JP2015163393A - Method and equipment for oxygen separation - Google Patents
Method and equipment for oxygen separation Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015163393A JP2015163393A JP2015014459A JP2015014459A JP2015163393A JP 2015163393 A JP2015163393 A JP 2015163393A JP 2015014459 A JP2015014459 A JP 2015014459A JP 2015014459 A JP2015014459 A JP 2015014459A JP 2015163393 A JP2015163393 A JP 2015163393A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- adsorption
- adsorption tower
- oxygen
- adsorbed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 175
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 175
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 165
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 91
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 91
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 322
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 284
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 55
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 34
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 17
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 10
- 238000010926 purge Methods 0.000 abstract description 16
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 abstract 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 abstract 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 12
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910001341 Crude steel Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001002 functional polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalic acid Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、圧力スイング吸着法を利用して、空気から酸素を分離するための酸素分離方法及び設備に関する。 The present invention relates to an oxygen separation method and equipment for separating oxygen from air using a pressure swing adsorption method.
酸素は製鉄業において重要な素材であり、国内の酸素需要の約3割を占める。鉄鉱石から粗鋼を製造する際には1トン当たり120Nm3程度の酸素が使用されており、また、昨今のさらなる省エネルギーの必要性から、空気ではなく酸素或いは酸素富化空気を利用した燃焼を指向する傾向が高まっている。このため、酸素の製造コストの低減は産業界における重要課題の一つとも言える。 Oxygen is an important material in the steel industry and accounts for about 30% of domestic oxygen demand. In manufacturing a crude steel from iron ore have been used oxygen of about 1 ton 120 Nm 3, also the need for further energy saving in recent years, oriented combustion using oxygen or oxygen-enriched air rather than air The tendency to do is increasing. For this reason, it can be said that reduction of the manufacturing cost of oxygen is one of the important issues in the industry.
酸素は空気を原料としたガス分離法によって製造されるのが一般的であり、製鉄所のように大量に酸素を必要とする場合には、酸素の製造に深冷分離法が用いられている。酸素製造の原単位としては、現状では深冷分離法が有利であるが、この方法は、空気を液化して酸素と窒素の沸点差を利用して酸素を分離することから設備規模が大きくなりやすい。このため、原単位では劣るものの、設備がコンパクト化し易い圧力スイング吸着法(PSA法)や膜分離法も利用されている。 Oxygen is generally produced by a gas separation method using air as a raw material. When a large amount of oxygen is required as in a steel mill, a cryogenic separation method is used for producing oxygen. . At present, the cryogenic separation method is advantageous as a basic unit for oxygen production. However, this method increases the scale of equipment because air is liquefied and oxygen is separated using the difference between the boiling points of oxygen and nitrogen. Cheap. For this reason, although the basic unit is inferior, the pressure swing adsorption method (PSA method) and the membrane separation method which are easy to make equipment compact are also used.
酸素製造(分離)原単位の削減のために、これまでも多くの試みがなされてきており、特にPSA法に使用する吸着材や膜材料の提案がなされてきた。吸着材では、リチウムを置換又は担持したゼオライトが窒素に対する吸着性が高いことから、空気から窒素を分離して酸素を得るPSA装置に実用化されている。また、膜材料では、ポリエチレンテレフタル酸樹脂膜を化学的修飾して酸素透過性を高めた機能性高分子膜が開発され、実用化されている。 Many attempts have been made so far to reduce the oxygen production (separation) unit, and in particular, an adsorbent and a membrane material used for the PSA method have been proposed. As an adsorbent, zeolite substituted or supported with lithium has high adsorbability with respect to nitrogen, and thus has been put to practical use in a PSA apparatus that separates nitrogen from air to obtain oxygen. As a membrane material, a functional polymer membrane in which oxygen permeability is improved by chemically modifying a polyethylene terephthalic acid resin membrane has been developed and put into practical use.
また、最近では、ペロブスカイトと呼ばれる無機化合物を吸着材や膜材料として使用する提案がなされている。ペロブスカイトとは一種類の化合物名ではなく、特徴的な結晶構造を有する様々な化合物の総称であり、一般的な表現はABOxである。通常、AおよびBの元素に限定はないが、特に酸素の分離に使用されるものは、Aは第2族、第3族およびランタノイドに属する元素(Sr、Ba、Y、Laなど)であり、Bは第7族から第9族に属する元素(Mn、Fe、Coなど)であり、それぞれ1種類の元素であっても、複数種類の元素であってもよい。ペロブスカイトは、温度あるいは酸素分圧の変化により結晶構造が変化し、構造中のOの数(x)が変わることで酸素を吸収、放出するのが特徴である。この性質を利用したガス分離方法として、圧力スイング吸着法や温度スイング吸着法が提案されている。
Recently, proposals have been made to use an inorganic compound called perovskite as an adsorbent or film material. Perovskite is not a single type of compound name, but a general term for various compounds having a characteristic crystal structure, and a general expression is ABO x . Usually, there is no limitation on the elements of A and B, but especially those used for the separation of oxygen are elements belonging to Group 2,
従来の圧力スイング吸着法では、ガス分離工程として、空気を導入して吸着材に酸素を吸着させる「吸着工程」と、吸着材から真空ポンプ等の排気手段を使って酸素を脱着させる「脱着工程」が最低限必要であるが、一般に吸着工程と脱着工程のみでは分離されるガスの酸素濃度を95vol%以上とすることは難しい。酸素濃度をさらに高めるには、吸着塔内の酸素濃度を高めるための「パージ」と呼ばれる工程が必要となり、このため設備の構造(配管や切り替えのための弁など)が複雑になるという問題がある。 In the conventional pressure swing adsorption method, as the gas separation process, an “adsorption process” in which air is introduced and oxygen is adsorbed on the adsorbent, and an oxygen desorption process using an exhaust means such as a vacuum pump from the adsorbent is performed. "Is a minimum requirement, but it is generally difficult to make the oxygen concentration of the separated gas 95 vol% or more only by the adsorption step and the desorption step. In order to further increase the oxygen concentration, a process called “purge” is required to increase the oxygen concentration in the adsorption tower, which causes the problem that the equipment structure (piping, valves for switching, etc.) is complicated. is there.
したがって本発明の目的は、PSA法を用いた吸着分離においてパージ工程を行うことなく、空気から酸素を効率的に分離し、高濃度の酸素を得ることができる酸素分離方法及び設備を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an oxygen separation method and equipment capable of efficiently separating oxygen from air and obtaining a high concentration of oxygen without performing a purge step in adsorption separation using the PSA method. It is in.
本発明者らは、上記のような従来技術の課題を解決すべく検討を重ねた結果、空気からの酸素の分離を二段階で行うこと、具体的には、一段目では酸素の吸着材が充填された吸着塔に空気を導入してPSAを行い、二段目では、一段目の吸着塔から脱着された酸素濃縮ガスを、窒素の吸着材が充填された吸着塔に導入してPSAを行うことより、PSAにおいてパージ工程を行うことなく、空気から酸素を効率的に分離し、高濃度の酸素ガスが得られることを見出した。 As a result of repeated studies to solve the above-described problems of the prior art, the present inventors have performed the separation of oxygen from air in two stages. Specifically, in the first stage, an oxygen adsorbent is present. PSA is performed by introducing air into the packed adsorption tower. In the second stage, the oxygen-enriched gas desorbed from the first stage adsorption tower is introduced into the adsorption tower filled with a nitrogen adsorbent, and PSA is introduced. As a result, it has been found that oxygen can be efficiently separated from the air and a high-concentration oxygen gas can be obtained without performing a purge step in the PSA.
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
[1]圧力スイング吸着方式による吸着塔であって、酸素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔(1)に空気を導入し、ガス吸着を行う工程(A)と、
工程(A)で吸着塔(1)に吸着されたガス(g1)を脱着する工程(B)と、
工程(B)で脱着されたガス(g1)を、圧力スイング吸着方式による吸着塔であって、窒素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔(2)に導入し、ガス吸着を行う工程(C)と、
工程(C)で吸着塔(2)に吸着されることなく排気されたガス(g2)を高酸素濃度ガスとして回収する工程(D)を有することを特徴とする酸素分離方法。
The present invention has been made on the basis of such findings and has the following gist.
[1] An adsorption tower using a pressure swing adsorption method, wherein air is introduced into an adsorption tower (1) filled with an adsorbent mainly adsorbing oxygen to perform gas adsorption;
A step (B) of desorbing the gas (g 1 ) adsorbed on the adsorption tower (1) in the step (A);
The gas (g 1 ) desorbed in the step (B) is introduced into an adsorption tower (2) which is a pressure swing adsorption system and is filled with an adsorbent that mainly adsorbs nitrogen, and performs gas adsorption. Step (C),
An oxygen separation method comprising a step (D) of recovering a gas (g 2 ) exhausted without being adsorbed by the adsorption tower (2) in the step (C) as a high oxygen concentration gas.
[2]上記[1]の酸素分離方法において、工程(A)のために吸着塔(1)に導入される前の空気と、工程(A)で吸着塔(1)に吸着されることなく排気されたガス(g3)を熱交換し、ガス(g3)の顕熱で前記空気を昇温させることを特徴とする酸素分離方法。
[3]上記[1]又は[2]の酸素分離方法において、工程(C)で吸着塔(2)に吸着された後、脱着されたガス(g4)を、工程(A)のために吸着塔(1)に導入される前の空気に混合することを特徴とする酸素分離方法。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかの酸素分離方法において、2基の吸着塔(1)で工程(A)と工程(B)を交互に行う酸素分離方法であって、一方の吸着塔(1)の工程(B)で脱着されたガス(g1)と、工程(A)のために他方の吸着塔(1)に導入される前の空気を熱交換し、ガス(g1)の顕熱で前記空気を昇温させることを特徴とする酸素分離方法。
[2] In the oxygen separation method of [1] above, the air before being introduced into the adsorption tower (1) for the step (A), and without being adsorbed by the adsorption tower (1) in the step (A) An oxygen separation method, wherein the exhausted gas (g 3 ) is subjected to heat exchange, and the temperature of the air is increased by sensible heat of the gas (g 3 ).
[3] In the oxygen separation method of the above-mentioned [1] or [2], after being adsorbed to the adsorption tower (2) in step (C), desorbed gas (g 4), for step (A) An oxygen separation method comprising mixing with air before being introduced into the adsorption tower (1).
[4] The oxygen separation method according to any one of [1] to [3], wherein the step (A) and the step (B) are alternately performed in two adsorption towers (1), The gas (g 1 ) desorbed in the step (B) of the adsorption tower (1) and the air before being introduced into the other adsorption tower (1) for the step (A) are subjected to heat exchange, and the gas ( An oxygen separation method, wherein the air is heated with sensible heat of g 1 ).
[5]酸素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔(1)を備えた圧力スイング吸着装置(10)と、
吸着塔(1)に空気を供給する送風手段(4)と、
吸着塔(1)に吸着されたガス(g1)を脱着時に排気する排気手段(5)と、
窒素を主として吸着する吸着材が充填され、排気手段(5)により吸着塔(1)から排気されたガス(g1)が供給される吸着塔(2)を備えた圧力スイング吸着装置(20)を備え、
吸着塔(2)に吸着されることなく排気されたガス(g2)が高酸素濃度ガスとして回収されるようにしたことを特徴とする酸素分離設備。
[5] a pressure swing adsorption device (10) including an adsorption tower (1) filled with an adsorbent mainly adsorbing oxygen;
A blowing means (4) for supplying air to the adsorption tower (1);
An exhaust means (5) for exhausting the gas (g 1 ) adsorbed on the adsorption tower (1) at the time of desorption;
Pressure swing adsorption device (20) provided with an adsorption tower (2) filled with an adsorbent mainly adsorbing nitrogen and supplied with gas (g 1 ) exhausted from the adsorption tower (1) by the exhaust means (5) With
An oxygen separation facility characterized in that the gas (g 2 ) exhausted without being adsorbed by the adsorption tower (2) is recovered as a high oxygen concentration gas.
[6]上記[5]の酸素分離設備において、さらに、吸着塔(1)に導入される前の空気と、吸着塔(1)に吸着されることなく排気されたガス(g3)を熱交換する熱交換器(24)を備えることを特徴とする酸素分離設備。
[7]上記[5]又は[6]の酸素分離設備において、吸着塔(2)に吸着された後、脱着されたガス(g4)の排気管(17)を、送風手段(4)が設けられた空気供給管(8)であって、送風手段(4)の上流側の管部位置に接続したことを特徴とする酸素分離設備。
[8]上記[5]〜[7]のいずれかの酸素設備において、吸着工程と脱着工程を交互に行う2基の吸着塔(1)を備えた酸素分離設備であって、さらに、一方の吸着塔(1)から脱着されたガス(g1)と、他方の吸着塔(1)に導入される前の空気を熱交換する熱交換器(25)を備えることを特徴とする酸素分離設備。
[6] In the oxygen separation facility of [5] above, the air before being introduced into the adsorption tower (1) and the gas (g 3 ) exhausted without being adsorbed by the adsorption tower (1) are further heated. An oxygen separation facility comprising a heat exchanger (24) for replacement.
[7] In the oxygen separation facility of [5] or [6] above, the air blowing means (4) passes the exhaust pipe (17) of the gas (g 4 ) desorbed after being adsorbed by the adsorption tower (2). An oxygen separation facility comprising an air supply pipe (8) provided and connected to a pipe position upstream of the blower means (4).
[8] In the oxygen equipment according to any one of [5] to [7], the oxygen separation equipment includes two adsorption towers (1) for alternately performing the adsorption process and the desorption process, An oxygen separation facility comprising a heat exchanger (25) for exchanging heat between the gas (g 1 ) desorbed from the adsorption tower (1) and the air before being introduced into the other adsorption tower (1). .
[9]上記[8]の酸素設備において、圧力スイング吸着装置(10)は、2基の吸着塔(1a),(1b)と、これら吸着塔(1a),(1b)で吸着工程と脱着工程を交互に行うためにガスを給排気することができる配管系を備え、該配管系に送風手段(4)と排気手段(5)が設けられ、
圧力スイング吸着装置(20)は、2基の吸着塔(2a),(2b)と、これら吸着塔(2a),(2b)で吸着工程と脱着工程を交互に行うためにガスを給排気することができる配管系を備えることを特徴とする酸素分離設備。
[9] In the oxygen equipment of [8] above, the pressure swing adsorption device (10) is composed of two adsorption towers (1a) and (1b) and an adsorption process and desorption in these adsorption towers (1a) and (1b). A piping system capable of supplying and exhausting gas for alternately performing the steps is provided, and the ventilation system (4) and the exhausting means (5) are provided in the piping system,
The pressure swing adsorption device (20) supplies and exhausts gas in order to alternately perform an adsorption process and a desorption process in the two adsorption towers (2a) and (2b) and these adsorption towers (2a) and (2b). An oxygen separation facility comprising a piping system capable of performing the above.
本発明によれば、空気からの酸素の分離を二段階で行い、一段目では酸素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔に空気を導入してPSAを行い、二段目では、一段目の吸着塔から脱着された酸素濃縮ガスを、窒素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔に導入してPSAを行うことより、PSAおいてパージ工程を行うことなく、空気から酸素を効率的に分離し、高濃度の酸素ガスを得ることができる。
また、PSAにより酸素を吸着する一段目の吸着塔に導入する前の空気を、当該吸着塔から排気された高温の脱着ガスや非吸着ガスとの熱交換で昇温させる方法の場合には、PSAにより酸素を吸着する吸着塔から排気されるガスによる熱ロスを小さくすることができる。
さらに、二段目の吸着塔から脱着されたガスを原料の空気に混合し、原料の一部として用いる方法の場合には、酸素の回収率をより高めることができる。
According to the present invention, separation of oxygen from air is performed in two stages. In the first stage, air is introduced into an adsorption tower packed with an adsorbent mainly adsorbing oxygen, and PSA is performed. In the second stage, one stage is performed. By introducing the oxygen-enriched gas desorbed from the eye adsorption tower into an adsorption tower filled with an adsorbent that mainly adsorbs nitrogen, and performing PSA, oxygen is removed from the air without performing a purge step in PSA. It can be separated efficiently and a high concentration oxygen gas can be obtained.
In the case of a method of heating the air before being introduced into the first stage adsorption tower that adsorbs oxygen by PSA by heat exchange with the high-temperature desorption gas or non-adsorption gas exhausted from the adsorption tower, The heat loss due to the gas exhausted from the adsorption tower that adsorbs oxygen by PSA can be reduced.
Furthermore, in the case of a method in which the gas desorbed from the second stage adsorption tower is mixed with the raw material air and used as a part of the raw material, the oxygen recovery rate can be further increased.
本発明の酸素分離方法は、空気から酸素を分離するための方法であり、圧力スイング吸着方式による吸着塔であって、酸素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔1に空気を導入し、ガス吸着を行う工程Aと、この工程Aで吸着塔1に吸着されたガスg1を脱着する工程Bと、この工程Bで脱着されたガスg1を、圧力スイング吸着方式による吸着塔であって、窒素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔2に導入し、ガス吸着を行う工程Cと、この工程Cで吸着塔2に吸着されることなく排気されたガスg2を高酸素濃度ガスとして回収する工程Dを有する。この酸素分離方法は、一段目の工程Aと二段目の工程Cでガス分離を行うことにより高酸素濃度ガスを得るものであり、このため、工程A(吸着工程)と工程B(脱着工程)間でパージ工程は行わない。
The oxygen separation method of the present invention is a method for separating oxygen from air, and is an adsorption tower using a pressure swing adsorption method, in which air is introduced into an
また、この酸素分離方法の実施に供する酸素分離設備は、酸素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔1を備えた圧力スイング吸着装置10と、吸着塔1に空気を供給する送風手段4と、吸着塔1に吸着されたガスg1を脱着時に排気する排気手段5と、窒素を主として吸着する吸着材が充填され、排気手段5により吸着塔1から排気されたガスg1が供給される吸着塔2を備えた圧力スイング吸着装置20を備え、吸着塔2に吸着されることなく排気されたガスg2が高酸素濃度ガスとして回収されるようにしたものである。この酸素分離設備のガス分離手段は、一段目の圧力スイング吸着装置10と二段目の圧力スイング吸着装置20からなるが、上記のように吸着工程と脱着工程間でパージ工程は行わないため、この酸素分離設備は、パージ工程を行うための設備構成は備えない。
The oxygen separation equipment used for carrying out this oxygen separation method includes a pressure
図1は、本発明の酸素分離設備の一実施形態を示すものである。
本実施形態では、圧力スイング吸着装置10(以下、「PSA装置10」という)が2基の吸着塔1a,1bを備え、また、圧力スイング吸着装置20(以下、「PSA装置20」という)も2基の吸着塔2a,2bを備えている。
PSA装置10が備える2基の吸着塔1a,1bは、それぞれ吸着塔を500〜600℃程度まで加熱するための加熱手段7を備えている。この加熱手段7は、吸着塔を外囲するように設置される電熱ヒーター等で構成される。
FIG. 1 shows one embodiment of the oxygen separation facility of the present invention.
In this embodiment, the pressure swing adsorption apparatus 10 (hereinafter referred to as “
The two
吸着塔1a,1bに充填される酸素を主として吸着する吸着材とは、空気を通したときに酸素の吸着容量が窒素の吸着容量に較べて大きい吸着材である。この吸着材は、酸素を主として吸着できるものであれば、その種類に特別な制限はないが、吸着性能の面からはペロブスカイト型吸着材が望ましい。先に述べたように、ペロブスカイトの構造の一般的な表現はABOxである。このAおよびBの元素に限定はないが、特に本発明のように酸素の分離に使用するものは、Aは第2族、第3族およびランタノイドに属する元素(Sr、Ba、Y、Laなど)であり、Bは第7族から第9族に属する元素(Mn、Fe、Coなど)であり、それぞれ、それらの中から選ばれる1種類の元素であっても、複数種類の元素であってもよい。ペロブスカイトは、温度あるいは酸素分圧の変化により結晶構造が変化し、構造中のOの数(x)が変わることで酸素を吸収、放出する。ペロブスカイト型吸着材としては、例えば、SrFeOx、BaFeOx、SrNiOx、SrCoOxや、特開2005−87941号公報、特開2008−12439号公報に示されるものなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
The adsorbent mainly adsorbing oxygen filled in the adsorption towers 1a and 1b is an adsorbent having a larger oxygen adsorption capacity than that of nitrogen when air is passed. The adsorbent is not particularly limited as long as it can mainly adsorb oxygen, but a perovskite adsorbent is desirable from the standpoint of adsorption performance. As mentioned earlier, a general representation of the structure of perovskite is ABO x . The elements of A and B are not limited, but in particular, those used for oxygen separation as in the present invention, A is an element belonging to Group 2,
また、吸着塔2a,2bに充填される窒素を主として吸着する吸着材とは、空気を通したときに窒素の吸着容量が酸素の吸着容量に較べて大きい吸着材である。この吸着材は、窒素を主として吸着できるものであれば、その種類に特別な制限はないが、吸着性能の面からは、リチウムを置換又は担持したゼオライト(Li置換又は担持ゼオライト)が特に好ましい。 The adsorbent mainly adsorbing nitrogen filled in the adsorption towers 2a and 2b is an adsorbent having a larger nitrogen adsorption capacity than oxygen adsorption capacity when air is passed. The adsorbent is not particularly limited as long as it can mainly adsorb nitrogen, but from the standpoint of adsorption performance, a lithium-substituted or supported zeolite (Li-substituted or supported zeolite) is particularly preferable.
送風手段4はブロア等で構成され、吸着塔1a,1bに酸素を供給する酸素供給管8に設けられている。この酸素供給管8の下流側は、吸着塔1a,1bに対応して2本の分岐供給管80a,80bに分岐している。また、排気手段5は真空ポンプ等で構成され、吸着塔1a,1bの吸着ガスを排気するガス排気管9に設けられている。このガス排気管9の上流側は、吸着塔1a,1bに対応して2本の分岐排気管90a,90bに分岐している。
そして、分岐供給管80aと分岐排気管90aが合流してガス給排管11aとなり、このガス給排管11aが吸着塔1aの一端(下部側)に接続されている。また、分岐供給管80bと分岐排気管90bが合流してガス給排管11bとなり、このガス給排管11bが吸着塔1bの一端(下部側)に接続されている。
The air blowing means 4 is composed of a blower or the like, and is provided in an
The
吸着塔1a,1bを通過した非吸着ガス(オフガス)を排出するためのガス排気管12は、その上流側が吸着塔1a,1bに対応して2本の分岐排気管120a,120bに分岐し、これら分岐排気管120a,120bが、吸着塔1a,1bの他端(上部側)に接続されている。
分岐供給管80a,80b、分岐排気管90a,90b、分岐排出管120a,120bには、それぞれ開閉弁13a,13b,14a,14b,15a,15b(自動開閉弁)が設けられ、吸脱着の各工程に応じて開閉されるようになっている。また、ガス排気管12には背圧弁16が設けられ、吸着塔内を所定圧力に維持しつつ非吸着ガスを排出できるようにしている。
The
The
ガス排気管9の下流側は、吸着塔2a,2bへのガス供給管を構成しており、吸着塔2a,2bに対応して2本の分岐供給管91a,91bに分岐している。一方、吸着塔2a,2bの吸着ガスを排気するガス排気管17には、真空ポンプ等の排気手段6が設けられている。このガス排気管17の上流側は、吸着塔2a,2bに対応して2本の分岐排気管170a,170bに分岐している。そして、分岐供給管91aと分岐排気管170aが合流してガス給排管18aとなり、このガス給排管18aが吸着塔2aの一端(下部側)に接続されている。また、分岐供給管91bと分岐排気管170bが合流してガス給排管18bとなり、このガス給排管18bが吸着塔2bの一端(下部側)に接続されている。
The downstream side of the
吸着塔2a,2bを通過した非吸着ガス(オフガス)を排出するためのガス排気管19は、その上流側が吸着塔2a,2bに対応して2本の分岐排気管190a,190bに分岐し、これら分岐排気管190a,190bが、吸着塔2a,2bの他端(上部側)に接続されている。
分岐供給管91a,91b、分岐排気管170a,170b、分岐排出管190a,190bには、それぞれ開閉弁21a,21b,22a,22b,23a,23b(自動開閉弁)が設けられ、吸脱着の各工程に応じて開閉されるようになっている。
本発明の酸素分離設備の操業では、後述するように、各吸着塔1a,1bにおいて、吸着工程と脱着工程間でパージ工程は行わないため、パージ工程を行うための設備構成は備えない。
The
The
In the operation of the oxygen separation facility according to the present invention, as will be described later, in each of the adsorption towers 1a and 1b, the purge step is not performed between the adsorption step and the desorption step, and therefore no equipment configuration for performing the purge step is provided.
以下、図1の酸素分離設備を用いた本発明の酸素分離方法の一実施形態について、図2及び図3に基づいて説明する。図2は、吸着塔1aと吸着塔2aが吸着工程、吸着塔1bと吸着塔2bが脱着工程にあるときの開閉弁の開閉状態及びガス流れを示す説明図、図3は、吸着塔1aと吸着塔2aが脱着工程、吸着塔1bと吸着塔2bが吸着工程にあるときの開閉弁の開閉状態及びガス流れを示す説明図である。図2及び図3において、太線がガスの流れている流路を示し、開閉弁のなかで黒塗りが閉状態のもの、白抜きが開状態のものである。
なお、吸着塔1a,1bは、必要に応じて、加熱手段7により吸着材の酸素吸着・脱着に必要な温度まで加熱される。
Hereinafter, an embodiment of the oxygen separation method of the present invention using the oxygen separation facility of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an explanatory view showing the open / close state of the on-off valve and the gas flow when the
In addition, the adsorption towers 1a and 1b are heated to a temperature necessary for oxygen adsorption / desorption of the adsorbent by the heating means 7 as necessary.
図2において、原料である空気g0は、送風手段4によって空気供給管8、分岐供給管80a、ガス給排気管11aを通じて吸着塔1aに導入され、塔内に充填された吸着材(酸素を主として吸着する吸着材)に酸素が主として吸着される(工程A)。吸着塔1a内で酸素濃度が低下したガスは、非吸着ガスとして塔上部から排気され、分岐排出管120a、ガス排出管12を通じて背圧弁16を介して排気(ガスg3)される。一方、上記のように吸着塔1aでガス吸着が行われる工程Aの間、前回行われた工程Aで吸着塔1b内の吸着材に吸着されているガスg1(酸素濃度が高いガス)が、排気手段5によって吸着塔1bから脱着され(工程B)、ガス給排管11b、分岐排気管90b、ガス排気管9を通じて排気される。以上が一段目のPSAによるガス分離工程であり、このPSAでは吸着工程と脱着工程間でのパージ工程は行われない。
In FIG. 2, air g 0 as a raw material is introduced into the
吸着塔1bから脱着され、ガス排気管9を通じて排気された上記ガスg1は、二段目のPSAによるガス分離工程に送られる。すなわち、ガスg1は、ガス排気管9に連なる分岐供給管91a、ガス給排管18aを通じて吸着塔2aに導入され、塔内に充填された吸着材(窒素を主として吸着する吸着材)に窒素が主として吸着される(工程C)。吸着塔2aに吸着されることなく排気されたガスg2(非吸着ガス)は、窒素分が吸着塔2aで吸着除去されて酸素濃度がさらに高くなっており、分岐排気管190a、ガス排気管19を通じて排気され、製品ガスである高酸素濃度ガスとして回収される(工程D)。一方、上記のように吸着塔2aでガス吸着が行われる工程Cの間、前回行われた工程Cで窒素が主として吸着された吸着塔2bから排気手段6により窒素が多いガスが脱着され、排気される(ガスg4)。
Desorbed from the
この酸素分離方法では、一段目PSAの吸着工程と脱着工程間でのパージ工程が行われないが、二段目PSAにおいて、一段目PSAで脱着されたガスg1(酸素濃縮ガス)の窒素分が吸着除去されるので、二段目PSAで吸着されることなく排気されたガスg2(非吸着ガス)は酸素濃度がさらに高められ、これを高酸素濃度ガスとして回収することができる。 In this oxygen separation method, the purge step between the adsorption step and the desorption step of the first-stage PSA is not performed, but the nitrogen content of the gas g 1 (oxygen-enriched gas) desorbed in the first-stage PSA in the second-stage PSA. Is absorbed and removed, the gas g 2 (non-adsorbed gas) exhausted without being adsorbed by the second-stage PSA is further increased in oxygen concentration, and can be recovered as a high oxygen concentration gas.
図2の状態で吸着塔1a,1bと吸着塔2a,2bによる上記工程が完了した時点で、開閉弁の開閉状態を図3に示すように変更して吸着塔1a,1bと吸着塔2a,2bの切り替えを行い、以下のようなガス分離を行う。
図3において、原料である空気g0は、送風手段4によって空気供給管8、分岐供給管80b、ガス給排気管11bを通じて吸着塔1bに導入され、塔内に充填された吸着材(酸素を主として吸着する吸着材)に酸素が主として吸着される(工程A)。吸着塔1b内で酸素濃度が低下したガスは、非吸着ガスとして塔上部から排気され、分岐排出管120b、ガス排出管12を通じて背圧弁16を介して排気(ガスg3)される。一方、上記のように吸着塔1bでガス吸着が行われる工程Aの間、前回行われた工程Aで吸着塔1a内の吸着材に吸着されているガスg1(酸素濃度が高いガス)が、排気手段5によって吸着塔1aから脱着され(工程B)、ガス給排管11a、分岐排気管90a、ガス排気管9を通じて排気される。以上が一段目のPSAによるガス分離工程であり、この一段目PSAでは吸着工程と脱着工程間でのパージ工程は行われない。
When the above steps by the adsorption towers 1a and 1b and the adsorption towers 2a and 2b are completed in the state of FIG. 2, the open / close state of the on-off valve is changed as shown in FIG. 3 to change the adsorption towers 1a and 1b and the
In FIG. 3, air g 0 as a raw material is introduced into the
吸着塔1aから脱着され、ガス排気管9を通じて排気された上記ガスg1は、二段目のPSAによるガス分離工程に送られる。すなわち、ガスg1は、ガス排気管9に連なる分岐供給管91b、ガス給排管18bを通じて吸着塔2bに導入され、塔内に充填された吸着材(窒素を主として吸着する吸着材)に窒素が主として吸着される(工程C)。吸着塔2bに吸着されることなく排気されたガスg2(非吸着ガス)は、窒素分が吸着塔2bで吸着除去されて酸素濃度がさらに高くなっており、分岐排気管190b、ガス排気管19を通じて排気され、製品ガスである高酸素濃度ガスとして回収される(工程D)。一方、上記のように吸着塔2bでガス吸着が行われる工程Cの間、前回行われた工程Cで窒素が主として吸着された吸着塔2aから排気手段6により窒素が多いガスが脱着され、排気される(ガスg4)。
以上の図2、図3の工程を繰り返し行うことで、原料である空気g0から高酸素濃度ガス(ガスg2)を連続的に得ることができる。
The gas g 1 desorbed from the
By repeatedly performing the steps of FIGS. 2 and 3 described above, a high oxygen concentration gas (gas g 2 ) can be continuously obtained from the air g 0 as a raw material.
本発明は、一段目のPSA装置(吸着塔1)で空気から酸素を吸着し、この一段目のPSA装置(吸着塔1)から脱着されたガスを二段目のPSA装置(吸着塔2)に導入して窒素を吸着し、このPSA装置(吸着塔2)の非吸着ガス(オフガス)を高酸素濃度ガスとして回収するものであるが、上述した実施形態のように、直列に接続された2段のPSA装置(吸着塔1,2)でガスの吸着・脱着を行うだけでは、得られる酸素回収率には一定の限界がある。
また、さきに述べたように、吸着塔1に充填される吸着材(酸素を主として吸着する吸着材)としては、吸着性能の面からペロブスカイト型吸着材が好ましいが、この吸着材は500〜600℃といった高温状態で使用される(酸素の吸着・脱着)ものであり、このため吸着材の熱が吸着塔1から排出されるガスに着熱して熱ロスとなる問題がある。
In the present invention, oxygen is adsorbed from air by the first-stage PSA apparatus (adsorption tower 1), and the gas desorbed from the first-stage PSA apparatus (adsorption tower 1) is converted into the second-stage PSA apparatus (adsorption tower 2). Is introduced to adsorb nitrogen, and the non-adsorbed gas (off-gas) of this PSA device (adsorption tower 2) is recovered as a high oxygen concentration gas, but connected in series as in the above-described embodiment. There is a certain limit to the oxygen recovery rate obtained only by gas adsorption / desorption with a two-stage PSA apparatus (adsorption towers 1 and 2).
As described above, the adsorbent (adsorbent that mainly adsorbs oxygen) packed in the
本発明の酸素分離方法は、上記のような課題を解決するために、以下のような好ましい形態を採ることができる。
(i) 工程Aのために吸着塔1に導入される前の空気と、工程Aで吸着塔1に吸着されることなく排気されたガスg3を熱交換し、ガスg3の顕熱で前記空気を昇温させる。
(ii) 工程Cで吸着塔2に吸着された後、脱着されたガスg4を、工程Aのために吸着塔1に導入される前の空気に混合する。
(iii) 2基の吸着塔1で工程Aと工程Bを交互に行う酸素分離方法であって、一方の吸着塔1の工程Bで脱着されたガスg1と、工程Aのために他方の吸着塔1に導入される前の空気を熱交換し、ガスg1の顕熱で前記空気を昇温させる。
The oxygen separation method of the present invention can take the following preferable forms in order to solve the above-described problems.
(I) Heat exchange between the air before being introduced into the
(Ii) The gas g 4 desorbed after being adsorbed on the adsorption tower 2 in the step C is mixed with the air before being introduced into the
(Iii) An oxygen separation method in which Step A and Step B are alternately performed in two
上記(i)、(iii)により吸着塔1から排出されるガスへの着熱による熱ロスを少なくすることができるが、特に上記(i)と(iii)を組み合わせ、吸着塔1に導入する前の空気を吸着塔1から排気された高温のガスg1(脱着ガス)とガスg3(非吸着ガス)との2段階の熱交換により昇温させることにより、吸着塔1から排出されるガスへの着熱による熱ロスをより効果的に低減させることができる。また、上記(ii)により酸素回収率を高めることができる。このため上記(i)〜(iii)を組み合わせることにより、酸素回収率を高めることができるとともに、吸着塔1から排出されるガスへの着熱による熱ロスを最も効果的に低減させることができる。
Although the heat loss due to heat applied to the gas discharged from the
また、この酸素分離方法の実施に供する酸素分離設備は、上記課題を解決するために、以下のような好ましい形態を採ることができる。
(1) さらに、吸着塔1に導入される前の空気と、吸着塔1に吸着されることなく排気されたガスg3を熱交換する熱交換器24を備える。
(2) 吸着塔2に吸着された後、脱着されたガスg4の排気管17を、送風手段4が設けられた空気供給管8であって、送風手段4の上流側の管部位置に接続する。
(3) 吸着工程と脱着工程を交互に行う2基の吸着塔1を備えた酸素分離設備であって、さらに、一方の吸着塔1から脱着されたガスg1と、他方の吸着塔1に導入される前の空気を熱交換する熱交換器25を備える。
Moreover, in order to solve the said subject, the oxygen separation equipment used for implementation of this oxygen separation method can take the following preferable forms.
(1) further comprises an air prior to being introduced into the
(2) The
(3) An oxygen separation facility having two
図4は、本発明の酸素分離設備の他の実施形態を示すものであり、上述した好ましい形態(1)〜(3)を備えた酸素分離設備である。
この酸素分離設備の基本構成は、図1の実施形態と同様であるので、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
この酸素分離設備は、図1の基本構成に加えて、熱交換器24a,24b、熱交換器25a,25bを備えている。
FIG. 4 shows another embodiment of the oxygen separation facility of the present invention, which is an oxygen separation facility equipped with the preferred embodiments (1) to (3) described above.
Since the basic configuration of this oxygen separation facility is the same as that of the embodiment of FIG. 1, the same reference numerals are given, and detailed description thereof is omitted.
This oxygen separation facility includes
熱交換器24a,24bは、吸着塔1a,1bに導入される前の空気g0と、吸着塔1a,1bに吸着されることなく排気されたガスg3(オフガス)を熱交換するものである。
したがって、熱交換器24aは、吸着塔1aを通過した非吸着ガス(オフガス)を排出するための分岐排気管120aと、吸着塔1aに空気を供給する分岐供給管80aに対して設けられる。すなわち、熱交換器24aの一次側流路(流路の入口・出口)に分岐排気管120aが接続され、二次側流路(流路の入口・出口)に分岐供給管80aが接続される。また、熱交換器24bは、吸着塔1bを通過した非吸着ガス(オフガス)を排出するための分岐排気管120bと、吸着塔1bに空気を供給する分岐供給管80bに対して設けられる。すなわち、熱交換器24bの一次側流路(流路の入口・出口)に分岐排気管120bが接続され、二次側流路(流路の入口・出口)に分岐供給管80bが接続される。
Therefore, the
熱交換器25a,25bは、2基の吸着塔1a,1bのうち、一方の吸着塔1に導入される前の空気g0と、他方の吸着塔1から脱着されたガスg1を熱交換するものである。
したがって、熱交換器25aは、吸着塔1bの吸着ガスを排気(脱着)する分岐排気管90bと、吸着塔1aに空気を供給する分岐供給管80aに対して設けられる。すなわち、熱交換器25aの一次側流路(流路の入口・出口)に分岐排気管90bが接続され、二次側流路(流路の入口・出口)に分岐供給管80aが接続される。また、熱交換器25bは、吸着塔1aの吸着ガスを排気(脱着)する分岐排気管90aと、吸着塔1bに空気を供給する分岐供給管80bに対して設けられる。すなわち、熱交換器25bの一次側流路(流路の入口・出口)に分岐排気管90aが接続され、二次側流路(流路の入口・出口)に分岐供給管80bが接続される。
The
Therefore, the
分岐供給管80a,80bにおいては、空気g0の流れ方向で開閉弁13a,13bの下流側に熱交換器25a,25b、熱交換器24a,24bの順で配置されている。これは、熱交換器25a,25bの一次側のガスg1と、熱交換器24a,24bの一次側のガスg3は、通常、ガス量がg3>g1であるため、ガス量の少ないガスg1を先に空気g0の温度が低い状態で熱交換させ、次いで、ガス量の多いガスg3と若干温度の上昇した空気g0と熱交換する方が、空気g0を効率的に昇温させることができるからである。
また、吸着塔2a,2bから脱着されるガスg4のガス排気管17は、送風手段4の上流側の空気供給管8に接続され、ガスg4が空気g0に混合されるようにしている。
The
以下、図4の酸素分離設備を用いた本発明の酸素分離方法の一実施形態について、図5及び図6に基づいて説明する。図5は、吸着塔1aと吸着塔2aが吸着工程、吸着塔1bと吸着塔2bが脱着工程にあるときの開閉弁の開閉状態及びガス流れを示す説明図、図6は、吸着塔1aと吸着塔2aが脱着工程、吸着塔1bと吸着塔2bが吸着工程にあるときの開閉弁の開閉状態及びガス流れを示す説明図である。図5及び図6において、太線(実線、点線、破線)がガスの流れている流路を示し、開閉弁のなかで黒塗りが閉状態のもの、白抜きが開状態のものである。
この実施形態では、吸着塔1a,1bは加熱手段7で加熱され、塔内の吸着材は吸着工程・脱着工程とも高温状態(例えば、500℃程度)で使用される。
Hereinafter, an embodiment of the oxygen separation method of the present invention using the oxygen separation facility of FIG. 4 will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is an explanatory view showing the open / close state of the on-off valve and the gas flow when the
In this embodiment, the adsorption towers 1a and 1b are heated by the heating means 7, and the adsorbent in the tower is used in a high temperature state (for example, about 500 ° C.) in both the adsorption process and the desorption process.
図5においても、図2の場合と同様に、原料である空気g0は、送風手段4によって空気供給管8、分岐供給管80a、ガス給排気管11aを通じて吸着塔1aに導入され、塔内に充填された吸着材(酸素を主として吸着する吸着材)に酸素が主として吸着される(工程A)。吸着塔1a内で酸素濃度が低下したガスは、非吸着ガスとして塔上部から排気され、分岐排出管120a、ガス排出管12を通じて背圧弁16を介して排気(ガスg3)される。一方、上記のように吸着塔1aでガス吸着が行われる工程Aの間、前回行われた工程Aで吸着塔1b内の吸着材に吸着されているガスg1(酸素濃度が高いガス)が、排気手段5によって吸着塔1bから脱着され(工程B)、ガス給排管11b、分岐排気管90b、ガス排気管9を通じて排気される。以上が一段目のPSAによるガス分離工程であり、このPSAでは吸着工程と脱着工程間でのパージ工程は行われない。
Also in FIG. 5, as in the case of FIG. 2, the air g 0 as the raw material is introduced into the
以上の一段目のPSAによるガス分離工程において、吸着塔1aに導入される空気g0(常温)は、熱交換器25aにおいて、工程Bで吸着塔1bから脱着された上記ガスg1(例えば、約500℃)と熱交換し、ガスg1の顕熱で昇温し、さらに熱交換器24aにおいて、吸着塔1aに吸着されることなく排気された上記ガスg3(例えば、約500℃)と熱交換し、ガスg3の顕熱でさらに昇温し、このように昇温した空気g0が吸着塔1aに導入される。
In the gas separation step by the first stage PSA, air g 0 (normal temperature) introduced into the
吸着塔1bから脱着され、上記熱交換器25aを経由した後、ガス排気管9を通じて排気された上記ガスg1は、二段目のPSAによるガス分離工程に送られる。すなわち、図2の場合と同様に、ガスg1は、ガス排気管9に連なる分岐供給管91a、ガス給排管18aを通じて吸着塔2aに導入され、塔内に充填された吸着材(窒素を主として吸着する吸着材)に窒素が主として吸着される(工程C)。吸着塔2aに吸着されることなく排気されたガスg2(非吸着ガス)は、窒素分が吸着塔2aで吸着除去されて酸素濃度がさらに高くなっており、分岐排気管190a、ガス排気管19を通じて排気され、製品ガスである高酸素濃度ガスとして回収される(工程D)。一方、上記のように吸着塔2aでガス吸着が行われる工程Cの間、前回行われた工程Cで窒素が主として吸着された吸着塔2bから排気手段6により窒素が多いガスが脱着され、排気される(ガスg4)。このガスg4には相当量の酸素が含まれているため、ガス排出管17を通じて送風手段4の上流側の空気供給管8内に導入し、空気g0と混合して原料ガスの一部とする。
Desorbed from the
この酸素分離方法では、一段目PSAの吸着工程と脱着工程間でのパージ工程が行われないが、二段目PSAにおいて、一段目PSAで脱着されたガスg1(酸素濃縮ガス)の窒素分が吸着除去されるので、二段目PSAで吸着されることなく排気されたガスg2(非吸着ガス)は酸素濃度がさらに高められ、これを高酸素濃度ガスとして回収することができる。 In this oxygen separation method, the purge step between the adsorption step and the desorption step of the first-stage PSA is not performed, but the nitrogen content of the gas g 1 (oxygen-enriched gas) desorbed in the first-stage PSA in the second-stage PSA. Is absorbed and removed, the gas g 2 (non-adsorbed gas) exhausted without being adsorbed by the second-stage PSA is further increased in oxygen concentration, and can be recovered as a high oxygen concentration gas.
図5の状態で吸着塔1a,1bと吸着塔2a,2bによる上記工程が完了した時点で、開閉弁の開閉状態を図6に示すように変更して吸着塔1a,1bと吸着塔2a,2bの切り替えを行い、以下のようなガス分離を行う。
図6においても、図3の場合と同様に、原料である空気g0は、送風手段4によって空気供給管8、分岐供給管80b、ガス給排気管11bを通じて吸着塔1bに導入され、塔内に充填された吸着材(酸素を主として吸着する吸着材)に酸素が主として吸着される(工程A)。吸着塔1b内で酸素濃度が低下したガスは、非吸着ガスとして塔上部から排気され、分岐排出管120b、ガス排出管12を通じて背圧弁16を介して排気(ガスg3)される。一方、上記のように吸着塔1bでガス吸着が行われる工程Aの間、前回行われた工程Aで吸着塔1a内の吸着材に吸着されているガスg1(酸素濃度が高いガス)が、排気手段5によって吸着塔1aから脱着され(工程B)、ガス給排管11a、分岐排気管90a、ガス排気管9を通じて排気される。以上が一段目のPSAによるガス分離工程であり、この一段目PSAでは吸着工程と脱着工程間でのパージ工程は行われない。
When the above steps by the adsorption towers 1a and 1b and the adsorption towers 2a and 2b are completed in the state of FIG. 5, the open / close state of the on-off valve is changed as shown in FIG. 6 to change the adsorption towers 1a and 1b and the
In FIG. 6, as in the case of FIG. 3, the air g 0 as the raw material is introduced into the
以上の一段目のPSAによるガス分離工程において、吸着塔1bに導入される空気g0(常温)は、熱交換器25bにおいて、工程Bで吸着塔1aから脱着された上記ガスg1(例えば、約500℃)と熱交換し、ガスg1の顕熱で昇温し、さらに熱交換器24bにおいて、吸着塔1bに吸着されることなく排気された上記ガスg3(例えば、約500℃)と熱交換し、ガスg3の顕熱でさらに昇温し、このように昇温した空気g0が吸着塔1bに導入される。
In the gas separation step by the first stage PSA described above, the air g 0 (normal temperature) introduced into the
吸着塔1aから脱着され、上記熱交換器25bを経由した後、ガス排気管9を通じて排気された上記ガスg1は、二段目のPSAによるガス分離工程に送られる。すなわち、図3の場合と同様に、ガスg1は、ガス排気管9に連なる分岐供給管91b、ガス給排管18bを通じて吸着塔2bに導入され、塔内に充填された吸着材(窒素を主として吸着する吸着材)に窒素が主として吸着される(工程C)。吸着塔2bに吸着されることなく排気されたガスg2(非吸着ガス)は、窒素分が吸着塔2bで吸着除去されて酸素濃度がさらに高くなっており、分岐排気管190b、ガス排気管19を通じて排気され、製品ガスである高酸素濃度ガスとして回収される(工程D)。一方、上記のように吸着塔2bでガス吸着が行われる工程Cの間、前回行われた工程Cで窒素が主として吸着された吸着塔2aから排気手段6により窒素が多いガスが脱着され、排気される(ガスg4)。さきに述べたように、このガスg4には相当量の酸素が含まれているため、ガス排出管17を通じて送風手段4の上流側の空気供給管8内に導入し、空気g0と混合して原料ガスの一部とする。
以上の図5、図6の工程を繰り返し行うことで、原料である空気g0から高酸素濃度ガス(ガスg2)を連続的に得ることができる。
The gas g 1 desorbed from the
By repeatedly performing the steps of FIGS. 5 and 6 described above, a high oxygen concentration gas (gas g 2 ) can be continuously obtained from the air g 0 as a raw material.
この酸素分離方法では、吸着塔1に導入される常温の空気g0が、吸着塔1から排気された高温のガスg1(脱着ガス)とガスg3(非吸着ガス)との2段階の熱交換で昇温することにより、吸着塔1から排出されるガスへの着熱による熱ロスを効果的に低減させることができる。さらに、吸着塔2から脱着されたガスg4(脱着ガス)を原料の空気に混合し、原料ガスの一部として用いることにより、酸素の回収率を高めることができる。
In this oxygen separation method, room temperature air g 0 introduced into the
1a,1b 吸着塔
2a,2b 吸着塔
4 送風手段
5 排気手段
6 排気手段
7 加熱手段
8 空気供給管
9 ガス排気管
10 圧力スイング吸着装置
11a,11b ガス給排管
12 ガス排気管
13a,13b,14a,14b,15a,15b 開閉弁
16 背圧弁
17 ガス排気管
18a,18b ガス給排管
19 ガス排気管
20 圧力スイング吸着装置
21a,21b,22a,22b,23a,23b 開閉弁
24a,24b 熱交換器
25a,25b 熱交換器
80a,80b 分岐供給管
90a,90b 分岐排気管
91a,91b 分岐供給管
120a,120b 分岐排気管
170a,170b 分岐排気管
190a,190b 分岐排気管
g0 空気
g1,g2,g3,g4 ガス
1a,
Claims (9)
工程(A)で吸着塔(1)に吸着されたガス(g1)を脱着する工程(B)と、
工程(B)で脱着されたガス(g1)を、圧力スイング吸着方式による吸着塔であって、窒素を主として吸着する吸着材が充填された吸着塔(2)に導入し、ガス吸着を行う工程(C)と、
工程(C)で吸着塔(2)に吸着されることなく排気されたガス(g2)を高酸素濃度ガスとして回収する工程(D)を有することを特徴とする酸素分離方法。 A step (A) in which air is introduced into an adsorption tower (1) filled with an adsorbent that mainly adsorbs oxygen, and gas adsorption is performed by an adsorption tower using a pressure swing adsorption method;
A step (B) of desorbing the gas (g 1 ) adsorbed on the adsorption tower (1) in the step (A);
The gas (g 1 ) desorbed in the step (B) is introduced into an adsorption tower (2) which is a pressure swing adsorption system and is filled with an adsorbent that mainly adsorbs nitrogen, and performs gas adsorption. Step (C),
An oxygen separation method comprising a step (D) of recovering a gas (g 2 ) exhausted without being adsorbed by the adsorption tower (2) in the step (C) as a high oxygen concentration gas.
吸着塔(1)に空気を供給する送風手段(4)と、
吸着塔(1)に吸着されたガス(g1)を脱着時に排気する排気手段(5)と、
窒素を主として吸着する吸着材が充填され、排気手段(5)により吸着塔(1)から排気されたガス(g1)が供給される吸着塔(2)を備えた圧力スイング吸着装置(20)を備え、
吸着塔(2)に吸着されることなく排気されたガス(g2)が高酸素濃度ガスとして回収されるようにしたことを特徴とする酸素分離設備。 A pressure swing adsorption device (10) comprising an adsorption tower (1) filled with an adsorbent that mainly adsorbs oxygen;
A blowing means (4) for supplying air to the adsorption tower (1);
An exhaust means (5) for exhausting the gas (g 1 ) adsorbed on the adsorption tower (1) at the time of desorption;
Pressure swing adsorption device (20) provided with an adsorption tower (2) filled with an adsorbent mainly adsorbing nitrogen and supplied with gas (g 1 ) exhausted from the adsorption tower (1) by the exhaust means (5) With
An oxygen separation facility characterized in that the gas (g 2 ) exhausted without being adsorbed by the adsorption tower (2) is recovered as a high oxygen concentration gas.
圧力スイング吸着装置(20)は、2基の吸着塔(2a),(2b)と、これら吸着塔(2a),(2b)で吸着工程と脱着工程を交互に行うためにガスを給排気することができる配管系を備えることを特徴とする請求項8に記載の酸素分離設備。 The pressure swing adsorption device (10) supplies and exhausts gas in order to alternately perform an adsorption process and a desorption process in the two adsorption towers (1a) and (1b) and these adsorption towers (1a) and (1b). A piping system that can be provided with a blowing means (4) and an exhaust means (5),
The pressure swing adsorption device (20) supplies and exhausts gas in order to alternately perform an adsorption process and a desorption process in the two adsorption towers (2a) and (2b) and these adsorption towers (2a) and (2b). The oxygen separation facility according to claim 8, further comprising a piping system capable of performing the operation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015014459A JP6092274B2 (en) | 2014-01-30 | 2015-01-28 | Oxygen separation method and equipment |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014016220 | 2014-01-30 | ||
JP2014016220 | 2014-01-30 | ||
JP2015014459A JP6092274B2 (en) | 2014-01-30 | 2015-01-28 | Oxygen separation method and equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015163393A true JP2015163393A (en) | 2015-09-10 |
JP6092274B2 JP6092274B2 (en) | 2017-03-08 |
Family
ID=54186581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015014459A Active JP6092274B2 (en) | 2014-01-30 | 2015-01-28 | Oxygen separation method and equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6092274B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106943842A (en) * | 2017-04-19 | 2017-07-14 | 成都赛普瑞兴科技有限公司 | A kind of pressure-changeable gas-adsorption separation method |
CN108069400A (en) * | 2018-01-08 | 2018-05-25 | 上海理工大学 | Multistage recycling pressure-variable adsorption high-speed oxygen nitrogen equipment and method |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2011272A (en) * | 1977-12-28 | 1979-07-11 | Boc Ltd | Air separation by adsorption |
US4190424A (en) * | 1975-07-17 | 1980-02-26 | Boc Limited | Gas separation |
JPS5946651B2 (en) * | 1975-07-17 | 1984-11-14 | ビ−、オ−、シ−、リミテツド | How to separate gas mixtures |
JPH02307805A (en) * | 1989-05-22 | 1990-12-21 | Nippon Sanso Kk | Oxygen production apparatus |
JP2004148270A (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-27 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | Pressure swing adsorption equipment and production method of high concentration oxygen and high concentration nitrogen using the same |
JP2010012367A (en) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Kyuchaku Gijutsu Kogyo Kk | Oxygen-producing method and oxygen-producing apparatus according to pressure swing adsorption method that employs oxygen-selective adsorbent |
WO2013191098A1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | 東京瓦斯株式会社 | Gas separation device |
-
2015
- 2015-01-28 JP JP2015014459A patent/JP6092274B2/en active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4190424A (en) * | 1975-07-17 | 1980-02-26 | Boc Limited | Gas separation |
JPS5946651B2 (en) * | 1975-07-17 | 1984-11-14 | ビ−、オ−、シ−、リミテツド | How to separate gas mixtures |
GB2011272A (en) * | 1977-12-28 | 1979-07-11 | Boc Ltd | Air separation by adsorption |
FR2413116A2 (en) * | 1977-12-28 | 1979-07-27 | Boc Ltd | PROCESS FOR ENRICHING A GAS MIXTURE IN ONE OF ITS CONSTITUENTS |
JPH02307805A (en) * | 1989-05-22 | 1990-12-21 | Nippon Sanso Kk | Oxygen production apparatus |
JP2004148270A (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-27 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | Pressure swing adsorption equipment and production method of high concentration oxygen and high concentration nitrogen using the same |
JP2010012367A (en) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Kyuchaku Gijutsu Kogyo Kk | Oxygen-producing method and oxygen-producing apparatus according to pressure swing adsorption method that employs oxygen-selective adsorbent |
WO2013191098A1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | 東京瓦斯株式会社 | Gas separation device |
JP2014000532A (en) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Tokyo Gas Co Ltd | Gas separation device |
EP2853306A1 (en) * | 2012-06-19 | 2015-04-01 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Gas separation device |
US20150151238A1 (en) * | 2012-06-19 | 2015-06-04 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Gas separation device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106943842A (en) * | 2017-04-19 | 2017-07-14 | 成都赛普瑞兴科技有限公司 | A kind of pressure-changeable gas-adsorption separation method |
CN108069400A (en) * | 2018-01-08 | 2018-05-25 | 上海理工大学 | Multistage recycling pressure-variable adsorption high-speed oxygen nitrogen equipment and method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6092274B2 (en) | 2017-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9486731B2 (en) | Process for removing carbon dioxide from a gas stream | |
CN102596798A (en) | Method for the production of hydrogen combined with carbon dioxide capture | |
CN102245500B (en) | Production of hydrogen from a reforming gas and simultaneous capture of CO2 co-product | |
CN102083512A (en) | Carbon dioxide recovery | |
JP5614808B2 (en) | Helium gas purification method and purification apparatus | |
CN211799895U (en) | Process system for separating mixed gas containing hydrogen chloride and hydrogen | |
JP6092274B2 (en) | Oxygen separation method and equipment | |
JP3947752B2 (en) | High purity hydrogen production method | |
US10029205B2 (en) | Two stage adsorbent and process cycle for fluid separations | |
TW201406446A (en) | Purifying method and purifying apparatus for argon gas | |
JP5748272B2 (en) | Helium gas purification method and purification apparatus | |
JP5683390B2 (en) | Helium gas purification method and purification apparatus | |
JP6092273B2 (en) | Oxygen separation method and equipment | |
JP2007015909A (en) | Method for production of high-purity hydrogen | |
KR101720799B1 (en) | Purifying method and purifying apparatus for argon gas | |
JP5534972B2 (en) | Gas separation method by pressure swing adsorption method | |
JP5403685B2 (en) | Argon gas purification method and purification apparatus | |
KR102644171B1 (en) | Separation and recovery system and method of hydrogen from coke oven gas(COG) in steel industry | |
WO2023064977A1 (en) | A process and plant of vacuum pressure swing adsorption for producing pure carbon dioxide from industrial off-gas containing co2 | |
JP2013155091A (en) | Method and apparatus for purifying argon gas | |
JP2012106904A (en) | Method and apparatus for purifying argon gas | |
JP4771668B2 (en) | Hydrogen production method and apparatus | |
JP2012012635A (en) | Method and device for separating component of blast furnace gas | |
US20220168683A1 (en) | Energy-saving process system for purifying and recycling oxygen from high-temperature oxygen-enriched flue gas and process thereof | |
CN207158782U (en) | Hydrogen cleaning temperature swing absorption unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151013 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160802 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160926 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170207 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170208 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6092274 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |