JPS63143921A - 圧力変動利用混合ガス分離装置 - Google Patents

圧力変動利用混合ガス分離装置

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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】 [産業上の利用分野] 本発明は例えば燃料発電プラントに使用され、ゼオライ
ト笠のような圧力により吸着能力差のある吸着材を利用
した圧力変動利用混合ガス分離装置に関する。
[従来の技術] 現在広く知られている圧力変肋利用混合ガス分離装置(
以下P S Aと称する)の代表例は、特公昭/I 5
−20082号公報、特開昭47−14070号公報及
び特開昭/18−16874号公報とに示されている。
何れの従来例に於ても、分離しようとする原料混合ガス
をまず何笠かの手段。
普通にはガスコンプレッサーなどで一定圧力まで背圧さ
れ、しかる後吸着材の内臓された吸着塔にバルブを介し
て導かれ、例えば次のようなサイクルを繰り返す事によ
りガスも分離している。
即ら、 (1)供給ガスを供給端より製品ガスの一部を(ル出端
より導入し、圧力均笠化を行う (a 供給ガスの導入を続C〕、より高い圧力に再加圧
する。
(3)他塔に製品ガスの一部を供給し、圧力均笠化を行
う。
(4)  並流減圧により製品ガスの一部を他塔のパー
ジを使う。
(5)  自流減圧にて吸着成分の脱着を(1つ。
(6)吐出端部よりパージを受ける。
であり、3塔式の運用例を表1に示している。
表  1 第4図は従来例の一例として空気を酸素と窒素にて分離
する目的に使用される吸着法による空気分離装置を示し
ている。これによると、エアフィルタ26を通って除じ
んされた空気が空気圧縮僚27て・約5 Kl / c
rt ’J I; 背圧され水冷W器28で圧縮熱が除
去される。ついで水分分離器29で水分が除去され、吸
着塔19a〜1゜9dへ送出される。
吸着塔19a〜19dの内部にはフィルタどしての機能
を有するゼオライト等よりなる吸着剤20a〜20dが
内臓されている。そこでバルブ248〜24dを通って
供給された空気のうち製品ガス成分のみが吸着剤20a
〜20dを通過し、バルブ240〜24hを通って製品
ガスホルダー21に送り込まれる。
ところで、吸着剤20a〜20dは、吸着能力に対しか
なり大量の空気が送り込まれるので、吸着能力回復のた
め圧力を下げて脱着し、廃空気をバルブ24i〜24ρ
を通して系外へ放出する必要がある。そこで、連続的に
製品ガスを供給するにはこの高圧下の吸着と低圧下の脱
着とを周期的に行なう必要から吸着塔19a〜19dは
最低2引必要であり、ここでは4組設置した例を示して
いる。なお、図中24m〜24qは均圧バルブである。
そして吸着および脱着の行程をスムーズに行なわせるた
めに、バルブ24a〜24qを制御装置22により制御
するようにしている。
[発明が解決しようとする問題点1 第1図の空気分離装置をより経済的ならしめるためには
、コンパクト化による設備費の削減及び高性能化による
運転経費の削減が必要である。
曲名の目的のためにはサイクルタイムの短縮又、後右の
目的のためには吸着工程での昇圧動力及びあるい(よ再
生工程での減圧動力の低減が効果的である。
しかしながら従来技術では吸着剤20a〜20dが必要
とづる圧力変動サイクルはまず空気圧縮重などで一定圧
力に昇圧され、しかるのち吸着塔19a〜19dの出入
口にある複数個のバルブ24a〜24ffiの開閉操作
により達成されており吸着時初期に(よ圧力エネルギー
は何笠仕事をUず又、吸着完了後の易吸着ガスの圧縮エ
ネルギーはバルブを介してj影玉ケるが、仕事はしない
のでエネルギー的には4大であり、所要動力の増大をI
nき、そのサイクルタイムは1〜5分が通例であった。
これを長い側に延長することは何笠問題はないが、短縮
する側にはバルブの4a〜4J2の耐久性及び聞閉速隘
の点でせいぜい0.1秒位までがやっとであり、それ以
下に短F6する事は経流性を著しく損うものであり、実
現はほとんど不可能であった。
そこで、本発明tよ所要動力を大幅に低減ニーき、従来
装置よりは経流的に優れた圧力変動利用混合ガス分離装
置を提供することを目的とする。
[問題点を解決するためのf段] 本発明は上記目的を達成するために、シリンダ内を店動
するビス!・ンにより上記シリンダ内のガス圧力を変動
し得る装置に於て、上記ピストンど上記シリンダヘッド
との間に圧力により吸着能力に差のある吸着材を配置す
る事を特徴とするしのである。
[作用] 上記のように構成することにより、従来不要であった吸
着工程初期の原料ガスの昇圧エネルギー及び従来損失と
なっていた吸着完了後の易吸着ガスの減圧動力を機械的
に回収することができ、これにより所要動力の大幅低減
が可能となり、設備費低減が達成できる。
[実施例〕 第1図及び第2図は、本発明に係る圧力変動利用混合ガ
ス分離装置の一実施例を示づ゛概念図である。第1図で
tよ、吸着剤1はシリンダ2の上端部すなわちシリンダ
2のヘッドとピストン3との間に設けられ、圧力の変動
はピストン3のtl復動作によって腎るようにしている
。ガス吸排口4゜5.6.7.8はシリンダ2に設Cノ
られ、これらは次の役目を担っている。即ち、4Gよ難
吸着ガスの排出口、5蕎よ原料ガスの吸込口、6は易吸
着ガスの排出口、7は易吸着ガスの吸込口、8は易吸着
ガスの排出口である。このように構成して、従来設Gプ
でいた空気圧縮は27および吸着塔19a−19dの出
入口の圧力制御用のバルブ24a〜242を除去したも
のである。
第2図では第1図に示す圧力変動利用混合ガス分離装置
を4塔並列配置し、それぞれの作動時間を1/4サイク
ルずつずらした状態を示しである。
第2図においては、11はピストン型吸着塔、12は雷
vJ機などのピストン駆動用原動機、13はクランクシ
ャフト、14は難吸着ガス排出ラインに設けられた弁、
15は原料ガス導入ラインに設けられた弁、16は易吸
着ガス初出ラインに設けられた弁、17は易吸着ガス移
退ラインに設けられた弁であり、各機器には1/4サイ
クルずつずれた状態毎にa、b、c、dを付しである。
以下、このように構成された圧力変動利用混合ガス分子
4装置の動作について、第3図のクイムチセードのよう
になる。第3図の上部室が加圧状態で、下部室が再減圧
状態のときは、各機器に対してaをイ・Jした状態すな
わも第2図の最も左側の圧力変動利用混合ガス分離装置
を示し、この場合にはピストン3が中立点位置にあり、
一方弁14a。
15a、16aが閉じており、弁178.17bは開い
ている。この状態からピストン駆動用電動橢12により
ピストン3aを上死点側に移動させる。そして、ピスト
ン3bが上死点に達して製品ガス返り比し状態を、第2
図の各機器に対してbを伺した左から2番目の圧力変動
利用混合、ガス分離装置を示し、この状態では弁15b
、16bの力が閉じており、他の弁1/lb、17b、
17cが開いている。同様に、第3図の減圧脱離の状態
は第2図の機器に対してCを付した左から3番口の状態
を示し、第3図の棉気状態は第2図の各機器に対しdを
付した左から4番目を示している。
以下、同様に動作することになる。
以上述べた本発明の実施例によれば、下記のような効果
が得られる。
(1)従来不要であった吸着工程初期の原料ガスの昇圧
エネルギー及び従来損失となっていた吸着完了後の易吸
着ガスの減圧動力を橢械的に回収することができ、これ
により所要動力の大幅(約5〜30%)低減が可能とな
り、設備費低減が達成できる。
(2サイクルタイムの大幅なmFNが可能となり、例え
ば従来60秒だったものを0.6秒にすると吸着剤の所
要昂が約1150となりコンパクト化及び設備費低減が
達成される。すなわち、従来装置にあっては、バルブ自
体でガスの圧力制御を行なっており、このバルブは耐久
性の面から紅湾的でないという的なからであり、サイク
ルの短縮ができにくく、高速ルが困難であった。これに
ヌ・1し、本実施例ではガスの圧力制御を、弁ではなく
、シリンダ2とビスI−ン3とにより行く家っているの
で、弁の耐久性に比べて高く、サイクルタイムの短縮化
が可能どなる。
なJ3、本発明は上記実施例に限らず、第2図の弁17
を廃止しピストン自体で弁17を代替するシステムして
もよい。
[発明の効果] 以上述べた本発明によれば、所要動力が大幅に低減でき
、股婦費低減ができる圧力食初)り用混合ガス分離装置
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明に係わる圧力変動利用混合
ガス分離装置の一実施例を概念図、第3図は第2図の動
作を説明するためのタイムチャート、第4図は従来装置
を示す概念図である。 1・・・吸着剤、2・・・シリンダ、3・・・ピストン
、4〜8・・・ガス吸排口、11・・・ピストン型吸着
塔、12・・・ピストン駆動川原vJ機、13・・・ク
ランクシャフト、14−’17・・・弁。 出願人復代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリンダ内を摺動するピストンにより上記シリンダ内ガ
    ス圧力を変動し得る装置に於て、上記ピストンと上記シ
    リンダのヘッドとの間に圧力により吸着能力に差のある
    吸着材を配置する事を特徴とする圧力変動利用混合ガス
    分離装置。
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