JPH0321315A - 圧力スイング式ガス分離方法 - Google Patents

圧力スイング式ガス分離方法

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JPH0321315A
JPH0321315A JP1152146A JP15214689A JPH0321315A JP H0321315 A JPH0321315 A JP H0321315A JP 1152146 A JP1152146 A JP 1152146A JP 15214689 A JP15214689 A JP 15214689A JP H0321315 A JPH0321315 A JP H0321315A
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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、吸着剤を利用して、例えば空気から窒素を分
離するために用いられる圧力スイング式ガス分離方法に
関する。
〔従来の技術〕
例えば空気から窒素を分離する圧力スイング式ガス分離
方法では、原料空気に吸着圧力を与えて吸着塔へ送シ込
むプロワと吸着剤に吸着したガスを減圧して再生回収す
る真空ポンプが必要であるが、プロワはその吐出管路を
閉じるとサージング現象による激しい振動を生じたう、
動力が急上昇するなどの不都合があシ、真空ポンプもそ
の吸入管路を閉じることは負荷の増大や振動発生など機
械として甚だ好ましくない運転状態となる。したがって
、従来はこれらプロヮや真空ポンプの連続稼動を目的と
して、第1表に示す操作順序を実行するために、第4図
に示すような空気から窒素を分離する4塔型圧力スイン
グ式ガス分離装置が使用されている。
第4図において、N2a着剤を入れたNol吸着塔01
1からNo2吸着塔012, No3吸着塔013及び
No4吸着塔014までの4本の吸着塔の底部につなが
る各給排気管021〜024は、それぞれが給気プロフ
02の給気ライン020と給気弁0411 , 042
1,0431 , 0441を介して接続され、また吸
気エアフィルタ03の吸気ライン030と吸気弁041
2. 0422,0432, 0442を介し、また真
空ポンプ例の吸出しライン侃と吸出し弁0413, 0
423. 0433, 0443を介し、更にサージタ
ンク05のパージライン050とパージ弁0414, 
0424, 0434, 0444を介してそれぞれ接
続されている。また、各吸着塔011〜014の頂部か
ら出た排気ライン071〜074は各吸着塔011〜0
14の中の熱交部061〜064を通シ排気弁031〜
034を介して排出ライン080と接続され、Nol吸
着塔011の排気ライン071とNo2吸着塔012の
排気ライン072は均圧弁075を介して連通しておυ
.No3a着塔013の排気ライン073とNo4吸着
塔014の排気ライン074は均圧弁076を介して連
通している。冷凍機01からの冷却ライン090は各吸
着塔011〜014の中に装備した冷却器051〜05
4と接続している。
この4塔型圧力スイング式ガス分離装置の作動工程を第
」表と対比させて説明する。第1表は、1サイクルを8
ステップに分割して各吸着塔の作動状態を示しておシ、
各ステップ毎の所要時間はその1例を示したものである
. 第1表 ステクプ1の前工程のステップ8においては、Nol吸
着塔011は再生工程(減圧して吸着したN2を放出し
ている)にあ],No2吸着塔012は吸着工程(加圧
して空気中のN2を吸着している)にあシ、これらの工
程を終了してステップ1へ移行してNot吸着塔011
とNo2吸着塔012は両者の間の均圧弁075を開い
て均圧工程(加圧されたNO2吸着塔012から減圧さ
れたNol吸着塔011ヘガス(この場合は酸素富化空
気)が流れる)と役って、両吸着塔間の圧力がバランス
する。
No3吸着塔013は,ステフプ8がパージ工程(吸着
が完了した塔からN2ガスを用いて同吸着塔013内に
ある酸素富化空気を追い出す)であるから、ステップl
では吸着したN2を取シ出す再生工程へ移行し、No4
吸着塔014は前工程の自然吸気から吸着工程へ移行し
ている. 第5図は次段階のステップ2における各吸着塔の作動状
態を示し、接続した各作動ラインを太線で示している。
Nol吸着塔011では、エアフィルタ03を通った空
気を吸気ライン030から塔内を吸い込んでおb、No
2吸着塔012ではN2を吸着した残シの酸素富化空気
をサージタンク05に貯蔵していたN2を用いて追い出
しておシ、前工程で製造したN2の一部はここで消費さ
れる。
No3吸着4 013は前工程(ステップ8)でN2を
用いて不純ガスをパージしておシ,真空ポンプ供で減圧
して吸着剤に吸着されたN2を再生してサージタンク0
5へ送シ込んでいる。No4吸着塔014はプロソ02
から加圧した空気を送り込まれて吸着剤にN2を吸着中
であう、残った酸素富化空気を排出ライン080へ排出
している。
以下各吸着塔は第1表に示すようにステップが進行する
につれてその作動を変えて行き、8ステップを1サイク
ルとして繰返す. 本4塔式圧力スイング式ガス分離装置では、上記8ステ
ップのいづれにおいても、いづれかの吸着塔は吸着工程
及び再生工程にあるために、プロフ及び真空ポンプは連
続運転を行なっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
プロフ及び真空ポンプを連続的に作動させることは、N
2を連続的に吸着し連続的に製造することであシ、第4
図の4塔型圧力スイング式ガス分離装置はその要求を満
足させるに十分な装置である。
しかし第4図に観られるように多数のバルプの切換え操
作が必要であシ、その制御が複雑である。
また4塔はその作動に位相のズレはあっても等価な性能
が要求されるものであ多、吸着剤の性能を含めてその維
持は容易なものではない。
従って、これら塔数が多いことによるコスト高は改善が
望まれるところである. 本発明は、以上の従来の圧力スイング式ガス分離装置の
問題点を解決しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、特定のガスを選択的に吸収する選択型吸着剤
を充填した吸着塔によって、気体中の上記特定のガス成
分を比較的高圧下で吸着剤に吸着する吸着工程と、吸着
剤に吸着した上記ガス成分を比較的低圧下で吸着剤から
脱着して放出する再生工程を行なう圧力スイング式ガス
分離方法において、上記吸着工程と再生工程とを交互に
行なう2塔の吸着塔と同2塔の吸着塔と並列に配置され
たダミータンクを設け、吸着工程を終了した相対的に高
圧の吸着塔とダミータンクを連絡して同吸着塔に残存す
る気体をダミータンクにパージすると共に同吸着塔内の
圧力を下げ、また上記再生工程を終了した相対的に低圧
の吸着塔とダミータンクを連絡してダミータンク内の気
体を同吸着塔に移すと共に同吸着塔内の圧力を上げるこ
とを特徴とする。
〔作用〕
従来の4塔型ガス分離装置では、上記第1表に見られる
ように吸着工程と再生工程を終了した吸着塔は互に圧力
バランスを図る均圧工程に入ることは上述の通シである
が、本発明におけるように、2塔型吸着装置を用いた場
合においても、この両工程の後は両吸着塔を均圧工程に
する必要がある。
本発明においては、上記のように,圧力スイング式ガス
分離方法において2塔の吸着塔を用い、吸着又は再生工
程が終了した吸着塔とダミータンクが連絡されて吸着塔
の均圧が図られる。
即ち、吸着工程を終了した相対的に高圧の吸着塔とダミ
ータンクとを連絡して同吸着塔に残存する気体をダミー
タンクに移して(パージして)同吸着塔内の圧力が下げ
られる.また再生工程が終?した相対的に低圧の吸着塔
をダミータンクと連絡して、同吸着塔にダミータンク内
の気体を移し同吸着塔内の圧力が上げられる。このよう
にして、各吸着塔では、自然吸気,加圧下の吸着,ダく
ータンクによる均圧,パージ,減圧下の再生,グ■ータ
ンクによる均圧の工程よりなるサイクルが交互に行なわ
れる。
従って、本発明によれば、2塔の吸着塔によって、4塔
式と同様のサイクルを行なうことができ、かつ吸着塔は
2塔とその数が減少し、またこれに伴って所要のバルプ
数も減少する。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図ないし第3図によっ、て説明
する。
それぞれゼオライト等のN2吸着剤を充填したNol吸
着塔11とNo2吸着塔桧は,その底部につながる各給
排気管21.22が給気プロヮ2の給気ライン加に給気
弁あ及び通気弁オ,24を介して接続され,吸気エアフ
ィルタ3を取付けた吸気ライン加は吸気弁がを介して、
給気ライン加に合流する。
一方真空ポンプ4の吸出しライン恥は吸出し弁41,C
を介して上記給排気管21.22K接続され、真空ポン
プ4の出口はドレンセパレータ6を介してサージタンク
5に接続されている。このサージタンク5から出るパー
ジライン恥はパージ弁51を介して上配給気ライン加に
合流する。またサージタンク5と吸出しライン40をつ
なぐ循環ラインaには循環弁45が設けられている,N
ol吸着塔l1とNo2吸着塔12の頂部には、それぞ
れに排気弁31,32を設けた排気ライン71 . 7
2が設けられ、また、両吸着塔11 .12の頂部は均
圧弁75 . 76を介してダくータンク10と連通す
る均圧ライン15に連絡されている。これらNol吸着
塔u, NO2吸着塔,ダミータンク10,排気ライン
n,72及び均圧ライン15は、第1図中2点鎖線で示
した低温槽9の中に設置されている。
本実施例における作動順序について、本実施例の各吸着
塔のサイクルの作動状態を示す第2表を参浦して説明す
る。各工程の内容は、従来例と同様に,自然吸気,吸着
,均圧,パージ,減圧下の再生,均圧のサイクルが繰b
返されるものであるから説明は省略することとし、第2
図に第2表のステップ2,即ちNol吸着塔11が加圧
下の吸着工程にあ,!),NO2吸着塔じが減圧下の再
生工程にあるときの作動中のラインを太線で示した.N
ol吸着塔l1の吸着工程が終了すると、第2表のステ
ップ3,に示すように、同吸着塔11は均圧工程となる
(このときNo2吸着塔12では再生工程が続行されて
いる)。Nol吸着塔11はダミータンク10に接続さ
れ、相対的に高圧の同吸着塔11から相対的に低圧のダ
ミータンク10へ酸素富化空気が移動し同塔内の圧力が
低下する。次のステップ4においては、Nol吸着塔l
はパージ工程となシ(No2吸着塔稔では再生工程が続
行されている)、吸着工程後に同塔内に残った酸素富化
空気をサージタンク5内のN2ガスで追出す。
第3図はステップ5における作動状態であう、Nol吸
着塔11はパージ工程であb,ステップ4と同様に吸着
工程後に塔内に残った酸素富化空気をサージタンク5内
のN2ガスで追い出しておサ、No2吸着塔12は、減
圧後にダミータンク10と均圧中であシ,相対的に高圧
のダミータンク10から相対的に低圧のNo2吸着塔1
2へ酸素富化空気が移動している。
このようにして、本実施例では、吸着工程が終了した加
圧下のNol吸着塔11をダミータンク5に接続して切
圧した上、同塔内の酸素富化空気をパージし、一方再生
工程が終了した減圧下のNo2吸着塔12はダミータン
ク5に連絡されて同吸着塔10の圧力がバランスされる
。このようにして、Not吸着塔l1は次の再生工程を
、またNo2吸着塔12は次の自然吸気工程に備えるこ
ととなる。
上記のように、本実施例では,2塔の吸着塔11,12
によって、第2表に示すサイクルが繰υ返えされる. ここで#楽牟問題は第2表に示すようにブロワ2と真2
2!ポンプ4ともに休止期間に欧ることであう,先に述
べたようにこの両者の回路を閉じたシ頻繁に発停を繰b
返すことは好ましくないため、第2表において休止とな
るステクプでは給気プロワ2はプロー弁5を開いて大気
圧運転を行ない、真空ポンプ4は循環ライン偶の循環弁
6を開いてサージタンク5中のN2ガスを循環させるよ
うにしている。
以上説明したように、第4図及び第5図に示す従来の4
塔型の方式では、吸着塔間を接続して均圧を行なってい
るために、均圧時には吸着工程を終った吸着塔のパージ
を行なうことができなかったが、本実施例では吸着塔は
ダミータンクとの間で均圧を行邊っているために、吸着
工程を終った一方の吸着塔は、他方の吸着塔が均圧を行
なっている場合においてもパージ工程を実施することが
可能となった(第2表ステクプ5,lO参照)。
時間当シのN2の生産量を等しくするガス分離設備にお
いて、従来の4塔型と本実施例の2塔型を比較すると下
表のようにZる。
なお、吸着剤の費用は設備費の15多程度であシ、本実
施例では、吸着剤の量の増加はあるが、全体的には大幅
なコスト低減になる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、ダミータンクと吸着塔
との間に均圧を行女うことによって、2塔の吸着塔化よ
って、従来4塔の吸着塔で行なっていたと同様なガス分
離サイクルを繰b返し連続的に行なうことができる。ま
た,これに伴って、吸着塔の数及びバルプの数等を著し
く減少させることができ、設備費を低減することができ
ると共?,バルプの切換え操作及びその制御を簡単にす
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■おけるガス分離装置の配管
系統図,第2図は本発明のステップ2における作動中の
配管系統図,第3図は本発明のステクプ5における作動
中の配管系統図,第4図は従来の4塔型圧力スイング式
ガス分離装置の配管系統図,第5図はそのステップ2に
おける作動中の配管系統図. 2・・・給気プロワ, 4・・・真空ポンプ, 9・・・低温槽, 11・・・Nol吸着塔, 15・・・均圧ライン, 刀・・・吸気ライン, a・・・循環ライン, 75 . 76・・・均圧弁。 3・・・吸気エヤフィルタ, 5・・・サージタンク, lO・・・ダミータンク, 12・・・No2吸着塔, 加・・・給気ライン, 和・・・吸出しライン, 鉛・・・パージライン,

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  特定のガスを選択的に吸収する選択型吸着剤を充填し
    た吸着塔によって、気体中の上記特定のガス成分を比較
    的高圧下で吸着剤に吸着する吸着工程と、吸着剤に吸着
    した上記ガス成分を比較的低圧下で吸着剤から脱着して
    放出する再生工程を行なう圧力スイング式ガス分離方法
    において、上記吸着工程と再生工程とを交互に行なう2
    塔の吸着塔と同2塔の吸着塔と並列に配置されたダミー
    タンクを設け、吸着工程を終了した相対的に高圧の吸着
    塔とダミータンクを連絡して同吸着塔に残存する気体を
    ダミータンクにパージすると共に同吸着塔内の圧力を下
    げ、また上記再生工程を終了した相対的に低圧の吸着塔
    とダミータンクを連絡してダミータンク内の気体を同吸
    着塔に移すと共に同吸着塔内の圧力を上げることを特徴
    とする圧力スイング式ガス分離方法。
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