JPS61230716A - 圧力スイング吸着における蓄圧方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は圧力スイング吸着法において脱着工程から吸着
工程へ移行する間に吸着塔内部を予備的に上昇させてい
く蓄圧工程に関し、詳細には吸着塔へ流入される供給ガ
スの脈動を抑制することによって吸着塔内の急激な圧力
変動を回避する蓄圧方法に関するものである。

［従来の技術］ 圧力スイング吸着法とは、圧力変動式吸着分離法とも呼
ばれる比較的新しい吸着処理法であり、加圧下に行なわ
れる吸着処理と減圧下に行なわれる吸着処理を交互に繰
り返すことによって特定成分を吸着除去し、或は吸着後
説看回収するガス分離法またはガス精製法としてかなり
普及してきている。

例えば第２図は、圧力スイング吸着法によって空気から
酸素を回収する方法を例示する概略フロー図であり、ゼ
オライトの様な吸着剤の充填された３基の吸着塔を用い
た例を示している０図中１はフィルタ、２は送給ブロワ
−、Ａ、Ｂ、Ｃは吸着塔、Ａ、〜Ａ４．Ｂ、〜Ｂ４、Ｃ
，〜Ｃ４は何れも自動弁、３はレシーバタンク、４は流
量調整弁、５は圧縮機、６は真空ポンプ夫々示しており
、この装置による圧力スイング吸着操作は次の様にして
実施される。即ち第２図において吸着塔Ａでは吸着工程
、吸着塔Ｂでは蓄圧工程、吸着塔Ｃでは脱着工程が夫々
行なわれている状況を示しており、自動弁Ａ　１　、Ａ
　４　＊　Ｂ　３　＋　Ｃ２を開、他の自動弁は何れも
閉として操業を行なっている。

即ちフィルタｌを経て送給ブロワ−２から送り込まれる
原料空気は、自動弁Ａ１から吸着塔Ａへ入ってこの部分
で窒素等のガスが吸着除去され。

難吸着性の酸素は自動弁Ａ４からレシーバタンク３を経
て圧縮機５に吸引され、適当に加圧された後、冷却機７
で冷却し製品酸素として送り出される。一方吸着ｔｉｃ
では、開にされた自動弁Ｃ２を通して真空ポンプ６によ
り塔Ｃ内のガスを吸引し、塔内を真空状態とすることに
より、吸着剤に吸着されたガスの脱着（吸着剤の再生）
が行なわれる。また吸着塔Ｂでは、脱着再生工程から吸
着工程へ移行する際の準備段階ともいうべき昇圧工程が
実施されている。即ち脱着再生の後直ちに吸着工程に移
行すると、吸着工程の初期段階では塔内圧力が十分に上
がっていないので、その間だけは窒素ガス等が十分に吸
着除去されないままで吸着塔内を通過し、酸素ガスの純
度を低下させることがある。そこで脱着再生後吸着工程
へ移る前に、吸着塔内を吸着処理に適した圧力付近まで
高め製品ガスの純度低下を防止しようとするものである
０本例ではレシーバタンク３から流Ｊ［整弁４を通して
返送されてくる酸素ガスの一部を切換弁Ｂ３から吸着塔
Ｂへ送って昇圧する方法を採用している。

上記の状ＩＥで運転を続け、吸着塔Ａ内の吸着剤が破過
点に達する直前に夫々の自動弁について開・閉状態の入
れかえを行ない吸着塔Ａを脱着工程に移すと共に、吸着
塔Ｃ，Ｂを夫々昇圧工程及び吸着工程に移し、こうした
切換え操作を順次繰返すことにより、吸・脱着処理が連
続化される。

面図では吸着塔を３基並設し昇圧工程を独立した単一工
程と見做す例を示したが、吸着塔を２基とし、吸着工程
へ移行する前に当該吸着塔内で予備的に昇圧を行なう様
にすることもでき、或は吸着塔を４基以上並設し２基以
上の吸着塔で吸着又は脱着再生を併行して行なう様にす
ることもある。

［発明が解決しようとする問題点］ 圧力スイング吸着装置の各吸着塔Ａ、Ｂ、Ｃでは脱着工
程及び吸着工程が繰返されており、塔内を減圧状態から
加圧状態へ移行させるに際しては、予め塔内圧力を上昇
させておく過程として蓄圧工程を予備的に行なう必要が
ある。ところで蓄圧工程初期圧力と終期圧力はかなり大
きいものであり、例えば真空脱着を行なう場合には吸着
塔内圧力は１５０Ｔｏｒｒ前後まで減圧されて脱着が遂
行され、この状態から吸着工程へ移行しようとすれば常
圧近くまでの昇圧即ち約６１０Ｔｏｒｒに相当する昇圧
が行なわれる。

即ち蓄圧工程の初期では塔内の圧力が低く、一方塔内を
加圧する為のガス供給側圧力は高くその差は極めて大き
いので、供給ガスは塔内に勢い良く流入してくるが、蓄
圧工程終期では逆に圧力差が小さくなり、供給ガスの流
入量が少なくなるという現象が起こる。供給ガスの流入
にこの様な脈動が生じてしまうと、吸着塔内に急激な気
流変化が生じ、このことが原因となって吸着剤の平衡吸
着特性を劣化させてしまうという問題がある。

第３図は第２図に示した装置を使った場合における蓄圧
工程での圧力変化及び供給ガス流量変化を時間の経過に
沿って示したグラフである。ここではレシーバタンク３
及び流量調整弁４を使用することによって塔内へ導入さ
れる供給ガスの流量を一定化しようと試みられているが
、実際の供給ガス導入量は、前述の如く蓄圧工程初期で
多く蓄圧工程終期で減少するという傾向が解消されてい
ない。

蓄圧工程初期の急激なガス流入が吸着剤の吸着特性を損
う原因になっていることは先に述べたが、吸着剤の平衡
吸着特性の劣化は、最終的には回収製品ガスの純度のば
らつきや製品回収率の低下を招く原因となる。

そこで本発明者らは蓄圧工程において塔内へ流入する供
給ガス流量を一定にして塔内圧力の昇圧を一定値で漸増
させることを目的に、種々研究を積み重ね、本発明を完
成させるに至った。

［問題点を解決するための手段］ 吸着塔の蓄圧工程の実施方法において、蓄圧すべき吸着
塔への蓄圧用ガス供給ラインに制動ブロワ−付膨張ター
ビンを設けて吸着塔に対する蓄圧用ガス導入流量を安定
化する点に、本発明の要旨が存在する。

［作用］ 蓄圧工程における供給ガスの導入量を安定化するという
観点から、供給ガスを膨張タービンによって断熱膨張さ
せてから吸着塔に導入するという構成を採用する。但し
蓄圧工程初期に吸着塔内の負圧によって膨張タービンが
過回転しない様にする必要があるので、該膨張タービン
の回転制御を行なう目的で、該タービン負荷側に制動ブ
ロワ−を配設する。従って定速回転の保障された膨張タ
ービンによって吸着塔内へは定量的なガス供給が行なわ
れることとなり、塔内の圧力上昇を漸増的且つ安定的に
行なわせることが可能となった。

［実施例１ 空気を原料ガスとし圧力スイング吸着法を使って０２ガ
スを濃縮回収する方法を、第１図（概略説明図）に従っ
て説明する。吸着塔Ａでは吸着工程が行なわれており、
フィルタｌを通過した空気は送給ブロワ−２から自動弁
Ａｔを介して吸着塔Ａ内へ供給される。吸着剤に吸着さ
れ易い成分であるＮ２はＣ２より優先的に吸着剤に吸着
され。

難吸着性成分であるＣ２は、自動弁Ａ４を通過してレシ
ーバタンク３＝−回収される。

一方吸着塔Ｃでは先の吸着工程によってＮ２が吸着され
ているので、このＮ２は真空ポンプ６により吸引され、
脱着される。尚このとき自動弁Ｃ１、Ｃ３＋　Ｃ４は閉
鎖し、自動弁Ｃ２は開放する。即ち吸着塔Ａでは吸着工
程が行なわれ、吸着塔Ｃでは脱着工程が行なわれ、これ
らは同時進行的に行なわれる。他方蓄圧工程は吸着塔Ｂ
で行なわれており、自動弁Ｂｉ　＋　８２　＋　８４は
閉鎖され、レシーバタンク３に回収されたＣ２の一部を
膨張タービン８で断熱膨張させて開放させた自動弁Ｂ３
を通って吸着塔Ｂへ送り込む、そして膨張タービン８の
回転を制御する目的の、制動ブロワ−としては、原料供
給用の送給ブロワ−２を膨張タービン８に連結している
。この様な構成が採用されることにより、膨張タービン
８が吸着塔の負圧によって過回転することが抑制される
。またさらに該負圧による回転力が原料ガス供給ブロワ
−の回転を助力することになるので、空気ブロワ−２の
動力消費を減少することもできる。なお本実施例におい
ては吸着剤に対して難吸着性ガスを蓄圧工程用のガスと
して供給する例を示したが、原料ガスの一部を蓄圧工程
用のガスとして供給する場合にも本発明を適用すること
ができる。

第１図に示した装置を使って吸着塔の蓄圧工程を行なっ
た結果、第４図（グラフ）に示す様な圧力変化及び流量
変化を観察することができた。Ｘ点で自動弁Ｂ３を開放
した後７点で自動弁Ｂ３を閉じるまでの間、供給ｏ２の
流量は規定流量に沿って一定であり、蓄圧初期に多くの
０２が集中的に流入することはない、従って吸着塔内の
圧力上昇も緩やかなカーブを描いて漸増する様になった
。

第１図に示した実施例では、蓄圧膨張タービン８の制動
ブロワ−として原料供給用の送給ブロワ−２を利用した
例を示したが、第５図に示す様に１膨張タービン８の制
動ブロワ−として脱着用の一次真空ブロワー９を利用し
ても構わない。

また上記した例では空気を原料ガスとして０２を濃縮回
収する方法を示したが、その他Ｎ２＋Ｃｏ　、Ｎ２等の
各種ガスを圧力スイング法を使用して分離回収する場合
にも適用することができることは言う迄もない。

［発明の効果］ 圧力スイング吸着法におけ−る蓄圧工程の実施に当って
膨張ブロワ−を使うという本発明方法を採用すると、吸
着塔に流入する蓄圧用の供給ガスを一定流量で導入する
ことができ、吸着塔の圧力変化を漸次増大する緩かで安
定した変化にすることができる。したがって吸着塔内の
吸着剤を損うこともなく安定したガス分離を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いる代表的な実施例を示す概略
説明図、第２図は従来の方法に用いられる圧力スイング
装置の概略説明図、第３図は従来方法による蓄圧工程の
圧力変化及び流量変化を示すグラフ、第４図は本発明方
法による蓄圧工程の圧力変化及び流量変化を示すグラフ
、第５図は本発明方法に用いる他の実施例を示す概略説
明図である。 ｌ・・・フィルタ　　　　２・・・送給ブロワ−３・・
・レシーバタンク　４・・・流量調整弁５・・・酸素ガ
ス圧縮機　６・・・真空ポンプ７・・・冷却機 ８・・・制動ブロワ−付膨張タービン ９・・・１次真空ブロワ− ＾、Ｂ、Ｃ・・・吸着塔 Ａ、　〜Ａ４　、Ｂ、　〜Ｂ４．ｃ１〜Ｃ４・・・自動
弁Ｘ・・・流量調整弁開放点 Ｙ・・・流量調整弁閉鎖点 Ｚ・・・膨張タービン起動 Ｗ・・・膨張タービン停止

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧力スイング吸着における蓄圧工程の実施方法において
   、蓄圧すべき吸着塔への蓄圧用ガス供給ラインに制動ブ
   ロワー付膨張タービンを設けて該吸着塔に対する蓄圧用
   ガス導入流量を安定化することを特徴とする圧力スイン
   グ吸着における蓄圧方法。