JPH01270923A - サーマルスイング式吸着装置 - 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、サーマルスイング式吸着装置に関し、もっと
詳しくは、たとえば空気からＨ，０１Ｃｏ２を除去して
空気の精製するために、天然ガスを精製するために、そ
の他各種の工業ガス分野における分離および精製のため
に、実施することができるサーマルスイング式吸着装置
に関する。

従来の技術 典型的な先行技術は、第４図に示されている。

２つの吸着塔１．２には、吸着剤３．４が充填されてい
る。原料ガスは圧縮機５から開閉弁Ｖ　１　ａを経て、
吸着入口６から吸着塔１に送入される。

吸着が行われて得られる精製ガスは、吸着比ロアから逆
止弁Ｖ２ａを経て管路８に導出される。精製ガスの一部
は再生ガスとして用いられ、この再生ガスは管路９から
開閉弁１０または加熱用ヒータ１１および開閉弁１２を
経て、管路１３から、脱着工程が行われるべき吸着塔２
に導かれる。吸着塔２からのパージガスは、開閉弁Ｖｌ
ｂから管路１４を経て排出される。このとき開閉弁Ｖ３
ａ。

Ｖ３ｂは閉じられたままであり、逆止弁Ｖ　４　ａ　。

Ｖ４ｂにはガスが流れない。

吸着塔１において脱着工程を行い、吸着塔２において吸
着工程を行うときには、開閉弁Ｖ　１　ａ　。

Ｖｌｂは閏じられ、開閉弁Ｖ３ａ、Ｖ３ｂが開かれる。

このようなサーマルスイング式吸着装置では、吸着工程
で吸着したガスを、脱着工程で脱着するものであって、
この脱着工程は、（ａ）加熱脱着工程と、（ｂ）冷却工
程とに分けられる。吸着塔２において脱着工程を行うた
めには、先ず（ａ）加熱脱着工程において、開閉弁１０
を閉じて開閉弁１２を開き、再生ガスをヒータ１１で加
熱昇温させ、これを吸着塔２に送入して、吸着剤４を加
熱昇温させ、これによって吸着ガスを加熱脱着されて系
外ヘパージさせる。この加熱脱着工程の後に、（ｌ〕）
冷却工程が行われる。この冷却工程では、開閉弁１０を
開き、開閉弁１２を閉じ、これによって再生ガスを加熱
することなく、そのまま、あるいは冷却して、前記加熱
脱着工程を終了した吸着工程２へ送入し、吸着剤４を冷
却して、吸着工程に必要な温度にまで冷却を行う。

このような脱着工程は、（ａ）加熱脱着工程と（ｂ）冷
却工程とを含み、長時間を必要とする。

一方の吸着塔２において脱着工程を行っている期間中、
他方の吸着塔１では吸着工程を行って、時間を有効に活
用する必要があり、そのようにするには、吸着工程を行
う吸着塔１は脱着工程の時間に等しい時間だけ吸着を行
うための容量を必要とし、したがって大形化する。この
ことは、もう１つの吸着塔２においても同様である。

本件発明者は、このようなサーマルスイング式吸着装置
について、次のように探究した。吸着工程な行う吸着塔
１におけるガス吸着は、その吸着剤３の高さ方向すなわ
ちガスの流れ方向に沿って均一に行われるのではなく、
第５図に示されるように、吸着剤３の吸着入口６寄りの
吸着部Ｗ１において主として行われ、それよりも吸着ガ
スの流れ方向下流側の吸着下流部Ｗ２では、はどんど行
われない、したがって、その吸脱着熱の分布は第６図に
示されるように、吸着部ｗｌにおいて大部分の吸着熱が
生じ、また脱着熱の大部分が吸収される。

したがって脱着工程において、脱着工程を行っている吸
着塔２において吸着剤４を加熱昇温しで脱着する際、ヒ
ータ】１によって加熱された再生ガスは、吸着塔２の吸
着出口１５がら送入されることによって、第７図のライ
ン１１で示されるように、吸着人口１６寄りにおいて脱
着に必要な温度Ｔ１を得るには、吸着入口１６において
むやみに大きな温度差ΔＴ１を有する温度としなければ
ならない、したがって吸着剤４の吸着下流部Ｗ２におい
て、脱着に必要な温度Ｔ１以上の温度に昇温する必要が
生じ、加熱時間が長くなるとともに、加熱に必要なエネ
ルギが多くなる。

脱着工程における冷却工程の末期では、温度分布はライ
ン１２で示されるようになり、このライン１２で示され
る吸着工程に必要な温度にまで冷却するには、大きな温
度差ΔＴ２だけ吸着剤４を冷却しなければならなくなり
、冷却時間が長くなるとともに冷却に必要なエネルギが
多くなる。温度Ｔ２は、ライン１３で示す吸着工程末期
の温度分布において、吸着工程に必要な温度である。

発明が解決すべき課題 本発明の目的は、省エネルギ化を図り、小形化を図るこ
とができるようにし、脱着に必要な時間を短縮すること
ができるようにしたサーマルスイング式吸着装置を提供
することである。

課題を解決するための手段 本発明は、ガス成分を選択的に除去する吸着剤を充填し
た複数の吸着塔によって交互に吸着工程と脱着工程とを
反復繰り返し、脱着時に、加熱した再生ガスを送入して
吸着剤を加熱して、吸ηしたガス成分を加熱脱着させ、
その後、吸着工程に必要な温度を有する再生ガスを送入
して冷却を行うサー・マルスイング式吸着装置において
、脱着時には、 脱着のために吸着時の出口側から再生ガスを送入すると
ともに、 吸着剤のガス流れ方向の途中位置からも、再生用ガスを
送入することを特徴とするサーマルスイング式吸着装置
である。

作　　用 本発明に従えば、脱着時には、吸着時の出口側から再生
ガスを送入するだけでなく、吸着剤のガス流れ方向の途
中位置からも、再生ガスを送入するようにしたので、吸
着剤の温度は、そのほぼ全体にわたって脱着に必要な温
度付近にとどめることができ、吸着剤の温度がむやみに
高い部分が生じることを、防ぐことができる。これによ
って再生ガスの加熱および冷却に必要なエネルギを低減
することができるとともに小形化が実現され、しかも脱
着工程の時間の短縮を図ることができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の全体の系統図である。２
つの吸着塔２１．２２には、たとえば活性アルミナなど
の吸着剤２３．２４が充填されている。圧縮機２５から
の原料ガスは、電磁開閉弁Ｖｉａから吸着塔２１の吸着
人口２６に送入され、吸着剤２３を流れることによって
精製ガスが得られ、この精製ガスは吸着出口２７から逆
止弁■２ａを経て管路２８に導出される。こうして吸着
塔２１では吸着工程が行われる。

吸着塔２２において脱着工程を行うために、精製ガスの
一部が管路２９から再生ガスとして利用される。この再
生ガスは、電磁開閉弁３０を介して、または加熱を行う
し−タ３１および電磁開閉弁３２を介して、さらに管路
３３から管路３５を介して逆止弁Ｖ２ｂから吸着塔２２
の吸着出口３４から送入される。さらにまた管路３３か
らの再生ガスは、逆止弁Ｖ５ｂから吸着剤２４のガス流
れ方向の途中位置に設けられたノズル３５から送入され
る。脱着を行ったガスは、吸着塔２２の吸着入口３６か
ら電磁開閉弁Ｖｌｂを経て管路３７からパージガスとし
て排出される。このようにして吸着塔２１において吸着
工程を行い、吸着塔２２において脱着工程を行っている
とき、電磁開閉弁Ｖ３ａ、Ｖ３ｂは閉じており、逆止弁
Ｖ４ａ。

Ｖ４ｂにはガスは流れない。

吸着塔２１において脱着工程を行い、このとき吸着塔２
２において吸着工程を行うためには、電磁開閉弁Ｖｉａ
、Ｖｌｂを閉じ、電磁開閉弁ｖ３ａ、Ｖ３ｂを開く、こ
のようにして吸着塔２１゜２２において、吸着工程と脱
着工程が反復繰り返して行われる。

逆止弁Ｖ２ａは、第２図（１）に再び示されており、こ
の構成は具体的には、第２図（２）で示されるように電
磁開閉弁３８と逆止弁３９とによって構成される。他の
逆止弁も同様な構成を有する。

吸着塔２１にもまた、吸着塔２２と同様にして吸着剤２
３のガス流れ方向の途中位置にノズル３８が設けられ、
このノズル３８には脱着工程時に再生ガスが逆止弁Ｖ５
ａを介して送入される。

第３図は、吸着塔２１．２２に充填されている吸着剤２
３．２４のガスの流れ方向く第１図の上下方向〉の温度
分布を示す、ライン１４は、加熱脱着工程の末期におけ
る吸着剤の温度分布を示す。

脱着工程を行っている吸着部Ｗｌｌにおいて、吸着出口
３４から再生ガスを供給し、この吸着出口３４からの再
生ガスは脱着に必要な温度Ｔ１よりも高い温度であって
、この温度はノズル３５が設けられている第３図におけ
る参照符３８に示される位置で脱着に必要な温度Ｔ１と
なる値に定められる。この位置３８においてノズル３５
から、加熱された再生ガスが供給されることによって、
吸着部Ｗｌｌでは、吸着出口３４からの再生ガスとノズ
ル３５からのガスとの混合ガスが流れる。ノズル３５が
設けられている位置３８は、吸着部Ｗ１１の吸着時の末
端付近であり、ここからノズル３５によって加熱脱着用
の再生ガスを加えることによって、吸着剤２４のガス流
れ方向に沿う温度分布は、脱着に必要な温度Ｔｌ付近に
とどまり、その温度がむやみに高くなることが防がれ、
吸着剤２４のガス流れ方向に沿う温度の平均値を低く抑
えることができる。したがってその加熱脱着に必要な時
間を短縮することができる。

第３図においてライン１５は、脱着工程における冷却末
期の吸着剤２４の温度分布を示す、加熱脱着工程後にお
ける冷却工程で、吸着剤を冷却する温度差ΔＴ３は、加
熱脱着工程末期における吸着剤２４の温度がライン１４
で示されるように小さいので、小さくされ、したがって
冷却に必要な再生ガスの流量および冷却に必要な時間を
小さくすることができ、この冷却工程によって、吸着剤
を吸着工程に必要な温度Ｔ２にまで容易に冷却すること
が可能になる。

第３図におけるライン１６は、吸着工程末期における吸
着剤の温度分布を示す、前述の加熱脱着工程末期におけ
るライン１４で示される吸着剤の温度と、ライン１６で
示される吸着工程末期の温。

度との差ΔＴ４は、前述の先行技術に関連して述べた第
７図における温度差ΔＴ５に比べて小さい。

したがって加熱脱着工程における再生ガスの加熱に必要
なエネルギを小さくてすむとともに、前述のように加熱
脱着工程の時間を短縮することができる。

またこのようにして、吸着塔２１．２２の構成を小形化
することが可能である。

本件発明者の実験結果を述べる。第１図の実施例におい
て、サーマルスイング式吸着装置の空気精製装置の能力
は、２ｍ’／Ｈであり、吸着剤２４として活性アルミナ
を用い、吸着圧力は、０゜５ｋｇ／ｃｍ’Ｇとしたとき
、第１表の実験結果のとおりとなった。

第　　１　　表 第１表において従来装置というのは、第４図に示される
先行技術である０本発明では、脱着工程を行っている吸
着塔２２の吸着出口３４からの再生ガスの流量は、全再
生ガス流Ｉの６０％とし、ノズル３５から送入する再生
ガス流量を全再生ガス流量の４０％とする。この吸着塔
２２における吸着剤２４の吸着部Ｗｌｌと、それよりも
吸着時における下流側の吸着下流部Ｗ１２とのガス流れ
方向の長さを同一の参照符で示すとき、Ｗｌｌ／Ｗ１２
＝１／２とする。

このことから、本発明によれば、精製ガスの流量が約２
０％上昇したことが確認された。

発明の効果 以上のように本発明によれば、省略エネルギ化を図り、
小形化を図ることができ、脱着工程の時間を短縮するこ
とができるサーマルスイング式吸着装置が実現されるこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の系統図、第２図は逆
止弁Ｖ２ａの具体的な構成を示す図、第３図は第１図に
示された実施例の吸着剤のガス流れ方向に沿う温度分布
を示す図、第４図は先行技術の系統図、第５１２１は吸
着剤のガス流れ方向に沿う吸着ガス量を示す図、第６図
は吸着剤のガス流れ方向に沿う吸着熱と脱着熱の分布を
示す図、第７図は先行技術における吸着剤の温度分布を
示す図である。 ２１．２２・・・吸着塔、２３．２４・・・吸着剤、２
５・・・圧縮機、３１・・・ヒータ、Ｖｌａ、Ｖｌｂ、
Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ、３０．３２−電磁開閉弁、３５゜３８
−・・ノズル、Ｖ　２　ａ　、　Ｖ　２　ｂ　、　Ｖ　
４　ａ　、　Ｖ　４　ｂ　。 Ｖ　５　ａ　、　Ｖ　５　ｂ−・・逆止弁代理人　　弁
理士　西教　圭一部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガス成分を選択的に除去する吸着剤を充填した複数の吸
   着塔によつて交互に吸着工程と脱着工程とを反復繰り返
   し、脱着時に、加熱した再生ガスを送入して吸着剤を加
   熱して、吸着したガス成分を加熱脱着させ、その後、吸
   着工程に必要な温度を有する再生ガスを送入して冷却を
   行うサーマルスイング式吸着装置において、 脱着時には、 脱着のために吸着時の出口側から再生ガスを送入すると
   ともに、 吸着剤のガス流れ方向の途中位置からも、再生用ガスを
   送入することを特徴とするサーマルスイング式吸着装置
   。