用于从氧气.氮气混合气体中分离氮气的吸附剂以及使用它的氮气制造方法技术

一种用于从氧气.氮气混合气体分离氮气的吸附剂，是氧气和氮气的分离比α、与吸附氧气平衡吸附量的５０％所需时间ｔ↓［５０］和吸附氧气平衡吸附量的９５％所需时间ｔ↓［９５］的比（ｔ↓［９５］／ｔ↓［５０］）之间的关系满足下式条件的ＭＳＣ，（ｔ↓［９５］／ｔ↓［５０］）＜０．４×（α－２４），其中，α＞３５并由此构成使用该ＭＳＣ从氧气和氮气的混合气体通过ＰＳＡ式而分离氮气的制造方法。根据本发明专利技术，相对于一定的氮气发生量，可以减少所使用的吸附剂的量，由此，可以减少装置成本并使装置规模的缩减小型化，同时还能有效降低动力消费量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于从氧气·氮气混合气体中分离氮气的吸附剂以及使用它的氮气制造方法
本专利技术涉及作为以氧气和氮气的混合气体例如空气为原料通过压力变动式吸附法(PSA：Pressure Swing Adsorption以下称为“PSA”法)分离并收集氮气时所使用的吸附剂而具有特别优良的性能的分子筛分离碳(Molecular Sieving Carbon以下称为“MSC”)、以及使用它的氮气制造方法。具体而言，涉及具有作为用于提高采用PSA法的氮气制造法性能的吸附剂所应具备的分离性能的MSC吸附剂、以及利用使用了具有该适宜的分离特性的MSC吸附剂的PSA法的氮气制造方法。本说明书是以在日本提出的专利申请(特愿2001-260345号)为基础作出的，该日本申请中所记载的内容可以引入到本说明书中而构成其中的一部分。
技术介绍
近年来，作为氮气的制造方法，被广泛使用的是，使用从氧气和氮气的混合气体例如空气(以下，用“空气”作为氧气和氮气的混合气体的例子)中优先吸附氧气的吸附剂，通过PSA法制造高纯度的氮气的方法。这是通过基于PSA法的吸附从空气中分离氮气的技术，包括以下工序：对原料空气施加适当的压力，使之与吸附剂层接触，在加压状态下使吸附剂层选择性地吸附氧气部分，并且保持该状态一定时间的加压吸附工序；当吸附剂被氧气饱和后，停止对该吸附剂层的原料空气的供给，结束吸附工序，减压吸附剂层并使之下降到大气压，由此使吸附剂中所吸附的氧气解吸，从而使吸附剂再生的减压再生工序。MSC如字面所表达，是指具有分子筛作用的活性碳，与普通的活性碳相比，具有其平均细孔径小并且细孔分布窄的特征。MSC有时由于其细孔径和被吸附物质的分子直径非常地接近，在吸附剂和被吸附物质的组合中，会-->显示出特定组合的吸附速度变慢的现象。例如，当要从空气等氧气和氮气的混合气体中获得富氮气体时，理想的是因氧气和氮气的分子径的差异而对氮气的吸附速度大大迟于对氧气的吸附速度的MSC。这种通过压力变化来实施吸附解吸的PSA法，可以以一分钟左右的较短的时间为周期改变压力，因而具有单位吸附剂的原料空气处理量大的特征。因此，与以往作为氮气制造方法所采用的、利用深冷空气分离装置的氮气分离方法相比，装置构成被大幅度地简化，从设备安装的投入成本方面考虑也较有利，因此已经在中小规模的氮气使用企业中得到了极为广泛的应用。还有，在使用MSC吸附剂的PSA法氮气制造技术中，其制造工序主要由升压工序-吸附工序-均压减压工序-减压工序-再生工序-均压升压工序构成。另外，关于装置的运转特性，如杂志“化学装置1983(昭和58年)第8号第39页”等所记载，一直以来进行了很多研究。最近，通过对工艺流程的改良、改善，也出现了能制造纯度高达99.999％的高纯氮的技术，但目前仍迫切需要提供更为廉价的氮气，并降低其制造成本。还有，PSA法中的分离处理效率在很大程度上依赖于分离吸附剂MSC的吸附性能、以及PSA法的工艺流程状况，因此若要大幅降低制造成本，提高MSC吸附剂的吸附特性、和对PSA法的工艺流程的进一步改良是必不可少的。关于PSA法氮气制造方法中的工艺流程的改良，例如在特开平8-224428号公报中所公开的方法是，在吸附工序的结束后的均压工序之前，或与均压工序同时实施方向与吸附工序时的空气导入方向相反的逆流排出操作，由此可以提高在吸附工序中所收集的制品氮气的纯度，但是作为PSA法的性能的收率以及生产率则提高得很少。另外，特开平10-192636号公报中公开的方法是，在结束吸附工序后，从填充有吸附剂的吸附筒的中间处，抽出结束时筒内残存的气体，再从经再生工序处理后的其它吸附筒的原料空气导入端导入到该筒内，由此回收气体，从而可以同时提高生产率以及收率，但是其效果只限于，所收集的制-->品氮气中的不纯物氧气浓度为数ppm的超高纯度领域。另一方面，有关MSC的吸附特性，例如特开昭59-45914号公报提出，若要通过PSA法有效地分离氧气和氮气，MSC必须有5mL/g以上的氧气吸附量和20～23以上的氧气/氮气选择性。可是，这还不能充分满足目前所期望的降低制造成本的要求。另外，特开平3-242649号公报中提出，以大部分细孔孔径为4.5～8埃的MSC为初始材料，用分2阶段的处理方式使烃类热分解在该碳材料上，从而获得吸附特性得到改善的具有高选择性的MSC吸附剂。可是，有关所得到的MSC吸附剂，公报中只局限于孔径的大部分约为4.0埃的情况。再有，日本专利第2623487号提出，通过使用具有粒径为0.8～120μm的多数球状粒子三维不规则地重叠并且成为一体的构造，且在2.5kgf/cm2的加压条件下进行单成分吸附时的、氧气和氮气的1分钟后的吸附量的容量比为3.5～20的MSC(分子筛碳)，可以用低的能量消耗大量地制造出高纯度氮气。公报尽管公开了有关MSC的理想的吸附特性，但是它涉及的是具有以下特征的特殊的MSC：原始粒子为球状，其氧气平衡吸附量与椰子壳等通常所使用的天然原料相比更大。另外，特开平5-269331号公报认为，提高每单位容量的吸附剂的氧气吸附量，比提高MSC的氧气/氮气选择性更有利于提高PSA法的性能。因此，使用其每单位容量的氧气吸附量为9cc/cc以上的MSC，尽管选择性比以往下降15％，也能获得同等的性能。然而，与氧气吸附量的提高相反，选择性却下降，因此尽管氧气吸附量增加，仍然存在着不能提高PSA法的性能的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于以上情况而作出的，其目的是提供一种MSC吸附剂、和采用PSA法的氮气制造方法，以在采用PSA法的氮气制造方法中，通过组合具有最适宜的吸附速度特性的MSC吸附剂、和PSA法工艺流程，能够以最小的运转成本制造氮气，实现更加小型化的氮气制造装置。为了解决上述课题，本专利技术将采取以下方法。本专利技术是用于从氧气·氮气混合气体分离氮气的吸附剂，其特征在于-->是一种分子筛碳，该分子筛碳的氧气和氮气的分离比α(氧气的吸附速度常数K(O2)、和氮气的吸附速度常数K(N2)的比K(O2)/K(N2))为35以上，且用吸附氧气平衡吸附量的95％所需要的时间t95、和吸附氧气平衡吸附量的50％所需要的时间t50之间的关系来表示吸附速度特性时，满足以下关系式。(t95/t50)＜0.4(α-24)  其中，α＞35本专利技术是用于从氧气·氮气混合气体分离氮气的吸附剂，其特征在于是一种分子筛碳，该分子筛碳的氧气吸附速度常数为6.5×10-2s-1以上，并且氧气和氮气的分离比α(氧气的吸附速度常数K(O2)、和氮气的吸附速度常数K(N2)的比K(O2)/K(N2))为35以上，用吸附氧气平衡吸附量的95％所需要的时间t95、和吸附氧气平衡吸附量的50％所需要的时间t50之间的关系来表示吸附速度特性时，满足以下关系式。(t95/t50)＜0.4(α-24)  其中，α＞35本专利技术是用于从氧气·氮气混合气体分离氮气的吸附剂，其特征在于分子筛碳是在600～770℃通过热分解性烃的化学蒸镀(CVD)来进行细孔调整处理而形成的。本专利技术是于氮气分离的吸附剂，其特征是：氧气·氮气混合气体为空气。本专利技术是一种氮气制造方法，是采用以对氧气·氮气混合气体实施压力并使之与所述吸附剂接触而收集氮气的加压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从氧气.氮气混合气体分离氮气的吸附剂，其特征在于是分子筛碳，该分子筛碳的氧气和氮气的分离比α（氧气的吸附速度常数Ｋ（Ｏ↓［２］）和氮气的吸附速度常数Ｋ（Ｎ↑［２］）的比Ｋ（Ｏ↓［２］）／Ｋ（Ｎ↓［２］））为３５以上，且用吸附氧气平衡吸附量的９５％所需要的时间ｔ↓［９５］、和吸附氧气平衡吸附量的５０％所需要的时间ｔ↓［５０］之间的关系来表示吸附速度特性时，满足以下关系式，（ｔ↓［９５］／ｔ↓［５０］）＜０．４（α－２４）其中，α＞３５。

【技术特征摘要】
JP 2001-8-29 260345/20011.一种用于从氧气·氮气混合气体分离氮气的吸附剂，其特征在于是分子筛碳，该分子筛碳的氧气和氮气的分离比α(氧气的吸附速度常数K(O2)和氮气的吸附速度常数K(N2)的比K(O2)/K(N2))为35以上，且用吸附氧气平衡吸附量的95％所需要的时间t95、和吸附氧气平衡吸附量的50％所需要的时间t50之间的关系来表示吸附速度特性时，满足以下关系式，(t95/t50)＜0.4(α-24)  其中，α＞35。2.一种用于从氧气·氮气混合气体分离氮气的吸附剂，其特征在于是分子筛碳，该分子筛碳的氧气的吸附速度常数为6.5×10-2s-1以上，氧气和氮气的分离比α(氧气的吸附速度常数K(O2)和氮气的吸附速度常数K(N2)的比K(O2)/K(N2))为35以上，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村章宽，川井雅人，林田政嘉，渡边良纪，丸茂信一，
申请(专利权)人：日本酸素株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]