JPH10118439A - Gas separating device based on psa process - Google Patents

Gas separating device based on psa process

Info

Publication number
JPH10118439A
JPH10118439A JP9202238A JP20223897A JPH10118439A JP H10118439 A JPH10118439 A JP H10118439A JP 9202238 A JP9202238 A JP 9202238A JP 20223897 A JP20223897 A JP 20223897A JP H10118439 A JPH10118439 A JP H10118439A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
adsorbent
adsorption
purge
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9202238A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Sato
重雄 佐藤
Kazukiyo Takano
和潔 高野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP9202238A priority Critical patent/JPH10118439A/en
Publication of JPH10118439A publication Critical patent/JPH10118439A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the purity of a finished product gas and thereby improve its yield by describing and regenerating an adsorbent in each of adsorption cylinders in a required and optimal manner. SOLUTION: A feedstock gas is supplied under pressure into adsorption cylinders 3, 4 so that a stirringly absorptive gas is adsorbed by an absorbent, In addition, after an absorption step to extract a weakly absorptive gas as a finished product gas, the concentration of a detected exhaust gas is detected with a gas densitometer 11 and a purging gas control means 18 is controlled in accordance with the detached value at the time of a desorption step top reduce the internal pressure of the absorption cylinders 3, 4 to exhaust the strongly adsorptive gas by desorption.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、圧力変動吸着法
(以下、PSA法ともいう)によるガス分離装置の製品
ガスの収率向上とその製品ガスの純度向上を図るための
技術に関する。
The present invention relates to a technique for improving the yield of a product gas and the purity of the product gas of a gas separation device by a pressure fluctuation adsorption method (hereinafter, also referred to as PSA method).

【0002】[0002]

【従来の技術】 PSA法によるガス分離装置は、強吸
着性ガスを吸着剤に吸着させ、弱吸着性ガスを吸着筒の
他端より取り出し製品ガスとして利用したり、あるいは
吸着剤に吸着した強吸着性ガスを脱着して利用すること
もあり、その多くは原料ガスのガス分離を行うものであ
る。
2. Description of the Related Art A gas separation apparatus based on the PSA method absorbs a strongly adsorbent gas onto an adsorbent and removes a weakly adsorbent gas from the other end of the adsorption cylinder and uses it as a product gas. In some cases, the adsorptive gas is desorbed and used, and most of them are used to separate the source gas.

【0003】 該ガス分離装置の吸着筒は、吸着工程と
脱着工程とを繰り返してガスを分離する。このガス分離
装置においては、工業的には製品ガスの純度が高いこ
と、原料ガスからの収率が高い事が求められている。
[0003] The adsorption column of the gas separation device separates gas by repeating the adsorption step and the desorption step. In this gas separation apparatus, it is required industrially that the purity of the product gas be high and the yield from the raw material gas be high.

【0004】 PSA法のガス分離装置の吸着工程では
大気圧より十分高い圧力の加圧ガスを用い、脱着工程で
は大気圧まで圧力を下げる再生方式を用いる常圧再生方
式のものと、比較的低い加圧ガスを用いて吸着工程を行
い、脱着再生工程を真空(大気圧以下の圧力であり通常
は100トール〜150トールのことが多い)を用いる
真空再生方式とがある。前者の常圧再生方式の場合は製
品ガスを脱着工程の吸着筒にパージガスとして用いるこ
とにより再生を推進させる方法をあわせて行っている。
In the adsorption step of the gas separation apparatus of the PSA method, a pressurized gas having a pressure sufficiently higher than the atmospheric pressure is used, and in the desorption step, the pressure is reduced to the atmospheric pressure. There is a vacuum regeneration method in which an adsorption step is performed using a pressurized gas, and a desorption / regeneration step uses a vacuum (at a pressure lower than the atmospheric pressure, usually 100 to 150 Torr). In the case of the former normal pressure regeneration system, a method of promoting regeneration by using a product gas as a purge gas in an adsorption column in a desorption step is also performed.

【0005】 一方、真空再生方式は主として真空ポン
プにより、圧力を下げることにより強吸着性ガスを脱着
させるものであり、パージガスは脱着工程の吸着筒にほ
とんど流さないか、又は、流す場合でも少しで良い。こ
の事は常圧再生法によるものは、パージガスを多く使用
する分だけ、真空再生方式より原料ガス中より製品ガス
が得られる収率が悪くなる。また複数の吸着筒を用いる
常圧再生方式の場合、各吸着筒がバランス良く動作して
いる場合は収率も純度も良いが、各吸着筒のバランスが
崩れて1筒に多くのパージガスが流れ再生に必要以上の
パージガスが流れた場合は脱着排ガス中に無駄に放出さ
れて捨てられることとなる。従って、製品ガスとして得
られるべきガスの量が少なくなる。そして当該製品ガス
を発生中の吸着工程の吸着筒には必要以上の製品ガスを
取り出すこととなるために、製品ガスの純度低下を生じ
ることとなる。
On the other hand, the vacuum regeneration method is to desorb a strongly adsorptive gas by lowering the pressure mainly by a vacuum pump, and a purge gas hardly flows into an adsorption column in a desorption step, or even a small amount of gas flows. good. In the case of the normal pressure regeneration method, the yield of obtaining the product gas from the raw material gas is lower than that of the vacuum regeneration method because of the use of a larger amount of the purge gas. In the case of the normal pressure regeneration method using a plurality of adsorption cylinders, when each adsorption cylinder is operating in a well-balanced manner, the yield and the purity are good, but the balance of each adsorption cylinder is lost and a large amount of purge gas flows into one cylinder. If the purge gas flows more than necessary for regeneration, it is wastefully released into the desorbed exhaust gas and discarded. Therefore, the amount of gas to be obtained as a product gas is reduced. Then, since more product gas is taken out than necessary to the adsorption cylinder in the adsorption step in which the product gas is being generated, the purity of the product gas is reduced.

【0006】 反対にパージガスが少ない場合、該吸着
筒の再生が十分でなく、十分な吸着能力の回復が出来
ず、該吸着筒でガスを生成する能力が十分でなく、製品
ガス濃度が下がることとなる。
On the other hand, when the purge gas is small, the regeneration of the adsorption column is not sufficient, the adsorption capacity cannot be recovered sufficiently, the gas generation capacity of the adsorption column is not sufficient, and the product gas concentration decreases. Becomes

【0007】 以上の如く各吸着筒の吸着工程、脱着工
程がバランス良く、均一に行われる事が製品ガスの純
度,収率ともその方式における最良のものになる。しか
し従来は常圧再生方式による脱着工程も真空再生方式に
よる脱着工程も従来より各工程の時間値で管理している
ものがほとんどで一定時間の脱着・再生工程を実施する
ことにより再生が十分出来たものとみなしている。しか
し、種々の条件により各吸着筒の脱着・再生が必要か
つ、十分に行われなかったり、各筒間のバランスが良く
保たれていないことが生じることもある。
As described above, it is best in the method that the adsorption step and the desorption step of each adsorption column are performed in a well-balanced and uniform manner in terms of purity and yield of the product gas. However, in the past, both the desorption process using the normal pressure regeneration method and the desorption process using the vacuum regeneration method were conventionally controlled by the time value of each process in most cases. It is assumed that However, depending on various conditions, desorption / regeneration of each adsorption cylinder may be necessary and may not be performed sufficiently, or the balance between the cylinders may not be maintained well.

【0008】 例えば、吸着筒に送られる原料ガスの量
がガス配管途上の理由でひとつの吸着筒だけに多く入っ
た場合、全ての吸着筒に均一なパージガスを供給してい
たのではバランスが崩れることとなり、また、加圧ガス
の供給量は全ての吸着筒に同じであっても、パージガス
の量が一筒にのみ多く流れると、これまたバランスが崩
れることとなり、ある吸着筒のPSAのサイクルタイム
だけ時間が長くなったとき吸着工程の吸着筒には多くの
空気は入りすぎ、そのとき同時進行中の脱着工程の吸着
筒には多すぎるパージガスが流れることとなり各吸着筒
の再生バランスが崩れることとなる。
For example, when the amount of the raw material gas sent to the adsorption cylinders is large in only one adsorption cylinder due to gas piping, the balance is lost if a uniform purge gas is supplied to all the adsorption cylinders. In addition, even if the supply amount of the pressurized gas is the same for all the adsorption cylinders, if the amount of the purge gas flows only to one cylinder, the balance will be lost again, and the PSA cycle of a certain adsorption cylinder will be lost. When the time becomes longer, too much air enters the adsorption column in the adsorption step, and at that time too much purge gas flows into the adsorption column in the simultaneous desorption step, and the regeneration balance of each adsorption column is disrupted. It will be.

【0009】 またガス分離装置により生産したガスを
使用消費する量が消費先の理由により変動することが生
ずる。このときにも吸着筒相互間にバランスが崩れる原
因を含む。また長い期間にわたって消費量が少なくなっ
た場合は、原料ガスの供給量が少なくても良いため通常
空気圧縮器等の働きを減じて電力等の消費量を減ずる等
の減量運転操作を行う。大型の装置については消費電力
も大きいので使用する製品ガス量が少なくなったときは
装置の減量運転によって削減される電力量も大きいので
これ等減量運転を含め、より強くより効率的なガス発生
方法が求められている。この要求に対して消費ガス量に
関連づけて原料ガスを送り込む空気圧縮器や脱着排気す
る真空ポンプの能力や運転台数(複数台使用していると
き)を縮減する方法をとっている。
Further, the amount of gas consumed by the gas separation device used and consumed may fluctuate depending on the reason of consumption. In this case as well, the cause of the imbalance between the adsorption cylinders is included. Further, when the consumption decreases over a long period of time, since the supply amount of the raw material gas may be small, the operation of the air compressor or the like is usually reduced to reduce the consumption of electric power or the like, thereby performing a reduction operation. Large-sized equipment consumes a large amount of power, so when the amount of product gas used decreases, the amount of power reduced by the reduced-volume operation of the equipment is also large. Is required. In response to this requirement, a method is employed in which the capacity and the number of operating vacuum pumps (when a plurality of pumps are used) and the capacity of an air compressor for feeding raw material gas and a vacuum pump for desorbing and exhausting gas are linked to the consumption gas amount.

【0010】 ガス分離装置で発生した製品ガスは製品
ガスとして取り出され消費されるものと、他の吸着筒の
脱着再生用パージガスとして装置内部で消費されるもの
がある。これ等を作り出す為に原料ガスが必要であるの
で、製品ガスとして取り出される量が少なくなれば、そ
の分原料ガスは少なくて良いので原料ガスを送り込む空
気圧縮器の能力を下げて減量運転が出来ることになるの
であるが、吸着筒に入ってくる原料ガスの量が少なくな
り、その吸着剤に吸着するガスの量も少なくなるので、
パージガスの量も少なくて良い事になる。この為、更に
パージ用の原料ガスの削減も出来ることになる。
The product gas generated in the gas separation device is extracted and consumed as a product gas, or is consumed inside the device as a purge gas for desorption regeneration of another adsorption column. Since the raw material gas is required to produce these, if the amount taken out as the product gas decreases, the raw material gas can be reduced accordingly, so that the capacity of the air compressor that feeds the raw material gas is reduced and the weight reduction operation can be performed. However, since the amount of raw material gas entering the adsorption column decreases and the amount of gas adsorbed by the adsorbent also decreases,
This means that the amount of the purge gas may be small. For this reason, the source gas for purging can be further reduced.

【0011】 しかるに従来の減量運転は脱着再生の完
了を検出する適切な手段が無く、従って適切なパージ量
を決定することが出来なかった。特にPSA工程の途中
で、取り出す製品ガス量が変更されるようなときでもパ
ージガス量は全負荷と同量が流されており、単に取出製
品ガス量と関係づけて運転の減量を定めていた。この減
量運転操作を行うときも、その開始時に一時的に各吸着
筒間のバランスが崩れることがある。(これは吸着筒間
の吸・脱着熱の変動を伴うことにも起因している。)こ
のバランスが崩れることを早く検出し、この是正制御を
することが必要かつ重要である。
[0011] However, in the conventional reduction operation, there is no appropriate means for detecting the completion of the desorption regeneration, and therefore, an appropriate purge amount cannot be determined. In particular, even when the amount of product gas to be taken out is changed during the PSA process, the amount of purge gas is the same as the full load, and the amount of operation is simply reduced in relation to the amount of product gas taken out. Also when performing the weight reduction operation, the balance between the adsorption cylinders may be temporarily lost at the start of the operation. (This is also caused by fluctuations in heats of adsorption and desorption between the adsorption cylinders.) It is necessary and important to detect this imbalance immediately and to perform the corrective control.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】 PSA法によるガス
分離装置において、各吸着筒の吸着剤の脱着再生が必要
かつ十分に行われるようにして、製品ガスの純度向上を
計るとともに収率の向上を図ること及び消費電力の低減
を図ることを目的とする新たな技術を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In a gas separation apparatus based on the PSA method, desorption and regeneration of an adsorbent in each adsorption column are required and sufficiently performed to improve the purity of a product gas and improve the yield. A new technology is provided for the purpose of reducing power consumption.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】 吸着筒の再生時に強吸
着性ガスが脱着し、脱着排ガス中の強吸着性ガスの濃度
が高まって排出される。その後、製品ガス取出口より向
流的に弱吸着性ガスである製品ガスがパージガスとして
流入されるので吸着筒内の強吸着性ガスと弱吸着性ガス
のマストランスファーゾーンは出口端より入口端に向か
って押しもどされて、一定時間後に入口近くまで近づく
と段々と脱着排ガス中の製品ガス(弱吸着性ガス)の濃
度が高まってきて、吸着剤の再生完了を知ることが出来
ることがわかった。
Means for Solving the Problems During the regeneration of the adsorption column, the strongly adsorbable gas is desorbed, and the concentration of the strongly adsorbable gas in the desorbed exhaust gas is increased and discharged. Thereafter, the product gas, which is a weakly adsorbable gas, flows in countercurrently from the product gas outlet as a purge gas, so that the mass transfer zone of the strongly adsorbable gas and the weakly adsorbable gas in the adsorption cylinder is closer to the inlet end than the outlet end. It was found that the concentration of the product gas (weakly adsorptive gas) in the desorbed exhaust gas gradually increased as it was pushed back and approached the vicinity of the inlet after a certain period of time, indicating that the regeneration of the adsorbent could be known. .

【0014】 真空再生方式の場合も少量ではあるが、
パージガスを流すので脱着排ガス中の脱着排ガス濃度
は、強吸着性ガスが脱着し、その脱着排ガス中の強吸着
性ガスの濃度が高くなり、時間とともにその濃度が変化
し、その後脱着排ガス中にパージの製品ガスの濃度が高
くなってくるので吸着剤の再生の過程が把握できる。こ
の脱着排ガス中のガス濃度を監視しながらパージガス量
を変更し、または脱着工程の時間を変更することにより
吸着筒の再生の状況を管理してPSA法のガス分離を行
うものである。
[0014] In the case of the vacuum regeneration method, although it is small,
Since the purge gas is supplied, the concentration of the desorbed exhaust gas in the desorbed exhaust gas is such that the strongly adsorbable gas is desorbed, the concentration of the strongly adsorbable gas in the desorbed exhaust gas increases, the concentration changes with time, and then the purge gas is purged. Since the concentration of the product gas becomes higher, the regeneration process of the adsorbent can be grasped. By changing the purge gas amount while monitoring the gas concentration in the desorbed exhaust gas or by changing the time of the desorption step, the state of regeneration of the adsorption column is managed to perform gas separation by the PSA method.

【0015】 そのため本発明では次のような手段を講
じる。 (その1)吸着剤を充填した少なくとも1個の吸着筒を
有し該吸着筒に加圧ガスを供給し、該吸着剤に強吸着性
ガスを吸着させて弱吸着性ガスを製品ガスとして取り出
す吸着工程と、該吸着筒を減圧排気して該吸着剤に吸着
した強吸着性ガスを減圧脱着してこの吸着剤を脱着再生
する脱着工程とを繰り返してガス分離を行うPSA法に
よるガス分離装置において、脱着工程にある吸着筒に製
品ガスを向流的に流すパージガス導入手段を付設すると
ともに、このパージガスを制御するパージガス制御手段
を設け、この脱着工程にある吸着筒の脱着排ガスのガス
濃度をガス濃度計で測定し、この測定に基づいて得られ
る脱着排ガスのガス濃度値により該パージガス制御手段
でパージガスの量を制御するように構成したことを特徴
とするPSA法によるガス分離装置である。
Therefore, the present invention takes the following measures. (Part 1) At least one adsorption column filled with an adsorbent is supplied with a pressurized gas, and the strongly adsorbent is adsorbed by the adsorbent to extract a weakly adsorbable gas as a product gas. A gas separation apparatus by a PSA method in which gas is separated by repeating an adsorption step and a desorption step in which the strongly adsorbent gas adsorbed on the adsorbent is decompressed and depressurized by depressurizing and exhausting the adsorption column to desorb and regenerate the adsorbent. In the desorption step, a purge gas introducing means for flowing the product gas in a countercurrent direction to the adsorption cylinder is provided, and a purge gas control means for controlling the purge gas is provided, and the gas concentration of the desorption exhaust gas of the adsorption cylinder in the desorption step is adjusted. The PSA method is characterized in that the gas concentration is measured by a gas concentration meter and the amount of the purge gas is controlled by the purge gas control means based on the gas concentration value of the desorbed exhaust gas obtained based on the measurement. That is a gas separation apparatus.

【0016】 また本発明は次のような手段も講じる。 (その2)前記のガス分離装置において、脱着工程にあ
る吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガス濃度計で測定
し、この測定に基づいて得られる脱着排ガスのガス濃度
値が所定の値に達した時点で該吸着筒の脱着工程を終了
させるように構成したことを特徴とするPSA法による
ガス分離装置である。
The present invention also employs the following means. (Part 2) In the gas separation apparatus, the gas concentration of the desorbed exhaust gas of the adsorption column in the desorption step is measured by a gas concentration meter, and the gas concentration value of the desorbed exhaust gas obtained based on this measurement reaches a predetermined value. A gas separation apparatus based on the PSA method, wherein the desorption step of the adsorption column is completed at the time when the gas separation is performed.

【0017】 また本発明は次のような手段も講じる。 (その3)前記のガス分離装置において脱着工程にある
吸着筒の脱着排ガスのガス濃度を測定し、この測定に基
づいて得られる脱着排ガスのガス濃度値の変化により、
この脱着工程にある吸着筒の吸着剤の再生処理が完了し
たことを検出し、この検出結果によって、パージガスの
流入停止や真空排気動作の打切りなど該吸着剤の再生処
理を終了させるように構成したことを特徴とするPSA
法によるガス分離装置である。かかる方法で吸着筒毎に
制御するので不用なパージガスを流すことがなくなり複
数本ある吸着筒の再生バランスが整い、それにより各吸
着筒で発生する製品ガス濃度が一定で高効率で高濃度の
製品ガスが得られる。
The present invention also employs the following means. (Part 3) In the gas separation device, the gas concentration of the desorbed exhaust gas of the adsorption cylinder in the desorption step is measured, and the change in the gas concentration value of the desorbed exhaust gas obtained based on the measurement results in
It is configured to detect that the regeneration process of the adsorbent of the adsorption column in the desorption step is completed, and to terminate the regeneration process of the adsorbent, such as stopping the inflow of the purge gas or terminating the evacuation operation, based on the detection result. PSA characterized by the following:
It is a gas separation device by the method. This method controls each adsorption cylinder, so that unnecessary purge gas does not flow, and the regeneration balance of a plurality of adsorption cylinders is adjusted, so that the product gas concentration generated in each adsorption cylinder is constant, high efficiency and high concentration products Gas is obtained.

【0018】 さらに本発明はより具体的に次のような
手段も含む。 (その4)前記の吸着剤がゼオライトであって製品ガス
が酸素富化ガスで、脱着排ガスが窒素富化ガスであるこ
とを特徴とする前記のPSA法によるガス分離装置であ
る。 (その5)前記の吸着剤が分子篩炭であって製品ガスが
窒素富化ガスで、脱着排ガスが酸素富化ガスであること
を特徴とする前記のPSA法によるガス分離装置であ
る。ただし、分子篩炭を用いる場合は吸着剤の吸着速度
の違いを用いて行う速度分離型PSAであり、早く吸着
する酸素とゆっくり吸着する窒素をここでは平衡吸着量
でいう強吸着性ガスと弱吸着性ガスと同一とみなし、総
じて強吸着性ガス,弱吸着性ガスと称する。
Further, the present invention more specifically includes the following means. (4) The gas separation apparatus according to the PSA method, wherein the adsorbent is zeolite, the product gas is an oxygen-enriched gas, and the desorbed exhaust gas is a nitrogen-enriched gas. (Part 5) The gas separation apparatus according to the PSA method, wherein the adsorbent is a molecular sieve coal, the product gas is a nitrogen-enriched gas, and the desorbed exhaust gas is an oxygen-enriched gas. However, when molecular sieve is used, it is a speed separation type PSA that uses the difference in the adsorption speed of the adsorbent. Here, oxygen adsorbed quickly and nitrogen adsorbed slowly are referred to as strongly adsorbed gas and weakly adsorbed gas. It is regarded as the same as the non-adsorbent gas, and is generally referred to as a strongly adsorbent gas and a weak adsorbent gas.

【0019】 また本発明は減量運転時に、パージ量を
適正値に減じた上で減量運転を一層効果があるよう次の
手段を講じる。 (その6)吸着剤を充填した少なくとも2個の吸着筒を
有し、該吸着筒に加圧原料ガスを供給する空気圧縮器と
該加圧原料ガスの圧力を測定する圧力センサーを有し、
該空気圧縮器にはその原料ガスの供給能力を調節する能
力調節手段を有し、該吸着筒に加圧ガスを供給し、その
吸着剤に強吸着性ガスを吸着させて、弱吸着性ガスを製
品ガスとして取り出す吸着工程と該吸着筒を減圧排気し
て該吸着剤に吸着した強吸着性ガスを脱着して、この吸
着剤を再生する脱着工程とを繰り返してガス分離を行う
PSA法によるガス分離装置において、脱着工程にある
吸着筒に製品ガスを向流的に流すパージガス導入手段を
付設するとともに、このパージガスの流量を制御するパ
ージガス制御手段を設け、脱着工程にある吸着筒の脱着
排ガスのガス濃度をガス濃度計で測定し、この測定値に
基づいて制御部が該パージガス制御手段でパージガスの
量を該排ガス濃度が目標とする値になるよう制御し、パ
ージガス流量を決定するとともに、その状態で吸着工程
にある他方の吸着筒に供給する原料ガスの供給圧力を該
圧力センサーにて検出しながら、その検出した圧力信号
を制御部へ入れ、制御部で該空気圧縮器の能力を該能力
調節手段により設定されるべき原料ガス圧力になるよう
調節することにより、より効率的に減量運転を行い、消
費電力の低減を図るようにするものである。
In the present invention, the following measures are taken to reduce the purge amount to an appropriate value at the time of the reduction operation and to make the reduction operation more effective. (Part 6) having at least two adsorption cylinders filled with an adsorbent, having an air compressor for supplying a pressurized raw material gas to the adsorption cylinder, and a pressure sensor for measuring the pressure of the pressurized raw material gas;
The air compressor has a capacity adjusting means for adjusting the supply capacity of the raw material gas, and supplies a pressurized gas to the adsorption column and causes the adsorbent to adsorb the strongly adsorbent gas to thereby form the weak adsorbent gas. By a PSA method in which a gas separation is carried out by repeating an adsorption step of extracting gas as a product gas and a desorption step of depressurizing and exhausting the adsorption cylinder to desorb a strongly adsorbent gas adsorbed on the adsorbent and regenerate the adsorbent. In the gas separation device, a purge gas introducing means for flowing a product gas in a countercurrent direction in the adsorption cylinder in the desorption step is provided, and a purge gas control means for controlling a flow rate of the purge gas is provided. The control unit controls the amount of purge gas by the purge gas control means so that the exhaust gas concentration becomes a target value, and determines the purge gas flow rate based on the measured value. In addition, while detecting the supply pressure of the raw material gas to be supplied to the other adsorption column in the adsorption step in this state with the pressure sensor, the detected pressure signal is input to the control unit, and the control unit controls the air compressor. Is adjusted so as to be the source gas pressure to be set by the capacity adjusting means, thereby performing a more efficient reduction operation and reducing power consumption.

【0020】[0020]

【実施例】 以下に本発明の実施例を図を参照して説明
する。図1に第1の実施例のフローシートを示すが、本
発明はこれに限るものではない。これは2筒式常圧再生
方式の酸素濃縮器に応用した場合の例である。窒素ガス
が強吸着性ガスであるゼオライトを充填した吸着筒3及
び4に加圧した原料ガスを原料ガス入口1に導入し、配
管と自動弁12及び14を介して接続し、原料ガスを導
入する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a flow sheet of the first embodiment, but the present invention is not limited to this. This is an example in which the present invention is applied to a two-cylinder normal-pressure regeneration type oxygen concentrator. The raw material gas pressurized into the adsorption cylinders 3 and 4 filled with zeolite, which is a strongly adsorbing gas of nitrogen, is introduced into the raw material gas inlet 1 and connected to the piping via the automatic valves 12 and 14 to introduce the raw material gas. I do.

【0021】 吸着筒のそれぞれの入口端には自動弁1
3及び15を介して配管にて脱着排ガスを大気に開放す
るサイレンサー10に接続されている。更に該脱着排ガ
スはサイレンサーの上流にて分岐し、ガス濃度計11に
接続している。それぞれの吸着筒の出口端は自動弁16
及び17を介して配管により、バッファタンク5に接続
され、更に各々の吸着筒の出口端には、製品ガスを吸着
筒に向流的に流すパージガス制御手段18が接続され
る。
An automatic valve 1 is provided at each inlet end of the adsorption cylinder.
The pipe is connected to a silencer 10 for releasing the desorbed exhaust gas to the atmosphere via pipes 3 and 15. Further, the desorbed exhaust gas is branched upstream of the silencer and connected to a gas concentration meter 11. The outlet end of each adsorption column is an automatic valve 16
And 17 are connected to the buffer tank 5 by piping, and a purge gas control means 18 for flowing a product gas in a counter-current manner to the adsorption cylinder is connected to an outlet end of each adsorption cylinder.

【0022】 また各々の吸着筒の入口端、出口端には
吸着工程と脱着工程の間に均圧工程を有し、該工程期間
に両吸着筒を接続し、両吸着筒の圧力を均等化するため
自動弁7及び6を介して配管接続している。
In addition, the inlet end and the outlet end of each adsorption column have a pressure equalization step between the adsorption step and the desorption step, and connect both adsorption columns during this step to equalize the pressure of both adsorption columns. For this purpose, piping is connected via automatic valves 7 and 6.

【0023】 パージガス制御手段18は複数の自動弁
19,20,21にそれぞれ直接に接続されたオリフィ
ス22,23,24により、自動弁の開閉により脱着工
程中の吸着筒に流すパージガスの流量を制御できる構成
となっている。その制御は、脱着排ガスの酸素濃度をガ
ス濃度計11により検出し、この計測値を制御部2に伝
えガス濃度計11からの電気信号を制御部内でディジタ
ル信号に変換して制御部内にあるCPUにより判断処理
して、該制御部2より適正なガス量が流れるようパージ
ガス制御手段18に伝えてパージガスの流量を制御す
る。制御部は前記機能の他にPSA動作の制御機能を有
するが点線による各自動弁への信号線や電源の記述は煩
雑で見づらくなるので省略した。なお、本実施例ではパ
ージガス制御手段18は自動弁とオリフィスで構成し、
その制御も自動弁の開になる組合せにより段階的に制御
したが、この例に限らず、例えばマスフローコントロー
ラーを用いて連続的に制御しても良いし、ひとつのオリ
フィスと直列に接続した自動弁のみで構成し、その自動
弁の開となる時間を変更することによりパージガスの流
量を制御してもよい。
The purge gas control means 18 controls the flow rate of the purge gas flowing to the adsorption column during the desorption process by opening and closing the automatic valves by orifices 22, 23, and 24 directly connected to the plurality of automatic valves 19, 20, 21, respectively. It has a configuration that can be used. The control is performed by detecting the oxygen concentration of the desorbed exhaust gas with the gas concentration meter 11, transmitting the measured value to the control unit 2, converting the electric signal from the gas concentration meter 11 into a digital signal in the control unit, and converting the signal into a digital signal in the control unit. Then, the control unit 2 transmits the appropriate gas amount to the purge gas control unit 18 to control the flow rate of the purge gas. The control unit has a PSA operation control function in addition to the above functions, but the description of the signal line and power supply to each automatic valve by dotted lines is omitted because it is complicated and difficult to see. In this embodiment, the purge gas control means 18 comprises an automatic valve and an orifice.
The control was also performed stepwise by a combination that opened the automatic valve. However, the present invention is not limited to this example. For example, the control may be continuously performed using a mass flow controller, or an automatic valve connected in series with one orifice may be used. Alternatively, the flow rate of the purge gas may be controlled by changing the time during which the automatic valve is opened.

【0024】 原料ガス入口1に加えられた原料ガスは
自動弁12又は14により吸着工程中の吸着筒に送られ
る。いま仮りに自動弁12を開にして吸着筒3に送気し
ているとすると、吸着筒3内のゼオライトに強吸着性ガ
スである窒素ガスが吸着され、出口端より濃縮された酸
素ガス(製品ガス)が出てくる、該製品ガスは自動弁1
6を開にしてバッファタンク5に蓄えられる。
The source gas added to the source gas inlet 1 is sent to the adsorption column during the adsorption step by the automatic valve 12 or 14. If it is assumed that the automatic valve 12 is opened and air is supplied to the adsorption column 3, nitrogen gas, which is a strongly adsorbing gas, is adsorbed on the zeolite in the adsorption column 3 and oxygen gas ( Product gas) comes out, the product gas is the automatic valve 1
6 is opened and stored in the buffer tank 5.

【0025】 その間、もう一方の吸着筒4は自動弁1
4,17は閉となり、15が開となってサイレンサー1
0を介して脱着排ガスを大気に放気し減圧されるので吸
着している窒素ガスが脱着して排出される。その間、濃
縮された酸素ガス(製品ガス)がパージガス制御手段1
8を介して脱着中の吸着筒4に出口端より向流的に流入
される。サイレンサー10に排出される脱着排ガス中の
酸素濃度は脱着する窒素ガスにより低められ原料ガスよ
り低い10パーセント前後の値を示しているが、脱着が
進み、脱着窒素ガスが少なくなり、流入するパージガス
(酸素)により、吸着剤のマストランスファーゾーン
(MTZ)が出口端から入口端に移動するにつれて、こ
の脱着排ガス中の酸素濃度が高くなってくると脱着の終
了が近い事を示すものである。
In the meantime, the other adsorption cylinder 4 is connected to the automatic valve 1
4 and 17 are closed, 15 is open and silencer 1
The desorbed exhaust gas is released to the atmosphere via the air outlet 0 and the pressure is reduced, so that the adsorbed nitrogen gas is desorbed and discharged. Meanwhile, the concentrated oxygen gas (product gas) is supplied to the purge gas control means 1.
8, the gas flows into the adsorption column 4 being desorbed countercurrently from the outlet end. Although the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas discharged to the silencer 10 is reduced by the desorbed nitrogen gas and is about 10% lower than the source gas, the desorption proceeds, the desorbed nitrogen gas decreases, and the purge gas ( Oxygen) indicates that as the mass transfer zone (MTZ) of the adsorbent moves from the outlet end to the inlet end, if the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas becomes higher, the end of desorption is near.

【0026】 この濃度の高くなった事を検出して制御
部2より、パージガス制御手段18に指令し、パージガ
ス流量を制御する。すなわち、脱着排ガスの酸素濃度が
高くなるとパージガス量を減らす。最終的にはゼロにな
ることもある。脱着排ガス中の酸素濃度がどのくらいに
なったら、パージ流量をどう変えるかは、脱着排ガスの
濃度検出までの時間おくれ、すなわち吸着筒入口端から
ガス濃度計までのガス流れによる時間遅れとガス濃度計
の応答性(遅れ)が問題であり、この遅れを想定した制
御量をパージガス制御手段18に指示する必要がある。
常圧再生方式の場合、パージガスは大きい流量で流れて
いるため、脱着排ガス中の酸素濃度が上昇し、脱着が完
了したら早い応答でパージガスの流入を下げる事が必要
となる。
Upon detecting that the concentration has increased, the controller 2 instructs the purge gas control means 18 to control the flow rate of the purge gas. That is, when the oxygen concentration of the desorbed exhaust gas increases, the purge gas amount is reduced. Eventually it can be zero. When the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas is reached, how to change the purge flow rate depends on the time until the concentration of the desorbed exhaust gas is detected, that is, the time delay due to the gas flow from the inlet end of the adsorption column to the gas concentration meter and the gas concentration meter. The response (delay) is a problem, and it is necessary to instruct the purge gas control means 18 of a control amount assuming this delay.
In the case of the normal pressure regeneration method, since the purge gas flows at a large flow rate, the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas increases, and it is necessary to reduce the purge gas inflow at a rapid response after the desorption is completed.

【0027】 その為、ガス濃度計までのおくれがすく
ないように短い配管と応答性の良いガス濃度計が必要で
ある。そして排ガス中の酸素濃度が少しでも上昇(1%
程度)に転じたら、パージガス量を減ずる。場合によっ
たらゼロにするよう制御する。またシステムにより上記
トータル的な時間おくれが大きく、同サイクル内での制
御に間に合わないときは制御部は次の同吸着筒の再生サ
イクル時に制御を行うようにする。その制御するパージ
ガスの容量は、ガス分離装置の容量により異なる。また
その製品ガス製造能力に対して、100%で稼働してい
るのか80%稼働か、50%稼働かにより変わる。加え
て装置の形や使用するゼオライトの形状や種類によって
マストランスファーゾーンの幅やシャープさが変わるの
で、これ等に対応したパージガス量の変更調節が必要で
ある。
Therefore, a short pipe and a highly responsive gas concentration meter are required so as not to delay the gas concentration meter. And even if the oxygen concentration in the exhaust gas rises a little (1%
), Reduce the amount of purge gas. In some cases, it is controlled to be zero. If the total time delay is large depending on the system, and the control in the same cycle is too late, the control unit performs control in the next regeneration cycle of the adsorption cylinder. The capacity of the purge gas to be controlled depends on the capacity of the gas separation device. Also, it depends on whether the product gas production capacity is operating at 100%, 80%, or 50%. In addition, since the width and sharpness of the mass transfer zone change depending on the shape of the apparatus and the shape and type of zeolite used, it is necessary to adjust the amount of purge gas corresponding to these.

【0028】 稼働率が全負荷時の50%のときは脱着
工程の早い時期から脱着排ガスの酸素濃度が高くなって
くる。しかし、導入原料ガスが減量運転をしていないと
きは製品ガスが余っているので制御の必要はないが、減
量運転中には排ガス濃度を見ながら適正なパージガス量
の制御が必要である。ガス濃度計が脱着排ガス中の酸素
濃度の変化を検出するまでの遅れを組み入れた制御を行
うが、脱着排ガスの酸素濃度の変化例を図3に示す。稼
働率が低いときは同図のBの形であり、100%稼働率
で複数の吸着筒の間でひとつはA,他はBのようにある
いはCとDのように各吸着筒の脱着排ガスの濃度が違う
ものはバランスが崩れていて製品ガスの濃度が低くな
る。このため制御部2が脱着排出ガスの酸素濃度をPS
Aの切替えサイクルタイムの時間と関係づけてその濃度
値を監視して、パージガス量をパージガス制御手段18
に指示を出して例えばDの場合では減らして脱着排ガス
の濃度が点線の如くすることによりCとのバランスが良
くなり、製品ガスの高い濃度と高い収率が得られるよう
になる。この実施例の収率とは原料ガス中に含まれる酸
素の総量に対し、製品ガスとして取り出せる酸素ガスの
量の比で求められるもので、これが高い方が良い。
When the operation rate is 50% of the full load, the oxygen concentration of the desorbed exhaust gas increases from an early stage of the desorption process. However, when the amount of the introduced raw material gas is not reduced, the control is not necessary because the product gas is excessive, but during the reduction operation, it is necessary to control the amount of the purge gas appropriately while monitoring the exhaust gas concentration. Control is performed incorporating a delay until the gas concentration meter detects a change in the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas. FIG. 3 shows an example of a change in the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas. When the operation rate is low, the shape is indicated by B in the figure. At 100% operation rate, the desorption gas of each adsorption cylinder is A, one is B, and the other is C or D among a plurality of adsorption cylinders. If the concentration is different, the balance is lost and the concentration of the product gas becomes lower. Therefore, the control unit 2 sets the oxygen concentration of the desorbed exhaust gas to PS
The concentration value is monitored in relation to the switching cycle time of A, and the purge gas amount is controlled by the purge gas control means 18.
For example, in the case of D, the concentration of desorbed exhaust gas is reduced as shown by the dotted line in the case of D to improve the balance with C, so that a high concentration of the product gas and a high yield can be obtained. The yield in this embodiment is determined by the ratio of the amount of oxygen gas that can be taken out as a product gas to the total amount of oxygen contained in the raw material gas. The higher the yield, the better.

【0029】 第2の実施例のフローシートを図2に示
す。これは1筒式で空気を原料ガスとして窒素ガスを濃
縮する装置のフローシート図である。この図において、
空気ポンプ25は自動弁12,13を切替えることによ
り空気圧縮器としての機能と真空ポンプとしての機能を
生ずるポンプであり、吸着筒の入口端に配管にて接続す
る。吸着筒3には窒素よりも酸素の方を短い時間で多く
吸着する分子篩炭(CMS=Carbon morec
ular Sieves)を充填してあり、これは前述
の吸着速度差を用いたPSAであり、ここでは吸着速度
の速いガスを強吸着性ガス,速度の遅いガスを弱吸着性
ガスと称する。吸着筒の出口端は自動弁16を介して配
管にてバッファタンク5に接続する。このバッファタン
ク5は減圧弁8を介して製品ガス取出口9に配管にて接
続されている。
FIG. 2 shows a flow sheet of the second embodiment. This is a flow sheet diagram of a single cylinder type apparatus for concentrating nitrogen gas using air as a source gas. In this figure,
The air pump 25 is a pump that generates a function as an air compressor and a function as a vacuum pump by switching the automatic valves 12 and 13, and is connected to the inlet end of the adsorption cylinder by a pipe. The adsorption column 3 is a molecular sieve (CMS = Carbon morec) that adsorbs more oxygen than nitrogen in a shorter time.
(ultra Sieves), which is a PSA using the above-mentioned difference in adsorption speed. Here, a gas having a high adsorption speed is called a strongly adsorbing gas, and a gas having a low adsorption speed is called a weakly adsorbing gas. The outlet end of the adsorption cylinder is connected to the buffer tank 5 by a pipe via an automatic valve 16. The buffer tank 5 is connected to a product gas outlet 9 via a pressure reducing valve 8 by piping.

【0030】 空気ポンプ25は自動弁12を実線矢印
の如く切替えて外気を吸入フィルタ26を介して取り入
れ、圧縮加圧して自動弁13を実線矢印の如く切替えて
吸着筒3に圧縮空気(原料ガス)を送り込む。これを吸
着工程という。そして吸着筒内に充填された分子篩炭に
より酸素ガスが吸着除去されて他方の出口端より濃縮さ
れた窒素ガスが取り出されるので自動弁16を開にして
バッファタンク7に蓄える。蓄えた窒素ガスは減圧弁8
により一定圧にして製品ガス取出口9より取り出され消
費される。
The air pump 25 switches the automatic valve 12 as shown by the solid line arrow to take in the outside air through the suction filter 26, compresses and pressurizes it, switches the automatic valve 13 as shown by the solid line arrow, and sends compressed air (source gas) to the adsorption cylinder 3. ). This is called an adsorption step. Then, the oxygen gas is adsorbed and removed by the molecular sieve charcoal filled in the adsorption column, and the concentrated nitrogen gas is taken out from the other outlet end. Therefore, the automatic valve 16 is opened and stored in the buffer tank 7. The stored nitrogen gas is supplied to the pressure reducing valve 8
, And is taken out from the product gas outlet 9 and consumed.

【0031】 吸着筒3内の吸着剤が酸素ガスを吸着し
て飽和する前に自動弁16を閉、自動弁12,13を点
線の矢印の如く切替えて、空気ポンプ25を真空ポンプ
として動かし、吸着筒3内のガスを汲み出し(真空排気
して)、自動弁13に接続しているサイレンサー10を
介して外気に脱着排ガスを送り出す。このとき脱着排ガ
スをサイレンサー10の上流より分岐し、この脱着排ガ
ス中の酸素ガス濃度をガス濃度計11により検出し、そ
の値を制御部2に伝える。制御部2は本装置のPSA動
作も全て制御するが、PSA動作に関するPSA制御用
自動弁の開閉信号線の図示は複雑となるので省略してい
る。
Before the adsorbent in the adsorption column 3 adsorbs oxygen gas and becomes saturated, the automatic valve 16 is closed, the automatic valves 12 and 13 are switched as indicated by the dotted arrows, and the air pump 25 is operated as a vacuum pump. The gas in the adsorption cylinder 3 is pumped out (evacuated), and the desorbed exhaust gas is sent to the outside air via the silencer 10 connected to the automatic valve 13. At this time, the desorbed exhaust gas is branched from the upstream of the silencer 10, the oxygen gas concentration in the desorbed exhaust gas is detected by the gas concentration meter 11, and the value is transmitted to the control unit 2. The control unit 2 also controls the PSA operation of the present apparatus entirely, but the illustration of the open / close signal line of the PSA control automatic valve related to the PSA operation is omitted because it becomes complicated.

【0032】 この制御部2内は全てCPUで制御され
ており、濃度データーもこの基板内でアナログ値からデ
ィジタル値にA/D変換されてCPUで処理される。こ
の例の窒素濃縮器の脱着排ガス中の酸素濃度は図4の
A,Bの示す如くなる。すなわち脱着再生工程へ自動弁
の切替直後より、吸着している酸素ガスが脱着排気され
てくるので脱着排ガス中の酸素濃度は約60%以上にな
り、その後段々と低下してくる。高い濃度の窒素ガスを
得ようとすると、最終的に加圧工程に切り替わる直前の
脱着排ガス中の酸素濃度は低い程、製品ガス濃度の高い
窒素ガスが得られる。窒素ガス濃度が99.9%以上を
得るためにはこの脱着排ガス中の酸素濃度は10%以下
であることが必要であり、同99%以下を要求されると
きは、同じく20%以下の濃度であっても良い。脱着排
ガス中の酸素ガス濃度がこの値に達すると、脱着再生処
理が終了したとみなして脱着工程を終了させて吸着工程
に移ることとなる。
The control unit 2 is entirely controlled by the CPU, and the density data is also A / D-converted from an analog value to a digital value in the board and processed by the CPU. The oxygen concentration in the desorbed exhaust gas of the nitrogen concentrator of this example is as shown in FIGS. That is, immediately after the automatic valve is switched to the desorption regeneration step, the adsorbed oxygen gas is desorbed and exhausted, so that the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas becomes about 60% or more, and thereafter gradually decreases. In order to obtain a high concentration of nitrogen gas, the lower the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas immediately before switching to the pressurization step, the higher the product gas concentration of nitrogen gas. In order to obtain a nitrogen gas concentration of 99.9% or more, it is necessary that the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas be 10% or less. It may be. When the oxygen gas concentration in the desorbed exhaust gas reaches this value, it is considered that the desorption regeneration process has been completed, the desorption process is terminated, and the process proceeds to the adsorption process.

【0033】 しかし、具体的な脱着排ガス中の酸素濃
度と製品ガス濃度との関係は先述の如くガス濃度検出ま
での遅れ時間で変わってくる。ここでは1筒式の真空式
を示したが、2筒以上あるいは3筒、4筒の多筒式に応
用しても同じことで、各吸着筒の脱着工程の脱着排ガス
中のガス濃度に重点をおいて脱着の程度を制御するので
あり各筒のサイクルに脱着工程と吸着工程の他、その他
に均圧工程または複数のステップに分けた均圧工程を含
めることができる。1筒式の場合は直ちに次の工程に進
めることができるが複数の吸着筒を使用するシステムで
は吸着筒相互の関係があるので各吸着筒に均等に時間配
分されて動作しているのでひとつの吸着筒の脱着再生処
理が終了したからといって、他との関係で次の工程に移
すことが出来ない。そのようなときは、吸着剤の再生が
完了し脱着工程を終了した後、操作工程上の時間の長さ
がガス濃縮工程に関係のない工程に移した状態で待機さ
せるようにして複数の吸着筒の他の吸着筒の工程時間と
の同期をとるようにする。
However, the specific relationship between the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas and the product gas concentration depends on the delay time until the gas concentration is detected as described above. Here, a single-tube vacuum type is shown, but the same applies when applied to two or more, or three or four, multi-tube types, and the same applies to the gas concentration in the desorbed exhaust gas in the desorption process of each adsorption column. In this case, the degree of desorption is controlled. In addition to the desorption step and the adsorption step, each cylinder cycle can include a pressure equalization step or a pressure equalization step divided into a plurality of steps. In the case of a single-tube type, the process can be immediately advanced to the next step. However, in a system using a plurality of adsorption columns, there is a mutual relationship between the adsorption columns. Even if the adsorption / desorption regeneration process of the adsorption cylinder is completed, it is not possible to proceed to the next step due to other factors. In such a case, after the regeneration of the adsorbent has been completed and the desorption step has been completed, a plurality of adsorption steps are performed in a state where the length of time in the operation step is shifted to a step not related to the gas enrichment step. Synchronize with the process time of the other adsorption cylinders.

【0034】 以上、酸素の常圧再生方式の実施例、窒
素ガスの真空再生方式の実施例について述べたが、酸素
の真空再生方式又は窒素の常圧再生方式にも同様の脱着
排ガス中のガス濃度を検出して、再生工程の吸着剤の脱
着状態の過不足を監視しながら、その必要かつ最適な脱
着・再生を行う脱着再生工程を行うようにすることがで
きる。
Although the embodiment of the normal pressure regeneration system for oxygen and the embodiment of the vacuum regeneration system for nitrogen gas have been described above, the gas in the desorbed exhaust gas is the same for the vacuum regeneration system for oxygen or the normal pressure regeneration system for nitrogen. The desorption / regeneration step for performing necessary and optimal desorption / regeneration can be performed while monitoring the excess / deficiency of the desorption state of the adsorbent in the regeneration step by detecting the concentration.

【0035】 次に別の実施例を示す。別な実施例のフ
ローシートを図5に示す。これは真空再生方式に空気圧
縮器とその能力調節手段32を組合せて減量運転を行う
場合の例である。これは空気を原料ガスとして使用する
酸素PSAで、吸着筒にはゼオライト13Xまたは5A
タイプを使用する。
Next, another embodiment will be described. FIG. 5 shows a flow sheet of another embodiment. This is an example of a case where a vacuum regeneration method is combined with an air compressor and its capacity adjusting means 32 to perform a reduction operation. This is an oxygen PSA that uses air as the source gas, and the adsorption column has zeolite 13X or 5A.
Use type.

【0036】 原料ガスである空気を原料ガス取入口1
より取入れ空気圧縮器30により加圧ガスに圧縮し、前
記ゼオライトを充填した吸着筒3,4の入口端に自動弁
12,14を介して接続し、同入口端には自動弁13,
15を介して、真空ポンプ31に接続し、吸着筒の減圧
脱着を行えるよう構成し、該2つの吸着筒3,4の入口
端同士を均圧時に2つの吸着筒の圧力を等しくする為の
自動弁7を介して配管にて接続する。
The air as the source gas is supplied to the source gas inlet 1
The compressed gas is compressed into a pressurized gas by an intake air compressor 30 and connected to the inlet ends of the adsorption tubes 3 and 4 filled with the zeolite via automatic valves 12 and 14.
A vacuum pump 31 is connected to the vacuum pump 31 via the vacuum pump 15 so as to be able to perform decompression and desorption of the adsorption cylinders, and to equalize the pressures of the two adsorption cylinders when the inlet ends of the two adsorption cylinders 3 and 4 are equalized. It is connected by a pipe via the automatic valve 7.

【0037】 吸着筒3,4の出口端にはそれぞれ自動
弁16,17を接続して産出した製品ガスをバッファタ
ンク5に配管にて接続し、バッファタンク5から減圧弁
8を介して製品ガス取出口9に配管にて接続し、製品ガ
スを外部に取出す構造とする。
The product gases produced by connecting the automatic valves 16 and 17 to the outlet ends of the adsorption cylinders 3 and 4 are connected to the buffer tank 5 by piping, and the product gas is supplied from the buffer tank 5 through the pressure reducing valve 8. The product gas is taken out to the outside by connecting to the outlet 9 with piping.

【0038】 吸着筒3,4の出口にはパージガス制御
手段18と均圧時両吸着筒の出口同士を接続するため自
動弁6を介して配管にて出口同士を接続する。このパー
ジガス制御手段18はオリフィスと自動弁を組み合わせ
たものでパージ流量をオリフィス22の径で制御し、自
動弁21の開になる時間を制御部2によって制御するこ
とにより、パージガスの総量を制御する。これは1例で
あり、複数のオリフィスと複数の自動弁を組み合わせて
構成してもよいし、マスフローコントローラ等を用いて
リニヤーに制御する方法をとっても良い。
The outlets of the adsorption tubes 3 and 4 are connected to each other by piping via an automatic valve 6 to connect the purge gas control means 18 and the outlets of both adsorption tubes at the time of pressure equalization. The purge gas control means 18 is a combination of an orifice and an automatic valve, controls the purge flow rate by the diameter of the orifice 22, and controls the time when the automatic valve 21 is opened by the control unit 2, thereby controlling the total amount of the purge gas. . This is an example, and a plurality of orifices and a plurality of automatic valves may be combined, or a method of performing linear control using a mass flow controller or the like may be employed.

【0039】 空気圧縮器30の下流で吸着筒3,4に
入る自動弁12,14の上流側に圧力センサー28を設
け圧縮ガスの圧力を測定する。同じく脱着排気用の自動
弁13,15の下流で真空ポンプ31の上流側に吸着筒
3,4の脱着再生時の真空度を測定するために圧力セン
サー27を設ける。真空ポンプ31の下流側に脱着排ガ
スのガス濃度を測定するガス濃度計11を設ける。各々
の圧力センサーから信号線29,37,38により制御
部2に伝え、該制御部でアナログをディジタルに変換
し、CPUにより演算処理し、脱着排ガスの濃度により
パージガス制御手段18に信号線40により伝え自動弁
21の開閉のタイミングをコントロールして、パージガ
スの総量を制御する。空気圧縮器30は圧力センサー2
8により供給圧力を測定し、当該圧力が目標圧力(2.
5kgf/cm2 G)に近くなるよう制御部2により処
理し、信号線42により能力調節手段32に伝えて空気
圧縮器30のモーターの回転数を信号線39により制御
する。
A pressure sensor 28 is provided downstream of the air compressor 30 and upstream of the automatic valves 12 and 14 that enter the adsorption cylinders 3 and 4 to measure the pressure of the compressed gas. Similarly, a pressure sensor 27 is provided downstream of the automatic valves 13 and 15 for desorption and exhaust and upstream of the vacuum pump 31 to measure the degree of vacuum during desorption and regeneration of the adsorption tubes 3 and 4. The gas concentration meter 11 for measuring the gas concentration of the desorbed exhaust gas is provided downstream of the vacuum pump 31. Signals from the respective pressure sensors are transmitted to the control unit 2 through signal lines 29, 37, and 38. The control unit converts analog signals into digital signals, performs arithmetic processing by the CPU, and sends the signal to the purge gas control unit 18 based on the concentration of the desorbed exhaust gas through the signal line 40. The opening and closing timing of the automatic transmission valve 21 is controlled to control the total amount of the purge gas. The air compressor 30 is a pressure sensor 2
8, the supply pressure is measured, and the pressure is equal to the target pressure (2.
The signal is processed by the control unit 2 so as to be close to 5 kgf / cm 2 G), transmitted to the capacity adjusting means 32 by a signal line 42, and the rotation speed of the motor of the air compressor 30 is controlled by a signal line 39.

【0040】 同じく吸着筒の脱着再生時の真空度を圧
力センサー27により測定し、この値を信号線37によ
り制御部2に伝えて該制御部のCPUで1例として目標
値150トールになるよう演算処理し、信号線42によ
り能力調節手段32に伝えて真空ポンプ31のモーター
の回転数を信号線36により制御し、目標値になるよう
にする。該、能力制御手段32は、ここではインバータ
ーにより各々のモーターに供給するAC電源の周波数を
制御し、モーターの回転数を制御するようにした。しか
し、PSA装置が大型であり、空気圧縮器あるいはブロ
ワーを複数台使用するような場合や脱着排気する真空ポ
ンプを複数台使用するような場合は、その能力調節手段
には、それらのうち必要な台数のオン,オフの制御も含
めてその能力を調節する事を含むものである。
Similarly, the degree of vacuum at the time of desorption and regeneration of the adsorption cylinder is measured by the pressure sensor 27, and this value is transmitted to the control unit 2 via the signal line 37, and the CPU of the control unit sets the target value to 150 Torr as an example. The arithmetic processing is performed, and the signal is transmitted to the capacity adjusting means 32 through a signal line 42, and the number of rotations of the motor of the vacuum pump 31 is controlled by a signal line 36 so as to reach a target value. Here, the capacity control means 32 controls the frequency of AC power supplied to each motor by an inverter to control the number of rotations of the motor. However, when the PSA device is large and a plurality of air compressors or blowers are used, or when a plurality of vacuum pumps for desorbing and evacuating are used, the capacity adjusting means needs to be provided. This includes adjusting the capability, including controlling the number of units on and off.

【0041】 これにより取出し酸素ガス量の減少を、
パージガス量の低減も加えて原料ガスを供給する空気圧
縮器の減量運転を実施することが可能になった。以下に
実施例1,実施例2のそれぞれの具体的数値を示す。
This reduces the amount of oxygen gas taken out,
In addition to reducing the amount of purge gas, it has become possible to perform a reduction operation of the air compressor that supplies the raw material gas. Specific numerical values of the first and second embodiments are shown below.

【0042】[0042]

【表1】 実施例1(図1)の場合(酸素PSA) 吸着筒容量(2L) 2本 吸着剤 ゼオライト 1.2kg(1筒当り) 空気量 33L/分 操作圧 2.5kgf/cm2 G 取出酸素量 3.3L/分 酸素濃度 91.8% サイクルタイム 26秒Table 1 In the case of Example 1 (FIG. 1) (oxygen PSA) Adsorption cylinder capacity (2 L) 2 adsorbents Zeolite 1.2 kg (per cylinder) Air flow 33 L / min Operating pressure 2.5 kgf / cm 2 G Extracted oxygen amount 3.3 L / min Oxygen concentration 91.8% Cycle time 26 seconds

【0043】[0043]

【表2】 実施例2(図2)の場合(窒素PSA) 吸着筒容量(2L) 1本 吸着剤 分子篩炭 1.3kg 空気量 22L/分 操作圧 6.0kgf/cm2 G 取出窒素量 3.0L/分 窒素濃度 99.9% サイクルタイム 180秒In the case of Example 2 (FIG. 2) (nitrogen PSA) Adsorption cylinder capacity (2 L) 1 adsorbent Molecular sieve coal 1.3 kg Air volume 22 L / min Operating pressure 6.0 kgf / cm 2 G Removal nitrogen volume 3 0.0L / min Nitrogen concentration 99.9% Cycle time 180 seconds

【0044】 このように複数の吸着筒を有するPSA
ガス分離装置であっても、その脱着工程にある吸着筒の
それぞれの脱着状態を監視しながら吸着剤の再生を進め
るので、どれも均一に再生が行われることとなる。
A PSA having a plurality of adsorption cylinders as described above
Even in the case of the gas separation device, since the regeneration of the adsorbent is advanced while monitoring the desorption state of each of the adsorption cylinders in the desorption step, the regeneration is uniformly performed in any case.

【0045】[0045]

【発明の効果】 吸着剤の脱着再生状態を監視しなが
ら、PSAの各工程を進めることにより、製品ガスを最
も効率良く、しかも高い濃度のガスを得ることが出来
る。複数の吸着筒を有する装置の各吸着筒間のバランス
の崩れを防ぐことが出来るので製品ガス濃度の低下を生
ずることがない。また、取出ガス量を減じた場合もパー
ジ量の低減も加えたPSA装置の減量運転(空気圧縮
器,真空ポンプを含む)が効率良く出来る。
[Effects of the Invention] By performing each step of PSA while monitoring the state of desorption and regeneration of the adsorbent, a product gas can be obtained most efficiently and a gas with a high concentration can be obtained. Since it is possible to prevent the imbalance between the respective adsorption cylinders of the apparatus having a plurality of adsorption cylinders, the product gas concentration does not decrease. In addition, even when the amount of gas to be taken out is reduced, the amount of purge operation can be reduced (including an air compressor and a vacuum pump) efficiently by reducing the amount of purge.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例のフローシートであ
る。
FIG. 1 is a flow sheet according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施例のフローシートであ
る。
FIG. 2 is a flow sheet according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 図3A,同B,同C,同Dはそれぞれ、第1
の実施例における脱着排ガス中の酸素濃度の変化を示す
グラフ図である。
FIG. 3A, FIG. 3B, FIG. 3C, and FIG.
FIG. 7 is a graph showing a change in oxygen concentration in desorbed exhaust gas in Example of FIG.

【図4】 図4A,同Bはそれぞれ、前記の第2の実施
例における脱着排ガス中の酸素濃度の変化を示すグラフ
図である。
FIGS. 4A and 4B are graphs showing changes in the oxygen concentration in the desorbed exhaust gas in the second embodiment, respectively.

【図5】 別な実施例のフローシートである。FIG. 5 is a flow sheet of another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原料ガス入口 2 制御部 3,4 吸着筒 5 バッファタンク 8 減圧弁 9 製品ガス取出口 10 サイレンサー 11 ガス濃度計 6,7,12,13,14,15,16,17,19,
20,21 自動弁 18 パージガス制御手段 22,23,24 オリフィス 25 空気ポンプ 26 吸入フィルター 27,28 圧力センサー 29,36,37,38,39,40,42 信号線 30 空気圧縮器 31 真空ポンプ 32 能力調節手段 34 電源プラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material gas inlet 2 Control part 3, 4 Adsorption cylinder 5 Buffer tank 8 Pressure reducing valve 9 Product gas outlet 10 Silencer 11 Gas concentration meter 6, 7, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 19,
20, 21 Automatic valve 18 Purge gas control means 22, 23, 24 Orifice 25 Air pump 26 Suction filter 27, 28 Pressure sensor 29, 36, 37, 38, 39, 40, 42 Signal line 30 Air compressor 31 Vacuum pump 32 Capacity Adjusting means 34 Power plug

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 吸着剤を充填した少なくとも1個の吸着
筒を有し該吸着筒に加圧ガスを供給し、該吸着剤に強吸
着性ガスを吸着させて弱吸着性ガスを製品ガスとして取
出す吸着工程と、該吸着筒を減圧排気して該吸着剤に吸
着した強吸着性ガスを減圧脱着してこの吸着剤を脱着再
生する脱着工程とを繰り返してガス分離を行う圧力変動
吸着法(以下、PSA法ともいう)によるガス分離装置
において、脱着工程にある吸着筒に製品ガスを向流的に
流すパージガス導入手段を付設するとともに、このパー
ジガスを制御するパージガス制御手段(18)を設け、
この脱着工程にある吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガ
ス濃度計(11)で測定し、この測定に基づいて得られ
る脱着排ガスのガス濃度値により該パージガス制御手段
でパージガスの量を制御するように構成したことを特徴
とするPSA法によるガス分離装置。
1. A pressurized gas is supplied to at least one adsorption column filled with an adsorbent, and the strongly adsorbent gas is adsorbed by the adsorbent to convert the weakly adsorbable gas into a product gas. A pressure fluctuation adsorption method for performing gas separation by repeating a removal step of removing the adsorption column and a desorption step of decompressing and depressurizing the strongly adsorbent gas adsorbed on the adsorbent and desorbing and regenerating the adsorbent by depressurizing and exhausting the adsorption column. In the gas separation apparatus based on the PSA method), a purge gas introducing means for causing a product gas to flow in a countercurrent direction to an adsorption column in a desorption step is provided, and a purge gas control means (18) for controlling the purge gas is provided.
The gas concentration of the desorbed exhaust gas of the adsorption column in the desorption step is measured by a gas concentration meter (11), and the amount of the purge gas is controlled by the purge gas control means based on the gas concentration value of the desorbed exhaust gas obtained based on this measurement. A gas separation apparatus based on the PSA method, wherein the gas separation apparatus is configured as described above.
【請求項2】 前記のガス分離装置において、脱着工程
にある吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガス濃度計(1
1)で測定し、この測定に基づいて得られる脱着排ガス
のガス濃度値が所定の値に達した時点で該吸着筒の脱着
工程を終了させるように構成したことを特徴とする請求
項1記載のPSA法によるガス分離装置。
2. In the above gas separation apparatus, the gas concentration of the exhaust gas desorbed from the adsorption cylinder in the desorption step is measured by a gas concentration meter (1).
2. The method according to claim 1, wherein the measurement is performed in 1), and the desorption process of the adsorption column is terminated when a gas concentration value of the desorption exhaust gas obtained based on the measurement reaches a predetermined value. Gas separation apparatus by the PSA method.
【請求項3】 前記のガス分離装置において、脱着工程
にある吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガス濃度計(1
1)で測定し、この測定に基づいて得られる脱着排ガス
のガス濃度値の変化により、この脱着工程にある吸着筒
の吸着剤の再生処理が完了したことを検出し、この検出
結果によって、該吸着剤の再生処理を終了させるように
構成したことを特徴とする請求項1記載のPSA法によ
るガス分離装置。
3. The gas separation apparatus according to claim 1, wherein the gas concentration of the desorbed exhaust gas of the adsorption column in the desorption step is measured with a gas concentration meter (1).
1), a change in the gas concentration value of the desorbed exhaust gas obtained based on this measurement is used to detect the completion of the regeneration process of the adsorbent of the adsorption column in the desorption step. 2. The gas separation apparatus according to claim 1, wherein the regeneration process of the adsorbent is terminated.
【請求項4】 前記の吸着剤がゼオライトであって製品
ガスが酸素富化ガスで、脱着排ガスが窒素富化ガスであ
ることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに
記載のPSA法によるガス分離装置。
4. The method according to claim 1, wherein the adsorbent is zeolite, the product gas is an oxygen-enriched gas, and the desorbed exhaust gas is a nitrogen-enriched gas. Gas separation device by PSA method.
【請求項5】 前記の吸着剤が分子篩炭であって製品ガ
スが窒素富化ガスで、脱着排ガスが酸素富化ガスである
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記
載のPSA法によるガス分離装置。
5. The method according to claim 1, wherein the adsorbent is a molecular sieve, the product gas is a nitrogen-enriched gas, and the desorbed exhaust gas is an oxygen-enriched gas. Gas separation apparatus by the PSA method.
【請求項6】 吸着剤を充填した少なくとも2個の吸着
筒を有し、該吸着筒に原料ガスである加圧原料ガスを供
給する空気圧縮器と該加圧原料ガスの圧力を測定する圧
力センサーを有し、該空気圧縮器にはその原料ガスの供
給能力を調節する能力調節手段を有し、該吸着筒に加圧
ガスを供給し、その吸着剤に強吸着性ガスを吸着させ
て、弱吸着性ガスを製品ガスとして取出す吸着工程と該
吸着筒を減圧排気して該吸着剤に吸着した強吸着性ガス
を脱着して、この吸着剤を再生する脱着工程とを繰り返
してガス分離を行うPSA法によるガス分離装置におい
て、脱着工程にある吸着筒に製品ガスを向流的に流すパ
ージガス導入手段を付設するとともに、このパージガス
の流量を制御するパージガス制御手段(18)を設け、
この脱着工程にある吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガ
ス濃度計(11)で測定し、この測定値に基づいて制御
部が該パージガス制御手段でパージガスの量を該排ガス
濃度が目標とする値になるよう制御し、パージガスの流
量を決定するとともに、その状態で吸着工程にある他方
の吸着筒に供給する原料ガスの供給圧力を該圧力センサ
にて検出しながらその検出した圧力信号を制御部で処理
し、制御部で該空気圧縮器の能力を該能力調節手段によ
り設定されるべき原料ガスの量になるよう調節する構成
としたことを特徴とするPSA法によるガス分離装置。
6. An air compressor having at least two adsorption tubes filled with an adsorbent and supplying a pressurized source gas as a source gas to the adsorption tubes, and a pressure for measuring the pressure of the pressurized source gas. The air compressor has a capacity adjusting means for adjusting the supply capacity of the raw material gas, supplies a pressurized gas to the adsorption column, and causes the adsorbent to adsorb the strongly adsorbent gas. The gas separation is performed by repeating an adsorption step of extracting a weakly adsorbent gas as a product gas and a desorption step of depressurizing and exhausting the adsorption column to desorb the strongly adsorbent gas adsorbed on the adsorbent and regenerate the adsorbent. In the gas separation apparatus by the PSA method for performing the above, a purge gas introducing means for flowing the product gas in a countercurrent direction to the adsorption cylinder in the desorption step is provided, and a purge gas control means (18) for controlling the flow rate of the purge gas is provided.
The gas concentration of the exhaust gas desorbed from the adsorption cylinder in the desorption step is measured by a gas concentration meter (11), and based on the measured value, the control unit uses the purge gas control means to adjust the amount of the purge gas to the target value of the exhaust gas concentration. And the flow rate of the purge gas is determined, and in this state, while the supply pressure of the raw material gas supplied to the other adsorption column in the adsorption step is detected by the pressure sensor, the detected pressure signal is sent to the control unit. And a controller for controlling the capacity of the air compressor so that the capacity of the air compressor is adjusted to the amount of the raw material gas to be set by the capacity adjusting means.
JP9202238A 1996-08-30 1997-07-11 Gas separating device based on psa process Pending JPH10118439A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9202238A JPH10118439A (en) 1996-08-30 1997-07-11 Gas separating device based on psa process

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24877496 1996-08-30
JP8-248774 1996-08-30
JP9202238A JPH10118439A (en) 1996-08-30 1997-07-11 Gas separating device based on psa process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10118439A true JPH10118439A (en) 1998-05-12

Family

ID=26513263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9202238A Pending JPH10118439A (en) 1996-08-30 1997-07-11 Gas separating device based on psa process

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10118439A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001269532A (en) * 2000-03-27 2001-10-02 Nippon Sanso Corp Pressure fluctuation adsorption air separation method
KR20040021138A (en) * 2002-09-02 2004-03-10 삼성전자주식회사 Oxygen generator
JP2010209036A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Taiyo Nippon Sanso Corp Methane concentration method
KR101383131B1 (en) * 2013-07-10 2014-04-09 지에스건설 주식회사 Gas refining system and gas refining method
JP2014073477A (en) * 2012-10-05 2014-04-24 Metawater Co Ltd Method for refining mixed gas and refining equipment
CN104190205A (en) * 2014-09-26 2014-12-10 江南大学 Exhaust gas recovery cycle working method and device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001269532A (en) * 2000-03-27 2001-10-02 Nippon Sanso Corp Pressure fluctuation adsorption air separation method
KR20040021138A (en) * 2002-09-02 2004-03-10 삼성전자주식회사 Oxygen generator
JP2010209036A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Taiyo Nippon Sanso Corp Methane concentration method
JP2014073477A (en) * 2012-10-05 2014-04-24 Metawater Co Ltd Method for refining mixed gas and refining equipment
KR101383131B1 (en) * 2013-07-10 2014-04-09 지에스건설 주식회사 Gas refining system and gas refining method
CN104190205A (en) * 2014-09-26 2014-12-10 江南大学 Exhaust gas recovery cycle working method and device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0160246B1 (en) Psa process with dynamic purge control
JP3172646B2 (en) Improved vacuum swing adsorption method
US6010555A (en) Vacuum pressure swing adsorption system and method
EP0860195B1 (en) System for energy recovery in a vacuum pressure swing adsorption apparatus
JP3325167B2 (en) Improved pressure swing adsorption method
KR100289876B1 (en) Large capacity vacuum pressure swing adsorption process and system
JPS6022965B2 (en) Method and device for increasing a given gas ratio in a gaseous mixture
JPH05253438A (en) Dual product pressure swing adsorption and membrane operation
JPH05253437A (en) Dual product pressure swing adsorption process and system
JPH07194919A (en) Method of adjusting vacuum pressure swing type adsorber
JPH04227813A (en) Improved control for pressure variable adsorption operation
JPH04330913A (en) Absorption process for separating gaseous mixture
JPH09150028A (en) Single bed pressure swing type adsorption method for recovering oxygen from air
JPH07745A (en) Gas separation
USRE29941E (en) Method and apparatus for separating gases
JPH10118439A (en) Gas separating device based on psa process
JP2872678B2 (en) Reduction operation control method in pressure swing adsorption system
JP3867229B2 (en) Gas separation device
JPH11267439A (en) Gas separation and gas separator for performing same
JPH0938443A (en) Gas separator
JPH10225609A (en) Gas bulk separation by parametric gas chromatograph
JPH0731826A (en) Gas concentrator
JP3073061B2 (en) Gas separation device
JP3121286B2 (en) Vacuum pump exhaust system
JP3895037B2 (en) Low pressure oxygen enrichment method

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041020

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041026

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050308