(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を難吸着性物質とする吸着剤を充填した複数の吸着筒に、原料空気を圧縮機で加圧してそれぞれ供給し、吸着剤に吸着されずに吸着筒から流出した窒素ガスを各吸着筒毎に付設した窒素タンクに所定圧力でそれぞれ貯留し、該窒素タンクから製品窒素を採取するにあたり、前記複数の吸着筒は、圧縮機により筒底部の入口側から供給される前記原料空気で筒内を前記窒素タンクの圧力に加圧する加圧工程と、該加圧工程で圧力が高くなった吸着筒頂部の出口側から前記窒素タンクに窒素を流出させる吸着工程と、該吸着工程が終了した吸着筒底部の入口側からガスを外部に排出して吸着剤を再生する再生工程とをそれぞれ行うとともに、各吸着筒が互いに位相をずらして各工程を繰り返すことを特徴とする窒素ガス分離方法。
【請求項２】
前記再生工程は、吸着筒内の圧力を減圧する減圧操作を行うとともに、該減圧操作の一時期又は該減圧操作の終了後に、前記窒素タンク内の窒素ガスの一部を筒頂部の出口側から吸着筒内に逆流させて筒底部の入口側から流出するパージ操作を行うことを特徴とする請求項１記載の窒素ガス分離方法。
【請求項３】
ｎを２以上の自然数、ｍを（ｎ−１）以下の自然数とし、前記吸着筒の設置数がｎのとき、（ｍ＋１）番目の吸着筒の運転サイクルをｍ番目の吸着筒の運転サイクルに対して１／ｎサイクル時間遅らせることを特徴とする請求項１又は２記載の窒素ガス分離方法。
【請求項４】
前記吸着筒の設置数がｎ（ｎは２以上の自然数）のとき、各吸着筒の再生時間を運転サイクル時間の１／ｎ時間以上にすることを特徴とする請求項３記載の窒素ガス分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素ガス分離方法に関し、詳しくは、分子篩炭素を吸着剤として使用した圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）により空気中の窒素を分離して採取するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分子篩炭素を吸着剤として使用した圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）により空気中の窒素を分離し、製品として採取する方法が行われている。このＰＳＡ法を実施するＰＳＡ装置としては、吸着剤を充填した吸着筒を２個設置した２筒式ＰＳＡが最も一般的に用いられているが、１筒式（単筒式）ＰＳＡや３個以上の吸着筒を設けた多筒式ＰＳＡも用いられている。
【０００３】
２筒式ＰＳＡや多筒式ＰＳＡのような複数筒式ＰＳＡは、単筒式ＰＳＡに比較すると、必要とされる製品窒素量に対して原料空気圧縮機の設備容量や吸着筒容積が相対的に小さくて済む特長があるが、装置全体の構成が複雑になり、運転操作が煩雑になる短所がある。一方、単筒式ＰＳＡは、窒素の分離を吸着工程と再生工程との２工程で行うため、装置構成が簡便であることや運転操作が簡単であると言う特長がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、単筒式ＰＳＡは、吸着と再生とが断続的に行われるため、次のような欠点がある。まず、原料空気圧縮機の容量を複数筒式ＰＳＡに比べて相対的に大きくしなければならないため、圧縮機設備の過剰度が大きくなる。また、製品窒素の発生が断続的になるため、需要先で窒素を連続使用する場合は、吸着筒と需要先の間に窒素タンクを設置し、製品窒素をこの窒素タンクに一旦貯留してから送給しなければならない。
【０００５】
ところが、この場合でも、吸着筒に着目すると、製品窒素の発生が断続的であることは解決されないため、必要とされる製品窒素量に対して吸着筒が過剰な大きさになってしまう。また、窒素タンクの圧力も大きく変動するので、これに耐える構造のタンクを設置する必要があり、さらに、製品窒素を一定流量で需要先に流すための調節弁も必要になる。このようなことから、単筒式ＰＳＡは、小規模設備や既存工場において、既に原料空気が供給される設備が備わっている場合などに使用が限られていた。
【０００６】
そこで本発明は、単筒式と複数筒式のそれぞれの欠点を解消し、必要とされる製品窒素量に対して空気圧縮機及び吸着筒の設備過剰度をできる限り小さくし、かつ、運転操作も簡便な窒素ガス分離方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の窒素ガス分離方法は、窒素を難吸着性物質とする吸着剤を充填した複数の吸着筒に、原料空気を圧縮機で加圧してそれぞれ供給し、吸着剤に吸着されずに吸着筒から流出した窒素ガスを各吸着筒毎に付設した窒素タンクに所定圧力でそれぞれ貯留し、該窒素タンクから製品窒素を採取するにあたり、前記複数の吸着筒は、圧縮機により筒底部の入口側から供給される前記原料空気で筒内を前記窒素タンクの圧力に加圧する加圧工程と、該加圧工程で圧力が高くなった吸着筒頂部の出口側から前記窒素タンクに窒素を流出させる吸着工程と、該吸着工程が終了した吸着筒底部の入口側からガスを外部に排出して吸着剤を再生する再生工程とをそれぞれ行うとともに、各吸着筒が互いに位相をずらして各工程を繰り返すことを特徴としている。
【０００９】
さらに、上記構成において、前記再生工程は、吸着筒内の圧力を減圧する減圧操作を行うとともに、該減圧操作の一時期又は該減圧操作の終了後に、前記窒素タンク内の窒素ガスの一部を筒頂部の出口側から吸着筒内に逆流させて筒底部の入口側から流出するパージ操作を行うことを特徴としている。
【００１０】
加えて、ｎを２以上の自然数、ｍを（ｎ−１）以下の自然数とし、前記吸着筒の設置数がｎのとき、（ｍ＋１）番目の吸着筒の運転サイクルをｍ番目の吸着筒の運転サイクルに対して１／ｎサイクル時間遅らせることを特徴とし、さらに、前記吸着筒の設置数がｎ（ｎは２以上の自然数）のとき、各吸着筒の再生時間を運転サイクル時間の１／ｎ時間以上にすることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の窒素ガス分離装置の一形態例を示す系統図である。この窒素ガス分離装置は、窒素を難吸着性物質とする吸着剤を充填した３個の吸着筒Ａ，Ｂ，Ｃを有する３筒式ＰＳＡであって、各吸着筒Ａ，Ｂ，Ｃに、窒素タンク１ａ，１ｂ，１ｃをそれぞれ付設したものである。各吸着筒Ａ，Ｂ，Ｃは、共通の１基の圧縮機１１に対して、減圧弁１２，定流量弁２ａ，２ｂ，２ｃ及び入口弁３ａ，３ｂ，３ｃを介して並列に接続している。また、吸着筒入口側には、再生工程で使用する排気弁４ａ，４ｂ，４ｃが設けられている。
【００１４】
一方、吸着筒出口側には、前記窒素タンク１ａ，１ｂ，１ｃとの間に、吸着筒から窒素タンク方向にガスを流す逆止弁からなる出口弁５ａ，５ｂ，５ｃと、窒素タンクから吸着筒方向にガスを流す逆止弁からなるパージ弁６ａ，６ｂ，６ｃとがそれぞれ設けられている。さらに、前記窒素タンク１ａ，１ｂ，１ｃには、需要先に製品窒素を供給するための製品弁７ａ，７ｂ，７ｃがそれぞれ設けられており、製品窒素は各製品弁から一つの送給配管１３にまとめられて需要先に供給される。
【００１５】
なお、前記減圧弁１２は、吸着筒に向かう原料空気の圧力を安定化させるものであり、また、定流量弁２ａ，２ｂ，２ｃは、圧縮機側から吸着筒側に所定流量で原料空気を流すようにして他の吸着筒入口側からの逆流を防止するためのものであるが、これらの弁は必要に応じて設ければよく、圧縮機の容量、配管の太さや形状、吸着筒の大きさ、サイクル時間等によっては省略することができる。
【００１６】
各吸着筒Ａ，Ｂ，Ｃは、圧縮機１１から供給される原料空気で筒内を窒素タンク１ａ，１ｂ，１ｃの圧力に加圧する加圧工程と、該加圧工程で圧力が高くなった吸着筒から窒素タンクに窒素を流出させる吸着工程と、該吸着工程が終了した吸着筒からガスを外部に排出して吸着剤を再生する再生工程とを、他の吸着筒の運転状態に影響されずにそれぞれ独立した状態で行うことによって連続的に窒素を分離する。
【００１７】
１サイクルの運転状態を一つの吸着筒Ａを取出した図２により、空気から窒素を分離する例で説明する。まず、加圧工程は、排気弁４ａを閉じた状態で入口弁３ａを開き、圧縮機１１が大気を吸引して加圧した空気を、入口弁３ａを通して吸着筒Ａ内に送り込み、吸着筒Ａの圧力を上昇させる工程である。この加圧工程は、吸着筒Ａの圧力が窒素タンク１ａと同じになると終了して吸着工程に切換る。この吸着工程では、圧縮機１１からの空気が引き続き入口弁３ａを通して吸着筒Ａに送り込まれ、空気中の酸素が吸着剤に吸着され、吸着剤に吸着されなかった窒素が出口弁５ａを通して窒素タンク１ａに流出する。
【００１８】
吸着工程が終了すると、入口弁３ａが閉じて排気弁４ａが開き、再生工程に切換る。この再生工程では、吸着筒Ａ内のガスが排気弁４ａを通して外部に放出され、この減圧過程で吸着剤から酸素が脱着し、吸着筒Ａ内の吸着剤の再生が行われる。また、吸着筒Ａ内の圧力低下に伴ってパージ弁６ａが開弁し、窒素タンク１ａ内の窒素が、パージ弁６ａを通って所定流量で吸着筒Ａに逆流し、これによってパージ操作が行われる。
【００１９】
吸着筒Ａがこれらの各工程を行っている間、窒素タンク１ａからは、製品弁７ａ及び送給配管１３を通して製品窒素が連続的に需要先に供給されている。また、圧縮機１１は、前記加圧工程及び吸着工程では吸着筒Ａに圧縮した原料空気を供給しているが、再生工程では吸着筒Ａとの縁は切られている。
【００２０】
図３は、１運転サイクルの間の吸着筒Ａと窒素タンク１ａとにおける圧力変化を示す図であって、横軸が時間（秒：ｓ）であり、縦軸が圧力（ＭＰａ）を表している。まず、加圧工程では、入口弁３ａが開いて圧縮機１１で圧縮された原料空気が吸着筒Ａ内に供給され、窒素が流出していない状態であるから、吸着筒Ａの圧力は次第に上昇する。一方、窒素タンク１ａからは所定量の製品窒素が抜出されるために圧力が次第に低下していく。
【００２１】
加圧工程時間ｔ１が経過して吸着筒Ａと窒素タンク１ａとの圧力が同等になると、出口弁５ａが開いて吸着工程に切換る。この吸着工程では、圧縮された原料空気が吸着筒Ａ内に供給されるとともに、吸着筒Ａから窒素が窒素タンク１ａに流出しており、この間、両者の圧力は少しずつ上昇いていく。吸着工程時間ｔ２が経過すると、吸着工程から再生工程に切換る。
【００２２】
再生工程では、入口弁３ａが閉じて排気弁４ａが開き、吸着筒Ａ内のガスが外部に放出されるので、吸着筒Ａの圧力は低下する。また、窒素タンク１ａにおいても、製品窒素の抜出しによって圧力が低下する。再生工程時間ｔ３が経過すると、最初の加圧工程に戻り、以下、加圧、吸着、再生の各工程を、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３で繰り返して行う。
【００２３】
また、パージ操作を行う場合は、吸着筒Ａの圧力低下に伴ってパージ弁６ａが開き、窒素タンク１ａから吸着筒Ａに窒素が逆流する。このパージ操作は、例えば、吸着筒Ａの圧力が０．３ＭＰａまで低下したら、好ましくは０．１ＭＰａまで低下した時点で開始されるように、パージ弁６ａを設定しておく。また、パージガスとして窒素の流量は、吸着剤の特性等によって任意に選択することができるが、一般的には、１０〜１００Ｎｍ３／（ｈ・筒／Ｔｏｎ）、好ましくは２０〜８０Ｎｍ３／（ｈ・筒／Ｔｏｎ）の範囲がが適当である。
【００２４】
なお、圧力は、需要先が必要とする製品窒素の圧力や圧縮機の性能により定まり、各工程の時間ｔ１，ｔ２，ｔ３は、使用する吸着剤の特性（吸着容量、吸着速度等）、原料空気供給量、製品窒素使用量、窒素タンクの容量等の関係を考慮して設定される。
【００２５】
そして、吸着筒及び窒素タンクを複数組設置し、共通の１基の圧縮機で原料空気を供給して加圧、吸着、再生の各工程を、各吸着筒で独立した状態で繰り返し行う複数筒式ＰＳＡにおいては、吸着筒の設置数をｎ（ｎは２以上の自然数）としたとき、（ｍ＋１）番目（ｍは（ｎ−１）以下の自然数）の吸着筒の運転サイクルをｍ番目の吸着筒の運転サイクルに対して１／ｎサイクル時間遅らせることにより、さらに、吸着筒の再生時間を運転サイクル時間の１／ｎ時間以上にすることにより、圧縮機の容量を小さくして効率のよい窒素分離を行うことができる。
【００２６】
図４乃至図６は、図１に示した３筒式ＰＳＡに本発明方法を適用した場合の運転モードをそれぞれ示すものである。このようなＰＳＡにおいては、一般的に、加圧工程時間ｔ１は１０〜６０秒、吸着工程時間ｔ２は２０〜１２０秒、再生工程時間ｔ３は３０〜１８０秒の間で適宜に設定することができるが、図４は、加圧工程時間ｔ１と吸着工程時間ｔ２との合計時間が再生工程時間ｔ３に等しい（ｔ１＋ｔ２＝ｔ３）場合、すなわち、圧縮機から吸着筒に原料空気が供給されている時間と、供給されない時間とが等しい場合である。このとき、再生工程時間ｔ３は、運転サイクル時間の１／２となる。
【００２７】
この場合、吸着筒の設置数ｎが３となるので、ｍが１のとき（ｍ＋１）番目即ち２番目の吸着筒Ｂは、ｍ番目即ち１番目の吸着筒Ａの運転サイクルに対して１／ｎサイクル時間即ち１／３サイクル時間遅らせるようにし、ｍが２のとき（ｍ＋１）番目即ち３番目の吸着筒Ｃは、ｍ番目即ち２番目の吸着筒Ｂの運転サイクルに対して１／ｎサイクル時間即ち１／３サイクル時間遅らせるようにする。
【００２８】
例えば、運転サイクル時間が１２０秒の場合、ｎ＝３であるから、１２０秒／３＝４０秒となるので、２番目の吸着筒Ｂは１番目の吸着筒Ａより４０秒遅れて工程が切換り、３番目の吸着筒Ｃは２番目の吸着筒Ｂより４０秒遅れて工程が切換わるように設定する。
【００２９】
図４から、この運転状態では、１番目の吸着筒Ａの加圧工程が３番目の吸着筒Ｃの吸着工程と重なり、吸着筒Ａの吸着工程後半が２番目の吸着筒Ｂの加圧工程と重なっている。すなわち、いずれかの吸着筒の加圧工程は、他の一つの吸着筒の吸着工程と必ず重なる状態となっており、３筒同時に加圧工程又は吸着工程になることはない。したがって、圧縮機は、二つの吸着筒に原料空気を供給できる容量があればよいことになる。
【００３０】
ここで、製品発生量がＰ［Ｎｍ３／ｈ］の単筒式ＰＳＡにおける圧縮機の容量をＦ［Ｌ／ｍｉｎ］、吸着筒の容量（吸着剤充填量）をＬ［Ｌ（リットル）］とすると、製品発生量Ｐを同一とすれば、３筒式の場合、各吸着筒の容量はそれぞれＬ×（１／３）でよいことになり、全ての吸着筒における運転サイクルが同一のタイミングの場合は、圧縮機の容量Ｆは、全吸着筒に同時に原料空気を供給するために、単筒式と同じＦとなる。
【００３１】
一方、容量Ｌが１／３の吸着筒に対して同時に２筒分だけ原料空気を供給すればよい圧縮機の容量は、Ｆ×（２／３）でよいことになる。したがって、上述のように各吸着筒の運転サイクルをずらして設定することにより、圧縮機の容量を単筒式に比べて２／３にすることができる。
【００３２】
図５は、同じく３筒式において、加圧工程時間ｔ１と吸着工程時間ｔ２との合計時間が再生工程時間ｔ３よりも長い（ｔ１＋ｔ２＞ｔ３）場合である。このような場合でも、再生工程時間ｔ３を運転サイクル時間の１／ｎ時間以上、即ち１／３以上に設定するとともに、１／ｎサイクル時間ずつずらして各工程を行うように設定することにより、少なくとも一つの吸着筒が必ず再生工程を行う状態にすることができる。すなわち、図５に示すように、再生工程時間ｔ３を、運転サイクル時間の１／３に設定し、各吸着筒の運転サイクルを１／３サイクル時間ずつ互いに位相をずらして行うように設定すれば、一つの吸着筒における加圧工程及び吸着工程は、他の１筒の加圧工程又は吸着工程と重なるだけとなり、圧縮機は、二つの吸着筒に原料空気を供給できる容量があればよいことになる。したがって、この場合も、圧縮機の容量を２／３にすることができる。
【００３３】
図６は、同じく３筒式において、加圧工程時間ｔ１と吸着工程時間ｔ２との合計時間が再生工程時間ｔ３よりも短い（ｔ１＋ｔ２＜ｔ３）場合である。この場合は、前記同様に、各吸着筒の運転サイクルを１／３サイクル時間ずつ互いに位相をずらして行うことにより、３筒の加圧工程や吸着工程が同時に行われることがないので、圧縮機の容量を２／３にすることができる。さらに、再生工程時間ｔ３を長くして（ｔ１＋ｔ２）の２倍以上にすると、各吸着筒の加圧工程及び吸着工程が互いに重なり合わないようにすることができる。したがって、この場合は一つの吸着筒にのみ原料空気を供給すればよいので、圧縮機の容量を１／３にすることができる。
【００３４】
また、図４及び図６の運転モードにおいては、工程切換えのタイミングを多少前後させても３筒同時に原料空気を供給する状態になることはないので、各吸着筒同士の位相のずれを１／３サイクル時間に限定しなくてもよい。
【００３５】
図７乃至図９は、容量を単筒式の１／２とした吸着筒Ａ，Ｂを２個使用した２筒式ＰＳＡの場合の各運転モードを示すものである。図７は、ｔ１＋ｔ２＝ｔ３の場合であって、この場合は、両吸着筒Ａ，Ｂの工程を１／２サイクル時間ずらすことにより、両吸着筒の加圧工程及び吸着工程が互いに重なり合うことがなくなるので、圧縮機の容量を１／２にすることができる。
【００３６】
図８はｔ１＋ｔ２＞ｔ３の場合であって、この場合は、加圧工程時間ｔ１と吸着工程時間ｔ２との合計時間がサイクル時間の１／２以上になり、再生工程時間ｔ３が１／２未満となってしまうので、両吸着筒の加圧工程又は吸着工程が必ず重なるときが発生してしまうため、圧縮機の容量としては単筒式と同様の容量Ｆの圧縮機を必要とする。
【００３７】
図９は、ｔ１＋ｔ２＜ｔ３の場合であって、この場合は、両吸着筒Ａ，Ｂの工程を１／２サイクル時間程度ずらすことにより、両吸着筒の加圧工程及び吸着工程が互いに重なり合うことがなくなるので、圧縮機の容量を１／２にすることができる。
【００３８】
図１０及び図１１は、４筒式ＰＳＡの場合の各運転モードを示すものである。
各吸着筒Ａ〜Ｄの容量は、Ｌ×（１／４）となる。図１０は、ｔ１＋ｔ２＝ｔ３の場合であって、この場合は、吸着筒の設置数ｎが４であるから、各吸着筒の工程を１／４ずつ位相をずらすことにより、一つの吸着筒の加圧工程及び吸着工程が、他の吸着筒の加圧工程又は吸着工程の一つとだけに重なるように設定することができる。したがって、この場合は、圧縮機の容量を２／４、即ち１／２にすることができる。
【００３９】
図１１は、ｔ１＋ｔ２＞ｔ３の場合であって、この場合は、加圧工程時間ｔ１と吸着工程時間ｔ２との合計時間がサイクル時間の１／２以上になるため、一つの吸着筒の加圧工程及び吸着工程は、他の二つの吸着筒の加圧工程又は吸着工程に重なってしまうことになる。しかし、この場合でも、再生工程時間ｔ３を１／４サイクル時間以上にしておけば、４筒同時に加圧工程又は吸着工程になることがなくなるので、圧縮機の容量を３／４にすることができる。
【００４０】
なお、このような４筒式の場合、再生工程時間ｔ３を長くすれば、圧縮機の容量を１／４にすることも可能であるが、この場合は、再生工程後半の吸着筒が実質的に休止状態になってしまうため、余り望ましいものではない。
【００４２】
次に、窒素タンクにおける圧力変化をみると、図１に示した３筒式ＰＳＡは、各吸着筒及び窒素タンクがそれぞれ独立して形成されているため、すなわち、従来の単筒式ＰＳＡを、圧縮機を除いた状態で容量が１／３の吸着筒及び窒素タンクを３組並列に設置した状態になっているので、吸着筒と窒素タンクとの容量割合等の設定条件が同じならば圧力変動幅も同一となる。これは、２塔式や４筒式でも同じである。一般的な圧力変動幅は、運転諸条件により異なるが、０．１ＭＰａ程度にすることもできるし、さらに小さく０．０１ＭＰａ程度にすることもできる。
【００４４】
また、各吸着筒は、他の吸着筒からは独立した状態で各工程を行っているため、製品窒素の減量運転も効率よく行うことができる。すなわち、従来の一般的な複数筒式ＰＳＡでは、吸着工程を終了した吸着筒と再生工程を終了した吸着筒との間で均圧工程を行っているため、該ＰＳＡの設計能力（定格運転）に対して製品窒素量を少なくして運転する減量運転を行う場合は、単に製品窒素の流量を絞るだけであり、その結果、不必要に純度の高い製品窒素を製造することになり、圧縮機の空気量を効率よく減少させることができず、製品の減量度に比べて圧縮機動力費を低減度が小さかった。例えば、定格運転時における製品窒素中の酸素濃度が１．０％の従来の均圧工程を行う複数筒式ＰＳＡでは、６０％減量運転では酸素濃度が０．１％になって窒素純度が不必要に上昇するのに対して原料空気量は７６％程度にしかできなかった。同様に、３０％減量運転では、酸素濃度が０．００５％になるのに対し、原料空気量は５１％程度にしかできなかった。
【００４５】
一方、本形態例に示すように、各吸着筒を独立させて運転する場合、３筒式では一つの吸着筒を休止状態にすることによって窒素純度をほとんど変化させずに約６０％の減量運転を行うことができ、その際に、運転モードを、例えば、図４に示すモードから図７に示すモードに切換えることにより、原料空気量を約２／３にして圧縮機を連続運転させることができる。同様に、一つの吸着筒のみを運転して２筒を休止させることにより約３０％の減量運転となり、原料空気量を約１／３にすることができる。
【００４６】
これにより、減量運転の程度に応じて原料空気量を低減することができ、圧縮機の負荷を軽減できるので、圧縮機動力費を従来に比べて大幅に節減することができる。
【００４７】
なお、設備構成が複雑になるのを厭わなければ５筒式以上にしてもよく、上記同様の作用効果を得ることが可能である。また、窒素タンクの窒素を吸着筒に逆流させるパージ操作は、再生工程の中に含まれるものであり、このパージ操作を行うことによって吸着筒内に残存する酸素をパージすることができるので、製品窒素の純度を高めることができる。
【００４８】
【実施例】
実施例１
内容積が１５リットルの吸着筒に分子ふるい炭素を充填して空気中の窒素を分離する実験を行った。各吸着筒は、図１に示すように設置し、窒素タンクの容量は３８リットルとした。吸着工程の終了圧力はゲージ圧で０．６４ＭＰａ、再生工程終了時の圧力は大気圧とした。各吸着筒の１サイクルの時間は１２０秒とし、再生工程時間は６０秒とした（ｔ１＋ｔ２＝ｔ３＝６０秒）。製品窒素の純度は９９％に設定した。
【００４９】
ケース１では、３個の吸着筒Ａ，Ｂ，Ｃの内の２個の吸着筒Ａ，Ｂを使用して図７に示す運転モードで運転を行った。ケース２では、３個の吸着筒Ａ，Ｂ，Ｃを使用して図４に示す運転モードで運転を行った。ケース３では、３個の吸着筒Ａ，Ｂ，Ｃの内の１個の吸着筒Ａのみを使用して図７Ａに示す運転モード（図４Ａも同じ）で運転を行った。
【００５０】
各ケースにおける運転結果を表１に、窒素タンクの圧力変化を図１３に、それぞれ示す。この結果から、ケース２においては、ケース３に比べて３倍の窒素量を発生することができた。このことは、製品窒素量を同じにすれば、ケース２はケース３に比べて各吸着筒を１／３程度に小さくできることを意味する。また、圧縮機においても、各ケースにおける製品窒素量を同一にした場合は、ケース１及びケース２では、ケース３に比べて小さな容量の圧縮機を使用可能なことがわかる。なお、本実施例において、ケース２を３筒式の定格運転とすれば、ケース１は６０％減量運転、ケース３は３０％減量運転に相当する。
【００５１】
【表１】
0004900988.tif 000002
【００５５】
実施例２
内容積１リットルの吸着筒に分子ふるい炭素を充填し、図１に示すように設置して空気中の窒素を分離した。窒素タンクの容量は３リットルとした。吸着工程終了時の圧力はゲージ圧で約０．６４ＭＰａとし、再生工程終了時の圧力は大気圧とした。再生工程において、筒内圧力が約０．１ＭＰａ（Ｇ）に低下した後に、窒素タンクから窒素の一部を吸着筒に流してパージ操作を行った。パージ窒素の量は、５５ＮＬ／（ｈ・筒・吸着剤ｋｇ）とした。その他は実施例１と同様にして行い、使用吸着筒が２筒（ケース１）、３筒（ケース２）、１筒（ケース３）の場合を比較した。
【００５６】
製品純度を等しくすると、実施例２の各ケースでは、実施例１に比べて単位吸着剤当たりの製品発生量が約１．４倍に増大した。逆に、製品発生量を等しくすると、実施例３の製品純度は、実施例１よりも高くなった。一方、窒素タンクの圧力変動幅は、パージ窒素が流出する分、実施例１に比べて約１．４倍となった。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の単筒式窒素ＰＳＡに比べて圧縮機の容量を小さくすることができ、各吸着筒の大きさも小さくすることができる。また、製品槽の圧力変動幅を小さくすることができるので、製品窒素の圧力を高くすることが可能となる。さらに、減量運転を容易にかつ効率よく行うことができる。しかも、各吸着筒を独立させて運転するので、均圧操作を行う複数筒式ＰＳＡに比べて運転操作が簡便であり、装置構成も簡素化できるので、窒素ガスの製造コストも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の窒素ガス分離装置の一形態例を示す系統図である。
【図２】  吸着筒の運転状態を説明するための要部の系統図である。
【図３】  １運転サイクルの間の吸着筒と窒素タンクとにおける圧力変化を示す図である。
【図４】  ３筒式ＰＳＡにおいて、加圧工程時間と吸着工程時間との合計時間が再生工程時間に等しい場合の運転モードの一例を示す図である。
【図５】  同じく、加圧工程時間と吸着工程時間との合計時間が再生工程時間よりも長い場合の運転モードの一例を示す図である。
【図６】  同じく、加圧工程時間と吸着工程時間との合計時間が再生工程時間よりも短い場合の運転モードの一例を示す図である。
【図７】  ２筒式ＰＳＡにおいて、加圧工程時間と吸着工程時間との合計時間が再生工程時間に等しい場合の運転モードの一例を示す図である。
【図８】  同じく、加圧工程時間と吸着工程時間との合計時間が再生工程時間よりも長い場合の運転モードの一例を示す図である。
【図９】  同じく、加圧工程時間と吸着工程時間との合計時間が再生工程時間よりも短い場合の運転モードの一例を示す図である。
【図１０】  ４筒式ＰＳＡにおいて、加圧工程時間と吸着工程時間との合計時間が再生工程時間に等しい場合の運転モードの一例を示す図である。
【図１１】  同じく、加圧工程時間と吸着工程時間との合計時間が再生工程時間よりも長い場合の運転モードの一例を示す図である。
【図１２】  実施例１における窒素タンクの圧力変化を示す図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ…吸着筒、１ａ，１ｂ，１ｃ…窒素タンク、２ａ，２ｂ，２ｃ…定流量弁、３ａ，３ｂ，３ｃ…入口弁、４ａ，４ｂ，４ｃ…排気弁、５ａ，５ｂ，５ｃ…出口弁、６ａ，６ｂ，６ｃ…パージ弁、７ａ，７ｂ，７ｃ…製品弁、１１…圧縮機、１２…減圧弁、１３…送給配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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