JPH0456647B2 - - Google Patents

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JPH0456647B2
JPH0456647B2 JP59079353A JP7935384A JPH0456647B2 JP H0456647 B2 JPH0456647 B2 JP H0456647B2 JP 59079353 A JP59079353 A JP 59079353A JP 7935384 A JP7935384 A JP 7935384A JP H0456647 B2 JPH0456647 B2 JP H0456647B2
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JP
Japan
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oxygen
product
pressure
tower
adsorption
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Application number
JP59079353A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS60226401A (en
Inventor
Eiji Hirooka
Tsuneo Myoshi
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Showa Engineering Co Ltd
Original Assignee
Showa Engineering Co Ltd
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Publication date
Application filed by Showa Engineering Co Ltd filed Critical Showa Engineering Co Ltd
Priority to JP59079353A priority Critical patent/JPS60226401A/en
Publication of JPS60226401A publication Critical patent/JPS60226401A/en
Publication of JPH0456647B2 publication Critical patent/JPH0456647B2/ja
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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、富酸素ガスの製造方法に関する。更
に詳しく述べるならば、本発明は、窒素を選択的
に吸着する吸着剤を用い、大気圧力下における圧
力変動吸着により、空気の如き酸素及び窒素を含
む混合ガスから窒素を吸着除去して富酸素ガスを
製造する方法に関する。 従来技術 合成ゼオライトや天然ゼオライト等の吸着剤の
窒素に対する選択吸着性を利用し、圧力変動吸着
により、空気の如き酸素/窒素混合ガスを分離し
て、富酸素ガスを製造することは知らている(例
えば、特公昭51−40549及び51−40550、及び特開
昭52−122273及び58−84020)。このような方法で
富酸素ガスを製造するに当つては、吸着剤の床を
含む複数の吸着塔のそれぞれにおいて、酸素/窒
素混合ガスを導入して窒素を吸着除去し、難吸着
性の酸素が濃縮富化されたガスを吸着塔より導出
して製品ガスとするのである。そして、吸着塔内
の吸着剤を再生するための減圧、パージ、排気等
の工程と前記吸着分離工程を順次に各吸着塔内に
おいて切換操作するのである。 各々の技術は、圧力変動幅、サイクルおよびガ
スの流れの態様に特徴をもつている。例えば特公
昭51−40549及び51−40550では大気圧以上の加圧
側での圧力操作範囲で実施され、特開昭58−
84020では真空圧力から加圧側での圧力操作範囲
で実施され、特開昭52−122273ではすべて大気圧
力下で実施されている。 このような圧力変動幅を任意にとることは公知
であるがこの圧力変動幅とサイクルおよびガスの
流れにより、その特徴を発揮するものである。 しかし、従来公知の、圧力変動吸着による、こ
のような富酸素ガスの製造方法においては、酸素
の分離回収効率が十分でなかつたり、また製品ガ
ス生成量当りのエネルギー消費量が大きかつたり
する等の問題があり、なお改良の余地があるので
ある。 発明の目的 本発明は、主として、酸素の分離回収効率が高
く、かつ製品ガス生成量当りのエネルギー消費量
が小さい、圧力変動吸着による富酸素ガスの製造
方法を提供することを目的とする。 発明の構成 本発明によれば、即ち、窒素を選択的に吸着す
る吸着剤の床を充填した3個の吸着塔を用い、前
記吸着塔に酸素及び窒素を含む混合ガスを流通さ
せて窒素を吸着除去することにより、富酸素ガス
を製造する方法が提供される。本発明に係るこの
方法は、第1の吸着塔において、順次に、 (1) 原料端部から混合ガスを導入し、同時に第2
の吸着塔からの富酸素ガスを製品端部より導入
して、前記第2の吸着塔と均圧化させる工程、 (2) 原料端部から混合ガスを導入して窒素を選択
的に吸着させ、同時に製品端部から富酸素ガス
を製品吸引ポンプにより吸引導出しながら、塔
内圧力を上昇させる工程、 (3) 混合ガスの導入を停止し、製品端部から富酸
素ガスを製品吸引ポンプにより吸引導出しなが
ら、この富酸素ガスの一部を第3の吸着塔の製
品端部に供給して、前記第3の吸着塔と均圧化
させる工程、 (4) 製品端部からの富酸素ガスを導出し、この富
酸素ガスを第2の吸着塔のパージのために前記
第2の吸着塔の製品端に供給する工程、 (5) 原料端部から真空排気する工程、及び (6) 原料端部から真空排気しながら、第3の吸着
塔からの富酸素ガスを製品端部より導入して塔
内をパージする工程、 前記の全工程を大気圧力下で実施し、更にその
間に前記工程サイクルを第2及び第3の吸着塔の
それぞれにおいて位相を変えて実施することを特
徴とする。 発明の構成の具体的説明 本発明は、圧力変動吸着を利用して、空気の如
き、主として酸素及び窒素を含む混合ガスから窒
素を分離し、富酸素ガスを得るものである。即
ち、合成ゼオライト、天然ゼオライト等の吸着剤
が充填されている真空圧力下にある吸着塔の混合
ガスを供給し、この吸着剤に窒素を吸着させ、酸
素を濃縮して製品ガスとして大気圧力に近い真空
圧力から製品吸引ポンプにて放出させる。次に、
窒素を吸着した吸着剤が充填されている吸着塔を
原料端側から真空圧に吸引することにより、吸着
剤に吸着された窒素を脱着させる。 本発明においては、吸着剤を充填した3個の吸
着塔が用いられ、1つの塔の原料端部から混合ガ
スを供給しながら、既に混合ガスによつて所定圧
まで昇圧され、酸素富化された製品ガスを放出し
つつある他の塔とそれぞれ製品端部を連絡し合つ
て両塔間の圧力の均等化を行う均圧の工程が行わ
れる。また、原料端側から真空圧に吸引され、窒
素が脱着されている間に、その塔の製品端から他
塔からの富酸素ガスを導入して塔内を洗滌するパ
ージの工程が実施される。そして、製品の富酸素
ガスは、工程サイクルの間絶えることなく連続的
に製品吸引ポンプにて吸引放出される。 しかして、均圧は、吸着塔の製品端部から富酸
素ガスを供給することにより、塔内における窒素
の吸着前線を短かく押さえ、得られるガス中の酸
素濃度を高くする効果を奏する。パージは、窒素
の真空脱着の間に富酸素ガスを製品端部から供給
して塔内を通過させることにより、塔内の窒素分
圧を下げてより脱着効果を増加させるとともに、
真空脱着のための時間を短縮して動力コストを節
減する効果を奏する。 またすべてのサイクルは大気圧力下で行なわれ
るため原料混合ガスを供給する供給加圧ポンプは
必要とせず、製品吸引ポンプによつて製品酸素が
吸引導出される。 このため原料混合ガスの約1/10の製品酸素量の
容量を吸引するだけで良く、大幅な動力が節減で
きる。例えば、特開昭52−122273は、本発明と同
様にすべてのサイクルは大気圧力下で実施してい
るが、第1の吸着塔からまず製品を取り出し、次
のステツプでは他の塔への供給原料ガスの一部と
して使用することが製品の回収率の向上をはかつ
ているが、しかしながら流れが複雑となり、更に
塔内を流れるガスの流れが長くなるのを、本発明
では改善している。 又、吸着塔への流速の変化は吸着前線を乱し製
品ガスを高濃度に得るには不利であり、特に最大
流速の時には吸着塔の圧力損失は最大となり製品
吸引ポンプの動力が増加する欠点がある。かつ最
大流速での供給ガス吸着塔への流入は吸着剤が流
動化する恐れがあり、吸着剤の破壊や粉化の原因
となる。 本発明は上述の欠点をも解消したものである。
つまり原料端部の混合ガスと同時に製品端部より
の富酸素ガスを均圧化させることにより混合ガス
が最大流速で導入されることを防ぐとともに、塔
内の吸着前線を短く押え、製品ガス濃度を高める
効果を奏するものである。 このような構成を有する本発明の方法によれ
ば、酸素濃度の高い、特に90〜93%又はそれ以上
の酸素濃度の、富酸素ガスを極めて高い効率をも
つて製造することが可能となる。そして、真空ポ
ンプもまた、サイクルの間常に有効に作動され
る。 以下、本発明の方法を、第1図を参照しながら
具体的に説明するが、以下に示す操作は一例であ
つて、この操作のみに限定されないものであるこ
とを理解されたい。 操作に当つては、以下に説明する6工程を順次
繰返しながら連続的に富酸素ガスを放出する。ま
た、各工程の操作時間は、タイマーにより任意に
コントロールされ得る構成としている。 工程1 弁1Aが開かれ、空気20がA塔の下部即ち原
料端部から供給される。同時に、弁2A,2Cが
開かれ、既に前段階(工程6)で空気により所定
圧力まで昇圧されつつ、弁12Cが開かれて製品
吸引ポンプ21により製品の富酸素ガスを放出し
ているC塔とが管18により連結されて、C塔の
上部即ち製品端部から富酸素ガスA塔の製品端部
に導入することにより、A塔とC塔との間の圧力
が均等化される(均圧)。この際、C塔からの富
酸素ガスの流出速度は、バルブ6A,6Cにより
コントロールされる。一方、弁4Bが開かれ減圧
し、真空ポンプ19によつてB塔が真空排気され
る。 工程2 弁2A,12Cが閉じられると同時に弁12A
が開かれ、製品ガスはA塔から製品吸引ポンプ2
1により吸引放出される。A塔は製品ガスを放出
しつつ、バルブ1Aを通して空気の供給を受け
て、次第に塔内の圧力が高められていく。一方、
弁3Bが開かれ、C塔の製品端部より富酸素ガス
がB塔の製品端部に供給され、B塔内を向流方向
に洗滌しながら、真空ポンプ19によつて系外に
排出される(パージ)。C塔は、B塔に富酸素ガ
スを供給しつつ、更に減圧していく。C塔からの
富酸素ガスの供給速度はバルブ17によつてコン
トロールされる。 工程3 弁1A,2C,4Bが閉じられ、新たに弁1B
が開かれて、空気がB塔の原料端部より供給され
る。同時に、弁2A,2Bが開かれ、A塔の製品
端部から富酸素ガスがB塔の製品端部に供給され
て、A塔及びB塔間の圧力が均等化される(均
圧)。この際、A塔からの富酸素ガスの流出速度
は、バルブ6A,6Bによりコントロールされ
る。一方、弁3Bが閉じられ、弁4Cが開かれ減
圧し、真空ポンプ19によつてC塔が真空排気さ
れる。 工程4 弁2B,12Aが閉じられると同時に弁12B
が開かれ、製品ガスはB塔より製品吸引ポンプ2
1により吸引放出される。B塔は製品ガスを放出
しつつ、バルブ1Bを通して空気の供給を受け
て、次第に塔内の圧力が高められていく。一方、
弁3Cが開かれ、A塔の製品端部から富酸素ガス
がC塔の製品端部に供給され、C塔内を向流方向
に洗滌しながら、真空ポンプ19によつて系外に
排出される(パージ)。A塔は、C塔に富酸素ガ
スを供給しつつ、更に減圧していく。A塔からの
富酸素ガスの供給速度はバルブ17によつてコン
トロールされる。 工程5 弁1B,2A,4Cが閉じられ、新たに弁1C
が開かれて、空気がC塔の原料端部より供給され
る。同時に、弁2B,2Cが開かれ、B塔の製品
端部から富酸素ガスがC塔の製品端部に供給され
て、B塔及びC塔間の圧力が均等化される。(均
圧)。この際、B塔からの富酸素ガスの流出速度
は、バルブ6B,6Cによつてコントロールされ
る。一方、弁3Cが閉じられ、弁4Aが開かれ減
圧し、真空ポンプ19によつてA塔が真空排気さ
れる。 工程6 弁2C,12Bが閉じられると同時に弁12C
が開かれて、製品ガスがC塔より製品吸引ポンプ
21により吸引放出される。C塔はは製品ガスを
吸引放出しつつ、バルブ1Cを通して空気の供給
を受けて、次第に塔内の圧力が高められていく。
一方、弁3Aが開かれ、B塔の製品端部から富酸
素ガスがA塔の製品端部に供給され、A塔内を向
流方向に洗滌しながら、真空ポンプ19によつて
系外に排出される(パージ)。B塔は、A塔に富
酸素ガスを供給しつつ、更に減圧していく。B塔
からの富酸素ガスの供給速度はバルブ17によつ
てコントロールされる。 尚、第1図において、22は製品である富酸素
ガスの流出流を示し、23は分離除去された窒素
の流出流を示す。 以上の説明からも理解されるように、上記の6
工程は、工程1及び2を1つの単位として、塔と
塔との関係をにおいて1塔づづ位相を変えていき
ながら、繰り返し行うものである。第2図及び第
3図は、これらの基本的な2工程(工程1及び
2)を説明する模式図である。 以上に説明した通り、本発明の方法においては
すべてのサイクルは大気圧力下で行なわれるた
め、原料混合ガスの約1/10の容量の酸素吸引ポン
プの動力で実施でき動力コストを大幅に引き下げ
ることが可能となつた。また、各塔内の圧力は、
絶えず変動していて、一瞬も一定圧力にとどまる
ことがない。これは、圧力変化に対して窒素と酸
素の吸脱着速度の性質を利用したものである。つ
まり圧力上昇において窒素は酸素に比べて吸着速
度が速く、圧力低下においては窒素に比べて酸素
の脱着速度が速く製品酸素として効率よく回収で
きることであり、又各塔間において互いに酸素を
やりとりすることによつて、系外に排出される酸
素の量をできるだけ少なくして酸素収率を向上さ
せるためのものであり、また最高吸着圧力を大気
圧力下として真空到達圧力を高い範囲のものとし
ても、平均真空圧をできる限り低くして動力コス
トを引き下げるためのものである。 また、パージは、高い酸素濃度の製品ガスを安
定して得るために欠かすことのできない操作であ
るけれども、最高パージ量のコントロールはその
絶対量を特に知る必要はなく、パージ用の酸素を
供給する塔の圧力低下量(パージΔpで表す)と
して考えればよい。パージΔpは、通常、50〜200
mmHgの範囲で、最高級着圧、真空到達圧及びサ
イクルタイム毎に、最高の酸素濃度と回収率の得
られるパージ量を決定する。 圧力変動吸着による富酸素ガス製造プロセスの
効率を評価する因子は、酸素濃度と回収率である
が、他にもう1つの因子として単位時間における
吸着剤、例えばモレキユラーシーブ、の量と酸素
製造量との比があげられる。以下の実施例におい
ては、この因子をベツドサイズフアクター(B.S.
F.)と称し、その単位を(Kg・MS)/(t・
O2/d)〔(Kg・モレキユラーシーブ)/(ト
ン・100%O2/日)〕として表す。このB.S.F.は、
プロセス及びモレキユラーシーブの品質に関係す
る因子であるが、品質の同じモレキユラーシーブ
を使用した場合にはプロセスの評価のための因子
として役立つものである。そして、上記の単位よ
り明らかなように、B.S.F.が小さい値を示す方が
好ましいプロセスであるとすることができるので
ある。 実施例 以下、実施例により本発明を更に詳しく説明す
る。 実施例 1 1塔が内径81cm、高さ2.5mの体積を有する三
塔式の吸着剤に、吸着剤としてモレキユラーシー
ブ5Aの大きさ1.6ミリ径ペレツトを1塔当り9.2
Kg使用した。運転条件として、最高吸着圧力−50
mmHg、真空到達圧−600mmHg、パージΔp0.1Kg/
cm2とし、サイクルタイムは実験番号毎に変更し
て、前述の工程に従つて連続運転したところ、第
1表に示す結果が得られた。 【表】
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to a method for producing oxygen-rich gas. More specifically, the present invention uses an adsorbent that selectively adsorbs nitrogen, and adsorbs and removes nitrogen from a mixed gas containing oxygen and nitrogen, such as air, by pressure fluctuation adsorption under atmospheric pressure. This invention relates to a method for producing gas. Prior art It is known that oxygen-enriched gas can be produced by separating an oxygen/nitrogen mixed gas such as air by pressure fluctuation adsorption using the selective adsorption of nitrogen by adsorbents such as synthetic zeolite and natural zeolite. (For example, Japanese Patent Publication Nos. 51-40549 and 51-40550, and Japanese Patent Publications No. 52-122273 and 58-84020). In producing oxygen-enriched gas using this method, an oxygen/nitrogen mixed gas is introduced into each of multiple adsorption towers containing beds of adsorbent to remove nitrogen by adsorption, and remove oxygen, which is difficult to adsorb. The concentrated and enriched gas is extracted from the adsorption tower and used as product gas. Then, the steps of depressurization, purging, exhaust, etc. for regenerating the adsorbent in the adsorption tower and the adsorption/separation step are sequentially switched in each adsorption tower. Each technology is characterized by pressure fluctuation range, cycle and gas flow characteristics. For example, in Japanese Patent Publications No. 51-40549 and No. 51-40550, it was carried out in the pressure operation range on the pressure side above atmospheric pressure;
In 84020, the pressure operation range is from vacuum pressure to the pressurized side, and in JP-A-52-122273, all operations are carried out under atmospheric pressure. It is known that such a pressure fluctuation width can be set arbitrarily, and its characteristics are exhibited depending on the pressure fluctuation width, cycle, and gas flow. However, in the conventionally known method for producing oxygen-rich gas using pressure fluctuation adsorption, the efficiency of oxygen separation and recovery is insufficient, and the amount of energy consumed per amount of product gas produced is high. There are still problems, and there is still room for improvement. OBJECTS OF THE INVENTION The main object of the present invention is to provide a method for producing oxygen-rich gas by pressure fluctuation adsorption, which has high oxygen separation and recovery efficiency and low energy consumption per product gas production. Structure of the Invention According to the present invention, three adsorption towers filled with beds of adsorbent that selectively adsorb nitrogen are used, and a mixed gas containing oxygen and nitrogen is passed through the adsorption towers to remove nitrogen. A method is provided for producing oxygen-rich gas by adsorption and removal. In this method according to the present invention, in the first adsorption tower, (1) the mixed gas is introduced from the end of the raw material, and at the same time the mixed gas is introduced into the second adsorption tower.
(2) introducing the mixed gas from the raw material end to selectively adsorb nitrogen; , At the same time, the pressure in the column is increased while oxygen-rich gas is sucked out from the product end by the product suction pump, (3) The introduction of the mixed gas is stopped, and the oxygen-rich gas is sucked out from the product end by the product suction pump. a step of supplying a part of this oxygen-rich gas to the product end of the third adsorption tower while drawing it out to equalize the pressure with the third adsorption tower; (4) oxygen-rich gas from the product end; a step of deriving the gas and supplying the oxygen-rich gas to the product end of the second adsorption tower for purging the second adsorption tower; (5) evacuation from the raw material end; A step of purging the inside of the tower by introducing oxygen-rich gas from the third adsorption tower from the end of the product while evacuating the end of the raw material. All of the above steps are carried out under atmospheric pressure, and during this period It is characterized in that the process cycle is carried out in different phases in each of the second and third adsorption towers. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention utilizes pressure fluctuation adsorption to separate nitrogen from a mixed gas mainly containing oxygen and nitrogen, such as air, to obtain an oxygen-rich gas. That is, a mixed gas is supplied to an adsorption tower under vacuum pressure filled with an adsorbent such as synthetic zeolite or natural zeolite, and the adsorbent adsorbs nitrogen, condenses oxygen, and returns it to atmospheric pressure as a product gas. The product is discharged using a suction pump from near vacuum pressure. next,
The nitrogen adsorbed by the adsorbent is desorbed by vacuuming the adsorption tower filled with the adsorbent adsorbing nitrogen from the raw material end side. In the present invention, three adsorption towers filled with adsorbents are used, and while a mixed gas is supplied from the raw material end of one tower, the mixed gas has already been pressurized to a predetermined pressure and enriched with oxygen. A pressure equalization process is carried out in which the product ends of each column are connected to another column which is releasing the product gas, and the pressure between the two columns is equalized. In addition, while nitrogen is being desorbed by vacuum suction from the raw material end, a purge process is carried out in which oxygen-rich gas from another tower is introduced from the product end of the tower to clean the inside of the tower. . The oxygen-rich gas of the product is then continuously sucked and discharged by the product suction pump without interruption during the process cycle. Therefore, by supplying oxygen-rich gas from the product end of the adsorption tower, pressure equalization has the effect of keeping the nitrogen adsorption front in the tower short and increasing the oxygen concentration in the resulting gas. Purging is performed by supplying oxygen-rich gas from the end of the product during vacuum desorption of nitrogen and passing it through the column, thereby lowering the nitrogen partial pressure in the column and increasing the desorption effect.
This has the effect of shortening the time for vacuum attachment and desorption and reducing power costs. Further, since all cycles are performed under atmospheric pressure, a supply pressure pump for supplying the raw material mixed gas is not required, and the product oxygen is sucked out by the product suction pump. Therefore, it is only necessary to suck in a volume of product oxygen that is about 1/10 of the raw material mixed gas, resulting in a significant power saving. For example, in JP-A-52-122273, like the present invention, all cycles are carried out under atmospheric pressure, but the product is first taken out from the first adsorption tower, and the next step is to supply it to the other towers. Using it as a part of the raw material gas improves the recovery rate of the product, but the present invention improves the problem that the flow becomes complicated and the gas flow inside the column becomes long. In addition, changes in the flow rate to the adsorption tower disturb the adsorption front and are disadvantageous for obtaining a high concentration of product gas.Especially at the maximum flow rate, the pressure loss in the adsorption tower becomes maximum and the power of the product suction pump increases. There is. In addition, if the feed gas flows into the adsorption tower at the maximum flow rate, there is a risk that the adsorbent will become fluidized, causing destruction or powdering of the adsorbent. The present invention also overcomes the above-mentioned drawbacks.
In other words, by equalizing the pressure of the oxygen-rich gas from the product end at the same time as the mixed gas from the raw material end, it is possible to prevent the mixed gas from being introduced at the maximum flow rate, keep the adsorption front in the column short, and reduce the product gas concentration. This has the effect of increasing the According to the method of the present invention having such a configuration, it becomes possible to produce an oxygen-rich gas with a high oxygen concentration, particularly an oxygen concentration of 90 to 93% or more, with extremely high efficiency. And the vacuum pump is also activated throughout the cycle. Hereinafter, the method of the present invention will be specifically explained with reference to FIG. 1, but it should be understood that the operations shown below are merely examples and are not limited to these operations. In operation, oxygen-rich gas is continuously released while repeating the six steps described below in sequence. Further, the operation time of each step can be arbitrarily controlled by a timer. Step 1 Valve 1A is opened and air 20 is supplied from the lower part of column A, ie, the raw material end. At the same time, valves 2A and 2C are opened, and while the pressure has already been increased to a predetermined pressure with air in the previous step (step 6), valve 12C is opened and the product suction pump 21 is discharging oxygen-rich gas from the C column. By introducing the oxygen-rich gas from the upper part of the C column, that is, the product end, into the product end of the A column, the pressure between the A column and the C column is equalized. pressure). At this time, the outflow rate of oxygen-rich gas from the C tower is controlled by valves 6A and 6C. On the other hand, the valve 4B is opened to reduce the pressure, and the B tower is evacuated by the vacuum pump 19. Step 2 At the same time as valves 2A and 12C are closed, valve 12A
is opened, and the product gas is transferred from the A tower to the product suction pump 2.
1 is suctioned and released. Tower A receives air supply through valve 1A while releasing product gas, and the pressure inside the tower is gradually increased. on the other hand,
The valve 3B is opened, and oxygen-rich gas is supplied from the product end of the C tower to the product end of the B tower, and is discharged to the outside of the system by the vacuum pump 19 while washing the inside of the B tower in the countercurrent direction. purge. The C tower further reduces the pressure while supplying oxygen-rich gas to the B tower. The rate of supply of oxygen-rich gas from the C column is controlled by valve 17. Step 3 Valves 1A, 2C, and 4B are closed, and valve 1B is newly opened.
is opened and air is supplied from the feed end of the B column. At the same time, valves 2A and 2B are opened, oxygen-rich gas is supplied from the product end of column A to the product end of column B, and the pressure between column A and column B is equalized (pressure equalization). At this time, the outflow rate of the oxygen-rich gas from the A tower is controlled by valves 6A and 6B. On the other hand, the valve 3B is closed, the valve 4C is opened to reduce the pressure, and the C tower is evacuated by the vacuum pump 19. Step 4 At the same time as valves 2B and 12A are closed, valve 12B
is opened, and the product gas is transferred from the B tower to the product suction pump 2.
1 is suctioned and released. While releasing product gas, tower B receives air supply through valve 1B, and the pressure inside the tower is gradually increased. on the other hand,
The valve 3C is opened, and oxygen-rich gas is supplied from the product end of the A column to the product end of the C column, and is discharged to the outside of the system by the vacuum pump 19 while washing the inside of the C column in the countercurrent direction. purge. Tower A further reduces the pressure while supplying oxygen-rich gas to tower C. The rate of supply of oxygen-rich gas from the A column is controlled by valve 17. Step 5 Valve 1B, 2A, 4C is closed, and valve 1C is newly opened.
is opened and air is supplied from the feed end of the C column. At the same time, valves 2B and 2C are opened, and oxygen-rich gas is supplied from the product end of the B column to the product end of the C column, thereby equalizing the pressure between the B and C columns. (equal pressure). At this time, the outflow rate of the oxygen-rich gas from the B tower is controlled by valves 6B and 6C. On the other hand, valve 3C is closed, valve 4A is opened to reduce the pressure, and tower A is evacuated by vacuum pump 19. Step 6 At the same time as valves 2C and 12B are closed, valve 12C
is opened, and the product gas is sucked and discharged from the C tower by the product suction pump 21. While the C tower sucks and discharges the product gas, air is supplied through the valve 1C, and the pressure inside the tower is gradually increased.
On the other hand, the valve 3A is opened, and oxygen-rich gas is supplied from the product end of the B column to the product end of the A column, and while washing the inside of the A column in the countercurrent direction, it is pumped out of the system by the vacuum pump 19. Purge. The B tower further reduces the pressure while supplying oxygen-rich gas to the A tower. The rate of supply of oxygen-rich gas from the B column is controlled by valve 17. In FIG. 1, 22 indicates the outflow of oxygen-rich gas as a product, and 23 indicates the outflow of separated and removed nitrogen. As can be understood from the above explanation, the above 6
The process is repeated with steps 1 and 2 as one unit and the phase of the relationship between the columns is changed one by one. FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams illustrating these two basic steps (steps 1 and 2). As explained above, in the method of the present invention, all cycles are performed under atmospheric pressure, so it can be carried out using the power of an oxygen suction pump with a capacity of approximately 1/10 of the raw material mixed gas, significantly reducing power costs. became possible. In addition, the pressure inside each tower is
The pressure is constantly changing and never stays at a constant pressure for even a moment. This utilizes the properties of adsorption and desorption rates of nitrogen and oxygen with respect to pressure changes. In other words, when the pressure increases, the adsorption rate of nitrogen is faster than that of oxygen, and when the pressure decreases, the desorption rate of oxygen is faster than that of nitrogen, so that it can be efficiently recovered as product oxygen.Also, it is possible to exchange oxygen between each column. This is to improve the oxygen yield by minimizing the amount of oxygen discharged outside the system, and even if the maximum adsorption pressure is atmospheric pressure and the ultimate vacuum pressure is in a high range, The purpose is to lower the average vacuum pressure as much as possible to reduce power costs. Furthermore, although purging is an essential operation to stably obtain product gas with a high oxygen concentration, it is not necessary to know the absolute amount to control the maximum purge amount; instead, it is necessary to supply oxygen for purging. It can be considered as the amount of pressure drop in the tower (represented by purge Δp). Purge Δp is typically 50-200
Within the mmHg range, determine the purge amount that provides the highest oxygen concentration and recovery rate for each highest grade pressure, ultimate vacuum pressure, and cycle time. The factors that evaluate the efficiency of the oxygen-rich gas production process by pressure fluctuation adsorption are oxygen concentration and recovery rate, but other factors are the amount of adsorbent, such as molecular sieve, per unit time and oxygen production. The ratio to quantity can be mentioned. In the following examples, this factor is used as the bed size factor (BS
F.), and its unit is (Kg・MS)/(t・
O 2 /d) [(Kg・Molecular sieve)/(ton・100% O 2 /day)]. This BSF is
This is a factor related to the quality of the process and the molecular sieve, but it is useful as a factor for process evaluation when molecular sieves of the same quality are used. As is clear from the above unit, it can be said that a process with a small BSF is preferable. Examples Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Example 1 A three-column type adsorbent in which each column has an inner diameter of 81 cm and a height of 2.5 m has a volume of 1.6 mm diameter pellets of molecular sieve 5A as an adsorbent at a rate of 9.2 mm per column.
Kg was used. As an operating condition, the maximum adsorption pressure is −50
mmHg, ultimate vacuum pressure -600mmHg, purge Δp0.1Kg/
cm 2 , and the cycle time was changed for each experiment number, and continuous operation was performed according to the above-mentioned process, and the results shown in Table 1 were obtained. 【table】

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明方法を説明するための系統図で
あり、第2図及び第3図はそれぞれ本発明方法の
工程操作順序を示す模式図である。 A,B,C……吸着塔;1A〜2C,2A〜2
C,3A〜3C,4A〜4C……弁;19……真
空ポンプ;21……製品吸引ポンプ。
FIG. 1 is a system diagram for explaining the method of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing the order of process operations of the method of the present invention, respectively. A, B, C... adsorption tower; 1A~2C, 2A~2
C, 3A to 3C, 4A to 4C... Valve; 19... Vacuum pump; 21... Product suction pump.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 窒素を選択的に吸着する吸着剤の床を充填し
た3個の吸着塔を用い、前記吸着塔に酸素及び窒
素を含む混合ガスを流通させて窒素を吸着除去す
ることにより、富酸素ガスを製造する方法であつ
て、第1の吸着塔において、順次に、 (1) 原料端部から混合ガスを導入し、同時に第2
の吸着塔からの富酸素ガスを製品端部より導入
して、前記第2の吸着塔と均圧化させる工程、 (2) 原料端部から混合ガスを導入して窒素を選択
的に吸着させ、同時に製品端部から富酸素ガス
を吸引、導出しながら、塔内圧力を上昇させる
工程、 (3) 混合ガスの導入を停止し、製品端部から富酸
素ガスを吸引、導出しながら、この富酸素ガス
の一部を第3の吸着塔の製品端部に供給して、
前記第3の吸着塔と均圧化させる工程、 (4) 製品端部から富酸素ガスを導出し、この富酸
素ガスを第2の吸着塔のパージのために前記第
2の吸着塔の製品端に供給する工程、 (5) 原料端部から真空排気する工程、及び (6) 原料端部から真空排気しながら、第3の吸着
塔からの富酸素ガスを製品端部より導入して塔
内をパージする工程、 前記の全工程を大気圧力下で実施し、更にその
間に前記工程サイクルを第2及び第3の吸着塔の
それぞれにおいて位相を変えて実施することを特
徴とする方法。
[Claims] 1. Using three adsorption towers filled with beds of adsorbent that selectively adsorbs nitrogen, and flowing a mixed gas containing oxygen and nitrogen through the adsorption towers to adsorb and remove nitrogen. This is a method for producing oxygen-rich gas by sequentially (1) introducing a mixed gas from the end of the raw material in the first adsorption tower, and simultaneously introducing the mixed gas into the second adsorption tower.
(2) introducing the mixed gas from the raw material end to selectively adsorb nitrogen; (3) The process of increasing the pressure inside the column while simultaneously suctioning and deriving oxygen-rich gas from the end of the product; (3) Stopping the introduction of the mixed gas, and increasing the supplying a portion of the oxygen-rich gas to the product end of the third adsorption column;
a step of equalizing the pressure with the third adsorption tower; (4) deriving oxygen-rich gas from the end of the product and supplying the product of the second adsorption tower with this oxygen-rich gas for purging the second adsorption tower; (5) a step of evacuation from the end of the raw material, and (6) a step of evacuation from the end of the raw material, while introducing oxygen-rich gas from the third adsorption tower from the end of the product to the tower. All of the above steps are carried out under atmospheric pressure, and the process cycle is carried out in different phases in each of the second and third adsorption towers.
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