(57)【要約】【課題】  複数の成分ガスを含む混合ガスから少なくとも２つの成分ガスをそれぞれ高濃度で効率的に併産するための異なる種類の高濃度ガスの併産方法および併産システムを提供する。【解決手段】  本発明の異なる種類の高濃度ガスの併産方法は、特定成分ガスを選択的に吸着する第１吸着剤を有する第１圧力スイング吸着装置１を用いて、複数の成分ガスを含む原料ガスＡ中の上記特定成分ガスを上記第１吸着剤に吸着させることにより、原料ガスＡから上記特定成分ガスが吸着除去された第１製品ガスＢを製造するとともに、別の特定成分ガスを選択的に吸着する第２吸着剤を有する第２圧力スイング吸着装置５を用いて、上記第１吸着剤から脱着された脱着ガスＤ１中の上記別の特定成分ガスを上記第２吸着剤に吸着させることにより、脱着ガスＤ１から上記別の特定成分ガスが吸着除去された第２製品ガスＣを製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定成分ガスを選択的に吸着する第１吸着剤を有する第１圧力スイング吸着装置を用いて、複数の成分ガスを含む原料ガス中の上記特定成分ガスを上記第１吸着剤に吸着させることにより、上記原料ガスから上記特定成分ガスが吸着除去された第１製品ガスを製造するとともに、別の特定成分ガスを選択的に吸着する第２吸着剤を有する第２圧力スイング吸着装置を用いて、上記第１吸着剤から脱着された脱着ガス中の上記別の特定成分ガスを上記第２吸着剤に吸着させることにより、上記脱着ガスから上記別の特定成分ガスが吸着除去された第２製品ガスを製造することを特徴とする、異なる種類の高濃度ガスの併産方法。
【請求項２】
上記第２吸着剤から脱着された脱着ガスを上記原料ガスと混合して、上記第１圧力スイング吸着装置に供給する、請求項１に記載の異なる種類の高濃度ガスの併産方法。
【請求項３】
上記第１吸着剤は、酸素ガスを選択的に吸着し、上記第２吸着剤は、窒素ガスを選択的に吸着する、請求項１または２に記載の異なる種類の高濃度ガスの併産方法。
【請求項４】
上記第１吸着剤は、カーボンモレキュラーシーブであり、上記第２吸着剤は、ゼオライトである、請求項３に記載の異なる種類の高濃度ガスの併産方法。
【請求項５】
上記第１圧力スイング吸着装置では、上記第１吸着剤に酸素ガスを吸着させるための吸着工程と、上記第１吸着剤に吸着した酸素ガスを脱着させるための脱着工程とを少なくとも含むサイクルが繰り返し行われており、上記第２圧力スイング吸着装置では、上記脱着工程における全脱着時間の３〜１０％経過時から当該全脱着時間の８０〜９０％到達時までに上記第１圧力スイング吸着装置から排出される脱着ガスが使用される、請求項３または４に記載の異なる種類の高濃度ガスの併産方法。
【請求項６】
上記第１吸着剤は、窒素ガスを選択的に吸着し、上記第２吸着剤は、酸素ガスを選択的に吸着する、請求項１または２に記載の異なる種類の高濃度ガスの併産方法。
【請求項７】
上記第１吸着剤は、ゼオライトであり、上記第２吸着剤は、カーボンモレキュラーシーブである、請求項６に記載の異なる種類の高濃度ガスの併産方法。
【請求項８】
上記第１圧力スイング吸着装置では、上記第１吸着剤に窒素ガスを吸着させるための吸着工程と、上記第１吸着剤に吸着した窒素ガスを脱着させるための脱着工程とを少なくとも含むサイクルが繰り返し行われており、上記第２圧力スイング吸着装置では、上記脱着工程における全脱着時間の４０〜６０％経過時から当該脱着工程における脱着終了時までに上記第１圧力スイング吸着装置から排出される脱着ガスが使用される、請求項６または７に記載の異なる種類の高濃度ガスの併産方法。
【請求項９】
複数の成分ガスを含む原料ガスから特定成分ガスを選択的に吸着する第１吸着剤を有する第１圧力スイング吸着装置と、上記第１吸着剤から脱着された上記特定成分ガスを含む脱着ガスから別の特定成分ガスを選択的に吸着する第２吸着剤を有する第２圧力スイング吸着装置と、上記第１圧力スイング吸着装置から上記第２圧力スイング吸着装置へ上記脱着ガスを供給するための供給手段とを備えることを特徴とする、異なる種類の高濃度ガスの併産システム。
【請求項１０】
上記第２圧力スイング吸着装置から上記第１圧力スイング吸着装置へ上記第２吸着剤から脱着された別の脱着ガスを供給するための別の供給手段をさらに備える、請求項９に記載の異なる種類の高濃度ガスの併産システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる種類の高濃度ガスの併産方法および併産システムに関する。より具体的には、本発明は、圧力スイング吸着方法を用いて、例えば空気などの混合ガスから製品ガスとして酸素ガスおよび窒素ガスをそれぞれ高濃度で併産するための高濃度ガスの併産方法および併産システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気から選択的に分離される酸素ガスや窒素ガスなどの成分ガスは、様々な分野において各種用途に利用されている。酸素ガスは、ゴミ溶融炉、灰溶融炉、硝子溶融炉、製鋼用電気炉、化学プラントでの酸化反応、あるいは、廃水処理装置の酸素曝気などに使用されている。一方、窒素ガスは、ゴミ溶融炉や化学プラントにおけるシール、熱処理炉の雰囲気ガス調整、食品の包装用シールなどに使用されており、その需要領域は非常に広い。
【０００３】
空気から製品ガスとして高濃度酸素ガスあるいは高濃度窒素ガスを製造するための方法としては、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法を利用したＰＳＡ装置や深冷分離装置などを用いる方法が挙げられる。特に、製造される製品ガスの需要量が比較的少ない場合は、当該製品ガスが需要されている現場においてＰＳＡ装置を用いてオンサイトで製造する方法が挙げられる。ＰＳＡ法は、吸着剤に対して選択的に特定のガスを吸着させることによって、当該特定のガスと吸着されないガスとを分離する技術であり、例えば酸素ガスを選択的に吸着することが可能な吸着剤（例えば、カーボンモレキュラーシーブ）を使用したＰＳＡ装置では、吸着剤に酸素ガスを優先的に吸着させることにより空気から高濃度窒素ガスを製品ガスとして連続的に回収することができ、窒素ガスを選択的に吸着することが可能な吸着剤（例えば、ゼオライト）を使用したＰＳＡ装置では、吸着剤に窒素ガスを優先的に吸着させることにより空気から高濃度酸素ガスを製品ガスとして連続的に回収することができる。
【０００４】
一方、ＰＳＡ法の特性上、脱着ガスは、ガス濃度やガス量の経時変化が大きいのに加えて、各吸着塔における運転サイクルの関係上、連続的に得ることができない場合もある。そのため、製品ガスと脱着ガスとがともに有効利用できる「併産」という形までには至らず、通常、脱着ガスは大気放出される形となっていた。
【０００５】
そこで、製品ガスとともに脱着ガスも有効利用するための技術が開発されている。具体的には、吸着剤が充填された複数の吸着塔を用いて空気から酸素ガスを吸着するＰＳＡ装置と、吸着塔内に空気を供給する供給手段と、脱着ガスを貯留するための貯留容器と、吸着塔内を大気開放することにより吸着剤を再生するための再生手段と、吸着を終えた吸着塔を貯留容器に連絡させた後、当該貯留容器との連絡を絶ち再生手段と連絡させるための切換手段と、貯留容器から脱着ガスを一定圧に調整して需要先に供給するための調整手段とを具備するＰＳＡ式ガス分離回収システムが公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたＰＳＡ式ガス分離回収システムでは、吸着を終えた吸着塔の吸着剤どうしの間に高濃度窒素ガス（製品ガスとほぼ同等の組成を有する）が滞留しており、この高濃度窒素ガスが吸着剤から脱着される酸素ガスとともに脱着ガスとして吸着塔から排出される。そのため、脱着ガスにおける酸素濃度は、原料ガスとしての空気より濃度が高まったとしても、せいぜい２５〜５０％程度である。したがって、特許文献１に開示されているＰＳＡ式ガス分離回収システムでは、例えば空気から高濃度酸素ガスと高濃度窒素ガスとを併産することは困難であった。
【特許文献１】特開２０００−６１２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、複数の成分ガスを含む混合ガスから少なくとも２つの成分ガスをそれぞれ高濃度で効率的に併産するための異なる種類の高濃度ガスの併産方法および併産システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面によると、異なる種類の高濃度ガスの併産方法が提供される。この方法は、特定成分ガスを選択的に吸着する第１吸着剤を有する第１圧力スイング吸着装置を用いて、複数の成分ガスを含む原料ガス中の上記特定成分ガスを上記第１吸着剤に吸着させることにより、上記原料ガスから上記特定成分ガスが吸着除去された第１製品ガスを製造するとともに、別の特定成分ガスを選択的に吸着する第２吸着剤を有する第２圧力スイング吸着装置を用いて、上記第１吸着剤から脱着された脱着ガス中の上記別の特定成分ガスを上記第２吸着剤に吸着させることにより、上記脱着ガスから上記別の特定成分ガスが吸着除去された第２製品ガスを製造することを特徴としている。
【０００９】
本発明の第１の側面に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法によると、別の特定成分ガスを高濃度で含む第１製品ガスと、特定成分ガスを高濃度で含む第２製品ガスとを原料ガスから「効率的に」併産することができる。ここで、「効率的に」とは、第１吸着剤から脱着される脱着ガス中に含まれる特定成分ガス濃度が原料ガス中に含まれる特定成分ガス濃度に比べて高いので、この脱着ガスを第２圧力スイング吸着装置に供給するガスの全部もしくは一部として使用することにより、当該第２圧力スイング吸着装置における単位吸着剤量あたりの特定成分ガス製造量が向上することを意味する。
【００１０】
また、第２圧力スイング吸着装置における単位吸着剤量あたりの特定成分ガス製造量が向上することにより、同じ特定成分ガス製造量を得るのに要する第２吸着剤の量は、従来のものより少ない量ですむ。したがって、第２圧力スイング吸着装置の大きさは、より小さくすることが可能となる。
【００１１】
好ましくは、上記第２吸着剤から脱着された別の脱着ガスを上記原料ガスと混合して、上記第１圧力スイング吸着装置に供給する。
【００１２】
このような方法によると、別の特定成分ガスを高濃度で含む第１製品ガスと、特定成分ガスを高濃度で含む第２製品ガスとを原料ガスから「より効率的に」併産することができる。ここで「より効率的に」とは、第２吸着剤から脱着される別の脱着ガス中に含まれる別の特定成分ガス濃度が原料ガス中に含まれる別の特定成分ガス濃度に比べて高いので、この別の脱着ガスを第１圧力スイング吸着装置に供給するガスの全部もしくは一部として使用することにより、当該第１圧力スイング吸着装置における単位吸着剤量あたりの別の特定成分ガス製造量も向上することを意味する。
【００１３】
また、第１圧力スイング吸着装置における単位吸着剤量あたりの別の特定成分ガス製造量が向上することにより、別の特定成分ガス製造量を同量得るのに要する第１吸着剤の量は、従来のものより少ない量ですむ。したがって、第１圧力スイング吸着装置の大きさは、より小さくすることが可能となる。
【００１４】
好ましい実施の形態は、上記第１吸着剤は、酸素ガスを選択的に吸着し、上記第２吸着剤は、窒素ガスを選択的に吸着する。より好ましい実施の形態は、上記第１吸着剤は、カーボンモレキュラーシーブであり、上記第２吸着剤は、ゼオライトである。
【００１５】
好ましくは、上記第１圧力スイング吸着装置では、上記第１吸着剤に酸素ガスを吸着させるための吸着工程と、上記第１吸着剤に吸着した酸素ガスを脱着させるための脱着工程とを少なくとも含むサイクルが繰り返し行われており、上記第２圧力スイング吸着装置では、上記脱着工程における全脱着時間の３〜１０％経過時から当該全脱着時間の８０〜９０％到達時までに上記第１圧力スイング吸着装置から排出される脱着ガスが使用される。このような方法によると、平均酸素濃度がより高い状態の脱着ガスを第２圧力スイング吸着装置に供給することが可能となる。したがって、第２製品ガスとして高濃度酸素ガスを製造する第２圧力スイング吸着装置の性能をより高めることが可能となる。
【００１６】
別の好ましい実施の形態は、上記第１吸着剤は、窒素ガスを選択的に吸着し、上記第２吸着剤は、酸素ガスを選択的に吸着する。より好ましい実施の形態は、上記第１吸着剤は、ゼオライトであり、上記第２吸着剤は、カーボンモレキュラーシーブである。
【００１７】
好ましくは、上記第１圧力スイング吸着装置では、上記第１吸着剤に窒素ガスを吸着させるための吸着工程と、上記第１吸着剤に吸着した窒素ガスを脱着させるための脱着工程とを少なくとも含むサイクルが繰り返し行われており、上記第２圧力スイング吸着装置では、上記脱着工程における全脱着時間の４０〜６０％経過時から当該脱着工程における脱着終了時までに上記第１圧力スイング吸着装置から排出される脱着ガスが使用される。このような方法によると、平均窒素濃度がより高い状態の脱着ガスを第２圧力スイング吸着装置に供給することが可能となる。したがって、第２製品ガスとして高濃度窒素ガスを製造する第２圧力スイング吸着装置の性能をより高めることが可能となる。なお、より好ましくは、上記脱着工程における全脱着時間の６５％経過時から当該脱着工程における脱着終了時までに上記第１圧力スイング吸着装置から排出される脱着ガスを使用する。
【００１８】
本発明の第２の側面によると、異なる種類の高濃度ガスの併産システムが提供される。このシステムは、複数の成分ガスを含む原料ガスから特定成分ガスを選択的に吸着する第１吸着剤を有する第１圧力スイング吸着装置と、上記第１吸着剤から脱着された上記特定成分ガスを含む脱着ガスから別の特定成分ガスを選択的に吸着する第２吸着剤を有する第２圧力スイング吸着装置と、上記第１圧力スイング吸着装置から上記第２圧力スイング吸着装置へ上記脱着ガスを供給するための供給手段とを備えることを特徴としている。
【００１９】
本発明の第２の側面に係る異なる種類の高濃度ガスの併産システムによると、第１圧力スイング吸着装置を用いて原料ガス中の特定成分ガスを第１吸着剤に吸着させることにより、原料ガスから特定成分ガスが吸着除去された第１の製品ガスを製造するとともに、第２圧力スイング吸着装置を用いて第１吸着剤から脱着された特定成分ガスを含む脱着ガス中の別の特定成分ガスを第２吸着剤に吸着させることにより、脱着ガスから別の特定成分ガスが吸着除去された第２の製品ガスを製造することができる。つまり、別の特定成分ガスを高濃度で含む第１の製品ガスと、特定成分ガスを高濃度で含む第２の製品ガスとを原料ガスから「効率的に」併産することができる。ここで、「効率的に」とは、第１吸着剤から脱着される脱着ガス中に含まれる特定成分ガス濃度が原料ガス中に含まれる特定成分ガス濃度に比べて高いので、この脱着ガスを原料の全部もしくは一部として供給手段を用いて第２圧力スイング吸着装置に供給することにより、当該第２圧力スイング吸着装置における単位吸着剤量あたりの特定成分ガス製造量が向上することを意味する。
【００２０】
また、第２圧力スイング吸着装置における単位吸着剤量あたりの特定成分ガス製造量が向上することにより、同じ特定成分ガス製造量を得るのに要する第２吸着剤の量は、従来のものより少ない量ですむ。したがって、第２圧力スイング吸着装置の大きさは、より小さくすることが可能となる。
【００２１】
好ましくは、上記第２圧力スイング吸着装置から上記第１圧力スイング吸着装置へ上記第２吸着剤から脱着された別の脱着ガスを供給するための別の供給手段をさらに備える。
【００２２】
このような構成によると、別の特定成分ガスを高濃度で含む第１の製品ガスと、特定成分ガスを高濃度で含む第２の製品ガスとを原料ガスから「より効率的に」併産することができる。ここで「より効率的に」とは、第２吸着剤から脱着される別の脱着ガス中に含まれる別の特定成分ガス濃度が原料ガス中に含まれる別の特定成分ガス濃度に比べて高いので、この別の脱着ガスを原料の全部もしくは一部として別の供給手段を用いて第１圧力スイング吸着装置に供給することにより、当該第１圧力スイング吸着装置における単位吸着剤量あたりの別の特定成分ガス製造量も向上することを意味する。
【００２３】
また、第１圧力スイング吸着装置における単位吸着剤量あたりの別の特定成分ガス製造量が向上することにより、別の特定成分ガス製造量を同量得るのに要する第１吸着剤の量は、従来のものより少ない量ですむ。したがって、第１圧力スイング吸着装置の大きさは、より小さくすることが可能となる。
【００２４】
本発明のその他の利点および特徴については、以下に行う発明の実施形態の説明から、より明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の好ましい実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法について図１〜図８を参照しつつ、具体的に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法を実現するための併産システムＸ１の概略構成を示している。この併産システムＸ１は、原料ガスＡから第１製品ガスＢと第２製品ガスＣとを併産するためのものであり、第１製品ガス製造部Ｓ１と、第２製品ガス製造部Ｓ２と、第１製品ガス製造部Ｓ１から排出される第１脱着ガスＤ１を第２製品ガス製造部Ｓ２に供給するための第１脱着ガス供給ラインＤＬ１とを有している。原料ガスＡとしては、例えば空気が挙げられる。また、原料ガスＡとして空気を用いる場合、第１製品ガスＢとしては高濃度（９５％以上）の窒素ガスが挙げられ、第２製品ガスＣとしては高濃度（９０％以上）の酸素ガスが挙げられる。
【００２７】
第１製品ガス製造部Ｓ１は、第１ＰＳＡ装置１と、第１製品ガス回収部２と、第１脱着ガス回収部３とを有している。
【００２８】
第１ＰＳＡ装置１は、吸着塔１０，１１と、ガス圧縮装置１２とを含んでいる。
【００２９】
吸着塔１０，１１は、製品ガス出口１０ａ，１１ａと原料ガス入口１０ｂ，１１ｂとを有しており、それぞれの内部には第１吸着剤（図示せず）が充填されている。第１吸着剤としては、原料ガスＡから第２製品ガスＣの主体となる成分ガスを選択的に吸着することができるものが使用され、例えば、原料ガスＡとして空気を用いる場合は、酸素ガス（第２製品ガスＣの主体となる成分ガス）を選択的に吸着することができるカーボンモレキュラーシーブなどが挙げられる。特に平均細孔径が３オングストロームのカーボンモレキュラシーブは、約２．８オングストロームの分子径を有する酸素ガスを約３．０オングストロームの分子径を有する窒素ガスより優先的に細孔内へ拡散吸着させるとともに、優先的に細孔内から脱着させることが可能であるので好ましい。
【００３０】
吸着塔１０の製品ガス出口１０ａは、第１共用配管４ａおよび第１製品ガス回収用配管４ｂを介して第１製品ガス回収部２に繋げられている。吸着塔１１の製品ガス出口１１ａは、第２共用配管４ｃおよび第１製品ガス回収用配管４ｄを介して第１製品ガス回収部２に繋げられている。加えて、製品ガス出口１０ａと製品ガス出口１１ａとは、第１共用配管４ａ、均圧用配管４ｅおよび第２共用配管４ｃを介して互いに繋げられている。
【００３１】
吸着塔１０の原料ガス入口１０ｂは、第３共用配管４ｆ、原料ガス供給用配管４ｇおよびガス圧縮装置１２を介して図示しない原料ガス供給源に繋げられ、第３共用配管４ｆ、第１脱着ガス排出用配管４ｈおよび接続用配管４ｉを介して第１脱着ガス回収部３に繋げられている。吸着塔１１の原料ガス入口１１ｂは、第４共用配管４ｊ、原料ガス供給用配管４ｋおよびガス圧縮装置１２を介して原料ガス供給源に繋げられ、第４共用配管４ｊ、第１脱着ガス排出用配管４ｌおよび接続用配管４ｉを介して第１脱着ガス回収部３に繋げられている。
【００３２】
ガス圧縮装置１２は、図示しない原料ガス供給源から供給される原料ガスＡを所定値（例えば０．７〜０．９ＭＰａ（ゲージ圧：以下特に指定がない限り同じ。））まで圧縮するためのものである。
【００３３】
第１製品ガス回収部２は、第１ＰＳＡ装置１により原料ガスＡから分離される第１製品ガスＢを回収するためのものであり、第１製品ガス用ホルダ２０を有している。第１製品ガス用ホルダ２０は、第１ＰＳＡ装置１から回収される第１製品ガスＢを一時的に貯留することによって第１製品ガスＢの圧力変動を緩衝するためのものであり、第１製品ガス出口２０ａと第１製品ガス入口２０ｂとを有している。第１製品ガス出口２０ａは、需要先搬出用配管４ｍを介して第１製品ガスＢの需要先（図示せず）に繋げられている。第１製品ガス入口２０ｂは、第１製品ガス回収用配管４ｂおよび第１共用配管４ａを介して吸着塔１０の製品ガス出口１０ａに繋げられ、第１製品ガス回収用配管４ｄおよび第２共用配管４ｃを介して吸着塔１１の製品ガス出口１１ａに繋げられている。なお、需要先搬出用配管４ｍには、第１製品ガスＢを一定圧力で需要先に供給するための圧力調整装置（図示せず）を設けてもよい。
【００３４】
第１脱着ガス回収部３は、第１ＰＳＡ装置１により原料ガスＡから分離される第１脱着ガスＤ１を回収するためのものであり、第１脱着ガス用ホルダ３０と、第１脱着ガス用排気ライン３１と、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２とを有している。
【００３５】
第１脱着ガス用ホルダ３０は、第１ＰＳＡ装置１から排出される第１脱着ガスＤ１を一時的に貯留することによって第１脱着ガスＤ１の圧力変動を緩衝するためのものであり、脱着ガス出口３０ａと脱着ガス入口３０ｂとを有している。脱着ガス出口３０ａは、後述する第１脱着ガス供給ラインＤＬ１を介して第２製品ガス製造部Ｓ２に繋げられている。脱着ガス入口３０ｂは、接続用配管４ｉを介して第１ＰＳＡ装置１に繋げられている。
【００３６】
第１脱着ガス用排気ライン３１は、第１ＰＳＡ装置１から排出される第１脱着ガスＤ１の一部を必要に応じて大気放出するための配管であり、一端部が接続用配管４ｉに連結されており、他端部が大気中に開放されている。
【００３７】
第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２は、第１脱着ガスＤ１に含まれる酸素ガスの濃度を測定するためのものであり、接続用配管４ｉにおける第１脱着ガス用排気ライン３１との連結部よりも上流側に設けられている。
【００３８】
第１脱着ガス供給ラインＤＬ１は、第１製品ガス製造部Ｓ１から排出される第１脱着ガスＤ１を第２製品ガス製造部Ｓ２に供給するための配管であり、一端部が第１脱着ガス用ホルダ３０の脱着ガス出口３０ａに連結されており、他端部が後述するブロア５２に連結されている。また、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１には、原料ガス供給ラインＡＬ１と、圧力制御装置Ｐ１とが設けられている。
【００３９】
原料ガス供給ラインＡＬ１は、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１に原料ガスＡを追加供給するための配管であり、一端部が図示しない原料ガス供給源に繋げられ、他端部が第１脱着ガス供給ラインＤＬ１に連結されている。
【００４０】
圧力制御装置Ｐ１は、原料ガス供給ラインＡＬ１に設けられている圧力調整弁ＰＶ１と、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１における原料ガス供給ラインＡＬ１との連結部より下流側の圧力を測定するための圧力計を含むコントローラＰＣ１とを有しており、当該圧力計により測定されたガスの圧力に基づく信号をコントローラＰＣ１から圧力調整弁ＰＶ１に送り、当該信号に応じて圧力調整弁ＰＶ１の開度を調整することによって原料ガスＡの供給量を制御するためのものである。
【００４１】
第２製品ガス製造部Ｓ２は、第２ＰＳＡ装置５と、第２製品ガス回収部６と、第２脱着ガス回収部７とを有している。
【００４２】
第２ＰＳＡ装置５は、吸着塔５０，５１と、ブロア５２とを含んでいる。
【００４３】
吸着塔５０，５１は、製品ガス出口５０ａ，５１ａとガス入口５０ｂ，５１ｂとを有しており、それぞれの内部には第２吸着剤（図示せず）が充填されている。第２吸着剤としては、供給されるガスから第１製品ガスＢの主体となる成分ガスを選択的に吸着することができるものが使用され、例えば、原料ガスＡとして空気を用いる場合は、窒素ガス（第１製品ガスＢの主体となる成分ガス）を選択的に吸着することができるゼオライトなどが挙げられ、特に好ましくは、カルシウムもしくはリチウムをイオン交換したゼオライトが挙げられる。
【００４４】
吸着塔５０の製品ガス出口５０ａは、第１共用配管８ａおよび第２製品ガス回収用配管８ｂを介して第２製品ガス回収部６に繋げられている。吸着塔５１の製品ガス出口５１ａは、第２共用配管８ｃおよび第２製品ガス回収用配管８ｄを介して第２製品ガス回収部６に繋げられている。加えて、製品ガス出口５０ａと製品ガス出口５１ａとは、第１共用配管８ａ、均圧用配管８ｅおよび第２共用配管８ｃを介して互いに繋げられている。
【００４５】
吸着塔５０のガス入口５０ｂは、第３共用配管８ｆ、ガス供給用配管８ｇおよびブロア５２を介して第１脱着ガス供給ラインＤＬ１に繋げられ、第３共用配管８ｆ、第２脱着ガス排出用配管８ｈおよび接続用配管８ｉを介して第２脱着ガス回収部７に繋げられている。吸着塔５１のガス入口５１ｂは、第４共用配管８ｊ、ガス供給用配管８ｋおよびブロア５２を介して第１脱着ガス供給ラインＤＬ１に繋げられ、第４共用配管８ｊ、第２脱着ガス排出用配管８ｌおよび接続用配管８ｉを介して第２脱着ガス回収部７に繋げられている。
【００４６】
ブロア５２は、第１脱着ガス用ホルダ３０から供給される第１脱着ガスＤ１および／または図示しない原料ガス供給源から供給される原料ガスＡを第２ＰＳＡ装置５の各吸着塔５０，５１に加圧供給（例えば０．０５ＭＰａまで加圧して供給）するためのものである。ブロア５２は、一方が第１脱着ガス供給ラインＤＬ１を介して第１製品ガス製造部Ｓ１の第１脱着ガス用ホルダ３０に繋げられるとともに、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１および原料ガス供給ラインＡＬ１を介して原料ガス供給源に繋げられており、他方がガス供給用配管８ｇおよび第３共用配管８ｆを介して吸着塔５０のガス入口５０ｂに繋げられるとともに、ガス供給用配管８ｋおよび第４共用配管８ｊを介して吸着塔５１のガス入口５１ｂに繋げられている。
【００４７】
第２製品ガス回収部６は、第２ＰＳＡ装置５により第１脱着ガスＤ１および／または原料ガスＡから分離される第２製品ガスＣを回収するためのものであり、第２製品ガス用ホルダ６０を有している。第２製品ガス用ホルダ６０は、第２ＰＳＡ装置５から回収される第２製品ガスＣを一時的に貯留することによって第２製品ガスＣの圧力変動を緩衝するためのものであり、第２製品ガス出口６０ａと第２製品ガス入口６０ｂとを有している。第２製品ガス出口６０ａは、需要先搬出用配管８ｍを介して第２製品ガスＣの需要先（図示せず）に繋げられている。第２製品ガス入口６０ｂは、第２製品ガス回収用配管８ｂおよび第１共用配管８ａを介して吸着塔５０の製品ガス出口５０ａに繋げられ、第２製品ガス回収用配管８ｄおよび第２共用配管８ｃを介して吸着塔５１の製品ガス出口５１ａに繋げられている。なお、需要先搬出用配管８ｍには、第２製品ガスＣを一定圧力で需要先に供給するための圧力調整装置（図示せず）を設けてもよい。
【００４８】
第２脱着ガス回収部７は、第２ＰＳＡ装置５により第１脱着ガスＤ１および／または原料ガスＡから分離される第２脱着ガスＤ２を減圧吸引（例えば−０．０６５ＭＰａまで減圧吸引）して大気放出するためのものであり、真空ポンプ７０を有している。真空ポンプ７０は、一方が接続用配管８ｉに連結されており、他方が大気中に開放されている。
【００４９】
第１製品ガス製造部Ｓ１においては、自動弁９ａ〜９ｉが設けられている。自動弁９ａ〜９ｉは、具体的には以下の箇所に設けられている。自動弁９ａ，９ｂは、第１製品ガス回収用配管４ｂ，４ｄに設けられている。自動弁９ｃは、均圧用配管４ｅに設けられている。自動弁９ｄ，９ｅは、原料ガス供給用配管４ｇ，４ｋに設けられている。自動弁９ｆ，９ｇは、第１脱着ガス排出用配管４ｈ，４ｌに設けられている。自動弁９ｈは、接続用配管４ｉに設けられている。自動弁９ｉは、第１脱着ガス用排気ライン３１に設けられている。
【００５０】
第２製品ガス製造部Ｓ２においては、自動弁９ｊ〜９ｐが設けられている。自動弁９ｊ〜９ｐは、具体的には以下の箇所に設けられている。自動弁９ｊ，９ｋは、第２製品ガス回収用配管８ｂ，８ｄに設けられている。自動弁９ｌは、均圧用配管８ｅに設けられている。自動弁９ｍ，９ｎは、ガス供給用配管８ｇ，８ｋに設けられている。自動弁９ｏ，９ｐは、第２脱着ガス排出用配管８ｈ，８ｌに設けられている。
【００５１】
そして、各自動弁９ａ〜９ｐの開閉状態を適宜切り替えることにより、各配管４ａ〜４ｌ，８ａ〜８ｌおよび第１脱着ガス用排気ライン３１でのガスの流れ状態が調整される。吸着塔１０，１１においては、自動弁９ａ〜９ｉの切り替え状態に応じて、第１吸着剤への特定成分ガス（例えば、酸素ガス）の吸着を目的として高圧下で行われる吸着工程、第１吸着剤からの上記特定成分ガスの脱着を目的として低圧下で行われる脱着工程、塔内に滞留する準第１製品ガスを用いて吸着塔１０，１１の内部圧力を均圧化する均圧工程のそれぞれが繰り返し行われる。一方、吸着塔５０，５１においては、自動弁９ｊ〜９ｐの切り替え状態に応じて、第２吸着剤への別の特定成分ガス（例えば、窒素ガス）の吸着を目的として高圧下で行われる吸着工程、第２吸着剤からの上記別の特定成分ガスの脱着を目的として低圧下で行われる脱着工程、塔内に滞留する準第２製品ガスを用いて吸着塔５０，５１の内部圧力を均圧化する均圧工程のそれぞれが繰り返し行われる。なお、準第１製品ガスおよび準第２製品ガスとは、最終的に製品として得られる第１製品ガスＢおよび第２製品ガスＣに準じる程度の成分構成を有するガスである。
【００５２】
以上のように構成された併産システムＸ１を用いて、原料ガスＡとしての空気から第１製品ガスＢとしての高濃度（９５％以上）窒素ガスと、第２製品ガスＣとしての高濃度（９０％以上）酸素ガスとを併産する場合を例にとって、併産システムＸ１の動作をより具体的に説明する。
【００５３】
まず、第１製品ガス製造部Ｓ１における動作について説明する。図２には、各吸着塔１０，１１，５０，５１において行われる各工程（ステップ）と、当該各ステップにおける各弁９ａ〜９ｐの開閉状態を示した。
【００５４】
吸着塔１０，１１では、図２（ａ）に示すようなタイミングで各ステップが行われ、ステップ１ａ〜８ａを１サイクルとして、このようなサイクルが繰り返し行われる。図２（ａ）には、各ステップにおける各弁９ａ〜９ｉの開閉状態を示した。図３には、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２により測定された酸素濃度のステップ１ａ〜３ａにおける経時変化についてのグラフを示した。
【００５５】
ステップ１ａでは、図２（ａ）に示したように各弁９ａ〜９ｉの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が行われ、第１脱着ガス回収部３では、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１が第１脱着ガス用排気ライン３１を介して大気放出されている。本実施形態においてステップ１ａの動作は、吸着塔１１における脱着工程開始時から５秒間行われ、その間、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２により測定された酸素濃度は、図３に示すように経時変化する。なお、本実施形態における脱着工程全体の所要時間は１００秒である。
【００５６】
吸着塔１０は、原料ガス供給源および第１製品ガス回収部２と連通状態とされている。そのため、原料ガス供給源から供給される空気Ａは、ガス圧縮装置１２、原料ガス供給用配管４ｇおよび第３共用配管４ｆを介して、原料ガス入口１０ｂから吸着塔１０に導入される。吸着塔１０に導入された空気Ａは、吸着塔１０に充填されている第１吸着剤により酸素ガスが選択的に吸着除去され、高濃度窒素ガスＢとして製品ガス出口１０ａから吸着塔１０の外部に導出される。吸着塔１０の外部に導出された高濃度窒素ガスＢは、第１共用配管４ａおよび第１製品ガス回収用配管４ｂを介して第１製品ガス用ホルダ２０に一旦貯留させた後、需要先搬出用配管４ｍを介して高濃度窒素ガスＢの需要先に送られる。
【００５７】
一方、吸着塔１１は、第１脱着ガス回収部３と連通状態とされている。吸着塔１１では、先に吸着工程（図２（ａ）のステップ５ａ〜７ａ参照）が行われているため内部圧力が高められており、その後均圧工程（図２（ａ）のステップ８ａ参照）を経ることにより内部圧力が多少低減されるものの依然として内部圧力は大気圧に比べて高い状態にある。また、図３に良く表れているように、脱着工程開始時からの５秒間は、酸素濃度が比較的低い。したがって、脱着工程開始時からの５秒間においては、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１は、吸着塔１１の内部圧力と大気圧との圧力差を利用して、第４共用配管４ｊ、第１脱着ガス排出用配管４ｌ、接続用配管４ｉおよび第１脱着ガス用排気ライン３１を介して大気放出される。
【００５８】
ステップ２ａでは、図２（ａ）に示したように各弁９ａ〜９ｉの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が引き続き行われ、第１脱着ガス回収部３では、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１が第１脱着ガス用ホルダ３０に回収されている。本実施形態においてステップ２ａの動作は、吸着塔１１における脱着工程開始５秒経過後から脱着工程終了１５秒前までの８０秒間行われ、その間、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２により測定された酸素濃度は、図３に示すように経時変化する。
【００５９】
吸着塔１０においては、ステップ１ａと同様の吸着動作が引き続き行われ、空気Ａから分離された高濃度窒素ガスＢを回収し、高濃度窒素ガスＢの需要先に送り続けている。
【００６０】
一方、吸着塔１１においても、ステップ１ａと同様の脱着動作が引き続き行われるが、脱着される第１脱着ガスＤ１の扱いがステップ１ａとは異なる。具体的には、吸着塔１１では、ステップ１ａで塔内ガスの一部が大気放出されるものの依然として内部圧力は第１脱着ガス用ホルダ３０に比べて高い状態にある。また、図３に良く表れているように、脱着工程開始５秒経過後から脱着工程終了１５秒前までの８０秒間は、酸素濃度が比較的高い。したがって、脱着工程開始５秒経過後から脱着工程終了１５秒前までの８０秒間においては、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１は、吸着塔１１と第１脱着ガス用ホルダ３０との圧力差を利用して、第４共用配管４ｊ、第１脱着ガス排出用配管４ｌおよび接続用配管４ｉを介して第１脱着ガス用ホルダ３０に回収する。
【００６１】
ステップ３ａでは、図２（ａ）に示したように各弁９ａ〜９ｉの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が引き続き行われ、第１脱着ガス回収部３では、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１が第１脱着ガス用排気ライン３１を介して大気放出されている。本実施形態においてステップ３ａの動作は、吸着塔１１における脱着工程終了１５秒前から脱着工程終了時までの１５秒間行われ、その間、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２により測定された酸素濃度は、図３に示すように経時変化する。
【００６２】
吸着塔１０においては、ステップ１ａおよびステップ２ａと同様の吸着動作が引き続き行われ、空気Ａから分離された高濃度窒素ガスＢを回収し、高濃度窒素ガスＢの需要先に送り続けている。
【００６３】
一方、吸着塔１１においても、ステップ１ａおよびステップ２ａと同様の脱着動作が引き続き行われるが、脱着される第１脱着ガスの扱いはステップ２ａとは異なり、ステップ１ａと同様となる。具体的には、吸着塔１１では、ステップ２ａで第１脱着ガスＤ１の一部が第１脱着ガス用ホルダ３０に回収されるものの依然として内部圧力は大気圧に比べて高い状態にある。また、図３に良く表れているように、脱着工程終了１５秒前から脱着工程終了時までの１５秒間は、第１吸着剤から脱着する酸素ガスが少なくなるので、酸素濃度が比較的低い。したがって、脱着工程終了１５秒前から脱着工程終了時までの１５秒間においては、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１は、吸着塔１１の内部圧力と大気圧との圧力差を利用して、第４共用配管４ｊ、第１脱着ガス排出用配管４ｌ、接続用配管４ｉおよび第１脱着ガス用排気ライン３１を介して大気放出される。
【００６４】
ステップ４ａでは、図２（ａ）に示したように各弁９ａ〜９ｉの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ均圧工程が行われている。
【００６５】
吸着塔１０と吸着塔１１とは、互いに連通状態とされている。吸着塔１０では、先に吸着工程が行われているため内部圧力が高められているのに対して、吸着塔１１では、先に脱着工程が行われているため内部圧力が低められているので、吸着塔１０の塔内の方が吸着塔１１の塔内より比較的高圧となっている。この圧力差を利用して、吸着塔１０に充填されている第１吸着剤どうしの間に滞留し、塔内から初期に排出される準第１製品ガスを吸着塔１１に導入することにより、吸着塔１０の塔内の減圧および吸着塔１１の塔内の昇圧を行い、吸着塔１０と吸着塔１１との均圧化を図る。
【００６６】
ステップ５ａ〜８ａにおいては、図２（ａ）に示したように、吸着塔１０ではステップ１ａ〜４ａにおける吸着塔１１と同様にして脱着工程および均圧工程が行われ、吸着塔１１ではステップ１ａ〜４ａにおける吸着塔１０と同様にして吸着工程および均圧工程が行われる。
【００６７】
次に、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１における動作について説明する。
【００６８】
第１脱着ガス供給ラインＤＬ１においては、第１製品ガス製造部Ｓ１の第１脱着ガス用ホルダ３０の内部に一旦貯留された第１脱着ガスＤ１が第２製品ガス製造部Ｓ２に供給される。さらに、この第１脱着ガスＤ１の供給量が第２製品ガス製造部Ｓ２における必要量に達していない場合、空気Ａを追加供給する。具体的には、圧力制御装置Ｐ１の圧力計により測定されたガスの圧力に基づく信号をコントローラＰＣ１から圧力調整弁ＰＶ１に送って圧力調整弁ＰＶ１の開度を調整することにより、第１脱着ガスＤ１の不足分の空気Ａを供給する。
【００６９】
次に、第２製品ガス製造部Ｓ２における動作について説明する。
【００７０】
吸着塔５０，５１では、図２（ｂ）に示すようなタイミングで各工程（ステップ）が行われ、ステップ１ｂ〜４ｂを１サイクルとして、このようなサイクルが繰り返し行われる。図２（ｂ）には、各ステップにおける各弁９ｊ〜９ｐの開閉状態を示した。
【００７１】
ステップ１ｂでは、図２（ｂ）に示したように各弁９ｊ〜９ｐの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔５０，５１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が行われ、第２脱着ガス回収部７では、吸着塔５１から排出される第２脱着ガスＤ２が真空ポンプ７０を介して大気放出されている。
【００７２】
吸着塔５０は、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１および第２製品ガス回収部６と連通状態とされている。そのため、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１を介して供給される第１脱着ガスＤ１および／または空気Ａは、ブロア５２、ガス供給用配管８ｇおよび第３共用配管８ｆを介して、ガス入口５０ｂから吸着塔５０に導入される。吸着塔５０に導入された第１脱着ガスＤ１および／または空気Ａは、吸着塔５０に充填されている第２吸着剤により窒素ガスが選択的に吸着除去され、高濃度酸素ガスＣとして製品ガス出口５０ａから吸着塔５０の外部に導出される。吸着塔５０の外部に導出された高濃度酸素ガスＣは、第１共用配管８ａおよび第２製品ガス回収用配管８ｂを介して第２製品ガス用ホルダ６０に一旦貯留させた後、需要先搬出用配管８ｍを介して高濃度酸素ガスＣの需要先に送られる。
【００７３】
一方、吸着塔５１は、第２脱着ガス回収部７と連通状態とされている。吸着塔５１では、先に吸着工程（図２（ｂ）のステップ３ｂ参照）が行われているため内部圧力が高められており、その後均圧工程（図２（ｂ）のステップ４ｂ参照）を経ることにより内部圧力が真空ポンプ７０により排気減圧されている。すなわち、吸着塔５１から排出される第２脱着ガスＤ２は、吸着塔５１内から第４共用配管８ｊ、第２脱着ガス排出用配管８ｌ、接続用配管８ｉおよび真空ポンプ７０を介して大気放出される。
【００７４】
ステップ２ｂでは、図２（ｂ）に示したように各弁９ｊ〜９ｐの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔５０，５１では、それぞれ均圧工程が行われている。
【００７５】
吸着塔５０と吸着塔５１とは、互いに連通状態とされている。吸着塔５０では、先に吸着工程が行われているため内部圧力が高められているのに対して、吸着塔５１では、先に脱着工程が行われているため内部圧力が低められているので、吸着塔５０の塔内の方が吸着塔５１の塔内より比較的高圧となっている。この圧力差を利用して、吸着塔５０に充填されている第２吸着剤どうしの間に滞留し、塔内から初期に排出される準第２製品ガスを吸着塔５１に導入することにより、吸着塔５０の塔内の減圧および吸着塔５１の塔内の昇圧を行うと同時に自動弁９ｐを開放して吸着塔５１をパージングしながら、吸着塔５０と吸着塔５１との均圧化を図る。
【００７６】
ステップ３ｂおよび４ｂにおいては、図２（ｂ）に示したように、吸着塔５０ではステップ１ｂおよび２ｂにおける吸着塔５１と同様にして脱着工程および均圧工程が行われ、吸着塔５１ではステップ１ｂおよび２ｂにおける吸着塔５０と同様にして吸着工程および均圧工程が行われる。
【００７７】
そして、以上に説明した第１製品ガス製造部Ｓ１におけるステップ１ａ〜８ａと、第２製品ガス製造部Ｓ２におけるステップ１ｂ〜４ｂとが併産システムＸ１においてそれぞれ繰り返し行われることにより、空気Ａから高濃度窒素ガスＢと高濃度酸素ガスＣとが併産される。この際に、第１製品ガス製造部Ｓ１には第１脱着ガス用ホルダ３０が設けられており、脱着ガスＤ１の圧力変動が緩衝されているため、第１製品ガス製造部Ｓ１と第２製品ガス製造部Ｓ２とにおける各ステップを同期させる必要はない。
【００７８】
本実施形態に係る圧力スイング吸着式高濃度ガス併産システムＸ１によると、第１ＰＳＡ装置１を用いて原料ガスＡ中の特定成分ガス（例えば、酸素ガス）を第１吸着剤に吸着させることにより、原料ガスＡから特定成分ガスが吸着除去された第１製品ガスＢを製造するとともに、第２ＰＳＡ装置５を用いて第１吸着剤から脱着された特定成分ガスを含む第１脱着ガスＤ１中の別の特定成分ガス（例えば、窒素ガス）を第２吸着剤に吸着させることにより、第１脱着ガスＤ１から上記別の特定成分ガスが吸着除去された第２製品ガスＣを製造することができる。つまり、第１製品ガスＢと第２製品ガスＣとを原料ガスＡから「効率的に」併産することができる。ここで、「効率的に」とは、第１吸着剤から脱着される第１脱着ガスＤ１中に含まれる特定成分ガス濃度が原料ガスＡ中に含まれる特定成分ガス濃度に比べて高いので、この第１脱着ガスＤ１を原料の全部もしくは一部として第１脱着ガス供給ラインＤＬ１を用いて第２ＰＳＡ装置５に供給することにより、当該第２ＰＳＡ装置５における単位吸着剤量あたりの特定成分ガス製造量が向上することを意味する。
【００７９】
また、第２ＰＳＡ装置５における単位吸着剤量あたりの特定成分ガス製造量が向上することにより、同じ特定成分ガス製造量を得るのに要する第２吸着剤の量は、従来のものより少ない量ですむ。したがって、第２ＰＳＡ装置５の大きさは、より小さくすることが可能となる。
【００８０】
本発明による以上の効果の確認のために、圧力スイング吸着式高濃度ガス併産システムＸ１を用いて、次のような試験を行った。第２製品ガス製造部Ｓ２に供給される第１脱着ガスＤ１の平均酸素濃度が３０％以上となるように第１ＰＳＡ装置１から排出される第１脱着ガスＤ１の回収を制御した。その結果、第２吸着剤の単位吸着剤量あたりの酸素ガス製造量は１５％以上増加した。これにより、空気Ａのみを原料として第２ＰＳＡ装置５と同種の装置を用いて酸素ガスを製造する場合と同じ製造量を得るのに要する第２ＰＳＡ装置５の大きさは、０．８７倍以下ですむ。また、圧力スイング吸着式高濃度ガス併産システムＸ１では、上記同種の装置と同量の高濃度酸素ガスの製造量を得るのに要する空気量が１０％以上低減されるため、ブロア５２の消費動力は０．９倍以下ですむ。
【００８１】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法を実現するための併産システムＸ２の概略構成を示している。この併産システムＸ２は、原料ガスＡから第１製品ガスＢ’と第２製品ガスＣ’とを製造するためのものであり、第１製品ガス製造部Ｓ１’と、第２製品ガス製造部Ｓ２’と、第１製品ガス製造部Ｓ１’から排出される第１脱着ガスＤ１を第２製品ガス製造部Ｓ２’に供給するための第１脱着ガス供給ラインＤＬ１とを有している。原料ガスＡとしては、例えば空気が挙げられる。また、原料ガスＡとして空気を用いる場合、第１製品ガスＢ’としては高濃度（９０％以上）の酸素ガスが挙げられ、第２製品ガスＣ’としては高濃度（９５％以上）の窒素ガスが挙げられる。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と実質的に同一の部材および部分には、同一の符号を付している。
【００８２】
第１製品ガス製造部Ｓ１’は、第１ＰＳＡ装置１’と、第１製品ガス回収部２と、第１脱着ガス回収部３’とを有している。
【００８３】
第１ＰＳＡ装置１’は、吸着塔１０，１１と、ブロア１３とを含んでいる。
【００８４】
吸着塔１０，１１のそれぞれの内部には、第１の実施形態で示した第２吸着剤（図示せず）が充填されている。
【００８５】
吸着塔１０の原料ガス入口１０ｂは、第３共用配管４ｆ、原料ガス供給用配管４ｇおよびブロア１３を介して図示しない原料ガス供給源に繋げられている。吸着塔１１の原料ガス入口１１ｂは、第４共用配管４ｊ、原料ガス供給用配管４ｋおよびブロア１３を介して原料ガス供給源に繋げられている。
【００８６】
ブロア１３は、図示しない原料ガス供給源から供給される原料ガスＡを第１ＰＳＡ装置１’に加圧供給（例えば０．０５ＭＰａまで加圧して供給）するためのものであり、一方が原料ガス供給源に繋げられており、他方が第１ＰＳＡ装置１’の原料ガス供給用配管４ｇ，４ｋに繋げられている。
【００８７】
第１脱着ガス回収部３’は、第１ＰＳＡ装置１’により原料ガスＡから分離される第１脱着ガスＤ１を回収するためのものであり、第１脱着ガス用ホルダ３０と、第１脱着ガス用排気ライン３１と、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２と、真空ポンプ３３とを有している。
【００８８】
真空ポンプ３３は、第１ＰＳＡ装置１’から排出される第１脱着ガスＤ１を減圧吸引して第１脱着ガス用ホルダ３０に回収するか、あるいは大気放出するためのものであり、接続用配管４ｉにおける第１脱着ガス用排気ライン３１との連結部よりも上流側で、かつ、接続用配管４ｉにおける第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２との連結部よりも下流側に設けられている。
【００８９】
第１脱着ガス供給ラインＤＬ１は、一端部が第１脱着ガス用ホルダ３０の脱着ガス出口３０ａに連結されており、他端部が後述する第２製品ガス製造部Ｓ２’のガス圧縮装置５３に連結されている。
【００９０】
第２製品ガス製造部Ｓ２’は、第２ＰＳＡ装置５’と、第２製品ガス回収部６と、第２脱着ガス回収部７’とを有している。
【００９１】
第２ＰＳＡ装置５’は、吸着塔５０，５１と、ガス圧縮装置５３とを含んでいる。
【００９２】
吸着塔５０，５１のそれぞれの内部には、第１の実施形態で示した第１吸着剤（図示せず）が充填されている。
【００９３】
吸着塔５０のガス入口５０ｂは、第３共用配管８ｆ、ガス供給用配管８ｇおよびガス圧縮装置５３を介して第１脱着ガス供給ラインＤＬ１に繋げられている。吸着塔５１のガス入口５１ｂは、第４共用配管８ｊ、ガス供給用配管８ｋおよびガス圧縮装置５３を介して第１脱着ガス供給ラインＤＬ１に繋げられている。
【００９４】
ガス圧縮装置５３は、第１脱着ガス用ホルダ３０から供給される第１脱着ガスＤ１および／または図示しない原料ガス供給源から供給される原料ガスＡを所定値（例えば０．７〜０．９ＭＰａ）まで圧縮するためのものである。
【００９５】
第２脱着ガス回収部７’は、第２ＰＳＡ装置５’により第１脱着ガスＤ１および／または原料ガスＡから分離される第２脱着ガスＤ２を大気放出するためのものであり、接続用配管８ｉの一端部が大気中に開放されている。
【００９６】
第１製品ガス製造部Ｓ１’および第２製品ガス製造部Ｓ２’には、自動弁９ａ〜９ｐが設けられている。そして、各自動弁９ａ〜９ｐの開閉状態を適宜切り替えることにより、各配管４ａ〜４ｌ，８ａ〜８ｌおよび第１脱着ガス用排気ライン３１でのガスの流れ状態が調整される。吸着塔１０，１１においては、自動弁９ａ〜９ｉの切り替え状態に応じて、第２吸着剤への窒素ガスの吸着を目的として高圧下で行われる吸着工程、第２吸着剤からの窒素ガスの脱着を目的として低圧下で行われる脱着工程、塔内に滞留する準第１製品ガスを用いて吸着塔１０，１１の内部圧力を均圧化する均圧工程のそれぞれが繰り返し行われる。一方、吸着塔５０，５１においては、自動弁９ｊ〜９ｐの切り替え状態に応じて、第１吸着剤への酸素ガスの吸着を目的として高圧下で行われる吸着工程、第１吸着剤からの酸素ガスの脱着を目的として低圧下で行われる脱着工程、塔内に滞留する準第２製品ガスを用いて吸着塔５０，５１の内部圧力を均圧化する均圧工程のそれぞれが繰り返し行われる。
【００９７】
以上のように構成された併産システムＸ２を用いて、原料ガスＡとしての空気から第１製品ガスＢ’としての高濃度（９０％以上）酸素ガスと、第２製品ガスＣ’としての高濃度（９５％以上）窒素ガスとを製造する場合を例にとって、併産システムＸ２の動作をより具体的に説明する。
【００９８】
まず、第１製品ガス製造部Ｓ１’の動作について説明する。図５には、各吸着塔１０，１１，５０，５１において行われる各工程（ステップ）と、当該各ステップにおける各弁９ａ〜９ｐの開閉状態を示した。
【００９９】
吸着塔１０，１１では、図５（ａ）に示すようなタイミングで各ステップが行われ、ステップ１ａ’〜６ａ’を１サイクルとして、このようなサイクルが繰り返し行われる。図５（ａ）には、各ステップにおける各弁９ａ〜９ｉの開閉状態を示した。図６には、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２により測定された酸素濃度のステップ１ａ’〜２ａ’における経時変化についてのグラフを示した。
【０１００】
ステップ１ａ’では、図５（ａ）に示したように各弁９ａ〜９ｉの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が行われ、第１脱着ガス回収部３’では、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１が第１脱着ガス用排気ライン３１を介して大気放出されている。本実施形態においてステップ１ａ’の動作は、吸着塔１１における脱着工程開始時から１５秒間行われ、その間、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２により測定された酸素濃度は、図６に示すように経時変化する。なお、本実施形態における脱着工程全体の所要時間は３０秒である。
【０１０１】
吸着塔１０は、原料ガス供給源および第１製品ガス回収部２と連通状態とされている。そのため、原料ガス供給源から供給される空気Ａは、ブロア１３、原料ガス供給用配管４ｇおよび第３共用配管４ｆを介して、原料ガス入口１０ｂから吸着塔１０に導入される。吸着塔１０に導入された空気Ａは、吸着塔１０に充填されている第２吸着剤により窒素ガスが選択的に吸着除去され、高濃度酸素ガスＢ’として製品ガス出口１０ａから吸着塔１０の外部に導出される。吸着塔１０の外部に導出された高濃度酸素ガスＢ’は、第１共用配管４ａおよび第１製品ガス回収用配管４ｂを介して第１製品ガス用ホルダ２０に一旦貯留させた後、需要先搬出用配管４ｍを介して高濃度酸素ガスＢ’の需要先に送られる。
【０１０２】
一方、吸着塔１１は、第１脱着ガス回収部３’と連通状態とされている。吸着塔１１では、先に吸着工程（図５（ａ）のステップ４ａ’，５ａ’参照）が行われているため内部圧力が高められており、その後均圧工程（図５（ａ）のステップ６ａ’参照）を経ることにより内部圧力が真空ポンプ３３により減圧低減される。また、図６に良く表れているように、脱着工程開始時からの１５秒間は、窒素濃度が比較的低い（酸素濃度が比較的高い）。したがって、脱着工程開始時からの１５秒間においては、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１は、吸着塔１１から真空ポンプ３３を利用して、第４共用配管４ｊ、第１脱着ガス排出用配管４ｌ、接続用配管４ｉおよび第１脱着ガス用排気ライン３１を介して大気放出される。
【０１０３】
ステップ２ａ’では、図５（ａ）に示したように各弁９ａ〜９ｉの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が引き続き行われ、第１脱着ガス回収部３’では、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１が第１脱着ガス用ホルダ３０に回収されている。本実施形態においてステップ２ａ’の動作は、吸着塔１１における脱着工程開始１５秒経過後から脱着工程終了時までの１５秒間行われ、その間、第１脱着ガス用酸素ガスセンサ３２により測定された酸素濃度は、図６に示すように経時変化する。
【０１０４】
吸着塔１０においては、ステップ１ａ’と同様の吸着動作が引き続き行われ、空気Ａから分離された高濃度酸素ガスＢ’を回収し、高濃度酸素ガスＢ’の需要先に送り続けている。
【０１０５】
一方、吸着塔１１においても、ステップ１ａ’と同様の脱着動作が引き続き行われるが、脱着される第１脱着ガスＤ１の扱いがステップ１ａ’とは異なる。具体的には、吸着塔１１では、ステップ１ａ’で塔内ガスの一部が大気放出され、既に減圧されている。また、図６に良く表れているように、脱着工程開始１５秒経過後から脱着工程終了時までの１５秒間は、窒素濃度が比較的高い（酸素濃度が比較的低い）。したがって、脱着工程開始１５秒経過後から脱着工程終了時までの１５秒間においては、吸着塔１１から排出される第１脱着ガスＤ１は、吸着塔１１から真空ポンプ３３を利用して、第４共用配管４ｊ、第１脱着ガス排出用配管４ｌおよび接続用配管４ｉを介して第１脱着ガス用ホルダ３０に回収する。
【０１０６】
ステップ３ａ’では、図５（ａ）に示したように各弁９ａ〜９ｉの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔１０，１１では、それぞれ均圧工程が行われている。
【０１０７】
吸着塔１０と吸着塔１１とは、互いに連通状態とされている。吸着塔１０では、先に吸着工程が行われているため内部圧力が高められているのに対して、吸着塔１１では、先に脱着工程が行われているため内部圧力が低められているので、吸着塔１０の塔内の方が吸着塔１１の塔内より比較的高圧となっている。この圧力差を利用して、吸着塔１０に充填されている第２吸着剤どうしの間に滞留し、塔内から初期に排出される準第１製品ガスを吸着塔１１に導入することにより、吸着塔１０の塔内の減圧および吸着塔１１の塔内の昇圧を行うと同時に自動弁９ｇ，９ｈを開放して吸着塔１１をパージングしながら、吸着塔１０と吸着塔１１との均圧化を図る。
【０１０８】
ステップ４ａ’〜６ａ’においては、図５（ａ）に示したように、吸着塔１０ではステップ１ａ’〜３ａ’における吸着塔１１と同様にして脱着工程および均圧工程が行われ、吸着塔１１ではステップ１ａ’〜３ａ’における吸着塔１０と同様にして吸着工程および均圧工程が行われる。
【０１０９】
次に、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１における動作について説明する。
【０１１０】
第１脱着ガス供給ラインＤＬ１においては、第１製品ガス製造部Ｓ１’の第１脱着ガス用ホルダ３０の内部に一旦貯留された第１脱着ガスＤ１が第２製品ガス製造部Ｓ２’に供給される。さらに、この第１脱着ガスＤ１の供給量が第２製品ガス製造部Ｓ２’における必要量に達していない場合、空気Ａを追加供給する。具体的には、圧力制御装置Ｐ１の圧力計により測定されたガスの圧力に基づく信号をコントローラＰＣ１から圧力調整弁ＰＶ１に送って圧力調整弁ＰＶ１の開度を調整することにより、第１脱着ガスＤ１の不足分の空気Ａを供給する。
【０１１１】
次に、第２製品ガス製造部Ｓ２’における動作について説明する。
【０１１２】
吸着塔５０，５１では、図５（ｂ）に示すようなタイミングで各工程（ステップ）が行われ、ステップ１ｂ’〜４ｂ’を１サイクルとして、このようなサイクルが繰り返し行われる。図５（ｂ）には、各ステップにおける各弁９ｊ〜９ｐの開閉状態を示した。
【０１１３】
ステップ１ｂ’では、図５（ｂ）に示したように各弁９ｊ〜９ｐの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔５０，５１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が行われ、第２脱着ガス回収部７’では、吸着塔５１から排出される第２脱着ガスＤ２が第４共用配管８ｊ、第２脱着ガス排出用配管８ｌおよび接続用配管８ｉを介して大気放出されている。
【０１１４】
吸着塔５０は、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１および第２製品ガス回収部６と連通状態とされている。そのため、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１を介して供給される第１脱着ガスＤ１および／または空気Ａは、ガス圧縮装置５３、ガス供給用配管８ｇおよび第３共用配管８ｆを介して、ガス入口５０ｂから吸着塔５０に導入される。吸着塔５０に導入された第１脱着ガスＤ１および／または空気Ａは、吸着塔５０に充填されている第１吸着剤により酸素ガスが吸着除去され、高濃度窒素ガスＣ’として製品ガス出口５０ａから吸着塔５０の外部に導出される。吸着塔５０の外部に導出された高濃度窒素ガスＣ’は、第１共用配管８ａおよび第２製品ガス回収用配管８ｂを介して第２製品ガス用ホルダ６０に一旦貯留させた後、需要先搬出用配管８ｍを介して高濃度窒素ガスＣ’の需要先に送られる。
【０１１５】
一方、吸着塔５１は、第２脱着ガス回収部７’と連通状態とされている。吸着塔５１では、先に吸着工程（図５（ｂ）のステップ３ｂ’参照）が行われているため内部圧力が高められており、その後均圧工程（図５（ｂ）のステップ４ｂ’参照）を経ることにより内部圧力が多少低減されるものの依然として内部圧力は大気圧に比べて高い状態にある。したがって、吸着塔５１から排出される第２脱着ガスＤ２は、吸着塔５１の内部圧力と大気圧との圧力差を利用して、第４共用配管８ｊ、第２脱着ガス排出用配管８ｌおよび接続用配管８ｉを介して大気放出される。
【０１１６】
ステップ２ｂ’では、図５（ｂ）に示したように各弁９ｊ〜９ｐの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔５０，５１では、それぞれ均圧工程が行われている。
【０１１７】
吸着塔５０と吸着塔５１とは、互いに連通状態とされている。吸着塔５０では、先に吸着工程が行われているため内部圧力が高められているのに対して、吸着塔５１では、先に脱着工程が行われているため内部圧力が低められているので、吸着塔５０の塔内の方が吸着塔５１の塔内より比較的高圧となっている。この圧力差を利用して、吸着塔５０に充填されている第１吸着剤どうしの間に滞留し、塔内から初期に排出される準第２製品ガスを吸着塔５１に導入することにより、吸着塔５０の塔内の減圧および吸着塔５１の塔内の昇圧を行い、吸着塔５０と吸着塔５１との均圧化を図る。
【０１１８】
ステップ３ｂ’および４ｂ’においては、図５（ｂ）に示したように、吸着塔５０ではステップ１ｂ’および２ｂ’における吸着塔５１と同様にして脱着工程および均圧工程が行われ、吸着塔５１ではステップ１ｂ’および２ｂ’における吸着塔５０と同様にして吸着工程および均圧工程が行われる。
【０１１９】
そして、以上に説明した第１製品ガス製造部Ｓ１’におけるステップ１ａ’〜６ａ’と、第２製品ガス製造部Ｓ２’におけるステップ１ｂ’〜４ｂ’とが併産システムＸ２においてそれぞれ繰り返し行われることにより、空気Ａから高濃度酸素ガスＢ’と高濃度窒素ガスＣ’とが併産される。
【０１２０】
本発明による以上の効果の確認のために、圧力スイング吸着式高濃度ガス併産システムＸ２を用いて、次のような試験を行った。第２製品ガス製造部Ｓ２’に供給される第１脱着ガスＤ１の平均酸素濃度が１０％以下となるように第１ＰＳＡ装置１’から排出される第１脱着ガスＤ１の回収を制御した。その結果、第１吸着剤の単位吸着剤量あたりの窒素ガス製造量は６０％以上増加した。これにより、空気Ａのみを原料として第２ＰＳＡ装置５’と同種の装置を用いて窒素ガスを製造する場合と同じ製造量を得るのに要する第２ＰＳＡ装置５’の大きさは、０．６倍以下ですむ。また、圧力スイング吸着式高濃度ガス併産システムＸ２では、上記同種の装置と同量の高濃度窒素ガスの製造量を得るのに要する空気量が３０％以上低減されるため、ガス圧縮装置５３の消費動力は０．７倍以下ですむ。
【０１２１】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法を実現するための併産システムＸ３の概略構成を示している。この併産システムＸ３は、原料ガスＡから第１製品ガスＢと第２製品ガスＣとを製造するためのものであり、第１製品ガス製造部Ｓ１と、第２製品ガス製造部Ｓ２と、第１製品ガス製造部Ｓ１から排出される第１脱着ガスＤ１を第２製品ガス製造部Ｓ２に供給するための第１脱着ガス供給ラインＤＬ１と、第２製品ガス製造部Ｓ２から排出される第２脱着ガスＤ２を第１製品ガス製造部Ｓ１に供給するための第２脱着ガス供給ラインＤＬ２とを有している。原料ガスＡとしては、例えば空気が挙げられる。また、原料ガスＡとして空気を用いる場合、第１製品ガスＢとしては高濃度（９５％以上）の窒素ガスが挙げられ、第２製品ガスＣとしては高濃度（９０％以上）の酸素ガスが挙げられる。なお、第３の実施形態において、第１の実施形態と実質的に同一の部材および部分には、同一の符号を付している。
【０１２２】
第２製品ガス製造部Ｓ２は、第２ＰＳＡ装置５と、第２製品ガス回収部６と、第２脱着ガス回収部７”とを有している。
【０１２３】
第２脱着ガス回収部７”は、第２ＰＳＡ装置５により第１脱着ガスＤ１および／または原料ガスＡから分離される第２脱着ガスＤ２を回収するためのものであり、真空ポンプ７０と、第２脱着ガス用ホルダ７１と、第２脱着ガス用排気ライン７２と、第２脱着ガス用酸素ガスセンサ７３とを有している。
【０１２４】
第２脱着ガス用ホルダ７１は、第２ＰＳＡ装置５から排出される第２脱着ガスＤ２を一時的に貯留することによって第２脱着ガスＤ２の圧力変動を緩衝するためのものであり、脱着ガス出口７１ａと脱着ガス入口７１ｂとを有している。脱着ガス出口７１ａは、後述する第２脱着ガス供給ラインＤＬ２を介して第１製品ガス製造部Ｓ１に繋げられている。脱着ガス入口７１ｂは、接続用配管８ｉを介して第２ＰＳＡ装置５に繋げられている。
【０１２５】
第２脱着ガス用排気ライン７２は、第２ＰＳＡ装置５から排出される第２脱着ガスＤ２の一部を必要に応じて大気放出するための配管であり、一端部が接続用配管８ｉに連結されており、他端部が大気中に開放されている。
【０１２６】
第２脱着ガス用酸素ガスセンサ７３は、第２脱着ガスＤ２に含まれる酸素ガスの濃度を測定するためのものであり、接続用配管８ｉにおける第２脱着ガス用排気ライン７２との連結部よりも上流側に設けられている。
【０１２７】
第２脱着ガス供給ラインＤＬ２は、第２製品ガス製造部Ｓ２から排出される第２脱着ガスＤ２を第１製品ガス製造部Ｓ１に供給するための配管であり、一端部が第２脱着ガス用ホルダ７１の脱着ガス出口７１ａに連結されており、他端部がガス圧縮装置１２に連結されている。また、第２脱着ガス供給ラインＤＬ２には、原料ガス供給ラインＡＬ２と、圧力制御装置Ｐ２とが設けられている。
【０１２８】
原料ガス供給ラインＡＬ２は、第２脱着ガス供給ラインＤＬ２に原料ガスＡを追加供給するための配管であり、一端部が図示しない原料ガス供給源に繋げられ、他端部が第２脱着ガス供給ラインＤＬ２に連結されている。
【０１２９】
圧力制御装置Ｐ２は、原料ガス供給ラインＡＬ２に設けられている圧力調整弁ＰＶ２と、第２脱着ガス供給ラインＤＬ２における原料ガス供給ラインＡＬ２との連結部より下流側の圧力を測定するための圧力計を含むコントローラＰＣ２とを有しており、当該圧力計により測定されたガスの圧力に基づく信号をコントローラＰＣ２から圧力調整弁ＰＶ２に送り、当該信号に応じて圧力調整弁ＰＶ２の開度を調整することによって原料ガスＡの供給量を制御するためのものである。
【０１３０】
第２製品ガス製造部Ｓ２においては、自動弁９ｊ〜９ｒが設けられている。自動弁９ｑは、接続用配管８ｉに設けられている。自動弁９ｒは、第２脱着ガス用排気ライン７２に設けられている。
【０１３１】
そして、各自動弁９ａ〜９ｒの開閉状態を適宜切り替えることにより、各配管４ａ〜４ｌ，８ａ〜８ｌ、第１脱着ガス用排気ライン３１および第２脱着ガス用排気ライン７２でのガスの流れ状態が調整される。吸着塔１０，１１においては、自動弁９ａ〜９ｉの切り替え状態に応じて、第１吸着剤への酸素ガスの吸着を目的として高圧下で行われる吸着工程、第１吸着剤からの酸素ガスの脱着を目的として低圧下で行われる脱着工程、塔内に滞留する準第１製品ガスを用いて吸着塔１０，１１の内部圧力を均圧化する均圧工程のそれぞれが繰り返し行われる。一方、吸着塔５０，５１においては、自動弁９ｊ〜９ｒの切り替え状態に応じて、第２吸着剤への窒素ガスの吸着を目的として高圧下で行われる吸着工程、第２吸着剤からの窒素ガスの脱着を目的として低圧下で行われる脱着工程、塔内に滞留する準第２製品ガスを用いて吸着塔５０，５１の内部圧力を均圧化する均圧工程のそれぞれが繰り返し行われる。
【０１３２】
以上のように構成された併産システムＸ３を用いて、原料ガスＡとしての空気から第１製品ガスＢとしての高濃度（９５％以上）窒素ガスと、第２製品ガスＣとしての高濃度（９０％以上）酸素ガスとを製造する場合を例にとって、併産システムＸ３の動作をより具体的に説明する。
【０１３３】
第１製品ガス製造部Ｓ１および第１脱着ガス供給ラインＤＬ１の動作については、第１の実施形態において説明したのと同様である。
【０１３４】
第２製品ガス製造部Ｓ２における動作について説明する。
【０１３５】
吸着塔５０，５１では、図８に示すようなタイミングで各工程（ステップ）が行われ、ステップ１ｂ”〜６ｂ”を１サイクルとして、このようなサイクルが繰り返し行われる。図８には、各ステップにおける各弁９ｊ〜９ｒの開閉状態を示した。
【０１３６】
ステップ１ｂ”では、図８に示したように各弁９ｊ〜９ｒの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔５０，５１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が行われ、第２脱着ガス回収部７”では、吸着塔５１から排出される第２脱着ガスＤ２が第２脱着ガス用排気ライン７２を介して大気放出されている。本実施形態においてステップ１ｂ”の動作は、吸着塔５１における脱着工程開始時から１５秒間行われる。なお、本実施形態における脱着工程全体の所要時間は３０秒である。
【０１３７】
吸着塔５０は、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１および第２製品ガス回収部６と連通状態とされている。そのため、第１脱着ガス供給ラインＤＬ１から供給される第１脱着ガスＤ１および／または空気Ａは、ブロア５２、ガス供給用配管８ｇおよび第３共用配管８ｆを介して、ガス入口５０ｂから吸着塔５０に導入される。吸着塔５０に導入された第１脱着ガスＤ１および／または空気Ａは、吸着塔５０に充填されている第２吸着剤により窒素ガスが選択的に吸着除去され、高濃度酸素ガスＣとして製品ガス出口５０ａから吸着塔５０の外部に導出される。吸着塔５０の外部に導出された高濃度酸素ガスＣは、第１共用配管８ａおよび第２製品ガス回収用配管８ｂを介して第２製品ガス用ホルダ６０に一旦貯留させた後、需要先搬出用配管８ｍを介して高濃度酸素ガスＣの需要先に送られる。
【０１３８】
一方、吸着塔５１は、第２脱着ガス回収部７”と連通状態とされている。吸着塔５１では、先に吸着工程（図８のステップ４ｂ”，５ｂ”参照）が行われているため内部圧力が高められており、その後均圧工程（図８のステップ６ｂ”参照）を経ることにより内部圧力が真空ポンプ７０により減圧低減される。また、脱着工程開始時からの１５秒間は、窒素濃度が比較的低い。したがって、脱着工程開始時からの１５秒間においては、吸着塔５１から排出される第２脱着ガスＤ２は、吸着塔５１から真空ポンプ７０を利用して、第４共用配管８ｊ、第２脱着ガス排出用配管８ｌ、接続用配管８ｉおよび第２脱着ガス用排気ライン７２を介して大気放出される。
【０１３９】
ステップ２ｂ”では、図８に示したように各弁９ｊ〜９ｒの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔５０，５１では、それぞれ吸着工程、脱着工程が引き続き行われ、第２脱着ガス回収部７”では、吸着塔５１から排出される第２脱着ガスＤ２が第２脱着ガス用ホルダ７１に回収されている。本実施形態においてステップ２ｂ”の動作は、吸着塔５１における脱着工程開始１５秒経過後から脱着工程終了時までの１５秒間行われる。
【０１４０】
吸着塔５０においては、ステップ１ｂ”と同様の吸着動作が引き続き行われ、第１脱着ガスＤ１および／または空気Ａから分離された高濃度酸素ガスＣを回収し、高濃度酸素ガスＣの需要先に送り続けている。
【０１４１】
一方、吸着塔５１においても、ステップ１ｂ”と同様の脱着動作が引き続き行われるが、脱着される第２脱着ガスＤ２の扱いがステップ１ｂ”とは異なる。具体的には、吸着塔５１では、ステップ１ｂ”で塔内ガスの一部が真空ポンプ７０によって大気放出される。また、脱着工程開始１５秒経過後から脱着工程終了時までの１５秒間は、窒素濃度が比較的高い。したがって、脱着工程開始１５秒経過後から脱着工程終了時までの１５秒間においては、吸着塔５１から排出される第２脱着ガスＤ２は、吸着塔５１から真空ポンプ７０によって、第４共用配管８ｊ、第２脱着ガス排出用配管８ｌおよび接続用配管８ｉを介して第２脱着ガス用ホルダ７１に移動する。
【０１４２】
ステップ３ｂ”では、図８に示したように各弁９ｊ〜９ｒの開閉状態が選択されている。このとき、吸着塔５０，５１では、それぞれ均圧工程が行われている。
【０１４３】
吸着塔５０と吸着塔５１とは、互いに連通状態とされている。吸着塔５０では、先に吸着工程が行われているため内部圧力が高められているのに対して、吸着塔５１では、先に脱着工程が行われているため内部圧力が低められているので、吸着塔５０の塔内の方が吸着塔５１の塔内より比較的高圧となっている。この圧力差を利用して、吸着塔５０に充填されている第２吸着剤どうしの間に滞留し、塔内から初期に排出される準第２製品ガスを吸着塔５１に導入することにより、吸着塔５０の塔内の減圧および吸着塔５１の塔内の昇圧を行うと同時に自動弁９ｐ，９ｑを開放して吸着塔５１をパージングしながら、吸着塔５０と吸着塔５１との均圧化を図る。
【０１４４】
ステップ４ｂ”〜６ｂ”においては、図８に示したように、吸着塔５０ではステップ１ｂ”〜３ｂ”における吸着塔５１と同様にして脱着工程および均圧工程が行われ、吸着塔５１ではステップ１ｂ”〜３ｂ”における吸着塔５０と同様にして吸着工程および均圧工程が行われる。
【０１４５】
次に、第２脱着ガス供給ラインＤＬ２における動作について説明する。
【０１４６】
第２脱着ガス供給ラインＤＬ２においては、第２製品ガス製造部Ｓ２の第２脱着ガス用ホルダ７１の内部に一旦貯留された第２脱着ガスＤ２が第１製品ガス製造部Ｓ１に供給される。さらに、この第２脱着ガスＤ２の供給量が第１製品ガス製造部Ｓ１における必要量に達していない場合、空気Ａを追加供給する。具体的には、圧力制御装置Ｐ２の圧力計により測定されたガスの圧力に基づく信号をコントローラＰＣ２から圧力調整弁ＰＶ２に送って圧力調整弁ＰＶ２の開度を調整することにより、第２脱着ガスＤ２の不足分の空気Ａを供給する。
【０１４７】
本実施形態に係る圧力スイング吸着式高濃度ガス併産システムＸ３によると、別の特定成分ガス（例えば、窒素ガス）を高濃度で含む第１製品ガスＢと、特定成分ガス（例えば、酸素ガス）を高濃度で含む第２製品ガスＣとを原料ガスＡから「より効率的に」併産することができる。ここで「より効率的に」とは、第２吸着剤から脱着される第２脱着ガスＤ２中に含まれる別の特定成分ガス濃度が原料ガスＡ中に含まれる別の特定成分ガス濃度に比べて高いので、この第２脱着ガスＤ２を原料の全部もしくは一部として第２脱着ガス供給ラインＤＬ２を用いて第１ＰＳＡ装置１に供給することにより、当該第１ＰＳＡ装置１における単位吸着剤量あたりの別の特定成分ガス製造量も向上することを意味する。
【０１４８】
また、第１ＰＳＡ装置１における単位吸着剤量あたりの別の特定成分ガス製造量が向上することにより、別の特定成分ガス製造量を同量得るのに要する第１吸着剤の量は、従来のものより少ない量ですむ。したがって、第１ＰＳＡ装置１の大きさは、より小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法を実現するための併産システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法の各ステップにおいて、各吸着塔で行われている工程およびそのときの弁の開閉状態を示す図である。
【図３】上記併産システムにおける第１脱着ガス中の酸素濃度の経時変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法を実現するための併産システムの概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法の各ステップにおいて、各吸着塔で行われている工程およびそのときの弁の開閉状態を示す図である。
【図６】上記併産システムにおける第１脱着ガス中の酸素濃度の経時変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法を実現するための併産システムの概略構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る異なる種類の高濃度ガスの併産方法の各ステップにおいて、各吸着塔で行われている工程およびそのときの弁の開閉状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１５０】
Ｘ１〜Ｘ３    併産システム
Ｓ１，Ｓ１’  第１製品ガス製造部
Ｓ２，Ｓ２’  第２製品ガス製造部
ＤＬ１    第１脱着ガス供給ライン
ＤＬ２    第２脱着ガス供給ライン
ＡＬ１，ＡＬ２    原料ガス供給ライン
Ｐ１，Ｐ２    圧力制御装置
Ａ    原料ガス、空気（原料ガス）
Ｂ    第１製品ガス、高濃度窒素ガス（第１製品ガス）
Ｂ’  第１製品ガス、高濃度酸素ガス
Ｃ    第２製品ガス、高濃度酸素ガス（第２製品ガス）
Ｃ’  第２製品ガス、高濃度窒素ガス
Ｄ１    第１脱着ガス（脱着ガス）
Ｄ２    第２脱着ガス（別の脱着ガス）
１，１’  第１ＰＳＡ装置
２    第１製品ガス回収部
３，３’  第１脱着ガス回収部
４ａ〜４ｍ    配管
５，５’  第２ＰＳＡ装置
６    第２製品ガス回収部
７，７’，７”  第２脱着ガス回収部
８ａ〜８ｍ    配管
９ａ〜９ｒ    自動弁
【図１】
2005144261.tif 000003
【図２】
2005144261.tif 000004
【図３】
2005144261.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005144261.tif 000009
【図８】
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