JPH02174912A - 圧力変動方式による気体分離装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧力変動方式による気体分離と精製ガスの取り
出しに関する。

〔従来の技術〕

従来の圧力変動方式による気体分離は複数の吸着塔を用
い、その各々の吸着筒には、原料ガスを供給する為のバ
ルブ類、排気ガスを排出する為のバルブ類、及び吸着塔
の出口に製品ガスの取り出し及び均圧を行う為やパージ
等を行う為のバルブ類が複雑に接続され、その制御も複
雑になっている。それ等を接続する配管及び配線も複雑
になっている。

例えば特公昭５４−９５８７号公報 ”　　５４−１７６１４号公報 〃　５５−２８７２５号公報 〃　５Ｂ−４０６２５号公報 〃　５７−１８９３２号公報 特開昭５７−１０５２２０号にその例をみる。第２図に
特開昭５７−１０５２２０号公報のフローシートを示す
。２本の吸着塔とこれに圧縮空気を送るコンプレッサー
と空気をためておく空気タンクと、これ等の空気を２本
の吸着塔に送り込むための２つのバルブと排気のための
２つのバルブがそれぞれの吸着塔の入口側に接続されて
あり、吸着塔の出口側にそれぞれ取出用のバルブと均圧
用のバルブと流量を制御するためのオリフィスがバッフ
ァタンクとの間に接続されている。

本発明は出力側のバルブ等の削減に関する改良に関する
ものである。これに対する改良された技術が特開昭５７
−４４３６１号公報の例がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の圧力変動方式による気体分離は前述の如くバルブ
類が多く存在するため、それ等を接続する複雑な配管と
これ等のバルブを制御する高度な制御部が必要となる。

本発明の第１の目的は出力側のバルブ類をなくし、従っ
て当該バルブを制御する制御部を無くすることにある。

また、特公昭５７−４４３６１号公報に示される例は、
そのシステム構造が大変簡単になっており、吸着筒出口
にはバルブ類はなく、単に吸着塔相互を接続しているだ
けである。しかし、このシステムは次のような欠点を持
っている。すなわちこのシステムを実現する為には、短
い切替時間と特殊な粒形状を持つ吸着剤を必要とする。

この為、次のような欠点を有する。

■短時間に所定の原料ガスを吸着塔に送入巳なければな
らない為、定圧空気源が必要となり、空気圧縮器の後に
比較的大きい空気タンクを必要とする。

■短時間で頻繁にバルブ類を切換えるため大変長寿命の
バルブを必要とするか装置の寿命が短くなる。

■特殊な粒形状（細かい粒子）の吸着剤を必要とする。

本発明は上記欠点がなく、シかもバルブ類の少ない方式
の圧力変動方式による気体分離装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決する為の手段〕

前記目的を達成する為に本発明の圧力変動方式による気
体分離装置においては、吸着塔の後にバッファタンクを
持ち、これと各吸着塔の間の流量を制御する手段９例え
ばオリフィスを介して接続する構造とする。

〔作　　用〕

上記のように構成された圧力変動方式による気体分離装
置は２つの吸着塔がそれぞれ流量制御手段であるオリフ
ィスを介して精製ガスをためておくバッファタンクに連
通しているため加圧吸着工程においても、減圧脱着工程
においてもその間の移行時においてもガスの流通が生じ
、加圧吸着工程においては精製ガスが吸着塔よりバッフ
ァタンクに流入する方向に、減圧脱着時においてはバッ
ファタンクから逆に吸着塔に戻ってくる方向に流れる。

このバッファタンク容量とオリフィスの径を適当な値に
選定することにより従来チエツクバルブとオリフィスま
たはバルブとオリフィスで達成している機能が得られる
。

図面により作用を説明する。

すなわち第１図は本発明の１実施例を示すフローシート
で第６図は２つの吸着塔内圧とバッファタンク内圧を示
す。第５図は第１図に示すバルブ４５、　６．　７の開
閉を示すタイムチャートである加圧吸着時の吸着塔から
オリフィスを通してバッファタンクに流出するガス量は
精製ガスとしてバッファタンクより取出し消費されるも
のと均圧ガス、パージガスとして減圧脱着工程中の吸着
塔へ供給する量の和である。このガス量は吸着塔内圧と
バッファタンク内圧の差圧がオリフィスにかかり次式で
決定される流量がこの値となる。

Ｓ　ニオリフイス有効断面積 ＰＨ：流入側圧力 ＰＬ：流出側圧力 また、脱着工程時にはパージガスが同−オリフィスを通
してバッファタンク内圧と減圧脱着工程時の吸着塔内圧
の差により決定される流量が吸着塔の方へ流れる。

このパージガスにより脱着工程中の吸着剤の脱着再生が
促進される。この量は多すぎても少なすぎても所定の性
能は得られない。

吸ＭＱ　内のマストランスファーゾーン（ＭＴＺ＞は吸
着筒内の急速な流量変動を与えると乱れ、ガスの精製効
率を下げることになる。このため吸着塔内のガスの流れ
変化は連続的に行い、スムーズな吸着工程、均圧、脱着
工程への移行が効率の良い精製ガス産出を与えることに
なる。

本発明は吸着塔の出口側にバルブ類を持たないので切替
による急激な流速変動がないので良い結果が得られてい
る。

尚、オリフィスの形状によりそこを流れる流量が異なる
性質がある。すなわちオリフィスの有効断面積Ｓが 第３図に示す如く、その流出部の形状により圧力損失係
数ζが１桁以上の違いがあり、オリフィスの形状を第４
図に示す如くすれば、その流れる向きにより、オリフィ
スにかかる圧力が同一圧力差においても流量を違えるよ
う構成することが出来る。

すなわち、パージガス量は精製ガス量より少ないしパー
ジに必要最少限の少ないガス量で良いので第４図に示す
オリフィスを吸着塔からバッファタンクの向きに流量の
大きい向きに取りつけることにより、より効率を高めら
れる。

また、バッファタンク圧はオリフィスから流入してくる
精製ガス量をバッファタンクから流出する製品ガスとパ
ージガス量の和より自動的に決定されるが、そのサイク
ル内の変動量はタンク容量によって決定する。バッファ
タンクから取出す精製ガスの許容変動量によりバッファ
タンク容積を決定すればよい。

〔実施例〕

実施例について図を参照して説明すると、第１図におい
て１本実施例は空気中より酸素ガスを分離精製する装置
で２木のゼオライトを充填した吸着塔２．３に空気圧縮
器１より原料ガスである圧縮空気をバルブ４を介して吸
着塔２へ、バルブ５を介して吸着塔３へそれぞれ接続し
、また脱着時の排気ガスの排気用として、バルブ６を吸
着塔２、バルブ７を吸着塔３へそれぞれ接続し、これを
大気に開放して排出する。

吸着塔２よりバッファタンク１３に配管１１で接続し、
その配管１１の途中にオリフィス９を挿入し、これによ
りここを流れる流量を制限している同じく吸着塔３より
バッファタンク１３に配管１２で接続しその配管１２の
途中にオリフィス１０を挿入し、ここを流れる流量を制
限している。

バッファタンク１３より配管１４を通して精製酸素ガス
が得られる。ここでオリフィス９及び１０はその流量を
制限することが目的であるので、絞り弁でも可能である
。より具体的な値を示すと。

吸着塔の寸法を２．３！とし、バッファタンク容量を２
β、オリフィス径１．．４ｍ＋＋＋φ、吸着剤はゼオラ
イトを用い１．．５ｋｇを各々の吸着塔に充填して使用
する。サイクルタイムは３０秒である。

以上の構成で濃度９３％以上の酸素ガス量４１／分が得
られる。このときの吸着塔２．３及びバッファタンクの
圧力波形を第６図に示す。

いま空気圧縮器１の圧縮空気をバルブ４より吸着塔２へ
送っているとき吸着塔の内圧は第６図の波形へで示す形
で圧力が上昇する。このときオリフィス９の両端には波
形Ａの圧力どバッファタンク１３の圧力波形Ｃで示す圧
力との差の圧力がかかって精製ガスが吸着塔２からバッ
ファタンク１３に流入する。このとき、バルブ５．６は
閉の状態にあり、バルブ７が開の状態にある。そして減
圧脱着工程にある吸着塔３は波形Ｂで表される圧カニあ
りオリフィス１０の両端にはその圧力とバッファタンク
１３の圧力波形Ｃとの差の圧力がかかりパージガスが吸
着塔３に流入してくる。吸着塔２の加圧吸着工程から減
圧脱着工程に入る間に均圧工程と称する期間があり、そ
の期間はバルブ４．６．７は閉、バルブ５は開となって
おり、その継続時間は１．５秒である。この工程は、圧
縮空気が吸着塔２から３へ切換えられ、吸着塔３へはバ
ッファタンク１３より精製ガスが流入し、吸着塔２から
はオリフィス９を通してバッファタンクに流入するので
バッファタンクの圧力は高い状態で維持される。

次に吸着塔２は減圧脱着工程に入るすなわちバルブ６を
開とする。このときの吸着塔３は前述の吸着塔２の加圧
吸着工程のときと同じ過程をとり圧力がグラフＢで示す
如く上昇する。後は同様にサイクルを繰返して酸素ガス
を連続的に濃縮精製する。

この実施例では接続バイブ１１及び１２をそれぞれバッ
ファタンク１３に接続したが、バイブ１１のオリフィス
９の後で、同じくバイブ１２のオリフィス１０の後で２
つのバイブをひとつに結合して、１本にまとめてバッフ
ァタンクに入れる方法もある。この方が均圧時に加圧吸
着直後の吸着塔より、減圧直後の吸着塔に流れる均圧ガ
スが直接吸着塔間に流れる率が多くなるのでバッファタ
ンク内の精製ガス濃度を低めない利点がある。

次に３つの吸着塔を使用する場合のシーケンスは下表の
如くなり、２つの場合と同様に各吸着塔とバッファタン
クの間をオリフィスを使用して接続する事により同様な
効果が得られる。

〔効　　果〕

出力系のバルブ類が不用となり、それに伴いそれ等のバ
ルブを制御する部分が不用となる。

吸着剤は１通常使用のもので良く、特にサイクルタイム
を短くする必要はない。また第１図に示す如くコンプレ
ッサーの後に空気タンクを必要と第１図は本発明のフロ
ーシート図を示す。第２図は公知例のフローシート図を
示す。第３図はオリフィスの流入形状と圧力損失係数を
示す。第４図は方向により流量の異なるオリフィスの断
面形状を示す。第５図はバルブのタイムチャートを示す
。第６図は本発明の圧力関係図を示す。第１図の記号の
意味は次のとおりである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の吸着塔とバッファタンクを有する圧力変動
   方式気体分離装置において、各々の吸着塔とバッファタ
   ンクを流量制限手段を経由して接続することを特徴とす
   る圧力変動方式による気体分離装置。
2. （２）流量制限手段にオリフィスを用いる特許請求の範
   囲第１項記載の圧力変動方式による気体分離装置。
3. （３）流量制限手段に方向により流量の変わる形状のオ
   リフィスを用いる特許請求の範囲第１項記載の圧力変動
   方式による気体分離装置。