JPH0947625A - ガス混合物分離装置 - Google Patents
ガス混合物分離装置Info
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- JPH0947625A JPH0947625A JP7218281A JP21828195A JPH0947625A JP H0947625 A JPH0947625 A JP H0947625A JP 7218281 A JP7218281 A JP 7218281A JP 21828195 A JP21828195 A JP 21828195A JP H0947625 A JPH0947625 A JP H0947625A
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Abstract
(57)【要約】
【課 題】 小型単塔式又は複塔式で製品ガスの回収
率が高く、例えば空気中から酸素ガスを高回収率で連続
的に回収して供給でき、低廉に作製できる圧力スイング
吸着法を使用したガス混合物分離装置を提供する。 【解決手段】 吸着塔４に吸着剤を充填し、加圧下で吸
着工程を行い、減圧下で再生脱離を行って連続的に製品
ガスを得る圧力スイングサイクル吸着法を使用した単塔
式のガス混合物分離装置において、前記吸着塔４内に適
宜間隔を置き複数個の抵抗板4a，4b，4cを設けて帯域を
形成し、加圧混合ガスの導入，排出に際して圧力損失を
生じさせ、その各全帯域の圧力の上昇，下降が時間差を
もつように吸着−減圧再生の時間を設定するようにし
た。
率が高く、例えば空気中から酸素ガスを高回収率で連続
的に回収して供給でき、低廉に作製できる圧力スイング
吸着法を使用したガス混合物分離装置を提供する。 【解決手段】 吸着塔４に吸着剤を充填し、加圧下で吸
着工程を行い、減圧下で再生脱離を行って連続的に製品
ガスを得る圧力スイングサイクル吸着法を使用した単塔
式のガス混合物分離装置において、前記吸着塔４内に適
宜間隔を置き複数個の抵抗板4a，4b，4cを設けて帯域を
形成し、加圧混合ガスの導入，排出に際して圧力損失を
生じさせ、その各全帯域の圧力の上昇，下降が時間差を
もつように吸着−減圧再生の時間を設定するようにし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として小型単塔
式又は複塔式で製品ガスの回収率が高く、例えば空気中
から酸素ガスを高回収率で回収して供給できる、圧力ス
イング吸着法を使用したガス混合物分離装置に関するも
のである。
式又は複塔式で製品ガスの回収率が高く、例えば空気中
から酸素ガスを高回収率で回収して供給できる、圧力ス
イング吸着法を使用したガス混合物分離装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】圧力スイング吸着法（以下ＰＳＡ法とい
う）は吸着効率が極めて高いところから、このＰＳＡ法
を使用したガス混合物分離装置が盛んに使用されるてお
り、最近では、医療用等へのＰＳＡ法を使用した装置の
普及が高まり、吸着塔の数を増加させることなく、高い
回収率で連続的に製品ガスを回収出来、しかも価格の低
廉なガス分離装置の開発が要望されている。
う）は吸着効率が極めて高いところから、このＰＳＡ法
を使用したガス混合物分離装置が盛んに使用されるてお
り、最近では、医療用等へのＰＳＡ法を使用した装置の
普及が高まり、吸着塔の数を増加させることなく、高い
回収率で連続的に製品ガスを回収出来、しかも価格の低
廉なガス分離装置の開発が要望されている。
【０００３】而して、従来のＰＳＡ法では、米国特許第
2955673号のように、単塔式のガス混合物分離が可能な
ものがあるが、原理的に製品ガスを発生しない減圧再生
工程を含むため、製品ガスを連続的に得られない。
2955673号のように、単塔式のガス混合物分離が可能な
ものがあるが、原理的に製品ガスを発生しない減圧再生
工程を含むため、製品ガスを連続的に得られない。
【０００４】一般的に、連続的に製品ガスを得るために
は、特公昭51-11031号公報に記載されているように、吸
着塔が加圧再生工程にあるときには、吸着工程時に充分
大きな製品ガスタンクに蓄えられた製品ガスを供給する
ようにしなければならないので、２塔式のＰＳＡ装置に
比して装置コストが低廉にならない。
は、特公昭51-11031号公報に記載されているように、吸
着塔が加圧再生工程にあるときには、吸着工程時に充分
大きな製品ガスタンクに蓄えられた製品ガスを供給する
ようにしなければならないので、２塔式のＰＳＡ装置に
比して装置コストが低廉にならない。
【０００５】一方、米国特許第4354859号に記載されて
いる分離法は、単塔式で吸着性の異なる２種のガス混合
物を吸着塔の両端に設けた大小のピストンを同時に動か
して混合物を往復移動させると共に、これと同期して塔
内の圧力を上下させることにより吸着塔の両端部にそれ
ぞれの成分が分離，濃縮されるようにしたもので、パラ
メトリック原理を応用したものである。
いる分離法は、単塔式で吸着性の異なる２種のガス混合
物を吸着塔の両端に設けた大小のピストンを同時に動か
して混合物を往復移動させると共に、これと同期して塔
内の圧力を上下させることにより吸着塔の両端部にそれ
ぞれの成分が分離，濃縮されるようにしたもので、パラ
メトリック原理を応用したものである。
【０００６】例えば、空気からの成分の濃縮分離に上記
のパラメトリック原理を応用するには、まず、吸着塔の
４倍もの大ピストンから原料空気を加圧導入して、吸着
剤により窒素ガスを吸着させた後、他端の小ピストンに
酸素ガスを回収させ、次いで、塔の空気入口側の大ピス
トンを引いて塔内を減圧し、吸着剤中の窒素ガスを脱離
させる。その後、小ピストン中の酸素ガスを押出し、窒
素ガスを押し返す。この操作を繰り返すことにより両ピ
ストン中に高濃度の酸素ガスと窒素ガスを得ることが出
来、同時に取り出すことも出来るとされるものである
が、大型のピストンを吸着塔の上下に設置すると、装置
コストが高価なものとなり、実現性が極めて乏しい。
のパラメトリック原理を応用するには、まず、吸着塔の
４倍もの大ピストンから原料空気を加圧導入して、吸着
剤により窒素ガスを吸着させた後、他端の小ピストンに
酸素ガスを回収させ、次いで、塔の空気入口側の大ピス
トンを引いて塔内を減圧し、吸着剤中の窒素ガスを脱離
させる。その後、小ピストン中の酸素ガスを押出し、窒
素ガスを押し返す。この操作を繰り返すことにより両ピ
ストン中に高濃度の酸素ガスと窒素ガスを得ることが出
来、同時に取り出すことも出来るとされるものである
が、大型のピストンを吸着塔の上下に設置すると、装置
コストが高価なものとなり、実現性が極めて乏しい。
【０００７】一方、米国特許第4354854号にはガスを連
続的に採取できる単塔式のＰＳＡ法が記載されている。
この方法はラピドＰＳＡと称され、加圧空気から酸素ガ
スを回収して濃縮窒素ガスを排気する。合成ゼオライト
のような微小吸着剤により、高圧の空気から酸素ガスを
回収し、次に塔入口を大気に開放し塔入口付近の空気と
吸着窒素ガスを系外に排出して、塔内に逆向きの圧力勾
配をつくり、塔出口付近の圧力が残存しているうちに加
圧吸着工程に戻る方法であって、原理的には、塔出口付
近に酸素ガスの残圧があるうちに減圧再生を行うので、
連続的に製品ガスを取り出すことが出来るばかりでな
く、サイクル時間を極めて早く（５sec）設定出来て、
同じ容量の吸着塔を用いた２塔式ＰＳＡ装置の４倍の酸
素ガス生産性があるといわれている。然し乍ら、微小粒
子により圧力損失を発生させるためには大量の吸着剤を
必要とするため、吸着剤のコストを上昇させ、また、そ
のような吸着剤の製造は極めて困難なところから、広く
普及させることは難しい。
続的に採取できる単塔式のＰＳＡ法が記載されている。
この方法はラピドＰＳＡと称され、加圧空気から酸素ガ
スを回収して濃縮窒素ガスを排気する。合成ゼオライト
のような微小吸着剤により、高圧の空気から酸素ガスを
回収し、次に塔入口を大気に開放し塔入口付近の空気と
吸着窒素ガスを系外に排出して、塔内に逆向きの圧力勾
配をつくり、塔出口付近の圧力が残存しているうちに加
圧吸着工程に戻る方法であって、原理的には、塔出口付
近に酸素ガスの残圧があるうちに減圧再生を行うので、
連続的に製品ガスを取り出すことが出来るばかりでな
く、サイクル時間を極めて早く（５sec）設定出来て、
同じ容量の吸着塔を用いた２塔式ＰＳＡ装置の４倍の酸
素ガス生産性があるといわれている。然し乍ら、微小粒
子により圧力損失を発生させるためには大量の吸着剤を
必要とするため、吸着剤のコストを上昇させ、また、そ
のような吸着剤の製造は極めて困難なところから、広く
普及させることは難しい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術に鑑み、小型単塔式又は複塔式で製品ガスの
回収率が高く、例えば空気中から酸素ガスを高回収率で
連続的に回収して供給でき、低廉に作製できる圧力スイ
ング吸着法を使用したガス混合物分離装置を提供するこ
とを、その課題とするものである。
な従来技術に鑑み、小型単塔式又は複塔式で製品ガスの
回収率が高く、例えば空気中から酸素ガスを高回収率で
連続的に回収して供給でき、低廉に作製できる圧力スイ
ング吸着法を使用したガス混合物分離装置を提供するこ
とを、その課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明ガス混合物分離装置の構成
は、吸着塔に吸着剤を充填し、加圧下で吸着工程を行
い、減圧下で再生脱離を行って連続的に製品ガスを得る
圧力スイングサイクル吸着法を使用した単塔式のガス混
合物分離装置において、前記吸着塔内に適宜間隔を置き
複数個の抵抗板を設けて帯域を形成し、加圧混合ガスの
導入，排出に際して圧力損失を生じさせ、その各全帯域
の圧力の上昇，下降が時間差をもつように吸着−減圧再
生の時間を設定するようにしたことを特徴とするもので
ある。
を目的としてなされた本発明ガス混合物分離装置の構成
は、吸着塔に吸着剤を充填し、加圧下で吸着工程を行
い、減圧下で再生脱離を行って連続的に製品ガスを得る
圧力スイングサイクル吸着法を使用した単塔式のガス混
合物分離装置において、前記吸着塔内に適宜間隔を置き
複数個の抵抗板を設けて帯域を形成し、加圧混合ガスの
導入，排出に際して圧力損失を生じさせ、その各全帯域
の圧力の上昇，下降が時間差をもつように吸着−減圧再
生の時間を設定するようにしたことを特徴とするもので
ある。
【００１０】即ち、本発明の発明者等は、単塔式で連続
的に製品ガスの採取が可能であるラピドＰＳＡ装置は、
これに使用する微小吸着剤（40〜80メッシュ）を入手す
るには、市販の粒状吸着剤を粉砕するか、或いは多大の
設備コストをかけて製造する以外に方法はなく、原理的
には優れているものの、塔内に生じさせる圧力損失は流
速，塔長，粒子径によって変化するので、最適設計を行
うことは極めて困難であるという問題点があるが、連続
的に製品ガスを採取できるというその長所を生かし、通
常市販されている吸着剤を用いてＰＳＡ法により連続的
に製品ガスを採取できる装置を開発するため、鋭意研究
の結果、吸着剤粒子の圧力損失の効果を制御し改善する
ために、吸着剤粒子による圧力抵抗に代えて、塔内に抵
抗板を設置して抵抗段を設ければよいことを知得し、本
発明を成し遂げたのである。
的に製品ガスの採取が可能であるラピドＰＳＡ装置は、
これに使用する微小吸着剤（40〜80メッシュ）を入手す
るには、市販の粒状吸着剤を粉砕するか、或いは多大の
設備コストをかけて製造する以外に方法はなく、原理的
には優れているものの、塔内に生じさせる圧力損失は流
速，塔長，粒子径によって変化するので、最適設計を行
うことは極めて困難であるという問題点があるが、連続
的に製品ガスを採取できるというその長所を生かし、通
常市販されている吸着剤を用いてＰＳＡ法により連続的
に製品ガスを採取できる装置を開発するため、鋭意研究
の結果、吸着剤粒子の圧力損失の効果を制御し改善する
ために、吸着剤粒子による圧力抵抗に代えて、塔内に抵
抗板を設置して抵抗段を設ければよいことを知得し、本
発明を成し遂げたのである。
【００１１】而して、本発明の研究段階において、吸着
塔内に３枚の抵抗板を等間隔で設置して抵抗段を設け、
次の仮定のもとにＰＳＡシミュレ−ションを行った。 (1) 格段の圧力は予め設定されているものとし、全吸着
量はラングミア式で表現されるものとする。 (2) 吸着工程は、加圧空気と設定高圧下で残存ガスと瞬
時混合し平衡に達するものとする。 (3) 他段へのガスの移動中は吸着量は変化しないものと
する。 (4) 脱離工程は、次段からのパ−ジガスと設定低圧下で
残存ガスと瞬時混合し平衡となる。 (5) パ−ジは、空間ガスの移動のみで吸着量は変化しな
いものとする。
塔内に３枚の抵抗板を等間隔で設置して抵抗段を設け、
次の仮定のもとにＰＳＡシミュレ−ションを行った。 (1) 格段の圧力は予め設定されているものとし、全吸着
量はラングミア式で表現されるものとする。 (2) 吸着工程は、加圧空気と設定高圧下で残存ガスと瞬
時混合し平衡に達するものとする。 (3) 他段へのガスの移動中は吸着量は変化しないものと
する。 (4) 脱離工程は、次段からのパ−ジガスと設定低圧下で
残存ガスと瞬時混合し平衡となる。 (5) パ−ジは、空間ガスの移動のみで吸着量は変化しな
いものとする。
【００１２】一方、平衡濃度の計算については、ガス相
の窒素ガス濃度分圧と吸着量から等温線上に物質収支か
ら求めた勾配の直線を引き、交点から平衡時のガス側の
窒素ガス濃度を求める。また、抵抗段付ラピドＰＳＡの
工程を次のように計算した。 (1) 加圧工程（Feed） １サイクル内で供給される全加圧空気量は設定圧力での
全吸着剤の空間空気量とその圧力で吸着されている空気
量の和として求められる。（原料空気は１段目でまず残
ガスと完全混合して吸着平衡に達し、このガスは抵抗板
を抜けて２段目に達し、完全に混合された後、吸着平衡
に達して、抵抗板を経て３段目に供給され、完全に混合
された後、吸着平衡に達する。） (2) 遅延工程（Delay) 吸着平衡に達した吸着剤空間のガスは製品タンクに移動
され、吸着塔内は均圧化されるが、吸着量はそのまま保
持される。 (3) 減圧工程（Depression) 最終段（３段目）の吸着量は減圧した空間残存脱圧ガス
と平衡脱離する。また、２段と１段の吸着成分は前段脱
離ガスと残存空間ガスの混合ガスに平衡脱離する。 (4) パ−ジ工程（Purge) 各段の空間ガスは製品タンクからの製品酸素ガスにより
押し出され、脱離した窒素ガスは出口に濃縮される。酸
素ガスの量により各段の濃度は異なってくるが、パ−ジ
なしの場合は上記減圧工程のガス濃度が保持される。
尚、吸着相変化しない。
の窒素ガス濃度分圧と吸着量から等温線上に物質収支か
ら求めた勾配の直線を引き、交点から平衡時のガス側の
窒素ガス濃度を求める。また、抵抗段付ラピドＰＳＡの
工程を次のように計算した。 (1) 加圧工程（Feed） １サイクル内で供給される全加圧空気量は設定圧力での
全吸着剤の空間空気量とその圧力で吸着されている空気
量の和として求められる。（原料空気は１段目でまず残
ガスと完全混合して吸着平衡に達し、このガスは抵抗板
を抜けて２段目に達し、完全に混合された後、吸着平衡
に達して、抵抗板を経て３段目に供給され、完全に混合
された後、吸着平衡に達する。） (2) 遅延工程（Delay) 吸着平衡に達した吸着剤空間のガスは製品タンクに移動
され、吸着塔内は均圧化されるが、吸着量はそのまま保
持される。 (3) 減圧工程（Depression) 最終段（３段目）の吸着量は減圧した空間残存脱圧ガス
と平衡脱離する。また、２段と１段の吸着成分は前段脱
離ガスと残存空間ガスの混合ガスに平衡脱離する。 (4) パ−ジ工程（Purge) 各段の空間ガスは製品タンクからの製品酸素ガスにより
押し出され、脱離した窒素ガスは出口に濃縮される。酸
素ガスの量により各段の濃度は異なってくるが、パ−ジ
なしの場合は上記減圧工程のガス濃度が保持される。
尚、吸着相変化しない。
【００１３】而して、従来のラピドＰＳＡ装置により、
製品ガス量を変えて酸素ガスを濃縮する実験を行ったと
ころ、その結果は上記シミュレ−ションを行った結果と
極めて良く一致することが判明した。このことは、従来
のラピドＰＳＡ法に対して本発明のシミュレ−ションモ
デルが妥当であることを実証するものということができ
る。
製品ガス量を変えて酸素ガスを濃縮する実験を行ったと
ころ、その結果は上記シミュレ−ションを行った結果と
極めて良く一致することが判明した。このことは、従来
のラピドＰＳＡ法に対して本発明のシミュレ−ションモ
デルが妥当であることを実証するものということができ
る。
【００１４】さらに、上記シミュレ−ションの結果を検
討することにより、本発明の抵抗段を設けたＰＳＡ装置
は種々の装置的工夫を凝らすことによって、製品ガス濃
度及び収率を改善出来ることが明らかとなった。つま
り、吸着工程では抵抗板の圧力損失を大幅に増加させる
と、出口酸素ガス濃度が悪化することが分かった。これ
は圧力の減少により窒素ガス吸着量が減少し、さらに最
終目的である酸素ガス蓄積量も減少することを意味す
る。従って、吸着工程では、圧力損失の存在は吸着量を
減少させ、圧力損失が少ない方が分離性能，回収率が優
れるのである。
討することにより、本発明の抵抗段を設けたＰＳＡ装置
は種々の装置的工夫を凝らすことによって、製品ガス濃
度及び収率を改善出来ることが明らかとなった。つま
り、吸着工程では抵抗板の圧力損失を大幅に増加させる
と、出口酸素ガス濃度が悪化することが分かった。これ
は圧力の減少により窒素ガス吸着量が減少し、さらに最
終目的である酸素ガス蓄積量も減少することを意味す
る。従って、吸着工程では、圧力損失の存在は吸着量を
減少させ、圧力損失が少ない方が分離性能，回収率が優
れるのである。
【００１５】然し乍ら、減圧再生工程では、上記とは逆
に圧力損失を必要とするので、圧力を瞬時に排気せず、
吸着時とは逆向きの圧力勾配を発生させることが望まし
い。こうすることにより、減圧再生工程中でも製品ガス
を連続的に採取でき、高圧側の段からの脱圧ガスがパ−
ジ用のガスとして利用できるので、従来のように、大型
製品タンクからの製品ガスの逆流は全く必要としない。
に圧力損失を必要とするので、圧力を瞬時に排気せず、
吸着時とは逆向きの圧力勾配を発生させることが望まし
い。こうすることにより、減圧再生工程中でも製品ガス
を連続的に採取でき、高圧側の段からの脱圧ガスがパ−
ジ用のガスとして利用できるので、従来のように、大型
製品タンクからの製品ガスの逆流は全く必要としない。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の吸着塔内に抵抗板を設置
して抵抗段を適宜数設けたＰＳＡ装置によれば、塔内の
圧力損失の値を適切に設定できるので、圧抜きガスのパ
−ジ効果が最大限に期待できる。具体的には吸着塔内に
適宜間隔で複数個設置した焼結金属板あるいはセラミッ
クフィルタ−，発泡ウレタン樹脂板等による抵抗板によ
って圧力抵抗の設定を行うことが出来る。
して抵抗段を適宜数設けたＰＳＡ装置によれば、塔内の
圧力損失の値を適切に設定できるので、圧抜きガスのパ
−ジ効果が最大限に期待できる。具体的には吸着塔内に
適宜間隔で複数個設置した焼結金属板あるいはセラミッ
クフィルタ−，発泡ウレタン樹脂板等による抵抗板によ
って圧力抵抗の設定を行うことが出来る。
【００１７】また、本発明においては、吸着塔内に抵抗
板を設置することなく、複数個の小型吸着塔をニ−ドル
弁等で直列に接続すれば、任意の抵抗値を設定出来るの
で、上記と同様に本発明の目的を達成することが出来
る。
板を設置することなく、複数個の小型吸着塔をニ−ドル
弁等で直列に接続すれば、任意の抵抗値を設定出来るの
で、上記と同様に本発明の目的を達成することが出来
る。
【００１８】具体的には小型吸着塔の複数個をニ−ドル
弁付逆止弁で連結させることにより達成できる。即ち、
逆止弁は原料加圧空気導入時にその順方向には抵抗を与
えず、減圧時の逆流ガスにのみニ−ドル弁により抵抗を
与えれば、理想的な抵抗段式ＰＳＡ装置を提供できるの
である。
弁付逆止弁で連結させることにより達成できる。即ち、
逆止弁は原料加圧空気導入時にその順方向には抵抗を与
えず、減圧時の逆流ガスにのみニ−ドル弁により抵抗を
与えれば、理想的な抵抗段式ＰＳＡ装置を提供できるの
である。
【００１９】本発明は吸着工程と減圧工程における圧力
損失の相反する特性を両立させて、最適の条件に設定出
来ることが特徴であるが、極論すれば、吸着時には圧力
損失をなくし、減圧時のみ圧力抵抗を付けることによ
り、一層効果的になる。
損失の相反する特性を両立させて、最適の条件に設定出
来ることが特徴であるが、極論すれば、吸着時には圧力
損失をなくし、減圧時のみ圧力抵抗を付けることによ
り、一層効果的になる。
【００２０】一方、本発明によれば、大きさの異なる複
数の吸着塔を小から大に連結して連結毎に大きくするこ
とにより、収率の増加を図ることが出来る。即ち、入り
口付近の減圧空気消費量を減少させることにより、製品
ガスの収率を増加させることが出来るのである。
数の吸着塔を小から大に連結して連結毎に大きくするこ
とにより、収率の増加を図ることが出来る。即ち、入り
口付近の減圧空気消費量を減少させることにより、製品
ガスの収率を増加させることが出来るのである。
【００２１】従来のラピドＰＳＡ装置は、吸着剤の粒子
径を微細化することにより生じる圧力損失により、一般
のＰＳＡ装置に比して数倍の製品ガスの生産性を実現で
きるが、減圧再生時の微粒子吸着剤による適切な圧力損
失は、塔径，塔長，流す流体の流速などの因子により変
化し、粒径の選定が極めて難しいので、装置の設計が困
難であったが、本発明装置は抵抗段式を採用したから、
従来のラピドＰＳＡの利点を失わずに複数個の可変圧力
抵抗で吸着塔内の圧力損失を自由に変化させることが出
来るので、従来のラピドＰＳＡ装置において最も困難と
されていた圧力損失の制御が可能となり、規模の増大に
際しても、経済的な混合ガスの分離装置の設計が可能と
なった。
径を微細化することにより生じる圧力損失により、一般
のＰＳＡ装置に比して数倍の製品ガスの生産性を実現で
きるが、減圧再生時の微粒子吸着剤による適切な圧力損
失は、塔径，塔長，流す流体の流速などの因子により変
化し、粒径の選定が極めて難しいので、装置の設計が困
難であったが、本発明装置は抵抗段式を採用したから、
従来のラピドＰＳＡの利点を失わずに複数個の可変圧力
抵抗で吸着塔内の圧力損失を自由に変化させることが出
来るので、従来のラピドＰＳＡ装置において最も困難と
されていた圧力損失の制御が可能となり、規模の増大に
際しても、経済的な混合ガスの分離装置の設計が可能と
なった。
【００２２】
【実施例】次に、本発明の実施例を図により説明する。
図１は本発明装置の基本的な系統図、図２ないし図５は
本発明装置の実施態様を示す図、図６ないし図８は本発
明における吸着塔の配列方式を示す図、図９は吸着塔の
圧力損失と製品ガスの濃度との関係を示す図表、図10は
吸着塔の圧力段数と製品ガスの濃度との関係を示す図表
である。
図１は本発明装置の基本的な系統図、図２ないし図５は
本発明装置の実施態様を示す図、図６ないし図８は本発
明における吸着塔の配列方式を示す図、図９は吸着塔の
圧力損失と製品ガスの濃度との関係を示す図表、図10は
吸着塔の圧力段数と製品ガスの濃度との関係を示す図表
である。
【００２３】本発明装置の実施例の基本的な系統図は図
１に示すとおりであって、空気は空気圧縮機１から冷却
機２を通過して凝縮した水分を分離した後、自動切換弁
３を経て抵抗板4a，4b，4cが等間隔で設置された吸着塔
４に導入される。吸着剤により吸着成分を除去されたガ
スは製品ガスとして製品タンク５に蓄積され、減圧弁
６，フィルタ−７，流量計８を経て系外に排出される。
一方、吸着工程が終了すれば、自動弁９により塔内の加
圧ガスは大気に開放され、吸着塔４は再生されようにな
っている。
１に示すとおりであって、空気は空気圧縮機１から冷却
機２を通過して凝縮した水分を分離した後、自動切換弁
３を経て抵抗板4a，4b，4cが等間隔で設置された吸着塔
４に導入される。吸着剤により吸着成分を除去されたガ
スは製品ガスとして製品タンク５に蓄積され、減圧弁
６，フィルタ−７，流量計８を経て系外に排出される。
一方、吸着工程が終了すれば、自動弁９により塔内の加
圧ガスは大気に開放され、吸着塔４は再生されようにな
っている。
【００２４】而して、本発明は図２ないし図５に示す態
様で実施される。即ち、図２は吸着塔４内に抵抗板4a，
4b，4cを設置して抵抗段を形成した方式、図３は小型の
吸着塔41を抵抗弁Ｖを介して連結し、前記抵抗弁Ｖの抵
抗で抵抗段を形成した方式、図４は図３の方式におい
て、ニ−ドル弁NV付逆止弁CVにより抵抗段を形成した方
式、図５は吸着塔42，43，44，45の大きさを変化させて
抵抗弁Ｖにより連結し、それら抵抗弁Ｖの抵抗により抵
抗段を形成した方式を示す。
様で実施される。即ち、図２は吸着塔４内に抵抗板4a，
4b，4cを設置して抵抗段を形成した方式、図３は小型の
吸着塔41を抵抗弁Ｖを介して連結し、前記抵抗弁Ｖの抵
抗で抵抗段を形成した方式、図４は図３の方式におい
て、ニ−ドル弁NV付逆止弁CVにより抵抗段を形成した方
式、図５は吸着塔42，43，44，45の大きさを変化させて
抵抗弁Ｖにより連結し、それら抵抗弁Ｖの抵抗により抵
抗段を形成した方式を示す。
【００２５】また、吸着塔41を抵抗弁Ｖにより連結する
場合の並列配置と直列配置との組合せ配列方式は図６な
いし図８に示すとおりで、一般に大量の酸素ガスを得る
ために吸着塔は平面状に配列される。
場合の並列配置と直列配置との組合せ配列方式は図６な
いし図８に示すとおりで、一般に大量の酸素ガスを得る
ために吸着塔は平面状に配列される。
【００２６】実施例 １ 市販の13X型合成ゼオライト（オキシ−ブ）120ｇを充填
した6cmφ×10cmの吸着塔41の３個を、ニ−ドル弁NV付
逆止弁CVにより直列に連結し、加圧空気を前記吸着塔に
下から供給し、ラピドＰＳＡ操作（吸着時間２sec、脱離
時間２〜８sec）を行った。各段のニ−ドル弁NV逆止弁C
Vに圧力抵抗を持たせて、出口酸素ガス濃度を測定した
結果の一例を、脱圧時間を種々変えて酸素ガス濃度，収
率を測定したところ、表１に示すとおりであった。な
お、吸着剤の脱離に際しては、ニ−ドル弁NVから塔内の
ガスを上から逆流させるのである。
した6cmφ×10cmの吸着塔41の３個を、ニ−ドル弁NV付
逆止弁CVにより直列に連結し、加圧空気を前記吸着塔に
下から供給し、ラピドＰＳＡ操作（吸着時間２sec、脱離
時間２〜８sec）を行った。各段のニ−ドル弁NV逆止弁C
Vに圧力抵抗を持たせて、出口酸素ガス濃度を測定した
結果の一例を、脱圧時間を種々変えて酸素ガス濃度，収
率を測定したところ、表１に示すとおりであった。な
お、吸着剤の脱離に際しては、ニ−ドル弁NVから塔内の
ガスを上から逆流させるのである。
【００２７】
【表１】
【００２８】この表１によると、本発明による抵抗段方
式のＰＳＡ装置は酸素ガスを発生することが分かった。
脱圧時間を５秒にすると、濃度93％の酸素ガスを毎分2.
5リットルの割合で連続的に採取できるが、脱圧時間を
６秒にすると、収率は向上するが、最終段（３段目）の
吸着塔の残圧が０または０に近くなり、連続的に酸素ガ
スを採取することは出来ないことが明らかとなった。
式のＰＳＡ装置は酸素ガスを発生することが分かった。
脱圧時間を５秒にすると、濃度93％の酸素ガスを毎分2.
5リットルの割合で連続的に採取できるが、脱圧時間を
６秒にすると、収率は向上するが、最終段（３段目）の
吸着塔の残圧が０または０に近くなり、連続的に酸素ガ
スを採取することは出来ないことが明らかとなった。
【００２９】また、前記表１の図表は、本発明装置で
は、製品ガスタンクからの逆流パ−ジを必要としないこ
とも示している。即ち、最終段が製品タンクを兼用し、
パ−ジも行っているからである。従って、本発明装置に
おいては、製品タンクを必要とせずに操作出来る。この
ことは大型製品ガスタンクからの逆流パ−ジが避けられ
ない従来の単塔式ＰＳＡ装置より装置コストを低廉にす
ることが出来ることを示す。一方、吸着剤2000ｇを必要
とするとされている従来の２塔式ＰＳＡ装置に比し、本
発明装置においては、吸着剤の量はその1/4の500ｇ以下
で充分であり、極めて経済的であることをも示してい
る。
は、製品ガスタンクからの逆流パ−ジを必要としないこ
とも示している。即ち、最終段が製品タンクを兼用し、
パ−ジも行っているからである。従って、本発明装置に
おいては、製品タンクを必要とせずに操作出来る。この
ことは大型製品ガスタンクからの逆流パ−ジが避けられ
ない従来の単塔式ＰＳＡ装置より装置コストを低廉にす
ることが出来ることを示す。一方、吸着剤2000ｇを必要
とするとされている従来の２塔式ＰＳＡ装置に比し、本
発明装置においては、吸着剤の量はその1/4の500ｇ以下
で充分であり、極めて経済的であることをも示してい
る。
【００３０】上記例における本発明装置の吸着塔に圧力
損失を生じさせるときの酸素ガス濃度の関係は図１に示
すとおりであり、吸着塔の圧力損失は２kg/cm2以上必要
でなく、それ以上増加させても収率の向上は望めないこ
とを示している。また、上記本発明装置の吸着塔を２個
以上の抵抗体で連結させるときの酸素ガス濃度との関係
は図２に示すとおりで、吸着塔の抵抗段数は４個以上必
要でなく、それ以上吸着塔を連結させても収率の向上は
望めないことを示している。
損失を生じさせるときの酸素ガス濃度の関係は図１に示
すとおりであり、吸着塔の圧力損失は２kg/cm2以上必要
でなく、それ以上増加させても収率の向上は望めないこ
とを示している。また、上記本発明装置の吸着塔を２個
以上の抵抗体で連結させるときの酸素ガス濃度との関係
は図２に示すとおりで、吸着塔の抵抗段数は４個以上必
要でなく、それ以上吸着塔を連結させても収率の向上は
望めないことを示している。
【００３１】
【発明の効果】本発明は上述の通りであって、吸着塔に
圧力抵抗段を設けて、脱圧時に吸着層の各段位置の圧力
に時間差を与え、高圧側の脱圧ガスを低圧側の再生パ−
ジに逐次利用するようにしたから、従来のように特殊な
吸着剤を用いずに、また、製品ガスを逆流させて再生パ
−ジに用いないで済むので、ＰＳＡ操作において連続的
に製品ガスを収率良く取り出すことが出来る。従って、
吸着塔を小型に形成することにより、価格の低廉な装置
に作製できるので、近年その開発が要望されている医療
用の酸素ガス供給装置として好適なものとなる。
圧力抵抗段を設けて、脱圧時に吸着層の各段位置の圧力
に時間差を与え、高圧側の脱圧ガスを低圧側の再生パ−
ジに逐次利用するようにしたから、従来のように特殊な
吸着剤を用いずに、また、製品ガスを逆流させて再生パ
−ジに用いないで済むので、ＰＳＡ操作において連続的
に製品ガスを収率良く取り出すことが出来る。従って、
吸着塔を小型に形成することにより、価格の低廉な装置
に作製できるので、近年その開発が要望されている医療
用の酸素ガス供給装置として好適なものとなる。
【図１】本発明装置の基本的な系統図。
【図２】本発明装置の実施態様を示す図。
【図３】本発明装置の実施態様を示す図。
【図４】本発明装置の実施態様を示す図。
【図５】本発明装置の実施態様を示す図。
【図６】本発明における吸着塔の配列方式を示す図。
【図７】本発明における吸着塔の配列方式を示す図。
【図８】本発明における吸着塔の配列方式を示す図。
【図９】本発明装置における吸着塔の圧力損失と製品ガ
スの濃度との関係を示す図表。
スの濃度との関係を示す図表。
【図10】本発明装置における吸着塔の圧力段数と製品ガ
スの濃度との関係を示す図表。
スの濃度との関係を示す図表。
１ 空気圧縮機 ２ 冷却機 ３ 自動切換弁 ４，41，42，43，44，45 吸着塔 4a，4b，4c 抵抗板 ５ 製品タンク ６ 減圧弁 ７ フィルタ− ８ 流量計 ９ 自動弁 Ｖ 抵抗弁 NV ニ−ドル弁 CV 逆止弁
Claims (5)
- 【請求項１】 吸着塔に吸着剤を充填し、加圧下で吸着
工程を行い、減圧下で再生脱離を行って連続的に製品ガ
スを得る圧力スイングサイクル吸着法を使用した単塔式
のガス混合物分離装置において、前記吸着塔内に適宜間
隔を置き複数個の抵抗板を設けて帯域を形成し、加圧混
合ガスの導入，排出に際して圧力損失を生じさせ、その
各全帯域の圧力の上昇，下降が時間差をもつように吸着
−減圧再生の時間を設定するようにしたことを特徴とす
るガス混合物分離装置。 - 【請求項２】 吸着塔に吸着剤を充填し、加圧下で吸着
工程を行い、減圧下で再生脱離を行って連続的に製品ガ
スを得る圧力スイングサイクル吸着法を使用したガス混
合物分離装置において、小型に形成した吸着塔の複数個
を弁により直列に連結し、前記弁に絞り抵抗をつけるこ
とにより、加圧混合ガスの導入，排出に際して圧力損失
を生じさせ、各吸着塔内の圧力の上昇，下降が時間差を
もつように吸着−減圧再生の時間を設定するようにした
ことを特徴とするガス混合物分離装置。 - 【請求項３】 大きさの異なった小型の吸着塔の複数個
を直列に連結した請求項２に記載のガス混合物分離装
置。 - 【請求項４】 弁として絞り弁付逆止弁を用いた請求項
３又は４に記載のガス混合物分離装置。 - 【請求項５】 吸着塔に吸着剤を充填し、加圧下で吸着
工程を行い、減圧下で再生脱離を行って連続的に製品ガ
スを得る圧力スイングサイクル吸着法を使用したガス混
合物分離装置において、内部に適宜間隔を置き適宜数の
抵抗板を設けて複数個の帯域を形成した吸着塔の複数個
を並列に配備し、各吸着塔における加圧混合ガスの導
入，排出に際して圧力損失を生じさせ、それら吸着塔の
各全帯域の圧力の上昇，下降が時間差をもつように吸着
−減圧再生の時間を設定するようにしたことを特徴とす
るガス混合物分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07218281A JP3136256B2 (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | ガス混合物分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07218281A JP3136256B2 (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | ガス混合物分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0947625A true JPH0947625A (ja) | 1997-02-18 |
| JP3136256B2 JP3136256B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=16717399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07218281A Expired - Lifetime JP3136256B2 (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | ガス混合物分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136256B2 (ja) |
-
1995
- 1995-08-04 JP JP07218281A patent/JP3136256B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3136256B2 (ja) | 2001-02-19 |
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