JPH10152305A - Oxygen gas production apparatus and production of oxygen gas - Google Patents
Oxygen gas production apparatus and production of oxygen gasInfo
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- JPH10152305A JPH10152305A JP8311051A JP31105196A JPH10152305A JP H10152305 A JPH10152305 A JP H10152305A JP 8311051 A JP8311051 A JP 8311051A JP 31105196 A JP31105196 A JP 31105196A JP H10152305 A JPH10152305 A JP H10152305A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素ガス製造装置
に関し、特に酸素の他に窒素を含む空気などの混合ガス
を原料とし、圧力変動吸着方式によって極めて高濃度の
酸素ガスを製品として得ることができる酸素ガス製造装
置および酸素ガス製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen gas producing apparatus, and more particularly to an apparatus for producing an extremely high-concentration oxygen gas as a product by a pressure fluctuation adsorption method using a mixed gas such as air containing nitrogen in addition to oxygen as a raw material. Gas production apparatus and method for producing oxygen gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】圧力変動吸着方式（ＰＳＡ方式、Pressu
re Swing Adsorption方式）とは、圧力変動に伴う吸着
剤におけるガスの吸着と脱着の作用を利用したものであ
る。この圧力変動吸着方式の酸素ガス製造装置とは、酸
素の他に窒素を含む空気などの混合ガスを原料とし、窒
素吸着剤が窒素を選択的に吸着しやすい圧力条件下で、
この原料ガス中の窒素を前記窒素吸着剤に吸着させて比
較的高濃度の酸素ガス（高濃度酸素ガス；製品酸素ガ
ス）とし、ついで窒素を脱着しやすい圧力条件下で窒素
吸着剤から窒素を脱着させて、この窒素吸着剤を再生す
る操作を繰り返すものである。この種の酸素ガス製造装
置は、安価に比較的高濃度の酸素ガスを製造することが
でき、また、装置の起動・停止が容易であるなどの利点
を有し、近年、排水処理用、電気炉製鋼などの種々の用
途に用いられている。2. Description of the Related Art Pressure fluctuation adsorption system (PSA system, Pressu system)
The “re Swing Adsorption method” utilizes the effect of gas adsorption and desorption on an adsorbent due to pressure fluctuation. With this pressure fluctuation adsorption type oxygen gas production apparatus, a mixed gas such as air containing nitrogen in addition to oxygen is used as a raw material, and under a pressure condition in which a nitrogen adsorbent easily selectively adsorbs nitrogen,
Nitrogen in this raw material gas is adsorbed by the nitrogen adsorbent to obtain a relatively high concentration of oxygen gas (high concentration oxygen gas; product oxygen gas). Then, nitrogen is removed from the nitrogen adsorbent under a pressure condition under which nitrogen is easily desorbed. The operation of desorbing and regenerating this nitrogen adsorbent is repeated. This type of oxygen gas production apparatus has the advantages that it can produce relatively high-concentration oxygen gas at a low cost, and has the advantage that the apparatus can be easily started and stopped. It is used for various applications such as furnace steelmaking.
【０００３】窒素吸着剤としては、従来Ｃａ−Ａ型、Ｎ
ａ−Ｘ型、Ｃａ−Ｘ型などのゼオライトが用いられてい
る。図７は、Ｃａ−Ａ型ゼオライトにおける圧力と吸着
量の関係を示したグラフである。このグラフより、圧力
が高くなるにつれて窒素の吸着量が大きく上昇し、空気
（原料ガス）に含まれる酸素やアルゴンの吸着量との差
が大きくなることがわかる。したがって、窒素吸着剤
（Ｃａ−Ａ型ゼオライト）に、より多くの窒素を選択的
に吸着させるためには圧力を高くすることが好ましく、
窒素吸着剤（Ｃａ−Ａ型ゼオライト）に吸着した窒素を
脱着させる際には圧力を低くするとよいことになる。こ
の傾向は、Ｎａ−Ｘ型、Ｃａ−Ｘ型のゼオライトにおい
ても同様である。[0003] As a nitrogen adsorbent, a conventional Ca-A type, N
Zeolites such as aX type and Ca-X type are used. FIG. 7 is a graph showing the relationship between pressure and adsorption amount in Ca-A type zeolite. From this graph, it can be seen that as the pressure increases, the amount of adsorbed nitrogen greatly increases, and the difference between the amount of adsorbed oxygen and argon contained in air (raw material gas) increases. Therefore, it is preferable to increase the pressure in order to selectively adsorb more nitrogen on the nitrogen adsorbent (Ca-A type zeolite),
When desorbing the nitrogen adsorbed on the nitrogen adsorbent (Ca-A type zeolite), the pressure should be lowered. This tendency is the same for Na-X type and Ca-X type zeolites.
【０００４】図２は、従来のこの種の酸素ガス製造装置
の一例を示した概略図である。この酸素ガス製造装置
は、原料ガスを供給するための送風機１、窒素吸着剤が
充填された窒素吸着剤層を有する３つの吸着塔２ａ、２
ｂ、２ｃ（以下まとめて示す場合は吸着塔２とする）、
窒素吸着剤層（窒素吸着剤）に吸着された窒素を脱着さ
せ、窒素吸着剤層を再生するための真空ポンプ４とから
概略構成されている。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of this type of conventional oxygen gas producing apparatus. The oxygen gas producing apparatus includes a blower 1 for supplying a raw material gas, three adsorption towers 2a and 2 having a nitrogen adsorbent layer filled with a nitrogen adsorbent.
b, 2c (hereinafter collectively referred to as adsorption tower 2),
The vacuum pump 4 for regenerating the nitrogen adsorbent layer by desorbing the nitrogen adsorbed on the nitrogen adsorbent layer (nitrogen adsorbent) is generally constituted.
【０００５】また、図３は図２に示した吸着塔２の構造
の一例を示したもので、この吸着塔２は、塔底側から順
に吸水剤が充填された吸水剤層２０と窒素吸着剤が充填
された窒素吸着剤層２１とを有している。すなわち、塔
底のガス入口から供給された原料ガスは、吸水剤層２０
に接触した後に窒素吸着剤層２１に接触し、塔頂のガス
出口から高濃度酸素ガス（製品酸素ガス）として取り出
されるようになっている。窒素吸着剤として一般に用い
られているゼオライトは、水を吸収すると窒素吸着性能
が低下する。吸水剤層２０は、原料ガス中の水分を吸着
し、前記窒素吸着剤の性能低下を防ぐ目的で設けられて
いるものである。吸水剤としては一般に、アルミナ系あ
るいはシリカ系の水分除去に適した吸水剤が用いられて
いる。FIG. 3 shows an example of the structure of the adsorption tower 2 shown in FIG. 2. This adsorption tower 2 has a water absorbing agent layer 20 filled with a water absorbing agent and a nitrogen adsorption And a nitrogen adsorbent layer 21 filled with an agent. That is, the raw material gas supplied from the gas inlet at the bottom of the tower is
After contacting with the nitrogen adsorbent layer 21, it comes into contact with the nitrogen adsorbent layer 21 and is taken out from the gas outlet at the top as high-concentration oxygen gas (product oxygen gas). When zeolite generally used as a nitrogen adsorbent absorbs water, the nitrogen adsorption performance decreases. The water-absorbing agent layer 20 is provided for the purpose of absorbing moisture in the raw material gas and preventing the performance of the nitrogen adsorbent from lowering. As the water absorbing agent, an alumina or silica water absorbing agent suitable for removing water is generally used.
【０００６】また、高濃度酸素ガス（製品酸素ガス）の
製造工程は、最初に原料ガス中の窒素を吸着塔２内の窒
素吸着剤層２１に吸着させて分離し、高濃度酸素ガスと
する吸着工程と、吸着工程から再生工程に移る際に圧力
変動なく移行するために、吸着塔２の塔頂のガス出口か
ら高濃度酸素ガスの一部を流して吸着塔２内を加圧する
充圧工程と、吸着塔２内を減圧状態にして窒素吸着剤層
２１に吸着された窒素を脱着させ、窒素吸着剤層２１を
再生する再生工程とからなる。この酸素ガス製造装置に
おいては、前記３つの工程を並行して吸着塔２ａ、２
ｂ、２ｃのいずれかで行うことによって、連続的に高濃
度酸素ガスが製造されるように制御されている。In the process of producing high-concentration oxygen gas (product oxygen gas), nitrogen in the raw material gas is first adsorbed and separated by the nitrogen adsorbent layer 21 in the adsorption tower 2 to obtain high-concentration oxygen gas. In order to shift the adsorption step and the adsorption step to the regeneration step without pressure fluctuation, a part of high-concentration oxygen gas flows from the gas outlet at the top of the adsorption tower 2 to pressurize the inside of the adsorption tower 2 And a regeneration step of regenerating the nitrogen adsorbent layer 21 by depressurizing the interior of the adsorption tower 2 to desorb the nitrogen adsorbed on the nitrogen adsorbent layer 21. In this oxygen gas producing apparatus, the above three steps are performed in parallel with the adsorption towers 2a, 2a,
The control is performed so that high-concentration oxygen gas is continuously produced by performing any of the steps b and c.
【０００７】以下、吸着塔２ａが吸着工程、吸着塔２ｂ
が充圧工程、吸着塔２ｃが再生工程にある場合につい
て、その動作とともに説明する。まず切り替え弁５ａ
は、原料ガス供給路５ａ’を介して送風機１と吸着塔２
ａとを接続するように切り替えられ、切り替え弁６ａ
は、高濃度酸素ガス排出路６ａ’を介して吸着塔２ａと
酸素圧縮機３とを接続するように切り替えられる。前記
高濃度酸素ガス排出路６ａ’の途中には制御弁７が設け
られ、酸素圧縮機３への高濃度酸素ガスの供給量が制御
されるようになっている。これと同時に、切り替え弁９
ｂは、戻り流路９ｂ’を介し、高濃度酸素ガス排出路６
ａ’の途中から分岐された分岐路８と、吸着塔２ｂとを
接続するように切り替えられ、切り替え弁１０ｃは、排
気路１０ｃ’を介して真空ポンプ４と吸着塔２ｃとを接
続するように切り替えられる。In the following, the adsorption tower 2a performs an adsorption step, and the adsorption tower 2b
Will be described together with the operation when the pressure column is in the pressure step and the adsorption tower 2c is in the regeneration step. First, switching valve 5a
Is connected to the blower 1 and the adsorption tower 2 via the raw material gas supply passage 5a '.
a to be connected to the switching valve 6a.
Is switched to connect the adsorption tower 2a and the oxygen compressor 3 via the high-concentration oxygen gas discharge path 6a '. A control valve 7 is provided in the middle of the high-concentration oxygen gas discharge passage 6a 'so that the supply amount of the high-concentration oxygen gas to the oxygen compressor 3 is controlled. At the same time, the switching valve 9
b is connected to the high-concentration oxygen gas discharge path 6 via the return flow path 9b '.
Switching is performed so as to connect the branch passage 8 branched from the middle of a ′ to the adsorption tower 2b, and the switching valve 10c connects the vacuum pump 4 and the adsorption tower 2c via the exhaust path 10c ′. Can be switched.
【０００８】ついで、送風機１から原料ガス供給路５
ａ’を介し、吸着塔２ａの塔底のガス入口に原料ガスが
加圧状態で供給される。すると、吸水剤層２０にて原料
ガス中の水分が吸着され、ついで原料ガス中の窒素が窒
素吸着剤層２１にて吸着され、高濃度酸素ガスが製造さ
れる。そして、吸着塔２ａの塔頂のガス出口からこの吸
着塔２ａに接続された高濃度酸素ガス排出路６ａ’に高
濃度酸素ガスが送り出され、酸素圧縮機３に供給され、
所望の圧力に昇圧された後、消費先へ供給される（吸着
工程）。このとき高濃度酸素ガス排出路６ａ’を流れる
高濃度酸素ガスの一部は分岐路８、戻り流路９ｂ’を通
って吸着塔２ｂの塔頂のガス出口から供給され、この高
濃度酸素ガスによって吸着塔２ｂ内の窒素吸着剤層２１
が加圧される（充圧工程）。一方、真空ポンプ４が作動
することにより吸着塔２ｃ内は減圧状態とされ、吸着塔
２ｃ内の窒素吸着剤層２１に吸着した窒素が脱着され、
排気路１０ｃ’を介して排気される。こうして窒素吸着
剤層２１が再生される（再生工程）。Next, the raw gas supply path 5
The source gas is supplied under pressure to the gas inlet at the bottom of the adsorption tower 2a via a ′. Then, the water in the raw material gas is adsorbed by the water absorbing agent layer 20, and then the nitrogen in the raw material gas is adsorbed by the nitrogen adsorbent layer 21 to produce a high-concentration oxygen gas. Then, the high-concentration oxygen gas is sent out from the gas outlet at the top of the adsorption tower 2a to the high-concentration oxygen gas discharge path 6a 'connected to the adsorption tower 2a, and supplied to the oxygen compressor 3.
After the pressure is increased to a desired pressure, the pressure is supplied to a consumer (adsorption step). At this time, a part of the high-concentration oxygen gas flowing through the high-concentration oxygen gas discharge passage 6a 'is supplied from the gas outlet at the top of the adsorption tower 2b through the branch passage 8 and the return passage 9b'. The nitrogen adsorbent layer 21 in the adsorption tower 2b
Is pressurized (charging step). On the other hand, by operating the vacuum pump 4, the pressure in the adsorption tower 2c is reduced, and the nitrogen adsorbed on the nitrogen adsorbent layer 21 in the adsorption tower 2c is desorbed.
Air is exhausted through the exhaust path 10c '. Thus, the nitrogen adsorbent layer 21 is regenerated (regeneration step).
【０００９】以下、切り替え弁５ａ、５ｂ、５ｃ、切り
替え弁６ａ、６ｂ、６ｃ、切り替え弁９ａ、９ｂ、９
ｃ、切り替え弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃが適宜切り替え
られることによって、３つの吸着塔２ａ、２ｂ、２ｃに
おいて前記３つの工程が並行し行われ、連続的に高濃度
酸素ガスが製造される。Hereinafter, switching valves 5a, 5b, 5c, switching valves 6a, 6b, 6c, switching valves 9a, 9b, 9
c, by appropriately switching the switching valves 10a, 10b, and 10c, the three steps are performed in parallel in the three adsorption towers 2a, 2b, and 2c, and a high-concentration oxygen gas is continuously produced.
【００１０】また、圧力変動吸着方式の酸素ガス製造装
置においては、窒素吸着剤の性能の温度依存性を利用し
て、酸素ガス製造装置の性能を向上させることが行われ
ている。すなわち、原料ガスは通常常温で供給され、こ
の酸素ガス製造装置の運転も常温下で行われるが、運転
継続中には吸着塔２の高さ方向に図８に示したような温
度分布が形成される。この温度分布に基づき、吸着塔２
の低温部分には低温で高性能を発揮する種類の窒素吸着
剤を充填し、高温部分には比較的高温で高い性能を発揮
する種類の窒素吸着剤を充填することが行われている。[0010] Further, in the oxygen gas producing apparatus of the pressure fluctuation adsorption system, the performance of the oxygen gas producing apparatus is improved by utilizing the temperature dependence of the performance of the nitrogen adsorbent. That is, the raw material gas is usually supplied at normal temperature, and the operation of the oxygen gas producing apparatus is also performed at normal temperature. However, while the operation is continued, a temperature distribution as shown in FIG. Is done. Based on this temperature distribution, the adsorption tower 2
The low temperature portion is filled with a type of nitrogen adsorbent that exhibits high performance at low temperatures, and the high temperature portion is filled with a type of nitrogen adsorbent that exhibits high performance at relatively high temperatures.
【００１１】例えば、特公平６−２１００６号公報に
は、吸着塔２内の低温部分にＮａ−Ｘ型またはＮａ−Ｙ
型ゼオライトを充填し、比較的温度の高い部分にＣａ−
Ｎａ−Ａ型ゼオライトを充填する方法が開示されてい
る。また、特開平４−２９３５１３号公報には、吸着塔
２内の低温部分にＣａ−Ａ型ゼオライトを充填し、比較
的温度の高い部分にはＣａ−Ｘ型ゼオライトを充填する
方法が開示されている。For example, Japanese Patent Publication No. Hei 6-21006 discloses that a low-temperature portion in the adsorption tower 2 is made of Na-X type or Na-Y
Type zeolite, and Ca-
A method for filling a Na-A type zeolite is disclosed. JP-A-4-293513 discloses a method in which a low-temperature portion in an adsorption tower 2 is filled with Ca-A-type zeolite, and a relatively high-temperature portion is filled with Ca-X-type zeolite. I have.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
窒素吸着剤として用いられているゼオライトにおいて
は、図７に示したようにアルゴンの吸着性能が酸素の吸
着性能に対してほぼ同等、あるいはやや低いため、空気
中に０．９３％存在するアルゴンは高濃度酸素ガス中に
濃縮された状態で含まれることになる。したがって、上
述のように窒素吸着剤の性能の温度依存性を利用した改
良を行っても、高濃度酸素ガス中の酸素以外の成分の殆
どであるアルゴンの濃度を一定値以下にすることができ
ないので、得られる高濃度酸素ガスの酸素濃度の最高は
約９５％である。すなわち、実質的に９５％以上の高濃
度の酸素ガスの要求に対応するためには、この酸素ガス
製造装置によって得られた高濃度酸素ガスを更に高度に
精製する必要があった。また、上述のようにアルゴンを
分離することが難しいため、９３％以上に酸素濃度を高
めようとすると酸素収率が低下するという問題がある。However, conventionally,
In the zeolite used as a nitrogen adsorbent, as shown in FIG. 7, since the adsorption performance of argon is almost equal to or slightly lower than the adsorption performance of oxygen, 0.93% of argon present in the air does not contain argon. It will be contained in a state concentrated in high concentration oxygen gas. Therefore, even if the improvement using the temperature dependency of the performance of the nitrogen adsorbent is performed as described above, the concentration of argon, which is almost the component other than oxygen in the high-concentration oxygen gas, cannot be reduced to a certain value or less. Therefore, the maximum oxygen concentration of the high-concentration oxygen gas obtained is about 95%. That is, in order to substantially meet the demand for a high-concentration oxygen gas of 95% or more, it was necessary to further refine the high-concentration oxygen gas obtained by this oxygen gas producing apparatus. Further, since it is difficult to separate argon as described above, there is a problem that an increase in the oxygen concentration to 93% or more lowers the oxygen yield.
【００１３】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、酸素収率と酸素濃度を高めることができ、さらには
酸素濃度が９５％以上の高濃度酸素ガスを得ることがで
きる酸素ガス製造装置と酸素ガス製造方法を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an oxygen gas producing apparatus capable of increasing the oxygen yield and the oxygen concentration and obtaining a high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration of 95% or more. And an oxygen gas production method.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
発明は、窒素、酸素、アルゴンなどを含む原料ガス中の
窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤層を備えた吸着塔を
有する圧力変動吸着方式の酸素ガス製造装置において、
前記窒素吸着剤層が少なくともＡｇイオン交換Ｘ型ゼオ
ライトを含むことを特徴とする酸素ガス製造装置であ
る。請求項２に係る発明は、前記吸着塔が吸水剤層を有
することを特徴とする請求項１記載の酸素ガス製造装置
である。請求項３に係る発明は、前記吸着塔は複数層の
窒素吸着剤層を有し、少なくとも該吸着塔のガス出口側
の窒素吸着剤層はＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトを含む
ことを特徴とする請求項１または２記載の酸素ガス製造
装置である。請求項４に係る発明は、前記窒素吸着剤層
がＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトと他のゼオライトの混
合物を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一
項に記載の酸素ガス製造装置である。請求項５に係る発
明は、前記吸着塔に充填されたＡｇイオン交換Ｘ型ゼオ
ライトが、全窒素吸着剤量に対して５〜５０容量％、望
ましくは１０〜３０容量％であることを特徴とする請求
項１〜４のいずれか一項に記載の酸素ガス製造装置であ
る。The invention according to claim 1 of the present invention has an adsorption tower provided with a nitrogen adsorbent layer for selectively adsorbing nitrogen in a source gas containing nitrogen, oxygen, argon and the like. In oxygen gas production equipment of pressure fluctuation adsorption method,
The oxygen gas producing apparatus is characterized in that the nitrogen adsorbent layer contains at least Ag ion exchange X-type zeolite. The invention according to claim 2 is the oxygen gas producing apparatus according to claim 1, wherein the adsorption tower has a water absorbing agent layer. The invention according to claim 3 is characterized in that the adsorption tower has a plurality of nitrogen adsorbent layers, and at least the nitrogen adsorbent layer on the gas outlet side of the adsorption tower contains Ag ion exchange X-type zeolite. An oxygen gas producing apparatus according to claim 1 or 2. The invention according to claim 4, wherein the nitrogen adsorbent layer contains a mixture of Ag ion-exchanged X-type zeolite and another zeolite, wherein the oxygen gas producing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein It is. The invention according to claim 5 is characterized in that the Ag ion-exchanged X-type zeolite filled in the adsorption tower is 5 to 50% by volume, preferably 10 to 30% by volume based on the total amount of the nitrogen adsorbent. The oxygen gas producing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
【００１５】請求項６に係る発明は、窒素、酸素、アル
ゴンなどを含む原料ガスを、窒素吸着剤層を備えた吸着
塔に供給し、該原料ガス中の窒素を前記窒素吸着剤層に
選択的に吸着させる吸着工程と、該窒素吸着剤層に吸着
した窒素を脱着させる再生工程とを備えた圧力変動吸着
方式の酸素ガス製造方法において、前記窒素吸着剤層が
少なくともＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトを含むことを
特徴とする酸素ガス製造方法である。請求項７に係る発
明は、前記吸着工程で得られる酸素ガスの酸素濃度を９
５％以上とすることを特徴とする請求項６記載の酸素ガ
ス製造方法である。請求項８に係る発明は、前記吸着工
程において、前記窒素吸着剤層にアルゴンを酸素よりも
多量に吸着させることを特徴とする請求項６または７に
記載の酸素ガス製造方法である。According to a sixth aspect of the present invention, a source gas containing nitrogen, oxygen, argon and the like is supplied to an adsorption tower provided with a nitrogen adsorbent layer, and nitrogen in the source gas is selected for the nitrogen adsorbent layer. And a regeneration step of desorbing nitrogen adsorbed on the nitrogen adsorbent layer, wherein the nitrogen adsorbent layer has at least an Ag ion-exchanged X-type zeolite. Is a method for producing oxygen gas. The invention according to claim 7 is that the oxygen concentration of the oxygen gas obtained in the adsorption step is 9
The method for producing oxygen gas according to claim 6, wherein the content is 5% or more. The invention according to claim 8 is the oxygen gas producing method according to claim 6 or 7, wherein in the adsorption step, argon is adsorbed on the nitrogen adsorbent layer in a larger amount than oxygen.
【００１６】本発明において、Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオ
ライトは従来窒素吸着剤として用いられているゼオライ
トと異なり、アルゴンの吸着性能が酸素の吸着性能より
も高いため、得られる酸素ガス中のアルゴン濃度を低く
することが可能となり、結果として従来より高い酸素濃
度の酸素ガスが得られる。また、アルゴンを分離しやす
くなるため、酸素収率を向上させることができる。In the present invention, the Ag ion-exchanged X-type zeolite differs from the zeolite conventionally used as a nitrogen adsorbent in that the argon adsorption performance is higher than the oxygen adsorption performance. As a result, the oxygen gas can be obtained with a higher oxygen concentration than before. Further, since argon is easily separated, the oxygen yield can be improved.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明において用いられる特徴的
な窒素吸着剤は、ＮａＸ型ゼオライトあるいはＣａＸ型
ゼオライト中のイオン交換可能なカチオンの一部または
全部がＡｇイオンでイオン交換されたＡｇイオン交換Ｘ
型ゼオライトであり、好ましいイオン交換率は１０〜１
００％とされる。ＮａＸ型ゼオライトとは、イオン交換
可能なカチオンがＮａのみあるいは主としてＮａである
Ｘ型ゼオライトであり、イオン交換可能なカチオンがＣ
ａである場合にはＣａＸ型ゼオライトと呼ばれる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A characteristic nitrogen adsorbent used in the present invention is an Ag ion exchange in which part or all of ion exchangeable cations in NaX type zeolite or CaX type zeolite are ion exchanged with Ag ions. X
Type zeolite, and a preferable ion exchange rate is 10 to 1
00%. The NaX-type zeolite is an X-type zeolite in which the ion-exchangeable cation is Na only or mainly Na, and the ion-exchangeable cation is C
When it is a, it is called a CaX type zeolite.
【００１８】Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオライトは、ＮａＸ
型ゼオライトあるいはＣａＸ型ゼオライトを銀塩溶液中
に浸漬することによってＮａあるいはＣａをＡｇとイオ
ン交換して製造することができる。イオン交換量は銀塩
の濃度、イオン交換の反応温度、反応時間を選択するこ
とで調整することができる。銀塩としては、例えば、硝
酸銀、塩素酸銀、過塩素酸銀、酢酸銀、ヘキサフルオロ
リン酸銀、テトラフルオロホウ酸銀などが使用でき、な
かでも硝酸銀が好適に使用できる。Ag ion exchange X-type zeolite is NaX
By immersing the zeolite or CaX-type zeolite in a silver salt solution, Na or Ca can be ion-exchanged with Ag to produce the zeolite. The amount of ion exchange can be adjusted by selecting the silver salt concentration, the ion exchange reaction temperature, and the reaction time. As the silver salt, for example, silver nitrate, silver chlorate, silver perchlorate, silver acetate, silver hexafluorophosphate, silver tetrafluoroborate, and the like can be used, and among them, silver nitrate can be preferably used.
【００１９】図１はＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトの圧
力と吸着量の関係を示したグラフである。図１よりＡｇ
イオン交換Ｘ型ゼオライトにおいては、アルゴンの吸着
性能が酸素の吸着性能より高いことがわかる。したがっ
て、Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオライトを用いれば、酸素よ
りもアルゴンが吸着されやすく、高濃度酸素ガス中のア
ルゴン濃度を小さくすることができる。このため、結果
として酸素濃度を高めることができ、さらには９５％以
上の酸素濃度の高濃度酸素ガスを得ることができる。し
たがって、酸素濃度が９５％以上である高濃度酸素ガス
の要求に際して、後の精製工程を簡略化することができ
る。また、換言すれば、アルゴンの分離が可能となるた
め、酸素収率を向上させることができ、窒素吸着剤の単
位重量あたりの高濃度酸素ガス（製品酸素ガス）発生量
（酸素生産性）が向上する。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the pressure and the amount of adsorption of Ag ion-exchanged X-type zeolite. Ag from FIG.
It can be seen that in the ion-exchanged X-type zeolite, the adsorption performance of argon is higher than that of oxygen. Therefore, when the Ag ion-exchanged X-type zeolite is used, argon is more easily adsorbed than oxygen, and the argon concentration in the high-concentration oxygen gas can be reduced. Therefore, as a result, the oxygen concentration can be increased, and a high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration of 95% or more can be obtained. Therefore, when a high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration of 95% or more is required, a subsequent purification step can be simplified. In other words, since argon can be separated, the oxygen yield can be improved, and the amount of high-concentration oxygen gas (product oxygen gas) generated per unit weight of the nitrogen adsorbent (oxygen productivity) can be reduced. improves.
【００２０】本発明の酸素ガス製造装置は、窒素吸着剤
としてＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトを用いる以外は、
例えば図２、３に示した酸素ガス製造装置と同様の構造
とすることができる。すなわち、図３に示した吸着塔２
において、Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオライトが充填された
窒素吸着剤層２１とする。このように窒素吸着剤層２１
を全てＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトから構成すること
によって、最も高い効果が得られる。The oxygen gas producing apparatus according to the present invention is similar to the oxygen gas producing apparatus except that Ag ion-exchanged X-type zeolite is used as a nitrogen adsorbent.
For example, a structure similar to that of the oxygen gas producing apparatus shown in FIGS. That is, the adsorption tower 2 shown in FIG.
In the above, a nitrogen adsorbent layer 21 filled with Ag ion exchange X-type zeolite is used. Thus, the nitrogen adsorbent layer 21
Is made of Ag ion-exchanged zeolite, the highest effect can be obtained.
【００２１】あるいは、図４に示したような充填構造の
吸着塔２とすることもできる。図４に示した吸着塔２
は、塔底側から順に吸水剤層２０、窒素吸着剤層（Ｉ）
２２ａ、窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂが設けられてい
る。塔底側（ガス入口側）の窒素吸着剤層（Ｉ）２２ａ
においては、窒素吸着剤として従来用いられているＣａ
−Ａ型、Ｎａ−Ｘ型、Ｎａ−Ｙ型、Ｃａ−Ｘ型などのゼ
オライトが充填されている。また、塔頂側（ガス出口
側）の窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂにおいては、窒素吸
着剤としてＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトが充填されて
いる。Alternatively, the adsorption tower 2 may have a packed structure as shown in FIG. Adsorption tower 2 shown in FIG.
Means the water absorbing agent layer 20 and the nitrogen adsorbing agent layer (I) in this order from the bottom of the tower.
22a and a nitrogen adsorbent layer (II) 22b. Nitrogen adsorbent layer (I) 22a on the bottom side (gas inlet side)
In Ca, conventionally used as a nitrogen adsorbent
Zeolite such as -A type, Na-X type, Na-Y type, Ca-X type is filled. Further, in the nitrogen adsorbent layer (II) 22b on the top side (gas outlet side), Ag ion exchange X-type zeolite is filled as a nitrogen adsorbent.
【００２２】このように窒素吸着剤層を２層構造とした
吸着塔２においては、原料ガスは吸水剤層２０に接触し
た後、窒素吸着剤層（Ｉ）２２ａに接触し、この窒素吸
着剤層（Ｉ）２２ａに窒素が吸着されてアルゴンと酸素
の濃度が高められ、例えば９５％程度の酸素濃度のガス
とされる。そしてこのアルゴンと酸素の濃度が高められ
たガスが窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂに接触し、このガ
ス中のアルゴンが選択的に効率よく吸着され、さらに酸
素濃度が高められ、例えば９５％を越える酸素濃度の高
濃度酸素ガスが得られる。このように窒素吸着剤層が２
層になっているので、Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオライトの
使用量を少なくすることができ、コストダウンを図るこ
とができる。In the adsorption tower 2 having a two-layer structure of the nitrogen adsorbent layer, the raw material gas contacts the water absorbent layer 20 and then contacts the nitrogen adsorbent layer (I) 22a. Nitrogen is adsorbed on the layer (I) 22a to increase the concentration of argon and oxygen, for example, into a gas having an oxygen concentration of about 95%. Then, the gas in which the concentration of argon and oxygen is increased comes into contact with the nitrogen adsorbent layer (II) 22b, and the argon in this gas is selectively and efficiently adsorbed, and the oxygen concentration is further increased. High-concentration oxygen gas having an oxygen concentration exceeding that can be obtained. Thus, the nitrogen adsorbent layer is 2
Since it is a layer, the amount of Ag ion-exchanged X-type zeolite used can be reduced, and the cost can be reduced.
【００２３】また、複数種類のゼオライトを充填して窒
素吸着剤層（Ｉ）２２ａを形成し、窒素吸着剤層を３層
以上の構造としてもよい。このとき少なくとも塔頂側
（ガス出口側）の窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂがＡｇイ
オン交換Ｘ型ゼオライトを含むものであれば、他の窒素
吸着剤層は、従来窒素吸着剤として用いられているゼオ
ライトを含むものであってもよいし、Ａｇイオン交換Ｘ
型ゼオライトを含むものであってもよい。The nitrogen adsorbent layer (I) 22a may be formed by filling a plurality of types of zeolites, and the nitrogen adsorbent layer may have a structure of three or more layers. At this time, as long as at least the nitrogen adsorbent layer (II) 22b on the top side (gas outlet side) contains Ag ion exchange X-type zeolite, the other nitrogen adsorbent layers are conventionally used as nitrogen adsorbents. Zeolite may be used, or Ag ion exchange X
It may contain a zeolite.
【００２４】窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂ（Ａｇイオン
交換Ｘ型ゼオライト）の体積は大きいほど酸素濃度の向
上効果が高くなるが、実質的には窒素吸着剤層（Ｉ）２
２ａと窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂとの合計体積に対し
て５〜５０容量％、さらに好ましくは１０〜３０容量％
とされる。５容量％未満であるとアルゴン濃度の低下効
果が得られず、５０容量％を越えるとコストダウンの効
果が得られない。また、窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂの
充填高さは、窒素吸着剤層（Ｉ）２２ａと窒素吸着剤層
（ＩＩ）２２ｂとの合計の充填高さに対して５〜５０
％、さらに好ましくは１０〜３０％とされる。The larger the volume of the nitrogen adsorbent layer (II) 22b (Ag ion exchange X-type zeolite), the higher the effect of improving the oxygen concentration, but substantially the nitrogen adsorbent layer (I) 2b
5 to 50% by volume, more preferably 10 to 30% by volume, based on the total volume of 2a and nitrogen adsorbent layer (II) 22b
It is said. If it is less than 5% by volume, the effect of lowering the argon concentration cannot be obtained, and if it exceeds 50% by volume, the effect of cost reduction cannot be obtained. The filling height of the nitrogen adsorbent layer (II) 22b is 5 to 50 times the total filling height of the nitrogen adsorbent layer (I) 22a and the nitrogen adsorbent layer (II) 22b.
%, More preferably 10 to 30%.
【００２５】従来窒素吸着剤として用いられているゼオ
ライトとＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトとを併用する場
合には、上述のように吸着塔２の塔頂側（ガス出口側）
にＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトを含む窒素吸着剤層を
配置すると、アルゴン濃度が高められたガスから効率よ
くアルゴンを分離することができ、好ましいが、この
他、図３に示したような吸着塔２を用い、一層の窒素吸
着剤層２１において、従来のＣａ−Ａ型、Ｎａ−Ｘ型、
Ｃａ−Ｘ型などのゼオライトとＡｇイオン交換Ｘ型ゼオ
ライトとを混合して窒素吸着剤層２１とした構成とする
こともできる。When zeolite conventionally used as a nitrogen adsorbent and Ag ion-exchanged X-type zeolite are used in combination, as described above, the top side of the adsorption tower 2 (gas outlet side)
When a nitrogen adsorbent layer containing an Ag ion-exchanged X-type zeolite is disposed in the column, argon can be efficiently separated from the gas having an increased argon concentration, which is preferable. In addition, an adsorption tower as shown in FIG. 2 and the conventional Ca-A type, Na-X type,
A configuration in which a zeolite such as a Ca-X type and an Ag ion exchange X-type zeolite are mixed to form the nitrogen adsorbent layer 21 may be employed.
【００２６】この場合は原料ガスが窒素吸着剤層２１を
通過する際に、窒素とともにアルゴンが吸着されて９５
％を越える酸素濃度の高濃度酸素ガスが得られる。この
ときのＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトの混合量は、全窒
素吸着剤量に対して５〜５０容量％、さらに好ましくは
１０〜３０容量％とされる。この場合もＡｇイオン交換
Ｘ型ゼオライトの使用量が少なく、コストダウンの効果
が得られる。In this case, when the raw material gas passes through the nitrogen adsorbent layer 21, argon is adsorbed together with nitrogen, and
% Is obtained. At this time, the mixing amount of the Ag ion exchange X-type zeolite is 5 to 50% by volume, more preferably 10 to 30% by volume, based on the total amount of the nitrogen adsorbent. Also in this case, the amount of the Ag ion-exchanged X-type zeolite used is small, and the effect of cost reduction can be obtained.
【００２７】また、Ｃａ−Ａ型、Ｎａ−Ｘ型、Ｎａ−Ａ
型、Ｃａ−Ｘ型などのゼオライトとＡｇイオン交換Ｘ型
ゼオライトとを併用する場合、図８に示した吸着塔２内
に形成される温度分布に対応して窒素吸着剤を充填すれ
ばさらに高い効果が得られる。Further, Ca-A type, Na-X type, Na-A
When a zeolite such as a zeolite or a Ca-X type and an Ag ion-exchanged X-type zeolite are used in combination, the nitrogen adsorbent is further charged if the nitrogen adsorbent is filled in accordance with the temperature distribution formed in the adsorption tower 2 shown in FIG. The effect is obtained.
【００２８】高濃度酸素ガスの製造においては、図１に
示したような圧力と吸着量との関係から、最適な条件を
設定する。すなわち、吸着工程における圧力（原料ガス
供給圧力）は、窒素の吸着量が大きく、この窒素の吸着
量と、酸素の吸着量およびアルゴンの吸着量との差が大
きい圧力条件を設定する。実質的には０〜０．５ｋｇ／
ｃｍ2Ｇとされる。再生工程においては、窒素吸着剤を
再生するのに必要な圧力条件を設定する。実質的には１
５０〜３００torrとされる。また、窒素吸着剤層の構成
と体積を選択し、吸着工程において、原料ガスの供給速
度と供給時間を制御することによって、窒素吸着剤の単
位重量あたりの原料ガスの処理量と高濃度酸素ガスの発
生量、および高濃度酸素ガスの酸素濃度を制御すること
ができる。In the production of high-concentration oxygen gas, optimal conditions are set from the relationship between the pressure and the amount of adsorption as shown in FIG. That is, the pressure (source gas supply pressure) in the adsorption step is set to a pressure condition in which the amount of adsorbed nitrogen is large and the difference between the amount of adsorbed nitrogen and the amount of adsorbed oxygen and the amount of adsorbed argon is large. Substantially 0 to 0.5 kg /
cm 2 G. In the regeneration step, pressure conditions necessary to regenerate the nitrogen adsorbent are set. Practically 1
50 to 300 torr. In addition, by selecting the composition and volume of the nitrogen adsorbent layer and controlling the supply rate and supply time of the source gas in the adsorption step, the processing amount of the source gas per unit weight of the nitrogen adsorbent and the high-concentration oxygen gas And the oxygen concentration of the high-concentration oxygen gas can be controlled.
【００２９】[0029]
【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。 （実施例１、比較例１）原料ガスとして空気を用い、図
２に示した装置と図３に示した構造の吸着塔２を用い
て、以下のような条件で高濃度酸素ガスを製造し、得ら
れた高濃度酸素ガスの酸素濃度を比較した。実施例１に
おいては、Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオライト（Ｎａ−Ｘ型
ゼオライトをイオン交換したもの、イオン交換率９０
％）を用い、比較例１においてはＣａ−Ａ型ゼオライト
を用いた。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments. (Example 1, Comparative Example 1) A high-concentration oxygen gas was produced under the following conditions using air as a raw material gas, and using the apparatus shown in FIG. 2 and the adsorption tower 2 having the structure shown in FIG. The oxygen concentration of the obtained high-concentration oxygen gas was compared. In Example 1, the Ag ion-exchanged zeolite (ion-exchanged Na-X type zeolite, ion exchange rate 90
%), And in Comparative Example 1, a Ca-A type zeolite was used.
【００３０】 〈高濃度酸素ガス製造条件〉 吸着工程圧力（原料ガス供給圧力） ０．１ｋｇ／ｃｍ2Ｇ 再生工程圧力 ２５０ｔｏｒｒ 原料ガス（空気）温度 ２５℃ サイクルタイム ６０ｓｅｃ （吸着工程〜充圧工程〜再生工程の時間） 吸水剤の充填高さ ３０ｃｍ 窒素吸着剤の充填高さ １５０ｃｍ<Conditions for producing high-concentration oxygen gas> Adsorption process pressure (source gas supply pressure) 0.1 kg / cm 2 G Regeneration process pressure 250 torr Source gas (air) temperature 25 ° C. Cycle time 60 sec (Adsorption process to charging process— Regeneration process time) Filling height of water absorbing agent 30cm Filling height of nitrogen adsorbent 150cm
【００３１】実施例１の結果を図５に、比較例１の結果
を図６に、酸素収率と酸素濃度の関係のグラフとしてそ
れぞれ示す。図５、６より本発明に係る実施例１におい
ては、従来の理論値である９５％を越える酸素濃度の高
濃度酸素ガスが得られ、また比較例１と比較して酸素収
率が向上することがわかる。FIG. 5 shows the results of Example 1 and FIG. 6 shows the results of Comparative Example 1, as graphs showing the relationship between oxygen yield and oxygen concentration. 5 and 6, in Example 1 according to the present invention, a high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration exceeding 95%, which is the conventional theoretical value, is obtained, and the oxygen yield is improved as compared with Comparative Example 1. You can see that.
【００３２】（実施例２〜４、比較例２）原料ガスとし
て空気を用い、図２に示した装置を用いて、以下のよう
な条件で高濃度酸素ガスを製造した。このとき、製造す
る高濃度酸素ガスの酸素濃度を約９３％一定とし、酸素
収率と高濃度酸素ガスの発生量を比較した。実施例２〜
４においては、図４に示したように、窒素吸着剤層
（Ｉ）２２ａと窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂとを有する
吸着塔２を用い、比較例２においては、図３に示したよ
うに一層の窒素吸着剤層２１を有する吸着塔２を用い
た。表１に窒素吸着剤の種類と充填高さを示す。なお、
実施例２〜４において、窒素吸着剤層（ＩＩ）２２ｂの
充填高さの窒素吸着剤全充填高さに対する割合は、それ
ぞれ、５％、２０％、５０％である。また、結果として
１時間あたりの高濃度酸素ガスの発生量と、酸素収率を
あわせて表１に示す。(Examples 2 to 4, Comparative Example 2) High-concentration oxygen gas was produced under the following conditions using air as a raw material gas and the apparatus shown in FIG. At this time, the oxygen concentration of the high-concentration oxygen gas to be produced was fixed at about 93%, and the oxygen yield and the amount of high-concentration oxygen gas generated were compared. Example 2
4, the adsorption tower 2 having the nitrogen adsorbent layer (I) 22a and the nitrogen adsorbent layer (II) 22b was used as shown in FIG. 4, and in Comparative Example 2, as shown in FIG. The adsorption tower 2 having one nitrogen adsorbent layer 21 was used. Table 1 shows the types and filling heights of the nitrogen adsorbent. In addition,
In Examples 2 to 4, the ratio of the filling height of the nitrogen adsorbent layer (II) 22b to the total filling height of the nitrogen adsorbent is 5%, 20%, and 50%, respectively. Table 1 also shows the amount of high-concentration oxygen gas generated per hour and the oxygen yield.
【００３３】 〈高濃度酸素ガス製造条件〉 吸着工程圧力（原料ガス供給圧力） ０．１ｋｇ／ｃｍ2Ｇ 再生工程圧力 ２５０ｔｏｒｒ 原料ガス（空気）温度 ２５℃ サイクルタイム ６０ｓｅｃ （吸着工程〜充圧工程〜再生工程の時間） 高濃度酸素ガス中の酸素濃度 ９３％ 吸水剤の充填高さ ３０ｃｍ 窒素吸着剤の充填高さの合計 １５０ｃｍ<High-concentration oxygen gas production conditions> Adsorption process pressure (source gas supply pressure) 0.1 kg / cm 2 G Regeneration process pressure 250 torr Source gas (air) temperature 25 ° C Cycle time 60 sec (Adsorption process to charging process Regeneration process time) Oxygen concentration in high concentration oxygen gas 93% Filling height of water absorbing agent 30cm Total filling height of nitrogen adsorbent 150cm
【００３４】[0034]
【表１】 [Table 1]
【００３５】表１より、同程度の濃度の高濃度酸素ガス
を製造する場合、本発明に係る実施例２〜４において
は、１時間あたりの高濃度酸素ガスの発生量を多くする
ことができ、酸素収率も向上するため、生産性が高いこ
とがわかる。As can be seen from Table 1, when producing high-concentration oxygen gas of the same level, in Examples 2 to 4 according to the present invention, the amount of high-concentration oxygen gas generated per hour can be increased. It can also be seen that the productivity is high because the oxygen yield is also improved.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下
のような効果が得られる。請求項１記載の酸素ガス製造
装置においては、窒素吸着剤層が酸素の吸着性能よりも
アルゴンの吸着性能が高いＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライ
トを含むので、従来より高い酸素濃度の酸素ガス（製品
酸素ガス）を製造することが可能であり、また、酸素収
率が向上し、窒素吸着剤単位重量あたりの酸素ガスの発
生量（酸素生産性）を向上させることができる。請求項
２記載の酸素ガス製造装置は、請求項１記載の酸素ガス
製造装置において、吸着塔が吸水剤層を有するので、原
料ガス中の水分が吸着され、窒素吸着剤層の性能劣化を
防ぐことができる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. In the oxygen gas producing apparatus according to the first aspect, since the nitrogen adsorbent layer contains Ag ion-exchanged X-type zeolite having higher argon adsorption performance than oxygen adsorption performance, oxygen gas (product oxygen Gas) can be produced, the oxygen yield can be improved, and the amount of oxygen gas generated per unit weight of the nitrogen adsorbent (oxygen productivity) can be improved. According to a second aspect of the present invention, in the oxygen gas producing apparatus according to the first aspect, since the adsorption tower has the water absorbing agent layer, the moisture in the raw material gas is adsorbed and the performance of the nitrogen adsorbing agent layer is prevented from deteriorating. be able to.
【００３７】請求項３記載の酸素ガス製造装置は、請求
項１または２記載の酸素ガス製造装置において、前記窒
素吸着剤層が複数層とされ、少なくとも該吸着塔のガス
出口側の窒素吸着剤層はＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライト
を含むものであるため、原料ガス中の窒素が吸着され、
アルゴンと酸素の濃度が高められたガスがＡｇイオン交
換Ｘ型ゼオライトを含む窒素吸着剤層に接触するように
なっている。このため、このガス中のアルゴンが選択的
に効率よく吸着される。また、Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオ
ライトの使用量を少なくすることができ、コストダウン
を図ることができる。請求項４記載の酸素ガス製造装置
は、請求項１〜３いずれか一項に記載の酸素ガス製造装
置において、前記窒素吸着剤層がＡｇイオン交換Ｘ型ゼ
オライトと他のゼオライトの混合物を含むため、請求項
３記載の酸素ガス製造装置と同様に、Ａｇイオン交換Ｘ
型ゼオライトの使用量を少なくすることができ、コスト
ダウンを図ることができる。請求項５記載の酸素ガス製
造装置は、請求項１〜４いずれか一項に記載の酸素ガス
製造装置において、前記吸着塔に充填されたＡｇイオン
交換Ｘ型ゼオライトが、全窒素吸着剤量に対して５〜５
０容量％、望ましくは１０〜３０容量％とされているの
で、Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオライトの効果が十分に得ら
れる。According to a third aspect of the present invention, in the oxygen gas producing apparatus according to the first or second aspect, the nitrogen adsorbent layer has a plurality of layers, and at least a nitrogen adsorbent at a gas outlet side of the adsorption tower. Since the layer contains Ag ion exchange X-type zeolite, nitrogen in the raw material gas is adsorbed,
The gas having an increased concentration of argon and oxygen comes into contact with the nitrogen adsorbent layer containing the Ag ion exchange X-type zeolite. Therefore, argon in this gas is selectively and efficiently adsorbed. Further, the amount of the Ag ion-exchanged X-type zeolite can be reduced, and the cost can be reduced. In the oxygen gas production apparatus according to claim 4, in the oxygen gas production apparatus according to any one of claims 1 to 3, the nitrogen adsorbent layer contains a mixture of Ag ion exchange X-type zeolite and another zeolite. As in the oxygen gas producing apparatus according to claim 3, Ag ion exchange X
The use amount of the zeolite can be reduced, and the cost can be reduced. The oxygen gas producing apparatus according to claim 5, wherein in the oxygen gas producing apparatus according to any one of claims 1 to 4, the Ag ion-exchanged X-type zeolite filled in the adsorption tower is reduced in total nitrogen adsorbent amount. 5 to 5
Since the content is 0% by volume, preferably 10 to 30% by volume, the effect of the Ag ion-exchanged zeolite can be sufficiently obtained.
【００３８】また、請求項６記載の酸素ガス製造方法
は、窒素、酸素、アルゴンなどを含む原料ガスを、窒素
吸着剤層を備えた吸着塔に供給し、該原料ガス中の窒素
を前記窒素吸着剤層に選択的に吸着させる吸着工程にお
いて、前記窒素吸着剤層が酸素の吸着性能よりもアルゴ
ンの吸着性能が高いＡｇイオン交換Ｘ型ゼオライトを含
むため、従来より高い酸素濃度の酸素ガスを製造するこ
とが可能であり、また、酸素収率が向上し、窒素吸着剤
単位重量あたりの酸素ガス（製品酸素ガス）の発生量
（酸素生産性）を向上させることができる。According to a sixth aspect of the present invention, in the method for producing oxygen gas, a raw material gas containing nitrogen, oxygen, argon or the like is supplied to an adsorption tower provided with a nitrogen adsorbent layer, and nitrogen in the raw material gas is converted into the nitrogen gas. In the adsorption step of selectively adsorbing to the adsorbent layer, the nitrogen adsorbent layer contains Ag ion-exchanged X-zeolite having a higher argon adsorption performance than an oxygen adsorption performance. It is possible to produce, improve the oxygen yield, and improve the amount of oxygen gas (product oxygen gas) generated per unit weight of nitrogen adsorbent (oxygen productivity).
【００３９】請求項７記載の酸素ガス製造方法は、請求
項６記載の酸素ガス製造方法において、前記吸着工程で
得られる酸素ガスの酸素濃度を９５％以上とするので、
９５％以上の高濃度の酸素ガスが要求される場合に、後
の精製工程を簡略化することができる。請求項８記載の
酸素ガス製造方法は、請求項６または７に記載の酸素ガ
ス製造方法において、前記吸着工程で、前記窒素吸着剤
層にアルゴンを酸素よりも多量に吸着させるので、アル
ゴンを分離することができ、酸素ガスの酸素濃度を高め
ることが可能となる。According to a seventh aspect of the present invention, in the oxygen gas producing method of the sixth aspect, the oxygen concentration of the oxygen gas obtained in the adsorption step is 95% or more.
When a high-concentration oxygen gas of 95% or more is required, the subsequent purification step can be simplified. In the oxygen gas producing method according to the eighth aspect, in the oxygen gas producing method according to the sixth or seventh aspect, in the adsorption step, argon is adsorbed on the nitrogen adsorbent layer in a larger amount than oxygen. It is possible to increase the oxygen concentration of the oxygen gas.
【図１】 Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオライトの圧力と吸着
量の関係を示したグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the pressure and the amount of adsorption of Ag ion-exchanged X-type zeolite.
【図２】 酸素ガス製造装置の一例を示した概略図であ
る。FIG. 2 is a schematic view showing an example of an oxygen gas producing apparatus.
【図３】 図２に示した吸着塔２（２ａ、２ｂ、２ｃ）
の構造の一例を示した断面図である。FIG. 3 shows the adsorption tower 2 (2a, 2b, 2c) shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of FIG.
【図４】 本発明の酸素ガス製造装置に用いる吸着塔の
構造の一例を示した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a structure of an adsorption tower used in the oxygen gas producing apparatus of the present invention.
【図５】 実施例１の結果を示した酸素収率と酸素濃度
の関係のグラフである。FIG. 5 is a graph showing the results of Example 1 and showing the relationship between oxygen yield and oxygen concentration.
【図６】 比較例１の結果を示した酸素収率と酸素濃度
の関係のグラフである。FIG. 6 is a graph showing the results of Comparative Example 1 and showing the relationship between oxygen yield and oxygen concentration.
【図７】 従来窒素吸着剤として用いられているＣａ−
Ａ型ゼオライトにおける圧力と吸着量の関係を示したグ
ラフである。FIG. 7 shows a graph of Ca— used conventionally as a nitrogen adsorbent.
It is the graph which showed the relationship between the pressure and adsorption amount in A type zeolite.
【図８】 酸素ガス製造装置運転継続中の吸着塔内に形
成される温度分布の一例を示したグラフである。FIG. 8 is a graph showing an example of a temperature distribution formed in the adsorption tower during the operation of the oxygen gas producing apparatus.
２（２ａ、２ｂ、２ｃ）…吸着塔、２０…吸水剤層、２
１…窒素吸着剤層、２２ａ…窒素吸着剤層（Ｉ）、２２
ｂ…窒素吸着剤層（ＩＩ）2 (2a, 2b, 2c) ... adsorption tower, 20 ... water-absorbing agent layer, 2
1. Nitrogen adsorbent layer, 22a Nitrogen adsorbent layer (I), 22
b: Nitrogen adsorbent layer (II)
Claims (8)
ス中の窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤層を備えた吸
着塔を有する圧力変動吸着方式の酸素ガス製造装置にお
いて、 前記窒素吸着剤層が少なくともＡｇイオン交換Ｘ型ゼオ
ライトを含むことを特徴とする酸素ガス製造装置。1. A pressure fluctuation adsorption type oxygen gas producing apparatus having an adsorption tower provided with a nitrogen adsorbent layer for selectively adsorbing nitrogen in a source gas containing nitrogen, oxygen, argon, etc., wherein said nitrogen adsorbent An oxygen gas producing apparatus, wherein the layer contains at least an Ag ion-exchanged X-type zeolite.
徴とする請求項１記載の酸素ガス製造装置。2. The oxygen gas producing apparatus according to claim 1, wherein the adsorption tower has a water absorbing agent layer.
し、少なくとも該吸着塔のガス出口側の窒素吸着剤層は
Ａｇイオン交換Ｘ型ゼオライトを含むことを特徴とする
請求項１または２記載の酸素ガス製造装置。3. The adsorption tower has a plurality of nitrogen adsorbent layers, and at least the nitrogen adsorbent layer on the gas outlet side of the adsorption tower contains Ag ion exchange X-type zeolite. Or the oxygen gas producing apparatus according to 2.
ゼオライトと他のゼオライトの混合物を含むことを特徴
とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸素ガス製
造装置。4. The oxygen gas producing apparatus according to claim 1, wherein the nitrogen adsorbent layer contains a mixture of Ag ion exchange X-type zeolite and another zeolite.
Ｘ型ゼオライトが、全窒素吸着剤量に対して５〜５０容
量％、望ましくは１０〜３０容量％であることを特徴と
する請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸素ガス製造
装置。5. The method according to claim 1, wherein the amount of the Ag ion-exchanged X-type zeolite packed in the adsorption tower is 5 to 50% by volume, preferably 10 to 30% by volume, based on the total amount of the nitrogen adsorbent. The oxygen gas producing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
スを、窒素吸着剤層を備えた吸着塔に供給し、該原料ガ
ス中の窒素を前記窒素吸着剤層に選択的に吸着させる吸
着工程と、該窒素吸着剤層に吸着した窒素を脱着させる
再生工程とを備えた圧力変動吸着方式の酸素ガス製造方
法において、 前記窒素吸着剤層が少なくともＡｇイオン交換Ｘ型ゼオ
ライトを含むことを特徴とする酸素ガス製造方法。6. An adsorption step in which a raw material gas containing nitrogen, oxygen, argon and the like is supplied to an adsorption tower provided with a nitrogen adsorbent layer, and nitrogen in the raw material gas is selectively adsorbed on the nitrogen adsorbent layer. And a regeneration step of desorbing nitrogen adsorbed on the nitrogen adsorbent layer, comprising: a pressure fluctuation adsorption type oxygen gas producing method, wherein the nitrogen adsorbent layer contains at least Ag ion exchange X-type zeolite. Oxygen gas production method.
濃度を９５％以上とすることを特徴とする請求項６記載
の酸素ガス製造方法。7. The oxygen gas producing method according to claim 6, wherein the oxygen concentration of the oxygen gas obtained in the adsorption step is 95% or more.
層にアルゴンを酸素よりも多量に吸着させることを特徴
とする請求項６または７に記載の酸素ガス製造方法。8. The oxygen gas producing method according to claim 6, wherein in the adsorption step, argon is adsorbed on the nitrogen adsorbent layer in a larger amount than oxygen.
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|---|---|---|---|
| JP8311051A JPH10152305A (en) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | Oxygen gas production apparatus and production of oxygen gas |
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| JP8311051A JPH10152305A (en) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | Oxygen gas production apparatus and production of oxygen gas |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 1996-11-21 JP JP8311051A patent/JPH10152305A/en active Pending
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