TW201275B - - Google Patents

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20似5 A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（'） 本發明僳關於使用壓變吸附方法和糸統來進行氣髖的 分離。說的更明確一點，本發明傜關於從条统回收雙重 的高純度氣體産物。 壓變吸附（PSA〉方法和条統己廣泛的使用於各種工業 用途上，以用來製造高純度的氣流β在此類的方法中， 含有一種較易吸附成份和一種較難吸附成份的進料氣體 混合物，通常是在較高的吸附壓力下，通入一値能選擇 性吸附較易吸附成份的吸附床中。之後再將該吸附床予 以減壓至一個較低的脱附壓力，以使較易吸附之成份由 吸附物質中脱附出來，並且在加入更多量的進料氣體於 吸附床中，以進行週期性吸附一脱附操作之前，使其在 吸附床中能持鑛的被移走》此類的PSA方法通常是在多 床条統中進行，每一個吸附床相對於糸統中的每一個其 它吸附床重覆循環進行所需的PSA操作順序。 PSA糸統一般常用於工業上，以給定的進料氣體來源 中，産生單一的産物氣流。對於非常重要的空氣分離操 作方面，PS A条統可達到所需的氣氣和氮氣之分離，這 是因為不論是對氣氣或氮氣而言，所使用的吸附劑具有 較高的蘧澤性之故。任何一種特殊的吸附劑物質之吸附容 量在高壓下都會提高，而在低壓下都會降低〇在製造高 純度氣氣産物的PSA方法和糸統中，所使用之吸附劑可 為對所需之氧氣産物或是對氮氣具較高選擇性的吸附劑 。在使用選擇性吸附氮之吸附劑的条統中，如沸石型分 -3 - (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 201275 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 B6 五、發明説明（> ) 子筛，氧氣産物將成為較不易吸附的成份，而在較高的 吸附壓力下，在吸附的過程中，由吸附床中排出。當在 条統中，氣氣為所需的産物，而使用選擇性吸附氣的物質 做為吸附劑時，如磺分子篩，則氣氣産物成為較易吸附 的成份，而在吸附床減壓至它的脱附壓時生成。在PSA 方法和糸統中，當氪氣為所需之産物時，類似效果將視 PS A条統所使用的吸附劑為選擇性趿附氣或是選擇性吸 附氮的吸附劑而定。 熟習此技藝者都了解：PSA条統先天上就無法將任何 想要的進料氣流成份由進料氣流的其它成份中完全分離 出來。一般而言，PS A分離操作可産生含有高百分比的 某種成份以及小量其它成份的氣流産物。而由PSA条中 所排出的其它氣流，亦即廢氣，將含有進料氣體中的所 有成份。吸附条統並未將進料氣流中的任何一種成份完 全分離出來的這個事實，&就是為什麼在PSA方法中總 是存在著所謂廢氣的緣故《通常，這種非産物的廢氣中 並未含有足夠高之比例的任何一種成份，而使其無法用 於實際的商業操作上。因此，廢氣對於氣體分離操作的 最终使用者而言，並未具有明顯的價值。 在具商業上之重要性的PSA -空氣分離技術中，相當希 望能回收廢氣中最重要的成份，也許是氣氣或氮氣，而 成為一値分離出的高純度氣流。此種回收操作，在日新 月異的工業應用技術方面，可用來提高使用PSA操作的 ..---------------^---------裝——----* 玎-----^ ^ (諳先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 2012^5 A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（今） 技術上和經濟上的可行性。 因此，本發明的目的之一是提供一種雙重産物PSA -空 氣分離方法和条統。 本發明的另一個目的是提供一種能産生氣氣或者是氮 氣産物的PS A -空氣分離方法和糸統，其並且能産生含有 所排出廢氣中最重成份的高純度氣流。 基於這些目的和一些未提出的目的，本發明將在下文 中做更詳盡的描述，而其中一些新穎的恃色將在申請專 利範圍中特別指出。 本發明適當的捕捉了部分PSA-空氣分離所産生的廢氣 ,而被捕捉的非重要産物廢氣中含有高濃度的成份，故 可産生一種濃縮的第二産物流。本發明可應用於PSA -氣 氣条統和PSA -氮氣条統。 下文中將附圖對本發明做進一步的描述： 圖1為PSA -氣氣条統的程序流程圖，其中濃縮氮氣産 物由PSA廢氣中回收·，以及 画2為PSA -氮氣糸統的程序流程圖，其中濃縮氣氣産 物由SPA廢氣中回收。 本發明之目的可藉由在PSA -空氣的分離操作中，將含 有高濃度所需成份的PSA廢氣部分（做為一種濃縮的産物 流）予以回收而達成《這種方法是柑當可行的，因為PSA 廢氣的瞬時純度會在該廢氣生産的過程中改變。捕捉廢 氣中最高濃度成份的操作將導致獲得一種高純度且富含 --------------17---------裝- -----ΤΓ------ ^ (請先閲讀背面之注念事項再塡，寫本頁) 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20 000 A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) 該成份的氣流，否則它將會隨著PSA的廢氣一起被排出。 本發明可賓際使用於PSA -氣氣条統和PSA -氮氣糸統中， 而進行所需的雙重産物之回收。 在本發明的實際操作上，廢氣的瞬時純度將被監控， 並且只要它的純度到達或超過最低可接受程度時 ,則廢氣將像一般所有PSA -空氣分離操作所産生的廢氣 一樣，被直拉排出。為此之故，可使用兩値控制閥來控 制廢氣的流動方向。控制閥的作用完全相反，一値用來 捕捉廢氣，S —値則用來排出廢氣。控制閥的操作係由 廢氣中瞬時純度的數值來決定》 由於廢氣中所需成份係以批式的方式回收，故使用一 個平衡罐來維持所需濃縮成份的連鑛流動，而這種所需 濃縮成份傺做為最終使用者的雙重産物流。壓縮該種雙 重産物流至所需的操作壓力俗在平衡罐的下游進行的。 參考圖1所示的PSA -氧氣糸統，進料空氣係流經管線 1和空氣壓縮機2,而在所需的較髙吸附壓力下進入壓 變吸附床中的。如有需要，包含控制閥4的管線3俗用 來使壓縮空氣由糸統中排出的。管線1分成兩條進料管 ，管線5和6,分別以循環的方式將進料空氣通入所示 之PSA条統的兩個吸附床中。管線5(其中包含一個控制 閥7)偽通入吸附床8的底端（或稱進料口）；然而管線6 (其中包含一個控制閥9)則係通入吸附床10的底端（或稱 進料口）。而管線11(其中含有一個控制閥12)則像連接 -6 - (諳先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) _裝· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 201275
A6 BG 經濟部中央標準居員工消費合作社印製 五、發明説明（·Τ ) 吸附床8的頂端（或稱出料口）β管線13(其中含有一個 控制閥1 4 )則偽連接吸附床1 0的頂端（或稱出料口）。管 線11和管線13連接後形成管線15(其中含有一個控制閥 16)，而通入貯存槽17;而濃縮氣的氣體則係通過管線 18而成為高純度的産物流被回收。 在吸附床的底端，管線19和20分別由管線5和6延伸出 ，並且分別含有一個控制閥21和22。管線19和20連接後 形成管線23,然後管線23再延伸後形成管線24，而管線 24中則含有一個真空泵25、控制閥26、貯存槽27、和産 物壓縮機28;而由産物壓縮機2 8使得濃縮氮産物經由管 線29回收。由管線24所延伸出的管線30(其中含有一個 控閥3 1 )係介於真空泵2 5和控制閥2 6之間。 由吸附床所排出之廢氣的純度偽以純度分析儀32來監 控，其傺由真空杲25和営線30上的點之間所讀取的輸入 信號33來決定。純度分析儀32也可用來監控貯存槽27中 的氣體純度，其輸入信號係來自於信號34。純度分析儀 3 2則將輸出倍號3 5送至控制条統3 6 ,而控制制条統3 6則 透過輸出信號3 7和3 8分別適當的操作控制閥3 1和2 6 ;因 此而使得管線24中的PS A廢氣能夠通入管線31,或者是 連繽經由管線24而通入貯存槽27»控制系統36也可經由 輸入信號39來監控貯存槽27中之濃縮氣體的量。 在圖1所示的PSA操作条統中，壓縮的進料空氣係在 較高的吸附壓力下，循環通入吸附床8和10中。吸附床 <請先閲讀背面之注意事項再堉寫本頁) -裝· 訂. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 201275 A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（fc ) 8和1G中含有平衡型的吸附劑，如沸石型分子篩，能夠 選擇性的吸附氪，或者是氧，或是氧氣和氬氣；而且在 管線15中回牧，並通入貯存容器17中，而被用來做為濃 縮的氣氣産物。在毎一個吸附床中的吸附/脱附之PSA 搡作程序中的脱附階段，較易吸附的氮氣（亦即一般在 PSA -氣氣操作中所産生的廢氣）將由吸附床的底部（即進 料口）通入，而降壓至脫附壓，以使其通入排放管線23。 當真空泵25傜為了脱附而用來降低壓力之時，氮氣將流 經閥21或閥22,而到逹排放管線23,並且由那兒到達管 線24、再到逹真空泵25,然後再到管線30,而由条統中 排出。 在本發明的實際操作中，氮廢氣並不是連缠送至管線 30,而是經由控制閥26和31分別形成兩條分開的氣流。 通過控制閥31和管線30的氮氣傜代表分離程序所産生的 淨廢氣。流經控制閥26的氮氣包括由廢氣回收的濃縮氮 氣。由進行降壓之PSA吸附床所産生之廢氣的瞬時純度 偽以純度分析儀32來監控的，由純度分析儀32所輸出的 信號將被送至控制条統36，而用以控制含氮氣體經由該 管線30(含有一傕控制閥31)通入廢氣中的量，或者是其 經由控制閥26而流至貯存槽27的量，這是依最終使用者 所可接受的最低純度而定。當瞬時純度低於可接受的程 度時，氣流將經由控制閥31和管線30而由条統中排放至 大氣中，而成為"淨”廢氣。當瞬時純度高於可接受的程 {諳先閲"背面之注念事項存塡寫本Μ ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 201^5 A6 _ B6_五、發明説明（7 ) 度時，氣流將經由控制閥26而進入貯存槽27中。貯存槽 較好是為氣囊型的貯存槽（與定體積型的貯存槽相反），， 以配合本發明所需，將體積滅至最小。貯存槽傜用來使 濃縮氮産物在到達最終使用者時，能維持恒定的氣流， 因為流經控制閥26的氣流為不連鑛的。因為由PS A吸附 床所排出的廢氣偽在較低的脱附壓力，一般需要將回收 的濃縮氮氣産物予以壓縮。壓縮機28係用來將濃縮氮氣 産物在所需的壓力下輸送至最终使用者處。 要注意的是：控制糸統36也可藉著輸入信號39來監控 貯存槽27中濃縮氣體的量。有時當貯存槽不能再接受更 多的氣體時，倍號39將會使純度輸入倍號33無效，並且 使得氣體經由控制閥31排入廢氣中，而不論它的純度為 何。 控制条統36也可以輸入信號34來監控貯存槽27中氣體 的純度，這與前文中所述以輸入純度分析儀32中之信號 33來測童瞬時純度的方式剛好相反。如果槽中的純度高 於可接·受的程度，使用者只需延長控制閥26開啓的時間 ，就可回收更多的廢氣。類似的，控制閥31須關閉一段 長時間，使得排出的廢氣量較少《如前所述，如果貯存 槽27中的氣體體積到逹最髙限度時，輸入信號39將會使 純度的信號無效。 至於進一步的程序控制選擇方面，此条統可用來回收 濃縮氮的氣體産物，只要知道瞬時純度的分佈情形，而 裝！----訂----{ 線 (請先間玲背面之注念事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 _B6_ 五、發明説明（轻） 不需連缠監控瞬時純度，或是貯存槽中之氣體純度β在 這樣的情況下，控制条統36中應有一些控制閥，其係由 回收廢氣的時間增量而定〇這些控制閥將依這些時間週 期來操作，而不只是單為純度的函數。唯一可凌駕在這 些時間增長控制信號的訊號為倍號39,因為那是表示貯 存槽27已經滿了。 對於整痼吸附/脱附/再加壓加工程序中所使用的操 作步驟而言，其一般廢氣的分佈情況，可以某恃定PSA 糸統之廢氣純度（例如可以該氣流中的氧氣％來表示）來 對時間作圖。由此之故，須注意PSA操作順序中常使用 壓力均化步驟，在此步驟中，氣體將由一個吸附床的出 料口釋出，而通入糸統中S —吸附床的出料口（亦即圖1 所示之二重吸附床糸统中的另一値吸附床），以用來均 衡兩値吸附床中的壓力。在此壓力均化步驟的過程中， 既不需要壓縮機2,也不需要真空泵25。因此，在這段 時間内，這兩個儀器皆處於"未負載”的狀態下。因此， 空氣壓縮機2經由管線1通入氣體，將氣體予以壓縮， 而使之稍撤提高壓力，並且經由控制閥4將空氣排入大 氣中。同樣的，真空泵25經由控制閥41、管線42和24而 通入氣體，將空氣予以壓縮，而使之稍徹提高壓力，然 後經由控制閥31將空氣排入大氣中。因此，空氣將在操 作循環週期中未負載的那段時間裡，流經真空泵25(剛 好與廢氣的處理情形相反），亦即在將吸附床之一予以 -1 0 - (請先閲‘？？背面之注*事項再項寫本頁) .裝· 訂. Λ砵· 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 201275
Afi Bfi 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（弓） 降壓而進行壓力均化的期間，以及在將整個操作程序中 ，後面那一部分的吸附床予以再加壓的壓力均化期間。 最高氧氣濃度將出現在未負載步驟的期間，在此時，氣 氣濃度將上升至接近空氣级的程度（亦即21% 一旦週 期中開始進行再生步驟，接著再進行吸附床的同向降壓 一加壓的均化步驟時，氧氣的濃度將立即降低β關於未 負載的步驟方面，要注意的是：氧氣的純度將不會達到 21%,這是因為未負載的週期短暫，以及加工線上的混 合效應之故。 要知道：廢氣的純度分佈情形將視所使用待殊的PSA 糸統而定，包括所使用的吸附劑材料、所使用吸附床的 値數、PSA程序的操作順序和週期的時間等。除了週期 中未負載的階段之外，在吸附床中脱附步驟的早期，廢 氣中的氣氣濃度一般會較高。 一但給定回收廢氣中最大可接受氧氣濃度的數值，即 可決定回收濃縮氮氣氣體産物所需的最適操作時間。以 圖1所示的二重吸附床的情形為例，如果最大可接受氧 氣的純度為8%,在一個吸附床經過27秒的再生步驟之 後約11秒，廢氣中的氣氣濃度將為8 % (或更低）。在這 個例子中，這樣的狀態將持缠至未負載步驟開始為止（ 同時氮氣産物將被捕捉），亦即吸附床之間進行壓力均 化的步驟。在這痼時候，廢氣將如同傳統的PS Α操作過 程中一樣被排放出來。因為這個緣故，所以應強調：由 -1 1 - J-----------—— ！(-------裝——----.玎-----二 (請先閱-背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 A6 B6 經濟部中央標準局Μ工消費合作社印製 五、發明説明（Μ ) PSA粂統中所回收廢氣（為氮氣濃縮産物）的平均氧氣純 度將明顯的低於最大可接受程度。 如前面所建議的，回牧高純度或濃縮氮氣産物所需的 最適時間增量可由任何型式前述之PSA-氧氣条統的廢氣 純度分佈圖來決定。當然，最適時間增量將會随著PSA 的操作程序的變化及週期步驟之時間的變化而改變。一 般而言，如果所有的時間增量皆依等比例改變，則回收 該種做為濃縮氮氣産氣的廢氣所需的時間將依同比例改 變。在所有的情形中，確實的時間增量將由瞬時監控廢 氣純度所得的數值來決定。 在廢氣中最大可容許氧氣濃度相同的情況下，用於回 收氮氣産物的時間增量可長可短，端視所使用之PSA -氣 氣条統的特徽而定。此外，時間增量可發生在PSA系統 和程序之過程中的不同點，而不是每一種糸統皆相同。 最適的回牧週期將為特定PSA条統中所使用的吸附劑、 循環順序和步驟時間增量的函數》 以麵1所示之體糸為一個特殊的説明實例，使用一種 吸附一再生和再加壓的循環操作方式，由PSA吸附床所 排出廢氣的平均氣氣濃度將介於8-11%之間。在了解廢 氣的瞬時純度在製造過程中會改變，且只能回收廢氣中 某些特定的部分之前提下，可製得氣氣濃度較低之較高 純度氮氣。例如，在前面的那個例子中，所獲得之氮氣 産物的平均純度可因為（1)平均氧氣濃度降至約7.5% , -1 2 - -裝- -----訂----{ 線 (請先閱-背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4現格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 201275 A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（) 或是（2)只回收PS A廢氣中含8%氣氣的那一部分，這兩 値因素而明顯的提高。 圖2所示的的是適合本發明之實際操作的二床PSA -氮 氣糸統。在管線50中的進料空氣將經由控制閥51和管線 52而流入空氣壓縮機53。由此壓縮空氣經由管線54流至 管線55(包含一痼控制閥56)，而通入壓變吸附床57。該 吸附床中（如圖1所示之體条）含有可選擇性吸附進料空 氣中較易吸附成份之吸附劑，同時可使氣氣（乃指氣氣 和氬氣）成為該進料空氣中較難吸附的成份，而通過趿 附床。因此，濃縮的氧氣氣流將由吸附床57流出，而經 過管線58(包含一個控制閥59)流入貯存容器95中。如果 該貯存容器95内的壓力達到某預設壓力時，管線61中的 控制閥6 Q將會打開，而使得氣體排至廢氣中，例如排至 大氣中。 經過這項在較高吸附壓力下的進料-吸附步驟之後， 將使用高純度的氮氣，由吸附床57的進料口予以共冲洗 。為此之故，氮氣由貯存槽61流出，而流經管線62和63 、控制閥64和管線52,再流至壓縮機53,最後氮氣再經 由控制閥56流入容器57。因此濃縮氧氣將由吸附床中置 換出，並且連續由吸附床的另一端排出，並且通入貯存 容器95，或者是經由管線61和控制閥60排出。 在吸附床57的吸附和共沖洗步驟過程中，另一個吸附 床（亦即吸附床65)則在進行整値PSA週期的再生部分。 -1 3- -------------W--(--------裝-------訂----{ ^ (諳先閲-背面之注意事項冉塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 201275 A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（) 因此，濃縮氮氣偽由吸附床65,經由管線6 6和控制閥67 而排出的，然後經由管線68而流至真空泵69。由這値真 空泵開始出發，氮氣可經由管線70通至貯存容器61，或 者是經由管線71而流至壓縮機72,在壓縮機内受壓縮， 然後再經由管線73輸送至最终使用者處。在再生步驟接 近完金之時，在吸附床57中所産生小量的瀑縮氣氣將經 由管線74和控制閥75,流入吸附床65中，而做為沖洗氣 體，以提高其再生率。 在共沖洗步驟之後，吸附床57將進行逆向降壓步驟， 或者是洩料步驟《氣體將經由管線76和控制閥77而離開 吸附床，再經過管線62而通至貯存槽61。在這段時間内 ，有一小部分的氣體會經過真空泵69,這是為了避免真 空泵空轉《同時吸附床65將以濃縮氣氣進行再加壓的步 驟。因為這個緣故，由貯存容器95流出的氣體將經由管 線74和控制閥75流至吸附床的頂端。此外，壓縮機53在 此狀況下是未負載的。空氣經由控制閥51和管線52進入 壓縮機中。壓縮操作可使得壓力稍徹上升，並且被壓縮 的空氣將經由管線96和控制閥97排出β 一但這個步驟完成之後，整個操作周期順序的一半就 完全了《然後吸附床57就開始進行排出和反充填的順序 ，在同時吸附床65則進行PSA -氮氣操作中所使用的特殊 操作順序有關吸附、共冲洗和洩料的部分。這種特別的 周期順序可在高壓下産生連鑲的高純度氮氣氣流。同時 -1 4 - ------------------^-------裝-------訂-----^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張Λ度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 B6 五、發明説明（· > ) ，在傳統的操作上，氣氣將排入大氣中。然而依照本發 明，氣氣氣流可被部分捕捉（捕捉的部分為氣氣濃度最 高者），而因此以類似於上文中之PSA -氧氣糸統中所述 之方式，製得高純度的濃縮氣氣。 在圖2的PSA -氮氣条統中，控制閥80可使得部分的含 氧廢氣直接送至最終使用者處，而控制閥81則是使得淨 廢氣得以排出。純度分析儀82可經由輸人信號84,來監 控管線83中之廢氣的瞬時純度。具最大可接受氮氣濃度 的回收高純度氣氣氣流，將經由控制閥80和管線85而通 至貯存槽86,再由此貯存槽將高純度的氣氣連鑛通入壓 縮機87,並且經由管線8 8送至最終使用者處。控制糸統 89控制了控制閥80和81的操作，以俱藉著輸人信號90和 91來分別監控貯存槽95和86中之氧氣純度；而藉由純度 分析儀82所輸出的輸入信號92,來監控瞬時的廢氣純度 ，並且將輸出信號93和94送至該控制閥上。 當廢氣的氣氣濃度高於最小程度時，亦即氮氣濃度不 超過最大可容許量時，控制条統89將使控制閥81關閉， 並將控制閥80打開。濃縮的氣氣將流至貯存槽86中。如 圖1中的體条所示，貯存槽較好是為一種變體積的氣囊 ，而非定體積的貯存槽。壓縮機87將定量的氣體連缠的 由該貯存槽86中排出，將k壓縮至所需的使用壓力，並 且將氣體經由管線88輸送至最終使用者處〇當純度分析 儀8 2偵测出氧氣純度降至最小可接受程度以下時，控制 -1 5 - --------------------装——----II (請先間讀背面之注念事項再塡寫本頁) 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 2〇1^5 ' A 6 _B6 革、發明説明（** ) 制条統89會將控制閥80關閉，並將控制閥81開啓，以使 得氣體可經由管線83被排出，而成為条統的淨廢氣。 如圖1中的體条，只要變體積槽8 6到逹它的最大體積 ,或者是定體積槽到速它的最大氣氣貯存量，一部分或 者是所有的PSA廢氣將不會被捕捉，卽使它的氧氣純度 高於最小可接受的氣氣純度。在這樣的情形下，輸送至 控制条統89的輸入佶號91,將使得輸至純度分析儀82的 信號84無效，並關閉控制閥80,以避免另外有高純度的 氣氣通入貯存槽86中。在此時，控制閥81將開啓，以將 (請先閲治背面之;±意事項再項寫本頁〕
J 排 中 統 糸 由 氣 廢 閥 制 控 經 流 不 既 氣 廢 内 隔 間 間 時 段 某 有 意 注 要 發 象 9 現號 種信 這應 Ο 因 00 閥 閥制 制控 控於 經低 流力 不壓 也的 ，中 在 生 槽 在 貯 要 只 槽 存 貯 該 由 偽 其 送 丨裝， 時 力 壓 的 定 設 所 開 打 而 之 明 說 所 糸 體 89之 統1 糸圖 制考 控參 至 控 監 可 了 除 統 糸 氣 氣 可小 還最 統於 糸高 制度 控純 , 的 外中 之槽 度果 純如 時 〇 瞬度 的純 1I 氣氣 出之 排中 6 所 .8 床槽 附存 吸貯 變控 壓監 ，廢 間的 時多 的更 啓收 開回 80以 閥可 制就 控， 加間 增時 要的 只啓 ，閫 時81 度閥 純制 氣控 氣短 的縮 受是 接者 可或 .1T. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 同定 如特 , 由 外是 此這 。而 過 ， 蓋量 91增 號間 倍時 被設 可預 號可 信統 度条 純制 ，控 的 ， 同糸 〇氣 氣氣 始 開 。 是 定生 而産 序的 順氣 作氣 操縮 的濃 中 ， 其統 和糸 -氣 圖氮 佈A-分PS 度的 純示 的所 統 2 糸圖 氣在 氮 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 5 A6 B6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（) 於進料空氣步驟的最後，並且會在整値氮氣共沖洗步驟 階段中持缠。這値条統的純度分佈圖潁示：氣氣濃度會 由空氣品質的程度（21%〉上升至超過85%，然後再降落 至21 % ^最高氣氣濃度是在共冲洗步驟中産生的。在氣 氣濃度方面所觀察到陡峭的變動使得本發明的實用上可 製得高純度的氣氣氣流。 一但最小氧氣濃度決定了之後，由淨廢氣回收高純度 氣氣氣流的最適時間就可以決定了 β例如，如果想要達 到82%的氣氣被除去，則在這艏例子中，用來做為高純 度氣氣的廢氣可在共沖洗步驟期間約15秒左右予以回收 。熟習此技藝者可了解：回收高純度氣氣的臨界時間可 以在方法中，很容易的就找到，只需適當的監測廢氣的 瞬時純度，或者是監測貯存容器86中之純度即可。 回收廢氣的最適時間將會随著所使用之PSA -氪氣条統 ，和進行的操作順序而定。在最小可容許氣氣濃度相同 的情況下，用於所需氣體回收的時間增量可長可短，視 操作情況而定，以及高純度氧氣被回收的位置可能會在 操作程序中在不同的地方β最適的回收週期將是所使用 的特殊吸附劑、PSA周期順序和步驟的時間增量之函數。 將壓變吸附法中所得之平均廢氣純度與圖2所示PSA-氮氣體条中所捕捉之高純度氣氣産物相比，本發明的優 點將不難了解。在這個例子中，廢氣中的平均氧氣純度 低於60 %。經過本發明中適當控制閥的安排，可輕易的 -1 7 - r----------J-'--------裝—丨----·玎----^ m (請i背面之注&事項再塌寫本頁) 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 201^75 A 6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（) 回收氣氣純度高達80 %的濃縮氣氣氣流。 要了解.：在本發明的許多細節上，皆可做各種不同的 改變和修正，而不會偏離本發明申讅專利範圍中的内容。 因此，任何一種可由進料空氣中選擇性吸附氮氣或氣氣 的商用吸附劑皆可在本發明中使用。平衡型的吸附劑， 如沸石分子篩材枓，例如13X、5A、10X和絲光沸石（ mordenite)皆可做為本發明中的吸附劑，其將選擇性的 吸附氮氣（此時氮氣為進料空氣中較易吸附的成份）。速 率選擇性吸附劑，如碩分子篩，能夠選擇性的由進料空 氣中吸附氣氣，這也是可在本發明中使用的。還有一點 要了解的是：本發明所使用的特定PSA操作順序可依此 技藝中一般所知的方式改變。一般吸附/脱附/再加壓 的順序可適用於PSA操作，各種其它的操作步驟也可用於 整値操作順序中的一部分，如同在PSA技藝中所知的一 樣。因此，PSA -氧氣的順序可包括一連串的操作，如（1) 在較高的吸附壓力下進行吸附；（2)將氣體由吸附床的 非進料端釋放出來，以進行同向降壓，並且該氣體用來 做為通入另一個吸附床的沖洗氣體；（3)同向降壓-加 壓均衡；（4)將氣體由吸附床的進料端釋放出來，以進 行逆向降壓，將吸附床中的壓力降至較低的脱附壓力， 包括在真空的狀態下，降壓至近真空壓力；（5)在較低 的脱附壓力下冲洗；（6)以壓力均衡而施以部分再加壓 :以及（7)以進料空氣進一步再加壓至較高的吸附壓力 -1 8 - (諳汔閱.？？背面之注念事項再塡寫本頁) -裝. •1T. 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 81.9.20,000 Α6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Β6_ 五、發明説明（· 7 ) ^ Werner等人曾提出美國第4,599,094專利，其中提出 一種持殊的PSA -氪氣的操作順序，其包括：（1)將由另 一個吸附床中所流出的副産物氣流通入吸附床的排出口 ，以增加壓力達到中等的程度；（2 )再進一步以進料空 氣加壓至較高的吸附壓力；（3)在該較高吸附壓力下， 將較易吸附的氮氣通入吸附床的進料端，以做為同向的 沖洗；（4)將較易吸附的氮氣由吸附床的進料端排放出 來，使吸附床進行逆向降壓至某一中度的壓力；（5)將 吸附床進一步的逆向降壓至近真空的脱附壓力；（6)將 通入吸附床之排放端較不易吸附的氣氣進行逆向沖洗， 以使更多量較易吸附的氮氣由吸附床的進料端排放出來; 和（7)循環重覆步驟（1)-(6),而在步驟（2)的過程中， 每一次皆加入新的進料空氣。 要了解：本發明可實際應用於至少含有一値吸附床的 吸附糸統，較佳是使用於含有二到四個吸附床的糸統， 又以二或三個吸附床為佳。 本發明可改善實際工業操作上，關於PSA -空氣分離操 作方面的利益。由於能夠逹到雯重産物的回收，本發明 明顯的提高了使PSA -空氣分離方法和条統在應用方面的 技術和經濟之可行性，而産生了兼具高純度氣氣和高純 度氮氣産物。 (請先"'••''背面之注-事項再塡寫本頁) 裝- ,1Τ. -19- 农紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） 81.9.20,000

Claims (1)

  1. 經濟部中央標準局8工消费合作杜印繫 A7 B7 C7 D7 六、申請專利範圍 1. 一種用於回收吸附条统中之氧氣或氮氣的壓變吸附方 法；其至少包括一個含可選擇性吸附氣氣或氮氣之吸 附劑材料的吸附床，而此時的氣氣或氮氣為進料空氣 中較易吸附的成份；以毎一値吸附床的操作周期為準 .該方法包括吸附/脫附/再加壓的順序操作，其中 所欲成份僳由糸統中所回牧，並且分離出的廢氣由糸 統中排放出來；其改良處包括： (a)由所剩的淨廢氣中分離出一部分的廢氣，該分離 出的部分所具有非産物成份的純度，高於廢氣中 該成份的平均純度；而該純度至少須等於該種非 産物成份所需的最小可接受純度； (b )將由条统所回收該非産物成份的成份通入，以做 為一種高純度的第二産物；以及 (c)將該淨廢氣的部分由糸統排放出去； 其中，高純度的.氣氣及氮氣皆被回收，且此兩種産物之 回收將整體上促進氣體;分離之操作。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中較易吸附的成份 '偯由氮氣所構成，而氣氣則構成較難吸附的成份。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中氣氣為所需的産 物，而高純度的氮氣則構成第二産物。 4·如申請專利範圍第2項之方法，其中氮氣為所需的産 物，而高純度的氧氣則構成第二産物。 太紙張又茂碑用伞圃®家棵準（CNS)甲4规格（210 X 297公分.) ----------------(--------^------#《_^ (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 2〇1^5 AT B7C： -D7 六、申苑s 5. 如申諳專利範圍第1項之方法，其中廢氣的瞬時純度 將被監控，而當它的純度符合或超過該等最小可接受 純度時，該廢氣將由淨廢氣中分離出來。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中氧氣為所需的産 物。 7 .如申請專利範圍第6項之方法，其中該種吸附劑材料 僳由沸石型分子篩材料所構成，其能夠由進料空氣中 選擇性吸附較易吸附的成份一氮氣。 8.如申請專利範圍第5項之方法，其中氣氣為所需的産 物。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其中該種吸附劑材料 傷由沸石型分子篩材料所構成，其能夠由進料空氣中 選擇性吸附較易吸附的成份一氮氣。 10.如申諳專利範圍第1項之方法，其中被分離出的廢 氣部分通入一値貯存槽，而在貯存槽中被分離出之非 部等 氣該 廢過 的超 出或 離合 分符 被度 0 該純槽 且的存 並份貯 ，成入 控物通 監産間 被非期 將之的 度出度 .il 紳離 斜 的分受 份被接 成在可 物傑小 産分最 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 成 的 附 吸 易 較 中 其 法 方 之 項 ο 1± 第 圍 範 利 專 請 申 氣 氮 由 傷 構 份 成 的 附 吸 *-三 3t7- 較 成 構 則 氣 氣 而 的 需 所 為 氣 氣 中 其 法 方 之 項 1± 11 第 圍 範 *1*1 利 專 請 Φ 物 産 二 第 成 構 則 氣 氮 的 度 純 高 而 物 産 本紙張尺度適;丨丨屮W W家標率（CNSVlM规格（210x297公犮） 81. 5,000 (H) ..................................| ...............^..............................ίτ.......^ ................:吟 (請先閃讀背面之注意事項再填寫本百) >01275 AT B7 C7 DT 經濟部中央標準局員工消費合作处-印製 六、申旖專刊苑S 13. 如申諳專利範圍第11項之方法，其中氮氣為所需的 産物，而高純度的氧氣則構成第二産物。 14. 如申諳專利範圍第1項之方法，其中部分廢氣由淨 廢氣中分離出來之期間的時間增量被預先設定好，使 得該分離出來之廢氣的純度符合或超過該等最小可接 受純度。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其中該種吸附劑材 料係由沸石型分子篩材料所構成，其能夠由進料空氣 中選擇性吸附較易吸附的成份一氮氣。 16.如申請專利範圍第15項之方法，其中氣氣為所需的 産物。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中氮氣為所需的 産物。 18.如申請專利範圍第1項之方法，並且包括將分離出 來的廢氣部分通入貯存槽、監控通入貯存槽中該分離 部分的廢氣量、以及當貯存槽被該分離部分之廢氣所 镇滿時，將過量廢氣轉向排放。 1 9 . 一種用於回收吸附条統,其僳用於氣氣或氮氣産物的壓變吸 附方法；其至少包括一値含可選擇性吸附氧氣或氮氣 之吸附劑材料的吸附床，而此時的氣氣或氮氣為進料 空氣中較易吸附的成份；該糸統適合用於包括吸附、 脱附和再加壓的加工順序之操作，其中所欲成份偽由 条統中所回收，並且廢氣由該糸統中排放出來；其改 2 2 (-先聞讀背面之注意事項再填寫本頁 •K. -訂- 木紙張尺度適川十阀闲家掭平（CNS) 规格（2]0X297公釐） 81. 4. 5.000 (H) ii〇1275 C7 [)7 六'申功4利苑園 括 包 處 良 控 的 來 出 離 分 中 氣 廢 淨 0 所 由 分 部 氣 廢 該 將 來 用 度須 純少 的至 份度 成純 物該 産而 非 有度 具純 所均 分平 部的 的份 出成 離該 分中 該氣 , 廢 備於 設高 制 ， 入 度^ 屯分 純 t I 剖 受的 接份 可成 4物 最 h産 的F 需之 所出 份 二 物统 ! A 47 J 由 SIS B 使 該 於來 等-—' 及 以 備 設 線 管 之 物 産 二 第 度 純 高 lit 種 一 為 做 以 設 線 管 之 去 出 放 排 統 糸 由 分 部 的 氣 廢 淨 該 將 來 用 整 了 高 提 收 回 可 皆 氣 氮 和 C 氣率 氣效 度的 純法 高方 ，離 此分 因氣 空 備値 料 材 劑 附 吸 二？1 種 該 中 其 統 条 之 項 9 1A 第 圍 範 利 專 請 申 。控A口 m ^ S 1 Η純 用 份 的 括 成2ίΐ它 包 的ιΐ要 且 附M DC 吸Μ及 易㊉以二， 3 ^ sf 申之|§* ^ * 空9J1析 料Μ分 進罾的 圍 吸Jf^ S " _ 專 性J瞬 0 ^ 選 氣 能.a廢 該 出 離 分 中 氣 廢 淨 由 時 度 純 受 〇 接法 可方 小制 最控 種的 該氣 過廢 超分 或部 物 産 欲 所 IH 種 該 中 其 統 糸 之 項 2 第 圍 範 利 專 請 串 如 成 構 所 氣 氧 由 係 物 産 欲 所 • It 種 該 中 其 統 条 之 項 1 2 第 圍 範 利 專 請 申 如 (J4先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 .^. •打· 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 材 劑 附 吸 It 種 該 中 其 統 条 之 項 2 第 圍 。範 成W利 構Ϊ專"J s° 氣3 申 ύΜ如 由 · 氣 空 料 進 由 夠 能 0 其氣 ，氮 成一 構份 所成 料的 材附 篩吸 子易 分較 型附 石吸 沸性 由擇 偽選 料中 木紙m尺度適川中w W家標平（CNS)规格（210x297公i) 8!. 4. 5.000 (H) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ΒΤ C7 ______DT_ 六、申請4十!範® 25.如申請專利範圍第19項之糸統，其中包括： (1 )用於該被分離出之廢氣的貯存槽； (2) 用來將該被分離出之廢氣通入貯存槽的管線設備； (3) 用來監控貯存槽中非産物成份的被分離部分之瞬 時純度的分析儀器；以及 (4) 用於使分離出的廢氣部分在分離出之非産物成份 的純度符合或超過該等最小可接受純度的期間通 人貯存槽的控制設備。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之糸統，其中該料空氣的該 種較易吸附成份傷由氮氣所構成。 27.如申請專利範圍第26項之条統，其中該種所欲産物 為氣氣。 2 8 .如申請專利範圍第2 6項之条統，其中該種所欲産物 為氮氣。 29. 如申請專利範圍第19項之糸統，並且包括用於預設 部分廢氣由淨廢氣中分離出來期間的時間增量之控制 方法，而該分離出來的廢氣之純度須符合或超過最小 可接受純度。 30. 如申請專利範圍第29項之糸統，其中該種吸附劑材 料僳由沸石型分子篩材料所構成，能夠由空氣中選擇 性的吸附較易吸附的成份-氮氣。 31. 如申諳專利範圍第19項之条統，並且包括（1)用來將 分離出的廢氣部分通入貯存槽的管線設備，（Μ用來 -24- (-先間讀背面之注意事項再填寫本頁 •发· *訂， .哚._ 木紙張尺度適屮《«家標準（CNS)VM规格（210父297公]乏） 81. 4. 5.000 (H) B7 C7 1)7 六、申旖4利範33 備 設 控 監 的 量 氣 廢 之 分 部 離 分 該 中 槽 存 貯 入 通 定 決 用 時 滿 镇 所 氣 廢 之 分 部 離 分 該 被 槽 存 貯 當 及 以 轉αί附Μ ^ 0^ ^ 0 i 請 j 砠申· 使卩二 來¾由 備 設 制 控 的 放 排 向 係 統 条 附 吸 該 中 其 統 条 之 項 9 1A 第 圍 成 構 所 床 係 統 条 附 吸 該 中 其 統 条 之 項 2 3 第 fla 0 範 利 專0 申 如 成 構 所 床 附 吸 個 兩 由 統 条 附 趿 該 中 其 統 条 之 項 -----^ 2 第 圍 範 利 專0 申 如 成 構 所 床 附 吸0 四 到二 由 係 統 糸 附 趿 該 中 其 統 糸 之 項 5 2 第 圍 範 利 專0 申 附 吸 値 兩 由 構 係 統 糸 附 吸 該 中 其 統 条 之 項 9 2 第 圍 範 利 專0 申 如 成 構 所 床 附 吸 個 四 到二 由 傜 統 糸 附 吸 該 中 其 統 糸 之 項 6 3 第 圍 A3^ 利 專 諳 Φ 如 成 構 所 床 附 吸 個 兩 由 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 • J .^. .訂. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 :.·線... 木紙張尺度適川t阀w家標:f-(CNS)'丨MIJI格（210x297公犮） 81. 4. 5,000(H)
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