JPH0957042A

JPH0957042A - 圧力変動吸着分離方法を用いるガス製造設備の運転方法

Info

Publication number: JPH0957042A
Application number: JP7245468A
Authority: JP
Inventors: Taku Takeda; 卓武田; Osamu Wakamura; 修若村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】原料ガス流入量が変動する場合でも、製品ガ
スの純度、回収率を一定に保持して、製品ガスホルダを
安定的に制御できて、かつ自動制御に適用することので
きる圧力変動吸着分離方法を用いるガス製造設備の運転
方法を提供する。【構成】吸着塔１２、１３における昇圧、吸着、洗
浄、及び脱着工程を繰り返すサイクルにより製品ガスを
製造する圧力変動吸着分離方法を用いるガス製造設備１
０の運転方法において、原料ガスホルダ１１に連続的に
送入される原料ガス流入量が変動するときに、原料ガス
ホルダ１１及び製品ガスホルダ１４が安定して制御でき
るように、原料ガスホルダ１１から吸着塔１２、１３に
送る原料ガスの原料ガス吐出量を変え、しかも該原料ガ
ス吐出量に対応して吸着工程の吸着時間を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原料ガスから目的ガ
スを精製分離する圧力変動吸着分離法（ＰＳＡ）におい
て、原料ガス流入量が変動しても、製品ガス（目的ガ
ス）の純度、回収率を安定的に生産できる圧力変動吸着
分離方法を用いるガス製造設備の運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力変動吸着分離法は、特定のガスを選
択的に吸着する吸着剤を吸着塔に充填し、この吸着塔に
原料ガスを送入して、原料ガス中の特定ガスを吸着剤に
吸収させた後、吸着塔を減圧して吸着された特定ガスを
分離する一連の工程を繰り返すことにより目的とする製
品ガスを製造する方法である。そして、このような間欠
的なガスの送入、排出の操作を円滑に行うために、吸着
塔に送入する原料ガス、及び吸着塔から排出される製品
ガスを均圧化して保持するための原料ガスホルダと製品
ガスホルダとが吸着塔の前後にそれぞれ設けられてい
る。一方、原料ガスホルダに連続的に送入される原料ガ
スの流量はメーカーとユーザー間の需要と供給の関係、
あるいはビール発酵設備、高炉等の生産工程における製
造条件の変動によって必ずしも一定とならない。このた
め、固定された生産条件のもとで圧力変動吸着分離法を
適用した場合には、原料ガス流入量の変動に対応して、
製品ガスホルダ内の製品ガスの純度、回収率が変動し、
これを安定的に制御することが困難であった。そこで、
このような問題点を解決するために、例えば本出願人が
特願平４−２５３２８３号公報において提案したよう
に、吸着塔へ流入させる特定回収ガス成分の濃度と原料
ガス流入量に応じて圧力スイング吸着装置（吸着塔）の
タイムサイクルを変化させる方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
願平４−２５３２８３号公報による方法は、原料ガス流
入量、及び濃度に応じて、吸着工程と洗浄工程の時間の
比率を変えることにより全工程のサイクルタイムを一定
にした上で、吸着剤の吸着能を最大限に発揮させる操業
を可能とするものではあるが、昇圧から脱着までの工程
で処理される原料ガスあるいは製品ガスの総量が一定量
とならないために、圧力あるいは濃度等の吸着条件及び
装置に掛かる負荷がその都度変動し、製品ガスの純度、
及び回収率を一定の値に維持することが困難であった。
また、前記の方法では原料ガスホルダ、及び製品ガスホ
ルダに蓄積するガス量の収支条件が考慮されていないた
めに、両者のガス量のバランスが大きく変動する場合が
あり、圧力変動吸着分離法を適用するガス製造設備の制
御系の安定性が損なわれる欠点があり、さらに、原料ガ
ス流入量の変動に応じて定めるべきタイムサイクルの値
を一意的に決定することができないために、これを自動
制御に適用することが困難であるという問題点があっ
た。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、
原料ガス流入量が変動する場合でも、製品ガスの純度、
回収率を一定に保持して、製品ガスホルダを安定的に制
御できて、かつ自動制御に適用することのできる圧力変
動吸着分離方法を用いるガス製造設備の運転方法を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の圧力変動吸着分離方法を用いるガス製造設備の運
転方法は、原料ガスを送入する原料ガスホルダと、該原
料ガスホルダより導入される原料ガスから目的ガスを選
択的に吸着分離する複数の吸着塔と、該吸着塔で分離さ
れる製品ガスを貯蔵する製品ガスホルダとを備え、該吸
着塔における昇圧、吸着、洗浄、及び脱着工程を繰り返
すサイクルにより製品ガスを製造する圧力変動吸着分離
方法を用いるガス製造設備の運転方法において、前記原
料ガスホルダに連続的に送入される原料ガス流入量が変
動するときに、前記原料ガスホルダ及び製品ガスホルダ
が安定して制御できるように、前記原料ガスホルダから
前記吸着塔に送る原料ガスの原料ガス吐出量を変え、し
かも該原料ガス吐出量に対応して吸着工程の吸着時間を
変化させる。

【０００５】請求項２記載の圧力変動吸着分離方法を用
いるガス製造設備の運転方法は、請求項１記載の圧力変
動吸着分離方法を用いるガス製造設備の運転方法におい
て、前記昇圧から洗浄工程までのトータル時間Ｔ、前記
吸着時間Ａ、及び原料ガス吐出量Ｒが、原料ガス流入量
Ｑと、前記ガス製造設備の定格運転時における原料ガス
流入量Ｑ₀、トータル時間Ｔ₀、吸着時間Ａ₀、及び原
料ガス吐出量Ｒ₀を含む下式（１）〜（３）によりそれ
ぞれ設定される。Ｔ＝Ｔ₀×Ｑ₀／Ｑ・・式（１）Ａ＝Ａ₀＋Ｔ−Ｔ₀ ・・式（２）Ｒ＝Ｒ₀×Ａ₀／Ａ・・式（３）

【０００６】請求項３記載の圧力変動吸着分離方法を用
いるガス製造設備の運転方法は、請求項２記載の圧力変
動吸着分離方法を用いるガス製造設備の運転方法におい
て、前記製品ガスホルダから抽出される製品ガス吐出量
Ｓが、原料ガス流入量Ｑと、前記ガス製造設備の定格運
転時における原料ガス流入量Ｑ₀、及び製品ガス吐出量
Ｓ₀とを含む下式（４）により設定される。Ｓ＝Ｓ₀×Ｑ／Ｑ₀ ・・式（４）

【０００７】ここで、定格運転とは、圧力変動吸着分離
法を用いるガス製造設備において、定常的かつ安定的に
製品ガスを生産することが可能なその最大限度の運転状
態をいう。

【０００８】

【作用】原料ガス流入量が減少したような場合に同じト
ータル時間のままで運転を行うと、吸着剤に吸着される
分離目的ガス量が原料ガス流入量に依存して変動するた
め、製品ガスの純度が下がり、安定的な生産を維持でき
なくなる。また、吸着塔で処理すべき原料ガスの総量が
吸着工程の度に変動すると、吸着条件、及び真空ポンプ
等の設備負荷が変わるために、得られる製品ガスの純
度、及び回収率が変動し、これを変動しないように制御
することが必要となる。そこで、請求項１〜３記載の圧
力変動吸着分離方法を用いるガス製造設備の運転方法に
おいては、原料ガスホルダに連続的に送入される原料ガ
ス流入量が変動するときに、原料ガスホルダ及び製品ガ
スホルダが安定して制御できるように、原料ガスホルダ
から吸着塔に送る原料ガスの原料ガス吐出量を変え、し
かも原料ガス吐出量に対応して吸着工程の吸着時間を変
化させるので、吸着剤の吸着条件の変動が抑制されて製
品ガスの純度、回収率を適切かつ安定的に維持すること
ができる。

【０００９】特に、請求項２記載の圧力変動吸着分離方
法を用いるガス製造設備の運転方法においては、１サイ
クル毎に原料ガスホルダへ流入する原料ガスの量（トー
タル時間Ｔ×原料ガス流入量Ｑ）、及び吸着塔で処理さ
れる原料ガスの量（吸着時間Ａ×原料ガス吐出量Ｒ）が
定格運転時の状態に維持されると共に、吸着時間Ａに、
設定されるトータル時間の延長分を加算して変更するの
で、昇圧〜脱着までの全サイクルを効率的に動作させ、
かつ吸着塔の吸着条件が一定の水準に保たれ、製品ガス
の純度、回収率をさらに適切かつ安定的に維持すること
ができる。

【００１０】また、請求項３記載の圧力変動吸着分離方
法を用いるガス製造設備の運転方法においては、製品ガ
スホルダから抽出される製品ガス吐出量Ｓが、原料ガス
流入量Ｑと、ガス製造設備の定格運転時における原料ガ
ス流入量Ｑ₀、及び製品ガス吐出量Ｓ₀とを含むＳ＝Ｓ
₀×Ｑ／Ｑ₀式により設定されるので、トータル時間Ｔ
と製品ガス吐出量Ｓとの積、即ち１サイクル毎の製品ガ
スの総量が常時、定格運転時の値に維持される。

【００１１】

【発明の効果】従って、請求項１〜３記載の圧力変動吸
着分離方法を用いるガス製造設備の運転方法において
は、原料ガス流入量の変動に対応したターンダウン運転
を行うことにより、従来運転時にロスしていた原料ガス
を効率よく回収し、製品ガスを次工程等に安定的に供給
することを可能とし、変動要因の大きい様々な原料ガス
源に対応して、純度の均一な製品ガスを次の生産工程あ
るいはユーザーに安定的に供給することができる。さら
に、原料ガス流入量の変動に応じてその都度操作すべき
制御条件が一意的に定まるので、自動制御への適用が容
易である。また、原料ガスホルダ、及び製品ガスホルダ
のガスの変動を小さく抑制するのでガス製造設備の制御
系の安定性を向上できる。

【００１２】特に、請求項２記載の圧力変動吸着分離方
法を用いるガス製造設備の運転方法においては、さらに
原料ガスホルダにおける原料ガス量の収支をバランスさ
せて制御系を安定化すると共に、簡便な計算によりガス
製造設備のサイクルタイムを決定して、自動制御による
運転を容易としてガス製造設備の効率的な運転を可能と
する。

【００１３】また、請求項３記載の圧力変動吸着分離方
法を用いるガス製造設備の運転方法においては、製品ガ
スホルダの制御性を安定できると共に、原料ガスホル
ダ、及び製品ガスホルダに貯蔵されるガス量のバランス
を適正に維持できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る圧力変動吸着分離方法を用いるガス製造設備の
運転方法を適用する設備の説明図、図２は同運転方法の
説明図、図３は同運転方法の説明図、図４は原料ガスホ
ルダ内の原料ガス量の時間変化を示す説明図、図５は製
品ガスホルダ内の製品ガス量の時間変化を示す説明図、
図６は従来例（ａ）と実施の形態（ｂ）における原料ガ
ス流入量及び製品ガス吐出量の時間変化を示す図、図７
〜図９はガス製造設備におけるガスの経路を示す説明図
である。

【００１５】まず、図１に示した本発明の一実施の形態
に係る圧力変動吸着分離方法を用いるガス製造設備の運
転方法を適用したガス製造設備１０について説明する。
前記ガス製造設備１０は、高炉から生成するＣＯ₂（二
酸化炭素）ガスを含む原料ガスを一時的に保持する原料
ガスホルダ１１と、該原料ガスホルダ１１に自動切替弁
１９ａ、流量調整弁１８ｂ、原料ガスブロワ１５及び自
動切替弁１９ｃ又は１９ｅを介してそれぞれ接続される
２基の吸着塔１２、１３と、該吸着塔１２、１３に自動
切替弁１９ｄ、１９ｆ及び真空ポンプ１６を介して接続
され、分離された製品ガスを貯蔵する製品ガスホルダ１
４とを有している。そして、該製品ガスホルダ１４には
製品ガスの排出を行う製品ガスブロワ２０が、前記吸着
塔１２、１３にはＰＳＡの各工程においてオンオフする
自動切替弁１９ｇ〜１９ｉがそれぞれ設けられ、これら
の制御をシーケンサー１７によって行っている。以下、
これらについて詳しく説明する。

【００１６】前記原料ガスホルダ１１には、原料ガスの
供給源から原料ガスが流量調整弁１８ａを介して所定の
原料ガス流入量で供給され、原料ガスホルダ１１の出口
には流量調整弁１８ｂが設けられ、一定流量の原料ガス
を吸着塔１２、１３に供給できるようになっている。即
ち、原料ガスホルダ１１から吐出する原料ガスは原料ガ
スブロワ１５及び／又は原料ガスホルダ１１内の圧力を
駆動源として、自動切替弁１９ａに直列に接続された流
量調整弁１８ｂにより所望のガス流量に制御される。そ
して、前記制御されたガスが、原料ガスブロワ１５を経
由して自動切替弁１９ｃ、１９ｅのいずれかを開放する
ことにより、吸着塔１２、又は吸着塔１３へ導入され
る。前記吸着塔１２、１３は略円筒状の容器からなり、
内部には活性炭がＣＯ₂の吸着剤として充填されてい
る。吸着塔１２、１３の上部には自動切替弁１９ｇ、１
９ｈがそれぞれ設けられており、吸着塔１２、１３を排
ガスの吐出側に対して密閉できるようになっている。そ
して、前記自動切替弁１９ｇ、１９ｈと排ガスの吐出側
とを連結する配管には自動切替弁１９ｊを備えた昇圧用
空気を導入するための支管が設けられている。

【００１７】また、脱着工程における吸着塔１２、１３
の減圧に際しては、吸着塔１２、１３の下部に設けられ
た自動切替弁１９ｄ、１９ｆを開いて、自動切替弁１９
ｄ、１９ｆと製品ガスホルダ１４との間に配置された真
空ポンプ１６を作動させる。なお、真空ポンプ１６には
自動切替弁１９ｋを有するバイパスが設けられており、
起動あるいは終了時に際して自動切替弁１９ｋを開くこ
とによりガス製造設備１０の真空ポンプ１６にかかる過
大な負荷を回避することができるようになっている。流
量調整弁１８ｂと原料ガスブロワ１５とを連結する配管
には製品ガスホルダ１４からの製品ガスを導入する支管
が設けられており、洗浄工程で該支管に配置された自動
切替弁１９ｂを開くことにより、製品ガスホルダ１４に
保持される高純度ガスが原料ガスブロワ１５を経由して
吸着塔１２又は吸着塔１３へ送入される。

【００１８】前記製品ガスホルダ１４は、貯蔵された製
品ガスを必要に応じて所定のガス流量で次工程あるいは
ユーザーに供給するための製品ガスを貯蔵するバッファ
タンクであり、製品ガスを制御された製品ガス吐出量で
払い出す。製品ガスホルダ１４の製品ガスの吐出側に製
品ガスブロワ２０が配置されている。ここで製品ガスブ
ロワ２０には流量調整弁１８ｃを有するバイパスが設け
られており、流量調整弁１８ｃ、及び製品ガスブロワ２
０を操作することにより製品ガスを所定の吐出量で安定
的に取り出せるようになっている。

【００１９】前記流量調整弁１８ａ〜１８ｃ、自動切替
弁１９ａ〜１９ｋ、原料ガスブロワ１５、及び真空ポン
プ１６はシーケンサー１７によって必要な制御が行われ
る。表１はこのようなガス製造設備１０の各段階毎に行
われる自動切替弁１９ａ〜１９ｋの操作状態を示したも
のである。

【００２０】

【表１】

【００２１】以下、図７〜図９、及び表１に基づいてガ
ス製造設備１０における処理段階毎の各部の動作を詳細
に説明する。図７〜図９において、破線プラス実線で示
した経路はガスの流通が可能な状態を示しており、その
他の実線で示した部分ではガスの流通が規制されている
経路を示している。図７〜図９に示す状態において、原
料ガスホルダ１１には所定流入量の原料ガスが流量調整
弁１８ａを介して原料ガスの供給源から流入し、一方、
製品ガスホルダ１４からは所定流量の製品ガスが製品ガ
スブロワ２０、及び流量調整弁１８ｃを介して抽出され
ている。従って、原料ガスの供給側〜原料ガスホルダ１
１間、及び製品ガスホルダ１４〜製品ガスの抽出側間は
破線プラス実線で示され、流量調整弁１８ａ、１８ｃは
所定の流量値が得られるような状態に設定されている。

【００２２】まず、吸着塔１２で昇圧工程を開始して、
同時に吸着塔１３で脱着工程を行う図７の場合について
説明する。自動切替弁１９ａ〜１９ｋの状態は表１の
（１）に示すようになる。ここで記号（●）、（○）は
それぞれ自動切替弁が閉じている状態と開いている状態
とを表している。吸着塔１２には、自動切替弁１９ｊを
通って空気等の昇圧ガスが導入され減圧状態から大気圧
まで圧力を上昇させる昇圧操作が行われる。一方、この
時、前工程で既に洗浄を終了している吸着塔１３では真
空ポンプ１６を用いて吸着塔１３内に吸着された製品ガ
スが排気され、製品ガスホルダ１４に貯留される脱着操
作が行われる。

【００２３】次に、図８、及び表１の（２）に示すよう
に吸着塔１２では吸着工程に移行するが、吸着塔１３で
は依然として脱着工程が進行する。吸着塔１２の吸着工
程においては、自動切替弁１９ａが開放されると共に、
所定の流量に設定されている流量調整弁１８ｂ、原料ガ
スブロワ１５を介して原料ガスが所定の吐出量で原料ガ
スホルダ１１から吸着塔１２へ導入される。

【００２４】そして、前記吸着工程の完了後における吸
着塔１２の洗浄工程においては、図９、及び表１の
（３）に示すように製品ガスホルダ１４に貯蔵されてい
る高純度の製品ガスを、自動切替弁１９ｂを開放すると
共に、原料ガスブロワ１５を駆動源として、吸着塔１２
の下部に設けた自動切替弁１９ｃを経由して吸着塔１２
に導入する。一方、吸着塔１２の上部に設けられた自動
切替弁１９ｇ、及び排ガスの吐出側に連結する自動切替
弁１９ｉを経由して、吸着塔１２内を洗浄した後の排ガ
スが排出されて吸着塔１２の洗浄操作が行われる。

【００２５】以上述べたように２基の吸着塔１２、１３
では、いずれか一方の吸着塔１２、１３が脱着工程にあ
るとき、他方がこれに同期して、昇圧〜吸着〜洗浄工程
となるようにそれぞれの工程のサイクルを設定する。即
ち、自動切替弁１９ａ〜１９ｋを表１に示したようにシ
ーケンサー１７を用いて操作して、ガス製造設備１０を
必要な操業状態に制御することができる。

【００２６】次に、前記説明したガス製造設備１０を用
いて、本発明の一実施の形態に係る圧力変動吸着分離方
法を用いるガス製造設備の運転方法を実行する手順を図
２に基づいて説明する。図２（ａ）はガス製造設備１０
の定格運転時における原料ガス流入量Ｑ₀（破線）、原
料ガス吐出量Ｒ₀（実線）のそれぞれの時間変化を示す
模式図である。ここに、横軸で示す時間軸は吸着塔１
２、１３における昇圧〜脱着の各工程に対応するタイム
サイクルに区分して表示している。

【００２７】前記昇圧工程では、前述したように吸着塔
１２、吸着塔１３の上部に設けられた自動切替弁１９
ｇ、１９ｈ、１９ｊ等を操作して脱着工程終了以降の吸
着塔１２、１３に空気等の置換ガスを吹き込んで真空か
ら定圧に戻す操作を行う。吸着工程では、原料ガスが原
料ガスホルダ１１から吸着塔１２、１３に供給されて、
原料ガス中の目的ガス成分を吸着剤に吸着させる。な
お、この定格運転時における吸着工程の吸着時間をＡ₀
とする。洗浄工程では、製品ガスホルダ１４に保持する
製品ガスの一部を自動切替弁１９ｂを開放して、吸着塔
１２、又は吸着塔１３に還流させて、吸着剤の空隙部を
パージする。

【００２８】続く脱着工程では、製品ガスで充満した吸
着塔１２、１３内を真空ポンプ１６で減圧して、製品ガ
スを製品ガスホルダ１４に導入する。製品ガスホルダ１
４では、流量調整弁１８ｃ、及び製品ガスブロワ２０を
介して製品ガスが製品ガス吐出量Ｓ₀でほぼ連続的に抽
出され、製品ガスブロワ２０の駆動力等により次工程等
に供給されるようになっている。ここで、昇圧〜吸着〜
洗浄工程までのトータル時間はＴ₀であり脱着工程の時
間に等しく設定されており、２基ある吸着塔１２、１３
のいずれか一方の吸着塔が昇圧〜吸着〜洗浄工程にある
とき他方の吸着塔が脱着工程となるようになっており、
吸着塔１２、１３を効率よく運転することができる。ま
た、この場合の原料ガス流入量はこの一連の工程を通し
て、定格運転時での値Ｑ₀に保持されている。原料ガス
ホルダ１１に着目すると、原料ガスホルダ１１内に蓄積
される原料ガス量のレベルは原料ガス流入量と原料ガス
吐出量との差（Ｑ₀−Ｒ₀）を時間で積分することによ
り表現され、図２（ｂ）に示すようにジグザグ状に変化
することが示される。

【００２９】次に、図３（ａ）、（ｂ）を用いて原料ガ
ス流入量が前記定格運転時の原料ガス流入量Ｑ₀からＱ
（＝Ｑ₀×０．７）に変動した場合のガス製造設備１０
の運転方法について説明する。まず、トータル時間Ｔ
を、その時点の原料ガス流入量Ｑ、及び前記定格運転時
のトータル時間Ｔ₀、原料ガス流入量Ｑ₀を用いてＴ＝
Ｔ₀×Ｑ₀／Ｑとして計算する。これにより、サイクル
当たりに原料ガスホルダ１１に流入する原料ガスの総
量、即ちトータル時間×原料ガス流入量の値Ｔ×Ｑ＝Ｔ
₀×Ｑ₀が常時等しくなるように設定される。そして、
このように求めたトータル時間Ｔと定格運転時のトータ
ル時間Ｔ₀との差（Ｔ−Ｔ₀）を定格運転時の吸着時間
Ａ₀に加算して、吸着時間Ａを得る。即ち、Ａ＝Ａ₀＋
（Ｔ−Ｔ₀）として、この式中のＴに前記求めたＴの値
を代入してＡ＝Ａ₀＋Ｔ₀×Ｑ₀／Ｑ−Ｔ₀が定められ
る。これによりトータル時間Ｔと吸着時間Ａとが原料ガ
ス流入量Ｑの変動に伴って変化するが、昇圧工程と洗浄
工程のそれぞれの時間は常時一定となるよう保たれる。

【００３０】さらに、原料ガス流入量がＱである場合の
原料ガス吐出量Ｒ、及び製品ガス吐出量Ｓをそれぞれ、
Ｒ＝Ｒ₀×Ｑ／Ｑ₀、Ｓ＝Ｓ₀×Ｑ／Ｑ₀として設定す
ることができる。以上の設定により吸着塔に供給される
１サイクル当たりの原料ガスの総量、即ち図３（ａ）の
斜線部で示すように（原料ガス吐出量Ｒ×吸着時間Ａ）
が常にＲ₀×Ａ₀に等しくなり、また、製品ガスホルダ
１４から抽出される製品ガスの総量、即ち（製品ガス吐
出量Ｓ×トータル時間Ｔ）がＳ₀×Ｔ₀に等しくなる関
係が成立して、ガス製造設備１０が定格運転時と同一の
運転水準に保たれる。このため、吸着処理を安定した条
件で行え、製品ガスの純度、及び回収率の変動を抑制す
ることができると共に、原料ガスホルダに流入する原料
ガスの総量と製品ガスホルダ１４から抽出される製品ガ
スの総量とをバランスさせて製品ガスホルダ１４の制御
を安定な状態に維持することができる。また、この時点
での原料ガス流入量Ｑが定まれば、一意的にそれに対応
する原料ガス吐出量Ｒ、製品ガス吐出量Ｓ、及び吸着時
間Ａが求められるので、極めて容易にターンダウンに対
応した自動制御系を構成することができる。即ち、原料
ガスホルダ１１に流入する原料ガス流入量Ｑを流量セン
サ等により検出して、コンピュータ、シーケンサー１７
等の制御装置を用いて、前記の式で得られる原料ガス吐
出量Ｒ、製品ガス吐出量Ｓ、及び吸着時間Ａとなるよう
にガス製造設備１０を操作する。ここで制御装置におい
ては、ガス製造設備１０の各流量調整弁１８ａ、１８
ｂ、１８ｃが制御される。そして、原料ガス吐出量Ｒは
流量調整弁１８ｂをシーケンサー１７により制御するこ
とにより、所望の原料ガス吐出量Ｒが得られるようにな
っている。

【００３１】前述のようにして定められた吸着時間Ａ、
製品ガス吐出量Ｓ、及び原料ガス吐出量Ｒとにより昇圧
〜脱着の一連の工程を設定して、図３（ａ）（ｂ）に示
すように原料ガス流入量の変動に対応したターンダウン
運転を行うことができる。なお、図２、図３の（ａ）、
（ｂ）における昇圧工程と洗浄工程の時間は原料ガス流
入量Ｑの如何に拘わらず、それぞれ一定として設定する
ので、昇圧〜吸着〜洗浄工程の総和に等しい脱着工程の
脱着時間と吸着工程の吸着時間のみが変動するようにな
っている。

【００３２】ここで、図４、図５は前述のような操作の
際における、原料ガスホルダ１１、及び製品ガスホルダ
１４にそれぞれ保有するガス量の時間変化を定格運転時
（実線）と、原料ガス流入量Ｑが定格運転時の原料ガス
流入量Ｑ₀に対して７０％である場合（点線）とを時間
軸を揃えて比較した図である。図４、図５に示されるよ
うに、原料ガスホルダ１１、及び製品ガスホルダ１４内
のガス量は脱着工程（昇圧〜洗浄工程のトータル時間に
等しい）に対応した周期で変動するが、定格運転時より
も少ない原料ガス流入量となった場合には、定格運転時
よりもその周期が長くなる。

【００３３】図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、原料ガス
流入量の変動に応じて吸着工程と洗浄工程の時間の比率
を変えて、かつ、全工程のサイクルタイムが一定の下で
運転した従来例の場合と、本実施の形態に係る圧力変動
吸着分離方法を用いるガス製造設備の運転方法を適用し
た場合とにおける原料ガス流入量（実線）と製品ガス吐
出量（破線）の時間変化を示した図であり、それぞれ斜
線で示した部分が製品ガス量を表している。なお、図６
に示す“起動”は当該設備の運転開始の時点であり、
“停止”は当該設備の運転停止の時点である。同図から
示されるように、本発明の圧力変動吸着分離方法を用い
るガス製造設備の運転方法により、従来の運転時にロス
していたような原料ガスを効率よく回収して、製品ガス
を次工程又はユーザー等に払い出すことを可能とすると
共に、原料ガス量に適応した設備の提供が可能である。
そして、このようにして製品ガスの需要に応じて、原料
ガス供給源とのバランスを確保しながら製品ガスの安定
的製造を行い、かつ一定した製品ガス純度での供給を可
能とした。

【００３４】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て適用範囲であ
る。例えば本実施の形態においては、ＣＯ₂ガスを分離
する場合について説明したが、本発明は、処理する原料
ガス、及び分離すべき製品ガスの種類に限定されること
なく圧力変動吸着分離法を使用可能な原料ガスについて
適用でき、製品ガスとして、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素
（Ｎ₂）、酸素（Ｏ₂）ガス等も得ることが可能であ
る。また、本実施の形態においては、昇圧工程と、洗浄
工程の時間をそれぞれ一定値とする設定を行ったが、設
定される吸着時間及びトータル時間に応じて、前記昇圧
工程又は洗浄工程の時間を増減させて、サイクル当たり
に原料ガスホルダに流入する原料ガスの総量と、吸着塔
で処理する原料ガスの総量とをバランスさせることも可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る圧力変動吸着分離
方法を用いるガス製造設備の運転方法を適用する設備の
説明図である。

【図２】同運転方法の説明図である。

【図３】同運転方法の説明図である。

【図４】原料ガスホルダ内の原料ガス量の時間変化を示
す説明図である。

【図５】製品ガスホルダ内の製品ガス量の時間変化を示
す説明図である。

【図６】従来例（ａ）と実施の形態（ｂ）における原料
ガス流入量及び製品ガス吐出量の時間変化を示す図であ
る。

【図７】ガス製造設備におけるガスの経路を示す説明図
である。

【図８】ガス製造設備におけるガスの経路を示す説明図
である。

【図９】ガス製造設備におけるガスの経路を示す説明図
である。

【符号の説明】

１０ガス製造設備１１原料ガス
ホルダ１２吸着塔１３吸着塔１４製品ガスホルダ１５原料ガス
ブロワ１６真空ポンプ１７シーケン
サー１８ａ流量調整弁１８ｂ流量調
整弁１８ｃ流量調整弁１９ａ自動切
替弁１９ｂ自動切替弁１９ｃ自動切
替弁１９ｄ自動切替弁１９ｅ自動切
替弁１９ｆ自動切替弁１９ｇ自動切
替弁１９ｈ自動切替弁１９ｉ自動切
替弁１９ｊ自動切替弁１９ｋ自動切
替弁２０製品ガスブロワ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスを送入する原料ガスホルダと、
該原料ガスホルダより導入される原料ガスから目的ガス
を選択的に吸着分離する複数の吸着塔と、該吸着塔で分
離される製品ガスを貯蔵する製品ガスホルダとを備え、
該吸着塔における昇圧、吸着、洗浄、及び脱着工程を繰
り返すサイクルにより製品ガスを製造する圧力変動吸着
分離方法を用いるガス製造設備の運転方法において、前記原料ガスホルダに連続的に送入される原料ガス流入
量が変動するときに、前記原料ガスホルダ及び製品ガス
ホルダが安定して制御できるように、前記原料ガスホル
ダから前記吸着塔に送る原料ガスの原料ガス吐出量を変
え、しかも該原料ガス吐出量に対応して吸着工程の吸着
時間を変化させることを特徴とする圧力変動吸着分離方
法を用いるガス製造設備の運転方法。
【請求項２】前記昇圧から洗浄工程までのトータル時
間Ｔ、前記吸着時間Ａ、及び原料ガス吐出量Ｒが、原料
ガス流入量Ｑと、前記ガス製造設備の定格運転時におけ
る原料ガス流入量Ｑ₀、トータル時間Ｔ₀、吸着時間Ａ
₀、及び原料ガス吐出量Ｒ₀を含む下式（１）〜（３）
によりそれぞれ設定される請求項１記載の圧力変動吸着
分離方法を用いるガス製造設備の運転方法。Ｔ＝Ｔ₀×Ｑ₀／Ｑ・・式（１）Ａ＝Ａ₀＋Ｔ−Ｔ₀ ・・式（２）Ｒ＝Ｒ₀×Ａ₀／Ａ・・式（３）
【請求項３】前記製品ガスホルダから抽出される製品
ガス吐出量Ｓが、原料ガス流入量Ｑと、前記ガス製造設
備の定格運転時における原料ガス流入量Ｑ₀、及び製品
ガス吐出量Ｓ₀とを含む下式（４）により設定される請
求項２記載の圧力変動吸着分離方法を用いるガス製造設
備の運転方法。Ｓ＝Ｓ₀×Ｑ／Ｑ₀ ・・式（４）