JPH1024208A - 圧力スウィング吸着によるガス混合物の処理方法 - Google Patents
圧力スウィング吸着によるガス混合物の処理方法Info
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- JPH1024208A JPH1024208A JP9074128A JP7412897A JPH1024208A JP H1024208 A JPH1024208 A JP H1024208A JP 9074128 A JP9074128 A JP 9074128A JP 7412897 A JP7412897 A JP 7412897A JP H1024208 A JPH1024208 A JP H1024208A
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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Abstract
(57)【要約】
【課題】少なくとも１つの吸着装置を含み、吸着装置に
おいて生産相と再生相とを包含するサイクルを実施し、
再生相は、並流減圧工程を含む初期相と向流再圧縮工程
を含む最終相とを包含するところのプラント中におい
て、圧力スウィング吸着によりガス混合物を処理する方
法において、サイクルの性能を改善することを課題とす
る。 【解決手段】少なくとも最終再生相の再圧縮工程中に、
並流減圧工程からのガスを向流で導入し、向流再圧縮工
程の続行時間（ＴR ）を並流減圧工程の続行時間
（ＴD ）よりも短くする。
おいて生産相と再生相とを包含するサイクルを実施し、
再生相は、並流減圧工程を含む初期相と向流再圧縮工程
を含む最終相とを包含するところのプラント中におい
て、圧力スウィング吸着によりガス混合物を処理する方
法において、サイクルの性能を改善することを課題とす
る。 【解決手段】少なくとも最終再生相の再圧縮工程中に、
並流減圧工程からのガスを向流で導入し、向流再圧縮工
程の続行時間（ＴR ）を並流減圧工程の続行時間
（ＴD ）よりも短くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの
吸着装置を備え、このもしくは各吸着装置において生産
相と再生相とを包含するサイクルが実施され、再生相
は、並流（concurrent）減圧工程を含む初期相と向流
（countercurrent）再圧縮工程を含む最終相とを包含す
るところのプラント中において、圧力スウィング吸着に
よりガス混合物を処理するための方法に関する。
吸着装置を備え、このもしくは各吸着装置において生産
相と再生相とを包含するサイクルが実施され、再生相
は、並流（concurrent）減圧工程を含む初期相と向流
（countercurrent）再圧縮工程を含む最終相とを包含す
るところのプラント中において、圧力スウィング吸着に
よりガス混合物を処理するための方法に関する。
【０００２】本発明は、特に、大気空気を処理すること
による酸素の生産に適用される。
による酸素の生産に適用される。
【０００３】本発明における圧力は、絶対圧である。
【０００４】
【従来の技術】２種以上のガスを分離することを意図さ
れたほとんどの圧力スウィング吸着サイクルは、一連の
工程中に、少なくとも並流減圧もしくは除圧の１つの工
程を有し、これに対応して、この並流減圧工程からのガ
スを用いる少なくとも１つの向流再圧縮工程を備える。
れたほとんどの圧力スウィング吸着サイクルは、一連の
工程中に、少なくとも並流減圧もしくは除圧の１つの工
程を有し、これに対応して、この並流減圧工程からのガ
スを用いる少なくとも１つの向流再圧縮工程を備える。
【０００５】これら工程の目的は、生産工程の終わりに
フロント領域にありかつ吸着装置の自由体積中にある最
も吸着性の低いガスまたはガス類のフラクションを部分
的に回収することにより、およびこの流体を再生相の終
わりに少なくとも１つの吸着装置を部分的に再圧縮する
ために使用することにより、サイクル全体の性能を改善
することにある。
フロント領域にありかつ吸着装置の自由体積中にある最
も吸着性の低いガスまたはガス類のフラクションを部分
的に回収することにより、およびこの流体を再生相の終
わりに少なくとも１つの吸着装置を部分的に再圧縮する
ために使用することにより、サイクル全体の性能を改善
することにある。
【０００６】この対の工程がないと、最も吸着性の低い
ガスは、並流減圧工程に続く向流減圧もしくはパージ工
程中に、ガスまたはガス類の最も高く吸着されたフラク
ションと同時に除去されてしまう。このガスは、最も容
易に吸着するが上記方法に従うよりも一般にはるかに効
率的でない成分の分圧を下げることにより、吸着剤の再
生に関与する。
ガスは、並流減圧工程に続く向流減圧もしくはパージ工
程中に、ガスまたはガス類の最も高く吸着されたフラク
ションと同時に除去されてしまう。このガスは、最も容
易に吸着するが上記方法に従うよりも一般にはるかに効
率的でない成分の分圧を下げることにより、吸着剤の再
生に関与する。
【０００７】既知のサイクルにおいて、それらが直接接
続された吸着装置を含む（ＥＰ−Ａ−３５４，２５９ま
たはＥＰ−Ａ−６５４，４３９）か、並流減圧からのガ
スを一時的に貯蔵するバッファタンクを備えた１または
それ以上の吸着装置を含む（ＵＳ−Ａ−５，３７０，７
２８）かどうかにかかわりなく、上記２つの工程の続行
時間は、同一であるか、実際上同一である。
続された吸着装置を含む（ＥＰ−Ａ−３５４，２５９ま
たはＥＰ−Ａ−６５４，４３９）か、並流減圧からのガ
スを一時的に貯蔵するバッファタンクを備えた１または
それ以上の吸着装置を含む（ＵＳ−Ａ−５，３７０，７
２８）かどうかにかかわりなく、上記２つの工程の続行
時間は、同一であるか、実際上同一である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記タイプ
の方法において、サイクルの性能を改善することを課題
とする。
の方法において、サイクルの性能を改善することを課題
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本出願人は、驚くべきこ
とに、上記タイプの方法において、本発明に従い、少な
くとも最終再生相の再圧縮中に、並流減圧工程からのガ
スを向流で導入し、向流再圧縮工程の続行時間（durati
on）を並流減圧工程の続行時間よりも少なくすることに
より、サイクルの性能を改善することができることを見
い出した。
とに、上記タイプの方法において、本発明に従い、少な
くとも最終再生相の再圧縮中に、並流減圧工程からのガ
スを向流で導入し、向流再圧縮工程の続行時間（durati
on）を並流減圧工程の続行時間よりも少なくすることに
より、サイクルの性能を改善することができることを見
い出した。
【００１０】本発明の方法は、以下の特徴の１またはそ
れ以上を含むことができる。
れ以上を含むことができる。
【００１１】該向流再圧縮工程の続行時間が該並流減圧
工程の続行時間の０．８倍未満、典型的には、０．５倍
未満であること；並流減圧工程からのガスをバッファタ
ンクに一時的に貯蔵すること；単一の吸着装置を用いる
こと；処理すべきガス混合物が、酸素の生産を目的とし
て、大気空気であること。
工程の続行時間の０．８倍未満、典型的には、０．５倍
未満であること；並流減圧工程からのガスをバッファタ
ンクに一時的に貯蔵すること；単一の吸着装置を用いる
こと；処理すべきガス混合物が、酸素の生産を目的とし
て、大気空気であること。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１に示すプラントは、大気空気
から９０％ないし９３％のオーダーの純度を有する酸素
を生産するために有利に使用されるものである。このプ
ラントは、主として、吸着剤を、典型的には、少なくと
も１種のゼオライトを含有する単一の吸着装置１、圧縮
機および真空ポンプを構成する可逆回転機２、フィルタ
ー／サイレンサー（silencer）３、冷却機４、生産タン
ク５およびバッファタンク６を備えている。
から９０％ないし９３％のオーダーの純度を有する酸素
を生産するために有利に使用されるものである。このプ
ラントは、主として、吸着剤を、典型的には、少なくと
も１種のゼオライトを含有する単一の吸着装置１、圧縮
機および真空ポンプを構成する可逆回転機２、フィルタ
ー／サイレンサー（silencer）３、冷却機４、生産タン
ク５およびバッファタンク６を備えている。
【００１３】可逆回転機２は、一方において、導管７を
介して、フィルター／サイレンサー３を経て大気に接続
しており、他方において、冷却機４を貫通する導管８を
介して、吸着装置１の下端である吸着装置入口に接続さ
れている。吸着装置１の出口（上端）は、一方では、制
御弁１０を備えた導管９を介してタンク５に接続され、
他方では、制御弁１２を備えた導管１１を介してバッフ
ァタンク６に接続されている。タンク５から出発するプ
ラントの生産導管は、符号１３で示されている。
介して、フィルター／サイレンサー３を経て大気に接続
しており、他方において、冷却機４を貫通する導管８を
介して、吸着装置１の下端である吸着装置入口に接続さ
れている。吸着装置１の出口（上端）は、一方では、制
御弁１０を備えた導管９を介してタンク５に接続され、
他方では、制御弁１２を備えた導管１１を介してバッフ
ァタンク６に接続されている。タンク５から出発するプ
ラントの生産導管は、符号１３で示されている。
【００１４】本プラントは、さらに、図２に示すサイク
ルを実行するように設計された、電気および冷媒の制
御、調節および供給のためのそれ自体既知の手段（図示
せず）を備えている。
ルを実行するように設計された、電気および冷媒の制
御、調節および供給のためのそれ自体既知の手段（図示
せず）を備えている。
【００１５】図２において、時間ｔが横軸に、絶対圧力
Ｐが縦軸にプロットされ、矢印をもって方向を示されて
いる線は、ガス流の動きと到達点を、さらに吸着装置中
の流れの方向を示すものであって、矢印が縦軸を上昇す
る方向（図の上に向かう方向）にあるとき、流れは、吸
着装置中において並流と呼ばれる。上を指向する矢印
が、吸着装置中の圧力を示す線より下に位置するとき、
流れは吸着装置の入口端を介して吸着装置に入る。上を
向かう矢印が、圧力を示す線より上に位置するとき、流
れは、吸着装置の出口端から吸着装置を出る。これら入
口端および出口端は、それぞれ、処理すべきガス、およ
び等圧生産相において取り出されるガスのためのもので
ある。矢印が縦軸を下降する方向（図の下に向かう方
向）にあるとき、流れは、吸着装置において向流と呼ば
れる。下を指向する矢印が、吸着装置の圧力を示す線よ
り下に位置するとき、流れは吸着装置の入口端を介して
吸着装置を出る。下を指向する矢印が、圧力を示す線よ
り上に位置するとき、流れは、吸着装置の出口端を介し
て吸着装置に入る。これら入口端および出口端は、な
お、それぞれ、処理すべきガスおよび等圧生産相で取り
出されるガスのためのものである。
Ｐが縦軸にプロットされ、矢印をもって方向を示されて
いる線は、ガス流の動きと到達点を、さらに吸着装置中
の流れの方向を示すものであって、矢印が縦軸を上昇す
る方向（図の上に向かう方向）にあるとき、流れは、吸
着装置中において並流と呼ばれる。上を指向する矢印
が、吸着装置中の圧力を示す線より下に位置するとき、
流れは吸着装置の入口端を介して吸着装置に入る。上を
向かう矢印が、圧力を示す線より上に位置するとき、流
れは、吸着装置の出口端から吸着装置を出る。これら入
口端および出口端は、それぞれ、処理すべきガス、およ
び等圧生産相において取り出されるガスのためのもので
ある。矢印が縦軸を下降する方向（図の下に向かう方
向）にあるとき、流れは、吸着装置において向流と呼ば
れる。下を指向する矢印が、吸着装置の圧力を示す線よ
り下に位置するとき、流れは吸着装置の入口端を介して
吸着装置を出る。下を指向する矢印が、圧力を示す線よ
り上に位置するとき、流れは、吸着装置の出口端を介し
て吸着装置に入る。これら入口端および出口端は、な
お、それぞれ、処理すべきガスおよび等圧生産相で取り
出されるガスのためのものである。
【００１６】図２に示すサイクルは、その周期Ｔが例え
ば８６．５ｓであり、以下の連続工程からなる。
ば８６．５ｓであり、以下の連続工程からなる。
【００１７】（１）ｔ＝０からｔ１＝２０ｓまで：サイ
クルの第１の中間圧力ＰＩ１から例えば約１．５×１０
5 Ｐａである最大圧力ＰM までの、処理すべきガスを用
いた最終並流再圧縮。
クルの第１の中間圧力ＰＩ１から例えば約１．５×１０
5 Ｐａである最大圧力ＰM までの、処理すべきガスを用
いた最終並流再圧縮。
【００１８】（２）ｔ１からｔ２＝３０ｓまで：圧力Ｐ
M における実質的に等圧の生産。生産は、タンク５に送
られ、そこからより小さな流量の酸素が導管１３を介し
て使用者ステーションに連続的に取り出される。実際に
は、変形として、タンク５へ送られる生産は、サイクル
の最大圧力ＰM に近い圧力での最終加圧相中、時間ｔ１
前に開始される。
M における実質的に等圧の生産。生産は、タンク５に送
られ、そこからより小さな流量の酸素が導管１３を介し
て使用者ステーションに連続的に取り出される。実際に
は、変形として、タンク５へ送られる生産は、サイクル
の最大圧力ＰM に近い圧力での最終加圧相中、時間ｔ１
前に開始される。
【００１９】（３）ｔ１からｔ３＝４０．５ｓまで、す
なわち続行時間ＴD ＝１０．５ｓの間：第２の中間圧力
ＰＩ２までの並流減圧。この工程中に吸着装置から出力
されるガスは、バッファタンク６へ送られる。変形とし
て、この工程（３）中、同時向流減圧を行うこともでき
る。
なわち続行時間ＴD ＝１０．５ｓの間：第２の中間圧力
ＰＩ２までの並流減圧。この工程中に吸着装置から出力
されるガスは、バッファタンク６へ送られる。変形とし
て、この工程（３）中、同時向流減圧を行うこともでき
る。
【００２０】（４）ｔ３からｔ４＝８３ｓまで：サイク
ルの最小圧力Ｐm （例えば、約０．５×１０5 Ｐａ）へ
のポンピングによる向流減圧と、その後の、ポンピング
の続行および同時のタンク５由来の生産ガスの向流導入
による典型的に圧力Ｐm での実質的な等圧でのパージ／
溶出（elution）。
ルの最小圧力Ｐm （例えば、約０．５×１０5 Ｐａ）へ
のポンピングによる向流減圧と、その後の、ポンピング
の続行および同時のタンク５由来の生産ガスの向流導入
による典型的に圧力Ｐm での実質的な等圧でのパージ／
溶出（elution）。
【００２１】（５）ｔ４からＴまで、すなわち、続行時
間ＴR ＝３．５ｓの間：バッファタンク６からのガスを
用いた、第１の中間圧力ＰＩ１への第１の向流再圧縮。
間ＴR ＝３．５ｓの間：バッファタンク６からのガスを
用いた、第１の中間圧力ＰＩ１への第１の向流再圧縮。
【００２２】明らかなように、本発明の１つの側面によ
れば、並流減圧工程（３）の続行時間ＴD は、工程
（３）からの出力ガスを使用する第１の向流再圧縮工程
（５）の続行時間ＴR よりもはるかに長い。
れば、並流減圧工程（３）の続行時間ＴD は、工程
（３）からの出力ガスを使用する第１の向流再圧縮工程
（５）の続行時間ＴR よりもはるかに長い。
【００２３】驚くべきことに、この種のサイクルの性能
は、これと同様であるが工程（３）と（５）とが同じ続
行時間（１０．５＋３．５）／２＝７ｓを有するサイク
ルと比較して実質的に改善されることが見い出されてい
る。このことは、下記表１に明示されており、これは、
図１に示すプラントに対応しており、ＰM ＝１．５×１
０5 Ｐａであり、Ｐm ＝０．４５×１０5 Ｐａである。
は、これと同様であるが工程（３）と（５）とが同じ続
行時間（１０．５＋３．５）／２＝７ｓを有するサイク
ルと比較して実質的に改善されることが見い出されてい
る。このことは、下記表１に明示されており、これは、
図１に示すプラントに対応しており、ＰM ＝１．５×１
０5 Ｐａであり、Ｐm ＝０．４５×１０5 Ｐａである。
【００２４】
【表１】
【００２５】生産率は、通常、吸着剤１ｍ3 についての
プラントの時生産（hourly production）であり、固有
生産率（intrinsic productivity）は、吸着剤１ｍ3 に
ついてのサイクル当たりの生産であり、比エネルギー
は、酸素１ｍ3 （ｓ．ｔ．ｐ．）を生産するに要するエ
ネルギーであり、収率は、処理される空気中に含有され
る酸素の量に対する生産された酸素の量の比である。
プラントの時生産（hourly production）であり、固有
生産率（intrinsic productivity）は、吸着剤１ｍ3 に
ついてのサイクル当たりの生産であり、比エネルギー
は、酸素１ｍ3 （ｓ．ｔ．ｐ．）を生産するに要するエ
ネルギーであり、収率は、処理される空気中に含有され
る酸素の量に対する生産された酸素の量の比である。
【００２６】上記表１において、サイクルＮｏ．１は、
続行時間ＴD とＴR が等しい従来のサイクルである。
続行時間ＴD とＴR が等しい従来のサイクルである。
【００２７】サイクルＮｏ．２は、図２に示す本発明に
よるサイクルに対応し、ＴD ＝１０．５ｓであり、ＴR
＝３．５ｓである。全てのパラメータにおける改善が観
察される。特に、生産率が向上する一方、比エネルギー
が減少している。その一部として、収率も向上している
が、これは大気空気を処理する場合それ自体重要なパラ
メータではなく、何にもコストがかからない。
よるサイクルに対応し、ＴD ＝１０．５ｓであり、ＴR
＝３．５ｓである。全てのパラメータにおける改善が観
察される。特に、生産率が向上する一方、比エネルギー
が減少している。その一部として、収率も向上している
が、これは大気空気を処理する場合それ自体重要なパラ
メータではなく、何にもコストがかからない。
【００２８】サイクルＮｏ．３も、本発明によるサイク
ルであるが、サイクルＮｏ．２とは、続行時間ＴD が従
来のサイクルＮｏ．１と同じ（７ｓ）である点で、異な
る。後者の場合と比べると、比エネルギーは増加する
が、固有生産率は変化しない。従って、このサイクルは
短時間であるので、生産率が増大する。それ故、この種
のサイクルは、エネルギーが安価である場合に有益であ
る。
ルであるが、サイクルＮｏ．２とは、続行時間ＴD が従
来のサイクルＮｏ．１と同じ（７ｓ）である点で、異な
る。後者の場合と比べると、比エネルギーは増加する
が、固有生産率は変化しない。従って、このサイクルは
短時間であるので、生産率が増大する。それ故、この種
のサイクルは、エネルギーが安価である場合に有益であ
る。
【００２９】比較例としてのサイクルＮｏ．４では、本
発明とは対照的に、続行時間ＴD を減少させている。全
てのパラメータ（生産率、収率、比エネルギー、固有生
産率）において、低下が観察される。特に、固有生産率
の低下は、サイクルの続行時間の減少から予期される利
得よりも大きく、その結果、生産率が低下している。
発明とは対照的に、続行時間ＴD を減少させている。全
てのパラメータ（生産率、収率、比エネルギー、固有生
産率）において、低下が観察される。特に、固有生産率
の低下は、サイクルの続行時間の減少から予期される利
得よりも大きく、その結果、生産率が低下している。
【００３０】本発明は、工程（５）中に、分離すべきガ
ス混合物の吸着装置への並流導入、または溶出を完結す
るための向流除去を同時に行うという点で、あるいはタ
ンク６からのガスをパージ／溶出工程（４）中に向流
で、典型的には該工程の終わりに、導入するという点
で、図２に示すサイクルとは異なるサイクルにも適用で
きる。
ス混合物の吸着装置への並流導入、または溶出を完結す
るための向流除去を同時に行うという点で、あるいはタ
ンク６からのガスをパージ／溶出工程（４）中に向流
で、典型的には該工程の終わりに、導入するという点
で、図２に示すサイクルとは異なるサイクルにも適用で
きる。
【００３１】一例として、ゼオライト５Ａ型の吸着剤お
よび１．１×１０5 Ｐａの圧力ＰＩ２を用い、圧力差約
０．３×１０5 Ｐａでの中純度酸素貯蔵を伴って上記タ
イプのサイクルを実行するために、タンク６の容積は、
約３．５ｍ3 ／ ｍ3 ゼオライトである。
よび１．１×１０5 Ｐａの圧力ＰＩ２を用い、圧力差約
０．３×１０5 Ｐａでの中純度酸素貯蔵を伴って上記タ
イプのサイクルを実行するために、タンク６の容積は、
約３．５ｍ3 ／ ｍ3 ゼオライトである。
【００３２】２つの吸着装置を並行に用いて実施するた
めには、２つのタンク５および６の共通の使用は、特
に、真空ポンプと２つの吸着装置間の２段階擬平衡の連
続使用を許容する。
めには、２つのタンク５および６の共通の使用は、特
に、真空ポンプと２つの吸着装置間の２段階擬平衡の連
続使用を許容する。
【図１】本発明の方法を実施するための単一吸着装置プ
ラントの一例を概略的に示す図。
ラントの一例を概略的に示す図。
【図２】図１に示すプラントで実施される本発明による
サイクルの一例を示すダイアグラム図。
サイクルの一例を示すダイアグラム図。
１…吸着装置 ２…可逆回転機 ３…フィルター／サイレンサー ４…冷却機 ５…生産タンク ６…バッファタンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチアン・モヌロー フランス国、75011 パリ、リュ・ドゥ・ シャロンヌ 159 (72)発明者 ピエール・プティ フランス国、78530 ビュク、レジダン ス・デュ・バル・ドゥ・ビエーブル 12
Claims (9)
- 【請求項１】 少なくとも１つの吸着装置を備え、この
もしくは各吸着装置において生産相と再生相とを包含す
るサイクルが実施され、再生相は、並流減圧工程を含む
初期相と向流再圧縮工程を含む最終相とを包含するとこ
ろのプラント中において圧力スウィング吸着によりガス
混合物を処理するための方法であって、少なくとも該最
終再生相の再圧縮工程中に、該並流減圧工程からのガス
を向流で導入し、および該向流再圧縮工程の続行時間
（ＴR ）が、該並流減圧工程の続行時間（ＴD ）よりも
少ないことを特徴とするガス混合物の処理方法。 - 【請求項２】 該向流再圧縮工程の続行時間（ＴR ）
が、該並流減圧工程の続行時間（ＴD ）の０．８倍未満
であることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 該向流再圧縮工程の続行時間（ＴR ）
が、該並流減圧工程の続行時間（ＴD ）の０．５倍未満
であることを特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 該並流減圧工程からのガスをバッファタ
ンクに一時的に貯蔵することを特徴とする請求項１ない
し３のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項５】 単一の吸着装置を用いるプラントで実行
する請求項１ないし４のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】 該再生相が、中間のパージ／溶出相を包
含することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１
項記載の方法。 - 【請求項７】 パージ／溶出ガスが生産ガスであること
を特徴とする請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 パージ／溶出ガスを生産タンクに一時的
に貯蔵することを特徴とする請求項７記載の方法。 - 【請求項９】 空気から酸素を分離するための請求項１
ないし８のいずれか１項記載の方法。
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