JPH0691925B2 - 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Info
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- JPH0691925B2 JPH0691925B2 JP63193596A JP19359688A JPH0691925B2 JP H0691925 B2 JPH0691925 B2 JP H0691925B2 JP 63193596 A JP63193596 A JP 63193596A JP 19359688 A JP19359688 A JP 19359688A JP H0691925 B2 JPH0691925 B2 JP H0691925B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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（以下単に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PS
A方法及びPSA装置に関するものである。
着方法及び装置（以下単に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PS
A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。
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、O2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PSA装置について
説明する。
法を大別すると、O2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PSA装置について
説明する。
第３図は前処理装置２によってH2ＯとCO2を除去した後
のO2／N2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。
のO2／N2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H2Ｏ及びCO2成分を吸着させて除去し、
これを通過したO2／N2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1aは自動開閉弁（以
下単に弁という）V1〜V3を介して吸着塔3a,3b,3c頂部に
接続され、各々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
には吸着用管5a,5b,5cが配設され、夫々弁V7〜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V13〜V15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V10〜V12が設けられる。
され、吸着剤にH2Ｏ及びCO2成分を吸着させて除去し、
これを通過したO2／N2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1aは自動開閉弁（以
下単に弁という）V1〜V3を介して吸着塔3a,3b,3c頂部に
接続され、各々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
には吸着用管5a,5b,5cが配設され、夫々弁V7〜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V13〜V15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V10〜V12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、O2／N2混合ガスを供給
管1aから加圧供給し、回収目的成分のN2ガスを吸着剤に
吸着させ不純成分ガス（主にO2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。
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、O2／N2混合ガスを供給
管1aから加圧供給し、回収目的成分のN2ガスを吸着剤に
吸着させ不純成分ガス（主にO2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。
を例に挙げて説明する。
即ち製品ガスホルダ20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。
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
純度吸着部分を示す。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O2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O2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O2／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O2リッチの混合ガスが接触する
ことになり、O2成分が残存する比率が高くなる。
ス吸着状態を示す模式説明図である。尚斜線部はN2の高
純度吸着部分を示す。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O2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O2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O2／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O2リッチの混合ガスが接触する
ことになり、O2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99.9
％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。
％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。
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150〜300mmHg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。
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。
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６を分岐して初期導入管11a,11
b,11cを配設し、各初期導入管11a,11b,11cは自動開閉弁
V16〜V18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,11b,11cを接続す
る。
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６を分岐して初期導入管11a,11
b,11cを配設し、各初期導入管11a,11b,11cは自動開閉弁
V16〜V18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,11b,11c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。
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O2／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O2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O2リッ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。
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O2／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O2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O2リッ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。
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
入方向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。
入方向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,11b,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80mm,
高さ1000mmとし、吸着工程における原料供給を0.5〜0.1
Kg/cm2Ｇで行ない、脱着工程を真空ポンプによって100
〜50mmHg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150〜300mmHg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おける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。
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80mm,
高さ1000mmとし、吸着工程における原料供給を0.5〜0.1
Kg/cm2Ｇで行ない、脱着工程を真空ポンプによって100
〜50mmHg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150〜300mmHg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おける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PSA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。
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PSA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1000mmとし、充填する吸
着剤は合成ゼオライト5A型を用いた。
着剤は合成ゼオライト5A型を用いた。
原料ガス供給圧力:0.2kg/cm2Ｇ、 脱着圧力:70Torr、 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:3200Nl/h、 N2ガスの回収量:800Nl/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。
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N2
ガスを吸着工程直前に導入する方法としては、第１図
（Ａ）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。
ガスを吸着工程直前に導入する方法としては、第１図
（Ａ）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到るまで吸
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。
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。
度を従来より高純度化することができる様になった。
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（Ａ）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。 1a…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…圧縮機 11a,11b,11c…初期導入管
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（Ａ）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。 1a…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…圧縮機 11a,11b,11c…初期導入管
Claims (2)
- 【請求項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。 - 【請求項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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63193596A JPH0691925B2 (ja) | 1988-08-02 | 1988-08-02 | 圧力スイング吸着方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63193596A JPH0691925B2 (ja) | 1988-08-02 | 1988-08-02 | 圧力スイング吸着方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0243916A JPH0243916A (ja) | 1990-02-14 |
| JPH0691925B2 true JPH0691925B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=16310587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63193596A Expired - Lifetime JPH0691925B2 (ja) | 1988-08-02 | 1988-08-02 | 圧力スイング吸着方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691925B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| 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 |
| CN113559672B (zh) * | 2021-09-01 | 2025-06-24 | 威海东兴电子有限公司 | 一种高纯度氧气四塔提纯装置 |
-
1988
- 1988-08-02 JP JP63193596A patent/JPH0691925B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0243916A (ja) | 1990-02-14 |
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