JPS5990614A - 圧力変化式吸着装置における精製ガス流量制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は圧力変化式吸着装置に、Ｉ３ける精製カス流
量制御方法に関する。

吸着剤を用いて高圧化で゛不純ガスを吸着させ、低圧化
で脱着を行なうことにより不純ガスを１含む原料ガスを
高純度の製品ガスに精製する圧力変化式吸着法において
、吸着工程が終了した吸着ｊハ内の精製ガスを、減圧パ
ージ工程が終了した吸着塔の洗浄（並流減圧）や昇圧（
均圧）に利用Ｊることが、従来からよく知られ−Ｃいる
。

そして、並流減圧および均月は、フィードバック制御に
よって圧力を減圧しでいく方法または２つの吸着塔間の
絞り弁を一定間度にし、タイマによって工程時間を設定
づる方法により行なわれていた。このため、各工程中に
お１ノる精製ガス流量が変動し、流出が多いときには、
精製ガスが取出される吸着塔内の吸着前線の位置を余分
に押し」二げてしまう、ｌ＋１５よび吸着剤の踊りによ
って吸着剤が粉末化Ｊたは破砕され、その粉末または破
片が絞り弁のシートに詰まってシー１〜漏れを起すどい
った問題があった。また吸着剤の吊は、最大流量のとき
を考えて決定しなりればならないので必然的に多くなっ
ていた。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって並
流減圧工程および／または均圧工程に；Ｊ３ける精製ガ
スの流量を各工程時間中はぼ一定にして精製ガス流量の
最大値を押え、上記問題を解消するとともに吸着剤の節
約を図ろうとするものである。

この発明による圧力変化式吸着装置における精製ガス流
量制御方法は、流量制御弁によってＵいに出に１側が接
続された少なくとも一対の吸着塔を有づる圧力変化式吸
着装置において、吸着工程が終了した第１の吸着塔内の
精製カスによって、減圧パージ工程が終了した第２の吸
着塔の洗浄を行なう並流減圧工程および／または亜流減
圧工程に続いて第１の吸着塔の精製カスによ一ノで、第
２の吸着塔内圧力の昇圧を行なう均圧工程における精製
カス流量を各工程中はぼ一定にするだめの並流減圧工程
時間および／または均圧工程時間に対する流量制御弁の
弁開度変化データをあらかじめ求めでおき、これらのデ
ータに基づいて並流減圧工程中および／または均圧工程
中、流量制御弁を調節づることを特徴とする。

亜流減圧工程および／または均圧工程にＪ３いて、流量
制御弁は、あらかじめ求めらｆｌだ精製ガス流量を各工
程中はぼ一定に覆るための並流減圧工程時間および／ま
たは均圧上程時間に対づる流量制御弁の弁開度変化ｆ−
夕に基づいて調節されているので、精製ガス流出がＧＪ
ば一定にされ、その最大値を低く押することができる。

したがって精製ガスが取出される吸１１６内の吸着前線
の位置を余分に押し上げてしＪ、つたり、吸着剤が粉末
化または破砕され、その粉末または破片が絞り弁のシー
トに詰まってシート漏れを起こしたりすることを防止で
きる。また吸着剤のΦを節約することができる。

以下、図面を参照して、この発明を水素ガスを精製する
圧力変化式吸着装置に適用した場合についで詳述する。

第′１図は圧力変化式吸着装置を示している。

この圧力変化式吸着装置は吸着剤が充填された複数の吸
着Ｊハ（１）を備えている。ここではＮ０１１およびＮ
ｏ、２の吸着塔のみを図示し他は省略Ｊる。各吸着塔（
１）の入口側は、流入用開閉弁（２）（３）をそれぞれ
介して原料ガス管（４）が接続されており、この原料ガ
ス管（４）には原料ガスを加圧し−（供給づ−る圧縮（
幾（５）および流出削（６）が設（）られている。

吸着塔（１）の入口側は、さらに排気弁（７）（８）を
それぞれ介して排気管（９）が接続されている。

吸着塔（１）の出口側は、流出用開閉弁（１０）（１１
）をそれぞれ介して製品カス管（１２）に接続されてい
る。また吸着塔（′１）の出口側は、加圧用管（１５）
に加圧用開閉弁（１６）　　（１７）をそれぞれ介して
接続されている。この加圧用管（１５）は、絞り弁（１
３）および流量計（１４）を介して製品ガス管（１２）
に接続され′Ｃ（する。さらに各吸着塔（１）の出口側
は、並流用絞り弁（１８）が設けられた並流用管（１９
）によって互いに接続されている。

圧縮ｆＸ１　（５）および加圧用管（１５）に設【ｊら
れた絞り弁（１３）は、原料ガス流量調節ｆｆｔ（２０
）および加圧用精製水素流量調節組（２１）によってそ
れぞれ制御される。原料ガス流量調節計（２０）および
加圧用精製水素流量調節削（２１）には、流量計（６）
および（１４）によって検出される原料ガス流量および
加圧用精製水素流量がそれぞれ入力されかつこれらの調
節計（２０）および（２１）は、制御装置Ｉ（２２）に
よって制御される。この制御装置（２２）は中央処理装
置、メモリ、入力インターフェースなどを備えてｌ、）
る。制御装置（２２）には、負荷（原料ガス流ｍ）を設
定づ−るための設定器（２３）が接続されて１７入る。

制ＯＤ装置（２２）のメモリには、原料ガス流量変更デ
ータ、加圧用精製水素流量変更データ、ならびに並流減
圧用弁開度変化データおよび均圧用弁開度変化データが
記憶されている。原料ガス流量変更データは、設定器（
２３）に負荷が設定されたときに、原料ガス流量を一定
の変化率（単位時間に対する流量変化量）によって変化
（増加または減少）させて徐々に原料ガス流山を設定さ
れた負荷に対応する流量にＪ”るｌごめのデータである
。加圧用精製水素流電変更データは、設定器（２３）に
負荷が設定されＩＣとき【こ、上記原料ガス流量変更デ
ータによる原料ガス滝川の変化が吸着塔（１）内の原料
ガス流間の変化に現われてから、後述する加圧用精製水
素流量を、上記変化率とほぼ同じ変化率によって徐々に
変化させ、設定された負荷に対応する流量にするための
データである。−１η流流圧圧用弁開変化データおよび
均圧用弁開度変化データは、後述する並流減圧工程およ
び均圧工程における精製水素の流量を各工程中常にほぼ
一定にするための各工程時間中における並流用絞り弁（
１８）の弁開度変化を表わずデータＣある。両弁開度変
化データの作成にあたっては、種々の異なる並流減圧工
程時間および均圧工程時間が設定され、それぞれの工程
時間についての弁開度変化が求められる。

この圧力変化式吸着装置における吸着法は、■　吸着塔
（１）に原料ガスを通過さけて不純ガスを吸着させる吸
名工程１ ■　吸着工程後、吸着塔内の精製水素を減圧パージエ稈
の終了した他の吸着塔（１）内に流入さけて当該他の吸
着塔（１）を洗浄する並流減圧工程、 ■　並流減圧工程後、吸着塔（１）内の精製水素を再び
上記■の他の吸着塔（１）内に流入さしＬ当該他の吸着
塔（１〉内圧を臂圧す゛る均圧工程、 ■　吸着塔（１）内の圧力を解放して吸着塔（１）内の
ガスを排気する減圧パージ工程、■　吸着工程が終了し
た他の吸着塔（１）内の精製水素を吸着塔（１）内に流
入させて洗浄する並流減圧工程、 ■　上記■にお【プる他の吸着塔（１）内の精製水素を
吸着塔（１）内に流入させて昇圧Ｊる均圧工程、 ■　製品ガス管（１２）おわび加圧用管（１５）から精
製水素（加圧用精製水素）を吸着塔（１）内に流入させ
て加圧り゛る加圧工程 の７エ程からなる。

たとえば、第１図においてＮＯ，’ｌの吸着塔（１）が
吸着工程を終了し、Ｎｏ、２の吸着塔（１）が減圧パー
ジ工程を終了したどりるど、並流減圧工程では、Ｎｏ、
２吸着塔（１）の排気用開閉弁（８）が間、伯の開閉弁
（２＞（３）（７）　　（１０）　　（１１）　　（，
１２）　　（１６）　　（１７）が閉、並流用絞り弁（
１６）が開にされ、ＮＯ，１吸着塔（１）内の精製水素
がＮｏ、２吸着塔（１）を通り排気用開閉弁（８）を通
って排出される。

これにより、Ｎ００２吸着塔（１）の吸着剤が洗浄され
る。並流減圧工程に続く均圧工程では、」ニ記の状態か
らＮｏ、２の排気用開閉弁（８）が開にさ１］、Ｎｏ、
１吸着塔（１）内の精製水素がＮｏ、２吸＠塔（１）内
に流入し、第２吸着塔（１）内圧が背圧される。上記両
工程にお・いで、並流用絞り弁（１６）の開度（Ｃｖ値
）は、亜流減圧用および均圧用弁開度変化データにもと
づいて制御される。

並流減圧用弁開度変化データおよび均圧用弁開度変化デ
ータは次のようにして求められる。

Ｎｏ、２の吸着塔（１）内のｖｉ製水素によってＮｏ、
２の吸着塔（１）内圧力を背圧する場合（均圧工程）を
考える。Ｎｏ、１の吸着塔（１）内圧をＰ△、Ｎｏ、２
の吸着塔（１）内圧力をＰＢどザると、精製ガス流ｆｉ
ｔ　（１）は次式で求められる。

時間間隔ΔＴ間に流れる精製水素流量（平均流量）を△
Ｑとし、時間間隔ΔＴごとのＮｏ。

１吸着塔（１）内圧、Ｎｏ、２吸着塔（１）内圧および
平均流量をそれぞれｒＰＡ＋、Ｐ△２・・・・・・・・
・、ＰＡｎ・・・・・・」、ｒ　Ｐ　１．’３　＋　、
Ｐ　Ｂ　２　、・・・・・・、ＰＢｎ・・・・・・」お
よび「△Ｑ＋　、△Ｑ２・・・・・・、△Ｑｎ・・・・
・・」とすると、△Ｑ＋＋は、となる。ここでＣＶは並
流用絞り弁の容量係数である。

△Ｔ間のＮｏ、１吸着堝（１）内圧変化ｍ△ＰＡおよび
Ｎｏ、２吸着塔（１）内圧変化量△ＰＢは、各吸着塔（
１）の空隙容積をＶ△およびＶＢどづると次式で求めら
れる。

第（３）式から、各工程中にＪミけるＰΔおよびＰＢは となる。

第（２）式からＣＶを求めるど どなる。

まに第（３）式を第（４）式に代入するととなる。

均圧１稈におけるｌ）　Ａの初期値Ｐ　Ａ　ｓおよびＰ
Ｂの初期値ＰＢｓを設定するとともに平均流量△Ｑを設
定覆ると第（６）式から均圧工程中におＩ′ＪるＰＡお
よびｌ）　Ｂを求めることができる。

そして第（５）式から均圧工程中におりるＣＶを求める
ことができる。並流減圧工程においては、Ｎｏ、２吸着
塔（１）のυ１気用開閉弁（８）が開となっているので
、ＮＯ１２吸着塔（１）内圧ＰＢを並流減圧工程中一定
すなわち第（３）式の△Ｐ　Ｂ　ｎを零に設定り−れば
、同様にして並流減圧工程中にｄ３けるＣＶを求めるこ
とかできる。

第１表は、ＰＡの初期値ＰＡｓ　　（吸着圧力）を６．
０３　［ｋｃ＋／ｃ朋’ＡｂＳ］　、ＰＡの最終値ＰＡ
ｅを４　、０３　［ｋｇ／ａｍ’△ｂｓ’ｌ、ＰＢの初
期値１つ３ｓ　　＜脱着圧力）を１．１２［ｋｑ／印゛
△ｂｓ］、Ｎ０１１　ｄ３よびＮｏ、２の吸着塔（１）
の空隙容積ＶΔおよびＶＢを９．３［ｍ３］、並流減圧
工程時間−「１−１を９０［ＳｅＣ］、データをとる時
間間隔△ｒ＝１［ｓｅｃ］ならびに平均流量△Ｑの初期
値を０．２１５　［Ｎｍ３／ｓｅｃ　］どして作成され
た並流減圧工程中の時間下に対する平均流石へ〇、Ｎｏ
、１およびＮｏ、２吸着塔（１）内圧ノ）ＰＡおよびＰ
Ｂならびに並流用絞り弁（１８）のＣＶ値の変化データ
を示している。

並流減圧用弁開度変化データは、このうち並流減圧工程
中の時間Ｔに対する並流用絞り弁（１８）のＣｖ値の変
化データである。平均流量△Ｑの初期値は上記ＰＡＳ、
ＰΔｅ−，Ｔｌ−１、△−「などにもとづいて求められ
る。このデータは、ＣＶ値が変化する回数を少なくして
、並流用絞り弁（１８）の制御を簡単にするために、設
定された平均流量△Ｑに許容範囲を設けておき、最初（
１回目）は、設定された平均流量△ＱにもとづいてＣＶ
を求めるが、２回目以後は、前回のＣＶ値によって逆に
平均流ｍΔＱを求め、この平均流量△Ｑが許容範囲内に
あるときは前回のＣＶ値を今回のＣＶ値とし、平均流量
ΔＱが許容範囲を越えたときには、設定された平均流量
△Ｑにもとづいて今回のＣＶ値を求めるようにして作成
されたものである。

（以下余白） 第２図に、表１のデータにもとづいて作成された並流減
圧工程中の時間下に対重るＮｏ、１の吸着塔内圧ＰΔの
変化を示乃グラフを、第３図に、表１のデータにもとづ
いで作成された並流減圧用工程中の時間下に対Ｊる平均
流量△Ｑおよび並流用絞り弁のＣｖ値の変化を示Ｊグラ
フを示しておく。

第２表は、））Ａｓ　＝４．０３　［１四／ばΔｂｓ］
、ＰＢｓ　＝　１　、　’、　２　［ｋａ／ａｎ’Ａｂ
ｓ］　、Ｖへ＝ＶＢ＝９．３　［ｍ”　］、均圧Ｔ工程
間１−　Ｋ　＝　３０［ｓｅｃ］、△Ｔ＝　１　［Ｓｅ
Ｃ］　、△Ｑ（初期値）＝０．４５８　［ｍ　３／ｓｅ
ｃ　］として作成された均圧工程中の時間Ｔに対する△
Ｑ、ＰＡ、Ｐ８および並流用絞り弁（１８）のＣｖ値の
変化データを示している。均圧用弁開度変化データは均
圧工程中の時間Ｔに対りる並流用絞り弁（１８）のＣＶ
値値化化データある。

（以下余白） 第４図に表２のデータともとづいて作成された均圧工程
中の時間下に対づ−るＮｏ、１およびＮｏ、２の吸着塔
内圧力ＰＡ６よびＰＢの変化を示タグラフを、第５図に
表２のデータにもとづい（作成された均圧工程中の時間
１゛に対づる平均流量△Ｑおよび並流用絞り弁（１８）
のＣＶ値の変化を示すグラフを示しておく。

設定器（２３）に負荷が設定されると、制御装置（２２
）のメモリに記憶されている原料ガス流量変更データお
よび１ｆｆｉｆｆ［ｆ’（６）ににつて検出される実際
の原料ガス流量にもとづいて圧縮機（５）の回転数が流
量調節計（２０）によって制御され、原料ガス流量が負
荷に応じた値に徐々に調節される。また、メモリに記憶
されている加圧用精製水素流量変化データおよび流量ｎ
１（１４）によって検出される実際の加圧用精製水素流
量にもとづいて絞り弁（１３）が流量ｗＩ節４（２１）
にＪ：って制御され、＋ＪＩ＋庄川精製用素流吊が流出
に応じた値に徐々に調１１１）される。

並流減圧工程Ｊ３よび均圧工程においては、制御装置（
２２）のメモリに記憶ε＼れている種々の並流減圧工程
時間に対する並流減圧用弁開度変化データおよび種々の
均圧工程時間に対する均圧工程用弁開度変化データのう
ちから設定器（２３）に設定された負荷に応じた各工程
時間にされｌζ各データにもとづいて並流用絞り弁（１
８）の開度（ＣＶ値）が制御される。したがって精製水
素流間（ま、並流減圧］二稈詩間中および均圧工程時間
中はぼ一定となる。設定器（２２）に設定された負荷が
小さいほど長い工程時間に苅り−る並流減圧用Ｊ３よび
均圧用弁開度変化データが選択される。したがって負荷
が小さい場合、すなわち原料ガス流量が大きい場合には
、精製水素の平均流量が小さくなり、精製水素の」？１
内速１褒が下がり、吸着前線の上がが押えられるととも
に吸着剤の洗浄および再生効果が向上づる。

また従来から、負荷が小さいほど吸着時間を長く設定し
ているが、この実施例″ｃ１ま、負荷が小さいほど並流
減圧工程時間や均圧工程時間が良く設定きれた並流減圧
用弁開度変化デ・−夕および均圧用開度変化データを選
択するようにしているので、吸着剤の洗浄および再生効
果が向」ニし、そのため負荷が小さい場合には、吸着時
間を従来よりもより長く設定することができるので、精
製水素の回収率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧力変化式吸着装置の系統図、第２図は、表
１）データにもとづいて作成された並流［圧工程中の時
間に対するＮｏ、１の吸着場内圧変化グラフ、第３図は
、表１のデータ（こもとづいて作成された並流減圧工稈
中の時間に苅り−る精製水素の平均流量および並流用絞
り弁のＧＶ値値化化グラフ第４図は、表２のデータにも
とづいて作成された均圧工程中の時間に対するＮｏ、　
１およびＮＯ，２の吸着塔内圧変化グラフ、第５図は、
表２のデータにもとづいて作成された均圧工程中の時間
に列する精製水素の平均流量および並流用絞り弁のＣＶ
値値化化グラフある。 （１）・・・吸着塔、（１８）・・・））Ｑ流用絞り弁
、（２２）・・・制御装置。 以　　」二 昭和５８＋ｐ１　月２７日 １．事件の大小　　　　昭和５７年持ｆ［願　第１９９
５５７号３、補正をする者 事件との関係　　　　特ｒ「出願人 任　　所　　大阪市西区江戸堀１丁目６番１４号氏名１
名ユ　　　（５１１）日立造船株式会社４、代　理　人 り１　４　　　名 ５　補１Ｆ命令の日月　　　昭和　　年　　月　　　口
６　補■、により増加する発明の数 ７、　＋１］　４ＥＯ）ヵ、明細書の発明の詳細な説明
の欄および図面第６１図。 ８３−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流量制御弁によって互いに出１コ側が接続されｌζ少な
   くとも一対の吸着塔を！ｉりるｎ：力変化式吸着装置に
   おいて、吸着工程が終了しｌｃ第１の吸着塔内の精製ガ
   スによって、減肚パージ工程が終了した第２の吸着塔の
   洗浄を行なう並流減圧工程おにび／または並流減圧工程
   に続いて第１の吸着塔の精製ガスによつＣ１第２の吸着
   場内圧力の昇圧を行なう均圧工程にｄ３ける精製ガス流
   量を各工程中ぽぼ一定に覆るための並流減圧工程時間お
   よび／または均圧工程時間に対する流量制御弁の弁開度
   変化データをあらかじめ求めておき、これらのデータに
   雉づいて並流減圧工程中および／または均圧工程中、流
   量制御弁を調節することを特徴どづ−る圧力変化式吸着
   装置における精製ガス流量制御方法。