JP7388731B2 - Pressure swing adsorption device and gas generation method - Google Patents

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Description

本発明は、圧力スイング吸着(PSA:Pressure Swing Adsorption)装置、および、当該圧力スイング吸着装置を用いたガス生成方法に関する。 The present invention relates to a pressure swing adsorption (PSA) device and a gas generation method using the pressure swing adsorption device.

圧力スイング吸着装置(以下、PSA装置)は、原料ガスから特定ガスを吸着して目的ガスを生成し、この目的ガスを製品ガスとして供給する。 A pressure swing adsorption device (hereinafter referred to as a PSA device) adsorbs a specific gas from a raw material gas to generate a target gas, and supplies this target gas as a product gas.

特許文献1は、2つの吸着塔で1つのグループを形成するPSA装置を開示している。特許文献1のPSA装置は、原料ガスを1つの吸着塔に導入してこの吸着塔を加圧し目的ガスを生成し、この間に、もう一方の吸着塔の吸着剤を再生処理する。生成された目的ガスはバッファタンクへ供給される。PSA装置は、次いで、両吸着塔を互いに均圧にする。 Patent Document 1 discloses a PSA device in which two adsorption towers form one group. The PSA device of Patent Document 1 introduces a raw material gas into one adsorption tower, pressurizes this adsorption tower, and generates a target gas, and during this time, regenerates the adsorbent in the other adsorption tower. The generated target gas is supplied to a buffer tank. The PSA unit then pressure equalizes both adsorption columns with respect to each other.

それから、PSA装置は、原料ガスを、今度は他方の吸着塔に導入してこの吸着塔を加圧して目的ガスを生成し、一方の吸着塔の吸着剤を再生処理する。生成された目的ガスはバッファタンクへ送られる。PSA装置は、次いで、両吸着塔を互いに均圧にする。PSA装置は、これらの工程を繰り返す。 Then, the PSA device introduces the raw material gas into the other adsorption tower, pressurizes this adsorption tower to generate a target gas, and regenerates the adsorbent in one adsorption tower. The generated target gas is sent to a buffer tank. The PSA unit then pressure equalizes both adsorption columns with respect to each other. The PSA device repeats these steps.

均圧工程の間、および、均圧工程から、吸着塔が原料ガスの供給によってバッファタンクの圧力に上昇するまでの間、目的ガスがどの吸着塔からもバッファタンクへ供給されることはない。これらの間、バッファタンクに既に貯蔵された目的ガスを製品ガスとして外部に供給し、それにより製品ガスを外部へ連続供給できるようにしている。しかしながら、これにより、バッファタンクの圧力は低下する。 During the pressure equalization step and from the pressure equalization step until the pressure of the adsorption tower rises to the buffer tank pressure due to feed gas supply, target gas is not supplied from any adsorption tower to the buffer tank. During this time, the target gas already stored in the buffer tank is supplied to the outside as a product gas, thereby making it possible to continuously supply the product gas to the outside. However, this reduces the pressure in the buffer tank.

すなわち、目的ガスがどの吸着塔からも取り出されていない時間があることにより、ユーザに提供する製品ガスの圧力の低下がもたらされているといえる。 In other words, it can be said that the pressure of the product gas provided to users decreases because there is a time when the target gas is not taken out from any adsorption tower.

特開第2010-75778号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-75778 実公平07-002025号公報Publication number 07-002025

本発明は、目的ガスを常にいずれかの吸着塔から取り出すことに貢献し得る構成を有するPSA装置を提供すること目的とする。また、本発明は、当該PSA装置を用いたガス生成方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a PSA device having a configuration that can contribute to always taking out a target gas from one of the adsorption towers. Another object of the present invention is to provide a gas generation method using the PSA device.

本発明は、圧力スイング吸着法によって原料ガスから特定ガスを吸着して目的ガスを生成する圧力スイング吸着装置であって、
前記特定ガスを前記目的ガスより優先的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔を3つ含むグループと、
前記原料ガスを圧縮する第1圧縮手段と、
前記原料ガスを、前記第1圧縮手段による圧縮圧力よりも高い圧力に圧縮する第2圧縮手段と、
前記吸着塔のそれぞれに接続された供給路と、
前記第1圧縮手段により圧縮された前記原料ガスを、前記供給路を通じて前記吸着塔に選択的に供給するために、前記供給路の状態を切り替える第1供給切替手段と、
前記第2圧縮手段により圧縮された前記原料ガスを、前記供給路を通じて前記吸着塔に選択的に供給するために、前記供給路の状態を切り替える、前記第1供給切替手段とは異なる第2供給切替手段と、
前記吸着塔のそれぞれに接続された排出路と、
前記特定ガスを、前記排出路を通じて前記吸着塔のそれぞれから選択的に排出するために、前記排出路の状態を切り替える排出切替手段と、
前記吸着塔のそれぞれに接続された連通路と、
前記グループのうち任意の2つの前記吸着塔を、前記連通路を通じて互いに均圧にするために、前記連通路の状態を切り替える連通切替手段と、
前記目的ガスを前記吸着塔から取り出すために、前記吸着塔のそれぞれに接続された取出路と、を備える。
The present invention is a pressure swing adsorption apparatus that adsorbs a specific gas from a source gas to generate a target gas by a pressure swing adsorption method,
a group including three adsorption towers filled with an adsorbent that preferentially adsorbs the specific gas over the target gas;
a first compression means for compressing the raw material gas;
a second compression means for compressing the raw material gas to a pressure higher than the compression pressure by the first compression means;
a supply line connected to each of the adsorption towers;
a first supply switching means for switching the state of the supply passage in order to selectively supply the raw material gas compressed by the first compression means to the adsorption tower through the supply passage;
A second supply different from the first supply switching means that switches the state of the supply path in order to selectively supply the raw material gas compressed by the second compression means to the adsorption tower through the supply path. a switching means;
a discharge path connected to each of the adsorption towers;
discharge switching means for switching the state of the discharge passage in order to selectively discharge the specific gas from each of the adsorption towers through the discharge passage;
a communication path connected to each of the adsorption towers;
communication switching means for switching the state of the communication passage in order to equalize the pressure of any two of the adsorption towers in the group through the communication passage;
A take-out passage connected to each of the adsorption towers is provided to take out the target gas from the adsorption towers.

前記第1圧縮手段は、
前記原料ガスを圧縮する圧縮機を含み、
前記供給路は、
前記圧縮機と前記グループとに接続された主路と、
前記主路を迂回するバイパス路と、を含み、
前記第2圧縮手段は、
前記圧縮機によって圧縮された前記原料ガスを増圧するために前記バイパス路に介在された少なくとも1つの増圧弁を含んでよい。
The first compression means
including a compressor that compresses the raw material gas,
The supply path is
a main path connected to the compressor and the group;
A bypass road that detours around the main road,
The second compression means
The bypass path may include at least one pressure increase valve for increasing the pressure of the raw material gas compressed by the compressor.

前記第1圧縮手段は、
前記原料ガスを圧縮する第1圧縮機を含み、
前記第2圧縮手段は、
前記原料ガスを前記第1圧縮機による圧縮圧力よりも高い圧力に圧縮する第2圧縮機を含んでよい。
The first compression means
including a first compressor that compresses the raw material gas,
The second compression means
It may include a second compressor that compresses the raw material gas to a pressure higher than the compression pressure by the first compressor.

前記第1圧縮手段は、
前記原料ガスを圧縮する第1圧縮機を含み、
前記第2圧縮手段は、
前記原料ガスを前記第1圧縮機による圧縮圧力よりも高い圧力に圧縮する第2圧縮機と、
前記第1圧縮機によって圧縮された前記原料ガスをさらに増圧するための増圧弁と、を含み、
前記供給路は、
前記第1圧縮機と前記グループとに接続された主路と、
前記増圧弁が介在し、かつ、前記主路を迂回するバイパス路と、
前記バイパス路と前記第2圧縮機とに接続された補助路と、を含み、
前記圧力スイング吸着装置は、
前記第2圧縮機によって圧縮された前記原料ガスまたは前記増圧弁によって増圧された前記原料ガスのどちらを前記グループに供給するかを選択するための供給選択手段を、さらに、含んでよい。
The first compression means
including a first compressor that compresses the raw material gas,
The second compression means
a second compressor that compresses the raw material gas to a pressure higher than the compression pressure by the first compressor;
a pressure increasing valve for further increasing the pressure of the raw material gas compressed by the first compressor,
The supply path is
a main path connected to the first compressor and the group;
a bypass path in which the pressure increase valve is interposed and bypasses the main path;
an auxiliary path connected to the bypass path and the second compressor,
The pressure swing adsorption device includes:
The apparatus may further include supply selection means for selecting which of the raw material gas compressed by the second compressor or the raw material gas pressure increased by the pressure increase valve is to be supplied to the group.

前記圧力スイング吸着装置は、さらに、
前記目的ガスが前記取出路を通じて前記吸着塔に逆流するのを防止するために前記取出路に介在された逆流防止手段、または、前記目的ガスを、前記取出路を通じて前記吸着塔のそれぞれから選択的に取り出すために、前記取出路の状態を切り替える取出切替手段と、を備えてよい。
The pressure swing adsorption device further includes:
a backflow prevention means interposed in the take-out passage for preventing the target gas from flowing back into the adsorption tower through the take-out passage; and a take-out switching means for switching the state of the take-out path in order to take out the container.

前記第1供給切替手段、前記第2供給切替手段、前記排出切替手段、および、前記連通切替手段を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、
前記グループのうち、1つの吸着塔を第1吸着塔として、別の1つの吸着塔を第2吸着塔として、残り1つの吸着塔を第3吸着塔として、
前記原料ガスを前記第1圧縮手段によって前記第1吸着塔に前記供給路を通じて供給して、前記目的ガスを前記第1吸着塔から前記取出路を通じて取り出し、かつ、前記特定ガスを前記第3吸着塔から前記排出路を通じて排出して、前記第3吸着塔の前記吸着剤を再生処理する第1工程と、
前記原料ガスを前記第2圧縮手段によって前記第1吸着塔に前記供給路を通じて供給して、前記目的ガスを前記第1吸着塔から前記取出路を通じて取り出し続け、かつ、前記原料ガスを前記第1圧縮手段によって前記第2吸着塔に前記供給路を通じて供給して、前記目的ガスを前記第2吸着塔から前記取出路を通じて取り出し始め、かつ、前記特定ガスを前記第3吸着塔から前記排出路を通じて排出して、前記第3吸着塔の前記吸着剤を再生処理し続ける第2工程と、
前記原料ガスを前記第1圧縮手段によって前記第2吸着塔に前記供給路を通じて供給して、前記第2吸着塔から前記取出路を通じて取り出し続け、かつ、前記第1吸着塔と前記第3吸着塔とを前記連通路を通じて互いに連通させて均圧にする第3工程と、を順番に実施してよい。
further comprising a control unit that controls the first supply switching means, the second supply switching means, the discharge switching means, and the communication switching means,
The control unit includes:
Among the group, one adsorption tower is used as a first adsorption tower, another adsorption tower is used as a second adsorption tower, and the remaining one adsorption tower is used as a third adsorption tower,
The raw material gas is supplied by the first compression means to the first adsorption tower through the supply path, the target gas is taken out from the first adsorption tower through the take-out path, and the specific gas is removed from the third adsorption tower. a first step of regenerating the adsorbent in the third adsorption tower by discharging it from the tower through the discharge passage;
The source gas is supplied to the first adsorption tower by the second compression means through the supply path, and the target gas is continued to be taken out from the first adsorption tower through the take-out path; The compression means supplies the second adsorption tower through the supply path to begin taking out the target gas from the second adsorption tower through the take-out path, and the specific gas is supplied from the third adsorption tower through the discharge path. a second step of discharging and continuing the regeneration treatment of the adsorbent in the third adsorption tower;
The raw material gas is continuously supplied by the first compression means to the second adsorption tower through the supply path and taken out from the second adsorption tower through the take-out path, and the first adsorption tower and the third adsorption tower and a third step of making the pressure equalize by communicating with each other through the communication path, and may be performed in order.

前記制御部は、
前記第1から第3工程を実施した後に、
前記第1から第3工程の実施の際に第1吸着塔だった吸着塔を第3吸着塔として、第2吸着塔だった吸着塔を第1吸着塔として、第3吸着塔だった吸着塔を第2吸着塔として、前記第1から第3工程を再び実施してもよい。
The control unit includes:
After carrying out the first to third steps,
The adsorption tower that was the first adsorption tower during the implementation of the first to third steps was used as the third adsorption tower, the adsorption tower that was the second adsorption tower was used as the first adsorption tower, and the adsorption tower that was the third adsorption tower You may carry out the said 1st to 3rd process again by using it as a 2nd adsorption tower.

また、本発明は、上記の圧力スイング吸着装置を用いて、前記目的ガスを生成するガス生成方法が提供される。 Further, the present invention provides a gas generation method for generating the target gas using the pressure swing adsorption device described above.

本発明によれば、目的ガスを常にいずれかの吸着塔から取り出すことに貢献し得る構成を有するPSA装置を提供される。また、本発明によれば、上記PSA装置を用いたガス生成方法が提供される。 According to the present invention, a PSA device is provided which has a configuration that can contribute to always taking out a target gas from one of the adsorption towers. Further, according to the present invention, a gas generation method using the above-mentioned PSA device is provided.

本発明の例示のPSA装置の概略図である。1 is a schematic diagram of an exemplary PSA device of the present invention; FIG. 第1から第3工程を説明する。The first to third steps will be explained. 第1’から第3’工程を説明する。The 1st to 3rd steps will be explained. 第1’’から第3’’工程を説明する。The first to third steps will be explained. 実施例のサイクル条件を示す。The cycle conditions of Examples are shown.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態が説明される。図1は、例示のPSA装置を示す。PSA装置は、PSA法によって、原料ガスから特定ガスを吸着して、目的ガスを生成する。例えば、PSA装置は、空気を原料ガスとする。この場合、PSA装置は、窒素を吸着して酸素を生成する酸素PSA装置、酸素を吸着して窒素を生成する窒素PSA装置、及び、水分を吸着してドライエアを生成するPSAドライヤなどがある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exemplary PSA device. A PSA device adsorbs a specific gas from a source gas to generate a target gas using the PSA method. For example, a PSA device uses air as a raw material gas. In this case, the PSA device includes an oxygen PSA device that adsorbs nitrogen to generate oxygen, a nitrogen PSA device that adsorbs oxygen to generate nitrogen, and a PSA dryer that adsorbs moisture to generate dry air.

PSA装置は、互いに並列する3つの吸着塔Ta,Tb,Tcを備え、3つの吸着塔Ta,Tb,Tcで1つのグループGを形成する。不図示の吸着剤が吸着塔Ta,Tb,Tc内に充填されている。吸着剤は、特定ガスを目的ガスより優先して吸着する性質を有する。酸素PSA装置の場合、例えば、窒素ガスを酸素ガスより優先して吸着するゼオライト吸着剤が用いられる。窒素PSA装置の場合、例えば、酸素ガスを窒素ガスより優先して吸着する分子篩活性炭吸着剤が用いられる。PSAドライヤの場合、乾燥剤が吸着剤として用いられる。 The PSA apparatus includes three adsorption towers Ta, Tb, and Tc that are arranged in parallel with each other, and one group G is formed by the three adsorption towers Ta, Tb, and Tc. An adsorbent (not shown) is filled in the adsorption towers Ta, Tb, and Tc. The adsorbent has the property of preferentially adsorbing a specific gas over a target gas. In the case of an oxygen PSA device, for example, a zeolite adsorbent that adsorbs nitrogen gas preferentially over oxygen gas is used. In the case of a nitrogen PSA device, for example, a molecular sieve activated carbon adsorbent that adsorbs oxygen gas preferentially over nitrogen gas is used. In the case of PSA dryers, a desiccant is used as an adsorbent.

吸着塔が原料ガスの供給によって加圧されると、吸着剤が原料ガス中の特定ガスを吸着し、結果的に、目的ガスが吸着塔内に残る。こうして、目的ガスが吸着塔内で生成される。 When the adsorption tower is pressurized by supplying the raw material gas, the adsorbent adsorbs a specific gas in the raw material gas, and as a result, the target gas remains in the adsorption tower. In this way, the target gas is produced within the adsorption tower.

PSA装置は、原料ガスを圧縮して供給するために第1圧縮手段1Aおよび第2圧縮手段1B,1Cを備える。PSA装置は、さらに、圧縮された原料ガスを供給するために、吸着塔Ta,Tb,Tcに接続された供給路2を備える。これらの構成は、後に詳述される。 The PSA apparatus includes a first compression means 1A and second compression means 1B and 1C for compressing and supplying raw material gas. The PSA apparatus further includes a supply path 2 connected to the adsorption towers Ta, Tb, and Tc to supply compressed raw material gas. These configurations will be detailed later.

PSA装置は、さらに、吸着塔Ta,Tb,Tcに接続された排出路3を備える。排出路3は、2つの分岐路3a,3b,3cを有し、この分岐路3a,3b,3cが3つの吸着塔Ta,Tb,Tcにそれぞれ接続されている。さらに、排出路3は、排出口30を有する。 The PSA device further includes a discharge path 3 connected to the adsorption towers Ta, Tb, and Tc. The discharge passage 3 has two branch passages 3a, 3b, and 3c, and these branch passages 3a, 3b, and 3c are connected to three adsorption towers Ta, Tb, and Tc, respectively. Furthermore, the discharge path 3 has a discharge port 30 .

PSA装置は、さらに、特定ガスを、排出路3および排出口30を通じて外部環境へ、吸着塔Ta,Tb,Tcのそれぞれから選択的に排出するために、排出路3の状態を切り替える排出切替手段を備える。実施形態の排出切替手段は、吸着塔Ta,Tb,Tcのそれぞれに対して設けられ、排出路3の分岐路3a,3b,3cに介在される開閉バルブV4,V5,V6である。バルブ4V,5V,6Vの開閉制御によって、特定ガスを排出する吸着塔Ta,Tb,Tcを選択可能である。 The PSA device further includes a discharge switching means that switches the state of the discharge passage 3 in order to selectively discharge the specific gas from each of the adsorption towers Ta, Tb, and Tc through the discharge passage 3 and the discharge port 30 to the external environment. Equipped with. The discharge switching means of the embodiment is on-off valves V4, V5, and V6 provided for each of the adsorption towers Ta, Tb, and Tc, and interposed in the branch paths 3a, 3b, and 3c of the discharge path 3. By controlling the opening and closing of valves 4V, 5V, and 6V, it is possible to select adsorption towers Ta, Tb, and Tc from which specific gases are discharged.

PSA装置は、さらに、吸着塔Ta,Tb,Tcに接続された連通路4を備える。連通路4は、3つの分岐路4a,4b,4cを有し、この分岐路4a,4b,4cが3つの吸着塔Ta,Tb,Tcにそれぞれ接続されている。 The PSA device further includes a communication path 4 connected to the adsorption towers Ta, Tb, and Tc. The communication passage 4 has three branch passages 4a, 4b, and 4c, and these branch passages 4a, 4b, and 4c are connected to three adsorption towers Ta, Tb, and Tc, respectively.

さらに、PSA装置は、グループGのうち任意の2つの吸着塔を互いに均圧にするために、連通路4の状態を切り替えるための連通切替手段を備える。実施形態の連通切替手段は、吸着塔Ta,Tb,Tcのそれぞれに対して設けられ、連通路4の分岐路4a,4b,4cに介在される開閉バルブV7,V8,V9である。バルブV7,V8,V9の開閉制御によって、後述の均圧工程を実施するために互いに連通させる2つの吸着塔をグループGの中から選択することができる。 Further, the PSA device includes communication switching means for switching the state of the communication path 4 in order to equalize the pressures of any two adsorption towers in group G. The communication switching means of the embodiment are on-off valves V7, V8, and V9 provided for each of the adsorption towers Ta, Tb, and Tc, and interposed in the branch paths 4a, 4b, and 4c of the communication path 4. By controlling the opening and closing of valves V7, V8, and V9, two adsorption towers to be communicated with each other can be selected from Group G in order to carry out the pressure equalization step described below.

PSA装置は、さらに、吸着塔Ta,Tb,Tcに接続された取出路5を備える。バッファタンクBTが取出路5に介在されている。取出路5は、3つの分岐路5a,5b,5cを有し、この分岐路5a,5b,5cが3つの吸着塔Ta,Tb,Tcにそれぞれ接続されている。取出路5は、さらに、取出口50を有する。この取出路5は、吸着塔Ta,Tb,Tc内で生成された目的ガスを、製品ガスとして、取り出し、バッファタンクBTへ供給し、取出口50からPSA装置の外部に供給するための流路である。 The PSA device further includes an extraction path 5 connected to the adsorption towers Ta, Tb, and Tc. A buffer tank BT is interposed in the take-out passage 5. The take-out passage 5 has three branch passages 5a, 5b, and 5c, and these branch passages 5a, 5b, and 5c are connected to three adsorption towers Ta, Tb, and Tc, respectively. The outlet passage 5 further has an outlet 50 . This take-out path 5 is a flow path for taking out the target gases generated in the adsorption towers Ta, Tb, and Tc as product gases, supplying them to the buffer tank BT, and supplying them to the outside of the PSA apparatus from the take-out port 50. It is.

PSA装置は、実施形態では、吸着塔Ta,Tb,Tcから取出路5を通じて取り出された目的ガスが、バッファタンクBTから取出路5を通じて吸着塔Ta,Tb,Tcへ逆流するのを防止するための逆流防止手段として、分岐路5a,5b,5cのそれぞれに介在された逆止弁CVa,CVb,CVcを備えている。 In the embodiment, the PSA device prevents the target gas taken out from the adsorption towers Ta, Tb, and Tc through the take-out path 5 from flowing back from the buffer tank BT to the adsorption towers Ta, Tb, and Tc through the take-out path 5. As a backflow prevention means, check valves CVa, CVb, and CVc are provided in the branch passages 5a, 5b, and 5c, respectively.

なお、逆止弁CVa,CVb,CVcに代えて、PSA装置は、図示されないが、吸着塔Ta,Tb,Tcのそれぞれに対して設けられ、取出路50の分岐路50a,50b,50cに介在され、取出路5の状態を切り替えるために、後述の制御部6によって制御される開閉バルブを、取出切替手段として備えてもよい。そして、これらの開閉バルブの開閉制御によって、取出路5の状態を切り替えて、生成された目的ガスを取り出す吸着塔を選択できるようにしてもよい。 Note that instead of the check valves CVa, CVb, and CVc, PSA devices (not shown) are provided for each of the adsorption towers Ta, Tb, and Tc, and are interposed in the branch passages 50a, 50b, and 50c of the take-out passage 50. In order to switch the state of the take-out passage 5, an on-off valve controlled by a control section 6, which will be described later, may be provided as the take-out switching means. Then, by controlling the opening and closing of these opening/closing valves, the state of the extraction passage 5 may be switched to select the adsorption tower from which the generated target gas is extracted.

第1圧縮手段1Aは圧縮機(コンプレッサー)であり、原料ガスを圧縮して、圧縮された原料ガスを、供給路2を通じてグループGに供給する。例えば、圧縮機1Aは、既存の工場にある圧縮機である。このために、供給路2は、主路20を備える。主路20は、3つの分岐路20a,20b,20cを有し、この分岐路20a,20b,20cが3つの吸着塔Ta,Tb,Tcにそれぞれ接続されている。さらに、主路20は、供給口200を有しており、この供給口200にて供給路2と圧縮機1Aとが互いに接続さている。したがって、圧縮機1Aは、主路20を通じて、吸着塔Ta,Tb,Tcにそれぞれ供給する。 The first compression means 1A is a compressor, compresses the raw material gas, and supplies the compressed raw material gas to the group G through the supply path 2. For example, the compressor 1A is a compressor located in an existing factory. For this purpose, the supply channel 2 comprises a main channel 20 . The main passage 20 has three branch passages 20a, 20b, and 20c, and these branch passages 20a, 20b, and 20c are connected to three adsorption towers Ta, Tb, and Tc, respectively. Furthermore, the main path 20 has a supply port 200, and the supply path 2 and the compressor 1A are connected to each other at the supply port 200. Therefore, the compressor 1A supplies the adsorption towers Ta, Tb, and Tc through the main path 20, respectively.

さらに、PSA装置は、圧縮機1Aにより圧縮された原料ガスを、吸着塔Ta,Tb,Tcに選択的に供給するために、供給路2(したがって、主路20)の状態を切り替える第1供給切替手段を備える。第1供給切替手段は、吸着塔Ta,Tb,Tcのそれぞれに対して設けられ、主路20の分岐路20a,20b,20cに介在された開閉バルブV1,V2,V3である。バルブV1,V2,V3の開閉制御によって、圧縮機1Aで圧縮された原料ガスを供給する吸着塔Ta,Tb,Tcを選択することができる。 Furthermore, the PSA device has a first supply that switches the state of the supply path 2 (therefore, the main path 20) in order to selectively supply the raw material gas compressed by the compressor 1A to the adsorption towers Ta, Tb, and Tc. A switching means is provided. The first supply switching means are on-off valves V1, V2, and V3 provided for each of the adsorption towers Ta, Tb, and Tc, and interposed in the branch passages 20a, 20b, and 20c of the main passage 20. By controlling the opening and closing of the valves V1, V2, and V3, the adsorption towers Ta, Tb, and Tc that supply the raw material gas compressed by the compressor 1A can be selected.

第2圧縮手段1B,1Cは、2種類ある。1つ目の第2圧縮手段1Bは、増圧弁である。このために、供給路2は、主路20を迂回するバイパス路21を含む。増圧弁1Bは、バイパス路21に介在されている。バイパス路21は、その下流において3つの分岐路21a,21b,21cを含む。これら3つの分岐路21a,21b,21cが、それぞれ、主路20の分岐路20a、20b,20cに、バルブV1,V2,V3と吸着塔Ta,Tb,Tcとの間の位置において、接続されている。圧縮機1Aによって圧縮された原料ガスの一部が迂回開始箇所210にてバイパス路21に流れると、増圧弁1Bによって増圧され、それから、グループGに供給される。2以上の増圧弁が第2圧縮手段1Bとして設けられてもよい。こうして、圧縮機1Aによる圧縮圧力よりも高い圧力に圧縮された原料ガスが得られる。 There are two types of second compression means 1B and 1C. The first second compression means 1B is a pressure increase valve. For this purpose, the supply path 2 includes a bypass path 21 that detours around the main path 20. The pressure increase valve 1B is interposed in a bypass passage 21. The bypass path 21 includes three branch paths 21a, 21b, and 21c downstream thereof. These three branch passages 21a, 21b, 21c are connected to the branch passages 20a, 20b, 20c of the main passage 20, respectively, at positions between the valves V1, V2, V3 and the adsorption towers Ta, Tb, Tc. ing. When a part of the raw material gas compressed by the compressor 1A flows into the bypass path 21 at the detour start point 210, the pressure is increased by the pressure increase valve 1B, and then the gas is supplied to the group G. Two or more pressure increase valves may be provided as the second compression means 1B. In this way, raw material gas compressed to a pressure higher than the compression pressure by the compressor 1A is obtained.

2つ目の第2圧縮手段1Cは、追加の圧縮機である。以下、これを、補助圧縮機と称する。補助圧縮機1Cは、圧縮機1Aの圧縮圧力よりも、高い圧力に原料ガスを圧縮する。このために、供給路2は、補助路22を備える。補助路22は、その一端に供給口220を有し、供給口220において補助圧縮機1Cに接続されている。補助路22は、その他端においてバイパス路21に接続されている。したがって、原料ガスが、補助圧縮機1Cによって、圧縮機1Aによる圧縮圧力よりも高い圧力に圧縮され、補助路22を、それからバイパス路21を経てグループGに供給される。 The second second compression means 1C is an additional compressor. Hereinafter, this will be referred to as an auxiliary compressor. The auxiliary compressor 1C compresses the raw material gas to a higher pressure than the compression pressure of the compressor 1A. For this purpose, the supply channel 2 is provided with an auxiliary channel 22 . The auxiliary passage 22 has a supply port 220 at one end thereof, and is connected to the auxiliary compressor 1C at the supply port 220. The auxiliary path 22 is connected to the bypass path 21 at the other end. Therefore, the raw material gas is compressed by the auxiliary compressor 1C to a pressure higher than the compression pressure by the compressor 1A, and is supplied to the group G via the auxiliary path 22 and then the bypass path 21.

さらに、PSA装置は、第2圧縮手段1B,1Cにより圧縮された原料ガスを、吸着塔Ta,Tb,Tcに選択的に供給するために、供給路2(したがって、バイパス路21)の状態を切り替える第2供給切替手段を備える。第2供給切替手段は、吸着塔Ta,Tb,Tcのそれぞれに対して設けられ、バイパス路21の分岐路21a,21b,21cに介在される開閉バルブV10,V11,V12である。バルブV10,V11,V12の開閉制御によって、第2圧縮手段1B,1Cによって圧縮された原料ガスを供給する吸着塔Ta、Tb,Tcを選択することができる。 Furthermore, the PSA device controls the state of the supply path 2 (therefore, the bypass path 21) in order to selectively supply the raw material gas compressed by the second compression means 1B, 1C to the adsorption towers Ta, Tb, Tc. A second supply switching means for switching is provided. The second supply switching means are on-off valves V10, V11, and V12 provided for each of the adsorption towers Ta, Tb, and Tc, and interposed in the branch paths 21a, 21b, and 21c of the bypass path 21. By controlling the opening and closing of the valves V10, V11, and V12, the adsorption towers Ta, Tb, and Tc that supply the raw material gas compressed by the second compression means 1B and 1C can be selected.

さらに、PSA装置は、増圧弁1Bによって増圧された原料ガスまたは補助圧縮機1Cによって圧縮された原料ガスのどちらをグループGに供給するかを選択するための供給選択手段を備える。供給選択手段は、実施形態では、バイパス路21と補助路22との接続点に設けられて、これら21,22の連通状態を切り替える切替バルブSVである。このバルブSVの切替によって、増圧弁1Bによって増圧された原料ガスまたは補助圧縮機1Cによって圧縮された原料ガスのどちらをグループGに供給するかをユーザが選択することができる。 Further, the PSA device includes a supply selection means for selecting which of the raw material gas whose pressure has been increased by the pressure increasing valve 1B or the raw material gas which has been compressed by the auxiliary compressor 1C is to be supplied to the group G. In the embodiment, the supply selection means is a switching valve SV that is provided at a connection point between the bypass path 21 and the auxiliary path 22 and switches the communication state of these 21 and 22. By switching the valve SV, the user can select which of the raw material gas whose pressure has been increased by the pressure increase valve 1B or the raw material gas which has been compressed by the auxiliary compressor 1C is to be supplied to the group G.

第2圧縮手段1B/1Cの一方が省略されてもよい。例えば、増圧弁1Bおよびバイパス路21が省略される場合、補助路22が、分岐路21a,21b,21cと同様に、開閉バルブV10,V11,V12が介在された3つの分岐路を備え、これらの分岐路が、分岐路20a,20b,20cまたは各吸着塔Ta,Tb,Tcに接続される。 One of the second compression means 1B/1C may be omitted. For example, when the pressure increase valve 1B and the bypass passage 21 are omitted, the auxiliary passage 22 is provided with three branch passages in which on-off valves V10, V11, and V12 are interposed, similar to the branch passages 21a, 21b, and 21c. The branch paths are connected to the branch paths 20a, 20b, 20c or each adsorption tower Ta, Tb, Tc.

PSA装置は、さらに、前述の切替手段としての開閉バルブV1~V12を制御して、後述の工程を実施する制御部6を備える。制御部6は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)などで構成されてよい。 The PSA device further includes a control section 6 that controls the on-off valves V1 to V12 as the switching means described above to carry out the steps described below. The control unit 6 may be configured with, for example, a programmable logic controller (PLC).

図2~図4を参照して、上記PSA装置によるガス生成のサイクルが例示される。図2-図4のバルブV1~V12のうち、開状態のものは白塗り、閉状態のものは黒塗りされている。また、以下の工程で、圧縮機1Aによって圧縮されて供給される原料ガスを、「原料ガス」と称し、第2圧縮手段1B,1Cによって圧縮されて供給される原料ガスを、「補助原料ガス」と称する。なお、「補助原料ガス」は、増圧弁1Bまたは補助圧縮機1Cによって得られるが、どちらの「補助原料ガス」を供給するかは、前述の切替バルブSVを用いて選択できる。PSA装置では後述する暖気運転が既に行われている。図5は、以下の各工程におけるバルブの開閉状態を示す。 Referring to FIGS. 2-4, a cycle of gas production by the PSA device described above is illustrated. Among the valves V1 to V12 in FIGS. 2-4, those in the open state are painted white, and those in the closed state are painted black. In addition, in the following steps, the raw material gas compressed and supplied by the compressor 1A is referred to as "raw material gas", and the raw material gas compressed and supplied by the second compression means 1B, 1C is referred to as "auxiliary raw material gas". ”. Note that the "auxiliary raw material gas" is obtained by the pressure increase valve 1B or the auxiliary compressor 1C, but which "auxiliary raw material gas" is to be supplied can be selected using the aforementioned switching valve SV. The PSA device has already undergone a warm-up operation, which will be described later. FIG. 5 shows the opening and closing states of the valves in each of the following steps.

[第1工程]
第1工程は、「原料ガス」をグループGのうち第1吸着塔に供給する工程である。第1工程において、吸着塔Taが第1吸着塔に該当する。「原料ガス」を、前のサイクルの工程にて既に目的ガスを生成し含んでいる第1吸着塔に主路20を通じて供給し、目的ガスを第1吸着塔から取出路5を通じて取り出す工程である。
[First step]
The first step is a step of supplying the "raw material gas" to the first adsorption tower of Group G. In the first step, the adsorption tower Ta corresponds to the first adsorption tower. This is a step in which the "raw material gas" is supplied through the main passage 20 to the first adsorption tower, which has already generated and contains the target gas in the process of the previous cycle, and the target gas is taken out from the first adsorption tower through the extraction passage 5. .

図2の第1~3工程では、吸着塔Taが第1吸着塔に該当する。吸着塔Taは、第1工程より前の工程(具体的には1つ前のサイクルにおける図4の第2’’および3’’工程)を経て、バッファタンクBTの圧力まで加圧されており、目的ガスが吸着塔Ta内で生成されて、バッファタンクBTに供給されている。したがって、第1工程の開始時に、目的ガスは吸着塔Ta内に既に含まれており、また第1工程の間、吸着塔Ta内で生成され続けている。バルブV1は、1つ前のサイクルにおける図4の第2’’および3’’工程に続いて開状態に維持されている。したがって、第1工程では、「原料ガス」が吸着塔Taに供給され、目的ガスが、製品ガスとして、吸着塔TaからバッファタンクBT(図1)へ供給されている。なお、V4,V7は閉じられている。 In the first to third steps in FIG. 2, the adsorption tower Ta corresponds to the first adsorption tower. The adsorption tower Ta is pressurized to the pressure of the buffer tank BT through the steps before the first step (specifically, the 2'' and 3'' steps in FIG. 4 in the previous cycle). , a target gas is generated in the adsorption tower Ta and supplied to the buffer tank BT. Therefore, at the start of the first step, the target gas is already contained in the adsorption column Ta and continues to be produced in the adsorption column Ta during the first step. Valve V1 remains open following steps 2'' and 3'' of FIG. 4 in the previous cycle. Therefore, in the first step, the "raw material gas" is supplied to the adsorption tower Ta, and the target gas is supplied as a product gas from the adsorption tower Ta to the buffer tank BT (FIG. 1). Note that V4 and V7 are closed.

この第1工程では、ガスを、グループGのうち第2吸着塔に対して給排しない。図2の第1~3工程では、吸着塔Tbが第2吸着塔に該当する。第1工程では、バルブV2,V5,V8,V11が閉じられており、吸着塔Tbに対してガスの給排はない。 In this first step, gas is not supplied to or discharged from the second adsorption tower in group G. In the first to third steps in FIG. 2, the adsorption tower Tb corresponds to the second adsorption tower. In the first step, valves V2, V5, V8, and V11 are closed, and no gas is supplied to or discharged from the adsorption tower Tb.

この第1工程では、また、グループGのうち残り1つの第3吸着塔の吸着剤を再生処理する。図2の第1~3工程では、吸着塔Tcが第3吸着塔に該当する。吸着塔Tcは、第1工程より前のサイクルの工程において、その吸着剤が特定ガスを既に吸着している。第1工程では、バルブV6が開状態で、バルブV3,V9,V12が閉状態であることで、特定ガスが、吸着塔Tcの吸着剤から脱着して、吸着塔Tcから排出路3を通じて排出され、排出口30から外部環境に放出される。これによって、吸着塔Tcの吸着剤が再生され始める。 In this first step, the adsorbent in the remaining third adsorption tower in group G is also regenerated. In the first to third steps in FIG. 2, the adsorption tower Tc corresponds to the third adsorption tower. In the adsorption tower Tc, the adsorbent has already adsorbed the specific gas in a cycle step before the first step. In the first step, the valve V6 is open and the valves V3, V9, and V12 are closed, so that the specific gas is desorbed from the adsorbent of the adsorption tower Tc and discharged from the adsorption tower Tc through the discharge path 3. and is released into the external environment from the outlet 30. As a result, the adsorbent in the adsorption tower Tc begins to be regenerated.

[第2工程]
第1工程に続いて第2工程が実施される。図2の第2工程は、「補助原料ガス」を、バイパス路21を通じて第1吸着塔に供給して、目的ガスを第1吸着塔から取出路5を通じて取り出し続け、かつ、「原料ガス」を第2吸着塔に主路20を通じて供給して、目的ガスを第2吸着塔から取出路5を通じて取り出し始め、かつ、特定ガスを第3吸着塔から排出路3を通じて排出して、第3吸着塔の吸着剤を再生処理し続ける。
[Second step]
A second step is performed following the first step. In the second step in FIG. 2, the "auxiliary raw material gas" is supplied to the first adsorption tower through the bypass passage 21, the target gas is continued to be taken out from the first adsorption tower through the take-out passage 5, and the "raw material gas" is supplied to the first adsorption tower through the bypass passage 21. The second adsorption tower is supplied through the main passage 20, the target gas is started to be taken out from the second adsorption tower through the take-out passage 5, and the specific gas is discharged from the third adsorption tower through the discharge passage 3. Continue to regenerate the adsorbent.

図2の第2工程の通り、バルブV1が閉じられ、V10が開かれる。したがって、吸着塔Taに対して、「原料ガス」の供給は停止するが、「補助原料ガス」が供給開始される。「補助原料ガス」の供給によって吸着塔Taの圧力がさらに上昇し、目的ガスが、吸着塔Taから取出路5を通じてバッファタンクBTへ取り出され続けている。 As shown in the second step of FIG. 2, valve V1 is closed and valve V10 is opened. Therefore, the supply of "raw material gas" to the adsorption tower Ta is stopped, but the supply of "auxiliary material gas" is started. The pressure in the adsorption tower Ta is further increased by the supply of the "auxiliary raw material gas", and the target gas continues to be taken out from the adsorption tower Ta through the takeout passage 5 to the buffer tank BT.

第2工程では、さらに、バルブV2が開かれて、「原料ガス」が今度は吸着塔Tbに供給開始され、吸着塔Tbが「原料ガス」の供給によって加圧されていく。そして、これにより、特定ガスが吸着塔Tbの吸着材に吸着され、目的ガスが生成される。吸着塔Tbの圧力が、二次側圧力(二次側に設けたバッファタンクBT内の圧力)以上に上昇するまでは、吸着塔TbからバッファタンクBTへ目的ガスの取出しは行われない。そして、吸着塔Tbの圧力が、二次側圧力を超えると、目的ガスが、逆止弁CVbを通って、吸着塔Tbから取出路5を通じて取り出され始める。 In the second step, the valve V2 is further opened to start supplying the "raw material gas" to the adsorption tower Tb, and the adsorption tower Tb is pressurized by the supply of the "raw material gas". As a result, the specific gas is adsorbed by the adsorbent of the adsorption tower Tb, and the target gas is generated. The target gas is not taken out from the adsorption tower Tb to the buffer tank BT until the pressure in the adsorption tower Tb rises above the secondary side pressure (pressure in the buffer tank BT provided on the secondary side). Then, when the pressure in the adsorption tower Tb exceeds the secondary side pressure, the target gas passes through the check valve CVb and begins to be taken out from the adsorption tower Tb through the extraction passage 5.

第2工程では、V6が開状態のままであり、したがって、特定ガスが、吸着塔Tcから排出路3を通じて排出され、排出口30から外部環境に放出され続けている。したがって、吸着塔Tcの吸着材の再生処理が継続している。 In the second step, V6 remains open, and therefore the specific gas continues to be discharged from the adsorption tower Tc through the discharge passage 3 and discharged from the discharge port 30 to the external environment. Therefore, the regeneration process of the adsorbent in the adsorption tower Tc continues.

[第3工程]
第2工程に続いて第3工程が実施される。図2の第3工程は、「原料ガス」を第2吸着塔に供給して、第2吸着塔から取出路5を通じて取り出し続け、かつ、第1吸着塔と第3吸着塔とを、連通路4を通じて互いに連通させて均圧にする。
[Third step]
A third step is performed following the second step. In the third step in FIG. 2, the "raw material gas" is supplied to the second adsorption tower, continues to be taken out from the second adsorption tower through the take-out passage 5, and the first adsorption tower and the third adsorption tower are connected through a communication passage. 4 to communicate with each other to equalize the pressure.

図2の第3工程の通り、バルブV2が開状態のままであり、「原料ガス」が吸着塔Tbに供給され続けており、したがって、目的ガスが吸着塔Tbから取出路5を通じてバッファタンクBTに取り出され続けている。 As shown in the third step in FIG. 2, the valve V2 remains open and the "raw material gas" continues to be supplied to the adsorption tower Tb, so that the target gas continues to flow from the adsorption tower Tb through the extraction passage 5 to the buffer tank BT. continues to be taken out.

第3工程では、バルブV10が閉じられて、「補助原料ガス」の吸着塔Taへの供給が終了する。バルブV6が閉じられて吸着塔Tbの再生処理は終了する。さらに、バルブV7,V9が開かれ、吸着塔Taと吸着塔Tbとが連通路4を通じて互いに連通する。これにより、ガスが、吸着塔Taから連通路4を通じて吸着塔Tcへ送り出され、吸着塔Taと吸着塔Tcが互いに均圧される。 In the third step, the valve V10 is closed, and the supply of the "auxiliary raw material gas" to the adsorption tower Ta ends. Valve V6 is closed and the regeneration process of adsorption tower Tb is completed. Furthermore, the valves V7 and V9 are opened, and the adsorption tower Ta and the adsorption tower Tb communicate with each other through the communication path 4. As a result, gas is sent from the adsorption tower Ta to the adsorption tower Tc through the communication path 4, and the pressures of the adsorption tower Ta and the adsorption tower Tc are equalized with each other.

このように、第1~3工程によって、目的ガスが、グループGのうち2つの吸着塔の少なくもいずれか一方から常に取り出され、グループGのうち残りの吸着塔の吸着剤の再生処理が行われる。すなわち、図2の第1~3工程では、目定ガスが吸着塔Ta,Tbの少なくともどちらか一方から常に取り出され、吸着塔Tcの吸着剤の再生処理が行われる。 In this way, through the first to third steps, the target gas is always taken out from at least one of the two adsorption towers in group G, and the adsorbent in the remaining adsorption tower in group G is regenerated. be exposed. That is, in the first to third steps in FIG. 2, the target gas is always taken out from at least one of the adsorption towers Ta and Tb, and the adsorbent in the adsorption tower Tc is regenerated.

[第1’~第3’工程]
次いで、制御部6は、第1~第3工程を実施した後、当該第1から第3工程の実施の際に第1吸着塔だった吸着塔を今度は第3吸着塔として、第2吸着塔だった吸着塔を今度は第1吸着塔として、第3吸着塔だった吸着塔を今度は第2吸着塔として、第1から第3工程を再び実施する。これらの工程は、以下で第1’~第3’工程とする。第1’~第3’工程は、図3に示されている。
[1st to 3rd steps]
Next, after implementing the first to third steps, the control unit 6 changes the adsorption tower that was the first adsorption tower during the implementation of the first to third steps to the third adsorption tower, and uses the second adsorption tower as the third adsorption tower. The first to third steps are carried out again, using the adsorption tower that was the adsorption tower as the first adsorption tower, and the adsorption tower that was the third adsorption tower as the second adsorption tower. These steps will be referred to as 1' to 3' steps below. The 1st to 3rd steps are shown in FIG.

すなわち、図3の通り、吸着塔Taが第3吸着塔となり、吸着塔Tbが第1吸着塔となり、吸着塔Tcが第2吸着塔となる。第1’~3’工程の間、吸着塔Tb,Tcの少なくともいずれか一方から常に目的ガスが取り出さる。第1’~2’工程にて、吸着塔Taの再生処理が行われ、第3’工程にて、吸着塔Taと吸着塔Tbとが互いに均圧にされる。第1’~第3’工程は、第1~第3工程と要領が同じであるため、図3および図5において、バルブV1~V12の開閉状態を示し、その説明が省略される。 That is, as shown in FIG. 3, the adsorption tower Ta becomes the third adsorption tower, the adsorption tower Tb becomes the first adsorption tower, and the adsorption tower Tc becomes the second adsorption tower. During the 1' to 3' steps, the target gas is always taken out from at least one of the adsorption towers Tb and Tc. In the 1' to 2' steps, the adsorption tower Ta is regenerated, and in the 3' step, the pressures of the adsorption tower Ta and the adsorption tower Tb are made equal to each other. The 1' to 3' steps are the same as the 1st to 3rd steps, so FIGS. 3 and 5 show the open and closed states of the valves V1 to V12, and the explanation thereof will be omitted.

[第1’’~第3’’工程]
第1’~3’工程の実施後、第1’~3’工程の実施の際に第1吸着塔だった吸着塔を今度は第3吸着塔として、第2吸着塔だった吸着塔を今度は第1吸着塔として、第3吸着塔だった吸着塔を今度は第2吸着塔として、前記第1から第3工程を再び実施する。これらの工程は、以下で第1’’~第3’’工程とする。第1’’~第3’’工程は、図4に示されている。
[1st'' to 3rd'' steps]
After carrying out the 1' to 3' steps, the adsorption tower that was the first adsorption tower when carrying out the 1' to 3' steps is now the third adsorption tower, and the adsorption tower that was the second adsorption tower is now the third adsorption tower. The first to third steps are carried out again using the first adsorption tower and the third adsorption tower as the second adsorption tower. These steps will be referred to as 1'' to 3'' steps below. The first'' to third'' steps are shown in FIG.

すなわち、図4の通り、吸着塔Tbが第3吸着塔となり、吸着塔Tcが第1吸着塔となり、吸着塔Taが第2吸着塔となる。第1’’~3’’工程の間、吸着塔Tc,Taの少なくともいずれか一方から常に目的ガスが取り出さる。第1’’~2’’工程にて、吸着塔Tbの再生処理が行われ、第3’’工程にて、吸着塔Tcと吸着塔Tbとが互いに均圧にされる。第1’’~第3’’工程も、第1~第3工程と要領が同じであるため、図4および図5において、バルブV1~V12の開閉状態を示し、その説明が省略される。 That is, as shown in FIG. 4, the adsorption tower Tb becomes the third adsorption tower, the adsorption tower Tc becomes the first adsorption tower, and the adsorption tower Ta becomes the second adsorption tower. During the 1'' to 3'' steps, the target gas is always taken out from at least one of the adsorption towers Tc and Ta. In the 1'' to 2'' steps, the adsorption tower Tb is regenerated, and in the 3'' step, the pressures of the adsorption tower Tc and the adsorption tower Tb are made equal to each other. Since the first to third steps are the same in principle as the first to third steps, FIGS. 4 and 5 show the open and closed states of the valves V1 to V12, and the explanation thereof will be omitted.

制御部6は、この第1~3’’工程の計9工程を1つのサイクルとし、このサイクルを繰り返す。従来の2塔式のPSA装置では、目的ガスを吸着塔から取り出せない時間が生じることは従来の通りである。一方、本願の「原料ガス」および「補助原料ガス」を使い分ける3塔式のPSA装置によれば、第1~第3工程、第1’~第3’工程、第1’’~第3’’工程によって、目的ガスが常にいずれかの吸着塔Ta,Tb,Tcから取り出される。したがって、従来技術で記載したような、目的ガスを製品ガスとして外部に低圧で供給してしまう問題を解消できる。 The control unit 6 considers a total of nine steps from the first to third'' steps as one cycle, and repeats this cycle. In the conventional two-column type PSA apparatus, there is a time when the target gas cannot be taken out from the adsorption column. On the other hand, according to the three-column PSA device of the present application, which uses "raw material gas" and "auxiliary material gas" separately, the first to third steps, the first' to third' steps, and the first'' to third' In the process, the target gas is always taken out from one of the adsorption towers Ta, Tb, and Tc. Therefore, it is possible to solve the problem of supplying the target gas as a product gas to the outside at low pressure, as described in the prior art.

実施形態の取出路5の逆止弁CVa,CVb,CVcが開閉バルブに置き換えられて、当該開閉バルブが制御部6によって適切に制御されることでも、目的ガスを常にいずれかの吸着塔Ta,Tb,Tcから取り出すことができるガス生成のサイクルを実施可能である。 The check valves CVa, CVb, and CVc of the take-out passage 5 in the embodiment are replaced with on-off valves, and the on-off valves are appropriately controlled by the control unit 6, so that the target gas is always directed to one of the adsorption towers Ta, It is possible to carry out a cycle of gas production that can be extracted from Tb, Tc.

なお、暖気運転は、例えば以下のように行われてよい。
(1)運転開始より約20秒間、バルブV4~V6を開いて、各吸着塔Ta~Tcの圧抜きをする。
(2)運転開始より約5分間、バッファタンクBTより下流のガス出口弁(図示略)を閉状態にして、上記第1~3’ ’工程の計9工程を行い、各吸着塔Ta~Tcの吸着材の吸脱着を1~2回行って、各吸着塔Ta~Tcからの目的ガスの取出しができる準備をする。
(3)運転開始から約5分後に、上記のガス出口弁を開き、ガスを吐出する。
Note that the warm-up operation may be performed, for example, as follows.
(1) Open valves V4 to V6 for about 20 seconds after the start of operation to relieve pressure from each adsorption tower Ta to Tc.
(2) For about 5 minutes from the start of operation, the gas outlet valve (not shown) downstream of the buffer tank BT is closed, and a total of 9 steps of the above-mentioned 1st to 3'' steps are performed, and each adsorption tower Ta to Tc Adsorption and desorption of the adsorbent is performed once or twice to prepare for extraction of the target gas from each adsorption tower Ta to Tc.
(3) Approximately 5 minutes after the start of operation, open the above gas outlet valve and discharge the gas.

<実施例>
図1の3塔式のPSA装置を準備した。当該PSA装置によって、図2~図4の第1~3’’工程の9工程からなるサイクルを図5に示されるサイクル条件で実施して製品ガスを生成した。原料ガスとして空気を用い、原料ガスから、特定ガスとして酸素、二酸化炭素、水蒸気を吸着剤によって吸着し、製品ガス(目的ガス)として窒素ガスを生成した。
<Example>
A three-column PSA device shown in FIG. 1 was prepared. Using the PSA apparatus, a cycle consisting of nine steps of steps 1 to 3'' in FIGS. 2 to 4 was performed under the cycle conditions shown in FIG. 5 to generate product gas. Using air as a raw material gas, oxygen, carbon dioxide, and water vapor as specific gases were adsorbed from the raw material gas by an adsorbent to generate nitrogen gas as a product gas (target gas).

圧縮機1Aによって得られる原料空気の圧力は0.6MPaとした。また、増圧弁1Bによって、圧縮機1Aによって得られた圧縮空気を0.65MPaに増圧させた。補助圧縮機1Cによって得られる原料空気の圧力は0.65MPaとした。 The pressure of the raw air obtained by the compressor 1A was 0.6 MPa. Further, the pressure of the compressed air obtained by the compressor 1A was increased to 0.65 MPa by the pressure increasing valve 1B. The pressure of the raw material air obtained by the auxiliary compressor 1C was 0.65 MPa.

第2圧縮手段として、増圧弁1Bまたは補助圧縮機1Cのどちらを使用した場合も、製品ガスとして、0.6MPaの窒素ガスを取り出せることが確認された。ここで、窒素ガスの圧力は、バッファタンクBTの圧力の最小値であり、これが、ユーザ(顧客)に提供できる窒素ガスの圧力とされる(以下、同様)。なお、増圧弁1Bまたは補助圧縮機1Cのどちらも使用しないとき、0.5MPaの窒素ガスを取り出せることが確認された。原料ガスの量に制限がない場合、増圧弁1Bの数の増加や、補助圧縮機1Cによる圧縮圧力の増加で、0.7MPaの窒素ガスを得ることもできる。 It was confirmed that 0.6 MPa of nitrogen gas could be taken out as the product gas when either the pressure increase valve 1B or the auxiliary compressor 1C was used as the second compression means. Here, the pressure of the nitrogen gas is the minimum value of the pressure of the buffer tank BT, and this is the pressure of the nitrogen gas that can be provided to the user (customer) (the same applies hereinafter). In addition, it was confirmed that 0.5 MPa of nitrogen gas could be taken out when neither the pressure increase valve 1B nor the auxiliary compressor 1C was used. If there is no limit to the amount of raw material gas, 0.7 MPa of nitrogen gas can be obtained by increasing the number of pressure booster valves 1B or increasing the compression pressure by the auxiliary compressor 1C.

以上から、実施例に係る3塔式のPSA装置は、以下の点で有用であることが分かる。近年、中大規模の工場は空気圧縮機の省エネ化を推進され、さらに小規模の工場も省エネ化を推進されている。工場の原料空気の吐出圧力の低減による、消費電力の低減が実施されている。現在、原料空気の圧力を、0.8MPaから0.6MPaに変更する工場が多くなっている。 From the above, it can be seen that the three-column PSA device according to the example is useful in the following points. In recent years, medium-sized and large-scale factories have been encouraged to use more energy-efficient air compressors, and even smaller factories are also encouraged to make their air compressors more energy-efficient. Power consumption is being reduced by reducing the discharge pressure of the factory's raw air. Currently, many factories are changing the pressure of raw material air from 0.8 MPa to 0.6 MPa.

理論的には、原料空気の圧力を、0.8MPaから0.6MPaに下げると、同一の空気量で空気圧縮機の軸動力が、約14%低減される(この根拠は、後に説明する)。それにより、1000万円/年の電気料金が860万円/年なり、140万円/年と大きなコストダウンとなる。 Theoretically, if the pressure of raw air is lowered from 0.8 MPa to 0.6 MPa, the shaft power of the air compressor will be reduced by about 14% with the same amount of air (the rationale for this will be explained later). . As a result, the electricity bill of 10 million yen/year will be reduced to 8.6 million yen/year, resulting in a significant cost reduction of 1.4 million yen/year.

しかしながら、例えば、特許文献1に開示された2塔式のPSA装置(比較例)の場合、0.6MPaの圧縮空気から窒素ガスを製品ガスとして生成すると、窒素ガスの圧力は、0.4MPaとなる。0.4MPaの窒素ガスだと、用途が大きく制限されてしまい、ユーザ(顧客)の要望を満たさないことが多い。したがって、PSA装置が採用されない。このように、既存のPSA装置は、省エネ化の流れに対応できていない現状がある。 However, for example, in the case of the two-column PSA device (comparative example) disclosed in Patent Document 1, when nitrogen gas is generated as a product gas from compressed air of 0.6 MPa, the pressure of the nitrogen gas is 0.4 MPa. Become. Nitrogen gas at 0.4 MPa greatly limits its uses and often does not meet the needs of users (customers). Therefore, PSA devices are not employed. As described above, existing PSA devices are currently unable to respond to the trend of energy saving.

実施例に係る3塔式のPSA装置は、上記結果に示されるように、0.6MPaの圧縮空気を供給する圧縮機1Aを用いたとしても、第2圧縮手段1Bまたは1Cの追加により、0.65MPaの窒素ガスを製品ガスとして提供できる。 As shown in the above results, the three-column PSA device according to the example has a 0.0 .65 MPa of nitrogen gas can be provided as a product gas.

すなわち、工場の圧縮機1Aの0.6MPaの圧縮空気をメインとして使用し、増圧弁1Bまたは補助圧縮機1Cでその不足分のみを補うことで、得られる窒素ガスの圧力を0.5MPa以上とすることが可能である。したがって、実施例に係るPSA装置は、上記の省エネ化の流れに対応でき、顧客の要望を満足させることができる。また、増圧弁1Bは、安価に準備できるものであり、また、補助圧縮機1Cも、不足分を補うための補助的なものでよく、安価に準備できる。したがって、本願のPSA装置の含む設備のコスト低下に貢献する。 In other words, by mainly using compressed air of 0.6 MPa from the factory compressor 1A and only making up for the shortage with the pressure booster valve 1B or auxiliary compressor 1C, the pressure of the resulting nitrogen gas can be increased to 0.5 MPa or more. It is possible to do so. Therefore, the PSA device according to the embodiment can respond to the above-mentioned energy saving trend and satisfy customer demands. Moreover, the pressure increase valve 1B can be prepared at low cost, and the auxiliary compressor 1C can also be prepared at low cost since it may be an auxiliary one to compensate for the shortage. Therefore, it contributes to reducing the cost of equipment included in the PSA device of the present application.

なお、上記は、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、3塔で1つのグループを形成し、このようなグループを複数備え、各グループで図2~図4の工程を1つのサイクルとして実施するPSA装置が提供されてもよい。 Note that the above does not limit the scope of the present invention. That is, a PSA apparatus may be provided in which three towers form one group, a plurality of such groups are provided, and each group performs the steps shown in FIGS. 2 to 4 as one cycle.

圧縮空気の圧力を0.8MPaから0.6MPaに下げると、同一の空気量で空気圧縮機の軸動力が約14%低減することの根拠は、以下の通りである。理論軸動力の計算式は、以下の数1に示される。 The basis for the fact that when the pressure of compressed air is lowered from 0.8 MPa to 0.6 MPa, the shaft power of the air compressor is reduced by about 14% with the same amount of air is as follows. The calculation formula for the theoretical shaft power is shown in Equation 1 below.

Figure 0007388731000001
Figure 0007388731000001

数1の右辺の[]内の部分は、吸入圧力と吐出圧力の圧力比の関係式である。2段圧縮、比熱比1.4、吸入圧力0.1013MPaABSとして、吐出圧力を0.69MPaGから0.59MPaGに下げた場合の理論軸動力の低減率を概算すると以下の通りである。 The part in [ ] on the right side of Equation 1 is a relational expression of the pressure ratio between suction pressure and discharge pressure. The reduction rate of the theoretical shaft power when the discharge pressure is lowered from 0.69 MPaG to 0.59 MPaG is estimated as follows, assuming two-stage compression, specific heat ratio 1.4, and suction pressure 0.1013 MPaABS.

Figure 0007388731000002
Figure 0007388731000002

上記から、吐出圧力を0.1MPaG下げると約7%の動力低減になることが分かる。したがって、圧縮空気の圧力を0.8MPaから0.6MPaに下げると、軸動力が約14%低減することが分かる。 From the above, it can be seen that if the discharge pressure is lowered by 0.1 MPaG, the power will be reduced by about 7%. Therefore, it can be seen that when the pressure of compressed air is lowered from 0.8 MPa to 0.6 MPa, the shaft power is reduced by about 14%.

なお、補助圧縮機1Cが用いられるときでも、これは、不足分を補うために補助的に用いられるので、高い動力は要求されない。したがって、補助圧縮機1Cを用いたとしても総軸動力は従来よりも低減することは可能である。 Note that even when the auxiliary compressor 1C is used, it is used auxiliary to make up for the shortage, so high power is not required. Therefore, even if the auxiliary compressor 1C is used, the total shaft power can be reduced compared to the conventional one.

Ta,Tb,Tc 吸着塔
G 吸着塔のグループ
1A 圧縮機(第1圧縮手段/第1圧縮機として)
1B 増圧弁
1C 補助圧縮機(第2圧縮手段/第2圧縮機として)
2 供給路
20 主路
21 バイパス路
22 補助路
3 排出路
4 連通路
5 取出路
6 制御部
V1~V12 開閉バルブ(各切替手段として)
Ta, Tb, Tc Adsorption tower G Adsorption tower group 1A Compressor (as first compression means/first compressor)
1B Pressure increase valve 1C Auxiliary compressor (as second compression means/second compressor)
2 Supply path 20 Main path 21 Bypass path 22 Auxiliary path 3 Discharge path 4 Communication path 5 Output path 6 Control section V1 to V12 Opening/closing valve (as each switching means)

Claims (7)

圧力スイング吸着法によって原料ガスから特定ガスを吸着して目的ガスを生成する圧力スイング吸着装置であって、
前記特定ガスを前記目的ガスより優先的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔を3つ含むグループと、
前記原料ガスを圧縮する第1圧縮手段と、
前記原料ガスを、前記第1圧縮手段による圧縮圧力よりも高い圧力に圧縮する第2圧縮手段と、
前記吸着塔のそれぞれに接続された供給路と、
前記第1圧縮手段により圧縮された前記原料ガスを、前記供給路を通じて前記吸着塔に選択的に供給するために、前記供給路の状態を切り替える第1供給切替手段と、
前記第2圧縮手段により圧縮された前記原料ガスを、前記供給路を通じて前記吸着塔に選択的に供給するために、前記供給路の状態を切り替える、前記第1供給切替手段とは異なる第2供給切替手段と、
前記吸着塔のそれぞれに接続された排出路と、
前記特定ガスを、前記排出路を通じて前記吸着塔のそれぞれから選択的に排出するために、前記排出路の状態を切り替える排出切替手段と、
前記吸着塔のそれぞれに接続された連通路と、
前記グループのうち任意の2つの前記吸着塔を、前記連通路を通じて互いに均圧にするために、前記連通路の状態を切り替える連通切替手段と、
前記目的ガスを前記吸着塔から取り出すために、前記吸着塔のそれぞれに接続された取出路と、
前記第1供給切替手段、前記第2供給切替手段、前記排出切替手段、および、前記連通切替手段を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記グループのうち、1つの吸着塔を第1吸着塔として、別の1つの吸着塔を第2吸着塔として、残り1つの吸着塔を第3吸着塔として、
前記原料ガスを前記第1圧縮手段によって前記第1吸着塔に前記供給路を通じて供給して、前記目的ガスを前記第1吸着塔から前記取出路を通じて取り出し、かつ、前記特定ガスを前記第3吸着塔から前記排出路を通じて排出して、前記第3吸着塔の前記吸着剤を再生処理する第1工程と、
前記原料ガスを前記第2圧縮手段によって前記第1吸着塔に前記供給路を通じて供給して、前記目的ガスを前記第1吸着塔から前記取出路を通じて取り出し続け、かつ、前記原料ガスを前記第1圧縮手段によって前記第2吸着塔に前記供給路を通じて供給して、前記目的ガスを前記第2吸着塔から前記取出路を通じて取り出し始め、かつ、前記特定ガスを前記第3吸着塔から前記排出路を通じて排出して、前記第3吸着塔の前記吸着剤を再生処理し続ける第2工程と、
前記原料ガスを前記第1圧縮手段によって前記第2吸着塔に前記供給路を通じて供給して、前記第2吸着塔から前記取出路を通じて取り出し続け、かつ、前記第1吸着塔と前記第3吸着塔とを前記連通路を通じて互いに連通させて均圧にする第3工程と、を順番に実施する、
ことを特徴とする圧力スイング吸着装置。
A pressure swing adsorption device that adsorbs a specific gas from a source gas to generate a target gas using a pressure swing adsorption method,
a group including three adsorption towers filled with an adsorbent that preferentially adsorbs the specific gas over the target gas;
a first compression means for compressing the raw material gas;
a second compression means for compressing the raw material gas to a pressure higher than the compression pressure by the first compression means;
a supply line connected to each of the adsorption towers;
a first supply switching means for switching the state of the supply passage in order to selectively supply the raw material gas compressed by the first compression means to the adsorption tower through the supply passage;
A second supply different from the first supply switching means that switches the state of the supply path in order to selectively supply the raw material gas compressed by the second compression means to the adsorption tower through the supply path. a switching means;
a discharge path connected to each of the adsorption towers;
discharge switching means for switching the state of the discharge passage in order to selectively discharge the specific gas from each of the adsorption towers through the discharge passage;
a communication path connected to each of the adsorption towers;
communication switching means for switching the state of the communication passage in order to equalize the pressure of any two of the adsorption towers in the group through the communication passage;
an extraction path connected to each of the adsorption towers to take out the target gas from the adsorption tower;
A control unit that controls the first supply switching means, the second supply switching means, the discharge switching means, and the communication switching means,
The control unit includes:
Among the group, one adsorption tower is used as a first adsorption tower, another adsorption tower is used as a second adsorption tower, and the remaining one adsorption tower is used as a third adsorption tower,
The raw material gas is supplied by the first compression means to the first adsorption tower through the supply path, the target gas is taken out from the first adsorption tower through the take-out path, and the specific gas is removed from the third adsorption tower. a first step of regenerating the adsorbent in the third adsorption tower by discharging it from the tower through the discharge passage;
The source gas is supplied to the first adsorption tower by the second compression means through the supply path, and the target gas is continued to be taken out from the first adsorption tower through the take-out path; The compression means supplies the second adsorption tower through the supply path to begin taking out the target gas from the second adsorption tower through the take-out path, and the specific gas is supplied from the third adsorption tower through the discharge path. a second step of discharging and continuing the regeneration treatment of the adsorbent in the third adsorption tower;
The raw material gas is continuously supplied by the first compression means to the second adsorption tower through the supply path and taken out from the second adsorption tower through the take-out path, and the first adsorption tower and the third adsorption tower and a third step of communicating with each other through the communication path to equalize the pressure, in order.
A pressure swing adsorption device characterized by:
前記第1圧縮手段は、
前記原料ガスを圧縮する圧縮機を含み、
前記供給路は、
前記圧縮機と前記グループとに接続された主路と、
前記主路を迂回するバイパス路と、を含み、
前記第2圧縮手段は、
前記圧縮機によって圧縮された前記原料ガスを増圧するために前記バイパス路に介在された少なくとも1つの増圧弁を含む、
請求項1に記載の圧力スイング吸着装置。
The first compression means
including a compressor that compresses the raw material gas,
The supply path is
a main path connected to the compressor and the group;
A bypass road that detours around the main road,
The second compression means
at least one pressure increasing valve interposed in the bypass passage for increasing the pressure of the raw material gas compressed by the compressor;
A pressure swing adsorption device according to claim 1.
前記第1圧縮手段は、
前記原料ガスを圧縮する第1圧縮機を含み、
前記第2圧縮手段は、
前記原料ガスを前記第1圧縮機による圧縮圧力よりも高い圧力に圧縮する第2圧縮機を含む、
請求項1に記載の圧力スイング吸着装置。
The first compression means
including a first compressor that compresses the raw material gas,
The second compression means
a second compressor that compresses the raw material gas to a pressure higher than the compression pressure by the first compressor;
A pressure swing adsorption device according to claim 1.
前記第1圧縮手段は、
前記原料ガスを圧縮する第1圧縮機を含み、
前記第2圧縮手段は、
前記原料ガスを前記第1圧縮機による圧縮圧力よりも高い圧力に圧縮する第2圧縮機と、
前記第1圧縮機によって圧縮された前記原料ガスをさらに増圧するための増圧弁と、を含み、
前記供給路は、
前記第1圧縮機と前記グループとに接続された主路と、
前記増圧弁が介在し、かつ、前記主路を迂回するバイパス路と、
前記バイパス路と前記第2圧縮機とに接続された補助路と、を含み、
前記圧力スイング吸着装置は、
前記第2圧縮機によって圧縮された前記原料ガスまたは前記増圧弁によって増圧された前記原料ガスのどちらを前記グループに供給するかを選択するための供給選択手段を、さらに、含む、
請求項1に記載の圧力スイング吸着装置。
The first compression means
including a first compressor that compresses the raw material gas,
The second compression means
a second compressor that compresses the raw material gas to a pressure higher than the compression pressure by the first compressor;
a pressure increasing valve for further increasing the pressure of the raw material gas compressed by the first compressor,
The supply path is
a main path connected to the first compressor and the group;
a bypass path in which the pressure increase valve is interposed and bypasses the main path;
an auxiliary path connected to the bypass path and the second compressor,
The pressure swing adsorption device includes:
further comprising supply selection means for selecting which of the raw material gas compressed by the second compressor or the raw material gas pressure increased by the pressure increasing valve is to be supplied to the group;
A pressure swing adsorption device according to claim 1.
前記目的ガスが前記取出路を通じて前記吸着塔に逆流するのを防止するために前記取出路に介在された逆流防止手段、または、前記目的ガスを、前記取出路を通じて前記吸着塔のそれぞれから選択的に取り出すために、前記取出路の状態を切り替える取出切替手段と、をさらに備える、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の圧力スイング吸着装置。
a backflow prevention means interposed in the take-out passage for preventing the target gas from flowing back into the adsorption tower through the take-out passage; further comprising a take-out switching means for switching the state of the take-out path in order to take out the
A pressure swing adsorption device according to any one of claims 1 to 4.
前記制御部は、
前記第1から第3工程を実施した後に、
前記第1から第3工程の実施の際に第1吸着塔だった吸着塔を第3吸着塔として、第2吸着塔だった吸着塔を第1吸着塔として、第3吸着塔だった吸着塔を第2吸着塔として、前記第1から第3工程を再び実施する、
請求項に記載の圧力スイング吸着装置。
The control unit includes:
After carrying out the first to third steps,
The adsorption tower that was the first adsorption tower during the implementation of the first to third steps was used as the third adsorption tower, the adsorption tower that was the second adsorption tower was used as the first adsorption tower, and the adsorption tower that was the third adsorption tower is used as a second adsorption tower, and the first to third steps are carried out again.
A pressure swing adsorption device according to claim 1 .
請求項1から請求項のいずれか1項に記載の圧力スイング吸着装置を用いて、前記目的ガスを生成するガス生成方法。 A gas generation method for generating the target gas using the pressure swing adsorption device according to any one of claims 1 to 6 .
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