JP5027662B2 - 酸素ガスおよび窒素ガスの併行分離方法および併行分離システム - Google Patents
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Description
本実施例の酸素・窒素併行分離システムでは、PSAガス分離装置1として2塔式のPSA酸素分離装置を用いた。本装置の各吸着塔は、直径800mm、全長2038mmの円筒形状を有し、各吸着塔には、Li−X型ゼオライトモレキュラーシーブを充填高さにして1025mm充填した。膜式ガス分離器2としては、内径50mm、長さ610mmの円筒状容器とされ、当該容器内には、ガス分離膜2Aとして芳香族ポリイミドからなる非対称構造の中空糸膜モジュールを装備した窒素分離膜装置(商品名:UBE N2セパレータ、型式:NM−B05A、宇部興産製)を使用した。膜式ガス分離器2の導入口2a,2bは、導入口2aを介して導入される脱着ガスG1と導入口2bを介して導入される酸素分圧低減用ガスG4の通流方向がガス分離膜を挟んで対向するように、膜式ガス分離器2の一端および他端に配設された。配管L3には、図示しない切換弁が設けられた。この切換弁は、ポンプ4の吸引側と膜式ガス分離器2の透過側とを連通させて当該透過側が大気圧未満に減圧される状態(以下、減圧状態という。)と、ポンプ4の吸引側と膜式ガス分離器2の透過側とを連通させずに当該透過側が当該切換弁を介してシステム外に通じる状態(以下、非減圧状態という。)とに、適宜切換えることができるように構成された。
本実施例の併行分離方法における圧力変動吸着式ガス分離工程では、酸素・窒素含有原料ガスとしての空気(温度:25℃、大気圧:0.101MPa)を、485Nm3/hourの供給量でPSAガス分離装置1の吸着塔に導入した。吸着工程における吸着塔内のガスの圧力は、0.141MPaであり、脱着工程における吸着塔内の脱着ガスの圧力は、0.030MPaであった。吸着工程にてPSAガス分離装置1外に導出された酸素富化ガスは、酸素濃度が90%、ガス量が62Nm3/hourであった。脱着工程にてPSAガス分離装置1外に排出された脱着ガスは、圧縮機6にて圧縮された後に、圧力制御弁11により0.8MPaに圧力調整された。当該脱着ガスの酸素濃度は、約5〜16%、平均的には約10〜11%であった。この圧縮状態の脱着ガスは、膜式ガス分離器2の導入口2aに導入された。膜式ガス分離器2では、導入口2aを通過した脱着ガスG1がガス分離膜2Aを透過する透過ガスG2と、ガス分離膜2Aを透過しない非透過ガスG3(即ち、中空糸の内部を通過した窒素富化ガス)とに分離された。非透過ガスG3は、酸素濃度制御装置8により、その酸素濃度が1%、2%、3%となるように適宜調整された。一方、前記圧縮状態の脱着ガスの一部(酸素分圧低減用ガスG4)は、配管L1’、および膜式ガス分離器2の導入口2bを介してガス分離膜2Aの透過側に供給された。酸素分圧低減用ガスG4のガス分離膜2Aの透過側への供給量は、流量調整弁10により、当該透過側での合流ガスG5の酸素濃度が14.4%となるように調整された。配管L3に設けられた切換弁は、当該透過側が減圧状態となるように切換えられており、ガス分離膜2Aの透過側は大気圧未満に減圧された。
Claims (5)
- 酸素および窒素を含む混合ガスから酸素ガスおよび窒素ガスを併行分離するための方法であって、
窒素を優先的に吸着するための吸着剤が充填された吸着塔を用いて行う圧力変動吸着式ガス分離法により、前記吸着塔内が相対的に高圧である状態において、前記吸着塔に前記混合ガスを導入して当該混合ガス中の窒素を前記吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から酸素富化ガスを導出し、且つ、前記吸着塔内が相対的に低圧である状態において、前記吸着剤から前記窒素を脱着させ、前記吸着塔内に残存する酸素と当該窒素とを含む脱着ガスを当該吸着塔から導出するための、圧力変動吸着式ガス分離工程と、
前記吸着塔から導出される前記脱着ガスを圧縮するための圧縮工程と、
酸素を優先的に透過させるためのガス分離膜により、前記圧縮工程を経た前記脱着ガスを、前記ガス分離膜を透過する透過ガスおよび透過しない非透過窒素富化ガスに分離するための、膜式ガス分離工程と、を含み、
前記膜式ガス分離工程では、前記脱着ガスの一部を、前記ガス分離膜を透過することなく前記ガス分離膜の透過側に導入するとともに、前記ガス分離膜の透過側を大気圧未満の圧力に減圧するようにし、
前記圧力変動吸着式ガス分離工程における前記吸着塔から前記脱着ガスを導出するときの当該吸着塔内の減圧と、前記膜式ガス分離工程における前記透過側の前記減圧とは、単一の減圧手段により実現される、酸素・窒素併行分離方法。 - 前記膜式ガス分離工程にて前記ガス分離膜を透過することなく前記ガス分離膜の透過側に導入される前記脱着ガスが前記圧縮工程を経由するように構成されている、請求項1に記載の併行分離方法。
- 酸素および窒素を含む混合ガスから酸素ガスおよび窒素ガスを併行分離するためのシステムであって、
窒素を優先的に吸着するための吸着剤が充填された吸着塔を用いて行う圧力変動吸着式ガス分離法により、前記吸着塔内が相対的に高圧である状態において、前記吸着塔に前記混合ガスを導入して当該混合ガス中の窒素を前記吸着剤に吸着させ、当該吸着塔から酸素富化ガスを導出し、且つ、前記吸着塔内が相対的に低圧である状態において、前記吸着剤から前記窒素を脱着させ、前記吸着塔内に残存する酸素と当該窒素とを含む脱着ガスを当該吸着塔から導出するための、圧力変動吸着式ガス分離装置と、
酸素を優先的に透過させるためのガス分離膜を有し、前記脱着ガスを、前記ガス分離膜を透過する透過ガスおよび透過しない非透過窒素富化ガスに分離して導出するための、膜式ガス分離器と、
前記脱着ガスが前記膜式ガス分離器に供給される前に当該脱着ガスを圧縮するための圧縮手段と、
前記脱着ガスの一部を迂回させて前記ガス分離膜を透過することなく前記ガス分離膜の透過側に導入するための迂回手段と、
前記膜式ガス分離器における前記ガス分離膜の透過側を大気圧未満の圧力に減圧するための減圧手段と、を備え、
前記減圧手段は、前記圧力変動吸着式ガス分離装置の前記吸着塔から前記脱着ガスを導出するときに当該吸着塔内を減圧するための手段としても併せて機能する、酸素ガスおよび窒素ガスの併行分離システム。 - 前記迂回手段により前記ガス分離膜の透過側に導入される前記脱着ガスは、前記圧縮手段により圧縮されている、請求項3に記載の併行分離システム。
- 前記迂回手段は、前記ガス分離膜の透過側に導入される前記脱着ガスの流量を制御するための流量制御弁を備えている、請求項3に記載の併行分離システム。
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