JPH02157011A - 圧力スイング吸着方式における減量運転制御方法 - 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〕 この発明は、製品ガスの取り出し量に応じて、吸着塔の
切換弁の切り換え周期を自動的に変化させるとともに、
原料空気圧縮器の制御を行うことにより電力消費量を低
減できる圧力スイング吸着方式における減量運転制御方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、圧力スイング吸着方式を用いた窒素ガス分離方
法においては、空気圧縮器で圧縮した空気を前処理塔で
前処理したのち、−旦、圧縮空気タンクに貯留し、この
圧縮空気タンクから原料空気を適宜、複数の吸着塔に送
り込み、この複数の吸着塔内の吸着剤で原料空気中の窒
素ガスを分離回収することが行われている。すなわち、
この複数の吸着塔の入口側および出口側には、それぞれ
切換弁が設けられており、その切換弁を、一定時間で切
り換えることにより、それぞれの吸着塔において、■塔
内に送り込まれた原料空気中の窒素を吸着剤で吸着する
吸着工程、■塔内の酸素ガス等を放出する膜圧工程、■
塔内の残存酸素を、リンス工程で使用された高純度の窒
素ガスおよび製品窒素ガスの一部で置換するリンス工程
、■吸着剤に吸着された窒素ガスを減圧回収する回収工
程が交互に実現され、得られる窒素ガスが製品窒素ガス
として取り出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような、窒素ガスの製造においては、製品窒素ガ
スの需要に変動があることから製品窒素ガスの取り出し
量がその都度増減する。しかしながら、上記の装置は、
−度運転を開始すると、運転条件を殆ど変更できず、常
時同じ条件で運転せざるを得ない。したがって、製品窒
素ガスの需要量が低下しても、一定の運転が行われるた
め、過剰の窒素ガスが製造される。そのため、空気圧縮
器と吸着塔の間の圧縮空気タンクにレベル計を設け、こ
のレベル計の指示値が一定値に達すると空気圧縮器をア
ンロード（無負荷）運転させて圧縮空気タンクへの原料
空気の供給を減少させたり、製造された窒素ガスの過剰
分を外部に放出したりしている。しかしながら、空気圧
縮器をロード（負荷）・アンロード（無負荷）運転に切
り換えて調節する場合、圧縮空気タンク内の原料空気量
の増減だけの制御となるため、製品窒素ガスの取り出し
量と原料空気の供給量との間に時間的な差を生じ充分な
対応ができない。したがって、需要量が減っても通常量
の製品窒素ガスが製造され、余剰分が廃棄される等の現
象がかなりの頻度で起こり、電力消費量の節約を効果的
に行うことができず、製造コストの引き下げを充分に行
うことができないという問題がある。また、過剰の窒素
ガスを放出する場合も、その廃棄弁が無駄になるため、
相対的に製品窒素ガスのコストが高くなるという問題を
有している。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、製
品ガスの取り出し量に応じ適正な運転を行うことにより
、消費電力の削減ができる圧力スイング吸着方式におけ
る減量運転制御方法の提供をその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の圧力スイング吸
着方式における減量運転制御方法は、原料空気圧縮器で
圧縮した原料空気を前処理したのち、複数の吸着塔に送
り込みその複数の吸着塔で、それぞれ時間帯をずらした
状態で、吸着、膜圧、リンス、回収工程を繰り返すこと
により原料空気から構成成分ガスを分離回収する圧力ス
イング吸着方式を用いた装置の、製品ガス取り出し側に
流量計を設けるとともに、この流量計にシーケンサ−を
連結し、このシーケンサ−を、上記複数の吸着塔におけ
る各工程の切り換え用切換弁および上記原料空気圧縮器
に連結し、上記流量計が検出し送信する製品ガスの流量
信号によって、上記シーケンサ−で、上記切換弁の切換
周期を自動的に変化させるとともに、上記原料空気圧縮
器の無負荷運転、負荷運転の切換制御を行うようにした
という構成をとる。

〔作用〕

すなわち、この発明の圧力スイング吸着方式における減
量運転制御方法は、装置の製品ガス取り出し側に、製品
ガスの取出流量を検出するための流量計を設け、この流
量計が検出する流量値によって、シーケンサ−で、切換
弁の切換周期を自動的に変化させるとともに、原料空気
圧縮器の制御を行うようにしている。一般に、上記のよ
うな装置では、成分ガスの吸着は瞬間的に行われるため
、その脱着迄の時間が製品ガスの製造量を左右する。し
たがって、吸着塔の切換弁の切換周期を短くすればする
ほど時間当たりの製品ガスの製造量が増加し、切換周期
を長くすればするほど、製品ガスの製造量が減少する。

この発明は、この点に着目し、シーケンサ−に送られて
くる流量信号の値が大きい（需要が多い）場合、切換弁
の切換周期が短くなるようにし、上記流量信号の値が小
さい場合には、切換弁の切換周期が長くなるように設定
する。これにより、自動的に製品ガスの取出量に応じて
切換弁の切換周期が変化し、製品ガスの取出量と製造量
とが対応するようになる。この場合、切換弁の切換周期
が早いと原料空気の消費量が多くなり、切換周期が遅い
と原料空気の消費量が少なくなる。したがって、この発
明は、原料空気を取り込む原料空気圧縮器の運転の制御
を、上記シーケンサ−からの流量信号によって、上記切
換弁の切換周期の変化にぴったり、合わせて行うことに
より、上記切換周期の制御と相俟って消費電力の節約を
効果的に行うものである。すなわち、この発明は、原料
空気圧縮器のロート・アンロードの切換制御を、従来例
のように原料空気圧縮器と吸着塔の間に設置された圧縮
空気タンクの原料空気貯留量によって行うのではなく、
装置の製品ガス取出側に設けられた流量計の流量値によ
って行うため制御作用に時間のずれを生じず装置内全体
における必要ガス量に対応した原料空気等の供給の制御
が行えるようになり消費電力の節約をなしうるようにな
る。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示している。図において
、１は空気圧縮器であり、２は２個１組の前処理塔であ
る。この前処理塔２は、内部に吸着剤が充填されており
、空気圧縮器１から送られて（る原料空気を、通過させ
その間に原料空気中の水分および炭酸ガス等の不純物を
吸着除去するようになっている。上記前処理塔２の下端
および」１端に連結された配管には、複数個の切換弁（
図示せず）が設けられ、これらの切換弁を切り換えるこ
とにより２個の前処理塔２を交互に切り換え使用するこ
とができるようになっている。すなわち、一方の前処理
塔２が吸着動作をしているときは、他方の前処理塔２が
配管７から送られてくる酸素ガスによって再生されるよ
うになっている。

８は原料空気タンク（バッファタンク）であり、前記前
処理塔２で前処理された原料空気が配管９を介して送り
込まれ一時的に貯留される。１０ａ１０ｂ、１０ｃは並
設された第１．第２．第３の吸着塔であり、原料空気タ
ンク８から延びる原料主配管１１およびその原料主配管
１１がら分岐した原料配管１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃによ
って原料空気タンク８内の原料空気がそれぞれ送り込ま
れるようになっている。この吸着塔１０ａ、１０ｂ、１
０ｃは内部に吸着剤が充填されており、通過する原料空
気中の窒素を吸着分離するようになっている。第１の吸
着塔１０ａで窒素を吸着分離された廃ガス（主成分が０
□）は、取出配管Ｉ２ａおよび並列配管１３ａを通って
配管７に送られ、第２の吸着塔１０ｂで窒素を吸着分離
された廃ガス（主成分が０□）は、取出配管１２ｂおよ
び並列配管１３ｂを通って配管７に送られ、第３の吸着
塔１０ｃで窒素を吸着分離された廃ガス（主成分が０□
）は、取出配管１２ｃおよび並列配管１３ｃを通って配
管７にそれぞれ送られる。そして、この配管７に送り込
まれた廃ガスは、前処理塔２において、再生ガスとして
使用されたのち放出配管３から外部に放出される。１４
ａは取出配管１２ａに、１４ｂは取出配管１２ｂに、１
４ｃは取出配管１２ｃにそれぞれ連結された発生窒素ガ
ス取出配管であり、第１．第２．第３の吸着塔１０ａ、
１０ｂ、１０ｃでそれぞれ吸着分離された発生窒素ガス
を取出主配管１４を介して窒素ガスタンク１５に送るよ
うになっている。１６は取出主配管１４に設げられた真
空ホンプであり、第１、第２．第３の吸着塔１０　ａ、
　　１０　ｂ、　　１０　ｃ内に吸着されている窒素ガ
スを脱着させ、上記窒素ガス取出配管１２ａ、１２ｂ、
１２ｃおよび取出主配管１４を経由させ窒素ガスタンク
１５に送り込む。１７は窒素ガスタンク１５から延設さ
れたリンス用主配管であり、先端側で３個のリンス用配
管１７ａ、１７ｂ、１７ｃに分岐し、そのうちのリンス
用配管１７ａが原料配管１１ａに接続されて第１の吸着
塔１０ａに連結され、リンス用配管１７ｂが原料配管１
１ｂに接続されて第２の吸着塔１０ｂに連結され、リン
ス用配管１７ｃが原料配管１１ｃに接続されて第３の吸
着塔１０ｃに連結されている。このリンス用主配管１７
およびリンス用配管１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、吸着さ
れている窒素ガスの脱離に先立ち、発生窒素ガスの一部
を吸着塔１０ａ、１０ｂ、１０ｃにリンスガスとして送
り込み、吸着塔１０ａ、１０ｂ１０ｃの内部に微量残留
している酸素を窒素に置換してリンスするようになって
いる。１８ａは取出配管１２ａと原料配管１１ｂとを連
結する塔連結配管であり、第１の吸着塔１０ａで酸素と
窒素の置換に使用されたのちのリンスガス（充分Ｎ２に
冨んでいる）を第２の吸着塔１０ｂに送り、第２の吸着
塔１０ｂ内の酸素を窒素に置換する。１８ｂは取出配管
１２ｂと原料配管１１ｃとを連結する塔連結配管であり
、１８ｃは取出配管１２ｃと原料配管１１ａとを連結す
る塔連結配管である。これらの塔連結配管１８ｂおよび
１８ｃは上記塔連結配管１８ａと同様の作用を行う。こ
れらの塔連結配管１８ａ、１８ｂ、１８ｃから吸着塔１
０ａ、１０ｂ、ｌＯｃに送られて酸素の置換に使用され
た廃ガスは配管７等の配管を経て前処理塔２に送られ前
処理塔２の再生に使用される。１９ないし３６はそれぞ
れ各配管に設けられた切換弁であり、３７は窒素ガスタ
ンク１５から延設された製品ガス取出配管である。３８
はその製品取出配管３７に設けられた流量計であり、３
９は昇圧器である。４０は流量計３８に電気的に連結さ
れたシーケンサ−である。このシーケンサ−４０は、配
線によって前記切換弁１９ないし３６および原料空気圧
縮器１に連結されており、流量計３８が検出する製品窒
素ガスの流量値に応じて、切換弁１９ないし３６の切換
周期を自動的に変化させながら切り換え作動を行わせる
とともに、原料空気圧縮器１の作動をロード・アンロー
ドに適宜切り換え制御するようになっている。

この装置は、つぎのようにして製品窒素ガスを製造する
。すなわち、まず、空気圧縮器１により空気を圧縮し、
その圧縮空気を前処理塔２で前処理したのち、原料空気
タンク８に送り込む。ついで、原料空気タンク８から原
料主配管１１．原料配管１１ａ、ｌｌｂ、Ｉｌｃを介し
て吸着塔１０ａ、１０ｂ、１０ｃに原料空気を送り込み
、この吸着塔１０ａ、１０ｂ、１０ｃで原料空気中の窒
素ガスを吸着分離したのち真空ポンプ１６を作動させて
発生窒素ガスを脱着させ、これを窒素ガスタンク１５に
送る。この際、上記３個の吸着塔ｌＤａ、１０ｂ、１０
ｃにおいて、互いに時間帯をずらした状態で、■原料空
気中の窒素を吸着する吸着工程、■塔内の酸素ガス等を
放出する膜圧工程、■塔内の残存酸素を、他の塔のリン
スコニ程で使用された使用済みのリンスガスで置換する
予備リンス工程、■休止、■発生窒素ガスの一部を取り
出しこれをリンスガスとして用い、塔内の残存酸素を置
換するリンス工程、■塔内の高純度窒素ガスを減圧肌着
して回収する回収工程の各工程が行われ、製品窒素ガス
が得られる。すなわち、これを第２図の工程図を用いて
説明すると、まず、第１の吸着塔１０ａにおいて、切換
弁１９のみを開き原料配管１１ａから原料空気を導入し
て窒素ガスの吸着が行われている場合、第２の吸着塔１
０ｂにおいては、切換弁３０を開いて発生窒素ガスの脱
着回収が行われており、第３の吸着塔１０Ｃでは、第２
の吸着塔１０ｂでリンスに使用された使用済みのリンス
ガスが塔連結配管１８ｂを介して送り込まれ、このガス
によって予備リンスが行われている。ついで、第１の吸
着塔１０ａにおいて、吸着工程が終了し切換弁２５．２
６を開き残存ガス（０□ガス）を放出する膜圧が行われ
ている時には、第２の吸着塔１０ｂではまだ発生窒素ガ
スの脱着回収工程が継続しており、第３の吸着塔１０ｃ
は上記予備リンスが終了し休止した状態になっている。

つぎに、第１の吸着塔１０ａが予備リンス工程の時、第
２の吸着塔１０ｂは、回収工程から吸着工程に移行し、
第３の吸着塔１０Ｃでは窒素タンク１５から送られてく
る高純度の発生窒素ガスをリンスガスとし、これによっ
てリンスが行われる。このリンスに使用された使用済み
のリンスガスは塔連結配管１８ｃを介して上記第１の吸
着塔１０ａに送られ予備リンスに使用される。第３の吸
着塔１（ｌｃはそののち回収工程に移行する。第１の吸
着塔１０ａが予備リンスを終了し、休止状態になると、
第２の吸着塔１０ｂは吸着工程から膜圧工程に移る。こ
のとき、第３の吸着塔１０ｃは回収工程を継続している
。つぎに、窒素ガスタンク１５から発生窒素ガスの一部
がリンスガスとして第１の吸着塔１０ａに送られ、第１
の吸着塔１０ａがリンス工程に入ると、第２の吸着塔１
０ｂでは、第１の吸着塔１０ａでリンスに使用された使
用済みのりンスガスが送り込まれて予備リンスが行われ
、第３の吸着塔１０ｃでは回収工程が継続している。そ
して、第１の吸着塔１０ａでリンスが終了し回収工程に
入ると、第２の吸着塔１０ｂは、予備リンスから休止状
態を経てリンス工程へと移行していき、第３の吸着塔１
０ｃは、吸着、膜圧、予備リンス工程と移行していく。

この一連の工程における切換弁１９ないし３６の開閉状
態を次表に示す。

（以下余白） ■ 上記の表に示す切換弁１９〜３６の切り換え（表中の矢
印は切り換えの動作を示しており、矢印に付した小数字
は切り換えの順序を示している）は、シーゲンサー４０
の制御によって行われ、その切換周期は、流量計３８が
検出する製品ガス取出配管３７内の通過製品窒素ガスの
流量値によって自動的に変化する。すなわち、製品窒素
ガスの供給が増加し通過製品窒素ガスの流量値が大きく
なると、切換弁１９〜３６の切換周期を短くして製造さ
れる製品窒素ガス量を増加させ、上記流量値が小さくな
ると、切換弁１９〜３６の切り換え周期を長くして製造
される製品窒素ガス量を減少させるようにしている。こ
の場合、もし、従来例のように、切換弁の切り換え周期
を一定にしておくと、製品窒素ガスの需要が低下した場
合、窒素ガスタンク１５内の発生窒素ガスが余るように
なるが、これは行き場がないため、殆どリンス工程に回
り、そののち再び窒素ガスタンク１５に戻ってくるとい
うように、吸着塔と窒素ガスタンク１５との間を循環す
るだけになるか、もしくは外部に投棄される。その結果
、製品窒素ガスが必要以上に過剰品質になったり、もし
くは無駄になったりし、その間の電力消費量が増し、製
品窒素ガスおよび製造のコストが高くなる。そのため、
上記のように製品窒素ガスの取出量に応じて、切換弁１
９〜３６の切り換え周期を切り換えることにより需要に
応じた製造ができるようになる。また、同時に、このシ
ーケンサ−４０は、上記流量値が増加すると、空気圧縮
器１をアンロード（無負イ：：ｉの空運転）にし、流量
値が減少すると、空気圧縮器１をロード（原料空気を取
り入れるための実運転）にするというように、空気圧縮
器１を適宜じ１−ド・アンロードに切り換えるようにし
て過剰の原料空気を原料空気タンク８に送らないように
している。このため、製品窒素ガスの取出量に応した製
造が行われるようになり、無駄な電力消費が回避できる
ようになる。また、この空気圧縮器１のロード・アンロ
ードの切り換えは、製品ガス取出配管３７に設けられた
流量計３８の流星値によって行われるため、制御に時間
のずれを生しず、装置全体に対応した制御が行えるよう
になる。そして、」−記のようにして得られた製品窒素
ガスは、需要に応じて窒素ガスタンク１５内の発生窒素
ガスが製品ガス取出配管３７を介して外部に取り出され
使用に供せられる。

なお、上記実施例では、製品ガスを窒素ガスとしている
が、これに限定するものではなく、酸素ガスを製品とし
て取り出してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の圧力スイング吸着方式におけ
る減量運転制御方法によれば、自動的に製品ガスの取り
出し量に応じて切換弁の切換周期が変化し、製品ガスの
取出量と製造量とが対応するようになる。このとき、空
気圧縮器のロード・アンロードの切換制御を、装置にお
ける製品ガス取出側に設けられた流量計の流量値によっ
て行い、必要原料空気量を上記製品ガスの取出し量に応
して時間遅れなく調節することがなされる。その際、消
費電力量の大幅な節約が達成されるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成図、第２１２１はそ
の工程図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料空気圧縮器で圧縮した原料空気を前処理した
   のち、複数の吸着塔に送り込みその複数の吸着塔で、そ
   れぞれ時間帯をずらした状態で、吸着、膜圧、リンス、
   回収工程を繰り返すことにより原料空気から構成成分ガ
   スを分離回収する圧力スイング吸着方式を用いた装置の
   、製品ガス取り出し側に流量計を設けるとともに、この
   流量計にシーケンサーを連結し、このシーケンサーを、
   上記複数の吸着塔における各工程の切り換え用切換弁お
   よび上記原料空気圧縮器に連結し、上記流量計が検出し
   送信する製品ガスの流量信号によつて、上記シーケンサ
   ーで、上記切換弁の切換周期を自動的に変化させるとと
   もに、上記原料空気圧縮器の無負荷運転、負荷運転の切
   換制御を行うようにしたことを特徴とする圧力スイング
   吸着方式における減量運転制御方法。