JP3954953B2 - Adsorption device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力変動吸着(PSA)法または熱変動吸着(TSA)法などを利用して、吸着剤に吸着し易いガスまたは吸着し難いガスを混合ガス中から分離、精製または濃縮するための吸着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
混合ガス中に含まれる、たとえば窒素、酸素、水素、炭酸ガス、メタンおよび水分などのガスを分離、精製または濃縮する場合には、PSA法またはTSA法を利用して、吸着剤を吸着槽内に充填した吸着装置がよく用いられる。このような従来の吸着装置の一例を図6に示す。
【0003】
図6に示すように、吸着塔101は、上部ガス通過口102と下部ガス通過口103とを有している。吸着塔101の塔内部の下方には、貫通孔を複数形成した多孔板150aが設けられ、この多孔板150aの上面は、金網150bで覆われている。この上面が金網150bで覆われた多孔板150aに対しアルミナ粒子層108、ゼオライト層107およびセラミックボール層106が各層間に金網109a,109bを介して積層形成されている。なお、このセラミックボール層106は、吸着層として形成されたアルミナ粒子層108およびゼオライト層107を構成する吸着剤が上昇するガス流れで流動化することを抑制するために設けられている。
【0004】
このような吸着装置では、下部ガス通過口103から吸着塔101内に混合ガスを送り込むと、混合ガスは、多孔板150aの貫通孔および金網150bを通り抜けてアルミナ粒子層108およびゼオライト層107に流れ込み、混合ガス中の所定のガス成分(たとえば、空気中の水蒸気と窒素)がアルミナ粒子層108およびゼオライト層107内の各吸着剤に選択的に吸着される。吸着されなかったガスは、セラミックボール層106を通り抜けて上部ガス通過口102から吸着塔101の塔外へ排出される。
【0005】
このようにしてアルミナ粒子層108およびゼオライト層107に充填されている各吸着剤による所定ガス成分の吸着が飽和状態になった場合、混合ガスの供給を停止する一方、上部ガス通過口102から吸着塔101内にパージガスを送り込むことにより、各吸着剤に吸着された所定のガス成分を当該吸着剤から脱着させ、下部ガス通過口103から吸着塔101の塔外へ排出して回収する。以上の操作を繰り返し行うことにより、混合ガスから所定のガス成分を精製することができる。
【0006】
このような構成の吸着装置において、吸着容量を高めたり、処理ガス量を大きくする方法として、充填高さを高くする方法または吸着剤床の床面積を大きくする方法などが考えられる。しかし、充填高さを高くする方法では、混合ガスが吸着剤を通過する際の抵抗が大きくなるため圧力損失が増大し、吸着処理に要する動力を大きくしなければ、処理速度を高くすることができない。また、吸着剤床の床面積を大きくする方法では、吸着装置の設置面積が大きくなり不利であるとともに、吸着剤層を通過するガスが偏流してしまう可能性も大きくなる。
【0007】
消費動力や設置面積を大きくしなくとも処理ガス量を大きくできる吸着装置の一例としては、吸着塔内に垂直な吸着層を設け、吸着塔の側面より水平方向に混合ガスを流入することにより所要ガスの分離精製を行う装置が公知となっている。(例えば、特許文献1参照。)
【0008】
【特許文献1】
特開平5−146624号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1において開示されている吸着装置において、吸着塔への吸着剤の充填は、当該吸着塔を横に倒して吸着塔の側面に設けられた吸着剤導入管より導入することにより行われる。そのため、吸着剤の導入が非常に手間であり、また吸着剤を均一に充填するために複数の吸着剤導入管が必要となりコスト的にも作業効率的にも不利である。加えて、吸着剤を充填後、吸着塔を垂直に設置して吸着操作を繰り返していくと、吸着剤層が圧縮されることになる。そのため、それにより生じる吸着塔頭部の空間をガスが通り抜けるのを防ぐべく、吸着塔頭部に加圧装置を伴うシール構造を設ける必要があり、構造が複雑である。さらに、実際に当該吸着装置を用いて混合ガスの分離精製を行う際、吸着塔の側面に設けられたガス導入口から導入された混合ガスが吸着剤層に対し均一に導入されるようにガス分配用コレクターを設けているが、装置構成上、ガス導入口およびガス導出口付近(吸着塔の高さ方向中央部)の方が吸着剤層に対しガスが流れ易い。そのため、吸着剤層に対して混合ガスの偏流が生じ、特に吸着剤層の上端部および下端部付近の吸着剤を十分に活用できないと考えられる。
【0010】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、上述したような問題がなく、コンパクトかつ構造がシンプルで、処理ガス量を大きくすることができる吸着装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【0012】
すなわち、本発明の第1の側面によれば、吸着装置は、上部ガス通過口と下部ガス通過口と上部ガス通過口と下部ガス通過口との間の側壁に設けた中間ガス通過口とを備える筒状の吸着塔と、ガス透過性を有する第1仕切部材とガス透過性を有する第2仕切部材と第1仕切部材と第2仕切部材との間を隔てて支持することによりガス通過空間部を形成するための複数の支持部材とを備えており前記側壁の内面に沿って上下動可能で且つ中間ガス通過口とガス通過空間部とが連通するように設けられた仕切構造体と、仕切構造体の上下両側に充填された充填材と、を備えていることを特徴としている。
【0013】
仕切構造体を設けることにより、吸着塔を2分割することになる。したがって、仕切構造体を設けていない同サイズの吸着塔と比較して混合ガスの処理を行う面積を2倍確保したのと同様の効果が得られるとともに、吸着塔自体の径を大きくしたのではないため、設置面積の増大や大きい径を有する吸着塔に生じ易いガスの偏流も防ぐことができる。つまり、コンパクトで、かつ処理ガス量が大きい吸着装置を提供することができる。さらに、仕切構造体で充填材を仕切ることにより、仕切り構造体の上下各々における充填材の充填高さを小さくできるので、吸着塔のほぼ全高さにわたって充填材による累積的流れ抵抗を受ける場合と比べ、充填材による流れ抵抗が低減される。
【0014】
また、仕切構造体を上下動可能としたことで仕切構造体の自重および仕切構造体の上側に充填された充填材の重みにより仕切構造体が下方に移動可能である。そのため、仕切構造体の下側に充填された充填材が運転中の振動やガス流れなどで圧密状態になり、層が圧縮された場合でも、仕切構造体と仕切構造体の下側に充填された充填材との間に空間が形成されることを防ぐことができる。したがって、当該空間を生じないようにするために加圧装置などを別途設ける必要はなく、装置の構成が簡略化される。
【0015】
さらに、吸着塔内の充填材は、たとえば吸着塔を垂直に設置した状態で上部ガス通過口から順に充填できる。そのため、充填材を充填する際に吸着塔を横に倒したり、吸着塔の側面に充填材を導入するための導入口を別途設けたりする必要がなく、コスト的にも作業効率的にも優れている。
【0016】
好ましくは、第1および第2仕切部材は、第1および第2仕切部材と側壁の内面との間における充填材の移動を防ぐためのシール材を備えるシール構造を有している。
【0017】
第1および第2仕切部材にシール材を備えたシール構造を設けたことにより、第1および第2仕切部材と側壁の内面との間の隙間を介しての充填材の移動を防ぐことが可能となる。したがって、より効果的に混合ガスの処理が行えるとともに、充填材の流出などの不具合を抑制することができる。なお、第1および第2仕切部材は、平板状金網、多孔板または平板状金網と多孔板との積層板からなることが好ましい。
【0018】
好ましくは、充填材は、仕切構造体の上下各々で複数の層を形成し、前記充填材の層は、仕切構造体の上下で対称となるように積層形成されている。仕切構造体の上下で対称となるように充填材を積層形成することにより、仕切構造体の上下における充填材の充填状態の違い、つまり流れ抵抗の違いに起因するガスの片流れを抑制することができる。そのため、より効果的に混合ガスの処理を行うことができる。なお、充填材としては、ガス分散用ボールからなる層と少なくとも1つの吸着剤からなる層とを形成していることが好ましい。
【0019】
本発明の第2の側面によれば、吸着装置は、上部ガス通過口と下部ガス通過口と上部ガス通過口と下部ガス通過口との間の側壁に上下に間隔をあけて設けた複数の中間ガス通過口とを備える筒状の吸着塔と、ガス透過性を有する第1仕切部材と、ガス透過性を有する第2仕切部材と、第1仕切部材と第2仕切部材との間にガス通過空間部を形成するための複数の支持部材とを備え、かつ中間ガス通過口とガス通過空間部とが連通するように設けられた側壁の内面に沿って上下動可能な複数の仕切構造体と、各仕切構造体の上下両側に充填された充填材と、を備えていることを特徴としている。
【0020】
このような構成としたことにより、たとえば中間ガス通過口および仕切構造体を3つずつ設けた場合において、仕切構造体により吸着塔を4分割することになる。そのため、仕切構造体を設けていない同サイズの吸着塔と比較して混合ガスの処理を行う面積を4倍確保したのと同様の効果が得られるとともに、吸着塔自体の径を大きくしたのではないため、設置面積の増大や大きい径を有する吸着塔に生じ易いガスの偏流も抑制することができる。したがって、コンパクトで、かつ処理ガス量がより大きい吸着装置を提供することができる。さらに、吸着塔を4以上に分割することにより、充填材の充填高さもより小さくできるので、充填材による流れ抵抗も低減される。
【0021】
本発明のその他の利点および特徴については、以下に行う発明の実施形態の説明から、より明らかとなるであろう。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施形態に係る吸着装置X1を、図1および図2を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態を示す破断正面図であり、図2は、その要部拡大図である。なお、本実施形態においては、PSA法またはTSA法により空気から酸素を製造するのに適した吸着装置として説明する。
【0023】
図1に示したように、筒状をなす吸着塔1は、その上端に設けられた吸着塔1の内部と外部を連通させてガスを流す上部ガス通過口2と、当該吸着塔1の下端に設けられた吸着塔1の内部と外部を連通させてガスを流す下部ガス通過口3と、上部ガス通過口2と下部ガス通過口3との間の吸着塔1の側壁10に設けられた中間ガス通過口4とを備えている。
【0024】
本実施形態においては、上部ガス通過口2および下部ガス通過口3を混合ガスを導入するためのガス入口とし、中間ガス通過口4を吸着されなかったガスを塔外へ排出するためのガス出口として説明するが、中間ガス通過口4をガス入口、上部ガス通過口2および下部ガス通過口3をガス出口とすることも可能である。
【0025】
図1に示したように、吸着塔1の内部には、仕切構造体5と、仕切構造体5の上下両側に充填材を充填して形成される第1充填材層6a,6b、第2充填材層7a,7bおよび第3充填材層8a,8bと、第1ないし第3充填材層の各層間を仕切る仕切り体9a,9b,9c,9dとが、第1充填材層6a−仕切り体9a−第2充填材層7a−仕切り体9b−第3充填材層8a−仕切構造体5−第3充填材層8b−仕切り体9c−第2充填材層7b−仕切り体9d−第1充填材層6bの順で積層するように設けられている。なお、仕切り体9a,9b,9c,9dとしては、平板状金網が好ましいが、後述する仕切り部材50,51と同様のものを用いてもよい。
【0026】
仕切構造体5は、第1仕切部材50と、第2仕切部材51と、第1仕切部材50と第2仕切部材51との間を隔てて支持することによりガス通過空間部5´を形成するための複数の支持部材52とを備えている。また、仕切構造体5は、側壁10の内面10aに沿って上下動可能で、かつ中間ガス通過口4とガス通過空間部5´とが連通するように設けられている。なお、仕切構造体5が上下動しても中間ガス通過口4とガス通過空間部5´との連通状態を確保できるように、中間ガス通過口4の口径より第1仕切部材50と第2仕切部材51との間隔がある程度大きくなるようにガス通過空間部5´が形成されている。
【0027】
第1および第2仕切部材50,51は、第3充填材層8a,8bとガス通過空間部5´とを仕切るために設けられており、上部ガス通過口2および下部ガス通過口3より導入された混合ガスが第3充填材層8a,8bならびに第1および第2仕切部材50,51を介してガス通過空間部5´に流入できるようにガス透過性を有している。この第1および第2仕切部材50,51としては、ガスの通過が良好で、かつ各充填材を通過させないものが好ましく、平板状金網、多孔板、あるいはこの平板状金網と多孔板との積層板などが挙げられる。
【0028】
第1および第2仕切部材50,51には、シール構造53が設けられている。
【0029】
シール構造53は、シール材53aと、押さえ部材53b,53cと、ボルト53dおよびナット53eとを有して、構成されている。シール構造53は、図2にその一例を示したように、多孔板50aおよび平板状金網50bからなる第1仕切り部材50の平板状金網50b側にシール材53aを載置した上で、多孔板50a側および平板状金網50b側の両側から押さえ部材53b,53cによって挟み、ボルト53dおよびナット53eを用いて固定することにより形成される。
【0030】
シール材53aは、図2によく表れているように、たとえば第1仕切部材50および第2仕切部材51と側壁10の内面10aとの間の隙間を介しての充填材の移動を防ぐために設けられており、その外径は、吸着塔1の側壁10の内径より若干大きくすること(図2の二点鎖線参照)が効果的にシール効果を得る上で好ましい。また、図3(a),(b)に示したように、仕切構造体5の上下動に関わらず圧力のかかる方向に対して、より効果的となるようにシール材53aが予めしなっている略U字型のものを用いてもよい。なお、シール材53aとしては、ゴム、合成樹脂、紙、ガラス繊維または木材などのうちから少なくとも1つを用いて構成されたものが挙げられる。
【0031】
支持部材52は、ロストル構造となるように第1仕切部材50と第2仕切部材51との間に設けられている。このロストル構造は、図4に一例として示したように、複数(図面上は4つ)の円筒状の支持部材52と、この支持部材52の内径より断面の外径が若干小さい複数(図面上は4つ)支持部材固定用突起52aをガス通過空間部5´形成側に設けた第1および第2仕切部材50,51とを、支持部材52と支持部材固定用突起52aとの位置を合わせて組み合わせることにより形成されるが、このようなものに限らず、たとえば予め支持部材52の一端を第1および第2仕切部材50,51のいずれか一方に固定するようにしてもよいし、支持部材52の両端をそれぞれ第1および第2仕切部材50,51に固定するようにしてもよい。
【0032】
第1充填材層6a,6bには、ガス分散用ボールとしてセラミックボールもしくは金属ボールが充填されている。第1充填材層6bは、充填されたガス分散用ボールの重みを利用して第2充填材層7a,7bおよび第3充填材層8a,8bに充填されている充填材が流動化するのを抑制することができる。第1充填材層6aは、下部ガス通過口3から導入した混合ガスが仕切構造体5の上下における抵抗の違いによる片流れを抑制するために第1充填材層6bに相当する抵抗を得る目的で設けられている。
【0033】
第2充填材層7a,7bには、アルミナ粒子が充填されている。アルミナ粒子の粒子径は、1〜5mmであることが好ましい。粒子径が1mm未満の場合、圧力損失が大きくなるおそれがあり、粒子径が5mmを超える場合、細孔への拡散速度が律速となり、吸着速度が遅くなるおそれがある。また、第3充填材層8a,8bには、ゼオライトが充填されている。ゼオライトの粒子径は、1〜5mmであることが好ましい。粒子径が1mm未満の場合、圧力損失が大きくなるおそれがあり、粒子径が5mmを超える場合、細孔への拡散速度が律速となり、吸着速度が遅くなるおそれがある。なお、第2充填材層7a,7bと第3充填材層8a,8bとは、ガスの流れ方向などに応じて充填順を入れ換えてもよい。
【0034】
本実施形態において、PSA法またはTSA法により空気から酸素を製造するのに適した吸着装置として説明したが、上述したものに限られず必要に応じて充填材の組み合わせを変えることなどにより、たとえば窒素、水素、炭酸ガス、メタン、水分などのガスの分離精製や濃縮などにも適用可能である。
【0035】
以上のような構成を有する吸着装置X1においては、仕切構造体5を設けることにより、吸着塔1を上下両側に2分割することになる。したがって、仕切構造体5を設けていない同サイズの吸着塔と比較して混合ガスの処理を行う面積を2倍確保したのと同様の効果が得られるとともに、吸着塔1自体の径を大きくしたのではないため、設置面積の増大や大きい径を有する吸着塔に生じ易いガスの偏流も防ぐことができる。つまり、コンパクトで、かつ処理ガス量が大きい吸着装置とすることができる。加えて、仕切構造体5で充填材層6a,7a,8aと充填材層6b,7b,8bとを仕切ることにより、仕切り構造体5の上下各々における充填材の充填高さを小さくできるので、吸着塔のほぼ全高さにわたって充填材による累積的流れ抵抗を受ける場合と比べ、充填材による流れ抵抗が低減される。また、仕切構造体5を上下動可能としたことで仕切構造体5の自重および各充填材層6b,7b,8bに充填された充填材の重みにより仕切構造体5が下方に移動可能である。そのため、各充填材層6a,7a,8aが運転中の振動やガス流れなどで圧密状態になり、層が圧縮された場合でも、たとえば仕切構造体5と第3充填材層8aとの間に空間が形成されることを防ぐことができる。したがって、当該空間を生じないようにするために加圧装置などを別途設ける必要はなく、装置の構成を簡略化することができる。さらに、吸着塔1内の各充填材層6a,6b,7a,7b,8a,8bの形成は、吸着塔1を垂直に設置した状態で上部ガス通過口2側から順に充填材を充填することにより行うことができる。そのため、充填材を充填する際に吸着塔1を横に倒したり、吸着塔1の側面10に充填材を導入する導入口を別途設けたりする必要がなく、コスト的にも作業効率的にも優れている。
【0036】
第1および第2仕切部材50,51にシール構造53を設けたことにより、第1および第2仕切部材50,51と側壁10の内面10aとの間の隙間を介しての充填材の移動を防ぐことができる。したがって、より効果的に混合ガスの処理が行えるとともに、充填材の流出などの不具合を抑制することができる。また、シール構造53を設けたことで、第1および第2仕切部材50,51と吸着塔1の側壁10との間の寸法精度は厳密に要求されずに済む。
【0037】
仕切構造体5の上下で対称となるように各充填材層6a,6b,7a,7b,8a,8bを積層形成することにより、仕切構造体5の上下における充填材の充填状態の違い、つまり流れ抵抗の違いに起因するガスの片流れを抑制することができる。そのため、より効果的に混合ガスの処理を行うことができる。
【0038】
本発明の第2の実施形態に係る排ガス処理装置X2を、図5を参照して具体的に説明する。図5は、本発明の第2の実施形態を示す概略構成図である。この図においては、先に説明した吸着装置X1と同一または同種の部材または要素については、同一の符号を付してあり、それらのものについての重複説明は省略するものとする。
【0039】
本実施形態において、図5に示したように、筒状をなす吸着塔1´は、上部ガス通過口2と、下部ガス通過口3と、上部ガス通過口2と下部ガス通過口3との間の吸着塔1の側壁10に設けられた中間ガス通過口4a,4b,4cとを備えている。
【0040】
本実施形態においては、上部ガス通過口2、下部ガス通過口3および中間ガス通過口4bを混合ガスを導入するためのガス入口とし、中間ガス通過口4a,4cを吸着されなかったガスを塔外へ排出するためのガス出口とするが、上部ガス通過口2、下部ガス通過口3および中間ガス通過口4bをガス出口、中間ガス通過口4a,4cをガス入口とすることも可能である。
【0041】
図5に示したように、吸着塔1´の内部には、仕切構造体5a,5b,5cと、各仕切構造体5a,5b,5cの上下両側に充填された第1充填材層6a〜6dと、第2充填材層7a〜7dと、第3充填材層8a〜8dと、第1ないし第3充填材層の各層間を仕切る仕切り体9a〜9hが、第1充填材層6a−仕切り体9a−第2充填材層7a−仕切り体9b−第3充填材層8a−仕切構造体5a−第3充填材層8b−仕切り体9c−第2充填材層7b−仕切り体9d−第1充填材層6b−仕切構造体5b−第1充填材層6c−仕切り体9e−第2充填材層7c−仕切り体9f−第3充填材層8c−仕切構造体5c−第3充填材層8d−仕切り体9g−第2充填材層7d−仕切り体9h−第1充填材層6dの順で積層するように設けられている。
【0042】
以上のような構成を有する吸着装置X2においては、仕切構造体5a,5b,5cにより、吸着塔1´を4分割することになる。したがって、仕切構造体5a,5b,5cを設けていない同サイズの吸着塔と比較して混合ガスの処理を行う面積を4倍確保したのと同様の効果が得られるとともに、吸着塔1´自体の径を大きくしたのではないため、設置面積の増大や大きい径を有する吸着塔に生じ易いガスの偏流も防ぐことができる。つまり、コンパクトで、かつ処理ガス量がより大きい吸着装置とすることができる。さらに、吸着塔1´を4分割することにより、充填材の充填高さも小さくできるので、充填材による流れ抵抗も低減される。
【0043】
本実施形態において、仕切構造体5a,5b,5cおよび中間ガス通過口4a,4b,4cを設け、吸着塔1´を4分割した場合の吸着装置X2において説明したが、上述したものに限られず、吸着塔は、仕切構造体を用いて6以上の偶数個に分割することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態にかかる吸着装置の破断正面図である。
【図2】図1の要部拡大図、図中の鎖線は、本発明の第1の実施形態にかかる吸着装置を構成する吸着塔の側面に接していない場合の状態を表す。
【図3】図1の要部拡大図である。
【図4】本発明の第1の実施形態にかかる吸着装置を構成する仕切構造体の分解斜視図および組立斜視図である。
【図5】本発明の第2の実施形態にかかる吸着装置の破断正面図である。
【図6】従来の吸着装置の破断正面図である。
【符号の説明】
X1,X2 吸着装置
1,1´ 吸着塔
2 上部ガス通過口
3 下部ガス通過口
4,4a,4b,4c 中間ガス通過口
5,5a,5b,5c 仕切構造体
5´ ガス通過空間部
6a〜6d 第1充填材層(ガス分散用ボールからなる層)
7a〜7d 第2充填材層(吸着剤からなる層)
8a〜8d 第3充填材層(吸着剤からなる層)
9a〜9h 仕切り体
10 (吸着塔1の)側壁
10a (側壁10の)内面
50 第1仕切部材
50a 多孔板
50b 平板状金網
51 第2仕切部材
52 支持部材
52a 支持部材固定用突起
53 シール構造
53a シール材
53b,53c 押さえ部材
53d ボルト
53e ナット
101 吸着塔
102 上部ガス通過口
103 下部ガス通過口
106 セラミックボール層
107 ゼオライト層
108 アルミナ粒子層
109a,109b 金網
150a 多孔板
150b 金網[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a pressure fluctuation adsorption (PSA) method or a heat fluctuation adsorption (TSA) method to separate, purify, or concentrate a gas that is easily or hardly adsorbed by an adsorbent from a mixed gas. The present invention relates to an adsorption device.
[0002]
[Prior art]
When separating, purifying or concentrating gases such as nitrogen, oxygen, hydrogen, carbon dioxide, methane and moisture contained in the mixed gas, the PSA method or TSA method is used to place the adsorbent in the adsorption tank. Adsorbers filled in are often used. An example of such a conventional adsorption apparatus is shown in FIG.
[0003]
As shown in FIG. 6, the
[0004]
In such an adsorption apparatus, when the mixed gas is fed into the
[0005]
In this way, when the adsorption of the predetermined gas component by each adsorbent filled in the
[0006]
In the adsorption apparatus having such a configuration, as a method of increasing the adsorption capacity or increasing the amount of processing gas, a method of increasing the filling height or a method of increasing the floor area of the adsorbent bed can be considered. However, in the method of increasing the filling height, the pressure loss increases because the resistance when the mixed gas passes through the adsorbent increases, and the processing speed can be increased unless the power required for the adsorption treatment is increased. Can not. In addition, the method of increasing the floor area of the adsorbent bed is disadvantageous because the installation area of the adsorption device is increased, and the possibility that the gas passing through the adsorbent layer drifts increases.
[0007]
As an example of an adsorption device that can increase the amount of processing gas without increasing the power consumption and installation area, a vertical adsorption layer is provided in the adsorption tower, and the mixed gas flows in from the side of the adsorption tower in the horizontal direction. Devices for separating and purifying gas are known. (For example, refer to Patent Document 1.)
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-5-146624 [0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the adsorption apparatus disclosed in Patent Document 1, the adsorption column is filled with the adsorbent by introducing the adsorbent from the adsorbent introduction pipe provided on the side surface of the adsorption tower while the adsorption tower is turned sideways. Is called. Therefore, the introduction of the adsorbent is very troublesome, and a plurality of adsorbent introduction pipes are required to uniformly fill the adsorbent, which is disadvantageous in terms of cost and work efficiency. In addition, if the adsorption operation is repeated after the adsorbent is filled and the adsorption tower is installed vertically, the adsorbent layer is compressed. Therefore, in order to prevent gas from passing through the space of the adsorption tower head generated thereby, it is necessary to provide a seal structure with a pressurizing device at the adsorption tower head, and the structure is complicated. Further, when the mixed gas is actually separated and purified using the adsorption device, the gas is introduced so that the mixed gas introduced from the gas inlet provided on the side surface of the adsorption tower is uniformly introduced into the adsorbent layer. Although a distribution collector is provided, the gas flows more easily to the adsorbent layer in the vicinity of the gas inlet and the gas outlet (in the center in the height direction of the adsorption tower) due to the device configuration. Therefore, the mixed gas drifts with respect to the adsorbent layer, and it is considered that the adsorbent near the upper end and lower end of the adsorbent layer cannot be fully utilized.
[0010]
The present invention has been devised under such circumstances, and provides an adsorption device that does not have the above-described problems, is compact and simple in structure, and can increase the amount of processing gas. For the purpose.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
[0012]
That is, according to the first aspect of the present invention, the adsorption device includes an upper gas passage opening, a lower gas passage opening, an intermediate gas passage opening provided on a side wall between the upper gas passage opening and the lower gas passage opening. A gas passage space by supporting a cylindrical adsorption tower, a first partition member having gas permeability, a second partition member having gas permeability, and a first partition member and a second partition member. A partition structure provided with a plurality of support members for forming a portion, movable up and down along the inner surface of the side wall, and provided so that the intermediate gas passage port and the gas passage space portion communicate with each other. And a filler filled on both upper and lower sides of the partition structure.
[0013]
By providing the partition structure, the adsorption tower is divided into two. Therefore, it is possible to obtain the same effect as securing twice the area for processing the mixed gas as compared with the same size adsorption tower not provided with the partition structure, and to increase the diameter of the adsorption tower itself. Therefore, it is possible to prevent an increase in the installation area and a gas drift that easily occurs in an adsorption tower having a large diameter. That is, it is possible to provide an adsorption device that is compact and has a large amount of processing gas. Furthermore, by dividing the packing material with the partition structure, the packing height of the packing material at each of the upper and lower sides of the partition structure can be reduced, so that compared with the case where the cumulative flow resistance due to the packing material is applied over almost the entire height of the adsorption tower. The flow resistance due to the filler is reduced.
[0014]
In addition, since the partition structure can be moved up and down, the partition structure can be moved downward by the weight of the partition structure and the weight of the filler filled above the partition structure. For this reason, even when the filler filled in the lower side of the partition structure becomes compacted due to vibration or gas flow during operation and the layer is compressed, the partition structure and the lower side of the partition structure are filled. It is possible to prevent a space from being formed with the filler. Therefore, it is not necessary to separately provide a pressurizing device or the like so as not to generate the space, and the configuration of the device is simplified.
[0015]
Furthermore, the packing material in the adsorption tower can be filled in order from the upper gas passage port, for example, with the adsorption tower installed vertically. Therefore, there is no need to lay the adsorption tower sideways when filling the packing material or to provide a separate inlet for introducing the packing material on the side of the adsorption tower, which is excellent in terms of cost and work efficiency. ing.
[0016]
Preferably, the first and second partition members have a seal structure including a seal material for preventing movement of the filler between the first and second partition members and the inner surface of the side wall.
[0017]
By providing the first and second partition members with the seal structure provided with the seal material, it is possible to prevent the filler from moving through the gap between the first and second partition members and the inner surface of the side wall. It becomes. Therefore, the mixed gas can be processed more effectively, and problems such as the outflow of the filler can be suppressed. In addition, it is preferable that a 1st and 2nd partition member consists of a laminated sheet of a flat metal mesh, a perforated plate, or a flat metal mesh and a perforated plate.
[0018]
Preferably, the filler forms a plurality of layers above and below the partition structure, and the layers of the filler are laminated so as to be symmetrical above and below the partition structure. By stacking the fillers so as to be symmetrical above and below the partition structure, it is possible to suppress a difference in the filling state of the fillers above and below the partition structure, that is, to suppress a single gas flow caused by a difference in flow resistance. it can. Therefore, the mixed gas can be more effectively processed. As the filler, it is preferable to form a layer made of gas dispersing balls and a layer made of at least one adsorbent.
[0019]
According to the second aspect of the present invention, the adsorption device includes a plurality of upper and lower gas passage ports, a plurality of gas passages provided on the side walls between the upper gas passage port and the upper gas passage port and the lower gas passage port. A cylindrical adsorption tower having an intermediate gas passage port, a first partition member having gas permeability, a second partition member having gas permeability, and a gas between the first partition member and the second partition member A plurality of partition members that can move up and down along the inner surface of the side wall provided so as to communicate with the intermediate gas passage port and the gas passage space portion. And a filler filled on both upper and lower sides of each partition structure.
[0020]
By adopting such a configuration, for example, when three intermediate gas passage ports and three partition structures are provided, the adsorption tower is divided into four by the partition structure. Therefore, it is possible to obtain the same effect as securing the mixed gas processing area four times as large as the adsorption tower of the same size without the partition structure, and to increase the diameter of the adsorption tower itself. no, it is possible to suppress nonuniform flow of easy gas generated in the adsorption tower having an increased or greater diameter of the footprint. Therefore, it is possible to provide an adsorption device that is compact and has a larger amount of processing gas. Further, by dividing the adsorption tower into four or more, the filling height of the filler can be made smaller, so that the flow resistance due to the filler is also reduced.
[0021]
Other advantages and features of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments of the invention.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The adsorption device X1 according to the first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is a cutaway front view showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part thereof. In the present embodiment, a description will be given of an adsorption apparatus suitable for producing oxygen from air by the PSA method or the TSA method.
[0023]
As shown in FIG. 1, a cylindrical adsorption tower 1 includes an
[0024]
In the present embodiment, the upper
[0025]
As shown in FIG. 1, the inside of the adsorption tower 1 includes a
[0026]
The
[0027]
The first and
[0028]
The first and
[0029]
The
[0030]
As shown in FIG. 2, the
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The second filler layers 7a and 7b are filled with alumina particles. The particle diameter of the alumina particles is preferably 1 to 5 mm. When the particle diameter is less than 1 mm, the pressure loss may increase, and when the particle diameter exceeds 5 mm, the diffusion rate into the pores is rate-determining and the adsorption rate may be decreased. The
[0034]
In the present embodiment, the adsorption apparatus suitable for producing oxygen from air by the PSA method or the TSA method has been described. However, the present invention is not limited to the above-described adsorption device, and for example, by changing the combination of fillers as necessary, for example, nitrogen It can also be applied to separation, purification and concentration of gases such as hydrogen, carbon dioxide, methane, and moisture.
[0035]
In the adsorption device X1 having the above-described configuration, by providing the
[0036]
By providing the first and
[0037]
By stacking the
[0038]
The exhaust gas treatment device X2 according to the second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. In this figure, the same or similar members or elements as those of the adsorption device X1 described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
[0039]
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the cylindrical adsorption tower 1 ′ includes an upper
[0040]
In the present embodiment, the upper
[0041]
As shown in FIG. 5, the inside of the adsorption tower 1 ′ includes
[0042]
In the adsorption device X2 having the above-described configuration, the adsorption tower 1 ′ is divided into four by the
[0043]
In the present embodiment, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cutaway front view of an adsorption device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. 1, and a chain line in the drawing represents a state where the side of the adsorption tower constituting the adsorption apparatus according to the first embodiment of the present invention is not touched.
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG. 1;
FIGS. 4A and 4B are an exploded perspective view and an assembled perspective view of a partition structure constituting the suction device according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 5 is a cutaway front view of an adsorption device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cutaway front view of a conventional adsorption device.
[Explanation of symbols]
X1, X2 Adsorber 1, 1 '
7a-7d 2nd filler layer (layer which consists of adsorption agent)
8a-8d 3rd filler layer (layer which consists of adsorption agent)
9a to 9h
Claims (6)
ガス透過性を有する第1仕切部材と、ガス透過性を有する第2仕切部材と、前記第1仕切部材と前記第2仕切部材との間を隔てて支持することによりガス通過空間部を形成するための複数の支持部材とを備えており、前記側壁の内面に沿って上下動可能で、かつ前記中間ガス通過口と前記ガス通過空間部とが連通するように設けられた仕切構造体と、
前記仕切構造体の上下両側に充填された充填材と、を備えていることを特徴とする、吸着装置。A cylindrical adsorption tower comprising an upper gas passage, a lower gas passage, and an intermediate gas passage provided in a side wall between the upper gas passage and the lower gas passage;
A gas passage space is formed by supporting a first partition member having gas permeability, a second partition member having gas permeability, and a space between the first partition member and the second partition member. A partition structure that is movable up and down along the inner surface of the side wall, and that is provided so that the intermediate gas passage port and the gas passage space portion communicate with each other.
An adsorbing device comprising a filler filled on both upper and lower sides of the partition structure.
前記充填材の層は、前記仕切構造体の上下で対称となるように積層形成されている、請求項1〜3のいずれか1つに記載の吸着装置。The filler forms a plurality of layers above and below the partition structure,
The adsorption device according to any one of claims 1 to 3, wherein the filler layer is laminated so as to be symmetrical above and below the partition structure.
ガス透過性を有する第1仕切部材と、ガス透過性を有する第2仕切部材と、前記第1仕切部材と前記第2仕切部材との間にガス通過空間部を形成するための複数の支持部材とを備え、かつ前記中間ガス通過口と前記ガス通過空間部とが連通するように設けられた前記側壁の内面に沿って上下動可能な複数の仕切構造体と、
前記各仕切構造体の上下両側に充填された充填材と、を備えていることを特徴とする、吸着装置。Cylindrical adsorption comprising an upper gas passage, a lower gas passage, and a plurality of intermediate gas passages provided on the side wall between the upper gas passage and the lower gas passage at intervals in the vertical direction Tower,
A first partition member having gas permeability, a second partition member having gas permeability, and a plurality of support members for forming a gas passage space between the first partition member and the second partition member And a plurality of partition structures that can move up and down along the inner surface of the side wall provided so that the intermediate gas passage port and the gas passage space portion communicate with each other,
An adsorbing device comprising: a filler filled on both upper and lower sides of each partition structure.
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