JPH07222909A - 圧力スイング吸着装置−バルブ作動 - Google Patents
圧力スイング吸着装置−バルブ作動Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 作動器空気が乾燥源から選択的に取り出され
るのを確実にするための手段、及び装置の始動時にも計
器用空気が確実に利用できるようにするための手段を提
供する。 【構成】 溜め４０を介して、圧力スイング吸着装置１
０に対して、作動器空気を、乾燥後にプロセス容器１２
の１つ又はそれ以上から又は直接にシステム圧縮器３２
から提供する。
るのを確実にするための手段、及び装置の始動時にも計
器用空気が確実に利用できるようにするための手段を提
供する。 【構成】 溜め４０を介して、圧力スイング吸着装置１
０に対して、作動器空気を、乾燥後にプロセス容器１２
の１つ又はそれ以上から又は直接にシステム圧縮器３２
から提供する。
Description
【０００１】本発明は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法
によって空気を分離するための装置に関するものであ
り、詳しくは、非限定的な例として、前記装置と関連す
るバルブの作動に関するものである。
によって空気を分離するための装置に関するものであ
り、詳しくは、非限定的な例として、前記装置と関連す
るバルブの作動に関するものである。
【０００２】加圧された窒素ＰＳＡ生成物ガス又は供給
空気を用いて、ＰＳＡ装置のプロセスバルブを作動させ
ることは知られている。ＰＳＡプラントに付属している
通常の専用圧縮機からＰＳＡプラントに供給される供給
空気は、一般的に、オイルと水で飽和しており、あるい
は又はオイルレス圧縮機を用いている場合は、少なくと
も水で飽和している。生成物窒素は、しばしば、飽和供
給と関連して起こる問題を防止するために、初始動後
に、作動器ガスとして用いられる。
空気を用いて、ＰＳＡ装置のプロセスバルブを作動させ
ることは知られている。ＰＳＡプラントに付属している
通常の専用圧縮機からＰＳＡプラントに供給される供給
空気は、一般的に、オイルと水で飽和しており、あるい
は又はオイルレス圧縮機を用いている場合は、少なくと
も水で飽和している。生成物窒素は、しばしば、飽和供
給と関連して起こる問題を防止するために、初始動後
に、作動器ガスとして用いられる。
【０００３】上記配置によって、計器用空気（instrume
nt air）の分離供給を提供するコストが減少するか、又
は離れている工場から空気の供給を得る必要性が低下す
る。しかしながら、これら２つの別法は、余分なコスト
が掛かり、プラントの欠陥を招く可能性を増大させる。
nt air）の分離供給を提供するコストが減少するか、又
は離れている工場から空気の供給を得る必要性が低下す
る。しかしながら、これら２つの別法は、余分なコスト
が掛かり、プラントの欠陥を招く可能性を増大させる。
【０００４】酸素ＰＳＡシステムにおいては、飽和ガス
の固有の問題を有するフィードエア供給（feed air sup
ply）を用いることができるが、安全性を考慮して、乾
燥生成物ガスを用いることはできない。
の固有の問題を有するフィードエア供給（feed air sup
ply）を用いることができるが、安全性を考慮して、乾
燥生成物ガスを用いることはできない。
【０００５】プロセスバルブに対して、及び上記配置と
関連して起こる問題を少なくするか、おそらくは排除す
るＰＳＡ装置の計器装備（instrumentation）に対し
て、作動器ガスの源を提供することは、本発明の目的で
ある。また、本発明は、窒素ＰＳＡシステムと共に用い
ることもでき、生成物ガスを節約することができる。大
規模なプラントでは全く無意味であるが、小規模のプラ
ントではかなり大きな意味を有する。
関連して起こる問題を少なくするか、おそらくは排除す
るＰＳＡ装置の計器装備（instrumentation）に対し
て、作動器ガスの源を提供することは、本発明の目的で
ある。また、本発明は、窒素ＰＳＡシステムと共に用い
ることもでき、生成物ガスを節約することができる。大
規模なプラントでは全く無意味であるが、小規模のプラ
ントではかなり大きな意味を有する。
【０００６】したがって、本発明は、第一吸湿材料と第
二ガス吸着材料とを流れに沿って有し且つ入口と出口と
を有する１つ又はそれ以上の圧力容器と、該容器（複数
又は単数）を通してのガスの流れを制御するための少な
くとも１つのガスによって作動する作動器とを含み、更
に、該吸湿材料の少なくとも一部分の中に空気を通過さ
せた後、しかし、該第二ガス吸着材料の主体の中を通過
させる前に、該圧力容器を通過する該空気の一部分を受
容するための溜めも提供されており、該空気を該溜めか
ら少なくとも１つのガスによって作動する作動器へと移
動させるための手段が提供されている、圧力スイング吸
着法によって空気を分離するための装置を提供する。
二ガス吸着材料とを流れに沿って有し且つ入口と出口と
を有する１つ又はそれ以上の圧力容器と、該容器（複数
又は単数）を通してのガスの流れを制御するための少な
くとも１つのガスによって作動する作動器とを含み、更
に、該吸湿材料の少なくとも一部分の中に空気を通過さ
せた後、しかし、該第二ガス吸着材料の主体の中を通過
させる前に、該圧力容器を通過する該空気の一部分を受
容するための溜めも提供されており、該空気を該溜めか
ら少なくとも１つのガスによって作動する作動器へと移
動させるための手段が提供されている、圧力スイング吸
着法によって空気を分離するための装置を提供する。
【０００７】好ましくは、指向手段は、パイプ、及び乾
燥空気が圧力容器中に逆流して漏れるのを防止する逆止
めバルブを含む。
燥空気が圧力容器中に逆流して漏れるのを防止する逆止
めバルブを含む。
【０００８】便利には、指向手段は、更に、作動バルブ
を含む。
を含む。
【０００９】有利には、上記装置は、２つ又はそれ以上
の圧力容器と、各容器から乾燥空気を取り出してそれら
の間の圧力の不均衡を防止する手段とを含む。
の圧力容器と、各容器から乾燥空気を取り出してそれら
の間の圧力の不均衡を防止する手段とを含む。
【００１０】該装置は、更に、溜めに対して直接に周囲
空気を供給するための湿潤空気供給手段を含むこともで
きる。
空気を供給するための湿潤空気供給手段を含むこともで
きる。
【００１１】有利には、該装置は、更に、該１つ又はそ
れ以上の容器から利用できる供給が予定圧力未満である
ときにはいつでも、該溜めに対して、圧縮された乾燥周
囲空気を指向するための第一制御手段をも含む。
れ以上の容器から利用できる供給が予定圧力未満である
ときにはいつでも、該溜めに対して、圧縮された乾燥周
囲空気を指向するための第一制御手段をも含む。
【００１２】便利には、第一制御手段は、圧力スイッチ
を含む。
を含む。
【００１３】特に有利な配置では、該装置は、更に、吸
着サイクルの終わりに又は終わり近くにおいて、該１つ
又はそれ以上の圧力容器からの乾燥空気の取り出しを開
始させるための第二制御手段も含む。
着サイクルの終わりに又は終わり近くにおいて、該１つ
又はそれ以上の圧力容器からの乾燥空気の取り出しを開
始させるための第二制御手段も含む。
【００１４】第一吸湿材料としては、アルミナ又はゼオ
ライト又はシリカゲル又は同様な乾燥材料又はそれらの
組合わせが挙げられる。
ライト又はシリカゲル又は同様な乾燥材料又はそれらの
組合わせが挙げられる。
【００１５】以下、本発明の特徴を取り入れているＰＳ
Ａ装置を図示している添付の図１を参照しながら、実施
例を一例として掲げて、本発明を更に詳細に説明する。
Ａ装置を図示している添付の図１を参照しながら、実施
例を一例として掲げて、本発明を更に詳細に説明する。
【００１６】図面参照。ＰＳＡ装置１０は、湿潤周囲空
気を受容するための入口１４及び生成物ガスが通る出口
１６を備えている、１つ又はそれ以上の圧力容器１２を
含む。容器１２のそれぞれは、例えばアルミナ、ゼオラ
イト又はそれらの組合わせを含む吸湿材料１８、及び入
り空気の１つ又はそれ以上の望ましくない要素を吸着す
るためのガス吸着材料２０を、流れに沿って含む。ガス
吸着材料は、ゼオライト又は多数の適当な材料のいずれ
かを含むことができる。各容器１２は、該容器中に入っ
てくる空気の流れと、それらから出てくる生成物ガスＰ
Gを制御するための、入口バルブ２２ａ，２２ｂ及び出
口バルブ２４ａ，２４ｂを備えている。追加のバルブ２
６ａ，２６ｂによって、各容器１２の入口末端は、脱着
中に容器の内容物を排気するために接続されている。補
助出口バルブ３０は、装置から取り出される生成物ガス
を妨げる働きをし、且つバルブ２４ａ，２４ｂと共に、
脱着中に、生成物ガスの一部を１つの容器から他の容器
へと流す働きをする。ここまでは；装置１０は、完全に
従来の形態である。２床ＰＳＡ装置の運転は当業におい
て良く知られているので、ここでは詳しく説明しない
が、本発明の長所を完全に発揮させるために、それらの
運転に関する簡単な指針を以下に示す。
気を受容するための入口１４及び生成物ガスが通る出口
１６を備えている、１つ又はそれ以上の圧力容器１２を
含む。容器１２のそれぞれは、例えばアルミナ、ゼオラ
イト又はそれらの組合わせを含む吸湿材料１８、及び入
り空気の１つ又はそれ以上の望ましくない要素を吸着す
るためのガス吸着材料２０を、流れに沿って含む。ガス
吸着材料は、ゼオライト又は多数の適当な材料のいずれ
かを含むことができる。各容器１２は、該容器中に入っ
てくる空気の流れと、それらから出てくる生成物ガスＰ
Gを制御するための、入口バルブ２２ａ，２２ｂ及び出
口バルブ２４ａ，２４ｂを備えている。追加のバルブ２
６ａ，２６ｂによって、各容器１２の入口末端は、脱着
中に容器の内容物を排気するために接続されている。補
助出口バルブ３０は、装置から取り出される生成物ガス
を妨げる働きをし、且つバルブ２４ａ，２４ｂと共に、
脱着中に、生成物ガスの一部を１つの容器から他の容器
へと流す働きをする。ここまでは；装置１０は、完全に
従来の形態である。２床ＰＳＡ装置の運転は当業におい
て良く知られているので、ここでは詳しく説明しない
が、本発明の長所を完全に発揮させるために、それらの
運転に関する簡単な指針を以下に示す。
【００１７】運転の際には、空気を、圧縮器３２によっ
て圧縮し、容器１２の１つ又はその他に指向して、空気
中にある水蒸気及び任意の望ましくない要素を、それぞ
れ吸着材１８及び２０の吸着性によって除去する。吸着
サイクルの終わりに、生成物ガスＰGは、バルブ３０を
通って容器１２から出て行く。飽和した吸着材は、第二
容器からの生成物ガスの一部を用いて第一容器をパージ
することによって、脱着と、ベント２８を介する吸着さ
れた要素の大気中への放出とを容易にする脱着工程の間
に、再生される。バルブ２２，２４，２６及び３０は、
吸着／脱着プロセスを容易にする必要がある場合に作動
させる。
て圧縮し、容器１２の１つ又はその他に指向して、空気
中にある水蒸気及び任意の望ましくない要素を、それぞ
れ吸着材１８及び２０の吸着性によって除去する。吸着
サイクルの終わりに、生成物ガスＰGは、バルブ３０を
通って容器１２から出て行く。飽和した吸着材は、第二
容器からの生成物ガスの一部を用いて第一容器をパージ
することによって、脱着と、ベント２８を介する吸着さ
れた要素の大気中への放出とを容易にする脱着工程の間
に、再生される。バルブ２２，２４，２６及び３０は、
吸着／脱着プロセスを容易にする必要がある場合に作動
させる。
【００１８】通常状態下では、上記した様々なバルブ
は、関連された作動器Ａ１ − Ａ７によって動作させ
る。前記作動器のそれぞれは、湿潤圧縮空気又は加圧生
成物ガスによって作動させる。これらの加圧ガス源のい
ずれかを用いた場合の短所は明らかである。即ち、湿潤
空気を利用すると腐食が起こって作動器が損傷し、生成
物ガスを利用する場合は、ある種の環境下では危険であ
る。
は、関連された作動器Ａ１ − Ａ７によって動作させ
る。前記作動器のそれぞれは、湿潤圧縮空気又は加圧生
成物ガスによって作動させる。これらの加圧ガス源のい
ずれかを用いた場合の短所は明らかである。即ち、湿潤
空気を利用すると腐食が起こって作動器が損傷し、生成
物ガスを利用する場合は、ある種の環境下では危険であ
る。
【００１９】本発明によって、不揮発性で比較的低い含
水率の加圧された作動器ガスの源を提供することによっ
て、上述した配置と関連して起こる問題は軽減される
か、おそらくは排除される。
水率の加圧された作動器ガスの源を提供することによっ
て、上述した配置と関連して起こる問題は軽減される
か、おそらくは排除される。
【００２０】本発明の特徴は、該吸湿材１８の少なくと
も一部の中に通した後、しかしながら、第二ガス吸着材
２０の主体中に通す前に、１つ又はその他の又は両方の
圧力容器１２を通過してくる空気の一部を受容するため
の溜め４０を含む。必要なときに、溜め４０へと乾燥空
気を指向するために、パイプ４４形態及び逆止バルブ４
６形態の指向手段４２が提供されている。空気を乾燥さ
せた後、容器１２（単数又は複数）から空気を取り出す
ために、第一吸着材１８の内側のポイントに対応する位
置又はこの位置の中間にある、及び第二ガス吸着材２０
の主体の少し内側の位置にある、１つ又はその他の又は
両方の圧力容器１２の側面にタッピングポイント（tapp
ing point）が提供されている。安全のために、及び脱
着工程中に乾燥空気が逆流してプロセス容器１２の中に
漏れないようにするために、電磁式タイプの作動器バル
ブ５０ａｂを、逆止バルブ４６ａｂの下流に提供するこ
とができる。
も一部の中に通した後、しかしながら、第二ガス吸着材
２０の主体中に通す前に、１つ又はその他の又は両方の
圧力容器１２を通過してくる空気の一部を受容するため
の溜め４０を含む。必要なときに、溜め４０へと乾燥空
気を指向するために、パイプ４４形態及び逆止バルブ４
６形態の指向手段４２が提供されている。空気を乾燥さ
せた後、容器１２（単数又は複数）から空気を取り出す
ために、第一吸着材１８の内側のポイントに対応する位
置又はこの位置の中間にある、及び第二ガス吸着材２０
の主体の少し内側の位置にある、１つ又はその他の又は
両方の圧力容器１２の側面にタッピングポイント（tapp
ing point）が提供されている。安全のために、及び脱
着工程中に乾燥空気が逆流してプロセス容器１２の中に
漏れないようにするために、電磁式タイプの作動器バル
ブ５０ａｂを、逆止バルブ４６ａｂの下流に提供するこ
とができる。
【００２１】圧縮空気の追加の源を圧縮機３２から直接
提供することができる。この未乾燥空気を送出する手段
は、パイプ５２、逆止バルブ５４、及び一般的に電磁式
タイプの任意の作動器バルブ５６を含む。圧力スイッチ
５８形態の第一制御手段を提供して、乾燥空気が供給さ
れない場合にはいつでも、圧縮されてはいるが未乾燥の
空気を溜め４０に対して確実に提供することができる。
提供することができる。この未乾燥空気を送出する手段
は、パイプ５２、逆止バルブ５４、及び一般的に電磁式
タイプの任意の作動器バルブ５６を含む。圧力スイッチ
５８形態の第一制御手段を提供して、乾燥空気が供給さ
れない場合にはいつでも、圧縮されてはいるが未乾燥の
空気を溜め４０に対して確実に提供することができる。
【００２２】又、所望のときに、作動器Ａ１ − Ａ７及
びバルブＳＯＶ−１からＳＯＶ−３までを作動させるた
めに接続されている第二制御手段６０も図１に示されて
いる。
びバルブＳＯＶ−１からＳＯＶ−３までを作動させるた
めに接続されている第二制御手段６０も図１に示されて
いる。
【００２３】本発明の運転は、比較的単純であり、バル
ブ５０ａ，５０ｂ及び５６を一定時間で作動させること
を含む。サイクルの吸着部分において容器１２の１つ又
はその他が運転されているときにはいつでも、加圧され
た乾燥空気が、タッピング４８（ａ又はｂ）から取り出
され、逆止バルブ４６（ａ又はｂ）及び開放バルブ５０
（ａ又はｂ）を介して溜め４０へと指向される。好まし
くは、バルブ５０は、製造時における容器中の圧力と、
溜め空気の圧力とがほぼ等しいときに、脱着サイクルの
最後の部分の中にのみ開放するように作動させる。それ
によって、逆止バルブ４６ａｂが漏れている場合に、ガ
ス流が、緩衝器（buffer）を通り越して容器へと戻るこ
とが防止される。又、サイクルをこの時点で利用するこ
とによって、用いられるガスが、できる限り空気に近く
且つ乾燥している、ことが保証される。一般的に露点は
−５°− −４０°であり、該露点はタッピングの位置
及びタイミングに左右される。
ブ５０ａ，５０ｂ及び５６を一定時間で作動させること
を含む。サイクルの吸着部分において容器１２の１つ又
はその他が運転されているときにはいつでも、加圧され
た乾燥空気が、タッピング４８（ａ又はｂ）から取り出
され、逆止バルブ４６（ａ又はｂ）及び開放バルブ５０
（ａ又はｂ）を介して溜め４０へと指向される。好まし
くは、バルブ５０は、製造時における容器中の圧力と、
溜め空気の圧力とがほぼ等しいときに、脱着サイクルの
最後の部分の中にのみ開放するように作動させる。それ
によって、逆止バルブ４６ａｂが漏れている場合に、ガ
ス流が、緩衝器（buffer）を通り越して容器へと戻るこ
とが防止される。又、サイクルをこの時点で利用するこ
とによって、用いられるガスが、できる限り空気に近く
且つ乾燥している、ことが保証される。一般的に露点は
−５°− −４０°であり、該露点はタッピングの位置
及びタイミングに左右される。
【００２４】始動中に、溜めの中に加圧ガスがほとんど
ないか又はまったくないときには、湿潤空気が、電磁式
作動バルブ５６を介して、圧縮器３２から直接提供され
る。この湿潤空気を用いてプラントの始動を開始させる
が、まもなく、容器１２の１つ又はその他からの乾燥空
気によって取って代わられる。便利には、圧力スイッチ
６０は、容器１２から利用できる供給圧力が不十分なと
きにのみ、空気が直接に圧縮器３２から取り出されるの
を確実にするための第一制御手段として働く。
ないか又はまったくないときには、湿潤空気が、電磁式
作動バルブ５６を介して、圧縮器３２から直接提供され
る。この湿潤空気を用いてプラントの始動を開始させる
が、まもなく、容器１２の１つ又はその他からの乾燥空
気によって取って代わられる。便利には、圧力スイッチ
６０は、容器１２から利用できる供給圧力が不十分なと
きにのみ、空気が直接に圧縮器３２から取り出されるの
を確実にするための第一制御手段として働く。
【００２５】別法として、始動時にのみ作動するように
バルブ５６を制御することができる。
バルブ５６を制御することができる。
【００２６】始動中に、溜め４０に移送される水分は、
乾燥プロセス供給によって迅速に除去される、ことに注
目すべきである。プロセス供給は、一般的に、空気±
０．５％Ｏ2変動である。前記の変動は、許容可能な安
全限界を超える酸素含有率の増大を招く装置の３つ以上
の不良が原因となって起こると考えられるが、それは非
常に短い時間の間だけ起こる。したがって、システム
は、本質的に安全である。
乾燥プロセス供給によって迅速に除去される、ことに注
目すべきである。プロセス供給は、一般的に、空気±
０．５％Ｏ2変動である。前記の変動は、許容可能な安
全限界を超える酸素含有率の増大を招く装置の３つ以上
の不良が原因となって起こると考えられるが、それは非
常に短い時間の間だけ起こる。したがって、システム
は、本質的に安全である。
【００２７】溜め４０からの空気は、ライン６２を介し
て、作動器Ａ１ − Ａ７及び他のシステム作動器に対し
て供給される。すべての作動器及びバルブに接続された
第二制御システム６４は、溜めに対する空気流の制御を
開始するために備えられている。前記の制御は、一定の
時刻に作動するように、即ち運転サイクルにおける特定
のポイントで各バルブが作動するように提供することが
できるか、又は圧力を感知して、即ち装置の様々な部分
において発生する圧力に従って、様々なバルブが作動す
るように少なくとも部分的に提供することができる。
て、作動器Ａ１ − Ａ７及び他のシステム作動器に対し
て供給される。すべての作動器及びバルブに接続された
第二制御システム６４は、溜めに対する空気流の制御を
開始するために備えられている。前記の制御は、一定の
時刻に作動するように、即ち運転サイクルにおける特定
のポイントで各バルブが作動するように提供することが
できるか、又は圧力を感知して、即ち装置の様々な部分
において発生する圧力に従って、様々なバルブが作動す
るように少なくとも部分的に提供することができる。
【００２８】上述のシステムは、アルミナ／ゼオライト
界面の周囲から発生するプロセスガスを除去するが、ゼ
オライトだけを組み込んでいるシステムにおいて又は同
様のガス分離媒体を組み込んでいるシステムにおいても
同様に申し分なく機能する。ベッドの第一部分は、ガス
乾燥層として働く。
界面の周囲から発生するプロセスガスを除去するが、ゼ
オライトだけを組み込んでいるシステムにおいて又は同
様のガス分離媒体を組み込んでいるシステムにおいても
同様に申し分なく機能する。ベッドの第一部分は、ガス
乾燥層として働く。
【図１】本発明の特徴を取り入れているＰＳＡ装置の説
明図である。
明図である。
Claims (10)
- 【請求項１】 第一吸湿材料と第二ガス吸着材料とを流
れに沿って有し且つ入口と出口とを有する１つ又はそれ
以上の圧力容器と、該容器（複数又は単数）を通しての
ガスの流れを制御するための少なくとも１つのガスによ
って作動する作動器とを含み、更に、該吸湿材料の少な
くとも一部分の中に空気を通過させた後、しかし、該第
二ガス吸着材料の主体の中を通過させる前に、該圧力容
器を通過する該空気の一部分を受容するための溜めも提
供されており、該空気を該溜めから少なくとも１つのガ
スによって作動する作動器へと移動させるための手段が
提供されている、圧力スイング吸着法によって空気を分
離するための装置。 - 【請求項２】 該指向手段が、パイプと、乾燥空気が圧
力容器の中へと逆流して漏れるのを防止するための逆止
バルブとを含む請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 該指向手段が、更に作動バルブも含む請
求項２記載の装置。 - 【請求項４】 ２つ又はそれ以上の圧力容器と、各容器
から乾燥空気を取り出して、それらの間の圧力不均衡を
防止するための手段を含む請求項１ − ３のいずれかに
記載の装置。 - 【請求項５】 該溜めに対して直接に周囲空気を供給す
るための湿潤空気供給手段を更に含む請求項１ − ４の
いずれかに記載の装置。 - 【請求項６】 該１つ又はそれ以上の容器から利用する
ことができる供給が予定圧力未満であるときにはいつで
も該溜めに対して圧縮された未乾燥周囲空気を指向する
ための第一制御手段を更に含む請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 該第一制御手段が、圧力スイッチを含む
請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 吸着サイクルの終わりに又は終わり近く
において、該１つ又はそれ以上の圧力容器からの乾燥空
気の取り出しを開始させるための第二制御手段を含む請
求項１ − ７のいずれかに記載の装置。 - 【請求項９】 該第一吸湿材料が、アルミナ又はゼオラ
イト又は他の水分除去材料又はそれらの組合わせを含む
請求項１ − ８のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１０】 添付の図１を参照しながら本明細書で
実質的に説明され、且つ前記図１に実質的に図示されて
いる装置。
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