JP2644211B2 - ガス分離における前処理方法 - Google Patents

ガス分離における前処理方法

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JP2644211B2 JP7259855A JP25985595A JP2644211B2 JP 2644211 B2 JP2644211 B2 JP 2644211B2 JP 7259855 A JP7259855 A JP 7259855A JP 25985595 A JP25985595 A JP 25985595A JP 2644211 B2 JP2644211 B2 JP 2644211B2
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adsorption
adsorption tower
pressure
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pressurization
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和夫 染矢
祥二 小山
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    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス分離における
前処理として、水分およびCO2を吸着するガス分離に
おける前処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の前処理方法は、例えば特開昭58
−214771号記載のように、再生が終了した吸着塔
の加圧風量が予定値になるように流量制御することによ
り、装置内の圧力変動を抑制していた。しかし、このよ
うな制御をしても、再生時において吸着塔内は大気圧と
なっており、これを10分程度の加圧時間内で吸着圧力
まで加圧することによって0.2〜0.3kg/cm2
圧力変動が生じていた。この圧力変動は後工程でのガス
分離に悪影響を与え、例えば上述の圧力変動によって製
品N2の組成の変動が約0.1〜0.3ppmO2あった。
また、この切換時必要となる加圧ガス量(パージロス)
は、原料空気量の5〜7%程度必要となり、その分製品
の原単位を悪くしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、切換
時の加圧ガス量が多く必要なことにより、装置の圧力変
動が大きいという問題があり、パージロスも大きいとい
う問題を残している。
【0004】本発明の目的は、上記従来技術による装置
の圧力変動を大幅に改善する前処理方法を提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒素、酸素、
アルゴンの一または複数の成分を採取する深冷分離装置
と、この深冷分離装置の前段に設けられ、上記深冷分離
装置に供給される原料ガス中から水分および二酸化炭素
を圧力スイング方式で吸着除去する第1吸着塔ないし第
3吸着塔の3つの吸着塔とを備えたガス分離装置におけ
る前処理方法において、各吸着塔に対して、吸着工程、
脱圧工程、再生工程、加圧工程がこの順で繰返され、第
1吸着塔の吸着工程に引き続いて第2吸着塔が吸着工程
となり、第2吸着塔の吸着工程に引き続いて第3の吸着
塔が吸着工程となるように構成し、第1吸着塔の吸着工
程中に、第2吸着塔の加圧工程を配置し、第2吸着塔の
加圧工程の初期は、第3吸着塔からの脱圧ガスの供給に
より、加圧傾斜の急峻な加圧を行い、第2吸着塔の加圧
工程の残余期間は、吸着工程にある第1の吸着塔に供給
される原料空気の一部を供給して、上記初期よりも加圧
傾斜の緩やかな加圧を行い、第3吸着塔の再生工程にお
いて、第1、第2吸着塔を並列運転して、第1、第2両
吸着塔の圧力を等しくした後に、第1吸着塔の脱圧工程
を開始させる、ことを特徴とする。
【0006】本発明によれば、再生工程のための脱圧を
行う吸着塔と吸着工程のための加圧を行う吸着塔を均圧
することにより、原料空気による加圧ガス量を約50%
減少でき、さらに原単位についても改善できる。
【0007】従来技術の切換チャートの例を第2図に、
本発明の切換チャートの例を第3図に示す。
【0008】従来技術では、例えば15分切換の場合、
吸着圧力(約6kg/cm2)から再生圧力(大気圧)まで
の脱圧が約5分、また加圧が約10分であり3塔を順次
切換えて使用されていた。
【0009】しかし、各塔の加圧時間と他塔の脱圧時間
とが一致しないため均圧工程を設けられない。本発明で
は、これを第3図のようにした。すなわち、例えば、1
5分切換えの場合、A塔の吸着時間(t 0 〜t 5 )は20分
とし、内B塔との2塔使用時間(t 4 〜t 5 )を5分、単独
使用時間(t 0 〜t 4 )を15分とする。また、脱圧時間
(t 5 〜t 7 )は5分とし、内2分(t 5 〜t 6 )はC塔を加圧
する均圧時間、残り3分(t 6 〜t 7 )は約3Kg/cm 2 から
大気圧までの脱圧時間、加圧時間(t 8 〜t 10 )は10分
とし、内2分(t 8 〜t 9 )は他より加圧する均圧時間、残
り8分(t 9 〜t 10 )は約3Kg/cm 2 より約6Kg/cm 2 まで
原料空気により加圧する加圧時間とした。同様に、B塔
の加圧時間(t 1 〜t 4 )は10分とし、内2分(t 1 〜t 2
は他より加圧する均圧時間、残り8分(t 2 〜t 4 )は原料
空気により加圧する加圧時間であり、吸着時間(t 4
t 8 )は20分である。C塔の脱圧時間(t 1 〜t 3 )は5分
とし、内2分(t 1 〜t 2 )はB塔を加圧する均圧時間、残
り3分(t 2 〜t 3 )は約3Kg/cm 2 から大気圧までの脱圧
時間である。
【0010】したがって、加圧に使用する原料空気の量
を約半分にでき、装置への圧力変動および原単位を改善
できる。各吸着塔に対する設定圧力は、経時変化等によ
り、初期の設定圧力より変化するので、等しい圧力に設
定された吸着塔間でも実際の圧力は等しくならない。本
発明では、2つの吸着塔の圧力が不均圧であっても切り
替え前後の2つの吸着塔に対して、強制的な均圧の期間
を設けるため、均圧状態からの切り替えとなり、切り替
えに伴う圧力変動をほぼ半減できる。
【0011】なお吸着塔自体の負荷は従来と変りなく、
仕様的には同じものを使用可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例で
ある第1図によって詳細に説明する。第1図は、3塔式
の例であり、ここでは15分毎の切替えがなされる場合
について説明する。
【0013】約6kg/cm2に圧縮された原料空気は、入
口弁1a(あるいは1b,1c)より吸着剤を充填した
吸着塔8a(あるいは8b,8c)に送られる。ここで
後流の深冷分離装置内で固化する水分およびCO2を吸
着除去し、出口弁2a(あるいは2b,2c)を経て精
製空気として後流に送られる。なお、吸着塔での吸着方
式は圧力差スイング方式(PSA)で行う。一方、再生
ガスとしては、後工程の深冷分離装置で窒素,酸素やア
ルゴンを製品として採取した残りのほぼ大気圧の不純窒
素ガスを用い、再生ガス入口弁3c(あるいは3a,3
b)よりPSA吸着塔8c(あるいは8a,8b)に送
られる。ここで吸着されている水分およびCO2を脱着
再生後弁4c(あるいは4a,4b)を経て大気に放出
される。
【0014】一方再生が完了し、吸着圧力まで加圧され
たPSA吸着塔8b(あるいは8c,8a)は、所定の
切換時間(15分)経過後、入口弁1b(あるいは1
c,1a),出口弁2b(あるいは2c,2a)が開と
なり、A塔,B塔の2塔を同時に吸着させる(5分
間)。C塔の再生工程が終了次第、均圧弁7a(あるい
は7b,7c)を開とし、A塔とC塔をA約3kg/cm2
に均圧する(2分間)。均圧後A塔は、脱圧弁6a(あ
るいは6b,6c)を開とし、塔内を大気圧まで脱圧
後、つぎの再生工程にそなえ、一方C塔は、加圧弁5c
(あるいは5a,5b)により約6kg/cm2まで加圧さ
れる。この加圧工程時のガス量は、加圧ガス量調節計9
で調節し、装置の圧力変動を最小に抑える。なおこの均
圧および脱圧工程時の再生ガスが流れない工程では、深
冷分離装置より連続して排出される不純窒素ガスを圧力
調節計10により調節して、弁11により大気放出され
る。以上の工程は、第3図に示した切換チャートの如く
順次各塔について進められる。
【0015】以上に述べたように各塔出口と他塔入口と
を連通する導管と、各導管途中に均圧弁7a,7b,7
cとを設けたことにより、従来加圧工程で0→6kg/cm
2の昇圧を10分間で行っていたのを、3→6kg/cm2
昇圧を8分間で行えば良いことになる。これは原料空気
量変動の割合を約60%にできることを示す。すなわち
(3/8)/(6/10)≒0.60となる。
【0016】言い換えると定容量式の圧縮機の場合は、
深冷分離器に送られる精製空気量の変動を小さくして安
定した製品純度が得られることになる。さらに付け加え
ると、従来この変動分を考慮して定格原空量の6〜8%
大きめの圧縮機が必要であったのを小型化できることに
なる。
【0017】一方、脱圧ガスを約50%回収することに
より、従来切換によるパージロスとして原空量の5〜7
%あったロスを半減でき、製品の原単位向上も計れた。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、圧力変動を少なくでき
る。また、これによって、製品ガスの純度の安定化にも
役立つ。更に、パージロスを少なくできることになり、
製品の原単位の改善にもなる。また、本発明では、2つ
の吸着塔の圧力が不均圧であっても切り替え前後の2つ
の吸着塔に対して、強制的な均圧の期間を設けるため、
均圧状態からの切り替えとなり、切り替えに伴う圧力変
動をほぼ半減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例のフローシートであ
る。
【図2】図2は従来技術のPSA切換チャートである。
【図3】図3は本発明の一実施例のおけるPSA切換チ
ャートである。
【符号の説明】
1a,b,c……空気入口弁 2a,b,c……空気出口弁 3a,b,c……再生ガス入口弁 4a,b,c……再生ガス出口弁 5a,b,c……加圧弁 6a,b,c……脱圧弁 7a,b,c……均圧弁 8a,b,c……PSA吸着塔 9……加圧流量調節計 10……圧力調節計 11……放出弁

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】窒素、酸素、アルゴンの一または複数の成
    分を採取する深冷分離装置と、この深冷分離装置の前段
    に設けられ、上記深冷分離装置に供給される原料ガス中
    から水分および二酸化炭素を圧力スイング方式で吸着除
    去する第1吸着塔ないし第3吸着塔の3つの吸着塔とを
    備えたガス分離装置における前処理方法において、 各吸着塔に対して、吸着工程、脱圧工程、再生工程、加
    圧工程がこの順で繰返され、第1吸着塔の吸着工程に引
    き続いて第2吸着塔が吸着工程となり、第2吸着塔の吸
    着工程に引き続いて第3の吸着塔が吸着工程となるよう
    に構成し、 第1吸着塔の吸着工程中に、第2吸着塔の加圧工程を配
    置し、 第2吸着塔の加圧工程の初期は、第3吸着塔からの脱圧
    ガスの供給により、加圧傾斜の急峻な加圧を行い、 第2吸着塔の加圧工程の残余期間は、吸着工程にある第
    1の吸着塔に供給される原料空気の一部を供給して、上
    記初期よりも加圧傾斜の緩やかな加圧を行い、 第3吸着塔の再生工程において、第1、第2吸着塔を並
    列運転して、第1、第2両吸着塔の圧力を等しくした後
    に、第1吸着塔の脱圧工程を開始させる、 ことを特徴とするガス分離における前処理方法。
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