JPH0243916A - 圧力スイング吸着方法及び装置 - Google Patents

圧力スイング吸着方法及び装置

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JPH0243916A
JPH0243916A JP63193596A JP19359688A JPH0243916A JP H0243916 A JPH0243916 A JP H0243916A JP 63193596 A JP63193596 A JP 63193596A JP 19359688 A JP19359688 A JP 19359688A JP H0243916 A JPH0243916 A JP H0243916A
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Ichiro Funada
一郎 船田
Nobuyuki Imanishi
今西 信之
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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

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】 [a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
着方法及び装置(以下車にPSA方法及びPSA装置と
いう)に関し、詳細には吸着塔内における不純成分の残
存を極力抑制して製品ガスをより高純度に得ることので
きるPSA方法及びPSA装置に関するものである。
以下においてはその代表例として原料空気からN2ガス
を高純度に回収するPSA装置及びPSA方法について
説明するが、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N2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。このうち後者はゼオ
ライト系の吸着剤を吸着塔内に装填し、N2ガス吸着後
の吸着塔を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PS
A装置について説明する。
第3図は前処理装置2によってN20とCo2を除去し
た後の02 / N 2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装置2に送給
され、吸着剤にN20及びC02成分を吸着させて除去
し、これを通過した0□/ N 2混合ガスをPSA装
置の原料ガス供給管1aへ送り込む。原料ガス供給管1
aは自動開閉弁(以下車に弁という)■、〜■3を介し
て吸着塔3a3b、3c頂部に接続され、各吸着塔の底
部には弁V4〜V6を介して排ガス廃棄管4aが連結さ
れる。また各吸着塔3a、3b、3cの底部には脱着用
管5a、5b、5cが配設され、夫々弁■ア〜v9を介
してそれより下流側で合流される。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。前記製品ガスホルダ20に
は、製品ガスの一部を吸着塔の洗浄のために抜き出す洗
浄用管8が配設され、該洗浄用管8は分岐された後弁V
I3〜VIS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。
3b、3cは連結配管10a、10b、10cによって
直列的に連結され、各連結管には弁VIO〜v1□が設
けられる。
第4図は、吸着塔3a、3b、3cのうち1塔の作動工
程を示すタイムスケジュール(時間は左から右方向に進
む)であり、吸着工程開始時から脱着工程終了時までの
作動工程を1工程サイクルとしている。この1工程サイ
クルは図示の如く吸着工程、回収工程、洗浄工程及び脱
着工程より構成される。まず吸着工程では脱着工程で減
圧された吸着塔内を昇圧する操作として、02/N2混
合ガスを供給管1aから加圧供給し、回収目的成分のN
2ガスを吸着剤に吸着させ不純成分ガス(主に0.ガス
)を排ガス廃棄管4aを介して放出させる。又脱着工程
では吸着塔を真空ポンプ6によって減圧し、塔内の吸着
剤に吸着されたN2成分を脱着し、脱着用管5を通して
製品ガスホルダ20に回収貯留する。
次に回収工程及び洗浄工程を、第3図の吸着塔3aの場
合を例に挙げて説明する。
即ち製品ガスホルダ2o側からの高純度N2ガスは矢印
Aに示す様に洗浄用管8を通って吸着塔3c内へ導入さ
れ、該吸着塔3a内に残留する不純成分をN2成分と置
換し、これによって追放されたガスは矢印Bに示す様に
吸着工程の終了した吸着塔3bへ連結配管10aを介し
て送り込まれる。従ってこのとき吸着塔3aでは洗浄工
程が行なわれ、吸着塔3bではN2の回収工程が行なわ
れる。
[発明が解決しようとする課題] 第5図(a)〜 (d)は吸着塔3aの各工程における
N2ガス吸着状態を示す模式説明図である。尚斜線部は
N2の高濃度吸着部分を示す。図の様に吸着塔3aの頂
部側から原料ガス及び洗浄ガス等が供給される場合は、
該吸着塔の上方側よりN2成分の吸着又は置換が進行し
、下方部分においては不純成分であ、る0□成分が脱着
工程の開始時まで残存することになる(吸着剤中の02
成分はN2成分と置換されずに吸着されたまま残ってい
たり、或は吸着剤の装填隙間に残存していたりする)。
特に上記の様に吸着工程において02/N2混合ガスが
吸着塔の頂部側より供給されると、N2成分の吸着は装
填吸着剤の上方から進行し、吸着塔下方部においては0
2リツチの混合ガスが接触することになり、02成分が
残存する比率が高くなる。
その結果脱着工程において回収されるN2ガス濃度は9
9.9%とするのが限度であり、これ以上高純度のN2
ガス回収は不可能とされていた。
そこで本発明者らは回収目的成分ガスを99.9%以上
の高純度で得ることを目的として研究を積み重ねた結果
、本発明を完成したのである。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成した本発明方法は、脱着工程終了後の吸
着塔へ高純度の回収目的成分ガスを150〜300mm
Hgまで初期導入し、その後、前記吸着塔の初期導入口
の反対側より原料ガスを供給して吸着工程を行なうこと
を要旨とする。
また上記方法に利用する圧力スイング吸着装置は、前記
吸着塔における原料ガス供給管接続側と対峙する側には
、前記洗浄管から分岐した初期導入管が連結されてなる
点を要旨とするものである。
[作用及び実施例] 第1図(A)は本発明の代表的なPSA装置の実施例を
示す概略説明図である。第3図に示す従来装置と相違す
る特徴的な構成は、洗浄管8を分岐して初期導入管11
a、llb、llcを配設し、各初期導入管11a、j
lb、llcは自動開閉弁via〜Viaを介して各吸
着塔3a、3b。
3cの底部へ連結した点にある。即ち各吸着塔において
原料ガス供給管1aの接続位置と上下反対側に初期導入
管11a、llb、llcを接続する。
第2図(A)〜(D)は第1図(A)に示したPSA装
置による吸着塔3aにおける吸着工程直前から脱着工程
直前までを順に示す模式説明図である。
第2図(A)に示す様に、脱着工程が終了して吸着工程
を開始する直前に、前記初期導入管11aを通して製品
ガスホルダ20内の高純度N2ガスを吸着塔3aの底部
側から塔内に導入し、主として塔内下方部側に装填され
た吸着剤にN2成分を吸着させておく。その後弁の切換
えを行なって吸着工程に移行し、原料ガス供給管1aよ
り02/N2混合ガスを吸着塔3a頂部側から導入する
[第2図(B) ]。このとき吸着剤へのN2成分の吸
着は吸着塔3a上方部から進行し、該工程前のN2初期
導入に加えて本工程供給N2を塔内の吸着剤に吸着させ
、吸着工程を終了する。これによって吸着剤に吸着され
る0□成分は従来に比べて減少し、この時点で既に不純
成分濃度の低下が達成される。なぜなら吸着工程時に0
2リツチなガスと接触される吸着剤には初期導入によっ
てすでにN2が吸着されており、o2吸着の割合は非常
に低いものとなるからである。
そして第2図(C) 、 (D)に示す回収工程及び洗
浄工程によって僅かに残留している不純成分ガスをほぼ
完全に追放した後、脱着工程において高純度N2ガスを
回収する。
上記の様に吸着工程直前に、吸着塔における原料ガス導
入方力に対して反対側から高純度N2ガスを導入してお
くことによって、脱着工程まで塔内に不純成分が残るの
が抑制できる様になり、回収されるN2ガス純度は99
.99%以上を達成することができる様になる。
第1図(B)は初期導入管11a、llb。
11cによる吸着塔へのN2ガス供給量(分圧で示す)
と製品ガス純度との関係を示すグラフである。即ち吸着
塔の大きさは直径80 mm、高さ1000mmとし、
吸着工程における原料供給を0.5〜0.1 kg/c
m”Gで行ない、脱着工程を真空ポンプによって100
〜50 m+nHgまで減圧して脱着を行なった。その
結果吸着工程直前の高純度N2ガスの導入は150〜3
00mmHgの範囲とする必要があることが分かった。
なぜならば150mmHg未満であるとN2ガスを初期
導入しても従来と比較して回収ガス濃度の向上効果はさ
ほど期待できず、また300mmHgより多くなると吸
着工程に招けるN2吸着量が減少してしまい回収率が低
下してしまうためである。
(比較実験例) 第1図(A)及び第3図に示した構造のPSA装置を使
って下記の条件で夫々N2ガス回収実験を行なって夫々
の回収ガス濃度を調べた。尚第1図(A) に示すPS
Aの使用に当たっては吸着工程開始直前に2秒間高純度
N2ガスの導入を行なった。
各吸着塔の内径を80mm、高さをZoo□+mとし、
充填する吸着剤は合成ゼオライト5A型を用いた。
原料ガス供給圧カニ 0.2 kg/cm”G、脱着圧
カニ 70 Torr、 1塔の1工程サイクル=1分、 圧縮機9への 原料空気供給量:320ONIL/h、N2ガスの回収
量: 800 NfL/h。
の条件で各々実験を行なった。
この実験の結果、従来装置(第3図に示す)によって製
品ガスホルダ20内に回収されたN2成分の濃度は99
.9%であったのに対し、本発明のPSA装置の場合、
N2濃度は99.997%まで高めることができた。
各吸着塔において原料ガス供給側と反対側から高純度N
2ガスを吸着工程直前に導入する方法としては、第1図
(八)に示す実施例に限定されず、製品ガスホルダ20
とは別のN2ガスホルダを設けて該ホルダから吸着塔へ
初期導入管を接続するものであっても良いし、或は真空
ポンプ6の出口側又は製品ガスホルダ20から分岐して
初期導入管を連結するもの等であっても構わない。
[発明の効果] 請求項(1)の方法によって脱着工程開始に至るまで吸
着塔内に残存する不純成分濃度を低減できるようになっ
た。また請求項(2)の装置により回収目的成分の所定
分圧を吸着工程直前の吸着塔へ正確に導入できる様にな
った。
これらの結果製品ガスとして回収される目的成分ガス濃
度を従来より高純度化することができる様になった。
【図面の簡単な説明】 第1図(A)は本発明PSA装置の代表的な実施例を示
す概略説明図、第1図(B)は初期導入ガス分圧と製品
ガス純度の関係を示すグラフ、第2図(A)〜 (D)
は第1図(^)のPSA装置による1塔の工程状態を示
す模式説明図、第3図は従来のPSA装置を示す概略説
明図、第4図は1つの吸着塔の工程順序を示す説明図、
第5図は従来のPSA装置による1塔の工程状態を示す
模式説明図である。 la・・・原料ガス供給管  2・・・前処理装置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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)吸着工程で原料ガスを吸着塔内へ導入して回収目
    的成分ガスを吸着剤に吸着し、脱着工程で該回収目的成
    分ガスを脱着して回収し、上記吸着工程と脱着工程を繰
    返す圧力スイング吸着方法において、 脱着工程終了後の吸着塔へ高純度の回収目的成分ガスを
    150〜300mmHgまで初期導入し、その後、前記
    吸着塔における該初期導入口の反対側より原料ガスを供
    給して吸着工程を開始することを特徴とする圧力スイン
    グ吸着方法。
  2. (2)吸着塔に原料ガス供給管、脱着用管及び洗浄用管
    を連結してなる圧力スイング吸着装置において、 前記吸着塔における原料ガス供給管接続側と対峙する側
    には、前記洗浄管から分岐した初期導入管が連結されて
    なることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
JP63193596A 1988-08-02 1988-08-02 圧力スイング吸着方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0691925B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010069452A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Sumitomo Seika Chem Co Ltd 一酸化炭素分離方法および一酸化炭素分離装置
CN113559672A (zh) * 2021-09-01 2021-10-29 威海东兴电子有限公司 一种高纯度氧气四塔提纯装置

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