JPH08173745A - 圧力変動吸着分離装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 供給製品ガス量を使用先の消費量に合わせて
容易かつ円滑に流量変更を行うことができる圧力変動吸
着分離装置の運転方法を提供する。 【構成】 減量運転移行時は、製品ガス供給経路５に設
けた流量調節弁６の開度を減量後の供給製品ガス量に見
合う開度に調節した後、圧力変動吸着分離装置（ＰＳＡ
装置）１の運転モードを変更する。増量運転移行時は、
ＰＳＡ装置１を増量後の供給製品ガス量に対応した運転
モードに変更した後、製品ガス供給経路５に設けた流量
調節弁６の開度を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力変動吸着分離装置
の運転方法に関し、詳しくは、製品ガス使用先の製品ガ
ス使用量に応じて圧力変動吸着分離装置を増減量運転す
る際の運転モードの切換え手順に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力変動吸着分離装置（以下、ＰＳＡ装
置という）は、各種ガスの分離あるいは精製用の装置と
して工業的に広く用いられている。例えば、窒素を優先
的に吸着する性質を有するゼオライトを吸着剤として用
いた、いわゆる酸素ＰＳＡは、空気から酸素を分離製造
する装置として多くの装置が稼働している。

【０００３】上記酸素ＰＳＡは、ゼオライトを充填した
複数の吸着筒、例えば３基の吸着筒を、それぞれ吸着工
程と再生工程とに順次切換えて連続的に酸素を製造する
ものであるが、工業的規模で使用される酸素ＰＳＡで
は、酸素発生量に比例して極めて大量の電力を消費する
ため、使用先の酸素消費量が減少した場合には、酸素Ｐ
ＳＡの運転状態を減量運転モードに変更し、酸素発生量
を減少させるとともに電力消費量を節減するようにして
いる。

【０００４】すなわち、上記酸素ＰＳＡのようなＰＳＡ
装置では、製品ガスの消費量の増減に伴って装置の運転
モードを変更し、製品ガス発生量を増減するようにして
いるが、従来の方法では、装置からの製品ガスの発生量
や発生速度，純度，圧力等の流れ特性を監視しながら運
転モードの変更を行い、製品ガス供給量の増減を行うよ
うにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の大型酸
素ＰＳＡでは、大気圧吸着・真空再生を行う、いわゆる
ＶＳＡプロセスを用いているため、吸着筒出口の製品酸
素の圧力は略大気圧であり、吸着筒から取出した製品酸
素を使用先が希望する圧力まで圧縮して供給するために
は、製品ガス供給経路に圧縮機を設ける必要がある。

【０００６】したがって、このような製品ガス圧縮用の
圧縮機を備えたＰＳＡ装置で製品供給量を変化させるた
めには、製品ガスの流量を変化させる手段と、製品ガス
圧縮機の吐出量を変化させる手段とを一体化させた運転
システムを構築することが必要になってくる。

【０００７】そこで本発明は、ＰＳＡ装置から供給する
製品ガス量を使用先の消費量に合わせて増減するにあた
り、容易かつ円滑に流量変更を行うことができるＰＳＡ
装置の運転方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【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、本発明の圧力変動吸着分離装置の運転方法は、圧
力変動吸着分離装置から導出される製品ガスの供給量を
減量するとともに、前記圧力変動吸着分離装置を減量運
転するにあたり、前記製品ガスの供給量を減量する信号
の入力により、製品ガス供給経路に設けた流量調節弁の
開度を減量後の供給製品ガス量に見合う開度に調節し、
供給製品ガス量が略設定されたガス量になった後、前記
圧力変動吸着分離装置の運転状態を、減量後の供給製品
ガス量に対応した運転モードに変更することを特徴と
し、また、前記製品ガスの供給量を増量するとともに、
前記圧力変動吸着分離装置を増量運転するにあたり、前
記製品ガスの供給量を増量する信号の入力により、前記
圧力変動吸着分離装置の運転状態を、増量後の供給製品
ガス量に対応した運転モードに変更した後、製品ガス供
給経路に設けた流量調節弁の開度を増量後の供給製品ガ
ス量に見合う開度に調節することを特徴としている。

【０００９】

【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。図１は、本発明方法を実施するための装置
構成の一例を示すもので、圧力変動吸着分離装置（ＰＳ
Ａ装置）１の製品ガス供給系統に、製品ガス圧縮機２
と、該製品ガス圧縮機２の吐出側と吸入側とを接続し、
かつ、循環流量制御弁３を備えた循環経路４と、製品ガ
ス圧縮機２の下流側の製品ガス供給経路５に設けた流量
調節弁６と、製品ガスの圧力及び流量をそれぞれ測定す
る流量計Ｆ及び圧力計Ｐと、製品ガス供給量を変更する
信号の入力により前記循環流量制御弁３の開度を調節す
るとともに、前記流量計Ｆ及び圧力計Ｐの測定値に基づ
いて前記流量調節弁６の開度を調節し、さらに、ＰＳＡ
装置１の運転モードを変更する制御器７とを設けたもの
である。

【００１０】上記ＰＳＡ装置１は、例えば、窒素を優先
的に吸着するゼオライトを用いた周知の酸素ＰＳＡであ
って、前記ゼオライトを充填した複数の吸着筒をそれぞ
れ吸着工程，再生工程や再加圧工程に順次切換えて連続
的に酸素を製造するものであり、製品ガスである酸素
は、ＰＳＡ装置１から導出されて製品ガス圧縮機２で所
定圧力まで昇圧された後、流量調節弁６を経て製品ガス
供給経路５から使用先に供給される。

【００１１】上記構成において、製品ガスである酸素ガ
スの減量が必要となったときには、まず、制御器７にそ
の信号が入力される。この信号入力は、制御器７に人為
的に必要な減量程度を入力してもよく、使用先における
酸素ガス使用量の減少に伴う酸素ガス流量の低下をセン
サー（流量計Ｆ）で検知してこの信号を制御器７に入力
するようにしてもよい。

【００１２】上記減量信号を受けた制御器７は、その減
量程度に応じて製品ガス圧縮機２の循環経路４に設けた
循環流量制御弁３をあらかじめ減量程度に応じて設定さ
れている開度まで開くとともに、流量調節弁６を減量後
の供給製品ガス量に見合う開度に調節する。これによ
り、製品ガス供給経路５から使用先に供給される製品酸
素量が減量後の設定流量に変更される。

【００１３】そして、供給製品酸素量が略減量後の設定
流量になった後、制御器７は、ＰＳＡ装置１に減量程度
に対応した運転モードに変更するための信号を出力す
る。これにより、ＰＳＡ装置１は、サイクルタイムの延
長等、従来から行われている減量運転操作に入り、延長
された時間帯における真空ポンプ等の無負荷運転による
消費動力の削減等を行う。

【００１４】一方、増量運転に移行する際には、前記同
様に、制御器７に増量程度に合わせた信号が入力され、
増量信号を受けた制御器７は、まず、ＰＳＡ装置１にそ
の増量程度に応じた運転モードに変更するための信号を
出力し、ＰＳＡ装置１は、サイクルタイムを変更して所
定の運転モードに入る。

【００１５】そして、ＰＳＡ装置１の運転が安定した
後、制御器７から増量程度に応じて循環流量制御弁３を
閉じ方向に作動させるとともに、流量調節弁６を増量後
の供給製品ガス量に見合う開度に調節する。これによ
り、製品ガス供給経路５から使用先に供給される製品酸
素量が増量後の設定流量に変更される。

【００１６】なお、上記のような減量あるいは増量開始
信号は、ＰＳＡ装置１における工程切換え時間の任意の
時間帯に入るため、その都度、即座に対応することはシ
ステムが複雑化して望ましくない。したがって、上記信
号が工程のいかなる時点で入力されても、次の工程切換
え時まで待って、そこを起点として流量調整操作あるい
は運転モードの変更操作を開始することが望ましく、さ
らに、減量運転移行に際してのＰＳＡ装置１の運転モー
ドの変更は、流量調整操作を開始してから製品ガスの流
量が設定流量に収束するまでのサイクル数をあらかじめ
カウントしておき、これをプログラムとして入力してお
くことによって、サイクルタイムの変更を確実に行うこ
とができる。すなわち、流量調節時のサイクルタイム
は、流量調節弁６における収束時間により決定される。

【００１７】図２乃至図５は、上記減量運転あるいは増
量運転に移行する際におけるＰＳＡ装置１の運転モード
Ｍと、流量調節弁６の流量設定値Ｆｍと、製品酸素の実
際の流量Ｇとの関係の一例を示すもので、運転モードと
しては、１００％，７５％，５０％の３通りであり、Ｐ
ＳＡ装置１の各モードにおけるサイクルタイムは、それ
ぞれ６０秒，８０秒，１２０秒である。

【００１８】まず、図２において、１００％運転時に７
５％に減量するとの信号入力があると、次の１サイクル
の工程切換え時に制御器７から流量調節弁６に開度変更
の信号が出力され、流量調節弁６の開度があらかじめ設
定されている７５％の流量に対応する開度に変更され
る。この開度変更は、急激な流量変化がシステムに悪影
響を与えないように、１サイクル分の時間、この場合は
６０秒かけて所定の流量になるように流量設定値Ｆｍが
設定されており、流量調節弁６の開度は、この流量設定
値Ｆｍに従って徐々に調節される。そして、流量Ｇが所
定の７５％の流量に略達した時点で、ＰＳＡ装置１の運
転モードＭが７５％の減量運転に対応したモードに変更
され、サイクルタイムが６０秒から８０秒に変更され
る。

【００１９】さらに、上記７５％の減量運転時に５０％
に減量するとの信号入力があると、次の１サイクルの工
程切換え時に流量調節弁６に開度変更の信号が出力さ
れ、流量調節弁６の開度があらかじめ設定されている５
０％の流量に対応する開度に変更される。この開度変更
の際の流量設定値Ｆｍも、この時点での１サイクルの時
間である８０秒かけて５０％の流量になるように設定さ
れており、流量調節弁６の開度は、この流量設定値Ｆｍ
に従って徐々に調節される。そして、流量Ｇが所定の５
０％の流量に略達した時点で、ＰＳＡ装置１の運転モー
ドＭが５０％の減量運転に対応したモードに変更され、
サイクルタイムが８０秒から１２０秒に変更される。

【００２０】また、図３に示すように、１００％運転時
に５０％に減量するとの信号入力があると、次の１サイ
クルの工程切換え時に流量調節弁６に開度変更の信号が
出力され、流量調節弁６が５０％の流量に対応する開度
に、３サイクル分の時間である約１８０秒をかけて徐々
に調節される。そして、流量Ｇが所定の５０％の流量に
略達しようとしたときに、ＰＳＡ装置１の運転モードＭ
が５０％の減量運転に対応したモードに変更され、サイ
クルタイムが６０秒から１２０秒に変更される。

【００２１】このように、減量運転に移行する操作にお
いては、先に製品ガスの流量を流量調節弁６で減量運転
の程度に見合う流量に減少させた後、ＰＳＡ装置１を、
その流量に見合う運転モードに変更することになる。こ
れにより、ＰＳＡ装置１を安定した状態で運転でき、製
品純度が低下したりすることを防止できる。

【００２２】図４及び図５は、前記減量運転を行ってい
るシステムを通常の１００％、あるいは５０％から７５
％に移行させる際の状態を示すものである。図４におい
て、５０％の減量運転を行っているときに、７５％の減
量運転に増量する際には、制御器７への信号入力によ
り、次の工程切換え時にＰＳＡ装置１の運転モードＭが
７５％の減量運転に対応したモードに変更され、サイク
ルタイムが１２０秒から８０秒に変更される。次いで、
制御器７から流量調節弁６に開度変更の信号が出力さ
れ、流量調節弁６の開度が７５％の流量に対応する開度
に変更される。

【００２３】上記流量調節弁６の開度変更を行う流量設
定値Ｆｍは、ＰＳＡ装置１の運転モード変更から３サイ
クル分の時間、約２４０秒の間に徐々に流量Ｇを増加さ
せるように設定されている。

【００２４】さらに、７５％の減量運転から通常の１０
０％の運転に増量する際には、上記同様に、次の工程切
換え時にＰＳＡ装置１のサイクルタイムを８０秒から６
０秒に変更した後、流量調節弁６の流量設定値Ｆｍを５
サイクル分の３００秒かけて１００％流量に対応する値
に変更するようにしている。

【００２５】また、図５に示すように、５０％の減量運
転から通常の１００％の運転に増量する際には、最初に
ＰＳＡ装置１のサイクルタイムを１２０秒から６０秒に
変更した後、流量調節弁６の流量設定値Ｆｍを１０サイ
クル分の６００秒かけて１００％流量に対応する値に変
更するようにしている。

【００２６】このように、増量運転に移行する操作にお
いては、先にＰＳＡ装置１を増量運転の程度に見合う運
転モードに変更した後、流量調節弁６で製品ガスの流量
を所定流量に調節するようにする。これにより、ＰＳＡ
装置１を安定した状態で運転でき、製品純度が低下した
りすることを防止できる。これは、上記順序で増減量変
更を行うことにより、吸着筒内の吸着前線（ＭＴＺ）の
破過、即ち吸着剤の破過を防ぐことができるためであ
る。

【００２７】また、本実施例に示すように、製品ガス圧
縮機２に循環流量制御弁３を備えた循環経路４を設け、
循環流量制御弁３の開度を調節して製品ガス圧縮機２か
ら流量調節弁６側に流れる製品ガス量を増減させたり、
あるいはアンロード弁を用いた流量制御システムを用い
たりすることにより、流量調節弁６のみによる流量制御
に比べて安定した状態で流量制御及び圧力制御を行うこ
とができる。

【００２８】さらに、製品ガス供給経路５から使用先に
供給する製品ガスの流量調節を上記循環流量制御弁３で
行い、製品ガス供給経路５に流量調節弁６に代えて圧力
調節弁を設け、使用先に供給する製品ガスの圧力を一定
に保持するように構成することもできる。

【００２９】すなわち、循環流量制御弁３を開いて製品
ガス圧縮機２から吐出された製品ガスの一部を循環経路
４を通して製品ガス圧縮機２の吸入側に戻すことによ
り、製品ガス供給経路５に流れる製品ガス量を減らすこ
とができ、逆に循環流量制御弁３を閉じることにより製
品ガス供給経路５に流れる製品ガス量を増すことができ
るので、減量運転の程度に対応させて循環流量制御弁３
の開度を設定しておけば、循環流量制御弁３の開度を調
節するだけで製品ガスの流量を所望の流量に調節するこ
とができる。そして、製品ガス供給経路５に圧力調節弁
を設けておくことにより、製品ガスの流量にかかわらず
略一定の圧力で製品ガスを使用先に供給することができ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力変動
吸着分離装置の運転方法によれば、製品ガスの純度を所
定値に維持した状態で減量運転あるいは増量運転に移行
でき、製品ガスの流量変更を使用先の消費量に合わせて
容易かつ円滑に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を実施するための装置構成の一例を示
す系統図である。

【図２】 減量運転に移行する際のＰＳＡ装置の運転モ
ードと、流量調節弁の流量設定値と、製品酸素の実際の
流量との関係を示す図である。

【図３】 同じく減量運転に移行する際の運転モードと
流量設定値と実際の流量との関係を示す図である。

【図４】 増量運転に移行する際の運転モードと流量設
定値と実際の流量との関係を示す図である。

【図５】 同じく増量運転に移行する際の運転モードと
流量設定値と実際の流量との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…ＰＳＡ装置、２…製品ガス圧縮機、３…循環流量制
御弁、４…循環経路、５…製品ガス供給経路、６…調節
弁、７…制御器、Ｆ…流量計、Ｐ…圧力計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力変動吸着分離装置から導出される製
   品ガスの供給量を減量するとともに、前記圧力変動吸着
   分離装置を減量運転するにあたり、前記製品ガスの供給
   量を減量する信号の入力により、製品ガス供給経路に設
   けた流量調節弁の開度を減量後の供給製品ガス量に見合
   う開度に調節し、供給製品ガス量が略設定されたガス量
   になった後、前記圧力変動吸着分離装置の運転状態を、
   減量後の供給製品ガス量に対応した運転モードに変更す
   ることを特徴とする圧力変動吸着分離装置の運転方法。
2. 【請求項２】 圧力変動吸着分離装置から導出される製
   品ガスの供給量を増量するとともに、前記圧力変動吸着
   分離装置を増量運転するにあたり、前記製品ガスの供給
   量を増量する信号の入力により、前記圧力変動吸着分離
   装置の運転状態を、増量後の供給製品ガス量に対応した
   運転モードに変更した後、製品ガス供給経路に設けた流
   量調節弁の開度を増量後の供給製品ガス量に見合う開度
   に調節することを特徴とする圧力変動吸着分離装置の運
   転方法。