(57)【要約】【課題】吸着塔を脱着する際の吸着側ガスを導入して吸着側ガスの純度を高めて回収するようにしたガス分離システムを提供する。【解決手段】原料ガス４を導入して吸着塔９、１０により吸着側ガス１１と非吸着側ガス１２とに分離する一次分離装置１を備え、この一次分離装置１に、一次分離装置１の吸着塔９、１０を脱着する際に排気される吸着側ガス１１を導入する二次分離装置２を直列に接続する。【選択図】図１
2019013883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを導入して吸着塔により吸着側ガスと非吸着側ガスとに分離する一次分離装置を備え、該一次分離装置に、前記一次分離装置の前記吸着塔を脱着する際に排気される吸着側ガスを導入する二次分離装置を直列に接続したガス分離システム。
【請求項２】
前記一次分離装置は圧力変動式分離装置であり、前記二次分離装置は真空吸引式分離装置、圧力変動式分離装置、膜式分離装置、深冷分留装置のいずれか１つである請求項１に記載のガス分離システム。
【請求項３】
コンプレッサからの空気を第１段の吸着塔に導入して酸素主体の吸着側ガスと窒素主体の非吸着側ガスとに分離する一次分離装置としての圧力変動式分離装置を備え、該圧力変動式分離装置に、前記圧力変動式分離装置の吸着塔を脱着する際に排気される吸着側ガスを第２段の吸着塔に導入する二次分離装置としての真空吸引式分離装置を直列に接続したガス分離システム。
【請求項４】
前記一次分離装置は、前記二次分離装置よりも高圧でガスを分離する請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス分離システム。
【請求項５】
前記一次分離装置と前記二次分離装置を接続する接続ラインにバッファタンクを設けている請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス分離システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気分離装置には、圧力変動式分離装置（ＰＳＡ方式）、真空吸引式分離装置（ＶＳＡ方式）、分離膜モジュール内を空気が通過する際の透過速度の差を利用して窒素ガスを分離する膜式分離装置、深冷分留装置（液化分留方式）等が知られている。
【０００３】
上記深冷分留装置は、圧縮機、冷凍機、熱交換器、吸着器、精留塔等の機器が必要であり、装置が大型になると共に高価となる。このため、深冷分留装置は一般に高純度のガスを大量に必要とする大型設備等に利用されている。又、膜式分離装置は、小型化が容易である反面、分離膜モジュールが高価でありメンテナンスも大変なことから汎用設備に利用するには問題がある。
【０００４】
一方、圧力変動式分離装置は回転機類がコンプレッサのみでありコンプレッサの電力は必要であるが、構成がシンプルであり、高圧の製品酸素ガス等が得られる利点がある。又、真空吸引式分離装置は、空気ブロワ、真空ポンプ及び製品酸素ガスを昇圧するためのブロワが必要であるため、圧力変動式分離装置に比して設備費は高くなるが、吸着塔の内部を真空吸引することで吸着剤の能力を最大限に引き出すことができる。従って、吸着剤の必要量を削減することができ、圧力変動式分離装置に比して電力原単位を改善することができる。
【０００５】
このように、圧力変動式分離装置及び真空吸引式分離装置は、汎用設備への利用価値が高い装置であるが、吸着剤で吸着した吸着側ガスを脱着した際の排気は大気に放出しており、無駄に捨てられていた。
【０００６】
吸着塔を用いて空気を分離する技術を開示した先行技術文献としては、コンプレッサからの圧縮空気を、一方の吸着塔に供給して高濃度酸素を製造する（吸着工程）と共に、酸素を吸着した他方の吸着塔を脱着させて脱着ガスをサイレンサに排出し（再生工程）、これを交互に繰り返すことで酸素を製造する酸素濃縮器がある(特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−０３９６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１においても、吸着塔を脱着する際の吸着側ガスをサイレンサによって大気に放出しているため、吸着側ガスが有効に利用されておらず、無駄に捨てられていた。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなしたもので、吸着塔を脱着する際の吸着側ガスを導入して吸着側ガスの純度を高めて回収するようにしたガス分離システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、原料ガスを導入して吸着塔により吸着側ガスと非吸着側ガスとに分離する一次分離装置を備え、該一次分離装置に、前記一次分離装置の前記吸着塔を脱着する際に排気される吸着側ガスを導入して該吸着側ガスの純度を高める二次分離装置を直列に接続したガス分離システム、に係るものである。
【００１１】
上記ガス分離システムにおいて、一次分離装置は圧力変動式分離装置であり、前記二次分離装置は真空吸引式分離装置、圧力変動式分離装置、膜式分離装置、深冷分留装置のいずれか１つであってよい。
【００１２】
本発明は、コンプレッサからの空気を第１段の吸着塔に導入して酸素主体の吸着側ガスと窒素主体の非吸着側ガスとに分離する一次分離装置としての圧力変動式分離装置を備え、該圧力変動式分離装置に、前記圧力変動式分離装置の吸着塔を脱着する際に排気される吸着側ガスを第２段の吸着塔に導入する二次分離装置としての真空吸引式分離装置を直列に接続したガス分離システム、に係るものである。
【００１３】
上記ガス分離システムにおいて、前記一次分離装置は、前記二次分離装置よりも高圧でガスを分離することが好ましい。
【００１４】
上記ガス分離システムにおいて、前記一次分離装置と前記二次分離装置を接続する接続ラインにバッファタンクを設けることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガス分離システムによれば、吸着塔に吸着された吸着側ガスを脱着する際の排気を導入して吸着側ガスの純度を高める二次分離装置を備えたので、吸着側ガスの純度を高めて回収できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の形態に係るガス分離システムの第１の実施例の概略を示す全体構成図である。
【図２】本発明の形態に係るガス分離システムの第２の実施例の概略を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１８】
図１は本発明の形態に係るガス分離システムの第１の実施例を示すものであり図１中、１は一次分離装置、２は二次分離装置である。
【００１９】
図１の一次分離装置１は、圧力変動式分離装置３（ＰＳＡ方式）の場合を示している。この圧力変動式分離装置３は、原料ガス４がコンプレッサ５により加圧され、加圧された原料ガス４は供給ライン６により三方弁７、８(切換弁)を介して一方の吸着塔９と他方の吸着塔１０に交互に供給するようになっている。吸着塔９、１０には圧力の調整によって吸着すべきガス成分を選択的に吸着できるゼオライト等の吸着剤が充填されており、吸着塔９、１０によって吸着剤に吸着される吸着側ガス１１と、吸着されない非吸着側ガス１２とに分離される。
【００２０】
前記吸着塔９、１０で吸着されない非吸着側ガス１２は吸着側ガス１１が吸着されることによって純度は高められ、三方弁１３、１４を備えた取出しライン１５により吸着塔９、１０から交互に取り出される。そして、取出しライン１５により取り出された非吸着側ガス１２はバッファタンク１６に貯留されるようになっている。
【００２１】
又、前記吸着塔９、１０に備えた三方弁７、８には排気ライン１７が接続されており、原料ガス４の供給が行われない側の吸着塔９、１０で脱着を行った際の吸着側ガス１１の排気は、前記排気ライン１７を介して吸着塔９、１０から交互に取り出されるようになっている。前記圧力変動式分離装置３では、１つの吸着塔９、１０について、吸着工程と、脱着工程による再生工程のサイクルが繰り返されるようになっている。
【００２２】
前記二次分離装置２は、前記排気ライン１７から取り出される吸着側ガス１１を導入して吸着側ガス１１の純度を高めるためのものであり、二次分離装置２は、接続ライン１８によって一次分離装置１に直列に接続される。又、図１の実施例では、接続ライン１８にバッファタンク３４を設けている。
【００２３】
二次分離装置２には、一次分離装置１から排気される吸着側ガス１１を導入して吸着側ガス１１の純度を高めるための任意の装置を設けることができ、例えば、前記圧力変動式分離装置３の他に、真空吸引式分離装置、膜式分離装置、深冷分留装置等を設けることができる。このとき、真空吸引式分離装置は高い圧力を必要としないことから、コンプレッサ５を備えて昇圧を行う圧力変動式分離装置３による一次分離装置１の下流に、前記真空吸引式分離装置による二次分離装置２を設けると、真空吸引式分離装置は圧力変動式分離装置３の圧力を利用して吸着側ガス１１を容易に取り入れることができるので好ましい。即ち、一次分離装置１が二次分離装置２よりも高圧でガスを分離するようにした場合には、二次分離装置２は一次分離装置１の圧力を利用してガスを分離できるため装置が簡略になる利点がある。
【００２４】
二次分離装置２において純度を高めた高純度吸着側ガス１１'はバッファタンク１９に貯留されるようになっている。二次分離装置２で高純度吸着側ガス１１'を製造する際に分離される他のガス成分は廃棄ガスとして排出される。
【００２５】
図１に示す第１の実施例に示す原料ガス４には空気を用いることができるが、燃焼装置からの排ガス、或いは化学プラント等からの混合ガスを用いて分離する場合にも適用することができる。
【００２６】
図１に示す第１の実施例では、圧力変動式分離装置３からなる一次分離装置１に備えた吸着塔９、１０を脱着する際に排出される吸着側ガス１１を、接続ライン１８を介して二次分離装置２に導入して吸着側ガス１１の純度を高めるようにしたので、従来利用されずに排出されていた一次分離装置１の吸着側ガス１１から純度を高めた高純度吸着側ガス１１'を回収できる利点がある。
【００２７】
又、二次分離装置２は、一次分離装置１の吸着塔９、１０に吸着されて脱着される吸着側ガス１１を処理できる能力を備えていればよいため、二次分離装置２の設計が容易になるという利点がある。
【００２８】
図１に示すように、接続ライン１８にバッファタンク３４を設けた場合には、一次分離装置１からの吸着側ガス１１をバッファタンク３４で貯留できるため、二次分離装置２は常時駆動しておく必要がなく、必要な時にのみ駆動することができる。
【００２９】
図２は、本発明の形態に係るガス分離システムの第２の実施例を示すものであり、製品窒素ガス[Ｎ２]を製造するための一次分離装置１である圧力変動式分離装置３の下流に、製品酸素ガス[Ｏ２]を製造するための二次分離装置２である真空吸引式分離装置２０を接続ライン１８によって直列に接続した場合を示している。又、図２の実施例においても、接続ライン１８にバッファタンク３４を設けている。
【００３０】
図２の圧力変動式分離装置３は、コンプレッサ５からの空気２１を三方弁７、８を備えた供給ライン６により第１段の吸着塔９、１０に交互に導入するように構成されている。そして、第１段の吸着塔９、１０では酸素主体の吸着側ガス１１ａが吸着され、このため吸着されない窒素主体の非吸着側ガス１２ａは三方弁１３、１４を備えた取出しライン１５により吸着塔９、１０から交互に取り出され、製品窒素ガス[Ｎ２]としてバッファタンク１６に貯留される以外は、図１の圧力変動式分離装置３と同様である。
【００３１】
又、前記吸着塔９、１０に備えた三方弁７、８には排気ライン１７が接続されていて、第１段の吸着塔９、１０で脱着を行った際の酸素主体の吸着側ガス１１ａは排気ライン１７により取り出されるようになっている。
【００３２】
前記真空吸引式分離装置２０は、ブロワ２２を備えて前記圧力変動式分離装置３における第１段の吸着塔９、１０で脱着によって排出される酸素主体の吸着側ガス１１ａを、接続ライン１８を介して、三方弁２３、２４(切換弁)を備えた供給ライン２２ａのより第２段の一方の吸着塔２５と他方の吸着塔２６に交互に供給するようになっている。第２段の吸着塔２５、２６には酸素[Ｏ２]以外のガスを選択的に吸着するゼオライト等の吸着剤が充填されており、これにより、吸着塔２５、２６は吸着剤に吸着される酸素[Ｏ２]以外の不純ガス３２と、吸着されない酸素[Ｏ２]とに分離されるようになっている。
【００３３】
従って、第２段の吸着塔２５、２６で吸着されない酸素[Ｏ２]は不純ガス３２が吸着によって分離されることで純度が高められる。そして、純度が高められた酸素[Ｏ２]は、三方弁２７、２８を備えた取出しライン２９により吸着塔２５、２６から製品酸素ガス[Ｏ２]として交互に取り出され、バッファタンク３０に貯留される。
【００３４】
又、第２段の吸着塔２５、２６に備えた三方弁２３、２４には排気ライン３１が接続されており、圧力変動式分離装置３からの酸素主体の吸着側ガス１１ａの供給が行われない側の吸着塔２５、２６で脱着を行った際の不純ガス３２は、真空ポンプ３３により吸引されて外部に排出されるようになっている。ここで、前記真空ポンプ３３から排気される不純ガス３２にはアルゴン等が高い濃度で含まれているため、このアルゴンを取り出して利用する場合には、真空ポンプ３３から取り出される不純ガス３２を更に分離する分離装置を設けて、純度を高めたアルゴンを取り出すようにしてもよい。
【００３５】
図２に示した第２の実施例では、空気２１を導入して製品窒素ガス[Ｎ２]を取り出す圧力変動式分離装置３において、第１段の吸着塔９、１０を脱着する際に排出される酸素主体の吸着側ガス１１ａを、接続ライン１８により真空吸引式分離装置２０に導入して第２段の吸着塔２５、２６で酸素主体の吸着側ガス１１ａの純度を高めるようにした。このため、従来利用されずに排出されていた圧力変動式分離装置３において脱着した際の酸素主体の吸着側ガス１１ａから純度を高めた製品酸素ガス[Ｏ２]を回収できる利点がある。
【００３６】
ここで、図２の装置を用いて本発明者らが実施した試験によれば、圧力変動式分離装置３によって得られた製品窒素ガス[Ｎ２]の純度は９９．９％であり、このとき、圧力変動式分離装置３の脱着によって排出される吸着側ガスの酸素濃度は約２９％であった。そして、真空吸引式分離装置２０によって得られた製品酸素ガス[Ｏ２]の純度は約９２％であった。従って、一般の酸素製造装置で得られる製品酸素ガス[Ｏ２]の純度は通常約９０％程度であることから、本発明によれば高い純度の製品酸素ガス[Ｏ２]が得られることが判明した。
【００３７】
又、真空吸引式分離装置２０は、圧力変動式分離装置３の吸着塔９、１０で脱着した酸素主体の吸着側ガス１１ａを処理できる能力を備えていればよいため、真空吸引式分離装置２０の設計は容易になる利点がある。
【００３８】
更に、圧力変動式分離装置３の下流に真空吸引式分離装置２０を接続したので、真空吸引式分離装置２０は高い圧力を必要としないことから、コンプレッサ５を備えて昇圧を行う圧力変動式分離装置３の圧力を利用して真空吸引式分離装置２０において酸素主体の吸着側ガス１１ａの取り入れを容易に行うことができる。
【００３９】
又、図２に示すように、接続ライン１８にバッファタンク３４を設けた場合には、圧力変動式分離装置３からの酸素主体の吸着側ガス１１ａをバッファタンク３４で貯留できるため、真空吸引式分離装置２０は常時駆動とする必要がなく、必要な時にのみ駆動することができる。
【００４０】
尚、本発明のガス分離システムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１        一次分離装置
２        二次分離装置
３        圧力変動式分離装置
４        原料ガス
９        吸着塔(第１段の吸着塔)
１０      吸着塔(第１段の吸着塔)
１１      吸着側ガス
１１ａ    酸素主体の吸着側ガス
１２      非吸着側ガス
１２ａ    窒素主体の非吸着側ガス
１８      接続ライン
２０      真空吸引式分離装置
２１      空気
２５      第２段の吸着塔
２６      第２段の吸着塔
３４      バッファタンク
【図１】
2019013883.tif 000003
【図２】
2019013883.tif 000004