JPS6217008A - 圧力変動式吸着を利用する窒素の濃縮方法 - Google Patents
圧力変動式吸着を利用する窒素の濃縮方法Info
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- JPS6217008A JPS6217008A JP60153322A JP15332285A JPS6217008A JP S6217008 A JPS6217008 A JP S6217008A JP 60153322 A JP60153322 A JP 60153322A JP 15332285 A JP15332285 A JP 15332285A JP S6217008 A JPS6217008 A JP S6217008A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、系から排出される製品窒素ガスの純度を検出
し、それによって電力消費を節約してなる窒素濃縮方法
に関する。
し、それによって電力消費を節約してなる窒素濃縮方法
に関する。
発明で解決しようとする問題点
一般に圧力変動式吸着（ＰＳＡ）ｉ使用する窒素濃縮装
置は、製品窒素を利用する系とシリーズに連結して使用
する従来の窒素吸着装置は吸着カラム２筒を交互に約１
〜２分根度の一定周期で切替え、それぞれ吸着−均圧一
説着・排気（再生）の各工程をくり返す方式となってい
る。もしその窒素濃縮装置と連結している製品窒素を利
用する系において一時的に製品窒素を使用しなかったり
、又その使用量が減少したシする場合がある。その窒素
濃縮装置はそれに連結した製品窒素利用系の最大窒素使
用量に基づいて設計されている。すなわち窒素利用系の
通常運転において窒素を供給できるように窒素濃縮系が
設計されていて製品窒素利用系において製品窒素の使用
が一時的に減少するか又は０となった時、窒素濃縮系の
稼動を継続すれば、２つの系において製品窒素が余って
くる。
置は、製品窒素を利用する系とシリーズに連結して使用
する従来の窒素吸着装置は吸着カラム２筒を交互に約１
〜２分根度の一定周期で切替え、それぞれ吸着−均圧一
説着・排気（再生）の各工程をくり返す方式となってい
る。もしその窒素濃縮装置と連結している製品窒素を利
用する系において一時的に製品窒素を使用しなかったり
、又その使用量が減少したシする場合がある。その窒素
濃縮装置はそれに連結した製品窒素利用系の最大窒素使
用量に基づいて設計されている。すなわち窒素利用系の
通常運転において窒素を供給できるように窒素濃縮系が
設計されていて製品窒素利用系において製品窒素の使用
が一時的に減少するか又は０となった時、窒素濃縮系の
稼動を継続すれば、２つの系において製品窒素が余って
くる。
このような場合、所定濃度の窒素が余分に生産されずに
、製品窒素の濃度が必要以上に高くなシ、これは窒素濃
縮装置の電力の無駄となる。このように次に連結した製
品窒素利用系における窒素の使用が減少又は０となって
も窒素濃縮系を通常のように運転することを所謂「空廻
シ運転」と呼ばれる。
、製品窒素の濃度が必要以上に高くなシ、これは窒素濃
縮装置の電力の無駄となる。このように次に連結した製
品窒素利用系における窒素の使用が減少又は０となって
も窒素濃縮系を通常のように運転することを所謂「空廻
シ運転」と呼ばれる。
従来の圧縮機吐出量負荷の制御は、圧縮機吐出直後の圧
力で行なっていたため、圧力変動が激しく、また製品ガ
ス圧力との関連もなかった。そのためアンローダ−機構
が頻繁に作動したり、全体のプロセス圧力が低下し、製
品ガス圧力が仕様値以下となったシ、逆に製品ガスバッ
ファタンク圧力が上昇し、むだな動力を消費する欠点が
あった。
力で行なっていたため、圧力変動が激しく、また製品ガ
ス圧力との関連もなかった。そのためアンローダ−機構
が頻繁に作動したり、全体のプロセス圧力が低下し、製
品ガス圧力が仕様値以下となったシ、逆に製品ガスバッ
ファタンク圧力が上昇し、むだな動力を消費する欠点が
あった。
問題を解決するための手段
本発明は、電力の無駄な浪費につながる窒素濃縮系の空
廻り運転を回避するためになされたものである。
廻り運転を回避するためになされたものである。
本発明の実験によると、装置能力の１００９Ｊ〜４０％
の範囲では、吸着の切替周期一定の場合は、窒素使用流
量と窒素純度はほぼ逆比例の関係となることがわかった
。更に、窒素純度を一定とするためには、窒素使用流量
にほぼ逆比例して吸着の切替周期を延長または短縮すれ
ばよいことを見出した。
の範囲では、吸着の切替周期一定の場合は、窒素使用流
量と窒素純度はほぼ逆比例の関係となることがわかった
。更に、窒素純度を一定とするためには、窒素使用流量
にほぼ逆比例して吸着の切替周期を延長または短縮すれ
ばよいことを見出した。
すなわち、窒素使用流量が少なくなればなるほど、切替
周期を延長することを発見した。
周期を延長することを発見した。
本発明は、分子篩コークスを充填した少なくとも２基以
上の吸着カラムに交番的に窒素ガス以外に少なくとも酸
素ガスを含有する原料ガスを送入する窒素自動濃縮装置
を使用して吸着工程−均圧工程−減圧排気工程を繰シ返
すことからなる圧力変動式吸着による窒素を濃縮する方
法において、装置能力の１００％〜４０チ流量範囲内で
、窒素使用流量変化に対応して製品ガスの純度を検出し
、その信号により、各吸着カラムの各工程の切替周期を
自動的に変化させ、製品窒素ガス純度をある一定の範囲
内に保持しながら窒素を濃縮する方法に関する。本発明
のメカニズムをさらに詳しく説明すると、次工程におい
て製品窒素使用量が減少すると製品窒素の純度が高くな
る。本発明では製品窒素の純度を検出し、窒素濃縮装置
における各吸着カラムの各工程の切替周期を延長させる
。一般にＰＳＡ装置において各吸着カラムの再生工程に
おいて、高圧のガスを外部に廃棄する。この廃棄は電力
消費を意味する各吸着カラムにおける各工程の切替周期
が短かければ、時間当シ多くのガスを廃棄しなければな
らない。一方切替周期が長くなれば時間当りの廃棄ガス
が少なくなる。これは消費電力の減少につながる。
上の吸着カラムに交番的に窒素ガス以外に少なくとも酸
素ガスを含有する原料ガスを送入する窒素自動濃縮装置
を使用して吸着工程−均圧工程−減圧排気工程を繰シ返
すことからなる圧力変動式吸着による窒素を濃縮する方
法において、装置能力の１００％〜４０チ流量範囲内で
、窒素使用流量変化に対応して製品ガスの純度を検出し
、その信号により、各吸着カラムの各工程の切替周期を
自動的に変化させ、製品窒素ガス純度をある一定の範囲
内に保持しながら窒素を濃縮する方法に関する。本発明
のメカニズムをさらに詳しく説明すると、次工程におい
て製品窒素使用量が減少すると製品窒素の純度が高くな
る。本発明では製品窒素の純度を検出し、窒素濃縮装置
における各吸着カラムの各工程の切替周期を延長させる
。一般にＰＳＡ装置において各吸着カラムの再生工程に
おいて、高圧のガスを外部に廃棄する。この廃棄は電力
消費を意味する各吸着カラムにおける各工程の切替周期
が短かければ、時間当シ多くのガスを廃棄しなければな
らない。一方切替周期が長くなれば時間当りの廃棄ガス
が少なくなる。これは消費電力の減少につながる。
窒素濃縮系に連結した製品窒素利用系における製品窒素
の使用量が極端に減少するか又は０近くなった場合、単
に各工程の切替周期を長くしただけで完全の空廻り運転
を防止することができない。
の使用量が極端に減少するか又は０近くなった場合、単
に各工程の切替周期を長くしただけで完全の空廻り運転
を防止することができない。
この場合にはさらに製品窒素ガスの圧力を検出し、その
信号により原料ガスの流量を調節する。又原料ガスの流
量の調節する方法として下記のような手段がある。
信号により原料ガスの流量を調節する。又原料ガスの流
量の調節する方法として下記のような手段がある。
（１）圧縮機の回転数を制御する；
（１１）製品窒素ガス圧力の上下限設定圧力で圧縮機を
ロードにしたりアンロードにしたシする；および （ｉｉｉ） 圧縮機の台数を制御する（たとえば通常
の場合圧縮機ｆ、３台使用し、原料ガスの流量を少なく
したい時１台の圧縮器を止め、圧縮機２台で運転する） これらの１つの手段又は２〜３の手段を組合せて行なっ
ても良い。
ロードにしたりアンロードにしたシする；および （ｉｉｉ） 圧縮機の台数を制御する（たとえば通常
の場合圧縮機ｆ、３台使用し、原料ガスの流量を少なく
したい時１台の圧縮器を止め、圧縮機２台で運転する） これらの１つの手段又は２〜３の手段を組合せて行なっ
ても良い。
本発明をさらに図面により説明する。第１図はＰＳＡ式
窒素濃縮装置の概略図である。
窒素濃縮装置の概略図である。
第１図において１１は圧縮機である。２１および２２は
吸着カラムである。３１〜３６は自動弁である。４１〜
４２は逆止弁である。１５は安全弁である。１６は製品
窒素タンクである。１７は流量計である。１８は脱着ガ
スパージ管である。乃は酸素濃度計である。
吸着カラムである。３１〜３６は自動弁である。４１〜
４２は逆止弁である。１５は安全弁である。１６は製品
窒素タンクである。１７は流量計である。１８は脱着ガ
スパージ管である。乃は酸素濃度計である。
２０は従来のシーケンサ−である。５１は出力信号配線
である。５２は本発明のシーケンサ−である。１３は圧
力導管である。
である。５２は本発明のシーケンサ−である。１３は圧
力導管である。
既存ＰＳＡ式窒素自動濃縮装置は第１図に示す如く、シ
ーケンサ−２０により、切替周期一定のシーケンスが組
まれ、自動弁３１．３２．３３．３４．３５゜３６が駆
動されている。本発明方法は、上記シーケンサ−２０に
代えてシーケンサ−５２ヲ設置し、酸素濃度計１９（窒
素純度は当該濃度の逆数）の出力信号を検出し、目標濃
度との偏差に対応して、吸着筒２１．２２の切替周期を
自動的に延長させる又は短縮させるシーケンスにより、
自動弁３１．３２．３３゜３４、３５．３（ｆ駆動させ
る方式である。
ーケンサ−２０により、切替周期一定のシーケンスが組
まれ、自動弁３１．３２．３３．３４．３５゜３６が駆
動されている。本発明方法は、上記シーケンサ−２０に
代えてシーケンサ−５２ヲ設置し、酸素濃度計１９（窒
素純度は当該濃度の逆数）の出力信号を検出し、目標濃
度との偏差に対応して、吸着筒２１．２２の切替周期を
自動的に延長させる又は短縮させるシーケンスにより、
自動弁３１．３２．３３゜３４、３５．３（ｆ駆動させ
る方式である。
一方、吸着カラム２１．２２の切替周期が変化すればこ
れに伴なって、所要圧縮空気量は「使用窒素の変化量＋
脱着排気ロスの変化量」分だけ変化する。その変化によ
って、製品窒素タンクの圧力が上昇あるいは下降するた
め、当該製品窒素タンク圧によシ空気圧縮機１１のアン
ローダを作動させ、空気圧縮機容量を変化させる、いわ
ゆる圧力制御方式とする。本発明は、切替周期の増減に
より、製品ガス純度を一定にすることによって節減しだ
原料空気量、を有効に原単位（消費動力）の低減に結び
つけるため、第２の発明として、製品ガスバッファータ
ンクの圧力により圧縮機の吐出量を主としてアンローダ
方式、またはインバータ一方式または台数制御方式また
はこれらの併用方式により調整することを特徴とする。
れに伴なって、所要圧縮空気量は「使用窒素の変化量＋
脱着排気ロスの変化量」分だけ変化する。その変化によ
って、製品窒素タンクの圧力が上昇あるいは下降するた
め、当該製品窒素タンク圧によシ空気圧縮機１１のアン
ローダを作動させ、空気圧縮機容量を変化させる、いわ
ゆる圧力制御方式とする。本発明は、切替周期の増減に
より、製品ガス純度を一定にすることによって節減しだ
原料空気量、を有効に原単位（消費動力）の低減に結び
つけるため、第２の発明として、製品ガスバッファータ
ンクの圧力により圧縮機の吐出量を主としてアンローダ
方式、またはインバータ一方式または台数制御方式また
はこれらの併用方式により調整することを特徴とする。
実施例
次に本発明の実施例を示す。
実施例の装置仕様は次の通りである。
原料空気量 ８５０ Ｎ ｎｉ”／ Ｈｒ製品ガス
流量 ２５ＯＮ♂／ Ｈｒ 製品ガス純度 ９８．５ ％ （Ｎ２ ＋Ａｒ）
必要動力 １１０ＫＷ 本実施例のＰＳＡ式窒素自動濃縮装置において、シーケ
ンサ−２０に代えてシーケンサ−５２を新規設置し、酸
素濃度計１９の出力信号（４〜２０ｍＡＤＣ）配線５１
を取付けた。目標酸素濃度１．５ ％ （窒素純度９８
．５１相当）に対し、指示濃度が偏差を生ずれば、偏差
に対応して、吸着カラム２１．２２の切替周期が１〜３
分間の範囲内で延長あるいは短縮されるシーケンスをプ
ログラムしたものを組込み、自動弁３１．３２．３３．
３４．３５．３６を駆動させた。
流量 ２５ＯＮ♂／ Ｈｒ 製品ガス純度 ９８．５ ％ （Ｎ２ ＋Ａｒ）
必要動力 １１０ＫＷ 本実施例のＰＳＡ式窒素自動濃縮装置において、シーケ
ンサ−２０に代えてシーケンサ−５２を新規設置し、酸
素濃度計１９の出力信号（４〜２０ｍＡＤＣ）配線５１
を取付けた。目標酸素濃度１．５ ％ （窒素純度９８
．５１相当）に対し、指示濃度が偏差を生ずれば、偏差
に対応して、吸着カラム２１．２２の切替周期が１〜３
分間の範囲内で延長あるいは短縮されるシーケンスをプ
ログラムしたものを組込み、自動弁３１．３２．３３．
３４．３５．３６を駆動させた。
一方、製品窒素タンク１６より圧力導管１３を取出し、
空気圧縮機１１のアンローダーに連結し、製品窒素タン
クが４．ａｋｇ／ｃｒＡ−Ｇとなればアンローダ−が作
動し、４．０に９／−・Ｇで復帰するよう調整した。テ
ストは２５０ Ｎ ｒｒｌ／Ｈから５ＯＮｒｌＩ″／Ｈ
の範囲まで行なった。
空気圧縮機１１のアンローダーに連結し、製品窒素タン
クが４．ａｋｇ／ｃｒＡ−Ｇとなればアンローダ−が作
動し、４．０に９／−・Ｇで復帰するよう調整した。テ
ストは２５０ Ｎ ｒｒｌ／Ｈから５ＯＮｒｌＩ″／Ｈ
の範囲まで行なった。
発明の効果
（イ）第２図に示す如く、従来の方法では、窒素純度は
装置の最大能力流量で９８．５％（０２１，５％）、５
０チの減量運転時では９９．５％（０□０．５％）と上
昇した。本発明方法では目標設定純度９８．５チ（０２
１，５％）に対し±０．２５チ純度範囲内に制御し得た
。
装置の最大能力流量で９８．５％（０２１，５％）、５
０チの減量運転時では９９．５％（０□０．５％）と上
昇した。本発明方法では目標設定純度９８．５チ（０２
１，５％）に対し±０．２５チ純度範囲内に制御し得た
。
（ロ） また、電力原単位は第３図に示す如く、例えば
窒素流量が装置最大能力流量の７０−流量で比較した場
合、従来方法で０．６８ ＫＷ／Ｎ ｒ１１′であった
ものが本発明の方法では０．４８ ＫＷ／Ｎ ｒｒ！と
なシ約３０％向上した。これは、装置最大能力流量時の
電力原単位に非常に近い数値である。
窒素流量が装置最大能力流量の７０−流量で比較した場
合、従来方法で０．６８ ＫＷ／Ｎ ｒ１１′であった
ものが本発明の方法では０．４８ ＫＷ／Ｎ ｒｒ！と
なシ約３０％向上した。これは、装置最大能力流量時の
電力原単位に非常に近い数値である。
第１図は本発明を実施する好ましい装置の概略図である
； 第２図は窒素純度と窒素使用流量比との関係を示すグラ
フである；そして 第３図は電力原単位と窒素使用流量比との関係を示すグ
ラフである。 ｌｌ：空気圧縮機 ２１〜２２：吸着塔３１〜３６：
自動弁 ４１．４２：逆上弁１５：安全弁
１６：製品窒素タンク１７：流量計 １８
：脱着ガスパージ管１９：酸素濃度計 ２０：従
来シーケンサ−５１：出力信号配線 ５２：新設シ
ーケンサ−１３：圧力導管 特許出願人 大阪酸累工業株式会社 ′４ 北酸高圧瓦斯株式会社 （外５名） 幕１図 １月 第２図 毛３凹 手続補正書 昭和６０年８月−２２日 一特許庁長官 宇賀道部 殿 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 北酸高圧瓦斯株式会社 （外１名） ４、代゛理人 第２図
； 第２図は窒素純度と窒素使用流量比との関係を示すグラ
フである；そして 第３図は電力原単位と窒素使用流量比との関係を示すグ
ラフである。 ｌｌ：空気圧縮機 ２１〜２２：吸着塔３１〜３６：
自動弁 ４１．４２：逆上弁１５：安全弁
１６：製品窒素タンク１７：流量計 １８
：脱着ガスパージ管１９：酸素濃度計 ２０：従
来シーケンサ−５１：出力信号配線 ５２：新設シ
ーケンサ−１３：圧力導管 特許出願人 大阪酸累工業株式会社 ′４ 北酸高圧瓦斯株式会社 （外５名） 幕１図 １月 第２図 毛３凹 手続補正書 昭和６０年８月−２２日 一特許庁長官 宇賀道部 殿 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 北酸高圧瓦斯株式会社 （外１名） ４、代゛理人 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、分子篩コークスを充填した少なくとも２基以上の吸
着カラムに交番的に窒素ガス以外に少なくとも酸素ガス
を含有する原料ガスを送入する窒素自動濃縮装置を使用
して吸着工程−均圧工程−減圧排気工程を繰り返すこと
からなる圧力変動式吸着により窒素を濃縮する方法にお
いて、装置能力の１００％〜４０％流量範囲内で、窒素
使用流量変化に対応して製品ガスの純度を検出し、その
信号により、各吸着カラムの各工程の切替周期を自動的
に変化させ、製品窒素ガス純度をある一定の範囲内に保
持しながら窒素を濃縮する方法。 ２、さらに製品ガスの圧力を検出し、その信号により、
原料ガスの流量を調節することからなる特許請求の範囲
第１項記載の方法。 ３、圧縮機の回転数を制御したり、製品ガス圧力の上下
限設定圧力でロード又はアンロードさせたり、圧縮機の
台数を制御したり又はこれらを併用することにより原料
ガスの供給量を調節することからなる特許請求の範囲第
２項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60153322A JPS6217008A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | 圧力変動式吸着を利用する窒素の濃縮方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60153322A JPS6217008A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | 圧力変動式吸着を利用する窒素の濃縮方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6217008A true JPS6217008A (ja) | 1987-01-26 |
| JPH0469085B2 JPH0469085B2 (ja) | 1992-11-05 |
Family
ID=15559958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60153322A Granted JPS6217008A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | 圧力変動式吸着を利用する窒素の濃縮方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6217008A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63115038U (ja) * | 1987-01-20 | 1988-07-25 | ||
| JPH01104327A (ja) * | 1987-10-17 | 1989-04-21 | Tokico Ltd | 気体分離装置 |
| JPH02157011A (ja) * | 1988-12-09 | 1990-06-15 | Daido Sanso Kk | 圧力スイング吸着方式における減量運転制御方法 |
| US5951741A (en) * | 1998-03-27 | 1999-09-14 | John Zink Company | Hydrocarbon vapor recovery processes and apparatus |
| US6277174B1 (en) * | 2000-01-07 | 2001-08-21 | Praxair Technology, Inc. | Low pressure ratio VPSA plant tuning and balancing system |
| JP2003019415A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-21 | Kuraray Chem Corp | 混合ガスの分離方法 |
| JP2005262000A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Yokota Technica:Kk | 窒素ガス生成方法 |
| CN103058153A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-24 | 山东金宇轮胎有限公司 | 一种氮气制备回收***及其控制方法 |
-
1985
- 1985-07-11 JP JP60153322A patent/JPS6217008A/ja active Granted
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63115038U (ja) * | 1987-01-20 | 1988-07-25 | ||
| JPH01104327A (ja) * | 1987-10-17 | 1989-04-21 | Tokico Ltd | 気体分離装置 |
| JPH02157011A (ja) * | 1988-12-09 | 1990-06-15 | Daido Sanso Kk | 圧力スイング吸着方式における減量運転制御方法 |
| US5951741A (en) * | 1998-03-27 | 1999-09-14 | John Zink Company | Hydrocarbon vapor recovery processes and apparatus |
| US6277174B1 (en) * | 2000-01-07 | 2001-08-21 | Praxair Technology, Inc. | Low pressure ratio VPSA plant tuning and balancing system |
| JP2003019415A (ja) * | 2001-07-06 | 2003-01-21 | Kuraray Chem Corp | 混合ガスの分離方法 |
| JP2005262000A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Yokota Technica:Kk | 窒素ガス生成方法 |
| CN103058153A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-24 | 山东金宇轮胎有限公司 | 一种氮气制备回收***及其控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0469085B2 (ja) | 1992-11-05 |
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