(57)【要約】【課題】  吸着剤容器及び吸着方法において、再生ガスや、吸着剤等の迅速な加熱を可能にすると共に、保守等における困難性を低減する。【解決手段】  ガスからの構成要素の吸着において使用されるためで、該構成要素の熱的に引き起こされる脱離によるその後の再生において使用されるための吸着剤容器(24)は、少なくとも一つのヒータ要素(48)を含む入口ノズル(40)を有する再生ガスのための入口と、再生ガスのための出口とを具備しており、該再生ガスのための入口及び出口は、吸着剤(28)の本体を含むフローチャンバーを具備する流路により分離されており、更にそこでは該吸着剤の本体は、該再生ガスのための入口に隣接する第１の端部と、該再生ガスのための入口から離れる第２の端部とを有しており、更に前記ヒータ要素(48)又は各ヒータ要素は前記吸着剤の本体の該第１の端部を通り貫通しないように設置される。【選択図】      図２
2004167487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスからの構成要素の吸着において使用されるためで、該構成要素の熱的に引き起こされる吸着脱離によるその後の再生において使用されるための吸着剤容器において、この容器は、
少なくとも一つのヒータ要素を含む入口ノズルを有する再生ガスのための入口と、
再生ガスのための出口と、
を具備しており、
該再生ガスのための入口及び出口は、吸着剤の本体を含むフローチャンバーを具備する、流路により分離されており、更にそこでは
該吸着剤の本体は、該再生ガスのための入口に隣接する、第１の端部と、該再生ガスのための入口から離れる、第２の端部と、を有しており、更に
前記ヒータ要素又は各ヒータ要素は前記吸着剤の本体の該第１の端部を通り貫通しないように設置される、容器。
【請求項２】
該少なくとも一つのヒータ要素から前記容器内の前記吸着剤までの距離は2.5ｍ以下である請求項１に記載の容器。
【請求項３】
該距離は1.5ｍ以下である請求項２に記載の容器。
【請求項４】
吸着剤再生フェーズを有するスウィング吸着法による、ガス混合物からの少なくとも一つの構成要素の除去において使用するための装置において、この装置は、
吸着剤容器を具備しており、
前記吸着剤容器は、
該ガス混合物のための入口と、吸着剤の本体を含むフローチャンバーを具備する流路により分離される、清浄化されたガスのための出口と、を具備しており、更に
再生ガスのための入口と、該フローチャンバーを具備する流路により分離される、再生ガスのための出口と、を有しており、
該ガス混合物のための該入口及び清浄化されたガスのための該出口は、再生ガスのための該出口と再生ガスのための該入口とをまた選択可能に形成しており、
再生ガスのための該入口は少なくとも一つのヒータ要素を含む入口ノズルを有しており、そこでは該吸着剤の本体は、再生ガスのための該入口に隣接する第１の端部と、再生ガスのための該入口から離れる第２の端部と、を有しており、更に
前記ヒータ要素又は各ヒータ要素は前記吸着剤の本体の該第１の端部を通り貫通しないように設置されており、
該装置は、
ガス混合物のための該入口に接続するように分離される、ガス混合物源と、
再生ガスのための該入口に接続される、再生ガス源と、吸着及び再生サイクルを作動させるための制御手段と、
を具備しており：そこでは
ガス混合物は、第１の流れ方向において該吸着剤上を通過させられて、少なくとも一つの構成要素の吸着により清浄化されて、更に前記ガス混合物の前記吸着剤上の流れは停止させられており；
再生ガスは、同じ流れ方向又は反対の流れ方向において前記吸着剤上を通過させられており、該再生ガスは該ヒータ要素により加熱されており；更に
前記再生ガスの流れは止められて、前記ガス混合物の流れが再開する、
装置。
【請求項５】
作動のために平行に配置される、２つ以上の該吸着剤容器を具備していて、少なくとも一つの該容器は吸着のために稼動状態にある一方で、少なくとも一つの別の該容器は再生されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
該制御手段は該装置を作動させて、ＴＳＡ、ＴＥＰＳＡ、又はＴＰＳＡを実行する請求項４又は５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
ガス混合物から少なくとも一つの構成要素を除去するスウィング吸着法において、この方法は、
吸着フェーズにおいて、該ガス混合物を第１の方向において吸着剤容器内へ通過させる手順であって、前記吸着剤容器は、該ガス混合物のための入口と、吸着剤の本体を含むフローチャンバーを具備する流路により分離される、清浄化されたガスのための出口と、を具備しており、更に再生ガスのための入口と、該フローチャンバーを具備する流路により分離される、再生ガスのための出口とを有しており、該ガス混合物のための該入口及び清浄化されたガスのための該出口は、再生ガスのための該出口と再生ガスのための該入口とをまた選択可能に形成しており、再生ガスのための該入口は少なくとも一つのヒータ要素を含む入口ノズルを有しており、そこでは該吸着剤の本体は、再生ガスのための該入口に隣接する第１の端部と、再生ガスのための該入口から離れる第２の端部とを有しており、更に前記ヒータ要素又は各ヒータ要素は前記吸着剤の本体の該第１の端部を通り貫通しないように設置されていて、該ガス混合物は少なくとも一つの構成要素の吸着により清浄化されており、そしてある期間の後、前記ガス混合物の該容器への流れを停止させる、手順と、更に
再生フェーズにおいて、再生ガスを該容器内へ再生ガスのための該入口を介して、同じ流れの方向又は反対の流れの方向において通過させる一方で、該再生ガスをある期間の間、該ヒータ要素により加熱し、前記再生ガスの該流れを停止し、更に前記ガス混合物の該流れを回復する手順と、
を具備する方法。
【請求項８】
該加熱は前記再生フェーズにおいて、90分を超えない期間で継続される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該加熱は前記再生フェーズにおいて、60分を超えない期間で継続される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
該加熱は、30分を超えない期間で継続される請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記単数又は複数のヒータ要素と前記吸着剤との間の距離は、前記単数又は複数のヒータ要素の最も下流の地点と前記吸着剤との間の通過時間が４分以下であるようなものである請求項７から１０いずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記再生ガスの一定の加熱速度を開始することにおいて、前記吸着剤の直ぐ上流の前記再生ガスは、１分以下の内に基本的に安定した状態の温度に到達する請求項７から１１いずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガスは空気であり、吸着により除去された構成要素は水と二酸化炭素を具備する請求項７から１２いずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
酸素富裕ガス及び窒素富裕ガスを生成するための低温蒸留による空気分離の方法が、空気の事前清浄化を具備して、少なくとも二酸化炭素及び水を除去しており、それは請求項７から１３いずれか一項に記載のスウィング吸着法により実施される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスからの構成要素の吸着において使用され、且つ吸着された構成要素の熱的に引き起こされる吸着脱離（desorption）による吸着剤のその後の再生において、使用されるための吸着剤容器に関する。それは、温度スウィング吸着法及び関連技術と、熱補助式の圧力スウィング吸着法とを含むスウィング吸着法により、ガス混合物からの構成要素の除去において使用されるための装置に更に係り、同様に低温蒸留の前に、空気の事前清浄化を含む、その様な装置等の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの環境において、ガスの流れから、固体吸着剤における吸着によりガス構成要素を除去することと同様に、吸着剤の定期的再生が必要である。除去されるガス構成要素は、内在するもの（value）であっても良く、あるいはそれらはガス混合物内の汚染要素であっても良い。
【０００３】
その様な方法において、ガスの流れは従来は、吸着剤容器に含まれる固体吸着剤に接触する状態で供給されて、除去されるべき単一又は複数の構成要素を吸着しており、これらのものは吸着剤中に次第に蓄積（built-up）されるものである。前記吸着剤における前記除去される単一又は複数の構成要素の濃度は次第に上昇し、もしプロセス（処理工程）が充分な期間続けられる場合には、吸着された構成要素は吸着剤床（ベッド）の下流端部を突破するであろう。これが発生する前に、吸着剤を再生する必要がある。
【０００４】
圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）システム（装置）において、このことは、処理されるべきガスの吸着剤への流れを停止させること、吸着剤を減圧することにより、及び通常、前記ベッド（床）において吸着される構成要素のその中身が少ない再生ガスの流れを、生産物の供給方向に対して反対の流れで、ベッドを通り通過させることにより、実行される。選択可能に、幾分の熱が再生ガスの流れに加えられても良いが、しかし一般的に、吸着剤床における吸着される構成要素の吸着により生成される熱が、吸着剤収納容器から外に出てしてしまう前に、再生を開始することを目的とする。
【０００５】
熱パルスの方向は再生プロセスにより逆転されており、問題のガス構成要素の吸着から抽出される熱は再生においてその構成要素を（吸着）脱離させる（desorbing）ために使用される。このことは、再生手順において、熱を加える必要性を少なくとも大幅に回避する。
【０００６】
これとは別の工程が温度スウィング吸着法（ＴＳＡ）として知られている。ＴＳＡにおいてサイクルタイムは伸ばされており、上記の熱パルスは、供給又はオンライン（稼動状態）期間において吸着剤床の下流の端部から外へ進行することが可能である。再生を実施するために、従って吸着されるガス構成要素を脱離するために、熱を供給することが必要である。結局、使用される再生ガスはある期間加熱されて、通常の供給方向に対して反対の流れで床（ベッド）を介して移動する熱パルスを生成する。加熱された再生ガスのこの流れは通常は、低温の再生ガスの流れにより後続されており、その再生ガスの流れは上流端部に向かって床を通る熱パルスの置換を継続する。ＴＳＡは、ＰＳＡに比較して伸張されたサイクルタイムにより特徴づけられる。ＴＳＡの変形形態は、von Gemmingen, U.により、「Reports on Technology 54-94-(Linde)」、「空気分離プラントにおける吸着式ドライアの設計」において開示されており、通常温度に比べてより低い状態で、即ち80℃から130℃で、及び短いサイクルタイムで使用される。
【０００７】
古典的なＴＳＡプロセスの修正形態は、ＴＰＳＡとして知られるUS5855650に開示される。ここでは、再生ガスは再生期間中に加熱されるので、再生ガスに加えられる熱は、吸着されるガス構成要素の吸着において発生する吸着熱の90％以下である。再生は、再生ガスの加熱の終了後も継続されて、吸着されたガス流れの構成要素を吸着脱離し続ける。
【０００８】
ＴＥＰＳＡとして知られるＴＳＡプロセスに関する別の変形形態は、US5614000に開示される。ここでは、水及び二酸化炭素等の２つの異なるガス構成要素が、オンライン期間中に吸着される。加熱される再生ガスは再生において、供給方向に対して反対の流れ方向に供給されて熱パルスを生成しており、その熱パルスは、反対の流れ方向に移動して２つの吸着される構成要素の内のより強くない被吸着物を吸着脱離する。再生ガスの加熱はその後、終了し、再生ガスの供給は、より強く吸着された構成要素が圧力スウィング吸着法により吸着脱離させることを継続させており、再生ガスはオンライン期間において前記圧力に比べてより低い圧力で供給される。
【０００９】
本発明は古典的ＴＳＡシステム（装置）に関係する一方で、それは、ＴＰＳＡ又はＴＥＰＳＡシステムによる使用に特に適しており、そこ（前記ＴＰＳＡ又はＴＥＰＳＡシステム）では通常再生ガスが加熱される期間は、古典的ＴＳＡシステムに比較して短縮される。
【００１０】
通常、上記の種類のシステムにおいて、少なくとも２つの吸着容器が存在しており、平行に接続される。任意の与えられた時間において、これらの１つは、供給ガス流れから一つ以上の構成要素を吸着するためにオンライン（稼動状態）にあり、その一方で他方は再生されるか又は、再生又はオンラインに戻るのために待機している。吸着剤含有容器は各々が、第１のマニホールドを介して、清浄化されるべきガス源に接続される。吸着剤容器の下流端部は、第２のマニホールドを介して再生ガス源に同様に接続される。
【００１１】
通常の配置は、再生ガス用のヒータが、製品供給方向において第２のマニホールドの下流（再生ガスの供給方向において上流）である、位置において具備されるものであるので、それは加熱されたガスを必要に応じて、２つの吸着剤容器のいずれかに供給するように作用する。
【００１２】
これとは別の配置は、吸着剤の上流の吸着剤容器又は吸着剤内の各々の内部にヒータを具備するものである（典型例として、US5213593、WO 96/14917、及びUS3193985参照）。その様なヒータは容器の一方の端部から他方の端部付近まで伸張する内部パイプを介して伸張しても良い。
【００１３】
ここで認識されたように、これらの配置の両者は顕著な欠点を有する。一般的なヒータが、両方の吸着剤容器に接続する、マニホールドの他方の端部に配置される場合に、ヒータで加熱されるガスが床内の吸着剤に到達して、それらの加熱を開始するために、かなりの時間期間を要する。許容範囲は、ガスがヒータから吸着剤床まで通過させられるのに必要な時間のためだけに準備される必要があるだけではなく、更に加熱される再生ガスの充分な温度が吸着剤に適用され始める前に、ガスが、全ての介在するパイプ及び弁類を加熱して温度上昇させる必要性による、余分の熱の提供のために、許容範囲が準備されなければならない。このことは、再生ガスが加熱される期間が、ＴＰＳＡ及びＴＥＰＳＡのタイプのシステムにおいてのように比較的短い場合に特に関係する。
【００１４】
他方において、ヒータが吸着剤含有容器自体に設置される場合に、このことは、ヒータの保守のためのアクセスにおける困難性及び吸着剤を有する吸着剤容器を充填することをより困難にすることになる。それはまた、混合の欠如、分配の悪さ、及び吸着剤の各粒子が充分な再生のために適切な温度まで加熱されることの確保における最適な熱伝達に比べてより少ないことによる、困難性を高くする。吸着剤材料は、高い熱伝導性により特徴づけられず、更にガスと吸着剤との間の熱伝達係数は悪い。種々のタイプのヒータが、吸着剤容器内部で使用されてきており、マイクロウェーブ（波）放射と、電気ヒータ要素と、容器内部に突出するラジアル（半径方向の）フィンを有する外部加熱ジャケットと、軸方向に伸張するキューリー(Curie)ポイント（点）ヒータの使用とを含む。しかし全てのこれらの直接的加熱方法は上記の困難性を与えてしまう。
【００１５】
EP1072302Aは、多孔壁内に触媒材料を有するチューブがヒータを含む室（チャンバー）の本体に依存する（支持される）、配置を開示する。再生ガスは前記チャンバー内へ流入して、前記触媒材料を加熱し更にそれを通り通過する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、ガスからの構成要素の吸着において使用され且つ吸着された構成要素の熱的に引き起こされる吸着脱離による吸着剤のその後の再生において使用されるための、吸着剤容器において、前記吸着剤容器内の吸着剤等の迅速な加熱を可能にして、その結果再生ガスの迅速な加熱を可能にすると共に、前記容器内にヒータが設置される場合における該ヒータへのアクセス等の保守における困難性や、該容器への吸着剤の充填等における困難性を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、ガスからの構成要素の吸着において使用されるためで、該構成要素の熱的に引き起こされる吸着脱離（desorption）によるその後の再生において使用されるための吸着剤容器を提供しており、該容器は、少なくとも一つのヒータ要素を含む入口ノズルを有する再生ガスのための入口と、再生ガスのための出口とを具備しており、該再生ガスのための入口及び出口は、吸着剤の本体を含むフローチャンバーを具備する、流路により分離されており、更にそこでは該吸着剤の本体は、該再生ガスのための入口に隣接する、第１の端部と、該再生ガスのための入口から離れる、第２の端部とを有しており、更に前記ヒータ要素又は各ヒータ要素は前記吸着剤の本体の該第１の端部を通り貫通しないように設置される。前記ノズルの横断面積は、使用において、ガスが、前記入口から前記容器を介して通過して、前記出口を介して放出される場合に、前記ノズルを通るガスの速度の見せかけの（superficial）容器速度に対する比は、1.5に比べてより大きく、例えば2.8であり、約４であることが好ましいようなものである。
【００１８】
前記ノズルを通るガス流れの速度は、ガスの体積流量及びノズルの横断面積に基づいて計算されており、それ（ノズル）の全体的横断面の寸法はそこのヒータ要素により占められる空間より小さい。
【００１９】
この文脈における見かけの（superficial）容器速度は、そこにある吸着剤の存在を無視して、前記吸着剤容器を通るガスの体積流量及び前記容器を通るガスの流路の横断面積に基づいて計算された、ガス速度である。
【００２０】
前記ヒータ要素上のガス速度の前記吸着剤容器内の見かけの容器速度に対する比は、本発明に従う好適な配置を、前記吸着剤容器内のヒータ要素の使用から更に差別化しており、前記再生ガスの加熱の均一性と改善された撹拌とを実現しており、従って前記吸着剤は、前記ヒータ要素と前記再生ガスとの間における高い熱伝達係数を形成する。
【００２１】
マニホールドを構成するパイプ及びバルブ類を介して前記吸着剤容器に接続される、遠隔位置におけるよりむしろ前記吸着剤容器に接続する入口ノズル内のヒータの位置は、前記再生ガスに適用される熱が、かなりより良好に配列され且つ形状づけられた熱パルスにおいて、前記吸着剤にかなりより速く連絡されることを確保しており、その熱パルスは再生サイクルタイムの最小化を可能にする。
【００２２】
前記吸着剤の再生は、前記吸着剤床の温度より高い温度で、適当には０から200℃までの温度で、好適には40から100℃で、再生ガスを使用して適切に実施される。プロセスは、再生ガスの供給ガスに対する質量流量比が0.05から0.8で、あるいはより好適には0.1から0.5で、運転されても良い。
【００２３】
ＴＳＡプロセス及びＴＰＳＡプロセスにおいて適切に、前記供給ガスは、６から1,000分、更に好適には70から300分の時間間隔で前記吸着区画に供給される。ＴＥＰＳＡプロセスにおいて、前記供給ガスは、パージガスの有効性に依存して、10から200分、好適には20から120分の時間間隔で前記吸着区画に適切に供給される。
【００２４】
本発明の容器において、該少なくとも一つのヒータ要素から前記容器内の吸着剤までの距離は、2.5ｍ以下であることが好ましく、1.5ｍ以下、例えば約0.5ｍ等であることがより好ましい。
【００２５】
本発明は、吸着剤再生フェーズを有するスウィング吸着法により、ガス混合物からの少なくとも一つの構成要素の除去において使用するための装置を具備する。
該装置は吸着剤容器を具備しており、前記吸着剤容器は、該ガス混合物のための入口と、吸着剤の本体を含むフローチャンバーを具備する流路により分離される、清浄化されたガスのための出口と、を具備しており、更に再生ガスのための入口と、該フローチャンバーを具備する流路により分離される、再生ガスのための出口とを有しており、該ガス混合物のための該入口及び清浄化されたガスのための該出口は、再生ガスのための該出口と再生ガスのための該入口とをまた選択可能に形成しており、再生ガスのための該入口は少なくとも一つのヒータ要素を含む入口ノズルを有しており、そこでは該吸着剤の本体は、再生ガスのための該入口に隣接する第１の端部と、再生ガスのための該入口から離れる第２の端部とを有しており、更に前記ヒータ要素又は各ヒータ要素は前記吸着剤の本体の該第１の端部を通り貫通しないように設置される。該装置は、ガス混合物のための該入口に接続するように分離される、ガス混合物源と、再生ガスのための該入口に接続される、再生ガス源と、吸着及び再生サイクルを作動させるための制御手段と、を具備しており：そこではガス混合物は、第１の流れ方向において該吸着剤上を通過させられて、少なくとも一つの構成要素の吸着により清浄化されて、更に前記ガス混合物の前記吸着剤上の流れは停止させられており；再生ガスは、同じ流れ方向又は反対の流れ方向において前記吸着剤上を通過させられており、該再生ガスは該ヒータ要素により加熱されており；更に前記再生ガスの流れは止められて、前記ガス混合物の流れが再開する。
【００２６】
その様な装置は、作動のために平行に配置される、２つ以上の該吸着剤容器を具備することが好ましく、少なくとも一つの該容器は吸着のためにオンライン（稼動状態）にある一方で、少なくとも一つの別の該容器は再生されていることが好ましい。
【００２７】
該制御手段は該装置を作動させて、ＴＳＡ、ＴＥＰＳＡ、又はＴＰＳＡを実行することが好ましい。
【００２８】
本発明はガス混合物からの少なくとも一つの構成要素の除去のスウィング吸着法を更に提供しており、該方法は、吸着フェーズにおいて、
該ガス混合物を第１の方向において吸着剤容器内へ通過させる手順であって、前記吸着剤容器は、該ガス混合物のための入口と、吸着剤の本体を含むフローチャンバーを具備する流路により分離される、清浄化されたガスのための出口と、を具備しており、更に再生ガスのための入口と、該フローチャンバーを具備する流路により分離される、再生ガスのための出口とを有しており、該ガス混合物のための該入口及び清浄化されたガスのための該出口は、再生ガスのための該出口と再生ガスのための該入口とをまた選択可能に形成しており、再生ガスのための該入口は少なくとも一つのヒータ要素を含む入口ノズルを有しており、そこでは該吸着剤の本体は、再生ガスのための該入口に隣接する第１の端部と、再生ガスのための該入口から離れる第２の端部とを有しており、更に前記ヒータ要素又は各ヒータ要素は前記吸着剤の本体の該第１の端部を通り貫通しないように設置されていて、該ガス混合物は少なくとも一つの構成要素の吸着により清浄化されており、そしてある期間の後、前記ガス混合物の該容器への流れを停止させる、手順と、
再生フェーズにおいて、再生ガスを該容器内へ再生ガスのための該入口を介して、同じ流れの方向又は反対の流れの方向において通過させる一方で、該再生ガスをある期間の間、該ヒータ要素により加熱し、前記再生ガスの該流れを停止し、前記ガス混合物の該流れを回復する手順と、を具備する。
【００２９】
該加熱は前記再生フェーズにおいて、90分（ＴＥＰＳＡに関して適切である）を超えない期間で、選択可能には60分を超えない期間、例えば３０分を超えない期間（両者ともＴＰＳＡに関して適切である）で、継続されることが好ましい。
【００３０】
前記単数又は複数のヒータ要素と前記吸着剤との間の距離は、前記単数又は複数のヒータ要素の最も下流の地点と前記吸着剤との間の熱パルス通過（transit time）時間が４分以下であるようなものであることが好ましい。
【００３１】
前記再生ガスの一定の加熱速度を開始することにおいて、前記吸着剤の直ぐ上流の前記再生ガスは、１分以下の内に基本的に安定した状態の温度に到達することが好ましい。
【００３２】
適切には、清浄化されたガスは空気であり、吸着により除去された構成要素は水と二酸化炭素を具備する。
【００３３】
本発明は、酸素富裕ガス及び窒素富裕ガスを生成するための低温蒸留による空気分離法を具備しており、空気の事前清浄化を具備して少なくとも二酸化炭素及び水を除去しており、それは上記のスウィング吸着法により実施される。
【００３４】
本発明は添付図を参照して更に説明され図解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明はスウィング吸着法によるガス混合物からのガス構成要素の分離に広く適用可能であるが、しかし本明細書では低温空気分離の前の、水、二酸化炭素及び他のより少数の汚染物質の除去による空気の事前清浄化を説明することにより、以下の記述においてそれを例示する。
【００３６】
空気の低温清浄化には、高温沸騰の排除及び危険な材料（materials）の除去の両者のための事前清浄化手順が必要である。空気構成要素の基本的な高温沸騰は水と二酸化炭素とを具備する。もし環境空気からのこれらの不純物の除去が達成されない場合には、水と二酸化炭素は、分離プロセスの低温部分（セクション）（熱交換器及び液体酸素サンプ（汚水溜め））において凍結し、圧力低下、流れの問題及びオペレーション上の問題を生じる。アセチレン、亞酸化窒素及び別の炭化水素等を含む、種々の危険な材料はまた除去されなければならない。炭化水素高温沸騰には問題があり、その理由はそれらが、爆発危険の可能性をもたらす蒸留塔のＬＯＸセクションにおいて濃縮するからである。
【００３７】
一般的に空気の事前清浄化は、ＴＳＡ及びＰＳＡを含んでも良い吸着清浄プロセスにより実行される。
ＴＳＡプロセスは、環境より高い温度まで加熱されるべき再生ガス蒸気を必要とする。歴史的にこれらのプロセスは、150℃またはそれ以上の再生ガス温度を含むことが出来る。典型的な配置は、再生ヒータが吸着剤容器の間に分かれて搭載されており、一般的に図１に示されるような配管と弁の配置によりそれらが接続される。
【００３８】
ここで空気分離プラントは、低温蒸留部分（セクション）１０と、事前清浄化部分１２とを具備する。事前清浄化部分は、圧縮空気をアフタークーラー１６に供給する主空気圧縮機１４を具備しており、前記アフタークーラー１６は前記圧縮され冷却された空気から環境水を凝縮させており、前記空気は、前記圧縮された空気がサブクーラー２０において更に冷却される前に、分離器１８において除去される。前記冷却され圧縮された空気は、２つの同一の吸着剤容器２４，２６の各々の上流の端部を接続する入口マニホールドアセンブリ２２に供給される。これらの各々は、吸着剤床２８を形成する固体吸着剤の１つ以上の層を含んでおり、吸着剤床２８は第１の端部５４と、対向する端部５６とを有する。プレナム（物質充満空間）５７は床（ベッド）２８の上に具備されており、同様のプレナムが床２８の下に具備される。吸着剤容器２４，２６は、下流のマニホールドアセンブリ３０によりそれらの上部又は下流端部において接続される。マニホールド３０の下流ではヒータ３２が接続されて、低温分離ユニット１０からライン３４を介して、例えば窒素等の乾燥ガスの流れを受け入れる。清浄化された圧縮空気は、事前清浄化部分１２から低温分離部分１０へライン３６を介して供給される。
【００３９】
使用において圧縮空気は、２つの床２４，２６の一方へ入口マニホールド２２を介して供給されており、前記床では水と二酸化炭素と他の汚染物質が吸着される。清浄化された空気はライン３６においてマニホールド３０を介して低温空気分離ユニット１０内へ通過する。吸着後の適切な時間が充分な期間継続されて、入口空気の流れは、入口マニホールド２２を使用して２つの吸着剤容器２４，２６のもう一方に切り替えられる。例えば窒素等のガスの流れはその後、ライン３４を介してヒータ３２まで通過し、更に出口マニホールド３０を介して前にオンラインにあった前記床まで流れる。再生ガスが加熱される期間は、プロセスが純粋なＴＳＡプロセスとして運転されているか、又はＴＰＳＡ又はＴＥＰＳＡ等のその変形形態の１つとして運転されているかのいずれかに依存するであろう。
【００４０】
本発明により提供される改善により、ヒータ３２は除去されて、２つの吸着剤容器の各々は図２に示されるように、吸着剤容器の製品流れの下流端部において再生ガスのための入口ノズル内に具備されるヒータを具備する。ここでは容器２４は吸着剤２８の第１の端部５４に隣接するノズル４０を装備し、更に入口アーム４２とフランジ付き出口４４とを有するように示されており、それ（フランジ付き出口４４）は吸着剤容器２４の口部においてフランジ４６に適合する。ノズル４０の主要部分内に、指状の複数のヒータ要素５０を有するヒータユニット４８が具備されており、前記ヒータ要素５０はお互いに平行に、且つ入口アーム４２に対して直角で、且つ吸着剤容器２４の軸線に対して一般的に平行に伸張する。
【００４１】
分配器又はフィルタアセンブリ５２は、フランジ４４，４６間に設置されており、ヒータ要素の端部の下で下方に伸張する。ヒータ要素は吸着剤床２８の頂端部５４の直前で終了する。
【００４２】
容器２４が再生される場合に、再生ガスはマニホールド３０を介して入口４２に供給されており、ヒータ４８は、それ（再生ガス）がノズルを通過する際に、再生ガスを加熱するために作動される。
これは、再生ガスが吸着剤容器２４に流入する際に、再生ガスの迅速且つ均一な加熱を実施する。
【００４３】
図３に示されるようにこれとは別の実施の形態は、吸着剤床が図２の軸方向の流れよりむしろ半径方向の流れのように形成されること以外は同様である。吸着剤は、吸着剤床２８の第１の端部５４において環状の壁６０の下に位置する。ノズル４０から、軸方向に伸びるチューブ６２が吸着剤床を介して下方に伸張しており、前記床内には壁細孔６４が具備される。チューブ６２は、床の第２の端部を閉じる、ブランキング（空白）板（図示されない）において終結しており、そのブランキング板はその角部の周りに孔を有しており、その角部の孔は、ガスが吸着剤床の半径方向の外側にある環状空間６６から及び環状空間６６へ、通過することを可能にしており、前記環状空間６６は吸着剤床の下のプレナム空間に連絡しており、その下のプレナム空間に再生ガスのための出口がつながる（また、清浄化されるガスのための入口として作用する）。これとは別に従来技術において既知なように、空間６６からの及びそこへの連絡は、プレナム５７へであっても良く、出口／入口は、そのプレナムと連絡する容器の壁に具備されても良い。
【００４４】
使用において清浄化されるべきガスは、供給ガスのための入口（図示されない）を介して容器へ流入し、吸着剤を通り半径方向内側にチューブ６２内へ流入し、更にノズル４０を介して外へ通過する。再生のために再生ガスはノズル４０を介して導入されて、要素５０により加熱され、チューブ６２を介して下方に通過し、更に細孔６４を介して吸着剤床２８内へ流入する。再生ガスは、環状空間６６から回収されて、再生ガスのための出口を介して吐出される。
【００４５】
図４においてノズル４０は、再生ガスの供給部とガス分離ユニットとに接続するパイプの形で形成されており、そのパイプはフランジ４４で終結しており、そのフランジ４４には多数の圧力密閉式加熱フィン７０が支持されており、そこ（加熱フィン７０）にはそれぞれの加熱要素５０が配置される。これらにエネルギが供給されると、熱は要素５０から加熱フィンに伝達される。高流速の領域に配置されるこれらのものは、再生ガスに熱を伝達するのに適切なものである。ヒータにおける高い乱流により、ガスは良好に混合される。もしオプションであるフィルタアセンブリ５２が具備されるならば、追加的混合が生じるであろう。従って吸着剤床には、均質な温度において再生ガスの流れが作用する。
【００４６】
加熱要素のための熱源は、電気抵抗ヒータと、マイクロウエーブと、蒸気とを含む、種々の種類のものであっても良い。
【００４７】
解説されたような本発明の利点は、分離したヒータ圧力容器と、配管、弁及び吸着剤容器自体の熱設備と、に関連する費用の回避を具備しており、その熱設備はまた図１の案において、加熱が必要な各時間において再生ガス温度まで加熱される必要がある。更に、前に記述した吸着剤容器内におけるヒータ要素に関係する別のオペレーション上の困難及び不均一な加熱が回避される。
【００４８】
図解により、再生ガスとして2700Nm3/hr（時間当たりの常圧時（ノルマル）立方メータ）のＮ2（窒素）が0.21ｍの直径の配管を介して1.1baraで、ヒータから吸着剤容器までの11ｍの距離にわたって流れると仮定すると、ガス滞留時間は５秒程度であるが、しかし熱パルス滞留時間（即ち、容器に到達した再生ガスが充分な温度まで上昇するための時間）は12分程度である。ヒータから容器までの７ｍにおける、熱パルス滞留時間は１０分程度である。しかし、解説されるような本発明による案を使用すると、熱パルス滞留時間は基本的にゼロ（０）になるであろう。
【００４９】
本発明は、例えば水平の吸着剤床、同様に垂直の吸着剤床等の図示されるもの以外の容器の幾何学的形状や、再生の流れが図２に示されるような下方向よりはむしろ上方向である床に適用可能である。
【００５０】
本明細書において、特別にさもなければ指示されない限り、用語「ｏｒ」は、条件の内唯一つが合致することが必要である、オペレータ（演算子）「排他的（exclusive） or」の反対として、述べられる条件のいずれか又は両者が合致する場合に、オペレータが真の値に戻る、オペレータの意味で使用される。用語「具備する（comprising）」は、「により構成される（consisting of）」を意味することよりむしろ「含む（including）」の意味で使用される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、低温空気分離装置に備えられる典型的なＴＳＡ事前分離清浄化ユニットを示す。
【図２】図２は本発明による吸着剤容器の一方の端部の図解的長手方向横断面図を示す。
【図３】図３は図２の装置の変形形態を、図２と同様な状態で示しており、そこでは吸着剤床が半径方向流れの床である。
【図４】図４は図２の装置の変形形態を半分の断面で示しており、別のタイプのヒータを使用する。
【符号の説明】
【００５２】
２４…吸着剤容器
２８…吸着剤
４０…ノズル
４２…入口アーム
４４…フランジ付き出口
４６…フランジ
４８…ヒータユニット
５０…ヒータ要素
５２…分配器又はフィルタアセンブリ
５４…第１の端部
５７…プレナム
【図１】
2004167487.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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