JPH01127019A

JPH01127019A - 気体分離装置

Info

Publication number: JPH01127019A
Application number: JP62284177A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Watanabe; 和幸渡辺
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1989-05-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ＰＳＡ式（Ｐ　ｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓ　ｗｉｎ
ｇＡ　ｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　）の気体分離装置に関し、
例えば窒素発生装置又は酸素発生装置として用いて好適
な気体分離装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ＰＳＡ式の気体分離装置は、分子ふるいカーボ
ンからなる吸着剤を用いて、空気を窒素と酸素に分離し
、いずれか一方を製品ガスとして取出し、使用するもの
である。また、吸着剤を再生している間は上記分離は行
なわれないため、通常２台以上の吸着塔を設け、一方の
吸着塔が吸着剤の再生を行なっている場合でも、他方の
吸着塔が分離を行なうことにより連続的に製品ガスを取
出す構成とされている。

このＰＳＡ式窒素発生装置にあっては、各吸着塔におい
て、（１）吸着剤が充填された吸着塔に圧縮空気を導入
して酸素分子を吸着させる昇圧工程、■非吸着成分であ
る窒素ガスを取出す取出し工程、■取出し工程が終了し
た吸着塔内のガスを他の吸着塔に一部回収する均圧工程
、（４）均圧工程終了後、吸着塔内に残留しているガス
を排気して吸着成分（？ｌＩ素分子分子脱着させて吸着
剤を再生させる排気工程のサイクルを順次繰返し行なう
ことにより製品ガスを生成している。

従来、この排気工程では真空ポンプによる減圧再生や、
また一部取出した非吸着成分（窒素ガス）を吸着塔内に
逆流させて吸着成分（酸素分子）をパージするパージ再
生等が一般に行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記排気工程においてパージ再生を用いる場合、パージ
に使う窒素ガスの量及びパージを行なう時間によって製
品ガスの純度は変化する。

しかるに従来においてはパージ再生を最適条件で行なう
ことはされておらず、−の吸着塔において吸着剤が飽和
し分離が行なわれなくなると当該吸着塔は直ちに均圧、
排気工程に移ってパージが開始され、当該吸着塔と責な
る他の吸着塔の吸着剤が飽和して分離が行なわれなくな
ると、当該吸着塔のパージが完全に行なわれているか否
かを問わず、当該吸着塔は直ちに昇圧、取出し工程に移
って製品ガスが生成される構成となっていた。このため
、製品ガスの純度が不均一となり、また吸着塔内の圧力
が適当な圧力に下がらない内にパージを行なうガスが注
入されるため、有効にパージを行なうことができず、ガ
スを効率良く活用できないという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みて創作されたものであり、製品
ガスの純度を向上し、かつパージを行なうガスを効率良
く活用し得る気体分離装置を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明では、気体分離装置
に内部に吸着剤を充填した吸着塔と、この吸着塔に圧縮
された気体を供給して昇圧状態とする気体供給用弁と、
前記吸着塔内の気体を排出して減圧状態とする気体排出
用弁と、前記吸着塔が昇任状態にある間に製品ガスを取
出す取出用弁と、前記吸着剤に吸着した吸着分子をパー
ジする製品ガスの一部を前記吸着塔内に送り込むパージ
用弁とを設けた。

そして、上記吸着塔内の気体が排出されて内部内圧が気
体圧近くに下がった時、前記パージ用弁が開弁され前記
製品ガスの−“部が前記吸着塔内に送６込まれてパージ
を行なうよう構成した。

〔作用〕

本発明者が、パージに使うガス徂とパージを行なう時間
について実験を行なったところ、第４図に示す実験結果
を得た。同図はパージ再生の条件（パージガス農及びパ
ージ時間）を変化させた場合における製品窒素ガス中の
残留酸素濃度を示しており、縦軸に残留酸素８１度を、
また横軸にパージガス量を示している。更に、図中矢印
へで示される曲線はパージ時間を１１０秒とした場合の
残留酸素濃度とパージガス量との関係を示しており、ま
た矢印Ｂで示される曲線はパージ時間を６０秒とした場
合の上記関係を示している。尚、実験に使用した吸着塔
の容積は１．２２であった。

同図より、パージ時間が長い曲線Ａの方がパージガス迅
を変化させた各場合において曲線Ｂに比べて残留酸素濃
度が低くなっている。よってパージ時間が長い方が吸着
成分たる酸素分子の脱着は進み、吸着剤の再生が良好に
行なわれることがわかる。

一方、パージガス量に注目すると、曲Ｉｉ！Ａ、　Ｂに
おいて最も残留Ｉｌ素濃度が低いのは曲￥ＡＡ、Ｂ共に
パージガス量が略１．２ｆｌの時である。このパージガ
ス量は吸着塔の容積と略一致し、パージを行なう際、吸
着塔内に吸着塔容積と略等しいパージガス（製品ガス）
を送り込めば効率良くパージ再生が行なわれることがわ
かる。即ち、吸着塔内にパージガスが完全に充填された
時、最も効率良くパージ再生がされる。この時、気体排
出弁は開弁されているためパージガスの圧力は略大気圧
と等しくなっている。

しかるに、単に排気工程に入って直ちに吸着塔の容積と
同一量のパージガスを吸着塔に送り込Ｉυでもパージ再
生は有効に行なわれない。これは、排気工程に入った直
後には、まだ吸着塔内の内圧が高く吸着成分の吸着力が
大で、パージガスを送り込んでも効率よくパージが行な
われないからである。

そこで本発明では吸着塔内の気体が排出されて内部内圧
が大気圧近くに下がった時、パージ用弁が開弁されパー
ジガスが吸着塔内に送り込まれてパージが行なわれるよ
う構成することにより、最も効率の良い状態でパージ再
生を行なうよう構成したものである。

〔実施例〕

以下、本発明に係る気体分離装置を窒素発生装置に適用
した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明
する。

第１図は本実施例の全体構成図を示す。

図中、１．２は第１．第２の吸着塔で、該各吸着塔１．
２内にはそれぞれ分子ふるいカーボンＩＡ、２Ａが充填
されると共に、内部の圧力を検出する圧力センサＩＢ、
２Ｂが配設されている。

３は圧縮空気供給源となるコンプレッサで、該コンプレ
ッサ３からの圧縮空気は配管４．５を介して吸着塔１，
２にそれぞれ交互に供給されるようになっており、この
ため配管４．５の途中にはそれぞれ電磁弁からなる空気
供給用弁６．７が設けられている。

８．９は脱着時に吸着塔１．２からの気体を排出する配
管で、この各配管８．９は連結して共通排出配管１０と
なり、排出配管１ｏは脱着排ガスを排出するようになっ
ている。そして、前記配管８．９の途中にはそれぞれ吸
着塔１．２内の１２着排ガスを半サイクル毎に交互に排
出する電磁弁からなる気体排出用弁１１．１２が設けら
れている。

一方、１３．１４は吸着塔１．２からの窒素をそれぞれ
取出す取出配管、１５は各配管１３゜１４と連結した取
出配管で、この配管１３．１４の途中には半サイクルの
間だけ後述の制御の下に交互に開弁する電磁弁からなる
取出用弁１６゜１７がそれぞれ設けられ、また前記取出
配管１５は製品タンク１８と接続され、窒素ガスを貯え
るようになっている。

この製品タンク１８の取出し側には、共通取出用配管１
９とパージ用配管２０が接続されている。

共通取出用配管１９には共通取出用弁２１、製品ガスの
発生量を調節する取出用絞り弁２２が設けられている。

パージ用配管２０にはパージ用弁２３とパージガスの流
酋を調節するパージ用絞り弁２４が設けられていて、均
圧・用配管２５に継がっている。均圧用配管２５には゛
均圧パージ用弁２６．２７が設けられていて後述の均圧
操作とパージ操作で所定の時間開弁する。

２８は制御装置で、予め設定されたプログラムに従い、
空気供給用弁６．７、気体排出用弁１１゜１２、取出用
弁１６，１７、共通取出用弁２１、パージ用弁２３、均
圧パージ用弁２６．２７等の開閉弁制御を行なうもので
ある。この制御装置には前記の各吸着塔１．２に取付け
られた圧力センサＩＢ、２Ｂが接続されている。

本実施例はこのように構成されるが、次にその動作につ
いて第２図も合わせて用いつつ説明する。

尚、第２図に示す各図は本実施例の要部構成を示す図で
あり、開弁されている弁は弁記号を白抜きで、また閉弁
されている弁は黒く塗りつぶして示す。

まず第２図（Ａ）は、第１の吸着塔１が排気二［程とな
っており、第２の吸着塔２が昇圧工程となっている状態
を示している。

この状態では、空気供給用弁７と気体排出用弁１１が開
弁じ、第２の吸着塔２に圧縮空気が供給され昇圧が行わ
れる。昇圧すると吸着剤２Ａに空気中の酸素が吸着する
。第１の吸着塔１は加圧された状態から排気工程に入り
、吸着していた酸素をＪＢ２Ｗしながら排ガスを放出し
ている。

第２図（Ｂ）は第１の吸着塔１が続いて排気工程にあり
、一方、第２の吸着塔２が取出工程となった状態を示し
ている。

この状態では、取出用弁１７が開弁し、第２の吸着塔２
において吸着剤２Ａに吸着されなかった窒素を製品タン
ク１８に取出す。第１の吸着塔１は排気が続いている。

第２図（Ｃ）は、第２の吸着塔２が更に取出工程にあり
、第１の吸着塔１がパージ工程となった状態を示してい
る。

第２図（Ｂ）に示す状態より、第１の吸着塔１において
更に排気が進むと、第１の吸着塔１内の内圧は大気圧に
近い圧力となる。すると、第１の吸着塔１に設けられて
いる圧力センサＩＢ（第１図に示す）はこれを検出し、
制御装置２８に対して検、出信７夛を供給する。制御ｌ
ｖｔ置２８は圧力センサ１Ｂ１からこの検出信号が供給
されると、パージ、用升、、２．３　、Ｑび均圧パージ
用弁２６を開弁するようプログラムがなされている（尚
、圧力センサ２Ｂから検出信号が供給された場合は、パ
ージ用弁２３及び均圧パージ用弁２７が開弁するよう構
成されている）。これにより製品タンク１８内の窒素ガ
スは第１の吸着塔１内に送り込まれパージが行なわれる
。このパージによって第１の吸着塔１にｗＡ肴して残っ
ている酸素は窒素で置換される。この際、パージ用絞り
弁２４はパージ時間内に吸着塔１の容積と略同−容積の
窒素ガスを送り込むよう絞り量が調整されている。よっ
て、上記パージ工程は最も効率の良い状態（前記（作用
）の記載参照）で行なわれるため、分子ふるいカーボン
１Ａに吸着されている酸素分子を効率良く脱着させるこ
とができ良好な再生を実現できる。これにより、パージ
エ稈終了後再び行なわれる取出工程において酸素分子の
分子ふるいカーボン１Ａへの吸着は良好に行なわれ、分
離される非吸着成分（窒素ガス）の純度を向上させるこ
とができ、加えて第１の吸着塔１に送り込まれる窒素ガ
スを無駄なく有効にパージのために活用することができ
る。

第２図（Ｄ）は第１及び第２の吸着塔１，２が共に均圧
工程となっている状態を示す。

この状態では、昇圧、排気を止めて、均圧パージ用弁２
６．２７を開弁し、第２の吸着塔２から第１の吸着塔１
に圧縮空気の一部を回収し、収率を高める。

続いて、第１の吸着塔１と第２の吸着塔２とを逆にして
、上記してきた第２図（Ａ）〜（Ｄ）で示す工程を繰り
返して行ない、第２の吸着塔２において昇圧及び窒素ガ
スの取出しを行なう。そして、ここまでを１サイクルと
して、順次このサイクルを繰り返すことにより連続的に
窒素を発生させることができる。第３図に各工程におけ
る第１及び第２の吸着塔１．２内の圧力変化を示してお
く。

尚、上記実施例では窒素発生装置について説明したが、
酸素発生装置でも使え、またパージを開始する時間は、
予め排気で大気圧に戻る時間を測っておき制御装置に設
定しておいても良い。更に、上記実施例は２塔式の例で
あるがそれ以上の塔数の装置にも応用できることは勿論
である。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、吸着塔内の内圧が略大気
圧に近く下がり最もパージの効率の良い状態となった時
にパージを行なう製品ガスが吸着塔内に送り込まれるた
め、製品ガスを無駄なく効率良く活用することができ、
酸素の脱着も良好に行なわれるため、後に続いて行なわ
れる取出工程において圧縮気体を送り込まれた際吸着成
分は吸着剤に効率良く吸着されてゆくため分離された製
品ガスの純度を向上させることができる等の特長を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である気体分離装置の全体構
成図、第２図は各工程毎に弁の開閉状態及び各構成の動
作を説明するための要部構成図、第３図は各工程におけ
る各吸着塔内の圧力変化を示す図、第４図は本発明者が
パージに使うガス量とパージを行なう時間について実験
した結果を示す図である。１・・・第１の吸着塔、ＩＢ、２Ｂ・・・圧力センサ、
２・・・第２の吸着塔、６，７・・・空気供給用弁、１
１゜１２・・・気体排出用弁、１６．１７・・・取出用
弁、１８・・・製品タンク、２０・・・パージ用配管、
２３・・・パージ用弁、２４・・・パージ用絞り弁、２
６．２７・・・均圧パージ用弁、２８・・・制御装置。特許出願人　ト　キ　コ　株式会社第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】内部に吸着剤を充填した吸着塔と、該吸着塔に圧縮され
た気体を供給して昇圧状態とする気体供給用弁と、前記
吸着塔内の気体を排出して減圧状態とする気体排出用弁
と、前記吸着塔が昇圧状態にある間に製品ガスを取出す
取出用弁と、前記吸着剤に吸着した吸着分子をパージす
る製品ガスの一部を前記吸着塔内に送り込むパージ用弁
とを設けており、上記吸着塔内の気体が排出されて内部内圧が大気圧近く
に下がった時、前記パージ用弁が開弁され前記製品ガス
の一部が前記吸着塔内に送り込まれてパージを行なうよ
う構成したことを特徴とする気体分離装置。