JP5554649B2 - Gas generation method and gas generation apparatus - Google Patents

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本発明は、空気などの原料ガスから、窒素ガスなどの吸着対象ガスを吸着・分離して、酸素ガスなどの濃縮対象ガスの濃度の高まった製品ガスを生成するガス生成方法と、このガス生成方法に好適に用いることのできるガス生成装置とに関する。   The present invention relates to a gas generation method for generating a product gas having a high concentration of a concentration target gas such as oxygen gas by adsorbing and separating a target gas such as nitrogen gas from a source gas such as air, and the gas generation The present invention relates to a gas generator that can be suitably used in a method.

酸素ガス(濃縮対象ガス)の濃度の高まった酸素濃縮ガス(製品ガス)を空気(原料ガス)から生成するガス生成方法として、窒素ガス(吸着対象ガス)を選択的に吸着する吸着剤を収容した複数の吸着塔を用い、それぞれの吸着塔で吸着工程と再生工程とを交互に切り替えながら繰り返し行う方法が知られている。吸着工程は、複数の吸着塔のうち一の吸着塔に原料ガスを供給してその内部圧力を高め、窒素ガスを該一の吸着塔に収容した吸着剤に吸着させることにより、酸素濃度が高まった製品ガスを生成する工程であり、再生工程は、複数の吸着塔のうち吸着工程を終えた他の吸着塔の内部圧力を低下させ、該他の吸着塔に収容された吸着剤に吸着されていた窒素ガスを脱離させて外部へ排出することにより吸着剤の吸着能を再生する工程である。吸着塔には、生成された製品ガスを一時的に貯留するための製品ガス貯留タンクが接続される。   Contains an adsorbent that selectively adsorbs nitrogen gas (adsorption target gas) as a gas generation method that generates oxygen-enriched gas (product gas) with increased oxygen gas (concentration target gas) concentration from the air (source gas). There is known a method in which a plurality of adsorption towers are used and the adsorption process and the regeneration process are alternately switched in each adsorption tower. In the adsorption step, the source gas is supplied to one of the plurality of adsorption towers to increase its internal pressure, and nitrogen gas is adsorbed by the adsorbent accommodated in the one adsorption tower, thereby increasing the oxygen concentration. The regeneration process is a process for reducing the internal pressure of another adsorption tower that has completed the adsorption process among a plurality of adsorption towers, and is adsorbed by an adsorbent accommodated in the other adsorption tower. This is a step of regenerating the adsorbing ability of the adsorbent by desorbing the nitrogen gas that has been discharged and discharging it to the outside. A product gas storage tank for temporarily storing the produced product gas is connected to the adsorption tower.

このように、吸着工程と再生工程を切り替えながら製品ガスを生成する方法は、圧力変動吸着(PSA:Pressure Swing Adsorption)法と呼ばれており、それに用いるガス生成装置は、圧力変動吸着式のガス生成装置と呼ばれている。従来の圧力変動吸着式のガス生成方法では、吸着工程を終えた吸着塔と次に吸着工程が行われる吸着塔(再生工程を終えた吸着塔)とを互いに連通させ、吸着工程を終えた吸着塔の内部に残留するガスを、次に吸着工程が行われる吸着塔の内部へと移送する均圧工程も行われる。この均圧工程を行うことにより、吸着工程を終えた吸着塔に残留するガス(酸素濃度がある程度高まったガス)を、次に吸着工程が行われる吸着塔の内部圧力を上昇させるための昇圧ガスとして利用することができるので、酸素回収率を高めることができる。   As described above, the method of generating the product gas while switching between the adsorption process and the regeneration process is called a pressure swing adsorption (PSA) method, and the gas generation apparatus used therefor is a pressure fluctuation adsorption type gas. It is called a generator. In the conventional pressure fluctuation adsorption-type gas generation method, an adsorption tower that has completed the adsorption process and an adsorption tower that performs the next adsorption process (an adsorption tower that has completed the regeneration process) communicate with each other, and the adsorption process is completed. A pressure equalization step is also performed in which the gas remaining in the tower is transferred to the inside of the adsorption tower where the adsorption step is performed next. By performing this pressure equalization step, the gas that remains in the adsorption tower after the adsorption step (the gas whose oxygen concentration has increased to some extent) is used to increase the internal pressure of the adsorption tower in which the next adsorption step is performed. Therefore, the oxygen recovery rate can be increased.

圧力変動吸着式のガス生成方法には、2本の吸着塔を用いる方法(例えば、特許文献1を参照。)だけでなく、3本の吸着塔を用いる方法(例えば、特許文献2を参照。)や、あるいは4本以上の吸着塔を用いる方法もある。3本以上の吸着塔を用いるガス生成方法では、上記の吸着工程と再生工程に加え、残りの吸着塔で昇圧工程を行うことが可能である。昇圧工程は、次に吸着工程が行われる残りの吸着塔に原料ガスを供給することにより、該残りの吸着塔の内部圧力を予め高めておく工程である。この昇圧工程を経た吸着塔では、その内部圧力が高まった状態で続く吸着工程を開始することができるので、吸着工程が開始された直後から酸素濃度の高い製品ガスを生成することができる。3本以上の吸着塔を用いるガス生成方法は、酸素濃度の高い製品ガスを連続的に多量に取り出すことができるため、主に産業用途で利用されている。   The pressure fluctuation adsorption type gas generation method includes not only a method using two adsorption towers (see, for example, Patent Document 1) but also a method using three adsorption towers (see, for example, Patent Document 2). There are also methods using four or more adsorption towers. In the gas generation method using three or more adsorption towers, in addition to the adsorption process and the regeneration process described above, the pressure increasing process can be performed in the remaining adsorption towers. The pressurization step is a step of increasing the internal pressure of the remaining adsorption tower in advance by supplying the raw material gas to the remaining adsorption tower where the adsorption process is performed next. In the adsorption tower that has undergone this pressure increasing step, the subsequent adsorption step can be started in a state where the internal pressure is increased, so that a product gas having a high oxygen concentration can be generated immediately after the adsorption step is started. A gas generation method using three or more adsorption towers is mainly used in industrial applications because a product gas having a high oxygen concentration can be continuously taken out in large quantities.

ところで、これらの圧力変動吸着式のガス生成方法では、再生工程における吸着剤の吸着能の再生をより効率的に行うため、再生工程にある吸着塔にパージガスを吹き込んで、当該吸着塔の内部に滞留するガスを外部へ追い出すことも行われている。再生工程にある吸着塔の内部には、吸着剤から脱離した窒素ガスを多く含む窒素富化ガスが滞留しているが、この窒素富化ガスをパージガスで追い出すことにより、吸着剤の吸着能をより効果的に再生することが可能になる。このような操作は、しばしば「洗浄」と呼ばれる。従来の圧力変動吸着式のガス生成装置では、吸着塔を洗浄するパージガスとして、製品ガス貯留タンクに貯留されている製品ガスや、吸着工程を終えた直後の吸着塔の内部における製品ガスを取り出す側の端部付近に残留している実質的に製品ガスと同一視できるガスをそのまま使用している。   By the way, in these pressure fluctuation adsorption type gas generation methods, in order to more efficiently regenerate the adsorption capacity of the adsorbent in the regeneration step, a purge gas is blown into the adsorption tower in the regeneration step, and the inside of the adsorption tower. The stagnant gas is also expelled to the outside. A nitrogen-enriched gas that contains a large amount of nitrogen gas desorbed from the adsorbent is retained inside the adsorption tower in the regeneration process. By removing this nitrogen-enriched gas with a purge gas, the adsorption capacity of the adsorbent is increased. Can be reproduced more effectively. Such an operation is often referred to as “cleaning”. In the conventional pressure fluctuation adsorption type gas generator, as the purge gas for cleaning the adsorption tower, the product gas stored in the product gas storage tank or the product gas inside the adsorption tower immediately after the adsorption step is taken out The gas remaining in the vicinity of the end of the gas can be used as it is, which can be identified with the product gas.

例えば、特許文献1には、ガス溜め槽(製品ガス貯留タンク)に貯留された濃縮酸素(製品ガス)の一部を脱着工程(再生工程)にある吸着槽(吸着塔)に逆流させることにより、当該吸着槽を洗浄することが記載されている(段落0018及び図2を参照。)。また、特許文献2には、吸着工程が終了した吸着塔の上端部付近に残存する難吸着性ガス(実質的に製品ガスと同一視できるガス)を、真空脱着工程にある吸着塔へ移送することにより、前記難吸着性ガスを吸着工程が終了した吸着塔から強制的に押し出すことが記載されている(請求項1を参照。)。   For example, in Patent Document 1, a part of concentrated oxygen (product gas) stored in a gas reservoir (product gas storage tank) is caused to flow back to an adsorption tank (adsorption tower) in a desorption process (regeneration process). , Cleaning the adsorption tank (see paragraph 0018 and FIG. 2). Further, in Patent Document 2, a hardly adsorbable gas (a gas that can be substantially identified as a product gas) remaining near the upper end of the adsorption tower after the adsorption process is transferred to the adsorption tower in the vacuum desorption process. Thus, it is described that the hard-to-adsorb gas is forcibly pushed out from the adsorption tower after the adsorption step (see claim 1).

しかし、製品ガスやそれと同一視できるガスをパージガスとして使用する従来の圧力変動吸着式のガス生成方法では、製品ガス貯留タンクの内部圧力を高く維持しにくく、製品ガスを高い圧力(取出圧力)で取り出すことが困難であった。また、従来の圧力変動吸着式のガス生成方法では、多くの酸素ガスを吸着塔の洗浄に消費していたため、製品ガスの酸素濃度を高く維持しながら、酸素回収率を高めることも困難であった。   However, with the conventional pressure fluctuation adsorption type gas generation method that uses product gas or gas that can be identified with it as purge gas, it is difficult to maintain the internal pressure of the product gas storage tank high, and the product gas is kept at a high pressure (extraction pressure). It was difficult to take out. Further, in the conventional pressure fluctuation adsorption type gas generation method, since a large amount of oxygen gas is consumed for cleaning the adsorption tower, it is difficult to increase the oxygen recovery rate while keeping the oxygen concentration of the product gas high. It was.

特開平10−113527号公報JP-A-10-113527 特開平07−108126号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-108126

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吸着工程で生成された製品ガスをパージガスとして使用することなく吸着塔を洗浄することを可能とし、製品ガスを高い取出圧力で取り出すことのできる圧力変動吸着式のガス生成方法を提供するものである。また、製品ガスにおける濃縮対象ガスの濃度と、濃縮対象ガスの回収率の双方を高めることのできる圧力変動式のガス生成方法を提供することも本発明の目的である。さらに、本発明の圧力変動吸着式のガス生成方法に好適に用いることのできる圧力変動吸着式のガス生成装置を提供することも本発明の目的である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and enables the adsorption tower to be washed without using the product gas generated in the adsorption step as a purge gas, and the product gas is taken out at a high extraction pressure. An object of the present invention is to provide a pressure fluctuation adsorption type gas generation method that can be used. It is another object of the present invention to provide a pressure fluctuation type gas generation method capable of increasing both the concentration of the gas to be concentrated in the product gas and the recovery rate of the gas to be concentrated. Furthermore, it is also an object of the present invention to provide a pressure fluctuation adsorption type gas generation device that can be suitably used in the pressure fluctuation adsorption type gas generation method of the present invention.

上記課題は、少なくとも3つの吸着塔AT,AT,ATを用い、[1]吸着塔AT,AT,ATのうち一の吸着塔(吸着塔ATαとする。)の一次側の端部(吸着塔における原料ガスが供給される側の端部。)に原料ガスを供給して吸着塔ATαの内部圧力を高め、原料ガスに含まれる吸着対象ガスを吸着塔ATαの内部に収容された吸着剤に吸着させることにより、原料ガスに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高めた製品ガスを生成する吸着工程と、[2]吸着塔AT,AT,ATのうち吸着工程を終えた他の吸着塔(吸着塔ATβとする。)の内部圧力を低下させ、吸着塔ATβに収容された吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスを脱離させて吸着塔ATβの外部へ排出することにより、吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、[3]吸着塔AT,AT,ATのうち次に吸着工程が行われる残りの吸着塔(吸着塔ATγとする。)の一次側の端部に原料ガスを供給することにより、吸着塔ATγの内部圧力を予め高める昇圧工程を、吸着塔AT,AT,ATで順次切り替えながら繰り返し行うことによって、製品ガスを生成する圧力変動吸着式のガス生成方法であって、昇圧工程にある吸着塔ATγに供給された原料ガスのうち、吸着塔ATγの二次側の端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスよりは濃縮対象ガスの濃度が低いガスを吸着塔ATγの二次側の端部(吸着塔における製品ガスの取り出される側の端部。一次側とは反対側の端部。)から抜き取り、その抜き取ったガスを再生工程にある吸着塔ATβへパージガスとして吹き込むことを特徴とする圧力変動吸着式のガス生成方法を提供することによって解決される。 The above problem uses at least three adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , and [1] the primary of one adsorption tower (adsorption tower AT α ) among the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 . end side (end portion on the side of the raw material gas in the adsorption tower is supplied.) in the raw material gas by supplying increasing the internal pressure of the adsorption tower aT alpha, adsorption target gas contained in the raw material gas adsorption column aT alpha An adsorbing step of generating a product gas in which the concentration of the gas to be enriched contained in the raw material gas is increased by adsorbing the adsorbent contained in the adsorbent, and [2] the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 Among them, the internal pressure of the other adsorption tower (adsorption tower AT β ) that has completed the adsorption process is lowered, and the adsorption target gas adsorbed by the adsorbent accommodated in the adsorption tower AT β is desorbed and adsorbed. by discharging to the outside of the tower AT beta, re adsorbability of the adsorbent A reproducing step of, the [3] the adsorption tower AT 1, AT 2, then the raw material gas to the end of the primary side of the rest of the adsorption tower at which the adsorption step is carried out (. To adsorption column AT gamma) of AT 3 The pressure fluctuation adsorption type gas generation that generates the product gas by repeatedly performing the pressure increasing step for increasing the internal pressure of the adsorption tower AT γ in advance by sequentially switching the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3. Among the raw material gases supplied to the adsorption tower AT γ in the pressurizing step, the product gas whose concentration of the gas to be enriched has increased from the beginning by reaching the secondary end of the adsorption tower AT γ Further, a gas having a lower concentration of the gas to be concentrated is extracted from the end on the secondary side of the adsorption tower AT γ (the end on the side where the product gas is taken out in the adsorption tower. The end opposite to the primary side). The extracted gas is used in the regeneration process. It is solved by providing a gas generating method of the pressure swing adsorption type which is characterized by blowing a purge gas to the adsorption tower AT beta.

このように、再生工程にある吸着塔ATβに吹き込むパージガスとして、製品ガスではなく、昇圧工程にある吸着塔ATγから抜き取ったガスを使用することにより、製品ガスの消費を抑えることが可能になる。このため、吸着工程で生成された製品ガスの実質的に全量を、そのまま製品ガスとして取り出すことが可能になる。したがって、製品ガスの取出圧力を、吸着工程が終了する直前の吸着塔ATαの内部圧力と同程度まで高めることも可能になる。また、濃縮対象ガスの回収率を高めることも可能になる。 Thus, it is possible to suppress the consumption of the product gas by using the gas extracted from the adsorption tower AT γ in the pressurization process instead of the product gas as the purge gas blown into the adsorption tower AT β in the regeneration process. Become. For this reason, it becomes possible to take out substantially all the product gas produced | generated by the adsorption | suction process as product gas as it is. Therefore, the extraction pressure of the product gas, it also becomes possible to increase the inside pressure and the same degree of adsorption column AT alpha just before the adsorption step is completed. It is also possible to increase the recovery rate of the gas to be concentrated.

ところで、本発明のガス生成方法においては、「少なくとも3つの吸着塔AT,AT,ATを用い」としているが、これは、4つ以上の吸着塔を用いても本発明のガス生成方法が実現可能であることを意味する。例えば、4つ以上の吸着塔を用いた場合であっても、吸着工程、再生工程又は昇圧工程が2つ以上の吸着塔で同時に行われる(吸着塔ATα,ATβ,ATγのうち1種以上を2つ以上設ける)ようにしたり、吸着工程、再生工程又は昇圧工程のいずれも行われない休止状態の吸着塔を設けたりすることで、本発明の圧力変動吸着式のガス生成方法を容易に実現することができる。 By the way, in the gas generation method of the present invention, “at least three adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 are used”. However, even if four or more adsorption towers are used, the gas generation of the present invention is performed. It means that the method is feasible. For example, even when four or more adsorption towers are used, the adsorption process, the regeneration process, or the pressurization process is simultaneously performed in two or more adsorption towers (one of the adsorption towers AT α , AT β , AT γ The pressure fluctuation adsorption type gas generation method of the present invention is provided by providing a dormant adsorption tower in which any of the adsorption process, the regeneration process, and the pressure raising process is not performed. It can be easily realized.

本発明のガス生成方法において、昇圧工程にある吸着塔ATγから抜き取ったガスは、再生工程にある吸着塔ATβへ直接吹き込んでもよい。しかし、吸着塔ATγから抜き取ったガスを一時的に貯留するためのパージガス貯留タンクを用い、パージガス貯留タンクを介してから吸着塔ATβへパージガスを吹き込むようにすると好ましい。これにより、吸着塔ATβに吹き込まれるパージガスの圧力変動(脈動)を小さく抑えて、吸着剤の吸着能を安定的に再生することが可能になる。 In the gas generation method of the present invention, the gas extracted from the adsorption tower AT γ in the pressure increasing process may be directly blown into the adsorption tower AT β in the regeneration process. However, it is preferable to use a purge gas storage tank for temporarily storing the gas extracted from the adsorption tower AT γ and to blow the purge gas into the adsorption tower AT β through the purge gas storage tank. Thus, by suppressing reduce pressure fluctuations of the purge gas blown into the adsorption tower AT beta (pulsation), it is possible to reproduce stably the adsorbability of the adsorbent.

また、上記課題は、少なくとも3つの吸着塔AT,AT,ATを備え、[1]吸着塔AT,AT,ATのうち一の吸着塔(吸着塔ATαとする。)の一次側の端部に原料ガスを供給して吸着塔ATαの内部圧力を高め、原料ガスに含まれる吸着対象ガスを吸着塔ATαの内部に収容された吸着剤に吸着させることにより、原料ガスに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高めた製品ガスを生成する吸着工程と、[2]吸着塔AT,AT,ATのうち吸着工程を終えた他の吸着塔(吸着塔ATβとする。)の内部圧力を低下させ、吸着塔ATβに収容された吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスを脱離させて吸着塔ATβの外部へ排出することにより、吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、[3]吸着塔AT,AT,ATのうち次に吸着工程が行われる残りの吸着塔(吸着塔ATγとする。)の一次側の端部に原料ガスを供給することにより、吸着塔ATγの内部圧力を予め高める昇圧工程を、吸着塔AT,AT,ATで順次切り替えながら繰り返し行うことによって、製品ガスを生成する圧力変動吸着式のガス生成装置であって、昇圧工程にある吸着塔ATγに供給された原料ガスのうち、吸着塔ATγの二次側の端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスよりは濃縮対象ガスの濃度が低いガスを吸着塔ATγの二次側の端部から抜き取るとともに、その抜き取ったガスを再生工程にある吸着塔ATβへパージガスとして吹き込むためのパージガス移送用導管を備えたことを特徴とする圧力変動吸着式のガス生成装置を提供することによっても解決される。この本発明のガス生成装置は、上述した本発明のガス生成方法を行うのに好適に用いることができる。本発明のガス生成装置の趣旨は、本発明のガス生成方法と同様である。 Further, the above-described problem includes at least three adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , and [1] one adsorption tower (adsorption tower AT α ) among the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 . the raw material gas is supplied enhance the internal pressure of the adsorption tower AT alpha in the ends of the primary side of, by adsorption on the adsorbent which is housed inside the adsorption tower AT alpha adsorption target gas contained in the raw material gas, An adsorption step for generating a product gas with an increased concentration of the gas to be concentrated contained in the source gas, and [2] another adsorption tower (adsorption tower AT) that has completed the adsorption step among the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 β )), the adsorption target gas adsorbed by the adsorbent accommodated in the adsorption tower AT β is desorbed and discharged to the outside of the adsorption tower AT β . a reproduction step of reproducing adsorbability, [3] the adsorption tower AT 1, a By supplying the raw material gas to the end of the primary side of the 2, AT remaining adsorption tower next adsorption step is carried out of the three (. To adsorption column AT gamma), advance the internal pressure of the adsorption tower AT gamma The pressure increasing process for increasing is repeatedly performed by sequentially switching the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , thereby generating a product gas, a pressure fluctuation adsorption type gas generating apparatus, which is used in the adsorption tower AT γ in the pressure increasing process. Of the supplied raw material gas, the concentration of the gas to be enriched is higher than the original by reaching the end on the secondary side of the adsorption tower AT γ , but the gas having a lower concentration of the gas to be enriched than the product gas is adsorbed to the adsorption tower AT. together withdrawn from the end portion of the secondary side of the gamma, the pressure swing adsorption-type gas, characterized in that it comprises a purge gas transfer conduit for injecting the withdrawn gas as a purge gas to the adsorption tower AT beta in regeneration step Also solved by providing a generator. This gas generating apparatus of the present invention can be suitably used for performing the above-described gas generating method of the present invention. The purpose of the gas generating apparatus of the present invention is the same as that of the gas generating method of the present invention.

以上のように、本発明によって、吸着工程で生成された製品ガスをパージガスとして使用することなく吸着塔を洗浄することを可能とし、製品ガスを高い取出圧力で取り出すことのできる圧力変動吸着式のガス生成方法を提供することが可能になる。また、製品ガスにおける濃縮対象ガスの濃度と、濃縮対象ガスの回収率の双方を高めることのできる圧力変動式のガス生成方法を提供することも可能になる。さらに、本発明の圧力変動吸着式のガス生成方法に好適に用いることのできる圧力変動吸着式のガス生成装置を提供することも可能になる。   As described above, according to the present invention, it is possible to clean the adsorption tower without using the product gas generated in the adsorption process as a purge gas, and the pressure fluctuation adsorption type that can take out the product gas at a high extraction pressure. It becomes possible to provide a gas generation method. It is also possible to provide a pressure fluctuation type gas generation method capable of increasing both the concentration of the gas to be concentrated in the product gas and the recovery rate of the gas to be concentrated. Furthermore, it is possible to provide a pressure fluctuation adsorption type gas generation apparatus that can be suitably used in the pressure fluctuation adsorption type gas generation method of the present invention.

本発明のガス生成装置を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the gas production | generation apparatus of this invention. 本発明のガス生成装置を動作させるタイミングチャートである。It is a timing chart which operates the gas production | generation apparatus of this invention. 第一工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。It is the block diagram which showed the flow of the gas in the gas production | generation apparatus of this invention in a 1st process. 第二工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。It is the block diagram which showed the flow of the gas in the gas production | generation apparatus of this invention in a 2nd process. 第三工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。It is the block diagram which showed the flow of the gas in the gas production | generation apparatus of this invention in a 3rd process. 第四工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。It is the block diagram which showed the flow of the gas in the gas production | generation apparatus of this invention in a 4th process. 第五工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。It is the block diagram which showed the flow of the gas in the gas production | generation apparatus of this invention in a 5th process. 第六工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。It is the block diagram which showed the flow of the gas in the gas production | generation apparatus of this invention in a 6th process.

1.ガス生成方法及びガス生成装置の概要
本発明のガス生成方法と、それに用いる本発明のガス生成装置の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。本発明のガス生成方法は、図1に示す本発明のガス生成装置を使用して行われる。図1は、本発明のガス生成装置を示したブロック図である。図2は、本発明のガス生成装置を動作させるタイミングチャートである。図3は、第一工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図4は、第二工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図5は、第三工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図6は、第四工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図7は、第五工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。図8は、第六工程にある本発明のガス生成装置におけるガスのフローを示したブロック図である。
1. Outline of Gas Generation Method and Gas Generation Apparatus A preferred embodiment of the gas generation method of the present invention and the gas generation apparatus of the present invention used therefor will be described more specifically with reference to the drawings. The gas generation method of the present invention is performed using the gas generation apparatus of the present invention shown in FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a gas generator of the present invention. FIG. 2 is a timing chart for operating the gas generator of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing a gas flow in the gas generator of the present invention in the first step. FIG. 4 is a block diagram showing the gas flow in the gas generator of the present invention in the second step. FIG. 5 is a block diagram showing a gas flow in the gas generating apparatus of the present invention in the third step. FIG. 6 is a block diagram showing a gas flow in the gas generator of the present invention in the fourth step. FIG. 7 is a block diagram showing the gas flow in the gas generating apparatus of the present invention in the fifth step. FIG. 8 is a block diagram showing a gas flow in the gas generating apparatus of the present invention in the sixth step.

2.ガス生成装置
本実施態様のガス生成装置は、図1に示すように、外部から原料ガスGを取り込んで製品ガスGを生成するものとなっており、3つの吸着塔AT,AT,ATと、1つのパージガス貯留タンクPTを備えたものとなっている。吸着塔AT,AT,ATのそれぞれの内部には、特定のガス(吸着対象ガス)を加圧下で選択的に吸着する吸着剤が収容されている。すなわち、このガス生成装置は、吸着塔AT,AT,ATの内部に原料ガスGを供給して吸着塔AT,AT,ATの内部圧力を高め、原料ガスGに含まれる吸着対象ガスをこの吸着剤に吸着させて分離し、原料ガスGに含まれる吸着対象ガス以外の特定のガス(濃縮対象ガス)の濃度を高めることにより、濃縮対象ガスが濃縮された製品ガスGを生成する圧力変動吸着式のものとなっている。
2. Gas generator gas generator of the present embodiment, as shown in FIG. 1, has a configured to generate a product gas G 2 captures raw material gas G 1 from the outside, the three adsorption columns AT 1, AT 2 , AT 3 and one purge gas storage tank PT. Each of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 contains an adsorbent that selectively adsorbs a specific gas (adsorption target gas) under pressure. That is, the gas generating device, the adsorption tower AT 1, AT 2, internally supplying the material gas G 1 to the AT 3 increases the internal pressure of the adsorption tower AT 1, AT 2, AT 3 , the raw material gas G 1 adsorption target gas contained separated by adsorption on the adsorbent, by increasing the concentration of the specific gas other than adsorption target gas (enriched target gas) contained in the raw material gas G 1, concentrated target gas enriched It has become one of the pressure swing adsorption type which generates a product gas G 2.

使用する原料ガスGの種類は、ガス生成装置の用途(吸着対象ガスや濃縮対象ガスの種類)や、ガス生成装置の設置場所などによっても異なり、特に限定されない。本実施態様のガス生成装置は、空気に含まれる窒素ガスを吸着・除去することにより、空気に含まれる酸素ガスを濃縮するものとなっている。換言すると、本実施態様のガス生成装置は、原料ガスGとして空気を用い、吸着対象ガスを窒素ガスとし、濃縮対象ガスを酸素ガスとし、酸素ガスが濃縮された酸素濃縮ガスを製品ガスGとして取り出すものとなっている。空気は、装置周辺に無尽蔵に存在するため、原料ガスGとして容易に取得することができる。本実施態様のガス生成装置(酸素濃縮ガス生成装置)は、大量の酸素ガスを使用する産業用途に好適に使用することができる。具体的には、電炉製鋼で電気炉内へ吹き込まれる酸素ガスを生成するためや、水処理で被処理水中に曝気ガスとして吹き込む酸素ガスを生成するためや、オゾン発生のために原料として用いられる酸素ガスを生成するためなどに好適に使用することができる。 Type of the raw material gas G 1 to be used, the application (type of adsorption target gas and concentrated target gas) of the gas generator and, also vary depending on the location of the gas generator is not particularly limited. The gas generation apparatus of this embodiment concentrates oxygen gas contained in air by adsorbing and removing nitrogen gas contained in air. In other words, the gas generator of the present embodiment, using air as a source gas G 1, be adsorbed gas was nitrogen gas, the enriched target gas and oxygen gas, the product gas oxygen enriched gas oxygen gas enriched G 2 to be taken out. Air, because there inexhaustible in the peripheral device, can be easily obtained as the raw material gas G 1. The gas generation apparatus (oxygen-enriched gas generation apparatus) of this embodiment can be suitably used for industrial applications that use a large amount of oxygen gas. Specifically, it is used as a raw material for generating oxygen gas blown into an electric furnace by electric furnace steelmaking, for generating oxygen gas blown as aeration gas into water to be treated by water treatment, or for generating ozone. It can be suitably used for generating oxygen gas.

吸着塔AT,AT,ATに充填する吸着剤の種類は、吸着対象ガスの種類などによって異なり、特に限定されない。本実施態様のガス生成装置のように、吸着対象ガスが窒素ガスである場合には、窒素ガスを選択的に吸着する窒素吸着剤を用いる。窒素吸着剤としては、A型ゼオライトやX型ゼオライトなどの合成ゼオライトなどを好適に使用することができる。特に、X型ゼオライトは、窒素ガスに対して優れた吸着能を発揮するために好ましく、X型ゼオライトのなかでも、ナトリウムイオンで交換されたものやリチウムイオンで交換されたものは、少ない圧力差で原料ガスGに含まれる窒素ガスを多く吸着できるために最適である。吸着剤は、吸着塔AT,AT,ATの内部における一部のみに充填してもいが、通常、吸着塔AT,AT,ATの下端部から上端部までの全体に亘って充填される。 The kind of the adsorbent filled in the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 varies depending on the kind of the adsorption target gas and is not particularly limited. When the adsorption target gas is nitrogen gas as in the gas generating apparatus of this embodiment, a nitrogen adsorbent that selectively adsorbs nitrogen gas is used. As the nitrogen adsorbent, synthetic zeolite such as A-type zeolite and X-type zeolite can be preferably used. In particular, X-type zeolite is preferable for exhibiting excellent adsorption ability to nitrogen gas, and among X-type zeolites, those exchanged with sodium ions and those exchanged with lithium ions have a small pressure difference. in is optimal in order to be able to more adsorbing nitrogen gas contained in the raw material gas G 1. The adsorbent may be filled only in a part of the inside of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , but usually the entire adsorbent AT 1 , AT 2 , AT 3 extends from the lower end to the upper end. Filled.

本実施態様のガス生成装置では、図2に示すように、第一工程から第六工程までが繰り返し行われる。第一工程から第六工程までが繰り返されると、吸着塔AT,AT,ATのそれぞれでは、吸着工程と、均圧工程(減圧側)と、再生工程と、均圧工程(昇圧側)と、昇圧工程とが順次切り替えられるようになっている。第六工程が終了すると再び第一工程が開始され、ガス生成装置が運転されている限りは、このループが繰り返し行われる。これらの各工程については、後で詳しく説明する。 In the gas generating apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 2, the first to sixth steps are repeatedly performed. When the first to sixth steps are repeated, in each of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , the adsorption step, the pressure equalization step (decompression side), the regeneration step, the pressure equalization step (pressure increase side) ) And the boosting step are sequentially switched. When the sixth step is completed, the first step is started again, and this loop is repeated as long as the gas generation device is operated . For each step of these will be described in detail later.

本実施態様のガス生成装置の各部について、より詳しく説明するが、以下においては説明の便宜上、吸着塔AT,AT,ATのうち、吸着工程にある吸着塔を「吸着塔ATα」と表記する。また、吸着塔AT,AT,ATのうち、再生工程にある吸着塔を「吸着塔ATβ」と表記する。さらに、吸着塔AT,AT,ATのうち、昇圧工程にある吸着塔を「吸着塔ATγ」と表記する。さらにまた、均圧工程(減圧側)にある吸着塔を「吸着塔ATδ」と表記する。そして、均圧工程(昇圧側)にある吸着塔を「吸着塔ATε」と表記する。「ATα」、「ATβ」及び「ATγ」は、吸着塔を相対的に指定する符号であり、吸着塔AT,AT,ATのうちどれが「吸着塔ATα」、「吸着塔ATβ」又は「吸着塔ATγ」となるかは、図3〜8に示すように、タイミングによって異なる。 Each part of the gas generating apparatus of the present embodiment will be described in more detail. For convenience of explanation, the adsorption tower in the adsorption step among the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 is referred to as “adsorption tower AT α ”. Is written. Of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , the adsorption tower in the regeneration step is denoted as “adsorption tower AT β ”. Further, among the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , the adsorption tower in the pressure increasing process is denoted as “adsorption tower AT γ ”. Furthermore, the adsorption tower in the pressure equalization step (decompression side) is denoted as “adsorption tower AT δ ”. The adsorption tower in the pressure equalization step (pressure increase side) is denoted as “adsorption tower AT ε ”. “AT α ”, “AT β ”, and “AT γ ” are symbols for relatively specifying the adsorption tower, and any of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 is “adsorption tower AT α ”, “ Whether it becomes the “adsorption tower ATβ ” or “adsorption tower ATγ ” varies depending on the timing, as shown in FIGS.

(1)原料ガス供給弁
本実施態様のガス生成装置において、吸着塔AT,AT,ATの下端部は、図1に示すように、それぞれ原料ガス供給弁V10,V20,V30を介して、共通の原料ガス供給用導管(原料ガス供給ラインL)に接続されている。これら原料ガス供給弁V10,V20,V30は、吸着工程を行うタイミングを制御するものとなっている。原料ガス供給弁V10,V20,V30は、通常、その開閉が電気的に制御できる電磁弁が用いられる。原料ガス供給弁V10,V20,V30としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が使用される。
(1) Raw material gas supply valve In the gas generator of this embodiment, the lower ends of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 are, as shown in FIG. 1, raw material gas supply valves V 10 , V 20 , V, respectively. 30 is connected to a common source gas supply conduit (source gas supply line L 1 ). These source gas supply valves V 10 , V 20 , V 30 control the timing of performing the adsorption process. As the source gas supply valves V 10 , V 20 , and V 30 , electromagnetic valves that can be electrically controlled are usually used. As the source gas supply valves V 10 , V 20 , and V 30 , electromagnetic valves that can be switched between an open state and a closed state are usually used.

(2)原料ガス供給ライン
原料ガス供給ラインLには、通常、図示省略のガス移送手段が接続される。ガス移送手段は、原料ガスGを移送できるものであれば特に限定されず、各種の装置を用いることができる。本実施態様のガス生成装置においては、ガス移送手段としてコンプレッサー(図示省略)を用いている。このコンプレッサーによって、装置外部から原料ガス供給ラインLへと原料ガスGが供給される。原料ガス供給ラインLを流れる原料ガスGは、ガス移送手段によって圧縮されてその圧力が高まった状態となっている。
(2) a source gas supply line source gas supply line L 1 is typically connected to a gas transfer means, not shown. Gas transfer means is not particularly limited as long as it can transport a raw material gas G 1, it is possible to use various devices. In the gas generator of this embodiment, a compressor (not shown) is used as the gas transfer means. By this compressor, the source gas G 1 is supplied from the outside of the apparatus to the source gas supply line L 1 . The raw material gas G 1 flowing through the raw material gas supply line L 1 is compressed by the gas transfer means and the pressure is increased.

(3)下部均圧弁
また、本実施態様のガス生成装置においては、図1に示すように、吸着塔AT,AT,ATの下端部は、それぞれ下部均圧弁V11,V21,V31を介して、共通の下部均圧ガス移送用導管(下部均圧ガス移送ラインL)にも接続されている。これら下部均圧弁V11,V21,V31は、均圧工程において後述する下部均圧を行うタイミングを制御するものとなっている。下部均圧弁V11,V21,V31としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が使用される。
(3) Lower equalizing valve Further, in the gas generating device of this embodiment, as shown in FIG. 1, the lower end portions of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 are respectively provided with lower equalizing valves V 11 , V 21 , It is also connected to a common lower pressure equalizing gas transfer conduit (lower pressure equalizing gas transfer line L 2 ) via V 31 . These lower pressure equalizing valves V 11 , V 21 , and V 31 control timing for performing lower pressure equalization described later in the pressure equalizing process. As the lower pressure equalizing valves V 11 , V 21 , and V 31 , electromagnetic valves that can be switched between an open state and a closed state are usually used.

(4)下部均圧ガス移送ライン
下部均圧ガス移送ラインLは、図1に示すように、昇圧ガス供給弁V40を介して、原料ガス供給ラインLに接続されている。このため、昇圧ガス供給弁V40を開くと、図4,6,8に示すように、原料ガス供給ラインLを流れている原料ガスGの一部が下部均圧ガス移送ラインLに流れ込み、その流れ込んだ原料ガスGを昇圧工程にある吸着塔ATγの下端部へ供給することができるようになっている。したがって、下部均圧弁V11,V21,V31は、下部均圧を行うタイミングだけでなく、昇圧工程を行うタイミングも制御するものとなっている。以下においては、吸着工程にある吸着塔ATαに供給される原料ガスGと、昇圧工程にある吸着塔ATγに供給される原料ガスGとを区別するために、後者の原料ガスGを、「昇圧ガスG」と表記することがある。
(4) a lower pressure equalizing gas transfer line lower pressure equalizing gas transfer line L 2, as shown in FIG. 1, via a step-up gas supply valve V 40, and is connected to the source gas supply line L 1. Therefore, when you open the boost gas supply valve V 40, as shown in FIG. 4, 6, 8, the lower part of the raw material gas G 1 flowing through the raw gas supply line L 1 pressure equalizing gas transfer line L 2 to flow, thereby making it possible to supply the raw material gas G 1 flowing into the the bottom end of the adsorption tower AT gamma in the boosting process. Therefore, the lower pressure equalizing valves V 11 , V 21 , and V 31 control not only the timing for performing the lower pressure equalization but also the timing for performing the pressure increasing process. In the following, in order to distinguish between the raw material gas G 1 supplied to the adsorption tower AT α in the adsorption step and the raw material gas G 1 supplied to the adsorption tower AT γ in the pressurization step, the latter raw material gas G 1 is used. 1 may be expressed as “pressurized gas G 5 ”.

(5)昇圧ガス供給弁
昇圧ガス供給弁V40としては、弁開度の調節が可能な流量調節弁を単独で用いる形態や、該流量調節弁に電磁弁を組み合わせて用いる形態や、電磁弁にオリフィスなどの絞り機能があるものを用いる形態などが好適である。このように、昇圧ガス供給弁V40を流量調節機能のあるもの、あるいは絞り機能のあるものとすることにより、昇圧ガス供給弁V40を通過する原料ガスG(昇圧ガスG)の流量を調節することが可能になり、昇圧工程にある吸着塔ATγの昇圧速度を微妙に調節することができるようになる。したがって、昇圧工程にある吸着塔ATγが次の吸着工程へと切り替わる直前に、吸着塔ATγの内部圧力が、そのとき吸着工程にある吸着塔ATαの吸着・均圧切替圧力(吸着工程にある吸着塔ATαが次の均圧工程(減圧側)へと切り替わる直前における吸着塔ATαの内部圧力)と同じになるように調整することも容易である。よって、吸着塔ATγで続く吸着工程をより効率的に行うことも可能となる。
(5) Pressure increase gas supply valve As the pressure increase gas supply valve V 40 , a mode in which a flow rate control valve capable of adjusting the valve opening is used alone, a mode in which an electromagnetic valve is combined with the flow rate control valve, a solenoid valve, For example, a configuration using an orifice having a throttling function is suitable. Thus, by making the pressurization gas supply valve V 40 have a flow rate adjusting function or a throttling function, the flow rate of the raw material gas G 1 (pressurization gas G 5 ) passing through the pressurization gas supply valve V 40. It becomes possible to adjust the pressure increase rate of the adsorption tower AT γ in the pressure increase step. Therefore, the boost just before the adsorption tower AT gamma is in switching to the next adsorption step in the process, the adsorption tower inside pressure of the AT gamma is, then the adsorption tower AT adsorbed and equalizing pressure switching pressure of alpha (adsorption step in the adsorption process it is also easy to adsorption column aT alpha is adjusted to be the same as the next pressure equalization step the internal pressure of the adsorption tower aT alpha just before switching to the (pressure decrease)) in. Therefore, it also becomes possible to perform the adsorption process followed by adsorption column AT gamma more efficiently.

(6)排気弁
さらに、本実施態様のガス生成装置においては、図1に示すように、吸着塔AT,AT,ATの下端部は、それぞれ排気弁V12,V22,V32を介して、それぞれ互いに独立した消音器S,S,Sに接続されている。これら排気弁V12,V22,V32は、再生工程を行うタイミングを制御するためのものとなっている。排気弁V12,V22,V32としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が用いられる。消音器S,S,Sは、図4,6,8に示すように、吸着塔AT,AT,ATから抜け出た排出ガスGの音を小さく抑えながら、装置外部へと排出するものとなっている。
(6) Exhaust Valve Furthermore, in the gas generator of this embodiment, as shown in FIG. 1, the lower end portions of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 are exhaust valves V 12 , V 22 , V 32 , respectively. Are connected to the silencers S 1 , S 2 , S 3 independent of each other. These exhaust valves V 12 , V 22 and V 32 are for controlling the timing of performing the regeneration process. As the exhaust valves V 12 , V 22 , and V 32 , electromagnetic valves that can switch between an open state and a closed state in a binary manner are usually used. As shown in FIGS. 4, 6, and 8, the silencers S 1 , S 2 , and S 3 are connected to the outside of the apparatus while suppressing the sound of the exhaust gas G 7 that has escaped from the adsorption towers AT 1 , AT 2 , and AT 3 . It becomes what is discharged.

(7)製品ガス送出弁
本実施態様のガス生成装置において、吸着塔AT,AT,ATの上端部は、図1に示すように、それぞれ製品ガス送出弁V13,V23,V33を介して、共通の製品ガス送出用導管(製品ガス送出ラインL)に接続されている。これら製品ガス送出弁V13,V23,V33は、図3〜8に示すように、吸着工程にある吸着塔ATαから製品ガスGを取り出すタイミングを制御するものとなっている。製品ガス送出弁V13,V23,V33としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が用いられるが、逆止弁を用いてもよい。
(7) Product Gas Delivery Valve In the gas generator of this embodiment, the upper ends of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 are the product gas delivery valves V 13 , V 23 , V, respectively, as shown in FIG. 33 is connected to a common product gas delivery conduit (product gas delivery line L 3 ). These products gas delivery valve V 13, V 23, V 33, as shown in FIG. 3-8, which is intended to control the timing of taking out the product gas G 2 from the adsorption tower AT alpha in the adsorption step. As the product gas delivery valves V 13 , V 23 , and V 33 , electromagnetic valves that can be switched between an open state and a closed state are usually used, but a check valve may be used.

(8)製品ガス送出ライン
製品ガス送出ラインLには、通常、製品ガスGを一時的に貯留するための製品ガス貯留タンク(図示省略)が接続される。すなわち、吸着工程にある吸着塔ATαから送出された製品ガスGは、製品ガス貯留タンクに一時的に貯留された後、製品ガス貯留タンクから取り出されて利用に供されることになる。このように、製品ガス貯留タンクを設けることで、利用する製品ガスGを装置外部へ取り出す際の取出圧力の変動(脈動)を小さく抑えて、製品ガスGを安定して装置外部へ取り出すことが可能になる。製品ガス貯留タンクにおける製品ガスGを取り出す側には、取り出す製品ガスGの流量を調節するための流量調節手段(図示省略)や、製品ガスGの湿度を調節するための湿度調節手段(図示省略)など、各種の製品ガス調整手段(図示省略)が取り付けられる。この製品ガス調整手段によって、製品ガスGの用途に応じた調整がされる。
(8) The product gas delivery line product gas delivery line L 3, usually, the product gas storage tank for temporarily storing the product gas G 2 (not shown) is connected. That is, the product gas G 2 which has been transmitted from the adsorption tower AT alpha in the adsorption step, after being temporarily stored in the product gas storage tank would be made available is removed from the product gas storage tank. Thus, by providing the product gas storage tank by suppressing small variations in the extraction pressure when taking out the product gas G 2 which utilizes outside the apparatus (pulsation), take out the product gas G 2 to stably device external It becomes possible. On the side to take out the product gas G 2 in the product gas storage tank is taken out flow rate control means for regulating the flow rate of the product gas G 2 (not shown) and the humidity regulating means for regulating the humidity of the product gas G 2 Various product gas adjusting means (not shown) such as (not shown) are attached. This product gas regulating means, is the adjustment according to product gas G 2 applications.

(9)上部均圧弁
また、本実施態様のガス生成装置においては、図1に示すように、吸着塔AT,AT,ATの上端部は、それぞれ上部均圧弁V14,V24,V34を介して、共通の上部均圧ガス移送用導管(部均圧ガス移送ラインL)にも接続されている。これら上部均圧弁V14,V24,V34は、均圧工程において後述する上部均圧を行うタイミングを制御するものとなっている。上部均圧弁V14,V24,V34としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が用いられる。
(9) Upper equalizing valve Further, in the gas generator of this embodiment, as shown in FIG. 1, the upper end portions of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 are respectively connected to the upper equalizing valves V 14 , V 24 , through V 34, it is also connected to a common upper pressure equalization gas transfer conduit (upper BuHitoshi圧gas transfer line L 4). These upper pressure equalizing valves V 14 , V 24 , and V 34 control the timing of performing upper pressure equalization described later in the pressure equalizing process. As the upper pressure equalizing valves V 14 , V 24 , and V 34 , electromagnetic valves that can normally switch between an open state and a closed state are used.

(10)パージ弁
さらに、本実施態様のガス生成装置においては、図1に示すように、吸着塔AT,AT,ATの上端部は、それぞれパージ弁V15,V25,V35を介して、パージガス移送用導管(パージガス移送ラインL)にも接続されている。パージガス移送ラインLには、パージガス貯留タンクPTが介在されている。これらパージ弁V15,V25,V35は、図4,6,8に示すように、昇圧工程にある吸着塔ATγに供給された原料ガスG(昇圧ガスG)のうち、吸着塔ATγの上端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスGよりは濃縮対象ガスの濃度が低い昇圧ガスGの一部をパージガスGとして抜き取り、パージガス貯留タンクPTへ貯留するタイミングを制御するとともに、パージガス貯留タンクPTに貯留されたパージガスGを再生工程にある吸着塔ATβへ供給するタイミングを制御するものとなっている。パージ弁V15,V25,V35としては、通常、開状態と閉状態とを二値的に切り替えることができる電磁弁が用いられる。必要な場合には、パージガス移送ラインLにオリフィスなどの絞り弁を設けて、パージガスGの流量を調整してもよい。
(10) Purge valve Further, in the gas generator of this embodiment, as shown in FIG. 1, the upper end portions of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 are purge valves V 15 , V 25 , V 35 , respectively. To the purge gas transfer conduit (purge gas transfer line L 5 ). The purge gas transfer line L 5, purge gas storage tank PT is interposed. As shown in FIGS. 4, 6, and 8, these purge valves V 15 , V 25 , and V 35 are adsorbed among the raw material gas G 1 (pressurized gas G 5 ) supplied to the adsorption tower AT γ in the pressurization process. more product gas G 2 of those than originally reached the upper end of the column AT gamma increased the concentration of the enriched target gas withdrawn part concentration of low boost gas G 5 concentration target gas as a purge gas G 6, purge gas reservoir It controls the timing for storing the tank PT, which is intended to control the timing of supplying the adsorption tower AT beta with a purge gas G 6 pooled in the purge gas storage tank PT in the regeneration step. As the purge valves V 15 , V 25 , and V 35 , electromagnetic valves that can be switched between an open state and a closed state are usually used. If necessary, the purge gas transfer line L 5 is provided a throttle valve such as an orifice, may adjust the flow rate of the purge gas G 6.

(11)パージガス貯留タンク
パージガス貯留タンクPTの容積は、吸着塔AT,AT,ATの容積などによっても異なり、特に限定されない。しかし、パージガス貯留タンクPTの容積を小さくしすぎると、再生工程にある吸着塔ATβにパージガスGを安定して吹き込むことができなくなるおそれがある。一方、パージガス貯留タンクPTの容積を大きくしすぎると、パージガス貯留タンクPTの内部圧力を高く維持しにくくなり、再生工程にある吸着塔ATβに高い圧力でパージガスGを吹き込みにくくなるおそれがある。このため、吸着塔AT,AT,ATそれぞれの容積(CATとする。)に対するパージガス貯留タンクPTの容積(CPTとする。)の比CPT/CATは、通常、0.01〜1とされる。比CPT/CATは、0.05〜0.5であると好ましく、0.1〜0.3であるとより好ましい。
(11) Purge gas storage tank The capacity of the purge gas storage tank PT varies depending on the capacity of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , and is not particularly limited. However, too small a volume of purge gas storage tank PT, it may become impossible to blow stably purge gas G 6 to the adsorption tower AT beta in the regeneration step. On the other hand, if the volume of the purge gas storage tank PT is too large, it is difficult to maintain the internal pressure of the purge gas storage tank PT high, and it may be difficult to blow the purge gas G 6 at a high pressure into the adsorption tower AT β in the regeneration process. . Thus, the ratio C PT / C AT adsorption towers AT 1, AT 2, AT 3 ( a C AT.) Each volume purge gas storage tank PT volume for (. To C PT) is usually 0. 01 to 1. The ratio C PT / C AT is preferable to be 0.05 to 0.5, more preferably a 0.1 to 0.3.

(12)その他
本発明のガス生成装置において、原料ガス供給ラインL、下部均圧ガス移送ラインL、製品ガス送出ラインL、上部均圧ガス移送ラインL及びパージガス移送ラインLの各接続形態は、図1に示したものと論理的に同じ接続形態であれば、あるいは論理的に異なる接続形態であっても図1に示したものと同じ動作をさせることができる接続形態であれば、それらの接続形態で置き換えてもよい。それに合わせて、原料ガス供給弁V10,V20,V30や、下部均圧弁V11,V21,V31や、排気弁V12,V22,V32や、製品ガス送出弁V13,V23,V33や、上部均圧弁V14,V24,V34や、パージ弁V15,V25,V35や、昇圧ガス供給弁V40や、消音器S,S,Sなどの個数や配置を変更してもよい。例えば、消音器S,S,Sを1箇所にまとめてもよい。
(12) Others In the gas generator of the present invention, the raw material gas supply line L 1 , the lower pressure equalizing gas transfer line L 2 , the product gas delivery line L 3 , the upper pressure equalizing gas transfer line L 4, and the purge gas transfer line L 5 Each connection form is a connection form that is logically the same as that shown in FIG. 1 or that can be operated in the same manner as that shown in FIG. 1 even in a logically different connection form. If they exist, they may be replaced with those connection forms. Accordingly, the raw material gas supply valves V 10 , V 20 , V 30 , the lower pressure equalizing valves V 11 , V 21 , V 31 , the exhaust valves V 12 , V 22 , V 32 , the product gas delivery valves V 13 , V 23 , V 33 , upper pressure equalizing valves V 14 , V 24 , V 34 , purge valves V 15 , V 25 , V 35 , boost gas supply valve V 40 , silencers S 1 , S 2 , S 3 The number and arrangement of these may be changed. For example, the silencers S 1 , S 2 , S 3 may be combined in one place.

また、本実施態様のガス生成装置においては、吸着塔AT,AT,ATの下端部が一次側(原料ガスGが供給される側)となっており、吸着塔AT,AT,ATの上端部が二次側(製品ガスGが取り出される側)となっているが、一次側と二次側を逆にしてもよい。すなわち、吸着塔AT,AT,ATの上端部を一次側とし、吸着塔AT,AT,ATの下端部を二次側としてもよい。この場合、ガス生成装置の構成(フロー図)は、図1の上下を反転させた形態となる。 In the gas generator of this embodiment, the lower ends of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 are the primary side (the side to which the raw material gas G 1 is supplied), and the adsorption towers AT 1 , AT 2 , the upper end of AT 3 is the secondary side (the side from which product gas G 2 is taken out), but the primary side and the secondary side may be reversed. That is, the upper portion of the adsorption tower AT 1, AT 2, AT 3 and the primary side may be the secondary-side lower portion of the adsorption tower AT 1, AT 2, AT 3 . In this case, the configuration (flow diagram) of the gas generating device is a form in which the top and bottom of FIG. 1 are reversed.

3.ガス生成方法
続いて、図1のガス生成装置を用いた本発明のガス生成方法について詳しく説明する。本実施態様のガス生成方法では、上述したように、第一工程から第六工程までを繰り返し行うことにより、原料ガスGから製品ガスGを生成する。以下、第一工程から第六工程までの各工程について順番に説明する。
3. Gas Generation Method Next, the gas generation method of the present invention using the gas generation apparatus of FIG. 1 will be described in detail. In the gas generation method of this embodiment, as described above, the product gas G 2 is generated from the raw material gas G 1 by repeatedly performing the first step to the sixth step. Hereinafter, each process from the first process to the sixth process will be described in order.

(1)第一工程
第一工程においては、図2及び図3に示すように、吸着塔ATでは吸着工程が行われ、吸着塔ATでは均圧工程(昇圧側)が行われ、吸着塔ATでは均圧工程(減圧側)が行われる。この第一工程が開始される直前には、図2及び図8に示すように、第六工程が行われていた。この第六工程において、吸着塔ATでは昇圧工程が行われるとともに、吸着塔ATでは吸着工程が行われていたため、第一工程が開始される直前における吸着塔ATの内部圧力は、吸着塔ATの吸着・均圧切替圧力と同じレベルまで高まった状態となっている。また、この第六工程において、吸着塔ATでは、再生工程が行われていたため、第一工程が開始される直前における吸着塔ATの内部圧力は、外気圧近くまで低下した状態となっている。
(1) In the first step the first step, as shown in FIGS. 2 and 3, the adsorption step the adsorption tower AT 1 is performed, the adsorption tower AT 2 in pressure equalization step (boost) is performed, the adsorption tower AT 3 in pressure equalization step (decompression side) is performed. Immediately before the start of the first step, the sixth step was performed as shown in FIGS. In the sixth step, the pressure increasing step is performed in the adsorption tower AT 1 and the adsorption step is performed in the adsorption tower AT 3. Therefore, the internal pressure of the adsorption tower AT 1 immediately before the first step is started is It is in a state of increased to the same level and the adsorbent-average pressure switching pressure of the column AT 3. Further, in the sixth step, the adsorption column AT 2, since the regeneration step has been performed, the internal pressure of the adsorption tower AT 2 immediately before the first step is started, in a state of being reduced to near ambient air pressure Yes.

第一工程が開始される直前(第六工程が終了する直前)においては、図8に示すように、下部均圧弁V11、パージ弁V15、排気弁V22、パージ弁V25、原料ガス供給弁V30、製品ガス送出弁V33及び昇圧ガス供給弁V40が開いた状態となっており、他の弁は閉じた状態となっている。第一工程は、図3に示すように、第六工程(図8)で開いていた弁を全て閉じるとともに、新たに、原料ガス供給弁V10、製品ガス送出弁V13、下部均圧弁V21、上部均圧弁V20、下部均圧弁V31及び上部均圧弁V34を開くことにより行われる。これらの弁を開閉するタイミングは、全て同時であってもよい。しかし、製品ガスGの取出圧力や回収率に関して、全て同時に開閉した場合と同様の結果を得ることができるのであれば、あるいはより優れた結果を得ることができるのであれば、後述するように、これらの弁を開閉するタイミングをずらしてもよい。 Immediately before the start of the first step (just before the end of the sixth step), as shown in FIG. 8, the lower pressure equalizing valve V 11 , purge valve V 15 , exhaust valve V 22 , purge valve V 25 , source gas The supply valve V 30 , the product gas delivery valve V 33 and the pressurization gas supply valve V 40 are open, and the other valves are closed. In the first step, as shown in FIG. 3, all the valves that were opened in the sixth step (FIG. 8) are closed, and a raw material gas supply valve V 10 , a product gas delivery valve V 13 , and a lower pressure equalizing valve V are newly added. 21 , by opening the upper pressure equalizing valve V 20 , the lower pressure equalizing valve V 31 and the upper pressure equalizing valve V 34 . The timings for opening and closing these valves may all be the same. However, with respect to take-out the pressure and recovery of the product gas G 2, if it is possible to obtain the same result as if all opened and closed simultaneously, or if it is possible to obtain better results, as described below The timing for opening and closing these valves may be shifted.

[吸着塔AT
第一工程の吸着塔ATでは、図3に示すように、吸着工程が行われる。すなわち、原料ガス供給ラインLを流れている原料ガスGが原料ガス供給弁V10を通過して吸着塔ATの下端部に供給され、吸着塔ATの内部圧力が高まることにより、原料ガスGに含まれる吸着対象ガスが吸着塔ATの内部に収容された吸着剤に吸着される。本実施態様のガス生成方法においては、原料ガス供給弁V10が開いた瞬間から原料ガス供給弁V10が閉じる瞬間までを、「吸着塔ATにおける吸着工程」と呼んでいる。
[Adsorption tower AT 1 ]
In the first adsorption column AT 1 , an adsorption step is performed as shown in FIG. That is, the raw material gas G 1 flowing through the raw gas supply line L 1 passes through the raw material gas supply valve V 10 is supplied to the lower portion of the adsorption tower AT 1, by increasing the internal pressure of the adsorption tower AT 1, be adsorbed gas contained in the raw material gas G 1 is is adsorbed by the adsorbent contained inside the adsorption tower AT 1. In the gas generation process of the present embodiment, from the moment when the raw material gas supply valve V 10 is opened and the instant when the raw material gas supply valve V 10 is closed, it is called "adsorption step in the adsorption tower AT 1".

第一工程において、吸着工程にある吸着塔ATに供給された原料ガスGは、吸着塔ATの上端部に達する頃には、それに含まれる吸着対象ガスの大部分が吸着剤に吸着され、吸着剤に吸着されなかった濃縮対象ガスの濃度が高まっている。濃縮対象ガスの濃度が高まったこのガスは、吸着塔ATの上端部から製品ガスGとして送出され、原料ガス送出弁V13を通過して製品ガス送出ラインLへと送られる。上述したように、吸着塔ATの内部圧力は、第六工程における昇圧工程によって予め高められているために、吸着塔ATに収容されている吸着剤は、第一工程における吸着工程が開始された直後から吸着対象ガスを吸着することができる。 In the first step, when the raw material gas G 1 supplied to the adsorption tower AT 1 in the adsorption step reaches the upper end of the adsorption tower AT 1 , most of the gas to be adsorbed therein is adsorbed by the adsorbent. Thus, the concentration of the gas to be concentrated that has not been adsorbed by the adsorbent is increasing. This gas having a higher concentration of the gas to be concentrated is sent out as the product gas G 2 from the upper end of the adsorption tower AT 1 , passes through the raw material gas delivery valve V 13 , and is sent to the product gas delivery line L 3 . As described above, the internal pressure of the adsorption tower AT 1, in order to have increased in advance by boosted step in the sixth step, the adsorbent contained in the adsorption tower AT 1, the adsorption step in the first step is started Immediately after the adsorption, the adsorption target gas can be adsorbed.

製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度を具体的にどの程度まで高めるかは、製品ガスGの用途や、原料ガスGや吸着対象ガスや濃縮対象ガスの種類などによっても異なり、特に限定されない。しかし、本実施態様のガス生成方法のように、原料ガスGが空気であり、吸着対象ガスが窒素ガスであり、濃縮対象ガスが酸素ガスである場合には、製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度は、通常、90%以上とされる。製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度は、93%以上であると好ましく、95%以上であるとより好ましい。本実施態様のガス生成方法において、製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度は、後述するように、約95%(95.1%)となっている。 The extent to which the concentration of the concentration target gas contained in the product gas G 2 is specifically increased depends on the use of the product gas G 2 , the type of the raw material gas G 1 , the adsorption target gas, and the concentration target gas, There is no particular limitation. However, as in the gas generation process of the present embodiment, the raw material gas G 1 is a air is adsorbed target gas is nitrogen gas, when enriched target gas is oxygen gas is included in the product gas G 2 The concentration of the gas to be concentrated is usually 90% or more. The concentration of the enriched target gas in the product gas G 2 is, preferable to be 93% or more, more preferably 95% or more. In the gas generation process of the present embodiment, the concentration of the enriched target gas in the product gas G 2 is, as will be described later, is approximately 95% (95.1%).

[吸着塔AT,AT
第一工程の吸着塔AT,ATでは、図3に示すように、均圧工程が行われる。本実施態様のガス生成方法において、均圧工程は、下部均圧と上部均圧とを行うことによって達成する。すなわち、第一工程が開始される直前に吸着塔ATの下端部付近に残留していたガス(吸着対象ガスの濃度が原料ガスGよりは高くはなっているものの原料ガスGに近いガス)を吸着塔ATの下端部から下部均圧ガスGとして取り出し、この下部均圧ガスGを下部均圧弁V31、下部均圧ラインL及び下部均圧弁V21を通じて吸着塔ATの下端部へ供給する(下部均圧)。また、第一工程が開始される直前に吸着塔ATの上端部付近に残留していたガス(吸着対象ガスの濃度が原料ガスGより高くなっており製品ガスGに近いガス)を吸着塔ATの上端部から上部均圧ガスGとして取り出し、この上部均圧ガスGを上部均圧弁V34、上部均圧ラインL及び上部均圧弁V24を通じて吸着塔ATの上端部へ供給する(上部均圧)。
[Adsorption towers AT 2 and AT 3 ]
In the adsorption towers AT 2 and AT 3 in the first step, a pressure equalization step is performed as shown in FIG. In the gas generation method of this embodiment, the pressure equalization step is achieved by performing lower pressure equalization and upper pressure equalization. In other words, close to the raw material gas G 1 of those concentration of the gas (to be adsorbed gas remaining in the vicinity of the lower end portion of the adsorption tower AT 3 just before the first step is started becomes the higher than the raw material gas G 1 Gas) is taken out from the lower end of the adsorption tower AT 3 as a lower pressure equalizing gas G 3 , and this lower pressure equalizing gas G 3 is passed through the lower pressure equalizing valve V 31 , the lower pressure equalizing line L 2 and the lower pressure equalizing valve V 21. 2 (lower pressure equalization). In addition, the gas remaining near the upper end of the adsorption tower AT 3 immediately before the first step is started (the gas whose concentration of the adsorption target gas is higher than the raw material gas G 1 and close to the product gas G 2 ). extraction as an upper pressure equalizing gas G 4 from the upper end of the adsorption tower AT 3, the upper end of the adsorption column AT 2 the upper pressure equalization gas G 4 upper equalizing valve V 34, through the upper pressure equalizing line L 4 and the upper pressure equalizing valve V 24 (Equal pressure at the top).

本実施態様のガス生成方法においては、下部均圧弁V21及び下部均圧弁V31の両方が開いた瞬間から少なくとも一方が閉じる瞬間までを「吸着塔AT,ATの下部均圧」と呼んでいる。また、上部均圧弁V24及び上部均圧弁V34の両方が開いた瞬間から少なくとも一方が閉じる瞬間までを「吸着塔AT,ATの上部均圧」と呼んでいる。そして、吸着塔AT,ATの下部均圧又は上部均圧のいずれかが開始する瞬間から両方が終了する瞬間までを「吸着塔AT,ATの均圧工程」と呼んでいる。下部均圧弁V21、下部均圧弁V31、上部均圧弁V24及び上部均圧弁V34は必ずしも同時に開閉する必要はないし、下部均圧と上部均圧は、かならずしも同時に開始して、同時に終了させる必要はない。 In the gas generation process of this embodiment, calling up at least one closing moment from the moment both are in the open Hitoshi Shimobe valve V 21 and the lower equalizing valve V 31 and "lower pressure equalization of the adsorption tower AT 2, AT 3 ' It is out. The time from when both the upper pressure equalizing valve V 24 and the upper pressure equalizing valve V 34 are opened to the moment when at least one of them is closed is referred to as “upper pressure equalization of the adsorption towers AT 2 and AT 3 ”. The time from the start of either the lower pressure equalization or the upper pressure equalization of the adsorption towers AT 2 and AT 3 to the moment when both are finished is called the “pressure equalization process of the adsorption towers AT 2 and AT 3 ”. The lower pressure equalizing valve V 21 , the lower pressure equalizing valve V 31 , the upper pressure equalizing valve V 24, and the upper pressure equalizing valve V 34 do not necessarily need to be opened and closed at the same time, and the lower pressure equalizing and the upper pressure equalizing always start and end at the same time. There is no need.

このように、第一工程の吸着塔ATと吸着塔ATにおいて、下部均圧と上部均圧を行うことにより、第六工程の再生工程を終えた直後で内部圧力の低くなっていた吸着塔ATの内部圧力を高めるとともに、第六工程の吸着工程を終えた直後で内部圧力の高くなっていた吸着塔ATの内部圧力を低くし、吸着塔ATと吸着塔ATの内部圧力を近づけることができる。したがって、吸着塔ATでは、続く第二工程における昇圧工程を効率的に行うことができるようになり、吸着塔ATでは、続く第二工程における再生工程を効率的に行うことができるようになる。本明細書及び図面においては、同じ均圧工程にある吸着塔であっても、第一工程の吸着塔ATのように内部圧力が高まる側の吸着塔で行われる均圧工程を「均圧工程(昇圧側)」と表記し、第一工程の吸着塔ATのように内部圧力が低くなる側の吸着塔で行われる均圧工程を「均圧工程(減圧側)」と表記して区別している。 Thus, in the adsorption tower AT 2 and the adsorption tower AT 3 in the first step, by performing the lower pressure equalization and the upper pressure equalization, the adsorption whose internal pressure was low immediately after finishing the regeneration step in the sixth step. to increase the internal pressure of the column aT 2, the internal pressure of the adsorption tower aT 3 which was higher in the internal pressure immediately after completion of the adsorption step of the sixth step is low, the internal of the adsorption tower aT 3 and the adsorption tower aT 2 The pressure can be approached. Therefore, the adsorption tower AT 2 can efficiently perform the pressure-increasing process in the subsequent second process, and the adsorption tower AT 3 can efficiently perform the regeneration process in the subsequent second process. Become. In this specification and the drawings, even if the adsorption tower is in the same pressure equalization process, the pressure equalization process performed in the adsorption tower on the side where the internal pressure is increased, like the adsorption tower AT 2 in the first process, is referred to as “pressure equalization”. Step (pressure increase side) ”, and the pressure equalization step performed in the adsorption tower on the side where the internal pressure becomes lower like the adsorption column AT 3 in the first step is expressed as“ pressure equalization step (pressure reduction side) ”. Distinguish.

(2)第二工程
第二工程においては、図2及び図4に示すように、吸着塔ATでは、吸着工程が引き続き行われるものの、吸着塔ATでは第一工程の均圧工程(昇圧側)から昇圧工程へと切り替えられ、吸着塔ATでは、第一工程の均圧工程(減圧側)から再生工程へと切り替えられる。このため、第二工程が開始される直前における吸着塔ATの内部圧力は、それに収容された吸着剤が吸着対象ガスを吸着できる程度まで高まっているものの、第二工程が開始される直前における吸着塔AT及び吸着塔ATの内部圧力は、外気圧よりは幾分高いものの、吸着塔ATの内部圧力よりはかなり低くなっている。
(2) Second Step In the second step, as shown in FIG. 2 and FIG. 4, the adsorption step is continued in the adsorption tower AT 1 , but the pressure equalization step (pressure increase) in the first step in the adsorption tower AT 2 . is switched from the side) to boost process, the adsorption tower AT 3, is switched to the regeneration step from the pressure equalization step of the first step (depressurization). Therefore, the internal pressure of the adsorption tower AT 1 immediately before the second step is started, although the adsorbent contained in it has increased to the extent capable of adsorbing adsorption target gas, immediately before the second step is started The internal pressures of the adsorption tower AT 2 and the adsorption tower AT 3 are slightly higher than the external pressure, but are considerably lower than the internal pressure of the adsorption tower AT 1 .

第二工程は、図4に示すように、第一工程(図3)では開いていた上部均圧弁V24、下部均圧弁V31及び上部均圧弁V34が閉じられるのに対し、新たに、パージ弁V25、排気弁V32、パージ弁V35及び昇圧ガス供給弁V40が開かれる。原料ガス供給弁V10、製品ガス送出弁V13及び下部均圧弁V21は、第一工程から引き続き開いたままとされる。これらの弁を開閉するタイミングは、全て同時であってもよい。しかし、製品ガスGの取出圧力や回収率に関して、全て同時に開閉した場合と同様の結果を得ることができるのであれば、あるいはより優れた結果を得ることができるのであれば、後述するように、これらの弁を開閉するタイミングをずらしてもよい。 In the second step, as shown in FIG. 4, the upper pressure equalizing valve V 24 , the lower pressure equalizing valve V 31 and the upper pressure equalizing valve V 34 which were opened in the first step (FIG. 3) are closed. The purge valve V 25 , the exhaust valve V 32 , the purge valve V 35 and the booster gas supply valve V 40 are opened. The raw material gas supply valve V 10 , the product gas delivery valve V 13 and the lower pressure equalizing valve V 21 are kept open from the first step. The timings for opening and closing these valves may all be the same. However, with respect to take-out the pressure and recovery of the product gas G 2, if it is possible to obtain the same result as if all opened and closed simultaneously, or if it is possible to obtain better results, as described below The timing for opening and closing these valves may be shifted.

[吸着塔AT
第二工程の吸着塔ATでは、上述したように、第一工程から引き続いて吸着工程が行われる。第二工程の吸着塔ATにおける吸着工程は、第一工程の吸着塔ATにおける吸着工程と同じであるため、それについての詳しい説明は割愛する。
[Adsorption tower AT 1 ]
In the adsorption tower AT 1 of the second step, as described above, the adsorption step is performed subsequent to the first step. Since the adsorption step in the second adsorption column AT 1 is the same as the adsorption step in the first adsorption column AT 1 , detailed description thereof is omitted.

[吸着塔AT
第二工程の吸着塔ATでは、図4に示すように、昇圧工程が行われる。すなわち、原料ガス供給ラインLを流れている原料ガスGの一部を、昇圧ガス供給弁V40を通じて下部均圧ラインLへと流れ込ませ(図4における昇圧ガスG)、下部均圧弁V21を通過させた後、吸着塔ATの下端部へと供給する。このため、吸着塔ATの内部圧力は、徐々に上昇していく。吸着塔ATの内部圧力の昇圧速度は、昇圧ガス供給弁V40の弁開度を調節することで容易に調節することができる。本実施態様のガス生成方法において、昇圧ガス供給弁V40の弁開度は、第二工程の終了時までに吸着塔ATの内部圧力を吸着塔ATの吸着・均圧切替圧力まで上昇させることができる値に設定している。これにより、第三工程の吸着塔ATで吸着工程を効率的に行うことができるだけでなく、第二工程の吸着塔ATの下端部に供給される原料ガスGの流量をできるだけ多く確保することが可能になり、第二工程における吸着塔ATでの吸着工程も効率的に行うことができる。本実施態様のガス生成方法においては、下部均圧弁V21及び昇圧ガス供給弁V40の両方が開いた瞬間から少なくとも一方が閉じる瞬間までを「吸着塔ATの昇圧工程」と呼んでいる。
[Adsorption tower AT 2 ]
In the adsorption tower AT 2 in the second step, as shown in FIG. 4, step-up step is performed. That is, a part of the raw material gas G 1 flowing through the raw gas supply line L 1, thereby flowing into the lower pressure equalizing line L 2 through the step-up gas supply valve V 40 (boost gas G 5 in FIG. 4), the lower Hitoshi after passing through the valve V 21, and supplies to the lower portion of the adsorption tower AT 2. Therefore, the internal pressure of the adsorption tower AT 2 is gradually increased. Rate of rise in the internal pressure of the adsorption tower AT 2 can be easily adjusted by adjusting the valve opening degree of the boost gas supply valve V 40. In the gas generation process of the present embodiment, increase the valve opening degree of the boost gas supply valve V 40 is the internal pressure of the adsorption tower AT 2 to adsorb and equalizing pressure switching pressure of the adsorption tower AT 1 by the end of the second step It is set to a value that can be Thereby, not only can the adsorption process be efficiently performed in the adsorption tower AT 2 of the third process, but the flow rate of the raw material gas G 1 supplied to the lower end of the adsorption tower AT 1 of the second process is secured as much as possible. it becomes possible to, the adsorption step in the adsorption tower aT 1 can be performed efficiently in the second step. In the gas generation process of the present embodiment, is calling up at least one closing moment from the moment in which both the lower pressure equalizing valve V 21 and the booster gas supply valve V 40 is opened as "boosting step of the adsorption tower AT 2".

また、本実施態様のガス生成方法において、第二工程の吸着塔ATでは、図4に示すように、吸着塔ATの下端部から供給された原料ガスG(昇圧ガスG)のうち、吸着塔ATの上端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスGよりは濃縮対象ガスの濃度が低い昇圧ガスGの一部が、吸着塔ATの上端部からパージガスGとして取り出され、パージ弁V25を通過してパージタンクPTに一時的に貯留されるようになっている。パージガスGは、吸着塔ATに収容された吸着剤を通過してきているため、昇圧ガスG(原料ガスG)よりも濃縮対象ガスの濃度がかなり高くなっている。しかし、最初から内部圧力を高めて行う吸着工程にある吸着塔ATの上端部から取り出された製品ガスGと比較すると、パージガスGにおける濃縮対象ガスの濃度は低くなっている。この製品ガスGとパージガスGにおける濃縮対象ガスの濃度の差は、濃縮対象ガスの回収率を高めるのに有利に作用する。 Further, in the gas generation process of the present embodiment, the adsorption column AT 2 in the second step, as shown in FIG. 4, the adsorption tower AT 2 of the raw material gas G 1 supplied from the lower end of (boost gas G 5) Among them, although the concentration of the gas to be concentrated has reached the upper end of the adsorption tower AT 2 and the concentration of the gas to be enriched is higher than the original, a part of the pressurizing gas G 5 having a concentration of the gas to be enriched lower than the product gas G 2 is part of the adsorption tower AT 2. taken from the upper part as a purge gas G 6, it is adapted to be temporarily stored in the purge tank PT passes through the purge valve V 25. Purge gas G 6, since it has passed through the adsorbent contained in the adsorption tower AT 2, is considerably higher concentration of enriched target gas than the boost gas G 5 (raw material gas G 1). However, from the beginning compared to the product gas G 2 taken out from the upper portion of the adsorption tower AT 1 in the adsorption step performed by increasing the internal pressure, the concentration of the enriched target gas in the purge gas G 6 is low. Difference in concentration of the enriched target gas in the product gas G 2 and the purge gas G 6 acts advantageously for increasing the recovery of enriched target gas.

ところで、パージ弁V25を開くタイミングは、必ずしも、吸着塔ATの昇圧工程の開始に一致させる必要はない。すなわち、下部均圧弁V21及び昇圧ガス供給弁V40の両方が開いた後、しばらくしてからパージ弁V25を開くようにしてもよい。このようにすることで、吸着塔ATの内部圧力がある程度高まってから、パージガスGをパージガス貯留タンクPTへ移送することが可能になる。したがって、逆止弁などを用いなくても、パージガス貯留タンクPTから吸着塔ATへとパージガスGが逆流しないようにすることが可能になる。 Incidentally, the timing of opening the purge valve V 25 is not necessarily match the beginning of the step-up process of the adsorption tower AT 2. That is, after the both of the lower pressure equalizing valve V 21 and the booster gas supply valve V 40 is opened, it may open the purge valve V 25 after a while. In this way, since the increased internal pressure of the adsorption tower AT 2 to some extent, become a purge gas G 6 can be transferred to the purge gas storage tank PT. Therefore, even without using a check valve, the purge gas G 6 becomes possible to prevent back flow from the purge gas storage tank PT to the adsorption tower AT 2.

ただし、パージ弁V25を開くタイミングを遅くしすぎると、吸着塔ATの内部圧力が早い段階から急速に高まって、昇圧工程にあるはずの吸着塔ATの内部に収容された吸着剤が、吸着工程にある吸着塔ATの内部に収容された吸着剤が原料ガスGに含まれる吸着対象ガスを吸着するのと同じレベルで、昇圧ガスGに含まれる吸着対象ガスを吸着するようになる。これでは、昇圧工程の吸着塔ATで吸着工程を行っているのと実質的に同じことになり、パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度が製品ガスGのそれと同程度まで高まってしまう。したがって、パージガスGにおける濃縮対象ガスの濃度を製品ガスGにおける濃縮対象ガスの濃度よりも低く抑えることにより、濃縮対象ガスの回収率を高めるという本発明の目的の一つを達成できなくなるおそれがある。このため、パージ弁V25は、パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度が所定値を超えるよりも早いタイミングで開くようにする。 However, if the timing of opening the purge valve V 25 is made too late, the internal pressure of the adsorption tower AT 2 rapidly increases from an early stage, so that the adsorbent accommodated in the adsorption tower AT 2 that should be in the pressure increasing process is removed. , at the same level as for adsorbing adsorption target gas adsorbent housed inside the adsorption tower aT 1 in adsorption step is contained in the raw material gas G 1, adsorbs be adsorbed gas contained in the booster gas G 5 It becomes like this. This is substantially the same as performing the adsorption process in the adsorption tower AT 2 of the pressure increasing process, and the concentration of the gas to be concentrated contained in the purge gas G 6 is increased to the same level as that of the product gas G 2. End up. Therefore, by suppressing the concentration of the concentration target gas in the purge gas G 6 to be lower than the concentration of the concentration target gas in the product gas G 2 , one of the objects of the present invention that increases the recovery rate of the concentration target gas may not be achieved. There is. Therefore, purge valve V 25 is the concentration of the enriched target gas contained in the purge gas G 6 to open at an earlier timing than exceeds a predetermined value.

パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度を具体的にどの程度に抑えるかは、原料ガスGや吸着対象ガスや濃縮対象ガスの種類などによっても異なり、特に限定されない。しかし、パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高くしすぎると、上述したような問題が生じる。このため、本実施態様のガス生成方法のように、原料ガスGが空気であり、吸着対象ガスが窒素ガスであり、濃縮対象ガスが酸素ガスである場合には、パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度は、通常、95%未満とされる(製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度以上とならないようにされる。)。パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度は、90%以下(製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約0.95倍以下)であると好ましく、87%以下(製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約0.9倍以下)であるとより好ましい。 Or suppressed to a specific extent the concentration of the enriched target gas contained in the purge gas G 6 also depends on the type of the raw material gas G 1 and be adsorbed gas or concentrated target gas is not particularly limited. However, too high a concentration of enriched target gas contained in the purge gas G 6, problems arise as described above. Therefore, as the gas generating method of this embodiment, the raw material gas G 1 is a air, be adsorbed gas is nitrogen gas, when enriched target gas is oxygen gas is included in the purge gas G 6 the concentration of the enriched target gas is usually is the less than 95% (is prevented from becoming a more concentration of enriched target gas in the product gas G 2.). The concentration of the enriched target gas contained in the purge gas G 6 is preferably to be 90% or less (about 0.95 times or less with respect to the concentration of the enriched target gas in the product gas G 2), 87% or less (the product gas and more preferably is about 0.9 times or less) with respect to the concentration of the enriched target gas contained in G 2.

一方、パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度を低くしすぎると、再生工程にある吸着塔ATに収容された吸着剤の吸着能を効率的に再生できなくなるおそれがある。このため、パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度は、通常、75%以上(製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約0.8倍以上)とされる。パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度は、70%以上(製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約0.75倍以上)であると好ましく、80%以上(製品ガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度に対して約0.85以上)であるとより好ましい。本実施態様のガス生成方法において、パージガスGに含まれる濃縮対象ガスの濃度は85%としている。 On the other hand, if the concentration of the enriched target gas contained in the purge gas G 6 is too low, it may become impossible to play adsorbability of the adsorbent contained in the adsorption tower AT 3 in the regeneration step efficiently. Therefore, the concentration of the enriched target gas contained in the purge gas G 6 is normally set to 75% or more (about 0.8 times or more relative to the concentration of the enriched target gas in the product gas G 2). The concentration of the enriched target gas contained in the purge gas G 6 is preferably to be (approximately 0.75 times or more with respect to the concentration of the enriched target gas in the product gas G 2) 70% or more, 80% or more (the product gas and more preferably is about 0.85 or higher) against the concentration of enriched target gas contained in G 2. In the gas generation process of the present embodiment, the concentration of the enriched target gas contained in the purge gas G 6 is set to 85%.

[吸着塔AT
第二工程の吸着塔ATでは、図4に示すように、再生工程が行われる。すなわち、吸着工程に続く均圧工程(減圧側)を終えた吸着塔ATは、その内部圧力が外気圧近くまで低下しており、吸着工程で吸着塔AT内の吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスの大部分は、該吸着剤から離脱して吸着塔ATの内部に残留した状態となっているが、この残留しているガスを、吸着塔ATの下端部から排気弁V32及び消音器Sを通じて装置外部の外気へと排気する(図4における排出ガスG)。排出ガスGは、吸着対象ガスの濃度が非常に高くなっている。これにより、吸着塔ATの内部に収容されている吸着剤の吸着能を再生することができる。本実施態様のガス生成方法においては、排気弁V32が開いた瞬間から閉じる瞬間までを「吸着塔ATの再生工程」と呼んでいる。
[Adsorption tower AT 3 ]
In the adsorption tower AT 3 in the second step, as shown in FIG. 4, the reproduction process is performed. That is, the adsorption tower AT 3 that has finished the pressure equalization process (decompression side) following the adsorption process has its internal pressure lowered to near the external pressure, and is adsorbed by the adsorbent in the adsorption tower AT 3 in the adsorption process. Most of the gas to be adsorbed is separated from the adsorbent and remains in the adsorption tower AT 3. The remaining gas is discharged from the lower end of the adsorption tower AT 3 to the exhaust valve. V 32 and muffler for exhausting to the outside air outside the apparatus through S 3 (exhaust gas G 7 in FIG. 4). Exhaust gas G 7 is the concentration of the adsorbed target gas is very high. This makes it possible to reproduce the adsorbability of the adsorbent which is housed in the adsorption tower AT 3. In the gas generation method of this embodiment, the period from the moment when the exhaust valve V 32 is opened to the moment when it is closed is called the “regeneration step of the adsorption tower AT 3 ”.

また、第二工程の吸着塔ATでは、図4に示すように、パージタンクPTに貯留されていたパージガスGが、パージ弁V35を通過した後、吸着塔ATの上端部から吹き込まれるようになっている。これにより、吸着塔ATの内部において、上端部から下端部へ向かう大きなガスの流れを発生させ、吸着塔ATの下端部からの排出ガスGの排出を促進させることができる。 In the second adsorption column AT 3 , as shown in FIG. 4, the purge gas G 6 stored in the purge tank PT passes through the purge valve V 35 and is then blown from the upper end of the adsorption tower AT 3. It is supposed to be. Thus, in the interior of the adsorption tower AT 3, it is possible to generate a flow of large gas directed from the upper end to the lower end, to facilitate the discharge of the exhaust gas G 6 from the lower end portion of the adsorption tower AT 3.

すなわち、吸着塔ATで再生工程が開始されると、吸着塔ATの内部圧力は、排気弁V35が開かれたことにより低下するため、それに収容されていた吸着剤から吸着対象ガス(本実施態様のガス生成方法では窒素ガス)が脱離して、該吸着対象ガスを多く含む吸着対象成分富化ガス(本実施態様のガス生成方法では窒素富化ガス)が吸着塔ATの内部に滞留するようになる。しかし、パージガスGを吸着塔ATの上端部から吹き込むことにより、この吸着対象成分富化ガスを排出ガスGとして吸着塔ATの下端部から追い出して、吸着塔ATで再生工程を効率的に行うことが可能になる。従来のガス生成装置では、パージガスGとして、製品ガスGを用いていたため、吸着工程で生成した製品ガスGの一部しか取り出せなかった。しかし、本実施態様のガス生成装置においては、パージガスGとして製品ガスGを使用しないため、製品ガスGの浪費を抑えることが可能となっている。 That is, when the reproduction process is started in the adsorption tower AT 3, the internal pressure of the adsorption tower AT 3, in order to decrease by the exhaust valve V 35 is opened, to be adsorbed gas from the adsorbent which is housed in it ( In the gas generation method of the present embodiment, nitrogen gas) is desorbed, and the adsorption target component enriched gas containing a large amount of the adsorption target gas (nitrogen enriched gas in the gas generation method of the present embodiment) is adsorbed inside the adsorption tower AT 3 . Stays on. However, by blowing purge gas G 6 from the upper portion of the adsorption tower AT 3, the adsorption target component enriched gas expel from the lower end of the adsorption column AT 3 as an exhaust gas G 7, the regeneration step in the adsorption tower AT 3 It becomes possible to carry out efficiently. In the conventional gas generator, as a purge gas G 6, because it was using the product gas G 2, it was not taken out only part of the product gas G 2 generated in the adsorption step. However, in the gas generating apparatus of this embodiment, the product gas G 2 is not used as the purge gas G 6 , so that waste of the product gas G 2 can be suppressed.

吸着塔ATの上端部へパージガスGを吹き込むタイミングを制御するパージ弁V35は、再生工程を行う時間などによっては、吸着塔ATが再生工程となると同時、あるいは再生工程となった直後に開いてもよい。しかし、この場合には、排気弁V32を開いても吸着塔ATの内部圧力が低下しにくくなり、特に再生工程の前半で吸着剤から吸着対象ガスが脱離しにくくなるおそれがある。また、パージガス貯留タンクPTの内部圧力が低下してしまい、再生工程の終盤で高圧のパージガスGを吸着塔ATへ供給できなくなるおそれがある。したがって、排出ガスGを吸着塔ATの下端部から追い出しにくくなり、吸着剤の吸着能力を十分に再生できなくなるおそれがある。このため、パージ弁V35は、排気弁V35が開かれて吸着塔ATが再生工程に切り替わった後、しばらくしてから開くと好ましい。 Purge valve V 35 for controlling the timing of blowing purge gas G 6 to the upper portion of the adsorption tower AT 3 is such as by time of reproducing process, immediately after the adsorption tower AT 3 was it becomes a regeneration step simultaneously, or the regeneration step You may open it. However, in this case, even if the exhaust valve V 32 is opened, the internal pressure of the adsorption tower AT 3 is difficult to decrease, and there is a possibility that the adsorption target gas is difficult to desorb from the adsorbent, particularly in the first half of the regeneration process. Also, will be reduced internal pressure of the purge gas storage tank PT, it may become impossible to supply the high pressure of the purge gas G 6 to the adsorption tower AT 3 at the end of the regeneration step. Accordingly, the exhaust gas G 7 hardly flush from the lower end portion of the adsorption tower AT 3, there may not be reproduced sufficiently adsorption capacity of the adsorbent. For this reason, it is preferable that the purge valve V 35 be opened after a while after the exhaust valve V 35 is opened and the adsorption tower AT 3 is switched to the regeneration process.

パージ弁V35を開く具体的なタイミングは、吸着塔ATで行われる再生工程の時間などによっても異なり、特に限定されない。しかし、パージ弁V35を開くタイミングが早すぎると、上述したような不具合が生じるおそれがあるし、遅すぎると、吸着塔ATの内部に残留する排出ガスGを追い出す十分な時間が確保できなくなるおそれがある。このため、パージ弁V35は、再生工程が20%以上終了してから開くと好ましく、50%以上終了してから開くとより好ましい。一方、パージ弁V35は、再生工程が90%以上終了するよりも前に開くと好ましく、80%以上終了するよりも前に開くとより好ましい。パージ弁V35は、少なくとも再生工程の終了直前における1秒間、好ましくは3秒間、より好ましくは5秒間開くようにすると好ましい。一方、パージ弁V35は、通常、20秒以上開かないようにする。パージ弁V35は、15秒以上開かないようにすると好ましく、10秒以上開かないようにするとより好ましい。 The specific timing for opening the purge valve V 35 varies depending on the time of the regeneration process performed in the adsorption tower AT 3 and is not particularly limited. However, if the timing of opening the purge valve V 35 is too early, the above-described problems may occur, and if it is too late, sufficient time for expelling the exhaust gas G 7 remaining in the adsorption tower AT 3 is secured. There is a risk that it will not be possible. Therefore, purge valve V 35 are preferably open from the end of the regeneration step is 20% or more, more preferably to open from the end of 50% or more. On the other hand, the purge valve V 35 are preferably open before the ends regeneration process more than 90%, more preferably opened before the ends 80%. The purge valve V 35 is preferably opened for at least 1 second, preferably 3 seconds, more preferably 5 seconds, immediately before the end of the regeneration step. On the other hand, the purge valve V35 is normally kept from opening for 20 seconds or more. The purge valve V 35 is preferably not opened for 15 seconds or longer, and more preferably not opened for 10 seconds or longer.

(3)第三工程
第三工程においては、図2及び図5に示すように、吸着塔ATでは、第二工程までの吸着工程から均圧工程(減圧側)へと切り替えられ、吸着塔ATでは、第二工程の昇圧工程から吸着工程へと切り替えられ、吸着塔ATでは、第二工程の再生工程から均圧工程(昇圧側)へと切り替えられる。第三工程における本実施態様のガス生成装置の具体的な動作の説明は、上記「(1)第一工程」の本文中の語句を下記表1のように読み替えたものと同じであるため割愛する。

Figure 0005554649
(3) Third Step In the third step, as shown in FIGS. 2 and 5, the adsorption tower AT 1 is switched from the adsorption step up to the second step to the pressure equalization step (decompression side), and the adsorption tower At AT 2 , the second pressure increasing step is switched to the adsorption step, and at the adsorption tower AT 3 , the second regeneration step is switched to the pressure equalizing step (pressure increasing side). The description of the specific operation of the gas generating apparatus of the present embodiment in the third step is the same as that obtained by replacing the words in the text of the above “(1) First step” as shown in Table 1 below. To do.
Figure 0005554649

(4)第四工程
第四工程においては、図2及び図6に示すように、吸着塔ATでは、吸着工程が引き続き行われるものの、吸着塔ATでは第三工程の均圧工程(減圧側)から再生工程へと切り替えられ、吸着塔ATでは、第三工程の均圧工程(昇圧側)から昇圧工程へと切り替えられる。第四工程における本実施態様のガス生成装置の具体的な動作の説明は、上記「(2)第二工程」の本文中の語句を上記表1のように読み替えたものと同じであるため割愛する。
(4) In a fourth step the fourth step, as shown in FIGS. 2 and 6, the adsorption tower AT 2, although the adsorption step is subsequently performed, a third step of pressure equalization step in the adsorption tower AT 1 (reduced pressure The adsorption tower AT 3 is switched from the pressure equalization process (pressure increase side) of the third process to the pressure increase process. The description of the specific operation of the gas generating device of the present embodiment in the fourth step is the same as that obtained by replacing the phrase in the text of the above “(2) Second step” as shown in Table 1 above, and is therefore omitted. To do.

(5)第五工程
第五工程においては、図2及び図7に示すように、吸着塔ATでは、第四工程の再生工程から均圧工程(昇圧側)へと切り替えられ、吸着塔ATでは、第四工程までの吸着工程から均圧工程(減圧側)へと切り替えられ、吸着塔ATでは、第四工程の昇圧工程から吸着工程へと切り替えられる。第五工程における本実施態様のガス生成装置の具体的な動作の説明は、上記「(1)第一工程」の本文中の語句を下記表2のように読み替えたものと同じであるため割愛する。

Figure 0005554649
(5) Fifth Step In the fifth step, as shown in FIG. 2 and FIG. 7, the adsorption tower AT 1 is switched from the regeneration step of the fourth step to the pressure equalization step (pressure increase side). 2 , the adsorption process up to the fourth process is switched to the pressure equalization process (decompression side), and the adsorption tower AT 3 is switched from the pressure increase process of the fourth process to the adsorption process. The description of the specific operation of the gas generating apparatus of the present embodiment in the fifth step is the same as that obtained by replacing the words in the text of the above “(1) First step” as shown in Table 2 below. To do.
Figure 0005554649

(6)第六工程
第六工程においては、図2及び図8に示すように、吸着塔ATでは、吸着工程が引き続き行われるものの、吸着塔ATでは第五工程の均圧工程(昇圧側)から昇圧工程へと切り替えられ、吸着塔ATでは、第五工程の均圧工程(減圧側)から再生工程へと切り替えられる。第六工程における本実施態様のガス生成装置の具体的な動作の説明は、上記「(2)第二工程」の本文中の語句を上記表2のように読み替えたものと同じであるため割愛する。
(6) Sixth Step In the sixth step, as shown in FIGS. 2 and 8, the adsorption step is continued in the adsorption tower AT 3 , but in the adsorption tower AT 1 , the fifth pressure equalization step (pressure increase) is switched from the side) to boost process, the adsorption tower AT 2, is switched to the regeneration step from the pressure equalization step of the fifth step (depressurization). The description of the specific operation of the gas generating apparatus of the present embodiment in the sixth step is the same as that obtained by replacing the phrase in the text of the above “(2) Second step” as shown in Table 2 above. To do.

4.実施例
本発明のガス生成方法を用いて、実際に、原料ガスG(空気)から吸着対象ガス(窒素ガス)を吸着・除去して、濃縮対象ガス(酸素ガス)の濃度が高められた製品ガスG(酸素濃縮ガス)を生成してみた。本発明のガス生成方法は、図1に示した本発明のガス生成装置を用いて行った。吸着塔AT,AT,ATとしては、それぞれ直径が89mmで高さが850mmの容積約5288cmの円筒型のものを用いた。吸着塔AT,AT,ATには、吸着剤としてナトリウムイオンで交換したX型ゼオライトを3.15kgずつ充填した。原料ガス供給ラインLへの原料ガスGの供給流量は180NL/分とした。また、上述した製品ガス貯留タンクから取り出す製品ガスGの流量(「2.ガス生成装置」における「(8)製品ガス送出ライン」の欄で述べた流量調節手段の設定流量)は、20NL/分とした。さらに、吸着塔AT,AT,ATの吸着・均圧切替圧力は0.68MPaとし、切替時間は16秒とした。
4). Example Using the gas generation method of the present invention, the concentration of the gas to be concentrated (oxygen gas) was actually increased by adsorbing and removing the gas to be adsorbed (nitrogen gas) from the raw material gas G 1 (air). Product gas G 2 (oxygen-enriched gas) was generated. The gas generation method of the present invention was performed using the gas generation apparatus of the present invention shown in FIG. The adsorption tower AT 1, AT 2, AT 3 , each diameter and a height 89mm was used as the cylindrical volume of about 5288cm 3 of 850 mm. Adsorption towers AT 1 , AT 2 and AT 3 were filled with 3.15 kg of X-type zeolite exchanged with sodium ions as an adsorbent. Supply flow rate of the raw material gas G 1 into the raw material gas supply line L 1 was 180NL / min. Further, (a set flow rate of the flow rate adjusting means mentioned in the description of the "(8) the product gas delivery line" in "2. Gas generator") of the product gas G 2 is taken out from the product gas storage tank as described above flow, 20 NL / Minutes. Furthermore, the adsorption / equal pressure switching pressure of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 was 0.68 MPa, and the switching time was 16 seconds.

以上の条件でガス生成装置を運転し、第一工程から第六工程までが定常的に繰り返されるようになった後、製品ガス貯留タンクの内部圧力、製品ガス貯留タンクから取り出される製品ガスGの取出圧力、製品ガスGの酸素濃度、及び酸素回収率をそれぞれ測定したところ、下記表3に示す結果が得られた。

Figure 0005554649
After the gas generator is operated under the above conditions and the first to sixth steps are regularly repeated, the internal pressure of the product gas storage tank, the product gas G 2 taken out from the product gas storage tank extraction pressure, the oxygen concentration in the product gas G 2, and where the oxygen recovery rate was measured, the results shown in table 3 were obtained.
Figure 0005554649

上記表3を見ると、製品ガス貯留タンクの内部圧力は、0.64〜0.68MPaと、非常に高いレベルで変化していることが分かる。また、製品ガスGの取出圧力は、0.62MPaであり、非常に高い値を示していることも分かる。この0.62MPaという数値は、吸着・均圧切替圧力である0.68MPaの約91%である。同条件下の従来のガス生成方法においては、製品ガスGの取出圧力が吸着・均圧切替圧力の40〜70%程度である。これらのことを考慮すると、本発明のガス生成方法は、製品ガスGの取出圧力を高く維持することについて、非常に有利であることが分かる。 Looking at Table 3 above, it can be seen that the internal pressure of the product gas storage tank changes at a very high level of 0.64 to 0.68 MPa. Further, extraction pressure of the product gas G 2 is a 0.62 MPa, also seen to have a very high value. This numerical value of 0.62 MPa is about 91% of 0.68 MPa which is the adsorption / equal pressure switching pressure. In the conventional gas generating method of the same conditions, extraction pressure of the product gas G 2 is about 40% to 70% of the adsorption and equalizing pressure switching pressure. In view of these, the gas generation process of the present invention, for maintaining a high removal pressure of the product gas G 2, it can be seen very advantageous.

また、上記表3を見ると、製品ガスGの酸素濃度も95.1%と非常に高くなっていることも分かる。さらに、酸素回収率も50.3%と高い値を示していることも分かる。同条件下の従来のガス生成方法では、製品ガスGの酸素濃度を95%程度まで高めようとすると、酸素回収率が30〜40%になっていた。これらのことを考慮すると、本発明のガス生成方法は、製品ガスGの酸素濃度を高めることや、酸素回収率を高めることについても、非常に有利であることも分かる。 Looking at the above Table 3, it can also be seen that has become oxygen concentration in the product gas G 2 be 95.1% and very high. Furthermore, it can also be seen that the oxygen recovery rate is as high as 50.3%. The conventional gas generating method of the same conditions, when the oxygen concentration in the product gas G 2 is trying to increase up to about 95%, oxygen recovery had become 30-40%. Considering these things, it can also be seen that the gas generation method of the present invention is very advantageous for increasing the oxygen concentration of the product gas G 2 and increasing the oxygen recovery rate.

AT 吸着塔
AT 吸着塔
AT 吸着塔
ATα 吸着工程にある吸着塔
ATβ 再生工程にある吸着塔
ATγ 昇圧工程にある吸着塔
PT パージガス貯留タンク
10 原料ガス供給弁
11 下部均圧弁
12 排気弁
13 製品ガス送出弁
14 上部均圧弁
15 パージ弁
20 原料ガス供給弁
21 下部均圧弁
22 排気弁
23 製品ガス送出弁
24 上部均圧弁
25 パージ弁
30 原料ガス供給弁
31 下部均圧弁
32 排気弁
33 製品ガス送出弁
34 上部均圧弁
35 パージ弁
40 昇圧ガス供給弁
原料ガス供給ライン(原料ガス供給用導管)
下部均圧ガス移送ライン(下部均圧ガス移送用導管)
製品ガス送出ライン(製品ガス送出用導管)
上部均圧ガス移送ライン(上部均圧ガス移送用導管)
パージガス移送ライン(パージガス移送用導管)
消音器
消音器
消音器
原料ガス
製品ガス
下部均圧ガス
上部均圧ガス
昇圧ガス
パージガス
排出ガス
AT 1 adsorption tower AT 2 adsorption tower AT 3 adsorption tower AT α adsorption process adsorption tower AT β regeneration process adsorption tower AT γ pressure raising process adsorption tower PT purge gas storage tank V 10 source gas supply valve V 11 lower leveling valve V 12 exhaust valves V 13 product gas delivery valve V 14 upper equalizing valve V 15 purge valve V 20 material gas supply valve V 21 lower equalizing valve V 22 exhaust valves V 23 product gas delivery valve V 24 upper equalizing valve V 25 purge valve V 30 source gas supply valve V 31 lower pressure equalization valve V 32 exhaust valve V 33 product gas delivery valve V 34 upper pressure equalization valve V 35 purge valve V 40 pressure increase gas supply valve L 1 source gas supply line (source gas supply conduit)
L 2 lower pressure equalizing gas transfer line (lower pressure equalizing gas transfer conduit)
L 3 product gas delivery line (product gas delivery conduits)
L 4 upper pressure equalizing gas transfer line (upper pressure equalization gas transfer conduit)
L 5 purge gas transfer line (purge gas transfer conduit)
S 1 silencer S 2 silencer S 3 silencer G 1 source gas G 2 product gas G 3 lower pressure equalization gas G 4 upper pressure equalization gas G 5 pressure increase gas G 6 purge gas G 7 exhaust gas

Claims (4)

少なくとも3つの吸着塔AT,AT,ATを用い、
吸着塔AT,AT,ATのうち一の吸着塔の一次側の端部に原料ガスを圧縮しながら供給して該一の吸着塔の内部圧力を高め、原料ガスに含まれる吸着対象ガスを該一の吸着塔の内部に収容された吸着剤に吸着させることにより、原料ガスに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高めた製品ガスを生成する吸着工程と、
吸着塔AT,AT,ATのうち吸着工程を終えた他の吸着塔を外気に接続することで該他の吸着塔の内部圧力を低下させ、該他の吸着塔に収容された吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスを脱離させて外気へ排出することにより、吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、
吸着塔AT,AT,ATのうち次に吸着工程が行われる残りの吸着塔の一次側の端部に原料ガスを圧縮しながら供給することにより、該残りの吸着塔の内部圧力を予め高める昇圧工程と、
を吸着塔AT,AT,ATで順次切り替えながら繰り返し行うことによって、製品ガスを生成する圧力変動吸着式のガス生成方法であって、
昇圧工程にある前記残りの吸着塔に供給された原料ガスのうち、前記残りの吸着塔の二次側の端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスよりは濃縮対象ガスの濃度が低いガスを前記残りの吸着塔の二次側の端部から抜き取り、その抜き取ったガスを再生工程にある前記他の吸着塔へパージガスとして吹き込むことを特徴とする圧力変動吸着式のガス生成方法。
Using at least three adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 ,
The adsorption target contained in the raw material gas is supplied by compressing and supplying the raw material gas to the primary side end of one of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 to increase the internal pressure of the single adsorption tower. An adsorption step for producing a product gas having an increased concentration of the gas to be concentrated contained in the raw material gas by adsorbing the gas to the adsorbent housed in the one adsorption tower;
Of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , and AT 3 , the other adsorption towers that have completed the adsorption process are connected to the outside air to reduce the internal pressure of the other adsorption towers, and the adsorptions accommodated in the other adsorption towers A regeneration step for regenerating the adsorption capacity of the adsorbent by desorbing the adsorption target gas adsorbed by the adsorbent and discharging it to the outside air ;
By supplying the raw material gas while compressing it to the primary side end of the remaining adsorption tower in which the adsorption step is next performed among the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , the internal pressure of the remaining adsorption tower is reduced. A boosting step to increase in advance;
Is a pressure fluctuation adsorption type gas generation method for generating a product gas by repeatedly performing the above by sequentially switching in the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 ,
Of the raw material gas supplied to the remaining adsorption tower in the pressurization step, the concentration of the gas to be concentrated has increased from the beginning by reaching the secondary side end of the remaining adsorption tower, but it is more concentrated than the product gas A pressure fluctuation adsorption system characterized in that a gas having a low concentration of the target gas is extracted from the secondary side end of the remaining adsorption tower, and the extracted gas is blown as a purge gas into the other adsorption tower in the regeneration process. Gas generation method.
前記残りの吸着塔から抜き取ったガスを一時的に貯留するためのパージガス貯留タンクを用い、
パージガス貯留タンクを介してから前記他の吸着塔へパージガスを吹き込む請求項1記載の圧力変動吸着式のガス生成方法。
Using a purge gas storage tank for temporarily storing the gas extracted from the remaining adsorption tower,
The pressure fluctuation adsorption type gas generation method according to claim 1, wherein the purge gas is blown into the other adsorption tower through the purge gas storage tank.
少なくとも3つの吸着塔AT,AT,ATを備え、
吸着塔AT,AT,ATのうち一の吸着塔の一次側の端部に原料ガスを圧縮しながら供給して該一の吸着塔の内部圧力を高め、原料ガスに含まれる吸着対象ガスを該一の吸着塔の内部に収容された吸着剤に吸着させることにより、原料ガスに含まれる濃縮対象ガスの濃度を高めた製品ガスを生成する吸着工程と、
吸着塔AT,AT,ATのうち吸着工程を終えた他の吸着塔を外気に接続することで該他の吸着塔の内部圧力を低下させ、該他の吸着塔に収容された吸着剤に吸着されていた吸着対象ガスを脱離させて外気へ排出することにより、吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、
吸着塔AT,AT,ATのうち次に吸着工程が行われる残りの吸着塔の一次側の端部に原料ガスを圧縮しながら供給することにより、該残りの吸着塔の内部圧力を予め高める昇圧工程と、
を吸着塔AT,AT,ATで順次切り替えながら繰り返し行うことにより、製品ガスを生成する圧力変動吸着式のガス生成装置であって、
昇圧工程にある前記残りの吸着塔に供給された原料ガスのうち、前記残りの吸着塔の二次側の端部に達して当初よりも濃縮対象ガスの濃度が高まったものの製品ガスよりは濃縮対象ガスの濃度が低いガスを前記残り吸着塔の二次側の端部から抜き取るとともに、その抜き取ったガスを再生工程にある前記他の吸着塔へパージガスとして吹き込むためのパージガス移送用導管を備えたことを特徴とする圧力変動吸着式のガス生成装置。
Comprising at least three adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 ;
The adsorption target contained in the raw material gas is supplied by compressing and supplying the raw material gas to the primary side end of one of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 to increase the internal pressure of the single adsorption tower. An adsorption step for producing a product gas having an increased concentration of the gas to be concentrated contained in the raw material gas by adsorbing the gas to the adsorbent housed in the one adsorption tower;
Of the adsorption towers AT 1 , AT 2 , and AT 3 , the other adsorption towers that have completed the adsorption process are connected to the outside air to reduce the internal pressure of the other adsorption towers, and the adsorptions accommodated in the other adsorption towers A regeneration step for regenerating the adsorption capacity of the adsorbent by desorbing the adsorption target gas adsorbed by the adsorbent and discharging it to the outside air ;
By supplying the raw material gas while compressing it to the primary side end of the remaining adsorption tower in which the adsorption step is next performed among the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 , the internal pressure of the remaining adsorption tower is reduced. A boosting step to increase in advance;
Is a pressure fluctuation adsorption type gas generating device that generates product gas by repeatedly performing the above by sequentially switching in the adsorption towers AT 1 , AT 2 , AT 3 ,
Of the raw material gas supplied to the remaining adsorption tower in the pressurization step, the concentration of the gas to be concentrated has increased from the beginning by reaching the secondary side end of the remaining adsorption tower, but it is more concentrated than the product gas A purge gas transfer conduit is provided for extracting a gas having a low concentration of the target gas from the end portion on the secondary side of the remaining adsorption tower and blowing the extracted gas into the other adsorption tower in the regeneration process as a purge gas. A pressure fluctuation adsorption type gas generator characterized by the above.
前記残りの吸着塔から抜き取ったガスを一時的に貯留するためのパージガス貯留タンクをパージガス移送用導管に介在させた請求項3記載の圧力変動吸着式のガス生成装置。   4. The pressure fluctuation adsorption type gas generator according to claim 3, wherein a purge gas storage tank for temporarily storing the gas extracted from the remaining adsorption tower is interposed in a purge gas transfer conduit.
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