JP2003135920A - 圧力変動吸着装置の性能確認装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分離ガスを再利用することにより多量の複数成
分含有ガスを消費することなく、また、圧縮装置でガス
がリークしても常に初期充填ガス組成と同じ組成のガス
を補充でき、安定して正確な性能確認データが得られる
ＰＳＡ装置の性能確認装置を提供する。 【解決手段】原料ガスを吸着工程にある吸着塔に供給す
るガス供給流路と、精製ガスを抜出す流路及び再生工程
にある吸着塔からのオフガス流路を合流する分離ガス混
合流路とで循環流路を形成し、ガス供給流路にバイパス
流路を接続してバイパス流路に加圧した原料ガスを貯留
するガスホルダを配置し、その前後のバイパス流路及び
前後のバイパス流路間に位置するガス供給流路にそれぞ
れ開閉弁を設け、ガスホルダと分離ガス混合流路とを、
分離ガス混合流路側の圧力変動に基づいて貯留ガスの供
給・停止を制御する制御弁を設けた貯留ガス供給流路で
接続したことを特徴とするＰＳＡ装置の性能確認装置。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、圧力変動吸着装置
の性能を確認する装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、ＬＰＧ、ナフサ、灯油などの炭化
水素を原料とし、ニッケル触媒やルテニウム触媒を用
い、水蒸気改質してメタン、水素、炭酸ガスなどの複数
の成分ガスを含有する改質ガスを製造し、製造された改
質ガスから吸着剤が充填された吸着塔で水素以外のガス
成分を吸着除去することにより、高純度水素を製造する
圧力変動吸着式水素製造装置又は製鉄所及び石油化学工
場などで副生するガス、石油及び天然ガスを改質して得
られる改質ガスや部分酸化ガスなどに含有される一酸化
炭素を、吸着剤が充填された吸着塔で吸着分離し、減圧
により一酸化炭素を放出分離させて高濃度一酸化炭素を
回収する圧力変動吸着式一酸化炭素製造装置などが工業
的に使用されている。 【０００３】前記圧力変動吸着装置（以下ＰＳＡ装置と
いう。）において、大容量の特定成分ガスを製造する場
合には、主に四塔以上の吸着塔からなる四塔式ＰＳＡ装
置が用いられるが、比較的小容量の特定成分ガスを製造
する場合には、一塔、二塔又は三塔の吸着塔からなるＰ
ＳＡ装置も用いられている、 【０００４】また、前記ＰＳＡ装置における運転操作と
しては、例えば、高純度水素を製造する装置において
は、吸着剤を充填した吸着塔内を高圧とする昇圧工程
と、高圧で水素含有ガスを供給し、高い圧力で不純物を
吸着剤に吸着させて除去し、吸着しにくい水素を吸着塔
から抜き出して高純度水素として回収する吸着工程と、
吸着剤に吸着した不純物を、減圧工程、ブロ−ダウン工
程及びパ−ジ工程により脱離させ、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する再生工程とから
なり、それらの工程を複数の吸着塔間で順次繰り返すサ
イクル運転により、装置全体として連続的に高純度水素
の製造が行われている。 【０００５】前記ＰＳＡ装置を装置化するにあたって
は、吸着塔における分離性能を事前に確認する必要があ
る。従来の分離性能確認装置において、比較的小型の装
置では、複数成分ガスを所定の濃度で混合した複数成分
含有ガスのボンベ詰めしたものが使用され、ＰＳＡ装置
により分離するのに必要な所定の圧力もボンベから得て
いる。しかし、工業的に使用するＰＳＡ装置の分離性能
確認装置においては、比較的大きな装置で性能確認をす
る必要があり、多量の試験用ガスが必要となり、ボンベ
のみでは余りにも使用量が多くなり費用が嵩んで経済的
ではなく、また、多数のボンベを配置するスペースを確
保しなければならない問題があるため、ボンベのみを使
用する装置が用いられることは少ない。 【０００６】従って、従来の一般的な工業用ＰＳＡ装置
の分離性能確認装置としては、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除去して所定濃度ガ
スを製造するＰＳＡ装置の分離性能を確認する装置にお
いて、圧縮した複数成分含有ガスを吸着工程にある吸着
塔に供給するガス供給流路と、吸着塔からの精製ガスを
抜出す流路及び再生工程にある吸着塔からのオフガス流
路を合流する分離ガス混合流路とで循環流路を形成し、
分離ガスを再圧縮して再利用している、なお、初期の装
置系内へのガス充填は、複数成分ガスをそれぞれ別々の
ボンベから所定濃度に成るように流量制御しながら装置
系内に供給し、適宜混合手段で混合して所定組成の複数
成分含有ガスを製造している。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】前記従来のＰＳＡ装置
の性能確認装置においては、循環流路を形成して分離ガ
スを再利用しているが、圧縮装置でのガスのリークを完
全には防止できないため、運転継続とともに充填された
ガスが減少する。しかし、閉鎖系の循環流路では、装置
系内のガス量の減少は無視することはできないため、従
来は減少したガス量を初期充填と同様の方法で外部から
補給しているが、外部からのあらたに調整されたガス補
給では、運転の継続とともに徐々に充填ガス組成が相違
してくるため、分離性能確認データが安定せず、不正確
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装置の分離性能の確認のために、循環
流路を形成して分離ガスを再利用することにより多量の
複数成分含有ガスを消費することなく、また、圧縮装置
でガスがリークしても常に初期充填ガス組成と同じ組成
のガスを補充でき、安定して正確な性能確認データが得
られるＰＳＡ装置の性能確認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、複数成分含有ガスから
特定成分ガスを選択的に分離回収する圧力変動吸着装置
の分離性能を確認する装置において、圧縮した複数成分
含有ガスを吸着工程にある吸着塔に供給するガス供給流
路と、吸着塔からの精製ガスを抜出す流路及び再生工程
にある吸着塔からのオフガス流路を合流する分離ガス混
合流路とで循環流路を形成し、複数成分含有ガスを圧縮
する圧縮装置の吐出側のガス供給流路にバイパス流路を
接続してバイパス流路に加圧した複数成分含有ガスを貯
留するガスホルダを配置し、ガスホルダの前後のバイパ
ス流路及び前後のバイパス流路間に位置するガス供給流
路にそれぞれ開閉弁を設け、ガスホルダと分離ガス混合
流路とを貯留ガス供給流路で接続し、貯留ガス供給流路
に分離ガス混合流路側の圧力変動に基づいて貯留ガスの
供給・停止を制御する制御弁を設けたことを特徴とする
圧力変動吸着装置の性能確認装置である。 【００１０】前記吸着塔には、目的とする特定成分ガス
を分離するために、それぞれ適した吸着剤が充填され
る。例えば、炭化水素を原料とし、水蒸気改質して製造
されたメタン、水素、炭酸ガスなどを含有する改質ガス
から、高純度水素を分離回収する装置においては、一般
的に、活性炭、ゼオライト及び活性アルミナを単独又は
積層して用いている。また、一酸化炭素を製造する装置
においては、活性炭にハロゲン化銅（Ｉ）や酸化銅
（Ｉ）などの銅化合物を担持した吸着剤、ハロゲン化銅
化合物とハロゲン化アルミニウムとの混合物を活性炭に
担持した吸着剤などが用いられている。 【００１１】前記構成の装置により、閉鎖系の循環流路
において、圧縮装置でガスがリークして充填ガスが減量
しても、ガスホルダに貯留する初期の複数成分含有ガス
を供給することにより、初期に充填したガス組成と同一
組成のガスを供給することができるため、分離性能確認
データが不安定となる恐れはない。 【００１２】 【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である高純
度水素製造用の三塔式ＰＳＡ装置の性能確認装置の系統
図である。なお、図１においては、系統内に初期充填す
る所定濃度の複数成分含有ガスの充填流路などは省略し
て記載している。 【００１３】図１において、符号１は、複数成分含有ガ
ス（以下被処理ガスという。）を圧縮する圧縮装置であ
り、ＰＳＡ装置では高圧に圧縮する必要があるため、通
常は往復式圧縮装置が用いられているが、本発明はこれ
には限定されない。符号２は、被処理ガスから特定成分
ガスを選択的に分離するＰＳＡ装置であり、本ＰＳＡ装
置２では、吸着塔Ａ、吸着塔Ｂ及び吸着塔Ｃの三塔の吸
着塔を備え、吸着塔Ａが吸着工程のとき、吸着塔Ｂでは
パージ工程（再生工程）、吸着塔Ｃでは昇圧工程が行わ
れるなど、所定時間間隔で各塔の工程を切替えるサイク
ル運転により装置全体として連続的に所定濃度ガスを製
造する操作が行われる。しかし、本発明においては、一
塔式、二塔式及び四塔式などのいずれのＰＳＡ装置にも
適用が可能であり、本実施の形態には限定されない。 【００１４】符号３は、圧縮装置１の吐出側のガス供給
流路３１から分岐して接続されたバイパス流路３３、３
４に接続され、加圧した被処理ガスを貯留するガスホル
ダーであり、符号４及び符号５は、被処理ガスを、後記
で説明する循環流路３０で循環させるにあたり、圧縮装
置１での脈動を緩和するために、一定量の被処理ガス又
は混合ガスをそれぞれ貯留するガスレシーバであり、符
号４は圧縮装置１の吐出側ガスレシーバ、符号５は圧縮
装置１の吸入側ガスレシーバである。 【００１５】符号１１は、ガス供給流路３１から分岐し
て接続されたバイパス流路３２に設けられた制御弁であ
り、また、符号１２は、ガスホルダ３の貯留ガスをＰＳ
Ａ装置２の分離ガス混合流路３７に供給するにあたり、
分離ガス混合流路３７側の圧力変動に基づいて貯留ガス
の供給・停止を制御するために、ガスホルダ３と分離ガ
ス混合流路３７とを接続する貯留ガス供給流路３８に設
けられた制御弁である。 【００１６】また、符号１３は、ＰＳＡ装置２の戻りガ
ス流路３５に設けられ、ＰＳＡ装置２から排出されたガ
スを分離ガス混合流路３７に合流させるのに適した圧力
まで減圧する減圧制御弁である。また、符号１４は、ガ
スホルダ３の前後のバイパス流路３３、３４間に位置す
るガス供給流路３１に設けられ、圧縮した被処理ガスを
ＰＳＡ装置２に供給する開閉弁であり、符号１５、１６
は、圧縮した被処理ガスをガス供給流路３１からガスホ
ルダ３に導入するために、バイパス流路３３、３４にそ
れぞれ設けられた開閉弁である。 【００１７】前記において、圧縮した被処理ガスを吸着
工程にある吸着塔に供給するガス供給流路３１と、吸着
塔からの精製ガスを抜出す戻りガス流路３５及び再生工
程にある吸着塔からのオフガスを抜出すオフガス流路４
０を合流する分離ガス混合流路３７とで循環流路が形成
されている。 【００１８】次に、本発明の一実施例である、炭化水素
を原料とし、水蒸気改質して製造されたメタン、水素、
炭酸ガスなどを含有する改質ガスから高純度水素を製造
を製造するＰＳＡ装置の分離性能を確認する操作につい
て述べる。 【００１９】初期の装置系内へのガス充填は、被処理ガ
スを構成するそれぞれのガスを、図示しない別々のボン
ベから所定濃度に成るように流量制御しながら装置系内
に供給し、適宜混合手段で混合して所定組成の被処理ガ
スを充填する。充填された被処理ガスを圧縮装置１で所
定の圧力まで圧縮し、吐出側ガスレシーバ４により脈動
が緩和されたガスをＰＳＡ装置２に供給するが、初期に
おいては、被処理ガスを分離膜装置に供給するにあた
り、ガス供給流路３１や分離ガス混合流路３７などの各
流路における、適切な供給圧に調整されるまで、被処理
ガスを、制御弁１１により制御しながらバイパス流路３
２を経て循環させる。 【００２０】被処理ガスは、適切な供給圧に調整された
のち、ガス供給流路３１に設けられた開閉弁１４を閉弁
し、ガス供給流路３１に接続したバイパス流路３３、３
４にそれぞれ設けられた開閉弁１５、１６を開弁するこ
とにより、バイパス流路３３を経てガスホルダ３に供給
され、ガスホルダ３に充填され、ガスホルダ３からバイ
パス流路３４及びガス供給流路３１を経て、ＰＳＡ装置
２の吸着塔Ａに供給される。 【００２１】吸着塔Ａでの吸着工程は、ガス供給流路３
１を経て、開閉弁１７を介してガス供給管３６から吸着
塔Ａに供給された被処理ガスは、メタンや炭酸ガスなど
の不純物が吸着剤に吸着され、吸着しにくい水素が吸着
塔Ａから水素排出管３５ａを経て、開閉弁１８を介して
水素戻りガス流路３５に抜き出される。なお、図１にお
けるＰＳＡ装置２の開閉弁で、黒塗りの開閉弁は説明操
作における閉弁状態を示す。 【００２２】前記吸着塔Ａによる吸着工程に同調して、
吸着塔Ｂでは再生工程が行われる。吸着塔Ｂでの再生工
程は、吸着剤に吸着した不純物を、減圧工程、ブロ−ダ
ウン工程及びパ−ジ工程により脱離させ、オフガスとし
てオフガス排出流路４０ａから開閉弁２０を介し、オフ
ガス流路４０を経て分離ガス混合流路３７に供給され
る。 【００２３】更に、前記吸着塔Ａによる吸着工程に同調
して、吸着塔Ｃでは昇圧工程が行われる。吸着塔Ｃでの
昇圧工程は、製造された高純度水素の一部が水素戻りガ
ス流路３５から分岐した水素供給流路３５ｂを経て、開
閉弁１９を介して供給され、再生工程を終了した吸着塔
Ｃ内の圧力が吸着工程で操作される圧力まで昇圧され
る。 【００２４】吸着塔Ａで分離製造される高純度水素を、
水素戻りガス流路３５から減圧制御弁１３で圧力を調整
して、分離ガス混合流路３７に合流させ、また、吸着塔
Ｂから排出されるオフガスを、オフガス流路４０から分
離ガス混合流路３７に合流させることにより、両者が混
合され、初期に充填された被処理ガスの組成に戻され
る。分離ガス混合流路３７で混合された処理ガスは吸入
側ガスレシーバ５を経てガス返送流路３９から圧縮装置
１に循環供給される。上記流路構成により閉鎖系の循環
流路３０が形成される。 【００２５】被処理ガスを循環流路３０で所定時間循環
させ、被処理ガスの組成が安定したのち、ガスホルダ３
前後のバイパス流路３３、３４にそれぞれ設けられた開
閉弁１５、１６を閉弁して一定量の被処理ガスをガスホ
ルダ３に貯留する。開閉弁１４を開弁し、前記循環操作
を行い、図示しないガス組成分析装置などで夫々の吸着
塔における出口側ガス組成を適宜に測定することによ
り、分離性能を正確に確認することができる。 【００２６】また、前記循環操作を継続すると、圧縮装
置１でガスがリークして循環ガス量が減少してくるが、
分離ガス混合流路３７側の圧力変動に基づいて、貯留ガ
ス供給流路３８に設けられた制御弁１２で、ガスホルダ
３の貯留ガスの供給・停止を制御してＰＳＡ装置２の分
離ガス混合流路３７に供給することにより、初期に充填
した被処理ガスと常に同一組成の被処理ガスを補充する
ことができるため、分離性能確認データが不安定となる
恐れはない。 【００２７】 【発明の効果】本発明は、ＰＳＡ装置の分離性能確認の
ために、密閉系の循環流路を形成して分離ガスを再利用
することにより多量の複数成分含有ガスを消費すること
なく、また、圧縮装置でガスがリークしても常に初期充
填ガス組成と同じ組成のガスを補充でき、安定して正確
な性能確認データが得られるＰＳＡ装置の性能確認装置
である。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態である高純度水素製造用
の三塔式圧力変動吸着装置の性能確認装置の系統図 【符号の説明】 １：圧縮装置 ２：ＰＳＡ装置 ３：ガスホルダ ４：吐出側ガスレシーバ ５：吸入側ガスレシーバ ３０：循環流路 ３２、３３、３４：バイパス流路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】吸着剤を充填した吸着塔により、複数成分
   含有ガスから特定成分ガスを選択的に分離回収する圧力
   変動吸着装置の分離性能を確認する装置において、圧縮
   した複数成分含有ガスを吸着工程にある吸着塔に供給す
   るガス供給流路と、吸着塔からの精製ガスを抜出す流路
   及び再生工程にある吸着塔からのオフガス流路を合流す
   る分離ガス混合流路とで循環流路を形成し、複数成分含
   有ガスを圧縮する圧縮装置の吐出側のガス供給流路にバ
   イパス流路を接続してバイパス流路に加圧した複数成分
   含有ガスを貯留するガスホルダを配置し、ガスホルダの
   前後のバイパス流路及び前後のバイパス流路間に位置す
   るガス供給流路にそれぞれ開閉弁を設け、ガスホルダと
   分離ガス混合流路とを貯留ガス供給流路で接続し、貯留
   ガス供給流路に分離ガス混合流路側の圧力変動に基づい
   て貯留ガスの供給・停止を制御する制御弁を設けたこと
   を特徴とする圧力変動吸着装置の性能確認装置。