(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】
(24)【登録日】2022-09-29
(45)【発行日】2022-10-07
(54)【発明の名称】圧力スイング吸着装置
(51)【国際特許分類】
B01D 53/047 20060101AFI20220930BHJP
C01B 13/02 20060101ALI20220930BHJP
【FI】
B01D53/047
C01B13/02 A
(21)【出願番号】P 2018146483
(22)【出願日】2018-08-03
【審査請求日】2021-06-01
(73)【特許権者】
【識別番号】591264429
【氏名又は名称】コフロック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000475
【氏名又は名称】特許業務法人みのり特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】堀田 知郁子
【審査官】佐々木 典子
(56)【参考文献】
【文献】特開2003-071234(JP,A)
【文献】特開平02-245215(JP,A)
【文献】特開2001-327829(JP,A)
【文献】特開昭53-099091(JP,A)
【文献】特開2009-254502(JP,A)
【文献】特開2009-273623(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B01D 53/02-53/12
C01B 13/00-13/36、
15/00-23/00
A61M 16/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1ガスおよび第2ガスを含む原料ガスを、濃縮された前記第1ガスを含む第1富化ガスと、濃縮された前記第2ガスを含む第2富化ガスとに、圧力スイング吸着法によって分離する圧力スイング吸着装置であって、
前記第2ガスを前記第1ガスに優先して吸着する吸着剤を含み互いに並列する複数の吸着タンクからなる少なくとも1つの吸着ユニットと、
前記吸着ユニットの各吸着タンクの一次側に接続された一次側分岐ラインと、
前記原料ガスを前記各吸着タンクに供給するために、前記各吸着タンクの一次側と
前記一次側分岐ラインを介して連通する原料ガス用ラインと、
前記第1富化ガスを前記各吸着タンクから排出するために、前記各吸着タンクの二次側と連通する第1ガス用ラインと、
前記第2富化ガスを前記各吸着タンクから
前記圧力スイング吸着装置の外部へ排出するため
の排ガス口を備え、前記各吸着タンクの一次側と
前記一次側分岐ラインを介して連通する第2ガス用ラインと、
前記原料ガス用ラインを開閉するための原料ガス用バルブと、
前記第2ガス用ラインを開閉するための第2ガス用バルブと、
前記吸着ユニットの少なくとも1つの前記吸着タンクに対して設けられ、
前記一次側分岐ラインに配置され、対応する前記吸着タンクの一次側と前記第2ガス用ラインとの連通を切り替えるための一次側切替バルブと、
前記一次側切替バルブを制御する制御部と、を備え、
前記原料ガスを前記原料ガス用ラインから
前記一次側分岐ラインを通じて前記吸着タンクに供給し前記吸着タンク内を加圧し前記第2ガスを前記吸着材に吸着させることで前記第1富化ガスを得て、前記第1富化ガスを前記吸着タンクから前記第1ガス用ラインへ排出する加圧工程と、
加圧された前記吸着タンクを減圧し前記第2ガスを前記吸着剤から脱着させることで前記第2富化ガスを得て、前記第2富化ガスを前記吸着タンクから
前記一次側分岐ライン、前記第2ガス用ライン
、および、前記排ガス口を通じて、前記圧力スイング吸着装置の外部へ排出する脱圧工程と、を実施することができ、
前記吸着ユニット
による前記脱圧工程中に、前記制御部は、前記一次側切替バルブを制御して、前記第2富化ガスが、当該吸着ユニットのある前記吸着タンクから排出され始めた後に、当該吸着ユニットの別の前記吸着タンクから排出され始めるようにする、
ことを特徴とする圧力スイング吸着装置。
【請求項2】
前記一次側切替バルブが設けられた前記吸着タンクに対して設けられ、対応する前記吸着タンクの二次側と前記第1ガス用ラインとの連通を切り替えるための少なくとも1つの二次側切替バルブを、さらに備え、
前記加圧工程および前記脱圧工程を実施するときに用いられる前記吸着タンクの数が選択可能に構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力スイング吸着装置。
【請求項3】
前記吸着ユニットが複数設けられており、
前記加圧工程および前記脱圧工程が前記吸着ユニット毎に実施可能に構成されている、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧力スイング吸着装置。
【請求項4】
一つの前記吸着ユニット内に、前記一次側切替バルブが設けられていない前記吸着タンクが1つだけある、
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力スイング吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも2種類のガスを含む原料ガスを圧力スイング吸着法によって分離する圧力スイング吸着装置に関する。
【背景技術】
【0002】
圧力スイング吸着装置(以下、PSA装置)は、少なくとも2種類のガスを含む原料ガスを圧力スイング吸着法で分離する。
【0003】
PSA装置は、吸着剤が充填された吸着タンクを備える。PSA装置は、原料ガスを吸着タンクに供給して吸着タンクを加圧し、当該原料ガスに含まれる特定ガスを吸着剤に吸着させて製品ガスを得る加圧工程を実施する。また、PSA装置は、加圧された吸着タンクを減圧し特定ガスを吸着剤から脱着させて排ガスを得る脱圧工程を実施する。
【0004】
例えば、特許文献1のPSA装置は、複数の吸着タンクによって吸着ユニットを構成し、この吸着ユニットを複数備え、加圧工程および脱圧工程を吸着ユニット毎に交互に実施することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1のPSA装置では、ある吸着ユニットで脱圧工程を実施するとき、その吸着ユニット内の全ての吸着タンクから一斉に排ガスが排出され始める。したがって、大きな排気音が生じることは不可避であった。この排気音は、吸着ユニットを構成する吸着タンクの数に整合して大きくなる。
【0007】
本発明は、複数の吸着タンクからなる吸着ユニットで脱圧工程を実施するときに排気音が低減されるように吸着タンクからの排気を制御することができる圧力スイング吸着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】
【0008】
本発明は、第1ガスおよび第2ガスを含む原料ガスを、濃縮された前記第1ガスを含む第1富化ガスと、濃縮された前記第2ガスを含む第2富化ガスとに、圧力スイング吸着法によって分離する圧力スイング吸着装置であって、
前記第2ガスを前記第1ガスに優先して吸着する吸着剤を含み互いに並列する複数の吸着タンクからなる少なくとも1つの吸着ユニットと、
前記原料ガスを前記各吸着タンクに供給するために、前記各吸着タンクの一次側と連通する原料ガス用ラインと、
前記第1富化ガスを前記各吸着タンクから排出するために、前記各吸着タンクの二次側と連通する第1ガス用ラインと、
前記第2富化ガスを前記各吸着タンクから排出するために、前記各吸着タンクの一次側と連通する第2ガス用ラインと、
前記原料ガス用ラインを開閉するための原料ガス用バルブと、
前記第2ガス用ラインを開閉するための第2ガス用バルブと、
前記吸着ユニットの少なくとも1つの前記吸着タンクに対して設けられ、対応する前記吸着タンクの一次側と前記第2ガス用ラインとの連通を切り替えるための一次側切替バルブと、
前記一次側切替バルブを制御する制御部と、を備え、
前記原料ガスを前記原料ガス用ラインから前記吸着タンクに供給し前記吸着タンク内を加圧し前記第2ガスを前記吸着材に吸着させることで前記第1富化ガスを得て、前記第1富化ガスを前記吸着タンクから前記第1ガス用ラインへ排出する加圧工程と、
加圧された前記吸着タンクを減圧し前記第2ガスを前記吸着剤から脱着させることで前記第2富化ガスを得て、前記第2富化ガスを前記吸着タンクから前記第2ガス用ラインへ排出する脱圧工程と、を実施することができ、
前記吸着ユニットで前記脱圧工程が実施されるとき、前記制御部は、前記一次側切替バルブを制御して、前記第2富化ガスが、当該吸着ユニットのある前記吸着タンクから排出され始めた後に、当該吸着ユニットの別の前記吸着タンクから排出され始めるようにする、ことを特徴とする。
【0009】
好ましくは、前記一次側切替バルブが設けられた前記吸着タンクに対して設けられ、対応する前記吸着タンクの二次側と前記第1ガス用ラインとの連通を切り替えるための少なくとも1つの二次側切替バルブを、さらに備え、
前記加圧工程および前記脱圧工程を実施するときに用いられる前記吸着タンクの数が選択可能に構成されている。
【0010】
好ましくは、前記吸着ユニットが複数設けられており、
前記加圧工程および前記脱圧工程が前記吸着ユニット毎に実施可能に構成されている。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、複数の吸着タンクからなる吸着ユニットで脱圧工程を実施するときに排気音が低減されるように吸着タンクからの排気を制御することができるPSA装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】本発明に係るPSA装置の一実施形態の概略図である。
【
図2】
図1のPSA装置の動作を説明する図である。
【
図3】
図1のPSA装置の動作を説明する図である。
【
図4】
図1のPSA装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して、本発明に係る圧力スイング吸着装置(以下、PSA装置)が説明される。
図1は、PSA装置を概略的に示す。
【0014】
PSA装置は、少なくとも第1ガスおよび第2ガスを含む原料ガスを、濃縮された第1ガスを含む第1富化ガスと、濃縮された第2ガスを含む第2富化ガスとに、PSA法によって分離する。
【0015】
PSA装置は、複数(実施形態では2つ)の吸着ユニット1A,1Bを備える。吸着ユニット1A,1Bは、それぞれ、互いに並列する複数(実施形態では3つ)の吸着タンク2a、2b、2cを備える。吸着タンク2a、2b、2cは、それぞれ、図示されていない吸着剤をその内部に含む。この吸着剤は、第2ガスを第1ガスに優先して吸着する性質を有する。
【0016】
PSA装置が、空気を原料ガスとし、酸素富化ガスを製品ガス(第1富化ガス)とし、窒素富化ガスを排ガス(第2富化ガス)とする酸素PSA装置の場合、吸着剤として、窒素ガスを酸素ガスに優先して吸着する例えばゼオライト吸着剤が用いられる。PSA装置が、空気を原料ガスとし、窒素富化ガスを製品ガスとし、酸素富化ガスを排ガスとする窒素PSA装置の場合、吸着剤として、酸素ガスを窒素ガスに優先して吸着する例えば分子篩活性炭吸着剤が用いられる。PSA装置が、空気を原料ガスとし、当該空気中の水分を吸着し、非加熱で乾燥した空気を製品ガスとして製造するクリーンドライエア発生装置の場合、吸着剤として乾燥剤が用いられる。
【0017】
PSA装置は、原料ガスを吸着ユニット1A,1Bの各吸着タンク2a、2b、2cに供給するための原料ガス用ライン3をさらに備える。原料ガス用ライン3は、吸着ユニット1A,1Bの各吸着タンク2a、2b、2cの一次側と一次側分岐ライン4A,4Bを介して連通する。PSA装置には、不図示のポンプが備えられており、ポンプによって圧縮された原料ガスが、これらのライン3,4A,4Bを通じて、吸着ユニット1A,1Bの各吸着タンク2a、2b、2cに供給可能となっている。
【0018】
PSA装置は、原料ガス用ライン3に配置され、原料ガス用ライン3を開閉するための原料ガス用バルブ5A,5Bをさらに備える。原料ガス用バルブ5A、5Bは、吸着ユニット1A,1Bのそれぞれに対して設けられている。原料ガス用バルブ5A,5Bによって、対応する吸着ユニット1A,1Bへの原料ガスの供給が制御される。
【0019】
PSA装置は、後述のようにして得られる第2富化ガスを、吸着ユニット1A,1Bの各吸着タンク2a、2b,2cから排出するための第2ガス用ライン6をさらに備える。第2ガス用ライン6は、吸着ユニット1A,1Bの各吸着タンク2a,2b,2cの一次側と一次側分岐ライン4A,4Bを介して連通する。第2ガス用ライン6は、第2富化ガスを、排ガスとして、PSA装置の外部へ排出するための排ガス口を備え、この排ガス口にサイレンサ7が設けられている。
【0020】
PSA装置は、第2ガス用ライン6に配置され、第2ガス用ライン6を開閉するための第2ガス用バルブ8A,8Bをさらに備える。第2ガス用バルブ8A,8Bは、吸着ユニット1A,1Bのそれぞれに対して設けられている。第2ガス用バルブ8A,8Bによって、対応する吸着ユニット1A,1Bからの第2富化ガスの排出が制御される。
【0021】
PSA装置は、後述のようにして得られる第1富化ガスを、吸着ユニット1A,1Bの各吸着タンク2a、2b,2cから排出するための第1ガス用ライン9をさらに備える。第1ガス用ライン9は、吸着ユニット1A,1Bの各吸着タンク2a,2b,2cと、二次側分岐ライン10A,10Bを介して連通する。第1ガス用ライン9は、第1富化ガスを、製品ガスとして、PSA装置の外部へ排出するための製品ガス口11を備える。第1ガス用ライン9には、製品ガスタンク(バッファータンク)12、減圧バルブ13、圧力計14が設けられている。
【0022】
PSA装置は、吸着ユニット1A,1Bのそれぞれに対して設けられた逆止バルブ15A,15Bをさらに備えている。逆止バルブ15A,15Bは、二次側分岐ライン10A,10Bに配置され、第1富化ガスが、第1ガス用ライン9から、対応する吸着ユニット1A,1Bへ逆流するのを防止する。
【0023】
PSA装置には、吸着ユニット1A,1B間を均圧にするための均圧バルブ16、17が設けられている。
【0024】
PSA装置は、各吸着ユニット1A,1Bの少なくとも1つ(実施形態では2つ)の吸着タンク2b,2cに対して設けられた一次側切替バルブ18b,18cをさらに備える。一次側切替バルブ18b,18cは、一次側分岐ライン4A,4Bに配置され、対応する吸着タンク2b,2cの一次側と第2ガス用ライン6との連通を切り替えるためのものである。
【0025】
PSA装置は、一次側切替バルブ18b,18cが設けられた吸着タンク2b,2cに対して設けられた二次側切替バルブ19b,19cをさらに備える。二次側切替バルブ19b,19cは、二次側分岐ライン10A,10Bに配置され、対応する吸着タンク2b,2cの二次側と第1ガス用ライン9との連通を切り替えるためのものである。
【0026】
PSA装置は、各バルブ5A,5B、8A,8B,13,16,17,18b,18c,19b,19cに電気的に接続され、これらのバルブを制御する制御部20をさらに備える。制御部20は、制御回路などを含む。
【0027】
PSA装置は、上記構成要件を備えることで、吸着ユニット1A,1B毎に加圧工程および脱圧工程を実施できるように構成されている。
【0028】
加圧工程とは、原料ガスを吸着タンクに供給して吸着タンクを加圧することで原料ガスに含まれる第2ガスを吸着剤に吸着させて第1富化ガスを得て、第1富化ガスを製品ガスとして吸着タンクから第1ガス用ライン9へ排出する工程である。
【0029】
脱圧工程とは、加圧された吸着タンクを減圧して第2ガスを吸着材から脱着することで第2富化ガスを得て、第2富化ガスを排ガスとして吸着タンクから第2ガス用ライン6へ排出する工程である。
【0030】
PSA装置は、2つの吸着ユニット1A,1Bで加圧工程および脱圧工程を交替しながら実施することで、第1富化ガス(製品ガス)を連続して供給することができる。
【0031】
また、PSA装置は、一次側および二次側切替バルブ18b,18c,19b,19cを備えていることで、加圧工程および脱圧工程を実施する際に用いられる吸着タンク2a、2b,2cの数を選択可能に構成されている。例えば、加圧工程および脱圧工程の間、第1切替バルブ18cおよび第2切替バルブ19cが閉じつつけられることで、対応する吸着タンク2cは用いられず、2つの吸着タンクが2a、2bが用いられる。
【0032】
以下で、PSA装置の動作が説明される。
PSA装置は、吸着ユニット1A,1Bで加圧工程および脱圧工程を交替しながら実施する。
図2‐
図4は、PSA装置が、吸着ユニット1Aで脱圧工程を実施し、吸着ユニット1Bで加圧工程を実施しているところを示している。吸着ユニット1A,1Bの全ての吸着タンク2a、2b,2cが用いられる。
【0033】
図2を参照して、吸着ユニット1Bでは、圧縮された原料ガスが原料ガス用ライン3および一次側分岐ライン4Bを通じて各吸着ユニット2a、2b,2cに供給され、各吸着タンク2a、2b,2cが加圧される。そして、原料ガスに含まれる第2ガスが吸着ユニット2a、2b,2cの吸着材に吸着される。それにより、第1富化ガスが得られる。
【0034】
吸着タンク2a、2b、2c内の圧力が、製品ガスタンク(バッファータンク)12内の圧力以上に上昇すると、第1富化ガス(製品ガス)は、吸着ユニット1Bの吸着タンク2a、2b,2cの二次側から取り出され、二次側分岐ライン10Bおよび第1ガス用ライン9を通って製品ガスタンク(バッファータンク)12に流れ、それから、製品ガス口11から装置の外部へ排出される。
【0035】
一方、吸着ユニット1Aでは、加圧工程が終了し、脱圧工程が開始される。吸着ユニット1Aの吸着タンク2a、2b,2cは加圧された状態である。原料ガス用バルブ5Aは閉じられている。まず、第2ガス用バルブ8Aが制御部20によって開かれ、吸着タンク2aが大気圧に開放される。このとき、一次側切替バルブ18b,18cは閉じられている。吸着タンク2aの減圧が開始され、第2ガスが吸着タンク2aの吸着剤から脱着される。それにより、第2富化ガスが吸着タンク2a内に得られる。
【0036】
第2富化ガスが吸着タンク2aから排出され始める。第2富化ガスは、排ガスとして、吸着タンク2aから一次側分岐ライン4Aを通じて第2ガス用ライン6へ排出され、それから、サイレンサ7(排ガス口)から装置の外部へ排出される。
【0037】
吸着ユニット1Aにおいて、第2ガス用バルブ8Aが開かれて第2富化ガスが吸着タンク2aから排出され始めてから所定時間経過後(例えば、1秒後)、
図3に示される通り、一次側切替バルブ18bが制御部20によって開かれて、第2富化ガスが、吸着タンク2bから排出され始める。第2富化ガスは、排ガスとして、吸着タンク2bから一次側分岐ライン4Aを通じて第2ガス用ライン6へ排出され、それから、サイレンサ7(排ガス口)から装置の外部へ排出される。
【0038】
吸着ユニット1Aにおいて、一次側切替バルブ18bが開かれて第2富化ガスが吸着タンク2bから排出され始めてから所定時間経過後(例えば、1秒後)、
図4に示される通り、一次側切替バルブ18cが制御部20によって開かれて、第2富化ガスが、吸着タンク2cから排出され始める。第2富化ガスは、排ガスとして、吸着タンク2cから一次側分岐ライン4Aを通じて第2ガス用ライン6へ排出され、それから、サイレンサ7(排ガス口)から装置の外部へ排出される。
【0039】
このように、制御部20は、第2ガス用バルブ8Aおよび一次側切替バルブ18b、18cを時間差で開くようにシーケンス制御し、第2富化ガスが、ある吸着タンク2a/2bから排出され始めた後に、別の吸着タンク2b/2cから排出され始めるようにする。この制御による排気音は、第2富化ガスを全吸着タンク2a,2b,2cから一斉に排出するときの排気音と比べて低減される。第2ガス用ライン6およびサイレンサ7(排気口)における流量は、前者のほうが後者よりも小さくなるからである。
【0040】
その後、PSA装置は、吸着ユニット1Aで加圧工程を実施し、吸着ユニット1Bで上述のシーケンス制御で脱圧工程を実施する。そして、これが繰り返される。
【0041】
[実施例]
図1の構成からなる酸素PSA装置を準備した。脱圧工程を吸着ユニット1Aで
図2~
図4の通りに実施した。3つの吸着タンク2a,2b,2cは、それぞれ、480L(160L*0.3MPa)の内容量を有する。バルブ8A、18b,18cを順に1秒差で開いて、窒素富化ガス(第2富化ガス・排ガス)を一秒差で吸着タンク2a→2b→2cの順に排出した。480Lを各吸着タンク2a,2b,2cから約1秒で排出した。したがって、実施例では、サイレンサ7(排ガス口)における排気量は、約480L/secである。
【0042】
[比較例]
実施例1と同様の酸素PSA装置を準備した。吸着タンク2a,2b,2cの内容量は実施例1と同じである。比較例では、バルブ8A,18b,18cを同時に開いて、窒素富化ガス(第2富化ガス・排ガス)を一斉に排出した。480Lを各吸着タンク2a,2b,2cから約1秒で排出した。したがって、比較例では、サイレンサ7(排ガス口)における排気量は、約1440L/secである。
【0043】
[実施例]と[比較例]とのそれぞれで、排気音の騒音値をサイレンサ7から100mm離れた位置で測定器によって測定した。測定器は、メーカ:リオン株式会社、型式:NA-29、S/N:10732119である。測定結果を以下に示す。
【0044】
【0045】
上記表から明らかな通り、同じサイレンサ7が使用されたとしても、実施例は、比較例に比べて排気音を低減する。というのも、サイレンサ7(排ガス口)における流量は、実施例のほうが比較例よりも小さいからである。
【0046】
一次側切替バルブ18b,18cを備えるPSA装置自体は従来からある。実施例と比較例との対比から明らかな通り、本発明は、一次側切替バルブ18b,18cのシーケンス制御によって、既存のPSA装置にハード的な構成要素を何ら追加することなく、排気音を低減できる点で非常に有効である。すなわち、本発明の排気音の低減はコストがほとんどかからない。
【0047】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
PSA装置は、酸素PSA装置、窒素PSA装置、クリーンドライエア発生装置に限らず他のPSA装置でもよい。
【0048】
実施形態では、吸着ユニット1A,1Bが2つ設けられていたが、1つの吸着ユニットだけが設けられてもよい。また、3以上の吸着ユニットが設けられてもよい。
【0049】
実施形態では、各吸着ユニット1A,1Bは、3つの吸着タンク2a,2b,2cで構成されていたが、2つの吸着タンクで構成されてもよいし、4以上の吸着タンクで構成されてもよい。
【0050】
一次側切替バルブは、全ての吸着タンクに設けられてもよいが、実施形態のように、一次側切替バルブが設けられていない吸着タンク2aがあっても、本発明の目的を達成することができる。
【符号の説明】
【0051】
1A,1B 吸着ユニット
2a,2b,2c 吸着タンク
3 原料ガス用ライン
5 原料ガス用バルブ
6 第2ガス用ライン(排ガスライン)
7 排ガス口のサイレンサ
8 第2ガス用バルブ(排ガス用バルブ)
9 第1ガス用ライン(製品ガスライン)
11 製品ガス口
18b,18c 一次側切替バルブ
19b,19c 二次側切替バルブ
20 制御部