JPH08294613A - 酸素ガスの分離法 - Google Patents

酸素ガスの分離法

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JPH08294613A
JPH08294613A JP7127058A JP12705895A JPH08294613A JP H08294613 A JPH08294613 A JP H08294613A JP 7127058 A JP7127058 A JP 7127058A JP 12705895 A JP12705895 A JP 12705895A JP H08294613 A JPH08294613 A JP H08294613A
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JP
Japan
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adsorption
gas
pressure
adsorption tower
outlet end
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Pending
Application number
JP7127058A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Takahashi
勉 高橋
Chiaki Marumo
千郷 丸茂
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Kanebo Ltd
Original Assignee
Kanebo Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】2塔以上の吸着塔で構成されるPSA式酸素ガ
ス製造装置において、均圧工程として、工程前半を吸着
工程終了直後の吸着塔の製品ガス出口端と、再生工程終
了直後の吸着塔の製品ガス出口端とを連通してガスの移
動を行い、引き続き、工程後半を吸着工程終了後の吸着
塔の製品ガス出口端と、再生工程終了後の吸着塔の原料
ガス入口端とを連通してガスの移動を行う方法であり、
均圧工程におけるガスの移動量を2塔間の差圧が零とな
るまでとし、更に、工程前半のガスの移動量の工程全般
におけるガスの移動量に対する比を0.05〜0.9 とする方
法。 【効果】製品酸素ガスが高収率で得られるため、酸素ガ
ス製造コストを低減することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力スイング吸着法に
より酸素ガスを分離する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、常温におけるガス分離技術とし
て、圧力スイング吸着法(以下PSA法と略す)が開発
され実用化が進展している。このPSA法によるガス分
離技術は吸着剤の選択的吸着特性を利用するものであ
り、深冷分離法に比較して、装置が小型となり、操作が
簡便で、オンサイトで連続無人運転が可能であるなどの
特徴がある。一般に、PSA法により空気中の酸素ガス
を分離する場合には、吸着剤としてCa-A型やNa-X型等の
ゼオライトを使用し、加圧下で窒素ガスを吸着除去して
非吸着成分の酸素ガスを製品ガスとする方法が採用され
ている。 そして製品ガス分離コスト低減を図るため、
PSA装置及び運転方法の改良や、充填吸着剤の性能ア
ップなど様々な改善が試みられているが、さらに一層の
性能アップが求められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、主に
窒素,酸素の混合ガス中から酸素ガスを高効率で簡便か
つ安価に分離することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的および
利点は、2塔以上の吸着塔から成る圧力スイング吸着式
酸素ガス発生装置において、吸着工程終了直後の吸着塔
と再生工程終了直後の吸着塔とを連通させてガスの移動
を行う均圧工程として、工程前半を吸着工程終了直後の
吸着塔の製品ガス出口端と、再生工程終了直後の吸着塔
の製品ガス出口端とを連通してガスの移動を行い、引き
続き、工程後半を吸着工程終了後の吸着塔の製品ガス出
口端と、再生工程終了後の吸着塔の原料ガス入口端とを
連通してガスの移動を行う方法であり、均圧工程におけ
るガスの移動量を2塔間の圧力差が零となるまでとし、
更に工程前半の、吸着工程終了直後の吸着塔の製品ガス
出口端と、再生工程終了直後の吸着塔の製品ガス出口端
とを連通して均圧を行う工程におけるガスの移動量の均
圧工程全般におけるガスの移動量に対する比を0.05以上
0.9 以下とする方法により達成される。
【0005】本発明で使用するPSA装置の充填吸着剤
はゼオライトを使用する。ゼオライトは、結晶性アルミ
ノケイ酸塩であり、各種のゼオライトは、それぞれ固有
の細孔径,表面電場,イオン交換能,吸着分離能などの
性質を有しており、分子篩い作用がある。通常、酸素と
窒素の分離には、Ca-A型,Na-X型ゼオライトなどが使用
される。本発明で使用するゼオライトは、好ましくはCa
-A型,Na-X型ゼオライトであるが、この他のゼオライト
の使用も何ら制限されるものではない。このゼオライト
は、PSA装置充填に際しては、たとえば、直径0.5 〜
5mm,長さ1 〜10mm程度の円柱状の形態、あるいは、直径
0.5 〜5mm 程度の球状の形態で提供される。
【0006】PSA装置は、一般に一連の操作を各吸着
塔で順次連続的に繰り返し運転し、目的とする製品ガス
を連続的に取り出すものであるが、以下図1に示した2
塔式PSA装置を用いて、空気中の酸素ガスを分離濃縮
した場合について本発明を具体的に説明する。
【0007】図1に示したPSA装置は、主に2本の吸
着塔1,2 、原料空気供給用の空気圧縮機 3、エアードラ
イヤー 4、製品酸素ガス貯留用のサージタンク 5、ゼオ
ライト再生用の真空ポンプ 6、及びこれらを結び付ける
配管から成る。吸着塔1,2 には、ゼオライトが充填され
ている。各吸着塔で、1)吸着工程 2)均圧工程(減圧)
3)再生工程 4)均圧工程(加圧)の一連の工程を1サ
イクルとして、PSA装置を運転し、たとえば、吸着塔
1が吸着工程,均圧工程(減圧),再生工程,均圧工程
(加圧)にある時は、吸着塔2は、それぞれ再生工程,
均圧工程(加圧),吸着工程,均圧工程(減圧)にあ
る。
【0008】本発明の特徴である均圧工程は、まず工程
前半に、吸着工程終了直後の吸着塔の製品ガス出口端
と、再生工程終了直後の吸着塔の製品ガス出口端とを連
通し、圧力差を利用して、吸着工程終了直後の吸着塔か
ら再生工程終了直後の吸着塔へガスの移動を行うもので
ある。つまりこの工程では、吸着工程終了直後の吸着塔
内に残留する酸素濃度の高いガスが、再生工程終了直後
の吸着塔に、原料ガスの流入に対して向流方向から導入
されることになる。以後この工程を前均圧工程と呼ぶ。
前均圧工程終了後、上記吸着工程終了後(前均圧工程終
了後)の吸着塔の製品ガス出口端と、再生工程終了後
(前均圧工程終了後)の吸着塔の原料ガス入口端とを連
通し、圧力差を利用して、吸着工程終了後の吸着塔から
再生工程終了後の吸着塔へガスの移動を行う。つまりこ
の工程では、吸着工程終了後の吸着塔内に残留する酸素
濃度の高いガスが、再生工程終了後の吸着塔に、原料ガ
スの流入に対して並流方向から導入されることになる。
以後この工程を後均圧工程と呼ぶ。
【0009】この均圧工程におけるガスの移動量は、均
圧工程全般におけるガスの移動量を2塔間の圧力差が零
となるまでとし、更に前均圧工程におけるガスの移動量
の工程全般におけるガスの移動量に対する比は、0.05〜
0.9 である。このガスの移動量比は、通常上記範囲で操
作すると良いが、好ましくは、0.05〜0.7 である。均圧
工程として、上記の如く前均圧工程及び後均圧工程を行
うことにより、原料ガスから製品酸素ガスを高収率で分
離することが可能となる。
【0010】具体的に、装置の操作法を説明する。まず
電磁弁11,15 を開き、空気圧縮機 3により加圧空気を吸
着塔1に供給する。そして所定の加圧状態に保ちつつ原
料空気の供給を継続し、空気中の窒素ガスを吸着させ、
製品酸素ガスを取り出す吸着工程を行う。この間吸着塔
2では、電磁弁22を開けて再生工程を行う。吸着塔2で
は、吸着塔1と同一工程を1/2 サイクルだけ時間差を取
って操作を行うので、以下吸着塔1の場合について説明
する。
【0011】吸着工程終了後、電磁弁14,24 を開けて、
吸着塔1の製品ガス出口端から、吸着塔2の製品ガス出
口端へ圧力差を利用してガスの移動を行う前均圧工程
(減圧)を行う。この時吸着塔2は、前均圧工程(加
圧)にある。前均圧工程終了後、電磁弁14,23 を開け
て、吸着塔1の製品ガス出口端から、吸着塔2の原料ガ
ス入口端へガスの移動を行う後均圧工程(減圧)を行
う。この時吸着塔2は、後均圧工程(加圧)にある。
【0012】後均圧工程(減圧)終了後、電磁弁12を開
けて、再生工程を行う。この時吸着塔2は、吸着工程に
ある。
【0013】再生工程終了後、電磁弁14,24 を開けて、
吸着塔2の製品ガス出口端から、吸着塔1の製品ガス出
口端へ圧力差を利用してガスの移動を行う前均圧工程
(加圧)を行う。この時吸着塔2は、前均圧工程(減
圧)にある。前均圧工程(加圧)終了後、電磁弁13,24
を開けて、吸着塔2の製品ガス出口端から、吸着塔1の
原料ガス入口端へガスの移動を行う後均圧工程(加圧)
を行う。この時吸着塔2は、後均圧工程(減圧)にあ
る。
【0014】後均圧工程(加圧)が終了すると、1サイ
クルが完了し、再び吸着工程を行う。そして、このサイ
クル操作を繰り返して、PSA装置を運転することによ
り、連続して高収率で酸素ガスを取り出すことが出来
る。なお本発明においては、還流工程など上記工程以外
に他の工程を加えることは何等制限するものではない。
【0015】
【発明の効果】本発明の酸素ガス分離法は、高濃度の酸
素ガスを高収率で分離可能なため、酸素ガス製造コスト
の低減が可能となる。また、空気に比してやや酸素濃度
を高めた酸素富化空気の製造から、酸素濃度90〜94%程
度の高濃度酸素の製造まで広範囲の濃度の酸素ガスを製
造できるため、その応用範囲は多岐にわたる。例えば、
酸素富化空気は、各種燃焼設備の酸素富化燃焼用ガスと
して使用することが可能であり、酸素濃度30〜40%程度
の製品ガスは、各種バイオリアクター用の供給ガスとし
て利用できる。また、酸素濃度90〜94%程度の製品ガス
は、排水処理での曝気用、医療用、その他各種用途に対
して、安価な酸素供給源として利用できる。本発明で得
られる酸素ガスは、上記以外にも、各種用途に対し、酸
素ボンベの代替として使用することが可能である。
【0016】以下、実施例を挙げて具体的に説明する。
【実施例】
実施例1 図1に示したPSA装置の吸着塔1,2 (内径53.5mmφ,
高さ1200mm)に5A型ゼオライト(東ソー(株)製,ゼオ
ラムA5SA)を充填し、表1に示したサイクルでPSA
装置を運転した。
【表1】 この時、吸着工程における原料空気供給圧力は3.0kgf/c
m2G,吸着時間は180 秒、原料空気の供給量は5.0Nl/min
、再生時の塔内圧力を30torrとし、均圧の全工程時間
を2本の吸着塔間の圧力差が零となるまでガスが移動す
る10秒とした。また、前均圧工程におけるガスの移動量
の均圧工程全般におけるガスの移動量に対する比(Rと
する)を表2に示した条件で実験を行った。この結果得
られた製品酸素ガスの濃度および収率を併せて表2に示
す。
【表2】 本実施例により、均圧方法として、前均圧のみ(実験1
0)または後均圧のみ(実験1)を行う場合よりも、前
均圧および後均圧を併用した場合の方が、製品酸素濃
度,収率ともよい結果を与えることが分かる。
【0017】実施例2 前均圧工程におけるガスの移動量の均圧工程全般におけ
るガスの移動量に対する比Rを0.5 、均圧工程全般にお
けるガスの移動量を表3に示した条件とし、その他の条
件を実施例1と同条件として実験を行った。この結果得
られた製品酸素ガスの濃度および収率を併せて表3に示
す。なお、均圧工程全般におけるガスの移動量を2本の
吸着塔間の圧力差(D(kgf/cm2G)とする)で表した。
【表3】 本実施例により、吸着工程時におけるガスの移動量は、
2本の吸着塔間の圧力差が零と成るまでとすると最も収
率がよくなることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用したPSA試験装置の概略図。
【符号の説明】
1,2:吸着塔 3:空気圧縮機 4:エアードライヤー 5:サージタンク 6:真空ポンプ 11〜15,21〜25:電磁弁 a 〜g :配管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2塔以上の吸着塔から成る圧力スイング
    吸着式酸素ガス発生装置において、吸着工程終了直後の
    吸着塔と再生工程終了直後の吸着塔とを連通させてガス
    の移動を行う均圧工程として、工程前半を吸着工程終了
    直後の吸着塔の製品ガス出口端と、再生工程終了直後の
    吸着塔の製品ガス出口端とを連通してガスの移動を行
    い、引き続き、工程後半を吸着工程終了後の吸着塔の製
    品ガス出口端と、再生工程終了後の吸着塔の原料ガス入
    口端とを連通してガスの移動を行う方法であり、均圧工
    程におけるガスの移動量を2塔間の圧力差が零となるま
    でとし、更に工程前半の、吸着工程終了直後の吸着塔の
    製品ガス出口端と、再生工程終了直後の吸着塔の製品ガ
    ス出口端とを連通して均圧を行う工程におけるガスの移
    動量の均圧工程全般におけるガスの移動量に対する比を
    0.05以上0.9 以下とする方法。
JP7127058A 1995-04-26 1995-04-26 酸素ガスの分離法 Pending JPH08294613A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020025478A (ko) * 2000-09-29 2002-04-04 이태수 압축스윙흡착 및 진공스윙흡착 방식을 조합한 산소발생기
KR100484549B1 (ko) * 2002-03-25 2005-04-20 디지털오토모빌(주) 두 개의 진공원을 이용한 산소발생장치 및 방법
JP2013056810A (ja) * 2011-09-09 2013-03-28 Iwatani Internatl Corp オゾンガスの濃縮方法及びその装置
JP2013154340A (ja) * 2012-01-06 2013-08-15 Kyuchaku Gijutsu Kogyo Kk 空気からの酸素と窒素の吸着分離方法及び装置

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