JPH11239711A - 吸着材床の頂部及び底部の同時排気を用いたｐｓａ方法 - Google Patents

吸着材床の頂部及び底部の同時排気を用いたｐｓａ方法

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JPH11239711A JP10346777A JP34677798A JPH11239711A JP H11239711 A JPH11239711 A JP H11239711A JP 10346777 A JP10346777 A JP 10346777A JP 34677798 A JP34677798 A JP 34677798A JP H11239711 A JPH11239711 A JP H11239711A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸着器の頂部から低純度酸素ガスをパージ用
還流ガスとして使用するために貯留タンクへ回収するこ
と。 【解決手段】 空隙ガスの回収によりプロセスの効率を
改善する。本発明は、主廃ガス排気工程の実施と同時併
行的に、吸着器の頂部から低純度空隙ガスを抽出するた
めに排気工程を実施する。吸着器の頂部と底部からの並
流流れ頂部空隙ガスの回収工程と向流流れ廃ガス排気工
程の同時実施は、生成物回収率を従来のプロセスに比べ
て３〜５％向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空／圧力スイン
グ（略称「ＶＰＳＡ」）吸着プロセスサイクルに関し、
特に、改良された効率及び生成物回収率を有する圧力ス
イング（略称「ＰＳＡ」）吸着プロセスサイクルに関す
る。ここで、ＰＳＡ（圧力スイング）吸着とは、ＶＰＳ
Ａ（真空／圧力スイング）とＶＳＡ（真空スイング）吸
着の両方を意味するものとする。
【０００２】
【従来の技術】在来の２床式ＰＳＡシステムは、供給物
（供給ガス）の吸着工程と廃ガス除去工程を有するの
で、各吸着材床（吸着材充填層）のサイクル操作（サイ
クルプロセス）が不可避である。そのようなサイクルプ
ロセス中、吸着材床（以下、単に「床」とも称する）内
に吸着前線（フロント）が創出される。最新の吸着材を
用いた効率的なサイクル設計の結果として、吸着前線が
床の両端の破過点（breakthrough：吸着材床中で局部的
な破過現象、即ち分離が行なわれなくなる現象を生じ、
流体が分離されずに流出するままになる点）に近い部位
にまで移動されている。その結果、軽質成分を豊富にさ
れたガス（軽質成分富化ガス）が吸着前線の頂部に残さ
れ、又、サイクルの終了時に吸着容器（吸着材床を収容
した容器）（以下、単に「吸着器」とも称する）内の上
方に頭隙（ヘッドスペース）が存在する場合はその頭隙
に残される。ＰＳＡサイクルでは、この軽質成分富化ガ
スを「空隙ガス」と称する。
【０００３】在来のプロセスでは、この未回収の空隙ガ
ス（軽質成分富化ガス）を吸着器内に残して、排気工程
中非能率なパージガスとして使用するか、あるいは、生
成物生成工程中に又は除圧−圧力均衡化工程（除圧しな
がら圧力を均衡化させる操作）中に吸着器の頂部から分
離前線を駆逐することによって空隙ガスを廃ガス除去工
程の前に除去する。どちらを選択しても、サイクルの作
動を非能率にする。
【０００４】在来のプロセスに対する改良として、圧力
均衡化（以下、単に「均衡化」とも称する）工程、パー
ジ工程及び生成物再加圧工程を追加することなどが提案
されている。そのような提案の代表的なプロセス及びシ
ステムが図１に示されている。これは、米国特許第５，
７０２，５０４号に開示されているものである。このプ
ロセスは、２つの吸着材床と、１つの生成物貯留タンク
（ＰＴ）と、１つの供給物（供給ガス）ブロアと、１つ
の真空ポンプと、適当な切替弁を必要とする。このプロ
セスの工程は、下記の通りである。（ここで、「向流流
れ」又は「並流流れ」とは、特に断らなければ、供給物
の流れに対して向流又は並流流れであることをいう。） 工程＃１：一方の吸着材床へ昇圧モード（圧力を漸次上
昇させるモード）で供給物を供給するとともに、生成物
タンクからの酸素を供給物流れに対して向流流れで導入
して該吸着材床の頂部を加圧する。 工程＃２：引き続き昇圧モードで一方の床へ供給物を供
給する。 工程＃３：一方の床において一定圧で生成物を生成す
る。 工程＃４：一方の床から並流流れで空隙ガスを回収し、
その空隙ガスを他方の吸着材床へ圧力均衡化用ガスとし
て供給する。 工程＃５：引き続き一方の床から並流流れで空隙ガスを
回収し、向流流れで排気操作を実施し、その空隙ガスを
他方の吸着材床へ供給する。 工程＃６：引き続き降圧モード（圧力を漸次降下させる
モード）で一方の床の排気操作を実施する。 工程＃７：引き続き降圧モードで一方の床の排気操作を
実施する。 工程＃８：一方の床を向流生成物酸素によってパージす
る。 工程＃９：他方の床からの空隙ガスにより一方の床の向
流パージ／再加圧を実施する。 工程＃１０：他方の床からの空隙ガスによって一方の床
の向流パージ／再加圧を実施するとともに、他方の床に
供給物を供給する。
【０００５】上記サイクルにおいては、頂部空隙ガス
（床の頂部にある空隙ガス）は、オーバーラップ均衡化
工程（他の工程とオーバーラップさせて、即ち、一部併
行させて実施される圧力均衡化工程）を通して部分的に
回収される。しかしながら、不都合なことに、この均衡
化工程を通しての空隙ガス回収操作には、空隙ガスの回
収の終了が、２つの床の圧力が均衡化された後になると
いう欠点がある。多床式（２つ以上の床を使用する）サ
イクルは、空隙ガスの回収率を増大させながら実施する
ことが可能であるが、回収可能な量には限界がある。
【０００６】米国特許第５，５１８，５２６号及び５，
７０２，５０４号に開示されているような現行のサイク
ルも、やはり、供給工程又は排気工程とオーバーラップ
させて、即ち、一部併行させて実施される均衡化工程を
用いる。これらの工程は、吸着材及び機械設備の利用度
を高めることに向けられており、必ずしも、空隙ガスの
回収率を高めることに向けられておらず、場合によって
はこのオーバーラップ法は、実際には、空隙ガスの回収
率を低下させることさえある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、空気分離用ＰＳＡ（圧力スイング式吸着）方法の効
率を向上することである。本発明の他の目的は、頂部空
隙ガスを能率的な態様で回収することができるＰＳＡシ
ステム及び方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、その第１実施
形態においては、所望ガス（より好ましいガス）と不所
望ガス（より好ましくないガス）との混合供給物から所
望ガスを抽出するためのＰＳＡ（圧力スイング式吸着）
方法において、平衡状態において前記不所望ガスに対し
て選択的優先吸着性を示す、容器内に収容された吸着材
床を使用し、（ａ）前記吸着材床へ前記混合供給物を供
給し、該吸着材床が該混合供給物から前記不所望ガスを
吸収することができるように該吸着材床を該混合供給物
によって高い圧力にまで加圧するとともに、それと併行
して所望ガスを収容した生成物タンクから得られたガス
を該吸着材床へ該混合供給物の流れに対して向流流れを
なして供給する工程と、（ｂ）前記高い圧力にある前記
吸着材床から前記所望ガスの流れを抽出し、該所望ガス
の流れの少なくとも一部を生成物タンクに貯留する工程
と、（ｃ）前記容器内の空隙ガスを空隙ガス貯留タンク
へ供給することによって前記吸着材床から前記不所望ガ
スを脱着させるとともに、それと併行して該吸着材床か
ら排気して該吸着材床を低圧領域にすることによって該
吸着材床から該不所望ガスを脱着させる工程と、（ｄ）
前記空隙ガス貯留タンクへの空隙ガスの供給を停止する
工程と、（ｅ）前記吸着材床から排気して該吸着材床を
低圧領域にすることによって該吸着材床から該不所望ガ
スを更に脱着させる工程と、（ｆ）前記吸着材床から排
気しながら、前記空隙ガス貯留タンクから前記空隙ガス
の一部を該吸着材床へ供給することによって該吸着材床
をパージする工程と、（ｇ）前記吸着材床を第２の吸着
材床からの均衡化ガスの流れによって中間圧力にまで加
圧する工程と、前記所望ガスの需要が充足されるまで前
記工程（ａ）〜（ｇ）を反復することから成るＰＳＡ方
法を提供する。
【０００９】本発明の好ましい実施形態では、前記第１
実施形態の工程（ｇ）において、前記均衡化ガスが前記
吸着材床を前記中間圧力にまで加圧するのに不十分であ
る場合は、該吸着材床を加圧するために前記生成物タン
クから前記所望ガスの一部を該吸着材床へ供給する追加
の工程を実施する。
【００１０】本発明は、その第２実施形態では、所望ガ
スと不所望ガスとの混合供給物から所望ガスを抽出する
ためのＰＳＡ方法において、各々容器内に収容されてお
り、平衡状態において前記不所望ガスに対して選択的優
先吸着性を示す第１吸着材床と第２吸着材床を使用し、
（ａ）前記第１吸着材床及び第２吸着材床のうちのどち
らか一方の吸着材床へ前記混合供給物を供給し、該一方
の吸着材床が該混合供給物から前記不所望ガスを吸収す
ることができるように該一方の吸着材床を該混合供給物
によって高い圧力にまで加圧するとともに、それと併行
して所望ガスを収容した生成物タンクから得られたガス
を該吸着材床へ該混合供給物の流れに対して向流流れを
なして供給する工程と、（ｂ）前記高い圧力にある前記
一方の吸着材床から前記所望ガスの流れを抽出し、該所
望ガスの流れの少なくとも一部を前記生成物タンクに貯
留する工程と、（ｃ）前記容器内の空隙ガスを空隙ガス
貯留タンクへ供給することによって前記一方の吸着材床
から前記不所望ガスを脱着させるとともに、それと併行
して該一方の吸着材床から排気して該一方の吸着材床を
低圧領域にすることによって該一方の吸着材床から該不
所望ガスを脱着させる工程と、（ｄ）前記空隙ガス貯留
タンクへの空隙ガスの供給を停止する工程と、（ｅ）前
記一方の吸着材床から排気して該一方の吸着材床を低圧
領域にすることによって該一方の吸着材床から該不所望
ガスを更に脱着させる工程と、（ｆ）前記一方の吸着材
床から排気しながら、前記空隙ガス貯留タンクから前記
空隙ガスの一部を該一方の吸着材床へ供給することによ
って該一方の吸着材床をパージする工程と、（ｇ）前記
一方の吸着材床を他方の吸着材床からの均衡化ガスの流
れによって中間圧力にまで加圧する工程とから成り、前
記第１吸着材床が前記工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）を順次に実施してい
る間、それと併行して、前記第２吸着材床が前記工程
（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ａ）、（ｂ）及び
（ｃ）を順次に実施し、前記所望ガスの需要が充足され
るまで該第１及び第２吸着材床が前記工程（ａ）〜
（ｇ）を反復することから成るＰＳＡ方法を提供する。
【００１１】本発明の好ましい実施形態では、前記第２
実施形態の工程（ｇ）において、前記均衡化ガスが前記
一方の吸着材床を前記中間圧力にまで加圧するのに不十
分である場合は、該一方の吸着材床を加圧するために前
記生成物タンクから前記所望ガスの一部を該一方の吸着
材床へ供給する追加の工程を実施する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の基本は、吸着容器の頂部
（例えば頂部空隙ガス）から貯留タンクへ低純度酸素
（例えば、通常、約５０〜約８８容量％、好ましくは約
７０〜約８５容量％の酸素）を回収することにある。こ
のガスを後にパージ用還流ガスとして使用する。本発明
によれば、空隙ガスの回収率が高められるので、プロセ
ス全体の効率も向上される。本発明は、圧力均衡化操作
のために企図されている現行の空隙ガス回収工程とは独
立して実施することができる。
【００１３】本発明は、又、主廃ガス排気工程を実施す
るのと併行して、吸着器の頂部から低純度酸素（空隙ガ
ス）を回収するために吸着器の頂部からの排気操作を実
施することができる。本発明のプロセスは、同じ吸着器
の両端（頂端と底端）から並流頂部空隙ガス回収操作と
向流廃ガス排気操作を同時併行的に実施することによ
り、生成物回収率を在来のプロセスに比べて３〜５％増
大させることができる。
【００１４】図１に例示された従来技術のサイクルと比
べた本発明の改良は、図２に示されている。本発明の方
法を実施するシステム（装置）は、２つの吸着材床と、
１つの生成物貯留タンク（ＰＴ）と、１つの供給物ブロ
ア（供給ガスを圧送するためのブロア）と、１つの真空
ポンプと、幾つかの適当な切替弁とに加えて、空隙ガス
回収タンク（ＶＴ）を必要とする。
【００１５】本発明の各工程、床圧（吸着材床内の圧
力）及び各工程時間（各工程の所要時間）は、以下の表
１に概略的に説明されている。ただし、以下に記載され
る床圧及び工程時間は、本発明を限定するものではな
く、実際、それらは、供給物の供給速度、圧縮機のサイ
ズ、温度、及び吸着材の特性によって可変である。
【００１６】実際、本発明の実施に当たっては、圧力
は、約３０〜約２ｐｓｉａ（Ｋｇ／ｃｍ2（絶対
圧））、好ましくは約２２〜約４ｐｓｉａ、最も好まし
くは約２０．１〜約４．６ｐｓｉａの範囲とすることが
でき、サイクル時間は、約１０〜約６０秒、好ましくは
約２０〜約４０秒、最も好ましくは約２５〜約３０秒の
範囲とすることができる。これらの値を僅かに変更する
ことによって本発明のサイクルの更なる最適化が可能な
場合があること、又、頂部排気工程は、広い範囲の条件
で実施することができることは当業者には明らかであろ
う。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】図３を参照して説明すると、本発明の方法
を実施するためのＰＳＡシステムは、各々吸着材を充填
された２つの吸着材床１０，１２から成る。供給空気
（供給物）は、空気導入管１４を通し、フィルタ１５を
経て圧縮機１６へ送られ、圧縮機１６によって圧縮さ
れ、随意選択の油及び水フィルタ及び炭素トラップ２０
を経て供給弁２２，２４に至る。各床に通じる床入口管
２６，２８は、それぞれ排気弁３０，３２を介して導管
３４に接続され、導管３４は、随意選択の１つ又は１つ
以上の真空ポンプ３６に接続されている。
【００２０】床１０，１２は、生成物出口導管３８，４
０を有し、それらの導管は、弁４２，４４を経て生成物
導管に連通し、更に、制御弁４８を介して高圧生成物貯
留タンク５０に連通している。貯留タンク５０から導管
５２が延長しており、弁５４，５６を介してそれぞれ床
１０，１２に接続されており、貯留タンク５０から各床
１０，１２へ生成物ガスを供給することができるように
なされている。即ち、導管５２は、還流（パージ操作及
び生成物加圧操作）のために必要なガスを床１０，１２
へ供給する。導管４６は、更に、各床の頂部空隙ガスを
弁６６を通して低圧空隙ガス回収タンク６８へ供給する
ための管である。制御弁６６の操作は、頂部空隙ガス
（以下、単に「頂部ガス」とも称する）排気工程＃６及
び＃１中のガス抽出流量を制御することができるように
サイクルに同調される。制御弁６６は、工程＃８及び＃
３においてサイド開放され、低純度パージガスをパージ
すべき吸着材床の容器内へ導入する。
【００２１】出口導管３８，４０は、随意選択として、
並流除圧工程から得られたガスを圧力均衡化用タンク６
２へ導入することができるように、それぞれ弁５８，６
０を介して均衡化用タンク６２に接続することができ
る。図３に示される弁は、すべて、コンピュータシステ
ムとプログラム論理（図示せず）によって電子的に作動
される。本発明の好ましい実施形態では、パージ操作に
必要なガスは、まずは、空隙ガス回収タンク６８からと
られる。追加のパージガスが必要な場合は、より高純度
のガスが生成物貯留タンク５０から導管５２を通して取
り出される。
【００２２】パージが完了した後、生成物の加圧工程が
始まる。この生成物加圧工程に必要なガスは、生成物貯
留タンクから得られる。しかしながら、パージ完了後、
随意選択として設けられた均衡化用タンク６２にガスが
残っている場合は、生成物加圧工程の初期の段階にはそ
の残留ガスを用いる。均衡化用タンク６２内のガスなく
なったならば、その時点で生成物貯留タンク（以下、単
に「生成物サージタンク」とも称する）５０からのより
高純度のガスを用いて生成物加圧工程を完了させる。
【００２３】以下に図３を参照して本発明のサイクルプ
ロセスをより詳細に説明する。以下の説明では、サイク
ルの各工程の開始時には、特に断らない限り、すべての
弁が閉鎖されているものとする。又、説明の便宜上、吸
着材床と吸着器（吸着容器）を同じ参照番号（１０，１
２）で表すこととする。
【００２４】工程＃１：吸着材床へ昇圧モードで供給物
を供給するとともに、生成物タンクの酸素を向流流れで
導入して吸着材床の頂部を再加圧する。 床１０：弁２２を開放することによって供給物（空気）
を吸着器１０の底部へ導入し、床１０を加圧する。この
工程中、圧力は、７〜１５ｐｓｉａ、好ましくは９〜１
２ｐｓｉａ、最も好ましくは１０．５ｐｓｉａの選択さ
れた圧力レベルから１２〜２２ｐｓｉａ、好ましくは１
５〜１８ｐｓｉａ、最も好ましくは１６．７５ｐｓｉａ
の選択された圧力レベルにまで上昇する。この工程の継
続時間は、２〜６秒、好ましくは３〜４秒、最も好まし
くは３．５秒である。この工程中それと併行して、弁５
４を開放し、生成物サージタンク５０からの再加圧／還
流用酸素ガスを吸着器１０の頂部へ導入する。 床１２：この時間中、弁３２，４４及び６６は開放され
ており、床１２は下記の工程＃６を受ける。
【００２５】工程＃２：引き続き昇圧モードで一方の床
へ供給物を供給する。 床１０：開放した弁２２を通して供給空気を吸着器１０
にその底部から導入する。吸着器の頂部には酸素ガスを
添加もせず、抽出もしない。この工程中、圧力は、１２
〜２２ｐｓｉａ、好ましくは１５〜１８ｐｓｉａ、最も
好ましくは１６．７５ｐｓｉａの選択された圧力レベル
から１５〜２８ｐｓｉａ、好ましくは１７〜２０ｐｓｉ
ａ、最も好ましくは１８．５ｐｓｉａの選択された圧力
レベルにまで上昇する。この工程の継続時間は、１〜５
秒、好ましくは２〜３秒、最も好ましくは２．５秒であ
る。この工程においては、酸素還流の添加はなく、圧力
の変化は、工程＃１に比べて緩やかである。 床１２：この時間中、弁３２は開放されており、床１２
は下 記の工程＃７を受ける。
【００２６】工程＃３：一定圧での酸素生成工程 床１０：開放した弁２２を通して供給空気を吸着器１０
の底部に導入し、それと併行して酸素生成物を吸着器の
頂部から開放弁５４を通して抽出する。この工程中、圧
力は、比較的一定に保持されるが、１５〜３０ｐｓｉａ
の範囲、好ましくは１８〜２２ｐｓｉａの範囲、最も好
ましくは２０．１ｐｓｉａとされる。この工程の継続時
間は、５〜１５秒、好ましくは９〜１１秒、最も好まし
くは１０秒である。供給空気は、圧縮機１６によってほ
とんど圧力比の変動なしに供給される。酸素生成物は、
開放弁５４を通して酸素サージタンク５０へ供給され
る。酸素生成物の純度は、この生成物生成工程中比較的
一定である。酸素再加圧工程＃１では高純度酸素（例え
ば、約９０〜約９５容量％の酸素純度を有する酸素）を
吸着器１０の頂部へ導入し、その後、酸素生成工程＃３
において酸素純度のスパイク（突出）をなくす（酸素純
度を一定化する）。生成物生成工程は、酸素前線が実際
に床１０の頂部を破過する前に終了させる。 床１２：この工程中、床１２は下記の工程＃８を受け
る。このとき弁６６及び４４は開放位置に置かれてい
る。
【００２７】工程＃４：一方の床１０から並流流れで空
隙ガスを回収し、それを他方の床１２へ圧力均衡化のた
めに供給する。 床１０：この工程では、床の頂部の残留圧力及び空隙酸
素生成物を吸着容器の頂部から開放した弁２２を通して
抽出し、酸素パージガスとして開放弁４４を通して吸着
器１２へ送る。吸着器１２の底部からは何も流出させな
い。この工程中、吸着器１０の容器内の圧力は、１５〜
３０ｐｓｉａ、好ましくは１８〜２２ｐｓｉａ、最も好
ましくは２０．１ｐｓｉａの選択された圧力レベルから
１２〜２４ｐｓｉａ、好ましくは１５〜１８ｐｓｉａ、
最も好ましくは１６．５ｐｓｉａの選択された圧力レベ
ルにまで降下する。この工程の継続時間は、１〜４秒、
好ましくは１〜２秒、最も好ましくは１．７５秒であ
る。この工程においては、酸素濃度は、生成物純度（生
成物として所望の純度、例えば約９０〜９５容量％酸
素）からスタートし、酸素前線が吸着材床１０の頂部を
破過する工程の終了時には約８５容量％の酸素純度にま
で低下する。この工程中、ルーツ式供給空気圧縮機１６
は、排気動作をする。 床１２：床１２は、床１０の上記工程＃４と併行して下
記の工程＃９を受ける。
【００２８】工程＃５：引き続き一方の床１０から並流
流れで空隙ガスを回収し、向流流れで排気操作を実施
し、その空隙ガスを他方の吸着材床１２へ供給する。 床１０：この工程では、廃窒素を吸着器１０の底部から
開放した弁３０を通し、ルーツ式真空ポンプ３６を通し
て抽出する。この工程中、吸着器１０の容器内の圧力
は、１２〜２４ｐｓｉａ、好ましくは１５〜１８ｐｓｉ
ａ、最も好ましくは１６．５ｐｓｉａの選択された圧力
レベルから７〜１８ｐｓｉａ、好ましくは１０〜１３ｐ
ｓｉａ、最も好ましくは１１．２５ｐｓｉａの選択され
た圧力レベルにまで降下する。この工程の継続時間は、
１〜６秒、好ましくは３〜４秒、最も好ましくは３．５
秒である。この工程においては、廃ガス中の酸素濃度
は、ほぼ空気純度（空気中の酸素濃度に相当する純度）
からスタートし、約２〜約１０容量％酸素の最低廃ガス
純度にまで急激に低下する。この降圧モードでの均衡化
用酸素ガスの流れは、吸着器１０の頂部から開放した弁
４２を通して抽出され、開放した弁４４を通して吸着器
１２の頂部へ供給される。 床１２：床１２は、床１０の上記工程＃５と併行して下
記の工程＃１０を受ける。従って、弁２４は開放されて
いる。
【００２９】工程＃６：引き続き一方の床から並流流れ
で空隙ガスを回収し、向流流れで排気操作を実施し、そ
の空隙ガスを低純度酸素貯留タンクへ供給する。この工
程は、床の頂部を底部の同時排気と、更なる空隙ガスの
回収である。 床１０：この工程では、廃窒素を吸着器１０の底部から
開放した弁３０を通し、ルーツ式真空ポンプ３６を通し
て抽出する。この工程中、吸着器１０の容器内の圧力
は、７〜１８ｐｓｉａ、好ましくは１０〜１３ｐｓｉ
ａ、最も好ましくは１１．２５ｐｓｉａの選択された圧
力レベルから４〜１２ｐｓｉａ、好ましくは６〜９ｐｓ
ｉａ、最も好ましくは７．７ｐｓｉａの選択された圧力
レベルにまで降下する。この工程の継続時間は、１〜６
秒、好ましくは３〜４秒、最も好ましくは３．５秒であ
る。この工程中、吸着器１０の頂部の残留圧力及び酸素
生成物を吸着容器１０の頂部から抽出し、開放した弁４
２，６６を通して低純度定圧空隙ガス回収タンク６８へ
送る。タンク６８は、低圧ガスの移送を可能にするよう
に真空下で作動される。この工程は、系内の空隙ガスの
更なる回収を可能にする。 床１２：床１２は、床１０の上記工程＃６と併行して上
記工程＃１を受ける。従って、弁２４及び５６は開放さ
れている。
【００３０】工程＃７：降圧モードでの排気 床１０：この工程では、廃窒素を吸着器１０の底部から
開放した弁３０を通し、ルーツ式真空ポンプ３６を通し
て抽出する。この工程中、吸着器１０内の圧力は、４〜
１２ｐｓｉａ、好ましくは６〜９ｐｓｉａ、最も好まし
くは７．７ｐｓｉａの選択された圧力レベルから２〜８
ｐｓｉａ、好ましくは４〜６ｐｓｉａ、最も好ましくは
４．６ｐｓｉａの選択された圧力レベルにまで降下す
る。この工程の継続時間は、５〜１５秒、好ましくは９
〜１１秒、最も好ましくは９．７５秒である。吸着容器
１０の頂部からは何も抽出しない。 床１２：床１２は、床１０の上記工程＃７と併行して上
記工程＃２を受ける。従って、弁２４は開放されてい
る。
【００３１】工程＃８：一方の床を向流空隙ガス（低純
度酸素）でパージし、一定圧で排気操作をする。 床１０：この工程の開始時には床１０は最低排気圧に達
している。この工程では、空隙ガス回収タンク６８から
開放した弁６６，４２を通して酸素パージガスを供給す
る。この工程中、吸着器１０内の圧力は、２〜８ｐｓｉ
ａの範囲、好ましくは４〜６ｐｓｉａの範囲、最も好ま
しくは４．６ｐｓｉａの選択された圧力レベルを中心と
して一定に保たれる。この工程の継続時間は、１〜６
秒、好ましくは２〜４秒、最も好ましくは２．７５秒で
ある。この工程の一定圧は、パージ流れを開放した弁３
０を通しての排気流にマッチさせることによって設定さ
れる。又、この工程中廃ガスの純度（例えば約２〜１０
容量％酸素）は、比較的一定に保たれる。 床１２：床１２は、床１０の上記工程＃８と併行して上
記工程＃３を受ける。従って、弁２４及び５６は開放さ
れている。
【００３２】工程＃９：他方の床からの空隙ガスで一方
の床の向流パージを実施し、昇圧モードで排気操作を実
施する。 床１０：ルーツ式真空ポンプ３６によって引き続き吸着
器１０の底部から開放した弁３０を通して廃ガスを抽出
し、それと併行して、吸着器１２から開放した弁４２，
４４を通して吸着器１０の頂部へ均衡化用酸素を供給す
る。吸着器１２からの均衡化用酸素の流れは、この工程
中の排気流れより大きく、その結果として、この工程中
吸着器１０内の圧力は上昇する。即ち、この工程中、吸
着器１０内の圧力は、２〜８ｐｓｉａ、好ましくは４〜
６ｐｓｉａ、最も好ましくは４．６ｐｓｉａの選択され
た圧力レベルから４〜１０ｐｓｉａ、好ましくは５〜８
ｐｓｉａ、最も好ましくは６．６ｐｓｉａの選択された
圧力レベルにまで上昇する。この工程の継続時間は、１
〜５秒、好ましくは１〜３秒、最も好ましくは１．７５
秒である。又、この工程中廃ガス流３４の酸素純度は、
僅かに上昇し始め、酸素前線が吸着材床１０の底部を破
過する工程の終了時には約５〜１５容量％の酸素純度に
達する。 床１２：床１２は、床１０の上記工程＃９と併行して上
記工程＃４を受ける。上述したように、弁４４は開放さ
れている。
【００３３】工程＃１０：他方の床１２からの空隙ガス
で一方の床１０の向流再加圧を実施するとともに、他方
の床１２に供給物を供給する。この工程は、吸着器１０
の供給空気加圧−吸着工程である。 床１０：この工程では、ルーツ式圧縮機１６から開放し
た弁２２を通して空気を吸着器１０の底部へ供給する。
この工程中、吸着器１０内の圧力は、４〜１０ｐｓｉ
ａ、好ましくは５〜８ｐｓｉａ、最も好ましくは６．６
ｐｓｉａの選択された圧力レベルから７〜１４ｐｓｉ
ａ、好ましくは９〜１２ｐｓｉａ、最も好ましくは１
０．４５ｐｓｉａの選択された圧力レベルにまで急激に
上昇する。この工程の継続時間は、１〜４秒、好ましく
は１〜３秒、最も好ましくは２秒である。この工程中、
同時併行的に吸着器１２から均衡化用酸素ガスを開放し
た弁４２，４４を通して吸着容器１０の頂部へ導入す
る。吸着器１２は、除圧し続ける。 床１２：床１２は、床１０の上記工程＃１０と併行して
上記工程＃５を受ける。上述したように、弁４４は開放
されている。弁３２も開放されている。
【００３４】以上の説明及び図２及び３から分かるよう
に、本発明は、追加の低純度空隙ガス貯留タンク（Ｖ
Ｔ）を用いる。このタンクは、通常、真空下で作動さ
れ、工程＃６の空隙ガスを回収して保持する機能を果た
す。それでもなお、若干の空隙ガスが、工程＃４及び＃
５における他方の吸着器へのガスの向流圧送流れと共に
抽出される。
【００３５】工程＃６を追加することにより、その排気
操作中、追加のガスがこの低純度空隙ガス貯留タンク
（ＶＴ）内へ回収される。このタンク内に貯留されたガ
スは、工程＃８において初期低圧パージガスとして吸着
容器へ供給される。
【００３６】低純度空隙ガス貯留タンク内に貯留された
ガスの純度は、生成物ガスの純度（通常、約 から約
容量％の酸素）より低い。なぜなら、このタンク内へ回
収され貯留されるガスの大部分は、純度が急激に低下す
る、吸着床内の移動前線に残されたガスであるからであ
る。このガスは、床をパージするための床パージガスと
して導入される初期還流のための工程に用いるのが最も
好都合である。この低純度のパージガスを別の貯留タン
ク内に貯留しておくことにより、吸着容器を漸次高い純
度のガスで（段々に純度の高いガスで）順次にパージす
ることを可能にする。床還流のこの態様は、異なる純度
のガスが混ざることに随伴する損失を少なくする。
【００３７】
【発明の効果】本発明は、従来のプロセスに比べて下記
のように多くの効率改善をもたらす。 （１）本発明のプロセスで回収される追加の量の空隙ガ
スは、従来のプロセスでは、排気用ポンプの休止時間中
にパージガスとして吸着器を通して掃引されていたもの
である。このパージガスは、ポンプの休止時間中パージ
ガスとして吸着器を通して掃引された場合、高い排気圧
の下で吸着器へ導入されるのでパージガスとしての働き
が非能率となる。パージガスの効率は、床が最低吸着圧
下にあるときにパージガスを導入することによって最大
限にされるが、従来のプロセスにおけるように、ポンプ
の休止中にパージガスを導入した場合、廃ガスの全体的
純度が高くなり、それだけ酸素回収率を低下させること
になる。
【００３８】（２）本発明は、パージガスを低圧貯留タ
ンクから供給することにより、パージガスの供給に随伴
する流量絞りによる非能率を減少させる。ガスの流量を
絞ると、不可逆エネルギー損失を招く。本発明における
ように、パージガスを低圧の空隙ガス貯留タンクに貯留
すれば、パージガスが貯留される圧力レベルを低くする
ことができるので、そのガスを低圧の吸着器へパージガ
スとして供給した場合に喪失されるエネルギーを少なく
することができる。従来のシステムは、供給源からのパ
ージガスをシステムの吸着器の頂部の吸着圧近くにまで
絞るので、絞りによるエネルギー損失が大きくなる。
【００３９】（３）床還流のために必要とされる高純度
タンクガスの量が、少なくてすむ。なぜなら、本発明に
よれば、そのような高純度タンクガスの代わりに、回収
された（低純度の）頂部空隙ガスが使用されるからであ
る。
【００４０】（４）本発明によれば、パージガスを貯留
タンクに貯留ることにより、吸着容器を漸次純度の高い
ガスで順次にパージすることを可能にする。
【００４１】先に述べたように、本発明のプロセスで回
収される追加の量の空隙ガスは、従来のプロセスでは、
排気用ポンプの休止時間中（図１、工程＃６及び７）に
パージガスとして吸着器を通して非能率な態様で掃引さ
れていたものである。ポンプの休止時間中パージガスと
して吸着器を通して掃引されるパージガスは、高い排気
圧の下で吸着器へ導入されるのでパージガスとしての働
きが非能率となる。従って、廃ガスの全体的純度が高く
なり、それだけ酸素回収率を低下させることになる。
【００４２】本発明のプロセスは、上記表１に記載され
たプロセス工程に限定されるものではない。例えば、頂
部排出空隙ガス回収工程は、いろいろなサイクル組み合
わせで実施することができる。その１つの変型例は、米
国特許第５，５１８，５２６号及び５，７０２，５０４
号に記載されたサイクルに類似した工程を用いる連続的
供給及び真空サイクルを用いる方法である。
【００４３】この変型サイクルは、図４に示されている
が、降圧モードでの均衡化工程の実施中に供給ブロアを
アンロードする図２のサイクルの工程＃４及び９を省除
したという点で図２のサイクルとは異なる。図４に示さ
れた変型実施形態では、空隙ガスを吸着器の頂部及び底
部同時排気工程中に回収する。この変型サイクルは、供
給ポンプと真空ポンプをいずれも連続的に（常時）作動
させるので、供給ブロアの排気量を少なくすることがで
きる。
【００４４】更に別の実施形態として、頂部排気空隙ガ
スによる床のパージをタンク５０からの生成物酸素によ
る追加の床パージによって強化することができる。
【００４５】図２及び４に示されたＰＳＡサイクルを基
本として、本発明の範囲から逸脱することなく、工程の
幾つかを変更することができる。例えば、供給物加圧工
程と生成物加圧工程とを、上述したように順次にではな
く、同時に実施してもよい。又、サイクル中の低圧レベ
ルが１．０ａｔｍより低い場合、即ち、ＰＳＡサイクル
が排気のために真空ポンプを用いる場合は、向流除圧工
程を始める前に床内の圧力が１．０ａｔｍに低下するま
で排気することができる。
【００４６】又、２床式ＰＳＡサイクル（即ち、図２〜
４のサイクル）も、均衡化用タンクを用いて作動させる
ことができ、プロセスの融通性を拡張することができ
る。例えば、図２及び４のサイクルの個々の工程の継続
時間を固定する必要はない。従って、各工程に割り当て
る時間を決定するために圧力や組成等の物理的変数を用
いることができ、それによって、温度、圧力及び生成物
の需要量等の変化に応じてプロセスを張設することがで
きる。
【００４７】床間のガス移送を必要としないので、各床
を独立して作動させることができ、プロセス全体を単一
床ユニットの集合体とみなすことができる。ただし、各
圧縮機のサイズ及び分担を適正にするために、各床の全
体サイクルを他の床のサイクルとある程度同期させる必
要がある。
【００４８】本発明のプロセスは、個々に例示した２床
式システムに限定されるものではない。例えば、空隙ガ
スの回収を助成するために、頂部排気空隙ガス回収工程
をすべての単床及び多床サイクルにおいて実施すること
ができる。
【００４９】ここに例示された本発明は頂部及び底部を
浅い皿形ヘッドとした円筒形の吸着材床を利用し、軸方
向のガス流を使用しているが、他の床形態を用いること
もできる。例えば、圧力損失を減少させ、それに付随し
てパワー消費量を減少させるために輻流床（ガス流を半
径方向の流れとする床）を用いることもできる。更に、
このプロセスにおいて２種類以上のＮ2又はＯ2平衡−選
択性（平衡状態にあるＯ2に対して選択的吸着性を有す
る）吸着材を用いる場合は、異なる吸着材の床を直列に
配置するか、あるいは、異なる吸着材を単一の床内に層
状に配置することができる。
【００５０】更に、異なる吸着材を床内の異なる位置に
充填することもできる。例えば、供給流から水と二酸化
炭素を除去するために床の供給端に活性アルミナを配置
し、窒素富化生成物への空気の分離を実施するために活
性アルミナの上に１層又は複数層のＮ2又はＯ2平衡−選
択性吸着材を配置することができる。
【００５１】本発明から逸脱することなく、このＰＳＡ
プロセスの更なる改変が可能である。例えば、本発明の
ＰＳＡプロセスには、破過を起こしやすいＣＯ又は軽質
炭化水素等の他の微少汚染物を除去する工程を含めるこ
ともできる。そのような汚染物の破過を防止するために
は、吸着材床に、ＣＯ等の種をＣＯ2に変換する触媒を
別個の層として、又は、混合吸着剤の一成分として含め
ることができる。ＣＯ 2は、後に除去される。又、必要
に応じて、反応生成物を除去するために、追加の吸着材
層を設けることができる。更に別の変型として、床の、
Ｏ2濃度がまだ十分に触媒層を分配することもできる。
【００５２】以上、ＰＳＡサイクルをＰＳＡ Ｏ2生成
プロセスに関連した特定の実施形態を参照して説明した
が、上述した特定部分の改変に加えて他のいろいろな変
型実施形態が本発明の範囲内において可能である。例え
ば、ＰＳＡサイクルは、大気−真空圧力スイング（大気
と真空の間での圧力スイング）（ＶＰＳＡ）サイクルに
限定されるものではなく、超大気圧又は準大気圧（大気
圧未満）ＰＳＡサイクルを使用することもできる。又、
ＰＳＡサイクルは、空気以外の他の混合物の分離、例え
ば、埋立地ガスからのＮ2とＣＨ4との分離に使用するこ
とができ、又、例えば、非優先吸着生成物成分として水
素を含有し、選択的被吸着性成分としていろいろな不純
物を含有しているその他のガス混合物にも適用すること
ができる。そのような選択的被吸着性成分としては、軽
質炭化水素、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＨ3、Ｈ2Ｓ、Ａｒ及びＨ2
Ｏがある。
【００５３】これらの選択的被吸着性成分のうちの少な
くとも１つを含有した水素豊富供給ガスとしては、触媒
改質装置の排ガス、メタノール合成ループのパージガ
ス、解離アンモニア、脱メタン装置オーバヘッドガス、
スチーム改質炭化水素、アンモニア合成ループのパージ
ガス、電解質水素、及び水銀電池の水素等がある。本発
明は、窒素又はヘリウムを主成分とするガス混合物から
上記被吸着性成分のいずれか又はすべてを分離するのに
も適用することができる。
【００５４】以上、本発明を実施形態に関連して説明し
たが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形
状に限定されるものではなく、いろいろな実施形態が可
能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができ
ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、在来のＰＳＡプロセスサイクルを示す
工程流れ図である。
【図２】図２は、本発明のＰＳＡプロセスの一実施形態
の工程流れ図である。
【図３】図３は、本発明の実施に用いることができるＰ
ＳＡシステムの概略図である。
【図４】図４は、本発明のＰＳＡプロセスの別の実施形
態の工程流れ図である。
【符号の説明】
１０：吸着材床、吸着容器、吸着器 １２：吸着材床、吸着容器、吸着器 １４：空気導入管 １５：フィルタ １６：圧縮機 ２０：炭素トラップ ２２：弁 ２４：弁 ２６，２８：床入口管 ３０：弁 ３２：弁 ３４：廃ガス流 ３４：導管 ３６：真空ポンプ ３８，４０：生成物出口導管 ４２：弁 ４４：弁 ４６：導管 ４８：制御弁 ５０：タンク ５０：高圧生成物貯留タンク、酸素サージタンク、生成
物サージタンク ５２：導管 ５４：弁 ６２：均衡化用タンク ６６：制御弁 ６８：低圧空隙ガス回収タンク、低純度定圧空隙ガス回
収タンク

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所望ガスと不所望ガスとの混合供給物か
    ら所望ガスを抽出するためのＰＳＡ方法において、平衡
    状態において前記不所望ガスに対して選択的優先吸着性
    を示す、容器内に収容された吸着材床を使用し、 （ａ）前記吸着材床へ前記混合供給物を供給し、該吸着
    材床が該混合供給物から前記不所望ガスを吸収すること
    ができるように該吸着材床を該混合供給物によって高い
    圧力にまで加圧するとともに、それと併行して所望ガス
    を収容した生成物タンクから得られたガスを該吸着材床
    へ該混合供給物の流れに対して向流流れをなして供給す
    る工程と、 （ｂ）前記高い圧力にある前記吸着材床から前記所望ガ
    スの流れを抽出し、該所望ガスの流れの少なくとも一部
    を生成物タンクに貯留する工程と、 （ｃ）前記容器内の空隙ガスを空隙ガス貯留タンクへ供
    給することによって前記吸着材床から前記不所望ガスを
    脱着させるとともに、それと併行して該吸着材床から排
    気して該吸着材床を低圧領域にすることによって該吸着
    材床から該不所望ガスを脱着させる工程と、 （ｄ）前記空隙ガス貯留タンクへの空隙ガスの供給を停
    止する工程と、 （ｅ）前記吸着材床から排気して該吸着材床を低圧領域
    にすることによって該吸着材床から該不所望ガスを更に
    脱着させる工程と、 （ｆ）前記吸着材床から排気しながら、前記空隙ガス貯
    留タンクから前記空隙ガスの一部を該吸着材床へ供給す
    ることによって該吸着材床をパージする工程と、 （ｇ）前記吸着材床を第２の吸着材床からの均衡化ガス
    の流れによって中間圧力にまで加圧する工程と、 前記所望ガスの需要が充足されるまで前記工程（ａ）〜
    （ｇ）を反復することから成るＰＳＡ方法。
  2. 【請求項２】 前記の工程（ｇ）において、前記均衡化
    ガスが前記吸着材床を前記中間圧力にまで加圧するのに
    不十分である場合は、該吸着材床を加圧するために前記
    生成物タンクから前記所望ガスの一部を該吸着材床へ供
    給する追加の工程を実施することを特徴とする請求項１
    に記載のＰＳＡ方法。
  3. 【請求項３】 前記混合供給物は、空気であることを特
    徴とする請求項１に記載のＰＳＡ方法。
  4. 【請求項４】 前記所望ガスは、酸素であることを特徴
    とする請求項３に記載のＰＳＡ方法。
  5. 【請求項５】 前記酸素は、約９０〜約９５容量％の酸
    素純度を有することを特徴とする請求項３に記載のＰＳ
    Ａ方法。
  6. 【請求項６】 所望ガスと不所望ガスとの混合供給物か
    ら所望ガスを抽出するためのＰＳＡ方法において、各々
    容器内に収容されており、平衡状態において前記不所望
    ガスに対して選択的優先吸着性を示す第１吸着材床と第
    ２吸着材床を使用し、 （ａ）前記第１吸着材床及び第２吸着材床のうちのどち
    らか一方の吸着材床へ前記混合供給物を供給し、該一方
    の吸着材床が該混合供給物から前記不所望ガスを吸収す
    ることができるように該一方の吸着材床を該混合供給物
    によって高い圧力にまで加圧するとともに、それと併行
    して所望ガスを収容した生成物タンクから得られたガス
    を該吸着材床へ該混合供給物の流れに対して向流流れを
    なして供給する工程と、 （ｂ）前記高い圧力にある前記一方の吸着材床から前記
    所望ガスの流れを抽出し、該所望ガスの流れの少なくと
    も一部を前記生成物タンクに貯留する工程と、 （ｃ）前記容器内の空隙ガスを空隙ガス貯留タンクへ供
    給することによって前記一方の吸着材床から前記不所望
    ガスを脱着させるとともに、それと併行して該一方の吸
    着材床から排気して該一方の吸着材床を低圧領域にする
    ことによって該一方の吸着材床から該不所望ガスを脱着
    させる工程と、 （ｄ）前記空隙ガス貯留タンクへの空隙ガスの供給を停
    止する工程と、 （ｅ）前記一方の吸着材床から排気して該一方の吸着材
    床を低圧領域にすることによって該一方の吸着材床から
    該不所望ガスを更に脱着させる工程と、 （ｆ）前記一方の吸着材床から排気しながら、前記空隙
    ガス貯留タンクから前記空隙ガスの一部を該一方の吸着
    材床へ供給することによって該一方の吸着材床をパージ
    する工程と、 （ｇ）前記一方の吸着材床を他方の吸着材床からの均衡
    化ガスの流れによって中間圧力にまで加圧する工程とか
    ら成り、 前記第１吸着材床が前記工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
    （ｄ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）を順次に実施してい
    る間、それと併行して、前記第２吸着材床が前記工程
    （ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ａ）、（ｂ）及び
    （ｃ）を順次に実施し、前記所望ガスの需要が充足され
    るまで該第１及び第２吸着材床が前記工程（ａ）〜
    （ｇ）を反復することから成るＰＳＡ方法。
  7. 【請求項７】 前記第２実施形態の工程（ｇ）におい
    て、前記均衡化ガスが前記一方の吸着材床を前記中間圧
    力にまで加圧するのに不十分である場合は、該一方の吸
    着材床を加圧するために前記生成物タンクから前記所望
    ガスの一部を該一方の吸着材床へ供給する追加の工程を
    実施することを特徴とする請求項６に記載のＰＳＡ方
    法。
  8. 【請求項８】 前記混合供給物は、空気であることを特
    徴とする請求項６に記載のＰＳＡ方法。
  9. 【請求項９】 前記所望ガスは、酸素であることを特徴
    とする請求項８に記載のＰＳＡ方法。
  10. 【請求項１０】 前記酸素は、約９０〜約９５容量％の
    酸素純度を有することを特徴とする請求項９に記載のＰ
    ＳＡ方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2004076030A1 (ja) * 2003-02-25 2006-06-01 住友精化株式会社 オフガス供給方法、および目的ガス精製システム
JP2017160079A (ja) * 2016-03-09 2017-09-14 エア・ウォーター株式会社 窒素ガスの製造方法および装置

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6245127B1 (en) * 1999-05-27 2001-06-12 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process and apparatus
US6503299B2 (en) * 1999-11-03 2003-01-07 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process for the production of hydrogen
US6558451B2 (en) * 2000-05-10 2003-05-06 Airsep Corporation Multiple bed pressure swing adsorption method and apparatus
US6524370B2 (en) * 2000-07-28 2003-02-25 The Boc Group, Inc. Oxygen production
ES2640910T3 (es) * 2000-10-27 2017-11-07 Air Products And Chemicals, Inc. Sistemas y procesos para proporcionar hidrógeno a células de combustible
US6425938B1 (en) * 2000-11-01 2002-07-30 Air Products And Chemicals, Inc. Single bed pressure swing adsorption process
KR100483894B1 (ko) * 2000-12-19 2005-04-18 스미토모 세이카 가부시키가이샤 농축산소가스의 회수방법
US6471744B1 (en) * 2001-08-16 2002-10-29 Sequal Technologies, Inc. Vacuum-pressure swing absorption fractionator and method of using the same
US6709486B2 (en) * 2002-04-08 2004-03-23 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption process with controlled internal depressurization flow
US6641645B1 (en) * 2002-06-13 2003-11-04 Air Products And Chemicals, Inc. Vacuum swing adsorption process with controlled waste gas withdrawal
US7285350B2 (en) * 2002-09-27 2007-10-23 Questair Technologies Inc. Enhanced solid oxide fuel cell systems
US6699307B1 (en) * 2002-10-11 2004-03-02 H2Gen Innovations, Inc. High recovery PSA cycles and apparatus with reduced complexity
US7189280B2 (en) * 2004-06-29 2007-03-13 Questair Technologies Inc. Adsorptive separation of gas streams
CN100369652C (zh) * 2006-02-17 2008-02-20 成都安普环境技术有限公司 用空气为原料制取氧气的方法
DE102009022029A1 (de) * 2009-05-20 2010-11-25 Linde Ag Aufbau von Flüssigkeitskreisläufen in Gaswäschen
CN102145246B (zh) * 2010-02-08 2016-05-04 杭州盛大高科技机电有限公司 制氧机
US8545603B2 (en) * 2010-06-24 2013-10-01 ADSORPTECH Inc. Method to improve recovery and efficiency of adsorption processes using reversible blowers
US10118122B2 (en) * 2011-08-29 2018-11-06 The Boeing Company CO2 collection methods and systems
KR101559902B1 (ko) 2013-08-12 2015-10-14 (주)세프라텍 흡착성 투과 폴리머 중공사막을 이용한 가스 흡탈착 분리 시스템
US9579598B2 (en) * 2015-05-15 2017-02-28 Apache Corporation Pressure swing adsorption process for enhanced separation of lighter from heavier species
KR101631985B1 (ko) 2015-06-18 2016-06-20 (주)세프라텍 흡착성 투과 중공사막

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL136032C (ja) * 1961-12-18 1900-01-01
US3788036A (en) * 1972-07-26 1974-01-29 D Stahl Pressure equalization and purging system for heatless adsorption systems
US3977845A (en) * 1975-06-20 1976-08-31 William Clarence Walter Adsorptive process for selective separation of gases
US4194890A (en) * 1976-11-26 1980-03-25 Greene & Kellogg, Inc. Pressure swing adsorption process and system for gas separation
US4340398A (en) * 1981-05-20 1982-07-20 Union Carbide Corporation Pressure swing adsorption recovery
US4381189A (en) * 1981-10-27 1983-04-26 Union Carbide Corporation Pressure swing adsorption process and system
US4461630A (en) * 1982-09-30 1984-07-24 Union Carbide Corporation Product recovery in pressure swing adsorption process and system
US4816039A (en) * 1986-02-24 1989-03-28 The Boc Group, Inc. PSA multicomponent separation utilizing tank equalization
FR2599274B1 (fr) * 1986-06-02 1988-08-26 Air Liquide Procede et installation de separation d'un melange gazeux par adsorption.
US4723966A (en) * 1986-12-11 1988-02-09 Union Carbide Corporation Gas separation by pressure swing adsorption
US4756723A (en) * 1987-03-04 1988-07-12 Air Products And Chemicals, Inc. Preparation of high purity oxygen
US5032150A (en) * 1989-11-03 1991-07-16 The Ohio State University Pressure swing adsorption
JP2981304B2 (ja) * 1991-05-13 1999-11-22 東洋エンジニアリング株式会社 ガス分離方法
FR2682611B1 (fr) * 1991-10-17 1993-12-03 Air Liquide Procede et installation d'epuration d'un gaz par adsorption.
JP3450885B2 (ja) * 1993-07-27 2003-09-29 住友精化株式会社 窒素富化ガス分離方法および装置
US5370728A (en) * 1993-09-07 1994-12-06 Praxair Technology, Inc. Single bed pressure swing adsorption system and process
US5518526A (en) * 1994-10-07 1996-05-21 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process
US5565018A (en) * 1995-07-12 1996-10-15 Praxair Technology, Inc. Optimal pressure swing adsorption refluxing
US5620501A (en) * 1995-08-15 1997-04-15 The Boc Group, Inc. Recovery of trace gases from gas streams
US5658371A (en) * 1995-11-06 1997-08-19 Praxair Technology, Inc. Single bed pressure swing adsorption process for recovery of oxygen from air
US5702504A (en) * 1996-03-07 1997-12-30 Praxair Technology, Inc. Vacuum pressure swing adsorption process
FR2746668B1 (fr) * 1996-03-27 1998-04-30 Air Liquide Procede de traitement d'un melange de gaz par adsorption a variation de pression
US5733359A (en) * 1996-06-19 1998-03-31 The Boc Group, Inc. Pressure swing adsorption process turndown control
US5735938A (en) * 1997-01-15 1998-04-07 Praxair Technology, Inc. Method for production of nitrogen using oxygen selective adsorbents

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2004076030A1 (ja) * 2003-02-25 2006-06-01 住友精化株式会社 オフガス供給方法、および目的ガス精製システム
US7438746B2 (en) 2003-02-25 2008-10-21 Sumitomo Seika Chemicals, Co., Ltd. Off-gas feed method and target gas purification system
JP4782563B2 (ja) * 2003-02-25 2011-09-28 住友精化株式会社 オフガス供給方法、および目的ガス精製システム
JP2017160079A (ja) * 2016-03-09 2017-09-14 エア・ウォーター株式会社 窒素ガスの製造方法および装置

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