JP2005118717A - ガスの分離回収方法および圧力スイング吸着式ガス分離回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＳＡ式ガス分離装置における吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制しつつ、製品ガスとともに脱着ガスを高い回収率で回収することが可能なガスの分離回収方法およびＰＳＡ式ガス分離回収システムを提供する。
【解決手段】 酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔１０，１１を有する圧力スイング吸着式ガス分離装置１を用いて、酸素含有混合ガスＡから酸素が吸着除去された製品ガスＢを回収するとともに、上記吸着剤から脱着された酸素を含む脱着ガスＣを回収する。上記脱着工程と並行して行われる脱着ガスＣの回収は、脱着ガスＣを貯留するための貯留容器３０に貯留させた上で回収する貯留回収工程と、貯留容器３０を迂回させた上で当該貯留容器３０の下流に設けられた吸引手段３３により減圧回収する迂回回収工程と、により行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば空気などの酸素含有混合ガスから製品ガスとしての窒素ガスの回収と並行して、脱着ガスとしての酸素ガスを効率的かつ安価に回収するためのガスの分離回収方法および圧力スイング吸着式ガス分離回収システムに関する。

空気から選択的に分離される酸素や窒素などの成分ガスは、様々な分野において各種用途に利用されている。酸素ガスは、ゴミ溶融炉、灰溶融炉、硝子溶融炉、化学プラントでの酸化反応、あるいは、廃水処理装置の酸素曝気などに使用されている。例えば、ゴミ溶融炉では、ゴミの完全無害化とダイオキシンなどの有害ガスの発生を抑制するために、１３００℃以上（例えば１４００℃）の高温で燃焼を行う必要があるため、空気よりも比較的酸素濃度が高い中濃度（２５〜５０％）の酸素ガスが使用されている。一方、窒素ガスは、溶融炉や化学プラントにおけるシールなどに使用されており、その需要領域は非常に広い。

空気から酸素や窒素などの成分ガスを選択的に分離回収する技術としては、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法を利用したＰＳＡ式ガス分離回収システムを用いたものが挙げられる。ＰＳＡ法は、吸着剤に対して選択的に特定のガスを吸着させることによって、当該特定のガスと吸着されないガスとを分離する技術であり、例えば酸素を選択的に吸着することが可能な吸着剤（ＣＭＳ：カーボンモレキュラーシーブ）を使用したＰＳＡ式ガス分離回収システムでは、吸着剤に酸素を優先的に吸着させることにより空気から高濃度窒素ガスを製品ガスとして連続的に回収するとともに、吸着剤を再生する際に当該吸着剤から酸素を脱着させることによって空気よりも比較的酸素濃度が高い酸素ガスを脱着ガスとして回収することができる。

しかしながら、ＰＳＡ法の特性上、脱着ガスは、ガス濃度やガス量の経時変化が大きいのに加えて、各吸着塔における運転サイクルの関係上、連続的に得ることができない場合もある。そのため、製品ガスと脱着ガスとがともに有効利用できる「併産」という形までには至らず、通常、脱着ガスは大気放出される形となっていた。

そこで、上述のような問題を解消すべく、製品ガスとともに脱着ガスも有効利用するための技術が開発されている。具体的には、吸着剤が充填された複数の吸着塔を用いて空気から酸素を吸着するＰＳＡ式ガス分離装置と、吸着塔内に空気を供給する供給手段と、脱着ガスを貯留するための貯留容器と、吸着塔内を大気開放することにより吸着剤を再生するための再生手段と、吸着を終えた吸着塔を貯留容器に連絡させた後、当該貯留容器との連絡を絶ち再生手段と連絡させるための切換手段と、貯留容器から脱着ガスを一定圧に調整して需要先に供給するための調整手段とを具備するＰＳＡ式ガス分離回収システムが公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、特許文献１に開示されている回収システムは、吸着塔における吸着剤の再生不良に起因する吸着分離性能の低下を防ぐべく、吸着塔から脱着ガスである酸素ガスを排出する工程を、酸素ガスを回収するための生成モードと吸着剤を再生するための再生モードとに区分けしており、再生モードでは酸素ガスを大気中へ放出する構成となっている。そのため、酸素ガスの回収量が減少し、窒素ガスと酸素ガスとの併産が充分ではなかった。また、特許文献１に開示されている回収システムでは、貯留容器から需要先へ酸素ガスが連続的に供給することができるように、貯留容器における最低圧力が０．６５ｋｇ／ｃｍ²（ゲージ圧）以上となるように圧力調整されている。そのため、脱着ガスの排出を行う吸着塔から充分に脱着ガスを抜き出すことができず、このことも脱着ガスの回収効率を低下させる一因となっていた。
特開２０００−６１２４４号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ＰＳＡ式ガス分離装置における吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制しつつ、製品ガスとともに脱着ガスを高い回収率（理論上１００％）で回収することが可能なガスの分離回収方法およびＰＳＡ式ガス分離回収システムを提供することを課題とする。

本発明の第１の側面によると、ガスの分離回収方法が提供される。この方法は、酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔を有する圧力スイング吸着式ガス分離装置を用いて、酸素含有混合ガス中の酸素を上記吸着剤に吸着させるための吸着工程と、上記吸着剤に吸着した酸素を脱着させて吸着塔から排出させる脱着工程とを少なくとも含むサイクルを上記各吸着塔で繰り返し行うことにより、上記吸着剤によって上記酸素含有混合ガスから酸素が吸着除去された製品ガスを回収するとともに、上記吸着剤から脱着された酸素を含む脱着ガスを回収するものであって、上記脱着工程と並行して行われる上記脱着ガスの回収は、上記脱着ガスを貯留するための貯留容器に貯留させた上で回収する貯留回収工程と、上記貯留容器を迂回させた上で当該貯留容器の下流に設けられた吸引手段により減圧回収する迂回回収工程と、により行われることを特徴としている。

本発明の第１の側面に係るガスの分離回収方法によると、迂回回収工程においては、脱着工程にある吸着塔から脱着ガスを減圧回収するため、吸引手段の吸引力を利用して当該吸着塔に充填されている吸着剤の再生を充分に行うことができ、当該吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制することができる。また、従来のように、脱着ガスの一部を大気に放出する必要がないので、貯留回収工程および迂回回収工程により吸着塔から排出される脱着ガスのほぼ全てを回収することが可能となる。したがって、脱着ガスの回収効率が向上するため、製品ガスと脱着ガスとの併産を充分に図ることができる。

好ましくは、上記サイクルは、上記吸着工程を経た吸着塔の内部圧力と、上記脱着工程を経た吸着塔の内部圧力とを均圧化するための均圧工程を含む。

例えば、酸素含有混合ガスとして空気を用いて、製品ガスとして窒素ガスを、脱着ガスとして酸素ガスを分離回収する場合、吸着工程を終えた直後の吸着塔内においては、吸着剤どうしの間隙に製品ガスに組成が近い高濃度窒素ガスが存在している。したがって、この吸着塔から排出されるガスは、初期段階においては高濃度窒素ガスであり、その後吸着剤から酸素ガスが脱着することにより脱着ガス中の酸素濃度が上昇する。そこで、本発明に係るガスの分離回収方法によると、吸着工程を終えた吸着塔から初期段階において排出される高濃度窒素ガスを、脱着工程を終えて吸着工程に移る前の吸着塔に供給することにより当該吸着塔の昇圧を図るとともに、窒素ガスの回収効率の向上を図ることが可能となる。また、高濃度窒素ガスを脱着ガスとして回収せずにすむため、回収される脱着ガスにおける酸素濃度を高めることが可能となる。

好ましくは、上記貯留回収工程では、上記貯留容器から回収される脱着ガスの圧力調整を行う。このような方法によると、貯留容器から脱着ガスを所定の圧力に調整した上で回収することが可能となる。したがって、脱着ガスは、ほぼ圧力一定の状態で回収することが可能となる。また、上記所定の圧力をほぼ大気圧に設定することにより、貯留容器の下流に設けられた吸引手段で吸引されるガス量を安定化させることが可能となる。

好ましくは、上記圧力スイング吸着式ガス分離装置における上記各吸着塔のいずれからも上記脱着ガスの排出がない場合、上記貯留容器に残留する脱着ガスを上記吸引手段により減圧回収する。このような方法によると、例えば吸着塔におけるサイクルで均圧工程を行うことにより、各吸着塔のいずれからも脱着ガスが排出されない場合でも、脱着ガスを連続的に回収し続けることが可能となる。

好ましくは、上記貯留回収工程における上記貯留容器の最低内部圧力は、０．０５ＭＰａ（ゲージ圧：以下特に指定がない限り同じ。）以下であり、より好ましくは、０．０２ＭＰａ以下である。このような方法によると、例えば圧力スイング吸着式ガス分離回収システムにおける各吸着塔のいずれからも脱着ガスの排出がない場合において、貯留容器に残留する脱着ガスを吸引手段により減圧回収する際に、当該吸引手段で吸引されるガス量を安定化させることが可能となる。

好ましくは、上記迂回回収工程における上記吸引手段による減圧回収時間は、１３秒以上であり、より好ましくは、１５秒以上である。このような方法によると、脱着工程にある吸着塔の最終脱着圧力は、大気圧以下、状況によっては、−０．０１〜−０．０２ＭＰａに到達する。したがって、吸着塔に充填されている吸着剤の再生がより良好に行われる。このことは、例えば脱着ガスとして酸素ガスを回収する場合には、脱着ガスにおける酸素濃度の向上や、純酸素換算における酸素ガスの回収量増大に繋がる。

好ましくは、回収される脱着ガスにおける酸素濃度は、２５〜５０％である。

本発明の第２の側面によると、圧力スイング吸着式ガス分離回収システムが提供される。この回収システムは、酸素含有混合ガスから酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔と、上記吸着剤によって上記酸素含有混合ガスから酸素を吸着除去することにより得られる製品ガスを貯留するための第１貯留容器と、上記吸着剤から脱着される酸素を含む脱着ガスを貯留するための第２貯留容器と、上記脱着ガスを吸引するための吸引手段と、を備える構成であって、上記吸引手段を上記第２貯留容器よりも下流に設け、上記脱着ガスを上記吸着塔から上記第２貯留容器を迂回させて上記吸引手段により減圧回収するためのバイパスラインをさらに備えることを特徴としている。

本発明の第２の側面に係る圧力スイング吸着式ガス分離回収システムによると、吸引手段を用いて吸着塔からバイパスラインを介して脱着ガスを減圧回収することが可能となる。したがって、吸着塔の内部圧力を充分に減圧することが可能となるため、当該吸着塔に充填されている吸着剤の再生を充分に行うことが可能となり、当該吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制することが可能となる。また、吸着塔から排出される脱着ガスを第２貯留容器に貯留して回収するとともに、バイパスラインを介して吸引手段により減圧回収することにより、当該脱着ガスの全てを回収することが可能となる。したがって、脱着ガスの回収効率が向上するため、製品ガスと脱着ガスとの併産を充分に図ることができる。

好ましくは、上記第２貯留容器から回収される脱着ガスの圧力調整を行うための圧力調整手段を備える。このような構成によると、第２貯留容器から排出される脱着ガスを圧力調整手段により所定の圧力に調整した上で回収することが可能となる。したがって、脱着ガスは、ほぼ圧力一定の状態で回収することが可能となる。また、上記所定の圧力をほぼ大気圧に設定することにより、貯留容器の下流に設けられた吸引手段で吸引されるガス量を安定化させることが可能となる。

本発明の第２の側面における好ましい実施の形態では、上記吸引手段は、ルーツ型ブロアである。このような構成によると、ブロアに吸引される脱着ガスの圧力が多少変動する場合でも、当該ブロアから送風される脱着ガスのガス量の変動を抑制することが可能となる。したがって、脱着ガスを当該脱着ガスの需要先にほぼ一定の流量で供給することが可能となる。

本発明のその他の利点および特徴については、以下に行う発明の実施形態の説明から、より明らかとなるであろう。

本発明の好ましい実施形態に係るガスの分離回収方法について図１〜図５を参照しつつ、具体的に説明する。

図１は、本実施形態に係るガスの分離回収方法を実現するためのＰＳＡ式ガス分離回収システムの概略構成を示している。このＰＳＡ式ガス分離回収システムＸは、酸素含有混合ガスＡから製品ガスＢと脱着ガスＣとを分離回収するためのものであり、ＰＳＡ式ガス分離装置１と、製品ガス回収部２と、脱着ガス回収部３とを有している。酸素含有混合ガスＡとしては、例えば空気などが挙げられる。製品ガスＢとしては、例えば混合ガスＡとして空気を用いる場合は、高濃度（例えば９８％以上）の窒素ガスが挙げられる。脱着ガスＣとしては、例えば混合ガスＡとして空気を用いる場合は、中濃度（例えば２５〜５０％）の酸素ガスが挙げられる。

ＰＳＡ式ガス分離装置１は、吸着塔１０，１１と、混合ガス圧縮装置１２とを含んでいる。

吸着塔１０，１１は、製品ガス出口１０ａ，１１ａと混合ガス入口１０ｂ，１１ｂとを有しており、その内部に吸着剤が充填されている。吸着剤としては、後述する混合ガスＡから酸素を選択的に吸着することができるもの（カーボンモレキュラーシーブなど）が使用される。

吸着塔１０の製品ガス出口１０ａは、第１共用配管４ａおよび第１製品ガス用配管４ｂを介して製品ガス回収部２に繋げられている。吸着塔１１の製品ガス出口１１ａは、第２共用配管４ｃおよび第２製品ガス用配管４ｄを介して製品ガス回収部２に繋げられている。加えて、製品ガス出口１０ａと製品ガス出口１１ａとは、第１共用配管４ａ、均圧用配管４ｅおよび第２共用配管４ｃを介して互いに繋げられている。

吸着塔１０の混合ガス入口１０ｂは、第３共用配管４ｆ、第１混合ガス供給用配管４ｇおよび混合ガス圧縮装置１２を介して図示しない混合ガス供給源に繋げられ、第３共用配管４ｆ、第１脱着ガス排出用配管４ｈおよび接続用配管４ｉを介して脱着ガス回収部３に繋げられている。吸着塔１１の混合ガス入口１１ｂは、第４共用配管４ｊ、第２混合ガス供給用配管４ｋおよび混合ガス圧縮装置１２を介して混合ガス供給源に繋げられ、第４共用配管４ｊ、第２脱着ガス排出用配管４ｌおよび接続用配管４ｉを介して脱着ガス回収部３に繋げられている。

混合ガス圧縮装置１２は、混合ガス供給源から供給される混合ガスＡを所定値（例えば０．７ＭＰａ）まで圧縮加圧するためのものである。

製品ガス回収部２は、ＰＳＡ式ガス分離装置１により混合ガスＡから分離される製品ガスＢを回収するためのものであり、製品ガスホルダ２０を有している。製品ガスホルダ２０は、ＰＳＡ式ガス分離装置１から回収される製品ガスＢを一時的に貯留することによって製品ガスＢの圧力変動を緩衝するためのものであり、製品ガス出口２０ａと製品ガス入口２０ｂとを有している。製品ガス出口２０ａは、需要先送出用配管４ｍを介して製品ガスＢの需要先（図示せず）に繋げられている。製品ガス入口２０ｂは、第１および第２製品ガス用配管４ｂ，４ｄと、第１および第２共用配管４ａ，４ｃとを介して吸着塔１０，１１の製品ガス出口１０ａ，１１ａに繋げられている。なお、需要先送出用配管４ｍには、製品ガスＢを一定圧力で回収するための圧力調整装置（図示せず）を設けてもよい。

脱着ガス回収部３は、ＰＳＡ式ガス分離装置１により混合ガスＡから分離される脱着ガスＣを回収するためのものであり、脱着ガスホルダ３０と、圧力制御装置３１と、バイパスライン３２と、ブロア３３とを有している。

脱着ガスホルダ３０は、ＰＳＡ式ガス分離装置１から回収される脱着ガスＣを一時的に貯留することによって脱着ガスＣの圧力変動を緩衝するためのものであり、脱着ガス出口３０ａと脱着ガス入口３０ｂとを有している。脱着ガス出口３０ａは、第１脱着ガス回収用配管４ｎを介してブロア３３に繋げられている。脱着ガス入口３０ｂは、第２脱着ガス回収用配管４ｏを介してＰＳＡ式ガス分離装置１の接続用配管４ｉに繋げられている。

圧力制御装置３１は、第１脱着ガス回収用配管４ｎに設けられている圧力調整弁３１０と、第１脱着ガス回収用配管４ｎにおける圧力調整弁３１０の下流側の圧力を測定するための圧力計を含むコントローラ３１１とを有しており、圧力調整弁３１０を通過した脱着ガスＣの圧力に基づく信号をコントローラ３１１から圧力調整弁３１０に送り、当該信号に応じて圧力調整弁３１０の開度を調整することによって脱着ガスＣの圧力制御を行うためのものである。

バイパスライン３２は、ＰＳＡ式ガス分離装置１から回収される脱着ガスＣを、脱着ガスホルダ３０を迂回させて回収するための配管であり、一端部が接続用配管４ｉに連結されており、他端部が第１脱着ガス回収用配管４ｎにおけるコントローラ３１１よりも下流側に連結されている。

ブロア３３は、ＰＳＡ式ガス分離装置１から脱着ガスＣを減圧吸引するためのものであり、第１脱着ガス回収用配管４ｎ、脱着ガスホルダ３０および第２脱着ガス回収用配管４ｏを介してＰＳＡ式ガス分離装置１に繋げられるとともに、第１脱着ガス回収用配管４ｎおよびバイパスライン３２を介してもＰＳＡ式ガス分離装置１に繋げられている。また、ブロア３３は、需要先送出用配管４ｐを介して脱着ガスＣの需要先（図示せず）に繋げられている。なお、ブロア３３としては、吸引される脱着ガスＣの圧力が多少変動する場合でも、当該ブロア３３から送風される脱着ガスＣのガス量の変動を抑制することが可能なものが好ましく、例えばルーツ型ブロアなどが挙げられる。

第１および第２製品ガス用配管４ｂ，４ｄには、自動弁５ａ，５ｂが設けられている。均圧用配管４ｅには、自動弁５ｃが設けられている。第１および第２混合ガス供給用配管４ｇ，４ｋには、自動弁５ｄ，５ｅが設けられている。第１および第２脱着ガス排出用配管４ｈ，４ｌには、自動弁５ｆ，５ｇが設けられている。接続用配管４ｉには、自動弁５ｈが設けられている。第２脱着ガス回収用配管４ｏには、自動弁５ｉが設けられている。バイパスライン３２には、自動弁５ｊが設けられている。

そして、各自動弁５ａ〜５ｊの開閉状態を適宜切り替えることにより、各配管４ａ〜４ｐおよびバイパスライン３２でのガスの流れ状態が調整される。吸着塔１０，１１においては、自動弁５ａ〜５ｊの切り替え状態に応じて、吸着剤への酸素の吸着を目的として高圧下で行われる吸着工程、吸着剤からの酸素の脱着を目的として低圧下で行われる脱着工程、塔内に滞留する準製品ガスを用いて吸着塔１０，１１の内部圧力を均圧化する均圧工程のそれぞれが繰り返し行われる。なお、準製品ガスとは、最終的に製品として得られる製品ガスＢに準じる程度の成分構成を有するガスである。

以上のように構成されたＰＳＡ式ガス分離回収システムＸを用いて、混合ガスＡとしての空気から製品ガスＢとしての高濃度（９８％）窒素ガスと、脱着ガスとしての中濃度（２５〜５０％）酸素ガスとを分離回収する場合を例にとって、ＰＳＡ式ガス分離回収システムＸの動作をより具体的に説明する。

吸着塔１０，１１では、図２に示すようなタイミングで各工程（ステップ）が行われ、ステップ１〜６を１サイクルとして、このようなサイクルが繰り返し行われる。なお、図２には、各ステップにおける各弁５ａ〜５ｊ，３１０の開閉状態を示した。図３〜図４には、各ステップに対応するガスの流れ図を示した。図５には、脱着ガスホルダ３０における内部圧力の経時変化についてのグラフを示した。

ステップ１では、図２に示したように各弁５ａ〜５ｊ，３１０の開閉状態が選択されており、図３（ａ）に示したような流れ状態となる。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が行われ、脱着ガス回収部３では、脱着ガスホルダ３０を介して中濃度酸素ガスＣが回収されている。なお、本実施形態においてステップ１の動作は、８３秒間行われ、その間の脱着ガスホルダ３０の内部圧力は、図５に示すように経時変化する。

図１および図３（ａ）に良く表れているように、吸着塔１０は、混合ガス供給源および製品ガス回収部２と連通状態とされている。そのため、混合ガス供給源から供給される空気Ａは、混合ガス圧縮装置１２、第１混合ガス供給用配管４ｇおよび第３共用配管４ｆを介して、混合ガス入口１０ｂから吸着塔１０に導入される。吸着塔１０に導入された空気Ａは、吸着塔１０に充填されている吸着剤により酸素ガスが吸着除去され、高濃度窒素ガスＢとして製品ガス出口１０ａから吸着塔１０の外部に導出される。吸着塔１０の外部に導出された高濃度窒素ガスＢは、第１共用配管４ａおよび第１製品ガス用配管４ｂを介して製品ガスホルダ２０に一旦滞留させた後、需要先送出用配管４ｍを介して回収され、高濃度窒素ガスＢの需要先に送られる。

一方、吸着塔１１は、脱着ガス回収部３と連通状態とされている。吸着塔１１では、先に吸着工程（図４（ａ），（ｂ）参照）が行われているため内部圧力が高められており、その後均圧工程（図４（ｃ）参照）を経ることにより内部圧力が多少低減されるものの依然として内部圧力は脱着ガスホルダ３０の内部圧力（図５参照）に比べて高い状態にある。そのため、吸着塔１１から排出される中濃度酸素ガスＣは、吸着塔１１と脱着ガスホルダ３０との圧力差により、第４共用配管４ｊ、第２脱着ガス排出用配管４ｌ、接続用配管４ｉおよび第２脱着ガス回収用配管４ｏを介して脱着ガスホルダ３０に移動する。脱着ガスホルダ３０に移動した中濃度酸素ガスＣは、当該脱着ガスホルダ３０の内部で一旦滞留した後、圧力制御装置３１により圧力を制御しつつ、第１脱着ガス回収用配管４ｎを介して回収され、ブロア３３により需要先送出用配管４ｐを介して中濃度酸素ガスＣの需要先に送られる。

ステップ２では、図２に示したように各弁５ａ〜５ｊ，３１０の開閉状態が選択されて図３（ｂ）に示したような流れ状態とされている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が引き続き行われ、脱着ガス回収部３では、バイパスライン３２および第１脱着ガス回収用配管４ｎを介してブロア３３により中濃度酸素ガスＣが減圧回収されている。なお、本実施形態においてステップ２の動作は、１５秒間行われ、その間の脱着ガスホルダ３０の内部圧力は、図５に示すように一定である。

図１および図３（ｂ）に良く表れているように、吸着塔１０においては、ステップ１と同様の吸着動作が引き続き行われ、空気Ａから分離された高濃度窒素ガスＢを回収し、高濃度窒素ガスＢの需要先に送り続けている。

一方、吸着塔１１においても、脱着ガス回収部３と連通状態とされ、ステップ１と同様の脱着動作が引き続き行われ、吸着剤から脱着された中濃度酸素ガスＣを回収し、中濃度酸素ガスＣの需要先に送り続けているが、中濃度酸素ガスＣの回収方法がステップ１とは異なる。具体的には、吸着塔１１に残留する中濃度酸素ガスＣは、第４共用配管４ｊ、第２脱着ガス排出用配管４ｌ、接続用配管４ｉ、バイパスライン３２および第１脱着ガス回収用配管４ｎを介してブロア３３により減圧回収され、需要先送出用配管４ｐを介して中濃度酸素ガスＣの需要先に送られる。なお、中濃度酸素ガスＣの減圧回収は、吸着塔１１の内部圧力が大気圧以下（例えば−０．０１〜−０．０２ＭＰａ）になるまで行われる。

ステップ３では、図２に示したように各弁５ａ〜５ｊ，３１０の開閉状態が選択されて図３（ｃ）に示したような流れ状態とされている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ均圧工程が行われ、脱着ガス回収部３では、脱着ガスホルダ３０からブロア３３により中濃度酸素ガスＣが減圧回収されている。なお、本実施形態においてステップ３の動作は、２秒間行われ、その間の脱着ガスホルダ３０の内部圧力は、図５に示すように経時変化する。

図１および図３（ｃ）に良く表れているように、吸着塔１０と吸着塔１１とは、互いに連通状態とされている。吸着塔１０では、先に吸着工程が行われているため内部圧力が高められているのに対して、吸着塔１１では、先に脱着工程が行われているため内部圧力が低められているので、吸着塔１０の塔内の方が吸着塔１１の塔内より比較的高圧となっている。この圧力差を利用して、吸着塔１０に充填されている吸着剤どうしの間に滞留し、塔内から初期に排出される準製品ガスを吸着塔１１に導入することにより、吸着塔１０の塔内の減圧および吸着塔１１の塔内の昇圧を行い、吸着塔１０と吸着塔１１とを均圧化する。

一方、脱着ガス回収部３においては、脱着ガスホルダ３０に残留する中濃度酸素ガス（図５参照）が、第１脱着ガス回収用配管４ｎを介してブロア３３により減圧供給され、中濃度酸素ガスＣの需要先に送られる。なお、脱着ガスホルダ３０からの中濃度酸素ガスＣの減圧供給は、脱着ガスホルダ３０の内部圧力が０．０２ＭＰａ以下になるまで行われる。

ステップ４〜６においては、図１、図２および図４（ａ）〜（ｃ）に示したように、吸着塔１０ではステップ１〜３における吸着塔１１と同様にして脱着工程および均圧工程が行われ、吸着塔１１ではステップ１〜３における吸着塔１０と同様にして吸着工程および均圧工程が行われる。

そして、以上に説明したステップ１〜６がＰＳＡ式ガス分離回収システムＸにおいて繰り返し行われることにより、空気Ａから高濃度窒素ガスＢと中濃度酸素ガスＣとが分離回収される。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、ステップ３，６における均圧工程を省いてガスの分離回収を行ってもよい。また、ステップ３，６において、製品ガスＢをブロアなどを用いて減圧回収することにより、当該製品ガスＢを連続的に需要先に供給するようにしてもよい。

本発明に係る圧力スイング吸着式ガス分離回収システムＸを用いたガスの分離回収方法によると、ブロア３３を用いて吸着塔１０，１１からバイパスライン３２を介して脱着ガスＣを減圧回収することが可能となる。したがって、吸着塔１０，１１の内部圧力を充分に減圧することが可能となるため、当該吸着塔１０，１１に充填されている吸着剤の再生を充分に行うことが可能となり、当該吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制することが可能となる。また、吸着塔１０，１１から排出される脱着ガスＣを脱着ガスホルダ３０に貯留して回収するとともに、バイパスライン３２を介してブロア３３により減圧回収することにより、当該脱着ガスＣの全てを回収することが可能となる。したがって、脱着ガスＣの回収効率が向上するため、製品ガスＢと脱着ガスＣとの併産を充分に図ることができる。

本発明の実施形態に係るガスの分離回収方法を実現するためのＰＳＡ式ガス分離回収システムの概略構成図である。 本発明の実施形態に係るガスの分離回収方法の各ステップにおいて、各吸着塔で行われている工程およびそのときの弁の開閉状態を示す図である。 上記各ステップに対応するガスの流れ図である。 上記各ステップに対応するガスの流れ図である。 上記ＰＳＡ式ガス分離回収システムにおける脱着ガスホルダの内部圧力の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

Ｘ ＰＳＡ式ガス分離回収システム
Ａ 酸素含有混合ガス（空気）
Ｂ 製品ガス（高濃度窒素ガス）
Ｃ 脱着ガス（中濃度酸素ガス）
１ ＰＳＡ式ガス分離装置
２ 製品ガス回収部
３ 脱着ガス回収部
４ａ〜４ｐ 配管
５ａ〜５ｊ 自動弁
１０，１１ 吸着塔
１２ 混合ガス圧縮装置
２０ 製品ガスホルダ（第１貯留容器）
３０ 脱着ガスホルダ（第２貯留容器）
３１ 圧力制御装置（圧力調整手段）
３２ バイパスライン
３３ ブロア（吸引手段）
３１０ 圧力調整弁
３１１ コントローラ

Claims (10)

1. 酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔を有する圧力スイング吸着式ガス分離装置を用いて、酸素含有混合ガス中の酸素を上記吸着剤に吸着させるための吸着工程と、上記吸着剤に吸着した酸素を脱着させて吸着塔から排出させる脱着工程とを少なくとも含むサイクルを上記各吸着塔で繰り返し行うことにより、上記吸着剤によって上記酸素含有混合ガスから酸素が吸着除去された製品ガスを回収するとともに、上記吸着剤から脱着された酸素を含む脱着ガスを回収するガスの分離回収方法であって、
   上記脱着工程と並行して行われる上記脱着ガスの回収は、上記脱着ガスを貯留するための貯留容器に貯留させて回収する貯留回収工程と、上記貯留容器を迂回させて当該貯留容器の下流に設けられた吸引手段により減圧回収する迂回回収工程と、により行われることを特徴とする、ガスの分離回収方法。
2. 上記サイクルは、上記吸着工程を経た吸着塔の内部圧力と、上記脱着工程を経た吸着塔の内部圧力とを均圧化するための均圧工程をさらに含む、請求項１に記載のガスの分離回収方法。
3. 上記貯留回収工程では、上記貯留容器から回収される脱着ガスの圧力調整を行う、請求項１または２に記載のガスの分離回収方法。
4. 上記圧力スイング吸着式ガス分離装置における上記各吸着塔のいずれからも上記脱着ガスの排出がない場合、上記貯留容器に残留する脱着ガスを上記吸引手段により減圧回収する、請求項１〜３のいずれか１つに記載のガスの分離回収方法。
5. 上記貯留回収工程における上記貯留容器の最低内部圧力は、０．０５ＭＰａ（ゲージ圧）以下である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のガスの分離回収方法。
6. 上記迂回回収工程における上記吸引手段による減圧回収時間は、１３秒以上である、請求項１〜５のいずれか１つに記載のガスの分離回収方法。
7. 回収される脱着ガスにおける酸素濃度は、２５〜５０％である、請求項１〜６のいずれか１つに記載のガスの分離回収方法。
8. 酸素含有混合ガスから酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔と、上記吸着剤によって上記酸素含有混合ガスから酸素を吸着除去することにより得られる製品ガスを貯留するための第１貯留容器と、上記吸着剤から脱着される酸素を含む脱着ガスを貯留するための第２貯留容器と、上記脱着ガスを吸引するための吸引手段と、を備える圧力スイング吸着式ガス分離回収システムであって、
   上記吸引手段を上記第２貯留容器よりも下流に設け、上記脱着ガスを上記吸着塔から上記第２貯留容器を迂回させて上記吸引手段により減圧回収するためのバイパスラインをさらに備えることを特徴とする、圧力スイング吸着式ガス分離回収システム。
9. 上記第２貯留容器から回収される脱着ガスの圧力調整を行うための圧力調整手段をさらに備える、請求項８に記載の圧力スイング吸着式ガス分離回収システム。
10. 上記吸引手段は、ルーツ型ブロアである、請求項８または９に記載の圧力スイング吸着式ガス分離回収システム。

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