JPH01180217A

JPH01180217A - 圧力スイング吸着装置

Info

Publication number: JPH01180217A
Application number: JP63000364A
Authority: JP
Inventors: Kikuo Umegaki; 菊男梅垣; Fumio Takahashi; 文夫高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-01-06
Filing date: 1988-01-06
Publication date: 1989-07-18

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】本発明は圧力スイング吸着装置に係り、特に、吸着塔内
の温度差を低減すると共に、単位製品ガス当りの所要吸
着剤量を低減し、吸着、肌着効率を向上させるのに好適
な圧力スイング吸着装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、圧力スイング吸着により、混合ガスの成分を濃縮
する装置が実用、化されている。これらの装置について
は、圧力スイング吸着技術集成（工業技術会）第１２９
頁から第２４３頁に論じられている。圧力スイング吸着
装置は、従来、主として民生用に使われてきたが、近年
、工業用に用いられるようになり、大容量化と省エネル
ギ化が図られており、装置が大型化する傾向にある。

第２図に従来の圧力スイング吸着装置の吸着塔の例を示
す。塔内には、吸着剤２が充填されており、吸着工程で
は、混合ガスは円筒上の圧力容器１の下部から流入し、
上部から流出する。脱着工程では、流れの方向が逆にな
る。第３図に圧力スイング吸着の原理を示す、ある吸着
剤とガスからなる吸着系で吸着する吸着ガスと圧力と吸
着量の関係は図に示したような吸着等温線で表すことが
できる。吸着によって混合ガス中の吸着性の高い成分は
、吸着剤相に濃縮され、吸着性の低い成分と分離される
。吸着した成分を脱着させることにより、吸着剤を再生
し再利用することができる。

圧力スイング吸着装置では、系の圧力を変化させること
により吸、脱着を行う。しかし、図かられかるように、
温度変化によっても吸着量が変化するため、吸着塔内で
温度が変化すると吸、脱着の効率が変化する。一般に、
吸着反応は発熱反応であるが、温度が上昇すると吸着効
率が低下する。

また、脱着反応は吸熱反応であるが、温度が低下すると
脱着効率が低下する。第４図に吸着塔内の軸方向温度分
布の例を示す。吸、脱着工程で共に軸方向に温度差がつ
いていることがわかる。特に、脱着時には、塔入口付近
で温度低下が著しい、工業用に大型化した装置では、充
填層内は断熱状態に近くなるため、温度差は２０−４０
℃にも達すると考えられる。また、最も温度が上昇ある
いは低下する位置は最も吸着量、あるいは、脱着量の多
い位置であり、混合ガスの流入、あるいは、流出口にあ
たっている。従って、この位置で温度変化をいかに抑え
るかが吸、脱着の効率向上につながる。第５図に酸素濃
縮用吸着装置（空気から窒素を吸着する）における吸着
時の典型的な吸着塔内の軸方向流量分布を示す、酸素を
濃縮する場合、空気からその４１５を占める窒素を吸着
するため浴出口では流量が入口の１７５程度に減少する
。

このように多量の成分を吸着する場合には塔内でガス流
量が大きく変化するため、この性質を利用すれば吸着剤
の有効利用をはかることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術は吸着剤充填層での温度変化による効率の低下
については考慮されておらず、従来装置の大型化により
塔壁面からの熱伝達量が小さく系が断熱的になった場合
には温度差の影響で吸、脱着の効率が低下するという問
題があった。また、円筒容器内に均一に吸着剤を充填し
ているために浴出口付近では入口に比べて吸着剤の利用
効率が悪いという問題があった。

本発明の目的は、この混合ガスの流入、流出部における
吸着剤の温度差を低減すると共に、吸着剤の有効利用を
実現し、大型化に適した構造を持つ圧力スイング吸着装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、吸着塔内に伝熱を促進する仕切板（伝熱板
）を設置し、吸着あるいは脱着の工程でこの仕切板を境
に混合ガスを対向して流し、ガス流量に応じて流路面積
を変化させ塔入口で面積を大きく浴出口で小さくするこ
とによって達成される。

〔作用〕

仕切板を熱伝導率の良い金属で作成すれば、従来、吸着
時に温度上昇の著しかった混合ガスの流入口の熱を除去
し温度を低減することができる。

同様に脱着時に温度低下の著しかった混合ガスの流出口
の熱を除去し温度を上昇することができる。

また、混合ガスの流量に応じて流路面積を変化させ、単
位吸着割当りに流れるガスの流量をほぼ均一にすること
により、吸着剤の有効利用をはかることができる。この
ように吸、脱着時の温度変化を低減すると共に、混合ガ
スの流量に応じて流路面積を調整することにより、大型
の圧力スイング吸着装置の効率を向上することができる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の圧力スイング吸着装置の吸着塔の例
を示す断面図であり、１は吸着塔圧力容器、２は吸着剤
充填層、３は仕切板（伝熱板）。

４はガスの流れ方向を表す、今、脱着工程を例にとると
脱着が最も多く行われるのが流出部、つまり、図の吸着
塔の下部仕切板の外周部分である。

従って、この部分で最も温度が低下するが、伝熱効果の
ある仕切板を通じて吸着剤が接しているため、内側の吸
着剤から熱を与えられる。また、圧力容器の外壁を通じ
て熱を受は取ることもできる。

この結果、流出部での温度低下を抑制し、脱着効率を向
上させることができる。このように混合ガスを仕切板を
介して対向させて流し、熱交換を行わせることにより、
温度変化を抑制することが可能となる。吸着工程でもま
ったく同様な効果が期待できる。また、この例では流出
部の流路断面積がそれぞれ流入部の１１５程度になって
おり、例えば、酸素濃縮の場合には単位吸着剤当りの流
量が全体でほぼ均一になるように考慮しである。

第１図に示した構成にすることにより温度変化の抑制効
果吸着剤の利用効率向上効果に加えて高さ方向のスケー
ルメリットが生じる。つまり、ある混合ガスに対して所
望の分離性能を得るためには、一定の充填層の長さが必
要であるが、本発明の吸着塔を用いれば吸着塔の高さを
従来の半分にすることが可能になる。特に、高さが数十
メートルに達する装置の大型化を実現するにあたっては
、この高さの低減は大きくメリットとなる。

第６図は１本発明の吸着塔の他の実施例で、吸着塔の圧
力容器を二つに分離し、同一工程の混合ガス（吸着工程
、あるいは、脱着工程）を対向して流した例である。こ
のような構成でも熱交換を行わせて吸着塔内の温度変化
を抑制すると共に流路面積を流入口で大きく流出部で小
さくなるよう調整することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、吸着塔を大型化する際にも、吸着、あ
るいは、脱着工程で生じる温度変化を低減すると共に吸
着剤の利用効率を向上し、吸着、肌着システムの効率を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の圧力スイング吸着装置の吸
着塔の断面図、第２図は従来の圧力スイング吸着装置の
吸着塔の断面図、第３図は圧力スイング吸着の原理を表
す説明図、第４図は従来の圧力スイング吸着装置の吸着
塔の軸方向温度分布図、第５図は圧力スイング吸着塔の
流量分布図、第６図は本発明の一実施例の圧力スイング
吸着装置の断面図である。１・・・吸着塔圧力容器、２・・・吸着剤充填層、３・
・・仕切板、４・・・ガスの流れ。

Claims

【特許請求の範囲】

１、混合ガスを選択的に吸着する吸着剤に接触させ、前
記混合ガスの圧力を昇圧し一成分を吸着分離し、減圧に
より吸着成分を脱着し前記吸着剤を再生する圧力スイン
グ吸着装置において、前記吸着剤を充填した円筒状の容
器内に伝熱を促進する仕切板を設置し、吸着あるいは脱
着の工程で前記仕切板を境に前記混合ガスを対向して流
動させ、前記混合ガスの流入部と流出部の前記吸着剤を
前記仕切板を介して接する構造にすると共に前記混合ガ
スの流路面積を前記流入部で大きく、前記流出部で小さ
くしたことを特徴とする圧力スイング吸着装置。