JPH01210014A - 酸素富化空気の製造方法 - Google Patents

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 本発明は燃焼排ガスなどの顕熱を利用して燃焼用の酸素
富化空気を製造する方法に関する。

従来の技術 燃焼空気中の窒素および湿分は燃焼上好ましくない、な
ぜなら排ガスボリュームを増加させて系外へ熱を散逸す
るばかりでなく、火炎温度を低下させるので加熱効率も
悪化するからである。

したがって従来より排ガスの顕熱を予熱空気として回収
する方法や酸素富化方法が種々提案されている１例えば
特開昭５８−１３５１０８号公報にはＰＳＡ法（Ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ−Ｓｗｉｎｇ−Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ圧カス
イング法）による酸素濃縮法が提案されている。一方特
開昭５５−８８０３．５Ｂ−５１２１，５Ｂ−２１３５
０８号公報などに示される酸素富化膜についても最近研
究が進んでいるが民生用が中心で、大規模に実施された
例はない。

特開昭５４−８２９９４号公報には燃焼排ガスを利用し
た酸素富化空気製造方法が提案されているが、熱伝導の
悪い吸着剤をすみやかに加熱・冷却することは困難であ
り、設備規模が大きくなりすぎて経済的に成立しにくい
可能性があった。

発明が解決しようとする課題 一般に窒素−湿分の吸着に用いられるゼオライト系の吸
着剤は低温はど吸着量が増加し、常温以下に冷却してや
ることが望ましい。しかるに再生のため加熱された吸着
剤を常温、２０〜３０℃のガスで冷却して常温、２０〜
３０℃まで低下させるには膨大なガス量と冷却時間がか
かり実用的でない０本発明は以上の冷却工程の効率を狙
って冷媒を使用して吸着剤を短時間で冷却せしめること
をポイントに置いている。

本発明は空気中の窒素および湿分を吸着剤で吸着した後
、吸着剤を再生するために、加熱、冷却を行なうが、従
来法のガス冷却では冷却時間が長い等、実用的でない問
題があったが、本発明は短時間で効率的な冷却法を取り
入れて酸素富化空気を製造するようにしたものである。

課題を解決するための手段 本願発明の要旨は空気中の窒素および湿分を吸着して、
燃焼用の酸素富化空気を製造するに際し、空気を吸着剤
に接触させて、空気中の窒素および湿分を吸着し、次い
で、燃焼排ガスにより吸着剤を加熱して脱着を行ない、
次いで、吸着剤を酸素富化空気でガス冷却した後、吸着
剤に冷却媒体を、直接接触させて冷媒冷却することを特
徴とする酸素富化空気の製造方法である。

作用 吸着剤を利用したガスの分離方法として、圧力差によっ
て吸着と脱着を行なう前述のＰＳＡ法と温度差によって
吸着と脱着を行なうＴＪＡ法（ＴｈｅｒｍａｌＳｗｉｎ
ｇ　Ａｄｓｏｒｐｉｏｎ）があげられる０本発明は排ガ
ス中の顕熱を利用して吸着剤の再生を行なうＴＳＡ法に
関するものである。

第２図に代表的なゼオライト系吸着剤の窒素吸着量を温
度に対してプロットしたものを示した。

湿分なと他の吸着成分も同様の挙動を示すので、吸着時
には低温はど良いことがわかる。

加熱用の排ガス温度は一般に２００℃以上と十分高温の
ため加熱再生には大きな問題はない、しかしながら常温
（２０〜３０℃）の酸素富化空気を利用して冷却しても
温度差が小さいためなかなか常温（２０〜３０℃）まで
冷却しない、さらに冷却を進める目的でヒートポンプな
どを利用して冷却する方法も考えられるが、効率が悪く
経済的でない。

なぜなら吸着剤として用いられるゼオライトの熱伝導率
は約０．０４２Ｋｃａｌ／履ｈｒ℃と低く、ガスと吸着
体との伝熱が極めて緩慢にしか進まないからである。し
たがって前述したヒートポンプを利用して冷却するため
には非常に大きな伝熱面積とガス流量を必要とすること
になり、十分な効果を上げるとは考えにくい、本発明は
この問題点を鑑み。

吸着体の効率的な冷却方法を取り入れることを提案する
ものである。

吸着剤の冷却には前述したヒートポンプなどを利用する
間接冷却法と吸着剤と冷媒を直接接触させる直接冷却法
とが考えられる０間接冷却の場合、フィンなど付けても
伝熱係数は１０〜５０Ｋｃａ　ｌ／■２ｈｒ’ｃと大き
くとれないため、ヒートポンプを利用するときは大きな
伝熱面積が必要となってあまり経済的でない、直接冷却
の場合は固−液熱伝達となるため伝熱係数は１００〜５
０００Ｋｃａｌ／ｍ２ｈｒ℃と大きくとれる。

冷媒としては吸着剤に吸着するものは不適である０例え
ば５Ａと呼ばれる合成ゼオライトにおいては有効直径が
５Å以上の分子（ｉｓｏ−化合物、４員環化合物）は吸
着されないが、５λ以下のｎ　−パラフィンなどは吸着
されるため用いることはできない。

第１図に示した具体的な概略図にもとづいて以下説明す
ることにする。

吸着塔１は少なくとも２塔以上で、望ましくは４塔以上
を交互にくり返すことによって連続的に酸素富化空気を
製造することができる。基本サイクルは第３図に示した
如く、吸着→脱着→ガス冷却→冷媒冷却のくり返しを、
吸着塔１−ａ−１−ｄで順ぐりに行なうことによって連
続的に製造可能となる。第３図のサイクル■では、燃焼
用空気２はブロアー３によって吸着塔１−　（ａ）に導
入され、窒素と湿分が吸着されて上部から排出され、吸
着塔１−（ｃ）を通ることによって予熱され、酸素富化
空気４として燃焼装置へ供給される。

吸着塔１−（ａ）は吸着工程が終了すると、燃焼系から
排出される排ガス５によって加熱され、吸着した窒素と
湿分を脱着し、排ガスと一緒にブロアー６によって系外
に排出７される。続いて吸着塔１−　（ａ）には吸着塔
１−（ｃ）で酸素富化された空気が導入されて空気を予
熱すると同時に吸着剤は若干冷却される。さらに吸着剤
を冷却するためにサイクル■では冷媒を上部の噴射ノズ
ル８−ａから吹き付けることによって、次の吸着工程で
窒素および湿分を十分吸着できるように冷却する。

冷媒は吸着塔１−ａの下から回収しポンプ９によって循
環させ熱交換器ＩＱで低温に保持する。冷媒としてはオ
ルンージクロロベンゼンなどノ吸着剤に対して難吸着性
で低粘度・高沸点のものが望ましい、もちろんフロン系
の冷却媒体や液体アルゴンなどを冷媒として利用するこ
ともでき、蒸発槽熱分を大きくとれるので非常に効果的
であるが、回収装置が複雑となりあまり経済的でないと
考えられる。

実施例 本発明を鉄鋼製造における熱延加熱炉に適用した実施例
について以下に説明する。

熱延加熱炉の燃焼用空気は５４０００　）１ｍ３／ｈｒ
で２０→８０℃の予熱と、２１→２５％の酸素富化を目
標にした。第１図に示した４塔方式で第３図の工程をサ
イクルタイム５分で切り換えて連続的に酸素富化空気を
製造できるように設計した０表１に種々の操業条件に対
して得られた結果を示す。

（以下余白） 発明の詳細 な説明した如く、本発明によれば、排ガスの顕熱を利用
して燃焼用の空気を予熱すると同時に酸素富化すること
が、他の大きな動力を必要とせず連続的に可能となる。

したがって従来の燃焼装置の排ガス系と燃焼空気系に本
発明を組み込むことによって、火炎の高温化と排ガスボ
リュームの低減が図れ、著しく熱効率が向上して燃焼原
単位の低減につながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の１例を示ｔｉ略図
、第２図はゼオライト系吸着剤の温度による窒素吸着量
変化を示した図、第３図は本発明の工程サイクルの１例
を示す説明図である。 １・・・吸着塔、２拳・・燃焼用空気、３・・・ブロア
ー、４・・・酸素富化空気、５・・・排ガス、６１１・
・ブロアー、７・・・排ガス排出、８・−・冷媒噴射ノ
ズル、９・・・ポンプ、１０・・・熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気中の窒素および湿分を吸着して、燃焼用の酸素富化
   空気を製造するに際し、空気を吸着剤に接触させて、空
   気中の窒素および湿分を吸着し、次いで、燃焼排ガスに
   より吸着剤を加熱して脱着を行ない、次いで、吸着剤を
   酸素富化空気でガス冷却した後、吸着剤に冷却媒体を直
   接接触させて、冷媒冷却することを特徴とする酸素富化
   空気の製造方法。