JPS6022965B2 - 気体状混合物中の所定の気体比率の増大方法とその装置 - Google Patents

気体状混合物中の所定の気体比率の増大方法とその装置

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JPS6022965B2
JPS6022965B2 JP52155429A JP15542977A JPS6022965B2 JP S6022965 B2 JPS6022965 B2 JP S6022965B2 JP 52155429 A JP52155429 A JP 52155429A JP 15542977 A JP15542977 A JP 15542977A JP S6022965 B2 JPS6022965 B2 JP S6022965B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、気体状混合物の分離、特に、所謂圧力転換吸
着法において、該混合物の１またはそれ以上の成分をそ
の他の１またはそれ以上の成分よりも一層容易に吸着す
る材料を使用する分離に関する。
通常の作業環境では、圧力転換吸着プラント（偽Ａ）は
、変動する環境温度の影響をよく受ける。
運転の際、吸着ベッドの温度は、通常時間遅れを伴って
、変動する環境温度をたどる。しかしながら、ベッドの
温度が変化すると、その吸着容量も変化する。温度が低
下すると、ベッドの吸着容量は増大し、従って、ベッド
が飽和して再生を要するまでに、より多くの気体状混合
物の浄化が行われる。従って、ＰＳＡサイクルの真空再
生段階の際に所与のレベルの真空に到達するには、より
多くの量の気体をベッドから除去せねばならず、これは
、所与の容量の真空ポンプを使用するとき、より高い環
境温度の運転に比しより長い排気時間を占める。一方、
環境温度が上昇するとき、ベッドの吸着容量は低減し、
従って、ベッドが飽和されたときに、より少い量の気体
がベッドに捕捉される。従って、上述の所与のレベルの
真空に達するには、より短い排気時間が必要である。こ
のようなプラントを変動する温度条件の下で運転するた
めの制御の一方法は、再生されるベッドの真空のレベル
を検出し、所定のレベルの真空、例えば１５Ｗｏｎに達
したとき、工程をサイクルの次の段階に切換える如く、
縛られた信号を使用することである。ベッドの温度が低
下すると、所定のレベルの真空に達するには、より多く
の気体を排気せねばならず、サイクル時間は従ってより
長くなり、これと反対にベッドの温度が上昇すると、よ
り少いガスが排気されねばならず、従ってサイクル時間
はより短くなる。しかしながら、温度が上昇するとき、
吸着材料の分離効果は低減し、従って、製品ガスの純度
が低減することが判明した。従って、制御のこの方法は
、変化する温度条件の下で製品ガスの一定の流量と純度
とを与えない。本発明は、気体状混合物中の所定の気体
の比率を増大する方法に関し、核方法は、気体状混合物
の１またはそれ以上の成分を選択的に吸着する吸着材料
のベッドと該混合物とをを接触させ、該ベッドに真空を
加えることによって該ベッドを再生し、該ベッドの出口
からその内部に製品品位のガスを流通し得る様にし〔こ
こでは、裏込め（バックフィル）と称す〕、該バックフ
ィル中のベッドの圧力を検出し、該圧力が所定のレベル
に達したときに核バックフィルを停止し、ほぼ一定の時
間を占める如くベッドの再生を制御する蓬議する手順を
有する運転サイクルの反復を具備している。
また、本発明は、上述の方法を実施する如く構成された
装置にも関する。本発明の方法の利点は、ある範囲の環
境温度にわたり、製品ガスの流出流量と純度とをほぼ一
定に維持し得る点にある。
例えば、温度が低下するとき、ベッドは、より多くの気
体を吸着し、従って、排気の際に増大された塁の気体を
除去せねばならない潜存性がある。
再生用時間が一定に保たれると、到達する真空は、通常
の環境温度の場合の１５川ｏｍに対して例えば２０Ｍｒ
ｒに低減し、その結果、分離工程は効率が悪くなり、処
理される送給ガスの比率で表わす所要純度の製品の生産
量が低減する。しかしながら、ベッドがその出口に連結
された真空ポンプで排気されるとき、該ポンプは、標準
状態で測定される気体のより多くの量を送出するが、こ
れは、該ポンプがあまり高度の真空に蓮せず、標準状態
で測定される時間当り排出量がより多いからである。従
って、全体のより多い送給量が低い温度で処理されるが
、より少ない比率の製品の生産量が得られる。実際上、
処理される気体状混合物の送給量と生産量とは、ある範
囲の環境温度にわたり、製品ガスの流出流量と品位とが
ほぼ一定に維持される如く関連づけられることが判明し
た。製品ガスが吸着し難い成分であるＰＳＡプラントの
好結果の運転を支配する他の要素は、バックフィル段階
の使用である。この段階は、真空再生段階と、次に隆読
する吸着段階との間で行われ、製品品位のガスを排気さ
れたベッドへその出口から導入する手順を備えている。
この段階の目的は、次の吸着段階の開始の際に、気体状
混合物の一層容易に吸着可能な成分に対し、入口と出口
との間のバッファを提供する如く、ベッドの圧力を吸着
圧力の範囲内のいづれかの値にまで上昇し、これにより
、前記成分がベッドの出口端に直接接近するのを防止す
ることである。また、ある場合には、これは、ベッドの
初めの層が熱のない乾燥装置として作用し得るサイクル
条件を形成し得る。通常、バックフィルの最終圧力に対
する最適値があり、この値は、一般に実験的に定められ
、所要の純度における製品ガスの最大生産量を与える。
この値は、絶対吸着圧力の２／３乃至３′４のオーダの
ものが多い。バックフィル操作の他の利点は、ベッドに
おける任意の残留吸着成分が、ベッド出口の領域から押
出されることである。吸着ベッドの容量は、温度によっ
て変化するので、設定された時間において固定絞りを介
しベッドをバックフィルする圧力は、温度によって同様
に変化する。
しかしながら、本発明の方法では、ベッドをバックフィ
ルする時間は、温度によって変化するのを許容され、従
って、バックフィル後の最適圧力は、温度変化に関係な
く到達される。本発明の装置では、圧力スイッチまたは
圧力変換器の様な圧力検出器がベッド‘こ設けられてい
る。該装置は、好ましくは、ベッドが最適圧力になった
とき、関連するベッドのバックフィルを制御する弁装置
を閉鎖する如く制御装置に作用する信号を発信する。本
発明の方法は、ほぼ連続的な製品ガスの供給を生じる如
く好ましくは制御される多重ベッド吸着装置において実
施可能である。
２つのベッドの装置は、各ベッド‘こ対するサイクルに
おいて運転可能であり、該サイクルは、吸着段階（即ち
、気体混合物導入段階）と、真空再生段階と、バックフ
ィル段階とを備え、ベッドに対するサイクルは、相互に
対して１８００だけ位相が異って経議される。
吸着段階が占める時間は、再生段階と、バックフィル段
階との合計に対して利用可能な時間と便利に等しくても
よい。３つのベッドの装置は、２つのベッドの装置に対
するものと同様な各ベッドに対するサイクルにおいて運
転され、ベッド‘こ対するサイクルは、相互に対して１
２０ｏだけ位相が異って経議される。
しかしながら、３つのベッドの装置の利点は、吸着段階
が、複合段階でもよく、一次気体混合物の送給に加えて
他のベッドの１つからその吸着段階の終りの頃に取出さ
れ一次気体混合物の導入に先立って第１ベッドへ送給さ
れる所定の製品ガス（ここでは「中断第２ガス」と称す
）で既に部分的に富化された気体混合物の送給を包含す
ることである。これは、工程の製品の生産量を改善する
効果を有している。吸着段階の一次気体混合物の導入部
分が占める時間は、再生段階が占める時間と、バックフ
ィル段階と、吸着段階の中断第２ガス導入部分との合計
に対して利用可能な時間とに便利に等しくてもよい。何
れにしても、バックフィル段階に対して利用可能な時間
は、環境温度の期待範囲にわたりバックフィルを実施し
得るのに充分な時間であげればならないのは明らかであ
る。
全体のサイクルの時間と、再生段階の時間との両者は、
便利に一定に維持され、従って、バックフィルが占める
時間が該段階に対して利用可能な全体の時間よりも少し
、とき（即ち、環境温度が、この方法の「自己調節」に
なる最低温度よりも高いとき）、次の吸着段階が開始さ
れるまでにサイクル中に休止期間が存在し得る。しかし
ながら、所望により、任意のこの休止期間を低減または
排除する如く、温度によって全体のサイクル時間を変更
する如く制御することが可能である。本発明の好適実施
例は、添附図面を参照して下記に説明する。
第１図を参照すると、図示されたプラントは、例えばゼ
オライト分子シープの、好ましくは５Ａ型の窒素を選択
的に吸着する吸着材料を充填した３つのベッド１１０，
１１１，２１０を備えている。
乾燥部１１２，１１３，２１２は、ベッドの入口端部に
設けられ、例えば、桂酸ゲル、活性アルミナ、桂酸ァル
ミナまたは私ないしその他のゼオラィト分子シーブを収
容する。空気は、管路１１５と、夫々の弁付管路１１６
，１１７，２１６とを介して吸着ベッドに送られる。
酸素富化製品ガスは、管略１１９と、夫々の弁付管路１
２０，１２１，２２０とを介して圧縮機１１８でベッド
から吸引される。圧縮機１１８は、低度の真空で吸引し
得ると共に、得られる製品ガスを所要の大気圧以上の圧
力に圧縮し得るポンプである。ベッドの再生は、管路１
２３と、夫々の弁付管路１２４，１２５，２１４とでベ
ッド‘こ連結された真空ポンプ１２２によって行われる
。ベッドは、管路１２６と、夫々の弁付管路１２７，１
２８，２２７とを介して製品の品位のガスでバックフィ
ル可能である。圧力調整器Ｐ，，Ｐ２，Ｐ３は、関連す
るベッドが所望のバックフィル圧力に到達したとき、夫
々の管賂１２７，１２８，２２７を閉鎖する如く設けら
れている。中断第２ガスは、夫々の弁付管路１５１，１
５２，１５０を介してベッドに送給可能である。ベッド
は、同様なサイクルで運転され、各サイクルは、空気の
導入と、真空再生と、バックフィルと、中断第２ガスの
導入との経議する段階を備え、ほぼ連続的な製品の流れ
をプラントから吸引し得る如く、サイクルは、相互に対
して１２び位相が相違する様にシーケンスされている。
サイクルのタイミングは、第２図に示されている。各サ
イクルの空気導入段階が占める時間は、真空再生段階が
占める時間と等しく、また、バックフィルと、中断第２
ガス導入との段階の合計に対して利用可能な時間と等し
いことが認められる。この点に関し、このタイミング図
表は、バックフィル段階に利用可能な全部の時間を各サ
イクルが占める場合、即ち、プラントが「自己調節」を
行う最低ベッド温度で運転される場合のバックフィル段
階を示す。しかしながら、実際上は、ベッド温度がこの
値よりも高いときには、常に、バックフィルに使用する
現実の時間は少〈、各サイクルに対して、バックフィル
段階の終りと、中断第２ガス導入段階初まりとの間に短
い休止期間が存在する。ベッド１１０１こ対する運転サ
イクルを考察すると、空気導入段階の初めに、弁付管路
１１６，１２０が関口されて空気が吸込まれ、酸素富化
製品ガスは、ポンプ１１８でベッドから吸引される。所
定の時間後、ベッドから出るガスの酸素含有量が所望の
製品品位以下に将に低下しそうであるが、送給源料の空
気に比しまだ富化されているとき、弁付管路１２０を閉
じて中断第２ガスをベッド２１０へ送る如く弁付管路１
５０を開き、これによりベッド２１０から縛られる製品
は、ポンプ１８で管路２２０を介して吸引される。ベッ
ド１１０の空気導入段階の終りでは、弁付管路１１６，
１５０が閉鎖されて弁付管路１２４が関口ごれ、ベッド
１１０は、設定された時間にわたり真空ポンプ１２２で
再生される。
明瞭な如く、再生段階の終りにベッド内で到達する真空
は、環境温度に依存する。再生の後、弁付管路１２４を
閉鎖し、ベッドをバックフィルする如く弁付管路１２７
を閉口する。
このバックフイルガスは、このときベッド１１１からポ
ンプ１１８で吸引される製品が流通する管路１１９から
抜出され、固定絞りＲを有する管滋１２６を経て管路１
２７に流れる。バックフィル中のベッド１１０の圧力は
、管路１２７を閉鎖する如く作用する圧力調整器Ｐ，で
検出され、これにより、所定の圧力に到達したときにバ
ックフィルが終了する。従って、バックフィル段階に使
用する実際の時間は、環境温度で変動するベッドの吸着
容量に大いに依存する。バックフィル操作の開始から所
定の時間が経過した後、ベッド１１１からの中断第２ガ
スがベッド１１川こ導入される如く弁付管路１２０，１
５１が関口ごれ、これによって得られる酸素富化製品は
、ポンプ１１８で吸引される。
所定の時間の後、弁付管路１５１を閉じて弁付管路１１
６を開き、ベッド１１０へのガスの供給を第２ガスから
空気に切換え、運転の全サイクルが反復される。上述の
如く、総てのベッド１１０，１１１，２１０のサイクル
は、同様であってその位相が異なるのみであり、従って
、ベッド１１０の説明に加えて、ベッド１１０，２１０
‘こ対する特定の弁操作を説明することは、省略し得る
ものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は送給原料の空気から酸素富化製品ガスを製造す
る３つのベッドのＰＳＡプラントの図式的な図、第２図
は同上の吸着ベッドに対する操作シーケンスの線図を示
す。 １１０，１１１，２１０……べツド、１１６，１１７，
２１６・…・・弁付管路、１１８，・・・・・・圧縮機
、１２２・・・・・・真空ポンプ、１２７，１２８，２
２７・…・・バックフィル用弁付管路、Ｒ…・・・固定
絞り、Ｐ，，Ｐ２，Ｐ３・・・・・・圧力調整器。 第１図第２図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 気体状混合物の１またはそれ以上の成分を選択的に
    吸着する吸着材料のベツドと該混合物とを接触させ、該
    ベツドに真空を加えることによつて該ベツドを再生し、
    該ベツド出口からその内部に製品品位のガスを流すバツ
    クフイルを該ベツドに行ない、該バツクフイル中のベツ
    ドの圧力を検出し、該圧力が所定のレベルに達したとき
    に該バツクフイルを停止し、ほゞ一定の時間を占める如
    くベツドの再生を制御する継続する手順を有する運転サ
    イクルの反復を具備する気体状混合物中の所定の気体比
    率の増大方法。 ２ 全体の操作サイクルが、ほゞ一定の時間を占める如
    く制御される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 各々が同様のサイクルで運転されるが、相互に対し
    て位相が異なる如くシーケンスされた複数のベツドを備
    え、これにより、ほぼ連続的な製品ガスの供給が得られ
    る特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４ 吸着段階と、真空再生段階と、バツクフイル段階と
    を有するサイクルで各々が運転される２つのベツドを備
    え、該ベツドのサイクルが、相互に対して１８０°だけ
    位相が異なる如すシーケンスされている特許請求の範囲
    第３項記載の方法。 ５ 前記吸着段階の占める時間が、前記再生段階とバツ
    クフイル段階との合計に対して利用可能な時間にほぼ等
    しい特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６ 吸着段階と、真空再生段階と、バツクフイル段階と
    を有するサイクルで各々が運転される３つのベツドを備
    え、該ベツドのサイクルが、相互に対して１２０°だけ
    位相が異なる如くシーケンスされている特許請求の範囲
    第３項記載の方法。 ７ 前記各ベツドの吸着段階は該ベツドが中断第２ガス
    （ここに規定する）に接触する第１部分と、該ベツドが
    前記気体状混合物に接触する第２部分とをを有する複合
    段階である特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８ 前記吸着段階の第２部分の占める時間が、前記真空
    再生段階の占める時間と、前記吸着段階の第１部分とバ
    ツクフイル段階との合計に対して利用可能な時間とにほ
    ぼ等しい特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９ 気体状混合物の１またはそれ以上の他の成分を選択
    的に吸着する吸着材料のベツドを、該ベツドに前記混合
    物を接触させる装置と、該ベツドを再生する真空ポンプ
    と、製品品位ガスを前記ベツドの出口端部から該ベツド
    へ流入させる装置と、製品品位ガスのベツドへの前記流
    入の際、該ベツド内の圧力に感応する装置と、該圧力が
    所定のレベルに達したとき、該感応装置からの信号に応
    答して前記流入を停止する装置とを具備する気体状混合
    物中の所定の気体比率の増大装置。
JP52155429A 1976-12-23 1977-12-23 気体状混合物中の所定の気体比率の増大方法とその装置 Expired JPS6022965B2 (ja)

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