KR20070053728A - Double separation method and double separation system for oxygen gas and nitrogen gas - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PSA 가스분리장치에 의해 공기 등으로부터 고순도 산소 가스를 분리하여 얻는 동시에, 당해 PSA 가스분리장치로부터 연속적으로 공급되는 탈착 가스로부터 고순도 질소 가스를 연속적으로 효율적으로 분리하여 얻을 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 PSA 가스분리장치 (1)에서의 PSA 가스분리공정 및 막식 가스분리기 (2)에서의 막식 가스분리공정을 포함한다. PSA 가스분리 공정에서는 질소를 우선적으로 흡착하는 흡착제가 충전된 흡착탑을 이용하여 행하는 압력변동흡착식 가스분리법에 의해 공기 등의 산소·질소함유 가스로부터 산소 부화 (富化) 가스와 질소를 주로 포함하고 또한 산소도 포함하는 탈착 가스를 취한다. 막식 가스분리 공정에서는 산소를 우선적으로 투과시키는 가스분리막 (2A)의 투과측을 대기압 미만의 압력으로 감압하면서, 가스분리막 (2A)에 의해 탈착 가스를 가스분리막 (2A)을 투과하는 가스와 투과하지 않는 가스 (질소 부화 가스)로 분리한다.The present invention provides a method and system for separating and obtaining high purity oxygen gas from air or the like by means of a PSA gas separation device, and continuously and efficiently separating high purity nitrogen gas from a desorption gas continuously supplied from the PAS gas separation device. The purpose is to provide. The present invention includes a PSA gas separation process in the PSA gas separation device 1 and a membrane gas separation process in the membrane gas separator 2. In the PSA gas separation process, oxygen enrichment gas and nitrogen are mainly contained from oxygen-nitrogen-containing gas such as air by means of a pressure swing adsorption gas separation method using an adsorption tower filled with an adsorbent that preferentially adsorbs nitrogen. A desorption gas that also contains oxygen is taken. In the membrane gas separation process, the desorbed gas is not permeated with the gas that passes through the gas separation membrane 2A by the gas separation membrane 2A while reducing the permeation side of the gas separation membrane 2A that preferentially permeates oxygen to a pressure below atmospheric pressure. Do not separate into gas (nitrogen enriched gas).

가스분리장치, 산소 가스, 질소 가스 Gas Separator, Oxygen Gas, Nitrogen Gas

Description

산소 가스 및 질소 가스의 병행 분리방법 및 병행 분리 시스템 {DOUBLE SEPARATION METHOD AND DOUBLE SEPARATION SYSTEM FOR OXYGEN GAS AND NITROGEN GAS}DOUBLE SEPARATION METHOD AND DOUBLE SEPARATION SYSTEM FOR OXYGEN GAS AND NITROGEN GAS}

본 발명은 산소 및 질소를 포함하는 혼합 가스 (예를 들면 공기)로부터 산소 가스 및 질소 가스를 병행하여 분리하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for parallel separation of oxygen gas and nitrogen gas from a mixed gas (eg air) comprising oxygen and nitrogen.

공기로부터 분리하여 얻을 수 있는 산소 가스 및 질소 가스는 다양한 용도로 이용되어 왔다. 산소 가스는 예를 들면 쓰레기 용융로나 재 용융로, 유리 용융로의 고온화, 제강용 전기로의 연소효율 향상, 화학플랜트에서의 산화 반응, 폐수처리장치에 있어서의 산소 폭기 등에 이용되어 왔다. 한편, 질소 가스는 예를 들면 쓰레기 용융로나 화학플랜트에 있어서의 가스 씰이나 퍼징, 열 처리로의 분위기 가스 조정, 식품 포장용 가스 씰 등에 이용되어 왔다.Oxygen and nitrogen gases, which can be obtained separately from air, have been used for various purposes. Oxygen gas has been used, for example, in waste melting furnaces, remelting furnaces, glass melting furnaces, for improving the combustion efficiency of steelmaking electric furnaces, oxidation reactions in chemical plants, oxygen aeration in wastewater treatment systems, and the like. On the other hand, nitrogen gas has been used, for example, in gas seals and purging in waste melting furnaces and chemical plants, atmosphere gas adjustment in heat treatment furnaces, gas seals for food packaging, and the like.

공기로부터 산소 가스나 질소 가스를 분리하는데 실용적인 방법의 하나로서, 압력변동흡착법(PSA법)이 알려져 있다. PSA법에 의한 가스분리에서는 소정 성분을 우선적으로 흡착하기 위한 흡착제가 충전된 흡착탑을 구비하는 PSA 가스 분리장치를 이용할 수 있고, 흡착탑에 있어서 적어도 흡착 공정 및 탈착 공정이 실행된다. 흡착 공정에서는 흡착탑에 혼합 가스를 도입하고 당해 혼합 가스 중의 역(易) 흡착성분을 고압 조건하에서 흡착제에 흡착시키고 난(難) 흡착성분으로 이루어지는 가스를 흡착탑으로부터 도출(導出)한다. 탈착 공정에서는 탑내 압력을 강하시켜 역흡착 성분을 흡착제로부터 탈착시키고, 당해 역 흡착성분을 주로 포함하는 가스를 흡착탑으로부터 도출한다. 예를 들면 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 사용하고 혼합 가스로서 공기를 흡착탑에 도입할 경우, 산소는 흡착 공정에서 난 흡착 성분으로서 탑외로 도출되고, 질소는 역 흡착성분으로서 흡착 공정에서 흡착제에 흡착되며 탈착 공정에서 탑외로 도출된다.As one of practical methods for separating oxygen gas and nitrogen gas from air, a pressure swing adsorption method (PSA method) is known. In gas separation by the PAS method, a PAS gas separation device having an adsorption tower filled with an adsorbent for preferentially adsorbing a predetermined component can be used, and at least the adsorption step and the desorption step are performed in the adsorption tower. In the adsorption step, a mixed gas is introduced into the adsorption tower, and the reverse adsorption component in the mixed gas is adsorbed to the adsorbent under high pressure conditions, and a gas composed of a poor adsorption component is extracted from the adsorption tower. In the desorption step, the pressure in the column is lowered to desorb the reverse adsorption component from the adsorbent, and a gas mainly containing the reverse adsorption component is derived from the adsorption tower. For example, when an adsorbent capable of adsorbing nitrogen preferentially over oxygen is used and air is introduced into the adsorption tower as a mixed gas, oxygen is drawn out of the tower as a poor adsorption component in the adsorption process, and nitrogen is adsorbed as a reverse adsorption component. It is adsorbed by the adsorbent at and is taken out of the tower in the desorption process.

PSA법에 있어서는 탈착 공정에서 감압 탈착되어 탑외로 나오는 역 흡착성분 가스보다도, 흡착 공정에서 흡착탑을 통과하는 난 흡착성분 가스 쪽이 가스 농도나 가스량에 대하여 안정하다. 그 때문에 PSA법에서는 얻으려는 목적의 가스를 역 흡착성분 가스로 하는 것보다도 난 흡착성분 가스로 하는 쪽이 당해 목적 가스를 효율적으로 취득하기 쉽다. 따라서, PSA법에 의해 공기로부터 산소를 분리 취득하는 경우에는 일반적으로 사용되는 PSA 가스분리장치의 흡착탑에 질소흡착성의 흡착제가 충전되고, 흡착 공정에서 당해 흡착탑으로부터 나오는 산소부화 가스가 제품 가스로서 회수된다. 또한 PSA법에 의해 공기로부터 질소를 분리 취득하는 때는 일반적으로 산소흡착성의 흡착제가 흡착탑에 충전되고, 흡착 공정에서 당해 흡착탑으로부터 도출되는 질소부화 가스가 제품 가스로서 회수된다.In the PSA method, the non-adsorption component gas that passes through the adsorption column in the adsorption step is more stable with respect to the gas concentration or the gas amount than the reverse adsorption component gas that is depressurized and desorbed in the desorption step and exits the column. Therefore, in the PSA method, it is easier to obtain the target gas more efficiently than the gas of the objective to be obtained as the poor adsorption component gas rather than the reverse adsorption component gas. Therefore, in the case of separating and acquiring oxygen from air by the PAS method, a nitrogen adsorption adsorbent is filled in an adsorption tower of a commonly used gas gas separation device, and the oxygen enriched gas from the adsorption tower is recovered as a product gas in the adsorption step. . When nitrogen is separated from the air by the PAS method, the oxygen adsorption adsorbent is generally filled in the adsorption tower, and the nitrogen enrichment gas derived from the adsorption tower in the adsorption step is recovered as the product gas.

그러나 공기 중의 산소를 분리 취득해서 이용하는 동시에 공기 중의 질소를 분리 취득해서 이용할 필요가 생길 경우가 있고, 이 경우에는 공기 중에 포함되는 산소 및 질소를 단일 시스템에 의해 병행하여 분리 취득하는 것이 가능한 기술이 요구된다.However, there is a case where it is necessary to separate and acquire oxygen in the air, and to separate and acquire nitrogen in the air. In this case, a technology capable of separating and acquiring oxygen and nitrogen contained in the air in parallel in a single system is required. do.

도 8은 공기 중의 산소 및 질소를 병행하여 분리하기 위한 종래 시스템의 일례인 산소·질소 병행 분리 시스템 X5을 나타낸다. 산소·질소 병행 분리 시스템 X5은 PSA 가스분리장치 (81)와 막식 가스분리기 (82)와 저장탱크 (83)와 압축기 (84), (85)와 진공펌프 (86)를 구비하고, 이들은 배관을 거쳐서 연결되어 있다. 배관에서의 소정의 장소에는 복수의 자동 밸브 (미도시)가 설치되어 있고, 시스템 가동시에는 각 자동 밸브의 개폐 상태가 적절하게 선택됨으로써 시스템 내의 가스의 흐름 상태를 바꿀 수 있다. PSA 가스분리장치 (81)는 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착하는 흡착제가 충전된 흡착탑 (미도시)을 구비한다. 또한 막식 가스분리기 (82)는 산소를 우선적으로 투과시키기 위한 가스분리막 (82a)을 가진다. 이러한 산소·질소 병행 분리 시스템은, 예를 들면 하기의 특허문헌 1에 기재되어 있다.Fig. 8 shows an oxygen / nitrogen parallel separation system X5 which is an example of a conventional system for separating oxygen and nitrogen in air in parallel. The oxygen / nitrogen parallel separation system X5 includes a PAS gas separator 81, a membrane gas separator 82, a storage tank 83, compressors 84, 85 and a vacuum pump 86. Connected via A plurality of automatic valves (not shown) are provided at a predetermined place in the piping, and when the system is in operation, the opening and closing states of the respective automatic valves are appropriately selected so that the flow of gas in the system can be changed. The PAS gas separator 81 includes an adsorption tower (not shown) filled with an adsorbent that preferentially adsorbs nitrogen over oxygen. The membrane gas separator 82 also has a gas separation membrane 82a for preferentially permeating oxygen. Such an oxygen-nitrogen parallel separation system is described, for example in following patent document 1.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개평 5-253438호 [Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 5-253438

산소·질소 병행 분리 시스템 X5의 가동시에는 PSA 가스분리장치 (81)의 흡착탑에 있어서 흡착 공정 및 탈착 공정을 포함하는 1 사이클이 반복되고, 공기로부터 산소부화 가스가 분리 취득된다. 흡착 공정에서는 압축기 (84)가 작동해서 PSA 가스분리장치 (81)의 흡착탑에 공기가 공급되고 탑 안이 소정의 압력까지 상승한 상태에서 당해 공기 중의 역 흡착성분 (주로 질소를 포함한다)을 흡착제에 흡착시켜 당해 흡착탑 또는 PSA 가스분리장치 (81)로부터 산소부화 가스가 도출된 다. 이 산소부화 가스는, 예를 들면 소정의 용도로 연속적으로 사용된다. 탈착공 정에서는 진공펌프 (86)의 작동에 의해 탑 안이 소정의 압력까지 강하된 상태에서 당해 흡착탑 내의 흡착제로부터 역 흡착성분 (주로 질소를 포함한다)이 탈착되어, 탑 내에 잔존하는 산소와 함께 당해 역 흡착성분은 탈착 가스로서 탑외 또는 PSA 가스분리장치 (81) 외부로 배출된다. 탈착 가스 중의 산소 농도는 탈착 공정 초기에 있어서는 비교적 높고, 시간의 경과와 함께 점차로 저하하는 경향이 있다.At the time of operation of the oxygen-nitrogen parallel separation system X5, one cycle including an adsorption step and a desorption step is repeated in the adsorption tower of the PAS gas separation device 81, and oxygen-enriched gas is separated from the air. In the adsorption step, the compressor 84 operates to supply air to the adsorption tower of the PAS gas separation device 81, and adsorbs the reverse adsorption component (mainly containing nitrogen) in the air to the adsorbent while the tower is raised to a predetermined pressure. In this way, oxygen-enriched gas is derived from the adsorption tower or PAS gas separation device 81. This oxygen enrichment gas is used continuously for a predetermined use, for example. In the desorption process, the reverse adsorption component (mainly containing nitrogen) is desorbed from the adsorbent in the adsorption column in a state where the inside of the column is lowered to a predetermined pressure by the operation of the vacuum pump 86, and the oxygen is retained in the tower. The reverse adsorption component is discharged out of the tower or out of the PSA gas separation device 81 as the desorption gas. The oxygen concentration in the desorption gas is relatively high at the initial stage of the desorption process, and tends to gradually decrease with time.

PSA 가스분리장치 (81)로부터의 탈착 가스의 산소 농도는 산소 모니터에 의해 상시적으로 검지되며 탈착 공정 초기의 비교적 산소 농도가 높은 탈착 가스는 화살표 G’에 나타나 있는 바와 같이 시스템 외로 폐기된다. 그리고, 탈착 가스의 산소 농도가 소정 값까지 저하한 시점에서 당해 폐기는 정지되며 저장탱크 (83)로의 탈착 가스의 회수로 전환되어 탈착 가스의 회수가 개시된다. 이러한 탈착 가스의 폐기 및 그 후의 회수는 PSA 가스분리장치 (81)로부터 탈착 가스가 배출될 때마다 실행된다.The oxygen concentration of the desorption gas from the PAS gas separation device 81 is constantly detected by an oxygen monitor, and the desorption gas having a relatively high oxygen concentration at the beginning of the desorption process is discarded out of the system as indicated by arrow G '. Then, when the oxygen concentration of the desorption gas falls to a predetermined value, the waste is stopped and the process is switched to the recovery of the desorption gas to the storage tank 83 to start the recovery of the desorption gas. Such desorption of the desorption gas and subsequent recovery are executed each time the desorption gas is discharged from the PAS gas separation device 81.

저장탱크 (83)에 회수된 탈착 가스는 압축기 (85)의 작동에 의해 소정의 압력에서 막식 가스분리기 (82)에 공급되고 막식 가스분리기 (82)의 가스분리막 (82a)을 투과하는 투과 가스와 투과하지 않는 비투과 가스로 분리된다. 탈착 가스 중의 산소는 가스분리막 (82a)을 우선적으로 투과하고, 이에 따라 산소 농도가 저하하여 질소 순도가 높아진 질소부화 가스가 비투과 가스로서 막식 가스분리기 (82)로부터 배출된다. 이 비투과 가스는 예를 들면 소정의 용도로 연속적으로 사용된다. 산소·질소 병행 분리 시스템 X5에 의하면 이상과 같이 하여 공기로부터 산 소부화 가스 및 질소부화 가스가 분리 취득된다.The desorption gas recovered in the storage tank 83 is supplied to the membrane gas separator 82 at a predetermined pressure by the operation of the compressor 85 and passes through the gas separation membrane 82a of the membrane gas separator 82. It is separated into a non-permeable gas that does not permeate. Oxygen in the desorption gas preferentially passes through the gas separation membrane 82a, whereby the nitrogen enrichment gas whose oxygen concentration is lowered and the nitrogen purity is high is discharged from the membrane type gas separator 82 as a non-permeable gas. This non-permeable gas is used continuously for a predetermined use, for example. According to oxygen-nitrogen parallel separation system X5, an oxygen enrichment gas and a nitrogen enrichment gas are isolate | separated and acquired from air as mentioned above.

산소·질소 병행 분리 시스템 X5에 있어서는 가령, PSA 가스분리장치 (81)로부터의 탈착 가스의 전부가 저장탱크 (83)에 일단 회수되지 않고 연속적으로 압축기 (85)를 경유하여 막식 가스분리기 (82)에 계속 공급되면 막식 가스분리기 (82)로부터 비투과 가스로서 배출되는 질소부화 가스의 양은 경시적으로 비교적 크게 변동하여 버린다. 막식 가스분리기 (82)에 공급되는 탈착 가스의 산소 분압 내지 산소 농도가 비교적 크게 변동하고, 이에 따라 가스분리막 (82a)에 있어서의 산소투과의 드라이빙 포스가 비교적 크게 변동하기 때문이다. 당해 드라이빙 포스의 변동은 가스분리막 (82a)에 대한 산소의 투과량 또는 산소의 비투과량의 변동을 초래하고 따라서, 막식 가스분리기 (82)로부터 배출되는 비투과 가스 (질소부화 가스) 양의 변동을 초래한다. 그 때문에 산소·질소 병행 분리 시스템 X5에 있어서, PSA 가스분리장치 (81)로부터의 탈착 가스 전부가 저장탱크 (83)에 일단 회수되지 않고 연속적으로 막식 가스분리기 (82)에 계속 공급되면 비투과 가스로서 취득되는 질소부화 가스를, 그 공급량이 불안정하기 때문에 불활성 가스로서 적절하게 이용할 수 없는 경우가 생긴다.In the oxygen / nitrogen parallel separation system X5, for example, all of the desorption gas from the PSA gas separation device 81 is not recovered to the storage tank 83 once, but is continuously passed through the compressor 85 through the membrane gas separator 82. If it is supplied to, the amount of nitrogen enriched gas discharged from the membrane gas separator 82 as a non-permeable gas fluctuates relatively large over time. This is because the oxygen partial pressure to oxygen concentration of the desorption gas supplied to the membrane gas separator 82 fluctuates relatively largely, and the driving force of oxygen permeation in the gas separation membrane 82a fluctuates relatively largely. The variation in the driving force results in a variation in the oxygen permeation amount or the non-permeation amount of oxygen to the gas separation membrane 82a, and hence in the variation of the amount of non-permeable gas (nitrogen-enriched gas) discharged from the membrane type gas separator 82. . Therefore, in the oxygen / nitrogen parallel separation system X5, when all the desorption gas from the PAS gas separation device 81 is not recovered to the storage tank 83 but is continuously supplied to the membrane gas separator 82 as a non-permeable gas. The nitrogen enrichment gas obtained cannot be used suitably as an inert gas because its supply amount is unstable.

이에 대하여 전술한 바와 같은 본래의 태양으로 가동하는 산소·질소 병행 분리 시스템 X5에 있어서는 PSA 가스분리장치 (81)로부터의 탈착 가스의 폐기 및 회수가 소정의 타이밍에서 전환됨으로써, 소정의 산소 농도 영역 (즉 질소농도 영역)의 탈착 가스가 저장탱크 (83)에 일단 회수되고 대략 일정한 산소 농도 (즉 대략 일정한 질소 순도)의 탈착 가스가 저장탱크 (83)로부터 막식 가스분리기 (82) 에 공급된다. 그리고, 막식 가스분리기 (82)에 공급되는 탈착 가스의 산소분압 (또는 산소 농도)의 변동이 작기 때문에 가스분리막 (82a)에 대한 산소의 투과량 변동은 적고, 막식 가스분리기 (82)로부터는 대략 일정한 유량으로 비투과 가스 (질소부화 가스)가 배출되게 된다.On the other hand, in the oxygen-nitrogen parallel separation system X5 which operates in the original aspect as mentioned above, the disposal and collection | recovery of the desorption gas from the PAS gas separation apparatus 81 are switched at predetermined timing, and the predetermined | prescribed oxygen concentration area | region ( That is, the desorption gas of the nitrogen concentration region) is once recovered to the storage tank 83, and the desorption gas of the substantially constant oxygen concentration (i.e., the substantially constant nitrogen purity) is supplied from the storage tank 83 to the membrane gas separator 82. And since the fluctuation of the oxygen partial pressure (or oxygen concentration) of the desorption gas supplied to the membrane gas separator 82 is small, the fluctuation of oxygen permeation amount to the gas separation membrane 82a is small, and the membrane gas separator 82 is substantially constant. At the flow rate, the non-permeable gas (nitrogen-enriched gas) is discharged.

그러나, PSA 가스분리장치 (81)로부터 막식 가스분리기 (82)로의 탈착 가스의 흐름을 분단(分斷)하는 변환용 라인 구성 및 저장탱크 (83)는 질소부화 가스의 분리 취득 조작을 불연속화하여 시스템의 복잡화를 초래하므로 바람직하지 못하다. 더하여, 이러한 변환용 라인 구성 및 저장탱크 (83)는 시스템의 대형화를 초래하므로 바람직하지 못하다. 또한 PSA 가스분리장치 (81)로부터 막식 가스분리기 (82)로의 탈착 가스의 흐름을 분단(分斷)하는 기간이 긴 만큼, 저장탱크 (83)는 보다 큰 용량을 필요로 하여 대형화한다. 예를 들면 PSA 가스분리장치 (81)의 흡착탑에서의 30초간의 탈착 공정의 사이에 있어서, 탈착 공정시작으로부터 20초간의 탈착 초기·중기에 배출되는 탈착 가스(산소 농도는 비교적 높고 질소 순도는 비교적 낮다)를 화살표 G’로 나타내는 바와 같이 시스템 외로 폐기하고, 탈착 공정시작으로부터 20∼30초간의 탈착 말기에 배출되는 탈착 가스(산소 농도는 비교적 낮고 질소순도는 비교적 높다)를 저장탱크 (83)에 저장할 경우, 탈착 초기·중기의 20초간은 저장탱크 (83)에 탈착 가스가 저장되지 않으므로, 이 사이에 저장탱크 (83)로부터 막식 가스분리기 (82)에 가스를 공급하기 위해서는 저장탱크 (83)에는 미리 그때까지의 탈착 공정에 있어서 배출되는 탈착 가스를 막식 가스분리기 (82)에 송출하지 않고 여분으로 저장해 둘 필요가 있다. 이때, 진공펌프 (86)의 작동에 의해 상응한 압력으로 탈착 가스를 저장탱크 (83)에 도입할 필요가 있지만, 진공펌프 (86)의 토출 압력에는 일정한 한계가 있기 때문에 저장탱크 (83)에 대하여 탈착 가스를 적절하게 도입하기 위해서는 저장탱크 (83)에는 충분한 용량이 필요하게 된다. 상기의 분단 시간이 긴 만큼 저장탱크 (83)에 미리 여분으로 저장해 두어야 할 탈착 가스의 량은 증대하고, 따라서, 저장탱크 (83)에 요구되는 용량도 증대해서 저장탱크 (83)가 대형화하는 것이다.However, the conversion line configuration and the storage tank 83 for separating the flow of the desorption gas from the PAS gas separator 81 to the membrane gas separator 82 discontinuously separate and acquire the nitrogen-enriched gas. This is undesirable because it leads to system complexity. In addition, such a conversion line configuration and storage tank 83 are undesirable because they lead to a larger system. In addition, the storage tank 83 requires a larger capacity and is larger in size as the period for separating the flow of the desorption gas from the PAS gas separator 81 to the membrane gas separator 82 is long. For example, the desorption gas discharged in the initial and middle desorption periods of 20 seconds from the beginning of the desorption process (the oxygen concentration is relatively high and the nitrogen purity is relatively high between the desorption processes for 30 seconds in the adsorption tower of the PSA gas separation device 81). Low) is discarded out of the system, and the desorption gas (the oxygen concentration is relatively low and the nitrogen purity is relatively high) is discharged to the storage tank 83 at the end of the desorption for 20 to 30 seconds from the start of the desorption process. In the case of storage, since desorption gas is not stored in the storage tank 83 for 20 seconds of the initial stage and the middle stage of desorption, in order to supply gas from the storage tank 83 to the membrane type gas separator 82 therebetween, the storage tank 83 In this case, it is necessary to store the desorption gas discharged in the desorption process up to that point in advance without sending it to the membrane gas separator 82. At this time, it is necessary to introduce the desorption gas into the storage tank 83 at a corresponding pressure by the operation of the vacuum pump 86, but since the discharge pressure of the vacuum pump 86 has a certain limit, the storage tank 83 In order to introduce the desorption gas appropriately, the storage tank 83 needs a sufficient capacity. As long as the above-mentioned splitting time is long, the amount of desorption gas to be stored in advance in the storage tank 83 increases, so that the capacity required for the storage tank 83 also increases and the storage tank 83 becomes larger. .

발명의 개시Disclosure of the Invention

본 발명은 이러한 사정 아래에서 고안된 것이며, PSA 가스분리장치에 의해 산소·질소혼합 가스로부터 고순도 산소 가스를 분리 취득하는 동시에, 당해 PSA 가스분리장치로부터 연속적으로 공급되는 탈착 가스로부터 고순도 질소 가스를 연속적으로 효율적으로 분리 취득할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised under such circumstances, and the high purity nitrogen gas is continuously obtained from the desorption gas continuously supplied from the PAS gas separation device while the high purity oxygen gas is separated and obtained from the oxygen / nitrogen mixed gas by the PAS gas separation device. It is an object of the present invention to provide a method and a system which can be efficiently separated and acquired.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 산소 및 질소를 포함하는 혼합 가스로부터 산소 가스 및 질소 가스를 병행 분리하기 위한 방법이 제공된다. 이 병행 분리방법은 압력변동흡착식 가스분리공정 및 막식 가스분리공정을 포함한다. 압력변동흡착식 가스분리 공정에서는 질소를 우선적으로 흡착하기 위한 흡착제가 충전된 흡착탑을 이용하여 행하는 압력변동흡착식 가스분리법에 의해 흡착탑 안이 상대적으로 고압인 상태에서 흡착탑에 혼합 가스를 도입하고 당해 혼합 가스 중의 질소를 흡착제에 흡착시키고 당해 흡착탑으로부터 산소부화 가스를 도출하며 또한, 흡착탑 안이 상 대적으로 저압인 상태에서 흡착제로부터 질소를 탈착시키고, 흡착탑 내에 잔존하는 산소와 당해 질소를 포함하는 산소함유 탈착 가스를 당해 흡착탑으로부터 도출한다. 막식 가스분리 공정에서는 산소를 우선적으로 투과시키기 위한 가스분리막의 투과측을 대기압 미만의 압력으로 감압하면서 당해 가스분리막에 의해 산소함유 탈착 가스를 가스분리막을 투과하는 투과 가스 및 투과하지 않는 비투과 질소부화 가스로 분리한다.According to a first aspect of the present invention, a method for parallel separation of oxygen gas and nitrogen gas from a mixed gas comprising oxygen and nitrogen is provided. This parallel separation method includes a pressure swing adsorption gas separation process and a membrane gas separation process. In the pressure swing adsorption gas separation process, a mixed gas is introduced into the adsorption tower at a relatively high pressure in the adsorption tower by a pressure swing adsorption gas separation method using an adsorption tower packed with an adsorbent for preferentially adsorbing nitrogen, and nitrogen in the mixed gas. Is adsorbed to the adsorbent to derive an oxygen enriched gas from the adsorption column, and desorbs nitrogen from the adsorbent in a relatively low pressure in the adsorption tower, and desorbs the oxygen remaining in the adsorption tower and the oxygen-containing desorption gas containing the nitrogen to the adsorption tower. Derived from In the membrane-type gas separation process, the permeate side of the gas separation membrane for preferentially permeating oxygen to a pressure below atmospheric pressure, while the oxygen-containing desorption gas passes through the gas separation membrane and the non-permeable nitrogen enrichment gas does not permeate through the gas separation membrane. To separate.

바람직하게는 본 병행 분리방법은 산소함유 탈착 가스가 막식 가스분리공정에 부가되기 전에 당해 산소함유 탈착 가스를 압축하기 위한 압축 공정을 더 포함한다. 이 경우, 압축 공정에서는 산소함유 탈착 가스를 0.6MPa이상의 압력으로 압축하는 것이 바람직하다.Preferably, the parallel separation method further includes a compression process for compressing the oxygen-containing desorption gas before the oxygen-containing desorption gas is added to the membrane gas separation process. In this case, it is preferable to compress the oxygen-containing desorption gas to a pressure of 0.6 MPa or more in the compression step.

바람직하게는, 압력변동흡착식 가스분리공정에 있어서의 흡착탑으로부터 산소함유 탈착 가스를 도출할 때의 당해 흡착탑 내의 감압과, 막식 가스분리공정에 있어서의 투과측의 감압은, 단일 감압 수단에 의해 실현된다.Preferably, the decompression in the adsorption tower when derivatizing the oxygen-containing desorption gas from the adsorption tower in the pressure swing adsorption gas separation process and the decompression on the permeate side in the membrane gas separation process are realized by a single decompression means. .

바람직하게는 막식 가스분리 공정에서는 산소함유 탈착 가스의 일부를, 가스분리막을 투과하지 않고 가스분리막의 투과측에 도입하도록 구성되어 있다.Preferably, in the membrane gas separation process, a portion of the oxygen-containing desorption gas is configured to be introduced into the permeate side of the gas separation membrane without passing through the gas separation membrane.

본 발명의 제2 측면에 의하면, 산소 및 질소를 포함하는 혼합 가스로부터 산소 가스 및 질소 가스를 병행 분리하기 위한 시스템이 제공된다. 이 병행 분리 시스템은 압력변동흡착식 가스분리장치, 막식 가스분리기 및 감압 수단을 구비한다. 압력변동흡착식 가스분리장치는 질소를 우선적으로 흡착하기 위한 흡착제가 충전된 흡착탑을 가지고, 당해 흡착탑을 이용하여 행하는 압력변동흡착식 가스분리법에 의 해 흡착탑 안이 상대적으로 고압인 상태에서 흡착탑에 혼합 가스를 도입하고 당해 혼합 가스 중의 질소를 흡착제에 흡착시키고, 당해 흡착탑으로부터 산소부화 가스를 도출하며 또한, 흡착탑 안이 상대적으로 저압인 상태에서, 흡착제로부터 질소를 탈착시키고, 흡착탑 내에 잔존하는 산소와 당해 질소를 포함하는 산소함유 탈착 가스를 당해 흡착탑으로부터 도출하기 위한 것이다. 막식 가스분리기는 산소를 우선적으로 투과시키기 위한 가스분리막을 가지고 산소함유 탈착 가스를, 가스분리막을 투과하는 투과 가스 및 투과하지 않는 비투과 질소부화 가스로 분리하여 도출하기 위한 것이다. 감압 수단은 막식 가스분리기의 가스분리막에 있어서의 투과측을 대기압 미만의 압력으로 감압하기 위한 것이다. 본 병행 분리 시스템에 의하면, 본 발명의 제1 측면의 방법을 적절하게 행할 수 있다.According to a second aspect of the present invention, a system for parallel separation of oxygen gas and nitrogen gas from a mixed gas comprising oxygen and nitrogen is provided. This parallel separation system comprises a pressure swing adsorption gas separator, a membrane gas separator and a decompression means. The pressure swing adsorption gas separation device has an adsorption tower filled with an adsorbent for preferentially adsorbing nitrogen, and the mixed gas is introduced into the adsorption tower in a relatively high pressure state by a pressure swing adsorption gas separation method using the adsorption tower. And adsorbing nitrogen in the mixed gas to the adsorbent, deriving oxygen enrichment gas from the adsorption column, and desorbing nitrogen from the adsorbent in a state of relatively low pressure in the adsorption tower, and containing oxygen and the nitrogen remaining in the adsorption tower. The oxygen-containing desorption gas is for deriving from the adsorption tower. The membrane type gas separator has a gas separation membrane for preferentially permeating oxygen, and is intended to separate and derive an oxygen-containing desorption gas into a permeate gas that passes through the gas separation membrane and a non-permeable nitrogen enrichment gas that does not permeate. The decompression means is for depressurizing the permeate side in the gas separation membrane of the membrane type gas separator to a pressure below atmospheric pressure. According to this parallel separation system, the method of the 1st aspect of this invention can be performed suitably.

바람직하게는, 본 병행 분리 시스템은 산소함유 탈착 가스가 막식 가스분리기에 공급되기 전에 당해 산소함유 탈착 가스를 압축하기 위한 압축 수단을 더 구비한다.Preferably, the parallel separation system further comprises a compression means for compressing the oxygen-containing desorption gas before the oxygen-containing desorption gas is supplied to the membrane gas separator.

바람직하게는, 감압 수단은 압력변동흡착식 가스분리장치의 흡착탑으로부터 산소함유 탈착 가스를 도출할 때 당해 흡착탑 내부를 감압하기 위한 수단으로서도 아울러 기능한다.Preferably, the decompression means also functions as a means for depressurizing the inside of the adsorption tower when derivatizing the oxygen-containing desorption gas from the adsorption tower of the pressure swing adsorption gas separation device.

바람직하게는, 본 병행 분리 시스템은 산소함유 탈착 가스의 일부를 우회시켜 가스분리막을 투과하지 않고 가스분리막의 투과측에 도입하기 위한 우회 수단을 더 구비한다.Preferably, the parallel separation system further includes bypass means for bypassing a portion of the oxygen-containing desorption gas and introducing it to the permeate side of the gas separation membrane without passing through the gas separation membrane.

발명을 실시하기 위한 최선의 태양Best Mode for Carrying Out the Invention

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템 X1을 나타낸다. 산소·질소 병행 분리 시스템 X1은 압력변동흡착식 (PSA) 가스분리장치 (1)와, 막식 가스분리기 (2)와, 원료 가스 공급장치 (3)와, 펌프 (4), (5)와, 사일런서 (6)와, 압축기 (7)와, 기액분리기 (8)와, 산소농도제어기구 (9)와 이들을 연결하는 배관을 구비하고, 공기 (산소·질소함유 원료 가스)로부터 산소부화 가스 및 질소부화 가스를 병행하여 분리하여야 하며, 압력변동흡착식 가스분리공정, 압축 공정 및 막식 가스분리공정을 포함하는 산소·질소 병행 분리방법을 실시하도록 구성되어 있다.1 shows an oxygen / nitrogen parallel separation system X1 according to a first embodiment of the present invention. The oxygen / nitrogen parallel separation system X1 is a pressure swing adsorption (PSA) gas separator 1, a membrane gas separator 2, a source gas supply device 3, a pump 4, 5 and a silencer. (6), a compressor (7), a gas-liquid separator (8), an oxygen concentration control mechanism (9) and a pipe connecting them, and oxygen enrichment gas and nitrogen enrichment from air (oxygen-nitrogen-containing source gas). The gas must be separated in parallel, and it is configured to carry out the oxygen-nitrogen parallel separation method including pressure swing adsorption gas separation process, compression process and membrane gas separation process.

PSA 가스분리장치 (1)는 주로 질소를 우선적으로 흡착하기 위한 흡착제가 충전된 적어도 하나의 흡착탑 (미도시)을 구비하고, 당해 흡착탑을 사용하여 행하는 압력변동흡착식 가스분리법에 의해 산소·질소함유 원료 가스 (본 실시예에서는 공기)로부터 산소부화 가스를 취할 수 있는 것이다. 흡착탑에 충전되는 흡착제로서는 Li-X형 제올라이트 분자체, Ca-X형 제올라이트 분자체 및 Ca-A형 제올라이트 분자체 등을 채용할 수 있다. 단일 흡착탑에는 1종류의 흡착제를 충전해도 좋고, 복수 종류의 흡착제를 충전해도 좋다.The PSA gas separation device 1 mainly includes at least one adsorption tower (not shown) filled with an adsorbent for preferentially adsorbing nitrogen, and is oxygen-nitrogen-containing raw material by a pressure swing adsorption gas separation method performed using the adsorption tower. Oxygen-enriched gas can be taken from the gas (air in this embodiment). As the adsorbent to be filled in the adsorption column, a Li-X zeolite molecular sieve, a Ca-X zeolite molecular sieve, a Ca-A zeolite molecular sieve and the like can be used. A single adsorption column may be filled with one type of adsorbent or may be filled with a plurality of types of adsorbents.

PSA 가스분리장치 (1)에서 실행되는 압력변동흡착식 가스분리법에서는 단일 흡착탑에 대해서 흡착 공정, 탈착 공정 및 재생 공정을 포함하는 1사이클이 반복된다. 흡착 공정은 탑 내부가 소정의 고압 상태에 있는 흡착탑에 공기를 도입해서 당해 원료 가스 중의 질소 및 기타 성분(이산화탄소, 습분 (濕分) 등)을 흡착제에 흡착시키고, 당해 흡착탑으로부터 산소부화 가스를 도출하기 위한 공정이다. 탈착 공정은 흡착탑 내부를 감압하여 흡착제로부터 질소를 탈착시키고, 당해 질소를 탑 외부로 배출하기 위한 공정이다. 재생 공정은 재차 흡착 공정에 흡착탑을 준비해야하며, 예를 들면 세정 가스를 탑 내부에 통류 (通流) 시킴으로써, 질소에 대한 흡착제의 흡착 성능을 회복시키기 위한 공정이다. 이러한 PSA 가스분리장치 (1)로서는 공지의 PSA 산소분리장치를 이용할 수 있다.In the pressure swing adsorption gas separation method performed in the PSA gas separation device 1, one cycle including an adsorption step, a desorption step, and a regeneration step is repeated for a single adsorption tower. The adsorption process introduces air into an adsorption tower in which the inside of the tower is at a predetermined high pressure, adsorbs nitrogen and other components (carbon dioxide, moisture, etc.) in the source gas to the adsorbent, and derives the oxygen enriched gas from the adsorption tower. It is a process for doing this. The desorption step is a step for desorbing nitrogen from the adsorbent by depressurizing the inside of the adsorption tower and discharging the nitrogen to the outside of the tower. The regeneration process needs to prepare an adsorption tower again in an adsorption process, for example, it is a process for restoring the adsorption performance of the adsorbent with respect to nitrogen by making a washing gas flow through the inside of a tower. As such PAS gas separation apparatus 1, a well-known PAS oxygen separation apparatus can be used.

막식 가스분리기 (2)는 도입구 (2a) 및 도출구 (2b), (2c)를 가지며 산소를 우선적으로 투과시키는 가스분리막 (2A)을 구비한다. 막식 가스분리기 (2)의 내부에는 소정의 가스 유로 (구체적으로는 미도시)가 마련되고 도입구 (2a)와 도출구 (2b)는 가스 유로의 일부를 매개로 연통 (連通)하고 있다. 또한 도입구 (2a)로부터 도출구 (2c)까지의 가스 유로의 소정 장소에 가스분리막 (2A)이 설치되어 있다. 가스분리막 (2A)은 예를 들면 폴리이미드나 폴리술폰 등으로 이루어지는 다공질 수지막이다. 그러한 다공질 수지막으로서는 유피렛쿠스PT(宇部興産(주) 제)를 이용할 수 있다.The membrane gas separator 2 has an inlet 2a and outlets 2b, 2c and has a gas separation membrane 2A which preferentially permeates oxygen. A predetermined gas flow path (specifically, not shown) is provided inside the membrane gas separator 2, and the introduction port 2a and the discharge port 2b communicate with each other via a part of the gas flow path. Further, a gas separation membrane 2A is provided at a predetermined place in the gas flow path from the inlet port 2a to the outlet port 2c. The gas separation membrane 2A is a porous resin membrane made of, for example, polyimide, polysulfone, or the like. As such a porous resin film, UFIRECKSPT (made by U.S. Corporation) can be used.

원료 가스 공급장치 (3)는 산소·질소함유 원료 가스인 공기를 PSA 가스분리장치 (1)의 흡착탑에 공급하기 위한 것이고, 예를 들면 공기 블로어이다. 펌프 (4)는 PSA 가스분리장치 (1)의 흡착탑 내부를 흡인 감압하기 위한 것이고, 예를 들면 진공펌프이다. 또한 펌프 (5)는 막식 가스분리기 (2)에 있어서의 가스분리막 (2A)의 투과측 (가스분리막 (2A)로부터 도출구 (2c)까지의 가스 유로)을 흡인 감압하기 위한 것으로, 예를 들면 진공펌프이다.The source gas supply device 3 is for supplying air, which is an oxygen-nitrogen-containing source gas, to the adsorption tower of the PAS gas separation device 1, for example, an air blower. The pump 4 is for sucking and depressurizing the inside of the adsorption tower of the PAS gas separation device 1, for example, a vacuum pump. In addition, the pump 5 is for suction-pressure reduction of the permeate side (gas flow path from the gas separation membrane 2A to the outlet port 2c) of the gas separation membrane 2A in the membrane type gas separator 2, for example. It is a vacuum pump.

사일런서 (6)는 펌프 (4)로부터 가스의 일부를 압축기 (7)로 인도하면서, 펌프 (4)로부터 가스의 잔부를 시스템 외부로 배출하기 위한 것으로, 펌프 (4)로부터의 가스를 압축기 (7)로 인도하기 위한 가스 유로와, 펌프 (4)로부터의 가스를 소음 (消音)하면서 시스템 외부로 배출하기 위한 가스 유로를 가진다.The silencer 6 is for discharging the remainder of the gas from the pump 4 to the outside of the system while guiding a part of the gas from the pump 4 to the compressor 7, and discharges the gas from the pump 4 to the compressor 7. ) And a gas flow path for discharging the gas from the pump 4 to the outside of the system while noise is audible.

압축기 (7)는 사일런서 (6)를 경유한 가스를 압축해서 기액분리기 (8)에 공급하기 위한 것이다. 또한 기액분리기 (8)는 배출구 (8a)를 가지고 있고, 압축기 (7)로부터 송출되는 가스에 포함되는 수분을 당해 가스로 분리하기 위한 것이다. 배출구 (8a)는 기액분리기 (8) 안에 회수된 수분을 기액분리기 (8) 외부로 배출하기 위한 것이다.The compressor 7 is for compressing the gas via the silencer 6 and supplying it to the gas-liquid separator 8. In addition, the gas-liquid separator 8 has a discharge port 8a, and is for separating water contained in the gas sent from the compressor 7 into the gas. The outlet 8a is for discharging the water recovered in the gas-liquid separator 8 to the outside of the gas-liquid separator 8.

산소농도제어기구 (9)는 막식 가스분리기 (2)의 도출구 (2b)에 이어 붙임된 배관 (L1)에 설치된 산소센서 (9a) 및 자동 밸브 (9b)로 이루어지고, 배관 (L1) 내부를 통류하는 가스의 산소 농도에 따라 당해 가스의 통류량 (즉, 막식 가스분리기 (2)의 가스분리막 (2A)을 투과하지 않는 가스의 양)을 조절하는 것으로, 당해 가스의 산소 농도를 원하는 값으로 조정하기 위한 것이다. 산소센서 (9a)는 배관 (L1) 내부를 통류하는 가스의 산소 농도를 상시적으로 검지하기 위한 것이다. 산소농도제어기구 (9)에 있어서는 산소센서 (9a)의 검지 결과에 따라 자동 밸브 (9b)의 개구도 (開口度)가 원하는 바 조절되도록 구성되어 있다.The oxygen concentration control mechanism 9 consists of an oxygen sensor 9a and an automatic valve 9b installed in a pipe L1 attached to the outlet 2b of the membrane gas separator 2, and inside the pipe L1. The oxygen concentration of the gas is adjusted by adjusting the flow rate of the gas (that is, the amount of gas that does not penetrate the gas separation membrane 2A of the membrane gas separator 2) according to the oxygen concentration of the gas flowing through the gas. Is to adjust. The oxygen sensor 9a is for detecting the oxygen concentration of the gas flowing through the inside of the pipe L1 at all times. In the oxygen concentration control mechanism 9, the opening degree of the automatic valve 9b is adjusted as desired according to the detection result of the oxygen sensor 9a.

이상의 구성을 가지는 산소·질소 병행 분리 시스템 X1의 가동시에는 원료 가스 공급장치 (3)의 작동에 의해 원료 가스 공급장치 (3)로부터 PSA 가스분리장치 (1)로 공기가 공급된다.When the oxygen-nitrogen parallel separation system X1 having the above structure is operated, air is supplied from the source gas supply device 3 to the PSA gas separation device 1 by the operation of the source gas supply device 3.

PSA 가스분리장치 (1)에 있어서는 공기는 압력변동흡착식 가스분리공정에 부가된다. 구체적으로는 PSA 가스분리장치 (1)에서는 압력변동흡착식 가스분리법에 의해 흡착탑마다 흡착 공정, 탈착 공정 및 재생 공정을 포함하는 1사이클이 반복된다.In the PAS gas separation device 1, air is added to the pressure swing adsorption gas separation process. Specifically, in the PAS gas separator 1, one cycle including an adsorption step, a desorption step, and a regeneration step is repeated for each adsorption tower by a pressure swing adsorption gas separation method.

흡착 공정에서는 탑 내부가 소정의 고압 상태에 있는 흡착탑에 공기가 도입된다. 당해 흡착탑에서는 공기에 포함되는 질소 및 기타 성분(이산화탄소, 습분 등)이 흡착제에 의해 흡착 제거되고, 고순도 산소 가스(산소부화 가스)가 탑 외로 도출된다. 이 고순도 산소 가스는 소정의 배관을 매개로 산소·질소 병행 분리 시스템 X1 밖으로 나오게 된다.In the adsorption step, air is introduced into the adsorption tower in which the inside of the tower is in a predetermined high pressure state. In the adsorption tower, nitrogen and other components (carbon dioxide, moisture, etc.) contained in the air are adsorbed and removed by the adsorbent, and high-purity oxygen gas (oxygen-enriched gas) is drawn out of the tower. This high-purity oxygen gas exits the oxygen / nitrogen parallel separation system X1 through a predetermined pipe.

탈착 공정에서는 펌프 (4)의 작동에 의해 흡착탑이 감압되고 흡착제로부터 질소 및 기타 성분이 탈착되어, 탑 내부에 잔존하는 산소와 당해 탈착 성분을 포함하는 산소함유 탈착 가스가 탑 외 또는 PSA 가스분리장치 (1) 외부로 배출된다.탈착 공정에 있는 흡착탑으로부터 배출되는 산소함유 탈착 가스에 있어서 압력의 시간변화의 일례를 나타내는 그래프를 도 2에 나타낸다. 도 2의 그래프에 있어서, 가로축은 흡착탑에 있어서의 탈착 시간 (탈착 공정 개시로부터의 경과 시간)을 나타내고, 세로축은 탈착 압력 (산소함유 탈착 가스의 압력)을 나타낸다. 본 압력변화의 예에서는 탈착 공정 개시시의 압력은 대기압이며, 10초 경과시의 압력은 0.0611MPa이며, 30초 경과시의 압력은 0.0332MPa다. 또한 도 2에는 탈착 공정 개시시, 10초 경과시 및 30초 경과시에 있어서 산소함유 탈착 가스의 산소농도 (산소의 체적비율)도 함께 나타냈다.In the desorption process, the adsorption tower is depressurized by the operation of the pump 4, nitrogen and other components are desorbed from the adsorbent, and the oxygen-containing desorption gas containing oxygen and the desorption components remaining inside the tower is separated from the tower or the PAS gas separator. (1) It is discharged to the outside. The graph which shows an example of the time change of the pressure in the oxygen-containing desorption gas discharged | emitted from the adsorption tower in a desorption process is shown in FIG. In the graph of FIG. 2, the horizontal axis represents the desorption time (elapsed time from the start of the desorption process) in the adsorption tower, and the vertical axis represents the desorption pressure (pressure of the oxygen-containing desorption gas). In the example of this pressure change, the pressure at the start of the desorption process is atmospheric pressure, the pressure at the time of 10 seconds is 0.0611 Mpa, and the pressure at the time of 30 seconds is 0.0332 Mpa. FIG. 2 also shows the oxygen concentration (volume ratio of oxygen) of the oxygen-containing desorption gas at the start of the desorption step, at the time of 10 seconds and at the time of 30 seconds.

재생 공정에서는 예를 들면 세정 가스가 탑 내에 통류됨으로써 주로 질소에 대한 흡착제의 흡착 성능이 회복된다. 재생 공정을 마친 흡착탑에서는 상기의 흡착이 다시 행하여진다.In the regeneration process, for example, the cleaning gas is flowed into the tower, whereby the adsorption performance of the adsorbent to nitrogen is mainly restored. In the adsorption tower after the regeneration process, the above adsorption is performed again.

PSA 가스분리장치 (1)에 있어서는 이상과 같은 압력변동흡착식 가스분리공정이 행해짐에 따라, 고순도 산소 가스가 취해지는 동시에 산소함유 탈착 가스가 취해지는 것이다. 고순도 산소 가스는 예를 들면 소정의 용도로 연속적으로 사용되던지 혹은, 소정의 탱크에 저장된다. 한편, 탈착 공정에 있는 흡착탑으로부터 PSA 가스분리장치 (1) 외부로 배출된 산소함유 탈착 가스는 소정의 배관 및 펌프 (4)를 통하여 사일런서 (6)에 보내진다. 그리고, 산소함유 탈착 가스의 일부는, 사일런서 (6)을 통과하여 압축기 (7)에 이른다. 산소함유 탈착 가스의 잔부는 사일런서 (6)에서 시스템 외부로 배출된다.In the PAS gas separation device 1, as the above-described pressure swing adsorption gas separation step is performed, high purity oxygen gas is taken and oxygen-containing desorption gas is taken. The high purity oxygen gas is used continuously for a predetermined purpose or stored in a predetermined tank, for example. On the other hand, the oxygen-containing desorption gas discharged from the adsorption tower in the desorption step to the outside of the PAS gas separation device 1 is sent to the silencer 6 through a predetermined pipe and pump 4. Part of the oxygen-containing desorption gas passes through the silencer 6 to reach the compressor 7. The remainder of the oxygen-containing desorption gas is discharged out of the system in the silencer 6.

사일런서 (6)를 통과한 산소함유 탈착 가스는 압축기 (7)에서 압축되어 (압축 공정), 기액분리기 (8)를 경유하여 막식 가스분리기 (2)에 공급된다. 바람직하게는, 산소함유 탈착 가스는 압축기 (7)에 의해 0.6MPa이상의 압력까지 압축된다. 또한 기액분리기 (8)에서는 산소함유 탈착 가스로부터 수분이 분리된다. 이 수분은 배출구 (8a)를 거쳐서 기액분리기 (8)로부터 외부로 배출된다.The oxygen-containing desorption gas passing through the silencer 6 is compressed in the compressor 7 (compression process) and supplied to the membrane gas separator 2 via the gas-liquid separator 8. Preferably, the oxygen-containing desorption gas is compressed by the compressor 7 to a pressure of 0.6 MPa or more. In the gas-liquid separator 8, water is separated from the oxygen-containing desorption gas. This water is discharged from the gas-liquid separator 8 to the outside via the discharge port 8a.

막식 가스분리기 (2)에 있어서는 산소함유 탈착 가스는 막식 가스분리공정에 부가된다. 구체적으로는 도입구 (2a)로부터 막식 가스분리기 (2) 내부에 도입되는 산소함유 탈착 가스 (G1)는 막식 가스분리기 (2)의 가스 유로 내에 설치되어 있는 가스분리막 (2A)에 의해 가스분리막 (2A)을 투과하는 투과 가스 (G2)와, 투과하지 않는 비투과 가스 (G3)로 분리된다. 투과 가스 (G2)는 가스분리막 (2A)의 투과 특성에 기초하여 산소농도가 높아진 산소부화 가스이고, 비투과 가스 (G3)는 가스분리막 (2A)의 투과 특성에 기초하여 질소농도가 높아진 고순도 질소 가스(질소부화 가스)이다.In the membrane gas separator 2, the oxygen-containing desorption gas is added to the membrane gas separation process. Specifically, the oxygen-containing desorption gas G1 introduced into the membrane gas separator 2 from the inlet 2a is formed by the gas separation membrane 2A provided in the gas flow path of the membrane gas separator 2. It is separated into permeate gas G2 that passes through 2A) and non-permeable gas G3 that does not permeate. The permeant gas G2 is an oxygen enriched gas having an increased oxygen concentration based on the permeation characteristics of the gas separation membrane 2A, and the non-permeable gas G3 is a high purity nitrogen gas having a high nitrogen concentration based on the permeation characteristics of the gas separation membrane 2A. (Nitrogen-enriched gas).

막식 가스분리 공정에서는 펌프 (5)의 작동에 의해 가스분리막 (2A)의 투과측은 대기압 미만의 압력으로 감압된다. 펌프 (5)에 의한 감압 압력은 예를 들면 0.02∼0.05MPa이다. 투과 가스 (G2)는 도출구 (2c)로부터 막식 가스분리기 (2) 밖으로 도출되고 그 후, 펌프 (5)를 통하여 시스템 외부로 배출된다.In the membrane gas separation process, the permeate side of the gas separation membrane 2A is reduced to a pressure below atmospheric pressure by the operation of the pump 5. The decompression pressure by the pump 5 is 0.02-0.05 Mpa, for example. Permeate gas G2 is led out of membrane-type gas separator 2 from outlet 2c and then discharged out of the system via pump 5.

이와 함께 막식 가스분리 공정에서는 산소농도제어기구 (9)의 작동에 의해 직접적으로는 비투과 가스량이 조절되고, 비투과 가스 (G3)의 산소농도가 일정하게 유지된다. 산소농도제어기구 (9)의 산소센서 (9a)는 도출구 (2b)로부터 막식 가스분리기 (2)밖으로 도출되어 배관 (L1) 안을 통과하는 비투과 가스 (G3)에 대해서 산소농도를 상시적으로 검지한다. 검지 농도가 희망 값을 상회할 경우에는 자동 밸브 (9b)의 개구도 (開口度)가 작게 되어 배관 (L1) 안을 지나가는 비투과 가스 (G3)의 유량, 나아가서는 막식 가스분리기 (2)에서의 막식 가스분리공정에서 발생하는 비투과 가스 (G3)의 양 (단위시간당 발생량)은 저감된다. 한편, 검지 농도가 희망 값을 밑돌 경우에는 자동 밸브 (9b)의 개구도가 크게 되어 배관 (L1) 안을 지나가는 비투과 가스 (G3)의 유량, 나아가서는 막식 가스분리기 (2)에서의 막식 가스분리공정에서 발생하는 비투과 가스 (G3)의 양이 증가된다. 막식 가스분리공정에서의 비투과 가스 (G3)의 순도 및 산소농도는, 당해 비투과 가스 (G3)의 발생량에 의존해서 변화될 수 있으므로, 이러한 비투과 가스 (G3)의 유량 조절에 의해 당해 비투과 가스 (G3)의 산소농도를 제어할 수 있는 것이다.In addition, in the membrane gas separation process, the amount of non-permeable gas is directly controlled by the operation of the oxygen concentration control mechanism 9, and the oxygen concentration of the non-permeable gas G3 is kept constant. The oxygen sensor 9a of the oxygen concentration control mechanism 9 constantly detects the oxygen concentration with respect to the non-permeable gas G3 which is led out of the membrane gas separator 2 from the outlet port 2b and passes through the pipe L1. do. When the detected concentration exceeds the desired value, the opening degree of the automatic valve 9b becomes small, and the flow rate of the non-permeable gas G3 passing through the pipe L1, and further, the membrane type in the membrane type gas separator 2 The amount of non-permeable gas (G3) generated in the gas separation process (the amount generated per unit time) is reduced. On the other hand, when the detection concentration is lower than the desired value, the opening degree of the automatic valve 9b becomes large, and the flow rate of the non-permeable gas G3 passing through the pipe L1, and further, the membrane type gas separation process in the membrane type gas separator 2 The amount of non-permeable gas (G3) occurring at is increased. Since the purity and oxygen concentration of the non-permeable gas G3 in the membrane type gas separation process may vary depending on the amount of the non-permeable gas G3 generated, the non-permeable gas G3 is controlled by adjusting the flow rate of the non-permeable gas G3. Control the oxygen concentration.

막식 가스분리기 (2)에 있어서는 이상과 같은 막식 가스분리공정이 행해짐에 따라 산소농도제어가 행해지면서 고순도 질소 가스가 취해지는 것이다. 이 고순도 질소 가스는 예를 들면 소정의 용도로 연속적으로 사용되던가 혹은, 소정의 탱크에 저장된다.In the membrane gas separator 2, as the membrane gas separation process as described above is performed, high purity nitrogen gas is taken while oxygen concentration control is performed. This high purity nitrogen gas is continuously used for a predetermined use or stored in a predetermined tank, for example.

산소·질소 병행 분리 시스템 X1에 의하면, 이상과 같이 하여 공기로부터 고순도 산소 가스 및 고순도 질소 가스를 병행하여 분리할 수 있다.According to oxygen-nitrogen parallel separation system X1, high purity oxygen gas and high purity nitrogen gas can be separated and separated from air as mentioned above.

산소·질소 병행 분리 시스템 X1에 의한 산소·질소 병행 분리방법에 있어서는 압력변동흡착식 가스분리공정이 이루어진다. PSA 가스분리장치 (1)의 흡착탑으로부터 배출되어 막식 가스분리기 (2)에서의 막식 가스분리공정에 부가되는 산소함유 탈착 가스 (G1)의 산소분압 (내지 체적당 물질량으로 나타내지는 산소농도)과, 당해 산소함유 탈착 가스 (G1)는 가스분리막 (2A)에 의해 떨어져 있는 투과 가스 (G2)의 산소분압 (내지 체적당 물질량으로 나타내어지는 산소농도)에 대해서 가스분리막 (2A)의 투과측을 대기압 미만의 원하는 압력으로 감압함으로써 충분한 차이를 갖게 할 수 있다. 또한 압축기 (7)에서의 압축 공정도 흡착탑으로부터의 산소함유 탈착 가스 (G1)의 산소분압과, 가스분리막 (2A)에 의해 떨어져 있는 투과 가스 (G2)의 산소분압에 대해서 충분한 차이를 갖게 하는데 기여하고 있다. 산소함유 탈착 가스 (G1)의 산소분압 (내지 산소농도)이 변동할 경우에도, 당해 양쪽 산소분압에 대해서 충분한 차이를 갖게 함으로써, 가스분리막 (2A)에 있어서의 산소투과를 위한 충분한 드라이빙 포스를 확보할 수 있는 동시에 당해 드라이빙 포스의 변동 비율을 억제할 수 있고, 따라서, 가스분리막 (2A)에 대한 산소의 충분한 투과량을 얻을 수 있는 동시에 당해 투과량의 변동을 억제할 수 있다. 가스분리막 (2A)에 있어서의 산소투과량이 많은 만큼, 가스분리막 (2A)에 있어서의 질소투과량은 적은 경향이 있고 따라서, 막식 가스분리기 (2)에서의 막식 가스분리공정에 있어서 비투과 가스 (고순도 질소 가스) (G3)의 발생량은 많은 경향이 있다. 한편, 가스분리막 (2A)에 있어서의 산소투과량의 변동 비율이 작은 만큼, 막식 가스분리공정에 있어서의 비투과 가스 (고순도 질소 가스) (G3)의 발생량의 변동 비율은 작은 경향이 있다.In the oxygen / nitrogen parallel separation method by the oxygen / nitrogen parallel separation system X1, a pressure swing adsorption gas separation process is performed. The oxygen partial pressure (oxygen concentration represented by the amount of material per volume) of the oxygen-containing desorbed gas G1 discharged from the adsorption tower of the PSA gas separator 1 and added to the membrane gas separation process in the membrane gas separator 2, The oxygen-containing desorption gas G1 has a permeate side of the gas separation membrane 2A below atmospheric pressure with respect to the oxygen partial pressure (oxygen concentration represented by the amount of material per volume) of the permeate gas G2 separated by the gas separation membrane 2A. A sufficient difference can be made by depressurizing to desired pressure of. The compression process in the compressor 7 also contributes to a sufficient difference between the oxygen partial pressure of the oxygen-containing desorption gas G1 from the adsorption tower and the oxygen partial pressure of the permeate gas G2 separated by the gas separation membrane 2A. Doing. Even when the oxygen partial pressure (to oxygen concentration) of the oxygen-containing desorption gas G1 is varied, a sufficient difference is obtained for both oxygen partial pressures, thereby ensuring sufficient driving force for oxygen permeation in the gas separation membrane 2A. At the same time, the rate of change of the driving force can be suppressed, and therefore, a sufficient amount of oxygen permeation to the gas separation membrane 2A can be obtained and at the same time a change in the amount of permeation can be suppressed. As the oxygen permeation amount in the gas separation membrane 2A is large, the nitrogen permeation amount in the gas separation membrane 2A tends to be small, and therefore, the non-permeable gas (high purity nitrogen) in the membrane gas separation process in the membrane gas separator 2 is high. The amount of generation of the gas (G3) tends to be large. On the other hand, since the rate of change of the oxygen permeation amount in the gas separation membrane 2A is small, the rate of change in the amount of generation of the non-permeable gas (high purity nitrogen gas) G3 in the membrane gas separation process tends to be small.

이와 같이 본 발명에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템 X1에 의한 산소·질소 병행 분리방법에 의하면, 다량의 비투과 질소부화 가스를 안정한 유량으로 공급할 수 있다. 따라서, 본 병행 분리방법에 의하면, PSA 가스분리장치 (1)에 의해 공기로부터 고순도 산소 가스를 분리 취득하는 동시에, PSA 가스분리장치 (1)로부터 연속적으로 공급되는 산소함유 탈착 가스로부터 고순도 질소 가스를 연속적으로 효율적으로 분리 취득하는 것이 가능한 것이다. 그 때문에 본 병행 분리방법에 의하면, PSA 가스분리장치 (1)로부터의 산소함유 탈착 가스를 일단 저장하기 위한 탱크 등을 이용할 필요는 없다.As described above, according to the oxygen-nitrogen-nitrogen parallel separation method by the oxygen-nitrogen parallel separation system X1 according to the present invention, a large amount of non-permeable nitrogen-enriched gas can be supplied at a stable flow rate. Therefore, according to this parallel separation method, high purity oxygen gas is separated and acquired from air by the PAS gas separation device 1, and high purity nitrogen gas is continuously supplied from the oxygen-containing desorption gas continuously supplied from the PAS gas separation device 1. It is possible to separate and acquire continuously and efficiently. Therefore, according to this parallel separation method, it is not necessary to use the tank etc. for storing the oxygen-containing desorption gas from the PSA gas separation apparatus 1 once.

본 발명에 있어서는 막식 가스분리기 (2)에 도입되는 산소함유 탈착 가스 (G1)에 대해서 압력을 P1(MPa), 산소농도(산소의 체적비율)를 X1, 가스량을 Q1(Nm3/hour)로 하고, 막식 가스분리기 (2)로부터 도출되는 투과 가스 (G2)에 대해서 압력 (즉, 가스분리막 (2A)의 투과측의 압력)을 P2(MPa), 산소농도를 X2, 가스량을 Q2(Nm3/hour)으로 하고, 막식 가스분리기 (2)로부터 도출되는 비투과 가스 (고순도 질소 가스) (G3)에 대해서 산소농도를 X3, 가스량을 Q3(Nm3/hour)로 하고, 가스분리막 (2A)의 면적 및 두께를 S (m2) 및 L (m)으로 하고, 가스분리막 (2A)의 산소의 투과계수를 K (Nm2/hour·MPa)로 하면, 가스분리막 (2A)에 의한 가스분리에 대해서 이론상은 하기 식(1)∼(3)이 성립한다. 식(1)은 가스량 밸런스를 나타내고, 식(2)은 산소량 밸런스를 나타내고, 식(3)은 가스분리막 (2A)의 산소투과 특성을 나타낸다.In the present invention, with respect to the oxygen-containing desorption gas G1 introduced into the membrane gas separator 2, the pressure is P 1 (MPa), the oxygen concentration (volume ratio of oxygen) is X 1 , and the gas amount is Q 1 (Nm 3 / hour), the pressure (ie, the pressure on the permeate side of the gas separation membrane 2A) with respect to the permeate gas G2 derived from the membrane gas separator 2 is P 2 (MPa), the oxygen concentration is X 2 , and the gas amount. Is Q 2 (Nm 3 / hour), the oxygen concentration is X 3 and the gas quantity is Q 3 (Nm 3 / hour) for the non-permeable gas (high purity nitrogen gas) G3 derived from the membrane gas separator (2). If the area and thickness of the gas separation membrane 2A are set to S (m 2 ) and L (m), and the oxygen permeation coefficient of the gas separation membrane 2A is set to K (Nm 2 / hour · Mpa), the gas separation membrane is The following equations (1) to (3) are theoretically established for gas separation by (2A). Equation (1) shows the gas amount balance, Equation (2) shows the oxygen amount balance, and Equation (3) shows the oxygen permeation characteristics of the gas separation membrane 2A.

[수학식][Equation]

Figure 112007017641123-PCT00001
Figure 112007017641123-PCT00001

예를 들면 가스분리막 (2A)으로서 폴리이미드 다공질막인 유피렛쿠스PT(宇部興産(주) 제)을 채용하여 식(3)의 K(S/L)의 값을 186으로 설정하고, PSA 가스분리장치 (1)로부터 도 2에 나타난 바와 같이 배출되어 가게 되는 탈착 공정 개시시 (탈착 초기)에 있어서 산소농도 (X1) 20.6%의 산소함유 탈착 가스를, 압축기 (7)에 의해 0.79MPa(P1)으로 압축하고 막식 가스분리기 (2)에 125Nm3/hour (Q1)의 공급량으로 도입하고, 가스분리막 (2A)의 투과측의 압력을 0.0332MPa(P2)로 감압하여 잔존 산소농도 (X3)가 1%인 비투과 가스 (고순도 질소 가스)를 얻을 수 있도록 산소농도제어기구 (9)에 의해 비투과 가스 유량을 조정할 경우에는 3개의 미지수 X2, Q2, Q3을 상기 식 (1)∼(3)으로부터 이루어지는 연립방정식의 해로서 구할 수 있다. 탈착 초기에는 산소농도 (X2)가 88.9%인 투과 가스가 27.9Nm3/hour(Q2) 발생하고, 비투과 가스량(Q3)은 97.1Nm3/hour가 되는 것으로 판명된다. 탈착 초기에 있어서의 이들의 값은 도 3의 표에 나타낸다.For example, as the gas separation membrane 2A, Eupirex PPT (manufactured by U.S. Co., Ltd.), which is a porous polyimide membrane, is employed to set the value of S (L / S) in formula (3) to 186, and the PSA gas The oxygen-containing desorption gas having an oxygen concentration (X 1 ) of 20.6% at the start of the desorption process (e.g., initial desorption), which is discharged from the separator 1 as shown in FIG. 2, is 0.79MPa (by the compressor 7). P 1 ) and introduced into the membrane gas separator 2 at a feed rate of 125 Nm 3 / hour (Q 1 ), and the pressure on the permeate side of the gas separation membrane 2A was reduced to 0.0332Mpa (P 2 ) to maintain the residual oxygen concentration. When adjusting the flow rate of the non-permeable gas by the oxygen concentration control mechanism 9 to obtain a non-permeable gas (high-purity nitrogen gas) having (X 3 ) of 1%, three unknowns X 2 , Q 2 , and Q 3 are obtained from the above equation ( It can be found as a solution of the system of simultaneous equations consisting of 1) to (3). In the initial stage of desorption, a permeate gas having an oxygen concentration (X 2 ) of 88.9% is generated at 27.9 Nm 3 / hour (Q 2 ), and the non-permeable gas amount Q 3 is found to be 97.1 Nm 3 / hour. These values in the initial stage of desorption are shown in the table of FIG.

K (S/L), P1, Q1, P2, X3의 값을 일정하게 유지하면서, 탈착 공정 개시로부터 10초 경과시(탈착 중기)에 있어서 산소함유 탈착 가스의 산소농도 (X1)가 도 2에 나타나 있는 바와 같이 10.0%에 달한 때에는 상기 식 (1)∼(3)로부터 이루어지는 연립방정식의 해로서 X2, Q2, Q3을 구함으로써 당해 탈착 중기에는 산소농도 (X2) 52. 2%의 투과 가스가 22.0Nm3/hour(Q2)로 발생하고, 비투과 가스량(Q3)은 103.2Nm3/hour가 되는 것으로 판명된다. 탈착 중기에 있어서의 이들의 값도 도 3의 표에 나타낸다.Oxygen concentration of the oxygen-containing desorption gas (X 1 ) 10 seconds after the desorption process starts (desorption medium stage) while maintaining the values of K (S / L), P 1 , Q 1 , P 2 , and X 3 constant. ) it has the formula (1) ~ X 2, standing solutions of simultaneous equations formed from (3) Q 2, the art removable medium, the oxygen concentration (X 2 by calculating the Q 3 when reached to 10.0%, as shown in Figure 2 52. It is found that 2% of permeated gas is generated at 22.0 Nm 3 / hour (Q 2 ), and the non-permeable gas amount Q 3 is 103.2 Nm 3 / hour. These values in desorption medium are also shown in the table of FIG.

K (S/L), P1, Q1, P2, X3의 값을 일정하게 유지하면서, 탈착 공정 개시로부터 30초 경과시(탈착 말기)에 있어서 산소함유 탈착 가스의 산소농도 (X1)가 도 2에 나타나 있는 바와 같이 5.0%에 달한 때에는, 상기 식 (1)∼(3)로부터 이루어지는 연립방정식의 해로서 X2, Q2, Q3을 구함으로써 당해 탈착 말기에는, 산소농도 (X2) 35.7%의 투과 가스가 14. 4Nm3/hour의 양(Q2) 발생하고, 비투과 가스량(Q3)은 110. 6Nm3/hour가 되는 것으로 판명된다. 탈착 말기에 있어서의 이들의 값도 도 3의 표에 나타낸다.Oxygen concentration of the oxygen-containing desorption gas (X 1 ) 30 seconds after the desorption process starts (end of desorption) while maintaining the values of K (S / L), P 1 , Q 1 , P 2 , and X 3 constant. 2) reaches 5.0% as shown in FIG. 2, by obtaining X 2 , Q 2 , Q 3 as a solution of the system of equations formed from the above formulas (1) to (3). X 2 ) It is found that 35.7% of permeated gas is generated in an amount Q 2 of 14.4 Nm 3 / hour, and the non-permeable gas amount Q 3 is 110.6 Nm 3 / hour. These values at the end of desorption are also shown in the table of FIG. 3.

한편, 가스분리막 (2A)의 투과측을 감압하지 않고 대기압 (0.101MPa)으로 하는 이외에는, 상기의 조건과 마찬가지로 PSA 가스분리장치 (1)로부터 도 2에 나타나 있는 바와 같이 산소함유 탈착 가스가 배출될 경우의 탈착 초기, 탈착 중기 및 탈착 말기의 X2, Q2, Q3을 식 (1)∼(3)에 기초하여 구하면 그 결과는, 도 4의 표에 나타내는 바와 같다.On the other hand, the oxygen-containing desorption gas can be discharged from the PAS gas separation device 1 as shown in FIG. 2 except that the permeate side of the gas separation membrane 2A is set at atmospheric pressure (0.101 MPa) without depressurizing. In the case of desorption initial stage, desorption intermediate stage, and desorption stage, X 2 , Q 2 and Q 3 are obtained based on the formulas (1) to (3), the results are as shown in the table of FIG. 4.

도 3의 표 및 도 4의 표의 비교로부터 이해할 수 있는 바와 같이 막식 가스분리공정에 있어서 가스분리막 (2A)의 투과측을 감압하지 않는 경우에는 (도 4 참조), 투과 가스량 (Q2)은 탈착 초기부터 탈착 말기에 걸쳐 비교적 많고, 따라서, 비투과 가스량 (Q3)은 탈착 초기부터 탈착 말기에 걸쳐 비교적 적다. 또한 산소함유 탈착 가스의 산소농도 (X1)의 저하에 따르는 투과 가스량 (Q2)의 변화량 (내지 변동 비율)은 크고, 따라서, 비투과 가스량 (Q3)의 변화량 (내지 변동 비율)도 크다. 이에 대하여 막식 가스분리공정에 있어서 가스분리막 (2A)의 투과측을 대기압 미만으로 감압할 경우에는 (도 3 참조), 투과 가스량 (Q2)은 탈착 초기부터 탈착 말기에 걸쳐 비교적 적고, 따라서, 비투과 가스량 (Q3)은 탈착 초기부터 탈착 말기에 걸쳐 비교적 많다. 또한 산소함유 탈착 가스의 산소농도 (X1)의 저하에 따르는 투과 가스량 (Q2)의 변화량 (또는 변동 비율)은 작아지고, 따라서, 비투과 가스량 (Q3)의 변화량 (또는 변동 비율)도 작다. 이상의 것으로부터 산소·질소 병행 분리 시스템 X1에 있어서의 막식 가스분리공정에 의하면, 다량의 고순도 질소 가스를 안정한 유량으로 공급할 수 있음이 이해될 수 있다.As can be understood from the comparison of the table of FIG. 3 and the table of FIG. 4, when the permeate side of the gas separation membrane 2A is not depressurized in the membrane gas separation process (see FIG. 4), the amount of permeated gas Q 2 is desorbed. The amount of non-permeable gas Q 3 is relatively small from the initial stage to the end of the desorption period from the initial stage to the end stage of desorption. In addition, the amount of change of the permeated gas amount Q 2 (to the rate of change) due to the decrease in the oxygen concentration (X 1 ) of the oxygen-containing desorption gas is large, and therefore, the amount of change of the non-permeable gas amount Q 3 (to the rate of change) is also large. In contrast, when the permeate side of the gas separation membrane 2A is depressurized to less than atmospheric pressure in the membrane type gas separation process (see FIG. 3), the permeation gas amount Q 2 is relatively small from the initial stage of desorption to the end of the desorption, and thus, the non-permeability The amount of gas Q 3 is relatively large from the beginning of desorption to the end of desorption. In addition, the amount of change (or the rate of change) of the amount of permeated gas Q 2 caused by the decrease in the oxygen concentration (X 1 ) of the oxygen-containing desorption gas is small, and therefore the amount of change (or the rate of change) of the amount of non-permeable gas Q 3 is also small. . From the above, it can be understood that according to the membrane gas separation process in the oxygen-nitrogen parallel separation system X1, a large amount of high-purity nitrogen gas can be supplied at a stable flow rate.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템 X2을 나타낸다. 산소·질소 병행 분리 시스템 X2은 펌프 (5)를 갖추지 않는 점 및 막식 가스분리기 (2)의 도출구 (2c)와 펌프 (4)의 흡인측을 이어 붙임하는 배관 (L2)을 구비한 점에 있어서 산소·질소 병행 분리 시스템 X1과 다르다.5 shows an oxygen / nitrogen parallel separation system X2 according to a second embodiment of the present invention. The oxygen / nitrogen parallel separation system X2 has no pump 5 and a pipe L2 connecting the outlet 2c of the membrane type gas separator 2 and the suction side of the pump 4 to the point where it is provided. Is different from the oxygen / nitrogen parallel separation system X1.

산소·질소 병행 분리 시스템 X2에 있어서의 펌프 (4)는 PSA 가스분리장치 (1)의 흡착탑 내부를 감압하기 위한 감압 수단으로서 기능하는 동시에, 막식 가스분리기 (2)에 있어서의 가스분리막 (2A)의 투과측을 감압하기 위한 감압 수단으로서도 기능한다. 이러한 구성은 시스템을 컴팩트하게 구축하는 동시에 바람직하다.The pump 4 in the oxygen / nitrogen parallel separation system X2 functions as a decompression means for depressurizing the inside of the adsorption tower of the PAS gas separation device 1, and the gas separation membrane 2A in the membrane type gas separator 2. It also functions as a decompression means for depressurizing the permeate side of the. This configuration is desirable while at the same time building the system compactly.

산소·질소 병행 분리 시스템 X2의 가동시에는 PSA 가스분리장치 (1)에 있어서, 산소·질소 병행 분리 시스템 X1에 관해서 상기한 것과 마찬가지로 압력변동흡착식 가스분리공정이 행해짐으로써 고순도 산소 가스 및 산소함유 탈착 가스가 취해진다. 또한 막식 가스분리기 (2)에 있어서, 가스분리막 (2A)의 투과측의 감압 방법 이외에는 산소·질소 병행 분리 시스템 X1에 관해서 상기한 것과 마찬가지로, 막식 가스분리공정이 행하여짐으로써 고순도 질소 가스가 취해진다. 본 실시예에 있어서의 막식 가스분리 공정에서는 펌프 (4)의 작동에 의해 가스분리막 (2A)의 투과측은 대기압 미만의 압력으로 감압된다. 예를 들면 펌프 (4)의 작동에 의해 흡착 공정에 있는 흡착탑 내부가 흡인 감압되는 것과 동시에 가스분리막 (2A)의 투과측도 감압된다.At the time of operation of the oxygen / nitrogen parallel separation system X2, the pressure gas adsorption-type gas separation process is performed in the PAS gas separation system 1 as described above for the oxygen / nitrogen parallel separation system X1, thereby desorbing high purity oxygen gas and oxygen-containing. Gas is taken. In the membrane gas separator 2, a high purity nitrogen gas is taken by performing a membrane gas separation process in the same manner as described above with respect to the oxygen-nitrogen parallel separation system X1 except for the decompression method on the permeate side of the gas separation membrane 2A. . In the membrane type gas separation process in the present embodiment, the permeate side of the gas separation membrane 2A is depressurized to a pressure below atmospheric pressure by the operation of the pump 4. For example, by the operation of the pump 4, the inside of the adsorption tower in the adsorption process is sucked and depressurized, and the permeate side of the gas separation membrane 2A is also decompressed.

따라서, 산소·질소 병행 분리 시스템 X2에 의한 산소·질소 병행 분리방법에 의하면, 산소·질소 병행 분리 시스템 X1에 의한 것과 대략 마찬가지로, 고순도 산소 가스를 공급할 수 있는 것에 더하여, 다량의 고순도질소 가스를 안정한 유량으로 공급할 수 있는 것이다.Therefore, according to the oxygen-nitrogen parallel separation method by oxygen-nitrogen parallel separation system X2, in addition to being able to supply high-purity oxygen gas in the same way as oxygen-nitrogen parallel separation system X1, a large amount of high-purity nitrogen gas is stable. It can be supplied at a flow rate.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템 X3을 나타낸다. 산소·질소 병행 분리 시스템 X3은 막식 가스분리기 (2)에 있어서의 가스분리막 (2A)의 투과측에 설치된 도입구 (2d), 압축기 (7)의 상류측과 막식 가스분리기 (2)의 도입구 (2d)를 이어 붙임하는 배관 (L3) 및 배관 (L3)에 설치된 유량조정밸브 (10)를 더 구비한 점에 있어서, 산소·질소 병행 분리 시스템 X2과 다르다.6 shows an oxygen / nitrogen parallel separation system X3 according to a third embodiment of the present invention. The oxygen / nitrogen parallel separation system X3 is an inlet port 2d provided on the permeate side of the gas separation membrane 2A in the membrane gas separator 2, an upstream side of the compressor 7 and an inlet port of the membrane gas separator 2. It differs from oxygen-nitrogen parallel separation system X2 in the point which further provided the piping L3 which connects (2d), and the flow regulating valve 10 provided in the piping L3.

산소·질소 병행 분리 시스템 X3에 있어서의 배관 (L3)은 탈착 공정에 있는 PSA 가스분리장치 (1)의 흡착탑으로부터 배출되어 막식 가스분리기 (2)를 향해서 흐르는 산소함유 탈착 가스의 일부를 가스분리막 (2A)을 투과하지 않고 우회시켜서 가스분리막 (2A)의 투과측에 도입하기 위한, 우회 수단으로서 기능하는 부분이다.The pipe L3 in the oxygen / nitrogen parallel separation system X3 is discharged from the adsorption tower of the PAS gas separation device 1 in the desorption process, and a part of the oxygen-containing desorption gas flowing toward the membrane gas separator 2 is separated from the gas separation membrane ( A portion which functions as a bypass means for bypassing 2A) without introducing it and introducing it to the permeate side of the gas separation membrane 2A.

산소·질소 병행 분리 시스템 X3의 가동시에는 PSA 가스분리장치 (1)에 있어서, 산소·질소 병행 분리 시스템 X1에 관하여 상기한 것과 마찬가지로 압력변동흡착식 가스분리공정이 행하여짐으로써 고순도 산소 가스 및 산소함유 탈착 가스가 취해진다. 본 실시예에 있어서 막식 가스분리 공정에서는 산소·질소 병행 분리 시스템 X2와 마찬가지로 펌프 (4)의 작동에 의해, 가스분리막 (2A)의 투과측은 대기압 미만의 소정의 압력에 압력으로 감압된다. 본 실시예에서는 압축기 (7)의 상류측과 막식 가스분리기 (2)의 도입구 (2d)가 배관 (L3)에 의해 이어 붙임되어 있기 때문에, PSA 가스분리장치 (1)의 흡착탑으로부터 배출되어 막식 가스분리기 (2)를 향하는 산소함유 탈착 가스의 일부는 배관 (L3) 및 도입구 (2d)를 거쳐서 가스분리막 (2A)의 투과측에 도입된다. 다시 말해, 당해 산소함유 탈착 가스의 일부 (이하, 산소분압 저감용 가스 (G4)이라 한다.)는 가스분리막 (2A)을 투과하지 않고 우회하여 가스분리막 (2A)의 투과측에 공급된다. 여기에서, 가스분리막 (2A)의 투과측이 감압되어 있음으로써 산소분압 저감용 가스 (G4)의 배관 (L3)을 개재한 가스분리막 (2A)의 투과측으로의 공급은 연속적으로 안정하게 행하여진다. 또한 가스분리막 (2A)의 투과측으로의 산소분압 저감용 가스 (G4)의 공급량은 유량조정밸브 (10)에 의해 소망하는 바 조정되어 있다.At the time of operation of the oxygen / nitrogen parallel separation system X3, the pressure gas adsorption-type gas separation process is performed in the PAS gas separation system 1 in the same manner as described above for the oxygen / nitrogen parallel separation system X1. Desorption gas is taken. In the membrane type gas separation process in this embodiment, similarly to the oxygen / nitrogen parallel separation system X2, the pump 4 is operated so that the permeate side of the gas separation membrane 2A is depressurized to a predetermined pressure less than atmospheric pressure. In this embodiment, since the upstream side of the compressor 7 and the inlet port 2d of the membrane gas separator 2 are connected to each other by the pipe L3, the membrane 7 is discharged from the adsorption tower of the PAS gas separation device 1, A part of the oxygen-containing desorption gas directed to the gas separator 2 is introduced to the permeate side of the gas separation membrane 2A via the pipe L3 and the inlet 2d. In other words, a part of the oxygen-containing desorption gas (hereinafter referred to as gas for reducing oxygen partial pressure G4) is bypassed without passing through the gas separation membrane 2A and supplied to the permeate side of the gas separation membrane 2A. Here, since the permeate side of the gas separation membrane 2A is depressurized, supply to the permeate side of the gas separation membrane 2A via the pipe L3 of the oxygen partial pressure reducing gas G4 is continuously and stably performed. In addition, the supply amount of the oxygen partial pressure reducing gas G4 to the permeate side of the gas separation membrane 2A is adjusted as desired by the flow regulating valve 10.

가스분리막 (2A)의 투과측에 있어서는 가스분리막 (2A)을 투과한 상대적으로 산소농도가 높은 투과 가스 (G2)와 가스분리막 (2A)을 투과하지 않고 우회한 상대적으로 산소농도가 낮은 산소분압 저감용 가스 (G4)가 합류한다 (이하, 당해 합류한 가스를 합류 가스 (G5)라 한다.). 따라서, 합류 가스 (G5)의 산소농도는, 투과 가스 (G2)의 산소농도보다도 낮아진다. 한편, 가스분리막 (2A)의 투과측이 대기압 미만의 소정의 압력으로 감압되어 있기 때문에, 합류 가스 (G5)의 산소분압은 투과 가스 (G2)의 산소분압보다도 저감된다.On the permeate side of the gas separation membrane 2A, the oxygen partial pressure reduction with a relatively low oxygen concentration bypassed without permeating the gas permeate gas G2 having passed through the gas separation membrane 2A and the gas separation membrane 2A without passing through the gas separation membrane 2A. The gaseous gas G4 merges (Hereinafter, the said combined gas is called merged gas G5.). Therefore, the oxygen concentration of the confluence gas G5 becomes lower than the oxygen concentration of the permeate gas G2. On the other hand, since the permeate side of the gas separation membrane 2A is depressurized to a predetermined pressure less than atmospheric pressure, the oxygen partial pressure of the combined gas G5 is lower than the oxygen partial pressure of the permeate gas G2.

따라서, 산소·질소 병행 분리 시스템 X3에 의한 산소·질소 병행 분리방법에 의하면, 가스분리막 (2A)의 투과측을 대기압 미만의 소정의 압력으로 감압하는 동시에 산소분압 저감용 가스 (G4)를 가스분리막 (2A)의 투과측에 도입함으로써 흡착탑으로부터의 산소함유 탈착 가스 (G1)의 산소분압과, 당해 산소함유 탈착 가스 (G1)와는 가스분리막 (2A)에 의해 떨어져 있는 투과측에 존재하는 가스 (투과 가스 (G2)와 산소분압 저감용 가스 (G4)로 이루어지는 합류 가스 (G5))의 산소분압에 대하여 보다 큰 차이를 갖게 할 수 있다. 이것은 가스분리막 (2A)에 있어서의 산소투과를 위한 드라이빙 포스를 증대시켜 비투과 가스 (고순도 질소 가스) (G3)의 양을 증대시키는 것에도 이바지한다.Therefore, according to the oxygen-nitrogen parallel separation method by the oxygen-nitrogen parallel separation system X3, while reducing the permeation | transmission side of the gas separation membrane 2A to predetermined | prescribed pressure below atmospheric pressure, the oxygen partial pressure reduction gas G4 is decomposed. The oxygen partial pressure of the oxygen-containing desorption gas (G1) from the adsorption tower and the gas (permeation) that is present on the permeate side separated from the oxygen-containing desorption gas (G1) by the gas separation membrane (2A) by introducing into the permeation side of (2A) A larger difference can be made with respect to the oxygen partial pressure of the combined gas G5 consisting of the gas G2 and the gas for reducing the oxygen partial pressure G4. This also contributes to increasing the driving force for oxygen permeation in the gas separation membrane 2A to increase the amount of non-permeable gas (high purity nitrogen gas) G3.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템 X4을 나타낸다. 산소·질소 병행 분리 시스템 X4은 배관 (L3) 대신에 배관 (L4)을 갖추는 점 및 압력제어밸브 (11)를 더 갖추는 점에서, 산소·질소 병행 분리 시스템 X3와 다르다. 배관 (L4)은 압축기 (7)의 하류측과 막식 가스분리기 (2)의 도입구 (2d)를 이어 붙이도록 구성되어 있다. 배관 (L4)은 산소·질소 병행 분리 시스템 X3의 배관 (L3)과 마찬가지로, 탈착 공정에 있는 PSA 가스분리장치 (1)의 흡착탑으로부터 배출되어 막식 가스분리기 (2)를 향하여 흐르는 산소함유 탈착 가스의 일부(산소분압 저감용 가스 (G4))를, 가스분리막 (2A)을 투과하지 않고 우회시켜서 가스분리막 (2A)의 투과측에 도입하기 위한 것이다. 또한 배관 (L4)에는 산소·질소 병행 분리 시스템 X3과 마찬가지로, 유량조정밸브 (10)가 구비되어 있다. 압력제어밸브 (11)는 압축기 (7)과 막식 가스분리기 (2)의 사이에 설치되어 있고, 막식 가스분리기 (2)에 도입되는 산소함유 탈착 가스(G1)의 압력을 소망하는 바 조절하기 위한 것이다.7 shows the oxygen / nitrogen parallel separation system X4 according to the fourth embodiment of the present invention. The oxygen / nitrogen parallel separation system X3 differs from the oxygen / nitrogen parallel separation system X3 in that the pipe L4 is provided instead of the pipe L3 and the pressure control valve 11 is further provided. The piping L4 is comprised so that the downstream side of the compressor 7 and the inlet port 2d of the membrane type gas separator 2 may be connected. The pipe L4 is discharged from the adsorption tower of the PAS gas separation device 1 in the desorption process and flows toward the membrane-type gas separator 2 similarly to the pipe L3 of the oxygen / nitrogen parallel separation system X3. A part (gas for reducing oxygen partial pressure G4) is bypassed without passing through the gas separation membrane 2A and introduced into the permeate side of the gas separation membrane 2A. In addition, the pipe L4 is provided with a flow regulating valve 10 similarly to the oxygen / nitrogen parallel separation system X3. The pressure control valve 11 is provided between the compressor 7 and the membrane type gas separator 2 and is used to adjust the pressure of the oxygen-containing desorption gas G1 introduced into the membrane type gas separator 2 as desired. will be.

산소·질소 병행 분리 시스템 X4에 있어서는, 압축기 (7)의 하류측과 막식 가스분리기 (2)의 도입구 (2d)가 배관 (L4)에 의해 이어 붙임 되어 있기 때문에, 시스템 가동시에서의 막식 가스분리 공정에서는 산소분압 저감용 가스 (G4)가 배관 (L4)을 매개로 가스분리막 (2A)의 투과측에 공급된다. 그리고, 가스분리막 (2A)의 투과측에서는 가스분리막 (2A)을 투과한 상대적으로 산소농도가 높은 투과 가스 (G2)와, 가스분리막 (2A)을 투과하지 않고 우회한 상대적으로 산소농도가 낮은 산소분압 저감용 가스 (G4)가 합류하기 때문에, 이 합류 가스 (G5)의 산소농도는, 투과 가스 (G2)의 산소농도보다도 낮아진다. 한편, 가스분리막 (2A)의 투과측이 대기압 미만의 소정의 압력으로 감압되어 있기 때문에 합류 가스 (G5)의 산소분압은, 투과 가스 (G2)의 산소분압보다도 저감된다.In the oxygen / nitrogen parallel separation system X4, since the downstream side of the compressor 7 and the inlet port 2d of the membrane gas separator 2 are connected by the pipe L4, the membrane gas at the time of system operation In the separation step, the oxygen partial pressure reducing gas G4 is supplied to the permeate side of the gas separation membrane 2A via the pipe L4. On the permeate side of the gas separation membrane 2A, a relatively high oxygen concentration permeate gas G2 that has passed through the gas separation membrane 2A, and a relatively low oxygen partial pressure that bypasses the gas separation membrane 2A without permeation. Since the gas for reducing G4 joins, the oxygen concentration of this confluence gas G5 becomes lower than the oxygen concentration of the permeate gas G2. On the other hand, since the permeate side of the gas separation membrane 2A is depressurized to a predetermined pressure of less than atmospheric pressure, the oxygen partial pressure of the combined gas G5 is lower than the oxygen partial pressure of the permeate gas G2.

따라서, 산소·질소 병행 분리 시스템 X4에 의한 산소·질소 병행 분리방법에 의하면, 가스분리막 (2A)의 투과측을 대기압 미만의 소정의 압력으로 감압하는 동시에 산소분압 저감용 가스 (G4)를 가스분리막 (2A)의 투과측에 도입함으로써, 흡착탑으로부터의 산소함유 탈착 가스 (G1)의 산소 분압과 당해 산소함유 탈착 가스 (G1)가 가스분리막 (2A)에 의해 떨어져 있는 투과측에 존재하는 가스 (투과 가스 (G2)와 산소분압 저감용 가스 (G4)로 이루어지는 합류 가스 (G5))의 산소분압에 대하여 보다 큰 차이를 갖게 할 수 있다. 이것은 가스분리막 (2A)에 있어서의 산소투과를 위한 드라이빙 포스를 증대시켜, 비투과 가스(고순도 질소 가스) (G3)의 양을 증대시키는 것에도 이바지한다.Therefore, according to the oxygen-nitrogen parallel separation method by the oxygen-nitrogen parallel separation system X4, while reducing the permeation | transmission side of the gas separation membrane 2A to predetermined | prescribed pressure below atmospheric pressure, the oxygen partial pressure reduction gas G4 is decomposed. By introducing to the permeate side of 2A, the oxygen partial pressure of the oxygen-containing desorption gas G1 from the adsorption column and the gas containing the oxygen-containing desorption gas G1 on the permeate side separated by the gas separation membrane 2A (permeation) A larger difference can be made with respect to the oxygen partial pressure of the combined gas G5 consisting of the gas G2 and the gas for reducing the oxygen partial pressure G4. This also contributes to increasing the driving force for oxygen permeation in the gas separation membrane 2A, thereby increasing the amount of non-permeable gas (high purity nitrogen gas) G3.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.1 shows a schematic configuration of an oxygen / nitrogen parallel separation system according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 나타내는 압력변동흡착식 가스분리장치로부터 배출되는 산소함유 탈착 가스에 대하여 압력의 시간변화의 일례를 나타낸다.FIG. 2 shows an example of time change in pressure with respect to the oxygen-containing desorption gas discharged from the pressure swing adsorption gas separation device shown in FIG. 1.

도 3은 도 1에 나타내는 산소·질소 병행 분리 시스템을 사용하여 실행되는 본 발명의 산소·질소 병행 분리방법에 있어서의 막식 가스분리공정에 관한 것으로서, 도 2에 나타나 있는 바와 같이 PSA 가스분리장치로부터 산소함유 탈착 가스가 배출될 경우의, 탈착 초기(탈착 공정 개시시), 탈착 중기(10초 경과시) 및 탈착 말기(30초 경과시)에 이르는 각 물리량 변화의 일례를 정리한 표이다.FIG. 3 relates to a membrane gas separation process in the oxygen / nitrogen parallel separation method of the present invention, which is performed using the oxygen / nitrogen parallel separation system shown in FIG. 1, and as shown in FIG. It is a table | surface which summarized an example of each physical quantity change from the initial stage of desorption (at the start of a desorption process), the middle stage of desorption (at 10 second), and the last stage of desorption (at the time of 30 seconds) when oxygen-containing desorption gas is discharged.

도 4는 도 1에 나타내는 산소·질소 병행 분리 시스템의 막식 가스분리기에 있어서의 가스분리막의 투과측을 감압하지 않고 실행되는 막식 가스분리공정에 관한 것으로서, 도 2에 나타나 있는 바와 같이 PSA 가스분리장치로부터 산소함유 탈착 가스가 배출될 경우의, 탈착 초기(탈착 공정 개시시), 탈착 중기(10초 경과시) 및 탈착 말기(30초 경과시)에 이르는 각 물리량 변화의 일례를 정리한 표이다.FIG. 4 relates to a membrane gas separation process performed without depressurizing the permeate side of the gas separation membrane in the membrane gas separator of the oxygen / nitrogen parallel separation system shown in FIG. 1, and as shown in FIG. The following table summarizes examples of changes in physical quantities from the initial stage of desorption (at the start of desorption process), the middle stage of desorption (at 10 seconds) and the end of desorption (at 30 seconds) when the oxygen-containing desorption gas is discharged.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.5 shows a schematic configuration of an oxygen / nitrogen parallel separation system according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.6 shows a schematic configuration of an oxygen / nitrogen parallel separation system according to a third embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 산소·질소 병행 분리 시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.7 shows a schematic configuration of an oxygen / nitrogen parallel separation system according to a fourth embodiment of the present invention.

도 8은 종래의 산소·질소 병행 분리 시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.8 shows a schematic configuration of a conventional oxygen-nitrogen parallel separation system.

Claims (9)

산소 및 질소를 포함하는 혼합 가스로부터 산소 가스 및 질소 가스를 병행 분리하기 위한 방법으로, In a method for parallel separation of oxygen gas and nitrogen gas from a mixed gas containing oxygen and nitrogen, 질소를 우선적으로 흡착하기 위한 흡착제가 충전된 흡착탑을 이용하여 행하는 압력변동흡착식 가스분리법에 의해 상기 흡착탑 안이 상대적으로 고압인 상태에 있어서 상기 흡착탑에 상기 혼합 가스를 도입하고 당해 혼합 가스 중의 질소를 상기 흡착제에 흡착시켜 당해 흡착탑으로부터 산소 부화 (富化) 가스를 도출하고, 또한, 상기 흡착탑 안이 상대적으로 저압인 상태에 있어서 상기 흡착제로부터 상기 질소를 탈착시켜 상기 흡착탑 안에 잔존하는 산소와 당해 질소를 포함하는 산소함유 탈착 가스를 당해 흡착탑으로부터 도출하기 위한 압력변동흡착식 가스분리공정과, The mixed gas is introduced into the adsorption tower in a relatively high pressure state by a pressure swing adsorption gas separation method using an adsorption tower packed with an adsorbent for preferentially adsorbing nitrogen, and nitrogen in the mixed gas is introduced into the adsorbent. Oxygen enriched gas is derived from the adsorption tower, and the nitrogen remaining in the adsorption tower and oxygen containing the nitrogen are desorbed from the adsorbent in a state of relatively low pressure in the adsorption tower. A pressure swing adsorption gas separation process for deriving the containing desorption gas from the adsorption tower, 산소를 우선적으로 투과시키기 위한 가스분리막의 투과측을 대기압 미만의 압력으로 감압하면서 당해 가스분리막에 의해 상기 산소함유 탈착 가스를, 상기 가스분리막을 투과하는 투과 가스 및 투과하지 않는 비투과 질소 부화 가스로 분리하기 위한 막식 가스분리공정을 포함하는, 산소 가스 및 질소 가스의 병행 분리방법.The oxygen-containing desorption gas is separated into a permeate gas that passes through the gas separation membrane and a non-permeable nitrogen enrichment gas that is permeated by the gas separation membrane while reducing the permeation side of the gas separation membrane for preferentially permeating oxygen to a pressure below atmospheric pressure. A parallel separation method of oxygen gas and nitrogen gas, including a membrane gas separation process for performing the same. 제1항에 있어서, 상기 산소함유 탈착 가스가 상기 막식 가스분리공정에 부가되기 전에 당해 산소함유 탈착 가스를 압축하기 위한 압축 공정을 더 포함하는, 병행 분리방법.The parallel separation method according to claim 1, further comprising a compression step for compressing the oxygen-containing desorption gas before the oxygen-containing desorption gas is added to the membrane gas separation process. 제2항에 있어서, 상기 압축 공정에서는 상기 산소함유 탈착 가스를 0.6MPa 이상의 압력으로 압축하는 병행 분리방법.The parallel separation method according to claim 2, wherein in the compression step, the oxygen-containing desorption gas is compressed to a pressure of 0.6 MPa or more. 제1항에 있어서, 상기 압력변동흡착식 가스분리공정에 있어서 상기 흡착탑으로부터 상기 산소함유 탈착 가스를 도출할 때의 당해 흡착탑 안의 감압과, 상기 막식 가스분리공정에 있어서의 상기 투과측의 상기 감압은, 단일 감압 수단에 의해 실현되는 병행 분리방법.2. The pressure reduction adsorption column in the adsorption tower when the oxygen-containing desorption gas is derived from the adsorption tower in the pressure swing adsorption gas separation process, and the pressure reduction side on the permeate side in the membrane gas separation process, A parallel separation method realized by a single decompression means. 제1항에 있어서, 상기 막식 가스분리 공정에서는 상기 산소함유 탈착 가스의 일부를 상기 가스분리막을 투과하지 않고 상기 가스분리막의 투과측에 도입하도록 구성되어 있는 병행 분리방법.The parallel separation method according to claim 1, wherein in the membrane gas separation process, a part of the oxygen-containing desorption gas is introduced to the permeate side of the gas separation membrane without passing through the gas separation membrane. 산소 및 질소를 포함하는 혼합 가스로부터 산소 가스 및 질소 가스를 병행 분리하기 위한 시스템으로, A system for parallel separation of oxygen gas and nitrogen gas from a mixed gas containing oxygen and nitrogen, 질소를 우선적으로 흡착하기 위한 흡착제가 충전된 흡착탑을 이용하여 행하는 압력변동흡착식 가스분리법에 의해 상기 흡착탑 안이 상대적으로 고압인 상태에 있어서 상기 흡착탑에 상기 혼합 가스를 도입하고 당해 혼합 가스 중의 질소를 상기 흡착제에 흡착시켜 당해 흡착탑으로부터 산소부화 가스를 도출하고, 또한, 상기 흡착탑 안이 상대적으로 저압인 상태에 있어서, 상기 흡착제로부터 상기 질소를 탈 착시켜 상기 흡착탑 내에 잔존하는 산소와 당해 질소를 포함하는 산소함유 탈착 가스를 당해 흡착탑으로부터 도출하기 위한, 압력변동흡착식 가스분리장치와, The mixed gas is introduced into the adsorption tower in a relatively high pressure state by a pressure swing adsorption gas separation method using an adsorption tower packed with an adsorbent for preferentially adsorbing nitrogen, and nitrogen in the mixed gas is introduced into the adsorbent. Oxygen-derived gas is extracted from the adsorption tower by adsorbing to the adsorption column, and in the state where the adsorption tower is relatively low pressure, the nitrogen is desorbed from the adsorbent to desorb the oxygen-containing oxygen containing the nitrogen and the nitrogen remaining in the adsorption tower. A pressure swing adsorption gas separation device for drawing gas from the adsorption tower, 산소를 우선적으로 투과시키기 위한 가스분리막을 가지고, 상기 산소함유 탈착 가스를 상기 가스분리막을 투과하는 투과 가스 및 투과하지 않는 비투과 질소부화 가스로 분리하여 도출하기 위한 막식 가스분리기와, A membrane type gas separator having a gas separation membrane for preferentially permeating oxygen, and separating and deriving the oxygen-containing desorption gas into a permeate gas that passes through the gas separation membrane and a non-permeable nitrogen enrichment gas that does not permeate; 상기 막식 가스분리기의 상기 가스분리막에 있어서 투과측을 대기압 미만의 압력으로 감압하기 위한 감압 수단을 구비하는 산소 가스 및 질소 가스의 병행 분리 시스템.A parallel separation system of oxygen gas and nitrogen gas provided with decompression means for depressurizing the permeate side to a pressure below atmospheric pressure in the gas separation membrane of the membrane type gas separator. 제6항에 있어서, 상기 산소함유 탈착 가스가 상기 막식 가스분리기에 공급되기 전에 당해 산소함유 탈착 가스를 압축하기 위한 압축 수단을 더 구비하는 병행 분리 시스템.The parallel separation system according to claim 6, further comprising compression means for compressing the oxygen-containing desorption gas before the oxygen-containing desorption gas is supplied to the membrane gas separator. 제6항에 있어서, 상기 감압 수단은 상기 압력변동흡착식 가스분리장치의 상기 흡착탑으로부터 상기 산소함유 탈착 가스를 도출할 때 당해 흡착탑 내부를 감압하기 위한 수단으로서도 아울러 기능하는 병행 분리 시스템.7. The parallel separation system according to claim 6, wherein the decompression means also functions as a means for depressurizing the inside of the adsorption tower when deriving the oxygen-containing desorption gas from the adsorption tower of the pressure swing adsorption gas separation device. 제6항에 있어서, 상기 산소함유 탈착 가스의 일부를 우회시켜서 상기 가스분리막을 투과하지 않고 상기 가스분리막의 투과측에 도입하기 위한 우회 수단을 더 구비하는 병행 분리 시스템.7. The parallel separation system according to claim 6, further comprising bypass means for bypassing a portion of said oxygen-containing desorption gas and introducing it to the permeate side of said gas separation membrane without permeating said gas separation membrane.
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