KR860002044B1

KR860002044B1 - 혼합가스의 흡착 분리장치

Info

Publication number: KR860002044B1
Application number: KR1019860008456A
Authority: KR
Inventors: 다쯔오 아미다니; 마사요시 구보; 켕이찌 마에하라; 준 이즈미; 히로유끼 쯔따야
Original assignee: 미쯔비시주우 고오교오 가부시기가이샤; 야노 다까시
Priority date: 1982-06-25
Filing date: 1986-06-25
Publication date: 1986-11-20
Also published as: KR840000260A; KR860002011B1

Abstract

내용 없음.

Description

혼합가스의 흡착 분리장치

제1도는 종래의 일반적인 혼합가스의 흡착분리방법을 실시하기 위한 장치의 볼록선도.

제2도, 제3도는 각각 제1 및 제2의 실시태양예를 표시하는 블록선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1),(2),(21),(22) : 흡착탑

(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),(24),(25),(35),(38),(39),(47),(50),(51),(55),(59),(61) : 밸브

(11),(14),(32),(44) : 모우터 (12),(29) : 승압기

(13),(31) : 냉각기 (15),(45) : 진공펌프

(23) : 공기라인 (26),(27) : 공기공급라인

(28) : 열교환기 (30) : 수냉식최종냉각기

(33) : 팽창터어빈 (36),(37),(42) : 공기송출라인

(40),(41),(43) : O₂송출라인 (48),(49), (54) : N₂송출라인

(52),(53) : N₂공급라인 (56) : N₂라인

(57) : 배출라인 (58) : N₂환수라인

(60),(62) : N₂송입라인

본 발명은 혼합가스, 예를들면 산소와 질소로 이루어진 공기 혹은 공기와 습기분의 어느 하나의 특정가스를 흡착제에 흡착시켜서 분리하는 혼합가스의 흡착분리장치에 관한 것이다. 먼저, 공기를 O₂와 N₂로분리하는 일반적인 흡착분리 방법에 관한 장치로서 첨부한 제1도에 의거하여 설명하고자 한다.

N₂를 흡착하는 흡착제가 측전된 흡착탑(1)(2)를 설치한다. 지금, 흡착탑(1)의 밸브(3), 밸브(4)가 열리고, 밸브(5), 밸브(6)가 닫쳐있는 경우, 흡착탑(1)에서는 N₂의 흡착공정을 실시하고, 흡착탑(2)의 밸브(7), 밸브(8)가 열리고, 밸브(9), 밸브(10)가 닫혀 있는 경우, 흡착탑(2)는 N₂의 탈착, 재생공정을 실시하고 있다. 원료의 공기는 먼저 모우터(11)에 의하여 구동되는 승압기 (12)에 의하여 소정압력까지 승압되고, 냉각기(13)에 보내어진다. 승압공기는 냉각기(13)로 냉각되어 밸브(3)를 통하여 흡착탑(1)내에 들어간다. 흡착탑(1)내에서 N₂가 흡착제에 흡착되고, 남은 O₂가 흡착탑(I)에서 밸브(4)를 통하여 취출된다.

한편, 탈착, 재생공정이 실시되는 흡착탑(2)에서는 밸브(7), 밸브(8), 밸브(10)가 닫혀지고 밸브(9)가 열린다. 모우터(14)에 의하여 진공펌프(15)를 구동하여 진공펌프(15)로 흡착탑(2)에서 가스를 뽑아내고, 흡착제에 흡착된 N₂를 흡착제에서 탈착시켜 밸브(9)를 통과시켜서 꺼낸다. N₂의 탈착이 종료하면, 흡착탑(2)내에는 광기를 유입하여 승압한다.

흡착탑(1)에서 흡착공정이 종료하여, 흡착탑(2)에서 탈착, 재생공정이 종료하면 흡착탑(1)을 탈착, 재생공정으로 이행시키고, 흡착탑(2)을 흡착공정에서 이행시키기 위하여 밸브(3), 밸브(4)를 닫고, 밸브(7), 밸브(8)를 열고, 밸브(9) 밸브(10)를 닫고, 밸브(5)를 연다.

종래의 방법에 의하면, 원료가스인 공기를 승압시키기 위한 에너지 및 승압후의 공기를 냉각시키기 위한 에너지가 필요하며, 이들의 에너지를 유효하게 회수하는 것은 아니었다.

그래서 본 발명은, 에너지회수가 유효하게 행하여 질수 있는 혼합가스의 흡착분리장치를 제공하는 것을 목적으로 이루어진 것이며, 본 발명은 프레샤스잉법에 의하여 혼합가스를 흡착제에 흡착시켜 분리하는 혼합가스의 흡착분리 방법의 장치에 있어서, 흡착제가 충전되어 있는 흡착탑에 승압후의 혼합가스를 공급하여, 상기 흡착탑내의 흡착제에 상기 혼합가스 중의 특정성분가스를 흡착시킨 후 비흡착성분가스를 상기 흡착탑으로부터 송출하여 단열팽창기관에 공급하여 상기 비흡착 성분가스의 압력에너지를 회수하고 상기 단열팽창기관으로부터 송출되는 적어도 1부의 비흡착성분가스와 승압전의 상기 혼합가스와의 열교환을 실시하여 승압전의 상기 혼합가스를 냉각시키는 것특 징으로 하는 혼합가스의 흡착분리장치를 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 장치에 의하면 흡착탑에서 나오는 비흡착성분가스를 단열팽창기관에 보내고, 단열팽창기관에서 압력에너지를 기계적에너지로 변환하여 에너지 회수를 도모하고, 또 단열팽창기단으로부터 송출되는 한냉의 비흡착성분가스와 승압전의 혼합가스와의 열교환을 행하여 승압전의 혼합가스를 냉각시킨 후, 혼합가스를 승압시킴으로 냉열을 유효하게 회수하는 동시에 승압기의 효율을 상승시킬 수 있는 것이다. 이제 본 발명의 제1의 실시태양을 제2도에 따라서 구체적으로 설명하고자 한다.

흡착탑(21)(22)내에는 O₂를 흡착하는 흡착제, 예를들면 순수한 Na-A형 제올라이트에 적어도 2가(價)이상의 가수(價數)를 가진 철을 용해한 제올라이트(이하 Fe-Na-A형 제올라이트라 함) 혹은 순수한 Na-A형 제올라이트에 적어도 2가 이상의 가수(價數)를 가진 철을 용해하고, 또한 Na의 일부를 K로 교환한 제올라이트(이하 Fe-K-Na-A형 제올라이트라함)가 충전되어 있다. 흡착탑(21)(23)에는 원료가스인 공기를 공급하는 공기라인(23)이 형성되어, 공기라인(23)으로 부터 분기해서 도중에 각각밸브(24)(25)를 갖춘 공기공급라인(26)(27)이 설치되어 있다. 공기라인(23)의 도중에는 상류측으로부터 차례로 열교환기(28), 승압기(29), 수냉식최종블각기(30) 및 냉각기(31)가 배치되어 있다. 승압기(29)는 모우터(32)에 연결되고 모우터(32)는 단열팽창기관인 팽창터어빈(33)과 연결되어 있다. 각각의 흡착탑(21)(22)의 공기 공급라인(26)(27)이 형성된 쪽에는 도중에 밸브(34)(35)를 갖춘 공기송출라인(36)(37)과 밸브(38)(39)를 갖춘 O₂송출라인(40)(41)이 각각 설치되어 있다. 공기송출라인(36)(37)은 하나의 공기송출라인(42)을 형성하도록 도중에서 합류하고 있다.

송출라인(40)(41)도, 또 하나의 O₂송출라인(43)을 형성하도록 도중에서 합류하고, O₂송출라인(43)에는 모우터(44)와 연결된 진공펌프(45)가 배치되어 있다.

각각의 흡착탑(21)(22)의 공기공급라인(26)(27)이 형성된 쪽과 대향하는 쪽에는, 도중에 밸브(46)(47)를 갖춘 N₂송출라인(48)(49)과 도중에 밸브(50)(51)을 갖춘 N₂공급라인(52)(53)의 각각이 설치되어 있다. N₂송출라인(48)(49)는 하나의 N₂송출라인(54)을 형성하도록 합류되어 있다. N₂공급라인(52)(53)은 N₂송출라인(54)로부터 분기하고, 도중에 밸브(55)를 갖춘 N₂라인(56)과 연통되어 있다.

송출라인(54)의 도중에는 팽창터어빈(33)이 배치되고, 또한 N₂송출라인(54)의 하류단은 열교환기(28)의 냉매통로의 입구와 연통하고 있다. 열교환기 (28)의 냉매통로의 출구에는 N₂배출라인(57)이 설치되어 있다.

먼지 제거, 습기제거 후의 원류의 공기는 열교환기(28)에 보내지고, 여기서, 공기는 냉각된다. 열교환기(28)를 나온 공기는 모우터(32)로 구로되는 승압기(29)로 보내져서 승압된다. 이때, 동시에 공기승압에 수반해서 온도가 상승한다. 공기는 승압기(29)로부터 공기라인(23)을 지나서 수냉식 최종냉각기(30)에 보내진다. 수냉식최종냉각기(30)에서 공기는 온도가 내려져서, 다시 냉각기(31)로 보내지고 여기서 다시 온도가 내려진다. 이제, 흡착탑(21)에서, 흡착공정, 흡착탑(22)에서 탈착, 재생공정이 행해질 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 흡착탑(21)측의 밸브(24), 밸브(46)열리고, 밸브(34)(38)(50)은 닫히고, 흡착탑(22)측의 밸브(25)(47)이 닫혀있다. 냉각기(31)을 나온 공기는 공기라인(23)으로부터 공기공급라인(26), 밸브(24)를 지나서 흡착탑(21)내에 들어간다.

흡착탑(21)내에서 공기중의 O₂가스가 흡착제에 흡착된다. 나머지의 N₂가스는, 흡착탑(21)으로부터 송출된다. 흡착탑(21)으로부터 송출되는 N₂가스는 밸브(46), N₂송출라인(48), N₂송출라인(54)을 지나서 팽창터어빈(33)으로 보내져서, N₂가스의 압력에 의해서 팽창터어빈(33)을 작동시킨다. 팽창터어빈(33)의 동력은 모우터(32)에 전달되고, 모우터(32)의 소비에너지를 경감시키는 팽창터어빈(33)에서 N₂가스는 팽창해서 압력이 저하함과 동시에, N₂가스는 저온이 되고, 팽창터어빈(33)을 나와서 냉매로서 열교환기(28)에 들어간다. 열교환기(28)로 공기와의 열교환이 행해지고, N₂가스의 온도가상승하고, N₂배출라인(57)에 의해서 소정의 장소 혹은 플랜트로 보내진다. 한편 흡착탑(22)에 있어서는, 밸브(25)(47)가 닫혀져 있으며, 또한 밸브(51)(39)를 닫고, 밸브(35)만을 열어서 흡착탑(22)내의 공기를 밸브(35), 공기송출라인(37), 공기송출라인(42)을 통과시켜서 배출하고, 흡착탑(22)내의 압력을 저하시킨다. 당초 공기송출라인(42)으로부터는 흡착제 사이에고인 공기가 송출되고, 그후 O₂의 농도가 서서히 커진 가스가 송출된다. 공기송출라인(42)으로부터 배출되는 가스의 농도가 소정치에 도달하면, 밸브(35)를 닫고 밸브(39)를 연다. 모우터(44)에 의해서 진공펌프(45)를 작동시켜서 흡착탑(22)내의 가스를 밸브(39), O₂송출라인(41)(43)을 개재해서 흡착하여, 흡착탑(22)내를 감압하여, 흡착제에 흡착된 O₂를 탈착시킨다. 소정압력 까지 감압해서 O₂를 탈착시켜 밸브(39), O₂송출라인(41)(43)을 지나서, O₂를 소정장소 혹은 플랜트로 송출한후, 밸브(39)를 닫고, 밸브(51), 밸브(55)를 연다. 밸브(55)(51)를 열어서 N₂송출라인(54)를 흐르고 있는 N₂가스의 일부를 N₂라인(56), N₂공급라인(53)을 개재해서 흡착탑(22)내에 공급하고, 흡착탑(22)내를 승압한다. 또한 경우에 따라서는 N₂가스로 바꾸어서, 밸브(51)(55)를 닫은채 밸브(25)를 열어 승압공기를 공기라인(23), 공기공급라인(27)에서 도입해서 흡착탑(22)내에 공급하므로서 승압해도 된다.

본래에 의하면, 흡착제로 O₂를 흡착하기 때문에 흡착되는 O₂의 량은 공기 전체의 약 1/5이며, 소량의 가스를 흡착하는 것만으로 N₂와 O₂를 분리할 수가 있고 또, 흡착제에 흡착되지 않은 N₂가스는 공기의 약4/5이며, 공기의 대부분이 흡착탑(21)에서 팽창터어빈(33)으로 보내져서 동력이 회수되는 것이며, 승압된 공기의 압력에너지의 회수율이 극히 크고, 또, 팽창터어빈(33)으로 부터 송출되는 온도가 저하한 N₂가스로 승압전의 공기의 온도를 저하시키기 때문에 적은 에너지로 승압기(29)를 작동시켜서 공기를 소정압력으로 승압시킬수가 있고, 즉 승압기(39)의 효율상승이 도모되고, 또 승압전에 공기의 온도를 내리고 있기 때문에, 승압후의 온도도 약간 높아지는 정도이며, 승압후의 공기의 온도저하의 정도가 작아도 되므로 냉각을 위한 에너지의 경감을 도모할 수 있다.

다음에 본래를 이용해서 공기를 N₂와 O₂로 흡착분리하는 구체적인 실험례에 대해서 설명한다.

[실험례 1]

제2도에 나타낸 장치의 팽창터어빈(33)대신에 압력조정 밸브를 착설한 장치를 사용해서 공기의 분리테스트를 행하였다.

흡착탑(21)(22)에는 입자직경 약 1mm의 Fe-K-Na-A형 제올라이트로 30kg을 충전했다. 25℃에서 1ata의 건조공기를 승압기(29)로 6.5ata로 승압했다. 승압직후의 온도는 약 230℃가 된다. 약 230℃의 승압공기를 약 0℃까지 냉각해서 10Nm³/H의 비율로 흡착탑(21)에 공급하고, O₂가스를 Fe-K-Na-A형 제올라이트에 흡착시켰다. 이때의 흡착탑(21)내의 압력은 약 6ata이다. 흡착탑(21)에서는 5.6Nm³/H의 비율로 O₂농도분이 1%이하의 N₂가스가 송출되었다. 탈착공정이 행해지고 있는 흡착탑(22)으로부터는 2.0Nm³/H의 비율로 농도분이 78%의 O₂가스가 송출되어, 흡착탑(21)내의 최종압력을 0.2ata까지 감압했다. 이 실험에서는, 승압공기를 10Nm³/H의 비율로 공급하는 소형의 장치로 공기의 흡착분리를 테스트하였으나, 이 경우 송출가스량이 적으므로 팽창터어빈(33)의 작동을 불능하게 되어 있으나, 팽창터어빈(33)의 작동이 가능해지도록 흡착탑(21)에 공급되는 승압공기가 10,000Nm³/H가 되도록 장치를 스케일업 했을때도, 상기의 실험례와 같게 조작하면 다음과 같은 N₂가스와 O₂가스가 얻어진다. 즉 흡착공정시에 송출되는 가스는 O₂농도가 1%이하로 5,600Nm³/H의 N₂가스이며, 탈착공정시에 송출되는 가스는 O₂농도가 78%이며, 2,000Nm³/H의 O₂가스이다. 다음에 승압공기 10,000Nm³/H를 처리하는 장치에 있어서의 각기기에서의 열량을 계산한다. 이 경우, 공기, N₂가스, O₂가스의 엔탈피는 다소 상이하나 간단하게 하기 위해서 동일한 것으로 간주해서 계산한다.

승압기(29)에서 25℃ lata의 건조공기를 6.5ata까지 단열압축 했을때의 엔탈피차는 50Kcal/kg이며, 이 때문에 10,000Nm³/H(12.95×10³kg/h)의 건조공기를 처리하기 위해서 필요한 동력은, 승압기(29)의 효율을 80%로 하면, 50Kca1/kg×12.95×10³kg/h÷0.8=809×10³kca1/H‥‥‥가 된다. 팽창터어빈(33)에서 흡착공정을 행하고 있는 흡착탑(21)으로 부터 송출되는 25℃ 6ata의 N₂가스를 1.2ata까지 단열팽창한 경우의 엔탈피 차는 26Kca1/kg이며, 5,600Nm³/H(7.0×10³kg/h)의 N₂가스 처리에 의해서 얻어지는 동력은, 팽창터어빈(33)의 효율을 80%로 하면, 26kca1/kg×7.0×10³kg/H×0.8=146×10³Kcal/H이다.

따라서, 팽창터어빈(33)에 의해서 승압기(29)에 소요된 동력의 약 18%를 회수할 수 있다.

또, 팽창터어빈(33)으로부터 나오는 N₂가스는, 단열팽창에 의해서, 25℃에서 약 -63℃까지 저하하고, 이것을 열교환기(28)에 냉매로서 보내고 열교환기 (28)에서 20℃로 꺼내어 진다고 하면, 열교환기(28)에 들어간 승압전의 건조공기는 45℃의 강온이 가능하며, 열교환기(28)에서 나오는 건조공기는 -20℃로 되어있다. 이때문에, -20℃ lata의 건조공기를 6.5ata까지 단열압축했을 때의 엔탈피차는 42Kcal/kg이며, 승압기(29)의 필요동력은, 효율을 80%로 하면, 42kca1/kg×12.95×10³kg/h÷0.8=680×10³Kca1/H가 된다.

따라서, 열교환기(28)의 설치에 의해서 승압기(29)에 있어서, 809×10³kca1/H의 동력이 필요했던 것이 680×10³Kca1/H의 동력으로 되고, 129×10³Kca1/H의 동력절감이 되며, 또한 팽창터어빈(33)에서 146×10³Kca1/H의 동력을 회수할 수 있으므로, 이 분량의 승압기(29)동력을 절감할 수 있고, 전체로서(129×10³+146×10³)Kcal/H의 승압기(29)의 동력절감이며, 이것은 승압기 동력의 약 34%에 해당한다.

[실험례 2]

제2도에 나타낸 장치의 팽창터어빈(33)대신에 압력조정밸브를 착설한 장치를 사용해서 공기의 분리테스트를 행하였다.

흡착탑(21)(22)에는 입자직경 약 1mm의 Fe-Na-A형 제올라이트를 20kg충전하였다. 25℃에서 lata의 건조공기를 승압기(29)로 6.5ata로 승압했다. 승압직후의 온도는 약 230℃가 된다. 약 230℃의 승압공기를 약 0℃까지 냉각해서 10Nm³/H의 비율로 흡착탑(21)에 공급하고, O₂가스를 Fe-Na-A형 제올라이트에 흡착시켰다. 이때의 흡착탑(21)내의 압력은 약 6ata이다. 흡착탑(21)으로부터는, 5.8Nm³/H의 비율로 O₂농도분이 1%이하의 N₂가스가 송출된다.

탈착공정이 행해지고 있는 흡착탑(22)으로부터는 2.0Nm³/H의 비율로, O₂농도분이 81%의 O₂가스가 송출되고, 흡착탑(22)내의 최종압력을 0.2ata까지 감압했다.

이 실험에서는, 승압공기를 10Nm³/H의 비율로 공급하는 소형의 장치로 공기의 흡착분리를 테스트 하였으나, 이경우, 송출가스량이 적으므로 팽창터어빈(33)의 작동은 불능하게 되어 있으나, 팽창터어빈(33)의 작동이 가능해지도록 흡착탑(21)에 공급되는 승압공기가 10,000Nm³/H가 되도록 장치를 스케일업 했을때도, 상기의 실험례와 가이 조작하면, 다음과 같이, N₂가스와 O₂가스가 얻어진다.

즉, 흡착공정시에 송출되는 가스는 O₂농도가 1%이하에서, 5,800Nm³/H의 N₂가스이며, 탈착공정시에 송출되는 가스는, O₂농도가 81%에서, 2,000Nm³/H의 O₂가스이다.

다음에 승압공기 10,000Nm³/H를 처리하는 장치에 있어서의 각 기기에서의 열량을 계산한다. 이 경우, 공기, N₂가스, O₂가스의 엔탈피는 다소 상이하나, 간단하게 하기 위해서 동일한 것으로 간주해서 계산한다.

승압기(29)로 25℃ lata의 건조용기를 6.5ata까지 단열압축 했을때의 엔탈피차는 50Kca1/kg이며, 이때문에 10,000Nm³/H(12.95×10³kg/h)의 건조공기를 처리하기 위해서 필요한 동력은, 승압기(29)의 효율을 80%로 하면, 50kca1/kg×12.95×10³kg/h÷0.8=809×10³Kca1/H가 된다. 팽창터어빈(33)에서 흡착공정을 행하고 있는 흡착탑(21)으로 부터 송출되는 0℃ 6ata의 N₂가스를 1.2ata까지 단열팽창될 경우의 엔탈피차는 24kca1/kg이며, 5,800Nm³/H(7.3×10³kg/h)의 N₂가스 처리에 의해서 얻어지는 동력은, 팽창터어빈(33)의 효율을 80%로 하면, 24Kca1/kg×7.3×10³kg/h×0.8=140×10³kca1/H이다.

또, 팽창터어빈(33)으로 부터 나오는 N₂가스는, 단열팽창에 의해서, 0℃로부터 약 -85℃까지 저하하고, 이것을 열교환기(28)에 냉매로서 보내고, 열교환기(28)로부터 0℃에서 꺼내어 진다고 하면, 열교환기(28)에 들어간 승압전의 건조공기는 48℃의 강온이 가능한 것이며, 열교환기(28)로부터 건조공기는 -23℃가 되어서 나온다. 이때문에 -23℃ lata의 건조공기를 6.5ata까지 단열압축 했을때의 엔탈피차는 43kca1/kg이며, 승압기(29)의 필요동력은, 효율을 80%로 하면, 43kca1/kg×12.95kg/h×10³=0.8=696×10³Kca1/H가 된다.

따라서, 열교환기(28)의 설치에 의해, 승압기(29)에 있어서 809×10³Kca1/H의 동력이 필요하게 되었으나 696×10Kca1/H의 동력으로 되며, 또한 팽창터어빈(33)에서 140×10³Kca1/H의 동력을 회수할 수 있으므로, 이 분량의 승압기(29)의 동력을 절감할 수 있고, 전체로서 113×10³+140×10³Kca1/H의 승압기(29)의 동력절감이며, 이것은, 승압기동력의 약 31%에 해당한다.

다음에 본 발명을 제3도에 나타낸 제2의 실시태양례에 따라서 구체적으로 설명한다.

또한, 본례에 있어서는, 제1의 신시태양례와 같은 기기는 같은 부호를 붙하고 있으며, 여기서는 제1의 실시태양례와 상위하는 부분에 대해서만 설명한다.

제1의 실시태양례의 O₂송출라인(43)에서 진공펌프(45) 및 진공펌프(45)를 착동시타는 모우터(44)를 생략한다. N₂배출라인(57)에서 N₂환수라인(58)을 분기시켜, 각각의 흡착탑(21)(22)의 N₂송출라인(48)(49)가 설치된 쪽에 N₂환수라인(58)로부터 분기해서, 도중에 밸브(59)(61)를 갖춘 N₂송입라인(60)(62)을 설치한 것이다.

제1의 실시태양례와 상이한 것은 감압탈착 공정 뿐이고 상위점만 설명한다. 흡착탑(21)에 흡착공정이 실시되어 있는 동안 한편 흡착탑(22)에 있어서는, 밸브(25), 밸브(47)가 닫혀져 있으며, 또한 밸브(51)(39)(55(61)을 닫고, 밸브(35)만을 열어서 흡착탑(22)내의 공기를 밸브(35), 공기송출라인(57), 공기송출라인(42)을 통과시켜서 배출하고, 흡착탑(25)내의 압력을 내린다. 당초 공기송출라인(42)으로부터는, 흡착제 사이에 고인 공기가 송출되고 그 후, O₂의 농도가 서서히 높아진 가스가 송출된다. 공기송출라인(42)에서 배출되는 가스의 O₂농도가 소정치에 도달하면 밸브(35)를 닫고, 밸브(39)를 연다. 밸브(39)를 열어서, 다시 흡착탑(22)내의 가스를 밸브(39), O₂송출라인(41)(43)을 개재해서 송출하고, 흡착탑(22)내의 감압을 계속해서, 소정압력까지 감압하면, 밸브(61)를 열고 N₂환수라인(58), N₂입송라인(62)를 개재해서 감압된 N₂가스 일부를 흡착탑(22)내에 공급하고, 흡착탑(22)내에서는, 흡치제의 O₂가스 흡착량에 상당하고 O₂가스 분압과 송입되는 N₂가스중의 O₂가스분압의 차에 의해서 흡착제에서 O₂가스가 탈착되고, N₂가스에 소기(掃氣)되어서 흡착탑(22)에서 밸브(39), O₂송출라인(41)(43)을 개재해서 소정의 장소혹은 플랜트로 송출된다. 그후, 밸브(39)(61)을 닫고, 밸브(51)(55)를 연다. 밸브(55)(51)를 열어서 N₂송출라인(54)을 따르고 있는 N₂가스의 일부를 N₂라인(56), N₂공급라인(53)을 개재해서 흡착탑(32)내에 공급하고, 흡착탑(22)내를 승압한다. 또한 경우에 따라서는 N₂가스 대신에, 밸브(51)(55)를 닫은채로, 밸브(25)를 열고, 승압공기를 공기라인(23), 공기공급라인(27)으로부터 도입해서 흡착탑(22)내에 공급하므로서 승압해도 된다.

본래에 의하면, 흡착제로 O₂를 흡착하기 때문에, 흡착되는 O₂의 량은 공기전체의 약 1/5이며, 작은 용량의 가스를 흡착하는 것만으로 O₂와 N₂를 분리할 수가 있고, 또 흡착제에 흡착되지 않은 N₂가스는 공기의 약 4/5이며, 공기의 대부분이 흡착탑(21)에서 팽창터어빈(33)으로 보내져서 동력이 회수되는 것이며, 승압된 공기의 압력에너지의 회수율이 극히 크고, 또, 팽창터어빈(33)에서 송출되는 온도가 저하된 N₂가스로 승압건의 공기의 온도틀 저하시키기 때문에, 적은 에너지로 승압기(29)를 작동시켜서 공기를 소정압력으로 승압할 수가 있고, 즉, 승압기(29)의 효율상승이 도모되고, 또, 승압전에 공기의 온도를 내리고 있기 때문에 승압후의 온도도 약간 높아지는 정도로 승압후의 공기의 온도저하 정도가 작아도 되므로 냉각을 위한 에너지의 경감을 도모할 수 있는 것이다.

이상 본 발명을 2개의 실시태양례에 따라 설명하였으나 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니고, 흡착찹은 몇개의 탑이라도 되고, 팽창터어빈(33)을 모우터(32)에 연결하는 대신에, 모우터(44)를 생략하고 진공펌프(45)와 연결해도 되고, 운전조건 여하에 따라 동력의 균형이 또는, 냉각기(31)대신에 또는 냉각기(31)의 하류에 열교환기를 새로 설치해서 팽창터어빈(53)에서 송출되는 N₂가스의 일부를 그 열교환기에 공급하고, N₂가스의 한냉으로 공기를 냉각토록 하고, 승압기(29)의 소비에너지 절감율을 내리는 대신에 비교적 비싸게 치는 냉동부하의 폭을 감소시킬 수도 있고, 또한 흡착제를 바꾸어서, N₂의 흡착분리, 혹은 습기 공기 이외의 혼합가스의 흡착논리를 행하는 것이어도 된다.

Claims

프레샤스잉법에 의하여 혼합가스를 흡착제를 사용하여 분리하는 혼합가스의 흡착분리하는 방법의 장치에 있어서, 흡착제가 충전되어 있는 흡착탑에 승압후의 혼합가스를 공급하고, 상기 흡착탑내의 흡착제에 상기 혼합가스중의 특정성분가스를 흡착시킨 후, 비흡착성분가스를 상기 흡착탑으로부터 송출하여 단열팽창기관에 공급하여 상기 비흡착성분가스의 압력에너지를 회수하고, 상기 단열팽창기관으로부터 송출되는 적어도 1부의 비흡착성분가스와 승압전의 상기 혼합가스와의 열교환을 실시하여 승압전의 상기 혼합 가스를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 혼합스의 흡착분리장치.