JPH05193904A - 吸着による酸素製造方法 - Google Patents

吸着による酸素製造方法

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JPH05193904A
JPH05193904A JP4029240A JP2924092A JPH05193904A JP H05193904 A JPH05193904 A JP H05193904A JP 4029240 A JP4029240 A JP 4029240A JP 2924092 A JP2924092 A JP 2924092A JP H05193904 A JPH05193904 A JP H05193904A
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レオン・エイ
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】吸着による酸素製造方法において、大巾なコス
ト低減を実現する方法の提供。 【構成】吸着器の数が少くとも３基であり、段階の間の
大気圧以下での圧力でのポンピング継続時間ｙが位相差
Ｔ／ｎより長くて少くとも製造段階継続時間ｘと等し
く、吸着器のポンピング期が、前記吸着器に少くとも２
基のポンピング装置を用いて順次行われ、ポンピング装
置の一方はポンピングの開始時から作動し、他方はポン
ピングが終るまで作動するように適合されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気中の窒素の吸着に
よる酸素製造方法に関し、その方法はｎ基の吸着器を有
し、サイクル周期をＴとすると、 ａ）ゼオライト型の吸着器から、この段階中に少くとも
部分的に空気送入を伴って、サイクルの最高圧力ＰＭを
含む高圧で並流方向に従ったガスの取出しによる、継続
時間ｘの酸素製造段階、 ｂ）大気圧より低い圧力で、向流減圧操作をする継続時
間ｙのポンピング段階であり、ポンピングは場合によっ
てはフラッシング（掃気）中に酸素リッチガスの向流で
の通過が続き、前記ポンピング段階中に到達するサイク
ルの最低圧力はＰｍである段階、 ｃ）遅くともポンピング段階の前に、酸素リッチガスに
よる少くとも一つの向流再昇圧期を組合せた再昇圧段階 を前記吸着塔の一つに、一つの吸着塔から次の吸着塔へ
とＴ／ｎの時間をずらせて順次、周期的に行う種のもの
である。
【０００２】
【従来の技術】例えば５Ａ型又は１３Ｘ型のゼオライト
での空気の分別によって酸素を工業的に製造しようとす
るこの方法は、酸素含有量９５％までの酸素リッチ空気
を供給し、残りの５％は主としてアルゴンで構成されて
いる。多数の利用では、酸素含有量９０〜９３％の製造
品質は満足すべきものである。この同じ含有量の範囲
で、利用によって要求される酸素の量は、数ｔ／day か
ら数百ｔ／day にまでわたる。
【０００３】上に述べた方法は１０〜５０ｔ／day の酸
素の範囲に発展させられ、低温手段で得られ液状又は配
管によって供給される酸素と比べて費用面で十分競争で
きることを示した。酸素製造用に提案されたいろいろな
種類のサイクルは、一つだけが製造中である、２〜４基
の吸着器を一般的に有し、一方他の吸着器は、再生され
ているか中間期（再循環、再昇圧、…）にある。
【０００４】サイクルは一般に、９０秒と数分との間で
変化する継続時間を有するので、あらかじめ定められた
継続時間の与えられたサイクルの、同じ種類の吸着剤を
もった吸着器の寸法は、製造されるべき流量に応じて増
加する。あるいくつかの期の間のガス通過速度を支配す
る規則の尊重は、ガス流を横切る最小断面を必要とし、
それは大きな寸法については、直接又は間接に限定要素
となる。垂直円筒吸着器で、垂直にガスを流す場合にお
いて、吸着器の直径は、装置のある寸法（底面及びスリ
ーブの直径の制限、輸送の問題、等）を超えるようにな
る。
【０００５】同一直径では前記の場合におけるより大量
の流量を流すことができる垂直なガス流を伴った水平円
筒吸着器の場合には、大流量を流すことは、吸着剤の両
側の内部コレクタにおけるガス配分の問題並びにこれら
コレクタ内のデッド空間の非常な増加の問題を引き起こ
す。したがってそのようなユニットは、６０ｔ／dayが
限度であると信じられている。
【０００６】さらに大量の、例えば３００ｔ／day の酸
素リッチ空気及び酸素が要求される利用の場合には、実
際の解決策は、並列に設けられた複数のユニット（例え
ばそれぞれ１５０ｔ／day の需要について５０ｔ／day
の３ユニット）を建設するか、低温手段による解決策を
とるかである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、製造
ユニット当りの製造される酸素の実際上のトン数制限を
排除することである。さらに詳しくは、６０ｔ／day よ
りはるかに大量で、製造コストでは固定費（土木、一般
的エンジニアリング、建設、運転開始）の部分を減少さ
せる量の酸素を製造するのが目的である。
【０００８】本発明の他の目的は、複数の製造ユニット
の使用と比べて製造コストをさらに低減するように生産
性を増加することであり、生産性の増加は、投資（材
料、吸着剤、…）の減少を示す。本発明のさらに他の目
的は、酸素の製造コストをさらに低減するであろうエネ
ルギー消費の低減である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的
は、次の操作処置を全体的に組合せて用いることによっ
て達成される。 ｄ）吸着器の数が少くとも３基であり、 ｅ）吸着器を通過するガスの最大速度が、サイクルのど
の瞬間でも吸着剤の磨耗速度より小さく、サイクルの少
くとも一つの段階の間は前記限度に近づき、 ｆ）段階ｂ）の間の大気圧以下の圧力でのポンピング継
続時間ｙが、位相差Ｔ／ｎより長く、少くとも製造段階
継続時間ｘと同じであり、 ｇ）吸着器のポンピング期が、順次前記吸着器に少くと
も２基のポンピング装置を用いて行われ、ポンピング装
置の一方はポンピングの最初から作動し、他方はポンピ
ングの最後まで作動するのに適している。
【００１０】磨耗速度という用語は、吸着剤粒子がそれ
を超えると吸着器内で動き始めるガス速度を意味する。
ポンピング装置という用語は、ポンプ及びそのモータ
か、ポンプの段又は本体であり、この場合複数のポンピ
ング装置は一つのモータに接続してもよい。
【００１１】さらに詳しくは、本発明は次のような指針
に従って実施される。 −ｈ）製造段階とポンピング段階との間の減圧を、他の
吸着器の段階ｂ）によって必要に応じて行われるフラッ
シング段階用のガスを供給するように行う。 −ｉ）製造段階とポンピング段階との間の並流減圧を、
再昇圧段階ｃ）用の部分的再昇圧ガスを供給するように
行う。
【００１２】−まずｉ）による減圧を、次いでｈ）によ
る減圧を行う。 −段階ｂ）及び／又は段階ｃ）の酸素リッチガスを製品
酸素とする。 −並流減圧用のガスを少くとも部分的に保持容器に導入
し、その容器から少くともフラッシングガスの一部を取
出す。
【００１３】−ｃ）による向流再昇圧期を製品ガスによ
って行う。 −製品ガスを、ｃ）による向流再昇圧ガスの少くとも一
部分がそこから取出される緩衝容器内に貯蔵する。 −製造段階を、少くとも部分的に最高圧力で行う。
【００１４】−製造段階を、少くとも部分的に圧力を高
めて行う。 −製造段階を、少くとも部分的に圧力を下げて行う。 −再昇圧段階ｃ）が、少くとも空気による向流再昇圧期
を含む。
【００１５】−サイクルの最高圧力ＰＭが１×１０5 と
１．６×１０5 Ｐａの間にあり、一方サイクルの最低圧
力Ｐｍが０．２×１０5 と０．５×１０5 Ｐａの間にあ
る。 −ｂ）によるポンピング継続時間が，Ｔ／ｎの整倍数に
等しい。 −吸着器の数ｎが４基である。 −ポンピング段階が、Ｔ／ｎである製造段階継続時間の
２倍の継続時間中、２基のポンピング装置で行われる。
【００１６】−吸着器の数が５基であって、ポンピング
段階が、２Ｔ／５である製造段階継続時間と等しい継続
時間であり、同時に製造中の吸着器の数がサイクルのど
の瞬間にも２基である。 −吸着器の数が６基又は７基であって、ポンピング装置
の数が３Ｔ／ｎの継続時間中作動するのは３基であり、
一方どの瞬間にも２基の吸着器が、２Ｔ／ｎの継続時間
中は作動する。
【００１７】公知のサイクルと本発明によるサイクルを
比較すると（同じ吸着剤を充填されるが数は少い吸着器
による同じ段階）、少くとも５０％から３００％までの
製造の増加（ｔ／day ）及び少くとも１０％、一般には
１２〜２０％の生産性の増加（吸着剤ｍ3 当りＮｍ3 ／
ｈ）が、上に述べたいろいろな任意の処置によって確認
された。
【００１８】公知のサイクルと比べて吸着器の数を増加
し、一方ほぼ公知サイクルに近いサイクル継続時間を保
つことによって、ユニット当りの製造を増加できる。公
知のサイクルと比べて吸着器の数を増加することによっ
て、期又は段階の時間を一層最適化することができ、そ
れら自身の制限を守ることによって、さらに高性能の、
例えばさらに生産性の高いサイクルに導くものである。
【００１９】公知のサイクルと比べて吸着器の数を増加
し、同時にポンピング作動中の吸着塔の数を増加するこ
とによって、複数のポンピング装置を用いることを可能
し、各ポンピング装置は、用いられる固有の圧力範囲に
適合できる。以下、本発明を添付の図面を参照しながら
説明する。
【００２０】
【実施例】図１ないし図１０及び図１２、図１３のすべ
ての変形操作において、圧力−時間（ｔ）グラフは、酸
素製造期の開始に時間０を設定し（縦座標が増加する方
へ向けられた縦座標方向の矢印によって便宜的に示され
た、いわゆる並流流れの方向への吸着器内の空気の通
過）、一方、製造段階と逆の、すなわち製造された酸素
の“出口”から分別されるべき空気の“入口”への向流
流れは、縦座標が減少する方へ向けられた縦座標方向の
矢印によって示されている。
【００２１】いろいろな矢印が、その自由端で製品酸素
又は酸素リッチ空気の流れを示すために縦座標が増加す
る方へ接続されるか、大気圧以下の圧力でのポンピング
を示すために縦座標が減少する方へ向けられる。いろい
ろな段階の継続時間は範囲内に記入され、サイクル継続
時間Ｔは横座標に示されたもっとも長い時間である。
【００２２】上に説明された、製造段階、第１減圧期、
第２減圧期、フラッシング（掃気）期を場合によっては
含むポンピング段階及び再昇圧段階の中のあるいくつか
の期又は段階を含む、本発明に示されるいろいろなサイ
クルは以下に詳述されるであろう。ポンピング段階は、
ポンピングポンプ１、ポンプ２等の複数の装置を用いる
ことによって行われる。以下の記載に示される時間は例
として与えられ、平均粒度（平均直径が約２ｍｍの球又
は直径１．６ｍｍの円筒形ロッド）の吸着剤の使用に実
質的に適合している。
【００２３】図１ サイクル継続時間Ｔ １２０秒 吸着器数ｎ ４ 製造中の吸着器 １ 製造段階継続時間 ３０秒 第１減圧継続時間 １０秒 ポンピング継続時間 ６０秒 フラッシング継続時間 １０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 ２０
秒。
【００２４】図２ サイクル継続時間Ｔ １１２．５秒 吸着器数ｎ ５ 製造中の吸着器 ２ 製造段階継続時間 ４２．５秒 第１減圧継続時間 １０秒 ポンピング継続時間 ４５秒 フラッシング継続時間 １０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 １５秒 効果的な製品流を制御し、最終再昇圧を最良に完了する
ために、製品ガスの緩衝容器Ｒがあることは注目されよ
う。
【００２５】図３ サイクル継続時間Ｔ １２０秒 吸着器数ｎ ６ 製造中の吸着器 １．５ 製造段階継続時間 ３０秒 第１減圧継続時間 １０秒 ポンピング継続時間 ６０秒 フラッシング継続時間 １０秒 ポンピング装置 ３ 再昇圧継続時間 ２０
秒。
【００２６】図４ サイクル継続時間Ｔ １０５秒 吸着器数ｎ ７ 製造中の吸着器 ２ 製造段階継続時間 ３０秒 第１減圧継続時間 １５秒 ポンピング継続時間 ４５秒 フラッシング継続時間 １５秒 ポンピング装置 ３ 再昇圧継続時間 １５
秒。
【００２７】図５ サイクル継続時間Ｔ １２０秒 吸着器数ｎ ４ 製造中の吸着器 １ 製造段階継続時間 ３０秒 第１減圧継続時間 １０秒 ポンピング継続時間 ６０秒 フラッシング継続時間 １０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 ２０秒 有用なガス流を等しくするように、製造段階よりも短い
再昇圧用の保持容器Ｓがあることは注目されよう。
【００２８】図６ サイクル継続時間Ｔ １２０秒 吸着器数ｎ ４ 製造中の吸着器 １ 製造段階継続時間 ３０秒 第１減圧継続時間 １０秒 ポンピング継続時間 ５０秒 フラッシング継続時間 １０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 ３０
秒。
【００２９】第１減圧が他の吸着器からのフラッシング
と時間が一致しないときに、第１減圧からのガスのフラ
ッシング利用を遅らせることができる貯蔵容器Ｓ′があ
ることは注目されよう。
【００３０】図７ サイクル継続時間Ｔ １２０秒 吸着器数ｎ ４ 製造中の吸着器 １ 製造段階継続時間 ３０秒 第１減圧継続時間 １０秒 ポンピング継続時間 ５０秒 フラッシング継続時間 １５秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 ３０
秒。
【００３１】第１減圧がまず他の吸着器を再昇圧するの
に用いられ、一方、フラッシングガスが、製造段階の半
分の時間の間、製造された酸素から取出される流れであ
ることは注目されよう。点線は、第１減圧にある吸着器
からのガスの他に製品ガスが加えられることによる第１
減圧の一変形を示す。
【００３２】図８ サイクル継続時間Ｔ １２０秒 吸着器数ｎ ４ 製造中の吸着器 １ 製造段階継続時間 ３０秒 ポンピング継続時間 ６０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 ３０
秒。
【００３３】図９ サイクル継続時間Ｔ １２５秒 吸着器数ｎ ５ 製造中の吸着器 ２ 製造段階継続時間 ５０秒 ポンピング継続時間 ５０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 ２５
秒。
【００３４】図１０ サイクル継続時間Ｔ １２０秒 吸着器数ｎ ６ 製造中の吸着器 ２ 製造段階継続時間 ４０秒 ポンピング継続時間 ６０秒 ポンピング装置 ３ 再昇圧継続時間 ２０
秒。
【００３５】図１１ サイクル継続時間Ｔ １３５秒 吸着器数ｎ ３ 製造中の吸着器 １（パートタイムで） 製造段階継続時間 ２０秒 第１減圧継続時間 １０秒 ポンピング継続時間 ８０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 −空気＋リッチ空気 １０秒 −空気のみ １５秒。
【００３６】図１２ サイクル継続時間Ｔ １２０秒 吸着器数ｎ ４ 製造中の吸着器 １ 製造段階継続時間 ３０秒 第１減圧継続時間 １０秒 第２減圧継続時間 ５秒 ポンピング継続時間 ４５秒 フラッシング継続時間 １０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 ３０
秒。
【００３７】図１３ サイクル継続時間Ｔ １２５秒 吸着器数ｎ ５ 製造中の吸着器 ２ 製造段階継続時間 ５０秒 第１減圧継続時間 １０秒 ポンピング継続時間 ５０秒 フラッシング継続時間 １０秒 ポンピング装置 ２ 再昇圧継続時間 １５秒
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力がサイクル最高圧力ＰＭ（１×１０5 〜
１．６×１０5 Ｐａ）とサイクル最低圧力Ｐｍ（０．２
×１０5 〜０．５×１０5 Ｐａ）との間を変動する、圧
力（縦座標）−時間（横座標）グラフの第１の操作を示
すグラフ。
【図２】同じく第２の操作を示すグラフ。
【図３】同じく第３の操作を示すグラフ。
【図４】同じく第４の操作を示すグラフ。
【図５】同じく第５の操作を示すグラフ。
【図６】同じく第６の操作を示すグラフ。
【図７】同じく第７の操作を示すグラフ。
【図８】同じく第８の操作を示すグラフ。
【図９】同じく第９の操作を示すグラフ。
【図１０】同じく第１０の操作を示すグラフ。
【図１１】同じく第１１の操作を示すグラフ。
【図１２】同じく第１２の操作を示すグラフ。
【図１３】同じく第１３の操作を示すグラフ。
【符号の説明】
Ｒ 製品ガスの緩衝容器 Ｓ 保持容器 Ｓ′ 貯蔵容器

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｎ基の吸着器に、一つの吸着器から次の
    吸着器へとＴ／ｎの時間をずらせて前記吸着器のそれぞ
    れに周期Ｔに従って順次、周期的に、 ａ）ゼオライト型の吸着器から、この段階中に少くとも
    部分的に空気送入を伴って、サイクルの最高圧力ＰＭを
    含む高圧で向流方向に従ったガスの取出しによる、継続
    時間ｘの酸素製造段階、 ｂ）大気圧より低い圧力で向流減圧操作をする継続時間
    ｙのポンピング段階であり、ポンピングが場合によって
    は次いでフラッシング（掃気）中に酸素リッチガスの向
    流での通過が行われ、前記ポンピング段階中に到達する
    サイクルの最低圧力がＰｍである段階、 ｃ）遅くともポンピング段階の前に、酸素リッチガスに
    よる少くとも向流再昇圧期を含む再昇圧段階 を行う種類の、空気から窒素を吸着することによって例
    えば６０ｔ／day 以上の流量で酸素の高い含有量をもっ
    たガスの製造方法において、 ｄ）吸着器の数が少くとも３基であり、 ｅ）吸着器を通過するガスの最大速度が、サイクルのど
    の瞬間にも吸着剤の磨耗速度より小さく、サイクルの段
    階の少くとも一つの段階の間は前記限度に近づき、 ｆ）段階ｂ）の間の大気圧以下の圧力でのポンピング継
    続時間ｙが、位相差Ｔ／ｎより長く、少くとも製造段階
    継続時間ｘと等しく、 ｇ）吸着器のポンピング期が、前記吸着器に少くとも２
    基のポンピング装置を用いて順次行われ、ポンピング装
    置の一方はポンピングの最初から作動し、他方はポンピ
    ングの最後まで作動するのに適している 操作処置を組合せることを特徴とする酸素製造方法。
  2. 【請求項２】 ｈ）製造段階とポンピング段階との間の
    並流減圧が、他の吸着器のｂ）によって必要に応じて行
    われるフラッシング用のフラッシングガスを供給するよ
    うに行われることを特徴とする請求項１記載の酸素製造
    方法。
  3. 【請求項３】 ｉ）製造段階とポンピング段階の間の並
    流減圧が、再昇圧段階ｃ）用の部分的再昇圧ガスを供給
    するように行われることを特徴とする請求項２記載の酸
    素製造方法。
  4. 【請求項４】 まずｉ）による減圧が、次いでｈ）によ
    る減圧が行われることを特徴とする請求項３記載の酸素
    製造方法。
  5. 【請求項５】 段階ｂ）及び／又は段階ｃ）の酸素リッ
    チガスが製品酸素であることを特徴とする請求項１記載
    の酸素製造方法。
  6. 【請求項６】 並流減圧用のガスが、少くとも部分的に
    保持容器内に導入され、前記容器からフラッシングガス
    の少くとも一部が取出されることを特徴とする請求項２
    記載の酸素製造方法。
  7. 【請求項７】 段階ｃ）による向流再昇圧期が、製品ガ
    スによって行われることを特徴とする請求項６記載の酸
    素製造方法。
  8. 【請求項８】 ｃ）による向流再昇圧用ガスの少くとも
    一部分がそこから取出される製品ガスの緩衝容器が備え
    られている請求項７記載の酸素製造方法。
  9. 【請求項９】 製造段階が、少くとも部分的に最高圧力
    で行われることを特徴とする請求項１記載の酸素製造方
    法。
  10. 【請求項１０】 製造段階が、少くとも部分的に圧力を
    高めて行われることを特徴とする請求項１記載の酸素製
    造方法。
  11. 【請求項１１】 製造段階が、少くとも部分的に圧力を
    下げて行われることを特徴とする請求項１記載の酸素製
    造方法。
  12. 【請求項１２】 再昇圧段階ｃ）が、少くとも空気によ
    る向流再昇圧期を含むことを特徴とする請求項１記載の
    酸素製造方法。
  13. 【請求項１３】 サイクルの最高圧力が１×１０5 と
    １．６×１０5 との間にあり、サイクルの最低圧力が
    ０．２×１０5 と０．５×１０5 との間にあることを特
    徴とする請求項１記載の酸素製造方法。
  14. 【請求項１４】 ｂ）によるポンピング継続時間が、Ｔ
    ／ｎの整数倍に等しいことを特徴とする請求項１記載の
    酸素製造方法。
  15. 【請求項１５】 吸着器の数ｎが４基であることを特徴
    とする請求項１記載の酸素製造方法。
  16. 【請求項１６】 ポンピング段階が、Ｔ／ｎである製造
    段階継続時間の継続期間中、２基のポンピング装置によ
    って行われることを特徴とする請求項１５記載の酸素製
    造装置。
  17. 【請求項１７】 吸着器の数が５基であって、ポンピン
    グ段階が、２Ｔ／５である製造段階継続時間と等しい継
    続時間を有し、同時に製造中の吸着器の数がサイクルの
    どの瞬間にも２基であることを特徴とする請求項１記載
    の酸素製造方法。
  18. 【請求項１８】 吸着器の数が６基又は７基であって、
    ポンピング装置の数が３Ｔ／ｎの継続時間中は３基作動
    し、一方どの瞬間にも２基の吸着器が、２Ｔ／ｎの継続
    時間中は作動することを特徴とする請求項１記載の酸素
    製造方法。
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