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TW203562B - - Google Patents

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TW203562B
TW203562B TW081107986A TW81107986A TW203562B TW 203562 B TW203562 B TW 203562B TW 081107986 A TW081107986 A TW 081107986A TW 81107986 A TW81107986 A TW 81107986A TW 203562 B TW203562 B TW 203562B
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gas
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exhaust gas
nitrogen
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TW081107986A
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Praxair Technology Inc
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Publication date
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Description

203562 A(； R(i 經濟部中央標準局3工消费合作杜印" 五、發明説明（1 ) 本發明偽關於使用壓變吸附法，和氣體薄膜分離方法 及糸統之方式來進行氣體的純化分離。說的更明確一點 ，它係關於回收一種高純度的氣醴産物，和高純度的次 要氣體産物。 壓變吸附（PSA)方法和糸統己廣泛的使用於各種工業 用途來製造高純度的氣流β在此類的方法中，含有一種 較易吸附成份和一種較難吸附成份的進料氣體混合物， 通常是在較高的吸附壓力下，通入一痼能選擇性吸附較 易吸附成份的吸附床中。之後再將該吸附床予以減壓至 一傾較低的脱附壓力以使較易吸附之成份由吸附物質中 脱附出來，並且在加入更多量的進料氣體於吸附床中， 以進行週期性吸附一脱附操作之前，使其在吸附床中能 連缠的被移走。此類的PSA方法通常是在多床糸統中進 行，每一個吸附床相對於糸統中的每一個其它吸附床重 覆循環進行所需的PSA操作順序。 PSA条統一般常用於工業上，以由定的進料氣體來源 中，産生單一的産物氣流。為了分離空氣，PSA糸統可 達到所需的氣氣和氮氣之分離，這是因為不論是對氣氣 或氮氣而言，所使用的吸附劑具有較高的選擇性之故。任 何一種特殊的吸附劑物質之吸附容量在高壓下都會提高 ,而在低壓下都會降低。在用於製造高純度氣氣産物的 P S Α程序和糸統中，所使用之吸附劑可為對所需之氧氣 産物或是對氮氣具較高選擇性的吸附劑。若所使用之吸 ------------------{-------裝！----.玎------- '-"問-背面之注念麥喟冉塥‘^本1、) 本紙張火戍適闹中凶國家作準（CNS) 現格（210 X烈7 W凌〉 81.9.20,000 ΛΓ. ΠΓ) 203562 五、發明説明（3 ) 附劑為選擇性吸附氟的物質之条統，如沸石型分子篩， 則氣氣産物成為較不易吸附的成份，而在較高的吸附壓 力下，在吸附的過程中，由吸附床中被移出。當在条統 中氧氣所需的産物，而使用選擇性吸附氣的物質做為吸 附劑時，如碩分子篩，則氧氣産物成為較易吸附的成份 ，而在吸附床減壓至它的脱附壓時而産生β在？3纟方法 和条統中，當氮氣為所需之産物時，類似效果將視PSA 条統所使用的吸附劑為選擇性吸附氧或是選擇性吸附氮 的吸附劑而定。 熟習此技鏟者都了解：PS Α条統先天上就無法將任何 想要的進料氣流成份由進料氣流的其它成份中完全分離 出來。一般而言，PS A分離操作可産生含有高百分比的 某種成份以及小量其它成份的氣流産物》而由PSA条中 所排出的其它氣流，亦即廢氣，將含有進料氣體中的所 有成份。吸附糸統並未將進料氣流中的任何一種成份完 全分離出來的這個事實，也就是為什麼在PSA方法中總 是存在箸所謂”廢氣"的緣故。通常，這種非産物的廢氣 中並未含有足夠高之比例的任何一種成份，而使其無法 用於實際的商業操作上。因此，廢氣對於氣體分離操作 的最終使用者而言，並未具有明顯的價值》 在具商業上之重要性的PSA -空氣分離技術中，相當希 望能回收廢氣中最重要的成份，也許是氣氣或氮氣，而 作為一値分離出的高純度氣流《此種回收操作，在日新 本紙張尺度適用中國阀家彳準（CNS)甲4規格（21() X的7 乂货） .丨裝- ，11· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 81.9.20,000 203562 Λ(； R(； 經濟部中央櫺準局S工消費合作杜印製 五、發明説明（+ ) 月異的工業應用技術方面，可用來提高使用PSA操作的 技術上和經濟上的可行性〃例如，在一般以吸附法來分 離空氣而産生氣氣的方法中，通常廢氣中的平均氣氣純 度約為10%,而廢氣中所剩下90%的成份大部分均為氣 氣。與空氣的組成相比，廢氣中的氣氣濃度比原來空氣 中的氣氣濃度已降低了 50%以上β因此，要由這種廢氣 中産生所需純度之氮氣，無可避免的需要一値比處理進 料空氣所需之分離單元小且較便宜的分離裝置，這是因 為在空氣中的氣氣超過半數以上皆已披移走了。此外， 在將廢氣輸送至分離單元時所需的壓縮裝置也必須是較 小的，並且比處理空氣時所需耗費的電力為小。然而， 任何能由廢氣中捕捉出有價值之成份的方法，皆需能達 到所需結果的經濟性，所以額外操作所需的費用不能超 過捕捉該成份所得的結餘。 因此，本發明的目的之一即為提供一種分離方法，其 傷使用一種PSA条統而將進料氣體予以分離，並且可由 PSA廢氣中回收進料氣體混合物中具經濟價值的成份。 本發明的另一値目的是提供一種PSA空氣分離法和糸 統，它能夠産生氣氣或氮氣産物，而且對於廢氣中的最 重要的成份，可提供較佳的回收方法，而回收高純度的 氣流。 因為這些目的，本文中將對本發明做更詳盡的描述， 本發明一些新穎的持色將恃別在所附的申請專利範圍中 -----------.---*--^ ------裝-------訂-----^ ^ i^tM"背面之注&事頊再塡寫本頁) 本紙張尺Λ適用中國國家样準（CNS)甲4現格X W釐） 81.9.20,000 A(； Hf'i f^〇35G2 五、發明説明（* ) 將以明列。 本發明較適合捕捉一部分P S A -氣體分離的廢氣，而此 廢氣中含有高濃度的所欲成份，而非主要産物的廢氣則 藉由可滲透的薄膜条統中的進一步處理，而産生一種濃 縮的第二産物氣流。 下文中將以附圖對本發明做更詳細的描逑，圖形中包 括PSA氧氣条统的程序流程圖，其中由PSA糸統回收之濃 縮氮的廢氣將通入一個可滲透的薄膜糸統，以産生濃縮 氮的副産物流。 本發明之目的可藉由將含有高濃度所需成份的PSA廢 氣部分（做為一種濃縮的産物流）通入一個可滲透的薄膜 条統，而逹到進一步的純化。這種方法是相當可行的， 因為PS A廢氣的瞬時純度會在該廢氣生産的過程中改變 。捕捉廢氣中最高濃度成份的操作將導致獲得一種高純 度的氣流，此氣流中富含該種成份，否則它將會隨箸PSA 的廢氣一起被排出。 在本發明的黄際操作上，廢氣的瞬時純度將被監控， 並且只要它的純度到達或超過最低可接受程度，即將此 氣流予以捕捉，當廢氣的純度低於最低可接受程度時， 則廢氣將像一般所有PSA -空氣分離操作所産生的廢氣一 樣，被直接排出。為此之故，可使用兩個控制閥來控制 廢氣的流動方向。控制閥的作用完金相反，一個用來捕 捉廢氣，另一個則用來排出廢氣。控制閥的操作像由廢 81.9.20,000 (-"間.··'1.1-而之注念"項再塡寫本頁) ’裝. ,1T‘ 經濟部中央標爭场ΚΚ工消費合作社印焚 203562 經濟部中央標準局員工消f合作杜印製 Λ(ί 五、發明説明（r ) 氣中瞬時純度的讀數來決定。 由於廢氣中所需成份僳以枇式的方式回收，故使用一 個平衡罐來維持所需濃縮成份的連鳙流動，而這種所需 濃縮成份偽做為最終使用者的雙成份産物流。壓縮該種 雙成份産物流至所需的操作壓力像在平衡罐的下游進行 的。 參考圖中所示的PSA -氧氣糸統，進料空氣偽流經管線 1和空氣壓縮機2,而在所需的較高吸附壓力下進入壓 變吸附床中的。如有需要，包含控制閥4的管線3偽用 來使壓縮空氣由条统中排出的。管線1分成兩條進料管 ，管線5和6,分別以循環的方式將進料空氣通入所示 之PSA糸統的兩個吸附床中。管線5(其中包含一餹控制 閥7)傜通入吸附床8的底端（或稱進料口）；然而管線6 (其中包含一個控制閥9)則僳通人趿附床1〇的底端（或稱 進料口而管線11(其中含有一傾控制閥12>則係連接 吸附床8的頂端（或稱出料口）β管線13(其中含有一個 控制閥14)則僳連接吸附床10的頂端（或稱出料口）。管 線11和管線13連接後形成管線15(其中含有一値單向閥 16)，而通入貯存槽17;而濃縮氣的氣體則像通過管線 18而成為高純度的産物流被回收。 在吸附床的底端，管線19和20分別由管線5和6延伸出 ，並旦分別含有一値控制閥2 1和2 2。管線1 9和2 0連接後 形成管線23,然後管線23再延伸後形成管線24,而管線 f請七閱-背面之注念事項再填寫本頁) < 丨裝. *π. 本紙張尺度適用中《國家样準（CNS)甲4现恪（LUO X Μ7公璉） 81.9.20,000 經濟部中央櫺準局S工消费合作杜印製 203562 Λίί _H(i _ 五、發明説明（) 2 4中則含有一個真空泵2 5、控制閥2 6、貯存槽2 7、和産 物壓縮機28;而由産物壓縮機28中，濃縮氣體俱經由管 線29流至如下所述的薄膜条統中。由管線24所延伸出的 管線3M其中含有一阔控制閥31)偽介於真空泵25和控制閥 2 6之間。 由吸附床所排出之廢氣的純度傜以純度分析儀32來監 控，其係由真空泵25和管線30上的點之間所讀取的輸入 信號來決定。純度分析儀32也可用來監控貯存槽27中的 氣體純度，其輸入倍號傜來自於倍號31純度分析儀32 則將輸出倍號3 5送至控制条統3 6 ,而控制制糸統3 6則透 過輸出倍號3 7和3 8分別適當的操作控制閥3 1和2 6 ;因此 而使得管線24中的PS A廢氣能夠通入管線31,或者是連 鑛經由管線24而通入貯存槽27。控制糸統36也可經由輸 入信號39來監控貯存槽27中之濃縮氣體的童。 在圖中所示的PSA操作条統中，壓縮的進料空氣像在 較高的吸附壓力下，循環通入吸附床8和10中。吸附床 8和10中含有平衡型的吸附劑，如沸石型分子篩，其能 夠選擇性的吸附氮，或者是氧，或是氧氣和氬氣；而且 在管線15中回收，並通入貯存容器17中，而被用來做為 濃縮的氣氣産物。在每一値吸附床中的吸附/脱附之PSA 操作程序中的脱附階段，較易吸附的氮氣（亦即一般在 P S A -氣氣操作中所産生的廢氣）將由吸附床的底部（即進 料口）通入，而降壓至脱附壓，以使其通入排放管線2 3。 (诸"間"背面之注意"項再堉寫本页) 丨裝_ ,1T. 本紙張尺71適用中闲國家ff準（CNS) r 4規格（210 X 297父译） 81.9.20,000 203562 Λ« R(i 經濟部中央標苹局3工消费合作社印奴 五、發明説明（7 ) 當真空泵25係為了脱附而用來降低壓力之時，氡氣將流 經閥2 1或閥2 2 ,而到達排放管線2 3 ,並且由那兒到達管 線24、再到逹真空泵25,然後再到管線30,而由糸統中 排出。 在本發明的實際操作中，氮廢氣並不是連绩送至管線 30，而是經由控制閥26和31分別形成兩條分開的氣流。 通過控制閥31和管線31)的氮氣係代表分離程序所産生的 淨廢氣β流經控制閥26的氮氣包括由廢氣回收的濃縮氮 氣。由進行降壓之PSA吸附床所産生之癍氣的瞬時純度 傜以純度分析儀32來監控的，由純度分析儀32所輸出的 信號將被送至控制糸統36，而用以控制含氪氣體經由該 管線3G(含有一個控制閥31)通入廢氣中的置，或者是其 經由控制閥26而流至貯存槽27的量，這是低最終使用者 所可接受的最低純度而定。當瞬時純度低於可接受的程 度時，氣流將經由控制閥31和管線3Q而由条統中排放至 大氣中，而成為’'淨”廢氣。當瞬時純度高於可接受的程 度時，氣流將經由控制閥26而進入貯存槽27中。貯存槽 較好是為氣囊型的貯存槽（與定體積型的貯存槽相反）， 以配合本發明所需，將體積減至最小。貯存槽偽用來使 濃縮氮産物在到達最終使用者時，能維持恆定的氣流， 因為流經控制閥26的氣流為不連鑛的。因為由PSA吸附 床所排出的廢氣偽在較低的脫附壓力，一般需要將回收 的濃縮氮氣産物予以壓縮。壓縮機偽用來將濃縮氮氣輸 -•'先閔"背面之注悫事項再填寫本頁) 裝_ ，1Τ. " 本紙張尺戍適用中围因家標苹U:NS>甲4現格（210 X 297云译> 81.9.20,000 203562 Λ(；Mr. 經濟部中央標準局S工消費合作社印焚 五、發明説明（8 ) 送至本發明所使用的薄膜糸統中，以製造一種進一步濃 縮的氪氣，而輸至最终使用者。 如前所述，控制条統3 6也可藉箸輸入倍號3 9來監控貯 存槽27中濃縮氣體的量。有時當貯存槽不能再接受更多 的氣體時，信號39將會使純度輸入信號33無效，並且使 得氣體經由控制閥31排入廢氣中，而不論它的純度為何。 控制糸統36也可以輸入信號34來監控貯存槽27中氣體 的純度，這與前文中所述以輸入純度分析儀32中之信號 33來測量瞬時純度的方式剛好相反β如果槽中的純度高 於可接受的程度時，使用者只需延長控制閥26開啓的時 間，就可回收更多的廢氣。類似的，控制閥31須關閉一 段長時間，使得排出的廢氣量較少。如前所述，如果貯 存槽27中的氣體體積到達最高限度時，輸入信號39將會 使純度的倍號無效。 至於進一步的程序控制選擇方面，此系統可用來回收 濃縮氮的氣體産物，只要知道瞬時純度的分佈情形，而 不需連缠監控瞬時純度，或是貯存槽中之氣體純度。在 這樣的情況下，控制糸統36中應有一些控制閥，其係由 回收廢氣的時間增量而定。這些控制閥將依這些時間週 期來操作，而不只是單為純度的函數。唯一可凌駕在這 些時間增長控制倍號的訊號為信號39,因為那是表示貯 存槽2 7己經滿了》 對於整傾吸附/脱附/再加壓加工程序中所使用的操 -10- (埼;1-^-背面之：1-:?氺項再塡寫本页) -裝· 訂_ 本紙掁又戍適用中國國家楳爭（C'NS)甲4现格（2丨Ο X⑼7父皆） 81.9.20,000 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印焚 203562 ___ Ij(； 五、發明説明（9 ) 作步驟而言，其一般廢氣的分佈情況，可以某特定P S A 糸統之廢氣純度（例如可以廢氣中的氣氣％來表示）來對 時間作圖。由此之故，須注意P S A操作順序中常使用壓 力均化步驟，在此步驟中，氣體將由一個吸附床的産物 端釋出，而通入条統中另一吸附床的産物端（亦即圖1所 示之二重吸附床条統中的3 —個吸附床），以用來均衡 兩個吸附床中的壓力。在此壓力均化步驟的過程中，既 不需要壓縮機2, &不需要真空泵25。因此，在這段時 間内，這兩個儀器皆處於”未負載"的狀態下。因此，空 氣壓縮機2經由管線1通入氣體，將氣體予以壓縮，而 使之稍徹提高壓力，並且經由控制閥4將空氣排入大氣 中。同樣的，真空泵25經由控制閥41、管線42和24而通 入氣體，將空氣予以壓縮，而使之稍撤提高壓力，然後 經由控制閥31將空氣排入大氣中。因此，空氣將在操作 循璟週期中未負載的那段時間裡，流經真空泵25(剛好 與廢氣的處理情形相反），亦卽在將吸附床之一予以降 壓而進行壓力均化的期間，以及在將整個操作程序中， 後面那一部分的吸附床予以再加壓的壓力均化期間。最 高氧氣濃度將出現在未負載步驟的期間，’在此時，氣氣 濃度將上升至接近空氣级的程度（亦即21%)。一旦週期 中開始進行再生步驟，接箸再進行吸附床的同向降颳一 加壓的均化步驟時，氧氣的濃度將立即降低。關於未負 載的步驟方面，要注意的是：氧氣的純度將不會逹到2 1 % -?;1間"背向之注-事項再增寫本頁) Γ 丨裝_ *1T. 本紙張义度適用中阀國家彳準（CNS)屮4峴格（2U1 X 21)7/¾ ) 81.9.20,000 203562 Λ(； 經濟部中央標準局與工消費合作杜印奴 五、發明説明（、° ) .這是因為未負載的週期短暫，以及加工線上的混合效 應之故0 要知道：廢氣的純度分佈情形將隨以下因素而改變： 如所使用的持殊操作週期、所使用的吸附劑材料、吸附 床的個數、PSA程序的操作順序等。除了週期中未負載 的階段之外，在吸附床中脫附步驟的早期，廢氣中的氣 氣濃度會較高。一旦給定一痼回收廢氣之最大可接受氧 氣濃度值，卽可決定回收蠹縮氮氣氣醴産物所需的最適 操作時間。以圖中所示的二重吸附床的倩形為例，如果 最大可接受氣氣的純度為8%,在吸附床經過27秒的吸 附步驟之後約11秒，另一個吸附床中再生出的廢氣所具 有的氣氣濃度為8 % (或更低）》在這個例子中，這樣的 狀態（同時氮氣産物將被捕捉）將持鑲至未負載步驟開始 為止，亦即兩吸附床之間進行壓力均化的步驟。在這値 時候，廢氣將如同傳統的PSA操作過程中一樣被排放出 來。因為這値緣故，所以應強調：由PSA糸統中所回收 廢氣（為氮氣濃縮産物）的平均氣氣純度將明顯的低於最 大可接受程度。 如前面所建議的，回收高純度或濃縮氮氣産物所需的 最適時間增量可由任何型式前述之P S A -氣氣糸統的廢氣 純度分佈圖來決定。當然，最適時間增量將會随箸PSA 的操作程序的變化及週期步驟之時間的變化而改變^一 般而言，如果所有的時間增量皆依等比例改變，則回收 -1 2 - -•'也閱-片面之注-麥項再項寫本頁) 裝_ 訂_ 81.9.20,000 203562
Afi 經濟部中央標苹屬員工消费合作杜印5* ____ 五、發明説明（”） 該種做為濃縮氤氣産氣的廢氣所需的時間將依同比例改 變。在所有的情形中，確實的時間增量將由瞬時監控廢 氣純度所得的數值來決定。 在廢氣中最大可容許氣氣濃度相同的情況下，用於回 收氮氣産物的時間增量可長可短，端視所使用之PSA-氣 氣条統的特激而定。此外，時間增量可發生在PSA系統 和程序之過程中的不同點，而不是每一種糸統皆相同。 最適的回收週期將為恃定PSA条統中所使用的皈附劑、 循環順序和步驟時間增量的函數。 以圖中所示之體条為一個持殊的説明實例，由PSA吸 附床所排出廢氣的平均氣氣濃度為8. 5%»如果所有的 廢氣皆被捕捉，而且氣流在未負載步驟的階段中再生， 則可獲得氣氣濃度為8.5%的氮氣氣流。在了解廢氣的 瞬時純度在製造過程中會改變，且只能回收廢氣中某些 恃定的部分之前提下，可製得含較低濃度之氣氣的較高 純度氮氣。例如，在前面的那個例子中，所獲得之氮氣 産物的平均純度可因為（1)平均氣氣濃度降至約7.5%， 或是（2)只回收PSA廢氣中含8 %氣氣的那一部分，這兩 個因素而明顯的提高。 要了解：在本發明的許多細節上，皆可做各種不同的 改變和修正，而不會偏離本發明申請專利範圍中的内容。 因此，任何一種可由進料空氣中選擇性吸附氪氣或氣氣 的商用吸附劑皆可在本發明中使用。平衡型的吸附劑， -----------：---.1 九-------裝------ΪΤ-----{ % (請毛閲‘»'!背面之注6卞項冉塡寫本頁) 本紙張又斤適用中园國家標苹（CNS) r 4規格X 2D7 ) 81.9.20,000 經濟部中央镖準局具工消費合作杜印奴 035C2 Λί； _m; 五、發明説明（β ) 如沸石分子篩材料，例如1 3X、 5 A、 1 Q !(和絲光沸石（ m 〇 r d e n U <3 )皆可做為本發明中的吸附劑，其將選擇性的 吸附氮氣（此時氮氣為進料空氣中較易吸附的成份）。速 率選擇性吸附劑，如碩分子篩，能夠選擇性的由進料空 氣中吸附氣氣，這也是可在本發明中使用的。還有一點 要了解的是：本發明所使用的特定P S Α操作順序可依此 技藝中一般所知的方式改變。一般吸附/脱附/再加壓 的順序可適用於PSA操作，各種其它的操作步驟也可用於 整個操作順序中的一部分，如同在PSA技藝中所知的一 樣。因此，PSA -氣氣的順序可包括一連串的操作，如（1) 在較高的吸附壓力下進行吸附；（2)將氣體由吸附床的 非進料端釋放出來，以進行同向降壓，並且該氣體用來 做為通入另一個吸附床的沖洗氣體；（3)同向降壓-加 壓均衡；（4)將氣髏由吸附床的進料端釋放出來，以進 行逆向降壓，將吸附床中的壓力降至較低的脱附壓力， 包括在真空的狀態下，降壓至近真空壓力；（5)在較低 的脫附壓力下冲洗；（6)以壓力均衡而施以部分再加壓 :以及（7 )以進料空氣進一步再加壓至較高的吸附壓力 。W e r n e r等人曾提出美國第4 , 5 9 9 , 0 9 4專利，其中提出 一種待殊的PSA-氮氣的操作順序，其包括：（1)將由另 一個吸附床中所流出的副産物氣流通入吸附床的排出口 ，以增加壓力達到中等的程度；（2 )再進一步以進料空 氣加壓至較高的吸附壓力；（3 )在該較高吸附壓力下， -I 4 - "if,t間乂、背曲之注-麥項再填寫本頁) ，裝. *1T. 本紙張尺用中阀阀家HMCNS〉甲4現格X X分） 81.9.20,000 203562 \( m; 五、發明説明（h) 經濟部中央櫺準局®r工消费合作杜印袈 的出 ，.’ 較値 水的度續氣，種份 效 向放5)}洗來中 ，三 去餘純連種縮這成 有 同非(5(6沖出程 統或 氣SI除多高的這濃。的 能 為^;.，向放 条二 氮 U中些的壓。以去去 膜 做彳力力逆端g 附以 縮 ^流一用高43加除除 薄 以 W 壓壓行料)>吸又 濃 U 氣及使種統統中而 如 ，的的附進進(2的， 的 _ 氣以上一条条流， 假 端 度脱氣的驟 床統 中 _ 氮，作使膜膜氣收 ， 料 t 中的氣床步 附条29i的!)操來薄薄由回 明 進δ 一空的附在 吸的 線 縮II業用該以質中 發 的*某真附吸而 艢床 管 ® 濃 Μ 商係至的雜4 本 床 至近吸由 ，。一附 在)®由]$1]際28送步或線 了 附 ΐ 壓至易氣6)氣有吸 ，物來 W 實機輸一份管 為 与*'/V 吸彳降壓不氮-空含値 上産用質合縮而進成在 ， 入ί0向降較的⑴料少四 用體合物適壓29將的係 解 通 Μ 逆向端附κ(進至到 使氣適它種，線份要氣 。了 吸 驟 氣 行逆放吸 的於二 際的統其一示管成不氮出將 氣0 進的排易 ί 新用有 實要糸和得所由氣種的排者 的#床步之較S入應含。的想此碳製中經氮一縮 4藝 附 U 附一床量 i 加可於佳明所，化而圖能的少濃線技 4 環 ' 3 _ 吸 {吸進附多 f 皆明用為發為 4 氣因如體需至步管此 循 易；使床吸更 Γ 次發使床本能統二 ，。氣所將一由習 較洗，附入使(7一 本是附在可糸、氣氣動中俤進經熟 將冲來吸通以和毎 佳吸 身膜份氣氮流流其經則 -----------'---r— ^ ------〒丨----.玎 ",,先間"^而之：;1^事項再填寫本頁) 本紙張又度適用中阀國；if苹（<:NS)甲‘U見格（2U) X 21)7 H ) 81.9.20,000 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 203562 A(i _nc. 五、發明説明（14 ) 的將所欲純化的濃縮成份，由通入薄膜糸統4 3之濃縮氣 流中的其它成份或雜質中，有效的分離出來，則所使用 薄膜条統的型式對於物品並不會造成十分決定性的影響 。因此，薄膜的組成、薄膜的型式（亦即複合薄膜或是 非對稱薄膜）、薄膜的階段數、及所使用的操作參數等 ，皆會随著貯存槽27内之氣體組成和氣體純度，以及其 它特定最終使用者的要求而變。 本發明之PSA/薄膜糸統由於使用了 PSA廢氣，而可將 消耗的電力和薄膜条統的資本投資降至最低。現在以典 型的PSA -氣氣条統為例，廢氣中一般含有約10%的氣氣 ，其餘則主要為氮氣。使用這種氣流做為通入薄膜糸統 的進料氣體，將獲致經濟上的效益。為産生等量的高純 度氮氣，使用PSA -氣氣廢氣条統，將使得所使用的氣體 壓縮機較小，且只需較小的薄膜表面稹，這是因為進入 薄膜条統的進料空氣中之氣氣比例較小的綠故。除此之 外，這種較小的壓縮機將使得所使用的電力比使用進料 空氣所需的電力為低。 P S A廢氣所需部分的分離和使用，將使得非産物成份 的純度提高，並且導致圖中壓縮機28所需的大小再度減 小，也因而降低的資本和電力的消耗。除此之外，本發 明的這種較高純度且較佳的體条，可使用較小的薄膜糸 統，而再次降低整個糸統的資本需求，如同在說明由P S A -氣氣条統的廢氣中，製造高純度氮氣的情形一樣。 ~ I (3 ~ -----------；---·1'-------裝——----.玎-----{休 fri.?t!v!»u·'厅面之注念卞項冉塡寫本頁) 本紙張尺用中國國家榨华（CNS)屮Ο見恪（·2Η) X K译〉 81.9.20,000 203562 Λ(； 經濟部中央標準局S工消費合作杜印製 H(i__ 五、發明説明（) 雖然只回收含最高氪氣濃度之廢氣的那一部分為較受 喜愛的操作方式，但本發明的範圍並不僅限於這種體条 。薄膜条統的選擇是依自PSA -氣氣条統中所回收廢氣之 所需純度，和最终使用者所需産物氣體的純度而定^ PSA 廢氣中含有一些異於氮氣的成份，如氣氣、二氣化碩和 水，所使用的薄膜糸統須能至少除去這些成份中的一種 ,以産生更濃縮、更高純度的氮氣産物。 要知道：在本發明的許多細節上，皆可做各種不同的 改變和修正，而不會偏離本發明申請專利範圍中的内容 。因此，如前所說明的，複合薄膜或者是不對稱薄膜皆 可用於本發明的薄膜条統中。雖然也可使用緻密的薄膜 ，但是那卻是較不好的選擇，因為它們的滲透率較低， 在本發明實際操作上所使用的可滲透薄膜，一般為薄膜 束組合的型式，通常是置於包覆物之内，以形成薄膜模 組，其含有薄膜糸統的主要成份。一個薄膜条統中可含 有單一的模組或者是數痼模組，可排列成平行操作或者 是順序操作〇 薄膜模組可以用任何一般型式的中空缕雒來構建薄膜 束，如螺旋型、皺摺型、薄片型，或者是其它所需的薄 膜組態。薄膜模組可構建成具有一値進料氣醱（空氣）端 而在另一邊有一値滲透氣體出口端。對於中空纖雒薄膜 而言，在由内向外擴散操作的情形下，進料端可為穿孔 端；或者是在由外向内擴散操作的情形下，進料端可為 -I 7 - -裝- 訂. 本紙張又度通用中國园家抒苹（(:NS) f 1丨見格（2ί0 X 2!)7父璉） 81.9.20,000 經濟部中央櫺準局R工消費合作杜印繁 203562 ΛΓ, _H(i_ 五、發明説明（，^ ) 中空纖維的外側。對於如何將進料氣體通入糸统中，和 如何將渗透充和非滲透流兩者排出，在圖中皆己有說明。 本發明中可實際使用薄膜的組成物需對於所欲逹成之 分離物質具有極高的選擇性或是分離因子，例如水相對 於氮氣。因此，希望能將水和其它不要的成份，由通入 圖中所示之薄膜条統中的濃縮氮氣裡分離出來。水/氮 氣的分離因子較好是能至少為50，尤以大於1,000為佳， 以提高由濃縮氮氣中所除去的水量β除此之外，此薄膜 對於氮氣的滲透率需極低，以使所需高純度産物的損失 能降至最低。醋酸纖維素即為膜離和體收要合此需求之 薄膜材料的一脑實例。然而，還有許多種其它的薄膜材 料也可使用，例如乙基纖維素、矽橡膠、聚胺基甲酸酯 、聚醯胺、聚苯乙烯等。 雖然本發明中原敍述的是關於空氣的分離操作，恃別 是關於PSA -氣氣糸統和由其所産生之廢氣回收高純度的 氮氣，但是也可用於PSA -氮氣糸統的操作，以由其所産 生的廢氣中回收高純度的氣氣。在造種情形中，氣氣廢 氣將成為較不易吸附的成份，而在進料空氣通入選擇性 吸附氮的吸附床中之時，由吸附床的非進料端被移去， 同時氣氣成份傷在較高的吸附壓力下通入吸附床中。還 有一點要了解的是：在這種體条中，控制条統、純度分 析儀以及其它圖中所示的特色，將使用於吸附床的另一 端，以使濃编氣氣能由淨廢氣中分離出來；而該種濃縮 --------------U---------裝-------訂 (请也閉'·?背面之;±念"項冉增寫本頁) 本紙張又/t適用中國國家抒爭（CNS) f 4現烙（21ϋ X ) 81.9.20,000 203562 Ai\ Hi) 五、發明説明（、7 ) 一高的 離的附上度 由和氣 分度和術純 經化氪 氣純序技高 體純之 空高程在和 氣的度A-牧離统氣 將步純PS回分糸氣 槽一高 於及氣的度 存進考 關附空統純 貯行參 ，吸A-条高 此進可 上重PS離具 由以式 作雙用分兼 ,-方 操用使體了 槽中的 業使 了氣生 存統行。工可高膜産 貯糸進示際於提薄而 fil膜其所實由的之 ， 一 薄，中善。顯便性 入入收圖改益明方行 通通回的可利明和可 。 係而的收明的發要的物 般機氣回發面本需上産 一 縮氣和本方，常濟的 氣壓度化 作物非經氣 氣個純純 操産有和氮 ---------------LIX------裝——-----玎 f清t:tl‘.·!背.§之泣*^項再塡寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作杜印？« 本紙張XJt適用中國《家桴毕（CNS)屮4 *見格U10 X λ’译） 81.9.20,000

Claims (1)

  1. η 03562 B7 C7 [)7 六、申：範ί8 法 方 之 成性氧 以擇的 氣選時 氡可此 或含而 氣個， 氣一床 中括附 其包吸 少的 至料 其材 pit;劑 統吸t附 系變吸 附壓之 吸的氣 收物氪 回産或 於度氣 用純氣 種高附 一 為吸 吸加 個再一 / 毎附 以脫 ;\ 份附 成吸 的括 附包 吸法 易方 較該 中 ， 氣準 空為 It U 和期 進週 為作 氣操 氮的 或床 氣附 並 ： ，括 收包 回處 所良 中改 統其 条 ; 由來 傜出 份放 成排 欲中 所統 中糸 其由 ,氣 作廢 操的 序出 順離 的分 壓且 統份 条成 此要 ，主 統中 条氣 膜廢 薄該 的收 透回 «<> 可擇 値選 一 中 入質 通雜 氣的 廢氣 該廢 將由 W- /V 來 出 放 排 中 統 ; 糸 氣膜 氣薄 是由 者質 或雜 氣該 氮將 成氣 而氮 ， 和 份氣 成氣 要度 主純 種高 該 ， 的此 中因 氣 ， 廢物 牧産 回二 中第 統的 条度 膜純 薄高 由為 率 效 的 法 方 離 分 氣 空 體 整 了 高 提 收 回 的 易的 較附 的吸 氣.勿 空不 料較 進成 中構 其則 -氣 法氣 方而 之 ， 項成 1 構 第所 圍氣 範氮 利由 專份 請成 申附 如吸 統 条 附 吸 為 氣 氧 中 其 法 方 之 項 2 第 圍 範 利 專 0 請 份申 成如 3 -先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 經濟部中央標準局S工消費合作杜印t 高 而 份 成 要 主 為 氣 m 〇 有收 含回 中統 氣条 廢膜 其薄 ,ΰϋ 物偽 産氣 需氮 所的 的度 中純 統高 糸而 附， 吸份 為成 氣要 ®主 中為 其氣 ，氣 法有 方含 之中 項氣 卩廢膜 第其薄 圍 ，自 範物俱 利産氣 專需氣 請所的 申的度 如中純 收 回 統 木紙伥K度適川中《 w孓標:f-(CNS) f 4说格（21 () X2(J7公兑） 81. 4. 5,000 (11) 經濟部中夬檫^^¾工消#合作怍印製 AT203562 b； C I _________[)T_ 六、中 5. 如申請專利範圍第1項之方法，並且包括： (a) 由所剩的淨廢氣中分離出一部分的廢氣，該分離 出的部分所具有非産物成份的纯度，高於廢氣中 該成份的平均純度；而該純度至少須等於該種非 産物成份所需的最小可接受純度； (b) 將該非産物成份分離出的那一部分通入薄膜条統 ,以由其中回收該第二産物；以及 (c) 將廢氣中該淨廢氣的那一部分排放出去。 6. 如申諳專利範圍第5項之方法，其中較易吸附的成份 俱由氮氣所構成，而氣氣則構成進料空氣中較不易吸 附的成份。 7. 如申誚專利範圍第6項之方法，其中氣氣為吸附条統 所需的高純度産物，而氮氣則為高純度的第二産物。 8. 如申謫專利範圍第5項之方法，其中氮氣的瞬時純度 將被監控，而當它的純度符合或超過該等最小可接受 純度時，該菝氣將在吸附操作時由淨廢氣中分離出來。 3.如申諳專利範圍第8項之方法，其中該種吸附剤材料 係由沸石型分子篩材料所構成，其能夠由進料空氣中 選擇性吸附較易吸附的成份-氮氣》 10.如申請專利範圍第5項之方法，其中分離出的廢氣 部分通入一個貯存槽，而在貯存槽中的分離出之非産 物成份的純度將被監控，並且該分離出的廢氣部分偽 在分離出之非産物成份的純度符合或超過該等最小可 -2 1 - i先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 •发. 木紙瓜尺度適川屮w w家掭苹（CNS) f 丨，格（21 () X 297公;!ί) 81. 4. 5,000 (1() 203562 g C7 ____ 1)7 六、申;專丨 度 純 受 接 入 通 間 期 槽 存 淨 由 氣 廢 分 部 中 其 法 方 之 項 5 第 圍 範 利 專 請 申 使接 ，可 好小 定最 設等 先該 預過 被超 量或 增 厶口 間符 時度 的純 間的 期氣 之廢 來之 出來 離出 分離 中分 氣該 廢得 受 度 料 材 劑 附 吸 •jt 種 該 中 其 法 方 之 項 ο IX 第 圍 範 利 專 請 申 如 中 氣 空 料 進 由 夠 能 0 其氣 ，氪 成 I 構份 所成 料的 材附 篩吸 子易 分較 型附 石吸 沸性 由擇 傜選 法 方 之 項 2 11 0 圍 範 利 專 諳 申 如 条 附 吸 為 氣 氣 中 其 (綺先聞讀背面之注意事項再填驾本百 物 産 的 統 物 産 二 第 的 度 純 高 為 則 氣 氮 而 出 離 分 將 括 包 且 並 法 方 之 項 5 第 B 範 利 專 請 申 如 離所 分氣 該廢 中之 槽分 存部 貯離 入分 通該 控被 監 '槽 、存 槽貯 存當 貯及 入以 通 、 分量 部氣 氣廢 廢的 的分 來部 時 滿 请 種 吸 變 壓 的 物 産 氣 0 或 。«' 放氣 I 中 排其 向， S 統 轉 I 糸 氣ί 附 廢 量吸 過收 回 将 C 於 用 氣料 氮進 或為 氣氣 氣氮 附或 吸氣 性氧 擇的 選時 可此 含而 個 ， 1 床 括附 包吸 少的 至料 其材 ;劑 法附 方吸 附之 .茛. 經濟部中央標準局Η工消費合作枝印製 統 糸 該 份 成 的 附 吸壓收 易加回 較再所 中和> 氣附統 空脱糸 作条 操該 之由 序氣 順廢 工且 加並 的 ， 、由改 附傜其 吸份； 括成來 包欲出 於所放 用中排 合其中 適，統 線. 括 包 處 良 雜是 的者 氣或 廢氣 該氮 由的 能份 統成 糸要 此主 » 中 統氣 条廢 膜該 薄收 的回 透性 滲擇 可選 値中 一 質 木紙張尺度適川十阀阐iMCNS广格（21〇x2(J7公及） 81. 4. 5,000 (11) 經濟部中央標準局S工消費合作杜印製 Λ7〇〇35^>2 ^ ____________1)7 六'申A專別範® 氧氣； (b )將該廢氣通人可滲透薄膜条统的管線設備； (c )將該雜質由薄膜条統中排放出來的管線設備； ((!)由薄膜系統中分別回收廢氣中的該種主要成份之 管線設備，因此，高純度氧氣和氮氣的回收，提 高了整個空氣分離方法的效率。 16. 如申請專利範圍第15項之条統，其中該種吸附劑材料 能吸附氮氣，使其成為較易吸附之成份，而氣氣則為 進料空氣中較不易吸附的成份。 17. 如申請專利範圍第16項之条統，其中氣氣為吸附条 統中的所需産物，其廢氣中含有氮氣為主要成份，而 該薄膜糸統適合用於由該廢氣中回收高純度的氮氣。 18. 如申誚專利範圍第15項之条統，並且包括： (a) 用來將一部分廢氣由所剩的淨廢氣中分離出來的 控制設備，該分離出的部分所具有非産物成份的 純度，高於廢氣中該成份的平均純度；而該純度 至少須等於該種非産物成份所箱的最小可接受純 度； (b) 用來將該非産物成份分離出的那一部分通入薄膜 条統的管線設備。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項之条統，其中該種吸附劑材 料能吸附氮氣，使其成為進料空氣中較易吸附之成份 ，而氣氣則為較不易吸附的成份。 -23- 木紙張尺度適川屮W W冢標平（CNS)ω怙（2Η)X297公k) 81. 4. 5,000 (11) (凊先聞讀背面之注意事項再邋寫本頁 -訂. 綠· 經濟部中央橾爭局0工消費合作作印製 AT _______1)7 _ 六'中3專刊範圊 2 ϋ .如申請專利範圍第1 9項之系統，其中吸附劑材料係 由沸石型分子篩所構成。 2 1 .如申請專利範圍第1 8項之糸統，並且包括用來監控 廢氣之瞬時純度的分析儀器，以及只要它的純度符合 或超過該種最小可接受純度時，由淨廢氣中分離出該 部分廢氣的控制方法。 22. 如申請專利範圍第21項之糸統，其適合用來回收高 純度的氣氣，以成為吸附糸統的産物；並且適合用來 回收高純度的氮氣，以做為第二産物。 23. 如申諳專利範圍第18項之条統，其中包括： (a) 用於該分離出之廢氣的貯存楢； (b) 用來將該分離出之廢氣通入貯存槽的管線設備； (c) 用來監控貯存槽中非産物成份的分離部分之瞬時 純度的分析儀器；以及 (d) 用於使分離出的廢氣部分在分離出之非産物成份 的純度符合或超過該等最小可接受純度的期間通 入貯存槽的控制設備。 24. 如申諳專利範圍第23項之条統，其中該種吸附劑材 料偽由沸石型分子篩材料所構成，能夠由空氣中選擇 性的吸附氮氣。 25. 如申請專利範圍第18項之糸統，其中包括用於預設 部分廢氣由淨廢氣中分離出來期間的時間增量之控制 方法，而該分離出來的廢氣之純度須符合或超過最小 -2 4 - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁 •襄· .線· 木紙诅尺度適川 |丨，《 w :P；Mt(CNS)格（21()x2(J7公;¢) 81. 4. 5,000 (11) A [)： 六 '申Hfi.'VLS 可接受純度。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之条統，其中該種吸附劑材 料像由沸石型分子篩材料所構成，能夠由空氣中選擇 性的吸附氮氣。 27. 如申請專利範圍第18項之糸統，並且包括（a)用來將 分離出的廢氣部分通入貯存槽的管線設備，（b)用來 決定通入貯存槽中該分離部分之廢氣量的監控設備， (C)以及當貯存槽被該分離部分之廢氣所填滿時，用 來使過量廢氣轉向排放的控制設備。 28. 如申請專利範圍第15項之条統，其中該吸附糸統係 由二到四値吸附床所構成。 29. 如申請專利範圍第28項之条統，其中該吸附糸統係 由兩個吸附床所構成。 (^'先閱讀背面之注意事項再遥寫木頁 •发. 經濟部中央標準局Η工消費合作杜印製 _綠_ 木紙張尺度適;IH，W W孓椋哗（CNS广[MA1,丨，格（21()父297公坫） 81. 4. 5,000 (11)
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