JPS63256503A - Method and equipment for supplying highly concentrated oxygen - Google Patents
Method and equipment for supplying highly concentrated oxygenInfo
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気体分離技術に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to gas separation technology.
大気から実質的に純粋な気体状酸素を分離する例は知ら
れており、そのことに関する文献もある。Examples of separating substantially pure gaseous oxygen from the atmosphere are known and documented.
しかしながら、本発明は、他の原料からの酸素の精製お
よび他の気体の分離、精製にも応用可能であることが評
価されるべきである。However, it should be appreciated that the present invention is also applicable to the purification of oxygen from other raw materials and the separation and purification of other gases.
現在まで、酸素は一般に空気中から選択吸着法によって
分離されてきた。大気は、物理的分離材料を充填した一
対の吸着層の１つに、周期的に送入される。５Ａゼオラ
イトのような、物理的分離材料は酸素、アルゴンのよう
な吸着力の小さい分子は吸着層を通過させ、窒素、二酸
化炭素、水蒸気などのより強く吸着される分子を捕集し
、保持する。吸着層がその捕集能力、すなわち吸着能力
に達したとき、空気は第２の吸着層に送入され、第１の
吸着層は窒素その他の分子を排出され、清浄化される。To date, oxygen has generally been separated from air by selective adsorption methods. Atmospheric air is periodically pumped through one of a pair of adsorption beds filled with physical separation material. Physical separation materials, such as 5A zeolite, allow weakly adsorbed molecules such as oxygen and argon to pass through an adsorption layer, while capturing and retaining more strongly adsorbed molecules such as nitrogen, carbon dioxide, and water vapor. . When the adsorption layer reaches its collection or adsorption capacity, air is pumped into the second adsorption layer and the first adsorption layer is purged of nitrogen and other molecules and cleaned.
吸着層間の気体の切替え、および他の操作パラメータを
注意深く調節することにより、吸着層の出口において純
度的９５％の酸素を得ることができる。しかしながら、
ある周期の間に過剰の流れがシステムを通った場合、吸
着層はその吸着能力を超え、製品酸素の純度は、純度の
最高限界である９５．７％または代表的な濃縮装置の出
口における通常の濃度である９５％に達しなくなる。By carefully adjusting the gas switching between adsorption beds and other operating parameters, 95% pure oxygen can be obtained at the outlet of the adsorption beds. however,
If excess flow passes through the system during a period, the adsorption bed will exceed its adsorption capacity and the purity of the product oxygen will be reduced to the highest purity limit of 95.7% or normal at the outlet of a typical concentrator. The concentration of 95% is no longer reached.
酸素は大気の約２０％を構成し、アルゴンは約１％を構
成している。空気中から窒素、二酸化炭素および他のよ
り大きい分子が除去され、実質的に酸素とアルゴンのみ
が残された場合、分離された気体中のアルゴンと酸素の
百分率は約５倍に増加する。すなわち、たとえ分離装置
が完全に作動して、酸素とアルゴンのみを通過させても
、その結果として生成する製品の気体は４％から５％の
アルゴンと９５％から９６％の酸素を含むであろう。こ
のように、生成する気体状酸素の純度は、アルゴンの含
有量によって制約される。すなわち、大気中に約１％含
有されるアルゴンが、分離される酸素の純度を最高約９
５％または９６％の濃度に制約する。Oxygen makes up about 20% of the atmosphere and argon makes up about 1%. If nitrogen, carbon dioxide, and other larger molecules are removed from the air, leaving essentially only oxygen and argon, the percentage of argon and oxygen in the separated gas increases by about five times. That is, even if the separator is fully operational and passes only oxygen and argon, the resulting product gas will contain 4% to 5% argon and 95% to 96% oxygen. Dew. Thus, the purity of the gaseous oxygen produced is limited by the argon content. That is, argon, which is present in the atmosphere at about 1%, increases the purity of the separated oxygen to a maximum of about 9%.
Constrain to 5% or 96% concentration.
本発明によれば、分離された酸素中のアルゴン−含有量
を低下し、酸素純度を上昇させ得る方法および装置が提
供される。According to the present invention, a method and apparatus are provided which are capable of reducing the argon content and increasing the oxygen purity in the separated oxygen.
本発明の一観点によれば、高濃縮酸素を製造する方法が
提供される。酸素およびアルゴンは窒素、二酸化炭素お
よび水蒸気と物理的に分離され、その後、酸素／アルゴ
ン混合物を分離して高濃縮酸素とアルゴンが得られる。According to one aspect of the present invention, a method of producing highly concentrated oxygen is provided. Oxygen and argon are physically separated from nitrogen, carbon dioxide, and water vapor, and then the oxygen/argon mixture is separated to obtain highly concentrated oxygen and argon.
より限定された観点によれば、主として酸素とアルゴン
を通過させ、窒素、二酸化炭素および水蒸気を含む他の
分子を優先的に吸着する物理的分離媒体を包含する１筒
またはそれ以上の第１吸着層に大気を送入することによ
り、大気から前記酸素とアルゴンの混合物が分離される
。前記第１吸着層からの混合気体は、主として窒素とア
ルゴンを通過させ、酸素を優先的に吸着する第２の物理
的分離材を包含する第２の吸着ＷＩは送入される。According to a more specific aspect, one or more primary adsorption cylinders containing a physical separation medium that primarily passes oxygen and argon and preferentially adsorbs other molecules, including nitrogen, carbon dioxide, and water vapor. The oxygen and argon mixture is separated from the atmosphere by introducing atmospheric air into the layer. The gas mixture from the first adsorption bed passes primarily nitrogen and argon, and a second adsorption WI containing a second physical separation material that preferentially adsorbs oxygen is introduced.
第２の吸着層に吸着された酸素は回収されて高濃縮酸素
を得る。The oxygen adsorbed on the second adsorption layer is recovered to obtain highly concentrated oxygen.
本発明の他の観点によれば、高濃縮酸素を製造する装置
が提供される。前記装置は、酸素とアルゴンの気体を通
過させ、少なくとも窒素ガスを吸着する第１の物理的分
離材料を包含する第１の層を包含している。第２の眉は
、少なくとも窒素とアルゴンを通過させ酸素を吸着する
第２の物理的分離材を包含しており、該第２の層は前記
第１の層と連結されて、該第１の層からの酸素／アルゴ
ン混合物を受入れる。According to another aspect of the invention, an apparatus for producing highly concentrated oxygen is provided. The device includes a first layer containing a first physical separation material that passes oxygen and argon gases and adsorbs at least nitrogen gas. The second eyebrow includes a second physical separator that passes at least nitrogen and argon and adsorbs oxygen, the second layer being coupled to the first layer, and the second layer being coupled to the first layer. Accepts oxygen/argon mixture from the formation.
前記アルゴンおよびもし存在すれば、窒素の混合物は前
記第２の層を通過し、実質的に純粋な高濃度酸素が前記
第２の物理的分離材に吸着される。The mixture of argon and nitrogen, if present, passes through the second layer and substantially pure concentrated oxygen is adsorbed onto the second physical separation material.
前記第２層から吸着された酸素を放出し、回収する装置
が備えられる。A device is provided for releasing and recovering adsorbed oxygen from the second layer.
第１図において、酸素濃縮装置Ａは窒素、二酸化炭素お
よび水蒸気から酸素とアルゴンを選択的に分離する。空
気は第１の入口１０に送入され、少なくとも窒素は２次
気体放出口１２から系外へ排出される。二酸化炭素およ
び水蒸気は窒素と同様に放出してもよく、また他の装置
により捕集、濃縮または除去することができる。酸素／
アルゴン混合物は第１の主気体出口１４を通過する。In FIG. 1, oxygen concentrator A selectively separates oxygen and argon from nitrogen, carbon dioxide, and water vapor. Air is introduced into the first inlet 10, and at least nitrogen is discharged out of the system through the secondary gas outlet 12. Carbon dioxide and water vapor may be released as well as nitrogen, and may be captured, concentrated or removed by other equipment. oxygen/
The argon mixture passes through the first main gas outlet 14.
少量の窒素を不純物として含有する場合もある酸素／ア
ルゴン混合物は、酸素濃縮装置の主ガス出口１４から窒
素濃縮器Ｂの入口へ供給される。The oxygen/argon mixture, which may contain small amounts of nitrogen as an impurity, is fed from the main gas outlet 14 of the oxygen concentrator to the inlet of nitrogen concentrator B.
前記窒素濃縮器はアルゴンを主とし、窒素を含むことも
ある気体を選択的に２次気体出口２２へ通過させ、アル
ゴンおよび窒素を除去した酸素を最終製品ガス出口２４
へ通過させる。第１図の装置は、他の特定の１種またば
それ以上のガス成分を分離するように変更できることを
理解すべきである。The nitrogen concentrator selectively passes an argon-based, possibly nitrogen-containing gas to a secondary gas outlet 22 and transfers argon and nitrogen-free oxygen to a final product gas outlet 24.
pass to. It should be understood that the apparatus of FIG. 1 can be modified to separate other particular gaseous components or components.
第２図を参照すると、好ましい一実施態様において、前
記酸素濃縮装置Ａは、圧縮空気貯槽３２の圧力をあらか
じめ選択した範囲に保つ圧縮機３０を包含している。圧
縮空気貯槽３２をあらかじめ選択された圧力に保つため
、圧力センサー３４は前記圧縮機３０を調節する。オン
／オフ開閉器３６は前記濃縮装置があるモードでは正常
に作動し、他のモードでは前記装置の空気を大気中に排
出する。濾過装置３８は油分および水を捕集する。Referring to FIG. 2, in one preferred embodiment, the oxygen concentrator A includes a compressor 30 that maintains the pressure of the compressed air reservoir 32 within a preselected range. A pressure sensor 34 regulates the compressor 30 to maintain the compressed air reservoir 32 at a preselected pressure. The on/off switch 36 operates normally when the concentrator is in one mode and vents the air from the device to the atmosphere in other modes. Filtration device 38 collects oil and water.
逆止弁４０は圧縮空気の流れを単一の方向に限定する。Check valve 40 limits the flow of compressed air to a single direction.
非常用シャットオフ弁４２は、前記酸素分離装置の下流
を構成する部分を選択的に大気に開放するように作動す
ることができる。圧力調整器４４は切替弁（クロスオー
バー・バルブ）４６へ流入する圧縮空気の圧力を制限す
る。第１のモードにおいて、前記切替弁は圧縮空気を第
１の層、すなわち第１の物理的分離材を含む槽４８へ導
く。The emergency shutoff valve 42 can be operated to selectively open the downstream portion of the oxygen separator to the atmosphere. A pressure regulator 44 limits the pressure of compressed air flowing into a crossover valve 46 . In the first mode, the switching valve directs compressed air to the first layer, ie the vessel 48 containing the first physical separation material.
５オングストローム（５Ａ）ゼオライトのような、前記
第１の物理的分離材は窒素と同時に二酸化炭素、水蒸気
を優先的に吸着し、しかも酸素およびアルゴンを優先的
に通過させる。より詳しくは、モレキュラー・シープゼ
オライトを高圧空気にさらすことにより分離が行なわれ
る。このことは、吸着された気体の平衡を阻害し、窒素
および酸素双方の吸着能力を増加する。しかしながら、
５Ａゼオライトシーブの場合、窒素の吸着能力は酸素の
吸着能力よりも速く増加し、その結果窒素は優先的に吸
着され、濃縮された酸素の流れは、本質的に吸着されな
いアルゴンとともに前記層を通過する。The first physical separation material, such as 5 Angstrom (5A) zeolite, preferentially adsorbs carbon dioxide, water vapor as well as nitrogen, while preferentially allowing oxygen and argon to pass through. More specifically, the separation is carried out by exposing the molecular sheep zeolite to high pressure air. This disturbs the adsorbed gas equilibrium and increases the adsorption capacity for both nitrogen and oxygen. however,
In the case of 5A zeolite sieves, the nitrogen adsorption capacity increases faster than the oxygen adsorption capacity, so that nitrogen is preferentially adsorbed and the enriched oxygen stream passes through said layer with essentially unadsorbed argon. do.
前記分離された酸素およびアルゴンは、出口弁５０、製
品流量コントロール制限装置５２を通って酸素濃縮装置
出口１４に到る。別のモードにおいて、前記切替弁４６
は前記第１の層、すなわち槽４８を前記第１の２次ガス
出口１２に接続し、吸着された窒素を前記第１のｌ’ｉ
！４８から放散する。The separated oxygen and argon pass through outlet valve 50, product flow control and restriction device 52 to oxygen concentrator outlet 14. In another mode, the switching valve 46
connects said first layer, i.e. tank 48, to said first secondary gas outlet 12 and transfers the adsorbed nitrogen to said first l'i
! Dissipates from 48.
窒素を前記第１ｆｆｌから洗い流すのを補助するため、
前記出口弁５０は、制限装置５４が前記酸素出口１４と
前記第１層４８の間に配列されるような位置をとり、少
量の酸素が前記第１の層へ還流して第１の層から窒素を
洗い流す。さらに詳しくは、圧力が初期の値まで低下し
たとき、吸着能力は低下し、前記気体は脱着し、放出さ
れる。前記装置は、完全に再生された状態に戻る。高純
度の製品気体を得るために前記第１の層は製品気体でパ
ージされる。前記装置は、吸着能力を周期的に転換すな
わち変動するために正圧、真空のいずれをも使用するこ
とができる。to assist in flushing nitrogen from the first ffl;
The outlet valve 50 is positioned such that a restriction device 54 is arranged between the oxygen outlet 14 and the first layer 48 such that a small amount of oxygen is returned to the first layer and removed from the first layer. Flush out nitrogen. More specifically, when the pressure decreases to its initial value, the adsorption capacity decreases and the gas is desorbed and released. The device returns to a fully regenerated state. The first layer is purged with product gas to obtain a high purity product gas. The device can use either positive pressure or vacuum to cycle through or vary adsorption capacity.
前記放出された酸素／アルゴン混合物貯蔵圧力増加装置
は、膨張可能な酸素／アルゴン混合物貯槽６０を包含し
ており、前記酸素濃縮装置Ａからの気体状酸素およびア
ルゴンを受入れる。さらに詳しくは、前記混合物受槽６
０は可動障壁、すなわち分割体６２により酸素／アルゴ
ン混合物受入れ領域６４と加圧流体受入れ領域６６に分
割される。この実施態様において、前記の可動障壁は可
撓性の浮袋（ｂｌａｄｄｅｒ）、または袋である。The released oxygen/argon mixture storage pressure increase device includes an expandable oxygen/argon mixture storage tank 60 and receives gaseous oxygen and argon from the oxygen concentrator A. More specifically, the mixture receiving tank 6
0 is divided by a movable barrier or divider 62 into an oxygen/argon mixture receiving area 64 and a pressurized fluid receiving area 66 . In this embodiment, the movable barrier is a flexible bladder, or bladder.
圧力調節器６８は、前記回圧用流体受入れ領域の圧力を
層４８の圧力より低（保つ。このことにより前記酸素／
アルゴン混合物を受入れることが可能となる。しかし、
この圧力を充分に高く保つとき、この圧力は前記混合物
を第２の層へ駆動または送入するための駆動装置７０と
して機能する。Pressure regulator 68 maintains the pressure in the repressurizing fluid receiving region below the pressure in layer 48, thereby reducing the oxygen/
It becomes possible to accept argon mixtures. but,
When this pressure is kept high enough, it acts as a drive 70 to drive or pump the mixture into the second layer.
図示された実施態様において、前記駆動装置は、調圧槽
７４に空気または他の流体を送入するポンプ７２を包含
している。前記調圧槽は、圧力調整器６８と連結され、
回圧用流体を圧力調整器へ供給する。他の態様として、
コンプレッサ３０と前記第１の調圧槽３２を前記流体の
圧力源として利用することができる。In the illustrated embodiment, the drive includes a pump 72 that pumps air or other fluid into a pressure regulating tank 74. The pressure regulating tank is connected to a pressure regulator 68,
Supply recirculation fluid to the pressure regulator. As another aspect,
The compressor 30 and the first pressure regulating tank 32 can be used as pressure sources for the fluid.
前記窒素／アルゴン分離濃縮器Ｂには、４オングストロ
ーム（４Ａ）ゼオライト酸素を吸着して窒素とアルゴン
を通過する第２の物理的分離材を満たした第２の層、す
なわち槽８０が包含される。The nitrogen/argon separation concentrator B includes a second layer or vessel 80 filled with a 4 angstrom (4A) zeolite that adsorbs oxygen and passes nitrogen and argon through a second physical separation material. .
前記第２の層は、前記混合物を第２人口２０から受入れ
窒素とアルゴン混合物を第２出口２２へ通過させる。第
１の切替弁８２は、前記第２の層２０と前記混合物受器
６０を相互に連結して、前記第２の層への供給ガス流を
調節する。他の切替弁８４は、前記窒素濃縮器の最終製
品出口２４に隣接して設けられており、製品ガス流量を
調節する。The second layer receives the mixture from the second population 20 and passes the nitrogen and argon mixture to the second outlet 22 . A first switching valve 82 interconnects the second layer 20 and the mixture receiver 60 to regulate the flow of feed gas to the second layer. Another switching valve 84 is located adjacent to the final product outlet 24 of the nitrogen concentrator to adjust the product gas flow rate.
弁８２と８４はともに、前記第２Ｎ８０の加圧および吐
出の時期を調節する。４Ａ合成ゼオライトモレキュラー
シーブを用いる前記第２段の工程もまた２種の気体の吸
着能力は圧力の上昇に依存している。しかしこの工程に
おいて、ゼオライト分子の大きさがわずかに異なってい
るので、窒素とアルゴンより速い初期速度で酸素分子が
吸着される。特定の時期をとることにより、酸素は優先
的に吸着され、一方窒素とアルゴンは前記層を通過する
。大口弁８２を閉じ、山口弁８４を開くことにより圧力
が低下するとき、前記吸着能力は低下する。酸素は脱着
され、捕集される。高純度の製品が要求される場合は、
前記層８０を製品酸素でパージすることができる。Valves 82 and 84 together control the timing of pressurization and discharge of the second N80. In the second stage process using the 4A synthetic zeolite molecular sieve, the adsorption capacity of two gases also depends on the increase in pressure. However, in this process, oxygen molecules are adsorbed at a faster initial rate than nitrogen and argon because the zeolite molecules have slightly different sizes. Due to the specific timing, oxygen is preferentially adsorbed while nitrogen and argon pass through the layer. When the pressure is reduced by closing the large mouth valve 82 and opening the Yamaguchi valve 84, the adsorption capacity is reduced. Oxygen is desorbed and collected. If high purity products are required,
The layer 80 can be purged with product oxygen.
前記第２の層８０および膨張可能混合物の受槽６４の大
きさは、前記第１の層４８と比較して、前記混合物受槽
６４が、前記第１の層４８の１周期を通じて分離された
酸素およびアルゴンの量を保持することができる大きさ
であり、前記第２の層８０は、前記第１の層４８が、そ
の１周期を通じて分離する酸素を吸着する大きさである
ことが好ましい。しかし、このことは必須ではない。前
記第２の層は、入口および出口配管と間等に長く、直径
は小さい。配管の直径は第２の層の約１７５が好ましい
。直径３／８吋の配管に対して、直径ＩＡ吋×長さ２４
吋の層が好ましいことが見出された。The size of the second layer 80 and expandable mixture reservoir 64 is such that, compared to the first layer 48, the mixture reservoir 64 has a Preferably, the second layer 80 is sized to hold the amount of argon and the second layer 80 is sized to adsorb the oxygen that the first layer 48 separates over one cycle. However, this is not required. The second layer is long, such as between the inlet and outlet piping, and has a small diameter. The diameter of the tubing is preferably about 175 mm in the second layer. For 3/8 inch diameter pipe, IA inch diameter x 24 length
It has been found that a layer of 1.55 is preferred.
濃縮酸素の昇圧手段またはポンプ９０は、吸着された酸
素を第２の層８０から受けて下流へ供給する。より詳し
くは、前記昇圧装置９０は、高濃縮酸素受容領域をその
一方の側に、回圧用流体受容領域９６を他の側に分ける
第２の可撓障壁、すなわち分割体９２を包含している。A concentrated oxygen booster or pump 90 receives the adsorbed oxygen from the second layer 80 and supplies it downstream. More specifically, the pressurizer 90 includes a second flexible barrier or divider 92 that separates the highly concentrated oxygen receiving region on one side and the repressurizing fluid receiving region 96 on the other side. .
周期的に作動する弁９８は、前記第２の回圧用流体受容
領域９６を交互に真空源、例えば空気ポンプ７２の吸入
口およびより高い圧力源７０と接続する。低圧、真空ま
たは機械手段と接続された場合、前記第２分割体９２は
濃縮酸素領域９４を膨張するように動き、前記第２の層
８０から吸着された酸素を誘導する。加圧下の流体源ま
たは可動障壁９２の機械手段と接続した場合、前記膨張
可能な領域９４の中の酸素は下流（ダウストリーム）の
機器または貯留槽１００へ送入される。膨張可能な酸素
受容領域９４は、前記第２の層８０が１周期中に吸着可
能な量の酸素を受入れる大きさであることが好ましい。A cyclically actuated valve 98 connects said second repressurizing fluid receiving region 96 alternately with a vacuum source, such as an inlet of an air pump 72 and a higher pressure source 70 . When connected to low pressure, vacuum or mechanical means, the second segment 92 moves to expand the oxygen enriched region 94 and direct adsorbed oxygen from the second layer 80. When connected to a source of fluid under pressure or mechanical means of a movable barrier 92, oxygen within the inflatable region 94 is delivered to downstream equipment or reservoir 100. The expandable oxygen receiving region 94 is preferably sized to receive an amount of oxygen that the second layer 80 can adsorb during one cycle.
しかし、このことは必須ではない。However, this is not required.
貯留槽１００は、その内部を濃縮酸素貯蔵領域１０４と
回圧用流体受容領域１０６に分ける可動障壁、すなわち
分割体１０２を包含している。圧力調整器１０８は、回
圧用流体受容領域１０６を調圧槽７４と接続する。前記
圧力調整器１０８または他の好適な装置は、前記貯留槽
１００の圧力をポンプ装置９０の最高ポンプ圧力よりわ
ずかに低（することにより、前記酸素は逆止弁１１０を
通って貯留槽１００へ送入することができる。前記圧力
調節装置は、吐出逆止弁１１２を通って下流の機器１１
４へ到る濃縮酸素の圧力をも一定に保持する。Reservoir 100 includes a movable barrier or divider 102 that divides its interior into a concentrated oxygen storage region 104 and a repressurizing fluid receiving region 106 . The pressure regulator 108 connects the repressurizing fluid receiving area 106 to the pressure regulating tank 74 . The pressure regulator 108 or other suitable device lowers the pressure in the reservoir 100 to just below the maximum pump pressure of the pumping device 90 so that the oxygen passes through the check valve 110 to the reservoir 100. The pressure regulating device can pass through the discharge check valve 112 to the downstream equipment 11.
The pressure of concentrated oxygen up to 4 is also kept constant.
制御装置１２０は、前記切替弁４６、前記酸素濃縮器吐
出弁５０および周期的に作動する弁８２．８４および９
８の周期的動作を制御する。図示された実施態様におい
て、各周期は２つの部分を有している。周期の第１の部
分の間、前記調節装置１２０は前記切替弁４６を、圧縮
空気が前記第１の［４８へ供給されるように位置させる
。前記吐出弁５０は分離された酸素とアルゴンが、混合
気体受容領域６４へ供給されるような位置をとる。The controller 120 controls the switching valve 46, the oxygen concentrator discharge valve 50 and the periodically operated valves 82, 84 and 9.
8 periodic operations. In the illustrated embodiment, each period has two parts. During the first part of the cycle, the regulating device 120 positions the switching valve 46 such that compressed air is supplied to the first [48]. The discharge valve 50 is positioned such that separated oxygen and argon are supplied to the mixed gas receiving region 64.
前記圧力調節器６８は、第１の回圧用流体領域６６を開
放して、酸素およびアルゴンが容易に受入れられるよう
にする。また、前記第１の周期には、前記の周期的に作
動する弁９８は、第２の回圧用流体受入れ領域９６を真
空またはより低い圧力源と接続する。前記吐出弁８４は
第２のｊｉｉ８０を前記酸素受入れ領域９４と接続し、
第２の層８０にあらかじめ吸着されていた酸素を濃縮酸
素受入れ領域９４に導入する。The pressure regulator 68 opens the first repressurizing fluid region 66 to readily accept oxygen and argon. Also, during the first cycle, the periodically operated valve 98 connects the second repressurizing fluid receiving region 96 to a vacuum or lower pressure source. the discharge valve 84 connects the second jii 80 with the oxygen receiving area 94;
Oxygen previously adsorbed in second layer 80 is introduced into concentrated oxygen receiving region 94 .
各周期の第２の部分の間、前記調節装置１２０は前記切
替弁４６を、前記第１の層４８を大気に開放するように
し、第２の弁５０を通じて少量の酸素／アルゴン混合物
が前記第１の層４８へ逆流するようにし、第１の層から
窒素などを洗い流すようにする。前記圧力調整器６８は
、前記入口弁８２が、前記領域６４と第２の層８０を接
続したときに、第１の回圧用流体受入れ領域６６を調圧
槽７４により、酸素／アルゴン混合物を該受入れ領域６
４から第２の層８０へ送入できる圧力を保持する。前記
混合物が第２層へ注入されたとき、酸素は吸着されアル
ゴンと存在すれば窒素は吐出口２２へ通過する。また、
第２周期中には、第２周期的に作動する弁９８が第２の
回圧用流体受容領域９６を調圧槽７４に接続し、以前に
受入れた濃厚酸素が濃厚酸素受入れ領域９４から貯槽１
００へ送入されるようにする。During the second portion of each cycle, the regulator 120 causes the switching valve 46 to open the first layer 48 to the atmosphere, and through a second valve 50 a small amount of the oxygen/argon mixture 1 layer 48 to wash away nitrogen and the like from the first layer. The pressure regulator 68 is configured to supply an oxygen/argon mixture to the first repressurizing fluid receiving region 66 via a pressure regulating tank 74 when the inlet valve 82 connects the region 64 and the second layer 80 . Acceptance area 6
4 to the second layer 80 is maintained. When the mixture is injected into the second layer, oxygen is adsorbed and argon and nitrogen, if present, pass to the outlet 22. Also,
During the second period, a second periodically operated valve 98 connects the second repressurizing fluid receiving region 96 to the pressure regulating reservoir 74 such that previously received enriched oxygen is transferred from the enriched oxygen receiving region 94 to the reservoir 74.
00.
前記貯留槽１００は、各周期の第１、第２部分ともに下
流機器１１４へ濃厚酸素を連続的に供給する。もちろん
、他の操作周期も計画される。例えば、前記酸素／アル
ゴン受入れ領域受槽６４を、酸素／アルゴン混合物を第
２のＪｉｔ８０へ供給する前に、弁４６および５０の数
回の周期（分）の混合物を受入れ得る大きさとしてもよ
い。The storage tank 100 continuously supplies concentrated oxygen to the downstream equipment 114 during both the first and second portions of each cycle. Of course, other operating cycles are also planned. For example, the oxygen/argon receiving area reservoir 64 may be sized to receive several cycles (minutes) of the mixture of valves 46 and 50 before supplying the oxygen/argon mixture to the second Jit 80.
第３図の実施態様において、第２図の実施態様と類似の
要素には同じ参照番号を付け〔〕を付した。加圧空気は
調圧槽３２゛から切替弁４６゛へ供給される。前記切替
弁は一対の第１の層４８ａ、４８ｂの１基へ交互に加圧
空気を供給し、第２ガス出口１２から窒素を放出する。In the embodiment of FIG. 3, elements similar to the embodiment of FIG. 2 are given the same reference numerals [ ]. Pressurized air is supplied from the pressure regulating tank 32' to the switching valve 46'. The switching valve alternately supplies pressurized air to one of the pair of first layers 48a, 48b and releases nitrogen from the second gas outlet 12.
酸素とアルゴンの混合物は、逆止弁５６ａと５６ｂの１
個および制限ｒ５５２および逆止弁５８を通過して、酸
素／アルゴン混合物出口１４に到る。前記酸素およびア
ルゴンの一部は放出している層をパージするため、制限
器５４ａまたは５４ｂを通って流れる。前記酸素および
アルゴン混合物はセンサー１２２が、受器が充填された
ことを検知するまで、はぼ連続的に酸素／アルゴン混合
物領域６４°に受入れられる。図示した実施例において
、前記センサー１２２は差圧センサーであり、混合物受
入れ領域６４１の圧力が、大気圧をあらかじめ設定した
量超えた場合を検出する。前記混合物受入れ領域が充填
されたことを検知すると、検知装置」２２は周期作動す
る第１の弁６８’を作動して、圧縮空気を調圧槽３２°
から回圧用流体受入れ領域６６°へ供給し、分割体６２
°を移動して、酸素とアルゴンの混合気体を窒素分離袋
ｆｉ！Ｂへ送入する。前記酸素／アルゴン混合物出口１
４の圧力があらかじめ設定された最高圧力を超えたとき
、酸素濃縮装置、特に切替弁４６°の機能を停止するた
めに高圧検出装置１２４を用いることができる。これは
、前記酸素濃縮装置の機能を停止するが、酸素およびア
ルゴンの混合物は窒素分離装置へ供給される。The mixture of oxygen and argon is supplied to one of the check valves 56a and 56b.
552 and check valve 58 to the oxygen/argon mixture outlet 14. A portion of the oxygen and argon flows through restrictor 54a or 54b to purge the emitting layer. The oxygen and argon mixture is admitted into the oxygen/argon mixture region 64° almost continuously until sensor 122 detects that the receiver is full. In the illustrated embodiment, the sensor 122 is a differential pressure sensor that detects when the pressure in the mixture receiving area 641 exceeds atmospheric pressure by a preset amount. Upon detecting that the mixture receiving area is filled, the sensing device 22 activates the first valve 68' which operates periodically to direct the compressed air to the pressure regulating tank 32°.
The fluid is supplied to the recirculation fluid receiving area 66° from the dividing body 62
° and transfer the oxygen and argon mixture to the nitrogen separation bag fi! Send to B. Said oxygen/argon mixture outlet 1
A high pressure detection device 124 can be used to deactivate the oxygen concentrator, in particular the switching valve 46°, when the pressure at 46° exceeds a preset maximum pressure. This stops the oxygen concentrator from functioning, but a mixture of oxygen and argon is fed to the nitrogen separator.
調節装置１２０′は調節弁８６を作動して、加圧された
酸素／アルゴン混合物を第２の物理的分離材の第２の層
８０′にあらかじめ選択された持続期間にわたり通過さ
せる。制限弁１３０は気体の一部を前記第２の層を通過
させ、第２のガス出口２２から放出する。あらかじめ選
定された期間の後、前記調節装置１２０′は入口−出口
弁８６を作動し、逆止弁１３２および１３４を介して、
前記第２の層を下流の機器９０．１００および１１４に
接続する。酸素は吸着され、アルゴンと窒素は通過する
ので、不均衡にアルゴンと窒素に冨む気体が制限弁１３
０を通って流れ、Ｎ８０°にアルゴンの少ない、逆に酸
素濃度の高くなった気体を残す。前記第２層８０゛の吸
着能力にほぼ合致した後、前記調節装置１２０°は入口
−出口弁８６の位置を反対にし、制限弁１３０を閉じる
。The regulator 120' operates the regulator valve 86 to pass the pressurized oxygen/argon mixture through the second layer of second physical separation material 80' for a preselected duration. Restriction valve 130 allows a portion of the gas to pass through the second layer and exit through second gas outlet 22 . After a preselected period of time, the regulator 120' operates the inlet-outlet valve 86 and, via the check valves 132 and 134,
Connecting said second layer to downstream equipment 90.100 and 114. Oxygen is adsorbed and argon and nitrogen pass through, so a gas that is disproportionately rich in argon and nitrogen flows into the restriction valve 13.
0, leaving a gas depleted in argon and conversely enriched in oxygen at N80°. After approximately meeting the adsorption capacity of the second layer 80', the regulating device 120' reverses the position of the inlet-outlet valve 86 and closes the restriction valve 130.
吸着された酸素は、下流の機器１１４′、貯留槽１００
′または昇圧装置９０’へ流れる。The adsorbed oxygen is transferred to downstream equipment 114', storage tank 100
' or to the booster 90'.
図示された実施態様において、前記実質的に純粋な酸素
は、濃縮装置９０゛へ受入れられる。他の調節弁９８°
は、周期的に圧縮空気貯槽３２゜から圧縮空気を回圧用
流体受入れ領域９６°へ導き、前記濃縮酸素を酸素貯留
槽１００°へ送る。In the illustrated embodiment, the substantially pure oxygen is received into a concentrator 90'. Other control valve 98°
periodically introduces compressed air from the compressed air storage tank 32° to the repressurizing fluid receiving region 96° and sends the concentrated oxygen to the oxygen storage tank 100°.
逆止弁１３２と１３４は貯留槽１０４″と下流機器１１
４°への単一方向の流れを確保する。Check valves 132 and 134 are connected to storage tank 104'' and downstream equipment 11.
Ensure unidirectional flow to 4°.
以上、好ましい実施態様に沿って、本発明を記述してき
た。当業者は、上記の記述を読み、理解することにより
、明らかにその改良および変更を想起するであろう。こ
れらの改良および変更は全てそれらが付随する特許請求
の範囲にあり、またはこれらと均等である限りにおいて
、本発明に包含されると解釈すべきである。The invention has been described above in terms of preferred embodiments. Obvious improvements and modifications will occur to others upon reading and understanding the above description. It is intended that the present invention include all such modifications and changes insofar as they come within the scope of the appended claims or are equivalent to them.
本発明の第１の利点は、大気から従来の圧力変動型吸着
濃縮装置の性能を超えて濃縮された高濃縮酸素が得られ
ることである。The first advantage of the present invention is that highly concentrated oxygen can be obtained from the atmosphere, exceeding the performance of conventional pressure swing adsorption concentrators.
本発明の池の利点は、本発明の装置が簡単なことにある
。本発明の装置は、従来技術である圧力変動、吸着型の
酸素濃縮装置と比較して非常にわずかの付加的複雑性、
すなわち部品を付加することによって高濃縮酸素を得る
ことができる。An advantage of the pond of the invention is that the device of the invention is simple. The device of the invention has very little additional complexity compared to prior art pressure fluctuation, adsorption oxygen concentrators.
That is, highly concentrated oxygen can be obtained by adding parts.
本発明の他の利点は、そのコスト効率がよい点にある。Another advantage of the invention is that it is cost effective.
本発明によれば、本発明の製品よりも低い濃度の酸素を
製造する従来技術の酸素分離装置と比較して、最小のコ
スト差で高濃縮酸素を製造することができる。According to the present invention, highly concentrated oxygen can be produced with minimal cost difference compared to prior art oxygen separation devices that produce oxygen at lower concentrations than the products of the present invention.
第１図は、本発明の高濃縮酸素製造装置の概略説明図、
第２図は、本発明の高濃縮ガス分離装置の他の実施態様
を示す図、第３図は、本発明のさらに他の実施態様を示
す図である。
３０．３０’・・・空気圧縮装置、・４６．４６′・・
・第１の周期的供給装置、４８．４８°・・・第１の分
離装置、５２・・・制限弁、５８・・・逆止弁、６０．
６０“・・・酸素／アルゴン混合物受器、８０．８０゜
・・・第２の分離装置、８６・・・第２の周期的作動装
置、９０．９０’・・・下流用昇圧装置。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the highly concentrated oxygen production apparatus of the present invention,
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the highly concentrated gas separation apparatus of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing still another embodiment of the present invention. 30.30'...Air compression device, 46.46'...
- First periodic supply device, 48.48°... First separation device, 52... Limiting valve, 58... Check valve, 60.
60"...Oxygen/argon mixture receiver, 80.80°...Second separation device, 86...Second cyclic actuation device, 90.90'...Downstream pressure booster.
Claims (1)
り、前記圧縮空気からアルゴンおよび酸素の混合物を分
離し、前記酸素／アルゴン混合物から、前記圧縮空気か
ら得られる動力により酸素を分離する、上記複数の気体
分離工程の動力が単一の空気圧縮工程から供給されるこ
とを特徴とする高濃縮酸素供給方法。 ２、前記酸素／アルゴン混合物から酸素を分離する工程
は、圧縮空気から得られる動力により、酸素／アルゴン
混合物の圧力を上昇せしめ、前記酸素／アルゴン混合物
を周期的に、酸素およびアルゴンを選択的に吸着する第
１の選択的吸着層に供給し、前記吸着層から、周期的に
比較的低い圧力で気体状酸素を除去する工程を含むこと
を特徴とする請求項１記載の高濃縮酸素供給方法。 ３、前記圧縮空気から導かれた動力により、酸素ガスの
圧力を上昇することをさらに含むことを特徴とする請求
項２記載の高濃縮酸素供給方法。 ４、前記圧縮空気からアルゴンと酸素を分離する工程は
、前記圧縮空気を周期的に第２の選択的吸着層に供給し
、前記第２の選択的吸着層から周期的に酸素／アルゴン
混合物を放出する工程を包含し、前記第２の選択的吸着
層への圧縮空気の周期的供給は、第１の選択的吸着層へ
の前記酸素／アルゴン混合物の周期的供給と独立かつ無
関係であり、かくして酸素は、前記酸素／アルゴン混合
物から、該酸素／アルゴン混合物が前記圧縮空気から分
離される周期と独立かつ無関係な周期で分離されること
を特徴とする請求項２記載の高濃縮酸素供給方法。 ５、前記酸素／アルゴン混合物から酸素を分離する工程
が、前記酸素／アルゴン混合物を周期的に選択的吸着層
に供給し、前記選択的吸着層から酸素を大気圧より低い
圧力で取出すことを包含する請求項１記載の高濃縮酸素
供給方法。 ６、空気を圧縮する空気圧縮装置（３０′）と、前記圧
縮空気から導かれる動力により圧縮空気から酸素とアル
ゴンの混合物を分離する第１の分離装置（４６′、４８
′）と、前記圧縮空気から導かれる動力により、前記酸
素／アルゴン混合物から酸素を分離する第２の分離装置
（８０′）とを有し、かかる複数のガス分離装置が単一
の圧縮空気源により駆動されることを特徴とする高濃縮
酸素供給装置。 ７、前記第２の分離装置は、前記圧縮空気から導かれた
動力により、前記酸素／アルゴン混合物の圧力を増加す
る第２の加圧装置（６０′）と、酸素およびアルゴンの
１種を選択的に吸着し、前記吸着層から比較的低い圧力
で、気体状酸素を周期的に取出す選択的吸着層（８０′
）へ前記酸素／アルゴン混合物を周期的に供給する第２
の周期的作動装置（８６）を包含していることを特徴と
する請求項６記載の高濃縮酸素供給方法。 ８、圧縮空気から導かれる動力により気体状酸素の圧力
を増加する下流昇圧装置（９０′）をさらに包含するこ
とを特徴とする請求項７記載の高濃縮酸素供給方法。 ９、前記第１の分離装置は、選択的吸着層（４８′）に
空気を周期的に供給する第１の周期的供給装置（４６′
）と前記選択的吸着層から酸素／アルゴン混合物を放出
する装置（５２−５８）と第２の周期的作動装置（８６
）の周期的作動とは独立して周期的に作動して、前記酸
素／アルゴン混合物が圧縮空気から分離される周期とは
独立した周期で酸素が分離される第１の周期的供給装置
（４６′）を包含していることを特徴とする請求項７記
載の高濃縮酸素供給方法。 １０、前記第２の分離装置は、酸素／アルゴン混合物を
選択的吸着層に周期的に送入し、前記選択的吸着層から
酸素を大気圧よりも低い圧力で取出す装置（９０、７２
）を含むことを特徴とする請求項６記載の高濃縮酸素供
給方法。[Claims] 1. Compressing air, separating a mixture of argon and oxygen from the compressed air using the power obtained from the compressed air, and separating a mixture of argon and oxygen from the oxygen/argon mixture using the power obtained from the compressed air. A method for supplying highly concentrated oxygen, characterized in that the power for the plurality of gas separation processes for separating oxygen is supplied from a single air compression process. 2. In the step of separating oxygen from the oxygen/argon mixture, the pressure of the oxygen/argon mixture is increased by power obtained from compressed air, and the oxygen/argon mixture is selectively separated from oxygen and argon. 2. The highly concentrated oxygen supply method according to claim 1, further comprising the step of supplying oxygen to a first selective adsorption layer, and periodically removing gaseous oxygen from the adsorption layer at a relatively low pressure. . 3. The highly concentrated oxygen supply method according to claim 2, further comprising increasing the pressure of oxygen gas using the power derived from the compressed air. 4. The step of separating argon and oxygen from the compressed air includes periodically supplying the compressed air to a second selective adsorption layer, and periodically removing the oxygen/argon mixture from the second selective adsorption layer. the periodic supply of compressed air to the second selective adsorption layer is independent and unrelated to the periodic supply of the oxygen/argon mixture to the first selective adsorption layer; A highly concentrated oxygen supply method according to claim 2, characterized in that oxygen is thus separated from the oxygen/argon mixture in a period independent and unrelated to the period in which the oxygen/argon mixture is separated from the compressed air. . 5. The step of separating oxygen from the oxygen/argon mixture comprises periodically feeding the oxygen/argon mixture to a selective adsorption bed and removing oxygen from the selective adsorption bed at a pressure below atmospheric pressure. The highly concentrated oxygen supply method according to claim 1. 6. An air compression device (30') that compresses air, and a first separation device (46', 48) that separates a mixture of oxygen and argon from the compressed air using power derived from the compressed air.
′) and a second separation device (80′) for separating oxygen from the oxygen/argon mixture by means of power derived from the compressed air, the plurality of gas separation devices being connected to a single source of compressed air. A highly concentrated oxygen supply device characterized by being driven by. 7. The second separation device includes a second pressurization device (60') that increases the pressure of the oxygen/argon mixture by power derived from the compressed air, and one of oxygen and argon selected. a selective adsorption layer (80'
) of periodically supplying the oxygen/argon mixture to the second
7. A method for supplying highly concentrated oxygen according to claim 6, characterized in that it includes a cyclically actuating device (86). 8. The highly concentrated oxygen supply method according to claim 7, further comprising a downstream pressure booster (90') for increasing the pressure of gaseous oxygen using power derived from compressed air. 9. The first separation device includes a first periodic supply device (46') that periodically supplies air to the selective adsorption layer (48').
), a device (52-58) for releasing an oxygen/argon mixture from said selective adsorption layer, and a second cyclically actuated device (86).
) in which oxygen is separated in a period independent of the period in which said oxygen/argon mixture is separated from compressed air; 8. The method for supplying highly concentrated oxygen according to claim 7, characterized in that the method includes the following steps. 10. The second separation device is a device (90, 72) that periodically feeds the oxygen/argon mixture to the selective adsorption layer and extracts oxygen from the selective adsorption layer at a pressure lower than atmospheric pressure.
) The method for supplying highly concentrated oxygen according to claim 6.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US3154187A | 1987-03-30 | 1987-03-30 | |
| US031541 | 1987-03-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63256503A true JPS63256503A (en) | 1988-10-24 |
Family
ID=21860035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63075816A Pending JPS63256503A (en) | 1987-03-30 | 1988-03-29 | Method and equipment for supplying highly concentrated oxygen |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63256503A (en) |
| MX (1) | MX168417B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009538223A (en) * | 2006-05-25 | 2009-11-05 | エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド | Fluid storage and dispensing system |
-
1987
- 1987-12-04 MX MX1038787A patent/MX168417B/en unknown
-
1988
- 1988-03-29 JP JP63075816A patent/JPS63256503A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009538223A (en) * | 2006-05-25 | 2009-11-05 | エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド | Fluid storage and dispensing system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MX168417B (en) | 1993-04-02 |
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