JPS62247818A - タンク均圧化利用のｐｓａ多成分分離 - 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】 発明の背景 プレッシャースイング吸着ＣＰＳＡ）は多成分供給材料
ガスを二つの流れ、すなわち、一種または一種より多く
の弱吸着成分が主体である高圧の第一生成物、および−
Ｎ才たは一種より多くのより強く吸着される５ｚ分が主
体である低圧第二生成物、に分離するのに普通に使用さ
れる。中程度に吸着される中間成分はすべてこの二つの
生成物の間で分割される。

慣用の工法式ＰＥＡ法についての操作順序は代表的には
、床の加圧、生成物の放出、２よび再生、の各段階から
成る。従来法に３いては、再生されるべき床が排気され
る圧力を下げるために、床圧力均圧化の工程を操作１１
０序の中にまた含めることも普通である。

与えられた床設計、シーブ能力および作業圧力に灯して
、上述の操作順序の段階の各々の期間は、強吸着成分の
濃度が第一生成物中で特定化された限度に璋するときに
その生成物放出段階が中止されて床が再生されろように
、通常は選ばれる。これらの柔性で作動する糸について
は、弱吸Ｎ成分の大部分の損失は、床のボイド空間中に
位置するか再生段階中で排気される吸着剤へ弱く結合さ
れているガスの中でそれらが存在することに基因する。

操作圧力が高いほど、この損失は大きい。

ドシらに対して公告された米国特許／１６４，３４０゜
３９８は３個またはそれ以上の床を含むＰＳＡ系につい
ての方法を開示しており、その中では、ボイドガスは未
再生に先立ってタンクへ移され、それによって床が排気
される圧力を下げ、その後、このガスを再加圧用に用い
る。ドシらの発明の第一の目的は、より均一な生成物を
不連続なしで得るために、生成物戻し装填段階と床均圧
化段階とを分離することである。この二つの段階の分離
は戻し装填ガス用緩衝タンクとして主として役立つ貯蔵
容器を通じて達成される。ドシらは、タンク中への生成
物戻し装填と同時に、床とタンクの均圧化を提案してい
る。従って、ボイドガスの小部分だけがタンク中へ引込
まれ、従って、本発明におけるタンク均圧化の利点はド
シらによって十分には実現されていない。

ボイドガスの損失は床が排気する圧力を下げることによ
って最小化することができる。タンク均圧化を組入れる
工法式ＰＥＡへの方法改良が文献中に提唱されている。

（例えば、リーＨ０とシュタールＤ、Ｅ、の「無加熱吸
着系についての圧力均圧化およびパージ糸Ｊ、１９７４
年１月２９日公告の米国特許屑３，７８８，０３６．マ
ーシュＷ、Ｄ、、ホルズ、　ｎ、ｃ、、ｊラムクＦ、Ｓ
、−９よびシャルストロムＣ０Ｍ、の「無加熱吸着に２
ける均圧化減圧Ｊ、１９６４年７月２８年分１２８日公
告４３，１４２，５２７、を参照すること）、空気から
酸素を製造するかあるいは水素／炭化水素混合物から水
素を製造するいずれかのゼオライトＰｓＡ系について推
奨されてきた、両特許に２いて提唱されている改良は、
床のボイドガスの部分を移すために床均圧化の後に床を
タンクと均圧化し、その保存ガスをパージガスとして使
って床の再生を助けることから成ジ立っている。床のボ
イド空間から得られたタンクガスは生成物ガスよシ少な
い所望成分（弱吸着性）を含んでいる。従って、再生用
に生成物パージを用いる方法には、タンク改良は生成物
パージの必要性を減らし、収率を改良する。米国特許４
３ｅ　７Ｂ８，０３６に２いて提唱される単床ＰＳＡ具
体化に８いては、２個のタンクが用いられ、第一の均圧
化タンクは再加圧用のボイドガスを保存するのに用いら
れ、一方、第二の均圧化タンクによって保存されるボイ
ドガスはパージとして使用される。

この吻合に２ける第一の均圧化タンクは工法法に２ける
床圧力均圧化の機能を果たす。二つ床で以て提唱される
方法はパージとして使用するためにボイドガスを保存す
る１個のタンクだけを営む。

タンクとの圧力均圧化によって保存されるボイドガスは
パージガスとして用いられるか再生用に用いられるかの
いずれかである。再加圧による第一生成物中の弱吸着成
分の収率な改善するためには、再加圧用の保存されたボ
イドガスは強吸着成分を第一生成物自体の中の濃度をわ
ずかにこえる濃度で含み得るにすぎない。もし強吸着成
分が生成物規格よりもはるかに高い濃度で存在する場合
には、保存ボイドガスはせいぜいパージガスとしくフ） て使用することができ弱吸着成分の改善収率はささやか
である。パージガスとして用いるときでも、保存ボイド
ガスは強吸着成分をそれらの相当する供給材料濃度より
低い濃度で含み得るにすぎない。

製造サイクルの終りに８いて、ボイドガスは弱吸着成分
がきわめて富化されていて、強吸着成分の濃度はきわめ
て小さく第一生成物中の濃度に近い。

従って、再加圧用にこのガスをとっておくことが重要で
ある。２床式法に２ける床圧力均圧化はこの目的のため
に含まれている。床圧力均圧化の終シにＥいて、丁度つ
くシ出された床中の圧力はより低く、強吸着成分の濃度
は平衡が圧力低下とともに変化するにつれて脱着のため
に床ボイドガス中で蓄積しはじめる。それゆえ、強吸着
成分または弱吸着成分のみが存在するときには、ボイド
ガスを保存するための床圧力均圧化に続くタンク均圧化
は、未再生用のパージガスを提供するために使用できる
にすぎない。ボイドガス中の弱吸着成分はパー′ジガス
中で失われる。

上記解析は弱吸着成分または強吸着成分を含む系へては
まる。これは米国特許４３，７８８．０３６（窒素から
酸素の分離）２よび／１６３，１４２．５４７（炭化水
素から水素の分離）に２いて記載される分離の場合であ
る。この発明は強吸着成分と弱吸着成分とからかけ離れ
た中程度の吸着成分を含む多成分ガス混合物にかかわる
分離に特に関係する。

下流処理は、第一生成物が強吸着成分の規定濃度以下を
含むことを必要としている。中吸着成分はしかし、ある
濃度範囲にわたって第一生成物中または第二生成物中の
いずれに２いても許容できる。

この範囲に入る多成分系の分離はこれ１で検討された系
とわずかに異なシ、従って、あとの床再加圧用のボイド
ガスを保存する目的で床圧力均圧化に続く１回または１
回よシ多くのタンク均圧化の効果的使用を可能にする。

中吸着成分を含む系の場合には、ボイドガス（製造サイ
クルの終）に２ける）は弱吸着成分が富化されていて少
量から中程度の量の中吸着成分と生成物規格またはそれ
以下の低濃度の強吸着成分とを含む。床圧力均圧化に続
いて、中吸着成分は容易に脱着し１強吸着成分はまだ吸
着相中にある。ボイドガスはここでは中吸着成分が富化
され。

著しい量の弱吸着成分をもつ。このガスはタンク均圧化
によって保存され、再加圧ガスとしての用途の要請をな
Ｓも満たして収率を改善する。タンク均圧化は強吸着成
分が脱着しはじめボイドガス中のそれらの濃度水準がか
なりのものになるまで継続させることができる。中吸着
成分はかくしてタンク均圧化が再加圧ガスを生成するの
に有効である緩衝範囲を提供する０弱吸着成分の収率は
タンク均圧化を通してかなシ改善され、中吸着成分が第
一および第二の生成物の中で分布する比が同時に変動す
る。

床置ｖ口圧においてあとで用いるためにガスを保存する
ことによって第一生成物中の弱吸着成分の収率を改善す
る目的で２床弐ＰＥＡと１個または１個より多くの圧力
均圧化タンクを組合わせることが、本発明にとって独特
なことである。この組合せは一つまたは一つよシ多くの
次の条件が満たされるときにきわめて有効である： ／１ｎｌ （１）第一生成物と第二生成物との間に分布することが
訂される中吸着成分が存在する。

＋Ｉｌｌ　　供給ガスがきわめて高圧であり、ＰＳＡ操
作が、下流の処理のために第一生成物中の圧力エネルギ
ーを保存する目的で、量適ＰＳＡ操作圧力より高い圧力
で実施される。この場合、このタンク均圧化が、脱着用
圧力が吸着圧力と関係なく最適水準に維持され、それに
よって排気中の弱吸着（所望）成分の損失を減らす機構
を提供する。

＋：ｎ＋　　所望生成物がきわめて価値があり、従って
このガスの少量でも含むパージは推奨されない。

そのときには真空再生が関連コストが高いにもかかわら
ず好都合である。

（ｉＶ）　　パージガスが外部源から入手でき、従って
保存ボイドガスは全部再加圧用に使用できる。

本発明の目的は多成分ガス供給材料を分離する二圧式Ｐ
ＥＡ系に３いて収率な増しかつボイドガス損失を減らす
ことである。本発明のもう一つの目的はＰＥＡ系中の床
が排気される圧力を下げることである。本発明のもう一
つの目的は再生前および再生後に２いて各々の床との均
圧化によってＰＥＡ糸中でボイドガスを保存するために
単一タンク捷たは複数個のタンクを用いることである。

さらに本発明のもう一つの目的は、高圧でのＰＥＡ操作
に２いて、下流での処理用に供給材料中の有効圧力エネ
ルギーの保存を可能し、一方では、きわめて低い圧力か
らの脱着を実施することを可能にする機構として、タン
ク均圧化を使用することである。

発明の要約 本発明によると、ボイドガス損失は慣用的の二圧式プレ
ッシャースイング吸着系へ１個捷たけ１個より多くの空
タンクを付加することによって最小化される。二つの均
圧化段階が各タンクについて各サイクル中に包才れる。

床圧力均圧化段階に続いて、再生されるべき床は低圧に
あるタンクと均圧化されてボイドガスの部分をタンクへ
移す。

完全な床再生後に２いて、その床はそのタンクと再び均
圧化されて保存ガスを戻す。換言すると、各床からのボ
イドガスは同じ床へその再生段階の終りに２いて戻され
る。本発明は、第一生成物と排気されるすなわち第二の
生成物との間で分布することができる相当な号の中吸着
化合物を含む多成分ガス混合物に対して応用をもってい
る。この許される分布はタンク均圧化が有効である緩衝
範囲を提供する。

本発明が適用できる多成分ガス系の例は、アンモニア・
パージガスを起源とする高圧（１９００ｐｓｉσ）ガス
混合物であり、かなりの量の窒素から、アルゴン、水素
Ｂよびメタンとともに成るものである。この窒素は中程
度に吸着される化合物であり、アルゴン旧よび水素が富
化された第一生成物流とメタン分が富化された第二生成
物流との間に分布することがで作る。

このＰＳＡ分離の目的は本質上メタンを完全に（与えら
れた規格類例えば１　ｐｐｍ壕で）除きかつできるだけ
多くの窒素を除くことである。水素、アルゴンＳよび４
累を含むＰＳＡ生成物は次に低温蒸溜して純粋の液体ア
ルゴンを生成させる。

ＰＥＡ第一生成物中のメタンはすべて純アルゴンｔ１ｑ
） 製品中に集中するので、完全に除かねばならない。

しかし、窒素は広い範囲にわたって許容することができ
、アルゴンは窒素濃度の広い範囲にわたる水素および窒
素の混合物から純生成物として単一カラム中で分離でき
る。窒素の増分量はカラム分離コスト、従ってＰＥＡ分
離にはほとんど影響せず、なぜならば、第一生成物中の
窒素量の最小化はアルゴン収率最大化に対して従属的で
あるからである。

このＰＥＡ分離に２いては、窒素は圧力が下がるのでメ
タンの前に脱着され、その床圧は、タンク均圧化を経て
、メタン脱着がはじまる前の圧力範囲にわたって継続さ
せることができる。窒素はそれゆえ本発明のこの特定の
応用に２ける緩衝成分として働く。

供給材料流がこの場合にはきわめて高圧で入手できるこ
とを認識することもまた重要である。このＰＳＡは下流
での分離のための再圧縮を省くよう高圧に２いて操作さ
れねばならない。タンク均圧化は所望高圧においてＰＳ
Ａを操作してその圧力に２いて第一生成物を得、一方で
は、アルゴン高収率な得るよう床排気開始前のきわめて
低圧まで圧力が下げられる機構を提供するも、のである
。

発明の詳細な明 本発明は多成分大量分離における生成物収率を改善する
ものである。慣用的工法式ＰＥＡ法へ少くとも１個のタ
ンクを含めることによシ、床ボイドガスの損失を減らす
ことによって弱吸着成分の収率が改善される。

第１図を参照すると、ガスの多成分混合物を含むガス供
給材料流１８が工法系に入り、その間、弁１と１４は開
かれ、その他の弁は閉ちられる。

床Ａはそれによって供給ガスによって予定圧力へ加圧さ
れる。一方、床Ｂ中の圧力は弁１４を経てりｙり１５と
均圧化される。タンクとの均圧化に続いて、床Ｂは弁１
４を閉ぢ弁６と１１を開くことによって大気へ排気され
る。

床Ａ中で予定圧力へ達したとき、第一生成物が弁９を開
くことによって床Ａから放出され、それによって弱吸着
成分が富化された生成物２１が生ずる。一方、床Ｂは弁
１１を閉ぢ弁１２を開くことによって真空再生に曝され
る。床Ｂの真空再生に続き、かつ生成物放出が床Ａ中で
継続している間、床Ｂ中の圧力のタンク１５との均圧化
が弁１２と６を閉ぢ弁１４を開くことによっておこる。

このようにして、再生前に均圧化タンクへ送られた高圧
ボイドガスはその後の処理のために回収される。床Ｂの
第二均圧化に続いて、床Ａ２よび床Ｂは弁１．９％Ｓよ
び１４を閉ぢかつ弁３．４．７２よび８を開くことによ
って均圧化される。弁３と４の間および弁７と８の間に
はそれぞれ、適当なガス流速を得るよう設定されたニー
ドルバルブ１９２よび２０が置かれている。

このサイクルの前述各段階を同様に繰返すが、ただし、
床Ａと床ＢＩｔＺ供給材料加圧と再生に関して逆になさ
れる。床平衡に続いて、弁３．４，７２よび８を閉ぢ、
弁２と１３を開く。この形態は床Ｂとタンクとの均圧化
３よぴ床Ｈの供給材料加圧を行なわせる。弁１３を閉ぢ
、弁５と１１を開くことによ＃）、ｍＡが排気され、一
方、床Ｂは弁１２を経て加圧が継続する。加圧された床
Ｂは次に弁１０を開くことによって生成物放出なｒ＋さ
れる。一方、床Ａは大気への弁１１を閉ぢ真空への弁１
２を開くことによって真空再生を受ける。次に、床Ａの
再生に続いて、タンク１５との均圧化が弁５と１２を閉
ぢ弁１３を開くことによって達成される。このようにし
て、高圧ボイドガスは床Ａへ戻される。最後に、床Ａの
均圧化と生成物放出完了に引続き、床Ａと床Ｂは、弁２
と１０を閉ぢそれによって床Ａを通るガス流を止め、タ
ンクへ通ずる弁１３を閉ぢ、一方、弁３．４．７　ｇよ
び８を開いて床間のガス流を可能にすることによって、
平衡がとられる。

ここで第２図を参照すると、供給材料のガス流１８は、
ガスの多成分混合物を含んでいるが、工法式プレッシャ
ースイング吸着系に入る。弁１と１４が開かれ、一方、
他の弁が閉ぢられている。

第一床Ａはそれによって供給ガスによって予定圧力まで
加圧される。一方、床Ｂ中の圧力は第一タンク１と弁１
４を経て均圧化される。タンク１との均圧化に続いて、
弁１４は弁１６が開かれて第二タンク２との均圧化が達
せられるときに閉ぢられ、一方、第一床Ａは供給ガス流
１８で以て加圧され続ける。この第二タンク均圧化に続
いて、第二床Ｂは弁１６を閉ぢ弁６と１１を開くことに
よって大気へ排気される。

第一床Ａに２いて予定圧に達すると、第一生成物が、す
でに開いている弁ｌのほかに弁９を開くことによって第
一床Ａから放出され、それによって弱吸着成分が富化し
た生成物流１９を生ずる。

一方、第二床Ｂは弁１１を閉ぢ弁１２を開き、それによ
って第二床Ｂと真空源との連通を達成させることによっ
て、真空再生にかけられる。第二床Ｂの真空再生に続き
、かつ生成物の放出が床Ａにおいて継続している間に、
第二床Ｂ中の第二の圧力均圧化が弁６と１２を閉ぢ弁１
６を開くことによって２こる。このようにして、再生前
に第二段均圧化タンクへ送られたボイドガスが以後の処
理のために回収される。次に、弁１６を閉ぢ弁１４を開
いてタンク１との別の第二段均圧化を達成させる。床Ｂ
のこの第二段均圧化に続いて、ボイドガスの回収を達成
するために、第一床Ａと第二床Ｂは弁１．９，および１
４を閉ぢ、弁３，４，７２よび８を開くことによって圧
力均圧化がなされる。弁３と４の間Ｓよび弁７と８の間
にはそれぞれ適当なガス流速を得るよう設定したニード
ルバルブ２１ｇよび１７がある。

このサイクルの前記各段階を同様にして繰返すが、ただ
し、第一床Ａと第二床Ｂは供給材料加圧と生成物放出、
およびここで述べた再生段階に関して逆に扱われる。床
の平衡化に続いて、弁３．４．７ｓよび８を閉ぢ、弁２
と１３を開く。この形聾ハ床Ａとタンク１との均圧化と
第二床Ｂの供給材料加圧を可能にする。弁１３を閉ぢ弁
１５を開くことによって第一床Ａはタンク２と均圧化さ
れる。次に、弁１５を閉ぢ弁５と１１を開くことによっ
て第一床は排気され、一方、第二床Ｂは弁１０を開くこ
とによって生成物放出が可能になる。

一方、床Ａは大気への弁１１を閉ぢ真空への弁１２を開
くことによって真空再生を受ける。次に、第一床Ａの再
生に続いて、第一床Ａとタンク２との第二段均圧化が弁
５と１２を閉ぢ弁１５を開くことによって達せられ、そ
れによってボイドガスが回収される。

もう一つの第二段均圧化、この場合はタンク１との均圧
化、が弁１５を閉ぢ弁１３を開くことによって達成され
る。最後に、第一床Ａのタンク均圧化の完了と第二床Ｂ
による生成物放出の完了とに続いて、これらの床は、弁
２．１０ｇよび１３を閉ぢ弁３．４．７Ｓよび８を開き
、それによって床間のガス流を可能にすることによって
平衡化される。

本発明は一般的応用性をもっているけれども、アンモニ
ア合成プラントのパージガスからアルゴンを回収する方
法に２いて例証されている。ＰＥＡの目的はこの場合に
は、１９００ｐｓ＜ｇで入手でさかつ次の代表的組成：
９チＨ，，１２チＡｒ、　５４％Ｎ２　　および２５　
％　ＣＨ，、をもつ四成分から成る供給原料からアルゴ
ンを第一高圧生成物として分離することである。水素は
アルゴンよりさらに弱く吸着され、第一生成物中でアル
ゴンと一緒に分離する。対照的に、メタンは強く吸着さ
れ、低圧第二生成物の主成分である。窒素は中程度に吸
着され、これら二つの生成物の間で分布する。この方法
の効果的操作のためには５第一生成物中のメタン濃度が
与えられた規格値以下でありかつ第−生成物中のアルゴ
ン収率が最大化するように、諸変数が調節される。第一
生成物中の窒素は最小化されるべきであるけれども、こ
れはアルゴン収率な最大化することに比べると二次的重
要さをもつ。

比較実施例１゜ 慣用的工法式ＰＥＡ法が水素、アルゴン、窒素、Ｓよび
メタンから成るガス状混合物の分離を行なわせるために
用いられる。慣用的二床式ＰＥＡのフロー線図は第３図
に示されている。２個のＰＥＡ床の各々は容積が約６５
０ｃＱであり、５Ａの医薬縁ゼオライト分子篩吸着剤（
商業的にはユニオン・カーバイドから得られる）を含ん
でいる。第−生成物は１５０　ｐｇす（１０，３４バー
ル）の圧力に８いて抜出され、再生は１．５　ｐｓｔａ
　（１００ミリバール）の真空に？いて実施した。次の
サイクル順序に従って５分の全サイクルが用いられた：
１　　□床圧均圧化□ ２　加圧と生成物放出　　大気圧への排気３　継続供給
と生成物　　真空再生 放出 ４　　□床圧均圧化□ ５　大気圧への排気　　　加圧と生成物放出６　真空再
生　　　　　　継続供給と生成物放出 タイミングと弁位置は第４図に示されている。

第一生成物の流れは供給材料の流れの約２７．２チで保
たれた（両方の流れについて、サイクル全体にわたって
平均した）。ＰＥＡ操作の与えられたサイクルについて
は、この条件がアルゴン収率を最大化し一方ではメタン
生成物の規格を満すのに最適であることが決定された。

定常状態に２いては、生成物組成は、３１．５％Ｎ２．
２９．５％Ａｒ。

および３９．０％Ｎ７、　　であった。アルゴン収率は
熱伝導度分析計の検出限度（２０ｐｐｔｎ以下）までの
許容生成物メタン濃度に相当する、６８チであった。

実施例２゜ 本発明による系（第１図）を上記比較実施例１の慣用系
と比較した。同じガス状混合物とＰＥＡ床とを使用した
。ＰＳＡ操作圧は１５０　ｐｍｉａであり、再生圧は１
．５　ｐｍｉａの真空であった０通常の工法式ＰＥＡ系
と一緒に３００１のタンクを含む系（タンク容積と床ボ
イド容積との比は約１であった）を次の５分サイクル順
序に従って操作した： １　　□床圧均圧化−−−−下 ２　７ＪＩ］圧　　　　　　　　タンクとの均圧化３　
加圧と生成物放出　　大気への排気６　　□床圧均圧化
□ ７　タンクとの均圧化　　加圧 ８　大気への排気　　　　加圧と生成物放出９　真空再
生　　　　　　継続供給と生成物放出 １０　　タンクとの均圧化　　継続供給と生成物放出 タイミングと弁位置は第５図に示されている。

生成物対供給材料の流れの比は特定化されたメタン生成
物規格値に２いてアルゴン収率を最大にするよう最適化
されて２シ、０．３と決定された。２０ｐｐｍ以下の許
容可能の生成物メタン濃度の場合に、定常状朝生成物は
２５．３チＨ，，３１，２チＡデ、Ｅよび４３．５　％
　Ｎ２　　から成っていた。第一生成物中のアルゴン収
率は７５チであった。このことは本発明によるタンク均
圧化段階に基づいて７％差の収率槽を示した。

実施例３゜ ３００ｍ１の均圧化タンクを本発明による１床式プレッ
シャースイング吸着系の中で試験した（第２図）。その
他は、ガス状混合物とＰＳＡ床とは上記の比較実施例１
と実施例２に２いて使用したのと同じであった。次のサ
イクル順序を実施した：床Ａ　　　　　　床Ｂ １　　□　床圧均圧化□ ２　加圧　　　　　　　　タンク１との均圧化３　加圧
　　　　　　　　タンク２との均圧化４　加圧と生成物
放出　　大気への排気５　継続供給と生成物　　真空再
生 放出 ８　　□床圧均圧化□ ９　タンク１との均圧　　加圧 化 １０　タンク２との均圧　　加圧 化 １１　　大気への排気　　　　加圧と生成物放出１２　
真空再生　　　　　　継続供給と生成物放出 タイミングと弁位置は第６図に示されている。

等容積（３ＱＱｍＡりの２個のタンクを工法式プレッシ
ャースイング吸着法の中に含めることによシアルボン収
率が６８チから７８チヘ増加した。

タンク内容物を高圧均圧化後に２いて数多くの実験につ
いて分析した。組成は０−３チＨ，，１３１６％Ａｒ、
８１　８７％７Ｖｚ、の範囲にあシ。

ＣＨ４はきわめて低いｐｐｍ水準であった。このことは
、ボイドガス損失が重要であり、タンクを用いる改良が
有利であることを示している。

均圧化タンクを用いる上述の方法に２いては、各々の再
生中の床はタンクと２回均圧化される。

第一の均圧化に３いては、床平衡の直後に８いて。

床中リポイドガスの部分がタンクへ移される。第二均圧
化の間に、床の完全再生化後に２いて、そのタンクはよ
り高い圧力にあシ、従って、保存されたガスがここで戻
される。ボイドガス損失がこのようにして最小化される
ので、生成物収率が増す。我々は次にタンク容積と生成
物収率との関係の解析へ注目することにする。

タンク容積は、移されかつ保存されるガスの量に影響す
る重要な変数である０本発明による均圧化タンクを含め
ることに基づく改善は二つの量と関係させることができ
る。すなわち、第一には、床が排気される最終圧力であ
る。より高いタンク均圧化圧力、第二には、タンク容積
と二つのタンク均圧化圧力の間の差との積、である。変
数は次のと８り定義される： Ｐｎ−工法式方法についての床平衡化圧力ｐｖｃｙ、＝
最終再生圧力 Ｖｂ−全床容積 Ｅ−気孔率 ｖ、＝ｖｂｘｇ、床ボイド芥積 Ｖ、−タンク容積 ＶＲ−Ｖ、／Ｖア、タンク容積対床ボイド容積の比ＰＩ
Ｉ−高い方の均圧化圧力 ｐＬ＝低い方の均圧化圧力 ”Ｉ（Ａ　ｒ−高圧タンクガスのアルゴン濃度ＹＬＡｒ
−低圧タンクガスのアルゴン濃度に＝比例係数 タンクの与えられた容積ＶＩについて、高い方の圧力均
圧化において、ＰＢにある床はＰＩ、にあるタンクと均
圧化される。床中の温度とタンク温度が同じであると仮
定すれば、 低い方の均圧化に８いては、ＰＶＡ０にある床がＰ、□
にあるタンクと均圧化される。

ＰＨについて（１）と（２）を解くと、次式が得られる
。

式（３１からＰ　が知られろと、ＰＬ　を式（２）から
決定できる。

高い方のタンク均圧化圧（床が排気される圧力）Ｐ電工
Ｖ１とともに減り、ＰいまＶ、とともに増す。タンク容
積増はＰＨを下げることによってアルゴン収率を増すが
、終局的にはＰＨがＰＬに近づくとき、アルゴン収率に
おける増分がなくなる。アルゴン収率の増分はＹＨＡｒ
−ＹＬＡｒを仮定すると（ＰＨＹＨＡｒ−ＰＬＹＬＡｒ
）Ｖ、または（ｐＨＦＬ　）　”＋に比例する。収率増
は次のとεり 収率増＝Ｋ（ＰＨ−ＰＬ）ＶＩ この比例係数は特定Ｖｌ　　に２ける増分を実験的に測
定することによって決定できる。

実施例４゜ 本実施例は生成物収率のタンク容積依存性が与えられた
系についていかに決定できるかを解説するものである。

上記実施例２と同じガス状混合物とＰＥＡ床を用い、実
施例２で記載の同じサイクル順序に従った。８２．３５
　ｐｓｉαのＰＢと１．５　ｐａ４ＧのＰｖａｔとが測
定された。比例係数は実験的に得られる収率増を上記の
式（４）において７チポイント増に設定することによっ
て決定された。第７図を参照すると、アルゴン収率増が
タンク容積対床ボイド容積の比、ｙＲｌに対してプロッ
トされている。

予期されるとおり、増分はＶ、とともに増す。しかし、
増加率（傾斜）はＶ、−２の後は、急速に減少する。こ
の場合についてのアルゴン収率における最大増分は約９
チポイント増である。

上記の解析を複数個のタンクについて実施することがで
きる。例えば、「工法プラスニタンクｊ式の２個のタン
クとの均圧化を順次に使用する方法については、次の解
析をなし得る。変数は次のとおり定義される。

Ｖ、およびＶ２−タンク容積 一定の床温度に２ける圧力均圧化についての式は次のと
おシである。

式（４）から（７）はマトリックス形式でとして表現さ
れる。

上記で与えられる式の線型系（ｉｔ％ｍａｒａｙｓｔｇ
ｍ＞はＰＨ１、ＰＨ２、ＰＬｌ”よびＰｂ０　　につい
て解かれる。高圧および低圧の均圧化に８ける２個のタ
ンクの中のアルゴン濃度が等しいと仮定すると、２個タ
ンク式具体化についてのアルボ／収軍増はＣＣＰ■１−
ＰＬｌ）ＶＩ±（ＰＨ２−Ｐｂ０）Ｖ２〕に比例する。

さらに両タンク容積が等しい（Ｖｔ　−Ｖｔ　）よう選
択すると、 アルゴン収率増−ｚｆｆ：（Ｐ）１１−ｐＬ□）＋（Ｐ
Ｈ２−Ｐｂ０）〕Ｖ、。

単一タンク方式と２個タンク方式についてのタンク中の
アルゴン濃度が著しくは差がないと仮定すると（代表的
にはこれは、窒素がタンクガスの主要成分であるのであ
シ得ることが発見された）、実験的に単一タンクの場合
について決定された同じ比例係数が使用できる。第８図
はタンク容積対床容積の比に対してプロットしたアルゴ
ン収率増を示している。この場合には、慣用の二圧式方
法をこえる１３チの最高アルゴン収率が得られる。

これは単一タンク方式における９チ増と対比される。平
準化タンクを使用する場合、二圧式方法についての６８
％から単一タンク式の場合の７７チ２よび二個タンク式
の場合の８１％へ、アルゴン収率を増すことがこのよう
にして可能である。よシ多くの数のタンクが可能である
。しかし、その投資コスト増が実際には収率増の増加限
度よシ大きい。

実施例５゜ 本実施例は、第一生成物を高圧で製造できそれによって
下流処理用の再圧縮を回避し、一方では収率を維持する
よう、有効な供給材料の圧力エネルギーを保存する機構
として均圧化タンクを使用することを解説するものであ
る。比較実施例１の慣用的工法系を再び、ただし、１５
０１１ｍ＜１１ではなく　４００　ｐｓｉｇの圧力にお
いて使用した。６２チのアルゴン収率が１５０　ｐａｉ
ｇにおける６８チと比べて得られた。慣用的二床式方法
については。

圧力をＩ　５０　ｐａｉｇから４００　ｐａｉｙ　ヘ上
げるにつれて６チの収率減があシ、これはよシ大きい床
ボイドガスの損失１’ｌせられる。ここで１本発明の単
一タンク方式について実施した理論的解析をＰＲ＝２０
７．３５１ａｉｇで以て繰返す。さきに決定した比例係
数を使って、タンク容積対床ボイド容積の比によるアル
ゴン収率増の変動を計算し第９図にプロットする。４０
０１ｇりの作業圧力にぶいては２２チ増のアルゴン収率
増が可能であ・る。

従って、タンク均圧化段階を含めることによって、より
高い圧力に２ける収率は低圧ＰＥＡ操作と同じ収率で少
くとも維持することができ、あるいは増加させることす
ら可能である。

上述の具体化はタンク圧力均圧化を使用して生成物収率
な改善する本発明を解説するものであるが、しかし制限
するものではない。変形または修正は本発明の範囲と精
神の中で当業熟練者にとって明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は均圧化用の単一タンクから成る、本発明による
改善されたプレッシャースイング吸着系の模型的フロー
線図である。 第２図は均圧化用の２個のタンクから成る、本発明によ
る改善されたプレッシャースイング吸着系の模型的フロ
ー線図である。 第３図は従来法のプレッシャースイング吸着系の模型的
フロー線図である。 第４図は第３図と実施例１に３いて解説される従来技術
系を実施するときの、サイクル順序中の従来法のタイミ
ングと弁位置を示すチャート勝因である。 第５図は第１図と実施例２に２いて解説されるＣ３４） 系を実施するときの、サイクル順序中の本発明のタイミ
ングと弁位置を示すチャート線図である。 第６図は第２図と実施例４で解説される系を実施すると
きの、サイクル順序中の本発明のタイミングと弁位置を
示すチャート線図である。 第７図は本発明の単一タンク方式を用いる方法に従う、
タンク容積対床ボイド容積の比と関係させた、従来法と
対比のアルゴン収率槽を示すグラフである。第一生成物
は１５０　ｐｓｉσ圧力に８いて得られている。 第８図は本発明の２個タ２ンク方式を用いる方法に従う
、タンク芥積対床ボイド容積の比と関係させた、従来法
と対比のアルゴン収率槽を示すグラフである。 第９図は本発明の学−タンク方式を用いる方法に従う、
タンク容積対圧ボイド容積の比に関係させた、従来法と
対比のアルゴン収率槽を示すグラフである。第一生成物
は第７図に８ける１５０ｐｇｉｇではなく　４００　ｐ
ｓｉｇに８いて得られ、従ってこれは、有効供給材料エ
ネルギーを保存するタンク均圧化の有用性を解説してい
る。 手続補正書 昭和６２年特許願第４１２２７号 ２、発明の名称 タンク均圧化利用のＰＳＡ多成分分離 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　　ザ・ビーオーシー・グループ・インコーホレ
ーテッド ４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手
町ビル　２０６号室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少くとも一つのタンクが二床式圧力変動式吸着系の
   部分として含まれ、そのタンクを両床と連通するよう適
   合させている、多成分ガス状混合物の環状式分離法であ
   つて、 （ｉ）二つの床の均圧化に続く、第一吸着床と上記タン
   クとの第一の均圧化； （ｉｉ）上記第一吸着床の再生； （ｉｉｉ）上記第一吸着床と上記タンクとの第二の均圧
   化と、それによる、保存高圧ボイドガスの上記第二床へ
   の戻し； （ｉｖ）床平衡に続く、第二吸着床と上記タンクとの第
   一の均圧化；および （ｖ）上記第二吸着床の再生、および上記第二吸着床と
   上記タンクとの第二の均圧化、それによる、保存高圧ボ
   イドガスの上記第二床への戻し；の順序から成る方法で
   あり、 それによつて、一方の床が均圧化または再生が行なわれ
   ている間、他方の床が供給材料で以て加圧されつつあり
   かつ高圧における第一生成物を生成しつつあり、かつ、
   それによつて、少くとも二つの流れ、すなわち、少くと
   も一つの弱く吸着される成分が富化した比較的高圧の第
   一生成物流、および１個または１個より多くの強く吸着
   される成分が富化した比較的低圧の第二生成物流、が各
   の床によつて製造される、方法。 ２、中程度に吸着される上記多成分ガス混合物の成分が
   上記第一生成物流と上記第二生成物流との間に分布され
   る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、上記多成分ガス状混合物が水素、アルゴン、窒素、
   およびメタンから成り、上記アルゴンが上記の弱吸着成
   分であり、メタンが上記の強吸着成分であり、窒素が上
   記の中吸着成分である、特許請求の範囲第２項に記載の
   方法。 ４、上記第一または第二両床の上記の第一および第二の
   均圧化段階が第二のタンクで以て繰返される、特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ５、上記の第一および第二の均圧化段階が複数個のタン
   クで以て繰返される、特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ６、上記の二床式圧力変動式吸着系が高圧の供給材料ガ
   スを受け取り、第一生成物流中で有効圧力エネルギーを
   保存するよう高圧で作動し、一方、その床圧を１個また
   は１個より多くのタンクとの均圧化を通じて十分に下げ
   て床のボイドガスの損失を少なくさせる、特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 ７、上記の二床式圧力変動式吸着系の再生を、真空の適
   用によるか、あるいは大気圧かそれよりわずかに高い圧
   力での外部源利用のパージガスの使用を通じて実施する
   、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ８、生成物戻し装填が生成物純度を増すために含まれて
   いる、特許請求の範囲第１項に記載の方法。