JP2002079031A - 高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置 - Google Patents
高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置Info
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- JP2002079031A JP2002079031A JP2000271329A JP2000271329A JP2002079031A JP 2002079031 A JP2002079031 A JP 2002079031A JP 2000271329 A JP2000271329 A JP 2000271329A JP 2000271329 A JP2000271329 A JP 2000271329A JP 2002079031 A JP2002079031 A JP 2002079031A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】コンパクト化し、設備費や設備面積の低減を図
ると共に、吸着工程と脱着工程との熱交換を効率的に行
ない、吸着剤層の温度勾配を緩和し、平衡吸着量の低下
や不純物の脱着効率の低下を最小限に縮め、高濃度酸素
の製造能力を向上させることができる酸素ＰＳＡ装置を
を提供する。 【解決手段】酸素ＰＳＡ装置において、吸着塔を外筒と
内筒で少なくとも二室の吸着室に区画し、外筒と内筒と
の間の吸着室及び内筒内の吸着室に夫々吸着剤層を設
け、吸着室に原料ガスを供給するブロワと、吸着室を減
圧して吸着された不純物を脱着する真空ポンプが設けら
れ、一方の吸着室が吸着工程のときに他方の吸着室が再
生工程となるように構成されたことを特徴とする高濃度
酸素製造用の圧力変動吸着装置。
ると共に、吸着工程と脱着工程との熱交換を効率的に行
ない、吸着剤層の温度勾配を緩和し、平衡吸着量の低下
や不純物の脱着効率の低下を最小限に縮め、高濃度酸素
の製造能力を向上させることができる酸素ＰＳＡ装置を
を提供する。 【解決手段】酸素ＰＳＡ装置において、吸着塔を外筒と
内筒で少なくとも二室の吸着室に区画し、外筒と内筒と
の間の吸着室及び内筒内の吸着室に夫々吸着剤層を設
け、吸着室に原料ガスを供給するブロワと、吸着室を減
圧して吸着された不純物を脱着する真空ポンプが設けら
れ、一方の吸着室が吸着工程のときに他方の吸着室が再
生工程となるように構成されたことを特徴とする高濃度
酸素製造用の圧力変動吸着装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸着剤を充填した
吸着塔により、原料ガスから不純物を吸着分離して高濃
度酸素を製造する圧力変動吸着装置（以下ＰＳＡ装置と
いう）に関するものである。
吸着塔により、原料ガスから不純物を吸着分離して高濃
度酸素を製造する圧力変動吸着装置（以下ＰＳＡ装置と
いう）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の酸素製造装置としては、深冷分離
装置、膜分離装置及びＰＳＡ装置などが用いられてい
る。深冷分離装置は、空気を断熱膨張で冷却して液化
し、窒素や酸素などの沸点の違いを利用して分離し、高
濃度酸素を製造する装置であり、大容量の酸素を製造す
るのに適しているが、電力などの動力費が嵩むことや設
備の設置面積が大きくなるなどの問題があり、また、膜
分離装置は、酸素を選択的に透過する高分子有機膜を用
い、空気中の窒素と酸素を分離し、高濃度酸素を製造す
る装置であり、小容量の酸素を製造するのに適している
が、工業的な大容量装置では、高価な膜分離モジュール
が多量に必要となるため、設備費が嵩む問題がある。
装置、膜分離装置及びＰＳＡ装置などが用いられてい
る。深冷分離装置は、空気を断熱膨張で冷却して液化
し、窒素や酸素などの沸点の違いを利用して分離し、高
濃度酸素を製造する装置であり、大容量の酸素を製造す
るのに適しているが、電力などの動力費が嵩むことや設
備の設置面積が大きくなるなどの問題があり、また、膜
分離装置は、酸素を選択的に透過する高分子有機膜を用
い、空気中の窒素と酸素を分離し、高濃度酸素を製造す
る装置であり、小容量の酸素を製造するのに適している
が、工業的な大容量装置では、高価な膜分離モジュール
が多量に必要となるため、設備費が嵩む問題がある。
【０００３】ＰＳＡ装置は、主に合成ゼオライトなどの
酸素以外のガス成分を選択的に吸着する吸着剤を充填し
た吸着塔に、空気などの酸素含有ガスを供給し、窒素、
炭酸ガス及び水分などの不純物（以下単に不純物とい
う）を吸着剤に吸着させて分離し、吸着しにくい酸素を
吸着塔から抜き出して高濃度酸素として回収し、吸着剤
に吸着した不純物を、減圧工程及びパ−ジ工程などの再
生工程により脱着させ、オフガスとして系外に排出する
ことにより吸着剤を再生し、それらの工程を複数の吸着
塔間で順次繰り返されることにより、装置全体として連
続的に高濃度酸素の製造を行うことができる装置であ
り、比較的大容量の酸素を製造するのに適しており、設
備費や動力費が低廉で、運転操作も容易であることから
近年多く使用されている。
酸素以外のガス成分を選択的に吸着する吸着剤を充填し
た吸着塔に、空気などの酸素含有ガスを供給し、窒素、
炭酸ガス及び水分などの不純物（以下単に不純物とい
う）を吸着剤に吸着させて分離し、吸着しにくい酸素を
吸着塔から抜き出して高濃度酸素として回収し、吸着剤
に吸着した不純物を、減圧工程及びパ−ジ工程などの再
生工程により脱着させ、オフガスとして系外に排出する
ことにより吸着剤を再生し、それらの工程を複数の吸着
塔間で順次繰り返されることにより、装置全体として連
続的に高濃度酸素の製造を行うことができる装置であ
り、比較的大容量の酸素を製造するのに適しており、設
備費や動力費が低廉で、運転操作も容易であることから
近年多く使用されている。
【０００４】例えば、図２の系統図に示す従来のＰＳＡ
装置では、吸着剤を充填して吸着剤層３ａ、４ａを形成
した二塔の吸着塔１ａ、２ａを設け、バルブＶ１０、Ｖ
１１を開弁し、原料空気を空気ブロワ５ａで吸着塔１ａ
に供給し、吸着工程により高濃度酸素を製造していると
きに、他の吸着塔２ａでは、バルブＶ１５が開弁され真
空ポンプ６ａにより吸着塔内が減圧され、吸着剤層４ａ
の再生工程である減圧工程が行われ、また、バルブＶ１
６が開弁され吸着工程により製造された高濃度酸素が高
濃度酸素回収側から供給され、パ−ジ工程及び均圧工程
の各工程が順次行われる。前記操作を二塔間で順次切り
替えて繰り返されることにより、連続的に高濃度酸素の
製造が行われる。なお、吸着工程及び再生工程の切り替
えに伴なう吸着塔１ａ、２ａとの対応するバルブは次の
通りである。Ｖ１０：Ｖ１２、Ｖ１１：Ｖ１３、Ｖ１
４：Ｖ１５。なお、前者が第１吸着塔１ａのバルブ符
番、後者が第２吸着塔２ａのバルブ符番である。
装置では、吸着剤を充填して吸着剤層３ａ、４ａを形成
した二塔の吸着塔１ａ、２ａを設け、バルブＶ１０、Ｖ
１１を開弁し、原料空気を空気ブロワ５ａで吸着塔１ａ
に供給し、吸着工程により高濃度酸素を製造していると
きに、他の吸着塔２ａでは、バルブＶ１５が開弁され真
空ポンプ６ａにより吸着塔内が減圧され、吸着剤層４ａ
の再生工程である減圧工程が行われ、また、バルブＶ１
６が開弁され吸着工程により製造された高濃度酸素が高
濃度酸素回収側から供給され、パ−ジ工程及び均圧工程
の各工程が順次行われる。前記操作を二塔間で順次切り
替えて繰り返されることにより、連続的に高濃度酸素の
製造が行われる。なお、吸着工程及び再生工程の切り替
えに伴なう吸着塔１ａ、２ａとの対応するバルブは次の
通りである。Ｖ１０：Ｖ１２、Ｖ１１：Ｖ１３、Ｖ１
４：Ｖ１５。なお、前者が第１吸着塔１ａのバルブ符
番、後者が第２吸着塔２ａのバルブ符番である。
【０００５】ＰＳＡ装置による分離では、吸着剤層の温
度が低いほど吸着ガスの平衡吸着量が増加するため、吸
着工程では温度が低く、再生工程である脱着工程では温
度が高い方が有利となる。しかし、ＰＳＡ装置は、吸着
工程では多量の吸着熱が発生して吸着剤層の温度が上昇
し、原料ガスの入口側温度が低く、出口側温度が高くな
る温度勾配が惹起され、また、不純物の脱着工程では脱
着時の断熱膨張効果による吸熱により吸着剤層の温度低
下が起こり、再生ガス排出側温度が低く、反対側温度が
高くなる温度勾配が惹起される。通常、吸着工程におけ
るガス流通方向と再生工程におけるガス流通方向とは向
流で行われるため、その操作が繰り返されることによ
り、吸着剤層の原料ガス入口側から出口側に著しい温度
勾配が惹起され、平衡吸着量が低下すると共に不純物の
脱着効率が低下する問題があると共に、脱着工程で脱着
された水分が配管内で凍結して閉塞を起こす恐れもあ
る。
度が低いほど吸着ガスの平衡吸着量が増加するため、吸
着工程では温度が低く、再生工程である脱着工程では温
度が高い方が有利となる。しかし、ＰＳＡ装置は、吸着
工程では多量の吸着熱が発生して吸着剤層の温度が上昇
し、原料ガスの入口側温度が低く、出口側温度が高くな
る温度勾配が惹起され、また、不純物の脱着工程では脱
着時の断熱膨張効果による吸熱により吸着剤層の温度低
下が起こり、再生ガス排出側温度が低く、反対側温度が
高くなる温度勾配が惹起される。通常、吸着工程におけ
るガス流通方向と再生工程におけるガス流通方向とは向
流で行われるため、その操作が繰り返されることによ
り、吸着剤層の原料ガス入口側から出口側に著しい温度
勾配が惹起され、平衡吸着量が低下すると共に不純物の
脱着効率が低下する問題があると共に、脱着工程で脱着
された水分が配管内で凍結して閉塞を起こす恐れもあ
る。
【０００６】前記ＰＳＡ装置における問題点を改善する
装置として、特公平６−２０５０４号公報に、吸着槽に
充填された吸着剤層を貫通して吸着槽出口ガス流路を設
け、出口ガスを向流に流通させて吸着剤との熱交換を行
って、温度勾配を緩和させる装置が開示されており、ま
た、特開平１０−２６３３５２号公報には、吸着剤層の
上下空間部に不活性充填物層を設け、吸着時の温熱や脱
着時の冷熱を不活性充填物に蓄熱し、交互に操作される
吸着工程及び脱着工程で相互に放熱して吸着剤層の温度
勾配を緩和させる装置が開示されている。
装置として、特公平６−２０５０４号公報に、吸着槽に
充填された吸着剤層を貫通して吸着槽出口ガス流路を設
け、出口ガスを向流に流通させて吸着剤との熱交換を行
って、温度勾配を緩和させる装置が開示されており、ま
た、特開平１０−２６３３５２号公報には、吸着剤層の
上下空間部に不活性充填物層を設け、吸着時の温熱や脱
着時の冷熱を不活性充填物に蓄熱し、交互に操作される
吸着工程及び脱着工程で相互に放熱して吸着剤層の温度
勾配を緩和させる装置が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のＰＳＡ装置
において、特公平６−２０５０４号公報に開示された装
置においては、伝熱効率が低いガス熱交換であり、出口
ガスの滞留時間が短いため、吸着剤層の温度勾配の緩和
効果が低く、また、吸着剤が充填されていないデットス
ペースが多くなるため、装置の大きさに比較して処理容
量も少なくなる問題がある。また、特開平１０−２６３
３５２号公報に開示された装置においても、吸着処理に
関与しない不活性充填物層が充填されるため、デットス
ペースが多くなり、装置の大きさに比較して処理容量も
少なくなると共に充填操作が煩雑となる問題がある。
において、特公平６−２０５０４号公報に開示された装
置においては、伝熱効率が低いガス熱交換であり、出口
ガスの滞留時間が短いため、吸着剤層の温度勾配の緩和
効果が低く、また、吸着剤が充填されていないデットス
ペースが多くなるため、装置の大きさに比較して処理容
量も少なくなる問題がある。また、特開平１０−２６３
３５２号公報に開示された装置においても、吸着処理に
関与しない不活性充填物層が充填されるため、デットス
ペースが多くなり、装置の大きさに比較して処理容量も
少なくなると共に充填操作が煩雑となる問題がある。
【０００８】本発明は、前記の問題に鑑みてなされたも
のであり、ＰＳＡ装置をコンパクト化し、設備費や設備
面積の低減を図ると共に、吸着工程と脱着工程との熱交
換を効率的に行うことができ、吸着剤層の原料ガス入口
側から出口側に惹起される温度勾配を緩和し、平衡吸着
量の低下や不純物の脱着効率の低下を最小限に縮め、高
濃度酸素の製造能力を向上させることができ、また、配
管内での水分凍結の恐れが無い圧力変動吸着装置を提供
する目的で成されたものである。
のであり、ＰＳＡ装置をコンパクト化し、設備費や設備
面積の低減を図ると共に、吸着工程と脱着工程との熱交
換を効率的に行うことができ、吸着剤層の原料ガス入口
側から出口側に惹起される温度勾配を緩和し、平衡吸着
量の低下や不純物の脱着効率の低下を最小限に縮め、高
濃度酸素の製造能力を向上させることができ、また、配
管内での水分凍結の恐れが無い圧力変動吸着装置を提供
する目的で成されたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の要旨は、請求項１に記載の発明においては、
吸着剤を充填した吸着塔により、酸素含有の原料ガスか
ら不純物を吸着分離して高濃度酸素を製造し、減圧して
吸着剤を再生する圧力変動吸着装置において、前記吸着
塔を外筒と内筒で少なくとも二室の吸着室に区画し、外
筒と内筒との間の吸着室及び内筒内の吸着室に夫々吸着
剤層を設け、前記吸着室に原料ガスを供給するブロワ
と、前記吸着室を減圧して吸着された不純物を脱着する
真空ポンプが設けられ、一方の吸着室が吸着工程のとき
に他方の吸着室が再生工程となるように構成されたこと
を特徴とする高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置であ
る。
の本発明の要旨は、請求項１に記載の発明においては、
吸着剤を充填した吸着塔により、酸素含有の原料ガスか
ら不純物を吸着分離して高濃度酸素を製造し、減圧して
吸着剤を再生する圧力変動吸着装置において、前記吸着
塔を外筒と内筒で少なくとも二室の吸着室に区画し、外
筒と内筒との間の吸着室及び内筒内の吸着室に夫々吸着
剤層を設け、前記吸着室に原料ガスを供給するブロワ
と、前記吸着室を減圧して吸着された不純物を脱着する
真空ポンプが設けられ、一方の吸着室が吸着工程のとき
に他方の吸着室が再生工程となるように構成されたこと
を特徴とする高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置であ
る。
【００１０】また、請求項２に記載の発明においては、
吸着剤を充填した吸着塔により、酸素含有の原料ガスか
ら不純物を吸着分離して高濃度酸素を製造し、減圧して
吸着剤を再生する圧力変動吸着装置において、前記吸着
塔を外筒と内筒で少なくとも二室の吸着室に区画し、外
筒と内筒との間の吸着室及び内筒内の吸着室に夫々吸着
剤層を設け、前記吸着室に原料ガスを供給するブロワ
と、前記吸着室を減圧して吸着された不純物を脱着する
真空ポンプが設けられ、一方の吸着室が吸着工程のとき
に他方の吸着室が再生工程となり、夫々の吸着室を流通
する吸着工程の原料ガス及び再生工程の再生ガスの流通
方向が、同一方向となるようにガス流路が構成されたこ
とを特徴とする高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置で
ある。
吸着剤を充填した吸着塔により、酸素含有の原料ガスか
ら不純物を吸着分離して高濃度酸素を製造し、減圧して
吸着剤を再生する圧力変動吸着装置において、前記吸着
塔を外筒と内筒で少なくとも二室の吸着室に区画し、外
筒と内筒との間の吸着室及び内筒内の吸着室に夫々吸着
剤層を設け、前記吸着室に原料ガスを供給するブロワ
と、前記吸着室を減圧して吸着された不純物を脱着する
真空ポンプが設けられ、一方の吸着室が吸着工程のとき
に他方の吸着室が再生工程となり、夫々の吸着室を流通
する吸着工程の原料ガス及び再生工程の再生ガスの流通
方向が、同一方向となるようにガス流路が構成されたこ
とを特徴とする高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置で
ある。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の一実施の形態の酸素製造
用圧力変動吸着装置の系統図である。
いて説明する。図１は本発明の一実施の形態の酸素製造
用圧力変動吸着装置の系統図である。
【００１２】図１において、符番１は、外筒２と内筒３
とで二室の吸着室４、５に区画し、外筒２と内筒３との
間の吸着室４及び内筒内の吸着室５に夫々吸着剤層が設
けられた二重筒構造の吸着塔であり、外筒２と内筒３と
の間に形成された吸着室４（以下第１吸着室４という）
及び内筒内に形成された吸着室５（以下第２吸着室５と
いう）に、夫々原料ガスを供給する原料ガス供給基管１
０から分岐された原料ガス供給管１０ａ、１０ｂが対向
する方向で夫々接続し、また、夫々の原料ガス供給管１
０ａ、１０ｂと対向する方向で、高濃度酸素回収基管１
１に接続する高濃度酸素回収管１１ａ、１１ｂが夫々接
続されている。
とで二室の吸着室４、５に区画し、外筒２と内筒３との
間の吸着室４及び内筒内の吸着室５に夫々吸着剤層が設
けられた二重筒構造の吸着塔であり、外筒２と内筒３と
の間に形成された吸着室４（以下第１吸着室４という）
及び内筒内に形成された吸着室５（以下第２吸着室５と
いう）に、夫々原料ガスを供給する原料ガス供給基管１
０から分岐された原料ガス供給管１０ａ、１０ｂが対向
する方向で夫々接続し、また、夫々の原料ガス供給管１
０ａ、１０ｂと対向する方向で、高濃度酸素回収基管１
１に接続する高濃度酸素回収管１１ａ、１１ｂが夫々接
続されている。
【００１３】また、高濃度酸素回収管１１ａ及び１１ｂ
を連絡する高濃度酸素供給管１３が設けられている。な
お、前記吸着塔においては、内筒３が単一である二重筒
構造により、二室の吸着室を形成しているが、複数の内
筒を併設して複数の吸着室を形成する構造であってもよ
い。また、吸着剤としては、合成ゼオライトが好ましい
がこれには限定されない。更に、前段に活性炭やシリカ
ゲルなどで除湿する層を設けることも好ましい。
を連絡する高濃度酸素供給管１３が設けられている。な
お、前記吸着塔においては、内筒３が単一である二重筒
構造により、二室の吸着室を形成しているが、複数の内
筒を併設して複数の吸着室を形成する構造であってもよ
い。また、吸着剤としては、合成ゼオライトが好ましい
がこれには限定されない。更に、前段に活性炭やシリカ
ゲルなどで除湿する層を設けることも好ましい。
【００１４】符番６は原料ガス供給基管１０に設けら
れ、原料ガスを吸着塔１に供給するブロワであり、符番
７はオフガス排出基管１２に設けられ、吸着剤再生工程
で吸着塔１を減圧する真空ポンプである。なお、オフガ
ス排出基管１２には、原料ガス供給管１０ａ、１０ｂか
ら夫々分岐して設けられたオフガス排出管１２ａ、１２
ｂが接続されている。なお、図１においては、主要なバ
ルブＶ１〜Ｖ７のみを図示してあるが、その他の必要な
箇所には図示していないが必要なバルブが備えられ、更
に、高濃度酸素を貯留する高濃度酸素貯留タンクなども
設けられている。
れ、原料ガスを吸着塔１に供給するブロワであり、符番
７はオフガス排出基管１２に設けられ、吸着剤再生工程
で吸着塔１を減圧する真空ポンプである。なお、オフガ
ス排出基管１２には、原料ガス供給管１０ａ、１０ｂか
ら夫々分岐して設けられたオフガス排出管１２ａ、１２
ｂが接続されている。なお、図１においては、主要なバ
ルブＶ１〜Ｖ７のみを図示してあるが、その他の必要な
箇所には図示していないが必要なバルブが備えられ、更
に、高濃度酸素を貯留する高濃度酸素貯留タンクなども
設けられている。
【００１５】前記ＰＳＡ装置により、空気から窒素、炭
酸ガス及び水分などの不純物を吸着分離して高濃度酸素
を製造する方法について、以下詳述するが、第１吸着室
４及び第２吸着室５における操作は、同一操作が交互に
行われるため、第１吸着室４では吸着工程、第２吸着室
５では再生のための、減圧、パ−ジ及び均圧の各工程に
ついて述べる。なお、バルブの開閉操作は主要なバルブ
について述べる。
酸ガス及び水分などの不純物を吸着分離して高濃度酸素
を製造する方法について、以下詳述するが、第１吸着室
４及び第２吸着室５における操作は、同一操作が交互に
行われるため、第１吸着室４では吸着工程、第２吸着室
５では再生のための、減圧、パ−ジ及び均圧の各工程に
ついて述べる。なお、バルブの開閉操作は主要なバルブ
について述べる。
【００１６】（吸着工程）原料ガス供給管１０ａのバル
ブＶ１、高濃度酸素回収管１１ａのバルブＶ２を開弁
し、原料ガスである空気を、原料ガス供給基管１０のブ
ロワ６で原料ガス供給管１０ａから第１吸着室４の下部
へ供給し、吸着剤床４を上向流で流通させることによ
り、吸着剤により空気中の窒素、炭酸ガス及び水分など
の不純物が吸着分離され、前記吸着剤に吸着されにくい
酸素が、上部の高濃度酸素回収管１１ａを経て高濃度酸
素回収基管１１から図示しない高濃度酸素貯留タンクに
供給され、製品高濃度酸素として貯留される。
ブＶ１、高濃度酸素回収管１１ａのバルブＶ２を開弁
し、原料ガスである空気を、原料ガス供給基管１０のブ
ロワ６で原料ガス供給管１０ａから第１吸着室４の下部
へ供給し、吸着剤床４を上向流で流通させることによ
り、吸着剤により空気中の窒素、炭酸ガス及び水分など
の不純物が吸着分離され、前記吸着剤に吸着されにくい
酸素が、上部の高濃度酸素回収管１１ａを経て高濃度酸
素回収基管１１から図示しない高濃度酸素貯留タンクに
供給され、製品高濃度酸素として貯留される。
【００１７】第１吸着室４で不純物の吸着工程が行わ
れ、高濃度酸素が製造されているときに、第２吸着室５
では、吸着剤の吸着能を回復させる再生操作が行われ
る。 （減圧工程）第２吸着室５の上部に接続する原料ガス供
給管１０ｂから分岐して接続するオフガス排出管１２ｂ
のバルブＶ６を開弁し、真空ポンプ７により第２吸着室
５を減圧して吸着剤に吸着した不純物を脱着し、原料ガ
ス供給管１０ｂ及びオフガス排出管１２ｂを経てオフガ
ス排出基管１２から大気中に排出する。 （パ−ジ工程）次に、高濃度酸素回収管１１ａ及び１１
ｂとを連絡する高濃度酸素供給管１３のバルブＶ７を開
弁し、第１吸着室４で製造された高濃度酸素を下部に接
続する高濃度酸素回収管１１ｂから第２吸着室５に供給
して、吸着剤に吸着した残部の不純物を脱着させ、上部
に接続する原料ガス供給管１０ｂ及びオフガス排出管１
２ｂを経てオフガス排出基管１２から大気中に排出す
る。 （均圧工程）オフガス排出管１２ｂのバルブＶ６を閉弁
し、第１吸着室４で製造された高濃度酸素の第２吸着室
５への供給を継続することにより、第２吸着室５を吸着
工程の所定圧力まで均圧し、再生工程が終了する。
れ、高濃度酸素が製造されているときに、第２吸着室５
では、吸着剤の吸着能を回復させる再生操作が行われ
る。 （減圧工程）第２吸着室５の上部に接続する原料ガス供
給管１０ｂから分岐して接続するオフガス排出管１２ｂ
のバルブＶ６を開弁し、真空ポンプ７により第２吸着室
５を減圧して吸着剤に吸着した不純物を脱着し、原料ガ
ス供給管１０ｂ及びオフガス排出管１２ｂを経てオフガ
ス排出基管１２から大気中に排出する。 （パ−ジ工程）次に、高濃度酸素回収管１１ａ及び１１
ｂとを連絡する高濃度酸素供給管１３のバルブＶ７を開
弁し、第１吸着室４で製造された高濃度酸素を下部に接
続する高濃度酸素回収管１１ｂから第２吸着室５に供給
して、吸着剤に吸着した残部の不純物を脱着させ、上部
に接続する原料ガス供給管１０ｂ及びオフガス排出管１
２ｂを経てオフガス排出基管１２から大気中に排出す
る。 （均圧工程）オフガス排出管１２ｂのバルブＶ６を閉弁
し、第１吸着室４で製造された高濃度酸素の第２吸着室
５への供給を継続することにより、第２吸着室５を吸着
工程の所定圧力まで均圧し、再生工程が終了する。
【００１８】前記により、吸着工程では多量の吸着熱が
発生して吸着剤層の温度が上昇し、原料ガスの入口側温
度が低く、出口側温度が高くなる温度勾配が惹起され、
また、不純物の脱着工程では脱着時の断熱膨張効果によ
る吸熱により吸着剤層の温度低下が起こり、再生ガス排
出側温度が低く、反対側温度が高くなる温度勾配が惹起
されるが、第１吸着室４と第２吸着室５が隣接して設け
られているため、熱伝導により熱交換され、両室の吸着
剤層における温度分布が緩和される。従って、温度上昇
による不純物の脱着効率が低下する問題や、脱着工程で
脱着された水分が配管内で凍結して閉塞を起こす恐れな
どを防止することができる。また、第１吸着室４の吸着
工程での原料ガス流通方向と第２吸着室５での脱着ガス
流通方向とが同一方向となっているため、吸着工程の高
い温度部と再生工程の低い温度部、吸着工程の低い温度
部と再生工程の高い温度部とが温度勾配に従って熱交換
が行われるため、より一層に両室の吸着剤層における温
度分布が緩和される。
発生して吸着剤層の温度が上昇し、原料ガスの入口側温
度が低く、出口側温度が高くなる温度勾配が惹起され、
また、不純物の脱着工程では脱着時の断熱膨張効果によ
る吸熱により吸着剤層の温度低下が起こり、再生ガス排
出側温度が低く、反対側温度が高くなる温度勾配が惹起
されるが、第１吸着室４と第２吸着室５が隣接して設け
られているため、熱伝導により熱交換され、両室の吸着
剤層における温度分布が緩和される。従って、温度上昇
による不純物の脱着効率が低下する問題や、脱着工程で
脱着された水分が配管内で凍結して閉塞を起こす恐れな
どを防止することができる。また、第１吸着室４の吸着
工程での原料ガス流通方向と第２吸着室５での脱着ガス
流通方向とが同一方向となっているため、吸着工程の高
い温度部と再生工程の低い温度部、吸着工程の低い温度
部と再生工程の高い温度部とが温度勾配に従って熱交換
が行われるため、より一層に両室の吸着剤層における温
度分布が緩和される。
【００１９】前記高濃度酸素の製造方法における説明に
おいて、工程の切替に伴う第１吸着室４及び第２吸着室
５におけるバルブの夫々対応する符番はＶ１：Ｖ３、Ｖ
２：Ｖ４、Ｖ５：Ｖ６である。なお、前者が第１吸着室
４のバルブ符番、後者が第２吸着室５のバルブ符番であ
り、吸着工程及び再生工程の切り替えやバルブの開閉操
作は図示しない制御装置により行われる。また、本発明
は、前記各工程における操作には限定されない。例え
ば、パ−ジ工程や均圧工程における高濃度酸素の供給で
は、他室で製造された高濃度酸素をそのまま用いること
なく、高濃度酸素貯留タンクから別系統の配管及びブロ
ワを設けて供給するように構成してもよく、また、再生
工程をブロ−ダウン工程、パ−ジ工程、均圧工程及び昇
圧工程として区分してもよく、更に、パ−ジ工程の後段
で排出される不純物をほとんど含まないガスを原料ガス
として循環してもよい。
おいて、工程の切替に伴う第１吸着室４及び第２吸着室
５におけるバルブの夫々対応する符番はＶ１：Ｖ３、Ｖ
２：Ｖ４、Ｖ５：Ｖ６である。なお、前者が第１吸着室
４のバルブ符番、後者が第２吸着室５のバルブ符番であ
り、吸着工程及び再生工程の切り替えやバルブの開閉操
作は図示しない制御装置により行われる。また、本発明
は、前記各工程における操作には限定されない。例え
ば、パ−ジ工程や均圧工程における高濃度酸素の供給で
は、他室で製造された高濃度酸素をそのまま用いること
なく、高濃度酸素貯留タンクから別系統の配管及びブロ
ワを設けて供給するように構成してもよく、また、再生
工程をブロ−ダウン工程、パ−ジ工程、均圧工程及び昇
圧工程として区分してもよく、更に、パ−ジ工程の後段
で排出される不純物をほとんど含まないガスを原料ガス
として循環してもよい。
【００２０】次に本発明の装置と従来の装置を用いて空
気から高濃度酸素を製造した実施例と比較例とについて
説明する。なお、前記の両装置における、吸着塔容量は
４６Ｌ、吸着圧力は、０．０５ＭＰａＧ、脱着圧力は２
５０ｔｏｒｒでテストした。その結果は、本発明の実施
例では、原料空気流量：１０．１Ｎｍ３／Ｈ、製品酸素
量：１．１７Ｎｍ３／Ｈ、吸着塔温度分布：５〜４０℃
であり、また、従来の比較例では、原料空気流量：８．
６Ｎｍ３／Ｈ、製品酸素量：０．９９Ｎｍ３／Ｈ、吸着
塔温度分布：−１０〜６０℃であった。従って、本発明
の装置では、従来の装置と比較し、吸着塔での温度勾配
が極めて緩和され、高濃度酸素の製造能力が、約１８％
も向上することができる。
気から高濃度酸素を製造した実施例と比較例とについて
説明する。なお、前記の両装置における、吸着塔容量は
４６Ｌ、吸着圧力は、０．０５ＭＰａＧ、脱着圧力は２
５０ｔｏｒｒでテストした。その結果は、本発明の実施
例では、原料空気流量：１０．１Ｎｍ３／Ｈ、製品酸素
量：１．１７Ｎｍ３／Ｈ、吸着塔温度分布：５〜４０℃
であり、また、従来の比較例では、原料空気流量：８．
６Ｎｍ３／Ｈ、製品酸素量：０．９９Ｎｍ３／Ｈ、吸着
塔温度分布：−１０〜６０℃であった。従って、本発明
の装置では、従来の装置と比較し、吸着塔での温度勾配
が極めて緩和され、高濃度酸素の製造能力が、約１８％
も向上することができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明はＰＳＡ装置をコンパクト化し、
設備費や設備面積の低減を図ると共に、吸着工程と脱着
工程との熱交換を効率的に行うことができ、吸着剤層の
原料ガス入口側から出口側に惹起される温度勾配を緩和
し、平衡吸着量の低下や不純物の脱着効率の低下を最小
限に縮めることができ、酸素製造能力を向上させること
ができる。また、脱着された水分の凍結により配管が閉
塞する恐れも無い。
設備費や設備面積の低減を図ると共に、吸着工程と脱着
工程との熱交換を効率的に行うことができ、吸着剤層の
原料ガス入口側から出口側に惹起される温度勾配を緩和
し、平衡吸着量の低下や不純物の脱着効率の低下を最小
限に縮めることができ、酸素製造能力を向上させること
ができる。また、脱着された水分の凍結により配管が閉
塞する恐れも無い。
【図１】本発明の一実施の形態の酸素製造用圧力変動吸
着装置の系統図
着装置の系統図
【図２】従来の酸素製造用圧力変動吸着装置の系統図
１：吸着塔 ２：外筒 ３：内筒 ４：第１吸着室 ５：第２吸着室 ６：ブロワ ７：真空ポンプ
Claims (2)
- 【請求項１】吸着剤を充填した吸着塔により、酸素含有
の原料ガスから不純物を吸着分離して高濃度酸素を製造
し、減圧して吸着剤を再生する圧力変動吸着装置におい
て、前記吸着塔を外筒と内筒で少なくとも二室の吸着室
に区画し、外筒と内筒との間の吸着室及び内筒内の吸着
室に夫々吸着剤層を設け、前記吸着室に原料ガスを供給
するブロワと、前記吸着室を減圧して吸着された不純物
を脱着する真空ポンプが設けられ、一方の吸着室が吸着
工程のときに他方の吸着室が再生工程となるように構成
されたことを特徴とする高濃度酸素製造用の圧力変動吸
着装置。 - 【請求項２】吸着剤を充填した吸着塔により、酸素含有
の原料ガスから不純物を吸着分離して高濃度酸素を製造
し、減圧して吸着剤を再生する圧力変動吸着装置におい
て、前記吸着塔を外筒と内筒で少なくとも二室の吸着室
に区画し、外筒と内筒との間の吸着室及び内筒内の吸着
室に夫々吸着剤層を設け、前記吸着室に原料ガスを供給
するブロワと、前記吸着室を減圧して吸着された不純物
を脱着する真空ポンプが設けられ、一方の吸着室が吸着
工程のときに他方の吸着室が再生工程となり、夫々の吸
着室を流通する吸着工程の原料ガス及び再生工程の再生
ガスの流通方向が、同一方向となるようにガス流路が構
成されたことを特徴とする高濃度酸素製造用の圧力変動
吸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000271329A JP2002079031A (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000271329A JP2002079031A (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002079031A true JP2002079031A (ja) | 2002-03-19 |
Family
ID=18757635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000271329A Pending JP2002079031A (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 高濃度酸素製造用の圧力変動吸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002079031A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100741307B1 (ko) | 2006-05-24 | 2007-07-23 | 주식회사 옥서스 | 산소농축 장치 |
| JP2014226617A (ja) * | 2013-05-23 | 2014-12-08 | 前澤工業株式会社 | ガス精製装置とガス精製方法 |
| CN110496493A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-26 | 中国华电科工集团有限公司 | 一种二氧化碳捕集系统 |
| CN113521960A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-22 | 中国科学院生态环境研究中心 | 挥发性有机物温压协同收集处理方法及装置 |
-
2000
- 2000-09-07 JP JP2000271329A patent/JP2002079031A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100741307B1 (ko) | 2006-05-24 | 2007-07-23 | 주식회사 옥서스 | 산소농축 장치 |
| JP2014226617A (ja) * | 2013-05-23 | 2014-12-08 | 前澤工業株式会社 | ガス精製装置とガス精製方法 |
| CN110496493A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-26 | 中国华电科工集团有限公司 | 一种二氧化碳捕集系统 |
| CN113521960A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-22 | 中国科学院生态环境研究中心 | 挥发性有机物温压协同收集处理方法及装置 |
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