JPS62216621A - ガス精製方法 - 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、ガスを吸着剤に接触させることによってガス
中の不純物を吸着・脱着するガス精製方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のガス精製方法は、処理するガスの市、不純物の濃
度、許容圧力損失などを考慮して内部に充填する吸着剤
の形状および粒径を決めていた。

この吸着剤は、従来、粒状または粉状のものを単独で使
用しているが、吸着塔が大型のものでは。

粉状のものを使用すると圧力損失が大きくなり、好まし
くないので１粒状のものを使用している。

ま念、粒状のものでも、一般にその粒径が小ζいものを
使えば、大きいものに比べて単位体積当りの吸着表面積
が大きくなるｔめ吸着剤１“會少なくすることかできる
が、再生時に圧力損失が大きくなり、吸着剤の再生効率
か低下してしまう。逆に大きい粒径の吸着剤を使えば、
圧力損失は低減できるが、必要な吸着表面積を苗を保す
るために吸着削散全増やづねはならす吸着塔を大きくし
なければならない。ざらに、単一粒径の場合、吸着剤粒
子間のすきまがゲットスペースとなる。この空間は小は
い方か良い。特に、吸着・脱着を数分間で切替える圧力
スイング吸着の場合は、プツトスペースが大きくなると
、排気ガスのロスが増加し、製品収率に悪影４＃全及ぼ
す。

このように、従来のガス精製では、吸着塔の圧力損失の
低減化、排気ガスのロス低減及び吸着塔の小型化を同時
に満足きせることかできず、目的に応じていずれかを犠
牲にしなければならないという欠点があつ７ｔＱなお、
この種の方法として。

関連するものには例えば特公昭５７−５４４４３号公報
があけられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術の問題点と空気中からＮ２を吸着除去して０２
を端線する場合２例にとってさらに詳しく説明する。こ
の場合、吸着剤として粒径大と粒径小（いずれも球状）
を使用する。粒径小を使用すると粒径大に比べて吸着剤
の量を減らすことができるが、再生時に圧力損失が大き
くなり、再生効率が低下するという欠点か生じる。一方
、粒径大を使用すると、圧力損失は低減できるが、粒径
小に比べて吸着剤の皺か多く必要となり、吸着塔を大き
くしなければならないという欠点が生じる。

吸着塔は、吸着帯の長さに対して処理ガス流速をプロッ
トしｔ第５図から明らかなように、吸着帯の部分が粒径
小のものに比べて長くなる。

しかし、ガス流速に対して単位長さ当りの圧力損失をプ
ロットしｔ第６図かられかるように、再生時の圧力損失
は１粒径小に比べてがなり低減することができる。以上
かられかるように、粒径小の吸着剤を充填しｔ吸着塔は
粒径大のものに比べて吸着ｆはかなり短かくて済むか、
再生時の圧力損失が大きくなジ、圧力損失を制限すると
逆にガスの処理量が少なくなってしまり。

さらに、単一粒径の場合、吸着剤粒子間のすきまがデッ
ドスペースとなるｔめ、この空間は小ざい方が良い。特
に、吸着・脱着を数分間で切替える圧力スイング吸着で
は、プツトスペースが大キくなると、排気ガスのロスが
増大し、製品収率に悪影響ケ及ぼす。

本発明の目的は、吸着塔の圧力損失の低減化、排ガスの
ロス低減及び吸着塔の小型比を同時に実現できるガス精
製方法を提供することにある。

Ｃ問題点を解決するｔめの手段］ 本発明のガス精製方法は、二種類以上の粒径からなり、
しかもそれらの粒子は最密元槙となる粒径をもつことに
よって粒子間空隙仝闇を最小とすることにより、その吸
着塔高さを短かくでき、しかもその圧力損失を谷吸着剤
を単独に充填し１時の圧力損失より小きくすることがで
きる。その結果、圧力損失の低減比、排気ガスのロス低
減、及び、吸着塔の小型「ヒを同時に達成することがで
きる。

なお、吸着剤の充填は吸着塔全体に複数粒径粒子を均一
に分散はせるのが好ましい。粒径の大きいものと粒径の
小さいものを多層に充填しても良いが、全体に均一に分
＃！ｉζせｔ方がデッドスペースが少なくなる。

〔作用〕

異なる粒径の粒子が混合された状態では、大径の粒子間
の空隙空間に小径の粒子が充填され１粒子の粒径幅（最
大粒径から最小粒径の幅）が大きい程、最密充填時にお
ける空隙空間は小さくなジ、より密に充填することがで
きる。

最密充填時の粒子間空隙空間金小ざくするような連結粒
径分布に関しては、下記のアンドレアセンの式（Ａ、　
Ｈ，Ｍ、　Ａｕｄｒｅａｓｅｎ、　ＫｏｊＪｏｉｄ　−
７，。

５０．２１７＋：１９３０））を用いた。

ここで、Ｄは粒径（μｍＬＪ？’は粒径りよりも細かい
粒子の累積重合割合（重量％）、ＤＬは粒子の最大粒径
、ｎは０．２〜０．７の値を持つ定数である。このよう
な分布曲線を持つ粒子により最密充填を行ない粒子間空
隙空間を最小にできる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面にしｔがって、詳細に説明する。本
実施例におけるガス吸着塔は、アンドレアセノの式に基
づく粒径をもち、それらの粒子は最密充填されている構
造である。

次に、吸着操作サイクルについて説明する。

吸着操作サイクルは、第１図に示すように、三基一連の
吸着塔を例とし、第１六に示す六操作から成る。各吸着
塔２１ａ〜２１Ｃは、均圧、加圧。

吸着、脱着およびパージの五段階の吸着操作からなり、
各操作は次に示す動作を行なう。

第１衣 均圧段階：パージにより吸着剤が再生さねた常圧下の吸
着塔内に、吸着段階にある他塔で濃縮づれｔ一部の酸素
が導入され、吸着塔内の圧力が平均化される。これによ
って、次の加圧、吸着段階に入るガス組成は、もとの排
ガス組成物よりも酸素に富むことになり、収率の向上を
図ることができる。

加圧段階：原料空気が均圧化ζｉ１．：’ｚ塔内に所望
の吸着操作圧力に達するまで圧入される。

脱着段階：塔内圧力か大気圧まで降下され、前段階で吸
着された窒素が放出される。

パージ段階二人気圧下にある塔内へ塔頂から。

吸着段階にある他塔の濃縮酸素の一部が導入され吸着剤
を洗浄し再生させｔのら、塔底からパージされる。

次に、第１図に示される吸着塔の運転操作の手順を、第
１図に従って具体的に述べる。

第一操作では、吸着塔２１ａ、２１Ｆ）及び２１Ｃはそ
れぞれ吸着（２１ａ）、均圧（２１ｂｌ。

そして脱着（２１ｃ）の段階に入る。その後、電磁弁２
２，２８．２９及び３０は開き、１！磁弁１８．３１，
１９，３２，２３，２０，２４゜３３．３４及び３５は
閉じる。この弁操作によって、吸着塔２１ａ内にある空
気から窒素が吸着剤に吸Ｓばれ、精製ガスは電磁弁２２
．配置ｔ２５を通り製品ガスタンク２６に入る。

一方、吸着塔２１ｂは均圧段階にあり、吸着塔２１ａか
ら電磁弁２８．配管３６．電磁弁２９を経て吸着塔２１
ｂ円に導入される。一方の濃縮酸素によって、吸着塔２
１ｂ同は大気圧状態から昇圧されて第二操作に入る。一
方、脱着段階にある吸着塔２ＩＣでは、前段階で吸着さ
れ７？、窒素が電磁弁３０及びガス排出管３７を介して
排出さｆｌ、、それに伴い塔内圧は降下する。

第二操作では、吸着塔２１ａは引続き吸着段階にあり、
吸着塔２１ｂ、２１ｃはそれぞれ加圧、パージ段階に入
る。その際、電磁弁２２．２８゜１９．３０及び３３は
開き、一方、電磁弁１８゜３１．３２，２３，２９．２
０及び２４は閉じる。

この弁操作によって、前操作で均圧化はれた吸着塔２１
ｂＫは、原料空気が圧縮機１５．冷却器１６、ガス送入
管及び電磁弁１９を経て供給され加圧される。さらに、
パージ段階に入った吸着塔２１０には、吸着塔２１ａか
ら電磁弁２８．配管３６及び電磁弁３３′ｆｔ通って濃
縮酸素が導入され吸着剤の再生か行なわれる。

再生処理後のパージガスは、電磁弁３０．配管３７を経
て系外に排気される。

第三操作では、吸着塔２１ａ、２１ｂ及び２１Ｃは脱着
、吸着およびＰＪ圧段階に入る。その際。

電磁弁３１，２３．２９及び３３は開き、電磁弁１８．
２２，２８，１９，３２．２０及び３０は閉じる。この
弁操作によって、吸着塔２ｉａは前段１看で吸着された
足木が１！磁弁３１及びガス排出′ｕ３７を介して排出
され、これに伴い塔内圧は降下する。吸着塔２１ｂでは
吸着段階に入り、空気から窒素が吸着剤に吸着されて、
精製ガスは′４！磁弁２３を介して配管２５を経て製品
ガスタンク２６に入る。−万、吸Ｍ塔２ＩＣは均圧段階
にあり、吸着塔２１ｂから電磁弁２９．配管３６及び電
磁弁３３を経て塔２１Ｃ内に導入される。

第四操作では、吸着塔２１ａ、２１ｂ、２１ｃはそれぞ
れパージ、吸着、加圧段階として操作される。その際に
は、１！磁弁のうち、３１．２８゜２３．２９及び２０
が開き、１８，２２，１９゜３２．３０及び２４が閉じ
る。第五操作では、吸着塔２１ａと２１ｂにそねそれ均
圧、脱着段階として、吸着塔２１ｃは吸着段階として操
作される。

その際、電磁弁２８，３２．２４及び３３は開き、１８
．３１，２２，１９，２３，２９．２０及び３０は閉じ
る。

まｔ、第六操作でに、吸着塔２１ａ、２１ｂ及び２ＩＣ
はそれぞれ〃口出、パージ及び吸着段階として操作され
る。この時、電磁弁のうち、１８゜３２．２９．２４及
び３３が開き、同３１，２２゜２８．１９，２３．２０
及び３０が閉じる。

前述の説明において、均圧段階及びバージ段階にある吸
着塔に導入される濃縮酸素は、吸着段階ＶＣある吸着塔
から供給ざｎたか、また、製品ガスタンクから電磁弁３
５を通じて供給することもできる。

以上の実施例では、吸着塔を三基一連した場合を例とし
て説明したが、本発明に、吸着塔の数はなんら限定これ
るのではなく、第１図は実施形態の一例ケ示しているに
すき゛ない。

第１図に示す圧力スイング吸着装置會、第１表の縁布手
順によって運転しｔ、操作条件は、吸着塔容積２ｔが四
基、吸着圧力０．５〜３　ｋｇ　７ｃｍ”　・Ｑ　。

サイクル時間’１２４０ｓとし念。吸着剤の充填は、単
−粒径及び複合粒径の剤を用いて実施した。

その結果、第３図に示しｔように、単−粒径充填時には
製品酸素濃度６０憾で酸素状４６０係であったが、複合
粒径充填時には製品酸素濃度６０憾で酸素収率６５憾と
なり、排気ガスのロスが低減できた。

さらに本発明はｗｃ２図に示すように、配管３７に真空
ポンプ４０を配設し、Ｊ−ＦｒＦＦ３を減圧することに
より吸着された窒素を脱着させることかできる。

以下、本発明を歯面にしたがって詳細に説明する。本実
施例におけるガス吸着塔は、アンドンアセンの式に基づ
く粒径をもち、それらの粒子は最密充填されている構漬
である。

次に、吸着操作サイクルについて説明する。

吸着操作サイクルは第２図に示すように三基一連の吸着
塔を例とし、第２表に示す六縁布から成る。

各吸着塔２１３〜２ＩＣは、均圧、加圧、吸着、脱着及
び真空再生の五段階の吸着操作からなり。

各操作は次に示す動作を行なう。

第２表 均圧段階：真空再生により吸着剤が再生され定常圧下の
吸着塔内に、吸着段階にある他塔で濃縮された一部の酸
素が導入され、吸着塔内の圧力が平均比ざね、る。これ
によって、次の加圧、吸Ｍ段階に入るガス組成は、もと
の排ガス組成物よりも酸素に富むことになり、収率の向
上を図ることができる。

加圧段階：原料空気が均圧化きれｔ塔内に所望の吸着操
作圧力に達するまで圧入される。

脱着段階：塔内圧力が大気圧まで降下されるとともに、
前段階で吸着された窒素が放出される。

真仝再生段階：真仝ポンプにより大気圧以下まで降下さ
ハ、前段階で吸着された窒素が放出はね。

吸着剤の再生が行なわれる。

次に、＠２図に示される吸着塔の１４転操作の手順を、
第２衣に従って具体的に述べる。

第一操作では、吸着塔２１ａ、２１ｂ及び２１Ｃはそれ
ぞれ吸Ｎ　（２１ａ　ｌ　、均圧（２１ｂ）。

そして脱着（２１ｃ）の段階に入る。その後、電磁弁２
２，２８．２９及び３０は開放し、゛電磁弁１８．３１
，１９，３２，２３，２０，２４，３３゜３４及び３５
は關じる。この弁操作によって、吸着塔２１ａ内にある
空気から窒素が吸着剤に吸着され、精製ガスは電磁弁２
２．配管２５を通り製品ガスタンク２６に入る。

一方、吸着塔２１ｂは均圧段階にあり、吸着塔２１ａか
ら電磁弁２８．配管３６．′ｇ１磁弁２９をけて吸着塔
２１ｂ円に導入される。一方の濃縮酸素によって、吸着
塔２１ｂ内は大気圧状態から昇ＥＥされて第二操作に入
る。一方、脱着段階にある吸着塔２１ｃでは、前段階で
吸着され之窒素が電磁弁３０及びカス排出管３７に介し
て排出−ｇｆｌ、それに伴い塔内圧は降下する。

第五操作では、吸着塔２１ａは引続き吸着段階にあり、
吸着塔２１ｂ、２１ＣＶゴそれぞれ加圧、真空再生！ｌ
ｉ階に入る。その際、電磁弁１８，３１゜３２．２３，
２９．２０及び２４は閉じる。この弁操作によって、前
操作で均圧化された吸着塔２１ｂには、原料空気が圧縮
機１５．冷却器１６゜ガス送入管及び電磁弁１９を経て
供給され加圧される。ざらに、真空再生段階に入つｔ吸
着塔２１Ｃは、弁２０，２４．３３は閉じ、弁３０が開
き、真空ポンプによって吸着塔２１ｃ内の窒素が系外に
排気され吸着剤の再生が行われる。

第三操作では、吸着塔２１ａ、２１ｂ及び２１ｃｊｄ脱
着、吸着及び均圧段階に入る。その際、１Ｍ。

磁弁３１．２３．２９及び３３は開き、電磁弁１８゜２
２．２８，１９，３２．２０及び３０は閉じる。

この弁操作によって、吸着塔２１ａは前段階で吸着きれ
た窒素が電磁弁３１及びガス排出管３７を介して排出さ
れ、これに伴い塔内圧は降下する。

吸着塔２１ｂでは吸着段階に入り、空気から９素が吸着
剤に吸着ばれて、精製ガスは電磁弁２９゜配管３６及び
電磁弁３３を経て塔２１ｃ内に導入される。

同様にして、第四操作では、吸着塔２１ａ。

２１ｂ、２１ｃはそれぞれ真仝再生、吸漸、加圧段階と
して操作される。その際ｖｃｒｉ、″電磁弁のうち、３
１，２３．２９及び２０が開き、１８，２２゜１９．３
２．３０及び２４．２８が閉じる。第五操作では、吸着
塔２１ａと２１ｃはそれぞれ均圧、脱着段階として、吸
着塔２１ｃは吸着段階として操作される。その際に電磁
弁２８，３２．２４及び３３は開き、１８，３１，２２
，１９，２３゜２９．２０及び３０は閉じる。

ま之、第六縁布では、吸着塔２１ａ、２１ｂ及び２１Ｃ
はそれぞれ加圧、真空再生及び吸着段階として操作され
る。この時、電磁弁のうち、１８゜３２．２４及び３３
か開き、同３１，２２，２８゜１９．２３，２０，２９
及び３０か閉じる。

前述の説明で、均圧段階にある吸着塔に導入される濃縮
酸素に、吸着段１者にある吸着塔から供給されたが、ま
た、製品ガスタンクから電磁弁３５を通じて供給するこ
ともできる。

以上の実施例では、吸着塔を三基一連とじｔ場合を例と
して説明し念が１本発明では、吸着塔の数はなんら限定
されるのではなく、　ｗＪ１図は実施形妙の一例金示し
ているＶＣすき゛ない。

第５図に示す圧力スイング吸着装置ケ、第２表の操作手
順によって運転しｔ０操Ｉ’１１：条件に、吸着塔容積
２ｔが４基、吸着圧力０．５〜３　ｋｇ　／ｃｍ２・Ｇ
　。

再生圧力２５０咽Ｆ１ｇサイクル時間を２４Ｏ８とじｔ
０吸着剤の充填は、単−粒径及び複合粒径の剤を用いて
実施し之。

その結果、＠６図に示したように、単−粒径充填時には
製品酸素濃度６０憾で酸素収率６５％であったが、複合
粒径充填時には製品酸素濃度６０幅で酸素収率７０％と
なり、排気ガスのロスが低減できた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、吸着剤粒子間のプツトスペースが減少
することにより、排気ガスのロスが少なくなり、製品酸
素収率が向上する。ζらに、吸着塔が小型化できて、経
済性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例のガス硝製に用い
る装置の系統図、第３南及び第４図は本発明における製
品酸素濃度と酸素収率び）関係を示す線図、第５及び＠
６図は本発明の特性図である。 １５・・・圧縮機。　　　　　　　　　　　　　　　　
　−代理人　弁理士　小川勝男　　　 基３区 来４−因 製品家系濃度（ｙ、） ￥６図 力”人〕晟速駄　　　ム１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原料ガスを吸着剤に接触させることにより、選択的
   にガスを吸着・脱着する吸着装置において、二種類以上
   の粒径をもつ吸着剤により最密充填することを特徴とす
   るガス精製方法。 ２、前記吸着剤が充填された複数個の吸着塔を用い、か
   つ、前記吸着塔に原料ガスを圧入する段階、酸素を除く
   他の成分を加圧下に吸着させることによつて酸素を濃縮
   して取出す段階、吸着塔を大気圧まで減圧することによ
   つて前記被吸着成分を脱着する段階、脱着後の吸着剤を
   前記濃縮された酸素の一部を用いて洗い再生する段階、
   および、吸着剤が再生された塔と吸着を終えた塔とを連
   通させることによつて両塔内圧力を均等化する段階から
   成る特許請求の範囲第１項記載のガス精製方法。 ３、脱着段階で、前記吸着塔内を大気圧以下にまで減圧
   することによつて被吸着成分を脱着し、吸着剤を再生し
   、前記パージ段階を省略したことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載のガス精製方法。