专利名称：基于变压吸附法的气体分离装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及通过变压吸附法从混合气体中吸附、分离特定气体成分的气体分离装置。
背景技术：
作为混合气体的分离方法,一直以来采用了变压吸附法(PSA法=Pressure SwingAdsorption)。关于变压吸附法,使混合气体接触对于混合气体中的I种以上气体成分的吸附力高的吸附剂，由此使气体成分吸附于吸附剂，并浓缩其它气体成分，通过降低槽内压力来使所吸附的气体成分脱离于吸附剂而进行分离。变压吸附法作为混合气体的分离方法在各种领域中得到了利用。变压吸附法通常作为从混合气体中分离特定的气体成分来制造高纯度气体的方法而使用。作为利用变压吸附法从混合气体中吸附、分离(制造)的高纯度 气体，例如有氢、氧、碳酸气体、一氧化碳等。公知有这样的方法采用变压吸附法，以空气为原料使吸附剂吸附氮气来制造高纯度的氧气。在该方法中，作为吸附剂，采用了用钙进行离子交换后的X型沸石，但近年来采用了用对氮的吸附性能高的锂进行离子交换后的X型沸石。在基于包含50 80vol%左右的氢气的混合气体、例如石油化工产业中的碳化氢或乙醇类、乙醚类的分解气体或改性气体、制铁业中的焦炭炉气等来制造氢气时，进行吸附剂采用了 A型沸石的变压吸附法。在基于这种变压吸附法的氧气或氢气的制造中，通过用吸附剂吸附不需要的气体成分来制造高浓度 高纯度的必要气体成分。另一方面，将锅炉废气或燃烧废气作为原料，利用变压吸附法来制造化学原料或干冰用的碳酸气体。在碳酸气体的制造中采用了活性炭系的吸附剂或Y型沸石系的吸附齐U。将制铁业的转炉气体作为原料，利用变压吸附法来制造化学原料用的一氧化碳。在一氧化碳的制造中，采用了沸石系的吸附剂或铜(I)/铝系列的吸附剂。在这样的基于变压吸附法的碳酸气体或一氧化碳的制造中，使吸附剂吸附必要的气体成分使其脱离，由此来制造高纯度的必要气体成分。如上所述，根据气体种类和吸附剂的特性，已开发并应用了各种基于变压吸附法的气体分离系统。但是，关于其最重要的部分即气体分离装置(变压吸附装置)，在构造上没有显著区别。现有的气体分离装置的构造大致分为圆筒型和枕型。其中，具有圆筒型塔构造的气体分离装置如图IlA所示，其构造是，从下方导入原料气体(混合气体)并使填充于气体吸附部中的吸附剂吸附气体成分。当其大型化时，气体吸附部的层高变大，气体通过时的压力损失变大。因此，在压力损失成为问题的低压大型装置中采用图IlB所示的枕型形状。该枕型装置通过加大枕长而能够应对大型化的要求，所以能够将气体吸附部的层高抑制得较低，能够在压力损失也较低的状态下进行运转。但是，在枕型的情况下，需要将压力损失抑制得较低，而且无法增大吸附剂相对于容积的填充率(体积比率)。因此存在这样的问题与装置的增大比例相比，其气体处理量并未增大多少。以往，为了消除这样的问题而提出了各种方案。例如，专利文献I提出了在圆筒型的气体分离装置中呈圆环状填充吸附剂的方案。在该装置中，通过使吸附剂的填充构造成为圆环状来增大气体分散板面积，这样不仅能够抑制压力损失，而且随着气体体积因气体吸附而减少，在气体行进方向上截面积减小，由此抑制了气体线速度的降低。现有技术文献专利文献专利文献I日本特开平1-164417号公报
发明内容
发明所要解决的问题但是，专利文献I的装置是用分散板来构成形成圆环的隔板的构造，所以在实际安装时，会产生以下这样的问题。即，一般情况下，吸附剂是粒径2 3mm左右的粒状，所以分散板需要成为形成有多个Imm左右的气体通孔(开口)的构造。但是，对于这样的装置而言，很难在利用加强方式保证分散板的强度的同时确保圆环的精度。此外，在大型气体分 离装置的高度方向的整个高度上使两个圆环状分散板的中心一致也是相当困难的。另外，即使能够实现这些目的，也将成为非常昂贵的装置。如上所述，在现有技术中，没有得到能同时满足如下要求的气体分离装置(i)即使大型化也能够提高相对于容积的吸附剂填充率(体积比率)；(ii)构造简单且便宜。本发明的目的是解决这样的现有技术的课题而提供如下这样的基于变压吸附法的气体分离装置即使装置大型化也能够提高相对于容积的吸附剂填充率，而且构造简单，价格便宜。解决问题的手段用于解决上述课题的本发明的主旨是提供一种基于变压吸附法的气体分离装置，所述变压吸附法是使作为原料的混合气体与填充于气体吸附区域(A)中的吸附剂接触，来吸附、分离混合气体中的I种以上的气体成分，其特征在于，该气体分离装置具有隔着间隔并列设置的多个气体吸附区域(A)，并针对该多个气体吸附区域(A)，以满足下述(i)和( )的条件的方式设置了气体流入区域(B)与气体流出区域(C)(i)相邻的气体吸附区域(A)之间的区域构成了与两个气体吸附区域(A)相接的气体流入区域(B)或气体流出区域(C)；(ii)与各气体吸附区域(A)相接地，在气体吸附区域(A)的排列方向上的一侧存在气体流入区域(B)，在另一侧存在气体流出区域(C)。气体分离装置的内部被与一条直径平行的直线隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此来设置气体吸附区域(A)、气体流入区域(B)以及气体流出区域(C)，将从端部起第2m (m是自然数)个区域作为气体吸附区域(A)，从相同端部起第4p+l(p是自然数)个区域是气体流入区域(B)，从相同端部起第4p-l (P是自然数)个区域是气体流出区域(C)，基于变压吸附法的气体分离装置满足上述(i)和(ii)的条件。气体分离装置的内部被与一条直径平行的直线隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此来设置气体吸附区域(A)、气体流入区域(B)以及气体流出区域(C)，将从端部起第2m(m是自然数)个区域作为气体吸附区域(A)，从相同端部起第4p+l(p是自然数)个区域是气体流入区域(C)，从相同端部起第4p-l(p是自然数)个区域是气体流入区域(B)，基于变压吸附法的气体分离装置满足上述(i)和(ii)的条件。
气体分离装置的内部在高度方向上被隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此来设置气体吸附区域(A)、气体流入区域(B)以及气体流出区域(C)，将从上端起第2m(m是自然数)个区域作为气体吸附区域(A)，从上端起第4p+l (P是自然数)个区域是气体流出区域(C)，从上端起第4p-l(p是自然数)个区域是气体流入区域(B)，基于变压吸附法的气体分离装置满足上述(i)和(ii)的条件。气体分离装置的内部在高度方向上被隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此来设置气体吸附区域(A)、气体流入区域(B)以及气体流出区域(C)，将从上端起第2m(m是自然数)个区域作为气体吸附区域(A)，从上端起第4p+l (P是自然数)个区域是气体流入区域(B)，从上端起第4p-l(p是自然数)个区域是气体流出区域(C)，基于变压吸附法的气体分离装置满足上述(i)和(ii)的条件。发明效果本发明的基于变压吸附法的气体分离装置具有隔着间隔并列设置的多个气体吸 附区域A，而且针对这多个气体吸附区域A按规定的条件设置了气体流入区域B与气体流出区域C，由此，相对于气体吸附区域A的数量，能够减少气体流入区域B和/或气体流出区域C的数量，能够提高气体吸附区域A的体积比率。因此，根据本发明的基于变压吸附法的气体分离装置，即使装置大型化也能够提高相对于容积的吸附剂填充率，能够实现装置的紧凑化和效率的提高。除此之外，根据本发明的基于变压吸附法的气体分离装置，还具有能够以简单的构造、低成本地获得的优点。
图I是示出本发明的一个实施方式的气体分离装置的结构的立体图。图2是图I所示的气体分离装置的水平方向的剖视图。图3是示出本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的立体图。图4是图3所示的气体分离装置的水平方向的剖视图。图5是本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的立体图。图6是图5所示的气体分离装置的铅直方向的剖视图。图7是本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的立体图。图8是图7所示的气体分离装置的铅直方向的剖视图。图9是示出本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的示意图。图10是示出本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的示意图。图IlA是示出现有的圆筒型气体分离装置的结构的示意图。图IlB是示出现有的枕型气体分离装置的结构的示意图。
具体实施例方式本发明的装置是一种基于变压吸附法的气体分离装置，所述变压吸附法是使作为原料的混合气体与填充于气体吸附区域A中的吸附剂接触，来吸附、分离混合气体中的I种以上的气体成分，其中，该气体分离装置具有隔着间隔并列设置的多个气体吸附区域A，针对这多个气体吸附区域A，以满足下述(i)和(ii)的条件的方式设置了气体流入区域B和气体流出区域C。
(i)相邻的气体吸附区域A之间的区域构成了与两个气体吸附区域A相接的气体流入区域B或气体流出区域C。(ii)与各气体吸附区域A相接地，在气体吸附区域A的排列方向上的一侧存在气体流入区域B，在另一侧存在气体流出区域C。在气体吸附区域A和与其相接的气体流入区域B之间、气体吸附区域A和与其相接的气体流出区域C之间，分别用可通气的隔离壁(通常是像金属网等那样在整个面上形成有通气用小孔的隔离壁)隔开。气体流入区域B与气体流出区域C是与气体吸附区域A之间经由隔离壁取入排出气体的空间部。图I以及图2是示出本发明的一个实施方式的气体分离装置的结构的示意图，图I是立体图，图2是水平方向的剖视图。在本实施方式中，纵圆筒型的吸附槽I (装置主体)的内部被与一条直径平行的直线隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此隔着间隔并列地设置了气体吸附区域Α1、Α2。从端部起第2m(m是自然数)个区域是气体吸附区域Al、 A2，从相同端部起第4p+l (p是自然数)个区域是气体流入区域B (气体流入部)，从相同端起第4p-l (P是自然数)个区域是气体流出区域Cl、C2 (气体流出部)。因此，该构造满足上述⑴和(ii)的条件。为了隔开各个区域而沿着吸附槽I的筒轴方向设置的隔离壁2(分散板)由整面具有小孔的多孔板(例如，金属网等)构成，所述小孔既能将粒状的吸附剂保持在气体吸附区域A1、A2内，又能够使气体通过。与气体流入区域B连接着用于供给混合气体的气体供给管3。与气体流出区域Cl、C2连接着用于排出浓缩后的气体(吸附、分离了一部分混合气体之后的气体)的气体排出管4。气体供给管3的混合气体供给位置是任意的，可以从气体流入区域B的侧面(吸附槽I的侧部)的I处以上、气体流入区域B的端部(吸附槽I的上表面、下表面)的I处以上的任意一方或双方进行供给。可以在气体流入区域B中设置能够在整个区域中均匀地供给混合气体的分散喷嘴。在这样的气体分离装置中，混合气体经由气体供给管3被导入到气体流入区域B，导入到该气体流入区域B中的混合气体经过隔离壁2(分散板)流入到气体吸附区域Al、A2。然后，根据吸附剂的特性来吸附混合气体中的特定气体成分,并按照气相对非吸附成分进行浓缩。浓缩后的气体经由隔离壁2 (分散板)流出到气体流出区域C1、C2，然后经由气体排出管4排出。与现有装置相同，在后面的再生工序中降低槽内压力，由此使得吸附于吸附剂上的气体从吸附剂上脱离，并对吸附剂进行再生。关于吸附工序和再生工序中的槽内压力，只要设定为再生工序中的槽内压力比吸附工序低即可。因此，例如可将吸附工序设为大气压，将再生工序设为真空状态，或者将吸附工序设为加压状态，将再生工序设为大气压。另外，还可将吸附工序设为加压状态，将再生工序设为真空。图3以及图4是本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的示意图，图3是立体图，图4是水平图。在本实施方式中，以与图I以及图2的实施方式相反的位置关系来设置气体流入区域B与气体流出区域C。在本实施方式中，纵圆筒型的吸附槽I (装置主体)的内部也是被与一条直径平行的直线隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此隔着间隔并列地设置了两个气体吸附区域Al、Α2。从端部起第2m(m是自然数)个区域是气体吸附区域A1、A2之间的区域，从相同端部起第4p+l(p是自然数)个区域是气体流出区域C(气体流出部)，从相同端部起第4p-l (P是自然数)个区域是气体流入区域BI、B2 (气体流入部)。因此，该构造也满足上述(i)和(ii)的条件。与上述气体流入区域B1、B2连接着用于供给混合气体的气体供给管3。与气体流出区域C连接着用于排出浓缩后的气体(吸附、分离了一部分混合气体之后的气体)的气体排出管4。关于其它结构(隔离壁2、气体流入区域BI、B2、气体供给管3的结构等)、装置的功能、使用方式等，与先前所述的图I以及图2的实施方式相同。图5以及图6是示出本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的示意图，图5是立体图，图6是铅直方向的剖视图。在本实施方式中，纵圆筒型的吸附槽I (装置主体)的内部在高度方向上被隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此隔着间隔并列地设置了3个气体吸附区域4132、々3。从上端起第2m(m是自然数)个区域是气体吸附区域Al、A2，从上端起第4p+l (P是自然数)个区域是流入区域BI (气体流入部)，从上端起第4p-l (p是自然数)个区域是气体流出区域Cl (气体流出部)。另外，与下端的气体吸附区域Al的外侧相接的区域构成气体流出区域C2 (气体流出部)，与上端的气体吸附区域A3的外侧相接的区域构成气体流入区域B2(气体流入部)。因此，该构造也满足上述(i)和(ii)的条 件。与气体流入区域B1、B2连接着用于供给混合气体的气体供给管3。与气体流出区域Cl、C2连接着用于排出浓缩后的气体(吸附、分离了一部分混合气体之后的气体)的气体排出管4。为了隔开各个区域而沿着吸附槽I的径向设置的隔离壁2(分散板)由整面具有小孔的多孔板(例如，金属网等)构成，所述小孔既能将粒状的吸附剂保持在气体吸附区域Al A3内，又能够使气体通过。关于其它结构(气体流入区域BI、B2、气体供给管3的结构等)、装置的功能、使用方式等都与先前所述的图I以及图2的实施方式相同。图7以及图8是示出本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的示意图，图7是立体图，图8是铅直方向的剖视图。在本实施方式中，以与图5以及图6的实施方式相反的位置关系设置了气体流入区域B与气体流出区域C。在本实施方式中，纵圆筒型的吸附槽I (装置主体)的内部也是在高度方向上被隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此隔着间隔并列地设置了 3个气体吸附区域Α1、Α2、Α3。从上端起第2m(m是自然数)个区域是气体吸附区域A1、A2之间的区域，从上端起第4p+l(p是自然数)个区域是气体流出区域Cl (气体流出部)，从上端起第4p-l (P是自然数)个区域是气体流入区域BI (气体流入部)。另外，与下端的气体吸附区域Al的外侧相接的区域构成气体流入区域B2(气体流入部)，与上端的气体吸附区域A3的外侧相接的区域构成气体流出区域C2 (气体流出部)。因此，该构造也满足上述(i)和(ii)的条件。与气体流入区域B1、B2连接着用于供给混合气体的气体供给管3。与气体流出区域Cl、C2连接着用于排出浓缩后的气体(吸附、分离了一部分混合气体之后的气体)的气体排出管4。其它的结构(隔离壁2、气体流入区域BI、B2、气体供给管3的结构等)、装置的功能、使用方式等都与先前所述的图I以及图2的实施方式、图5以及图6的实施方式相同。图9是示出本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的示意图(铅直方向的剖视图)，示出了应用于枕型(扁平型)装置的情况。在本实施方式中，枕型(扁平型)的吸附槽I (装置主体)的内部在高度方向上被隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此隔着间隔并列地设置了两个气体吸附区域Al、Α2。从上端起第2m(m是自然数)个区域是气体吸附区域Al、A2，从上端起第4p-l (P是自然数)个区域是气体流入区域B (气体流入部)，从上端起第4p+l (P是自然数)个区域构成气体流出区域Cl、C2 (气体流出部)。因此，该构造也满足上述(i)和(ii)的条件。与上述气体流入区域B连接着用于供给混合气体的气体供给管3。与气体流出区域Cl、C2连接着用于排出浓缩后的气体(吸附、分离了一部分混合气体之后的气体)的气体排出管4。为了隔开各个区域而沿着吸附槽I的径向设置的隔离壁2(分散板)由整面具有小孔的多孔板(例如，金属网等)构成，所述小孔既能将粒状的吸附剂保持在气体吸附区域A1、A2内，又能够使气体通过。关于其它结构(气体流入区域B，气体供给管3的结构等)、装置的功能、使用方式等都与先前所述的图I以及图2的实施方式相同。图10是示出本发明的其它实施方式的气体分离装置的结构的示意图(铅直方向的剖视图)。在本实施方式中，以与图9的实施方式相反的位置关系设置了气体流入区域B与气体流出区域C。在本实施方式中，枕型(扁平型)的吸附槽I (装置主体)的内部也是在高度方向上被隔成2η+1 (η是2以上的自然数)个区域，由此隔着间隔并列地设置了两个 气体吸附区域Α1、Α2。从上端起第2m(m是自然数)个区域是气体吸附区域Al、A2，从上端起第4p-l (p是自然数)个区域是气体流出区域C (气体流出部)，从上端起第4p+l (p是自然数)个区域是气体流入区域B1、B2(气体流入部)。因此，该构造也满足上述(i)和(ii)的条件。与上述气体流入区域B1、B2连接着用于供给混合气体的气体供给管3。与气体流出区域C连接着用于排出浓缩后的气体(吸附或分离了一部分混合气体之后的气体)的气体排出管4。关于其它结构(隔离壁2、气体流入区域BI、B2、气体供给管3的结构等)、装置的功能、使用方式等都与先前所述的图I以及图2的实施方式、图9的实施方式相同。由以上所述的实施方式可知，在本发明的气体分离装置中，具有隔着间隔并列地设置的多个气体吸附区域A，而且针对这多个气体吸附区域A，以满足上述(i)和(ii)的条件的方式设置了气体流入区域B与气体流出区域C，由此，相对于气体吸附区域A的数量，能够减少气体流入区域B和/或气体流出区域C的数量。从而，既能维持或者降低压力损失，又能提高气体吸附区域A相对于吸附槽I的容积的体积比率。本发明的装置在满足上述(i)和(ii)的条件的情况下，多个气体吸附区域A的数量是任意的，也可以具有4个以上的气体吸附区域A。另外，吸附槽I的大小和形状也是任意的。本发明的装置与填充于气体吸附区域A中的吸附剂的种类无关。可根据所要吸附的气体的种类，采用沸石系、活性炭系、氧化铝系等任意的吸附剂。另外，适用本发明的装置的混合气体的种类和吸附、分离的气体成分的种类也是任意的。另外，本发明的装置还可以应用于一边进行冷却一边进行吸附并在再生时进行加温的方式的变压/变温吸附法。在此情况下，可采用向气体吸附区域A中插入用于加热、冷却的热交换管的结构等。以上，对应用了由本发明人开发出的发明的实施方式进行了说明，但本发明不受本实施方式的构成本发明所公开的一部分内容的记述以及附图的限定。这样，例如本领域技术人员等根据本实施方式而得到的其它实施方式、实施例以及运用技术等全部包含在本发明的范畴内。产业上的可利用性本发明可应用于通过变压吸附法从混合气体中吸附、分离特定气体成分的气体分离装置。符号说明I吸附槽2隔离壁3气体供给管4气体排出管A1、A2、A3气体吸附区域B、BI、B2气体流入区域
C、Cl、C2气体流出区域
权利要求
1.一种基于变压吸附法的气体分离装置，所述变压吸附法是使作为原料的混合气体与填充于气体吸附区域(A)中的吸附剂接触，来吸附、分离混合气体中的I种以上的气体成分，其特征在于， 该气体分离装置具有隔着间隔并列设置的多个气体吸附区域(A)，针对这多个气体吸附区域(A)，以满足下述(i)和(ii)的条件的方式设置了气体流入区域(B)和气体流出区域C (i)相邻的气体吸附区域(A)之间的区域构成了与两个气体吸附区域(A)相接的气体流入区域(B)或气体流出区域(C)； (ii)与各气体吸附区域(A)相接地，在气体吸附区域(A)的排列方向上的一侧存在气体流入区域(B)，在另一侧存在气体流出区域(C)。
2.根据权利要求I所述的基于变压吸附法的气体分离装置，其特征在于， 所述气体分离装置的内部被与一条直径平行的直线隔成2n+l个区域，由此来设置所述气体吸附区域(A)、气体流入区域(B)以及气体流出区域(C)， 将从端部起第2m个区域作为气体吸附区域(A)， 从相同端部起第4p+l个区域是气体流入区域(B)， 从相同端部起第4p-l个区域是气体流出区域(C)， 其中，η是2以上的自然数，m是自然数，P是自然数。
3.根据权利要求I所述的基于变压吸附法的气体分离装置，其特征在于， 所述气体分离装置的内部被与一条直径平行的直线隔成2n+l个区域，由此来设置所述气体吸附区域(A)、气体流入区域(B)以及气体流出区域(C)， 将从端部起第2m个区域作为气体吸附区域(A)， 从相同端部起第4p+l个区域是所述气体流出区域(C)， 从相同端部起第4p-l个区域是所述气体流入区域(B)， 其中，η是2以上的自然数，m是自然数，P是自然数。
4.根据权利要求I所述的基于变压吸附法的气体分离装置，其特征在于， 所述气体分离装置的内部在高度方向上被隔成2n+l个区域，由此来设置气体吸附区域(A)、气体流入区域(B)以及气体流出区域(C)， 将从上端起第2m个区域作为气体吸附区域(A)， 从上端起第4p+l个区域是气体流出区域(C)， 从上端起第4p-l个区域是气体流入区域(B)， 其中，η是2以上的自然数，m是自然数，P是自然数。
5.根据权利要求I所述的基于变压吸附法的气体分离装置，其特征在于， 所述气体分离装置的内部在高度方向上被隔成2n+l个区域，由此来设置气体吸附区域(A)、气体流入区域(B)以及气体流出区域(C)， 将从上端起第2m个区域作为气体吸附区域(A)， 从上端起第4p+l个区域是气体流出区域(B)， 从上端起第4p-l个区域是气体流入区域(C)， 其中，η是2以上的自然数，m是自然数，P是自然数。
全文摘要
本发明的气体分离装置具有隔着间隔并列设置的多个气体吸附区域A，针对这多个气体吸附区域A，以满足以下两个条件的方式设置了气体流入区域B和气体流出区域C(i)相邻的气体吸附区域A之间的区域构成了与两个气体吸附区域A相接的气体流入区域B或气体流出区域C；(ii)与各气体吸附区域A相接地，在气体吸附区域A的排列方向上的一侧存在气体流入区域B，在另一侧存在气体流出区域C。
文档编号B01D53/04GK102781549SQ20118001112
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月25日 优先权日2010年2月27日
发明者三宅正训, 原冈卓司, 斋间等, 茂木康弘, 高田吉则 申请人:住友精化株式会社, 杰富意钢铁株式会社