| 【発明の名称】 |
吸着により空気を分離するための方法およびプラント |
| 【発明者】 |
【氏名】クリスチアン・モネロー
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| 【要約】 |
【課題】圧力スイング吸着により空気の分離をするための方法およびそれを実施するプラントを提供する。
【解決手段】本発明によれば、吸着装置（１）に流入する気体は、少なくとも１ｍ3 に等しい体積（Ｖ）の吸着剤を含み、メートルとして計測されたその高さ（Ｈ）は少なくとも０．８×Ｖ0.35に等しい環状床に、気体流を実質的に放射状に通過させることにより確立される。大気空気から酸素を製造するために適用される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 すくなくとも１ｍ3 に等しい体積Ｖの吸着剤を含み、その高さＨがメートルとして計測されて少なくとも０．８×Ｖ0.35に等しい環状の固定床を気体流が実質的に径方向に通過することにより、吸着装置における気体流を確立することを特徴とする少なくとも１つの吸着装置を有するプラントにおいて圧力スイング吸着により空気を分離するための方法。
【請求項２】 前記高さ（Ｈ）が少なくともＶ0.35に等しいことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】 前記高さ（Ｈ）が３×Ｖ0.35を超えないことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】 吸着剤の体積Ｖが少なくとも１ｍ3 に等しく、吸着装置は吸着剤の環状の固定床を含み、およびメートルとして計測された環状の床の高さＨは、少なくとも０．８×Ｖ0.35に等しいことを特徴とする加圧された空気源およびこの空気源に選択的に接続されうる少なくとも１つの吸着装置を含むタイプの、圧力スイング吸着により空気の分離をするためのプラント。
【請求項５】 前記高さ（Ｈ）が少なくともＶ0.35に等しいことを特徴とする請求項４記載のプラント。
【請求項６】 前記高さ（Ｈ）が３×Ｖ0.35を超えないことを特徴とする請求項５記載のプラント。
【請求項７】 環状床が断熱材を備えたベースにより支持されていることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項記載のプラント。
【請求項８】 前記環状床が少なくとも２つの同心の単純な吸着剤の環状床を含むことを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項記載のプラント。
【請求項９】 前記環状床が異なる吸着剤からなることを特徴とする請求項８記載のプラント。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの吸着装置を有するプラントにおいて圧力スイング吸着により空気を分離するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】「圧力スイング吸着」（ＰＳＡ）という術語は、吸着装置または各吸着装置の圧力が高圧と低圧との間を変化する、実質的に等温の選択的吸着により大気空気から酸素を製造するために提案されてきたさまざまなサイクルを意味するものとして用いられる。サイクルの高圧は大気圧力以上でありうるし、一方、サイクルの低圧は大気圧力以下でありうる。これらの方法は、吸着装置の吸着、減圧／再生および再圧縮の工程のさまざまな組み合わせを有する。
【０００３】ＰＳＡ法において吸着剤の中で複雑な熱現象が起こる。それらは、一方で、吸着された成分の吸着又は脱着の熱により、他方で、流動する流体と吸着剤との間の熱交換による。これらの現象の結果として、熱勾配が吸着剤の床の中で形成される傾向があることが観察される（例えば、米国特許第５，５２９，６１０号を参照されたい）。
【０００４】しかしながら、ある特定の吸着剤は、温度により変化する効率を有する。したがって、熱勾配は吸着装置の性能について影響を有する。有害であるときにはこの影響を減少させるか、例えば金属棒により吸着剤内部の熱移動を増大させる（米国特許第４，０２６，６８０号）ことによりそれを利用するか、またはその温度帯についての幾つかのタイプの吸着剤を適合させるために多数の床を用いることによるかのいずれかの、さまざまな手段が提案されてきた。
【０００５】流入流のほとんどが吸着され、次いで脱着されるとき、空気から酸素を製造する場合において熱勾配が特に顕著であり、その結果としてそれぞれのサイクルにおいて非常に多量の吸着／脱着の熱が関わり合うことは理解されるであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本出願人は、驚くべきことに、吸着剤の床に特定の形状を与えることにより、ＰＳＡ空気分離法の効率が実質的に増大しうることを見出した。
【０００７】すなわち、本発明による方法は、すくなくとも１ｍ3 に等しい体積Ｖの吸着剤を含み、その高さＨがメートルとして計測されて少なくとも０．８×Ｖ0.35に等しく、典型的には１×Ｖ0.35ないし３×Ｖ0.35である環状の固定床を気体流が実質的に放射状に通過することにより、吸着装置に流入する気体が確立されることを特徴とする。
【０００８】また、本発明は、このタイプの方法を実施することを意図する空気分離プラントに関する。
【０００９】加圧された空気源およびこの空気源に選択的に接続されうる少なくとも１つの吸着装置を含むタイプの本発明のプラントは、吸着剤の体積Ｖが少なくとも１ｍ3 に等しく、吸着装置は吸着剤の環状の固定床を含み、およびメートルとして計測された環状の床の高さＨは、少なくとも０．８×Ｖ0.35に等しいことを特徴とする。
【００１０】典型的にＨ≧１×Ｖ0.35であり、３×Ｖ0.35を超えない。
【００１１】１つの態様において、環状の床は断熱材を備えたベースにより支持される。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明を例示する態様が以後添付された図面を参照して記載され、そこで、単一の図が本発明によるプラントを図式的に表す。
【００１３】図１は、大気空気の処理のためのＰＳＡ法により酸素から窒素を分離するために好適な吸着剤の環状の床２を含む吸着装置１を図式的に示す。吸着剤２は、例えばモレキュラーシーブ５Ａのような、当該技術において既知のいずれかのタイプの粒子材料である。
【００１４】吸着装置１は、円筒形殻４、低部凸面ドーム５および上部凸面ドーム６からなる垂直軸Ｘ−Ｘの外側ケーシング３を有する。ドーム５は外側側面管７を備え、漏れ止め様式でドームを通過する直径ｄの中央管８を有する。
【００１５】環状ディスクの形態にある堅い低部ベース９は、ドーム５の上方に短距離を取って管８の周囲に溶接される。ベース９の下に存在する管８の部分は穿孔されていないが、このベースの上方に存在するそれの部分は穿孔されている。上部プレート１０は管８の上部末端を閉ざす。環状グリル１１は、管８の穿孔された部分を共軸的に取り囲み、ベース９の周囲にその足部で溶接される。グリルの頂部は、それ自体殻４の上部末端に溶接された環状コーナーピース１２に溶接される。
【００１６】吸着剤２は、管８とグリル１１との間に範囲を定められた全空間を満たす。可撓性隔壁１３は、その巻かれていない縁部１４がコーナーピース１２に漏れ止め様式において接着的に結合されているが、プレート１０に対してその中央領域を介して、および吸着装置の実質的に全上部表面に対してその中間の環状領域を介して弾性的に圧接する。隔壁が吸着剤上に恒久的に適切に適用されることを保証するために、ドーム内のオリフィス１６に接続される気体源１５を用いて、吸着サイクルの最大圧力を超過する圧力がドーム６内で維持される。
【００１７】従って、吸着装置は、その体積Ｖが少なくとも１ｍ3 に等しく、その高さＨが隔壁１３からベース９を隔てる距離に等しく、その径方向の厚さｅが管８とグリル１１との間の距離に等しい吸着剤の環状床を含む。
【００１８】実施に当たって、吸着装置は、少なくとも大気圧に等しい、サイクルの高圧下の空気源１７に管７が接続される吸着相、少なくとも１つのサイクルの低圧への減圧工程を含む吸着剤の再生相、および高圧への再圧縮の相を含むサイクルを経る。このサイクルは、提案されてきた多くのサイクルのいずれか１つでありうる。
【００１９】吸着相の間に、処理される空気は、ケーシング３の殻４からグリル１１を分離する環状空間１８に入り、実質的に放射状（径方向）に内側に向かって床２を通過し（実線矢印）、その間に窒素が吸着される。作られる酸素は管８の中に集まり、その低部末端を通して吸着装置を出ていく。
【００２０】再生相の間に、管７は大気または真空ポンプ１４に接続され、管８は閉ざされるかまたは、例えば吸着装置の脱圧縮相の間に得られた生成物酸素または不純酸素のような溶出気体源２０に接続されうる。すべての場合において、気体の実質的に放射状（径方向）の流れは、上記のものについて反対の方向において作り出され、すなわち、遠心方向（ドットおよびダッシュからなる矢印）において床２を通過し、管８を経由して吸着装置を出て行く。
【００２１】床２の形状は、Ｈ≧０．８×Ｖ0.35であり、有利にはＨ≧Ｖ0.35およびＨ≦３×Ｖ0.35であり、好ましくは、Ｈは１．０×Ｖ0.35ないし２．５×Ｖ0.35である。
【００２２】驚くべきことに、径方向の厚さｅの床について、短い試験機ユニットから高い工業的サイズのユニットにスケールアップするとき性能が向上するが、この結果を予測する理論においては何も存在せず、対照的に、気体流の分布は工業的ユニットの場合において、より不利であることが見出された。
【００２３】この結果は、吸着剤の隣接領域の温度を変化させる気体流に平行な表面ＳL を通過する熱の側面からの入力が、その時比例的にずっと小さいという事実に帰する。
【００２４】このように、気体流に対して直角の熱勾配のより低い相対的重要性から、気体流に対して垂直の全断面にわたるより均一に機能する吸着剤が導かれ、それゆえ、よりよい全性能が導かれる。
【００２５】驚くべきことに、その上、酸素の分離についての比エネルギーは、もし同じ体積Ｖの同じ吸着剤がその床を通じて垂直に流動する気体流について高さｅの通常の円筒形床の形態において配置されるであろう場合より本発明による吸収装置についてのほうが実質的により小さいことが見出された。
【００２６】この有利な結果は、吸着装置の細長い形状が、特に小さく、それらが、すなわち軸Ｘ−Ｘに平行である気体流に垂直の方向において熱勾配を減少させる通常の円筒形床を有する吸着装置の場合におけるよりも小さい、気体流に平行な上方および下方表面積ＳL に対応するという事実によることがもう一度考慮される。
【００２７】場合に応じて、断熱材が、吸着剤内部の垂直熱勾配を更に小さくするように、９Ａで図式的に表示されるものとして、ベース９について備え付けられうる。
【００２８】変形として、床２は少なくとも２つの同心の単純な環状床からなることができ、そのそれぞれは異なる吸着剤により形成され得る。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１０３６５７２
【氏名又は名称】レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）６月１１日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−９０１５７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月６日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１６３９６７ |
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