KR0149667B1 - 혼합가스의 분리방법 및 장치 - Google Patents

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야스오 후나야마
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가부시기 가이샤 히다찌 세이사꾸쇼
나스 쇼우
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Abstract

혼합 가스의 분리장치는 흡착제가 충전된 흡착탑과, 그 흡착탑의 한쪽의 탑단에 혼합가스를 공급하는 혼합 가스 탑담 공급수단과, 그 흡착탑의 다른쪽의 탑단으로 부터 흡착되지 않았던 미흡착 가스를 빼내는 미흡착 가스 탑단 배출수단과, 그 흡착탑 탑단에 공급하는 상기 혼합 가스를 가압하는 혼합 가스 가압 수단과, 그 흡착탑의 상기 혼합 가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압 수단을 구비하고 있다. 그 흡착탑의 측면으로부터 그 탑내의 흡착탑에 상기 혼합 가스를 공급하는 혼합 가스 측면 주입 수단을 구비하고 있다. 또, 상기 혼합 가스 탑단 공급 수단으로부터 분기하여 상기 혼합 가스 측면 주입 수단이 설치되어 있다. 또, 상기 혼합 가스측면 주입 수단이 구비된 위치 근방의 그 흡착탑 내의 흡착제의 흡착 성분 농도를 검출하는 농도 센서를 구비하고 있다.

Description

혼합 가스의 분리방법 및 장치
제1a도 내지 제1d도는 본 발명의 실시예에 관한 장치의 도면이고,
제2도는 운전 스케줄의 차트이고,
제3도는 가스의 흐름을 표시한 도면이고,
제4도는 압력과 질소 흡착량의 관계이고,
제5도는 재생 공정의 흡착량의 도표이고,
제6도는 종래 기술의 가스 흐름의 도면이고,
제7도는 종래 기술의 흡착상태의 도면이고,
제8도는 본 발명의 다른 실시예이고,
제9도는 본 발명의 다른 실시예의 장치를 나타낸 것이다.
본 발명은 압력 스윙 흡착법에 의한 혼합가스의 분리방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 공기부터 효율 높게 산고를 분리 농축하기에 적합한 기술에 관한 것이다.
종래에 공기 등의 혼합 가스로부터 질소를 흡착 제거하여 산소를 농축하는 경우, 예를 들면, 5A·13X 형의 합성제올라이트 등의 고체 흡착제를 충전한 흡착탑에 압축기 등의 수단에 의해 가압하여 공기를 송입하고, 질소를 선택적으로 흡착시켜 산소를 제품으로 하여 생산하는 흡착공정과, 흡착공정 종료후의 흡착탑을 진공펌프 등의 수단에 의해 감압하고 흡착제중의 질소를 탈착하는 재생공정과, 재생공정 종료후의 흡착탑의 제품 산소 또는 공기에 의해 흡착공정시의 압력까지 승압하는 가압공정을 실시하고, 압력의 변화로 흡착·탈착을 반복하여 공기로부터 산소와 질소를 분리하는 압력 스윙 흡착법이 있다.
압력 스윙 흡착법에서는 연속하여 제품인 산소를 제조하기 위해서, 상기 흡착제를 충전한 흡착탑을 복수 배치하고 각 흡착탑에 있어서 상기 흡착, 재생, 가압의 각 공정을 각 흡착탑 전후에 설치한 변에 의해 가스 유로를 변경하여 행하는 것이 일반적이다.
제품 산소를 연속하여 생산하기 위해서는 상기 흡착제를 충진한 흡착탑수를 적어도 2개할 필요가 있다. 예를 들어, 이탑식 압력 스윙 흡수 공정을 실시할 때에는, 흡착공정이 탑 100A에서 실시되는 동안에 재생과 가압공정이 탑 100B에서 이루어진다. 탑 100A와 탑 100B의 각 공정은 같은 사이클 시간으로 종료한다. 이어서 탑 100B에서 흡착공정을 실시하고 제품 산소를 배출하는 동안에 탑 100A에서 재생과 가압의 이개 공정을 실시하는 형식으로 탑 100A, 탑 100B를 순차 교차하여 제품을 연속적으로 얻는 것이 기본형이다. 이탑식 이외로 제품 산소를 연속적으로 생산하는 삼탑 및 사탑식에 의한 방법도 실시되고 있다. 이탑, 삼탑 또는 4탑식도 사용되나, 어느 것이나 제품 산소의 생산량과 공급원료 공기중의 산소의 비로 표시되는 제품 산소의 회수율이 향상되도록 하는 것이 중요하다.
상기 이탑식의 경우는, 흡착공정에 있는 탑에서 원료 공기의 공급을 계속하여 소정의 제품 산소 농도를 얻기 위해, 흡착제 충전탑의 제품 토출단에 질소의 흡착층이 도달하는 직전까지 제품산소의 토출을 계속하는 방식으로 조작한다. 이 경우 제품 토출단에 가까운 흡착제에는 질소를 아직 흡착할 수 있는 흡착층이 존재하고, 원료 공기부터 질소가 흡착되어 남은 제품으로서 생산될 산소가 존재한다. 이 잔존 산소는 다음의 재생공정 이행시에 진공 펌프 등의 수단에 의해 계외로 배출되어 제품이 되지 않고 상기 제품 산소 회수율의 저하를 가져온다.
이탑식에 의한 제품 산소 회수율 저하를 방지하는 수단으로서, 흡착 공정시에 흡착탑내의 질소의 흡착공정과 흡착탑내의 흡착 압력 조건과의 관계를 착안하는 것에 의해 질소의 흡착층 폭을 제어하는 형식으로 하여, 흡착탑의 부하 효울을 향상시켜 제품 산소의 회수율의 향상을 기하는 수단이 일본국 특개 소53-140281호에 기재되어 있다. 이것은 흡착공정을 단탑식으로 행하고, 흡착탑의 질소의 흡착탑이 제품산소 토출단에 달하기 이전부터 흡착탑내를 흡착 압력 조건에 의해 감압시켜 제품산소의 감압 토출을 행하고, 질소의 흡착층 폭을 적게하여 제품 산소 토출단에 잔존하는 산소를 될 수 있는 한 적게하여 제품 산소의 회수율 향상을 기하는 방법이다.
또한, 상기 탑 100A가 흡착 공정을 종료하고 탑 100B가 재생공정을 종료한 시점에서 탑 100A와 100B 탑이 균압이 될 때까지 탑 100A의 고농축 산소를 탑 100B에 반송하여 계속하는 균압공정을 도입한 제품 산소의 회수율 향상을 기하는 수단이 특개 소59-199503호 및 특개 소56-45724호에 기재되어 있다.
또한, 특개 소50-155475호 공보에 기재된 운전 방법에 의해 제품 산소의 회수율 향상이 시도되고 있다. 이 방법은 제6도에 표시한 것과 같이 흡착탑 200A와 200B로부터 구성되어 있고, 다음에 기술할 공정 1a, 1b, 1c 및 1d로 된다. 공정 1a에서 탑(200A)에 흡수공정에 있을 때에, 탑(200B)는 기히 흡착공정을 종료하고 있고, 재생공정을 실시한다. 이어서 공정 1b에 이행하는 단계에 있어서 탑(200A)에의 원료공기의 공급이 정지되고, 탑(200B)의 재생공정이 종료한다. 공정 1b에서 탑(200A)에서 고농축된 산소가 제품 토출단부로부터 탑(200B)내에 공급된다. 공급은 탑(200A), (200B)의 압력이 균압이 될 때까지 또는 탑(200A)내의 압력이 약간 높게 될 때까지 행해진다. 공정 1b를 종료하면, 공정 1c에 이행하고 탑(200A) 제품 토출단과 탑(200B) 원료 공기 공급단부가 연결되어, 탑(200A) 탑정부 근방에 잔존하는 농축 산소가 탑(200B) 원료 공기 공급단부부터 이송된다. 이 이송 가스에 의해 공정 1b에서 탑(200B) 제품 토출단부부터 공급된 고농축 산소가 탑(200B) 제품 토출단부부터 토출된다. 또한 공정 1c부터 1d에 이행하여 탑(200A) 원료 공기공급단부부터 고농도의 산소가 공급된다. 공곱고농도 질소에 의해 탑재(200A)내에 잔존하는 산소가 파지되어 탑(200B)내에 이송된다. 이상의 공정이 종료하면, 탑(200A)가 재생공정을 실시하고, 탑(200B)에 원료 공기가 공급되어, 흡착공정을 실시한다. 이 방법은 탑(200A)내의 잔존 산소를 고농도 질소에 의해 파지하여 회수하고, 제품산소의 회수율의 향상르 기도하고 있다.
상기 종래 기술 중, 특개 소53-140281호에 기재된 기술은 흡착탑 제품 토출단에 있어, 질소의 흡착대가 파괴하기 이전부터 원료공기의 공급을 정지하고, 또한 흡착압력에 대해서 반이하의 압력까지 감압하는 것에 의해 질소의 흡착대 폭을 적게 하도록 제어하고 있다. 이와 같은 방법으로 제품토출단부 근방에 잔존하는 산소를 회수하여도 토출단부터의 제품 산소 농도를 소정의 농도로 유지하는 경우에는 질소의 흡착대 폭을 적게하는 것에도 한도가 있다. 또 이 방법에서는 파괴하기 이전부터 감압 토출하기 때문에, 파괴전이 흡착제가 존재한다. 이와 같은 흡착제는 원료 공기의 분리에 기여하지 않고, 흡착제를 유용하게 사용하고 있지 않은 것이 된다. 본 방법에 있어서는 제품으로서 회수하여 얻는 산소가 제품 토출단부 근방에 다소 잔존하는 것으로 되고, 제품 산소 회수율 향상의 효과가 적어지게 되는 것에 배려가 되어 있지 않은 문제가 있다. 또 원료 공기의 분리에 기여하지 않는 흡차제가 존재하기 때문에, 단위 흡착제로 제조하여 얻는 산소량이 적어지게 되는 것이 배려가 되어 있지 않은 문제가 있다.
한편, 특개 소59-195603호 및 동 56-45724호 공보에 기재된 균압공정을 도입한종래 기술에 있어서는, 제7a도에 나타낸 것과 같이, 탑(300A)에서는 압력 P1으로 흡착공정을, 탑(300B)에서는 압력 P2로 재생공정을 실시한다. 이들의 공정을 종료한 시점에서, 탑(300A)에 원료 공기 공급을 정지한 제7b도에 표시한 것과 같이 탑(300A)로 농축한 산소를 제품 토출단부부터 탑(300B) 제품 토출단부를 통해 탑(300B)내에 공급한다. 공급은 탑(300A)와, 탑(300B)의 압력이 (P1+P2)/2, 즉 균합화 할 때까지 행해진다, 균압공정 종료 후는 탑(300A)는 재생공정에 탑(300B)는 제품 산소에 의한 가압공정에 이행한다. 균압화 공정에서, 탑(300A)가 흡착공정측에 있을 때, 고농축 산소가 꽤 다량으로 (흡착탑이 반이상 고농축 산소로 충만시킨 경우도 있다) 잔존한 상태로 흡착 공정을 종료할 필요가 있다. 이것은 탑내에 고농축 산소를 반송하고 탑(300B)이 흡착공정을 실시할 때에, 곧 고농도의 산소를 토출시킬 필요가 있기 때문이다. 또, 질소 흡착층을 탑(300A)의 제품 토출단부까지 진행시키면, 균압시에 저농축 산소가 탑(22)내에 도입되는 것이 되고, 탑(300B)가 흡착공정을 실시하는 때에 저농축 산소가 되어 버린다. 이런 것으로부터, 탑(300A)의 제품 토출단부 근방에 고농축 산소를 확보한 상태로 흡착공정을 종료하는 것이 균압공정을 도입한 경우의 운전이 된다. 이 때문에, 균입 공정을 도입한 압력 스윙 흡착법에서는 제품으로서 회수하여 얻는 산소가 제품 토출단부에 다소 잔존하는 것이 되고, 제품 산소 회수율 향상의 효과가 적어지는 것에 배려가 되어 있지 않은 문제가 있다. 또, 흡착공정시에 탑내에 고농축 산소를 다량으로 잔존한 상태로 하기 위해 질소의 흡착대가 탑증간부 정도까지 이상은 진행하지 않는 것이 된다. 이 상태에 있어서는 질소가 흡착할 수 있는 흡착제가 다량 잔존하는 것이 되고 흡착제가 유용하게 사용하고 있지 않는 것이 된다. 따라서 단위 흡착제당 제조할 수 있는 산소량은 적어지는 것에 배려가 되어 있지 않은 것이 문제이다.
또한, 특개 소50-155475호에 기재된 종래 기술에 있어서는 상기한 것과 같이 제품 토출단부에 잔존하는 산소를 고농도 질소로 파지하여 회수하기 때문에 상기의 다른 종래 기술에 비해 제품산소의 회수율 향상은 크게 되리라고 생각할 수 있다.
그러나, 상기 종래 기술에 있어서 배려가 되지 않은 공통점은 원료 공기 공급을 정지한 후, 상기 각 공정을 실시하는 것에 있다. 원료 공기 공급, 정지하는 것은 압축기 등의 기동·정지를 반복하는 것에 있고, 불연속 조작으로 되기 때문에 운전상의 문제가 남는다. 이 문제를 해결하기 위해서 현상에서는 이탑이 계열에 의해 연속 조작을 할 수 있도록 하나, 실질 사탑식의 구성이 된다. 이탑식에 의한 운전에서는 필히 원료공기를 정지하기 위해 연속 조작에 있어 운용성 향상을 기하는 것에 배려가 되어 있지 않은 문제가 있다. 또, 흡착 공정에 있어서 흡착탑내에 다량의 고농축 산소를 잔존하는 것에 배려가 되어 있지 않은 공통점이 있다. 또, 질소의 흡착층이 흡착탑의 도중까지 진행한 때에 원료 공기를 정지하기 때문에 원료공기의 분리에 기여하지 않는 흡착제가 다소 존재하기 때문에 단위 흡착제당 제조할 수 있는 산소량이 적어지는 것에 배려가 되어 있지 않은 문제가 있다. 또한 원료공기의 공급을 정지하는 것은 동일 운전사이클 시간의 경우, 단위 시간당의 원료공기의 처리량이 적어지기 때문에, 제품으로서 생산될 수 있는 산소량이 적어지는 것에 배려가 되어 있지 않은 공통의 문제점이 있다. 이것은 동일 사이클 시간, 동일 산고 농도로 동일 산소량을 얻기에 흡착제 사용량이 크게되는 것을 나타낸다. 따라서, 흡착제는 고가이기 때문에 건설시의 흡착제의 원가 및 조업시에 보충하는 흡착제의 비용 등의 공장 설비 비용이 증대한다.
본 발명의 목적은 이탑식 스윙 흡착법에 있어서, 단위 흡착제당 제품 산소의 양을 높여서 산소 제조 설비의 설비비를 저하시킴에 있다.
또한 본 발명의 목적은 석탄 가스와 복합 발전소의 설비비를 저감시킴에 있다.
상기 목적은 흡착제가 충전된 흡착탑과, 흡착탑의 일방의 탑탄에 혼합가스를 공급하는 혼합가스 탑탄 공급수단과, 흡착탑의 타방의 탑단부터 흡착되지 않은 미흡착 가스를 빼내는 미흡착 가스 탑단 배출수단과, 흡착탑 탑단에 공급하는 상기 혼합 가스를 가압하는 혼합가스 가압수단과, 흡착탑의 상기 혼합가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압수단과를 구비한 혼합가스의 분리 장치에 있어서, 상기 흡착탑의 측면부터 탑내의 흡착제에 상기 혼합가스를 공급하는 혼합가스 측면 주입 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 장치를 제공하는 것에 의해 달성된다.
상기의 목적은 홉착제가 충전된 흡착탑과, 흡착탑의 일방의 탑단에 혼합가스를 공급하는 혼합가스 탑단 공급수단과, 흡착탑의 타방의 탑단부터의 흡착되지 않은 미흡착 가스를 빼내는 미흡착 가스 탑단 배출수단과, 흡착탑의 상기 미흡착 가스 탑단 배출측에 접속된 흡착제 재생용 미흡착 가스 탑단 공급수단과, 상기 혼합 가스를 가압하는 혼합가스 가압수단과, 흡착탑의 상기 혼합가스 탑단 공급측에 접촉된 흡착탑 감압수단과를 구비한 혼합가스의 분리장치에 있어서, 흡착탑의 측면부터 탑내의 흡입제에 상기 혼합가스를 공급하는 혼합가스 측면주입수단 및 흡착탑의 측면으로부터 탑내의 흡착제에 상기 미흡착 가스를 공급하는 미흡착가스 측면 주입수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리장치를 제공하는 것에 의해 달성된다.
상기 목적은 흡착제가 충전된 흡착탑과, 해 흡착탑의 일방의 탑단에 혼합가스를 공급하는 혼합가스 탑단 공급수단과, 흡착탑의 타방의 탑단부터 흡착되지 않은 미흡착 가스를 빼내는 마흡착 가스 탑단 배출수단과, 흡착탑의 상기 미흡착 가스 탑단 배출측에 접속된 제1의 미흡착 가스 탑단 공급수단과, 상기 혼합 가스를 가압하는 혼합가스 가압수단과, 흡착의 상기 혼합 가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압수단과, 미흡착 가스를 흡착탑의 상기 혼합가스 탑단 공급측부터 공급하는 제2의 미흡착 가스 탑단 공급 수단을 구비한 혼합가스의 분리장치에 있어서, 흡착탑의 측면부터 탑내의 흡착제에 상기 혼합가스를 공급하는 혼합 가스 측면 주입수단 및 흡착탑의 측면부터 탑내의 흡착제에 상기 미흡착 가스를 공급하는 미흡착 가스 측면 주입수단의 적어도 일방을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리장치를 제공하는 것으로 달성된다.
상기 목적은 흡착제가 충전된 흡착탑과, 흡착탑의 일방의 탑단에 혼합가스를 공급하는 혼합가스 탑단 공급수단과, 흡착탑의 타방의 탑단부터 흡착되지 않은 미흡착 가스를 빼내는 미흡착 가스 탑단 배출수단과, 흡착탑 탑단에 공급하는 상기 혼합가스를 가압하는 혼합가스 가압수단과, 흡착탑의 상기 혼합가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압수단과를 구비한 혼합가스의 분리 장치에 있어서, 흡착탑의 측면부터 탑내의 흡착제에 상기 혼합가스를 공급하는 혼합가스 측면 주입수단을 복수개 구비하고, 복수개의 혼합가스 측면 주입 수단의 절환 수단의 절환수단을 구비하고, 복수개의 혼합가스 측면 주입 수단이 각각 구비된 위치의 근방의 흡착탑내의 흡착제를 흡착 성분 농도를 검출하는 농도 센서를 구비하고, 농도 센서의 검출지에 기해서 상기 절환수단을 절환 조작하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리장치를 제공하는 것에 의해 달성된다.
상기 목적은 합착제를 충전한 흡착탑의 일방의 탑단부터 혼합가스를 공급하여 혼합 가스중의 흡착 성분을 흡착제에 흡착시켜, 흡착탑의 타단부터 미흡착 가스를 빼내는 흡착공정과, 흡착공정 종료후에 흡착탑을 혼합가스 공급방향에 반대의 방향으로 흡입하는 것에 의해 감압하고 흡착 성분을 탈착하는 흡착제 재생공정과, 흡착제 재생공정 종료후의 흡착탑에 상기 혼합가스를 공급한 방향과 같은 방향부터 재차 혼합가스를 공급하든가 또는 미흡착가스를 공급하여 상기 흡착탑을 흡착 압력까지 가압하는 가압공정을 포함하며, 가압공정 종료후에 상기 흡착공정을 재차 반복하도록 한 혼합가스의 분리방법에 있어서, 상기 흡착 공정의 후기에 흡착탑의 측면부터 상기 혼합가스를 흡착탑내에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 방법을 제공하는 것에 의해 달성된다.
상기 목적은 흡착제를 충전한 흡착탑의 일방의 탑단부터 혼합가스를 공급한 혼합 가스중의 흡착 성분을 흡착제에 흡착시켜, 흡착탑의 타단부터 미흡착 가스를 빼내는 흡착공정과, 흡착공정 종료후에 흡착탑을 혼합가스 공급 방향과 역방향에 흡인하는 것에 의해 감압하고 다시 역방향부터 미흡착 가스를 공급하는 것에 의해 흡착 성분을 파지하는 흡착제 재생공정과, 흡착제 재생공정 종료후의 흡착탑에 상기 혼합가스를 공급한 방향부터 재차 혼합가스를 공급하든가 또는 미흡착 가스를 공급하여 상기 흡착탑을 흡착 압력까지 가압하는 가압공정을 포함하고, 가압공정 종료후에 상기 흡착공정을 재차 반복하도록 한 혼합가스의 분리방법에 있어서, 상기 흡착공정의 후기에 흡착탑의 측면부터 상기 혼합가스를 흡착탑내에 공급하도록 하고, 흡착제 재생공정에 있어서 미흡착 가스 공급의 후기에 해 흡착탑의 측면부터 상기 미흡착 가스를 흡착탑내에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리방법을 제공하는 것에 의해 달성된다.
본 발명에서. 제1a도는 본 발명의 실시예에 관한 장치의 구성을 나타낸 선도이고,
제1b도는 제1a도에 표시한 주입노즐의 단면도이고,
제1c도는 제1a도에 표시한 흡착공정에 있는 탑의 주입노즐의 절환을 행하는 제어계통의 선도이고,
제1d도는 제1a도에 표시한 제품 산소 주입공정에 있는 탑의 주입 노즐의 절환을 행하는 제어계통의 선도이고,
제2도는 제1a도에 표시한 장치의 운전 스케쥴을 표시한 타이밍 챠트이고,
제3도는 제2도에 표시한 장치의 운전 스케쥴에 있어서 가스의 흐름을 표시한 블록도이고,
제4도는 본 실시예에서 흡착공정의 압력과 질소 흡착량의 관계를 나탸내는 도표이고,
제5도는 본 실시예에 있어서 재생공정의 압력과 흡착량의 관계를 나태내는 도표이고,
제6도는 종래 기술의 운전 스케쥴에서 가스의 흐름을 나타내는 블록도이고,
제7a도와 제7b도는 종래 기술의 각 공정에서 흡착탑의 흡착상태를 표시하는 블록도이고,
제8도는 본 발명의 타의 실시예에 관한 일방의 장치의 구성을 표시하는 선도이고,
제9도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 다른 장치의 구성을 표시하는 선도이다.
이하 본 발명의 한 실시예를 제1a도에 의해 설명한다.
우선 본 실시예의 구성을 설명한다. 2기의 흡착탑(1A),(1B)를 가지고 각각 원료 혼합가스 공급용 절환변(11A),(11B),(20A),(20B), 조압변(5A), 재생공정의 탈착가스 배출 절환변(13A),(13B), 제품 가스 취출용 절환벨브(12A),(12B), 제품가스 취출용 절환밸브(30A),(30B),조압밸브(5B),탑(1A)와 (1B) 직렬 접속용 절환밸브(15A),(16A),(15B),(16B), 원료혼합 가스 압송용의 압축기(2), 흡착제 재생용의 진공펌프(3), 제품가스 저장용 탱크(4)로 구성되어 있다.
다음에 작동을 설명한다. 원료 혼합 가스로서 공기는 배관(50)을 통해 압축기(2)에 의해 목적하는 흡착 압력(P1)까지 가압되고, 압축밸브(5A)을 경과하여 밸브(11)에서 선택된 흡착탑(1)에 공급된다. 흡착공정에서 분리 농축된 산소는 밸브(12)로 선탁된 흡착탑(1)부터 토출단(100)을 경유하여 제품 탱크(4)에 일시적으로 정유되고, 대부분이 제품으로서 계외로 나간다. 제품 탱크(4)에 저유된 산소의 일부는 조압밸브(5B)을 개제하여 밸브(14)에서 선택된 흡착탑(1)로 보내지고, 가압·주입에 사용된다. 흡착제 재생시의 탈착가스는 밸브(13)로 선택된 흡착탑(1)으로부터 진공펌프(3)에 흡인되어 배관(60)에서 대기에 방출된다.
2기의 흡착탑(1A),(1B)에서는 경시적으로 흡착, 재생, 가압의 각 공정이 순차 반복되어지나, 반복 조작 및 시간은 사이클 시퀀스로 임의로 설정할 수가 있다. 사이클 시퀀스로 상기 각 공정에 있어서 흡착탑(1A),(1B)가 60초 절환, 즉 사이클 60초 x 2 = 120초로 작동시킨 경우를 예로 든다.
다시 상세히 설명한다.
우선, 1사이클시에는 흡착탑(1A)가 흡착공정에 있는 때는 흡착탑(1B)는 재생공정에 있다.
제2도는 탑(1A),(1B)의 각 공정시의 작동 시간에 대한 압력의 경시 변화를 나타낸다.
제3도는 이때에 가스의 흐름을 나타낸다. 탑(1A)에서의 흡착공정에서는 압축기(2)로 P1=1·2 ata로 가압시킨 공기가 조합밸브(5A), 밸브(11A)를 경유하여 공급단(110)부터 공급되어, 탑(1A)내는 압력 P2=0.9ata부터 P1=1.2ata까지 가압되면서 초기화 흡착공정 1A-1가 실시된다. 이어서, 압력 P1=1.2ata로 흡착 공정 1A-2가 계속된다. 이 사이에 농축된 산소는 토출단(100A)부터 밸브(12A)를 거쳐 배관(70)을 경유 제품탱크(4)에 저장된다. 한편, 탑(1B)에서는 압력 P2=0.9ata부터 진공펌프(3)에 의해 압력 Pa=0.48ata까지 감압되어, 흡착제중의 질소가 탈착된다. 탈착가스는 공급단(110B)부터 밸브(13B)를 거쳐 배관(60)을 경유하여 대기에 방출되는 재생공정(1B-4)가 실시된다. 이어서 탑(1B)에서 조압밸브(5B), 밸브(14B)가 열리고, 제품 탱크(4)내의 제품 산소가 토출단(100B)부터 주입된다. 제품 산소 주입은, 재생 압력(Pb)가 거의 0.8ata 일정이 되게 행해진다. 이 산소 주입 조작은 질소와 산소의 분압차를 이용하여 흡착제중의 질소의 탈착·재생 촉진을 도모하는 목적으로 하고 있다. 즉, 진공펌프(3)에 의한 감압조작과 제품 산소 주입조작과에 의해 흡착제중의 질소에 의해 일층의 탈착 촉진이 되는 재생공정(1B-5)가 실시된다. 재생공정(1B-5) 실시기간중에는 이 기간의 중간 정도에 있어 밸브(14B)가 닫히고, 밸브(30)가 열어져서 가스주입 노즐(6B)부터 제품 산소가 주입된다. 탑(1B)가 재생공정(1B-5)를 종료한 단계에서 탑(1A)는 흡착공정(1A-2)를 계속하고 있으나, 토출단(100A)에 설치한 선소 농도계(도시하지 않음)가 제품 산소 농도 50% 전후를 표시하는(중농축 산소라 부른다) 시점에서 밸브(12A)가 닫고, 밸브(16A),(15B)가 열린다. 이것에 의해 중농축 산소는 토출단(100A)부터 탑(13) 공급단(110B)에 도입되어 탑(1B)내에 공급된다. 이때에 밸브(20A)가 열리고, 11A가 닫힌다. 공기가 밸브(20A)을 거쳐 가스주입 노즐(6A)부터 탑(1A)내에 도입된다. 이와 동시에 탑(1B)에서 밸브(13B)가 닫히고, 조압밸브(5B), 밸브(14B),(30B)가 열려서 토출단(100B)부터 제품 탱크(4)내의 제품 산소의 일부가 도입되어, 압력 Pa=0.48ata부터 P3=0.7ata 정도까지 승압되는 가압 공정(1B-6)가 실시된다. 이때에 탑(1A)는 흡착공정 1A-2가 실시되고 있으나, 토출단(100A)에 있어서 제품 산소 농도 23% 정도는 나타낸 (저농축 산소라고 칭함) 산소가 토출된 시점까지 밸브(20A)가 열려있다. 이것과 동시에 탑(1B)에서 밸브(11B)가 열린다. 이들 동작에 의해, 공기는 밸브(11B)를 거쳐 탑(1A), 토출단(100A) 부터의 저농축 산소는 밸브(16A), (15B)를 거쳐 각각 공급된 (110B)부터 병합되어 탑(1B)내에 도입된다. 이 결과 탑(1B)에서 압력 P3=0.7ata정도부터 압력 P2=0.9ata까지 승압되는 가압공정과 공기 도입에 의한 흡착 공정이 행해지고 있는 가압·흡착공정(1B-7)이 실시된다. 한편, 탑(1A)에서는 저농축 산소가 토출되고 있는 단계에 있어서, 압력 P1=1.2ata부터 압력 P2=0.9ata까지 감소되는 감압 토출공정(1A-3)이 실시된다. 여기서 탑(1A)의 흡착공정, 탑(1B)의 재생, 가압, 가압·흡착의 각 공정이 종료된다. 다음의 60초는 탑(1A)가 재생, 가압, 가압·흡착의 각 공정, 탑(1B)에서 흡착공정이 실시된다.
탑(1B)에서 압축기(2)로 P1=1.2ata로 가압된 공기가 밸브(11B)를 거쳐 공급단(110B)부터 공급되어 탑(1B)내에는 압력 P2=0.9ata부터 P1=1.2ata까지 가압되어 지면서 초기의 흡착공정(1B-1)이 실시된다.
이어서, 압력 P1=1.2ata에서 흡착공정(1B-2)이 계속된다. 이 동안에 농축된산소는 토출단(100B)으로부터 밸브(12B)를 거치고 배관(70)을 거쳐 제품 탱크(4)에 저류된다. 한편, 탑(1A)에서는 압력 P2=0.90ata로부터 진공펌프(3)에 의하여 압력 P2=0.48까지 감압되어 흡착제중의 질소가 탈착된다. 탈착가스는 공급단(110A)으로부터 밸브(13A)를 거치고 배관(60)을 거쳐, 대기에 방출되는 재생공정(1A-4)이 실시된다. 이어서, 탑(1A)에서는 조압밸브(5B), 밸브(14A)가 개방되어 제품 탱크(4)내의 제품 산소가 토출단(100A)으로부터 주입된다. 제품 산소 주입은 재생압력(Pa)이 대략 0.48ata 일정하게 되도록 행해진다. 즉, 상기한 바와 같이 흡착제중의 질소의 더 한층의 탈착 촉진을 도모하는 재생공정(1A-5)이 실시된다. 재생공정(1A-5) 실시기간중은 이 기간의 중간 정도에서 밸브(14A)가 폐쇄, 밸브(30A)가 개방되어, 가스주입 노즐(6A)로부터 제품 산소의 일부가 주입된다. 탑(1A)이 재생공정(1A-5)을 종료한 단계에 있어서, 탑(1B)에서는 흡착공정(1B-2)을 계속하고 있으나, 토출단(100B)에 설치한 산소 농도계(도시생략)가 제품 산소농도 50% 전후를 나타낸 상기중 농축 산소가 토출한 시점에서, 밸브(12B)가 폐쇄, 밸브(16B, 15A)가 개방(밸브 16B, 15A는 이미 폐쇄 상태에 있을 때)된다. 이에 의하여 중농축 산소는 토출단(100B)으로부터 탑(1A) 공급단(110A)에 도입되어, 탑(1A)내에 공급된다. 이 시점에 있어서, 밸브(20B)가 개방, 11B가 폐쇄가 되어 공기가 밸브(20B)를 거쳐 가스주입 노즐(6B)로부터 탑(1B)내에 도입된다. 이것과 동시에 탑(1A)에서는 탑(13A)이 폐쇄되고, 조압밸브(5B), 밸브(14A,30A)가 개방되어 토출단(100A)으로부터 제품 탱크(4)내의 제품 산속의 일부가 도입되며, 압력 Pa=0.48ata로부터 압력 P3=0.7ata정도까지 승압되는 가압공정(1A-6)이 실시된다.
이후, 탑(1B)에서는 흡착공정(1B-2)이 실시되고 있으나, 토출단(100B)에 있어서 상기 저농축 산소가 토출된 시점에서 밸브(20B)가 폐소된다. 이것과 동시에 탑(14)에서는 밸브(11A)가 개방된다. 이들의 동작에 의하여 공기는 밸브(11A)를 거쳐 탑(1B) 토출단(100B)으로부터의 저농축 산소는 밸브(16A),(15A)를 거쳐 각각 공급단(110A)으로부터 병합되어 탑(1A)내에 도입된다. 이 결과, 탑(1A)에서는 압력 P3=0.7ata정도부터 압력 P2=0.9ata까지 승압되는 가압공정과 공기도입에 의한 흡착 공정이 행해지는 가압·흡착공정(1A-7)이 실시된다. 한편, 탑(1B)에서는 저농축 산소가 토출되고 있는 단계에 있어서, 압력 P1=1.2ata으로부터 압력P2=0.9ata 까지 토감압되는 갑압토출공정(1B-3)이 실시된다. 여기서, 탑(1B)의 흡착공정, 탑(1A)의 재생, 가압, 가압·흡착의 각 공정이 종료되어 1사이클 운전이 종료된다. 2사이클 운전부터는 1사이클 운전시와 동일한 밸브 등의 작동 및 경과를 더듬어 간다.
상기 주입 노즐(6)은 한 개로 한정하는 것이 아니라 복수개 설치해도 좋다. 한 개 설치하는 경우는 탑(1)의 중간위치, 또는 중간과 탑(1)의 토출단(100)간의 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 위치에 주입노즐(6)을 설치함으로써 탑(1) 탑저부로부터 원료공기를 공급하는 경우에 비하여 탑(1) 탑정상부·저부간의 압력차를 작게 할 수 있다. 따라서 원료공기와 흡착제와의 접촉이 좋아지기 때문에 흡착제의 이용률이 향상하고 단위 흡착제당의 질소 흡착량의 증가가 도모되어 제품 산소 수율향상에 연결된다. 또, 제품 산소 주입 공정시에는 흡착제의 가는 구멍안으로의 산소의 확산 속도를 빠르게 할 수가 있어 질소의 탈착 효율 향상이 도모된다.
주입노즐(6)에는 제1b도에 나타낸 바와 같이 가스주입구멍(700)이 복수개 설치되어 있다. 주입구멍(700)은 탑(1)의 공급단(110) 및 반경 방향으로 향하여 각각 가스흐름(600a,600b)이 가능한 바와 같이, 또 균일하게 흐르도록 개공(開孔)되어 있다. 이와 같은 가스흐름으로 함으로써 흡착공정 또는 제품 산소주입 공정시에 흡착제와의 접촉 효율을 높일 수 있으며, 흡착제의 이용률이 향상하여 질소의 흡착 또는 탈착 촉진이 도모된다.
한편, 주입노즐(6)을 복수개 설치하는 경우는 탑(1)의 탑정상부·저간부에 임의로 설치해도 좋으나 탑(1)의 높이(H)에 대하여 원료공기 공급단(110)을 설치한 탑저측으로부터 H/4, H/2, 3H/4의 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 또, 주입노즐(6)을 복수개 설치한 경우에서도 주입구멍(700)은 제1a도에 나타낸 주입노즐 1개의 경우와 동일하다.
주입노즐(6)을 복수개 설치했을 때의 조작을 탑(1A)이 흡착 공정시에 있을 때를 예로 성명한다. 제1c도에 나타낸 바와 같이 질소 농도 센서(900)를 각 주입 노즐(6A1,6A2)근방에 설치한다. 이에 의하여 질소의 흡착대의 진행정도(농도변화)를 감시하고 옐르 들면 주입노즐(6A1) 근방에서 소정의 질소농도가 된다면 제어기(1000)에 의하여 밸브(60A1)가 개방되고, 주입노즐(6A1)로부터 완료공기가 탑(1A)내에 공급된다. 노즐(6A)이 개방 되었을 때는 밸브(6A1,6A2)는 폐쇄 상태에 있다. 다음에, 주입노즐(6)을 복수개 설치했을 때의 조작을 탑(1B)이 제품 산소주입 공정시에 있을 때를 예로 설명한다. 제1d도에 나타낸 바와같이 질소농도 센서(900)를 각 주입 노즐(6B1,6B,6B2)근방에 설치한다. 이에 의하여 산소에 의한 탈착시의 질소의 농도 변화를 감시하고 예를 들면 주입 노즐(6B2)근방에서 소정의 질소 농도가 되었다면 제어기(1000)에 의하여 밸브(60B3)가 개방되고, 주입노즐(6B2)로부터 제품산소가 탑(1B)내에 공급된다.
주입노즐(6B)이 개방되었을 때는 밸브(6B1,6B2)는 폐쇄상태에 있다.
[실시예 1]
제1도에 나타낸 장치와 제2도에 나타낸 각 공정이 조작시간·압력의 다음 설정에 의하여 실시하였다. 조작시간을 공정 1A-1과 1B-1은 10초, 1A-2와 1B-2는 40초, 1A-3과 1B-3은 10초, 1B-4와 1A-4는 30초, 1B-5와 1A-5는 10초, 1B-6과 1A-6은 10초, 1B-7과 1A-7은 10초로 하고, 가스주입노즐(6A,6B)로부터 원료 공기공급10초, 제품 산소주입 5초로 하였다. 또, 조작 압력은 흡착압력 P1=1.2ata, 초기흡착력 P2=0.9 ata, 가압·흡착공정 종료압력 P3=0.7ata로 하였다. 또, 농도 90%의 제품 산소를 발생하도록 운전하였다.
이 결과, 공기공급량 Ga=200N㎥ 했을 경우, 제품 산소 인출량(Ω)은 21N㎥/h가 되고, 제품 산소의 회수율(3)은 45%(3=(21x0.9)/(200x0.21)x100)가 되었다.
[실시예 2]
제1도에 나타낸 장치에 의하여 가스 주입노즐 6A 또는 6B로부터 공기공급 및 제품산소 주입을 하지 않을 경우에 관하여 실시하였다. 조작시간·입력조건을 실시예 1과 동일하게 하였다. 이 결과, 제품 산소 인출량(Ω)은 공기공급량 Ga=200N㎥/h에 대하여 약 19.6N㎥/h가 되고, 제품 산소 회수율(3)은 42%가 되었다.
이에 의하여 실시예 1은 실시예 2에 비하여 제품 산소의 회수율(3)을 3% 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 특징인 실시예 1과 2의 효과의 차이는 제4도 및 제5도에서 설명할 수 있다. 제4도 및 제5도에서는 주입노즐 6A 또는 6B로부터 원료공기, 제품 산소를 각각 공급했을 경우를 나타냈다.
먼저, 제4도를 사용하여 흡착공정에서 가스 주입노즐 6A 또는 6B로부터 공기를 도입했을 경우에 관하여 설명한다. 공기를 탑저부로부터 공급하면 탑정상부·저부간에 압력손실(△P)이 발생하여, 탑 정상부에 비하여 탑저부의 압력이 높아진다. 이것은 제4도에 나타낸 질소의 등온 흡착선상에서 보면 탑저부에서는 공기공급단에 가깝기 때문에 A점으로 나타낸 바와 같이 흡착압력 P1=1.2ata (공기공급압력)가 되고, 흡착제중의 질소 흡착량은 q1이 된다. 또, 탑 정상부에서는 압력손실(△P)분 압력이 작아지기 때문에 C점으로 나타낸 바와같이 압력은 P2가 되고, 흡착제중의 질소 흡착량은 q2가 된다. 이 때문에 탑 정상부의 흡착제중의 질소 흡착량은 탑저부에 비하여 q 작아진다. 이것은 탑 정상부에 존재하는 흡착제는 아직 q에 가까운 질소의 흡착이 가능한 것을 나타내고 있어 흡착제를 충분히 이용하고 있지 않다. 한편, 질소의 흡착대가 충분히 진행한 단계에서 탑저부로부터의 공기의 공급을 정지하고, 가스 주입노즐 6A 또는 6B로부터 공기를 도입하여 흡착 공기를 실시했을 경우, 탑정상부의 압력은 공기 공급압력(흡착압력 P1=1.2ata)에 가깝게 할 수 있다. 이 때문에 탑 정상부의 압력은 공기 공급 압력으로부터 가스주입노즐(6A),(6B)와 탑 정상부의 사이의 압력손실(p')을 공제한 p'1과 되고 B점에서 나타난 바와 같이 질소 흡착량은 q'1이 된다.
따라서, 탑 정상부에 있어서의 흡착제중의 질소 흡착량은 q'1과 종래의 q2보다 커지고, 질소의 흡착 능력이 아직 남아있는 가스주입 노즐 6A 또는 6B와 탑 정상부의 평균 흡착량은 대략 (q'1+q1)/2로 증가한다. 이것은 흡착제의 이용률이 향상하고 있게 되고 공기의 처리량을 크게 할 수 있어 제품산소의 회수율을 향상시킬 수가 잇다.
다시 제5도에 재생 공정시에 탑내를 진공 펌프에서 압력 Pa=0.48ata로 감합했을 때의 흡착제 중의 질소의 흡착 상태를 나타낸다. 재생 공정시에 있어서도 탑저부·정상부에 있어서 압력 손실이 발생하여, 탑저부에 비하여 탑 정상부의 절대 압력이 높아(대기 아력에 가까워진다)진다. 탑 정상부에서는 d점으로 나타낸 바와 같이 압력은 Pd=0.48ata보다 높은 P3이 되고, 흡착제중의 남은 질소 흡착량은 q3이 된다. 또, 탑 저부에서는 e점으로 나타낸 바와 같이 압력 P4=0.48ata이고 흡착제중의 남은 질소 흡착량은 q4가 되어, 탑 정상부에 비하여 탑저부에서는 탈착이 용이해진다. 이 때문에 탑저부·정상부에 존재하는 흡착제중의 남은 질소량을 소정량 탈착할 경우, 제품 산소 주입에 의한 탈착 소요시간은 탑저부에 비하여 탑정상부의 쪽이 장시간을 요한다. 탈착 시간의 경과에 따라서 흡착제의 탈착이 완료한 층은 탑 정상으로부터 탑저부로 향하여 확산되어가나, 제품 산소 주입에 의하여 한정된 시간으로 탈착할 경우, 탑저부에 도달할 수 없게 된다. 이 때문에, 흡착 공정시에 있어서는 공기의 공급·처리량이 적어져 제품 산소의 회수율이 저하한다. 이와 같은 불합리는 제품 산소를 탑 정상부와, 예를 들면 탑 중단에 설치한 가스주입 노즐 6A 또는 6B로부터 동시에 탑안으로 도입하든지, 최초는 탑정상부로부터 제품 산소를 도입하여 탑정상부 근방의 흡착제중의 남은 질소량을 탈착한 후, 가스 주입노즐 6A 또는 6B로부터 탈착에 유효한 질소 성분이 적은 제품 산소를 주입하고, 탑저부의 흡착제중의 남은 질소량을 탈착하는 방법에 의하여 해소할 수 있다. 본 방법에 있어서는 탑정상부·저부에 존재하는 흡착제 중의 남은 질소량을 동시에 소정량 탈착할 수 있도록 한 것으로, 특히 탑저부의 흡착제중의 남은 질소량의 탈착 촉진이 도모된다. 이에 의하여 다음의 흡착공정에 있어서 공기의 공급·처리량을 크게 할 수 있어, 제품 산소의 인출량을 증가시킬 수 있다.
이상의 작용으로부터 실시예 1과 2의 제품 산소 회수율 향상효과의 차이가 발생한다.
본 발명이 되는 제1실시예, 제2실시예와 상기 종래법과의 효과를 비교하기 위하여 제1도에 나타낸 장치에 의하여 이하의 시험을 실시하였다.
[실시예 3]
탑(1A)이 흡착 공정에 있을 때, 탑(1B)에서 진공펌프 감압 재생, 제품 산소 가압 공정을 행하고, 각 공정을 탑(1A,1B)에서 반복행하는 상기 종래의 2탑식 압력 스윙 흡착법의 기본형으로 실시하였다.
조작시간·압력은 실시예1과 동일하게 하였다. 이 결과, 제품 산소농도 90%에서 제품 산소 인출량(Ω)은 공기 공급량(Ga)을 200N㎥/h로 했을 경우에, Ω=14.9N㎥/h가 되고, 제품 산소의 회수율(3)은 32가 되었다.
[실시예 4]
탑(1A)이 흡착공정(조작 압력 1.2ata)에 있을 때, 탑(1B)에서 진공 펌프 감압(조작 압력 0.48ata) 재생 공정을 실시하여 탑(1A)의 원료 공기를 정지한 후, 탑(1A)에서 농축된 산소를 토출단(10A)으로부터 밸브(16A,16B)를 거쳐 탑(1B)에 공급하는 균압공정·조작을 도입하여 제1a도에서 나타낸 장치에 의하여 2탑식으로 실시하였다. 이 결과, 제품 산소수율(3)은 34%가 되었다.
[실시예 5]
탑(1A)이 흡착공정(조작 압력 1.2ata)에 있을 때, 질소의 흡착대가 파과(破過)하기 이전에 원료공기를 정지하여 흡착 압력의 반정도 이하의 압력까지 저하시키면서 제품 산소를 토출단(100A)으로부터 토출하는 운전을 제1a도에 나타낸 장치에 의하여 2탑식으로 실시하였다. 이 결과, 제품 산소 효율(3)은 27.5%가 되었다.
[실시예 6]
탑(1A)이 흡착공정(조작 압력 1.2ata)에 있을 때, 탑(1B)는 진공펌프감압(조작 압력 0.48ata) 재생 공정에 있다. 이후, 탑(1A)에의 원료공기를 정지히여 탑(1B)의 재생 공정을 종료한다. 이 시점에서 탑(1A)에서 농축된 산소를 토출단 (100A)으로부터 밸브(16A,16B)를 거쳐 탑(1B)에 공급한다.
이어서 밸브 16B를 폐쇄, 15B를 개방으로하여 탑(1B)의 공급단(110B)으로부터 농축된 산소를 공급하면 동시에 밸브(12B)를 개방으로 하여 제품 산소를 인출하는 조작·운전을 제1a도에 나타낸 장치에 의하여 2탑식으로 설치하였다. 이 결과 제품 산소 수율(3)은 38%가 되었다.
[실시예 7]
제1a도에 나타낸 장치에 있어서, 상기 가스 주입노즐을 복수개 설치하여 실시하였다. 본 실시예에서는 가스 주입노즐을 제8도, 제9도에 나타낸 바와 같이 흡착탑 1A 및 1B에 각각 3개 설치하였다. 즉, 흡착탑(1)의 높이(H)에 대하여 원료 공기 공급단(110)을 설치한 후 탑 저부측으로부터 H/4, H/2, 3H/4의 위치에 흡착탑(1A)에는 가스주입 노즐(6A1, 6A, 6A2)을 흡착탑(1B)에는 가스주입 노즐(6B1, 6B, 6B2)을 각각 설치하였다.
다시, 절환밸브(40A, 50A, 60A1, 60A2, 60A3)를 흡착탑(1A)에 절환밸브(40B, 50B, 60B1, 60B3)를 흡착탑(1B)에 배치하였다.
먼저, 흡착탑(1A)에 있어서 흡착 공정에 있어서의 원료공기 공급 조작을 제8도를 사용하여 설명한다.
본 실시예에서는 조압밸브(5A), 밸브(11A)를 개방, 밸브(20A, 40A, 50A, 30A, 60A1, 60A2, 60A3)를 폐쇄의 상태로 하여 원료공기를 공급단(110A)으로부터 공급하였다.
이후, 원료공기는 순차밸브(11A)를 폐쇄, 밸브(20A, 60A1)를 개방으로 하여 가스주입노즐(6A1)로부터 밸브(60A1)를 폐쇄로 하고 밸브(40A,60A2)를 개방으로 하여 가스 노즐(6A)로 부터 밸브(60A2)를 폐쇄로 하고 밸브(50A,60A3)를 개방으로 하여 가스 주입노즐(6A2)로부터 공급하였다.
원료 공기공급시간은 실시예 1에 나타낸 흡착시간 40초중 공급단(110A)으로부터 15초, 가스주입노즐(6A1,6A)로부터 각각10초, 가스주입노즐(6A2)로부터 5초로 하였다.
한편, 제품 산소 주입 조작시에 관해서는 흡착탑(1B)이 제품 산소 주입공정에 있을 경우를 예로 제9도를 사용하여 설명한다.
먼저, 조압밸브(5B), 밸브(14B)를 개방, 밸브(30B, 59B, 40B, 20B, 60B3, 60B2, 60B1)를 폐쇄상태로하고 제품탱크(4)로부터 제품 산소를 공급단(100B)로 부터 주입하였다.
이후, 제품 산소는 순차밸브(14B)를 폐쇄, 밸브(20B, 60B3)를 개방으로 하고 가스 주입노즐(6B2)로부터 밸브(60B3)를 폐쇄로 하고 밸브(50B, 60B2)를 개방으로 하여 가스 주입노즐(6B)로 부터 밸브(60B2)를 폐쇄로 하고 밸브(40B, 60B1)를 개방으로 하여 가스주입노즐(6B1)로부터 주입하였다.
제품 산소 주입시간은 실시예 1에 나타낸 10초중 공급단(100B)으로부터 3초, 가스주입노즐(6B2)로부터 3초, 가스주입노즐(6B) 및 (6B1)으로부터 각각 2초로 하였다.
그밖의 조작 및 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.
이 결과, 원료공기량(Ga)를 200N㎥/h로 했을 경우, 제품 산소 인출량(Ω)은 22N㎥/h (제품 산소 농도 90%)로 되었다. 이에 의하여 제품 산소의 회수율(3)은 3=(22x0.9/200x0.21)x100=47.1%가 되어, 가스주입노즐 1개를 설치한 실시예 1에 비하여 복수개 가스주입 유닛을 배치한 본 실시예의 쪽이 보다 제품 산소의 회수율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 혼합가스 분리장치에 의하여 공기로부터 산소를 농축하여 석탄 가스화 복합 발전 플랜트의 석탄 가스 화로에 공급하여 석탄을 가스화하고, 그 가스를 발전기를 구동하는 가스 터어빈에 공급하고, 다시 가스 터어빈의 배기가스로부터 보일러에서 열회수하여 증기를 발생시켜 발전기를 구동하는 증기 터어빈에 공급하는 장치를 구성하면, 산소의 공급 코스트가 저감되므로 전력 단가도 저감할 수가 있다.
본 발명에 의하면 흡착탑의 흡착제 중에 가스를 주입하는 수단을 설치함으로써 흡착효율과 탈착 효율을 높힐 수 있으므로, 흡착제의 이용 효율을 높혀서 흡착탑을 소형화하여 설비비를 저감하는 효과가 얻어진다.

Claims (21)

  1. 흡착제가 충전된 흡착탑과, 그 흡착탑의 한쪽의 탑단에 혼합가슬르 공급하는 혼합가스 탑단 공급수단과, 그 흡착탑의 다른쪽의 탑단으로 부터 흡착되지 않았던 미흡착 가스를 떼내는 미합측 가스 탑단 배출 수단과, 그 흡착탑 탑단에 공급하는 상기 혼합가스를 가압하는 혼합가스 가압수단과 그 흡착탑의 상기 혼합가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압수단을 구비한 혼합가스의 분리장치에 있어서, 그 흡착탑의 측면으로부터 그 탑내의 흡착제에 상기 혼합가스를 공급하는 혼합가스 측면 주입 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합 가스 탑단 공급 수단으로 부터 분리하여 상기 혼합가스 측면 주입 수단이 설치되어 있는 것을 특징르로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 혼합가스 측면 주입 수단이 구비되어진 위치 근방의 그 흡착탑 내의 흡착제의 흡착 성분 농도를 검출하는 농도 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 혼합 가스 측면 주입 수단을 복수개 구비하고, 그들의 절환 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리장치.
  5. 흡착제가 충전된 흡착탑과 그 흡착탑의 한쪽의 탑단에 혼합가스를 공급하는 혼합가스 탑단 공급수단과, 그 흡착탑의 다른쪽의 탑단으로부터 흡착되지 않았던 미흡착 가스 탑단 배출 수단과, 그 흡착탑의 상기 미흡착 가스 탑단 배출측에 접속된 흡착제 재생용 미흡착 가스 탑단 공급 수단과, 상기 혼합 가스를 가압하는 혼합가스 가압수단과, 그 흡착탑의 상기 혼합 가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압 수단을 구비한 혼합가스의 분리장치에 있어서, 그 흡착탑의 측면으로부터 그 탑내의 흡착제에 상기 혼합 가스를 공급하는 혼합가스 측면 주입수단 및 그 흡착탑의 측면으로 부터 그 탑내의 흡착제에 상기 미흡착 가스를 공급하는 미흡착 가스 측면 주입 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 혼합 가스 측면 주입 수단이 구비되어진 위치 근방의 그 흡착탑 내의 흡착제의 흡착 성부 농도를 검출하는 농도 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 미흡착 가스 측면 주입 수단이 구비되어진위치 근방의 그 흡착탑내의 흡착제의 미흡착 성분 농도를 검출하는 농도 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 미흡착 가스 탑단 공급 수단으로부터 분기해서, 상기 미흡착 가스 측면 주입수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 혼합 가스 측면 주입수단을 복수개 구비하고, 그들의 절환 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  10. 제 5항에 있어서, 상기미흡착 가스 측면 주입 수단을 복수개 구비하고, 그들의 절환 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  11. 흡착제가 충전된 흡착탑과 그 흡착탑의 한쪽의 탑단에 혼합 가스를 공급하는 혼합 가스 탑단 공급 수단과, 그 흡착탑의 다른쪽의 탑단으로부터 흡착되지 않았던 미흡착 가스를 빼내는 미흡착 가스 탑단 배출수단과, 그 흡착탑의 상기 미흡착 가스 탑단 배출측에 접속된 흡착제 재생용 미흡착 가스 탑단 공급 수단과, 상기 혼합 가스를 가압하는 혼합 가스 가압수단과, 그 흡착탑의 상기 혼합 가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압 수단을 구비한 혼합 가스의 분리장치에 있어서, 그 흡착탑의 측면으로부터 그 탑내의 흡착제에 상기 미흡착 가스를 공급하는 미흡착 가스 측면 주입 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 미흡착 가스 측면 주입 수단을 복수개 구비하고, 그들의 절환 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 복합 가스의 분리장치.
  13. 흡착제가 충전된 흡착탑과, 그 흡착탑의 한쪽의 탑단에 혼합 가스를 공급하는 혼합가스 탑단 공급 수단과, 그 흡착탑의 다른쪽의 탑단으로 부터 흡착되지 않았던 미흡착 가스를 빼내는 미흡착 가스 탑단 배출수단과, 그 흡착탑의 상기 미흡착 가스 탑단 배출측에 접속된 제 1 의 미흡착 가스 탑단 공급수단과, 상기 혼합 가스를 가압하는 복합 가스 가업수단과, 그 흡착탑의 상기 혼합 가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압 수단과, 미흡착 가스를 그 흡착탑의 상기 혼합 가스 탑단 공급측으로 부터 공급하는 제 2의 미흡착 가스 탑단 공급 수단을 구비한 혼합 가스의 분리장치에 있어서, 그 흡착탑의 측면으로부터 그 탑내의 흡착제에 상기 혼합 가스를 공급하는 혼합 가스 측면 주입 수단 및 그 흡착탑의 측면으로 부터 그 탑내의 상기 미흡착 가스를 공급하는 미흡착 가스 측면 주입 수단의 적어도 한쪽을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  14. 흡착제가 충전된 흡착탑과 그 흡착탑의 한쪽의 탑단에 혼합 가스를 공급하는 혼합가스 탑단 공급수단과 그 흡착탑의 다른쪽의 탑단으로부터 흡착되지 않았던 미흡착 가스를 빼내는 미흡착 가스 탑단 배출 수단과, 그 흡착탑 탑단에 공급하는 상기 혼합 가스를 가압하는혼합 가스 가압 수단과, 그 흡착탑의 상기 혼합 가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압 수단을 구비한 혼합 가스의 분리장치에 있어서, 그 흡착탑의 측면으로부터 그 탑내의 흡착제에 상기 혼합가스를 공급하는 혼합 가스 측면 주입 수단을 복수개 구비하고, 그 복수개의 혼합 가스 측면 주입 수단의 절환 수단을 구비하고, 그 복수개의 혼합 가스 측면 주입 수단이 각각 구비된 위치 근방의 그 합착탑내의 흡착제의 흡착 성분 농도를 검출하는 농도센서를 구비하고, 그 농도 센서의 검출치에 의거하여 상기 절환 수단을 절환 조작하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  15. 흡착제가 충전된 흡착탑과 그 흡착탑의 한쪽의 탑단에 혼합 가스를 공급하는 혼합 가스 탑단 공급 수단과, 그 흡착탑의 다른쪽의 탑단으로부터 흡착되지 않았던 미흡착 가스를 빼내는 미흡착 가스 탑단 배출수단과, 그 흡착탑의 상기 미흡착 가스 탑단 배출측에 접속된 흡착제 재생용 미흡착 가스 탑단 공급 수단과, 상기 혼합 가스를 가압하는 혼합 가스 가압수단과, 그 흡착탑의 상기 혼합 가스 탑단 공급측에 접속된 흡착탑 감압 수단을 구비한 혼합가스의 분리장치에 있어서, 그 흡착탑의 측면으로부터 그 탑내의 흡착제에 상기 혼합 가스를 공급하는 혼합 가스 측면 주입수단 및 그 흡착탑의 측면으로부터 그 탑내의 흡착제에 상기 미흡착 가스를 공급하는 복수개의 미흡착 가스 측면 주입 수단을 구비하고, 그 복수개의 미흡착 가스 측면 주입 수단의 절환 수단을 구비하고, 그 복수개의 미흡착 가스 측면 주입 수단의 절환 수단을 구비하고, 그 복수개의 미흡착 가스 측면 주입 수단이 각각 구비되어진 위치 근방의 그 흡착 탑내의 흡착제의 미흡착 성분 농도를 검출하는 농도 센서를 구비하고 그 농도 센서의 검출지에 의거하여 상기절환 수단을 절환 조작하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리장치.
  16. 흡착제를 충전한 흡착탑의 한쪽의 탑단으로 부터 혼합 가스를 공급하여 그 혼합 가스 중의 흡착 성분을 흡착제에 흡착시키고, 흡착탑의 타단으로 부터 미흡착 가스를 빼내는 흡착 공정과, 그 흡착 공정 종료후에 그 흡착탑을 혼합 가스 공급 방향과 반대 방향으로 흡인함으로써 감압하여 흡착 성분을 탈착하는 흡착제 재생 공정과, 그 흡착제 재생 공정 종료후의 그 흡착탑으로 상기 혼합 가스를 공급한 방향과 동일방향으로부터 다시 혼합가스를 공급하든지 또는 미흡착 가스를 공급하여 상기 흡착탑을 흡착 압력에까지 가압하는 가압 공정을 포함하고, 그 가압 공정 종료후에 상기 흡착 공정의 후기에 그 흡착탑의 측면으로부터 상기 혼합 가스를 흡착탑 내에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 흡착탑의 측면으로부터 상기 혼합 가스를 흡착탑 내에 공급함에 있어서, 그 측면 위치 근방의 그 흡착 탑내의 흡착제의 흡착 성분의 농도를 검출하여, 그 농도가 기존치에 달한다면 그 흡착탑의 측면으로부터 상기 혼합 가스를 흡착탑 내에 공급 개시하는 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리방법.
  18. 흡착제를 충전한 흡착탑의 한쪽의 탑단으로 부터 혼합가스를 공급하여 그 혼합가스 중의 흡착 성분을 흡착제에 흡착시키고, 그 흡착 공정 종료후에 그 흡착탑을 혼합 가스 공급 수단과 역방향으로 흡인함으로써 감압하고 다시 그 역방향으로부터 미흡착 가스를 공급함으로써 흡착 성분을 퍼지하는 흡착제 재생 공정과, 그 흡착제 재생 공정 종료후의 그 흡착탑에 상기 혼합 가스를 공급한 방향으로부터 다시 혼합 가스를 공급하든지 또는 미흡착 가스를 공급하여 상기 흡착탑을 흡착 압력에까지 가압하는 가압 공정을 포함하고, 그 가압 공정 종료후에 상기 흡착 공정을 다시 반복하도록 한 혼합 가스의 분리 방법에 있어서, 상기 흡착 공정의 후기에 그 흡착탑의 측면으로부터 상기 혼합 가스를 흡착탑 내에 공급하도록 하고 그 흡착제 재생 공정에 있어서의 미흡착 가스 공급의 후기에 그 흡착탑의 측면으로부터 상기 미흡착 가스를 흡착탑 내에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 흡착탑의 측면으로 부터 상기 혼합 가스를 흡착탑 내에 공급함에 있어서, 그 측면 위치 근방의 그 흡착탑 내 흡착제의 흡착성분의 농도를 검출하여, 그 농도가 기준치에 달했다면 그 흡착탑의 측면으로 부터 상기 혼합 가스를 흡착탑 내에 공급 개시하는 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리방법.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 흡착탑의 측면으로 부터 상기 미흡착 가스를 흡착탑 내에 공급함에 있어서, 그 측면 위치 근방의 그 흡착탑내 흡착제의 미흡착 성분의 농도를 검출하여, 그 농도가 기준치에 달했다면 그 흡착탑의 측면으로부터 상기 미흡착 가스를 흡착탑내에 공급 개시 하는 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리방법.
  21. 제 18항에 있어서, 그 흡착적 재생 공정시에 그 흡착탑을 감압 흡인하면서 그 미흡착 가스를 그 흡착탑에 주입하는 것을 특징으로 하는 혼합 가스의 분리방법.
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