JP2010051877A - Apparatus and method for manufacturing oxygen enriched air - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for manufacturing oxygen enriched air which can efficiently and stably manufacture oxygen enriched air for a long period of time without suffering from the effect of moisture in the air in manufacturing the oxygen enriched air from the air by using an adsorbent for adsorbing nitrogen such as zeolite. <P>SOLUTION: In the apparatus 1 for manufacturing the oxygen enriched air including adsorbing and dehumidifying devices 3, 4, 5 in which an adsorbent 38 for absorbing moisture is arranged and a rotary nitrogen adsorbing device 2 in which an adsorbent 37 for absorbing nitrogen is arranged, the air dehydrated in the adsorbing and dehumidifying devices is fed to the rotary nitrogen adsorbing device and is enriched in oxygen in the rotary nitrogen adsorbing device. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、空気中の窒素成分を除去することによって空気から酸素富化空気を製造する酸素富化空気製造設備及び酸素富化空気製造方法に関するものである。   The present invention relates to an oxygen-enriched air production facility and an oxygen-enriched air production method for producing oxygen-enriched air from air by removing nitrogen components in the air.

鉄鉱石から溶銑を製造するための高炉へ吹き込まれる空気、或いは廃棄物の焼却炉や溶融炉などへ吹き込まれる空気は、燃焼効率を上げるために、酸素濃度を増加させた酸素富化空気が吹き込まれることが多い。従来の酸素富化空気の製造方法は、深冷分離法、PSA(Pressure Swing Adsorption)法などによって、ほぼ100体積%に近い濃度の高純度の酸素を製造し、これを空気に混合して希釈し、所望する酸素濃度の酸素富化空気を製造している。   Air that is blown into a blast furnace for producing hot metal from iron ore, or air that is blown into a waste incinerator or melting furnace is blown with oxygen-enriched air with an increased oxygen concentration to increase combustion efficiency. It is often done. Conventional oxygen-enriched air production methods produce high-purity oxygen with a concentration close to 100% by volume using a cryogenic separation method, PSA (Pressure Swing Adsorption) method, etc., and mix this with air for dilution. Thus, oxygen-enriched air having a desired oxygen concentration is produced.

一方で、円筒型容器に窒素吸収用吸着剤であるゼオライトを充填させ、温度の低下に伴って窒素の吸着量が増加するというゼオライトの窒素吸収能力を利用し、前記円筒型容器の中心を軸として回転させ、回転する円筒型容器に温度の異なる2つの空気をそれぞれ独立して供給し、温度の低い側の空気の窒素をゼオライトで吸収し、吸収した窒素を温度の高い側の空気に放出(脱離)し、これを連続して行うことにより、温度の低い側の空気の酸素富化を行う技術が、特許文献1に提案されている。   On the other hand, the cylindrical container is filled with zeolite, which is an adsorbent for nitrogen absorption, and the nitrogen absorption capacity of the zeolite, which increases the amount of nitrogen adsorbed as the temperature decreases, is used to center the cylindrical container. Rotate as follows, independently supply two airs with different temperatures to the rotating cylindrical container, absorb nitrogen in the lower temperature air with zeolite, and release the absorbed nitrogen into the higher temperature air Patent Document 1 proposes a technique for performing oxygen enrichment of air on the lower temperature side by (desorption) and continuously performing this.

特許文献1によれば、ゼオライトに温度の高い空気を流すことによって窒素がゼオライトに飽和しないので、長期にわたり連続的に運転することができ、酸素富化空気の製造にあたり、動力の大幅な低下が可能になるとしている。
特開2001−70736号公報
According to Patent Document 1, since nitrogen is not saturated in the zeolite by flowing high temperature air through the zeolite, it can be operated continuously over a long period of time, and in the production of oxygen-enriched air, the power is greatly reduced. It will be possible.
JP 2001-70736 A

しかしながら、深冷分離法、PSA法を用いて純酸素を製造し、この純酸素を空気で希釈して酸素富化空気を製造する方法では、高純度の酸素を製造する際に大きな動力を必要とし、使用する酸素富化空気の酸素濃度は低濃度であるにも拘わらず、結果的に大きな動力が必要となっていた。また、設備が複雑で、設備費が高いという問題もあった。   However, in the method of producing pure oxygen using the cryogenic separation method and the PSA method and diluting the pure oxygen with air to produce oxygen-enriched air, a large amount of power is required when producing high-purity oxygen. As a result, even though the oxygen concentration of the oxygen-enriched air used is low, a large amount of power is required as a result. In addition, the equipment is complicated and the equipment costs are high.

一方、特許文献1には、酸素富化を行うことによってどのような酸素富化空気が得られたのか、及びその効果はどのようであったかについて、記載されていない。更に、これを酸素富化空気の製造に適用しようとしても、以下の問題点がある。   On the other hand, Patent Document 1 does not describe what kind of oxygen-enriched air was obtained by performing oxygen enrichment and what the effect was. Furthermore, even if this is applied to the production of oxygen-enriched air, there are the following problems.

即ち、ゼオライトは窒素を吸収するための有力な吸着剤であるが、水分の吸着剤でもある。従って、ゼオライトが充填された円筒型容器に空気を流した場合、空気中の水分を吸収しながら窒素を吸収することになる。この吸収した水分をゼオライトから効率的に放出させなければ、吸収した水分によってゼオライトの吸収能は低下し、ゼオライトは、水分吸収用吸着剤としての機能のみならず、窒素吸収用吸着剤としての機能を消滅させる。   That is, zeolite is an effective adsorbent for absorbing nitrogen, but is also an adsorbent for moisture. Therefore, when air is passed through a cylindrical container filled with zeolite, nitrogen is absorbed while absorbing moisture in the air. If this absorbed water is not efficiently released from the zeolite, the absorbed capacity of the zeolite decreases due to the absorbed water, and the zeolite functions not only as a moisture absorbing adsorbent but also as a nitrogen absorbing adsorbent. Annihilate.

特許文献1では、ゼオライトが充填された円筒型容器に、温度の異なる2種類の空気をそれぞれ独立して供給しているが、これら2種類の空気は脱水分処理を行っておらず、温度こそ異なるものの基本的に水分濃度が同等であり、従って、ゼオライトから水分を除去する作用は働かず、ゼオライトは水分を吸収し続け、やがて水分吸収用吸着剤及び窒素吸収用吸着剤としての機能が停止する。つまり、特許文献1では、ゼオライトが水分を吸収することに起因して、長期間にわたって酸素富化空気を製造することができないという問題点がある。   In Patent Document 1, two types of air having different temperatures are independently supplied to a cylindrical container filled with zeolite. However, these two types of air are not subjected to dehydration treatment, and the temperature is the same. Although it is different, the moisture concentration is basically the same, therefore, the action of removing moisture from the zeolite does not work, the zeolite continues to absorb moisture, and eventually stops functioning as a moisture absorbing adsorbent and a nitrogen absorbing adsorbent To do. That is, Patent Document 1 has a problem that oxygen-enriched air cannot be produced over a long period of time due to the fact that zeolite absorbs moisture.

また、円筒型容器に温度の異なる空気をそれぞれ分離して供給しなければ、酸素富化空気の製造効率が低下するが、特許文献1には、温度の異なる空気をどのように分離して円筒型容器に供給するのかが記載されておらず、実機化は困難と言わざるを得ない。   Further, if air having different temperatures is not separately supplied to the cylindrical container, the production efficiency of oxygen-enriched air is reduced. However, Patent Document 1 describes how to separate air having different temperatures into a cylinder. There is no description on whether to supply to the mold container, so it must be said that realization is difficult.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ゼオライトなどの窒素吸収用吸着剤を利用して空気から酸素富化空気を製造するにあたり、空気中の水分の影響を受けず、長期間にわたって安定して酸素富化空気を効率良く製造することのできる、酸素富化空気の製造設備及び酸素富化空気の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to influence the influence of moisture in the air when producing oxygen-enriched air from air using an adsorbent for nitrogen absorption such as zeolite. The object is to provide an oxygen-enriched air production facility and an oxygen-enriched air production method capable of producing oxygen-enriched air stably and efficiently over a long period of time.

上記課題を解決するための第1の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備であって、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気が、前記回転式窒素吸着装置に供給され、該回転式窒素吸着装置で酸素富化されることを特徴とするものである。   An apparatus for producing oxygen-enriched air according to the first invention for solving the above-mentioned problems includes an adsorption dehumidification device in which an adsorbent for moisture absorption is arranged, and a rotary nitrogen adsorption device in which an adsorbent for nitrogen absorption is arranged And the oxygen-enriched air production equipment comprising: the air dehydrated by the adsorption dehumidifier is supplied to the rotary nitrogen adsorber and oxygen enriched by the rotary nitrogen adsorber It is characterized by that.

第2の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、第1の発明において、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部が、前記回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして前記回転式窒素吸着装置に供給されることを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a facility for producing oxygen-enriched air according to the first aspect, wherein a part of the air dehydrated by the adsorption dehumidifier is obtained from the adsorbent for nitrogen absorption of the rotary nitrogen adsorber. The nitrogen release gas is supplied to the rotary nitrogen adsorption apparatus.

第3の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、第2の発明において、前記窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして用いられた空気が、更に、前記吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤からの水分放出用ガスとして前記吸着除湿装置に供給されることを特徴とするものである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the oxygen-enriched air production facility according to the second aspect, wherein the air used as the nitrogen releasing gas from the nitrogen absorbing adsorbent is further used for absorbing moisture in the adsorption dehumidifying device. A gas for releasing moisture from the adsorbent is supplied to the adsorption dehumidifier.

第4の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、第1ないし第3の発明の何れかにおいて、湿潤状態の大気の前記回転式窒素吸着装置への流入を防止するために、前記回転式窒素吸着装置の回転部と固定部との間に、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部がパージ用ガスとして供給されることを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the oxygen-enriched air production facility according to any one of the first to third aspects of the present invention, in order to prevent the wet atmosphere from flowing into the rotary nitrogen adsorption device. A part of the air dehydrated by the adsorption dehumidifying device is supplied as a purge gas between the rotating portion and the fixed portion of the nitrogen adsorption device.

第5の発明に係る酸素富化空気の製造設備は、第1ないし第4の発明の何れかにおいて、前記回転式窒素吸着装置は、その回転軸を鉛直方向として回転することを特徴とするものである。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the oxygen-enriched air production facility according to any one of the first to fourth aspects, wherein the rotary nitrogen adsorbing device rotates with its rotation axis as a vertical direction. It is.

第6の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、ガスの流路方向に沿って複数の領域に仕切られ、仕切られた各領域に圧力の増加に伴って窒素吸着量を増加させる窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備を用い、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気を前記回転式窒素吸着装置の一方の流路に供給する際にその圧力を他方の流路を通る空気の圧力よりも相対的に高くし、この2種類の空気を回転している回転式窒素吸着装置に別々に供給してそれぞれ窒素吸収用吸着剤と接触させ、相対的に圧力を高くした空気に対して脱窒素処理を施し、相対的に圧力を低くした空気に対して窒素富化処理を施し、相対的に圧力を高くした空気の酸素富化を行うことを特徴とするものである。   A method for producing oxygen-enriched air according to a sixth aspect of the present invention includes an adsorption / dehumidification device in which an adsorbent for moisture absorption is arranged, and a plurality of regions along the gas flow path direction. Using a rotary nitrogen adsorption device equipped with an adsorbent for nitrogen absorption that increases the amount of nitrogen adsorption as the pressure increases, and using a production facility for oxygen-enriched air, the dehydration treatment is performed in the adsorption dehumidification device. When rotating the two types of air, the pressure is relatively higher than the pressure of the air passing through the other flow path when the air is supplied to one flow path of the rotary nitrogen adsorption device. Separately supplied to a nitrogen adsorption device and brought into contact with an adsorbent for nitrogen absorption, denitrogenation is performed on air with a relatively high pressure, and nitrogen rich with respect to air with a relatively low pressure Oxygen enrichment of air with relatively high pressure And it is characterized in Ukoto.

第7の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、ガスの流路方向に沿って複数の領域に仕切られ、仕切られた各領域に温度の低下に伴って窒素吸着量を増加させる窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備を用い、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気を前記回転式窒素吸着装置の一方の流路に供給する際にその温度を他方の流路を通る空気の温度よりも相対的に低くし、この2種類の空気を回転している回転式窒素吸着装置に別々に供給してそれぞれ窒素吸収用吸着剤と接触させ、相対的に温度を低くした空気に対して脱窒素処理を施し、相対的に温度を高くした空気に対して窒素富化処理を施し、相対的に温度を低くした空気の酸素富化を行うことを特徴とするものである。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for producing oxygen-enriched air, comprising: an adsorption dehumidifying device in which a moisture absorbing adsorbent is disposed; and a plurality of regions divided along a gas flow path direction. A rotary nitrogen adsorption device provided with a nitrogen absorption adsorbent that increases the amount of nitrogen adsorption with a decrease in temperature, and an oxygen-enriched air production facility equipped with a dehydration treatment by the adsorption dehumidification device. When the heated air is supplied to one flow path of the rotary nitrogen adsorption device, the temperature is relatively lower than the temperature of the air passing through the other flow path, and the two types of air are rotating. Separately supplied to a nitrogen adsorber, and brought into contact with an adsorbent for nitrogen absorption, subjected to denitrification treatment on air at a relatively low temperature, and rich in nitrogen relative to air at a relatively high temperature Oxygen enrichment of air with a relatively low temperature And it is characterized in Ukoto.

第8の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、第6または第7の発明において、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部が、前記回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして前記回転式窒素吸着装置に供給されることを特徴とするものである。   A method for producing oxygen-enriched air according to an eighth invention is the method according to the sixth or seventh invention, wherein a part of the air dehydrated by the adsorption dehumidifier is used for nitrogen absorption by the rotary nitrogen adsorber. The gas is supplied to the rotary nitrogen adsorption device as a gas for releasing nitrogen from the adsorbent.

第9の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、第6ないし第8の発明の何れかにおいて、前記窒素富化処理の施された空気を、前記吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤からの水分放出用ガスとして使用することを特徴とするものである。   A method for producing oxygen-enriched air according to a ninth invention is the method for producing oxygen enriched air according to any of the sixth to eighth inventions, wherein the air enriched with nitrogen is extracted from the adsorbent for moisture absorption of the adsorption dehumidifier. It is used as a moisture release gas.

第10の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、第9の発明において、前記吸着除湿装置を2基以上配置し、それぞれの吸着除湿装置では、水分吸収用吸着剤による空気の脱水分処理と、水分吸収用吸着剤からの水分放出とを交互に繰り返して行うことを特徴とするものである。   A method for producing oxygen-enriched air according to a tenth invention is the method according to the ninth invention, wherein two or more of the adsorption dehumidifying devices are arranged, and in each of the adsorption dehumidifying devices, a dehydration treatment of air with a moisture absorbing adsorbent. And moisture release from the moisture-absorbing adsorbent are alternately and repeatedly performed.

第11の発明に係る酸素富化空気の製造方法は、第6ないし第10の発明の何れかにおいて、前記吸着除湿装置によって脱水分処理が施された空気の露点は、−40℃以下であることを特徴とするものである。   In the method for producing oxygen-enriched air according to the eleventh aspect of the invention, in any of the sixth to tenth aspects, the dew point of the air subjected to the dehydration treatment by the adsorption dehumidifier is -40 ° C or lower. It is characterized by this.

本発明によれば、深冷分離法またはPSA法を用いて純酸素を製造し、この純酸素を空気で希釈して酸素富化空気を製造する従来方法に比較すると、少ない動力で酸素富化空気を得ることができるとともに、設備構成が比較的簡単であり設備費を削減することができる。   According to the present invention, oxygen is enriched with less power than conventional methods in which pure oxygen is produced using a cryogenic separation method or a PSA method, and this pure oxygen is diluted with air to produce oxygen-enriched air. Air can be obtained, and the equipment configuration is relatively simple, so that the equipment cost can be reduced.

また、本発明によれば、吸着除湿装置と回転式窒素吸着装置とを備えた酸素富化空気の製造設備を用い、先ず、吸着除湿装置にて空気に対して脱水分処理を施し、次いで、脱水分処理の施された乾燥状態の空気を回転式窒素吸着装置に導入するので、回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤は水分の影響を受けることなく、供給される空気から窒素を吸着し、酸素富化空気を安定して製造することが実現される。そして、吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部を、回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして使用する場合には、窒素吸収用吸着剤に吸着した窒素は窒素放出用ガスに放出されて、窒素吸収用吸着剤の窒素吸着量は飽和にならず、酸素富化空気を長期間にわたって連続的に製造することが可能となる。   Further, according to the present invention, using an oxygen-enriched air production facility equipped with an adsorption dehumidification device and a rotary nitrogen adsorption device, first, a dehydration treatment is performed on the air with the adsorption dehumidification device, and then Since dry air that has been subjected to dehydration treatment is introduced into the rotary nitrogen adsorption device, the nitrogen absorption adsorbent of the rotary nitrogen adsorption device absorbs nitrogen from the supplied air without being affected by moisture. Thus, it is possible to stably produce oxygen-enriched air. When a part of the air dehydrated by the adsorption dehumidifier is used as a nitrogen release gas from the nitrogen absorbent adsorbent of the rotary nitrogen adsorber, the nitrogen adsorbed on the nitrogen absorbent adsorbent is used. Is released into the nitrogen-releasing gas, and the amount of nitrogen adsorbed by the nitrogen-absorbing adsorbent is not saturated, and oxygen-enriched air can be continuously produced over a long period of time.

即ち、本発明によれば、大きな動力を必要とせず、且つ、空気中の水分の影響を受けず、長期間にわたって安定して酸素富化空気を製造することができ、工業上有益な効果がもたらされるのみならず、CO2の発生量も削減され、自然環境上においても有益な効果がもたらされる。 In other words, according to the present invention, oxygen-enriched air can be produced stably over a long period of time without requiring a large amount of power and without being affected by moisture in the air. In addition to being brought about, the amount of CO 2 generated is also reduced, and a beneficial effect is brought about in the natural environment.

以下、本発明を具体的に説明する。   The present invention will be specifically described below.

本発明に係る酸素富化空気製造設備は、空気を窒素吸収用吸着剤と接触させて、空気中の窒素を窒素吸収用吸着剤に吸着させ、空気中の窒素濃度を減少させる(「脱窒素処理」という)ことによって、酸素富化空気を製造する。ここで、酸素富化とは、ガス中の酸素濃度を空気の酸素濃度よりも高くすることをいう。   The oxygen-enriched air production facility according to the present invention brings air into contact with a nitrogen absorbing adsorbent, adsorbs nitrogen in the air to the nitrogen absorbing adsorbent, and reduces the nitrogen concentration in the air (“denitrification”). Process)) to produce oxygen-enriched air. Here, oxygen enrichment refers to making the oxygen concentration in the gas higher than the oxygen concentration in the air.

以下の記載では、窒素吸収用吸着剤として窒素吸着能の高いゼオライトを使用した例で説明するが、ゼオライト以外の窒素吸収用吸着剤でも、本発明を適用することが可能である。尚、ゼオライトとは、結晶性マイクロポーラス物質であり、結晶性アルミノシリケートのことである。具体的に窒素吸着能に高い効果があるものとしては、A、X、Y型ゼオライトで、カルシウム、リチウムなどとイオン交換したものが挙げられる。   In the following description, an example in which a zeolite having a high nitrogen adsorption capacity is used as the nitrogen absorbing adsorbent will be described. However, the present invention can be applied to a nitrogen absorbing adsorbent other than zeolite. Zeolite is a crystalline microporous material and is crystalline aluminosilicate. Specific examples of highly effective nitrogen adsorption include A, X, and Y type zeolites that have been ion exchanged with calcium, lithium, and the like.

先ず、ゼオライトの窒素吸着能を説明する。図1は、ゼオライトの窒素吸着量と圧力との関係を定性的に示す図で、図2は、ゼオライトの窒素吸着量と圧力及び温度との関係を定性的に示す図である。   First, the nitrogen adsorption ability of zeolite will be described. FIG. 1 is a diagram qualitatively showing the relationship between the nitrogen adsorption amount of zeolite and pressure, and FIG. 2 is a diagram qualitatively showing the relationship between the nitrogen adsorption amount of zeolite and pressure and temperature.

図1に示すように、ゼオライトは圧力が高くなるほど窒素吸着量が増加する性質があり、圧力P1の雰囲気下で空気をゼオライトに接触させると、ゼオライトは吸着量がC1値となるまで窒素を吸着する。これにより、空気の窒素は減少し、窒素が減少した分に相当するだけ酸素富化が行われる。これを「脱窒素処理」という。一方、圧力P2(P2<P1)ではゼオライトの窒素吸着量はC2値に低下するので、窒素をC1値まで吸着していたゼオライトは、圧力P2の空気に触れると吸着していた窒素を放出し、ゼオライトの吸着量はC1値からC2値まで低下する。窒素が放出された空気の窒素含有量は増加し、窒素富化が行われる。これを、「窒素富化処理」という。 As shown in FIG. 1, zeolite has the property that the amount of nitrogen adsorption increases as the pressure increases. When air is brought into contact with zeolite under an atmosphere of pressure P 1 , the zeolite is in nitrogen until the amount of adsorption reaches the C 1 value. To adsorb. As a result, nitrogen in the air is reduced, and oxygen enrichment is performed corresponding to the reduced amount of nitrogen. This is called “denitrification treatment”. On the other hand, at the pressure P 2 (P 2 <P 1 ), the nitrogen adsorption amount of the zeolite decreases to the C 2 value, so that the zeolite that has adsorbed the nitrogen to the C 1 value is adsorbed when it comes into contact with the air at the pressure P 2. The released nitrogen is released, and the amount of zeolite adsorbed decreases from the C 1 value to the C 2 value. The nitrogen content of the air from which the nitrogen has been released increases and nitrogen enrichment takes place. This is called “nitrogen enrichment treatment”.

つまり、ゼオライトに圧力の異なる空気を接触させることで、圧力差により定まる窒素吸着量の差に応じて、相対的に圧力の高い空気の酸素富化が行われ、一方、相対的に圧力の低い空気の窒素富化が行われる。ゼオライトに圧力の異なる空気を交互に接触させることで、ゼオライトは窒素の吸着と放出とを繰り返し行い、窒素吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、相対的に圧力の高い空気に対して半永久的に酸素富化が行われる。   In other words, by contacting the air with different pressures to the zeolite, oxygen enrichment of air having a relatively high pressure is performed according to the difference in the amount of nitrogen adsorption determined by the pressure difference, while the pressure is relatively low. Nitrogen enrichment of air is performed. By alternately contacting air of different pressure with the zeolite, the zeolite repeatedly adsorbs and releases nitrogen, and the amount of nitrogen adsorption does not remain saturated. A semi-permanent oxygen enrichment takes place.

また、図2に示すように、ゼオライトは温度によっても窒素吸着量が異なり、圧力が一定であっても、温度の低下に伴って窒素吸着量が増加する。つまり、圧力をP3の一定値として、温度T2よりも低温の温度T1の空気をゼオライトに接触させると、ゼオライトは吸着量がC3値となるまで窒素を吸収する。これにより、空気の窒素は減少し、窒素が減少した分に相当するだけ酸素富化が行われる。一方、温度T2ではゼオライトの窒素吸着量はC4値に低下するので、ゼオライトは、温度T2の空気に触れると吸着していた窒素を放出し、ゼオライトの吸着量はC3値からC4値まで低下する。窒素が放出された空気の窒素含有量は増加し、窒素富化が行われる。 Further, as shown in FIG. 2, zeolite has a different amount of nitrogen adsorption depending on the temperature. Even if the pressure is constant, the amount of nitrogen adsorption increases as the temperature decreases. That is, when the pressure is set to a constant value of P 3 and air having a temperature T 1 lower than the temperature T 2 is brought into contact with the zeolite, the zeolite absorbs nitrogen until the adsorption amount reaches the C 3 value. As a result, nitrogen in the air is reduced, and oxygen enrichment is performed corresponding to the reduced amount of nitrogen. Meanwhile, since the nitrogen adsorption amount of the temperature T 2 zeolite is reduced to C 4 value, zeolite releases nitrogen adsorbed Touching the temperature T 2 air, the amount of adsorption of zeolite C from C 3 value Decreases to 4 values. The nitrogen content of the air from which the nitrogen has been released increases and nitrogen enrichment takes place.

つまり、ゼオライトに温度の異なる空気を接触させることで、温度差により定まる窒素吸着量の差に応じて、相対的に温度の低い空気の酸素富化が行われ、一方、相対的に温度の高い空気の窒素富化が行われる。ゼオライトに温度の異なる空気を交互に接触させることで、ゼオライトは窒素の吸着と放出とを繰り返し行い、窒素吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、相対的に温度の低い空気に対して半永久的に酸素富化が行われる。   In other words, by contacting the air with different temperatures to the zeolite, oxygen enrichment of air having a relatively low temperature is performed according to the difference in the amount of nitrogen adsorption determined by the temperature difference, while the temperature is relatively high. Nitrogen enrichment of air is performed. By alternately contacting air at different temperatures with the zeolite, the zeolite repeatedly adsorbs and releases nitrogen, and the nitrogen adsorption amount does not remain saturated. A semi-permanent oxygen enrichment takes place.

この場合、酸素富化する側の空気の圧力を高め且つ温度を低くすることで、図2からも伺い知れるように、ゼオライトの窒素吸着量の差はより大きくなり、酸素富化を効率的に行うことが可能となる。本発明では、吸着剤に吸着した窒素を放出させるための空気を「窒素放出用ガス」と称し、同様に、吸着剤に吸着した水分を放出させるための空気を「水分放出用ガス」と称す。   In this case, by increasing the pressure of the air on the oxygen-enriched side and lowering the temperature, as can be seen from FIG. 2, the difference in the amount of nitrogen adsorbed by the zeolite becomes larger, and the oxygen enrichment is efficiently performed. Can be done. In the present invention, air for releasing nitrogen adsorbed on the adsorbent is referred to as “nitrogen releasing gas”, and similarly, air for releasing water adsorbed on the adsorbent is referred to as “moisture releasing gas”. .

しかしながら、前述したように、ゼオライトは窒素を吸収するための有力な吸着剤であるが、空気中に含まれる水分も吸着する。そこで、ゼオライトの窒素吸着に及ぼす空気中水分の影響を調査した。尚、上述したように、ここでは、窒素吸収用吸着剤として窒素吸着能の高いゼオライトを使用した例で説明しているが、ゼオライト以外の窒素吸着能の高い窒素吸収用吸着剤であっても空気中水分に関して同様の問題を生じる。   However, as described above, zeolite is a powerful adsorbent for absorbing nitrogen, but also adsorbs moisture contained in the air. Therefore, the effect of moisture in the air on the nitrogen adsorption of zeolite was investigated. In addition, as described above, here, an example is described in which a zeolite having a high nitrogen adsorbing ability is used as the nitrogen absorbing adsorbent. Similar problems arise with respect to moisture in the air.

図3は、空気の露点(空気中で冷却する物体の表面に露ができはじめるときの物体表面の温度)を変更し、露点を変更した空気をゼオライトに接触させ、水分と窒素の吸着量を比較調査した結果である。ここで、吸着量(kg/kg)は、窒素吸収用吸着剤1kgあたりの窒素及び水分の吸着量(kg)を示す。図3からも明らかなように、露点の高い空気をゼオライトに接触させると、水分の吸着が主となって窒素の吸着は低下し、露点が0℃以上になると、窒素はほとんど吸着しない。露点が約−55℃以下になると逆に窒素の吸着が主体となり、従って、ゼオライトで空気中の窒素を吸着する場合には、空気の露点を下げるほど望ましいことが分かる。   Figure 3 shows the change in the dew point of air (the temperature of the object surface when the surface of the object to be cooled in the air begins to dew), the air with the changed dew point is brought into contact with the zeolite, and the amount of moisture and nitrogen adsorbed It is the result of the comparative investigation. Here, the adsorption amount (kg / kg) indicates the adsorption amount (kg) of nitrogen and moisture per 1 kg of the nitrogen absorbing adsorbent. As is clear from FIG. 3, when air having a high dew point is brought into contact with the zeolite, the adsorption of moisture mainly decreases, and when the dew point is 0 ° C. or higher, the nitrogen is hardly adsorbed. On the contrary, when the dew point is about −55 ° C. or lower, adsorption of nitrogen mainly takes place. Therefore, it is understood that lowering the dew point of air is more desirable when adsorbing nitrogen in air with zeolite.

図4は、空気の露点を変化させてゼオライトの充填層を通過させ、ゼオライト充填層出口での空気の酸素濃度を計算した結果である。図4に示すように、露点が−40℃を超える空気では、湿分によって吸着性能は大きく低下し、窒素吸着能は維持されないことが分かる。   FIG. 4 shows the result of calculating the oxygen concentration of air at the outlet of the zeolite packed bed by changing the dew point of the air to pass through the packed bed of zeolite. As shown in FIG. 4, it can be seen that in air with a dew point exceeding −40 ° C., the adsorption performance is greatly reduced by moisture, and the nitrogen adsorption ability is not maintained.

以上の結果から、空気に対し、ゼオライトを用いて長期間にわたって安定した脱窒素処理を実施するには、ゼオライトで脱窒素処理を施す前に、空気に対して脱水分処理を施す必要のあることが分かった。この場合に、露点が−40℃以下となるように空気に対して脱水分処理を施すことが好ましいことも確認できた。ここで、「脱水分処理」とは、空気を水分吸収用吸着剤と接触させて空気中の水分を除去する処理のことである。   From the above results, it is necessary to perform dehydration treatment on air before performing denitrification treatment on zeolite in order to perform stable denitrification treatment on air for a long period of time. I understood. In this case, it was also confirmed that it was preferable to subject the air to a dehydration treatment so that the dew point was −40 ° C. or lower. Here, the “dehydration treatment” is a treatment for removing moisture in the air by bringing the air into contact with the moisture absorbing adsorbent.

本発明はこれらの知見に基づいてなされたものであり、本発明に係る酸素富化空気の製造設備は、水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置とを備え、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気が、前記回転式窒素吸着装置に供給され、該回転式窒素吸着装置で酸素富化されることを特徴とする。本発明で窒素吸着装置として回転式窒素吸着装置を使用する理由は、窒素吸収用吸着剤を回転させることによって、窒素吸収用吸着剤を圧力または温度の異なる2種類の空気と交互に接触させることができ、それにより窒素吸収用吸着剤による窒素の吸着と窒素吸収用吸着剤からの窒素の放出とが1基の窒素吸着装置で可能となり、設備コストの削減や運転費コストの削減が得られるからである。   The present invention has been made on the basis of these findings, and the oxygen-enriched air production facility according to the present invention includes an adsorption dehumidifying device in which a moisture absorbing adsorbent is arranged and a nitrogen absorbing adsorbent. A rotary nitrogen adsorption device, wherein the air dehydrated by the adsorption dehumidification device is supplied to the rotary nitrogen adsorption device and enriched with oxygen by the rotary nitrogen adsorption device. . The reason why the rotary nitrogen adsorption device is used as the nitrogen adsorption device in the present invention is that the nitrogen absorption adsorbent is alternately brought into contact with two kinds of air having different pressures or temperatures by rotating the nitrogen absorption adsorbent. Therefore, it is possible to adsorb nitrogen by the nitrogen absorbing adsorbent and to release nitrogen from the nitrogen absorbing adsorbent with one nitrogen adsorbing device, thereby reducing the equipment cost and the operating cost. Because.

以下、本発明を実施するに好適な酸素富化空気製造設備の例を、図面を参照して説明する。先ず、脱水分処理するための吸着除湿装置が固定式である第1の実施形態の酸素富化空気製造設備について説明する。図5は、本発明に係る酸素富化空気製造設備の第1の実施形態の全体構成を示す概略図である。   Hereinafter, an example of an oxygen-enriched air production facility suitable for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. First, the oxygen-enriched air production facility according to the first embodiment in which the adsorption dehumidifier for performing dehydration treatment is fixed will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall configuration of the first embodiment of the oxygen-enriched air production facility according to the present invention.

図5に示すように、本発明の第1の実施形態に係る酸素富化空気製造設備1は、ゼオライトなどからなる窒素吸収用吸着剤37が配置された、空気中の窒素を除去して酸素富化空気を製造するための一基の回転式窒素吸着装置2と、水分吸収用吸着剤38が配置された、窒素を除去するに先立って空気中の水分を除去するための複数の固定式の吸着除湿装置3、吸着除湿装置4、吸着除湿装置5とを備えている。また、これらの吸着除湿装置3,4,5と回転式窒素吸着装置2とを連結するための各種配管が配置され、更に、吸着除湿装置3,4,5へ空気を供給するための送風機6及び吸着除湿装置3,4,5からの排出空気を吸引するための送風機7が配置されている。尚、図5では、安定し且つ連続して酸素富化空気を製造するために、1基の回転式窒素吸着装置2に対して3基の吸着除湿装置3,4,5を配置しているが、吸着除湿装置が2基以上であれば回転式窒素吸着装置2の連続運転が可能であり、従って、吸着除湿装置は2基であっても構わないが、安定して連続運転をするためには、吸着除湿装置を3基以上配置することが好ましい。   As shown in FIG. 5, the oxygen-enriched air production facility 1 according to the first embodiment of the present invention removes nitrogen in the air in which an adsorbent 37 for nitrogen absorption made of zeolite or the like is disposed, and oxygen A plurality of stationary nitrogen adsorption devices 2 for producing enriched air and a plurality of fixed types for removing moisture in the air prior to removing nitrogen, wherein a moisture absorbing adsorbent 38 is disposed. The adsorption dehumidifier 3, the adsorption dehumidifier 4, and the adsorption dehumidifier 5 are provided. Further, various pipes for connecting these adsorption dehumidifying devices 3, 4, 5 and the rotary nitrogen adsorption device 2 are arranged, and further, a blower 6 for supplying air to the adsorption dehumidifying devices 3, 4, 5 And the air blower 7 for attracting | sucking the exhaust air from adsorption | suction dehumidification apparatus 3,4,5 is arrange | positioned. In FIG. 5, in order to produce oxygen-enriched air stably and continuously, three adsorption dehumidifiers 3, 4, and 5 are arranged for one rotary nitrogen adsorption device 2. However, if there are two or more adsorptive dehumidifiers, continuous operation of the rotary nitrogen adsorber 2 is possible. Therefore, although there may be two adsorptive dehumidifiers, it is possible to stably operate continuously. It is preferable to arrange three or more adsorption dehumidifiers.

空気を送るための送風機6は第1の空気供給本管8と連結し、送風機6により供給された空気は第1の空気供給本管8に導入される。第1の空気供給本管8は、流路方向の下流側で、空気供給枝管8a、空気供給枝管8b、空気供給枝管8cの3つに分岐され、空気供給枝管8aは吸着除湿装置3に連結し、空気供給枝管8bは吸着除湿装置4に連結し、空気供給枝管8cは吸着除湿装置5に連結している。空気供給枝管8aには遮断弁16が設置され、空気供給枝管8bには遮断弁21が設置され、空気供給枝管8cには遮断弁26が設置されている。   The blower 6 for sending air is connected to the first air supply main pipe 8, and the air supplied by the blower 6 is introduced into the first air supply main pipe 8. The first air supply main pipe 8 is branched into three of an air supply branch pipe 8a, an air supply branch pipe 8b, and an air supply branch pipe 8c on the downstream side in the flow path direction, and the air supply branch pipe 8a is adsorbed and dehumidified. The air supply branch pipe 8 b is connected to the adsorption dehumidifier 4, and the air supply branch pipe 8 c is connected to the adsorption dehumidifier 5. A shutoff valve 16 is installed in the air supply branch pipe 8a, a shutoff valve 21 is installed in the air supply branch pipe 8b, and a shutoff valve 26 is installed in the air supply branch pipe 8c.

吸着除湿装置3,4,5の内部には、活性アルミナ、モレキュラーシーブなどの水分吸収用吸着剤38が配置されており、吸着除湿装置3,4,5に供給された空気は水分吸収用吸着剤38と接触して脱水分処理される。   Inside the adsorption dehumidifiers 3, 4 and 5, a water absorption adsorbent 38 such as activated alumina and molecular sieve is arranged, and the air supplied to the adsorption dehumidifiers 3, 4 and 5 absorbs moisture. The dehydrated component is processed in contact with the agent 38.

吸着除湿装置3の空気供給枝管8aと連結する側とは反対側に、空気供給枝管9aが配置され、吸着除湿装置3で脱水分処理された空気は、空気供給枝管9aに導入される。同様に、吸着除湿装置4の空気供給枝管8bと連結する側とは反対側に、空気供給枝管9bが配置され、吸着除湿装置4で脱水分処理された空気は、空気供給枝管9bに導入され、また、吸着除湿装置5の空気供給枝管8cと連結する側とは反対側に、空気供給枝管9cが配置され、吸着除湿装置5で脱水分処理された空気は、空気供給枝管9cに導入される。これらの空気供給枝管9a、空気供給枝管9b及び空気供給枝管9cは、流路方向の下流側で1つにまとまって第2の空気供給本管9となる。空気供給枝管9aには、放散弁20及び遮断弁17が、放散弁20を吸着除湿装置3と遮断弁17との間として設置され、空気供給枝管9bには、放散弁25及び遮断弁22が、放散弁25を吸着除湿装置4と遮断弁22との間として設置され、空気供給枝管9cには、放散弁30及び遮断弁27が、放散弁30を吸着除湿装置5と遮断弁27との間として設置されている。放散弁20,25,30は、使用する吸着除湿装置3,4,5を切り替える際に、回転式窒素吸着装置2から排出され、吸着除湿装置3,4,5の再生のために使われた低酸素空気を大気に放散するときに使用するものである。   An air supply branch 9a is arranged on the side opposite to the side connected to the air supply branch 8a of the adsorption dehumidifier 3, and the air dehydrated by the adsorption dehumidifier 3 is introduced into the air supply branch 9a. The Similarly, an air supply branch pipe 9b is disposed on the side opposite to the side connected to the air supply branch pipe 8b of the adsorption / dehumidification device 4, and the air dehydrated by the adsorption dehumidification apparatus 4 is supplied to the air supply branch pipe 9b. The air supply branch pipe 9c is disposed on the side opposite to the side connected to the air supply branch pipe 8c of the adsorption dehumidifying device 5, and the air dehydrated by the adsorption dehumidifying device 5 is supplied with air It is introduced into the branch pipe 9c. The air supply branch pipe 9a, the air supply branch pipe 9b, and the air supply branch pipe 9c are combined into a second air supply main pipe 9 on the downstream side in the flow path direction. The air supply branch pipe 9a is provided with a diffusion valve 20 and a shutoff valve 17, and the radiation valve 20 is installed between the adsorption dehumidifier 3 and the shutoff valve 17. The air supply branch pipe 9b is provided with a diffusion valve 25 and a shutoff valve. 22 is installed between the adsorption dehumidifying device 4 and the shut-off valve 22 as a diffusion valve 25, and the air supply branch pipe 9c is provided with a diffusion valve 30 and a shut-off valve 27. 27 and between. The diffusion valves 20, 25, 30 were discharged from the rotary nitrogen adsorption device 2 when switching the adsorption dehumidification devices 3, 4, 5 to be used, and were used for regeneration of the adsorption dehumidification devices 3, 4, 5. It is used when releasing low oxygen air to the atmosphere.

第2の空気供給本管9は、その流路方向の下流側で、酸素富化用空気供給管10、窒素放出用空気供給管11及びパージ用空気供給管12の3つに分岐し、酸素富化用空気供給管10、窒素放出用空気供給管11及びパージ用空気供給管12は、それぞれ、窒素吸収用吸着剤37が配置された回転式窒素吸着装置2に連結されている。酸素富化用空気供給管10は、回転式窒素吸着装置2で窒素が除去されて酸素富化空気となる空気を送るための供給管であり、窒素放出用空気供給管11は、回転式窒素吸着装置2の窒素吸収用吸着剤37の再生を図るための窒素放出用ガスとしての空気を供給するための供給管である。また、パージ用空気供給管12は、湿潤状態の大気が回転式窒素吸着装置2へ流入することを防止するために、回転式窒素吸着装置2の回転部と固定部との間に、脱水分処理された空気をパージ用ガスとして供給するための供給管である。窒素放出用空気供給管11には、窒素放出用空気供給管11を通過する空気の流量を調整するための流量調節弁31が設置され、パージ用空気供給管12には、パージ用空気供給管12を通過する空気の流量を調整するための流量調節弁32が設置されている。   The second air supply main pipe 9 branches into three parts of an oxygen enrichment air supply pipe 10, a nitrogen release air supply pipe 11 and a purge air supply pipe 12 on the downstream side in the flow path direction. The enrichment air supply pipe 10, the nitrogen release air supply pipe 11, and the purge air supply pipe 12 are each connected to a rotary nitrogen adsorption device 2 in which a nitrogen absorption adsorbent 37 is disposed. The oxygen-enriched air supply pipe 10 is a supply pipe for sending air that has been subjected to removal of nitrogen by the rotary nitrogen adsorption device 2 to become oxygen-enriched air, and the nitrogen release air supply pipe 11 is a rotary nitrogen. It is a supply pipe for supplying air as a nitrogen releasing gas for regenerating the nitrogen absorbing adsorbent 37 of the adsorption device 2. Further, the purge air supply pipe 12 is provided with a dewatering portion between the rotating part and the fixed part of the rotary nitrogen adsorbing device 2 in order to prevent wet air from flowing into the rotary nitrogen adsorbing device 2. It is a supply pipe for supplying the processed air as a purge gas. The nitrogen release air supply pipe 11 is provided with a flow rate adjusting valve 31 for adjusting the flow rate of air passing through the nitrogen release air supply pipe 11, and the purge air supply pipe 12 has a purge air supply pipe 12. A flow rate adjustment valve 32 for adjusting the flow rate of the air passing through 12 is installed.

回転式窒素吸着装置2の酸素富化用空気供給管10と連結する側とは反対側に、酸素富化空気排出管13が配置されており、酸素富化用空気供給管10から供給され、酸素富化した空気は、酸素富化空気排出管13を介してガスタンク、ガスホルダーなどの収容容器(図示せず)に排出される。また、回転式窒素吸着装置2の窒素放出用空気供給管11と連結する側とは反対側に、第1の空気排出本管14が配置されており、窒素放出用空気供給管11から供給され、窒素吸収用吸着剤37を再生した空気は第1の空気排出本管14を介して排出される。   An oxygen-enriched air discharge pipe 13 is disposed on the opposite side of the rotary nitrogen adsorption device 2 to the side connected to the oxygen-enriched air supply pipe 10 and is supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10. The oxygen-enriched air is discharged to a storage container (not shown) such as a gas tank or a gas holder through the oxygen-enriched air discharge pipe 13. A first air discharge main pipe 14 is arranged on the opposite side of the rotary nitrogen adsorption device 2 to the side connected to the nitrogen release air supply pipe 11 and is supplied from the nitrogen release air supply pipe 11. The air regenerated from the nitrogen absorbing adsorbent 37 is discharged through the first air discharge main pipe 14.

尚、図5では、酸素富化用空気供給管10と窒素放出用空気供給管11とが、流路の方向を回転式窒素吸着装置2に対して逆向き方向に連結されているが、必ずしも逆向き方向とする必要はなく、同一方向であっても構わない。また、本実施形態では、窒素放出用空気供給管11は第2の空気供給本管9から分岐しているが、窒素放出用ガスとしては、これに限定されない。但し、露点が吸着除湿装置3,4,5により脱水分処理された後の空気と同程度以下で、窒素濃度が空気中の窒素濃度以下のガスであることが好ましい。   In FIG. 5, the oxygen-enriched air supply pipe 10 and the nitrogen-releasing air supply pipe 11 are connected in the direction opposite to the rotary nitrogen adsorption device 2 in the flow path direction. There is no need for the reverse direction, and the same direction may be used. In the present embodiment, the nitrogen release air supply pipe 11 is branched from the second air supply main pipe 9, but the nitrogen release gas is not limited to this. However, it is preferable that the dew point is a gas that is about the same as or lower than the air after the dehydration treatment by the adsorption dehumidifiers 3, 4, and 5, and the nitrogen concentration is less than or equal to the nitrogen concentration in the air.

ここで、回転式窒素吸着装置2の詳細を、図面を用いて説明する。図6は、本発明に係る酸素富化空気製造設備の一部分を構成する回転式窒素吸着装置の1つの形態例の概略斜視図、図7は、図6に示す回転式窒素吸着装置の部分断面概略図である。また、図8は、本発明に係る酸素富化空気製造設備の一部分を構成する回転式窒素吸着装置の他の形態例の概略斜視図、図9は、図8に示す回転式窒素吸着装置の部分断面概略図である。図10は、図6及び図7並びに図8及び図9に示す回転式窒素吸着装置の端部の概略図であり、(A)は概略斜視図、(B)は回転式窒素吸着装置の軸心方向から見た概略図である。   Here, details of the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic perspective view of one embodiment of a rotary nitrogen adsorption apparatus constituting a part of the oxygen-enriched air production facility according to the present invention, and FIG. 7 is a partial cross section of the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG. FIG. FIG. 8 is a schematic perspective view of another embodiment of the rotary nitrogen adsorption device constituting a part of the oxygen-enriched air production facility according to the present invention, and FIG. 9 is a diagram of the rotary nitrogen adsorption device shown in FIG. FIG. 10 is a schematic view of the end of the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIGS. 6, 7, 8, and 9, (A) is a schematic perspective view, and (B) is a shaft of the rotary nitrogen adsorption apparatus. It is the schematic seen from the heart direction.

先ず、図6、図7、図10に示す回転式窒素吸着装置を説明する。これらの図に示すように、この回転式窒素吸着装置2には、その内部を、軸心35から半径方向に放射状に伸びる仕切板36によって複数に仕切られた、軸心35を回転軸として電動機(図示せず)により回転可能な円筒型容器34が配置され、この円筒型容器34の両方の端面(開口部)側には、この円筒型容器34を挟み、軸心35の方向に相対して、円筒型容器34の一方の端部全周と密接するフランジ部39aを有する第1の接続管体39と、円筒型容器34の他方の端部全周と密接するフランジ部40aを有する第2の接続管体40とが、配置されている。第1の接続管体39及び第2の接続管体40は回転せずに固定されている。仕切板36によって仕切られた各領域には窒素吸収用吸着剤37が配置されている。そして、第1の接続管体39には、前述した酸素富化用空気供給管10と第1の空気排出本管14とが接続され、一方、第2の接続管体40には、酸素富化空気排出管13と窒素放出用空気供給管11とが接続されている。この場合、酸素富化用空気供給管10の軸心延長方向の同一箇所に酸素富化空気排出管13が配置され、また、窒素放出用空気供給管11の軸心延長方向の同一箇所に、第1の空気排出本管14が配置されている。   First, the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIGS. 6, 7, and 10 will be described. As shown in these drawings, the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 includes an electric motor having a shaft 35 as a rotation shaft, the interior of which is partitioned into a plurality by a partition plate 36 extending radially from the shaft 35 in the radial direction. (Not shown), a rotatable cylindrical container 34 is arranged, and the cylindrical container 34 is sandwiched between both end faces (openings) of the cylindrical container 34 and is opposed to the axis 35. The first connecting tube 39 having a flange portion 39a that is in close contact with the entire circumference of one end of the cylindrical container 34 and the flange portion 40a that is in close contact with the entire periphery of the other end of the cylindrical container 34 are provided. Two connecting pipe bodies 40 are arranged. The first connecting tube 39 and the second connecting tube 40 are fixed without rotating. A nitrogen absorbing adsorbent 37 is arranged in each region partitioned by the partition plate 36. The oxygen connection air supply pipe 10 and the first air exhaust main pipe 14 described above are connected to the first connection pipe body 39, while the second connection pipe body 40 is connected to the oxygen enrichment air supply pipe 10. The chemical air discharge pipe 13 and the nitrogen supply air supply pipe 11 are connected. In this case, the oxygen-enriched air discharge pipe 13 is disposed at the same position in the axial extension direction of the oxygen-enriched air supply pipe 10, and at the same position in the axial extension direction of the nitrogen release air supply pipe 11, A first air exhaust main pipe 14 is arranged.

第1の接続管体39及び第2の接続管体40の内部には、それぞれの接続管体のほぼ中心線を通る位置に、分離板41がそれぞれ設置されており、この分離板41によって第1の接続管体39及び第2の接続管体40の内部が2つの領域に分割されている。第1の接続管体39では、分離板41によって分割された一方の領域に酸素富化用空気供給管10が連通し、分離板41によって分割された他方の領域に第1の空気排出本管14が連通している。同様に、第2の接続管体40では、分離板41によって分割された一方の領域に酸素富化空気排出管13が連通し、分離板41によって分割された他方の領域に窒素放出用空気供給管11が連通している。つまり、図6及び図7において、酸素富化用空気供給管10に供給された空気は、第1の接続管体39、円筒型容器34、第2の接続管体40の順に通過し、酸素富化空気排出管13に排出するようになっている。一方、窒素放出用空気供給管11に供給された空気は、第2の接続管体40、円筒型容器34、第1の接続管体39の順に通過し、第1の空気排出本管14に排出するようになっている。   A separation plate 41 is installed in each of the first connection tube body 39 and the second connection tube body 40 at a position substantially passing through the center line of each connection tube body. The inside of one connection tube body 39 and the second connection tube body 40 is divided into two regions. In the first connecting pipe 39, the oxygen-enriched air supply pipe 10 communicates with one region divided by the separation plate 41, and the first air exhaust main pipe communicates with the other region divided by the separation plate 41. 14 communicates. Similarly, in the second connection pipe body 40, the oxygen-enriched air discharge pipe 13 communicates with one region divided by the separation plate 41, and the nitrogen release air supply is supplied to the other region divided by the separation plate 41. The tube 11 is in communication. That is, in FIGS. 6 and 7, the air supplied to the oxygen-enriched air supply pipe 10 passes through the first connecting pipe body 39, the cylindrical container 34, and the second connecting pipe body 40 in this order. The air is exhausted to the enriched air exhaust pipe 13. On the other hand, the air supplied to the nitrogen release air supply pipe 11 passes through the second connecting pipe body 40, the cylindrical container 34, and the first connecting pipe body 39 in this order, and enters the first air discharge main pipe 14. It comes to discharge.

また、第1の接続管体39及び第2の接続管体40に設置された分離板41の円筒型容器側の先端部には、円筒型容器34に設けられた仕切板36に密接するようにして、少なくとも分離板41よりも断面積を大とするシール板42が配置されている。つまり、相対する仕切板36とシール板42とが、両者の間で、回転を許容するための間隙を保ちつつ、分離板41によって分離された雰囲気の混合を抑制するためのシール効果を担っている。この場合、シール板42の大きさは特に規定する必要はないが、円筒型容器34は回転しており、雰囲気の混合をより一層抑制するためには、シール板42は、軸心35を中心としたときのシール板42の片側で、仕切板36によって仕切られた各領域を常時2つ以上遮蔽することのできる大きさとすることが好ましい。   Further, the leading end of the separation plate 41 installed on the first connection tube 39 and the second connection tube 40 on the cylindrical container side is in close contact with the partition plate 36 provided on the cylindrical container 34. Thus, a seal plate 42 having a cross-sectional area larger than at least the separation plate 41 is disposed. That is, the opposing partition plate 36 and the seal plate 42 have a sealing effect for suppressing mixing of the atmosphere separated by the separation plate 41 while maintaining a gap for allowing rotation between them. Yes. In this case, the size of the seal plate 42 need not be specified, but the cylindrical container 34 is rotating, and the seal plate 42 is centered on the shaft center 35 in order to further suppress the mixing of the atmosphere. It is preferable that one side of the sealing plate 42 has a size that can always shield two or more regions partitioned by the partition plate 36.

次に、図8、図9、図10に示す回転式窒素吸着装置を説明する。これらの図に示す回転式窒素吸着装置2では、図6及び図7に示す回転式窒素吸着装置に対して、分離板41が撤去され、円筒型容器34の各端部に接続する第1の接続管体39の代わりに第1の接続管部45と第2の接続管部46とが配置され、また、第2の接続管体40の代わりに第3の接続管部47と第4の接続管部48とが配置され、更にシール板42の代わりにシール用固定板42Aが配置された構造となっており、それ以外は図6及び図7に示す回転式窒素吸着装置と同様であり、従って、重複することもあるが以下に説明する。   Next, the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIGS. 8, 9, and 10 will be described. In the rotary nitrogen adsorption device 2 shown in these drawings, the separation plate 41 is removed from the rotary nitrogen adsorption device shown in FIGS. 6 and 7, and the first is connected to each end of the cylindrical container 34. Instead of the connection tube body 39, a first connection tube portion 45 and a second connection tube portion 46 are arranged, and instead of the second connection tube body 40, a third connection tube portion 47 and a fourth connection tube portion are arranged. The connecting pipe portion 48 is arranged, and a sealing fixing plate 42A is arranged in place of the sealing plate 42. The rest is the same as that of the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIGS. Therefore, there will be some overlap, which will be described below.

図8、図9、図10に示すように、この回転式窒素吸着装置2には、軸心35を中心として電動機(図示せず)により回転可能な円筒型容器34が配置され、この円筒型容器34の両方の端面(開口部)側には、この円筒型容器34を挟み、円筒型容器34の端部と密接し、且つ、その長さが円筒型容器34の直径と同等または直径よりも大きな、一対のシール用固定板42Aが、円筒型容器34の直径方向の中心線と重なる位置に配置されている。このシール用固体板42Aは回転せずに固定されている。   As shown in FIGS. 8, 9, and 10, the rotary nitrogen adsorption device 2 is provided with a cylindrical container 34 that can be rotated by an electric motor (not shown) around an axis 35. The cylindrical container 34 is sandwiched between both end faces (openings) of the container 34, is in close contact with the end of the cylindrical container 34, and its length is equal to or larger than the diameter of the cylindrical container 34. A large pair of sealing fixing plates 42 </ b> A is arranged at a position overlapping the diametrical center line of the cylindrical container 34. The sealing solid plate 42A is fixed without rotating.

そして、円筒型容器34の一方の端面側には、シール用固定板42Aによって二分割された端面の片方側の端部と密接するフランジ45aを有する第1の接続管部45が配置され、また、二分割された端面の他方側の端部と密接するフランジ46aを有する第2の接続管部46が配置されている。同様に、円筒型容器34の他方の端面側には、シール用固定板42Aによって二分割された端面の片方側の端部と密接するフランジ47aを有する第3の接続管部47が配置され、また、二分割された端面の他方側の端部と密接するフランジ48aを有する第4の接続管部48が配置されている。第1の接続管部45、第2の接続管部46、第3の接続管部47及び第4の接続管部48は回転せずに固定されている。シール用固定板42Aは、仕切板36と回転を許容するための間隙を保ちつつ、大気の浸入及び大気への流出を抑制するシール効果を担っている。シール用固定板42Aの幅方向の大きさは、特に規定する必要はないが、余り大きくする必要はなく、シール板42の場合と同等にすればよい。   On one end surface side of the cylindrical container 34, a first connecting pipe portion 45 having a flange 45a in close contact with one end portion of the end surface divided into two by the sealing plate 42A for sealing is disposed. A second connection pipe portion 46 having a flange 46a in close contact with the end portion on the other side of the end surface divided into two is disposed. Similarly, on the other end surface side of the cylindrical container 34, a third connecting pipe portion 47 having a flange 47a in close contact with one end portion of the end surface divided into two by the sealing plate 42A for sealing is disposed. Further, a fourth connecting pipe portion 48 having a flange 48a in close contact with the other end portion of the end surface divided into two is disposed. The first connection pipe part 45, the second connection pipe part 46, the third connection pipe part 47, and the fourth connection pipe part 48 are fixed without rotating. The sealing fixing plate 42 </ b> A has a sealing effect that suppresses intrusion and outflow to the atmosphere while maintaining a gap for allowing rotation with the partition plate 36. The size in the width direction of the sealing plate 42A for sealing need not be specified in particular, but it is not necessary to make it too large, and it may be the same as that for the sealing plate 42.

第1の接続管部45には酸素富化用空気供給管10が接続され、第2の接続管部46には第1の空気排出本管14が接続され、第3の接続管部47には酸素富化空気排出管13が接続さ、第4の接続管部48には窒素放出用空気供給管11が接続されている。この場合、酸素富化用空気供給管10の軸心延長方向の同一箇所に酸素富化空気排出管13が配置され、また、窒素放出用空気供給管11の軸心延長方向の同一箇所に第1の空気排出本管14が配置されている。つまり、図8及び図9において、酸素富化用空気供給管10に供給された空気は、第1の接続管部45、円筒型容器34、第3の接続管部47の順に通過し、酸素富化空気排出管13に排出するようになっている。一方、窒素放出用空気供給管11に供給された空気は、第4の接続管部48、円筒型容器34、第2の接続管部46の順に通過し、第1の空気排出本管14に排出するようになっている。   The oxygen connection air supply pipe 10 is connected to the first connection pipe part 45, the first air exhaust main pipe 14 is connected to the second connection pipe part 46, and the third connection pipe part 47 is connected to the third connection pipe part 47. The oxygen-enriched air discharge pipe 13 is connected to the fourth connection pipe portion 48, and the nitrogen supply air supply pipe 11 is connected to the fourth connection pipe portion 48. In this case, the oxygen-enriched air discharge pipe 13 is disposed at the same location in the axial extension direction of the oxygen-enriched air supply pipe 10, and the second location at the same location in the axial extension direction of the nitrogen release air supply tube 11. 1 air discharge main pipe 14 is arranged. That is, in FIGS. 8 and 9, the air supplied to the oxygen-enriched air supply pipe 10 passes through the first connecting pipe portion 45, the cylindrical container 34, and the third connecting pipe portion 47 in this order, and oxygen The air is exhausted to the enriched air exhaust pipe 13. On the other hand, the air supplied to the nitrogen release air supply pipe 11 passes through the fourth connecting pipe portion 48, the cylindrical container 34, and the second connecting pipe portion 46 in this order, and enters the first air discharge main pipe 14. It comes to discharge.

このように、図6及び図7に示す回転式窒素吸着装置であっても、また、図8及び図9に示す回転式窒素吸着装置であっても、本発明に係る酸素富化空気製造設備1で使用する回転式窒素吸着装置2においては、窒素吸収用吸着剤37が配置された円筒型容器34に対して空気を別々に流すことを必須条件とする。但し、円筒型容器34は、軸心35を中心として連続的或いは断続的に回転しており、且つ、円筒型容器34の端部と接続管体39,40及びシール板42との間に、或いは、円筒型容器34の端部と接続管部45,46,47,48及びシール用固定板42Aとの間に、回転を許容するための間隙を確保する必要があり、従って、酸素富化用空気供給管10から供給された空気の全てが酸素富化空気排出管13から排出するわけではなく、同様に、窒素放出用空気供給管11から供給された空気の全てが第1の空気排出本管14から排出するわけではなく、一部分の空気は相互に混合する。本発明においては一部分の空気の混合は問題としないものの、酸素富化空気を効率良く製造するためには、混合は少なければ少ないほど好ましく、両者の混合を極力少なくすることが重要となる。   Thus, even if it is a rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG.6 and FIG.7, and it is a rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG.8 and FIG.9, the oxygen-enriched air production equipment which concerns on this invention In the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 used in No. 1, it is an essential condition that air is separately flowed to the cylindrical container 34 in which the nitrogen absorbing adsorbent 37 is arranged. However, the cylindrical container 34 rotates continuously or intermittently about the axis 35, and between the end of the cylindrical container 34 and the connecting pipe bodies 39, 40 and the seal plate 42, Alternatively, it is necessary to secure a gap for allowing rotation between the end of the cylindrical container 34 and the connecting pipe portions 45, 46, 47, 48 and the sealing fixing plate 42A. Not all of the air supplied from the air supply pipe 10 is discharged from the oxygen-enriched air discharge pipe 13, and similarly, all of the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11 is discharged from the first air. Instead of exhausting from the main pipe 14, some of the air mixes with each other. In the present invention, mixing of a part of the air is not a problem, but in order to efficiently produce oxygen-enriched air, the smaller the mixing, the better. It is important to reduce the mixing of both as much as possible.

そこで、本発明に係る酸素富化空気製造設備1で使用する回転式窒素吸着装置2においては、円筒型容器34の内部を、図10に示すように、軸心35から半径方向に放射状に伸びる仕切板36によって複数に仕切っている。本発明においては、仕切板36によって仕切られた各領域を「ユニット」と称しており、仕切板36は、円筒型容器34の全長にわたって配置されている。つまり、各ユニットは、互いに行き交うことなく、ガスの流路方向に沿って円筒型容器34の一方の端部から他方の端部まで連通し、雰囲気の混合を防止している。   Therefore, in the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 used in the oxygen-enriched air production facility 1 according to the present invention, the inside of the cylindrical container 34 extends radially from the axis 35 as shown in FIG. The partition plate 36 divides it into a plurality. In the present invention, each region partitioned by the partition plate 36 is referred to as a “unit”, and the partition plate 36 is disposed over the entire length of the cylindrical container 34. That is, the units communicate with each other from one end portion of the cylindrical container 34 to the other end portion along the gas flow path direction without going back and forth, thereby preventing the atmosphere from being mixed.

そして、この仕切板36は、シール板42及びシール用固定板42A、接続管部45,46,47,48との間で、回転を許容するための間隙を確保しつつ、雰囲気の混合を抑制するためのシール効果を担っている。そのためには、仕切板36の先端とシール板42及びシール用固定板42A、接続管部45,46,47,48との間隙を狭くすることが好ましく、この間隙を狭くするためには、仕切板36の先端位置を精度良く調整する必要があり、従って、加工精度が高いことから仕切板36は金属製とすることが好ましい。同様に、シール板42、シール用固定板42Aも金属製とすることが好ましい。また、同様に、接続管体39,40及び接続管部45,46,47,48も金属製とすることが好ましい。但し、これらをセラミック製や合成樹脂製などとしても構わない。ここで、仕切板36は、円筒型容器34の剛性を確保するための補強材としても機能している。   And this partition plate 36 suppresses mixing of atmosphere, ensuring the space | gap for allowing rotation between the sealing plate 42, the fixing plate 42A for sealing, and the connection pipe parts 45, 46, 47, 48. It is responsible for the sealing effect. For this purpose, it is preferable to narrow the gap between the tip of the partition plate 36, the seal plate 42, the sealing plate 42A for sealing, and the connecting pipe portions 45, 46, 47, and 48. It is necessary to adjust the tip position of the plate 36 with high accuracy, and therefore the partition plate 36 is preferably made of metal because of high processing accuracy. Similarly, the sealing plate 42 and the sealing fixing plate 42A are preferably made of metal. Similarly, the connecting pipe bodies 39 and 40 and the connecting pipe portions 45, 46, 47 and 48 are preferably made of metal. However, these may be made of ceramic or synthetic resin. Here, the partition plate 36 also functions as a reinforcing material for securing the rigidity of the cylindrical container 34.

酸素富化用空気供給管10から供給される空気と、窒素放出用空気供給管11から供給される空気との圧力差は、具体的には、例えば酸素濃度が約30体積%の酸素富化空気を、窒素吸収用吸着剤37としてゼオライトを用いて製造する場合には、40kPa程度となる。この場合、制御が容易であることから、一般的に、両方の空気の中間の圧力を大気圧とし、酸素富化用空気供給管10から供給する空気の圧力を大気圧よりも20kPa程度高くし、一方、窒素放出用空気供給管11から供給する空気の圧力を大気圧よりも20kPa程度低くした制御が行われる。   Specifically, the pressure difference between the air supplied from the oxygen enrichment air supply pipe 10 and the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11 is, for example, an oxygen enrichment having an oxygen concentration of about 30% by volume. When air is produced using zeolite as the nitrogen-absorbing adsorbent 37, the pressure is about 40 kPa. In this case, since the control is easy, in general, the intermediate pressure between the two airs is set to atmospheric pressure, and the pressure of the air supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10 is set to about 20 kPa higher than the atmospheric pressure. On the other hand, control is performed in which the pressure of the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11 is lowered by about 20 kPa from the atmospheric pressure.

図6及び図7に示す回転式窒素吸着装置のように、円筒型容器34の端面を一つの接続管体で覆い、当該接続管体の内部に分離板41を配置し、この分離板で、圧力差を有する空気を分離して円筒型容器34に導入した場合には、両者の圧力差(=40kPa程度)がそのまま原動力(ドライビング・フォース)となって、円筒型容器34の端面での高圧側から低圧側へのリークが起こる。このリークを防止するためには、仕切板36とシール板42との間隔を狭く且つ精度良く管理しなければならない。   As in the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIGS. 6 and 7, the end face of the cylindrical container 34 is covered with one connecting tube, and a separation plate 41 is arranged inside the connection tube, and with this separation plate, When air having a pressure difference is separated and introduced into the cylindrical container 34, the pressure difference between the two (= about 40 kPa) becomes the driving force (driving force) as it is, and the high pressure at the end face of the cylindrical container 34 is obtained. From the side to the low pressure side. In order to prevent this leakage, the interval between the partition plate 36 and the seal plate 42 must be managed with a narrow and high accuracy.

これに対して、図8及び図9に示す回転式窒素吸着装置では、円筒型容器34の端面を2つの接続管部45,46及び接続管部47,48で覆い、その間にはシール用固定板42Aを設置しているので、このリークの原動力となる圧力差を半減させることができる。つまり、シール用固定板42Aの部位は常に大気圧であるので、リークの原動力は供給する空気同士の圧力差ではなく、大気との圧力差に基づくことになる。例えば、酸素富化用空気供給管10から供給する空気と窒素放出用空気供給管11から供給する空気との圧力差が40kPa程度であった場合でも、リークの原動力となる圧力差は、20kPa程度となり、供給する空気同士の場合の1/2となる。   On the other hand, in the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIGS. 8 and 9, the end face of the cylindrical container 34 is covered with the two connection pipe portions 45 and 46 and the connection pipe portions 47 and 48, and the fixing for sealing is provided therebetween. Since the plate 42A is installed, the pressure difference that becomes the driving force of this leak can be halved. That is, since the part of the sealing fixing plate 42A is always at atmospheric pressure, the driving force of the leak is not based on the pressure difference between the supplied airs but on the pressure difference with the atmosphere. For example, even when the pressure difference between the air supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10 and the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11 is about 40 kPa, the pressure difference serving as a driving force for the leak is about 20 kPa. It becomes 1/2 of the case of supplying air.

因みに、差圧とリーク流量との関係は、同一の流体で比較する場合、下記の(1)式で表され、差圧の増加とともにリーク流量は増加する。
Q=A×ΔP1/2…(1)
但し、(1)式において、Qはリーク流量、ΔPは差圧、Aは定数である。
Incidentally, the relationship between the differential pressure and the leak flow rate is expressed by the following equation (1) when compared with the same fluid, and the leak flow rate increases as the differential pressure increases.
Q = A × ΔP 1/2 (1)
However, in the equation (1), Q is a leak flow rate, ΔP is a differential pressure, and A is a constant.

例えば、シール面での差圧が40kPaの場合に、100Nm3/hの気体がリークする回転装置が存在すると仮定すると、このシール面での差圧が20kPaに半減すれば、リーク流量は約0.7倍、つまり、リーク流量は約30%減少する。このように、図8及び図9に示す回転式窒素吸着装置では、リーク流量が低減され、その結果、酸素富化用空気供給管10から供給する空気流量を減少することができ、送風機の動力が削減される。 For example, assuming that there is a rotating device that leaks gas of 100 Nm 3 / h when the differential pressure at the seal surface is 40 kPa, the leak flow rate is about 0 when the differential pressure at the seal surface is halved to 20 kPa. 0.7 times, that is, the leak flow is reduced by about 30%. As described above, in the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIGS. 8 and 9, the leak flow rate is reduced, and as a result, the air flow rate supplied from the oxygen enrichment air supply pipe 10 can be reduced. Is reduced.

仕切板36によって仕切られた各ユニットには、窒素吸収用吸着剤37が充填されている。窒素吸収用吸着剤37を各ユニットに充填するにあたり、窒素吸収用吸着剤37を、金網、ネットなどで梱包して各ユニットに装入してもよく、また、窒素吸収用吸着剤37を塗布したハニカム構造体を各ユニットに装入してもよい。   Each unit partitioned by the partition plate 36 is filled with a nitrogen absorbing adsorbent 37. When filling each unit with the nitrogen absorbing adsorbent 37, the nitrogen absorbing adsorbent 37 may be packed in a wire net, a net, or the like, and loaded into each unit, or the nitrogen absorbing adsorbent 37 may be applied. The honeycomb structure may be charged into each unit.

図11に、窒素吸収用吸着剤37を塗布したハニカム構造体43を円筒型容器34の各ユニットに装入した例を示す。つまり、仕切板36で仕切られた各ユニットに、表面に窒素吸収用吸着剤37が塗布されたハニカム構造体43を配置する。窒素吸収用吸着剤37での圧力損失を低減するためには、窒素吸収用吸着剤37を、円筒型容器34の内部に充填せずに、ハニカム構造体43に塗布することが好ましいが、窒素吸収用吸着剤37をハニカム構造体43の表面に厚く塗布することは難しく、必要量を塗布するためにはハニカム構造体43の形状が大きくなり、経済性を損なう場合もあるので、ハニカム構造体43を採用する場合には、その点を考慮する必要がある。尚、図11は、本発明で使用する回転式窒素吸着装置2の内部構造の例を示す概略図であり、(A)が円筒型容器34の斜視図、(B)がハニカム構造体43の拡大図である。   FIG. 11 shows an example in which the honeycomb structure 43 coated with the nitrogen absorbing adsorbent 37 is inserted into each unit of the cylindrical container 34. That is, the honeycomb structure 43 having the surface coated with the nitrogen absorbing adsorbent 37 is disposed in each unit partitioned by the partition plate 36. In order to reduce the pressure loss in the nitrogen absorbing adsorbent 37, it is preferable to apply the nitrogen absorbing adsorbent 37 to the honeycomb structure 43 without filling the cylindrical container 34. Since it is difficult to apply the absorbent adsorbent 37 thickly on the surface of the honeycomb structure 43, the shape of the honeycomb structure 43 becomes large in order to apply a necessary amount, which may impair the economy. When adopting 43, it is necessary to consider that point. FIG. 11 is a schematic view showing an example of the internal structure of the rotary nitrogen adsorption device 2 used in the present invention, in which (A) is a perspective view of the cylindrical container 34, and (B) is a honeycomb structure 43. It is an enlarged view.

また更に、本発明で使用する回転式窒素吸着装置2においては、円筒型容器34と第1の接続管体39との間隙、及び、円筒型容器34と第2の接続管体40との間隙、並びに、円筒型容器34と接続管部45,46との間隙、及び、円筒型容器34と接続管部47,48との間隙からの大気の流入或いは大気への流出を抑制するために、円筒型容器34の端部とこれらのフランジ部39a,40a,45a,46a,47a,48aとの間に、ハージ用ガスを連続的または断続的に供給することが好ましい。ハージ用ガスとしては、露点が−40℃以下の乾燥したガスであるならばどのような種類のガスであっても構わないが、本実施形態に係る回転式窒素吸着装置2では、吸着除湿装置3,4,5にて除湿された空気を使用する。好ましいガスパージ機構の構成例を図12に示す。   Still further, in the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 used in the present invention, the gap between the cylindrical container 34 and the first connecting pipe body 39 and the gap between the cylindrical container 34 and the second connecting pipe body 40. In order to suppress the inflow or outflow of air from the gap between the cylindrical container 34 and the connecting pipe portions 45 and 46 and the gap between the cylindrical container 34 and the connecting pipe portions 47 and 48, It is preferable to supply the herd gas continuously or intermittently between the end of the cylindrical container 34 and the flanges 39a, 40a, 45a, 46a, 47a, 48a. The herb gas may be any kind of gas as long as it is a dry gas having a dew point of −40 ° C. or lower. However, in the rotary nitrogen adsorption device 2 according to the present embodiment, the adsorption dehumidification device. Use air dehumidified in 3,4,5. A configuration example of a preferred gas purge mechanism is shown in FIG.

図12において、円筒型容器34の端部34aと、第1の接続管体39のフランジ部39aとの摺動面を覆うように、円筒型容器34の全周にわたって、パージ用空気供給管12と連結するパージ部材44が取り付けられており、パージ部材44に開口するパージ用空気供給管12から供給される乾燥した空気によってパージ部材44に囲まれた空間が置換されるようになっている。これにより、湿潤状態の大気の円筒型容器34への侵入が防止される。図12は、円筒型容器34と第1の接続管体39とのパージ機構を説明したが、円筒型容器34と第2の接続管体40との間隙、及び、円筒型容器34と接続管部45,46,47,48との間隙も同様に実施すればよい。   In FIG. 12, the purge air supply pipe 12 is formed over the entire circumference of the cylindrical container 34 so as to cover the sliding surface between the end 34 a of the cylindrical container 34 and the flange 39 a of the first connecting tube 39. The purge member 44 connected to the purge member 44 is attached, and the space surrounded by the purge member 44 is replaced by the dry air supplied from the purge air supply pipe 12 opened to the purge member 44. This prevents the wet atmosphere from entering the cylindrical container 34. FIG. 12 illustrates the purge mechanism between the cylindrical container 34 and the first connection tube 39, but the gap between the cylindrical container 34 and the second connection tube 40, and the cylindrical container 34 and the connection tube. The gaps with the portions 45, 46, 47, and 48 may be similarly implemented.

回転式窒素吸着装置2は、その軸心35を水平方向にすると、仕切板36によって仕切られた各ユニットに充填した窒素吸収用吸着剤37が重力を受けて鉛直下方に移動してしまい、各ユニットの上部側に窒素吸収用吸着剤37が充填されない部分が生じ、窒素吸収用吸着剤37と接触しないまま円筒型容器34を通り抜ける空気が生ずる恐れがあるので、図6〜7及び図8〜9に示すように、軸心35を鉛直方向にすることが好ましい。但し、ハニカム構造体43を採用する場合には、窒素吸収用吸着剤37は重力の影響を受けない、つまり偏在しないので、軸心35を水平方向としても構わない。   When the rotary nitrogen adsorption device 2 has its axis 35 in the horizontal direction, the nitrogen absorbing adsorbent 37 filled in each unit partitioned by the partition plate 36 receives gravity and moves vertically downward. A portion that is not filled with the nitrogen absorbing adsorbent 37 is formed on the upper side of the unit, and air passing through the cylindrical container 34 without being in contact with the nitrogen absorbing adsorbent 37 may be generated, so that FIGS. As shown in FIG. 9, it is preferable that the axis 35 is in the vertical direction. However, when the honeycomb structure 43 is employed, the nitrogen absorbing adsorbent 37 is not affected by gravity, that is, is not unevenly distributed, so that the axis 35 may be in the horizontal direction.

第1の空気排出本管14は、図5に示すように、その流路方向の下流側で、空気排出枝管14a、空気排出枝管14b及び空気排出枝管14cの3つに分岐され、空気排出枝管14aは吸着除湿装置3に連結し、空気排出枝管14bは吸着除湿装置4に連結し、空気排出枝管14cは吸着除湿装置5に連結している。第1の空気排出本管14には、第1の空気排出本管14を通る空気の流量を調整するための流量調節弁33が設置され、また、空気排出枝管14aには、遮断弁18が設置され、空気排出枝管14bには、遮断弁23が設置され、空気排出枝管14cには、遮断弁28が設置されている。   As shown in FIG. 5, the first air discharge main pipe 14 is branched into three of an air discharge branch pipe 14 a, an air discharge branch pipe 14 b, and an air discharge branch pipe 14 c on the downstream side in the flow path direction. The air discharge branch pipe 14 a is connected to the adsorption dehumidifier 3, the air discharge branch pipe 14 b is connected to the adsorption dehumidifier 4, and the air discharge branch pipe 14 c is connected to the adsorption dehumidifier 5. The first air discharge main pipe 14 is provided with a flow rate adjusting valve 33 for adjusting the flow rate of air passing through the first air discharge main pipe 14, and the air discharge branch pipe 14 a is provided with a shut-off valve 18. The air discharge branch pipe 14b is provided with a shutoff valve 23, and the air discharge branch pipe 14c is provided with a shutoff valve 28.

回転式窒素吸着装置2の第1の空気排出本管14から排出される空気は、窒素濃度は高いものの、吸着除湿装置3、吸着除湿装置4、吸着除湿装置5の何れかで除湿されており、その露点は低いままである。従って、回転式窒素吸着装置2から排出される空気を、吸着除湿装置3,4,5の水分吸収用吸着剤38の再生用ガス、つまり、水分吸収用吸着剤38からの水分放出用ガスとして利用することができる。その場合、吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤に吸着した水分は容易に水分放出用ガスに放出されて再生され、吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤の再生コストを抑えることが可能となる。即ち、水分を吸着した水分吸収用吸着剤38と乾燥した空気とが接触することで、水分吸収用吸着剤38に吸着した水分は脱離して空気中に放出され、水分吸収用吸着剤38は再生され、一方、水分放出用ガスの水分は増加する。水分放出用ガスの水分が増加することを「水分富化処理」という。   The air discharged from the first air discharge main pipe 14 of the rotary nitrogen adsorption device 2 has a high nitrogen concentration, but has been dehumidified by any one of the adsorption dehumidifying device 3, the adsorption dehumidifying device 4, and the adsorption dehumidifying device 5. Its dew point remains low. Therefore, the air discharged from the rotary nitrogen adsorption device 2 is used as a regeneration gas for the moisture absorption adsorbent 38 of the adsorption dehumidifiers 3, 4, 5, that is, as a moisture release gas from the moisture absorption adsorbent 38. Can be used. In that case, the moisture adsorbed on the moisture absorbing adsorbent of the adsorption dehumidifying device is easily released into the moisture releasing gas and regenerated, thereby reducing the regeneration cost of the moisture absorbing adsorbent of the adsorption dehumidifying device. That is, when the moisture-absorbing adsorbent 38 that has adsorbed moisture comes into contact with the dried air, the moisture adsorbed on the moisture-absorbing adsorbent 38 is desorbed and released into the air. On the other hand, the moisture in the moisture releasing gas increases. An increase in moisture in the moisture releasing gas is referred to as “moisture enrichment treatment”.

尚、上記の実施形態では、水分放出用ガス供給管14a,14b,14cは第1の空気排出本管14から分岐しているが、水分放出用ガスとしては、これに限定されない。露点が吸着除湿装置3,4,5により脱水分処理された後の空気と同程度以下のガスであれば、どのようなガスでも使用可能である。   In the above embodiment, the moisture release gas supply pipes 14a, 14b, and 14c are branched from the first air discharge main pipe 14, but the moisture release gas is not limited to this. Any gas can be used as long as the dew point is less than or equal to the air after the dehydration treatment by the adsorption dehumidifiers 3, 4, and 5.

吸着除湿装置3の空気排出枝管14aと連結する側とは反対側に、空気排出枝管15aが配置され、吸着除湿装置3で水分富化処理された空気は、空気排出枝管15aに排出される。同様に、吸着除湿装置4の空気排出枝管14bと連結する側とは反対側に、空気排出枝管15bが配置され、吸着除湿装置4で水分富化処理された空気は、空気排出枝管15bに排出され、また、吸着除湿装置5の空気排出枝管14cと連結する側とは反対側に、空気排出枝管15cが配置され、吸着除湿装置5で水分富化処理された空気は、空気排出枝管15cに排出される。これらの空気排出枝管15a、空気排出枝管15b及び空気排出枝管15cは、流路方向の下流側で1つにまとまって第2の空気排出本管15となる。空気排出枝管15aには遮断弁19が設置され、空気排出枝管15bには遮断弁24が設置され、空気排出枝管15cには遮断弁29が設置されている。   An air discharge branch pipe 15a is arranged on the side opposite to the side connected to the air discharge branch pipe 14a of the adsorption / dehumidification device 3, and the air enriched by the adsorption dehumidification apparatus 3 is discharged to the air discharge branch pipe 15a. Is done. Similarly, an air discharge branch pipe 15b is arranged on the side opposite to the side connected to the air discharge branch pipe 14b of the adsorption / dehumidification apparatus 4, and the air enriched by the adsorption dehumidification apparatus 4 is the air discharge branch pipe. The air exhausted branch pipe 15c is disposed on the side opposite to the side connected to the air exhaust branch pipe 14c of the adsorption dehumidifying device 5 and the air subjected to the water enrichment treatment by the adsorption dehumidifying apparatus 5 is It is discharged to the air discharge branch pipe 15c. The air discharge branch pipe 15a, the air discharge branch pipe 15b, and the air discharge branch pipe 15c are combined into a second air discharge main pipe 15 on the downstream side in the flow path direction. A shutoff valve 19 is installed in the air exhaust branch pipe 15a, a shutoff valve 24 is installed in the air exhaust branch pipe 15b, and a shutoff valve 29 is installed in the air exhaust branch pipe 15c.

吸着除湿装置3,4,5に配置される水分吸収用吸着剤38は、飽和濃度以上の水分は吸着しないので、本発明を実施する際は、3基の吸着除湿装置3,4,5で同時に脱水分処理を実施することはなく、何れかの内の少なくとも1基の吸着除湿装置では、乾燥した空気を導入し、水分吸収用吸着剤38の再生を実施する。遮断弁16、遮断弁17、遮断弁18、遮断弁19、遮断弁21、遮断弁22、遮断弁23、遮断弁24、遮断弁26、遮断弁27、遮断弁28、遮断弁29は、吸着除湿装置3,4,5の運転を、水分吸着と水分放出とに切り替えるための弁である。   Since the moisture absorbing adsorbent 38 disposed in the adsorption dehumidifying devices 3, 4 and 5 does not adsorb moisture above the saturation concentration, when carrying out the present invention, the three adsorption dehumidifying devices 3, 4 and 5 are used. At the same time, the dehydration treatment is not performed, and at least one of the adsorption dehumidifying devices in any one of the above introduces dry air and regenerates the moisture absorbing adsorbent 38. The shutoff valve 16, shutoff valve 17, shutoff valve 18, shutoff valve 19, shutoff valve 21, shutoff valve 22, shutoff valve 23, shutoff valve 24, shutoff valve 26, shutoff valve 27, shutoff valve 28, shutoff valve 29 are adsorbed. This is a valve for switching the operation of the dehumidifiers 3, 4 and 5 to moisture adsorption and moisture release.

第2の空気排出本管15は、空気を吸引するための送風機7と連結し、送風機7により吸引された低酸素・高湿度の空気は大気に放散される。本発明の第1の実施形態に係る酸素富化空気製造設備1では、流路の入側に設置した送風機6と、流路の出側に設置した送風機7の2基の送風機によって空気が送風されるが、流路の途中に送風機を配置することは本発明を実施する上で何ら問題とはならず、必要に応じて設置すればよい。   The second air discharge main pipe 15 is connected to a blower 7 for sucking air, and the low oxygen and high humidity air sucked by the blower 7 is diffused to the atmosphere. In the oxygen-enriched air production facility 1 according to the first embodiment of the present invention, air is blown by two fans, that is, a blower 6 installed on the inlet side of the flow path and a blower 7 installed on the outlet side of the flow path. However, disposing a blower in the middle of the flow path does not pose any problem in practicing the present invention, and may be installed as necessary.

このようにして構成される、本発明の第1の実施形態に係る酸素富化空気製造設備1を用いて、空気から酸素富化空気を製造する方法を説明する。   A method for producing oxygen-enriched air from air using the oxygen-enriched air production facility 1 according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described.

即ち、図5において、送風機6から吸着除湿装置3,4,5のうちの少なくとも何れか1つに供給した空気が、酸素富化用空気供給管10を介して回転式窒素吸着装置2に供給され、且つ、回転式窒素吸着装置2から第1の空気排出本管14を介して排出された空気が、送風機6から空気が供給されていない吸着除湿装置を通って送風機7で吸引されて排出できるように、遮断弁16、遮断弁17、遮断弁18、遮断弁19の群、遮断弁21、遮断弁22、遮断弁23、遮断弁24の群、及び、遮断弁26、遮断弁27、遮断弁28、遮断弁29の群の開閉を調整する。例えば、送風機6の空気を吸着除湿装置3に供給する場合には、遮断弁16及び遮断弁17を「開」とし、遮断弁18及び遮断弁19を「閉」とする。そして、その状態で、送風機6を作動させるとともに送風機7を稼働させ、且つ、回転式窒素吸着装置2の円筒型容器34を、軸心35を中心として連続的或いは断続的に回転させる。   That is, in FIG. 5, the air supplied from the blower 6 to at least one of the adsorption dehumidifiers 3, 4, 5 is supplied to the rotary nitrogen adsorber 2 through the oxygen enrichment air supply pipe 10. In addition, the air discharged from the rotary nitrogen adsorption device 2 through the first air discharge main pipe 14 is sucked and discharged by the blower 7 through the adsorption dehumidification device to which no air is supplied from the blower 6. As possible, the shutoff valve 16, shutoff valve 17, shutoff valve 18, shutoff valve 19 group, shutoff valve 21, shutoff valve 22, shutoff valve 23, shutoff valve 24 group, shutoff valve 26, shutoff valve 27, The opening / closing of the group of the shut-off valve 28 and the shut-off valve 29 is adjusted. For example, when supplying air from the blower 6 to the adsorption dehumidifying device 3, the shutoff valve 16 and the shutoff valve 17 are set to “open”, and the shutoff valve 18 and the shutoff valve 19 are set to “closed”. In this state, the blower 6 is operated, the blower 7 is operated, and the cylindrical container 34 of the rotary nitrogen adsorption device 2 is rotated continuously or intermittently around the axis 35.

送風機6から吸着除湿装置3,4,5のうちの少なくとも何れか1つに供給された空気は、供給された吸着除湿装置に配置される水分吸収用吸着剤38と接触して水分が除去され、脱水分処理された空気は、酸素富化用空気供給管10、窒素放出用空気供給管11及びパージ用空気供給管12を通って回転式窒素吸着装置2に供給される。酸素富化用空気供給管10、窒素放出用空気供給管11及びパージ用空気供給管12を通る空気の流量を、流量調節弁31及び流量調節弁32によって所定の範囲に調整する。この場合、脱水分処理後の空気の露点が−40℃以下となるように、吸着除湿装置を通過する空気の流量・流速を調整することが好ましい。   The air supplied from the blower 6 to at least one of the adsorption dehumidifying devices 3, 4, and 5 comes into contact with the moisture absorbing adsorbent 38 disposed in the supplied adsorption dehumidifying device to remove moisture. The dehydrated air is supplied to the rotary nitrogen adsorption device 2 through the oxygen enrichment air supply pipe 10, the nitrogen release air supply pipe 11, and the purge air supply pipe 12. The flow rate of air passing through the oxygen enrichment air supply pipe 10, the nitrogen release air supply pipe 11, and the purge air supply pipe 12 is adjusted to a predetermined range by the flow rate control valve 31 and the flow rate control valve 32. In this case, it is preferable to adjust the flow rate / flow velocity of the air passing through the adsorption dehumidifier so that the dew point of the air after the dehydration treatment is −40 ° C. or lower.

ゼオライトからなる、回転式窒素吸着装置2に配置される窒素吸収用吸着剤37は、圧力または温度の差によって窒素吸着量を変更するので、酸素富化用空気供給管10から供給する空気の圧力を、窒素放出用空気供給管11から供給する空気の圧力よりも高くするか、または、酸素富化用空気供給管10から供給する空気の温度を、窒素放出用空気供給管11から供給する空気の温度よりも低くするか、或いは、酸素富化用空気供給管10から供給する空気を、窒素放出用空気供給管11から供給する空気に比べて圧力を高く温度を低くして、その状態の空気を、酸素富化用空気供給管10及び窒素放出用空気供給管11から供給する。   Since the nitrogen absorption adsorbent 37 made of zeolite and disposed in the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 changes the nitrogen adsorption amount depending on the difference in pressure or temperature, the pressure of the air supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10 Is higher than the pressure of the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11 or the temperature of the air supplied from the oxygen enrichment air supply pipe 10 is the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11. The air supplied from the oxygen-enriching air supply pipe 10 is made higher in pressure than the air supplied from the nitrogen-releasing air supply pipe 11, and the temperature is lowered. Air is supplied from an oxygen enrichment air supply pipe 10 and a nitrogen release air supply pipe 11.

供給する空気の圧力調整は、例えば、送風機6と送風機7との吐出圧力の調整などによって行うことができ、供給する空気の温度調整は、酸素富化用空気供給管10にヒーター(図示せず)を設置する或いは窒素放出用空気供給管11に冷却器(図示せず)を設置することなどによって行うことができる。   The pressure of the supplied air can be adjusted, for example, by adjusting the discharge pressure of the blower 6 and the blower 7, and the temperature of the supplied air is adjusted by a heater (not shown) in the oxygen-enriched air supply pipe 10. ) Or by installing a cooler (not shown) in the nitrogen supply air supply pipe 11.

酸素富化用空気供給管10及び窒素放出用空気供給管11から回転式窒素吸着装置2に供給された空気は、それぞれ窒素吸収用吸着剤37と接触する。ここで、酸素富化用空気供給管10から供給された空気は、窒素放出用空気供給管11から供給された空気に比較して圧力が高い、または温度が低い、或いは圧力が高く温度が低いので、ゼオライトからなる窒素吸収用吸着剤37によって窒素が吸着され、窒素が減少して、酸素富化が行われる。   The air supplied to the rotary nitrogen adsorption device 2 from the oxygen enrichment air supply pipe 10 and the nitrogen release air supply pipe 11 is in contact with the nitrogen absorption adsorbent 37. Here, the air supplied from the oxygen enrichment air supply pipe 10 has a higher pressure or a lower temperature than the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11, or a higher pressure and a lower temperature. Therefore, nitrogen is adsorbed by the nitrogen absorbing adsorbent 37 made of zeolite, the nitrogen is reduced, and oxygen enrichment is performed.

一方、窒素放出用空気供給管11から供給された空気は、酸素富化用空気供給管10から供給された空気に比較して圧力が低い、または温度が高い、或いは圧力が低く温度が高いので、この空気と接触することによってゼオライトからなる窒素吸収用吸着剤37の窒素吸着量が低下し、窒素吸着量の差分の窒素が窒素放出用空気供給管11から供給された空気に放出される。これにより、窒素放出用空気供給管11から供給された空気の窒素濃度が増加する。このようにすることで、窒素吸収用吸着剤37は窒素吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、連続して窒素の吸着・放出を遂行する。酸素富化用空気供給管10から供給され、酸素富化された空気は、酸素富化空気排出管13を介してガスタンク、ガスホルダーなどに回収される。   On the other hand, the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11 has a lower pressure or a higher temperature than the air supplied from the oxygen enrichment air supply pipe 10, or a lower pressure and a higher temperature. The nitrogen adsorption amount of the nitrogen absorbing adsorbent 37 made of zeolite is lowered by contacting with the air, and the difference in nitrogen adsorption amount is released to the air supplied from the nitrogen releasing air supply pipe 11. Thereby, the nitrogen concentration of the air supplied from the nitrogen supply air supply pipe 11 increases. In this way, the nitrogen absorbing adsorbent 37 does not stay in a saturated nitrogen adsorption amount, and continuously performs nitrogen adsorption / release. The oxygen-enriched air supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10 is collected in a gas tank, a gas holder or the like via the oxygen-enriched air discharge pipe 13.

一方、窒素富化処理の施された空気は、第1の空気排出本管14を通って、送風機6から空気が供給されていない吸着除湿装置に導入されて、その吸着除湿装置に配置された水分吸収用吸着剤38と接触する。第1の空気排出本管14から排出される空気は、窒素濃度は高いものの、別の吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤38によって既に水分が除去された乾燥状態の空気であるので、水分吸収用吸着剤38に吸着した水分は、第1の空気排出本管14から導入される空気に放出され、この空気の水分濃度は上昇する。かくして、脱水分処理を行っていない吸着除湿装置に配置される水分吸収用吸着剤38は再生される。   On the other hand, the air subjected to the nitrogen enrichment process is introduced into the adsorption dehumidifier to which no air is supplied from the blower 6 through the first air discharge main pipe 14 and is arranged in the adsorption dehumidifier. It contacts the moisture absorbing adsorbent 38. Although the air discharged from the first air discharge main pipe 14 has a high nitrogen concentration, it is air in a dry state from which moisture has already been removed by the moisture absorbing adsorbent 38 of another adsorption dehumidifier. The moisture adsorbed on the adsorbent 38 is released into the air introduced from the first air discharge main pipe 14, and the moisture concentration of this air rises. Thus, the moisture absorbing adsorbent 38 disposed in the adsorption dehumidifier that has not been subjected to the dehydration treatment is regenerated.

ここで、吸着除湿装置3、吸着除湿装置4及び吸着除湿装置5の切り替えのタイムスケジュールの例を表1及び表2に示す。   Here, Tables 1 and 2 show examples of time schedules for switching between the adsorption dehumidifying device 3, the adsorption dehumidifying device 4, and the adsorption dehumidifying device 5.

Figure 2010051877
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Figure 2010051877
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表1に示すタイムスケジュールは、吸着除湿装置3と吸着除湿装置4とで、水分吸収用吸着剤38による吸着つまり脱水分処理と、水分吸収用吸着剤38からの放出(脱離)とを交互に切り替え、この切り替えの時期に吸着除湿装置5による吸着(脱水分処理)を重複させる例である。一方、表2に示すタイムスケジュールは、吸着除湿装置3、吸着除湿装置4及び吸着除湿装置5による吸着(脱水分処理)を、吸着工程の2/3周期でずらしながら重複させる、つまり、或る吸着除湿装置による吸着工程が2/3経過した時点で、次の吸着除湿装置による吸着工程を開始させるという例である。   In the time schedule shown in Table 1, the adsorption dehumidifying device 3 and the adsorption dehumidifying device 4 alternately perform adsorption by the moisture absorbing adsorbent 38, that is, dehydration treatment, and release (desorption) from the moisture absorbing adsorbent 38. This is an example in which adsorption (dehydration processing) by the adsorption dehumidifying device 5 is overlapped at the time of this switching. On the other hand, the time schedule shown in Table 2 overlaps adsorption (dehydration processing) by the adsorption dehumidifying device 3, the adsorption dehumidifying device 4 and the adsorption dehumidifying device 5 while shifting them by 2/3 period of the adsorption process. This is an example in which the next adsorption process by the adsorption dehumidifier is started when 2/3 of the adsorption process by the adsorption dehumidifier has elapsed.

どちらのタイムスケジュールにおいてもバルブの切り替え時間が必要となるため、同じ吸湿装置の切り替えタイミングにはタイムラグがある。但し、吸着工程の末期で重複させるので、安定して酸素富化空気を製造することが可能となる。   In both time schedules, since the valve switching time is required, there is a time lag in the switching timing of the same moisture absorption device. However, since it overlaps at the end of the adsorption process, it becomes possible to produce oxygen-enriched air stably.

また、吸着と放出(脱離)の間には放散弁20,25,30から低酸素空気を放出する操作が必要となるため、遮断弁16,23,28と遮断弁17,22,27の開閉にはタイムラグをつくる。   In addition, since the operation of releasing low oxygen air from the diffusion valves 20, 25, 30 is required between the adsorption and release (desorption), the shut-off valves 16, 23, 28 and the shut-off valves 17, 22, 27 Create a time lag for opening and closing.

円筒型容器34の回転数は、酸素富化用空気供給管10から供給する空気量、窒素放出用空気供給管11から供給される空気との圧力差または温度差、酸素富化空気製造設備1の構成、窒素吸収用吸着剤37の設置条件などに基づき、回転数を変更したときの回転式窒素吸着装置2の出口における流量及び酸素濃度を計算し、算出される流量及び酸素濃度が目標とする流量及び酸素濃度以上となる条件に設定するものとする。少なくとも、窒素吸収用吸着剤37の吸着量が飽和吸着量に達しないうちに180度回転(半回転)するようにしなければならない。   The rotational speed of the cylindrical container 34 is the amount of air supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10, the pressure difference or temperature difference from the air supplied from the nitrogen-releasing air supply pipe 11, and the oxygen-enriched air production facility 1 The flow rate and oxygen concentration at the outlet of the rotary nitrogen adsorption device 2 when the rotation speed is changed are calculated based on the configuration of the above, the installation conditions of the nitrogen absorbing adsorbent 37, and the calculated flow rate and oxygen concentration are the targets. It shall be set to the condition that the flow rate and oxygen concentration are over. At least, the adsorption amount of the nitrogen absorbing adsorbent 37 must be rotated 180 degrees (half rotation) before reaching the saturated adsorption amount.

図13に、後述する実施例に示す深冷分離装置によって酸素富化空気を製造する場合の動力から、本発明の第1の実施形態によって酸素富化空気を製造する場合の動力を差し引いたときの差(差=深冷法−本発明法)を、酸素富化空気の酸素濃度別に示す。図13に示すように、深冷法やPSA法との比較において、本発明の効果をより一層発揮できるのは、空気中の酸素濃度を62体積%以下の範囲で酸素富化する場合であり、酸素濃度を21〜35体積%に酸素富化する場合には更に本発明の効果をより高く発揮できる。   In FIG. 13, when the power for producing oxygen-enriched air according to the first embodiment of the present invention is subtracted from the power for producing oxygen-enriched air by the cryogenic separator shown in the examples described later. (Difference = deep cooling method-method of the present invention) is shown for each oxygen concentration of oxygen-enriched air. As shown in FIG. 13, in the comparison with the deep cooling method or the PSA method, the effect of the present invention can be further exhibited when the oxygen concentration in the air is in the range of 62% by volume or less. When the oxygen concentration is enriched to 21 to 35% by volume, the effect of the present invention can be further enhanced.

このように、本実施形態に係る酸素富化空気製造設備1によれば、吸着除湿装置3,4,5と回転式窒素吸着装置2とを備えていて、先ず、吸着除湿装置3,4,5にて空気に対して脱水分処理を施し、次いで、脱水分処理の施された乾燥状態の空気を回転式窒素吸着装置2に導入するので、回転式窒素吸着装置2の窒素吸収用吸着剤37は水分の影響を受けることなく、供給される空気から窒素を吸着し、酸素富化空気を安定して製造することが実現される。そして、吸着除湿装置3,4,5で脱水分処理された空気の一部を、回転式窒素吸着装置2の窒素吸収用吸着剤37からの窒素放出用ガスとして使用する場合には、窒素吸収用吸着剤37に吸着した窒素は窒素放出用ガスに放出され、窒素吸収用吸着剤37の窒素吸着量は飽和にならず、酸素富化空気を長期間にわたって連続的に製造することが可能となる。   Thus, according to the oxygen-enriched air production facility 1 according to the present embodiment, the adsorption / dehumidification devices 3, 4, 5 and the rotary nitrogen adsorption device 2 are provided. 5, the dehydrated portion of the air is subjected to a dehydration treatment, and then the dried air subjected to the dehydration treatment is introduced into the rotary nitrogen adsorption device 2. No. 37 is able to stably produce oxygen-enriched air by adsorbing nitrogen from the supplied air without being affected by moisture. When a part of the air dehydrated by the adsorption dehumidifiers 3, 4, 5 is used as a nitrogen release gas from the nitrogen absorption adsorbent 37 of the rotary nitrogen adsorption device 2, nitrogen absorption is performed. The nitrogen adsorbed on the adsorbent 37 is released into the nitrogen-releasing gas, and the amount of nitrogen adsorbed on the nitrogen-absorbing adsorbent 37 is not saturated, and oxygen-enriched air can be continuously produced over a long period Become.

また、本発明に係る酸素富化空気製造設備1では、回転式窒素吸着装置2を用いているので、窒素吸着装置が固定式の場合に比較して、窒素吸着装置の設置数が少なくなるのみならず、それによる各種配管及び切り替え弁の設置数も少なくなり、設備コストを大幅に削減することが可能となる。また、窒素吸着装置を切り替えることなく酸素富化空気の連続製造が可能となり、作業の煩雑性が解消される。   Moreover, in the oxygen-enriched air production facility 1 according to the present invention, since the rotary nitrogen adsorption device 2 is used, only the number of installed nitrogen adsorption devices is reduced as compared with the case where the nitrogen adsorption device is fixed. As a result, the number of various pipes and changeover valves installed is reduced, and the equipment cost can be greatly reduced. Further, it is possible to continuously produce oxygen-enriched air without switching the nitrogen adsorbing device, and work complexity is eliminated.

次に、脱水分処理するための吸着除湿装置が回転式である第2の実施形態の酸素富化空気製造設備について説明する。図14は、本発明に係る酸素富化空気製造設備の第2の実施形態の全体構成を示す概略図である。尚、第2の実施形態は、図5に示す第1の実施形態における吸着除湿装置3,4,5に代わって回転式吸着除湿装置3Aが配置されており、その他の構成は第1の実施形態と同等であり、従って、重複することもあるが、以下に説明する。   Next, an oxygen-enriched air production facility according to a second embodiment in which the adsorption dehumidification apparatus for performing dehydration treatment is a rotary type will be described. FIG. 14 is a schematic diagram showing the overall configuration of the second embodiment of the oxygen-enriched air production facility according to the present invention. In the second embodiment, a rotary adsorption / dehumidification device 3A is arranged in place of the adsorption / dehumidification devices 3, 4, and 5 in the first embodiment shown in FIG. This is equivalent to the form, and therefore may overlap, but will be described below.

図14に示すように、本発明の第2の実施形態に係る酸素富化空気製造設備1Aは、ゼオライトなどからなる窒素吸収用吸着剤37が配置された、空気中の窒素を除去して酸素富化空気を製造するための1基の回転式窒素吸着装置2と、水分吸収用吸着剤38が配置された、窒素を除去するに先立って空気中の水分を除去するための1基の回転式吸着除湿装置3Aとを備えている。また、回転式吸着除湿装置3Aと回転式窒素吸着装置2とを連結するための各種配管が配置され、更に、回転式吸着除湿装置3Aへ空気を供給するための送風機6及び回転式吸着除湿装置3Aからの排出空気を吸引するための送風機7が配置されている。   As shown in FIG. 14, the oxygen-enriched air production facility 1A according to the second embodiment of the present invention removes nitrogen in the air in which an adsorbent 37 for nitrogen absorption made of zeolite or the like is arranged to remove oxygen. One rotary nitrogen adsorption device 2 for producing enriched air and one adsorbent for moisture absorption 38 are arranged, and one rotation for removing moisture in the air prior to removing nitrogen. 3A. Various pipes for connecting the rotary adsorption / dehumidification device 3A and the rotary nitrogen adsorption device 2 are arranged, and further, the blower 6 and the rotary adsorption / dehumidification device for supplying air to the rotary adsorption / dehumidification device 3A. A blower 7 for sucking the exhaust air from 3A is arranged.

空気を送るための送風機6は第1の空気供給本管8と連結し、送風機6により供給された空気は第1の空気供給本管8に導入される。第1の空気供給本管8は、流路方向の下流側で回転式吸着除湿装置3Aに連結している。回転式吸着除湿装置3Aの内部には、活性アルミナ、モレキュラーシーブなどの水分吸収用吸着剤38が配置されており、回転式吸着除湿装置3Aに供給された空気は水分吸収用吸着剤38と接触して脱水分処理される。   The blower 6 for sending air is connected to the first air supply main pipe 8, and the air supplied by the blower 6 is introduced into the first air supply main pipe 8. The first air supply main pipe 8 is connected to the rotary adsorption dehumidifier 3A on the downstream side in the flow path direction. A moisture absorption adsorbent 38 such as activated alumina or molecular sieve is disposed inside the rotary adsorption dehumidifier 3A, and the air supplied to the rotary adsorption dehumidifier 3A contacts the moisture absorption adsorbent 38. The dehydrated portion is processed.

回転式吸着除湿装置3Aの第1の空気供給本管8と連結する側とは反対側に、第2の空気供給本管9が配置されており、回転式吸着除湿装置3Aで脱水分処理された空気は、第2の空気供給本管9に導入される。   A second air supply main pipe 9 is disposed on the opposite side of the rotary adsorption / dehumidification device 3A to the side connected to the first air supply main pipe 8, and is dehydrated by the rotary adsorption / dehumidification device 3A. The air is introduced into the second air supply main 9.

第2の空気供給本管9は、その流路方向の下流側で、酸素富化用空気供給管10、窒素放出用空気供給管11、パージ用空気供給管12及びパージ用空気供給管12Aの4つに分岐し、酸素富化用空気供給管10、窒素放出用空気供給管11及びパージ用空気供給管12は、それぞれ、窒素吸収用吸着剤37が配置された回転式窒素吸着装置2に連結され、一方、パージ用空気供給管12Aは回転式吸着除湿装置3Aに連結されている。   The second air supply main pipe 9 is located downstream of the flow direction in the oxygen enrichment air supply pipe 10, the nitrogen release air supply pipe 11, the purge air supply pipe 12, and the purge air supply pipe 12A. The air supply pipe 10 for oxygen enrichment, the air supply pipe 11 for nitrogen release, and the air supply pipe 12 for purge are branched into four, respectively, to the rotary nitrogen adsorption device 2 in which the nitrogen absorbent adsorbent 37 is arranged. On the other hand, the purge air supply pipe 12A is connected to the rotary adsorption dehumidifier 3A.

酸素富化用空気供給管10は、回転式窒素吸着装置2で窒素が除去されて酸素富化空気となる空気を送るための供給管であり、窒素放出用空気供給管11は、回転式窒素吸着装置2の窒素吸収用吸着剤37の再生を図るための窒素放出用ガスとしての空気を供給するための供給管であり、パージ用空気供給管12は、湿潤状態の大気が回転式窒素吸着装置2へ流入することを防止するために、回転式窒素吸着装置2の回転部と固定部との間に、脱水分処理された空気をパージ用ガスとして供給するための供給管である。また、パージ用空気供給管12Aは、湿潤状態の大気が回転式吸着除湿装置3Aへ流入することを防止するために、回転式吸着除湿装置3Aの回転部と固定部との間に、脱水分処理された空気をパージ用ガスとして供給するための供給管である。   The oxygen-enriched air supply pipe 10 is a supply pipe for sending air that has been subjected to removal of nitrogen by the rotary nitrogen adsorption device 2 to become oxygen-enriched air, and the nitrogen release air supply pipe 11 is a rotary nitrogen. It is a supply pipe for supplying air as a nitrogen releasing gas for regenerating the nitrogen absorbing adsorbent 37 of the adsorption device 2, and the purge air supply pipe 12 has a wet nitrogen atmosphere for rotating nitrogen adsorption. In order to prevent inflow into the apparatus 2, a supply pipe for supplying dehydrated air as purge gas between the rotating part and the fixed part of the rotary nitrogen adsorption apparatus 2. Further, the purge air supply pipe 12A is provided with a dehydrating component between the rotating part and the fixed part of the rotary adsorption dehumidifier 3A in order to prevent the wet atmosphere from flowing into the rotary adsorption dehumidifier 3A. It is a supply pipe for supplying the processed air as a purge gas.

窒素放出用空気供給管11には、窒素放出用空気供給管11を通過する空気の流量を調整するための流量調節弁31が設置され、パージ用空気供給管12には、パージ用空気供給管12を通過する空気の流量を調整するための流量調節弁32が設置され、パージ用空気供給管12Aには、パージ用空気供給管12Aを通過する空気の流量を調整するための流量調節弁49が設置されている。   The nitrogen release air supply pipe 11 is provided with a flow rate adjusting valve 31 for adjusting the flow rate of air passing through the nitrogen release air supply pipe 11, and the purge air supply pipe 12 has a purge air supply pipe 12. A flow rate adjusting valve 32 for adjusting the flow rate of air passing through 12 is installed, and a flow rate adjusting valve 49 for adjusting the flow rate of air passing through the purge air supply tube 12A is provided in the purge air supply tube 12A. Is installed.

回転式窒素吸着装置2の酸素富化用空気供給管10と連結する側とは反対側に、酸素富化空気排出管13が配置されており、酸素富化用空気供給管10から供給され、酸素富化した空気は、酸素富化空気排出管13を介してガスタンク、ガスホルダーなどの収容容器(図示せず)に排出される。また、回転式窒素吸着装置2の窒素放出用空気供給管11と連結する側とは反対側に、第1の空気排出本管14が配置されており、窒素放出用空気供給管11から供給され、窒素吸収用吸着剤37を再生した空気は第1の空気排出本管14を介して排出される。   An oxygen-enriched air discharge pipe 13 is disposed on the opposite side of the rotary nitrogen adsorption device 2 to the side connected to the oxygen-enriched air supply pipe 10 and is supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10. The oxygen-enriched air is discharged to a storage container (not shown) such as a gas tank or a gas holder through the oxygen-enriched air discharge pipe 13. A first air discharge main pipe 14 is arranged on the opposite side of the rotary nitrogen adsorption device 2 to the side connected to the nitrogen release air supply pipe 11 and is supplied from the nitrogen release air supply pipe 11. The air regenerated from the nitrogen absorbing adsorbent 37 is discharged through the first air discharge main pipe 14.

尚、図14では、酸素富化用空気供給管10と窒素放出用空気供給管11とが、流路の方向を回転式窒素吸着装置2に対して逆向き方向に連結されているが、必ずしも逆向き方向とする必要はなく、同一方向であっても構わない。また、本実施形態では、窒素放出用空気供給管11は第2の空気供給本管9から分岐しているが、窒素放出用ガスとしては、これに限定されない。但し、露点が回転式吸着除湿装置3Aにより脱水分処理された後の空気と同程度以下で、窒素濃度が空気中の窒素濃度以下のガスであることが好ましい。   In FIG. 14, the oxygen enrichment air supply pipe 10 and the nitrogen release air supply pipe 11 are connected in the direction opposite to the rotary nitrogen adsorption device 2 in the flow path direction. There is no need for the reverse direction, and the same direction may be used. In the present embodiment, the nitrogen release air supply pipe 11 is branched from the second air supply main pipe 9, but the nitrogen release gas is not limited to this. However, it is preferable that the dew point is a gas having a nitrogen concentration equal to or lower than the nitrogen concentration in the air, which is approximately equal to or lower than that of the air after the dehydration treatment by the rotary adsorption dehumidifier 3A.

第1の空気排出本管14は、その流路方向の下流側で回転式吸着除湿装置3Aに連結しており、そして、この第1の空気排出本管14には、第1の空気排出本管14を通る空気の流量を調整するための流量調節弁33及び第1の空気排出本管14を通る空気を遮断するための遮断弁50が設置されている。   The first air discharge main pipe 14 is connected to the rotary adsorption dehumidifier 3A on the downstream side in the flow path direction, and the first air discharge main pipe 14 includes the first air discharge main pipe 14. A flow rate adjusting valve 33 for adjusting the flow rate of air passing through the pipe 14 and a shutoff valve 50 for shutting off air passing through the first air discharge main pipe 14 are installed.

第1の空気排出本管14から排出される空気は、窒素濃度は高いものの、回転式吸着除湿装置3Aで予め除湿されており、その露点は低いままである。従って、回転式窒素吸着装置2から排出される空気を、回転式吸着除湿装置3Aの水分吸収用吸着剤38の再生用ガスとして、つまり、水分吸収用吸着剤38からの水分放出用ガスとして利用することができる。即ち、回転式吸着除湿装置3Aの水分吸収用吸着剤38に吸着した水分は容易に水分放出用ガスに放出されて再生され、回転式吸着除湿装置3Aの水分吸収用吸着剤38の再生コストを抑えることが可能となる。このようにすることで、回転式吸着除湿装置3Aの水分吸収用吸着剤38は水分吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、連続して水分の吸着・放出を遂行する。   Although the air discharged from the first air discharge main pipe 14 has a high nitrogen concentration, it has been dehumidified in advance by the rotary adsorption dehumidifier 3A, and its dew point remains low. Therefore, the air discharged from the rotary nitrogen adsorption device 2 is used as a regeneration gas for the moisture absorption adsorbent 38 of the rotary adsorption dehumidifier 3A, that is, as a moisture release gas from the moisture absorption adsorbent 38. can do. That is, the moisture adsorbed on the moisture absorption adsorbent 38 of the rotary adsorption dehumidifier 3A is easily released into the moisture release gas and regenerated, thereby reducing the regeneration cost of the moisture absorption adsorbent 38 of the rotary adsorption dehumidifier 3A. It becomes possible to suppress. By doing in this way, the moisture absorption adsorbent 38 of the rotary adsorption dehumidifier 3A does not remain in a saturated state of the moisture adsorption amount, and continuously performs moisture adsorption / release.

尚、上記の実施形態では、水分放出用ガスとして第1の空気排出本管14から排出される窒素富化された空気を利用しているが、水分放出用ガスとしては、これに限定されない。露点が回転式吸着除湿装置3Aにより脱水分処理された後の空気と同程度以下のガスであれば、どのようなガスでも使用可能である。また、第1の空気供給本管8と第1の空気排出本管14とが、流路の方向を回転式吸着除湿装置3Aに対して逆向き方向に連結されているが、必ずしも逆向き方向とする必要はなく、同一方向であっても構わない。   In the above-described embodiment, nitrogen-enriched air discharged from the first air discharge main pipe 14 is used as the moisture releasing gas, but the moisture releasing gas is not limited to this. Any gas can be used as long as the dew point is less than or equal to the air after the dehydration treatment by the rotary adsorption dehumidifier 3A. In addition, the first air supply main pipe 8 and the first air discharge main pipe 14 are connected in the reverse direction with respect to the rotary adsorption dehumidifier 3A in the direction of the flow path. It is not necessary to be in the same direction.

回転式吸着除湿装置3Aの第1の空気排出本管14と連結する側とは反対側に、第2の空気排出本管15が配置されており、回転式吸着除湿装置3Aで水分富化処理された空気は、第2の空気排出本管15に排出される。第2の空気排出本管15は空気を吸引するための送風機7と連結し、送風機7により吸引された低酸素・高湿度の空気は大気に放散される。   A second air discharge main 15 is disposed on the side opposite to the side connected to the first air discharge main 14 of the rotary adsorption dehumidifier 3A, and the water enrichment treatment is performed by the rotary adsorption dehumidifier 3A. The air thus discharged is discharged to the second air discharge main pipe 15. The second air discharge main pipe 15 is connected to the blower 7 for sucking air, and the low oxygen and high humidity air sucked by the blower 7 is diffused to the atmosphere.

本発明の第2の実施形態に係る酸素富化空気製造設備1Aでは、流路の入側に設置した送風機6と、流路の出側に設置した送風機7の2基の送風機によって空気が送風されるが、流路の途中に送風機を配置することは本発明を実施する上で何ら問題とはならず、必要に応じて設置すればよい。   In the oxygen-enriched air production facility 1A according to the second embodiment of the present invention, air is blown by the two fans, that is, the fan 6 installed on the inlet side of the flow path and the fan 7 installed on the outlet side of the flow path. However, disposing a blower in the middle of the flow path does not pose any problem in practicing the present invention, and may be installed as necessary.

第2の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置2は、第1の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置2と同一とする。即ち、前述した図6,7,10または図8,9,10に示す回転式窒素吸着装置を使用すればよく、その詳細な説明は省略する。また、第2の実施形態で使用する回転式吸着除湿装置3Aも、第1の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置2と同様の構造とすればよい。但し、当然のことではあるが、回転式吸着除湿装置3Aの場合には、円筒型容器34の内部に窒素吸収用吸着剤37に代えて水分吸収用吸着剤38を配置する。それ以外は、第1の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置2と同様であり、その説明を省略する。尚、円筒型容器34の回転部と固定部との間のパージ機構も第1の実施形態で使用する回転式窒素吸着装置2と同様に行えばよい。   The rotary nitrogen adsorption device 2 used in the second embodiment is the same as the rotary nitrogen adsorption device 2 used in the first embodiment. That is, the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIGS. 6, 7, 10 or FIGS. 8, 9, 10 may be used, and detailed description thereof is omitted. Further, the rotary adsorption dehumidifying device 3A used in the second embodiment may have the same structure as the rotary nitrogen adsorption device 2 used in the first embodiment. However, as a matter of course, in the case of the rotary adsorption dehumidifier 3A, a moisture absorbing adsorbent 38 is disposed inside the cylindrical container 34 instead of the nitrogen absorbing adsorbent 37. Other than that, it is the same as the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 used in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The purge mechanism between the rotating part and the fixed part of the cylindrical container 34 may be performed in the same manner as the rotary nitrogen adsorption device 2 used in the first embodiment.

このようにして構成される、本発明の第2の実施形態に係る酸素富化空気製造設備1Aを用いて、空気から酸素富化空気を製造する方法を説明する。   A method for producing oxygen-enriched air from air using the oxygen-enriched air production facility 1A according to the second embodiment of the present invention configured as described above will be described.

即ち、図14において、送風機6により回転式吸着除湿装置3Aに空気を供給するとともに、送風機7により回転式吸着除湿装置3Aから空気を吸引し、これにより、回転式吸着除湿装置3Aに供給した空気が、酸素富化用空気供給管10を介して回転式窒素吸着装置2に供給され、且つ、回転式窒素吸着装置2から第1の空気排出本管14を介して排出された空気が、回転式吸着除湿装置3Aを通って排出されるように、空気の流れを形成させる。そして、その状態で、回転式吸着除湿装置3A及び回転式窒素吸着装置2を、軸心35を中心として連続的或いは断続的に回転させる。   That is, in FIG. 14, air is supplied to the rotary adsorption / dehumidification device 3A by the blower 6 and air is sucked from the rotary adsorption / dehumidification device 3A by the blower 7, thereby supplying the air to the rotary adsorption / dehumidification device 3A. Is supplied to the rotary nitrogen adsorption device 2 via the oxygen enrichment air supply pipe 10 and the air discharged from the rotary nitrogen adsorption device 2 via the first air discharge main pipe 14 is rotated. A flow of air is formed so as to be discharged through the type adsorption dehumidifier 3A. In this state, the rotary adsorption / dehumidification device 3 </ b> A and the rotary nitrogen adsorption device 2 are rotated continuously or intermittently about the axis 35.

送風機6から回転式吸着除湿装置3Aに供給された空気は、回転式吸着除湿装置3Aに配置される水分吸収用吸着剤38と接触して水分が除去され、脱水分処理された空気は、酸素富化用空気供給管10、窒素放出用空気供給管11及びパージ用空気供給管12を通って回転式窒素吸着装置2に供給されるとともに、パージ用空気供給管12Aを通って回転式吸着除湿装置3Aに供給される。酸素富化用空気供給管10、窒素放出用空気供給管11、パージ用空気供給管12及びパージ用空気供給管12Aを通る空気の流量を、流量調節弁31、流量調節弁32及び流量調節弁49によって所定の範囲に調整する。この場合、脱水分処理後の空気の露点が−40℃以下となるように、回転式吸着除湿装置3Aを通過する空気の流量・流速を調整することが好ましい。   The air supplied from the blower 6 to the rotary adsorptive dehumidifier 3A comes into contact with the moisture absorbing adsorbent 38 arranged in the rotary adsorptive dehumidifier 3A to remove moisture, and the dehydrated air is used as oxygen. The air is supplied to the rotary nitrogen adsorbing device 2 through the enrichment air supply pipe 10, the nitrogen release air supply pipe 11 and the purge air supply pipe 12, and through the purge air supply pipe 12A. It is supplied to the device 3A. The flow rate of the air passing through the oxygen supply air supply pipe 10, the nitrogen release air supply pipe 11, the purge air supply pipe 12 and the purge air supply pipe 12A is changed to a flow rate adjusting valve 31, a flow rate adjusting valve 32 and a flow rate adjusting valve. 49 to adjust to a predetermined range. In this case, it is preferable to adjust the flow rate / flow velocity of the air passing through the rotary adsorption dehumidifier 3A so that the dew point of the air after the dehydration treatment is −40 ° C. or lower.

ゼオライトからなる、回転式窒素吸着装置2に配置される窒素吸収用吸着剤37は、圧力または温度の差によって窒素吸着量を変更するので、酸素富化用空気供給管10から供給する空気の圧力を、窒素放出用空気供給管11から供給する空気の圧力よりも高くするか、または、酸素富化用空気供給管10から供給する空気の温度を、窒素放出用空気供給管11から供給する空気の温度よりも低くするか、或いは、酸素富化用空気供給管10から供給する空気を、窒素放出用空気供給管11から供給する空気に比べて圧力を高く温度を低くして、その状態の空気を、酸素富化用空気供給管10及び窒素放出用空気供給管11から供給する。   Since the nitrogen absorption adsorbent 37 made of zeolite and disposed in the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 changes the nitrogen adsorption amount depending on the difference in pressure or temperature, the pressure of the air supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10 Is higher than the pressure of the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11 or the temperature of the air supplied from the oxygen enrichment air supply pipe 10 is the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11. The air supplied from the oxygen-enriching air supply pipe 10 is made higher in pressure than the air supplied from the nitrogen-releasing air supply pipe 11, and the temperature is lowered. Air is supplied from an oxygen enrichment air supply pipe 10 and a nitrogen release air supply pipe 11.

両ガスの温度差は0〜400℃であればよい。温度差はなくともよく、上限は吸着剤の耐用度で決まるがほぼ400℃である。尚、より実用的には0〜100℃である。また、両ガスの圧力差は20〜70kPaあれば目的とする酸素富化が効率良く達成できる(個々の圧力条件としては、20kPa時には吸着ガス側は+10kPa、脱着ガス側は−10kPa程度、70kPa時には吸着ガス側は+10kPa、脱着ガス側は−60kPaである)。圧力差が20kPa未満では十分に吸着が進まず、一方、圧力差が70kPa超えでは従来の深冷法と同等の動力となってしまう。一例として酸素濃度30体積%の酸素富化空気を得ようとする場合は、50kPa(例えば、吸着側+10kPa、脱着側−40kPa)でよい。また、温度差と圧力差を同時に使用する場合は、上記条件の範囲内に収める。   The temperature difference of both gases should just be 0-400 degreeC. There may be no temperature difference, and the upper limit is approximately 400 ° C. although it is determined by the durability of the adsorbent. In addition, it is 0-100 degreeC more practically. In addition, if the pressure difference between the two gases is 20 to 70 kPa, the target oxygen enrichment can be achieved efficiently (as individual pressure conditions, the adsorption gas side is +10 kPa at 20 kPa, the desorption gas side is about -10 kPa, and the pressure difference is 70 kPa. The adsorption gas side is +10 kPa, and the desorption gas side is −60 kPa). If the pressure difference is less than 20 kPa, the adsorption does not proceed sufficiently. On the other hand, if the pressure difference exceeds 70 kPa, the power becomes equivalent to that of the conventional deep cooling method. As an example, in the case of obtaining oxygen-enriched air having an oxygen concentration of 30% by volume, 50 kPa (for example, adsorption side +10 kPa, desorption side −40 kPa) may be used. Moreover, when using a temperature difference and a pressure difference simultaneously, it will be settled in the range of the said conditions.

供給する空気の圧力調整は、例えば、送風機6と送風機7との吐出圧力の調整などによって行うことができ、供給する空気の温度調整は、酸素富化用空気供給管10にヒーター(図示せず)を設置する或いは窒素放出用空気供給管11に冷却器(図示せず)を設置することなどによって行うことができる。   The pressure of the supplied air can be adjusted, for example, by adjusting the discharge pressure of the blower 6 and the blower 7, and the temperature of the supplied air is adjusted by a heater (not shown) in the oxygen-enriched air supply pipe 10. ) Or by installing a cooler (not shown) in the nitrogen supply air supply pipe 11.

酸素富化用空気供給管10及び窒素放出用空気供給管11から回転式窒素吸着装置2に供給された空気は、それぞれ窒素吸収用吸着剤37と接触する。ここで、酸素富化用空気供給管10から供給された空気は、窒素放出用空気供給管11から供給された空気に比較して圧力が高い、または温度が低い、或いは圧力が高く温度が低いので、ゼオライトからなる窒素吸収用吸着剤37によって窒素が吸着され、窒素が減少して、酸素富化が行われる。   The air supplied to the rotary nitrogen adsorption device 2 from the oxygen enrichment air supply pipe 10 and the nitrogen release air supply pipe 11 is in contact with the nitrogen absorption adsorbent 37. Here, the air supplied from the oxygen enrichment air supply pipe 10 has a higher pressure or a lower temperature than the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11, or a higher pressure and a lower temperature. Therefore, nitrogen is adsorbed by the nitrogen absorbing adsorbent 37 made of zeolite, the nitrogen is reduced, and oxygen enrichment is performed.

一方、窒素放出用空気供給管11から供給された空気は、酸素富化用空気供給管10から供給された空気に比較して圧力が低い、または温度が高い、或いは圧力が低く温度が高いので、この空気と接触することによってゼオライトからなる窒素吸収用吸着剤37の窒素吸着量が低下し、窒素吸着量の差分の窒素が窒素放出用空気供給管11から供給された空気に放出される。これにより、窒素放出用空気供給管11から供給された空気の窒素濃度が増加する。このようにすることで、窒素吸収用吸着剤37は窒素吸着量が飽和状態のままで留まることはなく、連続して窒素の吸着・放出を遂行する。酸素富化用空気供給管10から供給され、酸素富化された空気は、酸素富化空気排出管13を介してガスタンク、ガスホルダーなどに回収される。   On the other hand, the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11 has a lower pressure or a higher temperature than the air supplied from the oxygen enrichment air supply pipe 10, or a lower pressure and a higher temperature. The nitrogen adsorption amount of the nitrogen absorbing adsorbent 37 made of zeolite is lowered by contacting with the air, and the difference in nitrogen adsorption amount is released to the air supplied from the nitrogen releasing air supply pipe 11. Thereby, the nitrogen concentration of the air supplied from the nitrogen supply air supply pipe 11 increases. In this way, the nitrogen absorbing adsorbent 37 does not stay in a saturated nitrogen adsorption amount, and continuously performs nitrogen adsorption / release. The oxygen-enriched air supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10 is collected in a gas tank, a gas holder or the like via the oxygen-enriched air discharge pipe 13.

一方、窒素富化処理の施された空気は、第1の空気排出本管14を通って回転式吸着除湿装置3Aに導入され、回転式吸着除湿装置3Aに配置された水分吸収用吸着剤38と接触する。第1の空気排出本管14から排出される空気は、窒素濃度は高いものの、回転式吸着除湿装置3Aの水分吸収用吸着剤38によって既に水分が除去された乾燥状態の空気であるので、水分吸収用吸着剤38に吸着した水分は、第1の空気排出本管14から導入される空気に放出され、この空気の水分濃度は上昇する。かくして、回転式吸着除湿装置3Aの水分吸収用吸着剤38は、水分吸着量が飽和状態のまま留まることはなく再生され、連続して水分の吸着・放出を遂行する。   On the other hand, the air that has been subjected to the nitrogen enrichment process is introduced into the rotary adsorption / dehumidification device 3A through the first air discharge main pipe 14, and the moisture absorbing adsorbent 38 disposed in the rotary adsorption / dehumidification device 3A. Contact with. The air discharged from the first air discharge main pipe 14 is a dry air whose moisture concentration has already been removed by the moisture absorbing adsorbent 38 of the rotary adsorption dehumidifier 3A, although the nitrogen concentration is high. The moisture adsorbed on the absorbent adsorbent 38 is released to the air introduced from the first air discharge main pipe 14, and the moisture concentration of this air increases. Thus, the moisture absorption adsorbent 38 of the rotary adsorption / dehumidification device 3A is regenerated without the moisture adsorption amount remaining saturated, and continuously performs adsorption / release of moisture.

回転式窒素吸着装置2の円筒型容器34の回転数は、酸素富化用空気供給管10から供給する空気量、窒素放出用空気供給管11から供給される空気との圧力差または温度差、酸素富化空気製造設備1Aの構成、窒素吸収用吸着剤37の設置条件などに基づき、回転数を変更したときの回転式窒素吸着装置2の出口における流量及び酸素濃度を計算し、算出される流量及び酸素濃度が目標とする流量及び酸素濃度以上となる条件に設定するものとする。   The rotational speed of the cylindrical container 34 of the rotary nitrogen adsorption device 2 is such that the amount of air supplied from the oxygen-enriched air supply pipe 10, the pressure difference or temperature difference from the air supplied from the nitrogen release air supply pipe 11, Based on the configuration of the oxygen-enriched air production facility 1A, the installation conditions of the nitrogen absorbing adsorbent 37, and the like, the flow rate and oxygen concentration at the outlet of the rotary nitrogen adsorbing device 2 when the rotational speed is changed are calculated and calculated. It is assumed that the flow rate and oxygen concentration are set to conditions that are equal to or higher than the target flow rate and oxygen concentration.

回転式吸着除湿装置3Aの回転数も、回転式窒素吸着装置2の円筒型容器34の回転数と同様に、第1の空気供給本管8から供給する空気の流量及び露点、第1の空気排出本管14から供給される空気の流量及び露点、酸素富化空気製造設備1Aの構成、水分吸収用吸着剤38の設置条件などに基づき、回転数を変更したときの回転式吸着除湿装置3Aの出口における流量及び水分濃度を計算し、算出される流量及び水分濃度が目標とする流量及び水分濃度以下となる条件に設定するものとする。   The rotational speed of the rotary adsorption dehumidifying device 3A is the same as the rotational speed of the cylindrical container 34 of the rotary nitrogen adsorption device 2, and the flow rate and dew point of the air supplied from the first air supply main pipe 8, the first air Rotary adsorption dehumidifier 3A when the number of rotations is changed based on the flow rate and dew point of the air supplied from the exhaust main pipe 14, the configuration of the oxygen-enriched air production facility 1A, the installation conditions of the moisture absorbing adsorbent 38, etc. The flow rate and water concentration at the outlet of the water are calculated, and the calculated flow rate and water concentration are set to conditions that are equal to or less than the target flow rate and water concentration.

このように、本実施形態に係る酸素富化空気製造設備1Aによれば、回転式吸着除湿装置3Aと回転式窒素吸着装置2とを備えていて、先ず、回転式吸着除湿装置3Aにて空気に対して脱水分処理を施し、次いで、脱水分処理の施された乾燥状態の空気を回転式窒素吸着装置2に導入するので、回転式窒素吸着装置2の窒素吸収用吸着剤37は水分の影響を受けることなく、供給される空気から窒素を吸着し、酸素富化空気を安定して製造することが実現される。そして、回転式吸着除湿装置3Aで脱水分処理された空気の一部を、回転式窒素吸着装置2の窒素吸収用吸着剤37からの窒素放出用ガスとして使用する場合には、窒素吸収用吸着剤37に吸着した窒素は窒素放出用ガスに放出され、窒素吸収用吸着剤37の窒素吸着量は飽和にならず、酸素富化空気を長期間にわたって連続的に製造することが可能となる。更に、回転式窒素吸着装置2で窒素富化処理された空気を回転式吸着除湿装置3Aの水分吸収用吸着剤38からの水分放出用ガスとして使用する場合には、水分吸収用吸着剤38に吸着した水分は水分放出用ガスに放出され、水分吸収用吸着剤38の水分吸着量は飽和にならず、長期間にわたって連続的に脱水分処理することが可能となる。   As described above, according to the oxygen-enriched air production facility 1A according to the present embodiment, the rotary adsorption / dehumidification device 3A and the rotary nitrogen adsorption device 2 are provided. Then, the dehydrated portion treated air is introduced into the rotary nitrogen adsorbing device 2, so that the nitrogen absorbing adsorbent 37 of the rotary nitrogen adsorbing device 2 Without being affected, it is possible to stably produce oxygen-enriched air by adsorbing nitrogen from supplied air. When a part of the air dehydrated by the rotary adsorption / dehumidification device 3A is used as a nitrogen release gas from the nitrogen absorption adsorbent 37 of the rotary nitrogen adsorption device 2, the nitrogen absorption adsorption is performed. The nitrogen adsorbed on the agent 37 is released into the nitrogen releasing gas, and the nitrogen adsorption amount of the nitrogen absorbing adsorbent 37 is not saturated, and oxygen-enriched air can be continuously produced over a long period of time. Further, when the air enriched with nitrogen in the rotary nitrogen adsorption device 2 is used as a moisture release gas from the moisture absorption adsorbent 38 of the rotary adsorption dehumidifier 3A, the moisture absorption adsorbent 38 is used. The adsorbed moisture is released to the moisture-releasing gas, and the moisture adsorption amount of the moisture-absorbing adsorbent 38 is not saturated, and it becomes possible to continuously perform dehydration treatment over a long period of time.

また、本発明に係る酸素富化空気製造設備1Aでは、回転式窒素吸着装置2を用いているので、窒素吸着装置が固定式の場合に比較して、窒素吸着装置の設置数が少なくなるのみならず、それによる各種配管及び切り替え弁の設置数も少なくなり、設備コストを大幅に削減することが可能となる。また、窒素吸着装置を切り替えることなく酸素富化空気の連続製造が可能となり、作業の煩雑性が解消される。また更に、本実施形態に係る酸素富化空気製造設備1Aでは、回転式吸着除湿装置3Aを用いているので、吸着除湿装置が固定式の場合に比較して、吸着除湿装置の設置数が少なくなるのみならず、それによる各種配管及び切り替え弁の設置数も少なくなり、第1の実施形態の場合よりも更に設備コストを削減することが可能となる。   Further, in the oxygen-enriched air production facility 1A according to the present invention, since the rotary nitrogen adsorption device 2 is used, the number of installed nitrogen adsorption devices is reduced as compared with the case where the nitrogen adsorption device is fixed. As a result, the number of various pipes and changeover valves installed is reduced, and the equipment cost can be greatly reduced. Further, it is possible to continuously produce oxygen-enriched air without switching the nitrogen adsorbing device, and work complexity is eliminated. Furthermore, in the oxygen-enriched air production facility 1A according to this embodiment, since the rotary adsorption dehumidifier 3A is used, the number of installed adsorption dehumidifiers is smaller than when the adsorption dehumidifier is fixed. In addition to this, the number of various pipes and changeover valves installed thereby is reduced, and the equipment cost can be further reduced as compared with the case of the first embodiment.

尚、本発明は上記説明の範囲に限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では、回転式窒素吸着装置2には窒素吸収用吸着剤37のみが配置されているが、回転式窒素吸着装置2にも水分吸収用吸着剤38を配置してもよい。回転式窒素吸着装置2には乾燥した空気を供給するので、回転式窒素吸着装置2の窒素吸収用吸着剤37は水分の影響を基本的には受けないが、供給される空気の露点が低ければ低いほど窒素の吸着効率が良く、従って、回転式窒素吸着装置2に設置される窒素吸収用吸着剤37を挟んでその両側、またはどちらか一方に、水分吸収用吸着剤38を設置することが好ましい。設置した水分吸収用吸着剤38によって水分が除去され、窒素吸収用吸着剤37には、乾燥した空気が供給される。また、何らかの理由により、円筒型容器34の端部と、第1の接続管体39或いは第2の接続管体40などとの摺動面から大気が混入した場合には、窒素吸収用吸着剤37は大気からの水分の影響を受け、窒素の吸着能が劣化するが、回転式窒素吸着装置2に設置される窒素吸収用吸着剤37を挟んでその両側、またはどちらか一方に、水分吸収用吸着剤38を設置することによって、これを防止することができる。   In addition, this invention is not limited to the range of the said description, A various change is possible. For example, in the above description, only the nitrogen absorbing adsorbent 37 is disposed in the rotary nitrogen adsorbing device 2, but the moisture absorbing adsorbent 38 may also be disposed in the rotary nitrogen adsorbing device 2. Since dry air is supplied to the rotary nitrogen adsorption device 2, the nitrogen absorbing adsorbent 37 of the rotary nitrogen adsorption device 2 is basically not affected by moisture, but the dew point of the supplied air is low. The lower the nitrogen adsorption efficiency is, the lower the nitrogen adsorption adsorbent 37 installed in the rotary nitrogen adsorption apparatus 2 is. Is preferred. Moisture is removed by the installed water-absorbing adsorbent 38, and dry air is supplied to the nitrogen-absorbing adsorbent 37. In addition, if for some reason air enters from the sliding surface between the end of the cylindrical container 34 and the first connection tube 39 or the second connection tube 40, the adsorbent for nitrogen absorption No. 37 is affected by moisture from the atmosphere, and the nitrogen adsorption capacity deteriorates. However, moisture absorption is performed on both sides or either side of the nitrogen absorption adsorbent 37 installed in the rotary nitrogen adsorption apparatus 2. This can be prevented by installing the adsorbent 38 for use.

この場合、回転式窒素吸着装置2に酸素富化用の空気と窒素放出用の空気とを逆方向から供給する場合には、窒素吸収用吸着剤37の両側に水分吸収用吸着剤38を設置することが好ましい。両側に設置することにより、窒素吸収用吸着剤37には乾燥した空気が常に供給されるのみならず、例えば、仮に酸素富化用空気供給管10からの空気に混入した大気によって酸素富化用空気供給管10の側に配置した水分吸収用吸着剤38が水分を吸収しても、この水分吸収用吸着剤38は、その後、窒素放出用空気供給管11から供給される乾燥した空気と接触するので、水分吸収用吸着剤38に吸着した水分は、窒素放出用空気供給管11から供給される乾燥した空気に放出され、水分吸収用吸着剤38が自ずと再生されるからである。回転式窒素吸着装置2に同一方向から空気を供給する場合には、窒素吸収用吸着剤37の流路の上流側に水分吸収用吸着剤38を配置すればよい。   In this case, when supplying oxygen-enriched air and nitrogen-releasing air to the rotary nitrogen adsorbing device 2 from opposite directions, water-absorbing adsorbents 38 are installed on both sides of the nitrogen-absorbing adsorbent 37. It is preferable to do. By installing on both sides, not only dry air is always supplied to the nitrogen absorbing adsorbent 37, but also, for example, for oxygen enrichment by the atmosphere mixed into the air from the oxygen enrichment air supply pipe 10. Even if the moisture absorbing adsorbent 38 disposed on the side of the air supply pipe 10 absorbs moisture, the moisture absorbing adsorbent 38 then contacts dry air supplied from the nitrogen releasing air supply pipe 11. Therefore, the moisture adsorbed on the moisture absorbing adsorbent 38 is released into the dry air supplied from the nitrogen releasing air supply pipe 11, and the moisture absorbing adsorbent 38 is naturally regenerated. When air is supplied to the rotary nitrogen adsorption device 2 from the same direction, the moisture absorbing adsorbent 38 may be disposed upstream of the flow path of the nitrogen absorbing adsorbent 37.

また、上記説明では分離板41によって第1の接続管体39及び第2の接続管体40を二分割しているが、本発明においては、第1の接続管体39及び第2の接続管体40の内部を少なくとも二分割すればよく、何らかの目的に対応するべく分離板41の形状を変え、三分割以上としても構わない。   In the above description, the first connecting tube 39 and the second connecting tube 40 are divided into two by the separation plate 41. However, in the present invention, the first connecting tube 39 and the second connecting tube are divided. What is necessary is just to divide the inside of the body 40 into at least two parts, and the shape of the separating plate 41 may be changed to correspond to some purpose, and it may be divided into three or more parts.

図8に示す回転式窒素吸着装置を備えた、図5に示す酸素富化空気製造設備を用いて、高炉の羽口から吹き込む酸素富化空気を製造した。回転式窒素吸着装置の円筒型容器は、直径8.6m、長さ8.6mであり、ここでは、回転式窒素吸着装置の回転数を1分間あたり0.5回とし、酸素富化させる空気の圧力を大気に対して+10kPaとし、これとは反対向きに供給する窒素放出用の空気の圧力を大気に対して−30kPaとして、酸素富化空気を製造した。図15にそのフロー図を示す。図15において、符号2は回転式窒素吸着装置、3及び4は吸着除湿装置、6及び7は送風機、51は高炉、52は高炉送風機である。   Oxygen-enriched air blown from the tuyere of the blast furnace was produced using the oxygen-enriched air production facility shown in FIG. 5 equipped with the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG. The cylindrical container of the rotary nitrogen adsorption apparatus has a diameter of 8.6 m and a length of 8.6 m. Here, the rotation speed of the rotary nitrogen adsorption apparatus is 0.5 times per minute, and oxygen-enriched air is used. The oxygen-enriched air was produced at a pressure of +10 kPa relative to the atmosphere, and a pressure of nitrogen releasing air supplied in the opposite direction to −30 kPa relative to the atmosphere. FIG. 15 shows the flowchart. In FIG. 15, reference numeral 2 is a rotary nitrogen adsorption device, 3 and 4 are adsorption dehumidification devices, 6 and 7 are blowers, 51 is a blast furnace, and 52 is a blast furnace blower.

図15に示すように、酸素富化空気製造設備へ供給した空気は酸素富化され、酸素富化空気製造設備の出口では30体積%の酸素濃度の酸素富化空気が得られた。一方、窒素富化処理された空気の酸素濃度は7体積%まで低下した。   As shown in FIG. 15, the air supplied to the oxygen-enriched air production facility was enriched with oxygen, and oxygen-enriched air having an oxygen concentration of 30% by volume was obtained at the outlet of the oxygen-enriched air production facility. On the other hand, the oxygen concentration of the nitrogen-enriched air decreased to 7% by volume.

得られた酸素濃度が30体積%の酸素富化空気を通常の空気で希釈して酸素濃度が23.5体積%の酸素富化空気とし、これを476000Nm3/hの流量で高炉に吹き込んだ。この場合に必要とする動力は約41.8MWであった。 The obtained oxygen-enriched air having an oxygen concentration of 30% by volume was diluted with normal air to obtain oxygen-enriched air having an oxygen concentration of 23.5% by volume, and this was blown into the blast furnace at a flow rate of 476000 Nm 3 / h. . The power required in this case was about 41.8 MW.

比較のために、従来の、深冷分離装置を用いて酸素富化空気を製造する操業も実施した。図16に、深冷分離装置を用いて製造した酸素富化空気を高炉羽口に吹き込むときのフロー図を示す。図16において、符号51は高炉、52は高炉送風機、53は深冷分離装置、54及び55は送風機である。   For comparison, an operation for producing oxygen-enriched air using a conventional cryogenic separator was also carried out. FIG. 16 shows a flow chart when oxygen-enriched air produced using a cryogenic separator is blown into the blast furnace tuyere. In FIG. 16, reference numeral 51 is a blast furnace, 52 is a blast furnace blower, 53 is a cryogenic separator, and 54 and 55 are blowers.

図16に示すように、深冷分離装置によりほぼ酸素濃度が100体積%の純酸素を製造し、これを通常の空気で希釈して酸素濃度が23.5体積%の酸素富化空気とし、これを476000Nm3/hの流量で高炉に吹き込んだ。この場合に必要とする動力は約46.4MWであった。 As shown in FIG. 16, pure oxygen having an oxygen concentration of approximately 100% by volume is produced by a cryogenic separator, and this is diluted with normal air to obtain oxygen-enriched air having an oxygen concentration of 23.5% by volume, This was blown into the blast furnace at a flow rate of 476000 Nm 3 / h. The power required in this case was about 46.4 MW.

また、特許文献1に開示する技術のように除湿操作を行わなければ、略1ヶ月以内で所定の出口酸素濃度が達成できなくなり、吸着剤を交換しなければならない。   If the dehumidifying operation is not performed as in the technique disclosed in Patent Document 1, the predetermined outlet oxygen concentration cannot be achieved within approximately one month, and the adsorbent must be replaced.

それに対して本発明によれば、除湿操作されているので半永久的(1年以上)に所定の出口酸素濃度性能が確保できるので、吸着剤を交換する必要がなく吸着剤のコストダウンができるとともに交換のために高炉などの操業中断などしなくともよいので操業を阻害することはない。   On the other hand, according to the present invention, since the dehumidifying operation is performed, the predetermined outlet oxygen concentration performance can be ensured semipermanently (one year or more). Since it is not necessary to interrupt the operation of the blast furnace or the like for replacement, the operation is not hindered.

以上のように、本発明によれば、従来技術に対し酸素富化空気を長期間にわたって連続的に製造することが可能となる。   As described above, according to the present invention, oxygen-enriched air can be continuously produced over a long period of time with respect to the prior art.

ゼオライトの窒素吸着量と圧力との関係を定性的に示す図である。It is a figure which shows qualitatively the relationship between the nitrogen adsorption amount of zeolite, and a pressure. ゼオライトの窒素吸着量と圧力及び温度との関係を定性的に示す図である。It is a figure which shows qualitatively the relationship between the nitrogen adsorption amount of zeolite, pressure, and temperature. 空気の露点を変更して水分と窒素の吸着量を比較した結果である。It is the result of changing the dew point of air and comparing the amount of adsorption of moisture and nitrogen. ゼオライトの窒素吸着能に及ぼす空気の露点の影響を調査した結果である。It is the result of investigating the influence of the dew point of air on the nitrogen adsorption capacity of zeolite. 本発明に係る酸素富化空気製造設備の第1の実施形態の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of 1st Embodiment of the oxygen enriched air manufacturing equipment which concerns on this invention. 図5に示す回転式窒素吸着装置の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG. 図6に示す回転式窒素吸着装置の部分断面概略図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional schematic view of the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG. 6. 図5に示す回転式窒素吸着装置の他の例の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the other example of the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG. 図8に示す回転式窒素吸着装置の部分断面概略図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional schematic view of the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG. 8. 図6及び図8に示す回転式窒素吸着装置の端部の概略図であり、(A)は概略斜視図、(B)は回転式窒素吸着装置の軸心方向から見た概略図である。It is the schematic of the edge part of the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG.6 and FIG.8, (A) is a schematic perspective view, (B) is the schematic seen from the axial center direction of the rotary nitrogen adsorption apparatus. 図6及び図8に示す回転式窒素吸着装置の内部構造の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the internal structure of the rotary nitrogen adsorption | suction apparatus shown in FIG.6 and FIG.8. 図6に示す回転式窒素吸着装置において、円筒型容器の端部と第1の接続管体のフランジ部との間のガスパージの例を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic view showing an example of gas purge between the end portion of the cylindrical container and the flange portion of the first connecting pipe in the rotary nitrogen adsorption apparatus shown in FIG. 6. 深冷分離装置と本発明との動力差を、酸素富化空気の酸素濃度別に示す図である。It is a figure which shows the power difference of a cryogenic separation apparatus and this invention according to oxygen concentration of oxygen enriched air. 本発明に係る酸素富化空気製造設備の第2の実施形態の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of 2nd Embodiment of the oxygen enriched air manufacturing equipment which concerns on this invention. 本発明の酸素富化空気製造設備を用いて製造した酸素富化空気を高炉羽口から吹き込むときのフロー図である。It is a flowchart when oxygen-enriched air produced using the oxygen-enriched air production facility of the present invention is blown from a blast furnace tuyere. 従来の深冷分離装置を用いて製造した酸素富化空気を高炉羽口から吹き込むときのフロー図である。It is a flowchart when blowing in oxygen-enriched air produced using a conventional cryogenic separator from a blast furnace tuyere.

符号の説明Explanation of symbols

1 酸素富化空気製造設備
1A 酸素富化空気製造設備
2 回転式窒素吸着装置
3 吸着除湿装置
3A 回転式吸着除湿装置
4 吸着除湿装置
5 吸着除湿装置
6 送風機
7 送風機
8 第1の空気供給本管
9 第2の空気供給本管
10 酸素富化用空気供給管
11 窒素放出用空気供給管
12 パージ用空気供給管
12A パージ用空気供給管
13 酸素富化空気排出管
14 第1の空気排出本管
15 第2の空気排出本管
34 円筒型容器
35 軸心
36 仕切板
37 窒素吸収用吸着剤
38 水分吸収用吸着剤
39 第1の接続管体
40 第2の接続管体
41 分離板
42 シール板
42A シール用固定板
43 ハニカム構造体
44 パージ部材
45 第1の接続管部
46 第2の接続管部
47 第3の接続管部
48 第4の接続管部
51 高炉
52 高炉送風機
53 深冷分離装置
54 送風機
55 送風機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen-enriched air production facility 1A Oxygen-enriched air production facility 2 Rotary nitrogen adsorption device 3 Adsorption dehumidification device 3A Rotary adsorption dehumidification device 4 Adsorption dehumidification device 5 Adsorption dehumidification device 6 Blower 7 Blower 8 First air supply main pipe 9 Second air supply main pipe 10 Oxygen-enriched air supply pipe 11 Nitrogen release air supply pipe 12 Purge air supply pipe 12A Purge air supply pipe 13 Oxygen-enriched air discharge pipe 14 First air discharge main pipe DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 2nd air exhaust main pipe 34 Cylindrical container 35 Axis center 36 Partition plate 37 Adsorbent for nitrogen absorption 38 Adsorbent for moisture absorption 39 1st connection pipe body 40 2nd connection pipe body 41 Separation plate 42 Seal plate 42A Sealing plate 43 Honeycomb structure 44 Purge member 45 First connection pipe part 46 Second connection pipe part 47 Third connection pipe part 48 Fourth connection pipe part 51 Blast furnace 52 Blast furnace feed Machine 53 cryogenic separation device 54 blower 55 blower

Claims (11)

水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備であって、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気が、前記回転式窒素吸着装置に供給され、該回転式窒素吸着装置で酸素富化されることを特徴とする、酸素富化空気の製造設備。   An oxygen-enriched air production facility comprising an adsorption dehumidifying device in which a moisture absorbing adsorbent is disposed and a rotary nitrogen adsorption device in which a nitrogen absorbing adsorbent is disposed. A facility for producing oxygen-enriched air, wherein the air that has been subjected to the minute treatment is supplied to the rotary nitrogen adsorption device and is enriched with oxygen by the rotary nitrogen adsorption device. 前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部が、前記回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして前記回転式窒素吸着装置に供給されることを特徴とする、請求項1に記載の酸素富化空気の製造設備。   Part of the air dehydrated by the adsorption dehumidifier is supplied to the rotary nitrogen adsorber as a nitrogen release gas from the nitrogen absorbing adsorbent of the rotary nitrogen adsorber. The equipment for producing oxygen-enriched air according to claim 1. 前記窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして用いられた空気が、更に、前記吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤からの水分放出用ガスとして前記吸着除湿装置に供給されることを特徴とする、請求項2に記載の酸素富化空気の製造設備。   The air used as a nitrogen releasing gas from the nitrogen absorbing adsorbent is further supplied to the adsorption dehumidifying device as a moisture releasing gas from the moisture absorbing adsorbent of the adsorption dehumidifying device. The equipment for producing oxygen-enriched air according to claim 2. 湿潤状態の大気の前記回転式窒素吸着装置への流入を防止するために、前記回転式窒素吸着装置の回転部と固定部との間に、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部がパージ用ガスとして供給されることを特徴とする、請求項1ないし請求項3の何れか1つに記載の酸素富化空気の製造設備。   In order to prevent the wet atmosphere from flowing into the rotary nitrogen adsorption device, a portion of the air dehydrated by the adsorption dehumidification device is interposed between the rotating portion and the fixed portion of the rotary nitrogen adsorption device. The apparatus for producing oxygen-enriched air according to any one of claims 1 to 3, wherein the section is supplied as a purge gas. 前記回転式窒素吸着装置は、その回転軸を鉛直方向として回転することを特徴とする、請求項1ないし請求項4の何れか1つに記載の酸素富化空気の製造設備。   The oxygen-enriched air production facility according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotary nitrogen adsorption device rotates with its rotation axis as a vertical direction. 水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、ガスの流路方向に沿って複数の領域に仕切られ、仕切られた各領域に圧力の増加に伴って窒素吸着量を増加させる窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備を用い、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気を前記回転式窒素吸着装置の一方の流路に供給する際にその圧力を他方の流路を通る空気の圧力よりも相対的に高くし、この2種類の空気を回転している回転式窒素吸着装置に別々に供給してそれぞれ窒素吸収用吸着剤と接触させ、相対的に圧力を高くした空気に対して脱窒素処理を施し、相対的に圧力を低くした空気に対して窒素富化処理を施し、相対的に圧力を高くした空気の酸素富化を行うことを特徴とする、酸素富化空気の製造方法。   Adsorption dehumidifier with moisture absorption adsorbent, and nitrogen absorption that is divided into multiple areas along the gas flow path direction and increases the amount of nitrogen adsorption with increasing pressure in each partitioned area Using an oxygen-enriched air production facility equipped with a rotary nitrogen adsorption device in which an adsorbent is disposed, air dehydrated by the adsorption dehumidification device is supplied to one channel of the rotary nitrogen adsorption device. When supplying, the pressure is made relatively higher than the pressure of the air passing through the other flow path, and these two types of air are separately supplied to the rotating rotary nitrogen adsorption device, and each is adsorbed for nitrogen absorption. Oxygen in the air that has been brought into contact with the agent and subjected to denitrification treatment on the air at a relatively high pressure, and nitrogen enrichment treatment on the air at a relatively low pressure, and at a relatively high pressure. A method for producing oxygen-enriched air characterized by enrichment . 水分吸収用吸着剤が配置された吸着除湿装置と、ガスの流路方向に沿って複数の領域に仕切られ、仕切られた各領域に温度の低下に伴って窒素吸着量を増加させる窒素吸収用吸着剤が配置された回転式窒素吸着装置と、を備えた酸素富化空気の製造設備を用い、前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気を前記回転式窒素吸着装置の一方の流路に供給する際にその温度を他方の流路を通る空気の温度よりも相対的に低くし、この2種類の空気を回転している回転式窒素吸着装置に別々に供給してそれぞれ窒素吸収用吸着剤と接触させ、相対的に温度を低くした空気に対して脱窒素処理を施し、相対的に温度を高くした空気に対して窒素富化処理を施し、相対的に温度を低くした空気の酸素富化を行うことを特徴とする、酸素富化空気の製造方法。   Adsorption dehumidifier with moisture absorption adsorbent, and nitrogen absorption that is divided into multiple areas along the gas flow path direction and increases the nitrogen adsorption amount as the temperature decreases in each partitioned area Using an oxygen-enriched air production facility equipped with a rotary nitrogen adsorption device in which an adsorbent is disposed, air dehydrated by the adsorption dehumidification device is supplied to one flow path of the rotary nitrogen adsorption device. When supplying, the temperature is relatively lower than the temperature of the air passing through the other flow path, and these two types of air are separately supplied to the rotating rotary nitrogen adsorption device, and each is adsorbed for nitrogen absorption. Oxygen in air that has been brought into contact with the agent, subjected to denitrification treatment for air at a relatively low temperature, and subjected to nitrogen enrichment treatment for air at a relatively high temperature, and at a relatively low temperature A method for producing oxygen-enriched air characterized by enrichment . 前記吸着除湿装置で脱水分処理された空気の一部が、前記回転式窒素吸着装置の窒素吸収用吸着剤からの窒素放出用ガスとして前記回転式窒素吸着装置に供給されることを特徴とする、請求項6または7に記載の酸素富化空気の製造方法。   Part of the air dehydrated by the adsorption dehumidifier is supplied to the rotary nitrogen adsorber as a nitrogen release gas from the nitrogen absorbing adsorbent of the rotary nitrogen adsorber. The method for producing oxygen-enriched air according to claim 6 or 7. 前記窒素富化処理の施された空気を、前記吸着除湿装置の水分吸収用吸着剤からの水分放出用ガスとして使用することを特徴とする、請求項6ないし請求項8の何れか1つに記載の酸素富化空気の製造方法。   9. The air according to any one of claims 6 to 8, wherein the nitrogen-enriched air is used as a moisture release gas from a moisture absorbing adsorbent of the adsorption dehumidifier. A method for producing the oxygen-enriched air as described. 前記吸着除湿装置を2基以上配置し、それぞれの吸着除湿装置では、水分吸収用吸着剤による空気の脱水分処理と、水分吸収用吸着剤からの水分放出とを交互に繰り返して行うことを特徴とする、請求項9に記載の酸素富化空気の製造方法。   Two or more adsorption / dehumidification devices are arranged, and each adsorption / dehumidification device alternately performs dehydration treatment of air by the moisture-absorbing adsorbent and moisture release from the moisture-absorbing adsorbent. The method for producing oxygen-enriched air according to claim 9. 前記吸着除湿装置によって脱水分処理が施された空気の露点は、−40℃以下であることを特徴とする、請求項6ないし請求項10の何れか1つに記載の酸素富化空気の製造方法。   11. The production of oxygen-enriched air according to claim 6, wherein a dew point of the air subjected to the dehydration treatment by the adsorption dehumidifying device is −40 ° C. or less. Method.
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