JP4613578B2 - 酸素富化空気の製造方法およびその装置 - Google Patents
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Description
(1)深冷分離法、圧力変動吸着(PSA)法等で製造された純酸素、あるいは高純度酸素を空気で希釈して製造する方法(今福実、「酸素富化膜とその利用」、高圧ガス、1986、Vol.23、No.8、p.401−408(非特許文献1)参照)。
(2)PSA法により、高純度酸素ではなく、酸素富化空気を製造する方法(S.Sircar ,W.C.Kratz、「The oxy-rich pressure swing adsorption process for production of oxygen enriched air.」、1988、AIChE Symp. Ser.、Vol.84、No.264、p.141−144(非特許文献2)参照)。
(3)気体分離膜を使用して製造する方法(非特許文献1参照)。
[1] 原料空気から酸素富化空気を製造する方法において、
原料空気を、アルキルアンモニウム塩の水溶液中に分散させながら供給する分散・供給工程と、
前記分散・供給工程で得られた、原料空気とアルキルアンモニウム塩の水溶液との混合物を受けて、混合物を冷却してアルキルアンモニウム塩の包接水和物を生成し、
原料空気中の酸素を包接水和物に優先的に取り込み、アルキルアンモニウム塩の包接水和物とアルキルアンモニウム塩の水溶液とにより形成される包接水和物のスラリーを生成する包接水和物生成工程と、
前記包接水和物生成工程により生成された包接水和物と包接水和物を形成する物質の水
溶液とにより形成される包接水和物のスラリーと、未反応の原料空気とを分離する分離工
程と、
前記分離工程により分離された包接水和物のスラリーを加温して包接水和物を分解し包接水和物に取り込まれていた気体を放出して、気体とアルキルアンモニウム塩の水溶液との気液二相流を形成する包接水和物分解ステップと、包接水和物分解ステップで形成された気液二相流から酸素富化空気を分離する酸素富化空気分離ステップとからなる酸素富化空気放出工程と、
酸素富化空気放出工程で気液二相流から酸素富化空気を分離した後に残るアルキルアンモニウム塩の水溶液の少なくとも一部を、水溶液中のアルキルアンモニウム塩の濃度を一定に保つように調整した後に、分散・供給工程におけるアルキルアンモニウム塩の水溶液の一部として戻す循環工程と
を備えていることを特徴とする酸素富化空気の製造方法。
[2] 酸素富化空気放出工程により放出された酸素富化空気を、原料空気の全部又は一部として分散・供給工程に供給することを特徴とする請求項1に記載の酸素富化空気の製造方法。
[3]分散・供給工程において供給する原料空気を、微細気泡としてアルキルアンモニウム塩の水溶液中に分散させることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸素富化空気の製造方法。
[4] 原料空気から酸素富化空気を製造する装置において、
原料空気を、アルキルアンモニウム塩の水溶液中に分散させながら供給する分散・供給手段と、
前記分散・供給手段から移送された原料空気とアルキルアンモニウム塩の水溶液との混合物を冷却してアルキルアンモニウム塩の包接水和物を生成し、原料空気中の酸素を包接水和物に優先的に取り込み、アルキルアンモニウム塩の包接水和物とアルキルアンモニウム塩の水溶液とにより形成される包接水和物のスラリーを生成する包接水和物生成手段と、
前記包接水和物生成工程から移送された包接水和物のスラリーと未反応の原料空気からなる気固液三相流体から、未反応の原料空気を分離する分離手段と、
前記分離手段から移送された包接水和物のスラリーを加温して、包接水和物を分解し包接水和物に取り込まれていた気体を放出して、気体とアルキルアンモニウム塩の水溶液との気液二相流を形成する包接水和物分解手段と、包接水和物分解手段により形成された気液二相流から気体としての酸素富化空気を分離する酸素富化空気分離手段とからなる酸素富化空気放出手段と、
酸素富化空気放出手段で気液二相流から酸素富化空気を分離した後に残るアルキルアンモニウム塩の水溶液の少なくとも一部を、水溶液中のアルキルアンモニウム塩の濃度を一定に保つように調整した後に、分散・供給手段に戻す循環手段と
を備えていることを特徴とする酸素富化空気の製造装置。
[5] 請求項4に記載の酸素富化空気の製造装置を2つ以上直列に配置して構成した酸素富化空気の製造装置であって、
前記2つ以上配置した酸素富化空気の製造装置の上流側に位置する酸素富化空気の製造装置の酸素富化空気放出手段で放出された酸素富化空気の全部又は一部を、下流側に位置する酸素富化空気の製造装置の分散・供給手段に原料空気として供給するように配置したことを特徴とする酸素富化空気の製造装置。
[6] 請求項4に記載の酸素富化空気の製造装置を2つ以上直列に配置して構成した酸素富化空気の製造装置であって、
前記2つ以上配置した酸素富化空気の製造装置の下流側に位置する酸素富化空気の製造装置の分離手段で分離された未反応の原料空気の全部又は一部を、上流側に位置する酸素富化空気の製造装置の分散・供給手段に供給される原料空気に混合する原料空気混合手段を備えたことを特徴とする酸素富化空気の製造装置。
まず、分散・供給手段3では、原料空気1が包接水和物を形成する物質の水溶液2中に分散されながら供給されると共に、前記原料空気1の一部は水溶液2中に溶解する。
図2に示すような構成のものを用いることができる。図2に示すインライン静止混合器50は、入口側が大径で出口側が小径になった2段状の筒状体51からなり、この筒状体51の大径部51a中にガイドベーンと呼ばれる翼体53を有し、その先の小径部51b内に筒の内周面から中央に延びる複数のキノコ状の衝突体55を有している。このようなインライン静止混合器においては、混合器内に供給された水溶液2が翼体53によって旋回流となり、猛烈な遠心力によって外側へ押しやられ、それがキノコ状の衝突体55によってさらに強烈に攪拌され、その中に原料空気1が巻き込まれて超微細な気泡群に砕かれ、原料空気1と水溶液2とが分散、混合される。これによって、原料空気1と水溶液2との接触面積が大きくなり原料空気1は水溶液2中により効率よく溶け込む。
次に、包接水和物生成手段4では、前記分散・供給手段3で得られた原料空気1と包接水和物形成物質の水溶液2との混合物を冷却して包接水和物を生成させる。
次に、分離手段5では、前記包接水和物生成手段4で生成された包接水和物と包接水和物形成物質の水溶液とにより形成される包接水和物のスラリーと、未反応の原料空気6とを分離する。
次に、放出手段7では、前記分離手段5で分離された包接水和物のスラリーを加温して酸素富化空気9を放出させる。
循環手段8は、放出手段7で包接水和物のスラリーから酸素富化空気を放出した後に残る包接水和物形成物質の水溶液2の少なくとも一部を、分散・供給手段3に戻す。ここで、前記循環手段8としては、放出手段7から排出される水溶液2を分散・供給手段3に搬送するための配管、前記水溶液2を循環移送するためのポンプ、各種制御弁等により構成される。
2 包接水和物形成物質の水溶液
3 分散・供給手段
4 包接水和物生成手段
5 分離手段
6 未反応の原料空気
7 放出手段
8 循環手段
9 酸素富化
Claims (6)
- 原料空気から酸素富化空気を製造する方法において、
原料空気を、アルキルアンモニウム塩の水溶液中に分散させながら供給する分散・供給工程と、
前記分散・供給工程で得られた、原料空気とアルキルアンモニウム塩の水溶液との混合物を受けて、混合物を冷却してアルキルアンモニウム塩の包接水和物を生成し、
原料空気中の酸素を包接水和物に優先的に取り込み、アルキルアンモニウム塩の包接水和物とアルキルアンモニウム塩の水溶液とにより形成される包接水和物のスラリーを生成する包接水和物生成工程と、
前記包接水和物生成工程により生成された包接水和物と包接水和物を形成する物質の水
溶液とにより形成される包接水和物のスラリーと、未反応の原料空気とを分離する分離工
程と、
前記分離工程により分離された包接水和物のスラリーを加温して包接水和物を分解し包接水和物に取り込まれていた気体を放出して、気体とアルキルアンモニウム塩の水溶液との気液二相流を形成する包接水和物分解ステップと、包接水和物分解ステップで形成された気液二相流から酸素富化空気を分離する酸素富化空気分離ステップとからなる酸素富化空気放出工程と、
酸素富化空気放出工程で気液二相流から酸素富化空気を分離した後に残るアルキルアンモニウム塩の水溶液の少なくとも一部を、水溶液中のアルキルアンモニウム塩の濃度を一定に保つように調整した後に、分散・供給工程におけるアルキルアンモニウム塩の水溶液の一部として戻す循環工程と
を備えていることを特徴とする酸素富化空気の製造方法。 - 酸素富化空気放出工程により放出された酸素富化空気を、原料空気の全部又は一部として分散・供給工程に供給することを特徴とする請求項1に記載の酸素富化空気の製造方法。
- 分散・供給工程において供給する原料空気を、微細気泡としてアルキルアンモニウム塩の水溶液中に分散させることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸素富化空気の製造方法。
- 原料空気から酸素富化空気を製造する装置において、
原料空気を、アルキルアンモニウム塩の水溶液中に分散させながら供給する分散・供給手段と、
前記分散・供給手段から移送された原料空気とアルキルアンモニウム塩の水溶液との混合物を冷却してアルキルアンモニウム塩の包接水和物を生成し、原料空気中の酸素を包接水和物に優先的に取り込み、アルキルアンモニウム塩の包接水和物とアルキルアンモニウム塩の水溶液とにより形成される包接水和物のスラリーを生成する包接水和物生成手段と、
前記包接水和物生成工程から移送された包接水和物のスラリーと未反応の原料空気からなる気固液三相流体から、未反応の原料空気を分離する分離手段と、
前記分離手段から移送された包接水和物のスラリーを加温して、包接水和物を分解し包接水和物に取り込まれていた気体を放出して、気体とアルキルアンモニウム塩の水溶液との気液二相流を形成する包接水和物分解手段と、包接水和物分解手段により形成された気液二相流から気体としての酸素富化空気を分離する酸素富化空気分離手段とからなる酸素富化空気放出手段と、
酸素富化空気放出手段で気液二相流から酸素富化空気を分離した後に残るアルキルアンモニウム塩の水溶液の少なくとも一部を、水溶液中のアルキルアンモニウム塩の濃度を一定に保つように調整した後に、分散・供給手段に戻す循環手段と
を備えていることを特徴とする酸素富化空気の製造装置。 - 請求項4に記載の酸素富化空気の製造装置を2つ以上直列に配置して構成した酸素富化空気の製造装置であって、
前記2つ以上配置した酸素富化空気の製造装置の上流側に位置する酸素富化空気の製造装置の酸素富化空気放出手段で放出された酸素富化空気の全部又は一部を、下流側に位置する酸素富化空気の製造装置の分散・供給手段に原料空気として供給するように配置したことを特徴とする酸素富化空気の製造装置。 - 請求項4に記載の酸素富化空気の製造装置を2つ以上直列に配置して構成した酸素富化空気の製造装置であって、
前記2つ以上配置した酸素富化空気の製造装置の下流側に位置する酸素富化空気の製造装置の分離手段で分離された未反応の原料空気の全部又は一部を、上流側に位置する酸素富化空気の製造装置の分散・供給手段に供給される原料空気に混合する原料空気混合手段を備えたことを特徴とする酸素富化空気の製造装置。
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