JPH08239204A - 濃縮酸素の回収方法 - Google Patents
濃縮酸素の回収方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】真空ポンプのエネルギーを有効に利用するとと
もに、高濃度の製品酸素を高い回収率で得ることができ
る濃縮酸素の回収方法を提供する。 【構成】主として窒素及び酸素を含む混合ガスから窒素
を選択的に吸着する吸着剤を充填した２個の吸着塔
（Ａ、Ｂ）を用いてプレッシャースイング法により酸素
に富んだガスを回収する濃縮酸素の回収方法において、
両吸着塔（Ａ、Ｂ）間での均圧化による残留酸素富化ガ
スの回収を徹底的に行うとともに、真空ポンプ（８）を
常にいずれかの吸着塔に接続して連続的に窒素の吸引排
気を行う。そのため、両吸着塔間の均圧化は少なくとも
２工程で行い、一方の吸着塔は昇圧され、他方の吸着塔
は減圧され、両吸着塔間の圧力差が殆ど無くなるまで、
富化酸素を回収できる。
もに、高濃度の製品酸素を高い回収率で得ることができ
る濃縮酸素の回収方法を提供する。 【構成】主として窒素及び酸素を含む混合ガスから窒素
を選択的に吸着する吸着剤を充填した２個の吸着塔
（Ａ、Ｂ）を用いてプレッシャースイング法により酸素
に富んだガスを回収する濃縮酸素の回収方法において、
両吸着塔（Ａ、Ｂ）間での均圧化による残留酸素富化ガ
スの回収を徹底的に行うとともに、真空ポンプ（８）を
常にいずれかの吸着塔に接続して連続的に窒素の吸引排
気を行う。そのため、両吸着塔間の均圧化は少なくとも
２工程で行い、一方の吸着塔は昇圧され、他方の吸着塔
は減圧され、両吸着塔間の圧力差が殆ど無くなるまで、
富化酸素を回収できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、濃縮酸素の回収方法に
関し、より具体的には、主として窒素と酸素とを含む混
合ガスよりプレッシャースイング法（以下「ＰＳＡ法」
という）により、酸素を濃縮回収する方法に関するもの
である。
関し、より具体的には、主として窒素と酸素とを含む混
合ガスよりプレッシャースイング法（以下「ＰＳＡ法」
という）により、酸素を濃縮回収する方法に関するもの
である。
【０００２】ＰＳＡ法により得られる酸素は、酸素を連
続的に使用する産業、具体的には電炉製鋼、水処理酸素
曝気、パルプ漂白、オゾン発生装置の他、近年では空気
で燃焼させるかわりに酸素を富化させたガスを用い、低
ＮＯｘ化、効率化を図る用途にも用いられ、更には醗酵
等の生化学の分野まで広く利用されるようになってい
る。
続的に使用する産業、具体的には電炉製鋼、水処理酸素
曝気、パルプ漂白、オゾン発生装置の他、近年では空気
で燃焼させるかわりに酸素を富化させたガスを用い、低
ＮＯｘ化、効率化を図る用途にも用いられ、更には醗酵
等の生化学の分野まで広く利用されるようになってい
る。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ＰＳＡ
法により酸素を濃縮する従来の技術としては、吸着塔を
２〜４塔設け、吸着、減圧、脱着、昇圧を繰り返すこと
により濃縮酸素が高い回収率で得られるよう工夫したも
のが数多くある。その中でも、２塔の吸着塔を用いたＰ
ＳＡ法において、イニシャルコスト、ランニングコス
ト、メンテナンスコスト等について、いろいろな改良が
試みられている。
法により酸素を濃縮する従来の技術としては、吸着塔を
２〜４塔設け、吸着、減圧、脱着、昇圧を繰り返すこと
により濃縮酸素が高い回収率で得られるよう工夫したも
のが数多くある。その中でも、２塔の吸着塔を用いたＰ
ＳＡ法において、イニシャルコスト、ランニングコス
ト、メンテナンスコスト等について、いろいろな改良が
試みられている。
【０００４】例えば、特開平１−２３６９１４、同２−
１１９９１５、同４−２２２６１３及び同４−５０５４
４８の各号公報に開示された従来のＰＳＡ法では、昇圧
工程において、製品酸素ガス貯溜タンクから製品酸素を
吸着塔に逆流させて昇圧に用いている。これは、従来の
技術では、高濃度の酸素を高い回収率で得ようとすれ
ば、混合ガスのみによる吸着塔入口端からの昇圧では、
混合ガス中の窒素が吸着塔出口端へ破過するため、出口
端から製品酸素を逆流させて昇圧することが上記破過を
防ぐために不可欠であると考えられていたからである。
１１９９１５、同４−２２２６１３及び同４−５０５４
４８の各号公報に開示された従来のＰＳＡ法では、昇圧
工程において、製品酸素ガス貯溜タンクから製品酸素を
吸着塔に逆流させて昇圧に用いている。これは、従来の
技術では、高濃度の酸素を高い回収率で得ようとすれ
ば、混合ガスのみによる吸着塔入口端からの昇圧では、
混合ガス中の窒素が吸着塔出口端へ破過するため、出口
端から製品酸素を逆流させて昇圧することが上記破過を
防ぐために不可欠であると考えられていたからである。
【０００５】しかしながら、製品酸素を逆流させて吸着
塔の昇圧に利用することは、エネルギーを消費して吸着
塔から製品酸素ガス貯溜タンクに一度押し出した製品酸
素を昇圧工程で吸着塔に逆流させ、再びその酸素を製品
酸素ガス貯溜タンクに押し戻さなければならない無駄が
あった。
塔の昇圧に利用することは、エネルギーを消費して吸着
塔から製品酸素ガス貯溜タンクに一度押し出した製品酸
素を昇圧工程で吸着塔に逆流させ、再びその酸素を製品
酸素ガス貯溜タンクに押し戻さなければならない無駄が
あった。
【０００６】一方、製品酸素を昇圧に用いないＰＳＡ法
は、特公平６−１７０号公報から既に公知となってい
る。この公知のＰＳＡ法では、吸着の完了した吸着塔の
出口端と脱着の完了した吸着塔の出口端とを均圧ライン
を介して導通させ、減圧側の吸着塔から放出される残留
酸素富化ガスを昇圧側の吸着塔に流入させて昇圧（均圧
化昇圧）することにより、製品酸素の逆流による昇圧の
代わりを行うものである。そして、その後、均圧化昇圧
を受けた吸着塔は混合ガスによる昇圧を受け、均圧化減
圧を受けた吸着塔は真空ポンプによる吸引脱着（減圧脱
着）を受ける。
は、特公平６−１７０号公報から既に公知となってい
る。この公知のＰＳＡ法では、吸着の完了した吸着塔の
出口端と脱着の完了した吸着塔の出口端とを均圧ライン
を介して導通させ、減圧側の吸着塔から放出される残留
酸素富化ガスを昇圧側の吸着塔に流入させて昇圧（均圧
化昇圧）することにより、製品酸素の逆流による昇圧の
代わりを行うものである。そして、その後、均圧化昇圧
を受けた吸着塔は混合ガスによる昇圧を受け、均圧化減
圧を受けた吸着塔は真空ポンプによる吸引脱着（減圧脱
着）を受ける。
【０００７】しかしながら、後者のＰＳＡ法では、両吸
着塔間の均圧化による昇圧工程において、真空ポンプが
空運転状態とされ、排気に用いられないので、真空ポン
プのエネルギーが無駄になっている。更に、両吸着塔間
の均圧化は両塔間の圧力差を無しにするまで完全に行う
のではなく、導通する残留酸素富化ガスの回収量を制限
することにより、昇圧側の吸着塔の昇圧度を規定してお
り、残留酸素富化ガスの回収及び利用が不十分であっ
た。
着塔間の均圧化による昇圧工程において、真空ポンプが
空運転状態とされ、排気に用いられないので、真空ポン
プのエネルギーが無駄になっている。更に、両吸着塔間
の均圧化は両塔間の圧力差を無しにするまで完全に行う
のではなく、導通する残留酸素富化ガスの回収量を制限
することにより、昇圧側の吸着塔の昇圧度を規定してお
り、残留酸素富化ガスの回収及び利用が不十分であっ
た。
【０００８】そこで、本発明は、真空ポンプのエネルギ
ーを有効に利用するとともに、高濃度の製品酸素を高い
回収率で得ることができる濃縮酸素の回収方法を提供す
ることを課題としている。
ーを有効に利用するとともに、高濃度の製品酸素を高い
回収率で得ることができる濃縮酸素の回収方法を提供す
ることを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、主として窒素及び酸素を含む混合ガスか
ら窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した第１の吸着
塔と第２の吸着塔を用いてＰＳＡ法により酸素に富んだ
ガスを回収する方法であって、工程中に、最低圧力にあ
る第１の吸着塔の出口端と最高圧力にある第２の吸着塔
の出口端とを均圧ラインを介して導通させて、第２の吸
着塔から減圧・放出された残留酸素富化ガスを第１の吸
着塔に導入して昇圧・回収するとともに、第１の吸着塔
の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うス
テップ１、第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出口
端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第２の吸着
塔から引き続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを第
１の吸着塔に導入して更に昇圧・回収するとともに、第
１の吸着塔の入口端から混合ガスを供給する一方、第２
の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気
を行うステップ２、第１の吸着塔の出口端と第２の吸着
塔の出口端とを遮断した状態で、第１の吸着塔の入口端
から混合ガスを供給して第１の吸着塔の更なる昇圧を行
う一方、第２の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱
着窒素の排気を引き続き行うステップ３、第１の吸着塔
の出口端を開放するとともに、第２の吸着塔の出口端を
遮断し、第１の吸着塔の入口端から混合ガスを供給し
て、最終的に最高圧力まで加圧された第１の吸着塔の出
口端から酸素富化ガスを製品として取り出す一方、第２
の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気
を最低圧力になるまで行うステップ４、最高圧力にある
第１の吸着塔の出口端と最低圧力にある第２の吸着塔の
出口端とを均圧ラインを介して再び導通させて、第１の
吸着塔から減圧・放出された残留酸素富化ガスを第２の
吸着塔に導入して昇圧・回収するとともに、第２の吸着
塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行う
ステップ５、第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出
口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第１の吸
着塔から引き続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを
第２の吸着塔に導入して更に昇圧・回収するとともに、
第２の吸着塔の入口端から混合ガスを供給する一方、第
１の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排
気を行うステップ６、第１の吸着塔の出口端と第２の吸
着塔の出口端とを遮断した状態で、第２の吸着塔の入口
端から混合ガスを供給して第２の吸着塔の更なる昇圧を
行う一方、第１の吸着塔の入口端から真空ポンプにより
脱着窒素の排気を引き続き行うステップ７、第２の吸着
塔の出口端を開放するとともに、第１の吸着塔の出口端
を遮断し、第２の吸着塔の入口端から混合ガスを供給し
て、最終的に最高圧力まで加圧された第２の吸着塔の出
口端から酸素富化ガスを製品として取り出す一方、第１
の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気
を最低圧力になるまで行うステップ８、を含む、濃縮酸
素の回収方法を提供する（請求項１）。
に、本発明は、主として窒素及び酸素を含む混合ガスか
ら窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した第１の吸着
塔と第２の吸着塔を用いてＰＳＡ法により酸素に富んだ
ガスを回収する方法であって、工程中に、最低圧力にあ
る第１の吸着塔の出口端と最高圧力にある第２の吸着塔
の出口端とを均圧ラインを介して導通させて、第２の吸
着塔から減圧・放出された残留酸素富化ガスを第１の吸
着塔に導入して昇圧・回収するとともに、第１の吸着塔
の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うス
テップ１、第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出口
端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第２の吸着
塔から引き続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを第
１の吸着塔に導入して更に昇圧・回収するとともに、第
１の吸着塔の入口端から混合ガスを供給する一方、第２
の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気
を行うステップ２、第１の吸着塔の出口端と第２の吸着
塔の出口端とを遮断した状態で、第１の吸着塔の入口端
から混合ガスを供給して第１の吸着塔の更なる昇圧を行
う一方、第２の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱
着窒素の排気を引き続き行うステップ３、第１の吸着塔
の出口端を開放するとともに、第２の吸着塔の出口端を
遮断し、第１の吸着塔の入口端から混合ガスを供給し
て、最終的に最高圧力まで加圧された第１の吸着塔の出
口端から酸素富化ガスを製品として取り出す一方、第２
の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気
を最低圧力になるまで行うステップ４、最高圧力にある
第１の吸着塔の出口端と最低圧力にある第２の吸着塔の
出口端とを均圧ラインを介して再び導通させて、第１の
吸着塔から減圧・放出された残留酸素富化ガスを第２の
吸着塔に導入して昇圧・回収するとともに、第２の吸着
塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行う
ステップ５、第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出
口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第１の吸
着塔から引き続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを
第２の吸着塔に導入して更に昇圧・回収するとともに、
第２の吸着塔の入口端から混合ガスを供給する一方、第
１の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排
気を行うステップ６、第１の吸着塔の出口端と第２の吸
着塔の出口端とを遮断した状態で、第２の吸着塔の入口
端から混合ガスを供給して第２の吸着塔の更なる昇圧を
行う一方、第１の吸着塔の入口端から真空ポンプにより
脱着窒素の排気を引き続き行うステップ７、第２の吸着
塔の出口端を開放するとともに、第１の吸着塔の出口端
を遮断し、第２の吸着塔の入口端から混合ガスを供給し
て、最終的に最高圧力まで加圧された第２の吸着塔の出
口端から酸素富化ガスを製品として取り出す一方、第１
の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気
を最低圧力になるまで行うステップ８、を含む、濃縮酸
素の回収方法を提供する（請求項１）。
【００１０】本発明の吸着、脱着の圧力バランスについ
ては、吸着剤の特性、能力等によっても異なるが、一般
的には、最高（吸着）圧力については、0.1 〜1.0kg/cm
2G(111〜199kPa) 、好ましくは0.3 〜0.7kg/cm2G(131〜
170kPa) とし、最低（脱着）圧力については、150 〜40
0Torr(20〜53kPa)、好ましくは200 〜350Torr(27〜47kP
a)とする。
ては、吸着剤の特性、能力等によっても異なるが、一般
的には、最高（吸着）圧力については、0.1 〜1.0kg/cm
2G(111〜199kPa) 、好ましくは0.3 〜0.7kg/cm2G(131〜
170kPa) とし、最低（脱着）圧力については、150 〜40
0Torr(20〜53kPa)、好ましくは200 〜350Torr(27〜47kP
a)とする。
【００１１】本発明の好適な実施例では、上記ステップ
１とステップ２との間に、第１の吸着塔の出口端と第２
の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたま
ま、第１の吸着塔の入口端を閉鎖した状態で、第２の吸
着塔から引き続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを
第１の吸着塔に導入して更に昇圧・回収する一方、第２
の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気
を行うステップ２ａを挿入し、上記ステップ５とステッ
プ６との間に、第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の
出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第２の
吸着塔の入口端を閉鎖した状態で、第１の吸着塔から引
き続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを第２の吸着
塔に導入して更に昇圧・回収する一方、第１の吸着塔の
入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステ
ップ６ａを挿入する（請求項２）。
１とステップ２との間に、第１の吸着塔の出口端と第２
の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させたま
ま、第１の吸着塔の入口端を閉鎖した状態で、第２の吸
着塔から引き続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを
第１の吸着塔に導入して更に昇圧・回収する一方、第２
の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気
を行うステップ２ａを挿入し、上記ステップ５とステッ
プ６との間に、第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の
出口端とを均圧ラインを介して導通させたまま、第２の
吸着塔の入口端を閉鎖した状態で、第１の吸着塔から引
き続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを第２の吸着
塔に導入して更に昇圧・回収する一方、第１の吸着塔の
入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステ
ップ６ａを挿入する（請求項２）。
【００１２】第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出
口端とは絞り装置を備える均圧バイパスラインを介して
常時接続してもよい（請求項３）。
口端とは絞り装置を備える均圧バイパスラインを介して
常時接続してもよい（請求項３）。
【００１３】また、上記ステップ２、３、６及び７にお
いて、昇圧過程にある吸着塔への混合ガスの供給をブロ
アーによる強制供給と大気圧に基づく自然供給との併用
により行うこともできる（請求項４）。
いて、昇圧過程にある吸着塔への混合ガスの供給をブロ
アーによる強制供給と大気圧に基づく自然供給との併用
により行うこともできる（請求項４）。
【００１４】
【作用及び効果】本発明における大きな特徴は次の２点
である。先ず、第１の特徴は、製品酸素の逆流による昇
圧は行わないことである（但し、製品酸素の逆流による
昇圧に利用しないのであれば、製品酸素ガス貯溜タンク
を設けても一向に差し支えない）。従来、製品酸素ガス
貯溜タンクよりの製品酸素の逆流により、脱着後の塔の
昇圧を行っていたが、本発明の方法では逆流量に相当す
るガス量を隣の吸着を終了した塔から回収することにな
る。その結果、全体として酸素回収率を高める効果があ
る。
である。先ず、第１の特徴は、製品酸素の逆流による昇
圧は行わないことである（但し、製品酸素の逆流による
昇圧に利用しないのであれば、製品酸素ガス貯溜タンク
を設けても一向に差し支えない）。従来、製品酸素ガス
貯溜タンクよりの製品酸素の逆流により、脱着後の塔の
昇圧を行っていたが、本発明の方法では逆流量に相当す
るガス量を隣の吸着を終了した塔から回収することにな
る。その結果、全体として酸素回収率を高める効果があ
る。
【００１５】第２の特徴は、両吸着塔間での均圧化によ
る酸素富化ガスの回収を徹底して行うことである。これ
は、各吸着塔の昇圧を少なくとも３工程に分けることに
より実現している（請求項１のステップ１〜３及び５〜
７）。特公平６−１７０号公報にみられるように、両吸
着塔の出口端同士をつないで行う酸素富化ガスの回収
（均圧化）を一工程だけで行い、両塔間の圧力差を残し
たまま次の工程に移行させるのではなく、本発明では、
２工程（請求項１）又は３工程（請求項２）で段階的に
酸素富化ガスを回収し、両塔間の圧差が殆どなくなるま
で均圧化を徹底させた。特に、酸素富化ガスを回収する
ステップ２ａの効果は、酸素回収率を高めるために、ス
テップ１で均圧化を過度に進めると、回収された酸素富
化ガスが排気ラインへと移動して逃げる可能性があるた
め、ステップ１とステップ２との間にステップ２ａを挿
入することによって、富化酸素の損失なしに酸素をより
完全に回収することが可能となった。その結果、酸素回
収率と単位吸着剤当たりの酸素取得量を大きく増加させ
ることができる。
る酸素富化ガスの回収を徹底して行うことである。これ
は、各吸着塔の昇圧を少なくとも３工程に分けることに
より実現している（請求項１のステップ１〜３及び５〜
７）。特公平６−１７０号公報にみられるように、両吸
着塔の出口端同士をつないで行う酸素富化ガスの回収
（均圧化）を一工程だけで行い、両塔間の圧力差を残し
たまま次の工程に移行させるのではなく、本発明では、
２工程（請求項１）又は３工程（請求項２）で段階的に
酸素富化ガスを回収し、両塔間の圧差が殆どなくなるま
で均圧化を徹底させた。特に、酸素富化ガスを回収する
ステップ２ａの効果は、酸素回収率を高めるために、ス
テップ１で均圧化を過度に進めると、回収された酸素富
化ガスが排気ラインへと移動して逃げる可能性があるた
め、ステップ１とステップ２との間にステップ２ａを挿
入することによって、富化酸素の損失なしに酸素をより
完全に回収することが可能となった。その結果、酸素回
収率と単位吸着剤当たりの酸素取得量を大きく増加させ
ることができる。
【００１６】尚、均圧化による一方の吸着塔の昇圧工程
時に、他方の吸着塔から導入される酸素富化ガス中に減
圧脱着した少量の窒素が含まれているが、その少量の窒
素は前記一方の吸着塔の出口端付近にある再生済み吸着
剤が十分に吸着できる。そのため、その後の吸着工程時
に導入される混合ガス中の窒素は、前記一方の吸着塔の
入口端付近の吸着剤から順次吸着され、製品ガス中に放
出されることはなく、酸素の濃縮に支障をきたすことは
ない。従って、従来の方法のように、製品酸素を昇圧に
用いる必要がないのである。その結果、吸着塔と製品酸
素ガス貯溜タンクの間で製品酸素を２度やり取りするエ
ネルギーを２分の１にでき、無駄が省けるようになっ
た。
時に、他方の吸着塔から導入される酸素富化ガス中に減
圧脱着した少量の窒素が含まれているが、その少量の窒
素は前記一方の吸着塔の出口端付近にある再生済み吸着
剤が十分に吸着できる。そのため、その後の吸着工程時
に導入される混合ガス中の窒素は、前記一方の吸着塔の
入口端付近の吸着剤から順次吸着され、製品ガス中に放
出されることはなく、酸素の濃縮に支障をきたすことは
ない。従って、従来の方法のように、製品酸素を昇圧に
用いる必要がないのである。その結果、吸着塔と製品酸
素ガス貯溜タンクの間で製品酸素を２度やり取りするエ
ネルギーを２分の１にでき、無駄が省けるようになっ
た。
【００１７】また、本発明では、真空ポンプを全ての工
程にわたって連続的に吸着塔の脱着排気に用いるため、
特公平６−１７０号公報の例にみられるように、真空ポ
ンプを空運転するという無駄を回避でき、そのエネルギ
ーの有効利用が図れる。
程にわたって連続的に吸着塔の脱着排気に用いるため、
特公平６−１７０号公報の例にみられるように、真空ポ
ンプを空運転するという無駄を回避でき、そのエネルギ
ーの有効利用が図れる。
【００１８】尚、請求項３に記載の絞り装置を備える均
圧バイパスラインを設けた場合、並びに請求項４に記載
にした混合ガスの強制供給と自然供給とを併用する場合
の作用及び効果については、後述する実施例に則して説
明する。
圧バイパスラインを設けた場合、並びに請求項４に記載
にした混合ガスの強制供給と自然供給とを併用する場合
の作用及び効果については、後述する実施例に則して説
明する。
【００１９】以下、本発明の実施例を添付図面に基づき
説明する。
説明する。
【００２０】（装置の構成）図１は、本発明に係る濃縮
酸素の回収方法を実施するために用いた装置の構成例を
示している。
酸素の回収方法を実施するために用いた装置の構成例を
示している。
【００２１】同図において、符号Ａ、Ｂはそれぞれ吸着
塔（請求項における第１の吸着塔及び第２の吸着塔）を
表しており、これら各吸着塔Ａ、Ｂには主として酸素と
窒素を含む混合ガス（通常は空気）中から窒素を選択的
に吸着するのに適した吸着剤（例えば、ＣａＡ型ゼオラ
イト）が充填されている。各吸着塔Ａ、Ｂの底部は供給
側分岐ライン１ａ、１ｂを介して共通の供給ライン１に
接続されており、上記各分岐ライン１ａ、１ｂにはそれ
ぞれ切換弁（開閉弁）２ａ、２ｂが設けられている。ま
た、供給ライン１には混合ガスブロアー３が設けられて
おり、これにより開状態となった切換弁２ａ又は２ｂを
介して吸着塔Ａ又はＢに混合ガスを選択的に供給するこ
とができる。
塔（請求項における第１の吸着塔及び第２の吸着塔）を
表しており、これら各吸着塔Ａ、Ｂには主として酸素と
窒素を含む混合ガス（通常は空気）中から窒素を選択的
に吸着するのに適した吸着剤（例えば、ＣａＡ型ゼオラ
イト）が充填されている。各吸着塔Ａ、Ｂの底部は供給
側分岐ライン１ａ、１ｂを介して共通の供給ライン１に
接続されており、上記各分岐ライン１ａ、１ｂにはそれ
ぞれ切換弁（開閉弁）２ａ、２ｂが設けられている。ま
た、供給ライン１には混合ガスブロアー３が設けられて
おり、これにより開状態となった切換弁２ａ又は２ｂを
介して吸着塔Ａ又はＢに混合ガスを選択的に供給するこ
とができる。
【００２２】なお、混合ガスブロアー３を迂回するよう
に、切換弁４を備える供給バイパスライン５を設けても
よい。このようにすると、混合ガスの自然供給圧（すな
わち、大気圧）が各吸着塔Ａ又はＢよりも高くなった場
合（すなわち、吸着塔Ａ又はＢが負圧になった場合）に
おいては、ブロアー３のみならず、混合ガス自体の自然
供給圧をも利用して混合ガスの供給を行えることにな
り、その分ブロアー３の容量を小さくして、消費動力の
低減を図れる。但し、この供給バイパスライン５は好適
な構成要件に過ぎない。また、供給バイパスラインに代
えて、別途自然供給する手段も採用できる。
に、切換弁４を備える供給バイパスライン５を設けても
よい。このようにすると、混合ガスの自然供給圧（すな
わち、大気圧）が各吸着塔Ａ又はＢよりも高くなった場
合（すなわち、吸着塔Ａ又はＢが負圧になった場合）に
おいては、ブロアー３のみならず、混合ガス自体の自然
供給圧をも利用して混合ガスの供給を行えることにな
り、その分ブロアー３の容量を小さくして、消費動力の
低減を図れる。但し、この供給バイパスライン５は好適
な構成要件に過ぎない。また、供給バイパスラインに代
えて、別途自然供給する手段も採用できる。
【００２３】また、各吸着塔Ａ、Ｂの底部は排出側分岐
ライン６ａ、６ｂを介して共通の排出ライン６に接続さ
れており、上記各分岐ライン６ａ、６ｂにはそれぞれ切
換弁７ａ、７ｂが設けられている。また、排出ライン６
には真空ポンプ８が設けられており、これにより開状態
となった切換弁７ａ又は７ｂを介して吸着塔Ａ又はＢか
ら脱着ガスを選択的に排出することができる。
ライン６ａ、６ｂを介して共通の排出ライン６に接続さ
れており、上記各分岐ライン６ａ、６ｂにはそれぞれ切
換弁７ａ、７ｂが設けられている。また、排出ライン６
には真空ポンプ８が設けられており、これにより開状態
となった切換弁７ａ又は７ｂを介して吸着塔Ａ又はＢか
ら脱着ガスを選択的に排出することができる。
【００２４】一方、各吸着塔Ａ、Ｂの頂部は個別の出口
ライン９ａ、９ｂを介して共通の製品酸素ガス取出ライ
ン９に接続されている。各出口ライン９ａ、９ｂにはそ
れぞれ切換弁１０ａ、１０ｂが設けられており、取出ラ
イン９には逆流防止装置１１（例えば、チェッキ弁）が
設けられている。従って、各切換弁１０ａ、１０ｂの選
択的開閉により各吸着塔Ａ、Ｂから選択的に製品酸素ガ
スを取出ライン９に取り出すことができるが、取出ライ
ン９側から各吸着塔Ａ、Ｂに製品酸素ガスが逆流するの
は逆流防止装置１１により阻止される。なお、逆流防止
装置１１を設ける代わりに、吸着塔出口ライン９ａ、９
ｂの切換弁１０ａ、１０ｂの開閉タイミングを制御する
ことにより逆流防止装置として機能させることもでき
る。
ライン９ａ、９ｂを介して共通の製品酸素ガス取出ライ
ン９に接続されている。各出口ライン９ａ、９ｂにはそ
れぞれ切換弁１０ａ、１０ｂが設けられており、取出ラ
イン９には逆流防止装置１１（例えば、チェッキ弁）が
設けられている。従って、各切換弁１０ａ、１０ｂの選
択的開閉により各吸着塔Ａ、Ｂから選択的に製品酸素ガ
スを取出ライン９に取り出すことができるが、取出ライ
ン９側から各吸着塔Ａ、Ｂに製品酸素ガスが逆流するの
は逆流防止装置１１により阻止される。なお、逆流防止
装置１１を設ける代わりに、吸着塔出口ライン９ａ、９
ｂの切換弁１０ａ、１０ｂの開閉タイミングを制御する
ことにより逆流防止装置として機能させることもでき
る。
【００２５】また、個別の出口ライン９ａ、９ｂ間は均
圧ライン１２を介して接続されており、この均圧ライン
１２には切換弁１３が設けられている。さらに、均圧ラ
イン１２における切換弁１３を迂回するように、絞り装
置１４を備える均圧バイパスライン１５が設けられてい
る。従って、切換弁１３が閉状態である場合でも、両吸
着塔Ａ、Ｂ間に圧力差がある限り、この絞り装置１４を
備える均圧バイパスライン１５を介して若干量のガスが
両吸着塔Ａ、Ｂ間に流れることになる（この技術的効果
については後述）。この場合の絞り装置としては、通常
オリフィスを用いるが、ニードル弁のような絞り弁を用
いても効果は同じである。尚、この絞り装置１４は好適
な構成要件に過ぎない。
圧ライン１２を介して接続されており、この均圧ライン
１２には切換弁１３が設けられている。さらに、均圧ラ
イン１２における切換弁１３を迂回するように、絞り装
置１４を備える均圧バイパスライン１５が設けられてい
る。従って、切換弁１３が閉状態である場合でも、両吸
着塔Ａ、Ｂ間に圧力差がある限り、この絞り装置１４を
備える均圧バイパスライン１５を介して若干量のガスが
両吸着塔Ａ、Ｂ間に流れることになる（この技術的効果
については後述）。この場合の絞り装置としては、通常
オリフィスを用いるが、ニードル弁のような絞り弁を用
いても効果は同じである。尚、この絞り装置１４は好適
な構成要件に過ぎない。
【００２６】本発明に係る濃縮酸素の回収方法は、以上
のような構成の装置を用いて、次のような手順で行われ
る。尚、以下のいずれの実施例においても、各吸着塔
Ａ、Ｂは直径600mm で、高さ2500mmであり、吸着剤とし
てＣａＡ型ゼオライトを充填しているものとする。
のような構成の装置を用いて、次のような手順で行われ
る。尚、以下のいずれの実施例においても、各吸着塔
Ａ、Ｂは直径600mm で、高さ2500mmであり、吸着剤とし
てＣａＡ型ゼオライトを充填しているものとする。
【００２７】（実施例１）図２及び図３は本発明の実施
例１に対応するものであり、図２は同実施例における全
操作ステップを時間とともに表す工程表であり、図３は
各操作ステップにおけるガス流れを表すフロー図であ
る。
例１に対応するものであり、図２は同実施例における全
操作ステップを時間とともに表す工程表であり、図３は
各操作ステップにおけるガス流れを表すフロー図であ
る。
【００２８】説明の便宜上、吸着塔Ａは脱着操作が完了
してその最低圧力、例えば150 〜400Torr(20〜53kPa)に
あり、吸着塔Ｂは吸着操作が完了してその最高圧力、例
えば0.1 〜1.0kg/cm2G(111〜199kPa) にあるものとす
る。また、この実施例１では絞り装置１４を備える均圧
バイパスライン１５（図１）は設けていない。
してその最低圧力、例えば150 〜400Torr(20〜53kPa)に
あり、吸着塔Ｂは吸着操作が完了してその最高圧力、例
えば0.1 〜1.0kg/cm2G(111〜199kPa) にあるものとす
る。また、この実施例１では絞り装置１４を備える均圧
バイパスライン１５（図１）は設けていない。
【００２９】以上の前提条件の下、ステップ１では、吸
着塔Ａについては昇圧１が行われ、吸着塔Ｂについては
減圧１が行われる。すなわち、このステップ１では、切
換弁７ａ、１３（図１）のみが開状態であり、吸着塔Ｂ
の吸着剤から脱着した少量の窒素を含む残留製品酸素ガ
スが均圧ライン１２を介して吸着塔Ａに頂部から導入さ
れる一方、吸着塔Ａの底部からは、脱着した残留窒素が
真空ポンプ８により排出側分岐ライン６ａ及び排出ライ
ン６を介して吸引排気される。
着塔Ａについては昇圧１が行われ、吸着塔Ｂについては
減圧１が行われる。すなわち、このステップ１では、切
換弁７ａ、１３（図１）のみが開状態であり、吸着塔Ｂ
の吸着剤から脱着した少量の窒素を含む残留製品酸素ガ
スが均圧ライン１２を介して吸着塔Ａに頂部から導入さ
れる一方、吸着塔Ａの底部からは、脱着した残留窒素が
真空ポンプ８により排出側分岐ライン６ａ及び排出ライ
ン６を介して吸引排気される。
【００３０】吸着塔Ａは既に脱着が完了しているので、
上記ステップ１において吸着塔Ｂから導入される少量の
窒素は吸着塔Ａの頂部付近の吸着剤により効果的に吸着
され、吸着塔Ａの吸着剤全体としてみた場合には、その
後の混合ガスからの窒素吸着に大きな影響を与えること
はない。
上記ステップ１において吸着塔Ｂから導入される少量の
窒素は吸着塔Ａの頂部付近の吸着剤により効果的に吸着
され、吸着塔Ａの吸着剤全体としてみた場合には、その
後の混合ガスからの窒素吸着に大きな影響を与えること
はない。
【００３１】一方、吸着塔Ｂから少量の窒素とともに吸
着塔Ａに導入される残留酸素富化ガスは、吸着塔Ａ内の
吸着剤を効果的に洗浄する。この際、真空ポンプ８によ
る排気量は、吸着塔Ｂから吸着塔Ａへのガス流入量より
も低いため、吸着塔Ａはある程度の昇圧を受けることに
なり、しかも吸着塔Ａ自体が有する容量ゆえに、吸着塔
Ｂからの残留酸素ガスが吸着塔Ａから真空ポンプ８側に
排気されるまでには至らない。
着塔Ａに導入される残留酸素富化ガスは、吸着塔Ａ内の
吸着剤を効果的に洗浄する。この際、真空ポンプ８によ
る排気量は、吸着塔Ｂから吸着塔Ａへのガス流入量より
も低いため、吸着塔Ａはある程度の昇圧を受けることに
なり、しかも吸着塔Ａ自体が有する容量ゆえに、吸着塔
Ｂからの残留酸素ガスが吸着塔Ａから真空ポンプ８側に
排気されるまでには至らない。
【００３２】上記ステップ１は例えば１０秒間継続され
る。その結果、吸着塔Ａは、例えば200 〜500Torr(27〜
67kPa)まで昇圧され、吸着塔Ｂは700Torr 〜O.2kg/cm2G
(93〜121kPa) まで減圧される。
る。その結果、吸着塔Ａは、例えば200 〜500Torr(27〜
67kPa)まで昇圧され、吸着塔Ｂは700Torr 〜O.2kg/cm2G
(93〜121kPa) まで減圧される。
【００３３】続くステップ２では、切換弁２ａ、４、７
ｂ、１３（図１）のみが開状態とされ、吸着塔Ａについ
ては昇圧２が行われ、吸着塔Ｂについては減圧２が行わ
れる。すなわち、吸着塔Ａでは、吸着塔Ｂの吸着剤から
脱着した少量の窒素を含む残留酸素富化ガスが均圧ライ
ン１２を介して吸着塔Ａに頂部から引き続き導入される
とともに、吸着塔Ａの底部からは混合ガスが供給側分岐
ライン１ａ及び供給ライン１を介して供給される。この
際、吸着塔Ａは依然大気圧以下であるため、ブロアー３
による強制供給のみならず、供給バイパスライン５を介
しての自然供給も行われる。また、吸着塔Ｂからの少量
の窒素が吸着塔Ａの頂部付近の吸着剤により効果的に捕
捉される点は上記ステップ１と同様である。
ｂ、１３（図１）のみが開状態とされ、吸着塔Ａについ
ては昇圧２が行われ、吸着塔Ｂについては減圧２が行わ
れる。すなわち、吸着塔Ａでは、吸着塔Ｂの吸着剤から
脱着した少量の窒素を含む残留酸素富化ガスが均圧ライ
ン１２を介して吸着塔Ａに頂部から引き続き導入される
とともに、吸着塔Ａの底部からは混合ガスが供給側分岐
ライン１ａ及び供給ライン１を介して供給される。この
際、吸着塔Ａは依然大気圧以下であるため、ブロアー３
による強制供給のみならず、供給バイパスライン５を介
しての自然供給も行われる。また、吸着塔Ｂからの少量
の窒素が吸着塔Ａの頂部付近の吸着剤により効果的に捕
捉される点は上記ステップ１と同様である。
【００３４】一方、吸着塔Ｂでは、減圧により吸着剤か
ら脱着した窒素が真空ポンプ８により排出側分岐ライン
６ｂ及び排出ライン６を介して吸引排気される。
ら脱着した窒素が真空ポンプ８により排出側分岐ライン
６ｂ及び排出ライン６を介して吸引排気される。
【００３５】上記ステップ２は例えば４秒間継続され、
その結果、吸着塔Ａは、例えば400〜700Torr(53〜93kP
a)まで昇圧され、吸着塔Ｂは550 〜760Torr(73〜101kP
a) まで減圧される。
その結果、吸着塔Ａは、例えば400〜700Torr(53〜93kP
a)まで昇圧され、吸着塔Ｂは550 〜760Torr(73〜101kP
a) まで減圧される。
【００３６】続くステップ３では、切換弁２ａ、４、７
ｂ（図１）のみが開状態とされ、吸着塔Ａについては昇
圧３が行われ、吸着塔Ｂについては脱着が行われる。す
なわち、吸着塔Ａでは、その底部から混合ガスが供給側
分岐ライン１ａ及び供給ライン１を介して供給される一
方、吸着塔Ｂでは、真空ポンプ８による窒素の減圧脱着
が排出側分岐ライン６ｂ及び排出ライン６を介して引き
続き行われる。この際、吸着塔Ａは依然大気圧以下であ
るため、ブロアー３による強制供給のみならず、供給バ
イパスライン５を介しての自然供給も行われる。
ｂ（図１）のみが開状態とされ、吸着塔Ａについては昇
圧３が行われ、吸着塔Ｂについては脱着が行われる。す
なわち、吸着塔Ａでは、その底部から混合ガスが供給側
分岐ライン１ａ及び供給ライン１を介して供給される一
方、吸着塔Ｂでは、真空ポンプ８による窒素の減圧脱着
が排出側分岐ライン６ｂ及び排出ライン６を介して引き
続き行われる。この際、吸着塔Ａは依然大気圧以下であ
るため、ブロアー３による強制供給のみならず、供給バ
イパスライン５を介しての自然供給も行われる。
【００３７】上記ステップ３は例えば２秒間継続され、
その結果、吸着塔Ａは、例えば大気圧(101kPa)まで昇圧
される。一方、吸着塔Ｂの脱着はこのステップ３では完
了しない。
その結果、吸着塔Ａは、例えば大気圧(101kPa)まで昇圧
される。一方、吸着塔Ｂの脱着はこのステップ３では完
了しない。
【００３８】続くステップ４では、切換弁２ａ、７ｂ、
１０ａ（図１）のみが開状態とされ、吸着塔Ａについて
は吸着が行われ、吸着塔Ｂについては引き続き脱着が行
われる。すなわち、吸着塔Ａでは、その底部から混合ガ
スが供給側分岐ライン１ａ及び供給ライン１を介して供
給されて、それにより混合ガス中の窒素が選択的に吸着
剤に吸着され、吸着されない酸素が出口ライン９ａ及び
製品酸素ガス取出ライン９を介して取り出される一方、
吸着塔Ｂでは、真空ポンプ８による窒素の減圧脱着が排
出側側分岐ライン６ｂ及び排出ライン６を介して引き続
き行われる。この際、吸着塔Ａは既に大気圧以上である
ため、混合ガスはブロアー３による強制供給のみが行わ
れる。
１０ａ（図１）のみが開状態とされ、吸着塔Ａについて
は吸着が行われ、吸着塔Ｂについては引き続き脱着が行
われる。すなわち、吸着塔Ａでは、その底部から混合ガ
スが供給側分岐ライン１ａ及び供給ライン１を介して供
給されて、それにより混合ガス中の窒素が選択的に吸着
剤に吸着され、吸着されない酸素が出口ライン９ａ及び
製品酸素ガス取出ライン９を介して取り出される一方、
吸着塔Ｂでは、真空ポンプ８による窒素の減圧脱着が排
出側側分岐ライン６ｂ及び排出ライン６を介して引き続
き行われる。この際、吸着塔Ａは既に大気圧以上である
ため、混合ガスはブロアー３による強制供給のみが行わ
れる。
【００３９】上記ステップ４は例えば４４秒間継続さ
れ、吸着塔Ａは、吸着過程において例えば0.1 〜1.0kg/
cm2G(111〜199kPa) の最高圧力に到達し、吸着塔Ｂは、
最終的に例えば150 〜400Torr(20〜53kPa)の最低圧力に
到達する。
れ、吸着塔Ａは、吸着過程において例えば0.1 〜1.0kg/
cm2G(111〜199kPa) の最高圧力に到達し、吸着塔Ｂは、
最終的に例えば150 〜400Torr(20〜53kPa)の最低圧力に
到達する。
【００４０】以降のステップ５〜８は、上記ステップ１
〜４と対称である。すなわち、これらステップ５〜８で
は、ステップ１〜４において吸着塔Ａについて行った操
作を吸着塔Ｂについて行い、吸着塔Ｂについて行った操
作を吸着塔Ａについて行うのである。従って、以降のス
テップ５〜８についての説明は省略する。
〜４と対称である。すなわち、これらステップ５〜８で
は、ステップ１〜４において吸着塔Ａについて行った操
作を吸着塔Ｂについて行い、吸着塔Ｂについて行った操
作を吸着塔Ａについて行うのである。従って、以降のス
テップ５〜８についての説明は省略する。
【００４１】以上のステップ１〜８により完全な１サイ
クルが完了し、その１サイクルの時間は例えば１２０秒
である。
クルが完了し、その１サイクルの時間は例えば１２０秒
である。
【００４２】上記実施例１において、混合ガスとして空
気を用い、最高圧力（最高吸着圧力）を0.4kg/cm2G(141
kPa)とし、最低圧力（最低脱着圧力）を210Torr(28kPa)
となるように、１サイクル１２０秒で操作を行った。そ
の結果、93% の酸素濃度で19.9Nm3/H の製品酸素が得ら
れた。また、その時の酸素回収率は51% であった。
気を用い、最高圧力（最高吸着圧力）を0.4kg/cm2G(141
kPa)とし、最低圧力（最低脱着圧力）を210Torr(28kPa)
となるように、１サイクル１２０秒で操作を行った。そ
の結果、93% の酸素濃度で19.9Nm3/H の製品酸素が得ら
れた。また、その時の酸素回収率は51% であった。
【００４３】（実施例２）図４及び図５は本発明の実施
例２に対応するものであり、図４は実施例２における全
操作ステップを時間とともに表す工程表であり、図５は
同実施例の各操作ステップにおけるガス流れを表すフロ
ー図である。また、実施例２においても、絞り装置１４
を備える均圧バイパスライン１５（図１）は設けていな
い。
例２に対応するものであり、図４は実施例２における全
操作ステップを時間とともに表す工程表であり、図５は
同実施例の各操作ステップにおけるガス流れを表すフロ
ー図である。また、実施例２においても、絞り装置１４
を備える均圧バイパスライン１５（図１）は設けていな
い。
【００４４】実施例２は上記実施例１と基本的に類似す
るものであるが、次の点で実施例１とは相違する。すな
わち、この実施例２では、実施例１におけるステップ１
の時間を若干短縮してステップ２に移る前にステップ２
ａを挿入するとともに、実施例１におけるステップ５の
時間を若干短縮してステップ６に移る前にステップ６ａ
を挿入した。
るものであるが、次の点で実施例１とは相違する。すな
わち、この実施例２では、実施例１におけるステップ１
の時間を若干短縮してステップ２に移る前にステップ２
ａを挿入するとともに、実施例１におけるステップ５の
時間を若干短縮してステップ６に移る前にステップ６ａ
を挿入した。
【００４５】より具体的には、実施例２では、上記実施
例１にて例えば１０秒であったステップ１の時間を例え
ば８秒に短縮している（図２及び図４を比較）。
例１にて例えば１０秒であったステップ１の時間を例え
ば８秒に短縮している（図２及び図４を比較）。
【００４６】また、ステップ２ａにおいては、切換弁７
ｂ、１３のみが開状態とされ、吸着塔Ａには吸着塔Ｂの
頂部にて減圧脱着した少量の窒素を含む残留酸素富化ガ
スが均圧ライン１２を介して例えば２秒間導入され、こ
の結果、吸着塔Ａは、例えば250 〜600Torr(33〜80kPa)
まで昇圧される。この際、少量の窒素が吸着塔Ａの頂部
付近の吸着剤により効果的に吸着される点は、既に実施
例１にて説明したように、ステップ１と同様である。
ｂ、１３のみが開状態とされ、吸着塔Ａには吸着塔Ｂの
頂部にて減圧脱着した少量の窒素を含む残留酸素富化ガ
スが均圧ライン１２を介して例えば２秒間導入され、こ
の結果、吸着塔Ａは、例えば250 〜600Torr(33〜80kPa)
まで昇圧される。この際、少量の窒素が吸着塔Ａの頂部
付近の吸着剤により効果的に吸着される点は、既に実施
例１にて説明したように、ステップ１と同様である。
【００４７】また、ステップ２ａにおける吸着塔Ｂの操
作は続くステップ２と同じであり、同ステップ２と一体
となって吸着塔Ｂの減圧２を構成する。
作は続くステップ２と同じであり、同ステップ２と一体
となって吸着塔Ｂの減圧２を構成する。
【００４８】一方、ステップ６ａは上記ステップ２ａと
対応するものであり、吸着塔Ａと吸着塔Ｂとの操作が対
称的に逆になっている点でのみ相違する。
対応するものであり、吸着塔Ａと吸着塔Ｂとの操作が対
称的に逆になっている点でのみ相違する。
【００４９】上記実施例２において、混合ガスとして空
気を用い、実施例１で用いた装置と同じ装置で１サイク
ル１２０秒で操作を行うと、最高圧力（最高吸着圧力）
は0.4kg/cm2G(141kPa)となり、最低圧力（最低脱着圧
力）は210Torr(28kPa)となった。その結果、93% の酸素
濃度で19.8Nm3/H の製品酸素が得られた。また、その時
の酸素回収率は53% であった。
気を用い、実施例１で用いた装置と同じ装置で１サイク
ル１２０秒で操作を行うと、最高圧力（最高吸着圧力）
は0.4kg/cm2G(141kPa)となり、最低圧力（最低脱着圧
力）は210Torr(28kPa)となった。その結果、93% の酸素
濃度で19.8Nm3/H の製品酸素が得られた。また、その時
の酸素回収率は53% であった。
【００５０】（実施例３）図６は、本発明の実施例３の
各操作ステップにおけるガス流れを表すフロー図であ
る。この実施例３においては、図１に示したとおり、絞
り装置１４を備える均圧バイパスライン１５が設けられ
る。
各操作ステップにおけるガス流れを表すフロー図であ
る。この実施例３においては、図１に示したとおり、絞
り装置１４を備える均圧バイパスライン１５が設けられ
る。
【００５１】実施例３は上記実施例２と基本的操作ステ
ップの構成において同一であるが、均圧バイパスライン
１５を設けたことにより、動作に若干の変化が生ずる。
すなわち、ステップ３、４、７、８において、両吸着塔
Ａ、Ｂとの間の圧力差に基づき、一方の吸着塔から流入
した少量の酸素富化ガスが他方の吸着塔に絞り装置１４
（例えば、オリフィス）を備える均圧バイパスライン１
５を介して導入され、その洗浄作用により他方の吸着塔
における吸着剤の再生を促進するのである。
ップの構成において同一であるが、均圧バイパスライン
１５を設けたことにより、動作に若干の変化が生ずる。
すなわち、ステップ３、４、７、８において、両吸着塔
Ａ、Ｂとの間の圧力差に基づき、一方の吸着塔から流入
した少量の酸素富化ガスが他方の吸着塔に絞り装置１４
（例えば、オリフィス）を備える均圧バイパスライン１
５を介して導入され、その洗浄作用により他方の吸着塔
における吸着剤の再生を促進するのである。
【００５２】なお、均圧バイパスライン１５は常に導通
状態であるが、ステップ１、２ａ、２、５、６、６ａに
おいては、ガス流通抵抗のずっと小さい均圧ライン１２
も導通状態であるため、ガスは優先的に均圧ライン１２
を流れる。従って、均圧バイパスライン１５は、均圧ラ
イン１２が非導通状態となるステップ３、４、７、８で
のみ意味をもつことになる。
状態であるが、ステップ１、２ａ、２、５、６、６ａに
おいては、ガス流通抵抗のずっと小さい均圧ライン１２
も導通状態であるため、ガスは優先的に均圧ライン１２
を流れる。従って、均圧バイパスライン１５は、均圧ラ
イン１２が非導通状態となるステップ３、４、７、８で
のみ意味をもつことになる。
【００５３】上記実施例３においては、絞り装置１４を
設置した以外は実施例２と同じ装置を用いて、１サイク
ル１２０秒で操作を行うと、最高圧力（最高吸着圧力）
は0.4kg/cm2G(141kPa)となり、最低圧力（最低脱着圧
力）は220Torr(29kPa)となった。その結果、93% の酸素
濃度で20.2Nm3/H の製品酸素が得られた。また、その時
の酸素回収率は53% であった。
設置した以外は実施例２と同じ装置を用いて、１サイク
ル１２０秒で操作を行うと、最高圧力（最高吸着圧力）
は0.4kg/cm2G(141kPa)となり、最低圧力（最低脱着圧
力）は220Torr(29kPa)となった。その結果、93% の酸素
濃度で20.2Nm3/H の製品酸素が得られた。また、その時
の酸素回収率は53% であった。
【００５４】なお、上記実施例３において、混合ガスと
して空気を用い、最高圧力が0.4kg/cm2G(141kPa)で実施
例２と同一であるにもかかわらず、最低圧力（最終脱着
圧力）220Torr(29kPa)が実施例２の最低圧力210Torr(28
kPa)よりも若干高くなっているのは、一方の吸着塔の脱
着時に他方の吸着塔から若干量のガスが均圧バイパスラ
イン１５を介して流入していることを反映している。
して空気を用い、最高圧力が0.4kg/cm2G(141kPa)で実施
例２と同一であるにもかかわらず、最低圧力（最終脱着
圧力）220Torr(29kPa)が実施例２の最低圧力210Torr(28
kPa)よりも若干高くなっているのは、一方の吸着塔の脱
着時に他方の吸着塔から若干量のガスが均圧バイパスラ
イン１５を介して流入していることを反映している。
【００５５】（比較例１）図７及び図８は比較例１を示
すものであり、図７は同比較例に用いた装置の概略構成
図であり、図８は同比較例における全操作ステップを時
間とともに表す工程表である。
すものであり、図７は同比較例に用いた装置の概略構成
図であり、図８は同比較例における全操作ステップを時
間とともに表す工程表である。
【００５６】図７に示す装置は図１の装置と類似するも
のであるが、図１に示した構成要素のうち、切換弁４を
備える供給バイパスライン５、絞り装置１４を備える均
圧バイパスライン１５、及び逆流防止装置１１は設けら
れていない。その代わりに、製品酸素ガス取出ライン９
は製品酸素ガス貯溜タンク１６に接続されている。
のであるが、図１に示した構成要素のうち、切換弁４を
備える供給バイパスライン５、絞り装置１４を備える均
圧バイパスライン１５、及び逆流防止装置１１は設けら
れていない。その代わりに、製品酸素ガス取出ライン９
は製品酸素ガス貯溜タンク１６に接続されている。
【００５７】比較例１では図７の装置を用いて、図８に
示す操作ステップに従う１サイクルを行う。すなわち、
脱着を完了した吸着塔Ａと吸着を完了した吸着塔Ｂとを
均圧ライン１２を導通させて、吸着塔Ａについては昇圧
１を行い、吸着塔Ｂについては減圧１を行う（時間１０
秒）。次いで、吸着塔Ａについては、貯溜タンク１６か
ら製品酸素ガスを取出ライン９及び出口ライン９ａを介
して逆流させて更に昇圧を行い（時間６秒）、吸着塔Ｂ
については、真空ポンプ８の吸引を作用させ排出側分岐
ライン６ｂ及び排出ライン６を介して脱着を行う（この
脱着はその後５０秒間継続する）。次いで、吸着塔Ａで
は、ブロワー３により供給ライン１及び供給側分岐ライ
ン１ａを介して混合ガス（空気）を供給して、酸素富化
ガスを製品酸素ガスとして出口ライン９ａ及び取出ライ
ン９を介して貯溜タンク１６に取り出す（この吸着操作
は吸着塔Ｂについての脱着が完了するまでの４４秒間行
う）。そして以降は、吸着塔Ａと吸着塔Ｂの操作ステッ
プを対称的に反転させた操作を行い、１サイクルを完了
するものである。
示す操作ステップに従う１サイクルを行う。すなわち、
脱着を完了した吸着塔Ａと吸着を完了した吸着塔Ｂとを
均圧ライン１２を導通させて、吸着塔Ａについては昇圧
１を行い、吸着塔Ｂについては減圧１を行う（時間１０
秒）。次いで、吸着塔Ａについては、貯溜タンク１６か
ら製品酸素ガスを取出ライン９及び出口ライン９ａを介
して逆流させて更に昇圧を行い（時間６秒）、吸着塔Ｂ
については、真空ポンプ８の吸引を作用させ排出側分岐
ライン６ｂ及び排出ライン６を介して脱着を行う（この
脱着はその後５０秒間継続する）。次いで、吸着塔Ａで
は、ブロワー３により供給ライン１及び供給側分岐ライ
ン１ａを介して混合ガス（空気）を供給して、酸素富化
ガスを製品酸素ガスとして出口ライン９ａ及び取出ライ
ン９を介して貯溜タンク１６に取り出す（この吸着操作
は吸着塔Ｂについての脱着が完了するまでの４４秒間行
う）。そして以降は、吸着塔Ａと吸着塔Ｂの操作ステッ
プを対称的に反転させた操作を行い、１サイクルを完了
するものである。
【００５８】上記比較例１において、O.7m3 容量の貯溜
タンク１６を付加し（その他の装置要素の寸法等は図１
と同様）、最高圧力（最高吸着圧力）を0.4kg/cm2G(141
kPa)とし、最低圧力（最低脱着圧力）を210Torr(28kPa)
とした上で、１サイクル１２０秒で操作を行った。その
結果、93% の酸素濃度で19.5Nm3/H の製品酸素が得られ
た。また、その時の酸素回収率は45% であった。
タンク１６を付加し（その他の装置要素の寸法等は図１
と同様）、最高圧力（最高吸着圧力）を0.4kg/cm2G(141
kPa)とし、最低圧力（最低脱着圧力）を210Torr(28kPa)
とした上で、１サイクル１２０秒で操作を行った。その
結果、93% の酸素濃度で19.5Nm3/H の製品酸素が得られ
た。また、その時の酸素回収率は45% であった。
【００５９】上記比較例１の結果を上記実施例１〜３の
結果と比較すると、本発明の実施例１〜３は比較例１よ
りも単位時間当たりの製品酸素ガス生成量及び酸素回収
率ともに改善していることが分かる（特に、酸素回収率
の改善の程度は大きい）。この相違は、主として、比較
例１における貯溜タンク１６からの製品酸素ガス逆流に
よる昇圧に代えて、本発明の実施例１〜３では吸着塔
Ａ、Ｂ間の均圧化による昇圧を徹底的に行うことに基づ
いている。
結果と比較すると、本発明の実施例１〜３は比較例１よ
りも単位時間当たりの製品酸素ガス生成量及び酸素回収
率ともに改善していることが分かる（特に、酸素回収率
の改善の程度は大きい）。この相違は、主として、比較
例１における貯溜タンク１６からの製品酸素ガス逆流に
よる昇圧に代えて、本発明の実施例１〜３では吸着塔
Ａ、Ｂ間の均圧化による昇圧を徹底的に行うことに基づ
いている。
【００６０】なお、上記比較例１は特開平１−２３６９
１４、同２−１１９９１５、同４−２２２６１３及び同
４−５０５４４８の各公報に開示の従来技術と同一では
ないが、貯溜タンク１６からの製品酸素ガスの逆流によ
る昇圧を行う点では、これら従来技術と共通するもので
ある。従って、上記比較例１は本発明のこれら従来技術
に対する優位性を十分に示していると見做すことができ
る。
１４、同２−１１９９１５、同４−２２２６１３及び同
４−５０５４４８の各公報に開示の従来技術と同一では
ないが、貯溜タンク１６からの製品酸素ガスの逆流によ
る昇圧を行う点では、これら従来技術と共通するもので
ある。従って、上記比較例１は本発明のこれら従来技術
に対する優位性を十分に示していると見做すことができ
る。
【００６１】（比較例２）図９は比較例２における全操
作ステップを時間とともに表す工程表である。なお、こ
の比較例２は特公平６−１７０号公報に開示された操作
工程に対応するが、本発明の実施例とできるだけ条件を
統一して比較を容易に行えるようにするために、図１に
示す装置を用いて操作工程を行った。但し、上記特公平
６−１７０号公報に開示されていない、供給バイパスラ
イン５及び均圧バイパスライン１５は用いていない。
作ステップを時間とともに表す工程表である。なお、こ
の比較例２は特公平６−１７０号公報に開示された操作
工程に対応するが、本発明の実施例とできるだけ条件を
統一して比較を容易に行えるようにするために、図１に
示す装置を用いて操作工程を行った。但し、上記特公平
６−１７０号公報に開示されていない、供給バイパスラ
イン５及び均圧バイパスライン１５は用いていない。
【００６２】また、比較例２の操作工程は次のように行
った。すなわち、脱着を完了した吸着塔Ａと吸着を完了
した吸着塔Ｂとを均圧ライン１２を介して導通させて、
吸着塔Ａについては昇圧１を行い（時間９秒）、吸着塔
Ｂについては減圧１を行う（但し、この時に真空ポンプ
８の吸引を吸着塔Ａ、Ｂのいずれにも作用させない）。
次いで、吸着塔Ａについては、ブロアー３により混合ガ
ス（空気）を用いて昇圧２を行い（時間９秒）、吸着塔
Ｂについては、真空ポンプ８の吸引を作用させ脱着を行
う（この脱着はその後３６秒間継続する）。次いで、吸
着塔Ａでは、ブロワー３により混合ガスを底部から供給
して、酸素富化ガスを製品酸素ガスとして頂部から取り
出す（この吸着操作は吸着塔Ｂについての脱着が完了す
るまでの２７秒間行う）。そして以降は、吸着塔Ａと吸
着塔Ｂの操作ステップを対称的に反転させた操作を行
い、１サイクルを完了するのである。
った。すなわち、脱着を完了した吸着塔Ａと吸着を完了
した吸着塔Ｂとを均圧ライン１２を介して導通させて、
吸着塔Ａについては昇圧１を行い（時間９秒）、吸着塔
Ｂについては減圧１を行う（但し、この時に真空ポンプ
８の吸引を吸着塔Ａ、Ｂのいずれにも作用させない）。
次いで、吸着塔Ａについては、ブロアー３により混合ガ
ス（空気）を用いて昇圧２を行い（時間９秒）、吸着塔
Ｂについては、真空ポンプ８の吸引を作用させ脱着を行
う（この脱着はその後３６秒間継続する）。次いで、吸
着塔Ａでは、ブロワー３により混合ガスを底部から供給
して、酸素富化ガスを製品酸素ガスとして頂部から取り
出す（この吸着操作は吸着塔Ｂについての脱着が完了す
るまでの２７秒間行う）。そして以降は、吸着塔Ａと吸
着塔Ｂの操作ステップを対称的に反転させた操作を行
い、１サイクルを完了するのである。
【００６３】上記比較例２において、実施例１及び２で
用いたのと同じ装置を使用し、１サイクル９０秒の操作
時間で操作を行ったところ、最高圧力（最高吸着圧力）
は0.35kg/cm2G(136kPa) となり、最低圧力（最低脱着圧
力）は250Torr(33kPa)となった。その結果、93% の酸素
濃度で18.0Nm3/H の製品酸素が得られた。また、その時
の酸素回収率は45% であった。
用いたのと同じ装置を使用し、１サイクル９０秒の操作
時間で操作を行ったところ、最高圧力（最高吸着圧力）
は0.35kg/cm2G(136kPa) となり、最低圧力（最低脱着圧
力）は250Torr(33kPa)となった。その結果、93% の酸素
濃度で18.0Nm3/H の製品酸素が得られた。また、その時
の酸素回収率は45% であった。
【００６４】なお、比較例２で最高圧力（吸着圧力）が
実施例１〜３と比べて低いのは、ブロアー３による３６
秒間の空気送入では十分に吸着圧力を上昇させることが
できないからであり、最低圧力（脱着圧力）が実施例１
〜３と比べて高いのは真空ポンプ８による３６秒間の排
気では十分に脱着圧力を下げられないからである。
実施例１〜３と比べて低いのは、ブロアー３による３６
秒間の空気送入では十分に吸着圧力を上昇させることが
できないからであり、最低圧力（脱着圧力）が実施例１
〜３と比べて高いのは真空ポンプ８による３６秒間の排
気では十分に脱着圧力を下げられないからである。
【００６５】上記比較例２の結果を上記実施例１〜３の
結果と比較すると、本発明の実施例１〜３は比較例２よ
りも単位時間当たりの製品酸素ガス生成量及び酸素回収
率ともに改善していることが分かる（特に、酸素回収率
の改善の程度は大きい）。この相違は、比較例２では、
両吸着塔Ａ、Ｂ間での均圧化（すなわち、昇圧１と減圧
１）を一回だけで止めるために、十分な均圧化が達成さ
れておらず、減圧に伴い一方の吸着塔から発生する酸素
富化ガスが他方の吸着塔の昇圧に有効に利用されていな
いこと、並びに均圧時に真空ポンプ８が空運転状態とな
り、いずれかの吸着塔における窒素脱着に活用されてい
ないことに起因している。
結果と比較すると、本発明の実施例１〜３は比較例２よ
りも単位時間当たりの製品酸素ガス生成量及び酸素回収
率ともに改善していることが分かる（特に、酸素回収率
の改善の程度は大きい）。この相違は、比較例２では、
両吸着塔Ａ、Ｂ間での均圧化（すなわち、昇圧１と減圧
１）を一回だけで止めるために、十分な均圧化が達成さ
れておらず、減圧に伴い一方の吸着塔から発生する酸素
富化ガスが他方の吸着塔の昇圧に有効に利用されていな
いこと、並びに均圧時に真空ポンプ８が空運転状態とな
り、いずれかの吸着塔における窒素脱着に活用されてい
ないことに起因している。
【図１】本発明の濃縮酸素の回収方法を実施するのに用
いる装置を示す概略構成図である。
いる装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１における操作工程を示すタイ
ムチャートである。
ムチャートである。
【図３】本発明の実施例１における各操作ステップごと
のフロー図である。
のフロー図である。
【図４】本発明の実施例２における操作工程を示すタイ
ムチャートである。
ムチャートである。
【図５】本発明の実施例２における各操作ステップごと
のフロー図である。
のフロー図である。
【図６】本発明の実施例３における各操作ステップごと
のフロー図である。
のフロー図である。
【図７】比較例１に用いる装置を示す概略構成図であ
る。
る。
【図８】比較例１における操作工程を示すタイムチャー
トである。
トである。
【図９】比較例２における操作工程を示すタイムチャー
トである。
トである。
Ａ 吸着塔 Ｂ 吸着塔 １ 供給ライン ３ 混合ガスブロアー ５ 供給バイパスライン ６ 排出ライン ８ 真空ポンプ ９ 製品酸素ガス取出ライン １１ 逆流防止装置 １２ 均圧ライン １４ 絞り装置 １５ 均圧バイパスライン
Claims (5)
- 【請求項１】主として窒素及び酸素を含む混合ガスから
窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した第１の吸着塔
と第２の吸着塔を用いてプレッシャースイング法により
酸素に富んだガスを回収する方法であって、工程中にお
いて、 最低圧力にある第１の吸着塔の出口端と最高圧力にある
第２の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して導通させ
て、第２の吸着塔から減圧・放出された残留酸素富化ガ
スを第１の吸着塔に導入して昇圧・回収するとともに、
第１の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の
排気を行うステップ１、 第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出口端とを均圧
ラインを介して導通させたまま、第２の吸着塔から引き
続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを第１の吸着塔
に導入して更に昇圧・回収するとともに、第１の吸着塔
の入口端から混合ガスを供給する一方、第２の吸着塔の
入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステ
ップ２、 第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出口端とを遮断
した状態で、第１の吸着塔の入口端から混合ガスを供給
して第１の吸着塔の更なる昇圧を行う一方、第２の吸着
塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を引き
続き行うステップ３、 第１の吸着塔の出口端を開放するとともに、第２の吸着
塔の出口端を遮断し、第１の吸着塔の入口端から混合ガ
スを供給して、最終的に最高圧力まで加圧される第１の
吸着塔の出口端から酸素富化ガスを製品として取り出す
一方、第２の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着
窒素の排気を最低圧力になるまで行うステップ４、 最高圧力にある第１の吸着塔の出口端と最低圧力にある
第２の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介して再び導通
させて、第１の吸着塔から減圧・放出された残留酸素富
化ガスを第２の吸着塔に導入して昇圧・回収するととも
に、第２の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒
素の排気を行うステップ５、 第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出口端とを均圧
ラインを介して導通させたまま、第１の吸着塔から引き
続き減圧・放出された残留酸素富化ガスを第２の吸着塔
に導入して更に昇圧・回収するとともに、第２の吸着塔
の入口端から混合ガスを供給する一方、第１の吸着塔の
入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を行うステ
ップ６、 第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出口端とを遮断
した状態で、第２の吸着塔の入口端から混合ガスを供給
して第２の吸着塔の更なる昇圧を行う一方、第１の吸着
塔の入口端から真空ポンプにより脱着窒素の排気を引き
続き行うステップ７、 第２の吸着塔の出口端を開放するとともに、第１の吸着
塔の出口端を遮断し、第２の吸着塔の入口端から混合ガ
スを供給して、最終的に最高圧力まで加圧される第２の
吸着塔の出口端から酸素富化ガスを製品として取り出す
一方、第１の吸着塔の入口端から真空ポンプにより脱着
窒素の排気を最低圧力になるまで行うステップ８、 を含む、濃縮酸素の回収方法。 - 【請求項２】上記ステップ１とステップ２との間に、第
１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出口端とを均圧ラ
インを介して導通させたまま、第１の吸着塔の入口端を
閉鎖した状態で、第２の吸着塔から引き続き減圧・放出
された残留酸素富化ガスを第１の吸着塔に導入して更に
昇圧・回収する一方、第２の吸着塔の入口端から真空ポ
ンプにより脱着窒素の排気を行うステップ２ａを挿入
し、上記ステップ５とステップ６との間に、第１の吸着
塔の出口端と第２の吸着塔の出口端とを均圧ラインを介
して導通させたまま、第２の吸着塔の入口端を閉鎖した
状態で、第１の吸着塔から引き続き減圧・放出された残
留酸素富化ガスを第２の吸着塔に導入して更に昇圧・回
収する一方、第１の吸着塔の入口端から真空ポンプによ
り脱着窒素の排気を行うステップ６ａを挿入する、請求
項１に記載の濃縮酸素の回収方法。 - 【請求項３】第１の吸着塔の出口端と第２の吸着塔の出
口端とは絞り装置を備える均圧バイパスラインを介して
常時接続されている、請求項１又は２に記載の濃縮酸素
の回収方法。 - 【請求項４】上記ステップ２、３、６及び７において、
昇圧過程にある吸着塔への混合ガスの供給を加圧供給手
段による強制供給と大気圧に基づく自然供給との併用に
より行う、請求項１〜３のいずれかに記載の濃縮酸素の
回収方法。 - 【請求項５】上記混合ガスが空気である、請求項１〜４
のいずれかに記載の濃縮酸素の回収方法。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04291595A JP3309197B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 濃縮酸素の回収方法 |
| PCT/JP1996/000452 WO1996026894A1 (fr) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | Procede de recuperation de gaz riche en oxygene |
| KR1019960706221A KR100199226B1 (ko) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | 산소부화가스의 회수방법 |
| CA002189232A CA2189232C (en) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | Method of recovering oxygen-rich gas |
| CN96190375A CN1044106C (zh) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | 富氧气体的回收方法 |
| US08/737,144 US5755856A (en) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | Process of recovering oxygen-enriched gas |
| DE69608047T DE69608047T2 (de) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | Methode zur gewinnung eines sauerstoffreichen gases |
| AU47321/96A AU677931B2 (en) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | Method of recovering oxygen-rich gas |
| EP96903254A EP0758625B1 (en) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | Method of recovering oxygen-rich gas |
| ES96903254T ES2144726T3 (es) | 1995-03-02 | 1996-02-26 | Procedimiento para la recuperacion de un gas enriquecido en oxigeno. |
| TW085102536A TW418109B (en) | 1995-03-02 | 1996-03-02 | Process of recovering oxygen-enriched gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04291595A JP3309197B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 濃縮酸素の回収方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08239204A true JPH08239204A (ja) | 1996-09-17 |
| JP3309197B2 JP3309197B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=12649323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04291595A Expired - Lifetime JP3309197B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | 濃縮酸素の回収方法 |
Country Status (11)
| Country | Link |
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