JPS63107805A - プレツシヤ−スイング吸着法による窒素製造方法 - 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】 「産業上の利用分野子 この発明はプレッシャースイング吸着法によって空気中
から窒素ガスを分離製造する方法に関するものである。

「従来の技術」 従来、分子篩活性炭などの酸素を吸着する吸着剤を用い
て空気より窒素ガスを製造する、いわゆるプレッシャー
スイング吸着法による窒素ガス製造方法か知られている
。このような窒素ガス製造方法の１つとして、例えば第
３図に示した特公昭５６−９４４２号公報記載の方法が
ある。この方法では、原料空気は管１より圧縮機２に送
られ、ここで４Ｋｇ／ｃｍ’程度に加圧されたのち、切
換弁３ａを経て、切換使用される２基の吸着塔　４ａ。

４ｂの一方の吸着塔４ａに送り込まれる。吸着塔４ａ、
４．ｂには分子篩活性炭などの酸素を優先的に吸着する
吸着剤が充填されており、加圧状態で導入された原料空
気中の酸素が吸着され、吸着塔４ａの出口からは窒素を
主成分とする製品窒素ガスが得られる。この製品窒素ガ
スは、管５、弁６ａ、流爪凋節弁７を経て供給先に送ら
れる。（吸着工程） そして、所定量の酸素を吸着して飽和寸前となった吸着
塔４ａは、弁３ａの切換によって、原料空気の供給が停
止され、再生工程を終えて減圧状態にある他方の吸着塔
４ｂと管８、弁９を通して連通される。この操作によっ
て、吸着塔４ａの上部に溜まっている窒素に富むガスが
吸着塔４ｂに流れ、２つの吸着塔４ａ、４ｂの内圧が等
しくなる。（均圧工程） ついで、原料空気は吸着塔４ｂに送られ、製品窒素ガス
が同様に製造される。また、吸着塔４ａは真空ポンプｌ
Ｏに接続されて吸引減圧され、吸着剤に吸着された酸素
が脱着され、吸着剤が再生される。（再生工程） 以下同様に、この一連操作を吸着塔４ａ、４ｂについて
交互に繰り返すことによって、製品窒素ガスが得られる
。以上の工程をまとめると第１表のようになる。

第　　１　　表 上記の各工程のうち、再生工程と製品吐出（吸着工程）
とは、それらの所要時間をほぼ同じ時間とし、この時間
は６０秒間ないし１２０秒間が望ましく、また、再生工
程における吸着塔内圧力は、１２０Ｔｏｒｒ未１シ４で
行なわれ、７０ないし２０　Ｔｏｒｒの真空度まで減圧
するのが望ましいとしている。

「発明が解決しようとする問題点」 上述のような窒素製造方法により製造される製品窒素ガ
スは、その製造コストのうち、圧縮機および真空ポンプ
を駆動させる電力などのエネルギーコストが占める割合
が大きかった。したがって、製造される製品窒素ガス量
に対するそれらのエネルギーコストを低下させることが
できれば製品窒素ガスの製造コストを低廉化させること
ができ、特に、再生工程は、吸着および均圧の各工程を
終了した状態の吸着塔の内圧を大気圧と等しくさせた状
態においてら、ある程度の酸素が脱着し、吸着剤の一部
を再生することが可能であり、この後、真空ポンプで吸
着塔内を所定の再生工程よりら短時間で減圧再生処理す
る構成としても、再生処理が充分可能であると考えられ
ることから、再生工程に使用される真空ポンプのエネル
ギーコストは、削減できる可能性がある。しかし、従来
の製造方法は、この再生工程のエネルギーコスト削減に
ついて特に考慮されていなかったので、製品窒素ガスの
低廉化を成しえなかった。

この発明は、製品窒素ガスを製造ずろのに必要なエネル
ギーコストのうち、特に、再生工程に使用する真空ポン
プの駆動用エネルギーコストを削減させることにより、
製造コストの安い製品窒素ガスを１是供することを目的
としている。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、原料空気中の酸素を吸着する吸着剤が充填
された複数の吸着塔を切換弁により、吸着・均圧・再生
・均圧の各工程に順次切換えろことにより連続的に製品
窒素ガスを製造ずろ方法において、上記再生工程を、吸
着塔内の圧力を大気圧と等しくして再生処理を行なう大
気圧再生工程と、この後、吸着塔内を減圧状態にして再
生処理を行なう真空再生工程とから構成することを特徴
とする乙のである。

以下、この発明を図面を参照して詳しく説明４−る。第
１図はこの発明を実施するに好適な装置の一例を示すも
ので、第３図に示した装置と共通ずる部分には同一符号
を付して説明を簡略化する。

いま、第１の吸着塔４ａは、弁１１ａが開けられて、加
圧原料空気の供給が開始された状態にある。

吸着塔４ａ内に導入された原料空気は、酸素が吸着除去
されて製品窒素ガスとなり、弁６ａ、流１凋整弁７を経
て、供給先に送られる。（吸着工程）このとき、第２の
吸着塔４ｂは、弁１２ｂが開けられて、吸着塔４ｂ内の
ガスがザイレンザー１５を通って排出され、塔内の圧力
が大気圧と等しくなった状態で吸着剤の再生処理が行な
われる大気圧再生工程が開始された状態にある。また、
第３の吸着塔４ｃては吸着工程が実施されており、吸着
工程の所要時間の半分を経過した状態である。また、第
４の吸着塔４ｄは、大気圧再生工程を終了し、弁＋４ｂ
を閉じ、弁１４ｃを開けることにより、この塔内が真空
ポンプ１０によって減圧状態となり、この減圧状態で吸
着剤の再生処理が行なわれる真空再生工程が開始された
状態にある。この時点で、装置内の弁は、弁６ａ、　６
ｃ、　　１１ａ１Ｌ　２ｂＳＩ　３ａ、　　Ｉ　４ｃＳ
Ｉ　６ａ、　　ｌ　６ｂ％ｔ＆ｆｆｔ調整弁７．７が開
の状態にあり、その他の弁は閉の状態にある。

第１の吸着塔４ａが吸着工程の所要時間の　１／２が経
過した時点で、大気圧再生工程にある第２の吸着塔４ｂ
は、弁１２ｂを閉じ、弁１２ｃを開けることによって、
大気圧再生工程を終了し、真空再生工程が開始される。

即ち、再生工程時間の約半分は大気圧再生、残り半分が
真空再生に区分される。

また、これと同時に第３の吸着塔４Ｃおよび第４の吸着
塔４ｄでは弁１３ａ、　　１４ｃ、　　Ｉ　６ｂを閉じ
て、吸着工程および真空再生工程を終了し、弁６ｄ、１
７ｂを開けて、吸着塔４ｃ内のガスを吸着塔４ｄ内に流
入し、両方の吸着塔４ｃ、４〈１の内圧を等しくさける
均圧工程が開始される。この均圧工程が終了した第３の
吸着塔４ｃおよび第４の吸着塔４ｄは、弁６ｃ、１７ｂ
を閉じ、弁６ｄ、１３ｂＳ　１４ａを開けて、第３の吸
着塔４ｃでは大気圧再生工程が、第４の吸着塔４ｄでは
吸着工程がそれぞれ開始される。

第１の吸着塔４ａの吸着工程が、予めこの塔の酸素吸着
能力と供給される原料空気の５１との兼合いにより設定
した所要時間に達した時点で、弁１１ａ、　　１２ｃ、
　　Ｉ　６ａを閉じると共に、弁　Ｇ　ｂ、１７ａを開
（Ｊる。これによって、第１の吸着塔４ａで実施されて
いた吸着工程と、第２の吸着塔４ｂで実施されていた真
空再生工程が終了すると共に、第１の吸着塔４ａ内のガ
スが第２の吸着塔４ｂ内に流入し、これらの吸着塔４ａ
、４ｂ内の圧力が等しくなる。（均圧工程） この後、弁６ａ、１７ａを閉じると共に、弁１１ｂを開
け、第１の吸着塔４ａ’と第２の吸着塔４ｂとの間で行
なわれていた均圧工程を終了すると共に、第１の吸着塔
４ａ内のガスをサイレンザー１５から排出し、この塔内
の圧力を大気圧と等しくして、これによって吸着剤に吸
着されている酸素の一部を脱着させる大気圧再生工程が
開始される。（大気圧再生工程） これと同時に、弁１３ｂを閉じると共に、弁＋　２ａ、
　　ｌ　３ｃ、　　Ｌ　６ａか開けられる。これによっ
て、第２の吸着塔４ｂ内に原料空気が供給されて吸着工
程が開始されると共に、第３の吸着塔４Ｃでは大気圧再
生工程が終了し、真空再生工程が開始される。

この後、第１の吸着塔４ａの大気圧再生工程が、上記の
吸着工程の所要時間の半分に達した時点で弁１１ｂを閉
じると共に、弁ｌｉｅを開ける。これによって、第１の
吸着塔４ａ内は真空ポンプ１０で排気され減圧状態とな
り、この塔内の吸着剤が吸着した酸素を脱着して再生処
理される。（真空再生工程） これと同時に、弁１３ｃ、１４ａ、１６ｂを閉じろとＪ
（に、弁６ｃ、１７ｂが開けられる。これによって、第
３の吸着塔４ｃの真空再生工程と、第４の吸着塔４　（
１内の圧力を等しくする均圧工程が実施される。この均
圧工程が終了した後、弁６ｄ。

１７１）が閉じられると共に、弁＋３ａ、１４ｂ、１６
ｂが開けられ、第３の吸着塔４ｃで吸着工程が開始され
、また、第４の吸着塔４ｄで大気圧再生工程が開始され
る。

この後、第１の吸着塔４ａの真空再生工程が上記吸着工
程の所要時間の半分に達した時点で、弁１１ｅ、１２ａ
、１６ａを閉めると共に、弁　６ａ、１７ａを開ける、
これによって、第１の吸着塔−１ａの真空再生工程と、
第２の吸着塔４ｂの吸着工程とが終了し、第２の吸着塔
４ｂ内のガスが第１の吸着塔４ａ内に流入し、これらの
吸着塔ｉｔ　ａ、４ｂ内の１．Ｅ力が等しくなる。（均
圧工程）以下、同様にこの一連の操作を吸着塔４ａ、４
ｂ。

４ｃ、４ｄについて交互に繰り返すことにＪ−って、製
品窒素ガスが得られる。上記の工程をまとめると第２図
のようになる。

この発明では、製品窒素ガスの製造に必要なエネルギー
コストのうち、再生工程で使用される真空ポンプの駆動
エネルギーコストを従来の製造方法よりも減少させるこ
とができている。このことを第１図および第２図を参照
して説明す′る。従来の２塔式窒素製造装置（第３図に
示す構成の窒素製造装置）では、再生工程の所要時間を
吸着工程の所要時間とほぼ同一とし、この所要時間で吸
着塔内の真空度を６０Ｔｏｒｒ程度に排気できるような
真空ポンプｌＯを備え、これを２つの吸着塔４ａ１４ｂ
について交互に使用する構成になっているが、この真空
ポンプｌＯによる排気では、到達圧力が排気時間に反比
例し、例えば、吸着塔内を大気圧から１．００　Ｔｏｒ
ｒまでの間の減圧は比較的容易であるが、１００　Ｔｏ
ｒｒから６０Ｔｏｒｒまで減圧するのには長い時間を必
要とする。したがって、上記のような性能を持った真空
ポンプｌＯにより、再生工程の所要時間を半分として吸
着塔内の排気を行なっても、この塔内は、１００Ｔｏｒ
ｒ以下の真空度にすることが可能である。このようなこ
とから本発明による窒素製造方法では、再生工程を大気
圧再生工程と真空再生工程とに分け、真空ポンプによる
減圧再生工程の所要時間を減らずことにより、第１図お
よび第２図に示すように、窒素製造装置を真空ポンプ１
台に対して４つの吸着塔を設け、各々の吸着塔の減圧再
生工程を交互に行なうような構成にすることかできるの
で、吸着塔ｌ基当たりの再生工程使用エネルギーコスト
を従来の製造装置の再生工程使用エネルギーコストより
も削減できる。

なお、上記説明では、４塔切換方式について説明したが
、３塔切換方式にし、真空再生時間を全再生時間の２７
３としても従来方法より有効である。

また、２塔２群からなる吸着塔を採用しても真空ポンプ
１台で処理できることは言うまでもない。

次に、この発明の実施例を示す。

〔実施例！〕

第３図に示す従来の窒素製造方法に使用される製造装置
において、以下の操作条件によって第１表に示す従来の
製造方法と、第２図に示すこの発明の製造方法の１例と
を実施した。

吸着塔容積・・・６６Ｑ／塔 吸着剤・・・分子篩活性炭 吸着圧力・・・３　Ｋｇ／ｃｍ’Ｇ 工程半サイクルの所要時間・・・２分間この結果を第２
表に示す。

第　　２　　表 第２表に示すように、この発明の製造方法の１例では、
真空再生工程の所要時間を従来の製造方法の半分とした
が、製品吐出量、製品収率比、製品純度に関して、従来
の製造方法とほぼ同様の性能が得られることが確認され
た。

゛〔実施例２〕 第１図に示したこの発明の実施に好適な装置において、
上述の実施例１と同様の操作条件で運転した。また、こ
の装置と同一の窒素製造能力を持つ従来の窒素製造方法
による装置の運転を実施し、両方の製造方法による装置
の性能を比較した。

この結果を第３表に示す。

第　　３　　表 第３表に示すように、この発明に好適な装置において製
造された製品窒素ガスは、従来の製造方法で製造された
ものよりも、その製造に使用されるエネルギーコストを
減少させろことができた。

「発明の効果」 この発明の窒素製造方法は、吸着塔の再生工程を、大気
圧再生工程と真空再生工程とに分けて、真空ポンプなど
を駆動させて実施する再生工程の所要時間を短縮したの
で、製品窒素ガスの製造に使用されるエネルギーコスト
が削減され、製品窒素ガスの製造コストを低廉化させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施するに好適な装置の一例を示す
構成図、第２図は第１図の装置の工程図、第３図は従来
のプレッシャースイング吸着法による窒素製造方法に使
われていた装置の構成図である。 ２・・・圧縮機、４ａ１４ｂ、４ｃ、４ｄ”・吸着塔、
１０・・・真空ポンプ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料空気中の酸素を吸着する吸着剤が充填された
   複数の吸着塔を切換弁により、吸着・均圧・再生・均圧
   の各工程に順次切換えることにより連続的に製品窒素ガ
   スを製造する方法において、 上記再生工程を、吸着塔内の圧力を大気圧 と等しくして再生処理を行なう大気圧再生と、この後、
   吸着塔内を減圧状態にして再生処理を行なう真空再生工
   程とから構成すると共に、該真空再生工程を全再生工程
   時間の１／２〜２／３の時間とすることを特徴とするプ
   レッシャースイング吸着法による窒素製造方法。
2. （２）前記複数の吸着塔が３塔または４塔であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプレッシャース
   イング吸着法による窒素製造方法。