(57)【要約】本発明は気体酸素を吸着によって圧縮空気から製造する方法であって：a)所定の純度閾値(VPS)以上の純度を有する気体酸素を可変製造流量(Dp)で製造する少なくとも１つの吸着ユニットを使用することと；b)a)で製造した気体酸素を回収することと；c)工程a)で製造した気体酸素の純度(Pp)を測定してこれを設定純度閾値(VPS)と比較することと；d)酸素製造流量(Dp)を工程c)の比較に応じて：i)工程c)で測定した酸素純度(Pp)がVPS>Ppである場合には酸素製造流量(Dp)を下げ、またはii)工程c)で測定した酸素純度(Pp)がVPS<Ppである場合には酸素製造流量(Dp)を上げるように調節することとを含み、X<0.5％でVSP=Pp+X，ここでXは標準偏差である，となる気体酸素純度(Pp)を得る方法に関する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体酸素を圧縮空気から吸着によって製造する方法であって：
ａ）所定の純度閾値（ＶＰＳ）以上の純度を有する気体酸素を可変の製造流量（Ｄp）で少なくとも１つの吸着ユニットを用いて製造し、
ｂ）ａ）で製造された気体酸素を回収して、少なくとも１つのガスパイプラインを用いてユーザーの場所または貯蔵場所に運び、
ｃ）工程ａ）で製造され前記ガスパイプラインで運ばれる気体酸素の純度（Ｐp）を前記ユーザーの場所または貯蔵場所の前で測定して、設定純度閾値（ＶＰＳ）と比較し、
ｄ）前記ユーザーの場所または貯蔵場所の前で、酸素製造流量（Ｄp）を工程ｃ）で行った比較に応じて：
ｉ）工程ｃ）で測定した酸素純度（Ｐp）がＶＰＳ＞Ｐpである場合には酸素製造流量（Ｄp）を下げ、または
ｉｉ）工程ｃ）で測定した酸素純度（Ｐp）がＶＰＳ＜Ｐpである場合には酸素製造流量（Ｄp）を上げる
ように調節して：
Ｘ＜０．５％でＶＳＰ＝Ｐp＋Ｘ，ここでＸは標準偏差である，
となる気体酸素純度（Ｐp）を得て、
工程ｄ）の後に以下の工程：
ｅ）製造された酸素を製造流量（Ｄp）でユーザーの場所に送る工程と、
ｆ）ユーザー流量（Ｄu）がＤu＞Ｄpである場合、液体酸素（ＬＯＸ）の供給源からくる酸素を前記ガスパイプラインに追加し、液体酸素を前記ガスパイプラインへの導入前に気化させ、それによりＶＰＳ＝Ｐu＋Ｘとなる所定のユーザー酸素純度（Ｐu）を得る工程と
をさらに含み、ここで：
−酸素純度（Ｐu）は前記パイプライン上の液体酸素（ＬＯＸ）の注入場所の下流において測定され、
−前記ユーザー流量（Ｄu）は前記ユーザーの場所で消費される酸素の流量である
方法。
【請求項２】
工程ｄ）において、前記酸素製造流量をＸ＜０．３％、好ましくはＸ＜０．２％でＶＰＳ＝Ｐp＋Ｘとなるように調節することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ｄ）において、前記酸素製造流量をＸ＜０．１％でＶＰＳ＝Ｐp＋Ｘとなるように調節することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
工程ｂ）において、前記ガスパイプラインを用いて前記ユーザーの場所に運ぶ前に、回収した気体酸素を圧縮することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
工程ａ）において、気体酸素をＶＳＡまたはＰＳＡタイプの吸着ユニットによって製造することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記純度閾値（ＶＰＳ）が少なくとも７０体積％、好ましくは８５ないし９５％、有利には９０％ないし９３％であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
工程ａ）において、酸素よりも優先的に窒素を吸着する少なくとも１種の吸着剤での窒素の吸着による空気の分離によって酸素を製造し、前記吸着剤が好ましくはゼオライトであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
工程ｄ）において、製造された酸素を運ぶ前記ガスパイプライン上に設けられたバイパスラインに位置した再循環バルブを開くことによって酸素製造流量を調節し、前記バイパスラインは前記ガスパイプライン上の前記吸着ユニットの下流に位置した少なくとも１つのガス圧縮器をバイパスすることを可能にし、さらに、前記少なくとも１つの圧縮器の上流に、前記圧縮器の下流で集めた酸素をリサイクルするのに役立つことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
−前記製造流量（Ｄp）が１００ないし６０００Ｎｍ3／ｈであり；
−前記ユーザー流量（Ｄu）が１００ないし１００００Ｎｍ3／ｈであり；
−酸素の純度（Ｐp）が８８ないし９５％であり；および
−前記ユーザー酸素純度（Ｐu）が８８ないし１００％である
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は酸素リッチガスを周囲空気から製造する吸着によるガス分離方法またはユニット、特にＶＳＡタイプの方法またはユニットを制御する方法に関する。
【０００２】
吸着によるガス分離ユニット、特にＶＳＡタイプのユニットの出口で製造される酸素リッチガスの純度を制御する可能性は特に文献US-A-5258056において既に研究されている。
【０００３】
この酸素純度を制御することの困難性は、この純度を制御する多くの可能性がある場合、サイクル時間、吸着器中の圧力、流量および／またはユニットの圧力などに影響を与える作用変数の選択にある。
【０００４】
これらの困難性を考慮して、一般に「Ｏ2 ＶＳＡ法」と呼ばれる酸素を製造するためのＶＳＡ法は、現在のところ、圧縮出口での圧力もしくは流量および／または吸着器中の最大圧力に関する単純な制御ループによって制御されている。
【０００５】
正確な制御のこの非存在は生産性の減少をしばしばもたらし、Ｏ2 ＶＳＡの製造がたとえばガラス、製紙用パルプを製造するため、水産養殖を提供するためなどのその用途にとって最低限の純度および／または酸素流量をユーザーに保証するには不十分である場合に、液体酸素（ＬＯＸ）の追加供給をこのユーザーに提供することを必要とする。そして、ユーザーへの液体酸素のこの追加供給は多額な超過コストを生じさせる。
【０００６】
文献US-A-5258056は大気空気から窒素を製造するＰＳＡ法を教示しており、ここでは酸素が除去されるべき不純物である。不純物、すなわち酸素の濃度はＰＳＡシステムに入る空気の供給を制御するのに使用される。
【０００７】
さらに、文献US-A-4725293は、周囲空気から窒素を製造することを可能にもする類似したＰＳＡ法を記載している。
【０００８】
それにより生じる課題は、ＶＳＡ法および／またはユニットの効果的な制御を行ってその生産性を向上させることによって、液体酸素の供給を最小にできることである。
【０００９】
本発明の解決策は、気体酸素を圧縮空気から吸着によって製造する方法であって：ここでは、
ａ）所定の純度閾値（ＶＰＳ）以上の純度を有する気体酸素を可変の製造流量（Ｄp）で少なくとも１つの吸着ユニットを用いて製造し、
ｂ）ａ）で製造された気体酸素を回収して、少なくとも１つのガスパイプラインを用いてユーザーの場所または貯蔵場所に運び、
ｃ）工程ｂ）で製造され前記ガスパイプラインで運ばれる気体酸素の純度（Ｐp）を前記ユーザーの場所または貯蔵場所の前で測定して、設定純度閾値（ＶＰＳ）と比較し、
ｄ）前記ユーザーの場所または貯蔵場所の前で、酸素製造流量（Ｄp）を工程ｃ）で行った比較に応じて：
ｉ）工程ｃ）で測定した酸素純度（Ｐp）がＶＰＳ＞Ｐpである場合には酸素製造流量（Ｄp）を下げ、または
ｉｉ）工程ｃ）で測定した酸素純度（Ｐp）がＶＰＳ＜Ｐpである場合には酸素製造流量（Ｄp）を上げる
ように調節して：
Ｘ＜０．５％でＶＳＰ＝Ｐp＋Ｘ，ここでＸは標準偏差である，
となる気体酸素純度（Ｐp）を得て、
ｅ）製造された酸素を製造流量（Ｄp）でユーザーの場所に送り、
ｆ）ユーザー流量（Ｄu）がＤu＞Ｄpである場合、液体酸素（ＬＯＸ）の供給源からくる酸素を前記ガスパイプラインに追加し、液体酸素を前記ガスパイプラインへの導入前に気化させ、それによりＶＰＳ＝Ｐu＋Ｘとなる所定のユーザー酸素純度（Ｐu）を得て、
ここで：
−酸素純度（Ｐu）はパイプライン上の液体酸素（ＬＯＸ）の注入場所の下流において測定され、
−ユーザー流量（Ｄu）は前記ユーザーの場所で消費される酸素の流量である。
【００１０】
場合に応じて、本発明による方法は以下の特徴のうちの１つ以上を有してもよい：
−工程ｄ）において、酸素製造流量をＸ＜０．３％、好ましくはＸ＜０．２％、より好ましくはＸ＜０．１％でＶＰＳ＝Ｐp＋Ｘとなるように調節する；
−工程ｂ）において、ガスパイプラインを用いてユーザーの場所に運ぶ前に、回収した気体酸素を圧縮する；
−工程ａ）において、気体酸素をＶＳＡまたはＰＳＡタイプの吸着ユニットによって製造する；
−純度閾値（ＶＰＳ）は少なくとも７０体積％、好ましくは８５ないし９５％、有利には９０ないし９３％である；
−工程ａ）において、酸素よりも優先的に窒素を吸着する少なくとも１種の吸着剤での窒素の吸着による空気の分離によって酸素を製造し、前記吸着剤は好ましくはゼオライトである；
−工程ｄ）において、製造された酸素を運ぶガスパイプライン上に設けられたバイパスラインに位置した再循環バルブを開くことによって酸素製造流量を調節し、前記バイパスラインは前記ガスパイプライン上の吸着ユニットの下流に位置した少なくとも１つのガス圧縮器をバイパスすることを可能にし、さらに、前記少なくとも１つの圧縮器の上流に、前記圧縮器の下流で集めた酸素をリサイクルするのに役立つ；
−製造流量（Ｄp）は１００ないし６０００Ｎｍ3／ｈである；
−ユーザー流量（Ｄu）は１００ないし１００００Ｎｍ3／ｈである；
−酸素の純度（Ｐp）は８８ないし９５％である；
−ユーザー酸素純度（Ｐu）は８８ないし１００％である。
【００１１】
本発明の解決策は、それゆえに、純度を純度閾値（ＶＰＳ）に制御するためのループをＯ2 ＶＳＡユニットに設置することに基づいており、このループは、「ＬＯＸ」と呼ばれる液体酸素の必要量を下げるように、製造される酸素の流量（Ｄp）をリアルタイムで調節することを目的としている。
【００１２】
詳細には、現在使用している運転モードに応じて、ＶＳＡユニットの流量制限を、ＶＳＡユニットにより製造される酸素富化ガスのＯ2純度（Ｐp）が常に顧客が設定した設定閾値（ＶＰＳ）より高くなるように、たとえば９０体積％の純度になるように設定する。
【００１３】
しかしながら、これは望ましい純度閾値（ＶＰＳ）よりも遥かに高い、場合によってはたとえば９２％に達しうるＯ2純度値（Ｐp）をもたらす。
【００１４】
この現象は、図１から分かるように、特に気候変数、たとえば日中／夜間および夏季／冬季の温度差によるものである。
【００１５】
本発明の制御ループの原理は、ＶＰＳに等しいまたはＶＰＳからほんの僅か（標準偏差０．１％）だけ異なる製造される酸素の純度（Ｐp）を確実にするようにこの流量（Ｄp）をリアルタイムで調節し、それによりＬＯＸの使用を避けるまたは最小限にすることにある。
【００１６】
それゆえにこのタイプの制御は、ＶＳＡの生産性を最適にすることによってＬＯＸを節約し、Ｏ2の純度を「下げない」ようにＶＳＡの流量を流量の減少に合わせることにより「純度サーチ」タイプの手順の数の削減を達成することを可能にし、それにより酸素製造流量（Ｄp）の制御を変更するユーザーの関与の削減をもたらす。
【００１７】
図２は本発明による方法の動作原理を図式化したものであり、この方法は、望ましい純度閾値（ＶＰＳ）を設定する少なくとも９０体積％に純度が永続的に保持されなければならない酸素を製造するＯ2 ＶＳＡタイプの吸着ユニット１に適用される。
【００１８】
製造された酸素はＯ2 ＶＳＡ（領域１）の出口で回収され、少なくとも１つの圧縮器（領域２）によりパイプラインを通して容器（図示しない）の方にクライアントの場所（領域４）まで運ばれる。
【００１９】
酸素流量を制御するために、再循環バルブＱrが流量制御ループまたは「ループＦＩＣ１」にしたがって動かされる。後者の機能は、ユニットの製造流量（Ｄp）を、クライアントの需要（Ｄu）とは無関係に、オペレータが設定した値に制限することである。
【００２０】
それゆえに、本発明の制御原理はループＦＩＣ１の参照を酸素純度測定値（Ｐp）に応じて変更することにある。
【００２１】
言い換えると、制御ループの原理は、製造流量制限（Ｄp）をリアルタイムで変更して、ＶＳＡユニットの能力限界にある純度を確実にすることにある。この変更は、図３に示す、いわゆる「予測」または「スミス予測器」制御アルゴリズムを用いる機能図によって達成される。
【００２２】
このタイプの制御の利点は、それがモデル化された純度（Ｐpm）を与えるモデルによってＯ2純度（Ｐp）を「予測」し、それにより予測による制御を可能にすることにある。
【００２３】
この制御システムを設置することは、図４の曲線で示したように、日中／夜間のサイクルとは無関係に０．５％未満、典型的には約０．１％の標準偏差でＶＰＳ付近の純度分布を得ることを可能にする。
【００２４】
しかしながら、図２に示したように、ユーザーの流量（Ｄu）が製造流量（Ｄp）よりも大きくなる場合、この酸素需要は液体酸素（ＬＯＸ）の供給源からくるバックアップ酸素を導入することによって補償され、この供給源は気体酸素をＶＳＡからユーザーの場所へと運ぶパイプラインに接続されている。ＬＯＸをパイプラインへのその注入（領域３）前に予め気化させる。たとえば、使用酸素純度値（Ｐu）はＶＰＳ＝Ｐu＋Ｘとなるように得られ、ここでＰuはパイプラインへのＬＯＸの導入場所の下流で測定したＯ2純度である。
【００２５】
バックアップＬＯＸのこの注入は、ユーザーの場所からの酸素需要のピークに応ずることを可能にするので特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年5月21日(2012.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【図１】図１は特に気候変数、たとえば日中／夜間および夏季／冬季の温度差による現象を示している。
【図２】図２は本発明による方法の動作原理を図式化したものである。
【図３】図３は、製造流量制限（Ｄp）をリアルタイムで変更して、ＶＳＡユニットの能力限界にある純度を確実にする機能図である。この図は、いわゆる「予測」または「スミス予測器制御アルゴリズム」を用いる。
【図４】図４は、日中／夜間のサイクルとは無関係な、０．５％未満、典型的には約０．１％の標準偏差でＶＰＳ付近の純度分布を示している。
【国際調査報告】
2012530038.tif 000007
2012530038.tif 000008
2012530038.tif 000009
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