JP5808614B2 - ガス吸着分離装置 - Google Patents
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Description
この圧力スイング吸着法は、混合ガスの分離方法として種々の分野で利用されているが、通常は、混合ガスから特定のガス成分を分離することにより、高純度のガスを製造する方法として利用されることが多い。圧力スイング吸着法により混合ガスから吸着・分離(製造)される高純度ガスとしては、例えば、水素、酸素、炭酸ガス、一酸化炭素などがある。
このような圧力スイング吸着法による酸素や水素の製造では、吸着剤に不要ガス成分を吸着させ、高濃度〜高純度の必要ガス成分を製造している。
このような圧力スイング吸着法による炭酸ガスや一酸化炭素の製造では、吸着剤に必要なガス成分を吸着させ、これを脱離させることにより、高純度の必要ガス成分を製造している。
(1)吸着塔にガスを導入し、ガスを吸着剤に吸着させる吸着工程
(2)吸着塔に高純度のガスを導入し、不要なガスを追い出す洗浄工程
(3)吸着塔の圧力を洗浄工程より低くし、吸着ガスを回収する脱着工程
例えば、混合ガスから炭酸ガスを回収する場合、50〜100kPa程度の圧力で吸着工程を行い、次いで、大気圧にて高純度の炭酸ガスを導入して不要なガスを追い出し、最後に真空にまで減圧して高純度の炭酸ガスを得ることができる。洗浄工程に必要な高純度の炭酸ガスは、脱着工程を行っている吸着塔から供給される。
また、高いガス処理量が得られる方式として、高速圧力スイング(RPSA)法が提案されており、例えば、特許文献2には、RPSA法により混合ガスから水素を回収する方法が示されている。この方法は、吸着塔内の吸着層を分割し、吸着層の外側の一方より混合ガスを導入し、吸着層に不要ガス成分を吸着させ、吸着層の間の領域から不要ガス成分の除去された高純度のガスを回収するとともに、この高純度ガスをもう一方の吸着層に導入して吸着層内に吸着された不要成分を脱離させ、この不要ガス成分を吸着剤のもう一方の外側の領域から系外へ放出するという方式である。また、同様に吸着層を分割する方式が特許文献3,4に示されており、例えば、特許文献3に示されるものは、圧力スイング法の前処理等のため、水分や炭酸ガスを除去するために考えられた方法である。
特許文献3の方法では、吸着層を分割し、吸着層による圧力損失を低下させて体積効率が高くしているが、ガス中の不純物を取り除くための構造であり、炭酸ガスのように吸着したガスを高純度で回収することはできない。また、特許文献4の方法では、ユニットを分割して移送することが可能であるという特徴はあるものの、全体の構造が四角形であるため、上述した炭酸ガス分離のように数十〜数百kPaの圧力を内部に加えることは困難である。
[1]混合ガスを通過させて吸着剤と接触させ、混合ガス中の1以上のガス成分を吸着する吸着槽を複数基備え、該複数基の吸着槽に吸着工程と脱着工程、若しくは吸着工程と洗浄工程と脱着工程を交互に行わせるガス吸着分離装置であって、
各吸着槽は縦円筒型であり、吸着槽の内部が水平方向で並列した5つの領域に仕切られ、これらの領域のうち、中央の領域がガス流入領域(A)を構成し、該ガス流入領域(A)に隣接する両側の領域がガス吸着領域(B1),(B2)を構成し、該ガス吸着領域(B1),(B2)に各々隣接する最外側の領域がオフガス流出領域(C1),(C2)を構成することを特徴とするガス吸着分離装置。
各吸着槽は枕型であり、吸着槽の内部が高さ方向で並列した5つの領域に仕切られ、これらの領域のうち、中央の領域がガス流入領域(A)を構成し、該ガス流入領域(A)に隣接する上下の領域がガス吸着領域(B1),(B2)を構成し、該ガス吸着領域(B1),(B2)に各々隣接する最外側の領域がオフガス流出領域(C1),(C2)を構成することを特徴とするガス吸着分離装置。
各吸着槽は枕型であり、吸着槽の内部が水平方向であって且つ槽幅方向で並列した5つの領域に仕切られ、これらの領域のうち、中央の領域がガス流入領域(A)を構成し、該ガス流入領域(A)に隣接する両側の領域がガス吸着領域(B1),(B2)を構成し、該ガス吸着領域(B1),(B2)に各々隣接する最外側の領域がオフガス流出領域(C1),(C2)を構成することを特徴とするガス吸着分離装置。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかのガス吸着分離装置において、隣接する領域間はガスが通気可能な仕切壁で仕切られ、ガス流入領域(A)とオフガス流出領域(C1),(C2)は、ガス吸着領域(B1),(B2)との間で仕切壁を通じてガスを出入りさせる空間部であることを特徴とするガス吸着分離装置。
図1は、本願の第一の発明に係るガス吸着分離装置の一実施形態を模式的に示す斜視図であり、図2は、図1のガス吸着分離装置を構成する1つの吸着槽(吸着塔)を模式的に示す斜視図、図3は同じく水平断面図である。
このガス吸着分離装置は、3基の吸着槽x1〜x3を備えており、これら3基の吸着槽x1〜x3に吸着工程と洗浄工程と脱着工程をこの順に交互に行わせるものである。なお、ガス吸着分離装置は、2基の吸着槽を備え、これら2基の吸着槽に吸着工程と脱着工程を交互に行わせるもの、すなわち洗浄工程を行わないものであってもよい。
各領域を仕切るために吸着槽xの筒軸方向に沿って設けられる仕切壁1(分散板)は、ガス吸着領域B1,B2内に粒状の吸着剤を保持しつつ、ガスを通過させることができる小孔を全面に有する多孔板(例えば、金網など)で構成される。本実施形態では、仕切壁1は吸着槽xの内部を直線状に仕切り、各領域を形成している。
前記ガス流入領域Aとオフガス流出領域C1,C2は、ガス吸着領域B1,B2との間で仕切壁1を通じてガスを出入りさせる空間部である。
洗浄工程にある吸着槽x2では、脱着工程にある吸着槽x3で脱着されたガス(高純度の吸着ガス)の一部が、洗浄ガスとしてガス流入領域Aに供給され、この洗浄ガスが仕切壁1(分散板)を通じてガス吸着領域B1,B2→オフガス流出領域C1,C2へと流れることで、ガス吸着領域B1,B2内の不純物ガスがオフガス流出領域C1,C2に追い出され、ガス吸着領域B1,B2の洗浄がなされる。オフガス流出領域C1,C2に流出した洗浄オフガスは、ガス排出管3を通じて排出される。
吸着工程と脱着工程の圧力は、脱着圧力が吸着圧力より低く設定されればよい。したがって、例えば、吸着圧力を大気圧とし脱着圧力を真空としてもよく、吸着圧力を加圧にて行い、脱着圧力を大気圧或いは真空としてもよい。
以上のように3基の吸着槽x1〜x3において、一定時間毎に順繰りに3つの工を実施することにより、混合ガスから高純度ガスを連続的に製造することができる。
このガス吸着分離装置も、3基の吸着槽x1〜x3を備えており、これら3基の吸着槽x1〜x3に吸着工程と洗浄工程と脱着工程をこの順に交互に行わせるものである。なお、ガス吸着分離装置は、2基の吸着槽を備え、これら2基の吸着槽に吸着工程と脱着工程を交互に行わせるもの、すなわち洗浄工程を行わないものであってもよい。
前記ガス流入領域Aとオフガス流出領域C1,C2は、ガス吸着領域B1,B2との間で仕切壁1を通じてガスを出入りさせる空間部である。
前記ガス流入領域Aには、混合ガスを供給するためのガス供給管2が、また、オフガス流出領域C1,C2には、濃縮したガス(混合ガスの一部が吸着・分離された後のガス)を排出するためのガス排出管3が、それぞれ接続されている。前記ガス供給管2による混合ガスの供給位置は任意である。また、前記ガス流入領域Aには、混合ガスを全域にわたって均一に供給できるような分散ノズルを設けてもよい。
吸着工程と脱着工程の圧力は、脱着圧力が吸着圧力より低く設定されればよい。したがって、例えば、吸着圧力を大気圧とし脱着圧力を真空としてもよく、吸着圧力を加圧にて行い、脱着圧力を大気圧或いは真空としてもよい。
以上のように3基の吸着槽x1〜x3において、一定時間毎に順繰りに3つの工を実施することにより、混合ガスから高純度ガスを連続的に製造することができる。
このガス吸着分離装置も、3基の吸着槽x1〜x3を備えており、これら3基の吸着槽x1〜x3に吸着工程と洗浄工程と脱着工程をこの順に交互に行わせるものである。なお、ガス吸着分離装置は、2基の吸着槽を備え、これら2基の吸着槽に吸着工程と脱着工程を交互に行わせるもの、すなわち洗浄工程を行わないものであってもよい。
前記ガス流入領域Aとオフガス流出領域C1,C2は、ガス吸着領域B1,B2との間で仕切壁1を通じてガスを出入りさせる空間部である。
吸着工程と脱着工程の圧力は、脱着圧力が吸着圧力より低く設定されればよい。したがって、例えば、吸着圧力を大気圧とし脱着圧力を真空としてもよく、吸着圧力を加圧にて行い、脱着圧力を大気圧或いは真空としてもよい。
以上のように3基の吸着槽x1〜x3において、一定時間毎に順繰りに3つの工を実施することにより、混合ガスから高純度ガスを連続的に製造することができる。
また、本発明の装置は、冷却しながら吸着し、再生時に加温する方式の温度スイング吸着法や、この温度スイング吸着法と圧力スイング吸着法を組み合わせた圧力・温度スイング吸着法にも適用することができる。この場合、ガス吸着領域B1,B2に加熱・冷却のための熱交換チューブを挿入するなどの構成を採用することができる。
また、本発明では、吸着剤層厚が2つに分割されているので各吸着剤層の厚さを薄くすることができ、このため、圧力損失を小さくできるとともに、吸着や脱着に必要な時間も短縮できる利点がある。
さらに、吸着槽は縦円筒型または枕型であり、混合ガスのガス流入領域Aからガス流出領域C1,C2に向けて吸着装置の幅が減少するため、ガス吸着により混合ガスの体積が減少しても、混合ガスの線速度が低下せず、このため吸着に必要な時間をさらに短くできるという優れた効果が得られる。
2 ガス供給管
3 ガス排出管
4 真空ポンプ
A ガス流入領域
B1,B2 ガス吸着領域
C1,C2 オフガス流出領域
Claims (4)
- 混合ガスを通過させて吸着剤と接触させ、混合ガス中の1以上のガス成分を吸着する吸着槽を複数基備え、該複数基の吸着槽に吸着工程と脱着工程、若しくは吸着工程と洗浄工程と脱着工程を交互に行わせるガス吸着分離装置であって、
各吸着槽は縦円筒型であり、吸着槽の内部が水平方向で並列した5つの領域に仕切られ、これらの領域のうち、中央の領域がガス流入領域(A)を構成し、該ガス流入領域(A)に隣接する両側の領域がガス吸着領域(B1),(B2)を構成し、該ガス吸着領域(B1),(B2)に各々隣接する最外側の領域がオフガス流出領域(C1),(C2)を構成することを特徴とするガス吸着分離装置。 - 混合ガスを通過させて吸着剤と接触させ、混合ガス中の1以上のガス成分を吸着する吸着槽を複数基備え、該複数基の吸着槽に吸着工程と脱着工程、若しくは吸着工程と洗浄工程と脱着工程を交互に行わせるガス吸着分離装置であって、
各吸着槽は枕型であり、吸着槽の内部が高さ方向で並列した5つの領域に仕切られ、これらの領域のうち、中央の領域がガス流入領域(A)を構成し、該ガス流入領域(A)に隣接する上下の領域がガス吸着領域(B1),(B2)を構成し、該ガス吸着領域(B1),(B2)に各々隣接する最外側の領域がオフガス流出領域(C1),(C2)を構成することを特徴とするガス吸着分離装置。 - 混合ガスを通過させて吸着剤と接触させ、混合ガス中の1以上のガス成分を吸着する吸着槽を複数基備え、該複数基の吸着槽に吸着工程と脱着工程、若しくは吸着工程と洗浄工程と脱着工程を交互に行わせるガス吸着分離装置であって、
各吸着槽は枕型であり、吸着槽の内部が水平方向であって且つ槽幅方向で並列した5つの領域に仕切られ、これらの領域のうち、中央の領域がガス流入領域(A)を構成し、該ガス流入領域(A)に隣接する両側の領域がガス吸着領域(B1),(B2)を構成し、該ガス吸着領域(B1),(B2)に各々隣接する最外側の領域がオフガス流出領域(C1),(C2)を構成することを特徴とするガス吸着分離装置。 - 隣接する領域間はガスが通気可能な仕切壁で仕切られ、ガス流入領域(A)とオフガス流出領域(C1),(C2)は、ガス吸着領域(B1),(B2)との間で仕切壁を通じてガスを出入りさせる空間部であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のガス吸着分離装置。
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