JPH07745A - ガス分離 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 酸素製造のためのＰＳＡプラントにおいて、
周囲条件又はプロセス条件に関係なく異なる生産速度で
最適なパージを用いて、特有の再生要求条件における各
床から再生を得ることを目的とする。 【構成】 ＰＳＡのパージ工程中に、排気される廃ガス
を分析して、廃ガスの予選択体積がパージガスを含むこ
とが認められたときに、パージ工程を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、生成ガスを含む供給ガス混合物
から生成ガスを製造する方法及びその装置に関するもの
である。詳しくは、本発明は、圧力スゥイング吸着（Ｐ
ＳＡ）を用いて空気から酸素を製造する方法及びその装
置に関するものである。酸素に比べて窒素をより多く吸
着することによって空気の２つの主要成分を分離する能
力を有する吸着剤を用いて、空気から酸素を分離するこ
とは、公知の事柄である。自然に産出するゼオライト
は、酸素に比べてむしろ空気中の窒素及び他の成分を選
択的に吸着する。合成のゼオライトは、９３％又はそれ
以上の純度を有する酸素をＰＳＡ法によって製造するこ
とができるように前記の選択性を大く向上させた。

【０００２】運転時に、空気を、圧力下で、吸着剤床へ
ポンプで供給して、供給空気中に存在している窒素の殆
ど、酸素の一部、及び二酸化炭素と水蒸気の実質的に全
てを吸着し、富酸素生成ガスを該床の出口から供給する
吸着工程；及び吸着剤床の出口を閉じ、通常は、その入
口を用いて大気圧まで該床をガス抜きし及び／又はその
入口を用いて排気して、吸着されたガスを該床から実質
的に除去し、そうすることによって次の吸着工程のため
に該床を準備する脱着工程を含むサイクル中に吸着剤床
を置く。

【０００３】実際には、互いに１８０度だけ位相はずれ
であるように配列されていて、１つの床が吸着工程にあ
る場合は、もう一方の床は脱着工程にあって、その逆の
場合もある同様なサイクルにおいて、２つの吸着剤床を
用いて運転することが普通である。吸着工程と脱着工程
のみを有する単純な方法においては、酸素製造の効率は
低い。通常は、追加の工程を組み込んで、更に高い純度
とより良い効率を達成する。前記追加の工程のうちの１
つは、吸着床から製品品質のガスを脱着床の上部へと迂
回させ、該富酸素ガスで窒素をパージ又は置換するパー
ジ工程であることができる。

【０００４】しかしながら、パージ工程を用いて、再生
中に床の内部の分圧を低下させるＰＳＡ工程は、例えば
各床に存在している異なる量又は質、及び各床に対する
異なる圧力又は異なる制限のような可能性のある多くの
理由により、アンバランスである。床を釣合わせようと
する困難の程度によって時間が浪費される。床のアンバ
ランスは、調整の時間において正されるのみである。周
囲大気条件の変動によって、最適設定パラメーターから
プラント運転が逸脱することがある。

【０００５】周囲条件又はプロセス条件に関係なく異な
る生産速度で最適なパージを用いて、特有の再生要求条
件における各床から再生を得ることができるように、酸
素製造のため公知のＰＳＡプラントを改良することは、
本発明の目的である。

【０００６】本発明の１つの面に従って、生成ガスを含
む供給ガス混合物から生成ガスを製造する方法は、以下
の工程：即ち、 ａ）生成ガスに比べて供給ガス混合物の少なくとも１つ
の他の成分を選択的に吸着する吸着剤材料の床と、該供
給ガス混合物を接触させる工程； ｂ）該床を脱着する工程； ｃ）パージガスを用いて該床をパージする工程； ｄ）パージ工程中に該床を出て行くガスが該パージガス
の予め選択された量を含むときに感知する工程； ｅ）予め選択された量に達したときに、パージ工程を停
止する工程を含む運転のサイクルを繰り返し行うことを
含む。

【０００７】好ましくは、同様なサイクルにおいてそれ
ぞれ動作する吸着剤材料床は複数存在しているが、該吸
着剤材料床は、生成ガスが実質的に連続して供給される
ように、互いに位相はずれの状態で配列されている。

【０００８】本発明の更なる面に従って、吸着剤床を含
む容器、該容器は加圧下で供給ガス混合物の源と連絡し
ている末端領域の１つに第一入口パイプライン、床から
脱着されたガスを放出するための第一出口パイプライ
ン、該容器のもう一方の末端領域に又はその隣接領域に
該生成ガスのための第二出口パイプラインとパージガス
のための第二入口パイプライン（該パイプラインのそれ
ぞれは、そこを通るガス流を制御するためのバルブを有
する）を有している；及び第一出口パイプラインにおけ
るパージガスの百分率が予め選択されたレベルに達した
ときに感知するための手段、該感知手段は第二入口パイ
プラインと関連しているバルブを順番に閉じ、そこを通
るパージガスの流れを妨げる制御ユニットに対して信号
を送る、を含む、圧力スウィング吸着によって生成ガス
を含む供給ガス混合物から生成ガスを製造するための装
置を提供する。

【０００９】好ましくは、感知手段は、第一出口パイプ
ラインに配置されている燃料電池である。

【００１０】空気から酸素を分離するためのＰＳＡプラ
ントに関する概略図である添付の図面を参照しながら、
一例として、本発明の態様を説明する。空気から酸素を
製造するためのＰＳＡプラント１は、圧縮機（図示され
ていない）からの空気供給ライン２を含む。空気供給ラ
イン２は、ゼオライトモレキュラーシーブ吸着剤を含む
容器４，６のいずれか１つと連絡させて配置することが
できる。バルブ８を操作して、容器４の底部を空気供給
ライン２と連絡するように又は連絡しないようにするこ
とができる。同様に、バルブ１０を操作して、容器６の
底部を空気供給ライン２と連絡するように又は連絡しな
いようにすることができる。

【００１１】プラント１は、富酸素生成ガスのための出
口パイプ１２（バルブ１４が配置されている）を含む。
バルブ１６，１８を操作して、パイプライン１２を容器
４及び容器６それぞれの上部と連絡するように又は連絡
しないようにすることができる。パイプライン１２は、
酸素受け器（図示されていない）の方向に延びている。

【００１２】プラント１は、廃ガス及びパージガスのた
めの出口パイプライン２０を含む。バルブ２２を操作し
て、容器４の底部をパイプライン２０と連絡するように
又は連絡しないようにすることができる。同様に、バル
ブ２４を操作して、床６の底部をパイプライン２０と連
絡するように又は連絡しないようにすることができる。

【００１３】パイプライン２８は、容器４，６それぞれ
の上端に接続されている。バルブ３０は、パイプライン
２８を通る該容器４，６間のガス流を制御する。

【００１４】パイプライン２０には、即時応答分析器感
知ヘッド、例えば燃料電池が存在していて、パイプライ
ン２０を通って流れている酸素の容量百分率を感知す
る。燃料電池２０は、運転時に、パイプライン２０を通
って流れているガスを分析し、制御ユニット３４へと送
られる信号を発生させることができるように配置されて
いる。制御ユニット３４は、以下で説明するように、パ
イプライン２８を通るパージガスの流れを許す又は妨げ
るためのバルブ３０と接続されている。

【００１５】使用時には、運転サイクルの始めに、パイ
プライン２及び開放バルブ８を通って圧縮機（図示され
ていない）から、圧力容器４の底部中へと流れる供給空
気に対して、圧力下、容器４の内部を暴露する。窒素
は、ゼオライトによって吸着され、酸素に富んだ生成ガ
スは、バルブ１６を通って容器４から出て、パイプライ
ン１２の中に流れ；バルブ１４を通って、例えば酸素受
け器（図示されていない）の中に入る。

【００１６】容器４の中にあるゼオライトは、吸着工程
に係わり、容器６の中にあるゼオライトは、脱着工程
（容器６の底部は、開放バルブ２４及びパイプライン２
０を経由して大気と連絡している）に係わっている。従
って、残留している未吸着ガスは排気され、主に窒素の
ような吸着されたガスは、脱着されて、これも又排気さ
れる。

【００１７】この工栓中に、連続制御されたパージが、
バルブ３０を通って流れるので、富酸素生成ガスは、容
器４からライン２８及び開放バルブ３０を通って容器６
の上端の中へと流れる。パージガスは、容器６の中を通
り、開放バルブ２４を通って下方へと流れて、ライン２
０に入り、大気へと出る。酸素パージ流は、容器６の内
部にある脱着床において窒素を置換する。パージ工程
は、燃料電池３２がライン２０の中を流れるパージガス
中に存在している酸素の容量百分率が予め選択されたレ
ベルに達したことを感知するまで、継続される。一旦そ
のレベルに達したら、燃料電池３２は、自動的にバルブ
３０を閉じて、ライン２８を通るパージガス流を妨害す
る制御器３４へと信号を送る。

【００１８】製造／パージ工程後に、容器４，６中にあ
るゼオライトは、富酸素空気がバルブ１６，１８を経由
して床６へと移動する均等化工程（ｅｑｕａｌｉｓａｔ
ｉｏｎ ｓｔｅｐ）を経験する。そのとき、ゼオライト
は逆の役割をし、圧力下で、供給空気は、供給空気ライ
ン２を通って、開放バルブ１０へと指向されて、容器６
の底部の中に入る。富酸素生成ガスは、開放バルブ１８
を経由して容器６を出て、パイプライン１２及び開放バ
ルブ１４を通って、酸素受け器の方へと流れる。

【００１９】容器６におけるゼオライトの吸着工程中
に、容器４の中にあるゼオライトは、開放バルブ２２に
よって脱着され、未吸着酸素及び吸着窒素は、開放バル
ブ２２及びライン２０を経由して容器４の底部から出
て、連続制御されたパージがライン２８及び開放バルブ
３０を通って容器６から容器４の上端中へと流れる。パ
ージガスは、下方へと流れて、容器６、開放バルブ２
２、及びライン２０を通って、大気へと出る。

【００２０】上述したように、酸素パージ流は、容器４
の内部にある脱着床中に存在している窒素を置換する。
パージ工程は、燃料電池２２がライン２０を流れている
パージガス中に存在している酸素の容量百分率が予め選
択されたレベルに達したことを感知して、制御器３４へ
と信号を送り、それによってバルブ３０が閉じられるま
で、続く。

【００２１】上記パージ工程の後、容器４，６中の圧力
は、再び、バルブ１６，１８によって均圧化され、容器
６中にあるより高圧のガスは容器４の上部へと流れる。
パイプライン２０を通って流れるパージガスが予選択レ
ベルに達したときに信号を送る分析器感知ヘッドを用い
ることによって、富酸素ガスの過剰な廃棄が防止され
る、ということは上記態様において明らかである。

【００２２】更に、吸着剤床を釣り合わせようとすると
きの時間の浪費がなくなり、難しい操作も排除される。

【００２３】又、本システムは、負荷の減少により、電
力が節約される、という点で大きな利点を有している、
ことも見出した（生成物の引取りが減少するので、パー
ジガスをあまり必要としない、即ちあまり電力を必要と
しない）。

【００２４】廃ガス及びパージガスを大気へと排気する
ＰＳＡプラントについて言及したが、真空ポンプを、そ
れ自体知られている様式で、パイプライン２０と連絡さ
せて配置することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気から酸素を分離するためのＰＳＡプラント
に関する概略図である。

フロントページの続き (72)発明者 ポール・ウィリアム・キングストン イギリス国ヨークシャー エス７・１エル エックス，シェフィールド，プライオリ ー・ロード 40，フラット １

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 以下の工程：即ち、 ａ）供給ガス混合物を、生成ガスに比べて該供給ガス混
   合物の少なくとも１つの他の成分を選択的に吸着する吸
   着剤材料の床と接触させる工程； ｂ）該床を脱着する工程； ｃ）パージガスを用いて該床をパージする工程； ｄ）パージ工程中に該床を出て行くガスが、該パージガ
   スの予め選択された量を含むときに感知する工程； ｅ）パージガスが予め選択された量に達したときに、パ
   ージ工程を停止する工程を含む運転のサイクルを繰り返
   し行うことを含む、生成ガスを含む供給ガス混合物から
   生成ガスを製造する方法。
2. 【請求項２】 同様なサイクルにおいてそれぞれ動作
   する吸着剤材料床は複数存在しているが、該吸着剤材料
   床は、生成ガスが実質的に連続して供給されるように、
   互いに位相はずれの状態で配列されている請求項１記載
   の方法。
3. 【請求項３】 供給ガス混合物が空気であり、生成ガス
   が酸素である請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 吸着剤床を含む容器、該容器は加圧下で
   供給ガス混合物の源と連絡している末端領域の１つに第
   一入口パイプライン、該床から脱着されたガスを放出す
   るための第一出口パイプライン、該容器のもう一方の末
   端領域に又はその隣接領域に該生成ガスのための第二出
   口パイプラインとパージガスのための第二入口パイプラ
   イン、該各パイプラインはそこを通るガス流を制御する
   ためのバルブを有する；及び第一出口パイプラインにお
   けるパージガスの％が予め選択されたレベルに達したと
   きに感知するための手段、該感知手段は第二入口パイプ
   ラインと関連しているバルブを順番に閉じ、そこを通る
   パージガスの流れを妨げる制御ユニットに対して信号を
   送る、を含む、圧力スウィング吸着によって生成ガスを
   含む供給ガス混合物から生成ガスを製造するための装
   置。
5. 【請求項５】 感知手段が、第一出口パイプラインに配
   置された燃料電池である請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 以下で説明するように、生成ガスを実質
   的に含む供給ガス混合物から該生成ガスを製造する方
   法。
7. 【請求項７】 添付の図面の図を参照しながら以下で説
   明するように、生成ガスを実質的に含む供給ガス混合物
   から該生成ガスを製造する装置。