JPH09164318A - 吸着によるガス分離装置 - Google Patents

吸着によるガス分離装置

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JPH09164318A
JPH09164318A JP8218663A JP21866396A JPH09164318A JP H09164318 A JPH09164318 A JP H09164318A JP 8218663 A JP8218663 A JP 8218663A JP 21866396 A JP21866396 A JP 21866396A JP H09164318 A JPH09164318 A JP H09164318A
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adsorbent
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casing
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JP8218663A
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Philippe Andreani
フィリップ・アンドレアーニ
Christian Monereau
クリスチアン・モヌロー
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスを水平方向に吸着剤を通過させる循環手
段を含む、PSA(圧力振動吸着)式などのガス分離装
置において、低価格の生産コストと最小のエネルギー消
費でのガス分配を可能とする装置を提供する。 【解決装置】 ガス循環手段は、少なくとも1つの吸着
剤の垂直サイドに、吸着剤に隣接する第1のサブボリュ
ーム(volume)と、吸着剤の前記サイド上で局所的流量
の垂直方向の変動を減少させるように選定された横断面
積および/または分布を有するガス流路を備えた壁によ
って第1のサブボリュームとを包含するガス分配ボリュ
ームを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ケーシング内に、
少なくとも1つの吸着剤からなる少なくとも1つの垂直
セクター、およびガス流をケーシング内に供給し、吸着
剤中を水平に通過させ、ケーシングから排出するための
ガス循環手段を備えたタイプの吸着によるガス分離装置
に、特にPSA(圧力振動吸着:Pressure Swing Adsor
ption )、またはVSA(真空振動吸着:Vacuum Swing
Adsorption )タイプの装置に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】高いガス流量を速いサ
イクルシーケンスで扱うこのタイプの分離装置は、吸着
剤を通すガス流の水平移動流通が関与する装置において
さらに増大するガスの循環と分配に関する問題を提起す
る。
【0003】本発明の課題は、小型の総体的装置内で、
低価格の生産コスト、かつ最小限のエネルギー消費で改
善されたガス分配を可能とする吸着によるガス分離装置
を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための装置】上記課題を解決するため
に、本発明の特徴の1つによれば、循環手段は少なくと
も1つの吸着剤の垂直サイドに、吸着剤に隣接する第1
のサブボリューム(volume)と、最小のヘッド損失を生
じさせながら、吸着剤の前記サイド上で局所的流量の垂
直方向の変動を減少させるように選定された横断面積お
よび/または分布を有するガス流路を備えた壁によって
第1のサブボリュームとを包含するガス分配ボリューム
を有する。
【0005】本発明のその他の特徴は、 ・第1および第2サブボリュームが実質的に同一の軸方
向の大きさ(axial extent)を有すること、 ・第1サブボリュームの、第2サブボリュームに対する
容積の比が、4より小さく典型的には0.25より大き
いこと、 ・流路の総表面積の、第2サブボリュームの入口/出口
の表面積に対する比が、5より小さく、典型的には0.
5より大きいこと、 ・循環手段が、垂直的供給および排出セグメントを含む
こと、 ・吸着剤が環状であること、 ・供給および排出セグメントが、ケーシングの同一の軸
方向サイド上でガス回路に連結されることである。
【0006】本発明のその他の特徴および利点は、以下
の実施の形態の説明から明らかになろう。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図中、同一または類似の部材は同
一符号が付されている。
【0008】図1に示される態様において、吸着剤3の
環状ボリュームは、全体的に符号1で示される軸対称ケ
ーシング内の環状ベース2上に配置され、そのボリュー
ムは同心グリッドによって内的にかつ外的に画定されて
いる。吸着剤3に対して内部のボリュームは、角度的に
また軸方向に分配された穿孔40のパターンで構成され
た、ここでは円錐形の形態である穿孔表面4によって、
吸着剤に隣接する第1サブボリューム5と、分離される
べきガス混合物を吸着剤3に導入するための中央パイプ
7と連結する第2サブボリューム6とに分けられる。図
1の態様において、ケーシング1の周辺の外殻環と吸着
剤3の周辺部との間の環状スペースは、同様に、ここで
は円錐形の形状である穿孔表面8によって、吸着剤に隣
接する第1サブボリューム9と、ベース2の周辺とケー
シングの周辺の外殻環との間の環状流路を経てケーシン
グ内に構成され、吸着剤3に保持されず、したがってパ
イプ7を経由して導入されるガス混合物から分離したガ
スの出口パイプ11と連通する下部チャンバと連通する
第2のサブボリューム10に分けられている。
【0009】本発明の1つの側面によれば、ボリューム
5のボリューム6に対する(またはボリューム9のボリ
ューム10に対する)比は4より小さく、好ましくは
0.4ないし1.5である。本発明のもう1つの側面に
よれば、穿孔40の合計表面積の、入口パイプ7の横断
面積に対する比は、5より小さく、好ましくは1ないし
2.5である(壁8の穿孔40の横断面積の、ボリュー
ム10の環状入口の横断面積に対する比もこれと同じで
ある)。
【0010】この構成によって、穿孔は、極めて低いヘ
ッド損失で、従ってエネルギーを損失することなしに、
サブボリュームに供給する局所的な流量の偏差が典型的
に30%よりも少なくなるように一次分配を保証する。
これらの変化は、可変穿孔を作ること、および/または
穿孔表面の形状を最適化することにより、および/また
はエネルギー需要のわずかな増加を犠牲にして、これら
の穿孔の少なくともいくつかを通してヘッド損失を増加
させることにより、15%以下に減らすことができる。
【0011】そして、下流のサブボリューム(ガス循環
方向に依存する5または9)は、吸着剤床での下流のヘ
ッド損失によって局所的流量の最終的な再均衡を確実に
し、また、吸着剤閉じ込めグリッドでの噴流の運動エネ
ルギーによる局所的圧力変動を避けるために穿孔による
噴流出力の拡散を確実にする。
【0012】このような構成により、システムの軸方向
における圧力をほぼ完全に再均衡させることを保証する
縦(長手)方向の流量は供給流量よりも少なく、これに
より小寸法の環を使用すること、したがって小型形態の
装置を製作することが可能になる。
【0013】図2の態様も前記の中央分配器を有し、こ
こではこれは軸方向の供給管7につながるまっすぐな穿
孔管4により構成されている。この装置は、ここでは外
部分配器を有さず、薄い環状チャンバ12がチャンバ1
の周辺外殻環と環状吸着剤3の周辺部との間に形成され
ているだけである。この態様において、ケーシング1は
ドーム型の上部端および下部端を有し、後者はベース2
とともに、管7および4と同軸にあり、パイプ11から
の、およびパイプ11への流れを調節する角度をもって
分布した開口部を有する環状隔壁13を含む環状下部チ
ャンバを構成する。上部ドームは、ケーシングの殻環
と、管を閉鎖するための中央フランジ15との間に固定
される漏れ止め性の膜によって軸方向に圧縮され、か
つ、例えば上部ドームに導入された加圧ガスによって活
性的に圧縮されてチャンバ5および12の間の吸着剤塊
をバイパスする危険を回避する容に吸着剤を充填するこ
とを可能とする中央シャフトを包含する。
【0014】図に示される態様において、吸着剤塊3に
到達する前に中央管4の穿孔40によって出力される分
流をより良く拡散することを確実にするために、金属ラ
イニング部材(metal lining elements )、セラミック
ボール、または有利には、分離されるべきガス混合物が
水蒸気を含む場合は、水蒸気の保持に寄与するアルミナ
ボールのリング16が、吸着剤3とサブボリューム5の
間に設置される。
【0015】比較として、図2の様態による装置は、吸
着剤高さHが5m、吸着剤外側直径が1.54m、吸着
剤内側が40cmの吸着体、2.4%の穿孔比を有する
穿孔管4の直径が30cm、すなわち総穿孔表面積が穿
孔管4の横断面のおよそ1.6倍であるとすると、第1
サブボリューム5の第2サブボリューム6に対する比が
0.78のとき、外側直径が1.74mの環状吸着剤、
直径90cmの単一中央供給流路と同じ分配性および同
じ性能を全体の吸着剤体積約8.65m3 について提供
する。着目されるべき点は、多孔質材料分配器タイプに
ついて摩擦ヘッド損失およびガスの運動エネルギー変動
による圧力変動または大きなヘッド損失を生じさせる圧
力変動を打消すために大きな断面積を有する分配ボリュ
ームを設置することを含む、大きさとコストの理由で受
け入れられない解決策とは対照的な本発明による装置に
よってもたらせられる小型化とデッドボリュームの減少
とである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による装置における縦断面を示す概略
図。
【図2】本発明による装置の、ある特定の態様の縦断面
を示す図。
【符号の説明】
1…ケーシング 2…ベース 3…吸着剤 4、8…穿孔表面 5、9…第1サブボリューム 6、10…第2サブボリューム 7…供給管 11…出口パイプ 12…環状スペース 13…隔壁 14…漏れ止め性の膜 15…中央フランジ 16…分割された物質 40…穿孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチアン・モヌロー フランス国、75011 パリ、リュ・ドゥ・ シャロンヌ 159

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケーシング(1)内に、少なくとも1種
    の吸着剤(3)の少なくとも1つの垂直セクター、およ
    び、ガス流を供給し、吸着剤内を水平に通過させ、およ
    び排出するためのガス循環手段を備えた、吸着によるガ
    ス分離装置において、循環手段が、吸着剤(3)の少な
    くとも1つの垂直サイドに、吸着剤に隣接する第1のサ
    ブボリューム(5、9)、および吸着剤の該サイド上の
    局所的流量の垂直変動を減少させるように選定された断
    面図および/または分布を有する流路(40)を備えた
    壁(4、8)によって第1のサブボリュームから分離さ
    れた第2のサブボリューム(6、10)を含むガス分配
    ボリュームを備えることを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 第1のサブボリューム(5、9)および
    第2のサブボリューム(6、10)が、実質的に同一の
    軸方向の大きさを有することを特徴とする請求項1記載
    の装置。
  3. 【請求項3】 第1サブボリュームの、第2サブボリュ
    ームに対する容積の比が4を超えないことを特徴とする
    請求項1または請求項2記載の装置。
  4. 【請求項4】 流路(40)の全横断面積の、第2サブ
    ボリューム(6、10)の入口/出口の横断面積に対す
    る比が5を超えないことを特徴とする請求項1ないし3
    のいずれか1項記載の装置。
  5. 【請求項5】 循環手段が、垂直的供給および排出セグ
    メントを含むことを特徴とする請求項1ないし4のいず
    れか1項記載の装置。
  6. 【請求項6】 吸着剤(3)が環状であることを特徴と
    する請求項5記載の装置。
  7. 【請求項7】 供給および排出セグメントが、ケーシン
    グと同一の軸方向サイド上で、ガス回路(7、11)に
    連結していることを特徴とする請求項5または6記載の
    装置。
  8. 【請求項8】 流路を備えた壁が、吸着剤(3)中に同
    軸的に設置され、角度をもって軸方向に分布した穿孔
    (40)を備える管(4)からなることを特徴とする請
    求項6または7記載の装置。
  9. 【請求項9】 吸着剤(3)の内側に放射状に配置され
    た分割された物質の環状層を含むことを特徴とする請求
    項8記載の装置。
  10. 【請求項10】 分割物質(16)がアルミナボールを
    含むことを特徴とする請求項9に記載の装置。
  11. 【請求項11】 ケーシングが側面殻環およびベースを
    含み、吸着剤(3)を支持し、殻環と吸着剤(3)の周
    辺部との間の環状スペース(12)に連通する下部チャ
    ンバをベースとともに構成する横隔壁(2)を有するこ
    とを特徴とする請求項7ないし10のいずれか1項記載
    の装置。
  12. 【請求項12】 吸着剤(3)の上部にプレスされた膜
    (14)を有することを特徴とする請求項7ないし11
    のいずれか1項記載の装置。
  13. 【請求項13】 空気からのガス分離に使用する請求項
    1ないし12のいずれか1項記載の装置。
JP8218663A 1995-08-21 1996-08-20 吸着によるガス分離装置 Pending JPH09164318A (ja)

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FR9509945A FR2737975B1 (fr) 1995-08-21 1995-08-21 Appareil de separation de gaz par adsorption
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