JPH08141344A - Air separation device using pressure swing method - Google Patents
Air separation device using pressure swing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は空気を加圧してその中の
Ｎ2 ガスを吸着剤に選択的に吸着させ、次いで減圧して
そのＮ2 ガスを分離回収するように構成した圧力スイン
グ吸着法による空気分離装置（以下、ＰＳＡ式Ｏ2 製造
装置という）に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure swing adsorption system in which air is pressurized to selectively adsorb N 2 gas therein to an adsorbent and then decompressed to separate and recover the N 2 gas. The present invention relates to an air separation device according to the method (hereinafter referred to as a PSA O 2 manufacturing device).
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＰＳＡ式Ｏ2 製造装置に併置されている
液体Ｏ2 設備における液体酸素の蒸発冷熱を利用し、吸
着塔内を冷却する方法は実用化されているが、その蒸発
冷熱はそれ以外に利用されていない。 2. Description of the Related Art A method for cooling the inside of an adsorption tower by utilizing the evaporation cold heat of liquid oxygen in a liquid O 2 facility installed in parallel with a PSA type O 2 manufacturing apparatus has been put into practical use. It is not used for anything other than.
【０００３】一般に知られている、ＰＳＡ式Ｏ2 製造装
置のフロシートを図２に示す。この従来の装置について
説明すれば、２は原料空気を供給する原料空気送風機で
あり、３は加圧昇温した原料空気を冷却するアフターク
ーラである。ここで冷却された原料空気は切換弁６Ａ又
は６Ｂのいずれかを通して、接続されている吸着塔４Ａ
又は４Ｂに送られる。FIG. 2 shows a flow sheet of a generally known PSA type O 2 manufacturing apparatus. Describing this conventional device, 2 is a raw material air blower for supplying raw material air, and 3 is an aftercooler for cooling the pressurized raw material air. The raw material air cooled here passes through either the switching valve 6A or 6B and is connected to the adsorption tower 4A.
Or sent to 4B.
【０００４】吸着塔４Ａおよび４Ｂには空気中のＮ2 ガ
スを選択的に吸着する特性を有する、ゼオライトモレキ
ュラシーブに代表されるような吸着剤が充填されてい
る。今、吸着塔４Ａが吸着工程にあると仮定すれば、吸
着塔４Ｂは脱着再生工程にあって、この吸着工程と脱着
再生工程は一定サイクルタイムで交互に行われる。The adsorption towers 4A and 4B are filled with an adsorbent typified by zeolite molecular sieve which has a characteristic of selectively adsorbing N 2 gas in the air. Assuming that the adsorption tower 4A is in the adsorption step, the adsorption tower 4B is in the desorption regeneration step, and the adsorption step and the desorption regeneration step are alternately performed at a constant cycle time.
【０００５】吸着工程にある吸着塔４Ａでは、塔の下部
ノズルより供給された原料空気が吸着塔４Ａ内の吸着剤
床を通過する際に、Ｎ2 ガス等の吸着性ガスが吸着さ
れ、Ｏ 2 やアルゴンガス等の難吸着性ガスは濃縮されて
塔頂の切換弁８Ａを通って分離される。In the adsorption tower 4A in the adsorption step, the lower part of the tower
The raw material air supplied from the nozzle is the adsorbent in the adsorption tower 4A.
N when passing the floor2Adsorbing gas such as gas
O 2The non-adsorbent gas such as argon and argon gas is concentrated
It is separated through the switching valve 8A at the top of the tower.
【０００６】一方、脱着再生工程にある吸着塔４Ｂで
は、切換弁７Ｂを通して、吸着塔内は真空ポンプ５で減
圧され、吸着剤に吸着されたＮ2 ガスや水分等の吸着性
ガスが脱着され、このようにして、吸着剤が再生され
る。この二つの吸着工程と脱着再生工程を吸着塔４Ａ，
４Ｂで交互に行うことによって、Ｏ2 ガスが空気より連
続的に分離製造される。On the other hand, in the adsorption tower 4B in the desorption regeneration step, the inside of the adsorption tower is decompressed by the vacuum pump 5 through the switching valve 7B, and the adsorbent gas such as N 2 gas or water adsorbed by the adsorbent is desorbed. In this way, the adsorbent is regenerated. These two adsorption steps and desorption regeneration step are performed by the adsorption tower 4A,
By alternately performing 4B, O 2 gas is continuously separated and produced from air.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ＰＳＡ式Ｏ2 製造装置
を工業用に採用する場合、ＰＳＡ式Ｏ2 製造装置は通常
一定の生産能力で運転される。従って、Ｏ2 使用量が時
間的に変動する場合、液体Ｏ2 設備を併設し、負荷変動
に対応する場合が多い。When the PSA O 2 production apparatus is industrially used, the PSA O 2 production apparatus is usually operated with a constant production capacity. Therefore, when the amount of O 2 used fluctuates with time, it is often the case that a liquid O 2 facility is installed side by side to cope with load fluctuations.
【０００８】液体Ｏ2 は大気や蒸気で加温して蒸発させ
一般に使用されるが、液体Ｏ2 が保有する冷熱は無駄に
放出される。本発明はこの廃冷熱をＰＳＡ式Ｏ2 製造設
備に有効に活用することを課題としている。The liquid O 2 is generally used by being heated and vaporized by the atmosphere or steam, but the cold heat of the liquid O 2 is wasted. An object of the present invention is to effectively utilize this waste cold heat in a PSA type O 2 production facility.
【０００９】一方、吸着塔に供給される原料加圧空気が
飽和露点以下の温度であったり、水分ミストを含有する
場合はしばしば、吸着塔内の吸着剤に水分が蓄積傾向を
示し、吸着剤の能力が急激に低下する。本発明は吸着塔
におけるこのような水分による悪影響のない空気分離装
置を提供することもその課題としている。On the other hand, when the raw material pressurized air supplied to the adsorption tower has a temperature below the saturated dew point or contains a water mist, the adsorbent in the adsorption tower often shows a tendency of accumulation of water, 'S ability drops sharply. Another object of the present invention is to provide an air separation device that does not have such a bad influence due to water in the adsorption tower.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、空気を加圧し
てＮ2 ガスを選択的に吸着させ、次いで減圧してそのＮ
2 ガスを分離することを繰り返えすことにより空気中の
Ｏ2 ガスを分離濃縮するように構成したＰＳＡ式Ｏ2 製
造装置における前記課題を解決するため、この空気分離
装置に併置されている液体Ｏ2 設備における液体Ｏ2 の
蒸発冷熱により冷却される原料空気冷却器を原料空気送
風機の上流及び下流の少くともいづれか一方に配設した
構成を採用する。According to the present invention, the N 2 gas is selectively adsorbed by pressurizing the air and then the N 2 gas is depressurized.
In order to solve the above-mentioned problems in a PSA type O 2 production apparatus configured to separate and concentrate O 2 gas in air by repeating separation of 2 gases, a liquid that is installed in parallel in this air separation apparatus The raw air cooler cooled by the evaporation cold heat of the liquid O 2 in the O 2 facility is arranged at least one of the upstream and the downstream of the raw air blower.
【００１１】原料空気冷却器を液体Ｏ2 の蒸発冷熱で冷
却するには、液体Ｏ2 を水又はブラインで加熱してＯ2
ガスを製造し、その冷水又は冷却ブラインを使用する構
成としてよい。また、この場合の原料空気冷却器は間接
又は直接接触型（散水型）のいずれでもよい。[0011] feed air cooler to cool the evaporation cold of the liquid O 2 heats the liquid O 2 in water or brine O 2
The gas may be produced and its cold water or cold brine may be used. Further, the raw material air cooler in this case may be of an indirect or direct contact type (sprinkling type).
【００１２】[0012]
【作用】本発明によるＰＳＡ式Ｏ2 製造装置は前記した
構成を有しており、原料空気送風機の上流及び下流の少
くともいづれか一方で原料空気は、液体Ｏ2 の蒸発冷熱
を冷熱源とする原料空気冷却器で冷却されるが、送風機
の上流で冷却すれば送風機での風量が減少して所要動力
が低減されると共に、送風機には外気温の高低に拘らず
常時一定低温の空気が流れるので送風機を常に効率良く
運転することができる。The PSA type O 2 production apparatus according to the present invention has the above-mentioned structure, and the raw material air uses the evaporation cold heat of the liquid O 2 as a cold heat source at least upstream and downstream of the raw material air blower. It is cooled by the raw air cooler, but if it is cooled upstream of the blower, the amount of air in the blower will decrease and the required power will be reduced.Also, a constant low temperature air will flow through the blower regardless of the outside air temperature. Therefore, the blower can always be operated efficiently.
【００１３】また、本発明の装置では液体Ｏ2 の蒸発冷
熱による冷却器で原料空気が冷却され、そのとき湿分の
一部が凝縮して除去されるので、原料空気送風機用アフ
タークーラの出口温度を加圧露点温度以上に制御して吸
着塔に送気するのが容易となり、それにより吸着剤が水
分のため吸着能力を低下する事態を回避できる。Further, in the apparatus of the present invention, the raw material air is cooled by the cooler by the evaporation cold heat of the liquid O 2 , and at that time, a part of the moisture is condensed and removed, so that the outlet of the aftercooler for the raw material air blower is removed. It becomes easy to control the temperature to a pressure dew point temperature or higher and to feed the gas to the adsorption tower, thereby avoiding a situation in which the adsorbent has a water content and the adsorption capacity is lowered.
【００１４】この場合は該送風機の入口温度と出口圧力
を計測するのみで、アフタークーラ出口の加圧露点温度
を容易に演算出来るので、アフタークーラの冷却水量を
制御するのみでよい。In this case, the pressure dew point temperature at the outlet of the aftercooler can be easily calculated only by measuring the inlet temperature and outlet pressure of the blower, so that it is only necessary to control the amount of cooling water of the aftercooler.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明によるＰＳＡ式Ｏ2 製造装置に
ついて図１に示した実施例に基づいて具体的に説明す
る。なお、以下の実施例において、図２に示した従来の
装置と同じ構成の部分には説明を簡潔にするため同じ符
号を付してある。EXAMPLE A PSA type O 2 production apparatus according to the present invention will be specifically described below with reference to the example shown in FIG. In the following embodiments, the same components as those of the conventional apparatus shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals for the sake of simplicity.
【００１６】図１のＯ2 製造装置は、従来の装置に対
し、液体Ｏ2 の蒸発冷熱を冷熱源とする原料空気冷却器
が付加されて構成されている。すなわち、図１におい
て、原料空気管１６に備えられた原料空送風機２の上流
に原料空気冷却器としての入口クーラ１が設けられてい
る。The O 2 production apparatus of FIG. 1 is constructed by adding a raw material air cooler using a cold heat of evaporation of liquid O 2 as a cold heat source to the conventional apparatus. That is, in FIG. 1, an inlet cooler 1 as a raw material air cooler is provided upstream of the raw material air blower 2 provided in the raw material air pipe 16.
【００１７】これはブラインタンク１０に貯蔵された冷
水又は冷水ブラインをブラインポンプ１１で送り、ブラ
インクーラ１２で冷却して供給できる構成としている。
ブラインクーラ１２には別置された液体Ｏ2 タンク１３
より液体Ｏ2 が供給されるようになっている。これとは
別に液体Ｏ2 はエバポレータ１４で加熱されＯ2ガスと
なり、使用先へ供給される。This is constructed so that cold water or cold water brine stored in the brine tank 10 can be sent by a brine pump 11 and cooled by a brine cooler 12 to be supplied.
Liquid O 2 tank 13 separately installed in the brine cooler 12.
More liquid O 2 is supplied. Separately from this, the liquid O 2 is heated by the evaporator 14 to become O 2 gas, which is supplied to the place of use.
【００１８】原料空気管１６に対し、原料空気送風機２
の後流に設けられたアフタークーラ３へは、制御弁９を
介して冷却水が供給されるが、その流量は原料空気送風
機２の入口温度計（ＴＸ−１）と出口圧力計（ＰＸ−
２）でそれぞれ温度と圧力を計測し、アフタークーラ３
出口の加圧露点温度を、温度計（ＴＸ−３）で計測した
ものと比較しつつ演算し、冷却水量を制御することがで
きる。The raw material air blower 2 is connected to the raw material air pipe 16.
Cooling water is supplied to the aftercooler 3 provided in the wake of the raw material through the control valve 9, and the flow rate of the cooling water is an inlet thermometer (TX-1) and an outlet pressure gauge (PX-
After measuring the temperature and pressure respectively in 2), after cooler 3
It is possible to control the amount of cooling water by calculating the pressurized dew point temperature at the outlet while comparing it with that measured by a thermometer (TX-3).
【００１９】また、入口クーラ１の後にはドレン管１５
を付け、凝縮水をダストと共に排出する。これとは別
に、入口クーラ１を直接接触型（散水型）とした場合
は、ドレン管１５はブラインタンク１０へ接続しておく
ことで、冷水又は冷水ブラインを循環することができ
る。Further, after the inlet cooler 1, a drain pipe 15 is provided.
And discharge the condensed water together with the dust. Separately, when the inlet cooler 1 is of a direct contact type (sprinkling type), the drain pipe 15 is connected to the brine tank 10 so that cold water or cold water brine can be circulated.
【００２０】本発明のための付加装置について更に詳し
く説明する。１３は別置された超低温の液体Ｏ2 を貯蔵
する液体Ｏ2 タンクである。通常は液体Ｏ2 はエバポレ
ータ１４で気化され、発生したガス状Ｏ2 が工場等に供
給される。The additional device for the present invention will be described in more detail. Reference numeral 13 denotes a liquid O 2 tank separately stored for storing ultra-low temperature liquid O 2 . Normally, the liquid O 2 is vaporized by the evaporator 14, and the generated gaseous O 2 is supplied to a factory or the like.
【００２１】本発明では液体Ｏ2 の全部又は一部がブラ
インクーラ１２に送られ、ここで水又はブラインと熱交
換し、ガス状Ｏ2 を発生し、同時にブライン（水のケー
スを含む）は冷却される。１０はブラインを貯蔵するタ
ンクで１１はブラインを循環するポンプである。In the present invention, all or part of the liquid O 2 is sent to the brine cooler 12 where it exchanges heat with water or brine to produce gaseous O 2 , while the brine (including the case of water) is removed. To be cooled. Reference numeral 10 is a tank for storing brine, and 11 is a pump for circulating the brine.
【００２２】冷却されたブラインは原料空気管１６の原
料空気送風機２の上流に設けられた入口クーラ１に送ら
れ、原料空気を冷却する。原料空気は冷却されると同時
に湿分の一部が凝縮して分離される。この際、凝縮水に
付着して、ドレン管１５より空気中のダスト類も除去さ
れる。The cooled brine is sent to the inlet cooler 1 provided upstream of the raw material air blower 2 in the raw material air pipe 16 to cool the raw material air. The raw material air is cooled and, at the same time, a part of moisture is condensed and separated. At this time, the dust in the air is also removed from the drain pipe 15 by adhering to the condensed water.
【００２３】入口クーラ１で冷却された空気は原料空気
送風機２で加圧されるが、この際、断熱圧縮により昇温
する。これをアフタークーラ３で再冷却する。このアフ
タークーラ３の出口温度は供給する冷却水量を温度調節
弁９で制御する。The air cooled by the inlet cooler 1 is pressurized by the raw material air blower 2, and at this time, the temperature is raised by adiabatic compression. This is recooled by the aftercooler 3. The outlet temperature of the aftercooler 3 controls the amount of cooling water supplied by the temperature control valve 9.
【００２４】この場合の温度設定値は露点より低くなら
ないように、原料空気送風機２の入口温度（ＴＸ−１計
測）および送風機２の出口圧力（ＰＸ−２計測）で自動
演算も可能であるし、手動設定のいずれでもよい。In this case, the temperature set value can be automatically calculated by the inlet temperature of the raw air blower 2 (measured by TX-1) and the outlet pressure of the blower 2 (measured by PX-2) so that the temperature does not become lower than the dew point. Alternatively, manual setting may be used.
【００２５】以上、本発明を図示した実施例に基づいて
具体的に説明したが、本発明がこれらの実施例に限定さ
れず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体
的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもな
い。例えば、上記実施例では液体Ｏ2 の蒸発冷熱を入口
クーラ１に使用しているが、これはアフタークーラ３で
使用してもよいし、その両方に使用してもよい。The present invention has been specifically described above based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments, and within the scope of the present invention shown in the claims, its specific structure It goes without saying that various changes may be added to the. For example, in the above-mentioned embodiment, the evaporation cold heat of the liquid O 2 is used for the inlet cooler 1, but this may be used for the aftercooler 3 or both.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明の空気分離装置によれば、これに
併設されている液体Ｏ2 設備における液体Ｏ2 の蒸発冷
熱による原料空気冷却器を配設することにより次の効果
を奏することができる。According to the air separation unit of the present invention, that the following advantages by disposing the feed air cooler by evaporation cold liquid O 2 in the liquid O 2 facilities that are parallel in this it can.
【００２７】（１）原料空気送風機の消費動力低減効果 送風機の理論動力の計算式は便覧等によく示されている
が、入口風量Ｖ（m3/min）に比例する。Ｖは絶対温度に
比例するので、例えば３５℃の入口空気を１０℃まで冷
却すれば、所要動力は（２７３＋１０）／（２７３＋３
５）＝０．９２、即ち約８％の所要動力が低減出来る。
更に空気中の湿分のガス流量も減少するので、さらに効
果は拡大する。(1) Effect of reducing power consumption of raw material air blower The calculation formula of the theoretical power of the blower is well shown in the handbook etc., but it is proportional to the inlet air volume V (m 3 / min). Since V is proportional to the absolute temperature, if the inlet air of 35 ° C. is cooled to 10 ° C., the required power is (273 + 10) / (273 + 3).
5) = 0.92, that is, the required power of about 8% can be reduced.
Further, the gas flow rate of the moisture in the air is reduced, so that the effect is further expanded.
【００２８】（２）一般に原料空気ブロワは定容量式の
ロータリーブロワが使用される。この場合、冬期の低温
から夏期の高温まで使用されるので、夏期基準にて容量
を決定すれば、冬期は吸入過多によるエネルギーロスを
生じる。本発明では、一定の低温度で運転されるので常
にエネルギーのロスの少ない最適な送風機の運転が可能
である。(2) Generally, a constant capacity rotary blower is used as the raw material air blower. In this case, since the temperature is used from low temperature in winter to high temperature in summer, if the capacity is determined on the basis of summer, energy loss due to excessive inhalation occurs in winter. In the present invention, since the fan is operated at a constant low temperature, it is possible to always operate the optimal blower with less energy loss.
【００２９】（３）アフタークーラで冷却する場合、凝
縮水が生じる程度に原料空気を冷却すれば、ミストの随
伴や吸着剤の温度低下によって、平衡吸着水分量が増加
したりして、吸着剤のＮ2 吸着能力が低下する。(3) In the case of cooling with an aftercooler, if the raw material air is cooled to such an extent that condensed water is produced, the amount of equilibrium adsorbed water increases due to the accompanying mist and the temperature drop of the adsorbent, and N 2 adsorbing ability is decreased.
【００３０】パイロットブラントテスト結果では、アフ
タークーラの出口温度を加圧露点以上に保てば、吸着剤
における水分の蓄積傾向が生ぜず、Ｏ2 製造能力が低下
しないことを確認している。なお、この場合のパイロッ
トブラント運転条件は下記のとおりである。The pilot blunt test results confirm that if the outlet temperature of the aftercooler is kept above the pressurized dew point, there is no tendency for water to accumulate in the adsorbent and the O 2 production capacity does not decrease. The operating conditions of the pilot blunt in this case are as follows.
【００３１】Ｏ2 製造能力：３０Ｎm2−Ｏ2 ／Ｈ、吸着
剤：ＵＯＰ社製ＵＳＡ−２ゼオライト、圧力条件：吸着
工程１．４ata 、脱着条件０．３ata 、切換サイクル：
６０sec −６０sec 。O 2 production capacity: 30 Nm 2 —O 2 / H, adsorbent: UOP USA-2 zeolite, pressure condition: adsorption process 1.4ata, desorption condition 0.3ata, switching cycle:
60sec-60sec.
【図１】本発明の一実施例によるＰＳＡ式Ｏ2 製造装置
を示す機器構成図。FIG. 1 is a device configuration diagram showing a PSA type O 2 manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来のＰＳＡ式Ｏ2 製造装置を示す機器構成
図。FIG. 2 is a device configuration diagram showing a conventional PSA O 2 manufacturing apparatus.
１ 入口クーラ ２ 原料空気送風機 ３ アフタークーラ ４Ａ，４Ｂ 吸着塔 ５ 真空ポンプ ６Ａ，６Ｂ 切換弁 ７Ａ，７Ｂ 切換弁 ８Ａ，８Ｂ 切換弁 ９ 温度調節弁 １０ ブラインタンク １１ ブラインポンプ １２ ブラインクーラ １３ 液体Ｏ2 タンク １４ エバポレータ １５ ドレン管 １６ 原料空気管 ＴＸ 温度計1 inlet cooler 2 raw air blower 3 aftercooler 4A, 4B adsorption tower 5 vacuum pump 6A, 6B switching valve 7A, 7B switching valve 8A, 8B switching valve 9 temperature control valve 10 brine tank 11 brine pump 12 brine cooler 13 liquid O 2 Tank 14 Evaporator 15 Drain pipe 16 Raw material air pipe TX Thermometer
Claims (1)
的に吸着させ、次いで減圧してそのＮ2 ガスを分離する
ことを繰り返えすことにより空気中のＯ2 ガスを分離濃
縮するように構成した圧力スイング吸着法による空気分
離装置において、同装置に併置されている液体Ｏ2 設備
における液体Ｏ2 の蒸発冷熱により冷却される原料空気
冷却器を原料空気送風機の上流及び下流の少くともいづ
れか一方に配設したことを特徴とする圧力スイング法に
よる空気分離装置。1. O 2 gas in air is separated and concentrated by repeating pressurization of air to selectively adsorb N 2 gas to an adsorbent, and then depressurization to separate the N 2 gas. in air separation unit by the pressure swing adsorption method configured to, the feed air cooler which is cooled by evaporation cold of the liquid O 2 in it are liquid O 2 equipment collocated in the same device the feed air blower upstream and downstream An air separation device by a pressure swing method, characterized in that it is arranged in at least one of them.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284914A JPH08141344A (en) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | Air separation device using pressure swing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284914A JPH08141344A (en) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | Air separation device using pressure swing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08141344A true JPH08141344A (en) | 1996-06-04 |
Family
ID=17684694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6284914A Withdrawn JPH08141344A (en) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | Air separation device using pressure swing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08141344A (en) |
-
1994
- 1994-11-18 JP JP6284914A patent/JPH08141344A/en not_active Withdrawn
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