JPH057718A - 圧力スイング式ガス分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力スイング式（ＰＳＡ）分離装置におい
て、吸着塔内の原料ガス又はパージガスの流れを均一に
して吸着塔全域において吸着剤の性能を高め、また吸着
剤の動揺による摩耗・劣化を防止する。 【構成】 ＰＳＡガス分離装置の吸着剤を内蔵した吸着
塔２の入口部と出口部の少くとも一方の鏡板１２，１６
に、ガス供給用のヘッダー１４，１８に接続された複数
のノズル１３，１７を取付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧下で原料ガス中の
吸着性ガスを吸着剤に吸着させ、減圧下で吸着剤に吸着
させた吸着性ガスを吸着剤から脱着する圧力スイング式
（以下ＰＳＡという）ガス分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＳＡガス分離装置は、各種ガスから吸
着剤を利用して特定のガスを分離させる装置であるが、
ここでは酸素（Ｏ₂ ）製造装置を例に、従来の技術を説
明する。

【０００３】図４はＰＳＡ−Ｏ₂ 製造装置の構成を示
す。この装置は吸着剤１を内蔵する吸着塔２Ａ〜２Ｄ，
原料ガス（Ｏ₂ 製造の場合空気）を供給する原空ブロワ
３，吸着剤に吸着した窒素（Ｎ₂ ）を脱着し吸着剤を再
生させる真空ポンプ４と多数のバルブから構成されてい
る。

【０００４】図４に示す装置は、４塔の吸着塔２が並列
的に配置されて、連続的にＯ₂ の製造を行なうことがで
きるようになっている。図示の吸着塔２Ａ，２Ｂ，２
Ｃ，２Ｄは、それぞれ大気吸込，Ｎ₂ 吸着，Ｏ₂製造及
び脱着工程にあることを示している。

【０００５】大気吸込工程にある吸着塔２Ａでは、減圧
下の吸着塔２Ａに吸着塔下部の入口側から先ずエアフイ
ルタ３′から空気が吸引される。

【０００６】Ｎ₂ 吸着工程にある吸着塔２Ｂではブロア
３によって吸着塔２Ａに空気が供給され吸着塔２Ａ内の
空気が加圧状態となり、空気中のＮ₂ ガス（吸着性ガ
ス）が吸着剤１に吸着され、Ｏ₂ 製造工程にある吸着塔
２Ｃでは、吸着塔２Ｃの上部の出口側から吸着剤１に吸
着されなかったＯ₂ ガス（難吸着性ガス）が吸着剤１を
流過してＯ₂ サージタンク４へ供給され、製品としての
Ｏ₂ ガスとなる。

【０００７】脱着工程にある吸着塔２Ｄでは、吸着塔２
Ｄ内が真空ポンプ３″によって減圧され、同吸着塔２Ｄ
に内蔵された吸着剤１に吸着されたＮ₂ ガスが同吸着剤
１から脱着され、吸着剤１が再生される。

【０００８】以上のような工程を吸着塔２Ａ〜２Ｄで順
次繰り返えし行なうことによって、原料ガスである空気
から連続的に製品であるＯ₂ ガスを得ることができる。

【０００９】また、前記の脱着工程においては、Ｏ₂ サ
ージタンク４内のＯ₂ ガスがパージガスとして吸着塔２
の出口側から供給される。このパージガスの供給は、同
ガスの供給によって、吸着剤１から脱着されたＮ₂ ガス
をパージすると共に、吸着塔２内の吸着剤１の部分にお
けるＮ₂ ガスの分圧を下げ、これによって吸着剤１から
のＮ₂ の脱着を充分に行って吸着剤１を高度に再生し、
その後に行なわれるＮ ₂ ガスの吸着によるＯ₂ ガスの分
離効率を高めるために行なわれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記図４に示すような
吸着塔においては、同吸着塔内のガス流速（空塔速度）
は０．1 〜０．4 m/sec が最適であるが、ガス流れに不
均一が生じると、次のような問題点が発生する。 （イ） 吸着塔へ原料空気を供給する場合には、中央部
はガス流速が速く、吸着剤が流動化（動き）することに
より摩耗し、劣化することが懸念される。一方、周辺部
は有効に吸着剤が活用されない。 （ロ） パージ用Ｏ₂ を供給する場合には、濃度の高い
Ｏ₂ ガスで吸着塔内のＮ ₂ ガスをパージするものである
が、中央部は十分パージされても、周辺部がパージされ
ないことから全体としては、パージ不良となり、製品Ｏ
₂ ガスの濃度向上を図ることができない。

【００１１】従来の吸着塔においては、吸着剤に均一に
原料ガス（空気）及びパージガス（Ｏ₂ ガス）を供給す
るために、図５に示すように、吸着塔の入口部及び出口
部にパンチイグメタルよりなる分散板５が入口又は出口
７と吸着剤の仕切板６との間に配置されている。

【００１２】しかし、この従来の分散板では、図６
（ａ）に示すように、吸着塔２内のガス流れに不均一が
発生し、吸着剤が有効に活用されていない。特に吸着塔
の周辺部によどみ部が出ているため吸着剤を必要以上に
多量に充填させる必要があった。また、図６（ｂ）に示
すように、パージガスも均一に分散しないため、製品Ｏ
₂ 濃度の確保として更に余分の吸着剤の充填を余儀なく
されていた。

【００１３】特に、この吸着塔内におけるガス流れの不
均一は、吸着塔が大形になるにつれて顕著になり、ＰＳ
Ａ分離装置のスケールアップに当ってのネックとなって
いる。

【００１４】本発明は、以上説明した問題点を解決する
ことができるＰＳＡガス分離装置を提供しようとするも
のである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力スイング式
ガス分離装置は、吸着塔に内蔵された吸着剤に加圧下で
吸着塔の入口側から供給された原料ガス中の吸着性ガス
を吸着させ、分離された原料ガス中の難吸着性ガスを吸
着塔出口側から排出し、減圧下で吸着剤に吸着された吸
着性ガスを吸着剤から脱着させると共に、吸着剤からの
吸着性ガスの脱着時に吸着塔出口側から前記分離された
難吸着性ガスを吸着塔内へパージガスとして供給する圧
力スイング式ガス分離装置において、吸着塔の入口部及
び出口部の少くとも一方の鏡板に、ガス供給用のヘッダ
ーに接続された複数のノズルを取付けたことを特徴とす
る。

【００１６】

【作用】本発明では、原料ガス又はパージガスは、ガス
供給用のヘッダーから複数のノズルを経て吸着塔内へ供
給される。従って、吸着塔内では均一にガスが分散さ
れ、均一なガス流れが生ずる。

【００１７】しかも、ガスは複数のノズルより吸着塔内
へ供給されるために、従来の分散板を用いた場合のよう
にガス収縮・膨張がなく、吸着塔内における圧力損失が
極めて小さくなる。

【００１８】

【実施例】本発明の第１の実施例を、図１及び図２によ
って説明する。本実施例は、図４に示すような型式のＰ
ＳＡガス分離装置に係るものであって、吸着剤を内蔵し
た円筒状の吸着塔２の下部の入口部と上部の出口部にそ
れぞれ鏡板１２，１６が設けられている。同鏡板１２，
１６に近接してそのまわりを取囲むように環状をなすヘ
ッダー１４，１８が配置され、同ヘッダー１４，１８の
周方向に等間隔をおいて複数のノズル１３，１７が設け
られ、同ノズル１３，１７は鏡板１２，１６を貫通して
吸着塔２内に開口している。前記ヘッダー１４は、図示
しないブロアに接続された原料ガス配管１５に接続さ
れ、また前記ヘッダー１８は、図４のＯ ₂ サージタンク
等に接続されたパージガス配管１９に接続されている。

【００１９】本実施例では、原料ガスの吸着塔２への供
給時には、原料ガスは、ブロアに接続された原料ガス配
管１５からヘッダー１４，複数のノズル１３を経て吸着
塔２内へ供給される。複数のノズル１３は、ヘッダー１
４の周方向に複数個設けられているために、図２（ａ）
に示すように、吸着塔２内へ供給される原料ガスは均一
に分散されて、同吸着塔２内を均一な速度で流れること
になる。なお、図２（ａ）中矢印は原料ガスの流速を示
す。

【００２０】このように、吸着塔２内を原料ガスが分散
して均一に流れることによって、吸着剤は流動化して摩
耗劣化することがなく、また吸着塔２内の全域の吸着剤
が有効に吸着に利用されることになる。

【００２１】また、ノズル１３から吸着塔２内へ供給さ
れる原料ガスは、膨張・収縮を受けることがなく、吸着
塔２内における圧力損失を生ずることもない。

【００２２】また、本実施例において、パージガスの供
給時には、吸着剤に吸着されずに分離された難吸着性ガ
スの一部がパージガスとして、パージガス配管１９，ヘ
ッダー１８及び複数のノズル１７を経て吸着塔２内へ供
給される。

【００２３】この場合においても、原料ガスの供給時と
同様に、図２（ｂ）に示すように、パージガスは吸着塔
２内に均一に分散して均一な速度で流れ、吸着塔２の全
域において有効なパージを行なうと共に吸着剤の摩耗劣
化を防止することができる。また、パージガスは膨張・
収縮を受けることがなく、吸着塔２内における圧力損失
を生ずることもない。

【００２４】なお、本実施例においては、環状のヘッダ
ー１４，１８の容積を確保するために、その断面積は、
それぞれ原料ガス配管１５，パージガス配管１９の断面
積以上とするのが望ましく、また複数のノズル１３，１
７のそれぞれの合計の断面積は、原料ガス配管１５と環
状のヘッダー１４、又はパージガス配管１９と環状のヘ
ッダー１８の断面積より大きくするのが望ましい。ま
た、複数のノズル１３，１７の数は、吸着塔２内にガス
が均一に分散して流れることができるように設定され
る。

【００２５】本発明の第２の実施例を、図３によって説
明する。本実施例は、前記第１の実施例の環状のヘッダ
ーと複数のノズルを吸着塔２内に設けたものであり、図
３では、吸着塔２の入口部の環状のヘッダー１４及び同
ヘッダー１４に接続され吸着塔２内に開口する複数のノ
ズル１３が示されており、吸着塔２の出口部の環状のヘ
ッダーと複数のノズルの図示は省略されている。

【００２６】本実施例においても、前記第１の実施例と
同様な作用及び効果を奏することができる。

【００２７】なお、前記第１及び第２の実施例では、吸
着塔の入口部と出口部の双方にヘッダーと複数のノズル
が設けられているが、そのいづれかにのみこれらを設け
るようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明では、ガス供給用のヘッダーから
複数のノズルを経て吸着塔内へ原料ガス又はパージガス
が供給されるために、供給されたガスは吸着塔内で均一
に分散して吸着塔内を均一な速度で流れる。従って、吸
着塔内の吸着剤による吸着と吸着塔のパージを吸着塔内
全域において効果的に行なうことができ、またガス流れ
の不均一による吸着剤の動揺を防止してその摩耗と劣化
を防ぐことができる。

【００２９】また、吸着塔内へ供給されるガスの膨張・
収縮がなくその圧力損失を極めて小さくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構造図である。

【図２】同実施例の吸着塔内のガス流速の説明図で、図
２（ａ）は原料ガスの流速，図２（ｂ）はパージガスの
流速を示す。

【図３】本発明の第２の実施例の構造図である。

【図４】従来の圧力スイング式おＯ₂ 製造装置の系統図
である。

【図５】同従来のＯ₂ 製造装置の分散板の説明図であ
る。

【図６】同従来のＯ₂ 製造装置の吸着塔内のガス流速の
説明図で、図６（ａ）は原料ガスの流速，図６（ｂ）は
パージガスの流速を示す。

【符号の説明】 １ 吸着剤 ２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 吸着塔 ５ 分散板 ６ 仕切板 １２，１６ 鏡板 １３，１７ ノズル １４，１８ ヘッダー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 吸着塔に内蔵された吸着剤に加圧下で吸
   着塔の入口側から供給された原料ガス中の吸着性ガスを
   吸着させ、分離された原料ガス中の難吸着性ガスを吸着
   塔出口側から排出し、減圧下で吸着剤に吸着された吸着
   性ガスを吸着剤から脱着させると共に、吸着剤からの吸
   着性ガスの脱着時に吸着塔出口側から前記分離された難
   吸着性ガスを吸着塔内へパージガスとして供給する圧力
   スイング式ガス分離装置において、吸着塔の入口部及び
   出口部の少くとも一方の鏡板に、ガス供給用のヘッダー
   に接続された複数のノズルを取付けたことを特徴とする
   圧力スイング式ガス分離装置。