JP3174700B2 - 圧力スイング吸着法によるガス連続分離装置 - Google Patents
圧力スイング吸着法によるガス連続分離装置Info
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- JP3174700B2 JP3174700B2 JP27909994A JP27909994A JP3174700B2 JP 3174700 B2 JP3174700 B2 JP 3174700B2 JP 27909994 A JP27909994 A JP 27909994A JP 27909994 A JP27909994 A JP 27909994A JP 3174700 B2 JP3174700 B2 JP 3174700B2
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、混合ガスを加圧してそ
の中の特定成分ガスを選択的に吸着剤に吸着させ、次い
で減圧してその特定成分ガスを分離回収するように構成
した圧力スイング吸着法（ＰＳＡと略す）によるガス分
離装置に関する。
の中の特定成分ガスを選択的に吸着剤に吸着させ、次い
で減圧してその特定成分ガスを分離回収するように構成
した圧力スイング吸着法（ＰＳＡと略す）によるガス分
離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＰＳＡ装置では、４つの吸着塔Ａ
〜Ｄを用いた場合について図６に示すように、吸着工
程、パージ工程、再生工程、復圧工程の各操作工程に対
応して、それぞれ吸着塔Ａ〜Ｄを１塔づつ割り当て、１
／４サイクル毎、周期的に順番に切り替えることによっ
て、入口原料ガスを連続的に処理している。
〜Ｄを用いた場合について図６に示すように、吸着工
程、パージ工程、再生工程、復圧工程の各操作工程に対
応して、それぞれ吸着塔Ａ〜Ｄを１塔づつ割り当て、１
／４サイクル毎、周期的に順番に切り替えることによっ
て、入口原料ガスを連続的に処理している。
【０００３】また、図７に示されたように内部を放射状
に仕切られた円筒内に吸着剤を充填し、その円筒を中心
軸まわりに回転させることにより、各隔壁で仕切られた
吸着剤室が順次吸着工程と再生工程を繰り返えす回転式
吸着塔あるいはロータ型吸着塔は、原料ガスが連続的に
処理できる利点がある。
に仕切られた円筒内に吸着剤を充填し、その円筒を中心
軸まわりに回転させることにより、各隔壁で仕切られた
吸着剤室が順次吸着工程と再生工程を繰り返えす回転式
吸着塔あるいはロータ型吸着塔は、原料ガスが連続的に
処理できる利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図６に示した従来のガ
ス分離装置では、各工程での吸着塔切替えを自動弁等の
開閉によって行なっている。この切替え操作時には瞬時
ではあるものの、処理ガス流れが切替えショックによっ
て乱され、極端な場合には、瞬時全閉によるガス遮断も
起こり得る可能性を秘めており、基本的には間欠運転
（バッチ運転）である。
ス分離装置では、各工程での吸着塔切替えを自動弁等の
開閉によって行なっている。この切替え操作時には瞬時
ではあるものの、処理ガス流れが切替えショックによっ
て乱され、極端な場合には、瞬時全閉によるガス遮断も
起こり得る可能性を秘めており、基本的には間欠運転
（バッチ運転）である。
【０００５】また、回転式吸着塔やロータ型吸着塔で
は、図７にも示される様に、原料ガスや排出ガスのダク
トとの接続部分にガス流れの均一化を計る目的で充分な
整流用空間、あるいはセラミックボール充填層等の抵抗
体を設けた構造とする必要があり、これらが性能（濃
度、回収率、所要動力等）の低下を来たすという欠点を
持っている。
は、図７にも示される様に、原料ガスや排出ガスのダク
トとの接続部分にガス流れの均一化を計る目的で充分な
整流用空間、あるいはセラミックボール充填層等の抵抗
体を設けた構造とする必要があり、これらが性能（濃
度、回収率、所要動力等）の低下を来たすという欠点を
持っている。
【０００６】本発明は、これら従来のガス分離装置にみ
られた、間欠運転による切替えショックや、過大な空間
や抵抗体を設けることなく、連続的に原料ガスを処理で
きるよう工夫されたＰＳＡ法によるガス分離装置を提供
することを課題としている。
られた、間欠運転による切替えショックや、過大な空間
や抵抗体を設けることなく、連続的に原料ガスを処理で
きるよう工夫されたＰＳＡ法によるガス分離装置を提供
することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＰＳＡ法によ
るガス分離装置における前記課題を解決するため、それ
ぞれが複数個の吸着塔からなり、それぞれ、吸着、パー
ジ、離脱、復圧の４工程を行なう４工程のグループに区
分けした吸着塔を用いた構成とする。そして、工程の切
替えを各グループで１塔ずつ順次切替えるガス流れ切替
え手段を設ける。
るガス分離装置における前記課題を解決するため、それ
ぞれが複数個の吸着塔からなり、それぞれ、吸着、パー
ジ、離脱、復圧の４工程を行なう４工程のグループに区
分けした吸着塔を用いた構成とする。そして、工程の切
替えを各グループで１塔ずつ順次切替えるガス流れ切替
え手段を設ける。
【０００８】例えば、火力発電所から排出されるボイラ
燃焼排ガス中の炭酸ガス（ＣＯ2 ）の物理吸着法による
分離除去を対象とする場合を考えると、１０００ＭＷ級
石炭焚火力発電所からの排ガス量は３，０００，０００
m3N/H 程度であり、これを８系列の分離装置で処理する
と３７５，０００m3N/H 系列の処理ガス量となる。
燃焼排ガス中の炭酸ガス（ＣＯ2 ）の物理吸着法による
分離除去を対象とする場合を考えると、１０００ＭＷ級
石炭焚火力発電所からの排ガス量は３，０００，０００
m3N/H 程度であり、これを８系列の分離装置で処理する
と３７５，０００m3N/H 系列の処理ガス量となる。
【０００９】吸着塔内を通過するガスの空塔速度を２m/
sec 付近迄上げて充分に性能を保つことが出来るハニカ
ム状吸着剤を使用した場合、系列当りの所要断面積は、
約９ｍφの吸着塔の断面積と等しい。従来の多塔式で
は、９ｍφ吸着塔４塔式８系列となるが吸着塔径が過大
である。
sec 付近迄上げて充分に性能を保つことが出来るハニカ
ム状吸着剤を使用した場合、系列当りの所要断面積は、
約９ｍφの吸着塔の断面積と等しい。従来の多塔式で
は、９ｍφ吸着塔４塔式８系列となるが吸着塔径が過大
である。
【００１０】また、回転式では、通過断面が回転塔断面
の最大１／２となり、回転体径は１４ｍφとなって了
う。一方、これらを国内輸送限界の３．５ｍφ吸着塔に
置き替えると６塔必要である。
の最大１／２となり、回転体径は１４ｍφとなって了
う。一方、これらを国内輸送限界の３．５ｍφ吸着塔に
置き替えると６塔必要である。
【００１１】以上の状況をふまえ、この例でいえば本発
明では吸着工程、パージ工程、再生工程、復圧工程の４
工程グループの各々に７塔づつ、合計２８塔の吸着塔で
構成する。各工程グループ共、７塔中１塔が切替え、６
塔が連続処理を受け持つことにより、コンパクトで連続
処理できるガス分離装置を構成することができる。
明では吸着工程、パージ工程、再生工程、復圧工程の４
工程グループの各々に７塔づつ、合計２８塔の吸着塔で
構成する。各工程グループ共、７塔中１塔が切替え、６
塔が連続処理を受け持つことにより、コンパクトで連続
処理できるガス分離装置を構成することができる。
【００１２】この概念を図２に示す。図２に見られるよ
うに、２８個の吸着塔は６塔を１工程グループとして周
期的に吸着、パージ、再生、復圧工程を２８ステップで
繰り返えすがどの工程でも常に６塔は弁全開の状態であ
り、各グループ両端の１塔だけが工程切替え操作を行
う。
うに、２８個の吸着塔は６塔を１工程グループとして周
期的に吸着、パージ、再生、復圧工程を２８ステップで
繰り返えすがどの工程でも常に６塔は弁全開の状態であ
り、各グループ両端の１塔だけが工程切替え操作を行
う。
【００１３】
【作用】本発明によるガス分離装置では、例えば前述の
例で示す様に２８個の吸着塔が吸着、パージ、再生、復
圧の４工程を周期的に２８ステップで繰り返えし、その
作動状態を図３に示してあるように、各工程グループ
共、６塔の切替弁が常に全開の状態に保つことにより、
処理ガスを瞬時でも断続させることなく連続して導入す
ることが可能となる。
例で示す様に２８個の吸着塔が吸着、パージ、再生、復
圧の４工程を周期的に２８ステップで繰り返えし、その
作動状態を図３に示してあるように、各工程グループ
共、６塔の切替弁が常に全開の状態に保つことにより、
処理ガスを瞬時でも断続させることなく連続して導入す
ることが可能となる。
【００１４】この際、６塔の前後ステップに相当する１
塔が切替操作を受け持つが、処理ガスに対する切替えシ
ョックは１／７に軽減される。各塔内圧力プロファイル
と接続配管内圧力プロファイルを、それぞれ、図４の
（Ａ），（Ｂ）に示す。各吸着塔は、各々切替後、６ス
テップの間に各工程を消化し塔内圧力プロファイルは図
４（Ａ）の様に、従来の大口径４塔式と変わらない。
塔が切替操作を受け持つが、処理ガスに対する切替えシ
ョックは１／７に軽減される。各塔内圧力プロファイル
と接続配管内圧力プロファイルを、それぞれ、図４の
（Ａ），（Ｂ）に示す。各吸着塔は、各々切替後、６ス
テップの間に各工程を消化し塔内圧力プロファイルは図
４（Ａ）の様に、従来の大口径４塔式と変わらない。
【００１５】しかしながら、吸着塔から切替弁を介して
接続されている配管の圧力プロファイルは、吸着工程、
脱離再生工程等の各工程の１／６時間毎に新しい吸着塔
との切替り操作が行なわれ、各工程内で時間的流量変化
が１／６に平均化されるため、図４（Ｂ）で示される様
に、ほとんど変化しない。
接続されている配管の圧力プロファイルは、吸着工程、
脱離再生工程等の各工程の１／６時間毎に新しい吸着塔
との切替り操作が行なわれ、各工程内で時間的流量変化
が１／６に平均化されるため、図４（Ｂ）で示される様
に、ほとんど変化しない。
【００１６】これは、従来の大口径４塔式に於いては、
配管内を流れるガス量が図４（Ａ）の圧力プロファイル
に呼応して変化することに比較して、本発明の装置では
断続せず、しかも大幅な流量変化も併なわない特徴を有
していることを示している。
配管内を流れるガス量が図４（Ａ）の圧力プロファイル
に呼応して変化することに比較して、本発明の装置では
断続せず、しかも大幅な流量変化も併なわない特徴を有
していることを示している。
【００１７】先の例でいえば、１０００ＭＷ級石炭焚火
力発電プラントのボイラ排ガス中のＣＯ2 分離回収装置
を、輸送制限から吸着塔径を３．５ｍφに制限して４系
列２８塔／系列としたが、４系列５２塔／系列すること
により各工程を受け持つ吸着塔数を１２塔（切替塔１塔
×４＝４塔）とすることにより更に安定連続運転が期待
できる。
力発電プラントのボイラ排ガス中のＣＯ2 分離回収装置
を、輸送制限から吸着塔径を３．５ｍφに制限して４系
列２８塔／系列としたが、４系列５２塔／系列すること
により各工程を受け持つ吸着塔数を１２塔（切替塔１塔
×４＝４塔）とすることにより更に安定連続運転が期待
できる。
【００１８】
【実施例】以下、圧力スイング吸着法による本発明のガ
ス連続分離装置を図５に示した一実施例に基づいて具体
的に説明する。図５は、３５０ＭＷ級石炭焚ボイラ排ガ
ス中の炭酸ガス（ＣＯ2 ）を連続的に処理する円筒多塔
式ＰＳＡ装置の概念図を示している。
ス連続分離装置を図５に示した一実施例に基づいて具体
的に説明する。図５は、３５０ＭＷ級石炭焚ボイラ排ガ
ス中の炭酸ガス（ＣＯ2 ）を連続的に処理する円筒多塔
式ＰＳＡ装置の概念図を示している。
【００１９】国内輸送制限内寸法で製作された、直径
３．５ｍ、高さ７ｍの各吸着塔Ａ１，Ａ２…４列×４列
＝１６個が、吸着、パージ、再生、復圧の４工程の１工
程に対応し工程切替中の１塔を除き１５塔は連続的にガ
スを処理している。塔数は、全工程で１６×４＝６４塔
必要となるが、図５に示す１６塔Ａ１…Ａ１６で１つの
モジュールを構成しており、敷地の制約条件に従って４
モジュールの平面設置（１００ｍ×１００ｍ×１５ｍ
Ｈ）から４モジュール積層構造（２５ｍ×２５ｍ×６０
ｍＨ）迄、それぞれのモジュールを自由に構成させるこ
とができる。
３．５ｍ、高さ７ｍの各吸着塔Ａ１，Ａ２…４列×４列
＝１６個が、吸着、パージ、再生、復圧の４工程の１工
程に対応し工程切替中の１塔を除き１５塔は連続的にガ
スを処理している。塔数は、全工程で１６×４＝６４塔
必要となるが、図５に示す１６塔Ａ１…Ａ１６で１つの
モジュールを構成しており、敷地の制約条件に従って４
モジュールの平面設置（１００ｍ×１００ｍ×１５ｍ
Ｈ）から４モジュール積層構造（２５ｍ×２５ｍ×６０
ｍＨ）迄、それぞれのモジュールを自由に構成させるこ
とができる。
【００２０】また吸着塔Ａ１，Ａ２，…は完全工場組立
てにより、ハニカム吸着剤の充填迄完了しており、定期
点検等必要に応じて吸着塔ごと、モジュール内を吊り下
げスライド移動して取付取りはずしが自由に行なえる
様、架構・配管が考慮されている。
てにより、ハニカム吸着剤の充填迄完了しており、定期
点検等必要に応じて吸着塔ごと、モジュール内を吊り下
げスライド移動して取付取りはずしが自由に行なえる
様、架構・配管が考慮されている。
【００２１】図５において塔下部（入口部）の３個の自
動弁は、それぞれ原料ガス供給弁（吸着弁）、パージ
弁、脱着（再生）弁を示し、塔上部（出口部）の３個の
自動弁は、原料ガス排気弁（吸着排気弁）、パージ排気
弁及び復圧弁を示している。これらの自動弁出口配管は
共通配管に連結され、最終的には入口側が３本、出口側
が３本の計６本の４モジュール共通配管に給合される。
動弁は、それぞれ原料ガス供給弁（吸着弁）、パージ
弁、脱着（再生）弁を示し、塔上部（出口部）の３個の
自動弁は、原料ガス排気弁（吸着排気弁）、パージ排気
弁及び復圧弁を示している。これらの自動弁出口配管は
共通配管に連結され、最終的には入口側が３本、出口側
が３本の計６本の４モジュール共通配管に給合される。
【００２２】本実施例によるガス連続分離装置によれば
図５に示した１６塔の吸着塔からなるモジュールを一つ
の工程に対するグループとして、吸着、パージ、再生、
及び復圧の４工程用に４グループ用い、各工程グループ
において１塔は工程切替えとなるが１５塔が常に稼働し
てガスを連続的に分離する。
図５に示した１６塔の吸着塔からなるモジュールを一つ
の工程に対するグループとして、吸着、パージ、再生、
及び復圧の４工程用に４グループ用い、各工程グループ
において１塔は工程切替えとなるが１５塔が常に稼働し
てガスを連続的に分離する。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるガス
連続分離装置では、多塔式吸着塔を、吸着・再生等の分
離操作４工程数だけ、それぞれ復数個の吸着塔にグルー
プ（ブロック）化し、各工程の切替えを各グループ内で
復数個の吸着塔のうち１塔づつ時間をづらせて順番に行
なうことにより、各グループの１塔を除く他の全塔が開
となって、処理ガスを断絶されることなく連続的に通過
させることができる。
連続分離装置では、多塔式吸着塔を、吸着・再生等の分
離操作４工程数だけ、それぞれ復数個の吸着塔にグルー
プ（ブロック）化し、各工程の切替えを各グループ内で
復数個の吸着塔のうち１塔づつ時間をづらせて順番に行
なうことにより、各グループの１塔を除く他の全塔が開
となって、処理ガスを断絶されることなく連続的に通過
させることができる。
【００２４】回転式吸着塔の隔壁は、円筒を中心から放
射状に仕切ったものであり、圧力スイング吸着法の吸着
圧力と脱離再生圧力の差を保つため、隔壁平板の肉厚は
充分厚くする必要がある。これに対し本発明のように多
塔式としたものでは、吸着圧と大気圧又は脱離再生圧力
と大気圧の差を保つ円筒の肉厚は平板に比べて１／１０
以下になり材料重量の大幅な低減になる。
射状に仕切ったものであり、圧力スイング吸着法の吸着
圧力と脱離再生圧力の差を保つため、隔壁平板の肉厚は
充分厚くする必要がある。これに対し本発明のように多
塔式としたものでは、吸着圧と大気圧又は脱離再生圧力
と大気圧の差を保つ円筒の肉厚は平板に比べて１／１０
以下になり材料重量の大幅な低減になる。
【００２５】本発明では多塔式とすることで回転式吸着
塔と同一の連続処理機能を保ちつつ、回転式吸着塔に必
要な整流空間や、整流用セラミックスボール充填層等の
抵抗体によるエネルギー損失を排除することができる。
塔と同一の連続処理機能を保ちつつ、回転式吸着塔に必
要な整流空間や、整流用セラミックスボール充填層等の
抵抗体によるエネルギー損失を排除することができる。
【図１】本発明の一実施例に係るガス連続分離装置の構
成を示す説明図。
成を示す説明図。
【図２】本発明のガス連続分離装置の作動原理を示す説
明図。
明図。
【図３】本発明のガス連続分離装置の作動状況を説明す
る線図。
る線図。
【図４】本発明のガス連続分離装置における圧力プロフ
ァイルを示す線図で（Ａ）は吸着塔内圧力、（Ｂ）は吸
着塔接続管内の圧力を示している。
ァイルを示す線図で（Ａ）は吸着塔内圧力、（Ｂ）は吸
着塔接続管内の圧力を示している。
【図５】本発明によるガス連続分離装置における吸着塔
の配置状況の例を示す斜視図。
の配置状況の例を示す斜視図。
【図６】従来の４塔式ガス分離装置の構成と作動原理を
示す説明図。
示す説明図。
【図７】従来の回転式吸着塔をもつガス分離装置の構成
を示す説明図。
を示す説明図。
Ａ１〜Ａ１６ １工程用のグループを構成する吸着塔 １〜２８ 吸着塔
Claims (1)
- 【請求項１】 混合ガスを加圧してその中の特定成分ガ
スを吸着剤に選択的に吸着させ、次いで減圧してその特
定成分ガスを分離回収するように構成した圧力スイング
吸着法によるガス分離装置において、吸着、パージ、離
脱、復圧の４工程をそれぞれ複数個の吸着塔で行なうよ
う４工程のグループに区分するとともに、工程の切替え
を各グループで１塔ずつ順次切替えるようにしたガス流
れ切替え手段を有することを特徴とする圧力スイング吸
着法によるガス連続分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27909994A JP3174700B2 (ja) | 1994-11-14 | 1994-11-14 | 圧力スイング吸着法によるガス連続分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27909994A JP3174700B2 (ja) | 1994-11-14 | 1994-11-14 | 圧力スイング吸着法によるガス連続分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08131749A JPH08131749A (ja) | 1996-05-28 |
| JP3174700B2 true JP3174700B2 (ja) | 2001-06-11 |
Family
ID=17606407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27909994A Expired - Fee Related JP3174700B2 (ja) | 1994-11-14 | 1994-11-14 | 圧力スイング吸着法によるガス連続分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3174700B2 (ja) |
-
1994
- 1994-11-14 JP JP27909994A patent/JP3174700B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08131749A (ja) | 1996-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010306 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |