JPH01307427A - 圧力スイング吸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高純度ガスの製造に利用される圧力スイング吸
着装置（以下単にＰＳＡ装置という）に関し、詳細には
ＰＳＡ装置自体が小型である場合において、製品ガスを
高純度で分離することのできるＰＳＡ装置に関するもの
である。

以下の説明においては代表例として吸着塔内に合成ゼオ
ライトを装填し、原料空気からＮ２ガスを高純度に濃縮
回収するＰＳＡ装置について述べるが、本発明の適用対
象はこれによって限定解釈されてはならない。

［従来の技術］ 原料空気をＰＳＡ装置に導入してＮ、ガスを濃縮回収す
る方法を大別すると、０２ガスを吸着剤に吸着させて除
去する方法、及びＮ２ガスを吸着剤に吸着させ更に脱着
回収する方法の２つに分類される。このうち後者は合成
ゼオライトの吸着剤を吸着塔内に装填して原料空気を加
圧導入し、Ｎ２ガスを選択吸着させた後の吸着塔を放圧
又は減圧することにより、高純度のＮ２ガスを脱着回収
する方法である。以下この方法に利用されるＰＳＡ装置
について説明する。

第３図は前処理塔２ａ、２ｂの交互利用によってＨ，Ｏ
とＣＯ２を除去した後の０２７Ｎ＊混合ガスを３塔式の
ＰＳＡ装置に供給してＮ２ガスを選択的に回収する装置
の概略説明図である。

圧縮機９によって加圧された空気は前処理塔２ａ、２ｂ
のいずれかに送給され、吸着剤にＨ２Ｏ及びＣＯ２成分
を吸着除去し、これを通過した０２７Ｎ２混合ガスをＰ
ＳＡ装置の原料ガス供給管１ａへ送り込む。原料ガス供
給管１ａは自動開閉弁（以下単に弁という）Ｖｔ〜Ｖ、
を介して吸着塔３ａ、３ｂ、３ｃに接続され、各吸着塔
の底部には弁ｖ４〜ｖＩＳを介して排ガス廃棄管４ａが
連結される。該排ガス廃棄管４ａは前処理塔２ａ、２ｂ
に連結され、吸着塔３ａ、３ｂ。

３ｃに吸着されることなく通過した０２リツチの排ガス
は前処理塔に吸着されているＨ２Ｏ。

ＣＯ２の脱着用パージガスとして利用される。また各吸
着塔３ａ、３ｂ、３ｃの下方部には脱着用管５ａ、５ｂ
、５ｃが配設され、夫々弁ｖ、〜ｖＱを介してそれより
下流側で合流される０合流された脱着用管５には真空ポ
ンプ６が設けられて製品ガスホルダ２０に連結され、吸
着塔３ａ。

３ｂ、３ｃより脱着回収された高純度Ｎ２ガスを貯留す
る。製品ガスホルダ２０には、製品ガスの一部を取出し
て吸着塔内の不純成分を洗浄置換するための洗浄用管８
が配設され、該洗浄用管８は分岐された後左Ｖ１３〜Ｖ
ＳＳを介して吸着塔３ａ。

３ｂ、３ｃの各頂部に連結される。尚各吸着塔３ａ、３
ｂ、３ｃは連結配管１０ａ、１０ｂ。

１０ｃによって直列的にも接続され、各連結配管には弁
ＶＩＯ〜ＶＩ２が設けられる。

吸着剤としては略球形状に成形された合成ゼオライトが
一般的に用いられ、吸着塔の上下端部に空間部を残して
密に装填される。尚第４図は１塔の吸着塔における工程
を時間経過に合わせて示した説明図である。

［発明が解決しようとする課題］ ところで上記ＰＳＡ装置として今迄に設計されたものは
工場にプラントとして設置される大規模タイプのもので
あり、中小規模の工場では製品としてのＮ、ガスを購入
使用するに止まっており。

自家用の装置を備えてランニングコストの低下を図るま
でには至っていなかった。そのためＰＳＡ装置全体を小
型化することが望まれているが、従来のＰＳＡ装置をそ
のまま縮小したものでは、回収する製品ガス濃度は９９
．９％を達成するのが限界であり、小型のＰＳＡ装置を
使って純度９９．９９％以上の製品ガス回収を達成する
ことは困難であるとされていた。

そこで本発明者らは、ＰＳＡ装置を小型化するに当たり
、高純度の製品ガスを回収できる様な装置を開発する目
的で研究を重ねた結果、ここに本発明を完成した。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成し得た本発明ＰＳＡ装置は、吸着塔内径
りが３００＋ａ■以下の小型のものを使用し、吸着塔の
内径りとこれに装填する合成ゼオライトの粒径ｄの比（
Ｄ／ｄ）が１０以上となる様に構成してなる点を要旨と
するものである。

［作用及び実施例］ 本発明者らは吸着塔内に装填する吸着剤の大きさに着目
し、該吸着剤の成形大きさが製品ガス純度にどの様な影
響を与えるかを第３図に示すＰＳＡ装置を使用して調べ
た。即ち原料ガス供給量（３２００ＮＩｔ／ｈ）　、製
品Ｎ２ガス回収量（８００Ｎ１ｈ）　、供給圧力（５，
０ｋｇ／ｃｍ”）及び脱着圧力（１００Ｔｏｒｒ）の条
件を同一とし、さらに同一粒径の合成ゼオライトＺを内
径の異なる吸着塔に夫々装填して、回収製品Ｎ２ガス濃
度の違いを調べた。尚吸着塔は内径りが２０．４０゜８
０．１００ａｕａのものを使用し、球形状に成形された
合成ゼオライト１３Ｘ改良型の平均粒径ｄは４ｍｍのも
のを使用した（第２図参照）。

第１図は上記の実験結果を示すグラフであり、同−粒径
及び同一形状の合成ゼオライトを使用する場合であって
も、回収された製品ガスの純度はグラフの様に異なって
おり、Ｎ２ガス純度を９９．９％以上とするためには吸
着塔の内径りと合成ゼオライトの平均粒径ｄの比［Ｄ／
ｄｌを１０以上としなければならないことが分かった。

これは吸着塔内へ装填する吸着剤の粒径が大き過ぎると
、原料ガスや回収工程の混合ガス及び洗浄ガスは通気抵
抗の低い塔壁面に沿って移動し、十分な吸着や洗浄置換
ができないためであると推測される。また粒径が大き過
ぎると吸着剤における単位体積あたりの有効吸着面積が
小さく、吸着量が制限されることも原因していると考え
られる。

尚合成ゼオライトの粒径が小さくなり過ぎるとガスの流
動抵抗が増大し過ぎてガスの流通が悪化し、かえって回
収ガスの純度低下を引き起こすことが分かった。従って
［Ｄ／ｄｌ比の上限は１５０程度とすることが好ましい
。

また第３図の例において前処理塔２ａ、２ｂに合成ゼオ
ライト１３Ｘ型を装填するに当たっても、上記の構成を
採用すれば好適な結果を得ることができる。即ち原料空
気供給量を３２０ＯＮＪＺ／ｈとし４．０　ｋｇ／ｃｍ
２Ｇで前処理塔に供給し、大気圧近傍で脱着を行なう場
合、粒径３ｍｍの合成ゼオライトを塔内径の異なる前処
理塔に装填して、前処理塔２ａ、２ｂの出口部における
ＣＯ２混入濃度を計測した。

第１表は上記の結果を示す。

第　　　１　　　表 上記の表からも明らかな様に［Ｄ／ｄｌが１０以上のと
きには、不純成分の混入を２　ｐｐｍ以下に抑えること
ができる様になり、ＰＳＡ装置側へ導入する０　２　／
　Ｎ　２混合ガス中への不純成分の混入を低減し、その
結果製品Ｎ２ガスをより高純度で回収できる様になった
。

本発明は上記の実施例に限定されず塔内径が３００ｍｍ
以下の吸着塔を使用するものであれば、０２の濃縮分離
やＮ２の精製に利用されるＰＳＡ吸着塔においても適用
できる。

［発明の効果］ 本発明によりＰＳＡ装置を小型化しても、回収目的成分
ガスを高純度に回収できる様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＮ２ガス回収濃度と（Ｄ／ｄ）比
の関係を示すグラフ、第２図は吸着塔内への吸着剤の装
填状態を示す断面説明図、第３図はＰＳＡ装置の構成を
示す模式説明図、第４図は１つの吸着塔における工程順
序を示す説明図である。 ｌａ・・・原料ガス供給管　２ａ、２ｂ・・・前処理塔
３ａ、３ｂ、３ｃ・・・吸着塔　　５・・・脱着用管６
・・・真空ポンプ　　　８・・・洗浄用管９・・・圧縮
機　　　　　１１・・・−時貯留ホルダ２０・・・製品
ガスホルダ 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　円筒形の吸着塔内へ略球形状に成形された合成ゼオラ
   イトを装填してなる圧力スイング吸着装置において、該
   吸着塔の内径をＤ（ｍｍ）、 前記合成ゼオライトの粒径をｄ（ｍｍ）としたとき、Ｄ
   ≦３００、 １０≦（Ｄ／ｄ） の両条件を満足する様に構成してなることを特徴とする
   圧力スイング吸着装置。