CN104066493B - 富氮气体制备方法、气体分离方法及富氮气体制备装置 - Google Patents

富氮气体制备方法、气体分离方法及富氮气体制备装置 Download PDF

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Abstract

提供一种为了充分发挥压缩机所持有的性能而减少压缩机的负载变化的富氮气体制备方法及富氮气体制备装置。富氮气体制备方法为使用填充有吸附剂的多个吸附槽，从包含氮气的原料空气中分离出富氮气体的富氮气体制备方法，其特征在于，具有加压吸附工序、降压均压工序、降压再生工序和加压均压工序，在所述加压或降压均压工序中，将通过所述压缩机压缩的所述原料空气储存到分支设置在所述压缩机与所述吸附槽之间的压缩原料空气槽中，并且在所述加压吸附工序中，向所述吸附槽内导入储存在所述压缩原料空气槽中的经压缩的所述原料空气，作为加压所述吸附槽内的气体的一部分来使用。

Description

富氮气体制备方法、气体分离方法及富氮气体制备装置
技术领域
本发明涉及一种富氮气体制备方法、气体分离方法及富氮气体制备装置。本申请基于2012年1月30日在日本申请的特愿2012-016575号要求优先权，并且在此援引其内容。
背景技术
一般而言，利用变压吸附(Pressure Swing Adsorption：PSA)方式，从包含氮的原料空气(以下，简称“原料空气”)分离并提纯的富含氮的气体(以下，称作“富氮气体”)以防爆用吹扫气体或热处理炉的气氛气体等多种用途而被使用。
对这种PSA方式的富氮气体的分离并提纯来说，专门使用电气作为动力，近年来，期望着面向维护费的削减和节能化的进一步的省电力化。
以往以来，作为利用这种PSA方式的富氮气体制备装置(以下，称作“氮PSA装置”)，已知有图7所示的装置。
如图7所示，氮PSA装置101具备用于对原料空气加压的原料空气压缩机102、两个吸附槽(第一吸附槽103A及第二吸附槽103B)和制品槽104。
另外，在各个吸附槽103A、103B的连接有原料空气压缩机102的一侧(以下，称作“上游侧”)及连接有制品槽104的一侧(以下，称作“下游侧”)设置有自动切换式开关阀111a、111b、116a、116b，并且在氮PSA装置101中设置有自动切换式开关阀112a、112b、113、115和可调节流量的流量调节阀114。另外，在制品槽104的出口侧设置有自动切换式开关阀106。
另外，在两个吸附槽103A、103B中分别填充有优先吸附从原料空气压缩机102送出的压缩原料空气中氧和二氧化碳等不需要成分的吸附剂105。
作为使用这种氮PSA装置101从原料空气中分离出富氮气体的方法，已知有重复进行加压吸附工序、降压均压工序、降压再生工序和加压均压工序这各工序的方法。
在该方法下，当第一吸附槽103A和第二吸附槽103B中的一个处于加压吸附工序时，另一个处于降压再生工序，当一个处于降压均压工序时，另一个处于加压均压工序。因此，对于第一吸附槽103A依次进行加压吸附工序、降压均压工序、降压再生工序和加压均压工序时，在第二吸附槽103B中依次进行降压再生工序、加压均压工序、加压吸附工序和降压均压工序。以下，以第一吸附槽103A的工序为基准进行说明。
首先，在加压吸附工序中，将通过原料空气压缩机102而加压的压缩原料空气导入至第一吸附槽103A内并加压第一吸附槽103A内，使原料空气中的不需要成分优先被吸附剂109吸附，得到富氮气体。接着，在降压均压工序中，将第一吸附槽103A内残留的相对高压的气体导入至第二吸附槽103B内。
接着，在降压再生工序中，将第一吸附槽103A开放于大气中而使第一吸附槽103A内的压力下降，解吸被吸附剂105吸附的不需要成分，并且向第一吸附槽103A的外部排出。此时，优选将从实施加压吸附工序的第二吸附槽103B的下游侧取出的富氮气体通过第一吸附槽103A的下游侧导入至第一吸附槽103A内，从而促进不需要成分的解吸。
而且，在加压均压工序中，向已完成降压再生工序的第一吸附槽103A内导入已完成加压吸附工序的第二吸附槽103B内残留的相对高压的气体。
若基于图7进一步具体说明，则在第一吸附槽103A处于加压吸附工序时(即，第二吸附槽103B处于降压再生工序时)，开关阀111a、112b、116a为开，其它开关阀为关。
因此，通过原料空气压缩机102压缩的压缩原料空气通过开关阀111a导入至第一吸附槽103A内。
导入至第一吸附槽103A内的压缩原料空气被吸附剂105吸附氧和二氧化碳等不需要成分，成为富含氮成分的富氮气体，并且通过开关阀116a被送到制品槽104，成为制品气体。此时，富氮气体的一部分通过流量调节阀114导入至第二吸附槽103B内，用于第二吸附槽103B内的吸附剂105的再生。
接着，当第一吸附槽103A进入降压均压工序，第二吸附槽103B进入加压均压工序时，则开关阀113、115为开，其它开关阀为关。
因此，在该降压均压工序中，第一吸附槽103A内残留的相对高压的气体通过开关阀113、115从第一吸附槽103A导入至第二吸附槽103B内。
接着，通过将开关阀111b、112a、116b设为开，将其他开关阀设为关，第一吸附槽103A进入降压再生工序，第二吸附槽103B进入加压吸附工序。
在该工序中，第一吸附槽103A内残留的气体通过开关阀112a排放到大气中，随着第一吸附槽103A内的压力下降，第一吸附槽103A内的吸附剂105吸附着的不需要成分被解吸。此时，由第二吸附槽103B导出的富氮气体的一部分通过流量调节阀114导入至第一吸附槽103A内，作为用于再生第一吸附槽103A内的吸附剂105的吹扫气体来使用。
之后，通过将开关阀113、115设为开，将其他开关阀设为关，第一吸附槽103A进入加压均压工序，第二吸附槽103B进入降压均压工序。
在该工序中，第二吸附槽103B内的相对高压的气体(均压气体)从第二吸附槽103B被供给到第一吸附槽103A。
通过重复以上工序，从原料空气中分离出富氮气体。
但是，由于在进行加压均压工序或降压均压工序时，开关阀111a、111b被关闭，因此在这期间有压缩原料空气不能从原料空气压缩机102向吸附槽103A、103B供给，在原料空气压缩机102的出口部引起急剧的压力上升的问题。
因此，如图8所示，为了防止由氮PSA装置101的开关阀111a、11b的关闭引起的急剧的压力上升，在原料空气压缩机102的下游侧设置有压缩原料空气槽107。
另外，作为其他使用压缩原料空气槽107的压缩原料空气的有效利用方法，已知有每次检测压缩原料空气槽107内的压力，控制原料空气压缩机102的马达的转速的方法(专利文献1)。
专利文献1：特开2011-156530号公报
然而，在如图8的使用压缩原料空气槽107的方法中，当开始加压均压工序或降压均压工序之前的第一吸附槽103A或第二吸附槽103B内的压力与原料空气压缩机102的最大使用压力相似时(即，压缩原料空气槽107内的压力与原料空气压缩机102的最大使用压力相似时)，无助于均压工序时的压力上升保护。
另外，通过使用具有无负载运转机构的原料空气压缩机102，能够在均压工序时将原料空气压缩机102转换成无负载运转以防止压力上升，但具有一旦转换成无负载运转的原料空气压缩机102再次转换成负载运转时需要时间的问题。此外，由于将原料空气压缩机102转换成无负载运转，从而加压吸附工序时的吸附槽内的压力上升变慢，无法充分利用作为压缩机的性能，另外，由于通过原料空气压缩机102而加压的容积增加相当于压缩原料空气槽107的量，因此具有不利于加压吸附工序时的加压且导致PSA性能下降的问题。
另外，专利文献1所记载的方法为了有效利用原料空气压缩机102，需要采用变换器控制系统，具有增加成本的问题。
此外，即使在采用这种控制系统的情况下，由于在均压工序时位于第一吸附槽103A和第二吸附槽103B的上游侧的开关阀111a、111b关闭，因此降低原料空气压缩机102的转速。其结果，无法充分发挥压缩机所持有的性能，导致应选择的原料空气压缩机102的必要能力的增加，导致装置大型化，从省电力化的观点来看具有不满意的问题。
在这种背景下，从省电力、省成本和省空间的观点来看，期望能够充分发挥压缩机所持有的性能的运转方法及装置，因此要求一种减少压缩机的负载变化，进行进一步连续的运转的方法，但实际情况是没有提供切实有效的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决上述问题的方法及装置。
为了解决上述问题，本发明提供以下技术方案。下面，以第一吸附槽的工序为基准进行说明。
第一发明为使用填充有吸附剂的多个吸附槽，从含有氮气的原料空气中分离出富氮气体的富氮气体制备方法，其特征在于，具有：加压吸附工序，向第一吸附槽内导入通过压缩机压缩的所述原料空气而加压所述第一吸附槽内，使所述原料空气中氧和二氧化碳等不需要成分优先被所述第一吸附槽内的吸附剂吸附，来得到氮被浓缩的气体；降压均压工序，将所述第一吸附槽内残留的气体向第二吸附槽内导入；降压再生工序，将通过所述压缩机压缩的原料空气向所述第二吸附槽内导入，并且将所述第一吸附槽开放于大气中而使所述第一吸附槽内的压力下降，从所述第一吸附槽内的所述吸附剂中解吸所述不需要成分，从而使所述第一吸附槽内的所述吸附剂再生；和加压均压工序，将所述第二吸附槽内残留的气体向所述第一吸附槽内导入，在所述加压均压工序中，在从所述压缩机与所述第一吸附槽之间的管道分支而设置的压缩原料空气槽中储存通过所述压缩机压缩的所述原料空气，在所述加压吸附工序中，将储存在所述压缩原料空气槽中的所述原料空气向所述第一吸附槽内导入，从而作为加压所述第一吸附槽内的气体的一部分来使用。
另外，第二发明为使用填充有吸附剂的多个吸附槽，从包含相对于所述吸附剂为易吸附性的易吸附成分和相对于所述吸附剂为难吸附性的难吸附成分的原料气体中，分离所述易吸附成分和所述难吸附成分的气体分离方法，其特征在于，具有：加压吸附工序，向第一吸附槽内导入通过压缩机压缩的所述原料气体而加压所述第一吸附槽内，使所述原料气体中的所述易吸附成分优先被所述第一吸附槽内的所述吸附剂吸附，来得到所述难吸附成分被浓缩的气体；降压均压工序，将所述第一吸附槽内残留的相对高压的气体向第二吸附槽内导入；降压再生工序，将通过所述压缩机压缩的原料气体向所述第二吸附槽内导入，并且将所述第一吸附槽开放于大气中而使所述第一吸附槽内的压力下降，从所述第一吸附槽内的所述吸附剂中解吸所述易吸附成分，从而使所述第一吸附槽内的所述吸附剂再生；和加压均压工序，将所述第二吸附槽内残留的气体向所述第一吸附槽内导入，在所述加压均压工序中，在从所述压缩机与所述第一吸附槽之间的管道分支而设置的压缩原料气体槽中储存通过所述压缩机压缩的所述原料气体，在所述加压吸附工序中，将储存在所述压缩原料气体槽中的所述原料气体向所述第一吸附槽内导入，从而作为加压所述第一吸附槽内的气体的一部分来使用。
另外，第三发明为用于使用填充有吸附剂的多个吸附槽，从含有氮气的原料空气中分离出富氮气体的富氮气体制备装置，其特征在于，具备：压缩机，对原料空气进行压缩；多个吸附槽，通过所述压缩机压缩的原料空气被导入所述多个吸附槽中；管道，连接所述压缩机和所述吸附槽；分支管，在所述管道上分支而设置；和压缩原料空气槽，连接于所述分支管，所述压缩原料空气槽具有当所述吸附槽不导入由所述压缩机压缩的原料空气或限制导入流量时，储存通过所述压缩机压缩的原料空气的功能，并且具有当加压所述吸附槽内时，将作为进行加压的气体的一部分储存在所述压缩原料空气槽内的原料空气导出至所述吸附槽的功能。
根据本发明，能够连续地且稳定地使用原料空气压缩机而并不间歇使用，从而能够降低原料空气压缩机的最大(额定)风量，结果，氮气PSA装置的省电力化成为可能。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的富氮气体制备装置的示意性结构的系统图。
图2A是表示本发明的一实施方式的富氮气体制备方法的操作1工序的工序图。
图2B是表示本发明的一实施方式的富氮气体制备方法的操作2工序的工序图。
图2C是表示本发明的一实施方式的富氮气体制备方法的操作3工序的工序图。
图2D是表示本发明的一实施方式的富氮气体制备方法的操作4工序的工序图。
图2E是表示本发明的一实施方式的富氮气体制备方法的操作5工序的工序图。
图2F是表示本发明的一实施方式的富氮气体制备方法的操作6工序的工序图。
图3是表示PSA方式的富氮气体制备装置中的在有无压缩原料空气槽情况下的原料空气压缩机的必要风量的曲线图。
图4是表示本发明的另一实施方式的富氮气体制备装置的示意性结构的系统图。
图5是表示在有无压缩原料空气槽情况下的产率与制品气体中的氧浓度之间关系的曲线图。
图6是表示在有无压缩原料空气槽情况下的能力与制品气体中的氧浓度之间关系的曲线图。
图7是表示现有富氮气体制备装置的示意性结构的系统图。
图8是表示现有富氮气体制备装置的示意性结构的系统图。
具体实施方式
下面，利用附图详细说明适用本发明的富氮气体制备装置及富氮气体制备方法。
<富氮气体制备装置>
本实施方式的富氮气体制备装置1为PSA方式的制备装置，如图1所示，是具备原料空气压缩机2、压缩原料空气槽3、两个吸附槽(第一吸附槽4A和第二吸附槽4B)和制品槽5的结构。
原料空气压缩机2为压缩原料空气的装置，通过入口阀11a并经由管道31、34、37与第一吸附槽4A连接，通过入口阀11b并经由管道31、34、38与第二吸附槽4B连接。
另外，第一吸附槽4A和第二吸附槽4B中填充有在原料空气中相比氮优先吸附氧和二氧化碳等不需要成分的吸附剂6。该吸附剂6优选使用分子筛活性炭。
此外，在管道37和管道38设置有分别测定向第一吸附槽4A或第二吸附槽4B内导入的气体的压力的压力计21a、21b。
压缩原料空气槽3经由分支设置在管道31的分支管32与原料空气压缩机2连接。另外，压缩原料空气槽3通过入口阀11a并经由管道32、31、34、37与第一吸附槽4A连接，通过入口阀11b并经由分支管32和管道31、34、38与第二吸附槽4连接。
即，压缩原料空气槽3分支设置在原料空气压缩机2与吸附槽4A、4B之间。
在分支管32上设置有作为自动切换式开关阀的压缩原料空气槽入口阀17，并且以连结该压缩原料空气槽入口阀17的上游侧与下游侧的方式设置有另一管道33。
此外，在压缩原料空气槽3中设置有测定压缩原料空气槽3内的压力的压力计(图略)。
该压缩原料空气槽3，如后述具有当第一吸附槽4A和第二吸附槽4B不导入由原料空气压缩机2压缩的原料空气或限制导入流量时，储存通过原料空气压缩机2压缩的原料空气的功能。此外，具有当加压第一吸附槽4A或第二吸附槽4B内时，将作为加压气体的一部分储存在压缩原料空气槽3的原料空气导出至第一吸附槽4A或第二吸附槽4B的功能。
另外，在管道33上从压缩原料空气槽3侧开始依次设置有压缩原料空气槽出口阀18和压缩原料空气槽出口流量调节机构19。
压缩原料空气槽出口阀18可以是开关阀或止回阀，若压缩原料空气槽出口流量调节机构19能够通过针阀或变更孔口或管道直径等的机构而进行流量调节，则可以是任何结构。另外，压缩原料空气槽出口阀18和压缩原料空气槽出口流量调节机构19可以是可进行控制的流量调节阀等一个机构。
制品槽5是储存从第一吸附槽4A及第二吸附槽4B导出的富氮气体的容器，通过出口阀16a并经由管道39、43、44与第一吸附槽4A连接，通过出口阀16b并经由管道40、43、44与第二吸附槽4B连接。
储存在制品槽5内的制品气体被构成为经由设置有制品气体出口阀25的管道45导出以供所需用途。
另外，在管道45上设置有测定制品气体的氧浓度的氧浓度计22、调节制品气体的压力的制品降压阀23和测定制品气体的流量的制品气体流量计24。
另外，第一吸附槽4A的上游侧和下游侧分别与第二吸附槽4B的上游侧和下游侧连接。
第一吸附槽4A的上游侧和第二吸附槽4B的上游侧经由管道37和管道38连接，但管道37与管道38之间由三根管道34、35、36连接。
在管道34上设置有作为开关阀的入口阀11a、11b，在该入口阀11a和入口阀11b之间连接有管道31。
另外，在管道35上设置有作为开关阀的排气阀12a、12b，在该排气阀12a与排气阀12b之间连接有与大气连通的管道46。
另外，在管道36上设置有作为开关阀的均压阀13。
另外，第一吸附槽4A的下游侧和第二吸附槽4B的下游侧经由管道39和管道40连接，管道39与管道40之间由三根管道41、42、43连接。
在管道41上设置有调节再生气体的流量的流量调节机构14，在管道42上设置有作为开关阀的均压阀15。若流量调节机构14能够通过针阀或变更孔口或管道直径等的机构而进行流量调节，则可以是任何结构。
另外，在管道43上设置有出口阀16a、16b，在该出口阀16a与出口阀16b之间连接有管道44。
此外，入口阀11a、11b、排气阀12a、12b、均压阀13、15、出口阀16a、16b和压缩原料空气槽入口阀17被构成为能够在后述的各工序中通过切换程序而进行自动开关。
<富氮气体制备方法>
其次，对本实施方式的富氮气体制备方法进行说明。
首先，本实施方式的富氮气体制备方法为重复进行加压吸附工序、降压均压工序、降压再生工序和加压均压工序这各工序的方法。
另外构成，当第一吸附槽4A和第二吸附槽4B中的一个处于加压吸附工序时，另一个处于降压再生工序，一个处于降压均压工序时，另一个处于加压均压工序的关系。以下，以第一吸附槽4A中的工序为基准进行说明。
首先，在加压吸附工序中，将通过原料空气压缩机2而加压的原料空气导入至第一吸附槽4A，并且将第一吸附槽4A内设为规定压力，使原料空气中易吸附的氧和二氧化碳等不需要成分优先被吸附剂6吸附，将难吸附的富氮气体导出至制品槽5。
接着，在降压均压工序中，将第一吸附槽4A内残留的相对高压的气体导入至第二吸附槽4B内。
接着，在降压再生工序中，将第一吸附槽4A开放于大气中而使压力下降，使吸附剂6吸附着的氧和二氧化碳等不需要成分解吸而使吸附剂6再生。此时，优选通过将从实施加压吸附工序的第二吸附槽4B的下游侧取出的富氮气体通过第一吸附槽4A的下游侧导入至第一吸附槽4A内，从而促进不需要成分的解吸。
而且，在加压均压工序中，将第二吸附槽4B内残留的相对高压的气体向第一吸附槽4A内导入。
之后，第一吸附槽4A再次进入到加压吸附工序，通过重复以上工序，从原料空气中分离出氮气。即，第一吸附槽4A和第二吸附槽4B通过交替重复吸附和再生，连续地由原料空气制备富氮气体。
参照图2(图2A至图2F)及表1，更详细地说明适用上述的富氮气体制备装置1的富氮气体制备方法。
此外，图2A至图2F是分别表示操作1至操作6的各工序的图，图中的箭头表示气体的流动，图中的粗线表示气体流过的管道。
另外，表1示出了各工序中的原料空气压缩机、压缩原料空气槽、第一吸附槽4A和第二吸附槽4B的各状态。
《操作1》
在图2A所示的操作1中，第一吸附槽4A处于进行加压吸附工序的状态，第二吸附槽4B处于进行降压再生工序的状态。具体来讲，入口阀11a、排气阀12b、出口阀16a和压缩原料空气槽出口阀18为开，其他开关阀为关。
在操作1中，由于入口阀11a打开，因此通过原料空气压缩机2压缩的压缩原料空气经由管道31、34、37导入至第一吸附槽4A内，第一吸附槽4A内被加压。而且，使原料空气中氧和二氧化碳等不需要成分优先被第一吸附槽4A内的吸附剂6吸附来得到氮被浓缩的富氮气体。由于出口阀16a打开，因此该得到的富氮气体经由管道39、43、44从第一吸附槽4A向制品槽5导出。
另外，由于排气阀12b打开，因此第二吸附槽4B经由管道38、35、46开放于大气中，第二吸附槽4B内的压力下降，从第二吸附槽4B内的吸附剂6中解吸不需要成分，以再生吸附剂6。
此时，从第一吸附槽4A排出的富氮气体的一部分通过流量调节机构14得到流量调节，并且经由管道39、41、40，从第二吸附槽4B的下游侧导入至第二吸附槽4B内。而且，通过该导入的富氮气体而吹扫第二吸附槽4B内，从而促进第二吸附槽4B内的吸附剂6的再生。
另外，由于压缩原料空气槽出口阀18打开，因此储存在压缩原料空气槽3中的原料空气通过压缩原料空气槽出口流量调节机构19而被调节为适当的流量，并且经由分支管32及管道33、31、34、37，导入至第一吸附槽4A内，作为加压第一吸附槽4A的气体的一部分来使用。
即，在操作1中，由原料空气压缩机2和压缩原料空气槽3这两个进行向第一吸附槽4A的压缩原料空气的供给。
此外，由于设置有压缩原料空气出口流量调节机构19，因此能够调节从压缩原料空气槽3向第一吸附槽4A供给的压缩原料空气的流量。由此，当由压缩原料空气槽3供给压缩原料空气时，能够防止急剧导入压缩原料空气而扰乱第二吸附槽4A内的浓度分布，从而对性能带来不良影响的现象。
《操作2》
其次，参照图2B，对操作2进行说明。
在此，优选当第一吸附槽4A与第二吸附槽4B之间的压力差消失时进行操作1和操作2的切换。
操作2也与操作1相同，第一吸附槽4A处于进行加压吸附工序的状态，第二吸附槽4B处于进行降压再生工序的状态。
但与操作1不同，由于压缩原料空气槽出口阀18关闭，因此不会由压缩原料空气槽3供给经压缩的原料空气，向第一吸附槽4A的压缩原料空气的供给仅由原料空气压缩机2进行。
关于其他开关阀，处于与操作1相同的状态。
《操作3》
其次，参照图2C，对操作3进行说明。
在操作3中，处于第一吸附槽4A由加压吸附工序切换至降压均压工序，第二吸附槽4B由降压再生工序切换至加压均压工序的状态。具体来讲，均压阀13、15和压缩原料空气槽入口阀17为开，其他开关阀为关。
在该操作3中，由于均压阀15打开，因此第一吸附槽4A内的相对高压的气体从第一吸附槽4A的下游侧，经由管道39、42、40，从第二吸附槽4B的下游侧向第二吸附槽4B内导入。
此外，此时由于在流量调节机构14中调节流量，因此从第一吸附槽4A导出的大部分气体不通过管道41，而通过管道42导入至第二吸附槽4B内。
另外，由于均压阀13打开，因此第一吸附槽4A内的相对高压的气体从第一吸附槽4A的上游侧，经由管道37、36、38，从第二吸附槽4B的上游侧向第二吸附槽4B内导入。
另外，由于压缩原料空气槽入口阀17打开，因此由原料空气压缩机2排出的压缩原料空气向压缩原料空气槽3内导入，并被储存。
该均压工序为了将加压吸附工序结束后的第一吸附槽4A内残留的相对高压的气体回收到结束降压再生工序的第二吸附槽4B内而进行。
《操作4》
其次，参照图2D，对操作4进行说明。
在操作4中，处于第一吸附槽4A切换至降压再生工序，第二吸附槽切换至加压吸附工序的状态。具体来讲，入口阀11b、排气阀12a、出口阀16b和压缩原料空气槽出口阀18为开，其他开关阀为关。
由于入口阀11b打开，因此通过原料空气压缩机2压缩的原料空气经由管道31、34、38导入至第二吸附槽4B内，第二吸附槽4B内被加压。而且，原料空气中氧和二氧化碳等不需要成分优先被第二吸附槽4B内的吸附剂6吸附，可得到氮被浓缩的富氮气体。由于出口阀16b打开，因此该所得到的富氮气体经由管道40、43、44从第二吸附槽4B向制品槽5导出。
另外，由于排气阀12a打开，因此第一吸附槽4A经由管道37、34、46开放于大气中，第一吸附槽4A内的压力下降，从第一吸附槽4A内的吸附剂6中解吸不需要成分，以再生吸附剂6。
此时，从第二吸附槽4B排出的富氮气体的一部分通过流量调节机构14而得到流量调节，并且经由管道40、41、39，从第一吸附槽4A的下游侧导入至第一吸附槽4A内。而且，通过该导入的富氮气体而吹扫第一吸附槽4A内，从而促进第一吸附槽4A内的吸附剂6的再生。
另外，由于压缩原料空气槽出口阀18打开，因此储存在压缩原料空气槽3中的原料空气通过压缩原料空气槽出口流量调节机构19而被调节为适当的流量，并且经由分支管32及管道33、31、34、38，导入至第二吸附槽4B内，作为加压第二吸附槽4B的气体的一部分来使用。
即，在操作4中，由原料空气压缩机2和压缩原料空气槽3这两个进行向第二吸附槽4B的压缩原料空气的供给。
《操作5》
其次，参照图2E，对操作5进行说明。
在此，优选当第二吸附槽4B与压缩原料空气槽3之间的压力差消失时进行操作4和操作5的切换。
操作5也与操作4相同，第一吸附槽4A处于进行降压再生工序的状态，第二吸附槽4B处于进行加压吸附工序的状态。
但与操作4不同，由于操作5中压缩原料空气槽出口阀18关闭，因此不会由压缩原料空气槽3供给经压缩的原料空气，向第二吸附槽4B的压缩原料空气的供给仅由原料空气压缩机2进行。
关于其他开关阀，处于与操作4相同的状态。
《操作6》
其次，参照图2F，对操作6进行说明。
在操作6中，处于第一吸附槽4A由降压再生工序切换至加压均压工序，第二吸附槽4B由加压吸附工序切换至降压均压工序的状态。具体来讲，均压阀13、15和压缩原料空气槽入口阀17为开，其他开关阀为关。
由于均压阀15打开，因此第二吸附槽4B内的相对高压的气体从第二吸附槽4B的下游侧，经由管道40、42、39，从第一吸附槽4A的下游侧向第一吸附槽4A内导入。
此外，此时由于在流量调节机构14中调节流量，因此从第二吸附槽4B的下游侧导出的大部分气体不通过管道41，而通过管道42导入至第一吸附槽4A内。
另外，由于均压阀13打开，因此第二吸附槽4B内的相对高压的气体从第二吸附槽4B的上游侧，经由管道38、36、37，从第一吸附槽4A的上游侧向第一吸附槽4A内导入。
另外，由于压缩原料空气槽入口阀17打开，因此由原料空气压缩机2排出的压缩原料空气向压缩原料空气槽3内导入，并被压缩储存。
该均压工序为了将加压吸附工序结束后的第二吸附槽4B内残留的相对高压的气体回收到结束降压再生工序的第一吸附槽4A内而进行。
通过重复以上的加压吸附工序、降压均压工序、降压再生工序和加压均压工序这各工序，从含氮的原料空气中分离出富氮气体。
根据本实施方式，能够连续地且稳定地使用原料空气压缩机而并不间歇使用，从而能够降低原料空气压缩机的最大(额定)风量，结果，氮气PSA装置的省电力化成为可能。
若具体说明，则在本实施方式中，通过进行向压缩原料空气槽3的压缩原料空气的导入导出，谋求原料空气压缩机2的负载变化的防止。即，即使在通过原料空气压缩机2压缩的原料空气不导入至第一吸附槽4A和第二吸附槽4B内或限制导入流量的均压工序中，也不会将原料空气压缩机2切换至无负载运转，而将经压缩的原料空气向压缩空气槽3内导入。
因此，作为原料空气压缩机2，选择具有能够充分满足富氮气体制备装置1所需的最大风量的性能的机种即可。
而且，通过稳定原料空气压缩机2的风量来使用，从而能够降低必要的最大风量，其结果，带来原料空气压缩机2的设备电力降低的效果。
在此，图3示出在相同性能的PSA方式的富氮气体制备装置中，在有无压缩原料空气槽情况下的原料空气压缩机的必要风量的概念。
根据图3可知，在没有压缩原料空气槽的情况下，均压工序时原料空气压缩机切换至无负载运转，从而加压吸附工序时所需的原料空气压缩机的流量最大值与有压缩原料空气槽的情况相比较大。
如此，本实施方式能够减小原料空气压缩机2的流量最大值，从而带来设备电力降低的效果。
另外，在本实施方式中，使用压缩原料空气槽3的结果，均压工序时可以不用将原料空气压缩机2切换至无负载运转，因此能够防止由无负载运转切换至负载运转时所需的时间段的空气损耗。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，显然，在不脱离其主旨的范围内可进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，对由原料空气制备富氮气体的情况进行了说明，但原料气体及制备气体的组合并不限定于此，可广泛适用于通过采用吸附剂来从原料气体中回收易吸附成分和难吸附成分的气体分离方法中。可通过将上述实施方式的氧和二氧化碳等不需要成分转换成易吸附成分，将氮转换成难吸附成分，将压缩原料空气槽转换成压缩原料气体槽，从而对该气体分离方法进行说明。
另外，从原料空气压缩机2和第一吸附槽4A及第二吸附槽4B之间的管道分支的压缩原料空气槽3的位置并不限定于图1所示的情况。
可以具有如下的流量调节机构：该流量调节机构在加压均压工序或降压均压工序中，能够在压缩原料空气槽3内储存压缩原料空气，以防原料空气压缩机2切换至无负载运转，在加压吸附工序中，能够将该压缩原料空气槽3内储存的压缩原料空气作为加压第一吸附槽4A(或第二吸附槽4B)内的加压气体的一部分来使用。
例如，如图4所示，可以是使分支管51的两端连接于管道31，并且在分支管51上从原料空气压缩机2侧开始依次设置有压缩原料空气槽入口阀52、压缩原料空气槽53、压缩原料空气槽出口阀54和压缩原料空气槽出口流量调节机构55的结构。
此时，在加压均压工序(或降压均压工序)时，将压缩原料空气槽入口阀52和压缩原料空气槽出口阀54设为开。来自原料空气压缩机2的原料空气经由压缩原料空气槽入口阀52及压缩原料空气槽出口阀54导入至压缩原料空气槽53内。
而且，在加压吸附工序(或降压再生工序)中，开关阀52为关，压缩原料空气从原料空气压缩机2和压缩原料空气槽53导入至第一吸附槽4A(或第二吸附槽4B)内。在此，优选当压缩原料空气槽53与处于加压吸附工序的第一吸附槽4A(或第二吸附槽4B)的压力差几乎消失时压缩原料空气槽出口阀54为关。
(实施例)
以下，使用实施例和比较例，对具备压缩原料空气槽的情况和不具备的情况下的效果差进行说明。但是，本发明不由以下实施例做任何限定。
在实施例(具备压缩原料空气槽)中，按照上述实施方式所示，使用具有图1所示系统的富氮气体制备装置，进行图2A至图2F所示的操作，制备富氮气体。
在比较例(不具备压缩原料空气槽)中，作为不具备压缩原料空气槽的装置，使用具有图7所示系统的富氮气体制备装置，通过重复进行加压吸附工序、降压均压工序、降压再生工序和加压均压工序，制备富氮气体。
图5示出实施例及比较例中的产率结果，图6示出能力结果。此外，图5的纵轴为产率比，是将各氧浓度下的产率值除以不具备压缩原料空气槽时的氧浓度值100(Vppm)下的产率值后的值。另外，图6的纵轴为能力比，是将各氧浓度下的能力值除以不具备压缩原料空气槽时的氧浓度值100(Vppm)下的能力值后的值。
在此，产率(％)是指制品富氮气体流量(Nm3/h)/压缩原料空气最大必要流量(Nm3/h)的值，能力(Nm3/h·ton)是指制品富氮气体流量(Nm3/h)/吸附剂填充量(ton)的值。
如图5所示，能够确认通过具备压缩原料空气槽，制品气体中氧浓度100PPm的产率比提高约8％。
因此，通过采用附加有压缩原料空气槽的过程，能够进一步减小原料空气压缩机能力的必要风量，并且相应地能够降低设备电力。
另外，如图6所示，由于没有有无压缩原料空气槽带来的能力性能降低，因此储存在压缩原料空气槽中的压缩原料空气通过压缩原料空气槽出口流量调节机构进行流量调节后向吸附槽导入，从而可以说能够作为加压气体的一部分来使用而不会扰乱吸附槽内的浓度分布。
此外，图5及图6均为改变向吸附槽的原料空气导入流量，将加压吸附工序中的吸附槽的最高到达压力设为固定的测定结果，但由于在将向吸附槽的原料空气导入流量设为固定，并改变吸附槽的最高到达应力的情况下，具备压缩原料空气槽的情况下与不具备的情况相比吸附槽的最高到达压力高，因此提高吸附剂的吸附性能，也提高能力性能。
产业上的可利用性
根据本发明，能够连续地且稳定地使用原料空气压缩机而并不间歇使用，从而能够降低原料空气压缩机的流量最大值，结果，氮气PSA装置的省电力化成为可能，因此具有产业上的可利用性。
附图标记说明
1 富氮气体制备装置
2 原料空气压缩机
3、53 压缩原料空气槽
4A 第一吸附槽
4B 第二吸附槽
5 制品槽
6 吸附剂
11a、11b 入口阀
12a、12b 排气阀
13、15 均压阀
14 流量调节机构
16a、16b 出口阀
17、52 压缩原料空气槽入口阀
18、54 压缩原料空气槽出口阀
19、55 压缩原料空气槽出口流量调节机构
31、33～44 管道
32、51 分支管

Claims (3)

1.一种富氮气体制备方法，使用填充有吸附剂的多个吸附槽，从含有氮气的原料空气中分离出富氮气体，其特征在于，具有：
加压吸附工序，向第一吸附槽内导入通过压缩机压缩的所述原料空气而加压所述第一吸附槽内，使所述原料空气中的不需要成分优先被所述第一吸附槽内的吸附剂吸附，来得到氮被浓缩的气体；
降压均压工序，将所述第一吸附槽内残留的气体向第二吸附槽内导入；
降压再生工序，将通过所述压缩机压缩的原料空气向所述第二吸附槽内导入，并且将所述第一吸附槽开放于大气中而使所述第一吸附槽内的压力下降，从所述第一吸附槽内的所述吸附剂中解吸所述不需要成分，从而使所述第一吸附槽内的所述吸附剂再生；和
加压均压工序，将所述第二吸附槽内残留的气体向所述第一吸附槽内导入，
在所述加压均压工序中，通过分支管在压缩原料空气槽中储存通过所述压缩机压缩的所述原料空气，所述分支管为从将所述压缩机与连接所述第一吸附槽和所述第二吸附槽之间的管道相连的管道分支而设置的，
在所述加压吸附工序中，将储存在所述压缩原料空气槽中的所述原料空气，经由所述分支管和连接所述第一吸附槽和所述压缩机之间的管道向所述第一吸附槽内导入，从而作为加压所述第一吸附槽内的气体的一部分来使用，
在所述降压均压工序中，在所述压缩原料空气槽中储存通过所述压缩机压缩的所述原料空气，
在所述降压再生工序中，将储存在所述压缩原料空气槽中的所述原料空气，经由所述分支管和连接所述第二吸附槽和所述压缩机之间的管道向所述第二吸附槽内导入，从而作为加压所述第二吸附槽内的气体的一部分来使用。
2.一种气体分离方法，使用填充有吸附剂的多个吸附槽，从包含相对于所述吸附剂为易吸附性的易吸附成分和相对于所述吸附剂为难吸附性的难吸附成分的原料气体中，分离所述易吸附成分和所述难吸附成分，其特征在于，具有：
加压吸附工序，向第一吸附槽内导入通过压缩机压缩的所述原料气体而加压所述第一吸附槽内，使所述原料气体中的所述易吸附成分优先被所述第一吸附槽内的所述吸附剂吸附，来得到所述难吸附成分被浓缩的气体；
降压均压工序，将所述第一吸附槽内残留的相对高压的气体向第二吸附槽内导入；
降压再生工序，将通过所述压缩机压缩的原料气体向所述第二吸附槽内导入，并且将所述第一吸附槽开放于大气中而使所述第一吸附槽内的压力下降，从所述第一吸附槽内的所述吸附剂中解吸所述易吸附成分，从而使所述第一吸附槽内的所述吸附剂再生；和
加压均压工序，将所述第二吸附槽内残留的气体向所述第一吸附槽内导入，
在所述加压均压工序中，通过分支管在压缩原料气体槽中储存通过所述压缩机压缩的所述原料气体，所述分支管为从将所述压缩机与连接所述第一吸附槽和所述第二吸附槽之间的管道相连的管道分支而设置的，
在所述加压吸附工序中，将储存在所述压缩原料气体槽中的经压缩的所述原料气体，经由所述分支管和连接所述第一吸附槽和所述压缩机之间的管道向所述第一吸附槽内导入，从而作为加压所述第一吸附槽内的气体的一部分来使用，
在所述降压均压工序中，在所述压缩原料气体槽中储存通过所述压缩机压缩的所述原料气体，
在所述降压再生工序中，将储存在所述压缩原料气体槽中的经压缩的所述原料气体，经由所述分支管和连接所述第二吸附槽和所述压缩机之间的管道向所述第二吸附槽内导入，从而作为加压所述第二吸附槽内的气体的一部分来使用。
3.一种富氮气体制备装置，用于使用填充有吸附剂的多个吸附槽，从含有氮气的原料空气中分离出富氮气体，其特征在于，具备：
压缩机，对原料空气进行压缩；
多个吸附槽，通过所述压缩机压缩的原料空气被导入所述多个吸附槽中；
管道，连接所述压缩机和所述吸附槽；
分支管，在所述管道上分支而设置；和
压缩原料空气槽，连接于所述分支管，
所述压缩原料空气槽具有当所述吸附槽不导入由所述压缩机压缩的原料空气或限制导入流量时，储存通过所述压缩机压缩的原料空气的功能，
并且具有当加压所述吸附槽内时，将作为进行加压的气体的一部分储存在所述压缩原料空气槽内的原料空气，直接向所述吸附槽和所述压缩机之间的管道供给而导出至所述吸附槽的功能。
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