TW201702B - - Google Patents

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Description

201702 Λ 6 Β 6 經濟部屮央榣準扃β工消费合作社印製 五、發明説明（/ ) 本發明係關於在一吸附式變換壓力方法中，使用分 子篩沸石，使空氣富集氧之方法，其中吸附相是於低於 空氣分離及氮氣吸附壓之壓力下脱附並且，於脱附之後 ,將分子篩吸附劑部分或全部以産生之氧氣，以空氣分 離氣流之逆流方式，再加壓至空氣分離壓力。 由空氣回收氣氣大部分是藉由於低溫下，在低溫分 離工廠，藉由使液化空氣蒸蹓或精餾施行之。這些工廠 其設計特色都是複雜的，因此，就一些現在有20年的工 廠而言，已經施行用分子篩沸石或活性炭分子篩，使空 氣吸附分離成氧及氮氣，達到某一增加程度。V S A / P S A 換變壓力法被用來以分子篩沸石生産氣氣，此二法彼此 間之差異主要在於其中施行之壓力範圍 （Z e ο 1 i t e s a s Catalysts, Sorbents and Detergent Builders, Elsevier, V o 1 . 4 6 , 1 9 8 9, 607-614M )〇 所有這些方法有一共同特色是於1巴（VAS)或3-4巴 (PSA)之吸附壓力及於大約室溫之溫度（10-40 °C )下，將 空氣通經一分子篩（HS)沸石吸附器，空氣中之水（H20) ，二氧化碩 （C 02 )及氮氣（N2 )被吸附而富含氣之氣體則 遠離吸附劑。此等吸附組份總常於低於吸附壓之壓力下 ,例如於1大氣壓下，脱附，並用産生之氣氣清洗吸附器 (P S A );或者經油真空，而於減壓下脱附，此時可有或 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 裝.
•ST 線- 本紙張尺度边用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公徒） 經濟部屮央標準局β工消费合作社印¾ 201702 Λ 6 _Π6 五、發明説明（夂） 無清洗過程（V S A )。 也有的方法是其中空氣在吸附器前先預冷卻至- 30 〜- 6Q°C ，以增加對氮氣之吸附容量及增加對氮氣超過 氣氣的吸附選擇性（德國專利-A 1 2 8 0 2 2 5 )。在這些方法 中，欲分離之空氣藉外部加工冷卻器加以預冷，且冷卻 能量藉由産生之冷氣氣及脱附之冷氮氣之熱交換再回收 。設備上之費用相當大，即此類型的工廠所包括之資本 投資如此的高，以至於相對於低溫分離工廠或傳統VSA/ PS A方法而言，並無獲得任何益處。 以VS A/PS A方法為基礎之吸附式分離方法的功能是 總是保持産量（即産物對未處理氣.流之比例）盡可能的 高，而高産量即意味著低能量消耗。 預冷卻空氣之其中一問題，在於水分的分離。若於 吸附器之前發生預冷，則必須將水分结冰出來，此以設 備來看是複雜的並且頗為增加投資成本。空氣的分離也 可於前後安排之2個吸附器中，即首先乾燥，然後去除 氮氣，施行之。 空氣的冷卻，視情況用冷貯存系统，然後可在2個 吸附器之間施行之。可是，此對設備又有相當地經費支 出之缺點，每一氮氣分離吸附器需要-冷卻單元。此外 ,吸附器之死體積（即不是有效地參與分離之體積）因 此增加，因而使氧氣的産量減少。 本紙張尺度边用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公龙） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 201702 經濟部中央標準局β工消费合作社印製 Λ 6 Β 6 五、發明説明（> ) 本發明所針對之問題是提供一種沒有上述缺點之方 法〇 頃令人驚訝地發現一種解決所有VSA/PSA空氣分離 方法之問題的方法，其中吸附器於氮氣脱附步驟之後， 以産物，即富含氣之氣體，回復至吸附壓力。在此方法 中，産生之氧氣流部分以對吸附方向（=於空氣分離期 間之空氣流方向）逆流之方式，用於使吸附器回復至相 當高的壓力。 因此，本發明偽關於在吸附式變換壓力方法中使用 分子篩沸石，使空氣富集氧氣之方法，其中吸附相是於 低於空氣分離及氪氣吸附壓之壓力.下被脱附，脱附之後 ，分子篩吸附器以對空氣分離氣流為逆流之方式，以産生 之氣氣，完金或部分回復至空氣分離壓力，該方法之待 徵在於産物氣體在一冷卻單元中冷卻並用於將分子篩吸 附器再加壓。 所以，在根據本發明之方法中，填充之氣流或此氣 體的一部份被冷卻，而達成此目的所需之能量比預期低 很多。 在根據本發明之方法中，較佳是使用Α或X及Υ類 型之分子篩沸石。根據本發明之方法，若吸附組份是於 減壓下被脱附，則可恃別經濟地進行之。 可是，根據本發明之方法，若於高於1巴（絶對壓 -5 - 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公龙） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 線 經濟部中央標準局β工消费合作社印製 201702 Λ 6 __Β6_ 五、發明説明（/f) 力）之壓力將該組份脱附並且於高於1巴（绝對壓力） 的壓力將空氣分離，亦可以相等益處施行之。 當冷卻或填充氣體是以分子篩吸附器之平均最低溫 度是0·---60°C之方式計量時，可獲得持別好的结果。 下列實施例意圖用於詳細的說明根據本發明之方法 ，没有以任何方式限制之。 此試驗是在圖1例解說明之類型的VSA工廠中進行 。吸附器之大小是550毫米（直徑）及2, 500毫米（高） 。於吸附器之底部，總是存在一層矽膠（每値吸附器有 7 0公升）。 由於根據本發明之方法與特殊.V S A / P S A修改無關， 故選擇一使空氣富集氣氣之標準方法。 周圍的空氣藉由鼓風機壓縮至1·〇5巴（絶對壓力） ，在加熱器Η中熱至+ 30°C並且經由管L 12導入吸附器A /B/C中。富含氣之産物自管L13移出，並將此等産物經 鼓風機R釋放至周圍環境中。吸附器經常藉真空泵單元 V,經管L11抽氣至200毫巴，産量或泵元件之旋轉速度 可經頻率改變器加以調整。吸附器經閥15及管L14用氧 氣産物填充至1.Q5巴（绝對壓力）。每一方法步驟需時 6 0秒。 吸附器壁，閥13/14 ,閥15，管L 13及L 14提供有 大約6〜8公分厚之熱绝緣層。 使用之MS沸石是呈粒子大小分佈1.5〜2. 5毫米之球 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· .^ 線_ 本紙尺度边用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公龙） Λ 6 13 6 201702 五、發明説明（乂） 粒形式，表觀密度大約660〜680克/升，水分含量依 D I Ν 8 9 4 8 (五氣化二磷方法）測量，少於0 · 5重量％。 真空泵單元之能量消耗直接測量，由頻率改變器之 損失量平衡之。在工業規模之工廠中，不需逹上述目的 之頻率改變器，因在此情況中，係對預定之泵大小及氧 氣産量計算分子篩沸石的量。 2種不同沸石用於此試驗：Α =鈣沸石A ; Β =鈉 沸石X。 依據德國專利-A 3 7 1 8 6 7 3製備樣品A ,沸石Α之鈣含 量相當於〇 . 7 2氧化鈣（C a 0 ) /三氣化二鋁（A 12 03 )。 樣品B依據德國專利-A 2 0 1 6 8·3 8製備之，相當於實 施例2之組成物，供此目的使用之沸石X粉之二氧化矽 (S i 02 ) /三氧化二鋁（Α 12 03 )的比例是2 · 4。 為了達到顆粒之預期殘餘水分含量為少於0.5重量％ 的水，此顆粒用乾燥（水之露點- 60°C) 氮氣，於450〜 5 0 0 °C活化之。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部屮央標準局β工消费合作社印製 本紙尺度边用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公及） 經濟部屮央標準局β工消费合作社印製 201702 Λ 6 _Ii6_ 五、發明説明（心） 審旃例 實施例1是一已知標準方法，用於與根據本發明之 方法比較。 奮旃例1 _匪1 循環時間Q-60秒 空氣於30 °C流經閥11A至吸附器A,氣氣産物經閥14 A,管L13及鼓風機R取出。閥13A及12A關閉。吸附器B 經閥12B,泵V,由大約1巴（绝對壓力）抽成真空至0.2 巴（絶對壓力）。閥13B及11B關閉。吸附器C用氣氣産 物，經閥15及閥13C ,由0.2巴裝填至1.0巴（絶對壓力 )。閥 1 4 C , 1 1 C 及 1 2 C 關閉。 循環時間6 Q - 1 2 Q秒 類似〇〜6 0秒之循環時間，即吸附器A抽成真空，吸 附器B填滿且吸附器C産生氣氣。 循環時間1 2 0 - 1 8 0秒 即吸附器A«滿，吸附器B産生氣氣，吸附器C抽成 真空。
啻掄例1 A 根據樣品A之分子篩沸石顆粒，以每吸附器355公斤 的量使用之。.就21. 04N立方米/小時之産量而言，産物 中氣氣的嬝度是93體積％。真空泵對9. 603仟瓦之平均功 率消耗而言，於4 Q 0毫巴下，有5 0 6 . 6 6立方米/小時（2 5 本紙張尺度边用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公¢) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 201702 Λ 6 13 6 五、發明説明（；/ )
逹 量 耗 消 量 能 比 其 Efl 量 容 空 真 抽 之 V 瓦 仟 02 米 方及 立 N 例 \ 旃 時奮 粒 顆 石 沸 篩 子 8 分16 之就 B 〇 品之 樣用 據使 根量 的 斤 米 方 立 公在 5 6 , 3 器言 附而 吸量 每産 以之 , 時 是 度 濃 的 氣 氧 中 物 産 有 具 下 巴 4 ο 於 泵 空 真 米 方 立 有 具 且 量 容 空 真 抽 之 \—^ V 5 2 /IV 時 電 之 瓦 仟 4 TX L 管 在 ο ο 022 米画 方於 立示 N置 \ 裝 時驗 瓦試 仟的 08法 51方 Q 之 於明 當發 相本 , 據 耗根 消 流 卻中 冷驗 以試 ,此 D 在 元 〇 單氣 卻氣 冷量 装釔 安之 , 中 間器 之附 15吸 閥空 及真 R 抽 機入 風流 鼓14 氣 L 氧管 於經 使可 , 上 量場 産商 同 用 相使 的 Ο 量 同 相 之 物7 産至 02降 至度 調溫 能石 可沸 盡篩 元子 單分 卻均 冷平 , 得
下 以 OC (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 件 元 冷 自 得 如 例 得 獲 源 來 他 其 由 可 也 量 能 之 需 eo所 Fr卻 之冷 得 獲 發 ’蒸 或之 水氧 鹽態 卻液 冷 自 用 備 的 謂 所 在 存 若 得 則 統 条 的 冷 是 然 仍 體 氣 物 産 之 出 放 為 因 經濟部屮央榣準局β工消#合作社印製 回 5 器至 換壓 交 ： 熱如 經例 分 ， 部縮 少壓 至步 可 一 也進 ” 須 量必 能流 卻氣 冷物 ” 産 之若 體 ， 氣是 物可 産 Ο 以收 較 用 使 可 時 度 溫 料 進 低 於 以 收 回 此 不 ο . 機 時縮 巴壓 ο 、 2 d 本紙張尺度边用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公及） Λ 6 13 6 201702 五、發明説明（尸） 奮施例2 根據本發明之方法以和實施例1完全相同之方式施 行之，其變化在於前述之填充氣流之冷卻。
啻掄例2 A 分子篩沸石樣品A以每吸附器355公斤的量使用之。 就産物流中9 3 %的氣濃度而言，産物的量達2 1 . 0 2 N立方 米/小時。真空泵於0.4巴下具有684. 45立方米/小時 ( + 25 °C )之抽真空容量且具有13. 42仟瓦之功率消耗。冷 卻器D有320瓦待的耗電量，因此泵及冷卻器之總功率消 耗量逹0.702仟瓦小時/ N立方米ϋ2。受此，使用樣品A 無法達到超越實施例1A之標準方法的改善。
窨胳例2 R 分子篩沸石樣品B,以每吸附器365公斤的量使用之 。就93%的氣濃度而言，産物的量達33. 65N立方米/小 時。真空泵V於400毫巴下具有737. 8立方米/小時（25 C)之抽真空容量。此泵之平均能量消耗為14.46仟瓦。 同時，調節0.5仟瓦之能量消耗供冷卻器D用。所以冷 卻器及真空泵之比能量消耗是0.478仟瓦小時/ N立方米 〇2 〇 實施例2B之試驗，以使用之分子篩沸石的量計算， 獲致最低之比能量消耗而且氧氣産物之最大量要好得多 。因此，藉由填充氣流之冷卻及分子篩沸石之量的最適 -1 0 - 本紙張尺度逍用中S國家標準（CNS)甲4規格（210X297公度) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部屮央標準局β工消费合作社印製 201702 Λ 6 η 6 五、發明説明（1) 量化及調適，可獲得具極低能量消耗值及極低投資成本 之方法。 要了解，此專利說明及實施例是例解說明，而不是 本發明之限制並且在本發明之精神及範圍之内的其他具 體實施例，亦將建議給那些熟練於此技藝的人。 (請先閱讀背面之注意事項再填ftT本頁) 經濟部屮央標準局β工消费合作社印製 本紙張尺度边用中國國家標準（CNS)甲4規格210x297公龙)

Claims (1)

  1. AT B7 C7 D7 六、申锖if利範® Γ. 一 種在吸附器中使用分子篩沸石以吸附式變換壓力 1 , 壓 於附之 低脱上 於下以 是 } } 份力力 組壓歷 附對對 吸绝絶 中 { ( 其巴巴 »11 法約於 方於生 之或發 氧下則 集壓離 富減分 氣之之 空壓氣 使氣空 法大而 分式或 部方體 少流氣 至逆卻 器之冷 附流括 吸氣包 篩離點 子分待 分氣其 ，空 -後以力 之 ，壓 附氣離 脱氧分 於之氣 , 生空 且産至 並以壓 . 部 加 下全再 力或 ， 篩 V 子60分； 壓0-加是 再度 體溫 氣低 物最 産均 之平 卻之 冷器 以附 且吸 體篩 氣子 物分 産至 。 分器度 部附程 1 吸之 (->!-?先«1讀背面之：/i意事項再填鸾本頁 .y: 2 石 沸 篩 子 分 中 其 祛 方沸 之篩 項子 1 分 第之 圍型 範類 利Y 專及 請 X 申或 據 A 根是 •訂— 經濟部中央標準局Η工消費合作社印製 .哚. 81. 4. 5,000 (11)
    專利申請案第81100690號 ROC Patent Application Ho. 81100690 補充之_1及2之物質滾勢中文本-附件（三） Supplemental aater ia 1 streams of f igures1&2 in Chinese - Enel,璽_ (民國81年9月7Z曰補充並送呈> (Supplemented and subiitted on September 7^· > 1992) (請先閱讀背而之注意事項孙塡寫本U) 經濟部屮央標準局A工消赀合作杜印製 .循1 1 : 11A ： 空氣進入吸附器A 12A ： 鼸閉 13A ： 鼸閉 14A : 〇2產物離開吸附器A 12B ： 經由鬮12B將圾附器B抽真空 11B ： R閉 13B ： η閉 14B ： 鼷閉 13C ： 經由閥13(：以〇2產物埔充圾附器Β 11C ： _閉 12C ： 矚閉 14C ： 鼸閉 92-9bayer·751-L 本紙張尺度逍用中a國家樣準(CNS〉甲4規格（210x297公货） 8】.4. 10,000張（H) 2〇ΐΐϋζ~~"
    Λ 6 Β 6 五、發明説明（ 循瑾2 : 閥11Α-14Α同循琢1之閥11Β-14Β Μ11Β-14Β鬨霱環1 之閥11C-14C 閥11C-14C同循環1之閥11Α-14Α a.a—3,„： 閬11A-14A闻循環1之MmC-14C 閥11B-14B 同循環1 之 «Ι11Α-14Α 閭11C-14C同循環1之鬮11B-14B 之後·製程再由起酤（循琢1)颶始 (請先閲讀背而之注意事項孙填寫本頁) 經濟部中央櫺準局KX工消伢合作杜印奴 2 本紙5艮尺度边用中SB家標準(CNS)肀4規格(210x29/公；《：) 81. 4. 10,000張（H)
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