JP2001353416A - Method for concentrating specific component gas and concentration apparatus therefor - Google Patents
Method for concentrating specific component gas and concentration apparatus thereforInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、原料ガス中におけ
る特定成分ガスを濃縮する技術に関し、特に圧力スイン
グ吸着法（ＰＳＡ法）によって、空気から高濃度な窒素
ガスや酸素ガスを得る場合に適用できる技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for concentrating a specific component gas in a raw material gas, and more particularly to a technique for obtaining a high-concentration nitrogen gas or oxygen gas from air by a pressure swing adsorption method (PSA method). About the technology that can be done.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＰＳＡ法により比較的簡便、かつ
安価に窒素ガスや酸素ガスなどの特定成分の濃縮ガスを
得ることが可能となったため、ＰＳＡ法による特定成分
ガスの製造が普及しつつある。ＰＳＡ法により特定成分
ガスを濃縮する従来の技術としては、吸着塔を２〜４塔
設け、各吸着塔において吸着、減圧、脱着、および昇圧
を繰り返すことにより、特定成分ガスが高濃度に濃縮さ
れた製品ガスを高い効率で得られるように工夫したもの
が数多くある。2. Description of the Related Art In recent years, it has become possible to obtain a concentrated gas of a specific component such as nitrogen gas or oxygen gas relatively simply and inexpensively by the PSA method. is there. As a conventional technique for concentrating a specific component gas by the PSA method, a specific component gas is concentrated to a high concentration by providing two to four adsorption towers and repeating adsorption, depressurization, desorption, and pressure increase in each adsorption tower. There are many devices devised to obtain highly efficient product gas.
【０００３】例えば、空気から窒素ガスや酸素ガスを得
る方法では、予め脱湿機において水分をある程度除去し
た空気を各吸着塔に供給することが行われており、さら
に水分を除去すべく吸着塔の入口付近に脱湿剤を充填す
る方法も行われている。そして、特開平２−６８１１１
号公報や特表平４−５０５４４８号公報に記載されたＰ
ＳＡ法では、本願の図５に実線で示したように、切替弁
７０ａ〜７０ｆを閉とするとともに切替弁７０ｇを開と
することにより吸着工程の終了した吸着塔（一方の吸着
塔）５からの濃縮ガスを脱着工程の終了した吸着塔（他
方の吸着塔）６に供給することにより一方の吸着塔５に
おいて減圧工程を行うと同時に、他方の吸着塔６におい
て昇圧工程を行うこととしている。For example, in a method for obtaining nitrogen gas or oxygen gas from air, air from which a certain amount of water has been removed in advance by a dehumidifier is supplied to each adsorption tower. There is also a method of filling a dehumidifier near the entrance. And Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-68111
P described in Japanese Patent Publication No.
In the SA method, as shown by a solid line in FIG. 5 of the present application, the switching valves 70a to 70f are closed and the switching valve 70g is opened, so that the adsorbing tower (one of the adsorbing towers) 5 that has completed the adsorption step is closed. By supplying the concentrated gas to the adsorption tower (the other adsorption tower) 6 after the desorption step, the pressure reduction step is performed in one adsorption tower 5 and the pressure increase step is performed in the other adsorption tower 6 at the same time.
【０００４】ところが、一方の吸着塔５から他方の吸着
塔６に濃縮ガスを供給する方法では、一方の吸着塔５内
の圧力が低下するため、その内部の充填剤に吸着されて
いた非特定成分ガスの一部が脱着する。仮に、一方の吸
着塔５の出口付近の充填剤にまで非特定成分ガスが吸着
されていたとすると、これが濃縮ガスとともに他方の吸
着塔６に供給されてしまう。かかる非特定成分ガスは、
その大部分が他方の吸着塔６の出口付近において充填剤
に吸着せずに滞留するため、他方の吸着塔６を昇圧した
後に原料ガスを供給して吸着工程を行った際には、非特
定成分ガスが他方の吸着塔６の外部に排出されてしま
い、製品ガスにおける特定成分ガスの濃度が低下すると
いった問題が生じ得る。したがって、他方の吸着塔６に
供給されてしまう非特定成分ガス量を最小限に止めるべ
く、一方の吸着塔５の出口付近に存在する充填剤に非特
定成分ガスが吸着される前に吸着工程を止める必要が生
じるなど、操作条件面での制約が大きくなる。そればか
りか、吸着および脱着工程時間が短くなる一方で、減圧
および昇圧工程が占める時間割合が相対的に大きくなっ
てしまい、作業効率も悪化する。However, in the method in which the concentrated gas is supplied from one adsorption tower 5 to the other adsorption tower 6, the pressure in one adsorption tower 5 is reduced, so that the unspecified gas adsorbed by the filler inside the one adsorption tower 5 is reduced. Part of the component gas is desorbed. Assuming that the non-specific component gas has been adsorbed to the filler near the outlet of one of the adsorption towers 5, it is supplied to the other adsorption tower 6 together with the concentrated gas. Such non-specific component gas is
Since most of the material stays in the vicinity of the outlet of the other adsorption tower 6 without being adsorbed by the filler, when the pressure of the other adsorption tower 6 is increased and the raw material gas is supplied to perform the adsorption step, the non-specification occurs. The component gas is discharged to the outside of the other adsorption tower 6, which may cause a problem that the concentration of the specific component gas in the product gas decreases. Therefore, in order to minimize the amount of the non-specific component gas supplied to the other adsorption tower 6, the adsorption step is performed before the non-specific component gas is adsorbed by the filler existing near the outlet of the one adsorption tower 5. There is a greater restriction on operating conditions, such as the need to stop the operation. In addition, while the time for the adsorption and desorption steps is shortened, the ratio of the time occupied by the pressure reduction and pressure increase steps becomes relatively large, and the working efficiency is also deteriorated.
【０００５】このような不具合を解消すべく、同図に鎖
線で示したように、一方の吸着塔５の入口付近と他方の
吸着塔６の入口付近との間を切替弁７０ｈを介して導通
可能とし、他方の吸着塔６の出口からのみならず、その
入口からもガスを供給して他方の吸着塔６の昇圧を行う
方法もある。この方法では、一方の吸着塔５の出口付近
からのみガスを供給する場合に比べて各吸着塔５，６の
減圧および昇圧を迅速に行うことができるため、他方の
吸着塔６に供給される非特定成分ガスの量も少なくな
り、減圧および昇圧工程が占める時間割合を少なくでき
る。In order to solve such a problem, as shown by a dashed line in the drawing, the vicinity of the entrance of one adsorption tower 5 and the vicinity of the entrance of the other adsorption tower 6 are connected via a switching valve 70h. There is also a method in which the pressure of the other adsorption tower 6 is increased by supplying gas not only from the outlet of the other adsorption tower 6 but also from the entrance thereof. In this method, the pressure in each of the adsorption towers 5 and 6 can be reduced and increased more quickly than in the case where the gas is supplied only from the vicinity of the outlet of one of the adsorption towers 5. The amount of the non-specific component gas is also reduced, and the time ratio occupied by the pressure reduction and pressure increase steps can be reduced.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一方の
吸着塔５の入口付近には脱湿剤が充填されているから、
一方の吸着塔５の減圧により脱着した水分が他方の吸着
塔６に移動し、この水分は他方の吸着塔６の入口から供
給されるから、他方の吸着塔６の脱湿剤に吸着される。
したがって、他方の吸着塔６に原料ガスを供給して吸着
工程を行った場合には、原料ガスからの水分以外にも、
一方の吸着塔５から供給された水分が除去される。この
ため、他方の吸着塔６における脱湿剤の一部は、原料ガ
ス中の水分の除去に利用できなくなり、他方の吸着塔６
での水分の除去効率が悪化し、これを改善するためには
他方の吸着塔６に充填すべき脱湿剤の量を多くする必要
が生じる。However, since the vicinity of the inlet of one adsorption tower 5 is filled with a dehumidifier,
The water desorbed by the pressure reduction of one adsorption tower 5 moves to the other adsorption tower 6, and this water is supplied from the inlet of the other adsorption tower 6, so that it is adsorbed by the dehumidifier of the other adsorption tower 6. .
Therefore, when the raw material gas is supplied to the other adsorption tower 6 to perform the adsorption step, in addition to the moisture from the raw material gas,
The water supplied from one adsorption tower 5 is removed. For this reason, part of the dehumidifier in the other adsorption tower 6 cannot be used for removing moisture in the raw material gas, and the other adsorption tower 6
In order to improve the efficiency of removing water, it is necessary to increase the amount of the dehumidifying agent to be filled in the other adsorption tower 6.
【０００７】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであり、原料ガス中の水分を効率良く除去しつつ、高
濃度の濃縮ガスを効率良く得ることができる技術を提供
することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has as its object to provide a technique capable of efficiently obtaining a high-concentration concentrated gas while efficiently removing moisture in a raw material gas. I have.
【０００８】[0008]
【発明の開示】上記課題を解決するため、本発明では次
の技術的手段を講じている。DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical measures.
【０００９】すなわち、本発明の第１の側面により提供
される特定成分ガスの濃縮方法は、第１吸着手段の入口
が第１脱湿手段の出口に第１連絡手段を介して導通した
第１濃縮ユニットと、第２吸着手段の入口が第２脱湿手
段の出口に第２連絡手段を介して導通した第２濃縮ユニ
ットと、を備えた濃縮装置を用い、かつ各濃縮ユニット
において吸着工程、均圧工程および脱着工程を含む一連
の工程を順次繰り返して、原料ガス中の水分および非特
定成分ガスを除去して特定成分ガスの濃縮を行うととも
に、一方の濃縮ユニットにおいて吸着工程を行っている
間に他方の濃縮ユニットにおいて脱着工程を行い、各濃
縮ユニットにおいて同時に均圧工程を行う特定ガスの濃
縮方法であって、第１連絡手段と第２連絡手段とを導通
状態とすることにより均圧工程を行うことを特徴として
いる。That is, in the method for concentrating a specific component gas provided by the first aspect of the present invention, the first adsorbing means has an inlet connected to an outlet of the first dehumidifying means via the first communication means. A concentration unit having a concentration unit and a second concentration unit in which an inlet of the second adsorption unit is connected to an exit of the second dehumidification unit via the second communication unit, and an adsorption step in each concentration unit; A series of steps including the equalizing step and the desorption step are sequentially repeated to remove the moisture and the non-specific component gas in the raw material gas to concentrate the specific component gas, and perform the adsorption step in one of the concentration units. A method for concentrating a specific gas in which a desorption step is performed in the other concentration unit in the meantime and a pressure equalization step is performed simultaneously in each concentration unit, wherein the first communication means and the second communication means are brought into a conductive state. It is characterized by performing RiHitoshi圧 process.
【００１０】ここで、本明細書における「吸着手段の入
口」および「脱湿手段の出口」などといった場合の「入
口」または「出口」なる用語は、吸着工程において各濃
縮ユニットに対して原料ガスを供給した場合の原料ガス
の流れ方向を基準として決定されたものを指している。
したがって、仮に吸着工程と脱着工程とで各濃縮ユニッ
トでのガス流れ方向が異なる場合であっても、そのガス
流れ方向に応じて入口および出口の位置が変化するもの
ではない。In this specification, the terms "inlet" and "outlet" in the case of "inlet of the adsorbing means" and "outlet of the dehumidifying means" in the present specification refer to the source gas for each concentration unit in the adsorption step. Is determined on the basis of the flow direction of the raw material gas when the gas is supplied.
Therefore, even if the gas flow direction in each concentration unit differs between the adsorption step and the desorption step, the positions of the inlet and the outlet do not change according to the gas flow direction.
【００１１】以上の濃縮方法では、各濃縮ユニットにお
ける吸着手段の入口と脱湿手段の出口との間にある連絡
手段どうしを導通することにより均圧工程が実行され
る。このようにして行われる均圧工程では、一方の吸着
手段が減圧される際に当該吸着手段において吸着してい
た非特定成分ガスの一部が脱着され、これが他方の濃縮
ユニットの吸着手段の入口に移動することも考えられ
る。ところが、この非特定成分ガスは、当該吸着手段に
対して入口から供給されるため、当該吸着手段において
除去される。したがって、本濃縮方法では、一方の吸着
手段から他方の吸着手段に対してガスを供給することに
より均圧工程を行ったとしても、各濃縮ユニットから得
られる濃縮ガスにおける特定成分ガスの濃度が低下して
しまうことはない。In the above-described concentration method, the pressure equalizing step is performed by conducting the communication means between the inlet of the adsorption means and the outlet of the dehumidification means in each concentration unit. In the pressure equalization step performed in this manner, when one of the adsorption means is depressurized, a part of the non-specific component gas adsorbed by the adsorption means is desorbed, and this is introduced into the inlet of the adsorption means of the other concentration unit. It is conceivable to move to. However, since the non-specific component gas is supplied from the inlet to the adsorption unit, it is removed in the adsorption unit. Therefore, in the present concentration method, even if the pressure equalization step is performed by supplying gas from one adsorption means to the other adsorption means, the concentration of the specific component gas in the concentrated gas obtained from each concentration unit decreases. You won't.
【００１２】また、本濃縮方法における均圧工程は、サ
ージタンクやコンプレッサなどの圧力源を別途設けるま
でもなく、たとえば切替弁の切替により実行することが
できるため、濃縮装置の製造コストを低減することがで
きるばかりか、圧力源の駆動に要するランニングコスト
を不要とすることができる。In addition, the pressure equalizing step in the present concentration method can be performed by, for example, switching a switching valve without separately providing a pressure source such as a surge tank or a compressor, thereby reducing the manufacturing cost of the concentration device. In addition, the running cost required for driving the pressure source can be eliminated.
【００１３】ところで、第１連絡手段と第２連絡手段と
の導通により、第１脱湿手段と第２脱湿手段との出口ど
うしを導通することにより、各脱湿手段の均圧を同時に
行うこともできる。この場合、圧力差に起因して一方の
脱湿手段の出口から他方の脱湿手段の出口にガスが移動
し、一方の脱湿手段が減圧することとなるが、このとき
に当該脱湿手段に吸着していた水分が脱着し、これが他
方の脱湿手段に移動してしまうことが懸念される。しか
しながら、各脱湿手段内においては、吸着された水分量
に分布が生じており、各吸着手段の入口側ほど多くの水
分が吸着しているために出口付近に吸着された水分量は
さほど多くない。このため、一方の脱湿手段から他方の
脱湿手段に移動する水分量はさほど大きくなく、従来の
ように一方の脱湿手段の入口から他方の脱湿手段の入口
にガスを供給する場合に比べて、その移動水分量は著し
く少なくなる。したがって、上記した均圧方法では、一
方の脱湿手段から他方の脱湿手段への水分の移動を許容
しているが、その移動量が少なく、他方の脱湿手段での
水分除去効率の低下は極めて少なくなる。By the way, the first communication means and the second communication means are electrically connected to each other, so that the outlets of the first and second dehumidification means are electrically connected to each other, so that the dehumidifying means are equalized at the same time. You can also. In this case, gas moves from the outlet of one dehumidifying unit to the outlet of the other dehumidifying unit due to the pressure difference, and one of the dehumidifying units is depressurized. It is feared that the water adsorbed on the desorbed water is desorbed and moved to the other dehumidifying means. However, in each of the dehumidifying means, a distribution occurs in the amount of adsorbed water, and the amount of water adsorbed near the outlet is so large that more water is adsorbed on the inlet side of each adsorbing means. Absent. For this reason, the amount of water moving from one dehumidifying unit to the other dehumidifying unit is not so large, and when supplying gas from the inlet of one dehumidifying unit to the inlet of the other dehumidifying unit as in the related art. In comparison, the amount of moving water is significantly reduced. Therefore, in the above equalizing method, the movement of moisture from one dehumidifying means to the other dehumidifying means is allowed, but the amount of the movement is small, and the water removing efficiency in the other dehumidifying means is reduced. Is extremely small.
【００１４】本発明の好ましい実施の形態においては、
吸着工程を行っている一方の濃縮ユニットからの濃縮ガ
ス中における非特定成分濃度を測定するとともに、その
測定濃度が予め設定された所定値に達した時点で、一方
の濃縮ユニットにおける吸着工程および他方の濃縮ユニ
ットにおける脱着工程をそれぞれ終了し、各濃縮ユニッ
トを均圧工程に移行する。In a preferred embodiment of the present invention,
The non-specific component concentration in the concentrated gas from one of the concentration units performing the adsorption step is measured, and when the measured concentration reaches a predetermined value, the adsorption step in the one concentration unit and the other The desorption steps in the concentration units are ended, and each concentration unit is shifted to the pressure equalization step.
【００１５】この方法では、例えば目的とする製品濃縮
ガスの純度が９９％であれば、所定値を１％と定め、一
方の濃縮ユニットからの濃縮ガス中の非特定成分ガスの
濃度が１％にまで増加した時点で、一方の濃縮ユニット
での吸着工程を終了するとともに他方の濃縮ユニットで
の脱着工程を終了し、各濃縮ユニットを次の均圧工程に
移行するのである。したがって、当該濃縮方法では、各
濃縮ユニットからの濃縮ガス中における特定成分ガスの
純度が一定以上に維持され、また各濃縮ユニットにおい
て行われる吸着工程の時間を最大限にまで引き延ばして
から均圧工程に移行するため、特定成分ガスの製造効率
が改善される。In this method, for example, if the purity of the target product concentrated gas is 99%, the predetermined value is set to 1%, and the concentration of the non-specific component gas in the concentrated gas from one of the concentration units is 1%. At this point, the adsorption step in one concentrating unit is completed, the desorption step in the other concentrating unit is completed, and each concentrating unit is shifted to the next pressure equalization step. Therefore, in the enrichment method, the purity of the specific component gas in the enriched gas from each enrichment unit is maintained at a certain level or more, and the time of the adsorption step performed in each enrichment unit is extended to the maximum, and then the pressure equalization step is performed. , The production efficiency of the specific component gas is improved.
【００１６】本発明の好ましい実施の形態においては、
均圧工程において、第１連絡手段と第２連絡手段とを導
通状態とすることに加えて、吸着工程の終了した一方の
濃縮ユニットにおける吸着手段の出口からの濃縮ガス
を、脱着工程の終了した他方の濃縮ユニットにおける吸
着手段の出口から供給する。In a preferred embodiment of the present invention,
In the pressure equalization step, in addition to bringing the first communication means and the second communication means into a conductive state, the concentrated gas from the outlet of the adsorption means in one of the concentration units for which the adsorption step has been completed is subjected to the desorption step. It is supplied from the outlet of the adsorption means in the other concentration unit.
【００１７】この濃縮方法では、各連絡手段どうしを連
通することに加えて、各濃縮ユニットの出口どうしを連
通することにより均圧工程が行われるため、均圧工程を
迅速に遂行することができる。このため、均圧工程の時
間割合を相対的に減じて効率良く特定成分ガスの濃縮を
行うことができ、また迅速に均圧工程が遂行されること
から、従来のＰＳＡ法のように、一方の濃縮ユニットか
ら他方の濃縮ユニットに非特定成分ガスが供給され、こ
れが製品ガスに混入して純度が低下してしまうことを問
題視する必要もない。In this concentration method, since the pressure equalizing step is performed by connecting the outlets of the respective concentration units in addition to the communication between the communication means, the pressure equalizing step can be rapidly performed. . For this reason, the specific component gas can be efficiently concentrated by relatively reducing the time ratio of the pressure equalization step, and the pressure equalization step is quickly performed. It is not necessary to consider that the non-specific component gas is supplied from the enrichment unit to the other enrichment unit and mixed with the product gas to lower the purity.
【００１８】また、一方の濃縮ユニットの出口からの他
方の濃縮ユニットの出口への濃縮ガスの供給は、たとえ
ば切替弁の切替により実行することができるため、製造
コストやランニングコストがさほど上昇することもな
い。Further, the supply of the concentrated gas from the outlet of one concentrating unit to the outlet of the other concentrating unit can be executed by, for example, switching of a switching valve, so that the production cost and the running cost are significantly increased. Nor.
【００１９】なお、本発明の濃縮方法は、種々の原料ガ
スについて適用可能であるが、特に空気から酸素ガスま
たは窒素ガスを除去して濃縮窒素ガスまたは濃縮酸素ガ
スを得る場合に好適に採用される。Although the enrichment method of the present invention can be applied to various raw material gases, it is particularly preferably used when oxygen gas or nitrogen gas is removed from air to obtain concentrated nitrogen gas or oxygen gas. You.
【００２０】一方、本発明の第２の側面によれば、第１
吸着手段の入口が第１脱湿手段の出口に第１連絡手段を
介して導通した第１濃縮ユニットと、第２吸着手段の入
口が第２脱湿手段の出口に第２連絡手段を介して導通し
た第２濃縮ユニットと、を備え、かつ各濃縮ユニットに
おいて吸着工程、均圧工程および脱着工程を含む一連の
工程を順次繰り返して、原料ガス中の水分および非特定
成分ガスを除去して特定成分ガスを濃縮するとともに、
一方の濃縮ユニットにおいて吸着工程を行っている間に
他方の濃縮ユニットにおいて脱着工程を行い、各濃縮ユ
ニットにおいて同時に均圧工程を行うように構成された
特定成分ガスの濃縮装置であって、第１連絡手段と第２
連絡手段とが切替弁を介して導通可能とされているとと
もに、この切替弁を開として導通状態とすることにより
均圧工程を行うように構成されていることを特徴とす
る、特定成分ガスの濃縮装置が提供される。On the other hand, according to the second aspect of the present invention, the first
A first concentrating unit in which the inlet of the adsorbing means communicates with the outlet of the first dehumidifying means via the first communicating means, and the inlet of the second adsorbing means communicates with the outlet of the second dehumidifying means via the second communicating means. And a series of steps including an adsorption step, a pressure equalization step, and a desorption step are sequentially repeated in each concentration unit to remove moisture and non-specific component gases in the raw material gas and to specify them. While concentrating the component gas,
A specific component gas concentrator configured to perform a desorption step in another concentrator unit while performing an adsorption step in one concentrator unit, and to perform a pressure equalizing step in each concentrator unit simultaneously. Communication means and the second
The communication means is configured to be able to conduct through a switching valve, and is configured to perform a pressure equalizing step by opening the switching valve to be in a conducting state. A concentrator is provided.
【００２１】この濃縮装置では、各吸着手段の入口どう
しの導通により均圧工程を実行することができるため、
均圧工程において、各吸着手段に吸着した非特定成分ガ
スの脱着・移動による濃縮ガスにおける特定成分ガスの
濃度低下がほとんど生じず、また水分移動による弊害も
ほとんど生じない。In this concentrator, since the pressure equalization step can be performed by conduction between the inlets of the respective adsorption means,
In the pressure equalization step, the concentration of the specific component gas in the concentrated gas hardly decreases due to the desorption and movement of the non-specific component gas adsorbed by each adsorption means, and almost no adverse effect due to the movement of water occurs.
【００２２】なお、本発明における濃縮ユニットの数
は、２以上であればよく、もちろん３以上であってもよ
い。The number of concentration units in the present invention may be two or more, and may be three or more.
【００２３】また、各濃縮ユニットにおける吸着、均圧
および脱着工程は、少なくとも吸着手段において行えば
よく、たとえば脱湿手段においては均圧工程を省略して
もよい。The adsorption, pressure equalization and desorption steps in each concentration unit may be performed at least in the adsorption means. For example, the pressure equalization step in the dehumidification means may be omitted.
【００２４】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。[0024] Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を図面を参照して具体的に説明する。ここで、図１
は本発明に係る特定成分ガスの濃縮方法およびそれを実
現するためのＰＳＡ装置の概略構成図であり、図２は各
吸着塔および各脱湿塔での工程および切替弁に対して制
御信号を伝送するタイミングの一例を示す図である。な
お、本実施形態では、原料ガスとしての空気から酸素ガ
スを除去し、特定成分としての窒素ガスを濃縮する場合
を例にとって説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Here, FIG.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a method for concentrating a specific component gas according to the present invention and a PSA apparatus for realizing the method. FIG. 2 is a diagram showing a process in each adsorption tower and each dehumidification tower and a control signal for a switching valve. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of transmission timing. In the present embodiment, an example will be described in which oxygen gas is removed from air as a source gas and nitrogen gas as a specific component is concentrated.
【００２６】図１に示したように、濃縮装置としてのＰ
ＳＡ装置Ｘは、第１および第２濃縮ユニット１，２と、
濃縮窒素貯槽３０と、酸素濃度計３１と、切替弁制御装
置３２と、真空ポンプ３３と、切替弁制御装置３２から
の指令に基づいて電気的に制御可能なソレノイド弁など
である複数の切替弁３４ａ〜３４ｊと、を備えて大略構
成されている。As shown in FIG. 1, P as a concentrating device
The SA device X includes first and second concentration units 1 and 2,
A plurality of switching valves such as a concentrated nitrogen storage tank 30, an oxygen concentration meter 31, a switching valve control device 32, a vacuum pump 33, and a solenoid valve which can be electrically controlled based on a command from the switching valve control device 32. 34a to 34j.
【００２７】第１濃縮ユニット１は、第１吸着手段とし
ての第１吸着塔１０および第１脱湿手段としての第１脱
湿塔１１を有しており、第１吸着塔１０と第１脱湿塔１
１との間が第１連絡手段としての第１連絡配管１２を介
して繋げられている。第２濃縮ユニット２も同様に、第
２吸着塔２０と第２脱湿塔２１との間が第２連絡配管２
２を介して繋げられている。The first enrichment unit 1 has a first adsorption tower 10 as a first adsorption means and a first dehumidification tower 11 as a first dehumidification means. Wet tower 1
1 are connected via a first communication pipe 12 as first communication means. Similarly, the second concentrating unit 2 has a second connecting pipe 2 between the second adsorption tower 20 and the second dehumidifying tower 21.
2 are connected.
【００２８】各吸着塔１０，２０には、吸着剤として、
たとえば分子篩炭素が充填されている。分子篩炭素は、
加圧状態においては原料ガスとしての空気から酸素を選
択的に吸着しつつ窒素を通過させ、減圧状態においては
吸着した酸素を脱着させる。これらの吸着塔１０，２０
は、それぞれの出口側が配管４０，４０ａ，４０ｂを介
して濃縮窒素貯槽３０と繋げられている。In each of the adsorption towers 10, 20, as an adsorbent,
For example, it is filled with molecular sieve carbon. Molecular sieve carbon is
In a pressurized state, nitrogen is passed while selectively adsorbing oxygen from air as a source gas, and in a depressurized state, the adsorbed oxygen is desorbed. These adsorption towers 10, 20
Each outlet side is connected to the concentrated nitrogen storage tank 30 via pipes 40, 40a, and 40b.
【００２９】配管４０には、各吸着塔１０，２０からの
出口ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計３１が接続
され、その測定結果は各切替弁３４ａ〜３４ｊの開閉を
制御する切替弁制御装置３２に送られる。ここで、酸素
濃度計３１としては、ジルコニア式酸素濃度計、ガルバ
ニ電池式酸素濃度計などが挙げられる。An oxygen concentration meter 31 for measuring the oxygen concentration in the outlet gas from each of the adsorption towers 10 and 20 is connected to the pipe 40, and the measurement result is a switching valve for controlling the opening and closing of each of the switching valves 34a to 34j. It is sent to the control device 32. Here, examples of the oxygen concentration meter 31 include a zirconia oxygen concentration meter and a galvanic cell oxygen concentration meter.
【００３０】一方、配管４０ａ，４０ｂのそれぞれに
は、切替弁３４ａ，３４ｂが設けられているとともに、
各配管４０ａ，４０ｂどうしは、切替弁３４ｃおよびオ
リフィスなどの絞り装置３５を介して繋げられている。On the other hand, switching valves 34a and 34b are provided in the pipes 40a and 40b, respectively.
The pipes 40a and 40b are connected to each other via a switching valve 34c and a throttle device 35 such as an orifice.
【００３１】各脱湿塔１１，２１には、脱湿剤としてア
ルミナゲルあるいはシリカゲルが充填されており、供給
された原料ガス中の水分を吸着除去し、減圧状態におい
ては吸着した水分を脱着する。各脱湿塔１１，２１の入
口側は、原料供給源（図示略）に対して切替弁３４ｄ，
３４ｅを介して繋げられているとともに、切替弁３４
ｆ，３４ｇを介して真空ポンプ３３または弁３６に繋げ
られている。Each of the dehumidifying towers 11 and 21 is filled with alumina gel or silica gel as a dehumidifying agent, and adsorbs and removes moisture in the supplied raw material gas, and desorbs the adsorbed moisture under reduced pressure. . The inlet side of each of the dehumidification towers 11 and 21 is connected to a material supply source (not shown) by a switching valve 34d,
34e and a switching valve 34
It is connected to the vacuum pump 33 or the valve 36 via f and 34g.
【００３２】なお、本実施形態のＰＳＡ装置Ｘのよう
に、脱湿塔１１，２１を吸着塔１０，２０とは別塔とし
て構成すれば、脱湿剤に対する被毒物質の吸着などによ
り脱湿剤交換の必要が生じた場合には、吸着剤を抜き出
すまでもなく、簡易に脱湿剤のみを交換できるといった
利点が得られる。When the dehumidifying towers 11 and 21 are configured as separate towers from the adsorption towers 10 and 20 as in the PSA apparatus X of the present embodiment, the dehumidification is performed by adsorption of a poisoning substance to the dehumidifying agent. When replacement of the agent is required, there is an advantage that only the dehumidifier can be easily replaced without extracting the adsorbent.
【００３３】各連絡配管１２，２２には、それぞれ切替
弁３４ｈ，３４ｉが設けられているとともに、これらの
連絡配管１２，２２どうしは、各切替弁３４ｈ，３４ｉ
の上流側において配管４１を介して繋げられている。こ
の配管４１には、切替弁３４ｊが設けられている。The connection pipes 12, 22 are provided with switching valves 34h, 34i, respectively, and these connection pipes 12, 22 are connected to the switching valves 34h, 34i, respectively.
Are connected via a pipe 41 on the upstream side of the pipe. The pipe 41 is provided with a switching valve 34j.
【００３４】以上の構成のＰＳＡ装置Ｘでは、各濃縮ユ
ニット１，２において、吸着工程、均圧工程、および脱
着工程を含む一連の工程が繰り返し行われる。In the PSA apparatus X having the above configuration, a series of steps including the adsorption step, the pressure equalization step, and the desorption step are repeatedly performed in each of the concentration units 1 and 2.
【００３５】吸着工程では、原料ガスとしての空気か
ら、脱湿塔１１，２１において水分が、吸着塔１０，２
０において非特定成分ガスとしての酸素ガスが吸着除去
される。In the adsorption step, moisture is removed from the air as the raw material gas in the dehumidification towers 11 and 21 by the adsorption towers 10 and 2.
At 0, oxygen gas as a non-specific component gas is adsorbed and removed.
【００３６】この吸着工程では、まず図外のコンプレッ
サにより０．３ＭＰａから１．０ＭＰａまでの範囲の圧
力に圧縮された空気が切替弁３４ｄ，３４ｅを介して各
濃縮ユニット１，２に供給される。In this adsorption step, first, air compressed by a compressor (not shown) to a pressure in the range of 0.3 MPa to 1.0 MPa is supplied to each of the concentration units 1 and 2 via the switching valves 34d and 34e. .
【００３７】各濃縮ユニット１，２に供給された空気
は、脱湿塔１１，２１を通過する際に水分が除去され
る。水分が除去された空気は、切替弁３４ｈ，３４ｉお
よび連絡配管１２，２２を介して各吸着塔１０，２０に
供給される。各吸着塔１０，２０では、酸素ガスが選択
的に吸着除去される。各吸着塔１０，２０において吸着
されなかった窒素ガスは、切替弁３４ａ，３４ｂおよび
配管４０，４０ａ，４０ｂを介して濃縮窒素貯槽３０に
供給され、貯えられる。The air supplied to each of the concentration units 1 and 2 is removed of moisture when passing through the dehumidification towers 11 and 21. The air from which the moisture has been removed is supplied to each of the adsorption towers 10 and 20 via the switching valves 34h and 34i and the communication pipes 12 and 22. In each of the adsorption towers 10 and 20, oxygen gas is selectively adsorbed and removed. The nitrogen gas not adsorbed in each of the adsorption towers 10 and 20 is supplied to and stored in the concentrated nitrogen storage tank 30 via the switching valves 34a and 34b and the pipes 40, 40a and 40b.
【００３８】脱着工程では、各吸着塔１０，２０および
各脱湿塔１１，２１に充填された吸着剤および脱湿剤が
再生される。この脱着工程では、切替弁３４ｈ，３４
ｉ，３４ｆ，３４ｇを介して、各濃縮ユニット１，２を
真空ポンプ３３により減圧するか、あるいは弁３６によ
り大気に開放される。各吸着塔１０，２０どうしは、そ
の出口側で絞り装置３５を介して繋げられているので、
脱着工程では、一方の吸着塔１０（２０）からの濃縮ガ
スの一部が、減圧された状態で他方の吸着塔２０（１
０）に供給され、この濃縮ガスにより吸着剤に吸着され
た酸素や脱湿剤に吸着された水分が脱着し、吸着剤や脱
湿剤が再生される。脱着による吸着剤および脱湿剤の再
生は、通常、大気圧から０．０５ＭＰａまでの範囲の圧
力で行われる。In the desorption step, the adsorbent and the dehumidifier filled in each of the adsorption towers 10, 20 and each of the dehumidification towers 11, 21 are regenerated. In this desorption process, the switching valves 34h, 34
Each of the concentration units 1 and 2 is depressurized by the vacuum pump 33 or is opened to the atmosphere by the valve 36 via i, 34f and 34g. Since each of the adsorption towers 10 and 20 is connected via a throttle device 35 at the outlet side,
In the desorption step, part of the concentrated gas from one adsorption tower 10 (20) is decompressed while the other adsorption tower 20 (1) is decompressed.
0), the oxygen adsorbed by the adsorbent and the water adsorbed by the dehumidifier are desorbed by the concentrated gas, and the adsorbent and the dehumidifier are regenerated. The regeneration of the adsorbent and the dehumidifier by desorption is usually performed at a pressure in the range from atmospheric pressure to 0.05 MPa.
【００３９】均圧工程では、一方の吸着塔１０（２０）
を減圧するとともに、他方の吸着塔２０（１０）を昇圧
し、必要に応じて一方の脱湿塔１１（２１）を減圧する
とともに、他方の脱湿塔２１（１１）を昇圧する。この
均圧工程は、吸着塔１０，２０の均圧のみを行う場合に
は切替弁制御装置３２の制御により切替弁３４ｃ，３４
ｊを開とするとともに切替弁３４ｈ，３４ｉを閉として
おくことにより行われ、脱湿塔１１，２１の均圧をも行
う場合には、切替弁制御装置３２の制御により切替弁３
４ｈ，３４ｉをも開としておくことにより行われる。In the pressure equalizing step, one of the adsorption towers 10 (20)
Is reduced, the pressure of the other adsorption tower 20 (10) is increased, and if necessary, the pressure of the one dehumidification tower 11 (21) is increased, and the pressure of the other dehumidification tower 21 (11) is increased. In the pressure equalizing step, when only the pressure equalization of the adsorption towers 10 and 20 is performed, the switching valves 34c and 34 are controlled by the switching valve controller 32.
This is performed by opening j and closing the switching valves 34h and 34i. When equalizing the pressure of the dehumidifying towers 11 and 21, the switching valve 3 is controlled by the switching valve control device 32.
4h and 34i are also opened.
【００４０】なお、各脱湿塔１１，２１の入口側どうし
を配管で繋ぐとともに、この配管に切替弁を設け、この
切替弁の開閉を行うことにより、各脱湿塔１１，２１の
入口側からも均圧を行えるように構成してもよい。The inlet sides of the dehumidifying towers 11 and 21 are connected to each other by a pipe, and a switching valve is provided in the pipe, and the switching valve is opened and closed. Alternatively, the pressure may be equalized.
【００４１】次に、図２をも参照しつつ、上記ＰＳＡ装
置を用いて行われる本発明の特定成分ガス（窒素ガス）
の濃縮方法の一例を説明する。Next, referring to FIG. 2, the specific component gas (nitrogen gas) of the present invention, which is performed by using the above PSA apparatus, will be described.
An example of a method for concentrating is described.
【００４２】図１および図２に示すように、第１濃縮ユ
ニット１、すなわち第１吸着塔１０および第１脱湿塔１
１で吸着工程が行われている間は、第２濃縮ユニット
２、すなわち第２吸着塔２０および第２脱湿塔２１は脱
着工程にあり、切替弁３４ａ，３４ｄ，３４ｇ，３４
ｈ，３４ｉは開とされ、切替弁３４ｂ，３４ｃ，３４
ｅ，３４ｆ，３４ｊは閉とされる。このとき、第１脱湿
塔１１では空気から水分が吸着・除去され、第１吸着塔
１０では空気から酸素ガスが選択的に吸着され、吸着さ
れなかった窒素ガスが濃縮窒素貯槽３０に貯えられる。
第２吸着塔２０および第２脱湿塔２１では、吸着された
水分や酸素ガスが減圧下で脱着され、吸着剤および脱湿
剤の再生が行われる。As shown in FIGS. 1 and 2, the first concentration unit 1, ie, the first adsorption tower 10 and the first dehumidification tower 1
While the adsorption step is being performed in Step 1, the second concentration unit 2, that is, the second adsorption tower 20 and the second dehumidification tower 21 are in the desorption step, and the switching valves 34a, 34d, 34g, 34
h, 34i are opened and the switching valves 34b, 34c, 34
e, 34f and 34j are closed. At this time, moisture is adsorbed and removed from the air in the first dehumidification tower 11, oxygen gas is selectively adsorbed from the air in the first adsorption tower 10, and the non-adsorbed nitrogen gas is stored in the concentrated nitrogen storage tank 30. .
In the second adsorption tower 20 and the second dehumidification tower 21, the adsorbed moisture and oxygen gas are desorbed under reduced pressure, and the adsorbent and the dehumidifier are regenerated.
【００４３】第１吸着塔１０において酸素ガスを除去し
ている間は、酸素濃度計３１で第１吸着塔１０からの出
口ガス中の微量の酸素ガス濃度を測定し、測定結果を電
気信号として切替弁制御装置３２に送信する。測定酸素
濃度が所定値（製品濃縮窒素ガスの目標純度が９９％で
あれば、酸素ガス濃度の所定値は１％）にまで上昇する
と、切替弁制御装置３２は、第１濃縮ユニット１の吸着
工程および第２濃縮ユニット２の脱着工程を終了し、両
濃縮ユニット１，２間での均圧工程に移行するように各
切替弁３４ａ〜３４ｊの開閉動作を指令する。While oxygen gas is being removed from the first adsorption tower 10, the concentration of a trace amount of oxygen gas in the outlet gas from the first adsorption tower 10 is measured by the oxygen concentration meter 31, and the measurement result is used as an electric signal. This is transmitted to the switching valve control device 32. When the measured oxygen concentration rises to a predetermined value (if the target purity of the product-enriched nitrogen gas is 99%, the predetermined value of the oxygen gas concentration is 1%), the switching valve control device 32 causes the first concentration unit 1 to adsorb. The opening / closing operation of each of the switching valves 34a to 34j is instructed so that the process and the desorption process of the second concentration unit 2 are completed, and the process shifts to the pressure equalization process between the concentration units 1 and 2.
【００４４】均圧工程においては、切替弁３４ａ，３４
ｂ，３４ｄ〜３４ｇが閉とされ、切替弁３４ｃ，３４ｈ
〜３４ｊが開とされる。この結果、第１吸着塔１０およ
び第１脱湿塔１１の残留ガスが、切替弁３４ｃ，３４ｊ
を介して、第２吸着塔２０および第２脱湿塔２１に流入
し、第２吸着塔２０および第２脱湿塔２１が後の吸着工
程に備えて部分的に加圧される。その一方、第１吸着塔
１０および第１脱湿塔１１は減圧される。この均圧工程
は、０．３〜５秒程度の短時間で終了する。In the pressure equalizing step, the switching valves 34a, 34
b, 34d to 34g are closed, and the switching valves 34c, 34h
To 34j are opened. As a result, the residual gas in the first adsorption tower 10 and the first dehumidification tower 11 is transferred to the switching valves 34c and 34j.
, Flows into the second adsorption tower 20 and the second dehumidification tower 21, and the second adsorption tower 20 and the second dehumidification tower 21 are partially pressurized in preparation for a subsequent adsorption step. On the other hand, the pressure in the first adsorption tower 10 and the first dehumidification tower 11 is reduced. This equalizing step is completed in a short time of about 0.3 to 5 seconds.
【００４５】なお、この均圧工程において、切替弁３４
ｅを開として原料ガスをも供給して第２濃縮ユニット２
についての部分的加圧を促進してもよいし、切替弁３４
ｆを開として残留ガスをパージして第１濃縮ユニット１
についての部分的減圧を促進してもよい。In the pressure equalizing step, the switching valve 34
e is opened and the raw material gas is also supplied to the second concentration unit 2
May be promoted, and the switching valve 34
f, the residual gas is purged and the first concentration unit 1
May be promoted by partial pressure reduction.
【００４６】所定時間の均圧工程が終了すると、第１吸
着塔１０および第１脱湿塔１１について脱着工程が行わ
れ、第２吸着塔２０および第２脱湿塔２１について吸着
工程が行われる。このために、切替弁制御装置３２によ
って、切替弁３４ｂ，３４ｅ，３４ｆ，３４ｈ，３４ｉ
は開とされ、切替弁３４ａ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｇ，
３４ｊは閉とされる。この結果、第２脱湿塔２１では空
気から水分が吸着・除去され、第２吸着塔２０では空気
から酸素ガスが選択的に吸着され、吸着されなかった窒
素ガスが濃縮窒素貯槽３０に貯えられる一方、第１吸着
塔１０および第１脱湿塔１１では、先の吸着工程で吸着
された水分および酸素ガスが減圧下で脱着され、吸着剤
および脱湿剤の再生が行われる。When the pressure equalization step for a predetermined time is completed, a desorption step is performed for the first adsorption tower 10 and the first dehumidification tower 11, and an adsorption step is performed for the second adsorption tower 20 and the second dehumidification tower 21. . For this purpose, the switching valves 34b, 34e, 34f, 34h, 34i are switched by the switching valve control device 32.
Are opened, and the switching valves 34a, 34c, 34d, 34g,
34j is closed. As a result, moisture is adsorbed and removed from the air in the second dehumidification tower 21, oxygen gas is selectively adsorbed from the air in the second adsorption tower 20, and the non-adsorbed nitrogen gas is stored in the concentrated nitrogen storage tank 30. On the other hand, in the first adsorption tower 10 and the first dehumidification tower 11, the water and oxygen gas adsorbed in the previous adsorption step are desorbed under reduced pressure, and the adsorbent and the dehumidifier are regenerated.
【００４７】第２吸着塔２０についての吸着工程におい
ても、酸素濃度計３１は、第２吸着塔２０からの出口ガ
ス中の微量の酸素を測定し、測定結果を電気信号として
切替弁制御装置３２に送信する。測定酸素濃度が所定値
に達すると、切替弁制御装置３２は第２濃縮ユニット２
の吸着工程および第１濃縮ユニット１の脱着工程を終了
し、両濃縮装置１，２間での均圧工程に移行するように
切替弁３４ａ〜３４ｊの開閉動作を指令する。Also in the adsorption step for the second adsorption tower 20, the oxygen concentration meter 31 measures a trace amount of oxygen in the outlet gas from the second adsorption tower 20, and uses the measurement result as an electric signal as a switching valve control device 32. Send to When the measured oxygen concentration reaches a predetermined value, the switching valve control device 32
Is completed, and the opening / closing operation of the switching valves 34a to 34j is commanded to shift to the pressure equalizing step between the two concentrating devices 1 and 2.
【００４８】第２濃縮ユニット２における吸着工程に続
く均圧化は、第１濃縮ユニット１における吸着工程に続
く均圧化と全く同様であり、また第１濃縮ユニット１に
おける脱着工程に続く均圧化は、第２濃縮ユニット２に
おける脱着工程に続く均圧化と全く同様である。したが
って、この均圧工程は、切替弁３４ａ，３４ｂ，３４ｄ
〜３４ｇが閉とされ、切替弁３４ｃ，３４ｈ〜３４ｊが
開とされた状態で行われる。そして、第２吸着塔２０お
よび第２脱湿塔２１の残留ガスが、切替弁３４ｃ，３４
ｊを介して、第１吸着塔１０および第１脱湿塔１１に流
入する。これにより、第１吸着塔１０および第１脱湿塔
１１が後の吸着工程に備えて部分的に加圧される一方、
第２吸着塔２０および第２脱湿塔２１が後の脱着工程に
備えて部分的に減圧される。The pressure equalization following the adsorption step in the second concentration unit 2 is exactly the same as the pressure equalization following the adsorption step in the first concentration unit 1, and the pressure equalization following the desorption step in the first concentration unit 1. The pressure conversion is exactly the same as the pressure equalization following the desorption step in the second concentration unit 2. Therefore, this equalizing step is performed by the switching valves 34a, 34b, 34d.
To 34g are closed and the switching valves 34c and 34h to 34j are opened. Then, the residual gas in the second adsorption tower 20 and the second dehumidification tower 21 is supplied to the switching valves 34c and 34.
Through j, it flows into the first adsorption tower 10 and the first dehumidification tower 11. Thereby, the first adsorption tower 10 and the first dehumidification tower 11 are partially pressurized in preparation for a subsequent adsorption step,
The pressure of the second adsorption tower 20 and the second dehumidification tower 21 is partially reduced in preparation for the subsequent desorption step.
【００４９】このようにして各濃縮ユニット１，２につ
いての完全な１サイクルが完了する。以降は同様のサイ
クルが繰り返されて、濃縮窒素ガスが実質的に連続的に
製造される。Thus, one complete cycle for each of the concentration units 1 and 2 is completed. Thereafter, the same cycle is repeated, and the concentrated nitrogen gas is produced substantially continuously.
【００５０】以上に説明した濃縮方法では、各濃縮ユニ
ット１，２における吸着塔１０，２０の入口側と脱湿塔
１１，２１の出口との間にある連絡配管１２，２２どう
しを、切替弁３４ｊを開として導通することにより均圧
工程が実行される。このようにして行われる均圧工程で
は、一方の濃縮ユニット１（２）における吸着塔１０
（２０）が減圧される際に当該吸着塔１０（２０）にお
いて吸着していた酸素ガスの一部が脱着され、これが他
方の濃縮ユニット２（１）における吸着塔２０（１０）
の入口に移動し得る。この酸素ガスは、当該吸着塔２０
（１０）の入口から供給されるため、当該吸着塔２０
（１０）において除去される。したがって、本濃縮方法
では、一方の吸着塔１０（２０）から他方の吸着塔２０
（１０）に対してガスを供給することにより均圧工程を
行ったとしても、各濃縮ユニット１，２から得られる濃
縮窒素ガスの純度が低下してしまうこともない。In the enrichment method described above, the connecting pipes 12, 22 between the inlet sides of the adsorption towers 10, 20 and the outlets of the dehumidification towers 11, 21 in each of the enrichment units 1, 2 are connected to each other by a switching valve. The pressure equalizing step is executed by opening 34j and conducting. In the pressure equalization process performed in this manner, the adsorption tower 10 in one of the concentration units 1 (2) is used.
When the pressure of (20) is reduced, a part of the oxygen gas adsorbed in the adsorption tower 10 (20) is desorbed, and this is absorbed by the adsorption tower 20 (10) in the other enrichment unit 2 (1).
You can move to the entrance. This oxygen gas is supplied to the adsorption tower 20.
Since it is supplied from the inlet of (10), the adsorption tower 20
It is removed in (10). Therefore, in the present concentration method, one adsorption tower 10 (20) is moved from the other adsorption tower 20 (20).
Even if the pressure equalizing step is performed by supplying gas to (10), the purity of the concentrated nitrogen gas obtained from each of the concentration units 1 and 2 does not decrease.
【００５１】また、均圧工程は、吸着塔１０，２０の出
口側どうしを、切替弁３４ｃを開として導通することに
よっても実行される。この場合、一方の吸着塔１０（２
０）の出口から脱着した酸素ガスが他方の吸着塔２０
（１０）側の出口に移動し、これが製品濃縮ガスに混入
することが懸念される。しかしながら、各吸着塔１０，
２０の入口側および出口側の双方において均圧を行え
ば、均圧工程が迅速に遂行されるため、他方の吸着塔２
０（１０）の出口に移動する酸素ガスの量を極力少なく
することができ上記した問題はほとんど生じない。The equalizing step is also performed by opening the switching valves 34c between the outlet sides of the adsorption towers 10 and 20 to conduct electricity. In this case, one adsorption tower 10 (2
0) is desorbed from the outlet of the other adsorption tower 20
It moves to the outlet on the (10) side, and there is a concern that this may enter the product concentrated gas. However, each adsorption tower 10,
If the pressure equalization is performed on both the inlet side and the outlet side of 20, the pressure equalization step is quickly performed, so that the other adsorption tower 2
The amount of oxygen gas moving to the outlet of 0 (10) can be reduced as much as possible, and the above-mentioned problem hardly occurs.
【００５２】ところで、第１連絡配管１２と第２連絡配
管２２との導通により、各脱湿塔１１，２１の均圧を同
時に行うこともあるが、この場合、一方の脱湿塔１１
（２１）の出口から他方の脱湿塔２１（１１）の出口に
残留ガスが移動するため、一方の脱湿塔１１（２１）の
減圧により、当該脱湿塔１１（２１）に吸着した水分が
脱着し、これが他方の脱湿塔２１（１１）の出口に移動
することが懸念される。しかしながら、各脱湿塔１１，
２１においては、吸着された水分量に分布が生じてお
り、各脱湿塔１１，２１の入口側ほど多くの水分が吸着
されているために出口付近に吸着された水分量はさほど
多くない。このため、出口側どうしを導通すれば、一方
の脱湿塔１１（２１）から他方の脱湿塔２１（１１）に
移動する水分量はさほど大きくなく、従来のように一方
の脱湿部の入口から他方の脱湿部の入口にガスを供給す
る場合に比べて、その移動量は著しく少なくなる。した
がって、本濃縮方法により、一方の脱湿塔１１（２１）
から他方の脱湿塔２１（１１）への水分の移動を許容し
たとしても、他方の脱湿部２１（１１）での水分除去効
率の低下は極めて少なくなる。By the way, the pressure of each of the dehumidification towers 11 and 21 may be simultaneously adjusted by the conduction between the first communication pipe 12 and the second communication pipe 22.
Since the residual gas moves from the outlet of (21) to the outlet of the other dehumidifying tower 21 (11), the pressure of the one dehumidifying tower 11 (21) causes the moisture adsorbed on the dehumidifying tower 11 (21) to decrease. Is desorbed, and it is feared that this will move to the outlet of the other dehumidification tower 21 (11). However, each dehumidification tower 11,
In 21, a distribution occurs in the amount of adsorbed water, and the amount of water adsorbed near the outlet is not so large because more water is adsorbed on the inlet side of each of the dehumidification towers 11 and 21. Therefore, if the outlet sides are electrically connected, the amount of water moving from one dehumidifying tower 11 (21) to the other dehumidifying tower 21 (11) is not so large, and the amount of water in one dehumidifying section is different from that in the conventional case. The amount of movement is significantly smaller than when gas is supplied from the inlet to the inlet of the other dehumidifying section. Therefore, according to the present concentration method, one of the dehumidification towers 11 (21)
Even if the movement of moisture from the other dehumidifying tower 21 (11) is allowed, the decrease in moisture removal efficiency in the other dehumidifying section 21 (11) is extremely small.
【００５３】なお、均圧工程において、第１脱湿塔１１
の減圧あるいは昇圧、および第２脱湿塔２１の昇圧およ
び減圧を行わないことがあるのは上述した通りである。
この場合には、均圧工程において切替弁３４ｈ，３４ｉ
は閉とされ、その場合には各濃縮ユニット１，２におけ
る各工程は図３に示した通りとなる。In the pressure equalizing step, the first dehumidifying tower 11
As described above, the pressure may not be reduced or increased, and the pressure of the second dehumidification tower 21 may not be increased or decreased.
In this case, the switching valves 34h and 34i are used in the pressure equalization process.
Is closed, and in that case, each process in each of the concentration units 1 and 2 is as shown in FIG.
【００５４】次に、本発明に係るＰＳＡ装置の変形例を
図４を参照して説明する。なお、図４においては、図１
に示したＰＳＡ装置１と同様な要素には同一の符号を付
してあり、これらの要素の説明はここでは省略する。Next, a modified example of the PSA device according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, FIG.
The same reference numerals are given to the same components as those of the PSA device 1 shown in FIG. 1, and the description of these components is omitted here.
【００５５】同図に示したＰＳＡ装置Ｘ′は、第１濃縮
ユニット１′および第２濃縮ユニット２′の構成が、図
１に示したＰＳＡ装置１とは若干異なっている。The PSA device X 'shown in FIG. 2 differs slightly from the PSA device 1 shown in FIG. 1 in the configuration of the first concentration unit 1' and the second concentration unit 2 '.
【００５６】各濃縮ユニット１′，２′は、１つの塔内
に、吸着手段としての吸着部１０′，２０′、脱湿手段
としての脱湿部１１′，２１′、および連絡手段として
の連絡部１２′，２２′がそれぞれ設けられている。こ
のような濃縮ユニット１′，２′は、塔の上部側および
下部側に吸着剤および脱湿剤を充填し、それぞれを吸着
部１０′，２０′および脱湿部１１′，２１′とし、吸
着部１０′，２０′と脱湿部１１′，２１′との間に空
間を設けることによりこれを連絡部１２′，２２′とす
ることにより達成される。Each of the concentration units 1 'and 2' includes, in one column, adsorption sections 10 'and 20' as adsorption means, dehumidification sections 11 'and 21' as dehumidification means, and communication means. Communication parts 12 'and 22' are provided, respectively. In such a concentration unit 1 ', 2', the upper side and the lower side of the column are filled with an adsorbent and a dehumidifier, respectively, as adsorbers 10 ', 20' and dehumidifiers 11 ', 21', respectively. This is achieved by providing a space between the adsorbing portions 10 ', 20' and the dehumidifying portions 11 ', 21' to form the connecting portions 12 ', 22'.
【００５７】このような濃縮ユニット１′，２′を備え
たＰＳＡ装置Ｘ′においても、先に説明した濃縮方法を
実現することができ、同様な効果を得ることができる。Also in the PSA apparatus X 'having such concentration units 1' and 2 ', the above-described concentration method can be realized, and the same effect can be obtained.
【００５８】なお、上述したいずれの実施形態において
も、濃縮ユニット１，２（１′，２′）を２つ備える濃
縮（ＰＳＡ）装置Ｘ（Ｘ′）について説明したが、本発
明は、濃縮ユニットを３以上備える場合についても適用
可能であるのはいうまもなく、また空気から窒素ガスを
得る場合のみならず、空気から酸素ガスを得る場合の
他、他の種々の原料ガスから特定成分ガスを得るのに広
く応用することができる。In each of the above embodiments, the enrichment (PSA) apparatus X (X ') including two enrichment units 1 and 2 (1', 2 ') has been described. Needless to say, the present invention can be applied to a case where three or more units are provided. Not only a case where nitrogen gas is obtained from air, but also a case where oxygen gas is obtained from air, and a specific component gas is obtained from various other source gases. Can be widely applied to obtain.
【図１】本発明に係る特定成分ガスの濃縮方法を実現す
るために用いるＰＳＡ装置の一例を示す概略構成図であ
る。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a PSA apparatus used for realizing a method for concentrating a specific component gas according to the present invention.
【図２】各吸着塔および各脱湿塔での工程および切替弁
に対する制御信号を伝送するタイミングの一例を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a process in each adsorption tower and each dehumidification tower and a timing of transmitting a control signal to a switching valve.
【図３】各吸着塔および各脱湿塔での工程および切替弁
に対する制御信号を伝送するタイミングの他の例を示す
図である。FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the timing of transmitting a control signal to a process and a switching valve in each adsorption tower and each dehumidification tower.
【図４】本発明に係るＰＳＡ装置の他の例を示す概略構
成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another example of the PSA device according to the present invention.
【図５】従来のＰＳＡ法を実施するために用いるＰＳＡ
装置を示す概略構成図である。FIG. 5: PSA used to implement a conventional PSA method
It is a schematic structure figure showing an apparatus.
Ｘ，Ｘ′ ＰＳＡ装置（濃縮装置） １，１′ 第１濃縮ユニット １０，１０′ 第１吸着塔，第１吸着部（第１吸着手
段） １１，１１′ 第１脱湿塔，第１脱湿部（第１脱湿手
段） １２，１２′ 第１連絡配管，第１連絡部（第１連絡手
段） ２，２′ 第２濃縮ユニット ２０，２０′ 第２吸着塔，第２吸着部（第２吸着手
段） ２１，２１′ 第２脱湿塔，第２脱湿部（第２脱湿手
段） ２２ ２２′ 第２連絡配管，第２連絡部（第２連絡手
段） ３１ 酸素濃度計 ３２ 切替弁制御装置 ３４ａ〜３４ｊ 切替弁X, X 'PSA device (concentration device) 1, 1' First concentration unit 10, 10 'First adsorption tower, first adsorption section (first adsorption means) 11, 11' First dehumidification tower, first desorption Wet part (first dehumidifying means) 12, 12 'First communication pipe, first communication part (first communication means) 2, 2' Second concentration unit 20, 20 'Second adsorption tower, second adsorption part ( 2nd adsorption means) 21, 21 '2nd dehumidification tower, 2nd dehumidification part (2nd dehumidification means) 22 22' 2nd communication piping, 2nd communication part (2nd communication means) 31 Oxygen concentration meter 32 Switching valve control device 34a-34j Switching valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D012 CA01 CA05 CA06 CB16 CB17 CD07 CE02 CF05 CG01 CG06 CJ01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4D012 CA01 CA05 CA06 CB16 CB17 CD07 CE02 CF05 CG01 CG06 CJ01
Claims (5)
口に第１連絡手段を介して導通した第１濃縮ユニット
と、第２吸着手段の入口が第２脱湿手段の出口に第２連
絡手段を介して導通した第２濃縮ユニットと、を備えた
濃縮装置を用い、かつ各濃縮ユニットにおいて吸着工
程、均圧工程および脱着工程を含む一連の工程を順次繰
り返して、原料ガス中の水分および非特定成分ガスを除
去して特定成分ガスの濃縮を行うとともに、一方の濃縮
ユニットにおいて吸着工程を行っている間に他方の濃縮
ユニットにおいて脱着工程を行い、各濃縮ユニットにお
いて同時に均圧工程を行う特定ガスの濃縮方法であっ
て、 第１連絡手段と第２連絡手段とを導通状態とすることに
より均圧工程を行うことを特徴とする、特定成分ガスの
濃縮方法。An inlet of the first adsorbing means is connected to an outlet of the first dehumidifying means via a first communication means, and an inlet of the second adsorbing means is connected to an outlet of the second dehumidifying means. And a second concentration unit connected through the second communication means, and a series of steps including an adsorption step, a pressure equalization step, and a desorption step are sequentially repeated in each concentration unit to obtain a raw material gas. While removing the moisture and non-specific component gases, the specific component gas is concentrated, while the adsorption step is performed in one of the concentration units, the desorption step is performed in the other concentration unit, and the pressure in each of the concentration units is equalized at the same time. A method for concentrating a specific gas, wherein the pressure equalizing step is performed by bringing the first communication means and the second communication means into a conducting state.
トからの濃縮ガス中における非特定成分濃度を測定する
とともに、その測定濃度が予め設定された所定値に達し
た時点で、一方の濃縮ユニットにおける吸着工程および
他方の濃縮ユニットにおける脱着工程をそれぞれ終了
し、各濃縮ユニットを均圧工程に移行する、請求項１に
記載の特定成分ガスの濃縮方法。2. A method for measuring the concentration of a non-specific component in the concentrated gas from one of the concentration units performing the adsorption step, and when the measured concentration reaches a predetermined value, the concentration of one of the concentration units is performed. 2. The method for concentrating a specific component gas according to claim 1, wherein the adsorption step and the desorption step in the other concentrating unit are respectively terminated, and each concentrating unit is shifted to a pressure equalizing step.
連絡手段とを導通状態とすることに加えて、吸着工程の
終了した一方の濃縮ユニットにおける吸着手段の出口か
らの濃縮ガスを、脱着工程の終了した他方の濃縮ユニッ
トにおける吸着手段の出口から供給する、請求項１また
は２に記載の特定成分ガスの濃縮方法。3. In the equalizing step, the first communication means and the second communication means
In addition to bringing the communication means into a conductive state, the concentrated gas from the outlet of the adsorption means in one of the concentration units after the adsorption step is supplied from the outlet of the adsorption means in the other concentration unit after the desorption step. The method for concentrating a specific component gas according to claim 1 or 2.
空気であるとともに、特定成分ガスが窒素または酸素で
ある、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の特定成
分ガスの濃縮方法。4. The method for concentrating a specific component gas according to claim 1, wherein the raw material gas supplied to each concentration unit is air, and the specific component gas is nitrogen or oxygen.
口に第１連絡手段を介して導通した第１濃縮ユニット
と、第２吸着手段の入口が第２脱湿手段の出口に第２連
絡手段を介して導通した第２濃縮ユニットと、を備え、
かつ各濃縮ユニットにおいて吸着工程、均圧工程および
脱着工程を含む一連の工程を順次繰り返して、原料ガス
中の水分および非特定成分ガスを除去して特定成分ガス
を濃縮するとともに、一方の濃縮ユニットにおいて吸着
工程を行っている間に他方の濃縮ユニットにおいて脱着
工程を行い、各濃縮ユニットにおいて同時に均圧工程を
行うように構成された特定成分ガスの濃縮装置であっ
て、 第１連絡手段と第２連絡手段とが切替弁を介して導通可
能とされているとともに、この切替弁を開として導通状
態とすることにより均圧工程を行うように構成されてい
ることを特徴とする、特定成分ガスの濃縮装置。5. The first concentrating unit in which the inlet of the first adsorbing means is connected to the outlet of the first dehumidifying means via the first communication means, and the inlet of the second adsorbing means is connected to the outlet of the second dehumidifying means. A second concentrating unit that is conducted through the second communication means,
A series of steps including an adsorption step, a pressure equalization step, and a desorption step are sequentially repeated in each concentration unit to remove moisture and non-specific component gases in the raw material gas to concentrate the specific component gas, and one of the concentration units A concentrating device for a specific component gas configured to perform a desorption process in the other concentrating unit while performing the adsorption process in and perform a pressure equalizing process in each concentrating unit at the same time. (2) The specific component gas, wherein the communication means is configured to be able to conduct through a switching valve, and the pressure equalizing step is performed by opening the switching valve to make it conductive. Concentrator.
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