(57)【要約】【課題】  高温での圧力スイング吸着法による酸素分離において排出される熱回収効率に優れた酸素分離方法及び酸素分離装置を提供する。【解決手段】  圧力変動による吸着剤に対する酸素の吸着脱離を利用して酸素含有ガスから酸素を分離する酸素分離装置であり、吸着剤が各々装填される第１及び第２吸着塔と、酸素含有ガスを第１及び第２吸着塔の一方に交互に供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤へ吸着させるガス供給システムと、第１及び第２吸着塔のうちの酸素含有ガスが供給されない方における圧力を交互に低下させて相対的低圧下で吸着剤から酸素を脱離させる圧力低下手段と、第１及び第２吸着塔に供給される酸素含有ガスを所定温度に加熱する加熱手段とを有し、更に、第１及び第２吸着塔の各々から交互に放出される脱酸素ガス及び濃縮酸素から熱を回収して、第１及び第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する熱回収システムを有する。【選択図】    図１
2015150522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力変動による吸着剤に対する酸素の吸着脱離を利用して酸素含有ガスから酸素を分離するための酸素分離装置であって、
酸素を吸着可能な吸着剤が各々装填される第１吸着塔及び第２吸着塔と、
酸素含有ガスを前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔の一方に交互に供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤へ吸着させ、それにより、酸素含有量が低下した脱酸素ガスが前記第１吸着塔及び第２吸着塔から交互に放出されるガス供給システムと、
前記第１吸着塔及び第２吸着塔のうちの酸素含有ガスが供給されない方における圧力を交互に低下させて相対的低圧下で吸着剤から酸素を脱離させ、それにより、前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔から濃縮酸素が交互に放出される圧力低下手段と、
前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔に供給される酸素含有ガスを所定温度に加熱するための加熱手段と、
前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔の各々から交互に放出される脱酸素ガス及び濃縮酸素から熱を回収して、前記第１吸着塔及び第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する熱回収システムと
を有する酸素分離装置。
【請求項２】
前記熱回収システムは、
前記第１吸着塔から放出される脱酸素ガス及び前記第２吸着塔から放出される濃縮酸素から各々回収される熱を、前記第１吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第１熱回収部と、
前記第２吸着塔から放出される脱酸素ガス及び前記第１吸着塔から放出される濃縮酸素から各々回収される熱を、前記第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第２熱回収部と
を有する請求項１に記載の酸素分離装置。
【請求項３】
前記第１熱回収部は、
前記第１吸着塔へ供給される酸素含有ガスと前記第１吸着塔から放出される脱酸素ガスとを熱交換する第１熱交換器と、
前記第１吸着塔へ供給される酸素含有ガスと前記第２吸着塔から放出される濃縮酸素とを熱交換する第２熱交換器とを有し、
前記第２熱回収部は、
前記第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスと前記第２吸着塔から放出される脱酸素ガスとを熱交換する第３熱交換器と、
前記第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスと前記第１吸着塔から放出される濃縮酸素とを熱交換する第４熱交換器とを有し、
前記ガス供給システムは、
前記第１吸着塔の上流側に前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を並列に接続し、前記第１吸着塔へ供給される前の酸素含有ガスを前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に分配して通過させる第１供給路と、
前記第２吸着塔の上流側に前記第３熱交換器及び前記第４熱交換器を並列に接続し、前記第２吸着塔へ供給される前の酸素含有ガスを前記第３熱交換器及び前記第４熱交換器に分配して通過させる第２供給路とを有する請求項２に記載の酸素分離装置。
【請求項４】
前記第１吸着塔及び第２吸着塔から交互に放出される濃縮酸素を回収するための酸素回収システムを有し、前記酸素回収システムは、
前記第２吸着塔から放出される濃縮酸素を前記第２熱交換器を通して回収するための第１回収路と、前記第１吸着塔から放出される濃縮酸素を前記第４熱交換器を通して回収するための第２回収路とを有する請求項３に記載の酸素分離装置。
【請求項５】
前記ガス供給システムは、前記第１熱交換器、第２熱交換器、第３熱交換器及び第４熱交換器の各々への酸素含有ガスの流量を調整するための流量調整手段を有する請求項３又は４に記載の酸素分離装置。
【請求項６】
前記流量調整手段は、前記第１吸着塔へ供給される酸素含有ガスのうち前記第２熱交換器に供給される酸素含有ガスの比率、及び、第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスのうち前記第４熱交換器へ供給される酸素含有ガスの比率が、酸素含有ガスに含まれる酸素の質量比に対応するように流量を調整する請求項５に記載の酸素分離装置。
【請求項７】
前記ガス供給システムは、
酸素含有ガスを送出するための送気手段と、
前記送気手段と前記第１供給路及び第２供給路の一方とを切り換え可能に接続して他方を遮断する供給切り換え手段と
を有する請求項４に記載の酸素分離装置。
【請求項８】
前記圧力低下手段は、
前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔の圧力を相対的低圧に低下可能な減圧ポンプと、
前記減圧ポンプと前記第１回収路及び前記第２回収路の一方とを切り換え可能に接続して他方を遮断する回収切り換え手段と
を有し、前記回収切り換え手段は、前記供給切り換え手段が前記第１供給路と前記送気手段とを接続する時に前記減圧ポンプと前記第１回収路とを接続し、前記供給切り換え手段が前記第２供給路と前記送気手段とを接続する時に前記減圧ポンプと前記第２回収路とを接続するように前記供給切り換え手段と連動する請求項７に記載の酸素分離装置。
【請求項９】
前記第１吸着塔及び第２吸着塔において、前記ガス供給システムによって酸素含有ガスが供給された時の相対的高圧は１１０ｋＰａ以上であり、前記圧力低下手段によって圧力が低下した時の相対的低圧が６０ｋＰａ以下になるように調節する圧力調節装置を有する請求項１〜８の何れかに記載の酸素分離装置。
【請求項１０】
前記第１吸着塔及び第２吸着塔と前記熱回収システムとを１組の吸着システムとして、複数組の前記吸着システムを有する請求項１〜９の何れかに記載の酸素分離装置。
【請求項１１】
第１吸着塔に装填される酸素を吸着可能な吸着剤に、加熱された酸素含有ガスを供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤へ吸着させる第１吸着工程と、
第２吸着塔に装填される酸素を吸着可能な吸着剤に、加熱された酸素含有ガスを供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤へ吸着させる第２吸着工程と、
前記第１吸着工程と並行して、第２吸着塔における圧力を低下させて相対的低圧下で吸着剤から酸素を脱離させる第１脱離工程と、
前記第２吸着工程と並行して、第１吸着塔における圧力を低下させて相対的低圧下で吸着剤から酸素を脱離させる第２脱離工程と、
前記第１吸着工程において第１吸着塔から放出される脱酸素ガスから熱を回収して、第１吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第１熱回収工程と、
前記第１脱離工程において第２吸着塔から放出される酸素から熱を回収して、第１吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第２熱回収工程と、
前記第２吸着工程において第２吸着塔から放出される脱酸素ガスから熱を回収して、第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第３熱回収工程と、
前記第２脱離工程において第１吸着塔から放出される酸素から熱を回収して、第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第４熱回収工程と
を有する酸素分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素を選択的に吸着する酸素吸着剤を用いて、圧力スイング吸着法に従って空気等の酸素を含有するガスから酸素を分離・濃縮する酸素分離方法及び酸素分離装置に関し、特に、高温条件で酸素の吸着／脱離を行うに際して熱エネルギーを効率的に回収可能な酸素分離方法及び酸素分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の成分を含有する混合ガスの分離方法として、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法が広く知られている。圧力スイング吸着法は、特定成分に選択的吸着性を有する吸着剤を用いて、ガス中の特定成分を吸着することによってガスから分離し、その後圧力を低下させることによって吸着剤上の特定成分を脱離させて回収する分離方法であり、脱離と吸着とが繰り返し行われる。
【０００３】
このようなＰＳＡ法は、混合ガスの分離方法として様々な分野で利用することが可能である。ＰＳＡ法の分離効率は、特定成分に対する吸着剤の選択性に依存するが、吸着剤の選択性及び原料ガスの特定成分濃度等に応じて、特定成分の除去、分離、濃縮又は精製を目的としてＰＳＡ法を利用することができる。通常、特定の成分を混合ガスから分離して高濃度に濃縮したり、高純度に精製する方法として利用され、例えば、水素、酸素、炭酸ガス、一酸化炭素等の分離・精製において、ＰＳＡ法が適用されている。
【０００４】
ＰＳＡ法による酸素の分離に関して、酸素を高温で吸着させることが提案されており、高温で吸着を行うことによって酸素の回収率が向上する（例えば、下記特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０８７９４１号公報
【特許文献２】特開２００８−０１２４３９号公報
【特許文献３】特開２０１０−０１２３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高温で圧力スイング吸着法を実施する場合、処理を経たガスは高温で排出されるので、処理コストを削減するためには、排出ガスと共に排出される熱量の回収及び再利用を効率良く行って加熱に要する費用をできる限り低く抑えることが非常に重要である。
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を解決し、圧力スイング吸着法による処理を高温で実施する際に熱エネルギーを効率的に回収・再利用することが可能な、省エネルギー及び経済性に優れた酸素分離方法及び酸素分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、放出されるエネルギーを可能な限り回収するために、吸着剤から放出されるガスの全てに熱回収処理を施すことが可能な装置構造を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明の一態様によれば、酸素分離装置は、圧力変動による吸着剤に対する酸素の吸着脱離を利用して酸素含有ガスから酸素を分離するための酸素分離装置であって、酸素を吸着可能な吸着剤が各々装填される第１吸着塔及び第２吸着塔と、酸素含有ガスを前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔の一方に交互に供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤へ吸着させ、それにより、酸素含有量が低下した脱酸素ガスが前記第１吸着塔及び第２吸着塔から交互に放出されるガス供給システムと、前記第１吸着塔及び第２吸着塔のうちの酸素含有ガスが供給されない方における圧力を交互に低下させて相対的低圧下で吸着剤から酸素を脱離させ、それにより、前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔から濃縮酸素が交互に放出される圧力低下手段と、前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔に供給される酸素含有ガスを所定温度に加熱するための加熱手段と、前記第１吸着塔及び前記第２吸着塔の各々から交互に放出される脱酸素ガス及び濃縮酸素から熱を回収して、前記第１吸着塔及び第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する熱回収システムとを有することを要旨とする。
【００１０】
又、本発明の一態様によれば、酸素分離方法は、第１吸着塔に装填される酸素を吸着可能な吸着剤に、加熱された酸素含有ガスを供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤へ吸着させる第１吸着工程と、第２吸着塔に装填される酸素を吸着可能な吸着剤に、加熱された酸素含有ガスを供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤へ吸着させる第２吸着工程と、前記第１吸着工程と並行して、第２吸着塔における圧力を低下させて相対的低圧下で吸着剤から酸素を脱離させる第１脱離工程と、前記第２吸着工程と並行して、第１吸着塔における圧力を低下させて相対的低圧下で吸着剤から酸素を脱離させる第２脱離工程と、前記第１吸着工程において第１吸着塔から放出される脱酸素ガスから熱を回収して、第１吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第１熱回収工程と、前記第１脱離工程において第２吸着塔から放出される酸素から熱を回収して、第１吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第２熱回収工程と、前記第２吸着工程において第２吸着塔から放出される脱酸素ガスから熱を回収して、第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第３熱回収工程と、前記第２脱離工程において第１吸着塔から放出される酸素から熱を回収して、第２吸着塔へ供給される酸素含有ガスに供給する第４熱回収工程とを有することを要旨とする。
【００１１】
上記酸素分離方法において、前記第１吸着工程及び前記第２吸着工程は交互に繰り返し行い、前記第１脱離工程及び前記第２脱離工程は交互に繰り返し行い、前記第１脱離工程は、前記第１吸着工程と並行して行い、前記第２脱離工程は、前記第２吸着工程と並行して行うように構成することができる。
【００１２】
又、前記第１熱回収工程と前記第２熱回収工程とは並行して行い、前記第３熱回収工程と前記第４熱回収工程とは並行して行うことができる。
【００１３】
前記第１熱回収工程、前記第２熱回収工程、前記第３熱回収工程及び前記第４熱回収工程において、熱の回収及び供給を熱交換によって行うことができる。
【００１４】
前記第１熱回収工程及び前記第２熱回収工程は、前記第１吸着工程と並行して行い、前記第３熱回収工程及び前記第４熱回収工程は、前記第２吸着工程と並行して行うとよい。
【００１５】
更に、酸素含有ガスの供給を前記第１熱回収工程及び前記第２熱回収工程に分配する第１分配工程と、酸素含有ガスの供給を前記第３熱回収工程及び前記第４熱回収工程に分配する第２分配工程とを有し、酸素含有ガスは、前記第１熱回収工程及び前記第２熱回収工程を経て前記第１吸着工程へ供給され、前記第３熱回収工程及び前記第４熱回収工程を経て前記第２吸着工程へ供給されるように構成することができる。
【００１６】
更に、前記第２熱回収工程の後に酸素を回収する第１回収工程と、前記第４熱回収工程の後に酸素を回収する第２回収工程とを有するように構成することができる。
【００１７】
前記第１分配工程において酸素含有ガスを前記第１熱回収工程及び前記第２熱回収工程に分配する分配比率、及び、第２分配工程において酸素含有ガスを前記第３熱回収工程及び前記第４熱回収工程に分配する分配比率は、前記第２熱回収工程及び前記第４熱回収工程へ分配される割合が、各々、酸素含有ガスに含まれる酸素の質量比に対応するように設定される。
【００１８】
前記第１吸着工程において、前記第２吸着塔は酸素含有ガスから遮断され、前記第２吸着工程において、前記第１吸着塔は酸素含有ガスから遮断される。
【００１９】
前記第１吸着工程及び第２吸着工程において、相対的高圧は１１０ｋＰａ以上であり、前記第１脱離工程及び第２脱離工程において、相対的低圧は６０ｋＰａ以下になるように圧力が調節されるとよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、吸着剤から排出される脱酸素ガスの熱量だけでなく、吸着剤から脱離回収される濃縮酸素に含まれる熱量も回収して再利用できるので、省エネルギー及びコスト削減に有効な酸素分離方法及び酸素分離装置を提供できる。特殊な装備や高価な装置を用いずに一般的な設備を利用して簡易に実施できるので、経済的に有利であり、ＰＳＡ法による酸素分離方法の汎用性が高くなり、利用分野の拡大に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸素分離装置を示す概略構成図。
【図２】図１の酸素分離装置で実施する繰り返し操作の一工程のガス流れを示す図。
【図３】図１の酸素分離装置で実施する繰り返し操作の他の工程のガス流れを示す図。
【図４】酸素の分離回収に要する動力原単位と、酸素含有ガスを熱交換器へ分配供給する分配比率との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法は、混合ガス中の酸素の分離・除去に利用することができ、空気等の酸素を含有するガスから酸素を吸着分離して、脱酸素ガスと濃縮（又は精製）酸素とが生成される。圧力変動による酸素の吸着剤に対する吸着／脱離は、高温下においてより活性であり、吸着剤に対する吸着／脱離を高温で行うことによって酸素の回収効率が向上することから、吸着剤又はその上流側を加熱する加熱装置を設けて吸着剤又は導入されるガスを加熱する高温でのＰＳＡ法が行われている。高温でのＰＳＡ法において、稼動時の加熱に消費するエネルギー量は操業費用に与える影響が大きく、熱の回収及び再利用は操業費用を削減する上で非常に重要である。つまり、吸着剤との接触後に放出される高温のガスから熱を回収して、新たに導入されるガスの加熱に再利用する必要がある。このような熱回収は、吸着剤が装填される吸着塔に導入される酸素含有ガス（例えば、空気等）と、吸着塔から放出される酸素濃度が低下したガス（以下、脱酸素ガスと称する）との間で熱交換を行う熱交換器を使用することによって可能であり、これによって加熱装置が消費するエネルギーを削減することが可能となる。
【００２３】
しかし、上述の熱交換による回収は、酸素を吸着剤に吸着させる工程における回収のみであって、吸着した酸素を吸着剤から脱離させる工程においては、吸着剤に酸素含有ガスは供給されないので、脱離工程において吸着塔から放出されるガスの熱回収は行えない。本願発明は、この点を改良して吸着剤から放出されるガスの全てに対して熱回収を実施するために、１対の吸着塔を１組として扱うように構成された酸素分離装置を提案する。以下に、本発明の酸素分離装置について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明の酸素分離装置の一実施形態を示す概略構成図であり、相対的高圧と相対的低圧との間での圧力変動による吸着剤に対する酸素の吸着脱離を利用して酸素含有ガスＧから酸素を分離するために、酸素分離装置１は、第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂによる１対の吸着塔と、酸素含有ガスＧを第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂの一方に交互に供給するガス供給システムとを有し、酸素を吸着可能な吸着剤Ａが第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂの各々に装填される。
【００２５】
吸着剤Ａは、酸素に対して選択吸着性を有する物質であり、酸素のＰＳＡ法による分離において従来使用されているものが使用可能であり、ペロブスカイト型酸化物が挙げられるが、これに限定されるものではない。ペロブスカイト型酸化物は、立方晶、六方晶及び斜方晶ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物、ブラウンミラライト構造を有する酸化物、及び、２Ｈ−ＢａＮｉＯ３構造を有する酸化物の総称であり、例えば、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、珪酸マグネシウム、Ｌａ0.2Ｓｔ0.8ＣｏＯδ（δ＝１〜３）やＬａ0.6Ｓｔ0.4Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2Ｏ等のＳｔ−Ｃｏ系ペロブスカイト型酸化物、Ｌａ0.2Ｓｔ0.8Ｃｕ0.4Ｃｏ0.6Ｏ等のＬａ系ペロブスカイト型酸化物、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０、ＢａＦｅＯ３−δにＹ又はＩｎをドープしたペロブスカイト型酸化物などが含まれる。上述したような酸素吸着性の物質から１種又はそれ以上を適宜選択して吸着剤Ａとして使用することができる。第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂの各々に装填される吸着剤は異なる種類であっても良いが、操作条件や切換制御の観点から、同一の吸着剤を用いて分離性能及び操作性において同条件になるようにすることが望ましい。
【００２６】
図１の実施形態は、酸素を吸着するための相対的高圧を常圧〜微加圧状態（つまり常圧以上）とし、酸素を脱離するための相対的低圧を減圧状態（常圧未満）として構成されており、ガス供給システムは、酸素含有ガスＧを送出するための送気手段としてブロア３を有する。ブロア３から送出される酸素含有ガスＧは、第１供給路４ａ及び第２供給路４ｂに分岐する供給路を通じて第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂの各々へ供給可能であり、酸素の吸着剤Ａへの吸着によって、酸素含有量が低下した脱酸素ガスＧ’が第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂから放出される。
【００２７】
一方、吸着剤Ａから酸素を脱離するために相対的低圧へ圧力を低下可能な圧力低下手段として減圧ポンプ５が設けられ、減圧ポンプ５によって第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂのうちの酸素含有ガスＧが供給されない方の圧力を交互に低下させることにより、第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂから濃縮酸素Ｏが交互に放出される。尚、本願において記載される濃縮酸素Ｏは、酸素含有ガスＧより酸素濃度が増加したガスを意味し、純酸素に近いものには限定されないが、原料とする酸素含有ガス分離Ｇの酸素濃度及び吸着等の分離効率等によっては、純酸素又はそれに近い品質のものを吸着塔から生成・放出することも可能である。
【００２８】
酸素の吸着／脱離を高温で行うための加熱手段として、第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂ内部の吸着剤Ａの上流側にヒーター６ａ，６ｂが各々付設される。ヒーター６ａ，６ｂは、第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂに供給される酸素含有ガスＧを所定温度に加熱し、間接的に吸着剤Ａも加熱する。ヒーター６ａ，６ｂは、吸着剤Ａに供給される酸素含有ガスＧが効率よく加熱できればよく、吸着塔外部の上流側に付設することも可能である。
【００２９】
本発明では、第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂの各々から放出される脱酸素ガスＧ’及び濃縮酸素Ｏから熱を回収して第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂへ供給される酸素含有ガスＧに供給するための熱回収システムを備え、第１熱交換器７ａ、第２熱交換器７ｂ、第３熱交換器７ｃ及び第４熱交換器７ｄを用いて構成される。具体的には、第１供給路４ａは、分岐する流路８ａ，８ｂを有し、これらにより、第１吸着塔２ａの上流側において第１熱交換器７ａ及び第２熱交換器７ｂが並列に接続され、第１吸着塔２ａへ供給される前の酸素含有ガスＧは２つに分配されて第１熱交換器７ａ及び第２熱交換器７ｂを通過する。同様に、第２供給路４ｂは、分岐する流路８ｃ、８ｄを有し、これらにより、第２吸着塔２ｂの上流側に第３熱交換器７ｃ及び第４熱交換器７ｄが並列に接続されて、第２吸着塔２ｂへ供給される前の酸素含有ガスＧは２つに分配されて第３熱交換器７ｃ及び第４熱交換器７ｄを通過する。
【００３０】
他方、吸着塔から放出される脱酸素ガスＧ’及び濃縮酸素Ｏを個別に取り扱うために、第１吸着塔２ａの出口から流路９ａ及び第２回収路１０ｂが分岐して設けられ、第２吸着塔２ｂの出口から流路９ｂ及び第１回収路１０ａが分岐して設けられ、第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂは酸素回収システムとして機能する。流路９ａは、第１吸着塔２ａから放出される脱酸素ガスＧ’を第１熱交換器７ａに供給する流路であり、第１熱交換器７ａにおいて、第１吸着塔２ａへ供給される流路８ａの酸素含有ガスＧとの間で熱交換が可能である。流路９ｂは、同様に、第２吸着塔２ｂから放出される脱酸素ガスＧ’を第３熱交換器７ｃに供給する流路であり、第３熱交換器７ｃにおいて、第２吸着塔２ｂへ供給される酸素含有ガスＧとの間で熱交換が可能である。第１回収路１０ａは、第２吸着塔２ｂから放出される濃縮酸素Ｏを第２熱交換器７ｂに供給する流路であり、第２熱交換器７ｂにおいて、第１吸着塔２ａへ供給される酸素含有ガスＧとの間で熱交換が可能である。 第２回収路１０ｂは、第１吸着塔２ａから放出される濃縮酸素Ｏを第４熱交換器７ｄに供給する流路であり、第４熱交換器７ｄにおいて、第２吸着塔２ｂへ供給される酸素含有ガスＧとの間で熱交換が可能である。第１吸着塔２ａにおいて酸素吸着が進行する間に、第２吸着塔２ｂでは酸素の脱離を行うことによって、第２吸着塔２ｂから放出される濃縮酸素Ｏは第１回収路１０ａを通じて第２熱交換器７ｂに供給される。これにより、第１吸着塔２ａへ供給される酸素含有ガスＧとの間で熱交換される。同様に、第２吸着塔２ｂにおいて酸素吸着が進行する間に、第１吸着塔２ａで酸素の脱離を行うことによって、第１吸着塔２ａから放出される濃縮酸素Ｏは第２回収路１０ｂを通じて第４熱交換器７ｄに供給される。これにより、第２吸着塔２ｂへ供給される酸素含有ガスＧとの間で熱交換される。従って、第１吸着塔２ａで酸素吸着を行う間に、第１熱交換器７ａにおいて酸素含有ガスＧが脱酸素ガスＧ’によって加熱され、第２熱交換器７ｂにおいて濃縮酸素Ｏの熱が回収されて酸素含有ガスＧの加熱に利用される。第２吸着塔２ｂで酸素吸着を行う間には、第３熱交換器７ｃにおいて酸素含有ガスＧが脱酸素ガスＧ’によって加熱され、第４熱交換器７ｄにおいて濃縮酸素Ｏの熱が回収されて酸素含有ガスＧの加熱に利用される。
【００３１】
従って、上述の熱回収システムにおいて、第１熱交換器７ａ及び第２熱交換器７ｂは、第１吸着塔２ａから放出される脱酸素ガスＧ’及び第２吸着塔２ｂから放出される濃縮酸素Ｏの各々から熱回収して、第１吸着塔２ａへ供給される酸素含有ガスＧに供給する第１熱回収部として機能し、第３熱交換器７ｃ及び第４熱交換器７ｄは、第２吸着塔２ｂから放出される脱酸素ガスＧ’及び第１吸着塔２ａから放出される濃縮酸素Ｏの各々から熱回収して、第２吸着塔２ｂへ供給される酸素含有ガスＧに供給する第２熱回収部として機能する。
【００３２】
第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂにおいて、上述のように酸素の吸着と脱離とを交互に繰り返し行うために、ブロア３と第１供給路４ａ及び第２供給路４ｂとの接続切り換えによって酸素含有ガスＧの第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂへの供給を切り換える供給切り換え手段を有する。具体的には、第１供給路４ａにおいては、ブロア３と第１熱交換器７ａ及び第２熱交換器７ｂとの間に各々調整弁１１ａ，１１ｂが設けられ、第２供給路４ｂにおいては、ブロア３と第３熱交換器７ｃ及び第４熱交換器７ｄとの間に各々調整弁１１ｃ，１１ｄが設けられ、調整弁１１ａ〜１１ｄは、調整弁１１ａ，１１ｂを開放する時に調整弁１１ｃ、１１ｄを閉止し、調整弁１１ａ，１１ｂを閉止する時に調整弁１１ｃ、１１ｄを開放するように交互に開閉する。これにより、第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂへ交互に酸素含有ガスＧが供給されるように切り換えられ、一方に供給される時に他方への供給は遮断される。尚、これらの調整弁１１ａ〜１１ｄと第１〜第４熱交換器７ａ〜７ｄとの間には流量計１２ａ〜１２ｄが設置され、流量計１２ａ〜１２ｄによる検出流量に基づいて調整弁１１ａ〜１１ｄの開度を制御することによって第１〜第４熱交換器７ａ〜７ｄへ供給される酸素含有ガスＧの流量を各々調節可能な流量調整手段として機能するように構成されている。
【００３３】
更に、第１及び第２吸着塔２ａ，２ｂから放出される脱酸素ガスＧ’を流通させるための流路９ａ，９ｂ上に開閉弁１３ａ，１３ｃが設けられ、濃縮酸素Ｏを回収するための第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂ上に開閉弁１３ｂ，１３ｄが設けられる。調整弁１１ａ，１１ｂ及び開閉弁１３ａ，１３ｂを開放して、調整弁１１ｃ，１１ｄ及び開閉弁１３ｃ，１３ｄを閉止することによって、酸素含有ガスＧは第１吸着塔２ａへ供給されて、第１吸着塔２ａから放出される脱酸素ガスＧ’は流路９ａから第１熱交換器７ａへ供給され、第２吸着塔２ｂから放出される濃縮酸素Ｏは第１回収路１０ａから第２熱交換器７ｂへ供給される。更に、調整弁１１ｃ，１１ｄ及び開閉弁１３ｃ，１３ｄを開放して、調整弁１１ａ，１１ｂ及び開閉弁１３ａ，１３ｂを閉止するように切り換えることによって、酸素含有ガスＧは第２吸着塔２ｂへ供給されて、第２吸着塔２ｂから放出される脱酸素ガスＧ’は流路９ｂから第３熱交換器７ｃへ供給され、第１吸着塔２ａから放出される濃縮酸素Ｏは第２回収路１０ｂから第４熱交換器７ｄへ供給される。
【００３４】
吸着塔において相対的低圧下で酸素の脱離を行うには、酸素含有ガスＧの供給を遮断して、減圧ポンプ５によって圧力を低下させる。減圧ポンプ５と第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂとの接続切り換えによって第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂの一方の圧力を交互に低下させることにより、濃縮酸素Ｏの放出・回収を切り換えることができる。具体的には、第１回収路１０ａにおいて減圧ポンプ５と第２熱交換器７ｂとの間に設けられる開閉弁１３ｂ、及び、第２回収路１０ｂにおいて減圧ポンプ５と第４熱交換器７ｄとの間に設けられる開閉弁１３ｄを交互に開放することによって、濃縮酸素Ｏが回収される吸着塔が切り替わる。上述のように開閉弁１３ｂ，１３ｄを調整弁１１ａ〜１１ｄと連動して作動させて第１供給路４ａ（流路８ａ，８ｂ）とブロア３とを接続する時に、減圧ポンプ５と第１回収路１０ａとを接続して第２回収路１０ｂを遮断する。同様に、第２供給路４ｂ（流路８ｃ，８ｄ）とブロア３とを接続する時に、減圧ポンプ５と第２回収路１０ｂとを接続させる。
【００３５】
従って、第１吸着塔２ａにおいて酸素の吸着が行われる間に第２吸着塔２ｂが減圧されて濃縮酸素Ｏが放出され、濃縮酸素Ｏは、第１回収路１０ａを通じて第２熱交換器７ｂに供給されて、熱交換によって回収される熱によって第１吸着塔２ａへ供給される酸素含有ガスＧが加熱される。接続を切り換えると、第２吸着塔２ｂにおいて酸素の吸着が行われる間に第１吸着塔２ａから濃縮酸素Ｏが放出され、濃縮酸素Ｏは、第２回収路１０ｂを通じて第４熱交換器７ｄに供給され、その回収熱によって第２吸着塔２ｂへ供給される酸素含有ガスＧが加熱される。この接続切り換えを交互に繰り返すことにより、第１吸着塔２ａ及び第２吸着塔２ｂが交互に減圧されて濃縮酸素Ｏが放出され、回収切換手段として作用する。脱酸素ガスＧ’は、第１熱交換器７ａ及び第３熱交換器７ｃを介して排出される。必要に応じて、第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂから回収される濃縮酸素Ｏを冷却する冷却器１４を減圧ポンプの上流側に設けることができ、濃縮酸素Ｏの冷却によってガスの体積を縮小することにより減圧ポンプ５への負荷が低下し、動力削減に有効である。
【００３６】
図示は省略するが、上述の調整弁１１ａ〜１１ｄ及び開閉弁１３ｂ，１３ｄとして、電磁弁等の電気的に作動制御が可能なものを使用して、それらの作動をＣＰＵ等の演算処理装置を用いて電気的に自動制御することにより、上述のガス供給及び酸素回収の切り換えが正確且つ簡便になる。
【００３７】
酸素含有ガスＧとして空気を利用する場合、空気中の窒素と酸素の比率は、７７：２３程度（質量比）であるので、吸着塔による酸素の分離効率を１００％と仮定した時、吸着塔から放出される脱酸素ガスＧ’と濃縮酸素Ｏとの容積比は、酸素含有比率に対応するモル比となるので、熱交換器における交換効率を良くするためには、第１及び第３熱交換器７ａ，７ｃ及び第２及び第４熱交換器７ｂ，７ｄに供給される酸素含有ガスＧの分配比率を、脱酸素ガスＧ’と濃縮酸素Ｏとの比率及び比熱に対応して設定することが有効である。本発明の酸素分離装置１では、調整弁１１ａ〜１１ｄを利用して酸素含有ガスＧの流量調整を行うことによって、このような分配供給を実施することができる。第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂにおける第２及び第４熱交換器７ｂ，７ｄの少なくとも一方の上流側に流量計を設けて、その検出流量に基づいて調整弁１１ａ〜１１ｄによる分配比率を設定するように構成すると、熱回収効率を高める上で好ましい。その場合、演算処理装置を用いて第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂの検出流量から自動的に分配比率を設定し、それに基づいて調整弁１１ａ〜１１ｄを制御するように構成することができる。分配比率の決定については、理論的には、脱酸素ガスＧ’及び濃縮酸素Ｏの各々における流量（容積又はモル量）と比熱（窒素ガス、酸素ガス）との積値の比として設定されるが、実用的には、酸素含有ガスＧに含まれる酸素の質量比として近似的に設定してもよい。
【００３８】
図１の実施形態において、開閉弁１３ｂ，１３ｄを圧力調整弁に変更すると、相対的低圧とする圧力値を任意に調整・変更できる。
【００３９】
上述の実施形態は、酸素を吸着するための相対的高圧を常圧〜微加圧状態とし、酸素を脱離するための相対的低圧を減圧状態として構成されるが、相対的高圧を加圧状態に設定する場合は、ブロア３の代わりに加圧ポンプ等を用い、相対的低圧を常圧又はその近辺に設定する場合には、減圧ポンプを省略することができ、開閉弁１３ｂ，１３ｄを開くことによって減圧される。又、上述の構成において、流路９ａ，９ｂ、及び、第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂ上の開閉弁１３ａ〜１３ｄを、第１及び第２吸着塔２ａ，２ｂの下流側の分岐点Ｐａ，Ｐｂに近接させるように、分岐点と熱交換器との間に配置を変更すると、第１及び第２吸着塔２ａ，２ｂと開閉弁１３ｂ，１３ｄとの間の流路における酸素分離性能の低下を抑制可能な点で有効である。
【００４０】
上述の第１及び第２吸着塔２ａ，２ｂと第１〜第４熱交換器７ａ〜７ｄとを１組の吸着システムとして、複数組の吸着システムを有するように酸素分離装置を構成しても良い。
空気中の酸素を分離する場合、予め、窒素に対して選択吸着性を発揮する吸着剤、例えば、結晶性含水アルミノ珪酸アルカリ土類金属塩（ゼオライト）などを用いた吸着処理によって空気中の酸素濃度を高める前処理を施して使用すると、上述の酸素分離装置による分離・濃縮を進行させ易く、高濃度又は精製酸素を製造する上で有利である。
【００４１】
図１の酸素分離装置において実施される酸素分離方法の操作の一例について説明する。前述から理解されるように、図１の装置において行われる酸素分離プロセスでは、酸素含有ガスＧの供給及び圧力低下が交互に繰り返され、その間のガスの流れは、図２に示す流れ状態と図３に示す流れ状態とが繰り返される。尚、図２及び図３においては、装置中におけるガスの流れを実線で示し、流れが遮断された部分を破線で示す。
【００４２】
先ず、第１及び第２吸着塔２ａ，２ｂのヒーター６ａ，６ｂを所定温度に加熱し、調整弁１１ａ，１１ｂ及び開閉弁１３ａ，１３ｂを開放して、調整弁１１ｃ，１１ｄ及び開閉弁１３ｃ，１３ｄを閉止する。この状態で、ブロア３を駆動して酸素含有ガスＧを送気し、減圧ポンプ５を駆動すると、図２のように、酸素含有ガスＧの流れは、２つの流れｆ１，ｆ２に分岐して第１熱交換器７ａ及び第２熱交換器７ｂを通った後に合流して第１吸着塔２ａへ供給される。第１吸着塔２ａにおいて酸素が吸着剤Ａに吸着され、放出される脱酸素ガスＧ’の流れｆ３は、第１熱交換器７ａへ供給されて、流れｆ１の酸素含有ガスＧと熱交換し、冷却された脱酸素ガスＧ７の流れｆ４は系外に排出される。この時、第２吸着塔２ｂにおいては、開始状態では吸着酸素は存在しないが、操作の繰り返し後では減圧ポンプ５による圧力低下によって吸着剤Ａから吸着酸素が脱離し、第２吸着塔２ｂから放出される濃縮酸素Ｏの流れｆ５が、第２熱交換器７ｂにおいて流れｆ２の酸素含有ガスＧと熱交換し、冷却された濃縮酸素Ｏの流れｆ６が回収される。従って、図２の流れ状態においては、第１吸着塔２ａに装填される酸素を吸着可能な吸着剤Ａに、加熱された酸素含有ガスＧを供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤Ａへ吸着させる第１吸着工程と、第１吸着工程と並行して第２吸着塔２ｂにおける圧力を低下させて相対的低圧下で吸着剤Ａから酸素を脱離させる第１脱離工程と、第１吸着工程において第１吸着塔２ａから放出される脱酸素ガスＧ’から熱を回収して、第１吸着塔２ａへ供給される酸素含有ガスＧに供給する第１熱回収工程と、第１脱離工程において第２吸着塔２ｂから放出される酸素から熱を回収して、第１吸着塔２ａへ供給される酸素含有ガスＧに供給する第２熱回収工程とが実行される。操作の繰り返しによって、第２熱交換器７ｂにおける熱回収が実効を奏し、回収効率が向上する。
【００４３】
次に、調整弁１１ｃ，１１ｄ及び開閉弁１３ｃ，１３ｄを開放して、調整弁１１ａ，１１ｂ及び開閉弁１３ａ，１３ｂを閉止するように切り換えると、図３のように、第１吸着塔２ａへの酸素含有ガスＧの供給は遮断され、酸素含有ガスＧの流れは、２つの流れｆ７，ｆ８に分岐して第３熱交換器７ｃ及び第４熱交換器７ｄを通った後に合流して第２吸着塔２ｂへ供給される。第２吸着塔２ｂにおいて酸素が吸着剤Ａに吸着され、放出される脱酸素ガスＧ’の流れｆ９は、第３熱交換器７ｃへ供給されて、流れｆ７の酸素含有ガスＧと熱交換し、冷却された脱酸素ガスＧ７の流れｆ１０は系外に排出される。この時、第１吸着塔２ａにおいては、減圧ポンプ５による圧力低下によって吸着剤Ａから吸着酸素が脱離し、第１吸着塔２ａから放出される濃縮酸素Ｏの流れｆ１１が、第４熱交換器７ｄにおいて流れｆ８の酸素含有ガスＧと熱交換し、冷却された濃縮酸素Ｏの流れｆ１２が回収される。従って、図３の流れ状態においては、第２吸着塔２ｂに装填される酸素を吸着可能な吸着剤Ａに、加熱された酸素含有ガスＧを供給して相対的高圧下で酸素を吸着剤Ａへ吸着させる第２吸着工程と、第２吸着工程と並行して第１吸着塔２ａにおける圧力を低下させて相対的低圧下で吸着剤Ａから酸素を脱離させる第２脱離工程と、第２吸着工程において第２吸着塔２ｂから放出される脱酸素ガスＧ’から熱を回収して、第２吸着塔２ｂへ供給される酸素含有ガスＧに供給する第３熱回収工程と、第２脱離工程において第１吸着塔２ａから放出される酸素から熱を回収して、第２吸着塔２ｂへ供給される酸素含有ガスＧに供給する第４熱回収工程とが実行される。
【００４４】
従って、調整弁１１ａ〜１１ｄ及び開閉弁１３ａ〜１３ｄの切換によって、上述のように、第１吸着工程と第２吸着工程との交互の繰り返し、第１脱離工程と第２脱離工程との交互の繰り返しが行われる。第１吸着工程と第１脱離工程とが並行し、第２吸着工程と第２脱離工程とが並行して、これらの繰り返しにより酸素の分離・濃縮が進行する。この間の熱回収として、第１吸着工程に並行する第１熱回収工程及び第２熱回収工程と、第２吸着工程に並行する第３熱回収工程及び第４熱回収工程とが、交互に繰り返される。
【００４５】
上述の繰り返しの周期は、吸着剤における酸素の吸着・脱離が充分に行われるように、酸素含有ガスＧの酸素含有量及び吸着塔への供給流量、吸着塔における吸着剤の酸素吸着容量、及び、吸着剤に対する酸素の吸着・脱離反応の速度（必要時間）を考慮して適正に設定される。
【００４６】
更に、上述の繰り返しにおいて、第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂの残留ガスによる回収濃縮酸素Ｏの濃度低下を抑制するための洗浄工程を、吸着工程から脱離工程に移行する際に設けても良く、特に、吸着塔から高度に精製された酸素を回収する場合、洗浄工程は重要である。洗浄工程は、例えば、脱離工程が開始される吸着塔の回収路において吸着塔と開閉弁との間の残留ガスが酸素ガスで置換されるように、洗浄用の酸素ガスを脱離工程の初期に短時間導入する工程として実施可能である。洗浄効率の点から、洗浄用酸素ガスを回収路の最上流又は吸着塔出口付近に導入すると好ましい。洗浄によって排出される残留ガスは、第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂを各々途中で分岐させて濃縮酸素Ｏとは別途回収することができ、例えば、開閉弁１３ｂ，１３ｄを切替弁に変更し、切替弁において第１及び第２回収路１０ａ，１０ｂを分岐させて流れ方向を切り換えるように構成することができる。排出される残留ガスは、酸素含有ガスＧと共に再度分離処理に供すればよい。
【００４７】
吸着剤Ａに対する酸素の脱着における反応速度は、温度が高くなると上昇し、ＰＳＡ法における酸素の脱着効率が増加するので、酸素の回収効率を高めるために高温で処理が行われ、従来のＰＳＡ法では４５０〜１２００℃程度の温度が適用される。本発明では、ヒーター６ａ，６ｂによる加熱は、吸着剤の吸着特性に応じて適宜設定され、概して、２００〜７００℃程度で酸素の脱着が行われるように加熱するとよい。６００℃を超える温度範囲では、装置に高温耐熱材料を用いる必要があるので、コスト削減の観点から、加熱温度を２００〜６００℃程度に設定すると好ましい。
【００４８】
図１のように送気手段としてブロア３を用いた場合、第１及び第２吸着工程における第１及び第２吸着塔２ａ，２ｂ内の圧力は、常圧〜微加圧程度となるので、これを相対的高圧として、第１及び第２脱離工程における第１及び第２吸着塔２ａ，２ｂ内の圧力が相対的低圧となるように、減圧ポンプを用いて常圧より低く調節される。この構成は、濃縮酸素Ｏを回収し易い点において優れている。相対的高圧が加圧となるようにブロア３を加圧ポンプに変更した場合、相対的低圧は常圧でも減圧でも良い。吸着剤に対する酸素の吸着性及び脱離性の観点から、第１及び第２吸着工程における相対的高圧は、１１０ｋＰａ以上、好ましくは１２０〜２００ｋＰａに調整し、第１及び第２脱離工程における相対的低圧は６０ｋＰａ以下、好ましくは１０〜４０ｋＰａ程度に調整するとよく、圧力変動によって酸素の脱着が有効に進行するために相対的高圧と相対的低圧との圧力差が８０ｋＰａ程度以上となるように圧力調節装置を用いて設定するとよい。装置の耐圧構造や酸素回収に要する動力原単位等を勘案すると、相対的高圧は１２０〜１４０ｋＰａ程度、相対的低圧は２０ｋＰａ程度〜４０ｋＰａ程度であることが好ましい。
【００４９】
使用する熱交換器は、熱交換率が高いものが好ましいことは勿論であるが、実用的に、圧力や温度等の要素に関して必要とされる動力原単位とのバランスなどを考慮すると、最小熱交換温度差（高温側又は低温側におけるガスの流入温度と排出温度との差の最小値）が３０℃程度以下のものが好ましい。
【００５０】
上述の酸素分離プロセスにおいては、酸素含有ガスＧの供給に関して、第１熱回収工程及び第２熱回収工程に分配する第１分配工程と、第３熱回収工程及び第４熱回収工程に分配する第２分配工程とを有し、酸素含有ガスＧは、第１熱回収工程及び第２熱回収工程を経て第１吸着工程へ供給され、第３熱回収工程及び第４熱回収工程を経て第２吸着工程へ供給される。分配は、調整弁１１ａ〜１１ｄの開度調節によって行われる。酸素含有ガスＧの酸素含有量によって、脱酸素ガスＧ’と濃縮酸素Ｏとの容積比は変動するので、これらの容積比において最も効率的な熱交換が可能なように上記第１及び第２分配工程における分配比率を設定することが好ましい。分配比率の決定については、理論的には、吸着塔において酸素が完全に分離されると仮定した時、脱酸素ガスＧ’及び濃縮酸素Ｏの各々における流量（容積又はモル量）と比熱（窒素ガス、酸素ガス）との積値を求めて、これらの積値の比と等しくなるように酸素含有ガスＧの分配比率を設定することができるが、実際には、分離効率によって脱酸素ガスＧ’と濃縮酸素Ｏとの容積比は変化するので、これを考慮する必要が生じる。このようなことから、実用的には、酸素含有ガスＧに含まれる酸素の質量比として近似的に酸素含有ガスＧの分配比率を設定してもよく、第２熱交換工程及び第４熱交換工程に供給される酸素含有ガスＧの流量の全流量に対する割合が、酸素含有ガスＧ中の酸素質量比に等しくなるように分配比率を調整することができる。更に、吸着剤の分離効率に応じて適宜変動させるとよい。
【００５１】
熱回収における分配比率による影響は、図４から理解される。図４は、酸素の分離回収に要する動力原単位［ｋＷｈ／ｍ３N-Ｏ２］（単位酸素ガス（標準状態の酸素ガス１ｍ３）当たりの回収に要するエネルギー）と、第１吸着塔２ａ又は第２吸着塔２ｂに供給する酸素含有ガスＧのうち第２熱交換器７ｂ又は第４熱交換器７ｄへ供給する分配比率［％］との関係を調べた結果を示すグラフであり、装置の稼動条件を、第１〜第４熱交換器７ａ〜７ｄにおける最小熱交換温度差：５℃、第１及び第２吸着塔２ａ，２ｂにおける温度：７００℃、ブロア３駆動による相対的高圧：１２０ｋＰａ、減圧ポンプ５駆動による相対的低圧：１０ｋＰａとし、吸着剤の分離効率を１００％と想定して、ブロア３、減圧ポンプ５及びヒーター６ａ，６ｂにおいて消費されるエネルギーの総量から酸素分離に要する動力原単位を模擬的に計算し、分配比率を横軸に、動力原単位を縦軸にとって、分配比率を変化させた時の動力原単位の変動を示している。図４から判るように、熱回収効率を高めるには、処理対象とする酸素含有ガスＧの酸素含有量に応じて２つの熱交換器へ配分される分配比率を適正に設定することが重要である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、高温でのＰＳＡ法によって酸素濃度が低い空気等のガスから高濃度に濃縮した酸素を効率よく製造すると共に、稼動に要する熱量を効率よく回収再利用できるため、高酸素ガスの提供において経済的に有利であるので、高カロリーバーナー等の高温燃焼に使用したり、酸素を必要とする合成反応や各種処理に使用する高濃度酸素ガスの供給において有用である。火力発電所や製鉄所、ボイラーなどの燃焼設備における熱供給効率を経済的に改善できるため、エネルギー供給分野においても有用であり、汎用性が高い。
【符号の説明】
【００５３】
１  酸素分離装置
２ａ  第１吸着塔
２ｂ  第２吸着塔
３  ブロア
４ａ  第１供給路
４ｂ  第２供給路
５  減圧ポンプ
６ａ，６ｂ  ヒーター
７ａ  第１熱交換器
７ｂ  第２熱交換器
７ｃ  第３熱交換器
７ｄ  第４熱交換器
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ  流路
９ａ，９ｂ  流路
１０ａ  第１回収路
１０ｂ  第２回収路
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  調整弁
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  流量計
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  開閉弁
１４  冷却器
Ｇ  酸素含有ガス
Ｇ’  脱酸素ガス
Ｏ  濃縮酸素
【図１】
2015150522.tif 000003
【図２】
2015150522.tif 000004
【図３】
2015150522.tif 000005
【図４】
2015150522.tif 000006