JP2016055213A - Gas separator for pressure fluctuation adsorption under vacuum and gas separation method for pressure fluctuation adsorption under vacuum - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、混合ガスから所定の物質を分離するガス分離装置およびガス分離方法に関する。 The present invention relates to a gas separation apparatus and a gas separation method for separating a predetermined substance from a mixed gas.
混合ガスから所定の物質(ガス)を分離する技術として、圧力スイング吸着(PSA:Pressure Swing Adsorption)法が知られている。PSA法は、吸着剤に対する物質の吸着量が、物質の種類および各物質(ガス)の分圧によって異なることを利用したガスの分離方法である。PSA法では、吸着剤が充填された吸着塔に混合ガスを供給し、混合ガスに含まれる所定の物質を吸着剤に選択的に吸着させる処理(吸着処理)と、所定の物質が吸着した後の吸着剤から所定の物質を脱着させる処理(脱着処理)と、において圧力差を付けることで、混合ガスから所定の物質を分離する。 As a technique for separating a predetermined substance (gas) from a mixed gas, a pressure swing adsorption (PSA) method is known. The PSA method is a gas separation method that utilizes the fact that the amount of a substance adsorbed on an adsorbent varies depending on the type of substance and the partial pressure of each substance (gas). In the PSA method, a mixed gas is supplied to an adsorption tower filled with an adsorbent, a predetermined substance contained in the mixed gas is selectively adsorbed on the adsorbent (adsorption process), and after the predetermined substance is adsorbed The predetermined substance is separated from the mixed gas by applying a pressure difference in the process of desorbing the predetermined substance from the adsorbent (desorption process).
従来、PSA法を利用したガス分離装置では、混合ガスを加圧して吸着塔に供給するブロワと、吸着塔から所定の物質を吸引する真空ポンプとが設けられており、吸着処理においてブロワが駆動され、脱着処理において真空ポンプが駆動される。しかし、従来のガス分離装置では、ブロワおよび真空ポンプの双方が必要となるため、装置自体の容積が大きく設置場所が限定されてしまったり、ブロワや真空ポンプのメンテナンスコストがかかったりするという課題があった。 Conventionally, in a gas separation apparatus using the PSA method, a blower that pressurizes a mixed gas and supplies it to an adsorption tower and a vacuum pump that sucks a predetermined substance from the adsorption tower are provided, and the blower is driven in the adsorption process. Then, the vacuum pump is driven in the desorption process. However, since the conventional gas separation device requires both a blower and a vacuum pump, there is a problem that the volume of the device itself is large and the installation location is limited, or the maintenance cost of the blower and the vacuum pump is increased. there were.
そこで、混合ガスとしての空気を加圧して吸着塔に供給する機能(加圧機能)と、吸着塔を減圧して吸着剤に吸着した窒素を吸引する機能(減圧機能)とを担う1台の空気ポンプを、吸着塔よりも空気の流れ方向の上流側に設け、この空気ポンプを駆動して吸着処理および脱着処理を実行するガス分離装置が開発されている(例えば、特許文献1)。 Therefore, one unit that functions to pressurize air as a mixed gas and supply it to the adsorption tower (pressurization function) and to function to depressurize the adsorption tower and suck nitrogen adsorbed on the adsorbent (decompression function). A gas separation device has been developed in which an air pump is provided upstream of the adsorption tower in the air flow direction, and the air pump is driven to perform adsorption treatment and desorption treatment (for example, Patent Document 1).
上記特許文献1のガス分離装置では、吸着処理および脱着処理が1台の空気ポンプによって実行されるため、従来のガス分離装置と比較して、装置自体の容積を小さくすることができ、また、メンテナンスコストを低減できるといった利点がある。 In the gas separation device of Patent Document 1, the adsorption process and the desorption process are performed by a single air pump, so that the volume of the apparatus itself can be reduced as compared to a conventional gas separation apparatus, There is an advantage that the maintenance cost can be reduced.
しかし、このような空気ポンプは、加圧機能および減圧機能の双方を担うため、空気ポンプ内部からのガスの漏出、外部から空気ポンプ内部への空気の流入を防止する必要があり、このためのシール構造が複雑となる。したがって、空気ポンプ自体が高価となるといった課題がある。 However, since such an air pump has both a pressurizing function and a decompressing function, it is necessary to prevent gas leakage from the inside of the air pump and air inflow from the outside to the inside of the air pump. The seal structure becomes complicated. Therefore, there is a problem that the air pump itself is expensive.
本発明は、このような課題に鑑み、低コストで効率よく、混合ガスから所定の物質を分離することが可能な、真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置、および、真空下で圧力変動吸着を行うガス分離方法を提供することを目的としている。 In view of such problems, the present invention provides a gas separation device that performs pressure fluctuation adsorption under vacuum and that can separate a predetermined substance from a mixed gas efficiently at low cost, and pressure fluctuation under vacuum. It aims at providing the gas separation method which performs adsorption | suction.
上記課題を解決するために、本発明の真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置は、複数の物質を含有する混合ガスが流通する供給流路と、前記供給流路から前記混合ガスが導かれる吸着塔と、前記吸着塔内に設けられ、前記混合ガスに接触すると該混合ガスに含有される所定の物質である被吸着物を吸着する吸着剤と、前記吸着塔よりも前記混合ガスの流通方向の下流側に配され、該吸着塔内を吸引するポンプと、前記供給流路を連通させて、前記ポンプによって前記吸着塔内を吸引することで、該吸着塔内に前記混合ガスを供給して前記吸着剤に被吸着物を吸着させるとともに、該混合ガスから該被吸着物が取り除かれた分離ガスを該吸着塔内から排出する吸着処理を行い、該供給流路を遮断して、該ポンプによって該吸着塔内を吸引することで、該被吸着物を該吸着剤から脱着させるとともに、該脱着させることで得られた吸着ガスを該吸着塔内から排出する脱着処理を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a gas separation apparatus that performs pressure fluctuation adsorption under vacuum according to the present invention includes a supply channel through which a mixed gas containing a plurality of substances flows, and the mixed gas is introduced from the supply channel. An adsorbing tower, an adsorbent that is provided in the adsorbing tower and adsorbs an object to be adsorbed as a predetermined substance contained in the mixed gas when in contact with the mixed gas, and the mixed gas more than the adsorbing tower. A pump that is arranged downstream in the flow direction and that sucks the inside of the adsorption tower and the supply flow path are communicated, and the inside of the adsorption tower is sucked by the pump, whereby the mixed gas is sucked into the adsorption tower. The adsorbent is adsorbed by the adsorbent, and the separation gas from which the adsorbate has been removed from the mixed gas is discharged from the adsorption tower, and the supply flow path is shut off. The suction tower is sucked by the pump And a control means for performing a desorption process for desorbing the adsorbed material from the adsorbent and exhausting the adsorbed gas obtained by the desorption from the adsorption tower. .
また、本発明の前記ポンプには、前記分離ガスが流通する分離ガス流路および前記吸着ガスが流通する吸着ガス流路が接続され、前記制御手段は、前記吸着処理を行う場合、前記分離ガス流路を連通させるとともに、前記吸着ガス流路を遮断し、前記脱着処理を行う場合、前記分離ガス流路を遮断するとともに、前記吸着ガス流路を連通させるとしてもよい。 Further, the pump of the present invention is connected to a separation gas flow path through which the separation gas flows and an adsorption gas flow path through which the adsorption gas flows. When the flow path is communicated and the adsorption gas flow path is blocked and the desorption process is performed, the separation gas flow path may be blocked and the adsorption gas flow path may be communicated.
また、本発明の前記吸着剤は、常温よりも高温もしくは低温で、前記混合ガスに接触すると、前記被吸着物を吸着し、前記吸着剤を、前記被吸着物を吸着する温度に保持する温度保持手段と、前記吸着剤よりも前記混合ガスの流通方向の上流側、および、下流側の双方に配され、前記混合ガス、前記分離ガス、および、前記吸着ガスが流通するとともに、該分離ガスおよび該吸着ガスのうちいずれか一方または双方の熱を蓄熱して該混合ガスに伝熱する、もしくは、該混合ガスの熱を蓄熱して該分離ガスおよび該吸着ガスのうちいずれか一方または双方に伝熱する蓄熱体と、を備えるとしてもよい。 Further, the adsorbent of the present invention is a temperature at which the adsorbent is adsorbed when being in contact with the mixed gas at a temperature higher or lower than normal temperature, and the adsorbent is held at a temperature for adsorbing the adsorbent. The holding means is disposed both upstream and downstream of the adsorbent in the flow direction of the mixed gas, and the mixed gas, the separated gas, and the adsorbed gas are circulated, and the separated gas And the heat of either or both of the adsorbed gas is stored and transferred to the mixed gas, or the heat of the mixed gas is stored and either or both of the separated gas and the adsorbed gas are stored. It is good also as providing the thermal storage body which heat-transfers to.
また、本発明の前記供給流路は、前記吸着塔の一端および他端の双方に接続され、前記ポンプは、前記吸着塔の一端および他端の双方に接続され、前記制御手段は、前記混合ガスの供給方向、前記分離ガスの排出方向、および、前記吸着ガスの排出方向を制御するとしてもよい。 Further, the supply flow path of the present invention is connected to both one end and the other end of the adsorption tower, the pump is connected to both one end and the other end of the adsorption tower, and the control means includes the mixing unit The gas supply direction, the separation gas discharge direction, and the adsorption gas discharge direction may be controlled.
また、本発明の前記真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置は、前記分離ガスと前記吸着ガスとは容量が異なり、前記制御手段は、前記吸着処理および前記脱着処理を含む処理工程を繰り返し行い、1の処理工程の吸着処理または脱着処理では、前記吸着塔の一端側および他端側のうち、前回の処理工程の吸着処理または脱着処理において容量の多いガスを排出した側と異なる側から該容量の多いガスを排出させ、1の処理工程の吸着処理では、前回の処理工程の吸着処理または脱着処理において容量の多いガスを排出した側から前記混合ガスを供給させるとしてもよい。 Further, in the gas separation device that performs pressure fluctuation adsorption under vacuum according to the present invention, the separation gas and the adsorption gas have different capacities, and the control means repeats the processing steps including the adsorption treatment and the desorption treatment. And in the adsorption process or desorption process of one treatment process, from one end side and the other end side of the adsorption tower from a side different from the side from which a large volume of gas was discharged in the adsorption process or desorption process of the previous treatment process The gas having a large volume may be discharged, and the mixed gas may be supplied from the side where the gas having a large volume is discharged in the adsorption process or the desorption process of the previous process process in the adsorption process of one process process.
また、本発明の前記吸着剤は、化学吸着によって物質を吸着するとしてもよい。 The adsorbent of the present invention may adsorb a substance by chemical adsorption.
上記課題を解決するために、本発明の真空下で圧力変動吸着を行うガス分離方法は、複数の物質を含有する混合ガスが流通する供給流路から該混合ガスが導かれる吸着塔内に設けられた吸着剤に、該混合ガスを接触させることにより、該混合ガスに含有される所定の物質である被吸着物を該吸着剤に吸着させる真空下で圧力変動吸着を行うガス分離方法であって、前記供給流路を連通させて、該吸着塔よりも該混合ガスの流通方向の下流側に配されたポンプによって該吸着塔内を吸引することで、該吸着塔内に該混合ガスを供給して前記吸着剤に被吸着物を吸着させるとともに、該混合ガスから該被吸着物が取り除かれた分離ガスを該吸着塔内から排出する吸着処理を行う工程と、前記供給流路を遮断して、前記ポンプによって該吸着塔内を吸引することで、前記被吸着物を該吸着剤から脱着させるとともに、該脱着させることで得られた吸着ガスを該吸着塔内から排出する脱着処理を行う工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a gas separation method for pressure fluctuation adsorption under vacuum according to the present invention is provided in an adsorption tower in which the mixed gas is led from a supply channel through which a mixed gas containing a plurality of substances flows. In this gas separation method, pressure fluctuation adsorption is performed under vacuum in which the adsorbent is adsorbed to the adsorbent by adsorbing the adsorbent, which is a predetermined substance contained in the mixed gas, by bringing the mixed gas into contact with the adsorbent. Then, the mixed gas is sucked into the adsorption tower by suctioning the inside of the adsorption tower with a pump arranged in the downstream of the mixed gas in the flow direction of the mixed gas through the supply channel. Supplying and adsorbing the adsorbent to the adsorbent, and performing an adsorption process for discharging the separation gas from which the adsorbed substance has been removed from the mixed gas from the adsorption tower; and blocking the supply flow path And the inside of the adsorption tower by the pump And desorbing the adsorbent from the adsorbent, and performing a desorption process of discharging the adsorbed gas obtained by the desorption from the adsorption tower. .
本発明によれば、低コストで効率よく、混合ガスから所定の物質を分離することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently separate a predetermined substance from a mixed gas at low cost.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
以下の実施形態では、複数の物質を含有する混合ガスから所定の物質(ガス)を分離する、PSA法を利用した、真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置(以下、単に「ガス分離装置」と称する)、および、真空下で圧力変動吸着を行うガス分離方法(以下、単に「ガス分離方法」と称する)について説明する。ここでは、混合ガスとして空気を例に挙げ、空気から窒素(N2)および酸素(O2)をそれぞれ分離する構成を例に挙げて説明する。 In the following embodiments, a gas separation device that separates a predetermined substance (gas) from a mixed gas containing a plurality of substances and performs pressure fluctuation adsorption under vacuum using the PSA method (hereinafter simply referred to as “gas separation apparatus”). And a gas separation method that performs pressure fluctuation adsorption under vacuum (hereinafter simply referred to as “gas separation method”). Here, air will be described as an example of a mixed gas, and a configuration in which nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) are separated from air will be described as an example.
(第1の実施形態:ガス分離装置100)
図1は、第1の実施形態にかかるガス分離装置100を説明する図である。図1に示すように、ガス分離装置100は、筒形状(例えば、円筒形状)の吸着塔110を備えている。吸着塔110内には、吸着剤120(図1中、クロスハッチングで示す)が設けられ(充填され)ている。吸着剤120は、所定の圧力および温度環境下で空気に接触すると、空気(混合ガス)に含有される酸素(被吸着物)を吸着して、空気から酸素を分離する。
(First embodiment: gas separation device 100)
FIG. 1 is a diagram illustrating a
吸着剤120は、例えば、構造式A1−xBxC1−yDyO3−zで表されるペロブスカイト型酸化物である。ここで、Aはランタノイド元素またはアルカリ土類金属元素であり、Bはランタノイド元素、アルカリ土類金属元素、アルカリ金属元素の群のうちいずれかの元素ドーパントであり、Cはチタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)の群から選択される1または複数の元素であり、Dはチタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)の群から選択される1または複数の元素であり、かつ、Cとは異なる元素である。具体的に説明すると、吸着剤120は、例えば、La1−xSrxCo1−yFeyO3−z(La:Sr:Co:Fe=1:9:9:1)である。 Adsorbent 120 is, for example, a perovskite oxide represented by the structural formula A 1-x B x C 1 -y D y O 3-z. Here, A is a lanthanoid element or an alkaline earth metal element, B is an element dopant in the group of a lanthanoid element, an alkaline earth metal element, and an alkali metal element, and C is titanium (Ti) or vanadium. (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn) is one or a plurality of elements, and D is titanium 1 selected from the group consisting of (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), and zinc (Zn) Alternatively, it is a plurality of elements and an element different from C. Specifically, the adsorbent 120 is, for example, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-z (La: Sr: Co: Fe = 1: 9: 9: 1) is.
ペロブスカイト型酸化物は、所定の温度(例えば、250℃〜900℃)において、酸素を選択的に吸着する(化学吸着)。したがって、吸着剤120として、ペロブスカイト型酸化物を利用することにより、空気から選択的に酸素を吸着することができる。また、ペロブスカイト型酸化物は、250℃〜900℃において、圧力を変化させることにより、酸素の吸着および脱着(吸着していた物質が界面から離れること)を容易に行うことが可能となる。 The perovskite oxide selectively adsorbs oxygen (chemical adsorption) at a predetermined temperature (for example, 250 ° C. to 900 ° C.). Accordingly, by using a perovskite oxide as the adsorbent 120, oxygen can be selectively adsorbed from the air. Further, the perovskite oxide can easily perform adsorption and desorption of oxygen (the substance adsorbed is separated from the interface) by changing the pressure at 250 ° C. to 900 ° C.
また、吸着塔110の内部には、酸素を吸着する温度に吸着剤120を加熱する加熱部(温度保持手段)112が設けられている。本実施形態では、吸着剤120としてペロブスカイト型酸化物を採用しているため、加熱部112は、吸着剤120を250℃〜900℃に加熱する。加熱部112は、例えば、電気ヒータ、ガス燃焼式ヒータ、または、ガス分離装置100が設置されるプラントの排熱を供給する手段で構成される。
Further, inside the
また、吸着塔110の外壁には、断熱材(温度保持手段)114が配されており、吸着塔110から外部への放熱を抑制している。したがって、温度保持手段(加熱部112および断熱材114)によって、吸着剤120が、酸素を吸着する温度(250℃〜900℃)に保持されることとなる。
Further, a heat insulating material (temperature maintaining means) 114 is disposed on the outer wall of the
吸着塔110には、吸着塔110内に空気を供給するための供給口116が設けられており、供給口116には、空気が流通する供給配管(供給流路)130の一端が接続されている。本実施形態において、供給配管130の他端の開口は、大気開放されている。つまり、供給配管130は、混合ガスの供給源と、供給口116とを接続する配管であると言える。また、供給配管130には、供給配管130を開閉するためのバルブ132が設けられている。
The
ポンプ140は、入口が、第1排出配管142を介して、吸着塔110に設けられた排出口118に接続されており、吸着塔110内を吸引する。また、ポンプ140の出口には、第2排出配管144、分岐ユニット146、分離配管150(分離ガス流路)を介して、窒素貯留タンク152が接続されるとともに、第2排出配管144、分岐ユニット146、吸着配管160(吸着ガス流路)を介して、酸素貯留タンク162が接続される。また、分離配管150には、分離配管150を開閉するためのバルブ154が設けられ、吸着配管160には、吸着配管160を開閉するためのバルブ164が設けられている。
The
制御手段170は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成され、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働してガス分離装置100全体を管理および制御する。本実施形態において、制御手段170は、ポンプ140を駆動制御するとともに、バルブ132、154、164を開閉制御する。
The control means 170 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit), reads out programs and parameters for operating the CPU itself from the ROM, and cooperates with the RAM as a work area and other electronic circuits. Thus, the entire
(ガス分離方法)
続いて、ガス分離装置100を用いたガス分離方法について説明する。図2は、第1の実施形態にかかるガス分離方法の処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図3は、吸着処理および脱着処理におけるバルブの開閉状態を説明するための図である。
(Gas separation method)
Next, a gas separation method using the
図2に示すように、ガス分離装置100では、吸着処理および脱着処理を含む処理工程を繰り返し行う。なお、運転開始前においてバルブ132、154、164は閉じられており、制御手段170は、ガス分離装置100の運転開始時にポンプ140の駆動を開始する。また、制御手段170は、停止指示が入力された場合には、ポンプ140を停止し、バルブ132、154、164を閉じる。
As shown in FIG. 2, the
(吸着処理:ステップS210)
制御手段170は、バルブ132、154を開、バルブ164を閉にする。そうすると、図3(a)に示すように、供給配管130が連通されて、空気が吸着塔110内に供給され、供給された空気は、吸着塔110を流通(通過)してポンプ140に到達することとなる。これにより、吸着塔110内に空気を供給して吸着剤120に酸素を吸着させるとともに、空気から酸素が取り除かれた窒素富化ガス(分離ガス)を吸着塔110内から排出する吸着処理が実行されることとなる。
(Adsorption processing: Step S210)
The control means 170 opens the
また、制御手段170は、バルブ154を開、バルブ164を閉にする。すなわち、分離配管150を連通させるとともに、吸着配管160を遮断することから、吸着塔110内から排出された窒素富化ガスは、分離配管150を流通して窒素貯留タンク152に送出されることとなる。
Further, the control means 170 opens the
(ステップS212)
制御手段170は、上記吸着処理ステップS210を開始してから、所定の吸着時間Tqが経過したか否かを判定し、吸着時間Tqが経過するまで(ステップS212におけるNO)、バルブ132、154を開状態、バルブ164を閉状態に維持し、吸着時間Tqが経過したら(ステップS212におけるYES)、ステップS214に処理を移す。なお、吸着時間Tqは、吸着塔110の容積、吸着剤120の種類や大きさ、空気中の酸素濃度、ポンプ140の能力に応じて予め設定される。
(Step S212)
The
(脱着処理:ステップS214)
制御手段170は、バルブ132、154を閉、バルブ164を開にする。そうすると、図3(b)に示すように、供給配管130が遮断され、ポンプ140によって吸着塔110内が吸引される(吸着塔110内が負圧になる)。これにより、酸素を吸着剤120から脱着させるとともに、脱着させることで得られた酸素富化ガス(吸着ガス)が吸着塔110内から排出される脱着処理が実行されることとなる。
(Desorption process: Step S214)
The control means 170 closes the
また、制御手段170はバルブ154を閉、バルブ164を開にする。すなわち、分離配管150を遮断するとともに、吸着配管160を連通させることから、吸着塔110内から排出された酸素富化ガスは、吸着配管160を流通して酸素貯留タンク162に送出されることとなる。
Further, the control means 170 closes the
(ステップS216)
制御手段170は、上記脱着処理ステップS214を開始してから、所定の脱着時間Tdが経過したか否かを判定し、脱着時間Tdが経過するまで(ステップS216におけるNO)、バルブ132、154を閉状態、バルブ164を開状態に維持し、脱着時間Tdが経過したら(ステップS216におけるYES)、吸着処理ステップS210に処理を移す。なお、脱着時間Tdは、吸着塔110の容積、吸着剤120の種類や大きさ、ポンプ140の能力に応じて予め設定される。
(Step S216)
The control means 170 determines whether or not a predetermined desorption time Td has elapsed since the start of the desorption processing step S214, and controls the
以上説明したように、本実施形態にかかるガス分離装置100およびこれを用いたガス分離方法によれば、吸着処理および脱着処理を1台のポンプ140で実行することができるため、吸着処理用のブロワと脱着処理用の真空ポンプを備えたガス分離装置と比較して、ガス分離装置100自体の容積を小さくすることができ、また、メンテナンスコストを低減することが可能となる。
As described above, according to the
また、本実施形態にかかるガス分離装置100では、吸着塔110よりも空気の流通方向の下流側にポンプ140を配する構成により、吸着塔110内およびポンプ140内を負圧もしくは大気圧に維持することができる。このため、従来のガス分離装置に設けられた、加圧機能および減圧機能の双方を担う空気ポンプと異なり、ポンプ140は、外部からポンプ140内への空気の流入を防止できるシール構造を備えれば足りる。したがって、従来のガス分離装置と比較して、ポンプ140のシール構造を簡素化することができ、ポンプ140自体のコストを、加圧機能および減圧機能の双方を担う従来の空気ポンプよりも削減することが可能となる。
Further, in the
また、ポンプ140内のみならず、吸着塔110、供給配管130、第1排出配管142、第2排出配管144、分岐ユニット146、分離配管150、吸着配管160等のガス分離装置100の系内全体のシール構造を簡素化することが可能となり、ガス分離装置100のコストを削減することができる。
In addition to the inside of the
また、加圧機能および減圧機能の双方を担う空気ポンプを備えた従来のガス分離装置では、空気ポンプが吸着塔よりも空気の流通方向の上流側に設けられているため、空気ポンプには、空気全量が流通することとなる。 Moreover, in the conventional gas separation apparatus provided with the air pump responsible for both the pressurization function and the decompression function, the air pump is provided on the upstream side in the air flow direction from the adsorption tower. The entire amount of air will circulate.
しかし、本実施形態にかかるガス分離装置100では、吸着塔110よりも空気の流通方向の下流側にポンプ140を配する構成により、ポンプ140には、窒素富化ガスのみもしくは酸素富化ガスのみが流通することとなり、従来のガス分離装置と比較してポンプ140の容量を小さくすることが可能となる。したがって、ポンプ140自体のコスト(設備費)を低減することができ、また、ポンプ140の消費電力を削減することが可能となる。
However, in the
また、混合ガスが腐食性のガスである場合、吸着塔よりも混合ガスの流通方向の上流側にポンプを配した従来のガス分離装置では、ポンプは、腐食性のガスを吸引することとなるため、ポンプ自体を耐食性とする必要がある。 Further, when the mixed gas is a corrosive gas, in the conventional gas separation device in which the pump is arranged upstream of the adsorption tower in the flow direction of the mixed gas, the pump sucks the corrosive gas. Therefore, it is necessary to make the pump itself corrosion resistant.
しかし、本実施形態にかかるガス分離装置100では、吸着塔110よりも混合ガスの流通方向の下流側にポンプ140を配しているため、ポンプ140は、分離ガスおよび吸着ガスのみを吸引し、混合ガス(腐食性のガス)が流入することはない。したがって、ポンプ140を耐食性にする必要はなく、ポンプ140自体のコスト(設備費)を低減することができる。
However, in the
(第2の実施形態:ガス分離装置300)
図4は、第2の実施形態にかかるガス分離装置300を説明する図である。図4に示すように、ガス分離装置300は、吸着塔110と、加熱部112と、断熱材114と、吸着剤120と、蓄熱体320(図4中、320a、320bで示す)と、供給配管(供給流路)130A、130Bと、バルブ132A、132Bと、ポンプ140と、接続管330、340と、バルブ332、342と、分岐ユニット350と、第1排出配管352と、第2排出配管144と、分岐ユニット146と、分離配管150と、窒素貯留タンク152と、バルブ154と、吸着配管160と、酸素貯留タンク162と、バルブ164と、制御手段370とを含んで構成される。なお、上述したガス分離装置100と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、構成および機能の異なる蓄熱体320、供給配管130A、130B、バルブ132A、132B、接続管330、340、バルブ332、342、分岐ユニット350、第1排出配管352、制御手段370について説明する。
(Second Embodiment: Gas Separator 300)
FIG. 4 is a diagram illustrating a
本実施形態の吸着塔110は、蓄熱体320を収容している。蓄熱体320は、吸着剤120よりも空気の流通方向の上流側および下流側の双方に配される。換言すれば、吸着塔110内において、吸着剤120が2つの蓄熱体320で挟まれている。また、ポンプ140が駆動されることで、空気、窒素富化ガス、および、酸素富化ガスが、蓄熱体320を流通することとなる。
The
蓄熱体320は、蓄熱する機能(熱を保持する機能)を有し、窒素富化ガスおよび酸素富化ガスの熱を蓄熱して、蓄熱した熱を空気に付与(伝熱)する。つまり、窒素富化ガスおよび酸素富化ガスと、空気とは、蓄熱体320によって間接的に熱交換されることとなる。蓄熱体320による熱交換機構(蓄熱機構および伝熱機構)については、後に詳述する。 The heat storage body 320 has a function of storing heat (function of retaining heat), stores heat of the nitrogen-enriched gas and oxygen-enriched gas, and imparts the stored heat to the air (heat transfer). In other words, the nitrogen-enriched gas, the oxygen-enriched gas, and the air are indirectly heat-exchanged by the heat storage body 320. The heat exchange mechanism (heat storage mechanism and heat transfer mechanism) by the heat storage body 320 will be described in detail later.
吸着剤120における流体(空気、窒素富化ガス、酸素富化ガス)の流通方向の両側に蓄熱体320a、320bを配することにより、吸着剤120から外部への熱の流出を、例えば、10%未満に低減することができる。したがって、吸着剤120の加熱に要するエネルギーを低減することができ、吸着剤120の加熱に要する電力原単位を削減することが可能となる。つまり、低コストで、窒素富化ガスおよび酸素富化ガスを製造することができる。
By arranging the
蓄熱体320は、例えば、ライナー間ピッチ2mm程度、平板厚さ0.5mm程度のステンレス製蓄熱材ハニカムを挙げることができる。また、蓄熱体320は、吸着剤120と同一の部材で構成されていてもよい。かかる構成により、蓄熱体320においても酸素を吸着および脱着することが可能となる。さらに、蓄熱体320は、所定の圧力および吸着剤120よりも常温(例えば、5℃〜30℃)に近い温度環境下で空気に接触すると、酸素を吸着する物質(例えば、活性炭(MSC)や、低温で作動する複合酸化物等の吸着剤)で構成されてもよい。これにより、蓄熱体320において、より効率的に酸素を吸着および脱着することが可能となる。 Examples of the heat storage body 320 include a stainless steel heat storage material honeycomb having a liner pitch of about 2 mm and a flat plate thickness of about 0.5 mm. Further, the heat storage body 320 may be composed of the same member as the adsorbent 120. With this configuration, oxygen can be adsorbed and desorbed also in the heat storage body 320. Furthermore, when the heat storage body 320 comes into contact with air in a temperature environment closer to room temperature (for example, 5 ° C. to 30 ° C.) than the predetermined pressure and the adsorbent 120, a substance that adsorbs oxygen (for example, activated carbon (MSC) or Or an adsorbent such as a complex oxide that operates at a low temperature. As a result, the heat storage body 320 can more efficiently adsorb and desorb oxygen.
また、本実施形態において、吸着塔110の一方の開口310A(一端側)に供給配管130Aが接続されており、他方の開口310B(他端側)に供給配管130Bが接続されており、供給配管130Aにはバルブ132Aが、供給配管130Bにはバルブ132Bが設けられている。本実施形態の吸着処理では、空気が開口310A(供給配管130A)を通じて吸着塔110内に供給されるとともに、窒素富化ガスが開口310Bを通じて吸着塔110内から排出される場合と、空気が開口310B(供給配管130B)を通じて吸着塔110内に供給されるとともに、窒素富化ガスが開口310Aを通じて吸着塔110内から排出される場合があるため、開口310A、310Bそれぞれが、空気の供給口としても、窒素富化ガスおよび酸素富化ガスの排出口としても機能することとなる。
In the present embodiment, the
また、吸着塔110の開口310Aは、接続管330、分岐ユニット350、第1排出配管352を介してポンプ140の入口に接続されている。吸着塔110の開口310Bは、接続管340、分岐ユニット350、第1排出配管352を介してポンプ140の入口に接続されている。また、接続管330にはバルブ332が、接続管340にはバルブ342が設けられている。
In addition, the opening 310 </ b> A of the
制御手段370は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成され、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働してガス分離装置300全体を管理および制御する。本実施形態において、制御手段370は、ポンプ140を駆動制御するとともに、バルブ132A、132B、332、342、154、164を開閉制御する。
The control means 370 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit), reads programs and parameters for operating the CPU itself from the ROM, and cooperates with the RAM as a work area and other electronic circuits. The entire
(ガス分離方法)
続いて、ガス分離装置300を用いたガス分離方法について説明する。図5は、第2の実施形態にかかるガス分離方法の処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図6は、第1の吸着処理、第1の脱着処理におけるバルブの開閉状態を説明するための図であり、図7は、第2の吸着処理、第2の脱着処理におけるバルブの開閉状態を説明するための図である。
(Gas separation method)
Next, a gas separation method using the
図5に示すように、ガス分離装置300では、第1の吸着処理および第1の脱着処理を含む処理工程と、第2の吸着処理および第2の脱着処理を含む処理工程を交互に繰り返す。なお、運転開始前においてバルブ132A、132B、332、342、154、164は閉じられており、制御手段370は、ガス分離装置300の運転開始時にポンプ140の駆動を開始する。また、制御手段370は、停止指示が入力された場合には、ポンプ140を停止し、バルブ132A、132B、332、342、154、164を閉じる。
As shown in FIG. 5, in the
(第1の吸着処理:ステップS410)
制御手段370は、バルブ132A、342、154を開、バルブ132B、332、164を閉にする。そうすると、図6(a)に示すように、開口310Aが供給口として機能し、供給配管130Aを通じて空気が吸着塔110内に供給され、供給された空気は、吸着塔110を流通(通過)してポンプ140に到達することとなる。これにより、吸着処理が実行されることとなる。
(First adsorption process: Step S410)
The control means 370 opens the
なお、第1の吸着処理ステップS410においては、常温の空気が、蓄熱体320aを流通して吸着剤120に到達するとともに、吸着剤120によって加熱された窒素富化ガスが、蓄熱体320bを流通することとなる。このため、蓄熱体320bは、流通過程において窒素富化ガスによって加熱されることとなる。
In the first adsorption processing step S410, air at normal temperature flows through the
また、制御手段370は、バルブ342、154を開、バルブ164を閉にする。すなわち、接続管340、分離配管150を連通させるとともに、接続管330、吸着配管160を遮断することから、吸着塔110内から排出された窒素富化ガスは、接続管340、分離配管150を流通して窒素貯留タンク152に送出されることとなる。
Further, the control means 370 opens the
(ステップS412)
制御手段370は、上記第1の吸着処理ステップS410を開始してから、所定の吸着時間Tqが経過したか否かを判定し、吸着時間Tqが経過するまで(ステップS412におけるNO)、バルブ132A、342、154を開状態、バルブ132B、332、164を閉状態に維持し、吸着時間Tqが経過したら(ステップS412におけるYES)、ステップS414に処理を移す。
(Step S412)
The control means 370 determines whether or not a predetermined adsorption time Tq has elapsed since the start of the first adsorption processing step S410, and until the adsorption time Tq has elapsed (NO in step S412), the valve 132A. , 342, 154 are opened and
(第1の脱着処理:ステップS414)
制御手段370は、バルブ132A、342、154を閉、バルブ332、164を開にする。ここで、バルブ132Bは閉状態に維持されているため、図6(b)に示すように、供給配管130Bの遮断が維持されたまま、供給配管130Aを通じて、ポンプ140によって吸着塔110内が吸引される(吸着塔110内が負圧になる)。これにより、脱着処理が実行されることとなる。
(First Desorption Process: Step S414)
The control means 370 closes the
なお、第1の脱着処理ステップS414においては、吸着剤120によって加熱された酸素富化ガスが蓄熱体320aを流通することとなるため、蓄熱体320aは、流通過程において酸素富化ガスによって加熱されることとなる。
In the first desorption process step S414, since the oxygen-enriched gas heated by the adsorbent 120 flows through the
また、制御手段370はバルブ342、154を閉、バルブ332、164を開にする。すなわち、接続管340、分離配管150を遮断するとともに、接続管330、吸着配管160を連通させることから、吸着塔110内から排出された酸素富化ガスは、接続管330、吸着配管160を流通して酸素貯留タンク162に送出されることとなる。
Further, the control means 370 closes the
(ステップS416)
制御手段370は、上記第1の脱着処理ステップS414を開始してから所定の脱着時間Tdが経過したか否かを判定し、脱着時間Tdが経過するまで(ステップS416におけるNO)、バルブ132A、132B、342、154を閉状態、バルブ332、164を開状態に維持し、脱着時間Tdが経過したら(ステップS416におけるYES)、ステップS418に処理を移す。
(Step S416)
The control means 370 determines whether or not a predetermined desorption time Td has elapsed since the start of the first desorption processing step S414, and until the desorption time Td has elapsed (NO in step S416), the
このように、制御手段370は、第1の吸着処理ステップS410において、吸着塔110の一端側から窒素富化ガスを排出し、第1の脱着処理ステップS414において、吸着塔110の他端側から酸素富化ガスを排出する。これにより、吸着剤120の両側に配された蓄熱体320a、320bを、双方とも加熱することができる。
Thus, the control means 370 discharges the nitrogen-enriched gas from the one end side of the
しかし、1の処理工程(第1の吸着処理ステップS410、および、第1の脱着処理ステップS414)において、蓄熱体320aは、高温の酸素富化ガスによって加熱され、蓄熱体320bは、高温の窒素富化ガスによって加熱される。ただし、空気中における窒素と酸素との割合は、約8:2であるため、蓄熱体320を流通する流体の流量に差(約4倍)が生じる。つまり、蓄熱体320に対する加熱量に差が生じてしまう。
However, in one processing step (first adsorption processing step S410 and first desorption processing step S414), the
そこで、制御手段370は、後述する第2の吸着処理S418において、前回の処理工程の吸着処理(第1の吸着処理S410)で窒素富化ガスを排出した側と異なる側から窒素富化ガスを排出し、後述する第2の脱着処理S422において、前回の処理工程の脱着処理(第1の脱着処理S414)で酸素富化ガスを排出した側と異なる側から酸素富化ガスを排出する。こうすることで、蓄熱体320a、320bを実質的に均一に加熱することが可能となる。
Therefore, in the second adsorption process S418, which will be described later, the control means 370 removes the nitrogen-enriched gas from a side different from the side from which the nitrogen-enriched gas was discharged in the adsorption process (first adsorption process S410) of the previous process step. In the second desorption process S422, which will be described later, the oxygen-enriched gas is discharged from a side different from the side from which the oxygen-enriched gas was discharged in the desorption process (first desorption process S414) of the previous process step. By carrying out like this, it becomes possible to heat the
(第2の吸着処理:ステップS418)
制御手段370は、バルブ132B、332、154を開、バルブ132A、342、164を閉にする。そうすると、図7(a)に示すように、開口310Bが供給口として機能し、供給配管130Bを通じて空気が吸着塔110内に供給され、供給された空気は、吸着塔110を流通(通過)してポンプ140に到達することとなる。これにより、吸着処理が実行されることとなる。
(Second adsorption process: Step S418)
The control means 370 opens the
つまり、第2の吸着処理ステップS418においては、吸着剤120によって加熱された窒素富化ガスが、蓄熱体320aを流通することとなる。このため、蓄熱体320aは、流通過程において窒素富化ガスによって加熱されることとなる。
That is, in the second adsorption processing step S418, the nitrogen-enriched gas heated by the adsorbent 120 flows through the
また、第2の吸着処理ステップS418においては、常温の空気が蓄熱体320bを流通して、吸着剤120に到達することとなる。このように、制御手段370は、第2の吸着処理ステップS418において、吸着塔110の開口310A(一端側)および開口310B(他端側)のうち、前回の吸着処理(第1の吸着処理ステップS410)において窒素富化ガスを排出した側から、空気を供給する。換言すれば、制御手段370は、前回高温の窒素富化ガスによって加熱された蓄熱体320bに空気を流通させることにより、流通過程において、蓄熱体320bによって空気を加熱するとともに、蓄熱体320bを、空気によって冷却する。つまり、蓄熱体320bによって、窒素富化ガスと、空気とを間接的に熱交換させる。これにより、別途の加熱装置を要さずとも、吸着剤120に到達する空気を加熱することができ、吸着剤120の加熱量を低減することが可能となる。
In the second adsorption processing step S418, air at normal temperature circulates through the
また、制御手段370は、バルブ332、154を開、バルブ342、164を閉にする、すなわち、接続管330、分離配管150を連通させるとともに、接続管340、吸着配管160を遮断することから、吸着塔110内から排出された窒素富化ガスは、接続管330、分離配管150を流通して窒素貯留タンク152に送出されることとなる。
Further, the control means 370 opens the
(ステップS420)
制御手段370は、上記第2の吸着処理ステップS418を開始してから、所定の吸着時間Tqが経過したか否かを判定し、吸着時間Tqが経過するまで(ステップS420におけるNO)、バルブ132B、332、154を開状態、バルブ132A、342、164を閉状態に維持し、吸着時間Tqが経過したら(ステップS420におけるYES)、ステップS422に処理を移す。
(Step S420)
The control means 370 determines whether or not the predetermined adsorption time Tq has elapsed since the start of the second adsorption processing step S418, and until the adsorption time Tq has elapsed (NO in step S420), the valve 132B. 332, 154 are opened,
(第2の脱着処理:ステップS422)
制御手段370は、バルブ132B、332、154を閉、バルブ342、164を開にする。ここで、バルブ132Aは閉状態に維持されているため、図7(b)に示すように、供給配管130Aの遮断が維持されたまま、供給配管130Bを通じて、ポンプ140によって吸着塔110内が吸引される(吸着塔110内が負圧になる)。これにより、脱着処理が実行されることとなる。
(Second desorption process: step S422)
The control means 370 closes the
つまり、第2の脱着処理ステップS422においては、吸着剤120によって加熱された酸素富化ガスが、蓄熱体320bを流通することとなる。このため、蓄熱体320bは、流通過程において酸素富化ガスによって加熱されることとなる。
That is, in the second desorption processing step S422, the oxygen-enriched gas heated by the adsorbent 120 flows through the
また、制御手段370はバルブ332、154を閉、バルブ342、164を開にする。すなわち、接続管330、分離配管150を遮断するとともに、接続管340、吸着配管160を連通させることから、吸着塔110内から排出された酸素富化ガスは、接続管340、吸着配管160を流通して酸素貯留タンク162に送出されることとなる。
Further, the control means 370 closes the
(ステップS424)
制御手段370は、上記第2の脱着処理ステップS422を開始してから、所定の脱着時間Tdが経過したか否かを判定し、脱着時間Tdが経過するまで(ステップS424におけるNO)、バルブ132A、132B、332、154を閉状態、バルブ342、164を開状態に維持し、脱着時間Tdが経過したら(ステップS424におけるYES)、ステップS410に処理を移す。
(Step S424)
The control means 370 determines whether or not a predetermined desorption time Td has elapsed since the start of the second desorption processing step S422, and until the desorption time Td has elapsed (NO in step S424), the
そして、次回の処理工程の第1の吸着処理ステップS410では、前々回の処理工程の第1の脱着処理S414で酸素富化ガスによって、また、前回の処理工程の第2の吸着処理S418で窒素富化ガスによって加熱された蓄熱体320aを通じて常温の空気を吸着剤120に到達させるため、酸素富化ガスおよび窒素富化ガスの熱で常温の空気を加熱することができる。
Then, in the first adsorption process step S410 of the next process process, the first desorption process S414 of the previous process process is enriched with oxygen-enriched gas, and the second adsorption process S418 of the previous process process is enriched with nitrogen. Since normal temperature air reaches the adsorbent 120 through the
以上説明したように、本実施形態にかかるガス分離装置300およびこれを用いたガス分離方法によれば、吸着剤120よりも空気の流通方向の上流側、および、下流側の双方に蓄熱体320を配するといった簡易な構成で、加熱部112による吸着剤120の加熱エネルギーを低減することができ、ガス分離装置300のランニングコストを削減することが可能となる。
As described above, according to the
また、1の蓄熱体320に着目すると、吸着処理において常温の空気(100%)が通過し、次に行われる脱着処理において高温の酸素富化ガス(約20%)が通過し、続いて行われる吸着処理において高温の窒素富化ガス(約80%)が通過するという処理を繰り返す。したがって、1の蓄熱体320において、高温の酸素富化ガスおよび高温の窒素富化ガスが排出されるときに保持した熱と、空気が供給されるときに付与する熱とを実質的に等しくすることが出来るため、1の蓄熱体320において外部から加えられる熱を理論上ゼロとすることができる。 Focusing on one heat storage body 320, normal temperature air (100%) passes in the adsorption process, and high-temperature oxygen-enriched gas (about 20%) passes in the next desorption process, followed by In the adsorption process, a process in which a high-temperature nitrogen-enriched gas (about 80%) passes is repeated. Therefore, in one heat storage body 320, the heat retained when the high-temperature oxygen-enriched gas and the high-temperature nitrogen-enriched gas are discharged is substantially equal to the heat applied when air is supplied. Therefore, the heat applied from the outside in one heat storage body 320 can theoretically be zero.
なお、本明細書のガス分離方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。 In addition, each process of the gas separation method of this specification does not necessarily need to process in time series along the order described as a flowchart, and may include the process by parallel or a subroutine.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば、上記実施形態において、混合ガスとして空気を、被吸着物として酸素を、分離ガスとして窒素富化ガスを、吸着ガスとして酸素富化ガスを例に挙げて説明した。しかし、混合ガス、被吸着物、分離ガス、吸着ガスは、吸着剤の種類に応じて適宜変更されるものである。 For example, in the above-described embodiment, air has been described as an example of the mixed gas, oxygen as the adsorbed material, nitrogen-enriched gas as the separation gas, and oxygen-enriched gas as the adsorbed gas. However, the mixed gas, the object to be adsorbed, the separation gas, and the adsorption gas are appropriately changed according to the kind of the adsorbent.
また、上記実施形態において、吸着剤120としてペロブスカイト型酸化物を例に挙げて説明したため、温度保持手段(加熱部112および断熱材114)が、吸着剤120を常温よりも高温に保持する構成を例に挙げて説明した。しかし、温度保持手段は、被吸着物を吸着する温度に吸着剤120を保持すればよい。
Moreover, in the said embodiment, since the perovskite type oxide was mentioned as an example as the adsorbent 120, the temperature holding means (the
例えば、吸着剤120をNa−K−A系ゼオライトや、Na−X系ゼオライトとした場合、温度保持手段は、常温よりも低温(例えば、−30℃)に吸着剤120を保持する。なお、Na−K−A系ゼオライトを吸着剤120として用いた場合、吸着剤120は、混合ガス中の酸素を吸着することとなる。また、Na−X系ゼオライトを吸着剤120として用いた場合、吸着剤120は、混合ガス中のキセノンを吸着することとなる。 For example, when the adsorbent 120 is Na—K—A zeolite or Na—X zeolite, the temperature holding means holds the adsorbent 120 at a temperature lower than normal temperature (eg, −30 ° C.). In addition, when Na-KA-type zeolite is used as the adsorbent 120, the adsorbent 120 will adsorb oxygen in the mixed gas. Further, when Na-X zeolite is used as the adsorbent 120, the adsorbent 120 adsorbs xenon in the mixed gas.
また、常温よりも低温に吸着剤120を保持する場合、温度保持手段は、被吸着物を吸着する温度に吸着剤120を冷却する冷却部と断熱材とを含んで構成されるとよい。 In addition, when the adsorbent 120 is held at a temperature lower than normal temperature, the temperature holding means may include a cooling unit that cools the adsorbent 120 to a temperature at which the adsorbent is adsorbed and a heat insulating material.
また、被吸着物を吸着する温度が常温より低温である吸着剤120を採用する場合、蓄熱体320は、混合ガスの熱を蓄熱して分離ガスおよび吸着ガスのうちいずれか一方または双方に伝熱することとなり、混合ガスを冷却することとなる。また、蓄熱体320は、外部から吸着剤120への熱の流入を低減することとなる。 When the adsorbent 120 that adsorbs the adsorbed material is lower than room temperature, the heat storage body 320 stores the heat of the mixed gas and transfers it to one or both of the separation gas and the adsorption gas. It will heat up and will cool a mixed gas. Moreover, the heat storage body 320 will reduce the inflow of the heat to the adsorbent 120 from the outside.
また、上記実施形態において、ペロブスカイト型酸化物として、La1−xSrxCo1−yFeyO3−z(La:Sr:Co:Fe=1:9:9:1)を例に挙げたが、La1−xSrxCo1−yFeyO3−z(La:Sr:Co:Fe=1:9:5:5)であってもよい。また、異なる原子の組み合わせのペロブスカイト型酸化物として、Ba1FeyY1−yO3−zが挙げられる。 In the above embodiment, as the perovskite oxides, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-z (La: Sr: Co: Fe = 1: 9: 9: 1) as an example of and although, La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-z may be a (La: Sr: Co: Fe = 1: 9:: 5 5). Further, as the perovskite type oxide of a combination of different atoms include Ba 1 Fe y Y 1-y O 3-z.
また、上記実施形態において、吸着剤120と蓄熱体320とが分離して形成される場合を例に挙げて説明した。しかし、吸着剤120と蓄熱体320とが連続して形成されてもよい。例えば、吸着剤120と蓄熱体320とが同一の部材で構成されている場合、吸着剤120と蓄熱体320とが連続して形成されることとなる。
Moreover, in the said embodiment, the case where the
また、上記実施形態において、吸着塔110内に蓄熱体320が収容される構成を例に挙げて説明した。しかし、蓄熱体320は、少なくとも、吸着剤120よりも混合ガスの流通方向の上流側、および、下流側の双方に配されればよく、必ずしも吸着塔110内に配される必要はない。
Moreover, in the said embodiment, the structure in which the thermal storage body 320 is accommodated in the
また、上記実施形態において、吸着剤120が空気から窒素富化ガスと、酸素富化ガスとを分離する構成を例に挙げて説明したため、制御手段370は、吸着処理において、窒素富化ガス(分離ガス)を排出する側を前回の吸着処理と異ならせるとともに、前回の吸着処理において窒素富化ガスを排出した側から空気(混合ガス)を供給する構成について説明した。しかし、吸着ガスが分離ガスよりも容量が多い場合に、制御手段は、脱着処理において、吸着ガスを排出する側を前回の脱着処理と異ならせるとともに、吸着処理において、前回の脱着処理において脱着ガスを排出した側から混合ガスを供給するとよい。
Further, in the above embodiment, since the adsorbent 120 has been described by taking as an example the configuration in which the nitrogen-enriched gas and the oxygen-enriched gas are separated from the air, the
また、上記第2の実施形態において、第1の吸着処理および第1の脱着処理、もしくは、第2の吸着処理および第2の脱着処理において、窒素富化ガス(分離ガス)を排出する側と、酸素富化ガス(吸着ガス)を抜く側とを異ならせる構成を例に挙げて説明した。しかし、第1の吸着処理および第1の脱着処理、もしくは、第2の吸着処理および第2の脱着処理において、窒素富化ガス(分離ガス)を排出する側と、酸素富化ガス(吸着ガス)を抜く側とは、同じであってもよい。 In the second embodiment, in the first adsorption process and the first desorption process, or in the second adsorption process and the second desorption process, a side that discharges a nitrogen-enriched gas (separation gas); The configuration in which the oxygen-enriched gas (adsorbed gas) is removed is described as an example. However, in the first adsorption process and the first desorption process, or in the second adsorption process and the second desorption process, the side that discharges the nitrogen-enriched gas (separation gas) and the oxygen-enriched gas (adsorbed gas) The side from which) is pulled out may be the same.
また、上記実施形態において、供給配管130の他端の開口が大気開放される構成を例に挙げて説明した。しかし、供給配管130に混合ガスが流通されればよく、供給配管130の他端の開口に混合ガスの供給源(例えば、ボンベ、タンク)を接続してもよい。
In the above-described embodiment, the configuration in which the opening at the other end of the
また、上記実施形態において、制御手段370は、脱着処理において、脱着処理を開始してから、所定の脱着時間Tdが経過したか否かを判定し、脱着時間Tdが経過するまで脱着処理を実行し、脱着時間Tdが経過したら、次回の吸着処理の実行を開始する構成を例に挙げて説明した。しかし、ガス分離装置100が、吸着塔110内の圧力を測定する圧力測定部を備え、制御手段は、圧力測定部が測定した吸着塔110内の圧力に基づいて、脱着処理から吸着処理への切り替えを行ってもよい。
In the above embodiment, the control means 370 determines whether or not a predetermined desorption time Td has elapsed since the desorption process started in the desorption process, and executes the desorption process until the desorption time Td elapses. Then, when the desorption time Td has elapsed, the configuration in which execution of the next adsorption process is started is described as an example. However, the
本発明は、混合ガスから所定のガスを分離するガス分離装置およびガス分離方法に利用することができる。 The present invention can be used in a gas separation device and a gas separation method for separating a predetermined gas from a mixed gas.
100、300 ガス分離装置
110 吸着塔
112 加熱部(温度保持手段)
114 断熱材(温度保持手段)
120 吸着剤
130 供給配管(供給流路)
140 ポンプ
150 分離配管(分離ガス流路)
160 吸着配管(吸着ガス流路)
170、370 制御手段
320 蓄熱体
100, 300
114 Heat insulating material (temperature holding means)
120
140
160 Adsorption piping (adsorption gas flow path)
170, 370 Control means 320 Heat storage body
Claims (7)
前記供給流路から前記混合ガスが導かれる吸着塔と、
前記吸着塔内に設けられ、前記混合ガスに接触すると該混合ガスに含有される所定の物質である被吸着物を吸着する吸着剤と、
前記吸着塔よりも前記混合ガスの流通方向の下流側に配され、該吸着塔内を吸引するポンプと、
前記供給流路を連通させて、前記ポンプによって前記吸着塔内を吸引することで、該吸着塔内に前記混合ガスを供給して前記吸着剤に被吸着物を吸着させるとともに、該混合ガスから該被吸着物が取り除かれた分離ガスを該吸着塔内から排出する吸着処理を行い、該供給流路を遮断して、該ポンプによって該吸着塔内を吸引することで、該被吸着物を該吸着剤から脱着させるとともに、該脱着させることで得られた吸着ガスを該吸着塔内から排出する脱着処理を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置。 A supply channel through which a mixed gas containing a plurality of substances flows;
An adsorption tower through which the mixed gas is guided from the supply channel;
An adsorbent that is provided in the adsorption tower and adsorbs an object to be adsorbed as a predetermined substance contained in the mixed gas when it comes into contact with the mixed gas;
A pump that is disposed downstream of the adsorption tower in the flow direction of the mixed gas and sucks the inside of the adsorption tower;
By connecting the supply channel and sucking the inside of the adsorption tower by the pump, the mixed gas is supplied into the adsorption tower to adsorb an object to be adsorbed to the adsorbent, and from the mixed gas The separation gas from which the object to be adsorbed has been removed is discharged from the adsorption tower, the supply channel is shut off, and the inside of the adsorption tower is sucked by the pump, so that the object to be adsorbed is removed. Control means for desorbing from the adsorbent and performing a desorption process for discharging the adsorbed gas obtained by the desorption from the adsorption tower;
A gas separation device that performs pressure fluctuation adsorption under vacuum.
前記制御手段は、
前記吸着処理を行う場合、前記分離ガス流路を連通させるとともに、前記吸着ガス流路を遮断し、
前記脱着処理を行う場合、前記分離ガス流路を遮断するとともに、前記吸着ガス流路を連通させることを特徴とする請求項1に記載の真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置。 The pump is connected to a separation gas channel through which the separation gas flows and an adsorption gas channel through which the adsorption gas flows,
The control means includes
When performing the adsorption treatment, the separation gas flow path is communicated and the adsorption gas flow path is shut off,
2. The gas separation apparatus for performing pressure fluctuation adsorption under vacuum according to claim 1, wherein when performing the desorption process, the separation gas flow path is shut off and the adsorption gas flow path is communicated.
前記吸着剤を、前記被吸着物を吸着する温度に保持する温度保持手段と、
前記吸着剤よりも前記混合ガスの流通方向の上流側、および、下流側の双方に配され、前記混合ガス、前記分離ガス、および、前記吸着ガスが流通するとともに、該分離ガスおよび該吸着ガスのうちいずれか一方または双方の熱を蓄熱して該混合ガスに伝熱する、もしくは、該混合ガスの熱を蓄熱して該分離ガスおよび該吸着ガスのうちいずれか一方または双方に伝熱する蓄熱体と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置。 When the adsorbent is in contact with the mixed gas at a temperature higher or lower than room temperature, the adsorbent is adsorbed,
Temperature holding means for holding the adsorbent at a temperature for adsorbing the object to be adsorbed;
The mixed gas, the separation gas, and the adsorption gas are circulated in both the upstream side and the downstream side in the flow direction of the mixed gas with respect to the adsorbent, and the separation gas and the adsorption gas The heat of either one or both is stored and transferred to the mixed gas, or the heat of the mixed gas is stored and transferred to one or both of the separated gas and the adsorbed gas. Thermal storage,
The gas separation device that performs pressure fluctuation adsorption under vacuum according to claim 1 or 2.
前記制御手段は、前記混合ガスの供給方向、前記分離ガスの排出方向、および、前記吸着ガスの排出方向を制御することを特徴とする請求項3に記載の真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置。 The supply flow path is connected to both one end and the other end of the adsorption tower, the pump is connected to both one end and the other end of the adsorption tower,
The gas for performing pressure fluctuation adsorption under vacuum according to claim 3, wherein the control means controls a supply direction of the mixed gas, a discharge direction of the separation gas, and a discharge direction of the adsorption gas. Separation device.
前記制御手段は、
前記吸着処理および前記脱着処理を含む処理工程を繰り返し行い、
1の処理工程の吸着処理または脱着処理では、前記吸着塔の一端側および他端側のうち、前回の処理工程の吸着処理または脱着処理において容量の多いガスを排出した側と異なる側から該容量の多いガスを排出させ、
1の処理工程の吸着処理では、前回の処理工程の吸着処理または脱着処理において容量の多いガスを排出した側から前記混合ガスを供給させることを特徴とする請求項4に記載の真空下で圧力変動吸着を行うガス分離装置。 The separation gas and the adsorption gas have different capacities,
The control means includes
Repeatedly performing the treatment steps including the adsorption treatment and the desorption treatment;
In the adsorption process or desorption process of the first process step, the capacity from one end side and the other end side of the adsorption tower is different from the side from which the large volume of gas was discharged in the adsorption process or desorption process of the previous process step. Exhaust a lot of gas,
5. The pressure under vacuum according to claim 4, wherein in the adsorption process of the first process step, the mixed gas is supplied from the side from which a large volume of gas has been discharged in the adsorption process or the desorption process of the previous process step. Gas separation device that performs variable adsorption.
前記供給流路を連通させて、該吸着塔よりも該混合ガスの流通方向の下流側に配されたポンプによって該吸着塔内を吸引することで、該吸着塔内に該混合ガスを供給して前記吸着剤に被吸着物を吸着させるとともに、該混合ガスから該被吸着物が取り除かれた分離ガスを該吸着塔内から排出する吸着処理を行う工程と、
前記供給流路を遮断して、前記ポンプによって該吸着塔内を吸引することで、前記被吸着物を該吸着剤から脱着させるとともに、該脱着させることで得られた吸着ガスを該吸着塔内から排出する脱着処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする真空下で圧力変動吸着を行うガス分離方法。 By bringing the mixed gas into contact with an adsorbent provided in an adsorption tower through which the mixed gas is guided from a supply channel through which the mixed gas containing a plurality of substances flows, a predetermined content contained in the mixed gas is obtained. A gas separation method for performing pressure fluctuation adsorption under vacuum for adsorbing a substance to be adsorbed on the adsorbent,
The mixed gas is supplied into the adsorption tower by suctioning the inside of the adsorption tower with a pump disposed in the downstream of the mixed gas in the flow direction of the mixed gas through the supply channel. Adsorbing the adsorbate to the adsorbent and performing an adsorption process for discharging the separation gas from which the adsorbate has been removed from the mixed gas from the adsorption tower;
By shutting off the supply flow path and sucking the inside of the adsorption tower by the pump, the adsorbed material is desorbed from the adsorbent and the adsorbed gas obtained by the desorption is removed from the adsorption tower. A desorption process for discharging from the
A gas separation method for performing pressure fluctuation adsorption under vacuum characterized by comprising:
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