JPH02111413A - 圧力スイング吸着塔の入側圧力制御装置 - 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、圧力スイング吸着塔の入側圧力制御装置に関
する。

〈従来の技術〉 従来から、１１１やＣｏ、　Ｎｚなどの回収目的成分ガ
スを高純度に精製するために、圧力スイング吸着（以下
、ＰＳ八と略称する）法によるガス精製設備が広く利用
されている。このＰＳＡ法は、ガス中の特定成分を吸着
除去もしくは吸着させたのち、その成分の脱着回収を図
るもので、他のガス分離法あるいはガス精製法に比べて
設備や１作が間車であり、経済的に有利であるという利
点がある（例えば、特開昭６３−２１８２２９号公報参
照）。

このようなＰＳＡ法によるガス精製設備においては、ガ
スの吸着効率をある所定値に維持するために、ＰＳＡ塔
の入側圧力を制御するのが一流的である。

そのプロセスの概要を、第３図を参照して説明する。

原料ガスは、原料ガス管１から分岐された供給管２を介
してＰＳＡ塔３に送られるのであるが、その際、圧縮４
Ｆ１４によってガス精製に必要な圧力まで圧縮される。

そして、ＰＳＡ塔３において精製された精製ガスは、そ
の塔頂から回収されて送給管５を介して使用先などに送
給される。

圧縮機４の入側には、圧縮Ｒ４へ供給する原料ガスの量
を調節する吸入弁６が取付けられており、また、圧縮機
４の出側でＰＳＡ塔３までの間には、逃がし弁７が取付
けられた逃がし管８が設けられている。

この逃がし管８の機能は、ガス精製設備の操業を開始す
る前に、ＰＳＡ塔３までの供給管２内をガス置換する場
合や、操業中において原料ガスの圧力が所定値より高く
なった場合に、逃がし弁８を開放することにより、供給
管２内のガスを放出するものである。

また、ＰＳＡ塔３に供給される原料ガスの圧力（以下、
Ｉ）ＳＡ前圧力という）は、圧縮機４の出側でＰＳＡ塔
３までの間に取付けられた圧力検出器９によって検出さ
れ、この検出信号は圧力１１節計重Ｏに入力されて設定
圧力と比較・演算されて制御信号として吸入弁６をｇＪ
ｖｉする第１の関数発生器１１と逃がし弁７を！１１節
する第２の関数発生器１２に出力されて、吸入弁６と逃
がし弁７をそれぞれ個別に！ＩＩＩ！ｆｌする、いわゆ
るスプリット制御が採用される。

このように構成されるＰＳＡ入側圧力制御装置の動作に
ついて、さらに詳しく説明する。

ここで、以後の説明の関係上から、圧力調節計ｌＯの出
力信号（以下、ＭＹと略称する）のレベルは、第４図（
ａ）に示すように、ＰＳ八へｉ圧力〉設定圧力のときす
なわちＰＳＡ前圧前圧カー圧定圧力のとき、“小”の方
向に動作するものとする。

また、第１および第２の関数発生器１１．１２の制御′
ｎ特性は、第４図（ｂ）、　（Ｃ）にそれぞれ示すよう
に、ＭＶ（Ｉｆ）と弁開度との関係で予め設定しておく
ものとする。

すなわち、まず、第１の関数発生器１１については、Ｍ
Ｖ値が任意の値α（αは通常５０％）以下においては吸
入弁６は全閉状態であり、α以上においてＭＶ値の大き
さに応じ°ζ吸入弁６を全閉から全閉の間で制御するよ
うに設定される。

つぎに、第２の関数発生２３１２につい°ζは、ＭＶ値
が任意の値α以上においては逃がし弁７は全閉状態であ
り、α以下においてＭＶ値の大きさに応じて逃がし弁７
を全閉から全閉の間で制御するように設定される。

このように第１および第２の関数発生器ＩＩ、　１２の
制御特性を設定することにより、ＰＳＡ前圧力が設定圧
力よりも高いときは、ＭＶ値が“大“→°″小”に向か
うので、まず、第１の関数発生器１１が動作して吸入弁
６を閉方向に作動させ、圧縮機４の負荷を下げていき、
ついには全閉にする。それでもＰＳＡ前圧力が下がらず
に設定圧力よりもなお高いときは、ＭＶ値がαΦ値以下
に小さくなるから、第２の関数発生器１２が動作して逃
がし弁７を全閉状態から開方向に作動させ、供給管２内
の原料ガスを外部に放出して、ＰＳＡ前圧力を低下させ
るように圧力制御を実行する。

そして、ＰＳＡ前圧力が設定圧力よりも低くなると、上
記の動作と逆にまず第２の関数発生器１２によって逃が
し弁７を閉方向に作動させ、ついに全閉状態にしたのち
、第１の関数発生器１１によって吸入弁６を開方向に作
動させ圧縮機４の負荷を制御する。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記した吸入弁６と逃がし弁７とは、取
付けられる供給管２と逃がし管８の管径が異なり、また
弁の型式が異なることからそれらの応答性に差異が生じ
る。ずなわら、吸入弁６の型式として例えばスライド弁
が用いられ、また逃がし弁７にプローブが用いられる場
合、通常、吸入弁６の応答速度は逃がし弁７のそれに対
してｌ／３〜１１５程度であるので、そのため、第１の
関数発生器１１と第２の関数発生器１２にそれぞれ設定
するＭＶ値の設定値αの付近でハンチング現象を生じる
という問題がある。

いま、−例として、ＰＳＡ前圧力が設定圧力よりも高い
場合について説明すると、このときはＭＶ値は“大”→
“小”に向かうので、まず、第１の関数発生器１１が動
作して吸入弁６を閉方向に作動させ、圧縮ａ４の負荷を
下げるように制御するのであるが、前述したように吸入
弁６の応答速度が遅いと、ＭＶ値がα値を下回った直後
においては吸入弁６は全閉になりきっておらず、依然と
してＰＳＡ前圧力が設定圧力よりも高い状態が続くので
、ＭＶ値はさらに“小”の方向に向かうことになる。

一方、逃がし弁７は、ＭＶ値がα値を下回った時点から
直ちに第２の関数発生器１２によって全閉状態から開方
向に作動し始めるのであるが、前述したように、逃がし
弁７の応答速度が吸入弁６よりも速いから、逃がし弁７
の作動によってＰＳＡ前圧力を設定圧力よりも低くする
。

そうすると、その時点からＭＶ値は“小”→大”に向か
うことになるから、逃がし弁７を閉方向に制御すること
になり、再びＰＳＡ前圧力が設定圧力よりも高い状態に
なるという事態を生じ、ハンチング現象に突入すること
になる。

このように従来のＰ　ＳＡ前圧力制御系においては、吸
入弁６と逃がし弁７とが同時に作動する範囲が存在し、
それらが互いに干渉し合うためにＰＳＡ前圧力を精度よ
（制御することができないのである。

本発明は、上記のような課題を解決すべくなされたもの
であっζ、相互干渉を起こさない圧力スイング吸着塔の
入側圧力制御装置を従供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、圧力スイング吸着塔へ原料ガスを送給する圧
縮機の入側に吸入弁を設け、またその出側に逃がし弁を
設け、圧ＩＮ　ａの出側に取付けられる圧力検出器を用
いて原料ガス圧力を検出し、その検出信号と設定圧力と
を比較・演算する圧力調節Ｍｉから出力される制御信号
によって、第１の関数発生器を介して吸入弁を、また第
２の関数発生器を介して逃がし弁をそれぞれ個別に調節
する圧力スイング吸着塔の入側圧力制御装置において、
吸入弁と逃がし弁にそれぞれ全閉位置を検出する全閉位
置検出器を設け、また、吸入弁と逃がし弁をそれぞれ全
閉位置に保持する全閉信号出力設定器を設け、さらに、
逃がし弁の全閉位置検出器からの全閉位置信号に基づい
て第１の関数発生器からの出力信号と吸入弁の全閉信号
出力設定器からの出力信号とを切換える第１の切換手段
と、吸入弁の全閉位置検出器からの全閉位置信号に基づ
いて第２の関数発生器の出力信号と逃がし弁の全閉信号
出力設定器からの出力信号とを切換える第２の切換手段
とをそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする圧力ス
イング吸着塔の入側圧力制御装置である。

〈作　用〉 本発明によれば、゛吸入弁と逃がし弁にそれぞれ全閉位
置を検出する全閉位置検出器を設け、また吸入弁と逃が
し弁の全閉信号出力設定器をそれぞれ第１の関数発生器
と第２の関数発生器に対応させて設け、さらに逃がし弁
が全閉のときのみ吸入弁は第１の関数発生器からの出力
信号で制御され、また逃がし弁は吸入弁が全閉のときの
み第２の関数発生器からの出力信号によって制御される
ようにしたので、圧力調節計からのＭＶ値がたとえ設定
値以下であっても吸入弁が全閉になるまでは、逃がし弁
は全閉信号出力設定器からの出力信号で全閉位置を保持
することになり、第２の関数発生器の出力信号で逃がし
弁を制御することはない。

そして、吸入弁が全閉になったときにはじめて逃がし弁
が第２の関数発生器からの出力信号によって！？ｉｌさ
れ、吸入弁は全閉信号出力設定器からの出力信号で全閉
位置を保持することになる。

これによって、吸入弁と逃がし弁とが同時に作動するこ
となく、したがって、相互干渉を起こすことなくＰＳＡ
前圧力を精度よく制御することができる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例について、図面を参照して詳し
く説明する。

第Ｆ図は、本発明に係るＰＳＡ入側圧力制御装置の実施
例を示すブロック図である。なお、図中において、従来
例と同一部品は同一符号を付している。

図において、２１は、吸入弁６に取付けられて全閉位置
を検出する例えばリミットスイッチなどの全閉位置検出
器であり、２２は、逃がし弁７に取付けられる全閉位置
検出器である。

２３は、吸入弁６の全閉信号に相当する信号を出力する
全閉信号出力設定器であり、２４は、逃がし弁７の全閉
信号に相当する信号を出力する全閉信号出力設定器であ
る。

２５は、第１の切換回路であり、第１の関数発生器１１
の出力回路に接続される。

２６は、第２の切換回路であり、第２の関数発生器１２
の出力回路に接続される。

これら第１と第２の切換回路２５．２６の具体的な回路
構成の一例を、第２図に示す。

第１の切換回路２５は、２回路接点ａ、ｂと励磁コイル
Ｒとから構成され、ａ接点には第１の関数発生＃３１】
の出力信号が、またｂ接点には全閉信号出力設定器２３
の出力信号がそれぞれ接続され、共通接点Ｃは吸入弁６
への制御回路に接続される。

なお、励磁コイルＲには逃がし弁７の全閉位置検出器２
２の接点が直列に接続され、その両端は電源２７に接続
される。

また、第２の切換回路２６は、第１の切換回路２５と同
様に構成され、ａ接点には第２の関数発生器１２の出力
信号が、またｂ接点には全閉信号出力設定器２４の出力
信号がそれぞれｔｇ続され、共通接点Ｃは逃がし弁７へ
の制御回路に接続される。なお、励磁コイルＲには吸入
弁６の全閉位置検出器２１の接点が直列に接続され、そ
の両端は電′ａ２７に接続される。

このように構成されたＰＳＡ入側圧力制御装置の動作に
ついて、以下に説明する。

いま、ＰＳＡ前圧力が設定圧力よりも高い場合で、かつ
、吸入弁６がある開度にあるとすると、全閉位置検出器
２１の接点はオフ状態であるから、第２の切換回路２６
の励磁コイルＲは消磁されてｂ接点が選択され、全閉信
号出力設定器２４の出力信号が逃がし弁７に出力されて
逃がし弁７を全閉状態に保持する。

そこで、圧力！ｊ１節針１０からのＭＶ値が“大”→“
小”に向かい、第１の関数発生器１１を介して吸入弁６
は閉方向に作動し、圧縮１１４の負荷を下げる方向に制
御する。そして、ＭＶ値が第１の関数発生器１１に設定
されたα値に到達しても、吸入弁６が全閉状態になるま
では、逃がし弁７を全閉状態を保持している。

さらに、ＭＶ値がα値以下に下がり、かつ吸入弁６が全
閉状態になって、全閉位置構出器２１の接点はオン状態
になると、第２の切換回路２６の励磁コイルＲは励磁さ
れてａ接点が選択され、第２の関数発生器１２からの出
ノＪ信号が逃がし弁７に出力されるから、逃がし弁７は
開方向に作動して、逃がし管８から原料ガスを放出して
ＰＳＡ前圧力を設定圧力以下に下げる。

なお、逃がし弁７が開方向に作動し始めると同時に、全
閉位置検出器２２の接点はオフ状態になるから、第１の
切換回路２５の励磁コイルＲは消磁されてｂ接点が選択
され、全閉信号出力設定器２３の出力信号が吸入弁６に
出力されるから、吸入弁Ｇは全閉状態に保持される。

本発明のＰＳＳ大入側圧力制御装置用いて、能力がｌ１
００Ｎイ／ｈのＰＳＡ方式の１１．ガス精製設備（７）
Ｐ　ＳＡ前圧力ヲ８．９ｋｇ／ｃｊＧ（７）設定圧力に
制御ｎした結果、その実際のＰＳＡ前圧力は従来法では
８．９±０．６　ｋｇ／ｃｄｃ、であったものが、８．
９±０．２ｋｇ　／　ｄ　Ｇとなり、従来の約１／３の
圧力変動に抑えることができた。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、吸入弁と逃がし
弁との相互干渉をなくするようにしたので、ＰＳＡ塔の
入側圧力を精度よく制御することができ、ＰＳＡ塔にお
ける回収目的成分ガスを高純度に精製するのに大いに寄
与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るＰＳＡ入側圧力制ｊｎ装置の実
施例を示すブロック図、第２図は、その回路構成の一例
を示す回路図、第３図は、従来例を示す概要図、第４図
は、Ｉ’ＳＡ入側圧力制御系の制御７ｍ特性を示す説明
図である。 ｌ・・・原料ガス管、　　　２・・・供給管。 ３・・・ＰＳＡ塔（圧力スイング吸着塔）。 ４・・・圧縮機、　　　　　６・・・吸入弁。 ７・・・逃がし弁、　　　　８・・・逃がし管。 ９・・・圧力検出器、ＩＯ・・・圧力調節計。 １１・・・第１の関数発生器。 １２・・・第２の関数発生器。 ２１、２２・・・全閉位置検出器。 ２３、２４・・・全閉信号出力設定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧力スイング吸着塔へ原料ガスを送給する圧縮機の入側
   に吸入弁を設け、またその出側に逃がし弁を設け、圧縮
   機の出側に取付けられる圧力検出器を用いて原料ガス圧
   力を検出し、その検出信号と設定圧力とを比較・演算す
   る圧力調節計から出力される制御信号によって、第１の
   関数発生器を介して吸入弁を、また第２の関数発生器を
   介して逃がし弁をそれぞれ個別に調節する圧力スイング
   吸着塔の入側圧力制御装置において、吸入弁と逃がし弁
   にそれぞれ全閉位置を検出する全閉位置検出器を設け、
   また、吸入弁と逃がし弁をそれぞれ全閉位置に保持する
   全閉信号出力設定器を設け、さらに、逃がし弁の全閉位
   置検出器からの全閉位置信号に基づいて第１の関数発生
   器からの出力信号と吸入弁の全閉信号出力設定器からの
   出力信号とを切換える第１の切換手段と、吸入弁の全閉
   位置検出器からの全閉位置信号に基づいて第２の関数発
   生器の出力信号と逃がし弁の全閉信号出力設定器からの
   出力信号とを切換える第２の切換手段とをそれぞれ設け
   るようにしたことを特徴とする圧力スイング吸着塔の入
   側圧力制御装置。