JP3347373B2 - High purity oxygen production method - Google Patents

High purity oxygen production method

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JP3347373B2 JP32147292A JP32147292A JP3347373B2 JP 3347373 B2 JP3347373 B2 JP 3347373B2 JP 32147292 A JP32147292 A JP 32147292A JP 32147292 A JP32147292 A JP 32147292A JP 3347373 B2 JP3347373 B2 JP 3347373B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高純度酸素製造方法に関
するものであり、更に詳しくはPSA法(Pressure Swi
ng Adsorption Process : 圧力変動吸着法または圧力ス
イング吸着法)によるガス吸着分離方法を用い、吸着ガ
スを製品とするPSA装置と非吸着ガスを製品とするP
SA装置とを組み合わせた簡単な構成で空気から純度9
9.5%以上の高純度酸素を製造する方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing high-purity oxygen, and more particularly to a PSA method (Pressure Swi
ng Adsorption Process: A PSA device that uses adsorbed gas as a product and a P that uses non-adsorbed gas as a product using a gas adsorption separation method based on pressure fluctuation adsorption or pressure swing adsorption.
Purity 9 from air with simple configuration combined with SA device
The present invention relates to a method for producing high-purity oxygen of 9.5% or more.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、酸素(O2 と略す)を製造する方
法として蒸留法(深冷分離法、以下深冷法と略す)、
吸着法(代表的なものとしてPSA法がある)、膜
分離法などの空気分離法がある。深冷法は高純度のO2
(99.5%以上)と高純度の窒素(N2 と略す)(9
9.99%以上)を併産できるという他の2法にはない
特長があるが上記の3方法の中、最もシステムが複雑で
小型化は困難であり、大規模生産でないと経済的に成立
できないという欠点がある。また膜分離法は構成が簡単
であるが、製品純度が30〜40%O2 と他の2方法に
比較して低い。これに対してPSA法は構成が簡単で小
規模生産に適すが、得られる製品純度が95%どまりで
深冷法製品純度より低い。これはPSA法によるO2
造に一般に使用されるN2 吸着剤[例えば、MS−5A
(Molecular Sieve 5A) ]ではO2 とAr(アルゴン)
の分離ができないことによる。MS−5Aに対し、O2
とArは同一の挙動を示し、製品中にはO2 とArが空
気中の存在比(21:1)のまま濃縮されるからであ
る。即ち、O2 が21%→94%に濃縮されるとArも
1%→1×94/21=4.5%迄濃縮される。PSA
法により得られる製品純度の実際の測定値も略O2 は9
4%、Arは4.5%、残り(N2 )は1.5%となっ
ている。 一方、小口用途に対しボンベや小型液体容器
で供給されるO2 の純度は99.5%以上あるが、重く
て動かすのが大変であり、また高圧ガスであるので危険
であり、取扱に注意を要し、補充が不便で管理に手間が
かかる等の欠点がある。そこでPSA法を用い簡単な装
置で99.5%以上のO2 を製造する方法が強く求めら
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, distillation methods (cryogenic separation method, hereinafter abbreviated as cryogenic method), as methods for producing oxygen (abbreviated as O 2 ),
An air separation method such as an adsorption method (a typical example is a PSA method) and a membrane separation method. The cryogenic method uses high-purity O 2
(99.5% or more) and high-purity nitrogen (abbreviated as N 2 ) (9
(9.99% or more) that can be co-produced, which is a feature not found in the other two methods, but among the above three methods, the system is the most complicated and the miniaturization is difficult, and it is economically feasible unless it is a large-scale production There is a drawback that you can not. The membrane separation method is configured but is simple, the product purity is lower than the 30 to 40% O 2 and the other two methods. In contrast, the PSA method has a simple structure and is suitable for small-scale production, but the obtained product purity is only 95%, which is lower than that of the cryogenic method. This is an N 2 adsorbent commonly used for O 2 production by the PSA method [eg, MS-5A
(Molecular Sieve 5A)] In the O 2 and Ar (argon)
Is not possible. O 2 for MS-5A
And Ar exhibit the same behavior, and O 2 and Ar are concentrated in the product while maintaining the abundance ratio in air (21: 1). That is, when O 2 is concentrated from 21% to 94%, Ar is also concentrated from 1% to 1 × 94/21 = 4.5%. PSA
Substantially O 2 also actual measurements of product purity obtained by law 9
4%, Ar is 4.5%, and the remaining (N 2 ) is 1.5%. On the other hand, the purity of O 2 supplied in cylinders and small liquid containers for small-lot applications is 99.5% or more, but it is heavy and difficult to move, and it is dangerous because it is a high-pressure gas. And there are drawbacks such as inconvenient replenishment and troublesome management. Therefore, there is a strong demand for a method of producing 99.5% or more of O 2 by a simple apparatus using the PSA method.

【0003】従来のPSA法による高純度O2 製造法に
は、種々のシステムが特許出願されているが原理的には
図1に示したシステム1(S1)もしくはシステム2
(S2)のどちらかに属す。S1は空気→D[空気乾燥
装置(水分吸着剤、活性アルミナ等充填)]→C[O2
吸着装置(MSC充填)(Molecular Sieving Carbon)]
→70%以上のO2→A[N2 吸着装置(MS−5A、
MS−13X(Molecular Sieve 13X)等充填)]→9
9.5%以上のO2 を製造するシステムである。S2は
空気→A[N2 吸着装置(MS−5A、MS−13X等
充填)]→90%以上のO2 →C[O2 吸着装置(MS
C充填)]→99.5%以上のO2 を製造するシステム
である。図2にDとAを組み合わせた従来のPSA法に
よる高純度O2 製造システム構成ユニットの例(本発明
者による特開平3−52615号公報参照)を示す。図
3にCを用いた従来のPSA法による高純度O2 製造シ
ステム構成ユニットの例(本発明者による特開平4−2
60416号公報参照)を示す。
Various systems have been applied for patents for the conventional high-purity O 2 production method by the PSA method, but in principle the system 1 (S1) or the system 2 shown in FIG.
(S2). S1 is air → D [air drying device (filled with moisture adsorbent, activated alumina etc.)] → C [O 2
Adsorption device (MSC filling) (Molecular Sieving Carbon)
→ 70% or more of O 2 → A [N 2 adsorption device (MS-5A,
MS-13X (Molecular Sieve 13X) etc.) → 9
This is a system for producing 9.5% or more of O 2 . S2 is air → A [N 2 adsorber (MS-5A, MS-13X, etc.)] → 90% or more O 2 → C [O 2 adsorber (MS
C filling)] → This is a system for producing 99.5% or more of O 2 . FIG. 2 shows an example of a high-purity O 2 production system constituent unit by the conventional PSA method combining D and A (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-52615 by the present inventor). Examples of high-purity O 2 production system configuration unit according to the conventional PSA process using a C in FIG. 3 (JP-A-4-2 by the inventors
No. 60416).

【0004】S1システムを図2、図3のユニットを組
合わせて構成した場合、吸着塔が5塔、ポンプが3台、
リザーバー[中間製品および最終製品(99.5%O
2 )貯蔵用]が3塔となり、部品数、弁数が多く、シス
テムが複雑で装置が大型化し、運転保守上大変手間がか
かることになるので、装置コストの低減、エネルギーコ
ストの低減の両面から格段の改善を行う必要がある。
When the S1 system is constructed by combining the units shown in FIGS. 2 and 3, five adsorption towers, three pumps,
Reservoir [intermediate and final products (99.5% O
2 ) For storage] has three towers, many parts and valves, a complicated system, large equipment, and very troublesome operation and maintenance. Both equipment cost reduction and energy cost reduction It is necessary to make a remarkable improvement.

【0005】図2の構成ユニットを用いて空気中からN
2 を吸着除去し、O2 を製造する例について説明する。
' 〜10' :自動弁(弁9' 、弁10' はポンプP'
を加圧、真空併用のときのみ使用)、P' :ポンプ、1
' (C−1)と13' (C−2):吸着塔であり、空
気乾燥の場合はシリカゲル、活性アルミナ等を充填し、
2 の製造を目的とする場合はその上層にMS−5A、
MS−13X等を充填する。14' :原料ガス供給ライ
ン、15' :製品ガス採取ライン。
[0005] Using the structural unit shown in FIG.
An example of producing O 2 by adsorbing and removing 2 will be described.
1 ' to 10 ' : Automatic valve (valve 9 ' , valve 10 ' is pump P '
Is used only when pressure and vacuum are used together), P ' : pump, 1
2 (C-1) and 13 (C-2): Adsorption towers, filled with silica gel, activated alumina, etc. in the case of air drying,
For the purpose of producing O 2 , MS-5A,
Fill with MS-13X or the like. 14 ' : source gas supply line, 15 ' : product gas sampling line.

【0006】O2 濃縮操作は次の4つの工程に分かれ
る。原料空気加圧−製品O2 取出し−減圧(大気
圧もしくは真空圧へ)−パージ…再びへ戻る。以下
各工程順に説明する。 原料空気加圧 原料空気(14' )はポンプ(P' )、弁(1' )を介
して加圧下に吸着塔(C−1)下部へ送入される。吸着
塔(C−1)には活性アルミナ(空気中の水分除去目
的)とMS−5A(N2 吸着用)が層状に充填されてい
る。空気中の水分はC−1入口端部の活性アルミナ層で
先ず水分が除去され、乾燥空気が上層(吸着剤層高の7
〜9割)のMS−5A層へ送られる。そこで空気中のN
2 が吸着される。このときMS−5A層下部にN2 吸着
帯が形成され、原料ガス送入続行とともにこの吸着帯は
前方へ拡大する。同時にN2 分の減少したガス(濃縮O
2 )が吸着塔(C−1)出口端方向へ押しやられる。
[0006] The O 2 concentration operation is divided into the following four steps. Feed air pressurization - Product O 2 extraction - vacuum (to atmospheric pressure or vacuum pressure) - Purge ... returns to again. Hereinafter, the steps will be described in order. Source air pressurization The source air (14 ' ) is sent under pressure to the lower part of the adsorption tower (C-1) via a pump (P ' ) and a valve (1 ' ). The adsorption tower (C-1) is filled with activated alumina (for removing moisture in the air) and MS-5A (for adsorbing N 2 ) in layers. The moisture in the air is first removed by the activated alumina layer at the C-1 inlet end, and the dried air is deposited on the upper layer (the adsorbent layer height of 7).
(To 90%) of the MS-5A layer. So N in the air
2 is adsorbed. At this time, an N 2 adsorption band is formed below the MS-5A layer, and the adsorption band expands forward as the supply of the source gas continues. At the same time, the gas reduced by N 2 (concentrated O
2 ) is pushed toward the outlet end of the adsorption tower (C-1).

【0007】製品O2 取出し (C−1)吸着塔内圧力が所定圧(例、1.0〜3.0
kg/cm2 G)に達したら、弁(2' )を開け、濃縮
2 を製品ガスライン(15' )に取出す。製品O2
取出しは原料空気送入中もしくは送入終了後すぐに行
う。 減圧 弁(1' )、弁(2' )を閉、弁(4' )を開とする
[同時に弁(5' )が開放され、(C−2)吸着塔の原
料空気加圧が開始される]。(C−1)吸着塔内ガスは
弁(4' )を経て大気放出ライン(16' )へ供給され
る。図2に点線で示すごとくa−bを接続してポンプ
(P' )で真空減圧し、脱着を促進してもよい。このと
きは弁(9' )、弁(10' )が必要となる。(C−
1)吸着塔ガスの大気放出に伴い、吸着されているN2
が一部離脱し、ライン(16' )から大気中へ廃棄され
るが、未だ相当量の不要成分(H2 O、N2 )が(C−
1)吸着塔に残留したままである。この残留ガス(殆ど
は吸着されているガス)を離脱さすために次のパージ操
作を行う。
Removal of product O 2 (C-1) The pressure in the adsorption tower is a predetermined pressure (for example, 1.0 to 3.0).
When the pressure reaches kg / cm 2 G), the valve (2 ) is opened, and the concentrated O 2 is discharged to the product gas line (15 ). The product O 2 is taken out during or immediately after the supply of the raw material air. Close the pressure reducing valve (1 ' ) and the valve (2 ' ) and open the valve (4 ' ) (simultaneously, the valve (5 ' ) is opened, and (C-2) pressurization of the raw material air in the adsorption tower is started. ]. (C-1) The gas in the adsorption tower is supplied to the atmospheric release line (16 ' ) via the valve (4 ' ). As shown by a dotted line in FIG. 2, a-b may be connected, and the pressure may be reduced by a pump (P ' ) to promote desorption. In this case, a valve (9 ' ) and a valve (10 ' ) are required. (C-
1) N 2 adsorbed due to atmospheric release of adsorption tower gas
There disengaged portion, but is discarded from the line (16 ') into the atmosphere, yet unnecessary components substantial amount (H 2 O, N 2) is (C-
1) It remains in the adsorption tower. The following purge operation is performed to release the residual gas (mostly the adsorbed gas).

【0008】パージ の操作により(C−1)吸着塔は大気圧下にある。弁
(7' )を開放することにより(C−2)吸着塔の製品
ガス(濃縮O2 )の一部を(C−1)吸着塔上部(出口
端)へ供給する。(C−1)吸着塔上部へ供給された製
品ガスは(C−1)吸着塔内を向流方向に流れる間に吸
着N2 を脱着し、このN2 は製品ガス流れとともに弁
(4' )を介して大気中へ放出される。パージが終了す
ると再び原料空気の送入が開始される。 以上の〜操作を一定時間毎[1サイクル時間、T
(秒)]に循環操作する。(C−1)吸着塔が吸着過程
[+]のとき(C−2)吸着塔は再生過程[+
]にあり、(C−2)吸着塔が吸着過程[+]の
とき(C−1)吸着塔は再生過程[+]にある。こ
のように絶えず何れかの塔は加圧、製品取出し可能の状
態にある。
[0008] Due to the purging operation, the adsorption tower (C-1) is under atmospheric pressure. Supplied by opening the valve (7 ') part of (C-2) the product gas of the adsorption tower (concentration O 2) to (C-1) adsorption tower top (outlet end). (C-1) product gas supplied to the adsorption tower top (C-1) adsorbed N 2 desorbed during flowing through the adsorption column in the counter current direction, the N 2 is the valve with the product gas stream (4 ' ) To the atmosphere. When the purging is completed, the supply of the raw material air is started again. The above operations are performed at regular intervals [1 cycle time, T
(Seconds)]. (C-1) When the adsorption tower is in the adsorption process [+] (C-2) The adsorption tower is in the regeneration process [+]
And (C-2) the adsorption tower is in the adsorption process [+], and the (C-1) adsorption tower is in the regeneration process [+]. Thus, any one of the towers is constantly in a pressurized and product-removable state.

【0009】図3の構成ユニット(吸着ガスを製品とす
る装置)を用いて乾燥空気中からO2 を製造する例につ
いて説明する。図3中の1" 〜7" :自動弁、8" :ニ
ードル弁(流量調整用)、P" :ポンプ(加圧−真空併
用型)、12" :吸着塔[目的ガスO2 を選択吸着する
吸着剤、すなわちMSCを充填する。充填吸着剤はMS
C(a1)のみの場合[図3(a)]と活性アルミナ等
の乾燥剤(b1)とMSC(b2)を層状に充填する場
[図3(b)]の2通りある。通常、原料ガスが大気
の場合は図3(b)が使用され、原料ガスが乾燥空気ま
たは濃縮酸素(90〜95%)の場合は図3(a)が使
用される。]、13" :製品リザーバ(可撓性容器が好
ましい)、14":原料導入ライン、15" :廃棄ガス
ライン(N2 リッチガス)、16" :製品ライン、1
7”:圧力開放ラインである。
An example in which O 2 is produced from dry air using the constituent unit (device using adsorbed gas) of FIG. 3 will be described. 1 "to 7" in Figure 3: Automatic valve, 8 ": the needle valve (flow-rate adjustment), P": pump (pressure - vacuum combination type), 12 ": selective adsorption the adsorption column [target gas O 2 Sorbent, ie, MSC.
There are two cases : C (a1) alone [FIG. 3 (a)] and a case where a drying agent (b1) such as activated alumina and MSC (b2) are filled in layers (FIG. 3 (b)) . Normally, FIG. 3B is used when the raw material gas is air, and FIG. 3A is used when the raw material gas is dry air or concentrated oxygen (90 to 95%). ], 13 ": product reservoir (flexible container is preferred), 14": feed introduction line, 15 ": waste gas line (N 2 rich gas), 16": product line 1
7 ″: Pressure release line.

【0010】図3の構成ユニットの工程は次の4工程に
分かれる。原料空気(加圧)送入、並流放出、製
品ガスのリサイクル送入、製品ガス(O2 )回収。 原料空気送入[図3(a)を使用した場合] 乾燥空気を空気導入ライン(14" )から送入、弁(6
" )を通してポンプ(P" )に送り、ポンプ(P" )で
加圧し、弁(1" )を通して吸着塔(12" )の下部に
送入する(このとき弁2" 〜5" 、7" は閉じてお
く)。送入続行とともに塔(12" )内圧力が上昇す
る。空気中のO2 が吸着剤(a1)の下端部から吸着さ
れ、吸着帯が形成される。その帯域は次第に出口端へ拡
大する。
The steps of the unit shown in FIG. 3 are divided into the following four steps. Feeding of raw air (pressurized), cocurrent discharge, recycling of product gas, and recovery of product gas (O 2 ). Feeding of raw material air [when using FIG. 3 (a)] Dry air is fed from the air introduction line (14 " ), and the valve (6)
") Through a pump (P" sent to), the pump (P ') is pressurized, the valve (1 "" to fed to the lower portion of) (at this time valve 2 "adsorption tower (12 through) to 5", 7 " Is closed). Feeding tower (12 ') with inlet continue the pressure increases. O 2 in the air is adsorbed from the lower end portion of the adsorbent (a1), the adsorption zone is formed. As a band gradually expanded to the outlet end.

【0011】並流放出 吸着塔(12" )内圧力が所定の圧力(例、0.5〜
3.0kg/cm2 G)に達すると、弁(2" )を開放
し、弁(8" )により吸着塔(12" )からの排ガスの
流量を調節しながら、吸着塔(12" )内の吸着されな
っかったガス(不要ガス、N2 )を大気中へ放出させ
る。排ガス純度は始めN2 リッチであるが次第にO2
に富むようになる。排ガス中の窒素分が空気中のN2
度に接近した場合あるいはその間の適宜の時点で弁(6
" )を閉止し、空気導入を停止する。 製品ガスのリサイクル導入 弁(7" )を開放、リザーバー(13" )内の製品O2
ガス(以前の操作で捕集されているO2 ガス)を弁(7
" )−ポンプ(P" )−弁(1" )を経由して吸着塔
(12" )の下部に送入する。この工程で、吸着塔(1
" )内の吸着剤粒子間にあるガス及び吸着剤の表面に
付着しているO2 以外のガスを製品濃縮O2 で置換す
る。吸着塔(12" )からの排ガスは弁(2" )−ニー
ドル弁(8")を経て大気中へ排出される。排ガス中の
2 濃度が十分高くなった時点で弁(7" )、(1
" )、(2" )を閉止する。
The pressure inside the co-current discharge adsorption tower (12 " ) is a predetermined pressure (for example, 0.5 to
When 3.0 kg / cm 2 G) is reached, "opening the) valve (8" valve (2 "while adjusting the flow rate of the exhaust gas from), the adsorption tower (12" adsorption tower (12 by)) in The gas (unnecessary gas, N 2 ) that has not been adsorbed is released to the atmosphere. Exhaust gas purity is initially N 2 rich but gradually rich in O 2 . The valve (6) is used when the nitrogen content in the exhaust gas approaches the N 2 concentration in the air, or at an appropriate time during that time.
Open ") closing the stops air introduction. Product gas recycle introduction valve (7"), product O 2 in the reservoir (13 ")
Gas (O 2 gas collected in previous operation)
The liquid is fed into the lower part of the adsorption tower (12 " ) via a " ) -pump (P " )-valve (1 " ). In this step, the adsorption tower (1
2 ") gas and gas other than O 2 attached to the surface of the adsorbent is between adsorbent particles in substituting the product concentration O 2. Adsorption tower (12 ') the exhaust gas from the valve (2" ) —Discharged into the atmosphere via a needle valve (8 " ). When the O 2 concentration in the exhaust gas becomes sufficiently high, the valve (7 " ), (1
" ) And (2 " ) are closed.

【0012】製品(O2 )ガス回収 弁(3" )、弁(5" )を開放し、ポンプ(P" )で吸
着塔(12" )を真空引して大気圧以下にし、吸着剤
(a1)に吸着されていたO2 を脱着させ、リザーバ
(13" )に捕集する。この際、吸着塔(12" )内の
圧力は200mmHg(絶対圧)以下にすることが好ま
しい。以上の〜の工程を1サイクル操作とする。上
記1サイクル操作における各弁の開閉状態(弁シーケン
ス)を図4に示す。図4中の斜線部分は弁の開放されて
いる時間を示す。1サイクル時間は装置の規模、吸着剤
仕様、運転条件などで異なるが一般に30〜120秒で
ある。
The product (O 2 ) gas recovery valve (3 ) and valve (5 ) are opened, and the adsorption tower (12 ) is evacuated to a pressure lower than the atmospheric pressure by the pump (P ), and the adsorbent ( a1) a O 2 which has been adsorbed is desorbed, "collecting a). At this time, the adsorption tower (12" reservoir (13 pressure) inside is preferably below 200 mmHg (absolute pressure). The above steps (1) to (4) are defined as one cycle operation. FIG. 4 shows the open / close state (valve sequence) of each valve in the one-cycle operation. The hatched portion in FIG. 4 indicates the time during which the valve is open. One cycle time varies depending on the scale of the apparatus, adsorbent specifications, operating conditions, and the like, but is generally 30 to 120 seconds.

【0013】図3の構成ユニットを用いて空気中からO
2 を製造する場合の原料空気は次の3つのケースがあ
り、前記のように予め乾燥された空気を用いる場合は図
3(a)の吸着塔を使用するが、大気の空気を用いる場
合は図3(b)の吸着塔を使用する(この場合は水分の
蓄積を防止するためサイクル毎に脱着操作を加える必要
がある)。また、90〜95%に濃縮されたO2 を用い
る場合は図3(a)あるいは図3(b)のいずれの吸着
塔を用いてもよく、この場合の製品ガスは99.5%以
上のO2 を得ることができる。
Using the structural unit shown in FIG. 3, O
There are the following three cases of the raw material air in the case of producing 2. In the case where the air dried in advance as described above is used, the adsorption tower shown in FIG. 3A is used. The adsorption tower shown in FIG. 3B is used (in this case, it is necessary to add a desorption operation every cycle to prevent accumulation of water). In the case of using the O 2 enriched in 90% to 95% may be either of the adsorption tower in FIGS. 3 (a) or FIG. 3 (b), the product gas of this case is more than 99.5% O 2 can be obtained.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記のPSA法による
従来技術における最も簡単化した装置ユニットをもって
高純度O2 製造装置を構成する場合次のような問題点が
ある。先ずS1システムを選ぶか、S2システムを選ぶ
かシステムの選択上の問題がある。S1システムを選ぶ
と、吸着塔が2+1+2=5塔、ポンプが3台、リザ−
バーが3塔の構成になる。S2システムを選ぶと、吸着
塔が2+1=3塔、ポンプが2台、リザ−バーが2塔の
構成になり、システム要素数はS1の方が少なくてよい
が、S2システムは次の問題点がある。即ち、製品O2
が大気圧近傍で得られるので、消費端へ送るためポンプ
アップが必要となり、製品送給ポンプが必要となる。ま
た製品送給ポンプでポンプアップ(加圧)時、折角の高
純度O2 が汚染される恐れがあり、製品を大気圧貯蔵す
るので製品リザーバーへ外気から汚染成分(H2 O、N
2 など)が侵入する恐れあり、また貯蔵圧が低いのでリ
ザーバー内壁からの脱ガス汚染の恐れもある。従って、
構成上の複雑さはS1システムとS2システムで大差な
く、純度管理の面からはS1システムの方が好ましい。
When configuring the high-purity O 2 production apparatus with the most simplified device unit in the prior art by the above-described PSA process [0006] it has the following problems. First, there is a problem in selecting the S1 system or the S2 system. If the S1 system is selected, 2 + 1 + 2 = 5 adsorption towers, 3 pumps, and a reservoir
The bar has three towers. When the S2 system is selected, the number of adsorption towers is 2 + 1 = 3, the number of pumps is two, and the number of reservoirs is two. The number of system elements in S1 may be smaller, but the S2 system has the following problems. There is. That is, the product O 2
Is obtained in the vicinity of atmospheric pressure, a pump-up is required to send the product to the consumption end, and a product feed pump is required. Also, when the product feed pump is pumped up (pressurized), the high purity O 2 may be contaminated, and the product is stored at atmospheric pressure, so that the contaminants (H 2 O, N
2 ) may enter, and because of the low storage pressure, there is a risk of outgassing contamination from the reservoir inner wall. Therefore,
The complexity of the configuration is not much different between the S1 system and the S2 system, and the S1 system is more preferable in terms of purity control.

【0015】然し、S1システムを用いて高純度O2
造装置を構成する場合、次のような問題点がある。 装置構成が複雑化し、大型化し装置価格が高くなる。
即ち、従来技術の中の最も簡単化されたD−C−Aの3
つのユニットをリザーバーを介して連結した場合、吸着
塔は2+1+2=5塔、リザーバー3塔、ポンプ3台と
なり、装置要素数が多く、製作工数が多く装置価格が上
昇する。また、吸着塔の大きさやポンプ仕様がまちまち
でコンパクトにまとまらず、設置スペースの面でも問題
がある。 第2段装置(C)および第3段装置(A)から生成す
る有価ガス(O2 21%以上のガスまたは圧力を保有す
るガス)の装置間での合理的な授受がなく、個別処理さ
れるため製品取得率が悪い。第1〜3段装置は互いに独
立した弁シーケンスで運転されるので、前段の製品ガス
がリザーバーに貯蔵され、後段装置はその貯蔵ガスを原
料とする。この場合、前段と後段装置の収率をη1 、η
2 とすると、総合収率η=η1 ・η2 となり、3段処理
になるとさらに一層収率が低下してしまう。従って各段
装置内で出る有価ガスを個別処理するのでなく、システ
ム全体として最も合理的に処理して、できるだけ有効成
分(O2 )を系外に出さないようにするための工夫が必
要となる。
However, when a high-purity O 2 producing apparatus is constructed using the S1 system, there are the following problems. The device configuration becomes complicated, the device becomes large, and the device price increases.
That is, the most simplified DCA of the prior art 3
When two units are connected via a reservoir, the number of adsorption towers is 2 + 1 + 2 = 5, the number of reservoirs is 3, and the number of pumps is 3. Thus, the number of device elements is large, the number of manufacturing steps is large, and the price of the device is increased. In addition, the size of the adsorption tower and the specifications of the pump are varied and not compact, and there is a problem in terms of installation space. There is no rational exchange between the valuable gas (gas of O 2 21% or more or gas having pressure) generated from the second-stage device (C) and the third-stage device (A), and the individual gas is processed individually. Product acquisition rate is poor. Since the first to third stage devices are operated by independent valve sequences, the product gas of the preceding stage is stored in the reservoir, and the latter device uses the stored gas as a raw material. In this case, the yields of the first and second stages are η 1 , η
If it is set to 2 , the total yield η = η 1 η 2 and the three-stage treatment will further reduce the yield. Therefore, it is necessary to devise not only individual processing of valuable gas emitted from each stage apparatus but also the most rational processing of the whole system so as to prevent the effective component (O 2 ) from being discharged outside the system as much as possible. .

【0016】3つの装置が独自の弁シーケンスで運転
されるため運転開始から定常運転にする迄、あるいは運
転停止時、操作数が1つの装置を作動させる場合に比較
して多く、運転保守上、安全管理上問題がある。運転を
安全円滑にするためには、大きなリザーバーの使用や、
高級な制御機器の導入が必要となり、このことも装置価
格の上昇、収率低下の原因となる。
Since the three devices are operated with their own valve sequences, the number of operations from the start of operation to the steady operation, or when the operation is stopped, is larger than when one device is operated. There is a problem in safety management. In order to make driving safe and smooth, use a large reservoir,
It is necessary to introduce high-grade control equipment, which also causes an increase in equipment price and a decrease in yield.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
に鑑み鋭意研究した結果、下記の〜により課題を解
決することができることを見いだして本発明を成すに到
った。 大型化回避のため乾燥装置(D)と酸素吸着装置
(C)とを結合一体化し、従来システムにおける2ケの
リザーバー(DとCの後に各1ケあり)を不要にした。 DとCとをひっくるめた1つの弁シーケンスとし、次
いでこの弁シーケンスの1サイクルの中にAに係る弁シ
ーケンス(濃縮O2 70〜80%→99.5%O2 以上
の高純度酸素とする)を割り込ませた。こうして装置全
体を1つのシステム化し、1つの弁シーケンスで安定し
て高純度O2 が製造できるようにした。 システム全体の弁シーケンスの合理的時間配置を行う
ことにより、CとAからでる有価ガスを系内で有効活用
し、減価した上で系外へ出すよう配慮した。一般的に各
装置からでるガスは後段に行くに従って価値が高くなる
ので、原則的にCからでるガスはDへ、Aからでるガス
はC又はDへリサイクルさせた。 上記の手段を円滑に実施するため基本的に2台のポン
プを採用し、時々刻々のガス処理要求に対応し、1)2
台のポンプを個別使用、2)直列使用、あるいは3)並
列使用等使い分ける[流量が必要な時は3)、圧力差が
必要な時は2)などを使い分ける]。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies in view of the above problems, and as a result, have found that the following problems can be solved to achieve the present invention. The drying device (D) and the oxygen adsorbing device (C) were combined and integrated in order to avoid the size increase, and the two reservoirs in the conventional system (one each after D and C) were unnecessary. D and C are combined into one valve sequence, and then in one cycle of this valve sequence, the valve sequence related to A (concentrated O 2 70-80% → 99.5% O 2 or more high purity oxygen) ) Was interrupted. In this way, the entire apparatus is integrated into one system, and high-purity O 2 can be stably produced with one valve sequence. By arranging the valve sequence of the entire system in a reasonable time, the valuable gases coming out of C and A are effectively used in the system, and depreciated before being taken out of the system. In general, the gas coming out of each device becomes higher in value as it goes to the later stage, so that the gas coming out of C is recycled to D and the gas coming out of A is recycled to C or D in principle. Basically, two pumps are used to smoothly implement the above-mentioned means to meet the demands of gas processing every moment.
Use two pumps individually, 2) use in series, or 3) use them in parallel, etc. [Use 3) when a flow rate is needed, 2) when a pressure difference is needed].

【0018】本発明の請求項1の発明は、それぞれ1塔
あるいは2塔を用いる下記第1〜第3工程を1つの循環
的弁開閉操作により実施する1つの装置を用い、連続的
に空気から高純度酸素を製造する方法において、 空気中の水分、炭酸ガス、窒素等の不要成分を除去す
る第1工程 酸素を選択的に吸着する吸着剤を用いて前記 工程を
経たガス中の酸素を濃縮する第2工程 窒素を選択的に吸着する吸着剤を用いて前記 工程を
経たガス中の酸素を高純度にする第3工程この1つの装置を1つの弁シーケンス(弁開放時間〜経
過時間関係)で作動して第1工程から第2、第3工程へ
と後段に行くに従って有価になるように実施し、この弁
シーケンスの合理的時間配置を行うことにより、第2工
程不要ガスを第1工程へリサイクルさせ、第3工程不要
ガスをその純度区分に応じ有価成分に富む部分を第2工
程へ、残分を第1工程へリサイクルさせることを特徴と
する高純度酸素製造方法である。
The invention of claim 1 of the present inventionOne tower each
Alternatively, the following first to third steps using two towers are performed in one cycle.
Using one device implemented by a dynamic valve opening and closing operation,Continuous
For producing high-purity oxygen from air in JapanAt Removes unnecessary components such as moisture, carbon dioxide and nitrogen in the air
The first step using an adsorbent that selectively adsorbs oxygen Process
The second step of concentrating the oxygen in the passed gas The above-mentioned step using an adsorbent for selectively adsorbing nitrogen Process
3rd process to make oxygen in passed gas high purityThis one device is connected to one valve sequence (valve opening time to
From the first step to the second and third steps
And implement it to be valuable as you go to the later stage, this valve
By performing rational time allocation of the sequence,
Unnecessary gas is recycled to the first step, and the third step is unnecessary
The gas is enriched with valuable components according to its purity classification.
And recycle the residue to the first process.
High purity oxygen production method.

【0019】本発明の請求項2の発明は、前記1つの装
置が、前記第1〜第3工程を実施する各吸着塔を、リザ
ーバー、熱交などを介さずに直接、配管連絡した1つの
簡素化された装置であることを特徴とする請求項1記載
の方法である。
According to a second aspect of the present invention, the one device is
Each of the adsorption towers performing the first to third steps is a reservoir.
One that is connected directly to the piping without using
2. The device according to claim 1, wherein the device is a simplified device.
This is the method .

【0020】本発明の請求項3の発明は、前記1つの装
置を専用動力で作動させることを特徴とする請求項1あ
るいは請求項2記載の方法である。
[0020] The invention of claim 3 of the present invention is the above-mentioned one device.
The device is operated by a dedicated power.
Or a method according to claim 2 .

【0021】本発明の請求項4の発明は、前記1つの装
置の運転操作を起動と停止のみとし、監視、運転調整要
員を不要としたことを特徴とする請求項1から請求項3
のいずれかに記載の方法である。
According to a fourth aspect of the present invention, the one device is
Only start and stop the operation of the
4. The method according to claim 1, wherein no member is required.
The method according to any one of the above .

【0022】本発明の請求項5の発明は、起動ボタンを
押すと瞬時に全ての自動弁が連携動作に入るようにした
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記
載の方法である。
According to a fifth aspect of the present invention, a start button is provided.
All automatic valves are set to cooperate instantly when pressed
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein
This is the method described above.

【0023】[0023]

【作用】略同一仕様の水分などの吸着塔およびO2
着塔を2〜4塔と、それよりずっと小さなN2 吸着塔を
2塔と製品O2 リザーバー1塔を1つの架台上に合理的
にコンパクト配置して、D−C−Aの3つのユニットを
1つの装置システムにまとめたので、装置構成部品を減
少でき、装置価格を低下さすことができた。上記1つ
のシステム内においてポンプまたは差圧により、最短距
離で系内有価ガスを迅速かつガス損失なく移動さすこと
が可能となり、従来技術に比し有価ガス損失が減少し、
製品取得率を向上することができた。上記1つのシス
テムを1つの弁シーケンスで作動さすことにより運転停
止がボタン1つで可能になり、またリザーバーが少な
く、配管距離が短いため、運転開始から製品送出迄の立
上がり時間が早くなった。ポンプ2台を用いて、供給
速度を大きくしたいときは2台を並列使用し、差圧を大
きくしたいときは2台を直列使用する等、合目的に使い
分けるとによりシステム生産性が向上した。これにより
1つの塔を減圧しつつ、他塔を大気圧以上へ加圧するこ
とが可能となった。またリザーバーを介さず1つのO2
吸着塔から他のO2 吸着塔および/またはN吸着塔へガ
スを移送する場合、逐次的(シーケンシャル)的濃度分
布ができ、この分布のまま、混合をおこさず、移動が可
能となった。これにより有価ガス損失が少なくなり、ひ
いては製品収率を向上することができた。
[Function] Reasonable ratio of 2 to 4 adsorption towers and O 2 adsorption towers of almost the same specifications, two N 2 adsorption towers much smaller than that, and one O 2 reservoir tower on one stand Since the three units of DCA are combined into one device system, the number of components of the device can be reduced, and the price of the device can be reduced. By using a pump or a differential pressure in the above one system, valuable gas in the system can be moved quickly and without gas loss in the shortest distance, and valuable gas loss is reduced as compared with the prior art.
The product acquisition rate could be improved. By operating one of the above systems with one valve sequence, the operation can be stopped with a single button, and since the reservoir is small and the piping distance is short, the rise time from the start of operation to the delivery of the product is shortened. When two pumps are used and the supply speed is increased, two pumps are used in parallel, and when it is desired to increase the differential pressure, two pumps are used in series. This made it possible to depressurize one column and pressurize the other column above atmospheric pressure. One O 2 without reservoir
When the gas was transferred from the adsorption tower to another O 2 adsorption tower and / or N adsorption tower , a sequential (sequential) concentration distribution was formed, and the mixture was allowed to move without being mixed with this distribution. As a result, valuable gas loss was reduced, and the product yield could be improved.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の高純度酸素製造方法を実施例
により詳細に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限
り実施例によって限定されるものではない。図5は本発
明の高純度酸素製造方法を実施するための装置の基本構
成を示す図である。図6は図5の装置の部分的変形態様
を示す。図7は図5の装置の部分的変形態様を示す。図
8は本発明の方法を用いた他の高純度酸素製造装置の基
本構造を示す図である。図9は図5に示す装置の基本構
成の1サイクルにおける弁シーケンス例を示す。図10
は図8に示す装置の基本構成の1サイクルにおける弁シ
ーケンス例を示す。
EXAMPLES Hereinafter, the method for producing high-purity oxygen of the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples without departing from the gist of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of an apparatus for carrying out the high-purity oxygen production method of the present invention. FIG. 6 shows a partial variant of the device of FIG. FIG. 7 shows a partial variant of the device of FIG. FIG. 8 shows the base of another high-purity oxygen production apparatus using the method of the present invention .
It is a figure showing this structure. FIG. 9 shows an example of a valve sequence in one cycle of the basic configuration of the device shown in FIG. FIG.
Shows an example of a valve sequence in one cycle of the basic configuration of the device shown in FIG.

【0025】(実施例1)図5について説明する。 10 乾燥塔[10A:活性アルミナ、10B:MS−
5A] 20,21 O2 吸着塔(20C,21C:MSC) 30,31 N2 吸着塔(30A,31A:MS−5
A) 32 製品酸素リザーバー 2e,2f:ニードル弁(流量調整弁) 1〜7,1a〜4a,1b〜4b,1c〜4c,1d〜
4d 自動弁 P1,P2 ポンプ 13 原料空気送給ライン 14 廃棄ガスライン 15 濃縮O2 供給ライン(N2 吸着塔への) 16 向流減圧ガスライン(N2 吸着塔からの) 17 リサイクル供給ライン 10が第1段装置(D)、20,21が第2段装置
(C)、30,31が第3段装置(A)でこれらが配管
を通じて1つのシステムとなっている。高純度O2 の製
造は第1段装置−第2段装置−第3段装置の順にグレー
ドアップされ最終的に99.5%以上O2 となり製品貯
槽(リザーバー)(32)に貯蔵され、そこから消費端
へ供給される。
Embodiment 1 Referring to FIG. 10 Drying tower [10A: activated alumina, 10B: MS-
5A] 20,21 O 2 adsorption tower (20C, 21C: MSC) 30, 31 N 2 adsorption tower (30A, 31A: MS-5)
A) 32 product oxygen reservoirs 2e, 2f: needle valves (flow control valves) 1 to 7, 1a to 4a, 1b to 4b, 1c to 4c, 1d to
4d Automatic valve P1, P2 Pump 13 Raw material air supply line 14 Waste gas line 15 Concentrated O 2 supply line (to N 2 adsorption tower) 16 Countercurrent depressurized gas line (from N 2 adsorption tower) 17 Recycle supply line 10 Is a first-stage device (D), 20, 21 are second-stage devices (C), 30, 31 are third-stage devices (A), and these are one system through piping. The production of high-purity O 2 is upgraded in the order of the first-stage device, the second-stage device, and the third-stage device, and finally becomes 99.5% or more O 2 , which is stored in a product storage tank (32). From the consumer end.

【0026】図5に基づく高純度O2 の分離操作につい
て説明する。先ず、(a)空気を乾燥して(第1次処
理)、次いでその空気を濃縮して濃縮O2 (70〜80
%O2 )を製造する(第2次処理)。そして、(b)濃
縮O2より高純度O2 (99.5%O2 以上)を製造す
る(第3次処理)。
The operation of separating high-purity O 2 based on FIG. 5 will be described. First, (a) air is dried (first processing), and then the air is concentrated to concentrate O 2 (70 to 80).
% O 2 ) (secondary treatment). Then, (b) high-purity O 2 (99.5% O 2 or more) is produced from the concentrated O 2 (third treatment).

【0027】(a)について:大気(水分含む)より濃
縮O2 の製造工程は次の7工程からなる。空気乾燥
(D)、O2 吸着(C)、並流放出(1)(C)、
減圧再生(D)、濃縮O2 置換(C→C)、並流
放出(2)(C→D)、濃縮O2 (70〜80%O
2 )回収(C→A)。以下吸着塔(10)と吸着塔(2
0)に着目して説明する。 空気乾燥(0〜30秒)について:原料大気を弁
(3)−ポンプ(P1)−原料導入ライン(13)−弁
(1)を通して空気乾燥塔(10)の下部へ導入する。
このとき弁(2)は閉じておく。乾燥塔(10)内圧力
が上昇し、空気中の水分は乾燥剤(10A)に塔入口端
部から吸着し、原料空気の送入継続とともに、水分吸着
帯域が上方に拡大する。水分を除かれた空気中のCO2
及びN2 は乾燥剤上層のMS−5A層(10B)を通る
間に除かれ、空気中O2 濃度よりO2リッチになったガ
スが加圧状態で乾燥塔(10)出口端へ押しやられる。
Regarding (a): The process for producing concentrated O 2 from the atmosphere (including moisture) comprises the following seven steps. Air drying (D), O 2 adsorption (C), cocurrent discharge (1) (C),
Regeneration under reduced pressure (D), substitution of concentrated O 2 (C → C), cocurrent discharge (2) (C → D), concentrated O 2 (70-80% O 2 )
2 ) Recovery (C → A). Hereinafter, the adsorption tower (10) and the adsorption tower (2)
0) will be described. About air drying (0 to 30 seconds): The raw material air is introduced into the lower part of the air drying tower (10) through the valve (3), the pump (P1), the raw material introduction line (13), and the valve (1).
At this time, the valve (2) is closed. The pressure in the drying tower (10) rises, and the moisture in the air is adsorbed by the desiccant (10A) from the end of the inlet of the tower, and as the feeding of the raw air continues, the moisture adsorption zone expands upward. CO 2 in air with moisture removed
And N 2 are removed while passing through the MS-5A layers of desiccant layer (10B), is forced gas consisted O 2 concentration in air O 2 rich into the drying tower (10) the outlet end under pressure .

【0028】酸素吸着について:乾燥塔(10)内圧
力が1.0〜3.0kg/cm2 Gに達したら第2段装
置のO2 吸着塔(20)に付属する弁(1a)を開け、
前段処理の終わった空気をO2 吸着塔(20)へ加圧移
送する(5〜30秒)。この空気はO2 吸着塔(20)
内を加圧状態で上部へ移動する間に空気中のO2 がMS
C(20C)に吸着され、O2 分の少なくなったガス
(不要ガス)は塔出口端部へ押しやられる。
Oxygen adsorption: When the pressure in the drying tower (10) reaches 1.0 to 3.0 kg / cm 2 G, the valve (1a) attached to the O 2 adsorption tower (20) of the second stage apparatus is opened. ,
The air after the pre-treatment is transferred under pressure to the O 2 adsorption tower (20) (5 to 30 seconds). This air is the O 2 adsorption tower (20)
O 2 is MS in the air while moving the inner to the top in a pressurized state
The gas (unnecessary gas) adsorbed on C (20C) and reduced in O 2 content is pushed to the outlet end of the tower.

【0029】並流放出(1)について:O2 吸着塔
(20)内圧力が所定の操作圧(0.5〜3.0kg/
cm2 G)に到達したら弁(2a′)を開放して塔(2
0)内不要ガスを大気中へ放出する(20〜30秒)。
放出速度はニードル弁(2e)で調整する。
Regarding the co-current discharge (1), the pressure in the O 2 adsorption tower (20) is adjusted to a predetermined operating pressure (0.5 to 3.0 kg /
cm 2 G), the valve (2a ′) is opened and the tower (2
0) Unnecessary gas is released into the atmosphere (20 to 30 seconds).
The release speed is adjusted by the needle valve (2e).

【0030】減圧再生(30〜55秒)について:1
次処理空気の2次処理装置(O2 吸着塔)への移送が終
わったら直ちに弁(1)、弁(1a)を閉じ、弁(2)
を開放し、乾燥塔(10)の減圧再生を行う。塔(1
0)内の乾燥剤(10A)に吸着されている水及びMS
−5A(10B)に吸着されているCO2 、N2 は減圧
により一部脱着し、弁(2)を経て大気中へ放出され
る。
Regeneration under reduced pressure (30 to 55 seconds):
The valve (1) and the valve (1a) are closed immediately after the transfer of the secondary processing air to the secondary processing apparatus (O 2 adsorption tower), and the valve (2)
Is released, and the drying tower (10) is regenerated under reduced pressure. Tower (1
Water and MS adsorbed on the desiccant (10A) in 0)
CO 2 and N 2 adsorbed on -5A (10B) are partially desorbed by decompression and released to the atmosphere via the valve (2).

【0031】濃縮酸素置換(30〜60秒)又はリサ
イクル送入について:次に弁(3b)、弁(4a)を開
放し、O2 吸着塔(21)内のガスを弁(3b)−ポン
プ(P2)−弁(5)−ポンプ(P1)−弁(4a)を
経て一次処理空気の移送の終わったO2 吸着塔(20)
入口端部へ加圧送入し、O2 吸着塔(20)内のMSC
(20C)吸着剤粒子間のガスを濃縮酸素で置換する。
このとき塔(21)から移送されるガスは運転初期にお
いては空気組成(O2 =21%)であるが移送が進行し
2 吸着塔(21)の減圧の進行とともに次第にO2
ッチガスとなる(移送ガスのO2 濃度は運転続行ととも
に移送全期間を通じて70〜80%となり安定する)。
この工程の最高圧は0.5〜3.0kg/cm2 Gの
圧力にすることが好ましい。この工程で吸着剤粒子間に
あるガスおよび吸着剤表面に吸着している濃縮O2 以外
のガスを置換ガスで洗い出す。
Concentrated oxygen replacement (30-60 seconds) or recycle feeding: Next, the valve (3b) and the valve (4a) are opened, and the gas in the O 2 adsorption tower (21) is pumped by the valve (3b) -pump. (P2) - valve (5) - pump (P1) - valve ended O 2 adsorption tower of the transfer of the primary process air via (4a) (20)
MSC in O 2 adsorption tower (20)
(20C) The gas between the adsorbent particles is replaced with concentrated oxygen.
At this time, the gas transferred from the tower (21) has an air composition (O 2 = 21%) at the beginning of the operation, but the transfer progresses and gradually becomes an O 2 rich gas as the decompression of the O 2 adsorption tower (21) progresses. (The O 2 concentration of the transfer gas becomes 70 to 80% throughout the entire transfer period and stabilizes as the operation continues.)
The maximum pressure in this step is preferably set to a pressure of 0.5 to 3.0 kg / cm 2 G. In this step, the gas between the adsorbent particles and the gas adsorbed on the adsorbent surface other than the concentrated O 2 are washed out with the replacement gas.

【0032】並流放出(2)(30〜60秒)につい
て:工程開始と略同時もしくは少しおくれて弁(2
a)を開放し吸着塔(20)内の不要ガスを弁(2a)
を経て乾燥塔(10)の上部へ向流方向送入する。O2
吸着塔(20)の上部から出るガスは高乾燥ガスであ
る。従って、乾燥塔(10)を向流方向に流れる内に塔
(10)内に吸着残留するガスの脱着を促進し、弁
(2)から大気中へパージ(洗い出す)する[乾燥塔
(10)の再生]。またO2 吸着塔(20)上部から出
るガスは有価成分(O2 )に富むガスであるから本操作
終期のとくにO2 に富む部分は弁(2)を閉止して、塔
(10)内へ残留させ次のサイクルの工程において、
1次処理ガスとともにO2 吸着塔(20)もしくはO2
吸着塔(21)へ再循環させることが好ましい。また本
操作の終期時間帯に弁(2b’)を開放して塔(20)
内ガスを塔(21)へ(またはその逆方向へ)均圧回収
する操作を加えてもよい。
Regarding cocurrent discharge (2) (30 to 60 seconds): Valve (2) almost simultaneously with or slightly after the start of the process
a) is opened, and unnecessary gas in the adsorption tower (20) is released from the valve (2a).
And is fed countercurrently to the upper part of the drying tower (10). O 2
The gas leaving the upper part of the adsorption tower (20) is a highly dry gas. Therefore, while flowing in the counterflow direction in the drying tower (10), the desorption of the gas adsorbed and remaining in the tower (10) is promoted, and the gas is purged (washed out) from the valve (2) into the atmosphere [drying tower (10)]. Play]. Since the gas discharged from the upper part of the O 2 adsorption tower (20) is a gas rich in valuable components (O 2 ), the valve (2) is closed at the end of this operation, especially in the part enriched in O 2, and the gas in the tower (10) is closed. In the next cycle,
O 2 adsorption tower (20) or O 2
It is preferable to recycle to the adsorption tower (21). At the end of the operation, the valve (2b ') is opened and the tower (20) is opened.
An operation of equalizing and collecting the internal gas to the tower (21) (or in the opposite direction) may be added.

【0033】濃縮酸素回収[O2 吸着塔(21)の第
5工程(90〜120秒)の中にも含まれる]につい
て:O2 吸着塔(20)の濃縮O2 置換が終了したら弁
(3a)、弁(4b)を開放し、弁(3a)−ポンプ
(P2)−弁(5)−ポンプ(P1)−弁(4b)を経
て、O2 吸着塔(20)の向流減圧とO2 吸着塔(2
1)の並流加圧を行う[初期の減圧ガスの一定量を弁
(1C)を経て第3段装置の原料ガスとして供給する
(90〜100秒)、残りの部分はO2 吸着塔(21)
へ工程の置換ガスとして供給する]。この際、O2
着塔(20)内圧力はできるだけ低くすることが好まし
いが、一般には200mmHg(絶対圧)以下であれば
よい。
Concentrated oxygen recovery (also included in the fifth step (90 to 120 seconds) of the O 2 adsorption tower (21)): When the concentrated O 2 replacement of the O 2 adsorption tower (20) is completed, a valve ( 3a), and opening the valve (4b), the valve (3a) - pump (P2) - valve (5) - pump (P1) - through valve (4b), and countercurrent depressurization of the O 2 adsorption tower (20) O 2 adsorption tower (2
1) Co-current pressurization is performed. [A certain amount of the initial decompressed gas is supplied as a raw material gas of the third-stage apparatus via a valve (1C) (90 to 100 seconds), and the remaining part is an O 2 adsorption tower ( 21)
To the process as a replacement gas. At this time, it is preferable that the pressure in the O 2 adsorption tower (20) is as low as possible, but generally, the pressure may be 200 mmHg (absolute pressure) or less.

【0034】上記〜の工程を1サイクル操作(T、
秒)とする。1サイクル時間でO2吸着塔(20)とO2
吸着塔(21)の7工程操作が行われる。O2 吸着塔
(21)はO2 吸着塔(20)よりT/2秒おくれて同
一の7工程操作が行われる。上記の1サイクル操作にお
ける弁の開閉状態を図9に示す。図9において斜線部分
は弁の開放されている時間を示す。1サイクルに要する
時間は装置仕様、吸着剤、運転条件により異なるが、一
般的には30〜240秒である。
The above steps (1) to (4) are performed in one cycle (T,
Seconds). O 2 adsorption tower (20) and O 2 in one cycle time
Seven operations of the adsorption tower (21) are performed. The same seven-step operation is performed in the O 2 adsorption tower (21) with a delay of T / 2 seconds from the O 2 adsorption tower (20). FIG. 9 shows the open / closed state of the valve in the one-cycle operation. In FIG. 9, the hatched portion indicates the time during which the valve is open. The time required for one cycle varies depending on the device specifications, adsorbent, and operating conditions, but is generally 30 to 240 seconds.

【0035】(b)について:濃縮O2 (70〜80%
2 )を用いて高純度O2 (99.5%O2 以上)を製
造する第3次処理はN2 吸着塔(30)とN2 吸着塔
(31)を交互使用して次の4工程で行われる。濃縮
2 供給(2次処理ガス)、高純度O2 取出(パージ
供与)、減圧(大気圧迄の場合と真空引する場合とあ
る。以下「真空引」で説明する)、パージ・再加圧。
以下吸着塔(30)に注目して説明する。
Regarding (b): concentrated O 2 (70-80%
The third treatment for producing high-purity O 2 (99.5% O 2 or more) using O 2 ) is performed by alternately using the N 2 adsorption tower (30) and the N 2 adsorption tower (31). It is performed in the process. Concentrated O 2 supply (secondary processing gas), high-purity O 2 extraction (purge provision), reduced pressure (up to atmospheric pressure or vacuum evacuation; described below in “evacuation”), purge / re-addition Pressure.
The following description focuses on the adsorption tower (30).

【0036】濃縮O2 供給(90〜100秒)につい
て:2次処理置換ガスをO2 吸着塔(21)→ポンプ
(P2)とポンプ(P1)→O2 吸着塔(20)へと移
送する際[又は塔(20)→ポンプ→塔(21)へと移
送する際]、その一部を弁(7)→弁(1c)を経てN
2 吸着塔(30)の下端部へ加圧送給する。2次処理ガ
ス(濃縮O2 )中のN2 は吸着剤MS−5A(30A)
に吸着され入口端部にN2 吸着帯が形成され、原料ガス
送入とともに出口端部へ拡大する。
Concentrated O 2 supply (90 to 100 seconds): The secondary treatment replacement gas is transferred to the O 2 adsorption tower (21) → pump (P2) and pump (P1) → O 2 adsorption tower (20). At the time [or at the time of transfer from the tower (20) → the pump → the tower (21)], a part thereof is passed through the valve (7) → the valve (1c) to be N
( 2 ) Pressure feed to the lower end of the adsorption tower (30). Secondary processing gas N 2 adsorbents MS-5A of (concentration O 2) in (30A)
And an N 2 adsorption band is formed at the inlet end, and expands to the outlet end together with the feed of the raw material gas.

【0037】高純度O2 取出し(100〜120秒、
0〜9秒)について:弁(7)、弁(1c)を閉め、弁
(2c)を開放する、N2 吸着塔(30)から高純度O
2 が弁(2c)、弁(2f)を経て取出され製品貯槽
(32)へ送り込まれる。そこから消費端へ送られる。
取出速度はニードル弁(2f)の開度調整によって行う
[この操作の終了に続き弁(4c)を短時間(5〜10
秒)開放することにより、下記の第工程(真空引)下
にあるN2 吸着塔(31)の出口端部へ製品ガスの一部
をパージガスとして供与する]。
Removal of high-purity O 2 (100 to 120 seconds,
0-9 sec) for: a valve (7), close the valve (1c), to open the valve (2c), N 2 purity O from the adsorption tower (30)
2 is taken out through the valve (2c) and the valve (2f) and sent to the product storage tank (32). From there it is sent to the consumer.
The take-out speed is controlled by adjusting the opening of the needle valve (2f) [following the end of this operation, the valve (4c) is operated for a short time (5 to 10).
Sec), a part of the product gas is supplied as a purge gas to the outlet end of the N 2 adsorption tower (31) under the following step (vacuum)].

【0038】減圧(35〜40、60〜70秒)につ
いて:第工程が終了したら弁(2c)閉め、弁(3
c)を開放し、弁(3c)→ポンプ(P2)→ポンプ
(P1)を経てN2 吸着塔(30)を減圧する。減圧ガ
スは一部は塔(30)→塔(31)へリサイクル供給し
[図9中に(3−1)と示す]、残りは第1段装置の弁
(1)を開けて乾燥塔(10)ヘリサイクル供給する
[図9中に(3−2)と示す]。
Regarding the pressure reduction (35 to 40, 60 to 70 seconds): When the first step is completed, the valve (2c) is closed and the valve (3) is closed.
c) is opened, and the pressure in the N 2 adsorption tower (30) is reduced via the valve (3c) → the pump (P2) → the pump (P1). A part of the decompressed gas is recirculated and supplied to the tower (30) → the tower (31) [shown as (3-1) in FIG. 9], and the rest is opened by opening the valve (1) of the first-stage apparatus. 10) Recycle supply [shown as (3-2) in FIG. 9].

【0039】パージ(パージ:69〜70秒、再加
圧:70〜90秒)について:第工程終期に、塔(3
1)(加圧下にある)の弁(4d)を短時間開放し製品
ガスの一部を塔(30)の出口端部へ供給する。この高
純度O2 は塔(30)内吸着剤(30A)中に残留する
2 の脱着を促進し、脱着N2 とともに弁3c→ポンプ
(P2)→ポンプ(P1)を経て塔(10)へリサイク
ル供給する。その後弁(3c)を閉じ、塔(30)を向
流加圧する。
About the purge (purge: 69 to 70 seconds, re-pressurization: 70 to 90 seconds): At the end of the first step, the column (3
1) Open the valve (4d) (under pressure) for a short time and supply part of the product gas to the outlet end of the column (30). This high-purity O 2 promotes the desorption of N 2 remaining in the adsorbent (30A) in the tower (30), and together with the desorbed N 2 , passes through the valve 3c → pump (P2) → pump (P1) to the tower (10). Recycle supply to Thereafter, the valve (3c) is closed, and the tower (30) is counter-pressurized.

【0040】上記〜工程を1サイクル操作(T秒)
とする。塔(30)で4工程が行われている間に塔(3
1)においてT/2秒おくれて同様の操作が行われる。
The above-mentioned steps are operated in one cycle (T seconds)
And While four steps are being performed in tower (30), tower (3)
In 1), the same operation is performed after T / 2 seconds.

【0041】塔(30)、塔(31)の1サイクル時間
における弁開放時間(弁シーケンス)を図9に示す。図
9において、(A)〜(F)はポンプ使用態様を示す。
(A)、(C)、(D)、(F)は直列使用、(B)と
(E)は並列使用時間区分を示す。
FIG. 9 shows the valve open time (valve sequence) in one cycle time of the tower (30) and the tower (31). In FIG. 9, (A) to (F) show aspects of using the pump.
(A), (C), (D), and (F) show serial use, and (B) and (E) show parallel use time segments.

【0042】図5の基本構成の装置の部分的変形態様を
示す図6と図7について:図5は第1次処理に1塔、第
2次処理と第3次処理が2塔方式の場合を示したが、図
6は第1次処理と第2次処理の吸着塔を各1塔とした場
合を示し、図7は第3次処理吸着塔を1塔とした場合を
示す。
Referring to FIGS. 6 and 7, which show a partially modified embodiment of the apparatus having the basic structure shown in FIG. 5, FIG. 5 shows a case where the first processing is performed in one tower and the second processing and the tertiary processing are performed in two towers. FIG. 6 shows a case where the adsorption towers of the primary treatment and the secondary treatment are each one, and FIG. 7 shows a case where the adsorption tower of the tertiary treatment is one.

【0043】図6の操作は前記説明に準ずるが中間製品
(濃縮O2 )リザーバーが必要となる。従って、第1〜
2次処理系における塔数(リザーバーを含む)は図5の
場合と同じである。図7の場合は製品ガスを弁(2c)
を経て一旦製品リザーバーに保管し、減圧パージは弁
(4d)を短時間開放することにより行われる。
The operation shown in FIG. 6 is similar to that described above, but requires an intermediate product (concentrated O 2 ) reservoir. Therefore, the first to first
The number of towers (including the reservoir) in the secondary treatment system is the same as in FIG. In the case of FIG. 7, the product gas is supplied to the valve (2c).
And temporarily stored in the product reservoir, and the reduced pressure purge is performed by opening the valve (4d) for a short time.

【0044】(実施例2)図8、図10を用いて説明す
る。第1〜3次処理が順次行われる。基本的には図5の
場合と同様である。第1次処理は乾燥塔(10)(10
A:炭酸ガス、N2 の吸着剤、10B:水分吸着剤)と
乾燥塔(11)(11A:炭酸ガス、N2の吸着剤、1
1B:水分吸着剤)で、第2次処理はO2 吸着塔(2
0)(20A:MSC)とO2 吸着塔(21)(21
A:MSC)で、第3次処理はN2 吸着塔(30)(3
0A:MS−5AもしくはMS−13X、30B:水分
吸着剤)とN2 吸着塔(31)(31A:MS−5Aも
しくはMS−13X、31B:水分吸着剤)で行われ
る。図5の構成ユニットと図8の構成ユニットの主な相
違点は、図8の第1次処理装置は2塔構成であるのに対
して、図5の第1次処理装置は1塔構成であり、図8の
ポンプの使用態様は直列使用であるのに対して、図5の
ポンプの使用態様は直列使用あるいは並列使用のミック
ス方式である点である。
(Embodiment 2) A description will be given with reference to FIGS. First to third order processes are sequentially performed. Basically, it is the same as the case of FIG. The primary treatment is a drying tower (10) (10
A: carbon dioxide, N 2 adsorbent, 10B: moisture adsorbent) and drying tower (11) (11A: carbon dioxide, N 2 adsorbent, 1
1B: moisture adsorbent), and the secondary treatment is performed using an O 2 adsorption tower (2
0) (20A: MSC) and O 2 adsorption tower (21) (21)
A: MSC), and the third treatment is the N 2 adsorption tower (30) (3).
0A: MS-5A or MS-13X, 30B: moisture adsorbent) and the N 2 adsorption tower (31) (31A: MS-5A or MS-13X, 31B: moisture adsorbent). The main difference between the constituent units in FIG. 5 and the constituent units in FIG. 8 is that the primary processing device in FIG. 8 has a two-column configuration, whereas the primary processing device in FIG. The pump in FIG. 8 is used in series, whereas the pump in FIG. 5 is in a mixed mode of serial use or parallel use.

【0045】図8により図10の弁シーケンス図で実施
例2の説明をする。1サイクルT(秒)(この場合12
0秒とする)を(A)〜(H)の8つの時間帯に区分す
る。 (A)(0〜25秒) 原料空気は塔(10)を経て塔(20)へ供給される。
このとき塔(30)は略大気圧状態にある。 (B)(25〜30秒) (A)の原料空気の供給操作続行中。塔(31)のパー
ジ弁(4f)の開放により塔(30)をパージする。 (C)(30〜40秒) 第2次処理装置の弁(3d)(4c)が開放され、中間
製品ガス(濃縮O2 )が塔(21)→塔(20)へリサ
イクル供給される。この際リサイクルガスの一部が第3
次処理装置の原料ガスとして弁(1e)を経て塔(3
0)へ供給される。 (D)(40〜60秒) Bのリサイクル操作続行中。塔(30)より弁(2e)
を経て高純度O2 製品が取出される。
The second embodiment will be described with reference to a valve sequence diagram of FIG. 10 according to FIG. One cycle T (second) (in this case, 12
0 second) is divided into eight time zones (A) to (H). (A) (0 to 25 seconds) The raw material air is supplied to the tower (20) via the tower (10).
At this time, the tower (30) is substantially at atmospheric pressure. (B) (25 to 30 seconds) The supply operation of the raw material air in (A) is continuing. The tower (30) is purged by opening the purge valve (4f) of the tower (31). (C) (30 to 40 seconds) The valves (3d) and (4c) of the secondary treatment device are opened, and the intermediate product gas (enriched O 2 ) is recycled and supplied from the column (21) to the column (20). At this time, part of the recycled gas
Through the valve (1e) as the raw material gas of the next treatment apparatus, the column (3)
0). (D) (40-60 seconds) B recycling operation is continuing. Tower (30) from valve (2e)
, A high-purity O 2 product is taken out.

【0046】(E)(60〜85秒) (D)の高純度O2 製品取り出し続行中。原料空気は塔
(11)を経て塔(21)へ供給される。 (F)(85〜90秒) (E)の原料空気の供給操作続行中。塔(30)のパー
ジ弁(4e)の開放により塔(31)をパージする。 (G)(90〜100秒) 第2次処理装置の弁(3c)(4d)が開放され中間製
品ガス(濃縮O2 )が塔(20)→塔(21)へリサイ
クル供給される。同時にリサイクルガスの一部が弁(1
f)を経て塔(31)へ原料ガスとして供給される。 (H)(100〜120秒) (G)のリサイクル続行中。塔(31)より弁(2f)
を経て高純度O2 製品が取り出される。 以上(A)〜(H)の工程がT/2時間遅れて塔(1
1)、塔(21)、塔(31)で行われる。
(E) (60 to 85 seconds) The removal of the high-purity O 2 product of (D) is continuing. The feed air is supplied to the tower (21) via the tower (11). (F) (85 to 90 seconds) The supply operation of the raw material air in (E) is continuing. The tower (31) is purged by opening the purge valve (4e) of the tower (30). (G) (90 to 100 seconds) The valves (3c) and (4d) of the secondary processing apparatus are opened, and the intermediate product gas (enriched O 2 ) is recycled and supplied from the tower (20) to the tower (21). At the same time, part of the recycled gas
The raw material gas is supplied to the tower (31) via f). (H) (100-120 seconds) Recycling of (G) is ongoing. Tower (31) from valve (2f)
, A high-purity O 2 product is taken out. The steps (A) to (H) are delayed by T / 2 hours in the tower (1).
1), the tower (21) and the tower (31).

【0047】(変形実施例) (1)第1次処理装置の作動圧力範囲を真空圧から大気
圧以上(例えば、0.05ata〜2.0kg/cm2
G)とする。上記実施例1〜2では大気圧以上での作動
であった(例、0.0〜5.0kg/cm2 G)。 (2)第2次処理装置の作動圧力範囲を大気圧以上(例
えば、0.0〜5.0kg/cm2 G等)とすること。 (3)ポンプの使用態様には次の5通りの方法がある。 図5および図8のポンプ(P1)は第1次処理装置も
しくは第1次処理装置と第2次処理装置まで、同様にポ
ンプ(P2)は第2次処理装置もしくは第2次処理装置
と第3次処理装置まで別個に作動させる。 直流使用する(実施例2と同じ)。 並流使用する。 直流〜並流使用(時間区分で使い分ける)(実施例1
と同じ)。 大気圧近傍では、個別乃至並流使用し、△Pが大きい
ときは直列使用と使い分ける。
(Modifications) (1) The operating pressure range of the first processing apparatus is from vacuum pressure to atmospheric pressure or more (for example, 0.05 ata to 2.0 kg / cm 2).
G). In the above Examples 1 and 2, the operation was performed at atmospheric pressure or higher (eg, 0.0 to 5.0 kg / cm 2 G). (2) The operating pressure range of the secondary processing apparatus is set to be equal to or higher than the atmospheric pressure (for example, 0.0 to 5.0 kg / cm 2 G). (3) The pump can be used in the following five ways. The pump (P1) shown in FIGS. 5 and 8 includes the primary processing device or the primary processing device and the secondary processing device, and similarly, the pump (P2) includes the secondary processing device or the secondary processing device and the second processing device. Operate separately up to the tertiary processing unit. DC is used (the same as in Example 2). Use in parallel. DC to co-current use (select according to time) (Example 1)
Same as). In the vicinity of atmospheric pressure, individual or parallel flow is used, and when ΔP is large, it is selectively used in series.

【0048】(4)吸着剤関係 第1次処理装置用吸着剤として活性アルミナ、シリカ
ゲル等の水分吸着剤を少なくとも1種用い、活性炭、Z
MS(Zeorite Molecular Sieve)などの炭酸ガス吸着剤
を少なくとも1種用いて層状に充填すること。または水
分吸着剤を1種用いて、その上層に炭酸ガス吸着剤とし
て活性炭、N2 吸着剤としてZMSを層状に充填するこ
と。第2次処理装置用吸着剤として入口端部に水分乾
燥剤を充填し、その上にMSCを層状に充填すること。
第3次処理装置用吸着剤として入口端部に水分乾燥剤
を充填し、その上にZMSを層状に充填すること。第
3次処理装置用吸着剤として第2工程を経たガス中の微
量不要ガスを除去するための吸着剤を使用すること。
(5)吸着塔関係第1次処理装置および第2次処理装置
の吸着塔を同一仕様に揃えること。
(4) Adsorbents At least one water adsorbent such as activated alumina or silica gel is used as an adsorbent for the primary treatment apparatus.
Packing in layers using at least one carbon dioxide adsorbent such as MS (Zeorite Molecular Sieve). Alternatively, one type of moisture adsorbent is used, and the upper layer is layered with activated carbon as a carbon dioxide adsorbent and ZMS as an N 2 adsorbent. Filling the inlet end with a moisture desiccant as an adsorbent for the second treatment apparatus, and then filling MSC in a layered form thereon.
Filling the inlet end with a moisture desiccant as an adsorbent for the tertiary treatment apparatus, and then filling ZMS in a layered form thereon. Use of an adsorbent for removing a trace amount of unnecessary gas in the gas that has passed through the second step as an adsorbent for the tertiary treatment device.
(5) Adsorption towers The adsorption towers of the primary treatment device and the secondary treatment device must have the same specifications.

【0049】9.実施例3 図5と同一のシステムを用い、かつ、図9で示す弁シー
ケンスで空気より高純度酸素を製造する試験を実施し
た。第1次処理装置および第2次処理装置は同一仕様の
吸着塔を使用した。下記の乾燥剤、吸着剤を用いた。 第1次処理装置の水分乾燥剤:活性アルミナ 1.5k
g 第1次処理装置の炭酸ガス吸着剤:MS−5A 6.0
kg 第2次処理装置の酸素吸着剤:MSC 15.0kg 第3次処理装置の水分乾燥剤:活性アルミナ 0.4k
g 第3次処理装置の窒素吸着剤:MS−5A 2.6kg その結果、99.7%の高純度酸素が毎分5.1リット
ル得られた。 総括吸着剤生産性 12(リットル/kg(H)) 収率 38.2(%)
9. Example 3 A test for producing high-purity oxygen from air using the same system as in FIG. 5 and using the valve sequence shown in FIG. 9 was performed. As the primary treatment device and the secondary treatment device, adsorption towers having the same specifications were used. The following desiccants and adsorbents were used. Moisture desiccant for primary treatment equipment: activated alumina 1.5k
g Carbon dioxide adsorbent of the primary treatment device: MS-5A 6.0
kg Oxygen adsorbent of the second treatment unit: 15.0 kg of MSC Water desiccant of the third treatment unit: activated alumina 0.4 k
g Nitrogen adsorbent for the tertiary treatment apparatus: 2.6 kg of MS-5A As a result, 5.1 liters of high-purity oxygen of 99.7% was obtained per minute. Overall adsorbent productivity 12 (liter / kg (H)) Yield 38.2 (%)

【0050】[0050]

【発明の効果】【The invention's effect】

1.本発明の方法により簡単化された装置はボタン操作
1つで、任意に99.5%以上の高純度酸素の製造が可
能となった。 2.従来、小口酸素消費先に対しては重たい酸素ボンベ
ないしは超低温で危険な小型液酸容器で運搬する方法し
かなかった。ボンベで供給する場合は中味(酸素)の6
倍もの重量の鉄製容器を運搬しており、輸送エネルギ損
失が大きく取扱が危険で、容器交換や建物内移動等に人
手がかかったが、本発明の方法により簡単化された装置
を使用場所に設置することにより、かかる不経済、不便
さは解消される。 3.本発明の方法による装置は常温、低圧作動である。
従って、特別な資格保持者や設置場所を必要とせず、ビ
ル内の実験室や作業室、ビルや病院の内部または敷地内
において使用することができる。また、機器や装置に付
属して使用する場合には、電気供給がある限り夜間でも
供給停止の心配なく無人で連続運転することができる。 4.本発明の方法による装置は上述の如く、小口消費の
各種分野で使用できるものであり、省エネルギー、省力
等の利便さをもたらし、大きな効果を発揮することが期
待されるのでその産業上の利用価値は高い。
1. The apparatus simplified according to the method of the present invention can arbitrarily produce high-purity oxygen of 99.5% or more by one button operation. 2. Heretofore, there has been only a method of transporting a small oxygen consumer to a heavy oxygen cylinder or a dangerous small liquid acid container at an extremely low temperature. 6 (medium (oxygen) if supplied by cylinder)
It transports iron containers twice as heavy, causing a large energy loss in transportation and handling is dangerous, requiring labor to replace containers and move inside buildings.However, the equipment simplified by the method of the present invention can be used at the place of use. By installing, such uneconomical and inconvenience are eliminated. 3. The device according to the method of the present invention operates at normal temperature and low pressure.
Therefore, it can be used in a laboratory or a working room in a building, in a building or a hospital or on a site without requiring a special qualification holder or an installation place. In addition, when the power supply is used as attached to a device or an apparatus, continuous operation can be performed unattended without worrying about the supply stop even at night as long as the power is supplied. 4. As described above, the apparatus according to the method of the present invention can be used in various fields of small-volume consumption, and is expected to bring about convenience such as energy saving and labor saving, and to exert a great effect. Is expensive.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 高純度酸素製造装置の原理を示す基本結合図
である。
FIG. 1 is a basic connection diagram showing the principle of a high-purity oxygen production apparatus.

【図2】 従来のPSA法による酸素製造システムを示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a conventional oxygen production system using the PSA method.

【図3】 従来のPSA法による他の酸素製造システム
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing another oxygen production system according to the conventional PSA method.

【図4】 図3に示す装置の1サイクル操作における弁
シーケンス例である。
4 is an example of a valve sequence in one-cycle operation of the device shown in FIG.

【図5】 本発明の方法を用いた高純度酸素製造装置の
基本構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a basic configuration of a high-purity oxygen production apparatus using the method of the present invention.

【図6】 図5に示す装置の部分的変形態様例を示す図
である。
6 is a diagram showing an example of a partially modified embodiment of the device shown in FIG.

【図7】 図5に示す装置の他の部分的変形態様例を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another example of a partially modified embodiment of the device shown in FIG. 5;

【図8】 本発明の方法を用いた他の高純度酸素製造装
置の基本構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a basic configuration of another high-purity oxygen production apparatus using the method of the present invention.

【図9】 図5に示す装置の1サイクルにおける弁シー
ケンス例である。
9 is an example of a valve sequence in one cycle of the device shown in FIG. 5;

【図10】 図8に示す装置の1サイクルにおける弁シ
ーケンス例である。
10 is an example of a valve sequence in one cycle of the device shown in FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A:窒素吸着装置 C:酸素吸着装置 D:空気乾燥装置 C−1、C−2、a1、b2、10B:吸着剤 b1、10A:乾燥剤 1〜7,1a〜4a,1b〜4b,1c〜4c,1d〜
4d:自動弁 2e,2f:ニードル弁(流量調整弁) 10:乾燥塔 20C、21C:酸素吸着剤 30A、31A:窒素吸着剤 P1,P2:ポンプ 13:原料空気送給ライン 14:廃棄ガスライン 15:濃縮O2 供給ライン(N2 吸着塔への) 16:向流減圧ガスライン(N2 吸着塔からの) 17:リサイクル供給ライン 20、21:O2 吸着塔 30、31:N2 吸着塔 32:製品酸素リザーバー (A)〜(H):ポンプ使用態様
A: nitrogen adsorber C: oxygen adsorber D: air dryer C-1, C-2, a1, b2, 10B: adsorbent b1, 10A: desiccant 1 to 7, 1a to 4a, 1b to 4b, 1c ~ 4c, 1d ~
4d: Automatic valve 2e, 2f: Needle valve (flow regulating valve) 10: Drying tower 20C, 21C: Oxygen adsorbent 30A, 31A: Nitrogen adsorbent P1, P2: Pump 13: Raw material air supply line 14: Waste gas line 15: Concentrated O 2 supply line (to N 2 adsorption tower) 16: Countercurrent depressurized gas line (from N 2 adsorption tower) 17: Recycle supply line 20, 21: O 2 adsorption tower 30, 31: N 2 adsorption Tower 32: Product oxygen reservoir (A) to (H): Pump usage mode

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 それぞれ1塔あるいは2塔を用いる下記
第1〜第3工程を1つの循環的弁開閉操作により実施す
る1つの装置を用い、連続的に空気から高純度酸素を製
造する方法において、 空気中の水分、炭酸ガス、窒素等の不要成分を除去す
る第1工程 酸素を選択的に吸着する吸着剤を用いて前記 工程を
経たガス中の酸素を濃縮する第2工程 窒素を選択的に吸着する吸着剤を用いて前記 工程を
経たガス中の酸素を高純度にする第3工程この1つの装置を1つの弁シーケンス(弁開放時間〜経
過時間関係)で作動して第1工程から第2、第3工程へ
と後段に行くに従って有価になるように実施し、この弁
シーケンスの合理的時間配置を行うことにより、第2工
程不要ガスを第1工程へリサイクルさせ、第3工程不要
ガスをその純度区分に応じ有価成分に富む部分を第2工
程へ、残分を第1工程へリサイクルさせることを特徴と
する高純度酸素製造方法。
(1)The following using one or two towers respectively
Perform the first to third steps by one cyclic valve opening / closing operation.
Using one device,Continuous production of high-purity oxygen from air
How to buildAt Removes unnecessary components such as moisture, carbon dioxide and nitrogen in the air
The first step using an adsorbent that selectively adsorbs oxygen Process
The second step of concentrating the oxygen in the passed gas The above-mentioned step using an adsorbent for selectively adsorbing nitrogen Process
3rd process to make oxygen in passed gas high purityThis one device is connected to one valve sequence (valve opening time to
From the first step to the second and third steps
And implement it to be valuable as you go to the later stage, this valve
By performing rational time allocation of the sequence,
Unnecessary gas is recycled to the first step, and the third step is unnecessary
The gas is enriched with valuable components according to its purity classification.
And recycle the residue to the first process.
High purity oxygen production method.
【請求項2】 前記1つの装置が、前記第1〜第3工程
を実施する各吸着塔を、リザーバー、熱交などを介さず
に直接、配管連絡した1つの簡素化された装置であるこ
とを特徴とする請求項1記載の方法。
2. The one device is a simplified device in which each of the adsorption towers for performing the first to third steps is connected directly to a pipe without using a reservoir, heat exchange, or the like. The method of claim 1, wherein:
【請求項3】 前記1つの装置を専用動力で作動させる
ことを特徴とする請求項1あるいは請求項2記載の方
法。
3. The method according to claim 1, wherein the one device is operated by dedicated power.
【請求項4】 前記1つの装置の運転操作を起動と停止
のみとし、監視、運転調整要員を不要としたことを特徴
とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the operation of the one device is only started and stopped, and monitoring and operation adjustment personnel are not required.
【請求項5】 起動ボタンを押すと瞬時に全ての自動弁
が連携動作に入るようにしたことを特徴とする請求項1
から請求項4のいずれかに記載の方法。
5. The system according to claim 1, wherein all the automatic valves enter into a cooperative operation immediately when the start button is pressed.
The method according to any one of claims 1 to 4.
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