JP2019122935A - Gas refining apparatus and gas refining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体精製装置及び気体精製方法に関する。 The present invention relates to a gas purification apparatus and a gas purification method.
工業ガスの製造において、除去対象物を含むガスを精製して製品ガス(精製ガス)を得る装置として、温度変動吸着(TSA:Thermal Swing Adsorption)方式の気体精製装置、すなわちTSA装置が知られている。
一般的なTSA装置では、ガスの精製を行った後の吸着塔内の吸着剤を再生する際に、製品ガスの一部を加熱して再生ガスとして吸着塔内に供給し、吸着塔内の吸着剤から除去対象物を脱離させる。吸着塔内の吸着剤の再生に使用されて吸着塔から排出される製品ガス、すなわち再生排ガスについては、原料としての再利用、有用成分の回収、熱エネルギーの回収等が検討される。
しかし、再生排ガスの温度が低い場合、熱エネルギーの回収はコスト面の利点が少なくなる。一方で再生排ガスの温度を高くするために、吸着塔内の吸着剤の再生に必要な温度以上に再生ガスを加熱することは、工業的に不利である。
In the production of industrial gas, a thermal swing adsorption (TSA) type gas purification apparatus, that is, a TSA apparatus is known as an apparatus for purifying a gas containing a removal target to obtain a product gas (purified gas). There is.
In a general TSA apparatus, when the adsorbent in the adsorption tower after the gas purification is regenerated, a part of the product gas is heated and supplied as a regeneration gas into the adsorption tower, The object to be removed is desorbed from the adsorbent. With regard to the product gas used for regeneration of the adsorbent in the adsorption tower and discharged from the adsorption tower, that is, regenerated exhaust gas, reuse as a raw material, recovery of useful components, recovery of thermal energy, etc. are considered.
However, when the temperature of the regenerated exhaust gas is low, recovery of thermal energy has less cost advantage. On the other hand, in order to raise the temperature of the regeneration exhaust gas, it is industrially disadvantageous to heat the regeneration gas above the temperature required for the regeneration of the adsorbent in the adsorption tower.
工場、発電所等から排出される排ガスの熱エネルギーを回収する技術としては、特許文献1、2に記載の技術が知られている。特許文献1に記載の装置は、水蒸気を含む排ガスを吸着剤と接触させて吸着剤中の水分を放出させ、排ガスを冷媒によって冷却し排ガス中の水蒸気を凝縮除去し潜熱を取り出し、排ガスの残存水分を吸着剤によって吸着し、潜熱を回収する際に用いた冷媒を他の装置の熱源とする装置を備える。
特許文献2に記載の方法では、吸着式冷凍機の吸着剤熱交換器から排出された冷却水を冷却する手段として冷却水を地中熱と熱交換する地中熱交換器を用いて、温水として回収された排ガスの熱エネルギを吸着式冷凍機の熱源水として利用する。
The techniques described in
In the method described in
しかしながら、特許文献1に記載の装置にあっては、排ガスが流れる配管の構成が複雑であり、流路切替弁の操作が煩雑である。配管の構成が複雑であるため、回収した熱エネルギーのロスが生じやすく、熱エネルギーを有効に利用できない可能性がある。
特許文献2に記載の方法にあっては、地中熱交換器を必要とするため、特許文献1に記載の装置のように配管が複雑化し、装置が大型化する可能性がある。
However, in the device described in Patent Document 1, the configuration of the piping through which the exhaust gas flows is complicated, and the operation of the flow path switching valve is complicated. Due to the complicated construction of the piping, loss of recovered thermal energy is likely to occur, and thermal energy may not be effectively used.
In the method described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡便な構成と操作により、再生排ガスの熱エネルギーを有効に利用できる気体精製装置及び気体精製方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas purification apparatus and a gas purification method that can effectively use the thermal energy of regenerated exhaust gas with a simple configuration and operation.
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
[1] 除去対象物を含む気体を温度変動吸着方式で精製し、再生ガスが供給されている吸着塔から排出される再生排ガスが流れる再生排ガスラインを備える気体精製装置であって、前記再生排ガスラインに設けられるとともに、除去対象物を吸着する吸着剤を有する吸着器と、前記吸着器から導出される気体と、再生ガスとの間で熱交換する熱交換器と、を備える、気体精製装置。
[2] 再生ガスを吸着塔に供給する再生ガスラインをさらに備え、前記再生ガスラインと前記再生排ガスラインとにわたって前記熱交換器が設けられている、[1]の気体精製装置。
[3] 前記再生排ガスを冷却する冷却器が前記再生排ガスラインに設けられている、[1]又は[2]の気体精製装置。
[4] [1]〜[3]のいずれかの気体精製装置を用いる温度変動吸着方式の気体精製方法であって、吸着塔内の吸着剤を再生する際に、前記除去対象物を含む再生排ガスを前記吸着器に導入し、前記除去対象物を前記吸着器内の吸着剤に吸着させ、前記吸着器から導出される気体と前記再生ガスとの間で熱交換して前記再生ガスを加熱する加熱工程と、前記加熱工程で前記除去対象物を吸着させた吸着剤を有する前記吸着器に、再生排ガスを導入して前記除去対象物を前記吸着器内の吸着剤から脱離させ、前記吸着器から導出される気体と前記再生ガスとの間で熱交換して前記再生ガスを冷却する冷却工程と、を有する、気体精製方法。
In order to solve the above-mentioned subject, the present invention comprises the following composition.
[1] A gas purification apparatus comprising a regeneration exhaust gas line through which a gas containing an object to be removed is purified by a temperature fluctuation adsorption method and regeneration exhaust gas discharged from an adsorption tower to which regeneration gas is supplied flows, A gas purification apparatus comprising: an adsorber provided in a line and having an adsorbent for adsorbing an object to be removed; and a heat exchanger for exchanging heat between the gas led out from the adsorber and the regeneration gas. .
[2] The gas purification apparatus according to [1], further comprising a regeneration gas line for supplying regeneration gas to the adsorption tower, wherein the heat exchanger is provided across the regeneration gas line and the regeneration exhaust gas line.
[3] The gas purification device according to [1] or [2], wherein a cooler for cooling the regenerated exhaust gas is provided in the regenerated exhaust gas line.
[4] A temperature fluctuation adsorption type gas purification method using the gas purification device according to any one of [1] to [3], which comprises the object to be removed when the adsorbent in the adsorption tower is regenerated. The exhaust gas is introduced into the adsorber, the object to be removed is adsorbed by the adsorbent in the adsorber, and heat exchange is performed between the gas led out from the adsorber and the regeneration gas to heat the regeneration gas. The regenerated exhaust gas is introduced into the adsorber having the adsorbent on which the object to be removed is adsorbed in the heating step and the heating step, and the object to be removed is desorbed from the adsorbent in the adsorber, And cooling the regenerated gas by exchanging heat between the gas drawn from the adsorber and the regenerated gas.
本発明によれば、簡便な構成と操作により、再生排ガスの熱エネルギーを有効に利用できる。 According to the present invention, the thermal energy of the regenerated exhaust gas can be effectively utilized by the simple configuration and operation.
本明細書における下記の用語の意味は以下の通りである。
吸着剤の「再生」とは、除去対象物が吸着された吸着剤を再び除去対象物が吸着され得る状態に戻すことを意味する。
「再生ガス」とは、再生の対象となる吸着剤を有する吸着塔に吸着剤を再生するために供給される気体を意味する。
「再生排ガス」とは、再生の対象となる吸着剤を有する吸着塔から排出される気体であり、吸着剤の再生に使用された気体を意味する。
The meanings of the following terms in the present specification are as follows.
The “regeneration” of the adsorbent means that the adsorbent to which the removal target is adsorbed is returned to the state where the removal target can be adsorbed again.
The term "regeneration gas" means a gas supplied to an adsorption tower having an adsorbent to be regenerated to regenerate the adsorbent.
The "regenerated exhaust gas" is a gas discharged from an adsorption tower having an adsorbent to be regenerated, and means a gas used for the regeneration of the adsorbent.
以下、本発明を適用した一実施形態の気体精製装置及び気体精製方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, a gas purification apparatus and a gas purification method of an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the features that are the features may be enlarged and shown for convenience, and the dimensional ratio of each component is limited to be the same as the actual Absent.
<気体精製装置>
まず、本発明を適用した一実施形態である気体精製装置1の構成について説明する。
図1は気体精製装置1の構成の一例を示す模式図である。気体精製装置1は除去対象物を含む原料ガスから除去対象物を除去して精製ガスを得るための温度変動吸着(以下、「TSA」と記す。)方式の装置である。
図1に示すように気体精製装置1は、圧縮機2と吸着塔3a,3bと加熱器4と吸着器5と熱交換器6と供給ラインL1と脱圧ラインL2と再生排ガスラインL3と回収ラインL4と充圧ラインL5と再生ガスラインL6と加熱ラインL7とを備える。
以下に気体精製装置1の各構成要素に関して詳しく説明を行う。
<Gas purification device>
First, the structure of the gas purification apparatus 1 which is one Embodiment to which this invention is applied is demonstrated.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the gas purification apparatus 1. The gas purification device 1 is a temperature fluctuation adsorption (hereinafter referred to as “TSA”) type device for removing a removal target object from a source gas containing the removal target object to obtain a purified gas.
As shown in FIG. 1, the gas purification apparatus 1 comprises a
Hereinafter, each component of the gas purification device 1 will be described in detail.
圧縮機2は原料ガスを圧縮できる形態であれば特に限定されない。圧縮機2は圧縮した原料ガスを吸着塔3a,3bに供給ラインL1を介して供給する。
The
原料ガス、すなわち精製ガス及び除去対象物の組み合わせは特に限定されない。例えば、水分、窒素、亜酸化窒素及び二酸化炭素からなる群より選ばれる少なくとも一種を除去対象物として含む空気;二酸化炭素、水分、窒素及び空気からなる群より選ばれる少なくとも一種を除去対象物として含むメタンガス;水分、二酸化炭素、窒素及び空気からなる群より選ばれる少なくとも一種を除去対象物として含む水素が挙げられる。 There are no particular limitations on the combination of the source gas, that is, the purified gas and the removal target. For example, air containing at least one member selected from the group consisting of water, nitrogen, nitrous oxide and carbon dioxide as an object to be removed; at least one member selected from the group consisting of carbon dioxide, water, nitrogen and air as an object to be removed Methane gas; hydrogen containing at least one selected from the group consisting of water, carbon dioxide, nitrogen and air as an object to be removed can be mentioned.
吸着塔3a,3bは基本的に同じ構成であり、中空円筒状であり、その上下両端に下部側配管7a,7b及び上部側配管8a,8bが接続されている。吸着塔3a,3bは内部に吸着剤を有している。吸着剤は吸着塔3a,3b内の雰囲気中における除去対象物の濃度、前記雰囲気の温度に応じて、除去対象物が吸着と脱離とを繰り返すことができる形態であれば特に限定されない。これにより吸着塔3a,3bは除去対象物を含む気体から除去対象物を吸着剤に吸着させて精製できる。
The
吸着剤としては、原料ガスが含む除去対象物との組み合わせに基いて適宜選択される。例えば、空気中の水分を除去する場合、吸着剤としては活性アルミナが選択される。例えば、メタンガス中の二酸化炭素を除去する場合、吸着剤としてはNaXゼオライトが選択される。例えば、水素中の窒素を除去する場合、吸着剤としてはLiXゼオライトが選択される。 The adsorbent is appropriately selected based on the combination with the removal target contained in the source gas. For example, when removing water in air, activated alumina is selected as the adsorbent. For example, when removing carbon dioxide in methane gas, NaX zeolite is selected as the adsorbent. For example, when removing nitrogen in hydrogen, LiX zeolite is selected as an adsorbent.
供給ラインL1は除去対象物を含む原料ガスを吸着塔3a,3bに供給するためのラインである。供給ラインL1は、第1の端部が圧縮機2と接続されており、第2の端部が第1の供給分岐ラインLa1と第2の供給分岐ラインLb1とに分岐されている。
第1の供給分岐ラインLa1は、下部側配管7aと接続されている。第1の供給分岐ラインLa1にはバルブVa1が設けられている。第2の供給分岐ラインLb1は、下部側配管7bと接続されている。第2の供給分岐ラインLb1にはバルブVb1が設けられている。
The supply line L1 is a line for supplying the raw material gas including the object to be removed to the
The first supply branch line La1 is connected to the
回収ラインL4は精製ガスを吸着塔3a,3bから回収するためのラインである。回収ラインL4は、第1の端部が第1の回収分岐ラインLa4と第2の回収分岐ラインLb4とに分岐されており、第2の端部が図示略の貯蔵容器と接続されている。第1の回収分岐ラインLa4は、上部側配管8aと接続されている。第1の回収分岐ラインLa4にはバルブVa4が設けられている。第2の回収分岐ラインLb4は、上部側配管8bと接続されている。第2の回収分岐ラインLb4にはバルブVb4が設けられている。
The recovery line L4 is a line for recovering the purified gas from the
脱圧ラインL2は吸着塔内の圧力を下げて、脱圧と呼ばれる工程を行うためのラインである。脱圧工程では、吸着塔内の吸着剤に除去対象物が吸着された後に、吸着塔内の圧力を低くすることで吸着剤の表面から除去対象物を脱離させる。
脱圧ラインL2は、第1の端部が第1の脱圧分岐ラインLa2と第2の脱圧分岐ラインLb2とに分岐されており、第2の端部が開口端とされている。第1の脱圧分岐ラインLa2は、下部側配管7aと接続されている。第1の脱圧分岐ラインLa2にはバルブVa2が設けられている。第2の脱圧分岐ラインLb2は、下部側配管7bと接続されている。第2の脱圧分岐ラインLb2にはバルブVb2が設けられている。
The depressurization line L2 is a line for reducing the pressure in the adsorption column and performing a process called depressurization. In the depressurization step, after the object to be removed is adsorbed by the adsorbent in the adsorption tower, the object to be removed is desorbed from the surface of the adsorbent by lowering the pressure in the adsorption tower.
The depressurization line L2 is branched at a first end into a first depressurization branch line La2 and a second depressurization branch line Lb2, and the second end is an open end. The first pressure release branch line La2 is connected to the
再生ガスラインL6は、再生の対象となる吸着塔に精製ガスの一部を再生ガスとして供給するためのラインである。再生ガスラインL6は、第1の端部が第1の再生ガス分岐ラインLa6と第2の再生ガス分岐ラインLb6とに分岐点rで分岐されており、第2の端部が回収ラインL4と接続されている。第1の再生ガス分岐ラインLa6は、上部側配管8aと接続されている。第1の再生ガス分岐ラインLa6にはバルブVa6が設けられている。第2の再生ガス分岐ラインLb6は、上部側配管8bと接続されている。第2の再生ガス分岐ラインLb6にはバルブVb6が設けられている。
再生ガスラインL6には、一次側(再生ガスの上流側)から熱交換器6とバルブV7とがこの順に設けられている。熱交換器6については後述する。
The regeneration gas line L6 is a line for supplying a part of the purified gas as regeneration gas to the adsorption tower to be regenerated. A first end of the regeneration gas line L6 is branched into a first regeneration gas branch line La6 and a second regeneration gas branch line Lb6 at a branch point r, and a second end is separated from the recovery line L4. It is connected. The first regeneration gas branch line La6 is connected to the
In the regeneration gas line L6, the
加熱ラインL7は再生ガスを加熱するためのラインである。加熱ラインL7は第1の端部が接続点pで再生ガスラインL6と接続され、第2の端部が接続点qで再生ガスラインL6と接続されている。ここで、接続点pは熱交換器6とバルブV7との間に位置し、接続点qはバルブV7と分岐点rの間に位置し、接続点pが接続点qの一次側(再生ガスの上流側)にある。加熱ラインL7には、一次側から加熱器4とバルブV8とがこの順に設けられている。
加熱器4は加熱ラインL7を流れる再生ガスを加熱できる形態であれば特に限定されない。
The heating line L7 is a line for heating the regeneration gas. The heating line L7 has a first end connected to the regeneration gas line L6 at the connection point p, and a second end connected to the regeneration gas line L6 at the connection point q. Here, the connection point p is located between the
The heater 4 is not particularly limited as long as it can heat the regeneration gas flowing through the heating line L7.
再生排ガスラインL3は、再生排ガスを排出するためのラインである。再生排ガスラインL3は、第1の端部が第1の再生排ガス分岐ラインLa3と第2の再生排ガス分岐ラインLb3とに分岐されており、第2の端部が開口端とされている。再生排ガスラインL3には、一次側(再生排ガスの上流側)から吸着器5と熱交換器6とがこの順に設けられている。
第1の再生排ガス分岐ラインLa3は、下部側配管7aと接続されている。第1の再生排ガス分岐ラインLa3にはバルブVa3が設けられている。第2の再生排ガス分岐ラインLb3は、下部側配管7bと接続されている。第2の再生排ガス分岐ラインLb3にはバルブVb3が設けられている。
The regeneration exhaust gas line L3 is a line for discharging the regeneration exhaust gas. A first end of the regeneration exhaust gas line L3 is branched into a first regeneration exhaust gas branch line La3 and a second regeneration exhaust gas branch line Lb3, and a second end is an opening end. In the regeneration exhaust gas line L3, the
The first regenerated exhaust gas branch line La3 is connected to the
吸着器5は除去対象物を吸着する吸着剤を有し、内部に吸着剤が充填されている。吸着器5が有する吸着剤は、再生排ガスラインL3を流れる再生排ガスに含まれる除去対象物の濃度に応じて、除去対象物の吸着と脱離とが繰り返されるように構成される。
The
例えば、再生排ガスに含まれる除去対象物の濃度が高く、吸着器5が有する吸着剤の表面に除去対象物が吸着可能であるとき、吸着器5内に再生排ガスが流れると、前記吸着剤には除去対象物が吸着される。吸着剤に除去対象物が吸着される吸着反応は、発熱反応であるため、この反応に基づいて熱が発生する。その結果、再生排ガスが吸着器5を通過すると、吸着器5内の吸着反応で熱エネルギーが発生し、吸着器5から導出される気体の温度が高くなる。
For example, when the concentration of the removal target contained in the regeneration exhaust gas is high, and the removal target can be adsorbed on the surface of the adsorbent possessed by the
例えば、再生排ガスに含まれる除去対象物の濃度が低く、吸着器5が有する吸着剤の表面で除去対象物が飽和状態にあるとき、吸着器5内に再生排ガスが流れると、前記吸着剤から除去対象物が脱離する。吸着剤から除去対象物が脱離する脱離反応は、吸熱反応であるため、この反応に基づいて寒冷が発生する。その結果、再生排ガスが吸着器5を通過すると、吸着器5内の脱離反応で熱エネルギーが消費され、吸着器5から導出される気体の温度が低くなる。
For example, when the concentration of the object to be removed contained in the regenerated exhaust gas is low and the object to be removed is saturated on the surface of the adsorbent possessed by the
熱交換器6は再生排ガスラインL3の吸着器5から導出される気体と再生ガスラインL6の接続点pの一次側(再生ガスの上流側)の部分を流れる再生ガスとの間で熱交換できる形態であれば特に限定されない。
再生排ガスラインL3は、熱交換器6の位置で再生ガスラインL6と交差している。すなわち、再生排ガスラインL3と再生ガスラインL6とにわたって、これらが近接する位置に熱交換器6が設けられている。これにより、熱エネルギーのロスを抑えながら、再生排ガスラインL3内の気体と再生ガスラインL6内の気体との間で熱交換できる。
The
The regeneration exhaust gas line L3 intersects the regeneration gas line L6 at the position of the
例えば、再生ガスを加熱器4で加熱しながら吸着塔に供給し、再生排ガスを前記吸着塔から排出するとき、再生排ガスに含まれる除去対象物の濃度が高ければ、吸着器5から導出される気体と接続点pに向かって流れる再生ガスとの間で熱交換させることにより、熱交換器6は前記再生ガスを効果的に加熱できる。
For example, when the regeneration gas is supplied to the adsorption tower while being heated by the heater 4 and the regeneration exhaust gas is discharged from the adsorption tower, if the concentration of the object to be removed contained in the regeneration exhaust gas is high, it is derived from the
例えば、吸着塔内の吸着剤を冷却するために再生ガスを供給して、再生排ガスを前記吸着塔から排出するとき、再生排ガスに含まれる除去対象物の濃度が低ければ、吸着器5から導出される気体と接続点pに向かって流れる再生ガスとの間で熱交換させることにより、熱交換器6は前記再生ガスを効果的に冷却できる。
For example, when the regeneration gas is supplied to cool the adsorbent in the adsorption tower and the regeneration exhaust gas is discharged from the adsorption tower, if the concentration of the object to be removed contained in the regeneration exhaust gas is low, it is derived from the
充圧ラインL5は吸着塔内の圧力を上げて、充圧と呼ばれる工程を行うためのラインである。充圧工程では吸着塔内の吸着剤から除去対象物が脱離した後に、吸着塔内の圧力を原料ガスの精製に適した水準まで高くする。
充圧ラインL5は、第1の端部が第1の充圧分岐ラインLa5と第2の充圧分岐ラインLb5とに分岐されており、第2の端部が回収ラインL4と接続されている。第1の充圧分岐ラインLa5は、上部側配管8aと接続されている。第1の充圧分岐ラインLa5にはバルブVa5が設けられている。第2の充圧分岐ラインLb5は、上部側配管8bと接続されている。第2の充圧分岐ラインLb5にはバルブVb5が設けられている。
The charging line L5 is a line for raising the pressure in the adsorption column to perform a process called charging pressure. In the charging step, after the target substance to be removed is desorbed from the adsorbent in the adsorption tower, the pressure in the adsorption tower is raised to a level suitable for the purification of the source gas.
The first end of the charging line L5 is branched into a first charging branch line La5 and the second charging branch line Lb5, and the second end is connected to the recovery line L4. . The first charge branch line La5 is connected to the
(作用効果)
以上説明した気体精製装置1は吸着器5と熱交換器6とを備えるため、除去対象物の吸着によって吸着器5で生じる熱を再生ガスの加熱に利用でき、吸着塔の加熱に要するエネルギーが少なくなる、すなわち吸着塔の加熱効率がよくなる。また、除去対象物の脱離によって吸着器で生じる寒冷を再生ガスの冷却に利用でき、吸着塔の冷却効率がよくなる。
また、気体精製装置1は装置構成が簡便であり、配管構成が複雑でなく、同一の装置内で熱エネルギーを回収できるTSA方式の装置であるため、再生排ガスの熱エネルギーを無駄なく効果的に回収でき、回収した熱エネルギーを吸着塔内の吸着剤の再生に有効に利用できる。
(Action effect)
Since the gas purification apparatus 1 described above includes the
In addition, since the gas purification apparatus 1 is a simple TSA apparatus that is simple in apparatus configuration, not complicated in piping configuration, and capable of recovering thermal energy in the same apparatus, the thermal energy of the regenerated exhaust gas can be effectively used without waste. It can be recovered, and the recovered thermal energy can be effectively used for regeneration of the adsorbent in the adsorption tower.
<気体精製方法>
次に、上述した気体精製装置1を用いた、本実施形態の気体精製方法の一例について、説明する。本実施形態の気体精製方法では、除去対象物として水分を含む空気から水分を除去して乾燥空気をTSA方式で精製する場合を一例として以下、説明を行う。
なお、以下の説明では気体精製装置1において、吸着塔3a内の吸着剤の再生が完了し、吸着塔3bで気体の精製が完了した状態に気体精製方法を適用し、吸着塔3aで気体の精製を行いながら、吸着塔3b内の吸着剤の再生を行う場合を一例として説明する。
<Gas purification method>
Next, an example of the gas purification method of the present embodiment using the above-described gas purification device 1 will be described. In the gas purification method of the present embodiment, the case where the dry air is purified by the TSA method by removing the water from the air containing the water as the removal target is described below as an example.
In the following description, in the gas purification device 1, the regeneration of the adsorbent in the
(吸着塔3a:精製工程,吸着塔3b:脱圧工程)
まず、図1に示す全てのバルブを閉じる。その後、バルブVa1、バルブVa4、バルブVb2を開く。この状態で圧縮機2から圧縮した原料ガスを吸着塔3aに供給し、吸着塔3a内の吸着剤に水分を吸着させて第1の回収分岐ラインLa4と回収ラインL4とを経由して精製した乾燥空気を回収する。
吸着塔3bでは、バルブVb2を開くと吸着塔3b内の圧力が大気圧付近まで低下する。これにより、吸着塔3b内の吸着剤に吸着されていた水分を吸着塔3b内の気体とともに第2の脱圧分岐ラインLb2と脱圧ラインL2とを経由して排出する。
精製工程において、原料ガスの吸着塔3aへの供給量は特に限定されないが、例えば1000〜50000Nm3/hとすることができる。また、バルブVa1、バルブVa4、バルブVb2を開いた状態に維持する時間は、特に限定されないが、例えば2〜20分とすることができる。
(
First, all the valves shown in FIG. 1 are closed. Thereafter, the valve Va1, the valve Va4, and the valve Vb2 are opened. In this state, the raw material gas compressed from the
In the
In the purification step, the supply amount of the raw material gas to the
(吸着塔3a:精製工程,吸着塔3b:加熱工程)
次に、バルブVa1、バルブVa4を開いたまま、バルブVb2を閉じる。その後、バルブVb3、バルブVb6、バルブV8を開く。この状態で原料ガスを吸着塔3aに供給し、乾燥空気を回収しながら、乾燥空気の一部を再生ガスとして再生ガスラインL6を経由させて加熱ラインL7に導入する。加熱ラインL7内の乾燥空気は加熱器4で加熱され、第2の再生ガス分岐ラインLb6等を経由し、吸着塔3bに供給される。これにより吸着塔3b内の温度が高くなり、吸着剤に吸着されている水分が脱離し、水分濃度が高い空気が再生排ガスとして吸着塔3bから排出される。再生排ガスは第2の再生排ガス分岐ラインLb3と再生排ガスラインL3とを経由して、吸着器5に導入される。
(
Next, the valve Vb2 is closed while the valve Va1 and the valve Va4 are open. Thereafter, the valve Vb3, the valve Vb6 and the valve V8 are opened. In this state, the raw material gas is supplied to the
加熱工程で吸着器5に水分濃度が高い再生排ガスが導入されると、吸着器5内の吸着剤に水分が吸着され、吸着反応に伴う熱エネルギーが吸着器5で発生する。そのため、吸着器5から導出される気体の温度が上昇する。温度の上昇した前記気体の熱エネルギーは、熱交換器6により再生ガスに回収される。これにより加熱器4に導入される前の再生ガスの温度が高くなり、加熱に要する動力を削減できる。
ここで、バルブVa1、バルブVa4、バルブVb3、バルブVb6、バルブV8を開いた状態に維持する時間は、特に限定されないが、例えば30〜180分とすることができる。
以上説明したようにして、吸着塔3bの加熱工程では、吸着塔3b内の吸着剤を再生する際に、水分を含む再生排ガスを吸着器5に導入し、水分を吸着器5内の吸着剤に吸着させ、吸着器5から導出される気体と再生ガスとの間で熱交換して再生ガスを加熱する。
When the regenerated exhaust gas having a high water concentration is introduced to the
Here, the time for maintaining the valve Va1, the valve Va4, the valve Vb3, the valve Vb6, and the valve V8 in the open state is not particularly limited, but may be, for example, 30 to 180 minutes.
As described above, in the heating step of the
(吸着塔3a:精製工程,吸着塔3b:冷却工程)
次に、バルブVa1、バルブVa4、バルブVb3、バルブVb6を開いたまま、バルブV8を閉じ、バルブV7を開く。この状態で原料ガスを吸着塔3aに供給し、乾燥空気を回収しながら、乾燥空気の一部を再生ガスとして再生ガスラインL6に導入する。
再生ガスラインL6内の乾燥空気は、バルブV7を経由し、吸着塔3bに供給される。これにより、吸着塔3b内が再生ガスラインL6を経由して導入される乾燥空気によって冷却され、吸着塔3b内の温度が低くなる。また、冷却工程は加熱工程の後に行われているため、吸着塔3b内の吸着剤から水分が脱離している。そのため、冷却工程で吸着塔3bから排出される再生排ガスの水分濃度は低くなる。その結果、冷却工程では水分濃度が低い再生排ガスが、第2の再生排ガス分岐ラインLb3と再生排ガスラインL3とを経由して、吸着器5に導入される。
(
Next, with the valve Va1, the valve Va4, the valve Vb3 and the valve Vb6 open, the valve V8 is closed and the valve V7 is opened. In this state, the raw material gas is supplied to the
The dry air in the regeneration gas line L6 is supplied to the
冷却工程で吸着器5に水分濃度が低い再生排ガスが導入されると、吸着器5内の吸着剤から水分が脱離し、脱離反応に伴う寒冷が吸着器5で発生する。そのため、吸着器5から導出される気体の温度が低下する。温度の低下した前記気体の熱エネルギーは熱交換器6により再生ガスに回収される。これにより再生ガスラインL6に導入される前の再生ガスの温度が低くなる。その結果、吸着塔3bの冷却効率が向上し、冷却に必要な再生ガスの量を削減できる。
ここで、バルブVa1、バルブVa4、バルブVb3、バルブVb6、バルブV7を開いた状態に維持する時間は、特に限定されないが、例えば60〜240分とすることができる。
以上説明したようにして、吸着塔3bの冷却工程では、加熱工程で水分を吸着させた吸着剤を有する吸着器5に、再生排ガスを導入して水分を吸着器5内の吸着剤から脱離させ、吸着器5から導出される気体と再生ガスとの間で熱交換して再生ガスを冷却する。
When the regenerated exhaust gas having a low water concentration is introduced into the
Here, the time for maintaining the valve Va1, the valve Va4, the valve Vb3, the valve Vb6, and the valve V7 in the open state is not particularly limited, but can be, for example, 60 to 240 minutes.
As described above, in the cooling step of the
(吸着塔3a:精製工程,吸着塔3b:充圧工程)
次に、バルブVa1、バルブVa4を開いたまま、バルブVb3、バルブVb6、バルブV7を閉じ、バルブVb5を開く。この状態で原料ガスを吸着塔3aに供給し、乾燥空気を回収しながら、乾燥空気の一部を充圧ガスとして充圧ラインL5に導入する。
充圧ラインL5内の乾燥空気は、第2の充圧分岐ラインLb5等を経由し、吸着塔3bに供給される。これにより、吸着塔3b内の圧力が、原料ガスの精製に適した水準まで高くなる。
ここで、充圧工程後の吸着塔3bの圧力は、特に限定されないが、例えば300〜1000kPaGとすることができる。また、バルブVa1、バルブVa4、バルブVb5を開いた状態に維持する時間は、特に限定されないが、例えば10〜60分とすることができる。
(
Next, with the valve Va1 and the valve Va4 open, the valve Vb3, the valve Vb6 and the valve V7 are closed and the valve Vb5 is opened. In this state, the raw material gas is supplied to the
The dry air in the charging line L5 is supplied to the
Here, the pressure of the
以上順番に説明した吸着塔3bにおける、脱圧工程、加熱工程、冷却工程、充圧工程を経て、吸着塔3b内の吸着剤の再生が完了する。次いで、本実施形態の気体精製方法では、バルブVa1、バルブVa4を閉じ、バルブVb1、バルブVb4を開くことで、吸着塔3bで精製工程を行い、吸着塔3aで吸着剤の再生を行ってもよい。このようにして、吸着塔3aと吸着塔3bとの間で精製工程と吸着塔内の吸着剤の再生とを繰り返し行うことで、TSA方式によって原料ガスを精製できる。
After the depressurization step, the heating step, the cooling step, and the filling step in the
(作用効果)
以上説明した本実施形態の気体精製方法では、TSA方式の気体精製装置1を用いるため、原料ガスを精製した後の吸着塔内の吸着剤を再生するとき、再生排ガスに含まれる除去対象物の濃度は再生開始直後に高くなり、徐々に除去対象物の濃度が低下する。
したがって本実施形態の気体精製方法によれば、精製を行った後の吸着塔に再生ガスを吸着塔に供給し続けることで、加熱工程と冷却工程とで吸着器5で発生する熱と寒冷とをそれぞれ時機を得た状態で利用できる。その結果、より少ないエネルギーで吸着塔を加熱できるとともに、より少ない再生ガスの量で吸着塔を冷却できる。
(Action effect)
In the gas purification method of the present embodiment described above, since the TSA type gas purification apparatus 1 is used, when the adsorbent in the adsorption tower after purifying the raw material gas is regenerated, the removal object contained in the regenerated exhaust gas The concentration increases immediately after the start of regeneration, and the concentration of the object to be removed gradually decreases.
Therefore, according to the gas purification method of the present embodiment, by continuously supplying the regenerated gas to the adsorption tower after purification, heat and cold generated in the
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。また、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が加えられてよい。
例えば以上説明した実施形態においては、気体精製装置が吸着塔を2つ備える形態であったが、吸着塔の数は2つに限定されず、1つであってもよく、3つ以上であってもよい。
他にも、再生排ガスラインに再生排ガスを冷却する冷却器を設けることにより、吸着塔を加熱する際に再生ガスの温度が過度に高くなった場合でも、冷却工程で再生排ガスを冷却し、熱交換器6を用いて再生ガスを確実に冷却できるようにしてもよい。
While some embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments. Furthermore, additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configuration may be made within the scope of the present invention as set forth in the claims.
For example, in the embodiment described above, the gas purification apparatus is provided with two adsorption towers, but the number of adsorption towers is not limited to two, and may be one or three or more. May be
In addition, by providing a cooler for cooling the regenerated exhaust gas in the regenerated exhaust gas line, even when the temperature of the regenerated gas becomes excessively high when heating the adsorption tower, the regenerated exhaust gas is cooled in the cooling step, The
1…気体精製装置、2…圧縮機、3a,3b…吸着塔、4…加熱器、5…吸着器、6…熱交換器、L1…供給ライン、L2…脱圧ライン、L3…再生排ガスライン、L4…回収ライン、L5…充圧ライン、L6…再生ガスライン、L7…加熱ライン、Va1〜Va6,Vb1〜Vb6,V7,V8…バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas purification apparatus, 2 ... Compressor, 3a, 3b ... Adsorption tower, 4 ... Heater, 5 ... Adsorber, 6 ... Heat exchanger, L1 ... Supply line, L2 ... Decompression line, L3 ... Regeneration waste gas line , L4: recovery line, L5: charge pressure line, L6: regeneration gas line, L7: heating line, Va1 to Va6, Vb1 to Vb6, V7, V8: valve
Claims (4)
前記再生排ガスラインに設けられるとともに、除去対象物を吸着する吸着剤を有する吸着器と、
前記吸着器から導出される気体と、再生ガスとの間で熱交換する熱交換器と、
を備える、気体精製装置。 A gas purification apparatus comprising: a regeneration exhaust gas line in which a gas containing an object to be removed is purified by a temperature fluctuation adsorption method, and regeneration exhaust gas discharged from an adsorption tower supplied with regeneration gas flows;
An adsorber provided in the regenerated exhaust gas line and having an adsorbent that adsorbs a target to be removed;
A heat exchanger that exchanges heat between the gas derived from the adsorber and the regeneration gas;
, Gas purification equipment.
吸着塔内の吸着剤を再生する際に、前記除去対象物を含む再生排ガスを前記吸着器に導入し、前記除去対象物を前記吸着器内の吸着剤に吸着させ、前記吸着器から導出される気体と前記再生ガスとの間で熱交換して前記再生ガスを加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で前記除去対象物を吸着させた吸着剤を有する前記吸着器に、再生排ガスを導入して前記除去対象物を前記吸着器内の吸着剤から脱離させ、前記吸着器から導出される気体と前記再生ガスとの間で熱交換して前記再生ガスを冷却する冷却工程と、
を有する、気体精製方法。 It is a gas purification method of the temperature fluctuation adsorption method using the gas purification device according to any one of claims 1 to 3,
When the adsorbent in the adsorption tower is regenerated, the regenerated exhaust gas containing the object to be removed is introduced into the adsorber, the object to be removed is adsorbed by the adsorbent in the adsorber, and the adsorbent is discharged from the adsorber Heating the regenerated gas by exchanging heat between the gaseous substance and the regenerated gas;
The regenerated exhaust gas is introduced into the adsorber having the adsorbent which adsorbs the object to be removed in the heating step, the object to be removed is desorbed from the adsorbent in the adsorber, and the adsorbent is discharged from the adsorber Cooling the regenerated gas by exchanging heat between the gaseous fuel and the regenerated gas;
Gas purification method.
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- 2018-01-18 JP JP2018006321A patent/JP6965169B2/en active Active
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