(57)【要約】【課題】  吸着塔に流入する原料空気の状態が変化しても、空気液化分離装置に供給する原料空気中の水分及び二酸化炭素をはじめとする不純物成分を確実に吸着除去することができる原料空気の精製方法を提供する。【解決手段】  吸着塔への水分吸着剤の充填量を、あらかじめ設定した原料空気温度における飽和状態の水分の流入量で、あらかじめ設定した吸着工程時間中に破過しないように設定するとともに、吸着工程にある吸着塔に流入する原料空気の温度が、前記あらかじめ設定した原料空気温度より高いときには、該流入する原料空気温度における飽和状態の水分の流入量が、前記充填量の水分吸着剤が破過する水分量を超えないように前記切換時間を短縮する。【選択図】    図１
2006258302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤を充填した複数の吸着塔を温度変動吸着法により吸着工程と再生工程とに順次切り換え使用しながら原料空気中の水分及び二酸化炭素を除去して空気液化分離装置に導入する原料空気を精製する方法において、吸着工程にある吸着塔に流入する原料空気の温度を測定し、測定した原料空気温度に応じて前記再生工程の時間を変更することを特徴とする空気液化分離装置における原料空気の精製方法。
【請求項２】
前記再生工程の時間の変更に伴い、該再生工程における再生ガス加熱温度及び加熱再生ガス量の少なくともいずれか一つを調節することを特徴とする請求項１記載の空気液化分離装置における原料空気の精製方法。
【請求項３】
前記再生工程の時間の変更を、空気液化分離装置の排ガスを用いた加熱再生ガスのガス量の調整によって行う場合において、排ガスラインの圧力が低下又は上昇する前に、該排ガスラインの圧力を維持するための背圧弁に予め信号を送ることを特徴とする請求項２記載の空気液化分離装置における原料空気の精製方法。
【請求項４】
前記吸着塔には、原料空気入口側に水分を吸着する第１吸着剤が、該水分吸着剤の下流側に二酸化炭素を吸着する第２吸着剤がそれぞれ充填されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の空気液化分離装置における原料空気の精製方法。
【請求項５】
前記吸着工程にある吸着塔に流入する原料空気の温度が、想定した原料空気温度より高いときには、該流入する原料空気の温度及び圧力から求めた水分の流入量と、前記吸着工程にある吸着塔に充填した前記第１吸着剤の充填量に応じて前記再生工程の時間を短縮することを特徴とする請求項４記載の空気液化分離装置における原料空気の精製方法。
【請求項６】
前記第１吸着剤は、活性アルミナ又はシリカゲルであり、前記第２吸着剤は、Ｎａ−Ｘ型ゼオライトであることを特徴とする請求項４記載の空気液化分離装置における原料空気の精製方法。
【請求項７】
前記第２吸着剤は、原料空気中の水分を除く二酸化炭素及びその他の微量不純物成分を吸着除去することを特徴とする請求項４記載の空気液化分離装置における原料空気の精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気液化分離装置における原料空気の精製方法に関し、詳しくは、空気液化分離装置に供給される原料空気中の水分及び二酸化炭素をはじめとする不純物成分を温度変動吸着法により吸着除去して原料空気を精製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の空気液化分離装置では、深冷部の前段に、複数の吸着塔を吸着工程と再生工程とに順次切り換え使用する吸着設備を設置し、吸着塔に充填した吸着剤に原料空気中の水分や二酸化炭素、炭化水素類、窒素酸化物のような不純物成分を吸着させて除去するようにしている。このとき、吸着塔に充填する吸着剤の量は、これらの不純物成分を空気液化分離装置の運転に支障が無い程度まで吸着除去できる量に設定される。ところが、これらの不純物成分の中で、二酸化炭素や炭化水素類の量は、原料空気の圧力や温度に影響されないが、水分は、吸着塔に導入される前段の工程において、原料空気中で飽和状態となるため、原料空気の圧力や温度、特に温度に大きく影響される。
【０００３】
したがって、吸着塔の前段に設置したアフタークーラーの冷却能力が一時的に低下し、アフタークーラーを通過して吸着塔に流入する原料空気の温度が上昇すると、原料空気中の水分量が増加し、吸着塔内に充填した吸着剤で水分を十分に除去できなくなるおそれがある。さらに、原料空気中の水分量が増加すると、吸着剤の水分吸着熱が増加して吸着塔内の温度が上昇するため、吸着剤の吸着量が減少し、とりわけ二酸化炭素の吸着に悪影響を及ぼすことになる。
【０００４】
このため、吸着塔の適当な位置に水分及び二酸化炭素を検出する機器をそれぞれ設置し、検出値に応じて吸着塔の吸着工程と再生工程とを切り換える制御装置を設け、吸着剤層から不純物成分が破過して水分や二酸化炭素が吸着塔から深冷部へ流出する前に工程を切り換えることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開昭６３−１３０１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、吸着塔における水分量や二酸化炭素量を検出するためには、水分として−６０℃以下の露点、二酸化炭素濃度として１ｐｐｍ以下を確実に検出することができる精密で高価な検出器を用意しなければならないだけでなく、このような検出器は、設置場所の温度変化の影響を受けやすく、吸着工程と再生工程とで百数十℃以上の温度差が発生するとともに大きな圧力変化も発生する吸着塔に、温度変化や圧力変化の影響を受けないように検出器を設置しなければならないという問題があり、実装置への適用は極めて困難であった。また、吸着工程の時間を通常運転時よりも短縮すると、複数の吸着塔の切換で構成している場合、他の吸着塔の再生工程の時間が短くなるので、短縮した再生工程の時間内で吸着剤の再生を確実に行う必要があり、単に切換時間を短縮すればよいというものではない。
【０００６】
そこで本発明は、吸着塔に流入する原料空気の状態が変化しても、空気液化分離装置に供給する原料空気中の水分及び二酸化炭素をはじめとする不純物成分を確実に吸着除去することができる原料空気の精製方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の空気液化分離装置における原料空気の精製方法は、吸着剤を充填した複数の吸着塔を温度変動吸着法により吸着工程と再生工程とに順次切り換え使用しながら原料空気中の水分及び二酸化炭素を除去して空気液化分離装置に導入する原料空気を精製する方法において、吸着工程にある吸着塔に流入する原料空気の温度を測定し、測定した原料空気温度に応じて前記再生工程の時間を変更することを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の空気液化分離装置における原料空気の精製方法は、前記再生工程の時間の変更に伴い、該再生工程における再生ガス加熱温度及び加熱再生ガス量の少なくともいずれか一つを調節することを特徴としている。
【０００９】
ここで、前記再生工程の時間の変更を、空気液化分離装置の排ガスを用いた加熱再生ガスのガス量の調整によって行う場合は、排ガスラインの圧力が低下又は上昇する前に、該排ガスラインの圧力を維持するための背圧弁に予め信号を送ることを特徴としている。
【００１０】
また、前記吸着塔には、原料空気入口側に水分を吸着する第１吸着剤が、該水分吸着剤の下流側に二酸化炭素を吸着する第２吸着剤がそれぞれ充填されていることを特徴とし、特に、前記第１吸着剤が活性アルミナ又はシリカゲルであり、前記第２吸着剤がＮａ−Ｘ型ゼオライトであり、加えて、前記第２吸着剤が原料空気中の水分を除く二酸化炭素及びその他の微量不純物成分を吸着除去することを特徴としている。
【００１１】
さらに、前記吸着工程にある吸着塔に流入する原料空気の温度が、想定した原料空気温度より高いときには、該流入する原料空気の温度及び圧力から求めた水分の流入量と、前記吸着工程にある吸着塔に充填した前記第１吸着剤の充填量に応じて前記再生工程の時間を短縮することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原料空気温度が上昇して原料空気中の水分量が増加したときでも、吸着剤から二酸化炭素やその他の微量不純物成分が破過することを防止でき、二酸化炭素等が深冷部に侵入することを確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、熱交換器や精留塔を備えた深冷部の前段に原料空気精製用の吸着設備を設置した空気液化分離装置の一例を示す系統図である。この吸着設備は、内部に第１吸着剤１１及び第２吸着剤１２をそれぞれ充填した一対の吸着塔１３ａ，１３ｂを、温度変動吸着法により吸着工程と再生工程とに順次切り換え使用しながら原料空気中の水分や二酸化炭素、炭化水素類、窒素酸化物のような不純物成分を吸着除去するように形成されている。
【００１４】
例えば、一方の吸着塔１３ａが吸着工程、他方の吸着塔１３ｂが再生工程にある場合、原料空気圧縮機１４で所定圧力に圧縮された原料空気は、アフタークーラー１５で水冷又は空冷により所定温度に冷却され、ドレン分離器１６で凝縮水が分離される。冷却後の原料空気温度は、冷却後の温度における飽和水分を含んだ状態で入口弁１７ａを経て吸着塔１３ａに流入する。
【００１５】
前記アフタークーラー１５の冷却能力は、吸着設備に流入する原料空気の温度を、季節変化に関係なく略一定に保つことができるように設定されており、通常は、気温が高く冷却の困難な夏季を基準とし、圧縮後の原料空気を４０℃程度に冷却できるように設定されることが多い。
【００１６】
また、４０℃の原料空気を、冷凍機等を用いて、さらに冷却する場合もある。冷凍機を用いる場合、水分が固化し、配管内に固着することを防ぐため、５℃程度が最低冷却可能温度である。
【００１７】
吸着塔１３ａに流入した原料空気は、まず、第１吸着剤１１に接触して主として水分が吸着除去され、次いで第２吸着剤１２に接触することにより、既に除去されている水分を除く二酸化炭素や炭化水素、窒素酸化物等の不純物成分が吸着除去される。吸着塔１３ａで精製された原料空気は、出口弁１８ａから精製空気経路１９を通って深冷部（コールドボックス）２０に供給される。このとき、精製原料空気中の水分含有量及び二酸化炭素含有量は、一般的に水分含有量が１ｐｐｍ以下、二酸化炭素含有量が０．１ｐｐｍ以下となっている。なお、吸着塔１３ａに付随する再生入口弁２１ａ、再生出口弁２２ａ及び充圧弁２３ａは閉じた状態となっている。
【００１８】
一方、再生工程は、減圧工程、加熱再生工程、冷却工程及び充圧工程の４工程に細分化されており、吸着工程から再生工程に切り換わった吸着塔１３ｂでは、入口弁１７ｂ、出口弁１８ｂを閉じて原料空気を遮断した後、再生出口弁２２ｂを開いて塔内の空気を外部に放出する減圧工程に入る。これにより、吸着塔１３ｂ内の空気が再生出口弁２２ｂを通ってサイレンサー２４から外部に放出される。この減圧工程により、吸着塔１３ｂ内は大気圧付近まで減圧される。
【００１９】
吸着塔１３ｂ内が所定圧力まで減圧された後、減圧工程から加熱再生工程に切り換わり、加熱器２５が作動を開始するとともに加熱再生弁２６及び再生入口弁２１ｂが開く。このとき、冷却弁２７が閉じた状態となっているので、深冷部２０から導出された排ガスは、所定量が再生ガス経路２８に分岐して再生ガスとなり、さらに、加熱器２５で所定温度、例えば２００℃程度に加熱されて加熱再生ガスとなり、加熱再生弁２６及び再生入口弁２１ｂを通って吸着塔１３ｂ内に流入する。吸着塔１３ｂ内に流入した高温の加熱再生ガスは、前記第１吸着剤１１及び第２吸着剤１２を加熱することにより、吸着工程で吸着した水分や二酸化炭素を各吸着剤から脱着させ、これらの脱着成分を伴って再生出口弁２２ｂから流出する。また、余分な排ガスは、排ガスライン３０から背圧弁３１、サイレンサー３２を通って外部に放出される。
【００２０】
加熱再生工程によって水分や二酸化炭素を各吸着剤から十分に脱着させた後、加熱器２５を停止して加熱再生弁２６を閉じるとともに冷却弁２７を開くことにより冷却工程に切り換わる。冷却工程では、再生ガス経路２８の再生ガスが冷却弁２７から再生入口弁２１ｂを通って吸着塔１３ｂ内に流入し、再生出口弁２２ｂから流出することにより、加熱された状態の各吸着剤が吸着工程の操作温度まで冷却される。
【００２１】
冷却工程終了後は、冷却弁２７、再生入口弁２１ｂ及び再生出口弁２２ｂが閉じられ、充圧弁２３ｂが開いて充圧工程に切り換わり、前記精製空気経路１９を流れる精製原料空気の一部が分岐し、充圧弁２３ｂから吸着塔１３ｂ内に流入して吸着塔１３ｂ内が精製原料空気によって精製操作圧力に加圧される。このとき、深冷部２０へ導入される精製原料空気の流量が変わらないように、加圧に必要な流量だけ、原料空気圧縮機１４の吐出空気量を増加させる。
【００２２】
吸着塔１３ｂの充圧工程が終了すると、吸着塔１３ａ，１３ｂの工程が切り換えられ、吸着塔１３ａが再生工程に入るとともに吸着塔１３ｂが吸着工程に入る。すなわち、吸着塔１３ａでは、入口弁１７ａ及び出口弁１８ａが閉じて再生出口弁２２ａが開くことにより、再生工程第１段階の減圧工程となり、吸着塔１３ｂでは充圧弁２３ｂが閉じて入口弁１７ｂ及び出口弁１８ｂが開いて吸着工程となる。
【００２３】
このようにして一対の吸着塔１３ａ，１３ｂを温度変動吸着法により吸着工程と再生工程とに交互に切り換えて原料空気を精製する操作における各工程の時間は、例えば吸着工程の基準時間を吸着工程開始から１２０分としたとき、一方の再生工程においては、減圧工程は３分、加熱再生工程は４３分、冷却工程は６２分、充圧工程は１２分程度にそれぞれ設定すればよい。なお、加熱再生工程は、加熱再生工程中の吸着塔から流出する再生ガスの温度が所定温度に上昇した時点で終了するようにしてもよく、冷却工程は、冷却工程中の吸着塔から流出する再生ガスの温度が所定温度に低下した時点で終了するようにしてもよい。
【００２４】
各吸着塔に充填する前記第１吸着剤１１は、少なくとも水分を確実に吸着除去できるものならば任意のものを使用可能であり、シリカゲル、活性アルミナ、Ｋ−Ａ型ゼオライトをはじめとする各種ゼオライトを使用可能である。これらの中で、各種ゼオライトは、シリカゲル及び活性アルミナに比べて原料空気中の水分を高度に除去することが可能であるという長所を持つ一方で、脱着が困難であるという短所を有している。したがって、各種ゼオライトを第１吸着剤１１に使用した場合は、前記加熱再生工程において、シリカゲル及び活性アルミナを使用した場合より高い再生温度、長い加熱再生時間が必要となり、消費エネルギーの面から不利益となるため、第１吸着剤１１には、シリカゲル又は活性アルミナを使用することが好ましい。
【００２５】
また、前記第２吸着剤１２は、第１吸着剤１１で水分を除去された原料空気中に残る二酸化炭素や炭化水素類等の不純物成分を確実に吸着除去できるものならば任意のものを使用可能であり、例えば、Ｎａ−Ａ型、Ｃａ−Ａ型、Ｎａ−Ｘ型等の各種ゼオライトが使用可能である。この中では、二酸化炭素の吸着に及ぼす窒素吸着の影響が小さなＮａ−Ｘ型ゼオライトが最適である。このとき、前記ゼオライトは、バインダレスゼオライトを用いることもできる。
【００２６】
このように、第２吸着剤１２にゼオライトを使用した場合、第１吸着剤１１から水分が破過して原料空気中の水分が第２吸着剤１２に吸着されることになると、再生工程で第２吸着剤１２のゼオライトに吸着した水分を脱着させることが必要となるが、前述のように、ゼオライトに吸着した水分の脱着はシリカゲルや活性アルミナに比べて困難であるため、シリカゲルや活性アルミナを対象とした再生条件でゼオライトの水分を完全に脱着させることは不可能である。したがって、第２吸着剤１２のゼオライトが水分を吸着する状態が続くと、ゼオライトに吸着した水分が蓄積し、次第に二酸化炭素等の吸着が困難となってくる。
【００２７】
通常、第１吸着剤１１及び第２吸着剤１２の使用量（充填量）は、吸着塔に流入する原料空気の圧力及び温度を一定とした条件に基づいて決定され、ある程度の余裕を持って吸着塔内に充填されるが、吸着剤使用量の増加は設備コストにも大きく影響するので、吸着剤の余裕量は必要最小限とされる。
【００２８】
なお、炭化水素等のその他の不純物成分の除去は、成分毎に吸着性能が異なること、空気液化分離装置毎に、その他の不純物成分の除去の必要性が異なることから、本来、水分及び二酸化炭素の除去とは区別して考えるべきである。
【００２９】
しかし、第２吸着剤１２にゼオライトを使用した場合、その他の微量不純物成分であるＣ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ６は完全に除去されるが、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６はほとんど除去されず、また、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ８、Ｎ２Ｏは概ね除去されるが、一部は第２吸着剤１２から破過して深冷部２０に入る。
【００３０】
ここで、原料空気圧力の変動は、深冷部２０の分離操作で得られる製品ガス中の不純物濃度や流量に大きく影響するため、原料空気圧縮機１４で一定圧力を維持するように調整されている。一方、原料空気温度は、前記アフタークーラー１５に供給する冷却水や冷却空気の温度及び流量を調節して一定温度となるように運転されてはいるが、気温が予想以上に上昇した場合等には、一時的にアフタークーラー１５の冷却能力が不足し、原料空気温度が、想定した温度、すなわち、設計条件として設定した通常時の温度を超えることがある。
【００３１】
アフタークーラー１５の後段に冷凍機等がある場合でも、環境温度によって、冷凍機に入る原料空気温度が予想以上に上昇した場合、冷却能力が不足し、設計条件での設定温度を上回ることがある。
【００３２】
原料空気温度が上昇した場合、吸着塔に流入する二酸化炭素等の水分以外の不純物成分の濃度はほとんど変化しないが、水分は、原料空気温度によって飽和水分量が変化するため、吸着塔に導入される前段の工程において、原料空気温度が上昇すると、吸着塔に持ち込まれる水分量が増加することになる。何らかの原因で原料空気温度が上昇し、あらかじめ想定された量以上の水分が吸着塔内に流入すると、第１吸着剤１１で吸着可能な量以上の水分は、第２吸着剤１２に流入する。このとき、第２吸着剤１２として好適なゼオライトのような吸着剤は、二酸化炭素に比べて水分を吸着しやすいので、第２吸着剤１２側に水分が流入すると、第２吸着剤１２では、既に吸着していた二酸化炭素を脱着して後から流入した水分を吸着する状態になる。したがって、水分の流入によって二酸化炭素の吸着位置が下流側に順送りされる状態となり、最終的には第２吸着剤１２において二酸化炭素が破過してしまうおそれがある。
【００３３】
すなわち、第１吸着剤１１における水分の破過が、第２吸着剤１２における二酸化炭素の破過を引き起こすことになる。最悪の状態では、再生工程で水分を十分に脱着することができず、第２吸着剤１２に水分が吸着したままの状態となり、所定量の二酸化炭素等を吸着できなくなるおそれもある。
【００３４】
したがって、吸着塔に流入する原料空気の温度を測定し、その温度から予測される水分量に応じて吸着工程時間を変更することにより、水分を第１吸着剤１１で完全に吸着することが必要である。例えば、吸着塔に流入する原料空気の温度が何らかの原因で、想定した温度、すなわち、設計条件として設定した温度を超えて上昇したときには、吸着工程時間を通常運転時よりも短くし、原料空気に伴われて吸着塔内に流入する水分量を、第１吸着剤１１が吸着可能な水分量以下に抑えることができる。これにより、第１吸着剤１１から水分が破過することを防止でき、水分が第２吸着剤１２に流入することを防止することができる。
【００３５】
ここで、吸着工程時間の変更に伴い、他方の吸着塔の再生工程時間も変更されることになる。吸着工程時間の変更に伴う再生工程時間の変更は、再生工程における前記減圧工程、加熱再生工程、冷却工程及び充圧工程の４工程のいずれかの工程継続時間を短縮することによって行うことになる。しかし、これら４工程のいずれにおいても、工程継続時間の変更が可能なわけではない。例えば、加熱再生工程は、再生ガス加熱温度は保ったまま、加熱再生ガス量を再生ガス経路２８に設けた流量調節弁２９を用いて適当に調節することにより、工程継続時間を変更することができる。再生工程時間を変更する際には、この加熱再生工程時間の変更で対応することが最も容易である。
【００３６】
また、加熱再生ガスに空気液化分離装置の排ガスを用いる場合、加熱再生ガス量を調節すると深冷部２０の圧力が変動するおそれがある。深冷部２０の圧力の変動は、製品である窒素や酸素の製品純度や量の低下につながる。通常、このような圧力変動を防止するため、例えば、排ガスライン３０に背圧弁３１を用いて圧力を安定させることが行われる。しかし、再生工程の時間変更に伴って加熱再生ガス量が大幅に変更された場合、背圧弁３１の自動圧力調整機能のみでは、圧力が安定しない場合がある。そこで、再生工程の時間を変更する際に、排ガスライン３０の圧力が低下又は上昇する前に、背圧弁３１にシーケンサー３３から信号を送り、背圧弁３１の開度を予め調節することで深冷部２０の圧力が変動しないようにすることができる。
【００３７】
なお、減圧工程は設定時間が元々短いので、この減圧工程継続時間を調節して再生工程時間を変更することは困難であるが、これに比べて工程継続時間が長い冷却工程は、再生ガスの流量を増加することによって調節可能である。また、充圧工程も、吸着塔を昇圧するための精製原料空気量を増減させることによって調節可能であるが、深冷部２０に流入する原料空気量が変動して分離操作に影響を与えるおそれがある。
【実施例１】
【００３８】
吸着塔に流入する原料空気温度に対する第１吸着剤１１における水分の吸着前線の到達位置、及び、原料空気温度に対する第２吸着剤１２における二酸化炭素の吸着前線の到達位置の関係をそれぞれ調べた。原料空気の圧力はゲージ圧で０．６２ＭＰａとし、温度を４０〜４６℃の範囲で変化させて測定した。実装置での条件と同様に、原料空気中の水分濃度は各温度における飽和水分量とし、二酸化炭素濃度は温度に関係なく４００ｐｐｍとした。
【００３９】
第１吸着剤１１として使用する水分吸着剤には、プロカタリーゼ社製の活性アルミナを使用し、これを内径０．５ｍの吸着塔の原料空気入口側に０．５ｍの高さまで充填した。また、第２吸着剤１２として使用する二酸化炭素吸着剤にはグレース社製のＮａ−Ｘ型ゼオライトを使用し、第1吸着剤の下流側に０．５ｍの高さまで充填した。吸着塔には複数の分析弁を設けて塔内のガスをサンプリングし、各位置における水分及び二酸化炭素の濃度を測定した。第１吸着剤における水分の破過濃度は０．１ｐｐｍ（露点約−７６℃）とし、第２吸着剤における二酸化炭素の破過濃度は１ｐｐｍとした。
【００４０】
最初に、２００℃の乾燥空気を塔内に流して各吸着剤をあらかじめ十分に再生した後、室温に冷却してから各温度の原料空気を吸着塔に流入させた。原料空気の流入開始から１２０分後に、各吸着剤の吸着前線位置（各吸着剤上流端からの距離）を測定した。原料空気温度と、吸着前線位置との関係を図２に示す。
【００４１】
図２に示したように、原料空気温度を上昇させると、二酸化炭素の吸着前線位置の上昇に比べ、水分の吸着前線位置の上昇の方が著しいことがわかった。本例では、原料空気中の水分除去に際して、０．４１ｍの活性アルミナ層を用意すれば、原料空気温度が４４℃まで上昇しても、水分は破過しないことを示している。同様に、０．３６ｍのゼオライト層を設けることにより、原料空気温度が４４℃になっても二酸化炭素が破過しないことがわかる。
【実施例２】
【００４２】
実施例１の条件において、原料空気温度を更に上昇させ、第１吸着剤が破過しない条件として、高さ０．４１ｍの位置における水分の吸着前線の到達時間を測定した。測定結果を図３に示す。原料空気温度が４４℃のときは、水分の吸着前線が０．４１ｍに到達するまで１２０分かかったが、４５℃では１１２分、４６℃では１０３分、４７℃では９７分となり、原料空気の温度上昇に伴い、吸着前線の速度が上昇していることがわかる。すなわち、０．４１ｍの第１吸着剤を水分が破過しないためには、これらの時間内に吸着工程が終了すればよい。
【００４３】
また、原料空気温度と第２吸着剤における二酸化炭素の吸着前線速度との関係を調べた。原料空気温度４４℃において、原料空気の流入開始から１２０分後の第２吸着剤における二酸化炭素の吸着前線位置を測定した。同様に、原料空気温度４６℃の場合には１０３分後に、４７℃の場合には９７分後に、第２吸着剤における二酸化炭素の吸着前線位置を測定した。測定結果を図４に示す。
【００４４】
原料空気温度が上昇しても、二酸化炭素の吸着前線は後退してきており、水分の増加によって生じる吸着熱の影響を受けても、水分の吸着前線が前進する速度より、二酸化炭素の吸着前線が前進する速度の方が遅いことがわかった。
【００４５】
この結果から、原料空気温度の上昇によって吸着工程時間を短くする際には、水分の吸着前線を基準として吸着塔を吸着工程と再生工程とに切り換えるようにすれば、二酸化炭素は破過しないことがわかった。
【実施例３】
【００４６】
図１に示した構成の吸着設備において、第１吸着剤１１にはプロカタリーゼ社製の活性アルミナを使用し、各吸着塔内に１３０ｋｇずつ０．４５ｍの高さでそれぞれ充填した。また、第２吸着剤１２にはグレース社製のＮａ−Ｘ型ゼオライトを使用し、各吸着塔内において、第１吸着剤１１の下流側に９０ｋｇずつ０．４ｍの高さでそれぞれ充填した。なお、各吸着剤の使用量は、原料空気温度４０℃を基準とし、原料空気温度が４４℃に上昇しても各吸着剤が破過しない余裕分を見込んで決定した。
【００４７】
原料空気の圧力は、絶対圧力で７６０ｋＰａとし、流量は１３００Ｎｍ３／ｈとした。吸着塔の工程切換時間は、原料空気温度が４０℃のときを基準として、吸着工程１２０分、減圧工程３分、加熱再生工程４３分、冷却工程６２分、充圧工程１２分とし、加熱再生工程における再生ガスの加熱温度は２００℃、再生ガス率は３０％を基準とした。
【００４８】
表１に示すように、アフタークーラー１５に供給する冷却水量を調節して原料空気の温度を４０〜４６℃に変化させるとともに、該原料空気温度に応じて吸着工程時間と再生工程時間とを変更した（表１では吸着時間で示す。）。再生工程時間の短縮は、吸着剤に与える熱量が略同一となるように、加熱再生工程の加熱再生ガス量を増量することにより行った。
【００４９】
前記加熱再生ガス量を変えることで排ガスラインの圧力が変化しないように、排ガスラインの圧力を維持するための背圧弁に信号を送り、深冷部の圧力が変化しないようにした。
【００５０】
各原料空気温度において、吸着塔から流出する精製原料空気中の二酸化炭素濃度を測定したが、いずれの場合も二酸化炭素は検出されず（１ｐｐｍ以下）、吸着塔内の吸着剤が破過していないことを確認した。一方、原料空気温度に応じて吸着工程と再生工程との切換時間を１２０分のまま変更しなかった場合は、原料空気温度が４５℃及び４６℃のときに、吸着塔から流出する精製原料空気中に二酸化炭素が検出された。
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、原料空気を深冷分離して窒素や酸素を製造する空気液化分離装置に供給する原料空気中の水分及び二酸化炭素をはじめとする不純物成分を吸着除去するための前処理用吸着設備として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】空気液化分離装置の一例を示す系統図である。
【図２】原料空気温度と、原料空気流入開始から１２０分後における各吸着剤の吸着前線位置と原料空気温度との関係を示す図である。
【図３】原料空気温度と、水分の吸着前線位置が原料空気温度４４℃のときと同一位置を通過する時間との関係を示す図である。
【図４】原料空気温度と吸着工程時間と二酸化炭素の吸着前線位置との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１…第１吸着剤、１２…第２吸着剤、１３ａ，１３ｂ…吸着塔、１４…原料空気圧縮機、１５…アフタークーラー、１６…ドレン分離器、１７ａ，１７ｂ…入口弁、１８ａ，１８ｂ…出口弁、１９…精製空気経路、２０…深冷部（コールドボックス）、２１ａ，２１ｂ…再生入口弁、２２ａ，２２ｂ…再生出口弁、２３ａ，２３ｂ…充圧弁、２４…サイレンサー、２５…加熱器、２６…加熱再生弁、２７…冷却弁、２８…再生ガス経路、２９…流量調整弁、３０…排ガスライン、３１…背圧弁、３２…サイレンサー、３３…シーケンサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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