JPH03213113A - 吸着剤の減圧再生方法及びその装置 - 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方式（以下ＰＢＡ方式という）に
より、二成分以上からなる混合ガスから対象ガスを分離
する方法並びに装置に関し、さらに詳しくは、分離に用
いる吸着剤を減圧再生する方法並びに装置に関する。

〔従来の技術〕

一般にＰＢＡ方式とは、吸着剤を充填した吸着槽内に二
成分以とからなる原料ガスを高圧で送入し、吸着剤に非
対象ガスを吸着せしめて対象ガスを分離する方法におい
て、この高圧吸着工程と。

吸着作用の低下した吸着剤を低圧下で再生せしめる低圧
再生工程とを交互に繰り返して安定した対象ガスを分離
する方式をいう。

このＰａＡ方式による対象ガス分離袈遭は一般に二基以
上の吸着槽を備えており、これに対して少なくとも高圧
吸着工程−均圧工程−大気圧再生工程−賊圧再生工程を
含む各工程を交番的に繰り返して高濃度かつ安定した対
象ガスを採取している。以ｆ各工狸について説明する。

前記高圧吸着工程とは吸着剤を充填した吸着槽に高圧原
料ガスを送入して非対象ガス成分を吸着剤に吸着せしめ
、対象ガスを分離する工程である。

前記均圧工程とは高圧吸着工程を終了し、且つ高圧対象
ガスが充満している第一吸着槽と、減圧再生工程が終了
している第二吸着槽とを連通して該第二吸着槽内に面記
第−吸着槽から高こ１度の対象ガスを送入することによ
り、第二吸着槽内を効率よく昇圧せしめる工程である。

前記大気圧再生工程とは、高圧吸着工程、均圧工程を順
次終了した吸着槽内のガスを大気に放出して速やかにそ
の圧力を低下させること１こより、吸着剤が吸着した非
対象ガスを吸着剤から放出せしめ、該吸着剤を再生せし
める工程である。

前記減圧再生工程とは、前記大気圧再生工程後の吸着槽
内を真空ポンプ等で減圧させることにより、吸着剤をさ
らに再生せしめる工程である。

今般、ガス需要の増加に伴い、安価で簡単に対象ガスを
生産できる小・中規模のＰＳＡ装置が注目されているが
１通常、この小型装置では、動力費、装置価格、装置設
置面積及び装置使用ユーティリティ等が製造コストに太
きくｆ＃ｕすることから吸着剤の再生工程は真空ポンプ
を用いない大気圧再生工程のみ実施することが多い。一
方、吸着剤の再生効率から考察すれば減圧再生工程を実
施する方が有利であり、この減圧再生方法に関し、特開
昭６３−１８２０１６号公報及び特開昭６４−２１８１
８号公報に開示されている。

特開昭８３−１８２０１８号公報に開示された方法は、
空気圧縮機の無負荷運転時の負圧を利用して吸着槽内の
圧力を低下せしめるものであり、特開昭６４−２７１１
１，１号公報に開示された方法は、空気圧縮機により圧
縮した空気をエジェクターの一次側に送気することによ
り、該エジェクターの二次側に連結した排気管を介して
吸着槽内の圧力を低下せしめる壱のＴ゛あう手−尋物ｉ
〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、上述した特開昭６５−１８２０１６号公報及
び特開昭６４−２７８１３号公報に開示された方法は吸
着槽が一基である場合にのみ適用できる方法であり、生
産効率の良い二基以上の吸着槽を持りｐｓム装置におけ
る笥易な減圧方法並びに装置は存在していなかった。

本発明は以との実情に鑑みなされたものであって、二基
以上の吸着槽を具備するＰＳム装置に対し、吸着槽を簡
易に減圧せしめることのできる方法並びに装置の提供を
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

と記課題を解決するための本発明の第一の発明は方法の
発明であり、吸着剤を充填した少なくとも２基以上の吸
着槽に対し、少なくとも高圧吸着工程−減圧再生工程の
２工程を含む工程を交番的に繰り返して、対象ガスを分
離する方法において。

吸着効率の低下した前記吸着剤を減圧再生するに際し、
まず高圧状態にある第一吸着槽の排気弁を開くことによ
り、該第一吸着槽内の高圧ガスを大気に放出して該吸着
槽内を大気圧にし、しかる後。

同じく高圧状態にある第二吸着槽内の排気弁を開いて、
前記第一吸着槽の排気弁と連通ずる排気管１こ前記第二
吸着槽内の高圧ガスを放出することにより曲記第一吸着
槽内を大気圧より低い圧力に減圧せしめることを特徴と
するものである。

また、第二の発明は装置の発明であり、吸着剤を充填し
た少なくとも２基以上の吸着槽を備える対象ガス分離装
置において、前記各吸着槽に設けた第一排気弁と、同様
に前記各吸着槽に設けた第二排気弁と、前記第一排気弁
のそれぞれに連通ずる第一排気管と、前記第二排気弁の
それぞれに連通ずる第二排気管とからなり、前記第一排
気管の排気方向に対する第二排気管の排気方向が適宜角
度の順方向となるように前記第一排気管と第二排気管と
を連通せしめたことを特徴とするものである。

〔作用〕

と述した本発明装置により本発明方法を実施するには、
まず、前記第一吸着槽が高圧吸着工程を終了した後、該
第−吸着槽の第一排気弁を開いて該第一吸着槽内の高圧
ガスを大気に放出し、第一吸着槽内を大気圧に近い状態
にする。しかる後、前記第一吸着槽の第一排気弁を閉じ
て第二排気弁を開くとともに、第二吸着槽の第一排気弁
を開いて第二吸着槽内の高圧ガスを大気に放出する。こ
のとき、第一排気管を流通する第二吸着槽内からのガス
流により、第一排気管と連通ずる第二排気管に負圧を生
じ、第一排気管のガス流が第二排気管内のガスを引き込
んで第一排気管のガスとともに第二排気管内のガスが大
気に放出される。その結果、第二排気弁を介して第二排
気管と連通している第二吸着槽内の圧力は大気圧より低
い圧力に減圧されるのである。

〔実施例〕

以下、添付図ｍｌに基づき本発明方法の実施例並びにこ
れを実施するための本発明装置の具体的態様について説
明する。第一図は本発明装置の一実施例を示す説明図で
ある。同図において（Ａ）は吸着槽部、（Ｂ）は製品供
給部、（０は給気配管部、（至）は排気配管部、（８）
は取り出し配管部であり、本発明装置はこれら各部（Ａ
）　（Ｂ）　（０）（９）（Ｑと、これらの近傍に設置
する空気圧縮機（２）とからなる。以下、各部について
詳述する。

前記吸着槽部（５）は並列に設けた三基の吸着槽（１０
ａ）（１０ｂ）（１０Ｃ）カラナルモノテアリ、Ｍ吸着
槽（１０ａ）（ｌｏｂ）（１０ｃ）　Ｇ［封円ｆｌ状ヲ
シテおり、その内部に吸着剤であるＭ２Ｃ（モレキュラ
ー・シービング・カーボン）を充填している。

前記製品供給部（Ｂ）は製品槽（１５）と該製品槽（１
５）の下部に接続した窒素供給管（１７）と、該窒素供
給管（１７）に設けた窒素供給弁（１６）とからなるも
のである。

前記給気配管部ＩＣ）は、給気弁（３ａ）を有するとと
もに前記吸着槽（１０ａ）の下部に接続した給気管（１
ａ）と、給気弁（３ｂ）を有するとともに前記吸着槽（
１０ｂ）の下部に接続した給気管（１ｂ）と、給気弁（
３Ｃ）を育するとともに前記吸着槽（ＩＯＣ）の下部に
接続した給気管（１Ｃ）と、これら給気管（Ｉａ）（１
ｂ）（１ｃ）に接続した給気管（１）とからなるもので
あり、該給気管（１）の他端が前記空気圧縮機（２）に
接続している。

前記排気配管部（９）は、前記吸着槽（１ｏａ）と前記
給気弁（３ａ）との間の給気管（１ａ）から分岐した第
一排気管（６ａ）及び第二排気管（７ａ）％前記吸着槽
（１ｏｂ）と前記給気弁（３ｂ）との間の給気管（１ｂ
）から分岐した第一排気管（６ｂ）及び第二排気管（７
ｂ）、前記吸着槽（１０ｃ）と前記給気弁（３Ｃ）との
間の給気管（ＩＣ）から分岐した第一排気管（６Ｃ）及
び第二排気管（７Ｃ）　、前記第二排気管（７ａ）（７
ｂ）（７Ｃ）それぞれに接続した第二排気管（ア）、前
記第一排気管（６ａ）（６ｂ）（８ｃ）　’ｃしぞれに
接続した第一排気管（６）、空気エジェクター（８）、
消音器（９）からなるものである。そして前記第二排気
管（７ａ）は第二排気弁（４ａ）を有し、第二排気管（
７ｂ）は第二排気弁（４ｂ）を有し、第二排気管（７Ｃ
）は第二排気弁（４Ｃ）を有し、第一排気管（６ａ）は
第一排気弁（５ａ）を有し、第一排気管（６ｂ）は第一
排気弁（５ｂ）を有し、第一排気管（６Ｃ）は第一排気
弁（５Ｃ）を有している。又、前記第一排気管（６）の
他端は前記空気エジェクター（８）の第１次側（８ａ）
に接続し、前記第二排気管（１）の他端は前記空気エジ
ェクター（８）の第２次側（８ｂ）に接続し、空気エジ
ェクター（８）の排出側（８Ｃ）に前記消音器（８）が
接続して−いる。

前記取り出し配管部叱）は、取り出し弁（１３ａ）を有
する取り出し管（１４ａ）と、取り出し弁（１５ｂ）を
有する取り出し管（１４ｂ）と、取り出し弁（１３Ｃ）
を有する取り出し管（１４ｃ）と、これら取り出し管（
Ｈａ）（１４ｂ）（１４Ｃ）　Ｉｔ接続した取り出し管
（１４）と、均圧弁（１２ａ）を有する均圧管（１１ａ
）と、均圧弁（１２ｂ）を有する均圧管（１１ｂ）と、
均圧弁（１２Ｃ）を有する均圧管（１１Ｃ）とからなる
ものである。そして前記取り出し管（１４ａ）の他端は
吸着槽（１０ａ）に接続し、前記取り出し管（１４ｂ）
の他端は吸着槽（１０ｂ）に接続し、前記取り出し管（
１４Ｃ）の他端は吸着槽（ＩＯＣ）に接続している。又
、前記均圧管（１２ａ）はその一端が前記取り出し弁（
１３ａ）と吸着槽（１０ａ）との間の取り出し管（１＊
ａ）に接続するとともに他端が前記取り出し弁（１７５
ｂ）と吸着槽（１０ｂ）との間の取り出し管（１４ｂ）
に接続した構成となっている。同様に前記均圧管（１２
ｂ）はその一端が前記取り出し弁（１３ｂ）と吸着槽（
１０ｂ）との間の取り出し管（１４ｂ）に接続するとと
もに他端が前記取り出し弁１’１３Ｃ）と吸着槽（１０
ｃ）との間の取り出し管（１４ｃ）に接続した構成とな
っており％ｌ￥ｔｒ記均圧管（１２Ｃ）はその一端が前
記取り出し弁（１３ａ）と吸着槽（ｔｅａ）との間の取
り出し管（Ｈａ）に接続するとともに他端が前記取り出
し弁（Ｈｃ）と吸着槽（ＩＯＣ）との間の取り出し管（
１４Ｃ）に接続した構成となっている。又前記取り出し
管（１４）はその他端が前記製品槽の上部に接続した構
成となっている。

次に、以との構成を備える本実施例装置を連続運転して
、窒素を分離する態様について第２図に基づいて説明す
る。同図に示すように各吸着槽（１０ａ）（１０ｂ）（
１０ｃ）　＋ｃ高圧吸着工程、均圧工程、大気圧再生工
程、減圧再生工程の各工程を連続的に繰り返すが、その
サイクルの位相は各吸着槽（１０ａ）（１０ｂ）（ＩＯ
Ｃ）間で異っており、同図に示す通りである。

以下１時間Ｔ１〜Ｔ１における装置各部の態様について
説明する。

Ｔ１．　　このとき、吸着槽（１０ａ）は均圧工程を、
吸着槽（１０ｂ）は大気圧再生工程を、吸着槽（１０ｃ
）は均圧工程をそれぞれ終了したところであり、第１図
に詔ける均圧弁（１２Ｃ）％窒素供給弁（１６）及び第
一排気弁（５ｂ）は開、他の全ての弁は閉の状態にある
。その後、均圧弁（１２Ｃ）及び第一排気弁（，５ｂ）
ヲ閉シテ、給気弁（＄ａ）　、取り出し弁（１３ａ）、
第二排気弁（４ｂ）及び第一排気弁（５Ｃ）を開くこと
により、吸着槽０ｖａ）を高圧吸着工程に、吸着槽（１
ｏｂ）を減圧再生工程に、吸着槽（１０Ｃ）を大気圧再
生工程にそれぞれ移行せしめる。即ち、吸着槽（ｌｅａ
）においては、給気管（１）及び給気弁（５ａ〕を介し
て、空気圧縮機（２）により加圧した原料ガスである空
気を吸着槽（１０ａ）に送入することにより、吸着槽内
のＭ２Ｃに空気中の酸素成分を吸着せしめ、残りの主成
分である窒素ガスを抽出し、これを取り出し弁（１３ａ
）及び取り出し管（１４）を介して製品槽（１５）に貯
留するのである。この時、吸着槽内の圧力は通常３〜１
０　ｋｇ／ｃｍ！Ｑの範囲であり、好ましくは４〜８ｋ
ｇ／ｃｍｔＱの範囲である。

一方、吸着槽（ＩＯＣ）においては吸着槽内の高圧ガス
が第一排気管（６ｃ　）（８）、空気エジェクター（８
）の−次側（８ａ）を通り大気に放出せしめられる。こ
のとき、空気エジェクター（８）の−次側（８ａ）に噴
出したガス流により、該エジェクター（８）の二次側（
８ｂ）に負圧を生じ、−次側（８ａ）のガス流が二次側
（８ｂ）のガスを引き込んで、−次側（８ａ）のガスと
ともに二次側（８ｂ）のガスが大気に放出される。その
結果、大気圧状態にある吸着ｉｆｆ　（１０ｂ）は第二
排気管（７）（７ｂ）及び第二排気弁（４ｂ）を介して
大気圧より低い圧力に減圧されるのである。

Ｔ！；　　この段階では％第１゛図の給気弁（３ａ）及
び取り出し弁（１３ａ）、第二排気弁（４ｂ）を閉じて
、均圧弁（１２ａ）を開くことにより、吸着槽（１０ａ
）（１０Ｃ）を均圧工程に移行せしめる。即ち、高圧窒
素ガスが充満している吸着槽（１０ａ）と減圧再生工程
が終了した吸着槽（１０ｂ）とを均圧弁（１２ａ）及び
均圧管（ｌｌａ）を介して連通ずることにより吸着槽（
１０ｂ）を昇圧する。

Ｔ３；　　この段階では、第１図の均圧弁１’１２ａ）
、第一排気弁（５Ｃ）を閉じて、第一排気弁（５ａ＞　
、第二排気弁（４Ｃ）　、給気弁（３ｂ）、取り出し弁
（１３ｂ）を開くことにより、吸着槽（１０ａ）を大気
圧再生工程に、吸着槽（１０ｂ）を高圧吸着工程に、吸
着槽（ＩＯＣ）を減圧再生工程にそれぞれ移行せしめる
。

Ｔ４ｉ　　この段階では、第１図の第二排気弁（４Ｃ）
、給気弁（５ｂ）取り出し弁（１３ｂ）を閉じて、均圧
弁（１２ｂ）を開くことにより、吸着槽（１０ｂ）（１
０ｃ）を均圧工程に移行せしめる。

Ｔ−；　　この段階では、第１図の均圧弁（１２ｂ）、
第一排気弁（５ａ）を閉じて、給気弁（Ｓｃ）　、取り
出し弁（１３Ｃ）、第一排気弁（’６ｂ）、第二排気弁
（４ａ）を開くことにより、吸着槽（１０ａ）を減圧再
生工程に、吸着槽（１０ｂ）を大気圧再生工程に、吸着
槽（１０Ｃ）を高圧吸着工程に移行せしめる。

Ｔ６；　　この段階では、第１図の給気弁（３Ｃ）　、
取り出し弁（１３Ｃ）、第二排気弁（４ａ）を閉じて、
均圧弁（１２Ｃ）を開くことにより、吸着槽（１０ａ）
（ＩＯＣ）を均圧工程に移行せしめる。

以後、Ｔ１　　乃至Ｔ−の操作を順次繰り返すことによ
り連続的して高濃度の製品窒素ガスを生成することがで
きるのである。

尚、本実施例により吸着槽内を減圧することのできる圧
力については、吸着槽の容量、エジェクターノズルの直
径によって変化するが、エジェクター（８）の−次側（
８ａ）の圧力が２〜４　ｋｇ／ｃｍ！Ｑ範囲であれば減
圧効果が期待できる。又、言うまでもな（本発明方法並
びに装置は二基以上の吸着槽を用いたＰ８ム装置であれ
ば適用できるものである。

〔効果〕

以と詳述したように、本発明方法並びに装置によれば、
一方の吸着槽内の高圧ガスを大気に放出した際に生じる
ガス流を利用して、他方の吸着槽を大気圧より低い圧力
に減じることができるものであり、又、減圧のための専
用動力を必要としないものであるため、対象ガスの生産
コストを低減することができるとともに、装置を簡易且
つ小型にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す説明図で、第２図
はその稼動の状態を示す説明図である。 （１）ｓ　　（１ａ）　（１ｂ）＝　（ｌｃ）−・給気
管、（２）・・・空気圧縮機、 （５７ａ）、（５ｂ）、（ＳＣ）・・・給気弁、（４ａ
）、　（４ｂ）、　（４ｃ）−第二排気弁、（６ａ）、
　（６ｂ）、　（６Ｃ）・・・第一排気弁。 （８Ｌ　　（ｓａ）、　（６ｂ）ｔ　（６ｃ）”・第一
排気管、（７）、　　（ｒａ）、　（ｙｂ）ｔ　（ｒｃ
）・ｔｇ二排気管。 （８）・・・空気エジェクター （９）・・・消音器、 （１０ａ）、　（ｊ　ｏｂ）ｔ　（１０ｃ）　・−・吸
着槽、（１１ａ）、　（１１ｂ）、　（ｌｌｃ）　−・
−均圧管、（１２ａ）、　（１２ｂ）、　ｒ１２ｃ）　
・・・均圧弁。 （１３ａ）、　（１３ｂ）、　（１５ｃ）　・−取す出
シ弁、（１４）、　（１４ａ）、、　（１４ｂ）、　（
１４Ｃ）−、、取り出し管、（１５）・・・製品槽、　
　　（１６）・・・窒素供給弁、（１７）・・・窒素供
給管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多成分混合気体からなる原料ガスを吸着装置に送
   入し、前記原料ガスのうちの吸着対象成分を該吸着装置
   内の吸着剤に吸着せしめることにより、前記原料ガスか
   ら製品対象ガスを分離抽出する方法であって、吸着剤を
   充填した少なくとも２基以上の吸着槽に対し、少なくと
   も高圧吸着工程−減圧再生工程の２工程を含む工程を交
   番的に繰り返して、製品対象ガスを分離する方法におい
   て、吸着効率の低下した前記吸着剤を減圧再生するに際
   し、まず高圧状態にある第一吸着槽の排気弁を開くこと
   により、該第一吸着槽内の高圧ガスを大気に放出して該
   吸着槽内を大気圧にし、しかる後、同じく高圧状態にあ
   る第二吸着槽内の排気弁を開いて、前記第一吸着槽の排
   気弁と連通する排気管に前記第二吸着槽内の高圧ガスを
   放出することにより前記第一吸着槽内を大気圧より低い
   圧力に減圧せしめることを特徴とする吸着剤の減圧再生
   方法。
2. （２）吸着剤を充填した少なくとも２基以上の吸着槽を
   備える対象ガス分離装置において、前記各吸着槽に設け
   た第一排気弁と、同様に前記各吸着槽に設けた第二排気
   弁と、前記第一排気弁のそれぞれに連通する第一排気管
   と、前記第二排気弁のそれぞれに連通する第二排気管と
   からなり、前記第一排気管の排気方向に対する第二排気
   管の排気方向が適宜角度の順方向となるように前記第一
   排気管と第二排気管とを連通せしめたことを特徴とする
   吸着剤の減圧再生装置。