特許 6286238 空気分離装置の前処理装置及び前処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6286238

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】空気分離装置の前処理装置及び前処理方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/04 20060101AFI20180215BHJP

   F25J 3/04 20060101ALN20180215BHJP

   F25J 3/08 20060101ALN20180215BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/04 230

   !F25J3/04 101

   !F25J3/08

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-46788(P2014-46788)

(22)【出願日】2014年3月10日

(65)【公開番号】特開2014-113594(P2014-113594A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2017年2月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】504226456

【氏名又は名称】神鋼エア・ウォーター・クライオプラント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075409

【弁理士】

【氏名又は名称】植木 久一

(74)【代理人】

【識別番号】100129757

【弁理士】

【氏名又は名称】植木 久彦

(74)【代理人】

【識別番号】100115082

【弁理士】

【氏名又は名称】菅河 忠志

(74)【代理人】

【識別番号】100125243

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 浩彰

(72)【発明者】

【氏名】橋本 保

(72)【発明者】

【氏名】大山 隆司

(72)【発明者】

【氏名】浅岡 斉

(72)【発明者】

【氏名】谷口 賢晃

【審査官】 佐々木 典子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６２１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０２１７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−０５０１１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−１１１４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２９３７２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／０２−５３／１２

Ｆ２５Ｊ １／００− ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置であって、
ガスを通過させて、少なくとも該ガス中のＣＯ₂を除去する吸着塔を少なくとも２つと、
前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ₂の濃度を測定するＣＯ₂センサと、
前記吸着塔を通過したガスの量を計測するガス量計と、
前記ＣＯ₂の濃度と、前記ガスの量に基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ₂の総量を積算するＣＯ₂量積算部と、
前記ＣＯ₂の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替え、使用済みの吸着塔内の吸着剤は、加熱器で加熱された空気分離装置からの排ガスを用いて再生され、
前記ＣＯ₂の総量に基づいて、切り替えた後の前記吸着塔の再生ガス量を算出することを特徴とする前処理装置。

【請求項2】

原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置であって、
ガスを通過させて、少なくとも該ガス中のＣＯ₂を除去する吸着塔を少なくとも２つと、
前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ₂の濃度を測定するＣＯ₂センサと、
前記吸着塔を通過したガスの量を計測するガス量計と、
前記ＣＯ₂の濃度と、前記ガスの量に基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ₂の総量を積算するＣＯ₂量積算部と、
前記ＣＯ₂の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替え、
前記ＣＯ₂の総量に基づいて、切り替えた後の前記吸着塔の、加熱再生時間、及び再生温度のうちの少なくとも１つを算出することを特徴とする前処理装置。

【請求項3】

原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置であって、
ガスを通過させて、少なくとも該ガス中のＣＯ₂を除去する吸着塔を少なくとも２つと、
前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ₂の濃度を測定するＣＯ₂センサと、
前記吸着塔を通過したガスの量を計測するガス量計と、
前記ＣＯ₂の濃度と、前記ガスの量に基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ₂の総量を積算するＣＯ₂量積算部と、
前記ＣＯ₂の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替え、
該前処理装置には、飽和温度のガスが導入され、
さらに、
前記吸着塔を通過する前のガスの温度を測定する温度センサと、
該ガスの圧力を測定する圧力センサと、
前記温度センサにより測定された温度と前記圧力センサにより測定された圧力とから算出されるＨ₂Ｏの濃度と前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＨ₂Ｏの総量を積算するＨ₂Ｏ量積算部とを備え、
前記吸着塔は、さらに、Ｈ₂Ｏを除去し、
前記ＣＯ₂の総量と前記Ｈ₂Ｏの総量との合計が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えることを特徴とする前処理装置。

【請求項4】

前記ＣＯ₂の総量と前記Ｈ₂Ｏの総量との合計に基づいて、切り替えた後の前記吸着塔の、加熱再生時間、再生ガス量及び再生温度のうちの少なくとも１つを算出する請求項３に記載の前処理装置。

【請求項5】

原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置における前処理方法であって、
少なくとも２つの吸着塔のうちの１つにガスを通過させて、該ガス中のＣＯ₂を除去するステップと、
前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ₂の濃度を測定するステップと、
前記吸着塔を通過したガスの量を計測するステップと、
前記ＣＯ₂の濃度と、前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ₂の総量を積算するステップと、
前記ＣＯ₂の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替え、使用済みの吸着塔内の吸着剤を、加熱器で加熱された空気分離装置からの排ガスを用いて再生するステップとを含み、
前記ＣＯ₂の総量に基づいて、切り替えた後の前記吸着塔の再生ガス量を算出することを特徴とする前処理方法。

【請求項6】

原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置における前処理方法であって、
少なくとも２つの吸着塔のうちの１つにガスを通過させて、該ガス中のＣＯ₂を除去するステップと、
前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ₂の濃度を測定するステップと、
前記吸着塔を通過したガスの量を計測するステップと、
前記ＣＯ₂の濃度と、前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ₂の総量を積算するステップと、
前記ＣＯ₂の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えるステップとを含み、
前記ＣＯ₂の総量に基づいて、切り替えた後の前記吸着塔の、加熱再生時間、及び再生温度のうちの少なくとも１つを算出することを特徴とする前処理方法。

【請求項7】

原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置における前処理方法であって、
少なくとも２つの吸着塔のうちの１つにガスを通過させて、該ガス中のＣＯ₂を除去するステップと、
前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ₂の濃度を測定するステップと、
前記吸着塔を通過したガスの量を計測するステップと、
前記ＣＯ₂の濃度と、前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ₂の総量を積算するステップと、
前記ＣＯ₂の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えるステップとを含み、
前記前処理装置には、飽和温度のガスが導入され、
さらに、
前記吸着塔を通過する前のガスの温度と圧力とを測定するステップと、
前記ガスの温度と圧力から算出されるＨ₂Ｏの濃度と、前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＨ₂Ｏの総量を積算するステップとを含み、
前記吸着塔は、さらに、Ｈ₂Ｏを除去し、
前記吸着塔を切り替えるステップは、
前記ＣＯ₂の総量と前記Ｈ₂Ｏの総量との合計が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えることを特徴とする前処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置に関し、より詳しくは、吸着塔の使用限界と再生にかかるエネルギー量とを的確に予測するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、深冷式の空気分離装置を用いて、酸素及び窒素が製造されている。該空気分離装置は、空気を冷却して液化し、酸素と窒素とを沸点差を利用して蒸留分離する。空気には低温で固化する水分（以下「Ｈ_２Ｏ」という）や二酸化炭素（以下「ＣＯ_２」という）などのガスが含まれているため、空気を該空気分離装置に供給する前にこれらを除去しないと、熱交換器の中でこれらが固化し流路が閉塞されてしまうという問題が起こる。そこで、空気から主にＨ_２ＯとＣＯ_２とを除去して該空気分離装置に供給する前処理装置が、該空気分離装置の前段に設けられている。

【0003】

該前処理装置は、主にＨ_２ＯとＣＯ_２とを吸着剤に吸着させるタイプのものが普及している。例えば、特許文献１に、原料空気からＨ_２ＯとＣＯ_２などを吸着除去する吸着剤を充填し切り替え使用する複数基の吸着塔を備え、連続的に原料空気の精製を行なう空気液化分離装置の前処理方法が開示されている。

【0004】

特許文献１の段落００６９を参照すると、活性アルミナなどの水分吸着剤とＸ型ゼオライトなどの炭酸ガス吸着剤が充填されている吸着塔を用い、最適化することによって、経済的に成り立つ条件を見出し、高温空気条件での前処理装置の設計を可能ならしめた旨が記載されている。

【0005】

また使用済みの吸着塔は、高温のパージガスを用いて吸着物質の脱着を行うことにより再生され、繰り返し使用されている。

【0006】

従来の前処理装置は、ＣＯ_２を４００〜６００ｐｐｍ含む空気を原料とし、ＣＯ_２の濃度がこの範囲外に変動することがないことを前提に設計されており、吸着塔の吸着能力と原料空気量とから、吸着塔の吸着と再生の切り替えを行うタイミングを事前の計算により求めている。また空気にはＣＯ_２の他に水分や僅かな亜酸化窒素（以下「Ｎ_２Ｏ」という）が０．３５ｐｐｍ程度含まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平９−３８４４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来の前処理装置では、想定される最悪のケースに耐え得るように、吸着塔の設計を、想定範囲中の上限値を用いて計算し、さらにこの計算結果に、経年劣化などを考慮して安全率を掛けている。従って大半の場合は、吸着塔に吸着能力が十分に残っている状態で吸着塔を切り替えることになる。また、吸着塔に吸着能力が十分に残っている場合であっても、再生に際し、飽和まで吸着した吸着塔を再生する際と同様の熱量を与えているので、過剰に再生エネルギーを消費している。

【0009】

一方、近隣や同じ敷地内に、製鉄、化学及び発電プラントなどの大量にＣＯ_２を放出する設備があるような場合には、風向きなどにより空気中のＣＯ_２が設計値を大幅に上回り、例えば１０００ｐｐｍを超えるようなことが起こり得るので、上記従来の前処理装置では対応できない。

【0010】

本発明は以上のような従来の課題を考慮してなされたものであり、吸着塔に吸着能力が十分に残っている状態で吸着と再生の切り替えをすることがないように吸着剤を有効に利用し、過剰な再生エネルギーの消費を抑えることができ、さらに、空気中のＣＯ_２が設計値を大幅に上回る場合にも対応できる前処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置であって、ガスを通過させて、少なくとも該ガス中のＣＯ_２を除去する吸着塔を少なくとも２つと、前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ_２の濃度を測定するＣＯ_２センサと、前記吸着塔を通過したガスの量を計測するガス量計と、前記ＣＯ_２の濃度と、前記ガスの量に基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ_２の総量を積算するＣＯ_２量積算部と、前記ＣＯ_２の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えることを特徴とする。

【0012】

また、前処理装置において、前記ＣＯ_２の総量に基づいて、切り替えた後の前記吸着塔の、加熱再生時間、再生ガス量及び再生温度のうちの少なくとも１つを算出することが好ましい。

【0013】

該前処理装置には、飽和温度のガスが導入され、さらに、前記吸着塔を通過する前のガスの温度を測定する温度センサと、該ガスの圧力を測定する圧力センサと、前記温度センサにより測定された温度と前記圧力センサにより測定された圧力とから算出されるＨ_２Ｏの濃度と前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＨ_２Ｏの総量を積算するＨ_２Ｏ量積算部とを備え、前記吸着塔は、さらに、Ｈ_２Ｏを除去し、前記ＣＯ_２の総量と前記Ｈ_２Ｏの総量との合計が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えることが好ましい。

【0014】

また、前処理装置において、前記ＣＯ_２の総量と前記Ｈ_２Ｏの総量との合計に基づいて、切り替えた後の前記吸着塔の、加熱再生時間、再生ガス量及び再生温度のうちの少なくとも１つを算出することが好ましい。

【0015】

本発明は、原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置における前処理方法であって、少なくとも２つの吸着塔のうちの１つにガスを通過させて、該ガス中のＣＯ_２を除去するステップと、前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ_２の濃度を測定するステップと、前記吸着塔を通過したガスの量を計測するステップと、前記ＣＯ_２の濃度と、前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ_２の総量を積算するステップと、前記ＣＯ_２の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えるステップとを含むことを特徴とする。

【0016】

また、前処理方法において、前記前処理装置には、飽和温度のガスが導入され、さらに、前記吸着塔を通過する前のガスの温度と圧力とを測定するステップと、前記ガスの温度と圧力から算出されるＨ_２Ｏの濃度と、前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＨ_２Ｏの総量を積算するステップとを含み、前記吸着塔は、さらに、Ｈ_２Ｏを除去し、前記吸着塔を切り替えるステップは、前記ＣＯ_２の総量と前記Ｈ_２Ｏの総量との合計が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明の前処理装置及び前処理方法は、吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ_２の濃度と、吸着塔の１つを通過したガスの量に基づいて、吸着塔の１つを通過したＣＯ_２の総量を積算し、予め記憶しておいた所定値と比較することにより、吸着塔の使用限界を見極めることができる。従って、吸着剤を有効に利用することができ、さらに、空気中のＣＯ_２の濃度が設計値を大幅に上回る場合にも対応できる。また再生にかかるエネルギー量を的確に予測することができるので、余分な再生エネルギーの消費を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態１に係る前処理装置を含む深冷分離プロセスの概略を示す機能ブロック図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る前処理装置の詳細な構成を示す概略図である。

【図3】本発明の実施形態２に係る前処理装置を含む深冷分離プロセスの概略を示す機能ブロック図である。

【図4】本発明の実施形態２に係る前処理装置の詳細な構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態により本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

【0020】

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１に係る前処理装置は、原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置であって、ガスを通過させて、少なくとも該ガス中のＣＯ_２を除去する吸着塔を少なくとも２つと、前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ_２の濃度を測定するＣＯ_２センサと、前記吸着塔を通過したガスの量を計測するガス量計と、前記ＣＯ_２の濃度と、前記ガスの量に基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ_２の総量を積算するＣＯ_２量積算部と、前記ＣＯ_２の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えることを特徴とする。

【0021】

本発明の実施形態１に係る前処理方法は、原料ガスから酸素と窒素とを分離する空気分離装置に、該原料ガスを供給する前処理装置における前処理方法であって、少なくとも２つの吸着塔のうちの１つにガスを通過させて、該ガス中のＣＯ_２を除去するステップと、前記吸着塔を通過する前のガス中のＣＯ_２の濃度を測定するステップと、前記吸着塔を通過したガスの量を計測するステップと、前記ＣＯ_２の濃度と、前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＣＯ_２の総量を積算するステップと、前記ＣＯ_２の総量が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替えるステップとを含むことを特徴とする。

【0022】

図１は、本発明の実施形態１に係る前処理装置を含む深冷分離プロセスの概略を示す機能ブロック図である。図１に示す深冷分離プロセスは、空気圧縮機１、前処理装置２、空気分離装置３及び図示しない制御装置を備える。

【0023】

空気圧縮機１は、外気を取り入れて圧縮し、水を使って冷却して、圧力を約０．５ＭＰａＧに調整した圧縮空気を前処理装置２へ供給する。

【0024】

前処理装置２は、入口側から活性アルミナ、Ｘ型ゼオライトなどの吸着剤を用いて、空気圧縮機１より供給される圧縮空気から、少なくともＨ_２Ｏ、ＣＯ_２及びＮ_２Ｏを除去した原料ガスを生成し、該原料ガスを空気分離装置３へ供給する。

【0025】

空気分離装置３は、深冷式の空気分離装置であり、前処理装置２より供給される原料ガスを冷却して液化し、酸素と窒素とを沸点差を利用して蒸留分離する。

【0026】

図２は、本発明の実施形態１に係る前処理装置２の詳細な構成を示す概略図である。前処理装置２は、第１吸着塔４ａ、第２吸着塔４ｂ、ＣＯ_２センサ５、ガス量計６、ＣＯ_２量積算部７、再生パラメータ算出部８及び加熱器９を備える。

【0027】

第１吸着塔４ａは、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２及びＮ_２Ｏを除去する活性アルミナ及びＸ型ゼオライトなどの吸着剤を有する。第２吸着塔４ｂは、第１吸着塔４ａと同様の構成であり、且つ第１吸着塔４ａと同様の機能を有する。

【0028】

第１吸着塔４ａの使用中に第２吸着塔４ｂが再生され、第２吸着塔４ｂの使用中に第１吸着塔４ａが再生されるので、吸着塔を交互に切り替えて使用することにより連続運転を可能にしている。第１吸着塔４ａの使用中に制御装置により吸着塔の使用限界が近いと判定されると、第２吸着塔４ｂに切り替えられる。同様に、第２吸着塔４ｂの使用中に制御装置により吸着塔の使用限界が近いと判定されると、第１吸着塔４ａに切り替えられる。

【0029】

第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂを交互に使用し、一方の使用中に他方を加熱器６により加熱再生の後冷却待機させる。詳細には、第１吸着塔４ａへの圧縮空気の供給を停止する前に、第２吸着塔４ｂへの圧縮空気の供給を開始し、第２吸着塔４ｂへ圧縮空気の供給を停止する前に、第１吸着塔４ａへの圧縮空気の供給を開始することにより、空気分離装置３への原料ガスの連続供給を可能にしている。また、第２吸着塔４ｂへの圧縮空気の供給中に第１吸着塔４ａ内の吸着剤を再生し、第１吸着塔４ａへの圧縮空気の供給中に第２吸着塔４ｂ内の吸着剤を再生する。なお、吸着塔は少なくとも２つを要し、３つ以上を切り替えて使用することもできる。

【0030】

ＣＯ_２センサ５は、第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂを通過する前のガス中のＣＯ_２の濃度を測定する。なお、ＣＯ_２センサ５は、空気圧縮機１を通過し前処理装置２へ向かう配管内のガス中のＣＯ_２の濃度を測定することが好ましい。

【0031】

ガス量計６は、第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂを通過したガスの量を計測するが、空気圧縮機１を通過し前処理装置２へ向かう配管内のガスの量を計測しても良い。

【0032】

ＣＯ_２量積算部７は、ＣＯ_２センサ５により測定されるＣＯ_２の濃度と、ガス量計６により計測されるガスの量に基づいて、第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂのうちの１つを通過したＣＯ_２の総量を積算する。なお、ＣＯ_２量積算部７の機能を、制御装置に持たせることもできる。

【0033】

制御装置は、ＣＯ_２量積算部７により積算されたＣＯ_２の総量が、予め記憶しておいた吸着塔の吸着限度量に相当する所定値に達しそうか否かを継続的に判断し、所定値に達する以前に吸着塔を切り替える。

【0034】

再生パラメータ算出部８は、ＣＯ_２量積算部７により積算されたＣＯ_２の総量に基づいて、切り替えた後の第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂのうちの１つの、加熱再生時間、再生ガス量及び再生温度のうちの少なくとも１つを算出する。例えば、再生パラメータ算出部８は、加熱再生時間を固定しておきＣＯ_２の総量に応じて再生温度を算出してもよいし、あるいは、再生温度を固定しておきＣＯ_２の総量に応じて加熱再生時間を算出してもよい。また例えば、再生パラメータ算出部８は、ＣＯ_２の総量に応じて再生ガス量を算出してもよい。なお、再生パラメータ算出部８の機能を、制御装置に持たせることもできる。

【0035】

加熱器９は、使用済みの第１吸着塔４ａ内又は第２吸着塔４ｂ内の吸着剤を、再生パラメータ算出部８により算出された再生パラメータに従い、空気分離装置３の排ガスを加熱し、これを用いて、使用済みの吸着剤を高温再生する。その後、加熱器９をバイパスした排ガスを用いて、高温再生された吸着剤を冷却しながら待機させる。図２では、空気分離装置３の排ガスの経路を点線で記載している。

【0036】

以上のように本発明の実施形態１に係る前処理装置においては、ＣＯ_２センサ５により測定したガス中のＣＯ_２の濃度と、ガス量計６により計測したガスの量に基づいて、第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂのうちの１つを通過したＣＯ_２の総量を積算し、予め記憶しておいた所定値と比較することにより、吸着塔の使用限界を見極めることができる。従って、吸着剤を有効に利用することができ、さらに、空気中のＣＯ_２の濃度が設計値を大幅に上回る場合にも対応できる。また再生にかかるエネルギー量を的確に予測することができるので、余分な再生エネルギーの消費を抑えることができる。

【0037】

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２に係る前処理装置は、実施形態１に係る前処理装置の構成において、前処理装置には、飽和温度のガスが導入され、前記吸着塔を通過する前のガスの温度を測定する温度センサと、該ガスの圧力を測定する圧力センサと、前記温度センサにより測定された温度と前記圧力センサにより測定された圧力とから算出されるＨ_２Ｏの濃度と前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＨ_２Ｏの総量を積算するＨ_２Ｏ量積算部とを備え、前記吸着塔は、さらに、Ｈ_２Ｏを除去し、前記ＣＯ_２の総量と前記Ｈ_２Ｏの総量との合計が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替える。

【0038】

本発明の実施形態２に係る前処理方法は、実施形態１に係る前処理方法の構成において、前記前処理装置には、飽和温度のガスが導入され、さらに、前記吸着塔を通過する前のガスの温度と圧力とを測定するステップと、前記ガスの温度と圧力から算出されるＨ_２Ｏの濃度と、前記ガスの量とに基づいて、前記吸着塔の１つを通過したＨ_２Ｏの総量を積算するステップとを含み、前記吸着塔は、さらに、Ｈ_２Ｏを除去し、前記吸着塔を切り替えるステップは、前記ＣＯ_２の総量と前記Ｈ_２Ｏの総量との合計が、所定値に達する以前に、前記吸着塔を切り替える。

【0039】

図３は、本発明の実施形態２に係る前処理装置を含む深冷分離プロセスの概略を示す機能ブロック図である。図３に示す深冷分離プロセスは、空気圧縮機１、前処理装置１０、空気分離装置３及び図示しない制御装置を備える。なお、実施形態１と同様の構成には同一番号を付し、その説明を省略する。

【0040】

前処理装置１０は、実施形態１の前処理装置２と同様に、入口側から活性アルミナ、Ｘ型ゼオライトなどの吸着剤を用いて、空気圧縮機１より供給される圧縮空気から、少なくともＨ_２Ｏ、ＣＯ_２及びＮ_２Ｏを除去した原料ガスを空気分離装置３へ供給する。

【0041】

図４は、本発明の実施形態２に係る前処理装置１０の詳細な構成を示す概略図である。前処理装置１０は、第１吸着塔４ａ、第２吸着塔４ｂ、ＣＯ_２センサ５、ガス量計６、ＣＯ_２量積算部７、温度センサ１１ａ、圧力センサ１１ｂ、Ｈ_２Ｏ量積算部１２、再生パラメータ算出部１３及び加熱器１４を備える。

【0042】

温度センサ１１ａは、第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂを通過する前のガスの温度を測定する。圧力センサ１１ｂは、第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂを通過する前のガスの圧力を測定する。なお、温度センサ１１ａ及び圧力センサ１１ｂは、ＣＯ_２センサ５と同様に、空気圧縮機１を通過し前処理装置２へ向かう配管内のガスの温度及び圧力を測定することが好ましい。

【0043】

Ｈ_２Ｏ量積算部１２は、温度センサ１１ａにより測定された温度と、圧力センサ１１ｂにより測定された圧力とから算出されるＨ_２Ｏの濃度と、ガス量計６により計測されるガスの量とに基づいて、第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂのうちの１つを通過したＨ_２Ｏの総量を積算する。なお、Ｈ_２Ｏ量積算部１２の機能を、制御装置に持たせることもできる。

【0044】

制御装置は、ＣＯ_２量積算部７により積算されたＣＯ_２の総量と、Ｈ_２Ｏ量積算部１２より積算されたＨ_２Ｏの総量との合計が、予め記憶しておいた吸着塔１本当たりの吸着限度量に相当する所定値に達しそうか否かを継続的に判断し、所定値に達する以前に、吸着塔を切り替える。

【0045】

再生パラメータ算出部１３は、ＣＯ_２量積算部７により積算されたＣＯ_２の総量と、Ｈ_２Ｏ量積算部１２より積算されたＨ_２Ｏの総量との合計に基づいて、切り替えた後の第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂのうちの１つの、加熱再生時間、再生ガス量及び再生温度のうちの少なくとも１つを算出する。例えば、再生パラメータ算出部１３は、加熱再生時間を固定しておきＣＯ_２の総量とＨ_２Ｏの総量との合計に応じて再生温度を算出してもよいし、あるいは、再生温度を固定しておきＣＯ_２の総量とＨ_２Ｏの総量との合計に応じて加熱再生時間を算出してもよい。また例えば、再生パラメータ算出部１３は、ＣＯ_２の総量とＨ_２Ｏの総量との合計に応じて再生ガス量を算出してもよい。なお、再生パラメータ算出部１３の機能を、制御装置に持たせることもできる。

【0046】

加熱器１４は、使用済みの第１吸着塔４ａ内又は第２吸着塔４ｂ内の吸着剤を、再生パラメータ算出部１３により算出された再生パラメータに従い、空気分離装置３の排ガスを加熱して用いて、使用済みの吸着剤を高温再生する。その後、加熱器１４をバイパスした排ガスを使って、高温再生した吸着剤を冷却しながら待機させる。なお、図４では、空気分離装置３の排ガスの経路を点線で記載している。

【0047】

以上のように本発明の実施形態２に係る前処理装置１０においては、ＣＯ_２センサ５により測定したガス中のＣＯ_２の濃度と、温度センサ１１ａ及び圧力センサ１１ｂにより測定した温度と圧力から算出されるＨ_２Ｏの濃度と、ガス量計６により計測したガスの量とに基づいて、第１吸着塔４ａ及び第２吸着塔４ｂのうちの１つを通過したＣＯ_２の総量とＨ_２Ｏの総量との合計を積算し、予め記憶しておいた所定値と比較することにより、吸着塔の使用限界を見極めることができる。従って、吸着剤を有効に利用することができ、さらに、空気中のＣＯ_２の濃度やＨ_２Ｏの濃度が設計値を大幅に上回る場合にも対応できる。また再生にかかるエネルギー量を的確に予測することができるので、余分な再生エネルギーの消費を抑えることができる。

【符号の説明】

【0048】

１ 空気圧縮機
２ 前処理装置
３ 空気分離装置
４ａ 第１吸着塔
４ｂ 第２吸着塔
５ ＣＯ_２センサ
６ ガス量計
７ ＣＯ_２量積算部
８ 再生パラメータ算出部
９ 加熱器
１０ 前処理装置
１１ａ 温度センサ
１１ｂ 圧力センサ
１２ Ｈ_２Ｏ量積算部
１３ 再生パラメータ算出部
１４ 加熱器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】