JP7530282B2 - Nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device - Google Patents
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Description
本発明は、窒素ガス分離方法及び窒素ガス分離装置に関する。 The present invention relates to a nitrogen gas separation method and a nitrogen gas separation device.
近年、窒素ガスは金属の熱処理、半導体の製造、化学プラントの防爆シール等に用いる工業用ガスから食品保存用の充填ガスに至るまで多岐にわたる分野で使用されており、その使用量も年々増大している。この窒素ガスの製造方法として、速度分離型の吸着剤である分子篩炭素を充填した吸着塔に原料ガスである高圧の空気を送入し、前記吸着剤に酸素ガスを吸着させて窒素ガスを製品ガスとして分離するいわゆる圧力変動吸着(Pressure Swing Adsorption:PSA)式製造方法が用いられている。このようなPSA方式による窒素ガス分離方法を適用した装置としては、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。 In recent years, nitrogen gas has been used in a wide variety of fields, from industrial gases used in heat treatment of metals, manufacturing of semiconductors, explosion-proof seals in chemical plants, etc., to filling gas for food preservation, and its usage is increasing year by year. A method for producing this nitrogen gas is the so-called Pressure Swing Adsorption (PSA) method, in which high-pressure air, which is the raw gas, is fed into an adsorption tower filled with molecular sieve carbon, which is a velocity separation type adsorbent, and oxygen gas is adsorbed by the adsorbent to separate nitrogen gas as a product gas. For example, the device described in Patent Document 1 is known as an apparatus that applies such a nitrogen gas separation method using the PSA method.
特許文献1に記載された装置では、吸着塔の周囲温度が予め決められた低温基準温度よりも低いときには、吸着塔で得られた製品ガスを当該吸着塔から取り出す吸着取出工程の時間を延長している。 In the device described in Patent Document 1, when the ambient temperature of the adsorption tower is lower than a predetermined low temperature reference temperature, the time of the adsorption and removal process in which the product gas obtained in the adsorption tower is removed from the adsorption tower is extended.
ところで、吸着塔に原料ガスを供給するための圧縮機は、周囲温度が低温になるほど圧縮機から吐出される圧縮空気の質量流量が増大する特性を有している。このため、低温時には、圧縮機から供給される原料ガスの質量流量増大に伴って吸着塔内の圧力が上昇しやすくなる。このように吸着塔内の圧力が上昇すると、吸着塔で得られる製品ガスの純度が過剰に高くなることがある。 The compressor for supplying the raw gas to the adsorption tower has the characteristic that the mass flow rate of the compressed air discharged from the compressor increases as the ambient temperature decreases. For this reason, at low temperatures, the pressure inside the adsorption tower is likely to increase as the mass flow rate of the raw gas supplied from the compressor increases. When the pressure inside the adsorption tower increases in this way, the purity of the product gas obtained in the adsorption tower may become excessively high.
特許文献1に記載された装置では、吸着塔内の圧力が上昇しやすくなる周囲温度の低下に応じて吸着塔における吸着取出工程の時間を延長するので、吸着塔で得られる製品ガスの純度が過剰に高まることを抑制できる。しかしながら、周囲温度の低下に応じて圧縮機から供給される原料ガスの質量流量が増大するという圧縮機の特性を有効に利用できているとは言えない。しかも、質量流量増大分の原料ガスを吸着塔において有効に利用して製品ガスを得ることができるとは言えない。 In the device described in Patent Document 1, the time of the adsorption and removal process in the adsorption tower is extended in response to a drop in the ambient temperature, which makes it easier for the pressure in the adsorption tower to increase, and this makes it possible to prevent the purity of the product gas obtained in the adsorption tower from becoming excessively high. However, it cannot be said that this effectively utilizes the compressor's characteristic of increasing the mass flow rate of the raw material gas supplied from the compressor in response to a drop in the ambient temperature. Moreover, it cannot be said that the increased mass flow rate of the raw material gas can be effectively utilized in the adsorption tower to obtain product gas.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周囲温度が低下した場合において、製品ガスの純度が過剰に高まることを抑制しつつ、圧縮機から供給される原料ガスを吸着塔において有効に利用して製品ガスを得ることができる窒素ガス分離方法及び窒素ガス分離装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and its purpose is to provide a nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device that can effectively utilize the raw material gas supplied from the compressor in the adsorption tower to obtain product gas while preventing the purity of the product gas from increasing excessively when the ambient temperature drops.
本発明に係る窒素ガス分離方法は、吸着剤が充填された2基以上の吸着塔に窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスを圧縮機から加圧供給し、各吸着塔が吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うことにより原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離し、当該製品ガスを製品槽に導入する窒素ガス分離方法である。この窒素ガス分離方法では、前記圧縮機が吸い込む前記原料ガスの温度が第1温度のときに前記製品槽から前記製品ガスを第1流量で流出させる一方、前記圧縮機が吸い込む前記原料ガスの温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記製品槽から前記製品ガスを前記第1流量よりも大きい第2流量で流出させる。 The nitrogen gas separation method according to the present invention is a method for separating nitrogen gas, which comprises pressurizing a raw gas containing nitrogen gas and oxygen gas and supplying the raw gas containing nitrogen gas and oxygen gas from a compressor to two or more adsorption towers filled with an adsorbent, and repeatedly performing an adsorption step, a pressure equalization step, a desorption step, and a pressure equalization step in each adsorption tower to separate nitrogen gas from the raw gas as a product gas and introduce the product gas into a product tank. In this nitrogen gas separation method, when the temperature of the raw gas sucked into the compressor is a first temperature, the product gas is discharged from the product tank at a first flow rate, and when the temperature of the raw gas sucked into the compressor is a second temperature lower than the first temperature, the product gas is discharged from the product tank at a second flow rate higher than the first flow rate.
この窒素ガス分離方法によれば、圧縮機の周囲温度が第1温度よりも低い第2温度に低下した場合に、第1流量よりも大きい第2流量で製品ガスを製品槽から流出させる。製品槽からの製品ガスの流出流量の増大によって製品槽内の圧力が低下するので、吸着塔内の圧力が上昇しにくくなり当該吸着塔内の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、吸着塔で得られる製品ガスの純度が過剰に高まることを抑制することができる。しかも、吸着塔内の圧力が上昇しにくくなるため、圧縮機による吸着塔への原料ガスの供給量を増大させることができる。これにより、周囲温度の低下に応じて圧縮機から供給される原料ガスの質量流量が増大する場合には、その増大分の原料ガスを吸着塔において有効に利用して製品ガスを得ることができる。 According to this nitrogen gas separation method, when the ambient temperature of the compressor drops to a second temperature lower than the first temperature, the product gas is discharged from the product tank at a second flow rate higher than the first flow rate. Since the pressure in the product tank decreases due to an increase in the flow rate of the product gas discharged from the product tank, the pressure in the adsorption tower is less likely to increase, and an excessive increase in the pressure in the adsorption tower can be suppressed. This makes it possible to suppress an excessive increase in the purity of the product gas obtained in the adsorption tower. Furthermore, since the pressure in the adsorption tower is less likely to increase, the amount of raw gas supplied to the adsorption tower by the compressor can be increased. As a result, when the mass flow rate of the raw gas supplied from the compressor increases in response to a decrease in the ambient temperature, the increased amount of raw gas can be effectively utilized in the adsorption tower to obtain the product gas.
また、周囲温度が低い場合に製品槽から流出させる製品ガスの流量を大きくすることにより、例えば気温の低い冬場や1日のうちで気温が低下する時間帯などにおいて、製品ガスを使用するユーザーへの製品ガスの提供量を増量することができる。 In addition, by increasing the flow rate of product gas flowing out of the product tank when the ambient temperature is low, it is possible to increase the amount of product gas provided to users who use product gas, for example, during the cold winter months or during times of the day when the temperature drops.
本発明に係る窒素ガス分離方法は、吸着剤が充填された2基以上の吸着塔に窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスを圧縮機から加圧供給し、各吸着塔が吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うことにより原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離し、当該製品ガスを製品槽に導入する窒素ガス分離方法である。この窒素ガス分離方法では、前記圧縮機が吸い込む前記原料ガスの温度を温度計により計測し、前記温度計による計測温度が第1温度のときに前記製品槽から前記製品ガスを第1流量で流出させる一方、前記計測温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記製品槽から前記製品ガスを前記第1流量よりも大きい第2流量で流出させる。 The nitrogen gas separation method according to the present invention is a method for separating nitrogen gas, which comprises pressurizing and supplying a raw gas containing nitrogen gas and oxygen gas from a compressor to two or more adsorption towers filled with an adsorbent, and repeatedly performing an adsorption step, a pressure equalization step, a desorption step, and a pressure equalization step in each adsorption tower to separate nitrogen gas from the raw gas as a product gas and introducing the product gas into a product tank. In this nitrogen gas separation method, the temperature of the raw gas sucked into the compressor is measured by a thermometer, and when the temperature measured by the thermometer is a first temperature, the product gas is discharged from the product tank at a first flow rate, and when the measured temperature is a second temperature lower than the first temperature, the product gas is discharged from the product tank at a second flow rate higher than the first flow rate.
この窒素ガス分離方法によれば、温度計により計測された温度が第1温度よりも低い第2温度に低下した場合に、その温度計の計測結果に基づいて、第1流量よりも大きい第2流量で製品ガスを製品槽から流出させる。製品槽からの製品ガスの流出流量の増大によって製品槽内の圧力が低下するので、吸着塔内の圧力が上昇しにくくなり当該吸着塔内の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、吸着塔で得られる製品ガスの純度が過剰に高まることを抑制することができる。しかも、吸着塔内の圧力が上昇しにくくなるため、圧縮機による吸着塔への原料ガスの供給量を増大させることができる。これにより、周囲温度の低下に応じて圧縮機から供給される原料ガスの質量流量が増大する場合には、その増大分の原料ガスを吸着塔において有効に利用して製品ガスを得ることができる。 According to this nitrogen gas separation method, when the temperature measured by the thermometer drops to a second temperature lower than the first temperature, the product gas is discharged from the product tank at a second flow rate greater than the first flow rate based on the measurement result of the thermometer. Since the pressure in the product tank decreases due to an increase in the outflow flow rate of the product gas from the product tank, the pressure in the adsorption tower is less likely to increase, and an excessive increase in the pressure in the adsorption tower can be suppressed. This makes it possible to suppress an excessive increase in the purity of the product gas obtained in the adsorption tower. Furthermore, since the pressure in the adsorption tower is less likely to increase, the amount of raw gas supplied to the adsorption tower by the compressor can be increased. As a result, when the mass flow rate of the raw gas supplied from the compressor increases in response to a decrease in the ambient temperature, the increased amount of raw gas can be effectively used in the adsorption tower to obtain the product gas.
また、温度計により計測された温度の低下に応じて製品槽から流出させる製品ガスの流量を大きくすることにより、温度計の計測結果に基づいて、製品ガスを使用するユーザーへの製品ガスの提供量を増量することができる。 In addition, by increasing the flow rate of product gas flowing out of the product tank in response to a decrease in temperature measured by the thermometer, the amount of product gas provided to the user who uses the product gas can be increased based on the measurement results of the thermometer.
上記の窒素ガス分離方法では、前記各吸着塔において吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を一定に維持するようにしてもよい。 In the nitrogen gas separation method described above, the adsorption and desorption times for the adsorption and desorption processes in each of the adsorption towers may be maintained constant.
この態様では、圧縮機の周囲温度が低下した場合においても、各吸着塔における吸脱着時間を一定に維持する。これにより、周囲温度の低下に応じて吸脱着時間を延長する場合に比べて、各吸着塔内において吸着工程を行うときに吸着塔内の最高圧力の変動を抑制することができる。このため、各吸着塔で得られる製品ガスの純度が変動することを抑制することができる。 In this embodiment, the adsorption/desorption time in each adsorption tower is maintained constant even when the ambient temperature of the compressor drops. This makes it possible to suppress fluctuations in the maximum pressure in each adsorption tower when the adsorption process is performed, compared to when the adsorption/desorption time is extended in response to a drop in the ambient temperature. This makes it possible to suppress fluctuations in the purity of the product gas obtained in each adsorption tower.
本発明に係る窒素ガス分離装置は、窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスを加圧供給する圧縮機と、吸着剤が充填され、前記圧縮機からの前記原料ガスの供給に応じて当該原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離する2基以上の吸着塔と、前記各吸着塔において得られた前記製品ガスが導入される製品槽と、前記製品槽から前記製品ガスを流出させる流量を調整する流量調整部と、前記圧縮機が吸い込む前記原料ガスの温度を計測する温度計と、前記各吸着塔において前記製品ガスが得られるように吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うための制御を行う制御部と、を備える。そして、前記制御部は、前記温度計による計測温度が第1温度のときに前記製品槽から前記製品ガスが第1流量で流出する一方、前記計測温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記製品槽から前記製品ガスが前記第1流量よりも大きい第2流量で流出するように、前記流量調整部を制御する。 The nitrogen gas separation apparatus according to the present invention includes a compressor for pressurizing and supplying a raw gas containing nitrogen gas and oxygen gas, two or more adsorption towers filled with an adsorbent and for separating nitrogen gas as a product gas from the raw gas in response to the supply of the raw gas from the compressor, a product tank into which the product gas obtained in each of the adsorption towers is introduced, a flow rate adjustment unit for adjusting the flow rate at which the product gas is discharged from the product tank, a thermometer for measuring the temperature of the raw gas sucked by the compressor, and a control unit for controlling the repeated adsorption process, pressure equalization process, desorption process, and pressure equalization process so that the product gas is obtained in each of the adsorption towers. The control unit controls the flow rate adjustment unit so that the product gas flows out of the product tank at a first flow rate when the temperature measured by the thermometer is a first temperature, and so that the product gas flows out of the product tank at a second flow rate greater than the first flow rate when the measured temperature is a second temperature lower than the first temperature.
上記の窒素ガス分離装置において、前記制御部は、前記各吸着塔において吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を一定に維持する構成であってもよい。 In the nitrogen gas separation device, the control unit may be configured to maintain a constant adsorption/desorption time for performing the adsorption process and the desorption process in each of the adsorption towers.
以上説明したように、本発明によれば、周囲温度が低下した場合において、製品ガスの純度が過剰に高まることを抑制しつつ、圧縮機から供給される原料ガスを吸着塔において有効に利用して製品ガスを得ることができる。 As described above, according to the present invention, when the ambient temperature drops, the purity of the product gas can be prevented from increasing excessively, and the raw gas supplied from the compressor can be effectively utilized in the adsorption tower to obtain the product gas.
以下、本発明の実施形態に係る窒素ガス分離方法及び窒素ガス分離装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the nitrogen gas separation method and nitrogen gas separation device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示される窒素ガス分離装置100は、窒素ガスと酸素ガスとを含む原料ガスから窒素ガスを分離して、窒素ガスを含む製品ガスを得るものである。原料ガスとしては、例えば、空気を使用することができるが、これに限定されるものではなく、少なくとも窒素ガスと酸素ガスとを含むガスであればよい。
The nitrogen
窒素ガス分離装置100は、原料ガス供給部1と、2基以上の吸着塔を構成する第1吸着塔3A及び第2吸着塔3Bと、製品槽4と、製品ガス流量調整部5と、制御部10と、を備えている。
The nitrogen
原料ガス供給部1は、圧縮機2と、圧縮機2の吐出口に接続された原料ガス供給ラインL1と、原料ガス供給ラインL1と第1吸着塔3Aの入口とを接続する第1吸着塔入口ラインL1Aと、原料ガス供給ラインL1と第2吸着塔3Bの入口とを接続する第2吸着塔入口ラインL1Bと、を有する。
The raw gas supply unit 1 has a compressor 2, a raw gas supply line L1 connected to the discharge port of the compressor 2, a first adsorption tower inlet line L1A connecting the raw gas supply line L1 to the inlet of the
圧縮機2は、原料ガスを吸入口から吸い込み、吸い込んだ原料ガスを加圧して吐出口から吐出し、原料ガス供給ラインL1と第1及び第2吸着塔入口ラインL1A,L1Bとを介して第1及び第2吸着塔3A,3Bに所定圧力の原料ガスを供給する。なお、原料ガスとして空気が使用される場合は、圧縮機2は、大気から空気を吸い込む。空気以外のガスを原料ガスとする場合は、圧縮機2は、例えば、原料ガスを容器に入れた原料ガス源に接続される。
The compressor 2 draws in the raw material gas from the intake port, pressurizes the drawn in raw material gas, and discharges it from the discharge port, supplying the raw material gas at a predetermined pressure to the first and
第1吸着塔入口ラインL1Aには、第1吸気バルブCV1が設けられている。第2吸着塔入口ラインL1Bには、第2吸気バルブCV3が設けられている。更に、第1吸着塔入口ラインL1Aと第2吸着塔入口ラインL1Bとを接続する第1均圧ラインL7が設けられている。第1均圧ラインL7には、第1均圧バルブCV7が設けられている。なお、第1吸気バルブCV1、第2吸気バルブCV3及び第1均圧バルブCV7は、開閉切り換え可能な弁によって構成されている。 The first adsorption tower inlet line L1A is provided with a first intake valve CV1. The second adsorption tower inlet line L1B is provided with a second intake valve CV3. Furthermore, a first pressure equalization line L7 is provided that connects the first adsorption tower inlet line L1A and the second adsorption tower inlet line L1B. The first pressure equalization line L7 is provided with a first pressure equalization valve CV7. The first intake valve CV1, the second intake valve CV3, and the first pressure equalization valve CV7 are configured as valves that can be switched between open and closed.
第1及び第2吸着塔入口ラインL1A,L1Bには、原料ガス排出ラインL2が接続されている。原料ガス排出ラインL2は、第1吸着塔入口ラインL1A上における第1吸気バルブCV1の下流側に接続された第1排出ラインL2Aと、第2吸着塔入口ラインL1B上における第2吸気バルブCV3の下流側に接続された第2排出ラインL2Bと、第1排出ラインL2Aと第2排出ラインL2Bとの合流点に接続された排出合流ラインL2Cと、を有する。第1排出ラインL2Aには、第1排出バルブCV2が設けられている。第2排出ラインL2Bには、第2排出バルブCV4が設けられている。なお、第1排出バルブCV2及び第2排出バルブCV4は、開閉切り換え可能な弁によって構成されている。 The raw gas discharge line L2 is connected to the first and second adsorption tower inlet lines L1A and L1B. The raw gas discharge line L2 has a first discharge line L2A connected to the downstream side of the first intake valve CV1 on the first adsorption tower inlet line L1A, a second discharge line L2B connected to the downstream side of the second intake valve CV3 on the second adsorption tower inlet line L1B, and a discharge junction line L2C connected to the junction of the first discharge line L2A and the second discharge line L2B. The first discharge line L2A is provided with a first discharge valve CV2. The second discharge line L2B is provided with a second discharge valve CV4. The first discharge valve CV2 and the second discharge valve CV4 are configured as valves that can be switched between open and closed.
圧縮機2の近傍には、温度計11が設けられている。温度計11は、圧縮機2の周囲温度を計測する。具体的には、温度計11は、圧縮機2の吸入口の近傍に設けられ、圧縮機2が吸入口を介して吸い込む原料ガスの温度を計測する。
A
第1吸着塔3A及び第2吸着塔3Bは、酸素ガスを吸着する吸着剤が充填されている。第1吸着塔3A及び第2吸着塔3Bは、圧縮機2から原料ガスが供給されると、原料ガス中の酸素ガスを吸着剤にて吸着することにより原料ガスから窒素ガスを分離して、窒素ガスを高濃度に含む製品ガスを生成する。第1及び第2吸着塔3A,3B内に充填される吸着剤としては、酸素ガスを吸着できるものであればいずれのものでもよく、例えば、分子篩炭素を使用することができる。
The first and
分子篩炭素とは、多数の細孔を備える木炭、石炭、コークス、やし殻、樹脂、ピッチなどの原料を高温で炭化し、細孔径を約3~5オングストロームに調整した木質系、石炭系、樹脂系、ピッチ系などの吸着剤である。このような分子篩炭素は、窒素ガスよりも酸素ガスを吸着しやすい性質を有しており、空気等の窒素ガスと酸素ガスとを含む混合気体から、酸素ガスを選択的に吸着する性質を有する。また、分子篩炭素は、高圧条件下において酸素ガスの吸着能が増大する。そのため、分子篩炭素は、第1及び第2吸着塔3A,3B内を加圧することにより酸素ガスを多く吸着することができ、その後、第1及び第2吸着塔3A,3B内を減圧することにより酸素ガスを脱着させることができる。 Molecular sieve carbon is a wood-, coal-, resin-, or pitch-based adsorbent made by carbonizing raw materials with many pores, such as charcoal, coal, coke, coconut shells, resin, and pitch, at high temperatures to adjust the pore size to about 3 to 5 angstroms. Such molecular sieve carbon has the property of adsorbing oxygen gas more easily than nitrogen gas, and has the property of selectively adsorbing oxygen gas from a mixed gas containing nitrogen gas and oxygen gas, such as air. In addition, molecular sieve carbon has an increased ability to adsorb oxygen gas under high pressure conditions. Therefore, molecular sieve carbon can adsorb a large amount of oxygen gas by pressurizing the first and second adsorption towers 3A and 3B, and then the oxygen gas can be desorbed by depressurizing the first and second adsorption towers 3A and 3B.
第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて生成された製品ガスは、製品ガス取り出しラインL3を流通して製品槽4に導入される。製品ガス取り出しラインL3は、第1吸着塔3Aの出口に接続された第1吸着塔出口ラインL3Aと、第2吸着塔3Bの出口に接続された第2吸着塔出口ラインL3Bと、第1吸着塔出口ラインL3Aと第2吸着塔出口ラインL3Bとが合流し製品槽4に接続された製品ガス合流ラインL3Cと、を有する。
The product gas generated in the first and second adsorption towers 3A and 3B flows through the product gas extraction line L3 and is introduced into the product tank 4. The product gas extraction line L3 has a first adsorption tower outlet line L3A connected to the outlet of the
第1吸着塔出口ラインL3Aには、第1取出バルブCV5が設けられている。第2吸着塔出口ラインL3Bには、第2取出バルブCV6が設けられている。更に、第1吸着塔出口ラインL3Aにおける第1取出バルブCV5の上流側と、第2吸着塔出口ラインL3Bにおける第2取出バルブCV6の上流側と、を接続する第2均圧ラインL8が設けられている。第2均圧ラインL8には、第2均圧バルブCV8が設けられている。なお、第1取出バルブCV5、第2取出バルブCV6及び第2均圧バルブCV8は、開閉切り換え可能な弁によって構成されている。 The first adsorption tower outlet line L3A is provided with a first extraction valve CV5. The second adsorption tower outlet line L3B is provided with a second extraction valve CV6. Furthermore, a second pressure equalization line L8 is provided, connecting the upstream side of the first extraction valve CV5 in the first adsorption tower outlet line L3A to the upstream side of the second extraction valve CV6 in the second adsorption tower outlet line L3B. The second pressure equalization line L8 is provided with a second pressure equalization valve CV8. The first extraction valve CV5, the second extraction valve CV6, and the second pressure equalization valve CV8 are configured with valves that can be switched between open and closed.
第2均圧ラインL8には、第2均圧ラインL8における第2均圧バルブCV8を迂回するように洗浄ガス流量調整ラインL9が接続されている。洗浄ガス流量調整ラインL9は、第2均圧ラインL8よりも管径が小さくなるように構成されている。すなわち、洗浄ガス流量調整ラインL9は洗浄ガス用のラインなので、製品ガスの一部として流す洗浄ガスの流量は、第2均圧ラインL8を流れる製品ガスの流量よりも小さくなるようにしている。 A cleaning gas flow rate adjustment line L9 is connected to the second pressure equalization line L8 so as to bypass the second pressure equalization valve CV8 in the second pressure equalization line L8. The cleaning gas flow rate adjustment line L9 is configured to have a smaller pipe diameter than the second pressure equalization line L8. In other words, since the cleaning gas flow rate adjustment line L9 is a line for cleaning gas, the flow rate of the cleaning gas flowing as part of the product gas is set to be smaller than the flow rate of the product gas flowing through the second pressure equalization line L8.
洗浄ガス流量調整ラインL9には、洗浄ガス流量調整バルブCV9が設けられている。洗浄ガス流量調整バルブCV9は、吸着工程に付されている吸着塔から脱着工程に付されている吸着塔へ製品ガスの一部を洗浄ガスとして送り、脱着工程に付されている吸着塔内に残存する原料ガスの排出を促進するために設けられている。洗浄ガス流量調整バルブCV9は、後述の制御部10の制御により洗浄ガス流量調整ラインL9の開度を調整可能に構成されている。なお、洗浄ガス流量調整バルブCV9及び洗浄ガス流量調整ラインL9は省略されてもよい。すなわち、洗浄ガスを流さない構成にしてもよい。
The cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 is provided in the cleaning gas flow rate adjustment line L9. The cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 is provided to send a portion of the product gas as cleaning gas from the adsorption tower undergoing the adsorption process to the adsorption tower undergoing the desorption process, and to promote the discharge of the raw material gas remaining in the adsorption tower undergoing the desorption process. The cleaning gas flow rate adjustment valve CV9 is configured to be able to adjust the opening degree of the cleaning gas flow rate adjustment line L9 under the control of the
製品槽4は、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて得られた製品ガスが製品ガス合流ラインL3Cを介して導入される。製品槽4は、導入された製品ガスを適宜貯留する一時貯留空間を有する容器によって構成されており、製品槽4内に貯留された製品ガス中の窒素ガス濃度を平準化するものである。製品槽4には、製品ガス流出ラインL10が接続されている。製品槽4に貯留された製品ガスは、製品ガス流出ラインL10を通して製品槽4から流出される。製品槽4から流出された製品ガスは、ユーザーによって使用される。 The product gas obtained in the first and second adsorption towers 3A, 3B is introduced into the product tank 4 via the product gas junction line L3C. The product tank 4 is composed of a container having a temporary storage space for appropriately storing the introduced product gas, and is used to level out the nitrogen gas concentration in the product gas stored in the product tank 4. A product gas outlet line L10 is connected to the product tank 4. The product gas stored in the product tank 4 flows out from the product tank 4 through the product gas outlet line L10. The product gas flowing out from the product tank 4 is used by the user.
製品ガス流出ラインL10には、酸素濃度計12と、流量計13と、製品ガス流量調整部5とが設けられている。
The product gas outflow line L10 is provided with an
酸素濃度計12は、製品槽4から流出する製品ガスに含まれる酸素ガスの濃度を計測する。後述の制御部10は、酸素濃度計12により計測された酸素ガス濃度に基づいて製品ガス中の窒素ガスの濃度を算出し、その算出結果に基づいて製品ガスの窒素純度を算出する。酸素濃度計12は、製品ガス流出ラインL10上における製品槽4の下流側に配置されている。
The
流量計13は、製品槽4から流出する製品ガスの流量を計測する。流量計13は、製品ガス流出ラインL10上における酸素濃度計12と製品ガス流量調整部5との間に配置されている。なお、流量計13は、製品ガス流出ラインL10上における製品槽4と酸素濃度計12との間に配置されてもよい。
The
製品ガス流量調整部5は、製品槽4に貯留された製品ガスを当該製品槽4から流出させる流量を調整するためのものである。製品槽4から流出させる製品ガスの流量は、圧縮機2の周囲温度に基づいて設定される。この製品ガス流量調整部5について、図2を参照して説明する。製品ガス流量調整部5は、図2(A)に示される構成であってもよいし、或いは図2(B)に示される構成であってもよい。
The product gas flow
図2(A)に示される例では、製品ガス流量調整部5は、開度を調整可能な製品ガス流量調整バルブ51から構成されている。製品ガス流量調整バルブ51の開度を調整することにより、製品槽4から流出させる製品ガスの流量を調整することができる。
In the example shown in FIG. 2(A), the product gas flow
図2(B)に示される例では、製品ガス流量調整部5は、開閉切り換え可能な複数の製品ガス流出バルブ52から構成されている。複数の製品ガス流出バルブ52は、製品ガス流出ラインL10上において並列に配置されている。複数の製品ガス流出バルブ52のうちで開放するバルブの数を調整することにより、製品槽4から流出させる製品ガスの流量を調整することができる。
In the example shown in FIG. 2(B), the product gas flow
制御部10は、バルブCV1~CV8、洗浄ガス流量調整バルブCV9、及び製品ガス流量調整部5に電気的に接続されている。制御部10は、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて吸着工程、均圧工程、脱着工程および均圧工程を繰り返し行うことができるように、バルブCV1~CV8の開閉及び洗浄ガス流量調整バルブCV9の開度を制御するとともに、製品ガス流量調整部5を制御する。
The
具体的には、制御部10は、第1吸着塔3Aを吸着工程に、第2吸着塔3Bを脱着工程に付すときには、第1吸気バルブCV1と第1取出バルブCV5と第2排出バルブCV4とを開くとともに、第2吸気バルブCV3と第2取出バルブCV6と第1排出バルブCV2とを閉じる。
Specifically, when the
制御部20は、第1吸着塔3Aを脱着工程に、第2吸着塔3Bを吸着工程に付すときには、第1吸気バルブCV1と第1取出バルブCV5と第2排出バルブCV4とを閉じるとともに、第2吸気バルブCV3と第2取出バルブCV6と第1排出バルブCV2とを開く。
When the control unit 20 subjects the
制御部20は、第1及び第2吸着塔3A,3Bを均圧工程に付すときには、第1吸気バルブCV1と第2吸気バルブCV3と第1取出バルブCV5と第2取出バルブCV6とを閉じるとともに、第1均圧バルブCV7と第2均圧バルブCV8とを開く。 When subjecting the first and second adsorption towers 3A and 3B to the pressure equalization process, the control unit 20 closes the first intake valve CV1, the second intake valve CV3, the first extraction valve CV5, and the second extraction valve CV6, and opens the first equalization valve CV7 and the second equalization valve CV8.
制御部20は、窒素ガス分離装置100が始動されると、予め設定された時間だけ、各工程が行われるようにバルブCV1~CV8の開閉状態を維持する制御を行う。また、制御部20は、窒素ガス分離装置100が始動されると、脱着工程において予め設定された開度に洗浄ガス流量調整バルブCV9を調整する制御を行う。
When the nitrogen
また、制御部10は、温度計11により計測された圧縮機2の周囲温度に基づいて、製品ガス流量調整部5を制御する。これにより、圧縮機2の周囲温度に基づいて、製品槽4に貯留された製品ガスを当該製品槽4から流出させる流量を調整することができる。
The
次に、上記のように構成された窒素ガス分離装置100を使用した窒素ガス分離方法について説明する。
Next, we will explain the nitrogen gas separation method using the nitrogen
まず、窒素ガス分離装置100が始動されると、予め設定された時間だけ吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程が繰り返し行われる。このとき、吸着工程において洗浄ガス流量調整バルブCV9の開度も予め設定された開度に調整される。
First, when the nitrogen
例えば、第1吸着塔3Aにおいて吸着工程を行うときには、第2吸着塔3Bにおいて脱着工程が行われる。吸着工程は、原料ガスから窒素ガスを分離して窒素ガスを含む製品ガスを生成する工程である。脱着工程は、吸着剤に吸着している酸素ガスを吸着剤から脱着することによって吸着剤を再生する工程である。
For example, when the adsorption process is performed in the
第1吸着塔3Aの吸着工程と第2吸着塔3Bの脱着工程は、第1吸気バルブCV1と第1取出バルブCV5と第2排出バルブCV4と洗浄ガス流量調整バルブCV9とを開き、第1排出バルブCV2と第2吸気バルブCV3と第2取出バルブCV6と第1及び第2均圧バルブCV7,CV8とを閉じることによって開始される。
The adsorption process of the
第1吸着塔3Aの吸着工程では、まず、圧縮機2から原料ガス供給ラインL1及び第1吸着塔入口ラインL1Aを通して第1吸着塔3Aに原料ガスが供給される。第1吸着塔3Aに供給された原料ガスは、原料ガス中の酸素ガスが吸着剤に吸着されることにより、原料ガスから窒素ガスが分離して窒素ガスを含む製品ガスが生成される。第1吸着塔3Aにおいて生成された製品ガスは、第1吸着塔出口ラインL3A及び製品ガス合流ラインL3Cを通して製品槽4に導入される。製品槽4に導入された製品ガスは、製品ガス流量調整部5によって流量が調整された状態で、製品槽4から製品ガス流出ラインL10を通して流出される。第1吸着塔3Aにおいて生成された製品ガスの一部は、洗浄ガスとして洗浄ガス流量調整ラインL9を介して第2吸着塔3Bへ送られる。
In the adsorption process of the
一方、第2吸着塔3Bの脱着工程では、第2吸着塔入口ラインL1B、第2排出ラインL2B、及び排出合流ラインL2Cを介して第2吸着塔3B内の原料ガスが洗浄ガスとともに第2吸着塔3B内の圧力よりも低い外部へ圧力差によって排出される。これにより、第2吸着塔3B内の圧力が減圧され、吸着剤に吸着していた酸素ガスが吸着剤から脱着する。脱着した酸素ガスは、原料ガスと洗浄ガスとともに第2吸着塔3Bから排出される。これにより、第2吸着塔3B内の吸着剤が再生される。
Meanwhile, in the desorption process of the
吸着工程及び脱着工程が終了すると、第1吸着塔3A内のガスを第2吸着塔3Bへ移動させる均圧工程が開始される。均圧工程は、第1吸気バルブCV1と第1取出バルブCV5と第2排出バルブCV4とを閉じ、第1及び第2均圧バルブCV7,CV8を開くことによって開始される。
When the adsorption and desorption processes are completed, the pressure equalization process is started to move the gas in the
均圧工程では、第1吸着塔3A内に充満していたガスが第1均圧ラインL7及び第2均圧ラインL8を通して第2吸着塔3Bに移動する。
In the pressure equalization process, the gas that filled the
均圧工程が終了すると、第1吸着塔3Aの脱着工程と第2吸着塔3Bの吸着工程が行われる。第1吸着塔3Aの脱着工程と第2吸着塔3Bの吸着工程は、第1排出バルブCV2と第2吸気バルブCV3と第2取出バルブCV6と洗浄ガス流量調整バルブCV9とを開き、第1及び第2均圧バルブCV7,CV8を閉じることによって開始される。
When the pressure equalization process is completed, the desorption process of the
第2吸着塔3Bの吸着工程では、圧縮機2から原料ガス供給ラインL1及び第2吸着塔入口ラインL1Bを通して原料ガスが第2吸着塔3Bに供給される。このとき、原料ガス中の酸素ガスが吸着剤に吸着し、原料ガスから窒素ガスが分離して窒素ガスを含む製品ガスが生成される。第2吸着塔3Bにおいて生成された製品ガスは、第2吸着塔出口ラインL3Bと製品ガス合流ラインL3Cとを通して製品槽4に導入される。製品槽4に導入された製品ガスは、製品ガス流量調整部5によって流量が調整された状態で、製品槽4から製品ガス流出ラインL10を通して流出される。第2吸着塔3Bにおいて生成された製品ガスの一部は、洗浄ガスとして洗浄ガス流量調整ラインL9を介して第1吸着塔3Aへ送られる。
In the adsorption process of the
一方、第1吸着塔3Aの脱着工程では、第1吸着塔入口ラインL1A、第1排出ラインL2A、及び排出合流ラインL2Cを通して第1吸着塔3A内の原料ガスが洗浄ガスとともに第1吸着塔3A内の圧力よりも低い外部へ圧力差によって排出される。これにより、第1吸着塔3A内の圧力が減圧され、吸着剤に吸着していた酸素ガスが吸着剤から脱着する。脱着した酸素ガスは、原料ガスと洗浄ガスとともに第1吸着塔3Aから排出される。これにより、第1吸着塔3A内の吸着剤が再生される。
Meanwhile, in the desorption process of the
第1吸着塔3Aの脱着工程及び第2吸着塔3Bの吸着工程が終了すると、第2吸着塔3B内のガスを第1吸着塔3Aに移動させる均圧工程が行われる。
When the desorption process in the
均圧工程が終了すると、第1吸着塔3Aの吸着工程と第2吸着塔3Bの脱着工程が行われる。以後、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて上記のサイクルが繰り返される。
When the pressure equalization process is completed, the adsorption process in the
ここで、第1及び第2吸着塔3A,3Bに原料ガスを供給するための圧縮機2は、周囲温度が低温になるほど圧縮機2から吐出される原料ガスの質量流量が増大する特性を有している。周囲温度の低下に応じて圧縮機2から吐出される原料ガスの質量流量が増大するのは、圧縮機2の吸い込みガス温度が低下するとガス密度が上がるためである。このように、周囲温度の低下に応じて圧縮機2から吐出される原料ガスの質量流量が増大すると、原料ガスが供給される第1及び第2吸着塔3A,3B内の圧力が上昇しやすくなる。第1及び第2吸着塔3A,3B内の圧力が上昇すると、吸着剤による酸素ガスの吸着量が増大するので、第1及び第2吸着塔3A,3Bで得られる製品ガスの窒素純度が過剰に高くなることがある。 Here, the compressor 2 for supplying the raw gas to the first and second adsorption towers 3A and 3B has a characteristic that the mass flow rate of the raw gas discharged from the compressor 2 increases as the ambient temperature decreases. The reason why the mass flow rate of the raw gas discharged from the compressor 2 increases with a decrease in the ambient temperature is because the gas density increases when the intake gas temperature of the compressor 2 decreases. In this way, when the mass flow rate of the raw gas discharged from the compressor 2 increases with a decrease in the ambient temperature, the pressure in the first and second adsorption towers 3A and 3B to which the raw gas is supplied tends to increase. When the pressure in the first and second adsorption towers 3A and 3B increases, the amount of oxygen gas adsorbed by the adsorbent increases, and the nitrogen purity of the product gas obtained in the first and second adsorption towers 3A and 3B may become excessively high.
そこで、窒素ガス分離装置100では、圧縮機2の周囲温度に基づいて、製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量を製品ガス流量調整部5によって調整することにより、製品槽4内の圧力を調整する。この際、製品槽4から流出される製品ガスの窒素純度が、例えば99%以上99.999%以下の範囲の所定の目標純度(例えば99.9%)となるように、製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量が調整される。
In the nitrogen
具体的には、圧縮機2の周囲温度が第1温度(予め設定された範囲内の温度)の場合には、製品槽4から製品ガスを第1流量で流出させる。一方、圧縮機2の周囲温度が第1温度よりも低い第2温度の場合には、製品槽4から製品ガスを第1流量よりも大きい第2流量で流出させる。この場合において第2流量は、製品ガスの窒素純度が第1流量で流出させるときの窒素純度から変化しないように、あるいは、変化したとしても所定範囲内に収まるように、圧縮機2の周囲温度に応じて設定される。従って、圧縮機2の周囲温度が低いほど製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量が大きくなるように調整される。 Specifically, when the ambient temperature of the compressor 2 is a first temperature (a temperature within a preset range), the product gas is discharged from the product tank 4 at a first flow rate. On the other hand, when the ambient temperature of the compressor 2 is a second temperature lower than the first temperature, the product gas is discharged from the product tank 4 at a second flow rate higher than the first flow rate. In this case, the second flow rate is set according to the ambient temperature of the compressor 2 so that the nitrogen purity of the product gas does not change from the nitrogen purity when discharged at the first flow rate, or, if it does change, it falls within a specified range. Therefore, the volumetric flow rate of the product gas discharged from the product tank 4 is adjusted to be larger the lower the ambient temperature of the compressor 2.
以上説明したように、本実施形態では、圧縮機2の周囲温度が第1温度よりも低い第2温度に低下した場合に、第1流量よりも大きい第2流量で製品ガスを製品槽4から流出させる。製品槽4からの製品ガスの流出流量の増大によって製品槽4内の圧力が低下するので、第1及び第2吸着塔3A,3B内の圧力が上昇しにくくなり当該各吸着塔3A,3B内の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、第1及び第2吸着塔3A,3Bで得られる製品ガスの純度が過剰に高まることを抑制することができる。しかも、第1及び第2吸着塔3A,3B内の圧力が上昇しにくくなるため、圧縮機2による各吸着塔3A,3Bへの原料ガスの供給量を増大させることができる。これにより、周囲温度の低下に応じて圧縮機2から供給される原料ガスの質量流量が増大する場合には、その増大分の原料ガスを各吸着塔3A,3Bにおいて有効に利用して製品ガスを得ることができる。 As described above, in this embodiment, when the ambient temperature of the compressor 2 drops to a second temperature lower than the first temperature, the product gas is discharged from the product tank 4 at a second flow rate greater than the first flow rate. Since the pressure in the product tank 4 decreases due to an increase in the flow rate of the product gas from the product tank 4, the pressure in the first and second adsorption towers 3A and 3B is less likely to increase, and an excessive increase in the pressure in each of the adsorption towers 3A and 3B can be suppressed. This makes it possible to suppress an excessive increase in the purity of the product gas obtained in the first and second adsorption towers 3A and 3B. Moreover, since the pressure in the first and second adsorption towers 3A and 3B is less likely to increase, the amount of raw material gas supplied to each of the adsorption towers 3A and 3B by the compressor 2 can be increased. As a result, when the mass flow rate of the raw material gas supplied from the compressor 2 increases in response to a decrease in the ambient temperature, the increased amount of raw material gas can be effectively used in each of the adsorption towers 3A and 3B to obtain the product gas.
また、周囲温度が低い場合に製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量を大きくすることにより、例えば気温の低い冬場や1日のうちで気温が低下する時間帯などにおいて、製品ガスを使用するユーザーへの製品ガスの提供量を増量することができる。 In addition, by increasing the volumetric flow rate of the product gas flowing out of the product tank 4 when the ambient temperature is low, it is possible to increase the amount of product gas provided to users who use the product gas, for example, during the cold winter months or during times of the day when the temperature drops.
製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量は、圧縮機2の周囲温度と、圧縮機2から吐出される原料ガスの体積流量と、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおける所定の目標純度の製品ガスの生成量と、を関連付けた流量指標データに基づいて設定される。流量指標データは、原料ガスの体積流量と製品ガスの生成量との関係を周囲温度ごとに表すデータである。この流量指標データに基づけば、圧縮機2から供給される原料ガスを使用して第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて生成される製品ガスの量を、圧縮機2の周囲温度ごとに把握することができる。そして、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおける製品ガスの生成量に基づいて、製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量を周囲温度ごとに算出することができる。 The volumetric flow rate of the product gas discharged from the product tank 4 is set based on flow rate index data that correlates the ambient temperature of the compressor 2, the volumetric flow rate of the raw material gas discharged from the compressor 2, and the amount of product gas with a predetermined target purity produced in the first and second adsorption towers 3A and 3B. The flow rate index data is data that represents the relationship between the volumetric flow rate of the raw material gas and the amount of product gas produced for each ambient temperature. Based on this flow rate index data, the amount of product gas produced in the first and second adsorption towers 3A and 3B using the raw material gas supplied from the compressor 2 can be grasped for each ambient temperature of the compressor 2. Then, based on the amount of product gas produced in the first and second adsorption towers 3A and 3B, the volumetric flow rate of the product gas discharged from the product tank 4 can be calculated for each ambient temperature.
なお、製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量と周囲温度との関係を示す実験データを予め取得しておいて、その実験データに基づいて製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量を設定するようにしてもよい。 In addition, experimental data showing the relationship between the volumetric flow rate of the product gas flowing out of the product tank 4 and the ambient temperature may be obtained in advance, and the volumetric flow rate of the product gas flowing out of the product tank 4 may be set based on the experimental data.
また、本実施形態では、圧縮機2の近傍に設けられた温度計11の計測結果に基づいて、製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量を製品ガス流量調整部5によって調整することにより、製品槽4内の圧力を調整する。具体的には、温度計11による計測温度が第1温度の場合には、製品槽4から製品ガスを第1流量で流出させる。一方、温度計11による計測温度が第1温度よりも低い第2温度の場合には、製品槽4から製品ガスを第1流量よりも大きい第2流量で流出させる。この場合において第2流量は、製品ガスの窒素純度が第1流量で流出させるときの窒素純度から変化しないように、あるいは、変化したとしも所定範囲内に収まるように、温度計11による計測温度に応じて設定される。従って、温度計11による計測温度が低いほど製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量が大きくなるように調整される。
In this embodiment, the pressure in the product tank 4 is adjusted by adjusting the volumetric flow rate of the product gas flowing out from the product tank 4 using the product gas flow
温度計11による計測温度が第1温度よりも低い第2温度に低下した場合に、その温度計11の計測結果に基づいて、第1流量よりも大きい第2流量で製品ガスを製品槽4から流出させる。製品槽4からの製品ガスの流出流量の増大によって製品槽4内の圧力が低下するので、第1及び第2吸着塔3A,3B内の圧力が上昇しにくくなり当該各吸着塔3A,3B内の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、第1及び第2吸着塔3A,3Bで得られる製品ガスの純度が過剰に高まることを抑制することができる。しかも、第1及び第2吸着塔3A,3B内の圧力が上昇しにくくなるため、圧縮機2による各吸着塔3A,3Bへの原料ガスの供給量を増大させることができる。これにより、周囲温度の低下に応じて圧縮機2から供給される原料ガスの質量流量が増大する場合には、その増大分の原料ガスを各吸着塔3A,3Bにおいて有効に利用して製品ガスを得ることができる。
When the temperature measured by the
また、温度計11により計測された温度の低下に応じて製品槽4から流出させる製品ガスの流量を大きくすることにより、温度計11の計測結果に基づいて、製品ガスを使用するユーザーへの製品ガスの提供量を増量することができる。
In addition, by increasing the flow rate of the product gas flowing out of the product tank 4 in response to a decrease in temperature measured by the
また、窒素ガス分離装置100において制御部10は、圧縮機2の周囲温度が低下した場合においても、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間を一定に維持する制御を行ってもよい。これにより、周囲温度の低下に応じて吸脱着時間を延長する場合に比べて、第1及び第2吸着塔3A,3B内において吸着工程を行うときに各吸着塔3A,3B内の最高圧力の変動を抑制することができる。このため、各吸着塔3A,3Bで得られる製品ガスの純度が変動することを抑制することができる。
In addition, in the nitrogen
なお、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおける吸脱着時間は、一定に維持されることが望ましいが、所定の基準吸脱着時間に対して所定の許容範囲内で変化するように調整されてもよい。例えば、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおける吸脱着時間は、基準吸脱着時間の80%以上120%以下の許容範囲内での変化については許容される。 It is desirable that the adsorption/desorption times in the first and second adsorption towers 3A, 3B be maintained constant, but they may be adjusted to vary within a predetermined tolerance range relative to a predetermined reference adsorption/desorption time. For example, the adsorption/desorption times in the first and second adsorption towers 3A, 3B are permitted to vary within a tolerance range of 80% to 120% of the reference adsorption/desorption time.
また、窒素ガス分離装置100は、常に温度計11の計測結果に応じて製品槽4からの製品ガスの流出流量を調整するようにしているが、これに限らない。例えば、窒素ガス分離装置100は、第1モードと第2モードとの間でモードの切り替えが可能に構成されていて、第2モードに切り替えられたときのみ、製品槽4からの製品ガスの流出流量を調整するようにしてもよい。すなわち、第1モードでは、圧縮機2の周囲温度が変化しても製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量を一定に維持する。一方、第2モードでは、上記のように、圧縮機2の周囲温度に応じて製品槽4から流出させる製品ガスの体積流量を調整する。
Although the nitrogen
以下、図1に示される窒素ガス分離装置100を用いて具体的に実施した例について説明する。
Below, we will explain a specific example that was implemented using the nitrogen
(実施例1)
実施例1では、圧縮機2から第1及び第2吸着塔3A,3Bに供給される原料ガスとしての空気の体積流量が2.2m3/minであり圧力が0.9MPaとなるように、圧縮機2を設定した。圧縮機2の周囲温度が45℃、35℃、30℃、20℃、5℃、0℃と低くなるように変化することに応じて、製品槽4から流出させる製品ガスの流量が24Nm3/h、28Nm3/h、30Nm3/h、32Nm3/h、34Nm3/h、35Nm3/hと大きくなるように変化させた。なお、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて吸着工程と脱着工程を行う吸脱着時間については40secで一定に維持した。
Example 1
In Example 1, the compressor 2 was set so that the volumetric flow rate of air as the raw material gas supplied from the compressor 2 to the first and second adsorption towers 3A, 3B was 2.2 m3 /min and the pressure was 0.9 MPa. The flow rate of the product gas discharged from the product tank 4 was changed to increase from 24 Nm3 / h, 28 Nm3/h, 30 Nm3/h, 32 Nm3/h, 34 Nm3/h, and 35 Nm3/h as the ambient temperature of the compressor 2 was changed to decrease from 45°C, 35°C, 30°C, 20°C, 5 ° C, and 0°C. The adsorption and desorption time for performing the adsorption step and the desorption step in the first and second adsorption towers 3A, 3B was maintained constant at 40 sec.
(比較例1)
比較例1では、圧縮機2の周囲温度が45℃、35℃、30℃、20℃、5℃、0℃と低くなるように変化することに応じて、製品槽4から流出させる製品ガスの流量を24Nm3/hで一定に維持し、第1及び第2吸着塔3A,3Bの吸脱着時間を40sec、50sec、60sec、60sec、80sec、80secと延長した点で実施例1と相違している。比較例1の他の条件は、実施例1と同じである。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 differs from Example 1 in that the flow rate of the product gas discharged from the product tank 4 was kept constant at 24 Nm3 /h and the adsorption/desorption times of the first and second adsorption towers 3A, 3B were extended to 40 sec, 50 sec, 60 sec, 60 sec, 80 sec, and 80 sec, respectively, as the ambient temperature of the compressor 2 was decreased to 45° C., 35° C., 30° C., 20° C., 5° C., and 0° C. The other conditions of Comparative Example 1 were the same as those of Example 1.
上記実施例1及び比較例1における、第1及び第2吸着塔3A,3B内の最高圧力と、酸素濃度計12により計測された酸素ガス濃度から算出された製品ガスの窒素純度と、圧縮機2により第1及び第2吸着塔3A,3Bに供給された原料ガスの消費率とを表1に示す。なお、原料ガス消費率は、圧縮機2が発生させることができる原料ガスの最大量(圧縮機2の最大能力での第1及び第2吸着塔3A,3Bへの原料ガスの供給量)に対する、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて製品ガスを得るのに圧縮機2が実際に発生させた原料ガス量を百分率で表したものである。
Table 1 shows the maximum pressure in the first and second adsorption towers 3A and 3B, the nitrogen purity of the product gas calculated from the oxygen gas concentration measured by the
表1に示すように、比較例1では、第1及び第2吸着塔3A,3B内の最高圧力が上昇しやすくなる圧縮機2の周囲温度の低下に応じて、第1及び第2吸着塔3A,3Bにおける吸脱着時間を延長することにより、製品ガスの窒素純度が所定の目標純度の99.9%で一定に維持された。しかしながら、圧縮機2の周囲温度の低下に応じて、圧縮機2により第1及び第2吸着塔3A,3Bに供給された原料ガスの消費率が低下した。これは、比較例1では、周囲温度の低下に応じて圧縮機2から供給される原料ガスの質量流量が増大するにも関わらず、その増大分の原料ガスを第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて有効に利用して製品ガスを得ることができなかったためであると考えられる。 As shown in Table 1, in Comparative Example 1, the nitrogen purity of the product gas was maintained constant at a predetermined target purity of 99.9% by extending the adsorption/desorption time in the first and second adsorption towers 3A and 3B in response to a decrease in the ambient temperature of the compressor 2, which makes it easier for the maximum pressure in the first and second adsorption towers 3A and 3B to increase. However, the consumption rate of the raw material gas supplied to the first and second adsorption towers 3A and 3B by the compressor 2 decreased in response to a decrease in the ambient temperature of the compressor 2. This is thought to be because, in Comparative Example 1, although the mass flow rate of the raw material gas supplied from the compressor 2 increases in response to a decrease in the ambient temperature, the increased amount of raw material gas could not be effectively utilized in the first and second adsorption towers 3A and 3B to obtain the product gas.
これに対し、実施例1では、圧縮機2の周囲温度の低下に応じて製品槽4から流出させる製品ガスの流量が大きくなるよう調整することにより、製品ガスの窒素純度が所定の目標純度の99.9%で一定に維持された。また、圧縮機2の周囲温度が変化しても、圧縮機2により第1及び第2吸着塔3A,3Bに供給された原料ガスの消費率は100%であった。このことから、実施例1では、圧縮機2の周囲温度が低下した場合であっても製品ガスの窒素純度が過剰に高まることを抑制しつつ、圧縮機2から供給される原料ガスを第1及び第2吸着塔3A,3Bにおいて有効に利用して製品ガスが得られることが分かる。 In contrast, in Example 1, the flow rate of the product gas flowing out of the product tank 4 was adjusted to increase in response to a decrease in the ambient temperature of the compressor 2, thereby maintaining the nitrogen purity of the product gas constant at a predetermined target purity of 99.9%. Furthermore, even when the ambient temperature of the compressor 2 changed, the consumption rate of the raw material gas supplied by the compressor 2 to the first and second adsorption towers 3A and 3B was 100%. From this, it can be seen that in Example 1, even when the ambient temperature of the compressor 2 decreases, the product gas can be obtained by effectively utilizing the raw material gas supplied from the compressor 2 in the first and second adsorption towers 3A and 3B while preventing the nitrogen purity of the product gas from increasing excessively.
1 原料ガス供給部
2 圧縮機
3A 第1吸着塔
3B 第2吸着塔
4 製品槽
5 製品ガス流量調整部
10 制御部
11 温度計
100 窒素ガス分離装置
Reference Signs List 1 Raw material gas supply section 2
Claims (5)
前記圧縮機が吸い込む前記原料ガスの温度が第1温度のときに前記製品槽から前記製品ガスを第1流量で流出させる一方、前記圧縮機が吸い込む前記原料ガスの温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記製品槽から前記製品ガスを前記第1流量よりも大きい第2流量で流出させる、窒素ガス分離方法。 A nitrogen gas separation method comprising the steps of: supplying a feed gas containing nitrogen gas and oxygen gas under pressure from a compressor to two or more adsorption towers filled with an adsorbent; separating nitrogen gas from the feed gas as a product gas by repeatedly performing an adsorption step, a pressure equalization step, a desorption step, and a pressure equalization step in each adsorption tower; and introducing the product gas into a product tank,
A nitrogen gas separation method, comprising: when the temperature of the raw material gas sucked into the compressor is a first temperature, causing the product gas to flow out of the product tank at a first flow rate; and when the temperature of the raw material gas sucked into the compressor is a second temperature lower than the first temperature, causing the product gas to flow out of the product tank at a second flow rate higher than the first flow rate.
前記圧縮機が吸い込む前記原料ガスの温度を温度計により計測し、
前記温度計による計測温度が第1温度のときに前記製品槽から前記製品ガスを第1流量で流出させる一方、前記計測温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記製品槽から前記製品ガスを前記第1流量よりも大きい第2流量で流出させる、窒素ガス分離方法。 A nitrogen gas separation method comprising the steps of: supplying a feed gas containing nitrogen gas and oxygen gas under pressure from a compressor to two or more adsorption towers filled with an adsorbent; separating nitrogen gas from the feed gas as a product gas by repeatedly performing an adsorption step, a pressure equalization step, a desorption step, and a pressure equalization step in each adsorption tower; and introducing the product gas into a product tank,
Measure the temperature of the raw material gas sucked by the compressor with a thermometer;
A nitrogen gas separation method, comprising: when the temperature measured by the thermometer is a first temperature, causing the product gas to flow out of the product tank at a first flow rate; and when the measured temperature is a second temperature lower than the first temperature, causing the product gas to flow out of the product tank at a second flow rate higher than the first flow rate.
吸着剤が充填され、前記圧縮機からの前記原料ガスの供給に応じて当該原料ガスから窒素ガスを製品ガスとして分離する2基以上の吸着塔と、
前記各吸着塔において得られた前記製品ガスが導入される製品槽と、
前記製品槽から前記製品ガスを流出させる流量を調整する流量調整部と、
前記圧縮機が吸い込む前記原料ガスの温度を計測する温度計と、
前記各吸着塔において前記製品ガスが得られるように吸着工程、均圧工程、脱着工程、均圧工程を繰り返し行うための制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度計による計測温度が第1温度のときに前記製品槽から前記製品ガスが第1流量で流出する一方、前記計測温度が前記第1温度よりも低い第2温度では前記製品槽から前記製品ガスが前記第1流量よりも大きい第2流量で流出するように、前記流量調整部を制御する、窒素ガス分離装置。 a compressor for pressurizing and supplying a raw material gas containing nitrogen gas and oxygen gas;
two or more adsorption towers each filled with an adsorbent, and configured to separate nitrogen gas as a product gas from the raw material gas in response to the raw material gas being supplied from the compressor;
a product tank into which the product gas obtained in each of the adsorption towers is introduced;
a flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the product gas flowing out from the product tank;
a thermometer that measures the temperature of the raw material gas sucked by the compressor;
a control unit that controls the adsorption step, the pressure equalization step, the desorption step, and the pressure equalization step to be repeatedly performed in each of the adsorption towers so as to obtain the product gas,
The control unit controls the flow rate adjustment unit so that the product gas flows out of the product tank at a first flow rate when the temperature measured by the thermometer is a first temperature, and so that the product gas flows out of the product tank at a second flow rate greater than the first flow rate when the measured temperature is a second temperature lower than the first temperature.
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