JPS60180903A - 高濃度富酸素ガスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、富酸素ガスの製造方法に関する。更に詳しく
述べるならば１本発明は、窒素を選択的に吸着する吸着
剤を用い、圧力変動吸着によシ、空気から窒素を吸着除
去して富酸素ガスを製造する方法に関する。　− 従来技術 合成ゼオライドや天然ゼオライト等の吸着剤の窒素に対
する選択吸着性を利用し、圧力変動吸着によシ、空気の
如き酸素／窒素混合ガスを分離して、富酸素ガスを製造
することは知られている（例えば、特公昭５１−４０５
４９号、特開昭ｓ、１−９６９ｓ７号及び特開昭５８−
８４０２０号）。

このような方法で富酸素ガスを製造するに当っては、吸
着剤の床を含む複数の吸着塔のそれぞれにおいて、酸素
／窒素混合ガスを導入して窒素を吸着除去し、難吸着性
の酸素が濃縮富化されたガスを吸着塔よシ導出して製品
がスとするのである。

そして、吸着塔内の吸着剤を再生するための減圧。

・ぐ−ジ、排気等の工程と前記吸着分離工程を順次に各
吸着塔内において切換操作するのである。

しかし、従来公知の、圧力変動吸着による、このような
富酸素ガスの製造方法においては、空気を原料とする場
合には、経済的観点からみて、３塔の場合は９０％程度
までの酸素濃度を有する富−酸素ガスを得るのが限度で
あシ、それ以上の酸素濃度を有する富酸素ガスを得るこ
とは困難であった。

発明の目的 本発明の主要な目的は、空気を原料として用いて、３塔
にて９２％以上の酸素濃度を有する富酸素ガスを経済的
に製造することのできる。圧力変動吸着による富酸素ガ
スの製造方法を提供することにある。

発明の構成 本発明によれば、即ち、窒素を選択的に吸着する吸着剤
の床を充填した３個の吸着塔を用い、前記吸着塔に空気
を流通させて窒素を吸着除去することＫよシ、９２％以
上の酸素濃度を有する富酸素ガスを製造する方法が提供
される。本発明に係るこの方法は、第１の吸着塔におい
て、順次に。

（１）富酸素ガスによ多口＜９／Ｃｍ”・Ｇ以下の一定
圧力に加圧されたこの吸着塔において、塔内圧力を前記
一定圧力にほぼ保持しながら、原料端部から圧縮空気を
導入して窒素を選択的に吸着させ。

同時に製品端部から富酸素ガスを導出し、その間に一方
でこの富酸素ガスの一部を第２の吸着塔の加圧のために
前記第２の吸着塔の製品端部に供給し、かつ、前記第１
の吸着塔からの富酸素ガスの他の一部を第３の吸着塔の
・ぐ−ジのために前記第３の吸着塔の製品端部に供給す
る工程、 （２）原料端部から排気し、製品端部から第２の吸着塔
からの富酸素ガスを導入して塔内をノｊ−ジするととも
に、塔内圧力が４００トール以下になるまで減圧する工
程、及び （３）製品端部から第３の吸着塔からの富酸素ガスを導
入して、塔内圧力が１　ｋｇ／ｃ−・Ｇ以下の一定圧力
になるまで加圧する工程、 を実施し、更にその間に前記工程サイクルを第２及び第
３の吸着塔のそれぞれにおいて位相を変えて実施するこ
とを特徴とする。

本発明は、合成ゼオライト、天然ゼオライト等の吸着剤
を充填した吸着塔を用いて、空気から富酸素ガスを得る
ものである。即ち、吸着塔罠圧縮空気を供給して吸着剤
に窒素を吸着させ、酸素を濃縮して製品ガスとして放出
させる。次に、窒素を吸着した吸着剤が充填されている
吸着塔を原料端側から真空圧に吸引すると同時に、製品
端側から他塔からの富酸素ガスを導入してパージし、吸
着剤に吸着された窒素を脱着させて、吸着剤の再生を行
う。

本発明においては、吸着剤を充填した３個の吸着塔が用
いられ、既に前工程において１　ｋｇ／ｃｔｎ”・Ｇ以
下の一定圧力にまで加圧されている１つの吸着塔におい
て、その原料端部から圧縮空気を導入し。

一方製品端部から富酸素ガスを導出し、この間この塔内
の圧力を上記の一定圧力にほぼ維持するいわゆる定圧吸
着が行われる。そして、同時に、上記製品端部からの富
酸素ガスの一部が他の吸着塔の加圧のために供給され、
また他の一部がもう１つの吸着塔のｉ４−ジのために供
給される。

このような定圧吸着方式は、塔内吸着床の窒素の吸着前
線の乱れを防止することができるので、高濃度の富酸素
ガスを得るのに有利である。また。

塔内圧力が１　ｋｇ／ｃ−・Ｇを超えても酸素収率はそ
れ＃１ど向上せず、一方動力原単位は高くなるので−般
には不利となる。

製品端部からの富酸素ガスの一部は、前述したように、
他の１つの吸着塔の製品端部に供給されて、この塔の加
圧に用いられる。この加圧によって、塔内の窒素の分圧
が低下するから、窒素の吸着前線は下方に移動して、シ
ャープになシ、従って高濃度富酸素ガスの製造に有利と
なる。

上記富酸素ガスの他の一部は、もう１つの吸着塔の製品
端部に供給されて、この塔のパージに用いられる。この
塔においては、既に前工程において窒素の吸着前線かは
ぼ塔頂まで伸びている。そこで、窒素の脱着のために、
原料端部から真空ポンダによって４００トール以下の圧
力になるまで吸引排気するとともＫ、製品端部から上記
の如く富酸素ガスを・や−ジし、吸着剤の再生を行うの
である。真空圧に排気するととＫよる脱着のみでは窒素
の吸着前線が間延びしてシャープにならないのを、この
ようなパージを行うことによって、吸着前線を下方に押
し下け、シャープなものとする。

のである。このとき、塔内圧力を４００トール以下にま
で減圧しない場合には、酸素収率が低下して効率が悪く
なる。

このような構成を有する本発明の方法によれば、空気か
ら、９２チ以上の高い酸素濃度を有する富酸素ガスを、
高い収率をもって得ることが可能となる。

以下１本発明の方法を、第１図を参照しながら具体的に
説明するが、以下に示す操作は一例であって、本発明は
この操作のみに限定されるべきものでないことを理解さ
れたい。

操作に当っては、以下に説明する３工程を順次繰シ返し
ながら、連続的に富酸素ガスを放出する。

また、各工程の操作時間は、タイマーによシ任意にコン
トロールされる。

工程１ 弁ＩＡが開かれ、圧縮空気２０がミストモ／４’レータ
２１によシ除湿された後、Ａ塔の下部即ち原料端部から
供給される。同時に弁２人が開かれ、製品ガスとして富
酸素ガスが放出される。一方。

この富酸素ガスの一部は、同時に開かれている弁２Ｂを
通過してＢ塔の製品端部に供給されて、Ｂ塔内が所定圧
力まで加圧される。Ｃ塔は、開かれている弁４Ｃから真
空ポンダ１９によって所定圧力までの真空に吸引され、
また弁３Ｃを経てＡ塔からの富酸素ガスの一部が製品端
部に供給されて塔内のパージが行われる。

この際、Ｂ塔及びＣ塔への富酸素ガスの流入速度はそれ
ぞれバルブ６Ｂ及び１７によシコントロールされる。

工程２ 工程１で開かれていた弁ＩＡ、２Ａ、３Ｃ，４Ｃが閉じ
られ、同時に弁ＩＢ、２Ｃ，３Ａ、４Ａが開かれる。弁
２Ｂは開かれたままである。これによって、Ｂ塔におい
て圧縮空気が導入され、窒素が吸着され、富酸素ガスが
放出される。富酸素ガスの一部はＣ塔の加圧に使用され
、Ｃ塔は所定圧力にまで加圧される。Ａ塔は、真空ポン
ダ１９によシ吸引されて窒素が脱着され、同時にＢ塔か
らの富酸素ガスによりパージされる。

この際、Ｃ塔及びＡ塔への富酸素ガスの流入速度はそれ
ぞれバルブ６Ｃ及び１７によシコントロールされる。

工程３ 工程２で開かれていた弁ＩＢ　、２Ｂ　、３Ａ、４Ａが
閉じられ、同時に弁ＩＣ，２Ａ、３Ｂ、４Ｂが開かれる
。弁２Ｃは開かれたままである。これによって、Ｃ塔に
おいて圧縮空気が導入され、窒素が吸着され、富酸素ガ
スが放出される。富酸素ガスの一部はＡ塔の加圧に使用
され、Ａ塔は所定圧力Ｋまで加圧される。Ｂ塔は、真空
ポンダ１９によシ吸引されて窒素が脱着され、同時にＣ
塔からの富酸素ガスによジノ９−ジされる。

この際、Ａ塔及びＢ塔への富酸素ガスの流入速度はそれ
ぞれバルブ６Ａ及び１７によシコントロールされる。

尚、第１図において、２２は製品である富酸素ガスの流
出流を示し％２３は分離除去された窒素に富むガスの流
出流を示す。

第２図は、本発明の理解を助けるために、これらの３工
程を単純化して示す模式図である。図中。

＾、Ｂ及びＣはそれぞれＡ塔、Ｂ塔及びＣ塔を示し、ｐ
Ｆｉ、真空ポンダを示す。

本発明の方法においては、前述したように、原料空気の
供給及び窒素の吸着がなされ、同時に製品の富酸素ガス
の放出が行われる吸着塔内の圧力は、常にｔｌは一定に
保持される。また、別の工程においては、製品ガスと同
じ富酸素ガスによる加圧及びＡ−ジが行われる。しかし
て、このような操作は、いずれも、窒素の吸着前線の乱
れを作らず、いつもシャープな吸着前線を有し、窒素に
よる汚染の少ない吸着床を与える効果を奏する。従って
、本発明の方法によれば、９２チ以上の酸素濃度を有す
る高濃度富酸素ガスが極めて高い収率をもって得られる
のである。

圧力変動吸着による富酸素ガス製造グロセスの効率を評
価する因子としては酸素濃度及び酸素収率（回収率）が
あり、また他の因子として製品酸素の単位製造量当シの
必要吸着剤量がある。後者はベッドサイズファクター（
Ｂ、Ｓ、Ｆ、　）と称し、その単位は（ｋｌＩ吸着剤）
／（トン酸素７日）で示される。この値が小さい程、少
ない吸着剤の量で多くの酸素が製造されることを意味し
ている。即ち。

このＢ、Ｓ、Ｆ、は装置コストを評価する因子である。

更Ｋ、他の重要な因子として動力原単位がある。これは
、加圧及び脱着に要する動力轟シの酸素の製造量として
示される。即ち、このような、観点からは、よシ少ない
動力で多くの製品（高い酸素収率）を得るための圧力変
動範囲を選択することが重要である。

発明の実施例 本発明に係るグロセスにおいて、有効かつ経済的に十分
な効果を発揮させるための圧力変動幅及びサイクルタイ
グは以下の通シとなる。実施例を示しながら説明する。

圧力変動幅 第３図に示すように１真空到達圧力を一定の２００トー
ルとし、定圧吸着圧力を変化させる。

図かられかるように、酸素濃度９３チの富酸素ガスを得
る場合、吸着圧力を１嬌４−・Ｇよシ高くしても、酸素
収率の向上において大きな効果はない。

従って、よシ高い吸着圧力を得るために動力を消費する
メリットはほとんどないことがわかる。一方、真空到達
圧力については、第４図に示す如く。

これを３００トール以下にしてもあまシ酸素収率の向上
は認められない。しかし、４００）−ルより高いと、酸
素収率の向上は急激に低下するため。

この真空到達圧力は４００トール以下であるのが関係が
示されている。図によれば、吸着圧力０．５喰４−・Ｇ
及び真空到達圧力３００トールの付近において動力原単
位の最少点が得られる。しかして、このグラフからも、
実用的な圧力変動幅として吸着圧力１　ｋｌｌＡ−・Ｇ
以下及び真空到達圧力４００トール以下を採用すること
が適当であることがわかる。

吸着剤の種類や量によって異なるけれども、実施例では
、圧力変動幅として、吸着圧力ｏ、ｓｋｇ／ａｎｉ！−
Ｇ、真空到達圧力３００〜４００）−ルにおいて、１塔
あたシ約４０〜７０秒であった。

Ｂ、Ｓ、Ｆ。

圧力変動幅とＢ、Ｓ、Ｆ、との関係をみると、第６図の
如くなる。即ち、吸着圧力０．５　ｋｇ／ｌ−・Ｇ及び
真空到達圧力４００トール以下において、　Ｂ、Ｓ、Ｆ
、　！は約２０００〜２８００（ｋｇ吸着剤）／（トン
酸素７日）となる。

パージ 本発＃４ＶＣ係るグロセスにおいて、真空脱着のみで、
・せ−ジを行わない場合には、酸素濃度９２％以上の富
酸素ガスを得ることは困難でア）、・々−ジを同時に行
うことによって比較的高い収率をもって高濃度酸素が得
られる。即ち、第７図に示すようＫ、・や−ジを行わな
い場合には、９２％の酸素濃度を達成することは困難で
あシ、しかも酸素収率においても明らかに低いものであ
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を説明するだめの系統図であシ、第
２図は本発明方法め工程操作順序を示す模式図である。 また、第３図及び第４図はそれぞれ本発明の実施例にお
ける圧力変動幅と酸素回収率との関係を示すグ２７、第
５図は圧力変動幅と動力原単位との関係を示すグラフ、
第６図は真空圧力と８．８．Ｆ、との関係を示すグラフ
、そして第７図はパージ有無の場合の製品酸素ガス濃度
と酸素回収率を示すグラフである。 Ａ、Ｂ、Ｃ・・・吸着塔、ＩＡ〜ＩＣ，２Ａ〜２Ｃ。 ３Ａ〜３Ｃ，４Ａ〜４Ｃ・・・弁、１９・・・真空ポン
ダ。 特許出願人 昭和電工株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士西舘和之 弁理士　吉　１）維　夫 弁理士　山　口　昭　之 弁理士　西　山　雅　也 第２図 第３図　（’／、）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒素を選択的に吸着する吸着剤の床を充填した３個
   の吸着塔を用い、前記吸着塔に空気を流通させて窒素を
   吸着除去することにより、９２％以上の酸素濃度を有す
   る富酸素ガスを製造する方法であって、第１の吸着塔に
   おいて、順次に。 （１）富酸素ガスによ、ｊ）　１　ｋｌ／／ｃｔｎ”・
   Ｇ以下の一定圧力に加圧されたこの吸着塔において、塔
   内圧力を前記一定圧力にｔｌは保持しながら、原料端部
   から圧縮空気を導入して窒素を選択的に吸着させ、同時
   に製品端部から富酸素ガスを導出し、５その間に一方で
   この富酸素ガスの一部を第２の吸着塔の加圧のために前
   記第２の吸着塔の製品端部に供給し、かつ、前記第１の
   吸着塔からの富酸素ガスの他の一部を第３の吸着塔のｔ
   Ｊ？−ジのために前記第３の吸着塔の製品端部に供給す
   る工程。 （２）原料端部から排気し１Ｍ品端部から第２の吸着塔
   からの富酸素ガスを導入して塔内金パージするとともに
   、塔内圧力が４００トール以下になるまで減圧する工程
   、及び （３）製品端部から第３の吸着塔からの富酸素ガスを導
   入して、塔内圧力が１　ｋｇ／１ｍ２・Ｇ以下の一定圧
   力になるまで加圧する工程。 を実施し、更にその間に前記工程サイクルを第２及び第
   ３の吸着塔のそれぞれにおいて位相を変えて実施するこ
   とを特徴とする方法。