JP2574641B2 - Mixed gas separator - Google Patents
Mixed gas separatorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、空気等の混合ガスか
ら目的とするガスを高純度で分離するために用いられる
混合ガス分離装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mixed gas separation apparatus used for separating a target gas with high purity from a mixed gas such as air.
【０００２】[0002]
【従来の技術】空気等の混合ガスから窒素，酸素等の特
定成分ガス（製品ガス）を分離する方法としては多種の
方法があるが、最近では、吸着剤を用いた分離方法が、
装置の設計の容易さや、設備費の安価なことから広く用
いられている。このような、吸着剤を用いた分離方法
は、一般にＰＳＡ法と呼ばれ、複数の吸着塔内に吸着剤
を充填し、各吸着塔に対する混合ガスの供給、特定成分
ガスの吸着・脱着、吸着剤の再生、復圧という操作を、
弁の切替えによって回分的に交互に行うようになってい
る。そして、混合ガスの供給は加圧状態で行われ、吸着
された特定成分の脱着は減圧下で行われている。2. Description of the Related Art There are various methods for separating specific component gases (product gases) such as nitrogen and oxygen from a mixed gas such as air. Recently, a separation method using an adsorbent has been proposed.
It is widely used because of the simplicity of equipment design and low equipment costs. Such a separation method using an adsorbent is generally called a PSA method, in which a plurality of adsorption towers are filled with an adsorbent, a mixed gas is supplied to each of the adsorption towers, and a specific component gas is adsorbed / desorbed and adsorbed. The operation of regenerating and restoring the agent
The switching is performed batchwise by switching the valve. The supply of the mixed gas is performed in a pressurized state, and the desorption of the adsorbed specific component is performed under reduced pressure.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｐ
ＳＡ法では、例えば空気から窒素ガスを吸着分離し酸素
ガスを製品として得るＰＳＡ法を例にとると、窒素ガス
の吸着工程において、窒素ガスのみが吸着剤に吸着され
るのではなく、酸素ガスの一部も吸着される。また、気
相部にもある程度酸素ガスが残留する。そして、上記吸
着分離工程終了後、ただちに、その吸着塔内を減圧する
ため、吸着剤に吸着されていたガスと気相部のガスがそ
のまま排気されてしまう。したがって、本来、製品とし
て取り出すべき酸素ガスの一部が排出されてしまうた
め、製品の収率が低くなるという問題を有する。また、
上記吸着工程において、吸着塔内の吸着剤層には吸着帯
が形成されるが、この吸着帯の先端が製品ガス取り出し
部を超えると、窒素ガスが未吸着のまま取り出され、製
品純度が低下する一方となるため、それ以上吸着を続け
ることができない。このため、全ての吸着剤を完全に飽
和するまで使用することはできず、吸着槽内に充填され
た吸着剤の何割かは未使用のままで効率が悪いという問
題もある。However, the above P
In the SA method, for example, in the PSA method in which nitrogen gas is adsorbed and separated from air to obtain oxygen gas as a product, in the nitrogen gas adsorption step, not only nitrogen gas is adsorbed by the adsorbent, but oxygen gas is not adsorbed. Is also adsorbed. Also, oxygen gas remains to some extent in the gas phase. Then, immediately after the completion of the adsorption separation step, the pressure inside the adsorption tower is reduced, so that the gas adsorbed by the adsorbent and the gas in the gas phase are exhausted as they are. Therefore, since a part of the oxygen gas which should be taken out as a product is originally discharged, there is a problem that the product yield is reduced. Also,
In the above-mentioned adsorption step, an adsorption band is formed in the adsorbent layer in the adsorption tower, but when the tip of this adsorption band exceeds the product gas take-out part, nitrogen gas is taken out without adsorbing and the product purity is reduced. Therefore, adsorption cannot be continued any more. For this reason, it is not possible to use all the adsorbents until they are completely saturated, and there is also a problem that some of the adsorbents filled in the adsorption tank are unused and inefficient.
【０００４】そこで、本発明者らは、上記ＰＳＡ法の欠
点を解消すべく一連の研究を重ねた結果、吸着槽内に粒
状吸着剤を層状に溜めて徐々に流下させる一方、下から
混合ガスを吹き出して両者を向流接触させ、混合ガス中
の易吸着ガスを吸着剤に吸着させ、吸着槽外でこれを再
生して循環使用するという画期的な方法を開発し、すで
に出願している（特願平４−５６６５９、平成４年２月
８日出願）。[0004] The inventors of the present invention have conducted a series of studies in order to solve the above-mentioned drawbacks of the PSA method. And developed a revolutionary method of adsorbing the easily adsorbed gas in the mixed gas to the adsorbent, regenerating it outside the adsorption tank, and circulating it. (Japanese Patent Application No. 4-56659, filed on February 8, 1992).
【０００５】この方法によれば、全ての吸着剤が完全に
飽和するまで使用することができ、しかもガスの流れを
連続化することができるため、システムとして安定した
操業を行うことができるという利点を有する。しかし、
上記の方法では、粒状吸着剤を循環移送することから通
常の吸着剤よりも硬度の高い吸着剤を用いなければなら
ないという不具合を生じる。According to this method, all the adsorbents can be used until they are completely saturated, and furthermore, the gas flow can be continued, so that the system can be operated stably. Having. But,
In the above-mentioned method, since the granular adsorbent is circulated and transported, there arises a problem that an adsorbent having higher hardness than a normal adsorbent must be used.
【０００６】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、吸着剤を効率よく使用することができ、しか
も目的とする製品ガスの収率が非常に高い、優れた混合
ガス分離装置の提供をその目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and an excellent mixed gas separation apparatus which can use an adsorbent efficiently and has a very high target product gas yield. Its purpose is to provide.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の混合ガス分離装置は、特定のガスを優先
的に吸着する吸着剤が充填され上下に空間部を有する複
数の吸着槽を備え、各吸着槽の上部空間が、位置的に一
つずれた他の吸着槽の下部空間と開閉弁を介して接続さ
れているとともに、第１の送風手段を備え吸着槽に混合
ガスを導入する混合ガス導入配管と、真空ポンプを備え
吸着槽から排ガスを取り出す排ガス取り出し配管と、第
２の送風手段を備え他の吸着槽から取り出された排ガス
の一部を吸着槽に導入する一部排ガス導入配管とが、そ
れぞれ開閉弁を介して各吸着槽の下部空間に接続され、
吸着槽から製品ガスを取り出す製品ガス取り出し配管の
みか、あるいは上記製品ガス取り出し配管と製品ガスの
一部を導入して吸着槽を復圧させる復圧配管のそれぞれ
が、開閉弁を介して各吸着槽の上部空間に接続され、上
記各開閉弁の開閉制御を行う制御手段によって、下記の
５通りの開閉制御が、上記各吸着槽ごとに時間帯をずら
した状態でこの順で繰り返し行われるよう設定されてい
るという構成をとる。 吸着槽下部空間に、上記混合ガス導入配管および下
記の開閉制御がなされた他の吸着槽上部空間との接続
配管の少なくとも一方が連通されるとともに、この吸着
槽上部空間に、下記の開閉制御がなされた他の吸着槽
の下部空間が連通される。 吸着槽下部空間に、上記一部排ガス導入配管が連通
されるとともに、この吸着槽上部空間に、上記の開閉
制御がなされた他の吸着槽下部空間が連通される。 吸着槽下部空間に上記排ガス取り出し配管が連通さ
れる。 吸着槽上部空間に上記復圧配管が連通される。 吸着槽上部空間に上記製品ガス取り出し配管が連通
されるとともに、この吸着槽下部空間に、上記の開閉
制御がなされた他の吸着槽上部空間のみが連通される
か、あるいは上記混合ガス導入配管および上記の開閉
制御がなされた他の吸着槽上部空間との接続配管の少な
くとも一方が連通される。In order to achieve the above object, a mixed gas separation apparatus according to the present invention comprises a plurality of adsorption tanks filled with an adsorbent for preferentially adsorbing a specific gas and having upper and lower spaces. The upper space of each adsorption tank is connected to the lower space of another adsorption tank which is displaced by one position via an on-off valve, and the first gas supply means is provided to supply the mixed gas to the adsorption tank. A mixed gas introduction pipe to be introduced, an exhaust gas take-out pipe equipped with a vacuum pump to take out exhaust gas from the adsorption tank, and a part provided with a second blowing means for introducing a part of the exhaust gas taken out from another adsorption tank into the adsorption tank The exhaust gas introduction pipe is connected to the lower space of each adsorption tank via an on-off valve, respectively.
Either only the product gas extraction pipe for extracting product gas from the adsorption tank, or each of the above product gas extraction pipe and the recompression pipe that introduces a part of the product gas and recompresses the adsorption tank through the on-off valve The control means, which is connected to the upper space of the tank and controls the opening and closing of the respective on-off valves, performs the following five kinds of opening and closing control repeatedly in this order with the time zone shifted for each of the adsorption tanks. The configuration is set. In the lower space of the adsorption tank, at least one of the above-mentioned mixed gas introduction pipe and a connection pipe to the other upper space of the adsorption tank, which has been subjected to the opening / closing control described below, is communicated. The lower space of another adsorption tank made is communicated. The above partial exhaust gas introduction pipe is communicated with the lower space of the adsorption tank, and the lower space of the other adsorption tank that has been subjected to the opening / closing control is communicated with the upper space of the adsorption tank. The exhaust gas extraction pipe communicates with the lower space of the adsorption tank. The above-mentioned return pressure pipe is connected to the space above the adsorption tank. The product gas take-out pipe is communicated with the upper space of the adsorption tank, and the lower space of the adsorption tank is communicated only with the other upper space of the adsorption tank whose opening / closing control is performed, or the mixed gas introduction pipe and At least one of the connection pipes to the other suction tank upper space subjected to the opening / closing control is communicated.
【０００８】[0008]
【作用】すなわち、この発明は、複数個の吸着槽におい
て、各吸着槽に接続される各種配管の開閉弁を、上記の
ように制御することにより、各吸着槽内で、特定ガス
を、吸着剤全体が飽和に達するまで吸着剤に吸着させる
第１の吸着工程と、製品ガス濃度が高められた回収ガス
を取り出す回収工程と、吸着槽内を減圧し吸着剤から上
記特定ガスを脱着して排ガスとして取り出すとともに吸
着剤を再生する減圧再生工程と、吸着槽内を復圧する復
圧工程と、特定ガスを、これが破過する直前まで吸着剤
に吸着させ目的とする製品ガスを高純度で取り出す第２
の吸着工程の５工程を、それぞれ時間帯をずらした状態
でこの順で繰り返し行うことができるようにしたもので
ある。この装置によれば、実際には各吸着槽内に固定さ
れた吸着剤が、各吸着槽で順次ずれた状態で繰り返され
る工程を経ることによって、あたかも各吸着槽を移動し
ているがごとき効果が得られる。これにより、吸着剤の
粉化等を招くことなく使用することができ、循環移送方
式の利点が活かされ欠点が解消する。しかも、上記の
開閉弁制御により、減圧再生工程に先立って、吸着槽内
が、減圧再生工程にある他の吸着槽から取り出される排
ガスの一部で置換され、吸着槽内に残留する製品ガスが
回収されるようになっているため、得られる製品ガスの
収率を大幅に高めることができる。また、本来一工程で
行われていた吸着工程を、上記およびの開閉弁制御
により、第１の吸着工程と第２の吸着工程の二工程に分
けて行なうことができるため、従来、吸着槽内に充填さ
れた吸着剤全体を飽和に至るまで使用できなかったとこ
ろ、複数設けた各吸着槽において、吸着剤全体を、順次
飽和に至るまで使用することができ、吸着剤の備えた能
力を完全に利用することができる。したがって、従来よ
りも少ない吸着剤量で、従来と同等の分離処理能力を維
持することができ、吸着槽をコンパクトに設計すること
ができる。また、従来と同一容積の吸着剤を用いて従来
よりも高い分離処理能力を発揮させることができる。According to the present invention, a specific gas is adsorbed in each adsorption tank by controlling the opening / closing valves of various pipes connected to each adsorption tank in a plurality of adsorption tanks as described above. A first adsorption step of adsorbing the adsorbent until the entire agent reaches saturation, a collecting step of extracting a collected gas having an increased product gas concentration, and depressurizing the adsorption tank to desorb the specific gas from the adsorbent. A decompression regeneration step for regenerating the adsorbent while extracting it as exhaust gas, a pressure recovery step for recompressing the pressure in the adsorption tank, and adsorbing the specific gas to the adsorbent until just before it breaks through, and extracting the target product gas with high purity Second
The five steps of the adsorption step can be repeatedly performed in this order while shifting the time zone. According to this apparatus, the adsorbent fixed in each adsorption tank actually undergoes a process that is repeated in a state of being sequentially shifted in each adsorption tank, so that it is as if moving in each adsorption tank. Is obtained. As a result, the adsorbent can be used without causing powdering, etc., and the advantages of the circulating transfer system are utilized to eliminate the disadvantages. Moreover, by the above-mentioned on-off valve control, prior to the decompression regeneration step, the inside of the adsorption tank is replaced with a part of the exhaust gas taken out from another adsorption tank in the decompression regeneration step, and the product gas remaining in the adsorption tank is removed. Since the product gas is recovered, the yield of the obtained product gas can be significantly increased. Further, the adsorption step which was originally performed in one step can be divided into two steps of a first adsorption step and a second adsorption step by controlling the above-mentioned opening and closing valves. Although the entire adsorbent filled in the tank could not be used until it reached saturation, the entire adsorbent could be used up to saturation in each of a plurality of adsorption tanks, and the capacity of the adsorbent was completely reduced. Can be used for Therefore, it is possible to maintain the same separation treatment capacity as before with a smaller amount of adsorbent than before, and to design the adsorption tank compact. In addition, it is possible to exert a higher separation treatment capacity than before by using the same volume of adsorbent as before.
【０００９】つぎに、この発明を詳しく説明する。Next, the present invention will be described in detail.
【００１０】この発明の装置が対象とする混合ガスの分
離とは、例えば空気からの酸素ガスの分離、または工業
用ガス製造過程中の混合ガスからの特定有効ガス（例え
ばＨ2 、ＣＯ、ハイドロカーボン類等のあらゆる有効ガ
ス）の濃縮，回収、あるいは有害ガスを含んだガスの浄
化等をあげることができる。The separation of the mixed gas targeted by the apparatus of the present invention may be, for example, separation of oxygen gas from air, or specific effective gas (for example, H 2 , CO, hydro) from the mixed gas during the industrial gas production process. Concentration and recovery of any effective gas such as carbons, or purification of gases containing harmful gases.
【００１１】また、この発明で用いる吸着剤としては、
ゼオライト，シリカゲル，活性アルミナ，活性炭等の粒
状物があげられ、単独でもしくは併せて用いられる。例
えば、窒素の吸着剤としてはゼオライトモレキュラーシ
ーブ、酸素の吸着剤としてはカーボンモレキュラーシー
ブ、炭酸ガスに対してはゼオライトモレキュラーシーブ
等が用いられる。また、除湿用としてはシリカゲル，活
性アルミナが好適に用いられ、空気中のハイドロカーボ
ンの吸着に対しては活性炭等が用いられる。The adsorbent used in the present invention includes:
Granular materials such as zeolite, silica gel, activated alumina and activated carbon are used, and they are used alone or in combination. For example, a zeolite molecular sieve is used as a nitrogen adsorbent, a carbon molecular sieve is used as an oxygen adsorbent, and a zeolite molecular sieve is used as a carbon dioxide gas. Silica gel and activated alumina are preferably used for dehumidification, and activated carbon or the like is used for adsorption of hydrocarbons in the air.
【００１２】つぎに、実施例について説明する。Next, an embodiment will be described.
【００１３】[0013]
【実施例】図１は、この発明を、原料空気から酸素ガス
を高純度で取り出す空気分離装置に適用した一実施例の
基本的な構成を示している。この装置は、吸着塔１内
が、仕切り板２を介して縦１列の５つの吸着槽３〜７に
仕切られており、各吸着槽３〜７内には、窒素ガス吸着
能を有する吸着剤（例えばゼオライト）８が、上下に設
けられた多孔付保持板９，１０に挟持されて上下に空間
をもたせた状態で充填されている。FIG. 1 shows a basic configuration of an embodiment in which the present invention is applied to an air separation apparatus for extracting oxygen gas from raw air with high purity. In this apparatus, the inside of an adsorption tower 1 is divided into five vertically arranged adsorption tanks 3 to 7 via a partition plate 2, and each of the adsorption tanks 3 to 7 has an adsorbent having a nitrogen gas adsorbing ability. An agent (for example, zeolite) 8 is sandwiched between holding plates 9 and 10 provided vertically and filled with a space above and below.
【００１４】上記第１の吸着槽３の上部空間は開閉弁１
１を介して第５の吸着槽７の下部空間に接続され、第２
の吸着槽４の上部空間は開閉弁１２を介して上記第１の
吸着槽３の下部空間に接続されている。また、第３の吸
着槽５の上部空間は開閉弁１３を介して上記第２の吸着
槽４の下部空間に接続され、第４の吸着槽６の上部空間
は開閉弁１４を介して上記第３の吸着槽６の下部空間に
接続されている。さらに、第５の吸着槽７の上部空間は
開閉弁１５を介して上記第４の吸着槽６の下部空間に接
続されている。The upper space of the first adsorption tank 3 is an on-off valve 1
1 is connected to the lower space of the fifth adsorption tank 7
The upper space of the adsorption tank 4 is connected to the lower space of the first adsorption tank 3 via an on-off valve 12. The upper space of the third adsorption tank 5 is connected to the lower space of the second adsorption tank 4 via an on-off valve 13, and the upper space of the fourth adsorption tank 6 is connected to the fourth space via an on-off valve 14. 3 is connected to the lower space of the adsorption tank 6. Further, an upper space of the fifth adsorption tank 7 is connected to a lower space of the fourth adsorption tank 6 via an on-off valve 15.
【００１５】一方、１６は原料空気導入配管で、開閉弁
１７〜２１を介して各吸着槽３〜７の下部空間に接続さ
れ、各吸着槽３〜７内に原料空気を導入することができ
るようになっている。なお、上記原料空気は、エアフィ
ルター（図示せず）を経由させブロア２２で加圧したの
ち上記原料空気導入配管１６に送入されるようになって
いる。On the other hand, reference numeral 16 denotes a raw air introduction pipe, which is connected to the lower space of each of the adsorption tanks 3 to 7 via on-off valves 17 to 21 so that raw air can be introduced into each of the adsorption tanks 3 to 7. It has become. The raw air is passed through an air filter (not shown) and pressurized by a blower 22 before being fed into the raw air introduction pipe 16.
【００１６】また、２３は製品ガス取り出し配管で、開
閉弁２４〜２８を介して各吸着槽３〜７の上部空間に接
続され、各吸着槽３〜７内から、製品ガス（高純度酸素
ガス）を取り出すことができるようになっている。ただ
し、上記製品ガス取り出し配管２３の一部は、他の吸着
槽に連通させることにより、製品ガスの一部を減圧再生
工程終了後の他の吸着槽に導入して復圧工程を行うのに
利用される。Reference numeral 23 denotes a product gas take-out pipe, which is connected to the upper space of each of the adsorption tanks 3 to 7 via on-off valves 24 to 28, and from which the product gas (high-purity oxygen gas) is supplied. ) Can be taken out. However, a part of the product gas extraction pipe 23 is communicated with another adsorption tank, so that a part of the product gas is introduced into another adsorption tank after the completion of the decompression and regeneration step to perform the pressure recovery step. Used.
【００１７】さらに、２９は、開閉弁３０〜３４を介し
て、各吸着槽３〜７の下部空間に接続される排ガス取り
出し配管で、一端側が真空ポンプ３５に接続されてお
り、各吸着槽３〜７内を強制排気できるようになってい
る。なお、上記真空ポンプ３５のガス取り出し側には、
ブロア３６を介して分岐配管３７が接続されており、こ
の分岐配管３７が、開閉弁３８〜４２を介して、各吸着
槽３〜７の下部空間に接続されている。したがって、上
記真空ポンプ３５から取り出された排ガスの一部を、上
記分岐配管３７から吸着槽３〜７内に戻すことができる
ようになっている。Further, reference numeral 29 denotes an exhaust gas extraction pipe connected to the lower space of each of the adsorption tanks 3 to 7 via on-off valves 30 to 34, one end of which is connected to a vacuum pump 35. 7 can be forcibly evacuated. In addition, on the gas extraction side of the vacuum pump 35,
A branch pipe 37 is connected via a blower 36, and the branch pipe 37 is connected to lower spaces of the adsorption tanks 3 to 7 via on-off valves 38 to 42. Therefore, a part of the exhaust gas extracted from the vacuum pump 35 can be returned from the branch pipe 37 into the adsorption tanks 3 to 7.
【００１８】この構成において、上記各開閉弁１１〜１
５，１７〜２１，２４〜２８，３０〜３４，３８〜４２
等を、単位時間ごとに切り換えることにより、上記５つ
の吸着槽３〜７のそれぞれにおいて、第１の吸着工程
（Ａ），回収工程（Ｂ），減圧再生工程（Ｃ），復圧工
程（Ｄ）および第２の吸着工程（Ｅ）を、それぞれ時間
帯をずらした状態でこの順で繰り返し、連続的に原料空
気から高純度の酸素ガスを分離して製品ガスとして取り
出すことができる。In this configuration, each of the on-off valves 11 to 1
5,17-21,24-28,30-34,38-42
And the like are switched for each unit time, so that the first adsorption step (A), the recovery step (B), the reduced pressure regeneration step (C), and the pressure recovery step (D) are performed in each of the five adsorption tanks 3 to 7. ) And the second adsorption step (E) are repeated in this order with the time zones shifted, and high-purity oxygen gas can be continuously separated from the raw air and taken out as a product gas.
【００１９】より詳しく説明すると、上記装置では、各
吸着槽３〜７において、例えば図２に示すように、〔ス
テップ１〕〜〔ステップ５〕で示す５種類の工程がこの
順で繰り返される。すなわち、まず〔ステップ１〕にお
いて、第１の吸着槽３は、前段階で減圧され負圧になっ
ている（ステップ５参照）が、この吸着槽３内に、下側
の第２の吸着槽４から取り出される製品ガス（高純度酸
素ガス）の一部が、上記吸着槽３に接続される製品ガス
取り出し配管２３（図１参照）の部分を利用して導入さ
れる。これにより、吸着槽３内は復圧されるとともに、
吸着槽３内の窒素ガスの分圧が下がるので、吸着剤８に
吸着されて一部残留していた窒素ガスが、吸着剤８から
脱着し、上記製品ガスの流入とともに下方に移動する。
したがって、つぎの段階（ステップ２参照）で再びこの
吸着槽３内で窒素ガスを吸着させ上部空間から製品ガス
を取り出す際、残留窒素ガスが製品ガスに混入して製品
ガスの純度を低下させることを防止することができる。More specifically, in the above-mentioned apparatus, in each of the adsorption tanks 3 to 7, for example, as shown in FIG. 2, five types of steps shown in [Step 1] to [Step 5] are repeated in this order. That is, first, in [Step 1], the pressure of the first adsorption tank 3 is reduced to a negative pressure in the previous stage (see Step 5). A part of the product gas (high-purity oxygen gas) taken out from 4 is introduced using a part of a product gas take-out pipe 23 (see FIG. 1) connected to the adsorption tank 3. Thereby, the pressure inside the adsorption tank 3 is restored, and
Since the partial pressure of the nitrogen gas in the adsorption tank 3 decreases, the nitrogen gas that has been adsorbed by the adsorbent 8 and partially remains desorbs from the adsorbent 8 and moves downward with the inflow of the product gas.
Therefore, at the next stage (see step 2), when the nitrogen gas is again adsorbed in the adsorption tank 3 and the product gas is taken out from the upper space, the residual nitrogen gas is mixed into the product gas to lower the purity of the product gas. Can be prevented.
【００２０】一方、第２の吸着槽４では、前段階で、上
記製品ガスの一部を利用した復圧がなされた状態になっ
ており（ステップ５参照）、この吸着槽４内に、下側の
第３の吸着槽５から取り出されるガスが導入され、この
ガス中の主として窒素ガスが、吸着槽４内の吸着剤８に
吸着される。そして、吸着槽４の上部空間に接続される
製品ガス取り出し配管２３から、高純度の酸素ガスが製
品として取り出される。なお、その一部は、すでに述べ
たように、上記第１の吸着槽３の復圧に用いられる。た
だし、上記吸着槽４内における吸着は、吸着帯の先端
が、吸着槽４における製品ガス取り出し部に達する手前
まで行われる。上記「吸着帯」とは、図３（ａ）に示す
ように、吸着の進行に伴って吸着剤８層に形成される吸
着領域（図においてＳで示す）をいう。そして、この吸
着帯Ｓが、ガスの通過方向に沿って徐々に上昇し、先端
Ｐが図示のように吸着剤８層の上面（製品ガス取り出し
部に相当）に達すると、本来吸着されるべき窒素ガス等
が吸着されず、そのまま上部空間に流出して製品ガスの
純度を低下させてしまう（この状態を「ガスが破過す
る」という）ので、製品ガスを取り出しているこの吸着
槽４では、それ以上吸着を行うことができない。On the other hand, in the second adsorption tank 4, in the previous stage, the pressure was restored using a part of the product gas (see step 5). The gas taken out from the third adsorption tank 5 on the side is introduced, and mainly nitrogen gas in this gas is adsorbed by the adsorbent 8 in the adsorption tank 4. Then, high-purity oxygen gas is extracted as a product from a product gas extraction pipe 23 connected to the upper space of the adsorption tank 4. In addition, a part thereof is used for the decompression of the first adsorption tank 3 as described above. However, the adsorption in the adsorption tank 4 is performed until the front end of the adsorption band reaches the product gas take-out part in the adsorption tank 4. As shown in FIG. 3A, the “adsorption band” refers to an adsorption area (indicated by S in the figure) formed in the adsorbent 8 layer as the adsorption proceeds. When the adsorption band S gradually rises along the gas passing direction and the tip P reaches the upper surface of the adsorbent 8 layer (corresponding to the product gas take-out portion) as shown in the figure, the adsorption band S should be originally adsorbed. Nitrogen gas or the like is not adsorbed and flows out into the upper space as it is, thereby lowering the purity of the product gas (this state is called "gas breakthrough"). No further adsorption can be performed.
【００２１】また、第３の吸着槽５では、前段階で、吸
着帯Ｓの先端Ｐが製品ガス取り出し部に達する手前まで
吸着が行われた状態になっている（ステップ５参照）
が、この吸着槽５の下部空間に、原料空気導入配管１６
（図１参照）から原料空気が加圧状態で供給され、吸着
がさらに進められる。これにより、吸着帯Ｓはさらに上
昇し、ついには吸着槽５の吸着剤８全体が飽和した状態
となる。この工程では、吸着槽５の上部空間には、原料
空気中の、主に窒素ガスが吸着され、酸素濃度が原料空
気よりも高められたガスが取り出される。このガスは、
連通配管によって、上側の第２の吸着槽４の下部空間に
導入される。Further, in the third adsorption tank 5, in the previous stage, the adsorption is performed until the leading end P of the adsorption band S reaches the product gas extracting portion (see step 5).
In the lower space of the adsorption tank 5, a raw air introduction pipe 16
(See FIG. 1), the raw material air is supplied in a pressurized state, and the adsorption is further promoted. As a result, the adsorption band S further rises, and eventually the entire adsorbent 8 in the adsorption tank 5 becomes saturated. In this step, mainly nitrogen gas in the raw material air is adsorbed in the upper space of the adsorption tank 5, and a gas having an oxygen concentration higher than that of the raw material air is taken out. This gas is
It is introduced into the lower space of the upper second adsorption tank 4 by the communication pipe.
【００２２】さらに、第４の吸着槽６では、前段階で吸
着剤８全体が飽和した状態になっている（ステップ５参
照）が、この吸着槽６に、その下の、減圧工程にある第
５の吸着槽７から排ガス（窒素ガス９５％程度）の一部
が、分岐配管３７を利用して導入される。このガスを便
宜上「リンスガス」という。これにより、吸着槽６内が
上記リンスガスで置換され、前段階で吸着剤８内に一部
吸着されていた酸素ガスが吸着剤８から脱着されて気相
部に追い出され、気相部に残留するガスとともに、回収
ガスとして、その上の第３の吸着槽５の下部空間に導入
される。これにより、排ガスとして取り出すべきガスか
ら酸素ガスを回収することができ、製品ガスにおける酸
素の収率を高めることができる。Further, in the fourth adsorption tank 6, the whole of the adsorbent 8 is saturated in the previous stage (see step 5). Part of the exhaust gas (about 95% of nitrogen gas) is introduced from the adsorption tank 7 of FIG. This gas is referred to as “rinse gas” for convenience. As a result, the inside of the adsorption tank 6 is replaced with the rinse gas, and the oxygen gas partially adsorbed in the adsorbent 8 in the previous stage is desorbed from the adsorbent 8 and driven out to the gas phase, and remains in the gas phase. The gas is introduced into the lower space of the third adsorption tank 5 as a recovered gas together with the generated gas. Thereby, the oxygen gas can be recovered from the gas to be taken out as the exhaust gas, and the yield of oxygen in the product gas can be increased.
【００２３】また、第５の吸着槽７では、前段階で上記
リンスガスによる酸素ガスの回収が行われ、吸着剤８内
には、殆ど窒素ガスのみが吸着された状態になっている
が、この吸着槽７内を、排ガス取り出し配管２９によっ
て強制排気し減圧する。これにより、吸着剤８に吸着さ
れていたガスが脱着され、気相部に残留していたガス
（主に窒素ガス）とともに、上記排ガス取り出し配管２
９から取り出される。そして、その一部は、すでに述べ
たように、リンスガスとして、分岐配管３７を介して上
記第４の吸着槽６の下部空間に導入される。In the fifth adsorption tank 7, the oxygen gas is recovered by the rinsing gas in the previous stage, and almost only nitrogen gas is adsorbed in the adsorbent 8. The inside of the adsorption tank 7 is forcibly evacuated and reduced in pressure by an exhaust gas take-out pipe 29. As a result, the gas adsorbed by the adsorbent 8 is desorbed, and together with the gas (mainly nitrogen gas) remaining in the gas phase, the exhaust gas take-out pipe 2 is removed.
9 Then, a part thereof is introduced into the lower space of the fourth adsorption tank 6 through the branch pipe 37 as a rinsing gas, as already described.
【００２４】つぎに、装置の動作は図２の〔ステップ
２〕に進み、第１〜第４の吸着槽３〜６では、前段階に
おいてそれぞれその下の吸着槽４〜７で行われていた動
作が行われる。また、第５の吸着槽７では、前段階にお
いて第１の吸着槽３で行われていた動作が行われる。以
下、上記動作を繰り返し、順次、各吸着槽３〜７で各動
作が、互いに一工程ずつずれた状態で繰り返される。Next, the operation of the apparatus proceeds to [Step 2] in FIG. 2, and in the first to fourth adsorption tanks 3 to 6, they were performed in the preceding adsorption tanks 4 to 7 in the previous stage, respectively. The operation is performed. In the fifth adsorption tank 7, the operation performed in the first adsorption tank 3 in the previous stage is performed. Hereinafter, the above operation is repeated, and each operation is sequentially repeated in each of the adsorption tanks 3 to 7 while being shifted from each other by one step.
【００２５】これにより、実際には、各吸着槽３〜７に
それぞれ充填保持された吸着剤８が、その場で、第１の
吸着，回収，減圧再生，復圧，第２の吸着の５工程に繰
り返し供されているにすぎないが、装置全体としてみれ
ば、あたかも第１の吸着槽３から第２の吸着槽４、第２
の吸着槽４から第３の吸着槽５、第３の吸着槽５から第
４の吸着槽６、第４の吸着槽６から第５の吸着槽７、第
５の吸着槽７から第１の吸着槽、と吸着剤８が循環移動
しながら上記５つの工程を経由しているかのような構成
になっており、各工程間に無駄がなく、非常に効率よく
高純度酸素ガスを製品として取り出すことができる。Thus, in practice, the adsorbent 8 filled and held in each of the adsorption tanks 3 to 7 is provided with the first adsorption, recovery, reduced pressure regeneration, recompression, and second adsorption 5 Although they are only repeatedly provided to the process, the overall apparatus looks as if it were a first adsorption tank 3 to a second adsorption tank 4 and a second adsorption tank 4.
To the third adsorption tank 5, the third adsorption tank 5 to the fourth adsorption tank 6, the fourth adsorption tank 6 to the fifth adsorption tank 7, and the fifth adsorption tank 7 to the first adsorption tank 7. The adsorption tank and the adsorbent 8 are configured to pass through the above five steps while circulating and moving, so that high-purity oxygen gas is efficiently extracted as a product without waste between the steps. be able to.
【００２６】しかも、上記装置では、回収工程を設け、
他の減圧工程にある吸着槽から排出される排ガスの一部
を、吸着剤全体が飽和した吸着槽内に導入して窒素ガス
分圧を高め、吸着剤８に吸着された酸素ガスを回収する
ようにしているため、従来に比べ、大幅に製品酸素ガス
の収率を高めることができる。そして、上記のようにし
て酸素ガスを回収するため、排出する排ガスにおける窒
素ガスの純度を高めることができる。したがって、上記
排ガスを、製品窒素ガスとして利用することも可能であ
る。In addition, the above-mentioned apparatus has a recovery step,
Part of the exhaust gas discharged from the adsorption tank in another decompression step is introduced into the adsorption tank in which the entire adsorbent is saturated, the partial pressure of nitrogen gas is increased, and oxygen gas adsorbed by the adsorbent 8 is recovered. As a result, the yield of the product oxygen gas can be greatly increased as compared with the related art. Since the oxygen gas is recovered as described above, the purity of the nitrogen gas in the exhaust gas to be discharged can be increased. Therefore, the exhaust gas can be used as product nitrogen gas.
【００２７】さらに、従来のＰＳＡ方式の吸着塔では、
図３（ｂ）に示すように、吸着塔１００内に、下方から
原料空気を導入し、上方から製品ガスを取り出すように
しているため、何割かの吸着剤８は未使用のまま、吸着
剤８層に形成される吸着帯Ｓの先端Ｐが製品ガス取り出
し部に達して窒素ガスが破過し、吸着剤８全体が飽和に
至るまで吸着を続けることはできず経済的でなかった
が、上記実施例の装置では、すでに述べたように、窒素
ガスの破過に至るまで吸着を行う第２の吸着工程と、吸
着剤全体が飽和にいたる第１の吸着工程とを分け、互い
に連通する二つの吸着槽（図３《ａ》における４と５）
でそれぞれの工程が同時進行的に行い、かつ上記窒素ガ
スの破過に至るまでの吸着工程を終えた吸着槽で、つぎ
には吸着剤全体の飽和に至るまでの吸着を行うようにし
ている。このため、各吸着槽において、充填された吸着
剤８全体を飽和に至るまで利用することができ、従来と
同等の容積の吸着剤８で、処理量を増大させることがで
きる。また、従来よりも少ない容積で、従来と同等の処
理量を維持することができるため、吸着槽をコンパクト
に設計することができる。Further, in the conventional PSA type adsorption tower,
As shown in FIG. 3B, raw material air is introduced into the adsorption tower 100 from below and product gas is taken out from above, so that some of the adsorbent 8 is not used and the adsorbent 8 is not used. Although the tip P of the adsorption zone S formed in the eight layers reaches the product gas take-out part, the nitrogen gas breaks through, and the adsorption cannot be continued until the entire adsorbent 8 reaches saturation, which is not economical. In the apparatus of the above embodiment, as described above, the second adsorption step in which adsorption is performed until nitrogen gas breaks through and the first adsorption step in which the entire adsorbent reaches saturation are communicated with each other. Two adsorption tanks (4 and 5 in Fig. 3 << a >>)
In the adsorption tank in which the respective steps are performed simultaneously and the adsorption step is completed until the nitrogen gas breakthrough, the adsorption is performed until the entire adsorbent is saturated. . For this reason, in each of the adsorption tanks, the entire charged adsorbent 8 can be used up to saturation, and the amount of the adsorbent 8 having the same volume as the conventional one can increase the processing amount. In addition, since the same throughput can be maintained with a smaller volume than before, the adsorption tank can be designed to be compact.
【００２８】なお、上記実施例の装置では、図１に示す
ように、一つの吸着塔１内を仕切り板２で仕切ることに
より、５つの吸着槽３〜７を形成しているが、各吸着槽
では減圧・加圧を繰り返すことから、例えば図４に示す
ように、一塔内に、５個の圧力容器を縦一列で５個設
け、各容器内にそれぞれ吸着剤８を充填して吸着槽３〜
７とするようにしてもよい。他の構成は図１と同様であ
り、同一部分に同一番号を付している。In the apparatus of the above embodiment, as shown in FIG. 1, five adsorption tanks 3 to 7 are formed by partitioning one adsorption tower 1 with a partition plate 2. In the tank, depressurization and pressurization are repeated. For example, as shown in FIG. 4, five pressure vessels are provided in one column in a vertical line, and each vessel is filled with the adsorbent 8 and adsorbed. Tank 3 ~
7 may be set. Other configurations are the same as those in FIG. 1, and the same portions are denoted by the same reference numerals.
【００２９】ちなみに、上記図４の装置を用い、下記の
条件で連続的に原料空気を供給し、先の手順にしたがっ
て稼働させたところ、純度９３％の製品酸素ガスを、安
定して取り出すことができた。また、減圧再生工程にお
いて排出される排ガスは窒素ガスが９５％であった。 ＜稼働条件＞ 原料空気供給量 ： １６５Ｎｍ3 ／Ｈｒ 吸着時の圧力 ： ０．１ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ 減圧再生時の圧力 ：−５００Ｔｏｒｒ 製品酸素ガス量 ： ３０Ｎｍ3 ／Ｈｒ 酸素ガス回収率 ： ８０％By the way, by using the apparatus shown in FIG. 4 and continuously supplying raw material air under the following conditions and operating according to the above procedure, it is possible to stably take out product oxygen gas having a purity of 93%. Was completed. The exhaust gas discharged in the pressure reduction regeneration step was 95% nitrogen gas. <Operating conditions> Raw material air supply: 165 Nm 3 / Hr Pressure during adsorption: 0.1 kg / cm 2 G Pressure during decompression regeneration: -500 Torr Product oxygen gas amount: 30 Nm 3 / Hr Oxygen gas recovery rate: 80%
【００３０】また、上記実施例では、第１の吸着工程に
おいて、吸着槽内に、原料空気と、他の回収工程にある
吸着槽から取り出される回収ガスとを導入している（図
２における〔ステップ１〕の第３の吸着槽５参照）が、
必ずしも回収ガスと原料空気を一体的に吸着槽内に導入
する必要はない。すなわち、第１の吸着工程において、
吸着槽内に、原料空気のみを導入しても、回収ガスのみ
を導入してもよい。また、両方のガスを同時に導入して
もよいし、時間帯をずらして交互に導入するようにして
もよい。さらに、第１の吸着工程が行われる時間のう
ち、初期の所定時間だけ片方のガスを導入し、ついで他
方のガスを導入して所定時間だけ両方のガスを同時に導
入し、さらに先に導入した方のガスを停止して後期の所
定時間は他方のガスのみを導入するようにしてもよい。In the above embodiment, in the first adsorption step, the raw material air and the recovered gas taken out of the adsorption tank in another recovery step are introduced into the adsorption tank (see FIG. 2). Step 3] of the third adsorption tank 5),
It is not always necessary to introduce the recovered gas and the raw material air integrally into the adsorption tank. That is, in the first adsorption step,
Into the adsorption tank, only the raw air may be introduced, or only the recovered gas may be introduced. Further, both gases may be introduced at the same time, or they may be introduced alternately at different time periods. Furthermore, of the time during which the first adsorption step is performed, one of the gases is introduced only for an initial predetermined time, and then the other gas is introduced, and both gases are simultaneously introduced for a predetermined time, and further introduced first. The other gas may be stopped and only the other gas may be introduced for a predetermined time in the latter period.
【００３１】そして、回収ガスあるいは原料空気を第１
の吸着工程で吸着槽内に導入しない場合には、これらの
ガスを第２の吸着工程において導入することが行われ
る。したがって、第２の吸着工程において、上記第１の
吸着工程にある他の吸着槽から取り出されるガスを導入
することは前提であるが、このガスとともに、上記原料
空気および回収ガスの少なくとも一方を同時に導入する
こともありうる。そして、このように複数のガスを導入
する場合には、複数のガスを同時に導入したり、互いに
切り替えたり導入する時間帯をずらしたりして、適宜の
パターンで導入することができる。Then, the recovered gas or the raw material air is
If these gases are not introduced into the adsorption tank in the adsorption step, these gases are introduced in the second adsorption step. Therefore, in the second adsorption step, it is premised that the gas taken out from the other adsorption tank in the first adsorption step is introduced. However, together with this gas, at least one of the raw material air and the recovered gas is simultaneously discharged. It could be introduced. When a plurality of gases are introduced as described above, a plurality of gases can be introduced at the same time, or can be introduced in an appropriate pattern by switching each other or shifting the time period for introduction.
【００３２】さらに、上記実施例では、５工程を、５つ
の吸着槽３〜７で、順次ずらしながら繰り返し行うよう
にしているが、必ずしも吸着槽は５つに限られることは
ない。例えば図５および図６に示すように、４つの吸着
槽３〜６を用い、〔ステップ１〕〜〔ステップ８〕を繰
り返すようにすることで、各吸着槽３〜６内で上記５工
程を順次行うことができる。この場合、第１の吸着工程
と第２の吸着工程および減圧工程を、ともに他の工程に
要する時間の２倍の長さで維持することにより、他の工
程の進行とのバランスを保つようにしている。Further, in the above embodiment, the five steps are repeatedly performed while sequentially shifting the five adsorption tanks 3 to 7, but the number of adsorption tanks is not necessarily limited to five. For example, as shown in FIGS. 5 and 6, by using four adsorption tanks 3 to 6 and repeating [Step 1] to [Step 8], the above five steps are performed in each of the adsorption tanks 3 to 6. It can be done sequentially. In this case, the first adsorption step, the second adsorption step, and the depressurization step are both maintained at twice the time required for the other steps, so that the balance with the progress of the other steps is maintained. ing.
【００３３】あるいは、４つの吸着槽３〜６を用い、図
７および図８に示す〔ステップ１〕〜〔ステップ８〕を
繰り返すようにしてもよい。この方法によれば、より一
層、各工程管理がしやすいものとなる。Alternatively, [Step 1] to [Step 8] shown in FIGS. 7 and 8 may be repeated using four adsorption tanks 3 to 6. According to this method, each process can be more easily managed.
【００３４】また、図９および図１０に示す〔ステップ
１〕〜〔ステップ９〕を繰り返すようにすることで、３
つの吸着槽３〜５を用いて上記５工程を順次行うことが
できる。この場合、第１の吸着工程と第２の吸着工程と
を、ともに他の工程に要する時間の３倍の長さで維持す
ることにより、他の工程の進行とのバランスを保つよう
しているが、このようにすると、いずれかの吸着槽で減
圧再生工程を行い、このとき同時に他の一つの吸着槽で
回収工程を行うことはできないため、減圧再生工程で取
り出される排ガスを、一旦、排ガス貯留タンク５０に溜
め、所定時間保持したのち、第１の吸着工程を終えた吸
着槽内に、上記貯留タンク５０から排ガスを送入し、回
収工程を行うようにしている。By repeating [Step 1] to [Step 9] shown in FIG. 9 and FIG.
The above five steps can be sequentially performed using one adsorption tank 3 to 5. In this case, the first adsorption step and the second adsorption step are both maintained at a time three times longer than the time required for the other steps, so that the balance with the progress of the other steps is maintained. However, in this case, the decompression regeneration step is performed in one of the adsorption tanks, and at the same time, the recovery step cannot be performed in another adsorption tank. After being stored in the storage tank 50 and held for a predetermined time, exhaust gas is fed from the storage tank 50 into the adsorption tank after the first adsorption step, and the recovery step is performed.
【００３５】図１１は、この発明のさらに他の実施例の
構成を示している。この装置は、吸着塔１内に、縦１列
に４つの吸着槽３〜６が形成されており、吸着槽数は異
なるものの、基本的な構成は図１の装置と同様であり、
同一部分に同一番号を付している。ただし、図１の装置
では、製品ガスの一部を減圧再生工程終了後の他の吸着
槽に導入して復圧工程を行う際、製品ガス取り出し配管
２３の一部が利用されるようになっているが、図１１の
装置では、製品ガス取り出し配管２３から分岐する復圧
工程用の一部製品ガス導入配管５１が設けられており、
開閉弁５２〜５５を介して、各吸着槽３〜６の上部空間
に接続されている。また、図１の装置では、吸着剤８全
体が飽和した状態になっている吸着槽の下部空間に、分
岐配管３７から排ガスの一部が導入され、他の吸着槽と
の連通配管を利用して、この吸着槽の上部空間から回収
ガスが取り出されて第１の吸着工程にある他の吸着槽の
下部空間に導入されるようになっているが、図１１の装
置では、専用の回収配管６０が設けられている。そし
て、上記回収配管６０は、一端側が、開閉弁６１〜６４
を介して、各吸着槽３〜６の上部空間に接続されてお
り、他端側が、原料空気導入配管１６に設けられた第１
のブロア２２の上流側に接続されている。FIG. 11 shows the configuration of still another embodiment of the present invention. In this apparatus, four adsorption tanks 3 to 6 are formed in one vertical line in an adsorption tower 1. Although the number of adsorption tanks is different, the basic configuration is the same as the apparatus of FIG.
The same parts are given the same numbers. However, in the apparatus of FIG. 1, when a part of the product gas is introduced into another adsorption tank after the completion of the decompression and regeneration step and the pressure recovery step is performed, a part of the product gas extraction pipe 23 is used. However, in the apparatus of FIG. 11, a partial product gas introduction pipe 51 for the pressure recovery step branched from the product gas extraction pipe 23 is provided.
They are connected to the upper spaces of the respective adsorption tanks 3 to 6 via the on-off valves 52 to 55. Further, in the apparatus of FIG. 1, a part of the exhaust gas is introduced from the branch pipe 37 into the lower space of the adsorption tank in which the entire adsorbent 8 is saturated, and the communication pipe with the other adsorption tank is used. Thus, the collected gas is taken out from the upper space of this adsorption tank and introduced into the lower space of another adsorption tank in the first adsorption step. In the apparatus shown in FIG. 60 are provided. One end of the recovery pipe 60 is connected to the on-off valves 61 to 64.
Is connected to the upper space of each of the adsorption tanks 3 to 6, and the other end is connected to the first air supply pipe 16 provided in the raw material air introduction pipe 16.
Is connected to the upstream side of the blower 22.
【００３６】この構成において、各開閉弁１１〜１５，
１７〜２１，………等を、単位時間ごとに切り替えるこ
とにより、図１の実施例と同様、上記４つの吸着槽３〜
６のそれぞれにおいて、第１の吸着工程（Ａ），回収工
程（Ｂ），減圧再生工程（Ｃ），復圧工程（Ｄ），第２
の吸着工程（Ｅ）を、それぞれ時間帯をずらした状態で
この順で繰り返し、連続的に原料空気から高純度の酸素
ガスを分離して製品ガスとして取り出すことができる。In this configuration, each of the on-off valves 11 to 15,
By switching among 17-21,..., Etc. every unit time, the four adsorption tanks 3-4 are switched as in the embodiment of FIG.
6, the first adsorption step (A), the recovery step (B), the reduced pressure regeneration step (C), the pressure recovery step (D), and the second
Is repeated in this order with the time zones shifted, and high-purity oxygen gas can be continuously separated from the raw material air and taken out as a product gas.
【００３７】ただし、この装置では、上記のように、専
用の回収配管６０が設けられており、回収ガスが、図１
の装置のように第１の吸着工程にある他の吸着槽に導入
されるのではなく、吸着槽内に原料空気を導入するため
のブロア２２の上流側に導入されるようになっている。
これに伴い、その動作は、図１２および図１３に示すよ
うになる。すなわち、各吸着槽３〜６間で完全に工程が
移行する大工程が４つあり、各大工程がそれぞれ二つの
ステップに分かれて部分的に開閉弁の切り替えがなされ
るようになっており、全体として、〔ステップ１〕〜
〔ステップ８〕で示す８種類の工程がこの順で繰り返さ
れる。However, in this apparatus, as described above, a dedicated recovery pipe 60 is provided, and the recovered gas is supplied to the apparatus shown in FIG.
Instead of being introduced into another adsorption tank in the first adsorption step as in the apparatus described above, it is introduced upstream of a blower 22 for introducing raw material air into the adsorption tank.
Accordingly, the operation is as shown in FIG. 12 and FIG. That is, there are four large processes in which the process completely shifts between each of the adsorption tanks 3 to 6, and each large process is divided into two steps so that the on-off valve is partially switched, [Step 1] ~
The eight steps shown in [Step 8] are repeated in this order.
【００３８】より詳しく説明すると、この装置では、大
工程の前段のステップ、例えば図１２における〔ステッ
プ１〕において、吸着槽４には原料空気が導入されて第
１の吸着工程（Ａ）が行われ、〔ステップ２〕におい
て、開閉弁の切り替えによって、上記吸着槽４が回収工
程（Ｂ）に移行する。このとき、回収工程にある吸着槽
４の上部空間は、回収配管６０（図１１参照）と接続さ
れ、リンスガスの導入によって押し出される回収ガス
は、第２の吸着工程にある吸着槽３内に原料空気を導入
しているブロア２２の上流側に連通される。したがっ
て、回収ガスは、原料空気とともに吸着槽３内に導入さ
れ、窒素ガスが吸着剤８に吸着分離されて、上部空間か
ら製品ガスとして取り出される。なお、他の吸着槽３，
５，６では、図示のとおり、〔ステップ１〕および〔ス
テップ２〕を通じて、それぞれ第２の吸着工程（Ｅ），
減圧再生工程（Ｃ），復圧工程（Ｄ）が維持される。More specifically, in this apparatus, in the step before the large process, for example, [Step 1] in FIG. 12, the raw material air is introduced into the adsorption tank 4 to perform the first adsorption step (A). In [Step 2], the adsorption tank 4 shifts to the recovery step (B) by switching the on-off valve. At this time, the upper space of the adsorption tank 4 in the recovery step is connected to the recovery pipe 60 (see FIG. 11), and the recovered gas pushed out by the introduction of the rinsing gas is supplied into the adsorption tank 3 in the second adsorption step. It is connected to the upstream side of the blower 22 which introduces air. Therefore, the recovered gas is introduced into the adsorption tank 3 together with the raw material air, the nitrogen gas is adsorbed and separated by the adsorbent 8, and is taken out from the upper space as a product gas. In addition, other adsorption tanks 3,
In Steps 5 and 6, as shown, the second adsorption process (E), [Step 2] is performed through [Step 1] and [Step 2], respectively.
The pressure reduction regeneration step (C) and the pressure recovery step (D) are maintained.
【００３９】この装置によれば、つぎのような利点が得
られる。すなわち、前記図１の装置では、第１の吸着工
程にある吸着槽（例えば図２の〔ステップ１〕における
第３の吸着槽５参照）において、原料空気導入用のブロ
ア２２と、回収工程にある吸着槽６から回収ガスを押し
出すためのリンスガス導入用のブロア３６とが、吸着槽
５の下部空間に別々にガスを押し込み合うこととなり、
両ブロア２２，３６の機種選定および運転管理が難しい
という問題があるが、上記図１１の装置によれば、リン
スガス導入用ブロア３６は、回収工程にある吸着槽（例
えば図１２の〔ステップ２〕における第２の吸着槽４参
照）にリンスガスを押し込み、原料空気導入用ブロア２
２は、第２の吸着工程にある吸着槽３に、原料空気およ
び回収ガスを押し込むようになっているため、一つの吸
着槽に両ブロア２２，３６でガスを押し込み合うことが
なく、上記のような問題が生じないという利点を有す
る。また、ブロア２２を作動させ適宜の開閉弁を開くこ
とにより、回収ガスをどの吸着槽にも導入することがで
きるため、稼働効率、あるいは製造ガスの回収率向上の
観点から、回収ガスの導入条件をいろいろ変化させて管
理上の融通をきかせることができる。さらに、前記図１
の装置では、リンス導入用ブロア３６の動力原単位削減
のためにリンスガスを減少させると、回収工程におい
て、吸着槽上部に酸素濃度の高いガスが残留し、これを
回収することができないため、製品ガスの収率の低下を
招くという問題があるが、図１１の装置では、リンスガ
スを減少させても、上記残留ガスを、原料空気導入用ブ
ロア２２の吸引力で回収することができるため、製品ガ
スの収率低下を招くことがないという利点を有する。こ
のように、この装置は、図１の装置よりも、より一層優
れた効果を奏する。According to this device, the following advantages can be obtained. That is, in the apparatus of FIG. 1, in the adsorption tank in the first adsorption step (for example, see the third adsorption tank 5 in [Step 1] of FIG. 2), the blower 22 for introducing the raw material air and the recovery step A blower 36 for introducing a rinse gas for pushing out the recovered gas from a certain adsorption tank 6 separately pushes the gas into the lower space of the adsorption tank 5,
Although there is a problem that it is difficult to select the type of the two blowers 22 and 36 and to manage the operation thereof, according to the apparatus shown in FIG. Rinsing gas is introduced into the second adsorption tank 4 in
2 is to push the raw material air and the recovered gas into the adsorption tank 3 in the second adsorption step, so that the gas is not pushed into both the blowers 22 and 36 into one adsorption tank. There is an advantage that such a problem does not occur. Further, by operating the blower 22 and opening an appropriate on-off valve, the collected gas can be introduced into any of the adsorption tanks. Can be varied to drive administrative flexibility. Further, FIG.
When the amount of rinsing gas is reduced in order to reduce the power consumption of the rinsing introduction blower 36, a gas having a high oxygen concentration remains in the upper part of the adsorption tank in the recovery step and cannot be recovered. Although there is a problem that the gas yield is reduced, the apparatus shown in FIG. 11 can recover the residual gas by the suction force of the raw material air introduction blower 22 even if the rinse gas is reduced. This has the advantage that the gas yield does not decrease. Thus, this device has a much better effect than the device of FIG.
【００４０】なお、上記図１１の装置では、運転管理
上、原料空気を、第１の吸着工程にある吸着槽内に導入
するようにしているが、図５および図６に示すように、
原料空気を第２の吸着工程にある吸着槽内に導入するよ
うにしても差し支えはない。また、すでに述べたよう
に、原料空気と回収ガスを、互いに時間帯をずらして交
互に導入する等、導入の仕方は、適宜に設定することが
できる。In the apparatus shown in FIG. 11, the raw material air is introduced into the adsorption tank in the first adsorption step for operation management. However, as shown in FIGS. 5 and 6,
Raw air may be introduced into the adsorption tank in the second adsorption step. Further, as described above, the method of introduction can be set as appropriate, for example, by introducing the raw material air and the recovered gas alternately at different time periods.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上のように、この発明の装置は、複数
設けられた各吸着槽内において、第１の吸着工程と、回
収工程と、減圧再生工程と、復圧工程と、第２の吸着工
程の５工程を、それぞれ時間帯をずらした状態でこの順
で繰り返し行うことを円滑に操作できるようにしたもの
である。したがって、この装置によれば、実際には各吸
着槽内に固定された吸着剤が、各吸着槽で順次ずれた状
態で繰り返される工程を経ることによって、あたかも各
吸着槽を移動しているがごとき効果が得られる。これに
より、吸着剤の粉化等を招くことなく使用することがで
き、循環移送方式の利点が活かされ欠点が解消する。し
かも、上記の開閉弁制御により、減圧再生工程に先立
って、吸着槽内が、減圧再生工程にある他の吸着槽から
取り出される排ガスの一部で置換され、吸着槽内に残留
する製品ガスが回収されるようになっているため、得ら
れる製品ガスの収率を大幅に高めることができる。ま
た、本来一工程で行われていた吸着工程を、上記およ
びの開閉弁制御により、第１の吸着工程と第２の吸着
工程の二工程に分けて行うことができるため、従来、吸
着槽内に充填された吸着剤全体を飽和に至るまで使用で
きなかったところ、複数設けた各吸着槽において、吸着
剤全体を、順次飽和に至るまで使用することができ、吸
着剤の備えた能力を完全に利用することができる。した
がって、従来よりも少ない吸着剤量で、従来と同等の分
離処理能力を維持することができ、吸着槽をコンパクト
に設計することができる。また、従来と同一容積の吸着
剤を用いて従来よりも高い分離処理能力を発揮させるこ
とができる。As described above, in the apparatus of the present invention, the first adsorption step, the recovery step, the decompression regeneration step, the pressure recovery step, and the second The five steps of the adsorption step can be smoothly performed repeatedly in this order with the time zones shifted. Therefore, according to this apparatus, the adsorbent fixed in each adsorption tank actually moves through each adsorption tank by going through a process that is repeated in a state of being sequentially shifted in each adsorption tank. The effect is obtained. As a result, the adsorbent can be used without causing powdering, etc., and the advantages of the circulating transfer system are utilized to eliminate the disadvantages. Moreover, by the above-mentioned on-off valve control, prior to the decompression regeneration step, the inside of the adsorption tank is replaced with a part of the exhaust gas taken out from another adsorption tank in the decompression regeneration step, and the product gas remaining in the adsorption tank is removed. Since the product gas is recovered, the yield of the obtained product gas can be significantly increased. In addition, since the adsorption step which was originally performed in one step can be performed in two steps of the first adsorption step and the second adsorption step by controlling the above-mentioned opening and closing valves, the conventional method has been employed. Although the entire adsorbent filled in the tank could not be used until it reached saturation, the entire adsorbent could be used up to saturation in each of a plurality of adsorption tanks, and the capacity of the adsorbent was completely reduced. Can be used for Therefore, it is possible to maintain the same separation treatment capacity as before with a smaller amount of adsorbent than before, and to design the adsorption tank compact. In addition, it is possible to exert a higher separation treatment capacity than before by using the same volume of adsorbent as before.
【図１】この発明の一実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
【図２】上記実施例の装置を用いた工程説明図である。FIG. 2 is a process explanatory view using the apparatus of the above embodiment.
【図３】（ａ）は上記実施例を用いた第２の吸着工程お
よび第１の吸着工程の説明図、（ｂ）は従来のＰＳＡ方
式による吸着工程の説明図である。FIG. 3A is an explanatory view of a second adsorption step and a first adsorption step using the above embodiment, and FIG. 3B is an explanatory view of an adsorption step by a conventional PSA method.
【図４】この発明の変形例の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a modified example of the present invention.
【図５】この発明の他の実施例を用いた工程説明図であ
る。FIG. 5 is a process explanatory view using another embodiment of the present invention.
【図６】この発明の他の実施例を用いた工程説明図であ
る。FIG. 6 is a process explanatory view using another embodiment of the present invention.
【図７】この発明のさらに他の実施例を用いた工程説明
図である。FIG. 7 is an explanatory view of a process using still another embodiment of the present invention.
【図８】この発明のさらに他の実施例を用いた工程説明
図である。FIG. 8 is a process explanatory view using still another embodiment of the present invention.
【図９】この発明の他の実施例を用いた工程説明図であ
る。FIG. 9 is a process explanatory view using another embodiment of the present invention.
【図１０】この発明の他の実施例を用いた工程説明図で
ある。FIG. 10 is an explanatory view of a process using another embodiment of the present invention.
【図１１】この発明のさらに他の実施例の構成図であ
る。FIG. 11 is a configuration diagram of still another embodiment of the present invention.
【図１２】上記他の実施例を用いた工程説明図である。FIG. 12 is a process explanatory view using the other embodiment.
【図１３】上記他の実施例を用いた工程説明図である。FIG. 13 is a process explanatory view using the other embodiment.
１ 吸着塔 ３〜７ 吸着槽 ８ 吸着剤 １１〜１５ 開閉弁 １６ 原料空気導入配管 １７〜２１ 開閉弁 ２２，３６ ブロア ２３ 製品ガス取り出し配管 ２４〜２８ 開閉弁 ２９ 排ガス取り出し配管 ３０〜３４ 開閉弁 ３５ 真空ポンプ ３７ 分岐配管 ３８〜４２ 開閉弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Adsorption tower 3-7 Adsorption tank 8 Adsorbent 11-15 On-off valve 16 Raw material air introduction piping 17-21 On-off valve 22,36 Blower 23 Product gas extraction piping 24-28 On-off valve 29 Exhaust gas extraction piping 30-34 On-off valve 35 Vacuum pump 37 Branch pipe 38-42 On-off valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三歩一 敦彦 大阪府茨木市東太田１−３−1156 (72)発明者 安田 貴彦 大阪府高槻市芝生町３−22−９ (56)参考文献 特開 平７−100323（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−155525（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Atsuhiko Mihoichi 1-3-1156 Higashiota, Ibaraki City, Osaka (72) Inventor Takahiko Yasuda 3-22-9 Shibacho, Takatsuki City, Osaka (56) References JP Hei 7-100323 (JP, A) JP-A Hei 7-155525 (JP, A)
Claims (2)
上下に空間部を有する状態で充填された複数の吸着槽を
備え、各吸着槽の上部空間が、位置的に一つずれた他の
吸着槽の下部空間と開閉弁を介して接続されているとと
もに、第１の送風手段を備え吸着槽に混合ガスを導入す
る混合ガス導入配管と、真空ポンプを備え吸着槽から排
ガスを取り出す排ガス取り出し配管と、第２の送風手段
を備え他の吸着槽から取り出された排ガスの一部を吸着
槽に導入する一部排ガス導入配管とが、それぞれ開閉弁
を介して各吸着槽の下部空間に接続され、吸着槽から製
品ガスを取り出す製品ガス取り出し配管のみか、あるい
は上記製品ガス取り出し配管と製品ガスの一部を導入し
て吸着槽を復圧させる復圧配管のそれぞれが、開閉弁を
介して各吸着槽の上部空間に接続され、上記各開閉弁の
開閉制御を行う制御手段によって、下記の５通りの開閉
制御が、上記各吸着槽ごとに時間帯をずらした状態でこ
の順で繰り返し行われるよう設定されていることを特徴
とする混合ガス分離装置。 吸着槽下部空間に、上記混合ガス導入配管および下
記の開閉制御がなされた他の吸着槽上部空間との接続
配管の少なくとも一方が連通されるとともに、この吸着
槽上部空間に、下記の開閉制御がなされた他の吸着槽
の下部空間が連通される。 吸着槽下部空間に、上記一部排ガス導入配管が連通
されるとともに、この吸着槽上部空間に、上記の開閉
制御がなされた他の吸着槽下部空間が連通される。 吸着槽下部空間に上記排ガス取り出し配管が連通さ
れる。 吸着槽上部空間に上記復圧配管が連通される。 吸着槽上部空間に上記製品ガス取り出し配管が連通
されるとともに、この吸着槽下部空間に、上記の開閉
制御がなされた他の吸着槽上部空間のみが連通される
か、あるいは上記混合ガス導入配管および上記の開閉
制御がなされた他の吸着槽上部空間との接続配管の少な
くとも一方が連通される。1. A plurality of adsorption tanks filled with an adsorbent for preferentially adsorbing a specific gas having upper and lower spaces, and an upper space of each adsorption tank is shifted by one position. A mixed gas introduction pipe connected to the lower space of another adsorption tank via an on-off valve and provided with a first air blowing means for introducing a mixed gas into the adsorption tank, and a vacuum pump for extracting exhaust gas from the adsorption tank. An exhaust gas extraction pipe and a partial exhaust gas introduction pipe having a second air blowing means and introducing a part of exhaust gas extracted from another adsorption tank into the adsorption tank are formed in respective lower spaces of the respective adsorption tanks via on-off valves. The product gas take-out pipe that is connected to the suction tank and takes out product gas from the adsorption tank, or each of the above-mentioned product gas take-out pipe and the return pressure pipe that introduces a part of the product gas and restores the pressure in the adsorption tank, Through each adsorption tank The control means, which is connected to the internal space and controls the opening and closing of the respective on-off valves, is set so that the following five kinds of opening and closing control are repeatedly performed in this order in a time zone shifted for each of the adsorption tanks. A mixed gas separation device. In the lower space of the adsorption tank, at least one of the above-mentioned mixed gas introduction pipe and a connection pipe to the other upper space of the adsorption tank which has been subjected to the opening / closing control described below is communicated, and the following opening / closing control is performed in the upper space of the adsorption tank. The lower space of another adsorption tank made is communicated. The above partial exhaust gas introduction pipe is communicated with the lower space of the adsorption tank, and the lower space of the other adsorption tank that has been subjected to the opening / closing control is communicated with the upper space of the adsorption tank. The exhaust gas extraction pipe communicates with the lower space of the adsorption tank. The above-mentioned return pressure pipe is connected to the space above the adsorption tank. The product gas take-out pipe is communicated with the upper space of the adsorption tank, and the lower space of the adsorption tank is communicated only with the other upper space of the adsorption tank whose opening / closing control is performed, or the mixed gas introduction pipe and At least one of the connection pipes to the other suction tank upper space subjected to the opening / closing control is communicated.
空間に接続され他端側が上記混合ガス供給配管の第１の
送風手段の上流側に接続されている回収配管が設けら
れ、上記の開閉制御に代えて、下記の′の開閉制御
が行われるようになっている請求項１記載の混合ガス分
離装置。 ′吸着槽下部空間に、上記一部排ガス導入配管が連通
されるとともに、この吸着槽上部空間に、上記回収配管
が連通される。2. A collection pipe having one end connected to an upper space of each adsorption tank via an on-off valve and the other end connected to an upstream side of the first blowing means of the mixed gas supply pipe, 2. The mixed gas separation apparatus according to claim 1, wherein the following opening / closing control is performed instead of the opening / closing control. 'The above partial exhaust gas introduction pipe is connected to the lower space of the adsorption tank, and the recovery pipe is connected to the upper space of the adsorption tank.
Priority Applications (1)
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| JP5353134A JP2574641B2 (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Mixed gas separator |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP5353134A JP2574641B2 (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Mixed gas separator |
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