JPH10216453A - Separation of gas - Google Patents

Separation of gas

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JPH10216453A
JPH10216453A JP9017102A JP1710297A JPH10216453A JP H10216453 A JPH10216453 A JP H10216453A JP 9017102 A JP9017102 A JP 9017102A JP 1710297 A JP1710297 A JP 1710297A JP H10216453 A JPH10216453 A JP H10216453A
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adsorption tower
gas
pump
adsorption
adsorbent
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Yutaka Noguchi
豊 野口
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase regenerating efficiency of an adsorbent and to improve product yield by providing at least two adsorption columns with the adsorbent packed in a form like column and introducing a part of a product gas obtained at one adsorption tower and from which unnecessary gas components in a gaseous mixture are removed to the other adsorption tower during regeneration to subject to the regeneration. SOLUTION: At least two towers of the adsorption tower A and B in which the adsorbent capable of selectively adsorbing the unnecessary gas components in the gaseous mixture consisting of more than two gas components is packed in the form like column are prepared, and the gaseous mixture is introduced to one adsorption tower A under pressure with a pump 11 to adsorb the unnecessary gas components to the adsorbent, and desired gas components are discharged from a tower outlet as the product gas. During this operation, the adsorption tower B is vacuumized by an actuation of the pump 11, and a part of the product gas is supplied to a counterflow direction as a purge gas for regeneration of the adsorption tower B in a vacuum state to desorb (purge) the unnecessary gas components remaining in the adsorbent to execute the regeneration of the adsorbent.

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】本発明は気体分離方法に関す
るものであり、さらに詳しくは2つ以上の気体混合物か
ら所望の気体を分離するために圧力振動(変動、揺動、
スイング)吸着法(Pressure Swing Adsorption 、PS
A法)を用いる気体分離方法であって、例えば、空気を
原料として酸素を効率よく製造することができ、また、
取扱いが簡便で安全な自動ガス分離装置を提供できるよ
うな気体分離方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas separation method, and more particularly, to pressure oscillations (fluctuations, oscillations, etc.) for separating a desired gas from a mixture of two or more gases.
Swing) Pressure Swing Adsorption (PS)
A) is a gas separation method using, for example, can efficiently produce oxygen using air as a raw material,
The present invention relates to a gas separation method that can provide an automatic gas separation device that is easy to handle and safe.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、空気分離製品である酸素は、医
療用、民生用、実験用、軽工業用等、室内やビル内の限
られたスペースでバッチ的にあるいは連続的に少量づつ
使う用途があり、これらのニーズに対しては、現在の
処、ボンベや液体容器(液体酸素)による供給手段しか
なく、取扱が不便な上、安全管理上の問題がある。
2. Description of the Related Art For example, oxygen, which is an air separation product, is used in small batches or continuously in a limited space in a room or a building, such as for medical use, consumer use, laboratory use, and light industrial use. In order to meet these needs, there is currently only a supply means using a cylinder or a liquid container (liquid oxygen), which is inconvenient to handle and has problems in safety management.

【0003】近時、各種民生機器、生産設備等のコンパ
クト化、高度化、多様化に伴い、これらの機器や設備に
付設または内蔵して本体機器とともに随時または連続的
に一体的に自動制御して使用できるような小型ガス分離
機から大型ガス分離機まで種々の態様のガス分離装置に
対する要求が高まっている。中乃至大容量の酸素の需要
に対しては、構成簡単で設置スペースが少なくてすみ、
自動運転が可能で安全であることは勿論、従来技術に比
較して装置が安くつくれ、またランニングコストの安い
新しい型の酸素製造装置がとくに期待されている。
In recent years, along with the miniaturization, sophistication, and diversification of various types of consumer equipment and production equipment, these equipment and equipment have been integrated or automatically integrated with the main equipment at any time or continuously. There is an increasing demand for various types of gas separators from small gas separators to large gas separators that can be used. For the demand of medium to large capacity oxygen, the configuration is simple and the installation space is small,
It is expected that a new type of oxygen production apparatus which can be operated safely and of course be manufactured at a lower cost than the prior art and which has a low running cost, as well as being safe.

【0004】従来、2つ以上の気体混合物から所望の気
体を分離するための圧力振動吸着法(PSA法)を用い
る気体分離方法は多数提案されている(例えば、本発明
者による特開平3−52615号公報に記載の技術な
ど)。以下にこの従来技術を説明する。
[0004] Conventionally, a number of gas separation methods using a pressure vibration adsorption method (PSA method) for separating a desired gas from a mixture of two or more gases have been proposed (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3- No. 52615). The prior art will be described below.

【0005】図1は、従来の方法および本発明の方法を
実施するために使用されるガス分離装置の基本システム
Aを示す図である。図2〜3は、従来の方法および本発
明の方法を実施するために使用される基本システムAの
変形態様例を示す図である。図6(A)、(B)は、従
来技術を実施するための弁シーケンス図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic system A of a gas separation apparatus used for implementing the conventional method and the method of the present invention. 2 to 3 are diagrams showing modified examples of the basic system A used for implementing the conventional method and the method of the present invention. FIGS. 6A and 6B are valve sequence diagrams for implementing the related art.

【0006】図1において、(A)および(B)は不用
気体成分を選択的に吸着する吸着剤がカラム状に充填さ
れた吸着塔であり、空気より酸素を製造する場合は、水
分の乾燥剤としてのシリカゲル、活性アルミナなどの吸
着剤が吸着塔の入口端部側に充填され、そして、窒素選
択吸着剤としてMS−5A、MS−13X等がその上に
層状に充填されている。11はポンプ、1〜10は自動
弁、14、15はニードル弁を示す。
In FIG. 1, (A) and (B) show an adsorption tower in which an adsorbent for selectively adsorbing unnecessary gas components is packed in a column. When oxygen is produced from air, moisture is dried. An adsorbent such as silica gel or activated alumina as an adsorbent is filled on the inlet end side of the adsorption tower, and MS-5A, MS-13X or the like as a nitrogen selective adsorbent is packed in layers thereon. 11 is a pump, 1 to 10 are automatic valves, and 14 and 15 are needle valves.

【0007】図1に示す標準構成システムを用いて、空
気より酸素を製造する場合を例にとり分離操作を次に説
明する(なお、弁シーケンスは図6(A)、(B)に示
す)。吸着塔(A)に着目すると、次の6工程から成
る。 原料ガスの加圧工程 製品取出工程 パージ供与工程 一時保持工程 減圧工程 パージ工程
The separation operation will be described below with reference to an example in which oxygen is produced from air using the standard configuration system shown in FIG. 1 (note that the valve sequence is shown in FIGS. 6A and 6B). Focusing on the adsorption tower (A), it comprises the following six steps. Source gas pressurization process Product removal process Purge providing process Temporary holding process Decompression process Purge process

【0008】原料ガスの加圧工程 原料空気は矢印で示した方向から自動弁10、ポンプ1
1、自動弁1[吸着塔(A)の入口弁]を介して吸着塔
(A)の入口端部へ加圧送入される。このとき吸着塔
(A)廻りの他の自動弁(2、3、4)は閉止状態にあ
る。加圧空気は先ず、吸着塔(A)の入口端部の水分の
吸着剤(活性アルミナ)に接し、空気中の水分が吸着除
去される。次いで、窒素選択吸着剤(MS−5A)にて
空気中の窒素が吸着され、吸着層に吸着気体帯域が形成
される。カラム内の気相部の組成は吸着塔(A)の出口
端部に向かって次第に窒素が少なくなり酸素リッチにな
る。
Source gas pressurizing process The source air is supplied from the automatic valve 10 and the pump 1 in the direction indicated by the arrow.
1. Pressurized and sent to the inlet end of the adsorption tower (A) via the automatic valve 1 [the inlet valve of the adsorption tower (A)]. At this time, the other automatic valves (2, 3, 4) around the adsorption tower (A) are in a closed state. The pressurized air first comes into contact with a moisture adsorbent (activated alumina) at the inlet end of the adsorption tower (A), and the moisture in the air is adsorbed and removed. Next, nitrogen in the air is adsorbed by the nitrogen selective adsorbent (MS-5A), and an adsorbed gas zone is formed in the adsorption layer. The composition of the gas phase portion in the column becomes gradually rich in nitrogen and becomes oxygen-rich toward the outlet end of the adsorption tower (A).

【0009】製品取出工程 吸着塔(A)内の圧力が所定の操作圧力(最高圧)に達
すると自動弁1が閉止される。吸着塔(A)の加圧中ま
たは加圧停止後すぐ自動弁2が開放され製品酸素が採取
され、矢印で示した方向に送られ、図示しないリザーバ
ーに貯えられる。吸着塔(A)の加圧停止と同時に自動
弁8、9が開放され、自動弁10が閉止され、ポンプ1
1は吸着塔(A)の加圧から吸着塔(B)の減圧・真空
引に操作が切換わり、排気は自動弁9を経て矢印で示し
た方向に排気される。
Product Removal Step When the pressure in the adsorption tower (A) reaches a predetermined operating pressure (maximum pressure), the automatic valve 1 is closed. During or immediately after pressurization of the adsorption tower (A), the automatic valve 2 is opened and product oxygen is collected, sent in the direction indicated by the arrow, and stored in a reservoir (not shown). At the same time as the pressurization of the adsorption tower (A) is stopped, the automatic valves 8 and 9 are opened, the automatic valve 10 is closed, and the pump 1
In 1, the operation is switched from pressurization of the adsorption tower (A) to depressurization and evacuation of the adsorption tower (B), and the exhaust is exhausted through the automatic valve 9 in the direction indicated by the arrow.

【0010】パージ供与工程 自動弁3(自動弁7)はパージ供与弁である。 製品取出工程に引続き、自動弁3が一定の短時間開放
され、吸着塔(A)の出口端部より製品酸素の一部が矢
印方向に吸着塔(B)の出口端部へ供給され該塔内を向
流方向に流れパージが行われる。吸着塔(B)のパージ
量は自動弁3の開放時間及びニードル弁(14)の開度
を調整して行う。多くの場合、ニードル弁(14)は不
要で、ニードル弁(14)がない時は、自動弁3の断続
的開閉操作によりパージ流量の調節が可能である(図6
(B)中にa1 ,a2 で示す)。パージ供与工程に続
き、すぐ吸着塔(B)の製品酸素による加圧が行われ
る。これは自動弁3を開放したまま、一定の短時間自動
弁8を閉止することにより行われる(図6(A)、
(B)中にbで示す)。
Purge providing step The automatic valve 3 (automatic valve 7) is a purge providing valve. Subsequent to the product removal process, the automatic valve 3 is opened for a certain short period of time, and a part of the product oxygen is supplied from the outlet end of the adsorption tower (A) in the direction of the arrow to the outlet end of the adsorption tower (B). Purging is performed in a counter-current direction. The purge amount of the adsorption tower (B) is adjusted by adjusting the opening time of the automatic valve 3 and the opening of the needle valve (14). In many cases, the needle valve (14) is unnecessary, and when the needle valve (14) is not provided, the purge flow rate can be adjusted by intermittently opening and closing the automatic valve 3 (FIG. 6).
(Indicated by a 1 and a 2 in (B)). Immediately after the purging step, the adsorption tower (B) is pressurized with product oxygen. This is performed by closing the automatic valve 8 for a fixed short period of time while keeping the automatic valve 3 open (FIG. 6 (A),
(Indicated by b in (B)).

【0011】一時保持工程 パージ供与工程とそれに引続く製品酸素加圧の一連の
自動弁3の操作後、吸着塔(A)廻りの弁(1、2、
3、4)はすべて一定時間閉止され、吸着塔(A)内の
圧力は一定に保持された状態にある(この間、吸着塔
(B)の「原料加圧工程」が行われる)。
Temporary holding step After a series of operations of the automatic valve 3 for the purge supply step and the subsequent product oxygen pressurization, the valves (1, 2,...) Around the adsorption tower (A) are operated.
3 and 4) are all closed for a certain period of time, and the pressure in the adsorption tower (A) is kept constant (during this time, the “raw material pressurizing step” of the adsorption tower (B) is performed).

【0012】減圧工程 吸着塔(A)の自動弁4と自動弁9が開放され(自動弁
10は閉止)、吸着塔(A)がポンプ11により向流方
向に減圧−真空引され、排気は自動弁9を経て矢印で示
した方向に排気される。
Depressurization Step The automatic valves 4 and 9 of the adsorption tower (A) are opened (the automatic valve 10 is closed), the adsorption tower (A) is depressurized and evacuated in the countercurrent direction by the pump 11, and the exhaust gas is exhausted. The gas is exhausted through the automatic valve 9 in the direction indicated by the arrow.

【0013】パージ工程 吸着塔(A)の減圧終期に吸着塔(B)のパージ用自動
弁7が開放され、加圧過程にある吸着塔(B)の出口端
部から製品酸素の一部が矢印方向に吸着塔(A)の出口
端部より吸着塔(A)内へ供給される。吸着塔(A)内
へ供給された製品酸素は真空引状態にある吸着塔(A)
内を向流方向に流れ、吸着剤カラムに残留する窒素(N
2 )の脱着を促進し、脱着窒素とともに自動弁4→ポン
プ11→自動弁9を経て脱着ガス(H2 O、N2 )とと
もに大気中へ放出(パージ)される。
Purge Step At the end of the depressurization of the adsorption tower (A), the automatic purge valve 7 of the adsorption tower (B) is opened, and a part of the product oxygen is discharged from the outlet end of the adsorption tower (B) in the pressurizing process. It is supplied into the adsorption tower (A) from the outlet end of the adsorption tower (A) in the direction of the arrow. The product oxygen supplied into the adsorption tower (A) is in a vacuum state.
Flows counter-currently through the reactor and the nitrogen (N
2 ) The desorption is promoted, and the desorbed nitrogen (H 2 O, N 2 ) is released (purged) into the atmosphere together with the desorbed gas (H 2 O, N 2 ) via the automatic valve 4 → the pump 11 → the automatic valve 9.

【0014】かくして吸着塔(A)は再び使用可能な状
態に復帰した(1サイクル終了)。吸着塔(A)が上記
〜の6工程を一巡する間に吸着塔(B)でも丁度1
/2周期遅れて同様の〜の6工程が行われる。
Thus, the adsorption tower (A) returned to a usable state again (one cycle). While the adsorption tower (A) goes through the above-mentioned six steps, the adsorption tower (B) also has just one cycle.
The same six steps (1) to (4) are performed with a delay of / 2 cycle.

【0015】吸着塔(A)または吸着塔(B)のいづれ
かの塔がいつも加圧状態(製品送出可能な状態)にあ
り、かくして採取された製品酸素は図示しないリザーバ
ーを経て消費端へ送られる。
Either the adsorption tower (A) or the adsorption tower (B) is always in a pressurized state (a state in which the product can be sent out), and the product oxygen thus collected is sent to the consumption end via a reservoir (not shown). .

【0016】上記の従来技術においては、の「一時保
持工程」中、吸着塔(A)内には(とくに上端部には)
未だ相当量の有価ガス(酸素に富む成分)が残留する。
これがの「減圧工程」で自動弁4→ポンプ11→自動
弁9を経て大気へ放出されるので製品損失(収率が低下
する)となる問題がある。
In the above prior art, during the "temporary holding step", the inside of the adsorption tower (A) (especially at the upper end)
Still a considerable amount of valuable gases (oxygen-rich components) remain.
Since this is released to the atmosphere via the automatic valve 4 → the pump 11 → the automatic valve 9 in the “decompression step”, there is a problem that the product is lost (the yield is reduced).

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】前記のような小型から
大型迄の多様なニーズにこたえるため簡単な構成で、製
作容易であり、製置コストとユテイリテイコストが低
く、総合ランニングコストにおいて従来技術より格段に
向上した酸素製造装置が求められている。このためには
下記式(1)で表される吸着剤生産性を高めること、お
よび、下記式(2)で表される製品収率を高くすること
が必要である。 吸着剤生産性=製品ガス(リットル)/kg−吸着剤(H) (1) すなわち、本発明の目的は、2つ以上の気体混合物から
所望の気体を分離するために圧力振動吸着法(PSA
法)を用いる気体分離方法であって、構成が簡単で小型
化が可能なシステムと改善された操作方法により、生産
性(吸着剤生産性)と製品収率の双方を向上させること
ができ、例えば空気を原料として高純度の酸素を安定し
て効率よく製造することができ、また、取扱いが簡便で
安全な自動ガス分離装置を提供できるような気体分離方
法を提供することである。
In order to meet the various needs from small to large, as described above, it has a simple structure, is easy to manufacture, has low installation and utility costs, and has a low overall running cost. There is a need for a significantly improved oxygen production system. For this purpose, it is necessary to increase the productivity of the adsorbent represented by the following formula (1) and to increase the product yield represented by the following formula (2). Adsorbent productivity = product gas (liter) / kg-adsorbent (H) (1) That is, an object of the present invention is to separate a desired gas from a mixture of two or more gases by a pressure vibration adsorption method (PSA).
Method), which can improve both productivity (adsorbent productivity) and product yield by a system that is simple and can be miniaturized and an improved operation method. For example, it is an object of the present invention to provide a gas separation method capable of stably and efficiently producing high-purity oxygen from air as a raw material, and providing a safe and easy automatic gas separation apparatus.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、本
発明の前段階として、実験装置として図1に示すシステ
ムを用い、図7に示す弁シーケンスを用い下記の方法に
より1つの実験(分取テスト)を行った。その実験結果
を図8に示す。
Therefore, the inventor of the present invention, as a pre-stage of the present invention, used the system shown in FIG. 1 as an experimental device and used a valve sequence shown in FIG. Preparative test). FIG. 8 shows the experimental results.

【0019】分取(分割採取)テスト方法とその結果 すなわち図1に示す装置を図7に示す弁シーケンスで運
転し、前記従来技術による〜の6工程プロセスで空
気より酸素を製造する試験を行った。このとき自動弁8
(あるいは自動弁4)、ポンプ11を経てこの製置から
大気へ放出するガスの組成変化を測定した。 実験条件: 1サイクル=16秒 原料加圧時間(図7の)=2.5秒 減圧・パージ時間(図7の+)=5.5秒
Fractionation (split sampling) test method and its results. That is, the apparatus shown in FIG. 1 is operated with the valve sequence shown in FIG. Was. At this time, the automatic valve 8
(Alternatively, the automatic valve 4), the composition change of the gas released from the apparatus through the pump 11 to the atmosphere was measured. Experimental conditions: 1 cycle = 16 seconds Raw material pressurization time (of FIG. 7) = 2.5 seconds Depressurization / purge time (+ of FIG. 7) = 5.5 seconds

【0020】実験結果を示す図8の横軸は1サイクルに
おける排出用自動弁8(あるいは自動弁4)からの流出
ガス量(積算値、単位cc)であり、縦軸は流出ガス中
の酸素濃度を示す。Pはパージ弁(自動弁3あるいは自
動弁7)の開放点を示す。図8において、Oで自動弁8
(あるいは自動弁4)を開放し、酸素濃度21%の線が
曲線Aと交わる点に垂直に引いた線が横軸に交わる点を
Bとした時、O−Bは減圧工程の最初の排出ガス部分
(R−1)であるとし、同様に酸素濃度21%の線が曲
線Aと交わる点に垂直に引いた線が横軸に交わる点をC
とし、Dで自動弁8(あるいは自動弁4)を閉止し、C
−Dは減圧工程の最終の排出ガス部分(R−2)である
とすると、O−B、及びC−D間の排出ガス中の酸素
(有価成分)濃度が高いことが判る。
The horizontal axis of FIG. 8 showing the experimental results is the amount (integrated value, unit: cc) of the outflow gas from the automatic discharge valve 8 (or the automatic valve 4) in one cycle, and the vertical axis is the oxygen in the outflow gas. Indicates the concentration. P indicates the opening point of the purge valve (automatic valve 3 or automatic valve 7). In FIG. 8, the automatic valve 8
(Or the automatic valve 4) is opened, and when the line where the oxygen concentration 21% line intersects the curve A perpendicularly to the curve A intersects the horizontal axis is B, OB is the first discharge in the depressurization step. It is assumed that the line is a gas portion (R-1), and a point where a line having an oxygen concentration of 21% intersects with the curve A perpendicularly to a point where the line intersects the horizontal axis is C
And the automatic valve 8 (or the automatic valve 4) is closed at D, and C
If -D is the final exhaust gas portion (R-2) of the pressure reduction step, it can be seen that the oxygen (valuable component) concentration in the exhaust gas between OB and CD is high.

【0021】そこでこの有価成分R−1及び/またはR
−2を再び塔内へ回収することを考え、すなわち吸着塔
(A)および吸着塔(B)から流出する有価成分を自動
弁4(あるいは自動弁8)−ポンプ11−自動弁5(あ
るいは自動弁1)を介して吸着塔(B)[あるいは吸着
塔(A)]へ回収を行った。ただし、パージを行わない
ときは図8の点線(E)のごとくなり、不用ガス(N
2 )の脱着は停止する。
Therefore, this valuable component R-1 and / or R
-2 is collected in the column again, that is, the valuable components flowing out of the adsorption tower (A) and the adsorption tower (B) are collected by the automatic valve 4 (or the automatic valve 8), the pump 11 and the automatic valve 5 (or the automatic valve 5). The recovery was carried out to the adsorption tower (B) [or the adsorption tower (A)] via the valve 1). However, when purging is not performed, it becomes as shown by the dotted line (E) in FIG.
2 ) Desorption stops.

【0022】以上の実験の結果、真空から大気圧以上に
到る圧力変動において、その圧力変動幅を大気圧近傍に
して、急激な圧力変化を減少したこと、および1つの吸
着塔の減圧再生時に廃棄されるガス中の有効成分(製品
ガスに富んだガス)を他塔にリサイクルすることによ
り、従来技術に比し、製品収率が向上して製品酸素の収
得量が大幅に増大するとともに吸着剤生産性も向上する
ことを見いだし本発明を成すに到った。
As a result of the above experiments, it was found that, in the case of pressure fluctuations from vacuum to higher than atmospheric pressure, the pressure fluctuation range was reduced to near atmospheric pressure to reduce abrupt pressure changes. By recycling the active components (gas rich in product gas) in the discarded gas to other towers, the product yield is improved, the product oxygen yield is greatly increased, and adsorption is achieved, compared to the conventional technology. The present inventors have found that the productivity of the agent is also improved, and have accomplished the present invention.

【0023】すなわち、本発明の請求項1の発明は、2
以上の気体成分からなる気体混合物の内の不用気体成分
を選択的に吸着しうる吸着剤がカラム状に充填された吸
着塔を少なくとも2塔(AおよびB)用意し、その1つ
の吸着塔(A)について (1)吸着塔の入口より該気体混合物を加圧して導入
し、不用気体成分を選択的に吸着剤の入口端部に吸着さ
せて吸着気体帯域を形成させ、該気体混合物の導入を継
続して、該吸着気体帯域の先端部を前進させつつ塔内圧
力を高め、所定圧力で原料の送入を停止させる原料ガ
スの加圧工程 (2)上記加圧工程の途中もしくは加圧工程の終了後す
ぐに吸着塔(A)の末端部の吸着塔出口より所望の気体
成分を取出し製品ガスとして捕集する製品取出工程 (3)上記工程に引続き、製品ガスの一部を減圧過程に
ある吸着塔(B)の再生用パージガスとして供与する
パージ供与工程 (4)上記工程に引続き吸着塔(A)をポンプを用いて
減圧する減圧工程 (5)吸着塔(B)の製品ガス捕集工程において捕集さ
れる製品ガスの一部を吸着塔(A)の出口端部から向流
方向(原料供給流れに対して反対方向)に導入、流通さ
せることにより吸着塔(A)内吸着剤中に残留する不用
成分を脱着させ、吸着塔(A)の入口端部から大気中へ
放出するパージ工程 から成り、上記パージ供与工程とパージ工程とが同
時期に進行するよう時間をづらして2塔交互に上記〜
の工程を実施する圧力振動吸着法(Pressure Swing A
dsorption 、PSA法)において(−−=加圧過
程、−=減圧過程)、上記−減圧工程における
大気放出ガスを放出初期ガス(R−1)、放出終期ガス
(R−2)、その他に分割し、有用成分を多く含むR−
1および/またはR−2をポンプを介して1つの吸着塔
から他の吸着塔へリサイクル回収することを特徴とする
気体分離方法である。
That is, the invention of claim 1 of the present invention provides
At least two adsorption towers (A and B) in which an adsorbent capable of selectively adsorbing unnecessary gas components in the gas mixture composed of the above gas components are packed in a column shape are prepared, and one of the adsorption towers (A and B) is prepared. About A) (1) The gas mixture is introduced under pressure from the inlet of the adsorption tower, and an unnecessary gas component is selectively adsorbed to the inlet end of the adsorbent to form an adsorbed gas zone, and the gas mixture is introduced. To increase the pressure in the tower while advancing the tip of the adsorption gas zone, and to stop the feed of the raw material at a predetermined pressure. Immediately after the end of the process, a desired gas component is taken out from the outlet of the adsorption tower at the end of the adsorption tower (A), and the product is collected as a product gas. (3) Following the above step, a part of the product gas is depressurized. Purge gas for regeneration of the adsorption tower (B) (4) Depressurizing step of depressurizing the adsorption tower (A) using a pump following the above step (5) Part of product gas collected in the product gas collecting step of the adsorption tower (B) Is introduced from the outlet end of the adsorption tower (A) in the countercurrent direction (the opposite direction to the raw material supply flow), and is circulated to desorb unnecessary components remaining in the adsorbent in the adsorption tower (A). A purge step of discharging the gas into the atmosphere from the inlet end of the tower (A).
Swing A (Pressure Swing A)
In the (desorption, PSA method) (−− = pressurization process, − = decompression process), the atmospheric release gas in the −decompression process is divided into the initial release gas (R-1), the final release gas (R-2), and others. R- containing many useful components
A gas separation method comprising recycling and recovering 1 and / or R-2 from one adsorption tower to another adsorption tower via a pump.

【0024】上記−減圧工程により大気へ放出され
るガス中の有用成分濃度は時間的経過をたどって変動す
る。この中の初期減圧ガス(R−1)と終期減圧ガス
(R−2)は有用成分濃度が高いので、この減圧ガスを
R−1、R−2、その他に分割し、この中のR−1及び
/またはR−2をポンプを介して1つの吸着塔から他の
吸着塔へ、または、システム内にリサイクル回収するこ
とにより有用成分損失を少なくすることができる。な
お、R−1、R−2の有用成分濃度は、原料ガス中の目
的成分以上の濃度であるなどと厳密に規定するものでは
なく、R−1、R−2のガスは一般に有効成分に富だ分
割ガスを示すものである。例えば原料ガスが空気の場
合、酸素を分離して酸素濃度が約21%以下になったガ
ス中にもまだ未利用の酸素を相当含んでおり、これらは
廃棄すればすべてロスになってしまうので、本発明にお
いてはこれらもR−1、R−2として幅広く回収を計る
場合を包含する。
The concentration of the useful component in the gas released into the atmosphere by the above-mentioned depressurization step fluctuates over time. Since the initial decompressed gas (R-1) and the final decompressed gas (R-2) among them have a high useful component concentration, this decompressed gas is divided into R-1, R-2 and others, and R- By recycling and recovering 1 and / or R-2 from one adsorption tower to another adsorption tower via a pump, or into the system, loss of useful components can be reduced. Note that the concentration of the useful components of R-1 and R-2 is not strictly defined as being equal to or higher than the target component in the raw material gas, and the gases of R-1 and R-2 are generally regarded as effective components. It shows a rich split gas. For example, when the raw material gas is air, even if the oxygen is separated and the oxygen concentration becomes about 21% or less, the unused gas still contains a considerable amount of unused oxygen. In the present invention, these include cases where the recovery is widely measured as R-1 and R-2.

【0025】本発明の請求項2の発明は、請求項1記載
の気体分離方法において、気体分離操作を同一仕様の2
つの吸着塔と1つのポンプ(加圧、真空引併用)で構成
されるシステムで行うことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the gas separation method according to the first aspect, wherein the gas separation operation is performed under the same specification.
It is characterized in that it is carried out by a system composed of one adsorption tower and one pump (for both pressurization and vacuuming).

【0026】本発明の請求項3の発明は、請求項1記載
の気体分離方法において、気体分離操作を同一仕様の2
以上の吸着塔と2種のポンプ(1つは加圧用、他の1つ
は真空引用)で構成されるシステムで行うことを特徴と
する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the gas separation method according to the first aspect, wherein the gas separation operation is performed under the same specifications.
It is characterized in that it is carried out by a system composed of the above adsorption tower and two kinds of pumps (one for pressurization and the other for vacuum).

【0027】本発明の請求項4の発明は、請求項1ない
し請求項3記載の気体分離方法において、前記R−1お
よび/またはR−2のガス流量は吸着塔(A)−ポンプ
−吸着塔(B)をつなぐガス送給ライン上の自動弁の開
放時間により制御することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the gas separation method according to any one of the first to third aspects, the gas flow rate of the R-1 and / or R-2 is adjusted by using an adsorption tower (A) -pump-adsorption. It is controlled by the opening time of the automatic valve on the gas supply line connecting the tower (B).

【0028】本発明の請求項5の発明は、請求項1ない
し請求項4記載の気体分離方法において、前記R−1及
びR−2のリサイクル送給順序は有用成分を多く含む分
割されたガスがリサイクルをうける吸着塔の出口端部へ
配送され、有用成分を相対的少なく含む分割されたガス
がリサイクルをうける吸着塔の入口端部に配送されるこ
とを特徴とする。前記リサイクル操作におけるリサイク
ル用ポンプの吸入圧力は−0.5kgG/cm2 (36
0トル)〜+0.5kgG/cm2 が好ましい。
According to a fifth aspect of the present invention, in the gas separation method according to any one of the first to fourth aspects, the order of recycle of R-1 and R-2 is divided gas containing a large amount of useful components. Is delivered to the outlet end of the adsorption tower undergoing recycling, and the divided gas containing relatively little useful component is delivered to the inlet end of the adsorption tower undergoing recycling. The suction pressure of the recycling pump in the recycling operation is -0.5 kgG / cm < 2 > (36
0 Torr) to +0.5 kgG / cm 2 .

【0029】本発明の請求項6の発明は、請求項1記載
の気体分離方法において、吸着剤カラムが2種の吸着剤
が層状に充填された構造であって、1つはシリカゲル、
活性アルミナ等の乾燥剤であり、他の1つはモレキュラ
シーブゼオライト等の窒素選択吸着剤であって、前者が
吸着塔入口端部(下層)にあり、後者がその上層に充填
された吸着塔を含む請求項2もしくは請求項3に記載し
たシステムを用いて空気を原料として酸素を分離するこ
とを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the gas separation method according to the first aspect, wherein the adsorbent column has a structure in which two types of adsorbents are packed in layers, one of which is silica gel;
One is a desiccant such as activated alumina, and the other is a nitrogen selective adsorbent such as molecular sieve zeolite. The former is located at the inlet end (lower layer) of the adsorption tower, and the latter is the adsorption tower filled in the upper layer. Using the system according to claim 2 or claim 3 to separate oxygen using air as a raw material.

【0030】本発明の請求項7の発明は、請求項3記載
の2種のポンプの圧縮容量の関係を下記式で表すことに
より、ポンプの空転を回避するようにしたことを特徴と
する請求項1、請求項3ないし請求項6に記載の方法で
ある。 式:Pvac=kPcom 但し、Pvacは真空引用ポンプの大気圧近傍における
圧縮容量(リットル/分、またはm3 /分)を示し、P
comは加圧用ポンプの大気圧近傍における圧縮容量
(リットル/分、またはm3 /分)を示し、kは1〜5
である。
According to a seventh aspect of the present invention, the idling of the pumps is avoided by expressing the relationship between the compression capacities of the two types of pumps according to the third aspect by the following equation. A method according to claim 1, claim 3 to claim 6. Formula: Pvac = kPcom where Pvac indicates the compression capacity (liter / minute or m 3 / minute) of the vacuum pump near the atmospheric pressure.
com indicates the compression capacity (liter / min or m 3 / min) of the pressurizing pump near the atmospheric pressure, and k is 1 to 5
It is.

【0031】[0031]

【作用】[Action]

1)作動圧力範囲を150トル〜+2.0kgG/cm
2 の大気近傍で、かつ、もっともポンプ性能が発揮でき
る領域に設定しているのでエネルギー的に有利となる。 2)1つのボンプを“加圧”と“真空引”に使用するこ
とにより、または2つのポンプの中の1つは“加圧用”
他の1つは“真空引用”に使用することにより、加圧と
減圧の交代操作を促進し、サイクル時間を短縮し、吸着
剤生産性を高めている。 3)上記ポンプを加圧、真空引のみならず本発明独自の
リサイクル操作にも使用しており、減圧時大気中へ放出
されるガス中の有価成分(酸素製造時は酸素)を回収す
ることにより製品収率を向上できる。 4)すなわち、 a)吸着剤生産性の向上により装置の一層の小型が可能
になった(装置価格低減)。 b)製品収率向上により電力原単位(KWH/m3 製品
ガス)が低減した。 c)a)b)により総合原価が安くなった。
1) Operating pressure range is 150 Torr to +2.0 kgG / cm
2 ) It is advantageous in terms of energy because it is set in the vicinity of the atmosphere and in the region where the pump performance can be exhibited most. 2) By using one pump for "pressurizing" and "evacuating" or one of the two pumps is "pressurizing"
The other is used for "vacuum quoting", which facilitates the alternating operation of pressurization and decompression, shortens cycle time, and increases adsorbent productivity. 3) The above pump is used not only for pressurization and evacuation but also for the recycling operation unique to the present invention, and to recover valuable components (oxygen when oxygen is produced) in the gas released to the atmosphere when depressurized. Thereby, the product yield can be improved. 4) That is: a) The adsorbent productivity was improved, so that the apparatus could be further downsized (reduction in apparatus cost). b) The unit power consumption (KWH / m 3 product gas) was reduced by improving the product yield. c) The total cost was reduced by a) and b).

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】本発明の方法を図1〜図5、図9
〜図13を用いて以下に詳細に説明する。図1に、既に
従来技術の欄で述べたが、同一仕様の2つの塔と1つの
ポンプで構成される本発明の実施に適したガス分離装置
のシステム(基本システムA)を示す。図2および図3
に、図1(1ポンプ)に示した基本システムAの変形態
様例を示す。図4に、同一仕様の2つの塔と2つのポン
プで構成される本発明の実施に適したガス分離装置の他
のシステム(基本システムB)を示す。図5に、図4
(2ポンプ)に示した基本システムBの変形態様例を示
す。図9〜図13に弁シーケンス(弁開放時間〜時間関
係)を示す。図9は、図1(1ポンプ)に示した基本シ
ステムAの弁シーケンスを示す図面である。図10は、
図2(1ポンプ)に示した基本システムAの変形態様例
の弁シーケンスを示す図面である。図11は、図3(1
ポンプ)に示した基本システムAの他の変形態様例の弁
シーケンスを示す図面である。図12は、図4(2ポン
プ)に示した基本システムBの弁シーケンスを示す図面
である。図13は、図5(2ポンプ)に示した基本シス
テムBの変形態様例の弁シーケンスを示す図面である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The method of the present invention is shown in FIGS.
This will be described in detail below with reference to FIG. FIG. 1 shows a system (basic system A) of a gas separation apparatus, which has already been described in the section of the prior art and is composed of two columns having the same specifications and one pump, which is suitable for implementing the present invention. 2 and 3
FIG. 1 shows a modified example of the basic system A shown in FIG. 1 (one pump). FIG. 4 shows another system (basic system B) of a gas separation apparatus which is composed of two columns and two pumps having the same specifications and is suitable for implementing the present invention. FIG.
A modified example of the basic system B shown in (2 pumps) is shown. 9 to 13 show a valve sequence (valve opening time to time relationship). FIG. 9 is a drawing showing a valve sequence of the basic system A shown in FIG. 1 (one pump). FIG.
FIG. 3 is a view showing a valve sequence of a modified example of the basic system A shown in FIG. 2 (one pump). FIG. 11 corresponds to FIG.
It is a drawing showing a valve sequence of another modification of the basic system A shown in FIG. FIG. 12 is a drawing showing a valve sequence of the basic system B shown in FIG. 4 (two pumps). FIG. 13 is a drawing showing a valve sequence of a modified example of the basic system B shown in FIG. 5 (two pumps).

【0033】(実施例1)図1に示す基本システムAと
図9に示す弁シーケンスを用いて空気より酸素を分離す
る本発明方法の1実施の形態を詳細に説明する。図1に
示す基本システムAにおける吸着塔(A)および吸着塔
(B)による分離操作は次の〜(10)の10の工程で行
われる。 時間(秒) 原料ガス加圧工程 (1.5) リサイクル加圧工程 (1.0) 吸着塔(B)から吸着塔(A)へ 製品取出工程 (2.0) パージ供与工程 (1.5) 有価ガス回収工程 (0.5) 吸着塔(A)から吸着塔(B)へ 一時停止工程 (1.5) リサイクル減圧工程 (1.0) 吸着塔(A)から吸着塔(B)へ 減圧工程 (2.0) パージ工程 (1.5) (10)有価ガス回収工程 (0.5) 吸着塔(B)から吸着塔(A)へ 以下工程順に説明する。
(Embodiment 1) One embodiment of the method of the present invention for separating oxygen from air using the basic system A shown in FIG. 1 and the valve sequence shown in FIG. 9 will be described in detail. The separation operation by the adsorption tower (A) and the adsorption tower (B) in the basic system A shown in FIG. 1 is performed in the following ten steps (10) to (10). Time (sec) Raw material gas pressurization step (1.5) Recycle pressurization step (1.0) Product removal step from adsorption tower (B) to adsorption tower (A) (2.0) Purge providing step (1.5 ) Valuable gas recovery step (0.5) From adsorption tower (A) to adsorption tower (B) Temporary stop step (1.5) Recycling pressure reduction step (1.0) From adsorption tower (A) to adsorption tower (B) Decompression step (2.0) Purge step (1.5) (10) Valuable gas recovery step (0.5) From adsorption tower (B) to adsorption tower (A) The steps will be described below in the order of the steps.

【0034】吸着塔(A)について、 原料ガス加圧工程 1.5秒 原料空気は矢印で示した方向から原料供給用の自動弁1
0、ポンプ11、自動弁1を経て、吸着塔(A)の入口
端部へ加圧送入される[このとき吸着塔(A)付属の自
動弁2、3、4は閉止されている]。加圧空気は先ず、
吸着塔(A)の入口端部の水分の吸着剤(活性アルミナ
等)に接し、空気中の水分が吸着除去される。次いで、
上層の窒素選択吸着剤(MS−5A)にて空気中の窒素
が吸着され、吸着層に窒素吸着帯域が形成される。加圧
送入の続行とともに上記窒素吸着帯域は吸着塔(A)の
出口端部へ向かって進行する。吸着カラム内気相部の組
成は入口端部の空気組成(酸素=21%)から出口端部
に向かって次第に窒素が少なくなり酸素リッチになる。
Regarding the adsorption tower (A), the raw material gas pressurizing step 1.5 seconds The raw material air is supplied from the automatic valve 1
0, the pump 11 and the automatic valve 1 are fed under pressure to the inlet end of the adsorption tower (A) [at this time, the automatic valves 2, 3, and 4 attached to the adsorption tower (A) are closed]. Pressurized air first
Water at the inlet end of the adsorption tower (A) comes into contact with a water adsorbent (eg, activated alumina) to adsorb and remove water in the air. Then
Nitrogen in the air is adsorbed by the upper nitrogen selective adsorbent (MS-5A), and a nitrogen adsorption zone is formed in the adsorption layer. The nitrogen adsorption zone advances toward the outlet end of the adsorption tower (A) as the pressurized feeding is continued. The composition of the gas phase portion in the adsorption column becomes oxygen-rich as the amount of nitrogen gradually decreases from the air composition (oxygen = 21%) at the inlet end toward the outlet end.

【0035】リサイクル加圧工程 1.0秒 原料供給用の自動弁1を開放したまま自動弁10を閉止
し、自動弁8を開放して吸着塔(B)内残留有価ガスを
吸着塔(B)−自動弁8−ポンプ11−自動弁1を経
て、吸着塔(A)内へリサイクル加圧送入する。吸着塔
(B)の圧力は降下し、吸着塔(A)の圧力は上昇し、
操作の最高圧に達する。上記、の継続する操作が終
了したら自動弁1を閉止し、自動弁9を開放する。吸着
塔(A)の加圧は終了する[吸着塔(B)がポンプ11
で減圧される]。
Recycling pressurization step 1.0 seconds The automatic valve 10 is closed while the automatic valve 1 for supplying raw materials is opened, and the automatic valve 8 is opened to remove the residual valuable gas in the adsorption tower (B). ) -Automatic valve 8 -Pump 11 -Automatic valve 1 is sent to the adsorption tower (A) by recycling pressurization. The pressure in the adsorption tower (B) decreases, the pressure in the adsorption tower (A) increases,
Reach the maximum pressure of operation. When the above continuous operation is completed, the automatic valve 1 is closed and the automatic valve 9 is opened. The pressurization of the adsorption tower (A) is completed.
At reduced pressure.]

【0036】製品取出工程 2.0秒 吸着塔(A)の加圧中または加圧停止後すぐ自動弁2が
開放され製品酸素が採取される。製品酸素は製品リザー
バー(図示せず)を経て、または直接、消費端へ送られ
る。
Product removal process 2.0 seconds Automatic valve 2 is opened during or immediately after pressurization of adsorption tower (A), and product oxygen is collected. Product oxygen is sent to the consumer end via a product reservoir (not shown) or directly.

【0037】パージ供与工程 1.5秒 自動弁3、自動弁7はパージ供与用の弁である。の工
程に引続き自動弁3が一定の短時間開放され、吸着塔
(A)の出口端部より製品酸素の一部が、吸着塔(B)
の出口端部へ供給され、該塔内を向流方向に流れパージ
が行われる。吸着塔(B)へのパージ量は自動弁3の開
放時間およびニードル弁14の開度を調整して行う。
Purge providing step 1.5 seconds The automatic valves 3 and 7 are valves for supplying a purge. The automatic valve 3 is opened for a certain short period of time following the step, and a part of the product oxygen is discharged from the outlet end of the adsorption tower (A) to the adsorption tower (B).
At the outlet end of the column, and the gas is purged by flowing in the column in the countercurrent direction. The purge amount to the adsorption tower (B) is adjusted by adjusting the opening time of the automatic valve 3 and the opening of the needle valve 14.

【0038】有価ガス回収工程 0.5秒 のパージ供与操作に引続きすぐ、吸着塔(A)出口端
部の残留酸素を吸着塔(B)出口端部方向へ、2塔間の
差圧により移送し有価ガスの回収を行う。これは自動弁
3を開放したまま、一定の短時間、自動弁8を閉止する
ことにより行われる。
Valuable gas recovery step Immediately after the 0.5 second purge supply operation, the residual oxygen at the outlet end of the adsorption tower (A) is transferred toward the outlet end of the adsorption tower (B) by the differential pressure between the two towers. Recover valuable gas. This is performed by closing the automatic valve 8 for a fixed short period of time while keeping the automatic valve 3 open.

【0039】一時停止工程 1.5秒 パージ供与工程と有価ガス回収工程の継続する一連
の操作終了後(自動弁3は閉止)、吸着塔(A)廻りの
自動弁(1、2、3、4)が一定時間閉止され、吸着塔
(A)内の圧力は一定に保持された状態にある。[吸着
A塔がの操作にあるときポンプ11は作動中で吸着塔
(B)の原料ガス加圧工程が行われている。自動弁1
0および自動弁5は開放中である。]
Temporary stop step 1.5 seconds After a series of operations in which the purge supply step and the valuable gas recovery step are continued (the automatic valve 3 is closed), the automatic valves (1, 2, 3,. 4) is closed for a certain period of time, and the pressure in the adsorption tower (A) is kept constant. [When the adsorption A tower is in operation, the pump 11 is operating and the raw material gas pressurizing step of the adsorption tower (B) is being performed. Automatic valve 1
0 and the automatic valve 5 are being opened. ]

【0040】リサイクル減圧工程 1.0秒 の操作が終了すると自動弁10を閉止、自動弁4、自
動弁5が開放(自動弁9は閉止中)、吸着塔(A)内残
留有価ガスが自動弁4−ポンプ11→自動弁5を経て、
吸着塔(B)内入口端部から加圧送入される。
When the operation of the recycle pressure reducing step 1.0 seconds is completed, the automatic valve 10 is closed, the automatic valves 4 and 5 are opened (the automatic valve 9 is closed), and the residual valuable gas in the adsorption tower (A) is automatically discharged. Valve 4-Pump 11 → Via automatic valve 5,
It is fed under pressure from the inlet end in the adsorption tower (B).

【0041】減圧工程 2.0秒 の工程に続き、自動弁9を開放(自動弁4はリサイク
ル減圧工程−減圧工程の2つの操作を通じて開放したま
ま)し、吸着塔(A)の減圧操作が行われる。吸着塔
(A)は自動弁4−ポンプ11→自動弁9を経て減圧−
真空引される。
Following the 2.0-second pressure reduction step, the automatic valve 9 is opened (the automatic valve 4 is kept open through the two operations of the recycling pressure reduction step and the pressure reduction step), and the pressure reduction operation of the adsorption tower (A) is started. Done. The adsorption tower (A) is depressurized through the automatic valve 4-pump 11 → automatic valve 9-
It is evacuated.

【0042】パージ工程 1.5秒 吸着塔(A)の減圧終期に、吸着塔(B)のパージ用自
動弁7が開放され、加圧過程にある吸着塔(B)の出口
端部から製品酸素の一部が減圧過程にある吸着塔(A)
の出口端部から吸着塔(A)に供給される。吸着塔
(A)内に供給された製品酸素は吸着塔(A)内を向流
方向に流れ、吸着剤カラムに残留する窒素の脱着を促進
し、自動弁4→ポンプ11→自動弁9を経て脱着窒素と
ともに大気中へ放出(パージ)される。
Purge step 1.5 seconds At the end of depressurization of the adsorption tower (A), the automatic purge valve 7 of the adsorption tower (B) is opened, and the product is discharged from the outlet end of the adsorption tower (B) in the pressurizing process. Adsorption tower (A) where part of oxygen is in the process of decompression
Is supplied to the adsorption tower (A) from the outlet end of the column. The product oxygen supplied into the adsorption tower (A) flows countercurrently in the adsorption tower (A) to promote the desorption of nitrogen remaining in the adsorbent column, and the automatic valve 4 → the pump 11 → the automatic valve 9 After that, it is released (purged) into the atmosphere together with the desorbed nitrogen.

【0043】(10)有価ガス回収工程 0.5秒 の操作に引き続き、すぐ吸着塔(B)出口端部の残留
酸素を吸着塔(A)出口端部方向へ、2塔間の差圧によ
り移送し、有価ガスの回収を行う。これは自動弁7を開
放したまま、一定の短時間、自動弁4を閉止することに
より行われる。かくして〜(10)の1サイクル工程を順
次経て吸着塔(A)は再び使用可能な状態に復帰した。
(10) Valuable gas recovery step Immediately after the operation for 0.5 seconds, the residual oxygen at the outlet end of the adsorption tower (B) is immediately discharged toward the outlet end of the adsorption tower (A) by the pressure difference between the two towers. Transfer and recover valuable gas. This is performed by closing the automatic valve 4 for a fixed short period of time while keeping the automatic valve 7 open. Thus, the adsorption tower (A) was returned to a usable state again through the one cycle process of (10).

【0044】吸着塔(A)において上記〜(10)の10
の工程を一巡する間に吸着塔(B)でも丁度1/2周期
おくれて同様の10工程が行われる。吸着塔(A)また
は吸着塔(B)のいづれかの塔はいつも加圧状態(製品
送出可能な状態)にあり、1/2サイクル毎に製品酸素
の採取が行われる。採取された酸素は通常、リザーバー
(図示せず)を経て圧力一定に保持され消費端へ送られ
る。
In the adsorption tower (A), 10 of the above (10)
The same 10 steps are carried out in the adsorption tower (B) just one-half cycle later during one cycle of the step. Either the adsorption tower (A) or the adsorption tower (B) is always in a pressurized state (a state in which the product can be delivered), and product oxygen is collected every half cycle. The collected oxygen is usually kept at a constant pressure via a reservoir (not shown) and sent to the consumption end.

【0045】以上説明した1サイクル操作における“各
弁の開放時間〜時間”関係(弁シーケンス)を図9に示
す。図9において縦軸は図1に示した自動弁の弁番号を
示し、横軸は時間(秒)を示す。斜線部が各自動弁の開
放状態を示す。なお図9中の〜(10)は上記説明におけ
る工程記号を示す。
FIG. 9 shows the relationship (valve sequence) of the "opening time of each valve to time" in the one-cycle operation described above. 9, the vertical axis indicates the valve number of the automatic valve shown in FIG. 1, and the horizontal axis indicates time (second). The hatched portion indicates the open state of each automatic valve. In addition, (10) in FIG. 9 shows the process symbol in the above description.

【0046】(実施例2)図4に示す2つのポンプと2
塔[吸着塔(A)および吸着塔(B)]を使った基本シ
ステムBと、図12に示す標準的弁シーケンスを用いて
空気より酸素を分離する本発明方法の他の実施の形態を
詳細に説明する。基本システムBにおける吸着塔(A)
および吸着塔(B)による分離操作は次の〜の9の
工程で順次行われる。
(Embodiment 2) The two pumps shown in FIG.
Details of another embodiment of the method of the present invention for separating oxygen from air using a basic system B using columns [adsorption tower (A) and adsorption tower (B)] and a standard valve sequence shown in FIG. Will be described. Adsorption tower (A) in basic system B
The separation operation by the adsorption tower (B) is performed sequentially in the following 9 steps.

【0047】 時間(秒) 原料ガス加圧工程 (3.5) 製品取出(又は送出)工程 (1.0) パージ供与工程 (0.5) 有価ガス回収工程 (0.5) 吸着塔(A)から吸着塔(B)へ リサイクル減圧工程 (1.5) 吸着塔(A)から吸着塔(B)へ 減圧工程 (3.0) パージ工程 (0.5) 有価ガス回収工程 (0.5) 吸着塔(B)から吸着塔(A)へ リサイクル加圧工程 (1.5) 吸着塔(B)から吸着塔(A)へ 以下、工程順に説明する(図12参照)。Time (sec) Source gas pressurization step (3.5) Product removal (or delivery) step (1.0) Purge supply step (0.5) Valuable gas recovery step (0.5) Adsorption tower (A) ) To adsorption tower (B) Recycle pressure reduction step (1.5) Pressure reduction step from adsorption tower (A) to adsorption tower (B) (3.0) Purge step (0.5) Valuable gas recovery step (0.5 ) From the adsorption tower (B) to the adsorption tower (A) Recycle pressurization step (1.5) From the adsorption tower (B) to the adsorption tower (A) Hereinafter, the steps will be described in order (see FIG. 12).

【0048】吸着塔(A)について、 原料ガス加圧工程 3.5秒 原料空気はポンプ11a、自動弁1を経て吸着塔(A)
の入口端部へ加圧下で送入される。吸着塔(A)の圧力
は上昇する。
With respect to the adsorption tower (A), the raw material gas pressurizing step 3.5 seconds The raw material air passes through the pump 11a and the automatic valve 1 and flows into the adsorption tower (A).
Into the inlet end of the underpressure. The pressure in the adsorption tower (A) rises.

【0049】製品取出(又は送出)工程 1.0秒 吸着塔(A)内の圧力が所定圧力に達したら自動弁2を
開放し、製品酸素が吸着塔(A)の末端部から取出され
る。
Product take-out (or delivery) step 1.0 second When the pressure in the adsorption tower (A) reaches a predetermined pressure, the automatic valve 2 is opened, and product oxygen is taken out from the end of the adsorption tower (A). .

【0050】パージ供与工程 0.5秒 製品送出用の自動弁2の閉止に引続き、パージ用の自動
弁3が短時間開放され、吸着塔(A)の出口端部から製
品酸素の一部が真空引状態にある吸着塔(B)の出口端
部から該塔内へ向流方向に流れ、吸着塔(B)のパージ
が行われる。
Purge providing step 0.5 seconds Following the closing of the automatic valve 2 for product delivery, the automatic valve 3 for purge is opened for a short time, and a part of product oxygen is discharged from the outlet end of the adsorption tower (A). From the outlet end of the adsorption tower (B) in a vacuum state, it flows in the counterflow direction into the tower, and the adsorption tower (B) is purged.

【0051】有価ガス回収工程 0.5秒 上記操作に続き、自動弁3を開放したままで自動弁8を
短時間閉止すると(その後自動弁4が開放される)、吸
着塔(A)の出口端部の有価ガスが吸着塔(B)の出口
端部から該塔内へ向流方向に流れ回収される。この短時
間操作の間、自動弁18、自動弁19は開放しておく。
Valuable gas recovery step 0.5 seconds Following the above operation, if the automatic valve 8 is closed for a short time while the automatic valve 3 is open (the automatic valve 4 is then opened), the outlet of the adsorption tower (A) The valuable gas at the end flows counter-currently from the outlet end of the adsorption tower (B) into the tower and is collected. During this short-time operation, the automatic valves 18 and 19 are kept open.

【0052】リサイクル減圧工程 1.5秒 上記の操作と平行して、自動弁4と自動弁17が開放
され、吸着塔(A)内に残留する有価ガスが吸着塔
(A)の入口端部から自動弁4−ポンプ11b−自動弁
17を経て吸着塔(B)の入口端部へ加圧送入される。
自動弁17を閉止、自動弁18を開放することにより本
操作は終了する。
Recycling pressure reduction step 1.5 seconds In parallel with the above operation, the automatic valves 4 and 17 are opened, and valuable gas remaining in the adsorption tower (A) is discharged from the inlet end of the adsorption tower (A). From the inlet through the automatic valve 4-pump 11b-automatic valve 17 to the inlet end of the adsorption tower (B).
This operation ends when the automatic valve 17 is closed and the automatic valve 18 is opened.

【0053】減圧工程 3.0秒 自動弁18を開放することにより本操作を始まる。吸着
塔(A)の吸着剤中の不用ガスは自動弁4−ポンプ11
b−自動弁18を経て大気中へ放出される。
Depressurization step 3.0 seconds This operation is started by opening the automatic valve 18. Unwanted gas in the adsorbent of the adsorption tower (A) is supplied to the automatic valve 4-pump 11
b-released to atmosphere via automatic valve 18;

【0054】パージ工程 0.5秒 吸着塔(A)が真空引終期にあるとき、吸着塔(B)の
パージ用の自動弁7が一定短時間開放され、吸着塔
(B)の出口端部から製品酸素の一部が吸着塔(A)の
出口端部から該塔内へ向流方向に流れ吸着されている窒
素ガスの脱着を促進する。
Purge step 0.5 sec When the adsorption tower (A) is at the end of evacuation, the automatic valve 7 for purging of the adsorption tower (B) is opened for a short period of time and the outlet end of the adsorption tower (B) is opened. Part of the product oxygen flows from the outlet end of the adsorption tower (A) in the counterflow direction into the tower to promote desorption of the adsorbed nitrogen gas.

【0055】有価ガス回収工程 0.5秒 自動弁4を閉止し、自動弁19を開け、吸着塔(B)の
パージ用の自動弁7を経て吸着塔(B)内有価ガスが吸
着塔(A)内へ該塔に対し向流方向に流入し回収され
る。
Valuable gas recovery step 0.5 seconds The automatic valve 4 is closed, the automatic valve 19 is opened, and the valuable gas in the adsorption tower (B) passes through the automatic valve 7 for purging the adsorption tower (B). It flows into A) in a countercurrent direction to the column and is collected.

【0056】リサイクル加圧工程 1.5秒 自動弁8と自動弁16が開放され吸着塔(B)内の残留
ガスが自動弁8→ポンプ11b→自動弁1を経て、吸着
塔(A)の入口端部から流入する。吸着塔(A)は加圧
され、吸着塔(B)は減圧される。
Recycling pressurization step 1.5 seconds The automatic valves 8 and 16 are opened, and the residual gas in the adsorption tower (B) passes through the automatic valve 8 → the pump 11b → the automatic valve 1 and is discharged from the adsorption tower (A). It flows in from the entrance end. The adsorption tower (A) is pressurized and the adsorption tower (B) is depressurized.

【0057】以上、吸着塔(A)について、〜の工
程が行われている間に吸着塔(B)についても同じ〜
の工程が行われる。
As described above, for the adsorption tower (A), the same applies to the adsorption tower (B) while the steps (1) to (5) are performed.
Is performed.

【0058】以上説明した1サイクル操作における“各
弁の開放時間〜時間”の関係(弁シーケンス)を図12
に示す。斜線部は各自動弁の開放時間を示す。なお、図
12中の〜は上記説明における工程番号を示す。実
施例2(2つのポンプ)では、図12に示すごとく、1
/2サイクル毎にポンプ11a(加圧用)で1.5秒、
ポンプ11b(真空引、リサイクル兼用)で0.5秒の
空転時間が生じ、エネルギー的に好ましくない。リサイ
クル操作のとき、ポンプ11bとともにポンプ11aを
同時に作動さすと、過渡的短時間内に圧縮比がポンプ1
1aで1〜3、ポンプ11bで1〜10などと変動しガ
ス供給に必要な仕事が両者で大きく異なる。2種のポン
プ仕様が同じならポンプ11aのガス供給力が遥かに優
り、ポンプ11bによるリサイクル操作が妨害される。
従って、後者の供給力を増し、両者の能力を同等にする
必要がある。上記2種のポンプの大気圧近傍におけるガ
ス圧縮容量(リットル/分、またはm3 /分)をそれぞ
れ加圧用ポンプがPcom、真空引兼リサイクル用ポン
プがPvacとしたとき、概略、Pvac=kPcom
(k≒1〜5)の関係となる。一般に、分離操作の総合
効率を最大にするべく、弁シークエンスと2種のポンプ
の圧縮容量が調和するよう設計が行われ、同時にポンプ
の空転を回避している。
FIG. 12 shows the relationship (valve sequence) between "opening time of each valve and time" in the one-cycle operation described above.
Shown in The hatched portion indicates the opening time of each automatic valve. In FIG. 12, “-” indicates the process number in the above description. In Example 2 (two pumps), as shown in FIG.
Every 1.5 cycles with pump 11a (for pressurization) for 1.5 seconds,
The pump 11b (for both vacuuming and recycling) generates an idle time of 0.5 seconds, which is not preferable in terms of energy. During the recycle operation, when the pump 11a is operated simultaneously with the pump 11b, the compression ratio is reduced within a short period of time.
The work required for gas supply varies greatly from 1 to 3 for 1a and from 1 to 10 for pump 11b, and the two greatly differ. If the two pump specifications are the same, the gas supply power of the pump 11a is far superior, and the recycle operation by the pump 11b is hindered.
Therefore, it is necessary to increase the supply capacity of the latter and make the capabilities of both the same. When the gas compression capacity (liter / minute or m 3 / minute) of the above two types of pumps near the atmospheric pressure is Pcom for the pressurizing pump and Pvac for the evacuation / recycling pump, respectively, Pvac = kPcom
(K ≒ 1-5). Generally, to maximize the overall efficiency of the separation operation, the valve sequence and the compression capacity of the two pumps are designed to be in harmony, while at the same time avoiding pump idling.

【0059】次に、本発明方法の変形態様(システム構
成の変形例とその作動ソフト)を図2、図3〜図5、図
10、図11、図13〜図17を用いて以下に説明す
る。種々の変形が考えられるが本発明の基本的考え方に
沿うものはすべて本発明の範囲に属する。図14は、図
1の基本システムAを用いてR−1とR−2の回収操作
を実施するための標準的弁シーケンス図である。図15
は、図4の基本システムBを用いてR−1とR−2の回
収操作を実施するめたの標準的弁シーケンス図である。
図16は、図4の基本システムBの変形態様システムで
ある。図17は、図16のシステムを用いてR−1とR
−2の回収操作を実施するための標準的弁シーケンス図
である。なお、各弁シークエンス図上の〜(10)の記号
は各実施例の説明における工程番号と一致する。すなわ
ち、1−ポンプシステムでは〜(10)、2−ポンプシス
テムでは〜の番号を符した。
Next, modifications of the method of the present invention (modifications of the system configuration and its operation software) will be described below with reference to FIGS. 2, 3 to 5, 10, 11, and 13 to 17. I do. Although various modifications are conceivable, all that fall within the basic concept of the present invention belong to the scope of the present invention. FIG. 14 is a standard valve sequence diagram for performing the recovery operation of R-1 and R-2 using the basic system A of FIG. FIG.
FIG. 5 is a standard valve sequence diagram for performing a recovery operation of R-1 and R-2 using the basic system B of FIG.
FIG. 16 is a modification of the basic system B of FIG. FIG. 17 shows the relationship between R-1 and R using the system of FIG.
FIG. 4 is a standard valve sequence diagram for performing the recovery operation of FIG. The symbols (10) on each valve sequence diagram correspond to the process numbers in the description of each embodiment. That is, the numbers 1 to 10 for the 1-pump system, and the numbers 10 for the 2-pump system.

【0060】1)図2(システム構成)−図10(弁シ
ーケンス)の組合せ 図2は図1の基本システムA(2つの塔、1つのポン
プ)に公知の均圧弁2ケ(自動弁12、自動弁13)を
付加した例を示す。
1) Combination of FIG. 2 (System Configuration) -FIG. 10 (Valve Sequence) FIG. 2 shows two equalizing valves (automatic valve 12, automatic valve 12) known in the basic system A (two towers, one pump) of FIG. An example in which an automatic valve 13) is added is shown.

【0061】2)図3(システム構成)−図11(弁シ
ーケンス)の組合せ 図3は図1の基本システムAに対して有価ガス回収弁2
ケ(自動弁12′、自動弁13′)を付加した例を示
す。本例は有価ガスを1つの塔の出口端部から他塔の入
口端部へ送るもので所謂“並流回収”である。
2) Combination of FIG. 3 (System Configuration) -FIG. 11 (Valve Sequence) FIG. 3 shows the basic system A of FIG.
An example is shown in which an additional valve (automatic valve 12 ', automatic valve 13') is added. In this example, valuable gas is sent from the outlet end of one column to the inlet end of another column, which is a so-called "cocurrent recovery".

【0062】3)図5(システム構成)−図13(弁シ
ーケンス)の組合せ 図5は基本システムB(2つの塔、2つのポンプ)(図
4参照)に有価ガス回収弁2ケ(自動弁12′、自動弁
13′)を付加した例を示す。
3) Combination of FIG. 5 (System Configuration) -FIG. 13 (Valve Sequence) FIG. 5 shows a basic system B (two towers, two pumps) (see FIG. 4) with two valuable gas recovery valves (automatic valve). 12 'and an automatic valve 13') are shown.

【0063】4)図1(システム構成)−図14(弁シ
ーケンス)あるいは図4(システム構成)−図15(弁
シーケンス)の組合せ この組み合わせは減圧初期の有価ガス(R−1)と減圧
終期の有価ガス(R−2)を回収する例を示す。
4) Combination of FIG. 1 (System Configuration) -FIG. 14 (Valve Sequence) or FIG. 4 (System Configuration) -FIG. 15 (Valve Sequence) This combination is a valuable gas (R-1) at the beginning of depressurization and an end of decompression. An example in which valuable gas (R-2) is recovered will be described.

【0064】5)図16(システム構成)−図17(弁
シーケンス)の組合せ この組合せは、有価ガスをポンプ及び中間リザーバー
(RS)を介して回収する例を示す。
5) Combination of FIG. 16 (System Configuration) -FIG. 17 (Valve Sequence) This combination shows an example of recovering valuable gas via a pump and an intermediate reservoir (RS).

【0065】6)構成とその弁シーケンスは前記説明以
外にもいくつもの小さな変形例が考えられるが、基本的
分離の考え方が本発明に拠る限り、本発明の範囲に包含
されるものである。
6) Although the configuration and its valve sequence may be any of a number of small modifications other than those described above, they are included in the scope of the present invention as long as the basic separation concept is based on the present invention.

【0066】7)本発明は、3塔構成以上のPASシス
テムの任意の2つの塔に対しても実施できる。またポン
プ数は3ケ以上でも実施できる。しかし、3塔構成等、
塔数が増すに従って、ポンプの空転を回避しやすくな
り、かつ製品収率が向上するが、装置構成が複雑化し、
装置コストの上昇という不利益を伴う場合もあるので、
本発明においては、通常2塔構成を標準的なシステム構
成とする場合が多いが、各種のニーズに対応してシステ
ム構成を設計することが好ましい。
7) The present invention can be applied to any two columns of a PAS system having three or more columns. Further, the number of pumps can be increased to three or more. However, three towers, etc.
As the number of towers increases, it becomes easier to avoid idling of the pump, and the product yield improves, but the equipment configuration becomes complicated,
In some cases, there is a disadvantage of increased equipment cost,
In the present invention, the two-tower configuration is usually adopted as a standard system configuration in many cases, but it is preferable to design the system configuration in response to various needs.

【0067】(実施例3)図1に示す装置を用い、実施
例1で実施した本発明の気体分離方法により空気から酸
素を製造した。 ガス分離装置構成: 吸着塔:直径5.3cm、長さ23cmのステンレス製
の筒 吸着剤:MS−5A 充填量:吸着塔(A)へ247g、吸着塔(B)へ25
1g (吸着塔(A)および吸着塔(B)の入口端部へ活性ア
ルミナを層高の15%迄充填した) 弁はすべて電磁弁 ポンプはダイヤフラム式圧縮・真空引併用型使用 実施した弁シーケンスを表1に示す。
Example 3 Using the apparatus shown in FIG. 1, oxygen was produced from air by the gas separation method of the present invention carried out in Example 1. Gas separation device configuration: Adsorption tower: Stainless steel cylinder 5.3 cm in diameter and 23 cm in length Adsorbent: MS-5A Filling amount: 247 g to adsorption tower (A), 25 to adsorption tower (B)
1 g (Activated alumina was filled up to 15% of the bed height at the inlet end of adsorption tower (A) and adsorption tower (B)) All valves were solenoid valves Pumps used both diaphragm type compression and vacuum evacuation Valve sequence implemented Are shown in Table 1.

【0068】[0068]

【表1】 [Table 1]

【0069】その結果、純度90%の酸素が1.46
(リットル/分)で安定して得られた。次に述べる比較
例1に比較して生産量(収率)が5割上昇した。
As a result, 1.46% of oxygen having a purity of 90% was obtained.
(L / min). The production amount (yield) increased by 50% as compared with Comparative Example 1 described below.

【0070】(比較例1)実施例3と同一の実験装置を
用い、従来技術による気体分離試験を行い、空気から酸
素ガスを製造した。実施した弁シーケンスを表2に示
す。
Comparative Example 1 Using the same experimental apparatus as in Example 3, a gas separation test according to the prior art was performed to produce oxygen gas from air. The implemented valve sequence is shown in Table 2.

【0071】[0071]

【表2】 [Table 2]

【0072】その結果、純度90.4%の酸素が0.9
7(リットル/分)で得られた。
As a result, oxygen having a purity of 90.4% was reduced to 0.9%.
7 (l / min).

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明の気体分離方法により空気より高
純度の酸素を製造するなど、2以上の気体成分からなる
気体混合物から有用成分を簡単なシステムで連続的に安
定して製造することができる。本発明の気体分離方法は
高い吸着剤生産性であるから装置全体が小型、コンパク
ト化できる。従って、携帯型、机上型、室内設置、ビル
内の限られた面積での設置が可能になる。また大容量機
の場合は設置面積が小さくとれ、広い敷地を必要としな
い。本発明の気体分離方法を用いたシステムは構成が簡
単だから装置価格を安くできる。また高い製品収率と相
俟って安い原価で酸素などの有用成分を供給することが
できる。本発明の気体分離方法は作動圧力が低く、1つ
の弁シーケンスで全装置の分離操作が自動制御される。
よって運転操作はボタンによるon−offのみであり
運転保安が簡便かつ取扱い安全である。
According to the gas separation method of the present invention, it is possible to continuously and stably produce useful components from a gas mixture consisting of two or more gas components with a simple system, such as producing oxygen with higher purity than air. it can. Since the gas separation method of the present invention has high adsorbent productivity, the whole apparatus can be made small and compact. Therefore, the portable type, the desktop type, the indoor installation, and the installation in a limited area in the building can be realized. In the case of a large-capacity machine, the installation area can be small, and a large site is not required. Since the system using the gas separation method of the present invention has a simple configuration, the price of the apparatus can be reduced. Also, useful components such as oxygen can be supplied at low cost in combination with a high product yield. The gas separation method of the present invention has a low operating pressure, and the separation operation of all devices is automatically controlled by one valve sequence.
Therefore, the driving operation is only on-off by the button, and the driving security is simple and the handling is safe.

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

【図1】 従来の方法及び本発明の方法を実施するため
に使用される装置の基本システム(基本システムA)を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a basic system (basic system A) of an apparatus used for performing a conventional method and a method of the present invention.

【図2】 基本システムAの変形態様を示す説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a modification of the basic system A.

【図3】 基本システムAの他の変形態様を示す説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing another modification of the basic system A.

【図4】 本発明の方法を実施するために利用される装
置の基本システム(基本システムB)を示す説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a basic system (basic system B) of an apparatus used to carry out the method of the present invention.

【図5】 基本システムBの変形態様を示す説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a modification of the basic system B.

【図6】 (A)、(B)は基本システムAを用いて従
来の方法を実施するための1サイクルにおける自動弁の
作動状態(弁シーケンス)を示す説明図である。
FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams showing an operation state (valve sequence) of an automatic valve in one cycle for performing a conventional method using a basic system A. FIGS.

【図7】 図1に示す基本システムAを用い本発明に係
る実験を行った時の弁シーケンスを示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a valve sequence when an experiment according to the present invention is performed using the basic system A shown in FIG.

【図8】 図1に示す基本システムAおよび図7に示す
弁シーケンスを用いて行った実験結果を示す(ガス積算
量−酸素濃度)関係曲線である。
FIG. 8 is a (cured gas amount-oxygen concentration) relationship curve showing experimental results performed using the basic system A shown in FIG. 1 and the valve sequence shown in FIG.

【図9】 図1に示す基本システムAを用いて本発明を
実施するための標準的弁シーケンスを示す説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a standard valve sequence for implementing the present invention using the basic system A shown in FIG.

【図10】 図2に示す基本システムAの変形態様を用
いて本発明を実施するための標準的弁シーケンスを示す
説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a standard valve sequence for implementing the present invention using a modification of the basic system A shown in FIG. 2;

【図11】 図3に示す基本システムAの他の変形態様
を用いて本発明を実施するための標準的弁シーケンスを
示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a standard valve sequence for implementing the present invention using another modification of the basic system A shown in FIG. 3;

【図12】 図4に示す基本システムBを用いて本発明
を実施するための標準的弁シーケンスを示す説明図であ
る。
12 is an explanatory view showing a standard valve sequence for implementing the present invention using the basic system B shown in FIG.

【図13】 図5に示す基本システムBの変形態様を用
いて本発明を実施するための標準的弁シーケンスを示す
説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a standard valve sequence for implementing the present invention using a modification of the basic system B shown in FIG. 5;

【図14】 図1に示す基本システムAを用いてR−1
とR−2の回収操作を実施するための標準的弁シーケン
スを示す説明図である。
14 is a diagram showing an example of R-1 using the basic system A shown in FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a standard valve sequence for performing a recovery operation of R-2 and R-2.

【図15】 図4に示す基本システムBを用いてR−1
とR−2の回収操作を実施するめたの標準的弁シーケン
スを示す説明図である。
15 is a diagram showing an example of R-1 using the basic system B shown in FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a standard valve sequence for performing a recovery operation of R-2.

【図16】 図4に示す基本システムBの変形態様を示
す説明である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a modification of the basic system B shown in FIG.

【図17】 図16に示す基本システムBの変形態様を
用いてR−1とR−2の回収操作を実施するための標準
的弁シーケンスを示す説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a standard valve sequence for performing a recovery operation of R-1 and R-2 using a modification of the basic system B shown in FIG. 16;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A、B 吸着塔 1〜10、12、13、12’、13’、16〜19、
18a、19a 自動弁 11、11a、11b ポンプ 14、15 ニードル弁 R−1 減圧初期の有価ガス R−2 減圧終期の有価ガス RS リザーバー
A, B adsorption towers 1 to 10, 12, 13, 12 ', 13', 16 to 19,
18a, 19a Automatic valve 11, 11a, 11b Pump 14, 15 Needle valve R-1 Valuable gas at the beginning of decompression R-2 Valuable gas at the end of decompression RS reservoir

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2以上の気体成分からなる気体混合物の
内の不用気体成分を選択的に吸着しうる吸着剤がカラム
状に充填された吸着塔を少なくとも2塔(AおよびB)
用意し、その1つの吸着塔(A)について (1)吸着塔の入口より該気体混合物を加圧して導入
し、不用気体成分を選択的に吸着剤の入口端部に吸着さ
せて吸着気体帯域を形成させ、該気体混合物の導入を継
続して、該吸着気体帯域の先端部を前進させつつ塔内圧
力を高め、所定圧力で原料の送入を停止させる原料ガ
スの加圧工程 (2)上記加圧工程の途中もしくは加圧工程の終了後す
ぐに吸着塔(A)の末端部の吸着塔出口より所望の気体
成分を取出し製品ガスとして捕集する製品取出工程 (3)上記工程に引続き、製品ガスの一部を減圧過程に
ある吸着塔(B)の再生用パージガスとして供与する
パージ供与工程 (4)上記工程に引続き吸着塔(A)をポンプを用いて
減圧する減圧工程 (5)吸着塔(B)の製品ガス捕集工程において捕集さ
れる製品ガスの一部を吸着塔(A)の出口端部から向流
方向(原料供給流れに対して反対方向)に導入、流通さ
せることにより吸着塔(A)内吸着剤中に残留する不用
成分を脱着させ、吸着塔(A)の入口端部から大気中へ
放出するパージ工程 から成り、上記パージ供与工程とパージ工程とが同
時期に進行するよう時間をづらして2塔交互に上記〜
の工程を実施する圧力振動吸着法(Pressure Swing A
dsorption 、PSA法)において、 上記減圧工程における大気放出ガスを放出初期ガス
(R−1)、放出終期ガス(R−2)、その他に分割
し、有用成分を多く含むR−1および/またはR−2を
ポンプを介して1つの吸着塔から他の吸着塔へリサイク
ル回収することを特徴とする気体分離方法。
1. At least two adsorption columns (A and B) packed in a column with an adsorbent capable of selectively adsorbing unnecessary gas components in a gas mixture composed of two or more gas components.
Preparing one of the adsorption towers (A) (1) The gas mixture is pressurized and introduced from the inlet of the adsorption tower, and the unnecessary gas components are selectively adsorbed at the inlet end of the adsorbent, thereby adsorbing the gas mixture. And the introduction of the gas mixture is continued to increase the pressure in the column while advancing the tip of the adsorption gas zone, and to stop the feed of the raw material at a predetermined pressure. In the middle of the pressurizing step or immediately after the pressurizing step is completed, a desired gas component is taken out from the outlet of the adsorption tower at the end of the adsorption tower (A) and collected as a product gas. A purge providing step in which a part of the product gas is supplied as a purge gas for regeneration of the adsorption tower (B) in the pressure reducing step (4) a pressure reducing step in which the adsorption tower (A) is depressurized using a pump following the above step (5) In the product gas collection process of the adsorption tower (B) A part of the product gas to be collected is introduced from the outlet end of the adsorption tower (A) in the countercurrent direction (the direction opposite to the raw material supply flow) and circulated, so as to be introduced into the adsorbent in the adsorption tower (A). A purging step of desorbing the remaining unnecessary components and releasing it into the atmosphere from the inlet end of the adsorption tower (A). The two columns are alternately formed by reducing the time so that the purging step and the purging step proceed simultaneously. Above ~
Swing A (Pressure Swing A)
dsorption, PSA method), the atmospheric release gas in the decompression step is divided into an initial release gas (R-1), an end release gas (R-2), and others, and R-1 and / or R containing a large amount of useful components. -2 is recycled from one adsorption tower to another adsorption tower via a pump.
【請求項2】 請求項1記載の気体分離操作を同一仕様
の2つの吸着塔と1つのポンプ(加圧、真空引併用)で
構成されるシステムで行うことを特徴とする請求項1記
載の方法。
2. The gas separation operation according to claim 1, wherein the gas separation operation is performed by a system composed of two adsorption towers having the same specification and one pump (for both pressurization and vacuuming). Method.
【請求項3】 請求項1記載の気体分離操作を同一仕様
の2以上の吸着塔と2種のポンプ(1つは加圧用、他の
1つは真空引用)で構成されるシステムで行うことを特
徴とする請求項1記載の方法。
3. The gas separation operation according to claim 1, which is performed by a system including two or more adsorption towers of the same specification and two pumps (one for pressurization and the other for vacuum). The method of claim 1, wherein:
【請求項4】 前記R−1および/またはR−2のガス
流量は吸着塔(A)−ポンプ−吸着塔(B)をつなぐガ
ス送給ライン上の自動弁の開放時間により制御すること
を特徴とする請求項1ないし請求項3記載の方法。
4. The gas flow rate of said R-1 and / or R-2 is controlled by the opening time of an automatic valve on a gas supply line connecting the adsorption tower (A) -pump-adsorption tower (B). The method according to claim 1, wherein the method comprises:
【請求項5】 前記R−1及びR−2のリサイクル送給
順序は有用成分を多く含む分割されたガスがリサイクル
をうける吸着塔の出口端部へ配送され、有用成分を相対
的少なく含む分割されたガスがリサイクルをうける吸着
塔の入口端部に配送されることを特徴とする請求項1な
いし請求項4に記載の方法。
5. The recycling sequence of R-1 and R-2 is such that the divided gas containing a large amount of useful components is delivered to the outlet end of the adsorption tower to be recycled, and the divided gas containing a relatively small amount of useful components is recycled. 5. The process according to claim 1, wherein the recycled gas is delivered to an inlet end of the adsorption tower which is recycled.
【請求項6】 請求項1記載の吸着剤カラムが2種の吸
着剤が層状に充填された構造であって、1つはシリカゲ
ル、活性アルミナ等の乾燥剤であり、他の1つはモレキ
ュラシーブゼオライト等の窒素選択吸着剤であって、前
者が吸着塔入口端部(下層)にあり、後者がその上層に
充填された吸着塔を含む請求項2もしくは請求項3に記
載したシステムを用いて空気を原料として酸素を分離す
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。
6. The adsorbent column according to claim 1, wherein the adsorbent column has a structure in which two kinds of adsorbents are packed in layers, one of which is a desiccant such as silica gel, activated alumina, and the other is a molecular sieve. A nitrogen selective adsorbent such as zeolite, wherein the former is at the inlet end (lower layer) of the adsorption tower, and the latter includes the adsorption tower filled in the upper layer thereof. The method according to claim 1, wherein oxygen is separated from air.
【請求項7】 請求項3記載の2種のポンプの圧縮容量
の関係を下記式で表すことにより、ポンプの空転を回避
するようにしたことを特徴とする請求項1、請求項3な
いし請求項6に記載の方法。 式:Pvac=kPcom 但し、Pvacは真空引用ポンプの大気圧近傍における
圧縮容量(リットル/分、またはm3 /分)を示し、P
comは加圧用ポンプの大気圧近傍における圧縮容量
(リットル/分、またはm3 /分)を示し、kは1〜5
である。
7. The pump according to claim 1, wherein the relationship between the compression capacities of the two pumps according to claim 3 is represented by the following equation so as to avoid idling of the pumps. Item 7. The method according to Item 6. Formula: Pvac = kPcom where Pvac indicates the compression capacity (liter / minute or m 3 / minute) of the vacuum pump near the atmospheric pressure.
com indicates the compression capacity (liter / min or m 3 / min) of the pressurizing pump near the atmospheric pressure, and k is 1 to 5
It is.
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