JP2013226507A - 回収ガスの発生流量平準化方法および発生装置 - Google Patents

回収ガスの発生流量平準化方法および発生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】混合ガスから分離した回収成分を高濃度に含む回収ガスを発生させる際に、回収ガスの発生流量を平準化する。
【解決手段】混合ガスに含まれる回収成分に対して吸着選択性を有する吸着剤を収納した吸着塔A、B、Cにおいて、加圧下で混合ガスの一部を吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着された混合ガスの一部を減圧下で吸着剤から脱着させる脱着工程とを交互に繰り返す。脱着ガスを回収ガスとして脱着工程が実行されている吸着塔から流出させる。脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された複数の単位脱着工程として、単位脱着工程を少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行する。同時に実行する単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、吸着塔それぞれにおける脱着開始時点を相異ならせる。単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧する。
【選択図】図1

Description

本発明は、圧力変動吸着法(Pressure Swing Adsorption :PSA法)を利用して混合ガスから分離した二酸化炭素や一酸化炭素等の回収成分を含む回収ガスを発生させる際に、回収ガスの発生流量を平準化する方法と、平準化された流量で回収ガスを発生させる装置に関する。
例えば製鉄所においては、熱風炉ガス、転炉ガス、転炉燃焼ガスのような二酸化炭素を比較的多く含む混合ガスが副生される。そのような二酸化炭素は、地球温暖化問題の主因ガスであることから、燃料消費量ないし二酸化炭素排出量の削減等を目的とする省エネルギー技術と並んで、固定化技術の早期実用化が地球温暖化対策のため望まれている。
また、例えばメタノール、LPG、重油、コークス等の分解ガスや、製鉄所で副生する転炉ガスなどは、一酸化炭素を比較的多く含む混合ガスである。そのような一酸化炭素は、ポリカーボネートや自動車部品(インナーパネル等)用のポリウレタン等の高機能樹脂材料の原料や、酢酸やアルデヒド類などの化成品の原料といった化学品原料として、化学工場で広く有効利用されている。
そこで、混合ガスから一酸化炭素や二酸化炭素等の回収成分を分離して回収するため、圧力変動吸着法が利用されている。すなわち、混合ガスに含まれる回収成分に対して吸着選択性を有する吸着剤を複数の吸着塔に収納し、吸着塔それぞれにおいて、加圧下で混合ガスの一部を吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着された混合ガスの一部を減圧下で吸着剤から脱着させる脱着工程とを繰り返し、脱着工程が実行されている吸着塔から流出する脱着ガスを回収している。その回収ガスは、回収成分を混合ガスよりも高濃度に含んでいる(特許文献1、2参照)。
さらに、吸着工程と脱着工程の間において、吸着塔に脱着ガスを洗浄ガスとして導入することにより、吸着剤に吸着されなかったガスを吸着塔から排出する洗浄工程を実行している。この際、脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程とに2分割し、不純物濃度が低い第2単位脱着工程における脱着ガスを洗浄ガスとして用いることで、回収ガスにおける回収成分の高濃度が図られている(特許文献3参照)。
特公平2−39928号公報 特公昭61−37968号公報 特許第4627571号公報
圧力変動吸着法を利用して混合ガスから二酸化炭素や一酸化炭素等を分離して回収する場合、脱着工程の開始当初は吸着剤に吸着されている回収成分が多いため、脱着工程が実行されている吸着塔から流出する回収ガスの流量は、吸着塔の内圧低下に伴い次第に増加する。しかし、脱着工程が進行して吸着剤に吸着されている回収成分が少なくなると、吸着塔の内圧が低下しても、脱着工程が実行されている吸着塔から流出する回収ガスの流量は次第に減少する。そのため、脱着工程が実行されている吸着塔から流出する回収ガスの流量は、脱着開始時点からの時間経過に伴って増加して最大値に到達した後に減少する。一方、吸着塔から流出する回収ガスを後工程において化学品原料として利用する場合、回収ガスの流量は通常は一定であることが望まれる。
従来技術においては、脱着工程が実行されている吸着塔から流出する回収ガスの流量の最大値と最小値との比が大きいため、回収ガスの供給量と需要量のバランスが崩れ、過不足を生じるという問題がある。また、バッファタンクを用いて回収ガスの供給量と需要量をバランスさせようとした場合、バッファタンクが大型化して大きな設置面積を必要とする。そのため、空間的な制約がある場合には対処できない。さらに、一酸化炭素は有毒であることから、バッファタンクは可及的に小型化することが望まれる。
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するのに適した、回収ガスの発生流量平準化方法および発生装置を提供することを目的とする。
本発明による回収ガスの発生流量平準化方法は、混合ガスに含まれる回収成分に対して吸着選択性を有する吸着剤を、少なくとも3つの吸着塔に収納し、前記吸着塔それぞれにおいて、加圧下で前記混合ガスの一部を前記吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着された前記混合ガスの一部を減圧下で前記吸着剤から脱着させる脱着工程とを交互に繰り返し、前記吸着剤からの脱着ガスを、前記回収成分を前記混合ガスよりも高濃度に含む回収ガスとして、前記脱着工程が実行されている前記吸着塔から流出させる際に、前記脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された複数の単位脱着工程として、前記単位脱着工程を少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行し、同時に実行する前記単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、前記吸着塔それぞれにおける脱着開始時点を相異ならせ、前記単位脱着工程を実行している前記吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧することを特徴とする。
本発明によれば、脱着工程は少なくとも2つの単位脱着工程に分割され、各単位脱着工程において吸着剤からの脱着ガスが発生回収ガスとして吸着塔から流出される。吸着塔の中の何れか1つにおいて単位脱着工程が実行されている時に、少なくとも1つの別の吸着塔において単位脱着工程が同時に実行される。これら同時に実行される単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順は互いに異なる。また、脱着工程が実行されている各吸着塔から流出する回収ガスの個々の流量は、脱着開始時点からの時間経過に伴い増加して最大値に達した後に減少する。よって、脱着開始時点からの実行順が互いに異なる単位脱着工程が同時に実行されている複数の吸着塔それぞれから流出する回収ガスの個々の流量は、互いに異なることになる。さらに、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧することで、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内圧が互いに影響されることはない。これにより、脱着工程が実行されている複数の吸着塔から流出する回収ガスの流量の最大値と最小値との比を、各吸着塔から流出する回収ガスの個々の流量の最大値と最小値との比よりも小さくし、回収ガスの流量を平準化することができる。
本発明においては、回収ガスを連続的に発生する上で、前記単位脱着工程を少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行している間に、残りの少なくとも1つの吸着塔において内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行するのが好ましい。
本発明方法においては、脱着工程の分割数を多くし、同時に実行する単位脱着工程の数を多くする程に、回収ガス流量の平準化の程度を高くできる。一方、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧する場合、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれを個別の真空ポンプ等の減圧装置に接続するのがよい。そのため、脱着工程を細分化するほど減圧装置や配管設備が増加する。そのため、脱着工程の分割数は2〜4とするのが好ましく、これにより本発明方法を実施するための機器の自動制御も容易になる。
脱着工程を2分割する場合、前記吸着塔の数を3とし、前記脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程とに2分割し、前記吸着塔の中の何れか1つにおける前記第1単位脱着工程と、前記吸着塔の中の別の何れか1つにおける前記第2単位脱着工程を、同時に実行し、前記吸着塔の中の何れか2つにおいて前記第1単位脱着工程と前記第2単位脱着工程を実行している間に、前記吸着塔の中の残りの1つにおいて内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行するのが好ましい。
脱着工程を3分割する場合、前記吸着塔の数を4とし、前記脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程と、3番目の第3単位脱着工程とに3分割し、前記吸着塔の中の何れか1つにおける前記第1単位脱着工程と、前記吸着塔の中の別の何れか1つにおける前記第2単位脱着工程と、前記吸着塔の中のさらに別の何れか1つにおける前記第3単位脱着工程を、同時に実行し、前記吸着塔の中の何れか3つにおいて前記第1単位脱着工程と前記第2単位脱着工程と前記第3単位脱着工程を実行している間に、前記吸着塔の中の残りの1つにおいて内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行するのが好ましい。
脱着工程を2分割し、且つ、洗浄工程も実行する場合、前記吸着塔の数を4とし、前記脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程とに2分割し、前記吸着塔の中の何れか1つにおける前記第1単位脱着工程と、前記吸着塔の中の別の何れか1つにおける前記第2単位脱着工程を、同時に実行し、前記吸着塔の中の何れか2つにおいて前記第1単位脱着工程と前記第2単位脱着工程を実行している間に、前記吸着塔の中の残りの2つの中の一方において内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行すると共に、残りの2つの中の他方において前記脱着ガスの一部を洗浄ガスとして導入することにより、前記吸着剤に吸着されなかったガスを流出させる洗浄工程を実行するのが好ましい。
脱着工程を3分割し、且つ、洗浄工程も実行する場合、前記吸着塔の数を5とし、前記脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程と、3番目の第3単位脱着工程とに3分割し、前記吸着塔の中の何れか1つにおける前記第1単位脱着工程と、前記吸着塔の中の別の何れか1つにおける前記第2単位脱着工程と、前記吸着塔の中のさらに別の何れか1つにおける前記第3単位脱着工程を、同時に実行し、前記吸着塔の中の何れか3つにおいて前記第1単位脱着工程と前記第2単位脱着工程と前記第3単位脱着工程を実行している間に、前記吸着塔の中の残りの2つの中の一方において内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行し、残りの2つの中の他方において前記脱着ガスの一部を洗浄ガスとして導入することにより、前記吸着剤に吸着されなかったガスを流出させる洗浄工程を実行するのが好ましい。
本発明において、前記回収成分が二酸化炭素または一酸化炭素であるのが好ましい。
本発明装置は、圧力変動吸着法を利用して混合ガスから分離した回収成分を含む回収ガスを発生させる装置である。本発明装置は、少なくとも3つの吸着塔と、前記回収成分に対し吸着選択性を有すると共に前記吸着塔それぞれに収納される吸着剤と、前記吸着塔の内部を減圧するために用いられる少なくとも2つの減圧装置と、前記吸着塔それぞれに、加圧された前記混合ガスを導く少なくとも3つの混合ガス流路と、前記混合ガス流路それぞれを個別に開閉可能な供給用開閉手段と、前記減圧装置それぞれに、前記吸着塔それぞれから流出する前記回収ガスを導く少なくとも6つの回収ガス流路と、前記回収ガス流路それぞれを個別に開閉可能な回収用開閉手段と、前記吸着剤により吸着されなかったガスを吸着オフガスとして前記吸着塔それぞれから排出する少なくとも3つの吸着オフガス流路と、前記吸着オフガス流路それぞれを個別に開閉可能な排出用開閉手段と、前記吸着塔それぞれにおいて、加圧下で前記混合ガスの一部を前記吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着された前記混合ガスの一部を減圧下で前記吸着剤から脱着させる脱着工程とを交互に繰り返すように、前記供給用開閉手段、前記回収用開閉手段、および前記排出用開閉手段を開閉させる制御装置とを備える。前記制御装置による前記供給用開閉手段、前記回収用開閉手段、および前記排出用開閉手段の開閉順序は、前記脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された複数の単位脱着工程として、前記単位脱着工程が少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行され、且つ、同時に実行する前記単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、前記吸着塔それぞれにおける脱着開始時点が相異なるものとされ、且つ、前記単位脱着工程を実行している前記吸着塔それぞれの内部が、互いに連通することがないように独立して減圧されるように設定され、前記吸着剤からの脱着ガスを、前記回収成分を前記混合ガスよりも高濃度に含む回収ガスとして、前記脱着工程が実行されている前記吸着塔から流出させる。
本発明装置によれば、本発明方法に従って回収ガスを発生させることができる。
本発明装置は、洗浄工程を実行する場合、少なくとも4つの吸着塔と、前記回収成分に対し吸着選択性を有すると共に前記吸着塔それぞれに収納される吸着剤と、前記吸着塔の内部を減圧するために用いられる少なくとも2つの減圧装置と、前記吸着塔それぞれに、加圧された前記混合ガスを導く少なくとも4つの混合ガス流路と、前記混合ガス流路それぞれを個別に開閉可能な供給用開閉手段と、前記減圧装置それぞれに、前記吸着塔それぞれから流出する前記回収ガスを導く少なくとも8つの回収ガス流路と、前記回収ガス流路それぞれを個別に開閉可能な回収用開閉手段と、前記吸着剤により吸着されなかったガスを吸着オフガスとして前記吸着塔それぞれから排出する少なくとも4つの吸着オフガス流路と、前記吸着オフガス流路それぞれを個別に開閉可能な排出用開閉手段と、前記吸着塔から流出する前記吸着剤からの脱着ガスの一部を洗浄ガスとして、前記吸着塔それぞれに還流させる少なくとも4つの洗浄ガス流路と、前記洗浄ガスを前記吸着塔に導入するために加圧する加圧手段と、前記洗浄ガス流路それぞれを個別に開閉可能な洗浄用開閉手段と、前記吸着剤により吸着されなかったガスと前記洗浄ガスの一部とを洗浄オフガスとして、前記吸着塔それぞれから排出する少なくとも4つの洗浄オフガス流路と、前記洗浄オフガス流路それぞれを個別に開閉可能な洗浄オフガス用開閉手段と、前記吸着塔それぞれにおいて、加圧下で前記混合ガスの一部を前記吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着された前記混合ガスの一部を減圧下で前記吸着剤から脱着させる脱着工程とを交互に繰り返すと共に、前記吸着工程と前記脱着工程の間において前記洗浄ガスの導入により前記吸着剤に吸着されなかったガスを流出させる洗浄工程を実行するように、前記供給用開閉手段、前記回収用開閉手段、前記排出用開閉手段、前記洗浄用開閉手段、および前記洗浄オフガス用開閉手段を開閉させる制御装置とを備える。前記制御装置による前記供給用開閉手段、前記回収用開閉手段、前記排出用開閉手段、前記洗浄用開閉手段、および前記洗浄オフガス用開閉手段の開閉順序は、前記脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された複数の単位脱着工程として、前記単位脱着工程が少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行され、且つ、同時に実行する前記単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、前記吸着塔それぞれにおける脱着開始時点が相異なるものとされ、且つ、前記単位脱着工程を実行している前記吸着塔それぞれの内部が、互いに連通することがないように独立して減圧されるように設定され、前記吸着剤からの脱着ガスを、前記回収成分を前記混合ガスよりも高濃度に含む回収ガスとして、前記脱着工程が実行されている前記吸着塔から流出させる。
本発明によれば、圧力変動吸着法を利用して混合ガスから分離した回収成分を高濃度に含む回収ガスを発生させる際に、回収ガスの発生流量を平準化することができ、回収ガスを一定流量で利用する場合に供給量と需要量のバランスが崩れるのを防止し、回収ガスの過不足が生じるのを抑制できる。
本発明の第1実施形態に係る回収ガス発生装置の構成説明図。 本発明の第1実施形態に係る回収ガス発生装置の制御装置の説明図。 本発明の第1実施形態に係る回収ガス発生装置の作用説明図。 本発明の第2実施形態に係る回収ガス発生装置の構成説明図。 本発明の第2実施形態に係る回収ガス発生装置の作用説明図。 本発明の第3実施形態に係る回収ガス発生装置の構成説明図。 本発明の第3実施形態に係る回収ガス発生装置の作用説明図。 本発明の第4実施形態に係る回収ガス発生装置の構成説明図。 本発明の第4実施形態に係る回収ガス発生装置の作用説明図。 第1比較例に係る回収ガス発生装置の構成説明図。 第1比較例に係る回収ガス発生装置の作用説明図。 第2比較例に係る回収ガス発生装置の構成説明図。 第2比較例に係る回収ガス発生装置の作用説明図。
図1に示す本発明の第1実施形態の回収ガス発生装置X1は、圧力変動吸着法を利用して混合ガスから分離した回収成分を含む回収ガスを発生させるもので、第1の吸着塔A、第2の吸着塔B、及び第3の吸着塔Cを備える。各吸着塔A、B、Cに、混合ガスに含まれる回収成分に対し吸着選択性を有する吸着剤が収納される。例えば、二酸化炭素に対して選択吸着性を有するNa- X型ゼオライトを吸着剤として用いることで、高吸着成分となる二酸化炭素を回収成分とすることができる。また一酸化炭素に対しては選択吸着性を有するNa−モルデナイト型ゼオライトを吸着剤として用いることで、高吸着成分となる一酸化炭素を回収成分とすることができる。
各吸着塔A、B、Cは、混合ガスの供給源1に昇圧装置2を介して接続されている。混合ガスとして、例えば製鉄所において副生される転炉ガスのような二酸化炭素を回収成分として含むガスや、メタノール等の分解ガスのような一酸化炭素を回収成分として含むガスが用いられる。混合ガスの供給源1は、例えば混合ガスを充填した容器、転炉ガスの排出設備等とされる。
昇圧装置2は、各吸着塔A、B、Cの内圧増加手段として機能するもので、本実施形態ではコンプレッサーが用いられる。昇圧装置2の入口は、混合ガスの供給源1に接続される。昇圧装置2の出口は、吸着塔Aの一端側のゲート口3aに第1の混合ガス流路4aを介して接続され、吸着塔Bの一端側のゲート口3bに第2の混合ガス流路4bを介して接続され、吸着塔Cの一端側のゲート口3cに第3の混合ガス流路4cを介して接続される。
混合ガス流路4a、4b、4cそれぞれは、供給用開閉手段5により個別に開閉される。本実施形態においては、供給用開閉手段5として混合ガス流路4aを開閉する供給用の第1の開閉弁5aと、混合ガス流路4bを開閉する供給用の第2の開閉弁5bと、混合ガス流路4cを開閉する供給用の第3の開閉弁5cが設けられている。
これにより、吸着塔A、B、Cそれぞれに、加圧された混合ガスを混合ガス流路4a、4b、4cを介して導くことができる。各吸着塔A、B、Cにおいて加圧された混合ガスを導入することで昇圧工程を行い、また、混合ガスの一部を加圧下で吸着剤により吸着する吸着工程を行うことができる。なお、各吸着塔A、B、Cの内圧が昇圧工程により上昇することで、吸着工程が開始される。
吸着工程において吸着剤により吸着されなかったガスは、吸着オフガスとして吸着塔A、B、Cから排出され、吸着オフガス容器6に導入される。すなわち、吸着オフガス容器6が、吸着塔Aの他端側ゲート口7aに第1の吸着オフガス流路8aを介して接続され、吸着塔Bの他端側ゲート口7bに第2の吸着オフガス流路8bを介して接続され、吸着塔Cの他端側ゲート口7cに第3の吸着オフガス流路8cを介して接続される。これにより、吸着オフガスは吸着オフガス流路8a、8b、8cを介して吸着塔A、B、Cから排出される。
吸着オフガス流路8a、8b、8cそれぞれは、排出用開閉手段9によって個別に開閉される。本実施形態においては、排出用開閉手段9として吸着オフガス流路8aを開閉する排出用の第1の開閉弁9aと、吸着オフガス流路8bを開閉する排出用の第2の開閉弁9bと、吸着オフガス流路8cを開閉する排出用の第3の開閉弁9cが設けられている。なお、吸着オフガス容器6内は大気圧とされ、各吸着塔A、B、Cと吸着オフガス容器6との間に、吸着塔A、B、Cでの吸着圧力を調節する圧力調節弁等の圧力調節手段(図示省略)が設けられる。
吸着塔A、B、Cの内部を減圧するため、減圧装置として第1の真空ポンプ10aと第2の真空ポンプ10bが設けられている。
真空ポンプ10aの入口は、吸着塔Aのゲート口3aに第1回収用の第1の回収ガス流路11aを介して混合ガス流路4aと並列に接続され、吸着塔Bのゲート口3bに第1回収用の第2の回収ガス流路11bを介して混合ガス流路4bと並列に接続され、吸着塔Cのゲート口3cに第1回収用の第3の回収ガス流路11cを介して混合ガス流路4cと並列に接続される。
真空ポンプ10bの入口は、吸着塔Aのゲート口3aに第2回収用の第1の回収ガス流路11a′を介して混合ガス流路4a、回収ガス流路11aと並列に接続され、吸着塔Bのゲート口3bに第2回収用の第2の回収ガス流路11b′を介して混合ガス流路4b、回収ガス流路11bと並列に接続され、吸着塔Cのゲート口3cに第2回収用の第3の回収ガス流路11c′を介して混合ガス流路4c、回収ガス流路11cと並列に接続される。
回収ガス流路11a、11b、11c、11a′、11b′、11c′それぞれは、回収用開閉手段12により個別に開閉される。本実施形態においては、回収用開閉手段12として回収ガス流路11aを開閉する第1回収用の第1の開閉弁12aと、回収ガス流路11bを開閉する第1回収用の第2の開閉弁12bと、回収ガス流路11cを開閉する第1回収用の第3の開閉弁12cと、回収ガス流路11a′を開閉する第2回収用の第1の開閉弁12a′と、回収ガス流路11b′を開閉する第2回収用の第2の開閉弁12b′と、回収ガス流路11c′を開閉する第2回収用の第3の開閉弁12c′とが設けられている。
これにより、吸着塔A、B、Cそれぞれを真空ポンプ10a、10bそれぞれにより個別に減圧し、各吸着塔A、B、Cにおいて吸着剤に吸着された混合ガスの一部を、減圧下で吸着剤から脱着させる脱着工程を行うことができる。また、吸着剤からの脱着ガスを、回収成分を混合ガスよりも高濃度に含む回収ガスとして、脱着工程が実行されている吸着塔A、B、Cから流出させ、流出する回収ガスを真空ポンプ10a、10bそれぞれに回収ガス流路11a、11b、11c、11a′、11b′、11c′を介して導くことができる。
真空ポンプ10a、10bそれぞれの出口は、流量計15a、15bを介してバッファタンク16に接続され、バッファタンク16は回収容器17に接続されている。これにより、各吸着塔A、B、Cから流出する回収ガスをバッファタンク16に一時的に収容した後に、バッファタンク16から適宜抽出することで回収容器17に回収することができる。
図2に示すように、開閉弁5a、5b、5c、9a、9b、9c、12a、12b、12c、12a′、12b′、12c′は、自動制御されるように制御装置18に接続される自動弁とされ、制御装置18に記憶されたプログラムに従い予め定められた順序で開閉され、これにより、吸着塔A、B、Cそれぞれにおいて、吸着工程と脱着工程とが交互に繰り返される。
制御装置18による供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、および回収用開閉手段12の開閉順序は、脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された2つの単位脱着工程として、単位脱着工程が何れか2つの吸着塔において同時に実行され、且つ、同時に実行する単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、吸着塔A、B、Cそれぞれにおける脱着開始時点が相異なるものとされ、且つ、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部が、互いに連通することがないように独立して減圧され、且つ、何れか2つの吸着塔において単位脱着工程が実行されている間に、残りの吸着塔において昇圧工程と吸着工程が実行されるように設定される。
本実施形態では、以下の表1に示すように、脱着工程を2分割し、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程とから構成される。そして、吸着塔Bにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Aにおいて昇圧工程と吸着工程を実行し、次に、吸着塔Aにおいて第1単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて第2単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Bにおいて昇圧工程と吸着工程を実行し、次に、吸着塔Aにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Bにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Cにおいて昇圧工程と吸着工程を実行し、これが繰り返される。
Figure 2013226507
詳述すると、吸着塔Aにおいては、開閉弁5a、9aを開き、開閉弁12a、12a′を閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a′を閉じ、開閉弁12aを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5a、9a、12aを閉じ、開閉弁12a′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Bにおいては、開閉弁5b、9bを開き、開閉弁12b、12b′を閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b′を閉じ、開閉弁12bを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5b、9b、12bを閉じ、開閉弁12b′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Cにおいては、開閉弁5c、9cを開き、開閉弁12c、12c′を閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c′を閉じ、開閉弁12cを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5c、9c、12cを閉じ、開閉弁12c′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Aにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Bにおいて昇圧工程が開始されると共に吸着塔Cにおいて第2単位脱着工程が開始され、且つ、吸着塔Bにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて第2単位脱着工程が開始されると共に吸着塔Cにおいて昇圧工程が開始され、且つ、吸着塔Cにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて昇圧工程が開始されると共に吸着塔Bにおいて第2単位脱着工程が開始されるように、供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、および回収用開閉手段12の開閉順序が設定される。なお、回収ガス発生装置X1の運転開始時は吸着塔A、B、Cの何れか1つから順に運転を開始し、運転終了時は吸着塔A、B、Cの何れか1つから順に運転を終了すればよい。
第1実施形態によれば、同時に実行される第1、第2単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順は互いに異なる。また、脱着工程が実行されている各吸着塔A、B、Cから流出する回収ガスの個々の流量は、脱着開始時点からの時間経過に伴い増加して最大値に達した後に減少する。よって、脱着開始時点からの実行順が互いに異なる単位脱着工程が同時に実行されている2つの吸着塔それぞれから流出する回収ガスの個々の流量は、互いに異なることになる。さらに、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧することで、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内圧が互いに影響されることはない。
図3は、第1実施形態における回収ガスの流量と時間との関係を示し、実線は吸着塔Aから流出する回収ガスの流量と時間との関係、一点鎖線は吸着塔Bから流出する回収ガスの流量と時間との関係、二点鎖線は吸着塔Cから流出する回収ガスの流量と時間との関係、破線は、単位脱着工程が同時に実行されている2つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量と時間との関係を示す。図3から明らかなように、吸着塔A、B、Cそれぞれにおける個別の回収ガス流量の変動幅δ1に対し、単位脱着工程が同時に実行されている2つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量の変動幅δ2は小さくなる。すなわち、脱着工程が実行されている2つの吸着塔から流出される回収ガスの流量の最大値と最小値との比は、各吸着塔A、B、Cから流出する回収ガスの個々の流量の最大値と最小値との比よりも小さくなる。このため、回収ガスの流量を平準化し、バッファタンク16を小型化できる。
図4は第2実施形態の回収ガス発生装置X2を示す。以下、第1実施形態との相違を説明し、第1実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略する。
本実施形態の回収ガス発生装置X2は、第1実施形態よりも吸着塔の数を1つ多くして4とするため、第4の吸着塔Dを備える。昇圧装置2の出口は、第1実施形態と同様に吸着塔A、B、Cのゲート口3a、3b、3cに接続されると共に、吸着塔Dの一端側のゲート口3dに第4の混合ガス流路4dを介して接続される。供給用開閉手段5として、混合ガス流路4dを開閉する供給用の第4の開閉弁5dが設けられている。
吸着オフガス容器6は、第1実施形態と同様に吸着塔A、B、Cのゲート口7a、7b、7cに接続されると共に、吸着塔Dの他端側ゲート口7dに第4の吸着オフガス流路8dを介して接続される。排出用開閉手段9として、吸着オフガス流路8dを開閉する排出用の第4の開閉弁9dが設けられる。吸着塔Dと吸着オフガス容器6との間に、吸着塔Dでの吸着圧力を調節する圧力調節手段(図示省略)が設けられる。
吸着塔A、B、C、Dの内部を減圧するため、減圧装置として真空ポンプ10a、10bに加えて第3の真空ポンプ10cが設けられている。
真空ポンプ10aの入口は、第1実施形態と同様に吸着塔A、B、Cのゲート口3a、3b、3cに接続されると共に、吸着塔Dのゲート口3dに、第1回収用の第4の回収ガス流路11dを介して混合ガス流路4dと並列に接続され、また、第2回収用の第4の回収ガス流路11d′を介して混合ガス流路4d、回収ガス流路11dと並列に接続される。
真空ポンプ10cの入口は、吸着塔Aのゲート口3aに第3回収用の第1の回収ガス流路11a″を介して混合ガス流路4a、回収ガス流路11a、11a′と並列に接続され、吸着塔Bのゲート口3bに第3回収用の第2の回収ガス流路11b″を介して混合ガス流路4b、回収ガス流路11b、11b′と並列に接続され、吸着塔Cのゲート口3cに第3回収用の第3の回収ガス流路11c″を介して混合ガス流路4c、回収ガス流路11c、11c′と並列に接続され、吸着塔Dのゲート口3dに第3回収用の第4の回収ガス流路11d″を介して混合ガス流路4d、回収ガス流路11d、11d′と並列に接続される。第3の真空ポンプ10cの出口は流量計15cを介してバッファタンク16に接続される。
回収ガス流路11a、11b、11c、11d、11a′、11b′、11c′、11d′、11a″、11b″、11c″、11d″それぞれは、回収用開閉手段12により個別に開閉される。本実施形態においては、回収用開閉手段12として第1実施形態の開閉弁に追加して、回収ガス流路11dを開閉する第1回収用の第4の開閉弁12dと、回収ガス流路11d′を開閉する第2回収用の第4の開閉弁12d′と、回収ガス流路11a″を開閉する第3回収用の第1の開閉弁12a″と、回収ガス流路11b″を開閉する第3回収用の第2の開閉弁12b″と、回収ガス流路11c″を開閉する第3回収用の第3の開閉弁12c″と、回収ガス流路11d″を開閉する第3回収用の第4の開閉弁12d″とが設けられている。
これにより、吸着塔Dにおいて、吸着塔A、B、Cと同様に昇圧工程、吸着工程、脱着工程を実行できる。また、脱着工程が実行されている吸着塔A、B、C、Dから流出する回収ガスを、真空ポンプ10a、10b、10cそれぞれに、回収ガス流路11a、11b、11c、11d、11a′、11b′、11c′、11d′、11a″、11b″、11c″、11d″を介して導くことができる。
開閉弁5d、9d、12d、12d′、12a″、12b″、12c″、12d″も自動弁とされ、第1実施形態の開閉弁に追加して制御装置18に接続され(図示省略)、制御装置18に記憶されたプログラムに従い予め定められた順序で開閉される。これにより、吸着塔A、B、C、Dそれぞれにおいて、吸着工程と脱着工程とが交互に繰り返される。
制御装置18による供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、および回収用開閉手段12の開閉順序は、脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された3つの単位脱着工程として、単位脱着工程が3つの吸着塔において同時に実行され、同時に実行する単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、吸着塔A、B、C、Dそれぞれにおける脱着開始時点が相異なるものとされ、且つ、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部が、互いに連通することがないように独立して減圧されるように設定され、且つ、何れか3つの吸着塔において単位脱着工程が実行されている間に、残りの吸着塔において昇圧工程と吸着工程が実行されるように設定される。
本実施形態では、以下の表2に示すように、脱着工程を3分割し、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程と、3番目の第3単位脱着工程とから構成される。そして、吸着塔Bにおいて第3単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Aにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aにおいて第1単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて第3単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて第2単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Bにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Bにおいて第1単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて第3単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Cにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aにおいて第3単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Bにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Dにおいて昇圧工程と吸着工程を実行し、これが繰り返される。
Figure 2013226507
詳述すると、吸着塔Aにおいては、開閉弁5a、9aを開き、開閉弁12a、12a′、12a″を閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a′、12a″を閉じ、開閉弁12aを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a、12a″を閉じ、開閉弁12a′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a、12a′を閉じ、開閉弁12a″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Bにおいては、開閉弁5b、9bを開き、開閉弁12b、12b′、12b″を閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b′、12b″を閉じ、開閉弁12bを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b、12b″を閉じ、開閉弁12b′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b、12b′を閉じ、開閉弁12b″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Cにおいては、開閉弁5c、9cを開き、開閉弁12c、12c′、12c″を閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c′、12c″を閉じ、開閉弁12cを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c、12c″を閉じ、開閉弁12c′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c、12c′を閉じ、開閉弁12c″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Dにおいては、開閉弁5d、9dを開き、開閉弁12d、12d′、12d″を閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d′、12d″を閉じ、開閉弁12dを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d、12d″を閉じ、開閉弁12d′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d、12d′を閉じ、開閉弁12d″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Aにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Bにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Cにおいて第3単位脱着工程が開始され、吸着塔Dにおいて第2単位脱着工程が開始される。且つ、吸着塔Bにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて第2単位脱着工程が開始され、吸着塔Cにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Dにおいて第3単位脱着工程が開始される。且つ、吸着塔Cにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて第3単位脱着工程が開始され、吸着塔Bにおいて第2単位脱着工程が開始され、吸着塔Dにおいて昇圧工程が開始される。且つ、吸着塔Dにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Bにおいて第3単位脱着工程が開始され、吸着塔Cにおいて第2単位脱着工程が開始されるように、供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、および回収用開閉手段12の開閉順序が設定される。なお、回収ガス発生装置X2の運転開始時は吸着塔A、B、C、Dの何れか1つから順に運転を開始し、運転終了時は吸着塔A、B、C、Dの何れか1つから順に運転を終了すればよい。
第2実施形態によれば、同時に実行される第1、第2、第3単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順は互いに異なる。また、脱着工程が実行されている各吸着塔A、B、C、Dから流出する回収ガス個々の流量は、脱着開始時点からの時間経過に伴い増加して最大値に達した後に減少する。よって、脱着開始時点からの実行順が互いに異なる単位脱着工程が同時に実行されている3つの吸着塔それぞれから流出する回収ガスの個々の流量は、互いに異なることになる。さらに、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧することで、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内圧が互いに影響されることはない。
図5は、第2実施形態における回収ガスの流量と時間との関係を示し、実線は吸着塔Aから流出する回収ガスの流量と時間との関係、一点鎖線は吸着塔Bから流出する回収ガスの流量と時間との関係、二点鎖線は吸着塔Cから流出する回収ガスの流量と時間との関係、三点鎖線は吸着塔Dから流出する回収ガスの流量と時間との関係、破線は、単位脱着工程が同時に実行されている3つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量と時間との関係を示す。図5から明らかなように、吸着塔A、B、C、Dそれぞれにおける個別の回収ガス流量の変動幅δ3に対し、単位脱着工程が同時に実行されている3つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量の変動幅δ4は小さくなる。すなわち、脱着工程が実行されている3つの吸着塔から流出される回収ガスの流量の最大値と最小値との比は、各吸着塔A、B、C、Dから流出する回収ガスの個々の流量の最大値と最小値との比よりも小さくなる。このため、回収ガスの流量を平準化し、バッファタンク16を小型化できる。
図6は第3実施形態の回収ガス発生装置X3を示し、以下、第1実施形態との相違を説明し、第1実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略する。
本実施形態の回収ガス発生装置X3は、第1実施形態よりも吸着塔の数を1つ多くして4とするため、第4の吸着塔Dを備える。昇圧装置2の出口は、第1実施形態と同様に吸着塔A、B、Cのゲート口3a、3b、3cに接続されると共に、吸着塔Dの一端側のゲート口3dに第4の混合ガス流路4dを介して接続される。供給用開閉手段5として、混合ガス流路4dを開閉する供給用の第4の開閉弁5dが設けられている。
吸着オフガス容器6は、第1実施形態と同様に吸着塔A、B、Cのゲート口7a、7b、7cに接続されると共に、吸着塔Dの他端側ゲート口7dに第4の吸着オフガス流路8dを介して接続される。排出用開閉手段9として、吸着オフガス流路8dを開閉する排出用の第4の開閉弁9dが設けられる。吸着塔Dと吸着オフガス容器6との間に、吸着塔Dでの吸着圧力を調節する圧力調節手段(図示省略)が設けられる。
真空ポンプ10aの入口は、第1実施形態と同様に吸着塔A、B、Cのゲート口3a、3b、3cに接続されると共に、吸着塔Dのゲート口3dに、第1回収用の第4の回収ガス流路11dを介して混合ガス流路4dと並列に接続され、また、第2回収用の第4の回収ガス流路11d′を介して混合ガス流路4d、回収ガス流路11dと並列に接続される。
回収ガス流路11a、11b、11c、11d、11a′、11b′、11c′、11d′それぞれは、回収用開閉手段12により個別に開閉される。本実施形態においては、回収用開閉手段12として第1実施形態の開閉弁に追加して、回収ガス流路11dを開閉する第1回収用の第4の開閉弁12dと、回収ガス流路11d′を開閉する第2回収用の第4の開閉弁12d′とが設けられている。
これにより、吸着塔Dにおいて、吸着塔A、B、Cと同様に昇圧工程、吸着工程、脱着工程を実行できる。また、脱着工程が実行されている吸着塔A、B、C、Dから流出する回収ガスを、真空ポンプ10a、10bそれぞれに、回収ガス流路11a、11b、11c、11d、11a′、11b′、11c′、11d′を介して導くことができる。
吸着工程と脱着工程の間において、吸着剤に吸着されなかったガスを脱着ガスの導入により吸着塔A、B、C、Dから流出させる洗浄工程を実行するため、各吸着塔A、B、C、Dにバッファタンク16から脱着ガスの一部が洗浄ガスとして導入される。洗浄ガスの一部は、吸着剤により吸着されなかったガスと共に洗浄オフガスとして吸着塔A、B、C、Dから排出され、洗浄オフガス容器20に導入される。
すなわち、バッファタンク16に圧縮ポンプ21の入口が接続され、圧縮ポンプ21の出口は、吸着塔Aのゲート口3aに第1の洗浄ガス流路22aを介して混合ガス流路4a、回収ガス流路11a、11a′と並列に接続され、吸着塔Bのゲート口3bに第2の洗浄ガス流路22bを介して混合ガス流路4b、回収ガス流路11b、11b′と並列に接続され、吸着塔Cのゲート口3cに第3の洗浄ガス流路22cを介して混合ガス流路4c、回収ガス流路11c、11c′と並列に接続され、吸着塔Dのゲート口3dに第4の洗浄ガス流路22dを介して混合ガス流路4d、回収ガス流路11d、11d′と並列に接続される。これにより、洗浄ガス流路22a、22b、22c、22dそれぞれは、吸着塔A、B、C、Dから流出する脱着ガスの一部を洗浄ガスとして、吸着塔A、B、C、Dそれぞれに還流させることができる。また、圧縮ポンプ21は洗浄ガスを吸着塔A、B、C、Dに導入するために加圧する加圧手段として機能する。
洗浄ガス流路22a、22b、22c、22dそれぞれは、洗浄用開閉手段23により個別に開閉される。本実施形態においては、洗浄用開閉手段23として洗浄ガス流路22aを開閉する洗浄用の第1の開閉弁23aと、洗浄ガス流路22bを開閉する洗浄用の第2の開閉弁23bと、洗浄ガス流路22cを開閉する洗浄用の第3の開閉弁23cと、洗浄ガス流路22dを開閉する洗浄用の第4の開閉弁23dとが設けられている。
洗浄オフガス容器20は、吸着塔Aの他端側ゲート口7aに第1の洗浄オフガス流路25aを介して接続され、吸着塔Bの他端側ゲート口7bに第2の洗浄オフガス流路25bを介して接続され、吸着塔Cの他端側ゲート口7cに第3の洗浄オフガス流路25cを介して接続され、吸着塔Dの他端側ゲート口7dに第4の洗浄オフガス流路25dを介して接続される。
洗浄オフガス流路25a、25b、25c、25dそれぞれは、洗浄オフガス用開閉手段26により個別に開閉される。本実施形態においては、洗浄オフガス用開閉手段26として洗浄オフガス流路25aを開閉する洗浄オフガス用の第1の開閉弁26aと、洗浄オフガス流路25bを開閉する洗浄オフガス用の第2の開閉弁26bと、洗浄オフガス流路25cを開閉する洗浄オフガス用の第3の開閉弁26cと、洗浄オフガス流路25dを開閉する洗浄オフガス用の第4の開閉弁26dとが設けられている。
これにより、吸着塔A、B、C、Dそれぞれに脱着ガスを洗浄ガスとして個別に導入し、洗浄オフガスを吸着塔A、B、C、Dから個別に排出できる。
開閉弁5d、9d、12d、12d′、23a、23b、23c、23d、26a、26b、26c、26dも自動弁とされ、第1実施形態の開閉弁に追加して制御装置18に接続され(図示省略)、制御装置18に記憶されたプログラムに従い予め定められた順序で開閉される。これにより、吸着塔A、B、C、Dそれぞれにおいて、吸着工程と脱着工程とが交互に繰り返され、さらに、昇圧・吸着工程と脱着工程の間に洗浄工程が実行される。
制御装置18による供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、回収用開閉手段12、洗浄用開閉手段23および洗浄オフガス用開閉手段26の開閉順序は、脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された2つの単位脱着工程として、単位脱着工程が2つの吸着塔において同時に実行され、且つ、同時に実行する単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、吸着塔A、B、C、Dそれぞれにおける脱着開始時点が相異なるものとされ、且つ、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部が、互いに連通することがないように独立して減圧され、且つ、何れか2つの吸着塔において単位脱着工程が実行されている間に、残りの2つの吸着塔の中の一方において昇圧工程と吸着工程が実行され、残りの2つの吸着塔の中の他方において洗浄工程が実行されるように設定される。
本実施形態では、以下の表3に示すように、脱着工程を2分割し、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程とから構成される。そして、吸着塔Bにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Dにおいて洗浄工程を実行し、同時に吸着塔Aにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Cにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Aにおいて洗浄工程を実行し、同時に吸着塔Bにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aにおいて第1単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて第2単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Bにおいて洗浄工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Bにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Cにおいて洗浄工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて昇圧工程と吸着工程を実行し、これが繰り返される。
Figure 2013226507
詳述すると、吸着塔Aにおいては、開閉弁5a、9aを開き、開閉弁12a、12a′、23a、26aを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a、12a′を閉じ、開閉弁23a、26aを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a′、23a、26aを閉じ、開閉弁12aを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a、23a、26aを閉じ、開閉弁12a′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Bにおいては、開閉弁5b、9bを開き、開閉弁12b、12b′、23b、26bを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b、12b′を閉じ、開閉弁23b、26bを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b′、23b、26bを閉じ、開閉弁12bを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b、23b、26bを閉じ、開閉弁12b′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Cにおいては、開閉弁5c、9cを開き、開閉弁12c、12c′、23c、26cを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c、12c′を閉じ、開閉弁23c、26cを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c′、23c、26cを閉じ、開閉弁12cを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c、23c、26cを閉じ、開閉弁12c′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Dにおいては、開閉弁5d、9dを開き、開閉弁12d、12d′、23d、26dを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d、12d′を閉じ、開閉弁23d、26dを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d′、23d、26dを閉じ、開閉弁12dを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d、23d、26dを閉じ、開閉弁12d′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Aにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Bにおいて洗浄工程が開始され、吸着塔Cにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Dにおいて第2単位脱着工程が開始され、且つ、吸着塔Bにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて第2単位脱着工程が開始され、吸着塔Cにおいて洗浄工程が開始され、吸着塔Dにおいて昇圧工程が開始され、且つ、吸着塔Cにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Bにおいて第2単位脱着工程が開始され、吸着塔Dにおいて洗浄工程が開始され、且つ、吸着塔Dにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて洗浄工程が開始され、吸着塔Bにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Cにおいて第2単位脱着工程が開始されるように、供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、回収用開閉手段12、洗浄用開閉手段23および洗浄オフガス用開閉手段26の開閉順序が設定される。なお、回収ガス発生装置X3の運転開始時は吸着塔A、B、C、Dの何れか1つから順に運転を開始し、運転終了時は吸着塔A、B、C、Dの何れか1つから順に運転を終了すればよい。
第3実施形態によれば、同時に実行される第1、第2単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順は互いに異なる。また、脱着工程が実行されている各吸着塔A、B、C、Dから流出する回収ガスの個々の流量は、脱着開始時点からの時間経過に伴い増加して最大値に達した後に減少する。よって、脱着開始時点からの実行順が互いに異なる単位脱着工程が同時に実行されている2つの吸着塔それぞれから流出する回収ガスの個々の流量は、互いに異なることになる。さらに、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧することで、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内圧が互いに影響されることはない。
図7は、第3実施形態における回収ガスの流量と時間との関係を示し、実線は吸着塔Aから流出する回収ガスの流量と時間との関係、一点鎖線は吸着塔Bから流出する回収ガスの流量と時間との関係、二点鎖線は吸着塔Cから流出する回収ガスの流量と時間との関係、三点鎖線は吸着塔Dから流出する回収ガスの流量と時間との関係、破線は、単位脱着工程が同時に実行されている2つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量と時間との関係を示す。図7から明らかなように、吸着塔A、B、C、Dそれぞれにおける個別の回収ガス流量の変動幅δ5に対し、単位脱着工程が同時に実行されている2つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量の変動幅δ6は小さくなる。すなわち、脱着工程が実行されている2つの吸着塔から流出される回収ガスの流量の最大値と最小値との比は、各吸着塔A、B、C、Dから流出する回収ガスの個々の流量の最大値と最小値との比よりも小さくなる。このため、回収ガスの流量を平準化し、バッファタンク16を小型化できる。さらに洗浄工程も実施できる。
図8は第4実施形態の回収ガス発生装置X4を示す。以下、第3実施形態との相違を説明し、第3実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略する。
本実施形態の回収ガス発生装置X4は、第3実施形態よりも吸着塔の数を1つ多くして5とするため、第5の吸着塔Eを備える。昇圧装置2の出口は、第3実施形態と同様に吸着塔A、B、C、Dのゲート口3a、3b、3c、3dに接続されると共に、吸着塔Eの一端側のゲート口3eに第5の混合ガス流路4eを介して接続される。供給用開閉手段5として、混合ガス流路4eを開閉する供給用の第5の開閉弁5eが設けられている。
吸着オフガス容器6は、第3実施形態と同様に吸着塔A、B、C、Dのゲート口7a、7b、7c、7dに接続されると共に、吸着塔Eの他端側ゲート口7eに第5の吸着オフガス流路8eを介して接続される。排出用開閉手段9として、吸着オフガス流路8eを開閉する排出用の第5の開閉弁9eが設けられる。吸着塔Eと吸着オフガス容器6との間に、吸着塔Eでの吸着圧力を調節する圧力調節手段が設けられる。
吸着塔A、B、C、D、Eの内部を減圧するため、減圧装置として真空ポンプ10a、10bに加えて第3の真空ポンプ10cが設けられている。
真空ポンプ10aの入口は、第3実施形態と同様に吸着塔A、B、C、Dのゲート口3a、3b、3c、3dに接続されると共に、吸着塔Eのゲート口3eに、第1回収用の第5の回収ガス流路11eを介して混合ガス流路4eと並列に接続され、また、第2回収用の第5の回収ガス流路11e′を介して混合ガス流路4e、回収ガス流路11eと並列に接続される。
真空ポンプ10cの入口は、吸着塔Aのゲート口3aに第3回収用の第1の回収ガス流路11a″を介して混合ガス流路4a、回収ガス流路11a、11a′と並列に接続され、吸着塔Bのゲート口3bに第3回収用の第2の回収ガス流路11b″を介して混合ガス流路4b、回収ガス流路11b、11b′と並列に接続され、吸着塔Cのゲート口3cに第3回収用の第3の回収ガス流路11c″を介して混合ガス流路4c、回収ガス流路11c、11c′と並列に接続され、吸着塔Dのゲート口3dに第3回収用の第4の回収ガス流路11d″を介して混合ガス流路4d、回収ガス流路11d、11d′と並列に接続され、吸着塔Eのゲート口3eに第3回収用の第5の回収ガス流路11e″を介して混合ガス流路4e、回収ガス流路11e、11e′と並列に接続される。第3の真空ポンプ10cの出口は流量計15cを介してバッファタンク16に接続される。
回収ガス流路11a、11b、11c、11d、11e、11a′、11b′、11c′、11d′11e′、11a″、11b″、11c″、11d″、11e″それぞれは、回収用開閉手段12により個別に開閉される。本実施形態においては、回収用開閉手段12として第3実施形態の開閉弁に追加して、回収ガス流路11eを開閉する第1回収用の第5の開閉弁12eと、回収ガス流路11e′を開閉する第2回収用の第5の開閉弁12e′と、回収ガス流路11a″を開閉する第3回収用の第1の開閉弁12a″と、回収ガス流路11b″を開閉する第3回収用の第2の開閉弁12b″と、回収ガス流路11c″を開閉する第3回収用の第3の開閉弁12c″と、回収ガス流路11d″を開閉する第3回収用の第4の開閉弁12d″と、回収ガス流路11e″を開閉する第3回収用の第5の開閉弁12e″とが設けられている。
これにより、吸着塔Eにおいて、吸着塔A、B、C、Dと同様に昇圧工程、吸着工程、脱着工程を実行できる。また、脱着工程が実行されている吸着塔A、B、C、D、Eから流出する回収ガスを、真空ポンプ10a、10b、10cそれぞれに、回収ガス流路11a、11b、11c、11d、11e、11a′、11b′、11c′、11d′11e′、11a″、11b″、11c″、11d″、11e″を介して導くことができる。
吸着塔Eに洗浄ガスを導入するため、圧縮ポンプ21の出口は、吸着塔Eのゲート口3aに第5の洗浄ガス流路22eを介して混合ガス流路4e、回収ガス流路11e、11e′、11e″と並列に接続される。
洗浄ガス流路22a、22b、22c、22d、22eそれぞれは、洗浄用開閉手段23により個別に開閉される。本実施形態においては、洗浄用開閉手段23として第3実施形態の開閉弁に追加して、洗浄ガス流路22eを開閉する洗浄用の第5の開閉弁23eが設けられている。
洗浄オフガス容器20は、吸着塔Eの他端側ゲート口7aに第5の洗浄オフガス流路25eを介して接続される。
洗浄オフガス流路25a、25b、25c、25d、25eそれぞれは、洗浄オフガス用開閉手段26により個別に開閉される。本実施形態においては、洗浄オフガス用開閉手段26として第3実施形態の開閉弁に追加して、洗浄オフガス流路25eを開閉する洗浄オフガス用の第5の開閉弁26eが設けられている。
これにより、吸着塔A、B、C、D、Eそれぞれに脱着ガスの一部を洗浄ガスとして個別に導入し、洗浄オフガスを吸着塔A、B、C、D、Eから個別に排出できる。
開閉弁5e、9e、12e、12e′、12a″、12b″、12c″、12d″、12e″、23e、26eも自動弁とされ、第3実施形態の開閉弁に追加して制御装置18に接続され(図示省略)、制御装置18に記憶されたプログラムに従い予め定められた順序で開閉される。これにより、吸着塔A、B、C、D、Eそれぞれにおいて、吸着工程と脱着工程とが交互に繰り返される。
制御装置18による供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、回収用開閉手段12、洗浄用開閉手段23および洗浄オフガス用開閉手段26の開閉順序は、脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された3つの単位脱着工程として、単位脱着工程が3つの吸着塔において同時に実行され、且つ、同時に実行する単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、吸着塔A、B、C、D、Eそれぞれにおける脱着開始時点が相異なるものとされ、且つ、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部が、互いに連通することがないように独立して減圧され、且つ、何れか3つの吸着塔において単位脱着工程が実行されている間に、残りの2つの吸着塔の中の一方において昇圧工程と吸着工程が実行され、残りの2つの吸着塔の中の他方において洗浄工程が実行されるように設定される。
本実施形態では、以下の表4に示すように、脱着工程を3分割し、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程と、3番目の第3単位脱着工程とから構成される。そして、吸着塔Bにおいて第3単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Aにおいて昇圧工程と吸着工程を実行し、同時に吸着塔Eにおいて洗浄工程を実行する。次に、吸着塔Cにおいて第3単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Eにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Aにおいて洗浄工程を実行し、同時に吸着塔Bにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aにおいて第1単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて第3単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Eにおいて第2単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Bにおいて洗浄工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Bにおいて第1単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Eにおいて第3単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Cにおいて洗浄工程を実行し、同時に吸着塔Dにおいて昇圧工程と吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aにおいて第3単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Bにおいて第2単位脱着工程を実行し、同時に吸着塔Cにおいて第1単位脱着工程を実行している間に、吸着塔Dにおいて洗浄工程を実行し、同時に吸着塔Eにおいて昇圧工程と吸着工程を実行し、これが繰り返される。
Figure 2013226507
詳述すると、吸着塔Aにおいては、開閉弁5a、9aを開き、開閉弁12a、12a′、12a″、23a、26aを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a、12a′、12a″を閉じ、開閉弁23a、26aを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a′、12a″、23a、26aを閉じ、開閉弁12aを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a、12a″、23a、26aを閉じ、開閉弁12a′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5a、9a、12a、12a′、23a、26aを閉じ、開閉弁12a″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Bにおいては、開閉弁5b、9bを開き、開閉弁12b、12b′、12b″、23b、26bを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b、12b′、12b″を閉じ、開閉弁23b、26bを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b′、12b″、23b、26bを閉じ、開閉弁12bを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b、12b″、23b、26bを閉じ、開閉弁12b′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5b、9b、12b、12b′、23b、26bを閉じ、開閉弁12b″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Cにおいては、開閉弁5c、9cを開き、開閉弁12c、12c′、12c″、23c、26cを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c、12c′、12c″を閉じ、開閉弁23c、26cを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c′、12c″、23c、26cを閉じ、開閉弁12cを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c、12c″、23c、26cを閉じ、開閉弁12c′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5c、9c、12c、12c′、23c、26cを閉じ、開閉弁12c″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Dにおいては、開閉弁5d、9dを開き、開閉弁12d、12d′、12d″、23d、26dを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d、12d′、12d″を閉じ、開閉弁23d、26dを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d′、12d″、23d、26dを閉じ、開閉弁12dを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d、12d″、23d、26dを閉じ、開閉弁12d′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5d、9d、12d、12d′、23d、26dを閉じ、開閉弁12d″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Eにおいては、開閉弁5e、9eを開き、開閉弁12e、12e′、12e″、23e、26eを閉じることで、昇圧工程と吸着工程とが実行され、次に、開閉弁5e、9e、12e、12e′、12e″を閉じ、開閉弁23e、26eを開くことで、洗浄工程が実行され、次に、開閉弁5e、9e、12e′、12e″、23e、26eを閉じ、開閉弁12eを開くことで、第1単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5e、9e、12e、12e″、23e、26eを閉じ、開閉弁12e′を開くことで、第2単位脱着工程が実行され、次に、開閉弁5e、9e、12e、12e′、23e、26eを閉じ、開閉弁12e″を開くことで、第3単位脱着工程が実行され、これが繰り返される。
吸着塔Aにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Bにおいて洗浄工程が開始され、吸着塔Cにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Dにおいて第3単位脱着工程が開始され、吸着塔Eにおいて第2単位脱着工程が開始される。且つ、吸着塔Bにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて第2単位脱着工程が開始され、吸着塔Cにおいて洗浄工程が開始され、吸着塔Dにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Eにおいて第3単位脱着工程が開始される。且つ、吸着塔Cにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて第3単位脱着工程が開始され、吸着塔Bにおいて第2単位脱着工程が開始され、吸着塔Dにおいて洗浄工程が開始され、吸着塔Eにおいて昇圧工程が開始される。且つ、吸着塔Dにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Bにおいて第3単位脱着工程が開始され、吸着塔Cにおいて第2単位脱着工程が開始され、吸着塔Eにおいて洗浄工程が開始される。且つ、吸着塔Eにおける脱着開始時点である第1単位脱着工程の開始時点で、吸着塔Aにおいて洗浄工程が開始され、吸着塔Bにおいて昇圧工程が開始され、吸着塔Cにおいて第3単位脱着工程が開始され、吸着塔Dにおいて第2単位脱着工程が開始されるように、供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、回収用開閉手段12、洗浄用開閉手段23および洗浄オフガス用開閉手段26の開閉順序が設定されている。なお、回収ガス発生装置X4の運転開始時は吸着塔A、B、C、D、Eの何れか1つから順に運転を開始し、運転終了時は吸着塔A、B、C、D、Eの何れか1つから順に運転を終了すればよい。
第4実施形態によれば、同時に実行される第1、第2、第3単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順は互いに異なる。また、脱着工程が実行されている各吸着塔A、B、C、D、Eから流出する回収ガスの個々の流量は、脱着開始時点からの時間経過に伴い増加して最大値に達した後に減少する。よって、脱着開始時点からの実行順が互いに異なる単位脱着工程が同時に実行されている3つの吸着塔それぞれから流出する回収ガスの個々の流量は、互いに異なることになる。さらに、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧することで、単位脱着工程を実行している吸着塔それぞれの内圧が互いに影響されることはない。
図9は、第4実施形態における回収ガスの流量と時間との関係を示し、実線は吸着塔Aから流出する回収ガスの流量と時間との関係、一点鎖線は吸着塔Bから流出する回収ガスの流量と時間との関係、二点鎖線は吸着塔Cから流出する回収ガスの流量と時間との関係、三点鎖線は吸着塔Dから流出する回収ガスの流量と時間との関係、一点二短鎖線は吸着塔Eから流出する回収ガスの流量と時間との関係、破線は、単位脱着工程が同時に実行されている3つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量と時間との関係を示す。図9から明らかなように、吸着塔A、B、C、D、Eそれぞれにおける個別の回収ガス流量の変動幅δ7に対し、単位脱着工程が同時に実行されている3つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量の変動幅δ8は小さくなる。すなわち、脱着工程が実行されている3つの吸着塔から流出される回収ガスの流量の最大値と最小値との比は、各吸着塔A、B、C、D、Eから流出する回収ガスの個々の流量の最大値と最小値との比よりも小さくなる。このため、回収ガスの流量を平準化し、バッファタンク16を小型化できる。さらに洗浄工程も実施できる。
図10は、第1比較例の回収ガス発生装置Yを示す。以下、第1実施形態との相違を説明し、第1実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略する。回収ガス発生装置Yは、吸着塔の数が2とされ、第3の吸着塔Cを備えておらず、これに伴い、混合ガス流路4c、開閉弁5c、吸着オフガス流路8c、開閉弁9c、回収ガス流路11c、開閉弁12cを備えていない。また、第2の真空ポンプ10bを備えておらず、これに伴い、回収ガス流路11a′、11b′、11c′、開閉弁12a′、12b′、12c′、流量計15bを備えていない。脱着工程は分割されず、吸着塔A、Bの何れか一方で昇圧工程、吸着工程が実行されている時に、他方で、脱着工程が実行される。
図11は、第1比較例における回収ガスの流量と時間との関係を示し、実線は吸着塔Aから流出する回収ガスの流量と時間との関係、一点鎖線は吸着塔Bから流出する回収ガスの流量と時間との関係の一部を示す。吸着塔Bから流出する回収ガスの流量と時間との関係は吸着塔Aにおけると同様である。図11から明らかなように、脱着工程が実行されている吸着塔から流出される回収ガスの流量は、従来技術と同様に平準化することができない。
図12は、第2比較例の回収ガス発生装置Zを示す。以下、第3実施形態との相違を説明し、第3実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略する。回収ガス発生装置Zは、吸着塔の数が3とされ、第4の吸着塔Dを備えておらず、これに伴い、混合ガス流路4d、開閉弁5d、吸着オフガス流路8d、開閉弁9d、回収ガス流路11d、11d′、開閉弁12d、12d′、洗浄ガス流路22d、開閉弁23d、洗浄オフガス流路25d、開閉弁26dを備えていない。また、第2の真空ポンプ10bを備えておらず、これに伴い、回収ガス流路11a′、11b′、11c′、開閉弁12a′、12b′、12c′、流量計15bを備えていない。脱着工程は分割されず、吸着塔A、B、Cの中の何れか1つで脱着工程が実行されている間に、残りの2つの吸着塔の中の一方において昇圧工程と吸着工程が実行され、残りの2つの吸着塔の中の他方において洗浄工程が実行される。
図13は、第2比較例における回収ガスの流量と時間との関係を示し、実線は吸着塔Aから流出する回収ガスの流量と時間との関係、一点鎖線は吸着塔Bから流出する回収ガスの流量と時間との関係の一部を示す。吸着塔B、Cから流出する回収ガスの流量と時間との関係は吸着塔Aにおけると同様である。図13から明らかなように、脱着工程が実行されている吸着塔から流出される回収ガスの流量は、従来技術と同様に平準化することができない。
第1実施形態の回収ガス発生装置X1を用いて、圧力変動吸着法により混合ガスから分離した二酸化炭素を高濃度に含む回収ガスを発生させた。
吸着塔A、B、Cは、呼び径65A(内径70mm)、長さ500mmの円管により構成される円筒状容器とし、内部に吸着剤としてNa−X型ゼオライト(東ソー(株)製ゼオラムF−9HA)を2.0リットル充填した。
二酸化炭素35vol%、窒素65vol%の組成となるように二酸化炭素と窒素を混合したガスを、混合ガスとして回収ガス発生装置X1へ500リットル/hr(標準状態換算)の流量で供給した。
各吸着塔A、B、C内において、吸着工程における最高圧力は100kPa(ゲージ圧)、脱着工程における最低圧力は−95kPa(ゲージ圧)とした。吸着工程(昇圧工程含む)の1回の時間は100秒とした。脱着工程は第1単位脱着工程と第2単位脱着工程とに2分割し、単位脱着工程それぞれの1回の時間は100秒とした。
第1実施形態に従い吸着工程と脱着工程を繰り返すことで、208リットル/hr(標準状態換算)の流量で回収ガスを発生させたところ、回収ガスの二酸化炭素純度は80vol%、回収率は純分換算で95%であった。そして、同時に単位脱着工程を実行する2つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量の最大値と最小値は、無次元の相対値で表すと最小値が2.2、最大値が6であり、回収ガス流量がゼロになることはなかった。
尚、ガス分析はガスクロマトグラフィー(TCD)で行なった。
第2実施形態の回収ガス発生装置X2を用いて、圧力変動吸着法により混合ガスから分離した二酸化炭素を高濃度に含む回収ガスを発生させた。
本実施例では、実施例1の吸着塔A、B、Cと同一形状、同一寸法で同一吸着剤を充填した吸着塔Dを追加し、脱着工程を第1単位脱着工程と第2単位脱着工程と第3単位脱着工程に3分割し、単位脱着工程それぞれの1回の時間を100秒とした。他は実施例1と同様の条件で第2実施形態に従い吸着工程と脱着工程を繰り返すことで、208リットル/hr(標準状態換算)の流量で回収ガスを発生させたところ、回収ガスの二酸化炭素純度は80vol%、回収率は純分換算で95%であった。そして、同時に単位脱着工程を実行する3つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量の最大値と最小値は、無次元の相対値で表すと最小値が4、最大値が5.2であり、回収ガス流量がゼロになることはなかった。
比較例1
第1比較例の回収ガス発生装置Yを用いて、圧力変動吸着法により混合ガスから分離した二酸化炭素を高濃度に含む回収ガスを発生させた。
本比較例では、実施例1と同一形状、同一寸法で同一吸着剤を充填した2つの吸着塔A、Bを用い、脱着工程は分割することなく1回の時間は100秒とした。他は実施例1と同様の条件で第1比較例に従い吸着工程と脱着工程を繰り返すことで、208リットル/hr(標準状態換算)の流量で回収ガスを発生させたところ、回収ガスの二酸化炭素純度は80vol%、回収率は純分換算で95%であった。そして、脱着工程を実行する1つの吸着塔から流出する回収ガスの流量の最大値と最小値は、無次元の相対値で表すと最小値が0、最大値が10であり、回収ガス流量がゼロになることがあった。
比較例1における回収ガス流量の変動幅は10であるのに対し、実施例1における回収ガス流量の変動幅は3.8であり、また、実施例2における回収ガス流量の変動幅は1.2である。すなわち実施例1、2によれば、比較例1よりも回収ガス流量の変動幅が小さく、回収ガスの流量の最大値と最小値との比が小さいので、脱着工程が実行されている吸着塔から流出される回収ガスの流量が平準化されるのを確認できる。
第3実施形態の回収ガス発生装置X3を用いて、圧力変動吸着法により混合ガスから分離した二酸化炭素を高濃度に含む回収ガスを発生させた。
吸着塔A、B、C、Dは、呼び径65A(内径70mm)、長さ500mmの円管により構成される円筒状容器とし、内部に吸着剤としてNa−X型ゼオライト(東ソー(株)製ゼオラムF−9HA)を2.0リットル充填した。
二酸化炭素35vol%、窒素65vol%の組成となるように二酸化炭素と窒素を混合したガスを、混合ガスとして回収ガス発生装置X1へ500リットル/hr(標準状態換算)の流量で供給した。
各吸着塔A、B、C、D内において、吸着工程における最高圧力は100kPa(ゲージ圧)、脱着工程における最低圧力は−95kPa(ゲージ圧)とした。吸着工程(昇圧工程含む)の1回の時間は100秒とした。洗浄工程も100秒とし、10kPa(ゲージ圧)の圧力で平均流量が60リットル/hr(標準状態換算)の流量で行った。脱着工程は第1単位脱着工程と第2単位脱着工程とに2分割し、単位脱着工程それぞれの1回の時間は100秒とした。
第3実施形態に従い吸着工程、洗浄工程、脱着工程を繰り返すことで、125リットル/hr(標準状態換算)の流量で回収ガスを発生させたところ、回収ガスの二酸化炭素純度は98vol%、回収率は純分換算で70%であった。そして、同時に単位脱着工程を実行する2つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量の最大値と最小値は、無次元の相対値で表すと最小値が2.1、最大値が4.5であり、回収ガス流量がゼロになることはなかった。
第4実施形態の回収ガス発生装置X4を用いて、圧力変動吸着法により混合ガスから分離した二酸化炭素を高濃度に含む回収ガスを発生させた。
本実施例では、実施例3の吸着塔A、B、C、Dと同一形状、同一寸法で同一吸着剤を充填した吸着塔Eを追加し、脱着工程を第1単位脱着工程と第2単位脱着工程と第3単位脱着工程に3分割し、単位脱着工程それぞれの1回の時間を100秒とした。他は実施例3と同様の条件で第4実施形態に従い吸着工程、洗浄工程、脱着工程を繰り返すことで、125リットル/hr(標準状態換算)の流量で回収ガスを発生させたところ、回収ガスの二酸化炭素純度は98vol%、回収率は純分換算で70%であった。そして、同時に単位脱着工程を実行する3つの吸着塔から流出する回収ガスの合計流量の最大値と最小値は、無次元の相対値で表すと最小値が3.0、最大値が3.7であり、回収ガス流量がゼロになることはなかった。
比較例2
第2比較例の回収ガス発生装置Zを用いて、圧力変動吸着法により混合ガスから分離した二酸化炭素を高濃度に含む回収ガスを発生させた。
本比較例では、実施例3と同一形状、同一寸法で同一吸着剤を充填した3つの吸着塔A、B、Cを用い、脱着工程は分割することなく1回の時間は100秒とした。他は実施例3と同様の条件で第2比較例に従い吸着工程、洗浄工程、脱着工程を繰り返すことで、125リットル/hr(標準状態換算)の流量で回収ガスを発生させたところ、回収ガスの二酸化炭素純度は98vol%、回収率は純分換算で70%であった。そして、脱着工程を実行する1つの吸着塔から流出する回収ガスの流量の最大値と最小値は、無次元の相対値で表すと最小値が0、最大値が8.2であり、回収ガス流量がゼロになることがあった。
比較例2における回収ガス流量の変動幅は8.2であるのに対し、実施例3における回収ガス流量の変動幅は2.4であり、また、実施例4における回収ガス流量の変動幅は0.7である。すなわち実施例3、4によれば、比較例2よりも回収ガス流量の変動幅が小さく、回収ガスの流量の最大値と最小値との比が小さいので、脱着工程が実行されている吸着塔から流出される回収ガスの流量が平準化されるのを確認できる。
本発明は上記実施形態や実施例に限定されない。
例えば、回収成分を一酸化炭素、二酸化炭素以外としてもよい。
また、上記実施形態では一の脱着工程における分割された複数の単位脱着工程それぞれを、互いに異なる真空ポンプを用いて実行したが、一の脱着工程における分割された複数の単位脱着工程それぞれを、同一の真空ポンプを用いて実行してもよい。例えば図1の構成において、各吸着塔A、B、Cにおいて、昇圧・吸着工程の後に第1および第2の単位脱着工程を第1の真空ポンプ10aによって実行し、次に、昇圧・吸着工程の後に第1および第2の単位脱着工程を第2の真空ポンプ10aによって実行することを繰り返す。詳述すると、吸着塔Aで第1の単位脱着工程を第1の真空ポンプ10aによって実行する時は、吸着塔Cで第2の単位脱着工程を第2の真空ポンプ10bによって実行し、吸着塔Bで昇圧・吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aで第2の単位脱着工程を第1の真空ポンプ10aによって実行する時は、吸着塔Bで第1の単位脱着工程を第2の真空ポンプ10bによって実行し、吸着塔Cで昇圧・吸着工程を実行する。次に、吸着塔Bで第2の単位脱着工程を第2の真空ポンプ10bによって実行する時は、吸着塔Cで第1の単位脱着工程を第1の真空ポンプ10aによって実行し、吸着塔Aで昇圧・吸着工程を実行する。次に、吸着塔Cで第2の単位脱着工程を第1の真空ポンプ10aによって実行する時は、吸着塔Aで第1の単位脱着工程を第2の真空ポンプ10bによって実行し、吸着塔Bで昇圧・吸着工程を実行する。次に、吸着塔Aで第2の単位脱着工程を第2の真空ポンプ10bによって実行する時は、吸着塔Bで第1の単位脱着工程を第1の真空ポンプ10aによって実行し、吸着塔Cで昇圧・吸着工程を実行する。次に、吸着塔Bで第2の単位脱着工程を第1の真空ポンプ10aによって実行する時は、吸着塔Cで第1の単位脱着工程を第2の真空ポンプ10bによって実行し、吸着塔Aで昇圧・吸着工程を実行する。これを繰り返すように供給用開閉手段5、排出用開閉手段9、回収用開閉手段12の開閉順序を設定する。すなわち、第1、第3実施形態においては、一つの脱着工程において第1単位脱着工程を実行する真空ポンプにより第2単位脱着工程を実行するようにしてもよく、また、第2、第4実施形態においては、一つの脱着工程において第1単位脱着工程を実行する真空ポンプにより第2、第3単位脱着工程を実行するようにしてもよい。
X1〜X4…回収ガス発生装置、A、B、C、D、E…吸着塔、4a、4b、4c、4d、4e…混合ガス流路、5…供給用開閉手段、8a、8b、8c、8d、8e…吸着オフガス流路、9…排出用開閉手段、10a、10b、10c…真空ポンプ(減圧装置)、11a、11b、11c、11d、11e、11a′、11b′、11c′、11d′、11e′、11a″、11b″、11c″、11d″、11e″…回収ガス流路、12…回収用開閉手段、18…制御装置。

Claims (9)

  1. 混合ガスに含まれる回収成分に対して吸着選択性を有する吸着剤を、少なくとも3つの吸着塔に収納し、
    前記吸着塔それぞれにおいて、加圧下で前記混合ガスの一部を前記吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着された前記混合ガスの一部を減圧下で前記吸着剤から脱着させる脱着工程とを交互に繰り返し、
    前記吸着剤からの脱着ガスを、前記回収成分を前記混合ガスよりも高濃度に含む回収ガスとして、前記脱着工程が実行されている前記吸着塔から流出させる際に、
    前記脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された複数の単位脱着工程として、前記単位脱着工程を少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行し、
    同時に実行する前記単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、前記吸着塔それぞれにおける脱着開始時点を相異ならせ、
    前記単位脱着工程を実行している前記吸着塔それぞれの内部を、互いに連通することがないように独立して減圧することを特徴とする回収ガスの発生流量平準化方法。
  2. 前記単位脱着工程を少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行している間に、残りの少なくとも1つの吸着塔において内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行する請求項1に記載の回収ガスの発生流量平準化方法。
  3. 前記吸着塔の数を3とし、
    前記脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程とに2分割し、
    前記吸着塔の中の何れか1つにおける前記第1単位脱着工程と、前記吸着塔の中の別の何れか1つにおける前記第2単位脱着工程を、同時に実行し、
    前記吸着塔の中の何れか2つにおいて前記第1単位脱着工程と前記第2単位脱着工程を実行している間に、前記吸着塔の中の残りの1つにおいて内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行する請求項1に記載の回収ガスの発生流量平準化方法。
  4. 前記吸着塔の数を4とし、
    前記脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程と、3番目の第3単位脱着工程とに3分割し、
    前記吸着塔の中の何れか1つにおける前記第1単位脱着工程と、前記吸着塔の中の別の何れか1つにおける前記第2単位脱着工程と、前記吸着塔の中のさらに別の何れか1つにおける前記第3単位脱着工程を、同時に実行し、
    前記吸着塔の中の何れか3つにおいて前記第1単位脱着工程と前記第2単位脱着工程と前記第3単位脱着工程を実行している間に、前記吸着塔の中の残りの1つにおいて内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行する請求項1に記載の回収ガスの発生流量平準化方法。
  5. 前記吸着塔の数を4とし、
    前記脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程とに2分割し、
    前記吸着塔の中の何れか1つにおける前記第1単位脱着工程と、前記吸着塔の中の別の何れか1つにおける前記第2単位脱着工程を、同時に実行し、
    前記吸着塔の中の何れか2つにおいて前記第1単位脱着工程と前記第2単位脱着工程を実行している間に、前記吸着塔の中の残りの2つの中の一方において内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行すると共に、残りの2つの中の他方において前記脱着ガスの一部を洗浄ガスとして導入することにより、前記吸着剤に吸着されなかったガスを流出させる洗浄工程を実行する請求項1に記載の回収ガスの発生流量平準化方法。
  6. 前記吸着塔の数を5とし、
    前記脱着工程を、脱着開始時点からの実行順が1番目の第1単位脱着工程と、2番目の第2単位脱着工程と、3番目の第3単位脱着工程とに3分割し、
    前記吸着塔の中の何れか1つにおける前記第1単位脱着工程と、前記吸着塔の中の別の何れか1つにおける前記第2単位脱着工程と、前記吸着塔の中のさらに別の何れか1つにおける前記第3単位脱着工程を、同時に実行し、
    前記吸着塔の中の何れか3つにおいて前記第1単位脱着工程と前記第2単位脱着工程と前記第3単位脱着工程を実行している間に、前記吸着塔の中の残りの2つの中の一方において内圧を上昇させる昇圧工程と前記吸着工程を実行し、残りの2つの中の他方において前記脱着ガスの一部を洗浄ガスとして導入することにより、前記吸着剤に吸着されなかったガスを流出させる洗浄工程を実行する請求項1に記載の回収ガスの発生流量平準化方法。
  7. 前記回収成分が二酸化炭素または一酸化炭素である請求項1〜6の中の何れか1項に記載の回収ガスの発生流量平準化方法。
  8. 圧力変動吸着法を利用して混合ガスから分離した回収成分を含む回収ガスを発生させる装置であって、
    少なくとも3つの吸着塔と、
    前記回収成分に対し吸着選択性を有すると共に前記吸着塔それぞれに収納される吸着剤と、
    前記吸着塔の内部を減圧するために用いられる少なくとも2つの減圧装置と、
    前記吸着塔それぞれに、加圧された前記混合ガスを導く少なくとも3つの混合ガス流路と、
    前記混合ガス流路それぞれを個別に開閉可能な供給用開閉手段と、
    前記減圧装置それぞれに、前記吸着塔それぞれから流出する前記回収ガスを導く少なくとも6つの回収ガス流路と、
    前記回収ガス流路それぞれを個別に開閉可能な回収用開閉手段と、
    前記吸着剤により吸着されなかったガスを吸着オフガスとして前記吸着塔それぞれから排出する少なくとも3つの吸着オフガス流路と、
    前記吸着オフガス流路それぞれを個別に開閉可能な排出用開閉手段と、
    前記吸着塔それぞれにおいて、加圧下で前記混合ガスの一部を前記吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着された前記混合ガスの一部を減圧下で前記吸着剤から脱着させる脱着工程とを交互に繰り返すように、前記供給用開閉手段、前記回収用開閉手段、および前記排出用開閉手段を開閉させる制御装置とを備え、
    前記制御装置による前記供給用開閉手段、前記回収用開閉手段、および前記排出用開閉手段の開閉順序は、前記脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された複数の単位脱着工程として、前記単位脱着工程が少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行され、且つ、同時に実行する前記単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、前記吸着塔それぞれにおける脱着開始時点が相異なるものとされ、且つ、前記単位脱着工程を実行している前記吸着塔それぞれの内部が、互いに連通することがないように独立して減圧されるように設定され、
    前記吸着剤からの脱着ガスを、前記回収成分を前記混合ガスよりも高濃度に含む回収ガスとして、前記脱着工程が実行されている前記吸着塔から流出させることを特徴とする回収ガス発生装置。
  9. 圧力変動吸着法を利用して混合ガスから分離した回収成分を含む回収ガスを発生させる装置であって、
    少なくとも4つの吸着塔と、
    前記回収成分に対し吸着選択性を有すると共に前記吸着塔それぞれに収納される吸着剤と、
    前記吸着塔の内部を減圧するために用いられる少なくとも2つの減圧装置と、
    前記吸着塔それぞれに、加圧された前記混合ガスを導く少なくとも4つの混合ガス流路と、
    前記混合ガス流路それぞれを個別に開閉可能な供給用開閉手段と、
    前記減圧装置それぞれに、前記吸着塔それぞれから流出する前記回収ガスを導く少なくとも8つの回収ガス流路と、
    前記回収ガス流路それぞれを個別に開閉可能な回収用開閉手段と、
    前記吸着剤により吸着されなかったガスを吸着オフガスとして前記吸着塔それぞれから排出する少なくとも4つの吸着オフガス流路と、
    前記吸着オフガス流路それぞれを個別に開閉可能な排出用開閉手段と、
    前記吸着塔から流出する前記吸着剤からの脱着ガスの一部を洗浄ガスとして、前記吸着塔それぞれに還流させる少なくとも4つの洗浄ガス流路と、
    前記洗浄ガスを前記吸着塔に導入するために加圧する加圧手段と、
    前記洗浄ガス流路それぞれを個別に開閉可能な洗浄用開閉手段と、
    前記吸着剤により吸着されなかったガスと前記洗浄ガスの一部とを洗浄オフガスとして、前記吸着塔それぞれから排出する少なくとも4つの洗浄オフガス流路と、
    前記洗浄オフガス流路それぞれを個別に開閉可能な洗浄オフガス用開閉手段と、
    前記吸着塔それぞれにおいて、加圧下で前記混合ガスの一部を前記吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着された前記混合ガスの一部を減圧下で前記吸着剤から脱着させる脱着工程とを交互に繰り返すと共に、前記吸着工程と前記脱着工程の間において前記洗浄ガスの導入により前記吸着剤に吸着されなかったガスを流出させる洗浄工程を実行するように、前記供給用開閉手段、前記回収用開閉手段、前記排出用開閉手段、前記洗浄用開閉手段、および前記洗浄オフガス用開閉手段を開閉させる制御装置とを備え、
    前記制御装置による前記供給用開閉手段、前記回収用開閉手段、前記排出用開閉手段、前記洗浄用開閉手段、および前記洗浄オフガス用開閉手段の開閉順序は、前記脱着工程を脱着開始時点からの実行順に分割された複数の単位脱着工程として、前記単位脱着工程が少なくとも何れか2つの吸着塔において同時に実行され、且つ、同時に実行する前記単位脱着工程それぞれの脱着開始時点からの実行順が互いに異なるように、前記吸着塔それぞれにおける脱着開始時点が相異なるものとされ、且つ、前記単位脱着工程を実行している前記吸着塔それぞれの内部が、互いに連通することがないように独立して減圧されるように設定され、
    前記吸着剤からの脱着ガスを、前記回収成分を前記混合ガスよりも高濃度に含む回収ガスとして、前記脱着工程が実行されている前記吸着塔から流出させることを特徴とする回収ガス発生装置。
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