JP2634138B2

JP2634138B2 - 真空スイング吸着方法によるガス成分の分離法

Info

Publication number: JP2634138B2
Application number: JP5309889A
Authority: JP
Inventors: ラヴィ．クマー; タリック．ナヘイリ; チャールズ．フランクリン．ワットソン
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: TW284701B; JP2634022B2; US5328503A; US5330561A; JPH06254335A; JPH06254336A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ほぼ供給圧力において
非容易吸着性ガス成分の高い回収率を以て、混合ガス中
の容易吸着性ガス成分を非容易吸着性ガス成分から分離
するための圧力スイング吸着法に関し、より具体的には
掃気ガスを供給するための並流減圧を行なった後、圧力
平準化及び混合再加圧を行なうことにより酸素を非吸着
生産物として空気から高収率で回収するために行なわれ
る空気分離用圧力スイング吸着法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸素は、排水処理、ガラス溶融炉、鉄鋼
産業等の数多くの利用分野を有するので、工業ガス産業
における重要な化学製品である。酸素生産のための最も
一般的な製造方法は空気の低温蒸留法である。しかしな
がら、この方法は、酸素の極く小規模な生産（日産量１
００トン以下）には適さない。この生産規模において使
用される方法は吸着法であり、吸着ガス分離法によって
低い投下資本及び低いエネルギーコストで酸素を生産す
る技術が求められている。

【０００３】このように日産量１００トン以下の小規模
な酸素生産工場においては、吸着法が広く使用されてい
るが、この吸着法には大きく分けて、圧力スイング吸着
（ＰＳＡ）法と温度スイング吸着（ＴＳＡ）法の２つの
方法が存在する。圧力スイング吸着法は、常圧よりも高
い圧力で吸着工程を行ない、常圧に近い圧力で吸着剤の
再生と成分ガスの分離とを行なう方法であり、吸着床
は、サイクル中において圧力平準化、減圧、排出、掃気
あるいはこれらの組み合わせた二次的工程を経て操作さ
れる。この明細書において「常圧」というのは、周囲圧
力すなわち大気圧のことである。

【０００４】Ｏ_２−ＰＳＡ法の幾つかの先行技術例が、
米国特許第３，４３０，４１８号、第３、６３６、６７
９号、第３，７１７，９７４号、第３，７３８，０８７
号、第４，３２６，８５８号、第４，３２９，１５８
号、第４，５８９，８８８号、第４，６５０，５０１
号、第４，９４８，３９１号、第４，９６９，９３５
号、第４，９８１，４９９号及び英国特許第２，２２
７，６８５Ａ等に記載されている。

【０００５】これらの方法は、エネルギー集約的な傾向
があり、日産量が４０トン以下、好ましくは日産量２０
トン以下の小規模な酸素生産プラントに用いるのに適し
ている。Ｏ_２−ＰＳＡ法の１つに、急速加圧スイング吸
着（ＲＰＳＡ）法がある。名称が示すように、該方法
は、ＰＳＡ法と同様な工程を採るが。これらの工程を急
速に実施するようにする。該方法の例としては、米国特
許第４，１９４，８９２号及び４，４０６，６７５号が
挙げられる。そしてこの方法は、ＰＳＡ法に比べてさら
にエネルギー集約的であり、一層小規模生産に適してい
る。

【０００６】ＰＳＡ法が高エネルギー消費を必要とする
理由は、（１）該方法によるＯ_２の収率が低いこと、
（２）全供給ガス流を吸着適用圧力になるまで圧縮する
必要があるからである。そしてこの非効率性を回避する
方法として、真空スイング吸着法がある。この方法にお
いては、吸着は常圧に近い圧力で行なわれ、吸着剤の再
生（脱着）は常圧以下の圧力水準で行なわれる。吸着床
には、酸素の収率増加と生産ガスの単位量当たりの吸着
剤の使用量を減少させることを目的として、幾つかの二
次的工程が適用される。

【０００７】米国特許第３，９５７，４６３号には、吸
着工程、排気工程及び生産ガス再加圧工程からなるＯ_２
−ＶＳＡ法が記載されている。該方法は、各装置に２個
の吸着床を持った２個の装置から成り立っており、各装
置のガス供給端における吸着床では空気中の水と二酸化
炭素を放出し、ガス生産端においては空気中の窒素を放
出する。そして生産された酸素は、タンク中に再加圧し
て貯蔵される。

【０００８】英国特許第１，５５９，３２５号には、２
乃至３個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法に付いての記
載がある。２個の吸着床を有するＯ_２−ＶＳＡ法は、吸
着工程、排気工程、生産ガス再加圧工程からなり、排気
工程中に吸着床を掃気する工程及び吸着工程において吸
着床で連続的に生産されたガスで排気した後、掃気した
ガスを再加圧する工程が付加されている。又３個の吸着
床を有するＯ_２−ＶＳＡ法においても同様の工程を採る
が、吸着工程の終了に際して吸着床から発生する全排気
ガスを生産ガスの再加圧を終了した吸着床に供給し、空
気の供給工程が容易に行なわれるようにする工程が付加
されている。第２の吸着床からの排気ガスも又酸素製品
として取り出される。この３個の吸着床を有する吸着方
法においては真空ポンプは連続的に運転され、又製品も
連続的に取り出される。

【０００９】又、さらに英国特許第１，５９４，４５４
号には上記英国特許第１，５５９，３２５号によるＯ_２
−ＶＳＡ法の制御方法について記載されている。

【００１０】特開昭５９−２５５０６０号には、４個の
吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法についての記載がある。
該方法は、吸着、ガス流減圧、排気、真空掃気、圧力平
準化の諸工程からなっている。そして該方法において
は、ガス流減圧工程において得られたガスは、圧力平準
化工程に用いられ、その後真空掃気工程が行なわれる。

【００１１】英国特許出願第ＧＢ２，１５４，８９５Ａ
号には、吸着、ガス流減圧、排気、真空掃気、圧力平準
化、及びガス生産端での再加圧を圧力平準化と同時に行
なう３個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法についての諸
工程が記載されている。減圧ガス流は圧力平準化工程と
真空掃気工程に使用される。

【００１２】特開昭５９−３５１４１号には、吸着、連
続掃気を伴う排気、及び再加圧の諸工程からなる３個の
吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法が記載され、該方法で
は、真空掃気及び再加圧は生産された酸素で行なわれて
いる。

【００１３】英国特許第ＧＢ２，１０９，２６６Ｂ号に
は、吸着、掃気ガスの供給、排気、真空掃気、及び生産
ガスの再加圧の諸工程からなる３個もしくは４個の吸着
床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法について記載されている。こ
の方法においては、吸着工程を終了した吸着床の再加圧
ガス流によるか、吸着工程での吸着床へのガス供給を継
続することにより掃気工程での掃気ガスの供給を行なう
が、該吸着床からの全ての排気を真空排気工程の吸着床
に向かわせるようにしている。

【００１４】米国特許第３，９８６，８４９号には、吸
着工程で同時多重的に吸着床を用いるが、他の工程にお
いては、並行する吸着床を次々と重複しないで用いるよ
うなＶＳＡ法について記載している。

【００１５】米国特許４，６１４，５２５号には、供給
混合ガスを真空ポンプで熱交換を行なうことによって加
熱するようにしたＯ_２−ＶＳＡ法の改善方法について記
載されている。米国特許４，６８４，３７７号には、吸
着、排気と同時に行なわれるガス流減圧、掃気、ガス流
同時減圧を行なった吸着床における生産端からのガスに
よる生産端間の圧力平準化、排気および生産ガスの再加
圧の諸工程からなる３個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ
法が記載されている。

【００１６】米国特許第４，６８４，３７７号には、吸
着、排気と同時に行なわれるガス流減圧、掃気、同時ガ
ス流減圧を行なった吸着床における生産端からのガスに
よる生産端間の圧力平準化、排気及び生産ガスの再加圧
の諸工程からなる３個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ法
が記載されている。

【００１７】米国特許第４，７５６，７２３号には、酸
素製品の吸着を常圧より高い加圧状態において行ない、
続いて向流による減圧、掃気及び生産ガスの吸着適用圧
力への再加圧を行なう方法について記載されている。向
流による減圧中における排出ガスの一部は、生産ガス再
加圧工程の前に吸着床の圧力平準化のために使用され
る。

【００１８】米国特許第４，９１７，７１０号には、生
産ガス貯蔵タンク付きの２個の吸着床を持ったＯ_２−Ｖ
ＳＡ法についての記載がある。該方法は、吸着、ガス流
減圧、同時化されたガス流減圧と排気、排気、生産ガス
による真空掃気、ガス流減圧工程により得られたガスに
よる真空掃気、同時化された圧力平準化及び生産ガス再
加圧、同時化された供給と生産の諸工程よりなる。生産
ガスの再加圧及び生産ガスによる掃気は、貯蔵タンクに
貯蔵された生産ガスによって行なう。圧力平準化のため
のガスは、同時化されたガス流減圧工程及び排気工程に
おける吸着床から得られる。

【００１９】米国特許第４，７８１、７３５号及びヨー
ロッパ特許出願第０２７３７２３号には、吸着、供給間
又は二重端圧力平準化、ガス流減圧、排気、ガス流減圧
工程によって得られたガスによる真空掃気、供給工程に
おいて吸着床から得られた生産ガスの再加圧、同時化さ
れた供給ガス再加圧及び供給ガス間又は二重端圧力平準
化の各工程からなる３個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳＡ
法が記載されている。

【００２０】ヨーロッパ特許出願第０３５４２５９号に
は、吸着、ガス流減圧、排気、ガス流減圧工程から得ら
れたガスによる圧力平準化及び供給ガス再加圧の諸工程
からなる２個の吸着床を使用したＯ_２−ＶＳＡ法の概略
が記載されている。又吸着工程において吸着床からの生
産ガスによる真空掃気についても選択的に行なわれる記
載もある。

【００２１】米国特許第４，９６９，９３５号には、吸
着、同時化されたガス流減圧及び向流的排気、向流的排
気、生産ガスによる真空掃気、生産端間の圧力平準化、
これに続くガス流減圧工程からのガスを使用した生産端
と供給端の圧力平準化及び生産ガスの再加圧の諸工程よ
りなる３個の吸着床を使用したＯ_２−ＶＳＡ法について
記載されている。

【００２２】米国特許第５，０１５，２７１号には、吸
着、同時化されたガス流減圧及び向流的排気又は給気、
向流的排気、同時化された生産ガス間の圧力平準化と供
給ガスの再加圧又は真空掃気、同時化された供給ガスと
生産ガスの再加圧、及び供給ガスの再加圧の諸工程より
なるＯ_２−ＶＳＡ法について記載されている。

【００２３】フランス国特許Ｗ０９１／１２８７４、Ｐ
ＣＴ／ＦＲ９１／００１６４号には、吸着、減圧、排
気、生産ガスによる真空掃気、圧力平準化及び再加圧の
基本的諸工程からなる２個の吸着床を持ったＯ_２−ＶＳ
Ａ法について記載されている。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】これら多数の先行技術
が開示されているにも拘らず、尚Ｏ_２−ＶＳＡ法におい
ては、酸素の大規模生産（日産量１００トン以上）にお
いて、現行の操業よりも高い収率、換言すれば低いエネ
ルギーコスト、及び酸素生産単位当たりの低い吸着剤使
用量、換言すれば低い投資コストを達成することが要求
されている。

【００２５】本発明は上記の要求に鑑み、３個の吸着床
（以下、３吸着床という。）を備えたＯ_２−ＶＳＡ法に
おいて、空気から酸素を生産するに際して、より高い酸
素収率で、且つ酸素生産量当たりの吸着剤の使用量を少
なくし得るような操業方法を確立することを目的とする
ものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、以下の３つの発明により構成されてい
る。

【００２７】即ち、本発明の第１の発明は、容易吸着性
ガス成分を選択的に吸着することのできる吸着剤を充填
した複数個の吸着床において、複数のガス成分を含む混
合ガスから容易吸着性ガス成分を非容易吸着性ガス成分
から選択的に分離する方法であって、（ａ）容易吸着性ガス成分と非容易吸着性ガス成分とを
含む供給ガスを、高圧下において、該容易吸着性ガス成
分を選択的に吸着する吸着剤を充填した第１の吸着床の
入口に導入し、容易吸着性ガス成分を該吸着剤に吸着さ
せると同時に非容易吸着性ガス成分を未吸着のまま該第
１の吸着床を通過させる操作を、容易吸着ガス成分の吸
着が吸着床の出口に達するようになるまで行なわせた
後、該混合供給ガスの導入を停止する工程、（ｂ）該供給ガスの該第１の吸着床への導入の停止に引
き続いて、中間処理工程を経ることなく、該吸着床を低
圧に減圧しながら該混合ガスを該第１の吸着床から並流
的に除去し、該複数個の吸着床における他の吸着床の出
口に低圧で向流的に流して該他の吸着床から該容易吸着
性ガス成分を掃気する工程、（ｃ）真空状態下の該第１の吸着床を向流的に排気し
て、該容易吸着性ガス成分を極く低圧でさらに除去する
工程、（ｄ）工程（ｂ）での該複数個の吸着床における他の吸
着床からの減圧された並流的な混合ガスで該第１の吸着
床を向流的に掃気して該第１の吸着床から容易吸着性ガ
スをさらに十分に除去する工程、（ｅ）工程（ａ）での該複数個の吸着床における他の吸
着床からの非容易吸着性ガス成分と供給ガスとで該第１
の吸着床を再加圧する工程と、からなり、（ｆ）各複数個の吸着床において、工程（ａ）から
（ｅ）までを連続して行なうことを特徴とする真空スイ
ング吸着法によるガス成分の分離方法である。

【００２８】そして本発明における好ましい実施態様を
列挙すると次の如くである。即ち、該吸着床は、先ず供
給混合ガスで再加圧され、次いで該非容易吸着性ガス成
分で再加圧されること、該吸着床は、常圧の供給混合ガ
ス及び高圧の供給混合ガスで再加圧されること、該吸着
床は、先ず常圧の供給混合ガスで再加圧され、次いで非
容易吸着性ガス成分で再加圧されること、該吸着床は、
先ず常圧の供給混合ガスで再加圧され、次いで高圧の供
給混合ガスで再加圧され、最後に非容易吸着性ガス成分
で再加圧されること、該吸着床は、先ず非容易吸着性ガ
ス成分で再加圧され、次いで供給混合ガスで再加圧され
ること、該吸着床は、先ず非容易吸着性ガス成分で再加
圧され、次いで常圧の供給混合ガスで再加圧されるこ
と、該吸着床は、先ず非容易吸着性ガス成分で再加圧さ
れ、次いで常圧の供給混合ガスで再加圧され、最後に高
圧の供給混合ガス成分で再加圧されること、該吸着床
は、非容易吸着性ガス成分及び供給混合ガスを同時に用
いて再加圧されること、該吸着床は、非容易吸着性ガス
成分及び常圧の供給混合ガスを同時に用いて再加圧され
ること、該吸着床は、非容易吸着性ガス成分及び高圧の
供給混合ガスを同時に用いて再加圧されること、該工程
は、少くとも４個の吸着床によって行なわれ、同時に工
程（ａ）の部分においては、少くとも２個の吸着床によ
って行なわれること、該供給混合ガスは空気であり、該
容易吸着性ガス成分は窒素であり、該非容易吸着性ガス
成分は酸素であること、並流による減圧を終えた吸着床
は、複数個の吸着床のうちの向流による掃気を終えた他
の吸着床の圧力平準化を行なうためにさらに並流による
減圧を行ない、一方これと同時に先の吸着床の向流によ
る排気を行なうこと、等である。

【００２９】また本発明の第２の発明は、容易吸着性ガ
ス成分を選択的に吸着することのできる吸着剤を充填し
た複数個の吸着床において、複数のガス成分を含む混合
ガスから容易吸着性ガス成分を非容易吸着性ガス成分か
ら選択的に分離する方法であって、（ａ）容易吸着性ガス成分と非容易吸着性ガス成分とを
含む供給ガスを、高圧下において、該容易吸着性ガス成
分を選択的に吸着する吸着剤を充填した第１の吸着床の
入口に導入し、容易吸着性ガス成分を該吸着剤に吸着さ
せると同時に非容易吸着性ガス成分を未吸着のまま該第
１の吸着床を通過させる操作を、容易吸着ガス成分の吸
着が吸着床の出口に達するようになるまで行なわせた
後、該混合供給ガスの導入を停止する工程、（ｂ）該供給ガスの該第１の吸着床への導入の停止に引
き続いて、中間処理工程を経ることなく、該吸着床を低
圧に減圧しながら該混合ガスを該第１の吸着床から並流
的に除去し、該複数個の吸着床における第２の吸着床の
出口に低圧で向流的に流して該他の吸着床から該容易吸
着性ガス成分を掃流する工程、（ｃ）該第１の吸着床からさらに該混合ガスを除去する
ためと、該複数個の吸着床のうち（ｅ）工程での向流的
掃気を終えた他の吸着床と該第１の吸着床との圧力平準
化を行なうために、該第１の吸着床を並流的に減圧する
工程、（ｄ）真空状態下の該第１の吸着床を向流的に排気し
て、該容易吸着性ガス成分を極く低圧でさらに除去する
工程、（ｅ）該第１の吸着床から容易吸着性ガスをさらに十分
に除去するために、該複数個の吸着床のうちの工程
（ｂ）を行なった他の吸着床からの並流的な減圧混合ガ
スで該第１の吸着床を向流的に掃流する工程、（ｆ）該第１の吸着床と該複数個の吸着床のうちの工程
（ｃ）の並流的な減圧化を行なった他の吸着床とをより
高い圧力で向流的に圧力平準化する工程、（ｇ）該第１の吸着床を、該複数個の吸着床のうちの工
程（ａ）を行なった他の吸着床からの非容易吸着性ガス
成分および供給ガスとで再加圧する工程、とからなり、（ｈ）複数個の吸着床の各吸着床において、工程（ａ）
から工程（ｇ）までを連して行なうことを特徴とする真
空スイング吸着法によるガス成分の分離方法である。

【００３０】(h) 複数個の吸着床の各吸着床において、
工程（ａ）から工程（ｇ）までを連続して行なうことを
特徴とする真空スイング吸着法によるガス成分の分離方
法である。

【００３１】上記本発明の第２の発明の工程において
は、他の吸着床と圧力平準化するために工程（ｃ）にお
ける並流による減圧を行なうと同時に該第１の吸着床の
向流による排気を行なってもよいし、その際該工程を２
個の吸着床を使用して行なってもよい。

【００３２】又本発明の第３の発明は、窒素を選択的に
吸着することのできる３個の吸着床において、空気中の
窒素を酸素から選択的に分離する方法であって、(a) 供
給空気を、高圧下において、窒素を選択的に吸着する吸
着剤を充填した第１の吸着床の入口に導入し、窒素を該
吸着剤に吸着させると同時に酸素を未吸着のまま該第１
の吸着床を通過させる操作を、該吸着剤による窒素の吸
着が吸着床の出口端に達するようになるまで行なわせた
後、該空気の第１の吸着床への導入を停止する工程、
(b) 空気の該第１の吸着床への導入停止に引き続いて、
中間処理工程を経ることなく、該吸着床を並流的に減圧
して空腔介在ガスおよび酸素を該第１の吸着床から除去
し、該空腔介在ガス及び酸素を３個の吸着床のうちの他
の吸着床の出口に低圧で流して該他の吸着床から該窒素
を向流的に掃気する工程、(c) 該第１の吸着床からさら
に該空腔介在ガスと窒素を除去するためと、３個の吸着
床のうちの（ｅ）工程での向流的な掃気を終えた他の吸
着床と該第１の吸着床との圧力平準化を行なうために、
該第１の吸着床を並流的に減圧する工程、(d) 該第１の
吸着床を真空状態になるように向流的に排気して、該空
腔介在ガス及び窒素を極く低圧でさらに除去する工程、
(e) 該第１の吸着床から空腔介在ガスを及び窒素をさら
に十分に除去するために、該４個の吸着床のうちの工程
（ｂ）を行なった他の吸着床からの並流的に減圧化され
た空腔介在ガス及び窒素ガスで該第１の吸着床を向流的
に掃気する工程、(f) 該第１の吸着床及び該３個の吸着
床のうちの工程（ｃ）の並流的な減圧化を行なった他の
吸着床をより高い圧力で向流的に圧力平準化する工程、
(g) 該第１の吸着床を、該４個の吸着床のうちの工程
（ａ）を行なった他の吸着床からの酸素及び供給空気と
で再加圧する工程、(h) 該３個の吸着床の各吸着床にお
いて、工程（ａ）から工程（ｇ）までを連続相下で行な
うことを特徴とする真空スイング吸着法によるガス成分
の分離方法である。

【００３３】上記本発明の第３の発明の工程において好
ましい実施例を列挙すると次の如くである。即ち、該供給空気の圧力は、１４〜３０ｐｓｉａ（約９６．５
３〜２０６．８５ｋＰａ）の範囲であること、該供給空気の圧力は、１４〜２４ｐｓｉａ（約９６，６
３〜１６５．５０ｋＰａ）の範囲であること、該工程（ｃ）における他の吸着床と圧力平準化するため
の並流による減圧を行なうと同時に該第１の吸着床の向
流による排気を開始すること、該工程を２個の吸着床で
行なうこと等である。

【００３４】

【作用】次に本発明の詳細及びその作用について説明す
る。

【００３５】先ず、圧力平準化工程を含まない本発明の
第１の発明における好ましい実施態様（以下第１の実施
態様という）について説明する。

【００３６】第１の実施態様は、以下の工程からなる。

【００３７】１．吸着工程（Ａ）２．並流減圧化（ＤＰ）工程３．向流排気（ＤＥＳ）工程４．向流掃気工程（ＰＵ）工程５．再加圧工程該再加圧工程の操作として、生産ガス
の再加圧（ＰＲＰ）に引き続いて供給ガスの再加圧を行
なうか、または供給ガスの再加圧に引き続いて生産ガス
の再加圧を行なうか、または生産ガスと供給ガスの同時
再加圧を行なう。なお、供給ガスの再加圧操作は、さら
に二つの操作法に分かれる。

【００３８】第１は常圧空気による再加圧（ＡＡＲＰ）
であり、第２は、高圧供給ガスによる再加圧（Ｆｅｅｄ
ＲＰ）（１５〜３０ｐｓｉａ（約９６．５３〜２０
６．８５ｋＰａ））である。

【００３９】上記のうち同時再加圧化を含む第１の実施
態様についての工程サイクル図を表１に示した。

【００４０】

【表１】

【００４１】Ａ・・・・・・・・吸着（供給）工程ＤＰ・・・・・・・並流減圧工程ＤＥＳ・・・・・・向流排気工程ＰＵ・・・・・・・向流真空掃気工程ＰＲＰ・・・・・・生産ガス再加圧工程ＡＡＲＰ・・・・・常圧空気再加圧工程ＦＥＥＤＲＰ・・高圧供給ガス再加圧工程次に、第１の実施態様による本発明の工程サイクルを順
を追って説明する１．吸着（Ａ）工程吸着工程の手順は、次の通りである。

【００４２】ａ．空気中の水、二酸化炭素および窒素を
選択的に吸着可能な吸着剤を１個または２個以上充填し
た吸着床に１４．５〜３０ｐｓｉａ（約９９．９８〜２
０６．８５ｐＫａ）の圧力および０〜１５０°Ｆ（約−
１７．８〜６６．７℃）の温度の空気からなる供給ガス
を流す。

【００４３】ｂ．供給圧力において、生産されたＯ_２か
らなる排出ガス流を引き出す。該排出ガス流の製品の一
部を工程５における吸着床のガスの再加圧化に使用し、
残部をＯ_２製品とする。

【００４４】ｃ．予め設定されたサイクル時間になる
か、又は排出ガス流中の不純物窒素が予め設定された濃
度になると手順１（ａ）及び手順１（ｂ）の操作を停止
する。この状態の吸着床を、以後「使用済みの吸着床」
と称する。

【００４５】何故ならば、該吸着床は供給ガスから窒素
を除去する能力を使い果たした状態となるからである。２．並流減圧（ＤＰ）工程並流減圧工程の手順は、次の通りである。

【００４６】ａ．使用済みの吸着床からのガス流の流通
を停止して他のＶＳＡ吸着床に移す。

【００４７】ｂ．工程サイクルの工程４におけるＶＳＡ
吸着床の生産端と使用済みの吸着床の生産端とを結ぶこ
とにより、使用済みの吸着床における圧力を吸着可能圧
力水準から、「中間圧力」水準（７．７〜２１ｐｓｉａ
（約５３．１０〜１４４．８ｋＰａ））まで低下させ
る。

【００４８】ｃ．使用済みのＶＳＡ吸着床の圧力が予め
定めた中間圧力水準に達したとき上記手順ｂの操作を停
止する。該「中間圧力」は、供給ガス圧力と手順３の操
作終了時のＶＳＡ吸着床における最低排気圧力との平均
圧力に近いが、それよりも低くないのが好ましい。３．向流排気（ＤＥＳ）工程該排気工程の手順は、次の通りである。

【００４９】ａ．使用済みのＶＳＡ吸着床の供給ガス又
は供給ガス端と生産ガス端を真空ポンプと接続すること
により、使用済みの吸着床の圧力を中間圧力水準から
「最低圧力」水準（１．０〜１０ｐｓｉａ（約６．８９
〜６８．９５ｋＰａ））になるまで低下させる。

【００５０】ｂ．吸着床の圧力が予め定められた上記最
低水準になるまで、上記手順３ａの操作を継続する。４．向流掃気（ＰＵ）工程該掃気工程の手順は、次の通りである。

【００５１】ａ．供給ガス端からのＶＳＡ吸着床の排気
を継続する。

【００５２】ｂ．この吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クル中の工程２における他のＶＳＡ吸着床とを連結す
る。

【００５３】ｃ．この吸着床における圧力が、「低」水
準（１．２〜２０ｐｓｉａ（約８．２７〜１３７．９０
ｋＰａ））に達し、また工程２におけるＶＳＡ吸着床の
圧力が「中間圧力」水準に達するまで、上記４ａおよび
４ｂの手順による動作を継続する。５．再加圧工程再加圧工程の手順は、次の通りである。

【００５４】ａ．上記の吸着床の排気を停止し、他の吸
着床の排気を開始する。該排気を停止した吸着床は、空
気からのＮ_２、Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２の吸着能力が回復して
いるので、今後は「再生吸着床」と称する。

【００５５】Ａ．生産ガスと常圧空気／及び／又は供給
ガスとの同時再加圧（ＰＲＰ／ＡＡＲＰ及び／又はＦＲ
Ｐ）を行なう該操作の手順は、次の通りである。

【００５６】ｂ．再生吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クルの工程１における吸着床の生産ガス端とを連結し、
再生吸着床の供給ガス端を開放するか、再生吸着床の供
給ガス端を供給ガスブロワーに連結する。

【００５７】又は、再生吸着床の生産ガス端と本工程サ
イクルの工程１における吸着床の生産ガス端とを連結
し、再生吸着床の供給ガス端を開放し、ｂ_１上記操作を
再生吸着床の圧力が常圧又は常圧近くになるまで継続す
る。

【００５８】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【００５９】ｃ．上記手順ｂの操作を再生吸着床の圧力
が、予め定められた吸着可能圧力に等しいか、それに近
く定められた圧力水準に達するまで継続する。

【００６０】又は他の態様として、Ｂ．生産ガスによる再加圧後引き続いて常圧空気及び／
又は供給ガスによる再加圧（ＰＲＰ／ＡＡＲＰ及び／又
はＦＲＰ）を行なう該操作の手順は、次の通りである。

【００６１】ｂ．再生吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クルの工程１における吸着床の生産ガス端とを連結す
る。

【００６２】ｃ．上記手順ｂの操作を再生吸着床の圧力
が、予め定められた吸着可能圧力よりも低い圧力水準に
達するまで継続する。

【００６３】ｄ．生産ガスの再加圧化を停止し、再生吸
着床の供給ガス端と常圧空気に対して開放するか、又は
該供給ガス端を供給ガスブロワーに連結する。

【００６４】又は、生産ガスの再加圧化を停止し、再生
吸着床の供給ガス端を常圧空気に対して開放する。

【００６５】ｄ_１上記操作を再生吸着床における圧力が
常圧空気に等しくなくるか、又はそれに近くなるまで継
続する。

【００６６】ｄ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【００６７】ｃ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【００６８】又は他の態様としてＣ．常圧空気及び／又は供給ガスによる再加圧後生産ガ
スによる再加圧を行なう該操作は、次の手順で行なわれる。

【００６９】ｂ．再生吸着床の供給ガス端を常圧空気に
連結するか、該供給ガス端を供給ガスブロワーに連結す
る。

【００７０】又は、再生吸着床の供給ガス端を常圧空気
に対して開放するｂ_１上記手順を再生吸着床における圧
力が常圧空気に等しくなるか、又はそれに近くなるまで
継続する。

【００７１】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【００７２】ｃ．上記の常圧空気および／または供給ガ
スの再加圧工程を再生吸着床の圧力が予め定められた吸
着可能圧力水準に等しいか、それに近くなるまで継続す
る。

【００７３】ｄ．常圧空気および／または供給ガスの再
加圧工程を停止し、再生吸着床の生産ガス端を本工程サ
イクルの工程１における吸着床の生産ガス端と連結す
る。

【００７４】ｅ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【００７５】以上の操作を終了した吸着床は、さらに本
工程サイクルの新しい操作サイクルを繰り返し行なわせ
ることになる。

【００７６】次に圧力平準化工程を含む本発明の第２の
発明についての好ましい実施態様について説明する。

【００７７】第２の実施態様は、以下の手順を行なう。

【００７８】１．吸着工程（Ａ）２．掃気用ガス供給のための並流減圧（ＤＰ１）工程３．圧力平準化用ガス供給のための並流減圧（ＤＰ２）
工程および随意的に同時に開始される向流排気工程４．向流排気（ＤＥＳ）工程５．向流掃気（ＰＵ）工程６．圧力平準化（ＰＥ）工程７．再加圧工程、該再加圧工程の操作として、生産ガス
による再加圧（ＰＲＰ）を行なうか、または生産ガスに
よる再加圧（ＰＲＰ）後、引き続いて供給ガスによる再
加圧を行なうか、または供給ガスおよび生産ガスの両者
による同時再加圧を行なう方法に分けられる。なお、供
給ガスの再加圧操作はさらに２種の操作に分類される。
第１は常圧空気によるもの（ＡＡＲＰ）で、第２は、高
圧供給ガスによるもの（ＦｅｅｄＲＰ）である。

【００７９】この実施態様における工程サイクル表を表
２に示した。

【００８０】

【表２】

【００８１】Ａ・・・・・吸着（供給）工程ＤＰ１・・・掃気ガス供給のための第１回並流減圧工程ＤＰ２・・・圧力平準化ガス供給および随意的な向流排
気の同時開始のための第２回並流減圧工程ＤＥＳ・・・向流排気工程ＰＵ・・・・向流真空掃気工程ＰＲＰ・・・生産ガス再加圧工程次に、第２の実施態様による本発明の工程サイクルを順
を追って説明する。１．吸着（Ａ）工程吸着工程の手順は、次の通りである。

【００８２】ａ．空気中の水、二酸化炭素および窒素を
選択的に吸着可能な吸着剤を１個または２個以上充填し
た吸着床に１４〜３０ｐｓｉａ（約９６．５３〜２０
６．８５ｋＰａ）の圧力および約０〜１５０゜Ｆ（約−
１７．８〜６６．７℃）の温度の空気からなる供給ガス
を流す。

【００８３】ｂ．供給圧力において、生産されたＯ_２か
らなる排出ガス流を引き出す。該排出ガス流の製品の一
部を工程７における吸着床のガスの再加圧化に使用し、
残部をＯ_２製品とする。

【００８４】ｃ．予め設定されたサイクル時間になる
か、または排出ガス流中の不純物窒素が予め設定された
濃度になると手順１（ａ）および手順１（ｂ）の操作を
停止する。この状態の吸着床は先にも述べたように「使
用済み吸着床」である。２．並流減圧（ＤＰ１）工程並流減圧工程の手順は、次の通りである。

【００８５】ａ．使用済みの吸着床からのガス流の流通
を停止して他のＶＳＡ吸着床に移す。

【００８６】ｂ．本工程程サイクルの工程５におけるＶ
ＳＡ吸着床の生産端と「使用済み吸着床」の生産端とを
結ぶことにより、「使用済みの吸着床」における圧力を
吸着可能圧力水準から、「中間圧力」水準（１１．５〜
２５ｐｓｉａ（約７７．２９〜１７２．２３ｋＰａ））
まで低下させる。

【００８７】ｃ．使用されたＶＳＡ吸着床の圧力が予め
定められたた中間圧力水準に達したとき、上記手順ｂの
操作を停止する。３．並流減圧化（ＤＰ２）工程該排気工程の手順は、次の通りである。

【００８８】ａ．使用済みのＶＳＡ吸着床の供給ガスま
たは供給ガス端と本工程サイクルの工程６における生産
ガス端間とを結ぶことにより、使用済みの吸着床の圧力
を中間圧力水準から「より低い圧力」水準（７．７〜２
１．３ｐｓｉａ（約５３．０９〜１４６．６８ｋＰ
ａ））まで低下させる。

【００８９】ｂ．使用済みのＶＳＡ吸着床の圧力が予め
定められた「より低い圧力」水準に達したとき上記手順
の操作を停止する。該圧力は、本工程サイクルにおける
工程２及び工程５終了時におけるＶＳＡ吸着床の平均圧
力であることが好ましい。

【００９０】ｃ．随意的に、上記手順ａと同時に使用済
みＶＳＡ吸着床の向流による排気を開始する。４．向流排気（ＤＥＳ）工程該排気工程の手順は、次の通りである。

【００９１】ａ．使用済みのＶＳＡ吸着床の供給ガス又
は供給ガス端と生産ガス端を真空ポンプと接続すること
によって、使用済みの吸着床の圧力を中間圧力水準から
「最低圧力」水準（１．０〜１０ｐｓｉａ（約６．８９
〜６８．９５ｋＰａ））になるまで低下させる。

【００９２】ｂ．吸着床の圧力が予め定められた上記最
低水準になるまで、上記手順４ａの操作を継続する。５．向流掃気（ＰＵ）工程該掃気工程の手順は、次の通りである。

【００９３】ａ．供給ガス端からのＶＳＡ吸着床の排気
を継続する。

【００９４】ｂ．この吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クル中の工程２における他のＶＳＡ吸着床とを連結す
る。

【００９５】ｃ．この吸着床における圧力が、「低」水
準（１．２〜２０ｐｓｉａ）に達し、また工程２におけ
るＶＳＡ吸着床の圧力が「中間圧力」水準に達するま
で、上記５ａおよび５ｂの手順による操作を継続する。６．圧力平準化（ＰＥ）工程該圧力平準化工程の手順は、次の通りである。

【００９６】ａ．上記の吸着床の排気を停止し、他の吸
着床の排気を開始する。該排気を停止した吸着床は、空
気からのＮ_２、Ｈ_２Ｏ及びＣＯ_２の吸着能力が回復して
いるので、前述したように「再生吸着床」と称する。

【００９７】ｂ．再生吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クルの工程３の生産ガス端とを連結する。

【００９８】ｃ．上記の操作を予め定められた時間又は
該吸着床の圧力が予め定められた低い圧力水準に達する
まで継続する。７．再加圧工程該再加圧工程の手順は、次の通りである。

【００９９】ａ．再生吸着床の圧力平準化操作を停止す
る。

【０１００】Ａ．生産ガス再加圧（ＰＲＰ）を行なう該操作の手順は、次の通りである。

【０１０１】ｂ．圧力平準化された再生吸着床の生産ガ
ス端と本工程サイクルの工程１における吸着床の生産ガ
ス端とを連結する。

【０１０２】ｃ．上記手順ｂの操作を圧力平準化再生吸
着床の圧力が、予め定められた吸着可能圧力に等しい
か、それに近い圧力水準に達するまで継続する。

【０１０３】又は他の態様として、Ｂ．生産ガス及び常圧空気及び／又は供給ガスの同時再
加圧（ＰＲＰ／ＡＡＲＰ及び／又はＦＲＰ）操作を行な
う該操作の手順は、次の通りである。

【０１０４】ｂ．再生吸着床における生産ガス端と本工
程サイクルの工程１における吸着床の生産ガス端とを結
合し、再生吸着床の生産ガス端を常圧空気に対して開放
するか、又は再生吸着床の供給ガス端を供給ガスブロワ
ーと連結する。

【０１０５】又は、再生吸着床における生産ガス端と本
工程サイクルの工程１における吸着床の生産ガスとを連
結し、再生吸着床の生産ガス端を常圧空気に対して開放
する。

【０１０６】ｂ_１上記の手順を再生吸着床における圧力
が常圧に等しいか、それに近くなるまで継続する。

【０１０７】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【０１０８】ｃ．上記の手順を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【０１０９】又は他の態様として、Ｃ．生産ガスによる再加圧に引き続いて常圧空気及び／
又は供給ガスによる再加圧（ＰＲＰ／ＡＡＲＰ及び／又
はＦＲＰ）を行なう該操作は、次の手順で行なわれる。

【０１１０】ｂ．再生吸着床の生産ガス端と本工程サイ
クルの工程１における吸着床の生産ガス端とを連結す
る。

【０１１１】ｃ．上記手順ｂの操作を再生吸着床の圧力
が、予め定められた吸着可能圧力よりも低い圧力水準に
達するまで継続する。

【０１１２】ｄ．生産ガスの再加圧化を停止し、再生吸
着床の供給ガス端を常圧空気に対して開放するか、又は
該供給ガス端を供給ガスブロワーに連結する。

【０１１３】又は、生産ガスの再加圧化を停止し、再生
吸着床の供給ガス端を常圧空気に対して開放する。

【０１１４】ｄ_１上記操作を再生吸着床における圧力が
常圧空気に等しくなるか、又はそれに近くなるまで継続
する。

【０１１５】ｄ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【０１１６】ｃ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【０１１７】又は他の態様として、Ｄ．常圧空気及び／又は供給ガスによる再加圧後引き続
いて生産ガスによる再加圧を行なう該操作は、次の手順で行なわれる。

【０１１８】ｂ．再生吸着床の供給ガス端を常圧空気に
連結するか、該供給ガス端を供給ガスブロワーに連結す
る。

【０１１９】又は、再生吸着床の供給ガス端を常圧空気
に対して開放する。

【０１２０】ｂ_１上記手順を再生吸着床における圧力が
常圧空気に等しくなるか、又はそれに近くなるまで継続
する。

【０１２１】ｂ_２再生吸着床の供給ガス端と常圧空気と
の結合を絶ち、該供給ガス端と供給ガスブロワーとを連
結する。

【０１２２】ｃ．上記の常圧空気および／または供給ガ
スの再加圧工程を再生吸着床の圧力が予め定められた吸
着可能圧力水準に等しいか、それに近くなるまで継続す
る。

【０１２３】ｄ．常圧空気および／または供給ガスの再
加圧工程を停止し、再生吸着床の生産ガス端を本工程サ
イクルの工程１における吸着床の生産ガス端と連結す
る。

【０１２４】ｅ．上記の操作を再生吸着床の圧力が予め
定められた吸着可能圧力水準に等しいか、それに近くな
るまで継続する。

【０１２５】以上の操作を終了した吸着床は、さらに本
工程サイクルの新しい操作サイクルを開始するために用
いる。

【０１２６】本発明において、採用される各実施態様に
よって概略工程表及びこれに用いる装置は若干異なって
くる。図１は同時再加圧を採用した場合の第１実施態様
の概略を示すものである。表３は、典型的なサイクル時
間でのバルブ操作の概略を示すものである。

【０１２７】

【表３】バルブ操作：３吸着床Ｏ_２−ＶＳＡ法時間バルブ＃ ○：開放 sec １２３４５６７８９ 10 0-10 ○ ○ 10-20 ○ ○ ○ 20-30 ○ ○ ○ 30-40 ○ ○ ○ 40-50 ○ ○ ○ 50-60 ○ ○ ○ 60-70 ○ ○ 70-80 ○ ○ ○ ○ 80-90 ○ ○ ○ ○ 時間バルブ＃ ○：開放 sec 11 12 13 14 15 16 17 18 0-10 ○ ○ ○ 10-20 ○ ○ 20-30 ○ ○ 30-40 ○ ○ 40-50 ○ ○ 50-60 ○ ○ 60-70 ○ ○ 70-80 ○ 80-90 ○ 本発明の図１及び表１及び表３に示した工程における典
型的な操業条件での工程サイクルの詳細を以下に説明す
る。

【０１２８】ガス供給用ブロワーによって、供給圧力
（２１ｐｓｉａ（約１４４．８０ｋＰａ））まで圧縮さ
れた空気は、バルブ１を開くことにより配管１００を通
って、予め吸着可能圧力まで加圧された吸着床Ａに導入
される。該吸着床Ａには予め空気から水分、二酸化炭素
および窒素を選択的に除去するための吸着剤が充填され
ている。これにより生産された酸素ガスはバルブ１１を
開くことにより配管１０４に引き出される。

【０１２９】供給ガス流は定められた時間後、又は吸着
床Ａからの流出ガス中の窒素濃度が予め定められた限界
値に達すると直ぐバルブ４を開くことによって吸着床Ｂ
へと切り替えられる。吸着床Ａの圧力はバルブ１０を開
き、吸着床Ａと吸着床Ｃをバルブ１６を開いて配管１０
５によって連結することにより減圧される。

【０１３０】吸着床Ｃは、バルブ８を開くことにより配
管１０２によって排気される。バルブ１０、バルブ１６
及びバルブ８は、定められた時間又は吸着床Ａの圧力が
定められた圧力１３．５ｐｓｉａ（約９３．０８ｋＰ
ａ）になったときに閉じ、バルブ２を開くことにより配
管１０２を経て吸着床Ａは排気される。バルブ１２及び
バルブ１３は、吸着床Ｂのガス供給工程が終了し、吸着
床Ａの圧力が排気水準圧力の約４ｐｓｉａ（約２７．５
６ｋＰａ）に達すると開かれる。

【０１３１】バルブ２、バルブ１２およびバルブ１３
は、定められた時間が経過するかまたは吸着床Ａにおけ
る圧力が吸着床Ｂが配管１０６を通して真空掃気される
圧力である６ｐｓｉａ（約４１．３７ｋＰａ）に達する
まで開いたままにされる。次いでバルブ２とバルブ１２
は閉じられ、バルブ３およびバルブ１０が開かれて常圧
（すなわち周囲圧力）供給空気および生産ガスでの再加
圧がそれぞれ配管１０３および配管１０５を経て同時に
行なわれる。バルブ３は、定められた時間が経過する
か、吸着床Ａの圧力が約１３．５ｐｓｉａ（約９３．０
８ｋＰａ）に達したときに閉じられ、バルブ１が開かれ
る。そして、吸着床Ａは、配管１００の高圧供給空気に
よって約２１ｐｓｉａ（約１４４．８０ｋＰａ）に加圧
される。

【０１３２】次にバルブ１０を閉じ、バルブ１１を開い
て生産された酸素を配管１０４を通して除去する。この
操作によって吸着床Ａは次の吸着工程を再開する準備が
整った状態となる。その他の各吸着床においても、これ
と同様の操作が行なわれる。尚、バルブ１９は生産ガス
の再加圧の際に開かれ、又バルブ２０は、掃気の際に開
かれる。

【０１３３】表４は、生産ガスの再加圧を採用した第２
の実施態様における一連のバルブ操作の概要を示したも
のである。バルブ番号及び工程サイクルの概要はそれぞ
れ図１及び表２を参照されたい。この実施態様において
は、バルブ１９及びバルブ２０は閉じたままである。

【０１３４】

【表４】

【０１３５】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる。

【０１３６】両者の好ましい実施例として、３個の８フ
ィート×４インチ（２．４ｍ×０．１０ｍ）の容器を有
する開発試験用装置を使用して試験を行なった。これら
の容器には２種の異なる型の吸着剤を充填した。空気か
ら水分及び二酸化炭素を除去するために使用されるゼオ
ライトＮａ−Ｘをこれら筒状の容器のガス供給端側に充
填し、Ｎ₂及びＯ₂分離用に使用されるゼオライトＣａ
−Ｘを容器のガス生産端側に充填した。この装置により
生産される酸素の純度は９３％であった。

【０１３７】表５は本発明の第１の好ましい実施例と従
来法とについて、再加圧を生産された酸素によって完全
に実施した場合における操業結果の比較を行なったもの
である。表５の結果よりわかるように、本発明の第１の
好ましい実施例においては、従来法による場合に比べ
て、酸素の単位生産量当たりの吸着剤の使用量が少なく
て済み、又高い酸素回収率を示している。

【０１３８】

【表５】表６は本発明の第２の好ましい実施態様と従来法とにつ
いて、圧力平準化を実施しなかった場合における操業結
果の比較を行なったものである。表６の結果よりわかる
ように、本発明の好ましい第２の実施態様においては、
従来法による場合に比べて、酸素の単位生産量当たりの
吸着剤の使用量は僅かに多いが、酸素回収率は高い値を
示している。

【０１３９】

【表６】本発明の第１の実施態様および第２の実施態様では正確
には操作条件や吸着剤が幾分異なることを認識すべきで
ある。

【０１４０】表７及び表８はそれぞれ各吸着床が同様の
工程サイクルを有する２−吸着床構成における本発明の
第１の実施態様及び第２の実施態様の概略工程サイクル
表を示すものである。

【０１４１】各表に見られるように各吸着床における工
程の相関関係は異なる。又第２の実施態様における同時
向流排気工程における圧力平準化のための並流減圧工程
は随意工程である。

【０１４２】

【表７】

【０１４３】

【表８】なお、少なくとも４−吸着床構成での第１または第２実
施態様において、工程（Ａ）としてのガス供給工程（ま
たは吸着工程）を少なくとも２−吸着床構成とすること
は可能である。４−吸着床構成における工程サイクル例
を表９に示す。

【０１４４】

【表９】ガス供給を多数の吸着床で行なう態様では、掃気工程に
続いて圧力平準化工程を行なうことができ、その際平準
化のためのガスは吸着床から供給され、次いで並流によ
る減圧が行なわれる。また、並流による減圧と向流によ
る排気を同時に行なうことも可能である。５−吸着床ま
たは６−吸着床の使用において、工程Ａの供給または吸
着工程を３個の吸着床で同時に行なうこよも可能であ
る。

【０１４５】Ａ・・・・吸着（供給）工程ＤＰ１・・掃気ガス供給のための第１回並流減圧化工程ＥＶＡＣ・向流排気工程ＰＵ・・・向流真空掃気工程ＲＰ・・・他の実施態様のための任意工程の１つとして
行なわれる再加圧工程ガス供給を多数の吸着床で行なう
態様では、掃気工程に続いて圧力平準化工程を行なうこ
とができ、その際平準化のためのガスは吸着床から供給
され、次いで並流による減圧が行なわれる。又、並流に
よる減圧と向流による排気を同時に行なうことも可能で
ある。５−吸着床又は６−吸着床の使用において、工程
Ａの供給又は吸着工程を３個の吸着床で同時に行なうこ
とも可能である。

【０１４６】また、吸着剤としては、空気から水分、二
酸化炭素または窒素を選択的に分離し得るものであれば
任意の吸着剤を使用できる。空気からの窒素を分離除去
することが可能な吸着剤の例としては、ゼオライトＮａ
Ｘ、ＮａＡ、ＣａＸ、ＣａＡのようなゼオライト系分子
ふるい、およびその他の二元系陽イオン吸着剤が挙げら
れる。また空気から水分および二酸化炭素を除去し得る
吸着剤の例としては、アルミナゲル、シリカゲルおよび
ゼオライトが挙げられる。本発明に用いられる吸着剤と
して具備すべき特性としては（ｉ）破壊強度が強いこ
と、（ｉｉ）良好な耐摩耗性を有すること、（ｉｉｉ）
バルク密度が大きいこと、（ｉｖ）内部に空孔が少ない
こと、（ｖ）熱容量が大きいこと、（ｖｉ）熱伝導性が
高いこと、（ｖｉｉ）Ｎ_２またはＯ_２の選択性が高いこ
と、（ｖｉｉｉ）酸素吸着能が低いこと、および、（ｉ
ｘ）粒径が小さいことなどが挙げられる。また、吸着剤
を選択するに当たって、吸着工程および排気工程におけ
る吸着床における圧力抵抗が少ないことも重要な要素で
ある。３個の吸着床を有するＯ_２ＶＳＡ法サイクルにつ
いての実験では、吸着工程における吸着床からの生産量
の合計は酸素製品量の約１０倍である。全生産ガス中製
品として取り出されない残りのガスは生産ガス再加圧に
使用される。それ故再加圧ガスとして使用される生産ガ
スの量を少なくすれば製品として取り出されるガスの量
は多くなり、工程の生産効率は向上する筈である。

【０１４７】第１の実施態様において、再加圧に使用す
る生産ガス使用量を削減するための方法の一つは、再加
圧に供給ガスを使用することである。しかし、ながら全
供給ガスを再加圧することは勧められない。何故なら
ば、（１）この方法を採るときは、吸着工程におけるＮ
_２吸着領域の末端部が拡がり、また（２）水分や二酸化
炭素の除去効率が低下するからである。これらの問題を
排除するためには再加圧するためのガスを全部供給ガス
とすることなく、一部を供給ガス、他の一部を生産ガス
を採用する方法がある。他の解決法としては、再加圧す
べき吸着床の圧力を常圧よりも低くする方法がある。こ
れは単に導入バルブを大気圧に対して開放するのみで供
給ガスにより再加圧を行なうことができる。そしてこれ
は一方において、供給ガス再加圧のために使用されるガ
ス供給用ブロワーの電力消費量を引き下げることにもな
る。しかし、再加圧を吸着が常圧になるようにすること
は３個の吸着床ＶＳＡ法の操業にとって効率的ではな
い。従って常圧空気の再加圧に引き続き供給ガスまたは
生産ガスによる再加圧を行なうべきである。また、再加
圧のために使用される生産ガスの量を削減するもう１つ
の方法は、本発明の第２の実施態様のように圧力平準化
操作を行なうことである。従来技術においては、圧力平
準化のためには先ず高圧の吸着床の減圧を行ない、次い
で掃気ガスを供給することによって減圧を行なうことが
示されているが、この方法では期待されるような効果が
得られない。本発明の工程サイクルにおいては、これと
反対に先ず掃気ガスの供給による減圧を行ない、次いで
圧力平準化のための減圧操作を行なうことによって思い
がけぬ優れた効果が得られたのである。

【０１４８】

【発明の効果】上記したように、本発明によるときは、
Ｏ_２−ＶＳＡ法、特に３個の吸着床を備えたＯ_２−ＶＳ
Ａ法によって空気から酸素を生産するに際して、より高
い酸素収率で、且つ酸素生産量当たりの吸着剤の使用量
を少なくし得るような操業方法を提供することができる
工業的に優れた発明であると云える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例を示すフローチャート
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者タリック．ナヘイリアメリカ合衆国．18014．ペンシルバニア州．バス．クター．ロード．2775 (72)発明者チャールズ．フランクリン．ワットソンアメリカ合衆国．18069．ペンシルバニア州．オレフィールド．ウィロー．ウェイ．5519 (56)参考文献特開平１−236914（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−266302（ＪＰ，Ａ) 特公平２−962（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭51−40549（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容易吸着性ガス成分を選択的に吸着する
ことのできる吸着剤を充填した複数個の吸着床におい
て、複数のガス成分を含む供給混合ガスの容易吸着性ガ
ス成分を非容易吸着性ガス成分から選択的に分離する方
法であって、 (a) 容易吸着性ガス成分と非容易吸着性ガス成分とを含
む供給混合ガスを、高圧下において、該容易吸着性ガス
成分を選択的に吸着する吸着剤を充填した第１の吸着床
の入口に導入し、容易吸着性ガス成分を該吸着剤に吸着
させると同時に非容易吸着性ガス成分を未吸着のまま該
第１の吸着床を通過させる操作を、容易吸着ガス成分の
吸着が吸着床の出口に達するようになるまで行なわせた
後、該供給混合ガスの導入を停止する工程、 (b) 該供給混合ガスの該第１の吸着床への導入の停止に
引き続いて、中間処理工程を経ることなく、該吸着床を
低圧に減圧しながら該混合ガスを該第１の吸着床から並
流的に除去し、該複数個の吸着床における第２の吸着床
の出口に低圧で向流的に流して該他の吸着床から該容易
吸着性ガス成分を掃気する工程、 (c) 該第１の吸着床からさらに該混合ガスを除去するた
めと、該複数個の吸着床のうち（ｅ）工程での向流的掃
気を終えた他の吸着床と該第１の吸着床との圧力平準化
を行なうために、該第１の吸着床を並流的に減圧する工
程、 (d) 真空状態下の該第１の吸着床を向流的に排気して、
該容易吸着性ガス成分を極く低圧でさらに除去する工
程、 (e) 該第１の吸着床から容易吸着性ガスをさらに十分に
除去するために、該複数個の吸着床のうちの工程（ｂ）
を行なった他の吸着床からの並流的な減圧混合ガスで該
第１の吸着床を向流的に掃気する工程、 (f) 該第１の吸着床を該複数個の吸着床のうちの工程
（ｃ）の並流的な減圧化を行なった圧力がより高い他の
吸着床と向流的に圧力平準化する工程、 (g) 該第１の吸着床を、該複数個の吸着床のうちのその
時点で工程（ａ）を行なている他の吸着床からの非容易
吸着性ガス成分と、そして周囲圧力の供給混合ガス及び
高圧の供給混合ガスとで再加圧する工程、 (h) 複数個の吸着床の各吸着床において、工程（ａ）か
ら工程（ｇ）までを順番に行なう工程、を含む、真空スイング吸着方法によるガス成分の分離
法。
【請求項２】該吸着床は、先ず供給混合ガスにより再
加圧され、次いで該非容易吸着性ガス成分により再加圧
される請求項１記載の真空スイング吸着方法によるガス
成分の分離法。
【請求項３】該第１の吸着床は、先ず周囲圧力の供給
混合ガスにより再加圧され、次いで高圧の供給混合ガス
により再加圧され、最後に非容易吸着性ガス成分により
再加圧される請求項１記載の真空スイング吸着方法によ
るガス成分の分離法。
【請求項４】該第１の吸着床は、先ず非容易吸着性ガ
ス成分により再加圧され、次いで供給混合ガスにより再
加圧される請求項１記載の真空スイング吸着方法による
ガス成分の分離法。
【請求項５】該吸着床は、先ず非容易吸着性ガス成分
により再加圧され、次いで周囲圧力の供給混合ガスによ
り再加圧され、最後に高圧の供給混合ガスにより再加圧
される請求項１記載の真空スイング吸着方法によるガス
成分の分離法。
【請求項６】該第１の吸着床は、非容易吸着性ガス成
分及び供給混合ガスを同時に用いて再加圧される請求項
１記載の真空スイング吸着方法によるガス成分の分離
法。
【請求項７】該供給混合ガスは空気であり、該容易吸
着性ガス成分は窒素であり、該非容易吸着性ガス成分は
酸素である請求項１記載の真空スイング吸着方法による
ガス成分の分離法。
【請求項８】工程（ｃ）における他の吸着床と圧力平
準化のための並流による減圧を行なうと同時に該第１の
吸着床の向流による排気を開始する請求項１記載の真空
スイング吸着方法によるガス成分の分離法。
【請求項９】全工程を２個の吸着床で行なう請求項１
記載の真空スイング吸着方法によるガス成分の分離法。
【請求項１０】全工程を少くとも４個の吸着床で行な
い、同時に少くとも２個の吸着床で工程（ａ）を行なう
請求項１記載の真空スイング吸着方法によるガス成分の
分離法。
【請求項１１】窒素を選択的に吸着する３個の吸着床
において、空気中の窒素を酸素から選択的に分離する方
法であって、 (a) 供給空気を、高圧下において、窒素を選択的に吸着
する吸着剤を充填した第１の吸着床の入口に導入し、窒
素を該吸着剤に吸着させると同時に酸素を未吸着のまま
該第１の吸着床を通過させる操作を、該吸着剤による窒
素の吸着が吸着床の出口端に達するようになるまで行な
わせた後、該空気の第１の吸着床への導入を停止する工
程、 (b) 空気の該第１の吸着床への導入停止に引き続いて、
中間処理工程を経ることなく、該吸着床を並流的に減圧
して空腔介在ガス及び酸素を該第１の吸着床から除去
し、該空腔介在ガス及び酸素を３個の吸着床のうちの他
の吸着床の出口に低圧で流して該他の吸着床から該窒素
を向流的に掃気する工程、 (c) 該第１の吸着床からさらに該空腔介在ガスと窒素を
除去するためと、３個の吸着床のうちの（ｅ）工程での
向流的な掃気を終えた他の吸着床と該第１の吸着床との
圧力平準化を行なうために、該第１の吸着床を並流的に
減圧する工程、 (d) 該第１の吸着床を真空状態になるように向流的に排
気して、該空腔介在ガス及び窒素を極く低圧でさらに除
去する工程、 (e) 該第１の吸着床から空腔介在ガス及び窒素をさらに
十分に除去するために、該３個の吸着床のうちの工程
（ｂ）を行なった他の吸着床からの並流的に減圧化され
た空腔介在ガス及び窒素ガスで該第１の吸着床を向流的
に掃気する工程、 (f) 該第１の吸着床と該３個の吸着床のうちの工程
（ｃ）の並流的な減圧化を行なった圧力がより高い他の
吸着床と向流的に圧力平準化する工程、 (g) 該第１の吸着床を、該３個の吸着床のうちのその時
点で工程（ａ）を行なっている他の吸着床からの酸素
と、そして周囲圧力の供給空気及び高圧の供給空気とで
再加圧する工程、 (h) 該３個の吸着床の各吸着床において、工程（ａ）か
ら工程（ｇ）までを順番に行なう工程、を含む、真空スイング吸着法によるガス成分の分離法。
【請求項１２】該吸着床は、先ず供給空気で再加圧さ
れ、次いで該非容易吸着性ガス成分で再加圧される請求
項１１記載の真空スイング吸着法によるガス成分の分離
法。
【請求項１３】該吸着床は、先ず周囲圧力の供給空気
で再加圧され、次いで高圧の供給空気で再加圧され、最
後に酸素で再加圧される請求項１１記載の真空スイング
吸着方法によるガス成分の分離法。
【請求項１４】該吸着床は、先ず酸素により再加圧さ
れ、次いで周囲圧力の供給空気により再加圧され、最後
に高圧の供給空気により再加圧される請求項１１記載の
真空スイング吸着方法によるガス成分の分離法。
【請求項１５】該吸着床は、酸素及び供給空気を同時
に用いて再加圧される請求項１１記載の真空スイング吸
着方法によるガス成分の分離法。
【請求項１６】該供給空気の圧力は、１４〜３０ｐｓ
ｉａ（９６．５３〜２０６．８５ｋＰａ）の範囲である
請求項１１記載の真空スイング吸着方法によるガス成分
の分離法。
【請求項１７】該供給空気の圧力は、１４〜２４ｐｓ
ｉａ（９６．５３〜１６５．５０ｋＰａ）の範囲である
請求項１１記載の真空スイング吸着方法によるガス成分
の分離法。
【請求項１８】該吸着床の排気終了時の圧力は、１〜
１０ｐｓｉａ（６．８９〜６８．９５ｋＰａ）の範囲で
ある請求項１１記載の真空スイング吸着方法によるガス
成分の分離法。
【請求項１９】工程（ｃ）における他の吸着床と圧力
平準化するための並流による減圧を行なうと同時に該第
１の吸着床の向流による排気を開始する請求項１１記載
の真空スイング吸着方法によるガス成分の分離法。