JPH07251023A - ガスを分離する方法およびその装置 - Google Patents
ガスを分離する方法およびその装置Info
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- JPH07251023A JPH07251023A JP6072562A JP7256294A JPH07251023A JP H07251023 A JPH07251023 A JP H07251023A JP 6072562 A JP6072562 A JP 6072562A JP 7256294 A JP7256294 A JP 7256294A JP H07251023 A JPH07251023 A JP H07251023A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】吸着剤床において易吸着性ガスと難吸着性ガス
からなる原料ガスから易吸着性ガスを吸着除去し難吸着
性ガスを製品として分離するＰＳＡ法によるガスの分離
方法において、吸着剤床の原料ガス供給側に脱湿剤床を
備えると共に該吸着剤床と該脱湿剤床との間または脱湿
剤床の内部に加熱器を設置したガス分離装置を用いて、
吸着時には脱湿剤床を通過して吸着剤床に流入する該原
料ガスを加熱することにより吸着剤床の原料ガス流入部
に生じる低温部を昇温させ、かつ脱着時には吸着剤床を
通過し脱湿剤床に流入する脱着ガスを加熱昇温すること
を特徴とするガスの分離方法、並びにその装置。 【効果】本発明によれば、ガス分離能力が向上し、熱エ
ネルギーが節減でき、脱湿剤の湿分除去能力および再生
効果が高められ、これらにより脱湿剤の充填量を従来の
７０％以下に減らすことができる。
からなる原料ガスから易吸着性ガスを吸着除去し難吸着
性ガスを製品として分離するＰＳＡ法によるガスの分離
方法において、吸着剤床の原料ガス供給側に脱湿剤床を
備えると共に該吸着剤床と該脱湿剤床との間または脱湿
剤床の内部に加熱器を設置したガス分離装置を用いて、
吸着時には脱湿剤床を通過して吸着剤床に流入する該原
料ガスを加熱することにより吸着剤床の原料ガス流入部
に生じる低温部を昇温させ、かつ脱着時には吸着剤床を
通過し脱湿剤床に流入する脱着ガスを加熱昇温すること
を特徴とするガスの分離方法、並びにその装置。 【効果】本発明によれば、ガス分離能力が向上し、熱エ
ネルギーが節減でき、脱湿剤の湿分除去能力および再生
効果が高められ、これらにより脱湿剤の充填量を従来の
７０％以下に減らすことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力スウィング吸着法
（ＰＳＡ法）を用いて、混合ガスから難吸着性ガスを製
品として取得する改善されたガスの分離方法およびその
装置に関する。より詳しくは、空気を原料とし、窒素ガ
ス、炭酸ガス、湿分等を吸着除去して酸素ガスを精製分
離する改善されたＰＳＡ法およびその装置に関する。得
られた酸素ガスは、製鋼用電炉、パルプ漂白、廃水処
理、支燃用等に利用される。
（ＰＳＡ法）を用いて、混合ガスから難吸着性ガスを製
品として取得する改善されたガスの分離方法およびその
装置に関する。より詳しくは、空気を原料とし、窒素ガ
ス、炭酸ガス、湿分等を吸着除去して酸素ガスを精製分
離する改善されたＰＳＡ法およびその装置に関する。得
られた酸素ガスは、製鋼用電炉、パルプ漂白、廃水処
理、支燃用等に利用される。
【０００２】
【従来の技術】圧力スウィング吸着方式（ＰＳＡ法）を
用いて、易吸着性ガスと難吸着性ガスからなる混合ガス
から難吸着性ガスを製品として取り出すガスの分離方法
は、従来よりよく知られており、この方法を用いて既に
多くの種類のガスが精製分離されている。ところが、湿
分を含んだ原料ガスをＰＳＡ法で分離する場合、湿分は
吸着剤に容易に吸着するが脱着されにくいため、吸着剤
の有効な吸着容量が低下し、またこうした状態で使用し
続けると吸着剤が劣化し、ガス分離能力が低下する。そ
のため通常は、脱湿剤と吸着剤とを積層した態様が好適
に用いられ、原料ガスを吸着剤床に供給する前に脱湿剤
床を通して湿分を除去する。しかし、このように脱湿剤
床と吸着剤床とを併せもつＰＳＡ装置において、吸着剤
床に生じる温度分布によってガスの分離能力が低下する
ことが最近問題となってきている。
用いて、易吸着性ガスと難吸着性ガスからなる混合ガス
から難吸着性ガスを製品として取り出すガスの分離方法
は、従来よりよく知られており、この方法を用いて既に
多くの種類のガスが精製分離されている。ところが、湿
分を含んだ原料ガスをＰＳＡ法で分離する場合、湿分は
吸着剤に容易に吸着するが脱着されにくいため、吸着剤
の有効な吸着容量が低下し、またこうした状態で使用し
続けると吸着剤が劣化し、ガス分離能力が低下する。そ
のため通常は、脱湿剤と吸着剤とを積層した態様が好適
に用いられ、原料ガスを吸着剤床に供給する前に脱湿剤
床を通して湿分を除去する。しかし、このように脱湿剤
床と吸着剤床とを併せもつＰＳＡ装置において、吸着剤
床に生じる温度分布によってガスの分離能力が低下する
ことが最近問題となってきている。
【０００３】以下、アルミナを主成分とする脱湿剤を充
填した脱湿剤床の上部にゼオライトモレキュラーシーブ
を積層充填した吸着剤床をもつ吸着塔を備えたＰＳＡ装
置に、空気を原料ガスとして導入し、窒素ガスを吸着除
去し酸素ガスを製品とする実施態様を例にとって説明す
る。
填した脱湿剤床の上部にゼオライトモレキュラーシーブ
を積層充填した吸着剤床をもつ吸着塔を備えたＰＳＡ装
置に、空気を原料ガスとして導入し、窒素ガスを吸着除
去し酸素ガスを製品とする実施態様を例にとって説明す
る。
【０００４】この場合、吸着工程ではゼオライトモレキ
ュラーシーブの細孔内には窒素ガスが優先的に吸着し、
吸着ガス１リットルあたり約０．２ｋｃａｌの吸着熱が
発生して吸着剤床の温度は上昇する。発生した熱はガス
流に伴って吸着剤床出口側に向かって移動し、その一部
は製品ガスに伴って塔外に排出される。そのため、吸着
剤床各部の温度は一様ではなく、吸着剤床の下部は上部
よりも低い温度となる。
ュラーシーブの細孔内には窒素ガスが優先的に吸着し、
吸着ガス１リットルあたり約０．２ｋｃａｌの吸着熱が
発生して吸着剤床の温度は上昇する。発生した熱はガス
流に伴って吸着剤床出口側に向かって移動し、その一部
は製品ガスに伴って塔外に排出される。そのため、吸着
剤床各部の温度は一様ではなく、吸着剤床の下部は上部
よりも低い温度となる。
【０００５】つぎに、脱着工程では吸着剤を再生するた
めに吸着塔を吸着時よりも減圧して窒素ガスを脱着させ
るが、このとき吸熱現象によって吸着剤床の温度は各部
分ともほぼ一様に低下する。吸着による総発熱量と脱着
による総吸熱量とは等しいが、吸着による発熱分は前記
のように製品ガスの流れに伴って一部塔外へ排出される
ため、吸着塔内の熱収支としてはその分だけ吸熱量が上
回り、塔の温度は徐々に低下する。しかし一方、塔壁か
らの伝熱による外部からの熱侵入および吸着剤床の温度
低下により脱着量も減少するため吸熱量もまた減少し、
吸着塔の温度はしだいに一定値に近づいていく。
めに吸着塔を吸着時よりも減圧して窒素ガスを脱着させ
るが、このとき吸熱現象によって吸着剤床の温度は各部
分ともほぼ一様に低下する。吸着による総発熱量と脱着
による総吸熱量とは等しいが、吸着による発熱分は前記
のように製品ガスの流れに伴って一部塔外へ排出される
ため、吸着塔内の熱収支としてはその分だけ吸熱量が上
回り、塔の温度は徐々に低下する。しかし一方、塔壁か
らの伝熱による外部からの熱侵入および吸着剤床の温度
低下により脱着量も減少するため吸熱量もまた減少し、
吸着塔の温度はしだいに一定値に近づいていく。
【０００６】このようにして吸着剤床には温度勾配が形
成されていき、いわゆるホットスポット、コールドスポ
ットが生じる。例えば原料空気を３０℃程度にして吸着
塔に供給したときでは、平衡時の吸着剤床上部には３５
℃程度のホットスポット、吸着剤床下部には−１０℃以
下のコールドスポットが生じる。吸着剤床下部の温度が
これほどまで低下すると、装置のガス分離能力も低下を
来す。
成されていき、いわゆるホットスポット、コールドスポ
ットが生じる。例えば原料空気を３０℃程度にして吸着
塔に供給したときでは、平衡時の吸着剤床上部には３５
℃程度のホットスポット、吸着剤床下部には−１０℃以
下のコールドスポットが生じる。吸着剤床下部の温度が
これほどまで低下すると、装置のガス分離能力も低下を
来す。
【０００７】即ち、ゼオライトモレキュラーシーブが優
れた性能を発揮する温度範囲は、その種類により異なる
が、通常１０℃〜６０℃の範囲での分離効率が最も高
い。したがって、上記のように３５℃になったホットス
ポットではガスの分離効率が向上するが、−１０℃以下
となったコールドスポットでは、ガスの吸着能そのもの
は向上するものの脱着が困難となるため、易吸着性ガス
である窒素ガスが吸着剤細孔内に蓄積して有効な吸着容
量が低下し、その影響で装置の窒素ガスと酸素ガスの分
離効率が低下するという不都合が生じる。
れた性能を発揮する温度範囲は、その種類により異なる
が、通常１０℃〜６０℃の範囲での分離効率が最も高
い。したがって、上記のように３５℃になったホットス
ポットではガスの分離効率が向上するが、−１０℃以下
となったコールドスポットでは、ガスの吸着能そのもの
は向上するものの脱着が困難となるため、易吸着性ガス
である窒素ガスが吸着剤細孔内に蓄積して有効な吸着容
量が低下し、その影響で装置の窒素ガスと酸素ガスの分
離効率が低下するという不都合が生じる。
【０００８】こうした温度勾配の程度は、吸着された窒
素ガス量、吸着塔のサイズ等の影響を受け、例えば用い
た吸着剤の吸着能が大きいほど、また吸着塔が大きいほ
ど温度勾配は強く現れる。このため、近年装置の大型
化、吸着剤の高性能化が図られるにつれ、従前以上にこ
の問題が顕在化してきた。
素ガス量、吸着塔のサイズ等の影響を受け、例えば用い
た吸着剤の吸着能が大きいほど、また吸着塔が大きいほ
ど温度勾配は強く現れる。このため、近年装置の大型
化、吸着剤の高性能化が図られるにつれ、従前以上にこ
の問題が顕在化してきた。
【０００９】こうした問題を解決するため、吸着剤床の
原料ガス流入部に生じるコールドスポットの温度を上昇
させる方法がいくつか提案されている。例えば、以下の
方法が挙げられる。 （１）吸着塔内で上部に吸着剤、下部に脱湿剤を積層
し、吸着剤上部のホットスポットと下部のコールドスポ
ットにそれぞれ熱電対を挿入し、この二つを直列に接続
することによって温度差から生じる熱起電力を利用して
脱湿剤床入口部に設置された電熱ヒーターで混合ガスを
加熱する方法（特開平４−３２２７１４号公報）。 （２）吸着塔の軸方向（ガス流れ方向）を金属板で区切
り、吸着剤床出口部の熱を熱伝導により下方（原料ガス
入口側）に移動させる方法。 （３）ヒートポンプで他の吸着塔との熱交換を行う方
法。 しかしながら、いずれも十分な効果が得られるものでは
なく実用化には至っていない。
原料ガス流入部に生じるコールドスポットの温度を上昇
させる方法がいくつか提案されている。例えば、以下の
方法が挙げられる。 （１）吸着塔内で上部に吸着剤、下部に脱湿剤を積層
し、吸着剤上部のホットスポットと下部のコールドスポ
ットにそれぞれ熱電対を挿入し、この二つを直列に接続
することによって温度差から生じる熱起電力を利用して
脱湿剤床入口部に設置された電熱ヒーターで混合ガスを
加熱する方法（特開平４−３２２７１４号公報）。 （２）吸着塔の軸方向（ガス流れ方向）を金属板で区切
り、吸着剤床出口部の熱を熱伝導により下方（原料ガス
入口側）に移動させる方法。 （３）ヒートポンプで他の吸着塔との熱交換を行う方
法。 しかしながら、いずれも十分な効果が得られるものでは
なく実用化には至っていない。
【００１０】そのため、脱湿剤床に導入する混合ガスを
熱交換器や電熱ヒーター等の熱源を用いて強制的に加熱
する方法が一般的に採用されている。しかしこの方法で
は、吸着工程においては、加熱された混合ガスが吸着剤
床の低温部に到達する前に、冷たい脱湿剤床を通過して
冷却されるため該低温部を十分昇温させることができな
い。さらに、加熱された混合ガスにより脱湿剤の温度も
同時に上昇し、本来の吸湿効果が損なわれるという欠点
があり、極端な場合には、原料ガス中の湿分が脱湿剤床
で十分に吸着されずに上部の吸着剤床まで到達し、吸着
剤のガス分離能力を低下させてしまうこともある。また
脱着工程においては、加熱下で再生を行う脱湿剤床に脱
着時の吸熱により温度が低下したガスが導入され冷却さ
れるため、再生効率も良くないという欠点がある。
熱交換器や電熱ヒーター等の熱源を用いて強制的に加熱
する方法が一般的に採用されている。しかしこの方法で
は、吸着工程においては、加熱された混合ガスが吸着剤
床の低温部に到達する前に、冷たい脱湿剤床を通過して
冷却されるため該低温部を十分昇温させることができな
い。さらに、加熱された混合ガスにより脱湿剤の温度も
同時に上昇し、本来の吸湿効果が損なわれるという欠点
があり、極端な場合には、原料ガス中の湿分が脱湿剤床
で十分に吸着されずに上部の吸着剤床まで到達し、吸着
剤のガス分離能力を低下させてしまうこともある。また
脱着工程においては、加熱下で再生を行う脱湿剤床に脱
着時の吸熱により温度が低下したガスが導入され冷却さ
れるため、再生効率も良くないという欠点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、吸着
剤床の下部に形成されるコールドスポットを昇温させる
と共に脱着時の脱湿剤床の温度を高く保つことにより、
ガスの分離効率と脱湿剤の再生効率を高めることのでき
るガスの分離方法を提供することにある。本発明の他の
目的は、前記のガスの分離方法に適したガスの分離装置
を提供することにある。
剤床の下部に形成されるコールドスポットを昇温させる
と共に脱着時の脱湿剤床の温度を高く保つことにより、
ガスの分離効率と脱湿剤の再生効率を高めることのでき
るガスの分離方法を提供することにある。本発明の他の
目的は、前記のガスの分離方法に適したガスの分離装置
を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では次の技術的手段を採用する。即ち、本
発明の要旨は、（１）吸着剤床において易吸着性ガスと
難吸着性ガスからなる原料ガスから易吸着性ガスを吸着
除去し難吸着性ガスを製品として分離するＰＳＡ法によ
るガスの分離方法において、吸着剤床の原料ガス供給側
に脱湿剤床を備えると共に該吸着剤床と該脱湿剤床との
間に加熱器を設置したガス分離装置を用いて、吸着時に
は脱湿剤床を通過して吸着剤床に流入する該原料ガスを
加熱することにより吸着剤床の原料ガス流入部に生じる
低温部を昇温させ、かつ脱着時には吸着剤床を通過し脱
湿剤床に流入する脱着ガスを加熱昇温することを特徴と
するガスの分離方法、（２）吸着剤床において易吸着性
ガスと難吸着性ガスからなる原料ガスから易吸着性ガス
を吸着除去し難吸着性ガスを製品として分離するＰＳＡ
法によるガスの分離方法において、吸着剤床の原料ガス
供給側に脱湿剤床を備えると共に該脱湿剤床の内部に加
熱器を設置したガス分離装置を用いて、吸着時には脱湿
剤床を通過して吸着剤床に流入する該原料ガスを加熱す
ることにより吸着剤床の原料ガス流入部に生じる低温部
を昇温させ、かつ脱着時には吸着剤床を通過し脱湿剤床
に流入する脱着ガスを加熱昇温することを特徴とするガ
スの分離方法、（３）吸着剤がゼオライトモレキュラー
シーブであり、混合ガスが空気である前記（１）又は
（２）記載の方法、（４）吸着工程における吸着剤床の
原料ガス流入部でのガス温度を１０℃〜６０℃とする前
記（１）又は（２）記載の方法、（５）脱着工程におけ
る脱湿剤床の脱着ガス流入部でのガス温度を１０℃〜６
０℃とする前記（１）又は（２）記載の方法、（６）吸
着圧力が大気圧〜４ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ、脱着圧力が大気圧
〜１５０ｔｏｒｒである前記（１）又は（２）記載の方
法、（７）脱湿剤床の上に吸着剤床が積層され、加熱器
が脱湿剤床内の吸着剤床側に設置されていることを特徴
とする前記（２）記載の方法、（８）加熱器が脱湿剤床
内の吸着剤床側の１／２の範囲に設置されていることを
特徴とする前記（７）記載の方法。（９）吸着剤床の原
料ガス供給側に脱湿剤床を備えたＰＳＡ法によるガス分
離装置であって、該吸着剤床と該脱湿剤床との間に加熱
器を設置したことを特徴とするガスの分離装置、（１
０）吸着剤床の原料ガス供給側に脱湿剤床を備えたＰＳ
Ａ法によるガス分離装置であって、該脱湿剤床の上に該
吸着剤床が積層され、加熱器が脱湿剤床内の吸着剤床側
に設置されていることを特徴とするガスの分離装置、
（１１）吸着剤床を吸着塔とし、脱湿剤床を脱湿塔とす
る前記（９）記載の装置、（１２）原料ガスの加圧によ
り発生した圧縮熱を加熱器の熱源に用いる前記（９）又
は（１０）記載の装置、（１３）吸着剤床上部に生じた
高温部の熱を加熱器の熱源に用いる前記（９）又は（１
０）記載の装置、並びに（１４）加熱器が脱湿剤床内の
吸着剤床側の１／２の範囲に設置されていることを特徴
とする前記（１０）記載の装置、に関する。
め、本願発明では次の技術的手段を採用する。即ち、本
発明の要旨は、（１）吸着剤床において易吸着性ガスと
難吸着性ガスからなる原料ガスから易吸着性ガスを吸着
除去し難吸着性ガスを製品として分離するＰＳＡ法によ
るガスの分離方法において、吸着剤床の原料ガス供給側
に脱湿剤床を備えると共に該吸着剤床と該脱湿剤床との
間に加熱器を設置したガス分離装置を用いて、吸着時に
は脱湿剤床を通過して吸着剤床に流入する該原料ガスを
加熱することにより吸着剤床の原料ガス流入部に生じる
低温部を昇温させ、かつ脱着時には吸着剤床を通過し脱
湿剤床に流入する脱着ガスを加熱昇温することを特徴と
するガスの分離方法、（２）吸着剤床において易吸着性
ガスと難吸着性ガスからなる原料ガスから易吸着性ガス
を吸着除去し難吸着性ガスを製品として分離するＰＳＡ
法によるガスの分離方法において、吸着剤床の原料ガス
供給側に脱湿剤床を備えると共に該脱湿剤床の内部に加
熱器を設置したガス分離装置を用いて、吸着時には脱湿
剤床を通過して吸着剤床に流入する該原料ガスを加熱す
ることにより吸着剤床の原料ガス流入部に生じる低温部
を昇温させ、かつ脱着時には吸着剤床を通過し脱湿剤床
に流入する脱着ガスを加熱昇温することを特徴とするガ
スの分離方法、（３）吸着剤がゼオライトモレキュラー
シーブであり、混合ガスが空気である前記（１）又は
（２）記載の方法、（４）吸着工程における吸着剤床の
原料ガス流入部でのガス温度を１０℃〜６０℃とする前
記（１）又は（２）記載の方法、（５）脱着工程におけ
る脱湿剤床の脱着ガス流入部でのガス温度を１０℃〜６
０℃とする前記（１）又は（２）記載の方法、（６）吸
着圧力が大気圧〜４ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ、脱着圧力が大気圧
〜１５０ｔｏｒｒである前記（１）又は（２）記載の方
法、（７）脱湿剤床の上に吸着剤床が積層され、加熱器
が脱湿剤床内の吸着剤床側に設置されていることを特徴
とする前記（２）記載の方法、（８）加熱器が脱湿剤床
内の吸着剤床側の１／２の範囲に設置されていることを
特徴とする前記（７）記載の方法。（９）吸着剤床の原
料ガス供給側に脱湿剤床を備えたＰＳＡ法によるガス分
離装置であって、該吸着剤床と該脱湿剤床との間に加熱
器を設置したことを特徴とするガスの分離装置、（１
０）吸着剤床の原料ガス供給側に脱湿剤床を備えたＰＳ
Ａ法によるガス分離装置であって、該脱湿剤床の上に該
吸着剤床が積層され、加熱器が脱湿剤床内の吸着剤床側
に設置されていることを特徴とするガスの分離装置、
（１１）吸着剤床を吸着塔とし、脱湿剤床を脱湿塔とす
る前記（９）記載の装置、（１２）原料ガスの加圧によ
り発生した圧縮熱を加熱器の熱源に用いる前記（９）又
は（１０）記載の装置、（１３）吸着剤床上部に生じた
高温部の熱を加熱器の熱源に用いる前記（９）又は（１
０）記載の装置、並びに（１４）加熱器が脱湿剤床内の
吸着剤床側の１／２の範囲に設置されていることを特徴
とする前記（１０）記載の装置、に関する。
【００１３】本発明のガスの分離方法には２つの態様が
あり、一つは吸着剤床と脱湿剤床との間に、通過するガ
スを加熱するための加熱器を設置し、吸着時には脱湿剤
床を通過して吸着剤床に流入する原料ガスを加熱するこ
とにより吸着剤床の原料ガス流入部に生じたコールドス
ポットを加熱昇温し、脱着時には吸着剤床から脱着する
脱着ガスを加熱昇温することにより、脱湿剤の再生効果
を高めるという方法である。もう一つの態様は、脱湿剤
床の上に吸着剤床を積層し、加熱器は脱湿剤床の内部に
設置して、前記と同様の効果を得るという方法である。
以下、これらの方法について詳細に説明する。
あり、一つは吸着剤床と脱湿剤床との間に、通過するガ
スを加熱するための加熱器を設置し、吸着時には脱湿剤
床を通過して吸着剤床に流入する原料ガスを加熱するこ
とにより吸着剤床の原料ガス流入部に生じたコールドス
ポットを加熱昇温し、脱着時には吸着剤床から脱着する
脱着ガスを加熱昇温することにより、脱湿剤の再生効果
を高めるという方法である。もう一つの態様は、脱湿剤
床の上に吸着剤床を積層し、加熱器は脱湿剤床の内部に
設置して、前記と同様の効果を得るという方法である。
以下、これらの方法について詳細に説明する。
【００１４】本発明に用いるＰＳＡ装置は、その原料ガ
ス入口側に脱湿剤床をもち、その上に吸着剤床を備えた
ものであればとくに限定されず、脱湿剤床は吸着塔に内
蔵されていてもよく、吸着塔とは別個の脱湿塔としても
よい。吸着塔の数としては通常２〜３塔のものが用いら
れる。本発明に用いるＰＳＡ装置の操作条件もとくに限
定されず、通常吸着圧力は大気圧〜４ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程
度、脱着圧力は大気圧〜１５０ｔｏｒｒ程度で操作され
る。
ス入口側に脱湿剤床をもち、その上に吸着剤床を備えた
ものであればとくに限定されず、脱湿剤床は吸着塔に内
蔵されていてもよく、吸着塔とは別個の脱湿塔としても
よい。吸着塔の数としては通常２〜３塔のものが用いら
れる。本発明に用いるＰＳＡ装置の操作条件もとくに限
定されず、通常吸着圧力は大気圧〜４ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程
度、脱着圧力は大気圧〜１５０ｔｏｒｒ程度で操作され
る。
【００１５】本発明に用いる吸着剤はとくに限定されな
いが、ゼオライトモレキュラーシーブが好ましく用いら
れる。ゼオライトモレキュラーシーブとしては、ＮａＡ
型、ＮａＸ型、ＣａＡ型、ＣａＸ型等が用いられるが、
なかでも、ＣａＡ型、あるいはＣａＸ型のゼオライトモ
レキュラーシーブがより好ましく用いられる。
いが、ゼオライトモレキュラーシーブが好ましく用いら
れる。ゼオライトモレキュラーシーブとしては、ＮａＡ
型、ＮａＸ型、ＣａＡ型、ＣａＸ型等が用いられるが、
なかでも、ＣａＡ型、あるいはＣａＸ型のゼオライトモ
レキュラーシーブがより好ましく用いられる。
【００１６】本発明に用いる脱湿剤も原料ガスの湿分を
除去できるものであればとくに限定されず、脱湿剤とし
ては、活性アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブ
等が用いられるが、なかでもアルミナを主成分としたも
のが好適に用いられる。
除去できるものであればとくに限定されず、脱湿剤とし
ては、活性アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブ
等が用いられるが、なかでもアルミナを主成分としたも
のが好適に用いられる。
【００１７】ガスを加熱する加熱器の態様はとくに限定
されず、電気ヒーター、多管式熱交換器、蛇管式熱交換
器、ジャケット式熱交換器等、通過するガスを加温でき
るものであればいかなる型式のものでもよい。加熱の熱
源もとくに限定されず、電気、スチーム、熱水、吸着剤
床上部の高温部（ホットスポット）の熱、あるいは原料
ガスを加圧するときに発生する圧縮熱など、通過するガ
スを加温できるものであればいかなるものでもよい。
されず、電気ヒーター、多管式熱交換器、蛇管式熱交換
器、ジャケット式熱交換器等、通過するガスを加温でき
るものであればいかなる型式のものでもよい。加熱の熱
源もとくに限定されず、電気、スチーム、熱水、吸着剤
床上部の高温部（ホットスポット）の熱、あるいは原料
ガスを加圧するときに発生する圧縮熱など、通過するガ
スを加温できるものであればいかなるものでもよい。
【００１８】吸着時の原料ガスの温度は、用いる吸着剤
の種類により最適な範囲は異なるが、通常、吸着剤床の
原料ガス流入部で１０℃〜６０℃の範囲になるように加
温する。脱着時の脱着ガスの温度は、用いる吸着剤の種
類により最適な範囲は異なるが、通常、脱着ガスの脱湿
剤床への流入部で１０℃〜６０℃の範囲になるように加
温する。
の種類により最適な範囲は異なるが、通常、吸着剤床の
原料ガス流入部で１０℃〜６０℃の範囲になるように加
温する。脱着時の脱着ガスの温度は、用いる吸着剤の種
類により最適な範囲は異なるが、通常、脱着ガスの脱湿
剤床への流入部で１０℃〜６０℃の範囲になるように加
温する。
【００１９】加熱器を設置する場所としては、原料ガス
を十分に昇温するために、ガスの流れ方向に通常１０ｃ
ｍ以上の長さの伝熱帯を確保できる場所であるのが好ま
しい。したがって、吸着剤床と脱湿剤床とを連結する空
間部に加熱器を設置するか（第１の態様）、あるいは装
置の設計上の理由等により該空間部を確保できない場合
には、脱湿剤床の内部、好ましくは脱湿剤床内の吸着剤
床側に加熱器を設置してもよい（第２の態様）。本発明
においては、いずれの態様でもよいが、第２の態様では
第１の態様と比較して脱湿剤の吸湿能力に多少悪影響を
及ぼし、再生効果も多少低下するおそれがあるものの、
吸着剤床の支持部分を省略できるなど、装置の簡略化、
小型化が達成される。
を十分に昇温するために、ガスの流れ方向に通常１０ｃ
ｍ以上の長さの伝熱帯を確保できる場所であるのが好ま
しい。したがって、吸着剤床と脱湿剤床とを連結する空
間部に加熱器を設置するか（第１の態様）、あるいは装
置の設計上の理由等により該空間部を確保できない場合
には、脱湿剤床の内部、好ましくは脱湿剤床内の吸着剤
床側に加熱器を設置してもよい（第２の態様）。本発明
においては、いずれの態様でもよいが、第２の態様では
第１の態様と比較して脱湿剤の吸湿能力に多少悪影響を
及ぼし、再生効果も多少低下するおそれがあるものの、
吸着剤床の支持部分を省略できるなど、装置の簡略化、
小型化が達成される。
【００２０】なお、第１の態様の場合、吸着剤床と脱湿
剤床とは独立した２つの塔（吸着塔、脱湿塔）に分離し
てもよい。その場合も、加熱器は吸着剤床を備えた塔と
脱湿剤床を備えた塔との連結部に設けるのが好ましい。
また、第２の態様の場合に、加熱器を設置する場所はと
くに限定されないが、通常、脱湿剤床内の吸着剤床側１
／２の範囲、好ましくは吸着剤床側１／３の範囲に設け
る。
剤床とは独立した２つの塔（吸着塔、脱湿塔）に分離し
てもよい。その場合も、加熱器は吸着剤床を備えた塔と
脱湿剤床を備えた塔との連結部に設けるのが好ましい。
また、第２の態様の場合に、加熱器を設置する場所はと
くに限定されないが、通常、脱湿剤床内の吸着剤床側１
／２の範囲、好ましくは吸着剤床側１／３の範囲に設け
る。
【００２１】このように本発明のガスの分離装置は、吸
着剤床の原料ガス供給側に脱湿剤床を備えたＰＳＡ法に
よるガス分離装置であって、該吸着剤床と該脱湿剤床と
の間に加熱器を設置したことを特徴とするもの、あるい
は該脱湿剤床の上に該吸着剤床が積層され、加熱器が脱
湿剤床内の吸着剤床側に設置されていることを特徴とす
るものである。
着剤床の原料ガス供給側に脱湿剤床を備えたＰＳＡ法に
よるガス分離装置であって、該吸着剤床と該脱湿剤床と
の間に加熱器を設置したことを特徴とするもの、あるい
は該脱湿剤床の上に該吸着剤床が積層され、加熱器が脱
湿剤床内の吸着剤床側に設置されていることを特徴とす
るものである。
【００２２】以下に、空気から酸素ガスを製品として取
り出す場合の本発明の実施態様（第１の態様）について
図１〜図４に例示する。図１は、吸着剤床１と脱湿剤床
２とを各々独立した２つの塔とし、それらの連結部に加
熱器３を設けたものである。このセットを３組用い、ブ
ロワーで数百ミリメートル水柱に加圧した空気をこれら
に供給して吸着を行い、真空ポンプで２００ｔｏｒｒま
で減圧して脱着を行うものである。
り出す場合の本発明の実施態様（第１の態様）について
図１〜図４に例示する。図１は、吸着剤床１と脱湿剤床
２とを各々独立した２つの塔とし、それらの連結部に加
熱器３を設けたものである。このセットを３組用い、ブ
ロワーで数百ミリメートル水柱に加圧した空気をこれら
に供給して吸着を行い、真空ポンプで２００ｔｏｒｒま
で減圧して脱着を行うものである。
【００２３】図２〜図４に、吸着塔に脱湿剤床を有する
例を示す。図２および図３は吸着剤床１と脱湿剤床２と
の間に空間部を設け、その空間部に加熱器３を設置した
例である。図２は電気、スチーム、熱水等外部からの熱
源を加熱器３に導入するものであり、図３は吸着剤床１
出口側のホットスポットを加熱源とし、水、熱媒油等を
伝熱媒体とするものである。
例を示す。図２および図３は吸着剤床１と脱湿剤床２と
の間に空間部を設け、その空間部に加熱器３を設置した
例である。図２は電気、スチーム、熱水等外部からの熱
源を加熱器３に導入するものであり、図３は吸着剤床１
出口側のホットスポットを加熱源とし、水、熱媒油等を
伝熱媒体とするものである。
【００２４】図４は吸着剤床１と脱湿剤床２との間に空
間部を設け、その空間部に加熱器３を設置した例であ
り、ブロワー４で例えば約０．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに加圧
した空気をこれらに供給して吸着を行い、真空ポンプ５
で２００ｔｏｒｒまで減圧して脱着を行う。図１〜図３
との違いは、熱源としてブロワーにより加圧され、温度
が上昇した約４０〜９０℃の原料空気そのものを用いて
いる点である。なお、用いる空気の温度は、加圧の程度
により変化する。この場合、電気、スチーム、熱水等外
部からの熱源を必要とせず、加熱エネルギーが大幅に削
減できる。なお、図１〜図４はいずれも吸着塔を３塔用
いるものを示しているが、本願発明は３塔式に限定され
ず、２以上の複数の塔であってもよいことはもちろんで
ある。
間部を設け、その空間部に加熱器３を設置した例であ
り、ブロワー４で例えば約０．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに加圧
した空気をこれらに供給して吸着を行い、真空ポンプ５
で２００ｔｏｒｒまで減圧して脱着を行う。図１〜図３
との違いは、熱源としてブロワーにより加圧され、温度
が上昇した約４０〜９０℃の原料空気そのものを用いて
いる点である。なお、用いる空気の温度は、加圧の程度
により変化する。この場合、電気、スチーム、熱水等外
部からの熱源を必要とせず、加熱エネルギーが大幅に削
減できる。なお、図１〜図４はいずれも吸着塔を３塔用
いるものを示しているが、本願発明は３塔式に限定され
ず、２以上の複数の塔であってもよいことはもちろんで
ある。
【００２５】上記構成によれば、吸着時には脱湿剤床を
通過して吸着剤床に流入する原料ガスを加熱することに
より吸着剤床の原料ガス流入部に生じたコールドスポッ
トを効果的に加熱昇温することができ、脱着時には吸着
剤床より脱着する脱着ガスを加熱昇温することにより、
従来法よりも温度の高い脱着ガスを脱湿剤床に導くこと
ができるため、脱湿剤の再生効果が向上する。図６なら
びに図７は、これを説明するために、それぞれ従来法お
よび本発明の方法の場合について、吸脱着時における吸
着塔内各部の温度分布を示したものである。
通過して吸着剤床に流入する原料ガスを加熱することに
より吸着剤床の原料ガス流入部に生じたコールドスポッ
トを効果的に加熱昇温することができ、脱着時には吸着
剤床より脱着する脱着ガスを加熱昇温することにより、
従来法よりも温度の高い脱着ガスを脱湿剤床に導くこと
ができるため、脱湿剤の再生効果が向上する。図６なら
びに図７は、これを説明するために、それぞれ従来法お
よび本発明の方法の場合について、吸脱着時における吸
着塔内各部の温度分布を示したものである。
【００２６】即ち、図６は、原料ガスを脱湿剤床の手前
で加熱する従来法（図５）の場合の吸着塔内部の温度分
布を示している。図中、Ｔ1 Ｔ2 Ｔ3 Ｔ4 を結ぶ線は吸
着工程における該吸着塔内各部の最終的な温度分布を表
し、Ｔ2'Ｔ3'Ｔ4'を結ぶ線はそれぞれ対応する部分の脱
着工程における最終的な温度分布を表す。吸着工程にお
いては、原料ガスは温度Ｔ1 にて加熱器に導入され、そ
こでＴ2 まで昇温されたのち脱湿剤床に入る。脱湿剤床
は、その前の脱着工程で温度が低下しているため、その
出口では原料ガス温度はＴ3 まで低下し、吸着剤床に入
る。吸着剤床では、コールドスポットでさらにガス温度
が低下した後、吸着熱のため出口のガス温度はＴ4 まで
上昇する。脱着工程においては、脱着に伴う吸熱により
各部の温度はほぼ一様に低下し、脱着終了時にはＴ4'Ｔ
3'Ｔ2'線に沿った温度分布に落ち着く。なお、図５に示
すように脱着時には脱着ガスは加熱器を通らないためＴ
1に対応するＴ1'は存在しない。
で加熱する従来法（図５）の場合の吸着塔内部の温度分
布を示している。図中、Ｔ1 Ｔ2 Ｔ3 Ｔ4 を結ぶ線は吸
着工程における該吸着塔内各部の最終的な温度分布を表
し、Ｔ2'Ｔ3'Ｔ4'を結ぶ線はそれぞれ対応する部分の脱
着工程における最終的な温度分布を表す。吸着工程にお
いては、原料ガスは温度Ｔ1 にて加熱器に導入され、そ
こでＴ2 まで昇温されたのち脱湿剤床に入る。脱湿剤床
は、その前の脱着工程で温度が低下しているため、その
出口では原料ガス温度はＴ3 まで低下し、吸着剤床に入
る。吸着剤床では、コールドスポットでさらにガス温度
が低下した後、吸着熱のため出口のガス温度はＴ4 まで
上昇する。脱着工程においては、脱着に伴う吸熱により
各部の温度はほぼ一様に低下し、脱着終了時にはＴ4'Ｔ
3'Ｔ2'線に沿った温度分布に落ち着く。なお、図５に示
すように脱着時には脱着ガスは加熱器を通らないためＴ
1に対応するＴ1'は存在しない。
【００２７】図７は、脱湿剤床と吸着剤床の間に加熱器
を設置した本発明の方法（第１の態様）の吸着塔内部の
温度分布を示している。図中、Ｔ5 Ｔ6 Ｔ7 Ｔ8 を結ぶ
線は吸着工程における該吸着塔内各部の最終的な温度分
布を表し、Ｔ5'Ｔ6'Ｔ7'Ｔ8'を結ぶ線は脱着工程におけ
る最終的な温度分布を表す。吸着工程においては、原料
ガスは温度Ｔ5 にて脱湿剤床に入る。脱湿剤床はすでに
その前に加熱再生されて温度が上昇しているため、ガス
はその熱を吸収して脱湿剤床出口ではＴ6 まで上昇し、
加熱器に入る。加熱器で温度Ｔ7 まで加温された原料ガ
スは、吸着剤床に入り、コールドスポットでガス温度が
低下した後、吸着による発熱のため出口のガス温度はＴ
8 まで上昇する。脱着工程においては、脱着に伴う吸熱
により吸着剤床各部の温度はほぼ一様に低下し、その後
加熱器で加温されるため、脱着終了時にはＴ8'Ｔ7'Ｔ6'
Ｔ5'線に沿った温度分布に落ち着く。
を設置した本発明の方法（第１の態様）の吸着塔内部の
温度分布を示している。図中、Ｔ5 Ｔ6 Ｔ7 Ｔ8 を結ぶ
線は吸着工程における該吸着塔内各部の最終的な温度分
布を表し、Ｔ5'Ｔ6'Ｔ7'Ｔ8'を結ぶ線は脱着工程におけ
る最終的な温度分布を表す。吸着工程においては、原料
ガスは温度Ｔ5 にて脱湿剤床に入る。脱湿剤床はすでに
その前に加熱再生されて温度が上昇しているため、ガス
はその熱を吸収して脱湿剤床出口ではＴ6 まで上昇し、
加熱器に入る。加熱器で温度Ｔ7 まで加温された原料ガ
スは、吸着剤床に入り、コールドスポットでガス温度が
低下した後、吸着による発熱のため出口のガス温度はＴ
8 まで上昇する。脱着工程においては、脱着に伴う吸熱
により吸着剤床各部の温度はほぼ一様に低下し、その後
加熱器で加温されるため、脱着終了時にはＴ8'Ｔ7'Ｔ6'
Ｔ5'線に沿った温度分布に落ち着く。
【００２８】次に、空気から酸素ガスを製品として取り
出す場合の本発明の実施態様（第２の態様）について図
８に例示する。図８は、吸着塔内に吸着剤床１と脱湿剤
床２を積層し、脱湿剤床２の内部の吸着剤床側に加熱器
３を設けたものである。このセットを３組用い、ブロワ
ーで数百ミリメートル水柱に加圧した空気をこれらに供
給して吸着を行い、真空ポンプで２００ｔｏｒｒまで減
圧して脱着を行うものである。
出す場合の本発明の実施態様（第２の態様）について図
８に例示する。図８は、吸着塔内に吸着剤床１と脱湿剤
床２を積層し、脱湿剤床２の内部の吸着剤床側に加熱器
３を設けたものである。このセットを３組用い、ブロワ
ーで数百ミリメートル水柱に加圧した空気をこれらに供
給して吸着を行い、真空ポンプで２００ｔｏｒｒまで減
圧して脱着を行うものである。
【００２９】図９は、この態様での吸着塔内部の温度分
布を示している。図中、Ｔ9 Ｔ10Ｔ11Ｔ12を結ぶ線は吸
着工程における該吸着塔内各部の最終的な温度分布を表
し、Ｔ9'Ｔ10' Ｔ11' Ｔ12' を結ぶ線は脱着工程におけ
る最終的な温度分布を表す。吸着工程においては、原料
ガスは温度Ｔ9 にて脱湿剤床に入る。脱湿剤床はすでに
その前に加熱再生されて温度が上昇しているため、ガス
はその熱を吸収して昇温してＴ10となり、脱湿剤床内部
に設置された加熱器によりさらに昇温されて脱湿剤床出
口ではＴ11となる。次いで、吸着剤床に入り、コールド
スポットでガス温度が低下した後、吸着による発熱のた
め出口のガス温度はＴ12まで上昇する。脱着工程におい
ては、脱着に伴う吸熱により吸着剤床各部の温度はほぼ
一様に低下し、その後加熱器で加温されるため、脱着終
了時にはＴ12' Ｔ11' Ｔ10' Ｔ9'線に沿った温度分布に
落ち着く。
布を示している。図中、Ｔ9 Ｔ10Ｔ11Ｔ12を結ぶ線は吸
着工程における該吸着塔内各部の最終的な温度分布を表
し、Ｔ9'Ｔ10' Ｔ11' Ｔ12' を結ぶ線は脱着工程におけ
る最終的な温度分布を表す。吸着工程においては、原料
ガスは温度Ｔ9 にて脱湿剤床に入る。脱湿剤床はすでに
その前に加熱再生されて温度が上昇しているため、ガス
はその熱を吸収して昇温してＴ10となり、脱湿剤床内部
に設置された加熱器によりさらに昇温されて脱湿剤床出
口ではＴ11となる。次いで、吸着剤床に入り、コールド
スポットでガス温度が低下した後、吸着による発熱のた
め出口のガス温度はＴ12まで上昇する。脱着工程におい
ては、脱着に伴う吸熱により吸着剤床各部の温度はほぼ
一様に低下し、その後加熱器で加温されるため、脱着終
了時にはＴ12' Ｔ11' Ｔ10' Ｔ9'線に沿った温度分布に
落ち着く。
【００３０】
【実施例】以下、実施例および比較例により本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 実施例１ 図２は、本実施例にて用いた装置の概念的なフローシー
トである。直径０．８ｍ、高さ３．１ｍの吸着塔の下部
に、アルミナを主成分とした脱湿剤７０ｋｇを２０ｃｍ
の高さに充填して脱湿剤床２とし、その上部に高さ２０
ｃｍの空間部を設けて０．５ｋＷの電熱ヒーター３を設
置した。この空間部の上部にＣａＡ型ゼオライト６００
ｋｇを２．０ｍの高さに充填して吸着剤床１とした。こ
のときの電熱ヒーターの容量は、空気温度を５℃昇温で
きるように決定した。この吸着塔を３塔備えたＰＳＡ装
置を用い、ブロワー４で１０℃の空気を５００ｍｍＨ2
Ｏの圧力まで昇圧後吸着塔に導入して吸着を行い、脱着
は真空ポンプ５で吸着塔を２３０ｔｏｒｒまで減圧して
行い、切替弁６の切替操作によってＰＳＡ操作を行い酸
素ガスを分離した。ＰＳＡ操作における吸着・脱着・蓄
圧の３工程の切り替え周期は１サイクル１８０秒間とし
た。
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。 実施例１ 図２は、本実施例にて用いた装置の概念的なフローシー
トである。直径０．８ｍ、高さ３．１ｍの吸着塔の下部
に、アルミナを主成分とした脱湿剤７０ｋｇを２０ｃｍ
の高さに充填して脱湿剤床２とし、その上部に高さ２０
ｃｍの空間部を設けて０．５ｋＷの電熱ヒーター３を設
置した。この空間部の上部にＣａＡ型ゼオライト６００
ｋｇを２．０ｍの高さに充填して吸着剤床１とした。こ
のときの電熱ヒーターの容量は、空気温度を５℃昇温で
きるように決定した。この吸着塔を３塔備えたＰＳＡ装
置を用い、ブロワー４で１０℃の空気を５００ｍｍＨ2
Ｏの圧力まで昇圧後吸着塔に導入して吸着を行い、脱着
は真空ポンプ５で吸着塔を２３０ｔｏｒｒまで減圧して
行い、切替弁６の切替操作によってＰＳＡ操作を行い酸
素ガスを分離した。ＰＳＡ操作における吸着・脱着・蓄
圧の３工程の切り替え周期は１サイクル１８０秒間とし
た。
【００３１】この結果、濃度９３ｖｏｌ％の酸素ガスが
２９．０Ｎｍ3 ／ｈで得られ、酸素ガスの収率は４９％
であった。また、脱湿剤床２の原料ガス出口における原
料ガスをサンプリングし分析した結果、露点は−６０℃
であった。操作中の吸着塔内の温度分布を測定したとこ
ろ、図７のようであった。図７に示したように、Ｔ5は
１０℃、Ｔ6 は１５℃、Ｔ7 は２０℃、Ｔ8 は４０℃、
Ｔ5'は１５℃、Ｔ6'は２０℃、Ｔ7'は１５℃、Ｔ8'は３
５℃であった。
２９．０Ｎｍ3 ／ｈで得られ、酸素ガスの収率は４９％
であった。また、脱湿剤床２の原料ガス出口における原
料ガスをサンプリングし分析した結果、露点は−６０℃
であった。操作中の吸着塔内の温度分布を測定したとこ
ろ、図７のようであった。図７に示したように、Ｔ5は
１０℃、Ｔ6 は１５℃、Ｔ7 は２０℃、Ｔ8 は４０℃、
Ｔ5'は１５℃、Ｔ6'は２０℃、Ｔ7'は１５℃、Ｔ8'は３
５℃であった。
【００３２】図７に示したように、後述の比較例では−
２０℃であった吸着時の吸着剤床下部のコールドスポッ
トの温度を、ヒーターが比較例の１／２の電気容量のも
のであったにもかかわらず、比較例よりも３５℃高い１
５℃にすることができた。また、比較例よりも３０ｋｇ
少ない脱湿剤量で、比較例よりも湿分除去効果を向上さ
せることができた。
２０℃であった吸着時の吸着剤床下部のコールドスポッ
トの温度を、ヒーターが比較例の１／２の電気容量のも
のであったにもかかわらず、比較例よりも３５℃高い１
５℃にすることができた。また、比較例よりも３０ｋｇ
少ない脱湿剤量で、比較例よりも湿分除去効果を向上さ
せることができた。
【００３３】実施例２ 図８は、本実施例にて用いた装置の概念的なフローシー
トである。直径０．８ｍ、高さ３．０ｍの吸着塔の下部
に、アルミナを主成分とした脱湿剤１００ｋｇを３０ｃ
ｍの高さに充填して脱湿剤床２とし、脱湿剤床２の内部
の吸着剤床側端部から、１０ｃｍの取付高さにて０．５
ｋＷの電熱ヒーター３を設置した。このような脱湿剤床
の上部にＣａＡ型ゼオライト６００ｋｇを２．０ｍの高
さに積層充填して吸着剤床１とした。このときの電熱ヒ
ーターの容量は、空気温度を５℃昇温できるように決定
した。この吸着塔を３塔備えたＰＳＡ装置を用い、ブロ
ワー４で１０℃の空気を５００ｍｍＨ2 Ｏの圧力まで昇
圧後吸着塔に導入して吸着を行い、脱着は真空ポンプ５
で吸着塔を２３０ｔｏｒｒまで減圧して行い、切替弁６
の切替操作によってＰＳＡ操作を行い酸素ガスを分離し
た。ＰＳＡ操作における吸着・脱着・蓄圧の３工程の切
り替え周期は１サイクル１８０秒間とした。
トである。直径０．８ｍ、高さ３．０ｍの吸着塔の下部
に、アルミナを主成分とした脱湿剤１００ｋｇを３０ｃ
ｍの高さに充填して脱湿剤床２とし、脱湿剤床２の内部
の吸着剤床側端部から、１０ｃｍの取付高さにて０．５
ｋＷの電熱ヒーター３を設置した。このような脱湿剤床
の上部にＣａＡ型ゼオライト６００ｋｇを２．０ｍの高
さに積層充填して吸着剤床１とした。このときの電熱ヒ
ーターの容量は、空気温度を５℃昇温できるように決定
した。この吸着塔を３塔備えたＰＳＡ装置を用い、ブロ
ワー４で１０℃の空気を５００ｍｍＨ2 Ｏの圧力まで昇
圧後吸着塔に導入して吸着を行い、脱着は真空ポンプ５
で吸着塔を２３０ｔｏｒｒまで減圧して行い、切替弁６
の切替操作によってＰＳＡ操作を行い酸素ガスを分離し
た。ＰＳＡ操作における吸着・脱着・蓄圧の３工程の切
り替え周期は１サイクル１８０秒間とした。
【００３４】この結果、濃度９３ｖｏｌ％の酸素ガスが
２８．４Ｎｍ3 ／ｈで得られ、酸素ガスの収率は４８％
であった。また、脱湿剤床２の原料ガス出口における原
料ガスをサンプリングし分析した結果、露点は−６０℃
であった。操作中の吸着塔内の温度分布を測定したとこ
ろ、図９のようであった。図９に示したように、Ｔ9は
１０℃、Ｔ10は１５℃、Ｔ11は２０℃、Ｔ12は４０℃、
Ｔ9'は１５℃、Ｔ10'は２０℃、Ｔ11' は１５℃、Ｔ12'
は３５℃であった。
２８．４Ｎｍ3 ／ｈで得られ、酸素ガスの収率は４８％
であった。また、脱湿剤床２の原料ガス出口における原
料ガスをサンプリングし分析した結果、露点は−６０℃
であった。操作中の吸着塔内の温度分布を測定したとこ
ろ、図９のようであった。図９に示したように、Ｔ9は
１０℃、Ｔ10は１５℃、Ｔ11は２０℃、Ｔ12は４０℃、
Ｔ9'は１５℃、Ｔ10'は２０℃、Ｔ11' は１５℃、Ｔ12'
は３５℃であった。
【００３５】図９に示したように、後述の比較例では−
２０℃であった吸着時の吸着剤床下部のコールドスポッ
トの温度を、ヒーターが比較例の１／２の電気容量のも
のであったにもかかわらず、比較例よりも３５℃高い１
５℃にすることができた。また、比較例と同じ脱湿剤量
で、比較例よりも湿分除去効果を向上させることができ
た。
２０℃であった吸着時の吸着剤床下部のコールドスポッ
トの温度を、ヒーターが比較例の１／２の電気容量のも
のであったにもかかわらず、比較例よりも３５℃高い１
５℃にすることができた。また、比較例と同じ脱湿剤量
で、比較例よりも湿分除去効果を向上させることができ
た。
【００３６】比較例１ 図５は、本比較例にて用いた装置の概念的なフローシー
トである。直径０．８ｍ、高さ３．０ｍの吸着塔の下部
にアルミナを主成分とした脱湿剤１００ｋｇを３０ｃｍ
の高さに充填して脱湿剤床２とし、その上部にＣａＡ型
ゼオライトモレキュラーシーブ６００ｋｇを２．０ｍの
高さに積層充填して吸着剤床１とした。この吸着塔を３
塔備えたＰＳＡ装置に、ブロワー４で１０℃の空気を圧
力５００ｍｍＨ2 Ｏまで昇圧後、１ｋＷの電熱ヒーター
３を用いて２０℃になるように温度制御して吸着塔に導
入して吸着を行い、真空ポンプ５で吸着塔を２３０ｔｏ
ｒｒまで減圧して脱着を行い、切替弁６の開閉によって
ＰＳＡ操作を行い、酸素ガスを分離した。ＰＳＡ操作に
おける吸着・脱着・蓄圧の３工程の切り替え周期は１サ
イクル１８０秒間とした。
トである。直径０．８ｍ、高さ３．０ｍの吸着塔の下部
にアルミナを主成分とした脱湿剤１００ｋｇを３０ｃｍ
の高さに充填して脱湿剤床２とし、その上部にＣａＡ型
ゼオライトモレキュラーシーブ６００ｋｇを２．０ｍの
高さに積層充填して吸着剤床１とした。この吸着塔を３
塔備えたＰＳＡ装置に、ブロワー４で１０℃の空気を圧
力５００ｍｍＨ2 Ｏまで昇圧後、１ｋＷの電熱ヒーター
３を用いて２０℃になるように温度制御して吸着塔に導
入して吸着を行い、真空ポンプ５で吸着塔を２３０ｔｏ
ｒｒまで減圧して脱着を行い、切替弁６の開閉によって
ＰＳＡ操作を行い、酸素ガスを分離した。ＰＳＡ操作に
おける吸着・脱着・蓄圧の３工程の切り替え周期は１サ
イクル１８０秒間とした。
【００３７】この結果、濃度９３ｖｏｌ％の酸素ガスが
２５．６Ｎｍ3 ／ｈで得られ、酸素ガスの収率は４４％
であった。また、脱湿剤床２の原料ガス出口における原
料ガスをサンプリングして分析した結果、露点は−５５
℃であった。操作中の吸着塔内の温度分布を測定したと
ころ、図６のようであった。図６に示したようにＴ1は
１０℃、Ｔ2 は２０℃、Ｔ3 は−１０℃、Ｔ4 は２５
℃、Ｔ2'は１５℃、Ｔ3'は−１５℃、Ｔ4'は２０℃であ
った。また、吸着工程における吸着剤床のコールドスポ
ットは−２０℃であった。
２５．６Ｎｍ3 ／ｈで得られ、酸素ガスの収率は４４％
であった。また、脱湿剤床２の原料ガス出口における原
料ガスをサンプリングして分析した結果、露点は−５５
℃であった。操作中の吸着塔内の温度分布を測定したと
ころ、図６のようであった。図６に示したようにＴ1は
１０℃、Ｔ2 は２０℃、Ｔ3 は−１０℃、Ｔ4 は２５
℃、Ｔ2'は１５℃、Ｔ3'は−１５℃、Ｔ4'は２０℃であ
った。また、吸着工程における吸着剤床のコールドスポ
ットは−２０℃であった。
【００３８】
【発明の効果】本発明の方法によれば、 （１）吸着剤床下部に形成されていたコールドスポット
が大幅に昇温され、吸着剤床の全範囲を吸着に適した温
度範囲に保てるようになりＰＳＡ装置のガス分離能力が
向上する。 （２）従来法と異なり吸着剤床のコールドスポットをそ
の直近で加熱するため、 １）コールドスポットの温度を上昇させるための熱エネ
ルギーを従来法よりも節減できる。とくに原料ガスを加
圧するときに発生する圧縮熱を加熱源に用いた場合には
大幅な節減が可能である。 ２）吸着時の脱湿剤床の温度を従来よりも低く保てるた
め、脱湿剤の湿分除去能力が向上する。 ３）脱着時の脱湿剤床の温度を従来よりも高く保てるた
め、脱湿剤の再生効果が高まる。 ４）２）、３）により同一のガス発生量を得るための脱
湿剤の充填量を従来の７０％以下に減らすことができ
る。またそれにより、同じ脱着圧力を得るために必要な
真空ポンプの排気容量を小さくできるため、従来よりも
小型の真空ポンプで同一のガス発生量を得ることができ
る。
が大幅に昇温され、吸着剤床の全範囲を吸着に適した温
度範囲に保てるようになりＰＳＡ装置のガス分離能力が
向上する。 （２）従来法と異なり吸着剤床のコールドスポットをそ
の直近で加熱するため、 １）コールドスポットの温度を上昇させるための熱エネ
ルギーを従来法よりも節減できる。とくに原料ガスを加
圧するときに発生する圧縮熱を加熱源に用いた場合には
大幅な節減が可能である。 ２）吸着時の脱湿剤床の温度を従来よりも低く保てるた
め、脱湿剤の湿分除去能力が向上する。 ３）脱着時の脱湿剤床の温度を従来よりも高く保てるた
め、脱湿剤の再生効果が高まる。 ４）２）、３）により同一のガス発生量を得るための脱
湿剤の充填量を従来の７０％以下に減らすことができ
る。またそれにより、同じ脱着圧力を得るために必要な
真空ポンプの排気容量を小さくできるため、従来よりも
小型の真空ポンプで同一のガス発生量を得ることができ
る。
【図１】図１は本発明の装置の好適な実施態様の一つを
例示した概略図である。
例示した概略図である。
【図２】図２は本発明の装置の好適な実施態様の一つを
例示した概略図である。
例示した概略図である。
【図３】図３は本発明の装置の好適な実施態様の一つを
例示した概略図である。
例示した概略図である。
【図４】図４は本発明の装置の好適な実施態様の一つを
例示した概略図である。
例示した概略図である。
【図５】図５は、従来法の装置の一つを例示した概略図
である。
である。
【図６】図６は従来法の装置を用いた場合の吸着塔各部
の温度分布図である。
の温度分布図である。
【図７】図７は本発明の装置（第１の態様）を用いた場
合の吸着塔各部の温度分布図である。
合の吸着塔各部の温度分布図である。
【図８】図８は本発明の装置の好適な実施態様の一つを
例示した概略図である。
例示した概略図である。
【図９】図９は本発明の装置（第２の態様）を用いた場
合の吸着塔各部の温度分布図である。
合の吸着塔各部の温度分布図である。
１ 吸着剤床 ２ 脱湿剤床 ３ 加熱器 ４ 原料ガス圧縮機 ５ 真空ポンプ ６ 切替弁
フロントページの続き (72)発明者 笹野 広昭 兵庫県加古郡播磨町宮西346番地の１ 住 友精化株式会社化工機事業部内
Claims (14)
- 【請求項１】 吸着剤床において易吸着性ガスと難吸着
性ガスからなる原料ガスから易吸着性ガスを吸着除去し
難吸着性ガスを製品として分離するＰＳＡ法によるガス
の分離方法において、吸着剤床の原料ガス供給側に脱湿
剤床を備えると共に該吸着剤床と該脱湿剤床との間に加
熱器を設置したガス分離装置を用いて、吸着時には脱湿
剤床を通過して吸着剤床に流入する該原料ガスを加熱す
ることにより吸着剤床の原料ガス流入部に生じる低温部
を昇温させ、かつ脱着時には吸着剤床を通過し脱湿剤床
に流入する脱着ガスを加熱昇温することを特徴とするガ
スの分離方法。 - 【請求項２】 吸着剤床において易吸着性ガスと難吸着
性ガスからなる原料ガスから易吸着性ガスを吸着除去し
難吸着性ガスを製品として分離するＰＳＡ法によるガス
の分離方法において、吸着剤床の原料ガス供給側に脱湿
剤床を備えると共に該脱湿剤床の内部に加熱器を設置し
たガス分離装置を用いて、吸着時には脱湿剤床を通過し
て吸着剤床に流入する該原料ガスを加熱することにより
吸着剤床の原料ガス流入部に生じる低温部を昇温させ、
かつ脱着時には吸着剤床を通過し脱湿剤床に流入する脱
着ガスを加熱昇温することを特徴とするガスの分離方
法。 - 【請求項３】 吸着剤がゼオライトモレキュラーシーブ
であり、混合ガスが空気である請求項１又は２記載の方
法。 - 【請求項４】 吸着工程における吸着剤床の原料ガス流
入部でのガス温度を１０℃〜６０℃とする請求項１又は
２記載の方法。 - 【請求項５】 脱着工程における脱湿剤床の脱着ガス流
入部でのガス温度を１０℃〜６０℃とする請求項１又は
２記載の方法。 - 【請求項６】 吸着圧力が大気圧〜４ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ、
脱着圧力が大気圧〜１５０ｔｏｒｒである請求項１又は
２記載の方法。 - 【請求項７】 脱湿剤床の上に吸着剤床が積層され、加
熱器が脱湿剤床内の吸着剤床側に設置されていることを
特徴とする請求項２記載の方法。 - 【請求項８】 加熱器が脱湿剤床内の吸着剤床側の１／
２の範囲に設置されていることを特徴とする請求項７記
載の方法。 - 【請求項９】 吸着剤床の原料ガス供給側に脱湿剤床を
備えたＰＳＡ法によるガス分離装置であって、該吸着剤
床と該脱湿剤床との間に加熱器を設置したことを特徴と
するガスの分離装置。 - 【請求項１０】 吸着剤床の原料ガス供給側に脱湿剤床
を備えたＰＳＡ法によるガス分離装置であって、該脱湿
剤床の上に該吸着剤床が積層され、加熱器が脱湿剤床内
の吸着剤床側に設置されていることを特徴とするガスの
分離装置。 - 【請求項１１】 吸着剤床を吸着塔とし、脱湿剤床を脱
湿塔とする請求項９記載の装置。 - 【請求項１２】 原料ガスの加圧により発生した圧縮熱
を加熱器の熱源に用いる請求項９又は１０記載の装置。 - 【請求項１３】 吸着剤床上部に生じた高温部の熱を加
熱器の熱源に用いる請求項９又は１０記載の装置。 - 【請求項１４】 加熱器が脱湿剤床内の吸着剤床側の１
／２の範囲に設置されていることを特徴とする請求項１
０記載の装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6072562A JPH07251023A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | ガスを分離する方法およびその装置 |
| CN95190193A CN1124464A (zh) | 1994-03-16 | 1995-03-13 | 气体分离方法及其装置 |
| PCT/JP1995/000415 WO1995024958A1 (fr) | 1994-03-16 | 1995-03-13 | Procede et appareil de separation de gaz |
| AU18627/95A AU1862795A (en) | 1994-03-16 | 1995-03-13 | Method and apparatus for separating gas |
| CA002162365A CA2162365A1 (en) | 1994-03-16 | 1995-03-13 | Method and apparatus for separating gas |
| EP95910803A EP0699466A4 (en) | 1994-03-16 | 1995-03-13 | GAS SEPARATION METHOD AND APPARATUS |
| KR1019950705106A KR960702344A (ko) | 1994-03-16 | 1995-11-15 | 가스 분리 방법 및 그 장치 (method and apparatus for separating gas) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6072562A JPH07251023A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | ガスを分離する方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07251023A true JPH07251023A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=13492934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6072562A Pending JPH07251023A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | ガスを分離する方法およびその装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0699466A4 (ja) |
| JP (1) | JPH07251023A (ja) |
| KR (1) | KR960702344A (ja) |
| CN (1) | CN1124464A (ja) |
| AU (1) | AU1862795A (ja) |
| CA (1) | CA2162365A1 (ja) |
| WO (1) | WO1995024958A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015523196A (ja) * | 2012-05-16 | 2015-08-13 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 酸素分離器及び酸素を生成する方法 |
| JP2022089796A (ja) * | 2020-12-04 | 2022-06-16 | グク イ、サン | ラジアルフロー型反応器 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10100114A1 (de) * | 2001-01-03 | 2002-07-04 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren eines Adsorbers |
| FR2956593A1 (fr) * | 2010-02-23 | 2011-08-26 | Air Liquide | Installation comprenant au moins deux appareils de separation d'air |
| CN102563932A (zh) * | 2012-02-29 | 2012-07-11 | 江苏太阳宝新能源有限公司 | 太阳能光热发电储能罐体气体封离装置及其方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3171473D1 (en) * | 1980-05-23 | 1985-08-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Oxygen adsorbent and process for the separation of oxygen and nitrogen using same |
| JPS5724615A (en) * | 1980-07-18 | 1982-02-09 | Hitachi Ltd | Psa type adsorption utilizing heats of adsorption and desorption |
| DE3413895A1 (de) * | 1984-04-13 | 1985-10-17 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Druckwechselverfahren zur adsorptiven trennung von gasgemischen |
| JPS60246205A (ja) * | 1984-05-22 | 1985-12-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ｏ↓２製造装置の脱湿・冷熱回収方法 |
| JPS6125619A (ja) * | 1984-07-17 | 1986-02-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 冷熱を利用した圧力スイング式ガス分離方法 |
| US4696681A (en) * | 1986-10-01 | 1987-09-29 | The Boc Group, Inc. | PSA assembly |
| GB8812263D0 (en) * | 1988-05-24 | 1988-06-29 | Boc Group Plc | Separation of gaseous mixtures |
| ZA911499B (en) * | 1990-03-30 | 1991-12-24 | Boc Group Inc | Purifying fluids by adsorption |
| GB9104875D0 (en) * | 1991-03-07 | 1991-04-17 | Boc Group Plc | Gas separation method and apparatus |
| US5169413A (en) * | 1991-10-07 | 1992-12-08 | Praxair Technology Inc. | Low temperature pressure swing adsorption with refrigeration |
-
1994
- 1994-03-16 JP JP6072562A patent/JPH07251023A/ja active Pending
-
1995
- 1995-03-13 WO PCT/JP1995/000415 patent/WO1995024958A1/ja not_active Application Discontinuation
- 1995-03-13 CN CN95190193A patent/CN1124464A/zh active Pending
- 1995-03-13 AU AU18627/95A patent/AU1862795A/en not_active Abandoned
- 1995-03-13 CA CA002162365A patent/CA2162365A1/en not_active Abandoned
- 1995-03-13 EP EP95910803A patent/EP0699466A4/en not_active Withdrawn
- 1995-11-15 KR KR1019950705106A patent/KR960702344A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015523196A (ja) * | 2012-05-16 | 2015-08-13 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 酸素分離器及び酸素を生成する方法 |
| JP2022089796A (ja) * | 2020-12-04 | 2022-06-16 | グク イ、サン | ラジアルフロー型反応器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960702344A (ko) | 1996-04-27 |
| EP0699466A4 (en) | 1996-09-25 |
| CN1124464A (zh) | 1996-06-12 |
| AU1862795A (en) | 1995-10-03 |
| WO1995024958A1 (fr) | 1995-09-21 |
| CA2162365A1 (en) | 1995-09-21 |
| EP0699466A1 (en) | 1996-03-06 |
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