JPS59112821A - ガス中の難吸着成分濃縮方法 - 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】 この発明は、２基の吸着塔を交互に使用してガス中の難
吸着成分を濃縮する方法に関する。

吸着によってガス中の易吸着成分を吸着除去することで
難吸着成分を濃縮する場合、吸着剤の吸着能力は易吸着
成分の吸着の進行にともなって低下してくるので、一定
量の吸着後に使用を中止して脱着を行うことが必要であ
り、したがって連続的な濃縮処理を行う場合には２基の
吸着塔が交互に使用される。このような２塔並設の吸着
装置において、吸着工程では吸着塔に原料ガスが加圧下
で供給され、脱着工程では吸着成分を取出すために吸着
塔の内部が減圧されるのが普通である。しかし減圧によ
って吸着剤から脱着された易吸着成分は、脱着工程の終
了時点でも吸着塔内に残存するので、っぎの吸着工程で
原料ガスが導入されたときに、難吸着成分に混入し、こ
れが製品ガスの純度を低くてる原因となる。

この発明は、脱着工程の終了時点で易吸着成分を吸着塔
から効果的に除去することにより、脱着工程から吸着工
程への切換え時にも製品ガスの純度を高水準に維持でき
るようにした難吸着成分濃縮方法を提供することを目的
としている。

以下にこの発明方法の工程の一例を図面にしたがって説
明する。第１図において符号１Ａは第１吸着塔、１Ｂは
第２吸着塔を示し、その各々の内部には任意の吸着剤が
充填されている。難吸着成分および易吸着成分を含有す
る原料ガスは、プロワ２から、パルプＶＩＡを経て吸着
塔１人に、またはパルプＶＩＢを経て吸着塔１Ｂに各々
の底部から供給されるようになっている。パルプＶＩＡ
およびＶ′ＩＢは所定のシーケンスにし１こがつ、て交
互に開閉制御され、これによって吸着塔１人および１Ｂ
における吸着工程と脱着工程とが交互に選択される。い
ま、吸着塔１人が吸着工程にあるとすると、原料ガスは
パルプＶＩＡを通って吸着塔１人内にその底部から供給
され、常圧で易吸着成分の吸着分離が行われる。また吸
着されなかった難吸着成分は、パルプＶ７Ａを経て、フ
ィードバックタンク３にいったん入り、逆止弁ｖ５およ
びパルプＶ６を経て製品ガスとして外部に取出される。

また吸着塔１Ｂが吸着工程にある状態では、原料ガスは
パルプＶＩＢを経て吸着塔１Ｂの底部に送られ、塔頂に
達し１こ難吸着成分がパルプＶ７Ｂを経てフィードバッ
クタンク３に導かれる。フィＶ　ハックタンク３は、そ
の内部に収容されたガスの容積に応じて容量が変化する
機能を有するもので、たとえば壁面の一部をベローズで
構成した構造を有する。したがってフィードバックタン
ク３内のガスの圧力はほとんど一定に保たれる。

一方、吸着塔１人の脱着工程は、切換バルブＶ８を吸着
塔１人側に切換えるとともにパルプＶ７Ａを閉じ、真空
ポンプ５０作用で吸着塔１Ａ内を減圧することによって
行うことができるようになっている。また吸着塔１Ｂの
脱着工程は、切換弁ｖ８を切換え、パルプＶ７Ｂを閉じ
ることによって同様にして行われ、脱着ガスは必要であ
れば回収される。

さらに吸着塔１Ａの頂部と他方の吸着塔１Ｂの底部との
間には、パルプＶ９Ａおよび逆止弁Ｖ１０Ａを有するフ
ィードバック相系路６Ａが設けられ、パルプＶ９Ａを開
くことにより、吸着塔１人の頂部から取出されり難吸着
成分を吸着塔１Ｂの底部に導入することができるように
なっている。また吸着塔１Ｂの頂部から取出された難吸
着成分を他方の吸着塔１Ａの底部に導入することを可能
にするために、パルプＶ９Ｂおよび逆止弁ＶＩＯＢを有
するフィードバック相系路６Ｂが設けられている。

連続的な難吸着成分母線操作は第２図ａ、ｂ、Ｃに示し
た順序で行われる。まず第２図ａは、第１吸着塔１Ａが
吸着工程、第２吸着塔１Ｂが脱着工程にある状態を示し
ている。原料ガスは、プロワ２からパルプＶＩＡを通っ
て吸着塔１人内に供給され、この吸着塔１Ａ内をその底
部から頂部まで移動する間に、吸着剤による易吸着成分
の吸着分離、すなわち難吸着成分の濃縮が行われる。そ
してこの難吸着成分は、パルプＶ７Ａを経てフィードバ
ックタンク３にいったん貯留され、ついで逆止弁Ｖ５お
よびパルプｖ６を経て製品ガスとして取出される。

一方、吸着塔１Ｂの内部は、パルプＶ７Ｂを閉じ、切換
パルプｖ８をこの吸着塔１Ｂ側に切換えた状態で、真空
ポンプ５０作用で排気されて減圧となり、前回の吸着工
程で吸着剤に吸着されている易吸着成分の脱着が行われ
る。

第２図すは、吸着塔１人の吸着工程および吸着塔１Ｂの
脱着工程が終了してから、吸着塔１Ａが脱着工程に、吸
着塔１Ｂが吸着工程にそれぞれ入るまでの平衡工程にあ
る状態を示ｆ、吸着塔１人の吸着工程が終了すると同時
に、切換パルプ■８が吸着塔１Ｂ側から１Ａ側に切換え
られ、パルプＶＩＡが閉じられるとともに、パルプＶ７
ＢおよびＶ９Ａが開かれる。これによって、脱着工程で
減圧となっている吸着塔１Ｂの内部に、フィードバック
タンク３内の製品ガスが頂部から、また吸着塔１Ａを通
過した製品ガスが底部からそれぞれ流入し、吸着塔１Ｂ
の内部は製品ガスで充満される。この平衡工程において
、フィードバックタンり３はその内容積を自由に変化さ
せ得る構造となっているので、このフィードバックタン
ク３から吸着塔１Ｂ内に流れることによってフィードバ
ックタンク３内の製品ガスの量が減少しても、一定容積
のタンクのように内部の圧力が低下して製品ガスの流出
を制限するというようなことはなく、充分な量の製品ガ
スが吸着塔１Ｂ内に円滑に流入し、その結果として吸着
塔１Ｂ内の平衡工程がすみやかに行われろ。

なお吸着塔１Ｂの平衡工程において、パルプＶ１Ａおよ
びＶＩＢはともに閉じているので、プロワ２を停止させ
てもよく、あるいはプロワ２を運転し１こまま、吐出ガ
スを開閉弁ＶｌｌおよびパルプＶ１２を経て他に導いて
もよい。吸着および脱着の各工程が３分間程度であると
すると、平衡工程は９秒間程度で完了する。

平衡工程が完了したのち、プロワ２からパルプＶＩＢを
経て供給され１こガスが吸着塔１Ｂを通過する吸着工程
にそのまま移行する。また平衡工程の完了時に切換パル
プｖ８が切換わると同時に、吸着塔１人内の排気が始ま
り、パルプＶ７Ａが閉じた時点から減圧による脱着が行
われる（第２図Ｃ）。

なお吸着塔１への脱着工程と吸着塔１Ｂの吸着工程が終
了すれば、切換パルプＶ８の切換動作と、パルプＶ７Ａ
およびＶ９Ｂの開動作と、パルプｖ１Ｂの閉動作とがほ
とんど同時に行われて吸着塔１人は平衡工程に入る。そ
してこの平衡工程の終了後に、第２図への状態に戻る。

この動作が繰返されて連続的な濃縮が行われる。

第１図において、吸着塔１Ａ、ＩＢ内の点線で示し１こ
部分の上部は吸着剤、下部は前処理剤であることを示す
が、前処理剤は省略してもよい。

吸着塔１Ａおよび１Ｂにおける吸着は、大気圧にほぼ等
しい圧力で行うこともできるが、使用される吸着剤の種
類、あるいは吸着すべき易吸着成分の種類によっては、
加圧下で行った方がよい場合もある。たとえば活性炭を
吸着剤として使ってガス中のＣＯ２を除去する場合には
、常圧で充分な効果が得られ石が、天然凝灰石を使用し
て空気中のＮ２を除去（０２す濃縮〕する場合には、１
．５ＫＶ論２程度の加圧下で吸着を行った方がよいこと
が実験によって確認されている。このよりなＮ２吸着用
の吸着剤としては、第１表に示すＸ線回折像を有する天
然凝灰岩（モルデナイト〕のほか、半合成ゼオライト、
合成ゼオライトなどのような市販の吸着剤が挙げられる
。

第３図は、加圧下で吸着を行う場合の装置を示すもので
ある。この場合には、吸着塔１Ａの塔頂ガスをクッショ
ンタンク３に導入するための開閉−弁ｖ２Ａ、パルプＶ
３Ａおよび逆止弁Ｖ４Ａを有する第１のレギュレータ系
と、吸着塔１Ｂの塔頂ガスをクッションタンク３に導入
するための開閉弁Ｖ２Ｂ、パルプＶ３Ｂおよび逆止弁Ｖ
４Ｂを有する第２のレギュレータ系とが設けられる。パ
ルプＶ３ＡおよびＶ３Ｂは、それぞれ吸着塔１人および
１Ｂの塔頂ガス圧が設定値に達したことを検知する圧カ
スインチ４Ａおよび４Ｂによってそれぞれ制御され、フ
ィードバックタンク３にほぼ常圧で製品ガスを供給する
。パルプＶ７ＡおよびＶ７Ｂは、それぞれ吸着塔１人お
よび１Ｂが平衡工程にあるときだけ開き、フィードバッ
クタンク３内の製品ガスをそれぞれ吸着塔１Ａおよび１
Ｂに供給するように動作する。

なおりッションタンク３をその最大容積とほぼ等しい容
積のケース内に収容しておけば、何かの原因でクッショ
ンタンク３の内圧が異常に上昇しはなくなる。

吸着塔１Ａおよび１Ｂとして、それぞれ８００Ｋｙのゼ
オライトを充填密度０．７３で充填したものを使用し、
空気中の０２を前記の本発明方法にしたがって濃縮する
実験を行つ１こ。他の条件は下記のとおりであった。

ブロワ送気量、　４　ｍ　／ｆｎｉｎ 真空ポンプ排気量：　１０　ｍ　／ｍｉｎこの実験で得
られた製品０２濃度と有効酸素量（ＥＯ２）との関係を
第３図に、また製品０２濃度と１塔当りの真空ポンプ排
気量（Ｖｐ　）に対する有効酸素量（ＥＯ２）との関係
を第４図にそれぞれ示す。

なお有効酸素量（ＥＯ２）は下記の式にしたがって計算
された値である。

Ｘ：製品０２の濃度 ｙ：製品０２の流量 第３図および第４図から明らかなように、高温一度の０
２が大きい流量で得られていることがわかなお第４図に
おいて、ＥＯ２／２ＶＰ　＝　１．０の点は、３塔（初
吸着、終吸着、脱着）で通常行われている方法の典形的
な例を基準としたものであり、２塔で行われるこの発明
方法でも、常圧の場合、製品０２濃度が８０％の点で９
０％（図中の０．９の点）以上の効果が得られることが
示されている。

吸着塔を３塔から２塔にすることは、吸着塔の減少に加
えて、パルプ数の減少という大きなメリットを与えるの
で、この発明の有用性はきわめて高い。

また吸着を加圧下で行った場合には、製品０２の濃度が
８０％の点で、ＥＯ２／２ｖＰの値は約１．０に達し、
３塔の場合にほとんど劣らないことが示されている。

以上のようにこの発明によれば、２基の吸着塔で吸着お
よび脱着を繰返して原料ガス中の難吸着成分を濃縮する
に際して、脱着工程を終了した吸着塔内に、その底部か
ら吸着工程を終えた吸着塔の塔頂ガスを導入するととも
に、製品ガスを貯えているフィードバックタンクから製
品ガスを頂部に導入することにより、底部と頂部の両方
から吸着塔内の圧力を平衡させるようにしたので、難吸
着成分を高濃度で得ることが可能である。しかもフィー
ドバックタンクは容積可変であるので、吸着塔内におけ
る平衡を達成するのに必要な量の製品ガスを供給圧力の
低下をほとんど伴わずに供給できるので、平衡工程は短
時間で完了する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施に用いられた装置の系統図、第
２図（ａｌ、（ｂｌ、忙）は第１図の装置の工程順を示
す説明図、第３図はこの発明に使用される他の装置の系
統図、第４図は製品０２濃度と有効酸素量との関係を示
すグラフ、第５図は製品０２濃度と性能比率との関係を
示すグラフである。 ＩＡ、ＩＢ・・・吸着塔、２・・・ブロワ、３・・・フ
ィードバックタンク、４Ａ、４Ｂ・・・圧力スイッチ、
５・・・真空ポンプ、６Ａ、６Ｂ・・・糸路。 第　　１　　図 第２図 へ （ｂ）　　　　　　　　　　（Ｃ） （％）１齋’ＺＱ号査 （％）１旋γ亦菅捧 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第　２２２４３１号 ゛２・　発明の名称　　ガス中の難吸漬成分濃縮方法３
、　補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住　　所 氏　８化（ちリ　財団法人　工業開発研究所４、代理人 ｆ−Ｌ　　　所　〒１５１東京都渋谷区代々木２丁１」
１１番１２号木村ビル７階５、補正命令の日付 昭和　　　年　　　月　　　日（発送）８、補正の内容 別紙のとおり ８、補正の内容 １）明細書第４頁第１３行の「パルプＶ７’ＡＪを１　
くルブＶ１Ａ、Ｖ７ＡＪと補正する。 （２）同第４頁第１７行の［パルプＶ７ＢＪを「パルプ
Ｖ１Ｂ、Ｖ７ＢＪと補正する。 （３）同第５頁第１１行〜第１２行の「第２図ａ。 ｂ、ｃｌを［第２図（ａ）　、　（ｂ）　＃　（Ｃ）　
Ｊと補正する。 （４）同第５頁第１２行の「第２図ａ」を「第２図（ａ
）　Ｊと補正する。 （５）同第６百第３行の［パルプＶ７ＢＪをｌパルプＶ
ｉＢ、Ｖ７ＢＪと補正する。 （６ン同第６頁第８行の「第２図ｂ」を［第２図（ｂ）
１と補正する。 同第７Ｒ第１７行の「したのち、」のあとに：ルブＶＩ
Ｂが開かれると同時にパルプＶ９Ａが閉じられ、」を加
入する。 ）同第７頁第２０行の「の完了」を削除する。 ）同第８頁第１行〜第２行の「が始まり・・・行わ（第
２図Ｃ）。」を「が始まる（第２図（Ｃ））。 補正する。 ００）同第８頁第５行〜６行の［バルブＶＩＢＪを［バ
ルブＶＩＢ、ｖ７ＢＪと補正する。 （１１）同第８頁第８行の「第２図Ａ」を「第２図（ａ
）　Ｊと補正する。 （Ｉ２）同第１２頁第１１行の「第３図」を「第４図」
と補正する。 （１３）同第１２頁第１３行の「第４図」を１第５図」
と補正する。 （Ｉ４）同第１２頁第１９行の「第３図および第４図Ｊ
を「第４図および第５図」と補正する。 ０５）同第１３頁第２行の「第４図」を「第５図」と補
正する。 α６）図面のうら、第２図（ｂ）を別紙のとおり補正す
る。 第　　２　　図 製 品 力″ ス ０及 Ｉ （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に選択性吸着剤を充填した２基の吸着塔の一方に原
   料ガスを供給して易吸着成分を吸着させることによって
   難吸着成分を濃縮する吸着工程と、他方の吸着塔に前回
   の吸着工程で吸着された易吸着成分を減圧下で脱着させ
   る脱着工程とを各吸着塔について交互に行わせるガス中
   の難吸着成分濃縮方法において、吸着工程中の吸着塔か
   ら取出した製品ガスを、内部のガスをその容積にかかわ
   らずほぼ一定の圧力で収容できる可変容積のフィードバ
   ックタンク内に一時的に貯留し、この吸着塔が吸着工程
   を終了したときに当該吸着塔の塔頂ガスを、脱着工程を
   終了して内部が減圧状態にある吸着塔の底部に導入する
   と同時に、この吸着塔の頂部に上記フィードバックタン
   ク内の製品ガスを導入することによって、脱着工程を終
   了した吸着、塔内の圧力を平衡させる平衡工程を付加し
   たことを特徴とするガス中の難吸着成分濃縮方法。