JPH0330812A - 圧力変動吸着分離方法 - 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〕 本発明は、圧力変動吸着分離方法に関し、特に医療用あ
るいは小型オゾナイザ−の原料酸素の供給源として使用
する小型の酸素発生装置に適した圧力変動吸着分離装置
の運転方法に関する。

〔従来の技術〕

従来から、ゼオライトを吸着剤として使用し、加圧下で
の吸着と減圧下での再生（膜管）を交互に繰返すことに
より、空気から酸素を分離できることが知られている。

この方法は、いわゆる圧力変動吸岩分離法（ＰＳＡ法）
として工業分野で広く使用されている。

上記ＰＳＡ法の初期ものは、２個の吸着筒を用いて加圧
吸着工程と減圧再生工程とをそれぞれの筒で交互に繰返
す単純なものであり、製品の回収率も１０〜２０％程度
であった。そのため、特公昭５１．−．４０５４９号公
報には、眼前工程終了後の吸着筒の製品出口端に存在す
る製品品位のガスを、原料空気の供給を断った状態で徐
々に抜取る工程（圧力均等化、並流減圧）を採用するこ
とて、それまでの２筒式のＰＳＡ法に比べて高い製品純
度と回収率の向上が得られる方法が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の公報に記載されたＰＳＡ法は、例
えば数ｒｒｌ’／ｈ以上の大量の酸素を製造する工業用
を目的として開発されたものであり、経済性を高めるた
めに回収率を極限まで高める配慮が成されている。即ち
、筒内のガスの濃度分布を乱すことなく製品を取出すた
めに、比較的ゆっくりとしたサイクルタイムを採用する
とともに、再加圧にも長時間をかけてゆっくりと加圧す
ることにより、筒内にシャープな濃度分布を形成するよ
うに配慮している。

そのため、一般的なＰＳＡ法による処理ガス量と吸着剤
量及びサイクルタイムとの関係から上記方法では大量の
吸着剤を必要とすることになる。

即ち、下記の式。

（上記式中、Ｗは吸着剤量［ｋｇｌ、Ｑは吸着容量［ｒ
ｒ＋’／ｋｇ］、θはサイクルタイム［ｈ］を示す。） に示されるように、処理ガス量を一定とした場合、サイ
クルタイムを例えば２倍にすると吸着剤量が略２倍必要
となるために、上記のごとく長いサイクルタイムで操作
すると性能的には向上するものの、大型の吸着筒を必要
とし、装置全体もかなり大型化するとともに、各種流量
計や制御弁等を必要とし、配管も複雑化する。

一方、このＰＳＡ法が高濃度の酸素を連続的に、しかも
安価に得られるという利点を有しているため、近年、医
療用あるいは小型オゾナイザ−の原料用の酸素源として
注目されている。ところが、上述のごとく、従来行われ
てきたＰＳＡ法は、工業的な大型の装置が主体であって
、このような装置をその、まま病院内や家庭内に持込む
ことはできず、またオゾナイザ−に比べて酸素発生器の
方がはるかに大きいという不都合があった。またこのよ
うなＰＳＡ法をそのまま小形のＰＳＡ装置に適用しても
所望の性能を得ることは困難であった。

そこで、本発明は、医療用等として用いるのに適した小
型のＰＳＡ装置を簡単な構成で効率よく運転することの
できる圧力変動吸着分離方法を提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的を達成するために、本発明の圧力変動吸着
分離方法は、吸着工程を終えた吸着筒と、再生工程を終
えた吸着筒とを両吸着筒の原料供給端で連通させて均圧
工程を行うことを特徴とする特に、前記均圧工程の時間
をサイクルタイムの１／３０乃至１／４としたことを特
徴としている。

〔作　用〕

上記のごとく、両吸着筒を原料供給端で連通させて極め
て短時間で均圧操作を行うことにより、サイクルタイム
を短くでき、装置の小形化が図れる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて、さらに詳細に説明する
。

第１図は本発明を適用した圧力変動吸着分離装置の一実
施例を示すもので、第２図はそのタイムスケジュールの
一例である。

この圧力変動吸着分離装置１は、空気中の窒素を吸着す
る吸着剤、例えばゼオライトを充填した２基の吸着筒Ａ
、Ｂと、該吸着筒Ａ、Ｂに原料空気（Ａｉｒ）を供給す
る空気圧縮機２と、生成した酸素ガス（０２）を貯留す
る製品槽３と、両吸首筒Ａ、Ｂの製品導出端間を接続す
るオリフィス４、及び両吸着筒Ａ、Ｂを吸着工程と再生
工程とに切替えるために各吸着筒Ａ、Ｂにそれぞれ設け
られた原料供給弁５ａ、５ｂ、製品導出弁６ａ、６ｂ、
排気弁７ａ、７ｂとにより構成されている。

以下、上記圧力変動吸着分離装置１の操作方法を、１サ
イクルタイムを３２秒とした第２図に示すタイムスケジ
ュールを参照しながら説明する。

まず、初期の３０秒間（工程■）は、一方の吸着筒Ａ（
以下、Ａ筒と称する。）か吸着工程、他方の吸着筒Ｂ（
以下、Ｂ筒と称する。）が再生工程の一部である減圧パ
ージステップにある。この間、空気圧縮機２で所定圧力
に圧縮された原料空気は、原料供給弁５ａを介してＡ筒
に導入されており、該空気中の窒素が吸着剤に吸着され
、弱吸着成分である酸素が製品導出端から導出されてい
る。

Ａ筒から導出された酸素は、一部がオリフィス４を経由
してＢ筒の製品導出端からＢ筒内に導入され、残部が製
品酸素となり製品導出弁６ａを介して製品槽３に貯留さ
れる。一方のＢ簡においては、排気弁７ｂを介して筒内
のガスが大気に放出されて減圧されるとともに、前記オ
リフィス４を介して導入される酸素により筒内がパージ
される。

この時、Ｂ筒の原料供給弁５ｂと製品導出弁６ｂ及びＡ
筒の排気弁７ａは閉じられている。

次の６秒間（工程■）は、両筒の原料供給端を連通させ
る均圧工程である。即ち、Ｂ筒の排気弁７ｂが閉じられ
るとともに両原料供給弁５ａ、５ｂが開かれてＡ筒内に
所定圧力で充圧されていたガスがＡ筒の原料供給弁５ａ
を逆流して空気圧縮［２から供給される原料空気と共に
Ｂ筒の原料供給弁５ｂからＢ筒内に導入される。この時
、Ａ筒の製品導出弁６ａは、開あるいは閉いずれの状態
でも差支えない。

６秒間の均圧工程を終えた後は、Ｂ筒が３０秒間の吸着
工程に入り、Ａ筒が減圧パージ工程に人る（工程■）。

即ち、Ｂ筒の原料供給弁５ｂと製品導出弁６ｂ及びＡ筒
の排気弁７ａが開となり、他の弁が閉じられる。そして
３０秒後に、上記同様の６秒間の均圧工程（工程■）に
入る。以下順次この工程を繰返して空気中の酸素を分離
して製品酸素を得る。

製品酸素（０２）は、前記製品槽３内の一部の酸素が製
品として所定量連続的に導出されており、いずれか一方
の吸着筒Ａ、Ｂが吸着工程にあるとき（工程■、■）に
製品槽３内の充圧が行われ、均圧工程（工程■、■）に
あるときには、製品槽３内に充圧された酸素を放出する
。従って、この製品槽３は、製品酸素供給先への製品圧
力及び純度の安定のために必要なもので、上記均圧工程
の間だけ製品の流量を維持できる容積を有していれば十
分であり、均圧工程が短時間であることから小型のもの
を用いることができる。尚、供給先が適宜なバッファタ
ンクを備えている場合には省略することもできる。

上記のごとく、吸着工程を終えた吸着筒と再生工程を終
えた吸着筒とを両吸着筒の原料供給端で連通させて均圧
工程を行うことにより、従来製品出口端側からゆっくり
と時間をかけて行っていた均圧工程を極めて短時間で行
うことが可能となる。

加えて、均圧工程を短時間で終了させることにより、次
の減圧パージ工程の時間をサイクルタイムに比べて十分
に長く取ることが可能となる。これにより、筒内の吸着
剤の再生度を高めることができ、製品純度を高めるとと
もに、純度の安定性や回収率も向上させることができる
。

この均圧工程の時間は、吸着筒の容積や操作圧力、サイ
クルタイム等、即ち所望する製品量により異なるが、通
常は、配管や弁等の抵抗を考慮しても２〜６秒間行えば
十分であり、サイクルタイムの１／３０乃至１／４とす
ることが好ましい。

また、サイクルタイムは、吸着剤の再生時間を考慮する
と１０〜６０秒、好ましくは３０〜４０秒が適当であり
、製品量及び所望する装置の大きさ等により適宜選定す
ることができる。

また、吸着工程に入る際に、従来の単純なＰＳＡ法では
大気圧状態で切替えが行われ、吸着圧力が大きく変動す
るため、製品圧力を一定にして供給できるのは、０　、
　３　ｋｇ　／　ｃＪ　Ｇ程度であったか、本発明のご
とく均圧工程を実施することにより吸着工程開始時の筒
内圧力を高くてきるので製品圧力を０　、　８　ｋｇ　
／　ｃＪ　Ｇ程度まで高めることができる。

さらに、上記均圧工程において、原料空気の（供給を継
続しながら均圧を実施することにより、原料空気の供給
分だけ筒内圧力を高めることができるが、原料空気の（
Ｉｌ、給を止めても均圧工程か短時間であるから同様の
作用効果を得ることができる。

ここで、従来の単純なＰＳＡ法と本発明のＰＳＡ法とを
比較した実験を行った結果を説明する。

圧力変動吸百分雌装置の運転条件は、吸着剤はＭＳ−５
Ａを２．５ｋｇ、吸着圧力は１　、　５　ｋｇ／　ｃ／
Ｇ　。

サイクルタイムは３０秒とし、本発明方法においてのみ
、サイクルタイム内にそれぞれ３秒間の原料供給端均圧
工程を実施した。その結果を次表に示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の圧力変動吸着分離方法は
、吸着工程を終えた吸着筒と、再生工程を終えた吸着筒
とを両吸着筒の原料供給端で連通させて短時間の均圧工
程を行うから、サイクルタイムを短くしても吸着剤を再
生するのに十分な時間を取ることが可能となる。即ち、
サイクルタイムを短くすることで、少ない吸着剤量で従
来と同等以上の製品量を得ることができ、吸着筒や空気
圧縮機等の小形化を図れ、装置全体を大幅に小形化する
ことかできる。

また均圧工程は、両吸着筒の原料供給端側の弁を開放し
て連通させることにより行うことができるので、均圧に
細かい流量調製等を必要とせず、装置を単純化すること
ができる。さらに吸着工程前の均圧工程により、吸着工
程に入る吸着筒内の圧力を高めているので製品圧力も高
くすることができる。

従って、本発明の方法を適用することにより、圧力変動
吸着分離装置の大幅な小形化を図ることができ、医療用
あるいは小型オゾナイザ−の原料酸素の供給源として使
用する小型の酸素発生装置として適した圧力変動吸着分
離装置を提１ｊ−することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した圧力変動吸着分離装置の一実
施例を示す系統図、第２図はそのタイムスケジュールで
ある。 １・・・圧力変動吸着分離装置　　２・・・空気圧縮機
３・・・製品槽　　４・・・オリフィス　　５ａ、５ｂ
・・・原料供給弁　　６ａ、６ｂ・・・製品導出弁　　
７ａ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸着剤を充填した少なくとも２筒の吸着筒を、吸着
   工程と再生工程とに順次切替えて酸素を分離する圧力変
   動吸着分離方法において、前記吸着工程を終えた吸着筒
   と、前記再生工程を終えた吸着筒とを両吸着筒の原料供
   給端で連通させて均圧工程を行うことを特徴とする圧力
   変動吸着分離方法。 ２、前記均圧工程の時間を、サイクルタイムの１／３０
   乃至１／４としたことを特徴とする請求項１記載の圧力
   変動吸着分離方法。