JPH03159906A - 窒素ガス分離濃縮装置 - 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法により空気中の窒素ガスを分離
濃縮する装置に係り、特に、窒素ガスの濃度を高濃度化
するのに好適な装置に関する。

〔従来の技術〕

圧力スイング法により取出された窒素ガスの濃度を、さ
らに、高濃度化する方法は取出された窒素ガス内に残留
する酸素ガスに対し水素ガスを添加し触媒により化学反
応させ酸素ガスを取りのぞく方法と金属化合物の酸化環
元を利用して残留酸素を取りのぞく方法が知られている
。（圧力スイング吸着技術集或　工業技術会（Ｓ６１．
１．１５発行）） 上記の方法以外では特開昭５７−１０６５０４号公報の
ように、吸着槽を三槽並列に設け製品ガスの濃度を高濃
度化しているものもある。尚、特開昭５７−１０６５０
４号公報は圧力スイング法による酸素ガスの濃縮の場合
であるが、窒素ガスの濃縮についても同様な効果を得る
ことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術の項でのべた窒素ガス内に残留している酸素ガ
スに対し水素ガスを添加する方法は水素ガスという非常
に爆発性の高いガスを使用するため危険性はあるし、窒
素ガスの使用量の変化に伴なう窒素ガス濃度の変化に対
し非常に微妙な水素ガスの供給コントロールが必要とな
り、高濃度な窒素ガスを得るためには、どうしても水素
ガスを過剰に供給することになり、結果的に窒素ガス中
に水素ガスが残留するという問題がある。また、金属化
合物の酸化還元を利用する方法は、水素ガスのような危
険なガスを使用はしないが装置が非常に複雑で、かつ、
高価という問題があり、一般的には価格的問題で処理量
の少ない小形なものに用いられているのが実情である。

一方，特開昭５７−１０６５０４号公報のように吸着槽
の数を多くし窒素ガスの濃度を高濃度化する方法は、高
価な吸着剤を多量に使用することになるとともに、装置
自体も大きくなるので価格的には前者の方法に比べ、そ
れほど安価にはならないし、吸着槽の数を多くすること
によって装置の信頼性上最も重要となる開閉自在弁の数
が多くなるという問題がある。（例えば、吸着槽が二槽
の場合に３ は開閉自在弁の数が七個であるのに対し、吸着槽が３槽
になると開閉自在弁の数は十五個と倍以上となる。） 本発明では従来技術の問題点を解決し、安価な方法で高
濃度な窒素ガスを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は圧力スイング装置の第一および第二吸着槽と
窒素ガスを貯留する窒素ガス製品槽の間に第三の吸着槽
および逆止弁からなる配管系をもうけるとともに、圧力
スイング装置の第一および第二吸着槽の間で均圧工程を
行なう直前に第三吸着槽内に貯留している窒素ガスを第
一または第二吸着槽に圧力差を利用し逆流させることに
より達威される。

〔作用〕

上記で説明した構成において、圧力スイング装置が運転
され、第一および第二吸着槽より交互に取出された窒素
ガスは第三吸着槽に導入され吸着槽内に充填されている
吸着剤により窒素ガス内に残留している少量の酸素ガス
が吸着され逆止弁を−４− 通り窒素ガス製品槽に送られるが、窒素ガス製品槽に送
られた窒素ガスの濃度は本発明のような構或がなされて
いないものに比べ、当然、高濃度になる。

そして、第三吸着槽内の吸着剤に吸着された酸素ガスは
第一および第二吸着槽の間で均圧工程が行なわれる前に
第三吸着槽内に貯留する窒素ガスを第一または第二吸着
槽に圧力差を利用し逆流させる。この時の速度エネルギ
によって第三吸着槽内は急激に減圧されるので吸着剤に
吸着されている酸素ガスは吸着剤より説着し結果的に吸
着剤の再生を行なうことになる。

この方法を圧力スイング装置の運転サイクル毎に行なえ
ば、第三吸着槽内の吸着剤も酸素ガスの吸着、および、
脱着を繰返すことになるので結果的には高濃度の窒素ガ
スを得ることができ従来技術での問題点を解決すること
になる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図により説明する。

第ｌ図において、１は圧縮機，２はアフタークーラ３は
空気槽兼ドレンセパレータ．４Ａおよび４Ｂは吸着剤が
つめ込まれている第一吸着槽および第二吸着槽、５およ
び６は第一，第二吸着槽４Ａ，４Ｂに圧縮空気を送り込
むための圧縮空気供給弁，７，８および９は窒素ガス取
出し弁兼第，第二吸着槽４Ａ，４Ｂの圧力を均圧するた
めの均圧弁、１０およびｌ１は第一，第二吸着槽４Ａ，
４Ｂ内の吸着剤に吸着されたガス（主に酸素ガス）を真
空ポンプ１２により減圧脱着させ吸着剤を再生するため
の減圧排気弁であり、これらの弁はすべて電気信号等に
より開閉自在な弁である．１３は取出した窒素ガスを貯
留するための製品槽である。

そして、１４および１５が本発明に係わる構或部品であ
る。１４は第一，第二吸着槽４Ａ，４．Ｂと同様に吸着
剤がつめ込まれている第三の吸着槽であり゛，１５は逆
止弁であり、この逆止弁１５により第一，第二吸着槽４
Ａ，４Ｂより取出された窒素ガスは窒素ガス製品槽１３
側のみに流れるよう規制され、製品槽ｌ３に送られた窒
素ガスは絶対に逆流しないように考慮してある。

この構或で、圧力スイング装置を運転し、第ｌ図に示し
た開閉自在弁５，６，７，８，９，１０、および１１を
、例えば、シーケンサのようなもので制御し第１表に示
すような工程で連続的に運転していくと，第三吸着槽１
４内の吸着剤は酸素ガスの吸着および脱着を繰返すので
結果的には本発明のような構成がなされていない従来の
圧力スイング装置より高濃度の窒素ガスを得られること
になる。

７ −８− すなわち、第一表において第一段階の取出し、又は、再
生工程では開閉自在弁６，８，９および１０は開口状態
にあり，開閉自在弁（以下弁と称す）５，７および１１
は閉口状態にある。圧縮機１より送られる圧縮空気は開
口状態にある弁６より第二吸着槽４Ｂに供給され、第二
吸着槽４Ｂ内に充填されている吸着剤によって空気中の
大部分の酸素ガスが吸着された窒素ガスとして取出され
開口状態にある弁８，９を通り、第三吸着槽ｌ４に供給
される。ここで第二吸着槽４Ｂより取出された窒素ガス
内に残留している少量の酸素ガスを吸着剤に吸着させて
取りのぞき、窒素ガスの濃度を高濃度化して取出し逆止
弁１５を介して窒素ガス製品槽１３に貯留する。そして
、この間、第一吸着槽４Ａ内は開口状態にある弁１０を
介し、真空ポンプ１２によって減圧され中に充坂されて
いる吸着剤の再生が行なわれている。この窒素ガスの取
出し、再生工程の時間は窒素ガス取出し工程側（ここで
は第二吸着槽４Ｂ）の吸着剤の吸着能力が飽和近くなる
までの時間であり、おおよそ、１５０秒程度である。そ
して、取出し窒素ガスの圧力は取出量により変化するが
約２〜４　ｋｇ　／　ｃｘＭ　ｇであり、真空ボンプ１
２による第一吸着槽４Ａ内の圧力は約１００〜６０Ｔｏ
ｒｒである。

第二段階の逆流工程は本発明に係わる工程であり、ここ
では弁７および９が開口状態にあり他の第５．６，８．
１０および１１は開口状態にある。

弁７および９のみが開口状態になると弁７および弁８以
降逆止弁１５までに貯留している圧力の高い窒素ガスが
圧力の低い第一吸着槽４Ａへと急激に流れ込む逆流現象
が発生し、この際の速度エネルギによって第三吸着槽１
４内が急激に減圧されるので第三吸着槽１４内の充填さ
れている吸着剤に吸着されている酸素ガスは吸着剤より
脱着し吸着剤の再生が行なわれる。この逆゜流工程に要
する時間、および、逆流後の第一吸着槽４Ａ内の圧力は
，第一，第二吸着槽４Ａ，４Ｂ、および第三吸着槽１４
の大きさに関係するが時間は約１秒程度であり圧力は約
６５０〜７　０　０　Ｔｏｒｒと低い。

第三段階の均圧工程では弁７および８が開口状態であり
他の弁５，６，９．１０およびｌ１は閉口状態にある。

この工程では窒素ガス取出し工程中にあった第二吸着槽
４Ｂ内に残留している比較的窒素富化状態にある圧力の
高いガスを再生工程および逆流工程の終った第一吸着槽
４Ａにうつす工程であり、圧力スイング装置では、この
均圧工程は窒素ガスの回収率 ためと第一吸着槽４Ａの圧力を高くさせるため有効手段
であり大切な工程となっている。この均圧工程に要する
時間、および、均圧後の第一吸着槽４Ａ内の圧力は前者
が約１．５　秒程度であり、後者は約１〜２ｋｇ／ａ＆
ｇ程度となる。

そして、第四段階では弁５，７．９およびｌ１が開口状
態にあり、弁６，８および１０は閉口状態になりふたた
び取出し，又は、再生工程に入るが、この第四段階では
先の第一段階の場合と逆に第一吸着槽４Ａが窒素ガス取
出し工程となり第二吸着槽４Ｂが再生工程と変る。

１１ 以上説明した第一段階から第四段階の各工程を繰返し行
なうことになるが、第三吸着槽１４内の吸着剤は第一お
よび第四段階の工程では窒素ガス内に残留する少量の酸
素ガス吸着し、第二段階の工程では吸着剤に吸着した酸
素ガスを説着し吸着剤の再生を行なうことが出来るので
本発明によって従来技術のものより安価な方法で窒素ガ
スの濃度を高濃度化することが可能となる。

尚，第三吸着槽ｌ４充填する吸着剤の量（吸着槽の大き
さ）であるが，第三吸着槽１４がない従来方式のもので
は窒素ガスの回収率が約３０％の時、窒素ガス濃度が約
９９．９％程度であるので第三吸着槽では約０．１％の
残留酸素を取りのぞいてやれば良いことになり、第三吸
着槽１４に充填する吸着剤の量は第一，第二吸着槽４Ａ
，４Ｂに充填する吸着剤の約一割程度で充分である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第三吸着槽内の吸着剤に対し酸素ガス
の吸着および脱着を行なわせることができるので、結果
的には圧力スイング装置で得られた窒素ガス内に残留し
ている少量の酸素ガスをさらに分離し排気することがで
きるので窒素ガスの濃度を高濃度化することができる。

また、本発明の装置自体も従来技術に比べ簡単で安価な
ため結果的には単価の安い窒素ガスを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸着剤を充填した第一および第二の吸着槽に交互に
   圧縮機により空気を送入し、酸素ガスを前記吸着剤に吸
   着させて、窒素ガスを分離濃縮する装置において、 前記第一および第二の吸着槽と窒素ガスを貯留する窒素
   ガス製品槽の間に第三の吸着槽および逆止弁からなる配
   管系を設け、前記第一および第二の吸着槽の間で均圧工
   程を行なう直前に前記第三の吸着槽内に貯留する窒素ガ
   スを前記第一または第二の吸着槽に圧力差を利用して逆
   流させこれにより、前記第三の吸着槽内の前記吸着剤に
   対し酸素ガスの吸、脱着ができるようにしたことを特徴
   とする窒素ガス分離濃縮装置。