JPH08141344A - 圧力スイング法による空気分離装置 - Google Patents
圧力スイング法による空気分離装置Info
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- JPH08141344A JPH08141344A JP6284914A JP28491494A JPH08141344A JP H08141344 A JPH08141344 A JP H08141344A JP 6284914 A JP6284914 A JP 6284914A JP 28491494 A JP28491494 A JP 28491494A JP H08141344 A JPH08141344 A JP H08141344A
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- gas
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- cooler
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧力スイング法による空気分離装置におい
て、併設されている液体Ｏ 2 設備における液体Ｏ2 の蒸
発廃冷熱を活用して所要動力を低減させると共に水分に
よる吸着剤の能力低下を防止可能とした空気分離装置を
提供する。 【構成】 原料空気送風機２で加圧された空気は吸着塔
４Ａ，４Ｂに交互に送られＮ2 ガスが選択的に吸着され
Ｏ2 ガス等が濃縮されて塔頂の切換弁８Ａ又は８Ｂを通
して分離される。原料空気送風機２の上流には入口クー
ラ１が設けられ送風機２に流れる原料空気を冷却してい
る。入口クーラ１の冷却はブラインクーラ１２で冷却さ
れたブラインによってなされるが、ブラインクーラ１２
は別置きの液体Ｏ2 タンク１３からの液体Ｏ2 の蒸発冷
熱によって冷却されている。
て、併設されている液体Ｏ 2 設備における液体Ｏ2 の蒸
発廃冷熱を活用して所要動力を低減させると共に水分に
よる吸着剤の能力低下を防止可能とした空気分離装置を
提供する。 【構成】 原料空気送風機２で加圧された空気は吸着塔
４Ａ，４Ｂに交互に送られＮ2 ガスが選択的に吸着され
Ｏ2 ガス等が濃縮されて塔頂の切換弁８Ａ又は８Ｂを通
して分離される。原料空気送風機２の上流には入口クー
ラ１が設けられ送風機２に流れる原料空気を冷却してい
る。入口クーラ１の冷却はブラインクーラ１２で冷却さ
れたブラインによってなされるが、ブラインクーラ１２
は別置きの液体Ｏ2 タンク１３からの液体Ｏ2 の蒸発冷
熱によって冷却されている。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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 。
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 。
【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。
を示す機器構成図。
【図２】従来のＰＳＡ式Ｏ2 製造装置を示す機器構成
図。
図。
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
Claims (1)
- 【請求項１】 空気を加圧して吸着剤にＮ2 ガスを選択
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284914A JPH08141344A (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 圧力スイング法による空気分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284914A JPH08141344A (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 圧力スイング法による空気分離装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08141344A true JPH08141344A (ja) | 1996-06-04 |
Family
ID=17684694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6284914A Withdrawn JPH08141344A (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 圧力スイング法による空気分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08141344A (ja) |
-
1994
- 1994-11-18 JP JP6284914A patent/JPH08141344A/ja not_active Withdrawn
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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