JP4171392B2 - ガスの分離回収方法および圧力スイング吸着式ガス分離回収システム - Google Patents

ガスの分離回収方法および圧力スイング吸着式ガス分離回収システム Download PDF

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Description

本発明は、例えば空気などの酸素含有混合ガスから製品ガスとしての窒素ガスの回収と並行して、脱着ガスとしての酸素ガスを効率的かつ安価に回収するためのガスの分離回収方法および圧力スイング吸着式ガス分離回収システムに関する。
空気から選択的に分離される酸素や窒素などの成分ガスは、様々な分野において各種用途に利用されている。酸素ガスは、ゴミ溶融炉、灰溶融炉、硝子溶融炉、化学プラントでの酸化反応、あるいは、廃水処理装置の酸素曝気などに使用されている。例えば、ゴミ溶融炉では、ゴミの完全無害化とダイオキシンなどの有害ガスの発生を抑制するために、1300℃以上(例えば1400℃)の高温で燃焼を行う必要があるため、空気よりも比較的酸素濃度が高い中濃度(25〜50%)の酸素ガスが使用されている。一方、窒素ガスは、溶融炉や化学プラントにおけるシールなどに使用されており、その需要領域は非常に広い。
空気から酸素や窒素などの成分ガスを選択的に分離回収する技術としては、圧力スイング吸着(PSA)法を利用したPSA式ガス分離回収システムを用いたものが挙げられる。PSA法は、吸着剤に対して選択的に特定のガスを吸着させることによって、当該特定のガスと吸着されないガスとを分離する技術であり、例えば酸素を選択的に吸着することが可能な吸着剤(CMS:カーボンモレキュラーシーブ)を使用したPSA式ガス分離回収システムでは、吸着剤に酸素を優先的に吸着させることにより空気から高濃度窒素ガスを製品ガスとして連続的に回収するとともに、吸着剤を再生する際に当該吸着剤から酸素を脱着させることによって空気よりも比較的酸素濃度が高い酸素ガスを脱着ガスとして回収することができる。
しかしながら、PSA法の特性上、脱着ガスは、ガス濃度やガス量の経時変化が大きいのに加えて、各吸着塔における運転サイクルの関係上、連続的に得ることができない場合もある。そのため、製品ガスと脱着ガスとがともに有効利用できる「併産」という形までには至らず、通常、脱着ガスは大気放出される形となっていた。
そこで、上述のような問題を解消すべく、製品ガスとともに脱着ガスも有効利用するための技術が開発されている。具体的には、吸着剤が充填された複数の吸着塔を用いて空気から酸素を吸着するPSA式ガス分離装置と、吸着塔内に空気を供給する供給手段と、脱着ガスを貯留するための貯留容器と、吸着塔内を大気開放することにより吸着剤を再生するための再生手段と、吸着を終えた吸着塔を貯留容器に連絡させた後、当該貯留容器との連絡を絶ち再生手段と連絡させるための切換手段と、貯留容器から脱着ガスを一定圧に調整して需要先に供給するための調整手段とを具備するPSA式ガス分離回収システムが公知となっている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1に開示されている回収システムは、吸着塔における吸着剤の再生不良に起因する吸着分離性能の低下を防ぐべく、吸着塔から脱着ガスである酸素ガスを排出する工程を、酸素ガスを回収するための生成モードと吸着剤を再生するための再生モードとに区分けしており、再生モードでは酸素ガスを大気中へ放出する構成となっている。そのため、酸素ガスの回収量が減少し、窒素ガスと酸素ガスとの併産が充分ではなかった。また、特許文献1に開示されている回収システムでは、貯留容器から需要先へ酸素ガス連続的に供給することができるように、貯留容器における最低圧力が0.65kg/cm2(ゲージ圧)以上となるように圧力調整されている。そのため、脱着ガスの排出を行う吸着塔から充分に脱着ガスを抜き出すことができず、このことも脱着ガスの回収効率を低下させる一因となっていた。
特開2000−61244号公報
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、PSA式ガス分離装置における吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制しつつ、製品ガスとともに脱着ガスを高い回収率(理論上100%)で回収することが可能なガスの分離回収方法およびPSA式ガス分離回収システムを提供することを課題とする。
本発明の第1の側面によると、ガスの分離回収方法が提供される。この方法は、酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔を有する圧力スイング吸着式ガス分離装置を用いて、酸素含有混合ガス中の酸素を上記吸着剤に吸着させるための吸着工程と、上記吸着剤に吸着した酸素を脱着させて吸着塔から排出させる脱着工程とを少なくとも含むサイクルを上記各吸着塔で繰り返し行うことにより、上記吸着剤によって上記酸素含有混合ガスから酸素が吸着除去された製品ガスを回収するとともに、上記吸着剤から脱着された酸素を含む脱着ガスを回収するものであって、上記脱着工程と並行して行われる上記脱着ガスの回収は、上記脱着ガスを貯留するための貯留容器に貯留させた上で回収する貯留回収工程と、上記貯留容器を迂回させた上で当該貯留容器の下流に設けられた吸引手段により減圧回収する迂回回収工程と、により行われることを特徴としている。
本発明の第1の側面に係るガスの分離回収方法によると、迂回回収工程においては、脱着工程にある吸着塔から脱着ガスを減圧回収するため、吸引手段の吸引力を利用して当該吸着塔に充填されている吸着剤の再生を充分に行うことができ、当該吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制することができる。また、従来のように、脱着ガスの一部を大気に放出する必要がないので、貯留回収工程および迂回回収工程により吸着塔から排出される脱着ガスのほぼ全てを回収することが可能となる。したがって、脱着ガスの回収効率が向上するため、製品ガスと脱着ガスとの併産を充分に図ることができる。
好ましくは、上記サイクルは、上記吸着工程を経た吸着塔の内部圧力と、上記脱着工程を経た吸着塔の内部圧力とを均圧化するための均圧工程を含む。
例えば、酸素含有混合ガスとして空気を用いて、製品ガスとして窒素ガスを、脱着ガスとして酸素ガスを分離回収する場合、吸着工程を終えた直後の吸着塔内においては、吸着剤どうしの間隙に製品ガスに組成が近い高濃度窒素ガスが存在している。したがって、この吸着塔から排出されるガスは、初期段階においては高濃度窒素ガスであり、その後吸着剤から酸素ガスが脱着することにより脱着ガス中の酸素濃度が上昇する。そこで、本発明に係るガスの分離回収方法によると、吸着工程を終えた吸着塔から初期段階において排出される高濃度窒素ガスを、脱着工程を終えて吸着工程に移る前の吸着塔に供給することにより当該吸着塔の昇圧を図るとともに、窒素ガスの回収効率の向上を図ることが可能となる。また、高濃度窒素ガスを脱着ガスとして回収せずにすむため、回収される脱着ガスにおける酸素濃度を高めることが可能となる。
好ましくは、上記貯留回収工程では、上記貯留容器から回収される脱着ガスの圧力調整を行う。このような方法によると、貯留容器から脱着ガスを所定の圧力に調整した上で回収することが可能となる。したがって、脱着ガスは、ほぼ圧力一定の状態で回収することが可能となる。また、上記所定の圧力をほぼ大気圧に設定することにより、貯留容器の下流に設けられた吸引手段で吸引されるガス量を安定化させることが可能となる。
好ましくは、上記圧力スイング吸着式ガス分離装置における上記各吸着塔のいずれからも上記脱着ガスの排出がない場合、上記貯留容器に残留する脱着ガスを上記吸引手段により減圧回収する。このような方法によると、例えば吸着塔におけるサイクルで均圧工程を行うことにより、各吸着塔のいずれからも脱着ガスが排出されない場合でも、脱着ガスを連続的に回収し続けることが可能となる。
好ましくは、上記貯留回収工程における上記貯留容器の最低内部圧力は、0.05MPa(ゲージ圧:以下特に指定がない限り同じ。)以下であり、より好ましくは、0.02MPa以下である。このような方法によると、例えば圧力スイング吸着式ガス分離回収システムにおける各吸着塔のいずれからも脱着ガスの排出がない場合において、貯留容器に残留する脱着ガスを吸引手段により減圧回収する際に、当該吸引手段で吸引されるガス量を安定化させることが可能となる。
好ましくは、上記迂回回収工程における上記吸引手段による減圧回収時間は、13秒以上であり、より好ましくは、15秒以上である。このような方法によると、脱着工程にある吸着塔の最終脱着圧力は、大気圧以下、状況によっては、−0.01〜−0.02MPaに到達する。したがって、吸着塔に充填されている吸着剤の再生がより良好に行われる。このことは、例えば脱着ガスとして酸素ガスを回収する場合には、脱着ガスにおける酸素濃度の向上や、純酸素換算における酸素ガスの回収量増大に繋がる。
好ましくは、回収される脱着ガスにおける酸素濃度は、25〜50%である。
本発明の第2の側面によると、圧力スイング吸着式ガス分離回収システムが提供される。この回収システムは、酸素含有混合ガスから酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔と、上記吸着剤によって上記酸素含有混合ガスから酸素を吸着除去することにより得られる製品ガスを貯留するための第1貯留容器と、上記吸着剤から脱着される酸素を含む脱着ガスを貯留するための第2貯留容器と、上記脱着ガスを吸引するための吸引手段と、を備える構成であって、上記吸引手段を上記第2貯留容器よりも下流に設け、上記脱着ガスを上記吸着塔から上記第2貯留容器を迂回させて上記吸引手段により減圧回収するためのバイパスラインをさらに備えることを特徴としている。
本発明の第2の側面に係る圧力スイング吸着式ガス分離回収システムによると、吸引手段を用いて吸着塔からバイパスラインを介して脱着ガスを減圧回収することが可能となる。したがって、吸着塔の内部圧力を充分に減圧することが可能となるため、当該吸着塔に充填されている吸着剤の再生を充分に行うことが可能となり、当該吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制することが可能となる。また、吸着塔から排出される脱着ガスを第2貯留容器に貯留して回収するとともに、バイパスラインを介して吸引手段により減圧回収することにより、当該脱着ガスの全てを回収することが可能となる。したがって、脱着ガスの回収効率が向上するため、製品ガスと脱着ガスとの併産を充分に図ることができる。
好ましくは、上記第2貯留容器から回収される脱着ガスの圧力調整を行うための圧力調整手段を備える。このような構成によると、第2貯留容器から排出される脱着ガスを圧力調整手段により所定の圧力に調整した上で回収することが可能となる。したがって、脱着ガスは、ほぼ圧力一定の状態で回収することが可能となる。また、上記所定の圧力をほぼ大気圧に設定することにより、第2貯留容器の下流に設けられた吸引手段で吸引されるガス量を安定化させることが可能となる。
本発明の第2の側面における好ましい実施の形態では、上記吸引手段は、ルーツ型ブロアである。このような構成によると、ブロアに吸引される脱着ガスの圧力が多少変動する場合でも、当該ブロアから送風される脱着ガスのガス量の変動を抑制することが可能となる。したがって、脱着ガスを当該脱着ガスの需要先にほぼ一定の流量で供給することが可能となる。
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。
本発明の好ましい実施形態に係るガスの分離回収方法について図1〜図5を参照しつつ、具体的に説明する。
図1は、本実施形態に係るガスの分離回収方法を実現するためのPSA式ガス分離回収システムの概略構成を示している。このPSA式ガス分離回収システムXは、酸素含有混合ガスAから製品ガスBと脱着ガスCとを分離回収するためのものであり、PSA式ガス分離装置1と、製品ガス回収部2と、脱着ガス回収部3とを有している。酸素含有混合ガスAとしては、例えば空気などが挙げられる。製品ガスBとしては、例えば混合ガスAとして空気を用いる場合は、高濃度(例えば98%以上)の窒素ガスが挙げられる。脱着ガスCとしては、例えば混合ガスAとして空気を用いる場合は、中濃度(例えば25〜50%)の酸素ガスが挙げられる。
PSA式ガス分離装置1は、吸着塔10,11と、混合ガス圧縮装置12とを含んでいる。
吸着塔10,11は、製品ガス出口10a,11aと混合ガス入口10b,11bとを有しており、その内部に吸着剤が充填されている。吸着剤としては、後述する混合ガスAから酸素を選択的に吸着することができるもの(カーボンモレキュラーシーブなど)が使用される。
吸着塔10の製品ガス出口10aは、第1共用配管4aおよび第1製品ガス用配管4bを介して製品ガス回収部2に繋げられている。吸着塔11の製品ガス出口11aは、第2共用配管4cおよび第2製品ガス用配管4dを介して製品ガス回収部2に繋げられている。加えて、製品ガス出口10aと製品ガス出口11aとは、第1共用配管4a、均圧用配管4eおよび第2共用配管4cを介して互いに繋げられている。
吸着塔10の混合ガス入口10bは、第3共用配管4f、第1混合ガス供給用配管4gおよび混合ガス圧縮装置12を介して図示しない混合ガス供給源に繋げられ、第3共用配管4f、第1脱着ガス排出用配管4hおよび接続用配管4iを介して脱着ガス回収部3に繋げられている。吸着塔11の混合ガス入口11bは、第4共用配管4j、第2混合ガス供給用配管4kおよび混合ガス圧縮装置12を介して混合ガス供給源に繋げられ、第4共用配管4j、第2脱着ガス排出用配管4lおよび接続用配管4iを介して脱着ガス回収部3に繋げられている。
混合ガス圧縮装置12は、混合ガス供給源から供給される混合ガスAを所定値(例えば0.7MPa)まで圧縮加圧するためのものである。
製品ガス回収部2は、PSA式ガス分離装置1により混合ガスAから分離される製品ガスBを回収するためのものであり、製品ガスホルダ20を有している。製品ガスホルダ20は、PSA式ガス分離装置1から回収される製品ガスBを一時的に貯留することによって製品ガスBの圧力変動を緩衝するためのものであり、製品ガス出口20aと製品ガス入口20bとを有している。製品ガス出口20aは、需要先送出用配管4mを介して製品ガスBの需要先(図示せず)に繋げられている。製品ガス入口20bは、第1および第2製品ガス用配管4b,4dと、第1および第2共用配管4a,4cとを介して吸着塔10,11の製品ガス出口10a,11aに繋げられている。なお、需要先送出用配管4mには、製品ガスBを一定圧力で回収するための圧力調整装置(図示せず)を設けてもよい。
脱着ガス回収部3は、PSA式ガス分離装置1により混合ガスAから分離される脱着ガスCを回収するためのものであり、脱着ガスホルダ30と、圧力制御装置31と、バイパスライン32と、ブロア33とを有している。
脱着ガスホルダ30は、PSA式ガス分離装置1から回収される脱着ガスCを一時的に貯留することによって脱着ガスCの圧力変動を緩衝するためのものであり、脱着ガス出口30aと脱着ガス入口30bとを有している。脱着ガス出口30aは、第1脱着ガス回収用配管4nを介してブロア33に繋げられている。脱着ガス入口30bは、第2脱着ガス回収用配管4oを介してPSA式ガス分離装置1の接続用配管4iに繋げられている。
圧力制御装置31は、第1脱着ガス回収用配管4nに設けられている圧力調整弁310と、第1脱着ガス回収用配管4nにおける圧力調整弁310の下流側の圧力を測定するための圧力計を含むコントローラ311とを有しており、圧力調整弁310を通過した脱着ガスCの圧力に基づく信号をコントローラ311から圧力調整弁310に送り、当該信号に応じて圧力調整弁310の開度を調整することによって脱着ガスCの圧力制御を行うためのものである。
バイパスライン32は、PSA式ガス分離装置1から回収される脱着ガスCを、脱着ガスホルダ30を迂回させて回収するための配管であり、一端部が接続用配管4iに連結されており、他端部が第1脱着ガス回収用配管4nにおけるコントローラ311よりも下流側に連結されている。
ブロア33は、PSA式ガス分離装置1から脱着ガスCを減圧吸引するためのものであり、第1脱着ガス回収用配管4n、脱着ガスホルダ30および第2脱着ガス回収用配管4oを介してPSA式ガス分離装置1に繋げられるとともに、第1脱着ガス回収用配管4nおよびバイパスライン32を介してもPSA式ガス分離装置1に繋げられている。また、ブロア33は、需要先送出用配管4pを介して脱着ガスCの需要先(図示せず)に繋げられている。なお、ブロア33としては、吸引される脱着ガスCの圧力が多少変動する場合でも、当該ブロア33から送風される脱着ガスCのガス量の変動を抑制することが可能なものが好ましく、例えばルーツ型ブロアなどが挙げられる。
第1および第2製品ガス用配管4b,4dには、自動弁5a,5bが設けられている。均圧用配管4eには、自動弁5cが設けられている。第1および第2混合ガス供給用配管4g,4kには、自動弁5d,5eが設けられている。第1および第2脱着ガス排出用配管4h,4lには、自動弁5f,5gが設けられている。接続用配管4iには、自動弁5hが設けられている。第2脱着ガス回収用配管4oには、自動弁5iが設けられている。バイパスライン32には、自動弁5jが設けられている。
そして、各自動弁5a〜5jの開閉状態を適宜切り替えることにより、各配管4a〜4pおよびバイパスライン32でのガスの流れ状態が調整される。吸着塔10,11においては、自動弁5a〜5jの切り替え状態に応じて、吸着剤への酸素の吸着を目的として高圧下で行われる吸着工程、吸着剤からの酸素の脱着を目的として低圧下で行われる脱着工程、塔内に滞留する準製品ガスを用いて吸着塔10,11の内部圧力を均圧化する均圧工程のそれぞれが繰り返し行われる。なお、準製品ガスとは、最終的に製品として得られる製品ガスBに準じる程度の成分構成を有するガスである。
以上のように構成されたPSA式ガス分離回収システムXを用いて、混合ガスAとしての空気から製品ガスBとしての高濃度(98%)窒素ガスと、脱着ガスとしての中濃度(25〜50%)酸素ガスとを分離回収する場合を例にとって、PSA式ガス分離回収システムXの動作をより具体的に説明する。
吸着塔10,11では、図2に示すようなタイミングで各工程(ステップ)が行われ、ステップ1〜6を1サイクルとして、このようなサイクルが繰り返し行われる。なお、図2には、各ステップにおける各弁5a〜5j,310の開閉状態を示した。図3〜図4には、各ステップに対応するガスの流れ図を示した。図5には、脱着ガスホルダ30における内部圧力の経時変化についてのグラフを示した。
ステップ1では、図2に示したように各弁5a〜5j,310の開閉状態が選択されており、図3(a)に示したような流れ状態となる。このとき、吸着塔10,11では、それぞれ吸着工程、脱着工程が行われ、脱着ガス回収部3では、脱着ガスホルダ30を介して中濃度酸素ガスCが回収されている。なお、本実施形態においてステップ1の動作は、83秒間行われ、その間の脱着ガスホルダ30の内部圧力は、図5に示すように経時変化する。
図1および図3(a)に良く表れているように、吸着塔10は、混合ガス供給源および製品ガス回収部2と連通状態とされている。そのため、混合ガス供給源から供給される空気Aは、混合ガス圧縮装置12、第1混合ガス供給用配管4gおよび第3共用配管4fを介して、混合ガス入口10bから吸着塔10に導入される。吸着塔10に導入された空気Aは、吸着塔10に充填されている吸着剤により酸素ガスが吸着除去され、高濃度窒素ガスBとして製品ガス出口10aから吸着塔10の外部に導出される。吸着塔10の外部に導出された高濃度窒素ガスBは、第1共用配管4aおよび第1製品ガス用配管4bを介して製品ガスホルダ20に一旦滞留させた後、需要先送出用配管4mを介して回収され、高濃度窒素ガスBの需要先に送られる。
一方、吸着塔11は、脱着ガス回収部3と連通状態とされている。吸着塔11では、先に吸着工程(図4(a),(b)参照)が行われているため内部圧力が高められており、その後均圧工程(図4(c)参照)を経ることにより内部圧力が多少低減されるものの依然として内部圧力は脱着ガスホルダ30の内部圧力(図5参照)に比べて高い状態にある。そのため、吸着塔11から排出される中濃度酸素ガスCは、吸着塔11と脱着ガスホルダ30との圧力差により、第4共用配管4j、第2脱着ガス排出用配管4l、接続用配管4iおよび第2脱着ガス回収用配管4oを介して脱着ガスホルダ30に移動する。脱着ガスホルダ30に移動した中濃度酸素ガスCは、当該脱着ガスホルダ30の内部で一旦滞留した後、圧力制御装置31により圧力を制御しつつ、第1脱着ガス回収用配管4nを介して回収され、ブロア33により需要先送出用配管4pを介して中濃度酸素ガスCの需要先に送られる。
ステップ2では、図2に示したように各弁5a〜5j,310の開閉状態が選択されて図3(b)に示したような流れ状態とされている。このとき、吸着塔10,11では、それぞれ吸着工程、脱着工程が引き続き行われ、脱着ガス回収部3では、バイパスライン32および第1脱着ガス回収用配管4nを介してブロア33により中濃度酸素ガスCが減圧回収されている。なお、本実施形態においてステップ2の動作は、15秒間行われ、その間の脱着ガスホルダ30の内部圧力は、図5に示すように一定である。
図1および図3(b)に良く表れているように、吸着塔10においては、ステップ1と同様の吸着動作が引き続き行われ、空気Aから分離された高濃度窒素ガスBを回収し、高濃度窒素ガスBの需要先に送り続けている。
一方、吸着塔11においても、脱着ガス回収部3と連通状態とされ、ステップ1と同様の脱着動作が引き続き行われ、吸着剤から脱着された中濃度酸素ガスCを回収し、中濃度酸素ガスCの需要先に送り続けているが、中濃度酸素ガスCの回収方法がステップ1とは異なる。具体的には、吸着塔11に残留する中濃度酸素ガスCは、第4共用配管4j、第2脱着ガス排出用配管4l、接続用配管4i、バイパスライン32および第1脱着ガス回収用配管4nを介してブロア33により減圧回収され、需要先送出用配管4pを介して中濃度酸素ガスCの需要先に送られる。なお、中濃度酸素ガスCの減圧回収は、吸着塔11の内部圧力が大気圧以下(例えば−0.01〜−0.02MPa)になるまで行われる。
ステップ3では、図2に示したように各弁5a〜5j,310の開閉状態が選択されて図3(c)に示したような流れ状態とされている。このとき、吸着塔10,11では、それぞれ均圧工程が行われ、脱着ガス回収部3では、脱着ガスホルダ30からブロア33により中濃度酸素ガスCが減圧回収されている。なお、本実施形態においてステップ3の動作は、2秒間行われ、その間の脱着ガスホルダ30の内部圧力は、図5に示すように経時変化する。
図1および図3(c)に良く表れているように、吸着塔10と吸着塔11とは、互いに連通状態とされている。吸着塔10では、先に吸着工程が行われているため内部圧力が高められているのに対して、吸着塔11では、先に脱着工程が行われているため内部圧力が低められているので、吸着塔10の塔内の方が吸着塔11の塔内より比較的高圧となっている。この圧力差を利用して、吸着塔10に充填されている吸着剤どうしの間に滞留し、塔内から初期に排出される準製品ガスを吸着塔11に導入することにより、吸着塔10の塔内の減圧および吸着塔11の塔内の昇圧を行い、吸着塔10と吸着塔11とを均圧化する。
一方、脱着ガス回収部3においては、脱着ガスホルダ30に残留する中濃度酸素ガス(図5参照)が、第1脱着ガス回収用配管4nを介してブロア33により減圧供給され、中濃度酸素ガスCの需要先に送られる。なお、脱着ガスホルダ30からの中濃度酸素ガスCの減圧供給は、脱着ガスホルダ30の内部圧力が0.02MPa以下になるまで行われる。
ステップ4〜6においては、図1、図2および図4(a)〜(c)に示したように、吸着塔10ではステップ1〜3における吸着塔11と同様にして脱着工程および均圧工程が行われ、吸着塔11ではステップ1〜3における吸着塔10と同様にして吸着工程および均圧工程が行われる。
そして、以上に説明したステップ1〜6がPSA式ガス分離回収システムXにおいて繰り返し行われることにより、空気Aから高濃度窒素ガスBと中濃度酸素ガスCとが分離回収される。
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、ステップ3,6における均圧工程を省いてガスの分離回収を行ってもよい。また、ステップ3,6において、製品ガスBをブロアなどを用いて減圧回収することにより、当該製品ガスBを連続的に需要先に供給するようにしてもよい。
本発明に係る圧力スイング吸着式ガス分離回収システムXを用いたガスの分離回収方法によると、ブロア33を用いて吸着塔10,11からバイパスライン32を介して脱着ガスCを減圧回収することが可能となる。したがって、吸着塔10,11の内部圧力を充分に減圧することが可能となるため、当該吸着塔10,11に充填されている吸着剤の再生を充分に行うことが可能となり、当該吸着剤の吸着分離性能の低下を抑制することが可能となる。また、吸着塔10,11から排出される脱着ガスCを脱着ガスホルダ30に貯留して回収するとともに、バイパスライン32を介してブロア33により減圧回収することにより、当該脱着ガスCの全てを回収することが可能となる。したがって、脱着ガスCの回収効率が向上するため、製品ガスBと脱着ガスCとの併産を充分に図ることができる。
本発明の実施形態に係るガスの分離回収方法を実現するためのPSA式ガス分離回収システムの概略構成図である。 本発明の実施形態に係るガスの分離回収方法の各ステップにおいて、各吸着塔で行われている工程およびそのときの弁の開閉状態を示す図である。 上記各ステップに対応するガスの流れ図である。 上記各ステップに対応するガスの流れ図である。 上記PSA式ガス分離回収システムにおける脱着ガスホルダの内部圧力の経時変化を示すグラフである。
符号の説明
X PSA式ガス分離回収システム
A 酸素含有混合ガス(空気)
B 製品ガス(高濃度窒素ガス)
C 脱着ガス(中濃度酸素ガス)
1 PSA式ガス分離装置
2 製品ガス回収部
3 脱着ガス回収部
4a〜4p 配管
5a〜5j 自動弁
10,11 吸着塔
12 混合ガス圧縮装置
20 製品ガスホルダ(第1貯留容器)
30 脱着ガスホルダ(第2貯留容器)
31 圧力制御装置(圧力調整手段)
32 バイパスライン
33 ブロア(吸引手段)
310 圧力調整弁
311 コントローラ

Claims (10)

  1. 酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔を有する圧力スイング吸着式ガス分離装置を用いて、酸素含有混合ガス中の酸素を上記吸着剤に吸着させるための吸着工程と、上記吸着剤に吸着した酸素を脱着させて吸着塔から排出させる脱着工程とを少なくとも含むサイクルを上記各吸着塔で繰り返し行うことにより、上記吸着剤によって上記酸素含有混合ガスから酸素が吸着除去された製品ガスを回収するとともに、上記吸着剤から脱着された酸素を含む脱着ガスを回収するガスの分離回収方法であって、
    上記脱着工程と並行して行われる上記脱着ガスの回収は、上記脱着ガスを貯留するための貯留容器に貯留させて回収する貯留回収工程と、上記貯留容器を迂回させて当該貯留容器の下流に設けられた吸引手段により減圧回収する迂回回収工程と、により行われることを特徴とする、ガスの分離回収方法。
  2. 上記サイクルは、上記吸着工程を経た吸着塔の内部圧力と、上記脱着工程を経た吸着塔の内部圧力とを均圧化するための均圧工程をさらに含む、請求項1に記載のガスの分離回収方法。
  3. 上記貯留回収工程では、上記貯留容器から回収される脱着ガスの圧力調整を行う、請求項1または2に記載のガスの分離回収方法。
  4. 上記圧力スイング吸着式ガス分離装置における上記各吸着塔のいずれからも上記脱着ガスの排出がない場合、上記貯留容器に残留する脱着ガスを上記吸引手段により減圧回収する、請求項1〜3のいずれか1つに記載のガスの分離回収方法。
  5. 上記貯留回収工程における上記貯留容器の最低内部圧力は、0.05MPa(ゲージ圧)以下である、請求項1〜4のいずれか1つに記載のガスの分離回収方法。
  6. 上記迂回回収工程における上記吸引手段による減圧回収時間は、13秒以上である、請求項1〜5のいずれか1つに記載のガスの分離回収方法。
  7. 回収される脱着ガスにおける酸素濃度は、25〜50%である、請求項1〜6のいずれか1つに記載のガスの分離回収方法。
  8. 酸素含有混合ガスから酸素を選択的に吸着する吸着剤が充填された複数の吸着塔と、上記吸着剤によって上記酸素含有混合ガスから酸素を吸着除去することにより得られる製品ガスを貯留するための第1貯留容器と、上記吸着剤から脱着される酸素を含む脱着ガスを貯留するための第2貯留容器と、上記脱着ガスを吸引するための吸引手段と、を備える圧力スイング吸着式ガス分離回収システムであって、
    上記吸引手段を上記第2貯留容器よりも下流に設け、上記脱着ガスを上記吸着塔から上記第2貯留容器を迂回させて上記吸引手段により減圧回収するためのバイパスラインをさらに備えることを特徴とする、圧力スイング吸着式ガス分離回収システム。
  9. 上記第2貯留容器から回収される脱着ガスの圧力調整を行うための圧力調整手段をさらに備える、請求項8に記載の圧力スイング吸着式ガス分離回収システム。
  10. 上記吸引手段は、ルーツ型ブロアである、請求項8または9に記載の圧力スイング吸着式ガス分離回収システム。
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