JPH0214712A - 気体分離装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、吸着剤への水分吸着および気体圧縮機出口側
での温度上昇による分離能力劣化を防止した気体分離装
置に関する。

（従来の技術） 従来から、空気から酸素富化空気を得る方法として、た
とえばゼオライトのような吸着剤を用い、この吸着剤に
気体圧縮機から加圧空気を供給し、吸着剤によって加圧
空気中の窒素成分を選択的に吸着させることによって酸
素富化空気を得る方法が知られている。

このような混合気体中の１成分を選択的に吸着する吸着
剤を用いた気体分離方法は、ゼオライトを用いて空気中
から酸素を選択的に取り出す方法のみならず、吸着剤の
特性に応じて各種の気体分離に応用されている。

上述した酸素富化空気を得るための気体分離装置として
は、Ｐ　Ｓ　Ａ　（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａ
ｄｓｒｐｔｉｏｎ）法を適用した気体分離装置が効果的
であることから、最近、多用されるようになってきてい
る。

すなわち気体圧縮機から供給された加圧空気が、並列に
設置され、それぞれゼオライトのような吸着剤が充填さ
れた吸着剤塔のいずれか一方に導入されるように構成さ
れている。加圧空気が導入された吸着側塔では一定の圧
力に達すると窒素成分の選択的な吸着が起こり、酸素富
化空気が取り出される。また、他方の吸着側塔は、開放
状態とされるとともに逆方向より得られた酸素富化空気
が供給され、−旦吸着した窒素成分を脱着することによ
って再生が行われる。そして、この操作を交互に行うこ
とによって、連続的に安定して酸素富化空気を得ること
を可能としている。

ところで、このような構成の気体分離装置において、従
来から気体分離能力の劣化要因として水分の吸着と原料
ガスの温度上昇が指摘されていた。

すなわち、気体圧縮機から原料ガスとして供給される加
圧空気中には、通常水分が混入しており、また−船釣に
吸着剤は目的とする気体成分より極性の大きい水分を優
先的に吸着する特徴をもっている。そして、−度水分を
吸着した吸着剤は、上述したような得られたガスの逆流
再生のみでは完全に除去することが難かしく、このため
目的とする気体成分を吸着できなくなり分離性能の低下
を引き起こしていた。

このような分離性能の劣化を防止するために、従来から
活性アルミナ、活性炭、５酸化リンなどの乾燥剤を吸１
着側塔の上流側に設置し、吸着側塔に導入される加圧空
気中の水分を除去することが行われてきた。

また、もう一方の分離性能低下要因である、気体圧縮機
による原料ガスの温度上昇は小型化する程著しく、これ
も吸着剤の吸着量が温度上昇に対して低下する傾向を有
するため、特に小型化した気体分離装置においては分離
性能の著しい低下につながってしまう。

この温度上昇による性能劣化に対しては、従来から熱交
換フィン（空冷・水冷）、電子冷却、冷凍サイクルなど
の方法により、原料ガスの冷却が行われてきた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、吸着剤を用いた気液分離装置における水
分吸着と温度上昇の両方の分離性能劣化要因を、上述し
たように個々に対応させた手段によって除去するよう構
成すると、装置的に非常に複雑な構成となることが多く
、また部品点数の増加によって装置全体の小型化が難し
くなり、しいては性能低下をもたらすこともあった。

本発明はこのような従来技術の課題に対処するためにな
されたものであり、簡易な装置を併設することにより、
湿潤気体の除湿・冷却を同時に行い、かつ吸湿・除熱剤
の交換なしで長期間効果を維持でき、気体分離能力の劣
化を防止することのできる気体分離装置を提供すること
を目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明−は、湿潤混合気体を加圧供給する気体
圧縮機と、前記加圧供給された湿潤混合気体中の１成分
を優先的に吸着する吸着剤が充填された吸着側塔とを有
し、前記湿潤混合気体中の所望とする成分を分離抽出す
る気体分離装置において、前記気体圧縮機と吸着側塔の
間に、吸湿性を有するとともに水分への溶解によって吸
熱反応を示す化合物が充填された吸湿・除熱側塔を設け
、前記湿潤混合気体を前記吸湿・除熱剤塔内に充填され
た化合物に接触させるよう構成したことを特徴としてい
る。

（作　用） 本発明の気体分離装置において、吸着側塔の上流側に設
置されている吸湿・除熱側塔には、たとえばＫＣＪ２．
、ＮａＣ０１、ＮＨ４ＮＯＩ　、ＮＨ４Ｃ１、尿素など
の吸湿性を有するとともに水分への溶解によって吸熱反
応を示す化合物からなる吸湿・除熱剤が充填されている
。そして、これらの化合物と水分が混入されている湿潤
混合気体を接触させることによって、混合気体中の水分
を除去することが可能であるとともに、吸着された水分
に吸湿・除熱剤が溶解する際の吸熱反応を利用して、原
料ガスである混合気体の温度を低下させることが可能と
なる。したがって、この吸湿・除熱側塔のみの設置によ
って、吸着剤の分離能力の劣化要因である水分吸着と原
料ガスの温度上昇を抑制することができる。

（実施例） 以下、本発明の気体分離装置をＰＳＡ法を用いた酸素分
離装置に適用した実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例である酸素分離装置の構成
を示す図である。同図において１は原料ガス供給源とな
る気体圧縮機であり、この気体圧縮機１は原料供給配管
２を介して５方式電磁弁３に接続されている。この５方
式電磁弁３は、下流側に並列に設けられた２系統の吸着
ラインＡおよびＢに対して原料ガスである湿潤加圧空気
の供給を制御するとともに、再生時における窒素富化空
気の放出を１１制御するものである。

５方式電磁弁３の下流側には、並列設置された吸着ライ
ンＡおよびＢとして、入口側配管４．５を介してたとえ
ばＫＣＡ、ＮａＣＯ３、ＮＨ４ＮＯ３、ＮＬ　　ＣＪ２
、尿素などの吸湿性を有するとともに水分への溶解によ
って吸熱反応を示す化合物からなる吸湿・除熱剤４が充
填された吸湿・除熱側塔５．６およびゼオライトのよう
な空気中の窒素を選択的に吸着する吸着剤９が充填され
た吸着側塔１０．１１が順に接続されている。

吸着側塔１０．１１の他端には出口側配管１２．１３が
接続されており、この出口側配管１２．１３は電磁弁１
４．１５を介して酸素富化空気排出配管１６に共通して
接続されている。また出口側配管１２と１３とは、流動
抵抗体１７が介装された再生用ガス供給配管１８によっ
て接続されている。

また５方式電磁弁３の上流側には、原料供給配管２が接
続されているとともに、再生時における窒素富化空気放
出管１つが接続されている。

上記構成の酸素分離装置においては、以下のように動作
して酸素富化空気が製造される。

すなわちまず、気体圧縮機１から湿潤加圧空気が５方式
電磁弁３に供給され、５方式電磁弁３１；よって並列に
設置された吸着ラインＡおよびＢのいずれか一方に湿潤
加圧空気が供給される。

たとえば吸着ラインＡに加圧空気が供給されているとす
ると、この湿潤加圧空気はまず吸湿・除熱側塔７内の吸
湿・除熱剤６と接触し、混入している水分が除去される
とともに、この吸着された水分への溶解時の吸熱反応に
よってその温度が低下する。

次いで、この除湿および冷却された加圧空気は吸着側塔
１０に導入され、吸着剤基１０内の圧力が所定値に達す
ると、充填されているゼオライトのような吸着剤９によ
って窒素成分が選択的に吸着され、出口側配管１２から
は酸素富化空気が排出される。この酸素富化空気は開状
態とされている電磁弁１４を通って、酸素富化空気排出
配管１６から系外の図示を省略した貯蔵タンクなどに導
かれる。

一方、吸着ラインＢにおける吸着側塔１１は、５方式電
磁弁３によって開放状態とされており、同時に圧力調整
弁１７を介して逆方向より得られた酸素富化空気が供給
されることによって、−旦吸着剤９に吸着された窒素成
分を放出する、再生状態とされており、放出された窒素
富化空気は供給された酸素富化空気とともに５方式電磁
弁３を介して窒素富化空気放出管１９から系外に排出さ
れる。なお、電磁弁１１は閉状態とされている。

この吸着剤９の再生処理と同時に、逆方向より供給さ、
れた酸素富化空気によって吸湿・除熱剤６に吸着された
水分も放出され、吸湿・除熱側塔８も再生状態とされて
いる。

そして、吸着ラインＡおよびＢの吸着処理と再生処理と
を５方式電磁弁３によって交互に行うことにより、除湿
および除熱された加圧空気を安定して吸着側塔に供給す
ることが可能となり、窒素成分の分離能力を低下させる
ことなく、安定に連続して酸素富化空気を得ることがで
きる。

このように、吸着側塔の上流側に吸湿・除熱側塔を設置
するだけという簡単な構成で、吸着剤の分離性能の劣化
要因となる水分の除去と温度の低下を同時に行うことが
可能となり、安定して酸素富化空気を得ることができる
。また、吸湿・除熱側塔の再生も吸着側塔の再生と同時
に行え、交換することなく安定して連続運転が行える。

次に、上記構成のこの実施例の酸素分離装置と、この酸
素分離装置から吸湿・除熱側塔を除いた従来の構成の酸
素分離装置とをそれぞれ用いて、原料ガスとして湿潤加
圧空気を５０β／分で供給し、吸着剤充填量的５００ｇ
、またこの実施例における吸湿・防熱剤塔内の充填量は
ＫＣＪ２５０ｇの条件にて稼働させ、それぞれの特性を
ｎ１定した結果について説明する。

まず、吸着剤塔の入口における温度および絶対湿度は、
第２図および第３図に示すように、従来例の酸素分離装
置においては時間の経過にしたがって入口温度が上昇し
ているのに対し、この実施例の装置では逆に低下してい
る。また、湿度の低下率もこの実施例の装置の方が高い
。これらのことから、この実施例の吸湿・除熱側塔が充
分に除湿および冷却効果を有していることがわがる。

また、第４図および第５図は、吸着剤の吸着水分量と得
られた酸素富化空気の酸素濃度の変化を示すものである
。これらの図からこの実施例の酸素分離装置によれば、
吸湿・除熱剤に湿潤加圧空気を通過接触させることによ
って、吸着水分量もあまり増加せず、よって酸素濃度を
ほぼ初期値で維持することが可能となる。

なお、上記実施例では吸着剤としてゼオライトを用いた
酸素分離装置に本発明の気体分離装置を適用した例につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、各種吸着剤を用いた気体分離装置に適用可能である
。また、吸湿、冷却効果を有する吸湿・除熱側塔は、吸
着剤塔より気体圧縮機側に存在すればよく、その設置方
法はこの実施例の限りではない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の気体分離装置によれば、
簡易的な吸湿・除熱側塔を併設することのみにより、吸
着剤の劣化要因である水分吸着と原料ガスの温度上昇を
防止することが可能となり、簡単な装置構成によって長
期間安定して分離性能を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の気体分離装置の構成を示す
図、第２図、第３図、第４図および第５図は第１図の気
体分離装置と従来の気体分離装置の特性の差を示すもの
であり、第２図は処理時間と吸着側塔入口における温度
との関係をグラフで示す図、第３図は処理時間と吸着側
塔入口における絶対湿度との関係をグラフで示す図、第
４図は処理時間と吸着剤の吸着水分量との関係をグラフ
で示す図、第５図は処理時間と得られた分離ガス中の酸
素濃度との関係をグラフで示す図である。 １・・・・・・・・・気体圧縮機 ３・・・・・・・・・５方式電磁弁 ６・・・・・・・・・吸湿・除熱剤 ７．８・・・吸湿・除熱側塔 ９・・・・・・・・・吸着剤 １０．１１・・・吸着剤塔 出願人　　　　　株式会社　東芝 同　　　　　　東芝オーディオ・ビデオエンジニアリン
グ株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）湿潤混合気体を加圧供給する気体圧縮機と、前記
   加圧供給された湿潤混合気体中の１成分を優先的に吸着
   する吸着剤が充填された吸着剤塔とを有し、前記湿潤混
   合気体中の所望とする成分を分離抽出する気体分離装置
   において、 前記気体圧縮機と吸着剤塔の間に、吸湿性を有するとと
   もに水分への溶解によって吸熱反応を示す化合物が充填
   された吸湿・除熱剤塔を設け、前記湿潤混合気体を前記
   吸湿・除熱剤塔内に充填された化合物に接触させるよう
   構成したことを特徴とする気体分離装置。