JPH01258720A - Ｐｓａ吸着塔の加圧方法 - 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１ 本発明はＰＳＡ吸着塔に係り、特に空気分離装置用２塔
式ＰＳＡ吸着塔の加圧に好適なＰＳＡ吸着塔の加圧方法
に関する。

［従来の技術］ 一般にガス分離装置で使用される吸着塔は温度及式（Ｔ
ＳＡ吸着塔）あるいは圧力差式（ＰＳＡ吸着塔）にかか
わらず、その再生時はほぼ大気圧力あるいは、負圧状態
で運転されるため、吸着前に装置の運転圧力附近まで加
圧する必要がある。

従来から一般的に使用されているＴＳＡ吸着塔は、その
切替周期が数時間毎と長いことから加圧時間も長くする
ことができ、吸着塔ならびにプロセス全体に及ぼす影響
はほとんどなかった。

しかし、ＰＳＡ吸着塔の場合、吸着塔切替周期は一般的
に２０分以下と短く、数分毎（２塔式＝１〜３分、３塔
式＝５〜ＩＯ分程度）に吸着塔の加圧を行う必要がある
。

従来の装置におけるＰＳＡ吸着塔は、ＴＳＡ吸着塔のほ
とんどの場合と同様に、吸着塔送入前の原料ガスで塔下
部より加圧するプロセスとしていた６しかし、短時間に
かつ急速に、原料ガスで加圧することによって、再生後
の清浄となった下部吸着剤に対し吸着能力のバラツキや
、吸着能力曲線を乱す等の悪影響を及ぼしていた。

これに対し、加圧ガスに吸着塔出口の精製ガスを使用し
、加圧時の吸着塔に及ぼす悪影響を−掃することが論じ
られている。一方、加圧時に生じる加圧ガス抜出しによ
る精製ガスの圧力低下を防止するために加圧時に加圧ガ
ス量に見合うだけ原料ガス量を増加させる方法も論じら
れている。従来の２塔式ＰＳＡ吸着塔を空気分離装置の
前処理装置として使用した場合の系統図を第３図に示す
。図において、空気濾過器ｌで除塵された原料空気は、
空気圧縮機２で所定の圧力まで昇圧された後、アフター
クーラー３で常温まで冷却されてＰＳＡ吸着ユニットに
導かれる。ＰＳＡ吸着ユニットに導かれた原料空気は、
空気人口弁１１Ａを通り吸着塔４Ａに入り、Ｈ，Ｏおよ
びＣＯ２を吸着除去された精製空気となって、空気出口
弁１２Ａを通り深冷分離装置へ送入される。一方、吸着
塔４Ｂは再生工程にあり、深冷分離装置より導かれた清
浄な再生ガスは再生ガス人口弁１３Ｂを通り、吸着塔４
ＢにおいてＨ，０，ＣＯ２を脱着させた後、再生ガス出
目弁１４Ｂを通り大気あるいは系外に放出される。

さらに、再生工程を完了した吸着塔４Ｂは引き続き加圧
工程に移行する。加圧工程においては、吸着塔４Ｂの再
生ガス人口弁１３Ｂおよび、再生ガス出目弁１４Ｂは閉
止し、導管２１．２２および上部加圧弁１５からなる精
製空気ラインから加圧空気が流れ、所定時間内（１〜３
分）に加圧を完了する。この加圧工程において、深冷分
離装置に送入する精製空気量を一定に保つため、加圧空
気量分だけ空気圧縮機吸入弁１０を増量し、−時的な原
料空気の増量を行っていた。なおこの種の装置として関
連するものには例えば特開昭５８−２１４７７１号が挙
げられる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、加圧時において精製ガスラインの圧力
低下を防止し、かつ、加圧される吸着塔に及ぼす加圧時
の悪影響を無くすという点については有効であるが、反
面、吸着工程中の吸着塔に対しては、−時的に原料ガス
（処理ガス）の増加を要求するものである。特に２塔か
らなるＰＳＡ吸着塔の場合は短時間加圧となり、原料ガ
スの増量運転が強いられ、また、その−時的増量運転が
吸着工程の終盤にあたり、吸着塔の設計条件として大き
な要素となる点について配慮が不足しており、必要吸着
剤量の増加ならびに、それにより吸着塔容積が増加しパ
ージロスが増大するという課題があった。

本発明の目的は、加圧時において、加圧される吸着塔へ
の悪影響を極力おさえると共に、吸着工程中の吸着塔へ
の影響をも緩和するＰＳＡ吸着塔の加圧方法を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、吸着塔出口ラインの精製ガスにより、吸着
塔上部から加圧する導管および弁と、吸着塔送入前の原
料ガスラインにより吸着塔下部がら加圧する導管および
弁とを設け、吸着塔の加圧を、吸着塔上部からの精製ガ
スと下部がらの原料ガスとで同時に加圧することにより
、達成される。

［作　　　用ｊ 複数基の吸着塔は、吸着塔前後に設けられた切替弁によ
って順次、吸着・脱圧・再生・加圧の各工程を繰り返し
て運転される。

吸着塔上部から精製ガスで加圧する上部加圧弁は、加圧
工程に移行すると同時に開き、加圧を開始する。一方、
吸着塔下部から原料ガスで加圧する下部加圧弁も、上部
加圧弁と同時に開き加圧を行う。

これら上部と下部の加圧弁の全開位置は手動によって変
更・調整することができ、上部と下部からの加圧ガス量
比は任意に設定できる。

上部と下部からの同時加圧によって、加圧される吸着塔
内の吸着剤に対して加圧時の悪影響をおさえることがで
きる。

〔実　施　例〕 以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。

従来技術は吸着塔の加圧工程において、深冷分離装置に
送入する精製空気量を一定に保つため、加圧空気量分だ
け空気圧縮機の吸入弁ｌＯを増量し、−時的に原料空気
の増量を行っていたが、この−時的な原料空気の増量は
、吸着塔４Ａの吸着工程の終盤に行われることにより、
吸着塔内の吸着剤充填必要量を増加させる要因となる。

この理由を第２図により説明する。第２図は吸着塔内に
おける吸着能力曲線の移行状態を表わす概念図である。

吸着塔内の吸着剤充填層において、吸着塔下部より送入
された空気は吸着剤充填層を通過し上部に流れる間に、
Ｈ２ＯおよびＣＯ□が除去され、所定のＣＯ２濃度以下
に達する。この点を結んだ曲線を吸着能力曲線と称した
場合、第２図に示すように吸着工程開始後の予想吸着能
力曲線（■）は吸着塔下部に存在する。この吸着能力曲
線の位置は、吸着剤充填層内の空気通過速度（流速）や
吸着剤特有の吸着帯長等の要因によって定まり、また、
同曲線は吸着塔の外槽の影響を受け、塔中央部がふくら
んだ特性をなしていることが一般的な概念とされている
。

吸着工程開始時は塔下部にあった吸着能力曲線（■）は
、吸着工程が進むにつれて塔内空気流速および、吸着剤
特有の吸着帯移動速度等の要因によって定まる速度で吸
着塔上部に移行し、吸着工程終了時点には吸着能力曲線
（■）に達する。この吸着能力曲線（■）が吸着塔内の
吸着剤充填高さ（■）以下である必要があり、超えた場
合はＣＯ□破過現象を生じる。

このような吸着塔内の吸着剤充填層での吸着能力曲線の
推移において、吸着能力曲線が上部に移行した吸着工程
の終盤に一時的な処理空気量の増量を行うと、同曲線の
中央部のふくらみが増大すると共に上昇速度も加速され
る。従って、これらの要因を加味し、吸着剤充填量を増
加させた設計とした。

第１図は、本発明による精製ガス（空気）を吸着塔上部
から、さらに原料ガス（空気）を吸着塔下部から同時に
加圧する２塔式ＰＳＡ吸着塔の一実施例を表わす系統図
である６各機器、弁の機能および動作は第３図の従来装
置で述べたものと同様であるが、加圧工程において１本
発明によって追加された導管２３．２４ｉ３よび加圧弁
１６から成る原料空気下部加圧ラインと、導管２１．２
２および加圧弁１５から成る精製空気上部加圧ラインの
双方から同時に加圧空気が送入される。この上部と下部
の加圧空気送入量は、吸着剤特性、処理流体等によって
最適割合が異なるが、本実施例の場合は上部ｌに対し下
部２の割合とした。これにより吸着塔加圧時に必要なる
加圧用精製空気量が１／３となり、吸着工程中の吸着塔
の一時的な増加処理量が低減される。

本実施例によれば、例えば、空気分離装置の前処理装置
として使用される２塔式ＰＳＡ吸着塔において、加圧時
の一時的な最大吸着塔処理量が約１１０％から約１０３
％に低減され、吸着剤充填量の約２．５％の低減ならび
に、吸着塔パージロスは原料空気量に対し１．２〜ｌ、
５％低減することができる効果がある。

［発明の効果］ 本発明によれば、同量の精製ガスを得るＰＳＡ吸着塔に
おいて、吸着剤充填量を低減できるとともに、吸着塔内
容積も少なくすることができるので、吸着塔のパージロ
スも減少させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の空気前処理装置の系統図、
第２図は吸着塔内の吸着能力曲線の推移を示す概念図、
第３図は従来の空気前処理装置の系統図である。 １−−−−−一空気濾過器、２−−−−一空気圧縮機、
３−−−−−−アフタークーラー、４Ａ、　４Ｂ−一−
−−−吸着塔、　１０−−−−−一圧ｍ機吸入弁、　ｌ
ＩＡ、ｌｌＢ　−１４Ａ。 １４Ｂ−−−−一吸着塔切替弁、１５〜１６−−−−−
−加圧弁オ　７ｍ 交へ入口 オ　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数基の圧力差再生方式吸着装置により原料ガスを
   精製するガス分離装置の加圧方法において、吸着塔上部
   の精製ガス出口ライン間を導管と加圧弁とで連絡すると
   共に、吸着塔下部原料ガス入口ライン間を導管と加圧弁
   とで連絡し、吸着塔の加圧を吸着塔上部からの精製ガス
   と、下部からの原料ガスとで同時に加圧することを特徴
   とするＰＳＡ吸着塔の加圧方法。