JPH02187126A - 圧力変動吸着法に於ける原料ガスの除湿方法とその装置 - 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］ 本発明は圧力変動吸着法（以下、ＰＳＡ法という）で使
用される原料ガスの除湿方法とその装置に関するもので
ある。

［従来の技術とその課題］ ＰＳＡ法による空気分離で窒素又は酸素を濃縮する方法
がある。空気から窒素を濃縮する場合には、窒素と酸素
の吸着速度が異り、分子篩作用を有する炭素（分子篩カ
ーボン）が吸着剤として使用され、酸素を濃縮する場合
には、窒素と酸素の平衡吸着量に有意差が認められるゼ
オライトが吸着剤として使用される。ところが。

これら吸着剤はいずれも、窒素や酸素に優先して水分を
吸着する性質があるため、空気分離の原料ガス、つまり
、空気に水分が含まれていると、吸着剤の窒素や酸素を
吸着する能力が低下し、製品ガスの純度を充分高めるこ
とができない。

従って、ＰＳＡ法により空気中の窒素又は酸素をａ縮す
る場合には、原料空気をＰＳＡ装置に供給するのに先立
って、予めこれを除湿するのが通例であり、その除湿手
段としては、冷媒の断熱膨張による冷却作用を利用して
、空気中に含まれる水分を凝縮分離する方法が、従来は
専ら採用されている。

すなわち、空気を原料として濃縮窒素を製造するに際し
ては、第３図に示す通り、まず原料空気をコンプレッサ
１で圧縮した後、エアードライヤ２に導入する。エアー
ドライヤ２はその内部を循環する冷媒をコンプレッサ３
で圧縮し、この冷媒を断熱膨張させることで原料空気を
冷却除湿する。凝縮した水分はドレン排出弁９から除去
される。こうして除湿された空気は、減圧弁８にて所定
の圧力に調節された後、典型的には分子篩カーボンが充
填された吸着塔４の下部から塔内に導入され、酸素は吸
着剤に吸着される。吸着塔４の」二部から取り出される
濃縮窒素は、製品タンク５に蓄えられる。塔４内の吸着
剤に一定量の酸素が吸着されると、酸素が吸着塔４から
破過し始めるので、酸素が破過する前に自動弁を切り替
えて吸着塔４への原料空気の供給を停止し、代わりに原
料空気を吸着塔４′に供給してここで七と同様な吸着操
作を行なわせる。この間、吸着塔４には製品タンク５か
ら濃縮窒素の一部を塔上部から供給し、吸着剤に吸着さ
れている酸素を脱着さ、せて吸着剤を再生する。そして
、吸着塔４′から酸素が破過する以前に、原料空気の供
給を吸着塔４′から吸着塔４に切り替えて、今度は吸着
塔４′を再生し、吸着塔４で吸着操作を行なわせる。こ
のような吸着−再生サイクルを、白！ｌ！ｌＩ弁１１〜
１８の切り替えによって繰り返すことにより、タンク５
に濃縮窒素を得ることができる。なお、吸着塔の再生に
使用されて塔下部から取り出される再生排ガスは、サイ
レンサ付きガス排出口６から系外に廃棄されている。

空気を原料とし、酸素を一部する場合は、使用する吸着
剤の種類こそ窒素濃縮の場合と相違するものの、そのフ
ローは上記したところと実質的に同一であって、いずれ
の場合でも、従来法では原料空気の除湿に冷媒の断熱１
膨張を利用している関係で、冷媒の圧縮にコンプレッサ
を使用しなければならない。従って、ＰＳＡ′！Ａ置を
運転するために本来必要な動力に加えて、冷媒圧縮用コ
ンプレッサに動力を必要とする不利があった。

ｃｉ題を解決するための手段］ 本発明はＰＳＡ装置を運転するために必要な動力以外に
、格別余分な動力を使用することなく、ＰＳＡ法が適用
される原料ガスを除湿する方法と、その装置を提供する
。

すなわち、本発明の原料ガス除湿方法は、ＰＳＡ装置の
吸着塔を再生した際に得られる再生排ガスにより水を蒸
発せしめ、その蒸発熱により原料ガスを冷却してこれに
含まれる水分を凝縮分離することを特徴とする。

そして、本発明の除湿装置の一つは、（ａ）保温材よっ
て外部から熱的に遮断された容器の底部域に水を収めて
上部域に容器内ガスの出口を設けた冷却槽と、（ｂ）冷
却槽の水面上に配設され、両端が冷却槽の外に突出した
原料ガス導管と、（Ｃ）冷却槽に隣接されたミストセバ
レータとからなり、前記原料ガス導管の一端を原料ガス
の入口とし、他端をミストセパレータのガス入口に接続
し、ミストセパレータのドレン排出管を冷却槽と接続し
、ＰＳＡ装置から供給される再生排ガスの導管出口を冷
却槽内に収めた水中に開口させてなる。

また、本発明に係る除湿装置の他の一つは。

（ａ）保温材よって外部から熱的に遮断された容器の底
部域に水を収めて上部域に容器内ガスの出口を設けた冷
却槽と、（ｂ）冷却槽内の水に一部が接触し、残部が水
面上に位置するよう配設され、両端が冷却槽の外に突出
して外周が毛細管現象を呈する素材で巻かれた原料ガス
導管と、（ｃ）冷却槽に隣接されたミストセパレータと
からなり、前記原料ガス導管の一端を原料ガスの入口と
し、他端をミストセパレータのガス入口に接続し、ミス
トセパレータのドレン排出管を冷却槽と接続し、ＰＳＡ
装置から供給される再生排ガスの導管出口を冷却槽上部
に開口させてなる。

［作　　　用］ 進んで本発明の作用を図面にそって説明する。

第１図は第３図と同様、空気を原料としてＰＳＡ法によ
り濃縮窒素を製造する場合のフローを示し、第３図と同
一の符号を付した空気圧縮用コンプレッサ１、吸着塔４
，４゛、製品タンク５、自動弁１１〜１８等の構成及び
操作方法は、第３図で説明したそれと同様である。

すなわち、本発明によれば、コンプレッサ１で圧縮され
た原料空気は、冷却槽２１内に配設された原料ガス導管
２２に供給される。冷却槽２１は保温材（図示略）によ
って外部から熱的に遮断された容器からなり、その底部
域には水が収容されている。原料ガス導管２２は、冷却
槽２１の液面上に配設され、その他端は冷却槽２１に隣
接して設置されたミストセパレータ２３のガス入口に接
続されている。原料ガス導管２２は冷却槽２１内のガス
との接触面積が大になるよう螺旋状、ジクザク状又は蛇
行状に配設することが好ましい。

この場合、導管２２には必要に応じてフィンを付けるこ
ともできる。

ミストセパレータ２３のドレン排出管は、弁９を介して
冷却槽２１に接続され、図示の例では冷却槽２１に収容
されている水の液面下で、冷却槽２１と接続される。そ
して、冷却槽２１の液面下には、ＰＳＡ装置の吸着塔再
生工程で得られる再生排ガスの導管２４の出口が開口さ
れている。

−・般に、複数の吸着塔を使用するＰＳＡ９置では、常
にいずれかの吸着塔が再生工程にあるので、Ｉ）　Ｓ　
Ａ装置からは常時再生排ガスが吐出される。本発明では
この再生排ガスを導管２４で冷却槽２１の水面下で導き
、水中にバブリングさせる。これによって冷却槽２１の
気相領域には温度降下した湿潤再生排ガスが供給され、
原料ガス導管２２と接触する。この場合、導管２２内を
流れる圧縮原料ガスの湿度、従って、導管２２の温度は
湿潤再生排ガスの温度より高いので、導管２２との接触
によって湿潤再生排ガスに含まれる水分は蒸発せしめら
れる。この蒸発熱により導管２２が冷却される結果、内
部を流れる圧縮原料ガスもまた冷却されて、これに含ま
れる水分はミストとなってミストセパレータ２３に送ら
れる。

ミストセパレータ２３で圧縮原料ガスから分離されたミ
ストは、ドレン排出管を経て冷却槽２１に戻り、一方除
湿された圧縮原料ガスはミストセパレータｚ３のガス出
口から、ＰＳＡ装置の吸着塔に供給される。また、冷却
槽２１内で導管２２と接触してこれを冷却して再生排ガ
スは、サイレンサ付きガス排出口６を経て冷却槽２１の
外に除去される。

第３図は本発明に係る原料ガス除湿装置の第２実施例を
示す。この実施例では原料ガスが符号３１から装置内に
導入され、原料ガス導管（冷却管）４５の中を通過する
。この導管４５は管外壁にガーゼ等のような吸水性良好
な素材を巻き、蒸発面積を増加させると共に、毛細管現
象による吸水により導管外壁が湿潤状態に保持されるよ
う工夫されている。また、冷却槽４３は保温材４８によ
って外部から熱的に遮断されている。導管４５内を通過
し、管外壁での水の蒸発により冷却された原料ガスは、
冷却Ｗ４４３外部に隣接されたミストセパレータ３６に
導入され、導管４５内で凝縮したミストを分離する。こ
うして除湿されたガスは符号３２からＰＳＡ装置の吸着
塔（図示なし）に供給される。分離されたミストは、ミ
ストセパレータ３６の下部に溜まり、定期的に三方電磁
弁３８から冷却槽４３に戻される。

一方、ＰＳＡ装置の再生工程にある吸着塔から排出され
る再生排ガスは、符号３３からアスピレータ４０に導入
される。再生排ガスはアスピレータ４０を通過する際に
、通常三方電磁弁３７がら空気を吸引しながら冷却槽４
３内に入る。そして、これらのガスは冷却管４５外壁の
水分及び冷却槽４３底部の冷却水（ドレン）４６を蒸発
させ、ミストセパレータ４４を通過し、サイレンサ付き
ガス排出口３９から排出される。

蒸発用冷却水（ドレン）４６の過不足は、レベル計４２
によって確認することができる。このレベル計を電極式
レベル計等で自動化することによって自動制御も可能で
ある。すなわち、冷却水３６が不足な場合は、レベル計
からの信号によって三方電磁弁３７を切り換えて空気の
吸引を止め、補給水３５を供給する。冷却水４６が設定
レベル以上になった場合は、ドレン排出弁４１をレベル
計からの信号によって開放し、ドレンを排出することに
より冷却水のレベルを一定に制御し、安定した冷却性能
を得ることができる。

［発明の効果］ 冷媒と冷媒コンプレッサを組み入れたエアードライヤを
使用する従来の除湿手段では、エアードライヤ装置の駆
動動力を必要とした。また、ＰＳＡ装ほから得られる再
生排ガスと、原料ガスから凝縮分離された水分（ドレン
）が、従来は少しも活用されることなく廃棄されていた
。

本発明によれば、従来は廃棄されていた再生排ガスと凝
縮ドレンを有効に利用して、付加的な動力を必要とせす
に、原料ガスを除湿することができ、先に例示した窒素
あるいは酸素の濃縮操作でも、従来法と同程度に吸着剤
の劣化防止を実現できる大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って２塔式ＰＳＡ装置で空気から濃
縮窒素を製造する場合のフローダイアグラムである６第
２図は本発明に係る除湿装置の別の実施例を示す断面図
である。第３図は従来法に従って２塔弐ＰＳＡ装置で空
気から濃縮窒素を製造する場合のフローダイアグラムで
ある。 ｌ：コンプレッサ、２：エアードライヤ、３：冷媒コン
プレッサ、４．４’：吸着塔、５：製品タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧力変動吸着法を適用する原料ガスの除湿方法に於
   いて、吸着剤の再生時に得られる再生排ガスを使用して
   水を蒸発させ、その蒸発熱にて原料ガスを冷却除湿する
   ことを特徴とするＰＳＡ法用原料ガスの除湿方法。 ２、（ａ）保温材よって外部から熱的に遮断された容器
   の底部域に水を収めて上部域に容器内ガスの出口を設け
   た冷却槽と、（ｂ）冷却槽の水面上に配設され、両端が
   冷却槽の外に突出した原料ガス導管と、（ｃ）冷却槽に
   隣接されたミストセパレータとからなり、前記原料ガス
   導管の一端を原料ガスの入口とし、他端をミストセパレ
   ータのガス入口に接続し、ミストセパレータのドレン排
   出管を冷却槽と接続し、ＰＳＡ装置から供給される再生
   排ガスの導管出口を冷却槽内に収めた水中に開口させた
   ことを特徴とする圧力変動吸着法を適用する原料ガスの
   除湿装置。 ３、（ａ）保温材よって外部から熱的に遮断された容器
   の底部域に水を収めて上部域に容器内ガスの出口を設け
   た冷却槽と、（ｂ）冷却槽内の水に一部が接触し、残部
   が水面上に位置するよう配設され、両端が冷却槽の外に
   突出して外周が毛細管現象を呈する素材で巻かれた原料
   ガス導管と、（ｃ）冷却槽に隣接されたミストセパレー
   タとからなり、前記原料ガス導管の一端を原料ガスの入
   口とし、他端をミストセパレータのガス入口に接続し、
   ミストセパレータのドレン排出管を冷却槽と接続し、Ｐ
   ＳＡ装置から供給される再生排ガスの導管出口を冷却槽
   上部に開口させたことを特徴とする圧力変動吸着法を適
   用する原料ガスの除湿装置。