JPH0640940B2 - 空気分離装置における吸着器用再生装置 - Google Patents

空気分離装置における吸着器用再生装置

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Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、空気分離装置の精留塔へ冷却原料ガスを供
給する主熱交換器の前段階にて、圧縮した空気中の水分
等を除去しかつ冷却した原料ガス空気を得るための熱再
生式構成からなる吸着器の再生装置の改良に係り、吸着
器の再生用熱交換器に発生するサーマルショックを低減
し熱疲労破壊の発生を防止した空気分離装置における吸
着器用再生装置に関する。
背景技術 空気分離装置は、水分や炭酸ガス等を除去した空気を昇
圧、冷却して原料ガスとなし、精留塔にて、各気体の沸
点差を利用して分離精製される。
この空気分離装置の精留塔へ冷却原料ガスを供給する主
熱交換器の前段階では、吸着剤の冷却、加温の温度変化
量を利用して、水分及び炭酸ガスを吸着分離する吸着器
が用いられている。
吸着器は一対の吸着剤を充填した吸着塔からなり、吸着
効率を上げるため、冷却した後、常温付近での吸着と加
温による脱着とを交互に行なうが、冷却には前記の主熱
交換器からの低温廃ガスを用い、加温には再生用熱交換
器及びその後段のヒーターにて、加温された廃ガスを利
用している。
かかる吸着器用再生装置の構成を、従来装置の回路を示
す第４図に基づいて詳述する。
吸入フイルター(1)を経て導入され、圧縮機(2)にて圧縮
された水分を含む圧縮空気は、清浄器(3)にて触媒等に
より、SOX、NOXを除去される。
さらに、圧縮されて高温になった圧縮空気は、吸着器(1
0)の再生用熱交換器(4)及びアフタークーラー(5)で常温
近くまで冷却され、吸着行程中の吸着器(10)の例えば、
吸着塔(10a)へ電磁弁(11)を経て供給され、吸着器(10a)
内でH2O、CO2を除去された後、チェック弁(13)及びフイ
ルター(15)を通って、空気分離装置の主熱交換器（図示
せず）へ原料空気として供給される。
一方、主熱交換器を経て空気分離装置にて製品成分のＮ
2、Ｏ2等を分離された残りの廃ガスは、図示しない他の
熱交換装置で冷熱を回収された後、常温程度のガスとし
て再び戻り、次の二通りの流れ方をする。
１つは、吸着器(10)の一方の吸着塔内の吸着剤を再生す
るための流路が設けられ、かかる加温工程中は、前記戻
り廃ガスの通路(6)に設けた３方切換弁(7)にて切換ら
れ、再生用熱交換器(4)に流れ込み、熱交換器(4)内で高
温の圧縮空気により予熱された後、ヒーター(8)で、例
えば200℃程度に加熱され、再生工程中の吸着器(10b)へ
チェック弁(16)を経て供給され、吸着剤よりH2O、CO2を
脱着した後、電磁弁(18)を経て排気塔(20)より大気中へ
排出される。
次に、加温再生後の吸着器(10b)を次の吸着工程に備え
て冷却する冷却工程中は、廃ガスは３方切換弁(7)を経
て吸着器(10)へのバイパス管路(9)へ流れ、チェック弁
(16)を経て吸着塔(10b)へ供給され吸着剤を冷却した
後、電磁弁(18)より排気塔(20)を経て排出される。
例えば、下記の如き各工程時間にて行われる。
すなわち、一対の吸着器(10a)(10b)は、所定の時間サイ
クルで交互に切換えて使用される 従来技術の問題点 上述した如く、吸着塔(10b)の冷却工程中は、再生用熱
交換器(4)には廃ガスは流れず、再生用熱交換器(4)自体
は導入される圧縮空気の温度、例えば110℃程度になっ
ている。
ところが、吸着器(10)が切換えられ、吸着塔(10a)が加
温工程となると、３方電磁切換弁(7)が切換わり、急激
に冷たい廃ガス、例えば10℃程度の多量の廃ガス再生用
熱交換器(4)に流れ込み、再生用熱交換器(4)の廃ガス流
入部近傍の温度が110℃から60℃（温度変化量50℃）ま
で急激に降下し、一種の熱ショックを与える。
この熱応力は、吸着器(10)が切換えられる毎に、再生用
熱交換器(4)に与えられるため、長期間の使用により、
該熱交換器が疲労破壊に至る恐れがあった。
発明の目的 この発明は、熱再生式構成からなる吸着器の再生装置の
耐久性の改良を目的とし、吸着器の再生用熱交換器に発
生するサーマルショックを低減し熱疲労破壊を防止でき
る再生装置を目的としている。
発明の構成と効果 この発明は、 一対の吸着塔を並列配置し、主熱交換器からの低温廃ガ
スと、再生用熱交換器にて加温した廃ガスとを、交互に
導入可能となした熱再生式吸着器において、 主熱交換器からの廃ガスを吸着器または再生用熱交換器
へ切換える３方切換弁前の上流側に、再生用熱交換器へ
廃ガスを導入可能とする分岐管路を設け、その分岐管路
に開閉弁を設けると共に、再生用熱交換器とヒータ間を
連結する配管から分岐させて配管を、吸着器の排出側及
び排気塔とを接続する配管の途中に連結し、この分岐管
路に開閉弁を設けて、加温切換前に、少量の廃ガスを導
入して再生用熱交換器を予備冷却することを特徴とする
空気分離装置における吸着器用再生装置であり、 また、 主熱交換器からの廃ガスを吸着器または再生用熱交換器
へ切換える３方切換弁の上流側、あるいは吸着器へのバ
イパス管路または再生用熱交換器への廃ガス通路途中に
設けた各開閉弁より上流側に、再生用熱交換器へ少量の
廃ガスを導入可能とする分岐管路を設けて、常時、再生
用熱交換器を予備冷却することを特徴とする空気分離装
置における吸着器用再生装置であり、 さらに、 主熱交換器からの廃ガスを吸着器または再生用熱交換器
へ切り換える３方切換弁を連続切換弁とし、再生用熱交
換器への切換時、導入量を少量から連続的に増大させ、
再生用熱交換器を予備冷却することを特徴とする空気分
離装置における吸着器用再生装置である。
この発明は、前述した廃ガス通路の３方切換弁におい
て、切換後に再生用熱交換器と大きな温度変化量を有す
る多量の低温廃ガスが急激に導入され、再生用熱交換器
の廃ガス流入部付近にサーマルショックが発生するの
を、切換前あるいは常時に廃ガスを少量導入して再生用
熱交換器を予備冷却することにより弁切換時の温度変化
量を小さくでき、あるいは連続切換弁により導入量を少
量から連続的にかつ経時的に増大することによりサーマ
ルショックを大きく低減し、再生用熱交換器の寿命を延
長できるものである。
発明の図面に基づく開示 第１図はこの発明による再生装置の回路説明図であり、
第２図と第３図はこの発明の他実施例を示す回路説明図
である。
実施例１ まず、第１図に示す再生装置は、前述した第４図の構成
と同構成であり、さらに、廃ガス通路(6)の３方電磁切
換弁(7)の上流側より分岐し、前記切換弁(7)と再生用熱
交換器(4)とを接続する分岐配管(40)に連結する分岐配
管(41)を設けてこれに電磁弁(30)を配設する。
また、再生用熱交換器(4)とヒーター(8)とを接続する配
管より分岐させた分岐配管(42)を、吸着器(10)の排出側
の電磁弁(18)(19)と排気塔(20)を接続する配管の途中に
連結し、この分岐配管に電磁弁(31)を設けてある。
作用・効果 かかる分岐配管(41)(42)及び電磁弁(30)(31)を設けた再
生装置の作用・効果を説明すると、吸着器(10)の再生工
程のうち加温工程に切換える前、例えば弁切換数分前に
電磁弁(30)と電磁弁(31)を開放し、例えば、廃ガス通路
(6)の通常流量の1/10の量を再生用熱交換器(4)へ供給す
る。
再生用熱交換器(4)の廃ガス流入部付近の温度は、導入
される圧縮空気の温度、例えば110℃程度となってお
り、再生工程のうち加温工程への切換前に、所定量の廃
ガスを流入させることにより、一旦110℃から85℃（温
度変化量25℃）まで降下し、予備冷却される。
その後、３方電磁切換弁(7)を切換え、電磁弁(30)及び
電磁弁(31)は閉塞して、廃ガスの全流量を再生用熱交換
器(4)へ供給することにより、前記廃ガス流入部付近の
温度は約85℃から60℃に低下（温度変化量25℃）し、温
度変化量が小さくなり、サーマルショックを大幅に緩和
することができる。
なお、再生用熱交換器(4)を予冷するのに使用された廃
ガスの一部は、脱着ガスと混合されて排気塔(20)へ排出
される。
なお、再生用熱交換器を通過し温度が上昇した廃ガスを
バイパス管路(9)からの廃ガスと混合し、吸着剤の冷却
に影響の無い程度の温度の廃ガスとして吸着器(10)に供
給することもでき、この場合電磁弁(31)及び電磁弁(31)
と吸着器(10)の出口を連結する管路が不要となることは
言うまでもない。
実施例２ 次に、第２図に示す再生装置は、前述した第４図及び第
１図の再生装置と同構成からなり、廃ガス通路(6)の３
方電磁切換弁(7)の上流側より分岐し、前記切換弁(7)と
再生用熱交換器(4)とを接続する第１の分岐管路(40)に
連結する少量の廃ガスを導入可能とする第２の分岐管路
(32)を設けてある。
第３図に示す如く、３方電磁切換弁(7)を除去し、バイ
パス管路(9)と第１の分岐管路(40)にそれぞれ電磁弁(3
3)(34)を設ける場合も、下記の第２図の構成と同様な効
果が得られる。
作用・効果 ３方電磁切換弁(7)がバイパス管路(9)側に切換えられて
いる場合（冷却工程時）は、廃ガスはその１部が第２の
分岐管路(32)、再生用熱交換器(4)を経て、ヒーター(8)
より吸着器(10)へ供給されると共に、残部の廃ガスは３
方電磁切換弁(7)を経てバイパス管路(9)より直接、吸着
器(10)へ供給される。
しかし、再生用熱交換器(4)とヒーター(8)を経由する管
路、特に第２の分岐管路(32)の圧力損失を、バイパス管
路(9)の圧力損失に比し大きめになるように設定するこ
とにより、廃ガスの一部は再生用熱交換器(4)を通過
し、温度は上昇するがその流量が少ないため、バイパス
管路(9)からの廃ガスと混合された後、吸着剤の冷却に
影響の無い程度の温度の廃ガスを吸着器(10)に供給する
ことができる。なお、この際のヒーター(8)は停止され
ていることは言うまでもない。
従って、３方電磁切換弁(7)の上流側より分岐し、前記
切換弁(7)と再生用熱交換器(4)とを接続する第１の分岐
管路(40)に連結する少量の廃ガスを導入可能とする第２
の分岐管路(32)を設けた構成により、導入される圧縮空
気の温度である例えば110℃程度となっている再生用熱
交換器(4)の廃ガス流入部付近は、所定量の低温廃ガス
を第２の分岐管路(32)を経てバイパスさせることによ
り、110℃から85℃まで降下し、予備冷却されている。
その後、３方電磁切換弁(7)を切り換えて、廃ガスの全
流量を再生用熱交換器(4)へ供給することにより、前記
廃ガス流入部付近の温度は約85℃から60℃に低下し、温
度変化量が小さくなり、サーマルショックを大幅に緩和
することができる。
なお、第３図の実施例では、その後、電磁弁(33)を閉塞
して、電磁弁(34)を開放して、廃ガスの全流量を再生用
熱交換器(4)へ供給することにより、同様に温度変化量
が小さくなり、サーマルショックを大幅に緩和すること
ができる。
実施例３ 第４図に示す従来の再生装置と同様構成において、３方
電磁切換弁の替わりに、導入量を少量から暫時連続的に
増大できる連続切換弁を用いて試験を行ったところ、再
生用熱交換器の廃ガス流入部付近の熱応力は、３方切換
電磁弁を用いた従来の再生装置に比較して、約1/4に低
減できた。
以上のように、この発明では加温工程時の弁切換におい
て、実施例1,2では、弁切換前にあるいは常時予備冷却
することにより、従来装置の温度変化量（50℃）から約
1/2程度（25℃）まで減少するため、実施例３では連続
的に増大させながら切換えることにより、サーマルショ
ックを緩和でき、再生用熱交換器、特にその廃ガス流入
部付近の熱応力が大幅に低減し、熱疲労破壊の再生を防
止できる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明による再生装置の回路説明図であり、
第２図と第３図はこの発明の他実施例を示す回路説明図
である。 第４図は従来の再生装置の回路説明図である。 １……吸入フイルター、２……圧縮機、３……清浄器、
４……再生用熱交換器、５……アフタークーラー、６…
…廃ガス通路、７……３方電磁切換弁、８……ヒータ
ー、９……バイパス管路、10……吸着器、10a,10b……
吸着塔、11,12,18,19,30,31,33,34……電磁弁、13,14,1
6,17……チェック弁、15……フイルター、20……排気
塔、32,40,41,42……分岐管路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一対の吸着塔を並列配置し、主熱交換器か
    らの低温廃ガスと、再生用熱交換器にて加温した廃ガス
    とを、交互に導入可能となした熱再生式吸着器におい
    て、 主熱交換器からの廃ガスを吸着器または再生用熱交換器
    へ切換える３方切換弁の上流側に、再生用熱交換器へ廃
    ガスを導入可能とする分岐管路を設け、その分岐管路に
    開閉弁を設けると共に、再生用熱交換器とヒータ間を連
    結する配管から分岐させた配管を、吸着器の排出側及び
    排気塔とを接続する配管の途中に連結し、この分岐管路
    に開閉弁を設けたことを特徴とする空気分離装置におけ
    る吸着器用再生装置。
  2. 【請求項２】一対の吸着塔を並列配置し、主熱交換器か
    らの低温廃ガスと、再生用熱交換器にて加温した廃ガス
    とを、交互に導入可能となした熱再生式吸着器におい
    て、 主熱交換器からの廃ガスを吸着器または再生用熱交換器
    へ切換える３方切換弁の上流側、あるいは吸着器へのバ
    イパス管路または再生用熱交換器への廃ガス通路途中に
    設けた各開閉弁より上流側に、再生用熱交換器へ少量の
    廃ガスを導入可能とする分岐管路を設けたことを特徴と
    する空気分離装置における吸着器用再生装置。
  3. 【請求項３】一対の吸着塔を並列配置し、主熱交換器か
    らの低温廃ガスと、再生用熱交換器にて加温した廃ガス
    とを、交互に導入可能となした熱再生式吸着器におい
    て、 主熱交換器からの廃ガスを吸着器または再生用熱交換器
    へ切換える３方切換弁を連続切換弁としたことを特徴と
    する空気分離装置における吸着器用再生装置。
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