JPS6130612B2 - - Google Patents

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JPS6130612B2
JPS6130612B2 JP25031383A JP25031383A JPS6130612B2 JP S6130612 B2 JPS6130612 B2 JP S6130612B2 JP 25031383 A JP25031383 A JP 25031383A JP 25031383 A JP25031383 A JP 25031383A JP S6130612 B2 JPS6130612 B2 JP S6130612B2
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JP
Japan
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gas
separation
piping
product
cascade
Prior art date
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Application number
JP25031383A
Other languages
English (en)
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JPS60137423A (ja
Inventor
Yoshio Araki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP25031383A priority Critical patent/JPS60137423A/ja
Publication of JPS60137423A publication Critical patent/JPS60137423A/ja
Publication of JPS6130612B2 publication Critical patent/JPS6130612B2/ja
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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は重成分ガスと軽成分ガスの混合ガスを
重成分ガスと軽成分ガスに分離するガス分離装置
に係り、特に製・廃品ガスの濃度を制御すること
のできるようにしたガス分離装置に関する。
[発明の技術的背景] 従来、ガス分離装置は第1図aに示すごとく、
ガス分離器を複数台並列接続した分離要素段を複
数段直列に接続したガス分離カスケード1と、図
示していない原料供給系とガス分離カスケード1
の間を繋ぐフイード配管2と、図示していない製
品捕集系とガス分離カスケード1の間を繋ぐプロ
ダクト配管3と、図示していない廃品捕集系とガ
ス分離カスケード1の間を繋ぐテイル配管4と、
フイード配管2の途中に設けられたフイード調節
弁5と、プロダクト配管3の途中に設けられたプ
ロダクト調節弁6と、テイル配管4の途中に設け
られたテイル調節弁7とから構成されている。
このガス分離装置において、被分離ガスである
軽成分ガスと重成分ガスの混合ガスが原料供給系
から供給されフイード配管2を通つてガス分離カ
スケード1へ導入される。
被分離ガスは第1図bに示したように、ガス分
離カスケード1内の分離要素段8で順々に分離さ
れて、軽成分ガスの温度が高まつたガスは製品ガ
スとしてプロダクト配管3,3aを通つて製品捕
集系へ捕集され、軽成分ガスの濃度の低下したガ
スは廃品ガスとしてテイル配管4を通つて廃品捕
集系へ捕集される。
ガス分離装置において、製品ガスと廃品ガスの
軽成分ガスの濃度を変える場合には、フイード配
管2、プロダクト配管3、テイル配管4に設置さ
れた流量調節弁5,6,7により被分離ガス量お
よび製品ガス、廃品ガス流量を調節することで製
品ガスの軽成分ガスの濃度と廃品ガスの軽成分ガ
スの濃度を制御していた。第1図bはガス分離カ
スケード1内の任意の分離要素段8,8aの配管
接続状態を示している。
すなわち、符号8aで示す分離要素段はボトム
段であつて、任意の分離要素段8とボトム段8a
にはフイード配管2a、プロダクト配管3a、テ
イル配管4aが接続されており、順々に分離され
たガスは製品捕集系および廃品捕集系へ捕集さ
れ、ボトム段8aは第1図aにおけるテイル配管
4に接続される。
[背景技術の問題点] 上記装置において、ガス分離カスケード1へ供
給される被分離ガス流量をF、被分離ガス中の軽
成分ガスの濃度をXF、ガス分離カスケード1で
濃縮分離された製品ガスの流量をP、製品ガス中
の軽成分ガスの濃度をXP、ガス分離カスケード
減損分離された廃品ガスの流量をT、廃品ガス中
の軽成分ガスの濃度をXTとすると、ガス分離カ
スケード1へ出入する軽成分ガス量のバランスに
より第(1)式が得られる。
F・XF=P・XP+T・XT …(1) 第(1)式を変形すると第(2)式と第(3)式が得られ
る。
P=(F・XF−T・XT)/P …(2) XT=(F・XF−P・XP)/T …(3) テイル調節弁7を調節して製品ガスの流量Pを
変える場合について考えてみると、製品ガスの流
量Pを増加させると第(2)式の分母が大きくなるた
め製品ガス中の軽成分ガスの濃度XPは小さくな
り、逆に製品ガスの流量Pを減少させると第(2)式
の分母が小さくなるため製品ガス中の軽成分ガス
の濃度XPは大きくなる。流量調節弁を調節して
廃品ガスの流量Tを変える場合についても同様
に、廃品ガスの流量Tを変化させると第(3)式に従
い廃品ガス中の軽成分ガスの濃度が変化する。
ところで、ガス分離カスケード1へ出入するガ
スのバランスにより第(4)式が得られるが、第(1)式
と第(4)式との関係から第(5)式が得られる。
F=P+T …(4) T/P=(XP−XF)/(XF−XT) …(5) 例えば第(5)式のT/Pの値が10程度のガス分離
カスケードである場合、すなわち、廃品ガス流量
Tは製品ガス流量Pの10倍の値である。従つて、
廃品ガス流量と製品ガス流量を同一流量だけ変化
させた場合を比べると、第(3)式から得られる廃品
ガス中の軽成分ガスの濃度変化分は第(2)式から得
られる製品ガス中の軽成分ガスの濃度の変化分の
1/10の値である。製品ガス流量と廃品ガス流量を
余り大きく変化させるとガス分離カスケード1内
でのガス流量分布が崩れ分離損失が大きくなる。
製品ガス流量と廃品ガス流量を変更できる量には
限界があり、一般に廃品ガス中の軽成分ガスの濃
度の制御範囲は製品ガス中の軽成分ガスの濃度の
制御範囲より狭い。
[発明の目的] 本発明は上記背景技術の問題点を解決するため
になされたもので、ガス分離カスケードの濃度制
御範囲を大きくとれるようにして生産のフレキシ
ビリテイを高め、もつて廃品濃度を最適値に制御
して経済的運転を行なうことができるガス分離装
置を提供することにある。
[発明の概要] すなわち本発明は、複数のガス分離器を並列に
接続して形成された分離要素段を複数段に直列接
続したガス分離カスケードと、このガス分離カス
ケードへ被分離ガスを供給するフイード配管と、
該ガス分離カスケードで濃縮分離された製品ガス
を捕集するプロダクト配管と、該ガス分離カスケ
ードで減損分離された廃品ガスを捕集するテイル
配管と、このテイル配管と該ガス分離カスケード
内の任意の分離要素段を形成する3本または2本
の分離要素ヘツダ配管のいずれか1ヘツダ配管と
の間を接続するバイパス配管と、バイパス配管を
流れるガス量を調整する流量調節弁とから構成さ
れたガス分離装置である。また、上記分離装置に
おいて、複数のガス分離器を並列接続しかつ該
各々のガス分離カスケードのフイード配管へ被分
離ガスを供給する統合フイールド配管と、前記複
数のガス分離カスケードのプロダクト配管を通り
濃縮分離された製品ガスを一括捕集する統合プロ
ダクト配管と、前記複数のガス分離カスケードの
テイル配管を通つた減損分離された廃品ガスを一
括捕集する統合テイル配管と、前記複数のガス分
離カスケード内の任意の分離要素段を形成する3
本または2本の分離要素ヘツダ配管のいずれか1
ヘツダ配管から導出されるバイパス配管を集合し
て統合テイル配管に接続する統合バイパス配管
と、この統合バイパス配管に流量調節弁を設けた
ことを特徴とするガス分離装置である。
[発明の実施例] 以下第2図および第3図を参照して本発明に係
るガス分離装置の実施例を説明する。
第2図は本発明の第1の実施例を示したもので
ある。
すなわち、第2図aにおいて、ガス分離カスケ
ード1は第1図aに示した分離装置と同様にフイ
ード配管2を介して図示していない原料供給系と
接続され、プロダクト配管3を介して図示してい
ない製品捕集系と接続され、テイル配管4を介し
て図示していない廃品捕集系と接続されている。
また、フイード配管2の途中にはフイード調節弁
5が設置され、プロダクト配管3の途中にはプロ
ダクト調節弁6が設置され、テイル配管4の途中
にはテイル調節弁7が設置されている。
ここで本発明では、特に第2図bで示したよう
に、ガス分離カスケード1内の任意の分離要素段
8の3本または2本の分離要素ヘツダ配管11の
中の1本とテイル配管4の間がバイパス配管9で
接続され、バイパス配管9の途中にはバイパス調
節弁10が設置されている。
第2図bはバイパス配管9付近の詳細を示した
もので、ボトム段8a、分離要素段8とを接続す
る分離要素ヘツダ配管11中からバイパス配管9
の一端が接続され、バイパス配管9の他端はテイ
ル配管4に接続されている。
次にこのガス分離装置の作用について説明す
る。
原料供給系から供給される被分離ガスはフイー
ド配管2を通つてガス分離カスケード1へ導入さ
れる。被分離ガスはガス分離カスケード1内の各
分離要素段8で順々に分離されて、濃縮分離され
た製品ガスと減損分離された廃品ガスとしてガス
分離カスケード1から排出される。製品ガスはプ
ロダクト配管3を通つて製品捕集系へ捕集され、
廃品ガスはテイル配管4を通つて廃品捕集系へ捕
集される。バイパス調節弁10を閉じているとき
にはバイパス配管9にガスが流れないので、第1
図に示した従来のガス分離装置と同じ運転状態と
なる。
すなわち、フイード調節弁5、プロダクト調節
弁6、テイル調節弁7を調節して製品ガス中の軽
成分ガスの濃度と廃品ガス中の軽成分ガスの濃度
を制御するよう運転する。
本発明では廃品ガス中の軽成ガスの濃度の最適
値が前述の3つの調節弁の調節で制御可能な範囲
を越えているとき、バイパス調節弁10を開き、
このバイパス調節弁10を調節することでガス分
離カスケード1内の分離要素段8の分離要素ヘツ
ダ配管11を流れる軽成分ガスの濃度の高いガス
がバイパス配管9を通つてテイル配管4に流れ込
み、廃品ガスの軽成分ガスの濃度を高めることが
できる。バイパス調節弁10を調節しバイパス配
管9を流れるガスの流量を調整すれば、廃品ガス
の軽い成分ガスの濃度を連続的に変えことができ
る。
例えば前述の3つの調節弁を駆使して得られる
廃品ガス中の軽成分ガスの濃度の上限をXt2
し、ガス分離カスケード1内の分離要素段8の分
離要素ヘツダ配管11を流れるガスの軽成分ガス
中の濃度をXbとし、バイパス配管9を流れるガ
スの流量をQbとし、バイパス配管9を流れるガ
ス流と合流する前のテイル配管4を流れるガスの
流量をQtとすると、軽成分ガスの濃度Xt2のガス
と軽成分ガスの濃度Xbのガスがテイル配管4内
で合流して得られるガスの軽成分ガスの濃度X′t2
は式(6)で与えられる。
X′t2=(Xt2・Qt+Xb・Qb) /(Qt+Qb) …(6) Xb>Xt2であるから、X′t2>Xt2である。
従つて、従来の3つの調節弁で制御する装置と
比較して制御可能な廃品ガスの軽成分ガスの濃度
の上限がX′t2へ上昇する。X′t2はXbの値によつて
変るとともにバイパス配管9のガス流量Qbによ
つても変る。よつてバイパス調節弁10を調節し
てQbを変えてやればX′t2を連続的に変えること
ができ、廃品ガス中の軽成分ガスの濃度の制御範
囲が拡大される。
第3図は本発明の第2の実施例を示す流れ線図
である。
第3図の実施例では複数のガス分離カスケード
1(図では3組であるが、特に限定されるもので
はない)を並列接続とし、被分離ガスを供給する
統合フイード配管12に各ガス分離カスケード1
のフイード配管2が接続されている。また、各ガ
ス分離カスケード1のプロダクト配管3は統合プ
ロダクト配管13に接続され、各ガス分離カスケ
ード1のテイル配管4は統合テイル配管14に接
続されている。
前記第1の実施例で示した各ガス分離カスケー
ド1のバイパス配管9は各ガス分離カスケード1
のテイル配管4と接続せず統合バイパス配管15
の一端に接続され、統合バイパス配管15の他端
は統合テイル配管14に接続されている。さらに
統合フイード配管12、統合プロダクト配管1
3、統合テイル配管14、統合バイパス配管15
の途中にそれぞれフイード調節弁5、プロダクト
調節弁6、テイル調節弁7、バイパス調整弁10
が接続されている。単一のカスケードの場合だけ
でなく、このように複数のガス分離カスケードを
並列接続した場合にも廃品ガス中の軽成分ガスの
濃度の制御範囲が拡大される。
[発明の効果] 以上説明したように本発明は分離要素段うちボ
トム段のフイード配管とウエスト配管との間にバ
イパス調節弁を有するバイパス配管を設けたガス
分離装置である。従つて、通常のカスケード制御
では対応できる濃度範囲ではバイパス調節弁を全
閉にしておき、その制御に対応できないような高
い廃品濃度で運転する必要が生じた場合、つまり
テイル調節弁を全開にしても目標とする廃品濃度
に制御できない場合、バイパス調節弁を調節する
ことによつて種々の状況の変化による最適な製品
ガスの濃度と廃品ガスの濃度の変化に対応するこ
とができる。
よつて、廃品ガスの軽成分ガスの濃度の制御可
能範囲が拡大し、常に適切な状態でガス分離装置
を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図aは従来のガス分離装置を示す流れ線
図、第1図bは第1図aの分離要素段の流れ線
図、第2図aは本発明の第1の実施例を示す流れ
線図、第2図bは第2図aの分離要素段の流れ線
図、第3図は本発明の第2の実施例を示す流れ線
図である。 1……ガス分離カスケード、2……フイード配
管、3……プロダクト配管、4……テイル配管、
5……フイード調節弁、6……プロダクト調節
弁、7……テイル調節弁、8……分離要素段、9
……バイパス配管、10……バイパス調節弁、1
1……分離要素ヘツダ配管、12……統合フイー
ド配管、13……統合プロダクト配管、14……
統合テイル配管、15……統合バイパス配管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数のガス分離器を並列に接続して形成され
    る分離要素段を複数段に直列接続したガス分離カ
    スケードと、このガス分離カスケードへ被分離ガ
    スを供給するフイード配管と、該ガス分離カスケ
    ードで濃縮分離された製品ガスを捕集するプロダ
    クト配管と、該ガス分離カスケードで減損分離さ
    れた廃品ガスを捕集するテイル配管と、このテイ
    ル配管と該ガス分離カスケード内の任意の分離要
    素段を形成する3本または2本の分離要素ヘツダ
    配管のいずれか1ヘツダ配管との間を接続するバ
    イパス配管と、バイパス配管を流れるガス量を調
    整する流量調節弁とを具備したことを特徴とする
    ガス分離装置。 2 複数のガス分離器を並列接続して形成される
    分離要素段を直列接続した複数のガス分離カスケ
    ードと、この複数のガス分離カスケードを並列接
    続し、かつガス分離カスケードのフイード配管へ
    被分離ガスを供給する統合フイールド配管と、前
    記複数のガス分離カスケードのプロダクト配管を
    通り濃縮分離された製品ガスを一括捕集する統合
    プロダクト配管と、前記複数のガス分離カスケー
    ドのテイル配管を通つた減損分離された廃品ガス
    を一括捕集する統合テイル配管と、前記複数のガ
    ス分離カスケード内の任意の分離要素段を形成す
    る3本または2本の分離要素ヘツダ配管のいずれ
    か1ヘツダ配管より導出されるバイパス配管を集
    合して統合テイル配管に接続する統合バイパス配
    管と、この統合バイパス配管に設けられた流量調
    節弁とを具備したことを特徴とするガス分離装
    置。
JP25031383A 1983-12-26 1983-12-26 ガス分離装置 Granted JPS60137423A (ja)

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