載の方
    法。
  12. 【請求項12】 請求項1ないし11のいずれか1項記
    載の本質的に酸素および窒素を含有する気体流の分離の
    ためのPSA法を使用する装置であって、フィード温度
    (Tfeed)を調節するための手段および高い吸着圧力を
    調節するための手段を備えたことを特徴とする装置。
  13. 【請求項13】 フィード温度(Tfeed)を所定の参照
    温度値に対して、および/またはデッド時間Xの持続時
    間を所定の参照持続時間値に対して、制御することを可
    能とする制御手段をさらに備えることを特徴とする請求
    項12記載の装置。
  14. 【請求項14】 1ないし3個の分離帯域を備えること
    を特徴とする請求項12または13記載の装置。
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