JP2018089581A

JP2018089581A - 気体濃縮装置

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Publication number: JP2018089581A
Application number: JP2016235501A
Authority: JP
Inventors: 俊之内藤; Toshiyuki Naito
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2036-12-05
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Abstract

【課題】吸着槽の容量を確保しながら、建造にかかる費用を低減すると共に吸着工程における吸着槽内の高温化をも防止し得る気体濃縮装置を提供する。
【解決手段】複数の種類の気体が混合した混合ガスを内部に導入し、水平方向に沿って流通させる吸着槽２と、該吸着槽２に収容され、該吸着槽２に混合ガスが吸着圧にて導入された場合に前記混合ガス中の一部の気体を吸着成分として吸着し、且つ前記吸着槽２内が前記吸着圧より低い脱着圧に減圧された場合に、吸着した前記吸着成分を脱着する吸着剤層８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の種類の気体が混合した混合ガスから、吸着剤への吸着度の差を利用して特定のガスを吸着成分として取り出す圧力変動吸着式の気体濃縮装置に関する。

複数の種類の気体が混合した混合ガスから特定の種類の気体を濃縮分離する方法として、従来、圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）が広く用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。

この種の圧力変動吸着法を用いた気体濃縮装置では、内部にゼオライト等の吸着剤を封入した吸着槽を複数個備えており、該吸着槽にボイラからの排ガス等の混合ガスを加圧して流通させる。すると、混合ガスを構成する複数の種類の気体のうち、吸着剤に吸着しやすい特定の気体が吸着成分として吸着剤に吸着され、吸着されなかった気体は非吸着分として前記吸着槽から排出される。

吸着成分が吸着剤にある程度吸着された段階で、前記吸着槽内の圧力を下げると、吸着成分は吸着剤から脱着される。この一連の工程により、混合ガスから特定の気体を吸着成分として分離し、濃縮することができる。そして、吸着成分を吸着剤に吸着する吸着工程と、吸着した吸着成分を吸着剤から脱着する脱着工程とを複数の吸着槽間で切り替えながら実行することで、連続的に気体の濃縮分離を行うことができるようにしている。

特開平６−９１２２６号公報

ところで、近年では、二酸化炭素の排出量削減の観点から酸素燃焼ボイラの開発が進められている。酸素燃焼ボイラでは、排ガスの大部分が水と二酸化炭素で構成されるため、上述の如き気体濃縮装置を用いて容易に二酸化炭素を回収することができる。

ここで、例えば数十万［ｍ^３Ｎ／ｈ］という大量の排ガスを発生させる酸素燃焼ボイラの場合、燃焼に伴い生じる排ガスを連続的に処理しようとすれば、それに見合った処理能力を有する気体濃縮装置が必要となる。

上述の如き気体濃縮装置で単位時間あたりの排ガスの処理量を大きくしようとする場合、吸着槽の容量を大きくし、封入される吸着剤の量を増やすことが最も単純な解決方法である。しかしながら、吸着槽の容量を大きくすれば、これに比例して装置全体の重量が増加してしまうことは避けられず、気体濃縮装置の建設にかかる費用が増大してしまうという問題があった。

また、吸着工程においては、気体の吸着に伴って熱が発生するが、吸着槽を大型化すれば、その分、こうした吸着熱による温度の上昇が起こりやすくなったり、発生した熱が内部に籠もりやすくなるといった懸念がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、吸着槽の容量を確保しながら、建造にかかる費用を低減すると共に吸着工程における吸着槽内の高温化をも防止し得る気体濃縮装置を提供しようとするものである。

本発明は、複数の種類の気体が混合した混合ガスを内部に導入し、水平方向に沿って流通させる吸着槽と、該吸着槽に収容され、該吸着槽に混合ガスが吸着圧にて導入された場合に前記混合ガス中の一部の気体を吸着成分として吸着し、且つ前記吸着槽内が前記吸着圧より低い脱着圧に減圧された場合に、吸着した前記吸着成分を脱着する吸着剤層とを備えた圧力変動吸着式の気体濃縮装置にかかるものである。

本発明の気体濃縮装置においては、複数の前記吸着槽が近接して配置され、前記複数の吸着槽内の前記吸着剤層同士は熱を伝達する伝熱体により互いに連結されていることが好ましい。

本発明の気体濃縮装置において、前記吸着槽は上下に積み重ねるように配置され、上下に配置された前記吸着槽内の前記吸着剤層同士は、仕切板を介して接していることが好ましい。

本発明の気体濃縮装置において、前記吸着剤層は、吸着剤を備えた複数の吸着剤ユニットに分割され、前記仕切板は、複数の小仕切板に分割されており、互いに上下に配置された前記吸着槽のうち、上側の吸着槽の上面は、該吸着槽の外部から内部の空間へアクセス可能に構成されていることが好ましい。

本発明の気体濃縮装置において、上下に配置された前記吸着槽内の前記吸着剤層における前記吸着剤ユニットへの分割位置、及び、前記仕切板における前記小仕切板への分割位置は平面視で一致していることが好ましい。

本発明の気体濃縮装置によれば、吸着槽の容量を確保しながら、建造にかかる費用を低減すると共に吸着工程における吸着槽内の高温化をも防止し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施による気体濃縮装置の形態の一例を示す斜視図である。本発明の実施による気体濃縮装置の形態の一例を示す平面図である。本発明の実施による気体濃縮装置の一部分の形態を分解して示す斜視図である。本発明の実施による気体濃縮装置を適用した気体濃縮システムの一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の実施による気体濃縮装置の形態の一例を示すものであり、図４は本発明の気体濃縮装置を適用した圧力変動吸着法による気体濃縮システムの一例を示している。

図１に示す如く、本実施例の気体濃縮装置１は、直方体状の形状に構成した吸着槽２を複数、上下に積み重ねて構成した点を最大の特徴としている。ここでは吸着槽２を二段に積み重ねるように配置した場合を例示しており、各吸着槽２には、該吸着槽２の一側の側面２ａから水平方向に沿って内部に気体を導入する導入流路としての入口管３又は入口管４と、吸着槽２内部の気体を他側の側面２ｂから水平方向に沿って導出する導出流路としての出口管５又は出口管６とがそれぞれ接続されている。そして、吸着槽２内に導入した気体を、吸着槽２内で水平方向に沿って流通させるようになっている。ここで、水平方向に沿った向きとは、厳密な水平方向のみを指すものではなく、水平方向からやや傾斜した向きをも含む、実質的に水平な向きを指すものとする。

入口管３，４は、各吸着槽２の外部から該各吸着槽２に向かって延び、一側の側面２ａの手前で分岐した形で該一側の側面２ａに接続されており、それぞれ複数の枝管３ａ又は枝管４ａから上下の吸着槽２内に気体を導入するようになっている。また、出口管５，６は、各吸着槽２の他側の側面２ｂに突出する複数の枝管５ａ又は枝管６ａから気体を導出し、下流側にて合流して更に下流へと延びている。入口管３，４の各枝管３ａ，４ａ、及び出口管５，６の各枝管５ａ，６ａには、それぞれ内部を流通する気体の流量を調整可能なバルブ３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂが備えられている。尚、ここでは、入口管３，４及び出口管５，６が各々四本の枝管３ａ，４ａ，５ａ，６ａに分岐する場合を例示したが、分岐の数や配置は適宜変更可能である。

各吸着槽２内には、一側の側面２ａに対向する位置と、他側の側面２ｂに対向する位置のそれぞれに分散板７が設置されており、該二枚の分散板７の間に吸着剤８ａが収容されて吸着剤層８を構成している。各分散板７は、多数の穴が開口したパンチングメタルであり、一側の側面２ａ及び他側の側面２ｂとは離間して配置される。そして、一側の側面２ａから入口管３，４の枝管３ａ，４ａを通して導入された気体は、一側の側面２ａと入口側の分散板７の間の空間から、該入口側の分散板７を通して吸着剤層８の設置された空間に抜け、さらに出口側の分散板７を通して、該出口側の分散板７と他側の側面２ｂとの間の空間に抜け、そこから出口管５，６の枝管５ａ，６ａを通して抜き出されるようになっている。

吸着剤８ａとしては、合成ゼオライトやモレキュラーシーブ等、各種の素材を用いることができるが、本実施例では、特に二酸化炭素の吸着に適した金属−有機構造体（ＭＯＦ）により構成された吸着剤８ａを採用している。この吸着剤８ａは、大気圧より高圧の吸着圧下で気体中の二酸化炭素を吸着し、また、吸着した二酸化炭素を前記吸着圧より低い大気圧付近の脱着圧下で脱着するようになっている。以下では、「吸着圧」とは吸着剤８ａが特定の吸着成分を吸着可能な圧力を指し、また、「脱着圧」とは、前記吸着圧より低い圧力であり、吸着剤８ａが吸着した前記吸着成分を脱着可能な圧力を指す。

本実施例の場合、吸着剤層８は複数の吸着剤ユニット８ｂの集合体として構成されている。各吸着剤ユニット８ｂは、気体を通すメッシュ等の素材で構成された直方体状の籠体８ｃ内に吸着剤８ａを充填してなり、各吸着槽２内には、図１〜図３に示す如く、それぞれ複数の吸着剤ユニット８ｂが水平方向に配列されて吸着剤層８をなしている。

言い換えれば、吸着剤層８は、籠体８ｃによって複数の吸着剤ユニット８ｂに区切られ、分割されている。そして、上下の吸着槽２内における吸着剤層８の分割位置は、図２、図３に示す如く平面視で一致している。

上下の吸着槽２同士の間は、水平方向に沿った面を構成する仕切板９によって隔てられており、上下の吸着槽２内の吸着剤層８同士はこの仕切板９を介して接している。そして、図１〜図３に示す如く、該仕切板９を上下に貫通するように、鉛直方向に沿って延びる伝熱体１０が備えられている。尚、図１では、図示の都合上、一部の伝熱体１０のみを表示している。

伝熱体１０は、例えば金属を中空の棒状に形成し、内部に水や有機溶媒等の熱媒を封入した物体であり、上部を上側の吸着槽２の吸着剤層８に、下部を下側の吸着槽２の吸着剤層８に、それぞれ埋没させる形で設置される。こうして、伝熱体１０は上下の吸着剤層８同士を連結し、一方の吸着槽２の吸着剤層８において発生した熱を、他方の吸着槽２の吸着剤層８へ速やかに伝達するようになっている。尚、伝熱体１０は、上述の如き構成に限定されず、他にも種々の形状ないし構造を取ることができる。例えば、内部に熱媒等を封入しない中実の金属で構成することもできるし、形状も棒状以外に例えば板状の物体とすることもできる。

仕切板９は、熱伝導性の高い金属等の素材で形成されており、複数の小仕切板９ａに分割された形で構成されている。仕切板９の小仕切板９ａへの分割位置は、図３に示す如く、平面視で該仕切板９の上下に位置する吸着剤層８の分割位置と一致している。すなわち、各小仕切板９ａの上下には、吸着剤ユニット８ｂがそれぞれ一個ずつ配置される形である。また、仕切板９には、各小仕切板９ａ毎に一本ずつの伝熱体１０を備えている。小仕切板９ａ同士の間は、気密性が保たれるよう、図示しないシール材にて封じられている。

伝熱体１０の数は、該伝熱体１０の熱伝導性や、後述する吸着工程において発生が想定される熱の量その他の条件に応じ、これより多くすることも少なくすることもできる。また、ここでは各伝熱体１０が平面視で各吸着剤ユニット８ｂの中央に位置するような配置としているが、この配置も適宜変更することができ、例えば、吸着剤ユニット８ｂ同士の間に各伝熱体１０が位置するようにしても良い。

また、ここでは各吸着剤層８及び仕切板９がそれぞれ１２の吸着剤ユニット８ｂ及び小仕切板９ａに分割される場合を例示しているが、分割の数や、吸着剤ユニット８ｂないし小仕切板９ａの形状は適宜変更し得る。

図１に示す如く、上下二段の吸着槽２のうち、上側の吸着槽２の上面は蓋体２ｃとして上下方向に開閉可能に構成されており、必要に応じて蓋体２ｃを開き、内部の空間に収容した吸着剤層８や分散板７、仕切板９等にアクセスできるようになっている。尚、蓋体２ｃは、ここに図示したような上下に開閉する方式に限らず、例えば水平方向にスライドすることで開閉するように構成することも可能である。その他、閉状態における吸着槽２の気密性を確保しつつ必要時には吸着槽２内部に適宜アクセスできるようになっている限り、吸着槽２の開閉構造はどのような構成であっても良い。

図４は、上述の如き気体濃縮装置１を適用した気体濃縮システムの一例を示している。図示しない燃焼ボイラから排出された排ガスであり、複数の種類の気体を含む混合ガスＧ１は、気体濃縮装置１にて処理される前に、冷却器１１にて冷却される。排ガスである混合ガスＧ１は一般に数百℃程度の高温であり、一方、吸着剤８ａ（図１〜図３参照）にとって特定の気体の吸着に適した温度は常温〜数十℃程度であるので、ここで予め混合ガスＧ１の温度を低下させている。また、冷却に伴い混合ガスＧ１の体積も減少するので、気体濃縮装置１やその他の設備における処理の効率が向上するという利点もある。冷却後、混合ガスＧ１は圧縮機１２で加圧され、さらに脱水塔１３に送られて水分を除去される。脱水塔１３には、シリカゲル等の脱水剤が充填されており、混合ガスＧ１を該脱水剤に通すことで水分を吸着し、除去するようになっている。

ここで、混合ガスＧ１が石炭焚ボイラ等からの排ガスである場合、図示は省略するが、冷却器１１や圧縮機１２、脱水塔１３等の前後に、気液分離器、脱硫装置、脱硝装置、水銀除去装置といった各種の設備が適宜設置される。気体濃縮装置１を含む機器類の腐食や性能の劣化を防止すると共に、最終的に分離される二酸化炭素の純度を高めるためである。

水分を除去された混合ガスＧ１は、次に気体濃縮装置１の吸着槽２に送られる。この際、混合ガスＧ１の流路１４は、上側の吸着槽２の入口管３と、下側の吸着槽２の入口管４とに分岐するが、上下の入口管３，４への分岐点には流路切替器としての三方弁１５が備えられており、混合ガスＧ１を導入する先を上側の吸着槽２に通じる入口管３と、下側の吸着槽２に通じる入口管４との間で切り替えられるようになっている。

また、上側の吸着槽２の出口管５と、下側の吸着槽２の出口管６は、両吸着槽２の下流においてそれぞれ流路１６，１７及び流路１８，１９に分岐する。出口管５から分岐した流路１６は、出口管６から分岐した流路１８と合流して流路２０へと続いており、その合流点には流路切替器としての三方弁２１が備えられている。また、出口管５から分岐した流路１７は、出口管６から分岐した流路１９と合流して流路２２へと続いており、その合流点には流路切替器としての三方弁２３が備えられている。

流路２０からは、後述するように混合ガスＧ１から選択的に取り出された吸着成分Ｇ２としての二酸化炭素が排出され、図示しない圧縮設備や貯留設備等に送られる。

一方、流路２２からは、後述するように混合ガスＧ１から吸着成分Ｇ２を取り出した後の非吸着分Ｇ３が排出される。この非吸着分Ｇ３は、加熱器２４にて加熱された後、脱水塔１３に送られ、該脱水塔１３中の脱水剤の再生に利用され、水蒸気と共に大気中に放散される。すなわち、脱水塔１３に充填された前記脱水剤はシリカゲル等であり、吸着した水分を加熱によって放出し、脱水剤としての機能を回復させることができる。ここで、加熱器２４は、例えば非吸着分Ｇ３を電気的に加熱するような装置であっても良いし、あるいは、混合ガスＧ１の処理経路において混合ガスＧ１の冷却を要する何れかの部分に備えられ、混合ガスＧ１を冷却しつつ非吸着分Ｇ３を加温する熱交換器として構成しても良い。

また、流路２２には濃度センサ２５が備えられており、流路２２から排出される非吸着分Ｇ３のうち、吸着成分Ｇ２に相当する成分の濃度を検出するようになっている。すなわち、吸着槽２においては、上述の如く特定の成分（ここでは二酸化炭素）を吸着成分Ｇ２として吸着するが、この際、混合ガスＧ１中に含まれる吸着成分Ｇ２を必ずしも全て除去できるわけではなく、一部は吸着されないまま非吸着分Ｇ３の一部として排出される。また、吸着剤層８における吸着成分Ｇ２の吸着量にも限界があり、吸着量がある程度増加してくると、吸着成分Ｇ２として吸着されるべき二酸化炭素が非吸着分Ｇ３に混じる割合も増加する。濃度センサ２５では、そうした吸着成分Ｇ２相当成分の濃度を検出し、監視するようになっている。

次に、上記した本実施例の作動を説明する。

排ガスである混合ガスＧ１は、冷却器１１で冷却され、圧縮機１２で加圧され、脱水塔１３で水分を除去された後、気体濃縮装置１に送られる（図４参照）。このとき、加圧された混合ガスＧ１は、上下二段に設置された吸着槽２のうち一方に導入される。三方弁１５の操作により、上側の吸着槽２に通じる導入流路である入口管３を開放し、下側の吸着槽２に通じる入口管４を閉塞すると、混合ガスＧ１は流路１４から入口管３を介して上側の吸着槽２に流入する。

加圧された混合ガスＧ１の圧力は、吸着槽２内に充填した吸着剤８ａ（図１参照）が吸着成分Ｇ２である二酸化炭素を吸着可能な吸着圧に設定されている。したがって、上側の吸着槽２では、混合ガスＧ１が流入することにより、該混合ガスＧ１中の二酸化炭素を吸着成分Ｇ２として吸着剤層８に吸着する吸着工程が行われる。そして、上側の吸着槽２に接続された出口管５からは、混合ガスＧ１から二酸化炭素を吸着した残りの非吸着分Ｇ３が排出される。

この際、吸着槽２の下流に備えた三方弁２１，２３のうち、三方弁２１は、上側の吸着槽２に通じる流路１６と下流の流路２０の間を閉塞する。一方、三方弁２３は、上側の吸着槽２に通じる流路１７と下流の流路２２との間を開放し、下側の吸着槽２に通じる流路１９と下流の流路２２との間を閉塞する。こうすると、上側の吸着槽２の出口管５から流出する非吸着分Ｇ３は、流路１７から流路２２へ排出される。

この間、流路２２に備えた濃度センサ２５では、非吸着分Ｇ３中の二酸化炭素の濃度を監視している。上側の吸着槽２内の吸着剤層８における二酸化炭素の吸着量が増加し、吸着剤層８に吸着可能な最大量に近づいていくと、これに伴い非吸着分Ｇ３中の二酸化炭素の分圧が上昇するので、濃度センサ２５にて検出される二酸化炭素分圧がある程度増加した段階で三方弁１５，２１，２３を切り替える。すなわち、上述の工程では上側の吸着槽２で吸着工程を実行していたが、次は下側の吸着槽２にて吸着工程を実行し、上側の吸着槽２では脱着工程を行うようにする。

三方弁１５は、流路１４と入口管３の間を閉塞し、流路１４と入口管４の間を開放するをように切り替える。また、三方弁２１は、流路１６と流路２０の間を開放し、流路１８と流路２０の間を閉塞するように切り替える。三方弁２３は、流路１７と流路２２の間を閉塞し、流路１９と流路２２の間を開放するように切り替える。

こうすると、流路１４から吸着圧にて供給される混合ガスＧ１は下側の入口管４から下側の吸着槽２に流入し、ここで吸着剤層８に吸着成分Ｇ２としての二酸化炭素を吸着する吸着工程が実行され、残りの非吸着分Ｇ３は下側の出口管６から流路１９を介して流路２２に排出される。一方、上側の吸着槽２では、出口管５から流路１６を介して流路２０に至る経路が開放されるので、内部の圧力が大気圧付近の脱着圧まで下降して、吸着剤層８に吸着された吸着成分Ｇ２としての二酸化炭素が脱着する脱着工程が実行される。脱着した二酸化炭素は、出口管５から流路１６を介して流路２０に排出され、後段の図示しない圧縮設備や貯留設備に送られる。

下側の吸着槽２にて吸着工程が実行されている間も、濃度センサ２５では非吸着分Ｇ３内の二酸化炭素濃度を監視しており、濃度がある程度上昇したら、下側の吸着槽２の吸着剤層８における二酸化炭素の吸着量が最大値に近づいてきたと判断し、再度三方弁１５，２１，２３の切替を行う。上側の吸着槽２では、先行する上述の脱着工程によって吸着剤層８から二酸化炭素が脱着されているので、ここに流路１４から入口管３を介して加圧された混合ガスＧ１を導入すれば、再度吸着工程を実行することができる。非吸着分Ｇ３は出口管５から流路１７を介して流路２２へ排出される。下側の吸着槽２では、出口管６から流路１８を介して流路２０に至る経路が開放されて圧力が脱着圧まで下降し、先行する吸着工程にて吸着した吸着成分Ｇ２としての二酸化炭素が脱着されて流路２０に排出される。このように、本実施例の気体濃縮装置１では、上下二段に積み重ねた吸着槽２の間で脱着工程と吸着工程とを交互に繰り返すことにより、混合ガスＧ１から連続的に吸着成分Ｇ２としての二酸化炭素を分離することができる。

こうした圧力変動吸着法による気体濃縮の工程自体は、従来の気体濃縮装置と同様であるが、本実施例の気体濃縮装置１の場合、吸着槽２内における気体の流れを、鉛直方向ではなく水平方向に沿った向きに設定している。これにより、吸着槽２について大きな容量を確保しつつ、建造にかかる費用の高騰を抑えている。

すなわち、一般に、圧力変動吸着法の吸着工程において吸着剤層に吸着成分を効率良く吸着させるためには、混合ガスが前記吸着剤層内を流通する距離をある程度長く取る必要がある。この際、従来の如き塔型の吸着槽に対し下方から混合ガスを供給して上方から抜き出す方式では、気体の流通する距離を取るために吸着槽に高さを確保しなくてはならない。したがって、前記吸着槽から下向きにかかる単位面積あたりの重量が、吸着槽の体積に対して大きくなり、吸着槽を大型化しようとすれば基礎にかかる建設費が著しく増大してしまう。

一方、本実施例の如く、吸着剤層８に対し水平方向に沿って気体を流通させる構成とすれば、吸着のための距離は水平方向に沿って確保すれば良いので、吸着槽２の高さを抑え、単位面積あたりの重量を軽減して基礎の設置にかかる費用を大幅に節減することが可能である。

また、本実施例の気体濃縮装置１では、吸着槽２内における気体の流れの均一化や、伝熱体１０の設置等により、吸着槽２の大型化に伴う熱の問題にも対応するようにしている。

上述の通り、吸着工程においては、気体が吸着剤層８へ吸着される際に熱が発生するが、この熱は、吸着剤層８全体において満遍なく発生するとは限らず、吸着剤層８における吸着剤８ａ（図１〜図３参照）の充填の状態や、気体の流れの状態等によって偏りが生じ、吸着剤層８内の特定の部分において局所的に多量の熱が発生する場合もある。そして、こうした発熱の偏りは、吸着剤層８の体積が大きければ大きいほど生じやすい。また、吸着剤層８の体積や、該吸着剤層８に流れ込む気体の量が大きければ、生じる熱の総量もそれだけ多く、発熱の偏りによる影響も大きくなり得る。

そこで、本実施例の気体濃縮装置１の場合、分散板７や、複数に分岐した枝管３ａ，４ａ，５ａ，６ａといった構成により、吸着槽２を流通する混合ガスＧ１の流れがある程度均一化されるようになっている（図１、図２参照）。また、各枝管３ａ，４ａ，５ａ，６ａには各々バルブ３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂが備えられているので、該各バルブ３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂの開度を微調整することにより、枝管３ａ，４ａ，５ａ，６ａを流通する気体の流量を操作し、吸着槽２内における気体の流れを是正することも可能である。

さらに、上下の吸着槽２内に充填した吸着剤層８同士の間は、上述の如く伝熱体１０により連結されている（図１〜図３参照）。この伝熱体１０は、一方の吸着槽２の吸着剤層８にて発生した熱を、他方の吸着槽２の吸着剤層８へ速やかに伝達することができるようになっている。したがって、仮に吸着工程にある一方の吸着槽２にて吸着熱が発生し、これにより吸着剤層８内で局所的に温度が上昇し始めるようなことがあっても、その熱は伝熱体１０を介して脱着工程にある他方の吸着槽２側へ速やかに逃がすことができ、吸着剤８ａの一部が高温に曝されるような事態は未然に防止される。しかも、吸着剤８ａに吸着された吸着成分Ｇ２は、温度が高い方が脱着しやすいため、吸着工程にある一方の吸着槽２から回収した熱により、他方の吸着槽２における脱着工程が効率よく進行するという利点もある。

また、熱の移動は、上下の吸着剤層８同士の間を隔てる仕切板９を介しても行われる。ここで、本実施例の気体濃縮装置１では、吸着槽２同士を積み重ねた構成により、仕切板９を介した接触面積を大きく確保するようにしている。すなわち、二基の吸着槽同士を仕切板を介して接するように配置することは、例えば前記二基の吸着槽を左右に並べることによっても可能であるが、こうした配置で前記吸着槽同士の接触面積を大きく取ろうとすれば、結局、前記吸着槽の高さを高く取らざるを得ない。そのような形状で吸着槽を大型化しようとすれば、基礎にかかる工費の高騰が避けられない。その点、本実施例の如き吸着槽２の配置であれば、気体濃縮装置１全体の高さを低く保ちながら吸着槽２同士を大きい面積にて接触させることができる。

また、本実施例の如く吸着槽２同士を仕切板９を介して接するように配置した構成では、吸着槽２の構成材としての仕切板９を二基の吸着槽２の間で共有するので、該吸着槽２の製造にかかる材料費を節減することにもなる。

さらに、本実施例の気体濃縮装置１の保守作業について説明する。一般に、圧力変動吸着式の気体濃縮装置に用いる吸着剤は、吸着と脱着を繰り返す間に徐々に吸着能力が低下していくため、およそ数年毎に交換する必要がある。従来、こうした吸着剤の交換作業は、円筒形の吸着槽内に人が立ち入って手作業により行っていた。しかしながら、吸着槽の容量が大きく、多量の吸着剤が充填されている場合は、こうした人力による交換は困難であり、時間や費用もかかってしまう。

本実施例の気体濃縮装置１の場合、上述の如く上側の吸着槽２の上面に蓋体２ｃを備えており（図１参照）、この蓋体２ｃを開放することで、上方から内部の吸着剤層８等にアクセスすることができる。そして、吸着剤層８は、籠体８ｃ内に吸着剤８ａを収容した吸着剤ユニット８ｂの集合として構成されているので、例えば上方からクレーンを用いて吸着剤ユニット８ｂを吊り下げることで、人力によらずに吸着剤ユニット８ｂの交換作業を実施することができる。

吸着槽２同士を上下に積み重ねた配置は、この交換作業においても有利である。すなわち、仮に吸着槽同士を左右に隣り合う配置とした場合、仕切板は鉛直方向に沿った面をなすように配置され、吸着槽内の吸着剤層同士を連結する伝熱体は、該仕切板を貫通するように水平方向に沿って備えられることになる。このため、吸着剤ユニットを鉛直方向に動かそうとすると、伝熱体が妨げとなってしまう。一方、本実施例の如く、二基の吸着槽２同士を上下に配置すれば、伝熱体１０は図１、図３に示す如く縦方向に沿って配置されることになる。したがって、吸着槽２の上方から吸着剤ユニット８ｂを吊り下げるようにして交換作業を行う場合に、伝熱体１０が吸着剤ユニット８ｂの動作を妨げるようなことはない。よって、例えば、上側の吸着剤ユニット８ｂを鉛直方向に吊り上げて吸着槽２外に移した後、その下に位置していた小仕切板９ａを伝熱体１０ごと鉛直方向に吊り上げて取り除き、さらにその下に位置していた吸着剤ユニット８ｂを移動させるといった手順をスムーズに実行することができる。

また、上下に積み重なった吸着槽２内において、上下の吸着剤層８の分割位置、及び仕切板９の分割位置は平面視で一致しているので、例えば、上側の吸着剤ユニット８ｂを取り出した後、その下に位置する小仕切板９ａや吸着剤ユニット８ｂを取り出そうとする際に、別の吸着剤ユニット８ｂが妨げになるようなこともない。あるいは、上下二個の吸着剤ユニット８ｂ、及びその間に配置された小仕切板９ａをまとめて吊り上げることも可能である。

以上のように、上記本実施例においては、混合ガスＧ１を内部に導入し、水平方向に沿って流通させる吸着槽２と、該吸着槽２に収容され、該吸着槽２に混合ガスＧ１が吸着圧にて導入された場合に前記混合ガスＧ１中の一部の気体を吸着成分Ｇ２として吸着し、且つ前記吸着槽２内が前記吸着圧より低い脱着圧に減圧された場合に、吸着した前記吸着成分Ｇ２を脱着する吸着剤層８とを備えているので、圧力変動吸着式の気体濃縮装置１を設置するにあたり、吸着剤層８における気体の流通する距離を水平方向に沿って確保することができ、吸着槽２の高さを抑えて基礎にかかる工費を節減することができる。

また、本実施例においては、複数の前記吸着槽２が近接して配置され、前記複数の吸着槽２内の前記吸着剤層８同士は熱を伝達する伝熱体１０により互いに連結されているので、吸着工程にある一方の吸着槽２において発生した吸着熱を、伝熱体１０を介して脱着工程にある他方の吸着槽２に逃がすことができ、吸着工程における吸着剤層８の高温化を回避することができる。また、一方の吸着槽２にて発生する吸着熱を、他方の吸着槽２において脱着の進行に利用することもできる。

また、本実施例において、前記吸着槽２は上下に積み重ねるように配置され、上下に配置された前記吸着槽２内の前記吸着剤層８同士は、仕切板９を介して接しているので、吸着工程にある一方の吸着槽２において発生した吸着熱を、仕切板９を介して脱着工程にある他方の吸着槽２に逃がすことができると共に、吸着槽２の製造にかかる材料費を節減することができる。

また、本実施例において、前記吸着剤層８は、吸着剤８ａを備えた複数の吸着剤ユニット８ｂに分割され、前記仕切板９は、複数の小仕切板９ａに分割されており、互いに上下に配置された前記吸着槽２のうち、上側の吸着槽２の上面は、該吸着槽２の外部から内部の空間へアクセス可能に構成されているので、吸着剤８ａの交換作業等をクレーン等を用いて実行することができる。

また、本実施例において、上下に配置された前記吸着槽２内の前記吸着剤層８における前記吸着剤ユニット８ｂへの分割位置、及び、前記仕切板９における前記小仕切板９ａへの分割位置は平面視で一致しているので、クレーン等を用いた吸着剤８ａの交換作業等を一層簡便に実行することができる。

したがって、上記本実施例によれば、吸着槽の容量を確保しながら、建造にかかる費用を低減すると共に吸着工程における吸着槽内の高温化をも防止し得る。

尚、本発明の気体濃縮装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではない。例えば、酸素燃焼ボイラを含む石炭焚ボイラの他、種々のボイラの排ガスからの気体の分離に適用し得、さらには、排ガスからの二酸化炭素の分離に限らず、種々の混合ガスからの気体の取り出しにも適用し得ること等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１気体濃縮装置
２吸着槽
８吸着剤層
８ａ吸着剤
８ｂ吸着剤ユニット
９仕切板
９ａ小仕切板
１０伝熱体
Ｇ１混合ガス
Ｇ２吸着成分

Claims

複数の種類の気体が混合した混合ガスを内部に導入し、水平方向に沿って流通させる吸着槽と、
該吸着槽に収容され、該吸着槽に混合ガスが吸着圧にて導入された場合に前記混合ガス中の一部の気体を吸着成分として吸着し、且つ前記吸着槽内が前記吸着圧より低い脱着圧に減圧された場合に、吸着した前記吸着成分を脱着する吸着剤層と
を備えた圧力変動吸着式の気体濃縮装置。
複数の前記吸着槽が近接して配置され、前記複数の吸着槽内の前記吸着剤層同士は熱を伝達する伝熱体により互いに連結されている、請求項１に記載の気体濃縮装置。
前記吸着槽は上下に積み重ねるように配置され、上下に配置された前記吸着槽内の前記吸着剤層同士は、仕切板を介して接している、請求項１又は２に記載の気体濃縮装置。
前記吸着剤層は、吸着剤を備えた複数の吸着剤ユニットに分割され、
前記仕切板は、複数の小仕切板に分割されており、
互いに上下に配置された前記吸着槽のうち、上側の吸着槽の上面は、該吸着槽の外部から内部の空間へアクセス可能に構成されている、請求項３に記載の気体濃縮装置。
上下に配置された前記吸着槽内の前記吸着剤層における前記吸着剤ユニットへの分割位置、及び、前記仕切板における前記小仕切板への分割位置は平面視で一致している、請求項４に記載の気体濃縮装置。