WO1996026894A1

WO1996026894A1 - Procede de recuperation de gaz riche en oxygene

Info

Publication number: WO1996026894A1
Application number: PCT/JP1996/000452
Authority: WO
Inventors: Masanori Miyake; Kazuo Haruna; Hiroaki Sasano
Original assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd.
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 1996-09-06
Also published as: EP0758625A1; AU677931B2; JP3309197B2; AU4732196A; JPH08239204A; EP0758625A4; DE69608047T2; KR970702753A; TW418109B; KR100199226B1; CA2189232A1; EP0758625B1; CN1044106C; CA2189232C; ES2144726T3; CN1150788A; DE69608047D1; US5755856A

Description

明糸田害発明の名称

酸素富化ガスの回収方法技術分野

本発明は、酸素富化ガスの回収方法に関する。より具体的にいうと、本発明は、主として窒素と酸素とを含む混合ガスよりプレッシャースイング法（以下「PS A法」という）により、酸素を濃縮して回収する方法に関するものである。背景技術

PS A法により得られる酸素は、酸素を連続的に使用する産業分野で広く利用されるようになつている。具体的に PS A法により得られる酸素を利用する分野の例としては、電炉製鋼、水処理酸素曝気、パルプ漂白、オゾン発生装置等がある。また、近年では空気で燃焼させるかわりに酸素富化ガスを用いて、低 NOx 化、効率化が図られたり、更には醱酵等の生化学の分野でも酸素富化ガスが利用されるようになつている。

P S A法により酸素を濃縮する従来の技術としては、 2〜 4個の吸着塔を用いて、吸着、減圧、脱着、昇圧を繰り返すことにより濃縮酸素が高い回収率で得られるよう工夫したものが数多くある。その中でも、 2塔の吸着塔を用いた PS A 法において、イニシャルコスト、ランニングコスト、メンテナンスコスト等について、いろいろな改良が試みられている。

例えば、特開平 1— 2 3 6 9 1 4、同 2 - 1 1 9 9 1 5、同 4— 22 2 6 1 3 及び同 4一 5 054 4 8の各号公報に開示された従来の PS A法では、昇圧工程において、製品酸素ガス貯溜タンクから製品酸素を吸着塔に逆流させて昇圧に用いている。これは、従来の技術では、高濃度の酸素を高い回収率で得ようとすれば、混合ガスのみによる吸着塔入口端からの昇圧では、混合ガス中の窒素が吸着塔出口端へ破過するため、出口端から製品酸素を逆流させて昇圧することが上記破過を防ぐために不可欠であると考えられていたからである。しかしながら、製品酸素を逆流させて吸着塔の昇圧に利用することは、ェネルギ消費上の無駄があった。何故なら、エネルギを消費して吸着塔から製品酸素ガス貯溜夕ンクに一度押し出した製品酸素を昇圧工程で吸着塔に逆流させ、再びその酸素を製品酸素ガス貯溜タンクに押し戻さなければならないからである。

一方、製品酸素を昇圧に用いない P S A法は、特公平 6— 1 7 0号公報から既に公知となっている。この公知の P S A法では、吸着の完了した吸着塔の出口端と脱着の完了した吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させ、減圧側の吸着塔から放出される残留酸素富化ガスを昇圧側の吸着塔に流入させて昇圧（均圧化昇圧）することにより、製品酸素の逆流による昇圧の代わりを行うものである。その後、均圧化昇 EEを受けた吸着塔は混合ガスによる昇圧を受け、均圧化減圧を受けた吸着塔は真空ポンプによる吸引脱着（減圧脱着）を受ける。

しかしながら、後者の P S A法では、両吸着塔間の均圧化による昇圧工程において、真空ボンブが空運転状態とされ、排気に用いられないので、真空ボンブのエネルギーが無駄になっている。更に、両吸着塔間の均圧化は両塔間の圧力差を無しにするまで完全に行うのではなく、導通する残留酸素富化ガスの回収量を制限することにより、昇圧側の吸着塔の昇圧度を規定しており、残留酸素富化ガスの回収及び利用が不十分であつた。発明の開示

そこで、本発明は、真空ボンブのエネルギーを有効に利用するとともに、高濃度の製品酸素を高い回収率で得ることができる酸素富化ガスの回収方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、主として窒素及び酸素を含む混合ガスから窒素を選択的に吸着する吸着剤を充塡した第 1の吸着塔と第 2の吸着塔を用いて P S A法により酸素に富んだガスを回収する方法であって、

最低圧力にある第 1の吸着塔の出口端と最高圧力にある第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させて、第 2の吸着塔から減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 1の吸着塔に導入して昇圧 ·回収するとともに、第 1の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 1、第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第 2の吸着塔から引き铳き滅圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 1 の吸着塔に導入して更に昇圧 ·回収するとともに、第 1の吸着塔の入口端から混合ガスを供給する一方、第 2の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 2、

第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを遮断した状態で、第 1の吸着塔の入口端から混合ガスを供給して第 1の吸着塔の更なる昇圧を行う一方、第 2の吸着塔の入口端から真空ボンブにより脱着窒素の排気を弓 Iき続き行うステツブ 3、

第 1の吸着塔の出口端を開放するとともに、第 2の吸着塔の出口端を遮断し、第 1の吸着塔の入口端から混合ガスを供給して、最終的に最高圧力まで加圧された第 1の吸着塔の出口端から酸素富化ガスを製品として取り出す一方、第 2の吸着塔の入口端から真空ボンブにより脱着窒素の排気を最低圧力になるまで行うステツブ 4、

最高圧力にある第 1の吸着塔の出口端と最低圧力にある第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して再び導通させて、第 1の吸着塔から減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 2の吸着塔に導入して昇圧 ·回収するとともに、第 2の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 5、

第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第 1の吸着塔から引き続き減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 2 の吸着塔に導入して更に昇圧 ·回収するとともに、第 2の吸着塔の入口端から混合ガスを供給する一方、第 1の吸着塔の入口端から真空ボンブにより脱着窒素の排気を行うステップ 6、

第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを遮断した状態で、第 2の吸着塔の入口端から混合ガスを供給して第 2の吸着塔の更なる昇圧を行う一方、第 1の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を引き続き行うステツプ 7、

第 2の吸着塔の出口端を開放するとともに、第 1の吸着塔の出口端を遮断し、第 2の吸着塔の入口端から混合ガスを供給して、最終的に最高圧力まで加圧された第 2の吸着塔の出口端から酸素富化ガスを製品として取り出す一方、第 1の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を *低圧力になるまで行うステツブ 8、

を含む、酸素富化ガスの回収方法を提供する。

本発明の吸着、脱着の圧力バランスについては、吸着剤の特性、能力等によつても異なる。しかしながら、一般的には、最高（吸着）圧力については、 0. 1 〜 1. 0kg/cm²G(l l l〜199kPa) 、好ましくは 0. 3〜0. 7kg/cm²G(131〜170kPa) とし、最低 (脱着) 圧力については、 150〜400Torr(20〜53kPa)、好ましくは 200〜35 0Torr(27〜47kPa)とする。

本発明の好適な実施例では、上記ステップ 1とステップ 2との間に、第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第 1の吸着塔の入口端を閉鎖した状態で、第 2の吸着塔から引き続き減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 1の吸着塔に導入して更に昇圧 ·回収する一方、第 2の吸着塔の入口端から真空ボンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 2 aを挿入する。また、上記ステップ 5とステップ 6との間に、第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第 2の吸着塔の入口端を閉鎖した状態で、第 1の吸着塔から引き続き滅圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 2の吸着塔に導入して更に昇圧 ·回収する一方、第 1の吸着塔の入口端から真空ボンブにより脱着窒素の排気を行うステップ 6 aを挿入する。本発明における大きな特徴は次の 2点である。先ず、第 1の特徴は、製品酸素の逆流による昇 Eは行わないことである（但し、製品酸素の逆流による昇 Eに利用しないのであれば、製品酸素ガス貯溜タンクを設けても一向に差し支えない） _c 従来、製品酸素ガス貯溜タンクよりの製品酸素の逆流により、脱着後の塔の昇圧を行っていたが、本発明の方法では逆流量に相当するガス量を隣の吸着を終了した塔から回収することになる。その結果、全体として酸素回収率を高める効果があ o。

第 2の特徴は、両吸着塔間での均圧化による酸素富化ガスの回収を徹底して行うことである。これは、各吸着塔の昇圧を少なくとも 3工程に分けることにより実現している（上記ステップ 1〜3及び 5〜7 )。特公平 6— 1 7 0号公報にみられるように、両吸着塔の出口端同士をつないで行う酸素富化ガスの回収（均 E 化）を一工程だけで行い、両塔間の圧力差を残したまま次の工程に移行させるのではなく、本発明では、 2工程又は 3工程で段階的に酸素富化ガスを回収し、両塔間の圧差が殆どなくなるまで均圧化を徹底させた。特に、酸素富化ガスを回収するステップ 2 aの効果は、酸素回収率を高めるために、ステップ 1で均圧化を過度に進めると、回収された酸素富化ガスが排気ラインへと移動して逃げる可能性があるため、ステップ 1とステップ 2との間にステップ 2 aを挿入することによって、富化酸素の損失なしに酸素をより完全に回収することが可能となつた。その結果、酸素回収率と単位吸着剤当たりの酸素取得量を大きく増加させることができる。

尚、均圧化による一方の吸着塔の昇圧工程時に、他方の吸着塔から導入される酸素富化ガス中に減圧脱着した少量の窒素が含まれている。しかしながら、その少量の窒素は前記一方の吸着塔の出口端付近にある再生済み吸着剤が十分に吸着できる。そのため、その後の吸着工程時に導入される混合ガス中の窒素は、前記一方の吸着塔の入口端付近の吸着剤から順次吸着され、製品ガス中に放出されることはなく、酸素の濃縮に支障をきたすことはない。従って、従来の方法のように、製品酸素を昇圧に用いる必要がないのである。その結果、吸着塔と製品酸素ガス貯溜タンクの間で製品酸素を 2度やり取りするエネルギーを 2分の 1にでき、無駄が省けるようになった。

また、本発明では、真空ポンプを全ての工程にわたって連镜的に吸着塔の脱着排気に用いるため、特公平 6— 1 7 0号公報の例にみられるように、真空ポンプを空運転するという無駄を回避でき、そのエネルギーの有効利用が図れる。

第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とは絞り装置を備える均圧バイパスラインを介して常時接続してもよい。これによる技術的意義については、後述する。

また、上記ステップ 2、 3、 6及び 7において、昇圧過程にある吸着塔への混合ガスの供給をブロア一による強制供給と大気圧に基づく自然供給との併用により行うこともできる。これによる技術的意義についても、後述する。

本発明の他の目的及び利点については、添付図面に基づき説明する実施例から明らかになるであろう。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の酸素富化ガスの回収方法を実施するのに用いる装置を示す概略構成図である。

図 2は、本発明の実施例 1における操作工程を示すタイムチャートである。図 3は、本発明の実施例 1における各操作ステップごとのフロー図である。図 4は、本発明の実施例 2における操作工程を示すタイムチャートである。図 5は、本発明の実施例 2における各操作ステップごとのフロー図である。図 6は、本発明の実施例 3における各操作ステップごとのフロー図である。図 7は、比較例 1に用いる装置を示す概略構成図である。

図 8は、比較例 1における操作工程を示すタイ厶チヤートである。

図 9は、比較例 2における操作工程を示すタイムチャートである。発明を実施するための最良の態様

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づき説明する。

(装置の構成）

図 1は、本発明に係る酸素富化ガスの回収方法を実施するために用いた装置の構成例を示している。

同図において、符号 A、 Bはそれぞれ吸着塔（請求の範囲における第 1の吸着塔及び第 2の吸着塔）を表している。これら各吸着塔 A、 Bには、主として酸素と窒素を含む混合ガス（通常は空気）中から窒素を選択的に吸着するのに適した吸着剤（例えば、 C a A型ゼォライト）が充塡されている。各吸着塔 A、 Bの底部は供給側分岐ライン 1 a、 1 bを介して共通の供給ライン 1に接镜されており、上記各分岐ライン l a、 1 bにはそれぞれ切換弁（開閉弁） 2 a、 2 b力設けられている。また、供給ライン 1には混合ガスブロア一 3が設けられており、これにより開状態となつた切換弁 2 a又は 2 bを介して吸着塔 A又は Bに混合ガスを選択的に供給することができる。混合ガスブロア一 3を迂回するように、切換弁 4を備える供給バイパスライン 5を設けてもよい。このようにすると、混合ガスの自然供給圧（すなわち、大気圧）が各吸着塔 A又は Bよりも高くなつた場合（すなわち、吸着塔 A又は Bが負圧になった場合）においては、ブロア一 3のみならず、混合ガス自体の自然供給圧をも利用して混合ガスの供給を行えることになる。その結果、ブロア一 3の容量をそれだけ小さくして、消費動力の低減を図れる。但し、この供給バイパスライン 5は好適な構成要件に過ぎない。また、供給バイバスラインに代えて、別途自然供給する手段も採用できる。

また、各吸着塔 A、 Bの底部は排出側分岐ライン 6 a、 6 bを介して共通の排出ライン 6にも接続されており、上記各分岐ライン 6 a、 6 bにはそれぞれ切換弁 7 a、 7 bが設けられている。また、排出ライン 6には真空ボンブ 8が設けられており、これにより開状態となつた切換弁 7 a又は 7 bを介して吸着塔 A又は Bから脱着ガスを選択的に排出することができる。

一方、各吸着塔 A、 Bの頂部は個別の出口ライン 9 a、 9 bを介して共通の製品酸素ガス取出ライン 9に接続されている。各出口ライン 9 a、 9 bにはそれぞれ切換弁 1 0 a、 1 O bが設けられており、取出ライン 9には逆流防止装置 1 1 (例えば、チヱツキ弁）が設けられている。従って、各切換弁 1 0 a、 1 O bの選択的開閉により各吸着塔 A、 Bから選択的に製品酸素ガスを取出ライン 9に取り出すことができるが、取出ライン 9側から各吸着塔 A、 Bに製品酸素ガスが逆流するのは逆流防止装置 1 1により阻止される。なお、逆流防止装置 1 1を設ける代わりに、吸着塔出口ライン 9 a、 9 bの切換弁 1 0 a、 1 0 bの開閉タイミングを制御することにより逆流防止装置として機能させることもできる。

また、個別の出口ライン 9 a、 9 b間は均圧ライン 1 2を介して接続されており、この均圧ライン 1 2には切換弁 1 3が設けられている。さらに、均圧ライン 1 2における切換弁 1 3を迂回するように、絞り装置 1 4を備える均圧バイパスライン 1 5が設けられている。従って、切換弁 1 3が閉状態である場合でも、両吸着塔 A、 B間に圧力差がある限り、この絞り装置 1 4を備える均圧バイパスライン 1 5を介して若干量のガスが両吸着塔 A、 B間に流れることになる（この技術的効果については後述）。この場合の絞り装置としては、通常オリフィスを用いる力、ニードル弁のような絞り弁を用いても効果は同じである。尚、この絞り装置 1 4は好適な構成要件に過ぎない。

本発明に係る酸素富化ガスの回収方法は、以上のような構成の装置を用レ、て、次のような手順で行われる。尚、以下のいずれの実施例においても、各吸着塔 A、 Bは直径 600mmで、高さ 2500匪であり、吸着剤として C a A型ゼォライトを充塡しているものとする。

(実施例 1 )

図 2及び図 3は本発明の実施例 1に対応するものである。図 2は同実施例における全操作ステッブを時間とともに表す工程表であり、図 3は各操作ステツブにおけるガス流れを表すフロー図である。尚、図 2及び図 3において用いられている略号は、次のとおりであり、これらの略号は後述する図 4〜図 6、図 8及び図 9についても同様である。

A S ：吸着

D S ：脱着

P Z：昇圧

D P ：減圧

説明の便宜上、吸着塔 Aは脱着操作が完了してその最低圧力、例えば 150〜40 0Torr(20〜53kPa)にあり、吸着塔 Bは吸着操作が完了してその最高圧力、例えば 0. 1 〜1.0kg/cm²G(l l l〜199kPa) にあるものとする。また、この実施例 1では絞り装置 1 4を備える均圧バイパスライン 1 5 (図 1 ) は設けていない。

以上の前提条件の下、ステップ 1では、吸着塔 Aについては昇圧 1が行われ、吸着塔 Bについては減圧 1が行われる。すなわち、このステップ 1では、切換弁 7 a、 1 3 (図 1 ) のみが開状態であり、吸着塔 Bの吸着剤から脱着した少量の窒素を含む残留製品酸素ガスが均圧ライン 1 2を介して吸着塔 Aに頂部から導入される一方、吸着塔 Aの底部からは、脱着した残留窒素が真空ポンプ 8により排出側分岐ライン 6 a及び排出ライン 6を介して吸引排気される。

吸着塔 Aは既に脱着が完了しているので、上記ステップ 1において吸着塔 Bから導入される少量の窒素は吸着塔 Aの頂部付近の吸着剤により効果的に吸着される。従って、吸着塔 Aの吸着剤全体としてみた場合には、その後の混合ガスからの窒素吸着に大きな影響を与えることはない。

一方、吸着塔 Bから少量の窒素とともに吸着塔 Aに導入される残留酸素富化ガスは、吸着塔 A内の吸着剤を効果的に洗浄する。この際、真空ボンブ 8による排気量は、吸着塔 Bから吸着塔 Aへのガス流入量よりも低いため、吸着塔 Aはある程度の昇圧を受けることになる。し力、も、吸着塔 A自体が有する容量ゆえに、吸着塔 Bからの残留酸素ガスが吸着塔 Aから真空ポンプ 8側に排気されるまでには至らない。

上記ステップ 1は例えば 1 0秒間継続される。その結果、吸着塔 Aは、例えば 200〜500Torr(27〜67kPa)まで昇圧され、吸着塔 Bは 700Torr〜0. 2kg/cm²G(93 〜121kPa) まで滅圧される。

続くステップ 2では、切換弁 2 a、 4、 7 b、 1 3 (図 1 ) のみが開状態とされる。これにより、吸着塔 Aについては昇圧 2が行われ、吸着塔 Bについては減圧 2が行われる。すなわち、吸着塔 Aでは、吸着塔 Bの吸着剤から脱着した少量の窒素を含む残留酸素富化ガスが均圧ライン 1 2を介して吸着塔 Aに頂部から引き続き導入されるとともに、吸着塔 Aの底部からは混合ガスが供給側分岐ライン 1 a及び供給ライン 1を介して供給される。この際、吸着塔 Aは依然大気圧以下であるため、ブロア一 3による強制供給のみならず、供給バイパスライン 5を介しての自然供給も行われる。また、吸着塔 Bからの少量の窒素が吸着塔 Aの頂部付近の吸着剤により効果的に捕捉される点は上記ステップ 1と同様である。

—方、吸着塔 Bでは、減圧により吸着剤から脱着した窒素が真空ポンプ 8により排出側分岐ライン 6 b及び排出ライン 6を介して吸引排気される。

上記ステップ 2は例えば 4秒間継続される。その結果、吸着塔 Aは、例えば 40 0〜700Torr(53〜93kPa)まで昇圧され、吸着塔 Bは 550〜760Torr(73〜101kPa) まで減圧される。

続くステップ 3では、切換弁 2 a、 4、 7 b (図 1 ) のみが開状態とされる。これにより、吸着塔 Aについては昇圧 3が行われ、吸着塔 Bについては脱着が行われる。すなわち、吸着塔 Aでは、その底部から混合ガスが供給側分岐ライン 1 a及び供給ライン 1を介して供給される一方、吸着塔 Bでは、真空ポンプ 8による窒素の滅圧脱着が排出側分岐ライン 6 b及び排出ライン 6を介して引き続き行われる。この際、吸着塔 Aは依然大気圧以下であるため、ブロア一 3による強制供給のみならず、供給バイパスライン 5を介しての自然供給も行われる。

上記ステップ 3は例えば 2秒間継続される。その結果、吸着塔 Aは、例えば大気圧 UOlkPa)まで昇圧される。一方、吸着塔 Bの脱着はこのステップ 3では完了しない。

続くステップ 4では、切換弁 2 a、 7 b、 1 0 a (図 1 ) のみが開状態とされる。これにより、吸着塔 Aについては吸着が行われ、吸着塔 Bについては引き続き脱着が行われる。すなわち、吸着塔 Aでは、その底部から混合ガスが供袷側分岐ライン 1 a及び供給ライン 1を介して供給されて、それにより混合ガス中の窒素が選択的に吸着剤に吸着され、吸着されない酸素が出口ライン 9 a及び製品酸素ガス取出ライン 9を介して取り出される一方、吸着塔 Bでは、真空ポンプ 8による窒素の滅圧脱着が排出側側分岐ライン 6 b及び排出ライン 6を介して引き続き行われる。この際、吸着塔 Aは既に大気圧以上であるため、混合ガスはブロア一 3による強制供給のみが行われる。

上記ステップ 4は例えば 4 4秒間継镜される。この結果、吸着塔 Aは、吸着過程において例えば 0. 1〜1. 0kg/cm²G(l l l〜199kPa) の最高圧力に到達し、吸着塔 Bは、最終的に例えば 150〜400Torr(20〜53kPa)の最低圧力に到達する。

以降のステップ 5〜8は、上記ステップ 1〜4と対称である。すなわち、これらステップ 5〜 8では、ステップ 1〜 4において吸着塔 Aにつレ、て行つた操作を吸着塔 Bにつ t、て行レ、、吸着塔 Bにつレ、て行つた操作を吸着塔 Aにつレ、て行うのである。従って、以降のステップ 5〜8についての説明は省略する。

以上のステップ 1〜8により完全な 1サイクルが完了し、その 1サイクルの時間は例えば 1 2 0秒である。

上記実施例 1において、混合ガスとして空気を用いれ、最高圧力（最高吸着 E 力）を 0. 4kg/cm²G(141kPa)とし、最低圧力 (最低脱着圧力) を 210Torr(28kPa)となるように、 1サイクル 1 2 0秒で操作を行った。その結果、 93%の酸素濃度で 19. 9Nm³/Hの製品酸素が得られた。また、その時の酸素回収率は 51%であった。 (実施例 2 )

図 4及び図 5は本発明の実施例 2に対応するものである。図 4は実施例 2における全操作ステツブを時間とともに表す工程表であり、図 5は同実施例の各操作ステップにおけるガス流れを表すフロー図である。また、実施例 2においても、絞り装置 1 4を備える均圧バイパスライン 1 5 (図 1 ) は設けていない。

実施例 2は上記実施例 1と基本的に類似するものであるが、次の点で実施例 1 とは相違する。すなわち、この実施例 2では、実施例 1におけるステップ 1の時間を若干短縮してステップ 2に移る前にステップ 2 aを挿入するとともに、実施例 1におけるステッブ 5の時間を若干短縮してステツブ 6に移る前にステッブ 6 aを揷入した。

より具体的には、実施例 2では、上記実施例 1にて例えば 1 0秒であったステッブ 1の時間を例えば 8秒に短縮している（図 2及び図 4を比較）。

また、ステップ 2 aにおいては、切換弁 7 b、 1 3のみが開状態とされる。これにより、吸着塔 Aには吸着塔 Bの頂部にて減圧脱着した少量の窒素を含む残留酸素富化ガスが均圧ライン 1 2を介して例えば 2秒間導入される。この結果、吸着塔 Aは、例えば 250〜600Torr(33〜80kPa)まで昇圧される。この際、少量の窒素が吸着塔 Aの頂部付近の吸着剤により効果的に吸着される点は、既に実施例 1 にて説明したように、ステップ 1と同様である。

また、ステップ 2 aにおける吸着塔 Bの操作は続くステップ 2と同じであり、同ステップ 2と一体となって吸着塔 Bの減圧 2を構成する。

一方、ステップ 6 aは上記ステップ 2 aと対応するものであり、吸着塔 Aと吸着塔 Bとの操作が対称的に逆になつている点でのみ相違する。

上記実施例 2において、混合ガスとして空気を用い、実施例 1で用いた装置と同じ装置で 1サイクル 1 2 0秒で操作を行うと、最高圧力（最高吸着圧力）は 0· 4kg/cm²G(141kPa)となり、最低圧力（最低脱着圧力）は 210Torr(28kPa)となった _c その結果、 93%の酸素濃度で 19. 8Nm³/H の製品酸素が得られた。また、その時の酸素回収率は 53%であった。 (実施例 3 )

図 6は、本発明の実施例 3の各操作ステップにおけるガス流れを表すフ口一図である。この実施例 3においては、図 1に示したとおり、絞り装置 1 4を備える均圧バイパスライン 1 5が設けられる。

実施例 3は上記実施例 2と基本的操作ステッブの構成において同一であるが、均圧バイパスライン 1 5を設けたことにより、動作に若干の変化が生ずる。すなわち、ステップ 3、 4、 7、 8において、両吸着塔 A、 Bとの間の圧力差に基づき、一方の吸着塔から流入した少量の酸素富化ガスが他方の吸着塔に絞り装置 1 4 (例えば、オリフィス）を備える均圧バイパスライン 1 5を介して導入され、その洗浄作用により他方の吸着塔における吸着剤の再生を促進するのである。なお、均圧バイパスライン 1 5は常に導通状態であるが、ステップ 1、 2 a、 2、 5、 6、 6 aにおいては、ガス流通抵抗のずっと小さい均圧ライン 1 2も導通状態であるため、ガスは優先的に均圧ライン 1 2を流れる。従って、均圧バイパスライン 1 5は、均圧ライン 1 2が非導通状態となるステップ 3、 4、 7、 8 でのみ意味をもつことになる。

上記実施例 3においては、絞り装置 1 4を設置した以外は実施例 2と同じ装置を用いて、 1サイクル 1 2 0秒で操作を行うと、最高圧力（最高吸着圧力）は 0. 4kg/cm²G(141kPa)となり、最低圧力（最低脱着圧力）は 220Torr(29kPa)となった。その結果、 93% の酸素濃度で 20. 2Nm³/H の製品酸素が得られた。また、その時の酸素回収率は 53%であった。

なお、上記実施例 3において、混合ガスとして空気を用い、最高圧力が 0. 4kg/ cm²G(141kPa)で実施例 2と同一である。それにもかかわらず、最低圧力（最終脱着圧力） 220Torr(29kPa)が実施例 2の最低圧力 210Torr(28kPa)よりも若干高くなつているのは、一方の吸着塔の脱着時に他方の吸着塔から若干量のガスが均圧ノくィパスライン 1 5を介して流入していることを反映している。

(比較例 1 )

図 7及び図 8は比較例 1を示している。図 7は同比較例に用いた装置の概略構成図であり、図 8は同比較例における全操作ステップを時間とともに表す工程表である。

図 7に示す装置は図 1の装置と類似するものであるが、図 1に示した構成要素のうち、切換弁 4を備える供給バイパスライン 5、絞り装置 1 4を備える均圧バィパスライン 1 5、及び逆流防止装置 1 1は設けられていない。その代わりに、製品酸素ガス取出ライン 9は製品酸素ガス貯溜タンク 1 6に接続されている。比較例 1では図 7の装置を用いて、図 8に示す操作ステップに従う 1サイクルを行う。すなわち、脱着を完了した吸着塔 Aと吸着を完了した吸着塔 Bとを均圧ライン 1 2を導通させて、吸着塔 Aについては昇圧 1を行い、吸着塔 Bについては滅圧 1を行う（時間 1 0秒）。次いで、吸着塔 Aについては、貯溜タンク 1 6 から製品酸素ガスを取出ライン 9及び出口ライン 9 aを介して逆流させて更に昇圧を行い（時間 6秒）、吸着塔 Bについては、真空ポンプ 8の吸引を作用させ排出側分岐ライン 6 b及び排出ライン 6を介して脱着を行う（この脱着はその後 5 0秒間継続する）。次に、吸着塔 Aでは、ブロワ一 3により供給ライン 1及び供給側分岐ライン 1 aを介して混合ガス（空気）を供給して、酸素富化ガスを製品酸素ガスとして出口ライン 9 a及び取出ライン 9を介して貯溜タンク 1 6に取り出す（この吸着操作は吸着塔 Bについての脱着が完了するまでの 4 4秒間行う）。そして以降は、吸着塔 Aと吸着塔 Bの操作ステップを対称的に反転させた操作を行い、 1サイクルを完了するものである。

なお、図 8において、略号 P P Zは、製品酸素ガスによる昇圧を示す。

上記比較例 1において、 0. 7m³ 容量の貯溜タンク 1 6を付加し（その他の装置要素の寸法等は図 1 と同様）、最高圧力（最高吸着圧力）を 0. 4kg/cm²G(141kPa) とし、最低圧力（最低脱着圧力）を 210Torr(28kPa)とした上で、 1サイクル 1 2 0秒で操作を行った。その結果、 93% の酸素濃度で 19. 5Nm³/H の製品酸素が得られた。また、その時の酸素回収率は 45%であった。

上記比較例 1の結果を上記実施例 1〜 3の結果と比較すると、本発明の実施例 1〜3は比較例 1よりも単位時間当たりの製品酸素ガス生成量及び酸素回収率ともに改善していることが分かる。特に、酸素回収率の改善の程度は大きい。この相違は、主として、比較例 1における貯溜タンク 1 6からの製品酸素ガス逆流による昇圧に代えて、本発明の実施例 1〜 3では吸着塔 A、 B間の均圧化による昇圧を徹底的に行うことに基づいている。

なお、上記比較例 1は特開平 1一 2 3 6 9 1 4、同 2 - 1 1 9 9 1 5、同 4一 2 2 2 6 1 3及び同 4一 5 0 5 4 4 8の各公報に開示の従来技術と同一ではないが、貯溜タンク 1 6からの製品酸素ガスの逆流による昇圧を行う点では、これら従来技術と共通するものである。従って、上記比較例 1は本発明のこれら従来技術に対する優位性を十分に示していると見做すことができる。

(比較例 2 )

図 9は比較例 2における全操作ステップを時間とともに表す工程表である。なお、この比較例 2は特公平 6— 1 7 0号公報に開示された操作工程に対応するが、本発明の実施例とできるだけ条件を統一して比較を容易に行えるようにするために、図 1に示す装 gを用いて操作工程を行った。但し、上記特公平 6 - 1 7 0号公報に開示されていない、供給バイパスライン 5及び均圧バイパスライン 1 5は用いていない。

また、比較例 2の操作工程は次のように行った。すなわち、脱着を完了した吸着塔 Aと吸着を完了した吸着塔 Bを均圧ライン 1 2を介して導通させて、吸着塔 Aについては昇圧 1を行い（時間 9秒）、吸着塔 Bについては減圧 1を行う。但し、この時に真空ボンブ 8の吸引を吸着塔 A、 Bのいずれにも作用させない。次いで、吸着塔 Aについては、ブロア一 3により混合ガス（空気）を用いて昇圧 2 を行い（時間 9秒）、吸着塔 Bについては、真空ポンプ 8の吸引を作用させ脱着を行う（この脱着はその後 3 6秒間継続する）。次いで、吸着塔 Aでは、ブロワ一 3により混合ガスを底部から供給して、酸素富化ガスを製品酸素ガスとして頂部から取り出す（この吸着操作は吸着塔 Bについての脱着が完了するまでの 2 7 秒間行う）。そして以降は、吸着塔 Aと吸着塔 Bの操作ステップを対称的に反転させた操作を行い、 1サイクルを完了するのである。

上記比較例 2において、実施例 1及び 2で用いたのと同じ装置を使用し、 1サィクル 9 0秒の操作時間で操作を行ったところ、最高圧力（最高吸着圧力）は 0. 35kg/cm²G(136kPa) となり、最低圧力（最低脱着圧力）は 250TorK33kPa)となつた。その結果、 93%の酸素濃度で 18. 0t½³/H の製品酸素が得られた。また、その時の酸素回収率は 45%であった。

なお、比較例 2で最高圧力（吸着圧力）が実施例 1〜3と比べて低いのは、ブロア一 3による 3 6秒間の空気送入では十分に吸着圧力を上昇させることができないからである。また、最低圧力（脱着圧力）が実施例 1〜3と比べて高いのは真空ボンブ 8による 3 6秒間の排気では十分に脱着圧力を下げられないからであ。

上記比較例 2の結果を上記実施例 1〜 3の結果と比較すると、本発明の実施例 1〜 3は比較例 2よりも単位時間当たりの製品酸素ガス生成量及び酸素回収率ともに改善していることが分かる。特に、酸素回収率の改善の程度は大きい。この相違は、比較例 2では、両吸着塔 A、 B間での均圧化（すなわち、昇圧 1と減圧 1 ) を一回だけで止めるために、十分な均圧化が達成されておらず、滅圧に伴い一方の吸着塔から発生する酸素富化ガスが他方の吸着塔の昇圧に有効に利用されていないこと、並びに均圧時に真空ポンプ 8が空運転状態となり、いずれかの吸着塔における窒素脱着に活用されていないことに起因している。

Claims

言青求の範囲

1 . 主として窒素及び酸素を含む混合ガスから窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した第 1の吸着塔と第 2の吸着塔を用いてプレッシャースイング法により酸素に富んだガスを回収する方法であって、

最低圧力にある第 1の吸着塔の出口端と最高圧力にある第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させて、第 2の吸着塔から減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 1の吸着塔に導入して昇圧 ·回収するとともに、第 1の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 1、

第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを圧ラインを介して導通させたまま、第 2の吸着塔から引き続き減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 1 の吸着塔に導入して更に昇圧 ·回収するとともに、第 1の吸着塔の入口端から混合ガスを供給する一方、第 2の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 2、

第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを遮断した伏態で、第 1の吸着塔の入口端から混合ガスを供給して第 1の吸着塔の更なる昇圧を行う一方、第 2の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を引き続き行うステツプ 3、

第 1の吸着塔の出口端を開放するとともに、第 2の吸着塔の出口端を遮断し、第 1の吸着塔の入口端から混合ガスを供給して、最終的に最高圧力まで加圧される第 1の吸着塔の出口端から酸素富化ガスを製品として取り出す一方、第 2の吸着塔の入口端から真空ボンブにより脱着窒素の排気を最低圧力になるまで行うステツプ 4、

最高圧力にある第 1の吸着塔の出口端と最低 E力にある第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して再び導通させて、第 1の吸着塔から減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 2の吸着塔に導入して昇圧 ·回収するとともに、第 2の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステッブ 5、

第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第 1の吸着塔から引き続き減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 2 の吸着塔に導入して更に昇圧 ·回収するとともに、第 2の吸着塔の入口端から混合ガスを供給する一方、第 1の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 6、

第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを遮断した状態で、第 2の吸着塔の入口端から混合ガスを供給して第 2の吸着塔の更なる昇圧を行う一方、第 1の吸着塔の入口端から真空ボンブにより脱着窒素の排気を引き続き行うステツブ 7、

第 2の吸着塔の出口端を開放するとともに、第 1の吸着塔の出口端を遮断し、第 2の吸着塔の入口端から混合ガスを供給して、最終的に最高圧力まで加圧される第 2の吸着塔の出口端から酸素富化ガスを製品として取り出す一方、第 1の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を最低圧力になるまで行うステツプ 8、

を含む、酸素富化ガスの回収方法。

2 . 上記ステップ 1とステップ 2との間に、第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第 1の吸着塔の入口端を閉鎖した状態で、第 2の吸着塔から引き続き減圧，放出された残留酸素富化ガスを第 1の吸着塔に導入して更に昇圧 ·回収する一方、第 2の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 2 aを挿入し、上記ステップ 5とステップ 6との間に、第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第 2の吸着塔の入口端を閉鎖した状態で、第 1の吸着塔から引き続き減圧 ·放出された残留酸素富化ガスを第 2の吸着塔に導入して更に昇圧 ·回収する一方、第 1の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステップ 6 aを挿入する、請求項 1に記載の酸素富化ガスの回収方法。

3 . 第 1の吸着塔の出口端と第 2の吸着塔の出口端とは絞り装置を備える均圧ノィパスラインを介して常時接続されている、請求項 1に記載の酸素富化ガスの回収方法。

4 . 上記ステップ 2、 3、 6及び 7において、昇 E過程にある吸着塔への混合ガスの供給を加 E供給手段による強制供給と大気圧に基づく自然供給との併用により行う、請求項 1に記載の酸素富化ガスの回収方法。

5 . 上記混合ガスが空気である、請求項 1に記載の酸素富化ガスの回収方法。