JPH10118439A

JPH10118439A - Ｐｓａ法によるガス分離装置

Info

Publication number: JPH10118439A
Application number: JP9202238A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sato; 重雄佐藤; Kazukiyo Takano; 和潔高野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1998-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＳＡ法によるガス分離装置において、各吸
着筒の吸着剤の脱着再生が必要かつ最適に行われるよう
にして製品ガスの純度向上を図るとともに、収率の向上
を図ることを目的とする新たな技術を提供する。【解決手段】前記の吸着筒に原料ガスを加圧供給して
強吸着性ガスを吸着剤に吸着させて、弱吸着性ガスを製
品ガスとして取り出す吸着工程の後に、該吸着筒を減圧
して強吸着性ガスを脱着排気する脱着工程時に、この脱
着排ガスの濃度をガス濃度計１１で検出してその値に基
づいてパージガス制御手段１８の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力変動吸着法
（以下、ＰＳＡ法ともいう）によるガス分離装置の製品
ガスの収率向上とその製品ガスの純度向上を図るための
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＳＡ法によるガス分離装置は、強吸
着性ガスを吸着剤に吸着させ、弱吸着性ガスを吸着筒の
他端より取り出し製品ガスとして利用したり、あるいは
吸着剤に吸着した強吸着性ガスを脱着して利用すること
もあり、その多くは原料ガスのガス分離を行うものであ
る。

【０００３】該ガス分離装置の吸着筒は、吸着工程と
脱着工程とを繰り返してガスを分離する。このガス分離
装置においては、工業的には製品ガスの純度が高いこ
と、原料ガスからの収率が高い事が求められている。

【０００４】ＰＳＡ法のガス分離装置の吸着工程では
大気圧より十分高い圧力の加圧ガスを用い、脱着工程で
は大気圧まで圧力を下げる再生方式を用いる常圧再生方
式のものと、比較的低い加圧ガスを用いて吸着工程を行
い、脱着再生工程を真空（大気圧以下の圧力であり通常
は１００トール〜１５０トールのことが多い）を用いる
真空再生方式とがある。前者の常圧再生方式の場合は製
品ガスを脱着工程の吸着筒にパージガスとして用いるこ
とにより再生を推進させる方法をあわせて行っている。

【０００５】一方、真空再生方式は主として真空ポン
プにより、圧力を下げることにより強吸着性ガスを脱着
させるものであり、パージガスは脱着工程の吸着筒にほ
とんど流さないか、又は、流す場合でも少しで良い。こ
の事は常圧再生法によるものは、パージガスを多く使用
する分だけ、真空再生方式より原料ガス中より製品ガス
が得られる収率が悪くなる。また複数の吸着筒を用いる
常圧再生方式の場合、各吸着筒がバランス良く動作して
いる場合は収率も純度も良いが、各吸着筒のバランスが
崩れて１筒に多くのパージガスが流れ再生に必要以上の
パージガスが流れた場合は脱着排ガス中に無駄に放出さ
れて捨てられることとなる。従って、製品ガスとして得
られるべきガスの量が少なくなる。そして当該製品ガス
を発生中の吸着工程の吸着筒には必要以上の製品ガスを
取り出すこととなるために、製品ガスの純度低下を生じ
ることとなる。

【０００６】反対にパージガスが少ない場合、該吸着
筒の再生が十分でなく、十分な吸着能力の回復が出来
ず、該吸着筒でガスを生成する能力が十分でなく、製品
ガス濃度が下がることとなる。

【０００７】以上の如く各吸着筒の吸着工程、脱着工
程がバランス良く、均一に行われる事が製品ガスの純
度，収率ともその方式における最良のものになる。しか
し従来は常圧再生方式による脱着工程も真空再生方式に
よる脱着工程も従来より各工程の時間値で管理している
ものがほとんどで一定時間の脱着・再生工程を実施する
ことにより再生が十分出来たものとみなしている。しか
し、種々の条件により各吸着筒の脱着・再生が必要か
つ、十分に行われなかったり、各筒間のバランスが良く
保たれていないことが生じることもある。

【０００８】例えば、吸着筒に送られる原料ガスの量
がガス配管途上の理由でひとつの吸着筒だけに多く入っ
た場合、全ての吸着筒に均一なパージガスを供給してい
たのではバランスが崩れることとなり、また、加圧ガス
の供給量は全ての吸着筒に同じであっても、パージガス
の量が一筒にのみ多く流れると、これまたバランスが崩
れることとなり、ある吸着筒のＰＳＡのサイクルタイム
だけ時間が長くなったとき吸着工程の吸着筒には多くの
空気は入りすぎ、そのとき同時進行中の脱着工程の吸着
筒には多すぎるパージガスが流れることとなり各吸着筒
の再生バランスが崩れることとなる。

【０００９】またガス分離装置により生産したガスを
使用消費する量が消費先の理由により変動することが生
ずる。このときにも吸着筒相互間にバランスが崩れる原
因を含む。また長い期間にわたって消費量が少なくなっ
た場合は、原料ガスの供給量が少なくても良いため通常
空気圧縮器等の働きを減じて電力等の消費量を減ずる等
の減量運転操作を行う。大型の装置については消費電力
も大きいので使用する製品ガス量が少なくなったときは
装置の減量運転によって削減される電力量も大きいので
これ等減量運転を含め、より強くより効率的なガス発生
方法が求められている。この要求に対して消費ガス量に
関連づけて原料ガスを送り込む空気圧縮器や脱着排気す
る真空ポンプの能力や運転台数（複数台使用していると
き）を縮減する方法をとっている。

【００１０】ガス分離装置で発生した製品ガスは製品
ガスとして取り出され消費されるものと、他の吸着筒の
脱着再生用パージガスとして装置内部で消費されるもの
がある。これ等を作り出す為に原料ガスが必要であるの
で、製品ガスとして取り出される量が少なくなれば、そ
の分原料ガスは少なくて良いので原料ガスを送り込む空
気圧縮器の能力を下げて減量運転が出来ることになるの
であるが、吸着筒に入ってくる原料ガスの量が少なくな
り、その吸着剤に吸着するガスの量も少なくなるので、
パージガスの量も少なくて良い事になる。この為、更に
パージ用の原料ガスの削減も出来ることになる。

【００１１】しかるに従来の減量運転は脱着再生の完
了を検出する適切な手段が無く、従って適切なパージ量
を決定することが出来なかった。特にＰＳＡ工程の途中
で、取り出す製品ガス量が変更されるようなときでもパ
ージガス量は全負荷と同量が流されており、単に取出製
品ガス量と関係づけて運転の減量を定めていた。この減
量運転操作を行うときも、その開始時に一時的に各吸着
筒間のバランスが崩れることがある。（これは吸着筒間
の吸・脱着熱の変動を伴うことにも起因している。）こ
のバランスが崩れることを早く検出し、この是正制御を
することが必要かつ重要である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ＰＳＡ法によるガス
分離装置において、各吸着筒の吸着剤の脱着再生が必要
かつ十分に行われるようにして、製品ガスの純度向上を
計るとともに収率の向上を図ること及び消費電力の低減
を図ることを目的とする新たな技術を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】吸着筒の再生時に強吸
着性ガスが脱着し、脱着排ガス中の強吸着性ガスの濃度
が高まって排出される。その後、製品ガス取出口より向
流的に弱吸着性ガスである製品ガスがパージガスとして
流入されるので吸着筒内の強吸着性ガスと弱吸着性ガス
のマストランスファーゾーンは出口端より入口端に向か
って押しもどされて、一定時間後に入口近くまで近づく
と段々と脱着排ガス中の製品ガス（弱吸着性ガス）の濃
度が高まってきて、吸着剤の再生完了を知ることが出来
ることがわかった。

【００１４】真空再生方式の場合も少量ではあるが、
パージガスを流すので脱着排ガス中の脱着排ガス濃度
は、強吸着性ガスが脱着し、その脱着排ガス中の強吸着
性ガスの濃度が高くなり、時間とともにその濃度が変化
し、その後脱着排ガス中にパージの製品ガスの濃度が高
くなってくるので吸着剤の再生の過程が把握できる。こ
の脱着排ガス中のガス濃度を監視しながらパージガス量
を変更し、または脱着工程の時間を変更することにより
吸着筒の再生の状況を管理してＰＳＡ法のガス分離を行
うものである。

【００１５】そのため本発明では次のような手段を講
じる。（その１）吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着筒を
有し該吸着筒に加圧ガスを供給し、該吸着剤に強吸着性
ガスを吸着させて弱吸着性ガスを製品ガスとして取り出
す吸着工程と、該吸着筒を減圧排気して該吸着剤に吸着
した強吸着性ガスを減圧脱着してこの吸着剤を脱着再生
する脱着工程とを繰り返してガス分離を行うＰＳＡ法に
よるガス分離装置において、脱着工程にある吸着筒に製
品ガスを向流的に流すパージガス導入手段を付設すると
ともに、このパージガスを制御するパージガス制御手段
を設け、この脱着工程にある吸着筒の脱着排ガスのガス
濃度をガス濃度計で測定し、この測定に基づいて得られ
る脱着排ガスのガス濃度値により該パージガス制御手段
でパージガスの量を制御するように構成したことを特徴
とするＰＳＡ法によるガス分離装置である。

【００１６】また本発明は次のような手段も講じる。（その２）前記のガス分離装置において、脱着工程にあ
る吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガス濃度計で測定
し、この測定に基づいて得られる脱着排ガスのガス濃度
値が所定の値に達した時点で該吸着筒の脱着工程を終了
させるように構成したことを特徴とするＰＳＡ法による
ガス分離装置である。

【００１７】また本発明は次のような手段も講じる。（その３）前記のガス分離装置において脱着工程にある
吸着筒の脱着排ガスのガス濃度を測定し、この測定に基
づいて得られる脱着排ガスのガス濃度値の変化により、
この脱着工程にある吸着筒の吸着剤の再生処理が完了し
たことを検出し、この検出結果によって、パージガスの
流入停止や真空排気動作の打切りなど該吸着剤の再生処
理を終了させるように構成したことを特徴とするＰＳＡ
法によるガス分離装置である。かかる方法で吸着筒毎に
制御するので不用なパージガスを流すことがなくなり複
数本ある吸着筒の再生バランスが整い、それにより各吸
着筒で発生する製品ガス濃度が一定で高効率で高濃度の
製品ガスが得られる。

【００１８】さらに本発明はより具体的に次のような
手段も含む。（その４）前記の吸着剤がゼオライトであって製品ガス
が酸素富化ガスで、脱着排ガスが窒素富化ガスであるこ
とを特徴とする前記のＰＳＡ法によるガス分離装置であ
る。（その５）前記の吸着剤が分子篩炭であって製品ガスが
窒素富化ガスで、脱着排ガスが酸素富化ガスであること
を特徴とする前記のＰＳＡ法によるガス分離装置であ
る。ただし、分子篩炭を用いる場合は吸着剤の吸着速度
の違いを用いて行う速度分離型ＰＳＡであり、早く吸着
する酸素とゆっくり吸着する窒素をここでは平衡吸着量
でいう強吸着性ガスと弱吸着性ガスと同一とみなし、総
じて強吸着性ガス，弱吸着性ガスと称する。

【００１９】また本発明は減量運転時に、パージ量を
適正値に減じた上で減量運転を一層効果があるよう次の
手段を講じる。（その６）吸着剤を充填した少なくとも２個の吸着筒を
有し、該吸着筒に加圧原料ガスを供給する空気圧縮器と
該加圧原料ガスの圧力を測定する圧力センサーを有し、
該空気圧縮器にはその原料ガスの供給能力を調節する能
力調節手段を有し、該吸着筒に加圧ガスを供給し、その
吸着剤に強吸着性ガスを吸着させて、弱吸着性ガスを製
品ガスとして取り出す吸着工程と該吸着筒を減圧排気し
て該吸着剤に吸着した強吸着性ガスを脱着して、この吸
着剤を再生する脱着工程とを繰り返してガス分離を行う
ＰＳＡ法によるガス分離装置において、脱着工程にある
吸着筒に製品ガスを向流的に流すパージガス導入手段を
付設するとともに、このパージガスの流量を制御するパ
ージガス制御手段を設け、脱着工程にある吸着筒の脱着
排ガスのガス濃度をガス濃度計で測定し、この測定値に
基づいて制御部が該パージガス制御手段でパージガスの
量を該排ガス濃度が目標とする値になるよう制御し、パ
ージガス流量を決定するとともに、その状態で吸着工程
にある他方の吸着筒に供給する原料ガスの供給圧力を該
圧力センサーにて検出しながら、その検出した圧力信号
を制御部へ入れ、制御部で該空気圧縮器の能力を該能力
調節手段により設定されるべき原料ガス圧力になるよう
調節することにより、より効率的に減量運転を行い、消
費電力の低減を図るようにするものである。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図を参照して説明
する。図１に第１の実施例のフローシートを示すが、本
発明はこれに限るものではない。これは２筒式常圧再生
方式の酸素濃縮器に応用した場合の例である。窒素ガス
が強吸着性ガスであるゼオライトを充填した吸着筒３及
び４に加圧した原料ガスを原料ガス入口１に導入し、配
管と自動弁１２及び１４を介して接続し、原料ガスを導
入する。

【００２１】吸着筒のそれぞれの入口端には自動弁１
３及び１５を介して配管にて脱着排ガスを大気に開放す
るサイレンサー１０に接続されている。更に該脱着排ガ
スはサイレンサーの上流にて分岐し、ガス濃度計１１に
接続している。それぞれの吸着筒の出口端は自動弁１６
及び１７を介して配管により、バッファタンク５に接続
され、更に各々の吸着筒の出口端には、製品ガスを吸着
筒に向流的に流すパージガス制御手段１８が接続され
る。

【００２２】また各々の吸着筒の入口端、出口端には
吸着工程と脱着工程の間に均圧工程を有し、該工程期間
に両吸着筒を接続し、両吸着筒の圧力を均等化するため
自動弁７及び６を介して配管接続している。

【００２３】パージガス制御手段１８は複数の自動弁
１９，２０，２１にそれぞれ直接に接続されたオリフィ
ス２２，２３，２４により、自動弁の開閉により脱着工
程中の吸着筒に流すパージガスの流量を制御できる構成
となっている。その制御は、脱着排ガスの酸素濃度をガ
ス濃度計１１により検出し、この計測値を制御部２に伝
えガス濃度計１１からの電気信号を制御部内でディジタ
ル信号に変換して制御部内にあるＣＰＵにより判断処理
して、該制御部２より適正なガス量が流れるようパージ
ガス制御手段１８に伝えてパージガスの流量を制御す
る。制御部は前記機能の他にＰＳＡ動作の制御機能を有
するが点線による各自動弁への信号線や電源の記述は煩
雑で見づらくなるので省略した。なお、本実施例ではパ
ージガス制御手段１８は自動弁とオリフィスで構成し、
その制御も自動弁の開になる組合せにより段階的に制御
したが、この例に限らず、例えばマスフローコントロー
ラーを用いて連続的に制御しても良いし、ひとつのオリ
フィスと直列に接続した自動弁のみで構成し、その自動
弁の開となる時間を変更することによりパージガスの流
量を制御してもよい。

【００２４】原料ガス入口１に加えられた原料ガスは
自動弁１２又は１４により吸着工程中の吸着筒に送られ
る。いま仮りに自動弁１２を開にして吸着筒３に送気し
ているとすると、吸着筒３内のゼオライトに強吸着性ガ
スである窒素ガスが吸着され、出口端より濃縮された酸
素ガス（製品ガス）が出てくる、該製品ガスは自動弁１
６を開にしてバッファタンク５に蓄えられる。

【００２５】その間、もう一方の吸着筒４は自動弁１
４，１７は閉となり、１５が開となってサイレンサー１
０を介して脱着排ガスを大気に放気し減圧されるので吸
着している窒素ガスが脱着して排出される。その間、濃
縮された酸素ガス（製品ガス）がパージガス制御手段１
８を介して脱着中の吸着筒４に出口端より向流的に流入
される。サイレンサー１０に排出される脱着排ガス中の
酸素濃度は脱着する窒素ガスにより低められ原料ガスよ
り低い１０パーセント前後の値を示しているが、脱着が
進み、脱着窒素ガスが少なくなり、流入するパージガス
（酸素）により、吸着剤のマストランスファーゾーン
（ＭＴＺ）が出口端から入口端に移動するにつれて、こ
の脱着排ガス中の酸素濃度が高くなってくると脱着の終
了が近い事を示すものである。

【００２６】この濃度の高くなった事を検出して制御
部２より、パージガス制御手段１８に指令し、パージガ
ス流量を制御する。すなわち、脱着排ガスの酸素濃度が
高くなるとパージガス量を減らす。最終的にはゼロにな
ることもある。脱着排ガス中の酸素濃度がどのくらいに
なったら、パージ流量をどう変えるかは、脱着排ガスの
濃度検出までの時間おくれ、すなわち吸着筒入口端から
ガス濃度計までのガス流れによる時間遅れとガス濃度計
の応答性（遅れ）が問題であり、この遅れを想定した制
御量をパージガス制御手段１８に指示する必要がある。
常圧再生方式の場合、パージガスは大きい流量で流れて
いるため、脱着排ガス中の酸素濃度が上昇し、脱着が完
了したら早い応答でパージガスの流入を下げる事が必要
となる。

【００２７】その為、ガス濃度計までのおくれがすく
ないように短い配管と応答性の良いガス濃度計が必要で
ある。そして排ガス中の酸素濃度が少しでも上昇（１％
程度）に転じたら、パージガス量を減ずる。場合によっ
たらゼロにするよう制御する。またシステムにより上記
トータル的な時間おくれが大きく、同サイクル内での制
御に間に合わないときは制御部は次の同吸着筒の再生サ
イクル時に制御を行うようにする。その制御するパージ
ガスの容量は、ガス分離装置の容量により異なる。また
その製品ガス製造能力に対して、１００％で稼働してい
るのか８０％稼働か、５０％稼働かにより変わる。加え
て装置の形や使用するゼオライトの形状や種類によって
マストランスファーゾーンの幅やシャープさが変わるの
で、これ等に対応したパージガス量の変更調節が必要で
ある。

【００２８】稼働率が全負荷時の５０％のときは脱着
工程の早い時期から脱着排ガスの酸素濃度が高くなって
くる。しかし、導入原料ガスが減量運転をしていないと
きは製品ガスが余っているので制御の必要はないが、減
量運転中には排ガス濃度を見ながら適正なパージガス量
の制御が必要である。ガス濃度計が脱着排ガス中の酸素
濃度の変化を検出するまでの遅れを組み入れた制御を行
うが、脱着排ガスの酸素濃度の変化例を図３に示す。稼
働率が低いときは同図のＢの形であり、１００％稼働率
で複数の吸着筒の間でひとつはＡ，他はＢのようにある
いはＣとＤのように各吸着筒の脱着排ガスの濃度が違う
ものはバランスが崩れていて製品ガスの濃度が低くな
る。このため制御部２が脱着排出ガスの酸素濃度をＰＳ
Ａの切替えサイクルタイムの時間と関係づけてその濃度
値を監視して、パージガス量をパージガス制御手段１８
に指示を出して例えばＤの場合では減らして脱着排ガス
の濃度が点線の如くすることによりＣとのバランスが良
くなり、製品ガスの高い濃度と高い収率が得られるよう
になる。この実施例の収率とは原料ガス中に含まれる酸
素の総量に対し、製品ガスとして取り出せる酸素ガスの
量の比で求められるもので、これが高い方が良い。

【００２９】第２の実施例のフローシートを図２に示
す。これは１筒式で空気を原料ガスとして窒素ガスを濃
縮する装置のフローシート図である。この図において、
空気ポンプ２５は自動弁１２，１３を切替えることによ
り空気圧縮器としての機能と真空ポンプとしての機能を
生ずるポンプであり、吸着筒の入口端に配管にて接続す
る。吸着筒３には窒素よりも酸素の方を短い時間で多く
吸着する分子篩炭（ＣＭＳ＝Ｃａｒｂｏｎｍｏｒｅｃ
ｕｌａｒＳｉｅｖｅｓ）を充填してあり、これは前述
の吸着速度差を用いたＰＳＡであり、ここでは吸着速度
の速いガスを強吸着性ガス，速度の遅いガスを弱吸着性
ガスと称する。吸着筒の出口端は自動弁１６を介して配
管にてバッファタンク５に接続する。このバッファタン
ク５は減圧弁８を介して製品ガス取出口９に配管にて接
続されている。

【００３０】空気ポンプ２５は自動弁１２を実線矢印
の如く切替えて外気を吸入フィルタ２６を介して取り入
れ、圧縮加圧して自動弁１３を実線矢印の如く切替えて
吸着筒３に圧縮空気（原料ガス）を送り込む。これを吸
着工程という。そして吸着筒内に充填された分子篩炭に
より酸素ガスが吸着除去されて他方の出口端より濃縮さ
れた窒素ガスが取り出されるので自動弁１６を開にして
バッファタンク７に蓄える。蓄えた窒素ガスは減圧弁８
により一定圧にして製品ガス取出口９より取り出され消
費される。

【００３１】吸着筒３内の吸着剤が酸素ガスを吸着し
て飽和する前に自動弁１６を閉、自動弁１２，１３を点
線の矢印の如く切替えて、空気ポンプ２５を真空ポンプ
として動かし、吸着筒３内のガスを汲み出し（真空排気
して）、自動弁１３に接続しているサイレンサー１０を
介して外気に脱着排ガスを送り出す。このとき脱着排ガ
スをサイレンサー１０の上流より分岐し、この脱着排ガ
ス中の酸素ガス濃度をガス濃度計１１により検出し、そ
の値を制御部２に伝える。制御部２は本装置のＰＳＡ動
作も全て制御するが、ＰＳＡ動作に関するＰＳＡ制御用
自動弁の開閉信号線の図示は複雑となるので省略してい
る。

【００３２】この制御部２内は全てＣＰＵで制御され
ており、濃度データーもこの基板内でアナログ値からデ
ィジタル値にＡ／Ｄ変換されてＣＰＵで処理される。こ
の例の窒素濃縮器の脱着排ガス中の酸素濃度は図４の
Ａ，Ｂの示す如くなる。すなわち脱着再生工程へ自動弁
の切替直後より、吸着している酸素ガスが脱着排気され
てくるので脱着排ガス中の酸素濃度は約６０％以上にな
り、その後段々と低下してくる。高い濃度の窒素ガスを
得ようとすると、最終的に加圧工程に切り替わる直前の
脱着排ガス中の酸素濃度は低い程、製品ガス濃度の高い
窒素ガスが得られる。窒素ガス濃度が９９．９％以上を
得るためにはこの脱着排ガス中の酸素濃度は１０％以下
であることが必要であり、同９９％以下を要求されると
きは、同じく２０％以下の濃度であっても良い。脱着排
ガス中の酸素ガス濃度がこの値に達すると、脱着再生処
理が終了したとみなして脱着工程を終了させて吸着工程
に移ることとなる。

【００３３】しかし、具体的な脱着排ガス中の酸素濃
度と製品ガス濃度との関係は先述の如くガス濃度検出ま
での遅れ時間で変わってくる。ここでは１筒式の真空式
を示したが、２筒以上あるいは３筒、４筒の多筒式に応
用しても同じことで、各吸着筒の脱着工程の脱着排ガス
中のガス濃度に重点をおいて脱着の程度を制御するので
あり各筒のサイクルに脱着工程と吸着工程の他、その他
に均圧工程または複数のステップに分けた均圧工程を含
めることができる。１筒式の場合は直ちに次の工程に進
めることができるが複数の吸着筒を使用するシステムで
は吸着筒相互の関係があるので各吸着筒に均等に時間配
分されて動作しているのでひとつの吸着筒の脱着再生処
理が終了したからといって、他との関係で次の工程に移
すことが出来ない。そのようなときは、吸着剤の再生が
完了し脱着工程を終了した後、操作工程上の時間の長さ
がガス濃縮工程に関係のない工程に移した状態で待機さ
せるようにして複数の吸着筒の他の吸着筒の工程時間と
の同期をとるようにする。

【００３４】以上、酸素の常圧再生方式の実施例、窒
素ガスの真空再生方式の実施例について述べたが、酸素
の真空再生方式又は窒素の常圧再生方式にも同様の脱着
排ガス中のガス濃度を検出して、再生工程の吸着剤の脱
着状態の過不足を監視しながら、その必要かつ最適な脱
着・再生を行う脱着再生工程を行うようにすることがで
きる。

【００３５】次に別の実施例を示す。別な実施例のフ
ローシートを図５に示す。これは真空再生方式に空気圧
縮器とその能力調節手段３２を組合せて減量運転を行う
場合の例である。これは空気を原料ガスとして使用する
酸素ＰＳＡで、吸着筒にはゼオライト１３Ｘまたは５Ａ
タイプを使用する。

【００３６】原料ガスである空気を原料ガス取入口１
より取入れ空気圧縮器３０により加圧ガスに圧縮し、前
記ゼオライトを充填した吸着筒３，４の入口端に自動弁
１２，１４を介して接続し、同入口端には自動弁１３，
１５を介して、真空ポンプ３１に接続し、吸着筒の減圧
脱着を行えるよう構成し、該２つの吸着筒３，４の入口
端同士を均圧時に２つの吸着筒の圧力を等しくする為の
自動弁７を介して配管にて接続する。

【００３７】吸着筒３，４の出口端にはそれぞれ自動
弁１６，１７を接続して産出した製品ガスをバッファタ
ンク５に配管にて接続し、バッファタンク５から減圧弁
８を介して製品ガス取出口９に配管にて接続し、製品ガ
スを外部に取出す構造とする。

【００３８】吸着筒３，４の出口にはパージガス制御
手段１８と均圧時両吸着筒の出口同士を接続するため自
動弁６を介して配管にて出口同士を接続する。このパー
ジガス制御手段１８はオリフィスと自動弁を組み合わせ
たものでパージ流量をオリフィス２２の径で制御し、自
動弁２１の開になる時間を制御部２によって制御するこ
とにより、パージガスの総量を制御する。これは１例で
あり、複数のオリフィスと複数の自動弁を組み合わせて
構成してもよいし、マスフローコントローラ等を用いて
リニヤーに制御する方法をとっても良い。

【００３９】空気圧縮器３０の下流で吸着筒３，４に
入る自動弁１２，１４の上流側に圧力センサー２８を設
け圧縮ガスの圧力を測定する。同じく脱着排気用の自動
弁１３，１５の下流で真空ポンプ３１の上流側に吸着筒
３，４の脱着再生時の真空度を測定するために圧力セン
サー２７を設ける。真空ポンプ３１の下流側に脱着排ガ
スのガス濃度を測定するガス濃度計１１を設ける。各々
の圧力センサーから信号線２９，３７，３８により制御
部２に伝え、該制御部でアナログをディジタルに変換
し、ＣＰＵにより演算処理し、脱着排ガスの濃度により
パージガス制御手段１８に信号線４０により伝え自動弁
２１の開閉のタイミングをコントロールして、パージガ
スの総量を制御する。空気圧縮器３０は圧力センサー２
８により供給圧力を測定し、当該圧力が目標圧力（２．
５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）に近くなるよう制御部２により処
理し、信号線４２により能力調節手段３２に伝えて空気
圧縮器３０のモーターの回転数を信号線３９により制御
する。

【００４０】同じく吸着筒の脱着再生時の真空度を圧
力センサー２７により測定し、この値を信号線３７によ
り制御部２に伝えて該制御部のＣＰＵで１例として目標
値１５０トールになるよう演算処理し、信号線４２によ
り能力調節手段３２に伝えて真空ポンプ３１のモーター
の回転数を信号線３６により制御し、目標値になるよう
にする。該、能力制御手段３２は、ここではインバータ
ーにより各々のモーターに供給するＡＣ電源の周波数を
制御し、モーターの回転数を制御するようにした。しか
し、ＰＳＡ装置が大型であり、空気圧縮器あるいはブロ
ワーを複数台使用するような場合や脱着排気する真空ポ
ンプを複数台使用するような場合は、その能力調節手段
には、それらのうち必要な台数のオン，オフの制御も含
めてその能力を調節する事を含むものである。

【００４１】これにより取出し酸素ガス量の減少を、
パージガス量の低減も加えて原料ガスを供給する空気圧
縮器の減量運転を実施することが可能になった。以下に
実施例１，実施例２のそれぞれの具体的数値を示す。

【００４２】

【表１】実施例１（図１）の場合（酸素ＰＳＡ）吸着筒容量（２Ｌ）２本吸着剤ゼオライト１．２ｋｇ（１筒当り）空気量３３Ｌ／分操作圧２．５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ取出酸素量３．３Ｌ／分酸素濃度９１．８％サイクルタイム２６秒

【００４３】

【表２】実施例２（図２）の場合（窒素ＰＳＡ）吸着筒容量（２Ｌ）１本吸着剤分子篩炭１．３ｋｇ空気量２２Ｌ／分操作圧６．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ取出窒素量３．０Ｌ／分窒素濃度９９．９％サイクルタイム１８０秒

【００４４】このように複数の吸着筒を有するＰＳＡ
ガス分離装置であっても、その脱着工程にある吸着筒の
それぞれの脱着状態を監視しながら吸着剤の再生を進め
るので、どれも均一に再生が行われることとなる。

【００４５】

【発明の効果】吸着剤の脱着再生状態を監視しなが
ら、ＰＳＡの各工程を進めることにより、製品ガスを最
も効率良く、しかも高い濃度のガスを得ることが出来
る。複数の吸着筒を有する装置の各吸着筒間のバランス
の崩れを防ぐことが出来るので製品ガス濃度の低下を生
ずることがない。また、取出ガス量を減じた場合もパー
ジ量の低減も加えたＰＳＡ装置の減量運転（空気圧縮
器，真空ポンプを含む）が効率良く出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のフローシートであ
る。

【図２】本発明の第２の実施例のフローシートであ
る。

【図３】図３Ａ，同Ｂ，同Ｃ，同Ｄはそれぞれ、第１
の実施例における脱着排ガス中の酸素濃度の変化を示す
グラフ図である。

【図４】図４Ａ，同Ｂはそれぞれ、前記の第２の実施
例における脱着排ガス中の酸素濃度の変化を示すグラフ
図である。

【図５】別な実施例のフローシートである。

【符号の説明】

１原料ガス入口２制御部３，４吸着筒５バッファタンク８減圧弁９製品ガス取出口１０サイレンサー１１ガス濃度計６，７，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１９，
２０，２１自動弁１８パージガス制御手段２２，２３，２４オリフィス２５空気ポンプ２６吸入フィルター２７，２８圧力センサー２９，３６，３７，３８，３９，４０，４２信号線３０空気圧縮器３１真空ポンプ３２能力調節手段３４電源プラグ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着
筒を有し該吸着筒に加圧ガスを供給し、該吸着剤に強吸
着性ガスを吸着させて弱吸着性ガスを製品ガスとして取
出す吸着工程と、該吸着筒を減圧排気して該吸着剤に吸
着した強吸着性ガスを減圧脱着してこの吸着剤を脱着再
生する脱着工程とを繰り返してガス分離を行う圧力変動
吸着法（以下、ＰＳＡ法ともいう）によるガス分離装置
において、脱着工程にある吸着筒に製品ガスを向流的に
流すパージガス導入手段を付設するとともに、このパー
ジガスを制御するパージガス制御手段（１８）を設け、
この脱着工程にある吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガ
ス濃度計（１１）で測定し、この測定に基づいて得られ
る脱着排ガスのガス濃度値により該パージガス制御手段
でパージガスの量を制御するように構成したことを特徴
とするＰＳＡ法によるガス分離装置。
【請求項２】前記のガス分離装置において、脱着工程
にある吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガス濃度計（１
１）で測定し、この測定に基づいて得られる脱着排ガス
のガス濃度値が所定の値に達した時点で該吸着筒の脱着
工程を終了させるように構成したことを特徴とする請求
項１記載のＰＳＡ法によるガス分離装置。
【請求項３】前記のガス分離装置において、脱着工程
にある吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガス濃度計（１
１）で測定し、この測定に基づいて得られる脱着排ガス
のガス濃度値の変化により、この脱着工程にある吸着筒
の吸着剤の再生処理が完了したことを検出し、この検出
結果によって、該吸着剤の再生処理を終了させるように
構成したことを特徴とする請求項１記載のＰＳＡ法によ
るガス分離装置。
【請求項４】前記の吸着剤がゼオライトであって製品
ガスが酸素富化ガスで、脱着排ガスが窒素富化ガスであ
ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに
記載のＰＳＡ法によるガス分離装置。
【請求項５】前記の吸着剤が分子篩炭であって製品ガ
スが窒素富化ガスで、脱着排ガスが酸素富化ガスである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記
載のＰＳＡ法によるガス分離装置。
【請求項６】吸着剤を充填した少なくとも２個の吸着
筒を有し、該吸着筒に原料ガスである加圧原料ガスを供
給する空気圧縮器と該加圧原料ガスの圧力を測定する圧
力センサーを有し、該空気圧縮器にはその原料ガスの供
給能力を調節する能力調節手段を有し、該吸着筒に加圧
ガスを供給し、その吸着剤に強吸着性ガスを吸着させ
て、弱吸着性ガスを製品ガスとして取出す吸着工程と該
吸着筒を減圧排気して該吸着剤に吸着した強吸着性ガス
を脱着して、この吸着剤を再生する脱着工程とを繰り返
してガス分離を行うＰＳＡ法によるガス分離装置におい
て、脱着工程にある吸着筒に製品ガスを向流的に流すパ
ージガス導入手段を付設するとともに、このパージガス
の流量を制御するパージガス制御手段（１８）を設け、
この脱着工程にある吸着筒の脱着排ガスのガス濃度をガ
ス濃度計（１１）で測定し、この測定値に基づいて制御
部が該パージガス制御手段でパージガスの量を該排ガス
濃度が目標とする値になるよう制御し、パージガスの流
量を決定するとともに、その状態で吸着工程にある他方
の吸着筒に供給する原料ガスの供給圧力を該圧力センサ
にて検出しながらその検出した圧力信号を制御部で処理
し、制御部で該空気圧縮器の能力を該能力調節手段によ
り設定されるべき原料ガスの量になるよう調節する構成
としたことを特徴とするＰＳＡ法によるガス分離装置。