JP3830872B2

JP3830872B2 - 混合ガス分離装置

Info

Publication number: JP3830872B2
Application number: JP2002239800A
Authority: JP
Inventors: 明吉野; 篤宮本
Original assignee: Air Water Inc
Current assignee: Air Water Inc
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: JP2004074067A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気等の混合ガスから目的とするガスを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。
【０００２】
【従来の技術】
空気等の混合ガスから窒素，酸素等の目的とするガス（製品ガス）を分離して得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、圧力スイング吸着式分離法（以下、「ＰＳＡ法」と略す）と呼ばれ、図３に示すように、複数の吸着槽８内に吸着剤を充填し、各吸着槽８に対する混合ガスの供給、易吸着ガスの吸着・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交互に行うことにより、混合ガスを、吸着剤に吸着する易吸着ガスとそれ以外の難吸着ガスとに分離し、そのうちの難吸着ガスを目的とするガス（製品ガス）として得るようになっている。そして、混合ガスの供給は、圧縮機４をモーター５等により作動させて加圧状態で行われ、吸着された易吸着ガスの脱着は、真空ポンプ２１をモーター２２等により作動させて減圧下で行われている。
【０００３】
ＰＳＡ法において、混合ガスから目的とするガス（製品ガス）を分離して得るとは、例えば、空気から酸素ガスを得ること、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有効ガス）を濃縮したり回収したりすること、または、有害ガスを含んだガスを浄化すること等をあげることができる。
【０００４】
また、上記吸着剤としては、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、窒素や炭酸ガスを易吸着ガスとする吸着剤としてはゼオライトモレキュラーシーブが用いられ、酸素を易吸着ガスとする吸着剤としてはカーボンモレキュラーシーブが用いられる。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用としては活性炭が用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＰＳＡ法における真空ポンプ２１は、設備費や運転費が多くかかり、また、回転体を備えているため、故障が多く、保守・点検も困難となっている。
【０００６】
そこで、上記真空ポンプ２１に代えて、エゼクターを用いることが考えられる。このエゼクターは、駆動に蒸気を使用するため経済的であり、また、真空ポンプと異なり、回転物を使用しないため、故障が少なく、保守・点検も容易である。しかしながら、上記エゼクターを用いる場合には、蒸気を発生させるためのエネルギーが必要になる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、エゼクターを用い、省エネルギー化できる混合ガス分離装置の提供をその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の混合ガス分離装置は、ＰＳＡ法により混合ガスから目的とするガスを分離する混合ガス分離装置であって、コージェネレーションシステムと、吸着剤に吸着した易吸着ガスを吸着剤から脱着し吸着剤を再生するための減圧に用いるエゼクターとを備え、コージェネレーションシステムで得られた電気および熱の少なくとも一方をエゼクターの駆動用の蒸気の発生に利用するという構成をとる。
【０００９】
本発明者らは、混合ガス分離装置において、吸着剤から易吸着ガスを脱着し吸着剤を再生するための減圧にエゼクターを用い、省エネルギー化できるようにすべく、鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、コージェネレーションシステムを利用すればよいと着想した。このコージェネレーションシステムは、電気と熱の両方を大量に必要とする工場等の施設で導入が進んでいる装置であり、石油や燃料ガス等を燃焼させて発電機を作動させることにより電気を得るとともに、その際に生じる熱エネルギー（排熱）を利用して給湯や暖房等の熱を得る装置である。したがって、コージェネレーションシステムで得た電気および熱の少なくとも一方を、エゼクター駆動に必要な蒸気発生のために利用すれば、混合ガス分離装置において、エゼクターを用い、省エネルギー化できることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【００１１】
図１は、本発明の混合ガス分離装置の一実施の形態を示している。この実施の形態では、混合ガス分離装置は、ＰＳＡ法により混合ガスから目的とするガス（製品ガス）を分離して得る装置であって、コージェネレーションシステム１と、吸着剤に吸着した易吸着ガスを吸着剤から脱着し吸着剤を再生するための減圧に用いるエゼクター２と、このエゼクター２の駆動用の蒸気を発生させるボイラー３とを備えている。そして、コージェネレーションシステム１で得られた電気は、混合ガス供給用の圧縮機４を作動させるモーター５の駆動用に利用されているとともに、上記ボイラー３の作動用にも利用されるようになっており、コージェネレーションシステム１で得られた熱は、上記ボイラー３に供給される水の昇温用に利用されるようになっている。
【００１２】
より詳しく説明すると、上記コージェネレーションシステム１は、ガスエンジン１ａ，ディーゼルエンジン，ガスタービン等の動力源と、その動力を利用して作動する発電機１ｂと、上記ガスエンジン１ａ等の動力源の排熱を利用する熱交換器１ｃとを備えている。そして、上記発電機１ｂは、上記モーター５およびボイラー３と電気的に接続されている。また、上記熱交換器１ｃは、水が供給され、その水を昇温させて熱湯として排出し、上記ボイラー３に供給するようになっている。
【００１３】
上記エゼクター２は、排出側がサージタンク６に接続されており、そのサージタンク６は、エゼクター２から排出される蒸気と吸着剤から脱着した易吸着ガスとを貯留するようになっている。貯留された蒸気は、冷却されて液体（熱湯）となり、ポンプ７により、上記コージェネレーションシステム１の熱交換器１ｃから上記ボイラー３に供給される熱湯とともに、ボイラー３に供給されるようになっている。また、貯留された易吸着ガスは、オフガスとしてボンベに回収されたり大気放出されたりするようになっている。
【００１４】
このような混合ガス分離装置は、つぎのようにして用いられる。すなわち、まず、コージェネレーションシステム１のガスエンジン１ａ等に燃料ガスを供給し、そのガスエンジン１ａ等を作動させて発電機１ｂを作動させるとともに、熱交換器１ｃに水を供給する。そして、その発電機１ｂで得た電気によりモーター５を駆動させて圧縮機４を作動させ、混合ガスを吸着剤が充填された吸着槽８に供給する。これにより、混合ガスのうち易吸着ガスが吸着剤に吸着し、難吸着ガスが吸着槽８を通過して目的とするガス（製品ガス）として得られる。一方、上記熱交換器１ｃに供給された水は、熱湯となって排出され、ボイラー３に供給される。そして、そのボイラー３で蒸気を発生させてエゼクター２に供給し、そのエゼクター２を駆動させる。このエゼクター２の駆動により、吸着槽８内が減圧され、吸着剤に吸着した易吸着ガスが吸着剤から脱着され吸着剤が再生される。そして、上記エゼクター２から蒸気と易吸着ガスとが排出され、サージタンク６に貯留される。そして、貯留された蒸気は、冷却されて液体（熱湯）となり、ポンプ７により、上記コージェネレーションシステム１の熱交換器１ｃから上記ボイラー３に供給される熱湯とともに、ボイラー３に供給される。また、貯留された易吸着ガスは、オフガスとしてボンベに回収されたり大気放出されたりする。このようにして、上記混合ガス分離装置が用いられる。
【００１５】
このような混合ガス分離装置によれば、吸着剤に吸着した易吸着ガスを吸着剤から脱着し吸着剤を再生するための減圧にエゼクター２を用いているため、故障が少なく、保守・点検も容易である。また、エゼクター２は、駆動に蒸気を使用するため経済的である。さらに、その蒸気の発生に、コージェネレーションシステム１で得られた電気および熱（熱湯）を利用しているため、省エネルギー化することができる。
【００１６】
特に、上記混合ガス分離装置では、混合ガス供給用の圧縮機４を作動させるモーター５の駆動用に、コージェネレーションシステム１で得られた電気を利用しているため、より省エネルギー化することができる。
【００１７】
なお、上記実施の形態では、コージェネレーションシステム１で得られた電気をモーター５やボイラー３に利用しているが、それらに利用しなくてもよく、上記混合ガス分離装置以外の装置等における他の電気機器に利用すること等もできる。
【００１８】
また、上記ボイラー３に代えて、蒸気発生用の電気機器を用い、その電源として、コージェネレーションシステム１で得られた電気を利用してもよい。
【００１９】
図２は、本発明の混合ガス分離装置の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、混合ガス分離装置は、コージェネレーションシステム１の熱交換器１ｃで蒸気を発生させることができるものとなっている。そのため、上記実施の形態の混合ガス分離装置において、ボイラー３およびボイラー３と発電機１ｂとの電気的接続が設けられていないものとなっている。また、サージタンク６内の熱湯は、ポンプ７により上記熱交換器１ｃに供給されるようになっている。また、必要に応じて水が上記熱交換器１ｃに供給されるようになっている。そして、その熱湯や水が上記熱交換器１ｃで蒸気となり、エゼクター２に供給されるようになっている。それ以外は、上記実施の形態と同様であり、同様の部分には、同じ符号を付している。
【００２０】
このような混合ガス分離装置によっても、上記実施の形態の混合ガス分離装置と同様の効果を奏する。さらに、ボイラー３が設けられていないことから、より省エネルギー化することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の混合ガス分離装置は、ＰＳＡ法により混合ガスから目的とするガスを分離する混合ガス分離装置であって、吸着剤に吸着した易吸着ガスを吸着剤から脱着し吸着剤を再生するための減圧にエゼクターを用いているため、故障が少なく、保守・点検も容易である。また、エゼクターは、駆動に蒸気を使用するため経済的である。さらに、その蒸気の発生に、コージェネレーションシステムで得られた電気および熱の少なくとも一方を利用しているため、省エネルギー化することができる。
【００２２】
また、本発明の混合ガス分離装置において、コージェネレーションシステムで得た電気を混合ガス供給用の圧縮機の作動に利用する場合には、より省エネルギー化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の混合ガス分離装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の混合ガス分離装置の他の実施の形態を示す説明図である。
【図３】従来の混合ガス分離装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１コージェネレーションシステム
２エゼクター

Claims

圧力スイング吸着式分離法により混合ガスから目的とするガスを分離する混合ガス分離装置であって、コージェネレーションシステムと、吸着剤に吸着した易吸着ガスを吸着剤から脱着し吸着剤を再生するための減圧に用いるエゼクターとを備え、コージェネレーションシステムで得られた電気および熱の少なくとも一方をエゼクターの駆動用の蒸気の発生に利用することを特徴とする混合ガス分離装置。
コージェネレーションシステムで得た電気を混合ガス供給用の圧縮機の作動に利用する請求項１記載の混合ガス分離装置。
コージェネレーションシステムが、ガスエンジンと、その動力を利用する発電機と、ガスエンジンの排熱を利用する熱交換器とを備え、この熱交換器で得られた熱をエゼクター駆動用の蒸気の発生に利用する請求項１または２記載の混合ガス分離装置。