專利名稱：廢氣供給方法及目標(biāo)氣體精制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用變壓吸附法從混合氣體中濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)排出的廢氣的再循環(huán)技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及將廢氣供給到廢氣消耗部件的方法以及目標(biāo)氣體的精制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為從混合氣體濃縮分離氫氣等目標(biāo)氣體的方法，已知的有變壓吸附法(下面稱作PSA法)等。PSA法設(shè)置有填充了吸附劑的吸附塔2～4個(gè)，在各吸附塔中通過(guò)反復(fù)進(jìn)行包括吸附工序、減壓工序、脫附工序、洗凈工序以及升壓工序的循環(huán)操作而進(jìn)行。這種利用PSA法從混合氣體濃縮分離目標(biāo)氣體的技術(shù)，例如由日本特開(kāi)2000-313605號(hào)公報(bào)已成為公知的技術(shù)。
上述專利文獻(xiàn)中公開(kāi)的技術(shù)是，如圖7a～7i所示，使用包括填充了適合的吸附劑的三個(gè)吸附塔A、B、C的裝置，通過(guò)反復(fù)進(jìn)行由步驟I～I(xiàn)X構(gòu)成的循環(huán)操作，進(jìn)行目標(biāo)氣體的濃縮分離，和向廢氣使用部件(改性器)供給從吸附塔A、B、C排出的廢氣的技術(shù)。下面說(shuō)明這些步驟。
如圖7a所示，步驟I中，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行洗凈工序、在吸附塔C中進(jìn)行第一減壓工序。具體地說(shuō)，將混合氣體導(dǎo)入到吸附塔A中，在塔內(nèi)通過(guò)吸附劑除去不要的氣體成分，產(chǎn)品氣體(濃縮分離的目標(biāo)氣體)被排除到塔外。吸附塔C只是結(jié)束了吸附工序(參照后述的步驟IX)，由此導(dǎo)出的殘留氣體作為洗凈氣體被導(dǎo)入進(jìn)行洗凈工序的吸附塔B中。由此，進(jìn)行吸附塔C的減壓，同時(shí)進(jìn)行吸附塔B的洗凈。
如圖7b所示，在步驟II中，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行第一升壓工序(均壓工序)、在吸附塔C中進(jìn)行第二減壓工序(均壓工序)。具體地說(shuō)，在吸附塔A中，緊接著步驟I，將由吸附劑除去不要?dú)怏w成分的產(chǎn)品氣體排出到塔外。吸附塔C中，緊接著步驟I，將殘留氣體導(dǎo)入到吸附塔B中；而吸附塔B結(jié)束洗凈工序(參照步驟I)，存儲(chǔ)從吸附塔C導(dǎo)入的氣體。由此，進(jìn)行吸附塔C的減壓，同時(shí)進(jìn)行吸附塔B的升壓，達(dá)到吸附塔B與吸附塔C的均壓。
如圖7c所示，步驟III中，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行第二升壓工序、在吸附塔C中進(jìn)行脫附工序(排污(blow down)工序)。具體地說(shuō)，在吸附塔A中，緊接著步驟I以及步驟II導(dǎo)入混合氣體，將產(chǎn)品氣體排出到塔外。此時(shí)，將產(chǎn)品氣體的一部分導(dǎo)入到吸附塔B中，在該吸附塔B中繼續(xù)進(jìn)行升壓操作。另外，在吸附塔C中，將塔內(nèi)殘留的氣體排出的同時(shí)由此進(jìn)行的減壓使吸附在吸附劑的不要的氣體成分脫附并向塔外排出。
在步驟IV～VI中，如圖7d～7f所示，在吸附塔A中與步驟I～I(xiàn)II中的吸附塔C相同，分別進(jìn)行第一減壓工序、第二減壓工序以及脫附工序。在吸附塔B中與步驟I～I(xiàn)II中的吸附塔A相同地進(jìn)行吸附工序。在吸附塔C中與步驟I～I(xiàn)II中的吸附塔B相同地進(jìn)行洗凈工序、第一升壓工序以及第二升壓工序。
步驟VII～I(xiàn)X中，如圖7g～7i所示，在吸附塔A中與步驟I～I(xiàn)II中的吸附塔B相同地進(jìn)行洗凈工序、第一升壓工序以及第二工序。在吸附塔B中與步驟I～I(xiàn)II中的吸附塔C相同地進(jìn)行第一減壓工序、第二減壓工序以及脫附工序。在吸附塔C中與步驟I～I(xiàn)II中的吸附塔A相同地進(jìn)行吸附工序。
通過(guò)在各個(gè)吸收塔A、B、C中反復(fù)進(jìn)行如上說(shuō)明的步驟I～I(xiàn)X，從混合氣體中除去不要的氣體成分，能夠連續(xù)地得到目標(biāo)氣體的濃度高的產(chǎn)品氣體。
另一方面，從步驟I中的吸附塔B、步驟III中的吸附塔C、步驟IV中的吸附塔C、步驟VI中的吸附塔A、步驟VII中的吸附塔A、步驟IX中的吸附塔B被排出的廢氣，經(jīng)由廢氣儲(chǔ)藏容器(未圖示)，作為燃料氣體供給改性器。在這里，經(jīng)由廢氣儲(chǔ)藏容器的理由是在步驟II、V、VII中從任何吸附塔都沒(méi)有廢氣排出，因此通過(guò)將從其他步驟中排出的廢氣的一部分儲(chǔ)藏在氣體儲(chǔ)藏槽中，在即使從吸附塔排出的廢氣被中斷的步驟II、V、VIII中的情況下，也能向改性器連續(xù)不間斷地供給廢氣。
但是，廢氣儲(chǔ)藏容器一般具有吸附塔5倍以上的容積，在推進(jìn)進(jìn)行濃縮分離目標(biāo)氣體的系統(tǒng)的小型化的過(guò)程中，成為重大的阻礙因素。另外，在上述專利文獻(xiàn)公開(kāi)的技術(shù)中，若減少?gòu)U氣儲(chǔ)藏容器的容積，壓力變化大，因此難以實(shí)現(xiàn)該儲(chǔ)藏槽的小型化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供廢氣供給方法，該方法利用PSA法，通過(guò)多個(gè)吸附塔從混合氣體濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)，能不間斷地向廢氣消耗部件供給從該吸附塔排出的廢氣，同時(shí)能將進(jìn)行目標(biāo)氣體的濃縮分離的系統(tǒng)小型化。
本發(fā)明的其他目的是提供用于實(shí)施這種廢氣供給方法的目標(biāo)氣體精制系統(tǒng)。
本發(fā)明的第一方面，提供一種廢氣供給方法，該方法利用反復(fù)進(jìn)行由多個(gè)步驟構(gòu)成的循環(huán)的變壓吸附法，通過(guò)填充了吸附劑的多個(gè)吸附塔從混合氣體濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)，將從該吸附塔排出的廢氣供給到廢氣消耗部件，其特征在于在由上述循環(huán)構(gòu)成的全部步驟中，通過(guò)從上述吸附塔的至少一個(gè)塔排出上述廢氣，將該廢氣不間斷地連續(xù)供給到上述廢氣消耗部件。
若成為以上的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)U氣向塔外連續(xù)排出，由此即使不通過(guò)廢氣儲(chǔ)藏容器大量?jī)?chǔ)藏該廢氣，也能不間斷地向廢氣消耗部件連續(xù)供給廢氣。因此，可以將在小型化目標(biāo)氣體精制系統(tǒng)過(guò)程中成為重大的阻礙要素的廢氣儲(chǔ)藏容器小型化、或者除去，進(jìn)一步而言，能達(dá)到將目標(biāo)氣體精制系統(tǒng)小型化的目標(biāo)。
向廢氣消耗部件供給的廢氣優(yōu)選控制其流量。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，在每一個(gè)步驟、或者時(shí)間點(diǎn)，即使廢氣的排出壓力或組成急劇變化，也能夠緩和該變化。因此，能夠更穩(wěn)定的向廢氣消耗部件供給廢氣。
流量控制優(yōu)選通過(guò)改變控制閥的開(kāi)度來(lái)進(jìn)行，該流量控制閥設(shè)置在連接各吸附塔與廢氣消耗部件的氣體流路中。
根據(jù)本發(fā)明的適合的實(shí)施方式，在上述各吸附塔中，依次反復(fù)進(jìn)行以下工序通過(guò)吸附劑吸附混合氣體中不要的氣體成分，將目標(biāo)氣體的濃度高的產(chǎn)品氣體排出的吸附工序；將吸附塔內(nèi)的壓力降低到第一中間壓力的第一減壓工序；將吸附塔內(nèi)的壓力降低到第二中間壓力的第二減壓工序；將吸附劑吸附的不要的氣體成分脫附并排出的脫附工序；將洗凈氣體導(dǎo)入到吸附塔內(nèi)，將塔內(nèi)殘留的氣體排出的洗凈工序；使吸附塔內(nèi)的壓力上升的升壓工序。將處于上述第二減壓工序中的從吸附塔的產(chǎn)品氣體出口排出的殘留氣體導(dǎo)入到處于上述升壓工序中的其他吸附塔中，同時(shí)，從處于上述第二減壓工序中的吸附塔的混合氣體入口，向上述廢氣消耗部件供給廢氣。
上述各吸附塔優(yōu)選在上述第二減壓工序、上述脫附工序以及上述洗凈工序中向上述廢氣消耗部件供給廢氣。
向上述廢氣消耗部件供給的上述廢氣，優(yōu)選通過(guò)流量控制閥控制其流量，該流量控制閥設(shè)置在連接上述各吸附塔與上述廢氣消耗部件之間的氣體流路上。另外，流量控制閥的開(kāi)度，在上述洗凈工序中最大，在上述第二減壓工序中最小，在上述脫附工序中逐漸增加。
本發(fā)明的其他適合的實(shí)施方式中，在上述各吸附塔中依次反復(fù)進(jìn)行以下工序用吸附劑吸附混合氣體中不要的氣體成分，將目標(biāo)氣體的濃度高的產(chǎn)品氣體排出的吸附工序；將吸附塔內(nèi)的壓力降低到第一中間壓力的第一減壓工序；將吸附塔內(nèi)的壓力降低到第二中間壓力的第二減壓工序；將吸附劑上吸附的不要的氣體成分脫附并排出的脫附工序；將洗凈氣體導(dǎo)入到吸附塔內(nèi)將殘留的氣體排出的洗凈工序；使吸附塔內(nèi)的壓力上升的第一升壓工序；同時(shí)關(guān)閉吸附塔的混合氣體入口以及產(chǎn)品氣體出口的待機(jī)工序；進(jìn)一步升高吸附塔內(nèi)的壓力的第二升壓工序。將處于上述第二減壓工序中的從吸附塔的產(chǎn)品氣體出口排出的殘留氣體導(dǎo)入處于上述第一升壓工序中的其他吸附塔，同時(shí)，從處于上述第二減壓工序中的吸附塔的混合氣體入口向上述廢氣消耗部件供給廢氣。
上述廢氣消耗部件優(yōu)選構(gòu)成具有制造上述混合氣體的改性裝置的燃燒部。
上述目標(biāo)氣體優(yōu)選為氫氣，上述混合氣體優(yōu)選含有氫氣和氫氣以外的可燃性氣體。
本發(fā)明的第二方面提供一種目標(biāo)氣體精制系統(tǒng)，具備具有燃燒部的同時(shí)，從原料氣體制造含有目標(biāo)氣體的混合氣體的改性裝置；利用反復(fù)進(jìn)行由多個(gè)步驟構(gòu)成的循環(huán)的變壓吸附法，用填充了吸附劑的多個(gè)吸附塔從上述混合氣體濃縮分離目標(biāo)氣體的精制裝置；將從該精制裝置排出的廢氣作為燃料氣體供給上述燃燒部的供給裝置。上述供給裝置具備排出控制裝置，該排出控制裝置在構(gòu)成上述循環(huán)的整個(gè)步驟中，通過(guò)從至少一個(gè)上述吸附塔排出上述廢氣，能夠向上述燃燒部不間斷地連續(xù)供給上述廢氣。
上述供給裝置優(yōu)選不經(jīng)由暫時(shí)存儲(chǔ)上述廢氣的廢氣儲(chǔ)藏容器向上述燃燒部供給該廢氣。
上述排出控制裝置優(yōu)選具備流量控制閥和控制該流路控制閥開(kāi)度的開(kāi)度控制裝置，該流量控制閥設(shè)置在向上述吸附塔供給或排出各種氣體的氣體流路上。
本發(fā)明的其他特征以及優(yōu)點(diǎn)，將從基于


的實(shí)施方式中得到清楚的解釋。

圖1是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一實(shí)施方式的廢氣的供給方法的3塔式PSA系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示在用上述3塔式PSA系統(tǒng)濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)的各步驟(步驟1～9)中，各吸附塔中進(jìn)行的工序以及此時(shí)的閥的開(kāi)閉狀態(tài)的時(shí)間圖。
圖3是上述各步驟(步驟1～9)相對(duì)應(yīng)的氣體流程圖。
圖4是表示用于控制從上述PSA系統(tǒng)被排出的廢氣的流量的流量控制閥的開(kāi)度的經(jīng)時(shí)變化的圖。
圖5是表示在使用用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第二實(shí)施方式的廢氣供給方法的4塔式PSA系統(tǒng)來(lái)濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)的各步驟(步驟1’～12’)中，在各吸附塔中進(jìn)行工序的時(shí)間圖。
圖6是上述各步驟(步驟1’～12’)相對(duì)應(yīng)的氣體流程圖。
圖7是表示使用用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的廢氣供給方法的3塔式PSA系統(tǒng)來(lái)濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)的各步驟(步驟I～I(xiàn)X)相對(duì)應(yīng)的氣體流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖具體說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。
本發(fā)明第一實(shí)施方式的廢氣供給方法，例如可使用圖1所示的3塔式PSA系統(tǒng)來(lái)實(shí)施。該圖中所示的3塔式的PSA系統(tǒng)X1，主要具備改性裝置1、精制裝置2和廢氣供給裝置3。改性裝置1包括燃燒部10和改性部11。精制裝置2包括3個(gè)吸附塔A、B、C，和混合氣體用配管20、產(chǎn)品氣體用配管21、殘留氣體回收用配管22、氣體導(dǎo)入用配管23、產(chǎn)品氣體逆流用配管24。廢氣供給裝置3具備廢氣供給用配管30。
各吸附塔A、B、C中填充有吸附劑。作為吸附劑可舉出炭(適于除去碳酸氣體或甲烷氣體)、沸石(適于除去一氧化炭或氮?dú)?、氧化鋁(適于除去水蒸氣)等。當(dāng)然，示例的吸附劑可以并用2種以上，另外也可以使用示例之外的其它吸附劑。
各個(gè)配管20～24上分別設(shè)置有自動(dòng)閥a～q。在殘留氣體回收用配管22、產(chǎn)品氣體逆流用配管24以及廢氣供給用配管30上，分別設(shè)置有流量控制閥40、41、42。另外，還設(shè)置有控制自動(dòng)閥a～q的開(kāi)閉以及流量控制閥40、41、42的開(kāi)度的控制裝置(未圖示)。如下所述，通過(guò)控制自動(dòng)閥a～q的開(kāi)閉狀態(tài)的選擇以及流量控制閥40、41、42的開(kāi)度，可以在各吸附塔A、B、C中進(jìn)行吸附工序、第一減壓工序、第二減壓工序、脫附工序、洗凈工序、第一升壓工序以及第二升壓工序。
具體來(lái)說(shuō)，在圖2所示的時(shí)間，在各吸附塔A、B、C中進(jìn)行各個(gè)工序(步驟1～9)。各步驟中的自動(dòng)閥a～q的開(kāi)閉狀態(tài)，如圖2所示；而圖3a～3i示意性地表示了各步驟中的氣體流。另外，圖4表示步驟1～3中控制各步驟中流量控制閥42的開(kāi)度的一個(gè)例子。在如圖4所示的例子中，流量控制閥42的開(kāi)度，在步驟1中是100％(一定)，在步驟2中是10％(一定)，在步驟3中是40％(步驟3開(kāi)始)～100％(步驟3結(jié)束)，隨著時(shí)間大致呈直線變化。但是，流量控制閥42的開(kāi)度可根據(jù)需要任意設(shè)定。相同地，流量控制閥40、41的開(kāi)度也是可根據(jù)需要任意設(shè)定。
另外，圖2中使用了以下的省略符號(hào)。
AD吸附工序；第一DP第一減壓工序；第二DP第二減壓工序；DE脫附工序；SC洗凈工序；第一PR第一升壓工序；第二PR第二升壓工序。
在步驟1中，如圖2所示，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行洗凈工序、在吸附塔C中進(jìn)行第一減壓工序，形成如圖3a中所示的氣體流狀態(tài)。
如圖1以及圖3a所示，在吸附塔A中，從改性裝置1中的改性部11經(jīng)由混合氣體用配管20以及自動(dòng)閥a導(dǎo)入混合氣體。在吸附塔A中，用吸附劑除去不要的氣體成分，產(chǎn)品氣體被排出到塔外。產(chǎn)品氣體經(jīng)由自動(dòng)閥i以及產(chǎn)品氣體用配管21被回收。
經(jīng)由自動(dòng)閥n、殘留氣體回收用配管22、流量控制閥40、自動(dòng)閥p、氣體導(dǎo)入用配管23以及自動(dòng)閥j，將從吸附塔C排出的殘留氣體(洗凈氣體)導(dǎo)入吸附塔B。吸附塔C，相對(duì)于先前進(jìn)行的吸附工序，由于在吸附塔B中預(yù)先進(jìn)行了脫附工序(參照?qǐng)D3i所示的步驟9)，形成吸附塔C的塔內(nèi)的壓力高于吸附塔B的塔內(nèi)壓力的狀態(tài)。因此，通過(guò)將吸附塔C的殘留氣體導(dǎo)入到吸附塔B中，使吸附塔C的塔內(nèi)的壓力減壓到第一中間壓力，從吸附塔B向塔內(nèi)排出殘留氣體。該氣體經(jīng)由自動(dòng)閥d、廢氣供給用配管30以及流量控制閥42，供給到改性裝置1的燃燒部10。
假定吸附最高壓力為100％、脫附最低壓力為0％時(shí)，吸附塔C(第一減壓工序)中的上述第一中間壓力為35％～85％的范圍。
在步驟2中，如圖2所示，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行第一升壓工序、在吸附塔C中進(jìn)行第二減壓工序，形成圖3b中所示的氣體流狀態(tài)。
如圖1以及圖3b所示，在吸附塔A中，緊接著步驟1導(dǎo)入混合氣體，產(chǎn)品氣體被排出到塔外。產(chǎn)品氣體與步驟1相同被回收。
另一方面，從吸附塔C導(dǎo)出的殘留氣體，經(jīng)由自動(dòng)閥n、殘留氣體回收用配管22、流量控制閥40、自動(dòng)閥p、氣體導(dǎo)入用配管23以及自動(dòng)閥j被導(dǎo)入到吸附塔B，同時(shí)經(jīng)由自動(dòng)閥f、廢氣供給用配管30以及流量控制閥42被供給到燃燒部10。即，在步驟2中，為使在吸附塔B與吸附塔C之間達(dá)到均壓化，通過(guò)關(guān)閉自動(dòng)閥d中斷從吸附塔B供給的廢氣，但通過(guò)開(kāi)啟自動(dòng)閥f，經(jīng)由自動(dòng)閥f、廢氣供給用配管30以及流量控制閥42，從吸附塔C向燃燒部10供給廢氣。其結(jié)果，可不間斷地連續(xù)從步驟1向燃燒部10供給廢氣。另外，吸附塔C塔內(nèi)的壓力被減壓到比第一中間壓力更低的第二中間壓力，同時(shí)進(jìn)行吸附塔B內(nèi)的升壓。
假定吸附最高壓力為100％、脫附最低壓力為0％時(shí)，吸附塔C(第二減壓工序)中的上述第二中間壓力在15％～50％的范圍。
在步驟3中，如圖2所示，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行第二升壓工序、在吸附塔C中進(jìn)行脫附工序，形成圖3c中所示的氣體流狀態(tài)。
如圖1及圖3c所示，在吸附塔A中，緊接著步驟1以及步驟2繼續(xù)導(dǎo)入混合氣體，產(chǎn)品氣體被排出到塔外。產(chǎn)品氣體與步驟1相同被回收，但其一部分經(jīng)由產(chǎn)品氣體逆流用配管24、自動(dòng)閥q、流量控制閥41、氣體導(dǎo)入用配管23以及自動(dòng)閥j被導(dǎo)入到吸附塔B中，進(jìn)行吸附塔B塔內(nèi)的更進(jìn)一步的升壓。
另一方面，如圖2所示，在吸附塔C中，自動(dòng)閥e、m、n、o被關(guān)閉，在開(kāi)啟自動(dòng)閥f的狀態(tài)下，從塔內(nèi)排出廢氣(含有從吸附劑脫附的不要的氣體)直到達(dá)到脫附最低壓力。該廢氣，經(jīng)由自動(dòng)閥f、廢氣供給用配管30以及流量控制閥42被供給到燃燒部10。由此，從步驟2可連續(xù)不間斷地向燃燒部10供給廢氣。
在步驟4～6中，如圖2以及圖3d～3f所示，在吸附塔A中與步驟1～3中的吸附塔C相同進(jìn)行第一減壓工序、第二減壓工序以及脫附工序。在吸附塔B中與步驟1～3中的吸附塔A相同進(jìn)行吸附工序。在吸附塔C中與步驟1～3中的吸附塔B相同進(jìn)行洗凈工序、第一升壓工序以及第二升壓工序。
在步驟7～9中，如圖2以及圖3g～3i所示，在吸附塔A中與步驟1～3中的B相同地進(jìn)行洗凈工序、第一升壓工序以及第二升壓工序。在吸附塔B中與步驟1～3中的吸附塔C相同地進(jìn)行第一減壓工序、第二減壓工序以及脫附工序。在吸附塔C中與步驟1～3中的吸附塔A相同進(jìn)行吸附工序。
通過(guò)在各吸附塔A、B、C中反復(fù)進(jìn)行以上說(shuō)明的步驟1～9，從混合氣體中除去不要的氣體成分，能夠連續(xù)地得到目標(biāo)氣體的濃度高的產(chǎn)品氣體，同時(shí)，能從各吸附塔A、B、C連續(xù)排出廢氣。其結(jié)果，可連續(xù)不間斷地向燃燒部10供給廢氣。因此，在本實(shí)施方式的PSA系統(tǒng)X1中，不需要設(shè)置占大的設(shè)置面積的廢氣儲(chǔ)藏容器，可達(dá)成該系統(tǒng)X1的小型化的目的。另外，目標(biāo)氣體為氫氣時(shí)，作為混合氣體優(yōu)選含有氫氣和氫氣以外的可燃性氣體成分的氣體。
接著，參照?qǐng)D5～圖6說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的廢氣供給方法。圖5表示在各步驟(參照后述的步驟1’～12’)中的各吸附塔中進(jìn)行著的工序的內(nèi)容。圖6示意性地表示濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)各步驟對(duì)應(yīng)的氣體流。第二實(shí)施方式中的PSA系統(tǒng)與上述第一實(shí)施方式中的PSA系統(tǒng)X1的結(jié)構(gòu)上的不同點(diǎn)是，追加吸附塔D使其成為4塔式。伴隨著吸附塔D的追加，進(jìn)行自動(dòng)閥的追加等，但其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的相同，因此省略了在第二實(shí)施方式中對(duì)詳細(xì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各步驟中閥的開(kāi)閉狀態(tài)的說(shuō)明。
另外，圖5中使用以下的省略符號(hào)。
AD吸附工序；第一DP第一減壓工序；第二DP第二減壓工序；DE脫附工序；SC洗凈工序；第一PR第一升壓工序；第二PR第二升壓工序；WA待機(jī)工序。
在第二實(shí)施方式中，在各吸附塔A、B、C、D中進(jìn)行吸附工序、第一減壓工序、第二減壓工序、脫附工序、洗凈工序、第一升壓工序、待機(jī)工序以及第二升壓工序。具體地，在圖5所示的時(shí)間段內(nèi)在各吸附塔A、B、C、D中進(jìn)行各工序(步驟1’～12’)。
在步驟1中，如圖5所示，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行第二升壓工序、吸附塔C中進(jìn)行洗凈工序、吸附塔D中進(jìn)行第一減壓工序，形成如圖6a所示的氣體流的狀態(tài)。
如圖6a所示，將混合氣體從改性部(未圖示)導(dǎo)入到吸附塔A中。在吸附塔A中，由吸附劑除去不要的氣體，產(chǎn)品氣體被排出到塔外，被回收。另外，該產(chǎn)品氣體的一部分被導(dǎo)入到吸附塔B中，進(jìn)行吸附塔B的塔內(nèi)的升壓。
將從吸附塔D排出的殘留氣體(洗凈氣體)導(dǎo)入吸附塔C中。相對(duì)于吸附塔D先前進(jìn)行的吸附工序，吸附塔C預(yù)先進(jìn)行了脫附工序(參照?qǐng)D61所示的后述的步驟12’)，因此形成吸附塔D的塔內(nèi)的壓力比吸附塔C的塔內(nèi)壓力高的狀態(tài)。因此，通過(guò)將吸附塔D的殘留氣體導(dǎo)入到吸附塔C中，使吸附塔D的塔內(nèi)減壓到第一中間壓力，從吸附塔C向塔內(nèi)排出殘留氣體。被排出的氣體供給到燃燒部(未圖示)。
假定吸附最高壓力為100％、脫附最低壓力為0％時(shí)，吸附塔D(第一減壓工序)中的上述第一中間壓力在35％～85％的范圍。
在步驟2中，如圖5所示，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行第二升壓工序、在吸附塔C中進(jìn)行第一升壓工序、吸附塔D中進(jìn)行第二減壓工序，形成如圖6b所示的氣體流狀態(tài)。
如圖6b所示，緊接著步驟1’繼續(xù)將混合氣體導(dǎo)入到吸附塔A中，產(chǎn)品氣體被排出到塔外。產(chǎn)品氣體與步驟1’相同被回收。另外，該產(chǎn)品氣體的一部分緊接著被導(dǎo)入到吸附塔B中，進(jìn)行吸附塔B的塔內(nèi)的升壓。
另一方面，從吸附塔D導(dǎo)出的殘留氣體，被導(dǎo)入到吸附塔C中的同時(shí)，供給到燃燒部(未圖示)。即，在步驟2’中，為了在吸附塔C與吸附塔D之間達(dá)到均壓化，中斷從吸附塔C的廢氣的排出，但從吸附塔D向燃燒部(未圖示)供給廢氣。其結(jié)果，可向燃燒部連續(xù)不間斷地供給廢氣。通過(guò)該過(guò)程，吸附塔D的塔內(nèi)被減壓到比第一中間壓力低的第二中間壓力，同時(shí)進(jìn)行吸附塔C的升壓。
假定吸附最高壓力為100％、脫附最低壓力為0％時(shí)，吸附塔D(第二減壓工序)中的第二中間壓力為15％～50％的范圍。
在步驟3中，如圖5所示，在吸附塔A中進(jìn)行吸附工序、在吸附塔B中進(jìn)行第二升壓工序、在吸附塔C中進(jìn)行待機(jī)工序，在吸附塔D中進(jìn)行脫附工序，形成如圖6c所示的氣體流狀態(tài)。
如圖6c所示，緊接著步驟1’以及步驟2’將混合氣體導(dǎo)入到吸附塔A中，產(chǎn)品氣體被排出到塔外。產(chǎn)品氣體與步驟1’相同被回收。另外，該產(chǎn)品氣體的一部分被導(dǎo)入到吸附塔B中，進(jìn)行吸附塔B的塔內(nèi)的升壓。
另一方面，在吸附塔D中，從塔內(nèi)排出廢氣(含有從吸附劑脫附的不要的氣體成分)直到脫附最低壓力。被排出的廢氣供給給燃燒部(未圖示)。另外，吸附塔C是不進(jìn)行氣體傳輸?shù)拇龣C(jī)狀態(tài)。
步驟4’～6’中，如圖5以及圖6d～6f所示，在吸附塔A中與步驟1’～3’中的吸附塔D相同，進(jìn)行第一減壓工序、第二減壓工序以及脫附工序。在吸附塔B中與步驟1’～3’中的吸附塔A相同，進(jìn)行吸附工序。在吸附塔C中與步驟1’～3’中的吸附塔B相同，進(jìn)行第二升壓工序。在吸附塔D中與步驟1’～3’中的吸附塔C相同，進(jìn)行洗凈工序、第一升壓工序以及待機(jī)工序。
在步驟7’～9’中，如圖5以及圖6g～6i所示，在吸附塔A中與步驟1’～3’中的吸附塔C相同，進(jìn)行洗凈工序、第一升壓工序以及待機(jī)工序。在吸附塔B中與步驟1’～3’中的吸附塔D相同，進(jìn)行第一減壓工序、第二減壓工序以及脫附工序。在吸附塔C中與步驟1’～3’中的吸附塔A相同，進(jìn)行吸附工序。在吸附塔D中與步驟1’～3’中的吸附塔B相同，進(jìn)行第二升壓工序。
步驟10’～12’中，如圖5以及圖6j～61所示，在吸附塔A中與步驟1’～3’中的吸附塔B相同，進(jìn)行第二升壓工序。在吸附塔B中與步驟1’～3’中的吸附塔C相同，進(jìn)行洗凈工序、第一升壓工序以及待機(jī)工序。在吸附塔C中與步驟1’～3’中的吸附塔D相同，進(jìn)行第一減壓工序、第二減壓工序以及脫附工序。在吸附塔D中與步驟1’～3’中的吸附塔A相同，進(jìn)行吸附工序。
通過(guò)在吸附塔A、B、C、D中反復(fù)進(jìn)行以上說(shuō)明的步驟1’～12’，從混合氣體中除去不要的氣體成分，可連續(xù)地得到目標(biāo)氣體的濃度高的產(chǎn)品氣體。另外，由于從吸附塔A、B、C、D連續(xù)地排出廢氣，能夠不間斷地向燃燒部(未圖示)連續(xù)供給該廢氣。因此，在第二實(shí)施方式的PSA系統(tǒng)中，不需要設(shè)置占大的設(shè)置面積的廢氣儲(chǔ)藏容器，能夠達(dá)成該系統(tǒng)的小型化的要求。另外，當(dāng)目標(biāo)氣體是氫氣時(shí)，作為混合氣體優(yōu)選含有氫氣和氫氣以外的可燃性氣體的氣體。
以上說(shuō)明了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明不僅限于此，可在不超出本發(fā)明思想的范圍內(nèi)實(shí)施各種變更。
權(quán)利要求
1.一種廢氣供給方法，利用反復(fù)進(jìn)行由多個(gè)步驟構(gòu)成的循環(huán)的變壓吸附法，使用填充了吸附劑的多個(gè)吸附塔從混合氣體中濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)，將從該吸附塔排出的廢氣供給到廢氣消耗部件，其特征在于在構(gòu)成所述循環(huán)的全部步驟中，通過(guò)從至少一個(gè)所述吸附塔排出所述廢氣，不間斷地將該廢氣連續(xù)供給到所述廢氣消耗部件。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣供給方法，其特征在于，對(duì)供給到所述廢氣消耗部件的所述廢氣進(jìn)行流量控制。
3.如權(quán)利要求2所述的廢氣供給方法，其特征在于，所述流量控制通過(guò)改變流量控制閥的開(kāi)度進(jìn)行，該流量控制閥設(shè)置在連接所述各吸附塔與所述廢氣消耗部件之間的氣體流路上。
4.如權(quán)利要求1所述的廢氣供給方法，其特征在于，在所述各吸附塔中，依次反復(fù)進(jìn)行以下工序用吸附劑吸附混合氣體中不要的氣體成分，排出目標(biāo)氣體的濃度高的產(chǎn)品氣體的吸附工序；將吸附塔內(nèi)的壓力降低到第一中間壓力的第一減壓工序；將吸附塔內(nèi)的壓力降低到第二中間壓力的第二減壓工序；將吸附劑吸附的不要的氣體成分脫附并排出的脫附工序；將洗凈氣體導(dǎo)入到吸附塔內(nèi)并排出塔內(nèi)殘留氣體的洗凈工序；和使吸附塔內(nèi)的壓力上升的升壓工序；將從處于所述第二減壓工序中的吸附塔的產(chǎn)品氣體出口排出的殘留氣體導(dǎo)入處于所述升壓工序中的其他吸附塔內(nèi)的同時(shí)，從處于所述第二減壓工序中的吸附塔的混合氣體入口，將廢氣供給到所述廢氣消耗部件。
5.如權(quán)利要求4所述的廢氣供給方法，其特征在于，所述各吸附塔在所述第二減壓工序、所述脫附工序以及所述洗凈工序中向所述廢氣消耗部件供給廢氣。
6.如權(quán)利要求5所述的廢氣供給方法，其特征在于，向所述廢氣消耗部件供給的所述廢氣，通過(guò)流量控制閥控制其流量，該流量控制閥設(shè)置在連接所述各吸附塔與所述廢氣消耗部件之間的氣體流路上，該流量控制閥的開(kāi)度，在所述洗凈工序中最大，在所述第二減壓工序中最小，在所述脫附工序中緩緩增加。
7.如權(quán)利要求1所述的廢氣供給方法，其特征在于，在所述各吸附塔中依次反復(fù)進(jìn)行以下工序用吸附劑吸附混合氣體中不要的氣體成分，排出目標(biāo)氣體的濃度高的產(chǎn)品氣體的吸附工序；將吸附塔內(nèi)的壓力降低到第一中間壓力的第一減壓工序；將吸附塔內(nèi)的壓力降低到第二中間壓力的第二減壓工序；將吸附劑吸附的不要的氣體成分脫附并排出的脫附工序；將洗凈氣體導(dǎo)入到吸附塔內(nèi)，并將塔內(nèi)殘留的氣體排出的洗凈工序；使吸附塔內(nèi)的壓力上升的第一升壓工序；同時(shí)關(guān)閉吸附塔的混合氣體入口及產(chǎn)品氣體出口的待機(jī)工序；和進(jìn)一步升高吸附塔內(nèi)的壓力的第二升壓工序；將從處于所述第二減壓工序中的吸附塔的產(chǎn)品氣體出口排出的殘留氣體導(dǎo)入處于所述第一升壓工序中的其他吸附塔的同時(shí)，從處于所述第二減壓工序中的吸附塔的混合氣體入口將所述廢氣供給到所述廢氣消耗部件。
8.如權(quán)利要求1所述的廢氣供給方法，其特征在于，所述廢氣消耗部件構(gòu)成制造所述混合氣體的改性裝置的燃燒部。
9.如權(quán)利要求1所述的廢氣供給方法，其特征在于，所述目標(biāo)氣體為氫氣，所述混合氣體含有氫氣和氫氣以外的可燃性氣體成分。
10.一種目標(biāo)氣體精制系統(tǒng)，具備改性裝置，具有燃燒部，同時(shí)從原料氣體制造含有目標(biāo)氣體的混合氣體；精制裝置，利用反復(fù)進(jìn)行由多個(gè)步驟構(gòu)成的循環(huán)的變壓吸附法，使用填充了吸附劑的多個(gè)吸附塔從所述混合氣體中濃縮分離目標(biāo)氣體；和供給裝置，將從該精制裝置排出的廢氣作為燃料供給到所述燃燒部；其特征在于所述供給裝置具備排出控制裝置，該排出控制裝置在構(gòu)成所述循環(huán)的整個(gè)步驟中，通過(guò)從至少一個(gè)所述吸附塔中排出所述廢氣，能夠向所述燃燒部不間斷地連續(xù)供給所述廢氣。
11.如權(quán)利要求10所述的目標(biāo)氣體精制系統(tǒng)，其特征在于，所述供給裝置不通過(guò)暫時(shí)存儲(chǔ)所述廢氣的廢氣儲(chǔ)藏容器向所述燃燒部供給該廢氣。
12.如權(quán)利要求10所述的目標(biāo)氣體精制系統(tǒng)，其特征在于，所述排出控制裝置具備流量控制閥和控制該流路控制閥開(kāi)度的開(kāi)度的控制裝置，該流量控制閥設(shè)置在向所述吸附塔供給或排出各種氣體的氣體流路上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種廢氣供給方法，利用反復(fù)進(jìn)行由多個(gè)步驟構(gòu)成的循環(huán)的變壓吸附法，用填充了吸附劑的多個(gè)吸附塔(A、B、C)從混合氣體中濃縮分離目標(biāo)氣體時(shí)，將從該吸附塔(A、B、C)排出的廢氣供給到廢氣消耗部件(1)。根據(jù)該方法，在構(gòu)成所述循環(huán)的全部步驟中，通過(guò)從至少一個(gè)所述吸附塔(A、B、C)排出所述廢氣，可以不間斷地將該廢氣供給到所述廢氣消耗部件(1)。
文檔編號(hào)B01D53/047GK1753721SQ20048000515
公開(kāi)日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者住田俊彥, 笹野廣昭, 三宅正訓(xùn) 申請(qǐng)人:住友精化株式會(huì)社