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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024034463
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】圧力変動吸着装置及び方法
(51)【国際特許分類】
B01D 53/047 20060101AFI20240306BHJP
【ＦＩ】
B01D53/047
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022138696
(22)【出願日】2022-08-31
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-04-20
(71)【出願人】
【識別番号】320011650
【氏名又は名称】大陽日酸株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100187078
【弁理士】
【氏名又は名称】甲原 秀俊
(72)【発明者】
【氏名】浦川 海尋
(72)【発明者】
【氏名】大盛 幹士
(72)【発明者】
【氏名】斎藤 達央
【テーマコード（参考）】
4D012
【Ｆターム（参考）】
4D012BA04
4D012CA06
4D012CB16
4D012CD07
4D012CE01
4D012CE02
4D012CF03
4D012CF10
4D012CG02
4D012CJ01
(57)【要約】
【課題】ＰＳＡ装置の加圧吸着工程の終了時に、吸着塔に導入される原料ガスの圧力が最大圧力の上限値に到達する蓋然性を高める。
【解決手段】吸着塔２と、原料ガス導入配管９と、圧縮機５と、製品ガス導出配管１１と、排ガス導出配管１３と、原料ガス排出配管３１と、制御部３２と、を備える圧力変動吸着装置１であって、圧縮機５は、加圧吸着工程において、吸着塔２に導入される原料ガスの圧力が上限値まで増加すると負荷運転から無負荷運転へと切り替わり、制御部３２は、加圧吸着工程において吸着塔２に導入される原料ガスの圧力に基づいて、原料ガス排出配管３１から原料ガスの排出を開始する条件を制御する。
【選択図】図１
【解決手段】吸着塔２と、原料ガス導入配管９と、圧縮機５と、製品ガス導出配管１１と、排ガス導出配管１３と、原料ガス排出配管３１と、制御部３２と、を備える圧力変動吸着装置１であって、圧縮機５は、加圧吸着工程において、吸着塔２に導入される原料ガスの圧力が上限値まで増加すると負荷運転から無負荷運転へと切り替わり、制御部３２は、加圧吸着工程において吸着塔２に導入される原料ガスの圧力に基づいて、原料ガス排出配管３１から原料ガスの排出を開始する条件を制御する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記吸着塔に導入される原料ガスの圧力に基づいて前記条件を制御する、圧力変動吸着装置。
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記吸着塔に導入される原料ガスの圧力に基づいて前記条件を制御する、圧力変動吸着装置。
【請求項2】
請求項１に記載の圧力変動吸着装置であって、
前記制御部は、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁を含み、前記条件として前記圧力設定値を制御する、圧力変動吸着装置。
前記制御部は、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁を含み、前記条件として前記圧力設定値を制御する、圧力変動吸着装置。
【請求項3】
請求項２に記載の圧力変動吸着装置であって、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させる、圧力変動吸着装置。
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させる、圧力変動吸着装置。
【請求項4】
請求項２又は３に記載の圧力変動吸着装置であって、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
【請求項5】
請求項２に記載の圧力変動吸着装置であって、
前記自動弁の下流側に設けられたニードル弁を更に備える、圧力変動吸着装置。
前記自動弁の下流側に設けられたニードル弁を更に備える、圧力変動吸着装置。
【請求項6】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件を制御する制御部と、を備える圧力変動吸着装置が実行する方法であって、
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記吸着塔に導入される原料ガスの圧力に基づいて前記条件を制御すること
を含む、方法。
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記吸着塔に導入される原料ガスの圧力に基づいて前記条件を制御すること
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、圧力変動吸着装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、吸着剤として分子篩炭素（ＭＳＣ：Molecular Sieving Carbon）を用いた圧力変動吸着（ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption）法によって、原料ガス（例えば、空気）から製品ガス（例えば、窒素富化ガス）を分離して製造する圧力変動吸着装置（以下、ＰＳＡ装置という。）がある。
【0003】
ＰＳＡ装置では、吸着剤が充填された吸着塔に対して圧縮機により加圧された原料ガスである空気を導入し、この原料ガス中に含まれる不要成分である酸素を吸着剤に吸着させ、原料ガスから分離された窒素を含む製品ガスを吸着塔から導出する加圧吸着工程と、吸着塔内の圧力を減圧し、吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを吸着塔から導出する減圧再生工程とを交互に繰り返す。
【0004】
なお、窒素富化ガスとは、空気よりも窒素濃度が高く酸素濃度の低いガスのことである。また、窒素富化ガスとして、高純度（95％～99.999％）の窒素ガスを含むものとする。このような窒素富化ガスは、防爆用のパージガスや熱処理炉の雰囲気ガス用など、多くの用途で利用されている。ＭＳＣは、活性炭の一種であり、酸素と窒素との吸着速度の差を利用して、空気中から酸素を優先的に吸着し、残りの窒素を高純度で分離するものである。
【0005】
上述した加圧吸着工程では、吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、予め設定された最大圧力の上限値となったときに、原料ガスを加圧する負荷運転（ロード）から原料ガスの加圧を停止する無負荷運転（アンロード）へと切り替わる圧縮機の運転制御が行われる。ここで、製品ガスの生産効率の観点から、加圧吸着工程の終了時に、吸着塔に導入される原料ガスの圧力が最大圧力の上限値に到達し、圧縮機が負荷運転から無負荷運転に切り替わることが望ましい。これに対して、ＰＳＡ装置に対機械式背圧調整弁を設け、過剰な原料ガスを大気開放することで、吸着塔に導入される原料ガスの圧力を調整することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２２－０５４７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、ＰＳＡ装置の稼働中にユーザが製品ガスの流量を変更することがある。従来のＰＳＡ装置では、稼働中に製品ガスの流量が減少すると、原料ガスの大気開放量が不足し、加圧吸着工程の終了時よりも前に、吸着塔に導入される原料ガスの圧力が最大圧力の上限値に到達してしまう可能性がある。逆に、ＰＳＡ装置の稼働中に製品ガスの流量が増加すると、原料ガスの大気開放量が過剰となり、加圧吸着工程の終了時までに、吸着塔に導入される原料ガスの圧力が最大圧力の上限値に到達しない可能性がある。
【0008】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、ＰＳＡ装置の加圧吸着工程の終了時に、吸着塔に導入される原料ガスの圧力が最大圧力の上限値に到達する蓋然性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の一実施形態に係る圧力変動吸着装置は、
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記吸着塔に導入される原料ガスの圧力に基づいて前記条件を制御する。
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記吸着塔に導入される原料ガスの圧力に基づいて前記条件を制御する。
【0010】
本開示の一実施形態に係る方法は、
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件を制御する制御部と、を備える圧力変動吸着装置が実行する方法であって、
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記吸着塔に導入される原料ガスの圧力に基づいて前記条件を制御することを含む。
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件を制御する制御部と、を備える圧力変動吸着装置が実行する方法であって、
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記吸着塔に導入される原料ガスの圧力に基づいて前記条件を制御することを含む。
【発明の効果】
【0011】
本開示の一実施形態によれば、ＰＳＡ装置の加圧吸着工程の終了時に、吸着塔に導入される原料ガスの圧力が最大圧力の上限値に到達する蓋然性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示の一実施形態に係る圧力変動吸着装置の一構成例を示す系統図である。
【図7】吸着塔に導入される原料ガスの圧力変化の第１例を模式的に示す図である。
【図8】吸着塔に導入される原料ガスの圧力変化の第２例を模式的に示す図である。
【図9】吸着塔に導入される原料ガスの圧力変化の第３例を模式的に示す図である。
【図10】圧力変動吸着装置の稼働中に製品ガスの流量が増加した際の、吸着塔に導入される原料ガスの圧力変化を示すグラフである。
【図12】圧力変動吸着装置の稼働中に製品ガスの流量が減少した際の、吸着塔に導入される原料ガスの圧力変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本開示の一実施形態として、例えば図１に示す圧力変動吸着装置（以下、ＰＳＡ装置という。）１について説明する。なお、図１は、ＰＳＡ装置１の一構成例を示す系統図である。
本開示の一実施形態として、例えば図１に示す圧力変動吸着装置（以下、ＰＳＡ装置という。）１について説明する。なお、図１は、ＰＳＡ装置１の一構成例を示す系統図である。
【0014】
本実施形態のＰＳＡ装置１は、図１に示すように、原料ガスＧ１となる空気（Ａｉｒ）から製品ガスＧ２となる窒素（Ｎ２）を含む窒素富化ガスを分離して製造する窒素富化ガス製造装置に本開示を適用したものである。
【0015】
なお、ここで言う窒素富化ガスとは、空気よりも窒素濃度が高く酸素濃度の低いガスのことである。また、窒素富化ガスとして、高純度（95％～99.999％）の窒素を含むものとする。また、窒素富化ガスの純度については、製品ガスＧ２中に含まれる窒素の濃度を示すものとする。
【0016】
具体的に、このＰＳＡ装置１は、吸着剤Ｓが充填された一対の吸着塔２Ａ，２Ｂを備えている。一対の吸着塔２Ａ，２Ｂを構成する一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとは、基本的に同じ構成であり、中空円筒状に形成されて、その下部側に下部側配管３ａと、その上部側に上部側配管３ｂとが各々接続された構成を有している。
【0017】
本実施形態では、吸着剤Ｓとして、例えば分子篩炭素（ＭＳＣ）を用いている。ＭＳＣは、活性炭の一種であり、酸素と窒素との吸着速度の差を利用して、原料ガスＧ１となる空気中から酸素を吸着し、残った窒素を含む製品ガスＧ２を分離するものである。また、吸着剤Ｓの再生時には、排ガスＧ３として吸着剤Ｓから酸素を脱離する。なお、吸着剤Ｓには、上述したＭＳＣ以外にも、圧力差により酸素を選択的に吸着及び脱離できる物質を用いることができる。
【0018】
本実施形態のＰＳＡ装置１は、吸着塔２Ａ，２Ｂに原料ガスＧ１を導入する原料ガス導入部４と、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１を加圧する圧縮機５と、吸着塔２Ａ，２Ｂから製品ガスＧ２を導出する製品ガス導出部６と、吸着塔２Ａ，２Ｂから排ガスＧ３を導出する排ガス導出部７と、一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間の圧力を均圧化する圧力均圧部８とを備えている。
【0019】
原料ガス導入部４は、一方の吸着塔２Ａの下部側配管３ａと接続された第１の原料ガス導入配管９ａと、他方の吸着塔２Ｂの下部側配管３ａと接続された第２の原料ガス導入配管９ｂと、第１の原料ガス導入配管９ａ及び第２の原料ガス導入配管９ｂと接続された第３の原料ガス導入配管９ｃとを有している。すなわち、一対の吸着塔２Ａ，２Ｂは、これらの原料ガス導入配管９ａ～９ｃを介して互いに共通に接続されている。原料ガス導入部４は、これらの原料ガス導入配管９ａ～９ｃを通して各吸着塔２Ａ，２Ｂの下部側配管３ａ側から原料ガスＧ１を導入する。
【0020】
また、原料ガス導入部４は、第１の原料ガス導入配管９ａを開閉する第１の原料ガス導入側開閉弁１０ａと、第２の原料ガス導入配管９ｂを開閉する第２の原料ガス導入側開閉弁１０ｂとを有している。原料ガス導入部４は、これらの原料ガス導入側開閉弁１０ａ，１０ｂの開閉を切り替えることによって、各吸着塔２Ａ，２Ｂに対する原料ガスＧ１の導入を切り替える。
【0021】
第３の原料ガス導入配管９ｃの入側には、圧縮機５が接続されている。圧縮機５については、原料ガスＧ１中に含まれる酸素を吸着剤Ｓに吸着させるのに十分な圧力（例えば、３００～９９９ｋＰａＧ）まで、原料ガスＧ１を加圧できるものであればよく、例えば、スクロール式などの様々な方式のものを用いることが可能である。また、圧縮機５により加圧された原料ガスＧ１は、ドライヤーに導入され、この原料空気Ｇ１に同伴されるドレンが除去されてもよい。
【0022】
なお、原料ガス導入部４では、圧縮機５の出側に、この圧縮機５により加圧された状態の原料ガスＧ１を一時的に貯留するレシーバータンク（原料ガス貯留槽）を設けた構成としてもよい。これにより、圧縮機５の出側における急激な圧力上昇を防ぐことが可能である。
【0023】
製品ガス導出部６は、一方の吸着塔２Ａの上部側配管３ｂと接続された第１の製品ガス導出配管１１ａと、他方の吸着塔２Ｂの上部側配管３ｂと接続された第２の製品ガス導出配管１１ｂと、第１の製品ガス導出配管１１ａ及び第２の製品ガス導出配管１１ｂと接続された第３の製品ガス導出配管１１ｃとを有している。すなわち、一対の吸着塔２Ａ，２Ｂは、これらの製品ガス導出配管１１ａ～１１ｃを介して互いに共通に接続されている。製品ガス導出部６は、これらの製品ガス導出配管１１ａ～１１ｃを通して各吸着塔２Ａ，２Ｂの上部側配管３ｂ側から製品ガスＧ２を導出する。
【0024】
また、製品ガス導出部６は、第１の製品ガス導出配管１１ａを開閉する第１の製品ガス導出側開閉弁１２ａと、第２の製品ガス導出配管１１ｂを開閉する第２の製品ガス導出側開閉弁１２ｂとを有している。製品ガス導出部６は、これらの製品ガス導出側開閉弁１２ａ，１２ｂの開閉を切り替えることによって、各吸着塔２Ａ，２Ｂから製品ガスＧ２の導出を切り替える。
【0025】
なお、製品ガス導出部６では、第３の製品ガス導出配管１１ｃの出側に、吸着塔２Ａ，２Ｂから導出された製品ガスＧ２を一時的に貯留するバッファータンク（製品ガス貯留槽）を設けた構成としてもよい。
【0026】
排ガス導出部７は、一方の吸着塔２Ａの下部側配管３ａと接続された第１の排ガス導出配管１３ａと、他方の吸着塔２Ｂの下部側配管３ａと接続された第２の排ガス導出配管１３ｂと、第１の排ガス導出配管１３ａ及び第２の排ガス導出配管１３ｂと接続された第３の排ガス導出配管１３ｃとを有している。すなわち、一対の吸着塔２Ａ，２Ｂは、これらの排ガス導出配管１３ａ～１３ｃを介して互いに共通に接続されている。排ガス導出部７は、これらの排ガス導出配管１３ａ～１３ｃを通して各吸着塔２Ａ，２Ｂの下部側配管３ａ側から排ガスＧ３を導出する。
【0027】
また、排ガス導出部７は、第１の排ガス導出配管１３ａを開閉する第１の排ガス導出側開閉弁１４ａと、第２の排ガス導出配管１３ｂを開閉する第２の排ガス導出側開閉弁１４ｂとを有している。排ガス導出部７は、これらの排ガス導出側開閉弁１４ａ，１４ｂの開閉を切り替えることによって、各吸着塔２Ａ，２Ｂからの排ガスＧ３の導出を切り替える。
【0028】
また、第３の排ガス導出配管１３ｃの出側には、排ガスＧ３を大気中に放出（大気開放）する際の騒音を低減するサイレンサー１５が設けられている。
【0029】
圧力均圧部８は、一方の吸着塔２Ａの下部側配管３ａ及び他方の吸着塔２Ｂの下部側配管３ａと接続された第１の均圧配管１６ａと、一方の吸着塔２Ａの上部側配管３ｂ及び他方の吸着塔２Ｂの上部側配管３ｂと接続された第２の均圧配管１６ｂと、一方の吸着塔２Ａの上部側配管３ｂ及び他方の吸着塔２Ｂの上部側配管３ｂと接続された流量調整配管１７とを有している。圧力均圧部８は、これらの均圧配管１６ａ，１６ｂ及び流量調整配管１７を通して一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間の圧力差を解消（均圧化）する。
【0030】
なお、ここで言う「圧力差を解消（均圧化）する」とは、一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間の圧力差を、ＰＳＡ装置１を運用可能な程度まで小さくすることを意味しており、必ずしも圧力差を完全に無くすことを要さない。すなわち、均圧化が完了しても、実際は一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間でガスが流れる程度の圧力差が存在してもよい。また、製品ガスＧ２の純度を維持するために、敢えて一定の圧力差を確保した状態で均一化の完了としてもよい。
【0031】
また、圧力均圧部８は、第１の均圧配管１５ａを開閉する第１の均圧弁１８ａと、第２の均圧配管１５ｂを開閉する第２の均圧弁１８ｂとを有している。圧力均圧部８は、これらの均圧弁１８ａ，１８ｂの開閉を切り替えることによって、一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間の均圧化を行う。
【0032】
なお、本実施形態のＰＳＡ装置１では、上述した流量調整配管１７の径及び長さを調整することによって、一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間を流れる再生ガスの流量調整が可能な構成となっている。一方、本実施形態のＰＳＡ装置１では、このような流量調整配管１７を用いる構成以外にも、例えば流量調整弁（ニードル弁）やオリフィスなどの流量調整が可能な構成を採用することが可能である。
【0033】
また、本実施形態のＰＳＡ装置１では、上述した各原料ガス導入配管９ａ～９ｃ、各製品ガス導出配管１１ａ～１１ｃ、各排ガス導出配管１３ａ～１３ｃ、各均圧配管１６ａ，１６ｂ及び流量調整配管１７として、例えば鋼管（SGP）などの金属が用いられているが、原料ガスＧ１や製品ガスＧ２、排ガスＧ３と反応せず、高圧に耐え得ることができる材質のものであればよく、これに必ずしも限定されるものではない。
【0034】
また、本実施形態のＰＳＡ装置１では、上述した各原料ガス導入側開閉弁１０ａ，１０ｂ、各製品ガス導出側開閉弁１２ａ，１２ｂ、各排ガス導出側開閉弁１４ａ，１４ｂとして、自動切替式の開閉弁（自動弁）を用いているが、原料ガスＧ１や製品ガスＧ２、排ガスＧ３と反応せず、高圧に耐え得ることができるものであればよい。
【0035】
以上のような構成を有する本実施形態のＰＳＡ装置１では、図６に示す手順に従って、上述した一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間で、加圧均圧工程と、加圧吸着工程と、減圧均圧工程と、減圧再生工程との各工程を順次繰り返す。
【0036】
これにより、原料ガスＧ１となる空気中に含まれる窒素を連続的に分離して、製品ガスＧ２である窒素富化ガスを連続的に製造することが可能である。なお、図２は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの動作の手順を示す工程図である。
【0037】
本実施形態のＰＳＡ装置１では、図６に示すように、一対の吸着塔２Ａ，２Ｂのうち、一方の吸着塔２Ａが加圧吸着工程を行っている間、他方の吸着塔２Ｂが減圧再生工程を行う。また、一方の吸着塔２Ａが減圧均圧工程を行っている間、他方の吸着塔２Ｂが加圧均圧工程を行う。
【0038】
逆に、一方の吸着塔２Ａが減圧再生工程を行っている間、他方の吸着塔２Ｂが加圧吸着工程を行う。また、一方の吸着塔２Ａが加圧均圧工程を行っている間、他方の吸着塔２Ｂが減圧均圧工程を行う。
【0039】
したがって、各吸着塔２Ａ，２Ｂでは、互いの工程をずらして行う以外は、基本的に同じ手順で、加圧吸着工程と、減圧均圧工程と、減圧再生工程と、加圧均圧工程とを順次繰り返すことになる。
【0040】
具体的に、上記ＰＳＡ装置１の具体的な動作について、図２～図５を参照しながら説明する。
なお、図２は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａで加圧吸着工程を行い、他方の吸着塔２Ｂで減圧再生工程を行う状態を示す系統図である。図３は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａで減圧均圧工程を行い、他方の吸着塔２Ｂで加圧均圧工程を行う状態を示す系統図である。図４は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａで減圧再生工程を行い、他方の吸着塔２Ｂで加圧吸着工程を行う状態を示す系統図である。図５は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａで加圧均圧工程を行い、他方の吸着塔２Ｂで減圧均圧工程を行う状態を示す系統図である。図２～図５において、白色の弁は開状態であることを示し、黒色の弁は閉状態であることを示す。
なお、図２は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａで加圧吸着工程を行い、他方の吸着塔２Ｂで減圧再生工程を行う状態を示す系統図である。図３は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａで減圧均圧工程を行い、他方の吸着塔２Ｂで加圧均圧工程を行う状態を示す系統図である。図４は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａで減圧再生工程を行い、他方の吸着塔２Ｂで加圧吸着工程を行う状態を示す系統図である。図５は、ＰＳＡ装置１において、一方の吸着塔２Ａで加圧均圧工程を行い、他方の吸着塔２Ｂで減圧均圧工程を行う状態を示す系統図である。図２～図５において、白色の弁は開状態であることを示し、黒色の弁は閉状態であることを示す。
【0041】
本実施形態のＰＳＡ装置１では、先ず、図２に示すように、一対の吸着塔２Ａ，２Ｂのうち、一方の吸着塔２Ａが加圧吸着工程を行っている間、他方の吸着塔２Ｂが減圧再生工程を行う。
【0042】
具体的には、第１の原料ガス導入側開閉弁１０ａと、第１の製品ガス導出側開閉弁１２ａと、第２の排ガス導出側開閉弁１４ｂとを開放する。一方、第２の原料ガス導入側開閉弁１０ｂと、第２の製品ガス導出側開閉弁１２ｂと、第１の排ガス導出側開閉弁１４ａと、第１の均圧弁１８ａ及び第２の均圧弁１８ｂとを閉塞する。
【0043】
これにより、一方の吸着塔２Ａ側の加圧吸着工程では、第１の原料ガス導入配管９ａを通して一方の吸着塔２Ａの下部側配管３ａ側から加圧された状態の原料ガスＧ１が導入される。
【0044】
一方の吸着塔２Ａでは、内部に充填された吸着剤Ｓの間を下部側配管３ａ側から上部側配管３ｂ側に向かって原料ガスＧ１が通過する間に、この原料ガスＧ１中に含まれる酸素を吸着剤Ｓに吸着させ、吸着剤Ｓを通過した窒素を含む製品ガスＧ２と分離する。分離された製品ガスＧ２は、一方の吸着塔２Ａの上部側配管３ｂ側から第１の製品ガス導出配管１１ａを通して導出される。
【0045】
これに対して、他方の吸着塔２Ｂ側の減圧再生工程では、第２の排ガス導出側開閉弁１４ｂを開放することによって、他方の吸着塔２Ｂ内の圧力が減圧される。
【0046】
他方の吸着塔２Ｂでは、内部圧力が低下するのに伴って、吸着剤Ｓから脱離された酸素を含む排ガスＧ３が、他方の吸着塔２Ｂの下部側配管３ａ側から第２の排ガス導出配管１３ｂを通して導出される。
【0047】
また、他方の吸着塔２Ｂ側の減圧再生工程では、吸着剤Ｓを再生するパージガスＧ４として、一方の吸着塔２Ａ側から導出された製品ガスＧ２の一部を他方の吸着塔２Ｂの上部側配管３ｂ側から流量調整配管１６を通して導入してもよい。吸着剤Ｓの再生時に、このようなパージガスＧ４を導入することによって、吸着剤Ｓに吸着された酸素の脱離を促進することが可能である。
【0048】
次に、図３に示すように、一方の吸着塔２Ａが減圧均圧工程を行っている間、他方の吸着塔２Ｂが加圧均圧工程を行う。
【0049】
具体的には、第１の均圧弁１７ａ及び第２の均圧弁１７ｂを開放する。一方、第１の原料ガス導入側開閉弁１０ａ及び第２の原料ガス導入側開閉弁１０ｂと、第１の製品ガス導出側開閉弁１２ａ及び第２の製品ガス導出側開閉弁１２ｂと、第１の排ガス導出側開閉弁１４ａ及び第２の排ガス導出側開閉弁１４ｂとを閉塞する。
【0050】
これにより、一方の吸着塔２Ａの減圧均圧工程では、一方の吸着塔２Ａ内に残留した相対的に高圧な残留ガスＧ５が一方の吸着塔２Ａの下部側配管３ａ及び上部側配管３ｂ側から第１の均圧配管１６ａ及び第２の均圧配管１６ｂを通して導出される。
【0051】
これに対して、他方の吸着塔２Ｂの加圧均圧工程では、第１の均圧配管１６ａ及び第２の均圧配管１６ｂを通して他方の吸着塔２Ｂの下部側配管３ａ及び上部側配管３ｂ側から相対的に高圧な残留ガスＧ５が導入される。
【0052】
残留ガスＧ５は、一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間の圧力差が解消（均圧化）されるまで、一方の吸着塔２Ａ側から他方の吸着塔２Ｂ側へと導入される。
【0053】
次に、図４に示すように、一対の吸着塔２Ａ，２Ｂのうち、一方の吸着塔２Ａが減圧再生工程を行っている間、他方の吸着塔２Ｂが加圧吸着工程を行う。
【0054】
具体的には、第２の原料ガス導入側開閉弁１０ｂと、第２の製品ガス導出側開閉弁１２ｂと、第１の排ガス導出側開閉弁１４ａとを開放する。一方、第１の原料ガス導入側開閉弁１０ａと、第１の製品ガス導出側開閉弁１２ａと、第２の排ガス導出側開閉弁１４ｂと、第１の均圧弁１８ａ及び第２の均圧弁１８ｂとを閉塞する。
【0055】
これにより、他方の吸着塔２Ｂ側の加圧吸着工程では、第２の原料ガス導入配管９ｂを通して他方の吸着塔２Ｂの下部側配管３ａ側から加圧された状態の原料ガスＧ１が導入される。
【0056】
他方の吸着塔２Ｂでは、内部に充填された吸着剤Ｓの間を下部側配管３ａ側から上部側配管３ｂ側に向かって原料ガスＧ１が通過する間に、この原料ガスＧ１中に含まれる酸素を吸着剤Ｓに吸着させ、吸着剤Ｓを通過した窒素を含む製品ガスＧ２と分離する。分離された製品ガスＧ２は、他方の吸着塔２Ｂの上部側配管３ｂ側から第２の製品ガス導出配管１１ｂを通して導出される。
【0057】
これに対して、一方の吸着塔２Ａ側の減圧再生工程では、第１の排ガス導出側開閉弁１４ａを開放することによって、一方の吸着塔２Ａ内の圧力が減圧される。
【0058】
一方の吸着塔２Ａでは、内部圧力が低下するのに伴って、吸着剤Ｓから脱離された酸素を含む排ガスＧ３が、一方の吸着塔２Ａの下部側配管３ａ側から第１の排ガス導出配管１３ａを通して導出される。
【0059】
また、一方の吸着塔２Ａ側の減圧再生工程では、吸着剤Ｓを再生するパージガスＧ４として、他方の吸着塔２Ｂ側から導出された製品ガスＧ２の一部を一方の吸着塔２Ａの上部側配管３ｂ側から流量調整配管１７を通して導入してもよい。吸着剤Ｓの再生時に、このようなパージガスＧ４を導入することによって、吸着剤Ｓに吸着された酸素の脱離を促進することが可能である。
【0060】
次に、図５に示すように、一方の吸着塔２Ａが加圧均圧工程を行っている間、他方の吸着塔２Ｂが減圧均圧工程を行う。
【0061】
具体的には、第１の均圧弁１８ａ及び第２の均圧弁１８ｂを開放する。一方、第１の原料ガス導入側開閉弁１０ａ及び第２の原料ガス導入側開閉弁１０ｂと、第１の製品ガス導出側開閉弁１２ａ及び第２の製品ガス導出側開閉弁１２ｂと、第１の排ガス導出側開閉弁１４ａ及び第２の排ガス導出側開閉弁１４ｂとを閉塞する。
【0062】
これにより、他方の吸着塔２Ｂの減圧均圧工程では、他方の吸着塔２Ｂ内に残留した相対的に高圧な残留ガスＧ５が他方の吸着塔２Ｂの下部側配管３ａ及び上部側配管３ｂ側から第１の均圧配管１６ａ及び第２の均圧配管１６ｂを通して導出される。
【0063】
これに対して、一方の吸着塔２Ａの加圧均圧工程では、第１の均圧配管１６ａ及び第２の均圧配管１６ｂを通して一方の吸着塔２Ａの下部側配管３ａ及び上部側配管３ｂ側から相対的に高圧な残留ガスＧ５が導入される。
【0064】
残留ガスＧ５は、一方の吸着塔２Ａと他方の吸着塔２Ｂとの間の圧力差が解消（均圧化）されるまで、他方の吸着塔２Ｂ側から一方の吸着塔２Ａ側へと導入される。
【0065】
以上のようにして、本実施形態のＰＳＡ装置１では、各吸着塔２Ａ，２Ｂにおいて、上述した図６に示す各工程を順次繰り返すことによって、原料ガスＧ１となる空気から製品ガスＧ２となる窒素富化ガスを分離して製造することが可能である。
【0066】
ところで、本実施形態のＰＳＡ装置１は、図１に示すように、吸着塔２Ａ，２Ｂに加圧された状態で導入される原料ガスＧ１の一部を外部に排出する原料ガス排出部３０を備えている。
【0067】
原料ガス排出部３０は、第３の原料ガス導入配管９ｃから分岐された原料ガス排出配管３１と、原料ガス排出配管３１に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値（以下、開設定値という。）を制御（変更）可能な自動弁３２（制御部３２）とを有している。本実施形態において、自動弁３２は電磁弁であるがこれに限られず、例えば空気作動弁又は制御弁等であってもよい。原料ガス排出部３０は、原料ガス排出配管３１を通して圧縮機５により加圧された原料ガスＧ１の一部を大気中に放出（大気開放）する。詳細には、加圧吸着工程において、原料ガス排出配管３１における自動弁３２の上流側で原料ガスＧ１の圧力が開設定値まで増加すると、閉状態から開状態となった自動弁３２を通して原料ガスＧ１の大気中への放出が開始される。原料ガスＧ１の大気中への放出が開始すると、吸気塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力は緩やかに増加するようになる。
【0068】
ここで自動弁３２は、加圧吸着工程において吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力に基づき、原料ガス排出配管３１から原料ガスＧ１の排出を開始する条件として開設定値を制御（変更）するプロセッサを含む。開設定値の制御の詳細については後述する。
【0069】
また、原料ガス排出部３０は、原料ガス排出配管３１において自動弁３２の下流側に設けられたニードル弁３３を更に有してもよい。ニードル弁３３を予め定めた開度に固定しておくことで、原料ガス排出部３０を通して大気中に放出する原料ガスＧ１の流量を調節可能である。
【0070】
ところで、本実施形態のＰＳＡ装置１において、吸着塔２Ａ，２Ｂに加圧された状態で導入される原料ガスＧ１の最大圧力の上限値及び下限値が予め定められている。圧縮機５は、上述した加圧吸着工程において、吸着塔２Ａ，２Ｂに加圧された状態で導入される原料ガスＧ１の圧力が最大圧力の上限値（無負荷運転設定値）まで増加すると、原料ガスＧ１を加圧する負荷運転（ロード）から原料ガスＧ１の加圧を停止する無負荷運転（アンロード）へと切り替わり、最大圧力の下限値まで減少すると、無負荷運転から負荷運転へと切り替わる運転制御を行っている。
【0071】
ここで、図７～図９を参照して、吸着塔２Ａ，２Ｂで交互に行う加圧吸着工程及び減圧均圧工程における、ＰＳＡ装置１の動作について説明する。なお、吸着塔２Ａ，２Ｂで交互に行う加圧吸着工程及び減圧均圧工程を１サイクルとしたとき、図８～図１０のそれぞれは、吸着塔２Ａ，２Ｂに加圧された状態で導入される原料ガスＧ１の２サイクル分の圧力変化を模式的に示している。
【0072】
上述したように、製品ガスＧ２の生産効率の観点から、加圧吸着工程の終了時に、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が最大圧力の上限値（無負荷運転設定値）に到達することが望ましい。このような場合における原料ガスＧ１の圧力変化の様子について図７を参照して説明する。図７に示すように、加圧吸着工程が開始すると、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が増加し始める。その後、原料ガスＧ１の圧力が開設定値に到達すると、原料ガス排出部３０の自動弁３２が閉状態から開状態に切り替わって原料ガスＧ１の大気中への放出が開始されることにより、原料ガスＧ１の圧力の増加が緩やかになる。なお、開状態となった自動弁３２による原料ガスＧ１の排出量（換言すると、開状態であるときの自動弁３２の開度）は、原料ガスＧ１の圧力が加圧吸着工程の終了時に無負荷運転設定値に到達するように予め調整されている。このため、原料ガスＧ１の圧力は、加圧吸着工程の終了時に無負荷運転設定値に到達する。
【0073】
一方で、上述したように、ＰＳＡ装置１の稼働中にユーザが製品ガスＧ２の流量を変更することがある。例えばＰＳＡ装置１の稼働中に製品ガスＧ２の流量が増加すると、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力の増加が緩やかになるため、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が加圧吸着工程の終了時までに無負荷運転設定値に到達しない場合がある。これに対して本実施形態に係るＰＳＡ装置１では、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が、あるサイクルの加圧吸着工程の終了時までに無負荷運転設定値に到達しなかった場合、自動弁３２は、原料ガス排出配管３１から原料ガスＧ１の排出を開始する条件である開設定値を増加させる。本実施形態では、自動弁３２は、以下の式（１）に従って開設定値を増加させる。
Ｐｎ＋１＝Ｐｎ＋α×ΔＰ 式（１）
ここでＰｎ＋１は、ｎ＋１回目のサイクルの加圧吸着工程において適用される開設定値であり、Ｐｎは、ｎ回目のサイクルの加圧吸着工程において適用される開設定値である。またαは、調整係数であり、例えば０．１以上１．０以下の範囲内で予め設定される。またΔＰは、無負荷運転設定値から、ｎ回目のサイクルの加圧吸着工程の終了時における原料ガスＧ１の圧力値を減算した値（以下、差分圧力値という。）である。
Ｐｎ＋１＝Ｐｎ＋α×ΔＰ 式（１）
ここでＰｎ＋１は、ｎ＋１回目のサイクルの加圧吸着工程において適用される開設定値であり、Ｐｎは、ｎ回目のサイクルの加圧吸着工程において適用される開設定値である。またαは、調整係数であり、例えば０．１以上１．０以下の範囲内で予め設定される。またΔＰは、無負荷運転設定値から、ｎ回目のサイクルの加圧吸着工程の終了時における原料ガスＧ１の圧力値を減算した値（以下、差分圧力値という。）である。
【0074】
このような場合における原料ガスＧ１の圧力変化の様子について図８を参照して説明する。図８に示すように、あるサイクル（図中左側）の加圧吸着工程が開始すると、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が増加し始めるが、製品ガスＧ２の流量が増加したことに起因して、図７と比較して圧力の増加は緩やかになる。その後、原料ガスＧ１の圧力が開設定値に到達すると、原料ガス排出部３０の自動弁３２が閉状態から開状態に切り替わって原料ガスＧ１の大気中への放出が開始されることにより、原料ガスＧ１の圧力の増加が更に緩やかになる。そして、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達することなく当該サイクルの加圧吸着工程が終了する。ここで自動弁３２は、上述した式（１）に従って開設定値を増加させる。続いて次のサイクル（図中右側）の加圧吸着工程では、原料ガスＧ１の圧力が増加後の開設定値に到達したときに原料ガスＧ１の大気中への放出が開始される結果、前のサイクルと比較して加圧吸着工程の終了時における原料ガスＧ１の圧力が増加し無負荷運転設定値に近づく。このように、本実施形態に係るＰＳＡ装置１によれば、ＰＳＡ装置１の稼働中にユーザが製品ガスＧ２の流量を増加させた場合であっても、加圧吸着工程のサイクルを繰り返すことにより、加圧吸着工程において吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力変化を望ましい状態（すなわち図７に示すように、加圧吸着工程の終了時に、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達する状態）に近づけることができる。したがって、ＰＳＡ装置１の加圧吸着工程の終了時に、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が最大圧力の上限値（無負荷運転設定値）に到達する蓋然性が高まる。
【0075】
反対に、ＰＳＡ装置１の稼働中に製品ガスＧ２の流量が減少すると、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力の増加が急になるため、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が加圧吸着工程の終了時よりも前に無負荷運転設定値に到達する場合がある。これに対して本実施形態に係るＰＳＡ装置１では、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が、あるサイクルの加圧吸着工程の終了時よりも前に無負荷運転設定値に到達した場合、自動弁３２は、原料ガス排出配管３１から原料ガスＧ１の排出を開始する条件である開設定値を減少させる。本実施形態では、自動弁３２は、以下の式（２）に従って開設定値を減少させる。
Ｐｎ＋１＝Ｐｎ－β×ΔＰ 式（２）
ここでＰｎ＋１は、ｎ＋１回目のサイクルの加圧吸着工程において適用される開設定値であり、Ｐｎは、ｎ回目のサイクルの加圧吸着工程において適用される開設定値である。またβは、調整係数であり、例えば０．１以上１．０以下の範囲内で予め設定される。なおβは、上述した式（１）のαと同値であってもよく、異なってもよい。またΔＰは、差分圧力値である。
Ｐｎ＋１＝Ｐｎ－β×ΔＰ 式（２）
ここでＰｎ＋１は、ｎ＋１回目のサイクルの加圧吸着工程において適用される開設定値であり、Ｐｎは、ｎ回目のサイクルの加圧吸着工程において適用される開設定値である。またβは、調整係数であり、例えば０．１以上１．０以下の範囲内で予め設定される。なおβは、上述した式（１）のαと同値であってもよく、異なってもよい。またΔＰは、差分圧力値である。
【0076】
このような場合における原料ガスＧ１の圧力変化の様子について図９を参照して説明する。図９に示すように、あるサイクル（図中左側）の加圧吸着工程が開始すると、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が増加し始めるが、製品ガスＧ２の流量が減少したことに起因して、図７と比較して圧力の増加は急になる。その後、原料ガスＧ１の圧力が開設定値に到達すると、原料ガス排出部３０の自動弁３２が閉状態から開状態に切り替わって原料ガスＧ１の大気中への放出が開始されることにより、原料ガスＧ１の圧力の増加が緩やかになる。しかしながら、加圧吸着工程の終了時よりも前に原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達し、圧縮機５が負荷運転から無負荷運転に切り替わることによって、原料ガスＧ１の圧力は減少していき、当該サイクルの加圧吸着工程が終了する。ここで自動弁３２は、上述した式（２）に従って開設定値を減少させる。続いて次のサイクル（図中右側）の加圧吸着工程では、原料ガスＧ１の圧力が減少後の開設定値に到達したときに原料ガスＧ１の大気中への放出が開始される結果、前のサイクルと比較して、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達するタイミングが加圧吸着工程の終了時に近づく。このように、本実施形態に係るＰＳＡ装置１によれば、ＰＳＡ装置１の稼働中にユーザが製品ガスＧ２の流量を減少させた場合であっても、加圧吸着工程のサイクルを繰り返すことにより、加圧吸着工程において吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力変化を望ましい状態（すなわち図７に示すように、加圧吸着工程の終了時に、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達する状態）に近づけることができる。したがって、ＰＳＡ装置１の加圧吸着工程の終了時に、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力が最大圧力の上限値（無負荷運転設定値）に到達する蓋然性が高まる。
【0077】
【0078】
まず、ＰＳＡ装置１の稼働中に製品ガスＧ２の流量が増加した場合について説明する。図１０は、吸着塔２Ａ，２Ｂに加圧された状態で導入される原料ガスＧ１の７サイクル分の圧力変化の実測値を示すグラフである。図１０に示すように、１サイクル目では、加圧吸着工程の終了時に、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達している。そして、１サイクル目の終了間際に、製品ガスＧ２の流量が増加している。このため、図８を参照して説明したように、２サイクル目では原料ガスＧ１の圧力の増加が１サイクル目に比べて緩やかになっており、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達することなく加圧吸着工程が終了している。そして３サイクル目以降は、上述したように自動弁３２の開設定値が逐次増加することによって、加圧吸着工程の終了時における原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に近づいていることが分かる。
【0079】
図１１は、本実施形態に係るＰＳＡ装置１及び比較例に係るＰＳＡ装置それぞれの稼働中に製品ガスＧ２の流量が増加した後、十分な数のサイクルを経た際の（定常状態となった際の）原料ガスＧ１の圧力変化の実測値を示すグラフである。ここで「比較例に係るＰＳＡ装置」は、本実施形態に係るＰＳＡ装置１と比較して、原料ガス排出部３０の自動弁３２を機械式背圧調整弁に置き換えたものである。比較例に係るＰＳＡ装置では、稼働前に当該機械式背圧調整弁の開設定値が所望の値に固定されており、稼働中には変化しない点が、本実施形態に係るＰＳＡ装置１と異なる。比較例に係るＰＳＡ装置では、各サイクルにおいて、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達することなく加圧吸着工程が終了している。これに対して、本実施形態に係るＰＳＡ装置１では、各サイクルにおいて、加圧吸着工程の終了時に、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達している。このように、本実施形態に係るＰＳＡ装置１によれば、比較例に係るＰＳＡ装置と比べて、稼働中に製品ガスＧ２の流量が増加した場合における製品ガスＧ２の生産効率が向上する。
【0080】
次に、ＰＳＡ装置１の稼働中に製品ガスＧ２の流量が減少した場合について説明する。図１２は、吸着塔２Ａ，２Ｂに加圧された状態で導入される原料ガスＧ１の７サイクル分の圧力変化の実測値を示すグラフである。図１２に示すように、１サイクル目では、加圧吸着工程の終了時に、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達している。そして、１サイクル目の終了間際に、製品ガスＧ２の流量が減少している。このため、図９を参照して説明したように、２サイクル目では原料ガスＧ１の圧力の増加が１サイクル目に比べて急になっており、加圧吸着工程の終了時よりも前に原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達している。なお２サイクル目では、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達し圧縮機５が無負荷運転に切り替わった後、原料ガスＧ１の圧力が最大圧力の下限値まで減少し圧縮機５が再び負荷運転に切り替わったことによって、その後原料ガスＧ１の圧力は再び増加している。そして３サイクル目以降は、上述したように自動弁３２の開設定値が逐次減少することによって、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達するタイミングが加圧吸着工程の終了時に近づいていることが分かる。
【0081】
図１３は、本実施形態に係るＰＳＡ装置１及び比較例に係るＰＳＡ装置それぞれの稼働中に製品ガスＧ２の流量が増加した後、定常状態となった際の原料ガスＧ１の圧力変化の実測値を示すグラフである。ここで「比較例に係るＰＳＡ装置」は、本実施形態に係るＰＳＡ装置１と比較して、原料ガス排出部３０の自動弁３２を機械式背圧調整弁に置き換えたものである。比較例に係るＰＳＡ装置では、稼働前に当該機械式背圧調整弁の開設定値が所望の値に固定されており、稼働中には変化しない点が、本実施形態に係るＰＳＡ装置１と異なる。比較例に係るＰＳＡ装置では、各サイクルにおいて、加圧吸着工程の終了時よりも前に原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達している。これに対して、本実施形態に係るＰＳＡ装置１では、各サイクルにおいて、加圧吸着工程の終了時に、原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達している。このように、本実施形態に係るＰＳＡ装置１によれば、比較例に係るＰＳＡ装置と比べて、稼働中に製品ガスＧ２の流量が減少した場合における製品ガスＧ２の生産効率が向上する。また、定常状態の加圧吸着工程において、比較例に係るＰＳＡ装置では圧縮機５が負荷運転、無負荷運転、負荷運転の順に切り替わっているのに対して、本実施形態に係るＰＳＡ装置１では圧縮機５は無負荷運転に切り替わっていない。したがって、本実施形態に係るＰＳＡ装置１によれば、比較例に係るＰＳＡ装置と比べて、圧縮機５の負荷運転と無負荷運転が切り替わる頻度が低減するので、圧縮機５の劣化を低減することができる。
【0082】
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び改変を行ってもよいことに注意されたい。したがって、これらの変形及び改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【0083】
例えば、上記ＰＳＡ装置１では、上述した一対の吸着塔２Ａ，２Ｂを備えた構成を例示しているが、そのような構成に必ずしも限定されるものではなく、１つ以上の吸着塔を備えていればよい。例えば、４つ、６つ又は８つの吸着塔を備えた構成など、ＰＳＡ装置１が備える吸着塔の数について適宜変更することが可能である。
【0084】
また例えば、上述した実施形態において、ＰＳＡ装置１の自動弁３２が、あるサイクルの加圧吸着工程において吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力に基づき、次のサイクルに適用する開設定値を制御（変更）する例について説明した。しかしながら、開設定値の制御手法は、当該例に限られない。例えば、自動弁３２は、あるサイクルの加圧吸着工程における原料ガスＧ１の圧力に基づき、当該サイクルに適用する開設定値を制御（変更）してもよい。詳細には、自動弁３２は、あるサイクルの加圧吸着工程が開始してから所定時間が経過するまでの圧力変化に基づいて、当該サイクルの加圧吸着工程終了時までの原料ガスＧ１の圧力変化を予測してもよい。圧力変化の予測には、例えばシミュレーション又は機械学習等、任意の手法が採用可能である。そして自動弁３２は、当該サイクルの加圧吸着工程の終了時までに原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達しないと予測した場合、当該サイクルに適用する開設定値を増加させてもよい。反対に、自動弁３２は、当該サイクルの加圧吸着工程の終了時よりも前に原料ガスＧ１の圧力が無負荷運転設定値に到達すると予測した場合、当該サイクルに適用する開設定値を減少させてもよい。
【符号の説明】
【0085】
１…ＰＳＡ装置（圧力変動吸着装置） ２Ａ…一方の吸着塔 ２Ｂ…他方の吸着塔 ３ａ…下部側配管 ３ｂ…上部側配管 ４…原料ガス導入部 ５…圧縮機 ６…製品ガス導出部 ７…排ガス導出部 ８…圧力均圧部 ９ａ…第１の原料ガス導入配管 ９ｂ…第２の原料ガス導入配管 ９ｃ…第３の原料ガス導入配管 １０ａ…第１の原料ガス導入側開閉弁 １０ｂ…第２の原料ガス導入側開閉弁 １１ａ…第１の製品ガス導出配管 １１ｂ…第２の製品ガス導出配管 １１ｃ…第３の製品ガス導出配管 １２ａ…第１の製品ガス導出側開閉弁 １２ｂ…第２の製品ガス導出側開閉弁 １３ａ…第１の排ガス導出配管 １３ｂ…第２の排ガス導出配管 １３ｃ…第３の排ガス導出配管 １４ａ…第１の排ガス導出側開閉弁 １４ｂ…第２の排ガス導出側開閉弁 １５…サイレンサー １６ａ…第１の均圧配管 １６ｂ…第２の均圧配管 １７…流量調整配管 １８ａ…第１の均圧弁 １８ｂ…第２の均圧弁 ３０…原料ガス排出部 ３１…原料ガス排出配管 ３２…自動弁（制御部） ３３ ニードル弁 Ｇ１…原料ガス（空気） Ｇ２…製品ガス（窒素富化ガス） Ｇ３…排ガス（酸素） Ｇ４…パージガス Ｇ５…残留ガス
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【手続補正書】
【提出日】2022-12-13
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させる、圧力変動吸着装置。
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させる、圧力変動吸着装置。
【請求項2】
請求項１に記載の圧力変動吸着装置であって、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
【請求項3】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
【請求項4】
請求項１から３の何れか一項に記載の圧力変動吸着装置であって、
前記自動弁の下流側に設けられたニードル弁を更に備える、圧力変動吸着装置。
前記自動弁の下流側に設けられたニードル弁を更に備える、圧力変動吸着装置。
【請求項5】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、を備える圧力変動吸着装置が実行する方法であって、
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させること
を含む、方法。
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させること
を含む、方法。
【請求項6】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、を備える圧力変動吸着装置が実行する方法であって、
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させること
を含む、方法。
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸気塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させること
を含む、方法。
【手続補正書】
【提出日】2023-02-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させる、圧力変動吸着装置。
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させる、圧力変動吸着装置。
【請求項2】
請求項１に記載の圧力変動吸着装置であって、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
【請求項3】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、
前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、
少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、
少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、
前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、
前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、
を備える圧力変動吸着装置であって、
前記圧縮機は、前記加圧吸着工程において、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替わり、
前記制御部は、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させる、圧力変動吸着装置。
【請求項4】
請求項１から３の何れか一項に記載の圧力変動吸着装置であって、
前記自動弁の下流側に設けられたニードル弁を更に備える、圧力変動吸着装置。
前記自動弁の下流側に設けられたニードル弁を更に備える、圧力変動吸着装置。
【請求項5】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、を備える圧力変動吸着装置が実行する方法であって、
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させること
を含む、方法。
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時までに前記上限値に到達しなかった場合、前記自動弁の前記圧力設定値を増加させること
を含む、方法。
【請求項6】
吸着剤が充填された１つ以上の吸着塔と、前記１つ以上の吸着塔に原料ガスを導入する原料ガス導入配管と、前記原料ガス導入配管から導入される原料ガスを加圧する圧縮機と、少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガス中に含まれる不要成分を前記吸着剤に吸着させる加圧吸着工程において、前記原料ガスから分離された製品ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する製品ガス導出配管と、少なくとも１つの吸着塔内の圧力を減圧する減圧再生工程において、前記吸着剤から脱離した不要成分を含む排ガスを前記少なくとも１つの吸着塔から導出する排ガス導出配管と、前記原料ガス導入配管から分岐されて、前記原料ガスの一部を外部に排出する原料ガス排出配管と、前記原料ガス排出配管から原料ガスの排出を開始する条件として、前記原料ガス排出配管に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値を制御可能な自動弁の前記圧力設定値を制御する制御部と、を備える圧力変動吸着装置が実行する方法であって、
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させること
を含む、方法。
前記加圧吸着工程において、前記圧縮機の動作を、前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が予め設定された最大圧力の上限値まで増加すると、前記原料ガスを加圧する負荷運転から前記原料ガスの加圧を停止する無負荷運転へと切り替えること、及び
前記制御部が、前記加圧吸着工程において前記少なくとも１つの吸着塔に加圧された状態で導入される原料ガスの圧力が、前記加圧吸着工程の終了時よりも前に前記上限値に到達した場合、前記自動弁の前記圧力設定値を減少させること
を含む、方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0067】
原料ガス排出部３０は、第３の原料ガス導入配管９ｃから分岐された原料ガス排出配管３１と、原料ガス排出配管３１に設けられた、閉状態から開状態に切り替わる圧力設定値（以下、開設定値という。）を制御（変更）可能な自動弁３２（制御部３２）とを有している。本実施形態において、自動弁３２は電磁弁であるがこれに限られず、例えば空気作動弁又は制御弁等であってもよい。原料ガス排出部３０は、原料ガス排出配管３１を通して圧縮機５により加圧された原料ガスＧ１の一部を大気中に放出（大気開放）する。詳細には、加圧吸着工程において、原料ガス排出配管３１における自動弁３２の上流側で原料ガスＧ１の圧力が開設定値まで増加すると、閉状態から開状態となった自動弁３２を通して原料ガスＧ１の大気中への放出が開始される。原料ガスＧ１の大気中への放出が開始すると、吸着塔２Ａ，２Ｂに導入される原料ガスＧ１の圧力は緩やかに増加するようになる。