JPH074500B2 - 吸着器の再生方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸着器の再生方法及びその装置に関し、詳し
くは、吸着器の再生を、再生加温ガスを導入する加温再
生工程と、再生冷却ガスを導入する予冷工程とで行う吸
着器の再生方法の改良、及びこの再生方法を実施するの
に好適な再生装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ガス中の水分や炭酸ガス、その他の不純物を分離除去す
る手段として、従来から吸着器が多く用いられている。
一般に、この吸着器を用いた吸着設備は、複数の吸着器
により構成されており、それぞれ吸着と脱着（再生）を
交互に繰返しながら使用されている。

通常、上記吸着器の再生工程は、吸着剤に吸着した不純
物を脱着するのに十分な温度に昇温した再生加温ガスを
吸着器に導入して吸着器内の吸着剤の脱着を行う加温再
生工程と、該加温再生工程終了簿の吸着剤を運転温度ま
で冷却するため、吸着器に再生冷却ガスを供給する予冷
工程とを有しており、上記再生加熱ガスは、予冷工程に
用いる再生冷却ガスを昇温器で昇温することにより得て
いる。

第２図は、従来の再生装置を含む吸着設備を示すもので
ある。

この吸着設備１は、原料ガス中の不純物等を吸着除去す
る吸着剤を充填した２基の吸着器2a,2bと、該吸着器2a,
2bに原料ガスを圧送する圧縮機３と、該圧縮機３で圧縮
されて高温となった原料ガスを熱源として再生用ガスを
昇温する昇温器としての熱交換器４と、原料ガスを吸着
操作温度まで冷却する冷却器５とを備えるもので、各機
器を接続する管路には吸着器2a,2bの吸着・再生工程を
交互に切替えるための弁が配設されている。

まず圧縮機３で所定の圧力に圧縮されるとともに昇温し
た原料ガスは、熱交換器４及び冷却器５を経て所定の吸
着温度に冷却され、吸着工程にある一方の吸着器2aに原
料ガス入口弁6aを通って導入される。この原料ガスは、
吸着器2aで不純物を除去された後に、精製ガス出口弁7a
を通って空気分離装置等の使用先に送出される。

この時、再生工程にある他方の吸着器2bでは、再生加温
ガスにより吸着剤の脱着を行う加温再生工程と、再生冷
却ガスにより吸着剤を冷却する予定工程とが行われる。

上記加温再生工程は、例えば空気分離装置の排ガスライ
ン等に接続した低温ガスライン８から送給される低温
（常温も含む）ガスを切替弁９から前記熱交換器４に導
入して高温の原料ガスと熱交換させ、昇温した再生加温
ガスを補助加熱手段13を経て再生工程にある他方の吸着
器2bの再生ガス入口弁10bから導入し、脱着後の排ガス
を排ガス出口弁11bから排出するもので、また予冷工程
は、前記低温ガスを熱交換器４に導入することなく、切
替弁９から加熱していない加熱補助手段13を経て直接再
生ガス入口弁10bから吸着器2bに導入して吸着剤の予冷
を行うものである。

両吸着器2a,2bの吸着・再生工程の切替は、それぞれの
原料ガス入口弁6a,6b、精製ガス出口弁7a,7b,再生ガス
入口弁10a,10b,排ガス出口弁11a,11b及び切替弁９を所
定時間ごとに開閉することにより行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の吸着設備１の再生装置における熱
交換器４は、低温ガスを昇温する期間と、低温ガスが通
らない期間とを交互に繰返すため、熱交換器自身、特に
該熱交換器４の低温ガス入口側4aに大幅な温度変動が生
じる。即ち、加温再生工程で低温ガスを導入されている
間には、熱交換器４の低温ガス入口側4aが低温ガスの温
度となり、また予冷工程で低温ガスが熱交換器４に導入
されていない間は、高温の原料ガスの温度にまで昇温す
る。

例えば原料ガスの温度を90℃，低温ガスの温度を５℃と
した場合には、熱交換器４の低温ガス入口側4aが一定時
間ごとに90℃と５℃とに変化し、該温度差による膨張と
収縮とを繰返すことになる。

従って、温度ガスを昇温する熱交換器としては、この膨
張と収縮による熱応力に耐えることのできる形態のも
の、例えばＵチューブ式シェル＆チューブ型熱交換器等
を使用することになるが、一般にこの種の熱交換器は熱
交換効率が低く、十分に低温ガスを昇温することができ
なかった。そのため、該熱交換器とは別にヒーター等の
補助的な加熱手段を設けて再生加温ガスを加熱する必要
が生じ、該加熱手段用のエネルギーを別途用意する必要
があった。

さらに、ヒーター等を用いて再生ガスの昇温を行う場
合、該ヒーターは加温再生工程でのみ作動し、予冷工程
では停止しているのが一般的である。従って、予冷工程
中に停止しているヒーターは、その温度が次第に低下
し、加温再生工程に切替えられた直後には十分な昇温性
能を得られず、温度の低い再生ガスが吸着器に導入され
るため、所定の予熱時間を設定しなければならず、吸着
設備の構成にも影響を与えることがあった。また該ヒー
ター自身もある程度の温度差に耐える構造であることが
要求されるため、設備コストの上昇を招く結果となる。

そこで、本発明は、再生用の低温ガスを昇温して再生加
温ガスとする昇温器の温度変動を少なくし、これにより
熱交換効率の向上を図ることのできる吸着器の再生方法
及びこの方法を実施するのに好適な装置を提供すること
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は、原料ガスの精
製を行う吸着器を再生する再生工程に、低温ガスを昇温
器で昇温して再生加温ガスとして吸着器に導入する加温
再生工程と、低温ガスを再生冷却ガスとして吸着器に導
入する予冷工程とを含む吸着器の再生方法において、前
記再生工程中の全工程に亙り、前記昇温器に所定量の低
温ガスを導入することを特徴とする吸着器の再生方法、
または前記吸着器の予冷工程中に、該吸着器に再生冷却
ガスとして導入される低温ガスの一部を分岐して、該分
岐した低温ガスを前記昇温器に導入し、該昇温器で昇温
された昇温ガスを系外に放出することを特徴とする吸着
器の再生方法を提供するものである。

また吸着器の再生装置としては、原料ガスの精製を行う
吸着器の加温再生時に、該吸着器に低温ガスを昇温して
再生加温ガスとして供給する昇温器を備えた吸着器の再
生装置において、前記昇温器の再生加温ガス出口側と吸
着器の再生ガス入口側との間を接続する管路に再生加温
ガスの止弁を設け、該再生加温ガスの止弁の一次側に昇
温器で昇温した昇温ガスの放出弁を設けるとともに、前
記昇温器の再生ガスの入口側と吸着器の再生ガス入口側
との間を接続し、低温ガスを昇温することなく再生冷却
ガスとして吸着器に導入する管路に再生冷却ガスの止弁
を設けたことを特徴としている。そして、特に前記再生
加温ガスの止弁は、吸着器の加温再生時にのみ開放さ
れ、前記昇温ガスの放出弁及び再生冷却ガスの止弁は、
吸着器の予冷時のみに開放されること、及び前記再生加
温ガスの止弁，昇温ガスの放出弁及び再生冷却ガスの止
弁は、可及的に吸着器の再生ガス入口側の近傍に設けら
れていることを特徴としている。

〔作用〕

上述の再生方法は、吸着器の再生工程中に所定量の低温
ガスを、特に吸着器の予冷工程中に再生冷却ガスとして
吸着器に導入する低温ガスの一部を、昇温器に継続して
導入することにより、昇温器の低温ガス入口側の温度上
昇を抑えることができ、膨張・収縮による応力を低減さ
せることができる。これにより、熱交換効率の高い熱交
換器を使用することが可能となり、加温再生工程中の低
温ガスの昇温を十分に行うことができ、補助的な加熱手
段の省略、あるいは省エネルギーを図ることができる。

また上記のごとく再生装置を構成し、止弁及び放出弁を
所定の時期に開閉することにより、上記方法を容易に実
施することができる。特に上記止弁及び放出弁を吸着器
の近傍に設けることにより、工程切替の際の止弁の開閉
切替とともに所定温度のガスを直ちに吸着器に導入する
ことができ、再生工程を効率よく行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１図に示す本発明の装置の一実施例に
基づいてさらに詳細に説明する。尚、前記第２図に示し
た従来例と同一要素のものには同一符号を付して詳細な
説明を省略する。

本発明の再生装置を設けた吸着設備20は、前記第２図に
示した従来例と同様の原料ガスの圧縮機３と、原料ガス
冷却用の冷却器５と、２基一組の吸着器2a,2b及び該吸
着器2a,2bのそれぞれに設けられ、吸着工程，再生工程
を切替えるための原料ガス入口弁6a,6b,精製ガス出口弁
7a,7b,再生ガス入口弁10a,10b,排ガス出口弁11a,11bと
を備えている。

そして再生装置は、上記圧縮機３と冷却器５との間の原
料ガスラインに配設される昇温器としての熱交換器21
と、従来との同様の低温ガスライン８から分岐して該熱
交換器21に低温ガスを導入する低温ガス導入用管路22、
低温ガスライン８の低温ガスをそのまま再生冷却ガスと
して吸着器2a,2bに導入する再生冷却ガス管路23、熱交
換器21で昇温した昇温ガスを熱交換器21から導出する昇
温ガス管路24、該昇温ガス管路24の昇温ガスを再生加温
ガスとして吸着器2a,2bに導入する再生加温ガス管路2
5、前記再生冷却ガス管路23と再生加温ガス管路25とが
合流して吸着器2a,2bの再生ガス入口弁10a,10bに接続す
る再生ガス管路26の各管路とを備えており、各再生ガス
の送給を制御する弁として、再生冷却ガス管路23には再
生冷却ガスの止弁27が、再生加温ガス管路25には再生加
温ガスの止弁28が、さらに該再生加温ガスの止弁28の一
次側である昇温ガス管路24には昇温ガスの放出弁29が設
けられている。

この再生装置は、所定の時間間隔で上記両止弁27,28及
び放出弁29を開閉することにより、再生工程にある吸着
器2aあるいは吸着器2bの加温再生工程と予冷工程とを切
替えることできる。

まず加温再生工程では、再生加温ガスの止弁28のみを開
放し、再生冷却ガスの止弁27と昇温ガスの放出弁29とを
閉じ状態とする。

これにより、低温ガスライン８から供給される低温ガス
は、再生冷却ガスの止弁27が閉じられているために低温
ガス導入用管路22から熱交換器21に導入され、原料ガス
により加熱されて昇温し、昇温ガスとなって熱交換器21
から昇温ガス管路24により導出される。この昇温ガス
は、昇温ガスの放出弁29が閉じられているために再生加
温ガス管路25に入り、再生加温ガスとして再生加温ガス
の止弁28を経て再生ガス管路26に至り、再生ガス入口弁
10a,10bから吸着器2a,2b内に導入される。

次に予冷工程では、上記再生冷却ガスの止弁27と昇温ガ
スの放出弁29とを開放し、再生加温ガスの止弁28を閉じ
る。

これにより、低温ガスライン８から供給される低温ガス
は、再生冷却ガスの止弁27及び昇温ガスの放出弁29が開
放されているために再生冷却ガス管路23と低温ガス導入
用管路22とに分岐する。再生冷却ガス管路23に流入した
低温ガスは、再生冷却ガスの止弁27を通って再生冷却ガ
スとして再生ガス管路26に至り、再生ガス入口弁10a,10
bから吸着器2a,2b内に導入される。一方低温ガス導入用
管路22から熱交換器21に導入された低温ガスは、原料ガ
スにより加熱されて昇温し、昇温ガスとなって熱交換器
21から昇温ガス管路24に導出される。この昇温ガスは、
再生加温ガスの止弁28が閉じられおり、昇温ガスの放出
弁29が開放されているために該放出弁29から系外に放出
される。即ち、この予冷工程中も、熱交換器21には低温
ガスが導入されており、原料ガスと低温ガスとの熱交換
が継続して行われている状態となっている。

このように、再生工程にある吸着器2a,2bの予冷工程中
も熱交換器21に低温ガスを導入することにより、熱交換
器21の低温ガス入口側21aの温度を低温ガスの温度に常
時保つことができ、温度差による膨張・収縮がほとんど
なくなる。これにより、熱応力が低くて従来使用するこ
とのできなかったプレートフィン式，プレート式，両端
固定シェル＆チューブ式等のコンパクトで圧力損失も低
く、熱交換効率の高い熱交換器を使用することが可能と
なり、上記熱交換器21から昇温ガス管路24により導出さ
れる昇温ガスの温度を高めることができる。この昇温ガ
スの温度上昇により、例えば管24の位置に付設される補
助加熱手段13を省略したり、あるいは小型のものにする
ことができ、設備費や運転費の低減を図ることができ
る。

例えば、前記同様に原料ガスの温度を90℃，低温ガスの
温度を５℃とし、従来用いられていたＵチューブ式シェ
ルル＆チューブ型の熱交換器では、低温ガスを70℃程度
までしか昇温できなかった状態でも、プレートフィン式
あるいは両端固定式シェルル＆チューブ式等の熱交換器
を使用することによって、低温ガスを85℃程度まで昇温
させることが可能となる。従って、従来に比べて15℃高
い温度に昇温することが可能となり、補助加熱手段13の
省略や加熱エネルギーの低減を図ることができる。同時
に、この間の原料ガスの冷却作用も向上するので、冷却
器５の負担も軽減させることができる。

さらに前記再生冷却ガスの止弁27,再生加温ガスの止弁2
8及び昇温ガスの放出弁29を吸着器2a,2bの再生ガス入口
弁10a,10bの近傍に設けることにより、再生ガス管路26
を短くすることができ、加温再生工程と予冷工程との切
替時に、所定のガスを直ちに吸着器2a,2bに導入するこ
とが可能となり、吸着器2a,2bの吸着運転から加温再生
工程への切替え、加温再生工程から予冷工程への切替え
を短時間で行え、再生工程の効率を向上させることがで
きる。

尚、本発明の再生方法及び再生装置は、各種ガスの乾燥
器，炭酸ガス吸着設備、空気分離装置の前処理設備，そ
の他各種のものに適用することができ、再生装置の構成
は、吸着設備の能力や原料ガス及び低温ガスの種類や温
度等により適宜決定することができる。また再生加温ガ
スを得るための加熱源は、原料ガスに限らず、例えば空
気分離装置の膨張タービン制動ブロワー等により昇温し
た系内ガスや排ガスを用いることができ、熱交換器に導
入する低温ガスを導入に先立って膨張タービン制動ブロ
ワー等により昇温させておくこともできる。また加温再
生工程を含む再生工程中に、他の管路から他の低温ガス
を熱交換器に導入して熱交換器の低温ガス入口側の温度
を略一定の状態に保つこともできる。また放出弁29を開
閉操作せず加温再生工程中も常時開としてもよい。さら
に本発明の方法は、本発明の装置を用いずに実施しても
同様の作用効果を得られることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方法によれば、昇温器の
温度変化を少なくすることができるので、小型で熱交換
効率が高く、圧力損失も低いプレートフィン式，プレー
ト式，両端固定シェル＆チューブ式等の熱交換器を使用
することが可能になり、再生加温ガスを効率よく昇温す
ることができる。これにより、補助的な加熱手段のエネ
ルギー使用量を低減でき、あるいは補助的な加熱手段を
省略することができ、吸着設備の設備費や運転費の低減
を図ることができる。

また本発明の装置によれば、２つの止弁と必要に応じて
１つの放出弁の開閉を制御するだけで本発明の方法を実
施することができ、簡単な構成で上述のごとき多大な効
果を得ることができる。特に各弁を吸着器の近傍に配置
することにより、ガスの切替えを迅速にでき、吸着器の
再生を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を適用した吸着設備の一実施例を示
す系統図、第２図は従来の再生装置を有する吸着設備の
系統図である。 2a,2b…吸着器、３…圧縮機、５…冷却器、6a,6b…原料
ガス入口弁、7a,7b…精製ガス出口弁、８…低温ガスラ
イン、10a,10b…再生ガス入口弁、11a,11b…排ガス出口
弁、13…補助加熱手段、20…吸着設備、21…熱交換器、
22…低温ガス導入用管路、23…再生冷却ガス管路、24…
昇温ガス管路、25…再生加温ガス管路、26…再生ガス管
路、27…再生冷却ガスの止弁、28…再生加温ガスの止
弁、29…昇温ガスの放出弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料ガスの精製を行う吸着器を再生する再
   生工程に、低温ガスを昇温器で昇温して再生加温ガスと
   して吸着器に導入する加温再生工程と、低温ガスを再生
   冷却ガスとして吸着器に導入する予冷工程とを含む吸着
   器の再生方法において、前記再生工程中の全工程に亙
   り、前記昇温器に所定量の低温ガスを導入することを特
   徴とする吸着器の再生方法。
2. 【請求項２】原料ガスの精製を行う吸着器を再生する再
   生工程に、低温ガスを昇温器で昇温して再生加温ガスと
   して吸着器に導入する加温再生工程と、低温ガスを昇温
   することなく再生冷却ガスとして吸着器に導入する予冷
   工程とを含む吸着器の再生方法において、前記吸着器の
   予冷工程中に、該吸着器に再生冷却ガスとして導入され
   る低温ガスの一部を分岐して、該分岐した低温ガスを前
   記昇温器に導入し、該昇温器で昇温された昇温ガスを系
   外に放出することを特徴とする吸着器の再生方法。
3. 【請求項３】原料ガスの精製を行う吸着器の加温再生時
   に、該吸着器に低温ガスを昇温して再生加温ガスとして
   供給する昇温器を備えた吸着器の再生装置において、前
   記昇温器の再生加温ガス出口側と吸着器の再生ガス入口
   側との間を接続する管路に再生加温ガスの止弁を設け、
   該再生加温ガスの止弁の一次側に昇温器で昇温した昇温
   ガスの放出弁を設けるとともに、前記昇温器の再生ガス
   入口側と吸着器の再生ガス入口側との間を接続し、低温
   ガスを昇温することなく再生冷却ガスとして吸着器に導
   入する管路に再生冷却ガスの止弁を設けたことを特徴と
   する吸着器の再生装置。
4. 【請求項４】前記再生加温ガスの止弁は、吸着器の加温
   再生時にのみ開放され、前記昇温ガスの放出弁及び再生
   冷却ガスの止弁は、吸着器の予冷時のみに開放されるこ
   とを特徴とする請求項３記載の吸着器の再生装置。
5. 【請求項５】前記再生加温ガスの止弁，昇温ガスの放出
   弁及び再生冷却ガスの止弁は、可及的に吸着器の再生ガ
   ス入口側の近傍に設けられていることを特徴とする請求
   項３記載の吸着器の再生装置。