JPS6316022A - 熱及び質量交換、圧力及び／または温度変動吸着法 - 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】 本発明は、吸着法に関し、さらに詳しくは、熱及び質量
交換（ＨＭＥ）、圧力変動（ＰＳＡ）または温度変動（
ＴＳＡ）タイプの吸着法に関する。そのような方法は、
ガス混合物ｔ、その供給混合物の一またはそれ以上の成
分ガスに関して、供給混合物と比較して富化され定温１
の流几と、その供給混合物の−またはそｎ以上の他の成
分ガスに関して、供給混合物と比較して富化された第２
の流れと、に分離しようとする数多くの用途に用いられ
る。

ＨＭＥ法は、［ケミカル・エンジニャリング・サイｘン
ス（Ｃｈｅｍ、　Ｅｎｇ、　５ｃｉｅｎｃｅ）Ｊ　４０
（１９８５）第１１号、第２０１９〜２０２５頁に記載
されている。

ＰＳＡまｔはＴＳＡタイプの方法は、吸着剤物質の複数
の床を用いてサイクル式で行われるのが普通であり、そ
のサイクルは下記の工程（ａ）。

（ｂ）及び（Ｃ）　Ｙ含んでいる。

（ａ）　　供給ガスン第１の圧力値で吸着剤床に送る；
供給ガス中の一層容易に吸着される成分（一またはそれ
以上）は、吸着剤に吸着されるが、相対的に吸着さｎに
くい成分（−ま九はそｎ以上）は床を通り過ぎて第１の
生成物流を与える工程（この生成物流の圧力は、床内で
のガス流動に対する抵抗によって与えらｎる圧力降下に
よる値だけ供給ガスの圧力よりも低い）。

（ｂ）　　圧力を低減させることにより、または温度乞
上昇させることにより（例えば加熱さｎ７Ｈ再生用ガス
を通過させることにより）、床から吸着ガスを脱着させ
、かくして、供給ガス中の一層容易に吸着される成分（
一またはそれ以上）からなる第２の生成物を得る工程、
及び （Ｃ）　　吸着剤床を吸着工程（ａ）へ戻す工程。

別法として、非動的ＰＳＡサイクルを用いることができ
、その場合１例えば床は供給ガスによって加圧され１次
いでそｆ”Ｌは二段階まｔはそれ以上の段階で減圧され
る。この初期の減圧段階（一またはそれ以上）において
は吸着されていた比較的吸着されにくい成分が放出され
、それに続く減圧段階では吸着されていた一層容易に吸
着される成分が放出される。

当業界において、その他の種々の工程をサイクルに含ま
せうることに周知であり１例えば一またはそれ以上の均
圧１じ（圧力平衡ＩｔｌＳ）工程、スウイープ（吹払い
）、リンス（清浄１ヒ）及び／ま７ｔニパージ（排出）
工程があり、また脱着ｔいくつかの段階で行って、中間
圧及び／または中間温度において中間の吸着性の成分Ｚ
含む一またはそれ以上の流れを得て、そして一層容易な
吸着性ｔもつ成分を含む流ｆ′Ｌヲ得るＣともできる。

種々のＰＳＡサイクルの例は１例えば欧州特許第１８３
３５８号明細書に記載されている。

使用されるべき吸着剤床の大きさは、サイクル中の最も
長い工程（例えば吸着工程または脱着／再生工程）の時
間に左右される。例えば最長工程を短縮できｎば、そｎ
だけ小さい吸着剤床を、従ってそｎだげ小さい未収納容
器を使用できる。吸着剤床の所要容積（Ｖ）　Ｕ吸着剤
の効率（能力）によって左右され、その効率（能力）は
、殊は、床中に存在する吸着剤の幾何学的表面積（ＧＳ
Ａ）：吸着剤の容積（Ｖａ）の比はよって左右さルる。

Ｖａは、もちろん、■及び（１−ＢＶ）の積である（こ
こにＢＶｌｄ床の空隙である）。普通、吸着剤はペレッ
ト、例えば小さい円筒体まｆｃは球体の形で使用さｎて
きた。ＧＳＡ、２′ｖａ　　比は、もちろんペレットを
小さく作ることにエリ増加できるが、所与の長さ：横断
面積比の床については、床が流動１じし易いという欠点
があり、また床での圧力降下が増加してくる。これは経
済的理由により望ましくないことが多い。

本発明においては、吸着剤の効果は、貫通する複数の小
さな通路を有する一またはそれ以上のユニットの形の吸
着剤を用いて、床が大きなＧＳＡ／Ｖａ比を有するもの
の吸着剤が許容できない程の圧力降下の増加を与えない
ようにすることにより。

向上される。

従って、本発明は、熱及び質量交換、圧力及び／または
温度変動吸着法において、その内部に貫通延在する複数
の実質的に平行な通路！有する−ま７ｔはそれ以上のユ
ニットから吸着剤床が構成され、各ユニットがそのユニ
ットの横断面積１ｃ１１当り少なくとも２０．好ましく
は少なくとも２５の通路を有し、かつ各ユニット中のそ
れらの通路の数及び横断面積が、各ユニットの幾何学的
空隙率）ａ’０．４５以下とするようなものであること
を特徴とする上記吸着法を、提供する。

通路は円形の横断面を有するのが好ましいが、その他の
形の横断面であってもよい。通路の有効直径（ｄｐ）と
は１通路横断面と同じ周辺長２有する円の直径であると
定義する。各通路は、通路の横断面積と同じ横断面積の
円の直径として定義される概念的直径（ｄｎ）’ａ’有
する（円形の横断面の通路の場合には、有効通路直径及
び概念的通路直径は同じであり、そして実際の通路直径
に等しい）。

各ユニット中の通路のうちの少なくとも５０％。

殊に少なくとも８０％は、０．０３〜２．５龍、殊に０
．１〜１１１１．最も好ましくは０．２〜０．５關の範
囲の有効直径ｌ有するのが好ましい。

吸着剤床のアスベクトレーシオ（縦横比）ニ、慣用吸着
剤床のそれと同じであるかそ几よりも大きくてよく、典
型的には２〜１０．殊に３以上である。

本発明の目的のためには、ユニットの空隙ＧＶは、「ユ
ニット中の通路の合計横断面積（−ｆ″なわち１通路の
数×数平均の通路横断面積）」：「ユニットの横断面積
」の比として定義される。従って、ユニットの横断面１
ｃｍ２当りＮ本の通路があり。

各通路がｄｎ−儂の概念的直径を有するときには。

幾何学的空隙はＮ・π・（ｄｎ）２／４である。

本発明の一態様において、吸着剤床は、前述のようなユ
ニット（複数）のランダム充填床からなる。この場合は
、それらのユニットは好ましくｔｔＸ円筒状の形であり
、その円筒体の長軸に実質上平行な軸をそ几ぞれ有する
通路を貫通延在させている。それらのユニットは、好ま
しくＩｒ１３ｍｔｔＹ：越え。

ただし２０１１１１以下の直径及び長さを有し、ま之０
．５〜２の範囲、殊に０．７５〜１．５の範囲のアスペ
クトレーシオ（ｒなわち長さ：直径の比）ｌ有する。

そのようなユニットの長さ及び直径はそれぞれ６〜１５
朋の範囲であるのが最も好ましい。

そのようなユニットは、ユニットの容積当り大きいＧＳ
Ａを有し、ユニットの床の空隙率ＢＶは、貫通通路を有
しない粒子の床の空隙率よりも普通はやや太きいけ几ど
も、多数の貫通通路によって与えられる大きなＧＳＡは
ユニットの効果？増大させ、従って「床のＧＳＡＪ　：
　　「床中の吸着剤の容積■ａ」の比は１貫通通路を有
しない粒子の床のそれよりも著しく大きい。ユニットの
容積当りのＧＳＡは貫通通路を設げることによって増大
されるので、ユニットの大きさも増大さ几うるが。

それでもなお床は、同様な、または一層大きいＧＳＡ７
Ｖａ　Ｙ有しうるので、床での圧力降下は低減される。

あるいに１貫通通路は圧力降下を減少させるのに有効で
あるので、慣用システムにおけるよりも小さい粒子を使
用することも可能である。

本発明の吸着法で使用される場合、従って床内のガスの
速度を増大させるＣと及び／′または慣用のものよりも
小さい粒子を用いること（かくしてサイクル時間をさら
に短縮する効果乞もたらすこと）も可能となりうる。も
しも大きなガス速度を用いる場合には（殊は、サイクル
の種々の段階においてガスの流動方向を反転させるのが
普通であるＰＳＡにおいて、大きなガス速度を用いる場
合には）、ユニットの流動比を防ぐために拘束（制止）
式床を用いるのが望ましいことがある。吸着剤ユニット
の床の端部７横切ってメツシュまたに多孔板を設けるこ
とにより１粒子は拘束（制止）されつる。

本発明の別の一態様においては、吸着剤床は、単一のユ
ニットの形、または複数のユニットの密充填積立体もし
くはアセンブリーの形であり、通路を床内でのガスの流
動方向に一致させるようにしである。直径に等しい長す
ヲもつ円筒状ペレット乞ランダム充填して作ら几た床に
おいては、床受隙率ＢＶは、「ペレット間の空隙の容積
」二「床の容積」の比であり、約０．６５〜０．４であ
る。

吸着剤床が単一構造ユニツ）、ｌｃは並゛行及び／−！
たは端を突き合せて配置された複数のユニットのアセン
ブリーから構成さ几ている場合、相隣れるユニット間の
間隙の容積は、床容積のわずかな部分であり、一般的に
は床の容積の１０％以下であるので、床受隙率は、上記
定義のユニットの幾何学的空隙率エリもはるかに大きい
ことは一般にばにない。本発明においては、幾何学的空
隙率は０．４５以下であり、好ましくは０．４以下であ
る。

殊は、そｆ′Ｌは０．１５〜０．４の範囲内であり、従
って床受隙率Ｂ　Ｖｌｄ、ランダム充填床のそれと同じ
オーダーであるか、またはそｎよりもはるかに小さい。

所与の容積の床中の吸着剤の量は、従って。

ランダム充填ユニットの床におけるのと同じオーダーで
あるか、またはそれよりもはるかに少ない。

床が単一ユニットからなるか、または複数のユニットの
密充填アセンブリーもしくは積立体である本発明のこの
態様においては、ユニットの外部表面は被処理ガスが接
近しつる表面積のうちの比較的小部を与えるにすぎない
ので、以下の検討の目的のためには、ユニットの外部表
面Ｈ，床（’）幾何学的表面積ＧＳＡ’Ｙ考慮する際に
は無視するものとする。従って床のＧＳＡば、床中のユ
ニットの数と、各ユニット中の通路の数と、各通路の壁
の面積と、の積であると考えることができる。通路の壁
の面積は通路の横断面の周辺長と１通路の長さと、の積
である。再び、複数のユニットが端？突き合せて積ま几
ている場合には、後述の理由により、相隣れるユニット
の端部同志の少なくとも一部分の間に小さな間隙があり
うるが、一般的には、床の長さ方向に沿うユニットの数
と、各ユニット中の通路の長さと、の積は、床の長さよ
りもわずかに小さいだけであるにすぎない。その結果１
本発明の目的のためには、吸着剤が単一のユニットであ
るか、複数のユニットの積立体まｔはアセンブリーであ
る場合にＧＳＡ／Ｖａ比は下記式の値に等しいと考える
ことができる： Ｎ’　π・ｄｐ／（１−Ｎ’　π・ｄｎ２／４）（ここ
にＮＨユニットの横断面積１ｄ当りの通路の数であり、
ｄｎは概念的通路直径（α）であり。

そしてｄｐＨ有効通路直径（ｃｍ　）である。）吸着剤
床が長さＬｍ及び直径Ｄｃｍの小さな円筒形ユニットの
ランダム充填床である場合、それらのユニットの外表面
積は吸着剤床の幾何学的表面積に著しく寄与しうる。こ
の場合、ＧＳＡ／Ｖａ比は下記式の値であると考えるこ
とができる。

２／Ｌ＋（Ａ／Ｄ＋Ｎ−ｒｔ司ｐ）／（１−Ｎ−ｄｎ”
−ｒｒ／４　）通路は各ユニット中に規則的パターンで
配列されているのが好ましい。殊に相隣れる通路の間の
間隔に均一であるのが好ましい。好ましくは、それらの
通路は円形の横断面であって、六角形のパターンに配列
（すなわち各通路の中心を三等辺三角形の角の位置に配
置）ｆる。そのような配列において、「相隣れる通路の
中心間の距離」：「通路ノ直径」ノ比（ｋ　）　Ｕ　１
．２〜２．５　、殊ｋＣ１，４〜２．０の範囲内である
のが好ましい。そのような配列において、ユニットの横
断面積１ｃｆＩ当りの通路の数すなわち、　１．１５／
（ｋ２・ａ２）であるが、ユニットの幾何学的空隙率は π／（４・ｋ２・ｓｉｎπ／３） すなわち０．９７に２　である（ここにｄに通路の直径
：単位口である）。

床内での圧力降下は、ユニットの横断面積１ｄ当りの通
路の数が増加するにっｎて、そして通路の水力学的直径
（ｄｈ）が増大するにつれて減少する。水力学的直径ｄ
ｈは１通路の横断面積の４倍を通路横断面の周辺長で割
った値、すなわちｄｎ２／ｄｐ　　である。本発明によ
り１貫通通路暑有しない吸着剤粒子ンランダム充填した
床のＧＳＡ／Ｖａ比よりも著しく大きいＧＳＡ／Ｖａを
有するが同様な圧力降下を与える吸着剤床を用いること
ができることが判明し九。−例として、比ｋが１．６で
ある六角形に配列され定日形断面の通路を有する本発明
による吸着剤ユニットの積立体を用いる場合、吸着剤が
直径約２趨の球体の形である床を用いる慣用システムと
比較して、吸着剤床の容積を直径０、５　ｍｓの通路の
使用により約４倍、そして通路が６、２１１ｘの直径を
有するならば約３０倍だけ低減することが可能である。

若干の場合には、床の横断面積全体を占める単一ユニッ
ト同志ることが可能であるが、並行にそして必要ならば
端を突き合せて積んだ小さいユニットの密充填アセンブ
リーを用いようとする場合には、各ユニットは相隣れる
ユニット同志の間に著しい間隙が生じないような外部形
状を有しなげればならない。こ′ｒＬば、多角形、好ま
しくに規則的多角形断面、例えば正方形、矩形、三角形
ま之は六角形のプリズムの外形を有するユニッ）Ｙ形ａ
：することにより達成できる。その他の多角形横断面（
例えば六角形）のユニットも使用でき、また相異なる横
断面（例えば正方形または三角形）及び適当な大きさの
ユニットを配列の中に組み入れて相隣れるユニットの側
面間の間隙を防ぐこともできろ。別法として床は、例え
ば円形横断面のユニットン並行に充填し、それらのユニ
ット同志の側面間の間隙を適当な充填剤（例えばセメン
ト）で充填して組み上げてもよい。ユニットのアセンフ
Ｕ　−において、ユニットｆｄ通路が被処理ガスの流動
方向に実質的に平行になるようは、配向３ｎる。

吸着剤床が端部同志を突き合せたユニットを層状に積ん
だものからなる場合には、ユニットにドーム型またに粗
比端部ケ与え、または多孔スペーサー（例えばメツシュ
）を用いることにより、あるユニットの通路への接近が
隣の層中のユニットによって閉塞さ几ろのを防ぎ、また
あるユニット層から出るガスが適当に混合してから次の
層に入るようにするような工夫手段を設けるようにする
。

そのような相隣ｎるユニット間の間隙に５朋以下である
のが好１しく、１〜５北であるのが好都合である。

若干の場合、床が、端を付き合せて積み重ねまたは組立
てられ九一連のユニットから構成されている場合、大き
い方の有効直径の通路のうちのある割合を、床内の流動
ガスの圧力降下を低減させるｔめに備えるのが好ましい
。しかし、そのようなアセンブリーまたは積立体におい
て、ユニットは、大きい直径の通路が床の長さ方向にお
いであるユニットから他のユニットにまで軸を一致させ
て配列されないように積み立てま７？１．は組み立てる
のが望ましい。そのような一層大きな直径の通路が存在
する場合、小さい方の通路の有効直径の約１０倍までの
有効直径を有するのが典型的である。

床が複数のユニットのアセンブリーから構成される場合
、各ユニットは少なくとも５−１殊に少なくとも１０朋
、最も好ましくは２０〜２００朋の概念的横断面直径（
すなわち、ユニットと等しい横断面積の円の直径、それ
を貫通する通路を無視）’ａ’有ｆるのが好ましい。各
ユニットのアスペクト・レーシオ（ｊなわちその長さ：
概念的横断面直径の比）は、ユニットの製造方式によっ
て左右され、好ましくは１以上の値である。以下に述べ
るようは、ユニットは押出法により作るのが好ましく、
その場合に２００ｍｍま７ｔハそ１以上に及ぶ長さを有
するユニットｌ与えることができる。

本発明において使用するユニットは、適切な組成物を、
所望の通路の形成でるコアを有するグイ！介して押、し
出すこξにより製造できる。別法として、ユニットは、
ペレット法または打錠法によって作ることもでき、この
場合にペレッ）　ＩＩｓ用ダイのコアはわずかなテーバ
（例えばりまで）を有して、ダイからのユニットの放出
を助長することができる。そのような場合に１通路は、
完全に均一な横断面を有しないことがあることは了解さ
れよう。ペレットＩｔｓまたは打錠法は、ユニットが多
数作られなければならず、また多数の通路ｌ有する場合
には押出法よりも適当でない。

ユニットを作るｔめに特に適当な材料は、ＰＳＡまたは
ＴＰＡ法で吸着剤として用いられるいず几の材料、例え
ばゼオライト類、シリカゲル及び活性炭であってよい。

適当なゼオライト類としては。

ゼオライト４Ａ、５Ａ、１３Ｘ及びモルデナイトがある
。組成物を所望の多孔構造体に成形中または成形後は、
活性吸着剤に転１シサれる前駆体物質を用いることも可
能である。

床が、端と端を突き合せて積み重ねられｔユニットのア
センブリーから作られる場合は、各層中のユニツ）ｆｌ
相互に相異なる寸法、及び通路の配列及び１じ学的組成
であってよい。そのような場合は、アセンブリーは多数
の別々の吸着剤床を直列に構成すると考えることもでき
る。

前述のようは、ユニットは押出法により作るのが好まし
い。押出可能な稠度を与えるには、組成物は１通常、液
体、及びその液体に可溶または膨潤しうる粘度調節重合
体を含む。液体が水である場合（これが好ましい）には
１重合体は、例えば可溶性炭水１ヒ物（例：デンブン、
アルギン酸塩。

キサンタンガム）；セルロースエーテル；蛋白質；ホリ
ビニルアルコール、エステル、アセタール。

エーテル、ま７’ｊｆｌ混合誘導体１例えば部分加水分
解酢酸ビニル；ポリアルキレンオキサイド；ポリアクリ
レ−）、を几Ｈポリメタクリレート；ポリアクリルアミ
ドまたはポリメタクリルアミドからなりうる。ポリマー
の混合物を用いることもできる。液体が有機である場合
には、多数の有機重合体を使用することができ、例えば
高分子量（１５０００以上）のポリオレフィン類と、可
塑剤１例えばポリオール（例ニゲリコール、グリセロー
ル）または高沸点エステルを液体として併用できる。特
に適当なポリマーの組合せで水含有組成物において押出
可能稠度を与えるものは、我々の英国特許第１３４１３
８号明細書に記載されている。さらに別法として、押出
可能稠度は、水膨潤性無機酸１ヒ物で得ることもでき、
例えば粘度鉱物、ベントナイトま７ｊＨコロイド状のケ
イ酸マグネシウム・アルミニウム（商標「ビー・ガム：
　Ｖｅｅ　Ｇｕｍ　ＴＪ　　で市販）を単独で、あるい
は粘度調節性重合体と一緒にして使用できる。

成形後、そして成形が押出法であるときには。

好ましくは押出物を所望の長さに切断後、成形品を、所
要ならば乾燥し、次いで（有機成分を含む結合剤が成形
工程で用いられ几場合には）、有機成分を焼成工程にお
いて、［素含有ガス、例えば空気中で、好ましくは２０
０〜５００℃において、所望により焼き尽す。そのよう
な焼成は有機結合剤を用いない場合でさえも有利であり
うる。次いで成形物は所望により焼結して、高密Ｉｋを
行ない。

まをその強度を増大させる（もちろんそのような工程が
ユニットの吸着性に悪影響を与えないこと１条件とする
）。吸着剤が活性炭のような物質であるときには、酸素
含有雰囲気中での焼成は避けるべきであり、もし結合剤
が用いられるならば、そｔｔＨ吸着剤ユニット中に残っ
ていてもよく、あるいは接合剤は不活性雰囲気（例：窒
素）中での加熱中に揮発または炭１ヒするように選択し
てもよい。

ユニットが押出法で作られる場合は、押出物乞所望の長
さに切断するときは、その切断作業が。

ユニットを所望の吸着剤床に組み合せるときユニット間
の望ましくない間隙ン生じさせるようなユニットの変形
及び／または通路の閉＠夕もたらさないことが１重要で
ある。小さい断面のユニットの特に適し几切断法は、欧
州特許第２２３４４５号明細書に記載されている。その
他の適当な切断法は我々の英国特許出願第８６１０３１
２号（欧州特許出願８６３０８２１９．４　号に対応）
明細書に記載されている。

上述のように１本発明の構造的吸着剤の使用の一利点は
吸着剤床の容積、従ってサイクル時間を著しく減少でき
ることである。しかし若干の場合には、これが問題とな
ることがあり、特にサイクル時間が一般にＴＳＡ法にお
けるよりもはるかに短いＰＳＡ法では、操作手続のコン
トロールのｔめの迅速な弁操作ケ必要とする。この問題
を克服する一方法は、適当な位置に孔ン設けた回転円筒
容器中に床の形で吸着剤を配置することである。

この床は好ましくは容器の長さにわたり延在するのが好
ましく、孔のおいていない長手方向に延在するいくつか
の部分を備えて床の各部を相互側々の部分にすることが
でき１貫通通路に直角な方向における圧力降下は一般に
非常に大きいので、若干の場合にはそのような区画は必
要でないことがある。容器が回転するにつれて、その中
の床の特定の部分がまず供給ガス源及び未吸着第１生成
物流の排出孔と連通関係となる。次いで床のその部分は
サイクルのその他の段階のための適宜な孔と継続的に連
通関係とされ、他方床の別の部分は原料孔及び第１の生
成物排出孔と連通関係となっている。このタイプの配列
では、ガス流動が軸方向まｔは直径方向となるようにシ
ステムを設計できる。回転容器を用いる代りは、容器に
固定式であって、孔（まｔは孔と床との間の連通）が容
器に相対的に回転するようにしてもよい。

そのような回転システムでは床は、単一の吸着剤ユニッ
トからなっていても、あるいは複数のユニットのアセン
ブリーからなっていてもよい。

以下の実施例１及び２は、本発明を例示する几めにＰＳ
Ａ法及びＴＳＡ法についての計算に基づくプロセス条件
を示すものであり、各々の場合に本発明による吸着床の
使用と１貫通路を有しない慣用粒状吸着剤ｌ使用の方法
とを比較しである。

実施例１ この実施例は空気分離のためのＰＳＡの使用を説明する
ものであり、３絶対バールの圧力の空気原料から、０．
２３バールの床内圧力降下で、９０％（Ｖ／Ｖ）の酸素
を含む生成物流を日産３３トン生産する。

上記の仕様は、それぞれ６．４ｍの高さ及び２．４４ｍ
の直径の三つの床にランダム充填された直径２酊の球状
の吸着剤を用いる慣用法で達成できる。

各床に必要とされる吸着剤の総容積は３０ぜである。こ
の方式を用いての各ＰＳＡサイクルにおける吸着時間に
９０秒である。

本発明によれば、上記の仕様は、それぞｎ高さ４．７４
ｍ及び直径１．４２　ｍの三つの床を用いて達成するこ
とができ、この場合には、吸着剤（＋１．学組成物には
上記慣用法と同じ）は、六角形のプリズム形外形のユニ
ットが幾層にも層状は、相隣れる層の間に２龍の間隙で
積まれてアセンブリーとさ１て吸着剤床を形成しており
、各ユニットハ１５朋の概念的直径及び１５韮の長さｔ
有し、また貫通延在する直径０．５２　ｍｍの円形横断
面の複数の通路を有し、それらの通路は、前述のように
定義３ｆ’Ｌる比は＝１．５６の六角形の列の形に配置
されている。各ユニットの幾何学的空隙率ｆｌｆ’３０
．３７である。この場合は、各床に必要とされる吸着剤
の総容積ｕ　７．５　ｍ’であり、吸着時間はわずかに
２２．５秒である。

横型の単一吸着床に横方向（水平方向）に流動させる回
転システムを用いると、上記の仕゛様に直径２，８ｍ及
び長さ１．５４　ｍの床（吸着剤容積３．６セ）ヲ採用
しても達成することができ、この場合に吸着剤は上記の
様なユニットのアセンブリーであるが、直径０．２１の
通路を有しており、またｋが１．５６になるようにそ扛
らの通路に配列されている。この場合にＰＳＡサイクル
の吸着時間はわずかに６．６秒である。

実施例２ この実施例は、水素及び窒素を約６＝１のモル比で含み
、ｆ、１０．０３％ｖ／ｖの水蒸気を伴なっているアン
モニア合成ガスの乾燥のためのＴＳＡの使用Ｚ説明する
ものであり、再生ガスとして、２９０℃の温度のアンモ
ニア合成パージガスを用いて、ｉｐ＋ｍ（容積）未満の
水蒸気含量の生成物流ｌ毎時６０００ｋ１９モルの割合
で生産する。

上記の仕様は、１６．３ｍの総吸着剤容積ン与える床に
ランダム充填さｔｌ、た直径１．６朋の球状の吸着剤を
用いる慣用法で達成される。この方式での各ＴＳＡサイ
クルにおける吸着時間は８時間であり、再生に要する時
間は、２．６時間（１，６時間は高温再生ガス、そして
０．７時間は冷却時間）であり、必要とされる再生ガス
の量は６００ｋｇモル／時である。

本発明によれば、上記のような回転システム７用いると
、上記の仕様は、並行にかつ端を突き合せて積んだユニ
ットのアセンブリーで吸着剤床の形にした吸着剤をわず
かに１０．５ｍ？用いて達成することができるが、この
場合に各ユニットに貫通延在する直径１．１２ｍｍの円
形断面形状の通路（複数）？有し、それらの通路は、前
記定義の通りの比は＝１．６で六角形に配列されている
。各ユニットの幾何学的空隙率ばｆＸＩｏ、３５である
。この場合は、吸着時間及び再生時間は、慣用吸着剤を
用いた上記の方法と同じであるが、必要とされる再生ガ
ス流にわず、かに１２０ｋ１７モル／時である。

同量の再生ガス、すなわち１２０に９モル／時を用いる
場合、もしも吸着ユニットが直径０．２　ｍｍの通路を
さらに近い間隔でｋがなお１．６であるように与えられ
ているならば、必要とされる吸借剤容積は、わずか０．
３３　ｍ３であり、再生時間は０．０７時間（高温再生
ガスを０．０５時間通し、冷却時間暑０．０２時間とす
る）である。

上記の慣用ＴＳＡ法においては、再生ガスの加熱に間欠
的であり、従って平均所要動力は０．２５ＭＷであるが
、１．２５ＭＷ定格のヒータが必要とすれる。上記両実
施例において、本発明の押出成形ユニットヲ輪番吸着剤
床式のＴＳＡＩ７）ために採用すると、ヒーターを連続
的に運転できるだけでなく、再生段階にある吸着剤床の
部分を通過後の再生ガスから熱を、ヒーターへ供給され
つつあるガスとの熱交換によって１回収することに一層
経済的でもある。さらには再生後冷却３ｎつつある床の
部分からの高温ガスを、床の別の部分のための再生ガス
として使用することも可能である。このようにすると、
ヒーターにわずか０．０９ＭＷの動力供給を必要とする
のみであり、著しい動力節減ができる。

実施例３ この実施例では、ＰＳＡ空気分離システムにおけるユニ
ットの幾何学的空隙率の効果を比較するものである。

多数の通路を六角形に配列して有するゼオライ）５Ａの
六角形プリズム形のユニットヲ並行に組み合せたアセン
ブリーからなる吸着剤床を用いる。

そ几らの通路に円筒の長軸に実質上平行な通路軸をもっ
て貫通延在している。各ユニットの容積当りの幾何学的
表面積に約４７ｃｍ−’　　である。

下表は、種々の通路直径、すなわち種々の幾何学的空隙
率をもつユニットについて、６絶対バールで供給される
空気から９０％ｖ／ｖの酸素２含む酸素富１１４．空気
ｔ３３トン／日生Ｍ″′ｒるのに必要とされる吸着床の
理論（計算）容積を示すものである。この表には、吸着
システムに供給されろ空気を圧縮するのに必要な理論（
計算）動力も示さ几ている。

＊　９０％（ｖ／ｖ）の酸素を含む酸素富１ヒ空気を１
トン生産するのに必要な空気を圧縮するために要する１
時間当りのＭＷ数。

従って低空隙率の多孔吸着剤ユニットの使用によって小
さい吸着剤床容積を使用することが可能となろばかりで
なく、必要な圧縮動力が、より少量の空気から所要量の
製品を生成する一層効率的操作の結果として著しく低減
されることにもなることが判る。

（外４名）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱及び質量交換、圧力及び／または温度変動吸着
   法において、その吸着剤床は、内部に貫通延在する複数
   の実質的に平行な通路を有する一またはそれ以上のユニ
   ットから構成され、各ユニットはそのユニットの横断面
   積１ｃｍ＾２当り少なくとも２０の通路を有し、かつ各
   ユニット中のそれらの通路の数及び横断面積は、各ユニ
   ットが０．４５以下の幾何学的空隙率となるようなもの
   であることを特徴とする上記吸着方法。
2. （２）各ユニット中の通路のうちの少なくとも５０％の
   ものは０．０３〜２．５ｍｍの範囲の有効直径を有する
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）各ユニットの幾何学的空隙率は０．１５〜０．４
   の範囲内である特許請求の範囲第１または２項に記載の
   方法。
4. （４）通路は横断面で円形状であり、そして各ユニット
   において各通路の中心が三等辺三角形の頂点に位置され
   る六角形のパターンに配置されており、かつ任意のユニ
   ット中の相隣れる通路の中心間距離：通路の直径の比は
   １．２ないし２．５の範囲内である特許請求の範囲第１
   〜３項のいずれかに記載の方法。
5. （５）吸着剤床は、円筒状のユニットをランダム充填し
   た床からなり、ユニット内部に貫通延在する通路はそれ
   らの軸をその円筒体の長軸と実質的に平行にしたもので
   あり、各ユニットの直径及び長さは３〜２０ｍｍの範囲
   内であり、そして各ユニットの長さ：直径の比は０．５
   ないし２の範囲内である特許請求の範囲第１〜４項のい
   ずれかに記載の方法。
6. （６）吸着剤床は単一ユニットの形または多数のユニッ
   トの密充填積重体もしくはアセンブリーからなり、ユニ
   ットを貫通している通路を床内のガスの流動方向に合せ
   てある特許請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の方
   法。
7. （７）吸着剤床は複数のユニットを並行にそして場合に
   より端同志を突き合せて積んだユニットの密充填アセン
   ブリーであり、各ユニットは多角形プリズム状外形を有
   することにより相隣れるユニット同志間にほとんど空隙
   が生じないようになつている特許請求の範囲第６項に記
   載の方法。
8. （８）吸着剤床は、端同志を突き合せて層状に積んだユ
   ニットからなり、１〜５ｍｍの範囲の空隙を相隣れる層
   の間に与えて一つのユニットの通路の出入が隣の層のあ
   るユニットによつて閉塞されるのを防ぎ、そしてあるユ
   ニット層から出るガスが次のユニット層に入る前に混合
   されうるようにした特許請求の範囲第６または７項に記
   載の方法。
9. （９）吸着剤床は、ユニットのアセンブリーから作られ
   、各ユニットは２０〜２００ｍｍの範囲内の概念的横断
   面直径及び１より大きい「長さ：概念的横断面直径」比
   を有する特許請求の範囲第６〜８項のいずれかに記載の
   方法。
10. （１０）相異なる吸着性の成分を含む供給ガスを、相対
    的に吸着され難い一またはそれ以上の成分を含む第１の
    生成物流と、一層容易に吸着される一またはそれ以上の
    成分を含む第２の生成物流とに分離するための特許請求
    の範囲第１〜９項のいずれかに記載の方法であつて： 吸着剤が円筒形容器中に床の形で配置され、その容器へ
    の供給ガスの導入のため、その容器からの第１生成物流
    の排出のため、及びその容器からの第２生成物流の排出
    のため、それぞれ孔が備えられており、そしてそれらの
    孔と吸着剤床との間の関連した回転をなすようにしてあ
    り、かつ該方法は、その関連した回転を連続的または間
    欠的に行う間に、 供給ガスの導入孔及び第１生成物流排出孔と連通状態に
    ある吸着剤床の第１の部分へ供給ガスを供給し、そして
    第１生成物流をその排出孔を介して取り出し、 かくして、供給ガスを吸着剤床の第１の部分へ供給して
    いる時間の少なくとも一部分の間に、一層容易に吸着さ
    れる一またはそれ以上の成分を供給ガスから吸着剤床の
    第１の部分の吸着剤へ吸着させ、 以前に一層容易に吸着される一またはそれ以上の成分が
    吸着されていた吸着剤床の第２の部分から、吸着されて
    いた第２生成物流を第２生成物流排出孔を介して脱着さ
    せ、その後に、 吸着剤床の第１の部分を、第２生成物流排出孔と連通さ
    せ、そして吸着剤床の第２の部分もしくは別の部分へ供
    給ガスを供給しながら吸着剤床の第１の部分から容易に
    吸着される一またはそれ以上の成分を脱着させる、 ことからなる特許請求の範囲第１〜９項のいずれかに記
    載の方法。