JPS6328422A - ガス吸着、分離装置 - 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、ガス中の有効成分を高純度で回収する圧力振
＊＠着法（以下ＰＳＡ法と略称する）に使用する吸着ガ
スの分離装置に関する。

（従来技術） まずＰＳＡ法について説明する。ガス吸着剤は、ガス吸
ｔｍがガス圧力に応じて変化し、またガス成分によって
吸着特性（平衡吸＠吊又は吸着速度）が相違する。ＰＳ
Ａ法は、このような吸着剤の特性を利用して、吸着ガス
あるいは非扱者ガスを回収している。例えばＰＳＡ法で
扱者性ガスを回収するには、次の工程を順次おこなう。

まず吸着ガスを吸着剤を入れた槽に常圧〜ＪＫｙ／ｃｔ
ｄＧあるいはそれ以上の圧力で＠看させる。次いですで
に回収されたガスの一部を吸着槽に導入して吸着剤に吸
着されているガスのうち非所望のガスをパージする。こ
のパージ工程は等圧下又は減圧下でおこなう。このパー
ジ工程は回収ガスの純度向上のためにおこなう。この工
程の後１００Ｔｏ　ｒ　ｒ以下程度の減圧下において吸
着剤からガスを脱着し、＠肴性ガスを回収する。そして
テールガス又は原料ガスを流して昇圧する。

このＰＳＡ法は、特別な温度変化を伴わず、大気温度付
近で操作でき、熱設備が不用で操作が簡便であり、更に
装置の小型化を図ることができるなどの利点がある。

しかしＰＳＡ法で連続的に所期のガスを回収する場合、
次のような欠点がある。即ち吸着剤には飽和吸着量があ
るため吸着塔へのガスの供給量には一定限度がある。従
って運、続してガスを回収するためには、吸着塔を複数
基設けて、吸着→減圧→税者→Ｒ圧のサイクルを繰り返
す必要がある。

そしてこのサイクルシステムを形成するにｔよ、ガスが
スムーズに切替えられなければならず、必然的に吸着塔
は多塔式となり、高性能バルブを数多く設けることにな
る。この結果、人、出口ガスラインが複雑となり、これ
らを自動切替えするシーケンサを設置しなければならな
いなど、設備が大がかりとなる。

（発明が解決しようとする技術的課題）本発明は上記事
情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、
ガス入口、出口ラインのバルブ構成及び制御方式を簡略
化して１槽で連続して簡便にガスを回収しうるガス吸着
、分離装置を提供するものＴ″おる。

（技術的課題を解決する手段９ 本発明は回転する吸着槽の径方向に隔壁を設けて複数の
分と］至を区割形成し、冬至にガス吸着剤を充填した回
転吸着槽と、 上記吸着槽のガス入口部に気密に浬通し、原料ガスを上
記吸着槽の所定の分割室に送る固定前部バルブと、 上記吸着槽のガス出口部に気密に連通し、上記分割室を
通過したガスを取り出す固定後部バルブとを具備し、 吸着槽の回転により名分にｊ至に順次原料ガスが流入す
るようにしたガス吸着、分離装置である。

（発明の詳細な説明） 第１図及び第２図は、本発明に係るガス吸着、分離装置
の基本的な構成を示す側面図及び断面図である。この装
置は吸着槽２１と、この槽の前段に取付けた前部バルブ
２２と、この慴の後段に取付けた後部バルブ２３と、口
の慴の回転駆動装置（図示せず）とを具備している。吸
着槽２１は中心部に回転軸を有し、その軸から径方向に
複数の隔壁２４を設けて複数（好ましくは８至以上）の
分割室２５・・・を形成している。各分割室２５はそれ
ぞれガス＠看剤を充填しており、ここにガス流路を形成
して前後バルブ２２．２３に接続している。

前部バルブ２２は、第３図に示すように、ガス導入部２
６．ガス分配部２７及び吸着槽入口部２８を備えている
。ガス導入部２６は複数の接続ノズル例えば供給ガスと
製品又（よオフガスラインとの接続ノズルを有する。ガ
ス分配部２７は、ガス導入部２６と接続し、ここからの
ガスの導入またはガス導入部２６へのガスの送出を行う
。これらガス導入部２６及びガス分配ｇＩＩ２７は回転
せず、固定されている。一方吸着槽入口部２８は、各分
割室２５とそれぞれ対応して接続する入口を有し、＠看
槽と一緒に回転する。

後部バルブ２３は、第４図に示すように、ガス出口部２
９．ガス集合部３０及び吸着槽出口部３１とを備えてい
る。ガス出口部２９は複数の接、続ノズル、例えば製品
又はオフガスとパージガスラインとの接続ノズルを有す
る。ガス集合部３０は吸着槽出口部３１と接続し、ここ
からのガスを集合させて吸着槽出口部３１に送り、ある
いはガス出口部３１からのガスを集合させて＠看哨出口
部３１に送る。これらガス出口部２９及びガス集合部３
０は回転せず、固定されている。一方眼４槽出口部３１
は、名分に１室２５と対応して接続する出口を有し、吸
Ｗｌｆｔ２１と一緒に回転する。上記前部バルブ２２は
ガス分配部２７と吸着槽入口部２８との接続個所が又、
後部バルブ２３はガス集合部３０と吸着槽出口部３１と
の接続個所が充分にシールされ、導入ガスと排出ガスが
混合しないようになっている。更にガス分配部２７及び
ガス集合部３０は交替可能に装着されており、これらを
交換する口とにより、ガスのサイクルシステムを自由に
変更しつるようになっている。

また回転駆動装置は、回転数を可変でき、このことによ
りサイクルタイムを調節する。そして吸着ｔｉ！ｉ２１
が回転することにより、前後バルブ２２゜２３の所定の
接続ノズルと連通ずる分割室２５が順次変わり、このこ
とに各分８′ｌＪ至２５内では吸着４Ｗ２１が１回転す
る間に所定の過程９例えば吸着。

減圧、脱看、昇圧の過程が順次おこなわれ、ＰＳＡ工程
が完了する。各分割室２５でこのようなＰＳＡ工程を順
次おこなっているために、ガス中の有効成分を連続的に
回収することができる。

次にこの装置を適用した各種実施例につき説明する。

実施例１ ５０％以上の水素が含まれているコークス炉ガスから水
素を回収する装置として本発明装置を適用した。第５図
にその概略フローシートを示す。

ここでは、被吸着ガスは、水素以外のガス（ＣＨ４゜ｃ
ｏ、ｃｏ２等）である。また吸着剤は例えばゼオライト
である。吸１４ｆＪ２１は第６図に示すように１６の分
割室２５に分割され、前部バルブ２２の各部の構造は第
７図（ａ）〜（Ｃ）に示すように。

又後部バルブ２３の各部の構造は第７図（ｄ）〜（ｆ）
に示すように構成されている。

また吸着槽１の回転数は０．０５ｒｐｎとする。

原料ガスは、コンプレッサ４１により８　Ｋｇ　／　ｃ
ｉＧに昇圧され、前部バルブ２２のガス導入部２６のう
ち符＠１〜４で示す接続ノズルからガス分配部２７に入
り、符＠１〜４の個所に回転してきた吸着槽入口部２８
から対応する分に］至２５に入る。

ここで吸着剤によりガス中の不純物が吸着される。

残りの水素は後部バルブ２３の吸着槽出口部３１゜ガス
集合部３０を至で、ガス出口部２９の符号１〜４に示す
接続ノズルに到り、ここから水素ガスが回収される。こ
こで吸ＩＷｊ２１の回転により、上記分割室２５が符号
５の位置にくると、ここに残存している圧力の低い水素
ガスを後部バルブ２３の符号５に示す接続ノズルから後
部バルブ２３の符号１３〜１６に示す接続ノズルを通し
て対応する分割室２５に導く。この分割室２５は水素脱
着後の状態にあり、導入した圧力の低い水素ガスでここ
を昇圧する。更に上記分Ｆ［！２５が符号５の位置から
符号７の位置にくると、ここに残存している圧力の低い
水素ガスを後部バルブ２３の符号７で示す接続ノズルか
ら後部バルブ２３の符号１１で示す接続ノズルを通して
、対応する分割室２５に導き、この内部をパージする。

そして上記分割室２５が符号７の位置から符号８の位置
にくると、ここに残存する圧力の低い水素ガスを後部バ
ルブ２３の符号１２で示す接続ノズルから。

対応する分割室２５に導き、ここを昇圧する。このよう
にして吸着槽２１が一回転する間に水素ガス回収工程が
完了する。

なお、吸着槽入口部２８各室間の仕切が充分にできる保
にその大きさと位置を適宜設定する必要がある。またガ
ス分配部２７についても上記入口部２８に対応した大き
さに形成する。

実施例２ ＣＯ２を２５％含む燃焼炉排ガスからＣＯ２を回収する
ために本光明装置を適用した。第８図はフローシートを
示し、第９図（ａ）〜（ｆ）は前、後部バルブ２２．２
３を示す。ここでは、ＣＯ２が被吸着ガスであり、吸着
剤はたとえば活性炭である。脱着は真空ポンプ４２で吸
引して６０〜１００Ｔｏｒｒの真空下で行われる。吸着
槽２１の形状は、実施例１と同様であるが、全数は８至
である。

吸着槽１の回転数は０．０５ｒｐｌとした。

原料ガスはブロア４１により前部バルブ２２の吸着槽入
口部２６の符号１，２で示す接続ノズルから吸Ｗｌｆ！
２１の対応する分割室２５内に入る。

ここで吸着剤がＣＯ□を＠者し、残りのガスはオフガス
として後部バルブ２３の符号１，２で示す接続ノズルを
通って排出される。製品ガス（ＣＯ２）は、後部バルブ
２３のガス出口部２９の符号６゜７で示す接続ノズルか
ら取出されるが、製品ガスの一部は前部バルブ２２の入
口部２６の符号４゜５で示す接続ノズルからパージされ
る。後部バルブ２３の出口部２９の符号４．５に示す接
続ノズルから取出されたガスはそれぞれ前部バルブ２２
の入口部２６の符号１．３に示された個所に送られ原料
ガスと混合される。前部バルブ２２の入口部２６の符号
３から入ったガスは、吸１！ｉ２１から後部バルブ２３
の出口部２９の符号３で示す個所を通り、更に前部バル
ブ２２の入口部２６の符号２で示す個所に戻され、原料
ガスと混合される。

上記操作は吸［１２１の回転により各分割室で順次おこ
なわれる。なおこのように後部バルブ２３の符号４，３
で示す個所から取出されたガスを原料ガスに混合するの
は、そのガス中の有効成分が原料ガスより高いためであ
る。

実施例３ 酸素富化空気を得るために本発明装置を用いた。

そのフローを第１０図に示す。吸＠ｆｆ！！１は８至に
分に［され、各室に１００　Ｋｇの天然ゼオライトを充
填している。天然ゼオライトは第１１図に示すように、
窒素の＠肴性能が高い。前部バルブ２２．吸着槽２１及
び後部バルブ２３はそれぞれ第１２図ｆａ）〜（Ｃ）の
如く構成されている。

空気をブロアで昇圧し前部バルブ２２の符号２で示す個
所から、吸Ｗｆｌｉ２１（１ｒｐＩＭで回転している）
の対応する分割室に１Ｎ７７Ｌ”／＋ｌｉｎで送る。

この時系内は３００〜５００ｓ＋Ｈ（ｌ程度の加圧状態
となり、ここで空気中の窒素が主に＠看され、この結果
酸素濃度の高い製品ガスが後部バルブ２３の符号２で示
す個所から得られる。吸着槽２１の回転により上記分割
室への空気の導入が停止されると常圧に戻り窒素富化ガ
スが脱着される。しかしそのままでは、このガスが＠Ｗ
剤側周辺ｎ留するため、吸着平衡の観点から好ましくな
い。そこで前部バルブ２２の符号４，５で示す個所から
空気を吸込み、吸着槽２１の対応する分割室２５内を空
気でブローして窒素富化ガスを追い出す。このような操
作は吸着槽の回転により自動的にかつ連続的に行なわれ
る。

この方法により、吸着平衡に対してＮ２，０□共に１０
０％の扱者旦とすれば、得られる製品ガスの組成ハ、０
　４２　％、　Ｎ　２５８　％、　Ｍ　スｆｆ１０．１
２Ｎｍ３／ｍｉｎとなる。また平衡に対し８０％の吸着
３　　　　・ 量では０２２８％、ガスＩＯ，３ＯＮ　ｍ　　／ｉｎｎ
となる。

（発明の効果） 本発明は、吸着槽に複数の分割室を形成して、各分割室
が独立してガスの＠着２分離を行ない、しかもこの＠菅
槽が回転することにより各分割室が同期して切替えられ
て順次ガスの扱者２分離工程１例えば＠肴、減圧、脱着
、昇圧工程を行なうので、シーケンスが不用となり、入
、出口ガスラインは単純化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガス吸容２弁離装置の一実施例を
示す気路側面図、第２図は同装置の概略断面図、第３図
は同装置の前部バルブの拡大図。 第４図は同装置の後部バルブの拡大図、第５図は実施例
１で使用したガス吸着２卉ｊ１装置のフローシート図、
第６図は吸着槽の概略断面図、第７図（ａ）乃至（ｆ）
は前後部バルブの各部の断面構造を示す説明図、第８図
は実施例２で使用したガス吸着９卉離装置のフローシー
ト図、第９図（ａ）乃至（ｆ）は前後部バルブの各部の
断面ｖ４造を示す説明図、第１０図は実施例３で使用し
たガス吸着２卉離装置の７０−シート図、第１１図は天
然ゼオライトの窒素及び酸素の吸着性能を示す特性図、
第１２図［ａｌは前部バルブの概１８断面図、第１２図
（ｂ）は＠看槽の概略断面図、１２図（Ｃ）は後部バル
ブの概略断面図である。 ２１・・・吸着槽、２２・・・前部バルブ、２３・・・
後部バルブ、２４・・・隔壁、２５・・・分割室、２６
・・・ガス導入部、２７・・・ガス分配部、２８・・・
吸着槽入口部。 ２９・・・ガス出口部、３０・・・ガス集合部、３１・
・・吸着槽出口部 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第６図 第７図 ￥＆８図 （ａ）　　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　　（
Ｃ）（ｄ　）　　　　　　　　（ｅ　）　　　　　　　
　（ｆ　）箪９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転する吸着槽の径方向に隔壁を設けて複数の分割室を
   区割形成し、各室にガス吸着剤を充填した回転吸着槽と
   、 上記吸着槽のガス入口部に気密に連通し、原料ガスを上
   記吸着槽の所定の分割室に送る固定前部バルブと、 上記吸着槽のガス出口部に気密に連通し、上記分割室を
   通過したガスを取り出す固定後部バルブと、を具備し、 上記吸着槽の回転により各分割室に順次原料ガスが流入
   するようにしたガス吸着、分離装置。