JPS60193520A - 圧力変動吸着法によるタ−ンダウン制御方法 - Google Patents

圧力変動吸着法によるタ−ンダウン制御方法

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JPS60193520A
JPS60193520A JP59048075A JP4807584A JPS60193520A JP S60193520 A JPS60193520 A JP S60193520A JP 59048075 A JP59048075 A JP 59048075A JP 4807584 A JP4807584 A JP 4807584A JP S60193520 A JPS60193520 A JP S60193520A
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adsorption
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tower
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Eiji Hirooka
広岡 永治
Tsuneo Miyoshi
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Showa Denko KK
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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】 技術分野 本発明は、圧力変動吸着法による富酸素がスの製造に関
し、更に詳しく述べるならは、富酸素ガスの流出の間の
流出速度等の特性が低下する期間即ちターンダウンの間
、圧力変動吸着の系を制御する方法に関する。
従来技術 合成ゼオライトや天然ゼオライト等の吸着剤の窒素に対
する選択吸着性を利用し、圧力変動吸着により、空気の
如き酸素/窒素混合ガスを分離して、富酸素ガスを製造
することは知られている(例えば、特公昭51−405
49号、特開昭53−96987号及び特開昭58−8
4020号)。このような方法で富酸素ガスを製造する
に当っては、吸着剤の床を含む複数の吸着塔のそれぞれ
において、酸素/窒素混合ガスを導入して窒素を吸着除
去し、難吸着性の酸素が濃縮富化されたがスを吸着塔よ
シ導出して製品ガスとするのである。そして、吸着塔内
の吸着剤を再生するための減圧、パージ、排気等の工程
と前記吸着分離工程を順次に各吸着塔内において切換操
作するのである。
このような圧力変動吸着の系におけるターンダウン制御
の方法は、特開昭54−16375号に開示されている
。この方法は、特定の大気圧以上の加圧サイクルにおけ
る圧力変動吸着の系についてターンダウン制御を行うも
のである。即ち、第1の吸着塔において、供給ガスは加
圧吸着に付され、吸着圧が漸次上昇されながら、生成物
がスが取シ出される。そして塔内圧力が最高圧力に達し
た後、供給ガスの導入は他の吸着塔に移されるが、第1
の吸着塔からの生成物ガスは並流減圧によって製品とし
て取シ出され、同時に他の吸着塔における均圧及びノ4
−ジにも利用される。次に、第1の吸着塔の塔内圧力は
大気圧まで向流減圧され、これによって吸着物質の脱着
が行われ、更に向流/母−ジによって吸着床の再生が行
われる。吸着塔は2個以上からなシ、連続的に生成物が
スを得ることができる。そして、このような圧力変動吸
着サイクルにおいて、lサイクル、l吸着床当シの生成
物ガスの発生量を設定しておき、生成物ガスの使用要求
量が減少したときに生成物がスの発生量が上記設定量に
達するまで、前記サイクルを次のステップに前進させず
、一方供給ガスによる加圧が行われている吸着塔では最
大吸着圧に達したときに圧縮機をアンロード(無負荷)
状態にして、供給ガスの導入を停止し、動力を削減する
ものである。しかして、このターンダウン制御は加圧型
の圧力変動吸着サイクルにおいて行われておシ、圧力変
動範囲が大気圧よシ低圧の真空側に及ぶような真空型の
圧力変動吸着サイクルにおいてターンダウン制御を行う
例は従来皆無である。
発明の目的 本発明の主要な目的は、定圧吸着及び真空脱着を含む圧
力変動吸着法による富酸素ガスの製造の系においてター
ンダウン制御を行い、この系の動力を効果的に削減する
方法を提供することにある。
発明の構成 本発明は即ち圧力変動吸着法におけるターンダウン制御
方法を提供するものであって、この方法は1 窒素を選択的に吸着する吸着剤の床を充填した3個の吸
着塔を用い、前記吸着塔に酸素及び窒素を含む混合ガス
を流通させて窒素を吸着除去し、富酸素ガスを製造する
に当シ、富酸素がスによシ一定圧力に加圧された第1の
吸着塔において原料端部から加圧混合ガスを導入し、同
時に製品端部から富酸素ガスを導出し、その間にこの富
酸素ガスの一部を第2の吸着塔の加圧のために前記第2
の吸着塔の製品端部に供給する工程、原料端部から排気
し、製品端部から第2の吸着塔からの富酸素ガスを導入
することによる塔内の・母−ジを行い又はとのノクージ
を行うこと々く、塔内圧力を大気圧よシ低い圧力まで減
圧する工程、及び製品端部から第3の吸着塔からの富酸
素ガスを導入して塔内圧力を一定圧力まで加圧する工程
、を順次に実施し、更にその間に前記工程サイクルを第
2及び第3の吸着塔のそれぞれにおいて位相を変えて実
施することからなる圧力変動吸着法において、前記富酸
素ガスを導出している1つの吸着塔からの富酸素ガスの
導出の間の少なくとも一期間、流出する富酸素ガスの量
、速度、濃度及び圧力を含む少なくとも1種の富酸素ガ
ス流れ特性を監視し、前記特性が所定の値に達するまで
前記工程サイクルを前進させることなく、前記1つの吸
着塔が所定の圧力を保持するようにこの吸着塔の原料端
部からの加圧混合ガスの導入及びその停止を実施し、そ
して他の1つの吸着塔が大気圧よシ低い所定の圧力まで
減圧されたときにこの吸着塔の原料端部からの排気を停
止させることを特徴とする。
発明の構成の具体的説明 本発明においては、吸着剤の床を充填した3個の吸着塔
が用いられ、吸着剤としては合成ゼオライト、例えば、
モレキエラーシーガス5A又は13X1や天然ゼオライ
ト、例えば、モルデナイト等が用いられる。この吸着剤
を充填した吸着塔に加圧された空気の如き酸素/窒素混
合ガスを供給し、吸着剤に窒素を吸着させ、酸素を濃縮
して富酸素ガスを得る。吸着剤床において窒素の吸着前
線が破過する前に加圧混合ガスの供給を停止し、窒素で
飽和された吸着剤床の塔は混合ガスの供給方向と向流の
方向に真空圧に吸引され、窒素の脱着と吸着剤床の再生
を行う。また、この再生に際して製品富酸素ガスの一部
で向流方向に・クー2してもよい。
このような圧力変動吸着サイクルによれば、一定時間で
の切換によって連続的に富酸素ガスが得られる。しかし
ながら、一定速度で製品の富酸素ガスを取り出す場合は
問題は無いのであるが、製品富酸素ガスの使用要求量等
が変化する場合も多く、このような場合においても混合
ガス加圧用圧縮機及び排気用真空デンジによ少消費され
る動力は削減されず、全く同じ動力が消費される。しか
して、本発明は、流出する富酸素ガスの流れ特性を監視
し、この特性が予め設定された所定の値に達するまでス
テ、fを停止させ、その間圧縮機及び真空ポンプをアン
ロード状態にして動力を削減することを可能にしたもの
である。ここKいり流れ特性としては、例えば、流出す
る富酸素ガスの量、速度、濃度、圧力等がある。
以下、添附図面を参照しながら、本発明の具体的な実施
態様について説明する。尚、以下においては、吸着剤床
の再生の際にノf−ジを行い、流れ特性として富酸素ガ
スの流出量を計量して監視する場合を例にとって説明す
る。
第1図は本発明方法を説明するための具体的装置の系統
図であシ、第2図は本発明方法の工程操作順序を示す模
式図である。
製品富酸素がスラインに流量計25を備え、その信号は
設定器付のカウンター27に送られる01つの吸着基当
シの富酸素ガスの設定流量を100チとすると、例えば
50q!の富酸素がス流量の時には設定値に達するまで
、2倍の時間を要する。
一方、製品ガス流量が100*の時には第2図のステッ
プlに示すように、A塔での定圧吸着、B塔での製品ガ
スによる加圧及びC塔での真空脱着は、例えば、6O竹
間で行われて、ステラ7°3に進む。しかし、製品ガス
流量が、例えば、50チの時には、ステラ7°2に入シ
、60〜120秒間即ち流出する製品ガスの流量が設定
値に対してカウントアウトされるまではステ、763に
進まない。
ステ、f2に入ると弁4CIri閉じられ、弁7が開か
れることにより、真空ポンf19の吸込圧力は大気圧に
近くなシ、下記の(1)式、(式中、PIは理論馬力(
kW)、ΔPは吐出圧力と吸込圧力との差圧(Ky/c
m’ )、Q、は理論吸込風量(m!l/m1n)であ
る) に示すように、ΔPが小さくなる結果、動力が大幅に低
下するアンロード状態となる。
一方、加圧側の圧縮機20の方は、アンロード設定によ
ph塔の圧力を所定圧に保持するために、圧力スイッチ
を介して0N−OFFが繰シ返される。
尚、第1図において、LANIC,2A〜2C。
3A〜3 Ca 5 s 6 A〜6C,7,9,17
は弁であシ、18はアフタークーラー、19は真空ポン
プ、20は圧縮機、21はミストセパレータ、22は製
品である富酸素ガスの流出量、23は分離除去された窒
素を主体とするがスの流出量、24は吸込サイレンサー
、25はオリフィス流量計、26はトランスミツター、
27はカウンター、そして28は制御盤である。この制
御盤28からは各弁に開閉信号が送られる。
第3図は各吸着塔における圧力変動・譬ターンの一例を
示すグラフである◎ 第4図は、第3図に示すt4ターンの圧力変動を与えた
ときの圧縮機及び真空ポンダの動力の変化を示すグラフ
である。本発明においては、このように、製品富酸素ガ
スの流出量の変化に応じて動力が変化追随されて、省エ
ネルギーを図る制御を行うことができる。
上記のようにしてターンダウン制御を行うと、第5図に
示すように、ターンダウンの間における待機時間が延長
される程、製品富酸素ガスの濃度の低下が大きくなる。
とれは、待機時間が長くなると、ステラf2のA塔にお
ける窒素の吸着前線の移動速度が余シに遅くなり、逆に
窒素の拡散が生じて、シャープな吸着前線が得られなく
なるからである。そのため、製品ガスの酸素濃度の低下
をできるだけ防ぐためには、サイクルタイムの理想時間
(例えば、1つの吸着基当ルのサイクルタイムを60秒
とすると、理想時間唸(設定流量/製品ガス流量)×6
0秒となる)を、待機時間が延長されるにつれて所定の
増加関数に従ってよシ大きく短縮することが必要である
第6図は、設定流量に対する製品がス流量の割合と各吸
着基当りのサイクルタイムの関係を示すグラフである。
Xは理想サイクルタイムであシ、Yは製品富酸素ガスの
濃度の低下を押えるために必要な実際のサイクルタイム
を示す。従って、実際の操作においては、Yの関係が得
られるようにデロダラミングすることによって、ステ、
デの進行ヲコントロールすることが必要と表る。
尚、加圧側の圧縮機は、各吸着塔に連なる圧力スイッチ
の作動による0N−OFFによシ、定圧吸着を乱すこと
になるが、系の性能に対しては何らの支障も来たさない
。しかし、ステップ2の間、用いる圧縮機のタイツによ
っては(例えば、レシプロ型又はスクリュー型の場合)
、ON −OFF制御によらず、回転数制御を行って加
圧混合がスの供給を調節することもでき、この場合には
吸着塔の圧力を定圧に保持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を説明するための系統図、第2図は
本発明方法の工程操作順序を示す模式図、第3図は各吸
着塔における圧力変動パターンの一例を示すグラフ、第
4図は第3図に示す/4ターンの圧力変動を与えたとき
の圧縮機及び真空デンジの動力の変化を示すグラフ、第
5図は各吸着塔における製品ガスの酸素濃度の経時変化
を示す模式図、第6図は設定流量に対する製品がス流量
の割合と各吸着基当シのサイクルタイムの関係を示すグ
ラフである。 図において、A、B、Cは吸着塔、IANIC。 2A〜2C,3A〜3C,5,6A〜6C,7゜9.1
7は弁、18はアフタークーラー、19は真空ポンダ、
20は圧縮機、21はミストモ/4’レータ、22は富
酸素ガス流出流、23は窒素を主体とするガスの流出流
、24は吸込サイレンサー、25はオリフィス流量計、
26はトランスミツター、27はカウンター、28は制
御盤である。 第2図 ステップ1 ?→−す(二] ステップ2 %18”−[=] ステノゾ3 9−一六札二]

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、窒素を選択的に吸着す6吸着剤の床を充填した3個
    の吸着塔を用い、前記吸着塔に酸素及び窒素を含む混合
    がスを流通させて窒素を吸着除去し、富酸素がスを製造
    するに当り、富酸素ガスによシ一定圧力に加圧された第
    1の吸着塔において原料端部から加圧混合ガスを導入し
    、同時に製品端部から富酸素ガスを導出し、その間にヒ
    の富酸素ガスの一部を第2の吸着塔の加圧のために前記
    第2の吸着塔の製品端部に供給する工程、原料端部から
    排気し、製品端部から第2の吸着塔からの富酸素がスを
    導入することによる塔内の/4’−ジを行い又はとのt
    4−ジを行うことなく、塔内圧力を大気圧よシ低い圧力
    まで減圧する工程、及び製品端部から第3の吸着塔から
    の富酸素ガスを導入しイ菖内田力*−e庄カネで加圧+
    ふT穐、を順次に実施し、更にその間に前記工程サイク
    ルを第2及び第3の吸着塔のそれぞれにおいて位相を変
    えて実施することからなる圧力変動吸着法において、前
    記富酸素ガスを導出している1つの吸着塔からの富酸素
    ガスの導出の間の少なくとも一期間、流出する富酸素ガ
    スの量、速度、濃度及び圧力を含む少なくとも1mの富
    酸素がス流れ特性を監視し、前記特性が所定の値に達す
    るまで前記工程サイクルを前進させるヒとなく、前記1
    つの吸着塔が所定の圧力を保持するようにこの吸着塔の
    原料端部からの加圧混合ガスの導入及びその停止を実施
    し、そして他の1つの吸着塔が大気圧よシ低い所定の圧
    力まで減圧されたときにこの吸着塔の原料端部からの排
    気番停止させることを特徴とする圧力変動吸着法におけ
    るターンダウン制御方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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