JP6027769B2

JP6027769B2 - Gas separation apparatus and method

Info

Publication number: JP6027769B2
Application number: JP2012113960A
Authority: JP
Inventors: 一洋佐竹
Original assignee: Air Water Bellpearl Inc
Current assignee: Air Water Bellpearl Inc
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-05-18
Also published as: JP2013240728A

Description

本発明は、空気に代表される混合ガスを分離して窒素ガスまたは酸素ガスを発生させる混合ガスの分離装置および方法に関するものである。
The present invention relates to a mixed gas separation apparatus and method for generating a nitrogen gas or an oxygen gas by separating a mixed gas typified by air.

空気に代表される混合ガスから窒素ガス等の目的とするガスを分離する手段として、圧力変動吸着方式（ＰＳＡ：ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）の分離方法がある。 As means for separating a target gas such as nitrogen gas from a mixed gas typified by air, there is a pressure swing adsorption (PSA) separation method.

ＰＳＡ法を利用したＰＳＡ式窒素ガス発生装置は、吸着剤を充填した吸着塔に加圧した空気を供給して、空気中の酸素分子を吸着剤に吸着させ、吸着されなかった窒素ガスを分離して窒素ガスを得ることが出来る。 The PSA nitrogen gas generator using the PSA method supplies pressurized air to an adsorption tower filled with an adsorbent, adsorbs oxygen molecules in the air to the adsorbent, and separates the nitrogen gas that has not been adsorbed. Thus, nitrogen gas can be obtained.

このようなＰＳＡ式窒素ガス発生装置では、一般に、吸着塔を少なくとも２つ準備して約１〜２分程度の一定周期で交互に切り換える。これにより、それぞれの吸着塔で吸着〜均圧〜排気〜均圧の各工程を繰り返し、目的とする窒素ガスを連続的に得ることが行われる。 In such a PSA-type nitrogen gas generator, generally, at least two adsorption towers are prepared and switched alternately at a constant period of about 1 to 2 minutes. Thereby, each process of adsorption | suction-equal pressure-exhaust-pressure equalization is repeated by each adsorption tower, and obtaining the target nitrogen gas is performed.

図１（Ａ）は従来のＰＳＡ式窒素ガス発生装置を示す図である。 FIG. 1A shows a conventional PSA type nitrogen gas generator.

この例では、第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂを備えている。第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂには、例えば分子篩炭素等の酸素分子を選択的に吸着しうる吸着剤が充填されている。 In this example, a first adsorption tower 7A and a second adsorption tower 7B are provided. The first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B are filled with an adsorbent that can selectively adsorb oxygen molecules such as molecular sieve carbon.

インバーター式のコンプレッサ１から供給される圧縮空気は、第１吸気弁２Ａおよび第２吸気弁２Ｂを経由して第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂに供給される。第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂで酸素が吸着されることにより分離した窒素ガスは、第１取出弁４Ａおよび第２取出弁４Ｂを経由して製品槽１０に一時的に貯留される。製品槽１０に貯留された窒素ガスは、減圧弁１１および流量センサ１３を経由して、図示しない窒素ガス使用設備に供される。符号１２は製品槽１０から窒素ガス使用設備に供給される窒素ガスの窒素純度を計測するための酸素濃度計１２である。 The compressed air supplied from the inverter type compressor 1 is supplied to the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B via the first intake valve 2A and the second intake valve 2B. The nitrogen gas separated by the adsorption of oxygen in the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B is temporarily stored in the product tank 10 via the first extraction valve 4A and the second extraction valve 4B. . The nitrogen gas stored in the product tank 10 is supplied to a facility for using nitrogen gas (not shown) via the pressure reducing valve 11 and the flow rate sensor 13. Reference numeral 12 denotes an oxygen concentration meter 12 for measuring the nitrogen purity of nitrogen gas supplied from the product tank 10 to the facility using nitrogen gas.

第１吸着塔７Ａで吸着工程を行っている間、第２吸着塔７Ｂでは排気工程が行われる。このとき、第１吸着塔７Ａで生成された窒素ガスの一部は、オリフィス９を経由してパージガスとして第２吸着塔７Ｂに導入される。第２吸着塔７Ｂではパージガスによって吸着剤に吸着された酸素ガスが脱着され、排ガスとして第２排気弁３Ｂおよびサイレンサ８を経由して排出される。 While the adsorption process is performed in the first adsorption tower 7A, the exhaust process is performed in the second adsorption tower 7B. At this time, a part of the nitrogen gas generated in the first adsorption tower 7A is introduced into the second adsorption tower 7B through the orifice 9 as a purge gas. In the second adsorption tower 7B, the oxygen gas adsorbed to the adsorbent by the purge gas is desorbed and discharged as exhaust gas via the second exhaust valve 3B and the silencer 8.

第２吸着塔７Ｂで吸着工程を行っている間は、第１吸着塔７Ａで排気工程が行われる。このとき、第２吸着塔７Ｂで生成された窒素ガスの一部は、オリフィス９を経由してパージガスとして第１吸着塔７Ａに導入される。第１吸着塔７Ｂではパージガスによって吸着剤に吸着された酸素ガスが脱着され、排ガスとして第１排気弁３Ａおよびサイレンサ８を経由して排出される。 While the adsorption process is performed in the second adsorption tower 7B, the exhaust process is performed in the first adsorption tower 7A. At this time, a part of the nitrogen gas generated in the second adsorption tower 7B is introduced into the first adsorption tower 7A through the orifice 9 as a purge gas. In the first adsorption tower 7B, the oxygen gas adsorbed to the adsorbent by the purge gas is desorbed and discharged as exhaust gas via the first exhaust valve 3A and the silencer 8.

第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂにおいて、それぞれ吸着工程と排気工程が交互に切り換えられる。吸着工程は、第１吸着塔７Ａ・第２吸着塔７Ｂ内に圧縮空気が導入されて昇圧状態で行われる。一方、排気工程は、第１吸着塔７Ａ・第２吸着塔７Ｂ内が第１排気弁３Ａおよび第２排気弁３Ｂで大気開放されて大気圧下で行われる。 In the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B, the adsorption process and the exhaust process are switched alternately. The adsorption step is performed in a pressurized state with compressed air introduced into the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B. On the other hand, the exhaust process is performed under atmospheric pressure by opening the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B to the atmosphere with the first exhaust valve 3A and the second exhaust valve 3B.

吸着工程と排気工程の間には、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂを連通させ、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの圧力差を均圧化する均圧工程が行われる。均圧工程は、下均圧弁５と上均圧弁６を開けて、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの塔下部と塔上部を連通させることにより、それまで吸着工程を行っていた一方の吸着塔からそれまで排気工程を行っていた他方の吸着塔に塔内のガスを移動させることにより行われる。
Between the adsorption process and the exhaust process, a pressure equalization process is performed in which the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B are communicated to equalize the pressure difference between the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B. . Pressure equalization step, open the ShitaHitoshi valve 5 and UeHitoshi valve 6, by communicating the bottom of the column and the tower top of the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B, while had done adsorption step until it It is performed by moving the gas in the tower from the adsorption tower into the other adsorption tower which has been subjected to exhaust process far.

図１（Ｂ）は、上記従来の装置において各工程における弁の開閉状態を示す図である。
図２は、上記従来の装置において各工程におけるガスの流れを示した図である。
（Ａ）は第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程のときである。
（Ｂ）は第１吸着塔７Ａが排気工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときである。
（Ｃ）は均圧工程である。 FIG. 1B is a diagram showing the open / close state of the valve in each step in the conventional apparatus.
FIG. 2 is a diagram showing a gas flow in each step in the conventional apparatus.
(A) is when the 1st adsorption tower 7A is an adsorption process, and the 2nd adsorption tower 7B is an exhaust process.
(B) is when the first adsorption tower 7A is in the exhaust process and the second adsorption tower 7B is in the adsorption process.
(C) is a pressure equalizing step.

図１（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程のときは、第１吸気弁２Ａが開き、第２吸気弁２Ｂが閉じている。また、第１排気弁３Ａが閉じ、第２排気弁３Ｂが開いている。また、第１取出弁４Ａが開き、第２取出弁４Ｂが閉じている。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じている。 As shown in FIG. 1B, when the first adsorption tower 7A is the adsorption process and the second adsorption tower 7B is the exhaust process, the first intake valve 2A is opened and the second intake valve 2B is closed. Further, the first exhaust valve 3A is closed and the second exhaust valve 3B is opened. Further, the first extraction valve 4A is opened, and the second extraction valve 4B is closed. The lower pressure equalizing valve 5 and the upper pressure equalizing valve 6 are closed.

図２（Ａ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第１吸着塔７Ａに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第１吸着塔７Ａで得られた窒素ガスの一部はパージガスとして第２吸着塔７Ｂに導入されて脱着に供され、その後排ガスとして排出される。 As shown in FIG. 2 (A), in this state, compressed air supplied from the compressor 1 is introduced into the first adsorption tower 7A, where nitrogen gas adsorbed and separated is temporarily stored in the product tank 10. Stored. A part of the nitrogen gas obtained in the first adsorption tower 7A is introduced into the second adsorption tower 7B as a purge gas, used for desorption, and then discharged as exhaust gas.

図１（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが排気工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときは、第１吸気弁２Ａが閉じ、第２吸気弁２Ｂが開いている。また、第１排気弁３Ａが開き、第２排気弁３Ｂが閉じている。また、第１取出弁４Ａが閉じ、第２取出弁４Ｂが開いている。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じている。 As shown in FIG. 1B, when the first adsorption tower 7A is in the exhaust process and the second adsorption tower 7B is in the adsorption process, the first intake valve 2A is closed and the second intake valve 2B is open. Further, the first exhaust valve 3A is opened and the second exhaust valve 3B is closed. Further, the first extraction valve 4A is closed and the second extraction valve 4B is open. The lower pressure equalizing valve 5 and the upper pressure equalizing valve 6 are closed.

図２（Ｂ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第２吸着塔７Ｂに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第２吸着塔７Ｂで得られた窒素ガスの一部はパージガスとして第１吸着塔７Ａに導入されて脱着に供され、その後排ガスとして排出される。 As shown in FIG. 2 (B), in this state, compressed air supplied from the compressor 1 is introduced into the second adsorption tower 7B, where nitrogen gas adsorbed and separated is temporarily stored in the product tank 10. Stored. Part of the nitrogen gas obtained in the second adsorption tower 7B is introduced into the first adsorption tower 7A as a purge gas, used for desorption, and then discharged as exhaust gas.

図１（Ｂ）に示すように、均圧工程のときは、第１吸気弁２Ａと第２吸気弁２Ｂはともに閉じる。また、第１排気弁３Ａと第２排気弁３Ｂもともに閉じる。さらに、第１取出弁４Ａと第２取出弁４Ｂもともに閉じる。そして、下均圧弁５と上均圧弁６がともに開く。 As shown in FIG. 1B, both the first intake valve 2A and the second intake valve 2B are closed during the pressure equalization step. Further, both the first exhaust valve 3A and the second exhaust valve 3B are closed. Further, both the first extraction valve 4A and the second extraction valve 4B are closed. Then, both the lower pressure equalizing valve 5 and the upper pressure equalizing valve 6 are opened.

図２（Ｃ）に示すように、この状態では、それまで吸着工程を行っていた一方の吸着塔からそれまで排気工程を行っていた他方の吸着塔に塔内のガスが移動し、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの塔内圧力が均一化される。
As shown in FIG. 2 (C), in this condition, it until the gas in the tower to the other adsorption tower which has been subjected to exhaust process from one of the adsorption tower which has been subjected to the adsorption step until it moves, first tower pressure of the adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B is uniform.

このようなガス分離方法に関する先行技術文献として、下記の特許文献１〜４が開示されている。 The following patent documents 1 to 4 are disclosed as prior art documents relating to such a gas separation method.

特公平４−６９０８５号公報Japanese Examined Patent Publication No. 4-69085 特開２００２−１６７２０４号公報JP 2002-167204 A 特開２００８−８０２６０号公報JP 2008-80260 A 特開２０１０−２０７７５０号公報JP 2010-207750 A

特許文献１において問題とされているように、ＰＳＡ式窒素ガス発生装置においては、つぎのような問題がある。 As a problem in Patent Document 1, the PSA nitrogen gas generator has the following problems.

すなわち、窒素ガス使用設備で消費される窒素ガス量が、仕様で設定された窒素ガスの発生量に対して少なくなると、生成された窒素ガスが余ってくる。すると、仕様濃度の窒素ガスが余分に生産されるのではなく、生成する窒素ガスの窒素純度が必要以上に高くなってしまう。このような状態でコンプレッサ１を同じ回転数で稼動するのは、消費電力の無駄につながる。 That is, when the amount of nitrogen gas consumed in the facility using nitrogen gas is less than the amount of nitrogen gas generated in the specification, the generated nitrogen gas is surplus. Then, the nitrogen gas having the specified concentration is not produced excessively, but the nitrogen purity of the generated nitrogen gas becomes higher than necessary. Operating the compressor 1 at the same rotation speed in such a state leads to wasted power consumption.

ここで、吸着工程と排気工程の切り換え周期を一定とした場合は、使用される窒素ガスの流量と窒素純度はほぼ逆比例の関係になる。窒素純度を一定にするためには、窒素使用量が少なくなればなるほど、切り換え周期を延長すれば良い。切り換え周期が延長されると、時間当たりに消費する原料空気量が少なくなる。使用される空気量に応じて、インバーター式のコンプレッサ１のモーター回転数が低くなるので、消費電力が減少する。 Here, when the switching cycle between the adsorption process and the exhaust process is made constant, the flow rate of nitrogen gas used and the nitrogen purity are in an inversely proportional relationship. In order to make the nitrogen purity constant, the switching period may be extended as the amount of nitrogen used decreases. When the switching period is extended, the amount of raw material air consumed per hour is reduced. Depending on the amount of air used, the motor speed of the inverter type compressor 1 is reduced, so that power consumption is reduced.

特許文献１に開示された従来の制御方法はつぎのとおりである。 The conventional control method disclosed in Patent Document 1 is as follows.

通常の運転時は図１（Ｂ）に表した切り替え周期で弁を開閉制御する。このとき、切り換え周期は、図示しない制御手段におけるプログラムの設定時間により決定する。設定時間は任意に変更可能である。 During normal operation, the valve is controlled to open and close at the switching cycle shown in FIG. At this time, the switching cycle is determined by the set time of the program in the control means (not shown). The set time can be arbitrarily changed.

窒素の使用流量に応じて切り換え周期を延長する。すなわち、吸着工程／排気工程の時間をともに延長する。 Extend the switching cycle according to the nitrogen flow rate. That is, both the adsorption process / exhaust process time are extended.

延長時間は、つぎのようにして決定する。まず、制御手段は、流量センサ１３からの流量パルス信号を検知し、使用されている窒素ガスの流量を演算する。また、制御手段は、仕様流量を発生させた場合に、通常の切り換え周期で発生する窒素流量を演算する。そして、制御手段は、切り換え周期で発生する窒素流量と、使用されている窒素ガスの流量を比較し、（１）使用されている窒素流量が切り換え周期で発生する窒素流量まで達するか、（２）設定した最大延長時間に達するか、（３）酸素濃度計１２で検知した酸素濃度が設定された値に達するか、いずれかまで吸着工程／排気工程の時間を延長する。 The extension time is determined as follows. First, the control means detects the flow rate pulse signal from the flow rate sensor 13 and calculates the flow rate of the nitrogen gas being used. The control means calculates the nitrogen flow rate generated at the normal switching cycle when the specified flow rate is generated. Then, the control means compares the nitrogen flow rate generated in the switching cycle with the flow rate of the nitrogen gas used, and (1) whether the used nitrogen flow rate reaches the nitrogen flow rate generated in the switching cycle or (2 The time of the adsorption process / exhaust process is extended until either the set maximum extension time is reached or (3) the oxygen concentration detected by the oxygen concentration meter 12 reaches the set value.

サイクル周期を延長した結果、原料空気の使用流量が少なくなって、消費電力が減少する。 As a result of extending the cycle period, the flow rate of the raw material air is reduced and the power consumption is reduced.

しかしながら、分離した製品ガスである窒素ガスの使用状況によっては、純度や圧力などの窒素ガスの仕様を十分に充たしながら、発生させる窒素ガス量をもっと少なくし、消費電力をさらに削減することが必要となる。 However, depending on the usage of nitrogen gas, which is a separate product gas, it is necessary to reduce the amount of generated nitrogen gas and further reduce power consumption while sufficiently satisfying specifications of nitrogen gas such as purity and pressure. It becomes.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、分離した製品ガスの使用状況に応じて消費電力をさらに削減できる混合ガスの分離装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a mixed gas separation apparatus and method that can further reduce power consumption in accordance with the use state of the separated product gas.

上記目的を達成するため、本発明の混合ガスの分離装置は、
加圧手段から供給される加圧状態の混合ガスから吸着容易成分を吸着除去して吸着難成分を分離するための吸着剤が充填された２以上の吸着容器と、
混合ガスを吸着容器に導入して吸着容易成分を吸着剤に吸着させる吸着工程と、パージガスを吸着容器に導入して吸着剤に吸着された吸着容易成分を脱着して排気する排気工程とを、上記２以上の吸着容器において交番的に切り換えて運転するためのバルブシステムとを備え、
上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着容器が吸着工程を続けている間に、他方の吸着容器において排気工程を終了し、当該他方の吸着容器内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えるよう制御し、
上記バルブシステムは、一方の吸着容器から他方の吸着容器へのパージガスの導入を停止するとともに、他方の吸着容器からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着容器での排気工程を終了して滞留工程に切り換える
ことを要旨とする。
In order to achieve the above object, the gas separation apparatus of the present invention comprises:
Two or more adsorption containers filled with an adsorbent for adsorbing and removing the easily adsorbed component from the pressurized mixed gas supplied from the pressurizing means and separating the difficultly adsorbed component;
An adsorption step of introducing a mixed gas into the adsorption vessel and adsorbing the easy-adsorption component to the adsorbent; and an exhausting step of introducing a purge gas into the adsorption vessel and desorbing and evacuating the easy-adsorption component adsorbed by the adsorbent, A valve system for switching and operating alternately in the two or more adsorption vessels,
As the flow rate of the separated product gas decreases, the valve system ends the exhaust process in the other adsorption container while one adsorption container continues the adsorption process, and removes the gas in the other adsorption container. Control to switch to the retention process to retain ,
The valve system terminates the exhaust process in the other adsorption container by stopping the introduction of purge gas from one adsorption container to the other adsorption container and stopping the exhaust gas exhaust from the other adsorption container. The gist is to switch to the retention process .

上記目的を達成するため、本発明の混合ガスの分離方法は、
加圧手段から供給される加圧状態の混合ガスから吸着容易成分を吸着除去して吸着難成分を分離するための吸着剤が充填された２以上の吸着容器と、
混合ガスを吸着容器に導入して吸着容易成分を吸着剤に吸着させる吸着工程と、パージガスを吸着容器に導入して吸着剤に吸着された吸着容易成分を脱着して排気する排気工程とを、上記２以上の吸着容器において交番的に切り換えて運転するためのバルブシステムとを準備し、
上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着容器が吸着工程を続けている間に、他方の吸着容器において排気工程を終了し、当該他方の吸着容器内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えるよう制御し、
上記バルブシステムは、一方の吸着容器から他方の吸着容器へのパージガスの導入を停止するとともに、他方の吸着容器からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着容器での排気工程を終了して滞留工程に切り換える
ことを要旨とする。
In order to achieve the above object, the method for separating a mixed gas of the present invention comprises:
Two or more adsorption containers filled with an adsorbent for adsorbing and removing the easily adsorbed component from the pressurized mixed gas supplied from the pressurizing means and separating the difficultly adsorbed component;
An adsorption step of introducing a mixed gas into the adsorption vessel and adsorbing the easy-adsorption component to the adsorbent; and an exhausting step of introducing a purge gas into the adsorption vessel and desorbing and evacuating the easy-adsorption component adsorbed by the adsorbent, Preparing a valve system for switching and operating alternately in the two or more adsorption vessels,
As the flow rate of the separated product gas decreases, the valve system ends the exhaust process in the other adsorption container while one adsorption container continues the adsorption process, and removes the gas in the other adsorption container. Control to switch to the retention process to retain ,
The valve system terminates the exhaust process in the other adsorption container by stopping the introduction of purge gas from one adsorption container to the other adsorption container and stopping the exhaust gas exhaust from the other adsorption container. The gist is to switch to the retention process .

本発明は、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着容器が吸着工程を続けている間に、他方の吸着容器において排気工程を終了し、当該他方の吸着容器内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えることにより、排気ガスの無駄な排出が減る分だけ原料である混合ガスの導入量が減少する。したがって、分離した製品ガスの使用量が減ったときに、分離した製品ガスの濃度を維持したまま加圧手段の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。 According to the present invention, as the flow rate of the separated product gas decreases, while the one adsorption container continues the adsorption process, the exhaust process is terminated in the other adsorption container, and the gas in the other adsorption container is retained. By switching to the staying process, the amount of the mixed gas that is a raw material is reduced by the amount that wasteful exhaust gas emission is reduced. Therefore, when the amount of the separated product gas used decreases, the operation of the pressurizing means can be reduced while maintaining the concentration of the separated product gas, and the power consumption can be reduced.

本発明は、上記バルブシステムは、一方の吸着容器から他方の吸着容器へのパージガスの導入を停止するとともに、他方の吸着容器からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着容器での排気工程を終了して滞留工程に切り換える。
このため、分離した製品ガスの濃度を維持したまま加圧手段の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。すなわち、吸着容器に流すパージガスは、吸着剤を再生するために所定量を流す必要があるが、逆にその所定量を超え流しても、吸着剤を再生する効果が高まるわけではない。したがって、分離した製品ガスの使用量が減ったときに、無駄なパージガスの導入を停止することにより、分離した製品ガスの濃度を維持したまま加圧手段の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。
また、分離した製品ガスの濃度を維持したまま加圧手段の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。すなわち、排気ガスの排出を停止すると、吸着容器は密閉状態となり、再生側の吸着剤からガスが脱着されて次第に吸着容器内圧力が高くなる。再生側の吸着容器内圧力が高くなると、吸着工程に移行する時の吸着容器内圧力がその分だけ高くなり、それだけ早く吸着工程の必要圧力に到達する。吸着容器内圧力が早く高くなるということは、加圧手段の稼動を節約することができ、それだけ消費電力が小さくなる。
The present invention, the valve system to stop the introduction of the purge gas from one adsorption vessel to another adsorber vessel, by stopping the discharge of exhaust gases from the other adsorption vessel, on the other adsorption vessel End the exhaust process and switch to the dwell process .
For this reason, the operation of the pressurizing means can be reduced while maintaining the concentration of the separated product gas, and the power consumption can be reduced. That is, the purge gas that flows to the adsorption container needs to flow in a predetermined amount in order to regenerate the adsorbent, but conversely, if the flow exceeds the predetermined amount, the effect of regenerating the adsorbent does not increase. Therefore, by stopping the introduction of useless purge gas when the amount of the separated product gas used is reduced, the operation of the pressurizing means is reduced while maintaining the concentration of the separated product gas, and the power consumption is reduced. Can do.
Further, the operation of the pressurizing means can be reduced while maintaining the concentration of the separated product gas, and the power consumption can be reduced. That is, when the exhaust gas discharge is stopped, the adsorption container is hermetically sealed, and the gas is desorbed from the regeneration-side adsorbent, so that the pressure in the adsorption container gradually increases. When the pressure in the adsorption container on the regeneration side becomes high, the pressure in the adsorption container at the time of shifting to the adsorption process is increased by that amount, and the pressure necessary for the adsorption process is reached earlier. The fact that the pressure in the adsorption container increases quickly means that the operation of the pressurizing means can be saved, and the power consumption decreases accordingly.

本発明において、上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するとともに、その延長時間中において、他方の吸着容器における排気工程を終了して滞留工程に切り換える場合には、In the present invention, the valve system extends the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process as the flow rate of the separated product gas decreases, and completes the exhaust process in the other adsorption container during the extended time. When switching to the retention process,
つぎの（１）（２）の効果が得られる。 The following effects (1) and (2) can be obtained.
（１）延長時間中にパージガスを止めることにより、混合ガスの消費量が減少する。所定量のパージガスは吸着剤を再生するが、所定量を超えてのパージガスを流してもそれ以上再生されることはない。したがって、通常の切り替え時間中に吸着剤の再生は終了しているのであり、延長時間までパージガスを流す必要はない。そこで、製品ガスの品質に影響しない不必要なパージガスを停止し、品質を維持したまま消費電力を節減することができる。(1) By stopping the purge gas during the extended time, the consumption of the mixed gas is reduced. Although the predetermined amount of purge gas regenerates the adsorbent, even if a purge gas exceeding a predetermined amount flows, it will not be regenerated further. Therefore, the regeneration of the adsorbent is completed during the normal switching time, and it is not necessary to flow the purge gas until the extended time. Therefore, unnecessary purge gas that does not affect the quality of the product gas can be stopped, and power consumption can be reduced while maintaining the quality.
（２）再生側の吸着容器の排気を停止することにより、吸着容器は密閉状態となり、延長時間中に再生側の吸着からガスが脱着され、次第に吸着容器内圧力が高くなる。再生側の吸着容器内圧力が高くなると、吸着工程に移行した時の吸着容器内圧力も高くなることとなる。吸着工程の開始時の吸着容器内圧力が高いため、それだけ早く吸着工程の必要圧力に到達する。吸着容器内圧力が早く高くなるということは、加圧手段の稼動を節約することができ、それだけ消費電力が小さくなる。(2) By stopping the exhaust of the regeneration side adsorption container, the adsorption container is hermetically sealed, gas is desorbed from the regeneration side adsorption during the extended time, and the pressure in the adsorption container gradually increases. If the regeneration-side adsorption container internal pressure increases, the adsorption container internal pressure when the process proceeds to the adsorption process also increases. Since the pressure in the adsorption container at the start of the adsorption process is high, the pressure required for the adsorption process is reached earlier. The fact that the pressure in the adsorption container increases quickly means that the operation of the pressurizing means can be saved and the power consumption is reduced accordingly.

本発明では、上記吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するときの延長時間は、分離した製品ガスの流量に応じて決定することができる。In the present invention, the extension time when extending the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process can be determined according to the flow rate of the separated product gas.

（Ａ）は従来の混合ガスの分離装置の一例を示す構成図である。（Ｂ）はバルブシステムの制御を説明する図である。(A) is a block diagram which shows an example of the separation apparatus of the conventional mixed gas. (B) is a figure explaining control of a valve system. 従来の混合ガスの分離装置におけるガスの流れを説明する図である。（Ａ）は第１吸着塔が吸着工程で第２吸着塔が排気工程、（Ｂ）は第１吸着塔が排気工程で第２吸着塔が吸着工程、（Ｃ）は均圧工程である。It is a figure explaining the flow of gas in the separation device of the conventional mixed gas. (A) is the first adsorption tower and the second adsorption tower is the evacuation process, (B) is the first adsorption tower is the evacuation process and the second adsorption tower is the adsorption process, and (C) is the pressure equalization process. （Ａ）は本発明の混合ガスの分離装置の一例を示す構成図である。（Ｂ）はバルブシステムの制御を説明する図である。(A) is a block diagram which shows an example of the separation apparatus of the mixed gas of this invention. (B) is a figure explaining control of a valve system. 本発明の混合ガスの分離装置におけるガスの流れを説明する図である。（Ａ）は第１吸着塔が吸着工程で第２吸着塔が排気工程、（Ｂ）は第１吸着塔が吸着工程で第２吸着塔が滞留工程、（Ｃ）は第１吸着塔が排気工程で第２吸着塔が吸着工程、（Ｄ）は第１吸着塔が滞留工程で第２吸着塔が吸着工程、（Ｅ）は均圧工程である。It is a figure explaining the flow of the gas in the separation apparatus of the mixed gas of this invention. (A) is the first adsorption tower is the adsorption process and the second adsorption tower is the exhaust process, (B) is the first adsorption tower is the adsorption process and the second adsorption tower is the retention process, (C) is the first adsorption tower is the exhaust process. In the process, the second adsorption tower is the adsorption process, (D) is the first adsorption tower is the retention process, the second adsorption tower is the adsorption process, and (E) is the pressure equalizing process. 実施例１と比較例１における窒素発生量と消費電力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amount of nitrogen generation and power consumption in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例２と比較例２における窒素発生量と消費電力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the nitrogen generation amount and power consumption in Example 2 and Comparative Example 2. 実施例２と比較例２における吸着塔内圧力を示す図である。It is a figure which shows the pressure in the adsorption tower in Example 2 and Comparative Example 2.

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図３（Ａ）は本発明の一実施形態の混合ガスの分離装置の構成を示す図である。 FIG. 3A is a diagram showing a configuration of a mixed gas separation device according to an embodiment of the present invention.

この例は、原料となる混合ガスとして空気を使用し、空気中の酸素を吸着して製品ガスとして窒素ガスを生成する空気分離装置に適用したものである。 This example is applied to an air separation device that uses air as a mixed gas as a raw material and generates nitrogen gas as a product gas by adsorbing oxygen in the air.

この実施形態において、図１と同じ符号を付した部分は、従来の装置と同様の部分である。以下の説明では、重複する説明を省略する場合がある。 In this embodiment, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in the conventional apparatus. In the following description, overlapping description may be omitted.

この空気分離装置は、加圧手段であるコンプレッサ１から原料ガスである混合ガスとして窒素と酸素を主成分とする空気が供給される。供給される加圧状態の混合ガスから吸着容易成分を吸着除去して吸着難成分を分離するための吸着剤が充填された２つの吸着容器である吸着塔７Ａ、７Ｂを備えている。 This air separation device is supplied with air mainly composed of nitrogen and oxygen as a mixed gas which is a raw material gas from a compressor 1 which is a pressurizing means. Adsorption towers 7A and 7B, which are two adsorption vessels filled with an adsorbent for adsorbing and removing an easily adsorbed component from a supplied pressurized mixed gas and separating a difficultly adsorbed component, are provided.

第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂには、空気中の酸素を優先的に吸着する分子篩炭素が吸着剤として充填されている。したがって、第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂに加圧空気が導入されると、空気中の酸素が吸着剤に吸着されて製品ガスとして窒素ガスが得られる。 The first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B are filled with molecular sieve carbon that preferentially adsorbs oxygen in the air as an adsorbent. Therefore, when pressurized air is introduced into the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B, oxygen in the air is adsorbed by the adsorbent, and nitrogen gas is obtained as a product gas.

この実施形態では、混合ガスである空気を吸着塔７Ａ、７Ｂに導入して吸着容易成分である酸素を吸着剤に吸着させる吸着工程と、パージガスを吸着塔７Ａ、７Ｂに導入して吸着剤に吸着された吸着容易成分である酸素を脱着して排気する排気工程とを、上記２つの吸着塔７Ａ、７Ｂにおいて交番的に切り換えて運転するためのバルブシステムを備えている。 In this embodiment, air as a mixed gas is introduced into the adsorption towers 7A and 7B to adsorb oxygen as an easily adsorbed component to the adsorbent, and a purge gas is introduced into the adsorption towers 7A and 7B as an adsorbent. There is provided a valve system for switching and operating alternately in the two adsorption towers 7A and 7B an exhaust process for desorbing and exhausting oxygen, which is an easily adsorbed component.

上記バルブシステムは、つぎの各構成を含んで構成される。 The valve system includes the following components.

第１吸気弁２Ａおよび第２吸気弁２Ｂは、インバーター式のコンプレッサ１から供給される圧縮空気を第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂに供給する。
第１取出弁４Ａおよび第２取出弁４Ｂは、第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂで酸素が吸着されることにより分離した窒素ガスを製品槽１０に一時的に貯留する際に経由する。
減圧弁１１および流量センサ１３は、製品槽１０に貯留された窒素ガスを図示しない窒素ガス使用設備に供する際に経由する。酸素濃度計１２は、製品槽１０から窒素ガス使用設備に供給される窒素ガスの窒素純度を計測する。
パージ弁１５およびオリフィス９は、吸着工程を行う第１吸着塔７Ａから排気工程を行う第２吸着塔７Ｂへ、または吸着工程を行う第２吸着塔７Ｂから排気工程を行う第１吸着塔７Ａへ、パージガスを導入する際に経由する。
第１流出逆止弁１６Ａおよび第２流入逆止弁１７Ｂは、吸着工程を行う第１吸着塔７Ａから排気工程を行う第２吸着塔７Ｂへ送るパージガスの逆流を防止する。
第２流出逆止弁１６Ｂおよび第１流入逆止弁１７Ａは、吸着工程を行う第２吸着塔７Ｂから排気工程を行う第１吸着塔７Ａへ送るパージガスの逆流を防止する。
第１排気弁３Ａおよび第２排気弁３Ｂは、排気工程の際に第１吸着塔７Ａおよび第２吸着塔７Ｂに導入されたパージガスを排出する際に経由する。サイレンサ８は、第１排気弁３Ａおよび第２排気弁３Ｂを通過した排ガスが排出される際に通過する。
下均圧弁５および上均圧弁６は、吸着工程と排気工程の間に均圧工程を行うときに開弁され、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂを連通させ、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの圧力差を均圧化する。 The first intake valve 2A and the second intake valve 2B supply the compressed air supplied from the inverter compressor 1 to the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B.
The first take-off valve 4A and the second take-off valve 4B pass when the nitrogen gas separated by the adsorption of oxygen in the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B is temporarily stored in the product tank 10. .
The pressure reducing valve 11 and the flow rate sensor 13 pass through when the nitrogen gas stored in the product tank 10 is supplied to a nitrogen gas using facility (not shown). The oxygen concentration meter 12 measures the nitrogen purity of the nitrogen gas supplied from the product tank 10 to the facility using the nitrogen gas.
The purge valve 15 and the orifice 9 are supplied from the first adsorption tower 7A performing the adsorption process to the second adsorption tower 7B performing the exhaust process, or from the second adsorption tower 7B performing the adsorption process to the first adsorption tower 7A performing the exhaust process. , Via when introducing purge gas.
The first outflow check valve 16A and the second inflow check valve 17B prevent the backflow of purge gas sent from the first adsorption tower 7A performing the adsorption process to the second adsorption tower 7B performing the exhaust process.
The second outflow check valve 16B and the first inflow check valve 17A prevent the backflow of purge gas sent from the second adsorption tower 7B performing the adsorption process to the first adsorption tower 7A performing the exhaust process.
The first exhaust valve 3A and the second exhaust valve 3B pass through when the purge gas introduced into the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B during the exhaust process is discharged. The silencer 8 passes when the exhaust gas that has passed through the first exhaust valve 3A and the second exhaust valve 3B is discharged.
The lower pressure equalization valve 5 and the upper pressure equalization valve 6 are opened when the pressure equalization process is performed between the adsorption process and the exhaust process, and the first adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B are communicated with each other. And the pressure difference between the second adsorption tower 7B is equalized.

上記バルブシステムにおいて各弁の開閉制御が行われ、上述したのと同様の吸着工程、排出工程および均圧工程が行われる。 In the valve system, opening / closing control of each valve is performed, and the same adsorption process, discharge process and pressure equalization process as described above are performed.

本発明では、上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着塔（７Ａまたは７Ｂ）が吸着工程を続けている間に、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）において排気工程を終了し、当該他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えるよう制御する。 In the present invention, the above valve system exhausts in the other adsorption tower (7B or 7A) while one adsorption tower (7A or 7B) continues the adsorption process as the flow rate of the separated product gas decreases. Control is performed so that the process is terminated and the process is switched to a retention process for retaining the gas in the other adsorption tower (7B or 7A).

滞留工程への切り換えは、つぎの２つの制御によって実現することができる。 Switching to the retention process can be realized by the following two controls.

第１は、上記バルブシステムは、一方の吸着塔（７Ａまたは７Ｂ）から他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）へのパージガスの導入を停止することにより、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）での排気工程を終了して滞留工程に切り換えることができる。具体的には、パージ弁１５の閉弁によりパージガスの導入を停止する。 First, the valve system stops the introduction of purge gas from one adsorption tower (7A or 7B) to the other adsorption tower (7B or 7A), so that the other adsorption tower (7B or 7A) The exhaust process can be terminated and switched to the residence process. Specifically, the introduction of the purge gas is stopped by closing the purge valve 15.

第２は、上記バルブシステムは、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）での排気工程を終了して滞留工程に切り換えることができる。具体的には、第２排気弁３Ｂまたは第１排気弁３Ａの閉弁により排気ガスの排出を停止することができる。 Second, the valve system stops exhausting the exhaust gas from the other adsorption tower (7B or 7A), thereby terminating the exhaust process in the other adsorption tower (7B or 7A) and entering the residence process. Can be switched. Specifically, exhaust gas exhaust can be stopped by closing the second exhaust valve 3B or the first exhaust valve 3A.

また、滞留工程への切り換えは、吸着工程と排気工程の切り換え時間を延長し、その延長時間中に行うことができる。 Further, switching to the residence process can be performed during the extended time by extending the switching time between the adsorption process and the exhaust process.

すなわち、上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するとともに、その延長時間中において、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）における排気工程を終了して滞留工程に切り換える。 That is, the valve system extends the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process as the flow rate of the separated product gas decreases, and during the extended time, the exhaust process in the other adsorption tower (7B or 7A). To complete the dwell process.

図３（Ｂ）は、上記バルブシステムの制御により、各工程において弁が開閉される状態を示す図である。
図４は、本実施形態の装置において各工程におけるガスの流れを示した図である。
（Ａ）は第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程のときである。
（Ｂ）は第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが滞留工程のときである。
（Ｃ）は第１吸着塔７Ａが排気工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときである。
（Ｄ）は第１吸着塔７Ａが滞留工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときである。
（Ｅ）は均圧工程である。 FIG. 3B is a diagram showing a state in which the valve is opened and closed in each process under the control of the valve system.
FIG. 4 is a diagram showing a gas flow in each step in the apparatus of the present embodiment.
(A) is when the 1st adsorption tower 7A is an adsorption process, and the 2nd adsorption tower 7B is an exhaust process.
(B) is when the 1st adsorption tower 7A is an adsorption process and the 2nd adsorption tower 7B is a residence process.
(C) is when the first adsorption tower 7A is in the exhaust process and the second adsorption tower 7B is in the adsorption process.
(D) is when the 1st adsorption tower 7A is a residence process, and the 2nd adsorption tower 7B is an adsorption process.
(E) is a pressure equalizing step.

図３（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程のときは、第１吸気弁２Ａが開き、第２吸気弁２Ｂが閉じている。また、第１排気弁３Ａが閉じ、第２排気弁３Ｂが開いている。また、第１取出弁４Ａが開き、第２取出弁４Ｂが閉じている。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じている。また、パージ弁１５は開き、パージガスは第１流出逆止弁１６Ａと第２流入逆止弁１７Ｂを通過して第１吸着塔７Ａから第２吸着塔７Ｂに送られる。 As shown in FIG. 3B, when the first adsorption tower 7A is the adsorption process and the second adsorption tower 7B is the exhaust process, the first intake valve 2A is opened and the second intake valve 2B is closed. Further, the first exhaust valve 3A is closed and the second exhaust valve 3B is opened. Further, the first extraction valve 4A is opened, and the second extraction valve 4B is closed. The lower pressure equalizing valve 5 and the upper pressure equalizing valve 6 are closed. Further, the purge valve 15 is opened, and the purge gas passes through the first outflow check valve 16A and the second inflow check valve 17B and is sent from the first adsorption tower 7A to the second adsorption tower 7B.

図４（Ａ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第１吸着塔７Ａに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第１吸着塔７Ａで得られた窒素ガスの一部はパージガスとして第２吸着塔７Ｂに導入されて脱着に供され、その後排ガスとして排出される。 As shown in FIG. 4A, in this state, compressed air supplied from the compressor 1 is introduced into the first adsorption tower 7A, and nitrogen gas adsorbed and separated here is temporarily supplied to the product tank 10. Stored. A part of the nitrogen gas obtained in the first adsorption tower 7A is introduced into the second adsorption tower 7B as a purge gas, used for desorption, and then discharged as exhaust gas.

図３（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが吸着工程で第２吸着塔７Ｂが排気工程から滞留工程に切り換わったときは、第１吸気弁２Ａが開き、第２吸気弁２Ｂが閉じた状態が維持される。また、第１排気弁３Ａは閉じた状態が維持され、第２排気弁３Ｂが閉じる。また、第１取出弁４Ａが開き、第２取出弁４Ｂが閉じた状態が維持される。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じた状態が維持される。また、パージ弁１５は閉じる。 As shown in FIG. 3B, when the first adsorption tower 7A is in the adsorption process and the second adsorption tower 7B is switched from the exhaust process to the retention process, the first intake valve 2A is opened and the second intake valve 2B is opened. Is kept closed. Further, the first exhaust valve 3A is kept closed, and the second exhaust valve 3B is closed. Further, the state where the first extraction valve 4A is opened and the second extraction valve 4B is closed is maintained. The lower pressure equalizing valve 5 and the upper pressure equalizing valve 6 are kept closed. Further, the purge valve 15 is closed.

図４（Ｂ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第１吸着塔７Ａに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第１吸着塔７Ａから第２吸着塔７Ｂへのパージガスの導入は停止され、第２吸着塔７Ｂからの排ガスの排出も停止される。 As shown in FIG. 4 (B), in this state, compressed air supplied from the compressor 1 is introduced into the first adsorption tower 7A, where nitrogen gas adsorbed and separated is temporarily stored in the product tank 10. Stored. The introduction of the purge gas from the first adsorption tower 7A to the second adsorption tower 7B is stopped, and the exhaust gas discharge from the second adsorption tower 7B is also stopped.

第２吸着塔７Ｂにおいて、排気工程から滞留工程に切り換えるタイミングは、例えばつぎのようにすることができる。すなわち、流量センサ１３で検知した製品ガスの流量が所定値以下に減少するのに伴い、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長し、その延長時間中に第２吸着塔７Ｂを排気工程から滞留工程に切り換えることができる。 In the 2nd adsorption tower 7B, the timing which switches from an exhaust process to a residence process can be performed as follows, for example. That is, as the flow rate of the product gas detected by the flow sensor 13 decreases below a predetermined value, the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process is extended, and the second adsorption tower 7B is removed from the exhaust process during the extended time. It is possible to switch to a residence process.

このとき、延長の開始と同時に排気工程から滞留工程に切り換えることもできるし、延長を開始して暫く時間が経過してから排気工程から滞留工程に切り換えることもできる。また、延長時間は、製品ガスの流量に応じて決定することができる。 At this time, it is possible to switch from the exhaust process to the retention process simultaneously with the start of the extension, or to switch from the exhaust process to the retention process after a while has passed since the extension started. Further, the extension time can be determined according to the flow rate of the product gas.

また、第２吸着塔７Ｂにおいて排気工程から滞留工程に切り換えるときに、パージ弁１５の閉弁と第２排気弁２Ｂの閉弁を同時に行うこともできるし、パージ弁１５の閉弁と第２排気弁２Ｂの閉弁との間に多少のタイムラグを設けることもできる。タイムラグを設ける場合は、パージ弁１５を先に閉弁してから第２排気弁２Ｂを閉弁してもよいし、第２排気弁２Ｂを先に閉弁してからパージ弁１５を閉弁してもよい。 Further, when switching from the exhaust process to the retention process in the second adsorption tower 7B, the purge valve 15 and the second exhaust valve 2B can be closed simultaneously, or the purge valve 15 and the second valve can be closed. Some time lag can be provided between the exhaust valve 2B and the valve. When providing a time lag, the purge valve 15 may be closed first and then the second exhaust valve 2B may be closed, or the second exhaust valve 2B may be closed first and then the purge valve 15 may be closed. May be.

図３（Ｂ）に示すように、第１吸着塔７Ａが排気工程で第２吸着塔７Ｂが吸着工程のときは、第１吸気弁２Ａが閉じ、第２吸気弁２Ｂが開いている。また、第１排気弁３Ａが開き、第２排気弁３Ｂが閉じている。また、第１取出弁４Ａが閉じ、第２取出弁４Ｂが開いている。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じている。また、パージ弁１５は開き、パージガスは第２流出逆止弁１６Ｂと第１流入逆止弁１７Ａを通過して第２吸着塔７Ｂから第１吸着塔７Ａに送られる。 As shown in FIG. 3B, when the first adsorption tower 7A is in the exhaust process and the second adsorption tower 7B is in the adsorption process, the first intake valve 2A is closed and the second intake valve 2B is open. Further, the first exhaust valve 3A is opened and the second exhaust valve 3B is closed. Further, the first extraction valve 4A is closed and the second extraction valve 4B is open. The lower pressure equalizing valve 5 and the upper pressure equalizing valve 6 are closed. The purge valve 15 is opened, and the purge gas passes through the second outflow check valve 16B and the first inflow check valve 17A and is sent from the second adsorption tower 7B to the first adsorption tower 7A.

図４（Ｃ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第２吸着塔７Ｂに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第２吸着塔７Ｂで得られた窒素ガスの一部はパージガスとして第１吸着塔７Ａに導入されて脱着に供され、その後排ガスとして排出される。 As shown in FIG. 4C, in this state, compressed air supplied from the compressor 1 is introduced into the second adsorption tower 7B, where nitrogen gas adsorbed and separated is temporarily stored in the product tank 10. Stored. Part of the nitrogen gas obtained in the second adsorption tower 7B is introduced into the first adsorption tower 7A as a purge gas, used for desorption, and then discharged as exhaust gas.

図３（Ｂ）に示すように、第２吸着塔７Ｂが吸着工程で第１吸着塔７Ａが排気工程から滞留工程に切り換わったときは、第２吸気弁２Ｂが開き、第１吸気弁２Ａが閉じた状態が維持される。また、第２排気弁３Ｂは閉じた状態が維持され、第１排気弁３Ａが閉じる。また、第２取出弁４Ｂが開き、第１取出弁４Ａが閉じた状態が維持される。下均圧弁５と上均圧弁６は閉じた状態が維持される。また、パージ弁１５は閉じる。 As shown in FIG. 3B, when the second adsorption tower 7B is in the adsorption process and the first adsorption tower 7A is switched from the exhaust process to the retention process, the second intake valve 2B is opened and the first intake valve 2A is opened. Is kept closed. Further, the second exhaust valve 3B is kept closed, and the first exhaust valve 3A is closed. Further, the state where the second extraction valve 4B is opened and the first extraction valve 4A is closed is maintained. The lower pressure equalizing valve 5 and the upper pressure equalizing valve 6 are kept closed. Further, the purge valve 15 is closed.

図４（Ｄ）に示すように、この状態では、コンプレッサ１から供給される圧縮空気が第２吸着塔７Ｂに導入され、ここで酸素が吸着されて分離された窒素ガスが製品槽１０に一時的に貯留される。第２吸着塔７Ｂから第１吸着塔７Ａへのパージガスの導入は停止され、第１吸着塔７Ａからの排ガスの排出も停止される。 As shown in FIG. 4D, in this state, compressed air supplied from the compressor 1 is introduced into the second adsorption tower 7B, where nitrogen gas adsorbed and separated is temporarily supplied to the product tank 10. Stored. The introduction of the purge gas from the second adsorption tower 7B to the first adsorption tower 7A is stopped, and the exhaust gas discharge from the first adsorption tower 7A is also stopped.

第１吸着塔７Ａにおいて、排気工程から滞留工程に切り換えるタイミングは、例えばつぎのようにすることができる。すなわち、流量センサ１３で検知した製品ガスの流量が所定値以下に減少するのに伴い、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長し、その延長時間中に第１吸着塔７Ａを排気工程から滞留工程に切り換えることができる。 In the 1st adsorption tower 7A, the timing which switches from an exhaust process to a residence process can be performed as follows, for example. That is, as the flow rate of the product gas detected by the flow sensor 13 decreases below a predetermined value, the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process is extended, and the first adsorption tower 7A is removed from the exhaust process during the extended time. It is possible to switch to a residence process.

また、第１吸着塔７Ａにおいて排気工程から滞留工程に切り換えるときに、パージ弁１５の閉弁と第１排気弁３Ａの閉弁を同時に行うこともできるし、パージ弁１５の閉弁と第１排気弁３Ａの閉弁との間に多少のタイムラグを設けることもできる。タイムラグを設ける場合は、パージ弁１５を先に閉弁してから第１排気弁３Ａを閉弁してもよいし、第１排気弁３Ａを先に閉弁してからパージ弁１５を閉弁してもよい。 Further, when switching from the exhaust process to the residence process in the first adsorption tower 7A, the purge valve 15 can be closed and the first exhaust valve 3A can be closed at the same time. A slight time lag may be provided between the exhaust valve 3A and the closed valve. When providing a time lag, the purge valve 15 may be closed first and then the first exhaust valve 3A may be closed, or the first exhaust valve 3A may be closed first and then the purge valve 15 may be closed. May be.

図３（Ｂ）に示すように、均圧工程のときは、第１吸気弁２Ａと第２吸気弁２Ｂはともに閉じる。また、第１排気弁３Ａと第２排気弁３Ｂもともに閉じる。さらに、第１取出弁４Ａと第２取出弁４Ｂもともに閉じる。そして、下均圧弁５と上均圧弁６がともに開く。 As shown in FIG. 3B, both the first intake valve 2A and the second intake valve 2B are closed during the pressure equalization step. Further, both the first exhaust valve 3A and the second exhaust valve 3B are closed. Further, both the first extraction valve 4A and the second extraction valve 4B are closed. Then, both the lower pressure equalizing valve 5 and the upper pressure equalizing valve 6 are opened.

図４（Ｅ）に示すように、この状態では、それまで吸着工程を行っていた一方の吸着塔からそれまで排気工程を行っていた他方の吸着塔に塔内のガスが移動し、第１吸着塔７Ａと第２吸着塔７Ｂの塔内圧力が均一化される。
Figure 4 (E), the in this state until then to gas movement in the tower to the other adsorption tower which has been subjected to exhaust process from one of the adsorption tower which has been subjected to the adsorption step before, first tower pressure of the adsorption tower 7A and the second adsorption tower 7B is uniform.

本実施形態は、分離した製品ガスの流量減少に伴って、一方の吸着塔（７Ａまたは７Ｂ）が吸着工程を続けている間に、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）において排気工程を終了し、当該他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内のガスを滞留させる滞留工程に切り換えることにより、排気ガスの無駄な排出が減る分だけ原料である混合ガスの導入量が減少する。したがって、分離した製品ガスの使用量が減ったときに、分離した製品ガスの濃度を維持したままコンプレッサー１の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。 In the present embodiment, as the flow rate of the separated product gas decreases, while the one adsorption tower (7A or 7B) continues the adsorption process, the exhaust process is terminated in the other adsorption tower (7B or 7A). By switching to the residence process in which the gas in the other adsorption tower (7B or 7A) is retained, the amount of the mixed gas that is a raw material is reduced by the amount that wasteful exhaust gas emission is reduced. Therefore, when the usage amount of the separated product gas decreases, the operation of the compressor 1 can be reduced while maintaining the concentration of the separated product gas, and the power consumption can be reduced.

また、上記バルブシステムは、一方の吸着塔（７Ａまたは７Ｂ）から他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）へのパージガスの導入を停止することにより、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）での排気工程を終了して滞留工程に切り換えるため、
分離した製品ガスの濃度を維持したままコンプレッサー１の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。すなわち、吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）に流すパージガスは、吸着剤を再生するために所定量を流す必要があるが、逆にその所定量を超え流しても、吸着剤を再生する効果が高まるわけではない。したがって、分離した製品ガスの使用量が減ったときに、無駄なパージガスの導入を停止することにより、分離した製品ガスの濃度を維持したままコンプレッサー１の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。 Further, the valve system stops the introduction of purge gas from one adsorption tower (7A or 7B) to the other adsorption tower (7B or 7A), thereby evacuating the other adsorption tower (7B or 7A). To end the process and switch to the retention process,
The operation of the compressor 1 can be reduced while maintaining the concentration of the separated product gas, and the power consumption can be reduced. That is, the purge gas flowing through the adsorption tower (7B or 7A) needs to flow in a predetermined amount in order to regenerate the adsorbent, but conversely, even if it exceeds the predetermined amount, the effect of regenerating the adsorbent is enhanced. is not. Therefore, when the amount of the separated product gas used is reduced, the introduction of useless purge gas is stopped, thereby reducing the operation of the compressor 1 while maintaining the concentration of the separated product gas, thereby reducing the power consumption. it can.

また、上記バルブシステムは、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）からの排気ガスの排出を停止することにより、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）での排気工程を終了して滞留工程に切り換えるため、
分離した製品ガスの濃度を維持したままコンプレッサー１の稼動を減らし、消費電力を削減することができる。すなわち、排気ガスの排出を停止すると、吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）は密閉状態となり、再生側の吸着剤からガスが脱着されて次第に吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高くなる。再生側の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高くなると、吸着工程に移行する時の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力がその分だけ高くなり、それだけ早く吸着工程の必要圧力に到達する。吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が早く高くなるということは、コンプレッサー１の稼動を節約することができ、それだけ消費電力が小さくなる。 Further, the valve system terminates the exhaust process in the other adsorption tower (7B or 7A) and stops the exhaust process from the other adsorption tower (7B or 7A) to switch to the residence process. ,
The operation of the compressor 1 can be reduced while maintaining the concentration of the separated product gas, and the power consumption can be reduced. That is, when the exhaust gas discharge is stopped, the adsorption tower (7B or 7A) is in a sealed state, the gas is desorbed from the regeneration side adsorbent, and the pressure in the adsorption tower (7B or 7A) gradually increases. When the pressure in the regeneration-side adsorption tower (7B or 7A) increases, the pressure in the adsorption tower (7B or 7A) at the time of shifting to the adsorption process increases correspondingly, and reaches the necessary pressure for the adsorption process earlier. The fact that the pressure in the adsorption tower (7B or 7A) is increased quickly can save the operation of the compressor 1, and the power consumption is reduced accordingly.

また、上記バルブシステムは、分離した製品ガスの流量減少に伴って、吸着工程と排気工程を切り換える切り換え時間を延長するとともに、その延長時間中において、他方の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）における排気工程を終了して滞留工程に切り換えるため、
つぎの（１）（２）の効果が得られる。
（１）延長時間中にパージガスを止めることにより、混合ガスの消費量が減少する。所定量のパージガスは吸着剤を再生するが、所定量を超えてのパージガスを流してもそれ以上再生されることはない。したがって、通常の切り替え時間中に吸着剤の再生は終了しているのであり、延長時間までパージガスを流す必要はない。そこで、製品ガスの品質に影響しない不必要なパージガスを停止し、品質を維持したまま消費電力を節減することができる。
（２）再生側の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）の排気を停止することにより、吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）は密閉状態となり、延長時間中に再生側の吸着からガスが脱着され、次第に吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高くなる。再生側の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高くなると、吸着工程に移行した時の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力も高くなることとなる。吸着工程の開始時の吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が高いため、それだけ早く吸着工程の必要圧力に到達する。吸着塔（７Ｂまたは７Ａ）内圧力が早く高くなるということは、コンプレッサー１の稼動を節約することができ、それだけ消費電力が小さくなる。 The valve system extends the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process as the flow rate of the separated product gas decreases, and during the extended time, the exhaust process in the other adsorption tower (7B or 7A). To end the process and switch to the retention process,
The following effects (1) and (2) can be obtained.
(1) By stopping the purge gas during the extended time, the consumption of the mixed gas is reduced. Although the predetermined amount of purge gas regenerates the adsorbent, even if a purge gas exceeding a predetermined amount flows, it will not be regenerated further. Therefore, the regeneration of the adsorbent is completed during the normal switching time, and it is not necessary to flow the purge gas until the extended time. Therefore, unnecessary purge gas that does not affect the quality of the product gas can be stopped, and power consumption can be reduced while maintaining the quality.
(2) By stopping the exhaustion of the regeneration side adsorption tower (7B or 7A), the adsorption tower (7B or 7A) is in a sealed state, and gas is desorbed from the regeneration side adsorption during the extended time, and gradually the adsorption tower (7B or 7A) The internal pressure increases. When the pressure in the regeneration-side adsorption tower (7B or 7A) increases, the pressure in the adsorption tower (7B or 7A) also increases when the process proceeds to the adsorption step. Since the pressure in the adsorption tower (7B or 7A) at the start of the adsorption process is high, the pressure required for the adsorption process is reached earlier. The fact that the pressure in the adsorption tower (7B or 7A) is increased quickly can save the operation of the compressor 1, and the power consumption is reduced accordingly.

つぎに、実施例について説明する。 Next, examples will be described.

図３に示した窒素ガス発生装置として下記の仕様のものを準備した。
窒素ガス発生量：３０Ｎｍ^３／ｈ
窒素ガス圧力：０．５ＭＰａ
窒素ガス純度：９９％ｖｏｌ以上
インバーター式コンプレッサー：
主モーター公称出力１１ｋｗ
その他の条件として、窒素ガスの純度と圧力については製品ガスの仕様値を充たした状態とした。 The nitrogen gas generator shown in FIG. 3 having the following specifications was prepared.
Nitrogen gas generation amount: 30 Nm ³ / h
Nitrogen gas pressure: 0.5 MPa
Nitrogen gas purity: 99% vol or more Inverter type compressor:
Main motor nominal output 11 kW
As other conditions, the purity and pressure of the nitrogen gas were in a state satisfying the specification values of the product gas.

一方、比較例１として図１に示した窒素ガス発生装置で同様の仕様のものを準備した。 On the other hand, as the comparative example 1, the nitrogen gas generator shown in FIG.

窒素ガス発生量を３０Ｎｍ^３／ｈ（１００％）から２２.５Ｎｍ^３／ｈ（７５％）、１５Ｎｍ^３／ｈ（５０％）と減らしていき、吸着・排気工程を延長した。それぞれの状態で、消費電力を測定した。 The amount of nitrogen gas generated was reduced from 30 Nm ³ / h (100%) to 22.5 Nm ³ / h (75%) and 15 Nm ³ / h (50%), extending the adsorption / exhaust process. In each state, power consumption was measured.

図５は、実施例１および比較例１における窒素ガスの発生量と消費電力の関係を示す。実施例１の方が窒素ガス発生量が少なくなったときの電力の低下が大きいことがわかる。 FIG. 5 shows the relationship between the amount of nitrogen gas generated and the power consumption in Example 1 and Comparative Example 1. It can be seen that in Example 1, the reduction in power is greater when the amount of nitrogen gas generated is smaller.

図３に示した窒素ガス発生装置として下記の仕様のものを準備した。
窒素ガス発生量：２０Ｎｍ^３／ｈ
窒素ガス圧力：０.５ＭＰａ
窒素ガス純度：９９.９９％ｖｏｌ以上
インバーター式コンプレッサー（ドライヤ搭載）：
主モーター公称出力１１ｋｗ
ドライヤ公称出力０．５ｋｗ
その他の条件として、窒素ガスの純度と圧力については製品ガスの仕様値を充たした状態とした。 The nitrogen gas generator shown in FIG. 3 having the following specifications was prepared.
Nitrogen gas generation amount: 20 Nm ³ / h
Nitrogen gas pressure: 0.5 MPa
Nitrogen gas purity: 99.99% vol or more Inverter type compressor (with dryer):
Main motor nominal output 11 kW
Nominal output of dryer 0.5 kW
As other conditions, the purity and pressure of the nitrogen gas were in a state satisfying the specification values of the product gas.

一方、比較例２として図１に示した窒素ガス発生装置で同様の仕様のものを準備した。 On the other hand, as the comparative example 2, the nitrogen gas generator shown in FIG.

窒素ガス発生量を２０Ｎｍ^３／ｈ（１００％）から１５Ｎｍ^３／ｈ（７５％）、１０Ｎｍ^３／ｈ（５０％）、５Ｎｍ^３／ｈ（２５％）と減らしていき、サイクル周期を延長した。それぞれの状態で、消費電力を測定した。 The amount of nitrogen gas generated was reduced from 20 Nm ³ / h (100%) to 15 Nm ³ / h (75%), 10 Nm ³ / h (50%), 5 Nm ³ / h (25%), and the cycle period was extended. . In each state, power consumption was measured.

図６は、実施例２および比較例２における窒素ガスの発生量と消費電力の関係を示す。実施例２の方が窒素ガス発生量が少なくなったときの電力の低下が大きいことがわかる。 FIG. 6 shows the relationship between the amount of nitrogen gas generated and the power consumption in Example 2 and Comparative Example 2. It turns out that the fall of electric power is larger in Example 2 when the amount of nitrogen gas generation decreases.

図７は、実施例２および比較例２における各吸着塔の圧力変動を示す。実施例２では、滞留工程において、吸着塔内の圧力が上昇していることがわかる。
FIG. 7 shows the pressure fluctuation of each adsorption tower in Example 2 and Comparative Example 2. In Example 2, it turns out that the pressure in an adsorption tower is rising in a residence process.

１コンプレッサ
２Ａ第１吸気弁
２Ｂ第２吸気弁
３Ａ第１排気弁
３Ｂ第２排気弁
４Ａ第１取出弁
４Ｂ第２取出弁
５下均圧弁
６上均圧弁
７Ａ第１吸着塔
７Ｂ第２吸着塔
８サイレンサ
９オリフィス
１０製品槽
１１減圧弁
１２酸素濃度計
１３流量センサ
１５パージ弁
１６Ａ第１流出逆止弁
１６Ｂ第２流出逆止弁
１７Ａ第１流入逆止弁
１７Ｂ第２流入逆止弁 1 Compressor 2A 1st intake valve 2B 2nd intake valve 3A 1st exhaust valve 3B 2nd exhaust valve 4A 1st extraction valve
4B 2nd extraction valve 5 Lower pressure equalizing valve 6 Upper pressure equalizing valve 7A 1st adsorption tower 7B 2nd adsorption tower 8 Silencer 9 Orifice 10 Product tank 11 Pressure reducing valve 12 Oxygen concentration meter 13 Flow rate sensor 15 Purge valve 16A First outflow check valve 16B Second outflow check valve 17A First inflow check valve 17B Second inflow check valve

Claims

Two or more adsorption containers filled with an adsorbent for adsorbing and removing the easily adsorbed component from the pressurized mixed gas supplied from the pressurizing means and separating the difficultly adsorbed component;
An adsorption step of introducing a mixed gas into the adsorption vessel and adsorbing the easy-adsorption component to the adsorbent; and an exhausting step of introducing a purge gas into the adsorption vessel and desorbing and evacuating the easy-adsorption component adsorbed by the adsorbent, A valve system for switching and operating alternately in the two or more adsorption vessels,
As the flow rate of the separated product gas decreases, the valve system ends the exhaust process in the other adsorption container while one adsorption container continues the adsorption process, and removes the gas in the other adsorption container. Control to switch to the retention process to retain ,
The valve system terminates the exhaust process in the other adsorption container by stopping the introduction of purge gas from one adsorption container to the other adsorption container and stopping the exhaust gas exhaust from the other adsorption container. And switching to the residence process .

As the flow rate of the separated product gas decreases, the valve system extends the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process, and ends the exhaust process in the other adsorption vessel during the extended time and enters the residence process. separator of a gas mixture of claim 1 Symbol mounting switches.

3. The mixed gas separation device according to claim 2, wherein the extended time when the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process is extended is determined according to the flow rate of the separated product gas.

Two or more adsorption containers filled with an adsorbent for adsorbing and removing the easily adsorbed component from the pressurized mixed gas supplied from the pressurizing means and separating the difficultly adsorbed component;
An adsorption step of introducing a mixed gas into the adsorption vessel and adsorbing the easy-adsorption component to the adsorbent; and an exhausting step of introducing a purge gas into the adsorption vessel and desorbing and evacuating the easy-adsorption component adsorbed by the adsorbent, Preparing a valve system for switching and operating alternately in the two or more adsorption vessels,
As the flow rate of the separated product gas decreases, the valve system ends the exhaust process in the other adsorption container while one adsorption container continues the adsorption process, and removes the gas in the other adsorption container. Control to switch to the retention process to retain ,
The valve system terminates the exhaust process in the other adsorption container by stopping the introduction of purge gas from one adsorption container to the other adsorption container and stopping the exhaust gas exhaust from the other adsorption container. And switching to the residence process .

As the flow rate of the separated product gas decreases, the valve system extends the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process, and ends the exhaust process in the other adsorption vessel during the extended time and enters the residence process. The method for separating a mixed gas according to claim 4 to be switched.

6. The method for separating a mixed gas according to claim 5, wherein the extended time when the switching time for switching between the adsorption process and the exhaust process is extended is determined according to the flow rate of the separated product gas.